CN100433938C - 麦克风用的音效处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种麦克风用的音效处理方法及装置，用以音效处理经一麦克风撷取的语音信号后输出至一扬声器播放，其中，该语音信号以一第一频率作为取样频率数字化后形成原始语音信号后，而后将该原始语音信号的取样频率降频进行音效处理后再恢复至第一频率，与原始语音信号混音后模拟转换输出至扬声器播放；藉此，可达到兼顾高音质及低存储器需求和运算能力的功效。

Description

麦克风用的音效处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种音效处理方法及装置，特别涉及一种利用调整取样频率(sampling rate)来降低音效处理所需的存储器容量的麦克风用的音效处理方法及装置。

背景技术

一般麦克风音效处理大致可分成模拟与数字信号的两种音效处理方式。目前相较于模拟音效处理方式，数字音效处理方式能获得更佳的音效效果。

由于麦克风1将为声波的信号转换模拟电信号以及扬声器2将模拟电信号转换成声波输出，所以数字音效处理装置3内需将自麦克风1的信号数字化后再进行音效处理，而在音效处理后需再将信号模拟化后以适于供扬声器2输出。因此，如图1，示出了一种现有的麦克风用的数字音效处理装置3的方块图。此装置3包含一接收麦克风1输出的模拟信号并将其数字化的模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，简称ADC)31、一暂存数字化的语音信号的存储器32、一自存储器32撷取语音信号进行信号处理的数字信号处理器(digital signal processor，以下简称DSP)33、以及一接收经DSP 33处理信号并将其模拟化以适于传送至扬声器2的数字/模拟转换器(digital-to-analogconverter，简称DAC)34。藉此，当麦克风1将声波转换成模拟电信号时，则可经ADC 31先将信号数字化存储至存储器32，而后DSP 33依需要自存储器32读取信号后并加以处理以作成各种效果，例如回音(echo)、合音(chorus)、颤音(flanger)、升降音(pitch shift)、均衡器(equalizer)、变声、压缩及解压缩、语音辨识等等，其后再由DAC 34将信号转换成模拟信号，以供扬声器2播放。

近年来随着多媒体娱乐的兴起，让使用者对于麦克风要求的音质亦随之提高，而影响音效处理后音质的其中一重要因素为取样频率。此取样频率意指在模拟/数字转换器31将模拟信号转换成数字信号过程中，以周期性的固定频率撷取连续数据的技术。一般来说，取样频率需高于音源(对麦克风来说即为人声)的频率，而随着取样频率愈高则音质愈好。

今日电子零件趋向于集成与微小化的趋势，使得现有的音效处理装置3亦会以系统集成于单一集成电路被形成，甚者可集成于单一芯片上。但随着取样频率的增加，使得音效处理装置3中的存储器32容量与对应的DSP所需的MIPS(million instructions per second；每秒百万个指令)量亦随之大幅增加，举例来说，诸如回音的音效处理所需的存储器容量依要求最大延迟(delay)时间、取样频率与各取样所需的存储位(bit)所决定(存储器容量＝最大延迟时间*取样频率*各取样的存储位)，假定最大延迟时间为300ms、取样频率为四万八千赫兹(Hz)以及各取样的存储位为16位，则存储器32容量就需28800字节(即0.3*48000*16＝230400bits＝28800bytes)。如此，音效处理装置1要求如此高的存储器32的容量与DSP 33的运算能力，因此需占用过多的电路面积，造成现有的音效处理装置3较难集成，甚至成为集成于一芯片上的重大负担。

若麦克风1的声音不经任何音效处理即传送至扬声器2播放，则取样频率应尽可能地高，进而以较佳音质播放。然而，实际上取样速度愈快，则人类愈无法察觉两次取样之间的差异性，而且由于声音经音效处理原本就会变化，举例来说，回音是模拟声音在大空间下经由墙壁反弹后回传的残响，这样的回音经墙壁与空气的吸收衰减，多半本身音质就不佳，所以人们对于经过音效处理的声音反而不企求象声音直接输出的高音质。以麦克风1应用来说，取样频率约为八千赫兹对于人的声音来说已经绰绰有余。因此在不影响麦克风输出音质下，若降低音效处理的取样频率，随之存储器32容量与DSP33运算能力的要求亦可随之降低，进而解决以往存在的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的，旨在提供一种利用于音效处理时调降取样频率以节省存储器容量与降低对运算能力要求的麦克风用的音效处理方法。

