DE10300714A1

DE10300714A1 - Übertragung und Reproduktion von Stereophonie-Audiosignalen

Info

Publication number: DE10300714A1
Application number: DE10300714A
Authority: DE
Inventors: Marcus Richard Jones; Terence Christopher Aliwell
Original assignee: Zarlink Semiconductor Ltd
Current assignee: Microsemi Semiconductor Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2003-07-24
Also published as: GB2384147B; FR2836001A1; US20030142839A1; GB2384147A; US7428308B2; GB0200499D0

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Übertragung und Reproduktion von Stereophonie-Audiosignalen offenbart. Das Verfahren beinhaltet ein Teilen eines ersten und eines zweiten Kanals in zwei Frequenzbänder, ein Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle und ein Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen und der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen. Die Vorrichtung beinhaltet: einen Teiler zum Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, einen Kombinierer zum Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle und einen Sender zum Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen und der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen. Diese Erfindung bezieht sich auch auf Vorrichtungen zur Reproduktion von Stereophoniesignalen.

Der Bluetooth-Standard ermöglicht es Vorrichtungen, in einer drahtlosen Verbindung mit bestimmten definierten Kanälen, einschließlich drei SCO- Kanälen mit 64 kb pro Sekunde, miteinander zu kommunizieren. Jeder Kanal kann abgetastete Audiosignale mit einer Bandbreite von 4 kHz mit Abtasteinheiten von 8 Bit führen. 4 kHz werden jedoch nicht als geeignet zur Verwendung mit tragbaren Hifi-Geräten angesehen, wenngleich sie als ausreichend zum Führen von Sprachsignalen angesehen werden.

Es ist bekannt, die Menge an digitalen Daten, die erforderlich sind, um Stereophonie-Audiosignale zu repräsentieren, unter Verwendung von Codierern gemäß dem MPEG-1-Standard zu verwenden. Stereophoniesignale, die nach einer MPEG-1-Kompression rekonstruiert werden, tendieren dazu, von sehr hoher Qualität zu sein. MPEG-Codierer und -Decodierer sind jedoch nicht kostengünstig zu erzeugen, und sie tendieren dazu, einen ziemlich hohen Leistungsverbrauch zu haben. Demzufolge ist es wünschenswert, ihre Verwendung in tragbaren, batteriebetriebenen Geräten zu vermeiden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignale bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, ein Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle und ein Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen sowie der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen beinhaltet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Teilen jedes der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle, Verschieben der Frequenz der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle nach unten und Übertragen des kombinierten Signals oder von für dieses repräsentativen Signalen und der frequenzverschobenen Signale oder von für diese repräsentativen Signalen.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung beinhaltet: einen Teiler zum Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, einen Kombinierer zum Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle und einen Sender zum Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen sowie der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung beinhaltet: einen Teiler zum Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, einen Kombinierer zum Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle, einen Frequenzschieber, um die Frequenz der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle nach unten zu verschieben, und einen Sender zum Übertragen des kombinierten Signals oder von für dieses repräsentativen Signalen sowie der frequenzverschobenen Signale oder von für diese repräsentativen Signalen.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reproduzieren von Stereophonie-Audiosignalen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Mittel zum Empfangen von über drei Audiokanäle übertragenen Signalen, Mittel zum Kombinieren von über einen ersten der Kanäle empfangenen Signalen mit Signalen, die über einen zweiten der Kanäle empfangen werden, um ein erstes Kanalausgangssignal bereitzustellen, und Mittel zum Kombinieren von Signalen, die über den ersten der Kanäle empfangen werden, mit Signalen beinhaltet, die über einen dritten der Kanäle empfangen werden, um ein zweites Kanalausgangssignal bereitzustellen.

