專利名稱：一種音頻信號保真變速放音方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種音頻信號的變速放音方法，特別涉及一種音頻信號的保真變慢或保真變快放音的方法及其裝置。
普通的視聽設備，當將所存儲的音頻信號以不同的播放速度放音時，將導致該音頻信號的頻率變化；當所變速播放的是語音信號，且變速范圍較大(如超過±20％)時，將引起該語音信號的音調(diào)、音色等明顯變化，失真度增大，語音效果變差；嚴重時，將無法辨清原語音所表達的內(nèi)容。
日本專利日特開平4-168499(1992.6.16)公開了一種快速放音的方法。該方法通過將語音信號部分地(間隔地)播放，以達到快速放音的目的。但由于所丟舍的部分(間隔間距)較大，而不是以音元級的長度作為取舍的基本單位，故易造成語音的“脫落”，引起失真。
國際專利PCT(申請?zhí)朠CT/CN96/00074)闡述了一種音元的概念。通過進一步的觀察、研究和大量的實驗，本發(fā)明認為，音頻信號系統(tǒng)可以認為是由音元所組成；音元作為一種包含獨立、完整基本信息元素的最基本結(jié)構(gòu)單元，可認為是一種聲音分子；聲音分子(音元)的不同排列、組合形式構(gòu)成了不同的聲源；結(jié)構(gòu)、性狀相同或相近的聲音分子的多次重復、組合構(gòu)成同一個音；緊密連接的不同音，其內(nèi)的音元從一種形態(tài)變化到另一種形態(tài)是一種漸變的，而非突變的過程。
從發(fā)聲機理知，一個完整的音包含有產(chǎn)生、發(fā)展(成長)、消亡(演變)的過程。與此相對應，構(gòu)成該音的聲音分子(音元)也有產(chǎn)生、發(fā)展(成長)、消亡(演變)的變化過程及形態(tài)，即表達同一音的聲音分子(音元)也處于相應的變化狀態(tài)之中。
不同的聲源，對應的音元有不同的表現(xiàn)形態(tài)。在語音信號中，音元即指濁音中的基音，表現(xiàn)出明顯的準周期性；對于語音信號中的清音，音元可看成具有一定時間長度(0.1～20ms)、包括1～20個振動峰的語聲單元。這些語聲單元可能由于發(fā)聲體的振動能量(作用力)周期性沖激特征不強、能量趨于平均化，而表現(xiàn)不出明顯的準周期性。因此，清音可當作一種隨機激勵(平均能量較低)信號來處理；對于語音信號中的空白信號或隨機噪聲，其一定長度的時間段(0.1～20ms)，亦可看作一種廣義的音元。在音樂信號中，由單個樂器所發(fā)出的簡單音，其基頻所對應的基音即為音元；由多種樂器同時發(fā)出的混合音或同一樂器所產(chǎn)生的和弦，在某一時刻，當某一音能量上占優(yōu)勢時，該音的基頻所對應的基音即為音元；當任一音在能量上不占有主要地位時，則其類似于隨機激勵所產(chǎn)生的結(jié)果，這時的音元可看作是時間長度為0.1～20ms，包括1～20個振動峰的聲響單元。在混合聲樂信號中，在某一時刻，當以語音為主、音樂聲為背景時，語音的基頻所對應的基音即為音元；當沒有一個音在能量上占有主要地位時，則該混合音可當作隨機激勵信號來處理。
因此，對于音頻信號，進行以音元為基本處理(分割)單位的切割，然后在切割點處插入信息單元(比如，在切割點處插入所被切割的音元本身)，使原信號的長度增長；或在切割點處，刪去性狀相同或相近的音元中的一個或幾個，使原信號的長度縮短，可實現(xiàn)對音頻信號的保真變慢或保真變快放音，并獲得優(yōu)良的不變調(diào)變速放音效果。
本發(fā)明的目的在于提供一種音頻信號保真變速放音的方法及其裝置。通過該方法及其裝置能夠使各類視聽設備在播放存儲于存儲媒體上的音頻信號時，可以以變化的放音速度保真地放音，即在不改變原音頻信號的基本特征(如頻率、音調(diào)、音色、相對強度等)的前提下，以較慢的速度或較快的速度播放存儲于存儲媒體上的音頻信號，獲得保真地延長或縮短原音頻信號的放音效果。
本發(fā)明提出的音頻信號保真變速放音方法由以下技術方案實現(xiàn)將存儲于存儲媒體上的(外部)音頻信號讀入音頻信號保真變速放音系統(tǒng)內(nèi)，并存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。在對所讀入的原始數(shù)據(jù)進行以切割、分段、插入或刪除為特征的處理后，將該處理過的數(shù)據(jù)送入目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲，然后經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。
在這里，讀入外部信號的方式可以是斷續(xù)地或分批地進行，亦可以連續(xù)地或不間斷地進行。
