专利名称：用于记录和/或再现脉冲码调制数字音频信号的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来记录和/或再现脉冲码调制数字(PCM)音频信号的系统，特别是涉及一种在其中即使PCM数字音频信号的取样频率各不相同，但该数字音频信号也可被记录在一数字记录介质上或可从该数字记录介质上被再现的用于记录和/或再现PCM数字音频信号的系统。
所有使用PCM数字音频信号的装置都使用一个参考单元，这种参考单元是一种能够实现误差校正的数据单元。该参考单元的尺寸是根据一传送介质的特性而确定的。根据预定的取样频率而被取样的一数字音频信号以数据块的形式被记录在记录介质上，该数据块具有由诸如小型光盘(CD)、数字音频磁带(DAT)等记录介质的数据记录特性所确定的数据尺寸或数据量。当针对该记录介质执行再现操作时，数字-模拟转换器以来自该记录介质的数据流的顺序将一数字音频信号转换为模拟音频信号。
关于PCM数字音频信号，为了用使用88.2KHz或96KHz取样频率的新的音频记录系统来替换使用44.1KHz或48KHz取样频率的现行系统，例如，在日本已经提出了一种先进的音频(ADA)系统。但是，使用取样频率为44.1KHz或48KHz的现行的再现系统不可能再现根据新提出的系统以数字形式记录的音频信号。因此，为了使这样一种现行的再现系统能够再现根据新的记录系统所记录的数字音频信号，需要一种单独的数字信号处理，这样不引起噪声就可处理表示每一取样的比特数。在需要进行数字信号处理的实例中，有一低通滤波以消除从记录介质所读取的信号中的高于44.1KHz或48KHz的频率分量，还有一抽选滤波(decimation filtering)以使被低通滤波的信号进入具有44.1KHz或48KHz取样频率的信号中。
据此，为了根据新提出的系统再现一音频信号，该现行再现系统将处理所有输入的音频数据。因此，需要其操作频率大于输入音频数据的取样频率的一数字处理器。因此，为了再现所提出的信号记录系统的数字音频信号而改进现行再现系统的费用太高。另外，还需增加用于上述单独数字信号处理的RAM容量，因而为了这样一种改进必须要增大费用。
同时，包含有具有88.2KHz或96KHz取样频率的数-模转换器的再现系统直接向一输出端传送所接收的数据而不处理该所接收数据。因此，不需要用于处理音频数据的数字处理器和大容量的RAM。但是，如果提出使用高于88.1KHz或(96KHz)频率的另外的音频记录系统，则也会产生如现行系统一样的问题。
为了解决上述问题，本发明一个目的是提供一种用于通过将在数字音频信号的预定参考单元内的音频取样转换成一频域的变换系数并根据预定的记录格式对该变换系数进行格式化来在现行音频装置和使用新的记录方法的新的音频装置中记录根据现行记录方法和新记录方法所取样的音频信号的系统。
本发明的另一目的是提供一种用于通过将在预定的数字音频信号的参考单元内的音频取样转换成一频域的变换系数并根据预定的记录格式对该变换系数进行格式化来在现行音频装置和使用新记录方法的新音频装置中再现根据现行记录方法和新记录方法取样的音频信号的系统。
为了实现本发明的上述目的，提供了一种用于一数字记录介质的数字音频记录装置，该数字音频记录装置包括参考单元格式化装置，用来接收一脉冲码调制数字音频信号，并且形成一参考单元序列，其中的每一参考单元具有来自所接收数字音频信号的预定尺寸；接收该参考单元序列的变换装置，用来将属于一单独的参考单元的音频取样变换成在一频域中的变换系数，并且输出一包含有变换系数的参考单元序列；格式化装置，用来从该变换装置接收参考单元序列，并且使用第一记录格式和第二记录格式中的一种记录格式来格式化并输出该所接收的参考单元序列，其中在包含在各自参考单元中的变换系数之中第一记录格式用于形成包括属于各自参考单元的变换系数的第一记录单元，第二记录格式用于形成包括属于一低频区域的变换系数的一第二记录单元和包括属于一高频区域的变换系数的一第三记录单元；和记录装置，用来在该数字记录介质上记录从格式化装置中输出的记录单元序列。
为了实现本发明的另一目的，所提供的一数字音频再现装置包括
