专利名称：音乐芯片的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及数字音乐合成，本发明尤其涉及用于音乐合成的数字信号处理设备。
背景技术：
在诸如个人电脑多媒体、卡拉OK和低成本音响中的应用中对MIDI和音乐合成能力使用的增加，引起了对高性能音乐合成系统的需要。
图1示出了一个用于许多现代的费用低廉的可波合成的执行过程的合成体系100。多个处理器单元在这个体系中实现，其中每一个处理器单元分配有特定的任务，以实现高速多任务数据处理。该配置包括主要执行合成算术操作的合成处理单元102，控制合成处理单元102，并执行慢合成操作的微处理单元104，通过界面与外界(诸如计算机、(MIDI)键盘)数据交换的输入/输出单元106(I/O单元)，与外部存储器(DRAM，SRAM，ROM，软磁盘驱动器等等)数据交换的存储器管理单元108，以及提供时钟信号和复位信号的时钟单元110。
这种方法将特定的合成DSP内芯102用于取样处理任务，该任务直接产生合成声音，并利用通用微处理器104，以实现命令分析和控制任务。这允许DSP内芯102(它必需重复而有效地执行有限次数的处理任务)为音乐合成任务优化。通过实现特定的合成运算法则的指令和能力，以及通过为合成特定功能加上特定的硬件，可以改进合成DSP102性能。
根据上述配置，在特定合成DSP102中实现时间临界功能，其中可以对一组语音取样数据进行重复操作。这种电子音乐仪器由Deforeit和Heckroth揭示在“在单个芯片上结合特定DSP内芯和16比特微处理器的音乐合成体系”中，该内容发表在声频工程师协会1995年2月25日的第98次大会上。但是，在公开物中，没有揭示怎样控制在执行算术操作中可能发生的正或负的溢出。
在第5,448,509号美国专利中揭示了控制两个补码加法器的算术操作引起的正或负的溢出的计算机系统。在正和负的溢出的情况下，两个补码加法器的结果分别由预定的最大值和最小值代替。预定的最大值和最小值依赖于对操作数符号预定的安排以及每一个操作数预定的比特数。值的范围限制产生超过值的直线斩波。例如，当两个正的连续函数的和超过预定的最大值时，将导致不连续的函数，如图2A中所示。
还有，在第5,381,356号美国专利中揭示了一种控制溢出的技术，用于数字滤波器中。在这种情况下，两个操作数补码加法器的结果的极性在发生溢出时转换。意思是，例如，在用这种加法器对常量信号和正弦信号求和时，当结果值超过最大值(溢出)时，结果值将发生跳跃，如图2B所示。
如上所述，传统的数字音乐语音形成装置包括一个或者更多CPU，用于对语音取样数据执行特定的操作，其中有时候可能由数字取样数据值由每一个表示有效整数范围的数字的可得到的比特数所限制而导致数字溢出。因此，若以上述方式控制溢出，在语音数据合成中产生突然不连续，在这些语音数据再现时(例如，用扬声器)产生畸变，而若将原来的语音数据限制在正在操作的可得到的比特数，从而语音合成中不发生溢出，则又大致上限制了语音产物的动态范围。对于其它发送或处理数字语音数据的音频系统，上述内容也是对的。
在其它的应用中，诸如处理控制系统或快速计算系统，溢出的发生可能引起不希望的甚至是危险的系统故障。另外，根据传统技术的数字处理参量或数字材料的突然或不连续的斩波可能在处理控制或数字模式计算中引起严重的不稳定。另一方面，其它斩波模式的软件执行减慢了系统整体计算速度。
发明概述相应地，本发明的一个目的是提供一种数字处理装置，它具有平滑斩波功能，用于在数字操作过程中防止数字处理系统中溢出，从而不会由溢出引起系统故障。
另外，本发明的一个目的是提供一种数字处理装置，它具有平滑斩波功能，用于缩小数字数量，其中缩小的大小随接近于限制值的高值增加，以防止溢出，并改进有效比特数范围内的动态范围。
本发明的一个目的是提供一种数字处理装置，它具有平滑斩波功能，用于缩小数字数量，其中缩小的大小随接近于限制值的高值增加，以防止溢出，并在再现无畸变数字语音合成的数字语音数据过程中产生连续时间依赖性函数。最后，本发明的一个目的是提供一种数字处理装置，它具有平滑斩波功能，用于缩小数字数量，其中平滑斩波功能在数字处理装置中的硬件中实现，以改进计算速度。根据本发明的一个方面，用于对数字数据执行算术操作的数字处理装置包括溢出防止单元，用于通过缩小高的正或负数据值在对数字数据的数字操作中防止溢出，根据本发明，尤其是超过最大的正限制值和最小负限制值的值被缩小。
根据本发明的另一个方面，具有处理单元的数字音乐语音合成装置包含用于对数字语音数据语音形成操作的第一处理部分，它包括通过缩小高的正或负结果语音数据值，在对数字语音数据的数字操作中防止溢出的溢出防止单元；用于控制第一处理部分操作的第二处理部分；用于与外界体系，并与第二处理部分数据交换的第三处理部分；用于将数据从外部存储器提供给第一和第二处理部分，或将数据从第一和第二处理部分提供给外部存储器的存储器管理部分。
由下面参照清楚地示出了本发明的较佳实施例的附图对本发明的描述，本发明的其它目的和优点将是显然的。
附图概述图1是方块图，描述了装在根据现有技术的典型的工作环境中的语音合成装置元件原理上的配置。
图2A是时间曲线图，示出根据现有技术装置的第一个例子，由两个连续函数总和导致的时间依赖信号的突然斩波。
