CN1468003A - 减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法。首先，由一位元流之一资料框中，取出此时须将被解码至一声道的N个样本。由一反转换，以便一次估算出含有K个PCM样本之一大资料区段。然后，丢弃上述取出的N个样本。注意，取出的样本数目会大于或等于产生的资料区段的PCM样本数目，即N≥K。接着，重复前述步骤，直到完全取得上述声道的大资料框为止。

Description

减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法
技术领域
本发明关于一种数位音讯解码，特别是有关于一种用以减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法。
发明背景
过去数年中，数位音讯资料压缩已经变成音讯产业中一项重要的技术。产生许多标准可以不用像使用传统技术对资料频宽(data bandwidth)的要求，而达到高品质的音讯重现(audio reproduction)。已知的数位影音压缩标准“MPEG”(Moving Picture Experts Group)是由国际标准组织(ISO，International standards Organization)所发表的。于第一时期的MPEG中，是发展两声道立体影音的一个压缩标准，可以得到近似CD(compact disk)的品质。其中，MPEG-1表示第一时期的MPEG而MPEG-2表示第二时期的MPEG。对二声道立体影音来说，MPEG-1与MPEG-2之间是没有多大的差异。于MPEG-2中实质上最大的差异，是对多声道解码(multichannel coding)的压缩标准的界定。于MPEG-1与MPEG-2中，很多种压缩方法都是可行的。举例来说，MPEG-1与MPEG-2皆提供用以增加压缩品质(compression)与解码复杂度(decoder complexity)的三个压缩技术，参考作层次“layers”。最广泛被使用的音讯压缩格式是为层次(Layer)2及层次3，尤其是MPEG Layer-3(MP3)在网路音讯传播当中，已经脱颖而出成为主要格式。另外，MPEG-2(进阶编码技术标准，AAC standards)是为MPEG-1的继承者，AAC对一般立体多声道信号的编码来说，是为一种第二代的音讯编码方法。
先进电视系统委员会(Advanced Television System Committee，ATSC)提出一个称作AC-3的对答(competing)的标准，作为高解析度电视(HighDefinition Television，HDTV)的音讯服务标准。AC-3标准也已经应用在消费性媒体(consumer media)中，例如数位音讯光碟(DVD)以及卫星直播(direct satellite broadcast)。一个AC-3位元流(bitstream)是由资料框(frames)所组成，资料框(frames)代表着跨在所有声道的1536个固定日间周期的PCM样本。其中，每个资料框(frame)有六个音言区段(audio block)，各表示着每一编码的声道的256个PCM样本。AC-3音讯解码技术需要某些步骤，例如位元分配(bit allocation)、反量化(dequantization)、去耦合(decoupling)、再矩阵化(rematrixing)、动态范围压缩(dynamic range compression)，以及反修正式离散余弦转换(Inverse Modified Discrete Cosine Transform，IMDCT)。另一方面，含有两团(granules)的每一个MP3音讯资料框表示着1152个输入PCM音讯样本。MP3中的一团可以视为各含有18个样本的32个次频带，共具有576个样本。MP3位元流的解码亦需要一些步骤，例如音讯样本的可变长度解码(variable length decoding of audio samples)、缩放因子与位元分配的解码(decoding of scale factors and bitallocation)、样本的反量化(dequantization of samples)、反修正式离散余弦转换的计算(computation of IMDCT)，以及次频带样本合成(synthesis of subband sample)。
为了重组(reconstruct)数位信号，已知解决方法是提供一个很大的记忆体暂存器，足以同时储存一资料框中所有声道的资料，使得一个解码器可以将音讯信号由频域转换至时域。举上述AC-3位元流的解码为例，使用需求512×6＝3072个样本(Samples)的一输入暂存器，用以实施一50％重叠的反修正式离散余弦转换(IMDCT)，以及需求256×6＝1536个样本的一输出暂存器，用以实施IMDCT。同样地，已知MP3解码器使用一个需求576×2＝1152个样本的一输入暂存器用以实施一50％重叠的IMDCT、需求576×2＝1152样本之一合成输入暂存器(synthesis InPut buffer)用以实施次频带合成(subband synthesis)，以及需求576×2＝1152个PCM样本之一输出暂存器。虽然原则上是易于实施的，但是就设计于一单晶片上的数位音讯解码器的尺寸、成本以及复杂度而言是过多了。因此，需要一个与已知相较而言可以大大地减少暂存需求量的数位音讯解码器。
发明内容
