專利名稱：數(shù)字音頻處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字音頻處理，例如用于諸如高保真系統(tǒng)的音頻再現(xiàn)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
高保真系統(tǒng)可由用戶用諸如無線電調(diào)諧器、盒式磁帶播放/錄音機(jī)、光盤(CD)播放機(jī)、放大器和揚(yáng)聲器等獨(dú)立裝箱的元件來搭建。這些元件連接到一起，以便音頻信號能夠以模擬形式在它們之間傳遞，從源元件到放大器再到揚(yáng)聲器。這類系統(tǒng)一般較昂貴，因?yàn)槊總€元件需要單獨(dú)的封裝、電源和電路。
在集成高保真系統(tǒng)中，通常除揚(yáng)聲器外的所有元件都集成到一個封裝中。但是，在該封裝中，一般元件間在電路級的集成度較低，除了共享一個電源。一個典型的集成高保真系統(tǒng)包括許多音頻源裝置，如無線電調(diào)諧器、盒式磁帶播放/錄音機(jī)和光盤(CD)播放機(jī)，這些元件均具有專門的電子電路，以執(zhí)行與其特殊功能有關(guān)的處理。例如，一個典型的無線電調(diào)諧器具有解調(diào)、解碼和均衡接收到的信號的電路，盒式磁帶艙具有根據(jù)磁帶類型均衡從盒式磁帶中恢復(fù)出的數(shù)據(jù)的電路，而CD播放機(jī)具有糾正和檢測錯誤以及控制跟蹤和聚焦錯誤的電路。模擬音頻信號從系統(tǒng)的每一個這種部件產(chǎn)生。這些信號提供給公共電路，以便信號的音量和音調(diào)等特性在模擬范圍內(nèi)獲得控制，產(chǎn)生模擬輸出信號，提供給放大器和揚(yáng)聲器。
這樣的集成系統(tǒng)制造起來是復(fù)雜的。支持音頻裝置以及諸如開關(guān)矩陣、紅外遙控器和顯示器等用戶接口裝置的電路，涉及了很多分離的元件，這些元件必須以某種方式放置到電路板上，以便他們能夠裝入單個封裝中。因此，這種系統(tǒng)的元件和制造成本會相對昂貴；并且如果出現(xiàn)故障，找出眾多元件中的哪一個遭到了毀壞將需要花費(fèi)時間以及進(jìn)行技術(shù)上苛刻的測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)提供了一種音頻處理單元，該集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)包括一個用于從音頻數(shù)據(jù)源恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)的音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置，音響生成設(shè)備和一個用于用戶輸入音頻處理控制數(shù)據(jù)的用戶輸入裝置，音頻處理單元包括一個在集成電路上提供的數(shù)字處理器，該數(shù)字處理器連接到數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備和用戶選擇裝置，并且被配置為從數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置接收輸入音頻數(shù)據(jù)，根據(jù)音頻處理控制數(shù)據(jù)在數(shù)字范圍內(nèi)處理輸入音頻數(shù)據(jù)以生成一個音頻輸出信號，將該音頻輸出信號提供給音響生成設(shè)備，并控制音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的至少一個電機(jī)功能。
本發(fā)明的首選特性在所附的權(quán)利要求書中指出。


現(xiàn)在舉例并參照附圖描述本發(fā)明，附圖中圖1顯示了一個音頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖2顯示了圖1的系統(tǒng)中所使用的一個集成電路的結(jié)構(gòu)；以及圖3舉例說明了圖2的集成電路的數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)。
圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部件。
具體實(shí)施例方式
圖1的音頻系統(tǒng)旨在進(jìn)行音響再現(xiàn)，例如作為家用高保真系統(tǒng)。該音頻系統(tǒng)包括音頻源裝置、控制裝置和輸出裝置，均通過一個中央微處理器1連接。中央微處理器執(zhí)行來自包括數(shù)字范圍中的模擬音頻源的所有音頻源和諸如開關(guān)矩陣和紅外遙控器的用戶接口裝置的接口的信號的處理。以這種方式使用中央微處理器對于上述音頻系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)計(jì)是相當(dāng)有益的，因?yàn)樗试S的集成度大得多。因此，所需的元件更少，制造和測試更容易，并且產(chǎn)生的系統(tǒng)的尺寸和花費(fèi)都能減小。另外，這種類型的系統(tǒng)還可以用軟件方法定義系統(tǒng)功能，這樣，可大量生產(chǎn)單個硬件單元，并通過在其上運(yùn)行的軟件適應(yīng)具體應(yīng)用。
音頻源裝置一般為一個在2處顯示的無線電調(diào)諧器，一個在3處顯示的光盤播放機(jī)和一個在4處顯示的盒式磁帶播放/錄音機(jī)。更多裝置(但不僅限于此)，如DVD，小型磁盤或MP3播放機(jī)和/或錄音機(jī)，電視接收機(jī)和話筒，也能提供音頻輸入。
無線電調(diào)諧器2包括FM(調(diào)頻)天線200和AM(調(diào)幅)天線201。來自FM天線的信號在FM解調(diào)部件202中解調(diào)，解調(diào)方法是在203處與一個調(diào)諧信號混合，該調(diào)諧信號是在中央微處理器1控制下由合成器204產(chǎn)生的；并通過立體聲解碼器206解碼為左右立體聲信號。產(chǎn)生的模擬音頻信號通過207到達(dá)編解碼單元5?？勺冸娙荻壒?08用來在209處的調(diào)諧信號的控制下調(diào)諧AM接收，該調(diào)諧信號是通過合成器204從串行控制器20產(chǎn)生的。接收到的AM信號被解碼產(chǎn)生模擬音頻信號，該模擬音頻信號經(jīng)過213到達(dá)編解碼器單元5。選擇FM或AM接收是通過由來自串行控制器20的選擇信號214所控制的信號開關(guān)完成的。這樣無線電調(diào)諧器部分能夠在串行控制器20的控制下以某一選定的FM或AM頻率接收信號，并生成傳遞給編解碼器單元5的音頻輸出信號。
