用于计算设备的低功率数字音频解码/播放系统的制作方法

专利名称：用于计算设备的低功率数字音频解码/播放系统的制作方法
技术领域：
本发明与一般用于播放音频和视频的移动计算设备相关，特别是配置多个操作系统、能外接媒体设备的移动计算设备。
2.相关技术当前存在多种设备可用于重播根据一个或多个压缩音频数字唱片格式来压缩的数字音频数据，如MPEG，MP3，WMA，AAC等等。现今最为流行的格式为MP3格式，其用于数字音乐文件压缩比约为10∶1。这些设备可以分为两类，一类将压缩过的数字音频数据存储于电子的固体存储器中，另一类记录压缩的数字音频而后用电机械设备如CD播放器或者数字电脑的硬盘驱动器来再现。
举例来说，使用电子固体存储器如闪存来播放MP3压缩数字音频的移动设备一般能存储10个音乐选段。如果使用扩展存储卡的话，大约总共能存储20个音乐选段。这些使用电子固体存储器存储MP3压缩数字音频的MP3播放器消耗的电能相对较低。因此，这些MP3播放器无需启动计算机的CD-ROM或者硬盘驱动器，且提供了更长的播放时间。
本文参照并完全合并了美国专利“用于移动计算机的低功率CD-ROM播放器”，专利号6,226,237，2001年5月1日授权(“237”号专利)。此专利描述了传统笔记本电脑在只用于播放传统的CD时额外消耗大量电能的情况。其主要原因是操作系统(如Windows)在电脑开机后所执行的大量后台操作与播放音乐并无关系。这些为具备与用户当前操作即播放音乐无关的功能所额外消耗的电能使得笔记本电脑电池的电量迅速耗尽，而这些电能本可用于微处理器处理繁重任务如文字处理或表格分析。“237”号专利提出的解决方案是在移动设备电源关闭时可以运行的一个状态机。“237”号专利将一个CD-ROM耦合到音频子系统上(在主电源关闭时)，使得无须启动笔记本电脑、不消耗额外电量即可播放CD。
居先技术也包括使用半导体技术解决方案如专用功能集成电路(IC)或者加入专用集成电路(ASIC)。但是这些方案通常比较昂贵，因其专用芯片所需的数字信号处理器(DSP)使得集成电路庞大而造价高昂。也可能因此而占用较大的印刷电路板(PCB)空间。
另外，当前技术所运用的15至20百万指令每秒的解码引擎必须持续运行来为编解码器产生音频流。专用解码引擎更需要高功率的硬盘驱动器(HDD)持续运行。这些方案仅限于MP3压缩格式，因此使得系统无法用于更新的音乐压缩格式，如微软的WMA格式和业界为保护音乐数据安全而提出的SDMI(Security Digital MusicInitiative)格式。
业界所知的专用集成电路解决方案使用数字信号处理器对硬盘驱动器上的压缩音乐文件持续进行解码，因此必须频繁读取音频文件。这些方案使用更多的电能，使得电池迅速耗尽(远远无法满足一次跨洋飞行4-10个小时的使用)。
因此，现有的硬件MP3解码器和播放器需要使用集成电路来实现，并持续读取硬盘，电能消耗快，难以升级，而且造价高昂。
本发明提供了一种低功耗的方案，它易于升级以使用多种音乐压缩格式，造价预计不到当前硬件解决方案的一半，可能播放几百首歌曲而读取硬盘和CD-ROM的时间只占总播放时间的0.5％。

发明内容
本发明的一个实施例是用于播放音频文件的一种计算机系统。该系统包括一个中央处理单元(CPU)、一个存储单元、一个第一操作系统、一个接口单元和一个第二操作系统。第一操作系统用于控制CPU等，接口单元用于外接存储压缩音频文件的数字媒体设备。第二操作系统能够控制计算机系统运行于音乐回放模式。电脑系统开启后以音乐回放模式播放压缩音乐文件，同时外部数字媒体设备与接口单元保持通讯。
本发明的另一个实施例是一种用于播放音频文件的计算机系统。该计算机系统包括一个中央处理单元(CPU)、一个接口单元、一个扬声器单元、一个编解码器、一个滤波和隔离电路与编解码器保持通讯。接口单元用于外接数字媒体设备，编解码器用于和扬声器单元通讯。滤波和隔离电路在外接数字媒体设备与接口单元通讯时能够从外接数字媒体设备接收模拟音频信号以防止模拟音频信号流入编解码器。计算机系统工作于音乐回放模式时，CPU无须工作，扬声器单元即可根据滤波和隔离电路接收到的模拟音频信号输出音频。
本发明的另一个实施例是一种用于播放音频文件的计算机系统。该系统包括一个中央处理单元(CPU)、一个存储单元、一个第一操作系统、一个接口单元、一个开关和一个第二操作系统。第一操作系统用于控制CPU等。接口单元用于外接存储压缩音频文件的数字媒体设备。开关用于控制外接数字媒体设备是否与接口单元接通。第二操作系统可以将外接数字媒体设备中的压缩音频文件传输到存储单元中。第二操作系统能够控制计算机系统运行于音乐回放模式。计算机系统开启并以音乐回放模式播放压缩音频文件，同时外接数字媒体设备与接口单元保持通讯。
本发明的另一个实施例是一种用于播放音频文件的计算机系统。该系统包括一个中央处理单元(CPU)、一个接口单元、一个开关、一个扬声器单元、一个编解码器、一个滤波和隔离电路。接口单元用于外接数字媒体设备。开关用于控制外接数字媒体设备是否与接口单元接通。编解码器用于和扬声器单元通讯。滤波和隔离电路与编解码器通讯。外接数字媒体设备与接口单元通讯时，滤波和隔离电路能够从外接数字媒体设备接收模拟音频信号，并防止模拟音频信号流入编解码器。计算机系统工作于音乐回放模式时，CPU无须工作，扬声器单元即可根据滤波和隔离电路接收到的模拟音频信号来输出音频。
本发明的另一个实施例是一种使用计算机系统播放多个存储于数字媒体设备中的压缩音频文件的方案。方案的步骤包括在计算机系统中使用接口单元检测到数字媒体设备的通讯，向计算机系统装载第一操作系统，向计算机系统装载第二操作系统，在计算机系统中读取外接数字媒体设备中的多个数字音频文件并存入存储单元，解码多个压缩音频文件，在音频回放模式中播放经过解码的音频文件。第一操作系统控制计算机系统然后关闭，第二操作系统在音乐回放模式中运行。


结合附图，以下对于本发明典型实施例的详细描述使得本发明的优点显而易见。
图1为本发明的一个实施例典型操作流程的方块图；图2为本发明的一个实施例中典型的迷你操作系统启动和播放器功能初始化流程图；
图3为包括本发明实施例的一个典型音频播放系统结构图；图4为本发明的一个实施例中一个典型的专用电路的内部结构图以及与之接口的元件；图5为包含本发明的另一个实施例的一个典型音频播放系统结构图；图6为包含本发明的另一个实施例的仅使用软件解码和播放音频的典型音频播放系统的结构图；图7为包含本发明的一个计算机系统的结构图，它说明在压缩音频优化模式下计算机系统可以运行多种应用程序；图8为一个典型的娱乐模式的计算机系统启动的流程图及其相关的快速启动过程；图9为一个典型的加速BIOS启动过程的流程图，可用作图8中的BIOS启动过程；图10为包含本发明的另一个实施例的家长控制系统的结构图；图11为包含本发明的另一个实施例的典型计算机系统的结构图；图12为包含本发明的另一个实施例的典型计算机系统的结构图；图13为包含本发明的另一个实施例的典型计算机系统的结构图；图14为包含本发明的另一个实施例的典型计算机系统的结构图；图15为图14中滤波和隔离电路的示意图；图16为作为音频播放系统的一个计算机系统的简化图。
具体实施例方式
在一个实施例中，采用本发明的计算机系统采用一个迷你操作系统软件和南桥与编解码器之间的硬件接口(一个专用电路(见图3中40部分))来播放用户需要的歌曲或者其他存储的音频，如图3所示。在另一个实施例中，计算机系统采用全软件解决方案，因而不需要硬件。
需要时，本发明采用的迷你操作系统仅提供笔记本电脑在播放音乐时必需的功能和组件，而非像完整的操作系统如Windows那样提供所有的后台功能，它既不开启显示电路，也不启动笔记本电脑的显示屏。而且，该迷你操作系统也仅在将压缩文件传输到随机存储器(RAM)中时读取硬盘驱动器(HDD，见图3中36部分)。因此，本发明所述的迷你操作系统软件部分看起来在播放音频时既负责节能，又执行文件管理功能。
图1为本发明的一个实施例中典型软件压缩音频播放器的操作流程结构图。其操作概念如下第一步在用户将笔记本电脑用于音频播放之前的某个时间，在完整操作系统如Windows中先运行一个浏览器来下载音乐文件(比如1000首歌曲)到电脑的硬盘驱动器(HDD)102上(占用大约4GB空间)，并根据用户将要收听的歌曲创建播放列表；第二步用户需要播放音乐时，所需音乐文件已存入硬盘驱动器，只需打开音频播放器开关以完全启动电脑，使用节能初始化子例程载入本发明所述的迷你操作系统而非常用的Windows操作系统(完整操作系统并未启动)并初始化笔记本电脑必要的部分，文件管理子例程初始化步骤一中生成的播放列表或文件名册，提供丰富的音乐文件根据用户需要来播放；第三步迷你操作系统从硬盘驱动器拷贝至随机存储器104，迷你操作系统将播放列表上的第一批压缩文件从硬盘驱动器102拷贝至随机存储器104。举例来说，当前个人电脑内存容量一般为128Mb，迷你操作系统软件占用8Mb，余下的120Mb可用作压缩文件内存(也就是说，将系统内存或专用内存或其它内存用作缓存或者缓冲)。根据典型的MP3压缩比10∶1来计算，120Mb可以存储足够播放2小时的压缩音乐。与之类似，当使用闪存卡存储MP3的时候，卡内的全部或者绝大部分内容都可拷贝至系统内存中，以减少使用读卡器并提高MP3文件的响应速度。
