TW498304B - Pitch shifter - Google Patents

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> - ---1------ 經濟部智慧財產局員工消費合阼社卬製 A7 *〜-------- B7_____五、發明說明（1 )[發明背景] [發明領域] 本發明係關於音程變換裝置，更明確地，是變換聲音 “號之音程至任意水準之音程變換器。 η [背景技藝之描述] 音程是聲音的一種感覺，表示著頻率的數值。音程變 換裝置是一種將聲音信號之音程變換至所要的水準之裝 _置。此類音程變換裝置之熟知例子為在卡拉〇 K CD(光碟） 唱機或其類似中所提供的音階控制器。 第i6a至i6c圖是輔助說明變換聲音信號之音程至所 要水準之原理之圖形。 如第16a至16c圖中所示，在第16a圖沖所示之原聲 音信號壓縮成如第16b圖所示之具有較高頻率和音程之聲 音信號，且該原聲音信號擴張成如第16c圖所示之具有較 低頻率和音程之聲音信號。 • 譬如說，如果聲音信號沿著時間軸壓縮成一半，則聲 _音信號之頻率變成雙倍，且因此在音程上增加八度音階。 另方面如果聲音#號沿著時間軸擴張一倍，則聲音信 號之頻率變成一半，且因此在音程上減少八度音階。 一般而言，如果聲音信號沿著時間轴壓縮或擴張k-i I 倍（其中對壓縮0<k，且1<k，·對擴張0<k<1)，則聲音 信號變成在頻率上變換成化倍，且因此音程變成（log2k)個 八度音階。 在下文中，上述之k代表在音程上原聲音信號對變換 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -丨裝 --------- ---- 丨線·

，I I I 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱） 1 312174 498304 A7 五、發明說明（2 聲音#號之比率，k指稱為‘‘音程變換比率”。 諸如此類，沿著時間軸，靠壓縮或擴張聲音信號k·1 倍’聲音信號在頻率上能改變k倍。然而，如果沒有其他 方式一起實施的話，此壓縮或擴張將同時改變聲音信號的 時間長度（複製時間）k·1倍。因此，所謂的“交叉混合，，在 聲音信號上進一步完成以防止時間長度的改變。 第17圖為協助解釋交又混合過程以平滑連接兩個不 連續聲音訊框之原理之圖形。 如同在第17圖中所示，考慮一例子，其中刪除訊框 B，且訊框A和訊框C連接在一起。在這個例子之中，如 果訊框A和訊框c連接而無任何改變，則在它們的連接點 上在信號值上產生不連續姓，因此在信號複製時可能發生嗓音。 因此，這些訊框以訊框A漸弱和訊框c漸顯的方式連 接在一起。因此，在它們的連接點之信號值能保持連續性， 且因此，在信號複製時，能防止雜音。 然而，如果訊框A和訊框C以交叉混合的方式連接在 一起，與這些訊框無任何改變地連接在一起之例子相比 較，則複製時間被縮短了。因此，沿時間軸的壓縮/擴張與 交叉混合作用之混合併用能夠變換聲音信號之音程而不會 產生其它額外的改變。 第18a和18b圖為協助解釋變換聲音信號音程而不改 變任何複製時間之原理之圖形。第！ 8a圖顯示一例子，其 中信號之音程增加，也就是，沿著時間軸壓縮（壓縮時間 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x撕公髮） 1 312174 ii——t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 線丨奉 n n n n n n n A7 A7 ^ * > 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 軸）。第18b圖顯示一例+，盆由>^缺々1 巧于，其中信唬之音程減少，也就是， 沿著時間軸擴張（擴張時間轴）。 在第18a和18b圖，在時間轴壓縮/擴張後之訊框的時 間長度，也就是，輸出之框架長度，第一次決定。然後， 決定基於音程變換比率之輸入框架長度。此處，假設音程 乘上k倍，而輸出訊框長度為2則輸入訊框長度為2k。 接下來，當連續兩訊框部分彼此相疊一起，輸入訊框 的每一訊框長度2k”依序從原信號中抽出重疊部分的長 度是（2k-l)。在第l8a和18b圖中顯示，三個輸入訊框分 別以A1和B2、A2和B3、A3和B4所代表。 接下來，每一個抽出之輸入訊框沿著時間軸參考每個 訊框的頭部壓縮/擴張k-1倍（交替地，參考其中點或末端）。 因此，能產生輸出訊框的每一個訊框長度“2” 。在輸出訊 框中’連續兩輸出訊框彼此重疊每一訊框長度的一半。 更明確地，在第18a圖中，（A1H和B2H)、（A2H和 ,B3H)、和（A3H 和 B4H)為輸出訊框，（B2H 和 A2H)、（B3H 和A3H)為重疊部分。在第18b圖中，（A1L和B2L)、（A2L 和B3L)、（A3L和B4L)為輸出訊框，而（B2L和A2L)和（B3L 和A3L)為重疊部分。 接下來，所有這些輸出訊框以交叉混合方式連接在一 起。交叉混合作用可完成於整個或部分重疊部分。 在第18a圖中，顯示出兩個例子，一個是交叉混合作 用完成於整個重疊部分（B2H和A2H)、（B3H和A3H)，而 其他則完成25%部分。同樣在第18b圖中，顯示出兩個例 --------------^ :- i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) , —線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3 312174 498304 A7 五、發明說明（4 ) 子’一個是交叉混合作用完成於整個（即1 〇 〇 %)重疊部分 (B2L和A2L)、（B3L和A3L)，而其他則完成25%部分。 因此，聲音信號之頻率能改變k倍，而同時複製時間 保持不變。 下面所描述的是一個傳統音程變換裝置，能經由交又 混合壓縮/擴張，以完成不連續聲音資料的音程變換程序。 第19圖是方塊圖顯示傳統音程變換裝置之結構之例 子。第20圖是方塊圖顯示傳統CD唱機具有第19圖之音 程變換裝置之結構之例子。 在第20圖中，CD 20具有不連續的聲音資料{χ(〇)，χ(1): x(2)，x(3)，.....} ’其產生的方式是在每一事先決定之周期τ 下，抽樣聲音信號且事先在上面隨即記錄上去。CD唱機 包括閱讀器21、複製器22、聲音音程變換比率設定單元 23、音程控制信號產生器24、聲音資料輸出端子25、音程 控制信號輸出端子26，和聲音資料輸入端子27。 音程變換比率設定單元23包括選擇器，以便選擇任何 複數個預先設定好的音程變換比率，或調整控制以制定一 個任意音程變換比率。該音程變換比率設定單元23設定由 CD唱機使用者所選擇或任意指定的音程變換比率。該音 程控制信號產生器24產生音程控制信號，表示由音程變換 比率設定單位23所設定的音程變換比率。由該音程控制信 號:產生器24所產生的音程控制信號從音程控制信號輸出 端子26所輸出。 閱讀器21依序從CD讀取聲音資料。該聲音資料由閱 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — ------r--^---------M IAW, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 312174 498304 五、發明說明（ 2讀5器依==然後在每—周期了内從聲音資料輪出端子 曰程變換裝置接受依序由聲音資料輸出端子25所幹 出的聲音資料刚，X(1),X⑺，χ(3)，.··.々接受脖 制信號輸出端子26所輸出的音程控制信號，然後在周^ 内’依序地產生音程變換過的聲音資料 〇ut(2), 〇ut(3)5.... }。 ( λ ^音程變換過的聲音資料依序地由音程變換裝置所產 生’從聲音資料輸入端子27所輸出。複製器22接受音程 變換過且從聲音資料輸入端子27所輸出的聲音資料 {_(〇)，_⑴，_(2)，out(3)，…}，且複製該聲音信號。由 複製器22所複製的聲明信號由未顯示的擴大器所放大，然 後供應至擴音器。 在第19圖，傳統的音程變換裝置包括記憶單元1、一 對讀取位址產生器乜和4b(兩者結構完全一樣）、一對内插 ►器10a和l〇b、交叉混合器3、聲音資料輸入端子7、聲音 資料輸出端子8、和音程控制信號輸入端子9。 從CD唱機之聲音資料輸出端子25所輸出的聲音資串 U(〇)，X(l)，x(2)，X(3)，…供應給聲音資料輸入端子7。奋 憶單元1暫時儲存該聲音資料。 從音程控制信號輸出端子26所輸出的音程控告信號 供應給音程控制信號輸入端子9。基於音程控制信號，每 一個讀取信號產生器4a和4b產生讀取位址，以讀取暫時 _儲存在記憶單元1中的聲音資料。也就是，由音程控制# 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮)--------— 5 312174 498304 A7 __B7 五、發明說明（6) 號所指定的音程變換比率被累加成位址增加值，且將累加 結果當作讀取位址來輸出。 第21圖是方塊圖，顯示第19圖之讀取位址產生器4a 或4b之結構之，例子。 在第21圖之中，不論讀取位址產生器4a或4b，皆包 括累加Is (ALU) 16以累加位址增加值（=k)。此類結構性位 址產生器之例子可參考「日本專利公開公報」第9-212193 號（1997_212193) 〇 因此，例如位址產生器製造{〇, L 2, 3, .·..}，如果該音 程變換比率k是1(無音程變換），和{〇, 2, 4, 6，···}，如果 k=2。同時，例如該位址產生器製造{〇, 〇 5, l J 5， j，如 果 k=0.5，和{〇, 1.26, 2.52, 3.78，···}，如果 k=1.26。 注意讀取位址產生器4a和4b產生彼此不同之位址是 靠預先設定值。 例如，如果{0, 1，2, 3, 4，···}是由一個位址產生器所產 生’而{4，5，6，7，8，···}是由另一個位址產生器所產生。換 句話說，一組讀取位址（〇, 4)在一定時間產生；另一組讀取 位址（1，5)是在一定時間經過τ時間後所產生；而另一組讀 曲位置（2, 6)是在經過T時間後所產生，此程序以此相同的 方式繼續下去。 、 兩讀取位址之間的差別之決定是基於輸出訊框長度、 音程變換比率（參考第18a和18b圖）和其他因素。如何決 定此差別並不直接相關於本創作，因此不在此予以描述。 回頭參考第19圖，基於由讀取位址產生器4&和4b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • --I I I l·--^ · I I------- ^ —^wi------------------------- 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（7 ) ' 所產生的讀取位址，記憶單元1讀取事先儲存的聲音資 料。例如’如果音程變換比率是加倍，則讀取位置產生器 4a產生讀取位址{〇, 2, 4，...}’且該記憶單元i依序地讀取 聲音貢料{x(〇)，x(2)，χ(4)，..·}在周期τ之内。以此方式， 完成在時間軸的1/2壓縮。 換句話說，在傳統的音程變換裝置中，記憶單元 讀取位址產生器4a和4b完成上述在時間軸的壓縮/擴張。 i 然而，例如，如果音程變換比率是〗26，則產生讀取 位址{0, 1.26x1，1·26χ2，···}，但是此類聲音資料χ(126χΐ) 和X (1.26x2)並不存在於記憶單元i中。因此，為達成任 意值之音程變換比率，另外需要内插器1〇a和1〇b從儲存 在記憶單元1内的聲音資料中計算其内插值。基於由讀取 位址產生器4a所產生的讀取位址和基於所產生位址由記 憶單兀1所讀取的聲音資料，内插器1〇a產生内插值。基 於由讀取位址產生器4b所產生的讀取位址和基於所產生 _内插值由記憶單元1所讀取的聲音資料，内插器1〇b產生 内插值。注意，如果音程變換比率是整數，也就是，未含 有任何有效小數部份，則並不需要内插資料。 有了這些内插器l〇a和l〇b的更進一步提供，音程變 換裝置能夠元成在時間軸上的壓縮/擴張，甚至於如果音程 變換裝置具有小數部份。換句話說，聲音信號能在音程上 能變換至任何一個水準。 父叉混合器3接收到由内插器i〇a所輸出的内插聲音 資料和由内插器1 Ob所輸出的内插聲音資料，並在上面完 1 *------------------- I --------丨線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 7 312174 498304 A7 五、發明說明（8 成交叉混合作用。也就是，每個聲音資料乘上一個交叉混 合係數（該係數將隨後予以解釋），然後加在一起。 有此類父叉混合器3的更進一步提供，音程變換裝置 能變換聲音信號的音程至任意水準而在複製時間上無任何 之改變。 聲音資料在經過交叉混合壓縮/擴張作用之後，也就是 說，聲音資料在音程上變換之後，從聲音資料輸出端子8 輸出。 具有上述結構的CD唱機之操作和其所具備的傳綠音 程變換裝置敘述如下。 在第20圖，使用者首先透過未顯示的調整控制器設定 所要的音程變換比率k，然後按下所具備&“播放，，按鈕 (未顯示）。 為反應該動作，在CD唱機中，音程變換比率設定單 元23在裡面首先自行設定音程變換比率k。然後，閱讀器 21在周期T内開始從CD 20讀取聲音資料。同時，音程變 換比率設定單元23開始產生音程控制信號顯示音程變換 比率k。注意音程變換比率^上述方式設定，在複製過 程開始之後’可變換至另一個數值。 如此讀取的聲音資料和所產生的音程控制信號，分別 透過聲音資料輸入端子7和聲音控制信號輸入端子9’供 給傳統音程變換裝置。 在第19圖’所供給的輪入資料暫時儲存在記憶單元工 之内。 312174 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第22a、22b和22c圖為瞬間顯示一個由第19圖之音 程變換裝置所完成的音程變換過程之圖形。 第22a圖是一圖形顯示第19圖之瞬間之記憶單元i 如何儲存聲音資料。 在第22a圖中，x(0)、x(1)、x(2)、…每一個都是聲音 資料。水平軸代表真實時間t，其單位是取樣周期τ，同時 代表記憶單元1内緩衝區的位址。每個聲音資料之信號值 •是以距離水平軸的距離來表示。 如第22a圖所示，記憶單元i依序儲存輸入聲音資料， —例如在位址0為x(〇)，在位址1為x(l)，在位址2為x(2)。 • 另一方面，將輸入音程控制信號一分為二，分別給予 讀取位址產生器4a和4b。基於所給的聲音控制信號，該 讀取位址產生器4a和4b由在周期T内預先決定值而各別 產生彼此不同之讀取信號。 所產生的成對讀取位址分別給予記憶單元1和内插器 春10a和10b。基於所給成對讀取位址，記憶單元丨讀取預先 儲存的聲音資料（參考第22a圖）。 第23圖是顯示一種在第19圖之記憶單元〗内之緩衝 器上之關係的圖形，其是輸入聲音資料的書寫位置與基於 從成對讀取信號產生器4a和4b來的位址所事先書寫之聲 音資料之讀取位置（其中音程變換得更高）之間的關係。 在第23圖之中，“w”是書寫位址指示器，指示聲音 資料寫在緩衝器上的位置。“rl，，和“r2”是讀取位址指 示器’母一個指示器指示在記憶單元上之位置相對於從 -ί I · I I I I IT I I » ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 312174 498304 A7 五、發明說明（10 ) 址產生器來的位址，也就是說’指示在緩衝器上的位置， 基於從緩衝器之該位址來讀取聲音資料。 此處，藉著參考第23圖，敘述著記憶單元1如何將輕 入聲音資料寫入緩衝器之内，及基於所給成對的讀取㈣ 從緩衝器内讀取該聲音資料。 首先，如第23圖上面部分所顯示的，“ rl，，位於“w” 之後方位置且與其相距事先決定距離d，同時，“r2，，位 於：1’、後方位置且與其相距距離d。此處，指示器所 進行的方向是向前的方向。在書寫/讀取手續開始之後， “Π”進行的比“w”快，且“r2，，進行的與“η，，一樣 快。然後’當“rl”追上“w” ’ “rl”跳到“η，，之後方 位置且與之相距距離d。 “η”和“r2”的地點分別相對於第l8a圖令所顯示 的B2區域與A2區域。 緊接著如第23圖中間部分所顯示的“rl”跳動之 後，“ “f，位於“W，，之後方位置且與之相距d距離，同 ^ 位於Γ2之後方位置且與之相距d距離。然後， 、2”進行的比“w”快，且“rl，，進行的與一樣 快。然後，當“Γ2”趕上“w”之際，“r2”跳到“ri，，之 後方位置且與之相距d距離。 和“ rl ”的地點分別相對於B3區域與八3區 域。 緊接著如第23圖底下部分所顯示的“r2，，跳動之 丨後’ “Γΐ”二“W”之後方位置且與之相距d距離， ^氏張尺度適用中關藏?規格⑽X 297公爱 10 312174

