數字通用盤音頻盤及其播放方法和裝置的製作方法

2023-05-01 09:15:26 2

專利名稱：數字通用盤音頻盤及其播放方法和裝置的製作方法
本申請是申請日為1997年10月20日、申請號為97126076.1、題為「DVD音頻盤，及其播放的裝置和方法」的專利申請的分案申請。
本發明涉及到數字通用盤(DVD)，以及播放DVD地裝置和方法，尤其涉及到音頻DVD(以後稱為「DVD音頻」)及其播放DVD的裝置和方法。
近年來，已經發展了所謂視頻DVD(以下稱為「DVD視頻)，它具有比雷射盤(LD)大得多的存儲容量，以便實現圖像和聲音質量的重大改進。如果DVD僅僅應用到音頻數據的存儲和恢復，這樣的DVD就叫做DVD音頻。DVD音頻提供了存儲和恢復大量與緻密盤(CD)或數字音頻磁帶(DAT)相比具有顯著質量改進的音頻數據的裝置。
通常的CD存儲如線性脈衝編碼調製(PCM)的音頻信號的音頻數據，該音頻數據採用44.1KHz的採樣頻率、被量化成16比特。存儲在CD中的數字數據利用CD播放機變換成模擬信號。CD與以前的密紋播放機(LP)比較使用更方便，但是被認為聲音質量低於模擬LP。這是因為存儲在CD中的音頻信號是以44.1KHz採樣和被量化成16比特。而且，可聽聲頻率範圍一般要超過20KHz，動態範圍要超過120dB。另外，CD僅存儲至多兩個信道的音頻信號，因此不可能存儲和再現有關多信道音樂的音頻數據。在這些情況下，已經提出用增加採樣頻率和音頻信道來改進CD聲音質量的各種方法。
DVD提供以高密度記錄音頻和視頻數據的裝置。在這種情況下，視頻數據以MPEG標準(活動圖像專家組)記錄，而音頻數據以線性PCM格式、道爾貝(dolby)A-3格式，MPEG格式等記錄。因此，DVD視頻播放機設計成能再現記錄在DVD視頻播放機中的視頻和音頻數據。當僅用於存儲音頻數據時，這種存儲視頻數據所必需準備的DVD視頻，從存儲空間的觀點來看是很不經濟的。
由於DVD的音頻數據比CD具有更高的採樣頻率和更大的量化比特數以及更多的信道，所以記錄在DVD視頻中的音頻數據質量高於CD中的音頻數據。即，DVD播放機以多信道再現高質量的音頻數據。
DVD有可能最快以10.08Mbps(兆位/秒)傳送數據。這就使得再現兩個聲道中以192KHz頻率採樣的數據成為可能。這樣也接近1996年4月在日本舉行的先進數字音頻會議上提出的作為下一代先進音頻系統的先決條件的最大採樣頻率。如果音頻數據記錄在DVD音頻中，則DVD播放機能再現超過從DVD視頻再現的顯著改進質量的聲音。
本發明的目的是提供一種用於以線性PCM模式用數據傳送速度限定的信道數來存儲以最大採樣頻率採樣和以最大比特數量化的數字音頻信號的DVD音頻。
本發明另外的目的是提供一種對以最大頻率採樣和以最大比特數量化的數字音頻信號進行壓縮編碼並以線性PCM模式用數據傳輸速度和編碼系統限定的信道數將其存儲的DVD音頻。
本發明另外的目的是提供一種播放以線性PCM記錄的DVD音頻的DVD播放機及其播放方法。
本發明還有的目的是提供一種播放以壓縮編碼的音頻數據記錄的DVD音頻的DVD播放機及其播放方法。
本發明另外一個目的是提供一種通過區別DVD視頻或DVD音頻從而正確地播放DVD視頻或DVD音頻的DVD播放機。
根據本發明的第一個方面，DVD音頻包括用於存儲再現數據的數據區和用於存儲數據信息的信息區，信息區包括視頻標題集(VIDEO_TS)和音頻標題集(AUDIO_TS)的目錄，其中AUDIO_TS目錄包括具有音頻標題信息的音頻管理器(AMG)的信息，其中數據區包括多個音頻標題，每個音頻標題具有其後跟隨有多個鄰接的音頻目標(AOB)的音頻標題集信息(ATSI)，ATSI包括多個音頻數據流屬性，每個音頻數據流屬性具有涉及音頻信道數的音頻編碼模式指示器、第一至第三量化比特數、第一至第三採樣頻率和解碼算法信息，以及每個AOB包括記錄有對應於在音頻數據流屬性中存儲解碼算法的音頻數據的多個音頻包。
根據第二個方面，用於再現本發明DVD音頻的裝置包括用於接收從DVD音頻恢復的音頻數據的數據接收器，通過分析音頻數據的信息產生包括音頻編碼模式指示器、採樣頻率、信道數和量化信息的音頻控制信號或根據AUDIO_TS是否檢測到有效數據來停止播放操作的控制器，根據音頻控制信號把接收的音頻數據解碼、多信道混合、採樣頻率變換和再量化解碼的音頻信號的音頻解碼器，以及把解碼的音頻數據轉換成模擬音頻信號的音頻輸出電路。
根據第三方面，播放本發明DVD音頻的方法，包括步驟當AUDIO_TS目錄包括有效數據時，確定AMG位置、從AMG信息檢查所有DVD音頻的信息，當接收再現音頻標題的指令時，根據AMG的位置信息讀出選擇的音頻標題位置的數據，通過讀音頻標題集信息管理表(ATSI_AMT)的音頻數據流屬性，設置音頻解碼器以執行再現音頻標題的算法。
參考僅作為例子的附圖將更準確地描述本發明。


圖1是DVD目錄結構的例子；
圖2是DVD邏輯數據結構的例子；
圖3是說明視頻管理器(VMG)和VTS(視頻標題集)的結構圖4是說明DVD的VMG結構圖5是說明DVD標題搜索指針表(TT_SRPT)的結構圖6是說明視頻標題集信息(VTSI)的結構圖7是說明視頻標題集信息管理表(VTSI_MAT)的結構圖8A是說明視頻標題集音頻流屬性表(VTS_AST_ATRT)的結構圖8B是說明VTS_AST_ATRT的內部結構圖9A是說明視頻標題集的多信道音頻流屬性表(VTS_MU_AST_ATRT)的結構圖9B是說明視頻標題集的多信道音頻流屬性(1)(VTS_MU_AST_ATR(1))的結構圖9C和9D是說明VTS_MU_AST_ATR(2)的結構圖10是說明DVD音頻的邏輯結構圖11是說明DVD音頻的音頻管理器(AMG)和音頻標題集(ATS)的結構圖12是說明DVD音頻的音頻管理器信息(AMGI)的結構圖13是說明DVD音頻的標題搜索指針表(TT_SRPT)的結構圖14是說明DVD音頻的音頻標題集信息(ATSI)的結構圖15是說明DVD音頻的音頻標題集信息管理表(ATSI_MAT)的結構圖16是說明DVD音頻的音頻標題集菜單的音頻流屬性(ATSM_AST_ATR)的內部結構圖17A是說明DVD音頻的音頻標題集的音頻流屬性表(ATS_AST_ATRT)的結構圖17B是說明DVD音頻的音頻標題集的音頻流屬性(ATS_AST_ATR)的結構圖18A是說明DVD音頻的音頻標題集的多信道音頻流屬性(ATS_MU_AST_ATR)的結構圖18B是說明DVD音頻的音頻標題集的多信道音頻流屬性的第一擴展(ATS_MU_AST_ATR_EXT(1))的結構圖18C是說明DVD音頻的音頻標題集的多信道音頻流屬性的第二擴展(ATS_MU_AST_ATR_EXT(2))的結構圖19是說明DVD音頻的音頻目標集(AOBS)的結構圖20是說明DVD音頻包(pack)結構的圖21A至21D是說明DVD音頻的各種包的結構圖22是說明如圖21A中所示的音頻包中的線性PCM音頻數據包(packet)的圖23是說明DVD音頻的線性PCMA音頻幀的結構圖24A至24C是說明線性PCM的採樣數據排列的圖25是說明DVD音頻線性音頻數據包的結構圖26是說明DVD音頻DTS音頻數據包的結構圖27是說明根據本發明第一實施例DVD音頻播放機的功能性結構的方框圖28是說明如圖27中所示的音頻解碼器的結構方框圖29是說明根據本發明第二實施例DVD音頻/DVD視頻播放機的功能性結構方框圖30是說明如圖29中所示的音頻/視頻解碼器結構方框圖31是說明再現來自DVD音頻播放機中DVD音頻的音頻數據過程的流程圖；和
圖32是說明DVD音頻播放機中音頻解碼器的操作流程圖。
在附圖中，相同的標號表示用作相同功能的部分，涉及到對描述本發明概念不重要的部分，為了方便起見，省略其詳細描述。
DVD音頻的數據結構類似於DVD視頻的數據結構。因此，DVD音頻包括記錄音頻數據的數據區和在音頻數據上記錄信息的信息區。DVD播放機可以以DVD音頻播放機或DVD音頻/視頻播放機形式體現。當然，DVD播放機具有確定插入的DVD是DVD音頻或是DVD視頻的機制。本發明的DVD音頻幾乎具有與DVD視頻相同的結構，利用一些部分地改變了的數據結構獲得高質量的音頻數據。
