CN101204015B - 一起提供运动信号和声音信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的方法。该方法包括提供运动信号，提供声音信号，在现有编码算法中提供的可用数据字段内插入运动信号，根据现有编码格式将声音信号与插入的运动信号一起编码以生成复合音频/运动信号，并提供复合音频/运动信号，它包括运动信号和声音信号。

Description

一起提供运动信号和声音信号的方法和装置
技术领域
本发明涉及编码格式的领域。更具体地说，本发明涉及比特流中运动和声音信号的编码。
发明背景
已经建立了各种标准来向用户提供声音信号。比如说，Dolby已经创建了一些流行的编码标准诸如AC3来向多个用户提供编码后的声音信号(也称为编码后的比特流声音信号)。而且还开发各种其他的标准，例如MP3、DTS、MPEG和ATRAC。
同时，为了向用户提供触觉运动，还开发了致动器。致动器提供与对应运动信号同步的触觉运动。在美国专利6,662,560中公开了这样的致动器。技术人员将理解：在观看电影的同时使用致动器的情况下，期望使视频轨道、比特流声音信号和运动信号全都同步，从而为用户提供真实感。
遗憾的是，在现有技术实施例中，不在单个存储器设备内一起提供运动信号连同比特流声音信号和视频轨道，这对于用户来说是麻烦的，因为这要求用户具备第一存储器设备用于存储比特流声音信号和视频轨道，以及要求用户具备第二存储器设备用于存储运动信号。
需要克服至少一种上述缺陷的方法和装置。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的方法，所述方法包括：提供所述运动信号；提供所述声音信号；在所述现有声音信号编码格式中提供的可用数据字段内插入所述运动信号；根据所述现有声音信号编码格式将所述声音信号与所述插入的运动信号一起编码以生成复合音频/运动信号；以及把所述复合音频/运动信号提供给(1)致动器系统，由此根据所述运动信号通过至少一个致动器执行触觉运动，并且提供给(2)声音输出端，使得根据所述声音信号产生声音，所述声音与所述触觉运动同步。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的装置与致动器系统和声音输出端的组合，其中所述装置包括：运动信号提供单元，用于提供所述运动信号；声音信号提供单元，用于提供所述声音信号；可用数据字段选择单元，用于在所述现有声音信号编码格式中提供可用数据字段选择信号；编码单元，用于接收所述运动信号、所述声音信号、所述可用数据字段选择信号，以及用于在所述可用数据字段内插入所述运动信号，并用于根据所述现有声音信号编码格式将所述声音信号与所述插入的运动信号一起编码以生成复合音频/运动信号；复合音频/运动信号提供单元，用于提供所述生成的复合音频/运动信号；致动器系统，根据所产生的复合音频/运动信号产生至少一个致动器的触觉运动；以及声音输出端，根据所产生的复合音频/运动信号产生声音，所述声音与所述触觉运动同步。
附图说明
本发明的进一步特征与优势将从以下结合附图的详细描述中变得清晰，其中：
图1是表示一种用于使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的装置的实施例的方框图；该装置中包括编码单元、运动信号提供单元、声音信号提供单元和可用数据字段选择单元；
图2是表示根据本发明一个实施例的用于使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的装置的编码单元的实施例的方框图；该编码单元包括处理单元22、循环冗余校验(CRC)生成单元和编码后的比特流声音信号生成单元；
图3是表示根据本发明一个实施例的用于使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的装置是如何操作的流程图；根据一个步骤，使用现有编码格式将运动信号与声音信号一起编码；
图4是表示根据本发明一个实施例如何使用现有编码格式将运动信号与声音信号一起编码的流程图；根据一个步骤，生成复合音频/运动信号；以及
图5是表示根据本发明一个实施例如何生成复合音频/运动信号的流程图。根据第一步骤，在可用数据字段内提供包含运动信号的信号；根据第二步骤，执行循环冗余计算；并且根据第三步骤，创建复合音频/运动信号。
要注意，在所有附图中用相同的参考数字表示相同的特征。
具体实施方式
现在参照图1，显示了根据本发明一个实施例的用于提供复合音频/运动信号的装置10的实施例。
