專利名稱：編碼設備和方法,解碼設備和方法,以及記錄介質(zhì)記錄設備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于壓縮PCM(脈沖編碼調(diào)制)音頻信號(例如使用可逆碼的音樂數(shù)據(jù))的編碼設備和方法、解碼設備和方法及記錄介質(zhì)記錄設備和方法。
背景技術(shù)：
近年來，計算機網(wǎng)絡已經(jīng)得到普及，并且大容量記錄和還原介質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)。結(jié)果，在計算機上經(jīng)常需要處理音樂數(shù)據(jù)。當在計算機上處理音樂數(shù)據(jù)時，經(jīng)常使用非可逆碼，例如MP3(MPEG1音頻層-3)、AAC(MPEG2高級音頻編碼)、ATRAC(自適應變換聲音編碼Adaptive TRansform Acoustic Coding商標)3。這是由于非可逆碼能夠達到高效壓縮。
換言之，壓縮編碼被分類成非可逆碼和可逆碼。當數(shù)據(jù)被高效壓縮時，非可逆碼是有效的。然而非可逆碼導致數(shù)據(jù)損失。于是，當通過非可逆碼壓縮例如音樂數(shù)據(jù)時，由于發(fā)生數(shù)據(jù)損失，音頻質(zhì)量退化。
相反，可逆碼允許無數(shù)據(jù)損失地完全恢復經(jīng)過壓縮的數(shù)據(jù)。于是，當通過可逆碼壓縮例如音樂數(shù)據(jù)時，音頻質(zhì)量不退化。然而與非可逆碼相比，可逆碼難以達到較高的壓縮率。
通常，為了以有限傳輸速率有效傳送音樂數(shù)據(jù)，以及在具有有限容量的記錄和還原介質(zhì)上有效記錄音樂數(shù)據(jù)，主要使用非可逆碼。
然而目前已經(jīng)使用了寬帶線路并且通過寬帶線路傳送大量數(shù)據(jù)。另外，大容量和廉價記錄和還原介質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)。于是，人們認為音頻質(zhì)量比壓縮率更有價值。換言之，沒有音頻質(zhì)量退化的可逆碼將變得比導致音頻質(zhì)量退化的非可逆碼更加重要。
通常，為了保持CD-DA(數(shù)字音頻光盤)盤片上記錄的音樂數(shù)據(jù)與計算機的結(jié)合能力，期望以CD-ROM(光盤只讀存儲器)格式記錄音樂數(shù)據(jù)。于是，期望對音樂數(shù)據(jù)進行編碼以保護其版權(quán)。
然而由于CD-ROM格式中一幀的用戶數(shù)據(jù)記錄容量小于CD-DA盤片一幀的音樂數(shù)據(jù)記錄容量，如果以CD-ROM格式記錄CD-DA盤片的音樂數(shù)據(jù)，則難以達到與CD-DA盤片相同的還原時長。
換言之，在CD中，以98個幀組成的塊為單位管理數(shù)據(jù)。在CD-DA盤片中，為各個幀分配24字節(jié)的數(shù)據(jù)。一個由98個幀組成的塊的數(shù)據(jù)容量為(98×24＝2352字節(jié))。
相反，在CD-ROM格式中，同步、頭和糾錯碼被加到每個塊的數(shù)據(jù)中。換言之，當CD-ROM上的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯時，由于不能通過插值處理等等解決差錯問題，需要更強的糾錯處理。為此加入糾錯輔助數(shù)據(jù)。于是一個塊的用戶數(shù)據(jù)容量變成2048字節(jié)。
在CD-DA盤片中，每個塊記錄2352字節(jié)的音樂數(shù)據(jù)。相反，在CD-ROM中一個塊的用戶數(shù)據(jù)容量為2048字節(jié)。當以CD-ROM格式記錄一個CD-DA盤片上記錄的音樂數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)容量變得不足。
于是，一個CD-DA盤片上記錄的音樂數(shù)據(jù)不能完全記錄在一個CD-ROM格式的盤片上。
于是期望將一塊2352字節(jié)的音樂數(shù)據(jù)壓縮到2048字節(jié)左右，并且按照CD-ROM格式記錄。由于音樂數(shù)據(jù)被從2352字節(jié)壓縮到2048字節(jié)，可以通過可逆碼充分壓縮。于是，當使用可逆碼壓縮音樂數(shù)據(jù)時，音樂數(shù)據(jù)的音頻質(zhì)量幾乎不退化。
根據(jù)上述分析，期望能夠用可逆碼有效壓縮諸如音樂數(shù)據(jù)的PCM音頻信號?？赡娲a已知有Huffman碼、算術(shù)碼、移動Huffman碼、通用碼(LZ(LempleZiv)77、LZ SS、LZ 78和LZ W)等等?？赡娲a編碼基本上利用了數(shù)據(jù)(分布)的偏置，消除無意義代碼并且壓縮有意義代碼。相反，由于音樂PCM信號由隨機數(shù)組成，不能使用可逆碼適當壓縮音樂PCM信號。當使用可逆碼對信號進行編碼時，結(jié)果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量會大于原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量。
當實時編碼PCM音頻信號并且針對介質(zhì)記錄和還原PCM音頻信號時，期望高速執(zhí)行編碼處理和解碼處理。然而在傳統(tǒng)可逆壓縮系統(tǒng)中，尤其是編碼處理需要花費較長的時間。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供允許對PCM音頻信號進行有效的可逆編碼，并且高速執(zhí)行編碼處理和解碼處理的編碼設備和方法、解碼設備和方法及記錄介質(zhì)記錄設備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種編碼設備，包括差分信號產(chǎn)生部分，用于形成作為輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值的差分信號；使用時間差對差分信號和第二通道信號進行編碼的時間差分編碼處理部分；以預定比特數(shù)為單位分割時間差分編碼處理部分的輸出信號的分割處理部分；以預定比特數(shù)為單位對分割處理部分的輸出數(shù)據(jù)進行自適應編碼的自適應編碼處理部分；和以預定格式排列自適應編碼處理部分的輸出數(shù)據(jù)的輸出部分。
本發(fā)明是一種編碼方法，包括步驟形成作為輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值的差分信號；使用時間差對差分信號和第二通道信號進行編碼；以預定比特數(shù)為單位分割已經(jīng)使用時間差編碼的信號；對以預定比特數(shù)為單位分割的數(shù)據(jù)進行自適應編碼；和按照預定格式排列自適應編碼數(shù)據(jù)。
本發(fā)明是一種解碼設備，包括分發(fā)以預定比特數(shù)為單位按照預定格式排列的數(shù)據(jù)的分發(fā)處理部分；對分發(fā)處理部分以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)執(zhí)行解碼處理的自適應解碼處理部分；將自適應解碼處理部分的輸出數(shù)據(jù)解碼成第二通道信號以及第一通道信號和第二通道信號的差分信號的時間差分解碼處理部分；和相加第二通道信號和差分信號并且產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號的相加處理部分。
本發(fā)明是一種解碼方法，包括步驟分發(fā)以預定比特數(shù)為單位按照預定格式排列的數(shù)據(jù)；對以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)執(zhí)行解碼處理；對經(jīng)過自適應解碼處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行時間差分解碼處理，以便產(chǎn)生第二通道信號以及第一通道信號和第二通道信號的差分信號；和相加第二通道信號和差分信號并且產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號。
本發(fā)明是一種記錄介質(zhì)記錄方法，包括步驟形成作為輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值的差分信號；使用時間差對差分信號和第二通道信號進行編碼；以預定比特數(shù)為單位分割已經(jīng)使用時間差編碼的信號；對以預定比特數(shù)為單位分割的數(shù)據(jù)進行自適應編碼；將經(jīng)過自適應編碼的數(shù)據(jù)排列成預定數(shù)據(jù)以便編碼數(shù)據(jù)；將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預定數(shù)據(jù)格式；對編碼數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯碼編碼處理；和對經(jīng)過糾錯碼編碼處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行調(diào)制處理并且在記錄介質(zhì)上記錄調(diào)制數(shù)據(jù)。
