CN1357136A - 不损失译码器兼容性下低比特率音频编码系统的音质提高 - Google Patents

Abstract

介绍一种多音频压缩技术,与现有技术比较它扩展了采样频率和/或在保持与早期各代技术兼容的同时降低了噪声下限。高采样频率多信道音频被分解成直到现有采样频率的核心音频和直到下一代技术的采样频率的差值信号。利用诸如DTS、DolbyAC－3或MPEGI或II的第一代技术对核心音频编码使得编码的核心比特流充分与市场上可比较的译码器兼容。差值信号编码使用的技术扩展了采样频率和/或改善了核心音频的质量。压缩的差值信号作为对核心音频的扩展被附加。扩展数据将被第一代译码器忽略但可被第二代译码器译码。将译码的核心信号与扩展信号一起相加,第二代译码器有效地扩展了音频信号的带宽和/或改善了只用核心译码器频带外可利用的信噪比。

Description

不损失译码器兼容性下低比特率音频编码系统的音质提高

发明领域

本发明涉及低比特率音频编码系统，特别涉及在不损失译码器兼容性下改进已建立的低比特率音频编码系统音质的方法。

背景技术

在消费者和专业音频回放产品和服务的广泛范围内，当前正使用着许多低比特率音频编码系统。例如，Dolby AC3(Dolby数字)音频编码系统是一种用于对激光光盘、NTSC编码的DVD以及ATV的立体声和5.1信道音频声道，使用高达640kbits/s.的比特率进行编码的世界范围标准。MPEG I和MPEG II音频编码标准被广泛用于PAL编码的DVD视频、欧洲的陆基数字无线电广播和美国的卫星广播立体声多通道声道编码，频率高达768kbits/s.。DTS(数字剧院系统)相干声学音频编码系统经常用于小型光盘(CD)、DVD视频和激光光盘的演播厅质量级5.1的信道音频声道，其频率高达1536kbits/s.。

这些系统的一个主要问题是它们的设计不够灵活，将它们升级以适应更高的PCM采样频率、PCM字长或更高的系统比特率不方便。随着音乐和电影世界走向抛弃老的44.4KHZ的采样频率和16比特字长小型光盘数字音频格式，以及采用新的96kHZ采样和24比特字长的主控格式，这在未来几年将成为一个重要议题。

因此利用如AC-3、MPEG和DTS等已有的音频编码系统的音响传递必须适合于能将这一增加的信号保真度传递给消费者。不幸的是、大量已安装的实现这些译码器功能的音频译码器处理芯片(DSP)的基础已经存在于已有的消费者基础中。这些译码器不可能轻易地被升级以适应不断增加的采样率、字长大小或比特率。因而通过这些媒体销售产品的音乐和影片内容的提供者将被迫继续提供符合旧标准的编码音频流。这意味着在将来，传递媒体如DVD音响、ATV、卫星无线电等，会被迫传递多重比特流，每种比特流符合不同的标准。例如、一种流会包括允许已有回放系统的拥有者接收和播放标准音频带、而第二种流将存在以允许新设备拥有者播放用96kHZ/24比特PCM格式编码的音道并利用固有的更高保真度的好处。

这种传递方法的问题是许多回放媒体可能不能提供用于发送附加音频流额外的带宽或信道容量。附加比特流的比特率(例支持96kHZ/24比特的那些流)将至少等於或大于支持旧格式的比特率。因此，为了支持二种或多种音频标准，  比特率很可能会翻倍甚至更多。

发明概述

鉴于上述问题，本发明提供了一种编码方法，它扩展了频率范围并降底了噪声下限但避免了要传送重复的音频数据并因而在适应PCM采样速率、字长和编码比特率改变方面更有效。

这可用一“核心”编码技术加“扩展”编码方法实现，在该方法中传统的音频编码算法构成了“核心”音频编码器，并保持不变。表示更高音频频率(在更高采样速率情况下)或更高采样分辨率(更长字长的情况下)，或两者兼用时的音频数据被作为“扩展”流发送。这就允许音响内容提供者在消费者设备基础中包括与不同类型译码器兼容的单个音频比特流。核心流将被老的译码器译码，老的译码器将忽略扩展数据，而新的译码器将使用核心和扩展数据流两者以给出较高质量的声音重现。

该系统的关键特点是原始“高保真”输入信号中减去重构的核心信号(编码/译码和/或欠采样/过采样)而产生扩展数据。对所得差值信号编码产生扩展流。用该技术，避免了折回到核心或扩展信号中的混迭。因而，核心音频的质量不受加入扩展流的影响。对于工作在其最基本模式的系统，仅需知道核心译码器的等待延滞或延时。因此，即使不知道编码器的内部算法或实现的细节，这一方法也能成功地应用于任何音频编码系统。然而，如果扩展译码器设计得在核心信号的信号频率范围上与核心编码器匹配，该系统能工作得更有效。

本发明的特点和优点从下而结合附图对较佳实施例的描述对本领域的技术人员将会变得更明显。

附图简述

图1是早期方法中用于编码的分离基带和高频频带的两频带抽取滤波器组的频率响应曲线图。

图2是实现本发明的通用的核心加扩展框架的编码器框图。

图3a和3b分别是输入音频以及经编码的核心信号和差值信号的频谱曲线图。

图4说明了单帧的核心加扩展音频数据的比特流格式。

图5a和5b分别说明了用于将单个比特流传递到译码器的物理媒体和广播系统。

图6的译码器框图符合图2中的核心加扩展译码器。

图7是对多音调测试信号重构的音频信号频谱曲线。

图8a和8b分别是实现高分辨率扩展框架的编码器和译码器方框图。

图9是高分辨率扩展框架的差值信号的频谱曲线。

图10是对于高分率频扩展框架经重构的多音调测试信号的频谱曲线图。

图11a和11b分别是实施高分频扩展框架的编码器和译码器方框图。

图12是对于多音调测试信号在固定比特率下的重构音频信号的频谱曲线图。

图13是实施另一高频扩展框架的编码器框图。

图14a和14b分别是扩展编码器和扩展译码器的框图。

图15a和15b分别是子带编码器和子带译码器的框图。

图16是黑盒子硬件结构的框图。

图17说明了从串行输入到第一处理器的芯片上存储器的数据流。

图18说明了从第一处理器的芯片上存储器到串行端口的数据流。

图19说明从第一处理器的芯片上存储器到第二处理器的芯片上存储器的数据流。

图20说明从第二处理器的芯片上存储器到第一处理器的芯片上存储器的数据流。

图21a和21b分别是开口盒编码器和译码器的框图。

图22a和22b分别是另一开口盒编码器和译码器的框图。

本发明的详细描述

本发明定义了一种“核心”加“扩展”编码技术，用于高保真度信号，它允许音频内容提供者包括一单个音频比特流，该比特流与驻留在消费基本设备中的不同类型译码器兼容。核心比特流将用老译码器译码，忽略扩展数据，然而新译码器将同时利用核心和扩展数据流以给出更高质量的声音再现。这一处理方法将同时满足希望保持他们已有的译码器的现有消费者群体和希望购买能再现更高保真度信号的新译码器的那些消费者群体。

