专利名称：音频斜率临界值取样录放音方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于音频斜率临斜率临界值取样录放音方法及装置，特别是指一种利用检测原信号出现零斜率的各点间隔时间与样本电压(振幅)，依序加以记录，还原时，仅需依续取出原记录的间隔时间，使其产生一相对应等电压值的矩形波，依此矩形波使的正弦波化而产生对应的正弦波，再适当地加入不同的放大率与直流电压标准，即可还原得与原波形近似的波形。
数位式录放音方法，是以每固定的间隔时间由原输入信号中取出样本电压值(如
图1-1中P1、P2……Pn各点)，并加以记录记录器中，如果重播时，则以相同的间隔时间由记录器中取出样本的电压值输出(如图1-2所示)，其原输入信号与输出信号间不可避免地存在有极明显地失真，且此种方式也具有如下的缺点(1)当原输入信号的样本电压值于某一段间隔时间持续为定值或为零时，其取样动作仍持续进行，如此不但占用极大的记忆空间，而且所记录的资料还无实质意义，造成记忆体严重的浪费。(2)由于输入与输出信号的失真率取决于取样的间隔时间，若取样的间隔时间愈短，则其输出失真愈小愈准确，但占用记忆体空间相对增加；而若为节省记忆体空间，则可增长取样的间隔时间，由减少单位时间的取样值而达到减少记忆体空间的占用(如图1-3所示)，而如此一来，又面临信号失真加大的问题，故而造成传统数位式录音信号取样电路的发展难度。
鉴于常见的数位式录放音取样方式及电路有上述的缺点，发明人乃针对该些缺点研究改进，形成本发明的方法与装置。
本发明旨在提供一种音频斜率临界值取样录放音方法及装置，其是以零斜率检知方式于原信号出现零斜率的各点Pn时，依序记录各点Pn之间隔时间τn与样本电压值Vn；而还原重播时，仅需依续取出原记录的间隔时间τn，使其产生一相对应等电压值的矩形波，依此矩形波使之弦波化而产生对应的弦波，利用相邻二点Pn、Pn-1的样本电压差的绝对值(即︱Vn-Vn-1︱)作为该二点间弦波的放大率之值，而以二点间样本电压的平均值(即Vn+Vn-1)／2)为该二点间弦波的直流电压标准值，将前述放大值及直流电压标准值置入原弦波中，即可还原得与原波形近似的波形，其失真可受控制而稳定保持于一极低的状态且无需增加占用的记忆体空间，此为本发明的主要目的。
依本发明的此种音频斜率临界值取样录放音方法及装置，其由于取样点是波形信号出现零斜率时而非一定间隔时间取样，故在获取样同还原波形的条件下，本发明可较传统数位式录音方法节省极大的记忆体占用空间。
另其于原输入的波形信号长时间保持于零斜率时，系统内会自动于一定的长时间间隔做一取样确认，直至输入波形信号改变零斜率的状态，即立即恢复零斜率取样，其可完全避免传统数字式录音法于信号持续一段时间为零时，仍然频繁取样而浪费记忆空间，达到充份利用记忆体的功能，此为本发明的另一发明目的。
到于本发明的详细构造、应用原理、作用与功效，则参照下列附图做进一步的说明如下图1至图3是常见数位式录放音方法的说明图；图4是本发明的录音流程图；图5是本发明的重播放音流程图；图6、图7、图8、图9、图10、图11是本发明录放音流程的波形说明图；图12是本发明的整体结构方块图；图13是本发明于输入波形长时间保持零斜率时的间隔时间取样说明图；图14是本发明的矩形波／正弦波转换器实施例方块图；如图1所示，其为常见的数位式录放音方法的说明图，其构成情形及其缺点，已如前所述，此处不再重复叙述。
