專利名稱：數(shù)字信號混合體系結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字信號處理，具體涉及一種用于處理音頻信號的數(shù)字信號混合器的改進體系結(jié)構(gòu)。
音頻混合器作為專業(yè)音響系統(tǒng)的中心部件，其主要作用是電子混合、路由選擇和增強聲源，例如聲音、樂器、音響效果、錄音磁帶、錄像帶及其他實況播送和預(yù)錄的材料。以前混合只是在模擬技術(shù)上實現(xiàn)，這部分是因為技術(shù)上的局限性，也由于輸入(樂器、聲音等)和輸出一樣都是模擬的。然而，模擬混合器檢索或重新配置信號流的能力有限，并對音頻混合產(chǎn)生其他限制或影響。因此，專業(yè)音頻混合器市場(工業(yè)界人士估計98年約為10億美元)已經(jīng)看好數(shù)字信號處理技術(shù)處理信號的能力。數(shù)字信號同模擬信號不一樣，可以被存儲和檢索，對所有控制臺參數(shù)進行實時和自動的完全檢索。但是，至今數(shù)字信號處理器一直很昂貴，每件的價格高達一百萬美元，而且還由于體積大，只能用在一個地方。還沒有任何一種數(shù)字信號處理器每件價格低于一萬五仟美元、體積輕便并具有以下的多種功能包括實時處理、具有實時升級換代和重新配置能力的內(nèi)部控制處理裝置，通過設(shè)備接口、硬盤和軟盤驅(qū)動器、機載和遠程視頻監(jiān)視器進行遠程處理和操作以及任意選擇的效果組合。
根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字信號混合體系結(jié)構(gòu)被定義為能提供一個可擴展到多個N通道(N等于或大于48)的混合系統(tǒng)，例如從1到48條通道，取決于該體系結(jié)構(gòu)所需的配置。并設(shè)想本發(fā)明的系統(tǒng)能通過組合、構(gòu)成一個比單個系統(tǒng)能混合更多通道的混合系統(tǒng)。
在最佳實施例中，所發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)包含一主集成數(shù)字信號處理器(DSP)裝置，與直接存儲器存取總線(DMA)上的多個從屬DSP裝置相連接。主DSP執(zhí)行包括數(shù)據(jù)總線仲裁、為每個從屬DSP計算系數(shù)變量并把這些系數(shù)變量傳遞給從屬DSP的功能。
這些從屬DSP裝置中的每一個最好都具有與之連接的任意個，例如n個，音頻轉(zhuǎn)換器，以便處理n個通道。這些音頻轉(zhuǎn)換器把模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為能由該數(shù)字信號處理器處理的數(shù)字信號，并把已處理過的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。每個從屬DSP能夠處理1至n條通道(n等于或大于8)，標準的通道數(shù)是從1到8之間變化，這依據(jù)諸如轉(zhuǎn)換器的數(shù)量、處理能力需求以及例如均衡和動態(tài)處理的系統(tǒng)功能性等因素而定。
另外，一些通道信號輸入可以采用數(shù)字形式直接輸入到從屬DSP中。在此種情況下，不必提供輸入轉(zhuǎn)換器把已輸入的信號格式由模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字。同樣，輸出一些數(shù)字格式的信號也許是合乎需要的，這時就不需要用輸出轉(zhuǎn)換器將已轉(zhuǎn)換的輸入信號從數(shù)字轉(zhuǎn)換回模擬格式。
盡管最佳實施例對每個通道都使用模擬到數(shù)字和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換，但另一個實施例則可能采用不同配置。經(jīng)選擇的通道可能提供模擬到數(shù)字(僅有輸入轉(zhuǎn)換)、數(shù)字到模擬(僅有輸出轉(zhuǎn)換)，或者數(shù)字到數(shù)字(沒有輸入或輸出轉(zhuǎn)換)格式。
例如，包含本發(fā)明的數(shù)字信號混合體系結(jié)構(gòu)的48通道音頻混合控制臺可以包含一個主DSP和24個從屬DSP，每個從屬DSP處理2個通道的數(shù)字音頻。這樣由此而產(chǎn)生的系統(tǒng)是一個具有48個輸入和48個輸出的軟件可配置混合系統(tǒng)。在第二個例子中，使用本發(fā)明混合體系結(jié)構(gòu)的16通道音頻混合系統(tǒng)可以包含1個主DSP和與其連接的4個從屬DSP，每個從屬DSP處理4個通道的數(shù)字音頻信號。這種配置產(chǎn)生一個有16個輸入和16個輸出的軟件可配置混合控制臺。多于48通道的系統(tǒng)可以這樣來實現(xiàn)提供一個頂級主DSP，連接多個二級主DSP，再連接各自的從屬DSP。在這樣的配置上，例如兩個48通道音頻混合系統(tǒng)的組合，每個包含一個二級主DSP，同24個從屬DSP相連接，這樣將產(chǎn)生一個能混合96通道的音頻混合控制臺。
這個已發(fā)明的系統(tǒng)具有以下的特征，通過把主DSP同每一個從屬DSP連接起來，并采用這樣的一種方式使從屬DSP互相連接使主DSP能命令各個從屬DSP將其輸入信號處理的結(jié)果寫到其他每個從屬DSP的內(nèi)存上。主DSP將命令送到從屬DSP，指令它們把已處理過的輸入信號彼此發(fā)送，這樣，每個已處理過的輸入信號就被存儲在每個從屬DSP的內(nèi)存里。如有4個從屬DSP，每個從屬DSP將有4個存儲在其內(nèi)存中的已處理過輸入信號。一旦每個從屬DSP在其內(nèi)存中具有每個處理過的輸入信號的結(jié)果，主DSP就能命令從屬DSP進行任何組合，混合任何已處理過的輸入信號以便產(chǎn)生一個混合過的信號，并發(fā)送至其輸出端，提供混合的數(shù)字信號，為數(shù)模轉(zhuǎn)換或輸出作準備。