以使现有译码器与下一代编码器保持兼容性的方法编码高保音频信号的原始概念由Smyth等人引入，参见1996年5月2日提交的题为“在频率、时间和多信道上利用音质自适应比特分配的多信道预测子带音频编码器“的申请08/642，254，它也转让给DTS公司。如Smyth等人的图4a和4b所示，音频频谱利用256抽头两频带抽取预滤波组作初始分裂，给出每频带24kHZ的音频带宽。分裂底部频带(0-24kHZ)并编码成32个均匀频带。分裂顶部频带(24-48kHZ)U并编码成8个均匀频带。

新译码器设计成对编码器的镜象操作，对顶部和底部频带译码并接着用256抽头两频带内抽滤波器组重构该高保真音频信号。系统在整个48kHZ频带上显示出所需的单位增益频率响应。

在所述该高保真编码技术存在之前的老译码器仅对底部频带译码并产生基带音频信号。在这个意义上系统并不与现有译码器保持兼容性。然而，如这里图1所示，当只有核心被编码时两频带抽取预滤波频带的频率响应6在24kHZ附近造成混迭问题。为了对核心加扩展编码器提供单位增益响应，底部和顶部频带频率响应8和10分别在24kHZ它们各自的过渡区域内产生交叉过渡。然而，在只有核心部分的译码器中底部频带响应8的高于24kHZ的一部分被混迭下来。其结果，重构的基带音频信号将有一定程度的破坏，这在老式只有基带的编译码系统中未曾发现。因而，编码系统并不与现有译码器保持“真正”的兼容性。另外，这种处理方法制约了任何附加的比特被分配到顶部频带，这在许多场合下可能是次最佳的。

                   广义核心加扩展框架

编码和译码的一般过程如图2-7所示。为了产生扩展比特流(图2)模拟音频12被馈送到模拟反混迭LPF14，对信号限带。该带限信号采样成离散/数字音频信号16。LPF14的截止频率必须小于采样率的一半以满足Nyguist准则。例如，对于扩展的96kHZ采样率适合于48kHZ的截止频率。

数字音频信号16被送到核心编码器18(AC3，MPEG，DTC等)并以特定的比特率编码。音频信号的采样率和带宽在某些情况下需要通过低通滤波和欠抽样作调整以与核心编码器匹配。为简化起见，图中所示音频输入认为是单信道或多信道。在多信道输入情况下，对每个信道进行相减和相加处理。该核心比特流20在产生扩展数据前被保持在包装器22中。核心比特流也被反馈到核心译码器24，它与现有消费者回放设备中存在的译码器相符合。

随后从原始输入信号16的延时方式30中减去28所得的重构核心音频信号26。为了与核心编码/译码器滞后匹配使得译码的核心音频和输入音频信号取得时间上精确对准，进行延时32。这一差值信号34现在代表了原始输入信号中没有了核心比特流20中的编码信号后的分量，即或者是更高分辩率分量或者更高频率的分量。差值信号随后由扩展编码器36编码，适合使用诸如子带编码或变换编码等标准编码技术产生扩展的比特流38。扩展比特流和核心比特流被时间对准并视应用而定把它们多路复用以形成复合流40或保持作为分开的流传送。

扩展频谱和降低噪声下限的概念进一步如图3a和3b所示。图3a所示为96kHZ采样音频输入信号频谱42快照图。音频清楚地包含了高于48kHZ外的频率分量。图3b中的迹线44显示了在抽取和核心编码后信号的频谱。音频频率已滤去24kHZ以上，而采样频率已由抽取器降到48kHZ以与核心编码器匹配。迹线46描述了在进入扩展编码器前的差值信号频谱。很清楚，扩展编码器能将它的数据资源集中在核心编码器未代表的这部分频谱上，即24kHZ附近的过渡频带48和从24kHZ到48kHZ的高频扩展部分50上。另外对残余核心信号52分配一些比特以减小核心带宽的噪声下限。根据对一些应用的调查扩展比特分配的具体情况是(1)扩展核心信号的分辨率，(2)扩展信号的核心分辨率和高频内部，以及(3)仅扩展高频内容。对于所列每种情况，可将编码系统配置成“黑盒子”的处理方法，其中仅须知道与编码系统有关的延时，或配置成开口“盒子”的方法以利用特定的核心编码结构。

为了保持与仅含核心的译码器的反向兼容性，分别带有核心和扩展音频数据20和38的单个复合比特流40也以核心加扩展方式格式化。这种比特流是一个同步的帧序列54，每帧由二个字段组成：核心字段56及扩展字段58(见图4)。仅含核心的译码器检测同步字(CORE-SYNC)61和核心字段56中的核心比特20译码以产生核心音频，并且接着通过跳到下一帧的开头而忽略扩展字段58对下一帧译码。然而扩展译码器可以译码核心比特并随后检测是否存在用于扩展比特的同步字(EXT-SYNC)60。如果不存在，译码器输出核心音频并跳到下一帧的开头对下一帧译码。否则，译码器继续对扩展字段58中的扩展比特译码以产生扩展音频并随后将它与核心音频组合产生高质量音频。核心比特定义了用于在它所跨频带内重构核心音频的噪声，扩展比特进一步精细(降低)在核心频带内的噪声下限并为音频频带的其余部分定义了噪声下限。

如图5a和5b所示，复合比特流40被编码在传送媒体如CD，通用数字光盘上或径直接广播系统广播。如图5a所示，利用熟知的技术单个复合比特流40被写入便携机可读存储媒体，如CD，DVD或者其它数字存储设备上。如图5b所示，复合比特流40具体体现在载波64上并随后经卫星，电缆或其它通信系统广播。

为了对核心和扩展比特流译码(图6)，拆装器66拆装复合比特流40并将核心和扩展比特流20和28导向它们各自的译码器68和70。译码器72随后相加输出74以重构高保真音频信号76。在回放装置不具有内在的扩展译码器情况下(如老式设备的情况)下，简单地忽略扩展比特流并译码核心比特流以产生核心质*量的音频信号。在译码示例中，认为核心译码器和扩展译码器的延时相同。正如以后所述，延时的差值可在译码器级或编码器级加入附加延时而调节。

核心加扩展编码技术的优点在图7中清楚显示，该图分别画出了对多音调测试信号响应的仅含核心及核心加扩展频谱78和80。在这一特定应用中，该音频系统产生的仅含核心的重构音频信号从DC到24kHZ具有噪声下限约为-100dB。正如以后将更详细讨论，这一仅含核心的响应其边缘比老式系统所用的模拟反混迭滤波器中由于差值产生的仅含核心的信号好，也比新式编码器中所有的数字抽取器产生的要好。相比而言，音频系统(具体情况2号)产生的核心加扩展音频信号将核心信号的噪声下限减少到大约-160dB，而在噪声下限约为-60dB处将信号带宽扩展到48kHZ。注意，在较高译码器的频率处(对耳朵不太敏感)可容许较高的噪声下限。

                    高分辨率扩展框架

图8a和8b说明了仅为了改善核心处理的编码分辨率，即减少译码的音频输出信号中的编码误差而不扩展输出音频信号频带的编码和译码过程。由於已有的编码方案(AC3、MPEG、DTS)的比特率是固定的，如果要求更高的编码分辨率，通常这就要求使用完全不同的非兼容编码器对音频信号编码。

