专利名称：音频处理系统及音频信号暂存器的调整方法
技术领域：
本发明属于音频处理，特别是动态调整USB音频装置的音频信号的写入频率及读取频率的音频处理系统及音频信号暂存器的调整方法。
背景技术：
在视频会议中，使用USB麦克风来收音是相当普遍的，然而音频信号需要存储于一音频信号暂存器中，以用于后续的音频处理。一般来说，USB麦克风以USB接口将音频信号写入音频信号暂存器(audio signal buffer),然而由暂存器读取音频信号通过I2S接口。由于硬件的限制，USB接口与I2S接口的操作频率有可能会不一致，其导致音频信号暂存器发生数据溢出或数据不足的情况，进而影响到所读取的音频信号的连续性与正确度。
发明内容
本发明提供一种音频处理系统,包括:一 USB (Universal Serial Bus)麦克风,用以收音并输出一音频信号；一控制器，耦接至USB麦克风，并以一第一频率将音频信号写入至一音频信号暂存器；以及一音频处理单元(audio processing unit), f禹接至控制器，以一第二频率由音频信号暂存器读取音频信号，并据以进行一音频处理，其中控制器动态调整第二频率，以使第二频率以一收敛曲线接近第一频率。本发明还提供一种用于音频信号暂存器的调整方法，包括:接收声音并输出一音频信号；以一第一频率将音频信号写入一音频信号暂存器；以一第二频率由音频信号暂存器读取音频信号；以及动态调整第二频率，以使第二频率以一收敛曲线接近第一频率。
图1是显示依据本发明一实施例的音频处理系统的方块图。图2A 图2E显示依据本发明一实施例的音频信号暂存器140的存储情况的示意图。图3是显示依据本发明一实施例的收敛曲线的示意图。图4是显示依据本发明一实施例的音频信号暂存器的调整方法的流程图。图5是显示依据本发明另一实施例的音频信号暂存器的调整方法的流程图。主要元件符号说明100 音频处理系统；110 USB 麦克风；120 控制器；130 音频处理单元；140 音频信号暂存器；Al 音频信号；Ttwemm 数据溢出临界值；Tunderrun 数据不足临界值；
S410-S440 步骤；S501-S506 步骤。
具体实施例方式图1显示依据本发明一实施例的音频处理系统的方块图。音频处理系统100例如用于一视频会议系统，音频处理系统100包括一收音装置，收音装置具有一传输接口，举例来说，收音装置为麦克风，第一传输接口例如为USB 控制器(Controller) 120及音频处理单元130。USB麦克风110用以收音并输出一音频信号Al，其中音频信号Al例如以48KHz采样，且以16bit采样，且通过USB总线传送至控制器120。控制器120接收来自USB麦克风110的音频信号Al，并将音频信号Al存储于控制器120中的一音频信号暂存器140。音频信号暂存器140可为随机存取存储器(如SRAM、DRAM)、或先进先出暂存器(FIFO)。控制器120可为一中央处理器、DSP处理器或其他可执行相同功能的等效电路。音频处理单元130通过第二传输接口，例如I2S(Integrated Inter-chip Sound, IIS)接口，由音频信号暂存器140中读取音频信号Al，以进行音频处理。值得注意的是，一般USB麦克风常用的频率为48ΚΗζ、44.1ΚΗζ、32ΚΗζ或16KHz，USB麦克风110通常具有一固定的写入频率f I (视装置而定且不可变动)，经由USB总线将音频信号Al写入至控制器120中的音频信号暂存器140。然而由于硬件(例如振荡器)的限制，可能导致音频处理单元130通过I2S接口由音频信号暂存器140中读取音频信号Al的读取频率f2与写入频率Π有所差异，因此在写入频率Π及读取频率f2不一致的情况下，音频信号暂存器140所存储的音频信号可能会产生数据溢出(overrun)或数据不足(underrun)等情况。本发明的控制器120可检测音频信号暂存器140的存储情况，例如数据溢出、数据不足、是否到达数据溢出临界值、是否到达数据不足临界值等情况，并据以调整音频处理单元130的I2S接口的读取频率f2。