TWI427619B - 音效混波裝置與方法 - Google Patents

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Description

音效混波裝置與方法
本發明係有關於一種音效混波裝置與方法，特別是一種應用於音效編碼/解碼器的混波裝置與方法。
音效編碼/解碼器(audio codec)可將類比的聲音訊號，例如：人聲、音樂聲等，透過類比數位轉換器(ADC)將類比的聲音訊號轉換為數位的聲音訊號，而提供給後級裝置，例如：個人電腦等，做後續之音效處理。
此外，數位麥克風為近來在音效處理領域中，經常使用的裝置之一。由於數位麥克風本身內建有類比數位轉換器，當利用數位麥克風接收類比聲音訊號後，即可透過本身內建之類比數位轉換器，而將類比聲音訊號轉換為數位聲音訊號。因此，可達到元件之間一體性的整合，節省外部類比數位轉換器之配置空間，進而節省相關電子元件的體積以及抗雜訊干擾的能力。
然而，不論是傳統的外加類比數位轉換器，或者是利用數位麥克風所擷取的數位聲音訊號，因為為了獲得較佳的聲音品質，通常會採取過取樣(over－sampling)技術來擷取聲音訊號，之後，再將數位聲音訊號經由降頻濾波器(down sample filter)處理，而產生輸出聲音訊號，以提供後續的相關應用。此時，如果音效編碼/解碼器可接收類比聲音訊號以及由數位麥克風所提供的數位聲音訊號，那麼即需要兩套的降頻濾波器來分別處理兩種不同來源的聲音訊號。如此，將造成多餘的降頻濾波器之成本花費。
因此，美國專利第7230557B1號專利提出解決上述問題之對策。請參照「第1圖」為習知技術音效編碼/解碼裝置之示意圖。其中，音效編碼/解碼裝置A1包含：類比數位轉換器A10、選擇模組A30、降頻濾波器A40。
由「第1圖」所示可知，習知技術利用選擇模組A30來接收類比數位轉換器A10所傳送的數位聲音訊號，以及數位麥克風A20所傳送的數位聲音訊號。再藉由選擇訊號，選擇類比數位轉換器A10的輸出或者數位麥克風A20的輸出，而傳送至降頻濾波器A40。如此，音效編碼/解碼裝置(audio codec)A1即可在接收類比聲音訊號的情況下，也接收數位麥克風A20所傳送的數位聲音訊號。再藉由選擇模組A30適時選擇傳送至降頻濾波器A40的來源，而不需要再增加一個額外的降頻濾波器A40，進而節省電路成本的支出。
然而，在實際的應用上，使用者有將類比聲音訊號與由數位麥克風接收並處理所得之訊號予以混波以產生一混波輸出訊號的需求存在，例如：演唱會時，背景音樂為類比的聲音訊號，而歌手透過數位麥克風演唱而得到數位聲音訊號，此時便須將類比的背景音樂與歌手演唱的數位聲音訊號，做混波的動作而後輸出。在這種情況下，上述的美國專利案因利用選擇模組，只能一次選擇一個輸出而傳送至降頻濾波器作處理，因而無法達到類比聲音訊號與數位聲音訊號同時混波的功能。
因此，如何解決上述類比聲音訊號與數位聲音訊號混波的問題，為一亟待解決的議題。
有鑑於此，本發明提出一種音效混波裝置與方法。本發明只需利用一組降頻濾波器即可處理類比聲音訊號或數位麥克風的數位聲音訊號，進而節省電路成本的花費。除此之外，本發明更可達到類比聲音訊號與數位聲音訊號同時混波的功能。因此，更符合使用者對於音效編碼/解碼器(audio codec)的應用需求。
本發明提出一種音效混波裝置包含：類比數位轉換器、轉換模組、總和模組及降頻濾波器。類比數位轉換器用以接收類比訊號，並將類比訊號轉換為第一數位訊號。轉換模組接收第二數位訊號，依據第一數位訊號之資料取樣率調整第二數位訊號之資料取樣率以產生第三數位訊號。總和模組加總第一數位訊號與第三數位訊號，而輸出加總訊號。降頻濾波器降頻取樣加總訊號，而輸出混波訊號。
本發明亦提出一種音效混波方法，包含下列步驟：接收類比訊號，並將類比訊號轉換為第一數位訊號；接收第二數位訊號；依據第一數位訊號之資料取樣率調整第二數位訊號之資料取樣率以產生第三數位訊號；加總第一數位訊號與第三數位訊號，而產生加總訊號；降頻取樣加總訊號，而輸出混波訊號。
有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。
本發明提出一種音效混波裝置與方法，可以同時處理類比聲音訊號與數位聲音訊號，具輸出混波之功能。
