專利名稱：編碼和解碼媒體信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于編碼和解碼媒體信號并且在一般情況下是音頻-視頻信號的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于高質(zhì)量音頻內(nèi)容的“數(shù)字權(quán)力管理(DRM)”的建議方法之一涉及使未經(jīng)許可的用戶僅可得到低質(zhì)量版本。然而，可以為經(jīng)過許可的用戶提供某些附加的信息，通常為一個密鑰，允許經(jīng)過許可的用戶訪問附加的質(zhì)量層，從而可以獲得原始的高質(zhì)量內(nèi)容。在一般情況下，附加的質(zhì)量層是作為分開的和加密的比特流提供的，即作為與低質(zhì)量的比特流分開的比特流提供的。在對于DVD-Audio建議的DRM方法中，可以發(fā)現(xiàn)這樣一種雙層質(zhì)量處理方法的例子。
兩種分開的比特流的存在具有安全方面的危險，因為加密的高質(zhì)量層是很容易跟蹤的，并且因此便于進行密碼攻擊。例如，通過播放DVD-Audio的高質(zhì)量層，攻擊者可以試圖利用已經(jīng)觀察到的加密的和解密的比特流之間的關(guān)系來查找密鑰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供編碼媒體信號的可替換的方法以及解碼已經(jīng)編碼的媒體信號的對應(yīng)的方法。為此目的，本發(fā)明提供根據(jù)獨立權(quán)利要求中限定的方法和設(shè)備。在從屬權(quán)利要求中限定了有益的實施例。
編碼方法包括如下步驟確定代碼序列的范圍，所說的代碼序列是由第一編碼器在響應(yīng)由所說的編碼器編碼一些對應(yīng)的一個或多個媒體信號樣本的組時產(chǎn)生的。要說明的是，所說的媒體信號實際上沒有由第一編碼器編碼。這個步驟提供可由這樣一種編碼器產(chǎn)生的代碼序列的集合。優(yōu)選地，第一編碼器是一個相當簡單的編碼器，它的代碼序列的解碼是很容易的。它的一個例子是標量量化器。
媒體信號實際上是用一個不同的第二編碼器編碼的，第二編碼器產(chǎn)生第二代碼序列。優(yōu)選地，第二編碼器是一個高質(zhì)量的編碼器，它需要更加復(fù)雜的解碼器來解碼媒體信號。它的一個例子是矢量量化器。
本發(fā)明現(xiàn)在提供將第一代碼序列中的選中的一個分配給每一個實際產(chǎn)生的第二代碼序列。這種分配是用一個映射表實現(xiàn)的。發(fā)送這樣分配的第一代碼序列。
利用本發(fā)明，實現(xiàn)具有第一解碼器的接收器，第一解碼器完成第一編碼器的相反的操作(inverse operation)，解碼接收的第一代碼序列，并且以指定的質(zhì)量復(fù)制(reproduce)編碼的媒體信號。具有用于完成第二編碼器的相反操作的第二解碼器的接收器將能夠從接收的第一代碼序列重構(gòu)第二代碼序列，并且以不同的較好質(zhì)量復(fù)制媒體信號。
通過本發(fā)明，將低質(zhì)量層和高質(zhì)量層多路復(fù)用(multiplexed)到一個比特流中。在此當中，多路復(fù)用的比特流相對于低質(zhì)量層具有某些畸變。高質(zhì)量層就嵌入低質(zhì)量層的這個畸變當中，并且可以通過提供合適的解碼器得以利用。換言之，高質(zhì)量畸變的信息已經(jīng)嵌入低質(zhì)量的信號中。本發(fā)明人已經(jīng)給出在畸變和速率方面可以實現(xiàn)的理論限制(在這里沒有描述)。一種可能的應(yīng)用是在電子媒體傳輸?shù)念I(lǐng)域。本發(fā)明允許將單個版本的音樂歌曲和電影分配給隨便哪一個低質(zhì)量播放器以及要求付費許可的高質(zhì)量播放器。


借助于非限制性實例說明本發(fā)明的這些和其它的方面，本發(fā)明的這些和其它的方面將變得顯而易見。在附圖中，圖1示意地表示按照本發(fā)明編碼方法的說明性實施例的流程圖；圖2示意地表示按照本發(fā)明解碼方法的說明性實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面假定媒體信號x具有在范圍
(下標i＝4)的一個特定的輸入序列x1是作為標量量化的序列y＝[1/4、1/4、3/4、3/4](下標j＝3)發(fā)送的。另一個矢量量化為z＝[1/8、3/8、5/8、7/8](下標i＝1)的輸入序列x2是作為標量量化的序列y＝[1/4、1/4、1/4、3/4](下標j＝1)發(fā)送的。
