TWI226041B

TWI226041B - Matrix improvements to lossless encoding and decoding

Info

Publication number: TWI226041B
Application number: TW089106477A
Authority: TW
Inventors: Peter Graham Craven; Malcolm James Law; John Robert Stuart
Original assignee: Dolby Lab Licensing Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2005-01-01
Also published as: CA2365529C; EP1370114A3; AR023424A1; MY123651A; EP2391146A3; EP2391146A2; EP2339756A2; CA2742649C; ATE255785T1; US20050007262A1; JP2002541524A; US6774820B2; MY149792A; US20040070523A1; DE60006953T2; DK1173925T3; CA2365529A1; ES2208297T3; SG2012056305A; SG144695A1

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 五、發明說明（i) 發明技術領域本發明係有關於與矩陣化多頻道訊號相關的數位訊號串流（stream)的編碼與解碼，尤其是與數位音訊串流相關聯。發明背景無失真壓縮目前已是用來降低儲存以及傳輸數位音訊所需資料頻率（data rate)的一個成熟方式。降低多頻道訊號資料頻率的一個方式是利用矩陣化（matrixing)，以讓主要的資訊集中在一些傳送頻道上，而其餘的頻道則相對下傳載較少的資訊。例如當傳輸的是中央聲音影像 (central sound image)時，雙聲道音訊在左右聲道的波形就可肖b系乎一樣，在此情形下對兩個頻道的和（sum)與差異（difference)做編碼就會比較有效率。此流程在 WOA 96/37408中有梢微仔細的說明，這包含利用一連串的基本矩陣3:化器（primitive matrix quantiser)達到完全地可逆（invertible)或是無失真矩陣化（mat〇xing)。在WO-A 96/37408中所揭露的流程也設想了透過矩陣量化器（quantiser)將矩陣作用到一多頻道原始數位訊號，以取付代表較為適合一般區域岭聽(general listening)的揚聲器輸入（Speakerfee(js)的矩陣化數位訊號。這些矩陣化訊號可以被紀錄在像DVD之類的載體上，一般的播放器（player)會單純地將每一個矩陣化訊號輸入到揚聲器。但是高階的播放器會轉化矩陣量化器的效應，正確地重新建構原始的數位訊號，以經由方式重現該訊號。在DVD音訊（DVD_Audio)的商業應用中，需要整合上述兩個觀念，以讓使用無失真壓縮的傳輸系統也可以 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事命再填¾本頁) ·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 _______ B7 五、發明說明（2) 同時提供矩陣化訊號與原始訊號。在此應用中，所需的矩陣化訊號有兩個頻道而原始訊號則有超過兩個的頻道，所以需要提供額外的資訊以允許將多頻道訊號回覆；但是額外的資不應造成僅希望解碼雙頻道（two-channei)矩陣化訊號的解碼器在計算上的額外負擔。目前數位音訊常以24位元的方式傳輸，而流行的數位訊號處理（Digital Signal Processing，DSP)晶片，如 Motorola 5600系列，也易於處理24位元寬的字元 (word)。但是在WO-A 96/37408中所介紹的處理可能會產生需要比原始訊號更寬字元位元數的數字。由於使用雙精準度（double-precision)計算代價相當昂貴，因此需要有一個方法可以在不需要增加字元位元寬度的情形下，讓處理基本上可以進行。最後對購買設計提供無失真重建設備的消費者而言’則是希望能再次確認訊號回復真的是無失真。傳統的編碼後串流同位檢查（parity check)與CRC檢查，當串流中的資料毀損時會顯示錯誤，但是它們不會發現因為編碼态與解碼器矩陣化或是其它演算法上的不對應所造成的錯誤。發明概述根據本發明的第一個部份，一串流（stream)被切分為兩個子串流，第一子串流提供與經由矩陣處理 (matrixing)所得到的「下混合」（d〇wnmix)有關的資訊，且與原始的多頻道數位訊號相較其頻道數較少，而第二子串流則提供額外的資訊讓解碼器能夠不失真地回復原始的多頻道數位訊號。在兩個子串流都利用無失真壓縮傳輸的情形下’僅解碼「下混合」訊號的解碼器需要解壓縮第本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線· (請先閱讀背面之注音？事#再填¾本頁) · 1226041

五、發明說明（3) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製一子串流，所以與解碼多頻道數位訊號相較下可以使用較少的計算資源。在本發明的第-部份的—個變形中，第一子串流可以用多數個子串流取代，並允許制複數個（apl咖llty of) 不同的矩陣化表示。但相同地，最後—個子串流將包含額外的資訊以允許原有的完整多頻道數位訊號能不失真地重現。在此第-部份的-個較佳實施例中，編碼器提供一連串（cascade)的或多個基本（primitive)矩陣量化器 (quandser)給於「下混合」訊號，接續著「下混合」所^ 要的所個頻道的選擇，此處的每一個基本矩陣量化器係實施了（implement) —個”乘以"的矩陣。多頻迢解碼器則會從兩個子串流取得訊號，並施以一連串的反向基本矩陣以回復原始的多頻道訊號。一般人可能會認為將輸入到解碼器的一連串頻道排序，以讓來自第一子串流的頻道被放置於開頭處相當地理所當然。但是這可月b會導致解碼态的連串（cascade)的輸出錯誤的頻道排序，所以比較好的情形是編碼器指定一頻道排列 (permutation)，並由解碼器實施以回復正確的頻道順序。在較佳的情況下，任何矩陣化中的去尾（tnmcatmg) 或疋四捨五入（rounding)都應利用高頻振動高頻振動 (dither)來計异。在此情形下，為了做到無失真編碼，高頻振動高頻振動（dither)訊號應該要提供給解碼器，以讓其可以反轉編碼器所做的運算，無失真遞回復原有的訊號。咼頻振動高頻振動可以利用如WO-A 96/37408所設想的「自動高頻振動高頻振動」（autodither)計算得來；但是在無失真壓縮方案的情況下，透過在編碼後串流中提供可以讓解碼器用來將其高頻振動高頻振動流程與編碼本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂 --------線 (請先閱讀背面之注咅？事#再填¾本頁) ‘ 1226041 A7 ____B7 五、發明說明（4 ) 器的高頻振動高頻振動流程做同步的高頻振動高頻振動種子，可以避免「自動高頻振動高頻振動」的使用。 (請先閱讀背面之注意事廣再填¾本頁) 因此根據本發明的第二方面，係提供有一無失真壓縮系統，其包括編碼後位元串流内的高頻振動高頻振動種子。此高頻振動高頻振動種子係用來對解碼器中的假隨機 (pseudo random)序列產生器與在編碼器中功能相同的產生器做同步。在本發明一個重要的實施中，「下混合」有兩個頻道，而且最方便的取得方式是將兩個基本矩陣量化器作用到原來的多頻道數位訊號上。在實施本發明的第二個方面的一個實施中，每一個量化器都需要高頻振動高頻振動；並且對兩個量化器應該提供不同的高頻振動，且每一個高頻振動的較佳的機率分佈函式（probability distribution function，PDF)係三角分佈（triangular)。提供此類的兩個二角PDF (TPDF)南頻振動訊號—在此處稱為鑽石高頻振動（diamond dither) —的一個有效率的方式是將兩個獨立的矩形（rectangular) PDF (TPDF)訊號做相加與相減。關於較為冰入的細印以及推廣到多個頻道，請夫考R Wannamaker, Efficient Generation of Multichannel Dither

Signals’’，AES 103rd Convention，New York，1997, preprint 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 no. 4533. 同樣地，在第二方面的一個較佳實施例中，編碼器利用單--個序列產生器提供兩個獨立的RPDF高頻振動訊號，而且這些訊號的和與差用來提供兩個基本矩陣量化器所需的高頻振動，此處的兩個基本矩陣係用來取得一雙頻道「下混合」。 WO-A 96/37408解釋了在無失真壓縮系統中基本矩陣量化器的使用，而且在上文中我們也提到了第一部份的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

