CN1074641C

CN1074641C - 数字音响的设计方法及装置

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Publication number: CN1074641C
Application number: CN94100497A
Authority: CN
Inventors: 聂学军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1994-01-19
Publication date: 2001-11-07
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: CN1105795A

Abstract

本发明涉及一种数字音响的设计方法及装置，属于电子技术领域，其特点是该方法采用了能直接与电路交换信息的半导体存贮器做为存储媒体，用纯电子化的接口控制电路代替现有音响装置中机械读/写装置，从而实现音响装置的纯电子化，该数字音响装置主要包括数字式录放音主电路、接口控制电路和半导体存贮器组成的存储媒体，该装置中录放音及转录的功能均通过纯电子电路来实现，该方法和装置使数字音响装置在主机超微型化以及在制造方式、使用方式的革新等等上取得重大进展。

Description

数字音响的设计方法及装置

本发明涉及一种数字音响的设计方法及装置，属于电子技术领域。

现有的数字式音响装置，如：激光唱机CD、数字式磁带录放音机DAT、DCC等，虽已能达到登峰造极的音响效果，但它们仍和传统的模拟式音响装置，如密纹唱片式唱机、卡式磁带录音机等一样，有个共同的特点，就是它们都采用磁带、唱片等不能直接与电路部分交换信息的存储媒体来储存声音信号，因此，它们都无法避免为驱动和读写这些磁带和唱片而设置的各种机械部件的存在，具体来说，采用磁带作为存储媒体的磁带录音机，其结构中必须存在磁头、电动机、传动机构等机械部件；采用CD唱片作为存储媒体的激光唱机。更是缺少不了激光唱头、主导电机、传动机构等高精密的机械部件。这一特点的存在，使现有的数字式录效音装置在超微型化等许多方面存在着难以逾越的障碍。比如：(1)超微型化方面受到局限，若想使“随身听Waikman”、“CD随身听Diskman”做到极小的话，十分困难；(2)能耗大，由于摆脱不了电动机及传动机构等能耗件的存在，能耗大的缺陷无法克服；(3)制造复杂，机械部件的存在对相应制造工艺和制造技术的要求很高，且产品成本难以降低；(4)易出故障，不好维修，更换成本高；(5)精密的机械部件与纯电子电路部件相比更怕震动，磨损快，易出现故障且不易更换。而在公开日为1990年10月16日的美国专利中涉及的一种多信道数字式存取收录机，包含有随机存取、信号转换以及逻辑运算等装置，但结构较为复杂。

本发明的目的旨在为克服上述存在的缺陷而提供的一种纯电子化数字音响的设计方法及装置。

本发明是这样实现的：

本发明的设计方法是通过用接口控制电路取代原数字音响中的机械读/写存取信息机构，用能直接与电路交换信息的半导体存贮器(只读存贮器ROM、随机存贮器RAM、顺序读/写存贮器SAM)取代原数字音响装置中的磁带、唱片等不能直接与电路交换信息的存储媒体去记录数字化声音信息的方式来实现的。上述方法设计的数字音响装置，其录放音及转录的功能均是通过纯电子电路来实现的。

本发明的数字音响装置，包括数字式放音或录放音主电路、读/写机构和存储媒体部分，其中读/写机构为接口控制电路，存储媒体为半导体存贮器(RAM、ROM、SAM)。上述装置可以是：(1)由数字式放音主电路、接口控制电路和由若干个ROM或RAM或SAM构成的存储媒体组成的“数字式单放随身听”；(2)由数字式录放音主电路、接口控制电路和若干个ROM或RAM或SAM构成的存储媒体组成的“数字式录放音随身听”。上述装置也可以是由双声数字式放音或录音主电路、接口控制电路以及若干个半导体ROM或RAM或SAM构成的存储媒体组成双声道立体声数字式音响装置。上述装置可以是由数字式录放音主电路、接口控制电路以及由若干个ROM或RAM或SAM构成的两个独立的存储媒体组成的双卡数字式音响装置，其中两卡之间的转录通过接口控制电路来实现。上述装置中的放音主电路的数字处理电路由信号压缩编码电路和调制电路组成，录音主电路中的数字信号处理电路由解调电路和信号恢复解码电路组成。

