CN1924990B - Midi音讯的播放架构和方法与其应用的多媒体装置 - Google Patents

Abstract

一种MIDI音讯的播放架构，包括了主控单元、缓冲存储器、合成单元和预先处理单元。其中，主控单元系接收多数个音色波形样本和—MIDI音讯。预先处理单元系耦接主控单元和缓冲存储器，系用来分析MIDI音讯，并且依据缓冲存储器的容量大小而动态的选择将部份的音色波形样本储存至缓冲存储器内。合成单元可以依据MIDI音讯而将缓冲存储器内储存的资料合成为声音讯号。

Description

MIDI音讯的播放架构和方法与其应用的多媒体装置 

技术领域

本发明是关于一种多媒体的播放架构，且特别是关于一种乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface，以下MIDI)音讯的播放架构。 

背景技术

MIDI是Musical Instrument Digital Interface的首写字母组合词，可翻译成“电子乐器数字接口”，是用于在音乐合成器(music synthesizers)、乐器(musical instruments)和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。从20世纪80年代初期开始，MIDI已经逐步被音乐家和作曲家广泛接受和使用。MIDI是乐器和计算机使用的标准语言，是一套指令(即命令的约定)，它指示乐器(即MIDI设备)要做什么，怎么做。例如，如演奏音符、加大音量、生成音响效果等。MIDI不是声音信号，在MIDI电缆上传送的不是声音，而是发给MIDI设备或其它装置让它产生声音或执行某个动作的指令。 

MIDI标准之所以受到欢迎，主要是它有下列几个优点： 

1.生成的档比较小，因为MIDI档存储的是命令，而不是声音波形。 

2.容易编辑，因为编辑命令比编辑声音波形要容易得多。 

3.可以作背景音乐，因为MIDI音乐可以和其它的媒体，如数字电视、图形、动画、话音等一起播放，这样可以加强表演的效果。 

图1示出了一种已知的合成音讯的播放架构。请参照图1，在已知的播放架构100中，主控单元101事先将音色库105的所有的音色波形样本加载到内存107中，然后将编曲资料103传送至合成单元109。合成单元109便根据编曲资料103从内存107读取所需音色波形样本合成声音送至输出装置111。编曲资料103是MIDI音讯。音色库105是储存于一低成本、低存取速度的记忆装置。 

由于已知MIDI音讯的播放架构，系直接将音色波形样本存入缓冲 存储器内以供MIDI合成器使用。因此，缓冲存储器的容量大小，就成为已知技术中很重要的因素。若是已知的播放架构所播放的MIDI音讯需要大量的音色时，就需要容量很大的缓冲存储器空间，这不但使得制造的成本上升，也造成已知MIDI音讯的播放架构硬件延展性较小。因为只要所播放的MIDI音讯所需要的音色种类的容量大于缓冲存储器所能提供的储存容量时，就需要更换缓冲存储器。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种多媒体播放装置，可以具有较好的硬件弹性而适用于不同的MIDI音讯(MIDI Message)本发明的再一目的是提供一种多媒体播放装置，可以不需要很大的缓冲存储器，就可以播放任何的MIDI音讯。 

本发明的又一目的是提供一种MIDI音讯的播放方法，可以依据缓冲存储器的容量来进行MIDI音讯的播放。 

本发明系提供一种多媒体播放装置，包括了主控单元、缓冲存储器、MIDI合成单元和预先处理单元。其中，主控单元系接收多数个音色波形样本和MIDI音讯。预先处理单元系耦接主控单元和缓冲存储器以用来分析MIDI音讯，并且依据缓冲存储器的容量大小而选择将至少部份的音色波形样本储存至缓冲存储器内。MIDI合成单元可以依据MIDI音讯而将缓冲存储器内储存的资料合成为一声音讯号。 

从另一观点来看，本发明还提供了一种多媒体播放装置，其包括了储存装置、主控单元、缓冲存储器、MIDI合成单元和预先处理单元。其中，储存装置系用来储存至少一乐器数字接口(MIDI)音讯和多数个音色波形样本。而主控单元则由储存装置读取音色波形样本和MIDI音讯，并传送至预先处理单元。预先处理单元系耦接主控单元和缓冲存储器，系用来分析MIDI音讯，并且依据缓冲存储器的容量大小而选择将至少部份的音色波形样本储存至缓冲存储器内。MIDI合成单元可以依据MIDI音讯而将缓冲存储器内储存的资料合成为一声音讯号。 