第四步本发明的文件管理软件将第一个音乐文件的各部分次序传输至CPU 106，CPU使用内存中的文件管理软件，根据解码算法对每一个文件进行解压。解码后，脉冲编码调制(PCM)音频数据使用以下三种方法之一来传输CPU将PCM音频数据传输给南桥(见图3中32部分)先入先出(FIFO)缓冲；南桥中的直接存储器存取(DMA)在南桥内部将数据传输给FIFO缓冲；或者专用电路从低引线数(LPC)接口62将数据传输到FIFO缓冲。FIFO缓冲通过本发明所述的专用电路将音乐文件段次序传给编解码器108(见图3中42部分)，在编解码器中解码后的信号从数字转换成模拟信号。编解码器108的输出信号用放大器110(亦见图3中44部分)来驱动扬声器(见图3中46部分)或耳机(图3中未给出)；第五步当播放列表中第一批歌曲的最后一首播放时，内存中的文件管理软件控制回到第四步，并根据之前第一步中生成的播放列表在随机存储器104中检索下一批压缩文件。如此，每一批文件播放时，重复四、五两步直至该批的最后一段音乐播放完毕。然后控制回到第三步装载列表中的另一批压缩文件，同样通过重复四、五两步完成播放。当第二步中生成的列表播放完最后一首音乐时，或者用户关闭音乐播放时，播放操作停止。
本发明所述的迷你操作系统中的节能软件使得CPU、外设芯片，硬盘驱动器和系统中其他可控制要素尽量处于空闲状态。本发明提供的解决方案的一个值得关注的属性在于CPU每秒可以处理的百万指令数越高，其进行解码所需时间占总播放时间比例越小。这就意味着处理器性能越高，播放压缩音乐时功耗越小，因而笔记本电脑电池就能使用更长的时间。
本发明所述的迷你操作系统监控音乐控制键(例如播放、快进、后退、暂停、扫描、上一曲、下一曲、第一曲、最后一曲、播放时快进/后退、音频来源/媒体选择等等)(见图3中48部分)，用户通过专用电路来激发这些控制功能，迷你操作系统将用户请求转达给文件管理系统。另外，可以选装一个小LCD显示屏(见图3中34部分)连接到专用电路上，由迷你操作系统的显示管理子例程控制来显示播放状态(如歌曲编号、名称、音轨号、播放时间、图表等)。
本发明所述的迷你操作系统中的节能软件主要管理CPU和MP3存储设备如CD、硬盘驱动器和闪存媒体如安全数字(SD)存储卡、多媒体卡(MMC)、记忆棒和智能媒体卡(SMC)等的使用，同时维护系统其余部分如内存和核心逻辑芯片组使其保持全开且功能可用。另外节能被用于其它的PC子系统，通过使它们处于空闲状态来进一步减少能耗。
举例来说，一个主频率为500MHz的奔腾III处理器其处理能力大约为225百万指令每秒，解码算法要求的能力为15百万指令每秒，因此CPU运行时间少于总时间的10％。在其余90％-95％的时间里，CPU处于待机状态，通过电流仅为几毫安。另一种方式是CPU降频运行，现今一般CPU都提供这种选项，如AMD的Athlon。与之类似，只有在传输文件以充满内存或者替换上批文件时才需要读取硬盘驱动器。依此计算，每首歌曲平均长度约为4分钟，内存可以存放30首歌曲，120分钟播放完毕；比例为1∶240，以完全功率运行的时间只占总时间的不到0.5％。这些因素再加上使用本发明所述的迷你操作系统代替完整操作系统而节约的电能，最终结果是使用本发明所述的笔记本电脑处于音乐播放模式时功率消耗非常之低，这直接导致电池维持可用电量的时间大大长于目前居先技术。本领域的技术人员将认识到本发明适用的压缩音乐数据既可以存储于硬盘驱动器中，也可以是磁存储媒体(如磁带)、光存储介质(CD-ROM)、闪存媒体(SD卡，MMC，记忆棒，SMC)或者是任何其他的存储媒体。
图3为包含本发明一个实施例的典型系统31的简化总体结构图。系统31中所含绝大部分组件在本领域广为所知，而且几乎所有的个人电脑都包含这些组件来使用电脑的扬声器发出声音。图中的系统时钟56为简便起见没有标出与之相连的需要时钟信号各种元件。另外，CPU26与北桥28相接。北桥28依次与系统内存30和南桥32相接。南桥32与硬盘驱动器36和CD-ROM38相接。一般来说南桥32会通过AC_link直接与编解码器42相接；但是如系统31中所示，南桥32和编解码器42之间插入了专用电路40(见以下图4说明)来与本发明中的迷你操作系统80一起播放系统内存30中的压缩数字音频而不影响播放非压缩模拟音频的能力。该结构中，迷你操作系统80存储于BIOS中，本领域技术人员将认识到迷你操作系统80同样可以存储于自己的ROM(置于专用电路40内部或者外接都可)、硬盘或者其它媒体中。这样，从南桥引出的AC_link1与专用电路40耦合来执行必要的解压缩功能，再通过AC_link2向编解码器42发送音频信号。编解码器42接收到专用电路40发送的所有信号，进行常规处理后将音频信号传输给放大器44，由扬声器46或者耳机(图中未给出)播放。在系统31中，AC_ink1对南桥32起到标准AC_link的作用，而AC_link2对编解码器42起到标准AC_link的作用，这样音频功能的执行与普通(业界所知)音频播放并无二致，使得对于南桥32和编解码器42运行的影响减至最小甚至没有。图3亦给出了功能键48、小液晶显示屏34和一个播放器开关54，其功能见以下图4描述。
图4包括专用电路40内部结构的详图以及与专用电路40相接的电脑其它部分的细节，而未给出计算机系统其它无关部分的细节。为使得本发明实施例在笔记本电脑中占据最少的PCB空间，专用电路可以以集成电路的形式生产(IC40)。南桥32包括在专用电路40左边的一个标准AC97控制器50和一个LPC(低引线数)控制器52，它们与专用电路40之间有一个标准双向连接AC_link1和一个LPC总线，从专用电路40到南桥32有一个单向的中断请求(IRQ)连接。在右边，专用电路40通过AC_link2向AC97编解码器(即编解码器42)提供未压缩的音频。同在右方的功能键48以及下方的LCD34如图所示连接在专用电路40上。另外图4还包括一个系统时钟56连接到各个部件上，左下方还有一个播放器开关54。播放器开关54的功能是当用户通过此开关初始化音频播放模式时，使用本发明所述的系统仅初始化和启用迷你操作系统而非完整操作系统。
在专用电路40内部，开关60与AC_link1和AC_link2都相接以响应寄存器组66中内部寄存器的设置，当计算机正常运行于完整操作系统时，开关60关闭AC_link1与AC_link2之间的连接，当计算机使用本发明所述的系统时开关60则开启。LPC通路耦合于LPC接口62。开关60和AC_link2耦合于状态机64，同时状态机64的另一个端口和总线74耦合于LPC接口62的输出端、寄存器组66、功能键接口68和LCD接口72。寄存器组66的另一个端口耦合于状态机64的第三个端口上。功能键48耦合于功能键接口68，LCD34耦合于LCD接口72。同时，当用户操作功能键48时，功能键接口68则向寄存器组66发送一个信号。上述第二步中用户操作的音频播放器电源开关54可以用来启动个人电脑按上述模式运行。由于使用本发明系统的计算机生产厂商的不同，音频播放器开关54与图4中各个部件的连接可能不一样，因此图中所示音频播放器开关54只与笔记本电脑直流电源相连，而未连接到图4中的任何部件。
更具体地说，专用电路40内部的各个部件运行方式如下LPC接口专用电路40中包含LPC(低引线数)接口62来连接南桥32中的LPC控制器52。CPU26使用LPC接口62来执行以下操作(1)读取寄存器组66中的功能键输入；(2)设定寄存器组66中的控制寄存器来控制AC97编解码器42；(3)从系统内存(RAM30)得到脉冲编码调制音频数据；(4)时钟暂闭(clock throttling)控制。
寄存器组66中模式寄存器的设置负责控制开关60的状态，开关60关闭时计算机运行于正常计算机运行模式(即正常运行模式)(例如运行Microsoft Windows)，或者当开关60开启时运行于使用本发明所述的系统模式(运行迷你操作系统)来播放压缩音频文件。
南桥AC97控制器50接口(AC link1从主机引至)计算机在正常运行模式下，开关60关闭，南桥AC97控制器50接口直接连通AC97编解码器42来产生音频输出，就如同专用电路40根本不存在一样。播放压缩音频文件时，迷你操作系统运行，开关60开启，状态机64控制AC97编解码器42。
