CN1157976C - 用于无线通讯系统移动终端的发声设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无线通讯系统移动终端的发声设备和发声方法，发声设备包括用于存储波形的存储设备(5)，每一波形对应一声音且每一波形包括预定量的样本；为所述将要产生的声音选择声响和音高的选择设备(3)；在预设计算规则的基础上，用于计算由所选择声音的波形样本得到的声音表的计算装置(6)；根据所述声音选择的所述音高从所述被计算的声音表读出部分样本阅读设备(8)，该声音表取决于为；以及在从所述阅读设备读出的所述部分样本的基础上，用于输出声音的输出装置(2)。本发明允许从存储的一个周期波形产生和输出具有乐音频率的周期性信号。

Description

用于无线通讯系统移动终端的发声设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于无线通讯系统移动终端的发声设备和发声方法。

背景技术

GSM或UMTS系统等无线通讯系统的移动终端通常包括产生和输出曲调等声音的声学部件，该输出声音用以向用户表明来电、收到的信息、预设时间和日期等。市场上最早的移动终端的发声设备仅包括少量预存曲调和/或音调，用户可以从这些曲调和/或音调中选择他或她所喜欢的铃声或警报信号。最近的部分无线通讯系统移动终端提供了在一个或两个八音度的有限范围内自己创作曲调的可能性，虽然用户可为所创作的曲调预设音调，但是用户不能选择音调。

因此本发明的目的是提供一种用于无线通讯系统移动终端的发声设备和发声方法，其能允许用户选择声响(sound)及其音高，从而用户能以一种简单而又灵活的方式谱写曲调。

发明内容

根据本发明的第一方面，用于无线通讯系统移动终端的发声设备能达到上述目的，该发声设备包括用于存储波形的存储设备，且每一波形对应一声音以及每一波形包括预定量的样本；用于为所述将要产生的声音选择声响和音高的选择设备；在预设计算规则的基础上用于计算由所选择声音的波形样本得到的声音表的计算装置；根据声音的所选音高从所述被计算的声音表中读出部分样本的阅读设备；以及在从阅读设备读出的部分样本的基础上用于输出声音的输出设备。

根据本发明的第二方面，用于无线通讯系统移动终端的发声方法能进一步达到上述目的，该发生方法包括以下步骤：对将要从存储波形产生的声音进行声响和音高的选择，且每一存储波形对应一声音以及每一波形包括预定量的样本；在预设计算规则的基础上，计算由所选择声音的波形样本得到的声音表；根据所述的声音的所选音高从所述被计算的声音表读出部分样本；以及在读出的部分样本的基础上输出声音。

根据本发明的发声设备和发声方法允许用户以简单灵活的方式选择将要产生的声音和音高，其中该声音应当被输出。因而用户能创作和谱写不同的曲调而不需要大的处理功率。进一步，本发明的发声设备和发声方法能在无线通讯系统移动终端中简单而又经济有效实施。在存储设备中以波形形式存储的声音可以是例如乐器的声音、人的声音、动物的声音或其它可能的声音。每一声音都有某种特征频率分布，例如基频和高阶谐波。通过用预定量的样本对该频率分布进行数字取样以给出波形。因此根据本发明处理存储的波形是基于取样率转换器原理。

有利地是，每一波形由将要产生的声音的频率分布的一个采样周期组成。更有利地是，每一波形由预定的51个采样组成。考虑到用于实施的资源的极小化以及输出声音中频率误差的极小化，该51个样本数量是一优化值。

更有利地是，在内插计算法的基础上计算装置计算声音表。这意味着在相邻的两分别的存储波形样本之间执行内插计算法，从而对波形进行向上采样。在这种情况下，在两相邻的存储波形之间的被计算的内插样本数取决于将要产生的声音的所选音高。以这种方式能达到实施资源和频率误差之间的最优化。有利地是，被计算的内插样本数目对八音度的每一音符是相同的，但随八音度的上升而降低。因而，对一个八音度内的每一个音符能够使用相同的被计算过的声音表，从而所需处理显著减少。