圖1中所示為記錄在DVD音頻信息區中的基本文件結構以說明DVD視頻和DVD音頻的目錄結構。目錄結構一般包括視頻標題集目錄(VIDEO_TS)，音頻標題集目錄(AUDIO_TS)和用戶定義的目錄。每個目錄包含多個將要分配其名稱的文件。目錄結構表示在盤中文件的位置。連接到VIDEO_TS的文件是為DVD視頻和DVD視頻播放機準備的，而連接到AUDIO_TS的那些文件是為DVD音頻和DVD音頻播放機準備的。
通常，每個DVD視頻和DVD音頻都包含VIDEO_TS和AUDIO_TS。然而，DVD視頻具有的AUDIO_TS是空白的(存儲在DVD視頻盤中的數據上的所有信息都包含在VIDEO_TS中)；而DVD音頻的AUDIO_TS包含關於記錄在盤上的音頻標題位置的信息，DVD音頻的VIDEO_TS包含關於DVD視頻播放機中能再現的信息的標題位置的信息(特別的例如，採樣頻率)。因此，如果DVD在AUDIO_TS中沒有有效數據，就確定為DVD視頻，或相反，即，如果DVD播放機在AUDIO_TS中檢測到有效數據，則確定該盤為DVD音頻。就是說，DVD播放機檢測DVD的AUDIO_TS來辨別DVD視頻和DVD音頻。
在圖1中說明DVD視頻的邏輯數據結構。DVD視頻的邏輯數據結構的概念包括卷空間結構、視頻管理器(VMG)結構、視頻標題集(VTS)結構、和視頻目標設定(VOBS)結構。
參考圖2描述卷空間的邏輯數據結構，它包括卷和文件結構、單獨的DVD視頻區和DVD另外的區域。將要分配DVD視頻數據結構的DVD視頻區包括單獨的VMG和數量從至少1個到最大99個的VTS。VMG分配在DVD視頻區的頭部。每個VTS包括3個或12個文件。
參見圖3說明VMG和VTS結構，所有VOB記錄在相鄰塊之中。每個VOB包括視頻、音頻和子圖數據。VMG包括作為控制數據的視頻管理器信息文件(VMGI)、VOBS的視頻管理器菜單文件(VMGM_VOBS)和VGMI備份文件。每個VTS包括作為控制數據的VTSI、VOBS的視頻標題集菜單(VTSM_VOBS)、VOBS的視頻標題集的標題(VTSTT_VOBS)和VTSI備份文件。VTSTT_VOBS包括多個網孔(C_IDN)。在圖中，C_IDN#表示在VOBS中的網孔ID(識別)號碼，VOB_IDN#表示在VOBS中的VOB ID號碼。
參見圖4，VMGI描述有關VIDEO_TS目錄的信息。VMGI以視頻管理器信息管理表(VMGT_MAT)開始，其後是標題搜索指針表(TT_SRPT)、視頻管理器菜單PGCI單元表(VMGM_PGCI_UT)、雙親(parental)管理信息表(PTL_MAIT)、視頻標題集屬性表(VTS_ATRT)、文本數據管理器(TXTDT_MG)、視頻管理器菜單網孔地址表(VMGM_C_ADT)，視頻管理器菜單視頻目標單元地址圖(VMGM_VOBU_ADMAP)。
參見圖5，以說明在VIDEO_TS目錄下的視頻標題的搜索信息，TT_SRPT以TT_SRPT信息(TT_SRPTI)開始，其後跟隨VIDEO_TS目錄下每個標題的標題搜索指針(TT_SRP)。標題號#的範圍是從1到99。
參見圖6，VTSI提供一個或多個視頻標題和視頻標題集菜單(VTSM)的信息。VTSI描述這些標題的管理信息，如搜索標題部分(PTT)的信息和再現視頻目標設定(VOBS)的信息、視頻標題集菜單(VTSM)以及關於VOBS屬性的信息。
VTSI以視頻標題集信息管理表(VTSI_MAT)開始，其後跟隨有視頻標題集標題部分搜索指針表(VTS_PTT_SPRT)、視頻標題集節目鏈信息表(VTS_PGCIT)、視頻標題集菜單PGCI單元表(VTSM_PGCI_UT)、視頻標題集時間圖表(VTS_TMAPT)、視頻標題集菜單網孔地址表(VTSM_C_ADT)、視頻標題集菜單視頻目標單元地址圖(VTSM_VOBU_ADMAP)、視頻標題集網孔地址表(VTS_C_ADT)、視頻標題集視頻目標單元地址圖(VTS_VOBU_ADMAP)，如圖6中所示。
參見圖7，VTSI_MAT描述在VTST中每條信息的開始地址和在VTS中VOBS的屬性。在該VTSI_MAT中，RBP516到579的VTS(VTS_AST_ATRT)的音頻流屬性表存儲如圖8A中的8個VTS_AST_ATR#0到#7。每個VTS_AST_ATR包括如圖8B中排列的8個字節。每個欄位值表示VTSM_VOBS音頻流的內部信息。參考圖8B描述一個VTS_AST_ATR的內容，b63到b61表示音頻編碼模式，如下面表1所示
表1
b60的多信道擴展用於存儲關於是否進行多信道擴展的信息。也就是說，0b表示不選擇多信道擴展而1b表示根據圖7中VTSI_MAT的RBP792到983中所記錄的VTS_MU_AST_ATRT的信息選擇多信道擴展。
b59到b58的音頻類型如表2中所示。
表2
b57至b56的音頻應用模式如下列表3中所示。
表3
當音頻編碼模式是『000b』時，b55至b54的量化/DRC記錄『11b』。當音頻編碼模式是『010b』或『011b』時，量化/DRC定義為
00b在MPEG音頻流中不存在動態範圍控制數據
01b在MPEG音頻流中存在動態範圍控制數據
10b保留
11b保留
當音頻編碼模式是『100b』時，那麼量化/DRC如下面表4中定義的。
表4
b53至b52的採樣頻率fs如表5中所示。
表5
存儲在b50至b48中的音頻信道數如表6中所示。
表6
此外，圖7的VTSI_MAT中的RBP792至983的VTS的多信道音頻流屬性表提供如圖9A中所示的8個音頻流VTS_MU_AST_ATR#0到#7。每個VTS_MU_AST_ATR包括如圖9B中所示的8位元組的VTS_MU_AST_ATR(1)和如圖9C和9D中所示的16位元組的VTS_MU_AST_ATR(2)。
於是，DVD視頻的信息區VIDEO_TS構成如圖2到9D中所示。這樣的DVD視頻既存儲視頻又存儲音頻數據，因此不能提供高度量的音頻數據。因此，就不可能以DVD的最大速率10.08Mbps在DVD視頻上記錄音頻數據。就是說，在DVD視頻上記錄音頻數據的最大比特速率是6.75Mbps，最大採樣頻率是96KHz。記錄在DVD視頻上的線性PCM多信道音頻數據如表7中所示。
表7
本發明是提供僅記錄音頻數據不包括視頻數據的DVD音頻。因此，DVD音頻就能夠在DVD的最大比特率10.08Mbps的範圍內存儲多信道音頻數據，這種情況不同於DVD視頻。於是，DVD音頻就可使用最高192KHz的採樣頻率，並把音頻信道數擴展到13。
在DVD音頻的信息區中存儲的文件結構基本上與圖1相同。包括在AUDIO_TS目錄中的文件為DVD音頻及其播放機提供。因此，DVD音頻具有AUDIO_TS和VIDEO_TS，其中VIDEO_TS存儲VEG和在DVD視頻播放機中可再現的標題的位置信息。AODIO_TS存儲AMG和在DVD音頻播放機中可再現的標題的位置信息。DVD播放機通過檢測音頻標題集目錄AUDIO_TS的內容確定插入的DVD是否是DVD音頻。
參見圖10，DVD音頻的邏輯數據結構包括卷空間的結構、音頻管理器(AMG)的結構、音頻標題集(ATS)的結構，和音頻目標集(AOBS)的結構。卷空間包括卷和文件結構、單獨的DVD音頻區和DVD其它區域。被分配DVD音頻數據結構的DVD音頻區，包括單獨的AMG和數量從至少1到最大99個VTSS。AMG分配在DVD音頻區的頭部，包括2或3個文件。每個VTS包括3個或12個文件。
AMG和ATS類似於DVD視頻的VMG和VTS的結構，如圖11-17C所示。然而，按照新的DVD音頻採樣頻率，DVD音頻的線性PCM和偽無損失音質編碼數據(pesudo-lossless psychoacoustic coding-PLPCD)的數據結構不適合處理線性PCM、無損失編碼數據或PLPCD。因此，AMG和ATS的數據結構被做成多少有點與VMG和VTS的數據不同。就是說，在VMG和VTS的分配音頻屬性的部分中，為AMG和ATS擴展了分配採樣頻率和信道數的部分。
參見圖11，用於說明AMG和ATS結構，所有AOB記錄在相鄰的塊中。AMG包括作為控制數據的音頻管理器信息文件(AMGI)、AOB的音頻管理器菜單文件(AMGM_AOBS)和AGMI備份文件。每個ATS包括作為控制數據的ATSI、AOBS的音頻標題菜單(ATSM_AOBS)、AOBS(ATSTT_AOBS)的音頻標題集的標題和ATSI備份文件。ATSTT_AOBS包括多個網孔(C_IDN)。在附圖中，C_IDN#表示在AOBS中的網孔ID號碼，AOB_IDN#表示在AOBS中的AOB ID號碼。