光盤(CD)播放機(jī)3具有傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測硬件，包括一對激光二極管301，跟蹤和聚焦發(fā)動機(jī)302、303和六個檢測二極管304-309。激光二極管在310處被來自串行控制器20的使能信號啟動。跟蹤、聚焦、滑動和轉(zhuǎn)軸驅(qū)動器由來自中央微處理器的噪聲形成DAC數(shù)字控制信號311、312、312a和312b控制。這些控制信號均由低通濾波器R-C網(wǎng)絡(luò)313、314、314a、314b轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便分別在319、320處提供驅(qū)動信號。檢測二極管304-309的輸出被放大并傳遞到包括低通濾波器和和/差電路的解碼單元321，以在322-324、324a處生成四個模擬輸出。這些輸出被sigma-delta調(diào)制器325-327、327a轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流，以在328-330、328a處形成傳遞到中央微處理器1的四個數(shù)字信號。四路比特流用于恢復(fù)從CD讀出的數(shù)據(jù)，以及將讀磁頭帶到CD上正確的聚焦和跟蹤定位點(diǎn)。這樣，當(dāng)CD播放機(jī)被串行控制器20使能時，就能夠在來自中央微處理器的數(shù)字信號311、312、312a、312b的控制下讀CD，并將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比特流返回到微處理器。CD和其支撐盤的驅(qū)動通常由發(fā)動機(jī)執(zhí)行，該發(fā)動機(jī)在圖1中未顯示。
盒式磁帶播放/錄音機(jī)4具有一對左400和右401讀/寫磁頭。磁帶從磁頭讀出的輸出402、403被放大器404、405放大，并作為左右模擬音頻信號經(jīng)過406、407到達(dá)編解碼器單元5。到磁頭的磁帶記錄輸入408、409由放大器410、411在412、413處通過從I2S接口10接收到的信號生成。I2S接口通過414、415處的來自微處理器1的數(shù)字信號生成模擬信號412、413，這兩路數(shù)字信號是左右音頻數(shù)據(jù)的數(shù)字表示。這樣，盒式磁帶播放/錄音機(jī)能夠讀盒式磁帶，在406、407處生成到達(dá)編解碼器單元5的音頻信號，并能夠在盒式磁帶上記錄由來自微處理器的414、415處的數(shù)字信號生成的模擬數(shù)據(jù)。發(fā)動機(jī)(未顯示)對盒式磁帶的驅(qū)動以及擦除頭(未顯示)的操作正常執(zhí)行。可支持多種磁帶機(jī)制。當(dāng)提供多種磁帶機(jī)制時，一種機(jī)制能夠記錄來自另一種機(jī)制的重放。
串行控制器20通過串行接口33連接到微處理器1。通過在該連接上發(fā)送的信號，微處理器可控制串行控制器的不同輸出。
音頻系統(tǒng)的控制裝置為開關(guān)矩陣7和遙控器8。開關(guān)矩陣7固定在用戶可操作的鍵盤上。開關(guān)矩陣7通過并行接口9直接連接到微處理器1。遙控器8發(fā)送紅外信號，該信號被連接到微處理器1的紅外接收機(jī)30接收。
音頻系統(tǒng)的輸出裝置為一個直接連接到微處理器1的LCD(液晶顯示)顯示塊11，以及一個包括左右功率放大器12、13和左右揚(yáng)聲器14、15的音頻輸出部分。顯示可由外部顯示控制器驅(qū)動。這對于采用其他技術(shù)的顯示尤其方便，例如真空熒光顯示或陰極射線管。功率放大器由31、32處的來自編解碼器5的左右模擬音頻輸出信號驅(qū)動。
只讀存儲器(ROM)16由總線17連接到微處理器1。ROM存儲處理器所執(zhí)行的軟件。
編解碼器5和I2S接口10執(zhí)行D/A和A/D轉(zhuǎn)換。編解碼器5有到微處理器1的連接，可將左右數(shù)字音頻輸入信號傳送到微處理器(連接21、22)，并從微處理器1傳遞出左右數(shù)字音頻輸出信號(連接23、24)。編解碼器有連接207、406、407，用于從無線電調(diào)諧器和盒式磁帶播放/錄音機(jī)接收模擬信號，以及連接31、32，用于向功率放大器12、13提供輸出信號。編解碼器還接收27處的來自微處理器1的源選擇信號。編解碼器中的A/D通路34響應(yīng)源選擇信號，可對音頻源2、4中被選中的那個音頻源的模擬信號進(jìn)行編碼，生成提供給微處理器1的左右數(shù)字音頻輸入信號。同時，編解碼器中的D/A通路35能夠解碼來自微處理器的左右數(shù)字音頻輸出信號，生成提供給功率放大器的模擬輸出。編解碼器使用標(biāo)準(zhǔn)編/解碼方案。I2S接口10具有到微處理器1的連接414、415，用于接收I2S格式的代表左右數(shù)字音頻信號的數(shù)字信號。I2S接口10將這些信號轉(zhuǎn)換為模擬形式，并在412、413處輸出它們，以便盒式磁帶播放/錄音機(jī)錄音。
圖1的結(jié)構(gòu)包括四個集成電路。一個集成電路承載了串行控制器20和支持無線電調(diào)諧器2、光盤播放機(jī)3和盒式磁帶播放/錄音機(jī)4的操作的專用電路。另一個集成電路承載了I2S接口10。第三個集成電路承載了編解碼器5。第四個集成電路承載了微處理器1。這些集成電路的任何一個或全部均可被集成，以便所需的單獨(dú)集成電路更少。音頻系統(tǒng)的所有元件最好安裝在一個封裝中，除了可能在單獨(dú)的盒中的話筒14、15，以及遙控器8。