在本发明的实施例中，上述的储存装置还包括储存一视讯资料，而本发明所提供的多媒体播放装置则更包括解多任务器和解码器。其中，解多任务器的输入系耦接主控单元，而其第一输出系耦接至预先 处理单元，以将MIDI音讯传送至预先处理单元，并且多任务器的第二输出系耦接解码器，以致于解码器可以透过解多任务器来接收视讯资料以进行解码。 

从另一观点来看，本发明系提供一种MIDI音讯的播放方法，系适于利用多数个音色波形样本的至少部份和MIDI音讯来产生声音讯号，而本发明的步骤被叙述如下。首先，本发明系接收MIDI音讯，然后将此MIDI音讯进行分析，并且产生分析结果。当一储存区域的大小足够储存所有的音色波形样本时，则将所有的音色波形样本加载至储存区域内。若是储存区域的大小不够储存所有音色波形样本，但是足够储存处理MIDI音讯所需的音色波形样本时，则依据分析结果将处理MIDI音讯所需的音色波形样本加载至储存区域内。而若是储存区域的大小不足以储存所有的音色波形样本，并且也无法储存处理MIDI音讯所需的音色波形样本时，则依据分析结果实时加载目前处理MIDI音讯所需的音色波形样本至储存区域内。接着，依据MIDI音讯和在储存区域内的音色波形样本而产生声音讯号。 

依据本发明优选的实施例，当发现上述的储存区域的大小不足以储存所有的音色波形样本，并且也无法储存处理MIDI音讯所需的音色波形样本时，则依据在合成MIDI音讯时所需用到最大容量的音色波形样本的大小，将储存区域分割成多数个子储存区域。接着，将目前处理MIDI音讯所需的音色波形样本分别加载至这些子储存区域内。当没有多余的子储存区域能储存音色波形样本时，则将目前不需使用的音色波形样本从储存区域中移除。 

从另一观点来看，本发明提供一种MIDI音讯的播放方法，适于处理一编曲资料，包括先划分一记忆区域为一第一子储存区域和一第二子储存区域。再预先将编曲资料的内容依据时间的先后顺序分割为多数个子集合，而每一子集合所需的音色样本的总和不大于第一子储存区域或第二子储存区域的大小。首先将合成一子集合的编曲数据所需的音色波形样本加载第一子储存区域，然后依据在第一子储存区域内的音色样本所对应的子集合的编曲资料，而从第一子储存区域取得所需的音色波形来合成一声音讯号。而当利用第一子储存区域内的音色样本来合成声音讯号时，预先加载下一时间的子集合的音色样本至第 二子储存区域，以便在处理完第一子储存区域内的音色样本后，再从第二子储存区域中取得所需的音色波形来合成该声音讯号。 

而当利用第二子储存区域内的音色样本来合成该声音讯号时，同样预先加载下一时间的子集合的音色样本至第一子储存区域，以便在处理完第二子储存区域内的音色样本后，再从第一子储存区域中取得所需的音色波形来合成该声音讯号。重复将每一子集合的音色样本加载第一子储存区域和第二子储存区域的步骤，直至处理完所有子集合的音色样本。 

综上所述，本发明至少包括以下优点： 

1.由于本发明所提供的MIDI音讯的播放架构，是利用预先处理单元先将MIDI音讯进行分析后，才将音色波形样本储存至缓冲处理器。因此，本发明不会受限于缓冲存储器的容量大小。 

