CN1819049A - 以两个单独的基本流实现高品质lpcm音频数据 - Google Patents

以两个单独的基本流实现高品质lpcm音频数据 Download PDF

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Abstract

一种提供最小文件大小的高清晰度音频格式，并同时提供能够只解码低品质音频文件的媒体播放器的兼容性的方法和设备。根据本发明，提供一种使用存储介质产生音频信号的方法，方法包括：在所述存储介质上存储数据文件，所述数据文件包括原始音频信号的数字表示；从所述数据文件中产生初级和次级基本数据流；使用所述初级基本数据流产生初级音频品质的初级音频信号；以及使用所述次级基本数据流产生次级音频品质的次级音频信号。此外本发明提供一种用于产生音频信号的信息处理系统，包括：数据存储介质；以及处理器。使用本发明的方法和设备，能支持具有减小的文件大小的高清晰度的格式，并且基准媒体播放器将能合成它们能够支持的最高品质音频格式。

Description

以两个单独的基本流实现高品质LPCM音频数据
技术领域
本发明主要涉及数字录音领域，并具体涉及编辑(authoring)数字音频内容以支持不同品质的两个或多个音频格式。
背景技术
随着信息的价值和使用的逐渐增多，个人和企业都寻求其它方式来处理和存储信息。用户可选用的一个选择是信息处理系统。一种信息处理系统主要是处理、编译、存储和/或通信用于商业、个人或其它用途的信息或数据，由此允许用户利用信息的价值。因为在不同的用户或应用中的技术和信息处理的需要和要求的不同，所以信息处理系统还可以根据什么信息被处理、存储或通信以及信息可以如何迅速及有效地处理而不同。信息处理系统中的变量允许信息处理系统对于具体用户或具体用途(例如金融交易处理、航空预定、公司数据存储或全球通信)多样和可配置。另外，信息处理系统可包括被配置以处理、存储和通信信息的多种硬件和软件组件，且可包括一个或多个计算机系统、数据存储系统和网络系统。信息处理系统不断在硬件组件和软件应用的性能上提高以产生和管理信息。
对于信息处理系统的使用，发展最快的一个应用是视听系统，尤其是那些涉及高清晰电视(HDTV)的系统。随着HDTV的逐渐普及，消费者对预先录制的、高清晰视频和音频内容的需求很快地增加。需要将音频品质与高清晰视频匹配的需求已产生新的数字音频编辑格式，该格式使用诸如具有192KHz的采样比率和24位采样精度(samplesize)的线性脉冲编码调制(LPCM)，下面参考LPCM192/24。
以LPCM192/24高清晰度格式来编辑音频内容产生很大的数据文件，在编码多通道时尤其如此。容纳这些大文件的需求产生了更大容量的格式，例如“高清晰度”DVD(HD-DVD)和“蓝光(Blu-Ray)”，两者都使用蓝色激光来读写数字内容。原始DVD容量限于单层格式4.7GB，双层格式8.4GB。HD-DVD每层具有15GB的容量，而蓝光每层能够传递25GB。在双层版本中，两种格式分别能提供30GB和50GB的容量。这些更高的容量媒体似乎提供了一种解决方法以容纳与高清晰度视频和音频内容紧密联系的必需的大文件大小。
但是，基准数字媒体播放器，以及新的使用旧的数模转换器(DAC)和较少容量的数字处理器的播放器，不能解释以其原始模式的LPCM192/24内容。为了使以LPCM192/24格式分布的内容向下兼容，则需要标准的数字音频格式的次级音频轨道的强制支持。新的光盘格式指定LPCM96/24，杜比数字(AC-3)或DTS(数字影院系统)5.1为强制(Mandatory)次级音频轨道，该次级音频轨道在当前实施下包含除了LPCM192/24位流的次级音频轨道。
在目前新光盘格式的实施下，强制次级音频轨道能被基准媒体播放器识别并被抽取以进行处理，具有96KHz采样比率和24位采样精度的LPCM96/24，是用于强制次级音频流的优选格式，因为它通过仅次于LPCM192/24的最高音频品质并可被所有的基准播放器读取。杜比数字和DTS(数字影院系统)5.1提供较差品质，因为它们分别以48KHz/16位和48KHz/20位进行编码，并且是有损压缩的标准。