s, ^—ιτί------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線！ 498304 A7 五、發明說明（11 ) 時r2位於rl之後方位置且與之相距d距離。至此 之後，每一個“W”、“rl，’和“r2”以上述的相同方式而 移動。 返過頭參考第19圖，如果由位址產生器所產生的讀取 位址並不代表一整數，與上述書寫/讀取相平行，也就是， 在時間軸内的壓縮/擴張，則需靠記憶單元i與内插器1〇a 和10b來實行内插程序。此内差程序將如下所描述。 如果讀取位址代表一整數（也就是，並沒有任何有效小 數部分），則記憶單元1讀取儲存在相對讀取位址之位址内 的聲音資料。然而，如果讀取資料具有任何有效小數部分， 則記憶單元1將讀取儲存在相鄰於讀取位址之位址内的兩 份聲音資料，也就是，緊跟在讀取位址之前後的諸位址。 因此’例如，如果讀取位址代表〇，則讀取單一聲音 貝料X (0)。如果是0.5,則讀取兩份聲音資料χ 和χ (丨）。 同理，如果是1.26，則讀取兩份聲音資料χ⑴和χ(2)。 • 基於由讀取位址產生器4a所產生的位址之聲音資料 給予内差器10a。基於由讀取位址產生器朴所產生的位址 之聲音資料給予内差器l〇b。 每一個内插器10a和l〇b基於所給的聲音資料和讀取 位址計算内插值，並製造内插聲音資料。 消 換句話說，如果讀取位址未含有任何小數部分，則每 一個内插器10a和l〇b輸出由記憶體i所給予的單一聲音 資料以當作其内插聲音資料。如果讀取位址具有任何小數 刀則母一個内插器1 和1 Ob基於該小數部分和由記 I 丨_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 312174 498304 A7 __ _ B7 五、發明說明（12 ) 憶單元1所給予的兩份聲音資料的單一數值計算内差插 值，然後每一個内插器製造出内插值以當作内插聲音資 料。 内插值的計算是特別地以所謂的“線性内插，，來進 行。 第22b圖是一圖形，顯示一瞬間由内插器i〇a和i〇b 所施行的線性内插，其中該音程變換比率k是1.26。 在第22b圖之中，每一個χ(〇)、χ(ι)、χ(2)、…皆是儲 存在記憶單元1中的聲音資料，而y(126)、y(1.26><2)、... 是内插值。 如第22b圖所示，如果讀取位址為1 26，則每一個内 插器10a和l〇b從小數部分〇·26和聲音資料χ(1)和x(2) 以下列方程式（1)來計算内插值26)。 y(1.26) = x(l)+ 0.26 χ (x(2)-x(l) }..................⑴ 同樣地，如果讀取位址為（i 26x2)，則每一個内插器 10a和l〇b從小數部分（ι·26χ2-2)和聲音資料χ(2)和χ(3)以 下列方程示（2)來計算内插值y〇 26x2)。 y(l ·26χ2) =χ(2)+ (1·26χ2_2)χ{χ(3)_ x(2)}.........⑺ 總之，如果讀取位址為（kxn)(k是音程變換比率，而η 是一任何整數），則每一個内插器1 〇a和丨〇b從小數部分 (kxn-m)和聲音資料x(m)和丨）以下列方程示（3)來計 算内插值y(kxn)。 y(kxn) = x(m)+ (kxn_m)x{x(m+ 1)- x(m)}...........(3) 一對聲音資料依序地在周期T内由内插器10a和l〇b (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------Γ —訂— -線丨#! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） 12 312174 498304 A7

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 以上述之方式所複製的聲音信號，透過擴大器（未顯示 放大，並同時供應給擴音器，且然後轉換成聲波。 在第22c圖是顯示瞬間從音程已變換之聲音資料中所 複製之聲音信號之圖形。 在第22c圖之中，{out(0)，out⑴，〇ut(2)， }是聲音信 號，其相對於音程已變換之聲音資料{y，（〇)，/仏“乂 y (kx2)，··.}。水平軸代表實際時間t其單位為周期τ。 如上所述，在傳統的音程變換器，聲音信號能透過交 叉混合壓縮/擴張而變換且在複製時間上無任何之改變。 然而，在壓縮/擴張所完成的線性内插可能造成理邦值 與内插值之間很大的差異，且信號扭曲可發生於高頻率之 中。 因此’為了減少在高頻的信號扭曲，建議使用過度取 樣方式。在過度取樣過程中，聲音資料的取樣頻率變 換至較高的頻率NT·1 (其中n是2的次方）。汉在接下來的 本文中指稱為過度取樣比率。 第25圖是方塊圖顯示另一種傳統音程變換裝置的結 構。如同第19圖的音程變換裝置，第25圖的音程變換裝 置，譬如，也可配備於第2〇圖的CD唱機之中。 在第25圖，音程變換裝置包括記憶單元1、一對讀取 信號位址產生器4a和4b、成對内插器10a和l〇b、交叉混 合器3、聲音資料輸入端子7、聲音資料輸出端子8、音程 控制信號輸入端子9、過度取樣器11和減退取樣器12。 換句話說’第25圖之音程變換裝置在結構上與第 — Ϊ ---------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4ϋ^Γ〇· x 297公^^ 14 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15 圖之音程變換裝置相類似，除了額外地配備過度取樣器j j 和減退取樣器12。 過度取樣器11透過聲音資料輸入端子接收聲音資料 {x(0)，x(l)，x(2)〃··}，並在所接收的聲音資料上完成過度 取樣。注意在後文中所描述的一個例子中其過度取樣比率 為2 〇 更明確地說，過度取樣器11包括内差器13和抗混清 濾波器（即低通濾波器14a)以刪除混淆現象。首先，過度取 樣器11插入0數值於兩份聲音資料之間，也就是，χ(〇) 和χ(1)5 χ(1)和x(2)，…。然後，該過度取樣器u基於插入 0數值之聲音資料{x(0), 0, x(l)5 0, x(2), 0，··· }計算出聲音 資料{χ’（0)，χ’（0·5)，χ’（1)，χ’（1·5)，χ’（2)，χ’（2·5)，···}，以完 成於一周期{(1/2)χΤ}内之濾波器操作。 減退取樣器12從交叉混合器3之輸出接收音程已變換 之聲音資料{y，（〇)，y’(kx〇.5)，y，（kxl)，y，（kxl.5)，y，（kx2)， y(kx2.5)v} ’並在所接收的聲音貧料上完成減退取樣。 更明確地說，減退取樣器12包括抗混淆濾波器（即低 通濾波器14b)，此抗混淆濾波器具有刪除混淆現象之特 徵，和比例減退器15。首先，減退取樣器12基於聲音資 料{y’(〇)，y’(kx〇.5)，y’(kxl)，y’(kxl.5)，y’(kx2)，y, (]^2.5)，...}計算出聲音資料^”（0)^”（]^0.5)，：/，，（1<：><1)，/， (kxl.5)，y”（kx2)，y”（kx2.5)，···}，以完成於一周期{(l/2)xT} 内之濾波器操作。然後，該減退取樣器12在聲音資料{y，，（〇)， y”（kx〇.5)，y”（kxl)，y”（kxl.5)，y”（kx2)，y”（kx2.5)，···}中比 ! ^ V------I ^ i I -------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（16) 例減退{y’’（kx〇.5)，y"(kxl.5)，y”（k><2.5)，···}。 除了過度取樣器11和減退取樣器12之外的每一個元 件其所施行的操作基本上與第19圖中之音程變換裝置之 每一個相對應元件之施行操作是一樣的。其不同點是操作 周期變成一半也就是{(1/2)χΤ}，且在記憶單元1的緩 _ 在容量上必須加倍。通常，如果過度取樣比率為Ν，則操 作周期為{Ν·1 χΤ}，且在記憶單元1中的緩衝器之袞 ^ 增加N倍。 第25圖中的音程變換裝置與第19圖之音程變換裝置 在操作上有下列兩項不同點。 首先，除了音程變換程序，另外施行過度取樣程序。 更明確地說，在音程變換之前，施行内插與濾波器操作， 在音程變換之後’則施行渡波操作和比例減退作用。 第二，過度取樣作用將增加聲音資料的數目，和對音 程變換過程所因此而產生之單位時間操作份量也將增加。 更明確地說，如果過度取樣比率為N，則内插器i〇a和1〇b 和交插混合器3之操作周期將變為{Ν·1 χτ丨。 從第25圖之音程變換裝置所輸出的聲音資料與從第 19圖之音程變換裝置所輸出的聲音資料之不同點，將配合 圖形說明如下。 第26a至26c圖為圖形，顯示一瞬間由第25圖之音程 變換裝置所施行的音程變換程序。 由第26a至26c圖與第22圖之比較可看出，加倍的過 度取樣將減少兩連績聲音資料的時間間隔為一半。通常， i r ------ I I ^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 16 312174 498304 五、發明說明（π 如果過度取樣比率為Ν 此，當讀取位址具有小數部分間^將減少為Ν·1倍。因 之聲音資料份量將運用來 址上更多的彼此相斯 插值能夠更接近真值。 、、°果’所計算的内 因此’從第!〆圖之音程變換器之聲 所輸出的聲音資料{y’’(G)，y，，(kx υ日㈣輸W子$ 之音程變換器之聲音資料)，··.}與第19圖 ► {y(〇)，y(kxD, y(kx2) }相η ▲所輸出的聲音貧料 少。因此’當過度取樣二Γ大曝上之信號扭曲將減 曲將變小。又取樣比率變大，則在高頻率上的信號扭 如上所述’傳統音程變換裝置之操作是基於交叉混人 壓縮/擴張之原則。同時，如果音程變換比率具有小數部α 分，則傳統音程變換裝置會施行線性内插。因此，聲音俨 號能變換音程至任何水準且具有高度準確性。然而，在^ 頻，經由線性内插所產生的内插值不同於真實值。因此了 >在傳統音程變換裝置，在高頻的聲音信號的扭曲（在下文之 中，統一指稱為“高頻扭曲”）是一項嚴重的問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了解決此一問題，曾經有人建議在傳統音程變換』 置中更進一步地施行過度取樣。如此作法是因為，過度$ 樣能減少在經由線性内插所產生的内插值與真實值之間έ 差異，因此能夠減少高頻扭曲。當過度取樣比率值變大 所減少高頻扭曲之效果將變為更明顯。 然而，上面所述傳統音程變換裝置之結構除了另外@ 有過度取樣器11之外，更配有減退取樣器12，因此，在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 17 312174 經濟部智慧財產局員Η消費合泎汪印製 498304 A7 - -*~---_B7____ 五、發明說明（18 ) 體積上更大為增加。 此外’在上面所述傳统音程變換裝置之結構中，過度 取樣器11和減退取樣器12，當施行N倍過度取樣作用之 時’必須在周期{T X Ν-ι丨内執行濾波器操作。然後，N倍 過度取樣的結果’聲音資料的數目為不施行過度取樣時之 聲音貪料數目的N倍。因此，在記憶單元丨中的緩衝器之 容量必須增加N倍。同時，交叉混合器3和内插器i〇a和 l〇b必須在周期{T X 内操作。簡言之，當過度取樣比 率值變大，則記憶單元丨中的緩衝器之容量必須變大，而 分別位於過度取樣器U和減退取樣器12中的低通濾波器 14a和14b、内插器i〇a和ι〇1)、交叉混合器3、和其他元 件則必須加速操作。因此，音程變換裝置之成本顯著地增 加0 [發明概要] 本發明的目的在於提供一種音程變換裝置，此音程變 換裝置具有變換聲音信號之音程至任意水準之能力，同時 具有局準確度，聲音信號的複製時間無任何之變換，同時 能在不增加體積與增加速度的情況下，充分地減少高頻扭 曲。 本發明具有下列之特色以達成上述之目的。 本發明的第一樣式為導入一個音程變換裝置，此音程 變換裝置能變換聲音信號之音程至任何水準而在複製時間 上無任何之改變，該音程變換裝置包括： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -· ·ϋ 1 n I n n 1 一 ον · —r n 線丨-- 聲音資料輸入端子，靠取樣聲音信號，依序地，將所

