CN1236153A

CN1236153A - 音频信号处理设备和音频信号再现

Info

Publication number: CN1236153A
Application number: CN99106490A
Authority: CN
Inventors: 山崎孝浩
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 1999-11-24
Also published as: EP0957660A2; DE69939854D1; JPH11328861A; EP0957660A3; JP4151110B2; EP0957660B1; US6501717B1

Abstract

电平检测器检测各个声道的数字音频信号电平。控制器根据该测得的信号预测是否会发生溢出。当控制器预测到会发生溢出时,衰减器使至少一个声道的信号电平衰减。另外,当可变长度延时装置改变信号相位时,可以避免溢出。

Description

音频信号处理设备和音频信号再现设备

本发明涉及一种可用在DVD再现设备中的音频信号处理设备及音频信号再现设备。

电影院里放映的电影的声道绝大多数是环绕型的。最新的环绕系统采用离散多声道系统，该系统的信号是以数据格式而不是矩阵格式记录的。此系统可以使声音自由地向前、向后、向左、向右以及向周围方向传播，因而可以产生令人振撼的音响气氛，使人产生亲临其境的感觉。

在用于如DVD之类的多媒体应用场合的大存贮容量盘片形记录媒体中，其记录格式是标准化格式，以满足高画面质量及高音响质量的要求。DVD可记录数字5.1声道的环绕音频信号。图3对数字5.1声道系统与传统的模拟4声道系统的信道结构和声场进行了比较。

图3A示出了模拟4声道系统的声道结构和声场。模拟4声道系统是由L(左前)、C(正前)、R(右前)和S(环绕)这4个声道组成的。图3B示出了数字5.1声道系统的声道结构和声场。数字5.1声道是由L(左前)、C(正前)、R(右前)、Ls(左后)和Rs(右后)这5个声道及LFE(低频效果)声道的0.1声道共同组成的。LFE声道用于使超低音喇叭再现超低频分量。LFE声道的信息容量只有其它每个声道信息容量的1/10。因此，LFE声道被称为0.1声道。

DVD再现设备的结构适合于数字5.1声道系统。因此，DVD再现设备可再现5.1声道的音频信号。此外，DVD再现设备中还有一个音频信号处理设备，它可对音频信号进行下变频(down-mixing)处理，其作用与传统的双声道立体声系统相同。当音频信号处理设备作下变频处理时，它使数字信号的信号电平衰减，以免产生过量的音频信号。然后对衰减的数字信号进行计算，将所算结果转换成模拟信号，再对该模拟信号进行放大。

然而，在数字信号衰减方法中，若LSB(最低有效位)侧的信号数量少于原始信号的量化数量，那么，在信号衰减后，原始信号的信息便会丢失。这样，即使将衰减后的信号电平恢复至原始信号的信号电平，在LSB侧丢失的信息也无法恢复。换句话说，音乐中的细微差异等信息将会被丢失。此外，由于数字信号的衰减，需要对模拟信号进行放大。因此，模拟放大器的放大倍数便相应地有所增大。继而，由于模拟信号中噪声电平增大，再现信号中的噪声便变得明显。在此情况下，除非将模拟放大器的放大倍数提高，否则听众会得到信号电平降低的印象。

因此，本发明的目的是提供一种音频信号处理设备及音频信号再现设备，该设备可对音频信号作下变频处理而不会降低声音的质量。

为解决上述问题，本发明第一方面是提供了一种用于计算多个声道的音频信号和产生组合音频信号的音频信号处理设备，它包括用于计算多个声道数字音频信号的计算装置、用于检测多个声道数字音频信号电平的检测装置、和用于根据计算装置的计算处理输出信号与检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号进行衰减的装置。

本发明第二方面是提供一种用于计算多个声道的音频信号和产生组合音频信号的音频信号处理设备，它包括用于计算多个声道数字音频信号的计算装置、用于检测多个声道数字音频信号电平的检测装置、和用于根据计算装置的计算处理输出信号与检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号的相位进行修改的装置。

本发明还提供了一种音频信号再现设备，它包括用于从记录媒体中再现多个声道数字音频信号的再现装置、和用于处理再现的数字音频信号的信号处理装置，其中，信号处理装置具有用于计算多个声道数字信号的计算装置、用于检测多个声道数字音频信号电平的检测装置、和用于根据计算装置的计算处理输出信号与检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号进行衰减的装置。

根据本发明，当用数字计算处理方式对信号进行下变频时，若预测到组合信号会发生溢出，则需要进行衰减或相位修改处理。由于信号并不总受到衰减，因此可以避免低位侧信息的丢失。此外，由于模拟放大器不需要对衰减后的信号电平进行补偿，因而可以避免噪声增大。

通过参照附图阅读下列详细说明，可以很容易地看出本发明的上述及其它目的、特性和优点，附图中：

图1是表示本发明实施例总体结构的方框图；

图2是表示按照本发明实施例的DSP结构的框图；和

图3是用于解释环绕系统实例的示意图。

下面将参照附图对按照本发明实施例的DVD再现设备进行说明。图1所示的DVD再现设备具有作为音频信号处理设备的数字环绕处理器(DSP)11。该DSP11根据上述多声道离散环绕系统和用于下变频信号的计算处理方法对数字5.1声道信号进行解码处理。

