DE4222150C2 - Verfahren zur Übertragung und/oder Speicherung digitaler Audiosignale nach dem ISO-MPEG-Audio-Standard mit erweiterten Abtastfrequenzen und Bitraten - Google Patents

Verfahren zur Übertragung und/oder Speicherung digitaler Audiosignale nach dem ISO-MPEG-Audio-Standard mit erweiterten Abtastfrequenzen und Bitraten

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung und/oder Speiche­ rung digitaler Audiosignale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Datenreduktions-Verfahren werden eingesetzt, wenn bei der Speiche­ rung und/oder Übertragung von Audiosignalen zwar eine störungsfreie hohe Tonqualität erreicht werden soll, aber keine so hohe Übertragungs- oder Speicherbandbreite, wie beispielsweise bei einer Compact Disc (CD) zur Verfü­ gung steht.
Beispiele sind der geplante digitale terrestrische Rundfunk, der Tonkanal von di­ gitalen Videorecordern oder Bandaufzeichnungsgeräte mit stationärem Tonkopf, die Übertragung von hochwertigen Musiksignalen in Übertragungssystemen mit niedrigen Datenraten, z. B. im digitalen Telefonnetz ISDN.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist in der Veröffentlichung "ASPEC Coding", Proceedings of the 10th International AES Conference, London 1991, S. 71-80, beschrieben. Bei diesem Verfahren erfolgt die Codierung der quantisierten Spektralwerte mit einem Optimalcodierer, bei dem das zur Codierung verwendete Codewort umso kürzer ist, je häufiger der Spektralkoeffizient auftritt. Dabei wird der Code einer Tabelle entnommen, deren Länge der Anzahl der Codewörter entspricht (Huffmancode). Mit Hilfe des Verfahrens ist es gelungen, Musik mit Bitraten von nur 64 kbit/sec pro Kanal in CD-Qualität zu übertragen, wobei Unterschiede zwischen dem Original-Signal und dem übertragenen Signal praktisch nicht wahrnehmbar sind. Es stehen Abtastfrequenzen von 32 bis 48 kHz und Übertragungsraten von 32 bis 192 kbit/s zur Verfügung.
Die MPEG-Gruppe (Moving Pictures Experts Group) der ISO (International Standardisation Organisation) hat einen weltweiten Standard für die Komprimie­ rung für Audiodaten vorgeschlagen. Dieser Vorschlag: "Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to 1,5 mbit/s" (ISO/MPEG Standard 11172-3) umfaßt drei verschiedene Formate (Layer) der Datenreduktion, die für unterschiedliche Anwendungsfälle optimale Eigenschaften sicherstellen.
Für jedes Format ist die Codierung der Audiodaten und der Bitstrom festgelegt. Der Bitstrom enthält 2 Bit für die Zuordnung von Abtastwerten, wobei drei der möglichen Einstellungen für die Werte 44,1, 48 und 32 kHz vergeben sind, die vierte Einstellung ist noch offen.
Weiterhin enthält der Bitstrom 4 Bit für die Zuordnung von Bitraten zur Übertra­ gung der codierten Daten, die für die verschiedenen Formate in Tabellen fest­ gelegt sind.
Für die Festlegung der vierten Einstellung der Abtastfrequenz liegen mehrere, unterschiedliche Vorschläge vor, die je nach Anwendungsfall im Bereich von 12 bis 24 kHz liegen. Mit dem bekannten Verfahren kann jedoch nur einer der gewünschten Abtastwerte realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Übertragung und/oder Speicherung digitaler Audiosignale derart weiterzubilden, daß die Einstellung der Abtastwerte und Bitraten erweitert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird der vierten, noch nicht vergebenen Einstellung für eine Abtastfrequenz nicht ein zusätzlicher Frequenzwert zugeordnet, sondern es wird eine Umdefinition der Bitratentabelle festgelegt.
Wenn bei der Anwendung des Verfahrens dieser Einstellwert für die Abtastfre­ quenz ausgewählt wird, erfolgt automatisch eine Umschaltung von der Tabelle der möglichen Bitraten auf eine Tabelle, die Kombinationen mehrerer Abtastfre­ quenzen und Bitraten enthält.
Bei dieser neuen Tabelle wird zugunsten der Erweiterung der möglichen Abtast­ frequenzen auf einen Teil der vorgesehenen Bitraten verzichtet.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.
Das Verfahren nach Anspruch 2 ist zu dem ISO/MPEG-Standard kompatibel, da es die dort vorgegebene Bit-Zahl zur Darstellung der Abtastfrequenz und der Bitrate einsetzt. Dieses Verfahren ist somit vorteilhaft einsetzbar, wenn der Weltstandard für die Codierung von Audiosignalen verwendet wird.
Nach Anspruch 3 werden den im ISO/MPEG-Standard vorgesehenen Abtastfrequenzen die weiteren Werte 24, 22,05,16 und 12 kHz hinzugefügt. Diese Abtastfrequenzen werden vorteilhaft eingesetzt, wenn Audio-Daten mit begrenztem Frequenzumfang (z. B. 6 bis 10 kHz) übertragen oder gespeichert werden sollen. Ein reduzierter Frequenzumfang ist zum Beispiel bei der Übertragung der menschlichen Stimme auch bei hohen Qualitätsanforderungen ausreichend.
