本實用新型屬于音頻處理裝置領域，具體是涉及一種嵌入式獨立聲音處理單元。

背景技術：

便攜音樂播放器，從SONY的Walkman開始到MP3的鼎盛時期以及蘋果的介入，播放器層出不窮。目前新的技術就是數(shù)字母帶音樂播放器。

但是由于目前的處理器主要用于通用設計，不針對高清數(shù)字音頻，因此在輸出各種格式的兼容性上有很大的問題。特別是高碼率的情況下面，很難通過傳統(tǒng)的I2S標準數(shù)字音頻總線輸出，就算通過I2S總線輸出，也會出現(xiàn)對新的數(shù)字格式SACD(DSD)的輸出不兼容，或者對新的多聲道格式無法兼容，已經無法滿足目前市場對數(shù)字音頻的要求。

另外由于音頻系統(tǒng)對各種延時相當敏感，因此造成了音頻數(shù)據(jù)在經過CPU這個復雜系統(tǒng)的時候，增加了不可控制的延時才能夠傳輸?shù)絀2S總線上去，因此極大影響了I2S總線輸出的效果，因此造成了同樣的文件通過網(wǎng)絡播放的效果不如在本地插U盤播放的效果好，無線網(wǎng)絡播放不如有線網(wǎng)絡播放好。為解決這個延時問題，各種解決方案層出不窮，比如單片機解決方案，純FPGA解決方案，USB解決方案，但都不太理想，因為如果不是基于網(wǎng)絡和很好的用戶體驗的情況下，這類單一產品正在被功能繁多的手機替代。理論上FPGA的解決方案最好，但是最大的問題是FPGA無法運行操作系統(tǒng)，而造成二次開發(fā)困難。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型是針對以上問題，提供一種運用嵌入式CPU模塊+聲音數(shù)據(jù)處理模塊的結構，在主流的嵌入式CPU模塊平臺外單獨植入，一次性解決內存延時及操作系統(tǒng)問題，還提出一種雙音頻輸出結構，實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的擴充以及對音樂資源的保護。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種嵌入式獨立聲音處理單元，包括聲音數(shù)據(jù)處理模塊和RAM，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊與所述RAM相連接，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊通過高速數(shù)據(jù)總線及傳統(tǒng)I2S總線與嵌入式CPU模塊相連，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊通過I2S/DSD總線分別與多路輸出數(shù)模轉換單元、多路輸入數(shù)模轉換單元連接。

進一步的，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊為FPGA現(xiàn)場可編程門陣列。

進一步的，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊為ASIC芯片。

更進一步的，所述RAM為若干片RAM芯片組成。

更進一步的，所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊與若干片獨立RAM一體化集成。

進一步的，所述高速數(shù)據(jù)總線兼容SDIO總線、RAM總線、NAND總線、高速SPI總線、PCI-E總線，以及其他CPU片上總線。

進一步的，所述嵌入式CPU模塊，由CPU外加1～3GB的內存和8～64GB的eMMC組成。

進一步的，所述嵌入式CPU模塊，由ARM芯片加DDR內存和外置儲存卡促成。

本實用新型還提供了一種應用上述嵌入式獨立聲音處理單元的雙音頻輸出結構，包括普通音頻數(shù)據(jù)接口和高清音頻數(shù)據(jù)接口；所述普通音頻數(shù)據(jù)接口通過I2S總線連接嵌入式CPU模塊，所述高清音頻數(shù)據(jù)接口通過聲音數(shù)據(jù)處理模塊和RAM組成的數(shù)據(jù)通道連接嵌入式CPU模塊。

進一步的，所述雙音頻輸出結構還包括異步采樣率轉換器，對2個通道的信號進行混音輸出。

本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型使用嵌入式CPU模塊+聲音數(shù)據(jù)處理單元結構，嵌入式CPU模塊將解碼后的數(shù)據(jù)儲存到聲音數(shù)據(jù)處理單元的RAM，然后聲音數(shù)據(jù)處理單元把RAM的數(shù)據(jù)通過音頻總線輸出，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中保證數(shù)據(jù)的實時和準確性；

(2)本實用新型屬于通用平臺增強型數(shù)字音頻處理系統(tǒng)，基于通用的處理器，利用其高速數(shù)據(jù)通道，解決目前嵌入式系統(tǒng)高清音頻處理內存延時的問題，解決了延時對音頻輸出質量影響嚴重的問題?？梢杂糜诙喾N嵌入式平臺,如手機，平板，多種開源系統(tǒng)如樹莓派等，適用于多種操作系統(tǒng)：如安卓，Ubuntu，Windows等操作系統(tǒng)之上；

(3)本實用新型的雙路音頻輸出結構的好處在于對系統(tǒng)功能的擴充以及對音樂資源的保護，因為目前網(wǎng)絡音樂播放的軟件相當?shù)亩?，但是沒有很好的保護，使用雙音頻輸出結構，如果沒有購買版權的，就通過普通音頻輸出，沒法輸出高品質音頻，而購買了版權的可以通過高清接口輸出，以便提供最大的高清音樂保護和更好的用戶體驗。

