TW201946475A - 音訊播放裝置及其信號處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種音訊播放裝置，其中包含一第一預處理電路、一第二預處理電路、一選擇電路、一主要解碼電路與一播放器。該第一預處理電路係用以針對一第一音訊串流進行一預處理程序，以取得一第一預處理結果。該第二預處理電路係用以針對一第二音訊串流進行另一預處理程序，以取得一第二預處理結果。該選擇電路係用以根據一播放指令，自該第一預處理結果與該第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果。該主要解碼電路係用以根據該目標處理結果進行一解碼程序，藉此產生一目標音訊信號。該播放器係用以播放該目標音訊信號。

Description

音訊播放裝置及其信號處理方法

本發明與音訊播放裝置相關。

電視系統在許多家庭中是不可或缺的重要設備。近年來新上市的許多電視系統不僅能播放電視業者提供的節目，還能連接至網際網路或可插拔式外接裝置，並且播放該等來源提供的各類多媒體檔案。多媒體檔案通常包含有音訊串流。圖一(A)以同時有兩個音訊串流來源的情況為例，呈現現行電視系統中的一種音訊播放裝置範例。舉例而言，第一音訊串流可能是電視節目的音訊串流，而第二音訊串流可能是來自網際網路之多媒體檔案中的音訊串流。選擇電路110受控於使用者即時發送或預先設定的播放指令，自第一音訊串流與第二音訊串流中選出一個，做為一目標音訊串流。音訊處理電路120首先對目標音訊串流施以降頻轉換、解調（demodulation）、解多工（de-multiplexing）等信號處理程序，並且進行解析，以找出目標音訊串流的詳細規格，例如取樣頻率、音軌數量，或是音訊框（audio frame）長度。隨後，音訊處理電路120必須根據該解析結果設定其解碼電路的硬體/軟體，始能將目標音訊串流正確解碼，產生提供給播放器130的目標音訊信號。

實務上，不同的多媒體檔案可能具有不同的音訊規格。因此，當選擇電路110在不同的音訊來源之間切換（亦即改變目標音訊串流）時，音訊處理電路120必須重新執行上述信號處理與解析程序、按照新的規格設定其解碼硬體/軟體，然後才能開始輸出新的目標音訊信號。由此可知，在選擇電路110根據播放指令改變目標音訊串流之後，到播放器130開始播放新的目標音訊信號之前，播放器130會有一段時間延遲而沒有輸出任何聲音。

由於上述時間延遲常令使用者觀感不佳，因此目前有一種技術方案提供平行運作的多套音訊處理電路，使播放器不因時間延遲而造成聲音中斷。請參閱圖一(B)呈現的範例。第一音訊處理電路140負責對第一音訊串流依序施以降頻轉換、解調、解多工、解析、解碼等程序，藉此產生一第一音訊信號。相似地，第二音訊處理電路150負責處理第二音訊串流，藉此產生一第二音訊信號。上述兩套電路各自將其處理結果提供至選擇電路160。以第一音訊串流是電視節目之音訊串流，而第二音訊串流是來自網際網路之音訊串流的情況為例。當播放指令內容是選擇播放電視節目，選擇電路160便選擇第一音訊信號做為傳送給播放器170的目標音訊信號，而捨棄第二音訊信號（例如將此音訊路徑設定為靜音）。若隨後播放指令內容改為選擇播放來自網際網路的多媒體檔案，選擇電路160便會捨棄第一音訊信號，轉而將第二音訊信號傳送至播放器170。雖然這種做法可以達到幾乎沒有時間延遲的切換，但會增加許多硬體成本及運算電力的消耗。

為解決上述問題，本發明提出一種新的音訊播放裝置及其信號處理方法。

根據本發明之一實施例為一種音訊播放裝置，其中包含一第一預處理電路、一第二預處理電路、一選擇電路、一主要解碼電路與一播放器。該第一預處理電路係用以針對一第一音訊串流進行一預處理程序，以取得一第一預處理結果。該第二預處理電路係用以針對一第二音訊串流進行另一預處理程序，以取得一第二預處理結果。該選擇電路係用以根據一播放指令，自該第一預處理結果與該第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果。該主要解碼電路係用以根據該目標處理結果進行一解碼程序，藉此產生一目標音訊信號。該播放器係用以播放該目標音訊信號。