装置10包括运动信号提供单元12、声音信号提供单元14、可用数据字段选择单元16、编码单元18和复合音频/运动信号提供单元20。
运动信号提供单元12适合于提供运动信号。将理解，运动信号包括对于在至少一个致动器上要执行的运动的指示。在实施例中，运动信号包括指示在至少一个致动器上要执行的运动的多个比特。技术人员将进一步理解，可以使在至少一个致动器上要生成的运动与声音信号同步。例如，可以在观看电影时有利地使用这样的运动信号。
在实施例中，运动信号提供单元12包括存储介质，该存储介质包含运动信号，该运动信号已经被编程以与给出的视频信号的对应声音信号一同播放。在实施例中，运动信号提供单元的存储介质可以是硬盘、CD、DVD、诸如记忆棒的基于闪存的固态存储器、SD卡、在计算机内的计算机文件等。
声音信号提供单元14适合于提供声音信号。应该理解，声音信号提供单元14可以提供还未编码的声音信号和已经使用现有声音信号编码格式编码后的声音信号。在实施例中，提供的声音信号是根据与IEC61937兼容的编码格式来编码的，该IEC61937标准的例子是Dolby<TM>的AC3标准。在实施例中，声音信号提供单元是位于诸如硬盘、CD、DVD等的存储介质上的声音文件。
将理解，在实施例中，声音信号提供单元14可以是任何能够提供根据现有编码格式或称为“AC3”的标准来编码的声音信号的单元。
可用数据字段选择单元16适合于提供现有编码格式中的可用数据字段的指示。将理解，在诸如AC3的各种现有编码格式中，已经包括对可用数据字段的提供。更具体地说，已经预期AC3提供称为“auxdata”的可用数据字段。高级电视系统委员会发表的“ATSC Standard：DigitalAudio Compression(AC3)，Revision A，Doc A/52A(2001年8月20日)”，该高级电视系统委员会的地址在1750K Street，N.W.，suite 1200，Washington DC 20006。
编码单元18适合于接收运动信号，以在根据现有编码格式生成的比特流声音信号的可用数据字段内进行编码。编码单元18进一步适合于向复合音频/运动信号提供单元20提供复合音频/运动信号。将理解，编码单元18可以是适合用于执行这些任务的任何处理器。在实施例中，编码单元18是运行在计算机上的应用软件。
将进一步理解复合音频/运动信号提供单元20可以是任何适用于提供复合音频/运动信号的设备，比如说，复合音频/运动信号提供单元20可以是诸如CD-ROM、DVD-ROM等包括编码后的比特流声音信号的介质。可选择地，复合音频/运动信号提供单元20可以是适合于向多个用户提供复合音频/运动信号的通信单元。例如，将理解，通信单元可以适合于经由网络提供复合音频/运动信号，该网络可以是诸如电视网络的无线的网络，或者是诸如局域网(LAN)、城域网(MAN)或例如因特网的广域网(WAN)的有线网络。
更准确地说，运动信号提供单元12向编码单元18提供运动信号。
声音信号提供单元14向编码单元18提供声音信号，可用数据字段选择单元16向编码单元18提供可用数据字段选择信号。编码单元18利用由可用数据字段选择单元16提供的可用数据字段选择信号，来将由运动信号提供单元12提供的运动信号与由声音信号提供单元14提供的声音信号一起编码。
编码单元18进一步向复合音频/运动信号提供单元20提供复合音频/运动信号。
现在参照图2，显示了编码单元18的实施例。
编码单元18包括处理单元22、循环冗余校验生成单元24和声音信号生成单元26。
更准确地说，处理单元22接收运动信号、声音信号和可用数据字段选择信号。编码单元22利用可用数据字段选择信号将运动信号与声音信号一起编码，并提供在可用数据字段内插入运动信号的声音信号。循环冗余校验生成单元24接收在可用数据字段内插入运动信号的声音信号。
循环冗余校验生成单元24生成CRC信号，该CRC信号表示在可用数据字段内插入运动信号的声音信号的CRC。由循环冗余校验生成单元24向复合音频/运动信号生成单元26提供该CRC信号。复合音频/运动信号生成单元26还接收在可用数据字段内插入运动信号的声音信号。
复合音频/运动信号生成单元26生成复合音频/运动信号，所述复合音频/运动信号提供给复合音频/运动信号提供单元20。
现在参照图3，显示了根据本发明一个实施例的用于提供复合音频/运动信号的实施例。
根据步骤30，提供声音信号。在实施例中，由声音信号提供单元14提供声音信号30。