本發(fā)明是一種記錄介質(zhì)還原方法，包括步驟解調(diào)從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)據(jù)；對解調(diào)數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯處理；將經(jīng)過糾錯處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預定數(shù)據(jù)格式；以預定比特數(shù)為單位分發(fā)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；對以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)進行自適應解碼；對經(jīng)過自適應解碼處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行時間差分解碼處理，以便產(chǎn)生第二通道信號以及第一通道信號和第二通道信號之間的差分信號；相加第二通道信號和差分信號；和產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″，高階數(shù)據(jù)比特被偏置為數(shù)據(jù)″0″并且使用可逆碼進行編碼。數(shù)據(jù)被分成往往偏置成數(shù)據(jù)″0″的高階比特數(shù)據(jù)組和往往變成隨機數(shù)的低階比特數(shù)據(jù)組，并且使用可逆碼進行編碼。
使用Huffmnan碼執(zhí)行可逆編碼。使用LZ碼執(zhí)行預處理。
對于可逆碼，利用數(shù)據(jù)偏置壓縮數(shù)據(jù)。于是，往往被偏置成數(shù)據(jù)″0″的高階比特數(shù)據(jù)組可以被有效壓縮。另外，在LZ碼編碼中，當出現(xiàn)概率較高的″0″位于數(shù)據(jù)起始處時，可以改進壓縮效率。
由于低階比特數(shù)據(jù)組是隨機數(shù)，壓縮率變得較低。然而當數(shù)據(jù)被編碼時，將已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與沒有編碼的原始數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較。輸出碼數(shù)量較小的數(shù)據(jù)。于是，在編碼處理中可以防止數(shù)據(jù)碼數(shù)量的增加。
另外，通過簡單的運算設備可以實現(xiàn)″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″。另外，可以方便地執(zhí)行Huffman碼編碼。于是可以高速執(zhí)行編碼處理和解碼處理。


圖1的模塊圖示出了本發(fā)明的可逆碼編碼電路的例子；圖2的示意圖說明了本發(fā)明的可逆碼編碼電路的例子；圖3的模塊圖示出了本發(fā)明的可逆碼編碼電路的編碼部分的例子；圖4的示意圖說明了利用LZ 77的編碼部分；圖5的示意圖說明了本發(fā)明的可逆碼編碼電路的編碼部分；圖6的示意圖說明了本發(fā)明的可逆碼編碼電路的數(shù)據(jù)排列部分；圖7A和圖7B的示意圖說明了利用LZ SS的編碼部分；圖8的模塊圖示出了本發(fā)明的可逆碼解碼電路的例子；圖9的模塊圖示出了本發(fā)明的光盤記錄和還原設備的例子；而圖10A和圖10B的示意圖說明了光盤的記錄格式。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明適用于通過可逆碼對PCM音頻信號進行壓縮編碼。由于利用可逆碼的壓縮沒有數(shù)據(jù)損失，當PCM音頻信號被可逆編碼時，其音頻質(zhì)量沒有退化。
使用可逆碼的壓縮(此后簡稱為可逆壓縮)利用數(shù)據(jù)的偏置，并且消除無意義代碼以便壓縮數(shù)據(jù)。于是，當使用可逆碼執(zhí)行壓縮編碼時，偏置的數(shù)據(jù)越多，則數(shù)據(jù)壓縮更有效率。
相反，音樂的PCM音頻信號是自然模擬信息的數(shù)字化信號。于是，PCM音頻信號基本上接近隨機數(shù)。于是，使用可逆碼不能有效地壓縮PCM音頻信號。尤其是，PCM音頻信號的低階比特全部是隨機數(shù)。為了改進可逆編碼壓縮的效率，需要以某種方式偏置PCM音頻信號的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過使用專用于音樂的″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″，對數(shù)據(jù)進行偏置。下面實際描述這個特征。
例如在立體聲音樂的PCM音頻信號中，左和右音頻信號具有相關(guān)。于是，當?shù)玫阶驪CM音頻信號和右PCM音頻信號之間的差值時，數(shù)據(jù)的絕對數(shù)值變小。差分數(shù)據(jù)的高階比特幾乎為″0″。當?shù)玫骄哂邢嚓P(guān)的左PCM音頻信號和右PCM音頻信號之間的差值時，差分比特的數(shù)據(jù)被偏置到″0″左右。這是使用″立體聲相關(guān)″偏置數(shù)據(jù)的例子。
同樣地，在音樂的PCM音頻信號中，數(shù)據(jù)的相鄰樣本具有相關(guān)。于是，當?shù)玫綌?shù)據(jù)的相鄰樣本之間的差值時，差分數(shù)據(jù)的絕對數(shù)值變小。差分數(shù)據(jù)的高階比特變成大約為″0″。這是使用″時基相關(guān)″偏置數(shù)據(jù)的例子。
當使用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″時，差分數(shù)據(jù)的高階比特變成幾乎為″0″。結(jié)果，由于數(shù)據(jù)被偏置，可以有效壓縮數(shù)據(jù)。
然而在這種情況下，由于PCM音頻信號的低階比特幾乎是隨機數(shù)，它們不能被有效編碼。
于是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，PCM音頻信號被分成往往被偏置的高階比特，和往往變成隨機數(shù)的低階比特，并且接著被編碼。
當對16比特采樣的PCM音頻信號進行編碼時，利用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″執(zhí)行差值計算。當針對16比特數(shù)據(jù)執(zhí)行差值計算時，由于發(fā)生兩次進位，結(jié)果數(shù)據(jù)變成18比特(在利用″立體聲相關(guān)″的差值計算中，發(fā)生一次進位；在利用″時基相關(guān)″的差值計算中，發(fā)生一次進位)。18比特數(shù)據(jù)被分成幾乎偏置為″0″的高階比特數(shù)據(jù)，和屬于隨機數(shù)的低階比特數(shù)據(jù)。18比特被分成(10比特+8比特)的分組、(6比特+6比特+6比特)的分組、等等。
當使用可逆碼對每個分組進行編碼時，可以有效壓縮被偏置為數(shù)據(jù)″0″的高階比特組。
由于低階比特是隨機數(shù)，當使用可逆碼對其進行編碼時，碼數(shù)量會增加。
于是根據(jù)本發(fā)明的實施例，針對每個分組將沒有編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較。當已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量大于沒有編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量時，使用沒有被編碼的原始數(shù)據(jù)。
由于一個通道是DPCM(差分脈沖編碼調(diào)制)信號而另一個通道是立體聲差分DPCM信號，以不同方式偏置了左通道的數(shù)據(jù)和右通道的數(shù)據(jù)。于是左和右通道被看作不同的分組。
在例子中，為了更加有效地壓縮Huffman碼(作為預處理)，使用例如LZ 77碼進行編碼。以和可能具有更高出現(xiàn)概率的原始數(shù)據(jù)相同的方式排列LZ 77碼編碼的輸出數(shù)據(jù)，使得可以有效執(zhí)行下一個Huffman碼編碼。換言之，由于原始數(shù)據(jù)被偏置到″0″的左右，排列LZ 77碼編碼的輸出，使得盡可能多地輸出高階比特為″0″的代碼。
當使用LZ 77碼編碼數(shù)據(jù)時，存在3種輸出數(shù)據(jù)，即″滑動詞典中最長匹配的位置″、″匹配長度″和″下一非匹配數(shù)據(jù)″，其中″滑動詞典中最長匹配的位置″往往具有較大數(shù)據(jù)長度和散布數(shù)值。換言之，對于″滑動詞典中最長匹配的位置″，難以產(chǎn)生接近″0″的數(shù)值。相反，由于″匹配長度″通常被偏置到較小數(shù)值，高階比特往往變成″0″。于是，″匹配長度″位于高階比特而″滑動詞典中最長匹配的位置″位于低階比特。
換言之，按照下面的方式使用可逆碼對音樂的PCM音頻信號進行編碼。
(1)按照預定單位對具有R(右)通道和L(左)通道的立體聲PCM音頻信號進行塊分割。在這個例子中，1024個樣本組成一個塊。
(2)一個通道(例如R通道)的PCM數(shù)據(jù)被替換成立體聲差分數(shù)據(jù)(R-L)。
(3)兩個通道的數(shù)據(jù)被DPCM調(diào)制。
(4)兩個通道的數(shù)據(jù)被分成多個塊。每個塊的數(shù)據(jù)被分成多個分組。
(5)通過利用LZ 77碼和Huffman碼的變長碼對每個分組進行編碼。
(6)對于每個分組，將沒有編碼的數(shù)據(jù)的長度與已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的長度相比較。使用長度較大的數(shù)據(jù)。
(7)按照預定順序排列每個分組的編碼數(shù)據(jù)，并且輸出數(shù)據(jù)。