請參照「第2圖」，該圖所示為音效混波裝置之一實施例示意圖。音效 混波裝置包含：類比數位轉換器10、轉換模組20、總和模組30、降頻濾波器40。
本發明將類比訊號與數位訊號混波而後輸出，當兩個不同的訊號欲進行混波的動作，若是兩種聲音訊號的資料取樣率(data rate)相同的話，將容易進行混波，且混波後的效果亦會較好。首先，類比訊號由類比數位轉換器(analog to digital converter，ADC)10所接收，並將類比訊號轉換為第一數位訊號。針對第二數位訊號，因將與類比訊號轉換器10所產生的第一數位訊號做混波，因此必須先調整第二數位訊號的資料取樣率，以便進行後續的混波動作。
轉換模組20即用以調整數位訊號的資料取樣率。於此，轉換模組20接收第二數位訊號，而轉換第二數位訊號之資料取樣率，使第二數位訊號的資料取樣率與第一數位訊號的資料取樣率兩者為一致。藉由轉換模組20轉換後的第二數位訊號稱之為第三數位訊號。其中，第二數位訊號可由數位麥克風50所提供，由於數位麥克風50本身即內建類比數位轉換器，因此當數位麥克風接收(類比)聲音訊號後，即可透過本身內建之類比數位轉換器，而將(類比)聲音訊號轉換為數位聲音訊號，也就是此處所稱之第二數位訊號。
經由轉換模組20將第二數位訊號的資料取樣率轉換為與第一數位訊號的資料取樣率相同後，便可將該兩訊號相加。總和模組30加總第一數位訊號與第三數位訊號，而輸出加總訊號。於此，已完成類比訊號與數位訊號的相加動作，最後再經由降頻濾波器40，降頻取樣(down－sample)總和模組 30所產生的加總訊號，便可輸出混波訊號。於此，由降頻濾波器40所輸出的混波訊號，即混合了類比訊號與數位訊號，最後所輸出的混波訊號可提供後端裝置(例如：個人電腦等)做後續之音效處理。
接著分別說明轉換模組20與總和模組30所構成的元件。請先參照「第3圖」為轉換模組之一實施例示意圖。於此，轉換模組20可包含：資料緩衝器22、取樣保持電路24。
配合「第3圖」與「第2圖」可知，由數位麥克風50所提供的第二數位訊號可為一1位元資料之資料流(1－bit data stream)。於此一實施例中，其資料僅為邏輯0及邏輯1的兩種狀態，分別代表數值－1及數值＋1。
本發明利用資料緩衝器22用以接收第二數位訊號。於此，資料緩衝器22可為先進先出(FIFO)緩衝器，以先進先出方式產生第四數位訊號。如此，可解決第二數位訊號與第一數位訊號間非同步的問題，此外，資料緩衝器22亦可視實際狀況而省略不用。
將第二數位訊號經由資料緩衝器22處理後，所產生的第四數位訊號傳送至取樣保持(sarnple and hold)電路24。請同時參照「第2圖」，於此實施例中，由於類比訊號經由類比數位轉換器10所輸出的第一數位訊號其資料取樣率較快，相對的由數位麥克風50所提供的第二數位訊號資料取樣率較慢，因此經由資料緩衝器22處理後的第四數位訊號，須先經過取樣保持電路24而調整其資料取樣率。
舉例說明其調整方式，假設第一數位訊號的資料取樣率為128倍的取樣頻率(f(S))，而第二數位訊號的資料取樣率為64倍的取樣頻率，由於兩者 相差一倍，因此取樣保持電路24須將第四數位訊號取樣加倍，使64倍的取樣頻率可提升為128倍的取樣頻率，而與第一數位訊號資料取樣率相同。其作法上為了使第四數位訊號不因提升資料取樣率，而造成訊號失真，因此作法上將取樣加倍，但保持前一筆的資料，也因為採用取樣(sample)並保持(hold)的方式來調整訊號之資料取樣率，因此藉由取樣保持電路24加以完成。第四數位訊號經由取樣保持電路24處理後，即可轉換為第三數位訊號。其中，第三數位訊號可為一2位元資料之資料流(2－bit data stream)。於此，本實施例中所採用的數值表示方式為2補數(2’s complement)表示法，故邏輯0(數值－1)及邏輯1(數值＋1)則分別被轉換為11及01，因此需要2位元資料來表示。
請參照「第4圖」為總和模組之一實施例示意圖。於此，總和模組30可包含：轉換表32、加法器34。
類比訊號經由類比數位轉換器10轉換為第一數位訊號，而第一數位訊號可為一1位元資料之資料流，相對的，第三數位訊號可為一2位元資料之資料流。因此，當第一數位訊號與第三數位訊號要做相加動作前，須將第一數位訊號轉換為2位元資料流，以利後續的相加動作。於此，藉由轉換表32用以轉換第一數位訊號之資料流位元數，使第一數位訊號之資料流位元數與第三數位訊號之資料流位元數兩者為一致。以上述說明為例，即是將第一數位訊號之1位元資料流轉換為2位元資料流。而第一數位訊號經由轉換表32轉換後，所產生的訊號即稱之為經轉換的第一數位訊號。
