利用視頻光柵化器的音頻處理方法
2023-07-05 21:52:31
專利名稱：利用視頻光柵化器的音頻處理方法
技術領域：
本發明涉及音頻/視頻的測試，特別涉及利用視頻光柵化器來顯示代表性波形的音頻處理方法。
背景技術：
在視頻儀器中，例如視頻波形監控器或矢量顯示器，視頻數據被以高數據速率取樣，例如以27MHz取樣。因此，在所述儀器中使用了系統時鐘，系統時鐘的頻率是所述視頻數據速率的整數倍。對光柵掃描顯示器來說，所述視頻數據被存儲在光柵化器上。以這樣的速率讀出用於顯示的光柵化器的內容，以便所述顯示器通常以每秒三十次的速率更新。相反，音頻數據以比上述視頻數據速率低得多的速率例如48KHz被取樣。為了提供音頻數據波形顯示，通常需要具有為音頻數據速率設計的單獨的設備。
於1996年1月16日授於Bob Elkind等的、題目為「Digital AudioWaveform Display on a Video Waveform Display Instrument」的美國專利第5,485,199號中記載了將數字音頻數據存儲在小緩衝存儲器中，並通過工作在所述視頻取樣速率下的數模轉換器(DAC)取代視頻數據突發。由於所述DAC重現濾波器對所述音頻數據進行內插，如同它是在所述數字取樣速率下一樣，所以，從數字音頻數據的超級時鐘到所述視頻數據速率適合於利用模擬波形顯示技術工作。因此，單個DAC和濾波器可被用於將音頻波形與視頻波形組合，以同時顯示所述內插後的數字數據。
現有數字音頻波形監視器通過寫入到專用幀緩衝器、然後由顯示控制器以顯示幀速率讀出，來產生光柵顯示。視頻波形監視器以相似的方式產生用於顯示的各幀，但是是在高得多的時鐘頻率和象素速率下完成的。為了在同一個平臺上組合視頻和音頻波形，需要單獨的緩衝器以建立音頻和視頻直方圖。
所需的是一種能在不丟棄任何數據的情況下、通過相同的顯示技術同時顯示音頻和視頻數據的方法。
發明內容
因此，本發明提供利用視頻光柵化器的音頻處理方法。按照音頻時鐘將音頻樣值記錄到(clock into)緩衝存儲器中，例如先進先出(FIFIO)緩衝器，並按照光柵化器(系統)時鐘對所述緩衝存儲器的輸出記錄(clock out)，以允許所述音頻數據從音頻時鐘域跨越到視頻時鐘域。然後，在被視頻顯示引擎處理之前，所述音頻數據被取樣比率轉換器/內插器向上取樣。所述視頻顯示引擎包括多相濾波器，所述多相濾波器是用來對顯示數據向上取樣的，以輸入到光柵化器中，從所述光柵化器讀出用來顯示的數據。通過這種方法，音頻和視頻數據使用相同顯示技術以允許在相同的光柵顯示器上同時顯示音頻和視頻數據。
通過結合後附的權利要求書和附圖，閱讀下面詳細的說明，本發明的目的、優點和其它新特徵將顯而易見。
圖1是根據本發明的音頻/視頻顯示引擎的方框圖；圖2是兩分支多相濾波器的歸一化響應的曲線圖；圖3是具有音頻取樣速率的兩分支多相濾波器的響應的曲線圖；圖4是具有光柵化器取樣速率的兩分支多相濾波器的響應的曲線圖；圖5是根據本發明的圖1中的音頻/視頻顯示引擎的時序圖。
具體實施例方式
參考圖1，圖中示出傳統的視頻光柵化器12，其輸出端連接到顯示器14而輸入端連接到多相濾波器(內插器)16。多相濾波器16可以是兩分支的、512相內插器。音頻處理器18以音頻時鐘速率接收緩衝存儲器20中的音頻數據，緩衝存儲器20例如是先進先出(FIFO)緩衝器。當FIFO 20就緒時，所述音頻數據以系統/光柵化器時鐘速率也就是視頻取樣速率的整數倍的速率被讀出，並輸入到取樣比率轉換器22，取樣比率轉換器22作為例如8相內插器。控制器24為FIFO 20提供讀取地址，為光柵化器12提供消隱信號，為多相濾波器16提供轉移啟動信號並為取樣比率轉換器22提供係數選擇。從取樣比率轉換器22輸出的內插音頻數據和視頻數據被輸入到多路復用器26。從多路復用器26輸出的是顯示數據，所述顯示數據輸入到多相濾波器16。這樣，在多路復用器26之後的顯示技術為音頻和視頻數據共用。