更有利地的是，阅读设备从声音表读出每第n个样本，n为整数。在输出所选声音之前，这允许所需的处理进一步减少。有利地的是，数n取决于将要产生的声音的所选择的音高。有利地的是，数n随着八音度内音符声高而增加，但数n对在不同八音度内的每一个音符是相同的。这将进一步降低存储和处理资源，因为仅单个数n需要为八音度的每一个音符而存储。在不同的八音度内，代表每一音调的相同的数n能重复使用。更有利地是，样本从声音表以约8kHz的频率被读出，从而输出声音的最高频率可以为4kHz。

附图简述

在下面结合附图对优选实施例进行描述中本发明将被详细地加以解释，其中

图1示意地表示包括根据本发明的发声设备的无线通讯系统的移动终端，以及

图2表示用以解释根据本发明的声音的产生的示意图。

发明的实施方式

图1示意地表示GSM或UMTS系统等无线通讯系统的移动终端1。应注意，在图1中仅示出了用以解释本发明的必须元件，因为了简明的缘故，其它用于移动终端1正常操作所需的元件没有被图示，例如天线、HF部件、调制器、解调器、编码器、译码器等。

移动终端1包括用于输出音响信号以向用户表明来电、收到信息、预设时间和日期等的扬声器2。扬声器2可以与用户通话期间用来输出语音信号的扬声器相同，或者可以是仅用来输出警报或警示信号的单独的扬声器。在第二种情况下，扬声器2可以简单廉价的元件实施。

移动终端1进一步包括例如移动终端通常的键盘的输入设备3，通过选择移动终端相应的菜单功能，用户能为产生的以及被用作警报信号、警示信号或类似信号的声音选择或挑选声响和音高。输入设备3连接到用于控制所选声音产生的控制单元4。控制单元4连接到例如永久存储器的存储设备5，在存储设备5内存储有与声音相应的波形。每一波形对应某一声音，例如乐器的声音、人的声音、动物的声音或类似的声音，并且每一波形包括预定量的样本。在优选实施例中，每一波形包括以51个数字化样本数的形式的单周期的一频率分布的相应声音。考虑到移动终端内处理资源的的最优化以及输出声音的频率误差，对应存储在存储设备5中每一波形的51个样本数以及与表1和表2中给出的特殊数值一起代表最优化值。应注意，在本文中8字节的字长足够用于警报信号、警示信号、电铃音调和类似信号的输出目的。

倾向于选择声音和音高作为警报信号或类似信号的用户可以通过输入设备3的方式输入所选择的声音或音高。可选择地是，将要产生的声音的声响和音高可以通过任何其它选择方式进行选择，例如通过发送来自无线终端通讯系统或类似系统基站的相应信息。对将要产生的声音的声响和音高进行选择后，例如通过在输入设备3的输入，相应的信息被传送到控制单元4。控制单元4包括在预设计算规则的基础上用于计算由所选声音的波形样本得到的声音表的计算装置6。在优选实施例中，预设的计算规则是内插计算法，因而在两相邻的存储波形之间的被计算的内插样本数取决于将要产生的声音的所选音高。因此被计算的内插样本数目对于八音度内的每一音符是相同的，但是该数目随着八音度的升高而降低。每一样本的内插值数目的优化值和在每个八音度中的声音表相应地得到的样本数在表1中给出。

八音度	c-h262-494Hz	c′-h′524-988Hz	c″-h″1048-1976Hz	c-h2096-3952Hz
					每一样本内插值数目	47	23	11	5
在声音表中样本数目	2448	1224	612	306

                             表1

对第一八音度c-h(262-494Hz)，每一样本内插值数目为47，因此在每一个被计算的声音表中总共包括(48×51＝)2448个样本。对第二个八音度c′-h′(524-988Hz)，每一样本内插23值，因此在每一个被计算的声音表中总共包括(24×51＝)1224个样本。对第三个八音度c″-h″(1048-1976Hz)，在每相邻的两个样本之间内插11值，因此在每一个被计算的声音表中总共包括(12×51)612个样本。对第四个八音度c-h(2096-3952Hz)，在每相邻的两个样本之间内插5值，因此在每一个被计算的声音表中总共包括(6×51＝)306个样本。对每一个八音度，在每相邻的两个样本之间的内插值数目大约为前面的八音度的每相邻的两个样本之间的内插样本数的一半。应注意，对于声音表来说，由于4kHz的限制(第4八音度的终点)，音高越高对于每个声音表需要的样本数目越少，因此存储空间和处理功率能在更高的频率范围内被减小。4kHz的限制和随后8kHz的采样频率分别为数字移动电话的频率极限和采样频率。根据本发明，选择同样的频率极限和采样频率的优点在于用于语音信号输出的移动终端的D/A转换器也能用来产生曲调。

