DE69835990T2

DE69835990T2 - Audio-Codierer/-decodierer hoher Qualität

Info

Publication number: DE69835990T2
Application number: DE69835990T
Authority: DE
Inventors: Jae-Hoon Kwonsun-gu Suwon-city Heo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2018-08-22
Also published as: EP0899886A3; EP0899886B1; DE69835990D1; US6385571B1; KR100251453B1; JP3093181B2; JPH11145845A; EP0899886A2; KR19990018169A; CN1213135A; CN1110811C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ton-Codier-/Decodiervorrichtung und insbesondere eine Ton-Codier-/Decodiervorrichtung, die höhere Tonqualität als die Qualität ermöglicht, die durch DVD-Video-Standard ermöglicht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine DVD zum Aufzeichnen/Wiedergeben von Toninformationen durch Hinzufügen einer Aufzeichnungseinrichtung zu einer Ton-Codiervorrichtung und Hinzufügen einer Leseeinrichtung zu einer Ton-Decodiervorrichtung.
Es gibt verschiedene Kompressionsverfahren zum effizienten Übertragen bzw. Senden und Speichern von Informationen, wie beispielsweise Bild- oder Tondaten, die in ein Verfahren zum verlustlosen Codieren, bei dem wiederhergestellte Daten die gleichen sind wie Ursprungsdaten, die nicht komprimiert sind, und ein verlustbehaftetes Verfahren zum verlustlosen Codieren klassifiziert, bei dem es durch Kompression und Wiederherstellung zu Datenverlust kommt. Das Verfahren zum verlustlosen Codieren und das verlustbehaftete Verfahren zum Codieren werden verwendet, um ein qualitativ hochwertiges Tonsignal bereitzustellen.
EP 0 798 866 A2 offenbart eine Toncodiervorrichtung, die das empfangene digitale Tonsignal in ein niederfrequentes Signal und ein hochfrequentes Signal trennt. D1 offenbart des Weiteren eine Einrichtung zum verlustlosen Codieren, die das Hochfrequenz-Signal bearbeitet.
Ein vorhandenes verlustloses Verfahren zum Codieren variiert normalerweise eine Kompressionsrate entsprechend den Dateneigenschaften und komprimiert Daten entsprechend der variierten Kompressionsrate. Dadurch wird eine Übertragungsrate von Bitströmen, die durch Kompression erzeugt werden, nicht konsistent. Das verlustlose Verfahren zum Codieren kann eine Bitrate nicht auf einen konstanten Wert beschränken. Dementsprechend kommt es, wenn eine Bitrate zwangsweise beschränkt wird, zu einem Verlust an Informationen aufgrund der begrenzten Bitrate. Das heißt, eine konstante Bitrate ergibt keine verlustlosen Informationen.
Ein vorhandenes verlustbehaftetes Verfahren zum Codieren, bei dem Psycho-Akustik verwendet wird, analysiert des Weiteren ein Ton-Signal, um einen nicht benötigten Ab schnitt und ein Verlustelement der Daten zu entfernen und eine Genauigkeit für ein weniger signifikantes Signal zu verringern, und komprimiert das Ton-Signal auf Basis der Analyse. Das verlustlose Verfahren zum Codieren kann ein Signal mit einer konstanten Bitrate komprimieren. Da sich jedoch ein Signal vor der Komprimierung von einem Signal unterscheidet, das durch Wiedergabe eines komprimierten Signals erzielt wird, ist es schwierig, ein Tonsignal als ein qualitatives hochwertiges Tonsignal wiederzugeben. Insbesondere wenn ein Tonsignal über alle Bänder des Tonsignals unter Verwendung von Psycho-Akustik komprimiert wird, kommt es, auch wenn eine ausreichende Bitrate gegeben ist, selbst in einem Grundband, zu dem Informationen gehören, die unter Berücksichtigung einer physiologischen Wahrnehmung verlustlos gesendet werden sollten, zu Informationsverlust.
Um die oben aufgeführten Probleme zu lösen oder zu verringern, besteht ein Ziel von Ausführungen der vorliegenden Erfindung darin, eine Codiervorrichtung zum Komprimieren eines qualitativ hochwertigen Tonsignals mit einer konstanten Bitrate unter Verwendung einer Kombination eines psycho-akustischen Verfahrens zum Codieren, bei dem es sich um ein existierendes verlustbehaftetes Verfahren zum Codieren handelt, und einem existieren Verfahren zum verlustlosen Codieren, zu schaffen.