如圖1所示，本發(fā)明的可逆碼編碼電路包括得到L通道PCM音頻數(shù)據(jù)和R通道PCM音頻數(shù)據(jù)之間的差值的相減設備3；對兩個通道的數(shù)據(jù)執(zhí)行DPCM的DPCM運算設備4和5；將兩個通道的數(shù)據(jù)分割成多個分組并且對分割的分組執(zhí)行LZ 77碼編碼和Huffman碼編碼的編碼部分6A、6B、6C、7A、7B和7C；和按照預定順序排列編碼的分組并且輸出排列的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)排列部分8。
在圖1中，經(jīng)過例如16比特量化的L通道PCM音頻信號被提供給輸入端1。經(jīng)過例如16比特量化的R通道PCM音頻信號被提供給輸入端2。以均由1024個樣本組成的塊的方式輸入這些PCM音頻信號。
從輸入端1提供的L通道PCM音頻信號不僅被提供給相減設備3，而且被提供給DPCM運算設備4。從輸入端2提供的R通道PCM音頻信號被提供給相減設備3。
相減設備3利用上述″立體聲相關(guān)″降低數(shù)據(jù)的絕對數(shù)值，以便將數(shù)據(jù)偏置到″0″。相減設備3得到R通道PCM音頻信號和L通道PCM音頻信號之間的差值。相減設備3的輸出信號被提供給DPCM運算設備5。
當相減設備3利用″立體聲相關(guān)″得到16比特R通道PCM音頻數(shù)據(jù)和16比特L通道PCM音頻數(shù)據(jù)之間的差值時，發(fā)生進位。結(jié)果，相減設備3的輸出數(shù)據(jù)變成例如17比特。
由于DPCM運算設備5的輸入數(shù)據(jù)，即相減設備3的輸出數(shù)據(jù)的比特數(shù)為17比特時，為了使DPCM運算設備5的輸入數(shù)據(jù)的比特數(shù)與DPCM運算設備4的輸入數(shù)據(jù)的比特數(shù)匹配，一個虛比特被輸入到DPCM運算設備4。所得到的17比特L通道PCM音頻信號被提供給DPCM運算設備4。
DPCM運算設備4和5執(zhí)行差分編碼，以便利用上述″時基相關(guān)″降低絕對數(shù)值并且將數(shù)據(jù)偏置到″0″。
DPCM運算設備4得到L通道輸入PCM數(shù)據(jù)的相鄰樣本之間的差值。在利用″時基相關(guān)″時，由于發(fā)生一次進位，DPCM運算設備4的輸出數(shù)據(jù)變成18比特。DPCM運算設備4的輸出數(shù)據(jù)被分成高階6比特組、中階6比特組和低階6比特組，并且分別提供給編碼部分6A、6B和6C。
同樣地，DPCM運算設備5得到(R-L)通道數(shù)據(jù)的相鄰樣本之間的差值。DPCM運算設備5的輸出數(shù)據(jù)是18比特。18比特數(shù)據(jù)被分成例如高階6比特組、中階6比特組和低階6比特組，并且分別提供給編碼部分7A、7B和7C。
換言之，如圖2所示，DPCM運算設備4輸出L通道的18比特(b0到b17)。將18比特的高階6比特(b12到b17)作為組GP1提供給編碼部分6A。將中階6比特(b6到b11)作為組GP2提供給編碼部分6B。將低階6比特(b0到b5)作為組GP3提供給編碼部分6C。
PCM音頻信號具有時基相關(guān)。DPCM運算設備4計算PCM音頻信號的相鄰樣本之間的差值。于是，DPCM運算設備4的輸出的高階比特幾乎為″0″。換言之，組GP1的數(shù)據(jù)幾乎為″0″。同樣地，組GP2的數(shù)據(jù)幾乎為″0″。低階比特組GP3可能為隨機數(shù)。
如圖2所示，DPCM運算設備5輸出(R-L)通道的18比特(b0到b17)。將18比特的高階6比特(b12到b17)作為組GP4提供給編碼部分7A。將中階6比特(b6到b11)作為組GP5提供給編碼部分7B。將低階6比特(b0到b5)作為組GP6提供給編碼部分7C。
由于PCM音頻信號具有立體聲相關(guān)，相減設備3的輸出的高階比特幾乎為″0″。另外，由于PCM音頻信號具有時基相關(guān)，DPCM運算設備5的輸出的高階比特變成″0″。于是，組GP4的數(shù)據(jù)幾乎為″0″。組GP5的數(shù)據(jù)接近″0″。低階比特組GP6的數(shù)據(jù)可能是隨機數(shù)。
編碼部分6A到6C和編碼部分7A到7C對每個6比特數(shù)據(jù)進行可逆編碼。使用例如Huffman碼執(zhí)行壓縮編碼。使用例如LZ 77碼作為預處理。
圖3示出了每個編碼部分6A到6C和編碼部分7A到7C的結(jié)構(gòu)。在圖3中，以1024個樣本組成一個塊的方式從輸入端20向緩沖存儲器21提供各個6比特數(shù)據(jù)分組。緩沖存儲器21具有數(shù)據(jù)存儲區(qū)22和數(shù)據(jù)編碼區(qū)23。
數(shù)據(jù)存儲區(qū)22是其中存儲6比特1024樣本的數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)已經(jīng)被編碼的區(qū)域。數(shù)據(jù)編碼區(qū)23是其中對6比特1024樣本的數(shù)據(jù)進行編碼的工作區(qū)。
結(jié)合數(shù)據(jù)編碼區(qū)23，LZ碼編碼運算部分27和Huffman碼編碼運算部分28。LZ碼編碼運算部分27使用例如LZ 77碼對數(shù)據(jù)進行編碼，使得能夠使用Huffman碼對數(shù)據(jù)進行有效編碼。Huffman碼編碼運算部分28使用Huffman碼編碼數(shù)據(jù)，Huffman碼是變長碼。
在LZ 77碼編碼處理中，提供存儲緊接在正被編碼的數(shù)據(jù)序列之后和前面的數(shù)據(jù)序列的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)被用作字典。通過緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)被壓縮編碼。當數(shù)據(jù)被編碼時，緩沖區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)序列被滑動。于是這種緩沖區(qū)被稱作滑動字典。
在LZ 77碼編碼處理中，搜索滑動字典中與開始編碼處理時的數(shù)據(jù)序列匹配的最長數(shù)據(jù)序列。在已經(jīng)搜索滑動字典中與數(shù)據(jù)序列匹配的最長數(shù)據(jù)序列之后，得到滑動字典中最長數(shù)據(jù)序列的開始位置和長度。對于LZ 77碼，″滑動詞典中最長匹配的位置″、″匹配長度″和″非匹配數(shù)據(jù)″是輸出數(shù)據(jù)。
圖4示出了使用LZ77碼編碼后的6比特數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式。如圖4所示，當使用LZ 77碼編碼6比特數(shù)據(jù)時，輸出3個6比特組(數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2和數(shù)據(jù)3)。
得到具有8個比特的″滑動詞典中最長匹配的位置″。在3個輸出中″滑動詞典中最長匹配的位置″的數(shù)據(jù)長度最大。于是″滑動詞典中最長匹配的位置″的數(shù)值往往是發(fā)散的，并且變成隨機數(shù)。得到具有4個比特的″匹配長度″。由于″匹配長度″被偏置到較小數(shù)值，其高階比特往往變成″0″?！逑乱环瞧ヅ鋽?shù)據(jù)″本身是6比特數(shù)據(jù)。
如圖4所示，第一個6比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)1)被分配″滑動詞典中最長匹配的位置″的高階6比特。當不存在匹配時，″滑動詞典中最長匹配的位置″為″0″。
下一個6比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的高階4比特被分配″匹配長度″。6比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的低階2比特被分配″滑動詞典中最長匹配的位置″的低階2比特。由于″匹配長度″被偏置到較小數(shù)值，數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的高階比特往往變成″0″。
下一個6比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)3)被分配″下一非匹配數(shù)據(jù)″。
在圖3中，經(jīng)過LZ 77碼編碼的數(shù)據(jù)被Huffman碼編碼運算部分28使用Huffman碼壓縮編碼。
對于Huffman碼，以這樣的方式執(zhí)行變長碼編碼，其中代碼的出現(xiàn)概率越高，則該代碼的長度就越短。對于Huffman碼，構(gòu)造對應于出現(xiàn)概率大小的代碼樹。對應于該樹，以這樣的方式執(zhí)行變長碼編碼，其中代碼的出現(xiàn)概率越高，則該代碼的長度就越短。當使用LZ77碼執(zhí)行預處理時，可以有效地執(zhí)行Huffman碼編碼。
Huffman碼編碼運算部分28按照圖5所示的格式輸出數(shù)據(jù)。換言之，如圖5所示，針對一個組的數(shù)據(jù)提供原始數(shù)據(jù)和Huffman碼位長的相關(guān)表。對應于相關(guān)表，輸出經(jīng)過Huffman碼的變長編碼的數(shù)據(jù)d0、d1、d2、…、d1023。