一般来说，当USB麦克风110与控制器120进行电性连接时，控制器120会判断USB麦克风110的操作频率(写入频率Π)，并据以设定读取频率f2(详后述)。须说明的是，第一传输接口并不限于以USB，第二传输接口亦不限于I2S，在其他非以USB或I2S为传输接口的麦克风也可适用，只要写入频率Π与读取频率f2产生不一致的不同接口，甚至相同的接口，皆可应用本申请的技术特征。在一实施例中，控制器120是将数据溢出临界值(data overrun threshold)及数据不足临界值(data underrun threshold)分别设定为音频信号暂存器140存储空间的80%及20%，但本发明并非限定于此。控制器120可依据不同的USB麦克风及音频处理单元以设定不同的临界值，并依据不同的操作频率(例如写入频率Π及读取频率f2)来设定临界值并调整数据溢出临界值及数据不足临界值所占音频信号暂存器140存储空间的比例，例如数据溢出临界值及数据不足临界值分别为音频信号暂存器140的存储空间的75%及 25%。请同时参考图2A 图2E，图2A 图2E是根据本申请的一实施例的音频信号暂存器140存储情况的连续动作图。如图2A所示，如果因硬件(振荡器)的限制致使写入频率fl与读取频率f2不一致，例如来自麦克风110的音频信号Al的USB接口的写入频率Π为48.06KHz(固定不可变动)，且音频处理单元130由I2S接口读取音频信号暂存器140所存储的音频信号Al的读取频率f2为48KHz，此时写入频率Π大于读取频率f2 ;此时若无任何处置，音频信号暂存器140在I秒左右会产生数据溢出的情况。因此本申请利用控制器120在音频信号暂存器140所存储的数据到达设定的数据溢出临界值(Ttjvemm)时，将读取频率f2提高，例如提高至48.1KHz，如此以大于写入频率Π的速度处理音频信号Al至音频处理单元130，避免数据溢出的情形。接着，如图2B所示，写入频率fl仍为48.06KHz，但读取频率f2被提高为48.1KHz,此时写入频率Π小于读取频率f2，但写入频率Π及读取频率f2的差值已降低，音频信号暂存器140所存储的数据量约在2秒左右降低至数据不足临界值(Tmdemm)，控制器120此时再将音频处理单元130的读取频率f2降低，例如降低至48.05KHz。接着，如图2C所示，写入频率f I仍维持为48.06KHz，但读取频率f 2降低为48.05KHz，此时写入频率fl大于读取频率f2，且写入频率fl及读取频率f2的差值已更加降低，音频信号暂存器140所存储的数据量约在8秒左右超过至数据溢出临界值，控制器120此时再将音频处理单元130的读取频率f2提高，例如提高至48.075KHz。如图2D所示，写入频率f I仍维持为48.06KHz,但读取频率f 2被提高为48.075KHz，此时写入频率Π小于读取频率f2，但写入频率Π及读取频率f2的差值已更加降低，此时音频信号暂存器140所存储的数据量约在16秒左右降低至数据不足临界值，控制器120此时再将音频处理单元130的读取频率f2降低，例如将低至48.0625KHz。如图2E所示，写入频率f I仍维持为48.06KHz，但读取频率f2降低为48.0625KHz,写入频率Π仍小于读取频率f2，但写入频率Π及读取频率f2的差值已更加降低为0.0025KHZ，此时音频处理器120将音频处理单元130的读取频率f2再次降低至48.05625KHZ以跨越写入频率fl而小于写入频率fl。此时写入频率fl已大于读取频率f2，但其差值已非常小，需要很长的时间(约40秒)才会再度达到数据临界值。需注意的是，图2A 图2E的实施例描述控制器120对音频处理单元130的读取频率f2的调整方式，当写入频率Π及读取频率f2不相等，则音频信号暂存器140经过一段时间后，均会发生数据溢出或数据不足的情况。在另一实施例中，本发明的控制器120调整音频处理单元130的读取频率f2符合一收敛曲线(convergence curve),如图3所示,意即动态调整读取频率f2,以将写入频率fl及读取频率f2的差值绝对值逐渐降低，以进行收敛。