CN110534141A - 音频播放装置及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音频播放装置，其中包含一第一预处理电路、一第二预处理电路、一选择电路、一主要解码电路与一播放器。该第一预处理电路是用以针对一第一音频串流进行一预处理程序，以取得一第一预处理结果。该第二预处理电路是用以针对一第二音频串流进行另一预处理程序，以取得一第二预处理结果。该选择电路是用以根据一播放指令，自该第一预处理结果与该第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果。该主要解码电路是用以根据该目标处理结果进行一解码程序，借此产生一目标音频信号。该播放器是用以播放该目标音频信号。

Description

音频播放装置及其信号处理方法

技术领域

本发明与音频播放装置相关。

背景技术

电视系统在许多家庭中是不可或缺的重要设备。近年来新上市的许多电视系统不仅能播放电视业者提供的节目，还能连接至网际网络或可插拔式外接装置，并且播放这些来源提供的各类多媒体档案。多媒体档案通常包含有音频串流。图1(A)以同时有两个音频串流来源的情况为例，呈现现行电视系统中的一种音频播放装置范例。举例而言，第一音频串流可能是电视节目的音频串流，而第二音频串流可能是来自网际网络的多媒体档案中的音频串流。选择电路110受控于使用者即时发送或预先设定的播放指令，自第一音频串流与第二音频串流中选出一个，作为一目标音频串流。音频处理电路120首先对目标音频串流施以降频转换、解调(demodulation)、解多工(de-multiplexing)等信号处理程序，并且进行解析，以找出目标音频串流的详细规格，例如取样频率、音轨数量，或是音频帧(audioframe)长度。随后，音频处理电路120必须根据该解析结果设定其解码电路的硬件/软件，始能将目标音频串流正确解码，产生提供给播放器130的目标音频信号。

实务上，不同的多媒体档案可能具有不同的音频规格。因此，当选择电路110在不同的音频来源之间切换(亦即改变目标音频串流)时，音频处理电路120必须重新执行上述信号处理与解析程序、按照新的规格设定其解码硬件/软件，然后才能开始输出新的目标音频信号。由此可知，在选择电路110根据播放指令改变目标音频串流之后，到播放器130开始播放新的目标音频信号之前，播放器130会有一段时间延迟而没有输出任何声音。

由于上述时间延迟常令使用者观感不佳，因此目前有一种技术方案提供平行运作的多套音频处理电路，使播放器不因时间延迟而造成声音中断。请参阅图1(B)呈现的范例。第一音频处理电路140负责对第一音频串流依序施以降频转换、解调、解多工、解析、解码等程序，借此产生一第一音频信号。相似地，第二音频处理电路150负责处理第二音频串流，借此产生一第二音频信号。上述两套电路各自将其处理结果提供至选择电路160。以第一音频串流是电视节目的音频串流，而第二音频串流是来自网际网络的音频串流的情况为例。当播放指令内容是选择播放电视节目，选择电路160便选择第一音频信号作为传送给播放器170的目标音频信号，而舍弃第二音频信号(例如将此音频路径设定为静音)。若随后播放指令内容改为选择播放来自网际网络的多媒体档案，选择电路160便会舍弃第一音频信号，转而将第二音频信号传送至播放器170。虽然这种做法可以达到几乎没有时间延迟的切换，但会增加许多硬件成本及运算电力的消耗。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新的音频播放装置及其信号处理方法。

根据本发明的一实施例为一种音频播放装置，其中包含一第一预处理电路、一第二预处理电路、一选择电路、一主要解码电路与一播放器。该第一预处理电路是用以针对一第一音频串流进行一预处理程序，以取得一第一预处理结果。该第二预处理电路是用以针对一第二音频串流进行另一预处理程序，以取得一第二预处理结果。该选择电路是用以根据一播放指令，自该第一预处理结果与该第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果。该主要解码电路是用以根据该目标处理结果进行一解码程序，借此产生一目标音频信号。该播放器是用以播放该目标音频信号。

