CN100364234C - 声讯的播放系统与无失真压缩编码系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种声讯的播放系统与无失真压缩编码系统，储存与读取数字影音光碟声讯(Digital Versatile disk Audio，以下简称DVD-Audio)光碟上的代表声的资料，在解封包器与解码器核心之间并没有配置先进先出缓冲器，而是由解码器核心直接接受来自解封包器的资料；资料不足的情形则通过高于DVD的额定、单一速度取得资料；同样的，编码器直接从编码核心提供资料至封包器，借以从资料路径消除先进先出缓冲器。

Description

声讯的播放系统与无失真压缩编码系统

技术领域

本发明涉及光碟上的资料的储存与读取，尤其是一种储存与读取数字影音光碟声讯(Digital Versatile disk Audio，以下简称DVD-Audio)光碟上的代表声的资料的声讯的播放系统与无失真压缩(MLP)编码系统。

背景技术

DVD-Audio提供一关于音乐在光碟上的储存与播放协定，并计划取代或补充小型唱片声讯(Compact Disk Audio，以下简称CD-Audio)的现行标准。与CD-Audio比较而言，所提出的DVD-Audio可提供较大的资料储存量，并改善再生声讯信号的品质。DVD论坛的工作群WG4已经发展出一种供DVD-Audio的储存与播放用的规格，以提供较高资料储存量与资料安全性。DVD-Audio规格的一项特征为使用无失真编码技术的资料压缩。无失真编码技术的资料压缩，维持来自原始声音信号的非冗余资料，并以更紧密的符号置换冗余资料以供传输或储存，使编码信号包含原始信号的所有资讯。在DVD-Audio的无失真编码技术中，并没有舍弃或还失任何资料，此乃与CD-Audio的有失真编码技术形成明显对比。使用于DVD-Audio中的特有的无失真编码技术以Meridian无失真压缩(MLP)著称，并由英国的亨亭顿(Huntingdon)的MeridianAudio有限公司所发展实施。无失真压缩(MLP)编码技术可从美国的杜比(Dolby)实验室得到授权。

图1显示一种可用以达成一般无失真压缩(MLP)解码技术的DVD-Audio播放系统。在包含伺服与资料回复电路的系统晶片12的控制下，资料从DVD 10读出。如图所示，系统晶片一般包含或存取设计成先进先出(First in firstout，以下简称FIFO)的存储器缓冲器，以缓冲来自DVD 10与进入解封包器(depacketizer)14的资料流量。解封包器14解开从DVD 10读出的资料封包，并如图所示地回复额外资料。所读出的资料包含多达六个资料通道，不是组织成一个包含所有通道的次资料流(substream)，就是组织成具有对应于基本的立体声通道的次资料流0以及对应于额外的声讯通道的次资料流1的两个次资料流。来自次资料流0的资料储存于对应的FIFO缓冲器16中，而来自次资料流1的资料储存于对应的FIFO缓冲器18中。解码器核心20与22从它们对应的FIFO缓冲器16与18取出资料，并依据无失真压缩(MLP)解压缩技术对次资料流的资料进行解码。

从解码器核心20与22输出的资料，依据DVD-Audio矩阵运算技术而在矩阵运算电路24中进行处理，而多达六个通道的资料被输出至另一声讯处理电路。在无失真压缩(MLP)编码技术内的矩阵运算，为储存于DVD 10上声讯资料提供更进一步的解压缩。不论是单纯的双通道立体声信号或是包含5个或更多通道的更复杂化信号，在可能储存于DVD-Audio光碟的不同通道的声音之间常常存在有相当高程度的相互关系。这对于中心通道信号或周围声音信号而言尤其是真实的。无失真压缩(MLP)编码技术籍由从储存于DVD上的信号取出相互关系而利用此相互关系，以达成较高程度的资料压缩。在使用图1电路的播放时，在各种通道的声音信号间的相互关系再次被导入至矩阵运算电路24中。又，依据无失真压缩(MLP)编码技术，因为只有从储存的资料集移除冗余资料，所以所执行的矩阵运算与解压缩并无失真。

