專利名稱：音頻信號的編碼、解碼方法及音頻傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對音頻信號進行預(yù)測編碼、壓縮的音頻編碼裝置、光記錄介質(zhì)、音頻解碼裝置及音頻傳輸方法。
作為對音頻信號進行預(yù)測編碼的方法，本發(fā)明者在以前的申請(特愿平9-289159號)的方案中提出了一種方法，該方法對單聲道的原數(shù)字音頻信號，通過特性不同的多個預(yù)測器計算出在時間域中從過去信號到現(xiàn)在信號的多個線性預(yù)測值，從原數(shù)字音頻信號及該多個線性預(yù)測值計算出每個預(yù)測器的預(yù)測殘差，選擇該多個預(yù)測殘差最小值。
但是，在上述方法中，當(dāng)原數(shù)字音頻信號在取樣頻率＝96kHz、量化位數(shù)＝20位時，可以得到某種程度的壓縮效率，可是在近年來的DVD音頻盤中使用2倍的取樣頻率(＝192kHz)，另外量化位數(shù)也有使用24位的傾向，所以需要改善壓縮率。
本發(fā)明的目的在于提供一種在對音頻信號進行預(yù)測編碼時可以改善壓縮率的音頻編碼裝置、光記錄裝置、音頻解碼裝置及音頻傳輸方法。
本發(fā)明為了達到上述目的，對兩個系統(tǒng)的音頻信號的和信號和差信號的各差分進行了預(yù)測編碼。
即，根據(jù)本發(fā)明所提供的音頻編碼裝置中包括加法裝置，計算第一和第二兩個系統(tǒng)的音頻信號的和信號；減法裝置，計算上述第一和第二兩個系統(tǒng)的音頻信號的差信號；第一差分計算裝置，計算上述和信號的差分；第二差分計算裝置，計算上述差信號的差分；
第一預(yù)測編碼裝置，計算上述和信號的差分的多個預(yù)測值，計算該多個預(yù)測值和上述和信號的差分的各預(yù)測殘差，選擇該多個預(yù)測殘差的最小值；第二預(yù)測編碼裝置，計算上述差信號的差分的多個預(yù)測值，計算該多個預(yù)測值與上述差信號的差分的各預(yù)測殘差，選擇該多個預(yù)測殘差的最小值。
本發(fā)明還提供一種光記錄介質(zhì)，對權(quán)利要求1所述的音頻編碼裝置中所選擇的預(yù)測殘差最小值進行格式化并進行記錄。
本發(fā)明還提供一種音頻解碼裝置，其特征在于從權(quán)利要求1所述的音頻編碼裝置中所選擇的預(yù)測殘差最小值計算出預(yù)測值，從該預(yù)測值復(fù)原上述第一和第二兩個系統(tǒng)的音頻信號。
本發(fā)明還提供一種音頻傳輸方法，其特征在于對權(quán)利要求1所述的音頻編碼裝置中所選擇的預(yù)測殘差最小值，通過通信線路進行傳輸。
本發(fā)明的優(yōu)點及特征將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的描述而得到進一步說明，在這些附圖中圖1是表示本發(fā)明所涉及的音頻編碼裝置及音頻解碼裝置的第1
圖2是詳細表示圖1的編碼器的方框圖。
圖3是表示圖2的多路轉(zhuǎn)換器進行多重化的1幀的格式說明圖。
圖4是表示DVD包的格式說明圖。
圖5是表示DVD的音頻包的格式說明圖。
圖6是詳細表示圖1的解碼的方框圖。
圖7是詳細表示第2實施例的編碼器的方框圖。
圖8是詳細表示第2實施例的解碼器的方框圖。
圖9是詳細表示第3實施例的編碼器的方框圖。
圖10是詳細表示第3實施例的解碼器的方框圖。
圖11是表示音頻傳輸方法的流程圖。
圖12是表示音頻傳輸方法的流程圖。
下面參照


本發(fā)明的實施例。圖1是表示本發(fā)明所涉及的音頻編碼裝置及音頻解碼裝置的第一實施例的方框圖。圖2是詳細表示圖1的編碼器的方框圖，圖3是表示由圖2的多路轉(zhuǎn)換器進行多重化的1幀的格式說明圖，圖4是表示DVD包的格式說明圖，圖5是表示DVD音頻包的格式說明圖，圖6是詳細表示圖1的解碼器的方框圖。
