CN1137706A

CN1137706A - 节能解码器和使用该解码器的数据复原装置

Info

Publication number: CN1137706A
Application number: CN96108478A
Authority: CN
Inventors: 山内康晴
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1996-12-11
Also published as: JPH08321136A; US5963900A; EP0744741A3; KR960042541A; EP0744741A2

Abstract

本发明提供了一种解码器和一种数据复原装置，在对应每个预定时间间隔，在每个波段对通过将压缩数据划分为N(整数，N≥2)个波段而得到的单位数据独立进行预定解码操作的时候，通过在N波段中设定不执行处理系列的波段来改变预定时间间隔内解码操作需要的处理时间、并延长非操作周期而能节省功率。

Description

节能解码器和使用该解码器的数据复原装置

本发明涉及一种用于记录介质、诸如记录音频信号的磁-光盘或类似介质的数据复原装置和一个此装置中使用的解码器。

一个能让用户记录程序，例如音频数据的数据程控磁盘介质早为人所熟知，而且例如已引入磁-光盘作为记录介质的盘系统也已经广为应用。

在这种盘系统中，一个音频信号以44.1kHz的频率被采样并以16比特量化以转换为数字音频信号。然后，这个数字数据经过音频压缩，在压缩到五分之一的条件下产生记录数据。

因此，在数据复原装置中，与之相反，要求解码过程扩展从盘上读出的数据。即，在数据通过解码操作复原成初始状态之后，将数据转换成模拟音频信号。

虽然磁盘系统得到各种广泛的应用，它不仅可以用于音频数据的记录和复原，而且可用于会晤或会议数据的记录和复原。

就上面所解释的各种应用而言，作为数据记录和复原的装置，一个尺寸小且便于携带的装置是比较合适的，并且根据长时间记录的需要，一个保证单声道记录和立体声记录一样良好的装置已经得到研制。在单声道记录中，因为每单位时间的数据量减少为一半，与立体声记录相比记录时间可延长为两倍。

例如当讨论一个电池驱动的便携式数据记录和复原装置时，通过节省功率消耗来延长所使用电池，如干电池或可充电电池的使用寿命是一个关键的问题。

然而，迄今为止，还没有对上述音频压缩系统的数据解码中功率节省进行充分的研究。

考虑到这样的背景，本发明的一个目的是提供一种解码器和一种节能数据复原装置。

鉴于解决上面所说明的问题，本发明提供一种解码器，它包括：第一复原器，用于对每N(等于或大于2的整数，N≥2)个波段将预定块长度的压缩数据复原成频谱：量化装置，用于对每N个波段，将由第一复原器复原的频谱逆量化；转换器，用于对每N个波段将由量化装置逆量化的数据转换成时间序列信号；第二复原器，用于将分成N段的波段复原成一个时间序列信号；控制器，用于以每一预定的时间间隔，控制对预定块长度执行的一系列解码操作，以及转换开关，用于将上面所述的N个波段中不执行上述一系列处理的波段变为非操作状态。

另外，本发明提供一种数据复原装置，包括第一复原器，用于在预定时间间隔，以预定的块长度单位，对每N(等于或大于2的整数，N≥2)个波段将从记录介质复原的压缩数据复原成频谱；量化装置，用于对每N个波段，将由第一复原器复原的频谱逆量化；转换器，用于对每N个波段由量化装置逆量化的数据转换成时间序列信号；第二复原器，用于将分成N段的波段复原成一个时间序列信号；控制器，用于以预定时间间隔控制处理预定块长度的一系列解码操作，选择器，用于指定N波段中不执行一系列处理的波段，和控制器，用于控制将相应于选择器指定的波段的一系列处理变为非操作状态。

在如同复原会晤和会议的音频数据情况，对所复原的音频信号不要求高质量的音质时，不会产生任何实际问题，即使对某一波段没进行解码，例如高频波段。因此，通过设置不执行解码的波段，作为解码操作量单位，处理步骤可以减少，因此可以尽可能地节省功率消耗。