在斷續(xù)地讀入外部信號的場合，讀入的速度(單位時間內(nèi)的信息量)可以等同于或不等同于該信號原錄入時的速度，即亦可以較快或較慢的速度讀入外部信號。在通常的情況下，以較快的速度讀入外部信號，變速處理后的信號數(shù)據(jù)以正常的速度(該信號原錄入時的速度)經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出，可以帶來處理上的便利。
在連續(xù)地讀入外部信號的場合，根據(jù)具體的變速放音要求所設定的速度值(較慢或較快)，調(diào)節(jié)(改變)外部信號的讀入速度(較慢或較快)，經(jīng)變速處理后的數(shù)據(jù)仍以正常的速度(該信號原錄入時的速度)經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。
外部信號若是模擬量信號，則在讀入時，作模數(shù)轉(zhuǎn)化后再存儲入原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。如果外部模擬量信號的讀入速度不同于該信號原錄入時的速度，則模數(shù)轉(zhuǎn)化器的采樣速率可以作相應的變化也可以保持不變。當讀入速度變快，A/D的采樣速率相應地加快；讀入速度變慢，A/D的采樣速率亦相應地減慢，經(jīng)變速處理后的信號數(shù)據(jù)以正常的速度(該信號原錄入時的速度)經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。當讀入的速度加快或減慢，A/D的采樣速率保持不變時，則可以在進行變速處理前對該數(shù)據(jù)作線性或非線性修正，以得到類似于A/D作相應的采樣速率變化時的效果，也可以在變速處理后進行這樣的修正，最終的信號數(shù)據(jù)仍以正常的速度(該信號原錄入時的速度)經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。
本發(fā)明還提供以上述音頻信號保真變速放音方法為特征的音頻信號保真變速放音裝置。如

圖1所示，該裝置由下列四個部分組成音頻輸入系統(tǒng)，其功能是將音頻數(shù)據(jù)輸入到計算機處理系統(tǒng)；計算機處理系統(tǒng)，其功能是對數(shù)據(jù)進行以切割、分段、插入、刪除為特征的音頻變速處理；音頻播放速度檢測單元，其功能是對用戶所設定的音頻播放速度進行檢測；音頻重放系統(tǒng)，其功能是將處理后的音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、放大以及電聲轉(zhuǎn)換。
具體地各系統(tǒng)是按如下說明配置的音頻播放速度檢測系統(tǒng)由下列三個部分組成音頻播放速度設置部件，其功能是讓用戶設置音頻播放速度；檢測放大電路，其功能是將被設定的播放速度所對應的部件參數(shù)值檢測出來并進行信號放大；接口，其功能是實現(xiàn)與總線的連接。
音頻輸入系統(tǒng)由模擬量音頻輸入和數(shù)字量音頻輸入二個子系統(tǒng)所組成。二個子系統(tǒng)可以同時配置，也可單獨配置。其中模擬量音頻輸入系統(tǒng)由下列九個部分組成1)模擬量音頻檢取部件及伺服單元，其功能是從存儲模擬量音頻信號的媒體中讀取模擬量音頻信號和實現(xiàn)媒體驅(qū)動、伺服；2)前置放大和補償電路，其功能是實現(xiàn)前置、增益可控的放大及對檢取部件特性可能需要的補償；3)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)和接口，其功能是實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換并與總線連接；4)數(shù)據(jù)輸入控制單元，其功能是對媒體驅(qū)動主軸電機設置運行方式、對放大電路設置放大倍數(shù)5)控制單元接口，其功能是實現(xiàn)控制信號與總線的連接；6)主軸電機測速單元，其功能是對伺服單元進行狀態(tài)檢測及對主軸電機轉(zhuǎn)速進行檢測；7)主軸電機轉(zhuǎn)速接口，其功能是實現(xiàn)測量值與總線的連接；8)輸入插口，其功能是實現(xiàn)外部信號的線路輸入或話筒輸入；9)前置放大和衰減電路，其功能是實現(xiàn)前置、增益可控放大及衰減。
數(shù)字量音頻輸入系統(tǒng)由下列八個部分組成1)數(shù)字量音頻檢取部件及伺服單元，其功能是從存儲數(shù)字量音頻信號的媒體中讀取數(shù)字量音頻信號并實現(xiàn)媒體驅(qū)動、伺服；2)整形和解調(diào)電路，其功能是對數(shù)字量信號整形和解調(diào)；3)數(shù)據(jù)輸入接口，其功能是實現(xiàn)與總線連接和實施對數(shù)據(jù)的暫存、篩選、過慮；4)數(shù)據(jù)輸入控制單元，其功能是對媒體驅(qū)動主軸電機設置工作方式和對檢取部件設置讀取方式、對所讀入的數(shù)據(jù)設置存儲、篩選、過慮方式；5)控制單元接口，其功能是實現(xiàn)與總線的連接；6)主軸電機測速單元，其功能是對伺服單元進行狀態(tài)檢測及對主軸電機轉(zhuǎn)速進行檢測；7)主軸電機轉(zhuǎn)速接口，其功能是實現(xiàn)測量值與總線的連接；8)輸入插件，其功能是實現(xiàn)外部信號的線路輸入。
