TW583575B - Digital audio sampling scheme - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 曼懇所屬之枯^ 本發明係有關於_ ^ -ψ a 加權最小均方根演算、去==音訊取樣的方，其使用 所需的係數。 展開要配置-SRC的脈衝響應時 先前技術 在音訊應用例之中，如第i圖所示，一數位 15:見在可將來自例如一音效卡u、一音源機12、一光了 放杰13及一卡匣播放器14的許多:播 混合，#蕤ha ^ 07汗夕曰訊，以不同取樣速率的 此口並猎此透過一後端電路16及左右各一揚聲器1?、 ’以享受更多彩多姿的數位式音m。轉換這些數位音 料至所需的取樣速率是混音器的主要功能。第2圖是一M、 赫茲取樣速率的波形圖。第3圖是一藉由不連續傅利葉轉 換（DFT)所產生的第i圖波形的頻率響應圖。第4圖是取樣 頻率為512赫茲時所產生的第1圖的頻率響應圖。第5圖是 一用以改變取樣速率（例如，從第2圖的32赫茲至第3圖的 512赫兹）的取樣速率轉換器（SRC)的方塊圖。在第5圖中， 貫務上’為了簡化計算起見，取樣速率轉換是在時間領域 上執行。如第5圖所示，在時間T時，輸入資料χκ經過一用 以在每一對樣本間插入零的内插裝置41、一用以執行迴旋 计箅（D F Τ)的低通滤波器及一用以產生上述迴旋計算所需 的時間刻度的定標器43，因而產生一輸出值γκ。為了在一 輸位式混音系統中安裝這樣的SRC功能，典型的方式是使 用一有限脈衝響應低通濾波器（此後，稱之為F IR濾波器） 。使用上述内插計算以取得在取樣點間的信號振幅資訊的

0702-7568TWF(nl);90P144;Sue.ptd 第5頁 583575 五、發明說明（2) ------- 超取樣法係為F I r濾波器設計領域中的主要興趣，尤其是 ^ ^ f於超取樣法中的脈衝響應。傳統上係利用Remez互 、演算法來達成。然而，在以最少計算次方來產生最佳化 IR濾波器的設計中，這個演算法既複雜又不容易安裝於 軟體計算中。

JiJ月内岑 有鑑於此，本發明之一目的係提供一種數位式音訊取 樣的方法’其使用加權最小均方根演算法以展開要配置一 SRC的脈衝響應時所需的係數。 根據本發明，本數位式音訊取樣的方法包含安裝一軟 體私式於一電腦内’用以藉由内置的加權最小均方根演算 法來計算一取樣速率轉換（SRC)濾波器的脈衝響應。藉此 ’整體發明可效地極小化軟體配置時所需的計算次方。 實施方式 全文中’類似元件功能以相同元件編號代表之。 第6圖顯示一本發明數位式混音器方塊圖。在第6圖中 ，所有輸入的數位式音訊資料1)1-1)11係在經過各自對應的 取樣速率轉換器（SRC)有限脈衝響應（FIR)低通濾波器61 (今後簡稱為FIR濾波器）後，由加法器62混音，藉以產生 一輸出波形。如第6圖所示，上述Jr I r濾波器β 1及加法器6 2 形成一混音器6 5。混音器6 5的配置係相同於習知的架構， 但疋在關鍵性F I R濾波器的配置方法上是使用加權最小均 方根演算法。使用加權最小均方根演算法所產生的本發明 F IR濾波器的頻率響應可以公式表示於下：

0702-7568TWF(η1);90P144;Sue.ptd 第 6 頁 583575 五、發明說明（3)

N εΐζ)= ς ρ-ζ^η *«〇 (1 ) 其中’ P(Z)是傅利葉轉換函式（此後稱之為z函式），係數 Pn是FIR渡波器的脈衝響應，其中n是FIR濾波器的長度（階 .. Λ 度）°令沒（Ζ)為想要的FIR濾波器頻率響應而頻率響應誤 差函式E為： ^(z) (2) E£z)= 2 P«z 方私式(2) 了 ·平畺於一線性分佈從ω = 〇到冗的頻率密度格 點上。對於一具有長度N的FIR濾波器而言，4Ν頻率格點就 足以表示濾波器的功效。若頻帶邊緣未落在所設的頻率格 點上時，就須要增加額外的格點以對應上述遺漏的頻帶邊 緣。此時，可以下列向量方程式來表示： E = Ua Λ Η 其中 (3) Ε [Ε(ζ»),Ε(ζζ)> ]' •1«，·.·，〆 (4) (5) (6) (7) a [p〇.…·ρ«Γ [舍（ZI)，為（Z2)，·· ]· 其中 Zi + 1 > Zi·