在当前方案中，已有的核心编码器84用于提供可能工作在已有译码器的比特率约束范围内(对于AC3这将是640kbit/S；对于MPEG是768kbit/S；对于DTS是1536kbit/S)的最好编码分辨率。为了进一步改善编码分辨率，即减少编码误差，对编码核心信号译码(86)以形成重构核心信号，它被从输入信号中减去，输入信号被延时(90)以使这两个信号实现精确的时刻对准。扩展编码器82使用某种任意的编码过程对该差值性号编码。包装器P2如上所述将核心和扩展比特包装成复合比特流。在这种情况下，采样频率和音频带宽分别在扩展和核心编码器82和84中是相同的。主意，如果提供高保真96kHZ输入音频，它必须被低通滤波并欠抽样以与两种编码器匹配。

如图8b所示，为了对信号译码，拆装器94拆装复合比特流并将核心和扩展比特流分别传送到分开的译码器处理96和98，每个译码器的输出被相加在一起100。如果不存在扩展译码器，则直接利用核心译码器的输出。在该示例中，可以把扩展比特流考虑为用于改善输出音频信号的信噪比，即通过相加扩展译码器的输出而减小编码噪声下限。减小的程度将取决于分配给比特流的比特率。

图9示出了在进入扩展编码器前差值信号频谱102的快照图。核心编码处理具有的编码误差产生的噪声下限横跨0~24kHZ的带宽。在24kHZ处的最大幅度误差归因于反混迭滤波的过渡带宽。扩展编码器分配它的可用比特以减少编码和过渡带宽误差。大多数分配方案分配更多的比特给较大的误差(诸如过渡带宽)而较少的比特给较小误差以优好总体性能。

如图10所示，通过将核心比特率从1536bits/sec增加到2048bits/sec及分配附加的比特给扩展编码器，噪声下限实质上已向下平移，对于仅含核心的频率响应78为-100db，相对于核心加扩展响应104为-160db并延伸到整个过渡频带。注意，这些比特率仅是可能用于已有DTS编码系统的一些例子。-160db噪声下限不可能用其它可供使用的编码器取得且代表了在音频保真度方向的显著改进。

                        高频扩展框架

图11a和图11b描述了一种编码框架，它允许扩展比特流携带核心编码系统不能表示的高频音频信息。在这个例子中，数字音频用具有96kHZ周期的24比特PCM样本表示。数字音频首先利用具有整数延时的线性相位FIR滤波器106低通滤波以移去高于24kHZ的信号分量。注意，这一数字滤波器的截止频率与现有的仅含核心的音频编码器中的模拟反混迭滤波器的截止频率相同。由于数字滤波器倾向于比相对应的模拟滤波器具有更窄的过渡频带，仅含核心的信号实际的边缘可比现有系统中的仅含核心的信更好。

然后对经滤波的信号按因子2抽取108，得到有效的48kHZ采样信号。该欠采样信号以正常方式被馈送到核心编码器110，所得的比特流放在帧缓冲器111中将该比特流延时至少一帧。延时的比特流然后放入包装器112中。该欠采样信号还被馈送到核心译码器114以重构48KkHZ的采样数字音频流(它具有编码误差)。在将它能从原始96kHZ的输入音频信号中减去之前，它首先必须被以因子2过采样并然后经低通滤波以移去内插混迭。这一滤波又可使用具有整数采样延时的线性相位FIR滤波器118适当地获得。因而这一信号仍然仅携带了核心比特流中保持的音频信息，即它不包含任何高于24kHZ的任何音频频率分量。重构的核心信号然后从输入信号112的延时(119)方式的信号中减去119以产生差值信号，差值信号经过延121并用96kHZ的采样编码器123编码以产生扩展比特流。

译码过程类似于前面的描述。如图11b所示，拆装器124拆装复合比特流并将核心和扩展比特流馈送到它们各自的译码器126和128。在这种情况下扩展译码器不存在，重构的音频直接被输出(图中为24比特48kHZ的PCM)。如果在播放器中存在扩展译码器的情况下，译码的核心音频被过抽样成96kHZ(130)，低通滤波(132)并与扩展译码器的输出相加(134)。

这一处理的概念首先已在图3a和3b中参照一般的核心加扩展框架予以解释。图3a示出了96kHZ采样音频输入信号的频谱快照图。该音频清楚地包含了48kHZ外的频率分量。图3b中迹线44显示了抽取和核心编码后的信号频率。音频频率已滤除了24kHZ以上的频率并且采样率已由抽取器降到48kHZ，因为核心编码器不能工作在更高的频率。迹线46描述了进入扩展编码器前的差值信号的频谱。很清楚可以将其数据资源集中到没被核心编码器表示的这些频谱部分，即24kHZ和48kHZ之间。

图7中首先说明了一种比特分配方案，将一些扩展比特分配到核心范围而另一些分配到高频频谱。如所示，这两者扩展了输出音频信号的带宽并减少了0-24kHZ范围的噪声下限。这一例子假定了有附加的比特可分配扩展编码器。另一应用，如图12所示，将保持总的比特数固定在已有的水平上且将它分在核心和扩展范围内分配。很清楚在高频性能136和噪声下限138间作了折衷，噪声下限138直到24kHZ都比未改变的核心噪声下限78高。在另一种处理方法中，任何附加的比特均单独分配给更频率的频谱而将噪声下降独自留在核心范围内。因为在24kHZ附近的过渡频带内误差相当大，高频频谱最好定义为包括过渡频带。

在最后一种情况中，假定由核心编码器提供的噪声下限是够好或者高频频谱的改善比降低噪声下限更重要。在这两种情况下没有扩展比特被分配来减小与重构核心信号有关的编码误差。这样可简化编码过程以减小所需的计算数目和延时，这可减小音频设备的成本和复杂性而不影响译码器。

如图13所示，这可通过首先利用具有整数延时的线性相位FIR滤波器140低通滤波该数字音频以移去高于24kHZ以上的信号分量来完成。然后对滤波后的信号按因子2抽取142，得到有效的48kHZ采样信。欠抽样信号随后以正常方式馈送到核心编码器144并将所得比特流放入包装器146中。然后对欠抽样的信号按因子2过抽样148并低滤波150以移去对重构信号的内插混迭。再次使具有整数采样延时的线性相位FIR完成这一滤波。因而重构的信号仍只携带核心比特流中保持的音频信息，即它不包含任何高于24kHZ的音频频率分量，但没有编码误差。然后从输入信号的延时(154)方式信号中减去该重构信号以产生延时(157)差值信号并有96kHZ的采样编码器158编码以产生扩展比特流。

这个方案与图11中方案的差别在于在处理中核心编码和译码器被旁路以产生差值信号。该折衷就是由核心编码器复盖的频带中的噪声下限没有改进，因为核心编码器中的编码误差在差值信号中没有被反映出来。因此，扩展编码器不应该将比特分配给远离抽取和内插滤波器的过渡频带的低频子带。