計算機處理系統(tǒng)主要由下列五個部分組成系統(tǒng)總線；原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其功能是實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的存放；計算機中央處理單元CPU；音頻變速處理程序和系統(tǒng)監(jiān)控管理程序，由如圖2所示的六個模塊組成，其功能是對信號數(shù)據(jù)進行以切割、分段、插入、刪除為特征的變速處理、對各子系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)以及對整個系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)資源管理；目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其功能是實現(xiàn)處理后的數(shù)據(jù)存放。
音頻重放系統(tǒng)由下列四個部分組成數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)，其功能是實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換并與總線連接；前置放大電路，其功能是實現(xiàn)音頻信號前置和放大；功率放大器，其功能是實現(xiàn)功率的放大；電聲轉(zhuǎn)換裝置，其功能是實現(xiàn)電能和聲能的轉(zhuǎn)換。
下面將結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將通過下面的描述表現(xiàn)出來。
圖1是本發(fā)明的音頻信號保真變速放音裝置的方框圖；圖2是實現(xiàn)本發(fā)明的音頻信號保真變速放音裝置的計算機程序系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3是在正常的讀入速度下讀取的二個音元的波形圖；圖4a是在快一倍的讀入速度下讀取的四個音元的波形圖；圖4b是在慢一倍的讀入速度下讀取的一個音元的波形圖；圖5a是經(jīng)過變快一倍處理后的二個音元的波形圖；圖5b是經(jīng)過變慢一倍處理后的二個音元的波形圖；圖6是本發(fā)明實施例6的音頻信號保真變速放音裝置的方框圖；圖7是本發(fā)明實施例7的音頻信號保真變速放音裝置的方框圖；圖8是本發(fā)明實施例8的音元切割方法的流程圖。
實施例1如圖1所示，根據(jù)變速放音要求(設定)和外部信號讀入方式設定，存儲于(外部)存儲媒體(如磁帶、磁盤、光盤等)上的音頻信號，由音頻輸入系統(tǒng)讀入，并存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。計算機變速處理系統(tǒng)讀出原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，并進行以切割、分段、插入或刪除為特征的變速處理。處理過的數(shù)據(jù)存入目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，然后經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。
在本實施例中，由數(shù)據(jù)輸入控制單元和速度檢測系統(tǒng)進行如下設置外部信號的讀入方式設定為斷續(xù)(批處理)式；讀入速度為正常速度，即原信號錄入時的速度；變速放音速度設定為變慢一倍或變快一倍(為敘述方便起見)。當音頻輸入系統(tǒng)以正常的讀入速度讀取一批數(shù)據(jù)進原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后，音頻輸入系統(tǒng)暫停向原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)輸出數(shù)據(jù)。計算機變速處理系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)進行切割、分段后，在切割點處插入該切割點處前一小段的復制品，以使原信號延長一倍；將順序連接的二個分割小段中的一個刪除，然后將余下小段作順序緊密聯(lián)接，以使原信號縮短一倍。處理后的數(shù)據(jù)存入目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后經(jīng)音頻重放系統(tǒng)放出。原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)被全部或部分讀出后，音頻輸入系統(tǒng)可將下一批數(shù)據(jù)存入其內(nèi)。這樣，便形成一個又一個的工作周期，其特征是由音頻輸入系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)通過總線存入原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)時是斷續(xù)地或批處理方式地進行。
