专利名称：数字信号混合体系结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字信号处理，具体涉及一种用于处理音频信号的数字信号混合器的改进体系结构。
音频混合器作为专业音响系统的中心部件，其主要作用是电子混合、路由选择和增强声源，例如声音、乐器、音响效果、录音磁带、录像带及其他实况播送和预录的材料。以前混合只是在模拟技术上实现，这部分是因为技术上的局限性，也由于输入(乐器、声音等)和输出一样都是模拟的。然而，模拟混合器检索或重新配置信号流的能力有限，并对音频混合产生其他限制或影响。因此，专业音频混合器市场(工业界人士估计98年约为10亿美元)已经看好数字信号处理技术处理信号的能力。数字信号同模拟信号不一样，可以被存储和检索，对所有控制台参数进行实时和自动的完全检索。但是，至今数字信号处理器一直很昂贵，每件的价格高达一百万美元，而且还由于体积大，只能用在一个地方。还没有任何一种数字信号处理器每件价格低于一万五仟美元、体积轻便并具有以下的多种功能包括实时处理、具有实时升级换代和重新配置能力的内部控制处理装置，通过设备接口、硬盘和软盘驱动器、机载和远程视频监视器进行远程处理和操作以及任意选择的效果组合。
根据本发明，数字信号混合体系结构被定义为能提供一个可扩展到多个N通道(N等于或大于48)的混合系统，例如从1到48条通道，取决于该体系结构所需的配置。并设想本发明的系统能通过组合、构成一个比单个系统能混合更多通道的混合系统。
在最佳实施例中，所发明的体系结构包含一主集成数字信号处理器(DSP)装置，与直接存储器存取总线(DMA)上的多个从属DSP装置相连接。主DSP执行包括数据总线仲裁、为每个从属DSP计算系数变量并把这些系数变量传递给从属DSP的功能。
这些从属DSP装置中的每一个最好都具有与之连接的任意个，例如n个，音频转换器，以便处理n个通道。这些音频转换器把模拟输入信号转换为能由该数字信号处理器处理的数字信号，并把已处理过的数字信号转换为模拟信号输出。每个从属DSP能够处理1至n条通道(n等于或大于8)，标准的通道数是从1到8之间变化，这依据诸如转换器的数量、处理能力需求以及例如均衡和动态处理的系统功能性等因素而定。
另外，一些通道信号输入可以采用数字形式直接输入到从属DSP中。在此种情况下，不必提供输入转换器把已输入的信号格式由模拟转换成数字。同样，输出一些数字格式的信号也许是合乎需要的，这时就不需要用输出转换器将已转换的输入信号从数字转换回模拟格式。
尽管最佳实施例对每个通道都使用模拟到数字和数字到模拟转换，但另一个实施例则可能采用不同配置。经选择的通道可能提供模拟到数字(仅有输入转换)、数字到模拟(仅有输出转换)，或者数字到数字(没有输入或输出转换)格式。
例如，包含本发明的数字信号混合体系结构的48通道音频混合控制台可以包含一个主DSP和24个从属DSP，每个从属DSP处理2个通道的数字音频。这样由此而产生的系统是一个具有48个输入和48个输出的软件可配置混合系统。在第二个例子中，使用本发明混合体系结构的16通道音频混合系统可以包含1个主DSP和与其连接的4个从属DSP，每个从属DSP处理4个通道的数字音频信号。这种配置产生一个有16个输入和16个输出的软件可配置混合控制台。多于48通道的系统可以这样来实现提供一个顶级主DSP，连接多个二级主DSP，再连接各自的从属DSP。在这样的配置上，例如两个48通道音频混合系统的组合，每个包含一个二级主DSP，同24个从属DSP相连接，这样将产生一个能混合96通道的音频混合控制台。
这个已发明的系统具有以下的特征，通过把主DSP同每一个从属DSP连接起来，并采用这样的一种方式使从属DSP互相连接使主DSP能命令各个从属DSP将其输入信号处理的结果写到其他每个从属DSP的内存上。主DSP将命令送到从属DSP，指令它们把已处理过的输入信号彼此发送，这样，每个已处理过的输入信号就被存储在每个从属DSP的内存里。如有4个从属DSP，每个从属DSP将有4个存储在其内存中的已处理过输入信号。一旦每个从属DSP在其内存中具有每个处理过的输入信号的结果，主DSP就能命令从属DSP进行任何组合，混合任何已处理过的输入信号以便产生一个混合过的信号，并发送至其输出端，提供混合的数字信号，为数模转换或输出作准备。