                   滤波器特性议题

抽取反混迭低通的滤波器(LPF)在进行核心编码前对信号滤波，其目的是将通常不能由核心算法表示的信号移去。换句话说，消费者设备中存在的译码器并未被编码来利用这些频率。为了避免混迭效应及可能造成声音质量下降，该滤波器通常在过渡点前充分被滚降。然而该滤波器的技术指标、即波纹、过渡带宽及止带衰减可由用户调整以获得必要的质量标准。

内插反混迭滤波器的目的只是简单地确保内插混迭被有效地衰减，使得混迭程度不干扰总体质量。该滤波器可以是抽取反混迭滤波器的简单翻版。然而，为了确保核心信号的质量抽取滤波器的复杂性可能将较大。其结果可能希望减小内插滤波器的大小以简化在译码器和译码器处的计算负荷。

正常地，将希望在编码器和译码器处保持内插滤波器的滤波特性相同。这就保证了延时和响应精确匹配，使得在译码器处的和将精确地对编码器处的差值作反向处理，偶尔会希望减小译码内插滤波器的计算复杂性。虽然这会在编码器和译码器内插处理间造成稍为不匹配，但适当的滤波器设计可使这种差别变得很小。另一个重要议题是滤波器的延时。如果延时不同，它必须通过在扩展链或核心链中添加延时而补偿。其目的有一次要确保扩展和核心信号在相加前精确地时间对准。

                       编译码器的实现

在上述编码方案中，对于核心和扩展比特流的编码器/译码器是任意的，即它们可以是子带编码、变换编码等的任意组合。一般的核心加扩展方法可以分割为二个不同的实现。第一个是黑盒子方法、它不要求核心编码器的算法和内部结构的知识，只须知道所需的编码延时。然而如果知道核心编码的特性并使扩展编码器设计得与它匹配，扩展编码在某些情况下可以作得更有效。

                       黑盒子编译码器

黑盒子方法假设除了知道核心编码器和译码器的延时，没有关于核心编码/译码器(codec)的内部结构知识。上面用于描述一般核心加扩展方法的框图也用于说明黑盒子方法。如所示核心和扩展编码和译码处理完全被分开。唯一的交互作用出现在形成差信号或对输出信号求和时，这完全在时域发生。因此不需要关于核心编译码器的内部结构知识，也不需要根据该心编译码器或受它的的约束来选择扩展编译码器。然而，必须选择延时以使(a)重构的核心信号和输入信号在形成差值信号前必须精确地时间对准以及(b)核心信号和差值信号在译码器处相加前必须精确地时间对准。如图11a和11b的当前较佳处理方法是将所有的延时放在编码器中以最小化编码器中所需的存储器。

为使输入信号与重构的核信号时间对准，输入信号被延时的量等於：

Delay_input＝Delay_{DecimationLPF}+Delay_CoreEncoder+Delay_CoreDncoder+Delay_{InterpolationLPF}.

为了在译码器处时间对准和差值信号，帧缓冲器的延时设定为：

Delay_FrameBuffer＝Delay_{DifferenceSigmal}+Delay_{ExtensionEncoder}+Delay_{ExtensionDncoder}

图11所示的编码器的问题是过分的编码延时，它为

CodingDelay＝Delay_{DecimationLPF}+Delay_CoreEncoder

                +Delay_{Differencesignal}+Delay_{ExtensionEncoder}+Delay_{ExtensionDncoder}

                +Delay_CoreDncoder+Delay_{InterpolationLPF}

如果使用图13给出的方案且内插滤波器LPF被适当地设计，这一延时可减小为

CodingDelay＝Delay_{DecimationLPF}+Delay_CoreEncoder

            +Delay_CoreDncoder+Delay_{InterpolationLPF}

                 黑盒子扩展编码器

一个适合于黑盒子扩展编码器160编译码器的例子如图14和15所示。这一编译码器是基于滤波器组类型编码技术，该技术实质上被用于当前市场上的所有主要音频编码系统：DTS相干音响，MPEG I和MPEGII使用了子带编码，而AC-3和MPEGIIAAC则采用了变换编码。因而，这里介绍的编译码器细节可方便的适用于下述的开放盒实现中使用的扩展编译码器的实现。

扩展编码器160如图14(a)所示。差值信号被滤波器组162分裂和抽取为N个子带。每个子带信号可用图15(a)所示的子带编码器164编码。来自每个子带编码器的子带比特随后被包装166成为扩展比特。

译码器如图14(b)所示。扩展比特首先被拆装170成每个单独的子带比特。拆装的子带比特随后被图15(b)所示子带译码器172译码以产生重构的子带信号。最后，通过在重构的子带信号上运行综合滤波器组174而重构差值信号。

在每个子带编码器(图14(a))内，子带样本被分组成子带分析窗口。在每个这样窗口中的子带样本被用于最佳化一组四个预测滤波器的系数，然后利用搜索树VQ策略对它们量化。这一向量量化预测系数用于预测每一分析窗口内的子带信号。以子带样本的方差和预测残余的方差获得的比值可作为预测增益。如果预测增益是正的且足以覆盖送预测系数VQ地址的开销和由於稍后对预测残余的量化可能造成的预测增益损失，预测残余将被量化并被传递。否则预测增益将被丢弃而子带样本将被量化和传递。对子带分析窗口的自适应预测的使用压缩比特中的“预测模式”标志指示。这样，无论何时只要能减小量化误差自适应预测就被动态地激活。

如果预测模式对某一子带分析窗口是工作的，就计算一标定因子，它是预测残余的RMS(均方根)或峰值幅度。用这一标定因子归一化预测残余。如果预测模式对某个子带解析窗口不工作，分析子带样本以找出可能存在的瞬变。一个瞬变被定义为在低幅值状态和高幅值状态间的尖锐或快速过渡。如果对这样一个窗口使用单个标定因子，它对于瞬变前的低电平样本可能过分了，可能会导致在低比特率模式时的预回声。为了排除这一问题，每个分析窗口被分成直到一定数目的内部子窗口。在分析窗口中依照分析子窗口来定位瞬变的位置并计算二个标定因子，一个用于瞬变前的窗口而另一个用于瞬变后的窗口。瞬变出现处的子窗口标识号随后被包装入编码的比特流。其后，每一子窗口的子带样本用它们各自的标定因子，归一优。

根据比特率，用64级(步距2.2dB)或128级(步距1.1Db)根方表对标定因子对数量比。它们能动态跟踪140dB范围内的音频。量化表嵌入在每一分析窗口的比特流中。

横跨所有信道的所有子带的比特分配对于子带分析窗口的时间复盖可用允水算法实现。对于高比特率应用，允水算法对子带的功率工作。对于低比特率应用，通过对所有信道运行音质分析取得主观透明编码以获得该子带的信号对掩码比(SMR，Signal to Mask Ratio)，并随后将该SMR馈送给充水算法。在无损或可变比特率编码模式，比特分配由量化步距大小确定，它保证了量化噪声低于预定的阀值，例如源PCM样本的一半LSB。这样获得的比特分配随后嵌入到比特流中。