312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 一___B7 ^ -- ------------- —— 五、發明說明（19 ) 產生的不連續的聲音資料提供給該端子； 音程控制信號輸入端子，將表示音程變換比率的音程 控制信號供給該端子； 一對讀取位址產生器，基於經由音程控制信號輸入端 子所&供的音程控制#號’每一個讀取位址產生器以預先 決定的數值產生彼此不同的讀取位址； 包括緩衝器之記憶單元，能依序地寫入該緩衝器，由 ’聲音資料輸入端子所提供的聲音資料，並且從緩衝器，基 於讀取位址產生器所產生的每一個讀取位址之整數部分位 元，讀取一對聲音資料字串； 濾波器係數字串儲存器，將儲存預先已排序之相對於 N個副濾波器之N個濾波器係數字串，該N個副濾波器是 透過N倍過度取樣（N是2的次方）之低通濾波器之多相分 解所製造的； 一對遽波器係數字串選擇器，基於讀取位址產生器所 .產生的每一個讀取位址之小數部分之第一個到第（1〇g2N) 個位7G，每一個選擇器選取儲存在濾波器係數字串儲存器 内之N個濾波器係數字串之其中任何一個； 一對濾波器操作單元，每一個單元施行濾波器操作於 成對聲音資料字串中之每一個聲音資料字串，該聲音資料 予串之續取疋罪該記憶單元使用濾波器係數字串選擇器所 選取之濾波器係數所完成；和 交叉混合器，能將從濾波器操作單位輸出的成對聲音 貧料之每一個聲音資料乘上一個交又混合係數，然後再把 本紙^度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）— I ^-------- ^ --------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498304

乘的諸結果加在一起。 在第一樣式中，音程變換裝置在體積及成本上可能少 於過度取樣之施行，但是在高頻扭曲上所減少的數量確大 約與過度取樣作用相等。 更進一步地，如果施行N倍過度取樣，則傳統的音程 變換裝置須要N倍的緩衝器容量，及倍周期的遽波器 操作。然ίά，在第—樣式之中，記憶單元中所包括的緩衝 器容量能固定，與Ν值無關。同時，濾波器操作能以固定 的周期執行，而與Ν值無關。因此，過度取樣比率Ν能夠 充分地增加，而不會增加音程變換裝置的成本與體積。以 足夠大的Ν，則音程變換能夠以更高的精確度來施行，甚 至不需要線性内插。 另外，濾波器係數字串之選擇，是基於讀取位址之小 數部分之第一個到第（1〇^Ν)個數元。因此，濾波器操作能 容易地予以施行，而未增加音程變換裝置的體積。 根據第二樣式，在第一樣式之中，每一個讀取位址產 生器包括累加器’以累加音程變換比率。 根據第三樣式，在第一樣式之中，每一個讀取位址產 生器包括 累加器’以累加事先已決定之數值，和 乘法器’將累加器所輸出值乘以音程變換比率。 在第一和第二樣式之中’讀取位址之作用在於從緩衝 器之中讀取聲音資料，並選取能夠產生的遽波器係數字 串0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------r ί I ---------線丨# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 312174 498304 A7 五、發明說明（21 ) 根據第四樣式，在第 一對聲音資料字串，從該 取另外一對聲音資料字串 同，或在位址上相差1， 該對濾波器係數字串 於濾波器係數字串旁更加 音程變換裝置更進一 另一對濾、波器操作單 聲音資料字串，此聲音資 係數字串選擇器所選擇的 和 一樣式之中，當由緩衝器中讀 緩衝器，該記憶單元更進一步 ’與前述之該對聲音資料字串 選擇器，其每一個選擇器在鄰 地選擇另一對濾波器係數字串 步包括 元，以施行濾波器操作於另一 料字串是由記憶單元使用濾波 另外濾波器係數字串所讀取的 取 讀 相 近 一對内插器，由一對濾波器操作單元所輸出的一對聲 音資料和由另外一對濾波器操作單元所輸出的一對聲音資 料’來產對内插資料’以{1。^+1}位元或讀取位址 產生器所產生的每一個讀取位址較低者，以計算一線性内 丨插值來内插兩個相鄰近的聲音資料，和 父叉混合器，被供給一對從一對内插器所輸出的聲音 資料。 在第四式之中，能以更高的準確性來施行音程變換。 根據第五樣式，在第四樣式之中，每一個讀取位址產 生器包括累加器，以累加音程變換比率。 根據第六樣式，在第四樣式之中，每一個讀取位址產 生器包括 累加器，累加事先已決定之數值，和 312174 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮 498304 A7 五、發明說明（22 ) 乘法器，將累加器所輸出之值乘以音程變換比率。 在第五和第六樣式之中，讀取位址之作用在於從緩衝 器之中讀取聲音資料，並選取能夠產生的濾波器係數字 串 〇 第七樣式導入一個音程變換裝置，能夠變換聲音信號 之音程至任何水準而在複製時間上無任何之改變，該音程 變換裝置包括： 聲音資料輸入端子，靠取樣聲音信號，依序地，將所 產生的不連續的聲音資料提供給該端子； 音程控制信號輸入端子，表示音程變換比率的音程控 制信號供給該端子； 單一讀取位址產生器，基於音程控制信號輸入端子所 提供的音程控制信號，產生讀取位址； 包括緩衝器之記憶單元，能依序地寫入該緩衝器，由 聲音資料輸入端子所提供的聲音資料，並且從緩衝器，基 於讀取位址產生器所產生的每一個讀取位址之整數部分數 元，讀取一對彼此不同於事先已決定之位址數字之聲音資 料字串； 交叉混合器，能將從記憶單元所讀取的成對聲音資料 之每一個聲音資料乘上交叉混合係數，然後再把乘的諸結 果加在一起。 濾波器係數字串儲存器，將儲存相對於N個副濾波器 之N個濾波器係數字串，該N個副濾波器是透過N倍過 度取樣（N是2的次方）之低通濾波器之多相分解所製造 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) IAW------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ M —Aw------1-----------------

