数字音频信号之音调升降装置及方法制造方法及图纸

一种数字音频信号之音调升降装置，用以接收一数字音频信号，并对其频率进行转换。其主要包括：一输入装置，用来接收数字音频信号；一音调处理装置，用来选取数字音频信号中特定长度之样本以进行音调升降处理及得到一变频音框；和一音频信号衔接装置，用来将变频音框与变频音频信号衔接，藉以得到新的变频音频信号。又，音频信号衔接装置包括：一搜寻区电位比较装置、一衔接区电位比较装置、一位元处理装置和一衔接装置。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种数字音频信号之音调升降(pitch shift)装置及方法，且特别是涉及一种在不定音框分割法(unlimited audio framedivision method)之音调升降装置中，用以快速搜寻(fast searching)两音框间衔接点之方法。在数字音频信号之音调升降处理中，最简单的做法就是将放音的频率加快(音调升高)或变慢(音调降低)，如同将唱盘转速加快或减慢的道理一样。但是，这种做法却会改变原始音频信号的播放时间长度。因此，要如何保有原始音频信号的播放时间长度，并同时达到音调升降的效果，便成为音调升降处理中之首要课题。陈思平先生在其硕士论文″MPEG解码、音高调整及次频编码之音讯处理演算法研究(On Audio Processing For MPEG Decoding,Pitch-shifting and Sub-band Coding)″中曾提出一种不定音框分割法，其实施情形大致如下一、首先由原始音频信号中取出一个样本数N之音框(audioframe)；二、对上述音框内之样本进行音调升降处理；三、假设升降频后的音框放音长度变为mN(m＞1为降音；m＜1为升音)，则决定次一个音框为自原始音框中第mN个样本点开始的N个样本；四、对新音框中各样本进行步骤二中所述之音调升降处理；五、找出最佳衔接点(optimum connecting point)以衔接上述两个音框；六、假设衔接后音框的样本数为2mN-X,X为因衔接而舍去的样本数，则再次一个音框为自原始音频信号中第2mN-X个样本点开始的N个样本；以及七、重覆步骤四至步骤六，直到音调升降处理结束。在这种不定音框分割法之音调升降处理中，步骤五之衔接点搜寻及衔接方式乃是利用前一个音框的末段资料(即后文中所谓搜寻区(search region))与次一个音框的前段资料(即后文中所谓衔接区(cross region))进行数值对比(以平均绝对值差(mean absolutelyerror)MAE做为判断最佳衔接点的依据)，藉以得到最相似之衔接方式，其参考方程式如下MAE(i)=Σj=0M-1|C(j)-S(i+j)|i=0~N-M]]>其中，C为衔接区样本，样本数为M；S为搜寻区样本，样本数为N且N＞M而最佳衔接点则是能够使MAE具有最小值之样本，即衔接区样本与搜寻区样本最相似之位置。至于衔接动作则依据下列公式进行P(i+j)=jM*C(j)+M-jM*S(i+j)j=0~M-1]]>其中，i为最佳衔接点的位置P为衔接的样本，而P之后则是次一音框的样本。请参考附图说明图1，此为不定音框分割法之数字音频信号在降音情形下之音调升降处理示意图。在此图例中，假设原始音频信号S0为一组由多个连续数字信号所构成的数字音频信号。首先，自此原始音频信号S0中选出时间长度L1之一组音框D1，如图中标示0至L1-1之间的样本。然后，对此音框D1进行音调降音处理(如改变其播放速度)，则放音的时间变长为L2，藉以得到一组时间长度L2之降频音频信号D1′。紧接着，再以原始音频信号S0中上一个音框D1起点(即标示0之时间)后距离L2时间长度(即降频后之音框时间长度)处，往后选取时间长度L1之一组音框D2，如图中标示L1至L1+L2-1之间的样本。