在使用時，主DSP裝置開始被啟動，準備接收來自放在混合器控制臺中的中央處理器(CPU)母板的數(shù)據(jù)。CPU母板把由一系列指令組成、稱之為可執(zhí)行文件的數(shù)據(jù)下載至主DSP。一旦主DSP收到來自CPU母板的可執(zhí)行文件，主DSP被重新初始化以便處理這個可執(zhí)行文件，之后CPU母板下載可執(zhí)行從屬DSP文件，主DSP經(jīng)由數(shù)據(jù)總線將其分發(fā)到從屬DSP，并寫入其內(nèi)存。之后從屬DSP自我初始化，使系統(tǒng)準備運行數(shù)字音頻信號混合系列。
在模擬輸入下，模擬輸入信號首先被音頻轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本表示。輸入數(shù)據(jù)流(數(shù)字樣本表示)被發(fā)送到從屬DSP的輸入端上以便進行處理。這些從屬DSP執(zhí)行上述的各種信號增強功能，諸如對每個數(shù)字樣本執(zhí)行均衡和壓縮操作，并把結(jié)果數(shù)據(jù)放進經(jīng)選擇過的輸出存儲單元。在每個樣本被每個從屬DSP處理過之后，主DSP指示從屬DSP1把它處理過的信號放到數(shù)據(jù)總線上。然后，主DSP把數(shù)據(jù)鎖存入所選擇的從屬DSP的存儲器內(nèi)，這取決于包含在主DSP可執(zhí)行文件中的指令。之后，主DSP指示從屬DSP2把它已處理過的信號放在數(shù)據(jù)總線上。接著，主DSP把來自從屬DSP2的數(shù)據(jù)鎖存到已挑選過的從屬DSP的存儲器。這個過程一直重復(fù)到每個從屬DSP的存儲器都包含每個從屬DSP已處理過的信號。
一旦各個從屬DSP的存儲器都含有每個從屬DSP已處理過的信號，主DSP就會產(chǎn)生一個信號，指令從屬DSP用各種組合方式對已處理過的信號進行混合，以產(chǎn)生多個輸出信號，表示從屬DSP數(shù)量。這些不同方式的混合是由缺省系數(shù)變量決定的，系數(shù)變量則是在它們的可執(zhí)行文件最初下載時被裝入從屬DSP的存儲器的。然后，各個從屬DSP發(fā)送其已混合過的輸出信號到同其聯(lián)接的音頻轉(zhuǎn)換器，以便提供一個混合過的模擬輸出信號(或直接輸出，如果信號和數(shù)字輸出連接)。
這個過程繼續(xù)重復(fù)，僅當主DSP接收到來自CPU母板的新指令時才會被中斷。當從CPU母板上收到該新指令時，主DSP計算新系數(shù)值，并把新值放到DMA總線上，同時把這些值寫入所選擇的從屬DSP的存儲器中。這些新系數(shù)值改寫了缺省值，因此也修改了音頻輸出。
CPU母板用腳本來配置和控制混合器控制臺。虛擬混合器控制臺的圖象可在視頻監(jiān)視器上顯示，用戶可使用鍵盤和指示裝置挑選圖象中的對象。腳本用明文寫出，可用編輯程序來編輯該腳本，因此，特征可以被使能或屏蔽，顯示給用戶的圖象就可以被定制。腳本更新版本可以從遠程計算機上下載，或由諸如軟盤的物理媒介提供。點對點的調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)接口卡和集線器都可以被用來聯(lián)結(jié)CPU母板和遠程計算機。新的程序腳本及其更新版本是加密的數(shù)據(jù)，而混合控制臺的序列號則被用作公用密鑰。在最佳實施例中，還使用了遠程站報警(RSA)數(shù)據(jù)加密，然而其他的數(shù)據(jù)加密方法也可以用來保證數(shù)據(jù)安全。另外，查表法用來產(chǎn)生向用戶顯示的文本，并且可以選擇多種語言中的任何一種。
因此，本發(fā)明的數(shù)字混合體系結(jié)構(gòu)提供了一個軟件可配置的系統(tǒng)，使得體現(xiàn)本發(fā)明的混合控制臺很容易重新配置和升級。此外，所發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的軟件可配置特點和通道可擴展性提供了一個低成本升級或重新配置的數(shù)字混合控制臺。
本發(fā)明目的和特點，可以認為是新穎的，由附加的權(quán)利要求書具體加以描述。通過參考下面的說明和附圖，本發(fā)明，就其組織和操作方法而言，以及進一步的目的和優(yōu)點將得到最好的理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明DSP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的最佳實施例的一個從屬DSP的分解圖；圖2是表示一個從屬DSP的N條通道的示意圖3是說明使用本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理路徑第一部分的示意圖；圖4是說明使用本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的部分數(shù)據(jù)路徑的示意圖；圖5說明數(shù)據(jù)路徑的第三部分；圖6是說明本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)和幾個外部構(gòu)件的概略圖；圖7是由主DSP和從屬DSP用軟件實施步驟的流程圖；圖8是加入本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)的方框圖；圖9是被加入本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的軟件框的方框圖；圖10是說明訓(xùn)練用在混合器控制臺的軟件所用步驟的流程圖；圖11是說明在混合器控制臺啟動時執(zhí)行步驟的流程圖；圖12是解釋配置腳本步驟的流程圖；圖13a是為用戶產(chǎn)生桌面管理員圖象而由混合器腳本機解釋的文本文件首頁；圖13b是為用戶產(chǎn)生桌面管理員圖象而由混合器腳本機解釋的文本文件第二頁；圖13c是為用戶產(chǎn)生桌面管理員圖象而由混合器腳本機解釋的文本文件第三頁。