2.由于本发明的多媒体播放装置，系使用上述的播放架构。因此本发明可以具有较佳的硬件弹性，并且可以藉由使用较小容量的缓冲存储器来降低硬件的成本。 

3.由于本发明所提供的MIDI音讯的播放方法，系依据储存区域的容量大小来加载音色波形样本。因此，本发明可以适用不同的MIDI音讯。 

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图简要说明 

图1所示为一种已知的MIDI音讯的播放架构框图。 

图2所示为依照本发明的一优选实施例的一种MIDI音讯的播放架构的框图。 

图3所示为依照本发明的一个优选实施例的一种MIDI音讯的播放方法的步骤流程图。 

图4所示为依照本发明的一个优选实施例的一种实时将音色波形样本加载至缓冲存储器的步骤流程图。 

图5所示为依照本发明另一实施例的一种实时将音色波形样本加载至缓冲存储器的步骤流程图。 

图6所示为依照本发明的一个优选实施例的一种多媒体播放装置的方块图。 

具体实施方式

MIDI资料是一套音乐符号的定义，而不是实际的音乐声音，因此MIDI文件的内容被称为MIDI音讯(MIDI messages)。一个MIDI音讯是由1至8个位的状态字节，并且通常跟着2个数据字节所组成。在状态字节中，最高有效位设为“1”，而接下来的4个位可以用来表示此MIDI音讯是属于哪个信道，而4个位可以表示出16个可能的信道。其余的3个位则是用来表示这个MIDI音讯是属于什么类型的音讯。MIDI音讯可以分成两大类，即信道讯息(Channel Messages)和系统讯息(SystemMessages)。 

产生MIDI音效的方法很多，目前较常使用的方法有两种：其中之一是频率调制(Frequency Modulation，简称FM)合成法，另一则是音色波形(Wavetable)样本合成法。由于使用频率调制合成法来产生各种逼真的音效是相当困难的，因为有些音效几乎无法产生。因此，音效波形样本合成法就成为首要的选择。音色波形样本合成法的原理，就是把真实的声音以数字的形式记录下来，而播放时只要改变播放速度，进而改变音调周期，就可以生成各种音阶的音符。 

图2示出了本发明的合成音讯播放架构。主控单元201读取编曲数据送至预先处理单元205，预先处理单元205分析编曲数据203后会由音色库207取出音色样本存入内存209，并将编曲资料203传送至合成单元211，合成单元根据编曲资料203而从内存209取得所需的波形样本来合成声音讯号。 

当主控单元201接收到编曲资料(MIDI音讯)203之后，会将其送至预先处理单元205。而预先处理单元205会将编曲资料(MIDI音讯)203进行分析，并且依据缓冲存储器209的容量大小，而将至少部份的音色波形样本送至缓冲存储器209内暂存。在本实施例中，缓冲存储器209例如为动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)或是闪存(Flash Memory)等。当预先处理单元205将音色波形样本送至缓冲存储器209暂存后，便会将编曲资料(MIDI音讯)203传送 至合成单元211，而合成单元211依据缓冲存储器209的内部资料进行合成，以产生合成音效。 

图3示出了依照本发明的一个优选实施例的一种MIDI音讯的播放方法的步骤流程图。请一并参照图2和图3，当主控单元201如步骤S301所述，接收了MIDI音讯203后，会将其送至预先处理单元205。而预先处理单元205则会进行步骤S303，就是分析此MIDI音讯203，并且产生一分析结果。此时，预先处理单元205会如步骤S305所述，判断缓冲存储器209内的储存区域容量，是否能够储存所有的音色波形样本。若是缓冲存储器209内的储存区域的容量，可以储存所有的音色波形样本时(也就是步骤S305所标示的“是”)，则预先处理单元205就会如步骤S307所述，将所有的音色波形样本加载至缓冲存储器209内的储存区域。 

反之，若是预先处理单元205判断缓冲存储器209内的储存区域容量，无法储存所有的音色波形样本时(也就是步骤S305所标示的“否”)，则预先处理单元205就会进行步骤S309，就是再判断缓冲存储器209内的储存区域容量，是否能够储存在处理MIDI音讯所需要的所有音色波形样本。假设，本发明所处理的MIDI音讯需要用到所有音色波形样本中的十种音色波形样本，则预先处理单元205就会判断缓冲存储器209的储存容量是否能够储存这十种音色波形样本。 

