专利名称：影音信号快进播放方法
技术领域：
本发明涉及一使用时间缩放算法的影音信号快进播放方法，通过音频范围限制与波形斜率计算来改善快进播放时的影音信号品质。
背景技术：
一般使用者在使用如CD、VCD、DVD或卡带等的影音资料时，在影音信号播放时不时有前进或倒转的需要，尤其是要重复聆听或观看某个多媒体片段，若需要快速到达某一预定位置、并以慢速来播放，更是有快速/慢速前进(fast/slow forward)或快速/慢速倒转(fast/slow reverse)的需要。因此，公知技术发展出几种针对上述需求的解决方式，如取样频率(samplingfrequency)与时间缩放(time scale)等方法。
公知技术中时间缩放的概念可以参阅图1来说明。其中，有一输入影音信号M，并区分为多个开窗(window)，如第一开窗11、第二开窗12、第三开窗13等；此开窗为声音信号中的最小单位，在一预先定义的压缩比下进行开窗重复的动作。如图示的输出影音信号N，使输入影音信号M的第一开窗11与第二开窗12有一重复信号位置P1，第二开窗12与第三开窗13有一重复信号位置P2，通过各相邻开窗重复的压缩步骤，达到时间压缩与影音信号快进的目的。
公知技术的时间缩放方法的另一实施例请参阅图2A至图2F所示，为音波与时间轴的关系示意图。图2A中有一最小波长Lmin与最大波长Lmax，通过一相似性(similarity)侦测步骤由最小波长Lmin增加到最大波长Lmax，得出一基本周期Lp，如图2B所示。再根据此基本周期Lp将该原始音波切分为第一波形A与第二波形B，如图2C所示。且由图2C可知，第一波形A为一斜率下降的波形(图2D)，而第二波形B为一斜率上升的波形(图2E)。将第一波形A与第二波形B相加得图2F所示的混合波形(A+B)，以代替原来的波形A、B，得到通过时间缩放修正方法而获取的结果。
再请参阅图3A，为美国专利No.6,424,789号所示的取样频率方法数据流示意图。此公知技术是依据影像内容来改变影像数据快转或慢转取样的方法，在此仅就其中的影音信号数据筛选方法来讨论。如图所示的影音信号数据流30，其中包括两组影音信号片段(shot)第一影音信号片段31与第二影音信号片段32；而各影音信号片段进一步分割成多个影音信号框(frame)，如第一影音信号片段31中的影音信号框F1、F2、F3、F4、……、Fn，与第二影音信号片段32中的F1、F2、F3、……、Fm。若要将此影音信号数据以慢速播放，则需另外依据邻近的影音信号框来加入或复制额外的影音信号框，使播放的数据流拉长；若要快速播放，则需根据一选取原则(此原则并不在此详述)将选取的影音信号框删去，以缩短影音信号数据流长度。如图示，将第一影音信号片段31中的F2、F4丢弃，并将第二影音信号片段32中的F2、Fm’舍去，以达到影音信号快速/慢速前进或倒转播放的目的。
图3B为图3A所示公知技术的方法流程图。当影音信号开始播放(步骤301)；影音设备即接收来自播放源的影音信号数据流(stream)(步骤302)；由设备中的处理器，如数字信号处理器(DSP)，将数据流区分成多个片段(shot)(步骤303)；再由使用者控制决定速度改变的等级，如快转/慢转的速度、品质等(步骤304)；再依使用者所决定的等级将各影音信号片段分类，使之分成多个不同的影音信号框(frame)(步骤305)；运用此公知技术所述的适当的取样算法(sampling algorithm)，将其中某些影音信号框丢弃或是复制，从而达到快转或慢速播放的目的(步骤306)；再判断是否已处理至最后一个片段(步骤307)；若否，表示仍有影音信号片段未处理，再跳至下一片段(步骤308)，并继续进行依等级将各片段分类成不同的影音信号框等步骤(步骤305)；若已处理至最后一个影音信号片段，则将各筛选下来的包含多个影音信号框的影音信号片段重组，而成为一修正后的影音信号数据流(步骤309)，此新修正的影音信号数据流则为使用者所需的快转或慢速播放的影音信号数据。