本发明的另一目的，旨在提供一种麦克风用的音效处理方法，在音效处理时调降取样频率并在音效处理后恢复成原本取样频率以与原本未经音效处理信号混音，以达到在维持高音质下降低音效处理所需存储器容量的功效。

本发明的再一目的，旨在提供一种可达到降低音效处理所需的存储器容量的麦克风用的音效处理装置。

本发明的再一目的，旨在提供一种可达到降低对运算能力要求的麦克风用的音效处理装置。

于是，本发明提供了一种麦克风用的音效处理方法，适于音效处理经一麦克风撷取的语音信号后传送至一扬声器播放，所述方法包含以下步骤：

A)将来自所述麦克风的语音信号以一第一频率为取样频率数字化成一原始语音信号后输出；

B)将步骤A)中的所述原始语音信号的取样频率调降后进行音效处理，其后，再将经音效处理的信号的取样频率恢复成所述第一频率，以形成一音效信号；以及

C)接收步骤A)的原始语音信号与步骤B)的音效信号并混音成一声音信号，其后将声音信号模拟化以适于输出至所述扬声器转换成声波播放。

本发明还提供了一种麦克风用的音效处理装置，适于音效处理经一麦克风撷取的语音信号后传送至一扬声器播放，所述装置包含：

一模拟/数字转换器，接收所述麦克风的语音信号，该模拟/数字转换器以一第一频率作为取样频率数字化所述语音信号形成一原始语音信号；

一音效处理单元，接收所述原始语音信号，该音效处理单元调降所述原始语音信号的取样频率以进行音效处理并通过将经音效处理的信号的取样频率恢复成所述第一频率，以形成一音效信号；

一混音器，接收所述原始语音信号与所述音效信号以合成一声音信号；及

一数字/模拟转换器，接收所述声音信号并将其模拟化以适于输出至所述扬声器播放。

附图说明

本发明的其它特征及优点，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的明白，在图式中：

图1是现有的麦克风用的数字音效处理装置的电路方块图，此装置适于接收一麦克风的信号并将其进行处理后输出至一扬声器播放；

图2是本发明的较佳实施例的电路方块图，此实施例结合一麦克风与一扬声器；及

图3是图2中较佳实施例的流程图。

附图中的各个附图标记说明如下：

4麦克风                 5扬声器

6音效处理装置           61模拟/数字转换器/ADC

62降频单元              63存储器

64数字信号处理器/DSP    65升频单元

66混音器                67数字/模拟转换器/DAC

具体实施方式

参阅图2，是显示本发明的麦克风用的音效处理装置6的一较佳实施例。此音效处理装置6适于接收一麦克风4撷取的模拟声音信号并经处理后传送至一扬声器5播放。本实施例的音效处理装置6包含一模拟/数字转换器(ADC)61、降频单元62、一存储器63、一数字信号处理单元(DSP)64、升频单元65、一混音器66及一数字/模拟转换器67。

此ADC 61电性连接至麦克风4、降频单元62与混音器66。在本实施例中，麦克风4转换声波语音成一模拟语音信号，而ADC 61以第一频率为取样频率(例如48kHz)将麦克风4输出的模拟语音信号转换成数字原始语音信号后分别输出至降频单元62与混音器66。

此降频单元62用以调降自ADC61的原始语音信号的取样频率成一低于第一频率的第二频率后输出至存储器63。在本实施例中，由于音效处理装置6供麦克风4应用，故第二取样频率仅足以应付人类的声音即可，换言之，第二频率仅需至少等于八千赫兹即可，举例来说第二频率为可二万四赫兹或一万二赫兹等等，而依设计者需求来决定第二频率的数值。

此存储器63用以暂存经降频单元62降频至第二频率的语音信号，以供后续的DSP 64自存储器63内撷取语音信号进行适当处理并且可供DSP 64在处理语音信号过程中进行数据存取。

