JP2002014700A - 音声信号処理方法、装置および記憶媒体 - Google Patents

音声信号処理方法、装置および記憶媒体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタルオーディオ信号を高速に高能率符号
化する。 【解決手段】 マスク量演算部104は、周波数分析さ
れたデジタルオーディオ信号を第1の情報と第2の情報
とに変換する。ここで、第1の情報は所定の範囲内にあ
る値を示し、第2の情報は10のべき乗の指数を示す。
また、マスク量演算部104は、変換テーブル109を
検索し、第1の情報の対数を求める。更に、マスク量演
算部104は、第1の情報の対数と第2の情報とに基づ
いてデジタルオーディオ信号の音圧レベルを求め、求め
た音圧レベルに基づいてマスク量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルオーディ
オ信号を高能率符号化する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】デジタルオーディオ信号を高能率符号化
する手法には、ISO/IEC11172−3に準拠し
たMPEGオーディオ符号化方式がある。
【0003】図5は、MPEGオーディオ符号化方式を
実現する音声符号化装置の構成を示すブロック図であ
る。同図において、1は入力端子、2はサブバンド分割
部、3はFFT(高速フーリエ変換)演算部、4はマス
ク量演算部、5は量子化ステップ演算部、6は量子化
部、7は伝送フォーマット形成部、8は出力端子であ
る。
【0004】入力端子1は、デジタルオーディオ信号を
入力する。サブバンド分割部2は、入力端子1からのデ
ジタルオーディオ信号を所定の時間間隔(オーディオフ
レーム)に分割し、分割したオーディオフレームを複数
の周波数帯域に写像する。FFT演算部3は、高速フー
リエ変換(FFT)を用いて入力端子1からのデジタル
オーディオ信号を周波数分析する。マスク量演算部4
は、FFT演算部3の分析結果から音圧レベル[dB]を
求めた後、この音圧レベルと所定の聴覚心理モデルとを
用いてマスク量を演算する。量子化ステップ演算部5
は、マスク量演算部4で求めたマスク量に基づいて各サ
ブバンドに割り当てるビット数を見積る(即ち、各サブ
バンドの量子化ステップを設定する)。量子化部6は、
量子化ステップ演算部5で求めた量子化ステップに基づ
いて各サブバンドを量子化する。伝送フォーマット形成
部7は、量子化部6の出力(高能率符号化されたデジタ
ルオーディオ信号),量子化ステップ演算部5で求めた
量子化ステップ等の情報を、所定の伝送フォーマットに
変換する。出力端子8は、高能率符号化されたデジタル
オーディオ信号を出力する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のMPEGオーデ
ィオ符号化方式では、FFT演算部3の分析結果から音
圧レベルを求める場合、数式(1)に示す対数演算を実
行しなければならない。 X(k)=10Log(FFT(k)) ・・・(1)
【0006】ここで、FFT(k)は周波数位置kにお
けるFFT演算部103の分析結果、X(k)は周波数
位置kにおける音圧レベル(デシベル量)である。上記
のMPEGオーディオ符号化方式をソフトウェアで実現
する場合には、このような対数演算を周波数位置kごと
にソフトウェアで処理しなければならない。ところが、
このような対数演算の全てをソフトウェアで処理する場
合には、演算量と処理時間とが増加し、実時間での処理
が困難になるという問題がある。
【0007】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
であり、デジタルオーディオ信号を高速に高能率符号化
するための技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明の音声信号処理方法は、周波数分析され
たデジタルオーディオ信号を第1の情報と第2の情報と
に変換する変換工程と、所定の範囲内にある複数の値の
対数を保持するテーブルを検索し、前記第1の情報の対
数を求める検索工程と、前記第1の情報の対数と前記第
2の情報とに基づいて前記デジタルオーディオ信号の音
圧レベルを求め、求めた音圧レベルに基づいてマスク量
を演算するマスク量演算工程とを有することを特徴とす
る。
【0009】また、本発明の音声信号処理装置は、周波
数分析されたデジタルオーディオ信号を第1の情報と第
2の情報とに変換する変換手段と、所定の範囲内にある
複数の値の対数を保持するテーブルを検索し、前記第1
の情報の対数を求める検索手段と、前記第1の情報の対
数と前記第2の情報とに基づいて前記デジタルオーディ
