CN101320562A - 一种音乐压缩与解压缩方法的改良及其实现电路 - Google Patents

Abstract

本发明为一种音乐压缩与解压缩方法的改良及实现电路，其主要特征是利用将欲压缩声音的左、右声道同时作动态性范围取样，再通过将压缩声音的左、右声道数据相加或相减，以达到噪声干扰降至最低，其中应用技术的特色在于同步将左、右声道混音后所取样的多组数据区段前、后各一数据点比较得一差值并乘一积数，促使其压缩率增加，同时令所需存储空间变小，再判断其误差范围并进行编码，经取得一压缩码后复再通过解压缩程序运算求得一还原数据点，使得储存器可储存还多数据讯息，其中可免除搭配高速中央处理单元(CPU)或编、译码集成电路的介接，除具有降低制造成本外，还可达到高效率音质呈现的目的。

Description

一种音乐压缩与解压缩方法的改良及其实现电路

技术领域

本发明涉及的是一种音乐压缩与解压缩方法的改良及其实现电路，特别涉及的是一种利用一种音乐文件格式压缩的方法，经取样分断压缩与还原解压缩的处理程序，分解音高信息、频率响应、与相对周期数的通道载波，以具体的逻辑数学运算解析，求得左、又声道的原音输出的音乐压缩与解压缩方法。

背景技术

现有关于声音数据(如Wav、Midifile)的压缩方法，可区分为一种以硬件逻辑组件运算，如通过一编码集成电路(Encoder IC)与一译码集成电路(Decoder IC)，来作为声音数据(Wav、Midifile)的压缩与解压缩，然，利用上述编码与译码集成电路，其中必须搭配至少具备达32MIPS(millions of instructions persecond；百万次指令/每秒)，32数据位(bit)以上之中央处理器单元(CPU)组件，再者所述的编码、译码集成电路与中央处理器单元属高单价组件，其制造费用反应一固定成本并同时反映在消费者身上，因此造成使用者需求上的考虑；另一种是利用软件的方式进行压缩与解压缩的处理，所述的压缩方式主要是将欲压缩的音乐数据，以一单纯比值缩减压缩、还原，其中所述的压缩率与占用之内存或硬盘空间成等比的复数增量，且处理过程中易造成失真与延迟，又所述的压缩比率仅限制在一定量比值，综上所述，现有的音乐压缩方法的主要缺点为：

成本过高。

缺乏产业竞争性。

不符合进步性的表征。

常为使用者所诟病。

再查，美国专利US20020091514A1号公开一种音频信号压缩与解压缩方法，其中将DVD中的两个声道的数字信号同时进行复制，可见保持了原来声音数据的分辨率，并将左声道与右声道的欲压缩声音信号相加，且同时将左声道与右声道的欲压缩声音相减，其是利用分析MIDI讯号作为音乐数据以侦测连续重复产生的声音或图案，删除一部份相对所述的侦测的连续重复产生的声音或图案的音乐数据，与将表示所述的连续重复产生的声音或图案的讯号插入所述的音乐数据以取代删除部份，然，考虑其接通活动，在MIDI数据中，包括由表示接通活动信息与表示信道信息组成的状态信息，在这些信息种类中很少在交替中发生相同声音，因而导致低压缩效率，且所述的另一种压缩方式则包括一种重复发生的预定图案或乐段的音乐数据，其中虽可获得高压缩比，不过侦测较长重复乐段需要使用还复杂的算法；

有鉴于此，本案发明人以其所具备的专业素养与技术理念，经过多次试作改良，终使本发明得以产生。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种音乐压缩与解压缩方法的改良及实现的电路，以解决使其压缩后且解压缩的声音信息还原完全同在原来欲压缩的声音数据的改良技术问题；

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种音乐压缩与解压缩方法的改良，将欲压缩的声音数据的左、右声道同时作动态性范围取样，以保持原有声音数据的分辨率，并将所述的左声道与右声道的欲压缩声音数据相加，且同时将左声道与右声道的欲压缩声音数据相减，并以将所述的声音的噪声降至最低，进而达混音的功效，且同步将所述的左、右声道混音后所取样的多组数据点的后一数据点，也所述的第二笔数据点与第一笔数据点相比较所得一差值，并将所述的差值乘上一积数，其中所述的积数是一经过运算的小数，以使得所述的压缩率增加，压缩所需的存储空间变小，再判断其误差范围并进行编码，进而得一压缩码，又随即将所述的压缩码以相同步骤颠倒解压缩还原，进而得到一还原后的数据点，再将所述的还原后的数据点及第三笔数据点相比较所得另一差值，通过相同步骤压缩，利用此法压缩以8位或16位的欲压缩声音数据为例，能压缩成为2位或4位，进而使用者可以相同容量的存储器储存还多的数据，进而可省略现用的编码集成电路、译码集成电路与高速中央处理单元；