在使用时，主DSP装置开始被启动，准备接收来自放在混合器控制台中的中央处理器(CPU)母板的数据。CPU母板把由一系列指令组成、称之为可执行文件的数据下载至主DSP。一旦主DSP收到来自CPU母板的可执行文件，主DSP被重新初始化以便处理这个可执行文件，之后CPU母板下载可执行从属DSP文件，主DSP经由数据总线将其分发到从属DSP，并写入其内存。之后从属DSP自我初始化，使系统准备运行数字音频信号混合系列。
在模拟输入下，模拟输入信号首先被音频转换器转换成数字样本表示。输入数据流(数字样本表示)被发送到从属DSP的输入端上以便进行处理。这些从属DSP执行上述的各种信号增强功能，诸如对每个数字样本执行均衡和压缩操作，并把结果数据放进经选择过的输出存储单元。在每个样本被每个从属DSP处理过之后，主DSP指示从属DSP1把它处理过的信号放到数据总线上。然后，主DSP把数据锁存入所选择的从属DSP的存储器内，这取决于包含在主DSP可执行文件中的指令。之后，主DSP指示从属DSP2把它已处理过的信号放在数据总线上。接着，主DSP把来自从属DSP2的数据锁存到已挑选过的从属DSP的存储器。这个过程一直重复到每个从属DSP的存储器都包含每个从属DSP已处理过的信号。
一旦各个从属DSP的存储器都含有每个从属DSP已处理过的信号，主DSP就会产生一个信号，指令从属DSP用各种组合方式对已处理过的信号进行混合，以产生多个输出信号，表示从属DSP数量。这些不同方式的混合是由缺省系数变量决定的，系数变量则是在它们的可执行文件最初下载时被装入从属DSP的存储器的。然后，各个从属DSP发送其已混合过的输出信号到同其联接的音频转换器，以便提供一个混合过的模拟输出信号(或直接输出，如果信号和数字输出连接)。
这个过程继续重复，仅当主DSP接收到来自CPU母板的新指令时才会被中断。当从CPU母板上收到该新指令时，主DSP计算新系数值，并把新值放到DMA总线上，同时把这些值写入所选择的从属DSP的存储器中。这些新系数值改写了缺省值，因此也修改了音频输出。
CPU母板用脚本来配置和控制混合器控制台。虚拟混合器控制台的图象可在视频监视器上显示，用户可使用键盘和指示装置挑选图象中的对象。脚本用明文写出，可用编辑程序来编辑该脚本，因此，特征可以被使能或屏蔽，显示给用户的图象就可以被定制。脚本更新版本可以从远程计算机上下载，或由诸如软盘的物理媒介提供。点对点的调制解调器、网络接口卡和集线器都可以被用来联结CPU母板和远程计算机。新的程序脚本及其更新版本是加密的数据，而混合控制台的序列号则被用作公用密钥。在最佳实施例中，还使用了远程站报警(RSA)数据加密，然而其他的数据加密方法也可以用来保证数据安全。另外，查表法用来产生向用户显示的文本，并且可以选择多种语言中的任何一种。
因此，本发明的数字混合体系结构提供了一个软件可配置的系统，使得体现本发明的混合控制台很容易重新配置和升级。此外，所发明的体系结构的软件可配置特点和通道可扩展性提供了一个低成本升级或重新配置的数字混合控制台。
本发明目的和特点，可以认为是新颖的，由附加的权利要求书具体加以描述。通过参考下面的说明和附图，本发明，就其组织和操作方法而言，以及进一步的目的和优点将得到最好的理解。
图1是根据本发明DSP系统的体系结构的最佳实施例的一个从属DSP的分解图；图2是表示一个从属DSP的N条通道的示意图3是说明使用本发明的体系结构的数据处理路径第一部分的示意图；图4是说明使用本发明的体系结构的部分数据路径的示意图；图5说明数据路径的第三部分；图6是说明本发明的体系结构和几个外部构件的概略图；图7是由主DSP和从属DSP用软件实施步骤的流程图；图8是加入本发明的体系结构的计算机系统的方框图；图9是被加入本发明的体系结构的软件框的方框图；图10是说明训练用在混合器控制台的软件所用步骤的流程图；图11是说明在混合器控制台启动时执行步骤的流程图；图12是解释配置脚本步骤的流程图；图13a是为用户产生桌面管理员图象而由混合器脚本机解释的文本文件首页；图13b是为用户产生桌面管理员图象而由混合器脚本机解释的文本文件第二页；图13c是为用户产生桌面管理员图象而由混合器脚本机解释的文本文件第三页。
下面提供的说明能使熟悉这一技术的任何人制作和使用本发明，并经过深思熟虑为实施本发明提出最好的模式。而且，对于那些熟悉这一技术的人来说，本发明的各种改进将是显而易见的。