下面提供的說明能使熟悉這一技術(shù)的任何人制作和使用本發(fā)明，并經(jīng)過深思熟慮為實施本發(fā)明提出最好的模式。而且，對于那些熟悉這一技術(shù)的人來說，本發(fā)明的各種改進將是顯而易見的。
參看圖6，該圖給出了用于本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)100?；旌掀骺刂婆_76包括CPU母板66，后者連接混合器控制板60。多個開關(guān)61和指示燈63也連接混合器控制板60。此外，同混合器控制板60連接的控制傳動裝置用來自動定位和/或鎖定特定類型開關(guān)的位置，例如線性游標、按鈕或旋紐(沒有分別顯示)。數(shù)字樂器接口(MIDI)71也被連接到混合器控制板60上。
在最佳實施例中，用串行口(RS-232)連接混合器控制板60和CPU母板66，CPU母板66還連接液晶顯示器(LCD)74，以為用戶對混合器控制臺76上的控制狀態(tài)和/或運行提供一個可視的指示。在另一實施例中，液晶顯示器74可以是另一種類型，如真空熒光或發(fā)光二極管(LED)。另外，由CPU母板66控制的開關(guān)61和指示燈63可進一步給用戶提供有關(guān)混合器控制板狀態(tài)和/或運行信息的一種可視指示。
CPU母板66通過特別高速串行口同DSP板62直接聯(lián)系，該高速串行口能以900千波特的速度運行。(目前在最佳實施例中以115千波特的速度運行)。
另一種選擇是，可以用通用串聯(lián)總線(USB)或火線(FireWire)通信鏈來把CPU母板66連接到DSP板62和混合器控制板60上。DSP板62包括一個主DSP12和從1至N個從屬DSP(S1-SN)，這些從屬DSP在DMA總線28上和主DSP12并聯(lián)連接。在最佳實施例中，僅提供1個DSP板62，它包括多達48個從屬DSP(即，N等于或大于48)。用于決定將要進行的信號處理的系數(shù)值由主DSP為所有的從屬DSP確定，并把這些值置入多個(N)鎖存器19中，這些鎖存器同DMA總線28并行連接。每個鎖存器19對應(yīng)一個特定的從屬DSP。
通常，一個從屬DSP S1控制一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)18a，轉(zhuǎn)換器從模擬輸入線24接收模擬信號并轉(zhuǎn)換成一個包括時變數(shù)字值的相應(yīng)數(shù)字信號。一旦這個數(shù)字信號被從屬DSP S1處理了，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)18b將由從屬DSP輸出的數(shù)字信號中的值轉(zhuǎn)換成一個模擬信號，該信號由模擬輸出線30提供。從屬DSPS1的數(shù)字輸出信號被存儲在S1的鎖存器17中，鎖存器和DMA總線28并行連接。設(shè)想多個DSP板可以被連接到CPU母板66上，這樣，處理模擬信號的從屬DSP的數(shù)量也可以相應(yīng)增加。
另外，通道信號輸入可用數(shù)字格式提供，這樣，在從屬DSP處理前就不需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在這種情況下，不需要提供模數(shù)轉(zhuǎn)換器18a把通道信號的輸入形式由模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字。此外，還可能需要以數(shù)字形式由從屬DSP輸出通道信號。這樣，就不必提供數(shù)模轉(zhuǎn)換器18b把通道信號的輸出形式從數(shù)字轉(zhuǎn)換到模擬。然而，可能需要提供另外的電路以使從屬DSP能夠輸入和輸出這種特別形式的數(shù)字信號，例如，用于處理阿雷西斯公司的阿雷西斯數(shù)字錄音磁帶(ADAT)、塔斯卡姆公司的塔斯卡姆數(shù)字接口格式(TDIF)以及音頻工程師學(xué)會和歐洲廣播協(xié)會(AES/EBU)格式的電路。雖然所示的最佳實施例為每個輸入和輸出都提供信號轉(zhuǎn)換器，但另一個實施例可能采用不同的配置。經(jīng)選擇的通道可能提供模數(shù)(僅有輸入轉(zhuǎn)換)、數(shù)模(僅有輸出轉(zhuǎn)換)或數(shù)字對數(shù)字(沒有輸入或輸出轉(zhuǎn)換)格式。
CPU母板66可被任選連接到遠程計算機52上，這樣就能遠距離地提供或控制其他的服務(wù)。其中的一種服務(wù)可以更新CPU母板執(zhí)行的軟件，另外一種服務(wù)可以使技術(shù)服務(wù)代表能在遠距離使用混合器控制臺76查找問題。
最好把視頻顯示器54、指向裝置72以及鍵盤50也連接到CPU母板66上，使得用戶可以根據(jù)控制臺所顯示的虛擬圖象控制混合器控制臺76的操作。用戶可以利用指向裝置72和/或鍵盤50來選擇和/或修改影響混合器控制臺76操作的虛擬圖象中的元素。而且，當視頻顯示器54、指向裝置72和鍵盤50沒有和CPU母板連接時，用戶還可以用開關(guān)61操作混合器控制臺76并觀察指示燈63的狀態(tài)。
在控制臺76中最好再加上一塊附加卡78以便提供其他的特征，例如選擇音頻效果、數(shù)字輸出以及同步信號。附加卡78通過專用總線連接CPU母板66；可以有多個附加卡和該總線連接。設(shè)想允許第三方開發(fā)者為本發(fā)明提供附加卡。雖然圖中沒有顯示，但內(nèi)部附加卡可以連接CPU母板66，提供諸如音響效果這類其他特征。