最后又将所述的经过运算后的右声道数据减掉1/2运算后的左声道数据的值再乘上另一积数，使得到最后的左声道声音，且将所述的经过运算后的右声道数据加上1/2运算后的左声道数据，得最后的右声道声音，通过利用上述步骤，将压缩后且解压缩的声音数据还原后完全相同在原来欲压缩的声音数据，使用者可听到原有的声音。

其包括以下步骤：

取样步骤：首先取得接收多组的音乐数据，其包括一系列由音符信息或数字电子频波所形成各种音频响应的音乐格式活动信息段；

分段传送步骤：将动态性音乐格式的活动信息段分送至不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内；

初压缩步骤：将不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内的活动信息段依容量或质量的区分选择，再细选压缩的比率，并进行活动信息段的相加或相减运算，其中选择一音乐信道为相加运算的处理程序时，另一音乐信道则处理一相减的程序；

转换步骤：运算分析所述的动态性音乐格式的活动信息段转换成另外型式的活动信息段，其包括相对所述的活动信息段与之前的一段活动信息段数据点的一匹配或失配差异间的状态信息，与根据所述的状况信息相对的所述的匹配或失配判断其相关资料点的误差范围；

还原步骤：运算后的任一声道的活动信息段经相加或相减的乘积处理，最后再分别输出至左、右声道，而完成整个还原的动作；

结束。

其次提供了一种音乐压缩与解压缩电路，用以实现上述的音乐压缩与解压缩方法的改良，其包括：

一电源供应单元，所述的电源供应单元分别输出一基本供压源、一定电流源与一定电压源，又所述的电源供应单元的定电压源输出端分别与一恒定电流组件与一放大电路电连接，且所述的恒定电流组件另一端点则分别与放大电路与电源供应单元内运算放大器电连接，所述的电源供应单元分别提供输出一基本供压源给放大电路、与单芯片处理器单元以做为其基本电路组件操作的工作电压；

一单片微机，所述的单片微机又称为微控制器，通过编译程序将控制字码写入单片微机内的快闪ROM，以输出一增益码与一零讯号补偿码，所述的单片微机输出一数据数字信号增益码至放大电路的可规划放大电路中，又所述的增益码设定所述的可规划放大电路输出至单片微机内模拟/数字转换器的放大倍数，所述的单片微机输出一数据数字信号至数字/模拟转换器，令所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往所述的放大电路的零讯号输出补偿电路；

所述的单芯片微处里器还包含一模拟/数字转换器与一数字/模拟转换器，又所述的模拟/数字转换单元主要提供一模拟与数字间准位信号的编码转换以为对应输出的逻辑信号，所述的模拟/数字转换器对应输出一数据数字信号至单片微机单元的ALU中，又所述的模拟/数字转换器对应接收来自所述的放大电路的一放大信号Cin，所述的数字/模拟转换器对应接收来自所述的单芯片处理器单元的一零讯号补偿码，又所述的数字/模拟转换器对应输出一模拟输出值至放大电路的零讯号输出补偿电路；

一放大电路，所述的放大电路包含一可规划放大电路与一零讯号输出补偿电路，根据音频感测组件的压缩比量与零讯号输出，所述的单片微机单元输出零讯号补偿码至一数字/模拟转换器，又所述的放大电路接收来自所述的数字/模拟转换器的输出的零讯号补偿电压，经所述的放大电路零讯号输出补偿电路的零讯号归零补偿；同时所述的单芯片处理器单元输出增益码，所述的放大电路接收来自所述的单芯片处理器单元所送出的增益码为X，调整可规划放大电路的放大倍数；当所述的最大压缩比量时输入到模拟/数字转换器的值为满刻度值，零压缩比量时输入到模拟/数字转换器的值为接近零的最小值，以达到减少量化误差并提高音频数据流的精准量测的目的；同时，开机时做零点补偿，避免音频信号同步与异步采样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性。

最后提供一种音乐压缩与解压缩方法的改良，其是应用一单片微机通过程序编译将程序代码写入单片微机内的快闪ROM，以输出一增益码与一零讯号补偿码，所述的程序算法流程包含一音频取样自动校准流程与一声音数据串流量测流程；

所述的音频取样自动校准流程如下，首先将音频取样讯号设为零，同时将增益码值设为零，又所述的单片微机送出一零讯号补偿码至数字/模拟转换器，经所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往放大电路的零电压输出补偿电路，使得模拟/数字转换器读零讯号的读值为y0(0)＝ADCmin，即模拟/数字转换器的最小读值，接着取样讯号设为量测音频讯号的最大值S3，模拟/数字转换器读值为y0(S3)，调整增益码为X，将会使yx(S3)＝ADCmax，其为接近ADC满刻度的一个默认值，同时又所述的单片微机送出一数据数字信号至数字/模拟转换器，经所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往放大电路的零讯号输出补偿电路，同时调整其值使得所述的可规划放大电路输出至模拟/数字转换器的读值为yx(S3)＝ADCmax，即预定的模拟/数字转换器的最大读值，记录X值，同时记录此零讯号补偿码的值，再此以DACtune表示，根据上述的机制，如表一所示，分别记录以下模拟/数字转换器的读值，进而完成一音频取样自动校准流程。

