TW565826B - Improving sound quality of established low bit-rate audio coding systems without loss of decoder compatibility - Google Patents

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565826 A7 B7 五、發明說明（i 發明領i或 本發明涉及低比特率音頻編碼系統，特別涉及在不損 失譯碼器相容性下改進已建立之低比特率音頻編碼系統音 質之方法〇 背―景技術 在消費者及專業音頻回放產品及服務之廣泛範圍內， 當前正使用著低比特率音頻編碼系統。例如，Dolby AC3 (Dolby數字）音頻編碼系統是一種用於對激光光盤、NTSC 編碼之DVD以及AT V之立體聲及5·1信道音頻聲道，使用 高達640千比特/秒之比特率進行編碼之世界範圍標準〇 MPEG I及MPEG II音頻編碼標準被廣泛用於PAL編碼之DVD 視頻、歐洲之陸基數字無線電廣播及美國之衛星廣播立體 聲多通道聲道編碼，頻率高達768千比特/秒〇 DTS (數 位劇場系統）相干聲學音頻編碼系統經常用於小型光盤（ CD) 、DVD視頻及激光光盤之演播廳質量級5·1之信道音 頻聲道，其頻率高達1 536千比特/秒〇 這些系統之一個主要問題是其等之設計不夠靈活，將 其等升級以適應更高之PCM採樣頻率、PCM字長或更高之 系統比特率不方便〇隨著音樂及電影世界走向拋棄老式之 “·4千赫採樣頻率及16比特字長小型光盤數字音頻格式， 以及採用新式之96千赫採樣及24比特字長之主控格式，這 在未來幾年將成爲一個重要議題〇 因此，利用如AC-3、MPEG及DTS等已有之音頻編碼系 統之音響傳遞必須適合於能將這一增加之信號保眞度傳遞 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 先 閲 讀 背 面 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 ^5826 A7 B7 五、發明說明（3 給消費者〇不幸的是，大量已安裝之實現這些譯碼器功能 之音頻譯碼器處理芯片（DSP)之基礎已經存在於已有之消 費者基礎中。這些譯碼器不可能輕易地被升級以適應不斷 增加之採樣率、字長大小或率。因而通過這些媒體銷售產 品之音樂及影片內容之提供者將被迫繼續提供符合舊標準 之編碼音頻流。此意味著在將來，傳遞媒體如DVD音響、 ATV 、衛星無線電等，會被迫傳遞多重比特流，每種比特 流符合不同之標準〇例如，一種流會包括允許已有回放系 統之擁有者接收及播放標準音頻帶，而第二種流將存在以 允許新設備擁有者播放用96千赫/24比特PCM格式編碼之 音道並利用固有之更高保眞度之好處〇 這種傳遞方法之問題是許多回放媒體可能不能提供用 於發送附加音頻流額外成帶寬或信道容量〇附加比特流之 比特率（例如支持96千赫/24比特之那些流）將至少等於 或大於支持舊格式之比特率〇因此，爲了支持二種或多種 ，音頻，比特率很可能會翻倍甚至更多〇 發明概述 鑒於上述問題，本發明提供了一種編碼方法，它擴展 了頻率範圍並降低了噪音下限，但避免了要傳送重複之音 頻數據，並因而在適應PCM採樣速率、字長及編碼比特率 改變方面更有效〇 此可用一 a核心〃編碼技術加a擴展〃編碼方法實現 ，在該方法中傳統之音頻編碼算法構成了 a核心"音頻編 碼器，並保持不變0表示更高音頻頻率（在更高採樣速率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g)胃 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨·裝 -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 565826 A7 B7 五、發明說明（5 情況下）或更高採樣分辨率（更長字長之情況下），或二 者兼用時之音頻數據被當作vv擴展〃流發送。這就允許音 響內容提供者在消費者設備基礎中包括與不同類型譯碼器 兼容之單個音頻比特流〇核心流將被老式譯碼器譯碼，老 式譯碼器將忽略擴展數據，而新式譯碼器將使用核心及擴 展數據流二者以給予較高之聲音重現。 該系統之關鍵特點是原始A高保眞〃輸入信號中減去 重構之核心信號（編碼/譯碼及/或欠採樣/過採樣）而 產生擴展數據〇對所得差値信號編碼產生擴展流0用該技 術，避免了折回到核心或擴展信號中之混淆。因而，核心 音頻之質量不受加入擴展流之影響。對於工作在其最基本 模式之系統，僅需知道核心譯碼器之等待延滯或延時0因 此，即使不知道編碼器之內部算法或實現之細節，此一方 法也能成功地應用於任何規定編碼系統0然而，如果擴展 譯碼器設計得在核心信號之信號頻率範圍上與核心編碼器 匹配該系統能工作得更有效0 本發明之特點及優點從下面結合附圖對較佳實施例之 描述，對本領域之技術人員將會變得更明顯〇 簡要圖說 圖1是早期方法中用於編碼之分離基帶及高頻頻帶之 兩頻帶抽取濾波器組之頻率響應曲線圖0 圖2是實現本發明之通用核心加擴展框架之編碼器方 塊圖〇 圖3 a及3 b分別是輸入音頻以及經編碼之核心信號及差 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ί r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（h 値信號之頻譜曲線圖0 圖4說明了單幀之核心加擴展音頻數據之比特流格式 〇 圖5 a及5b分別說明了用於將單個比特流傳遞到譯碼器 之物理媒體及廣播系統〇 圖6之譯碼器框圖符合圖2中之核心加擴展譯碼器〇 圖7是對多音調測試信號重構之音頻信號頻譜曲線圖 〇 圖8a及8b分別是實現高分辨率擴展框架之編碼器及譯 碼器方塊圖〇 圖9是高分辨率擴展框架之差値信號之頻譜曲線。 圖1〇是對於高分辨率擴展框架經重構之多音調測試信 號之頻譜曲線圖〇 圖11a及lib分別是實現高頻擴展框架之編碼器及譯 碼器方塊圖〇 圖12是對於多音調測試信號在固定比特率下之重構音 頻信號之頻譜曲線圖〇 圖13是實施另一高頻擴展框架之編碼器方塊圖。 圖14a及14b分別是擴展編碼器及擴展譯碼器之方塊 圖〇 圖15a及15b分別是子帶編碼器及子帶譯碼器之方塊 圖0 圖16是黑盒子硬體結構之方塊圖〇 圖17說明了從串行輸入到第一處理器之芯片上儲存器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.·