Ein weiteres Ziel von Ausführungen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Decodiervorrichtung zum Wiederherstellen eines mit der oben genannten Codiervorrichtung codierten Audio-Signals zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ton-Codiervorrichtung geschaffen, die umfasst:
eine Trenneinrichtung, die ein digitales Tonsignal empfängt und das empfangene digitale Tonsignal in ein erstes Tonsignal und ein zweites Tonsignal trennt; und eine Einrichtung zum verlustlosen Codieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung so eingerichtet ist, dass sie das empfangene digitale Tonsignal in das erste Tonsignal, das zu einem ersten Bereich gehört, und das zweite Tonsignal trennt, das zu einem zweiten Bereich gehört, wobei der gesamte Tonbereich, der durch das empfangene Tonsignal dargestellt wird, in den ersten und den zweiten Bereich geteilt ist; die Einrichtung zum verlustlosen Codieren so eingerichtet ist, dass sie das erste Tonsignal verlustlos codiert und einen ersten Bitstrom sowie eine erste Bitrate ausgibt, die der erste Bitstrom aufweist, der aus dem verlustlosen Codieren resultiert; und die Vorrichtung eine psychoakustische Codiereinrichtung zum psychoakustischen Codieren des zweiten Tonsignals und zum Ausgeben eines zweiten Bitstroms sowie einer zweiten Bitrate, die der zweite Bitstrom aufweist, umfasst, wobei die zweite Bitrate eine Differenz zwischen einer vorgegebenen Bitrate und der ersten Bitrate ist.
Vorzugsweise ist das digitale Tonsignal ein lineares Puls-Code-Modulations (PCM)-Tonsignal.
Der erste Bereich kann ein Bereich sein, zu dem Toninformationen gehören, die ohne jeglichen Verlust hinsichtlich der physiologischen Wahrnehmung gesendet bzw. übertragen werden sollten, und der zweite Bereich ist ein Tonsignalbereich, der nicht zu dem ersten Bereich gehört.
Vorzugsweise können der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem das gesamte Frequenzband, das durch das empfangene digitale Tonsignal eingenommen wird, in zwei Bereiche geteilt wird, wobei der erste Bereich ein vergleichsweise niedriges Frequenzband ist und der zweite Bereich ein vergleichsweise hohes Frequenzband ist.
Der erste Bereich kann ein Frequenzband einschließen, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich kann ein Frequenzband einschließen, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Der erste und der zweite Bereich können erzeugt werden, indem alle Tonkanäle entsprechend dem DVD-Video-Standard in zwei Teile geteilt werden.
Der erste und der zweite Bereich können erzeugt werden, indem sowohl das gesamte Frequenzband als auch alle Kanäle, die durch das empfangene Tonsignal eingenommen werden, in zwei Teile geteilt werden, wobei der erste Bereich zu einem vergleichsweise niedrigeren Frequenzband und einem Teil der Kanäle gehört und der zweite Bereich zu einem vergleichsweise höheren Frequenzband und den anderen Kanälen gehört.
Vorzugsweise schließt der erste Bereich ein Frequenzband ein, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich schließt ein Frequenzband ein, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Die Einrichtung zum verlustlosen Codieren erfasst vorzugsweise die erste Bitrate zu jedem vorgegebenen Zeitintervall und gibt sie aus, und die psycho-akustische Codiereinrichtung codiert das zweite Tonsignal entsprechend dem ersten Tonsignal, das zur Er fassung der ersten Bitrate verwendet worden ist, so dass das zweite Tonsignal die zweite Bitrate hatte.
Die Ton-Codiervorrichtung kann des Weiteren eine Formatiereinheit zum Formatieren des ersten und des zweiten Bitstroms zu Bitströmen mit den vorgegebenen Bitraten umfassen.
Die Ton-Codiervorrichtung kann des Weiteren eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des von der Formatiereinheit ausgegebenen Bitstroms auf der DVD umfassen.
Die Ton-Codiervorrichtung kann des Weiteren eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des ersten Bitstroms in einem Ton-Aufzeichnungsbereich, der durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und zum Aufzeichnen des zweiten Bitstroms in einem Ton-Aufzeichnungsbereich umfassen, der nicht durch den DVD-Video-Standard definiert wird, wenn der erste Bitstrom Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält und der zweite Bitstrom Toninformationen zum Bereitstellen eines Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält.