操作時用戶用遙控器8或開關(guān)矩陣7選擇一個音頻源。來自音頻源的左右信道音頻信號以數(shù)字形式提供給微處理器，其格式或者為直接來自檢測電路的比特流格式(如果CD播放機(jī)是選中的源)，或者為來自編解碼器5的編碼后數(shù)字音頻格式(如果無線電調(diào)諧器或盒式磁帶播放/錄音機(jī)被選中)。在微處理器中，諸如音量、音調(diào)、均衡和糾錯的數(shù)字信號被處理，在23、24處生成數(shù)字形式的左右信道輸出信號，其處理方式將在下文描述。然后這些信號被轉(zhuǎn)換為模擬形式，并用來驅(qū)動話筒，產(chǎn)生來自數(shù)據(jù)源的信號的聽得見的表現(xiàn)形式。如果用戶選擇盒式磁帶播放/錄音機(jī)記錄來自其他音頻源的數(shù)據(jù)，則微處理器輸出信號在28、29處以數(shù)字形式輸出要錄音的信號，通過I2S接口10的D/A轉(zhuǎn)換后，信號的一種表現(xiàn)形式被盒式磁帶播放/錄音機(jī)記錄。應(yīng)注意，即使選中的源固有地生成模擬信號，例如像無線電調(diào)諧器和盒式磁帶艙那樣，它們的輸出也將先轉(zhuǎn)換為供處理器1進(jìn)行數(shù)字處理的數(shù)字形式，然后再返回到模擬范圍以供揚(yáng)聲器輸出。
圖2顯示微處理器1的結(jié)構(gòu)。微處理器包括一個多用數(shù)字信號處理器(DSP)100和一系列專用硬件單元101-119。處理器100運(yùn)行以加載并執(zhí)行存儲在ROM16中的程序代碼。專用硬件單元包括一個輸入/輸出接口陣列101-103、一個CD處理子系統(tǒng)114、一個RDS(無線數(shù)據(jù)系統(tǒng))處理子系統(tǒng)115、sigma-delta輸入電路116-118以及一個糾錯加速子系統(tǒng)(ECC)119。處理器100和專用硬件單元由總線120連接。這樣微處理器分為執(zhí)行軟件處理的以DSP100為代表的通用處理部分，以及一套執(zhí)行硬件處理的專用處理塊(特別是子系統(tǒng)114、115和119)。微處理器的這種劃分顯著增強(qiáng)了其性能。
輸入/輸出接口如下·UART101是一個標(biāo)準(zhǔn)的RS232型的異步串行接收/發(fā)射機(jī)。它使用八比特?cái)?shù)據(jù)，其中一個開始比特，一個結(jié)束比特。其用途主要是用于開發(fā)，但也可在制造中用于自我測試和診斷。
·四個DSDAC(噪聲形成DAC)102-105允許微處理器1提供多達(dá)4路脈沖寬度調(diào)制輸出。在圖1的系統(tǒng)中，這些輸出被用來控制CD系統(tǒng)中的聚焦和跟蹤驅(qū)動器以及轉(zhuǎn)軸和滑動發(fā)動機(jī)。NSDAC邏輯產(chǎn)生的比特流的平均值由DSP設(shè)置。參考輸出用于消除任何偏置，以便零輸出產(chǎn)生對驅(qū)動器的零驅(qū)動。
·存儲器控制器106控制定時以及流向外部存儲器16或其他應(yīng)用中可能連接到微處理器的類似外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)名義上解碼外部存儲器的三個存儲單元引導(dǎo)ROM、靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM，雖然引導(dǎo)ROM和靜態(tài)RAM解碼能夠?yàn)橥獠客鈬O(shè)備進(jìn)一步分解。DRAM中的定時、寬度(字節(jié)或字)和列數(shù)能夠被獨(dú)立編程。處理器能夠運(yùn)行來自快速內(nèi)部RAM和較慢的引導(dǎo)ROM的代碼，從而具有了處理器DSP和微控制器的特性。使用中，當(dāng)微控制器初次被激活時，存儲在ROM16中的軟件將被下載到微處理器上的本地隨機(jī)存取內(nèi)存中。
·AC97接口107提供一個到編解碼器5的接口，該編解碼器在本應(yīng)用中為一個AC97編解碼器。編解碼器5具有16比特立體聲ADC和DAC，以及五個立體聲輸入和立體聲輸出上的獨(dú)立增益調(diào)整。通過以音頻抽樣率的256倍速操作的一個256比特分組與AC97通信。AC97接口107允許DSP100通過以44.1kHz音頻抽樣率讀寫寄存器與AC97通信。
·I2S端口108提供到I2S接口10的連接。I2S是CD質(zhì)量DAC的串行接口的標(biāo)準(zhǔn)形式。如上文所述，此接口可用于在主AC97音頻輸出驅(qū)動功率放大器時向磁帶上記錄音頻(以不同的音調(diào)和音量設(shè)置)。
·紅外輸入109連接到紅外探測器30。輸入端口109測量指定的紅外轉(zhuǎn)換之間的時間，檢測和翻譯紅外指令，然后中斷處理器10，以便紅外指令被處理。通過這種方法，紅外裝置使用戶能夠進(jìn)行正常控制，例如音量調(diào)整、音頻源選擇、無線電波段和頻道選擇、音調(diào)調(diào)整以及磁帶和CD位置和播放控制。
·串行接口(SPI)110連接到串行連接部件33并允許DSP100與串行控制器20通信。通過此接口，DSP100可發(fā)布指令，控制串行控制器20的輸出。這為在不需要微處理器1本身直接連接到無線電調(diào)諧器和CD播放機(jī)的情況下控制這些裝置的操作提供了方便的辦法。要使能CD播放機(jī)，DSP100在總線120上發(fā)送一個信號到SPI110，使SPI在串行連接部件33上發(fā)送一個CD使能信號。串行控制器存儲CD使能標(biāo)志。在接收到CD使能信號后，串行控制器設(shè)置CD使能標(biāo)志，并通過310處的輸出信號啟動CD。要禁用CD播放機(jī)，DSP100在總線120上發(fā)送一個信號到SPI110，使SPI在串行連接部件33發(fā)送CD禁用信號。在收到CD禁用信號后，串行控制器清除CD使能標(biāo)志，并通過310處的輸出信號禁用CD。類似地，串行控制器存儲了無線電調(diào)諧器2的操作標(biāo)志，例如調(diào)諧器使能標(biāo)志和波段選擇標(biāo)志，這些標(biāo)志由來自SPI110的相應(yīng)消息控制。串行控制器20可存儲附加標(biāo)志，提供附加功能。這種安排方式可減少微處理器1的輸出數(shù)。不是微處理器本身具有用于串行控制器20提供的每個信號的獨(dú)立輸出引腳，而是微處理器1和串行接口20之間有一個簡單的串行接口。