圖1中表示的聲道相關(guān)電路A中具有加法電路1a和減法電路1b。加法電路1a算出各聲道(以下用ch表示)的例如取樣頻率＝192kHz、量化位數(shù)＝24位的立體聲2ch信號L、R的和信號(L+R)，輸出給和ch用的1ch無損失編碼器2D1，減法電路1b算出差信號(L-R)，輸出給差ch用的1ch無損失編碼2D2。如圖2詳細所述，編碼器2D1、2D2分別將和信號(L+R)、差信號(L-R)的差分Δ(L+R)、Δ(L-R)進行預(yù)測編碼，經(jīng)過記錄介質(zhì)及通信媒體傳輸。
而且，在解碼端如圖6詳細所示，解碼器3D1、3D2分別將各ch的預(yù)測編碼的數(shù)據(jù)解碼為和信號(L+R)、差信號(L-R)，接著聲道相關(guān)電路B將該和信號(L+R)、差信號(L-R)復(fù)原為立體聲2ch信號L、R。
參照附圖2對編碼器2D1、2D2進行詳細說明。和信號(L+R)、差信號(L-R)按每1幀來存放在1幀緩沖器10中。然后1幀的各取樣值(L+R)、(L-R)分別加到差分運算電路11D1、11D2中，算出這次和上次的差分Δ(L+R)、Δ(L-R)，即差分PCM(DPCM)數(shù)據(jù)。各幀的頭部取樣值(L+R)、(L-R)加到多路轉(zhuǎn)換器19中。
通過差分運算電路11D1算出的差分Δ(L+R)加到預(yù)測系數(shù)不同的多個預(yù)測器12a-1-12a-n和減法器13a-1-13a-n上。而且，預(yù)測器12a-1-12a-n分別根據(jù)各預(yù)測系數(shù)算出差分Δ(L+R)的各預(yù)測值，減法器13a-1-13a-n分別算出該預(yù)測值和差分Δ(L+R)的各預(yù)測殘差。緩沖器·選擇器16D1暫時存儲該多個預(yù)測殘差，在每個由選擇信號發(fā)生器17指定的子幀中選擇最小的預(yù)測殘差，輸出到包裝電路18。該子幀具有幀的數(shù)十分之一左右的取樣長度，例如1幀為80子幀。預(yù)測器12a-1-12a-n和減法器13a-1-13a-n構(gòu)成和信號ch的預(yù)測電路15D1，而該預(yù)測電路15D1和緩沖器·選擇器16D1構(gòu)成和信號ch的預(yù)測編碼電路。
同樣，通過差分運算電路11D2算出的差分Δ(L-R)加到預(yù)測系數(shù)不同的多個預(yù)測器12b-1-12b-n和減法器13b-1-13b-n中。而且，預(yù)測器12b-1-12b-n根據(jù)各預(yù)測系數(shù)分別算出差分Δ(L-R)的各預(yù)測值，由減法器13b-1-13b-n分別算出各預(yù)測值與差分Δ(L-R)的各預(yù)測殘差。緩沖器·選擇器16D2暫時儲存該多個預(yù)測殘差，在每個由選擇信號發(fā)生器17指定的子幀中選擇最小的預(yù)測殘差，輸出到包裝電路18中。預(yù)測器12b-1-12b-n和減法器13b-1-13b-n構(gòu)成差信號ch的預(yù)測電路15D2，而該預(yù)測電路15D2和緩沖器·選擇器16D2構(gòu)成了差信號ch的預(yù)測編碼電路。
選擇信號發(fā)生器17將預(yù)測殘差的位數(shù)標(biāo)志(5位)加到包裝電路18和多路轉(zhuǎn)換器19，另外將表示預(yù)測殘差最小的預(yù)測器的預(yù)測器選擇標(biāo)志(該數(shù)n為2-9個，3位)加到多路轉(zhuǎn)換器19中。包裝電路18將由緩沖器·選擇器16D1、16D2所選擇的2ch的預(yù)測誤差按照由選擇信號發(fā)生器17指定的位數(shù)標(biāo)志以指定位數(shù)進行包裝。
接著，多路轉(zhuǎn)換器19如圖3所示，對1個幀的量多重化為●幀頭(40位)；●和信號ch(L+R)的1幀的頭部取樣值(25位)；