參見圖12，AMGI描述有關AUDIO_TS目錄的信息。AMGI以音頻管理器信息管理表(AMGI_MAT)開始，其後跟隨標題搜索指針表(TT_SRPT)、音頻管理器菜單PGCI單元表(AMGM_PGCI_UT)、雙親管理信息表(PTL_MAIT)、音頻標題集屬性表(ATS_ATRT)、文本數據管理器(TXTDT_MG)、音頻管理器菜單網孔地址表(AMGM_C_ADT)，音頻管理器菜單音頻目標單元地址圖(AMGM_AOBU_ADMAP)。
參見圖13，描述在AUDIO_TS目錄下的音頻標題的搜索信息，TT_SRPT以TT_SRPT信息(TT_SRPTI)開始，後面有在AUDIO_TS目錄下的每個標題的標題搜索指針(TT_SRP)。標題號碼#範圍是從1到99。
參見圖14，ATSI為一個或多個音頻標題和音頻標題集菜單(ATSM)提供信息。ATSI描述例如搜索標題部分(PTT)的信息和再現音頻目標集(AOBS)的信息和音頻標題集菜單(ATSM)，以及AOBS的屬性信息的這些標題的管理信息。
ATSI以音頻標題集信息管理表(ATSI_MAT)開始，其後跟隨如圖14中所示的音頻標題集的標題部分搜索指針表(ATS_PTT_SPRT)，音頻標題集節目鏈信息表(ATS_PGCIT)、音頻標題集菜單PGCI單元表(ATSM_PGCI_UT)、音頻標題集時間圖表(ATS_TMAPT)、音頻標題集菜單網孔地址表(ATSM_C_ADT)、音頻標題集菜單音頻目標單元地址圖(ATSM_AOBU_ADMAP)、音頻標題集網孔地址表(ATS_C_ADT)、音頻標題集音頻目標單元地址圖(ATS_AOBU_ADMAP)。
參見圖15，ATSI_MAT描述在ATSI中每個信息的開始地址和在ATS中AOBS的屬性。ATSI_MAT具有RBP260至267的ATSM_AST_ATR、RBP516至579的ATS_AST_ATRT和RBP792至1298的ATS_MU_AST_ATR_EXT。
ATSM_AST_ATR和ATS_AST_ATRT的音頻編碼模式存儲記錄在DVD音頻中的音頻數據的編碼信息。本實施例描述在無損失音質編碼和偽無損失音質編碼(下文稱為「音質編碼」)音頻數據的DVD音頻上的記錄。另外，假設音質編碼模式是以支持無損失音質編碼和偽無損失音質編碼的DTS編碼系統完成的。在這種情況下，DTS編碼模式是可選的，如果b63到b61是『110b』則DTS音頻編碼模式是被選定的。
對於ATSM_AST_ATR的變化，b55到b48的數據模式和定義均被改變。就是說，改變b53到b52的採樣頻率數據，在音頻信道中包括b51的保留位，如圖16中所示。於是，音頻採樣頻率fs的變化如表8中所示。
表8
另外，音頻信道數的變化如表9a和9b中所示。
如圖15所示ATSI_MAT中的RBP516到579的ATS_AST_ATRT存儲如圖17A所示的8個音頻流#0到#7的ATS_AST_ATR，其中每個包括如圖17B所示的8位元組結構，每個欄位值用作ATSM_AOBS音頻流的內部信息。
表9a
表9b
b55到b48的數據模式和定義的變化如圖17B中所示。就是說，在VTS_AST_ATRT的b55到b48中如圖8B中所示，在音頻信道中包括b51的保留位。因此，音頻採樣頻率fs的變化如表8中所示，而音頻信道數的變化如表9a和9b中所示。
在ATS_MU_AST_ATRT中，如圖18B和18C中所示的信息被加到圖9B和9C的信息。該ATS_MU_AST_ATR(1)和ATS_MU_AST_ATR(2)提供關於最多8個信道的音頻數據和信道混合係數的信息，因此就不能提供超過8個信道的線性PCM音頻的信息。本發明可提供多達13個信道信息，因此從第9信道到第13信道的信息記錄在ATS_MU_AST_ATR(1)和ATS_MU_AST_ATR(2)之後的保留區域中。參見圖18A，ATS_MU_AST_ATRT提供13個#0到#12的ATS_MU_AST_ATR，每個具有39位元組，以存儲關於13個音頻信道和混合係數的信息。
每個ATS_MU_AST_ATR包括如圖18B中所示的音頻信道信息和如圖18C中所示的混合係數信息。圖18B僅說明擴展的5個音頻信道ATS_MU_AST_ATR_EXT(1)的信息，而省略存儲8個音頻信道數據信息的ATS_MU_AST_ATR(1)。同樣，圖18C僅說明擴展5個音頻信道ATS_MU_AST_ATR_EXT(2)的信息，而省略存儲8個音頻信道數據信息的ATS_MU_AST_ATR(2)。
ATSI_MAT代表記錄在DVD音頻上的音頻數據的信息，形成每個音頻標題的第一部分並且其後有基本的音頻數據的AOBS。當然，如圖7中所示的VTSI_MAT也代表在記錄在DVD視頻上的關於視頻數據、子圖數據和音頻數據的信息，形成每個視頻標題的第一部分並且其後有基本數據的VOBS。AOBS的構成如圖19中所示，提供多個存儲音頻數據的音頻包。同樣，VOBS的構成類似於圖19，提供多個視頻包、子圖包和音頻包，以分別存儲視頻數據、子圖數據和音頻數據。
AOBS的結構類似於VOBS的結構，因此，描述VOBS的結構將幫助理解AOBS的結構。VOBS包括多個視頻目標VOB_IDN1到VOB_IDNi，其中每個視頻目標依次包括多個網孔C_IDN1到C_IDNj，其中每個網孔依次包括多個視頻目標單元VOBU，其中每個視頻目標單元依次包括多個視頻包。
記錄在DVD視頻中的視頻數據包括多個包，其結構在圖20中說明，沒有填塞(padding)數據包。參見圖20，一個包具有2048位元組的大小，包括14位元組的包頭和2034位元組的多個視頻、音頻、子圖、DSI或PCI的數據包。此外，數據包包頭包括4位元組的包開始碼、6位元組的SCR、3位元組的program_MUX_rate和1位元組的填充長度。
參見圖21A，線性PCM音頻包包括14位元組的包頭和2034位元組的線性音頻數據包。音頻數據包包括1位元組的數據包包頭、1位元組的子數據流識別(sub_stream_id)、3位元組的音頻幀信息和1到2013位元組的線性PCM音頻數據。
參見圖21B，道爾貝AC-3音頻包包括14位元組的包頭和2034位元組的道爾貝AC-3音頻數據包。音頻數據包還包括1位元組的數據包包頭、1位元組的子數據流識別、3位元組的音頻幀信息和1到2016位元組的AC-3音頻數據。
圖21C說明沒有擴展比特流的MPEG-1或MPEG-2音頻包的結構，而圖21D是具有擴展流的MPEG-2的結構。如圖21A到21D所示的音頻包的結構表示在表10中，附加有對應於它們格式的專用數據區。
表10
在表10中，注釋1和2說明如下
註解1「PTS[32...0]」將在其中包括音頻幀的第一採樣的每個音頻數據包中描述。
註解2這些欄位出現在每個VOB的第一音頻數據包中，並在後序的音頻數據包中被禁止。
在如圖21A中所示的線性PCM數據結構的音頻數據包中，除公共數據區之外，記錄在專用數據區中的數據如表11中所示。
在表11中，註解1到10說明如下
註解1***表示解碼音頻數據流號。
註解2「幀標題號碼」說明其第一字節在該音頻數據包中的音頻幀號。
註解3存取單元是音頻幀。第一存取單元是具有音頻幀的第一字節的第一音頻幀。
註解4「音頻重點標記」描述重點狀態。當「音頻採樣頻率」是96KHz時，在該欄位中描述的是「脫離重點」。重點施加到從第一存取單元解碼的所有音頻採樣上。
0b脫離重點
1b加上重點
表11
註解5「音頻消音標記」說明當在音頻幀中所有數據是零時的消音狀態。消音施加到從第一存取單元解碼的所有音頻採樣上。
註解6「音頻幀號」描述在具有『0』和『19』之間數字的音頻幀組(GOF)中第一存取單元的幀號。
註解7「量化字長度」描述被量化的音頻採樣的字長度。
00b16比特
01b20比特
10b24比特
11b保留
註解8「音頻採樣頻率」描述音頻採樣的採樣頻率。
00b48KHz
01b96KHz
其它保留
註解9「信道數」描述音頻信道數。
000b1ch(單聲)
001b2ch(立體聲)
010b3ch(多信道)
011b4ch(多信道)
100b5ch(多信道)
101b6ch(多信道)
110b7ch(多信道)
111b8ch(多信道)
註解10「動態範圍控制」描述壓縮來自第一存取單元的動態範圍的動態字控制字。