根據本發明之另一實施例為一種應用於一音訊播放裝置之信號處理方法。一第一音訊串流被施以一預處理程序，以取得一第一預處理結果。一第二音訊串流被施以另一預處理程序，以取得一第二預處理結果。根據一播放指令，一目標處理結果自該第一預處理結果與該第二預處理結果中被選出。一解碼程序根據該目標處理結果進行，藉此產生一目標音訊信號。隨後，該目標音訊信號被播放。

關於本發明的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一實施例為一種音訊播放裝置，其功能方塊圖係繪示於圖二。音訊播放裝置200包含一第一預處理電路210A、一第二預處理電路210B、一選擇電路220、一主要解碼電路230，以及一播放器240。實務上，音訊播放裝置200可以單獨存在，也可以被整合在各種能同時接收複數個音訊串流的多媒體播放系統（例如電視系統）中。音訊播放裝置200受控於使用者即時發送或預先設定的播放指令，依照播放指令的內容而決定要播出的音訊串流。以下先以同時有兩個音訊串流來源的情況為例，說明音訊播放裝置200中各個電路的功能。

第一預處理電路210A係用以針對一第一音訊串流進行一預處理程序，以取得一第一預處理結果。第二預處理電路210B則係用以針對一第二音訊串流進行另一預處理程序，以取得一第二預處理結果。由圖二可看出，選擇電路220根據播放指令的內容自第一預處理結果與第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果，提供給主要解碼電路230。也就是說，第一預處理電路210A與第二預處理電路210B（統稱預處理電路210）負責完成主要解碼電路230進行主要解碼程序前的各種解析工作。無論該播放指令是指向哪一個音訊串流，第一預處理電路210A與第二預處理電路210B都會保持在運作狀態。相較於圖一(A)中的先前技術，在必須切換音訊來源時，由於預處理電路210已完成對新的目標音訊串流之解析工作，主要解碼電路230直接根據目標處理結果指出的音訊規格重新設定其硬體/軟體，音訊播放裝置200因而能夠有效縮短切換音訊來源時的時間延遲而造成的聲音中斷。另一方面，由於解碼程序通常是整個音訊處理路徑中最耗能的一個步驟，相較於圖一(B)中的先前技術，音訊播放裝置200能有效降低硬體成本與運算電力的消耗。

須說明的是，第一預處理電路210A與第二預處理電路210B中進行的預處理程序可以不同。舉例而言，若第一音訊串流是電視節目的音訊串流，第一預處理電路210A所進行的預處理程序可包含降頻轉換、解調、解多工，以及封包基本串流（packet elementary stream header）的標頭解析（header parsing）。若第二音訊串流是來自網際網路之多媒體檔案中的音訊串流，第二預處理電路210B所進行的預處理程序可包含多媒體檔案的檔頭解析、解多工，以及音訊串流的標頭解析。須說明的是，該等預處理程序的實施細節為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知，於此不贅述。

實務上，未被選擇電路220選為目標處理結果的預處理結果也可以被進一步利用。於一實施例中，如圖三所示，音訊播放裝置200進一步包含一次要解碼電路250、一暫存器260與一切換電路270。第一預處理結果以及第二預處理結果其中一者是目標處理結果，另一者是備用處理結果。選擇電路220選出目標處理結果之後，將備用處理結果提供給次要解碼電路250。次要解碼電路250對該備用處理結果的一部分施以解碼程序，藉此產生一備用音訊信號。此處所謂｢備用處理結果的一部分｣有多種可能性。舉例而言，假設該備用處理結果係對應於M1個音軌，次要解碼電路250可被設定為僅對該M1個音軌中的M2個音軌施以解碼程序，其中M1為大於一之整數，M2為小於M1之正整數。比方說，次要解碼電路250可被設定為僅對五點一聲道（M1 = 6）中的中央聲道施以解碼程序（M2 = 1）。再舉例而言，假設該備用處理結果係對應於P1個頻率成分，次要解碼電路250可被設定為僅對該P1個頻率成分中的P2個頻率成分施以解碼程序，其中P1為大於一之整數，P2為小於P1之正整數。比方說，次要解碼電路250可被設定為僅對零到三十二千赫中低於十六千赫的頻率成分施以解碼程序。

