CN100525513C - 用于处理两个或更多个初始解码音频信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在MPEG-4标准ISO/IEC 14496：2001中，能够以不同的MPEG-4格式编码类型进行编码的几个音频对象可以一起形成表示来自几个音频流的单一音轨的合成音频系统。在接收机中，分别解码多个音频对象，但并不直接回放给听众。代替地，使用所传输的混录指令，以准备单一的音轨。在要组合的音频信号具有不同的声道数或配置时，可能会发生混录冲突。根据本发明，使用额外的音频声道配置节点，将正确的声道配置信息项作为标签标记在要呈现的解码音频数据流上。本发明使内容提供商能够按照在所有情况下、接收机侧的呈现器均能产生正确的声道表示的方式来设置声道配置。声道配置数据中的转义码值有利于正确处理仍未定义的声道组合。

Description

用于处理两个或更多个初始解码音频信号的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于处理从比特流中接收或重放的两个或多个初始解码音频信号的方法和设备，每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并在按照最终声道配置呈现之前对其进行组合。
背景技术
在MPEG-4标准ISO/IEC 14496：2001中，实际上在部分3音频和部分1系统中，能够以不同的MPEG-4格式编码类型进行编码的几个音频对象可以一起形成表示来自几个音频流的单一音轨的合成音频系统。在确定如何根据组成对象产生单一音轨时，可以应用用户交互、端接能力和扬声器配置。音频合成表示混合多个单独的音频对象以创建单一的音轨，如单一的声道或单一的立体声对。在比特流中传输或传送一组混录指令。在接收机中，分别解码多个音频对象，但并不直接回放给听众。代替地，使用所传输的混录指令，以根据解码音频对象来准备单一的音轨。然后，将此最终的音轨播放给听众。
ISO/IEC 14496：2001是MPEG-4音频标准的第二版，而ISO/IEC14496是第一版。在上述MPEG-4音频标准中，描述了用于呈现音频的节点。通过MPEG-4系统传送包含解码音频子流所需的配置信息的报头流。在简单的音频场景中，可以由一个节点向接续的节点，将如5.1多声道等音频解码器的声道配置馈入合成器，从而声道配置信息能够到达负责正确扬声器映射的呈现器。呈现器代表音频链中不再受到广播公司或内容提供商的控制的最终部分，如具有音量控制的音频放大器和所附属的扬声器。
‘节点’表示用在上述MPEG-4标准中的处理步骤或单元，例如用于执行解码器和后续处理单元之间的时间同步的接口、或者呈现器和上游处理单元之间的相应接口等。总体而言，在ISO/IEC 14496-1：2001中，利用参数方法来表示场景描述。所述描述由编码层次或节点树构成，具有属性和包括事件源和目标在内的其他信息。此树中的叶节点对应于基本视听数据，而中间节点组织这些材料以形成视听对象，并对这些视听对象(场景描述节点)执行如分组和变换等。
音频解码器或者通过定义而具有预定的声道配置，或者接收用于设置其声道配置的一些配置信息项。
发明内容
通常，在音频处理树中，可以将音频解码器的声道配置用于发生在通过声音节点之后的扬声器映射，参见ISO/IEC 14496-3：2001、章节1.6.3.4声道配置。因此，如图1所示，MPEG-4播放器实现将在所接收到的MPEG-4比特流中传输过来的这些信息项与解码器输出一起通过音频节点AudioSource和Sound2D传递给呈现器。呈现器利用声道配置数据ChannelConfig来进行正确的扬声器关联，尤其是在置位音频节点中的phaseGroup标志的多声道音频(numChan>1)的情况下。
但是，当组合或合成具有不同声道分配(如5.1多声道环绕声和2.0立体声)的音频子流时，上述当前MPEG-4标准中所定义的一些音频节点(AudioMix、AudioSwitch和AudioFX)可以改变正确声道表示所需的固定声道分配，即这些音频节点具有声道异变行为，导致了声道配置传输中的冲突。
本发明所要解决的问题是正确处理这种声道配置冲突，从而使呈现器能够以正确的或所需的声道分配来重放声音。通过权利要求1中所公开的方法来解决此问题。在权利要求3中公开了利用此方法的设备。
本发明公开了通过利用声道异变音频节点来解决这种声道配置混乱的不同但相关的方式。使用额外的音频声道配置节点，或将其功能性添加到现有的音频混合和/或交换节点中。此额外的音频声道配置节点将正确的声道配置信息项作为标签标记到通过Sound2D节点去往呈现器的音频数据流上。
有利地，本发明使内容提供商或广播公司能够按照在所有情况下、接收机侧的呈现器均能产生正确的声道表示的方式来设置声道配置。
声道配置数据中的转义码值(escape code value)有利于正确处理仍未定义的声道组合，即使是在将具有不同声道配置的信号混合和/或交换在一起的情况下。
本发明还可以用在任何其他多声道应用中，其中使所接收到的声道数据通过具有在再现时交换所接收到的声道的内在能力的后处理单元。
原理上，本发明的方法适合于处理从比特流中接收或重放的两个或更多个初始解码音频信号，每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并且在按照最终声道配置呈现之前，通过混合和/或交换对其进行组合，其中将相应的特定声道配置信息附加于所述初始解码音频信号中的每一个，以及控制所述混合和/或交换，从而在非匹配声道数和/或声道配置的类型的情况下，通过由内容提供商或广播公司提供的相关特定混合和/或交换信息来确定在所述混合之后和/或在所述交换之后要输出的声道的数量和/或配置，以及将相应更新的声道配置信息附加于要呈现的组合数据流。
原理上，本发明的设备包括：
-至少两个音频数据解码器，对从比特流中接收或重放的音频数据进行解码；
-装置，用于处理由所述音频数据解码器初始解码的音频信号，其中至少两个所述解码音频信号中的每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并且所述处理包括通过混合和/或交换的组合；
-装置，用于按照最终声道配置呈现组合音频信号，其中将相应的特定声道配置信息附加于所述初始解码音频信号中的每一个；
-其中在所述处理装置中，控制所述混合和/或交换，从而在非匹配声道数和/或声道配置的类型的情况下，通过由内容提供商或广播公司提供的相关特定混合和/或交换信息来确定在所述混合之后和/或在所述交换之后要输出的声道的数量和/或配置，以及将相应更新的声道配置信息附加于要馈入所述呈现装置的组合数据流。
有利地，在各个从属权利要求中公开了本发明的附加实施例。
附图说明
