用於壓縮的方法和裝置，用於傳輸的方法以及用於擴展被壓縮多聲道聲音信號的方法和...的製作方法
2023-05-03 19:34:21 1
專利名稱：用於壓縮的方法和裝置，用於傳輸的方法以及用於擴展被壓縮多聲道聲音信號的方法和 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及壓縮，例如電影院、磁帶錄相機或視盤放相機等多聲道音響系統的聲音信號的方法和裝置，傳輸多聲道聲音系統的被壓縮聲音信號的方法，擴展多聲道聲音系統的被壓縮聲音信號的方法和裝置，以及記錄多聲道音響系統的被壓縮聲音信號的記錄媒體。
背景技術：
已知許多壓縮數字聲頻或語聲信號的技術。例如，在子頻帶編碼中，非塊形成頻帶劃分系統，不將輸入音頻信號按時間劃分成塊，而將其用濾波器按頻率劃分成多個用於量化的頻帶。在塊形成頻帶劃分系統中，例如變換編碼系統，時間域的輸入音頻信號通過正交變換被轉換成頻域的頻譜係數。產生的頻譜係數按頻率劃分成多個頻帶，並且每個頻帶的頻譜係數被量化。
一種組合了子頻帶編碼和變換編碼的技術也是已知的。其中，通過按頻率劃分輸入音頻信號而不將其劃分成塊所產生的頻域信號被個別地、正交地變換成頻譜係數。然後，將頻譜係數按頻率劃分成多個頻帶，接著每個頻帶裡的頻譜係數被量化。
在那些用於將輸入的數字音頻信號劃分成頻域而不是將其劃分成塊的濾波器中，有一種是正交鏡像(QMF)濾波器，例如在R.E.Crochieve，55 BELL SYST.TECH.J.No.8，(1976)的《子頻帶中的語聲數字編碼》中有所描述。在Joseph H.Rothweilev，ICASSP 83，BOSTON(1983)的《多相正交濾波器—一種新的子頻帶編碼技術》中，討論了將輸入音頻信號按頻率劃分成同樣帶寬的頻帶的技術。
正交地變換輸入信號的已知技術包括將數字輸入音頻信號按時間劃分成有預定時間間隔的塊，並且用快速付利葉變換(FFT)，離散餘弦變換(DCT)，或改進的DCT(MDCT)處理所產生的塊，將每個數字音頻信號塊從時間域變換成頻域的一組頻譜係數。在J.P.Princen和A.B.Bradley，的《採用基於時域混疊對消的濾波器組的子頻帶/變換編碼》，ICASSP 1987中討論了改進的DCT。
作為用於量化通過分頻所得到的頻譜係數的一種技術，已知按頻率將頻譜係數劃分成頻帶，並考慮到人類聽覺的頻率解析度的特徵。在0Hz到20或22KHz範圍內的音頻能按頻率劃分成頻帶，例如25個臨界頻帶，它們的帶寬隨頻率的增加而增加。通過對每個頻帶進行自適應比特分配而對每個頻帶內的頻譜係數進行量化。例如，從改進離散餘弦變換(MDCT)所得到的頻譜係數被頻率劃分成頻帶，並用自適應確定的比特數對每個頻帶裡的頻譜係數進行量化。
現在將討論兩種已知的自適應比特分配技術。首先，在ASSP-25，IEEE聲音，語聲處理和信號處理學報，1977，8月No.4中所描述的技術中，根據相應頻帶信號的大小來進行比特分配。儘管這個系統提供扁平量化噪聲頻譜，並最小化噪聲能量，但是，聽者感覺到的噪聲末被最小化，因為這種技術不利用人類聽覺的掩蔽特徵。
另一方面，M.A.Kransner《臨界頻帶編碼器—適應聽覺系統感覺要求的數字編碼》，ICASSP 1980中，描述了利用人類聽覺的掩蔽特性來確定為每個聲道建立固定量化比特分配所需的信號-噪聲之比的技術。但是，由於其固定的比特分配，這種技術對單一正弦(sine)波輸入提供相對差的結果。
作為壓縮數字聲音信號的高效系統，例如，採用上述子頻帶編碼系統，一種被稱作ATRAC的高效壓縮系統已經投入實際使用。這個系統利用人類聽覺特性，用自適應變換聲音編碼將數字聲音信號壓縮到它們原始比特要求的大約20％。ATRAC是當前代理人(sony公司)的註冊商標。
在四到八條聲道中的多聲道聲音或語聲信號，不僅在例如一般音響設備中用到，還在立體聲或多聲道音響系統中採用，例如在電影院、高質量電視、磁帶錄相機和視盤放相機中發現的那些設備。在這些情況下，需要採用高效壓縮，以降低代表大量聲音信號所需的比特率。
特別是，在商業應用中，已經有了一種向多聲道數字聲音信號和處理八聲道數字聲音信號的設備方面發展的趨勢。典型的處理八聲道數字聲音信號的設備是電影院音響系統，以及通過各種電子媒體，電子化地重放電影的畫面和聲音的裝置，尤其是諸如象高質量電視系統、磁帶錄相機和視盤放相機那樣的裝置。在這種裝置音響系統中，有一種趨於四和八聲道之間的多聲道音響系統的趨勢。
電影院音響系統最近已經建議在電影膠片上為以下八條聲道記錄數字聲音信號左邊，左邊-中心，中心，右邊-中心，右邊，左環，右環和子低音喇叭。這些聲音聲道分別由左揚聲器，左-中心揚聲器，中心揚聲器，右-中心揚聲器和右揚聲器重放，它們全安排在屏幕之後；子低音喇叭位於屏幕前面或後面；以及一個左環繞揚聲器和右環繞揚聲器。在左邊牆大廳背牆的左部以及右邊牆和大廳背牆的右部，為左環繞揚聲器和右環繞揚聲器，分別安排了兩組揚聲器。大廳背牆和兩邊牆上的這兩組揚聲器產生豐富的環繞聲域，以伴隨在電影院的寬屏幕上的壯觀的視覺效果。這了簡化，從現在起，這兩組揚聲器被稱作「左環繞揚聲器」和「右環繞揚聲器」。
難以在電影膠片上象在密磁碟(CD)中所採用的那樣用44.1KHz的採樣頻率錄製八聲道的16-比特線性量化數字聲音，因為膠片上缺少能為這樣的信號容納足夠寬的音槽的區域。電影膠片的寬度和膠片上圖象區的寬度是標準化的。膠片的寬度不能增加，也不能減少圖象區的寬度以容納這類數字音頻信號所需寬度的聲槽。有標準圖象區，標準模擬聲槽，和標準孔眼的標準膠片只有一個窄的數字聲音信號能被記錄的區域。因此，只有數字聲音信號在記錄在膠片上之前被壓縮過，才能記錄八聲道的數字聲音。能用上述ATRAC高效壓縮系統對八聲道數字聲音進行壓縮。
電影膠片容易被劃壞，因此，如果數字聲音信號未經任何形式的檢錯和糾錯而被錄製，它將引起遺漏。因此，採用糾錯碼是必不可少的，當進行信號壓縮時，必須考慮這一點。
作為在家裡提供電影的一種媒體，光碟已經開始流行，最理想的是能夠用四到八個聲道在光碟上錄製多聲道聲音，以提供比傳統立體聲更逼真的聲音。在光碟上，視頻信號的數據量是音頻信號的十倍，並只為聲音信號提供有限的記錄區域。特別地，象當前大屏幕趨勢所要求的那樣，當需要圖象信號提供高質圖象時，儘可能多地記錄區被用於圖象信號。因此，如果要在聲音信號的可記錄區域中提供所需數目的聲道，聲音信號必須被高度壓縮。
當由當前代理人之一(sony公司)所建議的上述ATRAC高效壓縮系統被用於立體(兩聲道)聲系統中時，每個聲道中的音頻信號被相互獨立地進行壓縮。這使每條聲道能被獨立地使用，並且簡化了用於壓縮音頻信號的處理算法。按這種方式工作，ATRAC系統為大多數應用提供足夠的壓縮，並且當用ATRAC系統對音頻信號進行壓縮和擴展時，所獲得的聲音質量被認為很好。