通過這種方式，在圖3示出的數(shù)據(jù)編碼區(qū)23中，存儲經(jīng)過LZ碼編碼運算部分27和Huffman碼編碼運算部分28的可逆編碼的1024個樣本的數(shù)據(jù)。編碼數(shù)據(jù)不僅從數(shù)據(jù)編碼區(qū)23提供到選擇器25的端子25B，而且提供到碼數(shù)量比較部分24。從數(shù)據(jù)存儲區(qū)22向選擇器25的端子25A和碼數(shù)量比較部分24提供沒有經(jīng)過編碼并且存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)22中的1024個樣本。
碼數(shù)量比較部分24將未經(jīng)過編碼并且被存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)22中、從輸入端20輸入的原始數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與被存儲在數(shù)據(jù)編碼區(qū)23的編碼數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較。碼數(shù)量比較部分24的比較輸出作為選擇控制信號被提供到選擇器25。碼數(shù)量比較部分24的比較結(jié)果影響塊頭(后面會描述)中包含的、表示數(shù)據(jù)是否已經(jīng)編碼的標識信息。
由于沒有編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量是已知的，因此可以將已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與沒有編碼的已知數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較。
當碼數(shù)量比較部分24的比較結(jié)果表明已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量小于沒有編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量時，通過選擇控制信號將選擇器25設置到端子25B一側(cè)。經(jīng)過LZ 77碼的編碼和Huffman碼的變長編碼的數(shù)據(jù)被從數(shù)據(jù)編碼區(qū)23中讀出，并且通過選擇器25從輸出端26輸出。
當碼數(shù)量比較部分24的比較結(jié)果表明沒有編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量小于已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量時，通過選擇控制信號將選擇器25設置到端子25A一側(cè)。通過選擇器25將沒有編碼的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲區(qū)22輸出到輸出端子26。
如上所述，DPCM運算設備4和5的輸出被分成6個比特組，并且被編碼部分6A到6C和7A到7B使用可逆碼進行壓縮編碼。在這些分組中間，高階比特組GP1、GP2、GP4和GP5幾乎為數(shù)據(jù)″0″。于是，它們可能被高度壓縮。相反，低階比特組GP3和GP6是隨機數(shù)。于是，它們不可能被高度壓縮。然而當已經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量大于沒有壓縮的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量時，由于輸出沒有編碼的數(shù)據(jù)(即原始數(shù)據(jù))，在編碼處理中可以防止數(shù)據(jù)碼數(shù)量的增加。
編碼部分6A到6C和編碼部分7A到7C的輸出數(shù)據(jù)被提供給數(shù)據(jù)排列部分8。數(shù)據(jù)排列部分8針對各個塊按照預定格式排列編碼部分6A到6C和編碼部分7A到7C進行可逆編碼的組GP1到GP3和GP4到GP6的數(shù)據(jù)，并且輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。
圖6示出了從數(shù)據(jù)排列部分8輸出的數(shù)據(jù)的格式的例子。在圖6中，塊頭位于起始處。塊頭包含表明各個分組的數(shù)據(jù)長度，是否各個分組已經(jīng)編碼等等的標識信息。
塊頭后面有該塊的第一樣本數(shù)據(jù)。第一樣本數(shù)據(jù)被用作DPCM編碼的初值。第一樣本數(shù)據(jù)后面有組GP1到GP6(是編碼數(shù)據(jù))。
如上所述，作為高階比特組的組GP1和GP2，以及組GP4和GP5可能被高度壓縮。相反，當組GP3和GP6的數(shù)據(jù)被可逆編碼時，其碼數(shù)量可能會增加。在這種情況下，輸出原始數(shù)據(jù)而不是編碼數(shù)據(jù)。為了知道組GP1到GP6的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過可逆碼的編碼，使用該頭的標識信息。
如圖6所示，圖1示出的數(shù)據(jù)排列部分8排列各個分組的編碼數(shù)據(jù)。從輸出端9得到數(shù)據(jù)排列部分8的輸出數(shù)據(jù)。從輸出端9得到其中一個塊(1024個樣本)經(jīng)過可逆編碼的PCM音頻信號。
在上述例子中，DPCM運算設備4和5的各個輸出被分成(6比特+6比特+6比特)的3個分組。然而本發(fā)明不限于這樣的例子。可選地，DPCM運算設備4和5的各個輸出可以被分成(10比特+8比特)的2個分組。
在上述例子中，編碼部分使用LZ 77碼執(zhí)行預處理，并且接著使用Huffman碼執(zhí)行編碼處理。然而本發(fā)明不限于這樣的例子?？蛇x地，編碼部分可以使用動態(tài)Huffman碼、算術(shù)碼、LZ 78碼、LZ SS碼、LZ W碼等等執(zhí)行編碼處理。
在該例子中，在使用Huffman碼編碼數(shù)據(jù)之前，使用LZ碼執(zhí)行預處理。可選地，可以只使用Huffman碼對數(shù)據(jù)進行編碼。
在該例子中，處置數(shù)據(jù)，使得經(jīng)過LZ碼編碼的數(shù)據(jù)的高階比特幾乎變成″0″?？蛇x地，數(shù)據(jù)可以被碼反轉(zhuǎn)或位反轉(zhuǎn)，使得高階比特幾乎變成″1″。
圖7A和圖7B示出了在使用LZ SS碼而不是LZ 77碼的情況下的格式的例子。當使用LZ 77碼執(zhí)行編碼處理時，輸出3個單元，即″滑動詞典中最長匹配的位置″、″匹配長度″和″下一非匹配數(shù)據(jù)″。然而在LZ 77碼編碼處理中，沒有壓縮的數(shù)據(jù)被包含在代碼序列中。于是結(jié)果數(shù)據(jù)是冗余的。使用LZ SS碼可以消除LZ 77碼編碼處理的冗余。
當使用LZ SS碼時，通過標志標識兩種情況。在一種情況下，已經(jīng)從滑動字典中搜索了至少3個最長匹配碼。在另一種情況下，尚未從滑動字典中搜索出至少3個最長匹配碼。
當使用LZ SS碼時，滑動字典中搜索至少3個與開始編碼處理時的數(shù)據(jù)序列匹配的最長數(shù)據(jù)序列。當從滑動字典中搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列時，標志被設置成例如″1″。此時輸出″滑動詞典中最長匹配的位置″和″匹配長度″。當從滑動字典中沒有搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列時，標志被設置成例如″0″。此時輸出非匹配數(shù)據(jù)序列。
圖7A示出了在從滑動字典中搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列的情況下的數(shù)據(jù)格式。當從滑動字典中搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列時，前7比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)1)的標志被設置成″1″。此后，輸出″滑動詞典中最長匹配的位置″的高階6比特。
在下一個7比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的起始處，設置″0″作為標志。標志后面有4比特″匹配長度″。由于″匹配長度″被偏置到較小數(shù)值，數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的高階比特往往變成″0″。雖然數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的標志無意義，然而由于″匹配長度″的高階比特幾乎變成″0″，它們被始終設置成″0″，使得它們被偏置到″0″。7比特數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)2)的低階2比特被分配″滑動詞典中最長匹配的位置″的低階2比特。
圖7B示出了從滑動字典中沒有搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列的情況。如圖7B所示，當從滑動字典中沒有搜索出具有最長匹配的數(shù)據(jù)序列時，標志被設置成″0″。標志后面有6比特的非匹配數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的可逆編碼電路中，利用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″偏置數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)被有效地可逆壓縮。