·通用I/O(GPIO)塊111代表多個(如64個)通用I/O引腳。這些引腳可用作輸入或輸出。它們可用于驅(qū)動顯示、讀開關(guān)或與外圍設(shè)備(相對地)慢通信。GPIO塊連接到開關(guān)矩陣7和顯示器11。由于提供了大量引腳，其中每一個引腳都能在軟件指令下被DSP100獨(dú)立控制，因此GPIO為微處理器適應(yīng)具有不同顯示單元和不同開關(guān)輸入的不同實(shí)施方式提供了方便的手段。一旦GPIO已被連接到這些裝置，則DSP100和裝置之間的相互作用由所使用的軟件決定。
·盒式磁帶噪聲形成DAC(CDAC)113旨在允許使用微處理器1的高保真系統(tǒng)制造商提供低成本磁帶錄音解決方案。該塊的構(gòu)造與NSDAC相同，但這些塊的運(yùn)行速度為44.1KHz。如果使用CDAC輸出，則不需要外部I2S DAC，并且圖1中412、413處的盒式磁帶錄音信號能夠由微處理器1的CDAC113直接提供。這樣能減小電路板面積、元件數(shù)和制造成本。
CD處理子系統(tǒng)114執(zhí)行從CD播放機(jī)3接收的數(shù)據(jù)的解碼，生成自CD恢復(fù)的音頻數(shù)據(jù)。CD處理子系統(tǒng)114包括數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)130、移位寄存器(SR)131、14-8解碼器(FED)132、子碼模塊133、數(shù)據(jù)緩沖器134以及控制130-134單元的定時和控制模塊135。數(shù)字鎖相環(huán)130恢復(fù)來自CD數(shù)據(jù)的比特時鐘。CD數(shù)據(jù)中的轉(zhuǎn)換應(yīng)發(fā)生在時鐘轉(zhuǎn)換期。此邏輯合成一個恢復(fù)時鐘，并且如果數(shù)據(jù)提前或推遲，則增大或減小恢復(fù)出的時鐘頻率作為補(bǔ)償。恢復(fù)出的時鐘與系統(tǒng)時鐘同步。這樣就引入了一個+/-半系統(tǒng)時鐘周期的抖動。對于67MHz的系統(tǒng)時鐘，這代表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換間的最小間隔的1％。DPLL頻率可被DSP讀出以控制磁盤的速度。DPLL的初始頻率以及比例和積分反饋通路中的增益均能被DSP設(shè)置，以控制采集時間和穩(wěn)定性。移位寄存器將來自磁盤的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行符號。它還用于檢測同步符號。14-8解碼器將數(shù)據(jù)從其在CD中存儲的14比特的格式轉(zhuǎn)換為在DSP100中使用的8比特(1字節(jié))的格式。當(dāng)CD數(shù)據(jù)被記錄時，每8比特字節(jié)編碼為14信道比特。每一信道比特對應(yīng)記錄后的數(shù)據(jù)的一個轉(zhuǎn)換。因此FED將每一組14個接收到的信道比特翻譯為單個8比特字節(jié)的音頻數(shù)據(jù)?；謴?fù)出的字節(jié)傳遞給子碼模塊和數(shù)據(jù)緩沖器。子碼模塊133檢測子碼同步符號并從接收到的幀中提取子碼字節(jié)。子碼模塊連接到數(shù)據(jù)總線120，以輸出子碼信息。數(shù)據(jù)緩沖器134緩沖接收到的音頻數(shù)據(jù)，以提高DSP100所執(zhí)行的去交錯的效率。來自CD的數(shù)據(jù)依次寫入數(shù)據(jù)緩沖器134中的三個緩沖器中。每個緩沖器可容納32字節(jié)，或接收到的音頻數(shù)據(jù)的一幀。數(shù)據(jù)緩沖器134連接到總線120，通過該總線DSP100能夠訪問數(shù)據(jù)緩沖器134的緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)緩沖器134被設(shè)置為使DSP不能訪問正在寫入接收到的數(shù)據(jù)的緩沖器，但能訪問已寫入數(shù)據(jù)的前兩個緩沖器。這使得DSP能夠在不復(fù)制數(shù)據(jù)的情況下執(zhí)行去交錯的第一階段。
RDS處理子系統(tǒng)115從接收到的無線電信號中提取RDS數(shù)據(jù)，并在總線120上提供RDS數(shù)據(jù)。
CD系統(tǒng)3中有三個Sigma Delta ADC 325-327(見圖1)，它們提供代表聚焦錯誤328、跟蹤錯誤329和中央孔徑330的信號。這些信號均為代表各自信號幅度的比特流形式。Sigma delta輸入116-118均分別連接到ADC325-327中的一個。Sigma delta輸入以預(yù)置的抽樣周期重復(fù)計(jì)數(shù)各自的比特流中的二進(jìn)制的1，并將各自的計(jì)數(shù)結(jié)果提供給總線120。該結(jié)果可被DSP100用來確定聚焦和跟蹤錯誤，以便通過NSDAC102-105中的兩個控制聚焦和半徑伺服303、302。該結(jié)果(特別是中央孔徑數(shù))還可以通過總線120傳遞到DPLL130，作為輸入到CD子系統(tǒng)114的基本數(shù)據(jù)。
DSP100在來自ROM16的軟件的控制下對接收自CD子系統(tǒng)114的數(shù)據(jù)進(jìn)行Reed-Solomon糾錯。在糾錯操作過程中，要求DSP100確定接收到的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)子(syndrome)。這可以在軟件中執(zhí)行，但要向當(dāng)前校驗(yàn)子“加”一個字節(jié)，將占用軟件中的約20條指令。這樣，在CD數(shù)據(jù)率下，每秒將消耗DSP100的約1千萬條指令。糾錯加速(ECC)塊用于加速此過程。ECC塊可通過總線120與DSP100通信。ECC塊執(zhí)行校驗(yàn)子計(jì)算，并響應(yīng)來自DSP的指示消息，返回指示要加到當(dāng)前校驗(yàn)子上的字節(jié)的消息。這樣，通過將DSP100確定校驗(yàn)子的負(fù)荷減少到每接收一個數(shù)據(jù)字節(jié)用一條指令，加速了校驗(yàn)子計(jì)算任務(wù)。