オ信号の音圧レベルを求め、求めた音圧レベルに基づい
てマスク量を演算するマスク量演算手段とを有すること
を特徴とする。
【0010】また、本発明の記憶媒体は、上記音声信号
処理方法をコンピュータに実現するためのプログラムコ
ードを保持することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の実施の形態における音声
符号化装置の構成を示す図である。本実施の形態では、
デジタルオーディオ信号を高能率符号化する手法の一つ
であるMPEGオーディオ符号化方式(ISO/IEC
11172−3に準拠)を実現する音声符号化装置につ
いて説明する。なお、本実施の形態の音声符号化装置
は、一部あるいは全てをソフトウェアで実現することが
可能である。この場合、音声符号化装置の制御部(CP
UやMPUを含む)がこのソフトウェアを実現するプロ
グラムを記憶媒体から読み出し、読み出したプログラム
に従って各種の処理を実行する。
【0013】図1において、101は入力端子、102
はサブバンド分割部、103はFFT(高速フーリエ変
換)演算部、104はマスク量演算部、105は量子化
ステップ演算部、106は量子化部、107は伝送フォ
ーマット形成部、108は出力端子、109は変換テー
ブルである。
【0014】入力端子101はデジタルオーディオ信号
を入力し、入力したデジタルオーディオ信号をサブバン
ド分割部102およびFFT演算部103に供給する。
サブバンド分割部102は、デジタルオーディオ信号を
所定の時間間隔(オーディオフレーム)に分割し、分割
したオーディオフレームをオーバラップ・ポリフェイズ
・フィルタ・バンク(OPFB)を用いて750Hz単
位の周波数帯域(サブバンド)に写像する。各サブバン
ドのデータは、後に量子化部106で量子化される。
【0015】一方、FFT演算部103は、高速フーリ
エ変換を用いて、入力端子101からのデジタルオーデ
ィオ信号を周波数分析する。この分析結果は、マスク量
演算部104に供給される。マスク量演算部104は、
変換テーブル109を用いてFFT演算部103の分析
結果から音圧レベル[dB]を求めた後、この音圧レベ
ルと所定の聴覚心理モデルとを用いてマスク量を演算す
る。このマスク量は、量子化ステップ演算部105に供
給される。
【0016】量子化ステップ演算部105は、マスク量
演算部104で求めたマスク量に基づいて各サブバンド
に割り当てるビット数を適応的に見積る(即ち、各サブ
バンドの量子化ステップを適応的に設定する)。
【0017】量子化部106は、量子化ステップ演算部
105で求めた量子化ステップに基づいて各サブバンド
を量子化する量子化部である。伝送フォーマット形成部
107は、量子化部106の出力(高能率符号化された
デジタルオーディオ信号),量子化ステップ演算部10
5で求めた量子化ステップ等の情報を、所定の伝送フォ
ーマットに変換する伝送フォーマット形成部である。出
力端子108は、高能率符号化されたデジタルオーディ
オ信号を出力する。
【0018】図2は、変換テーブル109を作成するア
ルゴリズムを説明するフローチャートである。変換テー
ブル109は、所定の範囲内に存在する複数個の値の対
数を保持する。本実施の形態では、対数の周期性を考慮
し、所定の範囲を1以上10未満とする例について説明
する。また、本実施の形態では、最小可聴限界値の有効
数字がデシベル量で小数点以下2桁であることを考慮
し、1.00から0.01ごとに増加する値の対数を求
め、それらを変換テーブル109に格納する例について
説明する。
【0019】ステップS201では、変数seedに1
00をセットする。ステップS202では、変数see
dに0.01を乗じ、この乗算の結果の対数を演算す
る。
【0020】ステップS203では、ステップS202
で求めた対数TBLexp[seed]は、変換テーブ
ル109の変数seedに対応するアドレスに格納され
る。なお、変換テーブル109のアドレスは、変数se
edと同様に、100から999まで変化する。
【0021】ステップS204では、変数seedが1
000に等しいか否かを判別する。等しくない場合に
は、ステップS205に進み、変数seedに1を加
え、ステップS201に進む。一方、等しい場合には、
処理を終了する。
【0022】以上のように構成することにより、変換テ
ーブル109には、1.00から9.99までの対数を
格納することができる。
【0023】図3は、本実施の形態におけるマスク量演
算部104の構成を示す図である。本実施の形態では、
マスク量演算部104をソフトウェアによって実現する
場合について説明する。
【0024】FFT演算部103の分析結果から音圧レ