表一

	音频讯号值	ADC读值	记录值
				1	S3	yx(S3)	yx(S3)
2	S2(小于S3大于0)	yx(S2)	yx(S2)
				3	S1(小于S2大于0)	yx(S1)	yx(S1)
4	0	yx(0)	yx(0)

当应用在实际量测音频讯号时，通过所述的单片微机所执行的声音数据串流量测流程机制，以达到分析运算介于不同通道内音频载波的目的。

所述的声音数据串流量测流程主要进行下列程序：

开机时单片微机设定所述的增益码输出设为X，并设定数字/模拟转换器为DAC tune，并且所述的模拟/数字转换器的读值为yinit，此值为零讯号的模拟/数字转换器读值，下列数值的计算，作为零讯号的噪声补偿：

y′_x(0)＝y_init

i＝1，2，3

y′_x(S_i)＝y_x(S_i)+y_init-y_x(0)

接收音频讯号S时，所述的模拟/数字转换器读值以yx(S)表示，判断yx(S)值的范围落入哪个区间：(i＝0，1，2；S₀＝0)

y′_x(S_i)≤y_x(S)≤y′_x(S_i+1)，利用下式运算：

$S=S_i+\frac{\mathrm{Si}+1-\mathrm{Si}}{{y^{\′}}_x\left(S_{i+1}\right)-{y^{\′}}_x\left(S_i\right)}\{y_x\left(S\right)-{y^{\′}}_x\left(S_i\right)\},$ 进而求得S为其所测得的讯号值；当y_x(S)≥y′_x(S₃)，利用下式运算：

$S=S_3+\frac{S_3-S_2}{y_x^{\′}\left(S_3\right)-y_x^{\′}\left(S_2\right)}\{y_x\left(S\right)-y_x^{\′}\left(S_3\right)\}$

求得所述的S讯号值并将其代入欲压缩声音数据的积数中，并与原第一笔数据点与缓存器向右位移一位后的差值相乘，导出一压缩码，此时所述的压缩值通过缓存器向左还原位移一位，形成一还原运算后的声音数据，以此循环运算直至所述的计数缓存器归零，最后求得一声音数据点的一左声道数据串值，同理也在一右声道求得一声音数据点的一右声道数据串值；

通过当增益码设为X时，取模拟/数字转换器读值，又所述的可规划放大电路的增益与增益码成线性比量关系，且增益码越大增益越大，即利用上述增益码的调整，达到最大的模拟/数字转换器的信号与量化误差的比值，因此音频数据流的量测准确度愈高，同时，开机时做零点补偿，避免由于音频信号同步与异步取样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性；

综上所述，即利用上述公式中增益码的调整，来达到根据音频采样的压缩比量调整可规划放大电路的放大倍数，并利用零讯号补偿码补偿无音频讯号的输出，使得音频信号到达模拟/数字转换器的输入，能有最大的跨距，即零讯号时为ADCmin，而最大压缩比量时为ADCmax，使信号与量化误差的比值达到最大。

附图说明

图1为本发明处理程序流程图；

图2为本发明音频信号动态取样示意图；

图3为本发明音频取样自动校准流程(Work Flow)示意图；

图4为本发明声音数据串流量测流程(Work Flow)示意图；

图5为本发明一电路实施例示意图；

图6为本发明电路逻辑方块示意图；

图7为本发明可规划放大电路逻辑方块部份示意图。

附图标记说明：1-取样步骤；2-分段传送步骤；3-初压缩步骤；4-转换步骤；10-电源供应单元；11-恒电流组件；100-基本供压源；Vref-定电压源；20-单片微机；21-模拟/数字转换单元；21A-模拟/数字转换器；21B-数字/模拟转换器；20A-增益码；201-零讯号补偿码；200-数据数字信号；Cout-调整补偿零讯号输出值；Cin-放大信号；30-放大电路；30A-可规划放大电路；30B-零讯号输出补偿电路；R-音频感测组件。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请配合参阅图1所示，本发明的制造方法技术方案是：一种音乐压缩与解压缩方法的改良，其包括以下步骤：取样步骤a：首先取得接收多组的音乐数据(如Wav、Midifi1e)，其是包括一是列由音符信息或数字电子频波所形成各种音频响应的音乐格式活动信息段；分段传送步骤b：将动态性音乐格式的活动信息段分送至不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内；初压缩步骤c：将不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内的活动信息段依容量或质量的区分选择，再细选压缩的比率(bit rate)，并进行活动信息段的相加或相减运算，其中选择一音乐信道为相加运算的处理程序时，另一音乐信道则处理一相减的程序；转换步骤d：运算分析所述的动态性音乐格式的活动信息段转换成另外型式的活动信息段，其包括相对所述的活动信息段与的前的一段活动信息段数据点的一匹配或失配差异间的状态信息，与根据所述的状况信息相对的所述的匹配或失配判断其相关资料点的误差范围；还原步骤e：运算后的任一声道的活动信息段经相加或相减的乘积处理，最后再分别输出至左、右声道，而完成整个还原的动作。

