專利名稱：音頻處理系統及音頻信號暫存器的調整方法
技術領域：
本發明屬于音頻處理，特別是動態調整USB音頻裝置的音頻信號的寫入頻率及讀取頻率的音頻處理系統及音頻信號暫存器的調整方法。
背景技術：
在視頻會議中，使用USB麥克風來收音是相當普遍的，然而音頻信號需要存儲于一音頻信號暫存器中，以用于后續的音頻處理。一般來說，USB麥克風以USB接口將音頻信號寫入音頻信號暫存器(audio signal buffer),然而由暫存器讀取音頻信號通過I2S接口。由于硬件的限制，USB接口與I2S接口的操作頻率有可能會不一致，其導致音頻信號暫存器發生數據溢出或數據不足的情況，進而影響到所讀取的音頻信號的連續性與正確度。

發明內容
本發明提供一種音頻處理系統,包括:一 USB (Universal Serial Bus)麥克風,用以收音并輸出一音頻信號；一控制器，耦接至USB麥克風，并以一第一頻率將音頻信號寫入至一音頻信號暫存器；以及一音頻處理單元(audio processing unit), f禹接至控制器，以一第二頻率由音頻信號暫存器讀取音頻信號，并據以進行一音頻處理，其中控制器動態調整第二頻率，以使第二頻率以一收斂曲線接近第一頻率。本發明還提供一種用于音頻信號暫存器的調整方法，包括:接收聲音并輸出一音頻信號；以一第一頻率將音頻信號寫入一音頻信號暫存器；以一第二頻率由音頻信號暫存器讀取音頻信號；以及動態調整第二頻率，以使第二頻率以一收斂曲線接近第一頻率。


圖1是顯示依據本發明一實施例的音頻處理系統的方塊圖。圖2A 圖2E顯示依據本發明一實施例的音頻信號暫存器140的存儲情況的示意圖。圖3是顯示依據本發明一實施例的收斂曲線的示意圖。圖4是顯示依據本發明一實施例的音頻信號暫存器的調整方法的流程圖。圖5是顯示依據本發明另一實施例的音頻信號暫存器的調整方法的流程圖。主要元件符號說明100 音頻處理系統；110 USB 麥克風；120 控制器；130 音頻處理單元；140 音頻信號暫存器；Al 音頻信號；Ttwemm 數據溢出臨界值；Tunderrun 數據不足臨界值；
S410-S440 步驟；S501-S506 步驟。
具體實施例方式圖1顯示依據本發明一實施例的音頻處理系統的方塊圖。音頻處理系統100例如用于一視頻會議系統，音頻處理系統100包括一收音裝置，收音裝置具有一傳輸接口，舉例來說，收音裝置為麥克風，第一傳輸接口例如為USB 控制器(Controller) 120及音頻處理單元130。USB麥克風110用以收音并輸出一音頻信號Al，其中音頻信號Al例如以48KHz采樣，且以16bit采樣，且通過USB總線傳送至控制器120。控制器120接收來自USB麥克風110的音頻信號Al，并將音頻信號Al存儲于控制器120中的一音頻信號暫存器140。音頻信號暫存器140可為隨機存取存儲器(如SRAM、DRAM)、或先進先出暫存器(FIFO)。控制器120可為一中央處理器、DSP處理器或其他可執行相同功能的等效電路。音頻處理單元130通過第二傳輸接口，例如I2S(Integrated Inter-chip Sound, IIS)接口，由音頻信號暫存器140中讀取音頻信號Al，以進行音頻處理。值得注意的是，一般USB麥克風常用的頻率為48ΚΗζ、44.1ΚΗζ、32ΚΗζ或16KHz，USB麥克風110通常具有一固定的寫入頻率f I (視裝置而定且不可變動)，經由USB總線將音頻信號Al寫入至控制器120中的音頻信號暫存器140。然而由于硬件(例如振蕩器)的限制，可能導致音頻處理單元130通過I2S接口由音頻信號暫存器140中讀取音頻信號Al的讀取頻率f2與寫入頻率Π有所差異，因此在寫入頻率Π及讀取頻率f2不一致的情況下，音頻信號暫存器140所存儲的音頻信號可能會產生數據溢出(overrun)或數據不足(underrun)等情況。本發明的控制器120可檢測音頻信號暫存器140的存儲情況，例如數據溢出、數據不足、是否到達數據溢出臨界值、是否到達數據不足臨界值等情況，并據以調整音頻處理單元130的I2S接口的讀取頻率f2。