在比特分配后，子带样本或预测残余被量化且量化指数被包装入比特流。

音质研究表明，人类听觉系统对空间成象的感知更多地基于对音频信号的时间包络而不是基于它的时间精细结构。因此，在极低比特率模式，通过仅对所选数目音频通道的高频子带之和编码，有可能改善总体重构保真性。在译码时，各个信道的这些高频子带可通过复制这一和信号并随后用它们各定的标定因子定标而重构。如果采用联合强度编码，联合信道之一(源信道)携带和子带样本而其它信道仅携带对源信道的索引及它们各自的标定因子。

在低比特率应用时，标定因子、瞬变位置、比特分配或量化索引可进一步利用熵编码(例如Huffman编码)被编码。在这种情况下，熵编码后实际使用的总比特数可能大大小于固定比特率应用所允许的最大比特数。为了充分利用允许的最大比特数，利用一种迭代方法，从子带的最低端开始以结束于频带的最高端递增地分配未使用的比特，直到用完未使用的比特。

                 黑盒子译码器的硬件实现

工作在双HSARC 21065L浮点处理器的5.1信道、96kHZ、240比特DTS译码器的实现如图16-20所示。所有的“核心”块处理以及串联输入/输出数据流在处理器#1(P#1)180中进行。扩展译码所需的信号处理操作的大多数被限止在处理器#2(P#2)182中。这一结构允许可为96/24“高定义”音频格式考虑简单简单的硬件升级通路。特别是仅对于“核心”编码，使用处理器#1已足够，它通过外部端口186与外存储器184接口，并通过输出串行端口192连接到SPDIF接收机188和三个SPDIF发射机190a，190b和190c。升级到96kHZ、24比特DTS译码器可通过将处理器#2连接到簇多处理结构的外部存储器总线194而完成。SHARC的片上总线仲裁逻辑允许两个处理器共享公共总线。

可从DVD播放器或从DVD播放器内的DVD运送机构获得可用的数字流。必须用SPDIF接收机来接收数字流并将它转换成合适的格式以馈送给SHARC P#1的RX串行口195。进入的数字流利用DMA从RX串行口传送到SHARC P#1的内部存储器中的数据缓冲器。

图17的框图196说明了进入数据流的流程。用于左和右信道(L，R)，外包左和外包右信道(SL、SR)以及中央和低频有效信道(C，LFE)的6个经译码PCM流被多路复用成三个输入信息流。三个串行口DMA信道被用于将输出流从SHARCP#1的内部存储器中的数据缓冲器传送到适当的发送串行站口。串行端口可配置为向任何商用SPDIF发射机或DAC馈送。

图18中的框图198说明了外出数输流流程。蔟多处理结构使每个处理器可访问两个处理器的共享外部存储器和I/O寄存器。通过共享外部存储器中的双缓冲器实行在两个处理器间的数据交换。特别是，来自当前DTS帧的“核心”音频数据的6个信道，利用P#1的外部端口DMA信道被从P#1的内部存储器传送到共享外部存储器块(例块A)中的缓冲器。此外来自当前DTS帧的扩展子带样本的五个信道也从P#1的内部存储器传送到共享外部存储器的同一块中它们相应的缓冲器中。P#1的外部端口DMA再次用于这一传送。

如图19的框图200所示，在当前DTS帧期间来自先前DTS帧的“核心”和扩展数据被从共享外部存储器的块B中的相应的缓冲器传送到P#2的内部存储器。这些传递的调度和存储器块(A/B)的切换由P#1通过对两个处理器的I/O寄存器的控制而完成。类似地来自先前DTS帧的96kHZ PCM音频的6个信道利用P#1的外部端口DMA信道被从共享外部存储器的块D中的缓冲器传送到P#1的内部存储器。图20的框图201说明了这个数据流的流程。这些传送的调度和对存储器的块(C/D)的切换再次由P#1通过对两个处理器的I/O寄存器的扩展而完成。

                   开放盒编译码器I

开放盒的实现要求知道核心编译码器的内部结构。图21和22所示的编码器例子是使用滤波器组方法编码技术的核心编码器。它们包括(但不局限于)子带编码(DTS相干音响，MPEG I和MPEGII)和变换编码(Dolby AC-3和MPEGIIAAC)。知道了核心编码的内部结构，选择和设计扩展编译码器使得它在核心带宽(例0到24kHZ)上的响应与核心编码器的响应匹配。结果，可在变换域或子带域内而不是在时间域内形成差值信号。这减少了延时量和计算量。

在第一示例中数字音频用具有96kHZ周期的24比特PCM样本表示。首先低通滤波202数字音频以将其宽带减小到24kHZ一以下，接着按因子又抽取202，得到48kHZ有效采样信号。该欠采样信号然后送到核心编码器206。核心编码器中的N频带滤波器组208将该欠采样信号分解为N个子带。每个子带可用自适应预测，标量和/或矢量量化以及熵编码等多种技术210进行编码。在一最佳结构中，子带编码技术将与核心编码器中所有的技术匹配。所得的比特流随后放入包装器。这一比特流还被馈送到核心子带译码器212以重构子带样本供以后扩展编码器用于生成子带差值信号。

96kHZ采样输入PCM信号被延时214并随后馈送到2子带滤波器组216以产生成2个48kHZ的采样子带信号。低频带信号用与核心编码器所用的相同的N频带滤波器组218分解成N个子带信号。它们的每一个均被减去有核心编码器重构的各自的子带信号以生成子带差值信号。差值信号由子带编码器222编码并随后放入包装器224。来自两频带滤波器组的高频带信号被馈送到M频带滤波器组226以生成M子带信号。随后由子带编码器228对它们编码并放入包装器。这一子带编码器可包括自适应预测、标量和矢量量化和/或熵编码等多种技术。给定的扩展编码器前的延时为：

Delay+Delay_{2-band filter}＝Delay_{DecimationLPF}使得重构的核心子带信号和音频子带信号在相加点220处精确地时间对准(见图21(a))。在译码器中(见图21(b))信号在相加点处自动对准。M频带滤波器组必须设计得使它们延时与N频带滤波器组的延时匹配，否则，必须引入额外的延时使得高频带中的子带信号与低高频带中的子带信号有相同的延时。

图21(b)示出了译码过程。核心比特流被拆装230并译码232以产生N个子带信号。如果播放器器上无扩展译码器，就将这些核心子带信号与馈送到N频带综合滤波器组234以产生核心音频。否则，跳过这一步并将核心子带信号馈送到扩展译码器236并与来自扩展比特流的差值子带译码信号240相加238。随后将这些相加的子带信号送到N频带综合滤波器组242以产生低频带信号。通过译码244扩展比特流并将经译码的M子带信号馈送到M频带综合滤波器组246形成高频带信号。最后，将高频带信号和低频带信号送到两频带综合滤波器组248以产生96kHZ的采样音频输出。

这一开放盒方法的优点包括减少了的编码延时：

EncodingDelay＝Delay_{Decimation LPF}+Delay_{Core Encoder}

DecodingDelay＝Delay_{Core Decoder}+Delay_{2-band filter}

以及译码复杂性：

Decoding MPIS＝MPIS_{Core Decoder}+MPIS_{M-band filter}+MPIS_{2-band filter}

如果M频带和两频带滤波器组的FIR滤波器抽头数目选得足够小，M频带和两频带综合滤波器组所必须的MIPS可以成为小于工作在48kHZ的N频带综合滤波器组的MIPS。因而，译码96kHZ音频的总MIPS可以小于处理48kHZ采样音频的核心译码器所需MIPS的两倍。

