CH691013A5 - Verfahren und Vorrichtung zur multiplexierten Kodierung digitaler Audioinformation auf ein digitales Audiospeichermedium. - Google Patents

Description

  
 


 HINTERGRUND DER ERFINDUNG 
 


 Gebiet der Erfindung 
 



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur signifikanten Erweiterung der effektiven Kapazität von Laserdisks, Compactdisks, digitalen Audiobändern und anderer konventioneller digitaler Tonspeichermedien, und insbesondere auf ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Multiplexierung mehrerer digitaler Audiosignale auf die Datenkanäle, die zur Zeit durch die Puls-Code-modulierten (PCM) digitalen Audiokanäle auf solchen Aufnahmemedien besetzt werden. 


 Beschreibung des Standes der Technik 
 



  Ein gängiges digitales Consumer-Standard-Audioformat ist ein lineares 16-Bit Zweikanal-Stereo PCM System. Diese Art von Kodierung wird für Compactdisks (CDs), Laser Disks und digitale Audiobänder (DAT) verwendet, sowie für professionelle digitale Bandaufnahmegeräte. Es stellt zwei Audiokanäle zur Verfügung mit einem dynamischem Bereich von etwas mehr als 90 dB und Aufnahmezeiten in der Grösse von einer Stunde für eine konventionelle CD. Eine Hierarchie von Fehlerkorrekturtechniken wird verwendet, um Bit-Fehler zu detektieren und zu korrigieren, die zu einem System führt, dass verlässliche Stereoaufnahmen hoher Qualität ermöglicht. 



  Obwohl lineares digitales Audio mit 16 Bit eine Audioaufnahme guter Qualität ermöglicht, hat es den sehr hohen Qualitätsstandard, der von Audio-Freunden gewünscht wird, nicht befriedigt. Neue 20-Bit Analog-Digital-Kodierer und Digital-Analog-Kodierer sind erhältlich, aber diese Geräte sind nicht mit der linearen 16-Bit PCM Technologie kompatibel, die auf gängigen CDs und Laser Disks verwendet wird; die erhöhte Qualität der neuen Kodierer und Dekodierer kann deshalb mit dem gängigen digitalen Audiostandard nicht realisiert werden. 



  Die Beschränkung konventioneller digitaler Audio-Aufnahmemedien auf zwei Stereokanäle und etwa eine Aufnahmestunde ist ebenfalls unerwünscht. Die Bereitstellung von z.B. Sechskanal-Ton würde das Potential zur Erzeugung eines Hörerlebnisses schaffen, das einer voll ausgerüsteten Sechskanal-Theateranlage ähnlich ist. Ausserdem würde die Möglichkeit, auf einer einzelnen Disk signifikant mehr als eine Stunde Ton aufzunehmen in vielen Fällen vorteilhaft sein, während die Fähigkeit zum sehr schnellen Disk-Zugriff es immer noch ermöglichen würde, jeden gewünschten Teil der Aufnahme schnell und bequem zuzugreifen. 


 ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG 
 



  Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von digitalem Mehrkanalton viel höherer Qualität auf den digitalen Stereokanälen konventioneller Audioaufnahmemedien, wie CDs, Laser Disks und DATs bereitzustellen und/oder eine längere Aufnahme zu machen, als das Medium normalerweise fähig ist. Das System ist genügend flexibel, um verschiedene Arten unterschiedlicher Audioeingaben zu verarbeiten und benötigt keine exotischen neuen Komponenten. 



  Diese Aufgaben werden gelöst durch Komprimieren der Datenbitraten von digitalen Mehrkanal-Eingangssignalen, sodass deren gesamte Datenbitrate nach der Kompression die maximale Datenbitrate des Audiospeichermediums nicht überschreitet. Die komprimierten Signale werden dann miteinander multiplexiert, um ein Multiplex-Signal mit einer Datenbitrate zu erzeugen, die die maximale Kapazität des Speichermediums nicht überschreitet. Nach der Kodierung in ein Format, das vom Aufnahmemedium verwendet wird, wie z.B. konventionelles AES/EBU, wird das Multiplex-Signal auf das Speichermedium aufgenommen.

   Das Abspielen erfolgt durch Auslesen der gespeicherten Signale vom Speichermedium, Dekodierung der ausgelesenen Signale in einer Art, die zum Kodieren komplementär ist, Demultiplexierung der dekodierten Signale in einer Art, die zur Multiplexierung komplementär ist, und Dekomprimierung der demultiplexierten Signale in einer Art, die zur Komprimierung komplementär ist. Die Dekomprimierten Signale können dann durch Digital-Analog-Umwandler (DAC) verarbeitet und Lautsprechern zugeführt werden. 