Nunmehr werden Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen
Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, welches das Konzept der Erfindung darstellt;
Fig. 2 und 3 schematische Diagramme einer ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung sind.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen schematisch gezeigt. Die Vorrichtung beinhaltet einen linken und einen rechten Audiokanaleingang 11, 12 mit einer Bandbreite von jeweils 8 kHz. Ein erster und ein zweiter Signalteiler 13, 14 sind jeweils mit einem der Kanaleingänge verbunden. Der erste Teiler 13 führt die niedrigsten 4 kHz des an dem linken Kanaleingang 11 empfangenen Signals zu einem Summierer 15 und führt die höchsten 4 kHz zu einem Abwärtswandler 16. Der zweite Signalteiler 14 führt in ähnlicher Weise die niedrigsten 4 kHz der an dem rechten Kanaleingang empfangenen Signale zu einem weiteren Eingang des Summierers 15 und führt die höchsten 4 kHz zu einem zweiten Abwärtswandler 17. Die Abwärtswandler 16, 17 wandeln die an ihrem Eingang empfangenen Signale jeweils um 4 kHz abwärts und führen sie einem ersten bzw. einem zweiten drahtlosen Datenkanal 18, 19 mit 64 kb pro Sekunde zu. Der Summierer 15 summiert die Signale, die er empfängt, und führt sie einem dritten drahtlosen Datenkanal 20 mit 64 kb pro Sekunde zu. Jeder der Datenkanäle 18 bis 20 führt daher ein digitalisiertes Audiosignal, das eine Bandbreite zwischen OHz und 4 kHz belegt.
Stereophonie-Audiosignale werden an einem Empfängerende der Datenkanäle 18 bis 20 rekonstruiert. Ein erster und ein zweiter Aufwärtswandler 21, 22 sind jeweils mit einem der Datenkanäle 18, 19 verbunden. Diese Aufwärtswandler verschieben jeweils die Frequenz von empfangenen Signalen um 4 kHz aufwärts, was zu Signalen führt, die gleich jenen sind, die an dem jeweiligen Abwärtswandler 16, 17 angelegt sind. Signale, die von dem ersten Aufwärtswandler zugeführt werden, werden zu Signalen, die über den dritten Datenkanal 20 empfangen werden, in einem zweiten Summierer 23 addiert, und das Resultat wird einem linken Kanalausgang 24 zugeführt. In ähnlicher Weise summiert ein zweiter Summierer 25 die Signale, die von dem zweiten Aufwärtswandler 22 zugeführt werden, zu Signalen, die über den dritten Datenkanal 20 empfangen werden, und führt das Resultat einem rechten Kanalausgang 26 zu.
Das Resultat ist die Übertragung von Audiosignalen mit 16 kHz über Kanäle mit einer kombinierten Bandbreite von 12 kHz. Dies wird ohne jegliche Reduktion der Signalqualität der höheren Frequenzen erreicht, jedoch auf Kosten einer unpräzisen Reproduktion von Signalen niedrigerer Frequenz. Dies wird jedoch unter vielen Umständen nicht als ein Problem betrachtet, da es bei der meisten aufgezeichneten Musik unüblich ist, einen signifikanten Unterschied zwischen den Komponenten niedriger Frequenz des linken und rechten Kanals festzustellen. Außerdem ist das menschliche Ohr viel weniger in der Lage, die Ursprungsrichtung eines Tons niedriger Frequenz als eines Tons hoher Frequenz wahrzunehmen, so dass es unwahrscheinlich ist, dass ein menschlicher Zuhörer in der Lage ist, einen Unterschied dahingehend festzustellen, ob die Vorrichtung 10 verwendet wird oder nicht. Dies gilt unabhängig davon, ob Töne unter Verwendung von Lautsprechern oder unter Verwendung von Kopfhörern wiedergegeben werden.
Eine analoge Ausführung der Vorichtung 10 ist in Fig. 2 mit 30 gezeigt, bei der für gleichartige Elemente wieder die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Bezugnehmend auf Fig. 2 beinhaltet die Vorrichtung 30 als den ersten Signalteiler 13 ein Hochpassfilter 31 und ein Tiefpassfilter 32. Jedes der Filter 31, 32 weist eine Grenzfrequenz von 4 kHz auf. Der zweite Signalteiler 13 beinhaltet in ähnlicher Weise ein zweites Hochpassfilter 33 und ein zweites Tiefpassfilter 34, die ebenfalls Grenzfrequenzen von 4 kHz aufweisen. Die Abwärtswandler 16, 17 sind aus einem ersten und einem zweiten Mischer 35, 36 gebildet, die üblicherweise mit einem Wellenoszillator von 4 kHz² verbunden sind. Die Ausgangssignale der Mischer 35, 36 werden durch jeweilige Tiefpassfilter 38, 39 gefiltert, die jeweils eine Grenzfrequenz von 4 kHz aufweisen, um die unerwünschten Summenfrequenzen zu entfernten. Der Summierer 15 wird von einem Verstärker 40 mit einem Rückkopplungswiderstand 41 gebildet.
Auf der Empfängerseite werden die Aufwärtswandler 21, 22 durch jeweilige Mischer 42, 43 gebildet, die üblicherweise von einem Wellenoszillator 44 von 4 kHz² versorgt werden. Nach den Mischern 42, 43 der Aufwärtswandler 21, 22 folgen jeweilige Hochpassfilter 45, 46, die jeweils eine Grenzfrequenz von 4 kHz aufweisen. Die Summierer 23, 25 werden durch jeweilige Verstärker 47, 48 mit einem jeweiligen Rückkopplungswiderstand 49, 50 gebildet. In dieser Ausführungsform sind die Datenkanäle 18 bis 20 Bluetooth-Audiokanäle. Zu diesem Zweck beinhaltet die Vorrichtung 10 Analog- Digital-Wandler (ADCs), einen Modulator, einen Radiosender, einen Radioempfänger, einen Demodulator sowie Digital-Analog-Wandler (DACs), die nicht gezeigt sind. Die über die Datenkanäle 18 bis 20 übertragenen Signale sind daher nicht die von den Filtern 38, 39 und dem Summierer 15 bereitgestellten Signale. Stattdessen sind die übertragenen Signale repräsentativ für die von den Filtern 38, 39 und dem Summierer 15 bereitgestellten Signale. Die repräsentativen Signale werden an der Empfängerseite verarbeitet, um die von den Filtern 38, 39 und dem Summierer 15 bereitgestellten Signale zu rekonstruieren.