●差信號ch(L-R)的1幀的頭部取樣值(25位)；●和信號ch(L+R)的每個子幀的預(yù)測器選擇標(biāo)志(3位×80)；●差信號ch(L-R)的每個子幀的預(yù)測器選擇標(biāo)志(3位×80)；●和信號ch(L+R)的每個子幀的位數(shù)標(biāo)志(5位×80)；●差信號ch(L-R)的每個子幀的位數(shù)標(biāo)志(5位×80)；●和信號ch(L+R)的預(yù)測殘差數(shù)據(jù)串(可變位數(shù))；●差信號ch(L-R)的預(yù)測殘差數(shù)據(jù)串(可變位數(shù))。
作為可變速率位流輸出。根據(jù)這樣預(yù)測編碼，原信號例如取樣頻率＝192kHZ、量化位數(shù)＝24位，2聲道時可以實現(xiàn)59％的壓縮率。
當(dāng)將該可變速率位流數(shù)據(jù)記錄在DVD音頻盤中時，被包裝在圖4所示的壓縮PCM的音頻(A)包中。該包中除了2034字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)(A分組、V分組)之外，還加有4字節(jié)的包起始信息、6字節(jié)的SCR(System Clock Reference系統(tǒng)時鐘基準(zhǔn)參照值)、3字節(jié)的Mux速率和1個字節(jié)的填充，合計14字節(jié)的包頭(1包＝合計2048字節(jié))。這時，將計時標(biāo)記SCR信息在ACB單元內(nèi)的頭部包中以“1”在同一標(biāo)題內(nèi)連續(xù)，就可以管理同一標(biāo)題內(nèi)的A包的時間。
壓縮PCM的A分組如圖5詳細所示，由17、9及14字節(jié)的分組頭、專用頭、圖3所示格式的1-2011字節(jié)的音頻壓縮PCM數(shù)據(jù)構(gòu)成。壓縮PCM的專用頭由以下部分構(gòu)成●1字節(jié)的子流ID；●2字節(jié)的UPC/EAN-ISRC(Universal Product Code/EuropeanArticle Number-International Standard Recording Code)編號、及UPC/EAN-ISRC數(shù)據(jù)；1字節(jié)的專用頭長度；2字節(jié)的第1存取單元指針；8字節(jié)的音頻數(shù)據(jù)信息(ADI)；0-7字節(jié)的填充字節(jié)。
下面參照圖6對解碼器D1、D2進行說明。圖3中所示的格式的可變速率位流數(shù)據(jù)，通過信號分離器21按幀頭進行分離。而且，和信號ch(L+R)及差信號ch(L-R)的1幀的前部取樣值分別加到累積運算電路25a、25b上，和信號ch(L+R)及差信號ch(L-R)的預(yù)測器選擇標(biāo)志分別作為預(yù)測器(24a-1-24a-n)、(24b-1-24b-n)的各選擇信號輸入，和信號ch(L+R)及差信號ch(L-R)的位數(shù)標(biāo)志和預(yù)測殘差數(shù)據(jù)串加到拆包電路22上。在此預(yù)測器(24a-1-24a-n)、(24b-1-24b-n)分別與編碼端的預(yù)測器(12a-1-12a-n)、(12b-1-12b-n)具有相同的特性，由預(yù)測器選擇標(biāo)志選擇同一特性的信號。
拆包電路22按每個位數(shù)標(biāo)志對和信號ch(L+R)及差信號ch(L-R)的預(yù)測殘差數(shù)據(jù)串進行分離，分別輸出給加法電路23a、23b。在加法電路23a、23b上，從拆包電路22輸出的和信號ch(L+R)和差信號ch(L-R)的此次預(yù)測殘差數(shù)據(jù)與預(yù)測器(24a-1-24a-n)、(24b-1-24b-n)中通過預(yù)測器選擇標(biāo)志選擇的各自一個預(yù)測的上次預(yù)測值相加，算出此次的預(yù)測值。該此次的預(yù)測值通過圖2所示的差分電路11a、11b分別算出的差分Δ(L+R)、Δ(L-R)即DPCM數(shù)據(jù)，加到預(yù)測器(24a-1-24a-n)、(24b-1-24b-n)和累積運算電路25a、25b上。