图2B是时间曲线图，示出根据现有技术装置的第二个例子，具有由两个连续函数总和导致的信号反跳的时间依赖信号。
图2C是时间曲线图，示出根据本发明的较佳实施例，由两个连续函数导致的时间依赖信号以及平滑斩波。
图3是方块图，示出作为语音合成装置一部分的本发明的较佳实施例的配置。
图4详细描述根据本发明的较佳实施例的图3的斩波加法器装置。
图5描述了图4的斩波装置的溢出检测器。
图6是标准化的转换函数，根据表III中所示的真值表，从斩波器的输入(导致Y)到其输出(导致Z)。
最佳实施例本发明的合成处理单元102(图1)是精简指令系统代码计算机(RISC计算机)，用于对语音数据执行高速算术运算。图3描述了合成处理单元102的详细的方块图。这个单元包含多个存储器10、11、12、13、14，它具有界面15连接多个存储器与微处理单元104，多个记录器16、17、18、19、20、21，存储器22、23、24(RAM/ROM存储器)，斩波加法装置25，用于执行由记录器18、19提供的语音数据(数字数量)的累积，倍增器26，用于执行由记录器20、21提供的语音数据的倍增，输出累积器27，用于将合成的数字语音数据输出到模拟/数字-数字/模拟转换器(CODEC)，以及存储器13，用于存储，还有MIX记录器28。
本发明的较佳实施例在图3描述的合成处理单元102的斩波加法器装置25中实施。
现在，参照图4的方块图，提供对在工作过程中防止溢出的斩波加法器装置25的详细描述。图4示出了在执行数字数量的两个操作数的总和中所包含的具体的装置。出入斩波加法器装置25的数字数量通过多总线进行传送，其中每一个都在图4中用后面跟着后缀A的标号描述为单线，以帮助表示。每一根总线X-A的线数依赖于要排列传送的比特数。有另外的线CLIP，指示为斩波加法器装置25选出的模式。
记录器18和19分别通过总线18-A和19-A，将操作数A和B提供给斩波加法器装置25中的加法器单元25-1。加法器单元25-1处理这两个操作数，并通过总线25-Y，将结果Y提供给斩波器单元25-2。模式选择线CLIP连接到斩波单元25-2的一个输入。总线18-A和19-A上操作数A和B对应的最显著的比特MSB(A)和MSB(B)(符号位)也通过SA和SB线分别施加于斩波单元25-2。
斩波器单元25-2的结果Z通过总线25-A输出到其它单元，例如输出到存储器10、11、12或回到记录器18(见图3)。
斩波器单元25-2包括溢出检测器50，如图5所示。溢出检测器50可以由EX-NOR门51、EX-OR门52和AND门53实施。将线SA和SB上的信号MSB(A)，MSB(B)提供给EX-NOR门51的两个输入端。信号MSB(B)还被输入到EX-OR门52的一个输入端，并将来自加法器单元25-1的结果中最大有效比特MSB(Y)提供给另一个输入端。EX-NOR门51和X-OR门52的输出端分别连接到AND门53的两个输入端。溢出信号OVF从AND门53输出，作为溢出检测器50的输出信号。下面的真值表，表I根据操作数A和B的两个最大有效比特MSB(A)和MSB(B)的输入状态，以及结果Y的最大有效比特MSB(Y)的输入状态，分别表示输出信号OVF的状态。在表中，“0”表示逻辑为“0”或信号的低值，而“1”表示逻辑为“1”或者信号的高值。
斩波器单元25-2对结果Y的处理可以以两种不同的模式执行，这依赖于由线CLIP给出的指令。在这个实施例中，当线CLIP上的信号处于高值(逻辑1)时，选择标准模式，而当线CLIP上的信号处于低值(逻辑0)时，选择平滑斩波模式。下面将更为详细地描述这两种模式。
标准模式加法器单元25-1作为传统的两个操作数补码加法器。在标准模式中，加法器单元25-1的结果Y保持不由斩波器单元25-2改变，从而斩波器单元25-2的结果Z完全相同于结果Y(Z＝Y)，并且溢出信号OVF被忽略。所以在这个模式中，斩波加法器装置25执行两个操作数A和B的加法，类似于传统的两个操作数的补码加法器。
例如，考虑到现有技术的8比特两个操作数补码加法器的行为，其中8比特的两个操作数补码加法器的最大范围从-128到+127如果加法器处于溢出状态(即，结果大于+127或小于-128)，则当结果大于+127时，加法器将减小128，而当结果小于-128时加法器将加127。
如上所述，这在声音处理的情况中是不希望的，因为这在声音中产生强大的突变。为了描述，见图2B，其中正弦函数和常量函数相加。
平滑斩波模式在这种模式中，加法器单元25-1再次作为传统的两个操作数的补码加法器，而结果被提供给斩波器单元25-2。
根据本发明的平滑斩波工作使用如下信息CLIP信号(逻辑0执行平滑斩波；逻辑1不执行平滑斩波)；溢出信号OVF；以及加法器2501的结果Y中最大有效三个比特，即Y27、Y26和Y25。平滑斩波工作导致加法器25-1的结果Y的传送至斩波器单元25-2的输出端Z。
在表II的真值表中，给予变换矩阵的例子28比特数量。Y27到Y0是输入到斩波器单元25-2，即来自加法器单元25-1的结果Y的个别的比特，其中Y27是最大有效比特MSB(Y)，而Z0到Z27是斩波器单元25-2的输出Z的个别比特。另外，在表中，“0”指逻辑“0”(低值信号)，“1”指逻辑“1”(高值信号)，“X”指“不必介意”。