一输入端，用来接收利用第一记录格式和第二记录格式中的一种记录格式所格式化的数据，其中在包含在每个参考单元中的变换系数之中，第一记录格式用于形成包括属于每个参考单元的变换系数的一第一记录单元，和第二记录格式用于形成包括在一低频区域中的变换系数的第二记录单元以及包括在一高频区域中的变换系数的第三记录单元；数-模(D/A)转换器，用来根据预定的操作频率对一输入数字信号进行数字-模拟转换；与该输入端相连接的装置，用来识别在该输入格式化数据中所包含的音频信号的取样频率以及一记录格式，并且输出表示该识别结果的数据；逆格式化装置，连接到输入端并接收从用于识别的装置中输出的数据，逆格式化装置用来根据对该所识别的取样频率和预定的操作频率之间的比较来对所接收的格式化数据进行逆格式化处理，并且对被识别的预存贮的第一和第二记录格式的记录格式进行逆格式处理；和逆变换装置，具有对D/A转换器最佳化的逆变换特性，用来将从该逆格式化装置输出的变换系数变换成在一时域中的音频取样，并且向该D/A变换器提供生成的音频取样。
下面参考
最佳实施例。
图1是根据本发明的一最佳实施例的一数字音频记录装置的示意性框图；图2是图1中所示的格式化单元的详细框图；图3A至3D是用来说明根据本发明的记录格式；图4是一根据本发明的一数字音频再现装置的示意性框图；和图5是一根据本发明的一数字音频再现装置的框图。
下面将参照附图对本发明的最佳实施例作更为详细的说明。
在图1中所示的根据本发明的数字音频信号记录装置可以根据在本发明中所提出的记录格式在一记录介质上根据现行音频记录方法记录具有44.1KHz或48KHz取样频率的音频信号以及根据一新的音频记录方法记录具有88.2KHz或96KHz取样频率的音频信号。为了说明清楚起见，相对较高的取样频率称之为第一取样频率，而相对较低的取样频率称之为第二取样频率。
在被使用线性PCM量化的时域中被取样的一音频信号被输入到图1的参考单元形成器10中。该参考单元形成器10将该输入数字音频信号分成每一个具有一预定尺寸的若干参考单元。所描述的参考单元和记录单元由一音频品质和传送介质的特性来确定。换句话说，参考单元的尺寸是根据在线性脉冲码调制数字音频信号的记录和再现期间所施加的误差可被纠正的数据量所确定的。该记录单元的尺寸是根据数字记录介质的信号记录特性基于可被连续记录在一数字记录介质上或从该数字记录介质上读出的一数据量来确定的。图3A示出了通过分离得到的参考单元的一个例子。图3A的该参考单元是由2m个音频取样的序列组成的。该参考单元形成器10提供通过对变换器20进行顺序地分隔而获得参考单元。变换器20将音频取样变换为在一频域中的变换系数。该变换器20的性能由一目标音频信号的音频质量来确定。由各个参考单元的域变换所得到变换系数以可识别每个参考单元的形式被输出到格式化单元30。该格式化单元30通过使用在图3B中所示的第一记录格式和在图3C和3D中所示的第二记录格式中的一种格式对在每一参考单元中的变换系数进行格式化。该格式化单元30的详细结构以及操作将参照图2和图3B到3D来详细说明。记录器40在诸如CD和DAT之类的数字记录介质(，未示出)上数字化地记录在该格式化单元30中被格式化的数据。
参见图2，图2示出了格式化单元30的详细框图。在该格式化单元30中的记录格式指示器32指定相应于在参考单元形成器10中所得到的参考单元的第一和第二记录格式中的一种格式。该记录格式指示器32的记录格式指示可通过设计由一想要记录音频信号的用户来完成。
当选择了第一记录格式时，记录格式指示器32向第一数据格式化器34输出一从变换器20所接收的变换系数序列。第一数据格式化器34将一单独参考单元内的音频取样格式化为第一记录单元并向第一附加数据插入器35输出第一记录单元序列。该第一记录单元包括从一参考单元所得到的变换系数。
图3B示出了在第一记录单元中所包含的变换系数F
、F[1]、F[2]、……、和F[2m]。在图3B中，F