请参阅图2所示，本发明主要是将所述的欲压缩的声音数据的左、右声道同时作动态性范围取样，以保持原有声音数据的分辨率，并将所述的左声道与右声道的欲压缩声音数据相加，且同时将左声道与右声道的欲压缩声音数据相减，并以将所述的声音的噪声降至最低，进而达混音的功效，且同步将所述的左、右声道混音后所取样的多组数据点的后一数据点，也所述的第二笔数据点与前一数据点(第一笔数据点)相比较所得一差值，并将所述的差值乘上一积数，其中所述的积数是一经过运算的小数，以使得所述的压缩率增加，压缩所需的存储空间变小，再判断其误差范围并进行编码，进而得一压缩码，又随即将所述的压缩码以相同步骤颠倒解压缩还原，进而得到一还原后的数据点，复再将所述的还原后的数据点及其后一数据点(也即第三笔数据点)相比较所得另一差值，使以相同步骤压缩，利用此法压缩以一8位(或16位)的欲压缩声音数据为例，能压缩成为一2位(或4位)，进而使用者可以相同容量的存储器储存还多的数据，进而可省略现用的编码集成电路、译码集成电路与高速中央处理单元CPU)，以达到价格低、效能高的目的；

最后又将所述的经过运算后的右声道数据减掉1/2运算后的左声道数据的值再乘上另一积数，使得到最后的左声道声音，且将所述的经过运算后的右声道数据加上1/2运算后的左声道数据，得最后的右声道声音，通过利用上述步骤，将压缩后且解压缩的声音数据还原后完全相同在原来欲压缩的声音数据，使用者可听到原有的声音，从而解决了使其压缩后且解压缩的声音数据还原后完全同在原来欲压缩的声音数据的技术问题。

自然界的讯号可以说都是连续(Continuous)的模拟讯号，而目前一般的计算器都不是模拟的型式，而是数字的型式，故要将模拟讯号送入数字芯片中加以分析处理，势必需经一番转换才行；如第图所示，其为一模拟/数字转换器(ADC)讯号转换图，首先将模拟讯号的大小范围确定，如0～5V，然后每隔一个取样周期Ts(Sampling Period)，将讯号「取样」(Sampling)，此时所得到讯号称为离散(Discrete)讯号，最后离散讯号再经过「量化」(Quantization)的过程，才真正转换成数字讯号。

以8位量化为例，将输入讯号0～5V的范围，分割成255等份，若讯号为最小的0V，则将被量化为00000000，反的，讯号若为5V，则被量化为11111111，由上可想象如果是利用16位ADC作量化时，则可分割成65535等份，这将可大大的提高分辨率(Resolution)，且还具减少量化误差(Quantization Error)的产生，以下为分辨率的公式表示：

分辨率＝输入电压范围÷(2n-1)；N为量化位数

(※本发明其是采用一颗PIC16F877(Microcontroller；MCU)组件，其内建一10bit量化位数的ADC)

再此，另以一声音讯号取样周期Ts(取样频率fs＝1/Ts)为例，在所述的频域中，也可说一个讯号的『频宽大小』，实际上就表示此讯号在「时域中的变化快慢」，由此可想见的是，面对一个变化极快的模拟讯号，却用一个很小的取样频率取取样，所得的取样结果，已经不足以代表原来的讯号，并造成所谓「混淆」(Aliasing)的情事发生，就以下定理推导：

fs＞＝(2*讯号最大频率)

今将以一声音讯号数字化，其取样频率为一40kHz，如果再考虑8量化位，当位于网络上传送语音讯号时，其至少需要一40k×8＝320kbps频宽，然，随着频宽传输中可通过声音数据可压缩的特性，本发明通过一压缩与解压缩方法的改良，不论应用在实时音频取样或高音质要求的DVD播放取样，具有其还精确取样分析与原音重现的功效，以下就一实施例说明如下：

本发明是提供一种音乐压缩与解压缩方法的改良，本例实施例其是应用一单片微机通过程序编译将程序代码写入单片微机内的快闪(Flash)ROM，以输出一增益码(Gain Code)与一零讯号补偿码；请参阅图3、图4所示，其中所述的编译程序算法(Algorithm)流程可包含一音频取样自动校准流程与一声音数据串流量测流程；所述的音频取样自动校准流程如下，首先将音频取样讯号设为零，同时将增益码(Gain Code)值设为零，又所述的单片微机送出一零讯号补偿码(数据数字信号)至数字/模拟转换器(DAC)，经所述的数字/模拟转换器(DAC)将其数据数字信号转换成一模拟输出值(调整补偿零讯号输出值Cout)，输出送往放大电路的零电压输出补偿电路，使得模拟/数字转换器(ADC)读零讯号的读值为y0(0)＝ADCmin，即模拟/数字转换器(ADC)的最小读值，接着取样讯号设为量测音频讯号的最大值S3，模拟/数字转换器(ADC)读值为y0(S3)，调整增益码(Gain Code)为X，将会使yx(S3)＝ADCmax(接近ADC满刻度的一个默认值)，同时又所述的单片微机送出一数据数字信号(零讯号补偿码)至数字/模拟转换器(DAC)，经所述的数字/模拟转换器(DAC)将其数据数字信号转换成一模拟输出值(调整补偿零讯号输出值Cout)，输出送往放大电路的零讯号输出补偿电路，同时调整其值使得所述的可规划放大电路(PGA)输出至模拟/数字转换器(ADC)的读值为yx(S3)＝ADC max，即预定的模拟/数字转换器(ADC)的最大读值，记录X值，同时记录此零讯号补偿码的值，再此以DAC tune表示，根据上述的机制(Work Chart)，如表一所示，分别记录以下模拟/数字转换器(ADC)的读值，进而完成一音频取样自动校准流程。

