专利名称：门铃系统中录制和播放激光唱盘音质声音的方法及接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光唱盘(CD)质量的声音信号。特别涉及一种门铃系统中通过基于语音的微处理器录制和播放激光唱盘音质信号的方法，以及使用该方法的接收器。
背景技术：
激光唱盘(CD)播放器是一种使用数字电路和模拟电路的系统的实例。图形形态的音乐存储在CD中。一种激光器二极管光学系统从旋转的盘片上读取数字数据并且传送到数模转换器(DAC)中。DAC将数字数据转换成模拟信号，即原来音乐的电子复制版本。放大上述模拟信号并传送到扬声器播放。使用模数转换器(ADC)预先将音乐记录在CD上，这个程序基本上是通过上述程序的反序实现的。
现有的可产生人造声音信号的电子门铃是通过集成电路(ICs)的音调合成器实现的。这些人造声音通常质量很差，而且无法与音乐器具的声音信号相比，例如铃、长笛、萨克斯管等等。
现有的门铃系统通常是使用8KHz的播放速率和8位的辨析率。美国第6,545,595号专利引用8位8KHz的CD质量的参数。这种参数的音质有如玩具声音，并且并不能达到CD音质。现代技术中声音的录制、生成、编辑和音调谐和的已经得到充分的发展。一般的公认的CD音质是指8、12、16位或更高的音调振幅，以及11.025、16、22.05或44KHz的播放速率。所述参数可以合成符合预先使用的声谱，其中所选的音质适用于门铃系统。典型地，根据本发明可设计一具有集成声音处理的微处理器、具有12位DAC、16KHz的播放速率以及64K/128K/256K/512K存储器的硬件架构的门铃系统，。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种门铃系统的记录和播放具有16KHz播放速率和12位或更高辨析率的CD质量的声音信号的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种门铃系统的记录和播放CD质量的声音信号的方法，包括步骤采集、记录以及生成波形格式声音信号或曲调，处理和编辑声音信号或曲调，转换曲调为16KHz/12位的二进制数据，收录所述二进制数据到具有声音处理的微处理器中，在DAC的协助下播放存储的二进制数据，以及通过音频放大器和声音播放器，例如扩音器，放大CD质量的声音。
使用一种微处理器，所述微处理器最好配备有嵌入的声音存储器和数模转换器，即语音微处理器。或者，使用外带存储数据的外置存储器的嵌入DAC的微处理器；或者使用具有嵌入式存储声音数据的大容量存储器的微处理器并外置DAC以将数字信号转换成模拟声音信号。从而，揭示了体现上述方法的，具有语音微处理器的门铃系统的接收器，播放多样的乐器曲调。
本发明克服了现有门铃系统的缺点以及由此带来的低质量的声音。
本发明克服了现有门铃系统的缺点以及由此带来的低质量的声音。下面结合附图对本发明进行描述，其中图1是描述本发明收集、录制、生成、处理、编辑和播放CD质量声音信号的流程图。
图2a是描述如何构造和播放收录在门铃系统的、无线形式的接收器的CD质量声音的方块图。
图2b是描述图2a的无线电频率接收器的运作的电路图。
图3a是描述如何构造和播放收录在门铃系统的有线形式的接收器的CD质量声音的方块图。
图3b是描述图3a的有线形式的接收器的电路图。
具体实施例方式
如图1所示，示出了具有存储和播放光盘(CD)质量声音的声音存储器的接收器组件。门铃系统通常包括用于接收按压门铃按钮或发报机的信号的接收器组件，用于支配声音存储器输出存储的CD质量声音信号的解码器，以及用于输出CD质量声音的声音播放组件。与内置或外置的声音存储器和内置或外置的数模转换器(DAC)连接的声音微处理器是本发明的重要元件。
数字声音信号(具有波浪格式的)可以源自于网站或CD(1.1)。各种各样的乐器演奏的声音样板和声音库可以在网站中得到，各种各样的乐器演奏的声音或曲调可以通过现有的音乐唱片和CD中得到。这些可以为单个片断或一个完整的曲调的声音用于下一步的处理。
数字声音信号可以为现场录音(1.2)。如萨克斯等乐器，可以在音频设备齐全的工作室中演奏，并且在如44千赫/16位的高等级处理下将曲调录制和数字化。这些可以为单个片断或一个完整的曲调的录制音乐用于进一步的处理。