若是判断缓冲存储器209的容量能够储存在处理编曲资料(MIDI音讯)203所需要的所有音色波形样本时(也就是步骤S309所标示的“是”)，则预先处理单元205就会如步骤S311所述，依据上述的分析结果，而将处理编曲资料(MIDI音讯)203所需要的音色波形样本加载至缓冲存储器209内的储存区域。反之，若是判断缓冲存储器209无法储存在处理编曲资料(MIDI音讯)203所需要的所有音色波形样本时(也就是步骤S309所标示的“否”)，则预先处理单元205就会执行步骤S313，依据上述的分析结果，而实时将合成编曲资料(MIDI音讯)203所需的音色波形样本加载至缓冲存储器209内的储存区域。而当预先处理单元205将音色波形样本加载至缓冲存储器209后，则合成单元211就会如步骤S315所述，依据编曲资料(MIDI音讯)203和储存在缓冲存储器209内的音色波形样本，而产生声音讯号。 

图4示出了依照本发明的一个优选实施例的一种实时将音色波形 样本加载至缓冲存储器的步骤流程图。请合并参照图2和图4，当预先处理单元205如图3的步骤S313所述，要将音色波形样本实时加载至缓冲存储器209时，则会如步骤S401所述，依据合成编曲资料(MIDI音讯)203所需最大容量的音色波形样本的大小，而将缓冲存储器209内的储存区域分割成多数个子储存区域。例如，在一编曲资料(MIDI音讯)203中具有十种乐器，而其中钢琴的音色波形样本所占据的容量最大，则以钢琴的音色波形样本的大小为单位，将缓冲存储器209内的储存区域分割成多数个子储存区域。 

接着，预先处理单元205会如步骤S403所述，按照音色波形样本被使用的顺序将目前处理编曲资料(MIDI音讯)203所需要的音色波形样本分别加载至缓冲存储器209内的子储存区域。然后预先处理单元205将此部分的编曲资料(MIDI音讯)203传送至合成单元211，合成单元211可从缓冲存储器209取得所需的音色波形样本进行声音讯号的合成。缓冲存储器209内音色波形样本被使用后便可删除。在合成声音讯号的同时，预先处理单元205会不断察看缓冲存储器209内是否还有空的子储存区域来储存音色波形样本，也就是步骤S405所述。若是在缓冲存储器209内还有空的子储存区域来储存音色波形样本时(也就是步骤S405所标示的“是”)，则重复执行步骤S403。而若是在缓冲存储器209内已经没有空的子储存区域来储存音色波形样本时(也就是步骤S405所标示的“否”)，则预先处理单元205就会如步骤S407所述，将目前处理编曲资料(MIDI音讯)203不需要用到的音色波形样本自缓冲存储器209中移除。 

在另外一些实施例中，可以利用控制最大发声数的方式，而将较不重要的音色波形样本自缓冲存储器移除。 

图5示出了依照本发明另一实施例的一种实时将音色波形样本加载至缓冲存储器的步骤流程图，可以用来处理一编曲资料，也就是上述的MIDI音讯。请参照图5，首先，如步骤S501所述，将一内存划分出两个子储存区域，分别可以称为A区域与B区域。而在优选的情况下A区域和B区域的大小可以相等，假设为M，而M为自然数。 

接着，预先分析所接收的编曲资料，并且将编曲资料依照时间的先后顺序分为N个子集合D(t)，其中，N为正整数，且t＝0～N-1。每个子 集合D(t)的编曲资料所需的音色样本总和不大于M，就如步骤S502所述。然后本发明会进行步骤S503，就是预先将一个子集合D(t)的编曲资料所需的音色样本加载A区域处。再进行步骤S504，就是合成单元根据子集合D(t)的编曲资料，而从A区域内取得所需的波形样本合成声音讯号。在此同时，本发明会预先将下一个子集合D(t+1)的编曲资料所需的音色样本加载B区域处。 

同样，如步骤S505所述，根据子集合D(t+1)的编曲资料，而从B区域内取得所需的波形样本合成声音讯号。在此同时，预先将下一个子集合D(t+2)的编曲资料所需的音色样本加载A区域处。最后，如步骤S506所述，重复步骤S504和S503直至合成完所有编曲资料的子集合。藉此，就可在内存空间不足时，动态加载音色库资料，完成声音的合成。 