换句话说，控制器120依据收敛曲线调整读取频率f2表示将读取频率f2往写入频率Π接近。因在初始状况下，写入频率f I及读取频率f2的差距是未知的，且写入频率fI为一固定频率(视不同的USB麦克风而定而不可变动)，控制器120仅能由音频信号暂存器140的存储状况来判断写入频率Π或读取频率f2的关系。 在另一实施例中，控制器120每次对读取频率f2的调整，如果跨过写入频率Π，则减低下次调整频率的频率间距(frequency step)(例如将写入频率fl及读取频率f2的差值绝对值缩减一半)，且进行反向调整，意即若读取频率f2较写入频率f I大，则将读取频率f2降低，反之则将读取频率f2提高，调整后的读取频率为f3。其中“跨过写入频率Π”是指写入频率Π介于调整前的读取频率f2及调整后的读取频率f3之间。如果写入频率fl并未介于调整频率f2及调整频率f3，则同样将下次调整频率的频率间距缩小，且持续同向调整读取频率f2，直到该次调整跨过写入频率Π，如图2E所示。简单来说，控制器120以一收敛曲线动态调整读取频率f2以接近fl,如图3所示。在另一实施例中，控制器120以倍频的方式调整I2S接口的读取频率f2。举例来说，控制器120若具有200MHz的操作频率F。，则操作频率F。乘以一倍频数x，再除以1000(非限定)，则可得到I2S接口所使用的读取频率f2，其可表示为下述公式: FC*X/1000=F2通过调整倍频数X，则可进一步调整I2S接口的读取频率f2。图4是显示依据本发明一实施例的音频信号暂存器的调整方法的流程图。在步骤S410, USB麦克风110撷取声音并输出一音频信号Al。在步骤S420，控制器120并以一第一频率(写入频率Π)将音频信号Al写入至一音频信号暂存器140。在步骤S430，音频处理单元130以一第二频率(读取频率f2)由该音频信号暂存器140读取该音频信号Al，并据以进行一音频处理。在步骤S440，控制器动态调整第二频率，以使该第二频率以一收敛曲线接近该第一频率。其中收敛曲线如前述实施例所述，第二频率与第一频率的差距逐渐缩小，以避免造成音频信号暂存器产生数据溢出或数据不足的现象。图5是显示依据本发明另一实施例的音频信号暂存器的调整方法的流程图，其中图5的流程更详细地介绍图4的流程。在步骤S501，USB麦克风110进行收音并输出一音频信号Al。在步骤S502，USB麦克风110经由控制器120将音频信号Al传送至音频处理单元130。更详细地说，USB麦克风110通过USB接口以写入频率Π将音频信号Al写入至控制器120中的音频信号暂存器140，且控制器120控制I2S接口以读取频率f2将音频信号A2由音频信号暂存器140读取至音频处理单元130。在步骤S503，控制器120判断音频信号暂存器140的所存储的音频信号是否已小于数据不足临界值，如果是，则执行步骤S504，如果否，则执行步骤S505。在步骤S504，控制器120是将I2S接口的读取频率f2降低，并回到步骤S502。在步骤S505，控制器120判断音频信号暂存器140所存储的音频信号Al的数据量是否已大于数据溢出临界值，如果是，则执行步骤S506，如果否，则回到步骤S502。在步骤S506，控制器120是将I2S接口的读取频率f2提高，并回到步骤S502。值得注意的是，当音频处理系统100执行图5的流程时，USB麦克风100持续通过USB接口将音频信号Al存储至音频信号暂存器140，且音频处理单元130亦持续通过I2S步骤由音频信号暂存器140读取音频信号Al (步骤S502)。如果发生如前述实施例中调整后的读取频率f2并未跨过写入频率fl的情况，仍是进行步骤S502，但已缩小频率间距，意即音频信号Al持续由USB麦克风110通过控制器120以传送至音频处理单元130，待步骤S502执行后，再判断音频信号暂存器140是否超出数据不足临界值或数据溢出临界值。此夕卜，步骤S503与步骤S505的顺序可互相置换。然而以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用以辅助专利文件搜寻之用，并非用以限制本发明的权利范围。