312174 498304 A7 五、發明說明（23 ) 的； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單一濾波器係數字串選擇器，基於讀取位址產生器所 產生的讀取位址之小數部分之第一個到第（log2N)個位 儿，該選擇器選取儲存在濾波器係數字串儲存器内之贝個 遽波器係數字串之其中任何一個；和 單一濾波器操作單元，施行濾波器操作於聲音資料字 串，該聲音資料字串是從交叉混合器所輸出，靠使用濾波 ί器係數字串選擇器所選取之濾波器係數所完成； 在第七樣式之中，音程變換裝置在體積及成本上可能 少於過度取樣之施行，但是在高頻扭曲上所減少的數量確 大約與過度取樣作用相等。 經· 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 更進一步地，如果施行Ν倍過度取樣，則傳統的音程 變換裝置須要Ν倍的緩衝器容量，及倍周期的濾波器 操作。然而，在第一樣式之令，記憶單元中所包括的緩衝 器容量能固定，與N值無關。同時，濾波器操作能以固定 |的周期執行，而與N值無關。因此，過度取樣比率1^能夠 充分地增加，而不會增加音程變換裝置的成本與體積。以 足夠大的N，則音程變換能夠以更高的精確度來施行，甚 至不需要線性内插。 另外’遽波器係數字串之選擇，是基於讀取位址之小 數部分之第一個到第（log^N)個位元。因此，濾波器操作能 容易地予以施行，而未增加音程變換裝置的體積。 上述的效果與第一式樣的效果完全一樣。更進一步， 在第七樣式之中，僅需要一個讀取位址產生器、一個渡波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 312174 ^8304 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 h 社 印 製 本紙斤度(CNS)A4規格（210 χ 297公釐 A7 五、發明說明（24 ) 器係數子串選擇器、和一個濾波器操作單元。因此，音程 變換裝置，與第一樣式相較，在體積上更小。 根據第八樣式，在第七樣式之中，讀取位址產生器包 括累加器’以累加音程變換比率。 根據第九樣式，在第七樣式之中，讀取位址產生器包 括 累加器，以累加事先已決定之數值，和 乘法器’將累加器所輸出之值乘以音程變換比率。 在第八和第九樣式之中，讀取位址之作用在於從緩衝 器之中讀取聲音資料，並選取能夠產生的濾波器係數字 串 〇 根據第十樣式，在第七樣式之中，在緩衝器之上，配 有書寫位址指示器表示位置，由聲音資料輸入端子所輸入 的聲9資料書寫在該位置’在緩衝器上，另配有一對讀取 位址指示器，每一個指示器表示每一個所讀取成對聲音資 料的頭部位置，和 緩衝器是一個圓環狀緩衝器，其頭與尾是連接在一起 的所具有的容量相當於一對讀取位置指示器間的距離， 記憶單元供給位於一對讀取位址指示器中之任何一個 讀取位址指示器與書寫位址指示器之間之距離，和 父又混合器，根據記憶單元所供給的距離，將形成一 對聲音資料字串的每一個聲音資料乘上交又混合係數。 在第十樣式中，基於一對讀取位址指示器中之任何一 個讀取位址指示器與書寫位址指示器之間之距離，將用於 312174 ί ------------Aw-------rl — ^------------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498304 經一 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 ___B7五、發明說明（25 該對聲音資料字串之乘法的交又混合係數計算出來。 根據第十-樣式，在第十樣式之中，讀取位址產生器 括累加益，以累加音程變換比率。 根據第十二樣式，在第十樣式之中 包括 累加器，以累加事先已決定之數值 乘法器，將累加器所輸出之值乘以音程變換比率。 ’ 在第十一和第十二樣式之中，讀取位址之作用在於從 緩衝器之中讀取聲音資料，並選取能夠產生的遽波器係數 字串。 當配合相關的圖形，下列本發明的詳細描述，將使得 相關於本發明之此些和其他之目的 '特徵、樣式和優點更 為清楚。 [圖式之簡單說明] 第1圖為依據本發明第一實施例所顯示的音程變換裝 |置之方塊圖。 第2a至2c圖為圖形，顯示第1圖之音程變換裝置（其 音程變換比率為1.26)上之濾波器操作單元2a和2b所計算 的聲音資料，與當第25圖中之音程變換裝置之過度取樣器 11施行四倍過度取樣時所製作的聲音資料之間的關係。 第3圖為顯示第i圖之讀取位址產生器4&或41>之範 例結構之方塊圖。 第4圖為另一個顯示第1圖之讀取位址產生器4a或 4b之範例結構之方塊圖。 讀取位址產生器 和 -------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . •線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 25 312174 A7 五、發明說明（26 ) 第5圖為示意圖，顯示第3周或第4圖之一個ALU之 輪出寄存器（容量譬如為24位元）之範例。 第6a至6f圖為若干圖形，顯示在一瞬間，讀取位址 如何表示在第5圖的輸出寄存器之中。 第7圖為示意圖，顯示在一瞬間，由第1圖之音程變 換裝置所完成的音程變換操作。 第8圖為依據本發明第二實施例所顯示的音程變換裝 置結構之方塊圖。 第9圖為顯示第8圖之讀取位址產生器4a或4b之範 例結構之方塊圖。 第10圖為另一個顯示第8圖之讀取位址產生器4a或 4b之範例結構之方塊圖。 第11圖為示意圖，顯示第9圖或第1〇圖之一個ALU 之輸出寄存器（容量譬如為24位元）。 第12圖為依據本發明第三實施例所顯示的音程變換 裝置之結構方塊圖。 第13圖為圖形，概要地表示第12圖之記憶單元1和 交叉混合器3之内部結構。 第14圖為圖开>，顯示一對交又混合係數v(ai)和v(a2) 之範例，父叉混合器3將從記憶單元1中所讀取的一對聲 音資料乘上該對係數。 第15圖（a)至（1)為圖形，概要地表示輸入聲音資料寫 入的位置（寫入位址指示器“w”）和基於讀取位址產生器 4a所給予位址而讀取之一對聲音資料之兩個位置（讀取位 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -豐 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂---------I Awi ------- 312174 4^8304 A7 ΰί 五、發明說明（27 ) 址指示器W‘r2”）三者之間的關係，其令音程變換 至·更南的位置。 C請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 第至16c圖為圖形，協助解釋變換聲音信號之音 程至所要水準之原理。 第17圖是一圖形，協助解釋交叉混合過程如何平滑地 將兩個不連續聲音訊框連接在一起的原理。 第18a和i8b圖為圖形，協助解釋透過沿著時間軸之 壓縮/擴張和交叉混合之聯合作用，在複製時間無任何改變 之下，變換聲音信號之音程至任意所要的水準之原理。 第19圖是顯示傳統音程變換裝置的範例結構之方塊 圖。 第20圖是顯示傳統CD唱機配備第19圖之音程變換 裝置的範例結構之方塊圖。 第21圖為顯示第19圖之讀取位址產生器乜或讣之 範例結構之方塊圖。 第22a至22c圖為圖形，顯示由第19圖之音程變換裝 置所施行的音程變換過程^ ' 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 第23圖是一圖形，顯示一種在第19圖之記憶單元^ 内之緩衝器上之關係’其是輸入聲音資料的書寫位置*基 於從成對讀取信號產生器“和4b來的位址所事先書寫: 聲音資料之讀取位置（其中音程變換得更高）的關係。 第.24圖是一圖形，顯示第19圖的交叉混合器3的成 對的父叉混合係數乘以成對的聲音資料之例子。 、 第25圖是方塊圖’顯示另一種傳統音程變換裝置之結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21^7^公髮） 27 312174 2a、2b 濾波器操作單元 4a、4b 讀取位址產生器 6 數字串儲存器 8 聲音資料輸出端子 l〇a、l〇b内插器 12 減退取樣器 14a、14b低通濾波器 16 累加器 20 光碟（CD) 複製器 音程控制信號產生器 音程控制信號輸出端子 498304 五、發明說明（28 構，此音程變換裝置，進行過取樣。 第26a至26c圖為圖形，顯示一瞬間由第25圖之音程 變換裝置所施行的音程變換程序。 [元件符號說明] I 記憶單元 3 交插混合器 5a、5b數字串選取器 7 聲音資料輸入端子 9 音程控制#號輸入端子 II 過渡取樣器 13 内插器 15 比例減退器 17 乘法器 21 閱讀器 23 聲音音程變化比率設定單元24 25 聲音資料輸出端子 26 27 聲音資料輸入端子 [較佳實施例的說明] 現在參考上述圖形，說明本發明的實施例如下。、主音 傳統技藝在背景技藝章節令已經說明，所以在此不再加： 詳細說明。 “，，同時，在下面說明當t， “k，，代表音程變換比率， Τ’代表取樣聲音資料之周期’ “t，’代表實際時間其單 位％ τ而Ν代表過度取樣比率(參考背景技藝章節卜 1 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規^ χ 297公髮） 28 312174 I I -1----1 I ^--------I Awr (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 消 304 304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（29 (第一實施例） 在進入詳細討論之前，將先描述一下依據本發明之第 一實施例之音程變換裝置之概視。 類似於傳統之音程變換裝置，根據第一實施例之音程 變換裝置其能透過在時間軸上的壓縮/擴張與交叉混合以 變換聲音信號之音程而在複製時間上無任何之改變。 同時’根據第一實施例之音程變換裝置其能累加音程 變換比率’和使用該累加結果當作讀取位址，此點類似於 傳統之音程變換裝置。 依據本發明之音程變換裝置與傳統音程變換裝置之不 同點將說明如下。 (I)本發明之音程變換裝置並不明顯地施行過度取 樣’但是靠使用在過度取樣中之低通濾波器1 4a和1 4b之 多相分解作用所產生的副濾波器來施行一濾波器操作。 更明確地說，另一個傳統音程變換裝置（參考第25圖） _在記憶單元1之前配備有過度取樣器n。包括在過度取樣 器11中之低通濾波器14a在周期（ΤχΝ-1)和N倍過度取樣 之中元成彳呆作。取樣周期（ΤχΝ·1)所產生的聲音資料暫時地 儲存在記憶單元1之中。因此，在記憶單元1中的緩衝器 之容量為Ν倍，即使未施行過度取樣之時候。 另一方面，依據第一實施例之音程變換裝置配有濾波 器操作單元，該操作單元在周期Τ内使用Ν個副濾波器中 的任何一個來完成操作。Ν個副濾波器之產生是透過包括 在過度取樣器Π中之低通濾波器14a之多相分解。注意每 ί------------^------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 29 312174 498304 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（3〇 ) 一個副渡波器的分支接頭的數目是低通濾波器l4a之數目 之N倍。因此，g己馋單元1之緩衝器容量與過度取樣未 施行之案例的容量是一樣的。 也就是，依據第一實施例的音程變換裝置其記憶單元 1中的緩衝器谷篁變為N 1倍，而在滤波器操作之周期變為 N倍（也就是，在操作中N·1倍），如果與施行贝倍過度取 樣的音程變換裝置相比較的話。然而，依據第一實施例的 音程變換裝置具有與施行N倍過度取樣之音程變換裝置一 樣的高頻減低之效果。 換言之，記憶單元1之緩衝器容量能固定，不關係到 過度取樣比率N之大小。同時，就像交叉混合壓縮/擴張， 濾波器操作能以固定的周期執行，而不關係到過度取樣比 率N之大小，也就是，其周期與聲音資料之取樣^率之周 期相同（=T)。因此’過度取樣比率n能夠以不顯著增加音 程變換裝置成本之下增加。 9 如果充分地增加過度取樣比率，則音程變換能高精碟 地施行’甚至不需要線性内插。因此，因炎 " 四马不需要内插器 1 0a和1 Ob，所以音程變換裝置能縮小體積。 如果過度取樣比率是小的，則音程變換 狹比率將隨時間 而變化。因此，音程變換在無線性内插之 r ’無法以高車 確性實施。 + (Π)使用讀取位址之小數部分之第一個到第 位元，選取N個副濾波器中之任何一個。 0^Ν)個 四此，濾波器潠 取能容易地施行，無需增加音程變換裝置的大〗 、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ 312174 C請先Μ讀背面之注意事頊再填寫本頁) # — 訂· 1 *-- 丨線丨_-------—— n I ϋ n · 498304 A7 B7 經- 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 f 合 作 社 印 製 五、發明說明（31 ) 依據本發明之第一實施例之音程變換裝置，將在下文 詳細說明之。 第1圖為依據本發明第一實施例所顯示的音程變換裝 置之方塊圖。 依據第一實施例之音程變換裝置，闢如，配備至第J 2 圖中的傳統CD唱機。 在第1圖中，依據第一實施例之音程變換裝置包括： 記憶單元1，一對濾波器操作單元2a和2b，交叉混合器3， 一對讀取位址產生器4a和4b，一對濾波器係數字串選取 器5a和5b，濾波器係數字串儲存器6，聲音資料輸入端子 7，聲音資料輸出端子8，和聲音控制信號輸入端子9。注 思’與傳統音程裝置（參考第19圖）元件相同的元件，將給 予相同的參考號碼。 依據第一實施例之音程變換裝置，其中，透過記憶單 元1、讀取位址產生器4a和4b、和交差混合器3，以便施 _行在時間軸上的壓縮/擴張和參考音程變換比率的交叉混 合作用’因此聲音信號在音程上變換，而不改變任何複製 時間。這一點與傳統音程變換裝置是相同的。 此外’依據第一實施例之音程變換裝置，其中，僅僅 所需要的聲音資料，透過濾波器操作單元2a和21)、濾波 器係數子串選取器5a和5b、和遽波器係數字串儲存器6， 以濾、波器操作計算出來。此點與傳統音程變換之同時施行 過度取樣與内插值計算是不同的。 此處’為簡化起見，假設過度取樣比率N為4。 本紙張尺度適财晒家^票準（(¾^格⑽χ 297公髮） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 1 寫萝

I 訂 線 312174 498304

首先，簡單說明四倍過度取樣作用。 第2a至2c圖為圖形’顯示第i圖之音程變換裝置（直 音程變換比率為K26)上之瀘、波器操作單元“和几所計算 的聲音資料’與當第25圖中之音程變換裝置之過度取樣器 11施行四倍過度取樣時所製作的聲音資料之間的關係。 在過度取樣器11之中，如第2a圖所示，三個零由内 插器13插入聲音資料與下一個聲音資料之中，例如，χ(〇) 與χ(1)之間和χ(1)與χ(2)之間。然後，以下列方程式（4) 和在ΤΧ4·1之周期内之濾波器係數之低通濾波器14，施行 濾波器操作。 例如，在t=4之後，以過度取樣器η之低通濾波器 14 a ’該渡波器操作施行如下所示，但乘以〇之運算除外。 y(4) = f(0)x(4) + f(4)x(3) + f(8)x(2) + f(12)x(l) + f(16)x(0) y(4+l/4)=f(l)x(4) + f(5)x(3) + f(9)x(2) + f(13)x(l) + f(17)x(0) y(4 + 2/4)=f(2)x(4) + f(6)x(3) + f(10)x(2) + f(14)x(l) + f(18)x(0) y(4 + 3/4)=f(3)x(4) + f(7)x(3) + f(ll)x(2) + f(15)x(l) + f(19)x(0) y(5) = f(0)x(5) + f(4)x(4) + f(8)x(3) + f(12)x(2) + f(16)x(l) y(5+l/4)=f(l)x(5) + f(5)x(4) + f(9)x(3) + f(13)x(2) + f(17)x(l) • · · 因此，聲音資料{y(0)5 y(0.25)，y(〇.5)，y(0.75)，y(l)， y( 1.25)，…·}，在取樣周期（T x 4-1)之内，從過度取樣器11 中輸出。 然而，如果例如頻率增加1.26倍，則所有這些聲音資 料將不再需要。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

争 I丨""訂·丨丨丨—丨丨丨·1丨—.丨———— — I—. — _ ______I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 32 312174 498304 A7 五、發明說明（33 ) 因此，根據第一個實施例中之音程變換裝置，四個副 濾波器（此將在後節說明）中任何一個在周期τ中使用為濾 波器操作。因此，如帛26圖所示，僅計算聲音資料{卿 y(1.25 X 1)，y(1.25 X 2)，·.·}。 5 回頭參考第1 _ ’提供給聲音資料輸人端子7的聲立 資料{X(0)，X⑴，x(2)，x(3)，.··}，從CD唱機的聲音資料^ 出端子輸出。記憶單元1暫時儲存該聲音資料。 I I程控制信號輸入端+ 9供應從CD唱機之音程控制 信號輸出端子26所輸出的音程控制信號。讀取位址產生器 4a和4b中的每一個讀取位址產生器累加由當作位址增^ 訂 數值之音程控制信號所表示的音程變換比且去 取位址來輸出累加結果。 胃作5貝 線 也就是，讀取位址產生器牦和4b中的每一個讀取位 址產生器所施行的操作與第19圖中所示的相對應元件所 施行的操作完全相同。兩者之不同點在於，所產生的讀取 _位址之整數位元給予記憶單元丨當作有效讀取位址，且小 數部分之第-和第二位元（其中N = 4)給予遽波器係數字 串選取器5a和5b當作濾波器選取資訊。 注意，在一般情況，小數部分之第一個到第（1〇g2N)個 位元給予濾、波器係數字串選取器53和51)當作濾波器選取 資訊。 在第3圖中所顯示的一個結構例子之中，讀取位址產 生器4a和4b包括，如同第21圖中所示的相對應讀取位址 產生器，累加器（ALU)16將累加位址增加值 本紙張尺度綱中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297TF) 度’ 33 312174 A7 --———-^__ _ 五、發明說明（34 ) "—'〜 在第4圖中所示的另一個結構例子之中，讀取位置產 生器4a和4b包括一個ALU以累加常數（例如，u，且一 個乘法器17將從ALU所輸出的輸出值乘上該位址增加值 k。在此例中所示的讀取位址產生器在結構上與第21圖所 顯示者不同，但是產生的讀取位址相同。 第5圖為示意圖，顯示第3圖或第4圖之一個alu之 輸出寄存器（24位元）之範例。 在第5圖中所示之輸出寄存器，小數點位於從左邊算 來之第16個和第17個位元之間。假設此16個位元之位^ 在順序上高於小數點者將代表整數部分，而另8個位元之 位置在順序上低於小數點者將代表小數部分。 因此，在下文中，在小數點右邊的位元指稱為“小數 邛刀的第一個位元，而在第一位元右邊的位元指稱為 “小數部分的第二個位元，，，在此情況，譬如，如果N==4， 則小數部分的第一個和第二個位元將成為濾波器選取資 訊。 注意介於讀取位址產生器4a和4b之間的關係與第19 圖中所示者相同，因此在此不再贅述。 回頭參考第1圖，基於從讀取位址產生器4a和4b所 產生的讀取位址的整數部分（高階位元），記憶單元1從緩 衝器中讀取聲音資料字串。 在渡波器係數字串儲存器6之中，儲存4(N為一般值） 個濾波器係數字串。此些濾波器係數字串為4(N為一般值） 個田彳；慮波器，4個副渡波器為第2 5圖之過度取樣器11所 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- l·--訂·--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ά—φ---------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 34 312174 498304 B7 ——-η .濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（35 ) 包括之低通濾波器14a之多相分解所產生的。 當N=4時，在過度取樣器11中所包括的低通濾波器 14a，將以下列公式（4)代表之，其中分支接頭數為20。 F(z)-f(0)+f(l)zA(-l/4)+f(2)zA(-2/4)+...+f(l9)zA(-19/4) .......................(4) 注意在上面公式（4)中ζΛ(_η)為延遲操作元，且在下列 公式（5)表示ζΛ(-η)與x(t)之關係。 , x(t)zA(-n) = x(t-n)..........................................(5) 4個副遽波器為低通滤波Is 14 a (以上面公式（4)所表系 者）之多相分解所產生，該4個副濾波器以下列公式（6-1) 到（6_2)表示之。F0(Z)=f(0) + f(4)ZA(-l)+f(8)ZA(-2) + f(12)Z 八㈠)+ f(16) ζΛ(_4)...............................................................(6-1) Fl(z) = [f(l) + f(5)z-(-l) + f(9)z^(-2) + f(13)z-(-.3) + f(17) ζΛ(-4)]ζΛ(-1/4) ..................................................(6-2) Φ F2(z) = [f(2) + f(6)z-(.l) + f(10)z-(-2) + f(14)zA(.3) + f(18) ζλ(-4)]Ζα(-2/4) ..................................................(6_3) F3(Z)=[f(3) + f(7)ZA(-l)+f(ll)zA(-2) + f(l5)zA(.3) + f(19) ζ-(-4)]ζ^(.3/4) ...................................................(6-4) 儲存在濾波器係數字串儲存器6之中的為4(Ν)個副滤 波器之係數部分，4個副濾波器之產生方式如上面方式所 示。 滤波器係數字串選取器5 a和5 b之每一個漶波器係數 字串選取器選取儲存在濾波器係數字串儲存器6中之4(N) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 35 312174 請 £ 讀 背 面 意 事 再f裝 本 頁 訂 線