如上所述的用于计算声音表的内插计算法，线性的、多项式的或者任何其它内插计算法都可使用。除了内插计算法，计算两相邻的所选择波形的样本之间的中间值的方法都可使用。

通过计算装置6计算的声音表存储在控制单元4的易失性存储器7内，例如RAM存储器。此后，存储在易失性存储器7内的声音表通过同样包含在控制单元4内的阅读设备8读出。因而阅读设备8仅读出了存储在易失性存储器7内的声音表的部分样本。因此，阅读设备8读出的样本数目取决于为将要输出的声音所选择的音高。在优选实施例中，阅读设备8从存储在易失性存储器7内的声音表读出每第n个样本，n为整数。特别地，数n随着八音度内音符的升高而增加，但是数n对在不同的八音度内的每一音符是相同的，如下表2所示。

音符	c	c#	d	d#	e	f	f#	g	g#	a	a#	h
													n	80	85	90	95	101	107	113	120	127	135	143	151

                                          表2

对在每一八音度中的每一音符c，n等于80，对在每一八音度中的每一音符c#，n等于85，等等。读取设备8从存储在易失性存储器7中的声音表中读出每第n个采样，优选地，通过使用寄存器作为声音表的指针以及对每一读出值寄存器增加n，同时得到的声音表长度系数连续地减小，从而周期性的输出声音能从单周期声音表产生。阅读设备8使用约8kHz读出率从存储在易失性存储器7内的声音表读出每第n个样本，并把读出样本提供给控制单元4的输出缓冲器9。样本从输出缓冲器9提供到包络设备10，包络设备10用于抽取样本的幅值包络函数从而获得自然声。幅值包络函数包括例如起始、衰减、维持和终止参数，所产生的波形的自然声基于这些参数。这些参数可以被用户或任何其它手段预存储或设置。包络设备10也是控制单元4的一部分。来自包络设备10的相应地经处理的数字样本的输出被提供给数模转换器11，数模转换器11把数字样本转换成模拟信号。模拟信号从数模转换器11提供到功率放大器12，功率放大器12把放大信号提供给扬声器2，扬声器2依次地输出作为在选择音高内所选择声音的放大信号。

如果每次不止一个语音或声音需产生和输出，上述处理以与所获得的语音同样多的范例被并行执行。例如，由不同语音和/或乐器组成的声音能由此产生。在这种情况下，在被放大和输出之前，所获得的数字值被增加并接着输出到数模转换器11。

根据本发明图1所示的实现发声可以通过不同的方式实施。一种可能性是实施在特殊的硬件内，例如包含时钟发生器、用于波形表的寄存器、用于插值和读表的逻辑电路以及数模转换器的集成电路。另一种可能性是在移动电话的数字信号处理器内实现发声功能并使用用于输出正常的语音信号以输出产生的波形的移动电话的数模转换器。

考虑到存储器、处理能力以及频率误差的减少，表1和表2给出的数字和每一存储波形的51个样本数为优化值。对给定值，在262Hz(音符c)与3952Hz(音符h)之间的频率误差低于0.27％。进一步，对人耳声觉范围内的每个八音度，该给定值导致优化频率比。对每一个八音度的优化频率比在此意味着对相邻音符的频率的比率2^1/12被非常接近地获得。