根据步骤32，提供运动信号。在实施例中，由运动信号提供单元12提供运动信号。在实施例中，运动信号可以采用美国专利No.6,659,773或未决的美国专利申请No.10/844,457中所述的D-Box专有技术格式。
根据步骤34，使用具有可用数据字段的现有编码格式来将运动信号与比特流声音信号一起编码。
根据步骤36，提供复合音频/运动信号。在实施例中，由复合音频/运动信号提供单元20提供复合音频/运动信号。
将理解，可以直接或间接地向用户提供复合音频/运动信号。例如，可以经由诸如DVD、CD等的存储装置来向用户提供复合音频/运动信号。
可选择地，可以利用网络使用有线/无线传输来向用户提供复合音频/运动信号。技术人员将理解，可以使用多个方式来提供复合音频/运动信号。
现在参照图4，显示了如何使用具有可用数据字段的现有编码格式来将运动信号与声音信号一起编码的实施例。
根据步骤40，配置比特流以一起使用可用数据字段和声音信号。将理解，如之前所解释的，可以在标准中规定在比特流内保留可用数据字段。将理解，为了按照编码格式使用可用数据字段和保留部分，要求在比特流内配置特定比特。
在编码协议为AC3的实施例中，该配置包括根据专有编码标准来格式化运动信号，这样就可以对它进行识别、解码及适当同步。还可以修改原始比特流参数来表示在其中插入了额外的数据。
根据步骤42，在可用数据字段内插入该提供的运动信号。技术人员将理解，在可用数据字段内插入该提供的运动信号之前可以压缩该运动信号。可选择地，不执行压缩。
在实施例中，压缩运动信号。
要理解，为了高效地使用可用带宽，可以编码声音信号以及运动信号。事实上，在一个实施例中，如在AC3中，比特流中的可用比特数可以仅仅以固定增量进行修改。则编码器为了使用该可用带宽而编码声音信号。将理解，由于在给定带宽上执行编码的事实，进一步由于运动信号可以仅使用限定量的可用带宽以编码运动信号的事实，会因此损失带宽。因此，为了使用所有可用带宽，可以有利地地使用组合的编码单元来编码运动信号和声音信号。
将理解在其中不存在“auxdata”字段的情况下，可以修改音频流，从而以允许运动解码器识别运动信号的存在并对其进行解码的方式插入运动信号，同时还允许音频播放器对声音信号进行解码并最小化该修改在感知音频上的影响。
根据步骤44，生成复合音频/运动信号。在实施例中，由复合音频/运动信号生成单元26生成复合音频/运动信号。
现在参照图5，显示了表示如何执行复合音频/运动信号的生成的实施例。
根据步骤50，在可用数据字段内提供包含运动信号的信号。在实施例中，利用编码单元22在可用数据字段内提供包括运动信号的信号。
根据步骤52，利用声音信号和可用数据字段内插入的运动信号来执行循环冗余计算。在实施例中，利用循环冗余校验生成单元24来执行循环冗余计算。
根据步骤54，利用在其中插入的循环冗余计算来创建复合音频/运动信号。在实施例中，使用比特流声音信号提供单元26利用在其中插入的循环冗余计算来创建复合音频/运动信号。
事实上，将理解，该公开的装置能够提供运动信号而无需用户改变其当前根据现有算法操作的解码单元。在用户需要使用运动信号的情况下，技术人员将理解可以使用另外的编码单元来提取插入的运动信号。
结果，因此可以向多个用户分发复合音频/运动信号，在所述多个用户中只有有限数量的用户具有用于对插入的运动信号进行解码的解码单元，因此避免必须准备专用的运动信号存储单元。
而且，将理解，通过在声音信号比特流的给定的可用数据字段内插入运动信号，因为将以给定的比特率传送运动信号，就可能进一步实现运动信号与声音信号之间的同步。
在要求更多的处理时间来提取和处理运动信号的情况下，将理解，为了实现运动信号与声音信号的同步，可以相对于声音信号提前提供运动信号。
而且，应该进一步理解，在只可以向用户提供有限的比特率的情况下，例如在DVD的情况下，为了确保足够的比特率来插入运动信号，要求使用较低的比特率来编码声音信号。
将理解，可以提供解码器单元来对接收的根据上述方法已经创建的复合音频/运动信号进行解码。该解码器单元可以以硬件以及软件的方式实现并可以在处理单元上运行。
现在将讨论根据实施例的在AC3帧内声音信号数据的布置。在AC3帧的末端处在辅助数据字段内插入声音信号数据。在插入之前，该帧的布局如下表1所示。
 syncword  16比特字段。这是AC3流的第一个字。其值应为0x0B77。
 crc1  16比特字段。表示帧第一个3/5的CRC。
 Fscod  2比特字段。表示取样率代码。对于DVD来说通常为00，表示48kHz的取样率。
 Frmsizecod  6比特字段。表示帧大小。以字计的帧大小为该值以及Fscod字段的函数。
 …  …AC3数据