此DSP 64电性连接存储器63与升频单元64并具有语音信号处理功能，以用来自存储器63中撷取数字语音信号依所需音效进行信号数据处理，而音效处理包含回音、合音、颤音、升降音、均衡器、变声、压缩及解压缩、语音辨识等等。由于DSP 64进行语音信号处理时所需的存储器会因DSP 64进行音效处理过程中仍需存储器63来存取，使得DSP 64所要求的存储器63容量会大于经降频单元62存储存储器63中的语音信号所要求的存储器63容量，因此音效处理装置6所需的存储器63容量由需较大容量的DSP 64来决定。举例来说，诸如回音的音效处理所需的存储器容量由要求最大延迟(delay)时间、取样频率与各取样所需的存储位(bit)所决定(存储器容量＝最大延迟时间*取样频率*各取样的存储位)，假定最大延迟时间为300ms、取样频率为二万四赫兹以及各取样的存储位为16位，则存储器63容量仅需14400字节(即0.3*24000*16＝115200bits＝14400bytes)。由于不管是何种音效处理决定所需存储器容量的一重要因素为取样频率，如此相较于现有的音效处理装置，本实施例的音效处理装置6在音效处理前先行利用降频单元62将语音信号的取样频率由第一频率(如四万八赫兹)降低至第二频率(如二万四赫兹)，使得音效处理所需的存储器63容量可随之大幅降低，以达到降低所需存储器63容量的功效，而且随着语音信号的取样频率降低至第二频率，则语音信号的数据量亦随之减少，让DSP64相较于以往所需要的运算能力要求(指MIPS)也可达到大幅降低的功效，如此存储器63与DSP64所占用的电路面积与成本都可大幅降低，以达到更符合电子零件微小化的趋势与更容易集成于单一集成电路或单一芯片上。

此升频单元65电性连接DSP 64与混音器66。该升频单元65用以接收经DSP 64音效处理的语音信号并调升此语音信号的取样频率以使语音信号的取样频率由第二频率恢复至第一频率，以形成一音效信号来与原始语音信号集成。

此混音器66电性连接至升频单元65与ADC 61并用以接收自ADC 61输出的原始语音信号(即指未经降频单元62、DSP 64、升频单元65处理的语音信号)以及接收自升频单元65输出的音效信号(即指经降频单元62、DSP 64、升频单元65处理的语音信号)，以将两信号合成一声音信号输出至DAC 67。由于未经降频的原始语音信号，在本实施例中，于模拟/数字转换过程中以与现有技术相同的第一频率作为取样频率，因其取样频率如此高，使得原始语音信号的音质可视为原音重现，以使混合此原始语音信号的声音信号可达到高音质的功效。本实施例中，此混音器66为一累加器。

此DAC 67电性连接该混音器66并用以将该声音信号由数字信号转换成模拟信号，以输出至该扬声器5播放。

依前所述，为了让本发明更容易被明了，一并参照图3对本实施例的方法在下文中作说明。

首先，在步骤71，由ADC 61接收由麦克风4撷取的语音信号并以第一频率(如4万八赫兹)作为取样频率将语音信号数字化(即将模拟信号转为数字信号)成原始语音信号，而后ADC 61并将原始语音信号分别传送至降频单元62与混音器66。

其后，地步骤72，由降频单元62调降接收的原始语音信号的取样频率至低于第一频率的第二频率。

而后，在步骤73，降频单元62将调降后的语音信号传送至存储器63中暂存。

紧接着在步骤74，由DSP 64自存储器63中存取语音信号以依需求进行音效处理，在本实施例中由于音效的语音信号的取样频率(即第二频率)大幅降低，使得对存储器63需求容量与对DSP 64要求运算能力亦随之大幅降低。