AC97编解码器接口(AC link2引至AC97编解码器42)
当计算机运行迷你操作系统时，开关60开启。状态机64根据主机(CPU26)在寄存器组66中设定的设置通过AC_link2来控制AC97编解码器42(例如改变采样频率、控制音量、设定编解码器42进入节能模式或者将编解码器42从节能模式唤醒等)。
功能键接口68功能键接口68接收用户在功能键48的操作并将其储存在内部寄存器上供CPU26读取。
LCD接口72LCD接口72仅当LCD34用来向用户显示状态信息时启用。采用本发明所述的系统用它来在低成本LCD34上向用户显示状态。当前播放音乐的音轨编号、状态图标(如播放)以及系统可能设定的其它状态图标显示用作别的目的。
运行模式(A)正常运行模式当计算机使用完全功率运行完整操作系统时，如上所述，开关60关闭，专用电路40的各种功能没有启用。在正常运行模式下，计算机系统使用南桥AC控制器50通过AC link(正常运行模式下由于开关60关闭，AC link1和AC link2对等)来直接控制AC97编解码器42。专用电路40并不截取或者修改AC link信号。
(B)压缩音频优化模式当音频播放器开关54关闭以后，系统在迷你操作系统控制下运行，专用电路40启用并运行于压缩音频优化模式。由于开关60开启，南桥AC97控制器50与AC97编解码器42断开。
在压缩音频优化模式下，主机(CPU26)设置寄存器组66的内部寄存器来控制流向AC97编解码器42的数据，并执行各种电源管理功能。
压缩音频优化模式下的一种节能控制方案此处提供了专用电路40的一种灵活控制方案来将压缩音频优化模式下的系统控制周期和功率消耗缩减至最小。使用系统内存(系统RAM30)来代替CPU26将大多数控制命令传递给专用电路40，这样，相对于从待机状态唤醒，CPU26访问高速外部总线所需时间减至最少。这一方案大大减小了这一模式下笔记本电脑电池的负荷。
CPU26同时还设置系统来控制寄存器组66中的内存寄存器。状态机64根据寄存器设置来运行，通过LPC接口62来获取控制命令和PCM音频数据。系统内存(系统RAM30)中的控制命令被带入内部寄存器，状态机64解码控制命令并判断PCM音频数据是否就绪。如果PCM音频数据就绪，状态机64将其传输给AC97编解码器42。系统内存(系统RAM30)中的控制命令还可用来表明PCM音频数据的采样频率。这样，状态机64可以在发送PCM音频数据之前将AC97编解码器42设定在适当的频率。
本领域的技术人员将理解，耳机或头戴系统还可具备上述以外的功能，例如音量控制，也可集成音频控制键。
本领域的技术人员还将理解，音频播放系统在集成了采用本发明所述的一个专用电路以后可以无视(计算机)系统其余部分的运行状态而全时段播放压缩(和/或非压缩)音频。在此配置中，无论系统其余部分处于完全开启(S0)状态还是睡眠(挂起至RAM或者S3)状态，系统配置都可以启动自定义的或者标准的音频播放器如MusicMatch或者WindowsMedia Player，播放器在Windows下运行，可用来播放存在于播放列表中的压缩音频。在此设定下，功能键通过附带软件驱动可以用作在通过型模式(passthrough-type mode)下控制音频播放软件如Music Match的各种功能，而非控制专用电路。当主操作系统如Windows处于完全关闭(S5)或者休眠(挂起至硬盘驱动器或者S4)模式时，专用电路可以如上所述继续运行播放列表上的压缩音频文件，而此时功能键控制专用电路。
需要注意的是，根据高级电源管理接口(ACPI)的标准惯例，上述电源状态(即全开、睡眠/挂起至RAM、全关、休眠/挂起至硬盘驱动器)归结如下一般操作系统(例如Windows)支持6个系统电源状态，分别为S0(全开并运行中)至S5(关机)。这些电源状态由以下特征来决定功率消耗，即计算机消耗多少电能；软件恢复，即操作系统从何种状态重新启动；硬件延迟，即计算机回到工作状态需要多长时间；系统环境，即保留了多少系统环境，或者说要回到工作状态操作系统是否需要重新启动。S0为工作状态。S1、S2、S3和S4为睡眠状态，因为能耗减小计算机看似关闭，但是保留了一定的系统环境，不需重启操作系统即可回到工作状态。S5为关机状态。当系统从关机状态(S5)或者任何一种睡眠状态(S1-S4)转换到工作状态时，系统被唤醒；当从工作状态转换到睡眠状态或者关机状态时，系统睡眠。系统无法从一种睡眠状态直接进入另一种睡眠状态，在进入任何睡眠状态以前系统必须回到工作状态。举例来说，系统无法从S2状态进入S4状态，也不能从S4状态直接进入S2状态。系统必须先回到S0状态，进而进入下一个睡眠状态。其原因是，当系统处于睡眠状态时，已经丧失了部分操作环境支持，在系统进行再次状态转换之前，它必须回到工作状态以恢复这些环境。
以下联系图2和图3说明本发明的一个实施例中迷你操作系统启动和播放器功能初始化的一个典型流程200。如上已述，用户在初始化采用本发明所述的电脑用作音频播放器之前已将感兴趣的音乐下载(图中未给出)到硬盘驱动器36或者烧录成光盘放在CD-ROM38中用于播放。步骤201，用户按下音频播放开关54或者计算机的主电源开关(图3中未给出)时，流程200启动，系统开启。步骤202中决定计算机以正常模式启动还是以压缩音频优化模式启动。尽管本领域技术人员将发现，可以使用其它应用程序或者具备此功能的操作系统(例如Windows)来作出此决定，该决定通常由BIOS根据用户开启的是计算机电源开关还是音频播放开关54来作出。如果使用计算机电源开关来开启计算机，系统正常启动，进入步骤203，并在系统RAM30中装载和运行(例如Windows98)。如果使用音频播放开关54来开启计算机，则进入步骤204，在系统RAM30中装载迷你操作系统。在步骤205中，迷你操作系统初始化的一个或者多个系统组件包括北桥28，南桥32，专用电路40，硬盘驱动器36，CD-ROM驱动器38，编解码器42和CPU26。
由于在系统初始化阶段，没有未决的音频解压请求(亦即内存缓冲没有全部占用)，此判断过程在步骤208中完成，那么步骤207中，系统等待功能键48的输入，如果功能键48中的某个键被按下，进入步骤206开始执行相应功能，LCD显示刷新。如果用户命令包含播放音频的请求，此时则提交一个音频解压请求，此为步骤208。步骤209中，由于系统RAM30中没有压缩音频文件来响应播放音频的初始化请求，从硬盘驱动器36和/或CD-ROM驱动器38和/或移动存储介质82中读取压缩音频文件并载入系统RAM30，此为步骤210。当步骤210中压缩音频文件载入系统内存(系统RAM30)，或者步骤209中发现系统RAM30中已经存有压缩音频文件，则进入步骤211使用CPU26对压缩音频文件进行解压。步骤212中，直接存储器存取(DMA)初始化，将解压后的音频数据传输到编解码器42，然后编解码器42的输出信号经由放大器44放大(图中未给出)来驱动扬声器46和/或耳机(图中未给出)。步骤212中的DMA传输启动以后，控制循环回到步骤208，查看是否有未决的音频解压请求。
播放列表软件操作图5为使用本发明另一实施例的典型系统31的一般整体结构。在此典型实施例中，系统使用了一个移动存储媒体82来存放播放列表和/或压缩音频数据。该移动存储媒体82可以为智能卡、记忆棒、PCMCIA存储媒体和/或业界所知的其它移动存储媒体。如果系统开启并在相应的移动存储媒体位置检测到媒体的存在(例如在对应的插槽插入智能卡，PCMCIA，CardBus卡，记忆棒或者其它媒体)，读卡器就向南桥32发送一个中断。该实施例中的专用电路40也收到该中断并向操作系统发出指令启动相应的应用程序(如Windows MediaPlayer)读取移动存储媒体82上的播放列表数据。本例中，应用程序控制从移动存储媒体82或播放列表指定的其它位置读取播放列表和检索音频数据。与之类似，迷你操作系统80也可执行以上操作，专用电路40检测移动存储媒体是否就绪，并扫描该设备获取播放列表。然后迷你操作系统按上述步骤完成操作。
此处描述的播放列表文件，是由用户创建的包含了想要收听的MP3歌曲顺序的一般数据文件。播放列表文件也包含了磁盘路径信息以指导应用程序定位所需的MP3数据。某些操作系统允许用户随意改变驱动器盘符。在此情况下，播放列表软件读取操作系统指定给每一个驱动器的盘卷序列号(VSN)。一般盘卷序列号不会改变(除非重新格式化)，这样无论用户是否改变了驱动器盘符，播放列表软件都能找到播放列表数据。以上特性同样适用于移动设备如移动磁盘驱动器。