与现有技术相比本发明的优点就在于它彻底改变了原数字音响装置中记录信息的方式，放弃了磁带、唱片等不能直接与电路部分交换信息的存储媒体音响装置中的存在，而改用可直接连在电路上的半导体存贮器(RAM、ROM、SAM)来储存数字化的声音信息，由于半导体电子存贮器不需借助任何传动等机械部件，而只通过接口控制电路便可完成高指标的数字化声音信号的存取功能，因而彻底避免了机械部件在音响装置中的存在，实现了音响装置主机的纯电子化，使数字音响在超微型化方面取得重大进展，使整个音响装置能耗大幅度下降，使制造技术简单化，从而使由制造和使用精密的机械部件所带来的技术难度大，成本高、工艺复杂，易出故障，不好维修等方面的问题都得到解决，使数字音响装置在保持原有高性能音质指标的基础上，实现了体积的超微型化，制造工艺简单化，成本的低廉性，使用及维修方便化。

附图说明如下：

图1为本发明的设计方法与现有音响装置设计方法相比较的结构框图；

图2为实施例1的原理框图；

图3为实施例1主机基本电路原理图；

图4为实施例1主机的一个具体电路结构图；

图5为实施例2主机基本电路原理图；

图6为实施例2转录原理示意图；

图7为DRAM电源电路示意图；

图8为实施例3主机基本电路原理图；

图9为本发明音响装置中录放音主电路的数字信号处理电路与现有数字音响装置中录放音主电路的数字信号处理电路的比较电路原理示意图。

其中：[1]---输入信号端、[2]---输出信号端、[3]---数字式录放音主电路、[4]---含机械部件的读/写机构、[5]---纯电子的接口控制电路读/写机构、[6]---磁带、CD唱片等存储媒体、[7]---半导体存储器集成电路芯片存储媒体、[8]---由单片机CPU构成的接口控制电路、[9]---半导体存贮器DRAM芯片组存储媒体、[10]---数字式录音主电路、[11]---A/D转换器、[12]---数字信号处理电路A、[13]---数字式放音主电路、[14]---数字信号处理电路B、[15]---数字滤波器、[16]---数模转换器DAC、[17]---去过冲电路、[18]---低通滤波器、[19]---音频放大器、[20]---CPU8031芯片、[21]---地址锁存器1、[22]---地址锁存器2、[23]---程序存储器、[24]---数字式录放音主电路T6668语音集成电路芯片、[25]---各种功能控制按键、[26]---数据总线、[27]---双声道立体声数字式录音主电路、[28]---左声道输入端INPUT-L、[29]---右声道输入端INPUT-R、[30]---左声道A/D转换器1、[31]---右声道A/D转换器2、[32]---同步信号发生器1、[33]---同步信号发生器2、[34]---专用接口控制电路、[35]---DRAM芯片组存储媒体1、[36]---DRAM芯片组存储媒体2、[37]---数字滤波器、[38]---左声道数模转换器DAC1、[39]---右声道数模转换器DAC2、[40]---左声道去过冲电路1、[41]---右声道去过冲电路2、[42]---左声道低通滤波器1、[43]---右声道低通滤波器2、[44]---左声道音频放大电路1、[45]---右声道音频放大电路2、[46]---左声道输出端OUTPUT-L、[47]---右声道输出端OUTPUT-R、[48]---外接电源线DC、[49]---DRAM配带电池1、[50]---DRAM配带替换电池1的电池2、[51]---二极管1、[52]---二极管2、[53]---DRAM或FLASH-MEMORY芯片组存储媒体、[54]---现有技术中数字式录音主电路的数字信号处理电路、[55]---本发明中数字式录音主电路的数字信号处理电路、[56]---现有技术中数字式放音主电路的数字信号处理电路、[57]---本发明中数字式放音主电路的数字信号处理电路。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：

如图1所示：现有技术中音响装置，包括数字式录放音主电路[2]、含有机械部件的读/写机构[4]和磁带、CD唱片等存储媒体[6]部分，而本发明设计的音响装置包括数字式录放主电路[3]、纯电子化的接口控制电路[5]和半导体存储器集成电路芯片的存储媒体[7]部分，从它们结构组成可以看出本发明的设计方法与现有技术不同之处在于：它采用能直接与电路交换信息的半导体存储器做为声音信息的存储媒体，因此它可以用纯电子化的接口控制电路来做为读/写声音信息的机构，从而使音响装置实现了纯电子化，而现有音响的设计方法是采用磁带、CD唱片等做为声音信息的存储媒体，而这种存储媒体的声音信息必须使用含有机械部件的读/写机构才能进行存取，因此主机不可能实现纯电子化，其在超微型化、减小制造工艺的技术难度、降低成本、维护修理、减少故障、提高使用寿命、长久保持高指标的音质效果等方面存在难以克服的困难是显而易见的。

