CN101395881A - 用于产生和解释具有带有指定入口点的一系列段的数据流的设备、方法和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

一种用于使用组织在后续数据帧中的数据来产生具有一系列段的数据流的设备。所述设备包括封装器，用于将数据帧的数据封装入具有第一段和第二段的一系列段，其中第二段具有可解释数据实体并具有数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分。所述设备还包括信息块添加器，用于添加与第二段相关联的信息块，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。

Description

用于产生和解释具有带有指定入口点的一系列段的数据流的设备、方法和计算机程序
技术领域
本发明涉及在具有固定长度数据包的容易出现错误的信道中传送数据。本发明尤其适用于可感知的音频编码。
背景技术
例如MPEG层3、MPEG AAC或MPEG HE-AAC(MPEG＝运动图像专家组，HE-AAC＝高效高级音频编码)之类的现代音频编码方法能够通过利用人耳的一些心理声学特性来减小数字音频信号的数据速率。因此，一块固定数量的音频样本(称之为帧)被编码为该固定时间间隔的压缩的比特流表示。压缩的音频帧将在解码器中被转换回音频样本表示。由于对不同的音频帧，编码音频信号的难度不同，所以公知的比特存储器技术允许在帧之间交换比特。虽然总的比特率是恒定的，但由此产生的比特流中的帧的长度是可变的。编码的帧具有带辅助信息的部分，跟着是压缩频谱数据，所述辅助信息包含解码器用于解释压缩数据的必要信息。
为了传送，压缩的音频帧必须被嵌入传输格式，例如用于MPEGAAC的传输格式ADTS(ADTS＝音频数据传送流)或LOAS(LOAS＝低开销音频流)。若传送中有错误，由于有同步字，解码器可以在丢失一个或更多帧之后对比特流进行重新同步。由于在现代音频编解码中，频谱数据和辅助信息部分通常是使用例如MPEG AAC中的霍夫曼编码之类的可变长度的码字进行熵编码的，所以单个比特错误经常就足以使解码器必须放弃整个帧并对输出信号消音或使用一些错误隐藏技术，例如在完整的帧之间插入噪声或插值或其结合。若在传送过程中发生更长范围的错误，解码器还能够对比特流进行重新同步，但它没有关于所丢失的帧的数量的信息。除了隐藏多个帧之外，这会导致在解码器回放的音频中出现可听见的时间偏移，或由于缓冲器过运行或欠运行而引起的信号脱落。特别是在容易出现错误的信道中，为了保持高质量的传送音频信号，有可用的精密的错误管理是极其重要的。
本发明尤其适合在具有固定长度数据段的容易出现错误的信道中进行传送。由于例如压缩音频帧之类的帧的长度可变，用于公知的例如已经提过的ADTS或LOAS格式的传送格式的新的帧通常起始于固定长度数据段的任意位置。因此，如果包含两个连续帧数据的数据段丢失，两个帧将被损坏，必须通过解码器的错误隐藏策略进行替换。
发明内容
在以下的描述中，数据帧是指来自例如MPEG-4 High EfficiencyAAC的音频编解码器的数据帧。这样的数据帧可以具有可变比特长度，即可变的大小。此外，数据帧被分为多个恒定大小的数据段。对于每个数据帧，可以有一个或多个恒定大小的段。在恒定大小的数据段内有数据实体。这对应于表示例如编码信号的频谱数据的霍夫曼码字。数据段包含多个数据实体。一些是完整的数据实体，称为可解释数据实体，而一些是数据实体片段，它们是不完整的数据实体，本身不可解释。
此外，在以下的描述中，传输协议包头或信息块是指包含用于使单个数据段自包含的信息的元素，即例如，该信息描述了特定数据段覆盖的音频频谱的范围，以及可解释数据实体起始于数据段中的何处，而无需依赖于另一个数据段的有效接收。
本发明提供了一种用于在具有固定长度数据段的容易出现错误的信道中有效传输以可变长度帧封装的数据的方法。在优选实施例中，该方法用于以可变长度音频帧的形式传送压缩音频数据，其中包括以下步骤。
在编码器中：任意大小的压缩音频数据帧被映射到用于在容易出现错误的信道中传送的固定大小的数据段；在每个数据段的起始处插入传输协议包头或信息块；传输协议包头或信息块包含能够标识可解释数据实体起始于数据段中的何处的信息。在其它实施例中，所述信息标识可变长度音频数据帧的边界；可以通过非常高效的方式将上述传输协议包头信息或信息块编码为低至单个字节。这是通过利用特定参数的互相关性来实现的，因而仅编码具有最高可能性的情况。
在解码器中：不论传送成功与否，传输处理器接收段和信息，剥去传输协议包头或信息块，对每个接收的帧的数据进行连接并接着送至解码器；对于数据段丢失的情况，传输协议包头或信息块包含用于重构丢失音频帧数量的信息，这使得可以进行正确的时间同步；对于数据段丢失的情况，传输协议包头或信息块包含用于使单个数据段自包含的信息，即该信息描述了特定数据段覆盖的音频频谱的范围，而无需依赖于另一个数据段的有效接收。若该信息被送至解码器，则解码器可以实施部分隐藏方法。
本发明的目的是提供一种即使在容易出现错误的信道中传送音频数据的情况下也能够获得改进的音频质量的概念。
根据本发明的第一方面，这个目的是通过一种设备实现的，所述设备包括封装器，用于将数据帧的数据封装入具有第一段和第二段的一系列段，其中第二段具有可解释数据实体和数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分。所述设备还包括信息块添加器，用于添加与第二段相关联的信息块，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