以和上述編碼處理相反的方式執(zhí)行可逆碼解碼處理。換言之，按照下面的方式執(zhí)行解碼處理。
(1)按照預定順序?qū)⒕幋a數(shù)據(jù)分發(fā)成組。
(2)使用Huffman碼和LZ 77碼解碼各個分組。當解碼數(shù)據(jù)時，碼數(shù)量增加。于是當數(shù)據(jù)沒有被編碼時，不執(zhí)行這些處理。
(3)所有兩個通道的數(shù)據(jù)被DPCM解調(diào)。
(4)L通道的數(shù)據(jù)被加到(R-L)通道的數(shù)據(jù)上，以得到R通道的數(shù)據(jù)。
(5)輸出L和R通道的解碼數(shù)據(jù)。
圖8示出了解碼電路的結(jié)構(gòu)。解碼電路包括將分發(fā)數(shù)據(jù)到各個分組的數(shù)據(jù)分發(fā)部分52；使用Huffman碼和LZ 77碼解碼各個分組的解碼部分53A、53B、53C、54A、54B和54C；針對兩個通道執(zhí)行DPCM解調(diào)的DPCM解調(diào)設備55和56；以及將(R-L)通道的信號與L通道的信號增加并且產(chǎn)生R通道的信號的相加設備57。
在圖8中，經(jīng)過圖1示出的編碼電路的可逆編碼并且按照圖6示出的格式發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)被提供給輸入端51。編碼數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)排列部分8的輸出數(shù)據(jù))包含如圖6所示排列的組GP1到GP3和GP4到GP6。
從輸入端51輸入的數(shù)據(jù)被提供給數(shù)據(jù)分發(fā)部分52。數(shù)據(jù)分發(fā)部分52將編碼數(shù)據(jù)分割成組GP1到GP3和GP4到GP6。
組GP1、GP2和GP3分別被提供給解碼部分54A、54B和54C。組GP4、GP5和GP6分別被提供給解碼部分54A、54B和54C。
解碼部分53A到53B和54A到54C執(zhí)行Huffman碼解碼和LZ 77碼解碼。解碼部分53A到53B得到L通道的DPCM數(shù)據(jù)的高階6比特、中階6比特和低階6比特以作為解碼數(shù)據(jù)。解碼部分54A到54C得到(R-L)通道的DPCM數(shù)據(jù)的高階6比特、中階6比特和低階6比特以作為解碼數(shù)據(jù)。
如上所述，在已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量大于沒有編碼的原始數(shù)據(jù)的碼數(shù)量的情況下，沒有執(zhí)行編碼。為了知道數(shù)據(jù)是否已經(jīng)編碼，可以使用塊頭的標識信息進行判斷。當標識信息表明數(shù)據(jù)沒有編碼時，解碼部分53A到53B和54A到54C不執(zhí)行解碼處理。
由解碼部分53A的輸出數(shù)據(jù)，解碼部分53B的輸出數(shù)據(jù)和解碼部分53C的輸出數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)被提供給DPCM解調(diào)設備55。DPCM解調(diào)設備55相加數(shù)據(jù)的相鄰樣本的差值，并且得到L通道PCM音頻信號以作為解碼數(shù)據(jù)。L通道PCM音頻信號被提供給輸出端58和相加設備57。
由解碼部分54A的輸出數(shù)據(jù)，解碼部分54B的輸出數(shù)據(jù)和解碼部分54C的輸出數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)被提供給DPCM解調(diào)設備56。DPCM解調(diào)設備56相加數(shù)據(jù)的相鄰樣本的差值，并且輸出(R-L)通道PCM音頻信號以作為解碼數(shù)據(jù)。(R-L)通道的PCM音頻信號被提供給相加設備57。
相加設備57相加DPCM解調(diào)設備55解調(diào)的L通道PCM音頻信號和DPCM解調(diào)設備56解調(diào)的(R-L)通道PCM音頻信號。結(jié)果產(chǎn)生R通道的PCM音頻信號。從輸出端59輸出R通道的PCM音頻信號。
如上所述，通過執(zhí)行與圖1示出的編碼電路相反的處理的電路可以實現(xiàn)圖8示出的解碼電路。利用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″，可以通過簡單運算設備執(zhí)行編碼處理和解碼處理。通過運算設備可以方便地執(zhí)行Huffman碼編碼和解碼處理。于是可以高速執(zhí)行編碼處理和解碼處理。
上述可逆編碼電路和解碼電路可用于記錄具有CD-ROM格式并且與一個CD-DA盤片具有相同時長的音樂數(shù)據(jù)。
圖9的模塊圖示出了本發(fā)明的光學記錄和還原設備的概況。在圖9中，附圖標記101表示光盤。光盤101是被稱作CD-DA盤片、CD-ROM盤片、CD-R(可記錄光盤)盤片或CD-RW(可擦寫光盤)，直徑為120mm并且具有中心孔的光盤。光盤101可以是具有80mm直徑的所謂CD單片(CD single)。
光盤101可以是諸如CD-DA盤片或CD-ROM盤片的只還原盤片，諸如CD-R盤片的一次性寫入盤片，或諸如CD-RW盤片的可重寫盤片。在只還原盤片中，鋁被用作記錄層。在只還原盤片中，通常使用壓模形成盤基片。在形成的基片上，形成反射膜以作為鋁組成的記錄層。在只還原盤片上記錄有音樂數(shù)據(jù)和各種數(shù)據(jù)。
作為一次性寫入盤片的CD-R盤片具有由有機顏料(例如酞菁染料或青色素)組成的記錄層。當數(shù)據(jù)被寫入CD-R盤片時，激光提高了盤片上有機顏料的溫度。結(jié)果有機色相被熱變形，并且數(shù)據(jù)被記錄。
作為可重寫盤片的CD-RW盤片具有由相變材料組成的記錄層。相變材料是例如Ag-In-Sb-Te(銀-銦-銻-碲)的合金。
這種相變材料具有晶相和非晶相。當作為光束的激光的強度加強時，相變記錄薄膜的溫度被提高超過融點，并且接著快速降低。此時，相變材料組成的記錄薄膜變成非晶態(tài)。當作為光束的激光的強度相對較弱時，相變材料組成的記錄薄膜的溫度提高到結(jié)晶溫度左右，并且接著逐漸降低。此時，記錄薄膜變成晶態(tài)。產(chǎn)生激光以作為對應于要記錄的數(shù)據(jù)的脈沖。產(chǎn)生的激光被發(fā)射到記錄層。此時，記錄層部分地從晶態(tài)改變成非晶態(tài)。結(jié)果，數(shù)據(jù)被記錄。
在音樂CD-DA盤片中，一個樣本或一個字包括16比特，并且采樣頻率為44.1kHz。一個樣本或一個字的16比特被分成2個符號，即高階8比特和低階8比特。以一個符號為單位執(zhí)行糾錯碼編碼處理和交織處理。音頻數(shù)據(jù)的24個符號組成一個幀。一個幀相當于每個立體聲左和右通道的6個樣本。98個幀組成一個塊。以一個塊為單位訪問數(shù)據(jù)。于是如圖10A所示，一個塊的數(shù)據(jù)容量為(24×98＝2352字節(jié))。
相反，當以CD-ROM格式記錄數(shù)據(jù)時，為了改進糾錯能力，如圖10B所示，288字節(jié)的輔助數(shù)據(jù)被放在一個塊中。另外，在一個塊的起始處，位置12字節(jié)的同步和4字節(jié)的頭。于是一個塊的用戶數(shù)據(jù)容量變成2048字節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，在使用可逆碼的情況下，可以針對光盤101記錄和還原具有CD-ROM格式并且時長與一個CD-DA盤片相同的音樂數(shù)據(jù)。
在圖9中，光盤101被保持在旋轉(zhuǎn)臺102上。主軸電機104按照恒定線速度(CLV)或恒定角速度(CAV)旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺102。旋轉(zhuǎn)臺102被配置在主軸電機104的旋轉(zhuǎn)軸的邊緣側(cè)。當主軸電機104旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)臺102和光盤101被旋轉(zhuǎn)。
光讀取頭103通過物鏡(未示出)將作為半導體激光器設備的光束的激光聚焦在光盤101的記錄層上，并且跟蹤光盤101上同心或螺旋形成的軌道。傳動器保持物鏡，使得物鏡可以沿著聚焦方向和尋道方向行進。另外，通過其驅(qū)動源為螺線馬達136的螺線機構(gòu)(未示出)使整個光讀取頭103沿著盤片的徑向行進。結(jié)果，使用從光讀取頭103發(fā)射的激光從最內(nèi)部圓周位置到最外部圓周位置掃描光盤101。
除了物鏡和傳動器之外，光讀取頭103具有將半導體激光器設備發(fā)射的激光導向物鏡并且分離光盤101反射的激光的光學系統(tǒng)，和接收光學系統(tǒng)分離和從光盤101反射的光線的光電檢測器。
換言之，從半導體激光器設備發(fā)射的激光被組成光學系統(tǒng)的準直透鏡校準。校準的激光進入組成光學系統(tǒng)的分光器。穿過分光器的激光被物鏡聚焦在記錄層上，并且作為光斑投射在光盤101上。在穿過物鏡之后，激光重新進入分光器。激光被分光器反射并且接著被聚光透鏡聚焦在光電檢測器上。光電檢測器將接收的光線光電轉(zhuǎn)換成接收光電流。
從光電檢測器接收的光電流作為光讀取頭103的輸出信號被提供到RF放大器105。RF放大器105具有電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，放大電路，矩陣電路(RF矩陣放大器)等等。RF放大器105產(chǎn)生對應于光讀取頭103的輸出信號的各種信號。RF放大器105產(chǎn)生例如RF信號以作為還原信號，產(chǎn)生聚焦誤差信號和循軌誤差信號以作為伺服控制信號。