實施例2在實施例1的基礎上，本實施例在讀取外部信號時采用不同于原信號錄入時的速度，即由數(shù)據(jù)輸入控制單元和速度檢測系統(tǒng)設置音頻檢取部件及伺服單元以較慢或較快的速度讀取外部信號。為敘述方便起見，以比正常時快一倍或慢一倍的速度讀入外部信號。例如，普通錄放音機正常帶速為4.76cm/s，現(xiàn)以9.52cm/s或2.38cm/s的帶速運行。這時由磁頭所讀入的原信號(模擬量)頻率將發(fā)生變化，圖1中模擬量音頻輸入子系統(tǒng)中的模/數(shù)轉(zhuǎn)化器A/D的采樣頻率最好作相應的調(diào)整，即最好取20kHz或5kHz(設正常讀入速度時的采樣頻率為10kHz)。所讀入的原始數(shù)據(jù)經(jīng)計算機變速處理系統(tǒng)作縮短一倍或延長一倍處理后，音頻重放系統(tǒng)中的D/A仍以正常的采樣速率，即10kHz送出，可得到保真快放一倍或慢放一倍的放音效果。
對于數(shù)字量外部信號，其處理過程比模擬量的簡單，經(jīng)過整形、解調(diào)和接口后，其后續(xù)的過程等同于模擬量外部信號經(jīng)過A/D及接口后的情況。
一般情況下，以較快的讀入速度讀取外部信號可為系統(tǒng)總體協(xié)調(diào)上帶來便利。
實施例3本實施例是在實施例1和實施例2基礎上的變形。數(shù)據(jù)輸入控制單元和速度檢測系統(tǒng)設置外部信號讀入方式為連續(xù)(非批處理)式；變速放音速度仍設定為變慢一倍或變快一倍(為敘述方便起見)；外部信號讀入速度依據(jù)變速放音速度設定值作相應的調(diào)整，即以比原正常速度快一倍或慢一倍的速度讀入外部信號。當外部信號為模擬量時，音頻輸入系統(tǒng)中A/D的采樣速率亦作相應的調(diào)整，即快一倍或慢一倍。
如圖3所示，假設在正常的讀入速度時，單位時間(比如10ms)內(nèi)音頻輸入系統(tǒng)讀取到2個音元，存儲到原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的樣值數(shù)為10k/100個(正常讀入速度時的數(shù)字量讀取速率為10k/s或A/D的采樣速率為10kHz)。當以快一倍或慢一倍的速率讀取外部信號(A/D的采樣速率亦作快一倍或慢一倍調(diào)整)時，如圖4a和4b所示，同樣時間內(nèi)讀到的音元變?yōu)?個或1個，存儲到原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的樣值數(shù)分別為10k/50個或10k/200個。計算機變速處理系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)作變速處理，即對于快一倍，二個音元中刪去一個，數(shù)據(jù)樣值數(shù)變?yōu)?0k/100個；對于慢一倍，一個音元后插入該音元的復制品，數(shù)據(jù)樣值數(shù)亦變?yōu)?0k/100個。然后由音頻重放系統(tǒng)中的D/A以10kHz的速率輸出這些經(jīng)處理過的目標數(shù)據(jù)，如圖5a和5b所示，即可得到保真變快一倍或變慢一倍的放音效果。
由于外部信號連續(xù)讀入，處理過的信號(數(shù)據(jù))連續(xù)輸出，可見本實施例實現(xiàn)了一種實時動態(tài)保真變速放音。
實施例4本實施例是在實施例3的基礎上的一種變化。模擬量外部信號仍以快一倍或慢一倍的速率讀入，但音頻輸入系統(tǒng)中的A/D采樣速率保持不變，即仍為10kHz。原始數(shù)據(jù)經(jīng)變速處理后，再進行數(shù)據(jù)樣值的插入或剔除處理，然后送入音頻重放系統(tǒng)中的D/A，以維持10kHz的數(shù)據(jù)樣值輸出率。在快一倍放音場合，在二個樣值之間線性補入(插入)一點；在慢一倍放音的場合，每二個樣值中剔除一個。同理，對于非整數(shù)倍變速放音的場合，對變速處理后的數(shù)據(jù)應作相應的線性或非線性修正，以保證對同一信號有與正常放音時相同的采樣點數(shù)。
原始數(shù)據(jù)也可在變速處理前進行線性或非線性修正，以得到類似于A/D的采樣速率作相應變化時的效果。
本實施例可降低對A/D采樣速率的要求。
