CN108550369A - 一种可变长度的全景声信号编解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可变长度的全景声信号编解码方法，编码包括：计算所需编码全景声信号的音频样点数；将音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；将整帧部分按标准方式编码，将短帧部分按短帧方式编码，将短帧的长度信息写在码流中的frame_length字段；解码包括：每次读取一个音频帧对应采样点数的码流数据；若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若码流数据对应的音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段进行解码。本发明能够在电影工程中对任意片段进行添加、删除、替换等操作，并可以完整、正确地进行编解码，而且不会影响已经编好的数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种全景声信号编解码处理技术领域，具体涉及一种可变长度的全景声信号的编解码方法。
背景技术
经过多年发展，立体声、5.1、7.1环绕声等系统已经获得了广泛的应用，这些系统因缺乏声音的高度信息，最多只能呈现二维的声音。在真实的世界中，全景声（也称三维声）是声音最真实的呈现和表达方式，无论自然界、艺术领域或视听娱乐领域，全景声都是未来的发展趋势。
在现有的系统中，全景声可以是多声道信号（如9.1、11.1、13.1和22.2等），可以是多个声音对象，也可以是两者的组合。在全景声系统中，多声道信号可以是环绕声信号，如5.1、7.1等，也可以是多层多声道信号（即多层声道信号分布在不同高度平面）。例如，有些全景声系统采用中间层及顶层的两层平面，有些全景声系统采用三层系统等。有些全景声系统只有多层多声道信号，但没有声音对象，例如SMPTE的22.2三维声系统和AURO 9.1系统等。有些全景声系统则既有多层多声道信号，也有声音对象，例如MPEG-H、Dolby Atmos和DTS:X系统。当然，作为一个极端的例子，全景声也可以全部是声音对象信号。
一部全景声电影在制作、混录时普遍采用数字音频工作站（Digital AudioWorkstation，DAW），比如Pro Tools、Nuendo、Cubase、Logic Pro、Adobe Audition等。混录师可以将多声道音频和多个声音对象放入电影制作工程中，以达到全景声的听觉效果。电影在制作完毕后，需要对整部电影的音频数据进行符合全景声格式的音频编码，并将编码后的数据和视频一起封装成DCP包，拷贝至影院服务器，再通过全景声音频解码器播放出来，呈现给观众。
目前，这种全景声音频编解码技术可以将整部电影完整、正确地编解码，在放映端效果甚好。但有时，当整部电影完成编码后，导演组会临时调整一些画面或场景，那么相应的音频数据也会发生变化，所以要对所有被修改的数据重新进行编码，同时不能影响已经编好的其他数据。
按照现有的技术，音频编码的帧长是固定的，所以一旦音频数据重新组织后，必然会影响后面所有音频数据的组织方式。那么从修改的部分开始，直到电影结束，都需要重新编码，很浪费时间；而我们希望，仅重编修改过的部分。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种可变长度的全景声音频编解码方法，该方法在保证全景声电影能够完整、正确编解码的情况下，同时能够在电影工程中对任意片段进行添加、删除、替换等操作的前提下，依旧可以完整、正确地进行编解码，而且不会影响已经编好的数据，从而在很大程度上对全景声音频编码技术进行了完善。
技术方案：本发明所述可变长度的全景声信号编码方法，包括如下步骤：
（1）计算所需编码全景声信号的音频样点数；
（2）将音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（3）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段。
上述编码方法输出码流的解码方法，包括如下步骤：
（1）每次读取一个音频帧对应采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若码流数据对应的音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段按如下规则进行解码：
一个音频帧对应j个采样点数，当读取第m个音频帧时，在j个样点之内的第n个样点位置，遇到了长度为k的音频帧，k≤1024，判断
（21）若n+k=1024，则输出第m帧音频数据；同时，若n＞0，则在此之前先输出第m-1帧音频数据；
（22）若n+k＞1024，此时输出第m-1帧，等待下次读取数据时解码第m帧；
（23）若n+k＜1024，解码第m帧，并继续读取第m+1帧，令n=n+k，k=下一帧码流长度，然后重复步骤（21）、（22），直到n+k≥1024时，根据步骤（21）、（22）输出音频数据。
采用上述编解码方法能够在电影工程中对任意片段进行添加、删除、替换等操作的前提下，依旧可以完整、正确地进行编解码，而且不会影响已经编好的数据，具体如下：
插入操作的编码方法：（1）计算插入点处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（3）计算待插入视频帧的音频样点数；
