CN1246853C - 多格式个人数字音频播放机 - Google Patents

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Abstract

一种用于重放使用诸如MP3和Real Networks G2的多种编码格式之一编码的音频数据文件的装置和方法。本发明是一种便携式音频重放设备，通过响应于用户输入将编码的音频数据文件和相关的解码器文件传送到数字信号处理器，允许用户重放编码的音频数据文件，该音频数据文件已经使用特定编码格式被编码。数字信号处理器根据相关的解码器文件解码所编码的音频数据文件以提供适于再现的数据文件。通过传送音频数据文件和相关的解码器文件，本装置允许用户播放使用多种编码格式中的各种编码的多种音频数据文件。有利地，音频数据文件和解码器文件被存储在固态数据存储介质上，比如紧致闪速存储卡。

Description

多格式个人数字音频播放机
                        技术领域
本发明涉及用于处理数字编码的数据的装置和方法，尤其涉及用于处理数字编码的音频数据的便携式装置和方法，该音频数据已经使用多种编码/解码格式中所选择的一种而编码。本发明尤其适于手持应用设备。
                        背景技术
能够播放数字编码的数据的便携式音频设备的使用正在变得平常。特别是，可以处理存储在固态存储器设备上的数字编码的音频数据的较小的手持设备正在变得很受欢迎。该便携式音频设备包括那些适应于播放已经被编码或压缩且存储在包括在音频播放机内的存储器芯片上或在较小的可拆卸存储器媒体、诸如compactflashTM存储卡上的数字数据的设备。基于固态存储器的设备特别适用于在锻炼或其他体育活动时使用，因为该设备不易于受跳跃和与移动数据存储媒体(诸如CD)相关的其他类似问题的影响。
在基于固态存储器的设备中，例如通过从互联网或从另一个数字音频播放机下载数据，数字音频数据被装载到存储器设备中。该数据通常通过具有装载到其上的适当软件的个人计算机被压缩和装载到存储器设备上。存储器设备也可以包括预装载的音频数据。
根据所选择的编码格式，在装载到存储器设备上之前，数据被压缩，并在重放的过程中被解压。有多种的用于压缩和解压音频数据的编码格式。在下文中，术语“编码格式”指任何编码/解码方案，其指明了所压缩的位流的语法和语义，以及该位流必须被如何解压用于再现。该编码格式包括但不限于MP3和Real Networks G2。另外，新的编码格式正在被开发并可能在将来可用。
然而，重放数字编码的音频数据的当前的便携式音频设备的缺点是，用户不能调整便携式音频设备的操作以容纳多种编码格式。当前的便携式音频设备，尤其是手持设备，通常设计和制造成用预先选择的编码格式工作。这样，在需求出现时，用户不能选择不同的编码格式。这样的限制是有问题的，因为希望能够重放多种音频数据文件，其中不同的音频数据文件可能已经使用不同的编码格式被编码。例如，一个人的收藏可能包括已经使用不同的编码格式被编码的各种音频数据文件，某些录音仅在某些编码格式下可用，较新的编码格式可能使当前的编码格式不受欢迎或过时。
                        发明内容
因此，希望提供一种用于重放使用多种编码格式之一编码的数据文件，特别是音频数据文件的便携式重放设备和方法。特别希望提供一种用于重放使用多种编码格式之一编码的音频数据文件的手持重放设备。
也希望提供一种用于重放使用现有的编码格式或可能在将来被引入的编码格式编码的数据文件，特别是音频数据文件的便携式重放设备和方法，而不增加附加的处理元件。即，与现有的和将来的数据编码格式向前和向后都兼容的便携式重放设备和方法。
通过提供一种便携式音频重放设备，使用户可以播放使用多种编码格式、包括将来可用的新格式的合适的数种编码的音频数据文件，本发明克服了当前的便携式音频播放机，特别是手持音频播放机的上述限制。