表一

	音频讯号值	ADC读值	记录值
				1	S3	yx(S3)	yx(S3)
2	S2(小于S3大于0)	yx(S2)	yx(S2)
				3	S1(小于S2大于0)	yx(S1)	yx(S1)
4	0	yx(0)	yx(0)

当应用在实际量测音频讯号时，通过所述的单片微机所执行的声音数据串流量测流程机制，以达到分析运算介在不同通道内音频载波的目的，其中所述的声音数据串流量测流程主要进行下列程序：

开机时单片微机设定所述的增益码(Gain Code)输出设为X，并设定数字/模拟转换器(DAC)为DACtune，并且所述的模拟/数字转换器(ADC)的读值为yinit(此值为零讯号的模拟/数字转换器(ADC)读值)，下列数值的计算，作为零讯号的噪声补偿：

y′_x(0)＝y_init

i＝1，2，3

y′_x(S_i)＝y_x(S_i)+y_init-y_x(0)

接收音频讯号S时，所述的模拟/数字转换器(ADC)读值(以yx(S)表示)，判断yx(S)值的范围落入哪个区间：(i＝0，1，2；S₀＝0)

y′_x(S_i)≤y_x(S)≤y′_x(S_i+1)，利用下式运算：

$S=S_i+\frac{\mathrm{Si}+1-\mathrm{Si}}{{y^{\′}}_x\left(S_{i+1}\right)-{y^{\′}}_x\left(S_i\right)}\{y_x\left(S\right)-{y^{\′}}_x\left(S_i\right)\},$ 进而求得S为其所测得的讯号值；当

y_x(S)≥y′_x(S₃)，利用下式运算：

$S=S_3+\frac{S_3-S_2}{y_x^{\′}\left(S_3\right)-y_x^{\′}\left(S_2\right)}\{y_x\left(S\right)-y_x^{\′}\left(S_3\right)\}$

求得所述的S讯号值并将其代入欲压缩声音数据的积数中，并与原第一笔数据点与缓存器向右位移一位后的差值相乘，导出一压缩码，此时所述的压缩值通过缓存器向左还原位移一位，形成一还原运算后的声音数据，以此循环运算直至所述的计数缓存器归零，最后求得一声音数据点的一左声道数据串值，同理也在一右声道求得一声音数据点的一右声道数据串值；

通过当增益码(Gain Code)设为X时，取模拟/数字转换器(ADC)读值，又所述的可规划放大电路(PGA)的增益(Gain)与增益码(Gain Code)成线性比量关系，且增益码(Gain Code)越大增益(Gain)越大，即利用上述增益码(Gain Code)的调整，达到最大的模拟/数字转换器(ADC)的信号与量化误差的比值，因此音频数据流的量测准确度愈高，同时，开机时做零点补偿，避免由于音频信号同步与异步取样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性。

因此本发明即利用上述公式中增益码(Gain Code)的调整，来达到根据音频采样的压缩比量调整可规划放大电路(PGA)的放大倍数，并利用零讯号补偿码补偿无音频讯号的输出，使得音频信号到达模拟/数字转换器(ADC)的输入，能有最大的跨距(即零讯号时为ADC min，而最大压缩比量时为ADC max)，使信号与量化误差的比值达到最大，请参阅第五图5、图6所示，图中，其为本发明的电路方块示意图，所述的电路主要包含：

一电源供应单元10，所述的电源供应单元10分别输出一基本供压源100、一定电流源与一定电压源Vref，又所述的电源供应单元10的定电压源Vref输出端分别与一恒定电流组件11与一放大电路30接设，且所述的恒定电流组件11另一端点则分别与放大电路(PGA)30与电源供应单元10内运算放大器接设，所述的电源供应单元10分别提供输出一基本供压源100给放大电路30、与单芯片处理器单元20以做为其基本电路组件操作的工作电压；

