專利名稱：語音錄音裝置及語音音頻編譯器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種語音錄音裝置及語音音頻編譯器(voice-bandaudio CODEC)，且特別涉及一種使用逐次逼近模數(shù)轉換器(successiveapproximation analog-to-digital converter，簡稱為SAR-ADC)的語音錄音裝置及語音音頻編譯器。
背景技術：
Δ-∑理論(三角積分理論)目前已廣泛應用于音頻產(chǎn)品上，諸如數(shù)字多功能光碟(DVDdigital versatile disc)播放機、MP3播放機、隨身聽、藍牙(Bluetooth)耳機、通用串行總線(USBuniversal serial bus)喇叭、因特網(wǎng)語音技術(voice over Internet protocol，簡稱為VoIP)等等。主要原因是Δ-∑架構的模擬數(shù)字轉換器(analog-to-digitalconverter，簡稱為ADC)與數(shù)字模擬轉換器(digital-to-analogconverter，簡稱為DAC)可提供較高的分辨率與較佳的音質。
但是，音頻產(chǎn)品中有許多應用，對錄音的質量要求是只著重在語音錄音(voice recording)水平的應用上，如低階消費性產(chǎn)品的錄音筆、玩具錄音、監(jiān)視器錄音與一般低階消費性MP3播放機錄音。而對于只需語音錄音質量的消費性產(chǎn)品采用一般的語音錄音電路來實現(xiàn)，雖然在效果上必定能達成目的，但卻造成了額外的功率消耗與增加晶片面積。因為此種電路多采用Δ-∑架構，而且為了實現(xiàn)雙聲道(stereo)的錄音功能，此種電路必定需要使用2個Δ-∑ADC來實現(xiàn)。若只用于語音錄音，如人聲錄音及一般語音記事此等錄音質量的低階應用來說，除了功率消耗較大，造成電池使用時間變短以外，電路面積也是額外增加的制造成本。因此，若使用高分辨率Δ-∑ADC來實現(xiàn)語音錄音等低階音頻應用，便顯得有效能浪費之虞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種語音錄音裝置，在雙聲道語音錄音的質量要求下，比公知技術有更低功率消耗與更小晶片面積等優(yōu)點。
本發(fā)明的另一目的是提供一種語音音頻編譯器，在雙聲道語音錄音的質量要求下，比公知技術同樣有更低功率消耗與更小晶片面積等優(yōu)點。
為達成上述及其他目的，本發(fā)明提出一種語音音頻編譯器，包括多路復用器(multiplexer)、逐次逼近模數(shù)轉換器(SAR-ADC)、脈碼調制數(shù)字電路(PCM code digital circuit，其中PCM為pulse codemodulation的縮寫)、第一三角積分式數(shù)字模擬轉換器(Δ-∑DAC)、以及第二三角積分式數(shù)字模擬轉換器。
其中，多路復用器根據(jù)第一時鐘信號交替輸出左聲道輸入信號與右聲道輸入信號。逐次逼近模數(shù)轉換器連接于多路復用器，以第二時鐘信號為操作頻率，將左聲道輸入信號與右聲道輸入信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號。脈碼調制數(shù)字電路在錄音時將逐次逼近模數(shù)轉換器的輸出信號從串行(serial)數(shù)字碼轉換為并行(parallel)數(shù)字碼，并且在放音時將并行數(shù)字碼通過超取樣數(shù)字濾波器(oversampling digitalfilter)作濾波與超取樣處理的后，分離為左聲道與右聲道的數(shù)字數(shù)據(jù)。第一及第二三角積分式數(shù)字模擬轉換器皆以第三時鐘信號為操作頻率，分別將脈碼調制數(shù)字電路輸出的左、右聲道數(shù)字數(shù)據(jù)從數(shù)字信號轉換為模擬信號。
上述的語音音頻編譯器，在一實施例中還包括可調增益放大器(programmable gain amplifier，簡稱為PGA)，以將多路復用器的輸出信號放大后提供至逐次逼近模數(shù)轉換器。
上述的語音音頻編譯器，在一實施例中還包括時鐘發(fā)生器，以根據(jù)第四時鐘信號產(chǎn)生上述的第一時鐘信號、第二時鐘信號、以及第三時鐘信號。
上述的語音音頻編譯器，在一實施例中還包括第一及第二低通濾波器(low pass filter，簡稱為LPF)，以分別濾除第一及第二三角積分式數(shù)字模擬轉換器的輸出信號中的高頻噪聲。
上述的語音音頻編譯器，在一實施例中還包括耳機放大器(headphone amplifier)，以將第一及第二低通濾波器的輸出信號放大后供耳機接收。