根据本发明的第二方面，这个目的是通过一种设备实现的，所述设备用于解释具有一系列段的数据流，所述一系列段具有：具有相关联的附加信息块的第一段，所述附加信息块指示了具有可解释数据实体的数据帧的起始点；以及具有相关联的信息块的第二段，所述第二段跟随着错误段，并且信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分。所述设备包括：错误检测器，用于检测错误段；信息块解释器，用于解释附加信息块，以便提取关于数据帧的起始点的信息，并用于解释信息块，以便提取关于入口点的信息；以及帧重构器，用于通过采集起始于数据帧的起始点的数据、丢弃错误段和数据实体片段、丢弃附加信息块和信息块以及对丢弃的帧数据实施错误隐藏操作来重构数据帧的数据。
根据本发明的第三方面，这个目的是通过包括组织在一系列段中的数据的数据流来实现的。所述数据流包括第一段和具有可解释数据实体并具有数据实体片段的第二段以及信息块，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分，信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
根据本发明的第四方面，这个目的是一种方法来实现的，所述方法通过用于使用组织在后续数据帧中的数据来产生具有一系列段的数据流。所述方法包括以下步骤：将数据帧的数据封装入具有第一段和第二段的一系列段，第二段具有可解释数据实体并具有数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分；以及添加与第二段相关联的信息块的步骤，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
根据本发明的第五方面，这个目的是通过一种方法来实现的，所述方法用于解释具有一系列段的数据流，所述一系列段具有：具有相关联的附加信息块的第一段，所述附加信息块指示了具有可解释数据实体的数据帧的起始点；以及具有相关联的信息块的第二段，所述第二段跟随着错误段，信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分。所述方法包括以下步骤：检测错误段，解释附加信息块，以便提取关于数据帧的起始点的信息，并解释信息块，以便提取关于入口点的信息，以及通过采集起始于数据帧的起始点的数据、丢弃错误段和可解释数据实体片段、丢弃附加信息块和信息块以及对丢弃的帧数据实施错误隐藏操作来重构数据帧的数据。本发明也包括用于实现发明方法的计算机程序。
概括而言，本发明定义了一种新的有效的传输格式。它显著降低了在容易出现错误的信道中丢失数据的量，并尤其适合传送压缩音频数据。这是通过在容易出现错误的信道中所传送的每个段中添加附加信息来实现的，这些信息特别地指示了用于继续解释数据输出的入口点。优选地，这些入口点是比例因子带起始处的第一码字。比例因子带定义了频谱表示中的范围的比例值，包含编码为码字的帧的频谱值，这些码字按其对应的频率值的升序排序。关于入口点的信息包含数据流中新的比例因子带起始处的偏移。通过选择这些入口点，由于必须传送的信息变少，从而减少了开销。基本上，也可以采用其他码字，但是这样则必须传送关于哪个比例因子带内的哪个码字表示了入口点的其它信息。在非常高效的编码中，信息块只包括单个字节或几个很少的字节。
本发明的优选实施例通过为不同数据帧分配不同的计数值，提供了关于数据帧数量的信息。通过解释这些计数值，可以识别丢失数据帧的数量。从而大大减少错误的时间同步的问题。在本发明的其它实施例中，进行了数据的重新排序，这样做的优点在于，如Side Info数据这样的重构整个帧所必需的最重要的信息(也见下面的图7)被放置在单个段中，因而减少了丢失整个帧的可能性。
在数据帧表示压缩音频帧的示例中，公知的隐藏方法是在完整的音频帧之间插值数据或将错误部分替换为噪声信号或简单地对输出进行消音。具体的选择取决于具体情况，例如，噪声替换是否可以容许，或是否有足够的可用资源用于进行精密的插值算法。本发明的实施例的最显著的优点在于，在最好的情况下，错误的段只造成该段中所传送的数据的丢失，帧的所有剩余数据可以被正确解码。
附图说明
现在，通过示意性示例来描述本发明。通过参照附图和以下详细描述，将更容易认识和更好地理解本发明的特征。图中：
图1示出了具有固定长度的数据段和具有可变长度的压缩音频帧；
图2示出了使用本发明的在具有固定长度数据段的传送信道中传送数据的框图；
图3示出了完整的音频编码和解码链的框图，包括使用本发明的在具有固定长度数据段的传送信道中的传送；
图3a-3c示出了根据本发明的信息块如何分布于多个数据段的示例，例如，一个原始音频帧加上传输信息是如何分布于多个数据段的；
图4示出了高级隐藏机制；
图5示出了两个具有信息块和数据实体的后续段；
图6示出了包括8个比特的信息块；
图7给出了编码的音频帧的示意图。
具体实施方式
以下描述的实施例仅作为本发明的原理的示意，用于改进在具有固定长度数据段的容易出现错误的信道中的例如压缩音频的传送。应理解，此处所描述的设置和细节的修改和变化对本领域其他技术人员而言是显而易见的。因此，不应局限于此处通过实施例的描述和解释所表现的具体细节。
图1示出了在固定段大小的信道中传送的具有可变长度的压缩数据帧。在图1中示出了作为数据流102的一部分的数据帧d1、数据帧d2和数据帧d3。为了在固定段大小的信道101中传送它们，数据帧被分为长度为d的固定大小的段。本发明通过定义一种新的有效的传输格式，解决上述在具有固定长度数据段的容易出现错误的信道中传送压缩数据的缺点。具体地，当在具有固定长度数据段的容易出现错误的信道中进行传送时，如果发生包括两个数据帧的数据的段在传送过程中损坏，排除了丢失多个帧的可能性。