                        开放盒编译码II

如果用较佳实施例II中的N频带综合滤波器组替换M频带综合滤波器组，扩展编译码器中的三个滤波器组可以被组合以形成一L频带滤波器组，其中L＝M+N(图22(a)和图22(b))。如果用快速算法来实现余弦(Cosine)调制则组合L频带滤波器组可提供小的计算负荷。

图22(a)基本上与开放盒实现II相同，除了扩展编码器中的三个分析滤波器组被单个L频带分析滤波器组250所替代以及来自核心编码器的重构子带信号已从L频带的低频N子带信号被减去以产生值子带信号。这是可能的，因为工作在96kHZ采样率的扩展编码器的L频带滤波器组的低频N子带中的每一个复盖了工作在48kHZ采样率的核心编码器的N频带滤波器组的相同音频频谱。为了使这一方案成功，当然紧要的是L频带和N频带滤波器组的滤波器特性要互相匹配，即使它们工作在不同采样频率也应如此。

图22(b)所示的译码过程几乎与图21(b)中的一样，除了用一个L频带综和滤波器组252替代三个综和滤波器以及核心译码器的重构子带被加到相应的来自从L频带滤波器组输出的低频N子带中。

虽然显示和描述了本发明的若干说明性实施例，对于本领域技术人员来说可出现许多变化或替代的实施例。例如，这里讨论的采样率可对应于当前的标准。随着时间推移这些采样率还会改变。可以构想出这种变化和替换实施例且能被制作而不脱离由所附权利要求书规定的本发明的精神和范围。

Claims (45)

1.一种用于对按已知采样速率采样并有一音频带宽的数字音频信号进行编码的多信道音频编码器，其特征在于包括

从数字音频信号中提取核心信号并将它编码为核心比特的核心编码器(18)；

从重构的核心信号和数字音频信号形成差值信号的求和(28)节点；以及

将所述新差值信号编码成扩展比特的扩展编码器(36)。

2.如权利要求1所述的多信道音频编码器，其特征在于核心编码器和扩展编码器具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括一核心译码器(24)，它对核心比特译码以形成有误差的重构核心信号，在所述求和点处将它从数字音频信号弹中减去以形成所述差值信号。

3.如权利要求1所述的多信道音频编码器，其特征在于扩展编码器具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽且所述核心编码器具有的采样速率和音频带宽小于所述数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括：

对数字音频信号滤波以移去核心编码器的高于音频带宽的信号分量的抽取低通滤波器(LPF)(140，202)；

欠抽样经滤波的信号以提取其采样速率与核心编码器匹配的核心信号的抽取器(142，204)；

对核心比特译码以形成重构的核心信号的核心译码器(24)；

过采样重构的核心信号以达到扩展编码器的采样率的内插器(116)；以及

对过采样的重构核心信号滤波以移去内插混迭的内插LPF(118)，在所述求和节点上从数字信号中减去所述滤波信号以形成所述差值信号。

4.如权利要求3所述的多信道音频编码器，其特征在于所述核心编码器定义了重构核心信号在它的音频带宽内的噪声下限，所述扩展比特进一步精细化在核心编码器音频带宽上的噪声下限并定义了扩展编码器的音频带宽的其余部分的噪声下限。

5，如权利要求3所述的多信道音频编码器，其特征在于所述核心编码器定义了重构核心信号在它的音频带宽内的噪声下限，所述扩展比特被分配在所述抽取比特的过渡频带附近及更高的频带上以对扩展编码器的高频带宽的其余部分定义噪声下限。

6.如权利要求1所述的多信道音频编码器，其特征在于扩展编码器具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽且所述核心编码器具有的采样速率和音频带宽小于所述数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括：

对数字音频信号滤波以移去核心编码器的高于音频带宽的信号分量的抽取低通滤波器(LPF)(140，202)；

欠抽样经滤波的信号以提取其采样速率与核心编码器匹配的核心信号的抽取器(142，204)；

过采样重构的核心信号以达到扩展编码器的采样率的内插器(116)；以及

对过采样的重构核心信号滤波以移去内插混迭的内插LPF(118)，在所述求和节点上从数字信号中减去所述滤波信号弹以形成所述差值信号，

所述扩展编码器在所述过渡频带内及更高的频率上分配比特以扩展编码信号的频率范围。

7.如权利要求1所述的多信道音频编码器，其特征在于所述核心编码器具有一已知延时，进一步包括：

第一延时(112)，它使数字音频信号和重构核心信号时间对准，所述求和节点形成时间域内的差值信号。

8.如权利要求7所述的多信道音频编码器，进一步包括第二延时(121)。它时间平移核心比特和扩展比特以在兼容译码器处保持时间对准。

9.如权利要求1所述的多信道音频编码器，其特征在于所述扩展编码器在核心编码器的音频带宽上与核心编码器匹配，所述求和节点存在于所述扩展编码器中并形成变换域或子带域中的所述差值信号。

10.如权利要求9所述的多信道音频编码器，其特征在于所述编码器包括将所述核心信号分解成N个子带的N频带滤波器组(208)，生成核心比特的N子带编码器组(206，208)以及重构该N子带样本的N个子带译码器(212)，所述扩展编码器包括：

两频带滤波器组(216)，它将数字音频信号分裂为低频带和高频带；

与核心编码器等效的N频带滤波器组，它将低频带中的数字音频信号分解为N个子带，所述求和节点包括N个子带节点，它们将重构的N个子带样本分别从数字音频信号的N个子带中减去以形成N个差值子带。

N个子带编码器(222)，它们对N个差值子带编码以形成低频带扩展比特；

M频带滤波器组(226)，它将高频带中的数字信号分解为M个子带；以及

M个子带编码器(228)，它们对M个差值子带编码以形成高频带扩展比特；

11.如权利要求9所述的多信道音频编码器，其特征在于所述核心编码器包括将所述核心信号分解成N个子带的N频带滤波器组(208)，生成核心比特的N子带编码器组(206，210)以及重构该N子带样本的N个子带译码器(212)，所述扩展编码器包括：

L频带滤波器组(250)，它将数字音频信号分解为N个低度频子带和M个高频子带，所述L频带滤波器组的特性在其N个低度频带上与述N频带滤波组的特性匹配，所述求和节点包括N个子带节点，它们将重构的N个子带样本分别从数字音频信号的N个子带中减去以形成N个差值子带；

N个子带编码器(222)，它们对N个差值子带编码以形成低频带扩展比特；以及

M个子带编码器(228)，它们对M个子带编码以形成高频带扩展比。

12.如权利要求1所述的多信道音频编码器，进一步包括一包装器(22)，它将核心比特和扩展比特按核心加扩展格式包装成比特流(40)，在该格式中，比特流包括一同步帧(54)序列，每一帧具有包括核心比特(61)的核心字段(56)以及包括同步字(60)和扩展比特(38)的扩展字段(58)。