  Der Kompressionsfaktor wird relativ zu den Datenbitraten der Eingangssignal-Kanäle, der Datenbitraten-Kapazität des Aufnahmemediums und der Zahl der Eingangskanäle gewählt, sodass die gesamte Datenbitrate der Eingangssignale nach der Komprimierung die Kapazität des Aufnahmemediums nicht überschreitet. Ist das Aufnahmemedium konfiguriert, um Audioabtastungen mit einer vorgegebenen Zahl von Bits pro Abtastung zu speichern, so werden die komprimierten Eingangssignale in Datengruppen multiplexiert, die die gleiche Zahl von Bits haben. obwohl dies dazu führt, dass einige der Eingangsabtastungen zwischen verschiedenen Datengruppen aufgeteilt werden, stellt der komplementäre Dekodierprozess die Unversehrtheit der ursprünglichen Abtastungen wieder her. 



  Um verschiedene Eingangsformate zu ermöglichen, die verschiedene Multiplex-Typen benötigen, kann ein Identifikationscode zusammen mit den Eingangssignalen  aufgenommen werden, um sicherzustellen, dass die Demultiplexierung in einer komplementären Weise erfolgt. Dies kann entweder durch Verwendung eines Bits der 32-Bit AES/EBU Subframes als Identifikator, oder durch Bereitstellung eines getrennten Modusidentifikations-Eingangs erreicht werden. Wenn eine grosse Zahl von Eingangsspuren vorhanden ist, sowie wenn ein qualitativ relativ tiefer Kanal grosser Länge in eine grosse Zahl von Unterkanälen zum sukzessiven Kodieren aufgetrennt wird, können Zwischenspeichermedien verwendet werden, um entsprechende Gruppen von Eingangskanälen zum Multiplexieren zusammenzufassen. 



  Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden detaillierten Beschreibung offenbar werden, zusammen mit den beigelegten Zeichnungen. 


 KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN 
 
 
   Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Kodieren mehrfacher digitaler Audioeingänge auf ein digitales Speichermedium, welches eine kleinere Kapazität als die Gesamte der Eingänge hat; 
   Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Dekodiersystems zum Abspielen der digitalen Audiosignale vom Speichermedium; 
   Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Kompression und Multiplexierung von Audioeingangssignalen höherer Bitordnung in einen Datenstrom tieferer Bitordnung zur Aufnahme auf einem digitalen Audiospeichermedium illustriert; 
   Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines alternativen Muliplexierschemas für eine grosse Zahl von Eingangsdatenkanälen;

   
   Fig. 5 ist ein Datendiagramm, das den konventionellen AES/EBU-Interface-Standard illustriert, der in  einer bevorzugten Ausführung der Erfindung verwendet wird; und 
   Fig. 6A1 bis 6A7 und 6B1 bis 6B3 zusammengenommen bilden ein Schemadiagramm eines AES/EBU-Formatierers, wie er in der bevorzugten Ausführung verwendet wird; und 
   Fig. 7A1 bis 7A7, 7B1, 7B2 und 7C1 bis 7C3 zusammengenommen bilden ein Schemadiagramm eines Dekodierers, wie er in der bevorzugten Ausführung verwendet wird. 
 


 DETAILLIERTE BESCHREIBUNG 
 



  Die Erfindung stellt einen Weg zur Verfügung, sechs oder sogar mehr digitale Audiokanäle sehr hoher Qualität (d.h. 20 Bit) in kompatibler Weise auf Stereo-PCM-Datenbitströme zu kodieren, und dadurch die effektive Datenspeicherkapazität von digitalen Audiospeichermedien, wie CDs, Laser Disks und DATs stark zu erweitern. Auf einer CD, die zum Beispiel normalerweise nur etwa eine Stunde 16-Bit 2-Kanal Stereoton umfasst, können entweder eine Stunde 6-Kanal super hi-fi 20-Bit Ton, vier Stunden 16-bit stereo Digitalton, oder vierzig Stunden von Ton mit AM-Radio-Qualität gespeichert werden. 



  Ein Blockdiagramm des Kodiersystems wird in Fig. 1 gegeben. Mehrere Kanäle digitaler Audio-Eingangssignale CH1, CH2 ... CHn werden einem linearen, digitalen Audioformat mit typischerweise 16, 18 oder 20 Bits pro Abtastung bereitgestellt. Wird die Erfindung verwendet, um sechs Kanäle digitaler Audiosignale extrem hoher Qualität und 20-20 KHz Bandbreite aufzunehmen, sind die Eingangsdaten in der Form von linearen 20-Bit PCM Signalen mit einer Abtastrate von 24100 Abtastungen/Sekunde, was die gleiche Abtastrate wie für konventionellen linear kodierten 16-Bit Stereoton ist. Zur Kodierung von Langzeit-Ton mit AM-Qualität könnten vierzig Kanäle mit  20-4KHz 16-bit linearem PCM, abgetastet bei 8820 Aufnahmen pro Sekunde, in das System eingeführt werden. 



  Jeder der n Eingangskanäle ist an einen entsprechenden Datenkomprimierer C1, C2 ... Cn angeschlossen, welcher den digitalen Eingangston auf eine tiefere Datenbitrate komprimiert. Datenbitraten-Komprimierer dieses Typs sind bislang für Echtzeit-Radio- und Fernsehsendungen verwendet worden, und die gleichen Arten von Komprimierern könnten für diese neue Anwendung verwendet werden. Passende Datenkomprimierer umfassen den APTX100, Audio Processing Technology, Inc., der die Datenbitrate um einen Faktor vier reduziert, den Dolby<  TM >AC-3, den Sony < TM >ATRAC und die European Musician Kompressionsalgorithmen. 