實施例5本實施例是在實施例1基礎上的變形。如圖1所示，當外部信號是數(shù)字量時，通過輸入插件直接輸入音頻輸入系統(tǒng)；當外部信號是模擬量時，通過輸入插口直接輸入音頻輸入系統(tǒng)，經(jīng)過前置放大和衰減電路后，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的速率是正常的或固定的。所輸入的外部信號成為數(shù)字量信號后，通過系統(tǒng)總線將其存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。計算機變速處理系統(tǒng)讀出原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，并進行以切割、分段、插入或刪除為特征的變速處理。然后將處理過的數(shù)據(jù)送入目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，并經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出，此時的數(shù)模轉(zhuǎn)換速率等同于模數(shù)轉(zhuǎn)換的速率。
在原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)足夠大的情況下，比如大于20M(約可存放30分鐘的音頻信號，采樣速率為8Hz)，計算機變速處理可以待外部信號全部存放入原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后再進行，也可以待外部信號存放一部分于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后即進行。
本實施例的優(yōu)點在于適用較強，且可實現(xiàn)音頻信號的反復變速放音。
實施例6本實施例是前面所述實施例在普通錄放音機中的一種應用。此時的音頻輸入系統(tǒng)如圖6所示。有二種信號輸入模式第一種，由裝置內(nèi)的信號檢取部件讀取外部信號，即磁帶或磁盤上的外部信號由磁頭(檢取部件)讀入，經(jīng)前置放大、衰減、補償后，進行模/數(shù)轉(zhuǎn)化，然后進入計算機處理系統(tǒng)。主軸電機變速司服單元及其接口用于對外部信號輸入速度的調(diào)節(jié)和控制。當系統(tǒng)內(nèi)還配有主軸電機測速單元及其接口時，則可對電機轉(zhuǎn)速進行閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制。由數(shù)據(jù)輸入控制單元設置控制方式，可以有以下幾種工作方式1.電機斷續(xù)轉(zhuǎn)動，由磁頭讀出的信號數(shù)據(jù)斷續(xù)(分批)地存放到原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。
2.電機斷續(xù)轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的速度較正常時的快或慢，相應地A/D的采樣速率作同樣的快或慢調(diào)整，或A/D的采樣速率維持不變(但在變速處理前或后對數(shù)據(jù)作線性或非線性的修正)，然后再由音頻重放系統(tǒng)中的D/A以正常的速率輸出。
3.電機連續(xù)(不間斷)地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度由變速放音所要求的速度值所確定，音頻輸入系統(tǒng)內(nèi)的A/D采樣速率亦依據(jù)該值作相應的調(diào)整。外部信號不斷地被讀入，并被不間斷地存放到原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，處理后的目標數(shù)據(jù)連續(xù)地經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)內(nèi)的D/A放出。
4.電機連續(xù)(不間斷)地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度由變速放音所要求的速度值所確定，但音頻輸入系統(tǒng)內(nèi)的A/D采樣速率不隨電機的轉(zhuǎn)動速度改變而改變。外部信號被不斷地讀入、存放到原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，經(jīng)計算機變速處理系統(tǒng)變速處理過的數(shù)據(jù)，根據(jù)變速放音所要求的速度值作相應的線性或非線性修正(或在進行變速處理前作這樣的修正)，然后不間斷地經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)內(nèi)的D/A放出。