有鉴于此，本发明的首要目的，在于提供一种减少一数位音讯解码器的暂存需求量的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，包括：
(a)由一位元流之一资料框中，取出此时须将被解码至一声道的N个样本，其中N为一第一既定数目，且为一正整数；
(b)储存上述取出的N个样本，至可容纳上述取出的N个样本之一第一暂存器；
(c)对上述取出的N个样本，实施一反转换，以便一次产生含有K个PCM样本的一次资料区段，其中上述次资料区段是为一PCM输出资料框的一部份，在此K为一第二既定数目，且K为一小于N的正整数；
(d)储存上述次资料区段，至可容纳上述K个PCM样本之一第二暂存器；
(e)丢弃上述取出的N个样本；以及
(f)重覆上述步骤(a)至步骤(e)，直到完全取得上述音讯声道的上述PCM输出资料框。
上述位元流符合AC-3规格。
上述反转换为一反修正式离散余弦转换(IMDCT)。
上述第一既定数目N为256。
上述第一既定数目与第二既定数目间的关系为： K = N 2 n
             此处n≥0，且n为一正整数。
上述位元流符合MPEG-2进阶编码技术标准(Advanced Audio Codingstandrad)。
上述反转换为一反修正式离散余弦转换(IMDCT)。
一种减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法包括：
(a)由一位元流中含有M个样本之一资料框内，取出此时须被解译至一声道的N个样本，其中N为一第一既定数目，M为一第二既定数目，N、M为正整数且M≥N；
(b)储存上述取出的N个样本，至可容纳上述取出的N个样本之一第一暂存器；
(c)对存于上述第一暂存器中的上述取出的N个样本，实施一反转换以便一次产生至少一个次频带样本；
(d)储存上述次频带样本，至可容纳上述K个次频带样本之一第二暂存器，其中K为一第三既定数目，且为一正整数；
(e)丢弃上述取出的N个样本；以及
(f)重复上述步骤(a)至步骤(e)，直到完全取得上述声道的K个次频带样本。
更包括：
(g)将存于上述第二暂存器之上述K个次频带样本，供应至一合成滤波器组；
(h)由上述合成滤波器组，将上述K个次频带样本重组成PCM输出样本之一资料区段。
上述位元流符合MPEG layer-3(MP3)格式。
此外，本发明是针对减少一个以平面转换为基底的解码系统中，一数位音讯解码器的暂存需求量的方法。根据本发明的一实施例，首先是由一位元流之一资料框中，取出此时须将被解码至一声道的N个样本，其中N为一第一既定数目，且为一正整数。被取出的N个样本，接着被储存至可容纳取出的N个样本之一第一暂存器。然后，对第一暂存器中上述取出的N个样本，实施一反转换，以便一次产生含有K个PCM样本的一次资料区段。要注意的是，上述次资料区段是为一PCM输出资料框的一部份，在此K为一第二既定数目，且K为一小于N的正整数。之后，丢弃上述取出的N个样本。接着，重复前述步骤，直到完全取得上述声道的PCM输出资料框为止。
根据本发明的另一实施例，是揭露减少一个使用滤波器组混合之一数位音讯解码器的暂存需求量的方法。本发明首先是由一位元流中含有M个样本之一资料框内，取出此时须被解译至一声道的N个样本。接着，将被取出的N个样本，储存至可容纳取出的N个样本之一第一暂存器。注意，N为一第一既定数目，M为一第二既定数目，N、M为正整数且M≥N。然后，对存于第一暂存器中的上述取出的N个样本，实施一反转换以便一次产生至少一个次频带样本接下来，将上述次频带样本，储存至可容纳K个次频带样本之一第二暂存器，其中K为一第三既定数目，且为一正整数。之后，丢弃上述取出的N个样本。重覆前述步骤，直到完全取得上述声道的K个次频带样本为止。一旦K个次频带样本全部存于第二暂存器中时，K个次频带样本将被应用至一含有K个次频带的合成滤波器组，同时，上述合成滤波器组将K个次频带样本，重组成PCM输出样本的一资料区段。
附图说明
图1A是为用于已知AC-3解码系统之一平面滤波器组的方块图。
图1B是为用于已知MPEG Layer-3解码系统之一合成滤波器组的方块图。
图2A是显示本发明对于MPEG Layer-3解码之一实施例。
图2B是为图2A中的动作的流程图。
图3A是显示本发明对于AC-3解码的另一实施例。
图3B是为图3A中的动作的流程图。图号说明
102、112    MDCT           114    多相滤波器组
202、302    IMDCT暂存器    204、304    IMDCT逻辑
206    次频带暂存器        208    合成滤波器组
306    PCM暂存器
具体实施方式
本发明为实现MPEG及AC-3音讯解码架构的一部分，因此将参考图1A、1B，加以说明于MPEG及AC-3音讯解码中之一关键技术，例如时域/频域映射(time-frequency mapping)。MPEG及AC-3都是直觉想到会使用到频域编码的编码器，时域/频域映射(滤波器组等等)常用来将输入信号解析成已次取样的频谱分量(subsampled spectral component)，且连同解码器中对应的滤波器组，可以构成一分析/合成系统。所有直觉想到的编码器，都是使用相同基本原则的结构，编码器(encoder)由一滤波器组的估算(calculating)(就是进行transform)，分析出音讯信号的频谱成份，并且应用“人耳声觉模组(psychoacoustic model)”来评估刚好可察觉的噪音值(the just noticeable noise-level)。在它量化(quantization)及编码阶段，解码器会试着在某种程度上地去分配(allocate)有效数目的资料依元(data bit)以满足音质(bitrate)与摭掩(masking)的需求。
