数字音频工作站中24位音频卡的设计[1].txt

音频工作站提出２４位音频处理卡实现方案

节目制作!"#$"%& ’%(")*%+)#, 
·电路设计·
数字音频工作站中
!" 位音频卡的设计
赵勇， 李健， 肖熙， 王作英
#清华大学电子工程系， 北京$%%%&"） 
【摘要】提出了一种基于’()*+!$&$()* 处理器的!" 位音频处理卡实现方案，可以完成
高保真立体声音频信号的录取、回放及进行,*-./’0123 层!实时编解码，重点分析了音频处理卡
的硬件设计，并进一步讨论在设计高品质数字音频电路中应注意的问题。
【关键词】数字音频工作站； 音频压缩；()* 芯片
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$ 引言! 硬件设计结构
数字音频工作站是以个人计算机（*P）为基本音频处理卡选用的()* 芯片’()* +!$&$ 是
载体的非线性数字音频系统， 其最基本的组成部分’( 公司推出的一种高速通用的$Q 位定点数字信
包括计算机、音频软件、音频处理卡。它把音频信号号处理芯片。其速度快，指令周期为R% 4A；内部存储
处理成数字方式， 基于计算机强大的数据处理能力空间大，含有&% F 字节的片内存储器，其中有$Q F 
完成音频的录制、编辑、播放及管理等，使众多操作字（!" 位） 的程序S’,，$Q F 字（$Q 位） 的数据
繁琐的音频制作过程集中在计算机上完成， 与传统S’,；接口灵活，有外部存储器接口和两个串行口， 
的音频制作相比，省去了大量周边辅助音频设备，并串行通信端口的设计适合与’(/(’ 模块之间音频
使得音频处理简洁高效， 让工作人员集中更多的注数据的传输；如果编程时能充分利用其并行运算、乘
意力于音频制作本身。加处理、块浮点运算等特性， 能够使得算法更为高
在音频工作站中， 无论编辑工作站还是播出服效。基于以上特点，在许多音频解码以及视频编解码
务器，都需要音频处理卡的支持，其各项音频指标也的产品中（ 如TP( 机、5>, 的,*-. 55 编码板等） 
主要由音频处理卡决定。音频工作站的音频处理要都普遍采用此芯片。另外，系统选用通用()* 芯片
求输出动态范围大，信噪比高，谐波失真小，音频卡代替专用编解码芯片，可以通过加载不同()* 运行
和外围设备（ 如调音台）相连时，必须提供标准接口， 程序来实现各种音频格式处理， 增加系统的灵活性
现有的*P 声霸卡很难满足要求。很多音频工作站和应用范围。
配置专门的数字音频处理卡， 结合相应的软件实现音频卡采用!" 位量化， 支持(T( ’0123 质量
各项功能。另外，电台节目一般采用,*-./’0123 层的音频标准。’( 转换芯片选用P?EA:;8 公司的
!的子带编码方案（ 即,*!），音频工作站中，录取P)URVQ，(’ 转换芯片选用P?EA:;8 公司的P)"RV% 。
和回放时,*! 码流的编解码由音频卡的()* 来完在录音过程中，音频信号经过滤波和衰减后，变成数
成，可减轻计算机的工作负担。字信号， 通过串行端口与()* 通信，()* 对数据缓
U" 《电声技术》!""# 年第$ 期总第#%& 期

* 节目制作
存，并根据格式要求进行实时压缩，当缓冲区满后， 
向主机发出中断， 主机的中断服务例程由891 的
:86; 接口读取缓冲数据。回放时，执行相逆过程， 
891 将数据解码后由串行端口传输1<6 码流给
8;<，8;< 转换后的模拟信号经滤波、放大后输出。
音频处理卡控制逻辑包括:9; 总线接口电路、
时序电路， 以及通信控制电路， 这里使用的芯片是
;=>?@; 公司6;%(### 系列中?16($!’9A<$## 。
时钟
发生器
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8;<
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891;891!$’$
接口
:9;总线
信号
输入
信号
输出
图$ 音频处理卡的硬件结构
音频处理卡提供二通道的平衡输入、二通道的
平衡输出和一耳机输出插孔。模拟音频端口为$* 芯
8 型插口， 和法国8:B:B@;6 公司的1<% 系列兼
容。结构如图$ 所示。
!"# 时钟产生
根据:9C$$($!D+ 的编解码标准， 系统应支持
的采样频率包括)’ .，))4$ .，+! .，!) .，!!4#* .， 
$, .，$$4#!* .，’ ./0 。系统中使用两片晶振，频率分
别是!)4*(, 6/0 和!!4*(& ! 6/0，由这两种频率分
频可以得到表$ 所列的任一种采样频率。;8< 和
8;< 是!" 调制方式，二者的输入信号6<=E 被用
来做!" 调制器的采样时钟和数字插值滤波器的时
钟，9<=E 是串行数据时钟。为了实现方便，超采样
倍数保持为,) 倍，6<=E 的时钟频率则为采样频率
的!*, 倍，即
!6<=EF!*,G!" 
!9<=EF,)G!" 
891 用可编程标志位123+44#5 设置控制逻辑需
要产生的6<=E 频率（ 见表$），并由6<=E 作为新
的时钟，通过计数产生9<=E 及其他时序信号。12+ 
作为两片晶振的选择位，得到基本时钟，123!44#5 可
以设置相应的分频倍数，6<=E 可由状态机来实现， 
20/30&4 -&506.&%6/
表$ 各种采样频率时钟的选择
采样频率123+44#5 选择晶振分频状态转换
-./0 -6/0 倍数
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图! 状态转换图
!"! 串行端口的时序及连接
在<HI"JKL 公司的;8<-8;< 中，提供了各种串
行总线传输方式，这里选用:!9 串行总线方式，即： 
设置<9*+&, 的状态位829 为高，设置<9)+&# 的数
据输入格式8:23!44#5 为,。:!9 串行总线在传输双声
道!) MNJ" 的时序关系如图+ 所示。信号=@<E 标识
数据的左、右声道，它的频率和采样频率!" 
相等。数
据98;>; 在9<=E 的上升沿锁存，98;>; 的69O 
（ 最高有效位）比
=@<E 的变化沿延
迟一个9<=E 周
期。9<=E# 是891 
的串行数据时钟， 
/
（）（）
B
国营第七九七厂
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主要产品：扬声器、传声器、音箱、声柱、功放等
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表$ 给出了相应的分频倍数和状态转换7 图! 给出
状态转换。和9<=E 反相。
《电声技术》!""# 年第$ 期总第#%& 期
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左声道右声道
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图. !"# $ "!# 的串行口时序