将参照附图来描述本发明的典型实施例，其中：
图1是接收机中的透明声道配置信息流；
图2是接收机中的声道配置流冲突；
图3是包括额外节点AudioChannelConfig的本发明的接收机。
具体实施方式
在图2中，第一解码器21通过AudioSource节点或接口24向AudioMix节点或混合级27的第一输入In1提供解码后的‘5.1多声道’信号。第二解码器22通过AudioSource节点或接口25向AudioMix节点27的第二输入In2提供解码后的‘2.0立体声’信号。AudioMix节点27表示多声道交换机，允许将任意输入声道与任意输出声道相连，由此所用有效放大因子可以具有‘0’＝‘关’和‘1’＝‘开’之间的任意数值，例如‘0.5’、‘0.6’或‘0.707’。将来自AudioMix节点27的、具有‘5.1多声道’格式的输出信号馈入AudioSwitch节点或交换机或混合级28的第一输入。第三解码器23通过AudioSource节点或接口26向AudioSwitch节点28的第二输入提供解码后的‘1(中心)’信号。
此AudioSwitch节点28的功能类似于AudioMix节点27，除了其中所用的‘放大因子’只能具有数值‘0’＝‘关’或‘1’＝‘开’。由控制单元或控制级278控制AudioMix节点27和AudioSwitch节点28，从内容提供商或广播公司接收到的比特流中获得和/或估计如节点中所需的声道配置数据和其他数据，并将这些数据项馈入节点。AudioSwitch节点28产生或估计与要通过哪些输入声道并作为哪些输出音频声道的选择有关的交换决定的序列。相应的whichChoice数据字段规定了对应的声道选择对时刻。将来自AudioSwitch节点28的、具有‘2.0立体声’格式的音频输出信号通过Sound2D节点或接口29传递到呈现器或再现级20的输入。
在图2中，示出了两个不同的冲突。第一个冲突发生在混合节点27中，其中示出了将立体声信号混合到5.1配置的环绕声道中。例如，问题是所得到的音频输出信号是否应当具有5.1声道，或者5.1环绕声道是否应当变为2.1立体声格式声道。在选择5.1输出格式的情况下，直接的解决方案是将输入信号L2分配给第一输出声道1ch，以及将输入信号R2分配给第二输出声道2ch。但是，还存在多种其他可能性。内容提供商或广播公司可能希望将输入信号L2分配给输出声道4ch，而将输入信号R2分配给输出声道5ch。但是，上述MPEG-4标准的当前版本不允许这种特征。
第二个冲突发生在AudioSwitch节点28中的whichChoice数据字段更新的序列中。在此序列中，在指定的时刻顺序选择AudioMix节点27输出的声道输出和来自AudioSource节点26的单声道输出。例如，可以由每个接连帧或帧组、每个预定时间段(例如，5分钟)、内容提供商或广播公司预设或命令的时刻、或者在用户每次点击鼠标时来定义whichChoice数据字段中的时刻。在图2所给出的示例中，在第一时刻，输入信号C1与输出声道1ch相连，以及输入信号M与输出声道2ch相连。在第二时刻，输入信号L1与输出声道1ch相连，以及输入信号R1与输出声道2ch相连。在第三时刻，输入信号LS1与输出声道1ch相连，以及输入信号RS1与输出声道2ch相连。在此序列中，顺序选择AudioMix节点27输出的声道输出和来自AudioSource节点26的单一声道输出。但是，因为节点28中矛盾的输入信息，根据上述MPEG-4标准的当前版本，不能自动地确定正确输出声道配置。
根据内容提供商或广播公司将要解决这种冲突的假设，本发明的三种解决方案是可行的，并将参照图3对其进行解释。
第一解码器21通过AudioSource节点或接口24向AudioMix节点或混合级27的第一输入提供解码后的‘5.1多声道’信号。第二解码器22通过AudioSource节点或接口25向AudioMix节点27的第二输入提供解码后的‘2.0立体声’信号。将来自AudioMix节点27的、具有‘5.1多声道’格式的输出信号馈入AudioSwitch节点或交换机或混合级28的第一输入。第三解码器23通过AudioSource节点或接口26向AudioSwitch节点28的第二输入提供解码后的‘1(中心)’信号。每个解码器可以包括位于输入处的内部或外部解码缓冲器。将来自AudioSwitch节点28的、具有‘2.0立体声’格式的音频输出信号通过Sound2D节点或接口29传递到呈现器或再现级20的输入。
由控制单元或控制级278控制AudioMix节点27和AudioSwitch节点28，从内容提供商或广播公司接收到的比特流中获得和/或估计如节点中所需的声道配置数据和其他数据，并将这些数据项馈入节点。
在AudioSwitch节点28和Sound2D节点29之间引入被称为AudioChannelConfig节点30的新音频节点。此节点具有以下属性或功能：
AudioChannelConfig{
    exposedField     SFInt32       numChannel        0
    exposedField     MFInt32       phaseGroup        0
    exposedField     MFInt32       channelConfig     0
    exposedField     MFFloat       channelLocation   0，0
    exposedField     MFFloat       channelDirection  0，0
    exposedField     MFInt32       polarityPattern   1
}，
以MPEG-4符号表示。SFInt32、MFInt32和MFFloat是ISO/IEC 14772-1：1998、子目5.2中所定义的单字段(SF包含单一数值)和多字段(MF包含多个数值和数值的数量)数据类型。‘Int32’表示整数，而‘Float’表示浮点数。‘exposedField’表示其内容可以由内容提供商或广播公司根据每个音频场景进行改变的数据字段。
由于与channelConfig字段或参数的功能相关，由内容提供商重新定义phaseGroup(规定了节点输出中的相位关系，即规定了多个音频声道之间是否存在重要的相位关系)和numChannel(节点输出中的声道数)字段。可以利用一组预先定义的索引值、从而利用ISO/IEC14996-3：2001音频部分标准、章节1.6.3.4中的数值来定义channelConfig字段和以下声道配置关联表。根据本发明，利用MPEG-2音频标准ISO/IEC 13818-3、章节0.2.3.2中的一些数值对其进行扩展：
 