但是，由於它獨立地壓縮每個音頻信號，因此不能說當前ATRAC系統用以進行其壓縮的比特分配處理以最高效率操作。例如，如果一條聲道的信號電平很低，能用較少比特，充分地代表該信號。另一方面，另一條聲道中的信號可能需要更多的比特來充分地代表它。現有ATRAC系統在每個聲道分配相同數目的比特，而與在聲道中充分表示信號實際所需的比特數目無關。因此，為了提供其高質量重放，本系統進行的比特分配中，必須有一些冗餘。
如果要把多聲道聲音信號錄製在電影膠片或光碟上，需要提高壓縮比而音質惡化又最小。
因此，本發明的一個目標是提供一種編碼方法和裝置，用於進一步提高壓縮比以使多聲道聲音信號能被錄製在電影膠片、光碟或其它媒體上，或能被傳輸或分配。
本發明的另一目標是提供一種編碼方法或裝置，以聲音質量的最小程度惡化，為至少兩條聲道的聲音信號編碼，有良好的聲道隔離，以及穩定的立體聲效果。
發明概述本發明首先提供多聲道信號處理器，用於在多聲道音響系統的相應聲道中壓縮數字聲音信號。該裝置包括第一級壓縮系統和第二級壓縮系統。在第一級壓縮系統中，耦合電路進行至少兩條聲道之間數字聲音信號的耦合，以為每條聲道產生一個經過耦合處理的信號。壓縮器電路從耦合電路接收經過耦合處理的信號，並且將每個經過耦合處理的信號劃分成相應頻帶中的頻帶信號，並壓縮通過劃分每個經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號，以生成第一級被壓縮信號。在第二級壓縮系統中，確定電路為每一聲道接收來自第一級壓縮系統的第一級被壓縮信號，並且根據相應聲道的第一級被壓縮信號來為每條聲道確定能量。聲道比特分配判定電路相應於確定電路操作，並且在聲道之間分配預定的比特數量，給每條聲道分配一些比特。最後，附加壓縮器對每條聲道使用由聲道比特分配判定電路分配給相應聲道的比特數，進一步壓縮每條聲道的第一級被壓縮信號。
發明接著提供一種用於在多聲道音響系統的相應聲道中壓縮數字聲音信號的方法。在該方法中，在至少兩條聲道的數字聲音信號之間進行耦合，為每個聲道生成一個經耦合處理的信號。經過耦合處理的信號被分頻成相應的頻帶內的頻帶信號。通過劃分每個經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號被壓縮，以產生第一級被壓縮信號。從相應聲道的第一級被壓縮信號確定每條聲道的能量，相應於每條聲道的確定能量，在聲道之間分配預定量的比特數量，為每條聲道分配一些比特。最後，每條聲道的第一級被壓縮信號，利用分配給該聲道的比特數，被進一步壓縮。
本發明還提供一種錄製媒體，通過上述在多聲道音響系統的相應聲道中壓縮數字聲音信號的方法所生成的被壓縮信號被錄製在其上。
本發明還提供一種方法，用於通過傳輸媒體在多聲道音響系統的相應聲道中傳輸數字聲音信號，其中，上述方法所描述的每個聲道的第一級被壓縮信號被進一步壓縮以生成相應的第二級被壓縮信號，所有聲道的第二級被壓縮信號被復用生成一個比特流，比特流被加在傳輸媒體上。
本發明接著提供一種多聲道信號擴展器，用於擴展代表多聲道音響系統的相應聲道中數字聲音信號被壓縮信號，系統中至少兩個聲道中的數字聲音信號在被壓縮之前已經經過耦合。被壓縮信號包括代表至少兩個聲道的數字聲音信號的主要信息和輔助信息。該裝置包括解復用器，第二級擴展器和第一級擴展器。解復用器分解被壓縮的信號以提取主要信息和輔助信息。第二級擴展器通過將可變長度碼轉換成固定長度碼來擴展來自解復用器的主要信息。第一級擴展器響應來自解復用器輔助信息而進行操作，進一步擴展來自第二級擴展器的固定長度碼以在至少兩個聲道的每個當中提供再生數字聲音信號。儘管在兩條聲道中的數字聲音信號按標準有同樣的帶寬，但是，一條聲道中的第一級擴展器對其操作的固定長度碼與另一聲道中的，第一級擴展器對其操作的固定長度碼相比，代表較窄帶寬的信號。
本發明還提供一種方法，用於擴展代表多聲道音響系統的相應聲道中的數字聲音信號的被壓縮信號，系統中，至少兩個聲道中數字聲音信號在壓縮前已經經過耦合。被壓縮信號包括代表至少兩個聲道的數字聲音信號的主信息和輔助信息。在該方法中，被壓縮的信號經復用以提取主要信息和輔助信息。通過把主要信息的可變長度碼轉換成固定長度碼，來擴展從被壓縮信號中提取的主要信息。最後，從被壓縮信號中提取的輔助信息被用於進一步擴展通過轉換主要信息的可變長度碼所得到的固定長度碼，以在至少兩條聲道中的每條中生成再生數字聲音信號。儘管按標準兩條聲道中的數字聲音信號有相同的帶寬，但是在至少兩條聲道的一條中被進一步擴展的固定長度碼與在至少兩條聲道的另一聲道中被進一步擴展的固定長度碼相比，代表有較窄帶寬的信號。
最後，本發明提供多聲道信號壓縮器，用於在多聲道音響系統的相應聲道中壓縮數字聲音信號。該裝置包括第一級壓縮器和第二級壓縮器。第一級壓縮器接收相應聲道的數字聲音信號並壓縮該數字聲音信號，以提供相應的第一級被壓縮信號。第二級壓縮器從第一級壓縮器接收第一級的被壓縮信號，根據相應的第一級被壓縮信號為每個聲道確定能量，對應為每條聲道確定的能量，在信息之間分配比特，給每條聲道分配一些比特，並且進一步壓縮第一級被壓縮信號，以提供一個相應的第二級被壓縮信號。每個聲道中的第二級被壓縮信號利用分配給該聲道的比特數。
附圖簡述
圖1是個框圖，表示根據本發明，用於壓縮多聲道聲音信號的多聲道壓縮器裝置的構造。
圖2表示和電影一起使用的，八聲道數字聲音系統的揚聲器的排列。
圖3是個框圖，表示構成圖1所示裝置的耦合電路的構造。
圖4是個框圖，表示用於圖1所示裝置的第一級壓縮系統的一個壓縮器的實際例子。
圖5A和5B表示數字聲音信號的每一幀怎樣被劃分成頻率段，而每個頻率段中的信號又怎樣在圖4所示壓縮器中按時間被劃分成塊。
圖6是一個用於實現比特分配技術的自適應比特分配電路，採用信號頻譜相關比特分配和噪聲頻譜相關比特分配。
圖7是允許噪聲電平檢測電路的框圖，用於在圖6所示的頻譜相關比特分配電路中發現所允許的噪聲電平。
圖8表示在每個頻帶中用頻譜係數來掩蔽的例子。
圖9表示信號頻譜，掩蔽閾值和最小可聽電平曲線。
圖10是個電路框圖，表示根據本發明用於擴展由圖1所示多聲道壓縮器所生成的被壓縮多聲道聲音信號的多聲道擴展器的例子。
本發明詳細描述參考附圖，現在將詳細描述本發明的優選實施例。
圖1表示根據本發明，用於壓縮多聲道音響系統的數字聲音信號的多聲道信號壓縮器裝置的基本部分。多聲道壓縮器裝置被指定壓縮聲道CH1至CHn中的數字聲音信號，以生成輸出比特流。在該裝置中，第一級壓縮系統1包括壓縮器2021至202n，它們分別壓縮聲道CH1至CHn中的數字輸入聲音信號。第二級壓縮系統2包括對數頻譜包絡檢測器208，聲道比特分配判定電路209，熵編碼器2031至203n，以及輔助信息壓縮器2041至204n。