图2a示意地示出了根据本发明的数据流。首先，数据被输入封装器210，接着被发送至信息块添加器220，在通过容易出现错误的信道230之后，数据进入错误检测器240，错误检测器240将数据送至信息块解释器250并最终送至帧重构器260，帧重构器260给出了数据输出流。本发明的目的是一种用于将由例如压缩音频帧之类的可变长度数据帧组成的输入数据流嵌入固定长度数据段的设备和方法。因此，在第一步骤，封装器210对数据进行重新设置，使封装器210的输出是具有固定长度的数据段。信息块添加器220向每个段添加信息块。通过在容易出现错误的信道230中传送这些段，多个段可能出现失真，错误检测器240识别错误的段。可以从下层传输协议或从在本发明实施例添加到数据流的附加控制信息中得到关于传送错误的信息。在识别了错误的段之后，信息块解释器250读取信息块，以便从数据流中重构尽可能多的信息。这将在以下的图3a中进行更详细的描述。利用这些信息，帧重构器260构建原始数据帧中未损坏的部分，并提供关于损坏部分的进一步的信息，以便对输出流实施隐藏，例如通过将在图4的上下文中更详细描述的音频解码器对输出流实施隐藏。优选的段的大小由下层传输协议固定，典型地，下层传输协议通过将数据流分为固定大小的段来传输数据。在其他实施例中，段的大小可以是下层传输协议的段大小的倍数。这样的选择性实施例的优点在于，由信息块造成的开销小于段大小等于下层传输协议的段大小时的开销。然而，它的缺点在于可能丢失更多数据。
图2b示出了将可变长度的音频帧嵌入固定长度数据段的方法。数字音频输入信号被送入任意音频编码器201。在包括了本实施例中的封装器210和信息块添加器220的封装器202中，压缩音频帧被重新设置，并且根据本发明，传输信息(即信息块)被添加到可变长度的压缩音频帧中。封装器202的输出是具有固定大小的一系列数据段。通过在容易出现错误的信道230中传送这些段，多个段可能出现失真。解封装器204剥去传输信息(即根据本发明的信息块)，并根据比特流在封装器202修改之前的原始表示对比特流进行重新排序。接着，压缩音频帧通过计算一帧数字音频输出样本的音频解码器205。由于音频解码器205从解封装器204得到了附加信息，这些附加信息说明了音频帧的比特流表示中的哪些部分被损坏了，所以音频解码器205可以通过对未损坏段的正常解码并只隐藏对应于损坏段的频谱部分来进行部分隐藏。
图3a示出了数据流301的数据帧和将数据帧分为不同段的示例。Seg#-1是包括数据帧的数据的第一段，在该实施例中，剩余的数据被分布在Seg#0至Seg#3段中。根据本发明，每个段具有固定长度，此外还具有信息块。Seg#0的信息块表示为302，304表示Seg#1的信息块。在本发明的优选实施例中，信息块在存储于每个段的原始数据之前。
信息块的目的是提供下一个可能的入口点的指示以及指向属于信号所指示的入口点的位置的偏移，即使在前一帧已经被错误传送所损坏时，也允许由例如解码音频帧的频谱数据的解码器来提取数据。在图3a中，指针305给出了示例。新的可解释数据起始于入口点处。观察数据流包括压缩音频帧的流的数据流的示例，其中频谱数据使用可变长度码字编码，这可能需要用信号对从段的起始处到下一个可能的入口点的偏移做出精度为一个比特的指示。这增加了需要通过信号指示的位置的数量。然而，本发明教导了不必要考虑对所有可能的入口点标识和入口点偏移的组合进行信号指示。为了保持低开销，只对包括例如最可能的值的子集进行信号指示也是可能的，这将造成需要被完全隐藏的帧的数量的减少，因而所感知的音频质量较现有技术的方法有所提高。
对于传送压缩音频数据的情况，可能的入口点基本上是新的码字的任何起始处。但是，为了保持开销尽可能小，在优选实施例中，如上所述，入口点将是比例因子带的起始处，信息块将提供关于比例因子带的信息。若主要问题是提供最大的数据安全性，更大的开销大小是可以容许的，信息块也可以指示多个入口点，这些入口点不必与比例因子带的起始处重合。
本发明教导了当数据帧中的能够解码数据帧中其他数据所需的必要数据存储在所述帧的起始处时，在优选实施例中，该数据应被放置在新的数据段的起始处。例如，对于压缩音频数据就是这样的情况，即重构音频帧所需的信息被存储在帧的起始处(见下图7)。从以下示例中可以清楚地认识到，在新的数据段的起始处存储必要信息确保了解码器不必在单个段丢失时隐藏两个连续的帧。
根据本发明的优选实施例，按顺序X0，X1...Xm排序的数据帧中的数据，起始于新的数据段Seg#0，Seg#0包括数据X0...Xi(这是能够解码数据帧中的其他数据所需的较重要的数据)，后续数据根据以下顺序存储。Seg#-1包括数据Xi+1...Xj，Seg#1包括数据Xj+1...Xk，Seg#2包括数据Xk+1...Xl，Seg#3包括数据Xl+1...Xm(参见图3)。这样的重新排序避免了在单个段丢失的情况下必须隐藏两个连续数据帧的风险，因为若图3a中的Seg#-1损坏且若存储在数据帧中的第一数据包括关于数据帧中数据的必要信息，则接下来的段Seg#0至Seg#3不能被正确解码。
为了在包括新的数据帧的起始处的数据段(Seg#0)和包括数据帧的附加部分的后续段(Seg#1-Seg#3)之间进行区分，在例如信息块302和304中通过信号分别指示了不同的段类别。由于数据帧的起始(即必要信息)被放置在图3a中的Seg#0，需要使用数据帧中跟随必要数据之后的数据来填充Seg#-1。因此，使用当前数据帧的比特流数据(Xi+1...Xj)的一部分来填充由前一个数据帧所留下的不完整的前一段Seg#-1的剩余部分。图3a中的包含在数据帧的第一段的信息块302中的偏移指针303指向前一段Seg#-1中该数据的起始。以下给出aacPlus比特流的压缩音频帧在具有固定长度的数据段和包括8个比特的信息块中传送的具体实施例。