Eine digitale Ausführung der Vorrichtung 10 ist in Fig. 3 mit 60 gezeigt. Die Bezugszeichen aus Fig. 1 sind für gleichartige Elemente wieder verwendet. Bezugnehmend auf Fig. 3 beinhaltet die Vorrichtung 60 einen linken und einen rechten ADC 61, 62, die jeweils Signale abtasten, die an deren jeweiligem Eingang 11, 12 empfangen werden, und 16K- Abtasteinheiten derselben pro Sekunde an ihrem Ausgang bereitstellen. Ein erster digitaler Signalprozessor (DSP) 63 ist dazu angeordnet, die abgetasteten Signale des linken Kanals zu empfangen, um eine Hochpassfilterung zur Eliminierung von Signalen mit einer Frequenz von weniger als 4 kHz durchzuführen, das Resultat um 4 kHz abwärts zu wandeln und das abwärtsgewandelte Signal tiefpasszufiltern, um Signale mit einer Frequenz von über 4 kHz zu eliminieren. Signale, die durch den ersten DSP 63 bereitgestellt werden, weisen eine Abtastrate von 8 kBit pro Sekunde auf. Ein zweiter DSP 64 führt die gleichen Funktionen hinsichtlich Signalen durch, die durch den rechten Kanal ADC 62 bereitgestellt werden. Die durch den linken und den rechten ADC 61, 62 bereitgestellten Abtastungen sind ebenfalls hochpassgefiltert, um Signale mit Frequenzen über 4 kHz durch jeweilige dritte und vierte DSPs 65, 66 zu entfernen. Signale, die von dem dritten und dem vierten DSP herrühren, werden durch einen digitalen Summierer 15 zusammenaddiert, der Ausgangsabtastungen von 8 kBit pro Sekunde bereitstellt: Die von dem ersten und dem zweiten DSP 63, 64 und dem Addierer 15 bereitgestellten Signale werden zwecks Übertragung über jeweilige Bluetooth-Sprachkanäle 18 bis 20 mit 64 kBit pro Sekunde durch eine nicht gezeigte Vorrichtung aufbereitet.
Am Empfängerende demoduliert eine nicht gezeigte Vorrichtung die gemäß Bluetooth übertragenen Daten und gibt sie zu drei separaten digitalen Kanälen mit 8 kBit pro Sekunde zurück. Die über den dritten Datenkanal 20 empfangenen Signale werden durch einen fünften DSP 67 verarbeitet, der ihre Abtastrate verdoppelt. Signale, die über den zweiten Kanal 18 empfangen werden, werden durch einen sechsten DSP 68 verarbeitet, der dazu angeordnet ist, die Signale um 4 kHz aufwärts zu wandeln und dann das Resultat hochpasszufiltern, um Komponenten mit Frequenzen von weniger als 4 kHz zu entfernen. Das Resultat wird mit 16 kBit pro Sekunde abgetastet und dem zweiten Summierer 23 zugeführt. Ein siebter DSP 69 führt die gleichen Funktionen mit über den zweiten Kanal 19 empfangenen Signalen durch und führt dem dritten Summierer 25 Abtastungen mit 16 kBit pro Sekunde zu. Der zweite und der dritte Summierer addieren die von deren jeweiligem DSP 68, 69 empfangenen Signale zu von dem fünften DSP 67 gelieferten Signalen, was in Abtasteinheiten von 16 kBit pro Sekunde an deren jeweiligem Ausgang resultiert. Die Summierer 23, 25 sind mit deren jeweiligen Ausgängen 24, 26 durch jeweilige DACs 70, 71 verbunden.
Es existieren verschiedene alternative Ausführungsformen. In einer Ausführungsform werden analoge Signale auf der Senderseite, wie in der Ausführungsform von Fig. 2, verarbeitet und auf der Empfängerseite digital verarbeitet, wie in der Ausführungsform von Fig. 3. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform werden Signale auf der Senderseite digital verarbeitet, und analoge Signale werden auf der Empfängerseite verarbeitet.
Die Verwendung von Bluetooth-SCO-Kanälen ist für die Erfindung nicht wesentlich. Es können jegliche geeignete Kanäle in Abhängigkeit von den Bandbreitenanforderungen verwendet werden. Außerdem ist die Teilung der Komponenten mit höheren Frequenzen von den Komponenten mit niedrigeren Frequenzen veränderbar. Wenn zum Beispiel drei Kanäle von 6 kHz zur Verfügung stehen, können Stereosignale mit einer Bandbreite von 12 kHz übertragen werden, indem die unteren 6 kHz jedes Kanals entfernt werden, diese Signale summiert werden und die Summe über einen dritten Kanal übertragen wird. In diesem Fall führen der linke und der rechte Kanal jeweils Signale mit einer Bandbreite von 6 kHz, und der dritte Kanal führt Signale mit einer Bandbreite von 6 kHz.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen, wobei das Verfahren ein Aufteilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, ein Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbands der zwei Kanäle und ein Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen und der Signale des höheren Frequenzbands der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen beinhaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren ein Kombinieren von jedem der übertragenen Signale des höheren Frequenzbands oder von für diese repräsentativen Signalen mit den kombinierten Signalen oder von für diese repräsentativen Signalen beinhaltet.