  Der Datenkompressionsalgorithmus wird so ausgewählt, dass die gesamten Datenbitraten von den Ausgängen aller Komprimierer zusammengenommen nicht die Datenbitrate für die konventionellen zwei Kanäle von 16-Bit linearem PCM-Ton übersteigen. Zum Beispiel, wenn sechs Eingangskanäle mit 20-Bit Daten vorhanden sind, wird ein 4:1 Kompressionsverhältnis genügende Kompression bereitstellen. Jeder der sechs 20-Bit Eingangskanäle hat eine Datenbitrate, die 1.25-mal die Datenbitrate der 16-Bit Stereokanäle ist, und es gibt dreimal so viele Eingangskanäle wie Stereokanäle. Die gesamte Eingangssignal-Datenbitrate vor der Kompression ist deshalb 3.75-mal die 16-Bit Datenbitrate. Eine Komprimierung der Datenbitrate der Eingangssignale mit einem Faktor 4 genügt daher der Anforderung, dass die gesamte komprimierte Eingangs-Datenbitrate die 16-Bit Stereo-Datenbitrate nicht überschreiten soll. 



  Die komprimierten Audiosignale werden von einem Multiplexer 2 miteinander multiplexiert. Die Multiplexierung kann in einer Anzahl verschiedener Arten durchgeführt werden. Die einfachste ist das zyklische Durchlaufen der komprimierten Eingangssignale in wiederholter Weise, wobei sequentiell ein Bit oder eine Gruppe von Bits von jedem komprimierten Eingangssignal in jedem  Zyklus abgenommen wird. In der bevorzugten Ausführung, die in weiteren Details unten beschrieben ist, werden 16-Bit Datenblöcke von jedem Komprimierer nacheinander abgenommen, um ein multiplexiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das in seiner Datenbitrate einem 16-Bit Zweikanal-Stereosignal äquivalent ist. 



  Im Multiplexierprozess ist es wünschbar, dass die multiplexierten Daten in den Datenblöcken des bevorzugten AES/EBU-Formats positionsmässig stabil sind, sodass Interpolation und Substitutionen durch den Fehlerkorrektor der Grund-CD oder des anderen digitalen Speichermediums einem minimalen Audiofehler in den multiplexierten Ausgangssignalen erzeugt, wenn sie abgespielt werden. Falls, wie im oben diskutierten Falle von sechs 20-Bit Eingangs-Audiosignalen, die gesamte Datenbitrate von den Komprimierern kleiner ist als die lineare 16-Bit PCM-Stereo-Datenrate, kann zusätzliche Bitfehlerkorrektur unter Verwendung konventioneller Fehlerkorrektur-Chipsätze, wie z.B. dem Reed Solomon Fehlerkorrekturcode, in den digitalen Multiplexer aufgenommen werden. 



  Das Ausgangssignal vom Multiplexer 2 kann optional in einem Datenfile 4, wie z.B. einer Computer-Harddisk, gespeichert werden, wo zusätzliche Verarbeitung, wie z.B. Editierfunktionen oder der Zusatz von Synchronisationssignalen, stattfinden kann. Das multiplexierte Signal wird dann an einen konventionellen Formatierer 6 geliefert, der es in das richtige Format zur Aufnahme auf einem digitalen Tonspeichermedium bringt; das konventionelle Format zur Zeit dieser Anmeldung ist AES/EBU. Das multiplexierte Signal ist in seiner Datenrate zwei Kanälen von linearem 16-Bit PCM äquivalent und erscheint somit dem AES/EBU-Formatierer 6 als konventionelles Stereosignal. Geeignete Formatierer werden von verschiedenen Gesellschaften hergestellt, wie z.B. die digitalen Audiointerface-Transmitter CS 8401 CS 8402 der Crystal Semiconductor Corporation. 



  Um die Flexibilität in der Handhabung verschiedener Typen von Eingangs-Audiosignalen zu maximieren, sollte der Multiplexer 2 einstellbar sein, um sich an verschiedene Zahlen von Eingangskanälen anzupassen und die Wählbarkeit der Zahl von Datenbits, die pro Multiplex-Zyklus von jedem Kanal abgenommen werden, zu erlauben. Der konventionelle AES/EBU-Formatierer (auch Interface-Transmitter genannt) umfasst ein Anwenderbit-Eingangsport 8, das es erlaubt, den Multiplex-Modus innerhalb des AES/EBU-Bitstroms aufzunehmen. Wenn dieser Bitstrom während dem Abspielen vom digitalen Speichermedium dekodiert wird, wird die Multiplex-Modus-Information verwendet, um die Demultiplexierung zu steuern. Alternativ könnte ein Schieberegister hinzugefügt werden, um komprimierte Anwenderinformation direkt in den 20-Bit Audiodaten-Abschnitt des AES/EBU-Formats zu platzieren, was unten beschrieben wird.