Des Weiteren wird ein Ton-Decodiervorrichtung geschaffen, die umfasst:
einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines digitalen Tonsignals; und eine Einrichtung zum verlustlosen Decodieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss so eingerichtet ist, dass er einen ersten Bitstrom, der durch verlustloses Codieren eines digitalen Tonsignals erzeugt wird, das zu einem ersten Bereich gehört, und einen zweiten Bitstrom empfängt, der durch psychoakustisches Codieren eines digitalen Tonsignals erzeugt wird, das zu einem zweiten Bereich gehört, wobei die Summe einer ersten Bitrate, die der erste Bitstrom aufweist, und einer zweiten Bitrate, die der zweite Bitstrom aufweist, eine vorgegebene Bitrate ist und der gesamte Tonbereich in den ersten und den zweiten Bereich geteilt ist, die Einrichtung zum verlustlosen Decodieren so eingerichtet ist, dass sie den über den Eingangsanschluss empfangenen ersten Bitstrom verlustlos decodiert und so ein erstes Tonsignal erzeugt, das zu dem ersten Bereich aller Tonbereiche gehört; die Einrichtung eine psychoakustische Decodiereinrichtung zum psychoakustischen Decodieren des über den Eingangsanschluss empfangenen zweiten Bitstroms und damit zum Erzeugen des zweiten Tonsignals umfasst, das zu dem zweiten Bereich von allen Tonbereichen gehört; und eine Kombiniereinrichtung zum Kombinieren des ersten und des zweiten Tonsignals sowie zum Ausgeben des kombinierten Ergebnisses.
Der erste Bereich ist vorzugsweise ein Bereich, zu dem Toninformationen gehören, die hinsichtlich physiologischer Wahrnehmung ohne jeglichen Verlust gesendet werden sollten und der zweite Bereich ist vorzugsweise ein Tonsignalbereich, der nicht zu dem ersten Bereich gehört.
Der erste und der zweite Bereich werden vorzugsweise erzeugt, indem das gesamte Frequenzband, das durch das empfangene digitale Tonsignal eingenommen wird, in zwei Teile geteilt wird, wobei der erste Bereich ein vergleichsweise niedriges Frequenzband ist und der zweite Bereich ein vergleichsweise hohes Frequenzband ist.
Vorzugsweise schließt der erste Bereich ein Frequenzband ein, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich schließt ein Frequenzband ein, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Der erste und der zweite Bereich können erzeugt werden, indem alle Tonkanäle entsprechend dem DVD-Video-Standard in zwei Teile geteilt werden.
Der erste und der zweite Bereich können erzeugt werden, indem sowohl das gesamte Frequenzband als auch alle Kanäle, die durch das empfangene Tonsignal eingenommen werden, in zwei Teile geteilt werden, wobei der erste Bereich zu einem vergleichsweise niedrigeren Frequenzband und einem Teil der Kanäle gehört und der zweite Bereich zu einem vergleichsweise höheren Frequenzband und den anderen Kanälen gehört.
Der erste Bereich schließt vorzugsweise ein Frequenzband ein, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich schließt ein Frequenzband ein, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Leseeinrichtung zum Lesen des ersten und des zweiten Bitstroms von der DVD umfassen, wobei der erste Bitstrom, der die Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält, in dem Ton-Aufzeichnungsbereich aufgezeichnet wird, der durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und der zweite Bitstrom, der die Toninformationen zum Bereitstellen des Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält, in dem Ton-Aufzeichnungsbereich, der nicht durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und zum Zuführen des gelesenen Ergebnisses zu dem Eingangsanschluss.