权利要求
1.一种音频处理系统，包括: 一收音装置，用以收音并输出一音频信号； 一控制器，电性连接至该收音装置，并以一第一频率将该音频信号写入至一音频信号暂存器；以及 一音频处理单元，电性连接至该控制器，并以一第二频率由该音频信号暂存器读取该音频信号，并据以进行一音频处理， 其中该控制器动态调整该第二频率，以使该第二频率以一收敛曲线接近该第一频率。
2.按权利要求1所述的音频处理系统，其中该控制器通过一第一传输接口以耦接至该收音装置，且该音频处理单元通过一第二传输接口以耦接至该控制器。
3.按权利要求2所述的音频处理系统，其中该第一传输接口是USB接口，该第二传输接口是I2S接口。
4.按权利要求1所述的音频处理系统，其中该控制器还依据该音频信号暂存器的一存储空间以设定一数据溢出临界值及一数据不足临界值。
5.按权利要求4所述的音频处理系统，其中该控制器还判断该音频信号暂存器所存储的该音频信号是否小于该数据不足临界值，当该音频信号暂存器所存储的该音频信号小于该数据不足临界值，该控制器将该第二频率降低一第一频率间距以产生一第三频率。
6.按权利要求5所述的音频处理系统，其中该第一频率间距是该第一频率与该第二频率差值绝对值的一半。
7.按权利要求4所述的音 频处理系统，其中该控制器还判断该音频信号暂存器所存储的该音频信号是否大于该数据溢出临界值，当该音频信号暂存器所存储的该音频信号大于该数据溢出临界值，该控制器是将该第二频率提高一第二频率间距以产生一第四频率。
8.按权利要求7所述的音频处理系统，其中该第二频率间距是该第一频率与该第二频率差值绝对值的一半。
9.一种音频信号暂存器的调整方法，包括: 接收声音并输出一音频信号； 以一第一频率将该音频信号写入一音频信号暂存器； 以一第二频率由该音频信号暂存器读取该音频信号；以及 动态调整该第二频率，以使该第二频率以一收敛曲线接近该第一频率。
10.按权利要求9所述的音频信号暂存器的调整方法，其中将该音频信号通过一USB接口写入该音频信号暂存器，且由该音频信号暂存器通过一 I2S接口读取该音频信号。
11.按权利要求9所述的音频信号暂存器的调整方法，还包括: 依据该音频信号暂存器的一存储空间设定一数据溢出临界值及一数据不足临界值。
12.按权利要求11所述的音频信号暂存器的调整方法，其中上述动态调整该第二频率的步骤还包括: 判断该音频信号暂存器所存储的该音频信号是否小于该数据不足临界值； 当该音频信号暂存器所存储的该数据量小于该数据不足临界值，将该第二频率降低一第一频率间距以产生一第三频率；以及 依据该第三频率读取该音频信号。
13.按权利要求12所述的音频信号暂存器的调整方法，其中上述动态调整该第二频率的步骤还包括: 当该音频信号暂存器所存储的该数据量大于或等于该数据不足临界值，判断该音频信号暂存器所存储的该数据量是否大于该数据溢出临界值； 如果是，将该第三频率提高一第二频率间距以产生一第四频率，并依据该第四频率由该音频信号暂存器以读取该音频信号；以及 如果否，以该第三频率由该音频信号暂存器读取该音频信号。
14.按权利要求13所述的音频信号暂存器的调整方法，其中该第一频率间距是该第一频率与该第二频率差值的 绝对值的一半；该第二频率间距是该第一频率与该第三频率差值的绝对值的一半。
全文摘要
本发明提供一种音频处理系统及音频信号暂存器的调整方法。该音频处理系统，包括一USB(Universal Serial Bus)麦克风，用以收音并输出一音频信号；一控制器，耦接至USB麦克风，并以一第一频率将音频信号写入至一音频信号暂存器；以及一音频处理单元，耦接至控制器，以一第二频率由音频信号暂存器读取音频信号，并据以进行一音频处理，其中控制器动态调整第二频率，以使第二频率以一收敛曲线接近第一频率。
文档编号H04R3/00GK103093778SQ201110362768
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月2日
发明者郑楷儒, 王颖杰, 黄国钧, 段智维 申请人:广达电脑股份有限公司