包括LPCM96/24和LPCM192/24位流的目前的实施产生了不成比例的大文件的大小。当与高清晰度视频内容组合时，这些大文件能产生超过光盘容量的组合文件的大小。例如，六通道(左、中、右、左后、右后以及低频)的LPCM192/24音频格式需要27Mbps。高压缩的高清晰度视频需要6Mbps。在当前实施下支持96KHz和24位的强制次级音频通道需要另外的14.4Mbps，结果总共为需要47.4Mbps。25GB蓝光DVD只能支持70分钟的这样组合位流率的内容。
目前，对于内容编辑，最通常的解决方法是嵌入较低品质的强制音频流(例如，杜比数字或DTS)，其减少后编辑的音频文件大小以帮助使所有需要的内容装在光盘的容量限制内。当该方法支持LPCM192/24需要以支持强制、次级音频格式时，其限制用户可用的能够解码更高品质的强制音频格式(例如，LPCM96/24)，但不是LPCM192/24的媒体播放器的音频品质。
从上述中可以看出，该系统需要将更高品质音频格式(例如，LPCM96/24)提供给基准媒体播放器的用户，同时仍提供LPCM192/24文件而不超过媒体的容量。
发明内容
本发明通过使LPCM192/24位流分为两个基本流(elementarystream)的方法和设备来克服现有技术的不足。在本发明的一个实施例中，初级位流是LPCM96/24(96KHz采样比率和24位采样精度)格式，该格式能被媒体播放器合成为强制音频格式。次级位流包括用于支持LPCM192/24格式所需要的附加位。只能够提供LPCM96/24格式的媒体播放器能通过提供以其原始格式的初级位流运行。能够合成LPCM192/24格式的播放器组合初级和次级位流以产生用于合成的组合的LPCM192/24位流。产生的初级和次级位流文件的组合的大小比由支持LPCM192/24的次级音频流LPCM96/24的的当前实施所生成的文件大小要小。使用本发明的方法和设备，能以减小的文件大小来支持高清晰度的格式，并且基准媒体播放器将能合成它们能支持的最高品质音频格式。
附图说明
参考附图能更好地理解本发明，并且本发明很多的目的、特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。全部附图中使用的相同附图标记表示相同或相似的元件。
图1是用于执行本发明的方法和设备的信息处理系统的概略图；
图2是用于将音频内容编辑为双流LPCM192/24格式的方法和设备的概略图；
图3是表示本发明如何将原始LPCM192/24分为两个结果位流的更为详细的图示。
图4例示了本发明的产生稍低保真度的另一实施例。
具体实施方式
图1是用于执行本发明的方法和设备的信息处理系统100的概略图。该信息处理系统包括处理器102、输入/输出(I/O)装置104，例如显示器、键盘、鼠标以及相关的控制器、硬盘驱动器106和其它存储装置108，例如软盘和其它存储装置，以及多种其它子系统110，这些全部通过一根或多根总线102互相连接。在本发明的一个实施例中，子系统110包括光盘系统114，该光盘系统114包括光盘116，该光盘116包含用于产生可被处理产生高品质音频信号的多个数据流，如下文中将进行更为详细地讨论。如下文中所详细讨论，位流中的其中之一是能被数模(DAC)转换器118处理的强制、向下兼容格式，而其它位流是能被DAC120处理的可选的更高品质的格式。来自光盘116的视频数据位流被视频DAC122处理。
为了本公开的目的，信息处理系统可包括任何的手段和手段的聚合，其可操作以用于计算、分类、处理、传输、接收、检索、产生、存储、显示、表示、检测、记录、复制、处理或使用任何形式的商业、科学、控制或其它目的的信息、情报或数据。例如，信息处理系统可以是个人电脑、网络存储装置或任何其它适当装置，并且该系统可以在体积、形状、性能、功能和价格上变化。该信息处理系统可包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源，例如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑、只读存储器(ROM)，和/或其它类型的非易失性存储器。信息处理系统的附加组件可包括一个或多个硬盘驱动、一个或多个网络端口，该网络端口用于与外部装置以及多种输入和输出(I/O)装置，例如键盘、鼠标以及视频显示器通信。信息处理系统还可包括一根或多根可操作用于在不同硬件组件之间传输信息的总线。