安排真值表的例子如果CLIP＝1(排1)，则设置标准模式(见上文)，并且Z(n)＝Y(n)，其中n＝27到0，从而结果Z＝结果Y。在排2中，CLIP＝0，则设置平滑斩波模式，不发生溢出(OVF＝0)，Y27＝0，Y26＝0，而Y25＝0或Y25＝1，则Z(n)＝Y(n)，其中n＝27到0。在这数字数量的范围内，结果Z再次＝结果Y。在排6中，CLIP＝0，OVF＝1，Y27＝1，Y26＝1，而Y25＝1，安排如下Z27＝0，Z26＝1，Z25＝1，Z24＝1，Z23＝1，Z22＝0，和Z(n)＝Y(n+3)，其中n＝21到0。
为了简化硬件逻辑，本发明的较佳实施例利用表III所示的真值表，它表示修改后的表II的真值表。在这个被简化的真值表中，结果Z不限于等于结果Y(排4-4，11-15)，结果Z的最后16比特设置为“0”，即，Z(n)＝0，其中n＝15到0。在上述例子中，排6现在变化为Z27＝0，Z26＝1，Z25＝1，Z24＝1，Z23＝1，Z22＝0，Z(n)＝Y(n+3)，其中n＝21到16，和Z(n)＝0，其中n＝15到0。
表III中示出简化的真值表的转换函数。在这个图表中，到斩波器单元的输入Y和其输出Z通过将所有的数字数量除以最大数量而被标准化。对于n＝28比特数量，其中最大有效比特是符号位，最大数量是227-1＝134,217,727。如在转换函数中可见的，这个装置允许将信号范围从-2到+2阻尼到的输入Y的范围阻尼为-1到1的输出Z范围。在较佳实施例中，在从-0.75(最小输入信号)到0.75(最大输入信号)的范围内不发生缩放，从而Z＝Y，对于更高或更低的信号值(即，溢出状态)，缩小效应增加，从而当输入信号接近于+2和-2时，输出信号渐近地接近于+1和-1。通过施加这个缩小功能，防止了溢出，同时消除不连续或至少使之最小化。
最后，另外的表示应该描述表II的真值表的效果。在这个表示中，n比特数量的数量n不需要预定，并且表示对于任何n值都是有效的。这里，数字数量以分数法给出，范围从-1.000…到0.999…，并且这样的数量的二进制表示A为A＝-1*an-1＝1/2*an-2+1/22*an-3+…+1/2n-1*a0a0到an-1是数量的n比特。最大有效比特an-1称为符号位。例如，如果n＝8，则01000000值为0.500100000值为0.2510000000值为-110100000值为-1+0.25＝-0.75，等等。
传统的两个操作数补码加法器的二进制符号加法是例如
01000000 (0.5)+ 10100000 (-0.75)＝ 11100000 (-1+0.5+0.25＝-0.25)但是，当两个操作数具有相同的符号时，可发生溢出，例如01000000 (0.5)+01000000 (0.5)＝ 10000000 (-1.0溢出)和11000000 (-0.5)+ 10000000 (-1)＝ 01000000 (0.5溢出)在分数法中，溢出比特OVF，即，溢出检测器50的信号，可以看作具有加权为-2或+2的额外比特，这依赖于操作数的符号。当操作数都是正数(即最大有效比特为“0”)，并发生溢出时，将+2加到结果上，以达到数学上的正确结果。类似地，当操作数都是负(即MSB为“1”)，并发生溢出时，则加-2，以达到数学上的正确结果。由此，例如01000000 (0.5)+ 01100000 (0.75)＝ 10100000 (-1+.25＝-0.75溢出)加+2(-0.75+2＝1.25，正确结果)和110000000 (-0.5)+ 100000000 (-1)＝ 010000000 (0.5溢出)加-2(0.5-2＝-1.5，正确结果)由此，虽然实际上未计算出值，但OVF比特“模拟”了数学的正确范围是-2到小于+2。，平滑斩波单元25-2利用SA和AB比特检测溢出何时发生，以及是否应该加上-2或+2，以得到真输入值。然后执行真输入值的缩放，以在处理系统允许的范围内得到输出值，即-1到小于+1。
示于表II和III中的表与上述整体地计数法等效地应用于分数法。例如，表II的真值表对于到斩波器单元25-2的正的输入Y的各种范围具有下面的效果＜≤如果CLIP＝0，OVF＝0，则0≤Y＜0.75)(这意味着Y＝00XXX...XXX或010XXX...XXX)则Z＝Y，表II的排2或3如果CLIP＝0，OVF＝0，并且0.75≤Y＜1，(意味着Y＝011XXX...XXX)则Z＝0.75+(Y-0.75)/2，表II的排4如果CLIP＝0，OVF＝1，并且1≤Y＜1.25，(指Y＝100XXX...XXX)则Z＝0.875+(Y-1)/4，表II的排5如果CLIP＝0，OVF＝1，并且1.25≤Y＜1.5，(意味着Y＝100XXX...XXX)则Z＝0.9375+(Y-1.25)/8，表II的排6继续，直到如果CLIP＝0，OVF＝1，并且1.75≤Y＜2，(意味着Y＝111XXX...XXX)则Z＝0.984375+(Y-1.75)/32，表II的排8。
由此，Y＜0.75时，输出跟随着输入。当Y≥0.75时斩波开始。缩放程度(也称为阻尼强度)对每一个输入的增量范围增加。
对负的输入可以进行类似的说明；见例如排12-15。