對數頻譜包絡檢測電路208接收由第一級壓縮系統1所生成的輔助信息，並且從輔助信息檢測每條聲道CH1至CHn中的信號能量，聲道比特分配判決電路209根據本質上對應於對數頻譜包絡檢測器208輸出的比值，來確定相應於輸出比特率的總比特數在聲道之間的分配。在熵編碼器2031至203n中，自適應量化器2051至205n，利用從聲道比特分配判決電路209所接收的聲道比特分配信息所指示的比特數，自適應地量化來自第一級壓縮系統1的被壓縮信號。熵編碼器將第一級壓縮系統1中的壓縮器所產生的固定長度字轉換成可變長度字。輔助信息壓縮器2041至204n自適應地壓縮輔信息，即在壓縮相應數字聲音信號過程中，在第一級壓縮系統1中由壓縮器2021至202n所生成的字長度信息和比例係數信息。
用與本發明相應的多聲道信號壓縮器壓縮相應聲道中的數字聲音信號所得到的比特流，被記錄在錄製媒體上，或通過傳輸媒體被傳輸。錄製媒體的例子包括電影膠片；盤形錄製媒體，諸如光碟，磁光碟，相變型光碟，以及磁碟；磁帶型錄製媒體，諸如錄相帶；以及固態媒體，諸如半導體存儲器和IC卡。
當錄製媒體是電影膠片時，聲道CH1至CH8中聲音信號被送到例如圖2所示數字電影音響系統中的相應揚聲器上。中夾聲道C，子低音喇叭聲道SW和左聲道L，左-中心聲道LC，右聲道R，右-中心聲道RC，左-環繞聲道LB，和右環繞聲道RB的信號，分別送到中央揚聲器102，子低音喇叭103，左揚聲器106，左-中心揚聲器104，右揚聲器107，右-中心揚中器105，左-環繞揚聲器108和右-環繞揚聲器109。
圖2表示了投影機100，它將電影膠片的圖象區的圖象投影到屏幕101上，並且還表示了各種揚聲器相對於投影機屏幕，觀眾110的布局。
中央揚聲器102位於屏幕101的中心處，在屏幕遠離觀眾110的一側，響應中央聲道聲音信號生成中央聲道聲音。它產生中心位的聲音，按慣例，所有對話都由中央揚聲器重放，而與講話的男演員或女演員在屏幕上的位置無關。
子低音喇叭響應子低音喇叭聲道聲音信號產生低頻效應音響。它產生的音響經常被認為是顫音，而非低頻音響，諸如爆炸及其它大規模特殊效果的聲音。
左揚聲器106和右揚聲器107分別安放在屏幕101的左邊緣和右邊緣或之外，並且響應左和右聲道音響信號產生左聲道聲音和右聲道聲音。它們主要用於重放立體聲音樂以及再生從位於接近屏幕左和右邊緣的音源發出的音響效果。
左-中心揚聲器104和右-中心揚聲器105分別位於中央揚聲器102和左揚聲器106之間，以及中央揚聲器102和右揚聲器107之間。它們分別響應左中心聲道音響信號和右中心聲道音響信號產生左中心音響和右-中心音響。揚聲器104和105分別作為左揚聲器106和右揚聲器107的輔助揚聲器。在具有大屏幕101和能容納大量觀眾的電影院中，位於中央揚聲器102和左及右揚聲器106和107之間的聲源可感位置可能不穩定或不清楚。增加左中心揚聲器104和右中心揚聲器105有助於更穩定地定位這些聲源，因此有助於形成更真實的聲音形象。
左環繞揚聲器108和右環繞揚聲器109一般懸掛在大廳圍繞觀眾的牆上，並且響應在環繞聲道音響信號和右環繞聲道音響信號，分別產生左環繞音響及右環繞音響。這些揚聲器有助於給觀眾以被包圍在一個音響環境中的感覺，諸如掌聲或歡呼聲，並且有助於形成三維聲音形象。
返回圖1，現在將描述多聲道信號壓縮器200的結構。圖1中，聲道CH1到CHn中的數字音響信號分別被送到輸入端2011到201n，從這裡經過耦合電路220。耦合電路降低了代表多聲道音響系統的音響信號所需的比特數。後面將細述其操作。
聲道CH1到CHn的數字聲音信號，經耦合電路220處理之後，被加到第一級壓縮系統1中的相應壓縮器2021至202n上。壓縮器2011至201n壓縮數字聲音信號，以生成主信息和輔助信息，它們都被表示成固定長度字。後面將詳細描述壓縮器2021至202n的結構。
來自壓縮器2021至202n的主信息分別被加到熵編碼器2031到203n上，它提供進一步壓縮，將主信息的固定長度字轉換成可變長度碼。來自壓縮器2021至202n的輔助信息被送到輔助信息壓縮器2041至204n，它包括與第一級壓縮系統1中進行的壓縮有關的字長和比例係數，後面將對其更詳細地描述。輔助信息壓縮器響應由聲道比特分配判決電路209給每條聲道的聲道比特分配信息，壓縮輔助信息。
熵編碼器2031至203n根據主信息的不同可能字出現的頻率，通過將主信息的固定長度字轉換成可變長度碼對主信息進行熵編碼。較經常出現的字被分配給較短的可變長度碼，而較少出現的字被分配給較少可變長度碼。分別包括自適應量化電路2051至205n的熵編碼器2031至203n進行自適應量化。
聲道CH1至CHn的輔助信息也通過終端2151至215n從第一級壓縮器2021至202n發送給對數頻譜包絡檢測電路208。對數頻譜包絡檢測電路208，根據聲道的輔助信息計算每個聲道中的聲音能量，例如使用聲道中不同頻帶的比例係數。根據不同頻帶的比例係數來確定每條聲道的頻譜包絡。自此獲得每個聲道的對數頻譜包絡信息，並送到聲道比特分配判決電路209上。
聲道比特分配判決電路209響應從對數頻譜包絡檢測電路208所接收的聲道的對數頻譜包絡信息進行操作，以確定相應於輸出比特率的總比特數在聲道之間的分配。對每條聲道的主信息和輔助信息進行獨立的比特分配。
在本實施例中，第一級壓縮系統1中的壓縮器壓縮每條聲道中的數字聲音信號，以用大約100kbps的比特率提供主信息和輔助信息。因為所有八條聲道所要求的輸出比特率是500kbps，所以要求對主信息和輔助信息的進一步壓縮。因此，聲道比特分配判決電路209，根據每條聲道中的聲音信號所需比特，在八條聲道之間分配相應於輸出比特率的比特數。換言之，當相應的熵編碼器2031至203n將來自第一級壓縮系統1的主信息從固定字長轉換成可變字長時，聲道比特分配判決電路209從相應於比特率500kbps的比特數中，分配每個適應量化器2051至205n所用的比特數。
作為這種比特分配處理的結果，在信號電平低的聲道上，壓縮器2021到202n之一所用的相應於100kbps比特率的比特數被降低到，例如相應於10kbps的比特數，鑑於子低音信號聲道頻率範圍有限，由壓縮器用於子低音聲道的相應於100kbps比特率的比特數，減少到例如相應於比特率20kbps的比特數。作為這種在聲道之間動態重分配的結果，分配給一些聲道的冗餘比特能夠被去掉，以將輸出比特率降低到所要求的值(500kbps)。而當比特用量許可時，重新分配冗餘比特給能夠更有效地利用它們的聲道。
在聲道間相應於輸出比特率進行比特分配，引起相應聲道所用比特數的明顯差異。但是，由於採用了可變長度碼，也由於來自第二級壓縮系統2的被壓縮信號經復用器206排列的方式，所以相應聲道所用比特數的差異不引起操作上的問題。而且，相應聲道所用比特數的差異並不妨礙進行同時的壓縮和擴展，這是因為擴展器進行和壓縮器相反的操作。換言之，在任何時間和任何聲道上，擴展器不需要比壓縮器所提供的比特數更多或更小的比特。