伺服控制電路131產(chǎn)生各種伺服信號，所述伺服信號用于聚焦伺服，循軌伺服，螺線伺服，和對應于從RF放大器105提供的聚焦誤差信號和循軌誤差信號、以及從系統(tǒng)控制器132提供的操作命令的主軸伺服，并且向傳動器驅(qū)動電路133、螺線控制電路134和主軸控制電路135輸出所產(chǎn)生的信號。
螺線控制電路134驅(qū)動對應于螺線驅(qū)動信號的螺線馬達136。螺線馬達136沿著光盤101的徑向移動整個光讀取頭103。螺線控制電路134驅(qū)動對應于螺線驅(qū)動信號的螺線馬達136，使得光讀取頭103沿著光盤101的徑向適當行進。
當數(shù)據(jù)被記錄在光盤101時，通過接口110從外部設備提供數(shù)據(jù)。當例如音樂數(shù)據(jù)被記錄在光盤101時，通過接口110提供經(jīng)過44.1kHz頻率采樣和16比特量化的立體聲音樂PCM音頻信號。在該例子中，假定如圖10B所示按照CD-ROM格式記錄這種音樂數(shù)據(jù)。
通過接口110輸入的PCM音頻信號被提供給數(shù)據(jù)壓縮電路111。數(shù)據(jù)壓縮電路111可逆壓縮PCM音頻信號，使得具有CD-ROM格式的數(shù)據(jù)可以和一個CD-DA盤片具有相同的時長。對于數(shù)據(jù)壓縮電路111，使用圖1示出的編碼電路。
數(shù)據(jù)壓縮電路111使用可逆碼壓縮編碼PCM音頻信號。數(shù)據(jù)壓縮電路111的輸出數(shù)據(jù)被提供給CD-ROM編碼器112。除了同步和頭之外，CD-ROM編碼器112向一個塊的數(shù)據(jù)加入用于糾錯處理的輔助數(shù)據(jù)，使得PCM音頻信號具有圖10B示出的CD-ROM格式。
CD-ROM編碼器112的輸出數(shù)據(jù)被提供給糾錯碼編碼電路113。糾錯碼編碼電路113使用CIRC(交叉交插里德-索羅蒙碼)執(zhí)行糾錯碼編碼處理。
糾錯碼編碼電路113的輸出數(shù)據(jù)被提供給調(diào)制電路114。調(diào)制電路114針對糾錯碼編碼電路113的輸出數(shù)據(jù)執(zhí)行EFM(8到14調(diào)制)。調(diào)制電路114的輸出數(shù)據(jù)被提供給激光驅(qū)動電路115。激光驅(qū)動電路115調(diào)制激光波形，并且產(chǎn)生半導體激光器設備驅(qū)動信號，所述設備驅(qū)動信號是預定記錄電平和預定擦除電平的組合。對應于半導體激光器設備驅(qū)動信號，調(diào)制光讀取頭103發(fā)射的激光的光束強度。結(jié)果，數(shù)據(jù)被記錄在光盤101上。
當還原光盤101上記錄的數(shù)據(jù)時，光讀取頭103從光盤101讀取數(shù)據(jù)。光讀取頭103的輸出信號被提供給RF放大器105。均衡器對RF放大器105產(chǎn)生的RF信號進行波形均衡。按照預定限制電平對均衡器的輸出信號進行數(shù)字化處理。解調(diào)電路120執(zhí)行EFM解調(diào)。
解調(diào)電路120的輸出數(shù)據(jù)被提供給糾錯處理電路121。糾錯處理電路121使用CIRC執(zhí)行檢錯和糾錯處理。糾錯處理電路121的輸出數(shù)據(jù)被提供給CD-ROM解碼器122。另外，CD-ROM解碼器122執(zhí)行糾錯處理并還原來自光盤101的數(shù)據(jù)。
如上所述，由于經(jīng)過可逆編碼的立體聲PCM音頻信號已經(jīng)記錄在光盤101上，CD-ROM解碼器122輸出可逆編碼的立體聲PCM音頻信號。
CD-ROM解碼器122的輸出被提供給數(shù)據(jù)解壓縮電路123。數(shù)據(jù)解壓縮電路123執(zhí)行對應于記錄設備的數(shù)據(jù)壓縮電路111的處理。數(shù)據(jù)解壓縮電路123由例如圖8示出的解碼電路組成。數(shù)據(jù)解壓縮電路123執(zhí)行可逆碼解碼處理。數(shù)據(jù)解壓縮電路123得到立體聲PCM音頻信號以作為解碼信號。由于執(zhí)行可逆壓縮，可以很好地還原原始數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)解壓縮電路123解壓縮的立體聲PCM音頻信號通過接口110被輸出到外部設備。
在利用本發(fā)明的可逆碼的情況下，當按照例如CD-ROM格式記錄音樂數(shù)據(jù)時，可以實現(xiàn)與一個CD-DA盤片相同的記錄時長。由于已經(jīng)使用可逆碼壓縮音樂數(shù)據(jù)，其音頻質(zhì)量沒有退化。
在上述例子中，光盤是基于CD的盤片?？蛇x地，光盤可以是DVD(數(shù)字通用光盤或數(shù)字視盤)或基于DVD的盤片(例如DVD-RAM盤片、DVD-R盤片或DVD-RW盤片)。各種光盤(例如雙密度CD)具有與CD相同的形狀并且具有增加的記錄容量，已經(jīng)開發(fā)出與傳統(tǒng)CD播放器和個人計算機密切結(jié)合的光盤。本發(fā)明可以被應用于那些盤片。
當然，在本發(fā)明的可逆編碼系統(tǒng)中，可以按照CD-ROM格式記錄PCM音頻信號。另外，本發(fā)明可以被應用于通過網(wǎng)絡傳送音樂數(shù)據(jù)的情況，以及音樂數(shù)據(jù)被記錄在諸如磁盤或磁光盤的記錄介質(zhì)上的情況。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″，高階數(shù)據(jù)比特被偏置為數(shù)據(jù)″0″，并且被可逆編碼。數(shù)據(jù)被分成往往偏置到″0″的高階比特組，和往往變成隨機數(shù)的低階比特組，并且被可逆編碼。
在可逆編碼中，使用Huffman碼。使用LZ碼作為預處理。
對于可逆碼，利用其偏置來壓縮數(shù)據(jù)。于是，往往被偏置成″0″的高階比特數(shù)據(jù)組可以被有效壓縮。對于LZ碼，當具有較高出現(xiàn)概率的″0″位于起始處時，數(shù)據(jù)可以被有效壓縮。
由于低階比特是隨機數(shù)，壓縮率較低。然而當數(shù)據(jù)被編碼時，將沒有壓縮的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與已經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較。輸出具有較小碼數(shù)量的數(shù)據(jù)。于是，在編碼處理中可以防止碼數(shù)量的增加。
另外，通過簡單的運算設備可以實現(xiàn)″立體聲相關(guān)″和″時基相關(guān)″。另外，由于可以方便地執(zhí)行Huffman碼編碼，所以可以高速執(zhí)行編碼處理和解碼處理。
實用性如上所述，本發(fā)明的編碼設備和方法以及解碼設備和方法允許通過可逆編碼適當壓縮諸如音樂數(shù)據(jù)的PCM音頻信號。
權(quán)利要求
1.一種編碼設備，包括差分信號產(chǎn)生部分，用于形成差分信號，所述差分信號是輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值；時間差分編碼處理部分，用于使用時間差編碼差分信號和第二通道信號；分割處理部分，用于以預定比特數(shù)為單位分割時間差分編碼處理部分的輸出信號；自適應編碼處理部分，用于以預定比特數(shù)為單位對分割處理部分的輸出數(shù)據(jù)進行自適應編碼；和輸出部分，用于按照預定格式排列自適應編碼處理部分的輸出數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中時間差分編碼處理部分具有第一時間差分編碼部分，用于使用時間差編碼差分信號；和第二時間差分編碼部分，用于使用時間差編碼第二通道信號。
3.如權(quán)利要求2所述的編碼設備，其中第二時間差分編碼部分被構(gòu)造成接收一個虛比特。
4.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中分割處理部分被構(gòu)造成將時間差分編碼處理部分的輸出信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中分割處理部分被構(gòu)造成將時間差分編碼處理部分的輸出信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中自適應編碼處理部分被構(gòu)造成使用可逆碼執(zhí)行編碼處理。
7.如權(quán)利要求6所述的編碼設備，其中自適應編碼處理部分被構(gòu)造成使用變長碼執(zhí)行自適應編碼處理。
8.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中自適應編碼處理部分被構(gòu)造成以預定比特數(shù)為單位將沒有執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與已經(jīng)執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較，并且輸出其碼數(shù)量較小的數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的編碼設備，其中自適應編碼處理部分具有預處理部分，用于使用第一可逆碼執(zhí)行預處理；編碼處理部分，用于使用對應于預處理部分的輸出數(shù)據(jù)的第二可逆碼執(zhí)行編碼處理；和比較部分，用于比較編碼處理部分的輸出數(shù)據(jù)的碼數(shù)量和編碼處理部分的輸入數(shù)據(jù)的碼數(shù)量。