從另一觀點來看，本發(fā)明另提出一種語音錄音裝置，此語音錄音裝置即為上述語音音頻編譯器的前端錄音電路，因此不多加說明。
雖然SAR-ADC分辨率不如三角積分ADC，但用于語音錄音等低音頻產(chǎn)品已經(jīng)足夠，其優(yōu)點在于取樣頻率比Δ-∑ADC快速、電路面積較小且功率消耗較低。若將適當分辨率的SAR-ADC使用于語音錄音質量的音頻產(chǎn)品上，不但能達到語音錄音的目的及質量，而且在電路面積跟功率消耗上，都可以有顯著的效能提高，不失為一極佳的低階語音錄音音頻應用解決方案。
本發(fā)明提出的語音錄音裝置及語音音頻編譯器皆使用單一SAR-ADC來達成雙聲道語音錄音功能，因此，與采用2個Δ-∑ADC實現(xiàn)雙聲道語音錄音的傳統(tǒng)技術比較，具有更低功率消耗與更小晶片面積等優(yōu)點。
另外，可將上述的可調增益放大器整合至本發(fā)明的語音錄音裝置或語音音頻編譯器的前端錄音電路，以節(jié)省制造成本。還可將上述的耳機放大器整合至語音音頻編譯器的后端放音電路，如此語音音頻編譯器的輸出便可直接推動低阻抗的耳機而不需要外部放大器元件，以進一步節(jié)省制造成本。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的語音音頻編譯器架構圖。
圖2為圖1的語音音頻編譯器的錄音操作時鐘圖。
主要元件標記說明100語音音頻編譯器101多路復用器102可調增益放大器103逐次逼近模數(shù)轉換器104脈碼調制數(shù)字電路105時鐘發(fā)生器106、107三角積分式數(shù)字模擬轉換器108、109低通濾波器110耳機放大器具體實施方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的語音音頻編譯器100的架構圖。語音音頻編譯器100包括多路復用器101、可調增益放大器102、SAR-ADC 103、脈碼調制數(shù)字電路104、三角積分式DAC 106與107、低通濾波器108與109、耳機放大器110、以及時鐘發(fā)生器105。語音音頻編譯器100具有語音錄音(voice recording)及樂音放音(audioplayback)功能。
在錄音時，首先，多路復用器101接收左聲道輸入信號LIN與右聲道輸入信號RIN，并且根據(jù)時鐘信號Fs交替輸出左聲道輸入信號LIN與右聲道輸入信號RIN。在本實施例中，當時鐘信號Fs為邏輯0，多路復用器101輸出左聲道輸入信號LIN，若時鐘信號Fs為邏輯1，則多路復用器101輸出右聲道輸入信號RIN。而本發(fā)明其他實施例可以采用相反方式，也就是多路復用器101在時鐘信號Fs為邏輯1時輸出左聲道輸入信號LIN，在時鐘信號Fs為邏輯0時輸出右聲道輸入信號RIN。時鐘信號Fs定義為聲音的取樣頻率(samplingrate，例如8KHz或48KHz)。
可調增益放大器102對錄音的音量做調整，也就是將多路復用器101的輸出信號放大后提供至SAR-ADC 103?？烧{增益放大器102的調整增益值由信號GA[1:K]設定。
接下來，SAR-ADC 103以時鐘信號Fs_ADC為操作頻率，將來自可調增益放大器102的左聲道輸入信號LIN與右聲道輸入信號RIN從模擬信號轉換為數(shù)字信號。
最后，脈碼調制數(shù)字電路104將SAR-ADC 103的輸出信號從串行數(shù)字碼轉換為并行數(shù)字碼ADC_OUT。并行數(shù)字碼ADC_OUT可提供至外部的電路或裝置作進一步處理，或直接儲存。
依照此種架構，多路復用器101根據(jù)時鐘信號Fs來回切換，使SAR-ADC 103依時鐘信號Fs的頻率做取樣并輸出數(shù)字碼。若時鐘信號Fs的頻率為8KHz，則LIN/RIN便是被以8KHz的取樣頻率錄音。若時鐘信號Fs的頻率為48KHz，則LIN/RIN便是被以48KHz的取樣頻率錄音。如此便可達到使用單一SAR-ADC來做雙聲道語音錄音的功能。
要注意的是時鐘信號Fs與Fs_ADC的頻率之間有條件限制，即Fs_ADC的頻率≥2*Fs的頻率*N。其中N＝SAR-ADC 103處理一幀數(shù)據(jù)所需的時間＝SAR-ADC 103需要N個Fs_ADC的時鐘周期才能轉換完一幀數(shù)據(jù)。舉例來說，若時鐘信號Fs的頻率＝48KHz，N＝15，則時鐘信號Fs_ADC的頻率至少為1.44MHz。
如果在錄音時不需要調整音量，可以省略可調增益放大器102。此時多路復用器101會直接輸出至SAR-ADC 103。