在如圖21A到21D所示的音頻數據包中，線性PCM音頻數據包的數據流_id是1011 1101b(專用_數據流_1)，和子_數據流_id 10100***b。AC-3音頻數據包的數據流是1011 1101b(專用_數據流_1)，和子_數據流_id 1000 0***b。MPEG音頻數據包的數據流是1100 0***b或1101 0***b，無子_數據流_id。在數據流_id或子_數據流_id中「***」表示具有在「0」和「7」之間值的解碼音頻流數，該解碼音頻流數不被分配相同數字，這與音頻壓縮模式無關。
圖22說明音頻流和包的結構。用於DVD音頻中的音頻數據可以包括線性PCM數據、道爾貝A-3數據和MPEG音頻數據。音頻流還包括多個音頻包。另外，每個音頻包構成如圖22中所示的2048位元組的一個單元。在這種情況下，根據表12採用對線性PCM音頻編碼的形式。
表12
在表12中，線性PCM的音頻數據流數據包括鄰接的GOF(音頻幀組)，其中每個幀組包括20個音頻幀，除最後GOF之外。最後的GOF包括不多於20個音頻幀。
圖23說明音頻幀的結構。一個音頻幀包括對應於1/600秒的顯示時間的採樣數據。根據48KHz或96KHz的頻率(fs)，一個音頻幀包含80或160音頻採樣數據。一個GOF對應於1/30秒的顯示時間。
圖24A到24C說明對線性PCM的採樣數據校正。採樣數據是由在同一時間從每個信道採樣出的數據形成。因此，採樣數據的大小是隨音頻數據流屬性而變化。採樣數據是連續地排列。在圖24A到20C中示出對每個模式的兩個採樣數據。圖24A說明16比特模式，圖24B說明20比特模式和圖24C說明24比特模式。線性PCM音頻的數據包數據結構如表13中所示。
表13
如果採樣數字小於表13中的數字，填塞數據包的長度就將增加以調節包的大小。採樣將在數據包邊界上調整。就是說，對線性PCM音頻的每個音頻數據包的音頻採樣數據總是從表13中描述的S2n的第一字節開始。對線性PCM的信道分配如下
在立體聲顯示方式中，信道的描述是，ACH0和ACH1分別對應左信道(L-ch)和右信道(R-ch)。多信道編碼要求保持與立體聲方式兼容。
DVD音頻的結構如圖19中所示。由於DVD音頻存儲的是音頻數據，所以不包含視頻包(V_PCK)或子圖包(SP_PCK)，或另外僅僅有它們很小的量。AOBS包括多個作為VOBS使用的數據的包。在圖20和21A到21D中表示一般的音頻包的結構。假設本發明的DVD音頻不使用MPEG和AC-3並用線性PCM和壓縮編碼系系統記錄的音頻數據代替。
表10和11說明DVD視頻的線性PCM音頻數據包，它可通過變換來獲得DVD音頻的線性PCM音頻數據包。所描述的DVD音頻的線性PCM系統，採樣頻率是48.96和192，量化比特數是16、20和24比特，和音頻信道數是從1ch到比特速率容許的最大數。音頻信道的數量由公式1來確定。
公式1
Fs採樣頻率(Hz)→48KHz、96KHz、192
Qb量化比特數→16比特、20比特、24比特
MbγDVD最大數據傳送率(Mbps)→10.08Mbps
N由DVD的數據傳送率、採樣頻率和量化比特數確定的可能的最大信道數
由公式1確定的信道數在表14中示出。
表14
DVD音頻的線性PCM音頻包的結構如圖25中所示，它與圖21A中所示的DVD視頻的結構相同。即，一個音頻包由14位元組的包標題和最大2021位元組的一個或多個線性PCM數據包組成。包標題是基於MPEG2系統層。
線性PCM音頻數據包的結構也是基於MPEG2系統層。線性PCM音頻數據包的構成如表15和16中所示。表15具有與表10相同的結構，而表示4專用數據結構的表16則具有與表11不同的結構。
表15
表16
在表16中，註解1到10說明如下
註解1***表示解碼音頻數據流號。
註解2「幀標題號」說明其第一字節在該音頻數據包中的音頻幀號。
註解3存取單元是音頻幀。第一存取單元是具有音頻幀的第一字節的第一音頻幀。
註解4；「音頻_重點_標記」說明重點的狀態。當「音頻_採樣_頻率」是96KHz時，在該欄位中描述的是「脫離重點」重點被加到從第一存取單元解碼的所有音頻採樣上。
0b脫離重點
1b加上重點
註解5「音頻_消音_標記」說明在音頻幀中所有數據是零(ZERO)時的消音狀態。消音被加到從第一存取單元解碼的所有音頻採樣上。
0b脫離消音
1b加上消音
註解6「音頻幀號」說明在具有『0』和『19』之間數字的音頻幀組(GOF)中第一存取單元的幀號。
註解7「量化_字_長度」描述音頻採樣被量化的字長度。
00b16比特
01b20比特
10b24比特
11b保留
註解8「音頻_採樣_頻率」說明音頻採樣的採樣頻率。
00b48KHz
01b96KHz
10b192KHz
11b保留
註解9「信道數」說明音頻信道數。
0000b1ch(單聲)
0001b2ch(立體聲)
0010b3ch(多信道)
0011b4ch(多信道)
0100b5ch(多信道)
0101b6ch(多信道)
0110b7ch(多信道)
0111b8ch(多信道)
1000b9ch(多信道)
1001b10ch(多信道)
1010b11ch(多信道)
1011b12ch(多信道)
1100b13ch(多信道)
註解10「動態_範圍_控制」說明壓縮來自第一存取單元的動態範圍的動態字控制字。
線性PCM音頻的數據包數據結構和相應的48JHz/192KHz幀大小如表17中所示。
表17
如果採樣數字小於表17中的數字，就可增加填塞數據包的長度以調節包大小。將在數據包邊界校正採樣。就是說，每個音頻數據包的音頻採樣數據是從S2n的第一字節開始。在數據包中的音頻採樣數字總是變成偶數。
於是，在DVD音頻格式中，線性PCM數據是以幀和GOF處理的。DVD音頻可使用192KHz的採樣頻率，由此，線性PCM編碼的基本規則可設定如表18中所示。
表18
當fs是192KHz時，一個音頻幀包含320個音頻採樣數據。一個GOF對應於如DVD音頻中1/30秒的顯示時間。96KHz的採樣頻率用於實現多信道以存儲優質的音頻數據。
當使用48KHz的採樣頻率和16比特的量化來記錄線性PCM音頻數據時，有13個信道是可有效利用的，以便記錄現在多信道音樂需要的10個信道的音頻數據。然而，當使用192KHz的採樣頻率和24比特的量化時，僅有2個信道是可有效用來記錄音頻數據，是不能滿足多信道音樂的要求的。就是說，用高採樣頻率和大的數據比特數是不可能完成多信道音頻功能的。然而，這種限制可用無損失編碼或偽無損失編碼來解決。無損失編碼的壓縮率是大約2∶1，而偽無損失音質編碼的壓縮率是大約4∶1。
假設本發明DVD音頻使用具有大約4∶1的壓縮率的偽無損失音質編碼的DTS(數字影院系統)編碼。此外，DTS還可執行無損失編碼。DTS能提供足夠的信道數，而又不顯著降低聲音的質量。與目前建議的所不同的壓縮編碼算法相比，DTS可完成192KHz採樣頻率和24比特量化的高規格編碼，但已研究出的目前建議的這種算法可使聲音質量變壞極小化而不降低比特速率。DTS具有48KHz、96KHz、和192KHz的採樣頻率，16、20和24的量化比特數，以及具有從1ch編碼到比特速率允許的最大編碼數的信道數。音頻信道數可用公式2來確定。
公式2
Fs採樣頻率(Hz)→48KHz、96KHz、192KHz
Qb量化比特數16、20或24
MbγDVD最大數據傳送率(Mbps)→10.08Mbps
Ccγ偽無損失音質編碼的壓縮率
N由DVD的數據傳送率、採樣頻率和量化比特數確定的最大音頻信道數
假設具有4∶1的壓縮率的DTS編碼用於壓縮編碼，由公式2確定的信道數在表19中示出。
表19
於是，本發明DVD音頻是根據MPEG2系統層的結構構成的，因此，經壓縮編碼的音頻包結構是由14位元組的包標題和每個具有最大2021位元組的壓縮編碼的音頻數據包組成，如圖26中所示。包標題滿足MPEG2系統層的規定。
壓縮編碼的音頻數據包的結構也是基於MPEG2系統層的規定。壓縮編碼的音頻數據包的構成如表20和21中所示。表20具有與表示DVD視頻的線性PCM音頻數據包的表10相同結構。
表20
表21
在表21中，註解1到3說明如下
註解1「子_數據流id」隨壓縮編碼系統變化，所以在DTS情況下變成「1000`1***b」。「***」表示解碼音頻數據流數號碼。
註解2「幀標題數」說明其第一字節是在該音頻數據包中的音頻幀的號。
註解3存取單元是音頻幀。第一存取單元是具有音頻幀的第一字節的第一音頻幀。