565826 A7 _ B7 五、發明說明（弓 之數據流。 圖18說明了從第一處理器之芯片上儲存器到串行埠之 數據流〇 圖19說明從第一處理器之芯片上儲存器到第二處理器 之芯片上儲存器之數據流〇 圖2 0說明從第二處理器之芯片上儲存器到第一處理器 之芯片上儲存器之數據流〇 圖21a及21b分別是開口盒編碼器及譯碼器之方塊圖 〇 圖22a及22b分別是另一開口盒編碼器及譯碼器之方 塊圖。 本發明詳沭 本發明定義了一種a核心〃加a擴展〃編碼技術，用 於高保眞度信號，它允許音頻內容提供者包括一單個音頻 比特流，該比特流與駐留在消費者基本設備其之不同類型 譯碼器相容〇核心比特流將用老式譯碼器譯碼，忽略擴展 數據，然而新式譯碼器將同時利用核心及擴展數據流以給 予更高質量之聲音重現〇此一處理方法將同時滿足希望保 持彼等已有之譯碼器之現有消費者群體及該等希望購買能 重現更高保眞度信號之新式譯碼器之消費者群體。 以使現有譯碼器與下一代編碼器保持相容性之方法編 碼商保眞音頻信號之原始概念由Smyth等人引入，見1996 年5月2日提交之題爲♦在頻率、時間及多信道上利用音 質自適應比特分配之多信道預測子帶音頻編碼器〃之申請 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 案08 /642,254號，此亦轉讓給DTS公司。如Smyth等人之 圖4a及4b所示，音頻頻譜利用256抽頭兩頻帶抽取預濾波 組作初始分裂，給予每頻帶24千赫之音頻帶寬。分裂底部 頻帶（0-24千赫）並編碼成32個均匀頻帶。分裂頂部頻帶 ( 24-48千赫）並編碼成8個均勻頻帶〇 新式譯碼器設計成對編碼器之鏡像操作，對頂部及底 部頻帶譯碼並接著用256抽頭兩頻帶內揷濾波組重構該高 保眞音頻信號。系統係整個48千赫頻帶上顯示出所需之單 位增益頻率響應。 在所述該高保眞編碼技術存在之前之老式譯碼器僅對 底部頻帶譯碼並產生基帶音頻信號。在此一意義上，系統 並不之現有譯碼器保持相容性〇然而，如此處圖1所示， 當只有核心被編碼時，兩頻帶抽取預濾波頻帶之頻率響應 6在24千赫附近造成混淆問題〇爲了對核心加擴展編碼器 提供單位增益響應，底部及頂部頻帶頻率響應8及10分別 在24千赫彼等各自之過渡區域內產生交越過渡〇然而，在 只有核心部份之譯碼器中，底部頻帶響應8之高於24千赫 之部份被混淆下來〇結果，重構之基帶音頻信號將有一定 程度之破壞，這在老式只有基帶之編譯碼系統中未曾發現 〇因而，編碼系統並不與現有譯碼器保持a眞正〃之相容 性〇另外，這種處理方法制約了任何附加之比特被分配到 頂部頻帶，這在許多場合下可能是次佳的〇 廑義核心加擴展框架 編碼及譯碼之一般過程如圖2-7所示。爲了產生擴展 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 B7 五、發明說明（、 比特流（圖2)模擬音頻12被饋送到反混淆LPF14 ，對信 號限帶。該帶限信號採樣成離散/數字音頻信號16〇 LPF I4之截止頻率必須小於採樣率之一半以滿足Hygui s t準則 〇例如，對於擴展之96千赫採樣率適合於48千赫之截止頻 率〇 數字音頻信號16被送到核心編碼器18 (AC 3 、MPEG、 DTC等）並以特定之比特率編碼〇音頻信號之採樣率及帶 寬在某些情況下需要通過低通濾波及欠抽樣作調整，以與 核心編碼器匹配〇爲簡化起見，圖中所示音頻輸入認爲是 單信道或多信道〇在多信道輸入情況下，對每個信道進行 相減及相加處理。該核心比特流20在產生擴展數據前被保 持於包裝器22中〇核心比特流也被反饋到核心譯碼器24， 其與現有消費者回放設備中存在之譯碼器相符合〇 隨後從原始輸入信號16之延時方式30中減去28所得之 重構核心音頻信號26 〇爲了與核心編碼/譯碼器滯後匹配 使得譯碼之核心音頻及輸入音頻信號取得時間上精確對準 ，進行延時32。此一差値信號34現在代表了原始輸入信號 中沒有了核心比特流20中之編碼信號後之分量，即或者是 更高分辨率分量或者更高頻率之分量〇差値信號隨後由擴 展編碼器36編碼，適合使用諸如子帶編碼或變換編碼等標 準編碼技術產生擴展之比特流38 〇擴展比特流及核心比特 流被時間對準並視應用而定，將其等多路複用以形成複合 流4 0或保持作爲分開之流傳送〇 擴展頻譜及降低噪音下限之概念進一步如圖3a及31>所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 _______ B7 五、發明說明（今 示。圖3a所示爲96千赫採樣音頻輸入信號頻譜42快照圖。 音頻清楚地包含了高於48千赫外之頻率分量。圖3b中之跡 線44顯示了在抽取及核心編碼後信號之頻譜。音頻頻率已 濾去24千赫以上，而採樣頻率已由抽取器降道48千赫以與 核心編碼器匹配〇跡線46描述了在進入擴展編碼器前之差 値信號頻譜〇很清楚，擴展編碼器能將其數據資源集中在 核心編碼器未代表之此部份頻譜上，即24千赫附近之過渡 頻帶48及從24千赫到48千赫之高頻擴展部份50上〇另外， 對殘餘核心信號52分配一些比特以減小核心帶寬之噪音下 限〇根據對一些應用之調查，擴展比特分配之具體情況是 (1)擴展核心信號之分辨率，（2)擴展信號之核心分辨率 及高頻內容，以及（3 )僅擴展高頻內容。對於所列每種情 況，可將編碼系統配置成、、黑盒子〃之處理方法，其中僅 須知道與編碼系統有關之延時，或配置成開口 a盒子〃之 方法以利用特定之核心編碼結構〇 爲了保持與僅含核心之譯碼器之反向相容性，分別帶 有核心及擴展音頻數據20及38之單個複合比特流40也以核 心加擴展方式格式化〇此種比特流是一個同步之幀序列54 ’每幀由二個字段組成：核心字段56及擴展字段58 (見圖 4) 〇僅含核心之譯碼器檢測同步字（CORE-SYNC) 61及核 心字段56中之核心比特20譯碼以產生核心音頻，並且接著 通過跳到下一幀之開頭而忽略擴展字段58對下一幀_碼〇 然而’擴展譯碼器可以譯碼核心比特並隨後檢測是否存在 用於之同步字（EXT-SYNC) 60 〇如果不存在，譯碼器輸出核 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