一单片微机20，所述的单片微机又称为微控制器(Microcontroller；简称MCU)，可通过编译程序将控制字码写入单片微机内的快闪(Flash)ROM，以输出一增益码(Gain Code)与一零讯号补偿码201，所述的单片微机输出一数据数字信号增益码(Gain Code)20A至放大电路(Gain Amplify)30的可规划放大电路30A中，又所述的增益码(Gain Code)20A可设定所述的可规划放大电路(PGA)30A输出至单片微机20内模拟/数字转换器(ADC)21A的放大倍数，所述的单片微机输出一数据数字信号(零压力补偿码20C)至数字/模拟转换器(DAC)21B，令所述的数字/模拟转换器(DAC)30B将其数据数字信号转换成一模拟输出值(调整补偿零讯号输出值Cout)，输出送往所述的放大电路(Gain Amplify)30的零讯号输出补偿电路30B；

所述的单芯片微处里器内建包含一模拟/数字转换器(ADC)21A与一数字/模拟转换器(DAC)21B，又所述的模拟/数字转换单元21主要提供一模拟与数字间准位信号的编码转换以为对应输出的逻辑信号，所述的模拟/数字转换器(ADC)21A对应输出一数据数字信号200(图未示)至单片微机单元20的ALU中，又所述的模拟/数字转换器21A对应接收来自所述的放大电路(Gain Amplify)30的一放大信号Cin，所述的数字/模拟转换器(DAC)30B对应接收来自所述的单芯片处理器单元20的一零讯号补偿码201(图未示)，又所述的数字/模拟转换器(DAC)21B对应输出一模拟输出值(调整补偿零讯号输出值Cout)至放大电路(Gain Amplify)30的零讯号输出补偿电路30B；

一放大电路(Gain Amplify；PGA)，所述的放大电路(PGA)30主要由包含一可规划放大电路30A与一零讯号输出补偿电路30B，根据音频感测组件R的压缩比量与零讯号输出，所述的单片微机单元20输出零讯号补偿码201(图未示)至一数字/模拟转换器(DAC)21B，又所述的放大电路(Gain Amplify)30接收来自所述的数字/模拟转换器(DAC)21B的输出的零讯号补偿电压，经所述的放大电路(GainAmplify)30零讯号输出补偿电路30B的零讯号归零补偿；同时所述的单芯片处理器单元20输出增益码(Gain Code)，所述的放大电路(Gain Amplify)30接收来自所述的单芯片处理器单元20所送出的增益码(Gain Code)20A为X，调整可规划放大电路(PGA)30A的放大倍数；当所述的最大压缩比量时输入到模拟/数字转换器(ADC)21A的值为满刻度值，零压缩比量时输入到模拟/数字转换器(ADC)21A的值为接近零的最小值，以达到减少量化误差并提高音频数据流的精准量测的目的者；同时，开机时做零点补偿，避免音频信号同步与异步采样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性。

请再参阅图6、图7所示，为本发明实施的电路逻辑示意图，图6中所圈设的虚线方块与图7全部内容其是标示代表为一放大电路(Gain Amplify)30，图中所述的运算放大器(U1A)的放大输出端14接设一电阻R3再与另一运算放大器(U1C)的放大输入端9相接，所述的放大输出端8连接另一运算放大器(U2A)的放大输入端12，经连续二极的串接放大，最后输出送至所述的模拟/数字控制器(ADC)21A的放大信号Cin端，又所述的单芯片处理器单元20的增益码(GainCode)20A(AMP0..7)信号输出接设至所述的放大电路(Gain Amplify)30的可规划放大电路(PGA)30A上，当所述的放大电路(Gain Amplify)30一侦测端接收来自所述的声音数据流的载波讯号，经单片微机单元20的编译程序代码核校后的控制信号增益码(Gain Code)20A输出一数据信号至运算放大器(U1A)的输入端13与运算放大器(U2A)的放大输入端12，通过所述的数字/模拟转换器(DAC)21B的调整补偿零讯号输出值Cout输入至放大电路(Gain Amplify)30的零讯号输出补偿电路30B中，调整所述的可规划放大电路(PGA)30A中运算放大器(U2A)的放大信号Cin端输出一相对放大增益至模拟/数字转换器(ADC)21A；

通过以上所述可知所述的放大电路(Gain Amplify)30输出增益是随着其增益码(Gain Code)20A与调整补偿零讯号输出值Cout值变化而改变，跟随音频感测组件R的压缩比量值而变化，予以调整放大电路(Gain Amplify)30可规划放大电路(PGA)30A中运算放大器(U1A与U1C)的放大倍数，与作零点讯号补偿，而当音频感测组件R其压缩比量值与零讯号输出不同时，仍能维持当最大压缩时输入到模拟/数字转换器(ADC)21A的值为满刻度值，零讯号时输入到模拟/数字转换器(ADC)21A的值为接近零的最小值，以达到减少量化误差并提高音频数据流的精准量测的目的；同时，开机时做零点补偿，避免音频信号同步与异步采样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性。

上列详细说明是针对本发明的可行实施例的具体说明，惟所述的实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变还，均应包含在本案的专利范围中。

Claims (7)