图1是本发明的磁-光盘装置的方框图；

图2是记录在本发明中所使用的磁-光盘上的数据格式；

图3A是在本发明中使用的以压缩数据块为单位的处理时间；

图3B是在本发明中使用的以压缩数据块为单位的解码处理时间和暂停时间；

图3C是在本发明中使用的以解码扩展数据块为单位的输出时序；

图4是在本发明中使用的以块为单位的压缩数据的波段划分例子；

图5是在本发明中使用每划分波段的解码操作系列；

图6是在本发明中使用的一个音频压缩和扩展编码和解码器的方框图；

图7A是说明三个划分波段中的每一波段的解码操作序列的时序图；

图7B是说明对三个划分波段中所选择两个波段的解码操作序列的时序图；

图7C是说明对三个划分波段中一个所选择波段的解码操作系列的时序图；

参照图1至图6，对本发明的优选实施例加以说明。作为实施例，一个数据复原装置和在此数据复原装置中使用的解码器将作为磁-光盘系统加以说明。

图1是一个代表本发明的一个实施例的使用磁-光盘作为记录介质的数据记录和复原装置基本部分的方框图。

磁-光盘1用作为可以记录音频数据的记录介质。在记录和复原操作期间，这个盘1由一个主轴电机2旋转驱动。一个光学头3通过向磁-光盘1发射激光束进行数据记录和复原操作。即，在数据记录操作期间，光学头3输出一个高电平的激光束，用于将记录光道加热到居里温度，而在数据复原操作期间，光学头输出一个相对较低电平的激光束，用于利用磁性克耳效应检测来自反射光束的数据。

因此，光学头3有一个作为激光输出装置的激光二极管，一个包括偏振光束分离器和物镜等的光学系统及一个检测反射光束的检测器。物镜3a由一个二轴机构4牢固地固定，可在盘的径向与接近和离开盘的方向上移动。光学头3整体上由一个滑轨(sled)机构5支持，在盘的径向上运动。

另外，磁头6a设置在位于磁-光盘间的光学头3的相对的位置。该磁头6a将由所提供的数据调制的磁场施加到磁-光盘1.d上。

磁头6a和光学头3一起由一个滑轨机构5支持在盘的径向上运动。

光学头3从磁-光盘1上检测到的信息加到作为数据复原操作一部分的RF放大器7上。RF放大器7以所加信息的算法操作，提取复原的RF信号、跟踪误差信号、聚焦误差信号和纹道信息(作为预纹道(颤动纹道)记录在磁-光盘1上的绝对位置信息)等等。然后，提取的复原RF信号加到一个编码/解码器8。另外，跟踪误差信号和聚焦误差信号加到一个伺服电路9上，而纹道信息加到一个地址解码器10用于解调。通过对纹道信息解码获得的地址信息和作为数据记录、由编码和解码器8解码的地址信息加到由一个微型计算机构成的系统控制器11上。

为控制二轴机构4和滑轨机构5实现聚焦和跟踪控制，伺服电路9根据所提供的跟踪误差信号和聚焦误差信号和由系统控制器11提供的光道跳跃命令、存取命令和旋转速度信息等产生不同的伺服驱动信号，从而将主轴电机2控制在一个恒定的线速度上。

复原RF信号在编码和解码器8中经过比如EFM解调和CIRC解调的解码操作后，由一个存储控制器12写入一个缓冲存储器13。这里，由光学头3从磁-光盘1读取的数据和由光学头3复原的数据以1.41兆比特/秒的速率传送到缓冲存储器13。

一经写入缓冲存储器13的数据以0.3兆比特/秒的速率传送复原数据的这样一种时序读出，然后加到编码和解码器14用于压缩和扩展音频信号。在本发明的磁盘系统中，以数据量被压缩到大约五分之一的方式，将数据记录在盘1上。因此，在数据复原操作期间，用于压缩和扩展音频信号的编码和解码器14执行解码处理以扩展，相反地，数据在总量上扩大到五倍。

在这个实施例中，为解码操作提供了三种模式，因此用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器以在系统控制器11控制下设定的模式进行解码处理。在后面将说明这个解码处理。

用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14通过一个逆改进离散余弦变换(DCT)操作对压缩音频信号实行扩展处理。当以44.1kHz采样并以16比特量化的数字数据被复原时，这些数据加到一个D/A变换器15，转换成模拟音频信号。

D/A变换器15的输出由一个声音电平调整装置16对声音电平(幅度电平)进行调整，然后由一个功率放大器17进行放大。最后，该数据由例如扬声器18以听得见的声音输出。

上面已说明了数据复原操作，而在下面将说明数据记录操作。为启动对磁-光盘1的记录操作，一个由麦克风19收集的音频信号经麦克风放大器20放大，一个音频信号的输入声音电平由一个电子音量控制器21加以调整，然后，电平调整后的音频信号加到一个A/D变换器22。