（4）计算所有需要重新组织的音频样点数；如果采用了前后帧在时域上有交叠的编码方法（如ac3、aac、avs2），则插入起点的前一个音频帧也一同重新组织；
（5）将步骤（4）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（6）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（7）将文件Data0拼接到步骤（6）输出的码流后面。
插入操作的解码方法：（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
删除操作的编码方法：（1）计算删除开始点处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数；
（3）计算删除终点对应的样点数；
（4）计算删除终点对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（5）计算所有需要重新组织的音频样点数；如果采用了前后帧在时域上有交叠的编码方法（如ac3、aac、avs2），则删除起点的前一个音频帧也一同重新组织；
（6）将步骤（5）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（7）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（8）将文件Data0拼接到步骤（7）输出的码流后面。
删除操作的解码方法：（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
替换操作的编码方法：（1）计算替换开始处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数；
（3）计算替换终点处视频帧对应的音频样点数；
（4）计算替换终点处视频帧对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（5）计算所有需要重新组织的音频样点数；如果采用了前后帧在时域上有交叠的编码方法（如ac3、aac、avs2），则替换起点的前一个音频帧也一同重新组织；
（6）将步骤（5）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（7）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（8）将文件Data0拼接到步骤（7）输出的码流后面。
替换操作的解码方法：（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
有益效果：本发明提供的编解码方法在保证全景声电影能够完整、正确编解码的情况下，同时能够在电影工程中对任意片段进行添加、删除、替换等操作的前提下，依旧可以完整、正确地进行编解码，而且不会影响已经编好的数据，从而在很大程度上对全景声音频编码技术进行了完善。
附图说明
图1为待编码的音频数据；
图2为现有技术的编码方式；
图3为本发明的编码方式；
图4为本发明的解码方式；
图5为实施例2的编解码方式；
图6为实施例3的编解码方式；
图7为实施例4的编解码方式。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：将图1所示音频数据进行编码时编码时，若某一帧的长度是k个样点（k<1024，称为短帧），现有技术是统一输出1024个样点，编码时会多编（1024-k）个样点，其frame_length字段如图2所示。如图3所示，按本发明提供的方法进行编码，则只输出长度为k个样点的码流，并将这个音频帧的长度信息写在码流中的frame_length字段（还需乘以位深和AES通道数）。
解码时，每次读取1024个样点的码流数据，并相应地解出至少一帧的音频数据。在这1024个样点之内，若在第n个样点位置（比如对应第m个音频帧）遇到了长度为k的音频帧（k≤1024），则根据码流中的长度信息frame_length进行解码。任何一帧码流只有在完整时才能解出音频数据。
1.n+k=1024，则输出第m帧音频数据。另外，若n>0，则在此之前先输出第m-1帧音频数据。
2.n+k>1024，由于k不能超过1024，所以n一定大于0。
此时输出第m-1帧，并能读到第m帧的前k个样点，但这帧数据不完整，所以本次解码不输出第m帧，等下次解码再输出；
3.若n+k<1024，则可以完整解出第m帧，并继续读取下一帧，令n=n+k，k=下一帧码流长度，然后重复上述过程，直到n+k≥1024再根据1）2）来决定输出的音频数据。在重复过程中，只要n>0，就输出前一帧数据。
图4表示遇到短帧时的解码过程，包括每次解码读取的码流数据（中）和输出的音频数据（下）。
实施例2：假定视频帧率是24fps，音频采样率是48000Hz，音频位深是24bit。
如图5所示，在电影的第1000个视频帧处插入200个视频帧的编码方法如下：
步骤1：计算第1000个视频帧对应的音频样点数
StartPos=1000*48000/24=2,000,000；
步骤2：计算第1000个视频帧对应的音频帧数
StartFrame=StartPos/1024=1953，再将第1953个音频帧之后的数据另存为一个文件Data0.pcm；
步骤3：计算需要插入的音频样点数InsertSamples=200*48000/24=400,000；