參看圖7，簡略流程圖130說明DSP板62響應(yīng)CPU母板66的指令而執(zhí)行的功能性或邏輯性步驟。邏輯從啟動框進入框132，主DSP12在此接收CPU母板的指令。邏輯流入框134，主DSP在此根據(jù)所接收到的指令為每個適當?shù)膹膶貲SP確定系數(shù)。邏輯隨后進入框136，主DSP12在此選通一系列的鎖存器(在圖6中)，以便存放新的系數(shù)。這些鎖存器直接連接DMA總線，并且每個都聯(lián)系一個特定的從屬DSP。邏輯進入框138，主DSP在此選通或命令有關(guān)的從屬DSP從與其相關(guān)的鎖存器中裝入其新系數(shù)。在這些系數(shù)被裝入之后，從屬DSP為DMA總線上與其相關(guān)的另一個鎖存器提供一個新的輸出信號。接著，邏輯進入框140，選通或命令每個從屬DSP將由其產(chǎn)生的每個新的輸出信號存放在對應(yīng)從屬DSP的內(nèi)存地址上。最后，邏輯進入結(jié)束框，完成所接收指令的處理。
在圖8中，被加入本發(fā)明體系結(jié)構(gòu)中的一個示例性計算機系統(tǒng)16包括CPU母板66、處理器31、存儲器64、工業(yè)標準結(jié)構(gòu)(ISA)總線56以及外部設(shè)備互聯(lián)(PCI)總線33。處理器31分別用PCI總線控制器58和ISA總線控制器57來監(jiān)控PCI總線33和ISA總線56。事實上大多數(shù)較新的PCI總線控制實現(xiàn)了PCI總線后面的ISA總線，因此，處理器31通過PCI總線控制器訪問ISA總線，但為了簡化，圖中分別給出了ISA和PCI總線控制器。
存儲器64包括只讀存儲器(ROM)49和隨機存取存儲器(RAM)35。用于在CPU母板66的組件之間傳送信息的基本程序由基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)36實現(xiàn)，該系統(tǒng)被存在ROM49中。操作系統(tǒng)45和軟件程序46在處理器執(zhí)行軟件程序之前被裝入RAM35。在當前的最佳實施例中，操作系統(tǒng)的核心使用了微數(shù)字公司的SMX產(chǎn)品套件；本發(fā)明并不局限于使用該操作系統(tǒng)或用該核心操作。應(yīng)該注意到，SMX產(chǎn)品套件理想上適合于實時控制系統(tǒng)，因為它使用了搶先任務(wù)。用在操作系統(tǒng)中的核心的進一步細節(jié)將在以下討論。本發(fā)明的一些功能是操作系統(tǒng)利用軟件程序46提供的多個子程序?qū)崿F(xiàn)的。還可以裝入RAM35的其他程序包括通過ISA總線56或PCI總線33連接CPU母板66的設(shè)備的驅(qū)動程序，總線管理由相關(guān)設(shè)備插入的中斷。
CPU母板66可選擇和硬盤驅(qū)動器37連接，硬盤可用來存放軟件程序、腳本文件和數(shù)據(jù)。雖然沒有要求，但CPU母板還可以連接訪問其他非易失性存儲設(shè)備，例如磁盤驅(qū)動器38和光盤驅(qū)動器40。這些非易失性存儲設(shè)備可以通過硬盤驅(qū)動器接口44、磁盤驅(qū)動器接口43和光盤驅(qū)動器接口42連接PCI總線33或ISA總線56。磁盤驅(qū)動器38用來讀寫可移動磁盤39，而光盤驅(qū)動器40對可移動光盤41讀寫，例如CD-ROM光盤、DVD或其他的光介質(zhì)。每個驅(qū)動器及其相關(guān)介質(zhì)為計算機可讀指令提供非易失性存儲和其他為CPU母板66所用的數(shù)據(jù)。在最佳實施例中硬盤驅(qū)動器37、磁盤39、光盤41、ROM49和RAM35可以存放不同類型的數(shù)據(jù)。此外，其他類型的介質(zhì)，例如磁帶和閃速存儲器卡(沒有表示)都可以被CPU母板66用來存儲數(shù)據(jù)。
CPU母板66的用戶可以用指向裝置(鼠標)29和鍵盤50這樣的輸入設(shè)備來輸入命令和/或數(shù)據(jù)。雖然沒有表示，但其他類型的輸入設(shè)備也可以為CPU母板所用，包括麥克風(fēng)、游戲桿、游戲小鍵盤、衛(wèi)星盤和掃描儀。輸入設(shè)備經(jīng)輸入/輸出(I/O)設(shè)備接口53通過PCI總線33或ISA總線56和處理器31連接?？梢杂枚鄠€I/O設(shè)備接口(沒有分別表示)來提供各類端口，例如串行、并行、游戲、小型計算機串行接口(SCSI)、通用串行總線(USB)和FireWire，以便把不同類型的輸入/輸出設(shè)備連接到CPU母板66上。例如，混合器板60可以利用適當?shù)腎/O接口連接到某個端口上。另外，一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)-除了在DSP板62上的之外的，以及數(shù)字輸入/輸出設(shè)備、編碼器、視頻幀攫取器以及在處理中可能用到的其他設(shè)備，都可以有選擇地采用。顯示器54經(jīng)視頻適配器連接CPU母板66，視頻適配器經(jīng)PCI總線或ISA總線連接處理器31。
在圖8中，所示的CPU母板是在網(wǎng)絡(luò)化的環(huán)境下運行的，該環(huán)境在邏輯上連接一臺或多臺遠程計算機，例如遠程計算機52，該計算機可以是服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)個人計算機(NETPC)，或另一個CPU母板，通常包括上述CPU母板66所用的和一起使用的許多構(gòu)件。網(wǎng)絡(luò)接口59通過ISA總線56或PCI總線33連接處理器31。網(wǎng)絡(luò)接口59還通過局域網(wǎng)(LAN)51連接遠程計算機52。LAN51連接CPU母板66和網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境，該環(huán)境可包括辦公網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)。在該網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中，CPU母板66所執(zhí)行的程序可以存放在遠程計算機的存儲器。而且，熟悉這一技術(shù)的人應(yīng)該知道，其他裝置，例如調(diào)制解調(diào)器47，都可以用來在CPU母板66和遠程計算機52之間建立連接，例如通過某個廣域網(wǎng)(WAN)。另外，設(shè)想網(wǎng)絡(luò)接口59和調(diào)制解調(diào)器47可以放在混合器控制臺76的外面。