A/D变换器22将输入音频信号转换成以44.1kHz采样和以16比特量化的数字数据。然后，输入音频信号加到用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14，并受到对音频信号进行的压缩编码处理。即，音频数据经编码处理如逆改进DCT处理等压缩到大约五分之一的数据量。

由用于压缩和扩展音频信号的编码和解码器14压缩的记录数据一旦由控制器12写入到缓冲存储器13中，就以预定时序读出，传送到编码和解码器8。

已在编码和解码器8中完成解码处理例如CIRC解码、EFM调制等的信号加到磁头驱动电路6。

根据编码记录数据，磁头驱动电路6将一个磁头驱动信号加到磁头6a上。亦即，导致磁头6将N磁场或S磁场加到磁-光盘1上。另外，在这种情况下，系统控制器11给光学头3提供一个控制信号，以便以记录电平输出一个激光束。

为方便用户使用，一个操作面板23具有一个记录键、一个复原键、一个停止键、一个自动音乐传感器键(AMS)和一个搜索键等。另外，也提供一个模式选择键用来选择工作模式，以便在后面解释的解码操作期间实现功率消耗的节省。

在显示装置24中，时间信息，例如在复原和记录操作期间一个盘的总记录时间和运行时间，以及不同的数据，例如程序号、操作条件和操作模式，均在系统控制器11的控制下显示。

下面说明在本发明的磁盘系统中为记录操作单位的簇格式。

作为本发明的磁盘系统中的记录磁道，簇CL如图2所示连续形成，而一个簇定义为记录操作的最小单位。一个簇对应2～3个环形磁道。

一个簇由从S_FC到S_FF的四扇区的子数据区域和从S₀₀到S_1F的32扇区的主数据区域组成。一个扇区是由2352字节形成的数据单位。

4扇区的子数据区域作为子数据和连接区域使用，而音频数据的记录在32扇区的主数据区域中完成。对每一个扇区进行地址记录。

另外，扇区又进一步细分为称为声音纹道的单位，并且二个扇区分为11个声音纹道。

即，如示例，两个连续扇区例如扇区S₀₀的偶数扇区和如扇区S₀₁的奇数扇区S₀₁包括声音纹道SG₀₀至SG_0A。假定音频数据量对应11.61毫秒(ms)的时间，一个声音纹道由424个字节形成。

一个声音纹道SG允许在左通道和右通道记录数据。例如，声音纹道SG₀₀由左通道数据L0和右通道数据R0组成，而声音纹道SG₀₁由左通道数据L1和右通道数据R1组成。

形成左通道或右通道数据区域的212个字节构成一个音帧。

在单声道记录和数据复原的情况下，没有必要区分左右通道。因此，对一个通道数据而言，左通道数据L0至右通道数据RA用作该图所示的22单元的音帧SF₀₀至SF₁₅。

因此，在单声道系统中，记录周期有可能两倍于立体声记录。另外，因为在对压缩处理进行解码处理后，一个音帧的数据作为输出数据被复原，可以得到对应于11.61ms时间的音频数据。

数据以这样的格式记录在盘1上，但在用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14中以音帧为单位完成解码处理，例如，通过把音帧分为三个波段。

图3A至图3C说明对压缩音频数据进行扩展处理的时序。

在单声道记录和复原操作的情况下，对从盘1读出一个音帧的处理必须在至少11.61ms内完成。在立体声系统中，因为在11.61ms内执行对两个音帧的处理，所以对每一音帧的处理时间是5.8ms或更少。

当然希望处理速率高于这个值，但是为节省功率消耗使用足够慢的操作时钟，通常在上述操作周期内以某一容限完成一个操作单元的解码操作。

这里，图3A中对一个音帧的处理的解码操作周期假定为T。即，在每个T周期发出一个音帧的解码操作请求。在单声道系统中周期T为11.61ms，而在立体声系统中为5.8ms。

作为设计结果，当确定周期T_DC为图3B所示的一个音帧的解码处理请求时，在周期T_SL直至下一个解码时序，解码处理被控制为“关”状态，而用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14可以不起作用。

在周期T_DC内解码的音帧数据保持在用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14中的缓冲器里，并作为图3C所示的下一个周期11.61ms的输出数据输出到D/A变换器15。