图6是输入信号的波形，由其配合图4本发明的录音流程图，可知其录音步骤如下首先间隔时间计数器经由一重置动作后开始计数，由于系统于输入信号保持为零斜率时会持续计时，故须判断其是否已计数到最大时间，若是，则发出一触发记录信号以记录此时的间隔时间及样本电压资料，若无，则检测信号波形于零斜率变动的位置，以记录该时的间隔时间及样本电压资料储存于记忆体中，并产生一新地址，以供记录下一笔资料，藉此将波形中标注P1、P2、P3……Pn的产生零斜率各点的间隔时间τn与样本电压值Vn是依序记录于记忆体中，而由图5本发明的重播放音流程图，可知还原重播时，仅需依序由记忆体中各地址取出各间隔时间τn值，配合系统内间隔时间计数器于计数中的时间内，使之产生一对应原输入信号的波形上升(斜率为正)时输出为定值高电压，而当波形下降(斜率为负)时为输出零或低电压的矩形波(其波形如图7所示)，依该矩形波的定义，于波形中各间隔时间τn输出为定值高电压的部份形成一等斜率上升的斜线，其间各间隔时间τn输出为零或低电压的部份，则形成一等斜率下降的斜线，由τn的值修正以组成一峰值电压相等的三角(锯齿)波(其波形如成一峰值电压相等的三角(锯齿)波(其波形如图8所示)将此三角波予以正弦波化，使之形成一振幅相等而频率不同的正弦波(如图9所示)，而由记忆体中依序出出各样本电压值Vn，以相邻二点Pn、Pn-1间的样本电压差的绝对值(即︱Vn-Vn-1︱作为该二点间的正弦波的放大值，使各间隔时间τn内的弦波经不同放大值放大后形成如图10所示的波形，再以相邻二点Pn、Pn-1的样本电压平均值(即(Vn+Vn-1)／2)作为该二点间的正弦波的直流电压标准值，将各间隔时间τn的直流标准电压加入，即可得如第11图所示的近似于原输入信号的输出波形，将该波形经放大后即得所需的信号。
图12为本发明的整体结构方块图，首先针对各装置的功能分别作一说明如下缓冲器080，为记录器与外界信号源的介面；斜率检测器010，检测输入波形，若其斜率为零或由零值转变成非零值，即输入波形之峰值或信号起始、终止点，如图13的P1、P2、P3、P4等各点，当斜率检测器010，检测到上述的点时，则发出一脉冲信号；与非门011，当有自斜率检测器010或间隔时间计数器040输入的脉冲信号，则送出一脉冲信号至振幅资料暂存器030、间隔时间暂存器050，及地址产生器100，以便将间隔时间值τn，及电压值存入正确地址；类比／数位转换器020，将输入的波形振幅予以数字化，将此数字化的值V送到振幅资料暂存器030中；间隔时间计数器040，主要包括延迟电路041，是将与非门011送来的记录需求信号，延迟一固定时间，以便于该迟延时间中，间隔时间暂存器050将τn资料暂存拴住，之后时间间隔计数器043才被重置，如此可确保τn资料已储存在此暂存器中；时间脉冲产生器042，产生时间脉冲供应系统内使用；时间间隔计数器043，计算Pn到Pn+1间的间隔时间，其由延迟电路041接收一重置信号，即开始一新的计数动作，一直到下一重置信号出现为止，当计数器已计数到最大计数值T1，皆未接收到重置信号则此时必需发出一个记录需求触发信号给与非门，以记录此时的(τn、Vn)信号；由上述装置，可计算Pn到Pn+1之间的时间间隔，此计数器有最大计数时间值T1，若间隔时间大于T1，如图13的P2与P3间，则在计数到最大值T1之间必需加取一点P5记录，以免记错P2、P3点间的间隔时间，也因为如此才在计数器计数到最大值T1之时，须送出一脉冲到与非门011，以作为触发记录信号之用；
