音頻數據的處理裝置的製作方法
2023-10-06 07:53:04 1
專利名稱：音頻數據的處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及音頻數據的處理技術，更具體地說，涉及多種音頻格式(標準右對齊、I2S、左對齊)等的音頻流數據的處理裝置及方法。
從圖1可見，多媒體數字編解碼器112(其中包括DAC和ADC，統稱CODEC)和音頻卡主控晶片110以PCI插卡的形式安裝於PC機主機端內部，通過PCI總線108與PC主機端中的其他部件，例如北橋晶片104、內存106相連接。這種處理方法至少有以下幾種缺陷a)電磁輻射嚴重PC機內部各種電路錯綜複雜，各種電路及機械設備(如馬達及高速數字電路)在工作時本身就會輻射出各種有害電磁波，輻射十分嚴重。
b)電源被多次汙染由於負責處理音頻數據的多媒體數字編解碼器112是以PCI插卡的形式安裝於PC主機端內，因此其供電系統來自於並非為PC音頻卡模擬電路使用而設計的開關電源，該電源同時給PC機內所有的電路供電，包括CPU、音頻卡、顯示卡、馬達(如光碟驅動器、散熱風扇和硬碟…)及外設等。PC內的所有電路使用同一個電源迴路，這將給電源造成多次汙染。PC開關電源自身的局限性及後期的多次汙染給一個追求音頻品質的音頻卡模擬電路而言情況是非常嚴重的，將會給模擬音頻數據造成不可恢復的致命損害。
c)對音頻有更高層次的需求隨著PC多媒體處理能力的越來越強大，人們對PC音頻的要求不再僅僅局限於發聲的階段，而是有了更高的要求；寬帶網際網路接入的廣泛應用，使得網絡多媒體音視頻文件的交流變得更加快速和簡便，有越來越多的人希望在PC上聆聽到高保真的音質。之前的PC多媒體音頻卡已經無法滿足用戶對PC多媒體音頻品質日益膨脹的需求。
d)PC機箱空間有限在逐步提倡小型化PC的當今，有限的PC主機內部空間十分有限，已經難以在主機內安裝適應用戶日益膨脹需求的更複雜以及更大規模的電路。
於是，在本領域中就需要一種能夠解決上述問題的方法和設備。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種音頻數據的處理裝置及方法，能夠解決上述列出的四個問題。
根據本實用新型的一方面，提供一種音頻數據的處理裝置，該裝置包括數字音頻數據處理組件，安裝在PC主機端內，處理數字音頻數據；第一傳輸裝置，安裝在PC主機端內，與所述數字音頻數據處理組件可通信地相連；編/解碼及模擬處理組件，位於所述PC主機端外，編/解碼數字音頻數據並進行數模轉換，還對模擬數字音頻數據進行處理；第二傳輸裝置；安裝在所述編/解碼及模擬處理組件內，與所述第一傳輸接口進行通信並可通信地與所述編/解碼及模擬處理組件相連。
根據本實用新型的一實施例，所述第一傳輸裝置是一PCM接口，所述第二傳輸裝置也是一PCM接口，該兩個PCM接口可相互傳輸數據。且所述兩個PCM接口採用差分技術進行傳輸。
根據本實用新型的一實施例，所述數字音頻數據處理組件與所述PC主機端通過PCI總線接口相連。
根據本實用新型的一實施例，所述編/解碼及模擬處理組件包括數字編/解碼器，與第二傳輸裝置可通信地相連，對數字音頻數據進行編碼/解碼；數模轉換器，與所述數字編/解碼器相連，實現數字音頻數據至模擬音頻數據的轉換；模數轉換器，與所述數字編/解碼器相連，實現模擬音頻數據至數字音頻數據的轉換；預放大器，連接到所述模數轉換器，還連接到輸入設備，將輸入的音頻數據進行預放大後提供給所述模數轉換器；放大器，連接到所述數模轉換器，還連接到輸出設備，將數模轉換器的輸出放大後提供給輸出設備。
根據本實用新型的另一方面，提供一種音頻數據的處理方法，包括如下步驟位於PC主機端內的數字音頻數據處理組件處理數字音頻數據；經處理的數字音頻數據被傳輸至PC主機端內的第一傳輸裝置；通過所述第一傳輸裝置將經處理的數字音頻數據傳輸至位於所述PC主機端外部的編/解碼及模擬處理組件，其中所述編/解碼及模擬處理組件是通過一第二傳輸裝置接收該數字音頻數據；以及由所述編/解碼及模擬處理組件處理被傳輸的數字音頻數據。