参看图6，该图给出了用于本发明的硬件结构100。混合器控制台76包括CPU母板66，后者连接混合器控制板60。多个开关61和指示灯63也连接混合器控制板60。此外，同混合器控制板60连接的控制传动装置用来自动定位和/或锁定特定类型开关的位置，例如线性游标、按钮或旋纽(没有分别显示)。数字乐器接口(MIDI)71也被连接到混合器控制板60上。
在最佳实施例中，用串行口(RS-232)连接混合器控制板60和CPU母板66，CPU母板66还连接液晶显示器(LCD)74，以为用户对混合器控制台76上的控制状态和/或运行提供一个可视的指示。在另一实施例中，液晶显示器74可以是另一种类型，如真空荧光或发光二极管(LED)。另外，由CPU母板66控制的开关61和指示灯63可进一步给用户提供有关混合器控制板状态和/或运行信息的一种可视指示。
CPU母板66通过特别高速串行口同DSP板62直接联系，该高速串行口能以900千波特的速度运行。(目前在最佳实施例中以115千波特的速度运行)。
另一种选择是，可以用通用串联总线(USB)或火线(FireWire)通信链来把CPU母板66连接到DSP板62和混合器控制板60上。DSP板62包括一个主DSP12和从1至N个从属DSP(S1-SN)，这些从属DSP在DMA总线28上和主DSP12并联连接。在最佳实施例中，仅提供1个DSP板62，它包括多达48个从属DSP(即，N等于或大于48)。用于决定将要进行的信号处理的系数值由主DSP为所有的从属DSP确定，并把这些值置入多个(N)锁存器19中，这些锁存器同DMA总线28并行连接。每个锁存器19对应一个特定的从属DSP。
通常，一个从属DSP S1控制一个模数转换器(ADC)18a，转换器从模拟输入线24接收模拟信号并转换成一个包括时变数字值的相应数字信号。一旦这个数字信号被从属DSP S1处理了，数模转换器(DAC)18b将由从属DSP输出的数字信号中的值转换成一个模拟信号，该信号由模拟输出线30提供。从属DSPS1的数字输出信号被存储在S1的锁存器17中，锁存器和DMA总线28并行连接。设想多个DSP板可以被连接到CPU母板66上，这样，处理模拟信号的从属DSP的数量也可以相应增加。
另外，通道信号输入可用数字格式提供，这样，在从属DSP处理前就不需要进行模数转换。在这种情况下，不需要提供模数转换器18a把通道信号的输入形式由模拟转换到数字。此外，还可能需要以数字形式由从属DSP输出通道信号。这样，就不必提供数模转换器18b把通道信号的输出形式从数字转换到模拟。然而，可能需要提供另外的电路以使从属DSP能够输入和输出这种特别形式的数字信号，例如，用于处理阿雷西斯公司的阿雷西斯数字录音磁带(ADAT)、塔斯卡姆公司的塔斯卡姆数字接口格式(TDIF)以及音频工程师学会和欧洲广播协会(AES/EBU)格式的电路。虽然所示的最佳实施例为每个输入和输出都提供信号转换器，但另一个实施例可能采用不同的配置。经选择的通道可能提供模数(仅有输入转换)、数模(仅有输出转换)或数字对数字(没有输入或输出转换)格式。
CPU母板66可被任选连接到远程计算机52上，这样就能远距离地提供或控制其他的服务。其中的一种服务可以更新CPU母板执行的软件，另外一种服务可以使技术服务代表能在远距离使用混合器控制台76查找问题。
最好把视频显示器54、指向装置72以及键盘50也连接到CPU母板66上，使得用户可以根据控制台所显示的虚拟图象控制混合器控制台76的操作。用户可以利用指向装置72和/或键盘50来选择和/或修改影响混合器控制台76操作的虚拟图象中的元素。而且，当视频显示器54、指向装置72和键盘50没有和CPU母板连接时，用户还可以用开关61操作混合器控制台76并观察指示灯63的状态。
在控制台76中最好再加上一块附加卡78以便提供其他的特征，例如选择音频效果、数字输出以及同步信号。附加卡78通过专用总线连接CPU母板66；可以有多个附加卡和该总线连接。设想允许第三方开发者为本发明提供附加卡。虽然图中没有显示，但内部附加卡可以连接CPU母板66，提供诸如音响效果这类其他特征。
参看图7，简略流程图130说明DSP板62响应CPU母板66的指令而执行的功能性或逻辑性步骤。逻辑从启动框进入框132，主DSP12在此接收CPU母板的指令。逻辑流入框134，主DSP在此根据所接收到的指令为每个适当的从属DSP确定系数。逻辑随后进入框136，主DSP12在此选通一系列的锁存器(在图6中)，以便存放新的系数。这些锁存器直接连接DMA总线，并且每个都联系一个特定的从属DSP。逻辑进入框138，主DSP在此选通或命令有关的从属DSP从与其相关的锁存器中装入其新系数。在这些系数被装入之后，从属DSP为DMA总线上与其相关的另一个锁存器提供一个新的输出信号。接着，逻辑进入框140，选通或命令每个从属DSP将由其产生的每个新的输出信号存放在对应从属DSP的内存地址上。最后，逻辑进入结束框，完成所接收指令的处理。