但上述公知技术中的第一实施例利用时间缩放压缩(time-scalecompress)技术而达到快转前进或倒转播放的目的；但由于在找相似点时，需要大量的运算，取定点的话，则会造成影音信号数据不连续的问题，因而尤其在复音(multi-tone)的快速播放时会出现爆音或噪声。而第二实施例的取样频率(sampling frequency)方法，会导致产生变频的现象，使播放出的声音为一不寻常的声响，通常会变成尖锐而音频较高的声响。因此，本发明针对公知技术快速前进或倒转的问题，提出一通过时间缩放技术所发展而来的影音信号快进播放方法。
发明内容
本发明的主要目的是要解决公知的影音信号快进时会产生变频或爆音的缺点。因此，本发明提出一由时间缩放技术所发展而来的影音信号快进播放的时间缩放算法(time scaling algorithm)，通过其中的音频范围限制与波形斜率计算来改善快进播放的音质。
本发明提供一种影音信号快进播放方法，该方法是由一时间缩放技术(time scaling)所发展而来的影音信号快进播放的一内插系数算法(inter-coefficient)，达到压缩一影音信号数据流的目的，该影音信号快进播放方法的步骤包括有将多个影音信号单元分组存入至少一个缓冲存储器中；在该缓冲存储器中设定多个索引(index)；设定一参考点，该参考点为该内插系数算法的一基准点(alignment point)；通过该基准点地址开始该内插系数算法的演算，得出一新的压缩影音信号单元；将该缓冲存储器其一的索引位移至下一影音信号地址。并重复上述步骤，以完成影音信号的压缩，从而达到快进播放的目的。
根据上述构想，其中，在该步骤开始之初，将该影音信号数据流分为该多个影音信号单元。
根据上述构想，其中，该影音信号单元中包括有多个取样影音信号。
根据上述构想，其中，在将该多个影音信号单元分组存入至少一个缓冲存储器的步骤中，是依所需压缩比或快进播放速度而分组存入该至少一个缓冲存储器中。
根据上述构想，其中，计算出该参考点的步骤，是由一初始点开始逐点计算，以作为下一次运算的基准点。
本发明还提供一种影音信号快进播放方法，是由一时间缩放技术所发展而来的用于影音信号快进播放的一内插系数算法，用以压缩一影音信号数据流，其中，该影音信号快进播放方法的步骤包括将该影音信号数据流分为多个影音信号单元；将该多个影音信号单元分组存入一第一缓冲存储器与一第二缓冲存储器；在该第一缓冲存储器与该第二缓冲存储器中设定多个索引点；设定一参考点，该参考点为该内插系数算法的一基准点；由该基准点地址开始该内插系数算法的演算，得出一新的压缩影音信号单元；以及将该缓冲存储器其一的索引位移至下一影音信号地址；重复上述步骤以完成影音信号压缩，从而快进播放。
根据上述构想，其中，该影音信号单元中包括有多个取样影音信号。
根据上述构想，其中，在将该多个影音信号单元分组存入该第一缓冲存储器与该第二缓冲存储器的步骤中，是依所需压缩比或快进播放速度而分组存入该缓冲存储器中。
根据上述构想，其中，该基准点开始逐点计算的公式为temp[i]+＝Buffer1[index1+i]×Buffer2[index2+j]其中Buffer1[]为该第一缓冲存储器的地址函数，Buffer2[]为该第二缓冲存储器的地址函数，其中变量index1+i表示该第一缓冲存储器的影音信号单元中的取样影音信号地址，而变量index2+j表示该第二缓冲存储器的影音信号单元中的取样影音信号地址。
根据上述构想，其中，该内插系数算法的计算公式为Buffer1[alignment+i]＝(Buffer2[i]×i+Buffer1[alignment+i]×unit-Buffer1[alignment+i]×i)/unit其中Buffer1[]为该第一缓冲存储器的地址函数，Buffer2[]为该第二缓冲存储器的地址函数，其中变量alignment+i表示该第一缓冲存储器的影音信号单元中的基准点地址，而变量i表示位于该第二缓冲存储器的影音信号单元中的起始点地址。
图1所示为公知技术的时间缩放概念的示意图；图2A至图2F所示为音波与时间轴关系的示意图；图3A所示为公知技术的取样频率方法数据流的示意图；图3B所示为公知技术的取样频率方法的流程图；图4A至图4C所示为本发明影音信号快进的时间缩放方法的示意图；
图5为本发明影音信号快进播放方法的步骤流程图。