最後，藉由加法器34將經轉換的第一數位訊號與第三數位訊號兩者相 加，而輸出加總訊號。由於經轉換的第一數位訊號為2位元資料流，而第三數位訊號也為2位元資料流。因此，兩者訊號相加後須以3位元來表示相加後之結果，所以加總訊號為一3位元資料之資料流(3－bit data stream)。
請參照「第5圖」，該圖所示為音效混波之方法流程圖，包含下列步驟。
步驟S10：接收類比訊號，並將類比訊號轉換為第一數位訊號。其中，第一數位訊號可為一1位元資料之資料流。
步驟S20：接收第二數位訊號。其中，第二數位訊號係由數位麥克風所提供。此外，第二數位訊號可為一1位元資料之資料流。
步驟S30：依據第一數位訊號之資料取樣率調整第二數位訊號之資料取樣率，並產生第三數位訊號。其中，第三數位訊號可為一2位元資料之資料流。第二數位訊號之資料取樣率可透過取樣並保持之方法來進行調整。於此，第三數位訊號之資料取樣率與第一數位訊號之資料取樣率本質上相同。
於步驟S30中更可包含下列步驟：暫存第二數位訊號，並以先進先出方式產生第四數位訊號；依據第一數位訊號之資料取樣率調整第四數位訊號之資料取樣率以產生第三數位訊號。其中，第四數位訊號之資料取樣率可透過取樣並保持之方法來進行調整。
步驟S40：加總第一數位訊號與第三數位訊號，而產生加總訊號。其中，加總訊號可為包含複數個3位元資料之資料流。
於步驟S40中更可包含下列步驟：轉換第一數位訊號之資料流位元數為第三數位訊號之資料流位元數，而產生經轉換的第一數位訊號；相加經 轉換的第一數位訊號與第三數位訊號，而輸出加總訊號。
步驟S50：降頻取樣加總訊號，而輸出混波訊號。
經由上述說明可知，本發明所提出的音效混波裝置與方法，可應用於音效編碼/解碼器中，用以達到類比聲音訊號與數位聲音訊號的混波功能。相較於習知技術只能選擇處理類比聲音訊號或數位聲音訊號兩者其中之一，本發明提供了更彈性化的應用。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
A1‧‧‧音效編碼/解碼器
A10‧‧‧類比數位轉換器
A20‧‧‧數位麥克風
A30‧‧‧選擇模組
22‧‧‧資料緩衝器
24‧‧‧取樣保持電路
30‧‧‧總和模組
32‧‧‧轉換表
A40‧‧‧降頻濾波器
10‧‧‧類比數位轉換器
20‧‧‧轉換模組
34‧‧‧加法器
40‧‧‧降頻濾波器
50‧‧‧數位麥克風
第1圖：習知技術音效編碼/解碼裝置之示意圖 第2圖：音效混波裝置之一實施例示意圖 第3圖：轉換模組之一實施例示意圖 第4圖：總和模組之一實施例示意圖 第5圖：音效混波之方法流程圖
10‧‧‧類比數位轉換器
20‧‧‧轉換模組
30‧‧‧總和模組
40‧‧‧降頻濾波器
50‧‧‧數位麥克風

Claims (23)

  1. 一種音效混波裝置，包含：一類比數位轉換器，用以接收一類比訊號，並將該類比訊號轉換為一第一數位訊號；一轉換模組，用以接收一第二數位訊號，依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第二數位訊號之資料取樣率以產生一第三數位訊號，其中該第二數位訊號為一1位元資料之資料流，以及該第三數位訊號係為一2位元資料之資料流；一總和模組，用以將該第一數位訊號轉換成與該第三數位訊號相容之一轉換後的第一數位訊號，以及加總該轉換後的第一數位訊號與該第三數位訊號而輸出一加總訊號；及一降頻濾波器，用以降頻取樣該加總訊號，而輸出一混波訊號。
  2. 如請求項1之音效混波裝置，其中該第三數位訊號之資料取樣率係與該第一數位訊號之資料取樣率本質上相同。
  3. 如請求項1之音效混波裝置，其中該第二數位訊號之資料取樣率係透過取樣並保持之方法來進行調整。
  4. 如請求項1之音效混波裝置，其中該轉換模組更包含：一資料緩衝器，用以接收該第二數位訊號，並產生一第四數位訊號；及一取樣保持電路，接收該第四數位訊號，依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第四數位訊號之資料取樣率以產生該第三數位訊號； 其中，該第三數位訊號之資料取樣率與該第一數位訊號之資料取樣率本質上相同。