Die Ton-Decodiervorrichtung kann des Weiteren umfassen:
eine Leseeinrichtung zum Lesen eines einzelnen Bitstrom von der DVD, wobei der erste Bitstrom, der die Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält, und der zweite Bitstrom, der die Toninformationen zum Bereitstellen des Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält, in Form des einzelnen Bitstroms aufgezeichnet werden; und eine Trenneinrichtung zum Trennen des ersten und des zweiten Bitstroms aus dem von der Leseeinrichtung gelesenen einzelnen Bitstrom und zum Zuführen des getrennten Ergebnisses zu dem Eingangsanschluss.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungen derselben umgesetzt werden können, wird im Folgenden als Beispiel auf die beigefügten schematischen Zeichnung Bezug genommen, wobei:
1 eine Ansicht ist, die ein Beispiel darstellt, bei dem der gesamte Tonbereich in einen Grundbereich und einen erweiterten Bereich unterteilt ist;
2 ein Blockschaltbild ist, das eine Codiervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine graphische Ansicht ist, die der Erläuterung der Variation von Bitraten der mit der Vorrichtung in 2 codierten Bitströme dient, und
4 ein Blockschaltbild ist, das eine Decodiervorrichtung zeigt, die der Vorrichtung in 2 entspricht.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein Tonsignal-Bereich ist in einen Grundbereich und einen erweiterten Bereich unterteilt. Das Tonsignal, das zu dem Grundbereich gehört, wird verlustlos codiert und decodiert und das Tonsignal, das zu dem erweiterten Bereich gehört, wird psycho-akustisch codiert und decodiert. Der Grundbereich ist ein Gebiet, zu dem ein Tonsignal gehört, das hinsichtlich physiologischer Wahrnehmung signifikanter ist und zu dem Informationen gehören, die ohne jeglichen Verlust physiologischer Wahrnehmung gesendet werden sollten. Der erweiterte Bereich ist ein Gebiet, zu dem ein Tonsignal gehört, das vergleichsweise weniger signifikant ist. 1 zeigt einen Fall, in dem ein Bereich auf Basis beider Kanäle und Abtastfrequenzen für den Einsatz in der Ausführung in der vorliegenden Erfindung unterteilt ist. Der gesamte Tonbereich wird durch 6 Kanäle und eine Abtastfrequenz von 192 KHz dargestellt und ist in einen Grundbereich sowie einen erwei terten Bereich unterteilt. Der Grundbereich wird durch 3 Kanäle, so beispielsweise einen vorderen linken Kanal, einen vorderen rechten Kanal und einen vorderen mittleren Kanal von den 6 Kanälen, sowie durch eine Abtastfrequenz von 96 KHz definiert. Der erweiterte Bereich wird durch die 3 anderen Kanäle, so beispielsweise einen vorderen oberen Kanal, einen hinteren linken Kanal und einen hinteren rechten Kanal von den 6 Kanälen und durch eine Abtastfrequenz definiert, die größer ist als 96 KHz und kleiner als 192 KHz. Daher kann eine Bereichsunterteilung für den DVD-Video-Standard verwendet werden, der eine Abtastfrequenz von 96 KHz und eine Vielzahl von Tonkanälen verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf die oben beschriebene Bereichsunterteilung begrenzt. So kann die oben beschriebene Unterteilung in Bereiche auf Basis verschiedener Audio-Spezifikationen variiert werden, die im DVD-Video-Standard eingesetzt werden. Wenn beispielsweise der Grundbereich ein vergleichsweise niedrigeres Frequenzband unter allen Frequenzbändern eines Tonsignals ist, wird der erweiterte Bereich ein vergleichsweise höheres Frequenzband. Wenn der Grundbereich ein Frequenzband ist, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, wird der erweiterte Bereich ein Frequenzband, das Ton darstellt, der eine höhere Qualität als die des DVD-Video-Standards hat. Der Grundbereich und der erweiterte Bereich können erzeugt werden, indem lediglich alle Audio-Kanäle entsprechend dem DVD-Video-Standard in zwei Teile geteilt werden.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Codiervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 wird ein externes digitales Audiosignal in eine Eingangs-Trenneinrichtung 21 eingegeben. Ein allgemeines lineares Puls-Code-Modulations (PCM)-Verfahren erzeugt ein digitales Audiosignal, das einem analogen Audiosignal entspricht. So wird im Folgenden ein Fall beschrieben, in dem ein lineares PCM-Tonsignal in die Eingangs-Trenneinrichtung 21 eingegeben wird. Die Eingangs-Trenneinrichtung 21 teilt das von außen eingegebene lineare PCM-Tonsignal in ein Tonsignal, das zu dem Grundbereich gehört, und ein Tonsignal, das zu dem erweiterten Bereich gehört und gibt ein Tonsignal des Grundbereichs an eine Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 aus, und ein Tonsignal des erweiterten Bereiches an eine Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 aus. Die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 codiert das empfangene Grundbereich-Tonsignal unter Verwendung eines existierenden Verfahrens zum verlustlosen Codieren bzw. mehrerer Verfahren. Das heißt, die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23, codiert das Tonsignal des Grundbereichs so, dass eine Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung kleiner ist als eine vorgegebene Gesamt-Bitrate B_total(t). Die existierenden Verfahren zum verlustlosen Codieren erzeugen komprimierte und wiederhergestellte Tonsignale, die die gleichen sind, wie die ursprünglichen Tonsignale, die nicht codiert sind, und sie sind dem Fachmann bekannt. So wird die detaillierte Beschreibung derselben weggelassen. Die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 gibt das durch das verlustlose Codieren gewonnene Tonsignal in Form eines Bitstroms aus. Die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 führt des Weiteren die Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung, die eine Bitrate des verlustlos codierten Bitstroms darstellt, der Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 zu. Das heißt, die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 berechnet die Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung zu jedem vorgegebenen Zeitintervall und gibt die berechnete Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung an der Einrichtung zum psychoakustischen Codieren 25 aus. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung berechnet die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 die Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung und gibt sie in Einheiten von jeweils 100 ms aus. Des Weiteren ist, berücksichtigt man eine Verzögerung einer Tonsignal-Verarbeitung, dem Fachmann bekannt, dass die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 ein Intervall des Berechnens und Ausgebens der Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung variiert. Daher kann die Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 die Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung in Einheiten eines vorgegebenen Rahmens berechnen und ausgeben. In diesem Fall ist eine Länge eines Rahmens eine Rahmenlänge des Verfahrens zum verlustlosen Codieren oder des Verfahrens zum psycho-akustischen Codieren.