指示用於每條聲道量化主信息的比特分配的信息，通過終端2161至216n，被從聲道比特位置判決電路209分別送到自適應量化電路2051至205n。指示用於每條聲道量化輔助信息的比特分配的信息，通過終端2141至214n，被從聲道比特位置判決電路209分別送到輔助信息壓縮器2041至204n。
在自適應量化電路2051至205n中，對每條聲道採用由來自比特分配判決電路209的，指示聲道主信息比特分配的信息所指明的比特數，自適應地量化每條聲道的主信息。輔助信息壓縮器2041至204n，對每條聲道採用由來自聲道比特分配判決電路209的，指示聲道輔助信息比特分配的信息所指明的比特數，壓縮輔助信息(即，比例係數和字長度信息)。
熵編碼器2031至203n及輔助信息壓縮器2041至204n的輸出被送到復用器206。
復用器復用加到該處的熵編碼器2031至203n和輔助信息壓縮器2041至204n的輸出，並將產生的比特流送到輸出端207。來自輸出端的輸出比特流，進而被糾錯電路(未示出)處理，該電路加入糾錯碼和/或調製器，以形成一個記錄在記錄媒體上的比特流。例如，光碟230或電影膠片(未示出)能被用作錄製媒體。或者，可以通過天線231用無線電傳送比特流。也可以通過其它適當的媒體傳輸比特流，例如，衛星廣播、電纜、銅線或光纖傳輸系統、ISDN系統、etc。
現在將參考圖3描述由上述耦合電路220所完成的處理。
圖3表示完成所有聲道之間的耦合的耦合電路220的結構。在圖3中，每一聲道CH1至CHn中的數字聲音信號分別由相應的低通濾波器2211至221n和高通濾波器2221至222n分割成較低頻段信號和高頻段的信號。每條聲道中較低頻段信號和高頻段信號的頻率範圍分別為0Hz到11KHz和11到22KHz。例如，可以由適當的正交鏡象濾波器(QMFS)來提供低通濾波器2211到221n和高通濾波器2221到222n的功能。
來自低通濾波器2211到221n的頻率範圍在0Hz到11KHz之間的低頻段信號，通過終端2241至224n分別被加到第一級壓縮器2021到202n上。另一方面，來自高通濾波器2221到222n的，頻率範圍11KHz到22KHz的高頻段信號，通過終端2261至226n，分別被加到加法電路223上。加法電路將所有聲道的高頻段信號加在一起，生成一個單一的組合高頻段信號，它又通過終端225將該組合高頻段信號加到第一級壓縮器電路2021上。
相應聲道的高頻段信號被組合在一起，形成單一組合的高頻段信號，它只和一個聲道的較低頻段信號一起被處理，因為我們知道人類的聽覺在高頻時，對方向不敏感。因此，聽者難以分辨多個揚聲器中哪一個產生高頻聲音。聲音的頻率越高這就變得越困難。我們的實驗表明，人類的聽覺對於頻率高於3KHz的聲音的方向幾乎沒有感知能力。
因此，如果音響系統至少有兩條聲道，並且從一條聲道的揚聲器重新生成所有聲道的高頻段信號，那麼，聽者難以感知哪個揚聲器在產生聲音。因此，累加所在聲道的高頻段信號，以生成一個組合的高頻段信號，以及用音響系統的至少一個揚聲器來重新生成組合的高頻段信號，不會引起音響系統的方向特性的明顯降低。
因此，在耦合電路202中，組合多聲道音響系統各聲道的高頻段信號並且按單一聲道的高頻段信號來處理所得的組合高頻段信號，這使得無需在輸出比特流中包括單個聲道的高頻段信號。這就能從輸出比特流中，將代表單個聲道的高頻段信號的所需比特省去，這樣就節省了代表多聲道音響系統的聲音信號所需的比特數。
在上述實施例中，較低頻段信號是頻帶在0Hz到11KHz之間的信號分量，而高頻帶信號是頻帶在11到22KHz之間的信號分量。但是，由於缺乏對3KHz以上分量的方向感知，低頻帶信號可以是頻率在0Hz到3KHz範圍內的信號分量，且高頻帶信號可以是頻率帶在3到22KHz之間的信號分量。
在以上實施例中，所有聲道的高頻段信號被組合在一起形成組合高頻帶信號，它作為單一聲道的高頻帶信號被壓縮。但是，如果可用比特率允許，則左邊聲道的高頻帶信號可以獨立於右邊聲道高頻帶信號組合在一起，以提供兩個組合高頻帶信號，它們作為兩個聲道的高頻帶信號被壓縮。或者，前面聲道的高頻帶信號獨立於環繞聲道的高頻帶信號而被組合在一起，以提供兩個組合高頻帶信號。
現在將參考圖4描述圖1所示的，第一級壓縮系統1中的壓縮器2021至202n的實際結構。在圖1所示的壓縮器2021至202n中，每個聲道中的數字聲音信號，例如可以是PCM聲音信號能採用子頻帶編碼(SBC)，自適應變換編碼(ATC)，和自適應比特分配(APC-AB)進行壓縮，圖4表示聲道CH1中的壓縮器2021的結構。壓縮器2022至202n的結構也類似，但由於聲道CH2至CHn的高於11KHz的高頻帶信號由耦合電路220(圖1)進行提取，所以，這些壓縮器沒有頻帶分割濾波器11和高頻帶處理電路29。而且，壓縮器2021沒有頻帶濾波器11，因為這個濾波器的功能由耦合電路202中的濾波器來提供。在當前代理人之一(Sony公司)所有的美國專利No.5,301,205中更詳細地公開了壓縮器的結構。
在當前實施例中，聲道CH1中的數字聲音信號由非塊形成頻帶劃分濾波器劃分成多個頻帶。來自頻帶劃分濾波器的每個頻率範圍內的頻帶信號按時間被動態地劃分成塊，並且每個頻帶的每個塊從時域進行正交變換，以生成一組頻段的頻譜係數。自適應地將量化比特分配給頻譜係數，該頻譜係數按頻率劃分成頻帶，最好為臨界頻帶，或是通過按頻率劃分較高頻帶而得到的子頻帶。這樣就使人類聽覺的心理聲學特性在考慮的範圍之內。
通過頻帶劃分濾波器對數字聲音信號的非塊形成頻帶劃分，產生相等帶寬的頻帶，但是，頻帶帶寬最好隨著頻率的增加而增加。頻帶信號按時間被劃分成的塊的長度相應於正交變換前的數字聲音信號或頻段信號的動態特性而自適應地改變。塊自動調節用於每個臨界頻帶或是按頻率分割較高頻臨界頻帶所得的每個子頻帶的頻譜係數。
臨界頻帶是由考慮人類聽覺的頻率鑑別特性的分頻系統所產生的頻帶。臨界頻帶是噪聲頻帶，它能被和噪聲頻帶有相同強度並具有噪聲頻帶中心頻率的純聲音所覆蓋。臨界頻帶的寬度隨著頻率的增加而增加。0Hz到20或22KHz的音頻範圍一般被劃分成25個臨界頻帶。
在此對臨界頻帶作了說明後，應當理解較高頻率臨界頻帶能可選擇地被劃分成多個子頻帶。當較高頻率關鍵頻帶被劃分成子頻帶時，對臨界頻帶的說明也適用於較高頻率臨界頻帶所被劃分成的子頻帶。
在圖4中，聲道CH1中的數字聲音信號，例如是0Hz到22KHz頻帶內的PCM音頻信號，被加到輸入端10。數字聲音信號被頻帶劃分濾波器11劃分成較低頻段0Hz到11KHz的頻段信號和頻段在11到22KHz內的高頻段信號，該濾波器最好是正交鏡象(QMF)濾波器。頻率段在0Hz到11KHz內的較低頻帶信號又被頻帶劃分濾波器12進一步劃分成在頻率段0Hz到5.5KHz之內的低頻段信號，以及頻段5.5到11KHz之間的頻段信號。該頻帶劃分濾波器最好也是一個QMF濾波器。