在这样解码处理中，根据初始化命令启动和在周期T_DC处理完成时关掉用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14是足够的，即，在周期T_SL期间解码处理并不消耗电功率。因此，功率的节省可以理解为通过在一个短时间周期内完成解码处理和不增加操作时钟的速率延长周期T_SL来实现。

下面说明在本发明的实施例中，在解码处理期间减少功率消耗的操作。

在磁-光盘系统中用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14中的处理分三个波段来执行。

在对记录数据的音频压缩编码情况下，如图4，该数据再分为从0至5.5125kHz的低频段、高达11.025kHz的中频段和高达22.05kHz的高频段。

通过对每一波段的逆改进离散余弦变换(DCT)处理，在每块中每波段的时间序列信号转换为频谱，然后为进行数据压缩对数据进行内插。

在记录操作期间，对每一个音帧SF，作为最小单元产生这种压缩数据，并记录在盘1上。

因此，在数据复原操作期间作为解码处理，完成图5所示的流程中的处理是足够的。即，是编码操作期间所作处理的逆处理。

为响应低、中、高频率波段，在数据复原操作期间，对由缓冲存储器13提供的以音帧为单位的数据进行解压缩、逆量化和逆改进离散余弦变换(DCT)处理。然后，如逆正交镜象滤波器所指示，通过将中频和低频带组合在一起，并且也把中频、低频和高频带组合在一起完成解码操作。

在这个实施方案中，在图5所示的处理流程中，解码处理以普通模式进行。如果高频数据不要求作为复原数据，解码仅对低频和中频波段进行，不包括高频波段。

另外，当音频质量可能进一步降低，例如，由于仅得到会议的内容是足够的，所以解码仅对低频波段进行，不执行高频和中频波段的解码操作。

图6示出本发明图1中用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14的方框图。

由频谱复原器30按频谱对每一波段存储控制器中的212字节/通道的压缩数据加以复原(解压)。每一波段复原的频谱由逆MDCT单元31、32和33转换成三个波段的时间序列信号。然后，中频和低频波段分量在逆正交镜像滤波器34中组合，而仅高频分量通过延迟单元36加到逆正交镜像滤波器35。两个逆正交镜像滤波器34和35的输出的进一步组合提供所有波段的时间序列信号。

另外，在这个实施方案中，除为减少解码操作步骤的普通模式外，还提供不执行高频和中频波段解码的操作模式。因此，图3中周期T_SL可以加以扩展，以保证功率节省效果。操作模式的转换可以根据用户的模式选择操作来实现，例如，通过操作面板23。

图7A至图7C示出三种模式的解码操作时序图。

例如，如参照图3所说明的，对一个音帧的解码操作在时间T进行，但是在普通模式下，这个解码操作以图7A的时序执行。

对低(L)、中(M)和高(H)频波段，解压操作在时分基础上独立完成。依次，对低(L)、中(M)和高(H)频波段，逆量化操作也在时分基础上独立完成。另外，对低(L)、中(M)和高(H)频波段，逆改进DCT操作也独立完成。

然后作为IQMF操作，将高、中和低频波段的操作结合，由此完成解码操作。

完成解码操作后，在周期T_SL期间该操作一直处于“关”状态，直至下一个解码操作开始。

接着，在不要求高频波段的数据的数据复原模式中，解码操作以图7B所示的时序完成。

首先，对低(L)和中(M)频波段，解码操作在时分基础上独立完成。其次，对低(L)和中(M)频波段，逆量化操作也在时分基础上独立完成。另外，对低(L)和中(M)频波段，也独立完成逆改进DCT操作。

然后，作为IQMF操作，将中频和低频波段的数据组合，而且该组合数据进一步和高频波段的零数据组合，由此完成解码操作。

在这种情况下，完成解码操作后，在周期T_SL期间该操作一直处于“关”状态，直至下一个解码操作开始。然而，与图7A相比较可以理解，周期T_SL比普通操作模式的长。因此，由于“关”操作状态如上所说明的变长，功率消耗在一定程度上可得到节省。

另外，在不要求高频分量操作模式中，仅对如图7C所示的低频(L)波段进行解压操作、逆量化操作和逆改进DCT操作，然后数据进一步和对应于中频和高频波段的零数据组合，由此完成解码操作。