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1226041 一個較佳實施例，在此較佳實施例中為了將「下混合」訊號所需的資訊放人到各別的子串流中，也使用了基本矩陣量化器。同樣地，在本發明的一第三方面提供有包含未受限 (micommitted)基本矩陣量化器的編碼器與解碼器，編碼器具有邏輯可接受以係數矩陣方式指定的「下混合」、配置數個基本矩陣量化器以提供（furnish)「下混合」、以及選擇性地配置更深入的數字以提供矩陣化來降低資料頻率。編碼為提供包含即將使用的基本矩陣量化器的規袼的串机，並選擇性地可能包含咼頻振動（出也沉）的相加。在一較佳實施例中，高頻振動係被以兩個RpDF高頻振動序列的方式產生，且編碼器對於每一高頻振動序列指定一係數。因此在第一基本矩陣量化器的情形下，鑽石高頻振動可以透過指定兩個同號的係數的方式取得，而第二基本矩陣高頻振動則可透過指定兩個異號的係數的方式來取得。在第三方面的一個基本實施中，選擇使用基本矩陣，以讓「下混合」可以在第一子串流直接傳遞。但是由於幾個原因，這並不是最佳的方式。將多頻道子空間的η個頻道視為定義了一個…維的空間，在線性「下混合」中，產生非零輸出的訊號形成一個子空間。如果「下混合」有 m個頻道，則子空間也通常會有m維。則在第一子串流的訊號在最佳的情況下應該要傳載m維子空間，如此就需要其所傳輸的頻道為「下混合」頻道的矩陣化表示。這麼一來就算是僅設計用來回復「下混合」訊號的解碼器也通常會需要矩陣化設備（matrixing facility)。音訊通常使用不多於24位元傳輪，而且在像 Meridian Lossless Packing ® (MLP)之類的無失真重現 --------^---------^ .^w--- (請先閱讀背面之注意事埯再填¾本頁) · > 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 1226041 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（6) (reproduction)系統中，由於輸入不超過24位元，所以能確定輸出不會超過24位元。關於MLP的說明可以在 DVD Specifications for Read-Only Disc, Part 4： Audio Specifications, Packed PCM5 MLP Reference Information, Versionl.O, March 1999 以及 w〇_A 96/37048 中找到。在「下混合」的例子中輸出位準（level)係由解碼器中的矩陣所定義。基本上可以調整（scale)矩陣的係數以讓輸出永遠不會超過一 24位元字元所定義飽和門檻值 (saturation threshold)，但是在實際上這會導致無法接受的低輸出位準。而且編碼為限制或是修剪（clip)「下混合」訊號是無法接受的，因為這無法在不影響多頻道訊號重建的情形下進行，這樣一來多頻道訊號重現就不是不失真了。超過飽和門檻值的輸出位準在此稱之為「超載」 (overload)。「下混合」訊號偶爾地超載，除了數位超載特別讓人感到不愉快的情形外—假設允許纏繞 (wrap-round)，一般係認為可被接受的。關於纏繞所造成的結果在下文中會較為詳細的討論。所以在本發明的第一部份的一個較佳實施例中，一解碼「下混合」訊號的解碼器在矩陣的計算之後，會有修剪或是類似的限制設備，以讓超載的效應不會令人感到不愉快。高品質音訊24位元傳統的另一個結果就是24位元内部子元見度DSP處理晶片的可得性。 WO-A 96/37408中所揭露每一基本矩陣量化器係經由對多頻道訊號的一個頻道加入其餘頻道中的一部分的方式將其更動。此一基本矩陣量化器具有直接的一致性好處。本發明第四方面，係為接受更動後頻道的係數增益的基本矩陣量化器做預備，並有一名為的額外資料路徑。可以將增益的值設定為小於單位元素（unity)以避本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----I------- I------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事承再填%本頁) < 1226041 A7 B7 五、發明說明（7) 免超載。如此一來，基本矩陣量化器的量化過輪出所具有的資訊就會比其輸入少。其餘的資訊係被包含在運用^曾益係數（gain coefficient)所產生的額外較不重要的位元 (least significant bit，LSB)中。屆時這些 LSB 的一部份或是全部則會經由資料路徑分別地傳輪。特別是在增益係數為±1/2的情形下，係產生可以經由所傳輸的單獨一個LSB。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在提供cAed:特徵的本發明的第五部分，其根據輸入到編碼器的多頻道輸入計算一檢查值，並搭載在編碼後串流中。解碼器從解碼後輸出計算一相似的檢查值，並將其與經由串流傳輸的檢查值做比較，如此做通常係用來對使用者提供一如「無失真」燈號之類的視覺指示’以說明重現真的是沒有失真。根據本發明的第一部份在一具有「下混合」的串流的情形下，「下混合」並非原訊號無失真的重現。但是如果根據發明的第二部分提供一同步過的高頻振動（dither)，且解碼器矩陣化係精準地建構為遵循本發明的第三部分的矩陣量化器，則「下混合」的重現就會是完全可決定的（deterministic)，並且可在編碼器中模擬，且可以由成音工程師（mastering engineer) 或成音師（mastering producer)編修。所以編碼器可以計算此模擬後「下混合」的檢查值，而此值則可以讓解碼器檢驗，藉此確認經編修後或是在編碼程序中可以編修的相同「下混合」係被無失真的重現。包含如在 P.G. Graven and J.R. Stuart，‘Cascadable Lossy Data Compression Using A Lossless Kernel% J. Audio Eng. Soc.^ Abstract, March 1997, vol. 45, no.5? p. 404, preprint no· 4416,在此稱為CAES 1997’，文中所解釋的的「前置量化器」（prequantiser)，也因此可以在編碼前改變本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226041 A7 五、發明說明（8) 原始多頻道訊號的編碼器，在計算檢查值上可以有所選擇。假使它是從原始訊號處計算檢查值，在改變過的段落間’無失真重現的指示’例如解碼器上的「無 = #u」’就不會發光。_個替代方式是讓更動過後的況说可^破編修作為編碼程序的—部份，並由更動過後的訊^算檢查值。這與「下混合」的情況是吻合的·在兩真=燈號都表示在編碼階段可用來編修的訊的較佳的實施中，該檢查值係—對所有頻道計算查(paritycheck)字元。在包含本發明的第一部二修^广中，第""子串流包含-在任何避免超載的修二:Lp)進行之前就從經過模擬的「下混合」處计异付來的同位檢查字元，而第二子串流則包含由整個多 ^道=得㈣墙查衫。在計算同位值之 =的位:母J 2值的子70先依照其頻道號碼旋轉相同數機率^皮^^兩個頻道的影響—模-樣的錯誤有高的記錄=專D=:的儲心頰W储存媒體上，以及從上述儲存媒體碼流程。但是其應該被理解為根據立-直到势々"碼基本上可以利用在任何頻譜由超 d丨fd、s率的基頻(base band)或是調變後 (modulated)通訊管道的傳輸媒介，後串流記錄到包含磁性或是光學技術在内的術的=媒體上。同樣地，根據本發明所建構的以用來處理從上述媒介中取得的編碼後串流。圖式的簡要說明適用中國國家標準（cNs)^I7b各⑵0 χ 297么cjy (請先閱讀背面之注意事春再填¾本頁) --------^---------^ . 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 1226041 A7 B7 五、發明說明（9 ) 本發明的例子將參照搭配的圖式做解釋，其中：圖一顯示一無失真六頻道編碼器，其包含一用來將一矩陣化頻道編碼為兩個子串流的矩陣，此兩個自串流接著被包裝成單一個串流，並記錄在DVD上。圖二顯示一多頻道解碼器，其對圖一的編碼器所產生的兩個子串流進行解碼，以提供原始六頻道的無失真重建。圖三顯示一僅針對第一子串流進行解碼的雙頻道解碼器，以提供一雙頻道的「下混合」（down-mix)。圖四a顯示一連串（cascade)的兩個基本矩陣量化器，其修飾（modify) —四頻道訊號的雙頻道。圖四b顯示相似的一連串雙基本矩陣量化器，其被設定用來反轉圖四a的處理。圖五a顯示一包含（incorporate)高頻振動（dither) 的基本矩陣量化器。圖五b顯示一包含高頻振動的反轉(inverse)基本矩陣量化器。圖六a顯示一經過更改的基本矩陣量化器，以提供 LSB繞道（bypass)功能以及在任何進一步無失真處理中繞道的個別傳輸。圖六b係圖六a的互補（complementary)，顯示在任何反轉無失真處理情形下經過繞道的LSB的個別傳送，以及一與經過繞道的LSB整合並重建原始訊號的基本矩陣量化器。圖七a顯示具有LSB繞道的MLP編碼器的一個實施的方塊圖。圖七b則是顯示與圖七a中的編碼器互補的一個本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事餍再填贫？本頁) · 1226041

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（10) 解碼器的實施。圖八顯示一被指定用在MLP解碼器的一個實施中使用的基本矩陣量化器。圖九顯示一無失真編碼器，其前頭接著一前置量化器其輸出一用以試聽的輸出，以及一經由前置量化輸出計算得來的「無失真檢查」值。圖十顯示一用以編碼48 kHz與96kHz混合頻率訊號樣本的裝置，包含一無失真編碼器，其前頭係一向上取樣器（upsampler)。發明的詳細說明文章 “Lossless Coding for Audio Discs，，，J· Audio Eng. Soc·，September 1996, vol. 44, no· 9, pp. 706-720 以及國際專利申請案WO-A 96/37408包含一些用在無失真壓縮的一些原則的討論。無失真壓縮的一個重要商業應用係在DVD-Audio，其中包含兩類（class)的播放機，多頻道播放機提供通常用來驅動‘5.1’擴音機安排（layout)的6個輸出，而雙頻道播放機則提供雙輸出給有兩個揚聲器的聽眾或是提供隨身攜帶收聽的耳機使用。因此’ DVD具備有搭載記錄音訊（recorded audio signal)兩次的能力，一次以多頻道訊號以及一次以雙頻道訊號的方式。但是搭載訊號兩次隱含著對播放時間不利的可能。在許多的情況下，原始的錄音僅被以多頻道訊號的方式表示，而給予雙頻道聆聽者係由多頻道主訊 (master)取得的「下混合」。如果錄音係以一般的 Pulse Code Modulation (PCM) 樣本傳送’則碟片可以建設性地搭載多頻道錄音加上下混本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填氡本頁) · 1226041 Λ7 B7 五、發明說明（„) 合係數（downmix coefficient)，讓播放器經由多頻道訊號頻道的線性組合取得雙頻道下混合。例如包含L〇與R〇兩個頻道的「下混合」即可以從包含左前、右前、左環場、右環場、中央以及低頻率效應頻道-Ls 、Rs 、C 、Lfe表不一的多頻3 方程式計算得來：分別以Lf、Rf、 t訊號利用下述矩陣 Λ" Λ. .75 0 .739200 -.126825 〇 .75 -.126825 .739200 (請先閱讀背面之注意事界再填t本頁) —— .5 .5 -.5 .5 當使用無失真壓縮時，在播放器内計算「下混合」就不那麼吸引人了。在上述的矩陣方程式運用之前，多頻道訊號的所有6個頻道都需先經過解碼，至於解碼六個頻道的額外負擔就超過本專利說明書的内容了。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此問題解決方法的一個例子顯示在圖一、二與三。在圖一中，傳輸給編碼器的多頻道訊號被輸入「矩陣1」，此矩陣係一 6x6的矩陣，其輸出叫…m5被切分為 {mo，!!!〗}與{m2，m3，m4，m5}兩個子集合。這兩個子集合接著由「編碼器核心0」供11(^(161*〇〇代0)與「編碼器核心1」 (Encorder core 1)編碼為兩個個別的子串流，在此標示為「子串流0」與「子串流1」。每一個子串流接著經過一 nFO緩衝器（buffer)並在封包器（packetiser)處合併產生一組和輸出串流，如圖所示此串流可以是在如DVD之類的儲存媒體上。為什麼使用FIFO緩衝器的原因在美國專利 USpatent 6,023,233 中有說明，並在 m.A. Gerzon， P.G· Graven，J.R· Stuart, M.J. Law and R.J· Wilson 於 AES 17th International Conference on High Quality Audio 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226041 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12)

Coding，Florence，September 1998，在此稱之為 AES 1998 ’ 提出的 The MLP Lossless Compression System” 中有所介紹。要播放圖一顯示的編碼器所編碼的多頻道訊號，可使用如圖二所顯示的解碼器。在此解碼器中，一「解封包器 (de-packetiser)」如所顯示地一般，接收來自於傳輸媒體或疋如DVD之類的儲存媒體的編碼後串流，剖析（parse) 该編碼後串流，並將其分為兩個子串流。每一子串流皆被輸入經過一 FEFO緩衝器（buffer)，以及一「解碼器核心 (decorder core)」以提供訊號m。…m5。這些訊號接著被傳輸經過Matrix 1的反矩陣以提供原來的多頻道訊號。要播放雙頻道「下混合」可以利用如圖三所顯示的解碼器。此處子串流也被切分出來，只是僅有子串流Q被留住，並緩衝暫存以及解碼以提供訊號m〇以及mi。矩陣Matrix 0從這些訊號取得想要的Lq與Rq訊號，且假設編碼器已經在m〇以及mi中放置正確的資訊，使得上述動作可行。例如，如果圖一中的編碼器的Matrixl的頭兩個列包含如上文所示的2x6矩陣之類的「下混合」係數，訊號mG以及mi就會是所需要的「下混合」訊號 L〇與R〇。在此情形下，圖三中的“Matrix 0’，就會是多餘的，可以直接用單位矩陣（identity)取代或是直接省略。本發明的一項特別的特徵在於它可以從頭到尾都是無失真的，所以從圖二的解碼器處取得的輸出訊號與提供給圖一中的編碼器的輸入訊號，係每一個位元皆相同的。所以如果有編碼器與解碼器核心（c〇re)的存在，那麼他們就必須疋無失真的；同樣地，Matrix 1與其反矩陣也都必須疋無失真的。基本上無失真編碼器以及解碼器可以利 k紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）—----- --------^---------^ .^w (請先閱讀背面之注意事賡再填W本頁) * 1226041 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製用任何提供無失真編碼的方式建構，但是在中，此流程係利用WO-A 96/37408中所搞父佳的實施二關於實施遍…考量在下文中會有此一無失真編碼的特別特徵可以讓Dvd〆3 — 的媒體經由允許對原始多頻道進行無失真回〜或是其它輸編碼锋串流，並允許原始訊號的矩陣化表;式= 合」的簡單回復利用原來僅能用來傳輸原始多二;^ 2 儲存空間.或是頻寬進行。在實際的實施中，由於===始碼後串流上，為解碼器用來反轉「下混合」所需^卜載^扁以及用來編碼「下混合」的PMQ無法用來對㈣^程最 ϊί的事實，所以包含—「下混合」在内的無失真壓縮訊號所需的儲存空間或是頻寬僅比單獨的壓縮多頻道訊號所需多了非常些微的一些。想要無失真地進行矩陣化的一個方法係利用一連串 (cascade)的「基本矩陣量化器（primitive matrix quantisers)」，而在W〇_A 96/37408中，此等「基本矩陣塁化益」係以「基本矩陣（primitive ma如ces)」的名稱被細露。這些PMQ係用來修改一頻道内的訊號，其訊號值係由其餘的頻道處取得，且所用的方式是可逆的 (invertible)。尤其是在WO-A 96/37408中揭露了如何透過以相反的順序反轉（inverting)每一量化器的效應，以進行無失真反轉矩陣化。其圖式說明在圖四a中，圖顯示了兩個使用在編碼器中的串聯（in cascade) PMQ，而在圖四b中則顯示兩個相反順序的反轉PMQ。尤其是在僅有兩個基本矩陣量化器的簡單情況裡，訊號Sl，S2，S3 以及84可以藉由原始頻道如1^，1^，，1^，與1^等識別出來’而修正後的訊號S1’與S2，則可藉由L〇與R〇或本紙張尺度過用τ國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公髮） ^--------- (請先閱讀背面之注意事項ίφ填寫私頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（14) 是訊號mQ與m!識別。要驗證原始訊號-個位元_個位元地重建，可以觀察在圖四b中的量化器Q“系與圖四b中的q2輸入相同的訊號。由於假設它們係是相同的，所以輸出相同的輸出屯。在圖四a中，訊號幻’係經由S2，= S2_q2產生，而在圖四b中則是進行回復（rest〇rati〇n)動作s2 = S2 + q2。透過這樣回復S2，在圖四b中的量化器仏與 ^圖:b中的里化接受相同的輸入，且訊號μ係透過與回復S2相類似的方式回復。人郊為/f止修正後訊號S1’肖S2,的字元寬度超過輸的U與S2的予兀寬度，量化器Q2與Ql係必要的’以使貧訊内容不會增加。白如 I: 為二簡單起見僅顯示τ四個頻道，但是很容易明接用纟、貞1延伸到任何數目的頻道，以及如何串聯地 =大rPMQ。每—個_僅修正一個音訊頻道，僅有:兩個頻道被修正。實際上，任何或是所有 2逼可以被修正，而且麵序上也沒有限制，也沒有限頻道r修正一次。在雙頻道「下混合」的情況 r通吊彔少前兩個頻道會被修正。在圖四中的每-個PMQ對其所修正㈣道而言，皆 ^ :位増盈（gain of unity)。要從串接的此等pMQ合二般的（g觀al)矩陣是不可能的：w〇_A %腦8 =月此集合被限制在行列式值（determinant)為i的放（I丨般的情況下，需要將「下混合」方程式做縮