本领域技术人员应该理解，尽管上述实施例使用硬件选择操作系统(主电源启动Windows，音频控制按钮启动迷你操作系统)，也可选用其它方案选择操作系统。选择方案包括使用批处理文件，脚本，或者使用软件实现关闭第一操作系统启动第二操作系统。本领域技术人员还将发现，本发明所述的迷你操作系统可以作为一个大操作系统(例如，基于图形用户界面的操作系统如Windows，LINUX等)的一部分来实现，或者是用作一个软件组件，名称可以是“操作系统”之外的任何东西(比如“驱动”、“算法”、“脚本”、“编码”、“程序”、“可执行文件”、“例程”、“子例程”、“实用程序”等等)，而非用作一个完整的、独立的操作系统。本发明所述的范围按照构想也包括此类实施例。
软件操作图6为使用本发明的一个典型计算机系统600的一般结构图。计算机系统600与此前图3-5描述的实施例类似，不同在于计算机系统600采用了一个纯软件方案来使系统运行于压缩音频优化模式下，取代了上述的专用电路40(硬件)。这样，该软件方案使得计算机系统600具备了与前述所有实施例相同的功能，包括以压缩音频优化模式运行PC。
计算机系统600包括此前图3-5所述的所有传统组件，这些组件及其运行此处不再赘述。除传统组件以外，计算机系统600还包括一个常规键盘控制器604与音频控制按钮48(功能键48)，LCD34和键盘606相接。
计算机系统600在压缩音频优化模式下的运行由音频软件控制，该软件适用于处理器执行。因此，该音频软件的运行需要一个处理器和一种机器可读的媒体。处理器，即CPU26，可以是满足实施例速度和功能要求的任何类型处理器。例如，可以是Intel公司生产的奔腾系列处理器。
机器可读媒体可以是能够存储适用于处理器执行之指令的任何媒体。其实例包括但不限于系统RAM30，只读存储器(ROM)，可编程ROM，磁盘(如软盘或者硬盘驱动器36)，光盘(例如CD/DVDROM38)，和任何可以存储数字信息的其它设备。此处“适用于处理器执行”系指包含以压缩和/或加密格式存储的指令，以及在处理器执行之前必须经过编译或者安装的指令。处理器和机器可读媒体可以是计算机系统600的一部分，由多种机器可读媒体组合来存储多种音频软件，处理器通过不同的控制器来访问。
如前详述，该音频软件提供了装载和运行迷你操作系统80以至于整个PC系统所需的所有功能。同样，迷你操作系统80可以是大操作系统的一部分，或者是一种“算法”，一个“脚本”，一种“编码”，一个“程序”，一个“例程”或者是“子例程”。
参照图2的典型流程200，以下详细描述了计算机系统600的运行。如前已述，用户在初始化采用本发明所述的电脑用作音频播放器之前已将感兴趣的音乐下载(图2中未给出)到硬盘驱动器36或者烧录成光盘放在CD/DVD-ROM38中用于播放。步骤201中，当用户按下音频播放器开关54或者计算机主电源开关开启系统时，流程200开始。步骤202中判断系统以常规模式启动还是以压缩音频优化模式启动。启动模式决定于用户开启的是计算机主电源开关还是音频播放器开关54，由BIOS执行该决定。当然，本领域技术人员将理解，可以选用应用程序或者具备此类功能的操作系统(如Windows98)来作出此决定。
如需以正常模式启动，系统在步骤203中以正常运行模式启动，常规操作系统如Windows98载入系统RAM30并运行。正如专用电路40在正常启动模式中被绕过，音频播放软件不会对以正常模式运行PC的指令作出响应。
如需以压缩音频优化模式启动系统，可以有多种方法激活音频软件。例如，使用音频播放器开关54或者是使用基于软件的选择方法来激活。音频软件激活后，引导系统将迷你操作系统80装载到系统RAM30，此为步骤204。其优点在于，PC使用迷你操作系统80以压缩音频优化模式启动所需时间比使用常规操作系统以正常模式启动所需时间短。用户无需等待PC启动进入正常模式，很快就可听到丰富的音乐。
步骤205中，迷你操作系统80初始化一个或多个系统组件如北桥28，南桥32，硬盘驱动器36，CD/DVD-ROM驱动器38，编解码器42和CPU26。另外，CPU26使用音频软件控制进入编解码器42的数据流并执行各种电源管理功能。
由于系统初始化时不会有音频解压请求(亦即内存缓冲没有全部占用)，作出该判断的步骤为208，系统等待功能键48在步骤207中的输入直到功能键48中的某个按键按下。此时开始执行相应的功能，LCD显示更新，此为步骤206。如果用户该命令包含播放音频的请求，就会提交一个音频解压请求，此判断在步骤208中作出。
由于在提交未决的音频播放请求的最初，系统内存(系统RAM30)中通常没有压缩音频文件，步骤209作出此判断。压缩音频文件从硬盘驱动器36和/或CD/DVD-ROM驱动器38和/或移动存储媒体82中读取并载入系统RAM30，此为步骤210。举例来说，压缩音频文件可能存储于CD或者DVD光盘上由CD/DVD-ROM驱动器38来读取。当步骤210中压缩音频文件装载入系统内存后，或者步骤209中判断系统内存中已有压缩音频文件时，压缩音频文件在步骤211中使用系统CPU进行解压。
步骤212启动解压后音频数据向编解码器42的DMA传输，编解码器42的输出信号经过放大器44放大(图2中未给出)后驱动扬声器46或者耳机(图中未给出)。步骤212中DMA传输开始后，控制循环返回到步骤208，判断是否还存在未决的音频解压请求。
应用程序本领域技术人员将承认，在压缩音频优化模式下可以使用多种应用软件，较之传统计算机系统和PC中使用的应用软件，其性能有所提高。这些应用软件包括1)媒体选择；2)录音；3)拍摄和存储数字图像；4)遥控程序。以下参照图7中计算机系统700结构图详细描述了各个应用软件。这些应用软件可能独立运行于软件环境，也可能与IC40(专用电路40)协作以提高电源管理能力。计算机系统700中很多组件在图3、图5和图6中已有详述，其编号相似，在此不再赘述。以上四个典型应用程序并非独有，本领域技术人员将承认还有更多应用软件，当操作系统运行于压缩音频优化模式时其性能优于传统计算机系统。
媒体选择压缩音频可以存储于计算机系统700中的多种媒体上，包括硬盘驱动器36，CD/DVD光盘，闪存卡等等。音频文件可能数以千计，一般采用目录结构管理，例如按照歌曲类型、作者、唱片集等分类。媒体选择软件的优点在于，可以作为迷你操作系统80的一部分，响应一个或者多个功能键的操作，使得用户可以对各个媒体上存储的音频文件进行搜索、访问和选择。
功能键48一般会包括停止、播放、暂停、快进、倒退以及音量加大和减小按钮。通常这些按键彼此独立，供用户选择进行单个操作。使用本发明所述的媒体选择软件允许用户通过多个功能键的组合或者序列进入目录模式。该模式下用户可以访问音频文件及其目录，并可通过操作一个或多个按键搜索、选择和存储音频文件。找到或存储所需音频文件后，用户通过操作一个或多个按键退出目录模式。
使用多个功能键及其组合和序列可以进入、操作和退出目录模式。例如，在音乐播放停止时按下“停止”键进入目录模式。也可同时按下两个或更多功能键如加大和减小音量键进入目录模式。进入该模式后，用户使用一个或多个功能键来操作不同媒体、不同目录下的各个音乐文件。通过以上操作来搜索、选择和存储音频文件。举例来说，快进和倒退键可以用来搜索和浏览音频文件和目录。音量增大和减小键，或者其它功能键的组合，都可用于这种功能。另外LCD34也可用于显示目录信息以便于用户搜索各个目录。用户需要退出目录模式时，同样使用一个或多个功能键，如按下“停止”键退出。退出该模式后，用户可以按下播放功能键来播放选择的音频文件。
录音程序计算机系统700在压缩音频优化模式下运行迷你操作系统80时能迅速启动录音程序。运行时，用户选择录音模式，迷你操作系统80提供音频输入设备，如麦克风716，供用户输入模拟音频信号。编解码器42中的模/数转换将输入的模拟音频信号转换为数字音频信号。程序指定IC40或南桥32接收编解码器42的数字音频信号输入，并使用主周期或DMA周期将其传输到系统内存如系统RAM30。
CPU26从系统RAM30中检索到声音文件并有当前本领域技术人员所知的多种方法可供选用以压缩此声音文件。压缩后的文件可以存储到计算机系统700的硬盘驱动器36，或者存放在闪存卡上。如果存入闪存卡，闪存卡拔下以后可以用于具备兼容闪存卡接口的其它计算机系统或者音频播放系统。
录音软件可能同时用到迷你操作系统80和IC40，也可只用到迷你操作系统80。在使用迷你操作系统80加专用电路40的方案中，IC40可以使CPU26在录音程序运行的多数时间内保持低功率状态。IC40的运行之前已经说明，参照压缩音频优化模式下采用节能控制方案。这样，IC40通过使CPU在执行特定任务如压缩声音文件之外的时间里保持低功率状态达到计算机系统700节能的目的。举例来说，当编解码器42向系统RAM30传输声音数据时CPU即可保持低功率状态。由于录音软件和压缩软件占用CPU时间都比较少，CPU26在很多时间内都可置于低功率状态。IC40也可用来周期性地唤醒CPU26。