在图8中，被加入本发明体系结构中的一个示例性计算机系统16包括CPU母板66、处理器31、存储器64、工业标准结构(ISA)总线56以及外部设备互联(PCI)总线33。处理器31分别用PCI总线控制器58和ISA总线控制器57来监控PCI总线33和ISA总线56。事实上大多数较新的PCI总线控制实现了PCI总线后面的ISA总线，因此，处理器31通过PCI总线控制器访问ISA总线，但为了简化，图中分别给出了ISA和PCI总线控制器。
存储器64包括只读存储器(ROM)49和随机存取存储器(RAM)35。用于在CPU母板66的组件之间传送信息的基本程序由基本输入/输出系统(BIOS)36实现，该系统被存在ROM49中。操作系统45和软件程序46在处理器执行软件程序之前被装入RAM35。在当前的最佳实施例中，操作系统的核心使用了微数字公司的SMX产品套件；本发明并不局限于使用该操作系统或用该核心操作。应该注意到，SMX产品套件理想上适合于实时控制系统，因为它使用了抢先任务。用在操作系统中的核心的进一步细节将在以下讨论。本发明的一些功能是操作系统利用软件程序46提供的多个子程序实现的。还可以装入RAM35的其他程序包括通过ISA总线56或PCI总线33连接CPU母板66的设备的驱动程序，总线管理由相关设备插入的中断。
CPU母板66可选择和硬盘驱动器37连接，硬盘可用来存放软件程序、脚本文件和数据。虽然没有要求，但CPU母板还可以连接访问其他非易失性存储设备，例如磁盘驱动器38和光盘驱动器40。这些非易失性存储设备可以通过硬盘驱动器接口44、磁盘驱动器接口43和光盘驱动器接口42连接PCI总线33或ISA总线56。磁盘驱动器38用来读写可移动磁盘39，而光盘驱动器40对可移动光盘41读写，例如CD-ROM光盘、DVD或其他的光介质。每个驱动器及其相关介质为计算机可读指令提供非易失性存储和其他为CPU母板66所用的数据。在最佳实施例中硬盘驱动器37、磁盘39、光盘41、ROM49和RAM35可以存放不同类型的数据。此外，其他类型的介质，例如磁带和闪速存储器卡(没有表示)都可以被CPU母板66用来存储数据。
CPU母板66的用户可以用指向装置(鼠标)29和键盘50这样的输入设备来输入命令和/或数据。虽然没有表示，但其他类型的输入设备也可以为CPU母板所用，包括麦克风、游戏杆、游戏小键盘、卫星盘和扫描仪。输入设备经输入/输出(I/O)设备接口53通过PCI总线33或ISA总线56和处理器31连接。可以用多个I/O设备接口(没有分别表示)来提供各类端口，例如串行、并行、游戏、小型计算机串行接口(SCSI)、通用串行总线(USB)和FireWire，以便把不同类型的输入/输出设备连接到CPU母板66上。例如，混合器板60可以利用适当的I/O接口连接到某个端口上。另外，一个或多个模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)-除了在DSP板62上的之外的，以及数字输入/输出设备、编码器、视频帧攫取器以及在处理中可能用到的其他设备，都可以有选择地采用。显示器54经视频适配器连接CPU母板66，视频适配器经PCI总线或ISA总线连接处理器31。
在图8中，所示的CPU母板是在网络化的环境下运行的，该环境在逻辑上连接一台或多台远程计算机，例如远程计算机52，该计算机可以是服务器、路由器、网络个人计算机(NETPC)，或另一个CPU母板，通常包括上述CPU母板66所用的和一起使用的许多构件。网络接口59通过ISA总线56或PCI总线33连接处理器31。网络接口59还通过局域网(LAN)51连接远程计算机52。LAN51连接CPU母板66和网络化环境，该环境可包括办公网络、内联网和因特网。在该网络化环境中，CPU母板66所执行的程序可以存放在远程计算机的存储器。而且，熟悉这一技术的人应该知道，其他装置，例如调制解调器47，都可以用来在CPU母板66和远程计算机52之间建立连接，例如通过某个广域网(WAN)。另外，设想网络接口59和调制解调器47可以放在混合器控制台76的外面。