來自頻帶劃分濾波器11的高頻段信號被送到正交變換電路13，以及塊長度判決電路19上，正交變換電路13最好是改進的離散餘弦變換(MDCT)電路。來自頻帶劃分濾波器12的中頻段信號被送給MDCT電路14，以及塊長度判決電路20。來自頻帶劃分濾波器12的低頻段信號被送到MDCT電路14，以及塊長度判決電路21。
圖5A和5B表示了為了由MDCT電路13、14、15進行正交變換，而將三個頻帶中數字聲音信號劃分成的塊的實際例子。三個頻帶中塊的塊長度由塊長度判決電路19、20和21動態地確定。圖5A和5B分別表示長模式的塊，其中頻帶信號在具有較長長度的塊中作正交變換，和短模式的塊，其中頻段信號在具有較短長度的塊中作正交變換。附加地或可選地，頻帶信號能在與所示的不同的塊長度組合中作正交變換。
在圖5A和5B所示的例子中，三個頻帶信號每個都有兩種可能的塊長度，它們在其中作正交變換。每個塊中頻段0Hz至5.5KHz內的低頻段信號和中頻段5.5KHz至11KHz內的中頻段信號的採樣數在圖5A中所示的長模式中被置為128，而在圖5B所示的短模式中被置為32。另一方面，每塊中頻段11KHz到22KHz內高頻段信號的採樣數在圖5A所示的長模式中被置為256，且在圖5B所示的短模式中被置為32。以這種方法，當選定短模式時，作正交變換的塊中的採樣數對所有頻段都置為相同。隨著頻率的增加，這降低了頻率解析度，而同時作為將幀劃分成更多的塊的結果，時間解析度得到了增加，塊長度判決電路19，20，21分別將它們確定的指明塊長度的信息送給MDCT電路13、14、15，以及自適應比特分配和量化電路16、17和18，以及送給輸出端23、25和27。
自適應比特分配和量化電路16、17和18將由MDCT電路13、14和15生成的頻譜係數按頻率劃分成臨界頻帶，並且歸一化和重量化每個臨界頻帶中的頻譜係數。為了在每個臨界頻帶中歸一化頻譜係數，自適應比特分配和量化電路為每個臨界頻帶確定一個比例係數，並分別將比例係數送到輸出端22、24和26。
自適應比特分配和量化電路16、17和18用以在每個臨界頻帶中重量化和歸一化頻譜係數的比特數取決於從相應塊長度判決電路19、20和21中所接收的塊長度信息，和被分配用以重量化臨界頻帶頻譜係數的比特數，後面將描述在臨界頻帶之間確定量化比特分配的自適應比特分配電路。
來自自適應比特分配和量化電路16、17和18的，經重新量化的頻譜係數分別被送到輸出端22、24和26。最後，自適應比特分配和量化電路16、17和18將指示用於重量化每個臨界頻帶頻譜係數的比特數的字長度信息，分別送給輸出端22、24和26。
在確定臨界頻帶之間量化比特的分配時，通過在每個臨界頻帶中計算由MDCT電路13、14和15所生成的頻譜係數幅度的均方根值來確定每個臨界頻帶中的信號能量，作為頻帶的強度。另外，每個臨界頻帶的比例係數也能用作臨界頻帶的強度，在這種情況下，無需在每個臨界頻帶中進一步計算信號能量，因此硬體的規模可以相對地減小。每個臨界頻帶中頻譜係數幅度的峰值或平均值也可以代替頻譜係數的能量被用作臨界頻帶的強度。
在圖4所示的例子中，數字聲音信號的帶寬被置為0Hz到22KHz，這樣，就能使用處理這個標準頻帶的通用LSI。但是，如果在多聲道信號壓縮器中包括有耦合電路220(圖1)，那麼電路就能被簡化，因為只用低頻帶壓縮電路28就能處理聲道CH2到CHn中的數字聲音信號，11KHz以上的高頻段信號被耦合電路220從聲道中去除了。因此，當用耦合電路220處理八條聲道中的數字聲音信號時，需要八個低頻帶壓縮器電路28，每條聲道一個低頻帶壓縮電路，而所有聲道僅需一個高頻帶壓縮電路。因此，只有聲道CH1需要高頻帶壓縮器29來壓縮由耦合電路220生成的組合高頻帶信號。任何壓縮器電路中都無需QMF 11，因為濾波由耦合電路進行。儘管如上所述，組合高頻段信號是由壓縮器2021進行壓縮的，作為另一種方法它還能被其它壓縮器壓縮。
圖6表示了自適應比特分配和量化電路16、17和18(圖4)的自適應比特分配電路800的細節，自適應比特分配電路800確定了用於重新量化每個臨界頻帶頻譜係數的量化比特的分配。在圖6中，來自MDCT電路13、14和15(圖4)的頻譜係數經自適應比特分配和量化電路800的輸入端801被送到頻帶強度計算電路803。頻帶強度計算電路根據正交地變換頻段信號的每個塊所得到的臨界頻帶的一組頻譜係數為每個臨界頻帶計算強度。通過計算臨界頻帶中頻譜係數幅度的均方根值來計算臨界頻帶的強度。作為代替的方法，可以從臨界頻帶中頻譜係數的幅度的峰值或平均值、歸一化臨界頻帶中的頻譜係數所得的比例係數、或其它方法得到頻帶大小強度。
如圖8所示，頻帶強度計算電路803為每個臨界頻帶提供一頻帶強度作為其輸出。為了簡化，圖8隻表示了12個頻帶(B1到B12)以代表臨界頻帶，和較高頻臨界頻帶被劃分成的子頻帶。
由頻帶強度計算電路803所計算的頻帶強度被送到信號譜相關比特分配電路804。信號譜相關比特分配電路採用會產生白噪聲譜的量化噪聲的方式，響應每個臨界頻帶的強度對數，在臨界頻帶之間分配相應於塊802所指示的比特率的固定數目的量化比特。
噪聲譜相關比特分配電路805根據允許的噪聲頻譜來進行比特分配，以在臨界頻帶之間分配相應於塊802所指示的比特率的固定數目的量化比特。噪聲譜相關比特分配電路805接收來自頻帶強度計算電路803的每個臨界頻帶的頻帶強度。響應頻帶強度的頻譜，噪聲譜相關比特分配電路確定所允許的噪聲頻譜，也說是將掩蔽考慮在內的每個臨界頻帶的允許噪聲電平。然後，噪聲譜相關比特分配電路在臨界頻帶之間分配相應於比特率的固定數目的比特，以產生所要求的允許噪聲頻譜。
比特分配比判決電路809在信號譜相關比特分配和噪聲譜相關比特分配之間分配由塊802指明的，總的可用數目的量化比特，例如相應於128kbps的比特。比特分配比判決電路809，根據聲道聲音信號的音調，也就是聲音信號的頻譜平滑度來確定兩種不同類型比特分配之間的分配比率。由頻譜平滑性計算電路808所計算的頻譜平滑度係數指明聲音信號的頻譜平滑度，並被送到比特分配判決電路。
比特分配判決電路生成兩個控制信號，分別指示比特分配率和比特分配率的補數，並將它們分別送到乘法器811和812。乘法器811用比特分配率乘由信號譜相關比特分配電路804所產生的固定數目比特的分配。乘法器812用比特分配率的補數乘由噪聲譜相關比特分配電路805所產生的固定數目比特的分配。
加法器將由乘法器811所確定的每個臨界頻帶的信號譜相關比特數和由乘法器812所確定的每個臨界頻帶的噪聲譜相關比特數相加，給出一個量化比特總數，用於量化臨界頻帶中的頻譜係數，並將結果送到輸出端807。這樣實際上用於在每個臨界頻帶中重新量化頻譜係數的信號譜相關比特數和噪聲譜相關比特數之比根據聲道中聲音信號的頻譜平滑度而變化。響應自輸出端807接收到的結果，自適應比特分配和量化電路16、17和18(圖4)中的量化器(未示出)，用為量化臨界頻帶頻譜係數而分配的量化比特總數來重新量化每個臨界頻帶中的每個頻譜係數。