3. Verfahren zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen, wobei das Verfahren umfasst: Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbands der zwei Kanäle, Verschieben der Frequenz der Signale des höheren Frequenzbands der zwei Kanäle nach unten und Übertragen des kombinierten Signals oder von für dieses repräsentativen Signalen und der frequenzverschobenen Signale oder von für diese repräsentativen Signalen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren ein Verschieben der Frequenz von jedem der übertragenen frequenzverschobenen Signale oder der für diese repräsentativen Signalen nach oben und ein Kombinieren von jedem der resultierenden Signale mit dem kombinierten Signal oder den für dieses repräsentativen Signalen beinhaltet.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Übertragungsschritt ein Übertragen der Signale über drei digitale Datenkanäle beinhaltet.

6. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Übertragungsschritt ein Übertragen der Signale über eine Radioverbindung beinhaltet.

7. Verfahren zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen, wie im Wesentlichen hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

8. Vorrichtung zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen, wobei die Vorrichtung beinhaltet: einen Teiler zum Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, einen Kombinierer zum Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle und einen Sender zum Übertragen der kombinierten Signale oder von für diese repräsentativen Signalen und der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle oder von für diese repräsentativen Signalen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, die des Weiteren einen zweiten Kombinierer zum Kombinieren der kombinierten Signale oder der für diese repräsentativen Signale mit den Signalen des höheren Frequenzbandes, die für einen der Kanäle repräsentativ sind, oder mit den für diese repräsentativen Signalen und einen dritten Kombinierer zum Kombinieren der übertragenen kombinierten Signale oder der für diese repräsentativen Signale mit den Signalen des höheren Frequenzbandes des anderen der Kanäle oder den für diese repräsentativen Signalen beinhaltet.

10. Vorrichtung zur Übertragung von Stereophonie-Audiosignalen, wobei die Vorrichtung beinhaltet: einen Teiler zum Teilen von jedem der zwei Kanäle in zwei Frequenzbänder, einen Kombinierer zum Kombinieren der Signale des niedrigeren Frequenzbandes der zwei Kanäle, einen Frequenzschieber zum Verschieben der Signale des höheren Frequenzbandes der zwei Kanäle nach unten und einen Sender zum Übertragen des kombinierten Signals oder von für dieses repräsentativen Signalen und der frequenzverschobenen Signale oder von für diese repräsentativen Signalen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, die des Weiteren einen weiteren Frequenzschieber zum Verschieben der Frequenz von jedem der übertragenen frequenzverschobenen Signale oder der für diese repräsentativen Signale und einen zweiten Kombinierer zum Kombinieren von jedem der resultierenden Signale mit dem übertragenen kombinierten Signal oder den für diese repräsentativen Signalen beinhaltet.

12. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher der Sender Mittel zum Übertragen der Signale über drei digitale Kanäle beinhaltet.

13. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 12, bei welcher der Sender ein Radiosender ist.

14. Vorrichtung zum Reproduzieren von Stereophonie-Audiosignalen, wobei die Vorrichtung Mittel zum Empfangen von über drei Audiokanäle übertragenen Signalen, Mittel zum Kombinieren von über einen ersten der Kanäle empfangenen Signalen mit über einen zweiten der Kanäle empfangenen Signalen, um ein erstes Kanalausgangssignal bereitzustellen, und Mittel zum Kombinieren von über den ersten der Kanäle empfangenen Signalen mit über einen dritten der Kanäle empfangenen Signalen beinhaltet, um ein zweites Kanalausgangssignal bereitzustellen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, das des Weiteren Mittel zur Frequenzverschiebung von über den zweiten und den dritten Kanal empfangenen Signalen und Mittel beinhaltet, um die frequenzverschobenen Signale den Mitteln zum Kombinieren zuzuführen.