   Die formatierten digitalen Audiodaten werden mittels eines konventionellen digitalen Aufnahmegeräts 10 auf ein digitales Aufnahmemedium 12 aufgenommen, wie z.B. eine CD, Laser Disk, DAT, oder irgend ein anderes Modell eines digitalen Audioaufnahmemediums. 



  Ein Dekodiersystem, das die aufgenommenen digitalen Audiodaten in analoge Tonsignale zur Ansteuerung von Lautsprechern umwandelt, wird in Fig. 2 gezeigt. Es umfasst ein konventionelles digitales Abspielgerät 14, das die auf dem Speichermedium aufgenommenen Daten abfrägt und die Daten als seriellen Standard-AES/EBU-Datenstrom ausgibt. Ein AES/EBU-Interface-Emfpänger, wie z.B. der CS 8411 oder 8412 von Crystal Semiconductor Corporation, arbeitet in einer zu der des AES/EBU-Formatierers 6 in Fig. 1 komplementären Weise, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zwei Kanälen von linearem 16-Bit PCM valent ist. Das Ausgangssignal des AES/EBU-Interface-Empfängers 16 wird von einem Demultiplexer 18 demultiplexiert, der in einer Weise arbeitet, die zum Multiplexer 2 von Fig. 1 komplementär ist.

   Die AES/EBU-Anwen derbits können von einem optionalen Mikroprozessor-Kontroller 20 ausgelesen und verwendet werden, um eine aus einer Anzahl von im Kodierprozess verwendeten Multiplexierschemen auszuwählen, mittels eines geeigneten Steuersignals, das entlang Ausgangsleitung 22 an den Demultiplexer 18 geliefert wird. Der Demultiplexiermodus kann alternativ manuell ausgewählt werden, entweder direkt oder durch ein Anwendereingabe-Port 24 an den Kontroller. Ein anderer Ausgang 26 des Kontrollers setzt die Abtast-Taktrate des Taktgebers 28 des Systems. Im Falle verlängerter Aufnahmen in AM-Qualität wird z.B. im Gegensatz zu hi-fi Qualitätsaufnahmen die Abtastrate von 44100 auf 8820 Abtastungen pro Sekunde reduziert; Die Taktrate muss der Abtastrate entsprechen, die im Aufnahmeverfahren verwendet wurde. 



  Die Ausgangsbitströme vom Demultiplexer 18 werden den digitalen Audio-Dekomprimierern D1, D2,...Dn zugeführt, in einer zum Zugriff auf die komprimierten Audioeingangssignale von den Komprimierern C1, C2 ... Cn durch Multiplexer 2 in Fig. 1 komplementären Art. Schliesslich werden die Ausgangssignale der Dekomprimierer D1, D2 ... Dn an entsprechende Digital-Analog-Umwandler DAC1, DAC2 ... DACn geliefert. Hier werden sie in Analogsignale umgewandelt, welche über Ausgangsleitungen 01, 02 ... On übertragen werden, um Lautsprecher zu betreiben. Im Falle der höchsten geläufigen digitalen Audioqualität, können die Ausgangssignale der DACs linearer PCM-Code mit bis zu 22 oder sogar 24-Bit sein. 



  Fig. 3 illustriert die Art, in welcher mehrfache Audio-Eingangskanäle, die Audiosignale sehr hoher Qualität tragen, wie z.B. 20-Bit, durch das System von Fig. 1 in Signale verarbeitet werden, die ein konventionelles 1 6-Bit Stereo-Eingangssignal für den AES/EBU-Formatierer 6 emulieren. Die Eingangskanäle CH1, CH2 ... CHn werden durch entsprechende serielle Bitströme illustriert, die aus 20-Bit Abtastungen S1, S2, S3, S4, usw. bestehen. Diese Eingangssignale werden von den Kom primierern C1, C2 ... Cn in 5-Bit komprimierte Abtastungen CS1, CS2, CS3, CS4, usw. komprimiert. Der Multiplexer 2 geht zyklisch durch die komprimierten Kanäle und nimmt pro Kanal in jedem Zyklus 16 Bit auf. Dies stellt die Daten von drei kompletten Abtastungen dar, plus ein zusätzliches Bit einer vierten Abtastung.

   In Fig. 3 wird ein Word 30 von Kanal CH1, bestehend aus drei 5-Bit-Abtastungen plus das erste Bit einer vierten Abtastung im Datenbitstrom für Kanal eins durch den Multiplexer aufgenommen und in den Muliplex-Ausgangs-Datenbitstrom 32 eingesetzt. Dies wird gefolgt von der Aufnahme eines Worts 34 aus CH2, das aus drei 5-Bit Abtastungen plus einem zusätzlichen Bit aus einer vierten Abtastung besteht, wobei dieses Wort unverzüglich dem Wort 30 im Muliplex-Ausgangssignal folgt. Die Multiplexierung schreitet in dieser Art bis Wort 36 in Kanal n weiter, welches wiederum aus drei 5-Bit Abtastungen plus einem zusätzlichen Bit der vierten Abtastung besteht. Nach der Aufnahme eines Worts aus dem letzten Kanal wird ein neuer Zyklus begonnen mit einem neuen 16-Bit Datenwort vom ersten Kanal, das mit dem zweiten Bit in der komprimierten Abtastung CS4 beginnt. 