1、一种音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：

将欲压缩的声音数据的左、右声道同时作动态性范围取样，以保持原有声音数据的分辨率，并将所述的左声道与右声道的欲压缩声音数据相加，且同时将左声道与右声道的欲压缩声音数据相减，并以将所述的声音的噪声降至最低，进而达混音的功效，且同步将所述的左、右声道混音后所取样的多组数据点的后一数据点，也所述的第二笔数据点与第一笔数据点相比较所得一差值，并将所述的差值乘上一积数，其中所述的积数是一经过运算的小数，以使得所述的压缩率增加，压缩所需的存储空间变小，再判断其误差范围并进行编码，进而得一压缩码，又随即将所述的压缩码以相同步骤颠倒解压缩还原，进而得到一还原后的数据点，再将所述的还原后的数据点及第三笔数据点相比较所得另一差值，通过相同步骤压缩，利用此法压缩以8位或16位的欲压缩声音数据为例，能压缩成为2位或4位，进而使用者可以相同容量的存储器储存还多的数据，进而可省略现用的编码集成电路、译码集成电路与高速中央处理单元；

最后又将所述的经过运算后的右声道数据减掉1/2运算后的左声道数据的值再乘上另一积数，使得到最后的左声道声音，且将所述的经过运算后的右声道数据加上1/2运算后的左声道数据，得最后的右声道声音，通过利用上述步骤，将压缩后且解压缩的声音数据还原后完全相同在原来欲压缩的声音数据，使用者可听到原有的声音。

2.根据权利要求1所述的一种音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：其包括以下步骤：

取样步骤：首先取得接收多组的音乐数据，其包括一系列由音符信息或数字电子频波所形成各种音频响应的音乐格式活动信息段；

分段传送步骤：将动态性音乐格式的活动信息段分送至不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内；

初压缩步骤：将不同音乐信道(2.0ch、5.1ch)内的活动信息段依容量或质量的区分选择，再细选压缩的比率，并进行活动信息段的相加或相减运算，其中选择一音乐信道为相加运算的处理程序时，另一音乐信道则处理一相减的程序；

转换步骤：运算分析所述的动态性音乐格式的活动信息段转换成另外型式的活动信息段，其包括相对所述的活动信息段与之前的一段活动信息段数据点的一匹配或失配差异间的状态信息，与根据所述的状况信息相对的所述的匹配或失配判断其相关资料点的误差范围；

还原步骤：运算后的任一声道的活动信息段经相加或相减的乘积处理，最后再分别输出至左、右声道，而完成整个还原的动作；

结束。

3.一种音乐压缩与解压缩电路，用以实现上述的音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：其包括：

一电源供应单元，所述的电源供应单元分别输出一基本供压源、一定电流源与一定电压源，又所述的电源供应单元的定电压源输出端分别与一恒定电流组件与一放大电路电连接，且所述的恒定电流组件另一端点则分别与放大电路与电源供应单元内运算放大器电连接，所述的电源供应单元分别提供输出一基本供压源给放大电路、与单芯片处理器单元以做为其基本电路组件操作的工作电压；

一单片微机，所述的单片微机又称为微控制器，通过编译程序将控制字码写入单片微机内的快闪ROM，以输出一增益码与一零讯号补偿码，所述的单片微机输出一数据数字信号增益码至放大电路的可规划放大电路中，又所述的增益码设定所述的可规划放大电路输出至单片微机内模拟/数字转换器的放大倍数，所述的单片微机输出一数据数字信号至数字/模拟转换器，令所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往所述的放大电路的零讯号输出补偿电路；

所述的单芯片微处里器还包含一模拟/数字转换器与一数字/模拟转换器，又所述的模拟/数字转换单元主要提供一模拟与数字间准位信号的编码转换以为对应输出的逻辑信号，所述的模拟/数字转换器对应输出一数据数字信号至单片微机单元的ALU中，又所述的模拟/数字转换器对应接收来自所述的放大电路的一放大信号Cin，所述的数字/模拟转换器对应接收来自所述的单芯片处理器单元的一零讯号补偿码，又所述的数字/模拟转换器对应输出一模拟输出值至放大电路的零讯号输出补偿电路；

一放大电路，所述的放大电路包含一可规划放大电路与一零讯号输出补偿电路，根据音频感测组件的压缩比量与零讯号输出，所述的单片微机单元输出零讯号补偿码至一数字/模拟转换器，又所述的放大电路接收来自所述的数字/模拟转换器的输出的零讯号补偿电压，经所述的放大电路零讯号输出补偿电路的零讯号归零补偿；同时所述的单芯片处理器单元输出增益码，所述的放大电路接收来自所述的单芯片处理器单元所送出的增益码为X，调整可规划放大电路的放大倍数；当所述的最大压缩比量时输入到模拟/数字转换器的值为满刻度值，零压缩比量时输入到模拟/数字转换器的值为接近零的最小值，以达到减少量化误差并提高音频数据流的精准量测的目的；同时，开机时做零点补偿，避免音频信号同步与异步采样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性。