振幅资料暂存器030，当接收到与非门011发出一个储存脉冲波信号，则振幅资料暂存器030立刻拴住此刻类比／数位转换器020的输出信号，即暂存其振幅资料于此暂存器中；间隔时间暂存器050，暂存间隔时间τn资料，当接收到与非门011发出的储存脉冲波信号，则此间隔时间暂存器050立刻拴住此刻的间隔时间计数器040的输出信号，即暂存间隔时间于此暂存器之中；资料选择器060，依记忆体的地址，选择正确的资料，即决定是要存入振幅资料或间隔时间资料到记忆体内；记忆体070，它可依不同的地址存入此时资料输入端的资料或送出资料到资料输出端，其动作是将资料写入记忆体中，或由记忆体中读出资料，则由读／写端的信号控制，此信号由选择开关SW1发出，当选择开关SW1拨在R端即为读出(Read)记忆体资料的动作，选择开关SW1拨在W端即为资料写入记忆体存储的动作；地址产生器100，主要包括由地址计数控制器110，它控制地址计数器是否要计数，当它接到与非门011或第二间隔时间计数器220的脉冲，则发出一脉冲信号去令地址计数器120动作，而其是接受与非门011或第二间隔时间计数器220的脉冲，则由接收转换开关SW1的R／W信号控制，当转换开关SW1为R则为读出，此时地址计数控制器110只接受第二间隔时间计数器220的地址需求信号，当转换开关SW1为W则为写入，故地址计数控制器110此时只接受由与非门011发出的地址需求信号；地址计数器120，可输出一地址到记忆体，以便记忆体依此地址做存入或取出资料，当它接收到地址计数控制器110的计数触发信号时，即固定计N次(也就是依序输出N个地址)，以便我们的资料能完全存入或取出。
资料分向器270，是分辨时间信号τ或振幅信号V，并依信号内容的不同而分送至第二间隔时间暂存器210或第二振幅资料暂存器240，而其分辨时间信号τ或振幅信号V的方式，主要是于记忆体070储存资料时，即已设定时间信号τ及振幅信号V存放的固定位置，而读出资料时，即可由特定之位置，取出所需之资料，例如记忆体依其容量大小而有不同数量的地址，由设定各地址中的前半段空隔储存时间信号τ，而设定后半段(后2个)空隔储存振幅信号V，读取资料时，每次由一地址取出的资料，其前半段必为时间信号τ，而后半段必为振幅信号V。
第二间隔时间暂存器210，暂存由记忆体取出的间隔时间资料τn，以便让第二间隔时间计数器220依此资料计数；
第二间隔时间计数器220，由第二间隔时间暂存器210输出端载入间隔时间值τn之后再计数，其主要目的在于输出一正确的τn值波宽的脉冲信号，当它计算完成τn值，也就是间隔出τn时间之后，即输出一个地址需求信号，通知地址计数控制器110再送出新的资料以便计数，至于τn时间内是要输出高电位或低电位电压则由振幅资料计算电路250计算出(Vn-Vn-1)的正负值决定；第二振幅资料暂存器240，暂存由记忆体取出的振幅资料Vn，以供振幅资料计算电路250计算各项所需的数值；振幅资料计算电路250，用以计算(Vn-Vn-1)及(Vn+Vn-1)／2的值，其中振幅资料暂存器251、252，在同一时间内分别暂存着Vn及Vn-1的资料，计算器253是计算(Vn-Vn-1)之值，其中︱Vn-Vn-1︱之值传到振幅放大器261作为放大器的放大值之用，(Vn-Vn-1)的正、负符号，传到第二间隔时间计数器220做其输出应为高、低电位的依据，计算器254是计算(Vn+Vn-1)／2的值，再将此值送到直流准位调整器262作为此时直流标准的依据；矩形波／正弦波转换器230，其目的是将第二间隔时间计数器220输出的矩形波转换成相对应的弦波，其矩形波／正弦波转换的方式很多，以下仅举一常见的实施例，如图14所示，由第二间隔时间计数器220输出的矩形波先经过方波／三角波转换器2311成为三角波，此三角波送到三角波／正弦波转换器2312，转换成正弦波，即可得到前述对应正弦波波形；信号调整放大器260，因为由矩形波／正弦波转换电路230输出的正弦波只有频率变化，而其振幅与直流标准都尚未被加入，故以一振幅放大器261，依振幅资料计算电路250送来的︱Vn-Vn-1︱，做为此间隔时间波形的放大率依据，另以一直流标准调整器262依振幅资料计算电路250送来的(Vn+Vn-1)／2之值，做为此时直流标准调整用；放大器263，可依使用者的喜好，而调整出适当输出振幅大小也可以作为整个电路与外界间的缓冲器。