Gemäß Anspruch 4 sind gegenüber dem derzeitigen ISO/MPEG-Standard zusätzlich die Bitraten 24, 16 und 12 kbit/s vorgesehen. Auf diese Bitraten kann ausgewichen werden, wenn nur geringe Übertragungskapazitäten vorhanden sind oder wenn viele Kanäle gleichzeitig übertragen werden sollen.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Einsatzfähigkeit des Verfahrens zur Übertragung und/oder Speicherung digitaler Audiosignale we­ sentlich erweitert wird, und daß das Verfahren flexibler angewendet werden kann.
Bei den bekannten Verfahren kann jeder Einstellung in der Tabelle der Abtast­ frequenzen jeweils nur ein Frequenzwert zugeordnet werden. Mit Festlegen der für die Auswahl der Abtastfrequenzen verfügbaren Bit-Zahl ist die Zahl der auswählbaren Abtastfrequenzen beschränkt. Beim ISO/MPEG-Standard stehen deshalb nur vier Abtastfrequenzen zur Verfügung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine bestimmte Einstellung in der Tabelle der Abtastfrequenzen die Möglichkeit eröffnet, mittels einer neu defi­ nierten Tabelle aus einer Vielzahl von Kombinationen von Abtastfrequenzen und Bitraten zu wählen.
Insbesondere bei niedrigen Abtastfrequenzen und niedrigen Bitraten ergeben sich große Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren, da bisher in diesem Bereich nur wenige Werte realisierbar sind. Durch die zusätzlichen Abtastwerte und Bitraten kann das Verfahren beispielsweise in der Telekommunikation oder bei der Übertragung mehrsprachiger Stereo-Tonkanäle für Fernseh-Sendungen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher be­ schrieben.
Als Ausgangspunkt dienen Verfahren, denen der ISO/MPEG-Standard 11172-3 zugrunde liegt. Bei einem solchen Verfahren sind im Bitstrom des codierten Signals die ersten 32 Bit für Systemdaten reserviert.
Davon stehen vier Bit für den sogenannten Bitraten-Index zur Verfügung, der für die verschiedenen Formate die möglichen Bitraten vergibt.
Dem Bitraten-Index sind folgende Bitraten zugeordnet:
Zwei Bit der Systeminformation dienen der Einstellung der Abtastfrequenz. Da­ durch ist die Zahl der möglichen Abtastfrequenzen auf vier beschränkt.
Folgende Abtastfrequenzen stehen zur Auswahl:
Wenn beispielsweise im Bitstrom die Folgen "0001" für die Bitrate und "10" für die Abtastfrequenz enthalten sind, beträgt die Bitrate 32 kbit/s bei einer Abtastfre­ quenz von 32 kHz.
Der vierte Wert, "reserved", für die Abtastfrequenz ist noch nicht festgelegt. Erfindungsgemäß wird bei der Wahl dieses Wertes, also bei der Wahl "11", die oben angeführte Tabelle der Bitraten durch eine Tabelle ersetzt, in welcher einem Tabellenindex eine Kombination einer Abtastfrequenz und einer Bitrate zugeordnet ist.
Für das Format III (Layer III) des ISO/MPEG-Standards wird beispielsweise fol­ gende Tabelle gewählt:
Bei der Bitfolge "0001" und "11" im Bitstrom für Bitrate und Abtastfrequenz be­ trägt die Bitrate im gewählten Beispiel 64 kbit/s bei einer Abtastfrequenz von 24 kHz.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden auf diese Weise zusätzliche Werte für die Abtastfrequenz realisiert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Übertragung und/oder Speicherung digitaler Audiosignale, bei welchem ein digitales Audiosignal mit einer auswählbaren Abtastfre­ quenz abgetastet und aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich abge­ bildet wird und aus dem Signal im Frequenzbereich unter Ausnutzung des psychoakustischen Verdeckungseffektes irrelevante bzw. redundante In­ formationen ausgeschieden werden und bei welchem das Signal quantisiert und codiert wird und als Bitstrom mit auswählbarer Bitrate einer Übertragungs- oder Speichereinrichtung zugeführt wird und das Signal nach Auslesen aus dem Speicher und/oder Übertragung decodiert und aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich abgebildet wird und bei welchem im Bitstrom n Bit für die Darstellung der Abtastfrequenz und m Bit für die Darstellung der Bitrate vorgesehen sind, wobei die maximal 2n Einstellungen der Abtastfrequenzen und die maximal 2m Einstellungen der Bitraten mit Hilfe von Tabellen festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Einstellung der Abtastfrequenzen eine Umdefinition der Bitratentabelle derart festlegt, daß über die Tabelle 2m vorgebbare Kombinationen von Abtastfrequenzen und Bitraten zur Verfügung gestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Darstellung der Abtastfrequenz zwei Bit und für die Darstellung der Bitrate vier Bit vorgesehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastfrequenzen 24, 22, 05, 16 und 12 kHz auswählbar sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitraten die Werte 24, 16 und 12 kbit/s auswählbar sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitratentabelle derart umdefiniert wird, daß folgende Kombinatio­ nen von Abtastfrequenzen und Bitraten zur Verfügung gestellt werden:
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