在图8中，DSP板62连接I/O控制器53。如上所述，高速串行通信口用于DSP板62和CPU母板66之间的通信。DSP板通过每秒执行超过30亿条指令的速度实现音频信号的实时处理。而且，DSP板62能在20微秒内处理所有通道上的信号。虽然所示的DMA总线16位宽，但本发明可以在32位以上的总线上实现。另外，利用高频振动压缩总线的分辨率并在噪声层下保持信号的完整性。例如，利用APOGEE公司许可的UV22软件，16位的DMA总线能提供20位的分辨率。
现在参看图1，该图说明了一种数字信号混合装置10的应用，例如根据本发明的体系结构的数字混合控制台。在这样一种应用中，体系结构10的最佳实施例能提供一个从1到N(N等于或大于48)个通道可扩展的混合系统，取决于该系统所需的配置。此外，利用建立积木式方法，加入到体系结构10最佳实施例的多个系统还可以被组合起来，形成能够混合远多于48通道的混合系统。
在最佳实施例中，体系结构10包括主集成DSP装置12，通过DMA总线28它连接多个从属DSP装置S，该总线用来传送命令给从属DSP，并在从属DSP之间传送数据。主DSP12执行许多系统主功能，包括数据总线仲裁、处理算法下载、传送系数变量，以及通过RS232、RS422(ESAM)、MIDI口，在外部设备和CPU母板之间通信。
每个从属DSP装置S最好连接任意个(例如n)ADC18a和DAC18b，以便处理n个通道C。ADC18a将模拟输入信号20转换为可供从属DSP处理的数字样本，而DAC18b则将处理过的数字样本转换为模拟信号，以便被组合为混合的模拟信号22输出。
参考图1和图2，每个从属DSP最好适应于处理n个通道C，n的范围从1到8，取决于诸如转换器18的数目、处理能力需求以及系统的功能性(包括对均衡和动态处理要求的考虑)这样的一些因素，例如，具体来说，每个从属DSP对与之连接的每个ADC18a配置一条输入线24。处理逻辑电路26连接输入线24，以便对每个接收到的数字样本执行所述各种信号增强和缓和(sweetening)功能，例如均衡与压缩，并将结果数据放入所选的输出存储单元，例如通道输出内存单元M1-Mn。接着对处理过的样本进行混合(如下所述)以便输出到对应的DAC18b，由此产生混合的模拟输出信号22。
主DSP12将命令送到从属DSP，指示它们将处理过的输入信号通过DMA总线互相传送，这样，每个处理过的输入信号就被存在每个从属DSP的内存单元M中。因此，如果有4个从属DSP，其中的每个和主DSP都有4个处理过的输入信号存在其内存单元M1-M4中。一旦每个从属DSP在其内存单元M中具有每个处理过的输入信号结果，主DSP12就可以命令从属DSP进行任意组合，以便混合任何处理过的信号，建立混合的数字信号并送到其输出30，为DAC18b的数模转换提供混合的数字信号，由此产生混合的模拟输出信号22。
现在参看图3，图中给出数据处理路径的第一部分。在使用过程中，主DSP装置12最初由EPRON(没有表示)启动，让主DSP准备接收从某个外部设备中来的数据，例如来自CPU母板66。CPU母板66将包括一组指令的数据，称之为可执行文件，下载到主DSP12。一旦主DSP从CPU母板66中接收到可执行文件，主DSP12被重新初始化，以便处理可执行文件。CPU母板66接着将可执行从属DSP文件下载到主DSP12，主DSP通过DMA总线28将其分布到各个从属DSP，并将文件写入其内存单元M。主DSP可执行文件包括涉及这样一些主功能的指令，包括数据总线仲裁、传送系数变量，以及同外部设备通信，而从属DSP可执行文件包括如缺省系数变量这样的指令。在从属DSP接收到其可执行文件后，从属DSP自我初始化，让体系结构10准备运行数字音频信号混合系列。
虽然可以理解，体系结构10当前的一个最佳实施例能够提供从1到48通道可扩展的混合系统，但为了便于说明，下面的讨论只针对一个4通道系统。还看图3，首先由ADC18a将模拟输入信号转换为代表性的数字样本。在转换以后输入数据流，即由ADC18a所产生的数字样本表示，被输送到从属DSP的输入线24以便进行处理。从属DSP的处理逻辑电路26对每个数字样本执行所述的各种信号增强功能，例如均衡和压缩，并把结果的数字数据放入对应的通道输出内存地址M1-Mn。