IC40中还可加入一个缓冲730，例如先入先出(FIFO)缓冲，使得CPU26可以进入更深的睡眠状态以节省更多电能。举例来说，计算机系统700处于工作状态时，CPU26也可有多种功率模式。一种是全开状态，CPU相对其它几种状态耗电最多。还可以有多种睡眠状态，如轻度睡眠和深度睡眠，后者耗电比前者更少。轻度睡眠还可分为一级轻度睡眠和二级轻度睡眠，后者比前者耗电少。
在实施例中，CPU的全开状态可以为C0状态，一级轻度睡眠为C1状态，二级轻度睡眠位C2，深度睡眠为C3，以上都由高级电源管理接口规格来定义。本领域技术人员将理解，C1、C2、C3三个状态中相邻2个状态后者比前者节能。然而，两个状态之间能耗相差多少取决于具体的系统。
缓冲730的一大优点在于使得CPU26能够进入深度睡眠状态如C3。没有缓冲730，CPU26在录音程序运行时至多能进入C2状态。缓冲730的作用是存储声音数据。当缓冲730中的数据量低于某个预设值时，IC40发出深度睡眠指令给CPU26使其进入深度睡眠状态，如C3。相反，如果缓冲730中的声音数据超过某个预设值时，IC40向CPU26发送唤醒信号，使其返回执行声音压缩任务。本领域技术人员将承认，缓冲730本身具有内部寄存器可以根据缓冲730内声音数据的多少发出深度睡眠信号和唤醒信号。
另有一种备选方案，是使用迷你操作系统80下的纯软件来执行类似的录音功能，而无需使用IC40。图6中描述了计算机系统600在压缩音频优化模式下使用纯软件方案的运行。在此录音实例中，计算机系统700较之上述的迷你操作系统加IC40方案耗电为多，原因在于CPU26至多能置于C2状态而非C3。在功率消耗不十分紧张的应用中，如台式电脑系统中，纯软件方案因其造价低廉较之迷你操作系统80加IC40方案更具优势。
数字图像的拍摄和存储一些数字设备如数码相机、数码摄像机等都是拍摄并使用多种介质如闪存卡存储数字图像的外接设备。常见的闪存卡类型有SmartMediaTM卡，CompactFlashTM卡，Memory Stick卡等。计算机系统700也可能集成、内接或者外接这些数字设备。
对于这些数字设备，计算机系统700运行于压缩音频优化模式时，用户既无需等待常规操作系统长时间的启动，又可进行电源管理工作。例如用户使用内接或者内置的数字设备712拍摄数字图像时，用户可以直接启动计算机系统700进入音频压缩优化模式而非常规操作模式。附带的数字设备软件提示用户选择数字设备模式，并允许用户通过使用功能键48来操作数字设备712以获取数据。数字设备712可以是拍摄数字图像的数码相机，或者是录制数码视频的数码摄像机。数字图像通过计算机系统700的显示屏显示，或者存储于系统700的存储设备如硬盘驱动器36中。数字设备712与计算机系统700的连接可以使用外设总线如USB或IEEE1394。
如果712是计算机系统700的外接数字设备，用户可以使用附带的数字设备软件来从数字设备712导入数据并存储到存储设备如硬盘驱动器36上。这样，数字设备软件既提供了方便的数据导入接口，又节省了常规操作系统启动所需的时间。举例来说，数字设备712是计算机系统700外接的数码相机，数字设备软件就允许用户下载其中图像并存储于计算机系统700的存储器中。
类似于录音程序，数码相机的应用既可以使用迷你操作系统80加IC40，也可以使用迷你操作系统80下的纯软件方案。如果数字设备712是一个内接设备如内接数码摄像头，迷你操作系统和IC40提供的电源管理功能允许CPU26在实际拍摄图像之前都处于深度睡眠状态如C3。
作为一个备选方案，纯软件方案也可执行类似的数码图像拍摄和存储功能而无需用到IC40。与录音程序一样，此方案中CPU最多可置于C2状态，故消耗较多电能。在功率消耗不十分紧张的应用中，如台式电脑系统中，纯软件方案因其造价低廉较之迷你操作系统80加IC40方案更具优势。
遥控程序计算机系统运行于压缩音频模式系统时，遥控程序可以代替功能键48而允许用户对计算机系统700进行遥控操作。计算机系统700中的遥控器722提供控制信号给遥控收发器714。遥控器722可以使用任何现有的控制技术如红外线或者射频(RF)。遥控收发器714可以集成在系统桥中，负责从遥控器722接收控制信号。尽管本文未作说明，遥控收发器714实际上也可集成于IC40中。即使计算机系统700关闭，遥控收发器714也保持开启状态。
使用中，用户可以使用遥控器722来激活音频压缩键。相应信号被发送至遥控收发器714。如果此时计算机系统700关闭，则遥控收发器714发送一个唤醒信号以启动计算机系统700。计算机系统700此时检查遥控收发器714以确认用户发出的信号是否表明需要以压缩音频优化模式启动。如果是，则装载迷你操作系统80到系统内存(系统RAM30)中，开始以压缩音频优化模式运行，正如前述使用音频播放器开关54启动系统。
这样，计算机系统700的用户要使用系统运行于压缩音频优化模式下的功能和相应应用程序，只需使用遥控器722而无需亲自按下系统中的相应按键如功能键48。遥控器722中也可有正常启动键，用户通过该键以正常模式启动系统，装载常规操作系统到系统内存(系统RAM30)中。这样，遥控器722还可用于正常运行模式下其它功能的控制。
娱乐模式除了压缩音频优化模式之外，当今PC还具有多种娱乐软件，这些软件在传统的以计算应用为主的PC中并不常见。例如，这些娱乐软件包括但不限于以下双音频播放程序，包括因特网收音和压缩音频播放，DVD电影播放程序，电视收看程序，数字设备应用程序，遥控程序，录音程序等等。正如选择压缩音频优化模式启动能快速获取音频播放功能和其它支持的应用程序，选择以娱乐模式启动以快速调用娱乐软件也优点突出。PC用户可以选择以正常模式启动，或者以娱乐模式启动。可以通过硬件选择，如按下专门的娱乐模式按钮；也可以通过软件选择，如选择菜单。如果选择正常运行模式，则常规启动并载入主操作系统如Windows。如果选择娱乐模式，则启动和装载备用操作系统如迷你操作系统80。迷你操作系统80可以是主操作系统的一部分，即包括运行娱乐软件必要的部分。这样，迷你操作系统80可以是主操作系统的一个子集。以下描述了用户快速启动娱乐软件的流程。
快速启动图8为快速启动过程的典型流程图800。此处快速启动过程启动的是迷你操作系统80以供PC运行于娱乐模式时使用。本领域技术人员将理解，使用本发明所述的快速启动过程也可用来加速其它系统如主操作系统的启动过程。当步骤802中PC开启，迷你操作系统80的快速启动过程开始。步骤804判断是否需要以娱乐模式启动。视情况不同，例如，PC是由主电源开启还是通过娱乐模式开关开启，该判断可以由BIOS作出。同样地，选择启动模式也可以由软件来完成。如需以正常模式启动，系统在步骤806中启动常规操作系统，常规操作系统如Windows装载入系统RAM并开始运行。
如需以娱乐模式启动，在步骤808中检查对比上次娱乐模式启动有无硬件改动。该判断一般由BIOS作出。如果检测到硬件改动，则在步骤810中加入硬件改动标记。如无改动则不加任何标记。接下来，步骤812中进行BIOS启动过程。该启动过程可以是一般BIOS启动，也可能是加速启动，以下参照图9将有说明。步骤812中进行BIOS启动以后，控制被转交给迷你操作系统装载器，此为步骤814。步骤816中，迷你操作系统装载器读取合适的迷你操作系统镜像。迷你操作系统80可能是主操作系统的一部分，也可存储于某个存储设备中。迷你操作系统还可能以压缩格式存储，在此情况下，装载器先进行解压。随后的步骤818中，控制被转交给迷你操作系统80。
一旦步骤818中迷你操作系统得到控制权，则进行判断预设程序组和迷你操作系统内存镜像(PSM镜像)支持功能是否激活。如果该功能未经激活，则进行迷你操作系统正常启动，此为步骤822。迷你操作系统正常启动包括选择和装载PC在娱乐模式下运行可能要用到的各个程序模块。
如果PSM镜像支持已经激活，则判断步骤824中是否进行过硬件改动标记。如果存在标记，表明自上次娱乐模式启动以来已经有硬件改变，则在步骤826中迷你操作系统仍将正常启动。在此正常启动中，迷你操作系统将根据新的硬件配置进行软件模块和应用程序装载。并且，由于PSM镜像支持已经激活，步骤830中创建一个新的PSM镜像文件。该镜像文件可供以后娱乐模式启动使用。
如果未发现硬件改变标记，表明自上次娱乐模式启动以来并无硬件配置变化，则在步骤828中立即载入PSM镜像文件并在步骤832中执行。此处用到的PSM镜像文件系上次娱乐模式启动所创建。
