專利名稱：：數字訊號轉換系統與方法
技術領域：
：本發明關于一種數字訊號轉換系統與方法，且特別是關于一種對數字訊號數據的取樣頻率轉換系統與方法。
背景技術：
：隨著手機、數字個人助理(PersonalDigitalAssistant,PDA)、可攜式多媒體播放器(PortableMultimediaPlayer,PMP)等數字產品運算能力的提升，這些電子裝置除了可供數字通訊外，亦可提供多媒體影音的播放。影音數字訊號處理在嵌入式系統中是許多電子產品廠商日趨重要的一個研發重點，多媒體裝置的效能表現必須依靠好的影音數字訊號處理。在影音數字訊號處理方面，由于使用者會接觸到許多不同取樣頻率(samplingrate)的數字訊號來源，其中數字訊號可以是音頻訊號或視訊訊號。多媒體裝置須先將各數字訊號來源的取樣頻率加以統一后才能進行混音及播放。承上所述，取樣頻率的調整顯然成為影音數字訊號處理的重點。其中，ZOH(ZeroOrderHold)轉換器又是取樣頻率轉換(samplingrateconverter)的重要算法。圖1為習知的ZOH算法的流程圖。請參照圖1，在此以處理音頻數據為例，首先，如步驟101，系統會針對每一要轉換的目的樣本數據做處理；接著，在步驟102遞增樣本數據的相位值，并以該相位值和27c比較(步驟103),此時，如果該相位值大于2兀，則表示這是一個新的音頻樣本數據，此時系統會將相位值減去2兀(步驟104)，并更新來源樣本數據(步驟105),然后，系統會復制來源樣本至目的(步驟106)，之后，系統會再判斷是否目的的結尾(步驟107)，如果尚未處理完樣本數據，則重復執行步驟102至步驟106，直到處理完一個單位區塊(如1024個樣本數據)。如本
技術領域：
內一般技術人員可輕易理解，上述方法能將取樣數不同的多媒體數據經由轉換，進而以相同的取樣頻率來播放(例如16k音頻轉為44.1k播放)，為目前市面上常用的音頻轉換方法。此方法對于輸入數據流加以增刪，藉以增減音頻在時間域上的分辨率。其關鍵的地方在于，對于每一個來源取樣需要復制多少個數量至目的數據流會因為相位值不同，而有所不一樣。也就是說，ZOH的作法會不斷的去計算相位變化作為復制數量多寡的依據。不過，由于計算相位變化是需要大量的浮點數運算，這對于沒有支持浮點數運算的處理器來說相當不利。另一方面，市面上許多可攜式多媒體電子裝置是采用ARM架構的嵌入式系統(以ARM處理器作為中央處理單元)。然而，現階段ARM處理器本身并無支持浮點數運算。因此，以純軟件運算的方式進行ZOH對數字訊號取樣頻率轉換的處理，常會造成處理器的負載過高。因此，對于市面某些可播放影音的可攜式電子裝置來說，在轉換音頻或視頻的取樣頻率時，此方法占用的系統運算資源較大(CPU負載約達15%),有時會讓系統運作延遲反應(多項程序同時執行，系統資源忙碌時)，造成可攜式電子裝置使用上的不便。另外，雖然上述多媒體裝置在設計時，可以采用硬件加速的方式，利用額外的硬件組件來處理數字訊號數據，雖然可提升效能，但是這樣的方式會使該設備的設計及制造成本上升。因此，許多多媒體裝置研發廠商希望在不額外增加硬件成本的情況下，將數字訊號取樣頻率轉換的演算方式加以改進，讓電子裝置整體的效能得以提升，增加產品竟爭力。
發明內容本發明目的在于提供一種數字訊號轉換的系統及方法，在不額外增加硬件成本的情況下，將數字訊號取樣頻率轉換的演算方式加以改進，讓電子裝置整體的效能得以提升。本發明提供的所述數字訊號轉換系統包括讀取手段用以讀取數字訊號數據；以及轉換手段用以根據取樣頻率轉換序列所記錄的數字訊號(包括有音頻或視頻)轉換比率，將數字訊號復制相對應的數量并存至內存。數字訊號轉換的系統應用于音頻/4見頻訊號樣本頻率的轉換，其特點在于利用一取樣頻率轉換序列，預先記錄各種音頻/視頻訊號在不同取樣頻率間的比率關系。所搭載系統的電子設備在需要做數字訊號的音頻/視頻取樣轉換時，能根據取樣頻率轉換序列所預先記錄各種音頻/4見頻訊號在不同取樣頻率間的比率關系，以復制的方式做訊號轉換。其優點在于，對于每一個來源樣本數據來說，由于復制數據量的比例已經預先定義于取樣頻率轉換序列，因此可直接利用數據復制指令來復制相應數量的目的數據流再存至內存。