565826 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（弓 心音頻並跳到下一幀之開頭對下一幀譯碼。否則，譯碼器 繼續對擴展字段58中之擴展比特譯碼以產生擴展音頻，並 隨後將其與核心音頻組合產生高質量音頻〇核心比特定義 了用於在其所跨頻帶內重構核心音頻之噪音，擴展比特進 一步精細（降低）在核心頻帶內之噪音下限，並爲音頻頻 帶之其餘部份定義了噪音下限。 如圖5a及5b所示，複合比特流40被編碼在傳送媒體如 CD、DVD上或經直接廣播系統廣播。如圖5a所示，利用熟 知之技術，單個複合比特流40被寫入便攜機可讀儲存媒體 ，如CD、DVD或者其他數字儲存設備上〇如圖5b所示，複 合比特流4〇具體體現在載波64上，而隨後經衛星、電纜或 其他通信系統廣播〇 爲了對核心及擴展比特流編碼（圖6 )，拆裝器66拆 裝複合比特流40並將核心及擴展比特流20及28導向其等各 自之譯碼器68及70。譯碼器72隨後相加輸出74以重構高保 .眞音頻信號76 〇在回放裝置不具有內在之擴展譯碼器情況 下（如老式設備之情況下），簡單地忽略擴展比特流並譯 碼核心比特流以產生核心質量之音頻信號。在譯碼示例中 ，認爲核心譯碼器及擴展譯碼器之延時相同。正如以後所 述，延時之差値可在譯碼器級或編碼器級加入附加延時而 調節。 核心加擴展編碼技術之優點在圖7中清楚顯示，該圖 分別繪出了對多音調測試信號響應之僅含核心及核心加擴 展頻譜7 8及80〇在此一特定應用中，該音頻系統產生之僅 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 言.· Γ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 565826 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1(!> 含核心之重構音頻信號從DC到24千赫具有噪音下限約-100 分貝（dB)〇正如以後將更詳細討論，此一僅含核心之響應 其邊緣比老式系統所用之模擬反混淆濾波器中由於差値產 生之僅含核心之信號好，也比新式編碼器中所有之數字抽 取器產生者要好。相比而言，音頻系統（具體情況2號） 產生之核心加擴展音頻信號將核心信號之噪音下限減少到 大約-16 0分貝，而在噪音下限約爲-60分貝處將信號帶寬 擴展到48千赫。注意，在較高譯碼器之頻率處（對耳朵不 太敏感）可容許較高之噪音下限。 高分辨率擴展框架 圖8a及8b說明了僅爲了改善核心處理之編碼分辨率， 即減少譯碼之音頻輸出信號中之編碼誤差，而不擴展輸出 音頻信號頻帶之編碼及譯碼過程〇由於已有之編碼方案（ AC#、MPEG、DTS)之比特率是固定的，如果要求更高之編 碼分辨率，通常這就要求使用完全不同之非相容編碼器對 音頻信號編碼〇 在當前方案中，已有之核心編碼器84用於提供可能工 作在已有譯碼器之比特率約束範圍內（對AC3這將是64〇 千比特/秒；對MPEG是768千比特/秒；對DTS是1536千 比特/秒）之最佳編碼分辨率〇爲進一步改善編碼分辨率 ，即減少編碼誤差，對編碼核心信號譯碼（86 )以形成重構 核心信號，它被從輸入信號中減去，輸入信號被延時（90) 以使此二信號實現精確之時刻對準。擴展編碼器82使用某 種任意之編碼過程對該差値信號編碼〇包裝器92如上所述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) % 丨丨裝 訂· ·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 B7 五、發明說明（Μ 將核心及擴展比特包裝成複合比特流〇在此種情況下，採 樣頻率及音頻帶寬分別在擴展及核心編碼器82及84中是相 同的。注意，如果提供高保眞96千赫輸入音頻，它必須被 低通濾波並欠抽樣以與兩種編碼器匹配。 如圖8b所示，爲了對信號譯碼，拆裝器94拆裝複合比 特流並將核心及擴展比特流分別傳送到分開之譯碼器處理 9 6及98，每個譯碼器之輸出被相加在一起100 〇如果不存 在擴展譯碼器，則直接利用核心譯碼器之輸出。在該示例 中，可以將擴展比特流考慮爲用於改善輸出規定信號之信 噪比，即通過柑加擴展譯碼器之輸出而減小編碼噪音下限 〇減小之程度將取決於分配給比特流之比特率〇 圖9顯示在進入擴展編碼器前差値信號頻譜103之快 照圖〇核心編碼處理具有之編碼器誤差產生之噪音下限橫 跨〇至24千赫之帶寬。在24千赫處之最大幅度誤差歸因於 反混淆濾波之過渡帶寬〇擴展編碼器分配其可用比特以減 .少編碼及過渡帶寬誤差〇大多數分配方案分配更多之比特 給較大之誤差（諸如過渡帶寬），而較少之比特給較小誤 差優化總體性能。 如圖1〇所示》通過將核心比特率從1536比特/秒增加 到2 0 4 8比特/秒及分配附加之比特給擴展編碼器，噪音下 限實質上已向下平移，對於僅含核心之頻率響應78爲-100 分貝，相對於核心加擴展響應1〇4爲-106分貝並延伸到整 個過渡頻帶。注意，這些比特率僅是可能用於已有DTS編 碼系統之一些例子〇 -106分貝噪音下限不可能用其他可供 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---裝

565826 A7 B7 五、發明說明（q 使用之編碼器取得且代表在音頻保眞度直接之顯著改進〇 高頻擴展框架 圖11a及圖lib描述了 一種編碼框架，它允許擴展比 特流攜帶核心編碼系統不能表示之高頻音頻信息〇在這個 例子中，數字音頻用具有96千赫週期之24比特PCM樣本表 示〇數字音頻首先利用具有整數延時之線性相位FIR濾波 器106低通濾波以移去高於24千赫之信號分量〇注意，此 一數字濾波器之截止頻率與現有之僅含核心之音頻編碼器 中之模擬反混淆濾波器之截止頻率相同〇由於數字濾波器 傾向於比相對應之模擬濾波器具有更窄之過渡頻帶，僅含 核心之信號實際之邊緣可比現有系統中之僅含核心之信號 更好〇 然後第經濾波之信號按因子2抽取108 ，得到有效之 4 8千赫採樣信號〇該欠採樣信號以正常方式被饋送到核心 編碼器110 ，所得之比特流放在幀緩衝器1.11中將該比特 流延時至少一幀〇延時之比特流然後放入包裝器112中〇 該欠採樣信號還被饋送到核心編碼器114以重構48千赫之 採樣數字音頻流（它具有編碼誤差）〇在能將它從原始96 千赫之輸入音頻信號中減去之前，它首先必須被以因子2 過採樣並然後經低通濾波以移去內揷混淆〇此一濾波又可 使用具有整數採樣延時之線性相位FIR濾波118適當地獲 得〇因而，此一信號仍然僅攜帶了核心比特中保持之音頻 信息，即其不包括任何高於24千赫之任何音頻頻率分量〇 重構之核心信號然後從輸入信號11 2之延時（11 9 )方式之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) __裝

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 一 B7 五、發明說明（3 信號中減去119以產生差値信號，差値信號經過延時121 並用96千赫之採樣編碼器123編碼以產生擴展比特流〇 譯碼過程類似於前面之描述。如圖11b所示，拆裝器 1 24拆裝複合比特流並將核心及擴展比特流饋送到其等各 自之譯碼器126及128 〇在此種情況下，擴展譯碼器不存 在，重構之音頻直接被輸出（圖中爲24比特48千赫之PCM )〇如果在播放器中存在擴展譯碼器之情況下，譯碼之核 心音頻被過抽樣成96千赫（130)，低通濾波（132)並與擴 展譯碼器之輸出相加（134) 〇 此一處理之概念首先已在圖3 a及3b中參照一般之核心 加擴展框架予以解釋。圖3a顯示了 96千赫採樣音頻輸入信 號之頻譜快照圖〇該音頻清楚地包含了 48千赫外之頻率分 量〇圖31)中跡線44顯示了抽取及核心編碼後之信號頻率〇 音頻頻率已濾除了 24千赫以上之頻率並且採樣率已由抽取 器降到48千赫，因爲核心編碼器不能工作於更高之頻率〇 .跡線46描述了進入擴展編碼器前之差値信號之頻譜〇很清 楚，可以將其數據資源集中到沒被核心編碼器表示之這些 頻譜部份，即24千赫及48千赫之間。 圖7中首先說明了 一種比特分配方案，將一些擴展比 特分配到核心範圍而另一些分配到高頻頻譜〇如所示，此 二者擴展了輸出音頻信號之帶寬並減少了 〇-24千赫範圍之 噪音下限〇此一例子假定了有附加之比特可分配擴展編碼 器。另一應用，如圖12所示，將保持總比特數固定在已有 之水平上且將其等在核心及擴展範圍間分配〇很清楚，在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297免 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