另外，可以有多个PSM镜像文件存在，视情况选择选择载入。可以有使用相同硬件配置上次娱乐模式启动所创建的PSM镜像文件，也可以根据当前使用的硬件进行选择。步骤828中应该提供一种启动时间机制，以便于选择PSM镜像文件载入。这样，如果PSM镜像文件正确对应当前硬件配置，迷你操作系统启动就可加快。理想情况下，启动后使用挂起/恢复之类的机制来允许对现有的PSM镜像配置进行快速恢复，对于一个具体的迷你操作系统和预设程序组，可以很快确定其PSM镜像。
一般的PSM镜像文件包括一个识别所支持硬件配置的“指纹”，一个包括PSM镜像抓取时屏幕显示内容的“闪屏”，以及抓取时迷你操作系统和PSM镜像文件所使用的内存部分的存储镜像。
另外，如果迷你操作系统80是主操作系统的缩小版或者是其子集，启动过程可以进一步加快，方法是当计算机以主操作系统运行后关机时自动卸载娱乐模式不需要的软件模块。这样当计算机以娱乐模式再次开启时，作为主操作系统缩小版的迷你操作系统80就可以更快地启动。
图9为加速的BIOS启动过程流程图900。该加速启动过程可以用作图8中的BIOS启动过程812。该BIOS加速启动过程也可当计算机需要运行于正常模式时用于主操作系统。用于娱乐模式时，一旦选择了娱乐模式启动，步骤902中BIOS加速启动过程开始。步骤904中，BIOS判断常规BIOS操作中是否有部分可以跳过。如果存在可以跳过的任务，则在步骤906中直接跳过该部分任务以节约时间。例如，所有在娱乐模式下不需要用到的硬件，其检测过程都可以跳过。娱乐模式必需的硬件其检测则不能跳过。内存检测也可跳过。
对于不能跳过的任务，BIOS加速启动过程在步骤908中判断这些任务是否可以推迟。如果可以，则在步骤910中将这些任务推迟到以后的时间来执行。例如，从光盘读取数据可以推迟到等光盘转动起来以后再进行。在实际操作中任何可以延后的步骤都在此推迟操作之列。这些推迟的任务，都可以在迷你操作系统80适当装载以后再执行。不能推迟的任务在步骤912中进行。
家长控制计算机运行于常规模式或者是娱乐模式时，用户可以多个娱乐应用软件如DVD播放，电视播放，音频软件等等。计算机系统也可能被各个年龄段的小孩使用。家长或者其他监护人可能希望控制这些娱乐软件可供使用的时间及其内容。另外，家长可能允许不同年龄或成熟程度的小孩访问不同的内容，例如，希望一个孩子只能访问普遍级(G级)的电影，而另一个孩子能访问辅导级(PG级)的电影，同时希望在孩子们使用娱乐软件的时候能够追踪他们的活动。
图10结构图为使用本发明的家长控制系统1000，包括一个家长控制集成电路(IC)1002和一个外部存储器1012以提供相应的家长控制功能。家长控制IC1002可以是包含业界所知其它组件的计算机系统之一部分。一般由家长控制IC1002和外部存储器1012一起提供家长控制功能。外部存储器1012中所存放的数据可能对于特定一个或者一群小孩加密以限制其访问。外部存储器可以是各种可存储数据的设备如智能卡、SD卡、记忆棒、压缩闪存卡等等。家长控制IC1002可以是一个单独的IC，也可与计算机系统中的其他IC如CardBus控制器或者闪存读卡器等集成。与其它IC集成一般能节约系统成本和电路板空间。
计算机系统运行于正常模式或娱乐模式时，用户(小孩)将其自带存储设备1012插入计算机系统相应的插槽。家长控制IC1002一般起到外部存储器1012与主机系统之间的接口作用以允许二者之间进行安全通讯，以下有详细描述。家长控制IC1002允许主机系统正确读取外部存储器1012上的数据，使得主机系统上运行的相应操作系统，如运行于娱乐模式时是迷你操作系统80，可以根据外部存储器1012上的指令数据来控制各个娱乐应用软件播放文件。这样，家长控制IC1002从外部存储器1012接收到一个第一编码的信号，然后向主机系统发送一个系统能够理解的第二解码信号。
家长控制IC1002一般包括一个存储器接口1004，一个主机接口1006，一个用户输入接口1008和一个引擎1010，即加密/解密引擎。存储器接口1004给外部存储器1012和家长控制IC1002提供一个通讯频道。与之类似，主机接口1006允许主机系统和家长控制IC1002通讯。主机系统和家长控制IC1002之间的通讯可以使用业界所知的任何标准总线接口如PCI，USB，I2C，SMBus等等。用户输入接口1008将用户命令传输到主机接口1006。举例来说，用户以娱乐模式运行系统时，用户命令可能通过功能键输入，如功能键48，也可能通过遥控输入，如遥控器722。用户命令还可通过鼠标键盘来完成。用户输入所要执行的指令后，用户输入接口1008立即翻译指令，并将其传输给主机接口1006。接下来相应的指令可能由主机接口1006传输给主机系统。当前运行的操作系统参照之前从外部存储器1012接收到的信号来考量该用户指令，并判断该指令是否允许。例如，当用户指令请求观看一部限制级(R级)DVD影片时，如果从外部存储器1012接收到的指令数据表明当前用户不允许观看该内容，娱乐模式下运行的迷你操作系统80就会拒绝用户请求。
家长控制IC1002的引擎1010负责在外部存储器1012主机系统之间提供安全的通讯。外部存储器1012中的数据可能以编码格式储存，例如经过加密，这样外部存储器1012只能由相应的家长控制IC1002来读取。这样，当主机系统需要读取外部存储器1012上的数据时，引擎1010的解密部分提供此功能。另一方面，当主机系统需要向外部存储器1012写入数据即创建新的家长控制数据或者改变原有的数据时，引擎1010的加密部分提供此功能。引擎1010的实现可以采用硬件、软件或者软硬结合。如果选择硬件，可以采用业界所知的微处理器或者硬件逻辑电路来实现。
外部存储器1012上的指令数据作为第一编码信号传输给家长控制IC1002时，为了正确还原其内容，引擎1010的解密部分需要一个正确的解密密钥。该密钥为一种能够有效“解码”加密算法工作原理的算法。该密钥还能保证只有指定的外部存储器1012才能用于计算机系统。举例来说，未经授权的用户或者机器所创建的存储设备上的文件将无法被解密引擎的密钥读取。如果没有检测到有效的外部存储器，相应的操作系统，如娱乐模式下的迷你操作系统80，将只允许访问和使用基本或一般级别的娱乐应用程序。
可以对外部存储器1012进行编程，使得其中的指令数据只允许某个小孩使用。另一种方法是外部存储器1012预先进行编程，这样购买计算机系统之后家长立即就可使用该外部存储器而不需要再进行编程。预编程的外部存储器可以面向一个特定的年龄段的小孩，如8-10岁的小孩。
不论由谁对存储设备进行编程，其指令数据都使得在和家长控制IC1002一起使用时，家长可以规定使用娱乐软件允许的观看内容、总观看时间和每天的观看时段，甚至可以追踪小孩使用电脑系统的情况。为了控制内容，可以设定外部存储器1012与家长控制IC1002一起使用时，对于未达到要求级别的用户不论其指令如何，家长控制系统1000将禁止其收看或者收听特定的文件。
例如，在外部存储器1012中明确设定只有PG和G级别的影片允许观看。类似地还可设定计算机系统不允许播放任何含有成人内容的电视节目或者播放含有成人内容的音频文件。实际操作中，小孩将其附带的外部存储器1012插入计算机系统相应的插槽。如果小孩以娱乐模式运行计算机系统，外部存储器1012中的指令数据表明了该用户被允许的娱乐应用级别，该指令数据作为第一编码信号发送给家长控制IC1002。然后外部存储器接口1004将代表该第一编码信号的编码输入信号发送给引擎1010。
在此例中，引擎1010作为解密引擎将输入的编码信号转换为输出的解码信号。主机接口1006从引擎1010接收输出的解码信号后发出一个系统可以理解的第二解码信号给主机系统，如运行于娱乐模式时为迷你操作系统80。基于此代表外部存储器1012上的指令数据的第二解码信号，迷你操作系统80将控制各个娱乐应用选项。举例来说，如果外部存储器1012上的指令数据表明禁止播放R级影片，那么不论该小孩通过功能键48还是遥控器来操作播放此影片，迷你操作系统80都不会执行。
除了内容控制之外，家长控制系统1000还可包括一个外部存储器1012，通过对其编程将娱乐应用的访问时间控制在预先设定的时间段并加上时间限制。如设定每天娱乐应用软件使用时间不得超过2小时。当小孩将其附带的外部存储器1012插入系统相应插槽时，家长控制IC1002发送指令给当前操作系统指定该外部存储器1012的娱乐应用软件使用时间限制为每天2小时。这样当前运行的操作系统对照系统内部时钟记录娱乐应用软件的使用开始时间并可能开始内部计时。业界所知的很多方法都可完成以上操作，例如使用特定晶体振荡器的相同步逻辑计时器。内部计时达到时间限制以后，操作系统关闭所有娱乐应用软件以限制该小孩继续使用。这样，家长控制系统1000允许家长来控制各个小孩能访问娱乐应用软件的时间长度(包括不同小孩能在不同时间段访问)。