图2是在用于将音频内容编辑为双流LPCM192/24格式的本方法和设备中实施的数据结构的概略图。在本发明的多个实施例中，图2例示的数据格式能够支持高品质(例如，LPCM96/24)强制音频格式，但与具有相同品质的强制次级音频格式的当前MPCM192/24的实施相比消耗较小的存储空间。
在数字音频编辑处理期间，两个位流200和210从相同音频内容中产生。在本发明的一个实施例中，位流200是需要被支持的一种强制音频格式并包括在96KHz采样和以24位字被读的音频内容的连续的(和进行的)帧202，204。位流210包括在192KHz采样的连续的(和进行的)帧212、214、216、218。但是，交替的(和进行的)帧212，214写做0位长度字并且交替的(和进行的)的帧214，218能写做24位长度的字。
在本实施例中，能够只合成LPCM96/24格式的媒体播放器识别LPCM96/24位流220，该位流220包括被图1所示的强制格式DAC118解码的连续的(和进行的)帧222、224。在该实施例中，能够合成LPCM192/24格式的媒体播放器包括实时地将位流200和210合并为单个位流230，该位流230包括连续的(和进行的)192KHz-24位帧232、234、236、238，位帧232、234、236、238接着被图1所示的可选高品质DAC120合成。
如下文中更详细地讨论，本发明能支持多个音频格式以产生强制、初级音频流，其与目前可选的LPCM192/24格式的实施相比具有显著减小的后编辑文件大小。本领域技术人员理解本发明同样应用于减少传输网络传输用的音频文件所需要的带宽。
图3是表示本发明如何将原始LPCM192/24分为两个结果位流的更为详细的图示。为了保持在初级和次级音频流之间的样本到样本的同步性，音频内容300必须首先被编辑为原始LPCM192/24位流310。在本发明的一个实施例中，编辑原始LPCM192/24位流310使用具有低通、96KHz(fc)截止的平滑(anti-alias)滤波器的模数转换器(ADC)302。原始LPCM192/24位流310包括“n”个连续192KHz/24位帧。由初级个帧312开始到紧邻最后一个帧的帧数目标记为“n-1”的帧316，一半的帧指定为“奇数”，帧316被。由第二个帧314开始直到最后的标记为帧数目“n”的帧318为止，另一半的LPCM192/24帧330指定为“偶数”。
在本发明的一个实施例中，中间的初级96KHz、24位音频位流320从原始LPCM192/24位流310中提取以满足强制音频格式的需要。中间的初级96KHz-24位音频位流320由奇数样本322、324直到最后的标记为原始LPCM192/24位流310的帧“n-1”的奇数样本326产生。生成的中间的初级96KHz-24位音频位流320就被馈通到具有48KHz的(fc)的低通频率滤波器340以进行平滑。过滤的96KHz-24位音频位流360由过滤的帧362、364以及直到最后过滤的标记为“n-1’”帧366合成。
第二中间位流330由余下的偶数帧332、334直到标记为帧数目“n”的336构成。该第二中间位流330通过下文中所述的附加的处理步骤被用来产生最后的192/24位流390。
过滤的96KHz-24位音频位流360由具有48KHz的(fc)的低通频率滤波器340产生，产生了含有低频率信息的偶数数目的帧。第二中间位流330具有96KHz的(fc)，第二中间位流330由高通频率滤波器350通过，其用来与插值处理结合以产生由载有高频音频数据的奇数数目帧372、374直到376(标记为帧“n-1i”)构成的位流370。
含有具有高频音频数据的奇数样本的插值样本位流370，能与过滤的96KHz-24位音频位流360接合以产生包括全频帧382、384以及直到最后过滤的帧386(标记为“n-1f”)的全频的强制位流380。该全频的初级位流380能被能够解码LPCM96/24格式的媒体播放器所合成。该全频的初级位流380还能与中间次级位流330结合以产生最后的全频LPCM192/24位流390，该位流390包括全频的奇数帧392直到最后的奇数帧396(标记为“n-1”)，以及全频的偶数帧394直到最后的偶数帧398(标记为“n”)。这样，最后的全频LPCM192/24位流390被任何能够解码LPCM192/24格式的媒体播放器所合成。