在另一个实施例中，Seg#0的信息块具有随每个新的数据帧而增加的帧计数值。这样的机制允许在更多段丢失的情况下进行重新同步。不属于数据帧的起始处的其他段的信息块(例如304)与第一段的信息块302不同。
图3b和图3c更清楚地定义了在数据帧包括压缩音频数据的示例下信息块的不同方面。
图3b示出了包括数据Xj+1...Xk及其信息块304的Seg#1和包括数据Xk+1...Xl及其信息块306的Seg#2的一部分以及Seg#0的一部分。在本示例中，压缩音频数据被组织在不同的比例因子带SFB中，包括编码为码字CW的帧的频谱值，所述频谱值按对应的频率值按升序排列。在信息块304之后，Seg#1的第一数据包括属于比例因子带SFBa的码字CWz-1和码字CWz。属于该比例因子带的剩余码字在前面的段Seg#0中，其中示出了最后的码字CWz-1。下一个比例因子带SFBa+1带有码字CW0、CW1......，起始于位置Xb。信息块304包括关于比例因子带SFBa+1的起始点的信息(即比特值Xb)和用于标识比例因子带的信息Ib。另一个比特指示位置Xb是在Seg#1内的指针，即它是指向信息块所关联的相同段的前向指针。这个1比特的信号在本实施例中的值为0。下一段Seg#2具有信息块306。该信息块再次包含入口点Xc的比特值和信息Ic以及1比特信号，信息Ic标识了入口点所属的比例因子带，该1比特信号的值为0，再次指示位置Xc是指向当前段Seg#2的指针(这个位置在图中没有示出)。
图3c更详细的解释了信息块302，信息块302是包括数据X0...Xi的Seg#0的信息块。该信息块与属于当前帧的所有其他信息块不同。图3c示出了Seg#0和包括数据Xi+1...Xj的Seg#-1以及Seg#1的一部分。在本发明的实施例中，数据帧的第一数据在Seg#0中，起始于辅助信息块(SIDE INFO)，跟着是频谱数据，频谱数据再次被组织在随后的包括被编码为码字的帧的频谱值的一系列比例因子带中。第一比例因子带SFB1包括码字CW0、CW1等。段Seg#0包括上至属于比例因子带SFBa的码字CWa的频谱数据，后续的码字包括在Seg#-1中，即从码字CWa+1、起始，跟着是码字CWa+2......。在这种情况下，信息块302中的指针不指向Seg#0中的位置，而是包括关于码字CWa+1起始处的位置Xa的信息。段Seg#-1具有信息块301，信息块301包括指针Xp以及信息Ip，指针Xp给出了入口点起始处的比特值，信息Ip标识了对应比例因子带。在点Xa之前的频谱数据不属于当前数据帧。信息块302还包括帧计数值f#，帧计数值f#为每个数据帧分配值。在本发明的实施例中，这个帧计数值在特定值之后循环，即它只为属于一组数据帧的数据帧分配不同的计数值。在下面给出的示例中，这组数据帧包括6个帧，即该计数值包括数字0...5。信息块302还包括1比特信号，该1比特信号将该信息块标识为包括指向比特流中的位置的指针的信息块，其中当前帧的数据被存储在所述位置之后。因此，对应的指针反向指向前一段Seg#-1。在本实施例中，它的值为1，因此信息块302不同于信息块304和在该数据帧内的所有其他信息块(例如304)，在这些信息块中1比特信号的值为0。
概括而言，在本发明的优选实施例中，传送的数据是压缩音频数据，图3a-3c示出了一个音频帧和根据本发明的传输信息一起被嵌入固定段长度的传送信道中。在每个段中，少量传输信息位于存储在该段中的原始音频数据之前。在本发明中，音频帧总是起始于新的段Seg#0，避免了在单个段丢失的情况下必须隐藏两个连续音频帧的风险。有了传输信息302和304，可以在包含新的音频帧的起始的数据段(Seg#0)和包含示例性压缩音频帧的附加部分的后续段(Seg#1至Seg#3)之间进行区分。这样的区分是通过在分别在传输信息302和304中通过信号指示段类型来完成的(图3b、3c中的“0”或“1”值)。使用当前帧的比特流数据的一部分来填充由前一个音频帧所留下的不完整的前一段Seg#-1的剩余部分。图3a中的包含在音频帧的第一段的传输信息302中的偏移303指向在前一段Seg#-1中该数据的起始处(图3c中的Xa)。此外，在带有音频帧的起始的段的传输信息中，有图3c中的小的帧计数器f#，帧计数器f#随着每个新的音频帧而增加。这样的机制使得可在段丢失的情况下的迅速重新同步。由于有帧计数器f#，丢失的音频帧的数量总是已知的，大大减少了错误的时间同步的问题。不属于音频帧的起始的其他段的传输信息304不同于第一段传输信息302。下一个可能入口点的指示(图3b中的“I”)以及指向属于通过信号指示的入口点的位置的偏移(图3b中的Xb)允许解码器即使在前一段被错误传送损坏的情况下也可以继续解码频谱数据。当频谱数据是用可变长度码字编码的时可能会出现这样的情况。这可能需要信号对从段的起始处到下一个可能的入口点的偏移做出比特精度的指示，这增加了需要通过信号指示的位置的数量。不必考虑对所用可能的入口点指示和入口点偏移的组合进行信号指示。为了保持低开销，只对包括最可能的值的子集进行信号指示也是可能的，这将造成需要被完全隐藏的帧的数量的减少，因而提高所感知的音频质量。