AC-3是纯粹使用修正式离散余弦转换(Modified Discrete CosineTransform，MDCT)来编码。如图1A中所示，AC-3解码器使用一个50％重叠的512点(512-Point)离散余弦转换，PCM输入样本会被供应至一滤波器组(filer bank)102，以便每个音讯资料区段(audio block)产生256个频谱分量(frequency components)C(k)k＝0...255。于瞬态信号(transient signal)的情况中，用两个256点转换(256-pointtransform)取代上述512点转换，由使用一区块交换(block-switching)技术达到效能的提升。根据理想的时域混叠消除(time domain aliascancellation，TDAC)下，修正式离散余弦转换(MDCT)是为一种线性正交重叠转换(linear orthogonal lapped transform)。
参考图1B，于MPEG Layer-3中使用的滤波器组为含有一多相滤波器组114及一MDCT112之一合成滤波器组(hybrid filterbank)，此合成格式会选择相容于先前的格式，如Layer-1及Layer-2。首先，使用多相滤波器组114，数位音讯信号(PCM input)会被分成32个次频带信号SB(j)j＝0...31。上述复数次频带会被等间距地设置于由0至半个被取样频的频域上。为了达到更接近人类声觉的临界频带(critical band)的较高频率解析度，上述32个次频带信号SB(j)j＝0...31会由一具有动态窗切换(dynamic window switching)的6点或8点的MDCT转换，更进步再细分成频谱分量。每个次频带会再分成18个更细微的频谱分量，总计为576个频谱分量SB(k)k＝0...575，增加了去除冗于部分的可能性，对声调信号来说使得编码的效率更好。上述MDCT可以切换成将每个次频带产生6个频谱分量(short-window MDCTs)或是18个频谱分量(long-windowMDCTs)。注意，上述MDCT是为一50％重叠转换，因此，实际上，它分别是一12点或一36点转换。与MPEG Layer-3的合成滤波器组相比，MPEG-2 AAC使用类似于AC-3的一种平面MDCT区块转换(plain MDCT blocktransform)。举例来说，于AAC编码器中的滤波器组，为具有50％重叠(2048个样本的window length)之一1024线的MDCT。上述滤波器组可以切换8组128线的MDCTs(256个样本的window length)。因此，与Layer-3中576条频谱线相比，AAC中频谱线的数目增加至1024条。
解码的步骤非常容易，恰好跟上述编码的步骤相反，所要做的只是由c编码的频谱分量(spectral component)合成为一音讯信号。事实上，本发明是运用含有已编码资料集(Integrally encoded data)的次资料框(sub-frames)或音讯资料区段(audio blocks)的一个已编码的音讯资料框(audio frame)。不像已知为了反转换，而将整个资料框存于记忆体中，本发明将MPEG或AC-3位元流(bitstream)解码，透过暂存记忆体储存所需的样本。本发明试图只当反转换需要资料时，由位元流中取出有用的资料，为了减少暂存量，一次只处理一个已编码的声道。
本发明适用于MPEG layer-3的方法，将以图2A中的实施例，配合图2B中相关流程图用以说明。于步骤S210中，由一MP3位元流之一资料框(sub-frame)中，取出此时须将被解码至一声道的N个样本，其中上资料框(granule)含有M个样本。注意，N为一第一既定数目，M为一第二既定数目，且M与N皆为正整数。于关于MP3的此一实施例中，M会等于576，且N会等于18。接着，于步骤S212中，上述被取出的N(N＝18)个样本，被储存至可容纳取出的N个样本之一IMDCT暂存器202。随着步骤S214中的IMDCT逻辑204，对IMDCT暂存器202中的上述N(N＝18)个样本，实施一反转换，以便一次产生至少一个次频带样本(subbandsample)。之后，于步骤216中，上述次频带样本会被储存至一个次频带暂存器(subband buffer)206。其中K为一第三既定数目，且K为32。接下来，于步骤S218中，丢弃上述取出的N个样本，以储存新的样本。接着，于步骤S220中，重覆前述步骤S210-S218，直到完全取得上述声道(audio channel)的32个次频带样本(subband sample)为止。一旦32个次频带样本皆被储存至次频带暂存器206中时，于步骤S222中，32个次频带样本会被供应至含有K个(K＝32)次频带之一合成滤波器组(synthesis fliterbank)208。同时，于步骤S224中，由合成滤波器组208将32个次频带样本，重组(reconstruct)成一PCM输出样本的资料区段(block)。在此方法中，32个次频带的次频带样本会每一次都被反转换(inverse-transformerd)，再供应至合成滤波器组208，因此可以产生出连续不断的PCM输出样本。