次要解碼電路250所產生的備用音訊信號會被暫存於暫存器260。在一般運作中，切換電路270都是將主要解碼電路230產生的目標音訊信號傳遞給播放器240。當選擇電路220收到的播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果（亦即切換音訊串流），切換電路270便控制播放器240開始在一段特定時間內播放暫存器260中所儲存的備用音訊信號。更具體地說，暫存器260中所儲存的備用音訊信號是在主要解碼電路230準備好輸出新的目標音訊信號之前做為暫時輸出之用，以避免產生聲音中斷的狀況。待主要解碼電路230準備好輸出新的目標音訊信號之後，切換電路270便改為將主要解碼電路230產生的目標音訊信號傳遞給播放器240。舉例而言，假設電路設計者預先已知主要解碼電路230根據新的目標處理結果重新設定其硬體/軟體並輸出新的目標音訊信號需要大約零點五秒的時間，暫存器260可持續更新其儲存內容，保持在可以播放最新的零點五秒之備用音訊信號。這種做法的好處在於能夠利用少量的資源達到類似於無縫（seamless）切換的效果。雖然該備用音訊信號的音質會略遜於整個備用處理結果被完整解碼所產生的音訊信號，但由於播放時間相當短暫，使用者未必能聽出明顯差異。

於一實施例中，所謂｢對備用處理結果的一部分施以解碼程序｣包含排除備用處理結果中的背景資料（meta data）。背景資料是用以傳遞頻道介紹與頻道類別等文字資訊，在剛開始切換的前一小段時間（例如上述零點五秒）通常是不需要的。因此，次要解碼電路250可被設定為不對該備用處理結果中的背景資料施以解碼程序，藉此節省運算資源。

圖三所示之音訊播放裝置200可以有另一種變化型。於一實施例中，選擇電路220將不是目標處理結果的那一個預處理結果設定為一備用處理結果，交由次要解碼電路250施以解碼程序的一部分，藉此產生備用音訊信號。舉例而言，假設主要解碼電路230所進行的解碼程序係對應於一高階解碼，次要解碼電路250可被設定為對備用處理結果施以一低階解碼。在這個情況下，備用音訊信號的音質也會略遜於經過高階解碼的信號，但同樣可被存入暫存器260，做為切換期間暫時輸出之用。

以第二代高效率進階音訊編碼（High-Efficiency Advanced Audio Coding, HE-AAC）標準為例，完整的解碼工作包含低複雜度進階音訊解碼（low complexity AAC）與頻譜頻段複製（spectral band replication, SBR）；前者是針對零到十二千赫的頻率成分施以解碼程序，而後者是針對十二到二十四千赫的頻率成分施以解碼程序。兼有低複雜度進階音訊解碼以及頻譜頻段複製的解碼程序可被視為高階解碼，而僅執行低複雜度進階音訊解碼可被視為低階解碼。再舉例而言，假設主要解碼電路230所進行的解碼程序係對應於十六點（16-point）反向離散餘弦轉換（inverse discrete cosine transform, IDCT），則次要解碼電路250可被設定為對備用處理結果施以八點反向離散餘弦轉換，藉此達成運算量較低的低階解碼。

本發明的範疇並未限定於特定儲存機制。暫存器260可包含一個或多個揮發性或非揮發性記憶體裝置，例如隨機存取半導體記憶體、唯讀記憶體、磁性及/或光學記憶體、快閃記憶體等等。

請參閱圖四。於另一實施例中，音訊播放裝置200不包含暫存器260與切換電路270，而次要解碼電路250以另一種方式對備用處理結果施以解碼程序的一部分，藉此產生一備用初步解碼結果。如圖四所示，主要解碼電路230包含一前段解碼電路230A、一切換電路230B與一後段解碼電路230C。假設主要解碼電路230所進行的解碼程序包含N1個解碼步驟，其中的前N2個解碼步驟是由前段解碼電路230A負責，而後(N1-N2)個解碼步驟是由後段解碼電路230C負責（N1為大於一之整數，N2為小於N1之正整數）。次要解碼電路250可被設定為對備用處理結果施以該N1個解碼步驟中的前N2個解碼步驟，藉此產生一備用初步解碼結果。在一般運作中，切換電路230B是將前段解碼電路230A所產生的目標初步解碼結果傳遞給後段解碼電路230C。當播放指令要求將備用處理結果設定為一新的目標處理結果，切換電路230B便將次要解碼電路250產生的備用初步解碼結果提供給後段解碼電路230C，讓後段解碼電路230C對該備用初步解碼結果繼續施以另外(N1-N2)個解碼步驟。

實務上，圖四中的前段解碼電路230A與次要解碼電路250可以是兩套相同的硬體電路。以第二代高效率進階音訊編碼（HE-AAC）標準為例，主要解碼電路230所進行的解碼程序包含位元串流解多工（bit stream de-multiplexing）、進階音訊解碼、正交鏡像濾波（quadrature mirror filter, QMF）分析、頻譜頻段複製（SBR）處理、（parametric stereo）、正交鏡像濾波合成（QMF synthesis）等六個步驟（N1 = 6）。前段解碼電路230A與次要解碼電路250可被設定為僅負責執行前兩個步驟（N2 = 2），而後段解碼電路230C負責執行後續四個步驟。