Vr;：)錢其㈣錄為丨。例如在上文巾所顯示的叱。」方程式，它們就應該縮放4/ 3以使編碼器中的 atnx 1 實現（implement): 本紙張尺度適用中(CNS)A4規格⑵G x 297公楚)— .—一― _ --------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填霞本頁) · 1226041 A7 B7 五、發明說明（ 15> mn mx 1.0000 0. .9856 -.1691 -.6667 .6667 0. 1.0000 -.1691 .9856 -.6667 .6667

Lf Rf 4Κc L 而在雙頻道解碼器中的Matrix 0則進行反轉縮放 ".75 0 ' Λ- 0 •75_ _叫_ 很明顯地，由於其行列式值不為1，所以MatrixO無法經由一連串的PMQ建構出來。這不會是問題，因為在提供原始訊號的無失真重建時，Matrix 0並不需要。允許雙頻道解碼器經由無失真地解碼雙頻道原始訊號的嚴格串接PMQ，或是「下混合」應用中較為一般化的矩陣的方式實現MatrixO的架構顯示在圖八，並在稍後解釋。要計算形成]Matrix 0的PMQ的係數，可以採用以下的步驟。以也wnm/x表示「下混合」係數矩陣，如前述所考慮的範例裡，已經有 downmix .75 0 .739200 -.126825 -.5 .5 0 .75 -.126825 .739200 -.5 .5 (請先閱讀背面之注意事項再填¾本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製然後對於J = 1.. c〇effhJ : 接著計算 .6計算 downmix 1,7 downmix u downmix 2,1 coeffx 2downmix2 x - downmix2 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226041

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（汾接著對於y = 3 ...6計算 coeff . =__downmix2 j ，J co^ffh2dow?imix2 l - downmix2 2 coe^C〇e^^ 在圖四a以及圖四b中，當時係數co你可經由算式 — m—coeff[i，j] = -coeffi j· 計算得到，其中負號係因為在圖四a中的減法所造成的。圖二的多頻道解碼器的Inverse Matrix 1可以如圖四 b所不一般地建構，使用與編碼器相同的m_c〇eff[i，j] 值，但疋PMQ的順序是相反的，而且如所示一般地將每一個編碼PMQ中的減法更改為加法。注意在此情況下，連接到串聯PMQ的輸入m〇 ·. ms係由兩個子串流處取得。雖然說到目前為止本發明的說明主要係與壓縮有關，但疋本發明可以更廣泛地加以利用，不必限制在壓縮系統上。而且前述的原則也不僅適用於兩個子串流。例如，利用三個子串流可以無失真地傳輸九個頻道的訊號，在前兩個子串流中搭載解碼六頻道「下混合」所需的資訊’而解碼雙頻道「下混合」（以六個頻道的線性組合的型式）所需的資訊則僅需搭載在第一子串流。在現行的商業應用中，透過Lf、Rf、Ls、Rs、c與 Lfe定義L〇與RG (下混合信號）的矩陣，如前面的範例所示，通常在將Lf與Rf相乘時係數是最大的。但是這個情況並不能百分之一百地保證，因為主要的係數也可能與其它的訊號相乘。如果Lf與Rf的係數真的很小，則由於一或多個其餘的頻道也需要相對應地放大的緣故，一 PMQ相對於其所修正的頻道應有單位增益（⑴^以gyn) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4^i：(2i〇 x^7公不 AW ^--------tr--------- (請先閱讀背面之注意事 *項再填貧本頁) · 1226041 A7

\T 五、發明說明（的，求就會造成問題。倘若使用如前所述的簡單縮放來解，問題’那麼矩陣中的其餘係數的值可能會超過卜結果是造成超載（overl〇ad)或是發生其它的問題。這個問題可以透過將編碼器中的頻道做交換 (permutadon)解決，以讓例如一 u係數值最大的「第一」頻道可以被移到序列的開始處，而Rq係數值最大的「第一」頻道可以被移到序列的第二個位置。在此範例中，假 «又第一頻道與第二頻道是不同的。此等重新排序通常可以讓編碼器透過運用兩個係數基本上不超過丨的pMQ修正岫兩個頻道的方式，提供和與Rq成比例的矩陣化的 δίΐ?虎 IXIq 與 nil。經過編碼器的此等交換，圖二中的多頻道解碼器需要一個相反的交換以建立出原始訊號的正確順序。輸出頻道的重新對應（re-mapping)係由一 MLP解碼器提供，其係由編碼後串流的Μ一似^奶資訊所控制（诅也此t)。在編碼器使用交換的情形下，它可透過指定合適的重新對應指示解碼器進行反轉對應。如果編碼為係在矩陣化之前進行交換，則解碼器會在矩陣化之後進行反交換。另一個可能是如果編碼器係在矩陣化之後進行交換，則解碼器會在進行矩陣化之前先行進行父換。另外，如果矩陣的係數也經過交換的話，Mlp解碼器也可能在矩陣化之前先進行交換。雖然不太可能，但是也可能有一些「下混合」的規格 (specification)是前面所述的策略沒有辦法處理。一個可月&疋L◦與R0的係數係相同或是近乎相同，也就是說「下混合」是單音或是近乎單音。在此情形下，由於c〇吻的算式（expression)的分母會變成為〇或是接近〇,產生相當大的係數，以及超載的高可能性，所以前述的步驟就 Μ氏張尺度i用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)------------ --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事填再填寫·本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 五、發明說明（1合 (請先閱讀-f面之注意事項再填落本頁) 不能被接受。此問題可以透過以不同方式選擇m〇與mi 來解決。倘若將訊號視為向量空間的元素（element)，則訊號L〇與R。將延伸（Span)出一個六維歐氏(Euclidean) 向量空間一或是更一般地說n_維歐氏向量空間―的二維子空間’其中多頻道訊號的頻道構成了此處六維或是 η-維歐氏向ιέ空間的正交單位基底（orthonormal basis)。如果要重建L。與RQ，則訊號mo與πμ應要延伸出此一子空間。將mo與m!選定為在L〇與R〇所延伸出的空間中彼此成正交或是近乎正交是相當合理的。當以輸入訊號決定好mQ之後，在矩陣化之前可以先交換這些頻這，以上在mQ中係數最大、或是基本上最大的頻道能排在W頭。接著如前所述一般計算一 pMQ以使得第一個傳，的頻這係所想要的mG的縮放過版本。接著就必須要計异PMQ以提供m]的縮放後版本。為了將係數的值給最小化，可能需要再做-次前置交換。此一預計矩陣化訊號的交換係與熟悉矩陣運算者所知道的“ pa福—，，流程相類似，所以在此不再深入說明。開始的時候，㈤◦與叫可被施予任意的縮放。接著，接著透過將矩陣办卿以替換為以原始頻道方式給定叫與叫的矩陣，可以使用前經濟部智慧財產局員工消費合作社印製述的係數決定流程。透過此流程決定的係數將可用來決定 m〇與真正地縮放。在衰退（degenerate)的情形，其L〇與R〇係相同的訊號’或是彼此的縮放版本，此時L〇與R〇所空間將是一維的空間。在此情形下，m〇可以由此^空間中隨意取出’而則可以從子空間外選出—個斑: 交的。雙頻道解碼器的Matnx〇會將L〇與 m〇的縮放版本，而略過叫。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 在MLP無失真壓縮系統中，Matnx〇的係數係由第 04 6 2 2 A7B7 五、發明說明（Θ 一子串流Substream 0所搭載，而Matrix i的係數雖然有一些係用來與從第一子串流解碼出來的訊號做相乘用’但其係完全由第二子串流Substream 1所搭載。與資料率縮減相結合的「下混合」編碼 (Downmix encoding combined with data rate reduction) 利用矩陣化的無失真編碼在WO-A 96/37048有廣泛地討論，在該處矩陣化的目地係在降低傳輸出去的頻道間的關聯性，以降低傳輸資料率。在「下混合」預計以如上述說明的方式編碼的情況中，矩陣化動作係部分地由「下混合」的要求所指定，但是在規格中仍留有一定的自由度。首先，在選擇mG與mi時，兩者需大略正交的條件，仍允許在L〇與R〇所延伸的子空間中做任意的旋轉 (rotation)。此一自由度可以用來透過像在W〇_A 96/37048 中所討論的方法’將編碼第一子串流Substream 0所需的資料率降到最低，前述WO-A 96/37048所討論的方法係可將任何雙頻道或是多頻道訊號所需的資料率降到最低。另一個自由度是，假設有一個六頻道訊號，未被修正來提供「下混合」的四個頻道的矩陣化仍是完全地沒有受限定。同樣地，WO-A 96/37048中所討論的方法可以用來將編碼第二子串流Stream 1所需的資料率降到最低。在PMQ建構的情況下，可以用兩個pmq來取得「下混合」，任何其它的PMQ都可透過與其餘任四個頻道訊號的方式，用來最小化其餘四個頻道的資料率。在MLp 壓縮系統中’總共有六個PMQ可用，因此有四個可以用來做這件事。高頻振動（dither) 在南級音響玩豕的圈子中現在認為任何會影響到音本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) _裝--------訂---------線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（28 訊重建的量化動作都應利用「高頻振動（dither)」進行。，常在訊號被傳到量化器之前，會先在訊號加上一小的假隨機（pseudo-random)高頻振動值。請參考如 S.P.Lipshitz, R.A. Wannamaker? and J. Vanderko〇y3 "Quantization and Dither: A Theoretical Survey/5 J. Audio Eng. Soc·，May 1992, vol· 40, pp· 355-375。基本矩陣量化器本質上就會進行量化動作。在無失真編碼以及解碼的情形中，沒有「高頻振動」並不是問題，因為解碼器的非失真矩陣化會完全反轉（invert)在編碼器所進行的矩陣化，包括任何的量化在内。但是在提供如鈾所述的「下混合」時，Matrix 0並不會反轉Matrix工所造成的效應，所以「下混合」會包含兩個矩陣的量化效應。 ’ 為了無害地進行「下混合」量化，兩個矩陣都需要加入局頻振動」。但是在編碼器的Matrix 1中加入「高頻振動」會影響到傳輸出去的訊號，且多頻道訊號的解^ 也會受影響。所以在無失真解碼中，多頻道解碼器的 Inverse Matnx 1應要抵銷編碼矩陣的「高頻振動」的效應。圖五a與圖五b顯示了三頻道訊號包含r高頻振動」在内且相互搭配一對基本矩陣量化器。兩個矩陣量化裔的差別僅在於訊號qi在圖五a所示的量化器中被減去，而相同的讯號在圖五b中的量化器處則是被加上。如，在兩個情形中，標示「高頻振動」的方塊所提供的訊、號是相同的，那麼很容易可以知道圖五b中的PMQ將會解除（undo)圖五a中的PMQ所做的動作。這樣就可以建構如圖一的編碼器，其中Matrix丨係如圖五a所不的一連串PMQ，而圖二的多頻道解碼器也可以建立，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填良本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 五、發明說明（2) 其中Inverse Matrix 1圖五b所示的PMQ的反向排列串聯（reversed-ordered cascade)。這可以確保多頻道訊號係無失真地重建。為了「下混合」在重製時能有最佳的品質，編攝器中的Matrix 1與解碼器中的Matrix 〇都應滿足傳統上對於「高頻振動」的要求。如此一來，在編碼器中，圖五a與圖五b中的「高頻振動」產生器，就可以提供峰值對峰值（peak-to-peak)振幅與量化器Q的兩個量化步驟相等的TPDF「高頻振動」。如果編碼器的頭兩個pmq提供「下混合」訊號，那麼就不需要在稍後的PMQ中加入高頻振動了。