数据处理路径32继续由图4所示，其中，在每个数字样本被每个从属DSP处理之后，主DSP12指示从属DSP S1将其存储在其通道输出内存地址M1-Mn中的处理过的数字信号放在DMA总线28上。主DSP12接着将数据锁存入所选择的从属DSP S1-Sn的存储单元M，这取决于包括在主DSP的可执行文件中的指令。然后，主DSP12指示从属DSPS2将存储在其通道输出存储单元M1-Mn中的处理过的信号放在DMA总线28上。主DSP12接着将来自从属DSP S2的数据锁存入主DSP和所选择的从属DSP S1-Sn的存储单元M。该过程被重复直到每个从属DSP的存储单元M都包含其他每个从属DSP的已处理的信号。因为在这个例子中只有4个从属DSP，每个从属DSP将具有4个已处理的输入信号存储在其内存单元M1-M4。
现在来看图5，一旦每个从属DSP的存储单元M1-M4包括每个从属DSP的已处理信号，主DSP12产生一个信号，指示从属DSP利用混合逻辑34以各种被定义的组合对这些已处理的信号进行混合，以便产生对应从属DSP数目的多个输出系统。混合的各种组合由缺省系数变量所确定，这些系数变量是在从属DSP的可执行文件开始下载时被装入其存储器中的。每个从属DSP接着将其混合的输出信号送到其相关的DAC18b，以便提供经混合的模拟输出信号22。
该过程被继续重复，仅当主DSP12接到来至CPU母板66的新系数变量时才被中断。当来自CPU母板66的新变量被接收到时，主DSP12将新变量放在DMA总线28上并将其写入经选择的从属DSP S1-Sn的存储单元M1-Mn中。新系数变量重写缺省值并由此修改音频输出信号。
在图9中，给出了本发明所用的软件概图95。操作系统使用的核心80包括任务管理程序82，用于根据预定的优先级规划抢先任务。串行通信框85控制CPU母板66和其他部件(例如混合器控制板60)之间数据的串行传送。装入程序86使编辑过的代码能够执行，设备驱动器88实现I/O设备的操作，例如键盘50、鼠标29和显示器54。此外核心部分80还包括BIOS84，控制对CPU母板66输入和输出有关的各种子系统的操作。另外文件系统83被用来组织操作环境中的文件。
自动机87解释配置脚本89，该脚本定义了混合控制台76所提供的类型(模型)和元件(开关和指示灯)。自动机87连续监视与混合控制台的通信，并控制CPU母板66、DSP板62和混合器控制60的操作。例如，如果用户调节一个连接混合器控制板60的衰减器开关(没有单独表示)，自动机87立即执行代码，指导DSP板62以对应衰减器开关的布置的方式处理通道信号。当用户使能自动方式时，自动机87指示混合器控制板60用它的控制传动装置将开关移到特定的位置，点亮特定的指示灯，并将指令提供给DSP板62，以便根据开关和控制的布置处理模拟输入信号。另外，当混合器控制台76处于手动方式时，自动机87提供指令给DSP板62，将模拟信号的处理和开关的位置或状态相映射。
混合器脚本机90解释桌面脚本92并产生桌面管理程序94，以便显示给用户。在桌面管理程序92中对用户显示的原始窗口中产生虚拟混合器控制台96的图象。事件管理程序91处理桌面管理程序环境中的显示，例如，在虚拟混合器控制台96的图象中目标的位置和选择。自动机87执行最高优先级的任务，而事件管理程序91则处理最低优先级的任务。在这种情况下，由混合器控制台76所执行的音频信号处理任务一般都具有比显示虚拟混合器控制台96的图象更高的优先级。最高优先级的任务是用户输入，这可能出现在用户选择虚拟混合器控制台96的图象中的目标或移动任何开关时。在任何情况下，在混合器控制台76的部件处理模拟信号之前，等待时间不会大于10个千分之一秒。
现在来看图10，图中给出了本发明实现的一个自动训练系列的概图103。逻辑从启动框进入判定框105，确定是否存在自动机87能用的开关图和LED图。这些图提供了对应连接混合器控制板60的实际开关和指示灯的地址。如果是，逻辑跳到结束框并中止自动训练系列逻辑。
当条件框105上的判定结果为假时，逻辑进入框107，自动机87对与混合器控制台中的某个开关对应的每个地址，轮询混合器控制板60，控制台与控制板是连接的。逻辑移动到框109并建立开关图，使每个这样的开关和一个对应的地址关联。逻辑流入框111，该框表明自动机87对与控制板连接的某个指示灯对应的每个地址，轮询混合器控制板60。逻辑进入框113，在此建立发光二极管(LED)图，将每个指示灯或LED与某个对应的地址联系起来。最后，逻辑进入结束框，完成自动训练系列逻辑。