并以同样方法对音框D2进行音调降音处理，籍以得到一组时间长度L2之降频音框D2′。接着，进行降频音频信号D1′及D2′的衔接动作。首先，选取降频音频信号D1′后段之部分样本及原始音频信号S0与其后段邻接之部分样本为搜寻区Sa，以及降频音框D2′前段之部分样本为衔接区Ca。然后，对比衔接区Ca与搜寻区Sa中各样本，并依据上述数学式得到降频音框D1′与D2′间的最佳衔接点K1，藉以完成衔接的动作并得到一降频音频信号S0′。然后，重覆上述步骤直到整个降频处理结束。至于图2则表示不定音框法之数字音频信号在升音情形下之音调升降处理示意图。在图例中，假设原始音频信号S1为一组由多个连续数字信号所构成之数字音频信号。首先，自原始音频信号S1中选出时间长度L3之一组音框D3，如图中标示0至L3-1之间的样本。然后，对此音框D3进行音调升音处理(如加快其播放速度)，则放音的时间缩短为L4，藉以得到一组时间长度L4之升频音频信号D3′。紧接着，再以原始音频信号S1中上一个音框D3起点(即标示0之时间)后距离L4长度(即升频后之音框时间长度)处，往后选取时间长度L3之一组音框D4，如图中标示L3至L3+L4-1之间的样本。并以同样方法对音框D4进行音调升音处理，藉以得到一组样本数L4之升频音框D4′。接着，进行升频音频信号D3′及升频音框D4′的衔接动作。首先，选取升频音频信号D3′后段之部分样本及原始音频信号S1与其后段邻接之部分样本为搜寻区Sb，以及升频音框D4′前段之部分样本为衔接区Cb。然后，对比衔接区Cb与搜寻区Sb中各样本，并依据上述数学式得到升频音频信号D3′与升频音框D4′间的最佳衔接点K2，藉以完成衔接的动作并得到一升频音频信号S1′。以及，重覆上述步骤直到升频处理完成。不过，这种不定音框分割法之音调升降处理在N=160、M=80、放音频为16千赫的情况下，每10毫秒必须进行(80+79)*80=12720次加减运算(即每秒钟至少要进行1272000次加减运算)，这样的运算成本实在是太大了。因此，要将不定音框分割法应用于消费性产品中，便必需找到一种简易有效之衔接点搜寻方法，且该方法要能以简单的硬件线路完成。有鉴于此，本专利技术的主要目的就是在提供一种，其利用位元运算以简化两音框间衔接点的搜寻，因此可大量减少运算成本及以简易硬件线路以完成。为达到本专利技术之上述及其他目的，本专利技术乃提出一种数字音频信号之音调升降方法，用以接收一数字音频信号，并对其频率进行转换，藉以得到一变频音频信号。其步骤包括首先，选取数字音频信号中特定长度R之样本为第一原始音框进行频率转换，变频后，时间长度由原来L变成L′，藉以得到时间长度L′之第一音框做为变频音频信号。然后，自该原始数字音频信号中L′时间处开始选取R个样本为第二原始音框进行频率转换，藉以得到一新时间长度L′之第二变频音框。然后，衔接该第二变频音框及该变频音频信号，藉以得到更新后之变频音频信号。以及，重覆步骤前两个步骤，藉以完成该数字音频信号之音调升降。其中，前述衔接之步骤包括首先，自变频信号后段选取长度N之样本为搜寻区，并将搜寻区中各样本与参考电位比较，藉以得到一搜寻区位元资料(bit sequence)，表示该搜寻区中各样本之振幅情况。然后，自第二变频音框前段选取长度M之样本做为衔接区(通常N＞M)，并将衔接区各样本与参考电位比较，藉以得到一衔接区位元资料，表示衔接区中各样本之振幅情况。最后，以位元比较方式比较衔接区及搜寻区中所有长度M之子搜寻区的位元资料，藉以得到对应之不相似度(non-similarity)；以及，将衔接区及对应之子搜寻区(sub-search region)中衔接，藉以得到更新后之变频音频信号。