根据本发明，解码器文件与音频数据文件一起被直接装载到存储器设备上。解码器文件包括用于使数字信号处理器根据特定编码格式处理选择的音频数据文件的程序。当用户选择特定音频数据文件时，根据本发明的便携式音频播放机传送所选择的音频数据文件和其相关的解码器文件到数字信号处理器，其后，数字信号处理器根据相关的解码器文件解码所选择的音频数据文件。以这种方式，本便携式音频播放机可以适应于使用多种编码格式中合适的一种或几种来播放多种音频数据文件。
在一个方面，本发明是一种便携式音频播放系统，包括：用户输入装置，用于接收用户命令；数据输入装置，用于接收数字数据；数据存储装置，适应于被可拆卸地连接到所述数据输入装置；数字信号处理器；和微控制器，连接到所述用户输入装置、所述数据输入装置和所述信号处理器，用于响应于用户输入识别存储在所述数据存储装置上的所选择的音频数据文件和相关的解码器文件，所述微控制器将所述选择的音频数据文件和所述相关的解码器文件传送到所述数字信号处理器，确定与连接到所述手持音频重放设备的可拆卸数据存储装置相关的唯一标识，并且使用该唯一标识解密所述音频数据文件和所述相关的解码器文件，所述数字信号处理器根据所述解密的相关解码器文件解码所述选择的音频数据文件。
在另一个方面，本发明是一种在便携式音频重放设备中用于播放音频数据文件的方法，该音频数据文件根据多种编码格式中选择的一种被编码，该方法包括以下步骤：响应于用户输入，标识所选择的音频数据文件；标识与所选择的音频数据文件相关的解码器文件；将所述选择的音频数据文件和所述相关的解码器文件传送到数字信号处理器；确定与连接到所述手持音频重放设备的可拆卸数据存储装置相关的唯一标识，并且使用该唯一标识解密所述音频数据文件和所述相关的解码器文件，根据在所述数字信号处理器中的所述解密的解码器文件解码所述选择的音频数据文件；和将所解码的音频数据文件提供给输出设备。
在另一个方面，本发明是一种用于在紧致数据存储装置上存储音频数据的方法，该紧致存储设备适应于被可拆卸地连接到所述便携式音频重放设备，该方法包括以下步骤：根据所选择的编码格式编码音频数据以产生编码的音频数据文件；在紧致存储设备中存储所述编码的音频数据文件；在紧致存储设备中存储用于根据所选择的编码格式解码所述编码的音频数据文件的解码器文件；和在紧致存储设备中存储指示所述编码的音频数据文件和所述解码器文件之间的对应关系的标识符文件。
                        附图说明
下面参考附图更详细地描述了本发明，附图中：
图1是根据本发明的便携式音频设备的方框图；
图2A-B示出根据本发明的手持音频装置；
图3-4是示出使用根据本发明的便携式音频设备重放音频轨道的步骤的流程图；和
图5是示出被装载到DSP中并在DSP中被处理的各种数据块的存储器映像的图。
                        具体实施方式
图1示出根据本发明的便携式音频设备10的方框图。下面描述各种元部件的布置和操作。然而，音频设备10的各种元器件的细节对本领域的技术人员而言是公知的，将不在这里讨论。音频设备10包括微控制器22，控制各种元器件和音频设备10的整个操作，包括从存储卡32到DSP 12传送数据。微控制器22包括合适量的存储器23、在本例中是48KB的ROM，其包括存储于其上的各种指令组、解密程序、密钥文件和安全代码，用于控制音频播放机10的操作。合适的微控制器包括但不限于由NEC公司制造的μPC78A4036。
音频设备10还包括数字信号处理器(“DSP”)12，其可以被编程以便在所选择的音频数据文件的重放过程中执行多种信号处理功能。在该情况下，DSP 12在播放过程中执行的功能包括但不限于使用安全代码解密解密程序、使用第一密钥解密带解密程序的解码器文件、使用第二密钥和与存储卡32相关的惟一的标识符解密带解密程序的音频数据文件、和使用解码器文件解码音频数据文件。其他功能包括音量控制、数字声音均衡器和采样转换。在这方面，DSP 12包括板上存储器11、在该情况下为64KW的RAM，其中在重放的过程中装载了解密程序、密钥文件、安全代码、解码器文件和音频数据文件，以及各种其他需要的数据。
