专利名称：处理源编码音频数据的方法以及相应的发射机和接收机的制作方法
技术现状本发明涉及一种在发射端或接收端处理至少一个有效信号源的源编码音频数据的方法，特别用于在给定频道间隔的AM频道上进行传输。
为了传输数字音频数据，特别是经给定频道间隔为9或10kHz(在美国为中波)带宽的中波、长波以及短波频道传输时，在DRM(世界数字无线电广播联盟)咨询委员会内开发出三种不同的发射系统。所有这些系统都采用现有的AM频道传输。在T2M方法中每个副载波的数字信息与发射机NF输入结合，并且平行于AM模拟信号传输(见无线电杂志1998年第14期，44至46页)。Skywave2000方法使用一种多重载波法，具有TCM(Trellis码调制)调制结合QAM(第51届广播工程大会会议文件，NAB97，27至48页，在长波、中波和短波波段的数字调制的开发进展；IBE，传输工程，1999年3月，53和54页)。
本发明的优点采用权利要求所述的措施可以提高重放质量，例如可得到更好的音质，无须脱离给定的频道间隔，而这种脱离在以上所述方法中是必要的，或者必须用复杂的编码才不致产生质量损失。在本发明的方案中将不同频道间隔的频道内的主数据流和至少一个附加数据流相结合，从而提高了接收端的有效数据速率，因此，和公知方法相比提高了质量。采用本发明的方法可以采用简单的接收机，仅对主数据流进行解调和解码，从而用较低的比特率，即约241千比特/秒进行可理解的重放。接收机以较高的重放质量不仅对主数据流而且对至少一个有效信号的附加数据流进行解调和解码，并且将这两种数据流相结合，从而得到高质量的重放。
在DVB信号中虽然也将其分解成一个基础层和一个扩展层，但是要在相同的频道内传输这些层。该方法中和本发明相反的是一个简单的接收机要接收全部数据流，只能在其后进行分离。
本发明的方法有多种组合可提高重放质量，例如减小编码类型效应，扩展音频带宽或者扩展空间听觉效果，例如从单声道过渡到立体声。
下面对照附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
图1表示根据本发明在发射端和接收端处理音频数据的方法；图2表示在一个给定频道间隔内的AM频道示意图；图3表示本发明的在发射端和接收端处理音频数据的方法，其中使用了一种重放质量高的接收机；图4表示处理立体声信号的方法；图5表示在一个基础层和一个扩展层内对音频数据进行分离和综合的组合。
实施例的说明如图1所示，本发明的实现方案是在发射端通过源编码器2对有效信号源1的PCM数据进行编码。其中将编码信号分离成一个主数据流HD(基础层)和至少一个附加数据流ZD(扩展层)，也就是说，源编码器2在该实施例中同时作为有效信号源1的音频数据的分离装置。所述主数据流和附加数据流通过调制装置3进行调制，并且分别配置在不同的频道中，例如图2所示的具有给定频道间隔的相邻频道K1和K2中，这两个相邻频道K1和K2例如具有9kHz的AM中波频道间隔。为了将主数据流和附加数据流传输到不同的频道K1和K2内，调制装置3将获得该频道的相应载波信号。当然该频道不必如图2所示是相邻的，也可以处在给定频道间隔的任意位置上。作为附加数据ZD的频道例如可使用具有平行节目发射的空闲频道，这样可在数字调制中获得更远的传输距离，或者通过频段扩展使用其他服务(海岸电台，航海电台，航空电台)不用的频道，例如在美国处在1600和1660kHz之间的AM中波扩展波段，或者处于31、25和19米波段内的短波范围。
通过分离频道发射的数据流在接收端解调和解码。在图1所示的实施例中有一个基础接收机4，即重放质量较低的接收机，它仅通过调制器5和源解码器6对主数据流HD进行解调和解码。这种方法的可行性在于，通过本发明在主数据流内至少安排了有效信号源的所有信息，这些信息对于有效信号源的可理解重放均是必要的。例如在主数据流HD内刚好包含那些有效信号源信息，它的重放质量与迄今为止在中波、长波和短波的AM频道中的重放质量没有区别，也就是说，语音的理解性是可以接收的，但是音乐传输有质量损失。