在圖8中，DSP板62連接I/O控制器53。如上所述，高速串行通信口用于DSP板62和CPU母板66之間的通信。DSP板通過每秒執(zhí)行超過30億條指令的速度實現(xiàn)音頻信號的實時處理。而且，DSP板62能在20微秒內(nèi)處理所有通道上的信號。雖然所示的DMA總線16位寬，但本發(fā)明可以在32位以上的總線上實現(xiàn)。另外，利用高頻振動壓縮總線的分辨率并在噪聲層下保持信號的完整性。例如，利用APOGEE公司許可的UV22軟件，16位的DMA總線能提供20位的分辨率。
現(xiàn)在參看圖1，該圖說明了一種數(shù)字信號混合裝置10的應(yīng)用，例如根據(jù)本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)的數(shù)字混合控制臺。在這樣一種應(yīng)用中，體系結(jié)構(gòu)10的最佳實施例能提供一個從1到N(N等于或大于48)個通道可擴展的混合系統(tǒng)，取決于該系統(tǒng)所需的配置。此外，利用建立積木式方法，加入到體系結(jié)構(gòu)10最佳實施例的多個系統(tǒng)還可以被組合起來，形成能夠混合遠多于48通道的混合系統(tǒng)。
在最佳實施例中，體系結(jié)構(gòu)10包括主集成DSP裝置12，通過DMA總線28它連接多個從屬DSP裝置S，該總線用來傳送命令給從屬DSP，并在從屬DSP之間傳送數(shù)據(jù)。主DSP12執(zhí)行許多系統(tǒng)主功能，包括數(shù)據(jù)總線仲裁、處理算法下載、傳送系數(shù)變量，以及通過RS232、RS422(ESAM)、MIDI口，在外部設(shè)備和CPU母板之間通信。
每個從屬DSP裝置S最好連接任意個(例如n)ADC18a和DAC18b，以便處理n個通道C。ADC18a將模擬輸入信號20轉(zhuǎn)換為可供從屬DSP處理的數(shù)字樣本，而DAC18b則將處理過的數(shù)字樣本轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便被組合為混合的模擬信號22輸出。
參考圖1和圖2，每個從屬DSP最好適應(yīng)于處理n個通道C，n的范圍從1到8，取決于諸如轉(zhuǎn)換器18的數(shù)目、處理能力需求以及系統(tǒng)的功能性(包括對均衡和動態(tài)處理要求的考慮)這樣的一些因素，例如，具體來說，每個從屬DSP對與之連接的每個ADC18a配置一條輸入線24。處理邏輯電路26連接輸入線24，以便對每個接收到的數(shù)字樣本執(zhí)行所述各種信號增強和緩和(sweetening)功能，例如均衡與壓縮，并將結(jié)果數(shù)據(jù)放入所選的輸出存儲單元，例如通道輸出內(nèi)存單元M1-Mn。接著對處理過的樣本進行混合(如下所述)以便輸出到對應(yīng)的DAC18b，由此產(chǎn)生混合的模擬輸出信號22。
主DSP12將命令送到從屬DSP，指示它們將處理過的輸入信號通過DMA總線互相傳送，這樣，每個處理過的輸入信號就被存在每個從屬DSP的內(nèi)存單元M中。因此，如果有4個從屬DSP，其中的每個和主DSP都有4個處理過的輸入信號存在其內(nèi)存單元M1-M4中。一旦每個從屬DSP在其內(nèi)存單元M中具有每個處理過的輸入信號結(jié)果，主DSP12就可以命令從屬DSP進行任意組合，以便混合任何處理過的信號，建立混合的數(shù)字信號并送到其輸出30，為DAC18b的數(shù)模轉(zhuǎn)換提供混合的數(shù)字信號，由此產(chǎn)生混合的模擬輸出信號22。
現(xiàn)在參看圖3，圖中給出數(shù)據(jù)處理路徑的第一部分。在使用過程中，主DSP裝置12最初由EPRON(沒有表示)啟動，讓主DSP準備接收從某個外部設(shè)備中來的數(shù)據(jù)，例如來自CPU母板66。CPU母板66將包括一組指令的數(shù)據(jù)，稱之為可執(zhí)行文件，下載到主DSP12。一旦主DSP從CPU母板66中接收到可執(zhí)行文件，主DSP12被重新初始化，以便處理可執(zhí)行文件。CPU母板66接著將可執(zhí)行從屬DSP文件下載到主DSP12，主DSP通過DMA總線28將其分布到各個從屬DSP，并將文件寫入其內(nèi)存單元M。主DSP可執(zhí)行文件包括涉及這樣一些主功能的指令，包括數(shù)據(jù)總線仲裁、傳送系數(shù)變量，以及同外部設(shè)備通信，而從屬DSP可執(zhí)行文件包括如缺省系數(shù)變量這樣的指令。在從屬DSP接收到其可執(zhí)行文件后，從屬DSP自我初始化，讓體系結(jié)構(gòu)10準備運行數(shù)字音頻信號混合系列。
雖然可以理解，體系結(jié)構(gòu)10當前的一個最佳實施例能夠提供從1到48通道可擴展的混合系統(tǒng)，但為了便于說明，下面的討論只針對一個4通道系統(tǒng)。還看圖3，首先由ADC18a將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為代表性的數(shù)字樣本。在轉(zhuǎn)換以后輸入數(shù)據(jù)流，即由ADC18a所產(chǎn)生的數(shù)字樣本表示，被輸送到從屬DSP的輸入線24以便進行處理。從屬DSP的處理邏輯電路26對每個數(shù)字樣本執(zhí)行所述的各種信號增強功能，例如均衡和壓縮，并把結(jié)果的數(shù)字數(shù)據(jù)放入對應(yīng)的通道輸出內(nèi)存地址M1-Mn。