在图1中，标号1是用于再现数据的DVD。该DVD1在主轴马达2的驱动下转动。光拾取器3从DVD1上读取记录数据。光拾取器3读出的数据输入到RF(射频)处理器5中。驱动控制器7给RF处理器5提供控制信息。RF处理器5根据从驱动控制器7接收到的控制信息将从DVD1读出的RF信号转换成数字数据，并将得到的数字数据提供给数据处理器6。RF处理器5产生跟踪误差信号、聚焦误差信号和主轴伺服信号，并将产生的信号提供给伺服信号处理部分4。

伺服信号处理部分4根据从驱动控制器7接收到的控制信息执行跟踪控制处理、聚焦控制处理和主轴控制处理。另外，伺服信号处理部分4执行螺纹(thread)控制处理以便使光拾取器3沿DVD1的径向移动。在图1中，标号9代表系统控制器。该系统控制器9对数字总线上的每个部分进行集中控制，并产生控制信号。系统控制器9产生的控制信号被输入到驱动控制器7、信号分解器8、音频解码器10和MPEG(运动图象专家组)视频解码器14中。

数字处理器6对RF处理器5的输出信号进行ECC(误码纠错)处理和解码处理，并将结果数据输入到信号分解器8中。信号分解器8从数据处理器6的输出信号中分离出现视频流和音频流。所分离出的视频流被输入到MPEG视频解码器14中。音频流被输入到音频解码器10中。

音频解码器10将音频流转换成数字音频信号/单元流。该数字音频信号/单元流被输入到DSP11中。系统控制器9输出的控制信号也输入到DSP11中。DSP11根据系统控制器9提供的控制信息对数字音频信号/单元流进行数字处理，然后产生预定的数字音频信号。

实际上，DSP11执行多音频信号的解码处理、执行用于使多音频信号中的低音混频到一个特定声道以及输出该结果信号的混频/滤波处理、执行用于用双声道真实再现多声道声音源的计算处理、以及执行多声道输出分配处理。DSP11还执行防溢出处理(将在后面说明)。DSP11输出的音频信号被输入到D/A(数字/模拟)转换器12中。该D/A转换器12将从DSP11接收到的音频信号转换成模拟音频信号。该模拟音频信号被输入到放大器13中。放大器13的输出信号就是再现的音频信号，它从端子19输出。

信号分解器8分离出的视频数据流被输入到MPEG视频解码器14中。MPEG视频解码器14对视频数据流进行解码。MPEG视频解码器14的输出信号被输入到编码器15中。模式控制器18输出的控制信息也被输入到编码器15中。解码器15根据控制信息将从视频解码器14接收到的数字视频数据转换成NTSC/PAL格式的视频信号。模式控制器18与外部操作部分(没有画出)相连接。该模式控制器18根据操作部分的开关操作状态产生控制信息。该控制信息被输入到编码器15和系统控制器9中。编码器15的输出信号提供给D/A转换器16。D/A转换器16将编码器15的输出数据转换模拟视频信号。该模拟视频信号被输入到放大器17中。放大器17的输出信号就是再现的视频信号，它从端子20输出。

下面将对DSP11执行的一个处理过程进行说明。当下变频5.1声道的数字音频信号和真实再现双声道立体音频信号时，双声道音频信号Lo和Ro由下列公式计算得到。

Lo=L+0.7C+0.7Ls (1)

Ro=R+0.7C+0.7Rs (2)

用于用双声道真实再现多声道声源的那种计算处理过程是加法处理过程。用于使多音频信号中的低音声混频到一个特定声道中的那种混频/滤波处理过程是复杂的组合处理过程。因此，即使各个声道信号没有溢出，当它们组合后，组合信号也可能会削波。为避免这一问题，DSP11执行防溢出处理。

换句话说，在执行计算处理过程之前，要检测各个声道的信号电平。当预测到待计算(复合)的信号会发生溢出时，便进行防溢出处理。实际上要执行以下一个或一组处理(a)到(e)，以便阻止信号溢出的发生。

(a)压缩每个声道信号的较高电平部分。(b)只计算主要声道而不是所有声道。(c)降低待计算的所有声道的信号电平。(d)修改对溢出有很大影响的信号之间的相位以便使信号不削波。(e)有选择地压缩声道中具有较高电平的信号。

图2示出了DSP11结构的示例。为简单起见，图2的DSP11省略了环绕解码器。该DSP11包括可变长度延时装置22、32、……，电平检测器23、33、……；衰减器24、34、……，控制器26和混频器25。各个声道都设置了可变长度延时装置22、32、……，电平检测器23、33、……和衰减器24、34、……。控制器26根据电平检测器23、33、……测得的信息来控制可变长度延时装置22、32、……和衰减器24、34、……。这样，在数字5.1声道系统中，DSP11包括6个可变长度延时装置、6个电平检测器和6个衰减器。不过，为简单起见，图2只示出了两个声道的结构。