  Auf den ersten Blick erhält dieser Multiplexierprozess die Integrität der komprimierten Abtastungen für jeden Kanal nicht, und so könnte es erwartet werden, dass er zu einem Datenverlust der Eingangs-Audiosignale beim Abspielen führt. Wegen der komplementären Natur der Abspiel-Demultiplexierung, wird jedoch die Integrität der Eingangsabtastungen vor der Dekomprimierung wieder hergestellt. 



  Die Kompressionsfaktur, der zum Komprimieren auf die digitalen Eingangs-Audiosignale angewendet wird, sollte genügend gross sein, um zu erlauben, dass die Signale in dieser Art multiplexiert werden können. Erstens sollte der Kompressionsfaktor für Eingangsdaten mit einer grösseren Zahl von Bits pro Abtastung als die Bitdichte, die normalerweise vom digitalen Audiospeicher medium aufgenommen wird (wie z.B. 20 gegenüber 16 Bits), mindestens so gross sein wie das Verhältnis der Zahl von Bits pro Abtastung in den Eingangssignalen zu den Bits pro Abtastung, die normalerweise auf dem Speichermedium gespeichert werden.

   Zweitens, wenn eine grössere Zahl von Eingangskanälen bereitgestellt werden, als normalerweise auf dem Speichermedium gespeichert werden (wie z.B. 6-Kanal Eingangssignal gegenüber 2-Kanal Stereo), sollte der Kompressionsfaktor mindestens so gross die das Verhältnis der Zahl von Eingangssignal-Kanälen zur Zahl von normalerweise auf dem Speichermedium aufgenommenen Kanälen sein. Wenn die Eingangssignale sowohl eine grössere Anzahl von Bits pro Abtastung als auch eine grössere Zahl als normalerweise aufgenommene Kanäle haben, sollte der Kompressionsfaktor mindestens gleich dem Produkt aus den obigen zwei Verhältnissen sein. 



  Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das illustriert, wie eine lange Aufnahme von Audiodaten relativ tieferer Qualität, wie z.B. 40 Stunden eines einzigen Kanals AM-Radioton, gemacht werden kann. Die vierzig Stunden werden in sich folgende Abschnitte geteilt, wie z.B. vierzig einstündige Abschnitte, wobei jeder Abschnitt als separater Kanal behandelt wird. Die verschiedenen "Kanäle" werden in Gruppen organisiert, die bequem gehandhabt werden können, wie z.B. fünf Gruppen mit je acht Kanälen; dies ist in Fig. 4 generalisiert worden, sodass jede Gruppe aus n Kanälen besteht. Die Bezugsziffern 1-1 beziehen sich auf den ersten Kanal der ersten Gruppe, 1-2 auf den zweiten Kanal der ersten Gruppe, 2-1 auf den ersten Kanal der zweiten Gruppe, und so fort. Die totale Anzahl von Gruppen wird mit m bezeichnet. 



  Jeder der Kanäle CH1-1 bis CHm-n wird an einen entsprechenden Komprimierer C1-1 bis Cm-n angeschlossen. Die Ausgänge jeder Gruppe von Komprimierern sind ihrerseits an entsprechende Datenfiles DF1, DF2 ... DFm angeschlossen. Jede Gruppe komprimierter Audio- Eingangssignale wird durch deren entsprechendes Datenfile verschmolzen und zusammengestellt, und die Ausgänge der Datenfiles werden vom Multiplexer 2 multiplexiert. Die weitere Verarbeitung der Audiosignale geschieht wie in Fig. 1. 



  Falls, zum Beispiel, vierzig Stunden Ton mit AM-Qualität auf eine CD aufgenommen werden sollten, die normalerweise eine Stunde Zweikanal-Stereo aufnimmt, so können die vierzig Stunden in fünf Gruppen aus je acht Kanälen unterteilt werden, wobei die vierzig Stunden sequentiell den Kanälen zugeordnet werden. Jede Gruppe von acht komprimierten Kanälen wird von einem entsprechenden Datenfile verschmolzen, wobei die Ausgänge der fünf Datenfiles in ein Eingangssignal für den AES/EBU-Formatierer multiplexiert werden, das ein normales 16-Bit Stereosignal emuliert. Im Dekodierabschnitt wird eine komplementäre Anordnung von Datenfiles bereitgestellt, um die dekodierten Kanäle 1-2 bis m-n zu speichern, während Kanal 1-1 in analoges Format konvertiert und durch die Lautsprecher abgespielt wird.

   Während der Stunde, die zum Abspielen von Kanal 1-1 benötigt wird, würden alle der anderen Kanäle in ihren entsprechenden Datenfiles aufgespeichert. Dann würde jeder folgende Kanal einer nach dem anderen abgespielt werden, bis alle vierzig Stunden vollendet sind. Dieses Abspielen kann auf Wunsch jederzeit unterbrochen werden. 