Matrix 0可以是不同型別（type)的矩陣，不過如此會引入接續著量化的新計算，這樣會造成字元長度的增加，而且在每一次量化之前加上「高頻振動」是很平常的。圖五a與圖五b中編碼與解碼的量化器需要使用相同「高頻振動」的要求，可以透過編碼器一次又一次地在串流中記錄一傳輸假隨機序列（pSeud〇rand〇ni sequence) 產生器狀態的種子（seeci)來達成，而解碼器則讀取該種子並據以將其序列產生器予以同步。在MLP中，序列產生器係一 23位元的循環位移暫存器（circular shift register)，其透過以下算式產生一假隨機一進位序列（pSeud〇_rand〇m binary sequence，PRBS): 办23㊉办5㊉1 其中\表示移位暫存器的X位元，且 φ 代表 exclusive-OR 動作。因此在串流中的種子係是23個位元長。在每個樣本週期中，位移暫存器被位移16個位元。此可以用來為每本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填蓐本頁) · 1226041 五 A7 B7 、發明說明（一個訊號樣本，產生一新的具有矩形PDF的16位元假隨機數。但是由於TPDF高頻振動較為適合，所以此16 位元被切分為兩個8位元的高頻振動樣本。此兩個8位元樣本每一個都有一矩形PDF，但是編碼器可以選擇將此兩樣本相加或是相減以提供具有三角PDF且彼此進步;又有相關性的南頻振動樣本。此一流程係被稱為「鑽石高頻振動（diamond dither)」，且在前面引用的

Wannamaker 參考資料 AES preprint no. 4533 有介紹。編碼器可以利用這兩個三角PDF樣本將高頻振動1加"入到提供「下混合」訊號的兩個PMQ裡。在音響玩家的考量裡，應用到Matrix 0中用來回復「下混合」訊號的「高頻振動」並不需要與編碼器中對應的流程同步。不管是利用相同的高頻振動或者是矩陣 MatnxO利用與應用在Matrixl的高頻振動有相關聯的任何矩陣都是不妥當的。在MLP中「下混合」解碼器利用與多頻這解碼器相同的演算法產生「高頻振動」，但是因為所用的種子不同，所以兩者的高頻振動是不同&疋 Matrix 0高頻振動的種子係由Substream 〇所搭載，而 Mainx 1向頻振動的種子則是由substream 1所傳送。在MLP中，Matrix 〇的量化與計算⑹係如Matnxl 一般地準確地指定（spedf 且苴也是由編碼器所控制，故編碼器對於經由解碼器所回彳^的 L〇與R〇矾號有精準到最後一個位元的精準知識。後我們會回到這一點上討論。厂 , 下混合」的飽和（Saturation of downmix) 田在^商業考里上，將聲音訊號編碼到數位頻道可以處理的取南位準（level)是相當重要的。現場（live)音樂的峰本紙張尺度適用1關家^^卿薊規格⑽父撕公爱） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事增再填落本頁) * 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 23 五、發明說明（值（peak)可能處於相當不受控制的情況；如果現場訊號的峰值不會造成超載，平均位準應要適當地控制在數位剪輯以下。但是專業的錄音師通常會配備有良好的波形修改工具，例如剪輯器（clipper)與限制器（limiter)，讓他在確認沒有峰值會超載的情形下，產生可以與一個頻道完全調變的受控制訊號。大家都瞭解數位超載會導致由纏繞效應（wrap_ar〇und) 所產生的特別令人感到不愉快的事物。例如在傳統的補數（tw〇S-c〇mplement)24位元音訊中，最大的正數表示為十六進位係7fffff。如果簡單地嘗試將此值增加一個量化位準（quantisation level)則會產生十六進位的 800000,此值會被解釋為最大的負數。因此細微的超載可以引起具有巨幅高頻能量内容的完全過渡（full_scaie transition)，此等聲音聽起來會袼外令人不愉快，且常合！成高頻揚聲器燒毀。曰& /在DVD成音（mastering)的情況裡，我們假設受控制的多頻道主音（master)產生，且其用來進行真編碼。也就是說，我們假設產生多頻道訊號時右、載問題都已經被處理了。餘下的任務係產生— L〇與R〇「下混合」。接叉的圖三的雙頻道解碼器的輸出超載問題，可 MatnxO係數一直到夠小的方式避免。但是這樣“：：有兩個問題。首先是縮小的程度需要等到整個編^ 段是非常不方便的。再者，這樣的縮小很可能會$ = 業標準上小聲的無法接受的「下混合」。多頻道訊號的先行（1(^剪輯為任何對

(hrmtmg)亚不一定土限制由多頻道訊號取得的「下混J 1本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格do x 297公爱）_ --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事現再填寫术頁) ·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041

五、發明說明（24) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製的「峰值到-平均」比上會有效。 -在^碼p皆段調整「下混合」是不可能的，因為這樣做會改變m〇與mi的傳輸，使得多頻道訊號的回復不再是無失真的。因此，本發明提供一「下混合」解碼器其具備在内部產生振幅大於數位輸出可以處理的「下混合」訊號的能力，且包含最後輸出之前的一個限制器或是剪輯器，以讓「下混合」訊號的超載經過處理而不再有令人不愉悦的效應。在MLP中，輸出字元的框度係指定為24位元寬，而包括PMQ間的路徑在内的幾乎所有的内部訊號路徑也都是指定為24位元寬。但是在解碼器的最後一個 PMQ後，係是一位移器（shifter)，其根據編碼後串流一次又一次所搭載的“⑽中資訊的規範，向左或是向右位移不定數量的位元。如果編碼器接收到會產生需要多於24位元的「下混合」的輸入以及「下混合」規格時，編碼器會減縮「下混合」的規格以避免矩陣化時的超載。此一縮減係以2的整數次方為原則，因此可以經由在 “⑽資訊中指定一正左位移的方式，在解碼器處將正確的震幅回復。在解碼器處的位移器因此產生一具有正確振幅的「下混合」，但其對於24位元的輸出而言可能太大。因此為了避免前面所提到的不希望有的「纏繞」效應，在位移器以及輸出間放置一剪輯器。剪輯器可以利用許多DSP晶片提供的功能（faciHty)建構，其中累加器（accirnmlator)的值可以利用「飽和計算（satumti〇n arithmetic」儲存到記憶體中。如果累加器儲存值的記憶體位置可以依靠串流中的 “c/2一aw/·糾”資訊計算，則此情況可以有一額外的共同作本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----------裝--------訂---------線^^· (請先閱讀背面之注意事項再填S本頁) · 1226041 A7 B7 五、發明說明（ 25 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製用（synergy)。如此一來，可以在不需另外建立個別動作的情形下，就完成解碼器所需的頻道反轉排列。 LSB 繞道（LSB bypass) 如果一輸入訊號使用了完整的24位元的範圍，那麼嘗試利用圖四或是五中的PMQ修正頻道可能會產生超過24位元範圍的訊號。此一增加的範圍，其係僅屬於無失真編碼以及解碼流程的内部狀況，透過圖六的架構甚至可以經濟地被容納於使用24位元計算的處理器中。圖六a的左邊顯示一包含一移位器的pMQ。訊號路徑假設通常是24位元寬，但是在將量化後訊號7從幻處減去後，便長:供一 25位元資料路徑以提供加法所需的可能空間（headroom)。該訊號接著在代數上向右位移一個位元，且從字元底端位移出（shifted)的LSB被從主要輸出5厂中個別地輸出，該5厂包含有其餘的24個高位元（hi_order bit) 〇如此移出的LSB當然必須與該訊號一起搭載。為解碼訊號57, 67與幻，LSB與訊號幻，，幻與幻一起輸入到圖六b右邊所示的反pMQ中。在此處 LSB被附加（append)到57，，且其結果被向左位移一位元，以讓個別搭載的LSB成為位移後字元的LSB，〜處給定了一個25位元的訊號，其將被加上量化後訊號 V此加上的結果藉著訊號幻的非失真重建的好處僅是位元寬，係滿足連接到圖六a所示pMQ的輸入被提供是一 24位元的訊號。如圖六a的右邊與圖六b的左邊所示，如果有一… 道讓LSB個別的傳輸，那麼可以進—步地在兩個搭配的 PMQ的24位元寬資料路徑中插入進一步無失真處理以 Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G x 297公---- 了應個此 24 S1 繞 -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事墦再填氮本頁) * 26 1226041 A7 五、發明說明（及反轉無失.真處理。例如圖七a係一 MLP編碼器的部分方塊圖，其對應的解碼器顯示在圖七b中。一解相關器（decorrelatoi*)與一熵編碼器㈣tropy coder)接續在圖七a所示的矩陣之後；因此在此範例中，圖六a所示的無失真處理將包含這些項目。同樣地，參考圖七b，^ 六b中的反轉無失真處理可包含一熵解碼器以及一重新關聯器（recorrelator)。如圖七a與圖七b所示，在此流程中係特別注意地保留繞道過的LSB，將其儲存到編碼後串流或子串流，也從些串流中回復LSB。有時候MLP處的矩陣化動作並沒有造成超載，而是一般情形下設計用來降低訊號振幅的解關聯器 (decoirelator)會在特殊的樣本上對其做增加而藉此碰到超載問題。在此情形下，可以使用如圖六a所示的PMQ 來降低訊號的振幅，提供約6dB的預設空間（headroom) 給進一步處理用。當一個PMQ僅是用在此用途時在圖六所示的係數可以設定為〇。很明顯地，圖六a的方案可以一般化為可以允許超過一個位元從PMQ中位移出，並以一繞道訊號的方式傳遞。但在MLP中並未如此做。圖六a所示的處理係是無失真的，同樣地在圖六b 中所示的對應反轉無失真處理也是無失真的。因此這樣的處理是可以串接的（nesting)。例如在圖六a右邊所示的「無失真處理」可以包含如圖六a左邊所示型別（type) 的PMQ，而此串接PMQ的編碼效應可以透過在圖六b 左邊所示的「反轉無失真處理」中包括一如圖六b右邊所示型別的PMQ來進行反轉。在此情況下，每一個階段都會產生一繞道後LSB，因此在任何深入處理中都需要逐次搭載兩個繞道後LSB。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1226041