498304 五、發明說明（36 ) 個濾波器係數字串中的任何一個。該選取是基於由每一個 讀取位址產生器4a和4b所產生的讀取位址之小數部分之 第一個和第二個數元來完成的。然後，每一個濾波器係數 字串選取器5a和5b分別讀取所選取的濾波器係數字串予 渡波器操作單元2 a和2 b。 基於聲音資料字串和從濾波器係數字串選取器5a和 5b而來的濾波器係數字串，每一個濾波器操作單元2a和 2b分別施行濾波器操作。 交叉混合器3接收從滤波器操作單元和2b來的聲 音資料，並在此對聲音資料上施行交叉混合作用。也就是， 每一個資料乘上交叉混合係數，然後再將其加總起來。 注思’基於父叉混合器3的更加配備，音程變換裝置 能夠變換聲音信號在音程上至任一水準，此點與傳統音程 變換裝置雷同。 聲音資料在經過交叉混合壓縮/擴張作用之後，也就是 說，在音程變換之後，從聲音資料輸出端子8輸出。 上述結構之音程變換裝置之操作將說明如下。注意CD 唱機之操作相似於上述背景技藝部分之操作。 在第20圖之中’使用者首先透過未顯示的調整控制器 設定所要的音程變換比率k，然後按下所具備的“播放” 按鈕（未顯示）。 為反應動作’在CD唱機中’音程變換比率設定單元 23在其裡面自行設定音程變換比率k。然後，閱讀器21 在周期T内開始從CD 20讀取聲音資料。同時，音程變換 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· -----^ —訂 i — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 36 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（37 ) 比率設定單位23開始產生音程控告信號顯示音程變換比 率k。注意音程變換比率上述方式設定，在複製過程 開始之後，可變換至另一個數值。 此讀取的聲音資料和所產生的音程控制信號，分別透 過聲音資料輸入端子7和聲音控制信號輸入端子9,供給 第1圖中之傳統音程變換裝置。 供給的聲音資料暫時儲存在記憶單元i之中。如第22a I圖所示為記憶單元1如何儲存該聲音資料。也就是說，記 憶單元1是依序儲存輸入聲音資料，例如在位址〇為x(0)， 在位元1為x(l)，在位址2為χ(2) β 另一方面，將供給之音程控制信號一分為二，分別給 予讀取位址產生器4a和4b。基於所給的聲音控制信號， 讀取位址產生器4a和4b由在周期τ内預先決定值而各別 產生彼此不同之讀取信號。 產生的一對讀取位址給予記憶單元丨和濾波器係數字 •串選取器5a和5b。 更明碟地說’由讀取位址產生器4a所產生的讀取位址 之整數位元被當作有效讀取位址給予記憶單元1，同時， 小數部分之第一個和第二個位元當作濾波器選取資訊給予 濾波器係數字串選取器5a。同樣地，由讀取位址產生器物 所產生的讀取位址之整數位元當作有效讀取位址給予記憶 單元1，同時，小數部分之第一個和第二個位元當作濾波 器選取資訊給予濾波器係數字串選取器5b。 記憶早元1從緩衝is内基於所給的一對整數部分位元 J f . --^---1---ί I ^ -------1 I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 37 312174 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498304 五、發明說明（38 ) (有效讀取位址）讀取一對聲音資料字串。 第23圖說明一種關係，即在記憶單元1之緩衝器上， 輸入聲音資料被書寫上去的位置，與基於從一對讀取位址 產生器4a和4b而來的有效讀取位址的一對聲音資料字串 所讀取的兩個位置之間的關係。在此範例，然而，每一個 項取位置‘示器Γ1和“ r2 ”指向讀取資料字串的頭 部。 至於記憶單元1如何將輸入聲音資料寫入緩衝器和如 何基於所給一對有效讀取位址從緩衝器中讀取該對聲音資 料，其過程是與技藝背景章節所說明的過程類似，除了在 此處所要讀入的聲音資料字串包括5個聲音資料（其中ν=4) 外。 另一方面，濾波器係數字串選取器5a和5b，基於所 給的一對濾波器選取資訊，選取儲存在濾波器係數字串儲 存器6中N個濾波器係數字串中的任何一個。然後，、廣、皮 器係數字串選取器5a和5b分別讀取所選取的渡波器係數 字串給濾波器操作單元2a和2b。 例如，當N=4和分支接頭數目為2〇之時， ^ 卜列四個 遽波器係數字串依序地儲存在濾波器係數字串儲存哭6 中 〇 {f(0), f(4)，f(8)，f(12)，f(16)} {f(l), f(5)，f(9)，f(13)，f(17)} {f(2)，f(6)，f(10)，f(14)，f(17)} {f(3)，f(7), f(ll)，f(15)，f(19)} 312174 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· n HI n n n n * n K n ϋ In n n I i ϋ ·ϋ n i n n 498304 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（39) 在下文中，上面之濾波器係數字串從上而下分別指 為，第0個濾波器係數字串、第J個濾波器係數字串、負 2個遽波器係數字串、第3個瀘波器係數字串。 基於所給之濾波器選取資訊，每一個濾波器係數字痒 選取器5a和5b依下列方式選取一個濾波器。 當濾波器選取資訊為“〇〇，，時，選取第〇個濾波器卷 數字串。 當濾波器選取資訊為 係數字串。 當濾波器選取資訊為 係數字串。 當濾波器選取資訊為 係數字串。 基於從記憶單元1而來的聲音資料字串（在本例之 中’包含五個聲音資料）和從濾波器係數字串選取器5a a 5b而來的濾波器係數字串，每一個濾波器操作單元2a矛 2b分別施行濾波器操作。然後，每一個濾波器操作單元： 和2b計算所需要的聲音資料{y(〇)，y(kxl)，y(kx2)，...}。 此處’視為一特定範例，在讀取位址產生器4a和4b 滤波器係數字串選取器5&和5b、濾波器操作單元2&和： 等元件之操作之中’其音程變換比率為1 26。 從讀取位址產生器4a和4b内，此些讀取位址在周】 T内依序地產生。 t = 0: 〇 〇 1 ”之時，選取第i個濾波g 10”之時，選取第2個濾波ϋ 11”之時，選取第3個濾波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 39 312174 i,------------- Μ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線_ 498304 A7 B7_五、發明說明（4G ) t = 1: 1.26 =1 + 1/4 +0.01 t = 2: 1.26 χ 2 = 2 + 2/4 +0.02 t = 3: 1.26 χ 3 = 3 + 3/4 +0.03 t = 4: 1.26 χ 4 = 5 +0.04 t = 5: 1.26 x 5 = 6 + 1/4 +0.05 t = 6: 1.26 x 6 = 7 + 2/4 +0.06 t = 7: 1.26 x 7 = 8 + 3/4 +0.07 t = 8: 1.26 x 8 = 10 +0.08 t = 9: 1.26 x 9 = 11 + 1/4 +0.09 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上面讀取位址以第5圖之輸出寄存器作如下之表示： t - 0: 〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇.〇〇〇〇〇〇〇〇 t = 1: 0000000000000001.01000010 t = 2: 0000000000000010.10000100 t = 3: 0000000000000011.11000110 t = 4: 0000000000000101.00001000 t = 5: 0000000000000110.01001010 t = 6: 0000000000000111.10001100 t = 7: 0000000000001000.11001110 t = 8: 0000000000001010.00010000 t = 9: 0000000000001011.01010010 讀取位址的整數部分之第1個到第16個位元當作有效 位址給予記憶單元1，同時，讀取位址之小數部分之第1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 40 312174

« · n n 1· n I n ϋ » 1· I n I n n n I I n n n n n 1· n n I ϋ 1· ϋ ϋ ϋ n ϋ n n n n n I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^8304 A7 一 ^--- B7_________ 五、發明說明（41 ) 個到第2個位元當作濾波器選取資訊給予濾波器係數字串 選取器5a和5b(參考第6圖）。 反應之’記憶早元1依序地讀取，在周期T之内，一 、、且五個連續聲音資料，其頭部相對應於所給有效讀取位 址’且然後將讀取聲音資料供應給濾波器操作單元2a和 、 2b。因此，從記憶單元1所讀取的聲音資料供應給濾波器 操作單元2a和2b，在經過t=4之後，該聲音資料如下所 •示： 卜 4 ·· {Χ(5)，χ(4)，χ(3)，x(2)，x(l)} t = 5 : {x(6)，x(5)，x(4)，x(3)，x(2)} t = 6 : {x(7)，x(6)，x(5)，x(4)，x(3)} t = 7 : {x(8)，x(7)，x(6)，x(5)，x(4)} t = 8 : {x(10)5 x(9)，x(8)，x(7)，x(6)} t = 9 ·· {x(ll)，x(l〇)，x(9)，x(8)，x(7)} 另一方面，基於所給濾波器選取資訊在t=4之後，每 一個濾波器係數字串選取器5a和5b依下列的方式選取一 個濾波器： t=4 :基於濾波器資訊“ 〇〇，’ ，選取第0個濾波器係數 字串。 卜5 :基於濾波器資訊“ 0 Γ ，選取第1個濾波器係數 字串。 t=6 :基於濾波器資訊“ 1 〇”，選取第2個濾波器係數 字串。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 312174 -------------t------------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498304 A7 _____ B7 五、發明說明（42) t==7 :基於濾波器資訊“ 11，，，選取第3個濾波器係數 字串。 t=8 ··基於濾波器資訊“ 〇〇，，，選取第〇個濾波器係數 字串。 t=9 :基於濾波器資訊“ 〇 1 ”，選取第1個濾波器係數 字串。 基於從記憶單元1而來的聲音資料和從濾波器係數字 串選取器5a和5b而來的濾波器係數字串，在時間t = 4之 後’滤波器操作早元2a和2b施行下列滤波裔操作· t=4 ： Y(1.25x4)=f(〇)x(5) + f(4)x(4) + f(8)x(3) + f(12)x(2) + f(16)x(l) · Y(125x5)=f(l)x(6) + f(5)x(5) + f(9)x(4) + f(13)x(3) + f(17)x(2) t=6 ： Y(1.25x6)=f(2)x(7) + f(6)x(6) + f(10)x(5)+f(14)x(4) + f(18)x(3) t=7 ： Y(1.25x7)=f(3)x(8) + f(7)x(7) + f(ll)x(6) + f(15)x(5) + f(19)x(4) t=8 ： Y(1.25x8)=f(0)x(10) + f(4)x(9) + f(8)x(8) + f(12)x(7) +f( 16)x(6) t=9 ： Y(1.25x9) = f(l)x(ll) + f(5)x(10) + f(9)x(9) + f(13) x(8)+f(17)x(7) 此產生的聲音資料{·.·，y(1.25 x 4)，y(1.25 x 5)，y(1.25 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------tTi-------線 — ------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42 312174 498304

X 4 A7 五、發明說明（43 )