在用于简化逻辑的表III的简化的真值表的情况下，只有输入Y(在Y＝-0.75和Y＝0.75范围内)的较高比特被保留，用于分配，输出Z的相应的低比特设置为“0”。在表III的真值表的例子中，只有输入的较高比特Y(27)到Y(17)用于分配，而将输出的较低比特z(15)到Z(0)设置为“0”。
如可从该表示看到的，根据本发明的较佳实施例的平滑斩波功能包含对于总的Y输入范围的11个不同的阻尼强度的范围。但是，对于熟悉本领域的人来说，阻尼强度的数量和范围可以容易的改变。
真值表是组合函数的表示，该组合函数示出斩波器单元25-2的输出Z，作为输入Y的功能。在现有技术中，使用门或数据多路复用器实行这样的组合函数是熟知的，并且为描述的简便起见省略了。
但是，应该提及，本发明的较佳实施例的实行不限于在表II和III的真值表中给出的斩波器单元25-2的输入Y和输出Z的安排。可以实行另外的安排，其中范围是-2到+2的标准化的输入映射在范围是-1到+1的标准化输出上。在数字语音合成应用中，安排必需配合需要，以减小畸变，并改进原来的语音再现。第一个需要是，输出必需是线性的，直到全部缩放的某一百分比，例如，对于范围-0.75到+0.75，Z＝Y。第二个需要是从线性范围朝允许的输出范围的最大值和最小值的单调假渐近。
本发明的数字处理装置还可以应用于音频系统的转移或处理数字语音数据。这里，通过使用平滑斩波函数，避免了畸变，并产生舒适的音乐声。还有，在处理控制系统中，平滑斩波函数在对数字化处理参数计算的过程中防止系统失败的溢出是有帮助的。另一个应用是在数字计算中，例如，统计计算，在天气预报中，其中对于快速的计算需要特别的处理器，并且，由门或多路复用器代替软件解决方法实行的平滑斩波功能导致了快速而稳定的统计计算。
最后，在不背离本发明主旨或重要特征的条件下还可以通过其它的方式实施本发明。因此，这里描述的较佳实施例是说明性的，而不是限制性的，如果权利要求要被包含在此，本发明的范围由所附的权利要求以及所有在其意思范围内的变化指出。
斩波OVF MsB(Y)行 Y27 Y26 Y25 Z27 Z26 Z25 Z24 Z23 Z22 Z21 Z20 Z19 Z18 Z17 Z16 Z15 Z14 Z13 Z12 Z11 Z10 Z9 Z8 Z7 Z6 Z5 Z4 Z3 Z2 Z1 Z01 1 K X XX Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y02 0 0 0 0X Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y03 0 0 0 10 Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y04 0 0 0 11 0 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y10 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y6 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y15 0 1 1 00 0 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y26 0 1 1 01 0 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y37 0 1 1 10 0 1 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y48 0 1 1 11 0 1 1 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y50 0 0 1 1H Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y6 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y010 0 0 1 01 Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y2O Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y011 0 0 1 00 1 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y112 0 1 0 11 1 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y213 0 1 0 10 1 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y314 0 1 0 01 1 0 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y415 0 1 0 00 1 0 0 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y13 