、發明說明（ 27 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在MLP編碼器中最多可有六個串接的pmq，且它們的其中的任何一個或是全部都可以被設定提供繞道後 LSB。所以子串流可能傳載最多六個繞道後lSb，每一個 PMQ 一個。雖然每一個繞道後[SB都來自於不同的 PMQ，但是它們並不需要來自於不同的頻道，所以編碼器有時候可以選擇配置給一個頻道兩個或是更多此等 PMQ，以為該頻道取得額外的12犯或是更多的預設空間。图a與圖八b所示的的拓樸（t〇p〇l〇gy)有許多具有等價效應的變形。圖六a中減去訊號q與在圖六中加上汛號q兩者可以互換。透過反轉係數的正負號，或是如果有使用「高頻振動」時，改變「高頻振動」的正負，，可以避免減法，如果有需要時，也可以透過調整量 Q來達成，比方說將一個採用捨去（_ndd麵） Ϊ化器以制進位（聰ndup)的量化器取代。另一個化是如W0-A 96/37048中的圖二十三a 一般地將量化杰Q至於前面的路徑，而不放在邊際串列（side_cham) 中，當然也要注意選擇進位與拾去的量化器。在圖六b中 1訊號sr與LSB -起位移的動作可改以利用si，訊號的向左位移，如此會產生一值為零的哪，接著再加上早獨傳，的LSB。在此情形下，單獨傳輸的 LSB的加入可以與里化後訊號q的加人—麵是在之後進行。在 MLP的實施中此加法應會產生_ 24位元的數字。圖八顯示指定給第二頻道S2經過修改的MLp的解碼器PMQ，其係被設定來回復三個頻道s；[、s2與幻。其包含了前述所討論的-些變化，而且利用一般的乘法實施向左位移。編碼器指定係數值並將它們包含在串流中 l 所以如果要將訊號52’向左位移—個位元，編碼器一 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公---- b 的變可以 ------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) * 1226041 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 — B7 五、發明說明（28) 將係數m一coefRq設定為+2。由於MLp係使用位於範圍[-2，+2)内的十六位元係數，因此+2係無法使用，所以編碼器係指定-2。所以解碼PMQ在此情況下將訊號反轉，而編碼器也需要反轉要抵銷（c〇mpensate)的訊號。如刖所述，為了透過加法與減法提供兩個Tpdf「高頻振動」有兩個不相關的RPDF r高頻振動」訊號是^ 显的。在MLP矩陣化中，從序列產生器處取得的兩個8 位元RPDF 「南頻振動」訊號被以正負號擴展 (sign-extended)為24位元，並以彷若是兩個額外的頻道的方式處理。這些「高頻振動」頻道不會被PMQ所修改。圖八中的「高頻振動」由以下算式給定： m—coeff(2,4) DitherO + m—coeff[2,5] Ditherl 此「高頻振動」與圖六b中標示為「高頻振動」的「高犧振動△榷近。如朱m_coeff[2,4]與m—coeff]2t5] 有相同的振幅’ 「高頻振動」將具有所要的三角pdf。所以，如果是利用兩個PMQ來提供「下混合」，那麼編碼裔將在一個PMQ中指定具有相同正負號的所-⑺初7^,^7與所而在另一個PMQ中指定不同的正負號，藉此透過前述的「鑽石高頻振動」提供不相關的TPDF 「高頻振動」訊號。在圖八中，如果我們將輸入當作24位元的整數’那麼乘法器的輸出值在小數點（binary point)後應該有14位元，原因是因為係數所一在小數點之後可能會有14個位元。目前我們假設量化器qss將標地量化為24位元的整數值。在此情形下，如果在24位元字（word)DitherO 與 Ditherl 中，兩個 8 位元 rpdf

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 ------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填蕙本頁) * 1226041

·裝--------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) · 1226041 A7 B7 五、發明說明（ 30 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在具有「下混合」的MLP中，在第一子串流 Substream 0搭載繞道後LSB並不正常（normal)，因為「下混合」解碼器並不嘗試無失真重製。第二子串流 Substream 1搭載了所有多頻道解碼器矩陣化所需的資訊，包括係數、「高頻振動」種子、以及繞道後LSB，這些LSB包含從搭載在substream 0中的頻道卸載下來的LSB在内。圖八一個不會影響到前述討論的一項功能在於量化器Qss能量化到等級大小為2的次方，如此可以將捨去點移到LSB前頭的一或多個位元。加入此功能的原因在於希望能最佳化沒有利用最低位元（least significant)的輸入訊號的處理。在MLP中，僅有當量化等級（step)大小設定為1時方會使用LSB繞道功能。串流的完整性（integrity)與無失真檢查失真編碼系統通常係提供一與輸入訊號不相同的重建後輸出。完整性檢查，例如循環冗位檢查（cyclie redundancy check, CRC)或是同位檢查（parity check)，應該要限制到編碼後串流的檢查，以標示出傳輸錯誤的發生。輸入訊號與其最後的重建間的關係某程度來說並沒有辦法知道，因為它同時會受失真編碼與解碼流程在本質上的失真’以及因為解碼處理的計鼻（arithmetic)行為可能與編碼處理器的計算行為的不同所造成的與平台相關 (platform-related)的誤差所影響。在MLP中針對輸入訊號的每一個區段（segment) 都計算一名為“Lossless Check”的同位檢查字元（parhy word)，並將其加到編碼後串流中。一般在解碼器處也會同樣地計算一相似的同位檢查字元，而當計算出的字元與 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） c請先蘭讀背面之注音？事哥再填t本頁) ---- ----訂---------線一 1226041 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（31) 包含在串流中的字元不同時，則指示出有錯在一失真編碼系統的可以進行的檢查不同，系統上的檢查，可以顯示錯誤是源自於超栽、； .錯，、平台相關的不一致（―ency)、或^輸上= 錯秩·。在較佳的實施中，播放器應該要能提示錯誤··例如當兩個檢查字元一致時，則「益生*考化樣的 T 無失真」燈號會党，否則就不發亮。由於此等錯誤可能僅發生 (momentary)，因此可以利用一個 m 调脈衝延遲 (pulse-stretching)電路來讓使用者有時間察覺到此錯誤，比方說可以讓燈號在收到單一個錯誤時熄滅兩秒鐘。在MLP中’ Lossless Check值係一 8位元同位字凡，其係由通常為1280字元長的區段内的所有頻道樣本以及頻道計算而來。依照MLP的規袼，此一區段包含兩連續“Restart pomts”間的所有樣本。既然MLp假設是使用24位元寬的字元，同位檢查計算結果為24位= 也就很自然，但是此一同位字元被切分為三個八位元組 (octet)或是位元組（byte)，而且這些位元組被 exchisive-OR 在一起，以提供“L〇ssless Check” 的值。在計算同位值之前，每一個訊號都旋轉（r〇tate)與其頻道號碼相同的位元數。此一旋轉可以避免當一個錯誤以同樣方式同時影響到兩個頻道時，錯誤不會被偵測到的問題。另個替代的實施方式是計异每一個頻道的每一個區段的所有的八位元組的同位值以得到一八位元同位八位元組，並在將它們exclusive-〇R在一起之前先將每一個同位八位元組旋轉其頻道數目個位元。在沒有24位元字元寬的處理器上此一方式可能會比較經濟。在單一子串流的MLP中，Lossless Check的值與經本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ‘ 1226041 A7 B7

五、發明說明（32) 過無失真重製的原始机號有關。當MLp穩載一「下混合」時，第二子串流就搭載與原始訊號档關的Losslesscheck 值，此將由一多頻道解碼器檢查。在這個「下混合」的情形裡，第一子串流也搭載一 Lossless Check值，但此僅與該「下混合」相關。雖然說該「下混合」輸出並不是原始訊號的無失真重建，但是其可以藉由MatrixG巾的量化的精準規格以及「高頻振動」的精準規格決定。所以編碼器可以決定將由解碼器重建的「下混合」’而且也可以從此-模擬的「下混合」計算得無失真檢查值。在DVD-Audio成音（mastering)時，編碼器應該要讓模擬的「下混合」可以試聽，以讓收聽者可以確涊在他的播放器所回復的訊號係與成音工程師或是錄音師所聽到訊號是每個位元都相同的。當超載時會有例外的情形發生，如前面所討論的在播放杰超載通常是透過剪輯或是限制來處理。由於剪輯或是限制的行為並沒有精準地定義，所以L〇ssless Check的值係從在任何飽和或是限制發生之前的訊號處計算得來。在MLP中，如前所述解碼器在最後一個pMQ之後會引入一個位移器，而且可透過利用飽和計算 (saturation arithmetic)將一積累器（accumuiat〇r)儲存到經濟部智慧財產局員工消 f 合作社印製記憶體，因此Lossless Check可以直接從積累器的值計算得來，不受飽和的影響。如圖九所示，有時候為了降低傳輸資料率，無失真解碼态之前可能會有一前置量化器（preqUantiSer)。關於前置量化的進一步資訊可以在前述的參考資料AES 1997與 AES 1998中找到。在這些情況下，前置量化器所接收到的原始訊號的重建不會是無失真的，但是前置量化的訊號的重建則是無失真的。同樣地，前置量化後的訊號應該要本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公H----- 1226041 A7 ___B7五、發明說明（33) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製可以試聽（audition)，且Lossless Check應由前置量化後的訊號計算，以讓聽者確認在其播放器上重建的訊號係與當時試聽的訊號是每一個位元皆相同的，至少也需要在成音階段（mastering stage)是可以試聽的。編碼器選擇策略（Encoder matrix choice strategies) 為了要將一雙頻道「下混合」編碼，訊號mG與要是在「下混合」頻道L〇與R〇所延展出的子空間中。在此準則下有相當的彈性，但是有一些選擇是較其它的選擇好。由於幾個原因，編碼器應該避免將m〇與叫選擇為幾乎是線性相關。首先是矩陣Matrix 0可能會有很大的係數’而「下混合」的回復也會有雜訊（n〇iSy)。再者是在解（solve)決定構成Matrix 1的PMQ的方程時，編碼器可能需要產生超過容許範圍的係數。第三，訊號的矩陣化會影響無失真壓縮的資料率，而僅個別地傳輸彼此非常相像的訊號是不夠的。如前面所述，要避免這些問題的最糟的情況是將m〇與叫選擇為彼此垂直正交（orth〇g〇nal)。也就是叫與叫係透過一個列之間彼此正交的矩陣藉由輸入訊號來定義。此一準則仍留下一些彈性，可以透過例如取mQ與L〇成一個比例的方式決定。考慮如以下的「下混合」規袼： --------^---------^ (請先閲讀背面之注意事m再填寫本頁) · .75 〇 .75 .126825 .126825 -.5 .5' ·8 - ·5 .5