实施例1：如图所示，本发明的装置包括由数字录放音主电路[3]、由单片机CPU构成的接口控制电路[8]和由半导体存储器DRAM芯片组构成的存储媒体[9]部分。当录音时，来自外界的模拟信号通过数字式录放音主电路[2]，变成适合于DRAM存储的数字信号，经单片机CPU控制电路[8]写入DRAM存储媒体[9]，从而把声音信息存起来；当放音时，DRAM中存储声音信息的数字信号经单片机CPU接口控制电路读入到数字录放音主电路中，通过数字式录放音主电路，数字化声音信息变成模拟信号放大后送至扬声器，放出声音。

如图3所示，是实施例1的一个主机基本电路原理框图，其数字式录音主电路[10]包括A/D转换器[11]和数字信号处理电路A[12]两部分，A/D转换器[11]包括采样、量化、编码三个电路，它将模拟信号通过采样、量化、编码后，变成数字信号送到数字信号处理电路A[12]中，数字信号处理电路A将A/D转换器送来的数字信号压缩并调制成适合记录或传输的形式，再经CPU接口控制电路[8]写入DRAM存储媒体[9]中，其数字式放音主电路[13]包括数字信号处理电路B[14]、数字滤波器[15]、DAC数模转换器[16]、去过冲电路[17]、低通滤波器[18]和音频放大电路[19]六个电路，它把通过CPU接口控制电路读入的半导体存贮器DRAM中存储的数字声音信息经过数字信号处理电路B[14]的译码、解调变为原来的数字信号，在经过和DAC数字滤波器[15]的超倍取样措施和DAC转换器[16]变成模拟信号，再通过去过冲电路[17]以及低通滤波器[18]等方法去掉尖峰和混叠不清的噪声，使音频模拟声音信号平滑通过并经高频放大电路放大后送到扬声器，放出声音。

如图4所示，是实施例1的一个主机的具体电路图，其数字放音主电路由一片具有可完成“数字录放音”功能的T6668语言处理器[24]代替，接口控制电路采用由一片CPU8031集成电路芯片[20]、一片作为外程序存贮器的EPROM27512[23]和一片地址锁存器74LS373[21]组成的单片机***，存储媒体由16片1兆位的DRAM511000半导体存贮器和一个74LS154地址锁存器2[22]组成，地址锁存器2将16片DRAM511000连起来进行片选，具体联结方法如图所示，工作时，由主机外各种功能控制按键设定好工作方式由存入程序存贮器EPROM27512中的程序控制来完成如下功能：

(1)将CPU8031的P0口作为低8位地址口和双向数据口，分时送出EPROM27512和DRAM的低位地址，以及与数据总线交换信息；

(2)P2口作为高8位地址口，送出EPROM和DRAM的高8位地址；

(3)P1口作为按位处理的I/O口，可按位进行数据的输入输出；

(4)P3口作为按位处理的控制口，可按位给出控制信号。

假如要求录音，待录的模拟信号由T6668的LINE IN脚输入，由T6668进行A/D转换等一系列处理后变为串行的二进制数字信号，此信号由T6668的Dout脚按位送出，送到CPU8031的P1.1脚，再由CPU8031读入并送到P1.3脚，再输出到存储器DRAM的Din脚，此时CPU8031给出了一个地址信号，按地址将上述码存入DRAM相应的单元中，完成录音任务。

假如要求放音，CPU8031给出一个地址信号，并选通某片存储器，将相应单元中的二进制数码由DRAM的Dout脚送出至CPU8031的P1.4脚，再由CPU8031将此数码送至P1.0脚，输出到T6668的Din脚，经T6668处理后还原成模拟信号后送功放带动扬声器放音。