数字声音信号还可以由电子合成器(1.3)产生。电子音乐键盘，例如雅马哈(Yamaha)或者卡西奥(Casio)键盘，用于产生管乐器铃声，并且以数码(MIDI)或声音(Wave)文件进行记录。这些生成的单个片断或一个完整的曲调的声音用于进一步的处理。
数字声音信号还可以通过个人电脑的软件产生和合成曲调(1.4)。乐器演奏的声音特性和参数可以通过记录的声音和曲调的样板进行鉴别，析取和基于产生和调解合成需要的曲调。例如，一种声音处理模型机器，具有软件例如Windows系统上的GigaSampler，用于查找声音信号的参数，接着利用声音合成软件调解合成一首完整的曲调，例如以Giga Sampler作为输出装置的Cakewalk。在合成完成后，如果需要，Cakewalk还用于调整和编辑完成的曲调。在确认后，完成的曲调准备好用于通过其他的软件如GoldWave作进一步的转换和处理。
一种高质量的声音源具有高播放速率和辨析率，例如44千赫/16位。虽然44千赫/16位的声音具有好的音质，但是其存储占据了大量的存储空间。由于成本原因大多微处理器没有处理如此高质量的声音的结构。
一种个人电脑具有多媒体声卡和声音编辑软件，例如GoldWave或CoolEdit，用于转换如此高质量的声音成用于进一步处理的16千赫/16位质量的声音。在上述转换后，低质量的16千赫/16位的声音可能有杂音和噪音。使用声音处理软件(例如GoldWave)的滤波器进行过滤。通常，这个除去交流电(AC)杂音的滤波(1.5)步骤仅在声音源为现场收录时使用。依照本发明设计CD质量声音的过程中，部分曲调，例如爵士乐(Big-Ben)系列，通常在44千赫/16位的参数下运行。在这种情况下，选用滤波步骤。有时候使用声音处理软件(如Gold Wave)的均衡器来增加重音和高音。
在减少数字化的声音信号的杂音后可选用不同的曲调处理程序。一种情况下，在声音信号中可任意选择地引入回波效应(1.6)。在另一种情况下，具有高播放速率和辨析率的曲调(例如爵士乐(Big-Ben)、big church bell、mini-bell、tube bell曲调等)占用的存储空间可以通过将其分割成特定片断的曲调(1.7)而减少。在8音符、4音符、2音符和单音符爵士乐的情况下，可在微处理器处理前将曲调分割成分开的片断，然后根据门铃系统的实际设计在播放曲调的时候进行重新组合。在这样的处理下，减少了存储空间，并且曲调可以在实际的设计中恢复而不影响其原始的声音质量。为了达到这个目的，我们需要现有的曲调收藏中创造第一、第二、第三……第八音符爵士乐，然后进行更进一步的声音处理。
在特殊的软件的协助下(1.8)，这些为波浪形式声音信号的曲调转换成16千赫/12位或更高辨析率的二进制声音信号，使其适合于微处理器应用。尽管在转换中损失了4位辨析率，但是其声音质量仍然较8位的优胜。
16千赫/12位或更高的二进制声音信号收录于声音微处理器(1.11)的存储器(1.9)内。转换后的二进制数据通过主程序放置在一起，送到微处理器中。当这些完成后，就不必再进行下载或刻录曲调或歌曲。
所述声音微处理器(1.11)装配有内置只读存储器ROM(1.9)和12位或更高的数模转换器DAC(1.10)。对于播放录制的乐器曲调或回波效应的钟式曲调，所述微处理器简单地输出数据来播放原始声音。对于没有回波效应的钟式曲调，所述微处理器(1.11)在实用软件(1.12)的协助下输出数据。
一些低于16千赫/12位的声音源会产生较差的声音质量，由于其声噪(S/N)比较差、失真使得声音失去了其原来的效果。具有高音阶的曲调，如Big-Ben、big church bell、mini-bell，一些乐器演奏的声音，如萨克斯、长笛等，可以应用于门铃系统中。
众所周知的一般用于图像过滤的等级顺序滤波器和中值滤波器不会使用，因为16千赫/12位的声音信号是很好的。对于如现有技术的8千赫/8位的低质量的声音音阶结构，需要使用先进的滤波机械来消除声音中的明显的尖峰信号和噪音。
根据本发明记录和播放方法的上述声音收录在门铃系统的接收器中，如图2a和图2b所示。根据本发明的无线形式，门铃系统的CD音质接收器包括必要的电源(2.3、2.4)、电可擦除只读存储器(EEPROM、2.2)、无线电频率(RF)接收器(2.1)、微处理器(1.11)、音量控制电路(2.5)、音频放大器(1.13)以及扩音装置(1.14)。