步骤4：计算所有需要重新组织的音频样点数
DataToReenc=InsertSamples+1024=401,024；
步骤5：重新组织音频数据
401,024=391*1024+640，共包含391个音频整帧和一个长度为640的短帧；
步骤6：将前391个音频帧按标准方式编码，每个音频帧输出1024个样点；将最后640个样点按照短帧方式编码，并输出640个样点；
步骤7：将Data0拼接到后面。
上述编码输出码流的解码过程如下：（此过程涉及的“帧”均指音频帧，包括整帧和短帧）：
步骤1：从影片开头，直到1953+391=2344帧，每次解码读取1024个样点的码流数据，并输出1024个样点的音频数据。
步骤2：第2344次解码，读取的数据是长度为640的短帧以及第2345帧的前1024-640=384个数据，此时可以解出前640个数据，但下一帧的数据不完整，所以这帧没有输出任何音频数据。
步骤3：第2345次解码，读取的数据是第2345帧的后640个数据和第2346帧的前384个数据，此时第2345帧的数据已经完整，可以输出1024个样点的数据。后面以此类推，每次读取的数据都是前一帧的640个样点+后一帧的384个样点。
实施例3：假定视频帧率是24fps，音频采样率是48000Hz，音频位深是24bit。
如图6所示，在电影的第1000个视频帧处删除300个视频帧的编码方法如下：
步骤1：计算第1000个视频帧对应的音频样点数
StartPos=1000*48000/24=2,000,000；
步骤2：计算第1000个视频帧对应的音频帧数StartFrame=StartPos/1024=1953；
步骤3：计算删除终点对应的样点数EndPos=1300*48000/24=2,600,000；‘’步骤4：计算删除终点对应的音频帧数EndFrame=EndPos/1024=2539，将第2539个音频帧之后的数据另存为一个文件Data0.pcm；
步骤5：计算所有需要重新组织的音频样点数
DataToReenc = (EndFrame-StartFrame+1)*1024 - (EndPos-StartPos) = 1088；
步骤6：重新组织音频数据
1088=1*1024+64，共包含1个音频整帧和一个长度为64的短帧；
步骤7：将第1个音频帧按标准方式编码，输出1024个样点；将最后64个样点按照短帧方式编码，并输出64个样点；
步骤8：将Data0拼接到后面。
上述编码输出码流的解码过程如下：（此过程涉及的“帧”均指音频帧，包括整帧和短帧）：
步骤1：从影片开头，直到1953+1=1954帧，每次解码读取1024个样点的码流数据，并输出1024个样点的音频数据；
步骤2：第1954次解码，读取的数据是长度为64的短帧以及第1955帧的前1024-64=960个数据，此时可以解出前64个数据，但下一帧的数据不完整，所以这帧没有输出任何音频数据；
步骤3：第1955次解码，读取的数据是第1955帧的后64个数据和第1956帧的前960个数据，此时第1955帧的数据已经完整，可以输出1024个样点的数据。后面以此类推，每次读取的数据都是前一帧的64个样点+后一帧的960个样点。
实施例4：假定视频帧率是24fps，音频采样率是48000Hz，音频位深是24bit。
如图7所示，在电影的第1000~1100个视频帧替换成200个视频帧的编码方法如下：
步骤1：计算第1000个视频帧对应的音频样点数
StartPos=1000*48000/24=2,000,000；
步骤2：计算第1000个视频帧对应的音频帧数StartFrame=StartPos/1024=1953；
步骤3：计算替换终点对应的样点数EndPos=1100*48000/24=2,200,000；
步骤4：计算替换终点对应的音频帧数EndFrame=EndPos/1024=2148，将第2148个音频帧之后的数据另存为一个文件Data0.pcm；
步骤5：计算所有需要重新组织的音频样点数
DataToReenc = (EndFrame-StartFrame+1)*1024 - (EndPos-StartPos) + 200*48000/24 = 400,704；
步骤6：重新组织音频数据
400,704=391*1024+320，共包含391个音频整帧和一个长度为320的短帧；
步骤7：将前391个音频帧按标准方式编码，每帧输出1024个样点；将最后320个样点按照短帧方式编码，并输出320个样点；
步骤8：将Data0拼接到后面。
上述编码输出码流的解码过程如下：（此过程涉及的“帧”均指音频帧，包括整帧和短帧）：
步骤1：从影片开头，直到1953+391=2344帧，每次解码读取1024个样点的码流数据，并输出1024个样点的音频数据；
步骤2：第2344次解码，读取的数据是长度为320的短帧以及第2345帧的前1024-320=704个数据，此时可以解出前320个数据，但下一帧的数据不完整，所以这帧没有输出任何音频数据；
步骤3：第2345次解码，读取的数据是第2345帧的后320个数据和第2346帧的前704个数据，此时第2345帧的数据已经完整，可以输出1024个样点的数据。后面以此类推，每次读取的数据都是前一帧的320个样点+后一帧的704个样点。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种可变长度的全景声信号编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）计算所需编码全景声信号的音频样点数；
