JP2002016555A - オーディオストリーム階層化方法とこの方法を用いた送信装置及び受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低レートの伝送路でも、高レートのオーディ
オストリームを受信・記録しながら、同時に受信中のオ
ーディオ信号を再生できるようにする。 【解決手段】 送信側では、階層符号化処理部１１２に
て、オーディオストリームの信号成分を周波数軸上のデ
ータに展開し、低域側から順次高域側に向けて、かつ転
送レートに適応して基本階層から上位の階層へ切り分
け、低位の階層のストリームを先行して順次伝送路１２
へ送出する。受信側では、階層復号処理部１３１にて伝
送路１２からの階層化ストリームをデータ記録部１３２
に順次格納していく。受信中のオーディオ再生要求があ
った場合、データ記憶部１３２に低位の階層ストリーム
が格納された時点で復号処理部１３３でそのストリーム
を復号し、オーディオ再生処理部１３４で再生出力す
る。この間、階層復号処理部１３１により、上位の階層
ストリームをデータ記録部１３２に順次格納していく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音楽等のオーディ
オストリームの配信に用いられるオーディオストリーム
階層化方法と、この方法を用いた送信装置及び受信装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、音楽等のオーディオストリー
ムを伝送路を介して配信する技術が盛んに開発されてい
る。以下に従来の配信方法の例を説明する。

【０００３】オーディオ信号は符号化器（encoder）に
よって符号化され、伝送路（transmission line）を介
して復号器（decoder）に送られ、この復号器によって
復号されて元のオーディオ信号に戻され、再生出力が可
能となる。

【０００４】上記の伝送路としては、電波や電気ケーブ
ル、光ケーブルを用いた通信回線の他、テープ、ディス
クを用いた記録メディアなどがある。ここでは通信回線
を介したシステムを一例として取り上げる。

【０００５】一般的に、オーディオ信号は伝送路上では
圧縮された信号として伝送され、その符号化の規格も種
々発表されている。これらの規格では、オーディオ信号
を符号化した後、量子化して得られた圧縮された主デー
タ（component data）と、この主データを伸長するのに
必要な制御情報データ（unpack info.）とを、時分割で
多重化している。伝送路を通過した信号は蓄積装置（st
orage）に蓄えられる。蓄積装置から信号を読み出し、
復号器で復号することで、再生可能なオーディオ信号が
得られる。

【０００６】ここで、従来の方法では、オーディオデー
タを全て蓄積した後に再生することが前提となってい
る。これに対し、視聴者から、その蓄積による待ち時間
に、受信しているオーディオ信号を再生したいという要
望が出されている。この要望を実現するためには、再生
信号のデータレートと等しいかより高速の伝送系を用い
なければならない。

【０００７】しかしながら、高速の伝送系の利用は、視
聴者にとってコスト的に負担が大きく、特に無線による
通信系では、高速の転送レートを有するものが普及され
ていない。

【０００８】既存の無線伝送系として普及している携帯
電話やＰＨＳ（パーソナル・ハンディホン・システム）
では、６４ｋｂｐｓの転送レートが確保されているが、
この伝送路でＣＤ（コンパクト・ディスク）なみの１２
８ｋｂｐｓのビットレートによるオーディオデータを配
信する場合、データの蓄積が再生に間に合わず、上記の
要望に応えることができない。

【０００９】一方、オーディオ信号等の情報を伝送する
技術として、階層符号化技術がある。この技術に関して
は、以下に例として引用する公報やその他の文献に開示
されている。

【００１０】まず、特開平１０−２８５０４３号公報
（文献１）には、独自の符号化方法を用いて、品質良
く、効率的に符号化するための技術が開示されている。

【００１１】また、特開平６−１６４４０８号公報（文
献２）には、光磁気ディスク等の記録媒体からビット圧
縮処理されたデジタルデータを再生して、そのまま（ビ
ット伸張処理等を行わずに）もしくはさらに追加のビッ
ト圧縮処理を施して、ＩＣカード等の他の記録媒体に直
接的に記録する方法、装置が開示され、この方法並びに
装置を用いれば、圧縮率に応じたいわゆる高速ダビング
を行うことができ、情報量が少なく短時間で能率よくダ
ビングが行えることが示されている。

【００１２】また、特開平１０−５１４０３号公報（文
献３）には、音声情報配信システム及びこれに用いる音
声再生機が開示され、音声情報の配信システムの全般に
ついて示されている。

【００１３】但し、文献１では、元信号を符号化する段
階から階層符号化用の符号器を用いる必要がある。ま
た、文献２では、一旦圧縮した信号の性質を利用し、さ
らに他の符号化方法を用いて圧縮率を向上させているた
め、この開示された方法を新規に適用する場合などで
は、２重の符号化方法が必要になる。文献３には、シス
テムの概要が示されているが、配信中に再生するための
技術の開示はない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のオーディオ信号の配信技術では、転送レートより大
きなビットレートを有するオーディオストリームを受信
する場合に、受信中のストリームのオーディオ信号を再
生することができないという問題があった。