565826 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（Μ 高頻性能136及噪音下限138間作了折衷，噪音下限138 直到24千赫都比未改變之核心噪音下限78高。在另一種處 理方法中，任何附加之比特均單獨分配給更高頻率頻譜而 將噪音下降獨自留在核心範圍內〇因爲在24千赫附近之過 渡頻帶內誤差相當大，高頻頻譜最好定義爲包括過渡頻帶 〇 在最後一種情況中，假定由核心編碼器提供之噪音下 限爲夠好，或者高頻頻譜之改善比降低噪音下限更重要〇 在這兩種情況下沒有擴展比特被分配來減小與重構核心信 號有關之編碼誤差〇這樣可簡化編碼過程以減小所需之計 算數目及延時，此可減小音頻設備之成本及複雜性而不影 響譯碼器。 如圖1 3所示，此可通過首先利用具有整數延時之線性 相位FIR濾波器140低通濾波該數字音頻以移去高於24千 赫以上之信號分量來完成〇然後對濾波後之信號按因子2 .抽取142 ，得到有效之48千赫採樣信號。欠抽樣信號隨後 以正常方式饋送到核心編碼器144 ，並將所得比特流放入 包裝器146中〇然後對欠抽樣之信號按因子2過採樣並低 通濾波150以移去對重構信號之內挿混淆。再次使用具有 整數採樣延時之線性相位FIR完成此一濾波。因而重構之 信號仍只攜帶核心比特中保持之音頻信息，即其不包含任 何高於24千赫之任何音頻頻率分量，但沒有編碼誤差〇然 後從輸入信號之延時（154)方式信號中減去該重構信號以 產生延時（157)差値信號，並用96千赫之採樣編碼器158 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 Γ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 565826 A7 B7 五、發明說明（3 編碼以產生擴展比特流〇 這個方案與圖11中方案之差別在於在處理中核心編碼 及譯碼器被旁路以產生差値信號〇該折衷即由核心編碼器 覆蓋之頻帶中之噪音下限沒有改進，由於核心編碼器中之 編碼誤差在差値信號中沒有被反映出來〇因此，擴展編碼 器不應該將比特分配給遠離抽取及內挿濾波器之過渡頻帶 之低頻子帶。 濾波器特性議題 抽取反混淆低通之濾波器（LPF)在進行核心編碼前對 信號濾波，其目的是將通常不能由核心算法表示之信號移 去。換言之，消費者設備中存在之譯碼器並未被編碼來利 用這些頻率〇爲了避免混淆效應及可能造成聲音質量下降 ，該濾波器通常在過渡點前被充份滾降〇然而，該濾波器 之技術指標，即波紋、過渡帶寬及止帶衰減，可由用戶調 整以獲得必要之質量標準〇 內揷反混淆濾波器之目的只是簡單地確保內揷混淆被 有效地衰減，使得混淆程度不干擾總體質量〇該濾波器可 以是抽取反混淆濾波器之簡單翻版〇然而，爲了確保核心 信號之質量抽取濾波器之複雜性可能將較大〇其結果可能 希望減小內挿濾波器之大小以簡化在編碼器及/或譯碼器 處之計算負荷〇 正常將希望在編碼器及譯碼器處保持內揷濾波器之濾 波特性相同。此即保證了延時及響應精確匹配，使得在_ 碼器處及將精確地對編碼器處之差値作反向處理，偶爾會 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 _ B7 五、發明說明（1 希望減小譯碼內挿濾波器之計算複雜性。雖然這會在編碼 器及譯碼器內揷處理間造成稍爲不匹配，但適當之濾波器 設計可使此種差別變得很小0另一重要議題是濾波器之延 時〇如果延時不同，它必須通過在擴展鏈或核心鏈中添加 延時而予補償〇其目的再一次要確保擴展及核心信號在相 加前精確地時間對準〇 編_譯碼器之實現 在上述編碼方案中，對於核心及擴展比特流之編碼器 /譯碼器是任意的，即彼等可以是子帶編碼、變換編碼等 之任意組合〇 —般的核心加擴展方法可以分割爲二個不同 之實現〇第一個是黑盒子方法，此不要求核心編碼器之算 法及內部結構之知識，只須知道所需之編碼延時〇然而， 如果知道核心編碼之特性並使擴展編碼器設計得與其匹配 ，擴展編碼在某些情況下可以作得更有效〇 黑盒子編譯碼器 黑盒子方法假設除了知道核心編碼器及譯碼器之延時 ，沒有關於核心編碼/譯碼器（codec)之內部結構知識。 上面用於描述一般核心加擴展方法之方塊圖也用於說明黑 盒子方法〇如所示，核心及擴展編碼及譯碼處理完全被分 開〇唯一之交互作用出現在形成差値信號或對輸出信號求 和時，這完全於時域發生〇因此不需要關於核心編譯碼器 之內部結構知識，也不需要根據核心編碼器或受其約束來 選擇擴展編譯碼器0然而，必須選擇延時以使U)重構之 核心信號及輸入信號在形成差値信號前必須精確時間對準 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

565826 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7___五、發明說明（4 ，以及（b )核心信號及差値信號在譯碼器處相加前必須精 確時間對準〇如圖11a及lib之當前較佳處理方法是將所 有之延時放在編碼器中以最小化編碼器中所需之儲存器〇 爲使輸入信號與重構之核心信號時間對準，輸入信號 被延時之量等於： 延時输人=延時抽取LPF +延時核心編碼器 + 延時核心譯碼器+延時內揷LPF 爲了在譯碼器處時間對準核心及差値信號，幀緩衝器 之延時設定爲： 延時幀緩衢器=延時差値信號+延時擴展編碼器 + 延時擴展ϋ碼器 圖11所示編碼器之問題是過分之編碼延時，其爲： 編碼延時=延時抽取LPF +延時核心編碼器+ 延時差値信號+延時擴展編碼器 + 延時擴展辑碼器+ 延時核心3碼器+延時內揷LPF 如果使用圖13所給之方案且內揷LPF被適當地設計， 此一延時可約簡成： 編碼延時=延時抽取LPF +延時核心編碼器 + 延時核心3S碼器+延時內挿LPF 黑盒子擴展編碼器 一個適合於黑盒子擴展編碼器160之編譯碼器例子如 圖14及15所示〇此一編譯碼器是基於濾波器組類型編碼技 術，該技術實質上被用於當前市場上之所有主要音頻編碼 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公^ 一 " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝 訂：