整体装置、结构之详细动作原理如下外部信号输入到缓冲器080，缓冲器080再将信号送到斜率检测器010及类比／数字转换器020，将信号振幅经类比／数字转换器020化为数字信号，而斜率检测器010则检出零斜率的时间点，当有发生输入信号为零斜率的点或间隔时间计数器040计数已满之时，则发出一记录需求信号，以记录当时的信号振幅值Vn、间隔时间值τn于振幅资料暂存器030及间隔时间暂存器050中，并使地址产生器100提供新的地址，以便储存新的资料到记忆体070中，当间隔时间值τ被记录之后，间隔时间计数器040被重置，重新开始计数，以计算一个零斜率点与另一零斜率点之间隔时间，或信号为零的时间，振幅资料暂存器030及间隔暂存器050的资料值送到资料选择器060做资料选择，其选择是依地址而定，记忆体070内各地址应存何种资料，由地址本身令资料选择器060选出应存的资料，而储存的地址计数器120在整个系统为写入资料到记忆体070之时，其地址计数的触发是由与非门011提供，当系统为读出记忆体中的资料，其地址的触发是由第二间隔时间计数器220提供，而选择开关SW1是决定系统在R或W状态，当选择开关SW1在R位置则整个系统为资料由记忆器内读出，当选择开关SW1在W位置则整个系统为资料写入记忆器中存储，所以选择开关SW1是用以控制记忆体070、地址产生器100、资料选择器060，资料分向器270等的动作，以决定系统是在资料存入或是资料取出，地址产生器100是提供储存或输出的资料于记忆体070内的地址，当选择开关SW1在R位置时，地址产生器100则由第二间隔时间计数器220控制，当资料由记忆体070中新的地址输出资料时，其输出资料及当时的地址会送到资料分向器270，由其判断这是时间信号τ，还是振幅信号V，再依信号内容的不同而分送到第二间隔时间暂存器210或第二振幅资料暂存器240去，当第二间隔时间计数器220由第二间隔时间暂存器210取得数据τ后，即开始计数，以间隔出一个τ时间给矩形波／正弦波转换器230，在此时第二振幅资料暂存器240也由资料分向器270取得V的资料，并将此值送给矩形波／正弦波转换器230，该矩形波／正弦转换器230在得到第二间隔时间计数器220送来的间隔时间及第二振幅资料暂存器240送来的振幅资料，而产生了部份的正弦波波形，当第二间隔时间计数器220计数完成τn时间后，即发出一新的资料需求触发信号通知地址产生器100再产生新地址，以便记忆体070再提供一新资料，由此使正弦波波形因后续连续不断的信号接续而来，故产生出连续的信号波形，但由一矩形波／正弦波转换器230输出的波形只是正弦波波形，但非原信号波形，必需再加以以不同的放大并加入不同的直流标准才能还原出原波形，而其放大并加入不同的直流标准才能还原出原波形，而其放大的倍数由计算器253提供，当︱Vn-Vn-1︱之值越大时，表示放大率越大，反之则越小，在振幅放大器261中将该正弦波依各间隔时间的直流电压标准(Vn+Vn-1)／2，于直流电压标准调整器262加入正弦波之中，再经由一放大器263适当放大后，即可得所需的低失真还原信号。