6)，y(1.25 X 7)，y(1.25 X 8)，y(1.25 X 9)，·..} ’相當於經由 倍過度取樣作用所產生的聲音資料，是理想值{χ(1 26 X 4)，χ(1·26 X 5)，χ(1·26 X 6)，χ(1·26 X 7)，χ(1·26 χ8)，χ(ι % χ 9)，···}的一個良好接近值。如果該過度取樣比率ν值越 大時，則該聲音資料則越接近其理想值。 讀取位址產生器4a和4b、濾波器係數字串選取器& 和5b、和濾波器操作單元2a和2b等元件之操作現在簡述 如下： 第7圖為示意圖，顯示在一瞬間，由第丨圖之音程變 換裝置所完成的音程變換操作。 在第7圖之中，現在假設讀取位址產生器4a產生一個 讀取位址“ 0000000010010111·10·,.，，。在此時刻，相對於 其整數部分之有效讀取位址為“00000000100101 11 ”， 上、 ，也 就是說，以十進位數表示則為”i 5丨”。相對於其小數部分之 第一個與第二個位元之濾波器選取資訊以二進位數表示 為 “10” 。 、 在接收該讀取位址之際，記憶單元1從緩衝器之第151 個到第147個位址上讀取聲音資料字串（五個聲音資料）。 在接收到該濾波器選取資訊之際，該濾波器係數字串選取 器5a選取第三個濾波器係數字串。 然後，讀取聲音資料字串和所選取的濾波器係數字串 同時給予該濾波器操作單元2a，在該處施行濾波器操作。 類似的操作施行於讀取位址產生器4b、濾波器係數字 串選取器5b和濾波器操作單元2b之中。 本紙A尺度適用ϋ國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱， 展 43 312174 1 I -------- 訂 ί -------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經， 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ~~-—-— ____ 五、發明說明（44 ) 回頭參考第1 ffl ’ -對在事先已決定的時間上彼此不 同的聲音資料從濾波器操作單元2&和2b處輸出至交叉混 合器3。該交叉混合器3在此對聲音資料上施行交叉混合 作用。此交叉混合作用與技藝背景章節中所描述的交叉混 合作用相類似。 更明確地說，如同第24圖中所顯示的情況，該交叉混 合器3事先儲存一對交又混合作用係數，然後利用該對交 又混合作用係數乘上該對聲音資料。 父叉此合器3罪计异所供給之一對聲音資料的數目， 從頭部偵測該對聲音資料在訊框上的位置。舉例來說，對 一對聲音資料nl和n2而言，一對相對於α 和n2之 V( α )计异出來。然後，每一個聲音資料乘上其相對應的 V(a)值，且將相乘結果加總起來。 然後，相加的結果，也就是，音程變換之後的聲音資 料，{y’（0)，y，（1.25 X l)，y，（1.25 X 2)，···}(通式為{y，（〇)，y，(k l)’y(kx2)，〜})，在周期τ之内，透過該聲音資料輸出 端子8，輸出該音程變換裝置之外。 聲音資料在經音程變換之後，{y，（〇)5 y，（kxl)，y，(k>< 之），…} ’從音程變換裝置輸出之後，再一次經由聲音資料 輸入端子27供應給CD唱機。 在第20圖之中，經過音程變換後的聲音資料透過聲音 資料輸入端子27供應給複製器22。該複製器22由供給的 音程已變換後的聲音資料複製其聲音信號。 以上述方式所複製的聲音信號透過擴大器（未顯示）放 本紙張尺度咖中_ @準（CNS)A4規格（2iq χ 297公髮） 44 312174 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----------^------------------------------- 498304 於濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（45) 大，然後供給擴音器，將聲音信號轉換成聲波。 第2c圖是一圖形，顯示在一瞬間，在音程變換後之聲 音資料被複製成聲音信號。 在第2c圖中，相對於音程變換之聲音資料{y，（〇)，y，（k X 1)，y’(k X 2)”··}，{Out(0)，〇ut⑴，out(2)， }是其聲音信 號。水平軸代表真實時間t，單位為周期τ。 (第二實施例） _ 在第二實施例中，依據第一實施例之音程變換裝置更 進一步施行線性内插，使用該線性内插能使得音程變換具 有咼精破度甚至於如果過度取樣比率很小。該線性内插的 原理與在技藝背景中所已經描述的線性内插原理相同。然 而，其不同點在於，根據第二實施例之音程變換裝置靠使 用透過濾波器操作所產生的聲音資料來計算内插值，也就 是說，該聲音資料已經過過度取樣作用。譬如，為計算内 插值γ(1·26)，傳統的音程變換裝置使用兩聲音資料χ(1) 鲁和χ(2)，而另一方面，依據第二實施例之音程變換裝置使 用經過度取樣作用後之聲音資料y( 1.25)和y( 1.5)。 更進一步地，被當作線性内插之内插係數，使用讀取 位址之小數部分之第{(log2N)+l)}個位元或更低的位元。因 此，線性内插能更容易地施行，且不需增加音程變換器的 體積。 第8圖為依據本發明第二實施例所顯示的音程變換裝 置之方塊圖。 根據第二實施例之音程變換裝置，譬如，可提供給如 ! ^ 1 ------ I ^ · I------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45 312174 498304 A7 B7 五、發明說明（46 ) 第20圖所示的傳統CD唱機。 在第8圖中’依據第二實施例之音程變換裝置包括： €憶單元1、一對濾波器操作單元2a和21)、另外一對濾波 器操作單元2c和2d、一對内插器1〇a和i〇b、交叉混合器 3、一對讀取位址產生器4a和4b、一對濾波器係數字串選 取器5a和5b、濾波器係數字串儲存器6、聲音資料輸入端 子7、聲音資料輸出端子8、和聲音控制信號輸入端子9。 注意，與傳統音程裝置（參考第19圖）和依據第一實施例之 音程變換裝置（參考第1圖）元件相同的元件，將給予杻同 的參考號碼。 更明確地說，依據第二實施例之音程變換裝置比依據 第一實施例之音程變換裝置，在結構上多增加了一對濾波 器操作單元2c和2d，和一對内插器10a和1〇b。由該讀取 位址產生器4a和4b所產生的讀取位址之小數部分之第 {(log2N)+l)}個位元或更低的位元供給該對内插器和 l〇b，當作内插係數來使用。 聲音資料輸入端子7供應聲音資料{χ(〇)，χ(1)，χ(2)， x(3)，···}，該聲音資料是從CD唱機之聲音資料輸出端子所 輸出的。記憶單元1暫時儲存該聲音資料。 音程控制信號輸入端子9供應從CD唱機之音程控制 信號輸出端子26所輸出的音程控制信號。讀取位址產生器 4a和4b中的每一個讀取位址產生器累加由當作位址增加 數值之音程控制信號所表示的音程變換比率，並且當作讀 取位址來輸出累加結果。 貝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312174 6--------------1---^11 t--------;線喜争 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（47 ) 也就是，讀取位址產生器牦和4b中的每一個讀取位 址產生器所施行的操作與第！圖中所示的相對應元件所施 行的操作完全相同。然後’所產生的讀取位址之整數位元 給予記憶單元丨當作有效讀取位址，且小數部分之第一和 第二位元（其中N=4)給予濾波器係數字串選取器5a和5b 當作濾波器選取資訊。 注意，在一般情況，小數部分之第一個到第（log2N)個 ♦鼹位元被給予濾波器係數字串選取器5a和5b當作濾波器選 取資訊。此操作與根據第一實施例之音程變換裝置之操作 是相類似的。 有下面兩項不同點：第一，在此第二實施例，不僅有 整數部分位元，同時，從上面整數位元和小數部分之第一 個和第二個位元所計算出來之其他整數位元，一起給予記 憶單元1。兩者任選其一，上面整數位元和小數部分之第 一個和第二個位元給予記憶單元1，然後依據這些位元， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鲁e憶單元1計算出其他整數部分位元。其他整數部分位元 能以“1”加之於由讀取位址產生器乜和41)所產生的讀取 位址之小數部分之第二個位元（通常為，（log2N)個位元）， 然後再將加總結果的整數部分減去。 第一，在本實施例，在第一個實施例中未使用的小數 部分的第三個或更低的位元將會給予内插器1(^和10b。 一般而言，小數部分的第{(log2N)+i}個或更低的位元給予 内插器10a和l〇b。 第9圖為顯示讀取位址產生器4a或4b之範例結構之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 47 312174 A7 A7 B7 五、發明說明（48 ) 方塊圖。第1〇圖為另_ ^ 々力個顯不讀取位址產生器4a或4b 之範例結構之方塊圖。 在顯示於第9圖之結構範例之中，讀取位址產生器4a 和仆，母一個皆包括累加器(ALU)16,以累加一位址增加 值k。此結構與第3圖中所示的相類似。 抑在第10圖中所顯示的另一個結構範例中，讀取位址產 生器4a和4b各包括_個ALU以累加常數⑼如，1)，且 乘法器17將從ALU所輸出的輸出乘上該位址增加值乂。 此結構與第4圖中所顯示的相類似。 第11圖為示意圖，顯示第9圖或第10圖之一個ALU 之輸出寄存器（容量譬如為24位元）之範例。 在第10圖中所示的輸出寄存器中，譬如當N=4，小數 部分的第三個位元當作内插係數。一般而言，該小數部分 之第{(l〇g2N)+l}個或更低之位元將當作内插係數。除此之 外，第11圖與第5圖相類似。 | 在讀取位址產生器4a和4b之間的關係與在第一實例 中所說明的完全一樣，因此在此將不再予以說明。

再回頭參考第8圖，記憶單元i從緩衝器基於由讀取 位址產生器4a和4b所產生的讀取位置之整數部分讀取聲 音資料。 I 然而，對線性内插，除了如同在第一實施例中的一對 聲音資料字串之外，記憶單元1讀取另一對聲音資料字 串，此對字串彼此完全相同或者彼此在位址上相差1。更 明確地說，基於從讀取位址產生器4a而來的整數部分位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 耆·丨—l·itr—-------iiIt (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經¾部智慧財產局員工消費合作社印製 48 312174 498304 A7 五、發明說明（49) 元，吻取彼此完全相同或在位址上相差之兩個聲音資料字 串。相類似地，基於從讀取位址產生器4b而來的整數部分 位兀，讀取彼此完全相同或在位址上相差i之兩個聲音資 料字串。當由讀取位址產生器“和4b所產生的每一個讀 取位址之小數部分之第一個與第二個位元代表“ 〇〇” 、 01 、 10數字的其中一個之時，讀取兩個完全相同 的聲音資料字串。當上述的第一個和第二個位元代表 “11”之時，則讀取在位址上彼此相差丨之兩個聲音資料 字串。一般而言，僅在當小數部分之第一個至Ο%#)個位 元全部皆為“1”之時，將讀取在位址上彼此相差i之兩個 訂 聲音資料字串，如果情況不是這樣，則將讀取兩個完全相 同的聲音字串。 在濾波器係數字串儲存器6，儲存4個（一般為N個） 線 濾波器係數字串。這些濾波器係數字串為4個（一般為n 個）副濾波器，其為第25圖之過度取樣器U中所包括的低 t通渡波器14a之多相分解作用所產生的。 經- 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 A 社 印 製 當NM，低通濾波器i4a是以上述公式（4)表示之。該 4個剎濾波器為上述公式（6_丨）到（6-2)所表示之低通濾波器 14a之多相分解作用所產生的。 慮波器係數字串選取器5a從儲存在濾波器係數字串 儲存器6之4個（N)渡波器係數字串之中選取任何兩個相鄰 在一起的遽波器係數字串。該選取動作之執行是基於由讀 取位址產生器4a所產生的讀取位址之小數部分之第一個 和第二個位元。然後，該濾波器係數字串選取器5a讀取這 ^張^顧τ關家鮮（CNS)A4規格咖χ视公髮）---—— 498304 A7 五、發明說明（50 ) 些選取的濾波器係數字串予濾波器操作單元“和&。

濾波器係數字串選取器5b從儲存在濾俜 儲存器…個剛波器係數字串之中選取任何= 在一起的濾波器係數字串。該選取動作之執行是基於由讀 取位址產生器4b所產生的讀取位址之小數部分之第一個R 和第二個位元m慮波器係數字串選取器5b讀取這 些選取的濾波器係數字串予濾波器操作單元2b和2d。 基於從記憶單元1而來的聲音資料和從滤波器係數字 串選取器5a而來的濾波㈣數字串，每—個濾波器操作單 疋2a和2c施行濾波器操作。基於從記憶單元i而來的聲 音貝料和從滤波器係數字串選取器5b而來的遽波器係數 字串’每-個瀘、波器操作單元21)和2d施行瀘波器操作。 透過上述公式（3) ’基於從濾波器係數操作單元和 2c而來的一對聲音資料和從該讀取位址產生器乜而來的 内插係數（也就是，讀取位址之第三個到第八個位元），該 内插器10a計算出内插值。透過上述公式（3)，基於從該濾 波器係數操作單元2b和2d來的一對聲音資料和從該讀取 1 1 I I I · I .... 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 位 址 產生 器 4b而來的内插係數（也就是，讀取位址 之 第 三 部 智 個 到 第八 個 位 元），該内插器10b計算出内插值。 財 產 交叉 混 合 器3接收從内插器10a所輸出的内插 聲音 資 局 員 工 料和 從内 插 器 1 Ob所輸出的内插聲音資料，然後在 該 處 施 消 費 行 交插混 合作 用。也就是說，每一個聲音資料乘上 ___ 値 交 σ 作 社 叉 混 合係數 9 然後再將每個乘法結果加總起來。 印 製 經過 交 叉 混合壓縮/擴張作用之聲音資料，也就 是 ， 經 ^紙張尺度適财(CNS)A4規格⑽x 297公复） --—~1 ^---------線-Φ------------------------- 498304 A7 五、發明說明（51 ) 過音程變換後之聲音咨粗 ^ _ 去。 聲…，從聲音育料輪出端子8被輸出 Γ5先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述結構之音程變換裝置之操作將在下面 明。然而’與依據第一實施例之音程變換裝置之操作相： 者則在此處不予說明或簡要說明，下面僅就 予以說明之。 N <探作 在第20圖之中，從CD2〇和指示音程變換比率^之 ’音程控制信號所讀取的馨立次极 所項取的聲音貝#，透過聲音資料輸入端 7和音程控制信號輸入端+ 9, #應給音程變換裝置。 。。輸入聲音資料暫時地儲存在記憶單元至於記 憶單兀1如何儲存聲音資料則顯示在第22a圖之中。 另一方面，輪入音程控制信號被一分為二，分別仏予 讀取位址產生器4_4b。絲所給的聲音控制信號^ 讀取位址產生器43和41)由在周期τ内減決定值而各別 產生彼此不同之讀取信號。 . 所產生的成對讀取位址分別給予記憶單元1、一對濾 波器係數字串選取器化和5b、和一對内插器108和1〇b。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 也就是，由讀取位址產生器乜所產生的讀取位址之位 元字串之整數部分位元被當作有效讀取位址給予記憶單元 1。該小數部分之第一個和第二個位元被當作濾波器選取資 afl給予遽波器係數字串選取器$ &。同時，小數部分之第一 個和第二個位元給予了記憶單元丨，該小數部分之第三個 到第八個位元給予了内插器l〇a。 由讀取位址產生器4b所產生的讀取位址之位元字串