Die Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 berechnet eine Bitrate B_lossy(t) bei psycho-akustischer Codierung, die sich auf das Tonsignal des erweiterten Bereiches bezieht, das von der Eingans-Trenneinrichtung 21 empfangen wird, auf Basis der von der Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 zugeführten Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung. Das heißt, die Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 berechnet eine Differenz zwischen einer gespeicherten vorgegebenen Gesamt-Bitrate B_total(t) und der von der Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 zugeführten Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung und bestimmt die Differenz als die Bitrate B_lossy(t) bei psycho-akustischer Codierung. Dabei ist die vorgegebene Gesamt-Bitrate B_total(t) die maximale Bitrate des von der Vorrichtung in 2 ausgegebenen Bitstroms. Die Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 führt psycho-akustische Codierung des von der Eingangs-Trenneinrichtung 21 zugeführten Tonsignals des erweiterten Bereiches entsprechend der bestimmten Bitrate B_lossy(t) bei psycho-akustischer Codierung durch. Es gibt verschiedene Verfahren wie beispielsweise Dolby, AC-3, MPEG-1, MPEG-2 und DTS als die existierenden Verfahren zum psycho-akustischen Codieren. Von ihnen können die Verfahren, die verwendet werden können, um einen Ton mit höherer Qualität als der durch den DVD-Video-Standard gebotenen Qualität bereitzustellen, oder die Verfahren, die verwendet werden können, um einen Ton hoher Qualität, der im Wesentlichen der gleiche wie PCM ist, bereitzustellen, in der Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 verwendet werden. Die Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 gibt das psycho-akustisch codierte Audiosignal in Form eines Bitstroms aus.
Eine Formatiereinheit 27 formatiert den von der Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 ausgegebenen verlustlos codierten Bitstrom und den von der Einrichtung zum psychoakustischen Codieren 25 ausgegebenen psycho-akustischen Bitstrom entsprechend einem vorgegebenen Format zu einem einzelnen Bitstrom und gibt den formatierten Bitstrom als einen Ausgangs-Bitstrom aus. Der von der Formatiereinheit 27 ausgegebene Bitstrom hat eine konstante Bitrate und hat einen Wert, der der gleiche ist, wie der der oben beschriebenen Gesamt-Bitrate B_total(t).
3 zeigt eine Variation der Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung und der Bitrate B_lossy(t) bei psycho-akustischer Codierung mit der Vorrichtung in 2 in der Gesamt-Bitrate B_total(t). Wenn die Bitrate B_lossless(t) bei verlustloser Codierung variiert wird, verwendet die Vorrichtung in 2 wie in 3 dargestellt, die Gesamt-Bitrate, die für das verlustlose Codieren und das psycho-akustische Codieren zulässig ist und behält dabei die Gesamt-Bitrate B_total(t) als konstanten Wert bei. So können, wenn der durch die Vorrichtung in 2 codierte Ton-Bitstrom verwendet wird, Toninformationen leicht auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden.
4 ist ein Blockschaltbild, das eine Decodiereinrichtung zum Wiederherstellen eines digitalen Audiosignals unter Verwendung des durch die Codiervorrichtung in 2 erzeugten Bitstroms. In 4 trennt eine inverse Formatiereinheit 41 den empfangenen Bitstrom in einen verlustlos codierten Bitstrom und einen psycho-akustisch codierten Bitstrom zu dem der in 2 dargestellten Formatiereinheit 27 über einen inversen Prozess. Von den durch die inverse Formatiereinheit 41 getrennten Bitströmen wird der verlustlos codierte Bitstrom in eine Einrichtung zum verlustlosen Decodieren 43 eingegeben, und der psycho-akustisch codierte Bitstrom wird in eine Einrichtung zum psychoakustischen Decodieren 45 eingegeben.