解码器文件包括控制DSP 12的解码操作的程序，音频数据文件包括与音频内容相关的数据。音频数据文件和解码器文件都以加密的形式被存储在存储卡32中。如下面所述，解码器文件被从存储卡32传送到DSP RAM 11并被解密。合适的DSP单元包括但不限于由得克萨斯的达拉斯的德州仪器公司制造的TMS320NC5410。
当所选择的音频数据文件被解码时，DSP 12将解码的数据流提供到数模转换器14。D/A转换器14将DSP 12的数字输出转换为模拟信号，并将该模拟信号提供给耳机放大器16。模拟信号由耳机放大器16放大，并经置于音频播放机10的壳体上的输出插口被提供给耳机18。
在优选实施例中，音频播放机10适应于与存储卡32一起工作。存储卡32是固态数据存储装置，可以被用于存储各种数据文件，包括编码的音频数据文件和用于控制DSP 12的解码操作的解码器文件。存储卡32可以经存储卡端口38被可拆卸地连接到音频播放机10，大量的数据可以容易地从存储卡32通过数据总线33被传送到音频播放机10。存储卡32的固态性质使得大量的数据可以被传送到音频播放机10，而没有跳跃或与需要精确移动部件的媒体(诸如CD)相关的其他类似弱点。合适的存储卡包括但不限于CompactFlash Association(CFA)标准(IDE模式)的compactflashTM类型I和II。而且，也可以使用硬驱动类型的媒体，诸如由纽约Armonk的IBM公司制造的MicrodriveTM。
使用本发明，几个解码器文件和较大量的音频数据可以被存储在当前可用的闪存卡(flash memory card)上。例如，64MB的compactflashTM卡以128Kbps的MP3位率提供了大约68分钟的音频，其中需要大约60-70KB用于解码器程序，需要大约1MB用于每分钟的音乐输出。
使用具有装载到其上的音乐管理软件的PC或其他类似设备，音频数据文件和相关的解码器文件被装载到存储卡32上。音乐管理软件被设计成将希望的音频数据文件与相关的解码器文件一起装载到存储卡32上。使用在本领域公知的编程方法来实现音乐管理软件。或者，需要的数据可以通过其他信源、例如，通过因特网或另一个播放机被下载，其中下载的数据包括希望的音频数据文件和它们相关的解码器文件。
键盘26包括置于音频播放机10的壳体上的多个键，用于允许用户选择特定音频数据文件用于重放和控制重放设定。LCD显示模块20被耦合到微控制器22，并提供在存储卡32上可用的选项的列表以及关于音频播放机10的状态信息。
图2A-B示出置于音频播放机10的壳体上的显示器和按钮。如图2A所示，音频播放机10包括显示器21，其显示存储在存储卡32上的音频数据文件和与音频播放机10相关的各种状态信息。PLAY按钮46使用户可以开始所选择的数据文件的播放。STOP/OFF按钮42使用户可以停止播放，并关掉音频播放机10。SKIP/FOR.按钮44和SKIP/REV.按钮43使用户可以在显示在显示器21上的不同音频数据文件之间滚动。模式按钮45使用户可以选择特定的播放模式，包括NORMAL(正常)、REPEAT PLAYBACK(反复重放)和SHUFFLE(随机播放)。DSP按钮40使用户可以选择多个DSP模式之一，包括FLAT、BASS、BOOST、ROCK、POP、JAZZ和EQ。图2B示出了具有插入其中的存储卡32的存储卡端口38和用于从存储卡端口38推出存储卡32的推出器控制杆(ejector lever)47。
在存储卡32被插入音频播放机10的存储卡端口38后和在开始重放之前，微控制器22读取存储卡32、具体地说，其中存储的配置文件，以标识和显示存储在存储卡32上的音频数据文件和它们的相关的编码格式。当用户选择特定音频数据文件用于重放时，微控制器22将所选择的音频数据文件和合适的解码器文件装载到DSP RAM 11中，其中DSP 12解密该数据和解码器文件，然后使用解码器文件解码所选择的音频数据文件。因此，在存储卡32上的解码器文件使音频播放机10可以适应于处理与存储在存储卡32上的与音频数据文件相关的各种编码格式。实际上，当用户选择存储在存储卡32上的特定音频数据文件时，便携式音频播放机10在必要时由存储在存储卡32上的解码器文件进行软件升级。与使用音频播放机10处理来自存储卡32的选择的音频数据文件相关的步骤示于图3和4的流程图中，将在下面描述。