相較于習知ZOH的做法，本發明省去計算大量相位變化所花費的浮點運算時間。換句話說，利用取樣頻率轉換序列，直接產生相對應目的數據流的方式，能夠節省運算時間，特別是對于沒有支持浮點運算的處理器來說，更能大幅提升整體運算效能。另一方面，由于數字訊號的轉換牽涉到大量存儲器的搬移動作，特別是當數據分辨率(resolution)增加之后，對數據量的處理就會增加，而數據由處理器搬到內存上牽涉到資料存取(I叩ut/Output，以下簡稱I/0)的動作，而I/0動作又在整個處理器運作上屬于緩慢的部份，能減少i/o動作的數量，將可進一步增快處理速度。因此，在實際的應用上，本發明更能利用處理器特有的連續加載多筆數據指令及連續回存多筆數據指令，進行數字訊號批次性的處理，能進一步提升運算效能。有關本發明的詳細特征與實作，茲配合圖示在實施方式中詳細說明如下，其內容足以使任何本
技術領域：
一般技術人員了解本發明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所揭露的內容及圖式，任何本
技術領域：
的一般技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。圖l為現有技術中ZOH算法的流程圖；圖2為本發明一實施例的說明示意圖；圖3為本發明一實施例的取樣頻率轉換序列的說明示意圖；圖4為本發明一實施例的數字訊號轉換方法的流程圖；以及圖5為本發明一實施例的數字訊號轉換方法的載入/存取流程圖。具體實施方式本發明的目的及其執行方法在下列較佳實施例中詳細說明。然而本發明的概念也可用于其它范圍。以下列舉的實施例僅用于說明本發明的目的與執行方法，并非用以限制其范圍。接下來的說明中，"取樣頻率轉換序列"在本發明里是指一種對應關系的數據集合，其主要記錄包括有音頻/視頻的數字訊號，在不同取樣頻率間轉換時，每筆數據之間的轉換比率先以音頻轉換為例，要將一個取樣頻率8kHz的音頻數據轉換成16kHz的話，需對每單位音頻數據作復制放大的動作。對于音頻源來說，每單位音頻放大時需復制的數據量和原始數據間的比例關系會記錄于該取樣頻率轉換序列內。在實際的應用上，取樣頻率轉換序列的內容可以是任兩數字訊號取樣頻率間的對應關系。例如8kHz轉16kHz、8kHz轉24kHz、8kHz轉32kHz、'8kHz轉44kHz、16kHz轉32kHz、16kHz轉44kHz、16kHz轉64kHz等各種組合。在實際的應用上，該序列可以任一的形式記錄著取樣頻率轉換比率，它可以分散或集中的方式存在于一個數據表、程序代碼或記錄媒體之內。另外，在本發明里ldmia指令及stmia指令是ARM處理器特有的連續加載多筆數據指令及連續回存多筆數據指令，這2種指令主要用以存取連續數據。優點是可以加速I/O處理速度，其為熟此技藝者可輕易理解的指令故不再此進一步描述。圖2為本發明一實施例的說明示意圖，而圖3為本發明一實施例的取樣頻率轉換序列的說明示意圖。請參照圖2及圖3,本發明一種數字訊號轉換系統的實施例的說明圖示。為了簡化說明，本實施例以一取樣頻率8kHz的音頻數據轉換成取樣頻率16kHz來說明如何進行音頻轉換。當要執行音頻取樣頻率轉換的動作時，搭載此系統的電子裝置會執行一讀取手段先讀取音頻來源樣本數據，如圖2的音頻的來源樣本數據Sl。在本實施例里，音頻的來源樣本數據Sl取樣頻率為8kHz。該電子裝置的微處理器根據取樣頻率8kHz轉16kHz的取樣頻率轉換序列(如圖3的取樣頻率轉換序列Fl所示)復制音頻的每一樣本將其儲存至內存，作為取樣頻率轉換后的目的數據流，請參考圖2的目的數據流Dl所示。生，把每一來源樣本數據需復制數量比例預先寫入程序代碼里。當音頻取樣頻率轉換執行時期，就不需額外計算相位值來判斷數據復制數量，因此可大幅減少微處理器運算量，以及節省運算時間。若搭配使用前述的ldmia指令及stmia指令等可于單一指令執行大量數據存取的指令，則程序執行速度將會倍增。當然，ldmia指令與stmia指令為ARM嵌入式系統的特有指令，在此并不限制僅能以ldmia指令及stmia指令加速數據處理速度。本
技術領域：