  5. 如請求項4之音效混波裝置，其中該第四數位訊號之資料取樣率係透過取樣並保持之方法來進行調整。
  6. 如請求項1之音效混波裝置，其中該總和模組更包含：一轉換表，用以轉換該第一數位訊號之資料流位元數為該第三數位訊號之資料流位元數，而產生一經轉換的第一數位訊號；及一加法器，用以相加該經轉換的第一數位訊號與該第三數位訊號，並輸出該加總訊號。
  7. 如請求項1之音效混波裝置，其中該資料緩衝器係為一先進先出緩衝器。
  8. 如請求項1之音效混波裝置，其中該第二數位訊號係由一數位麥克風所提供。
  9. 如請求項1之音效混波裝置，其中該第一數位訊號係為一1位元資料之資料流。
  10. 如請求項1或9之音效混波裝置，其中該加總訊號係為一3位元資料之資料流。
  11. 一種音效混波方法，包含下列步驟：接收一類比訊號，並將該類比訊號轉換為一第一數位訊號；接收一第二數位訊號，其中該第二數位訊號為一1位元資料之資料流；依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第二數位訊號之資料取 樣率以產生一第三數位訊號，其中該第三數位訊號係為一2位元資料之資料流；將該第一數位訊號轉換成與該第三數位訊號相容之一轉換後的第一數位訊號；加總該轉換後的第一數位訊號與該第三數位訊號，而產生一加總訊號；及降頻取樣該加總訊號，而輸出一混波訊號。
  12. 如請求項11之音效混波方法，其中該第三數位訊號之資料取樣率係與該第一數位訊號之資料取樣率本質上相同。
  13. 如請求項11之音效混波方法，其中該第二數位訊號之資料取樣率係透過取樣並保持之方法來進行調整。
  14. 如請求項11之音效混波方法，其中該第二數位訊號係由一數位麥克風所提供。
  15. 如請求項11之音效混波方法，其中該第一數位訊號係為一1位元資料之資料流。
  16. 如請求項11或15之音效混波方法，其中該加總訊號係為一3位元資料之資料流。
  17. 如請求項11之音效混波方法，其中調整資料取樣率產生該第三數位訊號之該步驟，更包含下列步驟：暫存該第二數位訊號，並以先進先出方式產生一第四數位訊號；及依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第四數位訊號之資料取 樣率以產生該第三數位訊號。
  18. 如請求項17之音效混波方法，其中該第四數位訊號之資料取樣率係透過取樣並保持之方法來進行調整。
  19. 如請求項11之音效混波方法，其中產生該加總訊號之該步驟，更包含下列步驟：轉換該第一數位訊號之資料流位元數為該第三數位訊號之資料流位元數，而產生一經轉換的第一數位訊號；及相加該經轉換的第一數位訊號與該第三數位訊號，而輸出該加總訊號。
  20. 一種音效混波裝置，包含：一類比數位轉換器，用以接收一類比訊號，並將該類比訊號轉換為一第一數位訊號；一轉換模組，用以接收一第二數位訊號，依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第二數位訊號之資料取樣率以產生一第三數位訊號，其中該第二數位訊號為一1位元資料之資料流；一總和模組，用以將該第一數位訊號轉換成與該第三數位訊號相容之一轉換後的第一數位訊號，以及加總該轉換後的第一數位訊號與該第三數位訊號而輸出一加總訊號，其中該加總訊號為一3位元資料之資料流；及一降頻濾波器，用以降頻取樣該加總訊號，而輸出一混波訊號。
  21. 如請求項20之音效混波裝置，其中該第一數位訊號係為一1位元資料之 資料流。
  22. 一種音效混波方法，包含下列步驟：接收一類比訊號，並將該類比訊號轉換為一第一數位訊號；接收一第二數位訊號，其中該第二數位訊號為一1位元資料之資料流；依據該第一數位訊號之資料取樣率調整該第二數位訊號之資料取樣率以產生一第三數位訊號；將該第一數位訊號轉換成與該第三數位訊號相容之一轉換後的第一數位訊號；加總該轉換後的第一數位訊號與該第三數位訊號，而產生一加總訊號，其中該加總訊號為一3位元資料之資料流；及降頻取樣該加總訊號，而輸出一混波訊號。
  23. 如請求項22之音效混波方法，其中該第一數位訊號係為一1位元資料之資料流。
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