根据本发明的另一实施例为一种应用于一音频播放装置的信号处理方法。一第一音频串流被施以一预处理程序，以取得一第一预处理结果。一第二音频串流被施以另一预处理程序，以取得一第二预处理结果。根据一播放指令，一目标处理结果自该第一预处理结果与该第二预处理结果中被选出。一解码程序根据该目标处理结果进行，借此产生一目标音频信号。随后，该目标音频信号被播放。

关于本发明的优点与精神可以借由以下发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1(A)与图1(B)呈现现行技术中的音频播放装置范例。

图2为根据本发明的一实施例中的音频播放装置的功能方块图。

图3为根据本发明的另一实施例中的音频播放装置的功能方块图。

图4为根据本发明的又一实施例中的音频播放装置的功能方块图。

图5为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。

须说明的是，本发明的附图包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。这些附图并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如附图中绘示的方式分配，且分散式的区块不一定要以分散式的电子元件实现。

110：选择电路 120：音频处理电路

130：播放器 140：第一音频处理电路

150：第二音频处理电路 160：选择电路

170：播放器 200：音频播放装置

210A：第一预处理电路 210B：第二预处理电路

220：选择电路 230：主要解码电路

230A：前段解码电路 230B：切换电路

230C：后段解码电路 240：播放器

250：次要解码电路 260：寄存器

270：切换电路 S51A～S54：流程步骤

具体实施方式

根据本发明的一实施例为一种音频播放装置，其功能方块图是绘示于图2。音频播放装置200包含一第一预处理电路210A、一第二预处理电路210B、一选择电路220、一主要解码电路230，以及一播放器240。实务上，音频播放装置200可以单独存在，也可以被整合在各种能同时接收多个音频串流的多媒体播放系统(例如电视系统)中。音频播放装置200受控于使用者即时发送或预先设定的播放指令，依照播放指令的内容而决定要播出的音频串流。以下先以同时有两个音频串流来源的情况为例，说明音频播放装置200中各个电路的功能。

第一预处理电路210A是用以针对一第一音频串流进行一预处理程序，以取得一第一预处理结果。第二预处理电路210B则是用以针对一第二音频串流进行另一预处理程序，以取得一第二预处理结果。由图2可看出，选择电路220根据播放指令的内容自第一预处理结果与第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果，提供给主要解码电路230。也就是说，第一预处理电路210A与第二预处理电路210B(统称预处理电路210)负责完成主要解码电路230进行主要解码程序前的各种解析工作。无论该播放指令是指向哪一个音频串流，第一预处理电路210A与第二预处理电路210B都会保持在运作状态。相较于图1(A)中的现有技术，在必须切换音频来源时，由于预处理电路210已完成对新的目标音频串流的解析工作，主要解码电路230直接根据目标处理结果指出的音频规格重新设定其硬件/软件，音频播放装置200因而能够有效缩短切换音频来源时的时间延迟而造成的声音中断。另一方面，由于解码程序通常是整个音频处理路径中最耗能的一个步骤，相较于图1(B)中的现有技术，音频播放装置200能有效降低硬件成本与运算电力的消耗。

须说明的是，第一预处理电路210A与第二预处理电路210B中进行的预处理程序可以不同。举例而言，若第一音频串流是电视节目的音频串流，第一预处理电路210A所进行的预处理程序可包含降频转换、解调、解多工，以及封包基本串流(packet elementarystream header)的标头解析(header parsing)。若第二音频串流是来自网际网络的多媒体档案中的音频串流，第二预处理电路210B所进行的预处理程序可包含多媒体档案的档头解析、解多工，以及音频串流的标头解析。须说明的是，这些预处理程序的实施细节为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，于此不赘述。