图3和4示出了根据本发明用于处理所选择的音频数据文件的步骤的流程图。在步骤100加电(power UP)后，在步骤102，音频播放机10的微控制器22检查在闪速卡端口38中是否存在存储卡32。如果在闪速卡端口38中没有检测到存储卡32，则在步骤104，将音频播放机10断电(Power DOWN)。如果检测到存储卡32，则在步骤106，音频播放机10接通到存储卡32的电源。
在步骤108，微控制器22将存储在微控制器ROM 23中的解密程序传送到DSP RAM 11。在步骤110，微控制器22发出诊断检查命令，以使存储卡32执行一系列自诊断检查。在步骤112，如果确定存储卡32处于错误状态，则在步骤114，微控制器22指示错误状态出现，且将存储卡32断电。
如果存储卡32被确定处于可接受状态，则微控制器22读取嵌入存储卡32中的惟一的ID号码。在步骤116，微控制器22将存储卡32的惟一的ID号码和存储在微控制器ROM 23中的私人密钥文件和安全代码传送到DSPRAM 11。在步骤118，接着该传送，DSP 12使用该安全代码将解密程序解密。在下面说明的随后的解密操作的过程中，解密程序使用指明其中存储了希望的密钥的DSP RAM 11的存储器位置的指针，从要使用的密钥文件中指定某些密钥。
在步骤120，微控制器22确定是否在存储卡32中出现配置文件。在步骤122，如果没有找到配置文件，则微控制器22使一错误指示显示在显示器21上，且将存储卡32断电。在步骤124，如果出现了配置文件，则微控制器22读取该配置文件，识别对存储在存储卡32上的数据文件而言需要支持的各种文件格式。配置文件也包括把音频数据文件的文件扩展名与存储在存储卡32中的特定解码器文件等同的信息。在步骤126，微控制器22读取存储在存储卡32上的文件属性表，使显示器21显示存储在存储卡32中的文件/文件夹。在此时，用户可以选择所显示音频数据文件或音乐轨道中希望的一个用于重放。
在步骤128，当音频数据文件被选择用于重放时，微控制器22和DSP 11执行一些步骤，包括几个同时的步骤以提供音频重放。首先，在步骤130，微控制器22识别并将对应的解码器文件从存储卡32传送到DSP RAM 11。例如，如果用户选择MP3文件，则微控制器22将MP3解码器文件从存储卡32传送到DSP RAM 11。此时，MP3解码器文件被加密且必须被解密之后它才可以被用于控制DSP 12的解码操作。在步骤131，DSP 12使用在步骤118解密的解密程序和由该解密程序指定的密钥文件中的第一密钥，解密在DSP RAM 11中装载的解码器文件。
在步骤134，微控制器22开始从存储卡32向DSP 12流出(stream)所选择的音频数据文件。在步骤132，DSP 12使用解密程序以解密流出的音频数据文件。关于音频数据文件的解密的附加的安全层(security layer)被提供如下。来自被解密程序指定的私人密钥文件的第二密钥和存储卡32的惟一ID号码被用于产生最终密钥，其中最终密钥由解密程序用于解密音频数据文件。
音乐管理软件被设计成当音频数据文件被存储在存储卡32中时，使用存储卡32的惟一的ID号码以加密音频数据文件。这样，使用存储卡32的惟一ID号码以产生最终密钥防止了音频播放机10播放从另一个存储卡拷贝的音频数据文件。在步骤133，DSP 12使用所解密的解码器文件以根据适当的编码格式解码所加密的音频数据文件。所解码的音频数据被提供给D/A转换器14和耳机放大器16用于再现。