累積運算電路25a、25b分別對1幀的前面取樣值按每個取樣，累積相加差分Δ(L+R)、Δ(L-R)，輸出和信號ch(L+R)、差信號ch(L-R)的各PCM數(shù)據(jù)。該和信號(L+R)、差信號(L-R)如圖1所示那樣，通過加法電路4a算出2L信號，同時通過減法電路4b算出2R信號。然后，2L信號和2R信號分別通過除法器5a、5b除成1/2，恢復(fù)到原來的立體聲2聲道信號L、R。
下面參照圖7、圖8對第2實施例進行說明。在上述實施例中的構(gòu)成只將和信號(L+R)、差信號(L-R)的各差分Δ(L+R)、Δ(L-R)即DPCM數(shù)據(jù)進行預(yù)測編碼。但是在該第2實施例中的構(gòu)成是將和信號(L+R)、差信號(L-R)即PCM數(shù)據(jù)或其各差分Δ(L+R)、Δ(L-R)即DPCM數(shù)據(jù)進行選擇預(yù)測編碼。
為此，圖7所示的編碼裝置在圖2所示的構(gòu)成中增加了分別對和信號(L+R)、差信號(L-R)進行預(yù)測編碼的預(yù)測電路15A、15S和緩沖器·選擇器16A、16S。選擇信號發(fā)生器17根據(jù)由緩沖器·選擇器16A、16S分別選擇的和信號(L+R)、差信號(L-R)和由緩沖器·選擇器16D1、16D2分別選擇的差分Δ(L+R)、Δ(L-R)的各預(yù)測殘差的最小值，判斷PCM數(shù)據(jù)和DPCM數(shù)據(jù)的哪一個壓縮率高，并選擇其中壓縮率高的數(shù)據(jù)。這時增加該PCM/DPCM的選擇標(biāo)志(預(yù)測電路選擇標(biāo)志)進行多重化。
在此，圖7所示的和信號(L+R)的預(yù)測電路15A和差分Δ(L+R)的預(yù)測電路15D1具有同樣的構(gòu)成，當(dāng)差信號(L-R)的預(yù)測電路15S和差分Δ(L-R)的預(yù)測電路15D2是同樣的構(gòu)成時，解碼裝置如圖8所示就沒必要設(shè)置PCM數(shù)據(jù)和DPCM數(shù)據(jù)兩個預(yù)測電路了，而一個數(shù)據(jù)量的預(yù)測電路即可。而且，根據(jù)從編碼裝置傳輸?shù)念A(yù)測電路選擇標(biāo)志由選擇器26a、26b在DPCM數(shù)據(jù)情況下選擇累積運算電路25a、25b的輸出，而在PCM數(shù)據(jù)情況下選擇加法電路23a、23b的輸出。
如圖9所示，第3實施例的構(gòu)成是在原信號L、R(PCM數(shù)據(jù))、和信號(L+R)、差信號(L-R)(PCM數(shù)據(jù))及其各差分Δ(L+R)、Δ(L-R)(DPCM數(shù)據(jù))三組之一選擇地進行預(yù)測編碼。
為此，如圖9所示的編碼裝置與圖7所示的構(gòu)成相比增加了對原信號L、R分別進行預(yù)測編碼的預(yù)測電路15L、15R和緩沖器·選擇器16L、16R。另外，選擇信號發(fā)生器17根據(jù)緩沖器·選擇器16L、16R所選擇的原信號L、R及由緩沖器·選擇器16A、16S所選擇的和信號(L+R)、差信號(L-R)及緩沖器·選擇器16D1、16D2所選擇的各差分Δ(L+R)、Δ(L-R)的各預(yù)測殘差的最小值，選擇壓縮率高的一組數(shù)據(jù)。這時，增加該選擇標(biāo)志(預(yù)測電路選擇標(biāo)志)進行多重化。
當(dāng)圖9所示的3組預(yù)測電路是同樣構(gòu)成時，如圖10所示，解碼裝置沒有必要設(shè)置3組預(yù)測電路。只要1組的預(yù)測電路即可。而且，根據(jù)從編碼裝置傳輸?shù)牡念A(yù)測電路選擇標(biāo)志，在DPCM數(shù)據(jù)的情況下選擇累積運算電路25a、25b的輸出，而對PCM數(shù)據(jù)則選擇加法電路23a、23b的輸出，通過聲道相關(guān)電路B恢復(fù)原信號L、R。然后再通過選擇器27a、27b，對原信號L、R組選擇加法電路23a、23b的輸出，而在其他情況時選擇聲道相關(guān)電路B的輸出。