  Die Verwendung eines zwischengeschalteten Harddisk-Datenfiles bietet eine grosse Flexibilität, da die gleichzeitige Eingabe aller Kanäle nicht nötig ist. Das System kann zum Beispiel auch verwendet werden, um über vier Stunden digitalen Stereoton aufzunehmen, indem die vier Stunden Zweikanal-Toneingabeinformation durch Datenkomprimierer auf ein zwischengeschaltetes Datenfile auf Harddisk aufgenommen werden, und sodann die Signale in ein Achtkanalformat zusammengestellt und parallel im AES/EBU-Format ausgegeben werden. 



  Das zur Zeit verwendete AES/EBU-Format wird in Fig. 5 illustriert und mit weiteren Details in Publikationen diskutiert, wie z.B. im Datenbuch Crystal Semiconductor Corporation Digital Audio Products, Januar 1994, Seiten 6-35 bis 6-68. Die AES/EBU-Daten sind in Blöcke 40 unterteilt, wobei jeder Block aus vierundzwanzig Kanalstatusbytes 42 besteht. Jedes Byte umfasst acht Frames 44, und jeder Frame hat ein Paar von Subframes 46, jeder Subframe mit zweiunddreissig Bits. Die Blöcke 40 umfassen somit 384 32-Bit-Subframes 46. Innerhalb jedes Subframes sind die ersten vier Bits 0-3 reserviert für eine Präambel, Bits 4-7 für Hilfsdaten, Bits 8-27 für Audiodaten, Bit 28 als Gültigkeitsindikator, Bit 29 für Anwenderdaten, Bit 30 für Kanalstatusdaten und Bit 31 als Paritätsbit.

   Bit 29 kann verwendet werden, um den laufenden Multiplex-Modus zu kodieren; Da pro Block insgesamt 384 dieser Anwenderbits zur Verfügung stehen, kann praktisch jede Zahl von Multiplex-Moden spezifiziert werden. 



  Fig. 6A1 bis 6A7 und 6B1 bis 6B3 sind zusammengenommen ein Schema einer konkreten Ausführung des AES/EBU-Formatierers (Transmitters) 6 von Fig. 1. Die Baustein-Codes, die im Folgenden im Zusammenhang mit der Schaltung von Fig. 6 erwähnt werden, sind Industriestandard-Nomenklatur, mit der Ausnahme des AES/EBU-Transmitters U2 CS8401 der Crystal Semiconductor Corp. und eines AES/EBU-Empfängers U3 CS8412 der Crystal Semiconductor Corp., welcher das AES/EBU-Signal empfängt, um Taktsignale für den Transmitter zu erzeugen.

   Die Schaltung umfasst ein 75C01 Übertragungsbuffer-FIFO U4, ein programmierbares Logikarray PALCE22V10 als Parallel-Seriell-Konverter U6, ein PALCE16V8 U8 zur Übertragung des DMA-Timings, ein Paar von PALCE16V8s U10 und U12 für das AES/ EBU-Empfangs/Übertragungs-Timing, ein PALCE22V10 Adress-Dekodierer U14, ein duales 74HCT74 U16 zur Übertragung des DMA-Handshake ein Paar von 74HCT374 Kontrollregister U18 und U20, ein Paar von 74HCT244 Status Registern U22  und U23, und ein Flankenübertrager 48 an den IBM-Computer. 



  Die IBM-Datenfiles 4 werden mittels DMA an das FIFO U4 übertragen. Die Übertragung wird durch das Signal /OUTHF gesteuert, das FIFO-Halbvoll-Flag. Die IBM-Computer-Bussignale /IOW, TC, IRQ12 und DREQO sequenzieren den DMA. DMA wird durch Kontrollsignale /ENDMAO ermöglicht. Das Signal SCK ist der serielle Schiebetakt und FSYNC der Frame-Sync; die nominelle FSYNC-Rate ist 44.1 KHz. Vier Bytes werden pro FSYNC-Zyklus vom Ausgang des Übertragungs-FIFO U4 an den Parallel-Seriell-Konverter U6 übertragen. SDATAO, der serielle Ausgang von U6, wird in den AES/EBU-Transmitter U2 eingeschoben. Port 11 von U2 ist der Anwenderbit-Eingang (Ziffer 8 in Fig. 1), der von FSYNC getaktet wird. Port 20 von U2 ist der AES/EBU-Übertragungsausgang.

   Das digitale Aufnahmegerät (Ziffer 10 in Fig. 1) ist jedes Aufnahmegerät, welches fähig ist, AES/EBU-formatierte Daten zu akzeptieren, zum Beispiel ein D3-Format-Videorecorder. 



  Ein Schemadiagramm eines aktuellen Dekoderschemas ist in den Fig. 7A1 bis 7A7, 7B1, 7B2 und  7C1 bis 7C3 zusammengenommen gezeigt. Der Dekodierer umfasst einen AES/EBU-Empfänger CS8412 U30 von Crystal Semiconductor Corp.; vier PALCE16V8s U32, U34, U36 bzw. U38 für die SYNC-Detektion, Detektieren des Sync-spacings, Freilauf während Sync-Ausfällen, und Stillschaltung nach drei Millisekunden ohne Sync; sechs APTX100 4:1 Audiodekomprimierer U40, U42, U44, U48, U50 und U52 von Audio Processing Technology Inc.; drei Digital-Analog-Konverter CS4328 U56, U58 und U60 von Crystal Semiconductor Corp.; ein PALCE16V8 Interrupt-Zeitgeber U62 für die Dekomprimierer; ein 74HC14 Power-on-Reset U64; ein PALCE22V10 APT Interrupt-Generator U66; ein PALCE16V8 APT Ausgangsverzögerer U68; ein MTO-T1-60MHz APT DSP Taktgeber 42; und drei TL072 Dual-Output Verstärker A2, A4 und A6.