其中，附图标记说明如下11第一开窗12第二开窗 13第三开窗M输入影音信号 N输出影音信号 P1，P2重复信号位置30影音信号数据流 31第一影音信号片段 32第二影音信号片段A第一波形 B第二波形 Lmax最大波长Lmin最小波长 Lp基本周期 40影音信号数据流41第一缓冲存储器 42第二缓冲存储器401，402，403，404影音信号单元411，421记忆区块 i401，i402索引点具体实施方式
本发明为一种影音信号快进播放方法，为解决公知技术中影音信号快进时使用时间缩放或取样频率等方法会产生太高或尖锐的变频或播放过程爆音的缺点，而提出一改善公知时间缩放技术所发展而来的影音信号快进播放的时间缩放算法(time scaling algorithm)，通过其中的音频范围限制(rangerestriction)与波形斜率(slope)计算来改善快进播放的音质。
请参阅图4A至图4C，所示为本发明的影音信号快进的时间缩放方法的示意图。
图4A所示为一影音信号数据流(stream)40，其中包括有多个影音信号单元401、402、403与404，每个影音信号单元进一步包含有多个影音信号数据流最小单元，即取样影音信号(sample)。而本发明快进播放的目的即为将其中各影音信号单元作一时间缩放的演算，使多个影音信号单元(unit)依所需的压缩比压缩为一个影音信号单元，并能维持良好的音质。例如，若为两倍快进播放时，即将两个影音信号单元压缩为一个新的影音信号单元；若为四倍快进播放时，则同理将四个影音信号单元压缩为一个新的影音信号单元。
请参阅图4B所示的两倍快进播放的实施例，其中包括有内存中配置的第一缓冲存储器41与第二缓冲存储器42。将影音信号数据流40中两个影音信号单元为一组分批存入此缓冲存储器，如影音信号单元401与402存入第二缓冲存储器42(如公式一的Buffer1)的记忆区块421，而影音信号单元403与404存入第一缓冲存储器41(如公式一的Buffer2)的记忆区块411。在两倍快进播放的实施例中，记忆区块411与记忆区块421的数据长度为两个影音信号单元的数据长度。
缓冲存储器中定义索引地址(index)，如在第一缓冲存储器41中设定索引点i401，在第二缓冲存储器42中设定索引点i402，索引值所标记的为影音信号单元中的取样影音信号(sample)。
为了在快进播放时不发生变频或爆音的现象，故需要在压缩时先找到相似波形的基准点，此基准点即为内插系数(inter-coefficient)算法开始运算时的起始点。请参阅公式一。
temp[i]+＝Buffer1[index1+i]×Buffer2[index2+j](公式一)此式中，Buffer1[]为第一缓冲存储器41的地址函数，Buffer2[]为第二缓冲存储器42的地址函数，其中变量index1+i表示第一缓冲存储器41的影音信号单元中的取样影音信号(sample)地址，而变量index2+j表示第二缓冲存储器42的影音信号单元中的取样影音信号(sample)地址。
实际上，找内插系数的算法即为将影音信号单元401，402，403，404的数值带入公式一，求得一个最相似的图形。以图4B为例，Buffer1提供给影音信号单元401和402，而Buffer2提供给影音信号单元403和404。代入公式后，求得最大的temp[i]，其意义即为此i点为两对缓冲存储器最相似的起始点，我们称此点为基准点(alignment)。求得基准点后，再代入公式二，求出取代的一段影音信号值。
Buffer1[alignment+i]＝(Buffer2[i]×i+Buffer1[alignment+i]×unit-Buffer1[alignment+i]×i)/unit(公式二)i＝0～unit其中Buffer1[]为该第一缓冲存储器的地址函数，Buffer2[]为该第二缓冲存储器的地址函数，其中变量alignment+i表示该第一缓冲存储器的影音信号单元中的基准点地址，而变量i表示位于该第二缓冲存储器的影音信号单元中的起始点地址。