第1和2種工作方式流程較簡單、控制較方便、對CPU的工作速度要求可低些，但對緩沖區(qū)的容量要求較高。第3，4種工作方式的調(diào)節(jié)、控制較復雜，對CPU的工作速度要求較高，但對緩沖區(qū)的容量要求不高，而且數(shù)據(jù)輸入時較平穩(wěn)。
第二種模式，直接獲取外部信號，即通過輸入插口(線路或話筒)輸入外部信號，再經(jīng)前置放大和衰減，進行模數(shù)轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的信號通過總線存放于原始衰減緩沖區(qū)內(nèi)。此時，外部信號的輸入速度不作控制；原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)足夠大。外部信號可以在全部存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后再進行變速處理，也可以在部分存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后即進行變速放音處理。
實施例7本實施例是在實施例5基礎上的一種變形，足在數(shù)字式音頻錄放音機(如VCD、LD、CD、DVD、多媒體電腦等)上的一種應用。其與實施例5的不同之處在于音頻輸入系統(tǒng)及其相應的功能。如圖7所示，也有二種信號輸入模式第一種模式為外部數(shù)字信號由磁頭或激光讀寫頭從外部數(shù)字存儲媒體上讀取并輸入計算機處理系統(tǒng)。主軸電機變速伺服單元及其相應的控制接口對電機轉(zhuǎn)速(讀入速度)進行調(diào)節(jié)、控制。同樣，若系統(tǒng)內(nèi)還配置有主軸電機測速單元及其相應的接口電路，可對電機轉(zhuǎn)速進行閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制。類似地有以下幾種工作方式。
1.主軸電機連續(xù)地轉(zhuǎn)動，由信號讀取裝置讀入的數(shù)據(jù)斷續(xù)(分批)地存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。主軸電機可以正常的、較快的或較慢的速度轉(zhuǎn)動。
當主軸電機以正常的速度轉(zhuǎn)動，所被讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機變速處理系統(tǒng)的變慢處理后，最多可被延長的時間長度為二次斷續(xù)存儲原始數(shù)據(jù)于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)所間隔的時間Δt，即若每存儲100ms的數(shù)據(jù)后，間隔50ms再存入下一批100ms的數(shù)據(jù)，則每批數(shù)據(jù)經(jīng)變慢處理后，至多可延長至150ms。此時，從音頻重放系統(tǒng)放出的變慢了的音是連續(xù)的，不間斷的。
當主軸電機以較快(比如快一倍)的速度轉(zhuǎn)動，所被讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機變速處理系統(tǒng)的變快處理后，最多可被縮短至原來長度的一半。此時，從音頻重放系統(tǒng)放出的變快了的音是連續(xù)的，不間斷的。
當主軸電機以較慢(比如慢一半)的速度轉(zhuǎn)動，所被讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機變速處理系統(tǒng)的變慢處理后，最多可被延長的時間長度為Δt加上輸入同樣數(shù)據(jù)時慢速轉(zhuǎn)動與正常速度轉(zhuǎn)動所需的時間差。
2.主軸電機連續(xù)地轉(zhuǎn)動，由信號讀取裝置讀入的數(shù)據(jù)連續(xù)(不間斷)地存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。此時，主軸電機的轉(zhuǎn)速依據(jù)變速放音所要求的速度值(比如快一倍或慢一倍)作相應的調(diào)整，以保證所讀出的數(shù)據(jù)量增加一倍或減少一倍。這些數(shù)據(jù)經(jīng)原始信號變速處理系統(tǒng)作相應的變快一倍或變慢一倍處理后，從音頻重放系統(tǒng)可輸出變快一倍或變慢一倍的音頻。
3.主軸電機斷續(xù)地轉(zhuǎn)動，由信號讀取裝置讀入的數(shù)據(jù)斷續(xù)(分批)地存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。主軸電機的轉(zhuǎn)動速度可以是正常的、較快的或較慢的。主軸電機斷續(xù)轉(zhuǎn)動與主軸電機連續(xù)轉(zhuǎn)動，但所被讀出的數(shù)據(jù)被部分地使用(利用)本質(zhì)上是一樣的，所以本工作方式本質(zhì)上等同于本實施例中的第一種工作方式。