噪聲譜相關比特分配電路805包括一個允許噪聲頻譜計算電路，它通過考慮頻帶內聲音信號的掩蔽，來計算所允許的噪聲頻譜。掩蔽是指當一個聲音被另一個聲音掩蓋時，使人的聽覺感覺不到的現象。掩蔽包括在時間域由聲音造成的臨時掩蔽，和在頻段由聲音造成的同時掩蔽。作為掩蔽的結果，遭到臨時或同時掩蔽的任何噪聲都將聽不到。因此，在聲道的數字聲音信號的臨時或同時掩蔽範圍內的噪聲被認為是可允許的噪聲。
圖7表示允許噪聲頻譜計算電路805的實際例子的框圖。在圖7中，來自MDCT電路13、14和15的頻譜係數被送到輸入端521，在此它們經過頻帶強度計算電路522。頻帶強度計算電路通過計算臨界頻帶中頻譜係數的幅度之和來確定每個頻帶的強度。或者，也可以利用臨界頻帶頻譜係數幅度的峰值，RMS或平均值以及臨界頻帶的比例係數。由頻帶強度計算電路522計算的臨界頻帶強度的頻譜一般被叫作樹皮頻譜。圖8表示了一個典型的樹皮頻譜SB，但為了簡化畫圖只表示了12個臨界頻帶B1至B12。
為了確定樹皮頻譜的掩蔽效果，對樹皮頻譜SB進行卷積處理，即樹皮頻譜的值與預定加權函數相乘，得到的積被加在一起。為此，來自頻譜強度計算電路522的樹皮頻譜值被送到卷積濾波器523。選擇性地，由圖6所示的頻帶強度計算電路803所計算的頻帶強度能通過終端540被接收並用作樹皮頻譜。如果這樣做的話，頻帶強度計算電路522能被省去。
卷積濾波器523包括多個延遲元件，它們順序地延遲樹皮頻譜的值，多個乘法器，例如25乘法器，一個臨界頻帶一個，用於用加權函數乘以每個延遲元件的輸出，以及一個加法電路用於累加乘法器的輸出，剛才描述的卷積處理從圖8所示樹皮頻譜中得到也在圖8中所示的掩蔽頻譜MS。
用在卷積濾波器電路523中的加權函數的實際例子對乘數M－1、M－2、M－3、M＋1、M＋2和M＋3分別為0.15、0.0019、0.0000086、0.4、0.06和0.007。乘數M的加權係數是1，且M是從1到25的任意整數。
卷積濾波器523的輸出被送到減法器524，以得到和每個臨界頻帶中所允許噪聲電平相對應的卷積域電平a，和允許噪聲電平相應的卷積域電平a是這樣一個電平，即在經反卷積之後，它將給出每個臨界頻帶的允許噪聲電平。
代表掩蔽電平的容許函數被加到減法器524上，以得出電平a。通過增大或減小容許函數來控制電平a。容許函數由後面將會描述的(n－ai)函數發生器525提供。
當臨界頻帶數是i時，最低頻率臨界頻帶數是1，由以下等式來確定相應於允許噪聲電平的電平aa＝S－(n－ai)…(1)其中n和a分別是常數(a＞0)，且S是經卷積處理的樹皮頻譜的密度。在等式(1)中，(n－ai)代表容許函數。在優選實施例中，n被置為38且a被置為-0.5。有了這些設置，當經壓縮的信號被擴展時，不會損害聲音的質量，因此就獲得了一個令人滿意的被壓縮信號。
如上所述確定的電平a被送到除法器526，它對卷積域內的電平a進行反卷積。按這種方法，掩蔽頻譜變成了允許的噪聲頻譜。儘管反卷積一般要求複雜的算術操作，但是，在現有實施例中採用了簡單的除法器526來進行反卷積。
掩蔽頻譜，即每個臨界頻帶的掩蔽電平通過合成電路527被送到減法器528，它也通過延遲電路529從頻帶強度計算電路522或從頻帶強度計算電路803(圖6)接收上述樹皮頻譜SB。減法器528從樹皮頻譜SB中減去掩蔽頻譜，這樣，如圖9所示，掩蔽電平MS之下的樹皮頻譜SB部分被掩蓋。考慮到在減法器528之前的電路中的處理延遲，延遲電路529延遲樹皮頻譜。
減法器528的輸出通過允許噪聲頻譜校正電路530被送到輸出端531。輸出端531的輸出被送到ROM(未示出)，其中存貯了多組被分配的比特數。輸出端531的輸出從ROM中選擇一組被分配的比特數，即分配給每個臨界頻帶的比特數。ROM將這組被分配的比特數送到輸出端，作為如圖6所示噪聲譜相關比特分配電路805的輸出。
如圖9所示，合成電路527用掩蔽頻譜MS來分析表示所謂最小可聽電平曲線RC的數據，最小可聽電平曲線代表人類聽覺的另一特性，並由最小可聽電平曲線生成器523提供。絕對電平低於最小可聽電平曲線的噪聲不能被聽到。對於給定的量化，最小可聽曲線的形狀取決於重放的音量。但是，由於用實用16-bit數字系統的動態範圍表示數字聲音信號的方法差別不大，如果人耳最敏感的頻帶內聽不到量化噪聲，即4KHz附近的頻帶，那麼能假定在其它頻帶內聽不到低於最小可能電平曲線的量化噪聲。因此，當和由系統所設置的字長度相對應的4KHz附近的量化噪聲末被聽到時，能通過合成最小可聽電平曲線RC和掩蔽頻譜MS來提供允許噪聲電平。每個臨界頻帶中，所產生的允許噪聲電平可以達到由圖9中的陰影部分所指明的電平。在這個實施例中，在4KHz的最小可聽電平曲線的電平被設置成和採用例如20bits量化時對應的最小電平相應的電平。圖9還表示了信號頻譜SS。
允許噪聲頻譜校正電路530，在減法器528的輸出端，根據例如由校正信息電路533生成的等音量曲線，校正允許噪聲頻譜。等音量曲線也是人類聽覺的另一特性。這一曲線是通過確定各種頻率在與1KHz單音聽到的強度相同時的聲音壓力電平而得到的。等音量曲線和圖9所示的最小可聽曲線RC基本一樣。根據等音量曲線，當4KHz的聲音的聲壓電平比1KHz的聲音的聲壓電平小8到10dB時，所聽到的4KHz附近的聲音和1KHz的聲音強度一樣。另一方面50Hz附近的聲音的聲壓電平必須比以同樣強度聽到的1KHz的聲音的聲壓電平大15dB。出於這種原理，高於最低可聽電平曲線的噪聲應該具有相應於等音量曲線的曲線給出的頻率特性。應當看到，調整系統和人類的聽覺特性相適應要求考慮等音量曲線來校正允許噪聲頻譜。
現在返回圖6，兩種比特分配技術，即噪聲譜相關比特分配和信號譜相關比特分配之間的聲道總可用比特數分配比，是由比特分配比判決電路809響應由頻譜平滑性計算電路808所計算的頻譜平滑性指數來設置的。頻譜平滑性指數表明聲道的數字聲音信號的頻譜的平滑性。現在將描述在兩種比特分配技術之間分配總的可用比特數的實用方法。
來自MDCT電路13、14和15(圖1)的頻譜係數通過輸入端801被送到頻譜平滑性計算電路808，808還被加上來自頻帶強度計算電路803的輸出。頻譜平滑性計算電路808計算指明數字聲音信號的頻譜平滑性的指數。在本實施例中，信號頻譜相鄰值之差的絕對值之和被信號頻譜絕對值之和去除後，作為指數使用。例如，頻譜平滑性計算電路能計算相鄰頻帶強度值之差的絕對值之和與所有頻帶強度之和的商，以此作為頻譜平滑性指數，即，I=0.5i=1n|Si-Si-1|]]>i=1n|Si|]]>其中，I是頻譜平滑性指數，Si是第i個臨界頻帶的頻帶強度。