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 ___ B7 五、發明說明（Η 系統·· DTS相干音響，MPEG I及MPEG II使用了子帶編碼 ，而AC-3及MPEG I I AAC則採用了變換編碼。因而，此處 介紹之編譯碼器細節可方便地適用於下述之開放盒實現中 使用之擴展編譯碼器之實現〇 擴展編碼器160如圖14(a)所示〇差値信號被濾波器 組162分裂及抽取爲N個子帶〇每個子帶信號可用圖15(a) 所示之子帶編碼器164編碼〇來自每個子帶編碼器之子帶 比特隨後被包裝166成爲擴展比特〇 譯碼器如圖14(b)所示。擴展比特首先被拆裝170成 每個單獨之子帶比特〇拆裝之子帶比特隨後被圖15(b)所 示子帶譯碼器172譯碼以產生重構之子帶信號。最後，通 過在重構之子帶信號上運行綜合濾波器組174而重構差値 信號〇 在每個子帶編碼器（圖14(a))內，子帶樣本被分組 成子帶分析窗口 〇在每個這樣之窗口中之子帶樣本被用於 最佳化一組四個預測濾波器係數，然後利用搜索樹VQ策略 對其等量化〇此一向量量化預測係數用於預測每一分析窗 口內之子帶信號。以子帶樣本之方差及預測殘餘之方差獲 得之比値可作爲預測增益〇如果預測增益爲正且足以涵蓋 傳送預測係數VQ地址之開銷及由於稍後對預測殘餘之量化 可能造成之預測增益損失，預測殘餘將被量化並被傳遞〇 否則預測增益將被丟棄而子帶樣本將被量化及傳遞。對子 帶分析窗口之自適應預測之使用壓縮比特中之'^預測模式 〃標識指示。這樣，無論何時只要能減小量化誤差，自適 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297众 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 ___ B7 五、發明說明（1 應預測就被動態地激活。 如果預測模式對某一子帶分析窗口是工作的，就計算 一標定因子，此爲預測殘餘之RMS (均方根）或峰値幅度 〇用此一標定因子歸一化預測殘餘。如果預測模式對某一 子帶分析窗口不工作，分析子帶樣本以找出可能存在之瞬 變。一個瞬變被定義爲在低幅値狀態及高幅値狀態間之尖 銳或快速過渡〇如果對這樣一個窗口使用單個標定因子， 它對於瞬變前之低電平樣本可能過分了，可能會導致在低 比特率模式時之預回聲。爲了排除此一問題，每個分析窗 口被分成直到一定數目之內部子窗口。在分析窗口中依照 分析子窗口來定位瞬變之位置並計算二個標定因子，一個 用於瞬變前之窗口而另一用於瞬變後之窗口 〇瞬變出現處 之子窗口樣本用其等各自之標定因子歸一化。 根據比特率，用64級（步距2 .2分貝）或128級（步 距1.1分貝）根方表將標定因子對數式量化。其等能動態 .跟蹤140分貝範圍內之音頻〇量化表嵌入於每一分析窗口 之比特流中〇 橫跨所有信道之所有子帶之比特分配對於子帶分析窗 口之時間覆蓋可用充水算法實現0對於高比特率應用，充 水算法對子帶之功率工作。對於低比特率應用，通過對所 有信道運行音質分析取得主觀透明編碼以獲得該子帶之信 號對掩碼比（SMR，Signal to Mask Ratio)，並隨後將該 SMR饋送給充水算法。在無損或可變比特率編碼模式，比 特分配由量化步距大小確定，其保證量化噪音低於預定之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨•裝

565826 A7 B7 經濟部智慧財產局員.工消費合作社印製 五、發明說明（ 閾値，例如源PCM樣本之一半LSB 〇這樣獲得之比特分配 隨後嵌入到比特流中〇 在比特分配後，子帶樣本或預測殘餘被量化且量化指 數被包裝入比特流〇 音質硏究表明，人類聽覺系統對空間成像之感知更多 地基於對音頻信號之時間包絡而不是基爲其時間精細結構 〇因此，在極低比特率模式，通過僅對所選數目音頻通道 之高頻子帶之和編碼，有可能改善總體重構保眞度。在譯 碼時，各個信道之這些高頻子帶可通過複製這一和信號並 隨後用其等各自之標定因子定標而重構。如果採用聯合强 度編碼，聯合信道之一（源信道）攜帶和子帶樣本而其他 信道僅攜帶對源信道之索引及其等各自之標定因子〇 在低比特率時，標定因子、瞬變位置、比特分配或量 化索引可進一步使用熵編碼（例如Huff man編碼）被編碼 〇在此種情況下，熵編碼後實際使用之總比特數可能大幅 小於固定比特率應用所允許之最大比特數〇爲了充份利用 允許之最大比特數，利用一種迭代方法，從子帶之最低端 開始以結束於頻帶之最高端遞增地分配未使用之比特，直 到用完未使用之比特。 黑盒子_碼器之硬體實現 工作在雙HSARC 21065L浮點處理器之5·1信號道、96 千赫、24：0比特DTS g畢碼器之實現如圖16-20所示〇所有 之❶核心〃塊處理以及串聯輸入/輸出數據流在處理器#1 (P#l) 180中進行。擴展譯碼所需之信號處理操作之大多 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言- Γ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297免H 565826 A7 _______ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2) 數被限止在處理器#2 (P#2) 182中〇此一結構允許爲96/ 24〜高定義〃音頻格式考慮簡單之硬體升級通路。特別是 僅對於w核心〃編碼，使用處理器#1已足夠，其通過外部 端口 186與外儲存器180接口，並通過輸出串行端口 192 連接到SPDIF接收機188及三個SPDIF發射機190a、190b 及190c 〇升級到96千赫、24比特DTS譯碼器可通過將處理 器#2連接到簇多處理結構之外部儲存總線194而完成〇該 SHARC之片上總線仲裁邏輯允許兩個處理紅色共享公共總 線0 可從DVD播放器或從DVD播放器內之DVD運送機構獲 得可用之數字流。必須用SPDIF接收機來接收數字流並將 其轉換成合適之格式以饋送給SHARC P#1之RX串行口 195 〇進入之數字流利用DMA從RX串行口傳送到SHARC P#1之 內部儲存器中之數據緩衝器〇 圖17之方塊圖196說明了進入數據流之流程。用於左 .及右信道（L，R)，外包左及外包右信道（SL,SR)以及中来 及低頻有效信道（C,LFE)之6個經譯碼PCM流被多路複用 成三個輸入信息流。三個串行口 DMA信道被用於將輸出流 從SHARC P#1之內部儲存器中之數據緩衝器傳送到適當之 發送串行端口0串行端口可配置爲向任何商用SPDIF發射 機或DAC饋送。 圖18中之方塊圖198說明了外出數據流流程。簇多處 理結構使每個處理器可訪問兩個處理器之共享外部儲存器 及I/O寄存器〇通過共享外部儲存器中之雙緩衝器實行在 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言· · Γ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 __ B7 五、發明說明（2今 兩個處理器間之數據交換。特別是，來自當前DTS幀之vv 核心"音頻數據之6個信道，利用P#1之外部端口 DMA信 道被從P#1之內部儲存器傳送到共享外部儲存器塊（如塊 A )中之緩衝器〇此外，來自當前DTS幀之擴展子帶樣本 之五個信道也從P#1之內部處理器傳送到共享外部儲存器 之同一塊中之其等之相應緩衝器中〇Ρ#1之外部端口 DMA 再次此一傳送。

如圖19之方塊圖200所示，在當前DTS幀期間來自先 當前DTS幀之vv核心〃及擴展數據被本共享外部儲存器之 塊B中之相應之緩衝器傳送到P#2之內部儲存器。這些傳 遞之調度及儲存器塊U/B)之切換由P#1通過對兩個處理 器之I/O寄存器之控制而完成。類似地，來自先前DTS幀 之96千赫PCM音頻之6個信道利用P#1之外部端口 DMA信 道被從共享外部儲存器之塊D中之緩衝器傳送到P#1之內 部儲存器。圖20之方塊圖201說明了這個數據流之流程。 .塊B中之相應之緩衝器傳送到P#2之內部儲存器。這些傳 送之調度及對儲存器之塊（D/C)之切換再次由P#1通過對 兩個處理之I/O寄存器之擴展而完成〇 開放盒編譯碼器I 開放盒之實現要求知道核心編譯碼器之內部結構〇圖 21及22所示之編碼器例子是使用濾波器組方法編碼技術之 核心編碼器。其等包括（但不局限於）子帶編碼（DTS相 干音響，MPEG I及MPEG II )及變換編碼（Dolby AC_3及 MPEG I I AAC )〇知道了核心編碼之內部結構，選擇及設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297免^ (請先閱讀背面之注意事項再填窩本頁)