所述音頻數據被作為另一組視頻數據來進行簡單處理，跨越到視頻時鐘域。FIFO 20用於橫跨有很大區別的時鐘界線，通常就是音頻數據和視頻數據之間的時鐘界線。控制器24使顯示器14在音頻數據無效時消隱，出現音頻數據無效的情況通常是由於視頻處理時鐘不是音頻數據速率的整數倍而引起的。所述控制器還允許多相濾波器16轉換到新的數據。如果所述音頻數據速率與所述音頻帶寬的比率不大於多相濾波器16中的期望比率，例如所述視頻數據被向上取樣了，則取樣比率轉換器22用來提供音頻數據速率。多相濾波器16用來實現最終向上取樣，導致與相似的音頻波形監控器中的2、4或8倍向上取樣相比，所述最終向上取樣的最終取樣速率提高到原始音頻數據速率的幾百倍。同時發生的音頻和/或視頻波形可通過重複多路復用器26和多相濾波器16來顯示。
數字濾波器的頻率響應與被取樣的數據的取樣速率有直接的關係。濾波器的帶寬加倍時，取樣速率也會加倍。經常，以歸一化的X軸畫出數字濾波器頻率響應曲線，以表示在指定取樣速率後才能知道絕對頻率響應。圖2示出兩分支有限脈衝響應(FIR)濾波器的典型的歸一化頻率響應。通過將X軸乘以待濾波的數據的取樣速率來計算所述絕對頻率響應。圖3示出相同的濾波器在192KHz的取樣頻率下的頻率響應曲線。所述頻率響應在20KHz時大約衰減5％。圖4示出了在相同的兩分支FIR濾波器下，通過對所述數據進行8倍內插後導致取樣速率增加8倍的結果。與圖3中取樣速率為192KHz的情況相比，在圖4中取樣速率為156KHz的情況下，頻率響應在20KHz時的衰減是可以忽略的。
作為特殊的說明，兩分支512相的多相濾波器被作為用於光柵化的多相濾波器16來使用。為了具有期望的頻率響應，在所述音頻數據被送到多相濾波器16之前，對所述音頻數據進行8倍內插。如果所述兩分支濾波器延長到更大的濾波長度，則內插可取消。但是由於所述數據速率比所述系統時鐘速率低得多，與將2分支濾波器延長到10分支時的8個乘法器和8個512係數查找表的附帶成本相比，所述8倍內插器可由單個乘法器和一個64係數的查找表來實現。由於所有的其它測量模式僅僅需要2分支濾波器，因而修改濾波器的分支數是沒有好處的。當將音頻處理加到視頻顯示引擎以使之變成音頻/視頻顯示引擎時，所述視頻顯示引擎不改變。
參考下面的表和圖5中的時序圖，用狀態機來控制由多相波濾器16產生的關於每一個輸入音頻數據值的點數。在這個特定例子中，在輸入到多相濾波器16之前，首先通過取樣比率轉換器22對音頻數據進行8倍內插。可以用來計算輸出數值的總周期數等於系統時鐘除以輸入音頻時鐘。在這個例子中，所述系統時鐘是54MHz而音頻時鐘是192KHz，在各音頻數據樣值之間產生大約281個系統時鐘。在沒有處理延遲的理想系統中，所述例子預示著大約每35個系統時鐘(281/8)從8倍內插器22產生一個內插值。每次從內插器22輸出一個數值，所述數值被轉換到多相濾波器16。多相濾波器16的係數是不斷地變化的，導致8個內插點中每一個點有35個內插點，從而產生用於每一個輸入音頻數據樣值的總數為280個數值。
因此，對於每一個輸入音頻樣值，取樣比率轉換器22產生8個相位，每一相位被多相濾波器16上取樣35倍，以便為每一個輸入音頻樣值產生280個顯示樣值。
這樣，本發明通過緩存輸入音頻數據並對所述音頻數據進行內插以便為輸入到視頻光柵化器的輸入信號提供上取樣來為視頻波形監控器提供利用視頻光柵化器的音頻處理，所述視頻光柵化器本身又具有用於進一步對所述音頻數據進行上取樣的多相濾波器。