13.如权利要求12所述的多信道音频编码器，其特征在于所述核心字段还包括一同步字(61)。

14.一种用于对按已知采样速率采样和有一定音频带宽的数字音频信号进行编码以保持对第一代音频译码器的基础的兼容同时又能用第二代音频译码器提供高质量声音再现的多信道音频编码器，其特征在于包括：

从数字音频信号中提取核心信号并将它编码为核心比特而没有折回混迭的核心编码器(18)，所述核心编码器与所述第一代音频译码器兼容；

从重构的核心信号(26)和数字音频信号形成差值信号的求和(28)节点；

将所述新差值信号编码成扩展比特的扩展编码器(36)；以及

包装器(22)，它将核心比特和扩展比按核心加扩展格式包装成比特流，在该格式中第一代音频译码器可以提取核心比特以重现音频信号而第二代音频译码器可以提取核心比特加扩展比特殊性以重现高质量音频信号。

15.如权利要求14所述的多信道音频编码器，其特征在于核心编码器和扩展编码具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括对核心比特译码以形成重构核心信号的第一代音频译码器，从数字音频信号中减去该重构核心信号以形成甩述差值信号。

16.如权利要求14所述的多信道音频编码器，其特征在于所述扩展编码具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽，而核心编码器具有的采样速率和音频带宽小于数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括：

对数字音频信号滤波以移去核心编码器的高于音频带宽的信号分量的抽取低通滤波器(LPF)(140，202)；

欠抽样经滤波的信号以提取其采样速率与核心编码器匹配的核心信号的抽取器(142，204)；

对核心比特译码以形成重构的译码信号的第一代音频译码器(206)；

过采样重构的核心信号以达到扩展编码器的采样率的内插器(116)；以及

对过采样的重构核心信号滤波以移去内插混迭的内插LPF(118)，在所述求和节点上从数字信号中减去所述滤波信号以形成所述差值信号。

17.如权利要求14所述的多信道音频编码器，其特征在于所述扩展编码具有的采样速率和音频带宽等于数字频信号的采样速率和音频带宽，而核心编码器具有的采样速率和音频带宽小于数字频信号的采样速率和音频带宽，进一步包括：

对数字音频信号滤波以移去核心编码器的高于音频带宽的信号分量的抽取低通滤波器(LPF)(140，202)，所述抽取LPF在核心编码器的音频带宽附近具有一过渡带宽；

欠抽样经滤波的信号以提取其采样速率与核心编码器匹配的核心信号的抽取器(142，204)；

过采样核心信号以达到扩展编码器的采样率以形成重构的核心信号的内插器(116)；以及

对过采样的重构核心信号滤波以移去内插混迭的内插LPF(118)，在所述求和节点上从数字信号中减去所述滤波信号以形成所述差值信号，

所述扩展编码器在所述过渡频带内及更高的频率上分配比特以扩展编码信号的频率范围。

18.如权利要求14所述的多信道音频编码器，其特征在于核心编码器具有一已知的延时，进一步包括：

第一延时(112)，它使数字音频信号和重构核心信号时间对准，所述求和节点形成时间域内的差值信号，

第二延时(121)，它时间上平移核心信比特和扩展比特以在兼容的第二代译码器中保持时间对准。

19.如权利要求14所述的多信道音频编码器，其特征在于扩展编码器在核心编码器的音频频带上与核心编码器匹配，所述求和节点存在于扩展编码器内并形成变换域或子带域的所述差值信号。

20.一种用于从一比特流(40)重构多音频信道的多信道黑盒子音频译码器，其中每个音频信道按已知采样速率采样并有一音频带宽，其特征在于包括：

拆装器(66)，用于一次读入和存储一帧比特流(54)，每个所述帧包括具有核心比特(20)的核心字段(56)以及具有同步字(60)和扩展比特(38)的扩展字段(58)，所述拆装器提取所述核心比特并检测所述同步字以提取和分离该扩展比特。

核心译码器(68)，用于对核心比特译码以形成重构的核心信号；

扩展译码器(70)，用于对扩展比特译码以形成重构的差值信号；以及

求和节点(74)，用于将差值音频信号加入重构的核心音频信号以改善重构核心信号的保真度。

21.如权利要求20所述的多信道黑盒子音频译码器，其特征在于核心译码器和扩展译码器具有的采样速率采样和音频带宽相等使得差值信号与重构的核心信号相加后能降其噪声下限。

22.如权利要求20所述的多信道黑盒子音频译码器，其特征在于扩展译码器具有的采样速率采样和音频带宽大于所述核心译码器，进一步包括：

内插器(130)，用于过采样重构的核心信号以达到扩展编码器的采样率；以及

低通滤波器(132)，用于对过采样的重构心信号滤波以衰减内插混迭，由此使得重构的差值信号与重构的核心信号相加后能扩展其音频带宽。

23.一种用于从比特流(40)重构多音频信道的多信道开放盒子音频译码器，其中每个音频信道按已知采样速率采样并有一音频带宽，其特征在于包括：

拆装器(230)，用于一次读入和存储一帧比特流(54)，每个所述帧包括具有核心比特(61)的核心字段(56)以及具有同步字(60)和扩展比特的扩展字段(58)，所述拆装器提取所述核心比特并检测所述同步字段(60)以提取和分离该扩展比特；

N个核心子带译码器(232)，它们将核心比特译码成N个核心子带信号；

N个扩展子带译码器(240)，它们将扩展比特译码成N个低频扩展子带信号；

M个扩展子带译码器(244)，它们将扩展比特译码成M个高频扩展子带信号；

N个求和节点，将N个核心子带信号与各自的N个扩展子带信号相加以形成N个复合子带信号；以及

滤波器(242，246，248)，它们综合N个复合带信号和M个扩展子带信号以再现多信道音频信号。

24.如权利要求23所述的音频译码器，其特征在于所述滤波器是一个单个M+N频带滤波器组，其中N个低频带与N个核心子带译码器兼容。

25.如权利要求23所述的音频译码器，其特征在于所述滤波器包括：

N频带滤波器组，它与N个核心子带译码器兼容，它综合该N个复合子带信号；

M频带滤波器组(246)，它将综合该M个扩展子带信号；以及

两频带滤波器组(248)，它组合N和M频带滤波器组的输出以构成多信道音频信号。

26.一制品，其特征在于包括：

便携式机器可读存储媒体；以及

写在所述媒体上的表示多信道音频信号的数字比特流(40)，所述比特流包括一同步帧序列(54)，每个所述帧包括具有核心比特(20)的核心字段(56)以及具有同步字(60)和扩展比特(38)的扩展字段(58)。

27.如权利要求26所述制品，其特征在于多信道音频信号由一个且仅由一个写在存储器上一数字比特流表示。

28.如权利要求26所述制品，其特征在于所述多信道音频信号具有一已知的采样速率并和音频带宽，所述核心比特定义了用于在它的带宽上重构所述音频信号的噪声下限，所述扩展比特降低所述噪声下限。

29.如权利要求26所述制品，其特征在于所述多信道音频信号具有一已知的采样速率并和音频带宽，所述核心比特定义了用于在它的带宽上重构所述所述音频信号的噪声下限，所述扩展比特定义了扩展编码器的音频带宽的其余部分的噪声下限。