於是，DVD音頻具備有多於8個執行壓縮編碼的信道，48KHz、96KHz、和192KHz的可利用的採樣頻率，16、20或24的量化比特數、壓縮率從1∶1到超過5∶1、下混合(down mixing)、動態範圍控制和時間標印記(timestamp)。
使用在本實施例中的DTS壓縮算法具有足夠低的壓縮率以顯著地改進聲音質量，並可有選擇地使用在DVD視頻中。DVD視頻具有DTS包和數據包的結構和DTS的限制項目。對限制項目，壓縮後的比特速率被限制最高達到1.5Mbps並且可壓縮數據的採樣頻率僅是48KHz。然而，在使用DTS算法的本發明DVD音頻中，採樣頻率擴展到192KHz，量化比特數擴展到24比特，多信道數據壓縮到4∶1，由此提供希望的聲音質量。就是說，使用在本發明DVD音頻中的壓縮編碼使用48KHz/96KHz/192KHz的採樣頻率和16比特/20比特/24比特的量化比特數，以便以大約4∶1壓縮多信道線性PCM數據，而沒有降低聲音質量。
DVD音頻可以附加包括VIDEO_TS和VEG的信息區，其結構與在DVD視頻中相同，以便與DVD視頻播放機兼容。然而，DVD視頻把音頻數據流的數據傳送率限制在6.144Mbps之內，如表22中所示。
表22
因此，DVD視頻播放機僅再現在DVD音頻的音頻數據之中滿足DVD視頻規格的數據。由DVD視頻播放機再現的線性PCM數據如表7所示。當然，用DVD視頻播放機播放的壓縮編碼的DTS數據僅是再現由DVD視頻規定的DTS數據流。例如，存儲在DVD中的標題如表23中所示。
表23
然後，VIDEO_TS和VMG與標題1到3的屬性和位置信息一起記錄但不與標題4和5的信息一起記錄。反之，DVD音頻的AUDIO_TS和AMG與所標題1到5的信息一起記錄，因為標題1到3符合DVD視頻和DVD音頻的規格，而標題4和5僅符合DVD音頻的規格。因此，標題4和5僅由DVD音頻播放機播放。如果在數據區中有可利用的空間，則標題4和5就可分別地用降低了的採樣頻率，量化比特數和信道數記錄在可利用的數據空間內、並且關於標題4和5的信息存儲在VIDEO_TS和VMG中。然後，標題4和5就可由DVD視頻播放機再現。
如果壓縮編碼DTS不符合有關數據傳送率、信道數、原始數據的採樣頻率、量化比特數等的DVD視頻的規格，則信息只能記錄在AUDIO_TS和AMG中而不能記錄在VIDEO_TS和VMG中。就是說，僅僅滿足DVD視頻規格的DTS數據流能被記錄在VIDEO_TS和VMG中。為了再現不符合DVD視頻規格的DTS數據流，它們必須編碼以滿足DVD視頻規定的傳送率、信道數、採樣頻率和量化比特數，存儲記錄在VIDEO_TS和VMG中。
DVD音頻的AMG和ATSI_MAT具有與DVD視頻的VMG和VTSI相同的結構。然而，超過DVD視頻規格的音頻數據，例如192KHz的採樣頻率和8個或更多一點的信道生成的音頻數據必須改變，以被DVD視頻播放機再現。因此，盤的製造如下
當記錄在盤上的標題的內容是在DVD視頻規格之內時，保持VMG和AMG中的任何一個，使得VIDEO_TS和AUDIO_TS通過VMG和AMG直接到文件。然後，DVD音頻播放機將文件作為AMG播放同時DVD視頻播放機將文件作為VMG播放。
同時，如果記錄在盤中的任何一個標題具有不滿足DVD視頻的規格的音頻數據流，那麼VMG和AMG一起保持，並且VMG就不與不符合DVD視頻規格的標題的信息一起記錄。當然，AMG就不與其採樣頻率、量化比特數和信道數被改變以與DVD視頻播放機兼容的標題上的信息一起記錄。
然而，當DVD音頻的AMG和ATSI_MAT的構成完全不同於DVD視頻的VMG和VTSI_MAT時，VMG和AMG都必須要有，並且因此VTSI_MAT和ATSI_MAT也都要有。當然，VMG和VTSI_MAT都具備關於符合DVD視頻規格的音頻標題的信息。
播放DVD音頻的裝置可設計與DVD視頻播放機無關，但本發明的DVD音頻播放機可以是與DVD視頻播放機的組合。
參見圖27，以說明DVD音頻播放機的結構，系統控制器111控制整個DVD音頻播放機、為用戶服務的接口的操作。系統控制器111通過檢測包括在VIDEO_TS和AUDIO_TS目錄中的有效數據確定插入的盤是DVD視頻或DVD音頻。當從AUDIO_TS目錄中檢測到有效數據存在時，系統控制器111確定插入的盤是DVD音頻，於是就控制其播放操作。如果從AUDIO_TS中沒有檢測到有效數據存在，系統控制器111確定插入的盤是DVD視頻，於是停止再放操作。
提供拾取設備112來讀取存儲在DVD音頻中的數據。伺服控制器113在系統控制器111的控制下，執行各種伺服功能。數據接收器114分析和校正在從拾取設備112輸出的數據中發生的錯誤，該數據接收器114包括糾錯電路。音頻解碼器115把來自數據接收器114的音頻信息傳送到系統控制器111，在系統控制器111的控制下，解碼接收的音頻數據。
如圖28中所示，根據本發明設計的音頻解碼器115解碼線性PCM音頻數據和壓縮的編碼音頻數據。參見圖28，輸入數據緩衝器211存儲從數據接收器114輸出的音頻數據。數據流選擇器212在系統控制器111的控制下有選擇地輸出從輸入緩衝器211輸入的音頻數據流。線性PCM解碼器213把從數據流選擇器212接收的線性PCM音頻數據解碼成原來的音頻數據。編碼數據解碼器(偽無損失音質解碼電路)214把來自數據流選擇器212的壓縮編碼的數據解碼成原來的音頻數據。輸出緩衝器215存儲由解碼部分213和214傳送的音頻數據。數字音頻格式器216把從解碼部分213和214來的音頻數據轉換成按系統控制器111規定的格式。時序控制器210在系統控制器111的控制下，產生時序控制信號，以控制音頻解碼器115的部分的操作。
數字處理器(高比特、高採樣數字濾波器)116在系統控制器111的控制下對來自音頻解碼器115的音頻數據濾波。音頻輸出電路(高性能數模轉換器和模擬音頻電路)117把來自數字處理116的音頻數據轉換成模擬信號。
參見圖27和28，數據接收器114把經過拾取設備112從DVD音頻再現的音頻數據傳送到音頻解碼器115。再現的音頻數據順序地存入音頻解碼器115的輸入緩衝器211中。存在輸入緩衝器211中的音頻數據被數據流選擇器212選擇並傳送到解碼部分213和214。即，當系統控制器111要求解碼線性PCM音頻數據時，數據流選擇器212把存在輸入緩衝器211中的音頻數據傳送到線性PCM解碼器。另外，當系統控制器111要求解碼壓縮編碼的數據時，數據流選擇器212把存在輸入緩衝器中的音頻數據傳送到編碼數據解碼器214。
描述線性PCM音頻數據的解碼操作，線性PCM解碼器213一般執行多信道下混合、採樣頻率變換和輸入信號的再量化。例如，當從數據流選擇器212產生的8信道數據需要變換成2信道數據時，線性PCM解碼器213執行多信道下混合，以產生要求的信道數的輸出。此外，當以192KHz採樣的輸入數據被系統控制器111要求變換成以96KHz採樣的數據時，線性PCM解碼器213執行採樣頻率變換，以產生要求的採樣頻率的音頻數據。另外，當輸入24比特量化的音頻數據被系統控制器111要求變換成16比特量化的數據時，線性PCM解碼器213執行再量化處理，以產生要求的比特數的音頻數據。
描述壓縮編碼的音頻數據的解碼操作，編碼數據解碼器214在系統控制器111的控制下，通過執行相應的算法解碼壓縮編碼的音頻數據。在這種情況下，從編碼數據解碼器214產生的音頻數據的形式由系統控制器111確定。在本實施例中，編碼數據解碼器214可以是DTS解碼器。另外，編碼數據解碼器214也執行多信道下混合、採樣頻率變換和與算法解碼一起的輸入信號的再量化。
由解碼部分213和214解碼的音頻數據被傳送到輸出緩衝器215和數字音頻格式化器216。輸出緩衝器215與由時序控制器210提供的控制信號同步存儲解碼音頻數據。數字音頻格式化器216把解碼的音頻數據調節到數字設備之間的傳送格式，並把它與從時序控制器210來的控制信號同步。在這種情況下，輸出音頻數據可傳送到具有相同傳送格式的音頻/視頻系統或計算機。
來自音頻解碼器115的解碼的音頻數據經過數據處理器116的處理並由音頻輸出電路117變換成模擬信號。數字處理器116包括多個數字濾波器以消除音頻信號頻帶之外的噪聲。數字處理器116要求濾波係數具有比使用在通常DVD或CD中的數字濾波器更高的解析度和抽頭數，以便處理以12KHz採樣和24比特量化的音頻數據。當然，當96KHz和192KHz的D/A轉換器變得通常可利用時，數字處理器116可包括在D/A轉換器中。音頻輸出電路117包括多個D/A轉換器，以便把去掉噪聲的音頻數據變換成模擬音頻信號。