因此，在这种操作模式的情况下，周期T_SL仍然变得较长，导致进一步长的操作“关”状态，因此显著地节省功率消耗。

例如，作为实用节省功率的方法，也可能在作为暂停周期的周期T_SL期间停止用来压缩和扩展音频信号的编码和解码器14的计时，并停止向不进行上述解码操作的高频波段的逆量化单元、逆DCT转换器和逆正交镜像滤波器(IQMF)提供电源。

然而，不用说即使不停止时钟和向上面所说明的各个操作块供电，也可通过延长通常的暂停周期T_SL到足够的功率节省。

如所说明的，在这个实施例中，根据复原音频信号的音质可改变作为解码操作的操作步骤的数目。亦即，当不需要高频分量时，通过不执行对于高频波段或高频和中频波段的解码操作，可减少解码操作步骤的数目从而减少功率消耗。因而，可实现电池的更长使用寿命。

同时，由于可以认为当不需要高频波段的数据时，记录是以单声道记录系统进行，也允许由单声道记录系统自动执行图7B或图7C所示的解码操作来进行音频记录数据的复原。

此外，本发明可用于编码操作，即，当不需要高频数据时，在编码操作期间不进行对高频波段数据的操作，因而可以减少操作步骤的数目，从而节省功率消耗。

另外，在上面所述的实施例中，本发明已应用到磁-光盘系统中，但是本发明也可应用到其它音频数据复原系统中的、对每个再划分波段的音频信号压缩操作执行解码操作的解码器。

本发明自然也可应用到选用不同于盘型记录介质的其它记录介质的数据复原装置和解码器，例如，带型记录介质。

如上所述，本发明通过对解码器设定第一至第N个波段中不进行解码操作的波段，在预定时间间隔内能够改变解码操作所需要的解码操作步骤的数目，其中根据对每个预定时间间隔的解码要求，通过对第一至第n个划分波段的每个波段的单位数据独立执行操作，进行音频数据的解码。因此，当待复原的音频数据不要求高质量的音质时，对所选择的波段，例如高频波段，不执行解码操作，从而减少解码操作步骤数。因此，本发明具有达到高速解码操作的效果，并且不使用保证高速操作时钟的装置也能得到功耗的降低。

Claims

1、一种解码器，包括：

用于将每N(整数，N≥2)个波段预定块长度的压缩数据复原成频谱的第一复原装置；

用于对每N个波段，将由所述第一复原装置复原的频谱逆量化的量化装置；

用于对每N个波段将由所述量化装置逆量化的数据转换成时间序列信号的转换装置；

用于将分成N段的波段复原成一个时间序列信号的第二复原装置；

用于以每一预定时间间隔，控制对预定块长度执行的所述解码操作系列的控制装置和；

用于将上面所述的所述N个波段中不执行上述操作系列的波段变为非操作状态的转换开关。

2、如权利要求1所述的解码器，其中停止向相应于N波段中不执行处理系列的波段的处理块提供时钟。

3、一种数据复原装置，包括：

用于以预定时间间隔将每N(整数，N≥2)个波段预定块长度单位的、从记录介质复原的压缩数据复原成频谱的第一复原装置；

用于对每N个波段，将由所述第一复原器复原的频谱逆量化的量化装置；

用于对每N个所述波段将由所述量化装置逆量化的数据转换成时间序列信号的转换装置；

用于将分成N段的所述波段复原成一个时间序列信号第二复原装置；

用于以所述预定时间间隔，控制对预定块长度执行的所述解码操作系列的控制装置；

用于指定所述N个波段中不执行处理系列的波段的选择装置；

用于控制相应于由所述选择装置指定的波段的处理系列变为非操作状态的控制装置。

4、如权利要求3所述的数据复原装置，其中相应于不执行所述选择的处理系列的波段，提供给处理块时钟。

5、一种解码器，根据每个预定时间间隔的解码要求，对每个波段通过对划分为N(整数，N≥2)个波段的单位数据的预定处理对音频数据解码，其中在所述预定时间间隔内，所述解码操作要求的处理时间可以通过在所述N波段中设定不执行处理系列的波段来改变。

6、一种包括一个解码装置的数据复原装置，用于在每个预定时间间隔，在对划分为N(整数，N≥2)个波段的单位数据的每个波段通过对从一个记录介质中读出的压缩数据的独立预定处理对音频数据解码，其中在所述预定时间间隔内，解码操作要求的处理时间可以通过在所述N波段中设定不执行所述处理系列的波段来改变。