圖2為語音音頻編譯器100的錄音操作時鐘圖。如圖2所示，當錄音開始時，時鐘信號Fs切換為邏輯0，因此左聲道輸入信號LIN的數(shù)據(jù)L1被SAR-ADC 103取樣，經(jīng)過N個時鐘信號Fs_ADC的周期后，L1出現(xiàn)在脈碼調制數(shù)字電路104輸出的并行數(shù)字碼ADC_OUT。然后，時鐘信號Fs切換為邏輯1，因此左聲道輸入信號RIN的數(shù)據(jù)R1被SAR-ADC 103取樣，經(jīng)過N個時鐘信號Fs_ADC的周期后，R1出現(xiàn)在并行數(shù)字碼ADC_OUT。依此類推。
為了符合樂音放音的規(guī)格要求，語音音頻編譯器100采用兩個Δ-∑DAC(106及107)。在放音時，脈碼調制數(shù)字電路104將外部電路或裝置提供的并行數(shù)字碼DAC_IN通過超取樣數(shù)字濾波器作濾波與超取樣處理之后，分離為左聲道與右聲道的數(shù)字數(shù)據(jù)。然后，Δ-∑DAC 106及107分別以時鐘信號Fs_DAC為操作頻率，將脈碼調制數(shù)字電路104輸出的左、右聲道數(shù)字數(shù)據(jù)從數(shù)字信號轉換為模擬信號。
接下來，低通濾波器108及109分別濾除Δ-∑DAC 106及107操作時可能產(chǎn)生的高頻噪聲，產(chǎn)生左、右聲道的線路輸出信號(line-out)LO及RO。最后，耳機放大器110將低通濾波器108及109的輸出信號放大后，輸出為左、右聲道的耳機輸出信號(headphone-out)LOH及ROH，供耳機接收。耳機放大器110為可調整增益的兩聲道放大器，其增益值由信號GD[1:J]設定。耳機輸出信號LOH及ROH可直接推動低阻抗的耳機，而不再需要外部放大器元件，如此便可節(jié)省制造成本。
如果Δ-∑DAC 106及107有極佳的輸出質量，不需要濾除高頻噪聲，可以省略低通濾波器108及109。在此情況下，Δ-∑DAC 106會直接輸出左聲道的線路輸出信號LO，Δ-∑DAC 107會直接輸出右聲道的線路輸出信號RO。另一方面，如果不需要耳機輸出，可以省略耳機放大器110。
本實施例的時鐘信號Fs、Fs_ADC以及Fs_DAC皆是時鐘發(fā)生器105根據(jù)時鐘信號CK而產(chǎn)生。這樣做主要有兩項優(yōu)點。第一是可以保證時鐘信號的同步，第二是可用外界提供的時鐘信號CK主控錄音與放音過程。由于時鐘信號Fs、Fs_ADC以及Fs_DAC都是根據(jù)時鐘信號CK產(chǎn)生，一旦CK停止，其他時鐘信號也跟著停止，錄音與放音過程自然也隨之結束。
除了上述的語音音頻編譯器100之外，本發(fā)明另有提出一種語音錄音裝置。此語音錄音裝置其實就是語音音頻編譯器的前端錄音電路。以圖1的語音音頻編譯器100為例，其對應的語音錄音裝置就是由多路復用器101、可調增益放大器102、SAR-ADC 103、脈碼調制數(shù)字電路104、以及時鐘發(fā)生器105所組成。上述語音錄音裝置的錄音工作原理和語音音頻編譯器100相同，因此不再贅述。
綜上所述，本發(fā)明提出的語音錄音裝置及語音音頻編譯器皆使用單一SAR-ADC來達成雙聲道語音錄音功能，因此，與采用2個Δ-∑ADC實現(xiàn)雙聲道語音錄音的傳統(tǒng)技術比較，具有更低功率消耗與更小晶片面積等優(yōu)點。
另外，本發(fā)明還可將可調增益放大器整合至語音錄音裝置或語音音頻編譯器的前端錄音電路，以節(jié)省制造成本。還可將耳機放大器整合至語音音頻編譯器的后端放音電路，如此便不需要外部放大器元件，可進一步節(jié)省制造成本。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與改進，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種語音錄音裝置，其特征是包括多路復用器，根據(jù)第一時鐘信號交替輸出左聲道輸入信號與右聲道輸入信號；以及逐次逼近模數(shù)轉換器，連接于該多路復用器，以第二時鐘信號為操作頻率，將該左聲道輸入信號與該右聲道輸入信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是該第二時鐘信號的頻率至少為該第一時鐘信號的頻率乘以2N，N為該逐次逼近模數(shù)轉換器處理一幀數(shù)據(jù)所需的該第二時鐘信號的周期數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是，若該第一時鐘信號為邏輯0，則該多路復用器輸出該左聲道輸入信號，若該第一時鐘信號為邏輯1，則該多路復用器輸出該右聲道輸入信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是，若該第一時鐘信號為邏輯1，則該多路復用器輸出該左聲道輸入信號，若該第一時鐘信號為邏輯0，則該多路復用器輸出該右聲道輸入信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是還包括可調增益放大器，將該多路復用器的輸出信號放大后提供至該逐次逼近模數(shù)轉換器。