图4例示了本发明的产生比通常从192KHz采用频率中得到的稍低频率范围的另一实施例，但是其由于较高的采样频率而保持了低噪声的优点。为了保持初级和次级音频流之间的样本到样本的同步性，音频内容400必须首先被编辑为原始LPCM192/24位流410。在本发明的一个实施例中，编辑原始LPCM192/24位流410使用具有低通的平滑的48KHz(fc)截止的滤波器的模数转换器(ADC)402。原始的LPCM192/24位流140包括“n”数目的连续192KHz-24位帧。，由初级个帧412开始直到紧邻最后帧的被标记为帧数目“n-1”的帧416，一半的帧被指定为“奇数”。由第二个帧414开始直到最后的标记为帧数目“n”的帧418为止，另一半的LPCM192/24帧430被指定为“偶数”。
在本发明的一个实施例中，中间的初级96KHz-24位音频位流420从原始LPCM192/24位流410中提取以满足提供强制音频格式的需求。中间的初级96KHz-24位音频位流420由原始LPCM192/24位流410的奇数样本422、424直到最后的标记为的帧“n-1”的奇数样本426产生。第二中间96KHz-24位音频位流430由余下的偶数帧432、434并直到436构成，436被标记为帧数目“n”。
该中间的初级96KHz-24位音频位流420结合第二中间的初级96KHz-24位音频位流430以产生最后的LPCM192/24位流490，该位流490包括有限频率、奇数帧432直到标记为“n-1”的最后的奇数帧436，以及有限频率，偶数帧434直到标记为“n”的最后的偶数帧438。最后的LPCM192/24位流430能被任一能够解码LPCM192/24格式的媒体播放器所合成，但将不会产生具有在目前LPCM192/24实施的出现的全部光谱组件的音频内容。
使用本发明将保证至少能由部分的LPCM192/24实施支持的高品质的具有减小的文件大小的强制音频格式来容纳分布的媒体容量的限制。而且，不能读取LPCM192/24格式的音频内容的媒体播放器将能够由于媒体容量限制而以LPCM192/24格式代替较差品质音频格式来合成相同的音频内容。
虽然本发明已经进行了详细的描述，但是应该理解可对其进行不同的变化、替换和变更而不背离本发明的所附的权利要求定义的精神和范围。

Claims (22)

1、一种使用存储介质产生音频信号的方法，包括：
在所述存储介质上存储数据文件，所述数据文件包括原始音频信号的数字表示；
从所述数据文件中产生初级和次级基本数据流；
使用所述初级基本数据流产生初级音频品质的初级音频信号；以及
使用所述次级基本数据流产生次级音频品质的次级音频信号。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述初级基本数据流包括所述原始音频信号的96KHz/24位的数字表示。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述次级基本数据流包括附加数据位，所述附加数据位与所述第一基本数据流结合以产生所述次级音频品质的次级音频信号。
4、根据权利要求3所述的方法，其中所述次级基本数据流包括多个数据帧，所述数据帧含有在192KHz采样的具有分别读做0位长度字和24位字的所述数据流的交替帧的数据，其，并且所述含有24位字的所述帧中的数据与所述初级数据流的数据结合以产生含有多个192KHz/24位数据帧的音频信号。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述初级和次级基本数据流被如下编辑：
产生对应于所述原始音频信号的192KHz/24位数据流，所述192KHz/24位信号包括多个连续的奇数和偶数192KHz/24位数据帧；
使用96KHz滤波器产生多个连续的奇数和偶数过滤的192KHz/24位数据帧；以及
使用所述的连续奇数帧产生表示所述原始音频信号的96KHz/24位。
6、根据权利要求1所述的方法，其中使用48KHz平滑滤波器来过滤所述用于产生所述表示所述原始音频信号的96KHZ/24位的多个连续奇数的192KHz/24位数据帧。