设想自动机87的初始训练系列也可以由用户手动执行。例如，混合器控制台76的用户可以手工开动每个开关以执行控制台的控制功能，因此，自动机87能感受每个设备的存在(地址)，包括指示灯。
在图11中，给出了本发明启动系列的一个简图，逻辑从开始框进入框104，在该框中，装入开关图，以便对混合器控制台76中的每个开关识别对应的地址。逻辑移动到框106，在此装入LED图，对混合控制台上的每个指示灯识别对应的地址。接着，逻辑进入框108，在该框中，自动机87解析配置脚本89。该脚本说明特征或功能的类型，并使能/屏蔽混合器控制台76的运行特征。例如，可以由配置脚本89使能环绕声混合控制，也可以让脚本屏蔽均衡器控制。
接着逻辑进入框110，自动机87建立一个自己的缓冲区以便存储若干个值，例如预置配置。逻辑进入框112，混合器脚本机90在此解释桌面脚本92，该脚本是用来定义桌面管理程序94的初始窗口中提供给用户的图象。桌面脚本确定在某个特定窗口中显示给用户的虚拟开关、指示灯和控制。在每个窗口中被显示的目标是混合器控制台76对应元素的图形表示，说明了这些元素的状态。
随后，逻辑进入框114，在此，桌面管理程序94的初始窗口的图象对用户显示。在最佳实施例中，初始窗口包括虚拟混合器控制台96的图象。而且，还可以对初始窗口进行配置使之提供软件控制，使得用户能选择一个不同的窗口，显示虚拟混合器控制台的图象或其他的混合器控制台的特征。最后，逻辑进入结束框并终止。
现在看图12，该图提供了框108中所执行的逻辑步骤的进一步细节。逻辑从开始框进入框116，自动机为混合器控制台76设置类型，类型在配置脚本中规定。逻辑进入框118，在此为每个开关和指示灯设置地址。进入框120，逻辑为每个有地址的开关和指示灯起名。逻辑进入框122，设置每个开关的最大值。随后逻辑进入框124，在此为每个开关和指示灯设置初始值(或状态)。通常，指示灯和开关的初始值都为零。逻辑进入框126，每个开关和指示灯被指定为自动或非自动设备。最后，逻辑返回主程序。
在图13A、13B和13C中，给出了由混合器脚本机90使用的桌面脚本的一个示例性表示。脚本的文本可以用一个文本编辑程序进行编辑，例如微软公司的NOTEPAD。本发明的一个重要特征是使用脚本，该脚本用真实语言文本来定义混合器控制台76的操作，并定义显示给用户的图象。另外，由于脚本是被解释的，可以在运行中被修改，而不需要重新启动CPU母板66。
设想本发明的用户可以获得更新的配置和桌面脚本，以便纠正软件错误并为混合器控制台76提供新的特征。这些更新的提供，可以通过对远程计算机52的网络连接，或者通过因特网，或者存储在例如软盘这样的物理介质上并进行传送来实现。
脚本更新最好进行加密，以防止在混合器控制台的操作和控制中被非法修改。在最佳实施例中，使用了RSA加密法，并将混合器控制台76的系列号用作公用密钥。这样，脚本更新只限于提供给某个特定的混合器控制台使用。
还特意考虑到为用户提供编辑程序，以便编辑桌面和/或配置脚本，至少是有限度的这样做。编辑程序使用户能定制虚拟混合器控制台图象的观感，并使能/屏蔽混合器控制台76的特征。另外，设想用户还可以用编辑程序开发出新的特征组合。
混合器脚本机90使用查找表来建立对用户显示的真实语言文本。软件使得用户能在查找表的多种不同语言中选择其中的任何一种做为真实语言文本。另外，该软件还能自动剪辑脚本中的范围参数和定义热键。此外，脚本中文本的排列顺序决定了由该文本所定义的目标和/或窗口的屏幕重叠方式。另外，可以从为桌面管理程序产生的初始窗口中所选择的目标中嵌套调用脚本。
在本发明中，用户可以使用一种“swipe命令”，随着光标在显示在虚拟混合器控制台96的图象中的目标(虚拟开关)上通过，立即修改多个开关的状态。与混合器控制台76相关控制的预定配置可以被存储和激活，也可以被修改。
该软件可以实现多种不同的音响效果，例如，通过软件控制可以对环绕声混合选择多个通道的中心点。另外，可以选择两个不同的中心点，以便产生梦幻和回归的效果。可以配置多个可寻址的软件控制对应单个通道。另外，设想还可以为用户提供多个脚本模板，使之具有不同的特征和显示形式。
本发明的另一个实施例可以用在广播和电视的演播室、现场表演和公众讲演系统中处理音频信号。此外，本发明还可以用在演播室中或现场表演期间控制多种灯光。因此，本发明的体系结构提供了一个软件可配置的系统，除了在上述混合器控制台中的使用之外，还可以应用于其他的许多方面。体现本发明的应用很容易被重新配置和升级，因为该体系结构便于扩展。
