专利名称：合成器的扩频的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用合成器产生合成声信号的方法。
这种方法在移动终端设备内、例如在第三代移动无线电终端设备内被用于产生振铃音。
背景技术：
在借助于用软件实现的音乐合成器产生合成声信号时，所需的计算费用大致与输出信号的采样速率成比例。在此根据尼奎斯特(Nyquist)条件，输出信号只能包含最大为二分之一采样速率的频率。但如果减小采样速率以便降低所需的计算功率，则不再能再现高频信号成分。信号在该情形下听起来不自然和低沉。
若这种合成器例如被用来在移动电话中产生振铃音，则采样频率的降低还会导致所听到的振铃旋律的音量降低，并由此降低信号效果。
由于为了在消费领域(例如移动电话，电子游戏)实现合成器要采用非常廉价的处理器以便节省成本，所以可用的计算功率经常都非常有限。对于高级的合成器，采用具有非常高计算功率的昂贵处理器。但这种处理器对移动电话和电子游戏来说太昂贵、太大和需要太大的电流。
在移动电话中例如采用特殊的集成电路(IC)(例如雅马哈公司的MA-2)，其在较高的采样速率下需要尽可能小的电流和芯片面积。这种IC是昂贵的，并且在印刷电路板上还需要附加的位置。同时还会产生制造和测试成本。
在有些移动电话中，减少可同时播放的音频的数量，以便由此降低所需的计算功率。但这有个缺点，即不能重放复杂的旋律，因为并不是所有需要同时被播放的音频都能被重放。
发明内容
因此本发明所基于的任务在于，提供一种利用合成器产生合成声信号的方法，由此可以使所需的计算功率保持尽可能地小，同时尽可能少地损害合成器的声音。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。本发明的优选改进方案由从属权利要求给出。
在本发明的利用合成器产生合成声信号的方法中，利用合成器的低采样速率产生合成器输出信号。通过混进一个高频信号来产生所述合成器输出信号的取决于所述低采样速率的、所缺少的高频成分。优选地，所述的低采样速率为16kHz。
在本发明的一个改进方案中，所述的高频信号被调幅。优选地所述的调幅利用低采样速率F1、尤其是16kHz进行。
在一个优选方案中，被调幅的信号和合成器输出信号被变换成更高的采样速率F2，尤其为32kHz。
进一步优选的是，采用共同的采样速率变换器以变换到所述更高的采样速率F2。在此，同时地把所述的合成器输出信号变换到从0Hz至所述低采样速率F1的尼奎斯特频率的频率，和把所述的调幅信号变换到从所述低采样速率F1的尼奎斯特频率至所述更高采样速率F2的尼奎斯特频率的频率。共同的采样速率变换器明显比分开的变换器要需要更少的计算功率。同时，所需的反像滤波器的滤波器系数可以从存储的相同系数中推导出。这节省了附加的存储器需要。
另外有利的是，所述的高频信号被实现为噪声并利用低采样速率被计算。该计算优选利用16kHz来进行。该噪声信号利用噪声发生器来产生。作为替代方案，所述的高频信号也可以被实施为单音，尤其被实施为正弦振荡。所需的噪声信号幅度也可以利用16kHz来进行计算。
在本发明的一种改进方案中，所述合成器输出信号中的高频成分的功率被测量。优选地，该测量在4kHz-8kHz范围内进行。该功率可被用来计算所述高频信号的音量。
本发明另外还涉及一种移动终端，其适于采用本发明的方法。这种移动终端例如是移动无线终端、个人数字助理(PDA)、电子游戏设备等等。
本发明利用了以下知识，即人的听觉不能很好地区分高频声音和高频噪声。
通过本发明的方法，利用低采样频率提高了合成器的、尤其是音乐合成器的声音质量。倘若合成器的信号例如被用作移动无线终端的振铃旋律，则可以明显地提高信号效果。即便在吵闹的环境中或在掩盖住扬声器时(例如移动无线终端被放在口袋里)也能很好地察觉该信号。
在此，所需的计算功率仅被稍微地提高，而无须减少被同时重放的音频数量。为扩展频率范围所需要的计算功率与同时被重放的音频数量无关。由此，当需要同时重放许多音频时，该方法是极为有利的。对于现代的移动无线设备，这是一种重要的市场需求。
下面通过参考附图并借助实施例来详细讲述本发明。根据本发明的实质，在此所示的特征和在上面已经讲述的特征不仅可以进行所述的组合，而且可以单独地或以其它组合形式实现。其中图1示出了合成器总系统的实施例；图2示出了在所述总系统中所采用的递归式滤波器；图3示出了在所述总系统中所采用的噪声发生器；以及图4示出了在所述总系统中所采用的组合采样速率变换器。
具体实施例方式
图1示出了用于产生合成器输出信号A的合成器1。该信号利用高通滤波器2进行滤波。随后借助功率估测工具3估测信号的功率。