的普通技術人員可參考本實施例，進一步針對特定音頻的取樣比率設計一程序代碼產生器，用以產生上述取樣頻率轉換序列。本
技術領域：
的普通技術人員可輕易理解，搭載本發明的電子裝置可為任一種具有揚聲功能的電子設備，如手機、PDA、數字相框、PMP、MP3播放器等等。這些設備能夠將原本取樣頻率較低的音頻數據，以較高的取樣頻率透過揚聲器播放或是另儲存新檔。更重要的是，本發明揭露的方法相較現有ZOH的方法，更能省去計算大量相位變化所花費的浮點運算時間，具有較佳的效能。附帶一提的是，本實施例為說明如何進行音頻取樣轉換，前述揭露的數字訊號轉換系統及其數字訊號轉換的方法亦可用于轉換視頻數據的數據取樣比率，在此不限制其范圍。舉例來說，在數字攝影機系統里，CCD的輸出i見頻訊號采用18MHz取樣，若欲降低取樣頻率以減少數據傳遞量時，可分別對視頻影像的Y、C頻道取樣頻率進行轉換。轉換方式亦可如前述數字訊號的轉換方式，在此不再贅述。圖4為本發明一實施例的數字訊號轉換方法的流程圖。請參照圖4，依照本發明數字轉換方法，首先依據一取樣比率產生一取樣頻率轉換序列(步驟401)。然后，讀取數字訊號數據(步驟402)。接著，根據一取樣頻率轉換序列，復制該數字訊號數據的每一樣本復制相對應數量(步驟403)。最后，將數字訊號數據存至一內存(步驟404)。在實際的應用上，使用者所用的數字訊號數據可能為任一取樣頻率，因此有些時候，電子裝置里面可能未安裝該音頻/視頻數據適用的取樣頻率轉換序列，因此亦可由內建的程序來產生合適的取樣頻率轉換序列，以便作為音頻/視頻轉換時數據復制的依據。承上一段所述，在實際的應用上，為了進一步加速數據存取的速度，將上述實施例應用于ARM架構的嵌入式系統，更可利用ldmia及stmia指令來加速數據的存取。如圖5所示，電子裝置執行步驟501時，系統可利用ldmia指令批次加載若干筆來源樣本數據；接著，執行步驟502,亦即根據一取樣頻率轉換序列的該步驟將前一步所得的數據復制到其它緩存器；然后再執行步驟503,使用stmia指令將數據批次儲存至一內存，然后重復執行若干次501、502及503步驟后程序結束，將來源樣本數據轉換成另一取樣頻率。從另一個角度來看，使用上述數字訊號轉換方法的裝置可為一搭載著應用程序的PC或家電，或是一個嵌入式的硬件芯片。在此"裝應用。其包含一種數據讀取單元用以存取一數字訊號數據及一取樣頻率轉換序列，例如讀取一取樣頻率為16kHz的音頻數據，以及一取樣頻率為16kHz專屬的取樣頻率轉換序列，用以將音頻取樣頻率由16kHz轉換至32kHz或任一取樣頻率；也包含一數據轉換單元用以根據該取樣頻率轉換序列，將該數字訊號數據復制并儲存成另一取樣率的數字訊號數據。承上所述，搭載本發明系統的裝置，可以是一個應用程序或一個嵌入式韌體(embeddedfirmware)的處理單元。該處理單元可為任何形式的處理器或芯片。該裝置裝配足夠的記憶單元并預先加載取樣頻率轉換序列及數字訊號數據，在經過適當的處理后，實現將數字訊號數據以不同的取樣頻率轉存至一內存內，換言之該裝置為一種具有數字訊號取樣比率轉換功能，并具有較高執行效率的電子設備。當然，以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此即局限本發明的專利范圍，故所有凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效結構變化，均同理皆包含于本發明的權利范圍內，合予陳明。權利要求1.一種數字訊號轉換系統，包含一讀取手段用以讀取一數字訊號數據；以及一轉換手段用以根據一取樣頻率轉換序列所記錄的一數字訊號取樣轉換比率，對該數字訊號數據每一樣本復制相對應數量的副本，以轉換該數字訊號數據，并將該復制的數字訊號數據存至一內存。2.如權利要求1所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該數字訊號轉換系統更包含一序列產生手段用以依據一取樣比率產生該取樣頻率轉換序列。3.如權利要求2所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該取樣比率為一取樣頻率轉換成另一取樣頻率之間的轉換比率，而該轉換比率是儲存于選自數據表、程序代碼、記錄媒體其中之一。