一般來說，當USB麥克風110與控制器120進行電性連接時，控制器120會判斷USB麥克風110的操作頻率(寫入頻率Π)，并據以設定讀取頻率f2(詳后述)。須說明的是，第一傳輸接口并不限于以USB，第二傳輸接口亦不限于I2S，在其他非以USB或I2S為傳輸接口的麥克風也可適用，只要寫入頻率Π與讀取頻率f2產生不一致的不同接口，甚至相同的接口，皆可應用本申請的技術特征。在一實施例中，控制器120是將數據溢出臨界值(data overrun threshold)及數據不足臨界值(data underrun threshold)分別設定為音頻信號暫存器140存儲空間的80%及20%，但本發明并非限定于此。控制器120可依據不同的USB麥克風及音頻處理單元以設定不同的臨界值，并依據不同的操作頻率(例如寫入頻率Π及讀取頻率f2)來設定臨界值并調整數據溢出臨界值及數據不足臨界值所占音頻信號暫存器140存儲空間的比例，例如數據溢出臨界值及數據不足臨界值分別為音頻信號暫存器140的存儲空間的75%及 25%。請同時參考圖2A 圖2E，圖2A 圖2E是根據本申請的一實施例的音頻信號暫存器140存儲情況的連續動作圖。如圖2A所示，如果因硬件(振蕩器)的限制致使寫入頻率fl與讀取頻率f2不一致，例如來自麥克風110的音頻信號Al的USB接口的寫入頻率Π為48.06KHz(固定不可變動)，且音頻處理單元130由I2S接口讀取音頻信號暫存器140所存儲的音頻信號Al的讀取頻率f2為48KHz，此時寫入頻率Π大于讀取頻率f2 ;此時若無任何處置，音頻信號暫存器140在I秒左右會產生數據溢出的情況。因此本申請利用控制器120在音頻信號暫存器140所存儲的數據到達設定的數據溢出臨界值(Ttjvemm)時，將讀取頻率f2提高，例如提高至48.1KHz，如此以大于寫入頻率Π的速度處理音頻信號Al至音頻處理單元130，避免數據溢出的情形。接著，如圖2B所示，寫入頻率fl仍為48.06KHz，但讀取頻率f2被提高為48.1KHz,此時寫入頻率Π小于讀取頻率f2，但寫入頻率Π及讀取頻率f2的差值已降低，音頻信號暫存器140所存儲的數據量約在2秒左右降低至數據不足臨界值(Tmdemm)，控制器120此時再將音頻處理單元130的讀取頻率f2降低，例如降低至48.05KHz。接著，如圖2C所示，寫入頻率f I仍維持為48.06KHz，但讀取頻率f 2降低為48.05KHz，此時寫入頻率fl大于讀取頻率f2，且寫入頻率fl及讀取頻率f2的差值已更加降低，音頻信號暫存器140所存儲的數據量約在8秒左右超過至數據溢出臨界值，控制器120此時再將音頻處理單元130的讀取頻率f2提高，例如提高至48.075KHz。如圖2D所示，寫入頻率f I仍維持為48.06KHz,但讀取頻率f 2被提高為48.075KHz，此時寫入頻率Π小于讀取頻率f2，但寫入頻率Π及讀取頻率f2的差值已更加降低，此時音頻信號暫存器140所存儲的數據量約在16秒左右降低至數據不足臨界值，控制器120此時再將音頻處理單元130的讀取頻率f2降低，例如將低至48.0625KHz。如圖2E所示，寫入頻率f I仍維持為48.06KHz，但讀取頻率f2降低為48.0625KHz,寫入頻率Π仍小于讀取頻率f2，但寫入頻率Π及讀取頻率f2的差值已更加降低為0.0025KHZ，此時音頻處理器120將音頻處理單元130的讀取頻率f2再次降低至48.05625KHZ以跨越寫入頻率fl而小于寫入頻率fl。此時寫入頻率fl已大于讀取頻率f2，但其差值已非常小，需要很長的時間(約40秒)才會再度達到數據臨界值。需注意的是，圖2A 圖2E的實施例描述控制器120對音頻處理單元130的讀取頻率f2的調整方式，當寫入頻率Π及讀取頻率f2不相等，則音頻信號暫存器140經過一段時間后，均會發生數據溢出或數據不足的情況。在另一實施例中，本發明的控制器120調整音頻處理單元130的讀取頻率f2符合一收斂曲線(convergence curve),如圖3所示,意即動態調整讀取頻率f2,以將寫入頻率fl及讀取頻率f2的差值絕對值逐漸降低，以進行收斂。換句話說，控制器120依據收斂曲線調整讀取頻率f2表示將讀取頻率f2往寫入頻率Π接近。