Die Einrichtung zum verlustlosen Decodieren 43 führt eine zu der Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 inverse Signalverarbeitung in Bezug auf den empfangenen, verlustlos codierten Bitstrom durch und gibt ein Tonsignal des Grundbereiches, das aus dem verlustlosen Decodieren resultiert, an eine Kombiniereinheit 47 aus. Die Einrichtung zum psycho-akustisch Decodieren 45 führt eine zu der Einrichtung zum psychoakustischen Codieren 25 inverse Signalverarbeitung in Bezug auf den empfangenen psycho-akustischen Bitstrom durch und gibt ein Tonsignal des erweiterten Bereiches, das aus dem psycho-akustischen Decodieren resultiert, an die Kombiniereinheit 47 aus. Die Kombiniereinheit 47 kombiniert das von der Einrichtung zum verlustlosen Decodieren 43 zugeführte Tonsignal des Grundbereiches und das von der Einrichtung zum psychoakustischen Decodieren 45 zugeführte Audiosignal des erweiterten Bereiches und gibt ein digitales Audiosignal aus, das im Wesentlichen das gleiche ist wie das ursprüngliche digitale Audiosignal vor dem Codieren, das heißt, das lineare PCM-Tonsignal.
Eine Codiervorrichtung und eine Decodiervorrichtung gemäß einer jeweils modifizierten Ausführung, bei der eine Aufzeichnungseinrichtung und eine Leseeinrichtung, die dem DVD-Video-Standard entsprechen, anstelle der Formatiereinheit 27 in 2 und der inversen Formatiereinheit 41 in 4 verwendet werden, wird im Folgenden beschrieben. In diesem Fall entspricht ein Grundbereich einem durch den DVD-Video-Standard definierten Tonformat, und ein erweiterter Bereich wird ein Bereich, zu dem die anderen Tondaten gehören. Die Aufzeichnungseinrichtung zeichnet den von der Einrichtung zum verlustlosen Codieren 23 ausgegebenen verlustlos codierten Bitstrom auf einen Aufzeichnungsbereich auf einer DVD auf, die durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und zeichnet den von der Einrichtung zum psycho-akustischen Codieren 25 ausgegebenen akustisch codierten Bitstrom auf einen Aufzeichnungsbereich auf der DVD auf, der nicht durch den DVD-Video-Standard definiert wird. Des Weiteren liest die Leseeinrichtung den verlustlos codierten Bitstrom und den psycho-akustisch codierten Bitstrom von der DVD, auf der die Toninformationen jeweils mit der Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet worden sind. Von den gelesenen Bitströmen führt die Leseeinrichtung den verlustlos codierten Bitstrom der Einrichtung zum verlustlosen Decodieren 43 zu und den psycho-akustisch codierten Bitstrom der Einrichtung zum psycho-akustischen Decodieren 45. Daher können die modifizierten Codier- und Decodiervorrichtungen den Ton mit höherer Qualität als der durch den DVD-Video-Standard gebotenen Qualität auf der DVD aufzeichnen und diesen von der DVD lesen, wobei gleichzeitig Kompatibilität mit dem existierenden DVD-Video-Standard beibehalten wird.
Eine weitere modifizierte Ausführung für jede der Vorrichtungen in 2 und 4 ist möglich. Bei diesen Ausführungen kann die Formatiereinheit 27 in 2 einen einzelnen Bitstrom, der durch eine Kombination des verlustlos codierten Bitstroms und des psycho-akustisch codierten Bitstroms gewonnen wird, auf einer DVD aufzeichnen und die inverse Formatiereinheit 41 in 4 kann den auf der DVD aufgezeichneten einzelnen Bitstrom lesen und trennt den gelesenen einzelnen Bitstrom in den verlustlos codierten Bitstrom und den psycho-akustisch codierten Bitstrom. In diesem Fall kann die DVD als eine spezielle DVD für die Codier- und Decodiervorrichtung gemäß den oben beschriebenen modifizierten Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung teilt, wie oben beschrieben, den gesamten Bereich eines Audiosignals in einen Grundbereich und einen erweiterten Bereich ein. Ein Tonsignal des Grundbereiches wird verlustlos codiert, und ein Tonsignal des erweiterten Bereiches wird psycho-akustisch codiert. Das heißt, die vorliegende Erfindung bestimmt eine Bitrate des psycho-akustisch codierten Tonsignals des erweiterten Bereiches auf Basis der Bitrate des verlustlos codierten Tonsignals des Grundbereiches. So können Ausführungen der vorliegenden Erfindung die Gesamt-Bitrate aufrechterhalten, so dass sie konstant ist, und die zulässige Gesamt-Bitrate verwenden, um verlustloses Codieren und psycho-akustisches Codieren durchzuführen. Des Weiteren kann, da die Gesamt-Bitrate konstant gehalten wird, Software leicht auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden, und eine Entwurfs-Spezifikation, wie beispielsweise eine Puffer-Größe, kann leicht in Hardware-Implementierung bestimmt werden.