須說明的是，本發明的範疇並未限定音訊播放裝置200同時能接收的音訊串流總數量為二。當同時輸入音訊播放裝置200的音訊串流多於兩個時，在預處理電路210、220前端可設置另一個前置選擇電路，用以自多個音訊串流中選出兩個，做為第一音訊串流與第二音訊串流。舉例而言，第一音訊串流是該播放指令所指出的音訊串流，而該前置選擇電路可根據一使用者習慣決定第二音訊串流，或是選擇稍早曾播放之一音訊串流做為第二音訊串流。於另一實施例中，音訊播放裝置200被設計為包含不只兩個預處理電路，亦即產生多於兩個預處理結果提供給選擇電路220選擇。

實務上，上述各電路可利用多種控制和處理平台實現，包含固定式的和可程式化的邏輯電路，例如可程式化邏輯閘陣列、針對特定應用的積體電路、微控制器、微處理器、數位信號處理器。此外，該等電路亦可被設計為透過執行一記憶體中所儲存之處理器指令來完成其任務。

根據本發明之另一實施例為一種應用於一音訊播放裝置之信號處理方法，其流程圖係繪示於圖五。步驟S51A為針對一第一音訊串流進行一預處理程序，以取得一第一預處理結果。步驟S51B為針對一第二音訊串流進行另一預處理程序，以取得一第二預處理結果。接著，步驟S52為根據一播放指令，自該第一預處理結果與該第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果。隨後，步驟S53為根據該目標處理結果進行一解碼程序，藉此產生一目標音訊信號。步驟S54則是播放該目標音訊信號。

本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，先前在介紹音訊播放裝置200時描述的各種操作變化亦可應用至圖五中的信號處理方法，其細節不再贅述。

藉由以上具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

110‧‧‧選擇電路

120‧‧‧音訊處理電路

130‧‧‧播放器

140‧‧‧第一音訊處理電路

150‧‧‧第二音訊處理電路

160‧‧‧選擇電路

170‧‧‧播放器

200‧‧‧音訊播放裝置

210A‧‧‧第一預處理電路

210B‧‧‧第二預處理電路

220‧‧‧選擇電路

230‧‧‧主要解碼電路

230A‧‧‧前段解碼電路

230B‧‧‧切換電路

230C‧‧‧後段解碼電路

240‧‧‧播放器

250‧‧‧次要解碼電路

260‧‧‧暫存器

270‧‧‧切換電路

S51A~S54‧‧‧流程步驟

圖一(A)與圖一(B)呈現現行技術中的音訊播放裝置範例。

圖二為根據本發明之一實施例中的音訊播放裝置之功能方塊圖。

圖三為根據本發明之另一實施例中的音訊播放裝置之功能方塊圖。

圖四為根據本發明之又一實施例中的音訊播放裝置之功能方塊圖。

圖五為根據本發明之一實施例中的信號處理方法之流程圖。

須說明的是，本發明的圖式包含呈現多種彼此關聯之功能性模組的功能方塊圖。該等圖式並非細部電路圖，且其中的連接線僅用以表示信號流。功能性元件及/或程序間的多種互動關係不一定要透過直接的電性連結始能達成。此外，個別元件的功能不一定要如圖式中繪示的方式分配，且分散式的區塊不一定要以分散式的電子元件實現。

Claims (14)