实务上，未被选择电路220选为目标处理结果的预处理结果也可以被进一步利用。于一实施例中，如图3所示，音频播放装置200进一步包含一次要解码电路250、一寄存器260与一切换电路270。第一预处理结果以及第二预处理结果其中一者是目标处理结果，另一者是备用处理结果。选择电路220选出目标处理结果之后，将备用处理结果提供给次要解码电路250。次要解码电路250对该备用处理结果的一部分施以解码程序，借此产生一备用音频信号。此处所谓“备用处理结果的一部分”有多种可能性。举例而言，假设该备用处理结果是对应于M1个音轨，次要解码电路250可被设定为仅对该M1个音轨中的M2个音轨施以解码程序，其中M1为大于一的整数，M2为小于M1的正整数。比方说，次要解码电路250可被设定为仅对五点一声道(M1＝6)中的中央声道施以解码程序(M2＝1)。再举例而言，假设该备用处理结果是对应于P1个频率成分，次要解码电路250可被设定为仅对该P1个频率成分中的P2个频率成分施以解码程序，其中P1为大于一的整数，P2为小于P1的正整数。比方说，次要解码电路250可被设定为仅对零到三十二千赫中低于十六千赫的频率成分施以解码程序。

次要解码电路250所产生的备用音频信号会被暂存于寄存器260。在一般运作中，切换电路270都是将主要解码电路230产生的目标音频信号传递给播放器240。当选择电路220收到的播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果(亦即切换音频串流)，切换电路270便控制播放器240开始在一段特定时间内播放寄存器260中所储存的备用音频信号。更具体地说，寄存器260中所储存的备用音频信号是在主要解码电路230准备好输出新的目标音频信号之前作为暂时输出的用，以避免产生声音中断的状况。待主要解码电路230准备好输出新的目标音频信号之后，切换电路270便改为将主要解码电路230产生的目标音频信号传递给播放器240。举例而言，假设电路设计者预先已知主要解码电路230根据新的目标处理结果重新设定其硬件/软件并输出新的目标音频信号需要大约零点五秒的时间，寄存器260可持续更新其储存内容，保持在可以播放最新的零点五秒的备用音频信号。这种做法的好处在于能够利用少量的资源达到类似于无缝(seamless)切换的效果。虽然该备用音频信号的音质会略逊于整个备用处理结果被完整解码所产生的音频信号，但由于播放时间相当短暂，使用者未必能听出明显差异。

于一实施例中，所谓“对备用处理结果的一部分施以解码程序”包含排除备用处理结果中的背景资料(meta data)。背景资料是用以传递频道介绍与频道类别等文字信息，在刚开始切换的前一小段时间(例如上述零点五秒)通常是不需要的。因此，次要解码电路250可被设定为不对该备用处理结果中的背景资料施以解码程序，借此节省运算资源。

图3所示的音频播放装置200可以有另一种变化型。于一实施例中，选择电路220将不是目标处理结果的那一个预处理结果设定为一备用处理结果，交由次要解码电路250施以解码程序的一部分，借此产生备用音频信号。举例而言，假设主要解码电路230所进行的解码程序是对应于一高阶解码，次要解码电路250可被设定为对备用处理结果施以一低阶解码。在这个情况下，备用音频信号的音质也会略逊于经过高阶解码的信号，但同样可被存入寄存器260，作为切换期间暂时输出之用。

以第二代高效率进阶音频编码(High-Efficiency Advanced Audio Coding,HE-AAC)标准为例，完整的解码工作包含低复杂度进阶音频解码(low complexity AAC)与频谱频段复制(spectral band replication,SBR)；前者是针对零到十二千赫的频率成分施以解码程序，而后者是针对十二到二十四千赫的频率成分施以解码程序。兼有低复杂度进阶音频解码以及频谱频段复制的解码程序可被视为高阶解码，而仅执行低复杂度进阶音频解码可被视为低阶解码。再举例而言，假设主要解码电路230所进行的解码程序是对应于十六点(16-point)反向离散余弦转换(inverse discrete cosine transform,IDCT)，则次要解码电路250可被设定为对备用处理结果施以八点反向离散余弦转换，借此达成运算量较低的低阶解码。

本发明的范畴并未限定于特定储存机制。寄存器260可包含一个或多个挥发性或非挥发性存储器装置，例如随机存取半导体存储器、唯读存储器、磁性及/或光学存储器、快闪存储器等等。