在上述的方法中，由所述編/解碼及模擬處理組件處理被傳輸的數字音頻數據的步驟包括解碼步驟，對所接收的數字音頻數據進行解碼；數摸轉換步驟，將數字音頻數據轉換成模擬音頻數據；以及放大輸出步驟，將經轉換的模擬音頻數據放大後輸出。
根據本實用新型的還有一方面，提供一種音頻數據的處理方法，包括如下步驟所述編/解碼及模擬處理組件接收並處理模擬音頻數據，輸出數字音頻數據；將數字音頻數據傳輸給一第二傳輸裝置；通過該第二傳輸裝置將數字音頻數據傳輸所述到位於PC主機端內的數字音頻數據處理組件，其中所述數字音頻數據處理組件是通過一第一傳輸裝置接收該音頻數據；以及數字音頻數據處理組件處理所傳輸的數字音頻數據。
在上述方法中，所述編/解碼及模擬處理組件接收並處理模擬音頻數據的步驟包括預放大步驟，將所接收的模擬音頻數據進行預放大；模數轉換步驟，將模擬音頻數據轉換成數字音頻數據；編碼步驟，對數字音頻數據進行編碼。
採用了本實用新型的技術方案，將音頻卡上的數字和模擬部分獨立開來，PC端僅做數字音頻信號(純數字卡)的運算處理，而將編解碼(數模/模數轉換)及其模擬音頻處理電路部分移至外部獨立的裝置來處理，這種處理方法徹底解決了上述前面所述的各種問題。
本實用新型的上述的以及其他的特徵、性質和優勢將通過
以下結合附圖對實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中相同的附圖標記表示相同的特徵，其中圖1是現有技術中PC獨立插卡式音頻卡的結構框圖；圖2是按照本實用新型的音頻數據的處理裝置的框圖；圖3是按照本實用新型的音頻數據的處理方法的一實施例的流程圖；圖4是按照本實用新型的另一音頻數據處理方法的一實施例的流程圖；圖5是按照本實用新型的音頻數據的處理裝置在傳輸接口的工作原理圖；圖6是PCM編碼格式的數字音頻信號示意圖；以及圖7是本實用新型的傳輸接口使用的差分信號對的示意圖。
具體實施方式
要想得理想的模擬音頻輸出效果，提供優秀的供電電源及工作環境是十分重要的，模擬電路處理的模擬信號是連續變化的，如果由於電源本身的質量(如各種紋波雜訊)或電磁幹擾而使得被處理或傳輸的模擬信號受到了損害，那麼這種損害將是不可恢復的，受損害的模擬信號將被毫不掩飾的被輸出或傳至下一個放大處理單元，這種缺陷對於高保真音頻來說是致命的打擊。而數字電路處理的數位訊號是離散的，即使受到了幹擾也可以很容易的找出並糾正發生的錯誤。因此為了能夠在PC上輸出高保真音頻數據，最好的解決方案是將音頻卡上的數字和模擬部分獨立開來，PC端僅做數字音頻數據(純數字卡)的運算處理，而將編解碼(數模/模數轉換)及其模擬音頻處理電路部分移至外置的獨立裝置來處理，這種處理方法可徹底解決上述的各種問題。本實用新型的方法及裝置即是在上述的思想方法下提出的。
參考圖2，其示出了按照本實用新型的一種音頻數據的處理裝置200的結構框圖，其包括數字音頻數據處理組件202，安裝在PC主機端204內，處理數字音頻數據。數字音頻數據處理組件202與PC主機端204通過PCI總線206相連，通時，還通過PCI總線206連接到PC主機端內的其他部件，比如北橋晶片208、內存210和CPU 209。
第一傳輸裝置212，安裝在PC主機端204內，與數字音頻數據處理組件202可通信地相連。數字音頻數據處理組件202處理後的數據被傳送到該第一傳輸裝置212。
第二傳輸裝置214；安裝在編/解碼及模擬處理組件216內，與第一傳輸接口212進行通信並可通信地與編/解碼及模擬處理組件216相連。在該實施例中，第一傳輸接口212和第二傳輸接口214都是PCM接口，所述第二傳輸裝置也是一PCM接口，該兩個PCM接口可相互傳輸數據。還需要說明，在該實施例中，兩個PCM接口是使用差分技術進行傳輸。關於本實用新型採用的差分技術將在