在图3所示的实施例中，发射端的信号处理与图1所示的实施例相同，但是接收端采用了具有较高重放质量的接收机7，例如CD质量的接收机，它通过解调装置8和解码装置9不仅对主数据流HD而且对所属的附加数据流ZD进行解调和解码。在一个结合装置中，将主数据流HD和所属的附加数据流ZD相互结合，以便提高所接收的音频信号的质量。在图3所示的实施例中，源解码装置9同时作为结合装置。为了使相互隶属的主数据流和附加数据流正确地结合，在主数据流HD(基础层)内，从发射端插入一个信号，它可说明是否以及在哪个频率上，即在哪个频道内存在一个为相同有效信号源(节目源)设定的附加数据流ZD(扩展层)。优先在附加数据流内插入一条附加信息，它说明附加数据流ZD内含有哪些信息，并且在必要时如何使主数据流HD和所属的至少一个附加数据流ZD相互结合。为了计算所述信号和/或附加信息，设置了一个计算装置10，它优先设置在解调装置内。该计算装置10按照计算出的信号来控制结合装置或源解码器9，使得所属的主数据流和附加数据流同步地相互结合。
在具有较高重放质量的接收机内，当然可采用选择方式仅对主数据流HD进行解调和解码，从而和基础接收机一样工作。
下面给出一个分离有效信号源音频数据的实例以及可能组合主数据流(基础层)和附加数据流(扩展层)的实例。在图2所示的频道K1内例如可包含一个节目源(有效信号源)的完全单声道音频信号，在主数据流中具有较低的比特率，在频道K2中含有附加数据流ZD，它具有立体声节目所有必需的全部附加数据，可能具有更高的比特率。两个数据流的划分在原理上可采用MPEG4的标度(Skalierbarkeit)实现。第一代接收机以及简单的廉价接收机应当对一个频道进行解调，并且对单声道信号进行解码。具有较高重放质量的接收机则按规定对两个频道K1和K2进行解调，并且对立体声信号进行解码。所以可得到从使用一个频道到使用两个频道的一个有意义的过渡脚本(ergangsszenario)。引入DRM时，可以开发出仅对基础层解码的接收机。该接收机也可以在以后具有扩展层的第二频道投入使用时接收基础层。除了立体声重放外，可通过将主数据流与至少一个附加数据流的结合而在以下方向上实现质量的改善附加数据流可减小编码类型效应，附加数据流可扩展音频带宽。当然这种质量改善措施也可以任意组合，包括在立体声重放的条件下组合。
在基础层和扩展层之间的划分实例对于单声道/立体声编码可按以下方式进行为了对一个立体声信号进行解码，在MPEG4标准中规定了不同的方法。下面的方法2和3适用于本发明的方法1、对右声道(R)和左声道(L)编码。
2、MS立体声编码从原始信号中形成一个合成信号(mid)和一个差分信号(side)，该步骤应当在原始信号量化前进行，如图3所示。所述mid信号在基础层内传输，所述side信号在扩展层内传输。
3、密集立体声(Intensity Stereo)左、右声道不采用相互分离方式传输。所传输的仅仅是一个主声道(基础层)和一个所属的方向信号(扩展层)，由它们形成一个立体声信号。
主数据流和附加数据流的分离与组合，用于构成可变比特率的实例见图5所示。在第一频道中，例如在频道K1中，一个解码信号以比特率x传输。在第二频道例如K2中传输所有用于达到更高比特率的必要信息。如图5所示，除了扩展层中的附加比特率外，还可以有立体声信号的组合。图5中作为实例表示出各种类型的编码器，用于基础层的CELP编码器和用于扩展层的AAC编码器(先进的音频编码器)。
还有如下所述的其他划分方式—基础层包含不同节目源的两个音频数据流。扩展层则包含旨在提高音频节目有效数据的数据流，—不同频道的两个或多个不同的基础层分别包含一个音频数据流。在一个频道的扩展层内还含有两个或多个音频数据流的附加有效数据。
数字调制适于采用多种现有的方法，例如QAM法，MPSK法或APSK法。
权利要求