请参阅图4。于另一实施例中，音频播放装置200不包含寄存器260与切换电路270，而次要解码电路250以另一种方式对备用处理结果施以解码程序的一部分，借此产生一备用初步解码结果。如图4所示，主要解码电路230包含一前段解码电路230A、一切换电路230B与一后段解码电路230C。假设主要解码电路230所进行的解码程序包含N1个解码步骤，其中的前N2个解码步骤是由前段解码电路230A负责，而后(N1-N2)个解码步骤是由后段解码电路230C负责(N1为大于一的整数，N2为小于N1的正整数)。次要解码电路250可被设定为对备用处理结果施以该N1个解码步骤中的前N2个解码步骤，借此产生一备用初步解码结果。在一般运作中，切换电路230B是将前段解码电路230A所产生的目标初步解码结果传递给后段解码电路230C。当播放指令要求将备用处理结果设定为一新的目标处理结果，切换电路230B便将次要解码电路250产生的备用初步解码结果提供给后段解码电路230C，让后段解码电路230C对该备用初步解码结果继续施以另外(N1-N2)个解码步骤。

实务上，图4中的前段解码电路230A与次要解码电路250可以是两套相同的硬件电路。以第二代高效率进阶音频编码(HE-AAC)标准为例，主要解码电路230所进行的解码程序包含比特串流解多工(bit stream de-multiplexing)、进阶音频解码、正交镜像滤波(quadrature mirror filter,QMF)分析、频谱频段复制(SBR)处理、(parametric stereo)、正交镜像滤波合成(QMF synthesis)等六个步骤(N1＝6)。前段解码电路230A与次要解码电路250可被设定为仅负责执行前两个步骤(N2＝2)，而后段解码电路230C负责执行后续四个步骤。

须说明的是，本发明的范畴并未限定音频播放装置200同时能接收的音频串流总数量为二。当同时输入音频播放装置200的音频串流多于两个时，在预处理电路210、220前端可设置另一个前置选择电路，用以自多个音频串流中选出两个，作为第一音频串流与第二音频串流。举例而言，第一音频串流是该播放指令所指出的音频串流，而该前置选择电路可根据一使用者习惯决定第二音频串流，或是选择稍早曾播放的一音频串流作为第二音频串流。于另一实施例中，音频播放装置200被设计为包含不只两个预处理电路，亦即产生多于两个预处理结果提供给选择电路220选择。

实务上，上述各电路可利用多种控制和处理平台实现，包含固定式的和可编程的逻辑电路，例如可编程逻辑门阵列、针对特定应用的集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器。此外，这些电路亦可被设计为通过执行一存储器中所储存的处理器指令来完成其任务。

根据本发明的另一实施例为一种应用于一音频播放装置的信号处理方法，其流程图是绘示于图5。步骤S51A为针对一第一音频串流进行一预处理程序，以取得一第一预处理结果。步骤S51B为针对一第二音频串流进行另一预处理程序，以取得一第二预处理结果。接着，步骤S52为根据一播放指令，自该第一预处理结果与该第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果。随后，步骤S53为根据该目标处理结果进行一解码程序，借此产生一目标音频信号。步骤S54则是播放该目标音频信号。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，现有在介绍音频播放装置200时描述的各种操作变化亦可应用至图5中的信号处理方法，其细节不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种音频播放装置，包含：

一第一预处理电路，用以针对一第一音频串流进行一第一预处理程序，以取得一第一预处理结果，其中该第一预处理程序包含降频转换程序、解调程序、解多工程序与解析程序中至少一程序；

一第二预处理电路，用以针对一第二音频串流进行一第二预处理程序，以取得一第二预处理结果，其中该第二预处理程序包含降频转换程序、解调程序、解多工程序与解析程序中至少一程序；

一选择电路，用以根据一播放指令，自该第一预处理结果与该第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果；

一主要解码电路，用以根据该目标处理结果进行一解码程序，借此产生一目标音频信号；以及

一播放器，用以播放该目标音频信号。

2.如权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，该选择电路将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；该音频播放装置进一步包含：

一次要解码电路，用以对该备用处理结果的一部分施以该解码程序，借此产生一备用音频信号；

一寄存器，用以暂存该备用音频信号；以及

一切换电路，当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，该切换电路控制该播放器开始在一段特定时间内播放该寄存器中所储存的该备用音频信号。