以上过程由EPROM27512中所存的程序来控制完成，而操作功能的选择由各种控制按键来设定。

如图5所示，实施例2是按照现有数字音响装置的高标准音质水平设计的双声道立体声数字式双卡录放音响装置，其录放音主电路基本上是采用现有激光唱机和CD唱片的技术指标来设计的，即录音时采样频率为44.1KHZ量化数16bit；放音时采用超倍取样技术(8倍超取样，20bit再量化)，使音质达到完美。现有数字音响中，由于考虑到要消除CD唱片等的录制、使用过程中所产生的错码、误码，因此在其录放音主电路的“数字信号处理电路”部分中含有纠错编码、交织、误码补偿等一系列的措施和相应电路，本发明由于采用半导体存储器来代替CD唱片等作为存储媒体，它直接与电路交换信息，因此，避免了误码和错码的产生，所以本发明装置的录放音主电路中去掉了上述的电路，其它部分电路仍保留原样，如图9所示，其中[54]为现有技术数字式录音主电路中数字信号处理电路图，[55]为本发明数字式录音主电路中信号处理电路，[56]为现有技术数字式放音主电路中数字信号处理电路，[57]为本发明数字式放音主电路中数字信号处理电路。实施例2中A卡存储媒体1[35]，与B卡存储媒体2[36]相互间的转录是通过接口控制电路[34]来完成的，如图6所示。实施例2中的录放音工作程序与实施例1基本相同，只是接口电路在实施例2中是采用的专用接口电路，因此必须在其录放音主电路中增加同步信号发生器使其各电路工作保持同步。在实施例2中由于其技术指标采用CD***的指标，故其对信号的采样频率是44.1KHZ，经16bit量化处理后其双声道的信息量为2×44.1KHZ×16bit=1411.2kbit/s，再经数字信号处理电路处理，PASC技术将数字信息压缩为原来的1/4，即将双声道的数字信号调制成适合记录的二进制信号后，送去存储媒体记录的信号量实际上是：1411.2kbit×1/4=352.8kbit/8。若采用现有的大容量存储器，4片64兆位或一片256兆位DRAM即可存(4×64Mbit)/(352.8kbit/s)≈12.2分钟达到CD水准的数字音。5片256兆位的DRAM，就可存61分钟，即一个小时的高保真数字音，相当于一张CD唱片的存储容量，所以本发明完全可进入实用阶段。

如图8所示，实施例3是单放随身听的一个基本电路原理图，其工作原理完全与实施例2中数字放音电路工作过程相同，这里不再描述。

下面指出的是DRAM(9)是动态随机存取存储器，其存储的信息掉电后会消失，因此必须给它配带电源，其电路如图7所示，其中：[48]为主机电源线DC,[49]为DRAM上配带的电池1,[50]为DRAM上更换电池1时用的电池2。[51]、[52]为二极管1和二极管2。

Claims

1．一种数字音响的设计方法，其特征在于数字音响实现的步骤是：(1)由数字录放音主电路、单片机CPU构成的接口电路和半导体存贮器DRAM芯片组构成的存储媒体为硬件；(2)当录音时外界模拟信号通过数字式录放音主电路，变成适合DRAM存储媒体；(3)当放音时DRAM中存储的数字信号经单片机CPU接口控制电路读入到数字录放主电路中，通过主电路数字化信息变为模拟信号，经放大播出。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上述方法设计的数字音响装置，其录放音及转录的实现均是通过纯电子电路来控制的。

3．一种数字音响装置，包括数字式放音或录放音主电路、读/写机构和存储媒体部分，其特征在于：上述装置中的读/写机构和存储媒体部分，其特征在于上述装置中的读/写机构为单片机CPU接口电路，存储媒体部分为半导体存贮器RAM、ROM、SAM，数字录音主电路的一端接输入信号，另一端与单片机CPU接口电路连接，数字放音主电路的一端接输出信号，另一端接单片机CPU接口电路，而单片机CPU接口电路与半导体存储媒体的存贮器芯片组连接。

4．根据权利要求3所速的数字音响装置，其特征在于：数字式录音或放音电路可以采用双声道录放电路。

5．根据权利要求4所述的数字音响装置，其特征还在于：上述装置中的录音主电路的数字处理电路由信号压缩编码电路和调制电路组成，效音主电路中的数字信号处理电路由解调电路和信号恢复解码电路组成。