7、根据权利要求6所述的方法，其中所述多个连续偶数数据帧使用插值和高通过滤进行处理，以产生多个包含高频数据的附加奇数数据帧。
8、根据权利要求7所述的方法，其中所述附加奇数数据帧结合所述多个过滤的奇数的192KHz/24位数据帧以产生多个192KHz/24位奇数数据帧。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述多个192KHz/24位奇数数据帧与所述多个192KHz/24位偶数帧结合以产生192KHz/24位音频信号。
10、根据权利要求4所述的方法，其中所述初级和次级基本数据流被如下编辑：
产生对应于所述原始音频信号的192KHz/24位数据流，所述192KHz/24位信号包括多个连续的奇数和偶数192KHz/24位数据帧；
使用48KHz滤波器以产生多个连续的奇数和偶数192KHz/24位数据帧；以及
使用所述的连续奇数帧以产生表示所述原始音频信号的96KHz/24位。
11、根据权利要求10所述的方法，其中所述多个奇数和偶数帧结合以产生192KHz/24位音频信号。
12、一种用于产生音频信号的信息处理系统，包括：
数据存储介质，其可操作以存储包括原始音频信号的数字表示的数据文件；以及
处理器，其可操作以处理所述数据文件以：
从所述数据文件中产生初级和次级基本数据流；
使用所述初级基本数据流以产生初级音频品质的初级音频信号；以及
使用所述次级基本数据流产生次级音频品质的次级音频信号。
13、根据权利要求12所述的信息处理系统，其中所述初级基本数据流包括96KHz/24位的所述原始音频信号的数字表示。
14、根据权利要求12所述的信息处理系统，其中所述次级基本数据流包括附加数据位，所述附加数据位与所述初级基本数据流结合以产生所述次级音频品质的次级音频信号。
15、根据权利要求14所述的信息处理系统，其中所述次级基本数据流包括多个数据帧，所述数据帧含有在192KHz采样的具有分别读做0位长度字和24位字的所述数据流的交替帧的数据，并且所述含有24位字的所述帧中的数据与所述初级数据流的数据结合以产生含有多个192KHz/24位数据帧的音频信号。
16、根据权利要求12所述的信息处理系统，其中所述初级和次级基本数据流被如下编辑：
产生对应于所述原始音频信号的192KHz/24位数据流，所述192KHz/24位信号包括多个连续的奇数和偶数的192KHz/24位数据帧；
使用96KHz滤波器以产生多个连续的奇数和偶数的过滤的192KHz/24位数据帧；以及
使用所述的连续奇数帧以产生表示所述原始音频信号的96KHz/24位。
17、根据权利要求12所述的信息处理系统，其中使用48KHz平滑滤波器来过滤所述用于产生所述表示所述原始音频信号的96KHZ/24位的多个连续奇数192KHz/24位数据帧。
18、根据权利要求17所述的信息处理系统，其中所述多个连续偶数数据帧使用插值和高通过滤进行处理以产生多个包含高频数据的附加奇数数据帧。
19、根据权利要求18所述的信息处理系统，其中所述附加奇数数据帧与所述多个过滤的奇数192KHz/24位数据帧结合以产生多个192KHz/24位奇数数据帧。
20、根据权利要求19所述的信息处理系统，其中所述多个192KHz/24位奇数数据帧与所述多个192KHz/24位偶数数据帧结合以产生192KHz/24位音频信号。
21、根据权利要求15所述的信息处理系统，其中所述初级和次级基本数据流被如下编辑：
产生对应于所述原始音频信号的192KHz/24位数据流，所述192KHz/24位信号包括多个连续的奇数和偶数192KHz/24位数据帧；
使用48KHz滤波器以产生多个连续的奇数和偶数192KHz/24位数据帧；以及
使用所述的连续奇数帧以产生表示所述原始音频信号的96KHz/24位。
22、根据权利要求21所述的信息处理系统，其中所述多个奇数和偶数帧结合以产生192KHz/24位音频信号。
CN200610007367.1A 2005-02-11 2006-02-13 以两个单独的基本流实现高品质lpcm音频数据 Active CN1819049B (zh)

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