Obwohl einige bevorzugte Ausführungen dargestellt und beschrieben worden sind, weiß der Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Ton-Codiervorrichtung, die umfasst: eine Trenneinrichtung (21), die ein digitales Tonsignal empfängt und das empfangene digitale Tonsignal in ein erstes Tonsignal und ein zweites Tonsignal trennt; und eine Einrichtung (23) zum verlustlosen Codieren; wobei die Trenneinrichtung (21) so eingerichtet ist, dass sie das empfangene digitale Tonsignal in das erste Tonsignal, das zu einem ersten Bereich gehört, und das zweite Tonsignal trennt, das zu einem zweiten Bereich gehört, wobei der gesamte Tonbereich, der durch das empfangene Tonsignal dargestellt wird, in den ersten und den zweiten Bereich geteilt ist; die Einrichtung (23) zum verlustlosen Codieren so eingerichtet ist, dass sie das erste Tonsignal verlustlos codiert und einen ersten Bitstrom sowie eine erste Bitrate ausgibt, die der erste Bitstrom aufweist, der aus dem verlustlosen Codieren resultiert; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine psycho-akustische Codiereinrichtung (25) zum psychoakustischen Codieren des zweiten Tonsignals und zum Ausgeben eines zweiten Bitstroms sowie einer zweiten Bitrate, die der zweite Bitstrom aufweist, umfasst, wobei die zweite Bitrate eine Differenz zwischen einer vorgegebenen Bitrate und der ersten Bitrate ist.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das digitale Tonsignal ein lineares Pulscodemodulations-(PCM)-Tonsignal ist.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich ein Bereich ist, zu dem Toninformationen, die ohne jeglichen Verlust hinsichtlich der physiologischen Wahrnehmung gesendet werden sollten, gehören, und der zweite Bereich ein Tonsignal-Bereich ist, der nicht zu dem ersten Bereich gehört.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem das gesamte Frequenzband, das durch das empfangene digitale Tonsignal eingenommen wird, in zwei Bereiche geteilt wird, wobei der erste Bereich ein vergleichsweise niedriges Frequenzband ist und der zweite Bereich ein vergleichsweise hohes Frequenzband ist.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Frequenzbereich ein Frequenzband einschließt, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich ein Frequenzband einschließt, das Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem alle Tonkanäle entsprechend dem DVD-Video-Standard in zwei Teile geteilt werden.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem sowohl das gesamte Frequenzband als auch alle Kanäle, die durch das empfangene Tonsignal eingenommen werden, in zwei Teile geteilt werden, wobei der erste Bereich zu einem vergleichsweise niedrigeren Frequenzband und einem Teil der Kanäle gehört und der zweite Bereich zu einem vergleichsweise höheren Frequenzband und den anderen Kanälen gehört.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Bereich ein Frequenzband einschließt, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich ein Frequenzband einschließt, das Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Ton-Codiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum verlustlosen Codieren die erste Bitrate zu jedem vorgegebenen Zeit intervall erfasst und ausgibt und die psychoakustische Codiereinrichtung das zweite Tonsignal entsprechend dem ersten Tonsignal codiert, das zur Erfassung der ersten Bitrate verwendet worden ist, so dass das zweite Tonsignal die zweite Bitrate hat.
Ton-Codiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Formatiereinheit (27) zum Formatieren des ersten und des zweiten Bitstroms zu Bitströmen mit den vorgegebenen Bitraten umfasst.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 10, die des Weiteren eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des von der Formatiereinheit (27) ausgegebenen Bitstroms auf der DVD umfasst.
Ton-Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die des Weiteren eine Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des ersten Bitstroms in einem Ton-Aufzeichnungsbereich, der durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und zum Aufzeichnen des zweiten Bitstroms in einem Ton-Aufzeichnungsbereich, der nicht durch den DVD-Video-Standard definiert wird, umfasst, wenn der erste Bitstrom Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält und der zweite Bitstrom Toninformationen zum Bereitstellen eines Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält.