30.如权利要求26所述制品，其特征在于所述扩展比特进一步精练了核心编码器音频带宽上的噪声下限。。

31.一个与第一代音频译码器的现有基础一起使用的制品，它能够重构直到音频带宽和采样分辨率的核心信号，并也能与具有更大音频带宽的第二代音频译码器的研发的基础使用，其特征在于包括：

与所述第一代和第二代音频译码器一起使用的便携式机器可读存储媒体；以及

代表以核心加扩展格式写在所述存储媒体上的多信道音频信号的单个数字比特流，所述比特流包括一同步帧序列(54)，每个所述帧包括具有将核心同步字(61)紧靠在核心比特(20)前的核心字段(56)以及将扩展同步字(60)紧靠在扩展比特(38)前的扩展字段(58)，

所述核心比特序列定义了在第一代音频译码器的音频带宽上重构的核心信号的噪声下限，和

所述扩展比特序列进一步精练了核心编码器的音频带宽上的噪声下限并定义了第二代音频译码器的音频带宽的其余部分的噪声下限。

32.体现在载波上的数字音频信号，包括一同步帧序列，每个所述帧包括一具有核心比特的核心字段，它代表了直到音频带宽和采样分辨率的核心信号；以及一具有扩展同步字和扩展比特的扩展字段，它代表了对音频频带宽扩展和/或增加了核心信号的采样分辨率的扩展音频信号；

33.如权利要求32的数字音频信号，其特征在于所述数字音频信号包括一个且仅包括一个所述同步帧序列。

34.如权利要求32的数字音频信号，其特征在于所述核心字段包括一核心同步字。

35.一种多信道黑盒子音频译码器，其特征在于包括：

具有输入串行端口和输出串行端口的处理器(180，182)；

接收一列中比特流的数据的接收机(188)，每个所述帧包括一具有核心比特的核心字段以及具有同步字和扩展比特的扩展字段，以及将所述比特流数据转换成适合于馈送到所述第一处理器的输入串行口的串行数据格式；

多个发送器(190a，b，c)，它们与接收来自第一处理器的输出串行端口的音频信号兼容并将该音频信号导向多个音频信道；

所述处理器对核心比特(20)译码以重构核心音频信号，对扩展比特(38)译码以重构差值音频信号，将该差值音频信号加到核心音频信号以增加其保真度并将它传送到输出串行端口(192)用于分配给多音频信号。：

36.如权利要求35所述的多信道黑盒子音频译码器，其特征在于所述处理器包括第一(180)和第二处理器(182)以及在它们之间交换间频数据的共享线(194)，所述第一处理器对核心比特译码以重构核心音频信号，所述第二处理器对扩展比特译码以重构差值音频信号，将该差值音频信号加到核心音频信号并将求得的和音频信号传送回第一处理器的输出串行端口。：

37.一种对按已知采样速率采样并有一音频带宽的多信道数字音频信号进行编码的方法，它保持了与第一代音频译码器已有基础的兼容同时又提供用第二代音频译码器高质量再现声音，其特征在于包括：

从数字音频信号提取核心信号；

以与所述第一代音频译码器兼容的方式，将核心信号编码成核心比特而没有折回混迭；

从重构的核心信号和数字音频信号形成差值信号；

将差值信号编码成扩展比特；以及

将核心比特和扩展比特按核心比特加扩展的格式包装成比特流，以这种格式第一代音频译码器可提取和译码核心比特以再现音频信号而第二代音频译码器可提取和译码核心比特加扩展比特以再现高质量音频信号。

38.如权利要求37所述的编码方法，其特征在于所述核心和差值信号按等于数字音频信号的采样速率和音频带宽被编码，进一步包括使用第一代音频译码器码核心比特以形成具有误差的重构核心信号，并将它从数字信号中减去以形成所述差值信号。

39.如权利要求37所述的编码方法，其特征在于所述差值信号按等于所述数字音频信号采样速率和音频带宽的扩展采样速率和扩展音频带宽被编码，而核心信号按小于数字音频信号采样速率和音频带宽的核心采样速率和核心音频带宽被编码，进一步包括：

低通滤波该数字音频信号以移去高于核心带宽的信号分量；

欠采样经滤波的信号以提取采样速率与核心采样速率匹配的核心信号；

使用第一代音频译码器译码核心比特以形成重构的核心信号；

过采样重构的核心信号到扩展采样速率；以及

低通滤波过采样的的重构核心信号以移去内插混迭，从数字音频信号中减去所述滤波信号以形成所述差值信号。

40.如权利要求37所述的编码方法，其特征在于所述差值信号按等于所述数字音频信号采样速率和音频带宽的扩展采样速率和扩展音频带宽被编码，而核心信号按小于数字音频信号采样速率和音频带宽的核心采样速率和核心音频带宽被编码，进一步包括：

低通滤波该数字音频信号以移去高于核心音频带宽的信号分量，所述滤波在核心音频带宽周围具有过渡带宽；

欠采样经滤波的信号以提取采样速率与核心采样速率匹配的核心信号；

过采样重构的核心信号到扩展采样速率以形成重构的核心信号；

滤波过采样的的重构核心信号以移去内插混迭，从数字音频信号中减去所述滤波信号以形成所述差值信号。

在所述过渡频带内和高于过渡频带内分配扩展比特以编码所述差值信号来扩展编码信号的频率范围。

41.如权利要求37所述的编码方法，其特征在于所述对核心信号具有一已知的延时，进一步包括：

延时所述音频信号以将它与核心信号时间对准；

在时间域内形成差值信号；以及

延时核心比特和差值比特以在兼容的第二代译码器上保持时间对准。

42.如权利要求37所述的编码方法，其特征在于所述利用变换编码或子带编码技术对核心和差值信号编码，其中差值信号的编码与核心信号的编码在核心音频带宽上匹配，成述差值信号形成在变换域或时间域内。

43.一种重构多信道音频信号的方法，其特征在于包括：

接收编码帧的序列(54)，每个所述帧包括具有将核心同步字(61)紧靠在核心比特(20)前的核心字段(56)以及将扩展同步字(60)紧靠在扩展比特(38)前的扩展字段(58)，包括：

译码所述核心同步字以提取核心比特并随后将它译码成核心信号；

忽略扩展同步字以及扩展比特；

输出重构的核心信号作为重构的多信道音频信号。

44.一种重构多信道音频信号的方法，其特征在于包括：

接收编码帧的序列(54)，每个所述帧包括具有将核心同步字(61)紧靠在核心比特(20)前的核心字段(56)以及将扩展同步字(60)紧靠在扩展比特(38)前的扩展字段(58)，包括：

检测核心同步字以提取核心比特并随后将它译码成重构的核心信号；

检测扩展同步字以提取扩展比特并随后将它译码成重构的差值信号；以及

相加重构的核心信号和差值信号以重构多信道音频信号。

45.如权利要求44所述的编码方法，其特征在于所述扩展比特以大于所述核心比特的采样速率和音频带宽被译码，进一步包括；

过采样重构的核心信号到重构的差值信号的采样速率；以及

低通滤波过采样重构的核心信号以衰减内插混迭，核心和差值信号之和篇了核心信号的音频带宽。

Images