多通道音頻解碼數(shù)據(jù)排布兼容性研究

姜寧 劉華平

摘要:不同的標(biāo)準(zhǔn)中，對多通道的音頻數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的。為了同步多通道新數(shù)據(jù)與傳送機(jī)制，不同地標(biāo)準(zhǔn)組織就必需制定一套標(biāo)準(zhǔn)來保證產(chǎn)品中應(yīng)用層和硬件輸出的數(shù)據(jù)在邏輯上保護(hù)一致。該文先詳細(xì)分析了杜比和微軟在多通道數(shù)據(jù)排布標(biāo)準(zhǔn)的差異性的前提下，給出了這些標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容方法，這樣可以讓同一臺硬件設(shè)備兼容這二種多媒體音頻數(shù)據(jù)的正確播放。

關(guān)鍵詞:多通道；杜比技術(shù)；兼容性

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)21-5211-03

隨著技術(shù)向前的發(fā)展，人們對音頻的音質(zhì)要求越來越高，例如高采集率，每個采集點(diǎn)采用24位或32位來量化，通道已由原來2個通道擴(kuò)展到多通道。目前在多通道音頻壓縮方面做得好的幾個公司有: DOLBY, Microsoft, DTS,還有MPEG中的AAC codec,這些隸屬于不同組織形成的音頻壓縮算法，在多通道默認(rèn)排布上有些差別，但各個算法中又有相應(yīng)的接口，使得同一設(shè)備上能兼容多種多通道音頻壓縮算法。

1 DOLBY多通道數(shù)據(jù)排布標(biāo)準(zhǔn)

DOLBY多通道音頻數(shù)據(jù)排布標(biāo)準(zhǔn)，以5.1 channel AC3 decoder為例，DOLBY其它的技術(shù)，如EAC3,可以去參考其技術(shù)文檔：

AC3數(shù)字壓縮算法能壓縮1至5.1通道的PCM數(shù)據(jù)，得到32kpbs至640kpbs碼流。0.1 channel是一超低音頻通道。AC3基本算法框架如圖1[1]。

圖1 DOLBY AC3編解碼器的架構(gòu)圖

從圖1中，我們可以看出當(dāng)AC3有6個通道數(shù)據(jù)時，其實(shí)6個通道數(shù)據(jù)輸出的默認(rèn)順序是:左通道，中通道，右通道，左環(huán)繞通道，右環(huán)繞通道，低頻通道。所以在產(chǎn)品的硬件應(yīng)用時，必須保證軟件的輸出與硬件設(shè)備聲道定義的一致。

AC3音頻編碼模式:

MODE10: Center Channel

MODE20: Left Channel, Right Channel

MODE30: Left Channel, Center Channel, Right channel

MODE21: Left Channel, Right Channel, Mono Surround Channel

MODE31: Left Channel, Center Channel, Right Channel, Mono Surround Channel

MODE22: Left Channel, Right Channel, Left Surround Channel, Right Surround Channel

MODE32: Left Channel, Center Channel, Right Channel, Left Surround Channel, Right Surround Channel如果低音特效頻道打開的，各種模式下都是加在最后。如MODE10：Center Channel, LEF Channel.

2微軟多通道數(shù)據(jù)排布標(biāo)準(zhǔn)

Microsoft Multimedia方面也有很多自己的編解碼器，如Windows Media Audio(WMA), WMA professional profile就支持多通道，因此Microsoft也有自己的多通道音頻數(shù)據(jù)排布的標(biāo)準(zhǔn).

WMA編解碼有以下三大類Profile: WMA standard, WMA professional, WMA Lossless. WMA standard最多支持二個通道的音頻數(shù)據(jù)，WMA professional和Lossless最高會支持到8通道。多通道存在的情況下就存在多個通道輸出排布的問題，在這仍然以5.1通道來說明Microsoft Multimedia多通道音頻數(shù)據(jù)排布的標(biāo)準(zhǔn)。

Microsoft Multimedia 5.1 channels命名如下[3]:

Front Left --- FL

Front Right --- FR

Front Center --- FC

Low Frequency --- LF

Back Left --- BL

Back Right --- BR

這6個通道根據(jù)應(yīng)用不同，其中一個或多個通道來組合排布應(yīng)用在不同的場所[2]。

3杜比與微軟標(biāo)準(zhǔn)兼容[4]

通過對杜比和微軟5.1聲道數(shù)據(jù)排布標(biāo)準(zhǔn)解析，可以看出這二個標(biāo)準(zhǔn)在聲道排布有點(diǎn)差別，以5.1通道為例：

杜比標(biāo)準(zhǔn)5.1通道排布順序如下，這些數(shù)據(jù)是按通道排布順序交叉存放(通道名字統(tǒng)一到微軟標(biāo)準(zhǔn)):

SPEAKER_FRONT_LEFT, SPEAKER_FRONT_CENTER, SPEAKER_FRONT_RIGHT, SPEAKER_SIDE_LEFT (Surround Left), SPEAKER_SIDE_RIGHT (Surround Right), SPEAKER_LOW_FREQUENCY.