图2示出了功率估测工具的一个实施方案。该估测借助一个递归式滤波器通过对输入信号进行整流和滤波来实现。在此，从输入信号中减去以前计算的输出信号，这通过块z-1表示。若计算的值为正(x＞0)，则采用常数c1来滤波信号。如果不满足条件x＞0，则采用常数c2。通过切换这些常数可以实现滤波器对上升输入功率的反应要快于对下降输入功率的反应。
图1另外还示出了功率估测工具3的输出信号如何利用噪声发生器4的输出信号进行调幅，也即是相乘。
图3示出了作为伪噪声发生器形式的噪声发生器4的实施方案。以前计算的输出信号(通过块z-1表示)在此与值a相乘，并随后与值b相加。
图1给出了如何在随后将合成器1和噪声发生器4的信号A的采样速率(在调幅之后)提高因数2。这在采样速率变换器5内实现。
图4详细地示出了用于组合地进行采样速率变换的采样速率变换器实施例。为此，合成器10和噪声发生器11的信号一方面相加后被输入到FIR(有限输入响应)滤波器中，另一方面在相减后(合成器信号-噪声信号)被输入到第二FIR滤波器中。两个FIR滤波器用相同的滤波器系数(a0，a1)实现，但给第二FIR滤波器更换平均系数(a2，a3)。两个FIR滤波器的两个输出信号被交替地用作输出信号，由此把采样速率提高因数2。
在此，合成器信号在没有正负符号变化的情况下被馈入两个FIR滤波器。该FIR滤波器共同形成一个多相滤波器以便进行因数为2的采样速率变换。噪声信号以不变的正负符号被馈入到上面的FIR滤波器和以相反的正负符号被馈入下面的FIR滤波器中。因为两个FIR滤波器的输出信号被交替地采用，所以得到输出采样速率的尼奎斯特频率的噪声信号调制。由此噪声信号被镜像到高的频段中。
权利要求
1.利用合成器产生合成声信号的方法，该方法利用合成器(1)的低采样速率产生合成器输出信号(1)，其中，通过混进一个高频信号(S)来产生所述合成器输出信号的取决于所述低采样速率的、所缺少的高频成分。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述的低采样速率为16kHz。
3.如上述权利要求之一所述的方法，其中，所述的高频信号(S)被调幅。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述的调幅利用低采样速率F1、尤其是16kHz进行。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中，被调幅的信号(S)和合成器输出信号(A)被变换成更高的采样速率F2，尤其为32kHz。
6.如权利要求5所述的方法，其中，采用共同的采样速率变换器(5)以变换到所述更高的采样速率F2，其中同时地把所述的合成器输出信号(A)变换到从0Hz至所述低采样速率F1的尼奎斯特频率的频率，和把所述的调幅信号(S)变换到从所述低采样速率F1的尼奎斯特频率至所述更高采样速率F2的尼奎斯特频率的频率。
7.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述的高频信号(S)被实现为噪声。
8.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述的高频信号(S)利用低采样速率、尤其是16kHz被计算。
9.如权利要求1-4之一所述的方法，其中所述的高频信号(S)被实施为混音，或被实施为单音，尤其被实施为正弦振荡。
10.如上述权利要求之一所述的方法，其中所述合成器输出信号(A)中的高频成分的功率被测量。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述合成器输出信号(A)中的位于4kHz-8kHz范围内的高频成分的功率被测量。
12.如权利要求10或11之一所述的方法，其中所述合成器输出信号(A)中的高频成分的功率被用来计算所述高频信号(S)的音量。
13.移动终端，尤其是移动无线终端，其适于采用上述权利要求之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及利用合成器产生合成声信号的方法，该方法利用合成器(1)的低采样速率产生合成器输出信号(A)。通过混进一个高频信号(S)来产生所述合成器输出信号的取决于所述低采样速率的、所缺少的高频成分。优选地，所述的高频信号(S)被调幅，被调幅的信号(S)和合成器输出信号(A)被变换到更高的采样速率(F2)。
文档编号G10L21/038GK1573914SQ20041004765
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月27日 优先权日2003年5月27日
发明者M·伊勒 申请人:西门子公司