ベルを求める場合、マスク量演算部104は数式(1)
に示す演算を実行しなければならない。 X(k)=10Log(FFT(k)) ・・・(1)
【0025】ここで、FFT(k)は周波数位置kにお
けるFFT演算部103の分析結果、X(k)は周波数
位置kにおける音圧レベル(デシベル量)である。本実
施の形態のマスク量演算部104では、数式(1)に示
す演算を高速に行うために、音圧レベルX(k)を次の
ようにして求める。即ち、FFT(k)の対数を直接演
算するのではなく、FFT(k)を一度「A×10
変換し、「A」の対数と「B」との和に基づいてFFT
(k)の対数を求め、音圧レベルX(k)を求める。こ
こで、「A」は変換テーブル109を作成する際に設定
した所定の範囲(即ち、1以上10未満)内の存在する
値を示し、「B」は10のべき乗を示す。
【0026】図3において、301は変換モジュール、
302はテーブル検索モジュール、303はデシベル値
演算モジュール、304はマスク量演算モジュールであ
る。
【0027】変換モジュール301は、FFT演算部1
03の分析結果であるFFT(k)を「A×10」に
変換する。ここで求めた「A」は第1の情報としてテー
ブル検索モジュール302に供給され、「B」は第2の
情報としてデシベル値演算モジュール303に供給され
る。
【0028】テーブル検索モジュール302は、変換テ
ーブル109を検索し、変換モジュール301で求めた
第1の情報(即ち、「A」)の対数を求める。
【0029】デシベル値演算モジュール303は、第1
の情報(即ち、「A」)の対数と第2の情報(即ち、
「B」)とを用いて数式(1)に示す演算を行い、音圧
レベルX(k)を求める。
【0030】マスク量演算モジュール304は、デシベ
ル値演算モジュール303で求めた音圧レベルX(k)
と所定の聴覚心理モデルとを用いてマスク量を演算す
る。このマスク量は、量子化ステップ演算部105に供
給される。
【0031】図4は、変換テーブル109を用いてFF
T演算部103の解析結果からマスク量を求めるアルゴ
リズムを説明するフローチャートである。
【0032】ステップS401において、変換モジュー
ル301はFFT演算部103の分析結果であるFFT
(k)を入力する。ここで、変換テーブル109を小数
点以下第2位までの値から作成した場合、変換モジュー
ル301は切り捨て、切り上げまたは四捨五入のいずれ
かによってFFT(k)を小数点以下第2位に丸める。
ステップS402において、変換モジュール301は、
変数constを0にリセットする。なお、変数con
stは、上述の「B」に相当する。
【0033】ステップS403において、変換モジュー
ル301はFFT(k)が10.0未満か否かを判定す
る。FFT(k)が10.0以上である場合にはステッ
プS404に進み、10.0未満である場合にはステッ
プS407に進む。
【0034】ステップS404では、変数constに
1を加算する。ステップS405では、FFT(k)に
0.1を乗じる。ステップS406では、ステップS4
05で求めた乗算結果が10.0未満か否かを判定す
る。FFT(k)が10.0以上である場合にはステッ
プS404に戻り、10.0未満である場合にはステッ
プS411に進む。
【0035】このように、FFT(k)が10.0以上
である場合、変換モジュール301はFFT(k)が1
0.0未満になるまで、FFT(k)に0.1を乗じ、
変数constに1を加算する。
【0036】ステップS407において、変換モジュー
ル301はFFT(k)が1.00未満か否かを判定す
る。FFT(k)が1.00未満である場合にはステッ
プS408に進む。一方、FFT(k)が1.00以上
である場合には、FFT(k)は1以上10未満内の存
在する値であるので、ステップS411に進む。
【0037】ステップS408では、変数constか
ら1を減算する。ステップS409では、FFT(k)
に10を乗じる。ステップS410では、ステップS4
09で求めた乗算結果が1.00未満か否かを判定す
る。FFT(k)が1.00未満である場合にはステッ
プS408に戻り、1.00以上である場合にはステッ
プS411に進む。
【0038】このように、FFT(k)が1.00未満
である場合、変換モジュール301はFFT(k)が
1.00以上になるまで、FFT(k)に10を乗じ、
変数constから1を減算する。
【0039】ステップS411において、テーブル検索
モジュール302は、1以上10未満内の値に変換され
たFFT(k)(上述の「A」に相当する)に対応する
アドレスadrを求める。具体的には、FFT(k)に
100を乗じた結果の整数部からアドレスadrを求め
る。そして、テーブル検索モジュール302は、求めた