图2为示意图，以第一八音度的音符d的例子的方式解释根据本发明的声音的产生，即音符的频率为294Hz，如长号。假定长号声音的单周期波形存储在图1所示发移动终端1的存储设备5内。波形包括51个样本，通过计算每两相邻样本s1，s2，......s51之间的47个内插值，该样本被控制单元4的计算装置6读出和处理，从而总长为2448个样本1，2，3......，2448的声音表被创作。声音表接着被存储在易失性存储器7内。阅读设备8以重复频率8kHz从存储在易失性存储器7内读出每第90个样本。如图2所示的例子，样本1，91，181，271，......，2431，73，163，253，......，2413，55，145等等以循环的方式被读出，从而具有音符d的周期性的长号音调就产生了。如果需要另一种例如长笛或小提琴的声音，执行上述的同样的程序及另外一组属于被选声音的51个样本。因而，本发明允许以简单而有效的方式从存储的单周期波形产生乐音频率的周期性信号。

Claims (20)

1.用于无线通讯系统移动终端的发声设备，包括

存储设备(5)，用于存储波形形式的声音，使得每一波形对应一声音，由此每个声音具有特征频率分布并且用预定数量的样本对该频率分布进行数字取样给出一个波形，

选择设备(3)，允许选择声音和用于该选定声音的音高；

在预设计算规则的基础上，用于由与所选择声音对应的被存储波形的样本计算声音表的计算装置(6)，

根据所述被选定声音的所述选定音高从所述被计算的声音表读出部分样本的阅读设备(8)，以及

在从所述阅读设备读出的所述部分样本的基础上，用于输出声音的输出装置(2)。

2.根据权利要求1所述的发声设备，其特征在于存储在所述存储设备(5)内的每一波形由所述相应声音的所述频率分布的一个周期样本组成。

3.根据权利要求2所述的发声设备，其特征在于存储在所述存储设备(5)内的每一波形由51个样本组成。

4.根据权利要求1所述的发声设备，其特征在于在插值计算的基础上所述计算装置(6)计算所述声音表。

5.根据权利要求4所述的发声设备，其特征在于在两相邻的所述波形样本之间的被计算的内插样本数取决于为被选定声音所选择的音高。

6.根据权利要求5所述的发声设备，其特征在于所述被计算的内插样本数对八音度的每一音符是相同的，但是随着八音度的升高而降低。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的发声设备，其特征在于所述阅读设备(8)从所述声音表读出每第n个样本，n为整数。

8.根据权利要求7所述的发声设备，其特征在于所述数n取决于为所述被选定的声音所选择的音高。

9.根据权利要求8所述的发声设备，其特征在于所述数n随着八音度内的音符升高而增加，但对在不同八音度内的每一音符是相同的。

10.根据权利要求9所述的发声设备，其特征在于所述阅读设备(8)以约8kHz的频率从声音表读出样本。

11.用于无线通讯系统移动终端的发声方法，包括以下步骤

存储波形形式的声音，使得每一波形对应一声音，由此每个声音具有特征频率分布并且用预定数量的样本对这样的频率分布进行数字取样，从而给出一个波形；

允许选择声音和用于该选定声音的音高；

在预设计算规则的基础上，由和所选择声音对应的波形样本计算声音表；

根据用于所述选定声音的所述选定音高从所述被计算的声音表读出部分样本，以及

在从所述读出的部分样本的基础上，输出声音。

12.根据权利要求11所述的发声方法，其特征在于每一存储波形由所述对应的声音的所述频率分布的一个周期样本组成。

13.根据权利要求12所述的发声方法，其特征在于每一存储波形由51个样本组成。

14.根据权利要求11所述的发声方法，其特征在于在所述计算步骤中，在插值计算的基础上计算所述声音表。

15.根据权利要求14所述的发声方法，其特征在于在两相邻的所述波形样本之间的被计算的内插样本数取决于用于选定声音的选定音高。

16.根据权利要求15所述的发声方法，其特征在于所述被计算的内插样本数对八音度的每一音符是相同的，但是随八音度的升高而降低。

17.根据权利要求11-16中任一权利要求所述的发声方法，其特征在于在所述的阅读步骤中从所述声音表读出每第n个样本，n为整数。

18.根据权利要求17所述的发声方法，其特征在于所述数n取决于为所述选定声音所选择的音高。

19.根据权利要求18所述的发声方法，其特征在于所述数n随着八音度内的音符升高而增加，但对在不同八音度内的每一音符是相同的。

20.根据权利要求19所述的发声方法，其特征在于在所述的阅读步骤中以约8kHz的频率从声音表读出样本。

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