关于AC-3解码的程序，将以图3A中的另一实施例，配合图3B中相关流程图用以说明。本发明适用于AC-3的解码步骤，与用于MEPG Layer-3的解码步骤相似，但不使用一合成滤波器组。于步骤S310中，由一AC-3位元流之一资料框(sub-frame)中，取出此时须将被解码至一声道之N个样本，其中N为一第一既定数目，且为一正整数。接着，于步骤S312中，上述被取出的N个样本，被储存至可容纳取出的N个样本之一IMDCT暂存器302。随着步骤S314中的IMDCT逻辑304，对IMDCT暂存器302中的上述N个样本，实施一反转换，以便一次产生含有K个次频带样本(subband sample)的一资料区段(sub-block)。之后，于步骤316中，刚刚产生的上述资料区段会被储存至一个PCM暂存器306。注意，上述资料区段(sub-block)是为一PCM输出资料框(audio block)的一部分，其中K为一第二既定数目，且K为一个小于N的正整数。接下来，于步骤S318中，丢弃存于IMDCT暂存器302中的上述N个样本，以储存新的样本。接着，于步骤S320中，重覆前述步骤S310-S318，直到完全取得上述声道(audio channel)之一PCM出输资料框为止。随着下一个次资料框被取样以及反转换，前述步骤会继续执行，而得以进行重组(reconstruction)。既然对AC-3而言，N为二的次方，第一既定数目N与第二既定数目M之间的关系，因此被定义为 K = N 2 n
此处n≥0，且n为一正整数。对于实施例中，上述第一既定数目N为256，上述第一既定数目M为16(所以n＝4)。
虽然本发明是参照MPEG Layer-3标准及AC-3标准来说明，但不用以限定本发明，同样也可以应该于MPEG-2标准、AAC标准，以及除了MPEG及AC-3之外的编码架构。因此，本发明由提供一个可以比已知大大地减少了暂存需求量的方法，而填补了现存于已知技术中的需求。

Claims (10)

1.一种减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，包括：
(a)由一位元流之一资料框中，取出此时须将被解码至一声道的N个样本，其中N为一第一既定数目，且为一正整数；
(b)储存上述取出的N个样本，至可容纳上述取出的N个样本之一第一暂存器；
(c)对上述取出的N个样本，实施一反转换，以便一次产生含有K个PCM样本的一次资料区段，其中上述次资料区段是为一PCM输出资料框的一部份，在此K为一第二既定数目，且K为一小于N的正整数；
(d)储存上述次资料区段，至可容纳上述K个PCM样本之一第二暂存器；
(e)丢弃上述取出的N个样本；以及
(f)重覆上述步骤(a)至步骤(e)，直到完全取得上述音讯声道的上述PCM输出资料框。
2.如权利要求1所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述位元流符合AC-3规格。
3.如权利要求2所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述反转换为一反修正式离散余弦转换(IMDCT)。
4.如权利要求2所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述第一既定数目N为256。
5.如权利要求1所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述第一既定数目与第二既定数目间的关系为： K = N 2 n
            此处n≥0，且n为一正整数。
6.如权利要求1所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述位元流符合MPEG-2进阶编码技术标准(Advanced AudioCoding standrad)。
7.如权利要求6所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述反转换为一反修正式离散余弦转换(IMDCT)。
8.一种减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法包括：
(a)由一位元流中含有M个样本之一资料框内，取出此时须被解译至一声道的N个样本，其中N为一第一既定数目，M为一第二既定数目，N、M为正整数且M≥N；
(b)储存上述取出的N个样本，至可容纳上述取出的N个样本之一第一暂存器；
(c)对存于上述第一暂存器中的上述取出的N个样本，实施一反转换以便一次产生至少一个次频带样本；
(d)储存上述次频带样本，至可容纳上述K个次频带样本之一第二暂存器，其中K为一第三既定数目，且为一正整数；
(e)丢弃上述取出的N个样本；以及
(f)重复上述步骤(a)至步骤(e)，直到完全取得上述声道的K个次频带样本。
9.如权利要求1所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，更包括：
(g)将存于上述第二暂存器之上述K个次频带样本，供应至一合成滤波器组；
(h)由上述合成滤波器组，将上述K个次频带样本重组成PCM输出样本之一资料区段。
10.如权利要求9所述的减少数位音讯解码器的暂存需求量的方法，其特征在于，上述位元流符合MPEG layer-3(MP3)格式。
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