一個簡單的具有標量去量化器的接收器復(fù)制標量量化的信號序列y1...y4。于是，將上述的輸入序列x1和x2分別復(fù)制為[1/4、1/4、3/4、3/4]和[1/4、1/4、1/4、3/4]。要說明的是，如果媒體信號x實際上用標量量化器Q1量化，則這兩個序列x1和x2都可能量化成[1/4、1/4、3/4、3/4]。因此，在一個簡單的接收器的輸入信號和重構(gòu)信號之間的畸變將大于標量量化器Q1的畸變D(x，y)＝0.0208。最好對于重排序映射函數(shù)j＝m(i)進行選擇，以使x1...x4和y1...y4之間的畸變D(x，y)盡可能地小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在表III中示出的重排序映射函數(shù)產(chǎn)生的畸變D(x，y)≈0.0473。
比較復(fù)雜的接收器包括矢量去量化器以復(fù)制媒體信號。圖2示意地表示按照本發(fā)明的解碼方法的一個說明性實施例的流程圖。在步驟21，接收標量量化序列y1...y4。在步驟22，將接收的序列反向(inversely)映射到矢量量化序列z1...z4。這個反向(inverse)重排序映射是按照反向重排序映射函數(shù)i＝m-1(j)(見表III)實現(xiàn)的。在步驟23，解碼和復(fù)制序列z1...z4。應(yīng)該認識到，上述的典型序列x1和x2現(xiàn)在分別復(fù)制成[3/8、1/8、7/8、5/8]和[1/8、3/8、5/8、7/8]。在輸入信號和重構(gòu)信號之間的畸變現(xiàn)在是D(x，y)＝0.0197。因此，復(fù)雜的接收器的信號質(zhì)量明顯地好于簡單接收器的信號質(zhì)量。在一般情況下，復(fù)雜接收器更加復(fù)雜。
重排序映射函數(shù)(表III)與分配給量化序列(表I和II)的下標(i，j)的組合，構(gòu)成了一個映射表，這個映射表指定了標量量化的序列和矢量量化的序列之間的關(guān)系。應(yīng)該認識到，可以按照另一種方式指定下標，以使重排序函數(shù)j＝m(i)是多余的。這對于下標i是特別適用的，下標i的分配是十分任意的。然而，使用重排序函數(shù)j＝m(i)的優(yōu)點是，這個函數(shù)可以對于未經(jīng)許可的用戶保持秘密，即使這些未經(jīng)許可的用戶在他們的安排下已經(jīng)有了復(fù)雜版本的接收器亦是如此。
使用具有相同速率的簡單的標量量化器Q1和比較復(fù)雜的矢量量化器Q2的本發(fā)明的一個實施例的上述的實例表示出本發(fā)明的操作和有益的效果。如以上所述的，用高質(zhì)量的量化器Q2量化源X。這就意味著，對于某個下標i，X的每個代碼矢量都用矢量q2(i)近似代表。因為Q1和Q2具有相同數(shù)目的代碼矢量，因此有可能找到一個重排序函數(shù)j＝m(i)，以使q1(j)也有一個x的近似值，但在一般情況下它的質(zhì)量較差。為一個未經(jīng)許可的用戶指定與標量量化器Q1對應(yīng)的一組下標j。他就能夠重構(gòu)出一個低質(zhì)量的X的近似值。而經(jīng)過許可的用戶可以訪問Q2中的代碼矢量并且可以反向重排序映射m(i)，因此能夠重構(gòu)X的較好的近似值。
更加一般地總括一下，本發(fā)明公開了一種在信號的低質(zhì)量版本中嵌入媒體信號(通常是音頻-視頻信號)的高質(zhì)量恢復(fù)信息的方法。為此，要使用高質(zhì)量編碼器(Q2)編碼信號x。將由高質(zhì)量編碼器產(chǎn)生的代碼序列z映射到代碼序列y，代碼序列y與理想的低質(zhì)量編碼器(Q1)相關(guān)。發(fā)送后面的代碼序列y。一個簡單的解碼器將解碼接收的序列y，因此復(fù)制出低質(zhì)量版本的信號。對于一個比較復(fù)雜的解碼器進行安排，以便將接收的代碼序列y反向映射成代碼序列z，代碼序列z實際上是由高質(zhì)量編碼器(Q2)產(chǎn)生的。因此，復(fù)雜的解碼器將能復(fù)制出較高質(zhì)量版本的所說信號。