312174 498304 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（52 之整數位元被當作有效讀取位址給予記憶單元丨，而小數 部分之第一個和第二個位元被當作濾波器選取資訊給予遽 波器係數字串選取器5b。同時，該小數部分之第一個和第 二個位元給予了記憶單元丨。該小數部分之第三個到第八 個位元被給予了内插器l〇b。 基於所給予的一對整數部分位元（有效讀取位址），以 相同於第一個實施例的方式，記憶單元丨從緩衝器内讀取 一對聲音資料字串。此外，從所給的一對整數部分位元和 小數部分的第一個和第二個位元，該記憶單元丨計算另一 對整數部分位元。然後，基於該另外一對整數部分位元， 記憶單元1更讀取另外一對彼此完全相同或在位址上相差 1之聲音資料。 庄思，在第23圖中，說明“ w” 、“ rl”和“ Γ2”之 間的關係，在記憶單元丨中之緩衝器上，‘‘ w”標明輸入 聲，資料書寫上去的位置，而“rl” # “r2” ％為分別標 明從基於一對讀取位址產生器4a和4b上一對聲音資料字 串所讀取的位置，在該處音程變換至更高之水準。將第23 圖中所顯示的關係應用到本實施例，則將“ r3，，加到與 “Γ1”相同之位置上，而“r4”加到與“r2，，相同之位置 上。然而，在某些情況，“r3”從“rl”暫時向後變換一 位址（在圖中為向右），而“ r4，，從“r2，’暫時向後變換一位 址（在圖中為向右）。 另一方面’濾波器係數字串選取器5a從儲存在渡波器 係數字串儲存器6之4個（一般為N)濾波器係數字串之中 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格⑽χ 2犯公餐 52 3121： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 1------^---------線— i n n i n 498304 A7 B7 53 經， 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（ 選取兩個相#在-係數字串。該選取動作之執 行是基於所給之-對遽波器選取資訊。然後，該遽波器係 數字串選取器5a讀取# t 卞〒、π % k些選取的濾波器係數字串予濾波 器操作單元2a和2c。 同樣地，漶波器係數字串選取H 5b從儲存在濾、波器係 數字串㈣器6之4個（_般為曜波器係數字串之中選 取任何兩個相鄰在一起的濾、波器係數字串。該選取動作之 執行是基於所給之—對濾波器選取資訊。然後，遽波器係 數字串選取器5b讀取這些選取的遽波器係數字串予遽波 器操作單元2b和2d。 例如’备N-4 ’則第〇個到第3個濾波器係數字串儲 存在濾波器係數字串儲存器6之内，就如同在第一個實施 例中所操作的一樣。 在此情況，基於所給的遽波器選取資訊，滤波器係數 字串選取器5a施行攄波器選取作用之方式將如下說明。 當遽波器選取資訊為“〇〇”之時，遽波器係數字串選 取器5a選取相對於“⑽’，和％，，之第〇個和第i個遽波 器係數字串，然後，分別將所選取的第〇個和第ι個滤波 器係數字串給予濾波器操作單元2a和2c。 當遽波器選取資訊為“01，，之時，濾波器係數字串選 取器5a選取相對於“ G1”和“ 個和第2個遽波 器係數字串，然後，分別將所選取的第1個和第2個渡波 器係數字串給予濾波器操作單元2a和2c。 备濾波器選取資訊為“丨〇，，之時，濾波器係數字串選 本紙張尺度適；fi τ國國家標準（CNS)A4規格（21〇 ^297公釐1 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 裝 訂 線 312174 A7

498304 五、發明說明（54 ) 取器5a選取相對於“ 10”和“ u，，之第2個 ^ ^ ^ 和第3個濾波 |§係數字串，然後，分別將所選取的第2個和 32 ^ 昂3個慮波 器係數字串給予該濾波器操作單元2 a和2 c。 虽慮波器選取資訊為11 ”之時，濾波器係數字串選 取器5a選取相對於“n”和“〇〇，， 第3 ^ 口 （弟J個和第〇個濾波 器係數字串，然後，分別將所選取的第3個和第〇個濾波 器係數字串給予該濾波器操作單元2 a和2 c。 另一方面，基於所給的濾波器選取資訊，該濾波器係 數字串選取器5b施行濾波器選取作用之方式將如下說 明。 當濾波器選取貧訊為之時，濾波器係數字串選 取器5b選取相對於“〇〇，，和“ 〇1，，之第〇個和第i個濾波 器係數字串，然後，分別將所選取的第0個和第丨個濾波 器係數字串給乎該濾波器耨作單元2b和2d。 虽濾波器選取資訊為“ 〇 1，’之時，該濾波器係數字串 選取器5b選取相對於“01”和“ 1〇，，之第i個和第2個濾 波器係數字串，然後，分別將所選取的第丨個和第2個濾 波器係數字串給予該濾波器操作單元2b和2d。 當濾波器選取資訊為“ 1 〇”之時，該濾波器係數字串 選取器5b選取相對於“10”和“ u，，之第2個和第3個遽 波益係數字串，然後，分別將所選取的第2個和第3個濾 波器係數字串給予該濾波器操作單元21)和2d。 當濾波器選取貪訊為“ 11 ”之時，該濾波器係數字串 選取器5b選取相對於“ U，，和“〇〇，，之第3個和第〇個滅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -费i h 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作fi印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格（210 X 297公£7 54 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（55 ) 波器係數字串，然後，分別將所選取的第3個和第〇個濾 波器係數字串給予該濾波器操作單元21)和2(1。 基於從記憶單元丨而來的一對聲音資料字串和從濾波 器係數字串選取器5a和5b而來的一對濾波器係數字串， 濾波器操作單元2a和2b分別施行濾波器操作。同樣地， 基於從記憶單元1而來的另一對聲音資料字串和從濾波器 係數字串選取器5a和5b而來的一對濾波器係數字串，濾 >波器操作單元2c和2d分別施行濾波器操作。每一個濾波 器操作相似於在第一實施例之濾波器操作。 基於從濾、波器操作單元2a和2c而來的聲音資料y(m) 和y(m+l/4)，和從讀取位址產生器48而來的内插資訊（小 數部分之第三個到第八個位元），内插器1〇a靠使用下列所 示的公式（7)來計算内插值q(1.26xn)。基於從濾波器操作 單元2b和2d而來的聲音資料y(m)和y(m+1/4)，和從讀取 位址產生器4b而來的内插資訊（小數部分之第三個到第八 |個位元），内插器l〇b靠使用下列所示的公式（7)來計算内 插值 q(l .26 X η)。 + y(m)}⑺ 在此處，m是（1/4)之一最大倍數但不大於1 26。靠插 入小數點於内插資訊（小數部分之第三個到第八個位元）之 小數部分之第三個和第四個位元之間，計算出該内插係數 (1.26χη-m) 〇 譬如說，當卜3時，讀取位址為ι·26χ3，也就是 000000000000011·11000110 (參考第一個實施例）。從讀取 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 312174

裝 -ϋ n n n 1 * ' •線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498304 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 -—_____B7__五、發明說明（56 ) 位址產生器4a’此讀取位址之小數部分之第三個到第八個 位το 〇00110”當作内插資訊供應給内插器i〇a。同時， 從濾波器操作單元2a和2c，y(3·75)和y(4.00)提供給内插 器 10a 〇 反應之，在所供給的第三個到第八個位元“〇〇〇11〇” 中之小數部分第三個和第四個位元之間，内插器j〇a插入 一小數點。然後，從產生的内插係數“〇 〇〇11〇(二位元進 位表示法)”和聲音資料7(3.75)和y(4 〇〇)，該内插器1〇 使用上述公式（7)計算内插值q( 1.26 3)。 通常，當讀取位址為（kx η)之時，從内插係數（kxn-m) 和聲音資料y(m)和y(m + l/N)之中，内插器1〇a和1〇b使用 下列公式（8)計算内插值q(kxn)。 q(kxn) = y(m) + (kxn-m)x{y(m+1/N> y(m)}.........(g) 進一步地施行此線性内插，則依據本實施例之音程變 換裝置能達成比在第一實施例中之音程變換裝置更高精確 度之音程變換。 對在事先已決定之時間上不同時間之成對聲音資料在 周期T内，從内插器i〇a和10b依序地輸出至交叉混合器 3。該交叉混合器3施行交叉混合作用於此些聲音資料。該 交叉混和作用與第一實施例中的交叉混合作用相類似。 更明確地說，交叉混合器3將事先儲存一對交叉混合 係數，而比交叉混合係數乘上該對已内插的聲音資料，警 如’如第24圖所示。 交叉混合器3從訊框頭部計算所供給之内插成對聲音 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱「 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t------ IT·I — -線—---------------------- 纪濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498304 五、發明說明（57) 資料的數目，以偵測在訊框内内插對聲音之位置。例如， 對〜和〜内插聲音資料，對應於α =nl和n2之成對ν(α ) 计异出來。然後，每一個聲音資料乘以其相對應的ν( α ) 且相乘的結果彼此相加起來。 然後’相加的結果，也就是，聲音資料在音程變換之 後’ {q (〇)，q’(kx 1)，q’(kx2)，…}在周期τ透過聲音資料輸 出端子8輸出於音程變換裝製之外。 聲曰資料在音程變換之後之^⑶）、#“）^#)^)，…丨 從音程變換裝置輸尚之後，再一次透過聲音資料輸入端子 27供給CD唱機。 在第20圖，經音程變換之後的聲音資料透過聲音資料 輸入端子27之供應給予複製器22。然後’複製器22從所 供給已作音程變換之聲音資料以複製其聲音信號。 以上述之方式所複製的聲音信號，透過擴大器（未顯示） 放大，並同時供應給擴音器，且然後轉換成聲波。 (第三實施例） 第12圖為依據本發明第三實施例所顯示的音程變換 裝置之結構方塊圖。 根據第二實施例之音盘轡施鞋署 曰枉變換裝置，譬如，可提供給如 第20圖所示的傳統CD唱機。 在第12圖中’依據第三實施例之音程變換裝置包括： 記憶單元卜遽波器操作單元2a、交又昆合器3、讀取位 址產生器4a、渡波器係數字串選取器5a、渡波器係數字串 儲存器6、聲音資料輸入端子7、聲音資料輪出端子8、和 參紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21Q χ撕公爱） 57 312174 11 i-----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498304 ------— H7 __ 五、發明說明（58 ) 聲音控制信號輸入端子9。注意，與依據第一實施例之音 程變換裝置（參考第1圖）元件相同的元件，將給予相同的 參考號碼。 也就是說’依據第三實施例之音程變換裝置比依據第 一實施例之音程變換裝置（參考第1圖），在結構上，省略 了讀取位址產生器4b濾波器係數字串選取器5b、和濾波 器操作單元2b，並且更進一步地，濾波器操作單元2a與 交叉混合器3彼此對換順序。 其元件之操作’除了記憶單元1和交又混合器之外， 其餘皆與第一實施例者相同。 第13圖為圖形，其概要地表示第i 2圖之記憶單元1 和交叉混合器3之内部結構。 在第13圖之中，包括在記憶單元1中之緩衝器是環圈 緩衝器’其儲存資料之頭部與末端彼此連結在一起，就像 環圈一樣。此環圈緩衝器之容量是相當於讀取位址指示器 “ r 1 ”和“ r2 ”間距離之兩倍。 此處’假設在記憶單元1中的環圈緩衝器之容量為 4096個字。因此，在記憶體單元1中如果環圈緩衝器的頭 部在位址0處且環圈緩衝器的末端在位址4〇95，此些位址 是連續的’也就是，在位址4095之後為位址〇。 在環圈緩衝器上，寫入位址指示器“ w”以事先決定 的速度和以第13圖中箭頭所指示的方向來進行。“ w，，在 單位時間内（取樣周期T)進行一個位址，與卜值無關。 另一方面，讀取位址指示器“ Η，，和“ r2”在環圈緩 1{ -----l·--^--------- (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 58 312174 498304 絡濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（59 ) 衝器上保持彼此相對的位置關係’且以箭頭所指示的方 向，以比w速度快上k (==音程變換比率）倍的速度進 行。 在此情況’讀取位址指示器“ r 1，，和“ Γ2，，之間的關 係可以下列公式（9)所表示者代表之。 γ2=γ1 + 2048(0 ^ γ1 < 2047), r2^1-2048(2048 ^ Π < 4〇96)............................................................. > 因此，基於從讀取位址產生器4a而來的讀取位址rl， 使用上述之公式（9)，記憶單元1計算出r2，從該處讀取_ 對與第一實施例一樣的聲音資料。 下列有兩點是要注意的。 第一，因為有如上述公式（9)所代表之該對讀取位址rl 和r2間之關係的存在，所以，如果γ1和γ2中有任何一個 為已知’則記憶單元1能夠讀取與第一實施例相同的一對 聲音資料。 | 第二，因為rl和Ι·2在小數部分不相同，因此，不需 要針對每一個rl和r2個別地選取使用在濾波器操作中的 濾波裔係數字串。更進一步，因為濾波器操作和交叉混合 作用之執行的次序交換，因此這些操作不必針對每一個『j 和r2個別地執行。 在觀察此些注意要點，依據第三實施例之音程變換裝 置之架構如上所形容的一般。也就是說，本音程變換裝置 比依據第一實施例之音程變換裝置（參考第1圖），在結構 上’省略了讀取位址產生器4b、濾波器係數字串選取器 泰紙張尺度適用準（CNS)A4規格⑽X 297公釐) -^-- i ! I « ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498304 A7 ----------— Β7 ___ 五、發明說明（60 ) 5b、和濾波器操作單位2b，並且更進一步地，濾波器操作 單位2 a與交叉混合器3彼此交換順序。 更進一步地，在環圈緩衝器上，寫入位址指示器“w” 在内部區分讀取位址指示器“rl，，和“Γ2”（長度為2048 個字）之間的圓弧為al和a2。 也就是，al代表寫入位址“ w，，與讀取位址“ rl，，之 間的差距，另一方面，a2代表寫入位址“ w”與讀取位址 ‘ r2”之間的差距。ai和a2滿足下列公式（1〇)。 al + a2= 2048 ............... (10) 在此時刻’交叉混合器3先前所儲存的一對交叉混合 係數V(al)和V(a2)乘上由記憶單元1讀取的一對聲音資 料。 第14圖為一範例，顯示該對交又混合係數v(al)和 V(a2) 〇 因為al和a2具有上面公式（10)所代表的關係，因此 只要知道al和a2中的其中一個即可以。因此，如第 圖所不’當al(或a2)是0到2〇48，交又混合器3事先儲存 V(al)和V(a2)。然後，交叉混合器3從讀取位址產生器 而來的讀取位址和寫入位址w來計算al，選取相對於ai 的V(al)和V(a2)，然後將從記憶單元丨來的一對聲音資料 乘上所選取的V(al)和V(a2)。 上述結構之音程變換裝置之操作將解釋如下。然而， 該操作與依據第一個實施例之音鞋變換裝置之操作相同的 部分將予以省略或在此處簡述之，而不同之處將詳細說 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 1----^ ^---------^ i 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 60 312174 A7 -------— B7____ 五、發明說明（61 ) 明。 在第20圖中，從CD2〇和指示音程變換比率让之音 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 程控制说所讀取的聲音资祖 〜年曰貧料，透過耷音貨料輸入端子7 和曰程控制信號輸入端子9，供應給音程變換裝置。 π輸入聲音資料暫時儲存在記憶單元1之中。至於記憶 單元1如何儲存聲音資料則顯示在第22a圖中。 另一方面，輸入音程控制信號給予讀取位址產生器。 •基於所給的聲音控制信號，讀取位址產生器4a由在周期τ 内產生讀取信號。此讀取位址與在第一實施例中的讀取位 址相同。 ’ 所產生的讀取位址分別給予記憶單元1和一對濾波器 係數字串選取器5a。 也就是，由讀取位址產生器牦所產生的讀取位址之位 元字串之整數位元當作有效讀取位址給予記憶單元丨。該 小數部分之第一個和第二個位元當作濾波器選取資訊給予 _濾波器係數字串選取器5a。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 基於所給予的整數部分位元（有效讀取位址r丨），記憶 單元1從緩衝器内讀取聲音資料字串。 也就是，記憶單元1使甩上述之公式（9)和基於已知的 rl先計算出另外一個位址r2，然後在從相對於rl和r2的 諸位址讀取該對聲音資料。 第15圖為圖形’概要地表不輸入聲音資料寫入的位置 (寫入位址指示器“w”）和基於讀取位址產生器4a所給予 位址而讀取之一對聲音資料之兩個位置（讀取位址指示器| 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 61 312174 A7