權利要求
1.一種用於以視頻數據速率顯示音頻數據的裝置，所述裝置具有多相濾波器，所述多相濾波器用來接收顯示數據並對所述顯示數據上取樣以便輸入到顯示光柵化器，所述裝置還包括將所述音頻數據從音頻時鐘域轉換到視頻時鐘域的設備；以及將從所述轉換設備輸出的所述音頻數據在輸入到所述多相濾波器之前對其進行內插，以產生作為顯示數據的內插音頻數據的設備。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述轉換設備包括緩衝存儲器，所述緩衝存儲器以音頻時鐘速率記錄所述音頻數據的輸入、而以視頻時鐘域的系統時鐘速率記錄所述音頻數據的輸出，以便將所述音頻數據輸入到所述內插設備。
3.如權利要求1或2中所述的裝置，其特徵在於所述內插設備包括取樣比率轉換器，所述轉換器將所述視頻時鐘域中的所述音頻數據作為輸入、而提供所述內插後的音頻數據作為輸出。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於還包括在所述音頻數據無效時用來消隱所述顯示光柵化器的設備。
5.如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於還包括在所述音頻數據無效時用來消隱所述顯示光柵化器的設備。
6.一種使用視頻顯示引擎同時顯示音頻數據和視頻數據的方法，所述視頻顯示引擎具有用來對顯示數據向上取樣的多相濾波器和用來存儲用於顯示的所述向上取樣後的顯示數據的光柵化器，所述方法包括如下步驟將所述音頻數據從音頻時鐘域轉換到視頻時鐘域；以及在所述視頻時鐘域中對所述音頻數據進行向上取樣，以產生輸入到所述多相濾波器的、作為顯示數據的內插後的音頻數據。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於還包括用來在所述向上取樣後的音頻數據和視頻數據中進行選擇以輸入到所述多相濾波器中去的步驟。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於所述轉換步驟包括以下步驟以音頻時鐘速率將所述音頻數據記錄到緩衝存儲器中；以及以視頻時鐘域中的系統時鐘速率對來自所述緩衝存儲器的所述音頻數據記錄，以便為所述向上取樣步驟提供輸入。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於還包括當所述音頻數據無效時消隱所述光柵化器的步驟。
10.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於還包括當所述音頻數據無效時消隱所述光柵化器的步驟。
全文摘要
利用視頻光柵化器進行音頻處理允許在相同的光柵顯示器上同時顯示音頻數據和視頻數據。按照音頻時鐘將音頻樣值記錄到緩衝存儲器中，例如先進先出(FIFO)緩衝器中，並按照光柵化器(系統)時鐘對該緩衝存儲器的輸出記錄，以允許該音頻數據從該音頻時鐘域跨越到該視頻時鐘域。然後，在該音頻數據被視頻顯示引擎處理之前，通過取樣比率轉換器/內插器對該音頻數據進行向上取樣。該視頻顯示引擎包括多相濾波器，該多相濾波器用於對顯示數據進行向上取樣，以便輸入到光柵化器，從該光柵化器讀取所述數據以便顯示。
文檔編號H04N17/00GK1523362SQ200410030088
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月7日 優先權日2003年2月7日
發明者E·阿爾布賴特, E 阿爾布賴特 申請人:特克特朗尼克公司