正如应用在上述例子中那样，本发明的软件可配置特性和通道的可扩展性提供了明显的利益。在这个例子中，给出了使用本发明体系结构的一个48通道的音频混合控制台，该控制台包括一个主DSP和24个从属DSP，每个从属DSP处理2个通道的数字音频。该系统是一个具有48路输入和48路输出的软件可配置混合系统。在上面讨论的其他例子中，给出了一个16通道的音频混合系统，包括一个和4个从属DSP连接的主DSP，而每个从属DSP处理4个通道的数字音频信号。该配置提供了一个具有16路输入和16路输出的软件可配置混合控制台。还特别考虑到用以下的方法实现具有多于48个通道的系统，提供一个顶级主DSP，连接两个48通道的音频混合系统，其中每个都包括一个二级主DSP，连接24个从属DSP。这样的一个系统能混合96个通道。
虽然是通过结合实现本发明的最佳形式来描述本发明的，但熟悉这一技术的人都能理解，可以在随后的权利要求书的范围内进行许多修改。因此上面的描述将不会对本发明的范围产生任何限制，而应该由随后的权利要求书完全确定。
权利要求
1.一种用于数字处理和混合音频信号的实时系统，包括(a)计算机，包含存储器和处理器；(b)模数转换器，将输入的音频信号转换为对应的数字信号；(c)数字信号处理器，将数字信号作为至少一个预定系数的函数进行处理，产生一个处理过的信号；(d)混合器控制电路，产生由计算机用来控制数字信号处理器的一个值；(e)脚本，由计算机实现，脚本定义混合器控制电路和数字信号处理器的操作；(f)数模转换器，将处理过的信号转换为一个输出信号。
2.一种用于数字处理和混合音频信号的实时系统，包括(a)计算机，包含存储器和处理器；(b)模数转换器，将输入的音频信号转换为对应的数字信号；(c)从属数字信号处理器，将数字信号作为至少一个预定系数的函数进行处理，产生一个处理过的信号；(d)主数字信号处理器，为从属数字信号处理器计算预定系数，主数字信号处理器和从属数字信号处理器被连接在一个数据总线；(e)混合器控制电路，产生由计算机用来控制主数字信号处理器的一个值；(f)脚本，由计算机实现，脚本定义混合器控制电路、主数字信号处理器和从属数字信号处理器的操作；以及(g)数模转换器将处理过的信号转换为一个输出信号。
3.一种用于数字处理和混合音频信号的实时系统，包括(a)计算机，包含存储器和处理器；(b)从属数字信号处理器，将数字信号作为至少一个预定系数的函数进行处理，产生一个处理过的信号；(c)主数字信号处理器，为从属数字信号处理器计算预定系数，主数字信号处理器和从属数字信号处理器被连接在一个数据总线；(d)混合器控制电路，产生由计算机用来控制主数字信号处理器的一个值；以及(e)脚本，由计算机实现，脚本定义混合器控制电路、主数字信号处理器和从属 数字信号处理器的操作，因此，处理过的信号被当做输出信号。
全文摘要
本发明提供了一种用于例如数字混合控制台的改进型数字信号混合体系结构。该体系结构提供了一个软件可配置混合系统,可扩展到48个通道以上。该体系结构包括一个主DSP设备,其通过DMA总线连接多个从属DSP设备。主DSP设备执行的功能包括数据总线仲裁、计算系数变量,并将这些变量传送给从属DSP设备。主DSP采用这样一种方式和每个从属DSP连接:使得主DSP能够命令每个从属DSP将其输入信号的处理结果写入其他每个从属DSP的内存中。主DSP命令从属DSP互相传送经处理过的输入信号,因此,每个被处理过的输入信号被存储在每个从属DSP的存储器中。一旦每个从属DSP具有每个被处理过的输入信号的结果,主DSP就命令从属DSP进行任意组合,混合任何处理过的输入信号,产生一个被送到其输出端的混合信号,以便转换为一个模拟信号。混合组合是由脚本控制的,而脚本则由软件来解释。本发明的数字混合体系结构提供了一个软件可配置的系统,因此。体现本发明的混合控制台很容易被重新配置和升级。此外,本发明体系结构的软件可配置特性和通道可扩展性提供了一种低价升级和重新配置的数字混合控制台。
文档编号H03H17/00GK1248356SQ98802665
公开日2000年3月22日 申请日期1998年1月15日 优先权日1997年1月15日
发明者戈莱格·C·玛吉, 彼得·F·瓦茨, 罗伯特·J·图德 申请人:玛吉设计公司