索引值 声道号 音频语法元素、按照接收的次序列出                     声道对扬声器映射
0 未规定 未规定 通过来自子节点的channelConfiguration
1 - 转义序列 channelLocation、channelDirection和polarityPattern字段有效                  
2 1 single_channel_element 中间前部扬声器
3 2 channel_pair_element 左、右前部扬声器
4 3 single_channel-element、channel-pair_element    中间前部扬声器、左、右前部扬声器            
5 4 single_channel_element、channel_pair_element、single_channel_element   中间前部扬声器、左、右中间前部扬声器、后环绕扬声器                
6 5 single_channel_element、channel_pair_element、channel-pair_element    中间前部扬声器、左、右前部扬声器、左环绕、右环绕后部扬声器        
7 5+1 single_channel-element、channel_pair_element、channel-pair_element、lfe_element             中间前部扬声器、左、右前部扬声器、左环绕、右环绕后部扬声器、前低音效果扬声器            
8 7+1 single_channel_element、channel_pair_element、channel-pair_element、channel-pair_element、lfe_element             中间前部扬声器、左、右中间前部扬声器、左、右外侧前部扬声器、左环绕、右环绕后部扬声器、前低音效果扬声器            
9 2/2 MPEG-2 L、R、LS、RS 左、右前部扬声器、左环绕、右环绕后部扬声器  
 