1. 一種音訊播放裝置，包含： 一第一預處理電路，用以針對一第一音訊串流進行一第一預處理程序，以取得一第一預處理結果，其中該第一預處理程序包含降頻轉換程序、解調程序、解多工程序與解析程序中至少一程序； 一第二預處理電路，用以針對一第二音訊串流進行一第二預處理程序，以取得一第二預處理結果，其中該第二預處理程序包含降頻轉換程序、解調程序、解多工程序與解析程序中至少一程序； 一選擇電路，用以根據一播放指令，自該第一預處理結果與該第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果； 一主要解碼電路，用以根據該目標處理結果進行一解碼程序，藉此產生一目標音訊信號；以及 一播放器，用以播放該目標音訊信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊播放裝置，其中該選擇電路將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果；該音訊播放裝置進一步包含： 一次要解碼電路，用以對該備用處理結果之一部分施以該解碼程序，藉此產生一備用音訊信號； 一暫存器，用以暫存該備用音訊信號；以及 一切換電路，當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，該切換電路控制該播放器開始在一段特定時間內播放該暫存器中所儲存之該備用音訊信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之音訊播放裝置，其中該備用處理結果係對應於M1個音軌，該次要解碼電路僅對該M1個音軌中的M2個音軌施以該解碼程序，其中M1為大於一之一整數，M2為小於M1之一正整數。
4. 如申請專利範圍第2項所述之音訊播放裝置，其中該備用處理結果係對應於P1個頻率成分，該次要解碼電路僅對該P1個頻率成分中的P2個頻率成分施以該解碼程序，其中P1為大於一之一整數，P2為小於P1之一正整數。
5. 如申請專利範圍第2項所述之音訊播放裝置，其中該次要解碼電路不對該備用處理結果中之一背景資料施以該解碼程序。
6. 如申請專利範圍第1項所述之音訊播放裝置，其中該選擇電路將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果；該主要解碼電路所進行之該解碼程序係對應於一高階解碼；該音訊播放裝置進一步包含： 一次要解碼電路，用以對該備用處理結果施以一低階解碼，藉此產生一備用音訊信號； 一暫存器，用以暫存該備用音訊信號；以及 一切換電路，當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，該切換電路控制該播放器開始在一段特定時間內播放該暫存器中所儲存之該備用音訊信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之音訊播放裝置，其中該選擇電路將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果；該主要解碼電路所進行之該解碼程序包含N1個解碼步驟，N1為大於一之一整數；該音訊播放裝置進一步包含： 一次要解碼電路，用以對該備用處理結果施以該N1個解碼步驟中的N2個解碼步驟，藉此產生一備用初步解碼結果，其中N2為小於N1之一正整數；當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，該次要解碼電路將該初步解碼結果提供給該主要解碼電路，並請求該主要解碼電路對該備用初步解碼結果施以另外(N1-N2)個解碼步驟。
8. 一種應用於一音訊播放裝置之信號處理方法，包含： 針對一第一音訊串流進行一第一預處理程序，以取得一第一預處理結果，其中該第一預處理程序包含降頻轉換程序、解調程序、解多工程序與解析程序中至少一程序； 針對一第二音訊串流進行一第二預處理程序，以取得一第二預處理結果，其中該第二預處理程序包含降頻轉換程序、解調程序、解多工程序與解析程序中至少一程序； 根據一播放指令，自該第一預處理結果與該第二預處理結果中選擇一個，做為一目標處理結果； 根據該目標處理結果進行一解碼程序，藉此產生一目標音訊信號；以及 播放該目標音訊信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之信號處理方法，進一步包含： 將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果； 對該備用處理結果之一部分施以該解碼程序，藉此產生一備用音訊信號； 暫存該備用音訊信號；以及 當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，開始在一段特定時間內播放被暫存之該備用音訊信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中該備用處理結果係對應於M1個音軌，對該備用處理結果之一部分施以該解碼程序包含僅對該M1個音軌中的M2個音軌施以該解碼程序，其中M1為大於一之一整數，M2為小於M1之一正整數。
11. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中該備用處理結果係對應於P1個頻率成分，對該備用處理結果之一部分施以該解碼程序包含僅對該P1個頻率成分中的P2個頻率成分施以該解碼程序，其中P1為大於一之一整數，P2為小於P1之一正整數。
12. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中對該備用處理結果之一部分施以該解碼程序包含不對該備用處理結果中之一背景資料施以該解碼程序。
13. 如申請專利範圍第8項所述之信號處理方法，其中用以產生該目標音訊信號之該解碼程序係對應於一高階解碼；該信號處理方法進一步包含： 將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果； 對該備用處理結果施以一低階解碼，藉此產生一備用音訊信號； 暫存該備用音訊信號；以及 當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，開始在一段特定時間內播放被暫存之該備用音訊信號。
14. 如申請專利範圍第8項所述之信號處理方法，其中用以產生該目標音訊信號之該解碼程序包含N1個解碼步驟，N1為大於一之一整數；該信號處理方法進一步包含： 將該第一預處理結果與該第二預處理結果中非該目標處理結果之該預處理結果設定為一備用處理結果； 對該備用處理結果施以該N1個解碼步驟中的N2個解碼步驟，藉此產生一備用初步解碼結果，其中N2為小於N1之一正整數；以及 當該播放指令要求將該備用處理結果設定為一新的目標處理結果，對該備用初步解碼結果施以另外(N1-N2)個解碼步驟。