综上所述，本发明的音频斜率临界值取样录放音方法及装置确实具有低失真，减少记忆体占用空间的功效，达到了本发明的发明目的。
权利要求
1.一种音频斜率临界值取样录放音方法，其特征在于下列步骤组成检测零斜率点检测输入信号波形中的零斜率各点；储存资料依序于各零斜率点拴取其间隔时间τ及样本电压V值，储存在记忆体中；取出资料依序由记忆体中取出各间隔时间τ及样本电压V值，储存在记忆体中；取出资料依序由记忆体中取出各间隔时间及样本电压V值；计算资料计算相邻二零斜率点的样本电压平均值与样本电压差；产生对应矩形波以前述由记忆体中取出的间隔时间τ值，配合系统内间隔时间计数器于适当时间，使之产生一对应原输入信号而具高电位(样本电压差为正值)与低电位(样本电压差为负值)的矩形波；矩形波正弦波化将前述矩形波转换成一相对应之弦波；放大波形以前述计算资料步骤计算出之各样本电压差取绝对值作为放大率，使各间隔时间τ内之弦波经不同放大率放大；加入直流标准电压以前述计算资料步骤计算出的各样本电压平均值为直流标准电压，将该直流标准电压分别加入正弦波的使各间隔时间τ内，即可还原得近似原输入波形的信号。
2.如权利要求1中所述音频斜临界值取样录放音方法，其特征在于放大波形与加入直流标准电压二步骤的次序是可互换。
3.如权利要求1所述音频斜率临界值取样录放音方法，其特征在于矩形波正弦波化步骤是将矩形波转换成一对应的三角波，再由该三角波转换成正弦波。
4.如权利要求1中所述音频斜率临界值取样录放音方法，其特征在于检测零斜率点步骤中，若输入信号保持为零斜率时，系统会于计数至最大时间时，发出一触发记录信号以记录此时的间隔时间及样本电压。
5.一种音频斜率临界值取样录放音装置，其至少包括斜率检测器(010)，检测输入波形的零斜率各点，当检知时，则发出一脉冲信号；与非门(011)，当有自斜率检测器(010)或间隔时间计数器(043)输入的脉冲信号，则送出一脉冲信号至下述振幅资料暂存器(030)、间隔时间暂存器(050)，及地址产生器(100)，以便将波形资料存入正确地址；一类比／数字转换器(020)，将输入波形的振幅数字化，并将此数字化的值送到下述振幅资料暂存器中(030)；一间隔时间计数器(043)，可计算二零斜率点之间的时间间隔，且其内定有最大计数时间值，若间隔时间τ大于最大计数时间，则在计数到最大计数时间之时，必须送出一脉冲至与非门(011)，以作为触发记录信号；振幅资料暂存器(030)当接收到与非门(011)储存脉冲波信号，则振幅资料暂存器(030)立刻拴住此时类比／数字转换器(020)的输出信号，并暂时保存其振幅资料；间隔时间暂存器(050)，当接收到与非门(011)发出的储存脉存信号，则此间隔时间暂存器(050)立刻拴住此刻的间隔时间计数器(040)的输出信号，并暂时保存该间隔时间τ；资料选择器060，依记忆体的地址，选择正确的振幅V或间隔时间τ资料存入下述记忆体内；记忆体(070)，其可受一选择开关控制而依不同的地址存入此时资料输入端的资料或送出资料到资料输出端；地址产生器(100)，产生地址到记忆体(070)依此地址做存入或取出资料的动作；资料分向器(270)，依资料特性，分辨时间信号或振幅信号，并依信号内容之不同而将时间信号送至下述第二间隔时间暂存器(210)，将振幅信号送入第二振幅资料暂存器(240)；第二间隔时间暂存器(210)，将振幅信号送入第二振幅资料暂存器(240)；第二间隔时间暂存器(210)，暂存由记忆体(070)取出的间隔时间资料；第二间隔时间计数器(210)，由第二间隔时间暂存器(210)输出端载入间隔时间值之后再计数，以输出一正确时间间隔为前述间隔时