Ton-Codiervorrichtung, die umfasst: einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines digitalen Tonsignals; und eine Einrichtung zum verlustlosen Decodieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss (41) so eingerichtet ist, dass er einen ersten Bitstrom, der durch verlustloses Codieren eines digitalen Tonsignals erzeugt wird, das zu einem ersten Bereich gehört, und einen zweiten Bitstrom empfängt, der durch psychoakustisches Codieren eines digitalen Tonsignals erzeugt wird, das zu einem zweiten Bereich gehört, wobei die Summe einer ersten Bitrate, die der erste Bitstrom aufweist, und einer zweiten Bitrate, die der zweite Bitstrom aufweist, eine vorgegebene Bitrate ist und der gesamte Tonbereich in den ersten und den zweiten Bereich geteilt ist, die Einrichtung (43) zum verlustlosen Decodieren so eingerichtet ist, dass sie den über den Eingangsanschluss (41) empfangenen ersten Bitstrom verlustlos decodiert und so ein erstes Tonsignal erzeugt, das zu dem ersten Bereich aller Tonbereiche gehört; die Einrichtung eine psychoakustische Decodiereinrichtung (45) zum psychoakustischen Decodieren des über den Eingangsanschluss (41) empfangenen zweiten Bitstroms und damit zum Erzeugen des zweiten Tonsignals umfasst, das zu dem zweiten Bereich von allen Tonbereichen gehört; und eine Kombiniereinrichtung (47) zum Kombinieren des ersten und des zweiten Tonsignals sowie zum Ausgeben des kombinierten Ergebnisses.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 13, wobei der erste Bereich ein Bereich ist, zu dem Toninformationen gehören, die hinsichtlich physiologischer Wahrnehmung ohne jeglichen Verlust gesendet werden sollten, und der zweite Bereich ein Tonsignalbereich ist, der nicht zu dem ersten Bereich gehört.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem das gesamte Frequenzband, das durch das empfangene digitale Tonsignal eingenommen wird, in zwei Teile geteilt wird, wobei der erste Bereich ein vergleichsweise niedriges Frequenzband ist und der zweite Bereich ein vergleichsweise hohes Frequenzband ist.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Bereich ein Frequenzband einschließt, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich ein Frequenzband einschließt, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Ton-Codiervorrichtung nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem alle Tonkanäle entsprechend dem DVD-Video-Standard in zwei Teile geteilt werden.
Ton-Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der erste und der zweite Bereich erzeugt werden, indem sowohl das gesamte Frequenzband als auch alle Kanäle, die durch das empfangene Tonsignal eingenommen werden, in zwei Teile geteilt werden, wobei der erste Bereich zu einem vergleichsweise niedrigeren Frequenzband und einem Teil der Kanäle gehört und der zweite Bereich zu einem vergleichsweise höheren Frequenzband und den anderen Kanälen gehört.
Ton-Decodiervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste Bereich ein Frequenzband einschließt, das Ton darstellt, der dem DVD-Video-Standard entspricht, und der zweite Bereich ein Frequenzband einschließt, das einen Ton höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards darstellt.
Ton-Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, die des Weiteren eine Leseeinrichtung zum Lesen des ersten und des zweiten Bitstroms von der DVD umfasst, wobei der erste Bitstrom, der die Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält, in dem Ton-Aufzeichnungsbereich aufgezeichnet wird, der durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und der zweite Bitstrom, der die Toninformationen zum Bereitstellen des Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält, in dem Ton-Aufzeichnungsbereich, der nicht durch den DVD-Video-Standard definiert wird, und zum Zuführen des gelesenen Ergebnisses zu dem Eingangsanschluss umfasst.
Ton-Decodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, die des Weiteren umfasst: eine Leseeinrichtung zum Lesen eines einzelnen Bitstrom von der DVD, wobei der erste Bitstrom, der die Toninformationen entsprechend dem DVD-Video-Standard enthält, und der zweite Bitstrom, der die Toninformationen zum Bereitstellen des Tons höherer Qualität als der des DVD-Video-Standards enthält, in Form des einzelnen Bitstroms aufgezeichnet werden; und eine Trenneinrichtung zum Trennen des ersten und des zweiten Bitstroms aus dem von der Leseeinrichtung gelesenen einzelnen Bitstrom und zum Zuführen des getrennten Ergebnisses zu dem Eingangsanschluss.