如图2b所示，作为电源的电池(2.3)与所述音频放大器(1.13)相连，并且相同的电压连接到电压校准仪(2.4)，校准电压为3.3伏提供给微处理器(1.11)(例如Holtek制造的HT86192)，EEPROM(2.2)及RF接收器(2.1)提供电压。需要特别注意的是，微处理器(1.11)可以连接内置的DAC(1.10)和外置的存储器(1.9)。可选择的，所述微处理器(1.11)还可以连接内置的存储器(1.9)和外置的DAC(1.10)。所述微处理器(1.11)在备用状态时，以休眠模式运转。协同振荡器减少损耗以保持电池的能量，并且所述微处理器(1.11)将停止运作，直到输入针脚的有效落下脉冲对其进行唤醒。一旦门铃系统的一个发报机(图未示)通过RF媒介传送ID代码，所述RF接收器(2.1)可以捕获该信号，筛选ID代码，然后发出下降沿信号来唤醒微处理器(1.11)，然后运转来对ID代码进行解码。所述微处理器(1.11)将进一步扫描解码后的ID代码，以核对是否与预先存储在所述EEPROM(2.2)内的一个ID代码相匹配。如果解码后的ID代码与预先存储的ID代码不匹配，所述的微处理器(1.11)将回复到休眠模式。如果解码后的ID代码与预先存储的ID代码相匹配，则所述微处理器(1.11)将识别ID代码，然后通过下面的步骤开始生成CD音质的声音1、调用已经存储在微处理器(1.11)的声音存储器(1.9)内的二进制格式的数据。
2、通过微处理器(1.11)的12位DAC(1.10)转换二进制格式的数据为表示二进制数据的数值的直流电压。
3、所述二进制数据实际上是从原始的模拟声音信号转换而来的。所述12位DAC在与原始样本速率相同的16千赫的速率复原12位的振幅，从而复原原始模拟声音的时域。然后，所述微处理器(1.11)可以几乎没有损失的在其输出针处再生原始模拟声音。
4、然后所述微处理器(1.11)通过用于过滤微处理器(1.11)自身产生的高频谐声和其他的噪声和尖峰信号的电阻R38和电容C26输出所述模拟信号到声音控制电路(2.5)。可变电阻VR1与电阻R39相配合作为分压器，用于限制模拟信号的振幅和控制音量。
5、电容C37为隔直流电容器，用于排除音频信号的直流电偏差，并且只允许正确的音频信号进入音频放大器(1.13)。
6、所述音频放大器(1.13)，如HT82V733，用于放大音频信号的振幅达到可以驱动扩音器(1.14)的水平。音频放大器的输出范围以桥的形式过滤交流电杂音，并且驱动扩音器(1.14)来复原原始的模拟声音。
7、当完成声音的再生后，所述微处理器(1.11)将再次回复到休眠模式，等待另一有效指令。
预先存储在内置声音ROM(1.9)的声音可以通过按键进行选择，所述按键为前按钮(2.6)或后按钮(2.7)。根据本发明的最初设计，第一编程的发报机通过前按钮(2.6)激活第一默认声音，第二编程的发报机通过后按钮(2.7)激活第二默认声音。按下按钮滚动选择存储在声音ROM(1.9)内的可用的声音，改变发报机的现有声音。
原始的声音源转换成能够存储在独立的或内置的硬件ROM(1.9)内的脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)格式。将原始声音源转换成二进制数据或PCM格式数据后，硬件装置如微处理器(1.11)(例如HT86192)，通过内置DAC组件和正确的重放速度在音频输出针复原原始的声音源。为了维持原始声音的高质量和减少等同于原始声音的PCM数据占用ROM的存储空间，因而至少12位振幅的音阶和16千赫的播放速率将作为再现CD质量的声音的基本需求。播放速率或音阶振幅低于上述参数在通过硬件装置复原原始声音将破坏声音质量。
根据本发明如图3a和3b所示的有线形式，省略了RF接收器。在门铃系统的建筑物的装置上的任意位置增加两个外部的按钮(3.1、3.2)。适当的修正电源。微处理器(1.11)响应压下每一个按钮作为控制输入并且分别输出曲调。例如，外部的按钮(3.1)可以为前门按钮和外部的按钮(3.2)为后门的按钮。按下不同的按钮将激发不同的曲调。这些不同的曲调可有选择的变更或者在前按钮(2.6)或后按钮(2.7)的协助下进行选择。
权利要求