參見圖29以說明播放DVD視頻和DVD音頻的裝置，系統控制器311控制整個DVD音頻/視頻播放機、服務於用戶接口的操作。系統控制器311通過檢測包括在VIDEO_TS和AUDIO_TS目錄中的有效數據確定插入的盤是DVD視頻或DVD音頻。當檢測到AUDIO_TS目錄存在有效數據時，系統控制器311確定插入的盤是DVD音頻，於是就控制其播放操作。但是如果在AUDIO_TS中沒有有效數據時，系統控制器311確定插入的盤是DVD視頻，就停止目前的DVD音頻再現模式，並改變DVD視頻的再現方式。
提供拾取設備312來讀取存儲在DVD音頻中的數據。伺服控制器313在系統控制器311的控制下控制拾取設備312執行各種伺服功能。數據接收器314分析和校正發生在從拾取設備312輸出數據中的錯誤，並且該數據接收器314包括糾錯電路。音頻/視頻解碼器315把來自數據接收器314的音頻信息傳送到系統控制器311，在系統控制器311的控制下，解碼接收的音頻數據。
音頻/視頻解碼器315設計為解碼視頻數據和音頻數據，如圖30中所示。參見圖30，輸入數據緩衝器411存儲從數據接收器314輸出的音頻和視頻數據。數據流分析程序器412在系統控制器311的控制下，有選擇地輸出來自輸入緩衝器411的音頻和視頻數據流。音頻解碼電路413根據從系統控制器311來的控制數據解碼由數據流分析程序器412選擇的音頻數據。解碼音頻輸出電路414輸出從音頻解碼電路413解碼的音頻數據。視頻解碼電路415根據系統控制器311的控制信號解碼由數據流分析程序器412選擇的視頻數據。解碼視頻輸出電路416輸出從視頻解碼電路415解碼的視頻數據。時序控制器410在系統控制器311的控制下，產生時序控制信號，以控制音頻/視頻解碼器315的操作。
音頻解碼電路413必須具有對應於線性PCM系統、MPEG系統、AC-3系統和壓縮編碼系統的解碼器件。線性PCM系統和壓縮編碼系統要求有附加器件，以再現記錄在本發明DVD音頻中的音頻數據。就是說，提供的解碼器件可再現根據本發明由採樣頻率、量化比特和音頻信道形成的音頻數據。還提供數據流選擇器以分配對應於解碼器件的音頻數據。
數字處理器(高比特高採樣數字濾波器)316在系統控制器311的控制下，對來自音頻/視頻解碼器315的濾除音頻數據濾波。音頻輸出電路(高性能數模轉換器和模擬音頻電路)117把來自數字處理器316的音頻數據變換成模擬信號。視頻輸出電路(NTSC編碼器視頻數模轉換器的模擬視頻電路)318把來自音頻/視頻解碼器315的視頻數據編碼成NTSC，把視頻數據變換成模擬視頻信號。
參見圖29和30，從盤經過拾取設備312再現的數據傳送到數據接收器314，以對其進行分析並校正在其中的錯誤，並加到音頻/視頻解碼器315。從數據接收器314產生的數據加到音頻/視頻解碼器315的輸入緩衝器411。數據流分析程序器412根據系統控制器311的控制數據選擇所需要的數據流，並分析數據流，以便把視頻數據傳送到視頻解碼電路415和把音頻數據傳送到音頻解碼電路413。
音頻解碼電路413根據系統控制器311的要求變換來自數據流分析程序器412的音頻數據。音頻解碼電路413必須包括能解碼DVD視頻和DVD音頻的音頻數據的解碼功能。視頻解碼電路415解碼和變換輸入的視頻數據。視頻數據變換意味著子標題處理，全景掃描(pan_scan)等。
解碼的音頻和視頻數據分別傳送到解碼音頻和視頻輸出電路414和416，最後與時序控制器410的時序控制信號同步地傳送到外部。解碼音頻輸出電路414把解碼的音頻數據調節到數字設備之間的傳送格式。從解碼音頻輸出電路414產生的音頻數據傳送到不同的音頻/視頻系統或計算機。
如圖29中所示，當處理視頻信號時，音頻/視頻解碼器315按照DVD視頻的規格，並且根據DVD視頻的規格進行本發明的算法和音頻解碼算法。於是，音頻解碼電路413包含DVD視頻的音頻規格的線性PCM和DTS算法。因此，DVD視頻和DVD音頻兩者都能被再現。
在這種情況下，DVD視頻的音頻解碼需要的算法表示線性PCM解碼(1)+AC-3解碼+MPEG解碼，而DVD音頻的音頻解碼需要的算法表示線性PCM解碼(2)+編碼數據解碼(偽無損失音質解碼)。因此，根據本發明在DVD視頻中的線性PCM算法包括在線性PCM算法中。使用在DVD視頻和DVD音頻中的解碼算法包括在由音頻解碼電路完成的由公式3表示的功能。
公式3
音頻解碼器＝線性PCM解碼器(2)+偽無損失音質解碼器+AC-3解碼器+MPEG解碼器。
於是，這樣的播放DVD視頻和DVD音頻的裝置檢測插入的DVD的VIDEO_TS和AUDIO_TS，以設定音頻解碼模式。具有消除視頻數據的DVD音頻的音頻數據在表24中示出。
表24
在DVD視頻中規定的壓縮編碼系統可在最大448Kbps上壓縮數據。容許壓縮的採樣頻率是48KHz，容許壓縮的量化比特數是16比特。因此，被處理的數據量是有限的，其壓縮率大約是10∶1。因此，它是不適合於音頻數據的，尤其是從聲音質量來看就更不適合了。如果算法是道爾貝AC-3算法，量化系統是16比特線性PCM，採樣頻率是48KHz，記錄的最大信道數是最大6ch(具有包括在200Hz以下和使用其信道1的音頻數據的次低音揚聲器信道的音頻信道中的一個)，以及可能的比特率是192Kbps-448Kbps。道爾貝AC-3算法很受量化比特數、採樣頻率、和高壓縮率方面限制，這樣就導致聲音質量的嚴重變差，因此不適合僅僅用於音頻使用。另外，當壓縮算法是MPEG2算法時，量化系統是16比特-24比特線性PCM，採樣頻率是48KHz，記錄的最大信道數是8ch(具有包括在200Hz以下和使用其信道.1的音頻數據的次低音揚聲器信道的音頻信道之一)，可能的比特率是64Kbps-912Kpbs。這種算法的可能編碼的量化比特數高和記錄的信道數高，但是採樣頻率受到限制並且壓縮率高，由此引起聲音質量的降低。
然而，假設對DVD音頻，傳送率是10.08Mbps，再現時間是80分鐘，線性PCM音頻的實現如表25中所示。
表25
使用在壓縮編碼系統中的DTS，使用16比特、20比特和24比特線性PCM的量化，48KHz、96KHz、和192KHz的採樣頻率，記錄最大信道數是13ch，壓縮率大約是4∶1。DTS壓縮編碼在壓縮比率低的情況下具有高量化比特數和採樣頻率，因此保持高的聲音質量。
如上面參考圖27和29所述的，音頻或音頻/視頻播放機通過檢測是否有有效數據存儲在AUDIO_TS目錄中來確定DVD的類型。即，DVD音頻播放機根據在AUDIO_TS目錄中是否存儲有效數據來執行再現功能。如圖29中所示的音頻/視頻播放機根據在AUDIO_TS目錄中是否存儲有效數據執行音頻或視頻播放功能。
圖31由參考如圖29中所示的音頻/視頻播放機來說明本發明概念的操作。在步驟511由系統控制器311檢查插入的DVD，在步驟513讀出AUDIO_TS目錄的內容。在步驟515，檢查在AUDIO_TS目錄中是否存有有效數據。如果插入DVD是DVD視頻，在AUDIO_TS目錄中沒有有效數據。即，DVD視頻具有AUDIO_TS目錄，但是是空的。然而，如果插入DVD是DVD音頻，AUDIO_TS目錄包括關於如圖10到18C中所示的音頻數據位置的信息。
在步驟515檢測在AUDIO_TS目錄中的有效數據，在步驟517系統控制器311確定插入盤是DVD音頻，在步驟519，圖10和11所示的AMG的位置由讀AUDIO_TS目錄確定。然後，在步驟521拾取設備312移到DVD中的AMG的位置，讀AMG以證實關於存儲整個音頻數據位置的信息。如圖10和11所示，AMG包括在DVD音頻中存儲的所有音頻文件的信息和每個標題的屬性和位置信息。
在步驟523中，系統控制器311檢查是否有要求再現特定的音頻標題。要求是由用戶或存儲在DVD音頻中指令作出的。檢測要求再現標題，系統控制器311在步驟525根據從AMG獲得的位置信息確定盤中標題的位置，在步驟527，拾取設備312移到標題的ATSI_MAT的位置以讀取該標題位置。在步驟529，分析如圖15-18C中所示ATSI_MAT的信息，通過發現要播放的音頻標題種類和屬性來確定再現算法。在步驟531，音頻/視頻解碼器315的音頻解碼電路413根據再現的算法設定到從DVD音頻選擇的音頻數據。設定音頻解碼電路413所需要的信息是音頻編碼模式、採樣頻率、量化比特數和信道數。最後，被選擇的標題由音頻解碼電路413解碼在步驟533播放。