3.如权利要求2所述的音频播放装置，其特征在于，该备用处理结果是对应于M1个音轨，该次要解码电路仅对该M1个音轨中的M2个音轨施以该解码程序，其中M1为大于一的一整数，M2为小于M1的一正整数。

4.如权利要求2所述的音频播放装置，其特征在于，该备用处理结果是对应于P1个频率成分，该次要解码电路仅对该P1个频率成分中的P2个频率成分施以该解码程序，其中P1为大于一的一整数，P2为小于P1的一正整数。

5.如权利要求2所述的音频播放装置，其特征在于，该次要解码电路不对该备用处理结果中的一背景资料施以该解码程序。

6.如权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，该选择电路将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；该主要解码电路所进行的该解码程序是对应于一高阶解码；该音频播放装置进一步包含：

一次要解码电路，用以对该备用处理结果施以一低阶解码，借此产生一备用音频信号；

一寄存器，用以暂存该备用音频信号；以及

一切换电路，当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，该切换电路控制该播放器开始在一段特定时间内播放该寄存器中所储存的该备用音频信号。

7.如权利要求1所述的音频播放装置，其特征在于，该选择电路将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；该主要解码电路所进行的该解码程序包含N1个解码步骤，N1为大于一的一整数；该音频播放装置进一步包含：

一次要解码电路，用以对该备用处理结果施以该N1个解码步骤中的N2个解码步骤，借此产生一备用初步解码结果，其中N2为小于N1的一正整数；当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，该次要解码电路将该初步解码结果提供给该主要解码电路，并请求该主要解码电路对该备用初步解码结果施以另外(N1-N2)个解码步骤。

8.一种应用于一音频播放装置的信号处理方法，包含：

针对一第一音频串流进行一第一预处理程序，以取得一第一预处理结果，其中该第一预处理程序包含降频转换程序、解调程序、解多工程序与解析程序中至少一程序；

针对一第二音频串流进行一第二预处理程序，以取得一第二预处理结果，其中该第二预处理程序包含降频转换程序、解调程序、解多工程序与解析程序中至少一程序；

根据一播放指令，自该第一预处理结果与该第二预处理结果中选择一个，作为一目标处理结果；

根据该目标处理结果进行一解码程序，借此产生一目标音频信号；以及

播放该目标音频信号。

9.如权利要求8所述的信号处理方法，进一步包含：

将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；

对该备用处理结果的一部分施以该解码程序，借此产生一备用音频信号；

暂存该备用音频信号；以及

当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，开始在一段特定时间内播放被暂存的该备用音频信号。

10.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，该备用处理结果是对应于M1个音轨，对该备用处理结果的一部分施以该解码程序包含仅对该M1个音轨中的M2个音轨施以该解码程序，其中M1为大于一的一整数，M2为小于M1的一正整数。

11.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，该备用处理结果是对应于P1个频率成分，对该备用处理结果的一部分施以该解码程序包含仅对该P1个频率成分中的P2个频率成分施以该解码程序，其中P1为大于一的一整数，P2为小于P1的一正整数。

12.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，对该备用处理结果的一部分施以该解码程序包含不对该备用处理结果中的一背景资料施以该解码程序。

13.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，用以产生该目标音频信号的该解码程序是对应于一高阶解码；该信号处理方法进一步包含：

将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；

对该备用处理结果施以一低阶解码，借此产生一备用音频信号；

暂存该备用音频信号；以及

当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，开始在一段特定时间内播放被暂存的该备用音频信号。

14.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，用以产生该目标音频信号的该解码程序包含N1个解码步骤，N1为大于一的一整数；该信号处理方法进一步包含：

将该第一预处理结果与该第二预处理结果中非该目标处理结果的该预处理结果设定为一备用处理结果；

对该备用处理结果施以该N1个解码步骤中的N2个解码步骤，借此产生一备用初步解码结果，其中N2为小于N1的一正整数；以及

当该播放指令要求将该备用处理结果设定为一新的目标处理结果，对该备用初步解码结果施以另外(N1-N2)个解码步骤。