10 2/1 MPEG-2 L、R、S 左、右前部扬声器、后环绕扬声器
...
表1：声道配置关联
有利地，在此表格中定义转义值‘1’，例如，表格中的索引‘1’。如果此数值发生，则所需声道配置未在表格中列出，因此将要使用channelLocation、channelDirection和polarityPattern字段中的数值来分配所需声道及其属性。如果channelConfig索引是表格中所定义的索引，则channelLocation、channelDirection和polarityPattern字段是长度为零的矢量。
在channelLocation和channelDirection字段中，可以定义3D-浮点矢量阵列，由此将前3个浮点值(三维矢量)与第一声道相关联，将下3个浮点值与第二声道相关联，依次进行。
将这些数值定义为x、y、z数值(如ISO/IEC 14772-1(VRML97)中所使用的右手坐标系统)。channelLocation数值描述了方向和以米为单位的绝对距离(与通常用在声道配置中一样，使用了绝对距离，因为用户可以简单地产生归一化矢量)。channelDirection是具有相同坐标系统的单位矢量。例如，相对于最佳收听点的channelLocation[0，0，-1]表示1米距离的中间扬声器。在表2的三行中给出了三个其他示例：
表2：channelLocation和channelDirection的示例
polarityPattern是整数矢量，将其数值限制为表3中所给出的数值。例如，这在前部声道具有单极模式而环绕声道具有双极特性的杜比Prologic音响的情况下是有用的。
polarityPattern可以具有根据表2的数值。
 
数值 特性
0 单极
1 双极
3 心形线
4 耳机
... ...
表3：polarityPattern关联
在本发明的可选实施例中，并未插入额外的AudioChannelConfig节点30。代替地，将此节点的功能添加到AudioMix27、AudioSwitch28和AudioFX(未示出)类型的节点中。
在本发明的另一可选实施例中，针对MPEG-4标准第一版ISO/IEC14496中的相应现有节点AudioMix、AudioSwitch和AudioFX额外定义phaseGroup字段的上述数值。这是从上述排除了转义序列的表1中获取相位组的数值的部分解决方案。例如，可以将具有phaseGroup2的声道定义为左/右前部扬声器。

Claims (4)

1、一种用于处理从比特流中接收或重放的两个或更多个初始解码但还未组合的音频信号的方法，每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并且在按照最终声道配置呈现之前，要通过混合和/或交换对初始解码音频信号进行组合，其中将相应的特定声道配置信息项附加于所述初始解码音频信号中的每一个，以及所述两个或更多个初始解码音频信号的声道配置信息项可能会要求彼此冲突的声道配置，其特征在于控制所述混合和/或交换，从而在非匹配声道数和/或非匹配声道配置的类型的情况下，通过由内容提供商或广播公司提供、并嵌入在所述比特流中的相关特定混合和/或交换信息(278)来确定在所述混合之后和/或在所述交换之后要输出的声道的数量和/或要输出的声道配置类型，
以及将相应更新的声道配置信息项附加于要呈现的组合数据流。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述比特流具有MPEG-4格式。
3、一种设备，用于处理从比特流中接收或重放的两个或更多个初始解码但还未组合的音频信号，每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并且在按照最终声道配置呈现之前，要通过混合和/或交换对初始解码音频信号进行组合，
其中将相应的特定声道配置信息项附加于所述初始解码音频信号中的每一个，以及所述两个或更多个初始解码音频信号的声道配置信息项可能会要求彼此冲突的声道配置，所述设备包括：
-至少两个音频数据解码器(21、22、23)，对从比特流中接收或重放的音频数据进行初始解码；
-处理装置(24-28)，用于处理由所述音频数据解码器初始解码的音频信号，其中至少两个所述初始解码音频信号中的每一个均具有不同的声道数和/或不同的声道配置，并且所述处理包括通过混合和/或交换
-呈现装置(20)，用于按照最终声道配置呈现组合音频信号，
其中在所述处理装置(24-28)中，控制所述混合和/或交换，
从而在非匹配声道数和/或非匹配的声道配置类型的情况下，通过由内容提供商或广播公司提供、并嵌入在所述比特流中的相关特定混合和/或交换信息(278)来确定在所述混合之后和/或在所述交换之后要输出的声道的数量和/或要输出的声道配置类型；
-声道配置装置(30)，将相应更新的声道配置信息项附加于要馈入所述呈现装置(20)的组合数据流。
4、根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述比特流具有MPEG-4格式。
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