1.一种在发射端处理至少一个有效信号源(1)的源编码音频数据的方法，特别用于在给定频道间隔的AM频道上进行传输，这种方法包括以下特征—将至少一个有效信号源(1)的所述源编码音频数据划分成一个主数据流(HD)和至少一个附加数据流(ZD)(2)，其中所述主数据流(HD)内至少包含为了可理解地重放至少一个有效信号源(1)所需的所有信息，并且所述附加数据流(ZD)中含有用于质量改善的信息，—对所述主数据流和附加数据流(HD，ZD)进行调制，并且分别将其配置在给定频道间隔的不同频道(K1，K2)内。
2.一种在接收端处理音频数据的方法，所述音频数据配置在主数据流和附加数据流(HD，ZD)内，特别用于在给定频道间隔的AM频道上进行传输，其中相互隶属的主数据流和附加数据流(HD，ZD)分别来自至少一个有效信号源(1)，并且相互隶属的主数据流和附加数据流(HD，ZD)分别配置在给定频道间隔的不同频道(K1，K2)内，这种方法包括以下步骤—在一个接收机(4)内以较低的重放质量仅对主数据流(HD)进行解调和解码，—在一个接收机(7)内以较高的重放质量选择性地仅对主数据流(HD)进行解调和解码，或者对主数据流(HD)和至少一个所属附加数据流(ZD)进行解调和解码，其中相互隶属的经解调和解码的数据流之间相互结合的方式是使至少一个有效信号源(1)的重放质量得到提高。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是，在主数据流(HD)内，在发射端插入一个信号，该信号可表明是否以及在哪个频道内存在一个为相同有效信号源(1)所规定的附加数据流(ZD)。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征是，特别是在附加数据流(ZD)内插入一条附加信息，它表明所述附加数据流内包含的是何种信息，并且在必要时表明主数据流(HD)与所属的至少一个附加数据流(ZD)在接收端是如何结合的。
5.如权利要求2至4中任何一项所述的方法，其特征是，所属的主数据流和附加数据流的结合是按照以下至少一项标准进行的—用于减小编码类型效应，—用于提高音频数据重放带宽，—用于产生立体声信号。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征是，为分离有效信号源(1)的源编码音频数据，在主数据流和至少一个附加数据流(HD，ZD)内引入MPEG 4数据流的标度。
7.一种处理至少一个有效信号源(1)的源编码音频信号的发射机，特别用于在给定频道间隔的AM频道上进行传输，这种发射机包括以下特征—一个用于主数据流(HD)和至少一个所属附加数据流(ZD)的有效信号源(1)音频数据的分离装置(2)，—一个调制装置(3)，用于对主数据流和附加数据流进行调制，其中该调制装置(3)特别可按以下方式加入载波信号，即，将相互隶属的主数据流和附加数据流分别在给定频道间隔的不同频道内传输。
8.一种在接收端处理源编码音频信号的接收机，所述音频信号配置在主数据流和附加数据流内，特别用于在给定频道间隔的AM频道上进行传输，这种接收机包括以下特征—一个至少用于主数据流(HD)的解调装置(5，8)和解码装置(6，9)，—一个用于信号的计算装置(10)，必要时用于附加信息，其中所述信号表示应将一个属于某个主数据流(HD)的附加数据流(ZD)配置在哪个频道内，并且在必要时提供给定的附加信息，说明附加数据流(ZD)内包含何种信息，并且说明主数据流(HD)怎样在接收端和至少一个附加数据流(ZD)结合。—一个结合装置(8)，用于对相互隶属的主数据流和附加数据流进行结合，所述主数据流和附加数据流可由计算装置(10)控制。
全文摘要
将有效信号源(1)的源编码音频数据划分成一个主数据流(HD)和一个附加数据流(ZD)(2)。所述主数据流(HD)内至少包含为了可理解地重放至少一个有效信号源(1)所需的所有信息。主数据流和附加数据流分别在给定频道间隔的不同频道内传输。本发明的方案在给定的频道间隔内可提高音频信号的重放质量。
文档编号H04B14/00GK1360766SQ00810125
公开日2002年7月24日 申请日期2000年6月24日 优先权日1999年7月12日
发明者弗兰克·霍夫曼, 托尔斯滕·莫拉斯考 申请人:罗伯特·博施有限公司