以下結合附圖4、5進行更詳細的描述。第二傳輸裝置214接收第一傳輸裝置212發送的音頻數據並將其傳輸給編/解碼及模擬處理組件。
編/解碼及模擬處理組件216，位於PC主機端外，編/解碼數字音頻數據並進行數模轉換，還對模擬數字音頻數據進行處理。參考圖2可見，在該實施例中，編/解碼及模擬處理組件216包括數字編/解碼器220，與第二傳輸裝置214可通信地相連，對數字音頻數據進行編碼/解碼；數模轉換器222，與數字編/解碼器220相連，實現數字音頻數據至模擬音頻數據的轉換；模數轉換器223，與數字編/解碼器220相連，實現模擬音頻數據至數字音頻數據的轉換；預放大器224，連接到數模轉換器222，還連接到輸入設備，將輸入的音頻數據進行預放大後提供給數模轉換器222；輸入設備可以是諸如音頻信號線或者麥克風；放大器226，連接到數模轉換器222，還連接到輸出設備，將數模轉換器222的輸出放大後提供給輸出設備，輸出設備可以是諸如輸出線或者揚聲器。
以下結合附圖5、6、7說明一下本實用新型所採用PCM接口的工作原理和差分傳輸技術。
首先參考圖5，圖5是按照本實用新型的音頻數據的處理裝置在傳輸接口的工作原理圖。本實用新型將PCM音頻信號(LRCLK左右聲道時鐘、BCLK位時鐘、DATA IN數據輸入和DATA OUT數據輸出)轉換成低壓差分信號，然後再將這些已經轉換成差分信號的數字音頻數據通過物理接口及傳輸電纜和其他裝置進行傳輸。物理接口及傳輸電纜可以選擇被乙太網廣泛使用的普通網絡接口和雙絞網絡線，這些物理線路分別被分配用於a)I2C接口的SDA串行數據和SCL串行時鐘，圖5示出了其時序圖。I2C是由飛利浦實用新型的一種使用兩線的串行控制接口，其中2條物理線路分別被分配給I2C的SDA和SCL信號線，用於PC主機端音頻裝置和外置端編解碼裝置之間控制命令的傳送，由於I2C的頻率比較低(＜400k)，所以使用單線傳輸就可滿足要求(非差分信號)。
b)使用差分技術傳輸PCM編碼格式的數字音頻信號，PCM音頻格式的音頻信號包含LRCLK左右聲道時鐘、DATA IN數據輸入、DATA OUT數據輸出及BCLK位時鐘組成，圖6是其示意圖。
在實際的應用中，為了能夠保證PC端數字音頻卡上數字電路的主時鐘和外部編解碼裝置上的主時鐘保持同步，因此並沒有把PCM音頻信號的BCLK位時鐘傳輸到外部編解碼裝置，而是選用了MCLK主時鐘、LRCLK左右聲道時鐘、DATA IN數據輸入、DATA OUT數據輸出四個信號，由於MCLK主時鐘和BCLK位時鐘存在著整數倍頻關係，因此在另一端可以通過邏輯電路從MCLK主時鐘中恢復出PCM音頻信號中的BCLK位時鐘，這樣既保證了PC主機端數字音頻卡上數字電路和外部裝置的編解碼電路保持時鐘的同步，又保障了PCM音頻信號的正確恢復，並且還節省了一對物理線路，降低了成本。
採用差分技術可以提高信號的共模抑制比、提高抗幹擾能力，使得高速數位訊號在進行長距離傳輸時仍能夠保證信號的質量。每個信號線轉換成兩個互為反相的差分信號，圖7所使用的差分傳輸信號的時序圖。後採用兩條物理線路(傳輸電纜採用雙絞線)來進行傳輸。PCM音頻的四個信號線轉換成四對差分信號並由八條四對雙絞線組成的物理線路來進行傳輸。
下面介紹一下本實用新型的方法，參考圖3和圖4，說明了按照本實用新型的方法在兩個方向上的實施例的流程圖。
首先參考圖3，其實從PC主機端向外部輸出方向上的音頻數據的處理方法流程，包括如下步驟S302.位於PC主機端內的數字音頻數據處理組件處理數字音頻數據；S304.經處理的數字音頻數據被傳輸至PC主機端內的第一傳輸裝置；S306.通過第一傳輸裝置將經處理的數字音頻數據傳輸至位於PC主機端外部的編/解碼及模擬處理組件，其中編/解碼及模擬處理組件是通過一第二傳輸裝置接收該數字音頻數據；以及S308.由編/解碼及模擬處理組件處理被傳輸的數字音頻數據，該步驟進一步包括S310.解碼步驟，對所接收的數字音頻數據進行解碼；S312.數摸轉換步驟，將數字音頻數據轉換成模擬音頻數據；以及S314.放大輸出步驟，將經轉換的模擬音頻數據放大後輸出。