此外，本专利技术中衔接区及搜寻区中各长度M之子搜寻区的位元比较可以XOR逻辑电路完成，而其对应之不相似度则是XOR逻辑电路输出结果中1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字音频信号之音调升降方法，用以接收一数字音频信号，并对其频率进行转换，藉以得到一变频音频信号，其特征在于，该方法包括下列步骤：（ａ）选取该数字音频信号中特定长度Ｒ之样本为第一原始音框进行频率转换，该第一原始音框在变频后时间长度由Ｌ变成Ｌ′，藉以得到一时间长度Ｌ′之第一音框做为该变频音频信号：（ｂ）以该原始数字音频信号中Ｌ′时间处开始之特定长度Ｒ之样本为第二原始音框进行频率转换，藉以得到一时间长度Ｌ′之第二变频音框；（ｃ）衔接该第二变频音框及该变频音频信号，藉以得到更新后之变频音频信号；以及（ｄ）重覆步骤（ｂ）、（ｃ），藉以完成该数字音频信号之音调升降；其中，步骤（ｃ）包括：自该变频信号后段及其邻接之数字音频信号中选取长度Ｎ之样本做为一搜寻区，并将该搜寻区中各样本与一参考电位比较，藉以得到一搜寻区位元资料，表示该搜寻区中各样本之振幅情况；自该第二变频音框前段选取长度Ｍ之样本做为一衔接区，并将该衔接区各样本与该参考电位比较，藉以得到一衔接区位元资料，表示该衔接区中各样本之振幅情况；以位元比较方式比较该衔接区及该搜寻区中所有长度Ｍ之子搜寻区的位元资料，藉以得到该衔接区及该些子搜寻区间所对应之不相似度；以及将该衔接区及该些子搜寻区中对应最小不相似度之子搜寻区衔接，藉以得到更新后之变频音频信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1．一种数字音频信号之音调升降方法，用以接收一数字音频信号，并对其频率进行转换，藉以得到一变频音频信号，其特征在于，该方法包括下列步骤(a)选取该数字音频信号中特定长度R之样本为第一原始音框进行频率转换，该第一原始音框在变频后时间长度由L变成L′，藉以得到一时间长度L′之第一音框做为该变频音频信号；(b)以该原始数字音频信号中L′时间处开始之特定长度R之样本为第二原始音框进行频率转换，藉以得到一时间长度L′之第二变频音框；(c)衔接该第二变频音框及该变频音频信号，藉以得到更新后之变频音频信号；以及(d)重覆步骤(b)、(c)，藉以完成该数字音频信号之音调升降；其中，步骤(c)包括自该变频信号后段及其邻接之数字音频信号中选取长度N之样本做为一搜寻区，并将该搜寻区中各样本与一参考电位比较，藉以得到一搜寻区位元资料，表示该搜寻区中各样本之振幅情况；自该第二变频音框前段选取长度M之样本做为一衔接区，并将该衔接区各样本与该参考电位比较，藉以得到一衔接区位元资料，表示该衔接区中各样本之振幅情况；以位元比较方式比较该衔接区及该搜寻区中所有长度M之子搜寻区的位元资料，藉以得到该衔接区及该些子搜寻区间所对应之不相似度；以及将该衔接区及该些子搜寻区中对应最小不相似度之子搜寻区衔接，藉以得到更新后之变频音频信号。2．如权利要求1所述的音调升降方法，其中，该搜寻区及该些子搜寻区间所对应之不相似度的形成步骤包括以位元比较方式比较该衔接区及该搜寻区中各长度M之子搜寻区的位元资料，藉以得到一不相似度位元资料；以及计算该不相似度位元资料中代表位元相异之位元数目，藉以做为该衔接区及该子搜寻区所对应之不相似度。3．如权利要求1所述的音调升降方法，其中，该搜寻区样本之长度N大于该衔接区样本之长度M。4．如权利要求3所述的音调升降方法，其中，该搜寻区样本是由该变频音频信号中之后段N个样本所组成。5．如...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文源，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]