在步骤136，确定是否在所选择的音频数据文件中的所有数据已经被传送到DSP RAM 11。如果没有，则微控制器22继续从存储卡32向DSP RAM11流出数据。如果在步骤136确定数据的传送完成，则在步骤140微控制器22确定是否下一个音频数据文件使用与前一个音频数据文件相同的格式被编码。如果下一个音频数据文件的编码格式与前一个编码格式相同，则微控制器22返回步骤134，开始从下一个音频数据文件流出数据，该数据象前面一样在步骤132和133被顺序解密和解码。
如果下一个音频数据文件的编码格式与前一个音频数据文件的编码格式不同，则微控制器22返回步骤130。在这种情况下，与下一个音频数据文件相关的新解码器文件被传送到DSP RAM 11，重复解密解码器文件、流出音频数据文件、解密数据文件和使用新装载的解码器文件解码该数据文件的步骤。以这种方式，只要与所选择的编码格式相关的解码器文件可用且可以被下载到DSP RAM 11上，音频播放机10就能够重放使用多种编码格式中任何一种编码的音频数据文件。在本实施例中，必要的解码器文件与音频数据文件一起被存储在存储卡32中。这样，经过与音频数据文件一起存储在存储卡32中的解码器文件，通过DSP的软件升级，音频播放机10可以被升级以播放不同的编码格式。因此，音频播放机10能够重放使用由多种编码格式、包括在将来变得可用的编码格式所编码的数据文件。
在本发明中，使用音乐管理软件，音频数据文件被装载到存储卡32上，该音乐管理软件根据所选择的编码格式、诸如MP3编码音频数据文件，加密所编码的数据文件，然后存储所加密和编码的数据文件。可以使用对本领域的技术人员公知的用于使用所选择的密钥产生加密文件然后使用所选择的密钥解密所加密的文件的各种加密和解密方法。在本发明中，使用第一密钥加密解码器文件，使用另一个密钥加密音频数据文件，另一个密钥是使用存储卡32上的惟一的标识符而产生的。音乐管理软件将所加密的音频数据文件和适当加密的解码器文件存储在存储卡32上。音乐管理软件也产生并在必要时修改配置文件和文件属性表，以提供关于存储在存储卡32上的各种数据文件和解码器文件的信息。使用该配置文件和文件属性表，音频播放机10还能够确定每个内容文件的正确编码格式，在显示器21上显示可用的文件，响应于用户的选择下载每个内容文件的合适的解码器文件。
图4是与DSP RAM 11相关的存储器映像，图示了传送到DSP RAM 11的各种数据文件和它们之间的相互作用。最初，与存储卡32相关的惟一的ID号码被存储在存储器部分49中。存储在微控制器ROM 23中的安全代码和私人密钥文件被传送到DSP RAM 11和存储在相应的存储器部分50和51中。而且，解密程序被从微控制器ROM 23读入存储器部分52中。与所选择的音频数据文件相关的解码器文件被存储在存储器部分54中，音频数据文件被存储在存储器部分56中。应该理解各种数据块的传送和DSP RAM中的数据块的实际布置可以使用对本领域的技术人员公知的任何一种编程技术，被编程为希望的情形。
如上所述，在块50中的安全代码被用于将块52中的解密程序解密。解密程序被用于将块54中的解码器文件和块56中的音频数据文件解密。解密程序包括用于指定在解码器文件的解密过程中要使用的第一密钥的指针。而且，由解密程序指定的第二密钥和在块49中的存储卡32的惟一的ID号码被用于产生最终密钥，该最终密钥由解密程序使用以解密所选择的音频数据文件。解码器文件然后被用于解码所解密的音频数据文件。可以看出，通过改变到存储私人密钥文件的存储器位置的指针，或者通过改变存储私人密钥文件的存储单元，可以在私人密钥文件中选择不同的密钥。
很明显，对本领域的技术人员而言，尽管已经根据示例实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的实质的情况下，可以对公开的实施例进行修改和改变。例如，尽管已经参考适应于被可拆卸地连接到音频播放机10的存储卡描述了本发明，本发明也可以使用固定地置于音频播放机10内的存储器芯片来实现，其中通过音乐管理软件将解码器程序和音频数据文件装载到固定的存储器芯片上。而且，这里应该认识到，在音乐管理软件中可以使用传统上公知的一些编程方法中的任何一个或编程方法的结合，实现装载合适的解码器程序和音频数据文件的本特征。而且，尽管上面是参考音频数据播放机描述的，本发明可以被延伸到任何便携式数据处理设备，例如，视频显示设备，其中数据可以使用多种数据编码格式之一被编码。而且，音频数据文件和解码器文件可以被存储且从磁或光媒体中读取。因此，应该理解本发明意在覆盖所附权利要求限定的所有修改。