依据图2所示出的播放架构，本发明另外还提供一种多媒体播放装置，系如图6所示。在多媒体播放装置600中，系配置了主控单元601，系透过使用者接口603接收使用者所输入的指令INS，并且主控单元601系依据使用者所输入的指令INS而从储存装置605内撷取例如MIDI音讯、多数个音色波形样本和视讯资料VIDEO等档案。主控单元601的输出，系透过解多任务器607而耦接至预先处理器609和例如MPEG解码器611的解码器。预先处理器609的输出系耦接至缓冲存储器613，并且预先处理器609会依据主控单元601的输出，而控制MIDI合成器615的操作。 

请继续参照图6，当主控单元601从储存装置605撷取出MIDI音讯、音色波形样本和视讯资料VIDEO之后，会分别将MIDI音讯透过解多任务器607送至预先处理器609，并且将视讯资料VIDEO送至MPEG解码器611。在本发明中，储存装置605可以是硬盘、视讯光盘(VCD)、数字激光视盘(DVD)、记忆卡、随身碟等储存媒体。 

当预先处理器609接收到MIDI音讯时，会依据图3或图4所述的方法，将至少部份的音色波形样本加载至缓冲存储器613内，并且控制MIDI合成器615使用缓冲存储器613内所储存的音色波形样本合成为声音。此外，MIDI合成器615的输出系耦接至例如扬声器(Speaker)的音效装置621，以将其所合成的声音藉由音效装置621而输出。 

另外，当MPEG解码器611透过解多任务器607接收到视讯资料VIDEO时，会将其进行解码，然后MPEG解码器611会将解码后的视讯资料VIDEO送至显示装置631输出。在本发明中，显示装置631例如是液晶显示器或是传统的电视机等。 

综上所述，由于在本发明中，系配置了预先处理器来预先处理MIDI音讯，并且可以利用本发明所提供的播放方法，也就是依据缓冲存储器的储存区域容量大小，来决定加载音色波形样本的数量。因此，本发明系具有较佳的硬件弹性，并且也可以适合处理各种不同的MIDI音讯。 

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。 

Claims (20)