附圖說明

圖1是嵌入式系統(tǒng)的獨立聲音處理單元的結構圖。

圖2是現(xiàn)有的嵌入式CPU模塊音頻輸入及輸出結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述。

如附圖所示，一種嵌入式系統(tǒng)的獨立聲音處理單元，包括聲音數(shù)據(jù)處理模塊和RAM，聲音數(shù)據(jù)處理模塊與RAM相連接，嵌入式CPU模塊與聲音數(shù)據(jù)處理模塊通過高速數(shù)據(jù)總線及傳統(tǒng)I2S總線相連，聲音數(shù)據(jù)處理模塊通過I2S/DSD總線分別與多路輸出數(shù)模轉換單元、多路輸入數(shù)模轉換單元連接。

所述聲音數(shù)據(jù)處理模塊與RAM相連接，分別設置有若干個RAM，包括RAM-1、RAM-2、RAM…。

所述與聲音數(shù)據(jù)處理模塊連接的高速數(shù)據(jù)總線可兼容SDIO總線、RAM總線、NAND總線或者高速SPI總線、PCI-E總線或者其他CPU片上總線。

所述聲音處理單元：可以是FPGA(目前使用Xilinx公司的XC6SLX16)，也可以是把在FPGA實現(xiàn)的功能固化的定制ASIC芯片；

嵌入式CPU模塊：目前我們使用珠海炬力的S500和全志A64CPU外加1～3GB的內存和8～64GB的eMMC，組成的嵌入式CPU模塊，也可以是其他ARM芯片+DDR+外置儲存(比如TF卡，EMMC等)。

在打游戲的時候，大家都希望電腦外掛專用的顯示卡以提升顯示性能，顯示卡的處理器簡稱GPU(graphic processing unit)，有專業(yè)的圖像處理算法以及專門的設計公司。但對目前任何嵌入式系統(tǒng)都沒有把聲音處理單元集成到片內，即便到了今天蘋果的A9X芯片，也僅僅集中了GPU單元而忽略了聲音處理單元，本實用新型采用簡稱SPU(sound processing unit)。

本實用新型基于高端音品應用，第一次提出了SPU單元的概念，針對現(xiàn)在的高端音頻系統(tǒng)，沒有聲音處理單元的純CPU已經不滿足日益增長的對音頻品質的苛刻需求，需要更加復雜的高速數(shù)據(jù)總線，涵蓋多通道的SACD標準以及多通道的PCM標準。該處理器單元需要進行多種運算，如數(shù)字分頻、采樣率轉換、數(shù)字濾波、聲學分析、各種音頻格式轉換、同步、均衡器(EQ)以及必要的信號加工處理等，實際應用的算法嵌入式CPU的運算能力已經無法滿足其需求，從而設計增加了高速總線的聲音數(shù)據(jù)處理模塊。這個結構類似于現(xiàn)在的高端筆記本電腦的嵌入式圖形處理器外加專業(yè)圖形處理器的做法。

本實用新型的SPU可以是FPGA+多片RAM結構，或者是ASIC+多片RAM，也可以是定制的一體化包含2片以上獨立RAM的結構。

本實用新型所述高速數(shù)據(jù)總線可以兼容目前所有的音頻總線，如多通道的SACD(DSD)以及多通道的PCM總線。

本實用新型使用嵌入式CPU模塊+聲音數(shù)據(jù)處理模塊結構，嵌入式CPU模塊將解碼后的數(shù)據(jù)儲存到聲音數(shù)據(jù)處理模塊的RAM，然后聲音數(shù)據(jù)處理模塊把RAM的數(shù)據(jù)通過音頻總線輸出，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中保證數(shù)據(jù)的實時和準確性。

本實用新型可以讓原來標準的設備擁有2個音頻輸出接口，一個是普通的音頻數(shù)據(jù)接口，即CPU的傳統(tǒng)I2S音頻總線輸出接口；另外一個是高清音頻數(shù)據(jù)通道，即專用處理芯片+RAM1/RAM2，通過本實用新型的設置實現(xiàn)普通音頻和高清音頻之間的切換，也可以通過異步采樣率轉換對2個通道的信號進行混音輸出。

本實用新型采取雙路音頻輸出的好處在于對系統(tǒng)功能的擴充以及對音樂資源的保護，因為目前網(wǎng)絡音樂播放的軟件相當?shù)亩?，但是沒有很好的保護，在我們系統(tǒng)模塊之內，如果沒有購買版權的，就通過普通音頻輸出，沒法輸出高品質音頻，而購買了版權的可以通過我們的高清接口輸出，以便提供最大的高清音樂保護和更好的用戶體驗。

以上所述只是本實用新型較優(yōu)選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本實用新型技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本實用新型的保護范圍內。