數(shù)據(jù)處理路徑32繼續(xù)由圖4所示，其中，在每個數(shù)字樣本被每個從屬DSP處理之后，主DSP12指示從屬DSP S1將其存儲在其通道輸出內(nèi)存地址M1-Mn中的處理過的數(shù)字信號放在DMA總線28上。主DSP12接著將數(shù)據(jù)鎖存入所選擇的從屬DSP S1-Sn的存儲單元M，這取決于包括在主DSP的可執(zhí)行文件中的指令。然后，主DSP12指示從屬DSPS2將存儲在其通道輸出存儲單元M1-Mn中的處理過的信號放在DMA總線28上。主DSP12接著將來自從屬DSP S2的數(shù)據(jù)鎖存入主DSP和所選擇的從屬DSP S1-Sn的存儲單元M。該過程被重復(fù)直到每個從屬DSP的存儲單元M都包含其他每個從屬DSP的已處理的信號。因為在這個例子中只有4個從屬DSP，每個從屬DSP將具有4個已處理的輸入信號存儲在其內(nèi)存單元M1-M4。
現(xiàn)在來看圖5，一旦每個從屬DSP的存儲單元M1-M4包括每個從屬DSP的已處理信號，主DSP12產(chǎn)生一個信號，指示從屬DSP利用混合邏輯34以各種被定義的組合對這些已處理的信號進行混合，以便產(chǎn)生對應(yīng)從屬DSP數(shù)目的多個輸出系統(tǒng)?；旌系母鞣N組合由缺省系數(shù)變量所確定，這些系數(shù)變量是在從屬DSP的可執(zhí)行文件開始下載時被裝入其存儲器中的。每個從屬DSP接著將其混合的輸出信號送到其相關(guān)的DAC18b，以便提供經(jīng)混合的模擬輸出信號22。
該過程被繼續(xù)重復(fù)，僅當主DSP12接到來至CPU母板66的新系數(shù)變量時才被中斷。當來自CPU母板66的新變量被接收到時，主DSP12將新變量放在DMA總線28上并將其寫入經(jīng)選擇的從屬DSP S1-Sn的存儲單元M1-Mn中。新系數(shù)變量重寫缺省值并由此修改音頻輸出信號。
在圖9中，給出了本發(fā)明所用的軟件概圖95。操作系統(tǒng)使用的核心80包括任務(wù)管理程序82，用于根據(jù)預(yù)定的優(yōu)先級規(guī)劃搶先任務(wù)。串行通信框85控制CPU母板66和其他部件(例如混合器控制板60)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。裝入程序86使編輯過的代碼能夠執(zhí)行，設(shè)備驅(qū)動器88實現(xiàn)I/O設(shè)備的操作，例如鍵盤50、鼠標29和顯示器54。此外核心部分80還包括BIOS84，控制對CPU母板66輸入和輸出有關(guān)的各種子系統(tǒng)的操作。另外文件系統(tǒng)83被用來組織操作環(huán)境中的文件。
自動機87解釋配置腳本89，該腳本定義了混合控制臺76所提供的類型(模型)和元件(開關(guān)和指示燈)。自動機87連續(xù)監(jiān)視與混合控制臺的通信，并控制CPU母板66、DSP板62和混合器控制60的操作。例如，如果用戶調(diào)節(jié)一個連接混合器控制板60的衰減器開關(guān)(沒有單獨表示)，自動機87立即執(zhí)行代碼，指導(dǎo)DSP板62以對應(yīng)衰減器開關(guān)的布置的方式處理通道信號。當用戶使能自動方式時，自動機87指示混合器控制板60用它的控制傳動裝置將開關(guān)移到特定的位置，點亮特定的指示燈，并將指令提供給DSP板62，以便根據(jù)開關(guān)和控制的布置處理模擬輸入信號。另外，當混合器控制臺76處于手動方式時，自動機87提供指令給DSP板62，將模擬信號的處理和開關(guān)的位置或狀態(tài)相映射。
混合器腳本機90解釋桌面腳本92并產(chǎn)生桌面管理程序94，以便顯示給用戶。在桌面管理程序92中對用戶顯示的原始窗口中產(chǎn)生虛擬混合器控制臺96的圖象。事件管理程序91處理桌面管理程序環(huán)境中的顯示，例如，在虛擬混合器控制臺96的圖象中目標的位置和選擇。自動機87執(zhí)行最高優(yōu)先級的任務(wù)，而事件管理程序91則處理最低優(yōu)先級的任務(wù)。在這種情況下，由混合器控制臺76所執(zhí)行的音頻信號處理任務(wù)一般都具有比顯示虛擬混合器控制臺96的圖象更高的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的任務(wù)是用戶輸入，這可能出現(xiàn)在用戶選擇虛擬混合器控制臺96的圖象中的目標或移動任何開關(guān)時。在任何情況下，在混合器控制臺76的部件處理模擬信號之前，等待時間不會大于10個千分之一秒。
現(xiàn)在來看圖10，圖中給出了本發(fā)明實現(xiàn)的一個自動訓(xùn)練系列的概圖103。邏輯從啟動框進入判定框105，確定是否存在自動機87能用的開關(guān)圖和LED圖。這些圖提供了對應(yīng)連接混合器控制板60的實際開關(guān)和指示燈的地址。如果是，邏輯跳到結(jié)束框并中止自動訓(xùn)練系列邏輯。
當條件框105上的判定結(jié)果為假時，邏輯進入框107，自動機87對與混合器控制臺中的某個開關(guān)對應(yīng)的每個地址，輪詢混合器控制板60，控制臺與控制板是連接的。邏輯移動到框109并建立開關(guān)圖，使每個這樣的開關(guān)和一個對應(yīng)的地址關(guān)聯(lián)。邏輯流入框111，該框表明自動機87對與控制板連接的某個指示燈對應(yīng)的每個地址，輪詢混合器控制板60。邏輯進入框113，在此建立發(fā)光二極管(LED)圖，將每個指示燈或LED與某個對應(yīng)的地址聯(lián)系起來。最后，邏輯進入結(jié)束框，完成自動訓(xùn)練系列邏輯。