程變換至更高的 498304 五、發明說明（62 ) “rl”和“Γ2”）三者之間的關係，其中音 位置。 在第15圖中，“wl”，“rl”，和“r2，，隨著時間所 移動的位置將標示以(a),(b)，·.·，⑴。在標示為⑴的狀態與 標示為(a)的狀態是相同的，且⑷，(b)，，⑴的狀態是重複 的。 在整個從（a)到（1)之諸狀態中，“rl，，和“r2” 一直保 持著彼此相互對立的位置關係。“w，’在每個狀態的移動' 方向就如每個狀態中的箭頭所指示的一樣。“rl，，與 “ r2”移動在相同的方向，但是速度較“ w”為快。注意， al代表“w”和“rl”間的距離，同時，a2代表“w”和 “Γ2”間的距離。這些關係已在第13圖中說明了。 狀態（a)或狀態（1)表示當“Γ2”超過“w”之一瞬間。 在這個例子，從“ r2”位置所讀取的聲音資料變成不連 續。 狀態（g)表示當“rl”超過“w”之一瞬間。在這個例 子，從“rl”位置所讀取的聲音資料變成不連續。 狀態（d)表示當al=a2之一瞬間。 回頭參考第13圖，在周期T之内，交叉混合器3將 從記憶單元1所讀取的一對聲音資料分別乘上一對交叉混 合係數。然後，交叉混合器3將兩個乘法結果相加起來以 供輸出。 所倚靠之交叉混合係數以便從環圈緩衝器上之“rl” 和“r2”讀取聲音資料分別是V(al)和V(a2)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 62 312174 = -----Γ J1 ---------^ IAWI Γ請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --- —_B7 _ _ 五、發明說明（《 ) 從第14圖和第15圖之相比較可以知道，當從“r2” 位置所讀取的聲音資料變成不連續的一瞬間（也就是，狀態 (a)) ’ V(a2) = 〇。相類似地，當從“Γι ”位置所讀取的聲音 資料變成不連續的一瞬間（也就是，狀態（g))，V(al) = 〇。 因此’從交又混合器3的輸出信號是連續的數值。 另一方面，濾波器係數字串選取器5a，基於所給的一 對遽波器選取資訊，選取儲存在濾波器係數字串儲存器6 釀中4(一般為個濾波器係數字串中的任何一個。然後，渡 波器係數字串選取器5a讀取所選取的濾波器係數字串給 濾波器操作單元2a。 /主忍’鍺存在濾、波器係數字串儲存器6中的4個渡波 器係數字串與第一實施例中的完全一樣。同時，濾波器係 數字串選取器5a選取這些濾波器係數字串中任何一個的 方式與在第一實施例中所示的方式一樣。 基於從記憶單元1而來的聲音資料和從濾波器係數字 籲串選取器5a而來的濾波器係數字串，濾波器操作單元“ 施行濾波器操作，並計算{y，（0)，y，(k X 1：)，y，（k χ 2) }。 透過聲音資料輸入端子27,從音程變換裝置所輸出在 音程上已變換的聲音資料卜，（〇)，/(1^1)，：^(]^><2)， }再 一次供給CD唱機。 在第20圖，經音程變換之後的聲音資料透過聲音資料 輸入端子27之供應給予複製器22。然後，複製器22從所 供給已作音程變換之聲音資料以複製其聲音信號。 以上述之方式所複製的聲音信號’透過肖大器（未顯示' i i--------· --------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 63 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（64) 放大，並同時供應給擴音器，且然後轉換成聲波。從在音 程已變換之聲音資料複製該聲波之過程相似於第2C圖中 戶斤表示的。 雖然本發明已經詳細地說明，但是前面的敘述是所有 樣式的示意性而非限制性。應該瞭解的是，眾多的其他修 飾和變化能予以設計出但仍不脫離本發明的範疇。 t f --------------l· !I ---111—Aw------l — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 64 312174

Claims (1)

1. i A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 種音程變換裝置，能夠變換聲音信號之音程至任何水 準而在複製時間上無任何之改變，所述音程變換裝置包 括： 聲音資料輸入端子，靠取樣所述聲音信號，依序 地’將所產生的不連續的聲音資料提供給該端子； 曰程控制信號輸入端子，由表示音程變換比率的音 程控制信號供給至該端子； 成對讀取位址產生器，基於所述音程控制信號輸入 端子所提供的音程控制信號，每一個讀取位址產生器以 一預先決定的數值產生彼此不同的讀取位址； 包括緩衝器之記憶單元，能依序地寫入該緩衝器， 由7述聲音資料輪入端子所提供的聲音資料，並且從緩 衝器，基於所述讀取位址產生器所產生的每一個讀取位 址之整數部分位元，讀取一對聲音資料字串，· 渡波器係數字串儲存器，將儲存_預先已排序之相 對於N個副濾波器之N個濾波器係數字串，該n個副 漶波器是透過N倍過度取樣⑺是2的次方）之低通渡波 器之多相分解所製造的； 成對濾'波器係數字串選擇器，基於所述讀取位址產 生器所產生的每-個讀取位址之小數部分之第一個到 第（1〇g2N)個位元，每一個選擇器選取錯存在所述遽波器 係數字串儲存器内之N個遽波器係數字串之其令任何 一個； 成對濾波器操作單元，盆每一柄w 平几，、母個早元施行濾波器操 ----------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2Γ〇 X 297公爱 498304 A8 B8 C8 ------------ 六、申請專利範圍 作於成對聲音資科字串中之每一個聲音資料字串，該聲 音資料字串之讀取是靠所述記憶單元使用所述濾波器 係數字串選擇器所選取之濾波器係數所完成；和 交叉混合器，能將從所述濾波器操作單位輸出的成 對聲音資料之每一個聲音資料乘上交又混合係數，然後 再把乘的諸結果加在一起。 2 ·根據申睛專利範圍第1項之音程變換裝置，其中，每一 個所述讀取位址產生器包括累加器，以累加音程變換比 率。 3·根據申請專利範圍第1項之音程變換裝置，其中，每一 個所述讀取位址產生器包括 累加器’以累加事先已決定之數值，和 乘法斋’將該累加器所輸出之值乘以該音程變換比 率。 4.根據申請專利範圍第1項之音程變換裝置，其中，當由 所述緩衝器中讀取成對聲音資料字串，從該緩衝器，該 記憶單元更進一步讀取另外成對聲音資料字串，與前述 之該對聲音資料字串相同，或在位址上相差1， 該成對濾波器係數字串選擇器，每一個選擇器在鄰 近於慮波器係數字串旁更加選擇另一成對濾波器係數 字串， 所述音程變換裝置更進一步地包括 另一成對遽波器操作單元，以施行濾波器操作於另 一成對聲音資料字串，此聲音資料字串是由所述記憶單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) f 訂---------I---1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 312174 498304 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 元使用所述濾波器係數字串選擇器所選擇的另外遽波 器係數字串所讀取的；和 成對内插器，供給由所述成對濾波器操作單元所輪 出的成對聲音資料和由所述另外成對濾波器操作單元 所輸出的成對聲音資料，來產生成對内插資料，以 {l〇g2N+ 1}位元或所述讀取位址產生器所產生的每一 個讀取位址較低者，以計算線性内插值來内插兩個相鄰 > 近的聲音資料，和 所述交叉混合器，供給成對從成對内插器所輸出的 聲音資料。 5·根據申請專利範圍第4項之音程變換裝置，其中，每一 個所述讀取位址產生器包括累加器，以累加該音程變換 比率。 6 ·根據申請專利範圍第4項之音程變換裝置，其中，每一 個所述讀取位址產生器包括 | 累加器，累加事先已決定之數值，和 乘法器，將累加器所輸出值乘以該音程變換比率。 7· —種音程變換裝置，能夠變換聲音信號之音程至任何水 準而在複製時間上無任何之改變，所述音程變換裝置包 括： 聲音資料輸入端子，靠取樣所述聲音信號，依序 地，將所產生的不連續的聲音資料提供給該端子； 音程控制信號輸入端子，將表示音程變換比率的音 程控制信號供給該端子； • 1------------ ^--------! I------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 67 312174 498304 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 單一讀取位址產生器，基於所述音程控制信號輸入 端子所提供的音程控制信號，產生讀取位址； 包括緩衝器之記憶單元，能依序地寫入該緩衝器， 由所述聲音資料輸入端子所提供的聲音資料，並且從緩 衝器，基於所述讀取位址產生器所產生的每一個讀取位 址之整數部分位元，讀取對彼此不同於事先已決定之位 址數字之聲音資料字串； 交叉混合器，能將從所述記憶單元所讀取的成對聲 音資料之每一個聲音資料乘上一個交叉混合係數，然後 再把乘的諸結果加在一起； 渡波器係數子串儲存益’用來儲存相對於]Sy[個副減 波器之N個濾波器係數字串，該N個副濾波器是透過N 倍過度取樣（N是2的次方）之低通濾波器之多相分解所 製造的； 皁濾波器係數子串選擇器，基於所述讀取位址產 生器所產生的讀取位址之小數部分之第一個到第 (log^N)個位元，該選擇器選取儲存在所述濾波器係數字 串儲存器内之N個濾波器係數字串之其中任何一個；和 單一濾波器操作單元，施行濾波器操作於聲音資料 字串，該聲音資料字串是從所述之交叉混合器所輸出， 靠使用所述濾波器係數字串選擇器所選取之濾波器係 數所完成。 8.根據申請專利範圍第7項之音程變換裝置，其中，該等 讀取位址產生器包括累加器，以累加該音程變換比率。 謂酬準（⑽A4規格（21G x 297公^ 祕312174 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ------,---訂---------^ I ---------------------- 外处304

   六、申請專利範圍 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 9·根據中晴專利範圍第7項之音程變換裝置，纟中，該等 讀取位址產生器包括 ^ 累加器，用來累加事先已決定之數值，和 乘法器，將該累加器所輸出之值乘以該音程變換比 〇 W·根據申請專利範圍第7項之音程變換裝置，其中， 在所述緩衝器上，配有書寫位址指示器表示一位 置，由所述聲音資料輸入端子所輸入的聲音資料書寫在 該位置，在該緩衝器上，另配有成對讀取位址指示器， 每一個指示器表示每一個所讀取該成對聲音資料的頭 部位置，和 所述緩衝器是一個圓環狀緩衝器，此圓環狀緩衝器 之頭與尾是連接在一起的，所具有的容量相當於所述成 對讀取位置指示器間的距離， 所述記憶單元供給位於所述成對讀取位址指示器 中任何一個所述讀取位址指示器與所述書寫位址指示 器之間之距離，和 所述交叉混合器，根據所述記憶單元所供給的距 離，將形成所述成對聲音資料字串的每一個聲音資料乘 上交叉混合係數。 U·根據申請專利範圍第10項之音程變換裝置，其中，該 讀取位址產生器包括累加器，以累加該音程變換比率。 12·根據申請專利範圍第10項之音程變換裝置，其中，該 讀取位址產生器包括 ^---------訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 69 312174 498304 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 累加器，用來累加事先已決定之數值，和 比 換 變 程音 該 以 乘 值 之出 輸 所器 加累 該 將 ，器 法 乘 率 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 * n n n n i n n 一I l l n »n n n n I i n I i n n - -I l n n 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 70 312174