DSP100以67MHz的時鐘速率操作，但也可使用其他速率。DSP100是一個通用處理器，它在軟件的控制下，通過總線120接收數(shù)據(jù)，處理該數(shù)據(jù)，并通過相同的總線輸出數(shù)據(jù)。
DSP100的結(jié)構(gòu)如圖3所示。該DSP具有八個32位寄存器160。這些寄存器可用于保存地址或數(shù)據(jù)。當(dāng)寄存器用于提供地址時，它與一個五比特偏置(變址尋址indexed addressing)結(jié)合，允許對小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單周期訪問。DSP100包括32位算術(shù)邏輯單元(ALU)161。DSP100的RAM162-164可在微處理器1的集成電路或外部RAM芯片上提供。該RAM可以是SRAM和DRAM的混合。有三個存儲單元被外部存儲器控制器解碼，兩個靜態(tài)的一個動態(tài)的。每個存儲單元的速度和寬度可獨(dú)立調(diào)整。外部存儲器可為8或16比特寬。外部存儲器控制器在某種程度上將此隱蔽，并允許對外部存儲器的8或16比特存取。復(fù)位后處理器執(zhí)行來自靜態(tài)存儲器的一個存儲單元的指令。其意圖是速度很重要的操作(如數(shù)字濾波器)的代碼能夠傳遞到快速內(nèi)部程序RAM，并在其中執(zhí)行，而慢速操作(如用戶接口)的代碼可直接從引導(dǎo)EPROM執(zhí)行。另外，DSP包括SP和PC寄存器165、標(biāo)志存儲166、專用比特移位單元167、專用乘法單元168和外部存儲器控制器169。DSP的塊由總線170連接。
操作時，用戶通過打開系統(tǒng)電源使能圖1的音頻系統(tǒng)。除電池供電的遙控器8外，音頻系統(tǒng)的所有設(shè)備具有公共的電源(圖中未顯示出)，雖然系統(tǒng)的不同元件可能具有來自電源的不同電壓。當(dāng)其被打開時，微處理器1啟動并從ROM16加載操作軟件。要加快執(zhí)行速度可將軟件存儲在本地RAM中。通過開關(guān)矩陣7和/或遙控器8，用戶可向DSP100提供指示下列信息的數(shù)據(jù)·音頻輸入單元2、3、4中的哪一個將提供通過話筒14、15的重放的音頻源；·如果源為CD或磁帶播放機(jī)，則該單元是處于播放、暫?；蛲Ｖ鼓Ｊ剑€是要索引前進(jìn)或倒退。
·音響重放的音量、音調(diào)和其他處理效果的設(shè)置；·音響是否還被盒式磁帶播放/錄音機(jī)4記錄。
還可能提供其他信息。用戶設(shè)置被提供給微處理器1的GPIO塊111，然后通過總線120到達(dá)DSP100，DSP100將設(shè)置存儲在RAM，以便在軟件執(zhí)行時這些設(shè)置可用。
如果無線電調(diào)諧器被選中為音頻源，則DSP100通過端口110向串行控制器20發(fā)送合適的調(diào)諧器使能和選擇信號。然后調(diào)諧器被串行控制器20啟動。來自調(diào)諧器的模擬音頻信號被編解碼器5轉(zhuǎn)換到數(shù)字范圍，并提供給AC97接口107。數(shù)字信號從該處通過總線120傳遞到DSP100，DSP100在其程序軟件的控制下根據(jù)用戶對音量、音調(diào)等的設(shè)置轉(zhuǎn)換數(shù)字信號。另外，特別地，如果正在接收FM無線電信號，數(shù)字音頻信號將受到頻率均衡，以解決任何用在信號傳輸中的壓縮或類似的問題。DSP100的軟件包括一個或多個用于無線電均衡的預(yù)置處理例程以及用于均衡接收到的音頻數(shù)據(jù)的相應(yīng)例程。產(chǎn)生的信號通過AC97接口107輸出到編解碼器5。AC97接口將信號轉(zhuǎn)換回模擬范圍，并將其輸出到放大器和話筒12-15。
如果CD播放機(jī)被選中為音頻源，則DSP100通過端口110向串行控制器20發(fā)送相應(yīng)的CD播放機(jī)使能和選擇信號。然后CD播放機(jī)被串行控制器20啟動。同時，DSP100直接通過NSDAC102-105控制CD播放機(jī)的伺服。來自CD播放機(jī)的原始比特流數(shù)據(jù)在sigma delta輸入116-118處被微處理器1接收。通過數(shù)據(jù)總線120，該數(shù)據(jù)被提供給DSP100和CD子系統(tǒng)114。DSP使用該數(shù)據(jù)確定任何跟蹤或聚焦錯誤，并將輸出相應(yīng)調(diào)整到跟蹤和聚焦伺服。同時，CD子系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)解碼為存儲在數(shù)據(jù)緩沖器134的緩沖器中的八比特字節(jié)。DSP100按照上文所述的方式讀緩沖器，執(zhí)行接收到的數(shù)據(jù)的去交錯，然后在接收到的數(shù)據(jù)上執(zhí)行糾錯，生成來自CD的脈沖編碼調(diào)制數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。然后該數(shù)據(jù)可被DSP100轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)字音頻形式。然后DSP100在其程序軟件的控制下根據(jù)用戶對音量、音調(diào)等的設(shè)置轉(zhuǎn)換該數(shù)字音頻數(shù)據(jù)形式。產(chǎn)生的信號通過AC97接口107輸出到編解碼器5。AC97接口將信號轉(zhuǎn)換回模擬范圍，并將其輸出到放大器和話筒12-15。
如果盒式磁帶播放/錄音機(jī)被選中為音頻源，則DSP100通過端口110向串行控制器20發(fā)送相應(yīng)的盒式磁帶播放/錄音機(jī)使能和選擇信號。然后盒式磁帶播放機(jī)由串行控制器20通過圖1未顯示的信號啟動。來自盒式磁帶播放/錄音機(jī)的模擬音頻信號被編解碼器5轉(zhuǎn)換為數(shù)字范圍，并提供給AC97接口107。數(shù)字信號從該處通過總線120傳遞到DSP100，DSP100在其程序軟件的控制下根據(jù)用戶對音量、音調(diào)等的設(shè)置轉(zhuǎn)換數(shù)字信號。另外，數(shù)字音頻信號將受到頻率均衡，以解決所使用的盒式磁帶的類型。磁帶類型可由用戶輸入或由盒式磁帶艙檢測，并通過接口111提供給微控制器。DSP100的軟件包括用于磁帶均衡的預(yù)置處理例程和用于均衡接收到的音頻數(shù)據(jù)的相應(yīng)例程。產(chǎn)生的信號通過AC97接口107輸出到編解碼器5。AC97接口將信號轉(zhuǎn)換回模擬范圍，并將其輸出到放大器和話筒12-15。