在图4中示出了部分隐藏的优点。图4示出了以音频帧为例的3个连续数据帧的频谱表示：数据帧401、数据帧402和数据帧403。在本示例中，数据帧402中的数据段由于错误传送而丢失，而前一数据帧401和下一数据帧403没有错误。通常，或者整个数据帧402丢失，或者在最好的情况下，在对应于丢失数据段的频谱位置之后的所有频谱数据不可用并必须被估计。根据本发明，用于提取数据(例如解码频谱数据)的关于可能入口点的附加信息允许跳过损坏的段(例如在解码过程中)，只丢失一小部分数据(例如频谱数据)。在前一数据帧401和后一数据帧403的已知数据(例如频谱数据)的帮助下，必须通过错误隐藏算法计算频谱数据的丢失部分的替换。在数据帧表示压缩音频帧的示例中，公知的隐藏方法是在完整的音频帧之间插值数据或将错误部分替换为噪声信号或简单地对输出进行消音。具体的选择取决于具体情况，例如，噪声替换是否可以容许，或是否有足够的可用资源用于进行精密的插值算法。
图5示出了数字化数据流500的实施例，其中信息块携带关于可能的入口点的信息。数据流500包括具有信息块505的段510、具有信息块515的另一段520以及随后的具有信息块525的段。数据流500的信息被组织在码字中，第一码字530起始于前一段，因而没有被完全示出，下一个码字是535，跟着是码字550，码字560在段510和520的段边界上延伸，最后描述的码字是码字570，它起始于段520中并延伸至下一个段(在图5中未示出)。信息块505携带了关于可能的入口点的信息，用于例如在前一段丢失时，解码器可以继续解码数据。在优选实施例中，信息块中的信息并不指向给定段的第一码字，而是指向比例因子带的起始处的第一码字。在图5所示的示例中，比例因子带起始于点540，信息块具有指针505，指向表示新的比例因子带的数据的入口点。在段520的信息块515中，指针565指向码字570起始处的入口点。同样，这个入口点优选地表示比例因子带的起始点，即数据流中新的比例因子带起始的比特，参照图3a-3c的上下文中的讨论。在图5所示的示例中，码字570延伸至下一个段，信息块525给出了指针575，指针575指向了本码字结束而新的码字起始的点。
图6示出了包括8个比特610...680的信息块600的示例。其中一个比特，例如610，通过信号指示了剩余的比特620...680是否携带了关于数据帧的起始点的信息，或剩余的比特620...680是否携带了关于可能的入口点的信息，即是否定义了指向段的指针。若以比特计的段的大小大于7个比特，某些可能的入口点的位置不能被编码在信息块中。因此，对于特定段，可能发生没有定义入口点的情况。以下给出这样的信息块的具体实现。
图7给出了由例如MPEG HE acc之类的音频编码器所产生的数据帧700的示意图。在这种情况下，来自音频编码器的每个数据帧包括Side Info数据，Side Info数据包括解码器正确解释数据帧所需的必要信息，例如编码格式和码查找表，码查找表组合了指示随后的频谱数据的起始比例因子带的特定比例因子带索引的值。Side Info数据位于数据帧的起始处，跟着是主要信息部分，主要信息部分包含编码为可变长度码字并被组合到不同比例因子带的频谱数据，比例因子带包含帧的频谱值，比例因子带使用比例值被重新缩放并编码为码字，码字按其对应的频率值的升序排列。在图7中，只示出了3个码字，码字710、码字720和码字730。
概括而言，本发明定义了一种新的有效的传输格式。它显著降低了在容易出现错误的信道中丢失数据的量，并尤其适合传送压缩音频数据。这是通过在容易出现错误的信道中所传送的每个段中添加附加信息来实现的，该信息特别地指示了用于继续解释数据输出的入口点。优选地，这些入口点是起始比例因子带的第一码字。比例因子带定义了频谱表示中的范围的比例值，包含编码为码字的帧的频谱值，这些码字被排序，码字的顺序由从低到高的频谱值的顺序给出。关于入口点的信息给出了新的比例因子带起始的数据流比特，并给出了这是哪个比例因子带。通过选择这些入口点，必须传送的信息变少，从而减少了开销。基本上，也可以采用其他码字，但是这样则必须传送其它信息以便识别比例因子带内的码字。在非常高效的编码中，信息块只包括单个字节或几个很少的字节。由于低开销，也许不可能指示所有的入口点或只能指示入口点的某些特定位置。例如，若信息块的比特数很少，只能指示段的一部分的位置。在这种情况下，不能给出入口点，信息块保持为空或给出忽略(escape)值。
本发明的实施例通过为不同数据帧分配不同的计数值，提供了关于数据帧数量的另一信息。通过解释这些计数值，可以识别丢失数据帧的数量。从而大大减少错误时间同步的问题。在本发明的进一步的实施例中，进行了数据的重新排序，这样做的优点在于，如Side Info数据这样的重构整个帧所需的最重要的信息被放置在单个段中，因而减少了丢失整个帧的可能性。
在其它实施例中，信息块包括附加冗余信息，以便识别传送后错误的段。这可以是例如CRC、奇偶校验比特等。这样的错误检测是在例如ADTS或LOAS的下层传输协议的通常错误检测机制之外的。此外，在优选实施例中，以比特计的信息块的大小对于所有信息块都是固定的。由于在优选实施例中段的大小也是固定的，这意味着存储在每个段中的数据也具有固定的大小。
在数据帧表示压缩音频帧的示例中，公知的隐藏方法是在完整的音频帧之间插值数据或将错误部分替换为噪声信号或简单地对输出进行消音。具体的选择取决于具体情况，例如，噪声替换是否可以容许，或是否有足够的可用资源用于进行精密的插值算法。通过解释完整帧的计数值，可以识别多个错误帧并对多个错误帧实施错误隐藏。错误隐藏可以针对压缩音频数据，通过例如替换对应的码字，或在解码后替换对应音频信号的错误部分来进行。
本发明的实施例的最显著的优点在于，在最好的情况下，错误的段只造成在该段中所传送的数据的丢失，帧的所有剩余数据可以通过采用错误隐藏进行重构。