另一方面，在步驟515，如果在AUDIO_TS目錄中沒有有效數據，系統控制器311確定插入的盤是DVD視頻，在步驟537，由讀VIDEO_TS目錄確定VMG的位置。然後，在步驟539，拾取設備312移動到DVD中的VMG位置，讀VMG以確定存儲整個視頻數據位置的信息。此後，如果有要求再現標題，則被選標題的視頻、子圖和音頻數據就根據存儲在VTSI_MAT中的信息來播放。
同樣，僅再現來自DVD音頻的數據的DVD音頻播放機，也執行對DVD音頻的步驟511到533，但停止對DVD視頻的播放操作。
在根據存儲在ATSI_MAT中的信息設定音頻解碼電路413之後，系統控制器311從步驟533到經過如圖32中的步驟分析存儲在DVD音頻的數據區的音頻包。
在步驟611，系統控制器311命令音頻解碼電路413執行解碼操作，在步驟613，控制數據流分析程序器412以把接收的音頻數據傳送到具有相應音頻算法的音頻解碼電路413。然後，音頻解碼電路413根據由系統控制器311設定的算法解碼接收的音頻數據。在此，在步驟615，系統控制器311檢查音頻解碼電路413的操作狀態。當檢測到音頻解碼電路的異常狀態時，過程進到步驟621以控制解碼電路413停止解碼操作，控制數據流分析程序器412停止傳送數據。然後，在根據異常狀態執行補救(repair)算法之後，過程返回到步驟611。
然而，在步驟615，如果音頻解碼電路413正常地執行解碼操作，在步驟617解碼的音頻數據經過解碼音頻輸出電路414輸出。此後，在步驟619再檢查音頻解碼電路413的操作狀態。當檢測到異常狀態時，過程前進到步驟621，否則過程就返回到解碼下一個音頻數據。當音頻數據流被音頻解碼電中413完全解碼時，系統控制器311控制數字處理器316和音頻輸出電路317，以便把解碼的音頻數據轉換成模擬數據。
於是，本發明DVD包括VIDEO_TS和AUDIO_TS目錄，使得可通過檢查存儲在AUDIO_TS目錄中的有效數據來將DVD音頻與DVD視頻區別開。DVD音頻能用最大192KHz採樣和24比特量化的音頻數據記錄。此外，音頻信道能夠大大地擴展。受數據傳送速度限制的信道數、以及採樣頻率和量化比特數都可通過使用編碼算法而得到擴展。
權利要求
1、一種DVD音頻盤，其卷空間(Volume Space)結構包括
用於存儲DVD卷和文件結構信息的卷信息區(Volume InformationZone)；
用於存儲要被再現數據的數據區(Data Zone)，該數據區至少具有單獨的DVD音頻區(Audio Zone)；
其中，
所述音頻區含有音頻管理器(AMG)和多個音頻標題集(ATS)；
所述卷信息區包含音頻標題集目錄(AUDIO_TS)，該音頻標題集目錄(AUDIO_TS)具有所述音頻管理器(AMG)的相關信息和所述音頻標題集(ATS)相關信息。
2、如權利要求1所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述音頻管理器(AMG)包括作為控制數據的音頻管理器信息(AMGI)文件及其備份文件。
3、如權利要求1所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述多個音頻標題集中的每一音頻標題集具有音頻標題集信息(ATSI)文件及其備份文件。
4、如權利要求1所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述每一音頻標題集還包含具有音頻目標(AOB)標題文件。
5、如權利要求4所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述多個音頻標題集(ATS)，其數量為至少1至最大99個。
6、如權利要求1所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述音頻標題集目錄(AUDIO_TS)包括具有由DVD視頻播放機可再現的所述音頻標題位置信息的視頻管理器(VMG)位置信息，所述視頻管理器(VMG)記錄所述音頻標題的信息，每個所述音頻標題集包括視頻標題集信息和多個鄰接的視頻目標(VOBs)。
7、如權利要求1所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述卷信息區還包含視頻標題集(VIDEO_TS)目錄，該目錄包括具有由DVD視頻播放機可再現的所述音頻標題集位置信息的視頻管理器(VMG)位置信息，所述視頻管理器VMG記錄所述音頻標題集信息，每個所述音頻標題包括視頻標題集信息和多個鄰接的視頻目標(VOB)。
8、如權利要求1至7中任一項所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述音頻標題集(ATS)所具有的音頻標題集信息(ATSI)的後面跟隨有多個鄰接的音頻目標(AOB)。
9、如權利要求8所述的DVD音頻盤，其特徵在於，所述音頻標題集信息(ATSI)包括多個音頻數據流屬性，每個音頻數據流屬性具有涉及要被再現的數據的音頻信道數的音頻編碼模式、第一至第三量化比特數、第一至第三採樣頻率和解碼算法信息，而且所述音頻目標(AOBs)包括多個記錄對應於存儲在音頻數據流屬性中的解碼算法的音頻數據的音頻包。
10、如權利要求9所述的DVD音頻盤，其特徵在於，若所述音頻編碼模式為線性脈衝編碼調製(PCM)的音頻，則所述第一到第三量化比特數分別是16比特、20比特和24比特，所述採樣頻率中的第一到第三採樣頻率分別為48KHz、96KHz和192KHz。
11、如權利要求9所述的DVD音頻盤，其特徵在於，若所述音頻編碼模式為壓縮編碼系統，則所述第一到第三音頻數據的量化比特數在壓縮前分別是16比特、20比特和24比特，所述第一到第三採樣頻率分別是48KHz、96KHz和192KHz。
12、如權利要求9所述的DVD音頻盤，其特徵在於，當所述音頻編碼模式是線性脈衝編碼調製(PCM)音頻時，所述音頻信道的最大數由下面公式1確定
公式1其中Fs是採樣頻率(Hz)，Qb是量化比特數、Mbγ是DVD音頻盤的最大數據傳輸率(Mbps)、N是由DVD音頻盤的數據傳輸率、採樣頻率和量化比特數確定的所述音頻信道的最大數。
13、如權利要求9所述的DVD音頻盤，其特徵在於，當所述音頻編碼模式是壓縮編碼系統時，所述音頻信道的最大數由下面公式2確定
公式2
其中Fs是採樣頻率，Qb是量化比特數，Mbγ是DVD音頻盤的最大數據傳輸率(Mbps)，Ccγ是基於DTS壓縮編碼系統的壓縮比，和N是由DVD音頻盤的數據傳輸率、採樣頻率和量化比特數確定的所述音頻信道的最大數。
14、一種用於播放DVD音頻盤的裝置，其中，該DVD音頻盤的卷空間結構包括用於存儲DVD卷和文件結構信息的卷信息區及至少具有單獨的DVD音頻區的用於存儲要被再現音頻數據的數據區，而且，所述音頻區含有音頻管理器(AMG)和多個音頻標題集(ATS)，所述卷信息區又包含具有所述音頻管理器(AMG)的相關信息和所述音頻標題集(ATS)相關信息的音頻標題集目錄(AUDIO_TS)，所述裝置包括
數據接收器，接收從DVD音頻盤恢復的所述音頻數據；
控制器，根據關於所述音頻數據的信息，產生音頻控制信號；
音頻解碼器，根據所述音頻控制信號解碼所述音頻數據，從而產生輸出解碼的音頻數據；和
音頻輸出電路，把所述輸出解碼的音頻數據轉換成模擬音頻信號。
15、如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述音頻解碼器還包括
數據流選擇器，根據所述音頻數據的編碼模式選擇構成所述音頻數據的多個音頻數據流中的一個；
線性PCM解碼電路，如果所述選擇的音頻數據流是線性PCM音頻數據流，則解碼所述選擇的音頻數據流，並根據所述音頻控制信號變換採樣頻率、下混合多信道和再量化所述解碼的音頻數據；和
壓縮編碼數據解碼電路，如果所述選擇的音頻數據流是壓縮編碼音頻數據流，則使用相應的擴展算法解碼所述選擇的音頻數據流，並根據所述音頻控制信號變換採樣頻率、下混合多信道和再量化所述解碼的音頻數據。