表示最低频的变换系数，而F[2m]表示最高频率的变换系数。第一附加数据插入器35将表示在所接收的记录单元序列中所包含的音频信号的一取样频率的第一附加数据和表示在一单独记录单元中的音频取样数量的第二附加数据插入到该记录单元序列的起始部分。因为本发明不限于将第一和第二附加数据插入记录单元序列起始部分的例子，所以本技术领域的普通技术人员很清楚的是该第一数据格式化器34可以按这样一种方式来修改，即根据一传送通道或一记录介质的特性在该记录单元序列中可适当地插入第一和第二附加数据。
当第二记录格式被选择时，则记录格式指示器32向第二数据格式化器36输出从变换器20所接收的参考单元序列。第二数据格式化器36将在从记录格式指示器32所提供的一单独参考单元内的变换系数格式化为二个记录单元。详细地说，第二数据格式化器36等分在该参考单元中的变换系数，并形成由在相对较低频率区域中的变换系数构成的一第二记录单元和在相对较高频率区域中的变换系数构成的第三记录单元。因此，从一参考单元中得到了两个记录单元。图3C示出了在第二记录单元中包含的变换系数F
、F[1]、F[2]、…、和F[m]。图3D示出了在第三记录单元中包含的变换系数F[m]、F[m+1]、F[m+2]、……和F[2m]。第二数据格式化器36向第二附加数据插入器37输出一从参考单元的序列中得到的一记录单元序列。在该记录单元序列中，相应于一相对地时间超前的参考单元的第二和第三记录单元时间超前于相应于一相对地时间滞后的参考单元的第二和第三记录单元。在相应于相同参考单元的记录单元的情况中，第二记录单元时间超前于第三记录单元。
第二附加数据插入器37接收来自第二数据格式化器36的该记录单元的一序列并将前面提到的第一附加数据和第二附加数据插入到从第二数据格式化器36输出的记录单元序列的起始部分。另外，第二附加数据插入器37将用来识别从相同参考单元所得到的第二和第三记录单元的第三附加数据插入到第二和第三记录单元的各自的起始部分。
图1的上述装置可以使用两种记录格式。但是，在实际的实施例中最好是仅使用一种记录格式。如果图1的装置使用了两种记录格式，则需要用于识别两种记录格式的单独附加数据，即记录格式数据。在这种情况中，在图1装置中的记录器40在该被格式化数据的起始部分插入该记录格式数据。
图4的再现装置再现来自一在其上记录有数字音频信号的记录介质(未示出)的数字音频信号，该装置包括有一具有与第二取样频率相同的操作频率的D/A转换器81。读取器50从在其上记录有被变换为一频率域的数字音频信号的该记录介质(未示出)上读取被格式化的数据。包含在被格式化数据中的音频信号可有一如上所述的第一取样频率或第二取样频率。在该读取器50中，频率识别器51根据在该读取的被格式化数据中所包含的第一附加数据而识别一数字音频信号的取样频率，并向记录格式识别器53输出该识别结果。记录格式识别器53使用包含在从该频率识别器51所接收的被格式化数据中的附加数据以识别被格式化数据的记录格式。如果在该记录介质中所记录的信号是根据第一记录格式而被格式化的数据，则该数据包括第一和第二附加数据以及记录格式数据。如在该记录介质上记录的信号是根据一第二记录格式而被格式化的数据，则该数据包括第一、第二和第三附加数据以及记录格式数据。该读取器50向逆格式化单元60(1)提供基于该频率识别结果的第二和第三附加数据和记录单元序列以及被识别的记录格式。为了提供数据，可以设计成读取器50向逆格式化单元60(1)提供从该记录介质读取的所有数据，并且该逆格式化单元60(1)基于从读取器50所接收的数据来识别取样频率和记录格式并且向逆变换器71有选择地提供音频数据。
当在该记录介质上所记录的数据具有第一取样频率和第一记录格式时，该逆格式化单元60(1)向第一数据提取器61提供从该读取器50所接收的数据。对于每个从读取器50中所接收的数据的第一记录单元，该第一数据提取器61提取在该低频区域中的变换系数。更详细地说，第一数据提取器61根据包含在从读取器50所接收的数据中的第二附加数据从在单独的记录单元中的变换系数中提取低频区域的变换系数并且从接收数据中删除第二附加数据。这里，该低频区域意味着从由在一单独的记录单元中的所有变换系数所表示的整个频率区域被等分的二个频率区域的一较低频区域。