   Für die Dekomprimierer U40, U42, U44, U48, U50 und U52 wird eine Adresstabelle 50 gegeben. 



  Der AES/EBU-Empfänger U30 dekodiert die AES/EBU-Daten vom digitalen Aufnahmemedium; er führt die Funktion des AES/EBU-Empfängers 16 von Fig. 2 aus. Der Ausgang FSYNC ist der Frame-Sync mit einer Frequenz eins pro Abtastung, nominell 44.1 KHz. Der Ausgang SCK ist der Bittakt, welcher der Schiebetakt für den Dekoder ist. Der Ausgang SDATA ist für die seriellen Daten, welche zu der Synch-Detektionsschaltung und den Audiodekomprimierern gehen. Der Ausgang 11 MHz ist der Ausgang des Phase-Locked-Loop U30, welcher verwendet wird, um die digitale Filtrierung der DACs U56-U60 zu takten. U30-14 ist der Userbit-Ausgang, welcher von FSYNC ausgetaktet wird. U32 detektiert das Sync-Muster in den seriellen Daten; in dieser Ausführung ist das Sync-Zeichen ein hexadezimales  DOLLAR 55AA im Multiplex-Timeslot 7. U23-18 ist das Sync-Detektionssignal.

   Der Ausgang /SCK von U32 taktet U68, welcher eine Verzögerung von 1/2 Bit hinzufügt, um die Ausgangssignale APTDO0DEL, APTDO1DEL und APTD02DEL zu erzeugen, welche die Daten für die DACs U56-U60 sind. 



  Port U34-18 zeigt an, dass die letzten drei Sync-Marken an der richtigen Stelle waren, während der Ausgang /FSYNC verwendet wird, um zwischen geraden und ungeraden Timeslots der Multiplex-Daten zu unterscheiden. Port U36-17, SYNC, identifiziert die Timeslots für die APT-Audiodekomprimierer. Er wird vom Signal U34-18 synchronisiert. U36-18 zeigt an, dass SYCH und U34-18 zusammenfallen; diese Information wird verwendet, um die Zähler U38 zurückzusetzen, was den Dekoder verstummen lässt, nachdem Sync während drei Millisekunden nicht empfangen wurde. APTDI, die seriellen Eingangsdaten des Dekoders, werden zu null gesetzt falls verstummt. Das /MUTE-Signal setzt die Ausgänge U68 zu null falls verstummt. 



  Die dekomprimierten Ausgänge von den Audiodekomprimierern U40, U42, U44, U48, U50, U52 werden mit APTDO0 bis APTD02 bezeichnet und werden in Paaren gemultiplext. Die Audio-Dekomprimierer DACs U56, U58 und U60  sind die Digital-Analog-Umwandler, welche den Elementen DAC1, DAC2 ... DACn in Fig. 2 entsprechen. Jeder der Dualverstärker A2, A4 und A6 umfasst je zwei Verstärker und bieten somit die Möglichkeit eines Sechskanal-Ausgangs. 



  Während bestimmte Ausführungen der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, werden Fachleuten zahlreiche Variationen und alternative Ausführungen klar sein. Entsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur im Rahmen der angefügten Ansprüche limitiert wird. 

Claims (10)

1. Verfahren zur Aufnahme digitaler Mehrkanal-Audioinformation mit vorgegebener Datenbitrate auf ein permanentes digitales Speichermedium, umfassend: Bereitstellung eines permanenten digitalen Speichermediums (12), welches fähig ist, digitale Audiosignale zu speichern, welche es in einem vorgegebenen Format und mit einer Datenbitrate, die eine vorgegebene maximale Datenbitrate nicht übersteigt, empfängt, Bereitstellung von digitalen Mehrkanal-Eingangsaudiosignalen (CH1, CH2, ... CHn) mit einer gesamten Datenbitrate, die die erwähnte maximale Datenbitrate übersteigt, Komprimierung (C1, C2, ...