第二種模式為直接獲取外部音頻信號，即通過輸入插件數(shù)字量信號經(jīng)過數(shù)據(jù)輸入接口后進入系統(tǒng)總線并存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。在原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)足夠大的前提下，外部數(shù)字量信號可以在全部存放于原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后再進行變速放音處理，也可以在存入部分信號數(shù)據(jù)后即進行變速放音處理。
實施例8在前面所述的各實施例中，其切割、分段、插入或刪除方法是基于國際專利PCT(申請?zhí)朠CT/CN96/00074)所披露的各種方法。本實施例用一種新的方法檢測音元。其基本依據(jù)是表達(構(gòu)成)同一音的音元具有相似性，存在準周期性。利用該準周期性以及音元中的最大極值(峰)可進行音元的檢測和切割。
圖8示出了本實施例所述方法的流程圖。流程從100開始，設置切割小段包含的音元個數(shù)(S)，通常，將一個小段中包含的音元個數(shù)設置為1～10個，較佳為1～3個；并將計數(shù)器X置零。在步驟101，讀取一定量數(shù)據(jù)，一般要求讀取25ms以上的數(shù)據(jù)。在102，取起始一段時間(一般取25ms以內(nèi))的數(shù)據(jù)，比較其內(nèi)相鄰二零點間各峰值的大小，并確定出其中的最大峰值為A0。然后在103，以點A0為起點，在距其前或后的3～10ms范圍內(nèi)(限制在起始段20ms范圍)，確定出另一最大峰值A1。流程進入104，計算出點A0與點A1的時間間隔t0，然后在105判別，點A1位于點A0之前，則進入106，以點A0為起點，并將原點A0看作點A1，否則，流程直接進入107，以點A1為起點，在距其后的(1±50％)t0范圍內(nèi)確定最大峰值a，然后，在108計算出點A1與點a的時間間隔t1。流程進入109，若t1不滿足2＜t1＜20ms，則進入109A，重新設置時間間隔t0＝5ms，流程直接進入111；若條件成立，流程進入110，設t0＝t1；計數(shù)器X加1；將原點a看作點A1。步驟進入111，若S不等于X，則流程返回107，否則進入112，以最大峰值A1的前一零點作為切割點。然后在113，根據(jù)實際需要，進行插入信息單元或刪除小段操作，使原信號數(shù)據(jù)延長或縮短。流程進入114，重新將計數(shù)器置零。然后在步驟115判別，若本次數(shù)據(jù)已處理完，則流程進入116返回，否則，流程返回107。
在本實施例中所述的峰值，可以指正的極值峰，也可以指負的極值峰(峰谷)。在對各峰值進行比較時，負的極值峰指該峰值的絕對值。在通常的情況下，利用單邊極值峰(只是正的極值峰或只是負的極值峰)來檢測音元，將帶來處理上的便利。
本實施例的優(yōu)點在于檢測音元時所需的計算量較少，準確性也較高。
權利要求
1.一種音頻信號保真變速放音方法，其特征在于將存儲于存儲媒體上的外部音頻信號讀入或?qū)⑼獠恳纛l信號直接輸入音頻信號保真變速放音裝置，在對所讀入或所輸入的外部信號進行以切割、分段、插入或刪除為特征的處理后，將該處理過的信號數(shù)據(jù)經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)放出。
2.根據(jù)權利要求1所述的音頻信號保真變速放音方法，其特征在于在讀入或直接輸入外部音頻信號時，是斷續(xù)地或連續(xù)地進行，并以正常的讀入速度或輸入速度、比原信號錄入時較慢的讀入速度或輸入速度，或以比原信號錄入時較快的讀入速度或輸入速度進行。
3.根據(jù)權利要求1所述的音頻信號保真變速放音方法，其特征在于當所述的讀入或直接輸入的外部音頻信號是模擬量信號時，作模數(shù)轉(zhuǎn)化；模數(shù)轉(zhuǎn)化的采樣速率是固定的或是依據(jù)外部音頻信號讀入或直接輸入的速度作相應調(diào)整、變化的采樣速率。
4.根據(jù)權利要求1所述的音頻信號保真變速放音方法，其特征在于所述的變速放音是實時連續(xù)地進行保真變速放音。
5.根據(jù)權利要求4所述的音頻信號保真變速放音方法，其特征在于所述的實時連續(xù)變速放音在實現(xiàn)實時連續(xù)變慢或變快放音時，以較慢或較快的速度讀入或直接輸入外部音頻信號，若外部信號是模擬量的，模數(shù)轉(zhuǎn)化的速率作相同比例減小或增加的調(diào)整，在對信號數(shù)據(jù)進行了以切割、分段、插入或刪除為特征的處理后，將處理后的信號數(shù)據(jù)以原正常的模數(shù)轉(zhuǎn)化速率經(jīng)由音頻重放系統(tǒng)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)放出。