Rf 4 Rs Ch\ 在此處構成L〇的最大係數係Lf，其值為〇 75。

1226041 A7 B7 五、發明說明（34) 如果我們選定_為L〇的1/0.75=1,333倍，j 所〇= [1.0000 0·，1.0000 -.1691 '6667 .6667 此可以透過一保留第一頻道不做更動的PMQ來實施訊號叫必需是L〇與R〇的線性組合。與L〇正交也就同時與正交的線性組合可以透過下式取得： mx {unsealed) = i?0 - AL0 其中；l = 且•表示兩向量的數量（scalar)或疋點乘積（dot product)。產生的值和「下混合」矩陣的列向量的點乘積的值同如果我們利用也wimz.x來代表（denote) 「下混名矩陣’那麼數值;I可以表示為 -----------裝.-------訂-----I---線 (請先閱讀背面之注意事壻再填«.本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製卜 downmix2 · dowwnix、 downmixl · downmixl 其中办代表矩陣的第一列向量。也代表矩陣的第二列向量；且利用前述範例的「下混合」陣列，；^(^849。故：本紙張尺度適用中1標準（CNS)A4規！x 297公爱1---- 1226041 A7 五、發明說明（ 35 叫(廳⑶㈣= ['1387，.7500 -.2655 .8234 - .4076 .4076

LfLs K C iLfe 將產生叫的第二PMQ接收由第一 PMQ所提供的訊號’其中第一 PMQ的第一頻道係為m0而不是Lf。所以m!需要以m〇與^等重新： ^(^α/^),μ 1387? .7500 -.1268 .8000 -.5000 .5000；

RfLsRs C lLfr 此處最大的係數0.8000與Rs也就是第四輸入頻$ 相乘所以如前所討論地，我們做排列（permutation) % 第二以及第四頻道交換，將Rs帶到第二個位置，以讓in 出現在矩陣輸出的第二個位置： (請先閱讀背面之注意事項再填¾.本頁) I ! till! 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製叫(膽⑽ 一.1387，.8000 -.1268 .7500 -.5000 .5000: 最後我們做縮放以讓Rs的係數成為 1 ： % .1733，1.0000，-.1585 .9375 -.6250 6250 m0RsLs Rf Che 1226041

、發明說明（這即是第二PMQ要實施的正確型式。上述的範例介紹了編碼器可以採用的數個方案中的個。一個較為簡單的方案是仍如前述方式一般地計算 ’接著不進行縮放，透過從Rq減去比例^的L()，以讓 Lf的係數成為0。在此一特別的範例中，原始「下混合」規袼的的稀疏（sparsity)產生此可以；滿足的條件：咖/〇/)二[〇·，.7500 一 .1268 .8000 - .5000 .5000·

I 第一係數的0值避免了當計算第二PMQ時，需要考量第一 PMQ的效應的需要。也就是可以在不做任何其它更動的情況下，取代上列方程中的Lf。如前所述的採用縮放以及排列，我們得到： %=[0.，1.0000 —.1585 .9375 —.6250 .6250. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 so^4‘^/c^ —_______ 此係第二PMQ要實施的正確型式。雖然說前述的簡化流程並沒有做到正交，但是1 確實避免了產生近乎線性相關的mQ與mi，例如假使L 與R〇本身係近乎線性相關的話。Lo與R〇實際上是線七相關（也就是彼此的縮放版本）的可能性需要經過測畜並已特殊情形作處理。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公) -------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事壻再填幕本頁) * 1226041 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（37) 在更為進階的編碼器中’ 一個替代方案是前述的正交條件可以利用訊號與叫的交互相關 (cr〇SS_C〇n:dation)應該接近0此一條件取代。這個條件可以透過選擇合適的乂達成。0交互相關這個條件使處的能量降到最低’而且在沒有頻率依存（frequency dependency)的情況下，此對於將傳輸資料率最小化是有效的。如在WOA 96/37048中所解釋，存在於頻譜變化 (spectrum variation)中的資料率取決於資訊内容 (information content)的程度是大於取決於能量的。在一般的音訊裡’能量以及交互相關係幾乎是取決於巨幅的低頻訊號，但是由於它們的低頻寬，這些低頻訊號僅擁有很少的資訊内容。所以在計算交互相關之前，先進行頻譜重要性衡量是比較好的，此處的頻譜衡量通常會強調高頻部分。理想上行頻譜重要性衡量應該要依照訊號本身做調適，但是要決定最佳或是近乎最佳重要性衡量相當地複雜，所以在實際上使用固定的重要性衡量就足夠了。例如，一個具有 z-轉換（z-transformation)為 (I-，)2 的數位濾波器在聲音頻帶的低頻以及中頻部分會有發生在一每八度音12dB的響應（response)，且通常這將足以抑制被較多低頻訊號過度的影響。在WO-A 96/37048中揭露，傳輸訊號的較佳方向 (direction)係為在沒有頻率相依的情況下用來作為訊號相關矩陣的特徵向量（eigenvector)。這樣的選擇會使得傳輸訊號間的相關為0。但是特徵向量的計算相當地費時，而前述僅透過減法達成0相關的步驟所需要的資料率在理論上與經由特徵向量計算所需的資料率僅有些微的差別。前述選擇傳輸訊號方向的步驟可以廣泛地應用，比方本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝.-------訂---------線: (請先閱讀背面之注意事廣再填¾.本頁) · 1226041 A7 B7 38 五、發明說明（說運用在不需要計算「下混合」的編碼器，或是當「下混合」已經取出時其餘頻道的處理。我們現在要介紹一個傳輸訊號的向量方向係一個接著一個選定的步驟。首先選定一第一輸入頻道，從此一頻道減去其餘的頻道，減去時係數的選定係選擇在經過減法後訊號剩餘的能量最小的係數。一基本矩陣量化器進行上述減法並提供輸出訊號。而後再選擇另一輸入頻道，同樣的透過PMQ減去餘下的頻道。此一 PMq提供下一輸出訊號’且其係數係選定為會讓此處能量最小的。此流程一直進行到所有的頻道都經過處理，或是所有可用的 PMQ都被運用了，或是再進一步的矩陣化轉換不值得時。任何沒有經過PMQ更動的輸入頻道都在沒有經過更動的情形下傳到輸出處。此步驟的一個改良是在選擇減法時，選擇將訊號某種熵的衡量（measurement of entropy)或是資訊内容降到最低的減法，而不僅僅是將能量給最小化。在W〇_a 96/37048中，熵值係利用將頻譜對數的頻率（frequency〇f the logarithm of the spectrum)作積分得到，要計算此一方案的每一個最小值是可完全可能的。以頻譜衡量權重的能量（spectrally-weighted energy)的最小化是在計算負擔上較小的一個替代方案，而且有許多的方式可以計算合適的訊號無關的頻譜權重更經濟的方式是利用固定的頻率權重，例如具有z-轉換為（1 —，)2的數位濾波器所提供的頻率權重。對於熟悉數值矩陣代數的這樣技藝的人而言，上述的處理某程度上與利用Gram-Schmidt Orthogonalisation提供向量的正交集合相當類似。當在考量減法時，將已經處理過的向量包括，邏輯類推上似乎不需要，因為它們在建本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱 -------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事赉再填¾.本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 39 五、發明說明（立時即預設應與尚未處理的向量合時，這就不一定是正確的，而如G = t編碼下混是能量時也不會是正確的。所以疋十對熵而不，將減去已經處理過·‘及般:未=:輸:頻的修改頻道順序的選定係被認為是任意 W ;二：广裡，此_順序對於最後的歸率的影響很小’但⑽會對減法巾絲的大限制係數最大僅能為2，此—考量就很重進行最小化’或者是對具有固錢譜權重的能重作敢小化’運算時鮮常地快，因此任意較試驗性基底’當係數太大時就捨棄舊有的而換另一個基底，是完全可行的°另-個可能的經驗法則是為修正做考量，選定能量或是頻譜權重後能量最小的頻道。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、t果如圖八一般建構PMQ，將想要修正的頻道的係數選定為+1或是一 1就是非常標準的作法。如果減法產生超載的訊號，則係數可以做縮減。在MLP中透過前述的LSB繞道方式將係數縮減為—〇 5是相當標準的。此一作法將提供額外的6 dB預設空間（headr〇〇m)，這通常就足夠了。如果不是的話，那就有幾個選擇可以選。目前所考量的矩陣轉換可以修正或是放棄；也就是說輸入訊號可以不經過修正就傳輸。或者是如果有另一個PMQ可用的話，在考量可以取得額外的6 dB預設空間的立場，可以為LSB繞道動作設定該pmq，並配置該PMQ給該頻道。此一額外的PMQ在實現減法的PMQ之前作用。此一僅是為了降低訊號振幅的額外PMQ在MLP中對於所欲修正的頻道，通常會採用係數值一0.5，不然的話其係數值則是0。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱) 1226041 係 m〇個 A7 五、發明說明（4()) 、曾祕&要，到兩個甚至是三個PMQ來處理一個頻 "7士’ 、況是：一「下混合」規袼具有幾個基本上有相同二二的係數。例如在上述的例子中雖然提供_的日所有係數都小於1，強度一加她)絕對值的、心口部疋2.627。所以縱然提供m〇的LSB運用了繞道以及將頻道誠了 0.5,訊號大小仍有可能增加1313。 ^給定的樣本週_，如果說輪人頻道同時達到完全調變’而且每y個都與其_係數有同樣的正負號，或是相反的正負就，則這就會發生。超載可以透過在提供_的 PMQ、之月ί】配置一實施LSB繞道的pMQ避免。為了清楚起見，前面的解釋僅提到了編碼器所建立的 PMQj是要瞭解編碼器對於其所使用的每—個削q，都要扎疋個在無失真解碼器的處使用剛Q，而且解碼器的PMQ應以相反的順序進行。在^ 繞道的情形中，編碼n PMQ對於欲修正_道使用係數〇.5則隱含著解碼器PMQ應對該頻道使用數-2.0。在「下混合」的情況裡，編碼器應該根據對與叫所做的選擇指定Matnx 〇的係數。另外，當一 π 頻道經過縮放後，當在計算接續會乘到該頻道的「丁^昆合係數時應該將此縮放係數列入考量。混合率内容的編碼（Encoding of mixed_rated content) 在DVD-Audio規格中是允許一個錄音在光碟中兩個不同的取樣頻率儲存的。比方說，前面的頻道^穴 Rf可以利用96kHz取樣率編碼，而其餘的頻道則可以利用48kHz取樣頻率編碼以降低資料率。但是前面所討論的在-第-子串流中同時傳輸「下混合」資訊的係假設所有的頻道都同時做取樣，且尤其重要的，其取樣頻率係是本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮 -----------<i裝--------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事界再填W本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製以與 A7 B7 1226041 五、發明說明（41) 相同的。在文章 P.G. Graven，M.J. Law J.R. and Stuart， “Lossless Compression using HR Prediction Filters，，，J. Audio Eng· Soc·，Abstracts, March 1997，vol. 45，no.5, ρ·404 preprint no· 4415中解釋··為了儲存資料而降低取樣頻率是不需要的，因為無失真編碼器會根據訊號的資訊内容的減少而做自動回應，以較低的位元頻率將其編碼。未取樣的sfL 5虎本質上其頻寬即是受限的^例如一 96kHz取樣的訊號可以重製高達近乎48kHz的頻率，但是如果此訊號係透過向上取樣（upsample) — 48 kHz取樣後訊號得到，則此一訊號在24kHz以上的能量會很少。同樣地，當在混合率（mixed-rate)材料上使用無失真壓縮時，在不造成資料率達到某程度不良作用的前提下，可以在編碼前對任何以較低頻率表示—例如48kHz — 的頻道進行向上取樣，以讓所有的頻道以同樣的取樣率，例如96 kHz編碼。此一統一的取樣率讓實施本發明所需的矩陣動作變為可行。向上取樣在數位訊號處理領域中被稱為内插 (interpolation)，如何進行的技術係為眾人所知。圖十顯示了一個更改後包含此一功能的編碼器。既然過濾會造成延遲（delay)，不需要向上取樣的頻道^與Rf則會加上一補償延遲 (compensation delay)。内插過濾通常不會是失真的，但是在較佳的實施中，圖十的向上取樣濾波器係屬於所謂的「半頻濾波器（half band filter)」。當用在内插時，半頻濾波器會提供一個取樣點為輸入取樣點的兩倍的輸出。偶數輸出點與輸入點相對應，且與輸入值有相同的取樣值，而奇數輸出點則介於輸入值的中間，且其值為内插後的值。本紙張尺度賴㈣國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ·裝--------訂—------線P (請先閱讀背面之注意事境再填氧本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1226041 A7 B7 五、發明說明（42) 當串流是透過這種方式編碼的時候，播放器有兩個選擇可選。一是撥放器可以彷若所有的頻道一開始即是以 96kHz取樣的方式播放串流，而忽略偶數以及奇數樣本來源的不同。另一個可能是，各頻道一開始是以48kHz的頻率提供給編碼器時，此時播放器可以僅選擇偶數樣本。在此情形下，播放器可以存取送到編碼器處的混合頻率内容的無失真重建。為了讓其可行，編碼後串流必須包含哪一個頻道一開始時係以較低取樣率呈現的規格，以及哪些樣本被視為偶數以及哪些是奇數的指示（indication)。如果在串▲方塊（block)結構中的的樣本數目永遠是偶數的話，那麼後者就可以是隱含的。在DVD-Audio中，Access Unit與Presentation Unit的使用提供了這樣的結構。在DVD-Audio規格中提供了相似的88.2 kHz與 44.1 kHz混合頻率（mix-rated)内容。前述的混合頻率編碼功能可以以類似的方式利用在此情況。實施實施本發明各個部分的功能的元件，可以透過廣泛地方式建構，這些方式包含：離散邏輯元件、一或多個ASIC 以及/’或程式控制處理器。實施這些元件的方式並不重要。例如實施本發明這些部分的動作，在一裝置中可以透過接收或與傳送代表數位資訊的訊號的一或多個端子 (terminal)、儲存數位資訊的隨機存取記憶體、記錄一或多個指令程式的媒體、與執行指令程式的處理器實施。指令程式可以記錄在各種可機讀媒體或是製造產品上，這包括各種的唯讀§己憶體、磁帶、磁碟、與光碟，或是經由頻譜從超音波（supersonic) —直到紫外線頻率的基頻（based band)或是調變後通訊頻道傳輸。在上文中說明了編碼與解碼流程以及裝置的各個功本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) '"一' (請先閱讀背面之注意事界再填寫*本頁) -裝-------—訂---------線一經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