如果用戶指示盒式磁帶播放/錄音機(jī)從選中的音頻源錄音，則產(chǎn)生的信號除通過AC97接口107輸出到編解碼器5外，還通過I2S端口108輸出到I2S接口10。在I2S接口信號被轉(zhuǎn)換回模擬范圍并輸出到盒式磁帶播放/錄音機(jī)。信號在輸出到I2S接口時將不會受到輸出到編解碼器5的信號所受的某些處理。例如，音量和音調(diào)處理可能不應(yīng)用于這些信號。一般更希望相應(yīng)的磁帶類型均衡應(yīng)用于信號。
除上文描述的音頻處理外，DSP100向顯示器提供輸出，指示其狀態(tài)。該輸出可對諸如音量或無線波段設(shè)置的用戶輸入提供確認(rèn)，或指示從使用中的音頻源獲得的數(shù)據(jù)，例如CD跟蹤數(shù)據(jù)或RDS數(shù)據(jù)。
值得欣賞的是圖1的系統(tǒng)可以以多種方式變化。例如，話筒14、15可被耳機(jī)或其他提供聽得見的信號的手段取代或補(bǔ)充?？商峁└郊踊虿煌囊纛l源，如小型磁盤或DVD(數(shù)字視頻磁盤)。
申請人要引起注意的事實(shí)是，本發(fā)明可包含這里非明確或明確揭示的任何特性或特性組合，或推廣，并不限于本權(quán)利要求書的任何一條的范圍。查看前文的描述后，對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，顯然可在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)的一種音頻處理單元，其中集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)包括一個用于從音頻數(shù)據(jù)源恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)的音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備和一個用于用戶輸入音頻處理控制數(shù)據(jù)的用戶輸入裝置，該音頻處理單元包括一個由一個集成電路提供的數(shù)字處理器，該數(shù)字處理器連接到數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備和用戶選擇裝置，并被安排為從數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置接收輸入的音頻數(shù)據(jù)，根據(jù)音頻處理控制數(shù)據(jù)在數(shù)字范圍內(nèi)處理輸入的音頻數(shù)據(jù)，生成一個音頻輸出信號，將該音頻輸出信號提供給音響生成設(shè)備，并控制音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的至少一個電機(jī)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻處理單元，其中音頻再現(xiàn)系統(tǒng)包括用于從第二個音頻數(shù)據(jù)源恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置，以及一個用于選擇數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置之一的用戶選擇裝置，第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置和用戶選擇裝置連接到音頻處理單元，其中為生成音頻輸出信號，數(shù)字處理器可處理從用戶選擇裝置選中的第一數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置和第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置之一接收到的輸入音頻數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音頻處理單元，其中數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置之一能夠從模擬數(shù)據(jù)源恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻處理單元，其中音頻處理單元包括一個用于將從模擬數(shù)據(jù)源恢復(fù)出的模擬音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為供數(shù)字處理器處理的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻處理單元，其中模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器在上述集成電路上提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻處理單元，其中模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器在第二集成電路上提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一個所述的音頻處理單元，其中第一數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置是無線電接收機(jī)或盒式磁帶播放/錄音機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任意一個所述的音頻處理單元，其中第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