アドレスadrに基づいて変換テーブル109を検索
し、アドレスadrが保持する対数TBLexp[ad
r](「A」の対数に相当する)を求める。
【0040】ステップS412において、デシベル値演
算モジュール303は、ステップS411で求めた対数
TBLexp[adr]と変数constとを加算し、
この加算結果に10を乗じて音圧レベルX(k)を求め
る。即ち、ステップS411で求めた対数TBLexp
[adr]と変数constに基づいて数式(1)に示
す対数演算を実現する。
【0041】次の周波数位置kのFFT(k)から音圧
レベルX(k)を演算する場合、マスク値演算モジュー
ル304はステップS401に進み、それ以外の場合、
マスク値演算モジュール304はステップS414に進
む。
【0042】ステップS414において、マスク値演算
モジュール304は、ステップS412で求めた音圧レ
ベルX(k)に基づいてマスク量を演算する。このよう
に得られたマスク量は、量子化ステップ演算部105に
供給される。量子化ステップ演算部105はこのマスク
量に基づいて各サブバンドの量子化ステップを適応的に
設定する。
【0043】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、FFT(k)を直接対数演算するのではなく、FF
T(k)を一度「A×10」に変換し、「A」の対数
と「B」との和に基づいてFFT(k)の対数を求める
ので、通常の対数演算よりも
【0044】高速に音圧レベルX(k)を演算すること
ができ、デジタルオーディオ信号を高速に高能率符号化
することができる。また、本実施の形態によれば、最小
可聴限界値の有効数字を考慮して変換テーブル109を
作成するので、演算精度の劣化を少なくすることも可能
である。
【0045】本実施の形態では、小数点以下第2位まで
の値の対数を求め、それらを変換テーブル109に格納
する場合について説明したが、これに限るものではな
い。小数点以下第3位までの値の対数を求め、それらを
変換テーブル109に格納してもよい。
【0046】また、本実施の形態では、上述の指数解析
アルゴリズムをISO/IEC11172−3に準拠し
たMPEGオーディオ符号化方式に適用する場合につい
て説明したが、これに限るものではない。ATRAC
(アダプティブ・トランスフォーム・アコースティック
・コーディング)方式,PASC(プリシジョン・アダ
プティブ・サブバンド・コーディング)方式等の聴覚心
理特性を利用した音声符号化方式に適用することも可能
である。
【0047】
【他の実施の形態】本実施の形態は、複数の機器から構
成されるシステムに適用することも可能である。
【0048】また、本実施の形態は前述したように、本
実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム
コードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に
供給し、そのシステムあるいは装置の制御部(CPUや
MPUを含む)が記憶媒体に格納されたプログラムコー
ドを読み出し実行することによっても、達成されること
は言うまでもない。
【0049】この場合、記憶媒体から読み出されたプロ
グラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現する
ことになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体
は本発明を構成することになる。また、コンピュータが
読み出したプログラムコードを実行することにより、前
述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプ
ログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働
しているオペレーティングシステム(OS)などが実際
の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述
した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは
言うまでもない。
【0050】さらに、記憶媒体から読み出されたプログ
ラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カー
ドやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わ
るメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示
に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備
わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、
その処理によって前述した実施形態の機能が実現される
場合も含まれることは言うまでもない。
【0051】
【発明の効果】上記説明の通り本発明によれば、デジタ
ルオーディオ信号を高速に高能率符号化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態における音声符号化装置の構成を
説明するブロック図である。
【図2】本実施の形態における変換テーブルの作成手順
を説明するフローチャートである。
【図3】本実施の形態におけるマスク量演算部の構成を
説明するブロック図である。
【図4】本実施の形態におけるマスク量演算部の処理手
順を説明するフローチャートである。
【図5】従来の音声符号化装置の構成を示すブロック図
である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数分析されたデジタルオーディオ信
    号を第1の情報と第2の情報とに変換する変換工程と、 所定の範囲内にある複数の値の対数を保持するテーブル
    を検索し、前記第1の情報の対数を求める検索工程と、 前記第1の情報の対数と前記第2の情報とに基づいて前
    記デジタルオーディオ信号の音圧レベルを求め、求めた
    音圧レベルに基づいてマスク量を演算するマスク量演算
    工程とを有することを特徴とする音声信号処理方法。
  2. 【請求項2】 前記所定の範囲は、1以上10未満であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の音声信号処理方
    法。
  3. 【請求項3】 前記変換工程は、周波数分析されたデジ
    タルオーディオ信号を、前記所定の範囲内にある値と1
    0のべき乗との積に変換することを特徴とする請求項1
    または2に記載の音声信号処理方法。
  4. 【請求項4】 前記第1の情報は、前記所定の範囲内に
    ある値を示すことを特徴とする請求項1〜3の何れかに
    記載の音声信号処理方法。
  5. 【請求項5】 前記第2の情報は、10のべき乗の指数
    を示すことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の
    音声信号処理方法。
  6. 【請求項6】 前記マスク量演算工程は、前記第1の情
    報の対数と前記第2の情報とを加算した結果に基づいて
    前記デジタルオーディオ信号の音圧レベルを求めること
    を特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の音声信号処
    理方法。
  7. 【請求項7】 周波数分析されたデジタルオーディオ信
    号を第1の情報と第2の情報とに変換する変換手段と、 所定の範囲内にある複数の値の対数を保持するテーブル
    を検索し、前記第1の情報の対数を求める検索手段と、 前記第1の情報の対数と前記第2の情報とに基づいて前
    記デジタルオーディオ信号の音圧レベルを求め、求めた
    音圧レベルに基づいてマスク量を演算するマスク量演算
    手段とを有することを特徴とする音声信号処理装置。
  8. 【請求項8】 前記所定の範囲は、1以上10未満であ
    ることを特徴とする請求項7に記載の音声信号処理装
    置。
  9. 【請求項9】 前記変換手段は、周波数分析されたデジ
    タルオーディオ信号を、前記所定の範囲内にある値と1
    0のべき乗との積に変換することを特徴とする請求項7
    または8に記載の音声信号処理装置。
  10. 【請求項10】 前記第1の情報は、前記所定の範囲内
    にある値を示すことを特徴とする請求項7〜9の何れか
    に記載の音声信号処理装置。
  11. 【請求項11】 前記第2の情報は、10のべき乗の指
    数を示すことを特徴とする請求項7〜9の何れかに記載
    の音声信号処理装置。
  12. 【請求項12】 前記マスク量演算手段は、前記第1の
    情報の対数と前記第2の情報とを加算した結果に基づい
    て前記デジタルオーディオ信号の音圧レベルを求めるこ
    とを特徴とする請求項7〜11の何れかに記載の音声信
    号処理装置。
  13. 【請求項13】 請求項1乃至6のいずれかに記載の音
    声信号処理方法を実現するためのプログラムコードを保
    持することを特徴とする記憶媒体。
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