565826 A7 ___ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 計擴展編譯碼器使得它在核心帶寬（例如〇到2 4千赫）上 之響應及核心編碼器之響應匹配。結果，可在變換域或子 帶域內而不是在時間域內形成差値信號。此減少了延時量 及計算量〇 在第一示例中，數字音頻用具有96千赫週期之24比特 PCM樣本表示。首先低通濾波2〇2數字音頻以將其帶寬減 小到24千赫以下，接著按因子2抽取204 ，得到48千赫有 效採樣信號。該欠採樣信號然後送到核心編碼器206 〇核 心編碼器中之N頻帶濾波器組208將該欠採樣信號分解爲 N個子帶〇每個子帶可用自適應預測、標量及/或矢量量 化以及熵編碼等多種技術210進行編碼〇在一最佳結構中 ，子帶編碼技術將與核心編碼器中所有之技術匹配〇所得 之比特流隨後放入包裝器〇此一比特流還被饋送到核心子 帶譯碼器212以重構子帶樣本供以後擴展編碼器用於生成 子帶差値信號。 96千赫採樣輸入PCM信號被延時214並隨後饋送到2 個48千赫之採樣子帶信號。低頻帶信號用與核心編碼器所 用之相同之N頻帶濾波器組218分解成N個子帶信號。彼 等之每一個均被減去有核心編碼器重構之各自之子帶信號 以生成子帶差値信號〇差値信號由子帶編碼器222編碼並 隨後放入包裝器224 〇來自兩頻帶濾波器組之高頻帶信號 被饋送到Μ頻帶濾波器組226以生成Μ子帶信號。隨後由 子帶編碼器228對其等編碼且放入包裝器。此一子帶編碼 器可包括自適應預測、標量及矢量量化及/或熵編碼等多 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} Μ 言：

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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297之f 565826 A7 B7 五、發明說明（2今 種技術。給定之擴展編碼器前之延時爲：

延時+延時2頻帶滅波器=延時抽取LPF (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使得重構之核心子帶信號及音頻子帶信號在相加點220處 精確地時間對準（見圖21(a) )〇在譯碼器中（見圖21(b) )信號在相加點處自動對準〇 Μ頻帶濾波器組必須設計得 使其延時與Ν頻帶濾波器組之延時匹配，否則，必須引入 額外之延時使得高頻帶中之子帶信號與低頻帶中之子帶延 時有相同之延時〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖21(b)示出了譯碼過程〇核心比特流被拆裝230並 譯碼232以產生Ν個子帶信號〇如果播放器上無擴展譯碼 器，將這些核心子帶信號饋送到Ν頻帶合成濾波器組234 以生產核心音頻〇否則，跳過此一步並將核心子帶信號饋 送到擴展譯碼器236並與來自擴展比特流之差値子帶譯碼 信號240相加238 〇隨後將這些相加之子帶信號送到Ν頻 帶合成濾波器組242以產生低頻帶信號〇通過譯碼244擴 ，展比特流並將經譯碼之Μ子帶信號饋送到Μ頻帶合成濾浓 器組246形成高頻帶信號〇最後，將高頻帶信號及低頻帶 信號送到兩頻帶合成濾波器組248以產生96千赫之採樣音 頻輸出〇 此一開放盒方法之優點包括減少了編碼延時： 編碼延時= 延時抽 取 L P F + 延時核心 緘 碼 器 譯碼延時= 延時核 心譯碼 器 +延時2 頻 帶 濾波器 以及譯碼複雜性 _ • 譯碼MPIS = MPIS 核 心譯碼 器 + MPISm 頻 帶 濾波器 + 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565826 A7 B7 五、發明說明（25 mpis2頻帶濾波器

如果Μ頻帶及兩頻帶濾波器組之FIR濾波器抽頭數目 選得夠小，Μ頻帶及兩頻帶濾波器組所需之MIPS可以作成 小於工作在48千赫之N頻帶合成濾波器組之MIPSo因而， 譯碼96千赫音頻之總MI PS可以小於處理48千赫採樣音頻之 核心譯碼器所需MIPS之兩倍〇 開放盒編譯碼器II 如果用較佳實施例I[中之N頻帶合成濾波器組替換Μ 頻帶合成濾波器組，擴展編譯碼器中之三個濾波器組可以 被組合以形成一 L頻帶濾波器組，其中L= Μ + Ν (見圖22 (a)及22(b) ) 〇如果用快速算法來實現餘弦（Cosine)調 制則組合L頻帶濾波器組可提供較小之計算負荷。 圖22 (a)基本上與開放盒實現I[相同，除了擴展編碼 器中之三個分析濾波器組被單個L頻帶分析濾波器組250 所替代，以及來自核心編碼器之重構子帶信號已從L頻帶 .之低頻N子帶信號被減去以產生差値子帶信號〇這是可能 的，因爲工作在96千赫採樣率之擴展濾波器之L頻帶濾波 器組之低頻N子帶中之每一個覆蓋了工作在48千赫採樣率 之核心編碼器之N頻帶濾波器組之相同音頻頻譜〇爲了使 此一方案成功，當然緊要的是L頻帶及N頻帶濾波器組之 濾波器特性要互相匹配，即使其等工作在不同採樣率也應 如此〇 圖22(b)所示之譯碼過程幾乎與圖21(b)中一樣，除 了用一個L頻帶合成濾波器組2 52替代三個合成濾波器’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

565826 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2弓 以及核心譯碼器之重構子帶被加到相應之來自從1頻帶濾 波器組輸出之低頻N子帶中〇 雖然顯示及描述了本發明之若干說明性實施例，對於 本領域人員來說可出現許多變化或替代之實施例0例如， 此處討論之採樣率可對應於當前之標準0隨著時間推移， 這些採樣率還會改變〇可以構想出這種變化及替換實施例 且能被製作而不脫離由所附申請專利範圍規定之本發明之 精神及範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 565826 干β "斗丨 （92.07.30修正） y 專利範圍: 1· 一種用於對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之 數字音頻信號進行編碼之多信道音頻編碼器，其特徵在於 包括： 具有之採樣速率及音頻帶寬小於數字音頻信號之採 樣速率及音頻帶寬之核心編碼器； 具有之採樣速率及音頻帶寬等於數字音頻信號之採 樣速率及音頻帶寬之擴展編碼器； 對數字音頻信號濾波以移去核心編碼器之高於音頻 帶寬之信號分量之抽取低通濾波器（LPF); 欠抽樣經濾波之信號以提取其採樣速率與核心編碼 器匹配之核心信號之抽取器，其中所述核心編碼器將所述 核心信號編碼成核心比特； 對核心比特譯碼以形成重構之核心比特之核心編碼 器； 過採樣重構之核心信號以達到擴展編碼器之採樣速 率之內挿器； 對過採樣之重構核心信號濾波以移去內揷混淆之內 挿 LPF ; 從數字信號中減去所述濾波信號以形成一差値信號 之求和節點，其中所述擴展編碼器將差値信號編碼成擴展 比特〇 2 .如申請專利範圍第1項所述之多信道音頻編碼器， 其特徵在於所述核心編碼器定義了重構核心信號在其音頻 帶寬內之噪音下限，所述擴展比特進一步精細化在核心編 565826