4.如權利要求3所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該數字訊號轉換系統更包含一讀取手段用以批次讀取該數字訊號數據。5.如權利要求4所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該讀取手段是利用一連續加載多筆數據指令批次讀取該數字訊號數據。6.如權利要求5所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該連續加載多筆數據指令為ARM處理器的ldmia指令。7.如權利要求3所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該數字訊號轉換系統更包含一儲存手段用以批次儲存該數字訊號數據。8.如權利要求7所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該儲存手段是利用一連續回存多筆數據指令批次儲存該數字訊號數據。9.如權利要求8所述的數字訊號轉換系統，其特征在于，該連續回存多筆數據指令為ARM處理器的stmia指令。10.—種數字訊號轉換的方法，包含讀取一數字訊號數據；根據一取樣頻率轉換序列所記錄的一數字訊號取樣轉換比率，對該數字訊號數據的每一樣本復制相對應數量的副本，以轉換該數字訊號數據；以及將該復制的數字訊號數據存至一內存。11.如權利要求IO所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該數字訊號轉換方法對該數字訊號數據的每一樣本復制相對應數量的副本之前更包含步驟依據一取樣比率產生該取樣頻率轉換序列。12.如權利要求11所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該取樣比率為一取樣頻率轉換成另一取樣頻率之間的轉換比率，而該轉換比率是儲存于選自數據表、程序代碼、記錄媒體其中之一。13.如權利要求12所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該數字訊號轉換方法更包含步驟批次讀取該數字訊號數據。14.如權利要求13所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該批次讀取該數字訊號數據的步驟是利用一連續加栽多筆數據指令批次讀取該數字訊號數據。15.如權利要求14所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該連續加載多筆數據指令為ARM處理器的ldmia指令。16.如權利要求12所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該數字訊號轉換方法更包含步驟批次儲存該數字訊號數據。17.如權利要求16所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該批次儲存該數字訊號數據的步驟是利用一連續回存多筆數據指令批次儲存該數字訊號數據。18.如權利要求17所述的數字訊號轉換方法，其特征在于，該連續回存多筆數據指令為ARM處理器的stmia指令。全文摘要一種數字訊號轉換系統與方法，用于在電子設備的多媒體檔案播放時，對包括有音頻與視訊的數字訊號的取樣頻率進行轉換。數字訊號轉換系統包含讀取手段及轉換手段。首先，以讀取手段讀取數字訊號數據；之后再依據取樣頻率轉換序列所記錄的數字訊號取樣轉換比率，對數字訊號數據的每一位復制相對應數量的副本，用以轉換數字訊號數據的取樣，并將復制的數字訊號數據存到內存。文檔編號H04N5/92GK101330588SQ200810029460公開日2008年12月24日申請日期2008年7月10日優先權日2008年7月10日發明者許躍騰申請人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司