設(shè)想自動機87的初始訓(xùn)練系列也可以由用戶手動執(zhí)行。例如，混合器控制臺76的用戶可以手工開動每個開關(guān)以執(zhí)行控制臺的控制功能，因此，自動機87能感受每個設(shè)備的存在(地址)，包括指示燈。
在圖11中，給出了本發(fā)明啟動系列的一個簡圖，邏輯從開始框進入框104，在該框中，裝入開關(guān)圖，以便對混合器控制臺76中的每個開關(guān)識別對應(yīng)的地址。邏輯移動到框106，在此裝入LED圖，對混合控制臺上的每個指示燈識別對應(yīng)的地址。接著，邏輯進入框108，在該框中，自動機87解析配置腳本89。該腳本說明特征或功能的類型，并使能/屏蔽混合器控制臺76的運行特征。例如，可以由配置腳本89使能環(huán)繞聲混合控制，也可以讓腳本屏蔽均衡器控制。
接著邏輯進入框110，自動機87建立一個自己的緩沖區(qū)以便存儲若干個值，例如預(yù)置配置。邏輯進入框112，混合器腳本機90在此解釋桌面腳本92，該腳本是用來定義桌面管理程序94的初始窗口中提供給用戶的圖象。桌面腳本確定在某個特定窗口中顯示給用戶的虛擬開關(guān)、指示燈和控制。在每個窗口中被顯示的目標是混合器控制臺76對應(yīng)元素的圖形表示，說明了這些元素的狀態(tài)。
隨后，邏輯進入框114，在此，桌面管理程序94的初始窗口的圖象對用戶顯示。在最佳實施例中，初始窗口包括虛擬混合器控制臺96的圖象。而且，還可以對初始窗口進行配置使之提供軟件控制，使得用戶能選擇一個不同的窗口，顯示虛擬混合器控制臺的圖象或其他的混合器控制臺的特征。最后，邏輯進入結(jié)束框并終止。
現(xiàn)在看圖12，該圖提供了框108中所執(zhí)行的邏輯步驟的進一步細節(jié)。邏輯從開始框進入框116，自動機為混合器控制臺76設(shè)置類型，類型在配置腳本中規(guī)定。邏輯進入框118，在此為每個開關(guān)和指示燈設(shè)置地址。進入框120，邏輯為每個有地址的開關(guān)和指示燈起名。邏輯進入框122，設(shè)置每個開關(guān)的最大值。隨后邏輯進入框124，在此為每個開關(guān)和指示燈設(shè)置初始值(或狀態(tài))。通常，指示燈和開關(guān)的初始值都為零。邏輯進入框126，每個開關(guān)和指示燈被指定為自動或非自動設(shè)備。最后，邏輯返回主程序。
在圖13A、13B和13C中，給出了由混合器腳本機90使用的桌面腳本的一個示例性表示。腳本的文本可以用一個文本編輯程序進行編輯，例如微軟公司的NOTEPAD。本發(fā)明的一個重要特征是使用腳本，該腳本用真實語言文本來定義混合器控制臺76的操作，并定義顯示給用戶的圖象。另外，由于腳本是被解釋的，可以在運行中被修改，而不需要重新啟動CPU母板66。
設(shè)想本發(fā)明的用戶可以獲得更新的配置和桌面腳本，以便糾正軟件錯誤并為混合器控制臺76提供新的特征。這些更新的提供，可以通過對遠程計算機52的網(wǎng)絡(luò)連接，或者通過因特網(wǎng)，或者存儲在例如軟盤這樣的物理介質(zhì)上并進行傳送來實現(xiàn)。
腳本更新最好進行加密，以防止在混合器控制臺的操作和控制中被非法修改。在最佳實施例中，使用了RSA加密法，并將混合器控制臺76的系列號用作公用密鑰。這樣，腳本更新只限于提供給某個特定的混合器控制臺使用。
還特意考慮到為用戶提供編輯程序，以便編輯桌面和/或配置腳本，至少是有限度的這樣做。編輯程序使用戶能定制虛擬混合器控制臺圖象的觀感，并使能/屏蔽混合器控制臺76的特征。另外，設(shè)想用戶還可以用編輯程序開發(fā)出新的特征組合。
混合器腳本機90使用查找表來建立對用戶顯示的真實語言文本。軟件使得用戶能在查找表的多種不同語言中選擇其中的任何一種做為真實語言文本。另外，該軟件還能自動剪輯腳本中的范圍參數(shù)和定義熱鍵。此外，腳本中文本的排列順序決定了由該文本所定義的目標和/或窗口的屏幕重疊方式。另外，可以從為桌面管理程序產(chǎn)生的初始窗口中所選擇的目標中嵌套調(diào)用腳本。
在本發(fā)明中，用戶可以使用一種“swipe命令”，隨著光標在顯示在虛擬混合器控制臺96的圖象中的目標(虛擬開關(guān))上通過，立即修改多個開關(guān)的狀態(tài)。與混合器控制臺76相關(guān)控制的預(yù)定配置可以被存儲和激活，也可以被修改。
該軟件可以實現(xiàn)多種不同的音響效果，例如，通過軟件控制可以對環(huán)繞聲混合選擇多個通道的中心點。另外，可以選擇兩個不同的中心點，以便產(chǎn)生夢幻和回歸的效果?？梢耘渲枚鄠€可尋址的軟件控制對應(yīng)單個通道。另外，設(shè)想還可以為用戶提供多個腳本模板，使之具有不同的特征和顯示形式。
本發(fā)明的另一個實施例可以用在廣播和電視的演播室、現(xiàn)場表演和公眾講演系統(tǒng)中處理音頻信號。此外，本發(fā)明還可以用在演播室中或現(xiàn)場表演期間控制多種燈光。因此，本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)提供了一個軟件可配置的系統(tǒng)，除了在上述混合器控制臺中的使用之外，還可以應(yīng)用于其他的許多方面。體現(xiàn)本發(fā)明的應(yīng)用很容易被重新配置和升級，因為該體系結(jié)構(gòu)便于擴展。
正如應(yīng)用在上述例子中那樣，本發(fā)明的軟件可配置特性和通道的可擴展性提供了明顯的利益。在這個例子中，給出了使用本發(fā)明體系結(jié)構(gòu)的一個48通道的音頻混合控制臺，該控制臺包括一個主DSP和24個從屬DSP，每個從屬DSP處理2個通道的數(shù)字音頻。該系統(tǒng)是一個具有48路輸入和48路輸出的軟件可配置混合系統(tǒng)。在上面討論的其他例子中，給出了一個16通道的音頻混合系統(tǒng)，包括一個和4個從屬DSP連接的主DSP，而每個從屬DSP處理4個通道的數(shù)字音頻信號。該配置提供了一個具有16路輸入和16路輸出的軟件可配置混合控制臺。還特別考慮到用以下的方法實現(xiàn)具有多于48個通道的系統(tǒng)，提供一個頂級主DSP，連接兩個48通道的音頻混合系統(tǒng)，其中每個都包括一個二級主DSP，連接24個從屬DSP。這樣的一個系統(tǒng)能混合96個通道。
