嵌入式独立声音处理单元及双音频输出结构的制作方法

本实用新型属于音频处理装置领域，具体是涉及一种嵌入式独立声音处理单元。

背景技术：

便携音乐播放器，从SONY的Walkman开始到MP3的鼎盛时期以及苹果的介入，播放器层出不穷。目前新的技术就是数字母带音乐播放器。

但是由于目前的处理器主要用于通用设计，不针对高清数字音频，因此在输出各种格式的兼容性上有很大的问题。特别是高码率的情况下面，很难通过传统的I2S标准数字音频总线输出，就算通过I2S总线输出，也会出现对新的数字格式SACD(DSD)的输出不兼容，或者对新的多声道格式无法兼容，已经无法满足目前市场对数字音频的要求。

另外由于音频系统对各种延时相当敏感，因此造成了音频数据在经过CPU这个复杂系统的时候，增加了不可控制的延时才能够传输到I2S总线上去，因此极大影响了I2S总线输出的效果，因此造成了同样的文件通过网络播放的效果不如在本地插U盘播放的效果好，无线网络播放不如有线网络播放好。为解决这个延时问题，各种解决方案层出不穷，比如单片机解决方案，纯FPGA解决方案，USB解决方案，但都不太理想，因为如果不是基于网络和很好的用户体验的情况下，这类单一产品正在被功能繁多的手机替代。理论上FPGA的解决方案最好，但是最大的问题是FPGA无法运行操作系统，而造成二次开发困难。

技术实现要素：

本实用新型是针对以上问题，提供一种运用嵌入式CPU模块+声音数据处理模块的结构，在主流的嵌入式CPU模块平台外单独植入，一次性解决内存延时及操作系统问题，还提出一种双音频输出结构，实现对系统功能的扩充以及对音乐资源的保护。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种嵌入式独立声音处理单元，包括声音数据处理模块和RAM，所述声音数据处理模块与所述RAM相连接，所述声音数据处理模块通过高速数据总线及传统I2S总线与嵌入式CPU模块相连，所述声音数据处理模块通过I2S/DSD总线分别与多路输出数模转换单元、多路输入数模转换单元连接。

进一步的，所述声音数据处理模块为FPGA现场可编程门阵列。

进一步的，所述声音数据处理模块为ASIC芯片。

更进一步的，所述RAM为若干片RAM芯片组成。

更进一步的，所述声音数据处理模块与若干片独立RAM一体化集成。

进一步的，所述高速数据总线兼容SDIO总线、RAM总线、NAND总线、高速SPI总线、PCI-E总线，以及其他CPU片上总线。

进一步的，所述嵌入式CPU模块，由CPU外加1～3GB的内存和8～64GB的eMMC组成。

进一步的，所述嵌入式CPU模块，由ARM芯片加DDR内存和外置储存卡促成。

本实用新型还提供了一种应用上述嵌入式独立声音处理单元的双音频输出结构，包括普通音频数据接口和高清音频数据接口；所述普通音频数据接口通过I2S总线连接嵌入式CPU模块，所述高清音频数据接口通过声音数据处理模块和RAM组成的数据通道连接嵌入式CPU模块。

进一步的，所述双音频输出结构还包括异步采样率转换器，对2个通道的信号进行混音输出。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型使用嵌入式CPU模块+声音数据处理单元结构，嵌入式CPU模块将解码后的数据储存到声音数据处理单元的RAM，然后声音数据处理单元把RAM的数据通过音频总线输出，在数据传输的过程中保证数据的实时和准确性；

(2)本实用新型属于通用平台增强型数字音频处理系统，基于通用的处理器，利用其高速数据通道，解决目前嵌入式系统高清音频处理内存延时的问题，解决了延时对音频输出质量影响严重的问题。可以用于多种嵌入式平台,如手机，平板，多种开源系统如树莓派等，适用于多种操作系统：如安卓，Ubuntu，Windows等操作系统之上；