   碼器音頻帶寬上之噪音下限，並定義了擴展編碼器之音頻 帶寬之其餘部份之噪音下限。 3 .如申請專利範圍第1項所述之多信道音頻編碼器’ 其特徵在於所述核心編碼器定義了重構核心信號在其音頻 帶寬內之噪音下限，所述擴展比特被分配在所述抽取比特 之過渡頻帶附近及更高之頻帶上以對擴展編碼器之音頻帶 寬之其餘部份定義噪音下限〇 4 .如申請專利範圍第1項所述之多信道音頻編碼器， 其特徵在於編碼器保持了與第一代音頻譯碼器已有基礎之 相容性同時又提供用第二代音頻譯碼器高質量聲音之再現 ，所述核心譯碼器包括所述第一代音頻譯碼器之一，而所 述核心編碼器與第一代譯碼器相容〇 5 .如申請專利範圍第1項所述之多信道音頻編碼器， 進一步包括一包裝器，將核心比特及擴展比特按核心加擴 展格式包裝成比特流，在該格式中，第一代音頻譯碼器可 以提取及譯碼核心比特以重現音頻信號，而第二代音頻譯 碼器可以提取核心比特加擴展比特以重現高質量音頻信號 6· —種用於對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之 數字音頻信號進行編碼之多信道音頻編碼器，其特徵在於 包括： 具有之採樣速率及音頻帶寬小於數字音頻信號之採 樣速率及音頻帶寬之核心編碼器； 具有之採樣速率及音頻帶寬等於數字音頻信號之採 樣速率及音頻帶寬之擴展編碼器； 565826

   對數字音頻信號濾波以移去核心編碼器之高於音頻 帶寬之信號分量之抽取低通濾波器（LPF)，所述抽取LPF 有一過渡帶寬圍繞核心編碼音頻帶寬附近； 欠抽樣經濾波之信號以提取其採樣速率與核心編碼 器匹配之核心信號之抽取器，其中所述核心編碼器將所述 核心信號編碼成核心比特； 過採樣核心信號以達到擴展編碼器之採樣速率來重 構核心信號之內挿器； 對過採樣之重構核心信號濾波以移去內挿混淆之內 挿 LPF ; 從數字信號中減去所述濾波信號以形成一差値信號 之求和節點，其中所述擴展編碼器將差値信號編碼成擴展 比特並在所述過渡頻帶內及高於過渡頻帶內分配擴展比特 以擴展編碼信號之頻率範圍〇 7 .如申請專利範圍第6項所述之多信道音頻編碼器， 其特徵在於編碼器保持了與第一代音頻譯碼器已有基礎之 相容性同時又提供用第二代音頻譯碼器高質量聲音之再現 ，所述核心譯碼器包括所述第一代音頻譯碼器之一，而所 述核心編碼器與第一代譯碼器相容。 8 ·如申請專利範圍第6項所述之多信道音頻編碼器， 進一步包括一包裝器，將核心比特及擴展比特按核心加擴 展格式包裝成比特流，在該格式中，第一代音頻譯碼器可 以提取及譯碼核心比特以重現音頻信號，而第二代音頻譯 碼器可以提取核心比特加擴展比特以重現高質量音頻信號 565826 輕:.j_ 一, 手 j 二 > 炎· 8· ·5凝]兀, 9. 一種用於對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之 數字音頻信號進行編碼之多信道音頻編碼器，其特徵在於 包括： 從在一音頻帶寬上之數字音頻信號中提取核心信號 並將其編碼成核心比特之核心編碼器，所述核心濾波器包 括一將核心信號分解成Ν個子帶之Ν頻帶濾波器組及生成 核心比特之Ν子帶編碼器、重構Ν子帶樣本以形成重構核 心信號之Ν子帶譯碼器； 從重構之核心信號及數字音頻信號形成變換域或子 帶域中之差値信號之求和節點； 將所述新差値信號編碼成擴展比特之擴展編碼器， 所述擴展在其音頻帶寬上與核心編碼器匹配並包括： 將數字音頻信號分裂爲低頻帶及高頻帶之兩頻 帶濾波器組； 與核心編碼器等效之Ν缉帶濾波器組，將低頻 帶中之數字音頻信號分解成Ν個子帶，所述求和節點存在 於所述擴展編碼器內並包括Ν個子帶節點，其等將重構之 Ν個子帶樣本分別從數字音頻信號之Ν個子帶中減去以形 成Ν個差値子帶； Ν個子帶編碼器，對Ν個差値子帶編碼以形成 低頻帶擴展比特； Μ頻帶濾波器組，將高頻帶中之數字信號分解 成Μ個子帶；以及 Μ個子帶編碼器，對Μ個子帶編碼以形成高頻 565826 芊月曰…卜 丨，d補无 帶擴展比特〇 10. —種用於對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之 數字音頻信號進行編碼之多信道音頻編碼器，其特徵在於 包括： 從在一音頻帶寬上之數字音頻信號中提取核心信號 並將其編碼成核心比特之核心編碼器，所述核心濾波器包 括一將核心信號分解成N個子帶之N頻帶濾波器組及生成 核心比特之N子帶編碼器、重構N子帶樣本以形成重構核 心信號之N子帶譯碼器； 從重構之核心信號及數字音頻信號形成變換域或子 帶域中之差値信號之求和節點； 將所述新差値信號編碼成擴展比特之擴展編碼器， 所述擴展在其音頻帶寬上與核心編碼器匹配並包括： L頻帶濾波器組，將數字音頻信號分解爲N個 低頻子帶及Μ個高頻子帶，所述L頻帶濾波器組之特性在 其Ν個低頻子帶上與所述Ν頻帶濾波器組之特性匹配，所 述求和節點存在於所述擴展編碼器內並包括Ν個子帶節點 ，其等將重構之Ν個子帶樣本分別從數字音頻信號之Ν個 子帶中減去以形成Ν個差値子帶； Ν個子帶編碼器，對Ν個差値子帶編碼以形成 低頻帶擴展比特； Μ個子帶編碼器，對Μ個子帶編碼以形成高頻 帶擴展比特〇 11· 一種用於從一比特流重構多音頻信道之多信道黑盒 565826 年月 I y2. 8. -5 子音頻譯碼器，其中每個音頻信道按已知採樣速率採樣並 有一音頻帶寬，其特徵在於包括： 拆裝器，用於一次讀入及儲存一幀比特流，每個所 述幀包括具有核心比特之核心字段以及具有同步字及擴展 比特之擴展字段，所述拆裝器提取所述核心比特並檢測所 述同步字以提取及分離該擴展比特； 對核心比特譯碼以形成重構之核心信號之核心譯碼 窃 ， 對擴展比特譯碼以形成重構之差値信號之擴展譯碼 器，所述擴展譯碼器具有之採樣速率及音頻帶寬大於所述 核心譯碼器之採樣速率及音頻帶寬； 過採樣重構之核心信號以達到擴展編碼器之採樣速 率之內挿器； 對過採樣之重構核心信號濾波以衰減內挿混淆之低 通濾波器；以及 將重構之差値音頻信號加入重構之核心音頻信號以 改善重構核心信號之保眞度並擴展其音頻帶寬之求和節點 〇 12. —種用於從一比特流重構多音頻信道之多信道黑盒 子音頻譯碼器，其中每個音頻信道按已知採樣速率採樣並 有一音頻帶寬，其特徵在於包括： 拆裝器，用於一次讀入及儲存一幀比特流，每個所 述幀包括具有核心比特之核心字段以及具有同步字及擴展 比特之擴展字段，所述拆裝器提取所述核心比特並檢測所 565826