6.根據(jù)權利要求1所述的音頻信號保真變速放音方法，其特征在于所述的切割和分段是以音元為基本切割單位，包括(a1)確定所述切割小段包含的音元個數(shù)；將音頻信號起始一段時間內(nèi)的各樣值的絕對值進行比較，并確定出其中的最大極值峰點A0；(a2)以點A0為起點在其前后的3～10ms時間段內(nèi)，確定出另一最大極值峰點A1；(a3)計算出點A0與點A1的時間間隔t0；(a4)判斷A0與A1的相對位置，若點A0在點A1的后面，則將點A0當作點A1(位置對調(diào))，否則，相對位置不變；(a5)以點A1為起點，在距其后的(1±50％)t0時間段內(nèi)確定出最大極值峰a；(a6)計算出點A1與點a的時間間隔t1；(a7)判斷t1是否在2＜t1＜20ms范圍內(nèi)，若不成立，則重新設置t0＝5ms，并返回到(a5)，若成立，進入下一步驟；(a8)設t0＝t1；將點a當作點A1(位置對調(diào))；(a9)計算音元個數(shù)，如果小段中包含的音元個數(shù)等于在步驟(a1)中所確定的個數(shù)，以最大極值峰點A1前的第一個零點作為切割點，計數(shù)器開始重新計數(shù)，流程返回到步驟(a5)，否則，計數(shù)器加1，流程返回到(a5)。
7.一種根據(jù)權利要求1所述的音頻信號保真變速放音方法的專用裝置，它包括有a)音頻輸入系統(tǒng)，它是由模擬量音頻輸入子系統(tǒng)和數(shù)字量音頻輸入子系統(tǒng)，或是由該二個子系統(tǒng)中的任一個所構(gòu)成。其中，模擬量音頻輸入子系統(tǒng)由模擬量音頻檢取部件及伺服單元、前置放大和補償電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及接口、數(shù)據(jù)輸入控制單元、控制單元接口、主軸電機測速單元、主軸電機轉(zhuǎn)速接口以及輸入插口和前置放大和衰減電路所組成；數(shù)字量音頻輸入子系統(tǒng)由數(shù)字量音頻檢取部件及伺服單元、整形和解調(diào)電路、數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸入控制單元、控制單元接口、主軸電機測速單元、主軸電機轉(zhuǎn)速接口以及輸入插件所組成。b)計算機處理系統(tǒng)，它由原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、目標數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、計算機中央處理單元CPU、音頻變速處理程序和系統(tǒng)監(jiān)控以及管理程序所組成。c)音頻播放速度檢測單元，它由音頻播放速度設置部件、檢測放大電路以及接口所組成。d)音頻重放系統(tǒng)，它由數(shù)模轉(zhuǎn)換器及接口、前置放大電路、功率放大器、線路輸出插件以及電聲轉(zhuǎn)換裝置所組成。
8.根據(jù)權利要求7所述的專用裝置，其特征在于，在所述的音頻輸入系統(tǒng)中，通過模擬量音頻檢取部件及伺服單元從存儲媒體上讀入外部模擬量音頻信號、從輸入插口直接輸入外部模擬量音頻信號、通過數(shù)字量音頻檢取部件及伺服單元從存儲媒體上讀入外部數(shù)字量音頻信號、或者，從輸入插件直接輸入外部數(shù)字量音頻信號。
9.根據(jù)權利要求7所述的專用裝置，其特征在于所述的計算機處理系統(tǒng)中的音頻變速處理程序是依據(jù)音頻信號保真變速處理方法而編制的、對音頻信號進行以切割、分段、插入或刪除操作為特征的程序。
10.根據(jù)權利要求7所述的專用裝置，其特征在于所述的計算機處理系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大得足以容納所被讀入或所被直接輸入的外部音頻信號數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可在全部存放好后再進行變速放音處理，或在部分存放后即進行變速放音處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種音頻信號保真變速放音方法及其音頻信號保真變速放音裝置。將外部信號讀入變速放音裝置內(nèi),進行以切割、分段、插入或刪除為特征的處理,使原信號變長或縮短,然后再通過放音系統(tǒng)將經(jīng)過變速處理后的信號放出,可獲得保真(不變調(diào))變速放音的效果。本裝置對音頻信號可實現(xiàn)實時不變調(diào)變速放音,且變速范圍可達±200%以上,可用于語音學習、語音識別、頻譜分析以及聲樂學習等方面,特別適用于語言學習。
文檔編號G11B5/027GK1197976SQ9710640
公開日1998年11月4日 申請日期1997年4月28日 優(yōu)先權日1997年4月28日
發(fā)明者蘇勇, 沈雪良 申請人:蘇勇, 沈雪良