0702-7568TWF(n1);90P144;Sue.p t d 第7頁 583575 五、發明說明（4) 在本發明加權最小均方根方法的設計中， ( ) }被極小化，其中，rn是最小均方根加權值 (least square weighting vaiue)。最佳化的解決方案 使用下列方程式來表示： a = (UTRUrJU7R^ (8) 可表示成如下的一對角、線^車，只_角線 數值q、r2、···： q 〇 …〇 '」 (9) =線性相位低通濾波器的範例，其使用—指數函 入上述方程式（1)-(9)的線性相位項中，並與 罄ΪΪ較結果示於第7圖。上述比較基準為取樣頻率之‘ 帶邊緣在0.15、濾波器長度為51且所有對角線頻 件下。從第7圖中可看到，使用本發明最小均根方々條 配置的遽波器具有遠小於習知方式的漣波振盪音很量方式所 (ripple magnei tude)。又，使用本發明最小 所配置的濾波器在靠近頻帶邊緣處的效率，▲ 方式 緣處使用一較大的rn值時，相較其它地方可減=爭，帶邊 率損耗進而顯著地增加此處執行的效率。 夕夕的效 最小均方根技術的重點所在。 疋發明採用 如上述，本發明數位式音訊取樣的方法勺人… 體程式於一電腦内，用以藉由内置的 安裝〜軟 權最小均方根演算 0702-7568TWF(nl)；90P144;Sue.ptd 第8頁 583575 五、發明說明（5) 法來計算一取樣速率轉換（SRC)濾波器的脈衝響應。該加 權最小均方根演算法也可配置在一數位信號處理器或一特 定積體電路内，藉以執行，並不限定於只經由上述電腦來 執行。如此，本發明可效地極小化軟體配置時所需的計算 次方。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟知此技術之人士，在不脫離本發明之 精神及範圍内，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0702-7568TWF(nl);90P144;Sue.ptd 第9頁 583575 圖式簡單說明 為讓本發明之上述及其它目的、特徵、與優點能更顯 而易見’下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 第1圖顯示一典型數位式音訊系統的方塊圖； 第2圖是一 3 2赫茲取樣速率的波形圖； 、第3圖是一藉由不連續傅利葉轉換（DFT)所產生的 圖波形的頻率響應圖； 響應ί4圖疋取樣頻率為512赫兹時所產生的第1圖的頻率 弟5圖是一用 的方塊圖； 以改變取樣速率的取樣速率 轉換器（SRC) 第6圖顯示一本發明數位式混音 繁Mr - σ方龙圖，及 第7圖顯不一使用習知方式與本發 方式進行最佳化所產生的濾波器 權最小均方根 [#㈣則 ❹羊響應的比較圖。 11 音效卡 12 音源機 13 光碟播放器 14 卡匣播放器 15 數位式混音器 16 後端電路 17 左揚聲器 18 右揚聲器 41 内插裝置

0702-7568TWF(nl);90P144;Sue.ptd 第10頁 583575 圖式簡單說明 42 低 通 濾 波 器 43 定 標 器 61 有 限 脈 衝 響應低通濾波器（F I R濾波器） 62 加 法 器 65 混 音 器 ϋϋ·ΙΙ 0702-7568TWF(nl);90P144;Sue.ptd 第 11 頁

Claims (1)

1. 583575

   數位式音訊的方法，包含安裝-使用加權最 i鄕@ ’貝鼻法來計算一取樣速率轉換（SRC)濾波器的脈 衝a μ的軟體程式於一電腦内，其中，上述脈衝響應的相 關頻譜在一取樣頻率的倍數處具有波谷（n〇tches)，可供 該SRC濾波器使用以進一步產生想要的頻率響應。 2 ·如申請專利範圍第1項之數位式音訊的方法，其中 該加權最小均方根演算法配置於一數位信號處理器。 3·如申請專利範圍第1項之數位式音訊的方法，其中 ’該加權最小均方根演算法配置於一專用的積體電路。 4·如申請專利範圍第1項之數位式音訊的方法，其中 ，該脈衝響應係以方程式a= (LTRLiruTRA 表示，其中，A 是想要的頻率響應，U是濾波函式，R是一其對角線是想要 的最小均方根加權值的對角矩陣，及T是反轉運算 (reverse operation) 〇 5 ·如申請專利範圍第4項之數位式音訊的方法，其 中 上述U、R及έ可以下列方程式表示： (7) 丨)，為（ζ2)，…Γ

   583575 六、申請專利範圍 — [uKW u = 1« …，z, L.....」 （5 ) f中W…為該最小均方根加權函式；Z為傅利 茶轉換函式，用以轉換時間領域上的外部輸入音訊传號 為頻率領域上所要的頻率響應，以及當i=1到 限脈衝響應（FIR)低通濾波器的長度時，Zi+1>zi。 6.—種具有一數位式音訊取樣方法的1音器，該數位 式音訊取樣方法包含一使用加權最小均方根演算法來計算 脈衝響應的裝置（means)，該混音器包括： # _複數個並行的SRC濾波器，每個濾波器具有一或更多 脈衝響應，且每個濾波器連接至一外部不同音訊來源，以 接收該外部不同音訊來源的樣本並將該一或更多脈衝響應 與該樣本進行迴旋運算，以產生想要的輸出係數來形成想 要的頻率響應；及 一加法器，連接至該負數個並行的SRC濾波器，以結 合各輪出係數來產生一音訊輸出。 、、 如申請專利範圍第6項之具有一數位式音訊取樣方 法的'心音器’其中，該裝置（means)是一安裝著該加權最 小均方根演算法的數位信號處理器。 8 ·如申請專利範圍第6項之具有一數位式音訊取樣方 法的混音器，其中，該裝置（means)是一安裝著該加權最 小均方根演算法的專用積體電路。