(3)本实用新型的双路音频输出结构的好处在于对系统功能的扩充以及对音乐资源的保护，因为目前网络音乐播放的软件相当的多，但是没有很好的保护，使用双音频输出结构，如果没有购买版权的，就通过普通音频输出，没法输出高品质音频，而购买了版权的可以通过高清接口输出，以便提供最大的高清音乐保护和更好的用户体验。

附图说明

图1是嵌入式系统的独立声音处理单元的结构图。

图2是现有的嵌入式CPU模块音频输入及输出结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如附图所示，一种嵌入式系统的独立声音处理单元，包括声音数据处理模块和RAM，声音数据处理模块与RAM相连接，嵌入式CPU模块与声音数据处理模块通过高速数据总线及传统I2S总线相连，声音数据处理模块通过I2S/DSD总线分别与多路输出数模转换单元、多路输入数模转换单元连接。

所述声音数据处理模块与RAM相连接，分别设置有若干个RAM，包括RAM-1、RAM-2、RAM…。

所述与声音数据处理模块连接的高速数据总线可兼容SDIO总线、RAM总线、NAND总线或者高速SPI总线、PCI-E总线或者其他CPU片上总线。

所述声音处理单元：可以是FPGA(目前使用Xilinx公司的XC6SLX16)，也可以是把在FPGA实现的功能固化的定制ASIC芯片；

嵌入式CPU模块：目前我们使用珠海炬力的S500和全志A64CPU外加1～3GB的内存和8～64GB的eMMC，组成的嵌入式CPU模块，也可以是其他ARM芯片+DDR+外置储存(比如TF卡，EMMC等)。

在打游戏的时候，大家都希望电脑外挂专用的显示卡以提升显示性能，显示卡的处理器简称GPU(graphic processing unit)，有专业的图像处理算法以及专门的设计公司。但对目前任何嵌入式系统都没有把声音处理单元集成到片内，即便到了今天苹果的A9X芯片，也仅仅集中了GPU单元而忽略了声音处理单元，本实用新型采用简称SPU(sound processing unit)。

本实用新型基于高端音品应用，第一次提出了SPU单元的概念，针对现在的高端音频系统，没有声音处理单元的纯CPU已经不满足日益增长的对音频品质的苛刻需求，需要更加复杂的高速数据总线，涵盖多通道的SACD标准以及多通道的PCM标准。该处理器单元需要进行多种运算，如数字分频、采样率转换、数字滤波、声学分析、各种音频格式转换、同步、均衡器(EQ)以及必要的信号加工处理等，实际应用的算法嵌入式CPU的运算能力已经无法满足其需求，从而设计增加了高速总线的声音数据处理模块。这个结构类似于现在的高端笔记本电脑的嵌入式图形处理器外加专业图形处理器的做法。

本实用新型的SPU可以是FPGA+多片RAM结构，或者是ASIC+多片RAM，也可以是定制的一体化包含2片以上独立RAM的结构。

本实用新型所述高速数据总线可以兼容目前所有的音频总线，如多通道的SACD(DSD)以及多通道的PCM总线。

本实用新型使用嵌入式CPU模块+声音数据处理模块结构，嵌入式CPU模块将解码后的数据储存到声音数据处理模块的RAM，然后声音数据处理模块把RAM的数据通过音频总线输出，在数据传输的过程中保证数据的实时和准确性。

本实用新型可以让原来标准的设备拥有2个音频输出接口，一个是普通的音频数据接口，即CPU的传统I2S音频总线输出接口；另外一个是高清音频数据通道，即专用处理芯片+RAM1/RAM2，通过本实用新型的设置实现普通音频和高清音频之间的切换，也可以通过异步采样率转换对2个通道的信号进行混音输出。

本实用新型采取双路音频输出的好处在于对系统功能的扩充以及对音乐资源的保护，因为目前网络音乐播放的软件相当的多，但是没有很好的保护，在我们系统模块之内，如果没有购买版权的，就通过普通音频输出，没法输出高品质音频，而购买了版权的可以通过我们的高清接口输出，以便提供最大的高清音乐保护和更好的用户体验。

以上所述只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。