1.一种多媒体播放装置，包括：

一主控单元，系接收多数个音色波形样本和一乐器数字接口(MIDI)音讯；

一缓冲存储器，用以储存该些音色波形样本的至少部份；

一MIDI合成单元，用以依据该MIDI音讯而将该缓冲存储器内储存的资料合成为一声音讯号；以及

一预先处理单元，耦接该主控单元和该缓冲存储器，用以分析该MIDI音讯，并依据该缓冲存储器的容量大小而将该些音色波形样本的至少部份储存至该缓冲存储器。

2.如权利要求1所述的多媒体播放装置，其中该合成单元更耦接至一音效装置，以将该MIDI合成单元的输出进行播放。

3.如权利要求2所述的多媒体播放装置，其中该音效装置包括一扬声器。

4.如权利要求1所述的多媒体播放装置，其中还包括：

一储存装置，耦接至所述主控单元，用以储存至少一乐器数字接口(MIDI)音讯和多数个音色波形样本。

5.如权利要求4所述的多媒体播放装置，其中该主控单元更耦接一使用者接口，用以透过该使用者接口接收一使用者所输入的指令。

6.如权利要求4所述的多媒体播放装置，其中该储存装置更包括储存一视讯资料，而该多媒体播放装置更包括：

一解多任务器，其输入系耦接该主控单元，且其第一输出系耦接至该预先处理单元，用以将该MIDI音讯传送至该预先处理单元；以及

一解码器，耦接该解多任务器的第二输出，用以透过该解多任务器来接收该视讯资料以进行解码。

7.如权利要求6所述的多媒体播放装置，其中该解码器还耦接一显示装置，以将解码后的该视讯资料送至该显示装置进行输出。

8.如权利要求4所述的多媒体播放装置，其中该MIDI合成单元更耦接一音效装置，用以播放该MIDI合成单元的输出。

9.如权利要求8所述的多媒体播放装置，其中该音效装置系扬声器。

10.如权利要求4所述的多媒体播放装置，其中该储存装置为视讯光盘(VCD)和数字激光视盘(DVD)二者其中之一。

11.如权利要求4所述的多媒体播放装置，其中该储存装置为硬盘、记忆卡和随身碟。

12.一种乐器数字接口(MIDI)音讯的播放方法，适于利用多数个音色波形样本的至少部份和该MIDI音讯来产生一声音讯号，而该播放方法包括下列步骤：

接收该MIDI音讯；

分析该MIDI音讯，并产生一分析结果；

当一储存区域的大小足够储存所有该些音色波形样本时，则加载所有该些音色波形样本至该储存区域；

当该储存区域的大小不够储存所有该些音色波形样本，但足够储存处理该MIDI音讯所需的音色波形样本时，则依据该分析结果将处理该MIDI音讯所需的音色波形样本加载该储存区域；

当该储存区域的大小不足储存所有该些音色波形样本，且无法储存处理该MIDI音讯所需的音色波形样本时，则依据该分析结果实时加载目前处理该MIDI音讯所需的音色波形样本至该储存区域；以及依据该MIDI音讯和在该储存区域内的音色波形样本而产生该声音讯号。

13.如权利要求12所述的MIDI音讯的播放方法，其中实时加载目前处理该MIDI音讯所需的音色波形样本至该储存区域的步骤，包括下列步骤：

依据在该MIDI音讯所使用的音色样本中，占据最大容量的音色样本的大小，而将该储存区域分割成多数个子储存区域；

将目前处理该MIDI音讯所需的音色波形样本分别加载至该些子储存区域内；以及

当没有多余的子储存区域能储存该些音色波形样本时，则将目前不需使用的音色波形样本从该储存区域中移除。

14.如权利要求12所述的MIDI音讯的播放方法，其中接收该MIDI音讯的步骤，包括从一视讯光盘(VCD)中读取该MIDI音讯和该些音色波形样本。

15.如权利要求12所述的MIDI音讯的播放方法，其中接收该MIDI音讯的步骤，包括从一数字激光视盘(DVD)中读取该MIDI音讯和该些音色波形样本。

16.如权利要求12所述的MIDI音讯的播放方法，其中接收该MIDI音讯的步骤，其中将该些音色波形样本存入该储存区域的步骤，包括将该些音色波形样本写入一动态随机存取存储器(DRAM)、一同步动态随机存取存储器(SDRAM)和一闪存三者其中之一内。

17.如权利要求12所述的MIDI音讯的播放方法，更包括将该声音讯号传送至一扬声器装置，以将该合成的声音讯号进行播放。

18.一种乐器数字接口(MIDI)音讯的播放方法，适于处理一编曲资料，该播放方法包括下列步骤：

划分一记忆区域为一第一子储存区域和一第二子储存区域；

预先将该编曲资料的内容依据时间的先后顺序分割为多数个子集合，而每一该些子集合所需的音色样本的总和不大于该第一子储存区域或该第二子储存区域的大小；

加载该些子集合其中之一所需的音色样本至该第一子储存区域；

依据在该第一子储存区域内的音色样本所对应的子集合的编曲资料，而从该第一子储存区域取得所需的音色波形来合成一声音讯号；以及

当利用该第一子储存区域内的音色样本来合成该声音讯号时，预先加载下一时间的子集合的音色样本至该第二子储存区域，以便在处理完该第一子储存区域内的音色样本后，再从该第二子储存区域中取得所需的音色波形来合成该声音讯号。

19.如权利要求18所述的MIDI音讯的播放方法，更包括下列步骤：

当利用该第二子储存区域内的音色样本来合成该声音讯号时，预先加载下一时间的子集合的音色样本至该第一子储存区域，以便在处理完该第二子储存区域内的音色样本后，再从该第一子储存区域中取得所需的音色波形来合成该声音讯号；以及

重复将每一该些子集合的音色样本加载至该第一子储存区域和该第二子储存区域的步骤，直至处理完所有子集合的音色样本。

20.如权利要求18所述的MIDI音讯的播放方法，其中该第一子储存区域的大小等于该第二子储存区域的大小。

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