6.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是還包括脈碼調制數(shù)字電路，將該逐次逼近模數(shù)轉換器的輸出信號從串行數(shù)字碼轉換為并行數(shù)字碼。
7.根據(jù)權利要求1所述的語音錄音裝置，其特征是還包括時鐘發(fā)生器，根據(jù)第三時鐘信號產(chǎn)生該第一時鐘信號與該第二時鐘信號。
8.一種語音音頻編譯器，其特征是包括多路復用器，根據(jù)第一時鐘信號交替輸出左聲道輸入信號與右聲道輸入信號；逐次逼近模數(shù)轉換器，連接于該多路復用器，以第二時鐘信號為操作頻率，將該左聲道輸入信號與該右聲道輸入信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號；脈碼調制數(shù)字電路，在錄音時將該逐次逼近模數(shù)轉換器的輸出信號從串行數(shù)字碼轉換為第一并行數(shù)字碼，并且在放音時將第二并行數(shù)字碼通過超取樣數(shù)字濾波器作濾波與超取樣處理之后，分離為左聲道與右聲道的數(shù)字數(shù)據(jù)；第一三角積分式數(shù)字模擬轉換器，以第三時鐘信號為操作頻率，將該脈碼調制數(shù)字電路輸出的左聲道數(shù)字數(shù)據(jù)從數(shù)字信號轉換為模擬信號；以及第二三角積分式數(shù)字模擬轉換器，以該第三時鐘信號為操作頻率，將該脈碼調制數(shù)字電路輸出的右聲道數(shù)字數(shù)據(jù)從數(shù)字信號轉換為模擬信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是該第二時鐘信號的頻率至少為該第一時鐘信號的頻率乘以2N，N為該逐次逼近模數(shù)轉換器處理一幀數(shù)據(jù)所需的該第二時鐘信號的周期數(shù)。
10.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是，若該第一時鐘信號為邏輯0，則該多路復用器輸出該左聲道輸入信號，若該第一時鐘信號為邏輯1，則該多路復用器輸出該右聲道輸入信號。
11.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是，若該第一時鐘信號為邏輯1，則該多路復用器輸出該左聲道輸入信號，若該第一時鐘信號為邏輯0，則該多路復用器輸出該右聲道輸入信號。
12.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是還包括可調增益放大器，將該多路復用器的輸出信號放大后提供至該逐次逼近模數(shù)轉換器。
13.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是還包括時鐘發(fā)生器，根據(jù)一第四時鐘信號產(chǎn)生該第一時鐘信號、該第二時鐘信號、以及該第三時鐘信號。
14.根據(jù)權利要求8所述的語音音頻編譯器，其特征是還包括第一低通濾波器，濾除該第一三角積分式數(shù)字模擬轉換器的輸出信號中的高頻噪聲；以及第二低通濾波器，濾除該第二三角積分式數(shù)字模擬轉換器的輸出信號中的高頻噪聲。
15.根據(jù)權利要求14所述的語音音頻編譯器，其特征是還包括耳機放大器，將該第一低通濾波器與該第二低通濾波器的輸出信號放大后供耳機接收。
全文摘要
一種語音錄音裝置及其衍生的語音音頻編譯器。此語音錄音裝置包括多路復用器、逐次逼近模數(shù)轉換器、以及脈碼調制數(shù)字電路。多路復用器根據(jù)第一時鐘信號交替輸出左聲道輸入信號與右聲道輸入信號。逐次逼近模數(shù)轉換器連接于多路復用器，以第二時鐘信號為操作頻率，將左聲道輸入信號與右聲道輸入信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號。脈碼調制數(shù)字電路將逐次逼近模數(shù)轉換器的輸出信號從串行數(shù)字碼轉換為并行數(shù)字碼。
文檔編號G10L19/00GK1968545SQ200510115369
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權日2005年11月16日
發(fā)明者陳宣帆, 蔡中培 申請人:旺玖科技股份有限公司