其后，在步骤75，调升经DSP 64音效处理的语音信号的取样频率，使将语音信号的取样频率由第二频率恢复至第一频率以形成音效信号。

而后，在步骤76，由于经降频单元62降频来进行音效处的信号在步骤75中调高为原本取样频率(即第一频率)，使得音效信号与原始语音信号皆为同一取样频率，如此两信号经混音器66进行混音以形成声音信号，而此声音信号由于以高频(即诸如四万八赫兹)的第一频率作为取样频率的原始语音信号存在，使得声音信号的音质可达到至少与习知音效处理装置相同的高音质的功效。而且，在本实施例中音效处理装置6在决定ADC61的取样频率(即第一频率)，由于较不需顾及后续的音效处理中高取样频率而造成存储器63容量与DSP64运算能力亦需大幅提升的问题，使得ADC61的取样频率可依设计者需求尽量地提高(例如9万六赫兹)，如此使得本发明甚至可达到音质高于习知的功效。

最后，在步骤77中，由DAC 67自混音器66接收声音信号并将此声音信号模拟化，以适于传送至扬声器5播放用。

综前所述，本发明利用高取样频率(第一频率)来数字化语音信号成原始语音信号，并仅调降欲经音效处理的语音信号的取样频率和在音效处理后恢复经音效处理的语音信号的取样频率以与原始语音信号混音，如此可达到兼顾高音质与低存储器63容量和DSP 64运算能力的功效，进而降低音效处理装置6的成本，以使产品更具有市场竞争力。

上面所描述的内容仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施的范围，凡在本发明申请的权利要求及说明书范围内所做的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种麦克风用的音效处理方法，适于音效处理经一麦克风撷取的语音信号后传送至一扬声器播放，所述方法包含以下步骤：

A)将来自所述麦克风的语音信号以一第一频率为取样频率数字化成一原始语音信号后输出；

B)将步骤A)中的所述原始语音信号的取样频率调降后进行音效处理，其后，再将经音效处理的信号的取样频率恢复成所述第一频率，以形成一音效信号；以及

C)接收步骤A)的原始语音信号与步骤B)的音效信号并混音成一声音信号，其后将声音信号模拟化以适于输出至所述扬声器转换成声波播放。

2.如权利要求1所述的麦克风用的音效处理方法，其中，所述步骤B)包含以下的次步骤：

B-1)将步骤A)中的原始语音信号的取样频率由所述第一频率降频至一低于所述第一频率的第二频率；

B-2)对取样频率为所述第二频率的语音信号依需要进行音效处理；及

B-3)再将所述步骤B-2)的语音信号的取样频率自所述第二频率调高成所述第一频率，以形成所述音效信号。

3.一种麦克风用的音效处理装置，适于音效处理经一麦克风撷取的语音信号后传送至一扬声器播放，所述装置包含：

一模拟/数字转换器，接收所述麦克风的语音信号，该模拟/数字转换器以一第一频率作为取样频率数字化所述语音信号形成一原始语音信号；

一音效处理单元，接收所述原始语音信号，该音效处理单元调降所述原始语音信号的取样频率以进行音效处理并将经音效处理的信号的取样频率恢复成所述第一频率，以形成一音效信号；

一混音器，接收所述原始语音信号与所述音效信号以合成一声音信号；及

一数字/模拟转换器，接收所述声音信号并将其模拟化以适于输出至所述扬声器播放。

4.如权利要求3所述的麦克风用的音效处理装置，其中，所述模拟/数字转换器、所述音效处理单元、所述混音器及所述数字/模拟转换器建构成单一集成电路。

5.如权利要求3所述的麦克风用的音效处理装置，其中，所述模拟/数字转换器、所述音效处理单元、所述混音器及所述数字/模拟转换器建构成单一芯片。

6.如权利要求3所述的麦克风用的音效处理装置，其中，所述音效处理单元包括：

一降频单元，接收所述原始语音信号并将该原始语音信号的取样频率由所述第一频率降频至一低于所述第一频率的第二频率后输出，

一存储器，存储所述经降频的语音信号；

一数字信号处理器，由所述存储器取所述经降频的语音信号以对该经降频的语音信号依需要进行音效处理后输出；及

一升频单元，接收所述经音效处理的语音信号并将该经音效处理的语音信号的取样频率自所述第二频率调高成所述第一频率，以形成所述音效信号。

7.如权利要求3所述的麦克风用的音效处理装置，其中，所述混音器为一累加器。

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