置能夠從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器被連接為接收來自上述第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的數(shù)字形式的音頻數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的音頻處理單元，其中第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置為光盤播放機(jī)、數(shù)字視頻磁盤播放機(jī)、MP3播放機(jī)或小型磁盤播放機(jī)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中音響生成設(shè)備包括一個放大器和至少一個音響生成器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的音頻處理單元，其中音響生成器為一個揚(yáng)聲器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的音頻處理單元，其中放大器是一個D類放大器，并且音頻輸出信號是D類信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的音頻處理單元，其中放大器是一個模擬放大器，并且音頻處理單元包括一個用于將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換到模擬范圍以形成音頻輸出信號的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的音頻處理單元，其中數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器在上述提供數(shù)字處理器的集成電路上提供。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的音頻處理單元，其中數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器在第二集成電路上提供。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的音頻處理單元，且權(quán)利要求16是權(quán)利要求6的從屬權(quán)利要求，其中數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器在同一集成電路上提供。
18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中承載數(shù)字處理器的集成電路直接連接到數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備、用戶選擇裝置、用戶輸入裝置和用戶輸出裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任意一個所述的音頻處理單元，其中音頻處理單元包括一個連接在該數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置或任一數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置和集成電路之間的預(yù)處理部分，預(yù)處理部分包括模擬電路，該模擬電路用于對來自數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的音頻信號在模擬范圍內(nèi)執(zhí)行預(yù)處理以生成所述輸入音頻數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的音頻處理單元，其中預(yù)處理部分具有一個用于控制模擬電路的操作的控制單元，控制單元由串行接口連接到數(shù)字處理器，數(shù)字處理器通過該串行接口能控制該控制單元的操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的音頻處理單元，其中控制單元包括多個用于存儲模擬電路的控制狀態(tài)的狀態(tài)存儲器，一個連接到串行接口的輸入端口，用于接收來自數(shù)字處理器的信號并根據(jù)這些信號設(shè)置狀態(tài)存儲器，以及一個用于根據(jù)狀態(tài)存儲器的狀態(tài)生成模擬電路的控制信號的輸出端口。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21所述的音頻處理單元，其中預(yù)處理部分與數(shù)字處理器在同一集成電路上提供。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至21所述的音頻處理單元，其中預(yù)處理部分在另一個集成電路上提供。
24.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器被安排為在數(shù)字范圍內(nèi)處理輸入音頻數(shù)據(jù)，以便在輸入音頻數(shù)據(jù)上執(zhí)行頻率均衡。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的音頻處理單元，且權(quán)利要求24是權(quán)利要求2的直接或間接從屬權(quán)利要求，其中頻率均衡取決于第一數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置或第二數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置中的哪一個被用戶選擇裝置選中。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器能夠執(zhí)行無線電信號頻率均衡以進(jìn)行無線電信號整形。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任意一個所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器能夠執(zhí)行頻率均衡以進(jìn)行盒式磁帶信號整形。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的音頻處理單元，其中數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置是一個能夠感知盒式磁帶艙中使用的磁帶的類型并根據(jù)其感知將磁帶類型信號提供給音頻處理單元的盒式磁帶艙，并且音頻處理單元能夠根據(jù)磁帶類型信號執(zhí)行頻率均衡。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的音頻處理單元，其中音頻再現(xiàn)系統(tǒng)包括一個連接到音頻處理單元的用于用戶輸入磁帶類型信息的用戶輸入裝置，并且音頻處理單元能夠根據(jù)磁帶類型信息執(zhí)行頻率均衡。