图1所示的播放电路包含一个可变速率解码器。一般情形下，产生声讯信号所需要的资料量会大幅变化。因此，有限的资料集可描述某种有规则的音乐信号，而要描述高度随机信号，例如铜钹碰撞(cymbal crash)时，则需要较大的资料集。描述固定时间间隔的音乐或声讯所需要的不同资料量，反映于将信号储存于DVD上时所达成的压缩量。在播放期间，从DVD中读取出不同的资料量，以使更少与更多随机资料的音程(interval)再生。为了使有规则与可预测的音程得以再生，从DVD读取相当小量的资料；而为了使接近随机幕间(interlude)再生，从DVD读取较大量的资料。

声讯资料可从矩阵运算电路24以例如超过13Mb/sec的速率输出。可从DVD读取资料的最大速率为9.6Mb/sec。这些数字间的差异已部份反映出输出速率籍由储存于DVD 10的资料的解压缩而增加的事实。即使当资料代表高度随机信号时，藉由解压缩所提供的扩充，其输出声讯资料的速率亦可能比从光碟读取资料的速率来得快。就平均而言并非如此，乃因从DVD再生声讯资料的平均资料速率少于可从DVD复原与解码资料的速率。还有必须注意能确保解码器具有足够资料，以避免资料不足(underflow)状况。

因此，播放电路包括解封包器14与解码器核心20、22，以及介于其间的FIFO缓冲器16、18。依据DVD-Audio规格，次资料流0提供一个具有储存30，000位元组的资料容量的FIFO缓冲器0。当提供六个通道时，DVD-Audio规格假设组合的FIFO缓冲器0与FIFO缓冲器1具有能储存90,000位元组的资料(由各个次资料流0与次资料流1位元流输出)的容量。解封包器14与解码器核心20、22共同控制FIFO缓冲器以提供需要的资料流。这些FIFO缓冲器会在规律的声讯信号音程期间(较低资料速率)填满，并先于高度随机声讯信号再生之前(较高资料速率)。FIFO缓冲器会在峰部资料再生的音程期间清空。

图2显示图1的解码电路的处理流程。如果仅有一个次资料流存在，则只有解码器核心0会启动。如果有两个次资料流，则只有在基本再生受到需要时，解码器核心0才会启动；而在处理额外通道时，解码器核心0与解码器核心1两者都会启动。解码电路接收一笔资料流，并开始处理一个存取单元来侦测资料流中的主要同步信号major_sync。当侦测到主要同步信号major_sync时，此电路在资料之内进行回读以寻得次要同步信号minor_sync，并从次要同步信号minor_sync信号推导出输入时序input_timing。将时脉设定成input_timing，并建立解码点。经由解封包器而从光碟读取资料填满各个FIFO缓冲器，然后，当时脉到达解码点时，将在FIFO缓冲器内的资料提供至各个解码器核心。

在解封包器之内，对资料流进行监视以适当地侦测主要同步信号major_sync与次要同步信号minor_sync。解封包器从适当同步资料读取次资料流目录，并将次资料流储存至对应于该次资料流的FIFO缓冲器中。解封包器继续读取资料，并读进下一个存取单元(由次要同步信号minor_sync所识别)，并根据从该存取单元读出的数值建立输入时序input_timing，用以读取该存取单元。