其结果，从读取器50输出的单独的第一记录单元数据借助于第一数据提取器61通过二中取1(2∶1)而被抽选。当在该记录介质上所记录的数据具有第一取样频率和第二记录格式时，该逆格式化单元60(1)向第一数据提取器61提供从读取器50所接收的数据。该第一数据提取器61基于包含在从读取器50所接收的数据之中的第三附加数据来提取第二记录单元，并删除第三附加数据。当在该记录介质上记录的数据具有第二取样频率和第一记录格式时，逆格式化单元60(1)删除包含在从读取器50所接收的数据中的第二附加数据。当在该记录介质上记录的数据具有一第二取样频率和一第二记录格式时，该第一逆格式化单元60(1)向一第一逆格式化器63提供从读取器50所接收的数据。第一逆格式化器63基于预存贮的第二记录格式和第三附加数据来对相应于同一参考单元的第二和第三记录单元进行逆向格式化。然后，第一逆格式化器63删除第三附加数据并按上述信号处理向逆变换器71输出最终所留的变换。
因为本发明不限于该例中所提及的第一数据提取器61和第一逆格式化器63删除第二和/或第三附加数据的情况，所以本技术领域的普通技术人员应清楚可以改进该逆格式化单元60(1)以删除第二和第三附加数据。
另外，本技术领域的普通技术人员还应清楚这种修改即读取器50向逆格式化单元60(1)输出从该记录介质所读取的所有数据，以及逆格式化单元60(1)删除在从读取器50所接收的数据中的记录格式数据。
逆变换器71被适当地设计为逆向变换从具有一第二取样频率的音频取样而得到的一单独的参考单元变换系数，且该逆变换器71将从逆格式化单元60(1)接收的变换系数逆变换成在一时域中的音频取样。从该逆变换器71输出的音频取样在该D/A变换器81中被进行数字-模拟变换。图4的装置可以再现一具有相应于D/A变换器81的一操作频率的两倍的一取样频率的音频信号以及一具有相应于D/A变换器81的一操作频率的一取样频率的音频信号。因此，当记录在该记录介质上的音频信号具有第一取样频率并且该D/A变换器81根据第二取样频率来操作时，图4装置可提供一具有人的听觉系统无法辩别的相同音质的音频信号。
与图4装置不同，图5示出了一种包含有一具有与第一取样频率相同操作频率的D/A变换器83的装置。在图5中，因为具有与图4相同标号的方框执行与图4方框相同的功能，所以详细的说明予以省略。逆格式化单元60(2)使用来自读取器50的数据，根据被格式化的数据来执行一逆格式化操作。当在该记录介质上所记录的数据具有第一取样频率和第一记录格式时，逆格式化单元60(2)向第二数据提取器65提供从该读取器50所接收的数据。第二数据提取器65提取在从读取器50所接收的数据中所包含的第一记录单元并随后删除第二附加数据。其后，逆格式化单元60(2)向逆变换单元73输出频率识别结果和第一记录单元。逆变换器73根据该频率识别结果确定目前所接收的第一记录单元具有和在D/A变换器83中的一取样频率相同的取样频率，并且将在单独第一记录单元中包含的变换系数变换为在一时域中的音频取样。当在该记录介质上所记录的数据具有第二取样频率和第一记录格式时，在该逆格式化单元60(2)中的第二数据提取器65删除包含在从读取器50中所接收的数据中的第二附加数据并向逆变换器73输出第一记录单元和频率识别结果。在这种情况中，如果属于第一记录单元的变换系数被变换成该时域的音频取样时，则该音频取样数变得小于属于有关图5装置的信号处理的参考单元的音频取样数。为此原因，在该逆变换器73中的数据填充单元75执行零填充以在该频域中填满该数据。该逆变换器73将第一记录单元被零填充的变换系数变换为在该时域中的音频取样。
当在一记录介质上所记录的数据具有一第一取样频率和一第二记录格式时，在逆格式化单元60(2)中的第二逆格式化器67根据一预存贮的第二记录格式对从读取器50所接收的数据进行逆格式化。更详细地说，第二逆格式化器67根据第三附加数据和第二记录格式将相应于相同参考单元的第二和第三记录单元逆格式化为一相应的参考单元。之后，该逆格式化单元60(2)删除第三附加数据和记录格式数据，并且向逆变换器73输出参考单元序列和频率识别结果。该逆变换器73根据从逆格式化单元60(2)所接收的频率识别结果将每一参考单元的变换系数变换为该时域的音频取样。
