实时音频编码器接口预处理软硬件系统及方法和用途.pdf

本发明创造涉及计算机图像处理技术领域，具体地说是实时音频编码器接口预处理软硬件系统及方法和用途，其硬件装置包括：作为指令输入的键盘、用于对模拟音频信号进行数字化地音频A/D转换芯片等信号装置，其特征在于该软硬件系统可执行如下动作：解析键盘输入指令；初始化和关闭音频A/D芯片和DMA机制；分配和释放缓冲区；建立和解散缓冲队列；数字化当前帧的模拟电视信号；将该PCM信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所需规格的音频信号；将转化后的信号存入文件或送入后继模块；本发明创造同现有技术相比，提供了一套完整的音频预处理的算法。本发明创造可应用在音频编码器、广播、远程教育、音频工作站、数字录音技术、唱片等预处理技术领域。

1、  一种实时音频编码器接口预处理软硬件系统，包括：
(1)作为指令输入的键盘；
(2)用于对模拟音频信号进行数字化的音频A/D转换芯片
(3)用于存贮PCM信号、驱动控制程序和预处理算法的存贮设备；
(4)执行驱动和控制程序以及转换算法的DSP；其特征在于该软硬件系统可执行如下动作：
a、解析键盘输入指令；
b、初始化和关闭音频A/D芯片和DMA机制；
c、分配和释放缓冲区；
d、建立和解散缓冲队列；
e、数字化当前帧的模拟电视信号；
f、将该PCM信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所需规格的音频信号；
g、将转化后的信号存入文件或送入后继模块；

2、  如权利要求1所述的一种实时音频编码器接口预处理软硬件系统的方法，其特征在于采用了下列步骤：
(1)将欲执行的模拟音频信号转化为所需规格音频信号的控制程序和相关算法载入该嵌入式系统的存贮器中；
(2)解析键盘输入指令，如要求预处理几帧；
(3)初始化音频A/D芯片和DMA机制；
(4)分配缓冲区和建立缓冲队列；
(5)数字化当前帧的模拟音频信号，得到PCM信号；
(6)通过DMA传送机制，将该PCM信号送入内存指定地址；
(7)将该PCM信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所需规格的帧信号；
(8)将转化后的信号存入文件或送入后继模块；
(9)判断是否已满足在步序(2)所获得的指令：是，则退出程序，关闭音频A/D转换器和DMA机制，解散缓冲队列，释放所使用的缓冲区；否，则转入步序(6)，进入下一帧预处理；