当时钟脉冲位于解码点时，解码器核心分别解码各个次资料流。解码器核心在其各个次资料流之内搜寻起始标头restart_header，并从读出标头readout_header建立输出时序output_timing。解码器核心从FIFO缓冲器读出资料，首先搜寻一个存取单元的起始标头restart_header，然后搜寻在存取单元内的个别区块的区块标头block_header。在时脉位于或超过输出时序output_timing的情况下，解码器核心与矩阵运算电路处理次资料流的资料藉由依序地执行哈夫曼(Huffman)解码，再次使资料产生关连性并适当地产生高频抖动(Dither)通道。当解码器核心处理一个资料区块时，会逐一增加output_timing，并读出额外资料。此处理会逐一区块地继续进行，直到侦测出另一个起始标头restart_header为止，而输出时序output_timing被重置至以那个起始标头restart_header表示的数值。

在input_timing栏位所给定的时间点，解封包器会立即传输每个存取单元access_unit。当接收到一个具有主要同步信号major_sync的存取单元access_unit时，解封包器会除去次要同步信号minor_sync并将每个次资料流放入其对应的FIFO缓冲器。当时脉处于输出时序output_timing时，解码器核心立即对一个声讯资料框进行解码，这不但可移除和该声讯资料框所需求的一样多的资料量，并同时完成该声讯资料框解码。

如上所述，解封包器与解码器核心共同合作，用以确保足够的资料能留存于各个FIFO缓冲器中，以避免资料不足(underflow)的状况发生。此种资料不足的条件如下关系式：

access_unit_length*16/(output_timing_input_timing)/fs

≤9.6Mb/sec

其中，9.6Mb/sec为传统上可从DVD取出资料的速率。

图3显示一般相当于上述的无失真压缩(MLP)编码技术的编码器。多达六个声讯通道与两个高频抖动(Dither)通道被提供至矩阵运算电路30。声讯通道与高频抖动通道可由录音品质的记录或产生设备所提供，但亦可能由较不复杂的电路系统譬如个人电脑所提供。矩阵运算电路30会对信号通道间的相互关系作确认与编码。来自矩阵运算电路的资料被输入至编码器核心0与编码器核心1，这两者分别输出资料至相对应的FIFO缓冲器。编码器核心32、34执行无失真压缩(MLP)编码与无损失资料压缩，并产生适合于立体声与更复杂的信号组的各个次资料流0与次资料流1。由编码器核心32、34将资料输出至FIFO缓冲器36、38进行缓冲，以确保封包器(packetizer)40可获得足够资料。封包器40将资料格式化成为封包，并将其输出至可用以写入DVD_Audio光碟的资料流42。

发明内容

本发明的目的是提供一种声讯播放系统。该播放系统包含一解封包器电路，连接并接收来自一储存装置的声讯资料的封包，此解封包器电路撷取资料并输出一个或更多的资料流；该播放系统还包含至少一解码器核心，可接收一个或更多的资料流，解码器依据一无损失解封包技术来解码声讯资料。解封包器电路与至少一解码器核心相互连接，以在没有缓冲器的情况下，直接从解封包器提供资料给至少一解码器核心。

本发明的另一目的是提供一种声讯播放系统。该播放系统包含一解封包器，接收来自一储存装置的声讯资料的封包，此解封包器撷取资料并输出一个或更多的资料流；该系统还包括至少一解码器核心，接收一个或更多的资料流。至少一解码器解码声讯资料，其中解封包器与至少一解码器核心界定在一数字信号处理器之内，并直接从解封包器提供资料给在数字信号处理器之内的至少一解码器核心。

本发明的再一目的是提供一种无失真压缩(MLP)编码系统。该无失真压缩(MLP)编码系统包含一矩阵运算电路，可接收复数个声讯信号通道。第一和第二编码器核心接收来自矩阵运算电路的资料，第一与第二编码器在由矩阵运算电路所输出的资料上实行无失真压缩(MLP)编码。封包器分别接收来自第一与第二编码器的第一与第二资料次资料流，将声讯资料格式化成为封包并储存于一储存媒体上。封包器电路与第一与第二编码器核心相互连接，以在没有缓冲器的情况下，直接从第一与第二编码器核心提供资料。