Claims (8)

1.一种在手持音频重放设备中用于重放音频数据文件的方法，该音频数据文件根据多种编码格式中选择的一种被编码，该方法包括以下步骤：
响应于用户输入，标识所选择的音频数据文件；
标识与所选择的音频数据文件相关的解码器文件，该解码器文件包括一程序以控制数字信号处理器的操作；
将所述选择的音频数据文件和所述相关的解码器文件传送到数字信号处理器，其中所述的音频数据文件和所述相关的解码器文件都存储在连接到所述手持音频重放设备的单个可拆卸数据存储装置中；
确定与连接到所述手持音频重放设备的可拆卸数据存储装置相关的唯一标识，并且使用该唯一标识解密所述音频数据文件和所述相关的解码器文件；
根据在所述数字信号处理器中的所述解密的解码器文件解码所述选择的音频数据文件，其中完全在所述数字信号处理器内执行所述解码；和
将所解码的音频数据文件提供给输出设备。
2.如权利要求1所述的方法，还包括读取将多个音频数据文件的每一个与多个解码器文件的特定一个相联系的配置文件的步骤，且所述标识解码器文件的步骤包括使用所述配置文件识别所述解码器文件。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述可拆卸数据存储装置是固态数据存储装置。
4.一种手持音频重放设备，用于重放根据多种编码格式中选择的一种编码的音频数据文件，该装置包括：
用户输入装置，用于接收用户命令；
数据输入装置，用于接收数字数据；
数字信号处理器；和
微控制器，连接到所述用户输入装置、所述数据输入装置、所述输出装置和所述数字信号处理器，用于标识用户所选择的音频数据文件和与用户所选择的音频数据文件相关的解码器文件，该解码器文件包括一程序用于控制所述数字信号处理器的操作，和用于响应于用户选择，将所述用户选择的音频数据文件和所述相关的解码器文件从单个可拆卸数据存储装置传送到所述数字信号处理器，确定与连接到所述手持音频重放设备的可拆卸数据存储装置相关的唯一标识，并且使用该唯一标识解密所述音频数据文件和所述相关的解码器文件，所述数字信号处理器根据所述解密的相关解码器文件解码所述用户选择的音频数据文件，其中所述解码完全在所述数字信号处理器内执行。
5.如权利要求4所述的手持音频重放设备，其中所述可拆卸数据存储装置包括连接到所述微控制器的固态数据存储装置。
6.一种手持音频重放系统，包括：
用户输入装置，用于接收用户命令；
数据输入装置，用于接收数字数据；
可拆卸数据存储装置，被连接到所述数据输入装置；
数字信号处理器；和
微控制器，连接到所述用户输入装置、所述数据输入装置和所述信号处理器，用于响应于用户输入标识存储在所述数据存储装置上的所选择的音频数据文件和相关的解码器文件，所述微控制器将所述选择的音频数据文件和所述相关的解码器文件传送到所述数字信号处理器，确定与连接到所述手持音频重放设备的可拆卸数据存储装置相关的唯一标识，并且使用该唯一标识解密所述音频数据文件和所述相关的解码器文件，所述数字信号处理器根据所述解密的相关解码器文件解码所述选择的音频数据文件，其中所述解码完全在所述数字信号处理器内执行。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述可拆卸数据存储装置包括固态数据存储装置。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述数据存储装置包括一配置文件，用于标识多个存储的音频数据文件和与多个存储的音频数据文件的每个相关的解码器文件。
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