在其他实施例中，段的大小可以是下层传输协议的段的大小的倍数。这样的选择性实施例的优点在于，由信息块造成的开销小于段大小等于下层传输协议的段大小时的开销。然而，它的缺点在于可能丢失更多数据。
为了在进一步的实施例中进一步明确上述发明，详细描述aacPlus比特流的压缩音频帧在具有固定长度的数据段中的传送。在本示例中，数据段的长度是168比特，每20ms有新的数据段到达。因此，总的数据速率是168bit/20ms＝8400bit/s。每20ms，段起始于一个字节的信息块。aacPlus音频帧总是在带有aacPlus Side Info数据(包括解码AAC频谱数据所需的side info数据)的信息块之后立即起始。aacPlus Side Info数据自后是AAC频谱数据。频谱数据被从谱线0向上至最大谱线进行排序。
若包括aacPlus side info的20ms段丢失，整个音频帧需要由aacPlus解码器进行隐藏。然而，若不包括aacPlus Side Info的一个20ms段丢失，则只需要隐藏部分频谱。这是可能的，因为信息块包括了指明由这20ms段所覆盖的频谱部分的信息。
数据段的结构如表1所示，表2示出了信息块的结构。该解决方案通过伪代码进行描述：
 
比特数 备注
segment(){
  transport_header() 8
  raw_payload() 160
}
表1-一个20ms段的结构
 
比特数 备注
if(audio_frame_start){ 1
   framecnt_offset_code 7
}
else{
   scfb_offset_code[seg] 7 码表的选择取决于段，从当前帧的第一段开始计数
}
表2-transport Header()
表中的表达式包括了以下信息。
raw_payload()包含原始aacPlus音频载荷数据。解复用器应连接属于一个音频帧的原始载荷块，并将完整的原始音频帧送至aacPlus解码器。
transport_header()包含解复用器识别音频帧的边界所需的所有信息，以及当传送出现错误的情况下丢失的音频帧的数量和丢失频谱的部分。关于丢失数据的信息应被送至解码器，以便采用高级隐藏算法。
audio_frame_start是指示aacPlus音频帧的起始边界的标志位，即例如，若这个值为真，它表示Seg.#0的信息块(见图3a)，若这个值例如为假，则该信息块属于数据帧的剩余段之一。
framecnt_offset_code是将范围0-5的aacPlus帧计数值framecnt和范围0-20的偏移值的进行组合的码。该码被添加到例如信息块302中，由下列方程计算：
码＝21×framecnt+偏移。
根据上述framecnt的范围和偏移的范围，该码有126个可能的值，可以由分配给信息块中的framecnt_offset_code的7个比特编码。aacPlus音频帧序列计数值能够指明丢失的音频帧的数量。它对每个音频帧加1。音频帧计数器framecnt以值6循环，即最大值为5。偏移值指向前一20ms段的频谱数据内容。它使用以字节给出的值进行反向指向，偏移值为0指示了前一20ms段不包含属于该音频帧的频谱数据。
例如，scfb_offset_code[seg]被添加到例如信息块304，由码查找表指定，码查找表对指示了后续频谱数据的起始比例因子带的特定比例因子带索引加上指向当前段的频谱数据内容的偏移指针的值进行组合。码查找表取决于跟随音频帧起始段的段的数量。码与包含在相同数据段中的频谱数据相关。偏移值使用以比特给出的值进行前向指向，偏移值为0指示了没有偏移存在。若起始比例因子带索引和偏移值由于其值不包含在查找表中而不能被编码，将使用忽略值来指示当前数据段不能被编码，需要隐藏对应的频谱范围。
对于传送压缩音频数据的优选实施例，本发明可概括如下。
本发明提供了一种用于存储或传送数据的方法，具有以下步骤。来自连续发送源的可变帧大小的数据帧被封装到大小平均而言小于或等于数据帧的段中，所有段具有相同的大小，大小平均而言或总是小于或等于数据帧的大小。接着，所有段携带信息，以便通过信号指示帧的起始处，并使用附加信息通过信号指示包含前一帧包含当前帧的一部分。关于错误的段的信息或由下层传输或存储机制给出，或通过在段中添加冗余来确保，例如添加CRC、奇偶校验比特等。
此外，可以给出关于帧的定时或重放顺序的进一步信息，例如循环的序列号。
优选地，最重要的信息集中在单个或仅仅几个字节中。
不包含帧的起始的段携带附加信息，附加信息指导数据流的出口，以便在即使段在传送或存储过程中丢失的情况下解码当前段的数据。
仅在最大可能性减小传输开销的情况下添加用于指导数据流的出口以便在即使段在传送或存储中过程丢失的情况下解码当前段的数据的附加信息。
在处理过程中嵌入的附加信息被编码用于例如使用自适应码表来减少冗余，使用霍夫曼或类似编码将多个符号组合为单个码字。
数据源可以是基于转换的音频编解码器，可以使用或不使用带宽扩展。
解码器可使用关于错误段的信息，以便仅对信号的丢失部分实施隐藏。
整个封装方法不需要任何数据传输的知识，所添加的信息由编码器取出并送至解码器。
因此，本发明包括传输机制，允许将具有可变帧长度的压缩数据封装入固定长度的数据段。它提供了信号指示(Signaling)装置，用于在传输错误的情况下实施音频频谱的部分隐藏，而仅增加了非常低的传输开销。这允许解码器在传输错误的情况下进行具有精确时间对齐的快速重新同步。它也加入了对错误传播的预防。本发明不要求原始压缩数据格式的变化，使得可以实现低复杂度而“简单设计”的解决方案。