因在初始狀況下，寫入頻率f I及讀取頻率f2的差距是未知的，且寫入頻率fI為一固定頻率(視不同的USB麥克風而定而不可變動)，控制器120僅能由音頻信號暫存器140的存儲狀況來判斷寫入頻率Π或讀取頻率f2的關系。 在另一實施例中，控制器120每次對讀取頻率f2的調整，如果跨過寫入頻率Π，則減低下次調整頻率的頻率間距(frequency step)(例如將寫入頻率fl及讀取頻率f2的差值絕對值縮減一半)，且進行反向調整，意即若讀取頻率f2較寫入頻率f I大，則將讀取頻率f2降低，反之則將讀取頻率f2提高，調整后的讀取頻率為f3。其中“跨過寫入頻率Π”是指寫入頻率Π介于調整前的讀取頻率f2及調整后的讀取頻率f3之間。如果寫入頻率fl并未介于調整頻率f2及調整頻率f3，則同樣將下次調整頻率的頻率間距縮小，且持續同向調整讀取頻率f2，直到該次調整跨過寫入頻率Π，如圖2E所示。簡單來說，控制器120以一收斂曲線動態調整讀取頻率f2以接近fl,如圖3所示。在另一實施例中，控制器120以倍頻的方式調整I2S接口的讀取頻率f2。舉例來說，控制器120若具有200MHz的操作頻率F。，則操作頻率F。乘以一倍頻數x，再除以1000(非限定)，則可得到I2S接口所使用的讀取頻率f2，其可表示為下述公式: FC*X/1000=F2通過調整倍頻數X，則可進一步調整I2S接口的讀取頻率f2。圖4是顯示依據本發明一實施例的音頻信號暫存器的調整方法的流程圖。在步驟S410, USB麥克風110擷取聲音并輸出一音頻信號Al。在步驟S420，控制器120并以一第一頻率(寫入頻率Π)將音頻信號Al寫入至一音頻信號暫存器140。在步驟S430，音頻處理單元130以一第二頻率(讀取頻率f2)由該音頻信號暫存器140讀取該音頻信號Al，并據以進行一音頻處理。在步驟S440，控制器動態調整第二頻率，以使該第二頻率以一收斂曲線接近該第一頻率。其中收斂曲線如前述實施例所述，第二頻率與第一頻率的差距逐漸縮小，以避免造成音頻信號暫存器產生數據溢出或數據不足的現象。圖5是顯示依據本發明另一實施例的音頻信號暫存器的調整方法的流程圖，其中圖5的流程更詳細地介紹圖4的流程。在步驟S501，USB麥克風110進行收音并輸出一音頻信號Al。在步驟S502，USB麥克風110經由控制器120將音頻信號Al傳送至音頻處理單元130。更詳細地說，USB麥克風110通過USB接口以寫入頻率Π將音頻信號Al寫入至控制器120中的音頻信號暫存器140，且控制器120控制I2S接口以讀取頻率f2將音頻信號A2由音頻信號暫存器140讀取至音頻處理單元130。在步驟S503，控制器120判斷音頻信號暫存器140的所存儲的音頻信號是否已小于數據不足臨界值，如果是，則執行步驟S504，如果否，則執行步驟S505。在步驟S504，控制器120是將I2S接口的讀取頻率f2降低，并回到步驟S502。在步驟S505，控制器120判斷音頻信號暫存器140所存儲的音頻信號Al的數據量是否已大于數據溢出臨界值，如果是，則執行步驟S506，如果否，則回到步驟S502。在步驟S506，控制器120是將I2S接口的讀取頻率f2提高，并回到步驟S502。值得注意的是，當音頻處理系統100執行圖5的流程時，USB麥克風100持續通過USB接口將音頻信號Al存儲至音頻信號暫存器140，且音頻處理單元130亦持續通過I2S步驟由音頻信號暫存器140讀取音頻信號Al (步驟S502)。如果發生如前述實施例中調整后的讀取頻率f2并未跨過寫入頻率fl的情況，仍是進行步驟S502，但已縮小頻率間距，意即音頻信號Al持續由USB麥克風110通過控制器120以傳送至音頻處理單元130，待步驟S502執行后，再判斷音頻信號暫存器140是否超出數據不足臨界值或數據溢出臨界值。此夕卜，步驟S503與步驟S505的順序可互相置換。然而以上所述僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的范圍，即大凡依本發明申請專利范圍及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利范圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用以輔助專利文件搜尋之用，并非用以限制本發明的權利范圍。