16、如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，若所述音頻數據流為線性脈衝編碼調製(PCM)的音頻，則所述線性PCM電路所採用的第一到第三量化比特數分別是16比特、20比特和24比特，所選用的第一到第三採樣頻率分別為48KHz、96KHz和192KHz。
17、如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，若所述音頻數據流為壓縮編碼系統，則所述壓縮編碼數據解碼電路所採用的第一到第三音頻數據的量化比特數在壓縮前分別是16比特、20比特和24比特，所選用的第一到第三採樣頻率分別是48KHz、96KHz和192KHz。
18、一種用於播放DVD音頻盤和DVD視頻盤的裝置，其中所述DVD音頻盤的卷空間結構包括用於存儲DVD卷和文件結構信息的卷信息區及至少具有單獨的DVD音頻區的用於存儲要被再現音頻數據的數據區，並且，所述音頻區含有音頻管理器(AMG)和多個音頻標題集(ATS)，所述卷信息區又包含具有所述音頻管理器(AMG)的相關信息和所述音頻標題集(ATS)相關信息的音頻標題集目錄(AUDIO_TS)，而所述DVD視頻盤包括存儲視頻數據的數據區，所述裝置包括
數據接收器，當所述DVD音頻盤裝入所述再現裝置中時，接收從所述DVD音頻盤恢復的所述音頻數據，當所述DVD視頻盤裝入所述再現裝置中時，接收從所述DVD視頻盤恢復的所述視頻數據；
控制器，根據所述數據接收器恢復的音頻或視頻數據，產生相應的音頻或視頻的控制信號；
數據流分析程序器，根據來自所述控制器的模式控制信號分離從所述數據接收器輸出的所述視頻數據和音頻數據；
視頻解碼電路，響應於所述控制器控制所述裝置的DVD視頻播放方式，解碼從所述數據流分析程序器輸出的所述視頻數據；
視頻輸出電路，接收從所述視頻解碼電路輸出的所述解碼的視頻數據，並把所述解碼的視頻數據轉換成模擬視頻信號；
具有多個音頻解碼電路的音頻解碼器，根據所述音頻數據的編碼模式選擇相應解碼電路，解碼從所述數據流分析程序器輸出的所述音頻數據，並根據所述音頻控制信號混合多信道，變換採樣頻率和再量化所述解碼的音頻數據，以產生輸出解碼的音頻信號；和
音頻輸出電路，把所述音頻解碼器輸出的音頻信號轉換成模擬音頻信號。
19、如權利要求18所述的裝置，其中所述音頻解碼器還包括
數據流選擇器，根據所述音頻數據的編碼模式控制信號選擇形成所述音頻數據的多個音頻數據流中的一個，從而把所述選擇的音頻數據流傳送到所述多個音頻解碼電路中相應的一個；
所述多個音頻解碼電路包括
線性脈衝編碼調製(PCM)解碼電路，當所述選擇的音頻數據流是線性PCM音頻數據流時，解碼所述選擇的音頻數據流，並根據所述音頻控制信號變換採樣頻率、多信道下混合和再量化所述解碼的線性PCM音頻數據流；和
壓縮編碼數據解碼電路，當所述選擇的音頻數據流是壓縮編碼音頻數據流時，由相應的擴展算法解碼所述選擇的音頻數據流，並根據所述音頻控制信號變換採樣頻率、多信道下混合和再量化所述解碼的壓縮編碼音頻數據流。
20、如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，若所述音頻數據流為線性脈衝編碼調製(PCM)的音頻，則所述線性脈衝編碼調製(PCM)解碼電路所採用的第一到第三量化比特數分別是16比特、20比特和24比特，所選用的第一到第三採樣頻率分別為48KHz、96KHz和192KHz。
22、如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，若所述音頻數據流為壓縮編碼系統，則所述壓縮編碼數據解碼電路所採用的第一到第三音頻數據的量化比特數在壓縮前分別是16比特、20比特和24比特，所選用的第一到第三採樣頻率分別是48KHz、96KHz和192KHz。
23、如權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述多個音頻解碼電路包括
線性PCM解碼器；
道爾貝AC-3解碼器；
壓縮編碼數據解碼器；和
MPEG解碼器；
其中，所述控制器驅動所述線性PCM解碼器、道爾貝AC-3解碼器、壓縮編碼數據解碼器和MPEG解碼器中對應的一個，以根據被校正數據的音頻編碼格式解碼所述音頻數據。
24、一種用於播放DVD音頻盤的方法，其中，所述DVD音頻盤的卷空間結構包括用於存儲DVD卷和文件結構信息的卷信息區及至少具有單獨的DVD音頻區的用於存儲要被再現音頻數據的數據區，並且，所述音頻區含有音頻管理器(AMG)和多個音頻標題集(ATS)，所述卷信息區又包含具有所述音頻管理器(AMG)的相關信息和所述音頻標題集(ATS)相關信息的音頻標題集目錄(AUDIO_TS)，而所述DVD視頻盤包括存儲視頻數據的數據區，所述方法包括步驟
當AUDIO_TS目錄包括有效數據時，確定AMG位置；
從AMG的信息檢查其它所述DVD音頻盤的信息；
當接收到再現所述其中一個所述音頻標題的命令時，根據AMG的位置信息讀取被選擇的其中一個所述音頻標題的位置數據；和
通過讀取對應的ATSI_MAT的音頻數據流屬性，設置音頻解碼器以執行再現所述其中一個所述音頻標題的算法。
25、一種再現來自DVD的數據的裝置，包括
從盤讀數據的讀單元；
系統控制器，用於確定DVD的音頻標題集(AUDIO_TS)是否包括有效數據，如果所述AUDIO_TS包括所述有效數據，則進行控制以DVD音頻格式再現DVD；
數據接收器，用於接收DVD數據，並校正所讀取的數據中的錯誤；
音頻解碼器，用於解碼所校正的音頻數據；
數字處理器，用於對所述解碼的音頻數據進行濾波；和
音頻輸出電路，用於把所述濾波的數據轉換成模擬音頻信號。
26、根據權利要求25的裝置，其中所述音頻解碼器包括
數據流選擇器，確定所述校正的音頻數據是線性脈衝編碼調製(PCM)編碼的還是壓縮編碼調製的；
線性PCM解碼器，根據線性PCM解碼方法，對所述線性PCM編碼的音頻數據進行解碼處理；
壓縮編碼解碼器，根據對應的壓縮解碼方法，對所述壓縮編碼的音頻數據進行解碼處理；和
數字格式化器，把所述處理的數據格式化為所述解碼的數據。
27、一種再現來自DVD的數據的方法，其中DVD具有數據區和信息區，所述信息區存儲視頻標題集(VIDEO_TS)和音頻標題集(AUDIO_TS)的目錄，所述AUDIO_TS包括存儲音頻標題信息的音頻管理器(AMG)的信息，所述VIDEO_TS包括存儲視頻標題信息的視頻管理器(VMG)的信息，所述方法包括步驟
確定在所述AUDIO_TS中是否存儲有效數據，如果在所述AUDIO_TS中存儲有效數據，則確定該盤是DVD_AUDIO，如果在所述AUDIO_TS中沒有存儲有效數據，則該盤是DVD_Video；
如果盤是所述DVD音頻，則通過讀所述AUDIO_TS確定所述AMG位置；
從所述AMG來尋找指定的所述音頻標題之一的位置；
確定所指定的音頻標題的編碼格式和選擇對應的解碼格式；和
使用所述確定的解碼格式再現所述指定的音頻標題。
28、如權利要求27所述的方法，還包括步驟
如果盤是所述DVD視頻，則通過讀所述VIDEO_TS確定所述VMG；
從所述VMG來尋找指定的所述視頻標題之一的位置；和
再現所述指定的視頻標題。
29、如權利要求27所述的方法，其中再現所述指定的音頻標題步驟還包括
激勵音頻解碼電路，以解碼所述音頻標題的音頻數據；
確定音頻解碼電路的操作狀態；
如果所述操作狀態是正常的，則利用所述音頻解碼電路解碼所述音頻數據，並輸出所解碼的音頻數據；和
如果所述操作狀態異常，就停止所述音頻解碼電路的激勵，對所述音頻數據執行補救算法，並重新開始所述音頻解碼電路的激勵。
全文摘要
一種DVD音頻盤及其播放方法和裝置。該DVD音頻的卷空間(Volume Space)結構包括用於存儲DVD卷和文件結構信息的卷信息區(Volume Information Zone)；用於存儲要被再現數據的數據區(Data Zone)，該數據區至少具有單獨的DVD音頻區(Audio Zone)；其中，所述音頻區含有音頻管理器(AMG)和多個音頻標題集(ATS)；所述卷信息區包含音頻標題集目錄(AUDIO_TS)，該音頻標題集目錄(AUDIO_TS)具有所述音頻管理器(AMG)的相關信息和所述音頻標題集(ATS)相關信息。
文檔編號G11B20/00GK1405771SQ0113937
公開日2003年3月26日 申請日期2001年11月22日 優先權日1997年3月25日
發明者許丁權 申請人:三星電子株式會社