10.如權(quán)利要求9所述的編碼設備，其中預處理部分被構(gòu)造成使用通用碼作為第一可逆碼來執(zhí)行預處理。
11.如權(quán)利要求10所述的編碼設備，其中輸出部分被構(gòu)造成加入表示自適應編碼處理部分是否以預定比特數(shù)為單位對輸出數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息，并且輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求1所述的編碼設備，其中差分信號形成部分被構(gòu)造成利用第一通道信號和第二通道信號的立體聲相關(guān)形成差分信號。
13.一種編碼方法，包括的步驟有形成差分信號，所述差分信號是輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值；使用時間差編碼差分信號和第二通道信號；以預定比特數(shù)為單位分割已經(jīng)使用時間差進行編碼的信號；以預定比特數(shù)為單位對分割的數(shù)據(jù)進行自適應編碼；和按照預定格式排列自適應編碼數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求13所述的編碼方法，其中當使用時間差編碼第二通道信號時，通過提供一個虛比特并且使用時間差編碼所述一個虛比特和第二通道比特，來執(zhí)行時間差分編碼步驟。
15.如權(quán)利要求13所述的編碼方法，其中通過將經(jīng)過時間差編碼的信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分割步驟。
16.如權(quán)利要求13所述的編碼方法，其中通過將經(jīng)過時間差編碼的信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分割步驟。
17.如權(quán)利要求13所述的編碼方法，其中使用可逆碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的編碼方法，其中使用變長碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
19.如權(quán)利要求13所述的編碼方法，其中通過以預定比特數(shù)為單位將沒有執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與已經(jīng)執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較，并且輸出其碼數(shù)量較小的數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的編碼方法，其中使用第二可逆碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟，并且在自適應編碼處理步驟之前是使用第一可逆碼執(zhí)行預處理的步驟。
21.如權(quán)利要求20所述的編碼方法，其中使用通用碼作為第一可逆碼來執(zhí)行預處理步驟。
22.如權(quán)利要求21所述的編碼方法，其中通過加入表示自適應編碼處理是否以預定比特數(shù)為單位對輸出數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息來執(zhí)行數(shù)據(jù)排列步驟。
23.一種解碼設備，包括分發(fā)處理部分，用于以預定比特數(shù)為單位分發(fā)按照預定格式排列的數(shù)據(jù)；自適應解碼處理部分，用于針對分發(fā)處理部分以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)執(zhí)行解碼處理；時間差分解碼處理部分，用于將自適應解碼處理部分的輸出數(shù)據(jù)解碼成第二通道信號和第一通道信號與第二通道信號的差分信號；和相加處理部分，用于相加第二通道信號和差分信號并且產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號。
24.如權(quán)利要求23所述的解碼設備，其中分發(fā)處理部分被構(gòu)造成將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)。
25.如權(quán)利要求23所述的解碼設備，其中分發(fā)處理部分被構(gòu)造成將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求23所述的解碼設備，其中自適應解碼處理部分被構(gòu)造成使用可逆碼執(zhí)行解碼處理。
27.如權(quán)利要求26所述的解碼設備，其中自適應解碼處理部分被構(gòu)造成使用變長碼執(zhí)行自適應解碼處理。
28.如權(quán)利要求23所述的解碼設備，其中自適應解碼處理部分被構(gòu)造成判斷是否已經(jīng)以預定比特數(shù)為單位對數(shù)據(jù)進行了編碼，并且在數(shù)據(jù)已經(jīng)被編碼時解碼數(shù)據(jù)。
29.如權(quán)利要求28所述的解碼設備，其中當判斷數(shù)據(jù)沒有被編碼時，自適應解碼處理部分被構(gòu)造成輸出分發(fā)處理部分以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)。
30.如權(quán)利要求28所述的解碼設備，其中表示以預定比特數(shù)為單位執(zhí)行的自適應編碼處理是否已經(jīng)對數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息已經(jīng)被加入按照預定格式排列的數(shù)據(jù)中，并且自適應解碼處理部分被構(gòu)造成使用標識信息判斷是否已經(jīng)對數(shù)據(jù)進行編碼。
31.如權(quán)利要求23所述的解碼設備，其中自適應解碼處理部分被構(gòu)造成使用第二可逆碼執(zhí)行解碼處理，并且接著使用第一可逆碼執(zhí)行后處理。
32.如權(quán)利要求31所述的解碼設備，其中自適應解碼處理部分被構(gòu)造成使用通用碼作為第一可逆碼來執(zhí)行后處理。
33.一種解碼方法，包括的步驟有以預定比特數(shù)為單位分發(fā)按照預定格式排列的數(shù)據(jù)；針對以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)執(zhí)行自適應解碼處理；對已經(jīng)執(zhí)行自適應解碼處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行時間差分解碼處理，以便產(chǎn)生第二通道信號和第一通道信號與第二通道信號的差分信號；和相加第二通道信號和差分信號并且產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號。
34.如權(quán)利要求33所述的解碼方法，其中通過將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分發(fā)步驟。
35.如權(quán)利要求33所述的解碼方法，其中通過將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分發(fā)步驟。
36.如權(quán)利要求33所述的解碼方法，其中使用可逆碼執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
37.如權(quán)利要求36所述的解碼方法，其中使用變長碼執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
38.如權(quán)利要求23所述的解碼方法，其中通過判斷是否已經(jīng)以預定比特數(shù)為單位對數(shù)據(jù)進行了編碼，并且在數(shù)據(jù)已經(jīng)被編碼時解碼數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
39.如權(quán)利要求38所述的解碼方法，其中當判斷數(shù)據(jù)沒有被編碼時，通過輸出以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)來執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
40.如權(quán)利要求38所述的解碼方法，其中表示自適應編碼處理是否已經(jīng)以預定比特數(shù)為單位對數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息已經(jīng)被加入按照預定格式排列的數(shù)據(jù)中，并且通過使用標識信息判斷是否已經(jīng)對數(shù)據(jù)進行編碼來執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
41.如權(quán)利要求33所述的解碼方法，其中自適應解碼處理步驟包括使用第二可逆碼執(zhí)行解碼處理和接著使用第一可逆碼執(zhí)行后處理的步驟。
42.如權(quán)利要求41所述的解碼方法，其中通過使用通用碼作為第一可逆碼的后處理來執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