由于此找内插系数需要大量的乘法，所以在此提出通过搜寻斜率(slope)以及数值范围来找出相似点的方法，从而降低运算的复杂度。也就是，在影音信号单元403与404中取一点为一比较点，然后在401与402中取一起始索引点i401，定一个数值差范围(range A)，从此起始点开始比较是否具有相同斜率以及数值差是否在range A内；如不是，就往后找，最多到索引点i402。当找到最佳化的基准点，我们会代入公式二，求出新的一段影音信号数值。此方法大大降低了求最相似波形的运算量。
图4C所示为将第一缓冲存储器41中的索引点i401位移至下一组需要压缩的影音信号单元，而第二缓冲存储器42即以公式二所得到的基准点作为下一压缩步骤的起始点(如图示的索引点i402)。
最后将第二缓冲存储器的结果输出，即得到本发明为达到影音信号快进播放的目的所需的压缩影音信号。
图5所示即为本发明影音信号快进播放方法的步骤流程图，流程如下步骤S1依需求将一影音信号数据流分为多个影音信号单元(unit)；步骤S2将该多个影音信号单元依所需压缩比或快进播放速度而分组存入至少一个缓冲存储器(buffer)中，如图4A所述的两倍压缩比快进播放即以两个影音信号单元作为分组储存的参考，而缓冲存储器即如图4B、图4C所示的第一缓冲存储器41与第二缓冲存储器42；步骤S3在上述的缓冲存储器中设定多个索引值(index)来标示其中影音信号的地址，如图4B所示的第一缓冲存储器41中有一第一索引i401，第二缓冲存储器42中有第二索引i402；步骤S4通过各缓冲存储器中的多个影音信号单元所标记的取样影音信号(sample)计算出一参考点，计算此参考点是为得出内插系数算法(inter-coefficient)的初始点；步骤S5上述步骤的初始点为内插系数法的一基准点(alignment point)，从最前头的初始点开始逐点计算，以内插系数算法找最佳基准值，以作为下一次运算的基准点(如公式二)，而该第一个基准点是以经验法则得出，之后再以该内插系数算法得出下一基准点；每个影音信号单元中的取样影音信号(sample)循序代入公式二，最后加总即可得下一基准点；步骤S6由基准点地址开始内插系数法的演算，即配合各索引地址，由缓冲存储器中可得出一新的压缩影音信号单元，并输出所得到的快进播放的输出结果；步骤S7判断影音信号压缩是否完成；步骤S8若没有完成，将第一缓冲存储器的第一索引位移至下一个需要压缩的影音信号地址(以步骤S2所决定的压缩比为主)，并重复上述步骤S5至步骤S7，以完成影音信号压缩而达到快进播放的目的；步骤S9若影音信号压缩完成，则结束此一影音信号快进方法的步骤。
上述的步骤中，将多个影音信号单元依所需压缩比或快进播放速度而分组存入缓冲存储器中，若每读两个影音信号单元再由缓冲存储器输出一个新的压缩影音信号单元，即为两倍压缩比的快进播放；若每读四个影音信号单元再由缓冲存储器输出一个新的压缩影音信号单元，即为四倍快进播放。
综上所述，本发明为解决公知的影音信号快进时会产生变频或爆音的缺点，而提出一由时间缩放技术(time scaling)所发展而来的影音信号快进播放的时间缩放算法(time scaling algorithm)，其中的音频范围限制与波形斜率计算的内插系数算法(inter-coefficient)达到影音信号压缩的目的，并改善了快进播放的音质，且能降低在压缩计算时的功耗，更能减低内存的使用率，确实有着一举多得的功效。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非以此限制本发明的专利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变化，均包含于本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种影音信号快进播放方法，该方法是由一时间缩放技术所发展而来的用于影音信号快进播放的一内插系数算法，用以压缩一影音信号数据流，其中，该影音信号快进播放方法的步骤包括将多个影音信号单元分组存入至少一个缓冲存储器中；在该缓冲存储器中设定多个索引点；设定一参考点，该参考点为该内插系数算法的一基准点；由该基准点地址开始该内插系数算法的演算，得出一新的压缩影音信号单元；将该缓冲存储器其一的索引点位移至下一影音信号地址；重复上述步骤以完成影音信号压缩，从而快进播放。