微軟標(biāo)準(zhǔn)5.1通道排布順序如下，這些數(shù)據(jù)是按通道排布順序交叉存放:

SPEAKER_FRONT_LEFT, SPEAKER_FRONT_RIGHT, SPEAKER_FRONT_CENTER, SPEAKER_LOW_FREQUENCY, SPEAK ER_SIDE_LEFT, SPEAKER_SIDE_RIGHT.

當(dāng)使用默認(rèn)多通道排布，AC3解碼和WMA Professional解碼器就能不共用同一硬件設(shè)備，因?yàn)檫@二個標(biāo)準(zhǔn)在多通道音頻排布不致。如整個解決方案以DOLBY 5.1通道排布設(shè)計(jì)的，以一個音頻數(shù)據(jù)塊(6 Samples)來說，Sample1是SPEAKER_FRONT_LEFT對應(yīng)硬件輸出接口SPDIF1; Sample2是SPEAKER_FRONT_CENTER對應(yīng)硬件輸出接口SPDIF2; Sample3是 SPEAKER_FRONT_RIGHT對應(yīng)硬件輸出接口是SPDIF3; Sample4是SPEAKER_SIDE_LEFT對應(yīng)硬件輸出接口SPDIF4; Sample5是SPEAKER_SIDE_RIGHT對應(yīng)硬件輸出接口SPDIF5; Sample6是SPEAKER_LOW_FREQUENCY對應(yīng)硬件接口SPDIF6.此時，將來符合微軟多通道排布標(biāo)準(zhǔn)的音頻數(shù)據(jù)在這同一設(shè)備上播放時，SPDIF接口就會輸出錯誤邏輯的音頻數(shù)據(jù)，原本應(yīng)該輸出 SPEAKER_FRONT_CENTER音頻數(shù)據(jù)的SPDIF2接口就會輸出SPEAKER_FRONT_RIGHT音頻數(shù)據(jù)；原本應(yīng)該輸出SPEAKER_SIDE_LEFT音頻數(shù)據(jù)的SPDIF4接口就會輸出SPEAKER_LOW_FREQUENCY.

不同標(biāo)準(zhǔn)多通道排布差異問題解決方法往往是通過解碼器軟件設(shè)計(jì):首先設(shè)定各個硬件音頻數(shù)據(jù)輸出接口，然后通過軟件去改變多通道音頻數(shù)據(jù)交叉排布順序：

如硬件接口排布按微軟標(biāo)準(zhǔn)來：SPDIF1 --- SPEAKER_FRONT_LEFT;

SPDIF2 --- SPEAKER_FRONT_RIGHT;

SPDIF3 --- SPEAKER_FRONT_CENTER;

SPDIF4 --- SPEAKER_LOW_FREQUENCY;

SPDIF5 --- SPEAKER_SIDE_LEFT;

SPDIF6 --- SPEAKER_SIDE_RIGHT

如要在同一硬件設(shè)備上兼容AC3解碼器的輸出，就必需要改變解碼器的PCM數(shù)據(jù)輸出的排布.在軟件設(shè)計(jì)時就是通過輸出指針來改變多通道數(shù)據(jù)交叉存放的順序。

微軟多通道音頻數(shù)據(jù)排布順序的改變可以通過Channel Mask來實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)可以參見文獻(xiàn)[2]。

4結(jié)論

多通道音頻數(shù)據(jù)的應(yīng)用已由傳統(tǒng)家庭影院擴(kuò)展到手持移動終端設(shè)備如智能手機(jī)，且一臺設(shè)備往往不止支持一種多通道標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的音頻格式。該文詳細(xì)解析了杜比和微軟多通道音頻數(shù)據(jù)排布的差異，在此基礎(chǔ)上給出解決這種標(biāo)準(zhǔn)差異兼容的方法，有利于多通道音頻應(yīng)用中的軟件和硬件設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

[1] AC3 Codec specification document --- Digital Audio Compression Standard (AC3)[Z].

[2] WMA Professional 10.0 specification document --- An Overview of Windows Media Audio Professional Decoding[Z].

[3] Multiple Channel Audio Data and WAVE Files[EB/OL].http://msdn.microsoft.com/en-us/windows/hardware/gg463006.aspx.

[4] VisualOn Inc: Enabling a high-quality multimedia experience across the connected device ecosystem[EB/OL].www.visualon.com.

[5]劉品-博客園[EB/OL].http://www.cnblogs.com/huaping-audio/.