1.一种用于门铃系统的录制和播放激光唱盘音质声音或曲调的方法，其特征在于，包括步骤收集波浪格式声音信号或曲调(1.1、1.2、1.3、1.4)，转换声音信号或曲调为16千赫/12位或更高的二进制数据，达到激光唱盘音质声音(1.8)，收录二进制数据入微处理器(1.11)的存储器(1.9)，在数模转换器的协助下播放存储的二进制数据，和通过音频放大器(1.13)和扩音器(1.14)的声音播放组件放大激光唱盘音质的声音。
2.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，所述数字声音信号来自于光盘或从网站(1.1)中下载。
3.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，述数字声音信号为现场录制。
4.根据权利要求1所述的记录和播放光盘质量声音的方法，其中所述数字声音信号通过电子混音乐器(1.3)制作的。
5.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，所述数字声音信号通过电脑软件(1.4)制作的。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，低音过滤器被应用于收录(1.5)的声音信号源。
7.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，16千赫/12位或更高辨析率的光盘质量声音为具有回波效应(1.6)的随意的曲调。
8.根据权利要求1所述的记录和播放光盘质量声音的方法，其中16千赫/12位或更高辨析率的激光唱盘音质的声音在编辑时随意分割成小片断，并且通过微处理器(1.11)的应用软件(1.12)合并这些片断来组合和播放所述的光盘质量的声音。
9.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，所述微处理器(1.11)联合内置或外置的ROM(1.9)以二进制格式存储数字声音数据。
10.根据权利要求1所述的记录和播放激光唱盘音质声音的方法，其特征在于，所述微处理器(1.11)联合内置或外置的12位或更高的数模转换器(1.10)。
11.一种播放激光唱盘音质声音的门铃系统的接收器，包括响应外部按钮(3.1、3.2)的接收器(2.1)，微处理器(1.11)，存储器组件(1.9)，数模转换器(1.10)，音频放大器(1.13)和扩音器(1.14)，其特征在于，激光唱盘音质的声音进入微处理器(1.11)的内置ROM或之外置ROM(1.9)，并且通过微处理器(1.11)确认发报机或门铃系统的外部按钮(3.1、3.2)的信号后发出指令进行播放。
12.根据权利要求11所述的播放激光唱盘音质声音的门铃系统的接收器，其特征在于，其中激光唱盘音质的声音以12位辨析率或更高的和16千赫样板速率和更高的规范进行运作。
13.根据权利要求11所述的播放激光唱盘音质声音的门铃系统的接收器，其特征在于，其中所述微处理器(1.11)包括12位或更高的数模转换器(1.10)和相关的大容量存储器(1.9)。
14.根据权利要求11所述的播放激光唱盘音质声音的门铃系统的接收器，其特征在于，其中所述接收器通过无线电频率接收器(2.1)与发报机以无线形式进行通讯。
15.根据权利要求11所述的播放激光唱盘音质声音的门铃系统的接收器，其特征在于，其中所述接收器与设置在建筑物的任意位置的外部按钮(3.1、3.2)以有线形式进行通讯。
全文摘要
根据本发明，提出一种用于门铃系统的记录和播放激光唱盘音质声音的方法。首先从网站或乐器产生的磁带或唱片收集波浪格式的声音信号。这些声音文件编辑成16千赫/16位或更高的辨析率。可选择的，16千赫/16位或更高的声音信号可以通过回声效应调谐。可选择的，声音信号可以分割成小片断。然后，16千赫/16位或更高的曲调转换成16千赫/12位或更高的二进制数据。所述16千赫/12位或更高的声音信号收录入声音微处理器(1.11)中。最后，12位的二进制数据在微处理器(1.11)内置的数模转换器(1.10)的协助下以模拟声音信号播放。本发明还提出了体现上述方法的门铃系统的接收器。所数门铃系统可以为无线形式或有线形式。本发明克服了现有门铃系统的缺点以及由此带来的低质量的声音。
文档编号G10H1/26GK1617182SQ20041000811
公开日2005年5月18日 申请日期2004年3月1日 优先权日2003年11月10日
发明者陈坤利 申请人:Iq集团私人有限公司