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5表II斩波单元真值表斩波OVF MSB(Y)行 Y27 Y28 Y25 Z27 Z26 Z25 Z24 Z23 Z22 Z21 Z20 Z19 Z18 Z17 Z16 Z15 Z14 Z13 Z12 Z11 Z10 Z9 Z8 Z7 Z6 Z5 Z4 Z3 Z2 Z1 Z01 1 X X X X Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y02 0 0 0 0 X Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y03 0 0 0 1 0 Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y04 0 0 0 1 1 0 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 05 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 07 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 08 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 Y24 Y23 Y22 Y21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 09 0 0 1 1 X Y27 Y26 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y010 0 0 1 0 1 Y27 Y28 Y25 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y011 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y18 Y17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 012 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 Y16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 013 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 Y19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 014 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 Y20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 015 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 Y24 Y23 Y22 Y21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0表III简化的斩波单元真值表
权利要求
1.一种具有处理单元的数字音乐语音合成装置，其特征在于包含第一处理部分，用于对数字语音数据进行语音形成操作，所述第一处理部分包含在对所述数字语音数据的数字计算中防止溢出的溢出防止单元；第二处理部分，用于控制所述第一处理部分的操作；第三处理部分，用于与外部通信，并与所述第二处理部分数据交换；存储器管理部分，用于分别将数据从外部存储器提供给所述第一和第二处理部分，或将数据从所述第一和第二处理部分提供给外部存储器；及所述溢出防止单元具有用于缩小正的溢出数据和负的溢出数据的装置，其中所述正的溢出数据是超过正的限制值的正的计算语音数据，所述负的溢出数据是超过负的限制值的负的计算语音数据。
2.如权利要求1所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述缩小装置的特征是当所述正的溢出数据接近于最大值时，以单调增加的方式缩小所述正的溢出数据的大小，并在当所述负的溢出数据接近于最小值时以单调增加的方式缩小所述负的溢出数据的大小。
3.如权利要求1所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述第一处理部分包含两个操作数的补码加法器单元，用于输出两个数字语音数据的总和，并且所述用于缩小的装置是用于缩小所述两个操作数的补码加法器单元的输出数字语音数据的平滑斩波单元。
4.如权利要求3所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述平滑斩波单元包含溢出检测器，它具有用于接收输入到所述两个补码加法器单元的两个数字语音数据的每一个的最大有效比特，以及从所述两个补码加法器输出的数字语音数据中最大有效比特的输入端，并具有用于传送用于缩小超过所述正的限制值或所述负的限制值的结果语音数据的信号的输出端。