2.如权利要求1所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，在该步骤开始之初，将该影音信号数据流分为该多个影音信号单元。
3.如权利要求1所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，该影音信号单元中包括有多个取样影音信号。
4.如权利要求1所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，在将该多个影音信号单元分组存入至少一个缓冲存储器的步骤中，是依所需压缩比或快进播放速度而分组存入该至少一个缓冲存储器中。
5.如权利要求1所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，计算出该参考点的步骤，是由一初始点开始逐点计算，以作为下一次运算的基准点。
6.一种影音信号快进播放方法，是由一时间缩放技术所发展而来的用于影音信号快进播放的一内插系数算法，用以压缩一影音信号数据流，其中，该影音信号快进播放方法的步骤包括将该影音信号数据流分为多个影音信号单元；将该多个影音信号单元分组存入一第一缓冲存储器与一第二缓冲存储器；在该第一缓冲存储器与该第二缓冲存储器中设定多个索引点；设定一参考点，该参考点为该内插系数算法的一基准点；由该基准点地址开始该内插系数算法的演算，得出一新的压缩影音信号单元；以及将该缓冲存储器其一的索引位移至下一影音信号地址；重复上述步骤以完成影音信号压缩，从而快进播放。
7.如权利要求6所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，该影音信号单元中包括有多个取样影音信号。
8.如权利要求6所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，在将该多个影音信号单元分组存入该第一缓冲存储器与该第二缓冲存储器的步骤中，是依所需压缩比或快进播放速度而分组存入该缓冲存储器中。
9.如权利要求6所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，该基准点开始逐点计算的公式为temp[i]+＝Buffer1[index1+i]×Buffer2[index2+j]其中Buffer1[]为该第一缓冲存储器的地址函数，Buffer2[]为该第二缓冲存储器的地址函数，其中变量index1+i表示该第一缓冲存储器的影音信号单元中的取样影音信号地址，而变量index2+j表示该第二缓冲存储器的影音信号单元中的取样影音信号地址。
10.如权利要求6所述的影音信号快进播放方法，其特征在于，该内插系数算法的计算公式为Buffer1[alignment+i]＝(Buffer2[i]×i+Buffer1[alignment+i]×unit-Buffer1[alignment+i]×i)/unit其中Buffer1[]为该第一缓冲存储器的地址函数，Buffer2[]为该第二缓冲存储器的地址函数，其中变量alignment+i表示该第一缓冲存储器的影音信号单元中的基准点地址，而变量i表示位于该第二缓冲存储器的影音信号单元中的起始点地址。
全文摘要
本发明涉及一种影音信号快进播放方法，为使用时间缩放算法(time scaling algorithm)的影音信号快进播放方法。其中，通过音频范围限制(range restriction)与波形斜率计算(slope computation)的内插系数算法(inter－coefficient)，达到影音信号压缩的目的，并改善了播放的影音信号品质。本发明快进播放的目的即为将影音信号数据流(data stream)中各影音信号单元(unit)做一时间缩放的演算，使多个影音信号单元依所需的压缩比压缩为一个影音信号单元，并能维持良好的音质。
文档编号H04N5/783GK1705365SQ20041004765
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者林士生 申请人:扬智科技股份有限公司