（2）将音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（3）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段。
2.一种用于权利要求1编码方法输出码流的解码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）每次读取一个音频帧对应采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若码流数据对应的音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段按如下规则进行解码：
一个音频帧对应j个采样点数，当读取第m个音频帧时，在j个样点之内的第n个样点位置，遇到了长度为k的音频帧，k≤1024，判断
（21）若n+k=1024，则输出第m帧音频数据；同时，若n＞0，则在此之前先输出第m-1帧音频数据；
（22）若n+k＞1024，此时输出第m-1帧，等待下次读取数据时解码第m帧；
（23）若n+k＜1024，解码第m帧，并继续读取第m+1帧，令n=n+k，k=下一帧码流长度，然后重复步骤（21）、（22），直到n+k≥1024时，根据步骤（21）、（22）输出音频数据。
3.根据权利要求1所述全景声信号编码方法进行插入视频帧的编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）计算插入点处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（3）计算待插入视频帧的音频样点数；
（4）计算所有需要重新组织的音频样点数；
（5）将步骤（4）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（6）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（7）将文件Data0拼接到步骤（6）输出的码流后面。
4.一种用于权利要求3所述编码方法输出码流的解码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
5.根据权利要求1所述全景声信号编码方法进行删除视频帧的编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）计算删除开始点处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数；
（3）计算删除终点对应的样点数；
（4）计算删除终点对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（5）计算所有需要重新组织的音频样点数；
（6）将步骤（5）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（7）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（8）将文件Data0拼接到步骤（7）输出的码流后面。
6.一种用于权利要求5所述编码方法输出码流的解码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
7.根据权利要求1所述全景声信号编码方法进行替换视频帧的编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）计算替换开始处一个视频帧对应的音频样点数；
（2）计算步骤（1）视频帧对应的音频帧数；
（3）计算替换终点处视频帧对应的音频样点数；
（4）计算替换终点处视频帧对应的音频帧数，并将计算所得音频帧数之后的数据另存为文件Data0；
（5）计算所有需要重新组织的音频样点数；
（6）将步骤（5）计算所得音频样点数按采样点数划分为整帧，不满整帧部分的划分为短帧；
（7）将整帧部分按标准方式编码，输出对应样点数的码流；将短帧部分按短帧方式编码，输出短帧对应样点数的码流，将短帧的长度信息乘以位深和AES通道数后写在码流中的frame_length字段；
（8）将文件Data0拼接到步骤（7）输出的码流后面。
8.一种用于权利要求7所述编码方法输出码流的解码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）每次读取一个音频帧对应j个采样点数的码流数据；
（2）若码流数据对应的音频帧为整帧，按标准方式解码；若读取的第m个音频帧包含有短帧，根据码流中长度信息frame_length字段，读取短帧长度k个数据并解码短帧；
（3）读取第m+1帧数据，将第m帧中（j-k）个数据、第m+1帧中k个数据合并后按标准方式解码；
（4）重复步骤（3），继续读取下一帧数据直至所有数据解码完毕。
9.根据权利要求3、5、7任一所述的编码方法，其特征在于：在计算所有需要重新组织的音频样点数时，如果采用了前后帧在时域上有交叠的编码方法，则重组数据之前的一个音频帧需要重新编码。
10.根据权利要求9所述的编码方法，其特征在于：所述前后帧在时域上有交叠的编码方法为ac3、aac、avs2中任一种。
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