附图说明

图1显示使依据无失真压缩(MLP)编码技术而储存于数字影音光碟的声讯信号得以再生的播放系统；

图2显示在图1的系统内的处理流程；

图3显示适合于将依据无失真压缩(MLP)机制而储存于DVD-Audio光碟的资料进行编码的系统；

图4显示依据本发明的一较佳实施样态的播放系统，  用以使依据无失真压缩(MLP)编码而储存于DVD-Audio光碟的资料得以再生；

图5与图6显示图4的系统的一较佳处理流程；

图7显示依据本发明的一较佳实施样态，可依据无失真压缩(MLP)技术而储存于DVD-Audio光碟上的资料进行适当编码的系统。

具体实施方式

本发明的较佳实施例在提供一条内含无失真压缩(MLP)解码器、使来自DVD-Audio的资料再生的简化资料路径。一解码器或一播放电路提供一条或多条的直接连接路径来连接一解封包器与一个或多个对应的解码器核心。在解封包器与解码器核心之间并没有提供任何缓冲器。在此种解码器的较佳实施例中，解封包器定义于数字信号处理器(DSP)之内，而一个或更多的解码器核心定义于同一DSP之内。依此方式，在不需离开DSP与不需要存取DSP外部的DRAM或FIFO缓冲器的情况下，资料会从解封包器至解码器核心通过。此种简化的资料路径会使成本降低。

从DVD读取声讯资料的速率与光碟旋转的速度有关。因此，上述的9.6Mb/sec资料速率可藉由使光碟以基本(1X)旋转速率的倍数旋转而得到改善，譬如以基本旋转速率的两倍(2X)或四倍(4X)的速率旋转。依据本发明的较佳实施例的解码器是可提供14.75Mb/sec或更大的资料传输率。当采用较高旋转速率时，从解码器的资料路径消除FIFO缓冲器是可行的。本发明的优点在于每个FIFO缓冲器需要相当的存储器、处理和管理，从资料路径消除FIFO缓冲器可简化电路并降低成本。

同样地，较佳的编码器在编码器核心与封包器之间亦不需FIFO缓冲器，藉以简化资料路径。为达成比较佳配置，内部资料传输速率需具有14.75Mb/sec或更快的速率。

图4显示一种依据本发明的较佳实施样态的DVD-Audio播放系统，其可用一般的无失真压缩(MLP)解码技术来达成。资料从系统晶片52控制下的DVD 50读出，系统晶片52包含伺服与资料回复电路系统。如图所示，系统晶片52一般包括或使用一设计成FIFO缓冲器的存储器，以缓冲来自DVD 50与进入解封包器54中的资料流。解封包器54将从DVD 50读出的资料封包予以解开，并如前所述回复额外资料。所读出的资料包含多达六个通道，可将所有通道组成一个次资料流，亦或组成两个次资料流：次资料流0对应于基本通道与次资料流1对应于额外通道。来自次资料流0的资料被传送至解码器核0，而来自次资料流1的资料被传送至解码器核心1。解码器核心56、58直接从解封包器54接收资料，并依据无失真压缩(MLP)解压缩技术将次资料流资料予以解码。

从解码器核心56、58输出的资料依据矩阵运算电路60中的DVD-Audio矩阵运算机制做更进一步的处理，而多达六个通道的资料被输出至另一个声讯处理电路。如上所讨论的，具无失真压缩(MLP)编码功能的矩阵运算机制，可为储存于DVD 50上的声讯资料提供更进一步的解压缩。

需注意的是，虽此一讨论为自DVD-Audio光碟传送资料的观点，但解码器亦可用以回复与解码来自不同种类的资料储存装置(例如硬碟机)的资料，或是透过网络(network)或区域通讯连结(local communication link)传输的资料。举例而言，区域通讯连结可能是IEEE 1384或“火线(FireWire)”连接。