根据发明方法的特定实现方式的要求，发明方法可以使用硬件或软件实现。可以使用数字存储介质实现，特别是其中存储有电可读控制信号的磁盘或CD，数字存储介质与执行本发明方法的可编程计算机系统协作。因此，一般地，本发明是具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码可以运行以执行本发明方法。也就是说，因此，本发明方法是计算机程序，所述计算机程序具有程序代码，用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行至少一个本发明方法。

Claims (34)

1.一种用于使用组织在后续数据帧中的数据来产生具有一系列段的数据流的设备，所述设备包括：
封装器，用于将数据帧的数据封装入具有第一段和第二段的一系列段，第二段具有可解释数据实体并具有数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分；以及
信息块添加器，用于添加与第二段相关联的信息块，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
2.如权利要求1所述的设备，其中，封装器操作用于封装所述一系列段，使第一段和第二段具有相同的大小。
3.如权利要求1所述的设备，其中，信息块添加器操作用于向第一段添加附加信息块，所述附加信息块指示数据帧的起始点。
4.如权利要求3所述的设备，其中，封装器操作用于将数据帧的另一数据封装入第三段，其中，只有第三段的片段具有数据帧的数据并包括数据帧的起始点，并且封装器操作用于将第三段添加到所述一系列段中。
5.如权利要求1所述的设备，
其中，后续数据帧包括另一数据帧，
其中，封装器操作用于将另一数据帧封装入另一系列段，所述另一系列段具有第一段和第二段，第二段具有另一可解释数据实体并具有另一数据实体片段，所述另一数据实体片段只包括在另一可解释数据实体之前的另一可解释数据实体的一部分，所述另一数据实体片段不同于所述数据实体片段；以及
其中，信息块添加器操作用于向所述另一系列段的第二段添加另一信息块，所述另一信息块指示了进入所述另一系列段的第二段的入口点，所述另一入口点不同于所述一系列段的第二段的入口点。
6.如权利要求3所述的设备，
其中，后续数据帧包括一组数据帧，其中封装器操作用于将所述组的每个数据帧封装入一系列段，每一系列段具有第一段和第二段，
其中，信息块添加器操作用于添加与每个数据帧的第一段相关联的附加信息块，以及
其中，信息块添加器操作用于向每个数据帧的附加信息块添加不同的计数值。
7.如权利要求6所述的设备，其中，后续数据帧包括另一组数据帧，
其中，封装器操作用于将所述另一组数据帧的每个数据帧封装入一系列段，以及
其中，信息块添加器操作用于向所述另一组中的每个数据帧的每个附加信息块添加不同的计数值，
其中，信息块添加器操作用于对所述组数据帧和所述另一组数据帧使用相同的计数值。
8.如权利要求7所述的设备，其中，组中帧的最大数量小于或等于32，以及
其中信息块添加器操作用于向新的组的第一帧添加计数值，所述计数值等于与前一组的第一帧相关联的计数值。
9.如权利要求1所述的设备，其中，信息块添加器操作用于产生信息块，使信息块包括多个比特，其中一个比特具有第一模式值，所述多个比特的其它比特携带关于入口点的信息，以及
其中，信息块添加器操作用于产生附加信息块，使附加信息块具有多个比特，其中一个比特具有第二模式值，其它比特携带关于数据帧的起始点的信息，第二模式值不同于第一模式值。
10.如权利要求1所述的设备，其中，信息块添加器操作用于压缩信息块并以压缩的形式向第二段添加信息块。
11.如权利要求3所述的设备，其中，信息块添加器操作用于压缩附加信息块并以压缩的形式向第一段添加附加信息块。
12.如权利要求1所述的设备，其中，封装器操作用于封装通过音频编码器产生的数据帧的数据，以及
其中，信息块添加器操作用于产生信息块，使入口点指示码字的起始处，所述码字指示多个比例因子带中的比例因子带内的第一频谱值，所述多个比例因子带表示音频信号的短时间频谱，以及
其中，信息块包括关于比例因子带索引的信息，所述比例因子带索引指示了在多个比例因子带中的比例因子带。
13.如权利要求1所述的设备，其中，封装器操作用于对所述一系列段中的每个段计算附加冗余信息，以及
其中，信息块添加器操作用于向信息块添加冗余信息。
14.如权利要求4所述的设备，其中，数据帧包括从帧的起始处至帧的结束处的数据流，
其中，封装器操作用于将数据帧的数据复制到所述一系列段中，使第一段包括帧的起始，第三段和第二段以及附加段包括直到帧结束的帧数据，以及
其中，封装器操作用于按照从数据段产生器到数据段接收器的传送方向将第三段放置在数据流中第一段和第二段之前。
15.如权利要求1所述的设备，其中，数据帧包括从帧的起始处至帧的结束处的数据流，
其中，封装器操作用于将数据帧的至少一部分数据复制到所述一系列段中，使不带信息块的段中的数据与数据帧的所述至少一部分数据相同。
16.如权利要求1所述的设备，其中，数据帧包括后面跟随有频谱数据的辅助信息，所述频谱数据具有对应于频谱值的码字，所述频谱值在数据帧中排序，使码字的顺序对应于频谱值的顺序，以及
其中，封装器操作用于封装帧数据，使段包括定义了从段中的第一可解释数据实体至段中的最后可解释数据实体的频谱范围的码字。
17.一种用于解释具有一系列段的数据流的设备，所述一系列段具有：具有相关联的附加信息块的第一段，所述附加信息块指示了具有可解释数据实体的数据帧的起始点；具有相关联的信息块的第二段，所述第二段跟随着错误段，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分，所述设备包括：
错误检测器，用于检测错误段；