可变长度延时装置22、32、……对音频信号作必要的延时，以便使电平检测器23、33、……能检测信号电平以及使控制器26能产生控制信号。可以用固定延时装置来代替可变长度延时装置。不过，在这个例子中采用了可变长度延时装置22、32、……以便执行防溢出处理过程(d)。另外，衰减器24、34、……执行其它防溢出处理过程(a)、(b)、(c)和(e)。

图2中的标号21代表输出端子。第一声道的数字音频信号从输入端21施加到可变长度延时装置22和电平检测装置23上。电平检测装置23检测第一声道的数字音频信号电平。所检测到的信号电平被输入到控制器26中。其它声道的数字音频信号电平也用同样的方法检测。所有检测到的电平都输入到控制器26中。

外部控制信号通过端子28输入到控制器26和混频器25上。该控制信号给混频器25指定一种计算处理过程(换言之，下变频类型)。换句话说，该控制信号将传统的双声道伺服系统或传统的环绕系统指定为下变频类型。控制器26根据下变频计算处理类型和各个声道的电平检测信号来预测计算结果是否会溢出。控制器26产生可变长度延时装置22、23、……和衰减装置24、34、……的控制信号。换句话说，它要完成一个或一组上述防溢出处理过程(a)到(e)。

另外，控制器26以预定间隔对每个声道信号的上电平部分的压缩频率进行检测。当控制器26断定该频率超过预定门限值时，便能立刻或逐步提高防溢出处理过程的有效电平。例如，不仅使每个声道的较高电平(高位)得到衰减，而且使每个声道的整个信号电平得到衰减。

当执行用于衰减每个声道整个信号电平的防溢出处理过程时，以预定间隔检测每个信号的峰值电平达到满位(对应于正的最大值或负的最大值)的频率。当控制器26断定该频率小于预定限值时，便可以减少使用或取消防溢出处理过程，以便使整个信号电平恢复为原始信号电平。

为避免发生信号溢出，除了进行电平衰减处理外，还可以控制模拟放大器的放大倍数。不过，模拟放大器的放大倍数并不总受到控制。换句话说，根据本发明，只有在可能会发生溢出时才对信号电平进行衰减。通常这种电平衰减过程大约为几秒钟。因此，听众感觉不到电平衰减处理。

本发明是按照上述实施例应用到DVD再现设备上的。不过，本发明还可以应用到采用记录媒体而不是DVD的音频信号再现设备中。另外，除了应用于数字5.1声道系统之外，本发明还可以应用到多声道系统/环绕系统中。例如，本发明可以应用于DTS(数字影院系统)。

按照本发明，只有当预测到溢出会发生时才进行衰减处理。因此，与总是进行衰减处理的系统相比，它可以抑制原始信号LSB侧信号的丢失。另外，它还不需要提高模拟放大器的放大倍数。因此，再现后的音频信号的S/N比不会变坏。在不补偿模拟放大器放大倍数的设备中，信号电平比较低。因而听众可能会有不好的印象。不过，按照本发明，由于可以在短时间内进行衰减处理而不需要对放大器的放大倍数进行补偿。因此，听众不会觉得信号电平下降。

在参照附图对本发明特定优选实施例作了说明以后，可以认识到本发明并不局限于该确定实施例，在所附权利要限定的本发明的范围和宗旨下，本领域内的技术人员可以进行各种修改和变动。

Claims

1．一种用于计算多个声道的音频信号和产生组合音频信号的音频信号处理设备，它包括：

用于计算多个声道的数字音频信号的计算装置；

用于检测多个声道的数字音频信号电平的检测装置；和

用于根据所述计算装置的计算处理输出信号和所述检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出、以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号进行衰减的装置。

2．一种用于计算多个声道的音频信号和产生组合音频信号的音频信号处理设备，它包括：

用于计算多个声道的数字音频信号的计算装置；

用于检测多个声道的数字音频信号电平的检测装置；和

用于根据所述计算装置的计算处理输出信号和所述检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出、以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号的相位进行修改的装置。

3．根据权利要求1所述的音频信号处理设备，其中，只有数字音频信号中的较高电平部分受到衰减。

4．根据权利要求1所述的音频信号处理设备，其中，所述计算装置进行下变频(down-mixing)处理。

5．一种音频信号再现设备，它包括：

用于从记录媒体中再现多个声道数字音频信号的再现装置；

用于处理再现的数字音频信号的信号处理装置，

其中所述信号处理装置具有：

用于计算多个声道数字音频信号的计算装置；

用于检测多个声道数字音频信号电平的检测装置；和

用于根据所述计算装置的计算处理输出信号与所述检测装置的输出信号来预测组合音频信号是否会发生溢出、以及用于在预测到会发生溢出时对多个声道中的至少一个声道的数字音频信号进行衰减的装置。