經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸由編碼端進行預(yù)測編碼的可變速率位流數(shù)據(jù)時，編碼端如圖11所示，按傳輸用進行分組(步驟S41)，接著加上分組頭(步驟S42)，然后將該分組傳送到網(wǎng)絡(luò)上(步驟S43)。在解碼端如圖12所示，除去頭部(步驟S51)，接著復(fù)原數(shù)據(jù)(步驟S52)，然后將該數(shù)據(jù)存放在存儲器中等待解碼(步驟S53)。
正如以上說明，由于本發(fā)明將兩個系統(tǒng)的音頻信號的和信號和差信號的各差分進行預(yù)測編碼，因此在對音頻信號進行預(yù)測編碼時可以改善壓縮率。
權(quán)利要求
1.一種音頻編碼解碼方法，對音頻信號進行編碼解碼，該方法包括下述步驟聲道轉(zhuǎn)換步驟，對數(shù)字數(shù)據(jù)化的第1和第2系統(tǒng)的音頻信號進行矩陣運算，并將其轉(zhuǎn)換為彼此相關(guān)的聲道；無損失編碼步驟，包括(a)線性預(yù)測編碼步驟，對通過所述聲道轉(zhuǎn)換步驟所轉(zhuǎn)換的2個相關(guān)聲道信號進行線性預(yù)測編碼時，按規(guī)定時間的幀單位獲得頭部取樣值，同時按把所述幀分頻后的子幀單位選擇線性預(yù)測方法，進行線性預(yù)測編碼；(b)格式化步驟，容納預(yù)測編碼數(shù)據(jù)并將其格式化為可變速率位流，該預(yù)測編碼數(shù)據(jù)包含具有頭部信息及其后續(xù)用戶數(shù)據(jù)的格式的、并通過所述線性預(yù)測編碼步驟在該用戶數(shù)據(jù)中選擇的頭部取樣值和預(yù)測殘差和線性預(yù)測方法；(c)輸出步驟，輸出所述可變速率位流的數(shù)據(jù)，無損失解碼步驟，包括(d)抽取步驟，輸入所述可變速率位流數(shù)據(jù)，并抽取各個相關(guān)聲道的預(yù)測編碼數(shù)據(jù)；(e)算出步驟，根據(jù)由所述抽取步驟抽取的各個聲道的預(yù)測編碼數(shù)據(jù)，算出各個相關(guān)聲道的信號預(yù)測值；(f)第1還原步驟，從由所述算出步驟算出的預(yù)測值還原各個相關(guān)聲道信號，第2還原步驟，對由所述無損失解碼步驟還原的2個相關(guān)聲道信號進行矩陣運算，并還原所述第1和第2系統(tǒng)的音頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻編碼解碼方法，其特征在于，在所述線性預(yù)測編碼步驟中，對由所述聲道轉(zhuǎn)換步驟轉(zhuǎn)換的2個相關(guān)聲道信號的每個聲道，響應(yīng)輸入的音頻信號按規(guī)定時間的幀單位獲得頭部取樣值，同時在根據(jù)時間區(qū)間的過去信號預(yù)測的當(dāng)前信號的多個預(yù)測值中，按所述子幀單位選擇其預(yù)測值為最小值的線性預(yù)測方法，進行預(yù)測編碼。
全文摘要
本發(fā)明公開一種對音頻信號進行預(yù)測編碼時改善壓縮率的裝置。加法電路1a計算出立體聲2聲道信號L、R的和信號(L+R)，減法電路1b計算出差信號(L－R)。由差分運算電路11D1、11D2計算出本次與上次的差分Δ(L+R)、Δ(L－R)，由于預(yù)測編碼電路(15D1、15D2、16D1、16D2)計算出差分Δ(L+R)、Δ(L－R)的多個預(yù)測值，計算出多個預(yù)測值與差分Δ(L+R)、Δ(L－R)的各預(yù)測殘差，選擇最小的預(yù)測殘差。
文檔編號G10L19/00GK1440133SQ0312048
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者渕上德彥, 植野昭治, 田中美昭 申請人:日本勝利株式會社