此外，家长控制系统1000可以在外部存储器1012中设定允许访问娱乐应用软件的时间点。例如，早9点至晚7点之间不允许使用。同样，此指令数据由家长控制IC1002发送给操作系统。系统通过对照内部时钟判断该小孩是否在禁止的时间段内尝试使用娱乐应用软件而采取相应行动。
除了限制访问内容、时间长度和时间点，使用家长控制IC1002的家长控制系统1000还可用于追踪小孩使用娱乐应用软件的情况。例如，自动记录播放了哪些视频或音频并存储在外部存储器1012或者计算机系统的硬盘驱动器等上。如果接通了因特网，该技术还可用来记录访问过的网站。
如上所述，娱乐应用软件可包括音频播放软件。音频播放软件的实现方案包括但不限于以下迷你操作系统加IC40(专用电路40)方案，纯软件方案(迷你操作系统80)，或隔离和滤波电路方案，以下有详细描述。
图11为一个典型的计算机系统1100的结构图。该系统在音频播放模式时也需要相应软件来播放音频文件。计算机系统1100运行于音频播放模式时，在系统内存(系统RAM)中载入迷你操作系统80来代替完整操作系统(即常规操作系统)如Windows(完整操作系统未开启)。计算机系统1100可能使用迷你操作系统80加IC40方案，运行于音频播放模式时用户可以使用音频播放应用软件。在此典型实施例中，系统1100的很多组件在之前图3、5、6、和7中已有说明，相似组件的标号亦类似，在此不再赘述。计算机系统1100包括IC40作为键盘控制器并用来与功能键48相接，LCD34，编解码器42和南桥32。计算机系统1100也包括一个接口单元，如南桥32，和一些外设组件连接到一个外部数字媒体设备1100，该设备可以多种格式存储包括压缩音频在内的多媒体数据。该数字媒体设备可以是一个iPod，MP3播放器或者是业界所知的任何其它固体存储音频播放器。使用一个音频播放模式电源控制单元1120来判断数字媒体设备1110是否在与计算机系统1100进行通讯。图11中，电源控制单元1120是计算机系统1100的一个内部组件，但是也可集成到IC40中。在另一实施例中，电源控制单元1120由手动开关来代替。数字媒体设备1110和计算机系统1100之间的通讯(或者连接)可用的办法包括但不限于使用插入式连接器和/或无线接口，以下有详细描述。
图11中，计算机系统1100使用了插入式连接器。该实施例中，当计算机系统1100关闭时，电源控制单元1120可以通过一个外设总线检测到数字媒体设备1110是否被插入计算机系统1100。该外设总线可以是USB，IEEE1394，PCI Express，或业界所知的其它总线。数字媒体设备1110配备连接器来向外设总线发送电信号。计算机系统1100也可使用常规的外设连接器和相应连线如USB来将数字媒体设备1110直接连接到外设总线上。当数字媒体设备1110插入计算机系统1100的连接器时，数字媒体设备1110可以产生一个电信号发送到电源控制单元1120。电源控制单元1120接收到数字媒体设备1110发来的电信号之后检测数字媒体设备1110是否连接到了外设总线上。
另外，还可使用一个机械的开关来检测数字媒体设备1110是否插入到计算机系统1100中。开关可以根据计算机的外形设计成任意类型或形状。当计算机系统1100关闭且数字媒体设备1110未插入时，开关设于关闭状态。如果数字媒体设备1110插入计算机系统1100，开关则处于开启状态。在开启状态，开关可以产生一个电信号表明数字媒体设备1110已插入并将该电信号发送给电源控制单元1120。电源控制单元1120开启计算机系统1100的电源以调用音频播放模式。
如果使用无线接口(图中未给出)，计算机系统1100和数字媒体设备1110之间的连接可以使用任何已知类型的无线技术如红外线或射频(RF)来实现。类似于插入式连接器，计算机系统1100的无线接口产生电信号给电源控制单元1120，后者开启计算机系统1100的电源来调用音频播放模式。
简便起见，以下只描述了插入式连接器的连接。当电源控制单元1120检测到数字媒体设备1110插入到计算机系统1100时，电源控制单元1120自动开启计算机系统1100的电源。计算机系统1100载入迷你操作系统80，然后运行于音频播放模式。前面已经提到，迷你操作系统80可以是主操作系统的一部分，也就是说，迷你操作系统只包括主操作系统中音频播放程序的运行所必需的部分。
音频播放模式下，CPU26在迷你操作系统80的控制下能够将数字媒体设备1110中的压缩音频文件传输到系统RAM 30中。随后CPU26进行解码操作，即对从数字媒体设备1110中传输来的压缩音频文件执行解码。解码后的音频数据传输到编解码器42。编解码器42完成数模转换后，音频数据由放大器44进行放大，放大后的音频数据由扬声器46或者耳机(图中未给出)播放。播放音频时，相应的软件执行节能功能以将电能消耗减至最小。
另一办法是数字媒体设备1110直接将压缩音频解码，将解码后的音频数据如脉冲编码调制(PCM)音频数据通过外设总线发送给计算机系统1100。解码后的音频数据存储在系统RAM 30中。经过数模转换和放大之后，解码后的音频数据由扬声器46或者耳机(图中未给出)播放。
数字媒体设备1110本身也有键盘供用户执行各种功能和应用。例如，使用键盘上的功能键及其组合来控制音频播放操作如播放、快进、倒退、暂停、扫描、上一曲、下一曲以及音量控制等等。通过激活数字媒体设备1110的键盘上相应的功能键还可进行播放列表和歌曲的选择。除开播放音频及其它操作，数字媒体设备1110还可用来向计算机系统1100发出相应的命令。不论计算机系统1100与数字媒体设备1110是通过插入式连接器还是使用无线接口相连，迷你操作系统80都能接收到数字媒体设备1110发出的命令。当然，要执行上述功能，还需要一个专门的软件驱动来控制各个音频播放软件使得计算机系统1100的各个组件能够播放选中的音频。数字媒体设备1110还有一个内置的显示单元(图中未给出)来显示以上功能和应用的相关信息。
另一备选方案是，当计算机系统在迷你操作系统80控制下运行于音频播放模式时，功能键48可以代替数字媒体设备1110的键盘供用户控制计算机系统1100的一些操作。连接到IC40的功能键48可以用来搜索数字媒体设备1110中的播放列表或歌曲。功能键48也可用来控制播放功能如播放、快进、倒退、暂停和音量控制。同样连接到IC40的LCD34可用来显示用户选择的功能和应用相关的信息以便于用户同步监控。
尽管图11中有2个总线，如外设总线和内部总线用来进行通讯，也可用一个组合总线来代替它们与连接到2个总线的各个组件进行通讯。
图12为另一个典型计算机系统1200。该系统中，音频播放的实现也可采用迷你操作系统80加IC40方案。图12标号与图11类似，故此处略去了类似功能和相同组件的描述，仅详细描述了不同之处。IC40不再连接到南桥32，而是连接到外设总线来与南桥32相接。IC40也专门配备了一个总线来连接数字媒体设备1110。该专用总线可以是业界所知的任何可用总线，如USB，IEEE1394或者PCI Express。如图12所示，该实施例中，IC40还可作为计算机系统1200的枢纽连接相应的各个组件。当用户使用数字媒体设备1110的键盘来执行各种功能和应用时，IC40负责从数字媒体设备1110接收压缩音频文件、解码后的音频文件和电信号并将以上信息通过专用总线和外设总线传送给计算机系统1200。
图13为采用迷你操作系统80方案的典型计算机系统1300结构图。相比于计算机系统1100和1200，系统1300在音频播放控制中没有使用如图11和12中的IC40、功能键48和LCD34。该实施例中，用户仅能通过操作数字媒体设备1110的键盘来实现相应的功能和应用，例如播放音频或者选择播放列表或歌曲。而且，只能使用数字媒体设备1110的显示单元(图中未给出)来显示与这些功能和应用相关的信息。
图14为可采用隔离和滤波电路方案的典型计算机系统1400。在播放音乐时，数字媒体设备1110通常使用一个电量有限的内置电池。然而在此实施例中，计算机系统1400的电池也可通过外设总线向数字媒体设备1110供电。这样可以大大延长播放压缩音频的时间。数字音频设备1110自己对压缩音频进行解码并根据解码后的音频数据输出模拟音频。计算机系统1400使用一个滤波和隔离电路1410，这样即使在常规操作系统(完整操作系统)和迷你操作系统80都关闭的情况下也可从数字音频设备1110接收到模拟音频输出。在此情况下，编解码器42在音频播放模式下也关闭。滤波和隔离电路1410消除了模拟音频输出中的泄漏电流以后，由音频放大器44(放大器44)进行放大，最后由扬声器46或者耳机(图中未给出)播放。