五元件標號對照表 10 Π1ο-ΙΠ6 · · ·較^ 出 SrS4···訊號 Qi、Q2··.量化器 1226041 發明説明（$) 能。應該瞭解的是這些功能可以到為了能發揮f此# & Μ τ π 開地建立，應該能設想何植合放ir 不同的優點，這些功能可以以任立地然在申請專利範圍中，各個功能係獨係包含這些組合。功此都可以彼此相互結合，且此說明書 ----------------—— _ ^ - 46 - 沾尺度適.¾屮S阁家標毕（(>«) - ’W_:V 2()7.公究） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims

A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1·-種解碼H，其包括-輸人，有編碼後輸入頻道；一矩陣，用以轉換輸入頻道且係藉由串接的基本矩陣量化ϋ所實施，該矩陣提供Ν個矩陣輸出頻道，該解碼ϋ進-步從輸人頻道處取得頻道的排序資訊’其中該解碼器進-步包含—重新對應安排以讓Ν個解媽器輸出訊號根據頻道排列資訊做排列。 2·如申請專利範圍帛丨項所述之解碼器，其中重新對應安排係在矩陣後提供。 3·如申請專利範圍第丨項所述之解碼器，其中重新對應安排係在矩陣前提供。 4·如申請專利範圍第1項所述之解碼器，其中數•目 Ν係為6，且編碼後頻道包含一六頻道音訊的左前、右前、左環場、右環場、中央、與低頻效應頻道〇請先閱讀背面之注意事ift·i裝頁I 訂經濟部智慧財產局員.工消費舍作社印製 5·—種編碼器，其包括N個輸入頻^，該編碼器包含一矩陣，用以轉換輸入頻道且係藉由串接的基本矩陣量化器所實施，該矩陣提供Ν個矩陣輸出頻道當作串流的編碼後資訊，該資訊係格式化為多個子^ 流，第一子串流的資料包含該矩陣輸出的嚴袼子集合，且包含足夠用以建構「下混合（d〇Wn_mix)」規格的資訊，其中編碼器進一步包含一重新排序安排’以在應用頻道至矩陣之前排列頻道，並包含將選定的排列（permutation)編碼成編碼後輪出串流的方式。 -47- 八放尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 122 爾 1

申請專利範圍經濟部智慧財產局員工消費合作社印製> 請專利範㈣5項所述之編碼器，其中曹新排序安排係根據「下混合」規格作回應。 7·::請專利範圍第5項所述之編媽器，其_失真壓縮，且進-步包含最少—個基本料薄，此；!：化器修改-未提供到第一子串流的頻道，^ 基本矩陣的係數係以降低編碼後串流的^ 標來選擇。 8·—種電腦記憶體製品，其上儲存一編碼後聲音資料汛號，該編碼後聲音資料訊號包含^^個且經由二矩陣轉換編碼過的編碼後聲音頻道，該編碼後聲音資訊進一步包含頻道排序資訊，其中頻道排序資^係用以引致在一解碼聲音資料用的解碼器中的矩陣轉換早元的輸入或疋輸出處頻道的重新排列。 9· 一種承載有編碼後聲音資料訊號之承載體 (carrier)，該編碼後聲音資料訊號么含Ν個且經由一矩陣轉換編碼過的編碼後聲音頻道，該編碼後聲音資訊進一步包含頻道排序資訊，其中頻道排序資訊係用以引致在一解碼聲音資料用的解碼器中的矩陣轉換單元的輸入或是輸出處頻道的重新排列。 10. —種編碼Ν個輸入頻道的方法，包含：排列頻道；藉由一串列的基本矩陣量化器對重新排序後的輸入頻道施以一矩陣轉換，該矩陣提供Ν個矩陣輸 -48. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公沒） . —-----1?------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參· ψ 曰 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍出頻道當作Φ流的編碼後資訊，該f訊係格式化為多個子串流，第-子串流的資料包含該矩陣輸出的嚴格子集合，且包含足夠用以建構「下混合」規格的資訊；以及口將選擇的排列編碼成編碼後輸出串流，其中頻道排列係有考慮到「下混合」規格。 11· 一種解碼N個輸入頻道的方法，包含： 1由-串列的基本矩陣量化輯輸人頻道施以反矩陣轉換，此矩陣提供N個矩陣輸出頻道；由編碼後輸入頻道處取得頻道排序資訊；以及依據頻道排序資訊將矩陣輸出頻道排列。 12碼德’其包含—含有多個編碼後頻道的•編 ”、、後串&的輸入，該解碼器包含至少一修正一 3的第-基本矩陣量化器，該解抑進_步包含 -將^將第Γ頻道乘以—增益係數的乘法器，以及流處後的第一頻道訊號與從編碼後串 =回復的額外的低效位元相金合的整合器，增經濟部智 ‘慧財產局員工消費合社印製且有tr由解抑根據編碼後串流的資訊選擇，次的值可以採用，這包括-或數個非為2的 13正範圍第12項所述之解碼器，1中修性叙ir頻道係輸入到基本矩陣量化器的頻道的線張尺度適用中國^^；^ _— Ά （CNSM4規格⑵Ο X 297 14.如申請專利範圍第12項所述之解竭器，其中的修更

申請專利範圍整合器包括一加法器此編碼器進-步包括H一基本矩陣量化器，以：車量化器處用以將第-頻道乘的乘道數個位元這請先閱讀背面之注意事項I 再蠱I 填響丨寫裝頁經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16· -種電腦記髓製品，其上儲存一編碼後聲立次料訊號，該編碼後聲音資料訊號包含]^個且經二二矩陣轉換編碼過的編碼後聲音頻道，該編碼後二 :貝錢-步包含-參數指示最少_個頻道的一増二係數，且此編碼後音訊進一步包备至少一個頻額外位元，其中的增益係數係用來引導在解螞聲立資料的解碼器中的矩陣轉換單元裡的頻道進行^ 法，且此額外位元係用來與經過乘法後的頻道相組合，且其中的增益係數有許多的值可以採用，這包括一或數個非為2的次方的值。 17·如申請專利範圍第16項所述之電腦記憶品’其中Ν = 6。製 §T- -50 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Ι226Θ4Ι 六 A3 B8 C8 D8

申請專利範圍 18. 一種承載有編碼後聲音資料訊號之承載體 (carrier)，該編碼後聲音資料訊號包含N個且經由〜矩陣轉換編碼過的編碼後聲音頻道，該編碼後聲音資訊進一步包括一參數指示最少—個頻道的一增^ 係數，且此編碼後音訊進-步包括至少一個頻道二額外低效位元’其巾的增益係數係絲引導在聲音資料的解碼器中的矩陣轉換單元裡的頻道進^ 乘法，且此額外位㈣用來與經過乘法後的頻道相組合，且其中的增益係數有許多的值可以採用，這包括一或數個非為2的次方的值。，經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 19·、一種用以解碼包括多個編碼後頻道的一編碼後串流的方法，此方法包含：藉由一串列的基本矩陣量化器對輸入頻道施.以反矩陣轉換，_第_基本矩陣量化器被用以修正一第一頻道；在第一基本矩陣量化器中，將第一頻道乘上由編竭後串流資訊處取得的—增益係數 ;以及將經過乘法運算後的第一頻4訊號與從編碼後流處所回復的額外的低效位元相整合，其中增益 =數有許多的值可以採用，這包括—或數個非為2 的次方的值。 20 如申請專利範圍帛19項所述之方法，其中該組合方式包含加入。 21. :種用以編碼多個輸人頻道的方法，其包括：藉由一串列的基本矩陣量化器對輸入頻道施以