解封包器54与一个或更多个解码器56、58可实施在一数字信号处理器(DSP)上。此外，矩阵运算电路60最好是实施于相同的DSP中。在大部分的情况下，可于具有DSP的相同晶片中实施此一系统晶片，以作为无失真压缩(MLP)解码器的一完全整合解决方案。如图所示，从解码器资料路径中移除FIFO缓冲器可简化电路。因为FIFO缓冲器通常是定义于软件，且实体上存在位于DSP外部的动态随机存取存储器(DRAM)之内，所以这种情况尤其具有真实性。如此，图1所示的FIFO缓冲器消耗了DSP内的程序空间以及额外的DRAM电路。在图4的简化解码器电路中，可以避免这种状况。

图5与6显示图4的解码电路的处理流程。如果仅有一个次资料流存在，则只有解码器核心0会启动。如果有两个次资料流，则只有在需要基本再生时，解码器核心0才会启动；而在处理额外通道时，解码器核心0与解码器核心1两者都会启动。输入时序input_timing为存取单元传送至解码器的时间，而输出时序output_timing为在包含起始标头restart_header的区块中的第一取样的取样数目。

于初始化时，解码电路接收一笔资料流，并开始处理一个存取单元来侦测资料流中的主要同步信号major_sync。解封包器监视资料流来侦测次要同步信号minor_sync与主要同步信号major_sync。当侦测至主要同步信号major_sync时，解封包器电路在资料之内进行回读以寻得次要同步信号minor_sync。从次要同步信号minor_sync读取的输入时序input_timing会被舍弃掉。解封包器读取次资料流目录，然后读取次资料流区段substream_segment，直到发现起始标头restart_header为止。输出时序output_timing会被读取，且时脉会被设定成输出时序output_timing。解封包器继续读取资料并读入下一个存取单元。此循环设计为一个或两个次资料流，且由电路来侦测，并根据侦测的结果开始进行处理。

首先假设需要作立体声处理且仅有产生单一次资料流，次资料流0被提供至解码器核心0。解码器核心0会撷取时序与其他参数从起始标头restart_header与区块标头block_header，首先寻找存取单元的起始标头restart_header，然后藉由寻找在存取单元内的个别区块的区块标头block_header。解码器核心0在次资料流0之内搜寻起始标头restart_header并建立来自读出标头readout_header的输出时序output_timing。资料从封包器被读入解码器，并由解码器核心解码。在时脉位于或超过输出时序output_timing的情况下，解码器核心籍由依序地执行Huffman解码去处理次资料流的资料，使之再与资料产生关连性。当解码器核心处理一区块的资料时，输出时序output_timing会递增并读出额外资料。此处理逐一区块地持续进行，直到侦测到最后区块为止。

矩阵运算单元会更进一步处理所解码的存取单元access_unit。此时，资料从单一的立体声实施输出。控制权回复至解封包器，使解封包器为下一个存取单元access_unit搜寻主要同步信号major_sync与次要同步信号minor_sync。当确认新的存取单access_unit时，解封包器读取次资料流目录并继续处理。解封包器亦向前窥视以侦测起始标头restart_header，藉以撷取输出时序output_timing。检查读出的输出时序output_timing与计算的输出时序output_timing，以侦测有发生的错误状况。

当出现多重资料流时，会遵循沿着图5与6右边所表示的资料路径。此处理类似于上述关于单一次资料流立体声实施例，并如图所显示地继续进行。额外处理需要更复杂的实施来进行。

图7显示一般对应至无失真压缩(MLP)编码技术的编码器，其乃藉由从资料路径消除FIFO缓冲器而得以简化。关于前述的解码电路，藉由利用较高的资料传输速率，并提供编码器与封包电路间的额外通讯而达成简化构造。六个声讯通道与两个高频抖动通道提供至矩阵运算电路70。声讯通道与高频抖动通道可能由录音品质录制或产生设备所提供，但亦可由如个人电脑的较不复杂化的电路系统所提供。矩阵运算电路70确认与编码信号通道间的相互关系。来自矩阵运算电路的资料被输入至编码器核心0与编码器核心1，其分别输出资料至相对应的编码器核心。编码器核心72、74执行无失真压缩(MLP)编码与无损失资料压缩，并产生适合于立体声与更复杂的信号组的各个次资料流0与次资料流1。由编码器72、74输出的资料直接提供至封包器76。封包器76将资料格式化成为封包，并以写入DVD的资料流78格式将其输出。图7的简化编码器提供14.75Mb/sec或更快之内部资料速率，以确保可从封包器76得到充分的资料。