30.根據(jù)權(quán)利要求2至29中任意一個所述的音頻處理單元，其中數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置之一是一個能夠記錄音頻信號的盒式磁帶艙，并且音頻處理單元能夠在數(shù)字范圍內(nèi)處理輸入音頻數(shù)據(jù)，生成盒式磁帶輸出信號，并將該盒式磁帶輸出信號提供給盒式磁帶艙記錄。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的音頻處理單元，其中音頻處理單元包括一個用于將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換到模擬范圍以形成盒式磁帶輸出信號的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的音頻處理單元，其中數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器在所述提供處理單元的集成電路上提供。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的音頻處理單元，且權(quán)利要求31是權(quán)利要求4的從屬權(quán)利要求，其中數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器與上述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器在不同的集成電路上提供。
34.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器可在軟件控制下操作。
35.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中數(shù)字處理器被安排為對接收到的音頻信號進(jìn)行糾錯。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的音頻處理單元，其中音頻處理單元包括一個響應(yīng)數(shù)字處理器的、向音頻處理單元提供校驗(yàn)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)子計(jì)算單元。
37.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，所述提供處理單元的集成電路被安排為對接收到的音頻信號進(jìn)行去交錯。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的音頻處理單元，包括一個可由處理單元訪問的用于存儲接收到的音頻數(shù)據(jù)的緩沖器單元，該緩沖器單元包括三個緩沖器，且緩沖器單元被安排為在連續(xù)的緩沖器中存儲接收到的數(shù)據(jù)，并使得當(dāng)前存儲數(shù)據(jù)的緩沖器不能被處理單元訪問。
39.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中電機(jī)功能為讀磁頭相對于音頻數(shù)據(jù)源的定位。
40.根據(jù)權(quán)利要求1至38中任意一個所述的音頻處理單元，其中電機(jī)功能包括數(shù)據(jù)源的移動。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的音頻處理單元，其中電機(jī)功能為數(shù)據(jù)源移動的速度控制。
42.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的音頻處理單元，其中電機(jī)功能在軟件控制下執(zhí)行。
全文摘要
一個集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)的音頻處理單元，其中集成音頻再現(xiàn)系統(tǒng)包括一個用于從一個音頻數(shù)據(jù)源(2、3、4)恢復(fù)音頻數(shù)據(jù)的音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備(14、15)和一個用于用戶輸入音頻處理控制數(shù)據(jù)的用戶輸入裝置，音頻處理單元包括一個在集成電路上提供的數(shù)字處理器(1)，該數(shù)字處理器連接到數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置、音響生成設(shè)備和用戶選擇裝置并被安排為從數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置接收輸入音頻數(shù)據(jù)，根據(jù)音頻處理控制數(shù)據(jù)在數(shù)字范圍內(nèi)處理輸入音頻數(shù)據(jù)以生成一個音頻輸出信號，將音頻輸出信號提供給音響生成設(shè)備，以及控制音頻恢復(fù)裝置的至少一個電機(jī)功能。
文檔編號G11B31/00GK1436350SQ0181102
公開日2003年8月13日 申請日期2001年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月12日
發(fā)明者馬丁·J·布倫南 申請人:全球硅有限公司