图15为图14中的滤波和隔离电路1410的示意图。实施例1500中提供了2个声道即左声道和右声道来处理数字音频设备1110的模拟音频输出。左声道包括但不限于，3个电容(1501、1503和1505)以及2个电阻(1502和1504)。电容1501和电阻1502形成一个高通滤波来在要求的较高频率过滤左声道中的模拟音频输出，即左声道输出。由电阻1504和电容1505组成的低通滤波进一步在要求的较低频率过滤左声道输出。经过过滤后，左声道输出的音频噪音大为减小，随后传输给放大器44。由于常规操作系统和迷你操作系统80都处于关闭状态，编解码器42不产生左声道音频输出。与之类似，数字媒体设备1110的右声道输出在相应的高频和低频进行过滤后传输给音频放大器44进行放大，编解码器42也不产生右声道音频输出。此外，当数字媒体设备1110开启而计算机系统关闭时，电容1503可以阻止左声道输出回流入编解码器42，电容1513也可阻止右声道音频输出流入编解码器42。因此，滤波和隔离电路1410在计算机系统1400中阻止音频信号回流入编解码器42中，其优点明显。
图16为一个作为音频播放系统的计算机系统1600的简化图。图16中的笔记本电脑1610用于说明，然而本领域技术人员将认识到，业界所知的任何其它计算机系统都可用作音频播放系统。使用以上提到的各种方案和技术，外部数字媒体设备1110可以连接笔记本电脑1610来播放压缩音频文件或者其它非压缩数据。此外，数字媒体设备1110和笔记本电脑1610之间还可使用无线连接技术来传输包括电信号、压缩音频文件和解码后的音频数据等信息。数字音频设备1110可以是各种常规的和/或定制的固体存储音频播放器。
尽管我们使用本文中提供的典型实施例来描述本发明，应该明确的是，本文中公布的信息都是说明性的而非限制性。因此，阅读过以上信息的本领域技术人员毫无疑问应该理解在不背离本发明之精神和范畴的前提下，可以有多种变更、修改和/或可供选择的其它应用。因此，以下权利要求书旨在包含属于本发明精神和范畴内的所有变更、修改和可供选择的其它应用。
权利要求
1.一种用于播放音频文件的计算机系统，包括一个中央处理单元(CPU)；一个存储单元；一个第一操作系统用来控制CPU等；一个接口单元，用于连接能够存储多个压缩音频文件的外部数字媒体设备；一个第二操作系统，该系统能够将外部数字媒体设备上的多个压缩音频文件传输到存储单元上，并能控制计算机系统以音频播放模式运行，其中外部数字媒体设备与接口单元保持通讯，计算机系统以音频播放模式运行，计算机系统开启并播放这些压缩音频文件。
2.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，还可包括一个电源控制单元以判断外部数字媒体设备是否连接到计算机系统。
3.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备与计算机系统之间的通讯通过无线接口进行。
4.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备与计算机系统之间的通讯通过连接器进行。
5.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，所述CPU被配置用于解码多个压缩音频文件。
6.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备被配置用于解码多个压缩音频文件。
7.如权利要求6中所述之计算机系统，其特征在于，所述第二操作系统能够将外部数字媒体设备上的多个压缩音频文件传输到存储单元上。
8.如权利要求1中所述之计算机系统，其特征在于，还可包括一个扬声器单元，扬声器单元能够播放经过解码的压缩音频文件。
9.一种用于播放音频文件的计算机系统，包括一个中央处理单元(CPU)；一个用于连接外部数字媒体设备的接口单元；一个扬声器单元；一个用于和扬声器单元通讯的编解码器；一个滤波和隔离电路用于和编解码器进行数据通讯，当外部数字媒体设备与接口单元进行数据通讯时，该滤波和隔离电路能够接收外部数字媒体设备上的模拟音频信号，并防止模拟音频信号流入编解码器，其中计算机系统运行于音频播放模式，CPU不开启，扬声器单元根据从滤波和隔离电路接收到的模拟音频信号来输出音频。
10.如权利要求9中所述之计算机系统，其特征在于，还可包括一个电源控制单元以判断外部数字媒体设备是否在与接口单元进行数据通讯。
11.如权利要求9中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备被配置用于解码压缩数据。
12.如权利要求9中所述之计算机系统，其特征在于，运行于音频播放模式时，编解码器关闭，所述滤波和隔离电路能消除模拟音频信号中的漏电电流。
13.一种用于播放音频文件的计算机系统，包括一个中央处理单元(CPU)；一个存储单元；一个用于控制CPU等的第一操作系统；一个接口单元用于连接能够存储多个压缩音频文件的外部数字媒体设备；一个开关用于判断外部数字媒体设备是否与接口单元相连；一个第二操作系统，该第二操作系统能够将外部数字媒体设备上的多个压缩音频设备传输到存储单元上，能够控制计算机系统运行于音频播放模式，其中数字媒体设备与接口单元通讯，计算机系统开启并以音频播放模式播放多个压缩音频文件。
14.如权利要求13中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备与计算机系统之间的通讯通过无线接口进行。
15.如权利要求13中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备与计算机系统之间的通讯通过连接器进行。
16.如权利要求13中所述之计算机系统，其特征在于，所述CPU被配置用于解码压缩音频文件。
17.如权利要求13中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备被配置用于解码压缩音频文件。
18.如权利要求17中所述之计算机系统，其特征在于，所述第二操作系统能够将外部数字媒体设备中经过解码的音频文件传输至存储单元。
19.如权利要求13中所述之计算机系统，其特征在于，还可包括一个扬声器单元，该扬声器单元可以播放经过解码的压缩音频文件。
20.一种用于播放音频文件的计算机系统，包括一个中央处理单元(CPU)；一个接口单元用于连接外部数字媒体设备；一个开关用于判断外部数字媒体设备是否与接口单元相连；一个扬声器单元；一个编解码器用于和扬声器单元通讯；一个滤波和隔离电路用于和编解码器通讯，当外部数字媒体设备与接口单元通讯时，该滤波和隔离电路可以从外部数字媒体设备接收模拟音频信号，并防止模拟音频信号流入编解码器，其中计算机系统运行于音频播放模式，CPU不开启，扬声器单元根据滤波和隔离电路接收到的模拟音频信号来输出音频。
21.如权利要求20中所述之计算机系统，其特征在于，所述外部数字媒体设备被配置用于解码压缩数据。
22.如权利要求20中所述之计算机系统，其特征在于，系统运行于音频播放模式，编解码器关闭时，所述滤波和隔离电路能够消除模拟音频信号中的漏电电流。
23.一种使用计算机系统播放存储于数字媒体设备上的多个压缩音频文件的方案，其步骤包括检测数字媒体设备是否在与计算机系统中的接口单元通讯；在计算机系统中装载一个操作系统，该操作系统为计算机系统的完整操作系统之一部分，并能控制计算机系统运行于音频播放模式；将数字媒体设备中的多个压缩音频文件传输到存储单元中；解码压缩音频文件；在音频播放模式下播放经过解码的音频文件。
24.如权利要求23中所述之方案，其特征在于，还可包括在数字媒体设备中解码压缩音频文件的步骤。
25.如权利要求23中所述之方案，其特征在于，还可包括在计算机系统的中央处理单元(CPU)中解码压缩音频文件的步骤。
全文摘要
本发明是用于播放音频文件的一种计算机系统。该计算机系统包括一个中央处理单元，一个存储单元，一个第一操作系统，一个接口单元和一个第二操作系统。第一操作系统控制CPU等。接口单元连接可存储多个压缩音频文件的外部数字媒体设备。第二操作系统能够控制计算机系统运行于音频播放模式。计算机系统电源开启，外部数字媒体设备与接口单元保持通讯，计算机系统在音频播放模式下播放压缩音频文件。
文档编号G06F3/16GK1896948SQ200610101550
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月10日 优先权日2005年7月11日
发明者杜珣弤, 詹姆斯·兰姆, 盛昕 申请人:美国凹凸微系有限公司