圖4是從外部向PC主機端一種音頻數據的處理方法，包括如下步驟S402.編/解碼及模擬處理組件接收並處理模擬音頻數據，輸出數字音頻數據；S404.將數字音頻數據傳輸給一第二傳輸裝置；S406.通過該第二傳輸裝置將數字音頻數據傳輸所述到位於PC主機端內的數字音頻數據處理組件，其中數字音頻數據處理組件是通過一第一傳輸裝置接收該音頻數據；以及S408.數字音頻數據處理組件處理所傳輸的數字音頻數據，在該步驟中，還包括S410.預放大步驟，將所接收的模擬音頻數據進行預放大；S412.模數轉換步驟，將模擬音頻數據轉換成數字音頻數據；S414.編碼步驟，對數字音頻數據進行編碼。
採用了本實用新型的技術方案，將音頻卡上的數字和模擬部分獨立開來，PC端僅做數字音頻信號(純數字卡)的運算處理，而將編解碼(數模/模數轉換)及其模擬音頻處理電路部分移至外部獨立的裝置來處理，這種處理方法徹底解決了上述前面所述的各種問題。
權利要求1.一種音頻數據的處理裝置，其特徵在於，包括數字音頻數據處理組件，安裝在PC主機端內，處理數字音頻數據；第一傳輸裝置，安裝在PC主機端內，與所述數字音頻數據處理組件可通信地相連；編/解碼及模擬處理組件，位於所述PC主機端外，編/解碼數字音頻數據並進行數模轉換，還對模擬數字音頻數據進行處理；第二傳輸裝置；安裝在所述編/解碼及模擬處理組件內，與所述第一傳輸接口進行通信並可通信地與所述編/解碼及模擬處理組件相連。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一傳輸裝置是一PCM接口，所述第二傳輸裝置也是一PCM接口，該兩個PCM接口可相互傳輸數據。
3.如權利要求2所述的傳輸裝置，其特徵在於，所述兩個PCM接口採用差分技術進行傳輸。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述數字音頻數據處理組件與所述PC主機端通過PCI總線接口相連。
5.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述編/解碼及模擬處理組件包括數字編/解碼器，與第二傳輸裝置可通信地相連，對數字音頻數據進行編碼/解碼；數模轉換器，與所述數字編/解碼器相連，實現數字音頻數據至模擬音頻數據的轉換；模數轉換器，與所述數字編/解碼器相連，實現模擬音頻數據至數字音頻數據的轉換；預放大器，連接到所述模數轉換器，還連接到輸入設備，將輸入的音頻數據進行預放大後提供給所述模數轉換器；放大器，連接到所述數模轉換器，還連接到輸出設備，將數模轉換器的輸出放大後提供給輸出設備。
專利摘要本實用新型揭示了一種音頻數據的處理裝置，該裝置包括數字音頻數據處理組件，安裝在PC主機端內，處理數字音頻數據；第一傳輸裝置，安裝在PC主機端內，與數字音頻數據處理組件可通信地相連；編/解碼及模擬處理組件，位於PC主機端外，編/解碼數字音頻數據並進行數模轉換，還對模擬數字音頻數據進行處理；第二傳輸裝置，安裝在編/解碼及模擬處理組件內，與第一傳輸接口進行通信並可通信地與編/解碼及模擬處理組件相連。採用了本實用新型的技術方案，將音頻卡上的數字和模擬部分獨立開來，PC端僅做數字音頻信號的運算處理，而將編解碼(數模/模數轉換)及其模擬音頻處理電路部分移至外部獨立的裝置來處理，這種處理方法徹底解決現有技術中的問題。
文檔編號G06F3/16GK2796015SQ200520040760
公開日2006年7月12日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者錢曉鋒 申請人:上海島谷科技有限公司, 錢曉鋒