4.一种音乐压缩与解压缩方法的改良，其是应用一单片微机通过程序编译将程序代码写入单片微机内的快闪ROM，以输出一增益码与一零讯号补偿码，其特征在于：所述的程序算法流程包含一音频取样自动校准流程与一声音数据串流量测流程；

所述的音频取样自动校准流程如下，首先将音频取样讯号设为零，同时将增益码值设为零，又所述的单片微机送出一零讯号补偿码至数字/模拟转换器，经所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往放大电路的零电压输出补偿电路，使得模拟/数字转换器读零讯号的读值为y0(0)＝ADCmin，即模拟/数字转换器的最小读值，接着取样讯号设为量测音频讯号的最大值S3，模拟/数字转换器读值为y0(S3)，调整增益码为X，将会使yx(S3)＝ADCmax，其为接近ADC满刻度的一个默认值，同时又所述的单片微机送出一数据数字信号至数字/模拟转换器，经所述的数字/模拟转换器将其数据数字信号转换成一模拟输出值，输出送往放大电路的零讯号输出补偿电路，同时调整其值使得所述的可规划放大电路输出至模拟/数字转换器的读值为yx(S3)＝ADCmax，即预定的模拟/数字转换器的最大读值，记录X值，同时记录此零讯号补偿码的值，再此以DACtune表示，根据上述的机制，如表一所示，分别记录以下模拟/数字转换器的读值，进而完成一音频取样自动校准流程。

表一

  音频讯号值   ADC读值   记录值   1   S3   yx(S3)   yx(S3)   2   S2(小于S3大于0)   yx(S2)   yx(S2)   3   S1(小于S2大于0)   yx(S1)   yx(S1)   4   0   yx(0)   yx(0)

当应用在实际量测音频讯号时，通过所述的单片微机所执行的声音数据串流量测流程机制，以达到分析运算介于不同通道内音频载波的目的。

所述的声音数据串流量测流程主要进行下列程序：

开机时单片微机设定所述的增益码输出设为X，并设定数字/模拟转换器为DAC tune，并且所述的模拟/数字转换器的读值为yinit，此值为零讯号的模拟/数字转换器读值，下列数值的计算，作为零讯号的噪声补偿：

y′_x(0)＝y_init

i＝1，2，3

y′_x(S_i)＝y_x(S_i)+y_init-y_x(0)

接收音频讯号S时，所述的模拟/数字转换器读值以yx(S)表示，判断yx(S)值的范围落入哪个区间：(i＝0，1，2；S₀＝0)

y′_x(S_i)≤y_x(S)≤y′_x(S_i+1)，利用下式运算：

$S=S_i+\frac{-\mathrm{Si}_{\mathrm{Si}+1}}{{y^{\′}}_x\left(S_{i+1}\right)-{y^{\′}}_x\left(\mathrm{Si}\right)}\{y_x\left(S\right)-{y^{\′}}_x\left(\mathrm{Si}\right)\},$ 进而求得S为其所测得的讯号值；当

y_x(S)≥y′_x(S₃)，利用下式运算：

$S=S_3+\frac{S_3-S_2}{y_x^{\′}\left(S_3\right)-y_x^{\′}\left(S_2\right)}\{y_x\left(S\right)-y_x^{\′}\left(S_3\right)\}$

求得所述的S讯号值并将其代入欲压缩声音数据的积数中，并与原第一笔数据点与缓存器向右位移一位后的差值相乘，导出一压缩码，此时所述的压缩值通过缓存器向左还原位移一位，形成一还原运算后的声音数据，以此循环运算直至所述的计数缓存器归零，最后求得一声音数据点的一左声道数据串值，同理也在一右声道求得一声音数据点的一右声道数据串值；

通过当增益码设为X时，取模拟/数字转换器读值，又所述的可规划放大电路的增益与增益码成线性比量关系，且增益码越大增益越大，即利用上述增益码的调整，达到最大的模拟/数字转换器的信号与量化误差的比值，因此音频数据流的量测准确度愈高，同时，开机时做零点补偿，避免由于音频信号同步与异步取样时变化所造成的零点讯号飘移，影响运算的准确性；

综上所述，即利用上述公式中增益码的调整，来达到根据音频采样的压缩比量调整可规划放大电路的放大倍数，并利用零讯号补偿码补偿无音频讯号的输出，使得音频信号到达模拟/数字转换器的输入，能有最大的跨距，即零讯号时为ADCmin，而最大压缩比量时为ADCmax，使信号与量化误差的比值达到最大。

5.根据权利要求4所述的音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：所述的单片微机具可程序化逻辑模块，其电路基板可积体化或作微缩设计。

6.根据权利要求4所述的音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：所述的单片微机输出一数据数字信号至数字/模拟控制器模块其为一12位数据数字信号。

7.根据权利要求4所述的音乐压缩与解压缩方法的改良，其特征在于：所述的微处理器单元电连接至所述的放大电路的模拟开关网关芯片其为一16位数据数字信号。

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