资料结构及解码与编码流程的实施样态总结如下：如上所述，这一般相当于用以从DVD-Audio Disk读出资料并用以储存资料至DVD-Audio Disk的层级。

1.

access_unit()

{

    minor_sync()；

    If(major_sync)

        major sync()；

    substream_directory()；

    Start：

    For(i＝0；i<substreams:i++)

        {

             substream_segment()；

        if(crc_present[i])

            {

            substream_parity；

                 substream_crc；

            }

        }

    EXTRA DATA

}

2.

minoiy_sync()；

     {

     check_nibble

     access_unit_length

     input_timing

     }

3.

substream_segment()

     {

     do

          block()；

while(！last_block_in_segment)

padding

if(last_access_unit_in_stream)

   terminator

}

4.

block()

{

     if(block_header_exists)

     {

     if(restart_header_exists)

        restart_header()；

     block_header()；

     }

......

...

}

5.

restart_header()

{

restart_sync_word

output_timing

......

...

}

6.

block_header()

{

......

block_size()

......

...

}

以上所述实施例仅系为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种声讯的播放系统，其特征是：包含：

一解封包器电路，接收来自一储存装置的声讯资料的封包，该解封包器电路撷取资料并输出一个或更多的资料流；以及

至少一解码器核心，与前述解封包器电路相互连接，可接收前述一个或更多的资料流，该解码器依据一无损失解封包技术来解码声讯资料，其中该解码器核心在没有缓冲器的情况下，直接从前述解封包器电路读取资料；

其中，前述播放系统的旋转速率是基本旋转速率的倍数。

2.如权利要求1所述的声讯的播放系统，其特征是：更包含一矩阵运算电路，用以接收来自前述至少一解码器核心的三个或三个以上的信号流，并产生至少局部关联的声讯输出。

3.如权利要求1所述的声讯的播放系统，其特征是：该播放系统包含两个解码器核心，第一解码器核心会从前述解封包器电路接收包含至少一声讯通道的一次资料流，第二解码器核心会从解封包器电路接收包含多达四个声讯通道的一次资料流。

4.如权利要求3所述的声讯的播放系统，其特征是：前述储存装置为一DVD-Audio光碟。

5.如权利要求3所述的声讯的播放系统，其特征是：储存装置为一储存光碟。

6.如权利要求3所述的声讯的播放系统，其特征是：储存装置包含在一资料储存与解封包器电路之间的一通讯连结。

7.如权利要求1所述的声讯的播放系统，其特征是：前述至少一解码器核心针对从一数字影音光碟读取的资料执行无失真压缩解码。

8.一种无失真压缩编码系统，其特征是：包含：

一矩阵运算电路，接收复数个声讯信号通道；

第一和第二编码器核心，接收来自矩阵运算电路的资料，该等第一与第二编码器在由矩阵运算电路所输出的资料上实行无失真压缩编码；及

一封包器，分别接收来自前述第一与第二编码器的第一与第二次资料流的资料，并将该等资料格式化成为储存于一储存媒体上的封包；

其中前述封包器与前述第一和第二编码器核心相互连接，藉以在没有缓冲器的情况下，直接提供资料给前述第一与第二编码器核心。

9.如权利要求8所述的无失真压缩编码系统，其特征是：以14.75Mb/sec或更高的速率在第一和第二编码器与封包器之间传送资料。

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