   述同步字以提取及分離該擴展比特； N個核心子帶譯碼器’將核七、比特譯碼成N個核心 子帶信號； N個擴展子帶譯碼器’將擴展比特譯碼成n個低頻 擴展子帶信號； Μ個擴展子帶譯碼器，將擴展比特譯碼成Μ個高頻 擴展子帶信號； I 將Ν個核心子帶信號與各自之Ν個擴展子帶信號相 加以形成Ν個複合子帶信號之Ν個求和節點；以及 濾波器，合成Ν個複合子帶信號Μ個擴展子帶信號 以再現多信道音頻信號〇 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之音頻譯碼器，其特徵 在於所述濾波器是一個單個Μ + Ν頻帶濾波器組，其中Ν個 低頻帶與Ν個核心子帶譯碼器相容〇 14. 如申請專利範圍第12項所述之音頻譯碼器，其特徵 在於所述濾波器包括： Ν頻帶濾波器組，與Ν個核心子帶譯碼器相容，合 成該Ν個複合子帶信號； Μ頻帶濾波器組，合成該Μ個擴展子帶信號；以及 兩頻帶濾波器組，組合Ν及Μ頻帶濾波器組之輸出 以構成多信道音頻信號〇 15. —種與第一代音頻譯碼器之現有基礎一起使用之製 品，能夠重構直到音頻帶寬及採樣分辨率之核心信號，並 也能與具有更大音頻帶寬之第二代音頻譯碼器之硏發基礎 565826

   使用，其特徵在於包括： 與所述第一代及第二代音頻譯碼器一起使用之便攜 式以機器可讀儲存媒體；以及 代表以核心加擴展格式寫在所述儲存媒體上之多信 道音頻信號之單個數字比特流，所述比特流包括一同步幀 序列，每個所述幀包括具有將核心同步字緊靠在核心比特 前之核心字段以及將擴展同步字緊靠在擴展比特前之擴展 字段； 所述核心比特序列定義了在第一代音頻譯碼器之音頻 譯碼器之音頻帶寬上重構之核心信號之噪音下限；以及 所述擴展比特序列進一步精細化在核心編碼器之音頻 帶寬上之噪音下限，並定義了第二代音頻譯碼器之音頻帶 寬之其餘部份之噪音下限〇 16.—種體現在載波上之數字音頻信號，其特徵用於包 括一同步幀序列，每個所述幀包括一具有核心比特之核心 字段，其代表了直到音頻帶寬及採樣分辨率之核心信號； 以及一具有擴展同步字及擴展比特之擴展字段，其代表了 對音頻帶寬擴展及/或增加了核心信號之採樣分辨率之擴 展音頻信號〇 17 .如申請專利範圍第16項之數字音頻信號，其特徵在 於所述數字音頻信號包括一個僅包括一個所述同步幀序列 18 .如申請專利範圍第16項之數字音頻信號，其特徵在 於所述核心字段包括一核心同步字0 19. 一種對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之多信 565826

   道數字音頻信號進行編碼之方法，其保持了與第一代音頻 _碼器已有基礎之相容性同時又提供用第二代音頻譯碼器 高質量再現聲音，其特徵在於包括以下步驟： 低通濾波該數字音頻信號以移去高於核心音頻帶寬 之信號分量； 欠採樣經濾波之信號以提取採樣速率與核心採樣速 率匹配之核心信號； 以與所述第一代音頻譯碼器相容之方式，將核心信 號按核心採樣率及音頻帶寬編碼成核心比特而沒有折回混 淆，所述核心採樣率及音頻帶寬小於數字音頻信號之採樣 速率及音頻帶寬； 使用第一代音頻譯碼器譯碼核心比特以形成重構之 核心信號； 過採樣重構之核心信號到擴展採樣速率； 低通濾波過採樣之重構核心信號以移去內挿混淆； 從數字音頻信號中減去所述濾波信號以形成所述差 値信號； 以等於所述數字音頻信號之採樣速率及音頻帶寬之 擴展採樣率及音頻帶寬對差値信號編碼；以及 將核心比特及擴展比特按核心加擴展之格式包裝成 比特流，以這種格式第一代音頻譯碼器可提取及譯碼核心 比特以再現音頻信號，而第二代音頻譯碼器可提取及譯碼 核心比特加擴展比特以再現高質量音頻信號0 20. —種對按已知採樣速率採樣並有一音頻帶寬之多信 565826 , -..i*— I 年月a、乂 \ | {β. 8· -5·无! 道數字音頻信號進行編碼之方法，其保持了與第一代音頻 譯碼器已有基礎之相容性同時又提供用第二代音頻譯碼器 高質量再現聲音，其特徵在於包括以下步驟： 低通濾波該數字音頻信號以移去高於核心音頻帶寬 之信號分量，所述濾波圍繞核心音頻頻帶具有一過渡頻帶 f 欠採樣經濾波之信號以提取採樣速率與核心採樣速 率匹配之核心信號； 以與所述第一代音頻譯碼器相容之方式，將核心信 號按核心採樣率及音頻帶寬編碼成核心比特而沒有折回混 淆，所述核心採樣率及音頻帶寬小於數字音頻信號之採樣 速率及音頻帶寬； 過採樣核心信號到擴展採樣速率以形成重構核心信 號； 濾波重構之核心信號以移去內挿混淆； 從數字音頻信號中減去所述經濾波之重構信號以形 成一差値信號； 以等於所述數字音頻信號之採樣速率及音頻帶寬之 擴展採樣率及音頻帶寬將差値信號編碼成擴展比特，在所 述過渡頻帶內及高於過渡頻帶內分配所述擴展比特以擴展 編碼音頻信號之頻率範圍；以及 將核心比特及擴展比特按核心加擴展之格式包裝成 比特流，以這種格式第一代音頻譯碼器可提取及譯碼核心 比特以再現音頻信號，而第二代音頻譯碼器可提取及譯碼 565826

   年月曰 此 8·

   核心比特加擴展比特以再現高質量音頻信號0 21.—種重構多信道音頻信號之方法，其特徵在於包括 以下步驟： 接收編碼幀之序列，每個所述幀包括具有將核心同 步字緊靠在核心比特前之核心字段以及將擴展同步字緊靠 在擴展比特前之擴展字段； 檢測核心同步字以提取核心比特並隨後將其譯碼成 重構之核心信號； 檢測擴展同步字以提取擴展比特並隨後以大於所述 核心之採樣速率及音頻帶寬將其譯碼成重構之差値信號； 過採樣重構之核心信號到重構差値信號之採樣速率 9 低通濾波過採樣之重構核心信號以衰減內揷混淆； 相加經濾波及重構之核心信號及重構之差値信號以 重構多信道音頻信號。