權利要求
1.一種音頻處理系統，包括: 一收音裝置，用以收音并輸出一音頻信號； 一控制器，電性連接至該收音裝置，并以一第一頻率將該音頻信號寫入至一音頻信號暫存器；以及 一音頻處理單元，電性連接至該控制器，并以一第二頻率由該音頻信號暫存器讀取該音頻信號，并據以進行一音頻處理， 其中該控制器動態調整該第二頻率，以使該第二頻率以一收斂曲線接近該第一頻率。
2.按權利要求1所述的音頻處理系統，其中該控制器通過一第一傳輸接口以耦接至該收音裝置，且該音頻處理單元通過一第二傳輸接口以耦接至該控制器。
3.按權利要求2所述的音頻處理系統，其中該第一傳輸接口是USB接口，該第二傳輸接口是I2S接口。
4.按權利要求1所述的音頻處理系統，其中該控制器還依據該音頻信號暫存器的一存儲空間以設定一數據溢出臨界值及一數據不足臨界值。
5.按權利要求4所述的音頻處理系統，其中該控制器還判斷該音頻信號暫存器所存儲的該音頻信號是否小于該數據不足臨界值，當該音頻信號暫存器所存儲的該音頻信號小于該數據不足臨界值，該控制器將該第二頻率降低一第一頻率間距以產生一第三頻率。
6.按權利要求5所述的音頻處理系統，其中該第一頻率間距是該第一頻率與該第二頻率差值絕對值的一半。
7.按權利要求4所述的音 頻處理系統，其中該控制器還判斷該音頻信號暫存器所存儲的該音頻信號是否大于該數據溢出臨界值，當該音頻信號暫存器所存儲的該音頻信號大于該數據溢出臨界值，該控制器是將該第二頻率提高一第二頻率間距以產生一第四頻率。
8.按權利要求7所述的音頻處理系統，其中該第二頻率間距是該第一頻率與該第二頻率差值絕對值的一半。
9.一種音頻信號暫存器的調整方法，包括: 接收聲音并輸出一音頻信號； 以一第一頻率將該音頻信號寫入一音頻信號暫存器； 以一第二頻率由該音頻信號暫存器讀取該音頻信號；以及 動態調整該第二頻率，以使該第二頻率以一收斂曲線接近該第一頻率。
10.按權利要求9所述的音頻信號暫存器的調整方法，其中將該音頻信號通過一USB接口寫入該音頻信號暫存器，且由該音頻信號暫存器通過一 I2S接口讀取該音頻信號。
11.按權利要求9所述的音頻信號暫存器的調整方法，還包括: 依據該音頻信號暫存器的一存儲空間設定一數據溢出臨界值及一數據不足臨界值。
12.按權利要求11所述的音頻信號暫存器的調整方法，其中上述動態調整該第二頻率的步驟還包括: 判斷該音頻信號暫存器所存儲的該音頻信號是否小于該數據不足臨界值； 當該音頻信號暫存器所存儲的該數據量小于該數據不足臨界值，將該第二頻率降低一第一頻率間距以產生一第三頻率；以及 依據該第三頻率讀取該音頻信號。
13.按權利要求12所述的音頻信號暫存器的調整方法，其中上述動態調整該第二頻率的步驟還包括: 當該音頻信號暫存器所存儲的該數據量大于或等于該數據不足臨界值，判斷該音頻信號暫存器所存儲的該數據量是否大于該數據溢出臨界值； 如果是，將該第三頻率提高一第二頻率間距以產生一第四頻率，并依據該第四頻率由該音頻信號暫存器以讀取該音頻信號；以及 如果否，以該第三頻率由該音頻信號暫存器讀取該音頻信號。
14.按權利要求13所述的音頻信號暫存器的調整方法，其中該第一頻率間距是該第一頻率與該第二頻率差值的 絕對值的一半；該第二頻率間距是該第一頻率與該第三頻率差值的絕對值的一半。
全文摘要
本發明提供一種音頻處理系統及音頻信號暫存器的調整方法。該音頻處理系統，包括一USB(Universal Serial Bus)麥克風，用以收音并輸出一音頻信號；一控制器，耦接至USB麥克風，并以一第一頻率將音頻信號寫入至一音頻信號暫存器；以及一音頻處理單元，耦接至控制器，以一第二頻率由音頻信號暫存器讀取音頻信號，并據以進行一音頻處理，其中控制器動態調整第二頻率，以使第二頻率以一收斂曲線接近第一頻率。
文檔編號H04R3/00GK103093778SQ201110362768
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月2日
發明者鄭楷儒, 王穎杰, 黃國鈞, 段智維 申請人:廣達電腦股份有限公司