 块5尾数的结束  这是严格意义上的AC3数据的结束。
 padding  由于帧大小只能使用离散值，所以在块5的最后尾数与辅助数据的开头之间就可能存在填充(padding)。
  auxbits   辅助数据比特字段。该字段是auxdatal比特长的，并且比特是朝向帧结束而封装的。
  auxdatal   14比特字段。如果auxdatae为真，则auxdatal存在并表示辅助数据字段内的比特数。
  auxdatae 1比特字段   表示在流内是否存在辅助数据。
  crcrsv 1比特字段   可以被调整以使crc2字段不等于“0x0B77”字。
  crc2   16比特字段。表示整个帧的CRC。
表1
注意，auxdatal、auxbits和padding并不是必须存在的。在大多数情况下，正好将块5尾数的结束放在auxdatae字段之前，在此情况下将auxdatae字段设置为假(无辅助数据)。
在充分地增加帧大小以包含整个声音信号数据块之后，仅在正常AC3帧的结束处插入该声音信号数据块。在插入声音信号数据块之后，如以下表2所示地修改AC3帧(用黑体表示修改的字段)。
  syncword 16比特字段   这是AC3流的第一个字。该值应为0x0B77。
  crc116比特字段   表示帧第一个3/5的CRC。
  fscod 2比特字段   表示取样率代码。对于DVD来说通常为00，表示48kHz的取样率。
  frmsizecod   6比特字段。表示帧大小。以字计的帧大小为该值以及fscod字段的函数。增加该值来为声音信号数据块提供足够的空间。
  …   …AC3数据
  块5的尾数的结束   这是固有的AC3数据的结束。
  (旧)padding   由于帧大小只能使用离散值，所以在块5的最后尾数与辅助数据的开头之间就可能存在填充(padding)。
  (旧)auxbits   辅助数据比特字段。该字段是auxdatal比特长的，并且比特是朝向帧的结束而封装的。
  (旧)auxdatal   14比特字段。如果auxdatae为真，则auxdatal存在并表示辅助数据字段内的比特数。
  (旧)auxdatae   1比特字段。指示是否在流内存在辅助数据。
  (旧)crcrsv   1比特字段。可以被调整以使crc2字段不等于“0x0B77”字。
  (旧)crc2   16比特字段。表示整个帧的CRC。
  padding   由于新的帧大小通常对于声音信号数据块来说太大，所以添加该填充
  auxbits   该字段包含严格意义上的声音信号数据块。该字段是auxdatal比特长的，并朝向帧结束封装该比特。
  auxdatal   14比特字段。auxdatal表示在声音信号数据块内的比特数。
  auxdatae   1比特字段。该比特被设置为1，以表示声音信号数据块的存在。
  Crcrsv   1比特字段。可以被调整以使crc2字段不等于“0x0B77”字。
  crc2   16比特字段。表示插入了声音信号数据块的整个帧的CRC。
表2
因为预先无法知道AC3帧是否已经具有用于辅助数据字段的空间，而且还因为这会根据帧而改变，所以不对此进行假设。
增加帧大小来为声音信号数据块以及auxdatal、auxdatae和新的CRC2字段提供空间。
修改frmsizecod字段来反映新的增加后的帧大小。
只在合法的AC3帧结束处放置声音信号数据块。旧的CRC2、crcrsv、auxdatae字段以及auxdatal和auxbits字段如果存在的话就不删除。事实上，它们变成新帧的填充。
在前面填充声音信号数据块以使整个帧的大小等于新增加后的帧大小。将声音信号数据块及其填充紧邻放置在旧的crc2字段之后。声音信号数据块变成新的auxbits字段。
在声音信号数据块后放置auxdatal字段。该auxbitl值等于声音信号数据块内的比特数(声音信号块大小×16)。
在auxdatal字段之后放置auxdatae字段。该字段的值为1(真)。
在该帧结束处放置新的CRC。
尽管在方框图中表示为经由独特的数据信号连接来彼此通信的分开的部件组，但是本领域技术人员将理解：由硬件和软件部件的组合来提供该实施例，并且通过硬件或软件系统的给定函数或操作来执行一些部件，而且通过计算机应用软件或操作系统内的数据通信来执行所示的很多数据路径。因此提供所示结构来高效地讲授该实施例。
应该注意本发明还可以作为方法来执行，可以被具体实施为系统、计算机可读介质或电信号或电磁信号。
上述本发明的实施例只打算是示例性的。因此本发明范围仅意图单独由所附权利要求的范围来限定。