当在该记录介质上所记录的数据具有第二取样频率和第二记录格式时，第二逆格式化器67根据第三附加数据和预存贮的第二记录格式对从读取器50所接收的第二和第三记录单元进行逆格式化。在这种情况中，在该时域中的音频取样数变得小于图5装置进行信号处理所需用的音频取样数。数据填充单元135执行上述的零填充，且其所得参考单元被变换为在该逆变换器133中的该时域的音频取样。这些音频取样在该D/A变换器143中进行数字-模拟转换。因此，图5的装置可以提供一种对于听众来说具有与根据该新的记录方法的取样频率的信号相同音质的听觉信号的具有现行取样频率的数字音频信号。
可以将图5的逆变换器73设计为对从具有一第二取样频率的该音频取样所得到的各自参考单元的变换系数进行逆变换。在这种情况中，该逆变换器73无须该逆格式化单元60(2)的频率识别结果就可判断是否执行了该数据填充。
假定每个参考单元包括K个变换系数，第一取样频率为L而第二取样频率为M，则可以按照公式Int(K×M)/L来计算在具有相应于第二取样频率的一操作频率的现行再现装置中所需的变换系数的数量。这里，“Int”是用于丢弃小于一整数值的一值的算符。在这种情况中，具有由上述公式所得到的数的变换系数被变换为该时域的音频取样。利用这个原理，根据本发明的系统可应用于一音频信号的取样频率提高到第一取样频率的整数倍的音频装置上。
结合第一和第二取样频率对上述实施例作了说明。但是，本发明还可应用于一具有大于第一取样频率的取样频率的音频信号。
如上所述，根据本发明的音频信号记录和再现系统可以在具有相对较低取样频率的音频装置和具有相对较高取样频率的音频装置中再现具有两倍频率差的音频信号。
另外，在具有相对较低取样频率的音频装置和具有相对较高取样频率的音频装置中可再现具有不同取样频率的音频信号。另外，本发明还可进一步应用于采用一以整数倍而增加的新的取样频率的音频装置。
权利要求
1.一种用于数字记录介质的数字音频记录装置，该数字音频记录装置包括参考单元形成装置，用来接收一脉冲码调制数字音频信号，并从所接收的数字音频信号形成参考单元序列，每一参考单元具有预定尺寸；接收该参考单元序列的变换装置，用来将属于各自参考单元的音频取样变换为在一频域中的变换系数，并输出包含变换系数的一参考单元序列；格式化装置，用来从所述变换装置接收该参考单元序列，并利用第一记录格式和第二记录格式中的一种格式来格式化和输出所接收的参考单元序列，其中在包含在各自参考单元内的变换系数之中，第一记录格式用来形成包含属于各自参考单元的变换系数的一第一记录单元，第二记录格式用于形成包括属于较低频率区域的变换系数的一第二记录单元和包含属于较高频率区域的变换系数的一第三记录单元；和记录装置，用来记录从在该数字记录介质上的所述格式化装置中输出的该记录单元序列。
2.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中所述的较低频率区域和所述的较高频率区域是根据一由变换系数所表示的频带来等分的。
3.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中所述预定尺寸是根据在记录和再现线性脉冲码调制数字音频信号期间施加的误差可被校正的数据量而确定的。
4.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中该记录单元是基于根据该数字记录介质的信号记录特性而可被连续地记录在一数字记录介质上的数据量来确定的。
5.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中所述格式化装置进一步包括一附加数据插入器，用来对于利用第一记录格式所产生的第一记录单元的序列将表示被包含在该记录单元序列中的音频信号的取样频率的附加数据插入到记录单元序列中。
6.如权利要求5所述的数字音频记录装置，其中所述附加数据插入器进一步将表示在各自记录单元中音频取样数的附加数据插入到该记录单元序列中。