5.如权利要求4所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述平滑斩波单元还包含用于实现缩小功能的真值表装置，所述真值表装置为每一个结果语音数据提供预定的输出语音数据。
6.如权利要求5所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述平滑斩波单元中的所述真值表装置是由多个门实现的。
7.如权利要求5所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述平滑斩波单元中的所述真值表装置是由多路复用器装置实现的。
8.如权利要求3所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于所述平滑斩波单元还包含接收激励/去激励所述缩小数字语音数据的信号的斩波模式选择输入端。
9.如权利要求4所述的数字音乐语音合成装置，其特征在于将数字音乐语音合成装置的所有单元安排在一块芯片上。
10.一种在接收待处理的数字输入数据的数字处理装置中避免溢出的方法，其特征在于包含步骤(a)处理接收到的数字数据，以产生结果数据，处理的步骤包括对接收到的数字数据执行算术操作；(b)以一种方式缩小超过第一限制值的正的结果数据的大小，以产生大致上连续的正的缩小数据；及(c)以一种方式缩小超过第二限制值的负的结果数据的大小，以产生大致上连续的负的缩小数据；由此，正的和负的缩小数据避免了溢出条件。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于步骤(b)还包含直接与正的结果数据的大小成比例地将缩小的程度变化一定量，并且步骤(c)还包含直接与负的结果数据的大小成比例地将缩小的程度变化一定量，缩小的程度的变化大致上连续。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于第一和第二限制值是相等的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于数字数据是数字语音数据。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于算术操作是两个数字语音数据的相加。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包含提供具有结果数据值入口的查找表，每一个结果数据值入口具有相应的缩小的数据值，其中缩小的步骤包括将结果数据值与查找表中的入口匹配，并产生相应的缩小数据值。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于提供查找表包括将结果数据值入口分为多个范围，并将缩小的数据值联到各个范围。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述数字语音数据由二进制数字表示，并且方法包括一个分步骤在处理步骤前，将接收到的数字数据的次有效比特部分化为整数。
18.一种用于对数字数据执行算术操作的数字处理装置，其特征在于包含通过缩小高的正或负的结果数据值，在所述数字数据的数字操作过程中防止溢出的溢出防止单元。
19.如权利要求18所述的数字处理装置，其特征在于包含两个操作数补码加法器单元，用于求两个数字数据的总和，并且其中所述溢出防止单元包含用于缩小所述两个操作数补码加法器单元的输出数字数据的平滑斩波单元。
20.如权利要求19所述的数字处理装置，其特征在于所述平滑斩波单元包含溢出检测器，它具有用于接收输入到所述两个操作数的补码加法器单元的两个数字数据的每一个的最大有效比特，以及从所述两个操作数补码加法器输出的数字数据的最大有效比特的输入端，并具有用于传送用于缩小所述高的正的或负的结果语音数据的信号的输出端。
21.如权利要求20所述的数字处理装置，其特征在于所述平滑斩波单元还包含用于实现缩小功能的真值表装置，所述真值表装置为每一个数字输入数据提供相应的预定输出数据。
22.如权利要求21所述的数字处理装置，其特征在于所述平滑斩波单元中的所述真值表装置是由多个门实现的。
23.如权利要求22所述的数字处理装置，其特征在于所述平滑斩波单元中的所述真值表装置是由多路复用器装置实现的。
24.如权利要求23所述的数字处理装置，其特征在于所述平滑斩波单元还包含接收激励/去激励缩小所述数字数据的信号的斩波模式选择输入端。
全文摘要
本发明揭示了一种数字处理装置,它具有平滑斩波功能(25)和使用它的数字音乐语音合成装置。当一个或者多个数字值输入数字处理装置,并激励了平滑斩波模式时,由于装置的内部结果值在输出之前缩小,故避免了数字值处理过程中的溢出。内部结果值的缩小根据内部结果值的增加而连续增加,从而避免了溢出。例如,如果数字处理装置在数字音乐语音形成装置中执行两个数字操作数的求和,结果语音信号坡度的时间特性是平滑的,由此改进了声音动态,并在声音再现中避免了声音畸变。
文档编号G10H1/06GK1245579SQ97181511
公开日2000年2月23日 申请日期1997年12月15日 优先权日1997年1月22日
发明者C·J·德福雷特 申请人:爱特梅尔股份有限公司