43.一種記錄介質(zhì)記錄方法，包括步驟形成差分信號，所述差分信號是輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值；使用時間差編碼差分信號和第二通道信號；以預定比特數(shù)為單位分割已經(jīng)使用時間差進行編碼的信號；以預定比特數(shù)為單位對分割的數(shù)據(jù)進行自適應編碼；將經(jīng)過自適應編碼的數(shù)據(jù)排列成預定數(shù)據(jù)，以便對數(shù)據(jù)進行編碼；將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預定數(shù)據(jù)格式；對編碼數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯碼編碼處理；和對經(jīng)過糾錯碼編碼處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行調(diào)制處理并且在記錄介質(zhì)上記錄調(diào)制數(shù)據(jù)。
44.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成塊來執(zhí)行轉(zhuǎn)換步驟，每個塊由12字節(jié)的同步信號，4字節(jié)的頭，2048字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)和288字節(jié)的輔助數(shù)據(jù)組成。
45.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過提供一個虛比特并且使用時間差編碼所述一個虛比特和第二通道比特來執(zhí)行時間差分編碼步驟。
46.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過將經(jīng)過時間差分編碼處理的信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分割步驟。
47.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過將經(jīng)過時間差分編碼處理的信號分割成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分割步驟。
48.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中使用可逆碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
49.如權(quán)利要求48所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中使用變長碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
50.如權(quán)利要求43所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過以預定比特數(shù)為單位將沒有執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量與已經(jīng)執(zhí)行自適應編碼處理的數(shù)據(jù)的碼數(shù)量相比較，并且輸出其碼數(shù)量較小的數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行自適應編碼處理步驟。
51.如權(quán)利要求50所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中使用第二可逆碼執(zhí)行自適應編碼處理步驟，并且在自適應編碼處理步驟之前的步驟有使用第一可逆碼執(zhí)行預處理。
52.如權(quán)利要求51所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中使用通用碼作為第一可逆碼來執(zhí)行預處理步驟。
53.如權(quán)利要求52所述的記錄介質(zhì)記錄方法，其中通過加入表示自適應編碼處理是否以預定比特數(shù)為單位對輸出數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息來執(zhí)行數(shù)據(jù)排列步驟。
54.一種記錄介質(zhì)還原方法，包括的步驟有解調(diào)從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)據(jù)；對解調(diào)數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯處理；將已經(jīng)執(zhí)行糾錯處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預定數(shù)據(jù)格式；以預定比特數(shù)為單位分發(fā)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；對已經(jīng)分發(fā)的以預定比特數(shù)為單位的數(shù)據(jù)進行自適應解碼；對已經(jīng)執(zhí)行自適應解碼的數(shù)據(jù)執(zhí)行時間差分解碼處理，以便產(chǎn)生第二通道信號和作為第一通道信號與第二通道信號之間的差值的差分信號；相加第二通道信號和差分信號；和產(chǎn)生第一通道信號以作為輸出信號。
55.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中糾錯處理步驟包括的步驟有針對已經(jīng)以符號為單位執(zhí)行了糾錯處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行糾錯處理和交織處理，其中所述符號是一個樣本的高階8比特或低階8比特；和將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)塊，其中每個數(shù)據(jù)塊由98個幀組成。
56.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中通過將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分發(fā)步驟。
57.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中通過將按照預定格式排列的數(shù)據(jù)分發(fā)成至少高階比特數(shù)據(jù)，中階比特數(shù)據(jù)和低階比特數(shù)據(jù)來執(zhí)行分發(fā)步驟。
58.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中使用可逆碼執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
59.如權(quán)利要求58所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中使用變長碼執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
60.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中通過判斷是否已經(jīng)以預定比特數(shù)為單位對數(shù)據(jù)進行了編碼，并且在數(shù)據(jù)已經(jīng)被編碼時解碼數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
61.如權(quán)利要求60所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中當判斷編碼處理沒有被執(zhí)行時，通過輸出以預定比特數(shù)為單位分發(fā)的數(shù)據(jù)來執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
62.如權(quán)利要求60所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中表示自適應編碼處理是否以預定比特數(shù)為單位已經(jīng)對數(shù)據(jù)進行編碼的標識信息已經(jīng)被加入已經(jīng)轉(zhuǎn)換成預定格式的數(shù)據(jù)中，并且通過使用標識信息判斷是否已經(jīng)對數(shù)據(jù)進行編碼來執(zhí)行自適應解碼處理步驟。
63.如權(quán)利要求54所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中自適應解碼處理步驟包括的步驟有使用第二可逆碼執(zhí)行解碼處理；和使用第一可逆碼執(zhí)行后處理。
64.如權(quán)利要求63所述的記錄介質(zhì)還原方法，其中第一可逆碼是通用碼。
全文摘要
編碼方法包括步驟形成作為輸入PCM信號的第一通道信號和第二通道信號之間的差值的差分信號；使用時間差對差分信號和第二通道信號進行編碼；以預定比特數(shù)為單位分割已經(jīng)使用時間差編碼的信號；以預定比特數(shù)為單位對分割的數(shù)據(jù)進行自適應編碼；和按照預定格式排列自適應編碼數(shù)據(jù)。
文檔編號G11B20/18GK1476599SQ02803120
公開日2004年2月18日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月3日
發(fā)明者豬口達也 申請人:索尼株式會社