雖然已經(jīng)參照特定的說明性實施例描述了本發(fā)明，但是在本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)各種變化和改進都是可能的。因此，例如，使用動詞“包括”及其動詞變化形式并不排除存在除權(quán)利要求書中定義的元件和步驟以外的元件和步驟。在權(quán)利要求書中，放在括號之間的任何標號并不被認為是對于這些權(quán)利要求的限制。借助于包括幾個不同的元件的硬件并且借助于適當編程的計算機就可以實施本發(fā)明。在附圖中指示的某些特征在一般情況下是用軟件實施的，因此代表軟件實體，如軟件模塊或軟件體。“計算機程序”應(yīng)該被理解為可以存儲在計算機可讀介質(zhì)如軟盤中的、可以經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)下載的、或者以任何其它方式可以在市場上得到的任何軟件產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種編碼媒體信號的方法，包括如下步驟確定代碼序列的一個范圍，所說的代碼序列是由第一編碼器在響應(yīng)由所說的第一編碼器對于對應(yīng)一個或多個媒體信號樣本的組的編碼而產(chǎn)生的；使用第二編碼器將該媒體信號樣本的組實際編碼成第二代碼序列；按照一個映射表將所說第一代碼序列中的選中的一個分配給每個第二代碼序列；發(fā)送代表信息信號的選中的第一代碼序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二編碼器的編碼質(zhì)量比第一編碼器高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一和/或第二編碼器是量化器，對應(yīng)的代碼序列是量化的信號樣本。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中第一量化器是標量量化器，第二量化器是矢量量化器。
5.一種用于編碼媒體信號的設(shè)備，所說設(shè)備包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一個所述的方法的步驟的電路。
6.一種解碼已經(jīng)編碼的信息信號的方法，所說的方法包括如下步驟接收與第一解碼器相關(guān)的第一代碼序列；按照一個映射表，使所說第一代碼序列由第二代碼序列代替；使用第二解碼器解碼第二代碼序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第一和/或第二代碼序列是量化的信號樣本，對應(yīng)的解碼器是反向量化器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一反向量化器是反向標量量化器，第二反向量化器是反向矢量量化器。
9.一種用于解碼已經(jīng)編碼的信息信號的設(shè)備，所說設(shè)備包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求6-8中任何一個所述的方法的步驟的電路。
10.一種計算機程序產(chǎn)品，它允許可編程設(shè)備在執(zhí)行所說的計算機程序產(chǎn)品時能起由權(quán)利要求5或9限定的設(shè)備的作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在低質(zhì)量版本的信號中嵌入用于媒體信號(通常是音頻視頻信號)的高質(zhì)量恢復(fù)的信息的方法。為此目的，使用高質(zhì)量編碼器(Q2)編碼信號x。由高質(zhì)量編碼器產(chǎn)生的代碼序列z映射成與一個理想的低質(zhì)量編碼器(Q1)有關(guān)的代碼序列y。發(fā)送后面的代碼序列y。一個簡單的解碼器解碼已經(jīng)接收的序列y，從而可以復(fù)制出低質(zhì)量版本的信號。安排一個較復(fù)雜的解碼器，以將接收的代碼序列y反向映射成代碼序列z，代碼序列z實際上是由高質(zhì)量的編碼器(Q2)產(chǎn)生的。復(fù)雜的解碼器因此復(fù)制出高質(zhì)量版本的所說信號。
文檔編號H04N7/24GK1703913SQ200380100844
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月3日
發(fā)明者A·A·C·M·卡克, F·M·J·威廉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司