(CNS)A4^Tm^7^

1226041 申叫專利範圍一頻ί換，一第一基本矩陣量化器被用以修正一第益係t第:基本矩陣量化器中，將第一頻道乘上增回復任何從超出配置給該頻道數個處產生的低效位元；以及㈣法儲存该額外位元、經過乘法的修正後第一頻道二才日不對將來解碼有所助益的增益係數表苴 =益係數有許多職可以制，這包括：：或數個非為2的次方的值。 2 2哭_一f用於無失真壓縮系統的裝置，其係為一編碼摇ϋ該系統具有一多頻道數位訊號的輪入，並 ί:2具有兩個子串流的-編碼後壓縮串流，子 "丨υ、中之一提供一雙頻道「下混合」訊 ΐ以數位訊號，此編碼器包括二接收該一牛勺虹匕5」訊號規格的輸入’此處編碼器進 =包括—方式，其計算與「下混合」訊號的一部 nt 檢纽，細❻―檢查值 -部λ目^ 以及計算與绩道訊號的入5丨％㈣—第一檢查值，並將此第二檢杳值加入到一第二子串流中。烺笪徂刀 23包d專^圍第22項所述之裝置，其進一步被編輯。5」訊號輸出，可讓「下現合」訊號 24· 一種解·碼無失真壓縮編碼後訊號的裝置，其係為適用中 1226041 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 ‘ 一解碼器裝置，該解碼器裝置包含：一多頻道編碼後數位訊號的輸入； 5十真與多頻道訊號的一部份相關的第一檢杳信的方式； ~ 從編碼後串流處取得與多頻道訊號的前述部份相關的第二檢查值的方式；以及一用以比較第一與第二檢查值的比較器安排；以及一用以提供標示以表示檢查值是否一致的輪出裝置。 25_如申請專利範圍第22至24項之任一項所述之裝置，包括一數位訊號處理器，其用來將每一個檢查值計算透過i訊號區段的訊號字元的二進位表示上的位元方式同位動作實施，二進位字元根據其頻道編號在同位檢查進行前進行旋轉。 26. 一種消費性光碟播放器，其包含一如申請專利範亂第24項所述之解碼器裝置，矣中輸出設備包括一可見指示器（visible indicator)，其中該播放器進一步包括一提供可見指示器驅動訊號的脈衝延遲電路，該電路被設定為當第一與第二檢查值不相符的時間較一門檻位準（threshold level)為短時，可以產生一較該門檻位準為長的可見指示時間間隔 (time period) 〇 27· 一種包括一編碼器以及一前置量化5| (prequantiser)之裝置，其中該編碼器用於無失真壓縮 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公袞） f%先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • n n I n ---訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

六、申請專利範圍，系統，該系統具有一多頻道數位訊號的輸入，並提供最少具有兩個子串流的一編碼後壓縮串流，子串流其中之一提供一雙頻道「下混合」訊號，另_個則提供多頻道數位訊號，此編碼器包括一接收該雙頻道「下混合」訊號規格的輸入，此處編碼器進一步包括一方式’其計鼻與「下混合」訊號的一部分相關的第一檢查值，並將此第一檢查值加入到一第一子串流中，以及計算與多頻道訊號的一部份相關的、一第二檢查值，並將此第二檢查值加入到一第二子串流中，該編碼器提供一編碼壓縮後串流與一可以編修的前置量化後訊號作為輸出，此處加入到壓縮後串流的檢查值係是從該前置量化後訊號處計算得來。 28. 一種雙頻道無失真解碼器，其接收一編碼後串流作為輸入，此解碼器包含一解碼器核心，上述串流輸入到此核心產生一雙頻道解碼後訊號，此處解碼器進一步在解碼器核心的輸出處包括一位移器 (shifter)，以根據編碼後串流進行算數位移，並在位移的輸出進一步包括一訊號限制設備’位移器與此限制設備提供了解碼器輸出在字元寬度的限制。 29. 如申請專利範圍第28項之解碼器，其中編碼後輸入串流包含最少兩個子串流，這些子串流共同定義了包括多於兩個頻道的多頻道編碼後聲音訊號，且其中的一個子串流備用來產生雙頻道解碼後串流。 _____- 54 -_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝寫士訂---------^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍， 30·如申請專利範圍第28或29項之解碼器，其中限制設備包括一剪輯器，此剪輯器利用飽和算數儲存算數位移的輸出。 31· —種接收一多頻道訊號輸入的編碼器，其中多頻道訊號具有一第一輸入頻道或是一經由一第一頻率取樣的頻道，以及一第二輸入頻道或是經由相等於低頻率的兩倍頻率的較高頻率取樣的頻道，此裝置包含·· 一設備用以增將該輸入頻道或是每一個輸入頻道的取樣率至較高的頻率；一無失真編碼器，其以較高頻率接收第一以及第二頻道，以產生編碼後串流。 32·如申請專利範圍第31項之編碼器，其進一步包括將取樣頻率資訊加入到編碼後串流的^式，以針對每-解碼後観指示對應的輸人頻道係以第一或是第二頻率取樣。經濟部智慧財產工消費合社印製 33.如申凊專利範圍第μ項之編碼器，其中用以增加取樣率的設備或是每-個料設備“半頻滤波益’根據輪人訊號提供-第—多數個樣本，以及一第一經過内插樣本。 31 ;如&申請專利範圍第，％項之編碼器，其中將取樣，率貝A加人的方式指示哪_個解應到輸入訊號。本紙張尺度賴巾團

中請專 35. 如申請專利範圍第31至34項中任一項之編遲二一進一步在較高頻率頻道的訊號路徑包括延 =件（delay element)，其基本上會抵銷較低頻率貝道取樣頻率增加所造成的延遲。利範圍 36 :—種解碼器’其具有供編碼器所產生的編碼後串輸入並提供—多頻道輸出，其中該編瑪器 =申請專利範圍第33或34項之編碼器，其中本^低頻率頻道處所解碼纽與輸人頻道的原始樣 =相！應的樣本被丢棄，此處提供-與原先呈 J編碼裝置處的多頻道訊號相同的輸出。 37資^’其上料有—編碼後聲音 d:!頻道代表不是以第-取樣頻 :取樣’其中編碼後聲音頻道皆以第:== 對::;道接提供額外資訊指= 邋汛唬係以第一或是第二頻率取桌。經濟部智慧財產局員工消費合社印 t 讥如申請專利範圍第37項所電腦記品，其中針對代表以第己隐狐編碼後頻道，額外的資訊的頻道的訊號的樣本與輸人訊號相對應。料個解瑪後 3' -種承載有編碼後聲音資料訊 ^錢聲音f料_包括錄個編碼後聲曰頻道’這賴道代表不是以第1樣頻率即是 ----- - 56 . 本紙張尺石(CNS)A4 規格⑵0 x 29f^------ l·1226041 A8 B8 C8 D8 經濟部智 < Vi*' 財產工消 f 合社印製六、申請專利範圍 < 以係第一取樣頻率兩倍的一較高第二取樣頻率取樣，其中編碼後聲音頻道皆以第二較高頻率取樣，且此處針對每一頻道接提供額外資訊指示該頻道訊號係以第一或是第二頻率取樣。 40·如申請專利範圍第39項所述之承載體，其中額外的負訊進一步指示，對於代表以第一頻率取樣的頻道讯號，哪一個解碼後樣本與輸入訊號相對應。 41. 一種編碼器，其具有一多頻道數位訊號以及「下混合」規格的輸入，其包括藉由一連串的基本矩陣量化器所建構的矩陣，並且提供一格式化為多數個子串流的編碼後資訊串流，第一子串流的資料係從矩陣輸出的一嚴禧子集合中取出，且包含實施「下混合」的足夠資訊；其中該矩陣包含：一第一基本矩陣，其項目係遵照一第一「下混合」頻道的規格計算得來，以使得該第一矩陣的一輸出基本上係第-「下混合」頻道乘上一縮放係數；以及，. -第二基本矩陣，其項目的計算係欲使係數乘上第-基本矩陣的輸出後基本上為零。仪如申請專利範圍第41項所示之編碼器，其中第 :基本矩較祕本上在第-「下混合」頻道規格中具有最大係數的輪入頻道。種編碼器’其具有_多頻道數位訊號以及「下混合」規袼的輸人，其包括藉由—連串的基本矩陣裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 刎規 ------ 1226041 A8 B8 C8 D8 圍、申請專利範 ::匕裔所建構的矩陣，並且提供—格式化為多數個 =流的編碼後資訊串流，第—子串流的資料係從矩陣輪出的一嚴格子集合中取出，且包含實施「、 2」的足夠資訊，其中以多頻道訊號頻道:方式疋義在第一子串流中傳輸的頻道的矩陣具有基本上相互正交垂直的列。 44. 一種編碼器，其具有一多頻道數位訊號以及「混哈」規格的輸入，其包括藉由_連串的基本矩量化器所賴的矩陣，並且提供—格式化為多數^ 子串流的編碼後資訊串流，第—子串流的資料矩陣輪出的一嚴格子集合中取出，且包含實施「下混合」的足夠資訊，其中第一子串流傳輸的頻道間的交互相關基本上係為0。 45_如申咕專利範圍第44項所述之編碼器，其中所述的交互相關被賦予一對傳輸資料率基本上的頻率帶強調的頻譜權重。 46·如^請專利範圍第45項所述之編碼器，其經濟部智慧財產局員工消費合作社印製被賦予一基本上係透過數位濾波器 (14)所疋義的頻譜權重，此處η==1，2，或3。 47· -種決定欲傳送輸出訊號的方法，該方法用含步驟如下： γ泛万法包 ⑴建立輪人頻道的—第—清單，以及已決定要傳送家標準 -58 X 297公涅） 1226041 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、申請專利範圍的輸出訊號的一第二清單； (ii) 由第一清單中移除一個頻道，並選擇在第一清單中剩餘的頻道的一線性組合，該線性組合基本上係選擇屆時能使與前述的一個頻道以及線性組合的差相等的訊號的熵（entropy)度量最小； (iii) 為差訊號配置一縮放係數·； (iv) 將縮放後的差訊號配置成一欲傳送的輸出訊號，並在第二清單中儲存該輸出訊號的一個定、義；以及 (v) 針對進一步的輸入頻道或是頻道群重複步驟（ii) 到（iv) 〇 48. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中輸出訊號的定義包括ώ出訊號本身。 49. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中輸4 訊號的定義包括使輸出訊號能被計算的矩陣規格。 50. 如申請專利範圍第47項所述i方法，其中第一清單開始時等同於整個輸入頻道的集合，且第二清單基本上係為空白。 51. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中第二清單開始時包含允許一「下混合」訊號被回復的訊號，且第一清單包括輸入頻道集合的一個子集合。 52. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中移除一頻道的步驟包括從第一清單中選擇一頻道使得在 -59- (請先閒讀背面之注意事項寫本頁) !裝訂：線，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇） ^fill- t、申請專利範圍線性組合中的係數的絕對值不會超過一事先決定的限制。 53. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中移除一頻道的步驟包括選擇一具有最小能量的頻道。 54. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述的縮放係數為+1或-1。、 55. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述的縮放係數為+1/2或-1/2。 56. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述的熵度量係為能量。 57. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述的熵度量係根據對編碼器的壓縮後輸出串流的傳輸資料率基本上有貢獻的頻率帶進行強調的頻譜權重所計算。 : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 58. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述的熵度量基本上係透過η = 1，2，或3的數位濾波器（Ι-ζ-γ所定義的頻譜權重計算。 59. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中縮放後差訊號的計算係經由一基本矩陣量化器進行。 60. 如申請專利範圍第47項所述之方法，其中縮放 -60- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇）肀請專利範圍 61_種:方碼:，=多出7=:”_ ® L號係為輸入頻道的線性组白，該方法包括步驟如下： '、、" 利用申請專利範圍第47至6〇項中任一項所述之方法決定傳送的輸出訊號；以及、 v計算決定的輸出訊號。 62. 一種編碼包含輸入頻道及「下混合」規袼的一多頻道訊號的方法，其包含以下步驟：選擇一基本上在一「下混合」規格中基本上具有最大係數的一嗓一輸入頻道；以及利用一基本矩陣量化器縮小第一輸入頻道，其中第一頻道的係數係小於1且其餘輸入頻道的係數基本上係為0。 63. 如申請專利範圍第62項所述之方法，其中在接續縮放動作之後回復的額外低效位元被提供作為傳送輸出訊號。經，濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -61 本紙張尺度適用中國S家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）