雖然是通過結(jié)合實現(xiàn)本發(fā)明的最佳形式來描述本發(fā)明的，但熟悉這一技術(shù)的人都能理解，可以在隨后的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進行許多修改。因此上面的描述將不會對本發(fā)明的范圍產(chǎn)生任何限制，而應(yīng)該由隨后的權(quán)利要求書完全確定。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字處理和混合音頻信號的實時系統(tǒng)，包括(a)計算機，包含存儲器和處理器；(b)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的音頻信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號；(c)數(shù)字信號處理器，將數(shù)字信號作為至少一個預(yù)定系數(shù)的函數(shù)進行處理，產(chǎn)生一個處理過的信號；(d)混合器控制電路，產(chǎn)生由計算機用來控制數(shù)字信號處理器的一個值；(e)腳本，由計算機實現(xiàn)，腳本定義混合器控制電路和數(shù)字信號處理器的操作；(f)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將處理過的信號轉(zhuǎn)換為一個輸出信號。
2.一種用于數(shù)字處理和混合音頻信號的實時系統(tǒng)，包括(a)計算機，包含存儲器和處理器；(b)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的音頻信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號；(c)從屬數(shù)字信號處理器，將數(shù)字信號作為至少一個預(yù)定系數(shù)的函數(shù)進行處理，產(chǎn)生一個處理過的信號；(d)主數(shù)字信號處理器，為從屬數(shù)字信號處理器計算預(yù)定系數(shù)，主數(shù)字信號處理器和從屬數(shù)字信號處理器被連接在一個數(shù)據(jù)總線；(e)混合器控制電路，產(chǎn)生由計算機用來控制主數(shù)字信號處理器的一個值；(f)腳本，由計算機實現(xiàn)，腳本定義混合器控制電路、主數(shù)字信號處理器和從屬數(shù)字信號處理器的操作；以及(g)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將處理過的信號轉(zhuǎn)換為一個輸出信號。
3.一種用于數(shù)字處理和混合音頻信號的實時系統(tǒng)，包括(a)計算機，包含存儲器和處理器；(b)從屬數(shù)字信號處理器，將數(shù)字信號作為至少一個預(yù)定系數(shù)的函數(shù)進行處理，產(chǎn)生一個處理過的信號；(c)主數(shù)字信號處理器，為從屬數(shù)字信號處理器計算預(yù)定系數(shù)，主數(shù)字信號處理器和從屬數(shù)字信號處理器被連接在一個數(shù)據(jù)總線；(d)混合器控制電路，產(chǎn)生由計算機用來控制主數(shù)字信號處理器的一個值；以及(e)腳本，由計算機實現(xiàn)，腳本定義混合器控制電路、主數(shù)字信號處理器和從屬 數(shù)字信號處理器的操作，因此，處理過的信號被當做輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于例如數(shù)字混合控制臺的改進型數(shù)字信號混合體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)提供了一個軟件可配置混合系統(tǒng),可擴展到48個通道以上。該體系結(jié)構(gòu)包括一個主DSP設(shè)備,其通過DMA總線連接多個從屬DSP設(shè)備。主DSP設(shè)備執(zhí)行的功能包括數(shù)據(jù)總線仲裁、計算系數(shù)變量,并將這些變量傳送給從屬DSP設(shè)備。主DSP采用這樣一種方式和每個從屬DSP連接:使得主DSP能夠命令每個從屬DSP將其輸入信號的處理結(jié)果寫入其他每個從屬DSP的內(nèi)存中。主DSP命令從屬DSP互相傳送經(jīng)處理過的輸入信號,因此,每個被處理過的輸入信號被存儲在每個從屬DSP的存儲器中。一旦每個從屬DSP具有每個被處理過的輸入信號的結(jié)果,主DSP就命令從屬DSP進行任意組合,混合任何處理過的輸入信號,產(chǎn)生一個被送到其輸出端的混合信號,以便轉(zhuǎn)換為一個模擬信號?；旌辖M合是由腳本控制的,而腳本則由軟件來解釋。本發(fā)明的數(shù)字混合體系結(jié)構(gòu)提供了一個軟件可配置的系統(tǒng),因此。體現(xiàn)本發(fā)明的混合控制臺很容易被重新配置和升級。此外,本發(fā)明體系結(jié)構(gòu)的軟件可配置特性和通道可擴展性提供了一種低價升級和重新配置的數(shù)字混合控制臺。
文檔編號H03H17/00GK1248356SQ98802665
公開日2000年3月22日 申請日期1998年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月15日
發(fā)明者戈萊格·C·瑪吉, 彼得·F·瓦茨, 羅伯特·J·圖德 申請人:瑪吉設(shè)計公司