3、  如权利要求1所述的一种实时音频编码器接口预处理软硬件系统，其特征在于可用于音频编码器、广播、远程教育、音频工作站、数字录音技术、唱片等预处理技术领域。

实时音频编码器接口预处理软硬件系统及方法和用途
〔技术领域〕
本发明创造涉及计算机数字信号处理技术领域，具体地说是嵌入式微机系统在驱动控制程序的控制和某种具音频预处理算法的处理下，将采样后的模拟音频信号进行降采样率和将精度处理的一种装置及方法。
〔技术背景〕
由于本公司选用的音频采样芯片仅支持18位，但目前国际通用音频编码器输入样本的PCM信号为16位；通过该芯片采样频率为双声道32kHz、44.1kHz和48kHz，但由于公司考虑到音频编码器处理这些采样频率的数据会过分的占用资源系统的资源，如内存资源、CPU资源等等，所以决定采用双声道22.05kHz的采样频率。
〔发明内容〕
本发明创造的目的是将数字音频技术和计算机数字信号处理技术结合起来，由数字音频信号源连接音频A/D转换芯片，音频A/D转换芯片连接存储器，存储器连接计算机中央处理器CPU，通过CPU单元实现对音频A/D转换芯片和存储器控制，同时运用标准的C语言算法把采样后的PCM信号进一步转换为后继模块所需要的格式。
为实现上述的目的，设计了一套实时音频编码器接口预处理的软硬件系统。其硬件装置，包括：作为指令输入的键盘、用于对模拟音频信号进行数字化地音频A/D转换芯片、用于存贮PCM信号、驱动控制程序和预处理算法的存贮设备以及用于运行程序的DSP。其软件部分包括：对于键盘指令的解析程序、缓冲管理程序、对音频A/D换器驱动和控制的程序以及把采样后的双声道18-bit、44.1kHz音频PCM信号转换成双声道16-bit、22.05kHz音频PCM信号。
实时音频编码器接口预处理软硬件系统的方法采用了下列步骤：
(1)将待执行的实时音频编码器接口预处理的控制程序和相关算法载入该嵌入式系统的存贮器中；
(2)解析键盘输入指令，如要求预处理多少帧的音频数据；
(3)初始化音频A/D芯片，如设置采样频率、声道数等等；
(4)分配缓冲区和建立缓冲队列，为DMA和预处理算法提供必要缓冲区；
(5)初始化DMA机制，如每次通过DMA传送的数据量、以及各种参数；
(6)数字化当前帧的模拟音频信号，得到PCM信号，此步序与以后的各步属并行关系；
(7)通过DMA传送机制，将该PCM信号送入指定缓冲区；
(8)将该PCM信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所要求的PCM信号；
(9)将转化后的信号存入文件，如加入头部信息后，形成wav文件；或者送入后继模块，如送入音频编码器模块；
(10)判断是否已满足在步序(2)所获得的指令，如已经满足要求预处理的帧数：是，则退出程序，关闭音频A/D转换器和DMA机制，解散缓冲队列，释放所使用的缓冲区；否，则转入步序(8)，进入下一帧预处理；
本发明创造同现有技术相比，提供了一套完整的音频预处理的算法。其独到之处在于，在降采样率中引入了二分频技术。
本发明创造最大的技术特点就是摒弃了依赖专用音频处理芯片，而直接采用软件处理的方法来解决这些问题：a、具有灵活性。对用户来说，IC的内部的音频预处理功能是固化的，有些提供的技术参数无法满足用户的需求，而有些功能却是多余的，不能根据用户的需求随意定制，这是IC最致命的弱点；以软件实现的算法就可避免这一点；b、具有可升级性。灵活性差就导致了其的升级性不强，对用户来说，如果希望得到更全面的音频预处理功能，那就不得不用更好的IC芯片来取代原有的IC芯片，往往还要重新做PCB板子和重新编写一套驱动程序，这样产品就很难在短期内占领市场，也使其生命力大打折扣；如果用软件来实现的话，至少重新做PCB板子和重新编写一套驱动程序这两步就可免了，用户只需在原有的硬件环境下，即可嵌入新的软件算法。
本发明创造的经济效益在于低成本，含预处理功能的音频采样芯片售价一般在十几美金或几十美金，这势必增加了每台产品的售价；如果用软件来实现该功能的话，用户只需前期的研发成本，如对该算法的移植、修改和升级等，后期的生产成本就可省去了，很显然可省相当可观的成本。
本发明创造可应用在音频编码器、广播、远程教育、音频工作站、数字录音技术、唱片等预处理技术领域。
〔附图说明〕
图1是本发明创造的硬件框图。
图2是本发明创造标准C编写的程序流程图。
图3是本发明创造的二分频技术实现图。
图4是16-bit、18-bit和原始音频样本在内存中的排列状态。
指定图1为摘要附图。
〔实施例〕
下面结合附图作进一步详细说明。
参见图1，图中→表示控制线，表示数据流向线(单向)，表示数据流向线(双向)。方框一，模拟音频信号源，电视中的伴音、VCD或DVD的音频输出、FM或AM和拾音器获得一些声音信号。向音频A/D器转换提供模拟信号，该信号为连续的模拟信号。方框二，音频A/D转换芯片。对模拟音频信号进行数字化，为后继的预处理提供所需要的PCM信号。方框三，存储器，存放PCM信号场所，并为音频预处理程序以及后继的音频编码算法程序提供所需要的存储空间。方框四，CPU，即中央处理器。用于运行驱动控制程序以实现对方框二(音频A/D转换芯片)和方框三(存储器)的控制，同时用于运行预处理算法，把采样后的PCM信号进一步转换为后继模块(这里就是指音频编码器)所需要的格式。该模块是所有硬件和软件地核心。这种产品的组成及连接方法对本专业的人来说是清楚的。
参见图2，图2给出了本发明创造的C语言程序流程图。
参见图3就是对双声道、44.1kHz的样本通过二分频技术，均匀地提取出音频编码器所需要的双声道、22.05kHz样本，因为采样间隔的增大一倍，所以此时的音频的样本数目比未经预处理的要少一半。
参见图4，其中表示无效位。
算法的特殊性
1、从方法上说，通过二分频技术，获得所需要的音频样本；
2、从算法实现的方式上说，本算法是一套用标准C语言编写的算法，其本身与硬件、处理器指令集和操作系统无关，所以通用性很强。可移植入任何音频A/D的模块中，也就是直接嵌入到音频采样器驱动程序中。
3、从实用性上说，可替代目前市场上的某些音频A/D预处理芯片，以节省研发和生产成本。