節目制作!"#$"%& ’%(")*%+)#, 
·電路設計·
數字音頻工作站中
!" 位音頻卡的設計
趙勇， 李健， 肖熙， 王作英
#清華大學電子工程系， 北京$%%%&"） 
【摘要】提出了一種基于’()*+!$&$()* 處理器的!" 位音頻處理卡實現方案，可以完成
高保真立體聲音頻信號的錄取、回放及進行,*-./’0123 層!實時編解碼，重點分析了音頻處理卡
的硬件設計，并進一步討論在設計高品質數字音頻電路中應注意的問題。
【關鍵詞】數字音頻工作站； 音頻壓縮；()* 芯片
【!"#$%&’$ 】’4 56789694:;:234 3< !" =2: ’*> #’0123 *?3@9AA3? >3;?1B =;A91 34 ’()*+!$&$ 
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$ 引言! 硬件設計結構
數字音頻工作站是以個人計算機（*P）為基本音頻處理卡選用的()* 芯片’()* +!$&$ 是
載體的非線性數字音頻系統， 其最基本的組成部分’( 公司推出的一種高速通用的$Q 位定點數字信
包括計算機、音頻軟件、音頻處理卡。它把音頻信號號處理芯片。其速度快，指令周期為R% 4A；內部存儲
處理成數字方式， 基于計算機強大的數據處理能力空間大，含有&% F 字節的片內存儲器，其中有$Q F 
完成音頻的錄制、編輯、播放及管理等，使眾多操作字（!" 位） 的程序S’,，$Q F 字（$Q 位） 的數據
繁瑣的音頻制作過程集中在計算機上完成， 與傳統S’,；接口靈活，有外部存儲器接口和兩個串行口， 
的音頻制作相比，省去了大量周邊輔助音頻設備，并串行通信端口的設計適合與’(/(’ 模塊之間音頻
使得音頻處理簡潔高效， 讓工作人員集中更多的注數據的傳輸；如果編程時能充分利用其并行運算、乘
意力于音頻制作本身。加處理、塊浮點運算等特性， 能夠使得算法更為高
在音頻工作站中， 無論編輯工作站還是播出服效。基于以上特點，在許多音頻解碼以及視頻編解碼
務器，都需要音頻處理卡的支持，其各項音頻指標也的產品中（ 如TP( 機、5>, 的,*-. 55 編碼板等） 
主要由音頻處理卡決定。音頻工作站的音頻處理要都普遍采用此芯片。另外，系統選用通用()* 芯片
求輸出動態范圍大，信噪比高，諧波失真小，音頻卡代替專用編解碼芯片，可以通過加載不同()* 運行
和外圍設備（ 如調音臺）相連時，必須提供標準接口， 程序來實現各種音頻格式處理， 增加系統的靈活性
現有的*P 聲霸卡很難滿足要求。很多音頻工作站和應用范圍。
配置專門的數字音頻處理卡， 結合相應的軟件實現音頻卡采用!" 位量化， 支持(T( ’0123 質量
各項功能。另外，電臺節目一般采用,*-./’0123 層的音頻標準。’( 轉換芯片選用P?EA:;8 公司的
!的子帶編碼方案（ 即,*!），音頻工作站中，錄取P)URVQ，(’ 轉換芯片選用P?EA:;8 公司的P)"RV% 。
和回放時,*! 碼流的編解碼由音頻卡的()* 來完在錄音過程中，音頻信號經過濾波和衰減后，變成數
成，可減輕計算機的工作負擔。字信號， 通過串行端口與()* 通信，()* 對數據緩
U" 《電聲技術》!""# 年第$ 期總第#%& 期

* 節目制作
存，并根據格式要求進行實時壓縮，當緩沖區滿后， 
向主機發出中斷， 主機的中斷服務例程由891 的
:86; 接口讀取緩沖數據。回放時，執行相逆過程， 
891 將數據解碼后由串行端口傳輸1<6 碼流給
8;<，8;< 轉換后的模擬信號經濾波、放大后輸出。
音頻處理卡控制邏輯包括:9; 總線接口電路、
時序電路， 以及通信控制電路， 這里使用的芯片是
;=>?@; 公司6;%(### 系列中?16($!’9A<$## 。
時鐘
發生器
;8<
<9*+&,
8;<
<9)!&#
891;891!$’$
接口
:9;總線
信號
輸入
信號
輸出
圖$ 音頻處理卡的硬件結構
音頻處理卡提供二通道的平衡輸入、二通道的
平衡輸出和一耳機輸出插孔。模擬音頻端口為$* 芯
8 型插口， 和法國8:B:B@;6 公司的1<% 系列兼
容。結構如圖$ 所示。
!"# 時鐘產生
根據:9C$$($!D+ 的編解碼標準， 系統應支持
的采樣頻率包括)’ .，))4$ .，+! .，!) .，!!4#* .， 
$, .，$$4#!* .，’ ./0 。系統中使用兩片晶振，頻率分
別是!)4*(, 6/0 和!!4*(& ! 6/0，由這兩種頻率分
頻可以得到表$ 所列的任一種采樣頻率。;8< 和
8;< 是!" 調制方式，二者的輸入信號6<=E 被用
來做!" 調制器的采樣時鐘和數字插值濾波器的時
鐘，9<=E 是串行數據時鐘。為了實現方便，超采樣
倍數保持為,) 倍，6<=E 的時鐘頻率則為采樣頻率
的!*, 倍，即
!6<=EF!*,G!" 
!9<=EF,)G!" 
891 用可編程標志位123+44#5 設置控制邏輯需
要產生的6<=E 頻率（ 見表$），并由6<=E 作為新
的時鐘，通過計數產生9<=E 及其他時序信號。12+ 
作為兩片晶振的選擇位，得到基本時鐘，123!44#5 可
以設置相應的分頻倍數，6<=E 可由狀態機來實現， 
20/30&4 -&506.&%6/
表$ 各種采樣頻率時鐘的選擇
采樣頻率123+44#5 選擇晶振分頻狀態轉換
-./0 -6/0 倍數
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圖! 狀態轉換圖
!"! 串行端口的時序及連接
在<HI"JKL 公司的;8<-8;< 中，提供了各種串
行總線傳輸方式，這里選用:!9 串行總線方式，即： 
設置<9*+&, 的狀態位829 為高，設置<9)+&# 的數
據輸入格式8:23!44#5 為,。:!9 串行總線在傳輸雙聲
道!) MNJ" 的時序關系如圖+ 所示。信號=@<E 標識
數據的左、右聲道，它的頻率和采樣頻率!" 
相等。數
據98;>; 在9<=E 的上升沿鎖存，98;>; 的69O 
（ 最高有效位）比
=@<E 的變化沿延
遲一個9<=E 周
期。9<=E# 是891 
的串行數據時鐘， 
/
（）（）
B
國營第七九七廠
!"#$%&%#’()*+,+-&.%01
主要產品：揚聲器、傳聲器、音箱、聲柱、功放等
地址：北京東直門外大山子郵編：!"""!#
電話："!"$%&$&$"#傳真："!"$%&$&$"%
廠長楊良柏
廣告索引號$!%
表$ 給出了相應的分頻倍數和狀態轉換7 圖! 給出
狀態轉換。和9<=E 反相。
《電聲技術》!""# 年第$ 期總第#%& 期
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左聲道右聲道
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圖. !"# $ "!# 的串行口時序