從頻譜平滑性計算電路808將頻譜平滑性指數送到比特分配率判決電路809，809設定根據信號譜相關比特分配所分配的比特，和根據噪聲譜相關比特分配所分配的比特之間的比特分配比。比特分配率判決電路809接收來自塊802的指明總可用比特數的信息。比特分配率判決電路設置比特分配率，這樣，隨著來自頻譜平滑性計算電路808的頻譜平滑性指數的增加(表明數字聲音信號的頻譜的平滑性降低)，由噪聲譜相關比特分配分配更多的比特，而由信號譜相關比特分配更少的比特。
比特分配率判決電路809將指示比特分配率的控制信號送到乘法器811，並且將代表比特分配率的補數(1減去分配率)的控制信號送到乘法器812。根據分配率，乘法器811調整信號譜相關比特分配，乘法器812調整噪聲譜相關比特分配。
當數字聲音信號的頻譜平滑時，代表來自比特分配率判決電路809的比特分配率的控制信號，假定一個值0.8來由信號譜相關比特分配來分配更多的比特。代表送到乘法器812的比特分配率的補數的控制信號被置為1－0.8＝0.2。乘法器811用0.8乘以來自信號譜相關比特分配電路804的比特分配信息，而乘法器812用0.2乘以來自噪聲譜相關比特分配電路805的比特分配信息。加法器806將乘法器811和812的輸出相加，以為每個臨界頻帶提供總的比特分配。總的比特分配被送到輸出端807。
圖10表示多聲道擴展器100的結構，它是圖1所示多聲道壓縮器200的相對部分。在圖10中，從錄音媒體(或在發送後被接收)再生的比特流在糾錯之後被送到去復用器141。去復用器141將經糾錯的比特流分解成每條聲道的熵編碼主信息和被壓縮的輔助信息。去復用器將經熵編碼的主信息送到第二級擴展器130，將被壓縮的輔助信息送到輔助信息擴展器1041至104n。
第二級擴展器130，熵解碼器1311至131n為其相應的聲道解碼經熵編碼的主信息，以為每一聲道中的每個頻段生成一組被量化的頻譜係數。每組被量化的頻譜係數由固定長度的字組成，即對每個臨界頻帶中的頻譜係數用相同數目的比特進行量化。由於加到原始數字聲音信號上的耦合處理，所以，只有聲道CH1的熵解碼器在三個頻段的每一個當中產生一組經量化的頻譜係數。聲道CH2到CHn的熵解碼器1312到131n每個只為低和中頻帶生成一組經量化的頻譜係數。
輔助信息擴展器1041到104n為每條聲道擴展從乘法器141接收到的被壓縮的輔助信息，並且將為每條聲道的每個頻段所產生的輔助信息送到第一級擴展器120的擴展器1021到102n相應的一個之中。例如，輔助信息擴展器1041將聲道CH1的三個頻帶的輔助信息送到聲道CH1的擴展器1021的輸入端123、125和127上。同樣，由於對原始數位訊號的耦合處理，聲道CH2到CHn的輔助信息解碼器1042到104n只將低頻段和中頻段的輔助信息提供給相應的擴展器1022到102n。
第二級擴展器130將每條聲道的每個頻帶的一組經量化的頻譜係數送給第一級擴展器120的輸入端。例如，聲道CH1的熵解碼器1311將聲道CH1的三個頻段中每一個的一組經量化的頻譜係數送給第一級擴展器120中的擴展器1021的端子122、124和126。
下面將描述第一級擴展器120中聲道CH1的擴展器1021。聲道CH2到CHn的擴展器1022到102n也一樣，除了它們沒有高頻帶解量化器116和反向MDCT電路113，也可能沒有反向正交鏡像電路111。
解量化電路116、117、118採用相應的字長度信息釋放加在相應頻帶內一組經量化的頻譜係數上的自適應比特分配。產生的每一頻帶中均勻量化的頻譜係數被送到相應的一個反向正交變換電路113、114和115上。
反向正交變換電路IMDCT電路113、114、115，是較好的反向MDCT電路，它們對相應頻帶內的一組經均勻量化的頻譜係數進行反向正交變換，以在相應頻帶中生成時域信號塊。在進行反向MDCT的過程中，加在頻譜係數上的塊自動定位被釋放。反向量化鏡像濾波器(IQMF)電路112和111將相應頻帶中的時域信號組合成全頻域數字聲音信號，它被送到輸出端110。
如果不對送到圖1所示的多聲道信號壓縮器中的第一級壓縮系統1的數字聲音信號進行耦合，那麼擴展器1022到102n也必須每個都包括解量化器116，IMDCT電路113，和IQMF 111，來處理每個聲道的高頻段。
如果對數字聲音信號進行了耦合，最好由聲道CH1處理中心聲道，這樣就由中心揚聲器重放高頻段信號。或者，IQMF 111也能被包括在多於聲道CH1的聲道中。在包括IQMF 111的聲道中，IQMF 111將被用於合成來自聲道CH1IMDCT 113輸出的組合高頻段時域信號和來自本聲道IQMF 112輸出的較低頻時域信號。這樣，就從多於一個的揚聲器重放組合的高頻段信號。
以上描述是參考八聲道音響系統進行的。但是，這裡描述的設備是模塊化的，它能用於處理具有多於2的任何數目聲道的多聲道音響系統中的聲音信號。
儘管這裡已詳細描述了本發明的說明性實施例，但是應當理解，本發明不限於所描述的具體實施例，可以在所附權利要求所定義的發明範圍內進行各種修正。
權利要求
1.在多聲道音響系統的相應聲道中壓縮數字聲音信號的多聲道信號壓縮器，該裝置包括第一級壓縮系統，包括耦合設備，用於進行至少兩條聲道的數字聲音信號之間的耦合，以為每個聲道生成一個經過耦合處理的信號，以及從該耦合設備接收經耦合處理的信號的壓縮器設備，用於將每個耦合信號按頻率劃分成相應頻帶中的頻帶信號；以及壓縮通過劃分每個經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號，以生成第一級經壓縮信號；第二級壓縮系統包括判定設備，從第一級壓縮系統為每條聲道接收第一級壓縮的信號，根據每條聲道的第一級壓縮信號確定每條聲道的能量，聲道比特分配判定設備，它響應判定設備進行操作，用於在聲道之間分配預定數目的比特，以為每條聲道分配一定數目的比特，用於進一步為每條聲道壓縮第一級壓縮信號的輔助壓縮器設備，壓縮器設備利用由聲道比特分配設備為每條聲道分配的比特數進行壓縮。
2.權利要求1的多聲道信號壓縮器，其中耦合設備至少在起碼兩條聲道的數字聲音信號的高頻帶部分之間進行耦合。
3.權利要求2的多聲道信號壓縮器，其中耦合設備從至少兩條聲道的數字聲音信號的高頻率部分生成耦合信號；壓縮器設備將耦合信號作為一個經過耦合處理信號的高頻段部分來進行壓縮。
4.權利要求3的多聲道信號壓縮器，其中耦合設備在其間進行耦合的至少一個數字聲音信號包括一個較低頻帶部分，這部分不被耦合設備耦合；壓縮器設備壓縮至少一個數字聲音信號的較低頻段部分。
5.權利要求2的多聲道信號壓縮器，其中數字聲音信號的高頻帶部分有至少3KHz的最低頻率。
6.權利要求1的多聲道信號壓縮器，其中第一級壓縮信號包括固定長度的碼字；附加壓縮器設備包括可變長度編碼設備，用於將第一級壓縮信號的固定長度碼字轉換成可變長度碼，這樣較經常地出現的固定長度碼字被轉換成具有較短字長度的可變碼字。