7.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中所述格式化装置包括一附加数据插入器，用来将表示在一记录单元序列中所包含的音频信号的一取样频率的一第一附加数据插入到该记录单元序列中，并且对于利用第二记录格式所产生的该记录单元序列，将识别由相同参考单元所得到的第一记录单元和第二记录单元的一第二附加数据插入到每一个第一和第二记录单元的起始部分。
8.如权利要求1所述的数字音频记录装置，其中所述的格式化装置进一步将用于识别第一记录格式和第二记录格式的记录格式数据插入到所述记录单元序列中。
9.一种数字音频再现装置，包括一输入端，用来接收利用第一记录格式和第二记录格式中的一种格式而被格式化的数据，其中该第一记录格式是用于形成包含有属于每一参考单元的变换系数的第一记录单元，第二记录格式是用于在包含在每一参考单元的变换系数之中形成包含在一较低频率区域的变换系数的一第二记录单元和包含在一较高频带区域的变换系数的一第三记录单元；一数字-模拟(D/A)转换器，用于根据一预定的操作频率来对一输入数字音频信号进行数字-模拟转换；连接到所述输入端的装置，用来识别包含在该输入的被格式化数据中的音频信号的取样频率和一记录格式并输出表示该识别结果的数据；逆格式化装置，连接到所述输入端并接收来自用于识别的装置输出的数据，用来对根据所识别的取样频率和预定的操作频率之间的比较所接收的被格式化的数据进行逆格式化，并对所识别的预先存贮的第一和第二记录格式的记录格式进行逆格式化；和逆变换装置，具有对所述D/A变换器是最佳的逆变换特性，用来将从所述逆格式化装置输出的变换系数变换为在一时域中的音频取样，并且向所述D/A转换器提供所得的音频取样。
10.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中所述输入端从该数字记录介质接收所述被格式化的数据。
11.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中所述每一记录单元是基于根据该数字记录介质的信号记录特性可被连续地记录在所述数字记录介质上的数据量来确定的。
12.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中所述较低频率区域和较高频率区域是从由变换系数所表示的整个频率区域来等分的。
13.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中在该所识别的取样频率是所述预定操作频率乘以因数2的情况下，所述逆格式化装置向所述逆变换装置提供包含在第一记录单元的变换系数之中的低频区域的变换系数，并且该所识别的记录格式是第一记录格式。
14.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中在该所识别的取样频率是所述预定操作频率乘以因数2的情况下，所述逆格式化装置向所述逆变换装置提供包含在第二记录单元中的变换系数，并且所识别记录格式是第二记录格式。
15.如权利要求9所述的数字音频再现装置，其中当所述预定操作频率是所识别的频率乘以因数2时，所述逆格式化装置向所述逆变换装置提供所有变换系数，和所述逆变换装置在对从所述逆变换装置所接收的变换系数进行逆变换之前对于每一参考单元执行零填充。
全文摘要
用于格式化数字音频数据和在数字记录介质上记录被格式化数据的数字音频记录装置,在具有分别用于数字－模拟变换第一取样频率和第二取样频率的操作频率的再现装置中可再现具有第一取样频率及其两倍的第二取样频率的数字音频数据。该记录装置将数字音频数据变换为一频域中的变换系数,该变换系数利用预定记录格式被格式化。相应的数字音频再现装置根据用于D/A转换器的操作频率、数据格式化方法和一取样频率再现来自该所格式化数据的一模拟音频信号。
文档编号G11B20/12GK1173712SQ9711498
公开日1998年2月18日 申请日期1997年6月14日 优先权日1996年6月14日
发明者许丁权, 吴永南 申请人:三星电子株式会社