Claims (19)

1.一种使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的方法，所述方法包括：
提供所述运动信号；
提供所述声音信号；
在所述现有声音信号编码格式中提供的可用数据字段内插入所述运动信号；
根据所述现有声音信号编码格式将所述声音信号与所述插入的运动信号一起编码以生成复合音频/运动信号；以及
把所述复合音频/运动信号提供给(1)致动器系统，由此根据所述运动信号通过至少一个致动器执行触觉运动，并且提供给(2)声音输出端，使得根据所述声音信号产生声音，所述声音与所述触觉运动同步。
2.如权利要求1所述的方法，其中所提供所述声音信号是没有被编码的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，编码所述声音信号包括使用作为所述现有声音信号编码格式的与IEC61937标准兼容的编码格式。
4.如权利要求3所述的方法，其中，编码所述声音信号包括使用AC3，进一步其中利用AC3对所提供的所述声音信号进行编码。
5.如权利要求4所述的方法，其中，插入所述声音信号包括使用作为所述可用数据字段的“auxdata”。
6.如权利要求5所述的方法，其中，编码所述声音信号包括：利用所述声音信号和所述运动信号执行循环冗余计算；并进一步利用所述执行的循环冗余计算对所述声音信号与所述插入的运动信号一起编码。
7.如权利要求1所述的方法，其中，提供所述运动信号包括使用存储介质。
8.如权利要求7所述的方法，其中，提供所述运动信号包括使用从由硬盘、光盘(CD)、数字多用光盘(DVD)、基于闪存的固态存储器和SD卡组成的组中选择所述存储介质。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述基于闪存的固态存储器是记忆棒。
10.一种使用现有声音信号编码格式来一起提供运动信号和声音信号的装置与致动器系统和声音输出端的组合，其中
所述装置包括：
运动信号提供单元，用于提供所述运动信号；
声音信号提供单元，用于提供所述声音信号；
可用数据字段选择单元，用于在所述现有声音信号编码格式中提供可用数据字段选择信号；
编码单元，用于接收所述运动信号、所述声音信号、所述可用数据字段选择信号，以及用于在所述可用数据字段内插入所述运动信号，并用于根据所述现有声音信号编码格式将所述声音信号与所述插入的运动信号一起编码以生成复合音频/运动信号；
复合音频/运动信号提供单元，用于提供所述生成的复合音频/运动信号；
致动器系统，根据所产生的复合音频/运动信号产生至少一个致动器的触觉运动；以及
声音输出端，根据所产生的复合音频/运动信号产生声音，所述声音与所述触觉运动同步。
11.如权利要求10所述的组合，其中所述运动信号提供单元包括存储介质。
12.如权利要求11所述的组合，其中，所述存储介质包括硬盘、光盘(CD)、数字多用光盘(DVD)、基于闪存的固态存储器和SD卡中的至少一个。
13.如权利要求12所述的组合，其中所述基于闪存的固态存储器是记忆棒。
14.如权利要求10所述的组合，其中，所述声音信号提供单元包括存储在硬盘、光盘(CD)和数字多用光盘(DVD)的至少一个上的声音文件。
15.如权利要求10所述的组合，其中，所述现有声音信号编码格式包括与IEC61937标准兼容的编码格式。
16.如权利要求15所述的组合，其中所述现有声音信号编码格式是AC3。
17.如权利要求16所述的组合，其中，所述可用数据字段是“auxdata”。
18.如权利要求17所述的组合，其中，所述编码单元包括处理单元，所述处理单元用于接收所提供的运动信号、所提供的声音信号和所述可用数据字段选择信号，并用于生成在所述可用数据字段内插入所述运动信号的声音信号；其中，所述编码单元进一步包括循环冗余校验(CRC)生成单元，所述循环冗余校验(CRC)生成单元用于接收在所述可用数据字段内插入所述运动信号的所述生成的声音信号，并用于提供循环冗余校验信号，并且进一步，其中，所述编码单元包括复合音频/运动信号生成单元，用于接收所述循环冗余校验信号和在所述可用数据字段内插入所述运动信号的所述生成的声音信号，并用于提供所述复合音频/运动信号。
19.如权利要求10所述的组合，其中，所述复合音频/运动信号提供单元包括用于存储所述复合音频/运动信号的介质和用于向远程用户提供所述复合音频/运动信号的通信单元的其中一个。
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