7.在多聲道音響系統的相應聲道中，用於壓縮數字聲音信號的方法，該方法包括步驟在至少兩條聲道中的數字聲音信號之間進行耦合，以為每條聲道生成一個經過耦合處理的信號；將經過耦合處理的信號按頻率劃分成相應頻帶內的頻帶信號；將通過劃分每個經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號進行壓縮，以生成第一級壓縮信號；從每一聲道的第一級壓縮信號判定每一聲道的能量；響應在判定步驟所確定的每一聲道的能量，在聲道之間分配預定數目的比特，以給每一聲道分配一些比特；並且利用通過分配步驟為每條聲道分配的比特數，進一步為每一聲道壓縮第一級壓縮信號。
8.權利要求7的方法，其中，在進行耦合的步驟中，至少在起碼兩條聲道中的數字聲音信號的高頻帶部分進行耦合。
9.權利要求8的方法，其中在進行耦合的步驟中，通過在至少兩條聲道中的數字聲音信號的高頻帶部分之間進行耦合而生成耦合信號；作為一個經過耦合處理的信號的高頻部分，對耦合信號進行頻率劃分和壓縮。
10.權利要求9的方法，其中，在進行耦合的步驟中，至少兩條聲道中的數字聲音信號的高頻帶部分有至少3KHz的最低頻率。
11.通過一種用於在多聲道音響系統的相應聲道中的壓縮數字聲音信號的方法產生的信號被錄在一種錄音媒體上，該方法包括步驟在至少兩條聲道的數字聲音信號之間進行耦合，為每條聲道產生一個經過耦合處理的信號；將經過耦合處理的信號按頻率劃分成相應頻帶中的頻帶信號；壓縮通過劃分每個經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號，生成第一級壓縮信號；根據每條聲道的第一級壓縮信號來確定該聲道的能量；根據判定步驟確定的每一聲道的能量，在聲道之間分配預定數目的比特，以給每一聲道分配一些比特；進一步為每一聲道壓縮第一級壓縮信號，以為每一聲道產生一個第二級壓縮信號，採用由分配步驟分配給每一聲道的比特數，為每一聲道壓縮該聲道的第一級壓縮信號；復用所有聲道的第二級壓縮信號，以提供一個比特流；將比特流送到錄音傳輸媒體上。
12.權利要求11的錄音媒體，包括一光碟。
13.通過傳輸媒體在多聲道音響系統的相應聲道中傳輸數字聲音信號的方法，該方法包括步驟在至少兩條聲道的數字聲音信號之間進行耦合，為每一聲道產生一個經過耦合處理的信號；將經過耦合處理的信號按頻率劃分成相應頻帶中的頻帶信號；壓縮通過劃分每個經過耦合處理的信號所獲得的頻帶信號，以生成第一級壓縮信號；從每一聲道的第一級壓縮信號判定該聲道的能量；響應由判定步驟為每一聲道所確定的能量，在聲道之間分配預定數目的比特，以為每一聲道分配一些比特；為每一聲道進一步壓縮第一級壓縮信號，以為每一聲道產生第二級壓縮信號，採用由分配步驟分配給每一聲道的比特數，為每一聲道壓縮該聲道的第一級壓縮信號；復用所有聲道的第二級壓縮信號，以提供一比特流；將比特流送到傳輸媒體上。
14.用於擴展代表多聲道音響系統相應聲道中數字聲音信號的被壓縮信號的多聲道信號擴展器，在壓縮之前，至少兩聲道中的數字聲音信號已經經過耦合，被壓縮的信號包括代表至少兩聲道的數字聲音信號的主信息和輔助信息，該裝置包括用於分解被壓縮信號，以提取主信息和輔助信息的去復用設備；通過把可變長度碼轉變成固定長度碼，擴展來自去復用設備的主信息的第二級擴展器設備；響應來自去復用設備的輔助信息進行操作的第一級擴展器設備，用於進一步擴展來自第二級擴展器設備的固定長度碼，以在至少兩條聲道的每一條中提供一再生數字聲音信號；其中儘管至少兩條聲道之一中的數字聲音信號和至少兩條聲道的另一聲道中的數字聲音信號一般有相同的帶寬，至少兩條聲道的一條中第一級擴展器設備對其進行操作的某些固定長度碼比至少兩條聲道的另一條中第一級擴展器設備對其進行操作的某些固定長度碼代表更窄的帶寬。
15.權利要求14的多聲道信號擴展器，其中主信息包括涉及至少兩條聲道中每一條的多個頻段的信息；第一級擴展器設備包括用於在每個頻帶內為至少兩條聲道的另一條重新構造時域信號的設備，用於在頻段內為至少兩條聲道的每一條合成時域信號，以為至少兩條聲道中的每一條生成再生數字聲音信號的設備。
16.用於擴展代表多聲道音響系統相應聲道中數字聲音信號的被壓縮信號的方法，至少兩條聲道中的數字聲音信號在經壓縮之前已被耦合，被壓縮的信號包括代表至少兩條聲道的數字聲音信號的主信息和輔助信息，該方法包括步驟多路分解被壓縮信號，以提取主信息和輔助信息；通過將主信息的可變長度碼轉換成固定長度碼，擴展在去復用步驟從被壓縮信號中所提取的主信息；用在去復用步驟從被壓縮信號中所提取的輔助信息，進一步擴展通過轉換主信息的可變長度碼所得到的固定長度碼，以在至少兩條聲道的每一條中產生再生數字聲音信號；其中儘管至少兩條聲道之一中的數字聲音信號與至少兩條聲道的另一條中的數字聲音信號通常有相同的帶寬，在至少兩條聲道之一中對其進行進一步擴展操作的某些固定長度碼比在至少兩條聲道的另一條中對其進一步擴展操作的某些固定長度碼代表更窄的帶寬。
17.權利要求16的方法，其中主信息包括關於至少兩條聲道中的每一條的多個頻帶的信息並且其中進一步的擴展包括步驟處理一些固定長度碼，以在至少兩條聲道的每一條的每一頻帶重新構造時域信號，為至少兩條聲道的每一條在頻帶合成時域信號，以為兩條聲道中的每一條產生再生數字聲音信號。
18.在多聲道音響系統的相應聲道中，用於壓縮數字聲音信號的多聲道信號壓縮器，該裝置包括第一級壓縮器設備，用於接收相應聲道的數字聲音信號和壓縮數字聲音信號，以提供相應的第一級壓縮信號；第二級壓縮器設備，用於從第一級壓縮器設備接收第一級壓縮信號；根據相應的一個第一級壓縮信號判定每一聲道的能量；響應為每一聲道所判定的能量，在聲道之間分配比特，給每一聲道分配一些比特；進一步壓縮第一級壓縮信號，以提供相應的第二級壓縮信號，每一聲道中的第二級壓縮信號利用分配給一條聲道的比特數。
全文摘要
在多聲道音響系統的相應聲道中，壓縮數字聲音信號的多聲道信號壓縮器。該裝置包括第一級壓縮系統和第二級壓縮系統。在第一級壓縮系統中，耦合電路進行至少兩條聲道的數字聲音信號之間的耦合，以為第一聲道生成一個經過耦合處理的信號。壓縮器電路從耦合電路接收經過耦合處理的信號，並將每個經過耦合處理的信號按頻率劃分成相應頻帶中的頻帶信號，並壓縮通過劃分每一經過耦合處理的信號所得到的頻帶信號，以生成第一級壓縮信號。在第二級壓縮系統中，判決電路從第一級壓縮系統為每一聲道接收第一級壓縮信號，並且從相應聲道的第一級壓縮信號判定每一聲道的能量。聲道比特分配判決電路響應判決電路進行操作，在聲道之間分配預定數目的比特給每一聲道。最後，輔助壓縮器採用由比特分配判決電路分配給相應聲道的比特數，進一步壓縮每一聲道的第一級壓縮信號。
文檔編號G10L19/008GK1119902SQ94191534
公開日1996年4月3日 申請日期1994年12月7日 優先權日1993年12月7日
發明者赤桐健三, M·F·戴維斯, C·C·託德, Rim·多爾比 申請人:索尼公司, 杜比實驗室許可公司