Cn) der Datenbitraten der erwähnten digitalen Mehrkanal-Eingangsaudiosignale, sodass deren gesamte Datenbitrate nach der Kompression die maximale Datenbitrate des Speichermediums nicht übersteigt, Multiplexierung (2) der erwähnten komprimierten digitalen Audiosignale in ein Multiplex-Signal (32) mit einer Datenbitrate, die die maximale Datenbitrate des Speichermediums nicht übersteigt, Kodierung (6) des erwähnten Multiplex-Signals in das erwähnte vorgegebene Format, und Aufnahme (10) des erwähnten kodierten Signals auf das erwähnte Speichermedium.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei das digitale Speichermedium konfiguriert ist, Audioabtastsignale (CS1, CS2 ...) mit einer vorgegebenen Zahl von Bits pro Abtastung zu speichern, die erwähnten digitalen Eingangsaudiosignale als Audioabtastungen (S1, S2 ...) mit einer grösseren Zahl von Bits pro Abtastung als die erwähnte Zahl bereitgestellt werden, und die Datenbitraten der er wähnten digitalen Eingangsaudiosignale im erwähnten Datenbitraten-Komprimierungsschritt um einen Faktor komprimiert werden, der mindestens so gross ist wie das Verhältnis der Bits pro Abtastung für die erwähnten digitalen Eingangsaudiosignale zur erwähnten Zahl von Bits pro Abtastung.

3.

Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erwähnte digitale Speichermedium konfiguriert ist, eine vorgegebene Zahl von Audiokanälen zu speichern, und die Datenbitraten der erwähnten digitalen Eingangsaudiosignale um einen Faktor komprimiert werden, der mindestens so gross ist wie das erwähnte Verhältnis von Bits pro Abtastung multipliziert mit dem Verhältnis der Zahl von Eingangssignalkanälen zur erwähnten vorgegeben Zahl von Audiokanälen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erwähnten komprimierten digitalen Audiosignale in das erwähnte Multiplex-Signal in Datengruppen mit der erwähnten vorgegebenen Zahl von Bits multiplexiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt der Zusammenstellung entsprechender Sätze der erwähnten digitalen Audiosignale in digitalen Zwischenspeichermedien (DF1, DF2, ...

DFm) nach dem erwähnten Kompressionsschritt, wobei der erwähnte Multiplexierungsschritt auf den erwähnten zusammengestellten Sätzen von Signalen arbeitet.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 zur Aufnahme von digitalen Mehrkanal-Audiosignalen mit einer vorgegebenen Datenbitrate auf ein permanentes digitales Speichermedium (12), welches fähig ist, digitale Audiosignale zu speichern, die es in einem vorgegebenen Format und mit einer Datenbitrate, die eine vorgegebene maximale Datenbitrate nicht übersteigt, empfängt, wobei die erwähnten digitalen Eingangs-Audiosignale eine gesamte Datenbitrate haben, die die erwähnten maximale Datenbitrate übersteigt, umfassend: eine Vielzahl von Datenbitraten-Komprimierern (C1, C2 ... Cn) zur Komprimierung der Datenbitraten der entsprechenden digitalen Eingangsaudiosignal-Kanäle (CH1, CH2 ...

CHn), sodass deren gesamte Datenbitrate nach der Kompression die maximale Datenbitrate des Speichermediums nicht übersteigt, ein Multiplexer (2), der verbunden ist, um Ausgänge der erwähnten Datenbitraten-Komprimierer in ein Multiplex-Signal (32) mit einer Datenbitrate, die die maximale Datenbitrate des Speichermediums nicht überschreitet, zu multiplexieren, ein Kodierer (6) zur Kodierung eines Ausgangs vom erwähnten Multiplexer in das erwähnte vorgegebene Format und ein Aufnahmegerät (10) zur Aufnahme eines Ausgangssignals vom erwähnten Kodierer auf das erwähnte digitale Speichermedium.

7.

Vorrichtung nach Anspruch 6 wobei das digitale Speichermedium konfiguriert ist um eine Zweikanal-Stereoaufnahme zu speichern und wobei der erwähnte Multiplexer ein Ausgangssignal erzeugt, das in seiner Datenbitrate einem Zweikanal-Stereosignal geeignet zur Aufnahme auf dem erwähnten digitalen Speichermedium äquivalent ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erwähnte digitale Speichermedium konfiguriert ist, um Audioabtastsignale (CS1, CS2 ...) zu speichern, die eine vorgegebene Zahl von Bits pro Abtastung haben, und die erwähnten Komprimierer die Datenbitraten der erwähnten digitalen Eingangsaudiosignale um einen Faktor komprimieren, der mindestens so gross ist wie das Verhältnis der Bits pro Abtastung für die erwähnten digitalen Audiosignale zu der erwähnten vorgegebenen Zahl von Bits pro Abtastung.

9.

Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das erwähnte digitale Speichermedium konfiguriert ist, um eine vorgegebene Zahl von Audiokanälen zu speichern, und die erwähnten Komprimierer die Datenbitraten der erwähnten digitalen Eingangsaudiosignale um einen Faktor komprimieren, der mindestens so gross ist wie das erwähnte Verhältnis von Bits pro Abtastung multipliziert mit dem Verhältnis der Zahl von Eingangssignal-Kanälen zur erwähnten vorgegebenen Zahl von Audiokanälen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiter umfassend digitale Zwischenspeichermedien (DF1, DF2, ... DFm), die zur Zusammenstellung entsprechender Sätze der erwähnten digitalen Audiosignale nach der Kompression durch die erwähnten Datenbitraten-Komprimierer und zur Übergabe der erwähnten zusammengestellten Signalsätze an den erwähnten Multiplexer verbunden sind.