信息块解释器，用于解释附加信息块，以便提取关于数据帧的起始点的信息，并用于解释信息块，以便提取关于入口点的信息；以及
帧重构器，用于通过采集起始于数据帧的起始点的数据、丢弃错误段和数据实体片段、丢弃附加信息块和信息块以及对丢弃的帧数据实施错误隐藏操作来重构数据帧的数据。
18.如权利要求17所述的设备，其中，帧重构器操作用于对丢弃的数据进行消音或使用用于解释的设备中所产生的替代数据替代丢弃的数据段。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述一系列段具有带有另一相关联信息块的另一段，
其中，错误检测器操作用于不检测所述另一段中的错误，以及
其中，帧重构器操作用于通过丢弃所述另一信息块以及向数据帧的数据添加所述另一段的数据来重构所述另一段的数据。
20.如权利要求17所述的设备，其中，信息块解释器存储固定的段大小和固定的信息块大小，其中第一段和第二段具有相同的段大小和相同的信息块大小。
21.如权利要求17所述的设备，其中，帧重构器操作用于重建包括第三段的数据帧的数据，其中只有第三段的片段具有数据帧的数据。
22.如权利要求20所述的设备，
其中，信息块解释器操作用于在信息块和基于固定段大小和固定信息块大小的段之间进行区分，其中可解释数据实体是具有可变长度的码字，以及
其中，帧重构器操作用于在码字域中，或在解码码字的信息值域中，实施错误隐藏。
23.如权利要求17所述的设备，其中，数据流具有带有不同第一段的不同的一系列段，所述不同第一段具有相关联的不同附加信息块，所述不同附加信息块具有计数值，
其中，信息块解释器操作用于读取不同附加信息块中的不同计数值，并使用所述计数值对一组数据帧内的数据帧进行排序。
24.如权利要求22所述的设备，
其中，错误检测器操作用于检测至少两个数据帧的附加信息块中的错误，以及
其中，帧重构器操作用于通过使用被检测为无误的至少一个数据帧的计数值所给出的顺序，对所述至少两个数据帧实施错误隐藏。
25.如权利要求17所述的设备，其中，信息块包括多个比特，其中一个比特具有第一模式值，所述多个比特的其它比特携带关于入口点的信息，以及
其中，附加信息块具有多个比特，其中一个比特具有第二模式值，其它比特携带关于帧的起始点的信息，第一模式值不同于第二模式值；以及
其中，帧重构器操作用于读取信息块的所述一个比特，并根据所述一个比特的值来解释信息块的其它比特。
26.如权利要求17所述的设备，其中，信息块或附加信息块被压缩，以及
其中信息块解释器操作用于解压缩压缩的信息块或解压缩压缩的附加信息块。
27.如权利要求17所述的设备，其中，入口点指示码字，所述码字指示多个比例因子带中的比例因子带内的第一频谱值，所述多个比例因子带表示音频信号的短时间频谱，
其中，帧重构器操作用于重构作为编码音频信号的数据帧中的数据，以及
其中，信息块解释器操作用于从信息块中获得入口点和比例因子带索引，以及
其中，帧重构器操作用于基于帧内的比例因子带索引来设置段中的数据，并将数据帧转发给音频解码器。
28.如权利要求17所述的设备，其中，信息块包括附加冗余信息，以及
其中，错误检测器操作用于读取附加冗余信息，以便识别错误的段。
29.如权利要求17所述的设备，
其中，帧重构器操作用于重新设置所述一系列段中的数据，使重构的帧与封装前帧的帧数据的顺序相似。
30.如权利要求27所述的设备，其中，所述一系列段中的段包括定义了从段中的第一可解释数据实体至段中的最后可解释数据实体的频谱范围的码字，以及
其中，帧重构器操作用于重构包括后面跟随有频谱数据的辅助信息的帧，所述频谱数据具有对应于频谱值的码字，所述频谱值在数据帧中排序，使码字的顺序对应于频谱值的顺序。
31.一种包括组织在一系列段中的数据的数据流，所述数据流包括：
第一段；
第二段，具有可解释数据实体并具有数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分；以及
信息块，指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
32.一种用于使用组织在后续数据帧中的数据来产生具有一系列段的数据流的方法，所述方法包括以下步骤：
将数据帧的数据封装入具有第一段和第二段的一系列段，第二段具有可解释数据实体和并具有数据实体片段，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分；以及
添加与第二段相关联的信息块，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处。
33.一种用于解释具有一系列段的数据流的方法，所述一系列段具有：具有相关联的附加信息块的第一段，所述附加信息块指示了具有可解释数据实体的数据帧的起始点；具有相关联的信息块的第二段，所述第二段跟随着错误段，所述信息块指示了进入第二段的入口点，所述入口点指示了跟随在数据实体片段之后的可解释数据实体的起始处，所述数据实体片段只包括在可解释数据实体之前的可解释数据实体的一部分，所述方法包括以下步骤：
检测错误段；
解释附加信息块，以便提取关于数据帧的起始点的信息，并解释信息块，以便提取关于入口点的信息；以及
通过采集起始于数据帧的起始点的数据、丢弃错误段和数据实体片段、丢弃附加信息块和信息块以及对丢弃的帧数据实施错误隐藏操作来重构数据帧的数据。
34.一种带有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，所述程序代码执行如权利要求32或33所述的方法。
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