间的脉冲信号，而得到一波宽为间隔时之矩形波，而该间隔时间内是要输出高电位或低电位电压，则由下述振幅资料计算电路决定之；第二振幅资料暂存器(240)，暂存由记忆体(070)取出的振幅资料，以供下述振幅资料计算电路计算各项所需的数值；振幅资料计算电路(250)，用以计算(Vn-Vn-1)及(Vn+Vn-1)／2之值，其中(Vn-Vn-1)之正、负符号(Sign)，传到第二间隔时间计数器做其输出应为高、低电位的依据，而︱Vn-Vn-1︱之值为放大器之放大值，(Vn+Vn-1)／2之值则为直流准位电压值；矩形波／正弦波转换器(230)，将第二间隔时间计数器(220)输出的矩形波转换成相对应的正弦波。信号调整放大器(260)，将矩形波／正弦波转换电路(230)输出的正弦波，加入由振幅资料计算电路(250)送来的波形放大率与振幅资料计算电路(250)送来的波形直流标准电压值，以达可还原得近似原输入波形信号的结构。
6．如权利要求5所述的音频斜率临界值取样录放音装置，其特征在于斜率检测器(010)前方可设置一缓冲器(080)，作为记录器与外界信号源的介面。
7．如权利要求5中所述之音频斜率临界值取样录放音装置，其特征在于前述地址产生器(100)，主要包括地址计数控制器(110)，于接到与非门(011)第二间隔时间计数器(220)的脉冲波，则发出一脉冲信号去令地址计数器动作；一地址产生器100，于接到到地址计数控制器(110)的计数触发信号时，可输出一地址到记忆体(070)，以便记忆体(070)依此地址做存入或取出资料。
8.如权利要求5中所述之音频斜率临界值取样录放音装置，其特征在于地址计数器(100)是由一选择开关控制其接受与非门(011)或第二间隔时间计数器(220)的脉冲波，若当选择开关为读出的设定，此时地址计数控制器(120)只接受第二间隔时间计数器(220)之地需要信号，当选择开关为写入设定，则地址计数控制器(120)此时只接受由与非门(011)发出的地地需求信号。
9．如权利要求5所述的音频斜率临界值取样录放音装置，其特征在于前述间隔时间计数器(040)，主要包括一延迟电路(041)，是将与非门(011)送来的记录需求信号，延迟一个固定时间，以便间隔时间暂存器(050)将间隔时间资料暂存拴住；一时间脉冲产生器(042)，产生时间脉冲波供应系统内使用；时间间隔计数器(043)计算各零斜率点间的间隔时间，其由延迟电路(041)接收一重置信号，即开始一新的计数动作，一直到下一重置信号出现为止，当计数器已计数到最大计数值，皆未接收到重置信号则此时必需发出一个记录需求触发信号给与非门(011)，以记录此时的间隔时间及样本电压值信号。
10.如权利要求5所述的音频斜率临界值取样录放音装置，其特征在于信号调整放大器(260)后可加入一放大器(263)以调整出适当输出振幅大小。
全文摘要
一种音频斜率临界值取样录放音方法及装置,其是以零斜率检知方式于原信号出现零斜率的各点时,依序记录该各点间隔时间与样本电压值;而还原重播时,仅需依续取出原记录的间隔时间,使其产生一相对应等电压值的矩形波,依此矩形波使之正弦化而产生对应的弦波,利用相邻二点的样本电压差的绝对值作为该二点间弦波的放大率值,而以二点间样本电压的平均值作为该二点间弦波的直流电压标准值,将前述放大值及直流电压标准值加入原弦波中,即可还原得与原波形近似的波形,以达记忆与重播功效的方法与装置。
文档编号G11B5/027GK1205500SQ9710651
公开日1999年1月20日 申请日期1997年7月11日 优先权日1997年7月11日
发明者刘兆容 申请人:刘兆容