【００１５】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、転送レートより大きなビットレートを有
するオーディオストリームを伝送する場合でも、受信中
のストリームのオーディオ信号を再生できるようにする
オーディオストリーム階層化方法、及びこの方法を用い
た送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るオーディオストリーム伝送システム
は、非階層化オーディオストリームを階層化オーディオ
ストリームへ変換して伝送するものであり、送信装置
は、前記非階層化オーディオストリームが持つ信号成分
を周波数軸上のデータに展開し、低域側周波数データか
ら順次高域側に向けて、かつ伝送路の伝送容量に適応し
て基本階層から上位の階層へ切り分け、低位の階層のス
トリームを先行して順次伝送路へ送出するものとし、受
信装置は、受信された階層化オーディオストリームを記
録する記録部を備え、先行して伝送されてくる低位の階
層のストリームを受信して前記記録部に記録した後、記
録した低位の階層のストリームを再生しながら、続いて
伝送されてくる上位の階層のストリームを受信して前記
記録部に記録することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明に係るオーディオストリーム
配信システムの一実施形態の構成を示すブロック図であ
る。尚、この実施形態では、６４ｋｂｐｓの転送レート
を有する伝送路を通じて１２８ｋｂｐｓのオーディオス
トリームを配信する場合について説明する。

【００１９】図１において、送信装置１１は、符号化処
理部１１１及び階層符号化処理部１１２を備える。

【００２０】符号化処理部１１１は被伝送オーディオ信
号を入力して符号化・量子化を施し、これによって得ら
れる主データ（component data）とこの主データをデコ
ードするのに必要な制御情報データ（unpack info.）と
を時分割で多重化し、１２８ｋｂｐｓのストリームとし
て出力する。このオーディオストリームは階層符号化処
理部１１２に供給される。

【００２１】この階層符号化処理部１１２は、詳細は後
述するが、非階層化オーディオストリームが持つ信号成
分を周波数軸上のデータに展開し、低域側周波数データ
から順次高域側に向けて、かつ６４ｋｂｐｓのビットレ
ートに適応して基本階層から上位の階層へ切り分け、バ
ッファ（図示せず）を用いて、低位の階層のストリーム
を先行して順次送出する。この階層符号化処理部１１２
から順次出力される階層化されたストリームは、送信装
置１１の出力として、伝送路１２を通じて６４ｋｂｐｓ
の転送レートで受信装置１３に送られる。

【００２２】受信装置１３は、階層復号処理部１３１、
データ記録部１３２、復号処理部１３３及びオーディオ
再生処理部１３４を備える。

【００２３】階層復号処理部１３１は、伝送路１２を通
じて送られてくる階層化されたオーディオストリームを
順次取り込み、各ストリームの周波数データを展開して
データ記録部１３２に順次格納していく。

【００２４】復号処理部１３３は、受信中のオーディオ
ストリームの再生要求があった場合、データ記憶部１３
２に基本階層のストリームが格納された時点でそのスト
リームのデータを読み出して復号し、元のオーディオ信
号に変換する。このオーディオ信号は、オーディオ再生
処理部１３４に送られ、再生出力される。この間、階層
復号処理部１３１は、上位の階層のストリームを取り込
んで、そのストリームの周波数データを展開してデータ
記録部１３２に順次格納していく。

【００２５】上記データ記憶部１３２の記録方法として
は、低位の階層のストリームを記録する際に離散的に記
録し、後に上位の階層のストリームを、先行して記録さ
れた低位の階層のストリームの間を埋めるように記録し
て、周波数軸上で各階層の周波数データが並ぶようにす
る。あるいは、低位の階層のストリームをいったん適当
に記録し、後に上位の階層のストリームを記録する際
に、先行して記録された、相対する低位の階層のストリ
ームを適宜移動させて、周波数軸上で各階層の周波数デ
ータが並ぶように記録する。これにより、階層化前のオ
ーディオストリームが復元される。

【００２６】上記構成において、以下に本発明に係わる
主要部の処理内容について説明する。

【００２７】図２は、送信側の階層符号化処理部１１２
の処理の流れを示すフローチャートである。

【００２８】まず、ストリームからスケールファクター
情報を取り出す（ステップＳ１）。続いて階層数ｋを決
める（ステップＳ２）。次に階層番号ｎ＝１に初期化す
る（ステップＳ３）。次に、第ｎビットプールの最大量
を第ｎ階層の目標の出力ビットレートとする（ステップ
Ｓ４）。続いて、スケールファクター情報を低周波数側
から１バンド分第ｎ階層のビットプールに入れる（ステ
ップＳ５）。次に主データからスペクトル成分を取り出
し（ステップＳ６）、第ｎ階層のビットプールに入れる
（ステップＳ７）。第ｎ階層のビットプールが溢れたか
否かを判定し（ステップＳ８）、溢れていない場合（Ｎ
ｏ）はステップＳ５に戻り、処理を繰り返す。

【００２９】溢れた場合（Ｙｅｓ）は、最後に入れた主
データとスケールファクター情報を第ｎビットプールか
ら取り出す（ステップＳ９，Ｓ１０）。その後、次の階
層に移る（ｎ＝ｎ＋１）（ステップＳ１１）。最終段が
終了したか否かを判定し（ステップＳ１２）、終了して
いない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ５に戻り、処理を繰
り返す。終了した場合（Ｙｅｓ）は、階層ストリームを
低階層側から順に出力し（ステップＳ１３）、終了す
る。

【００３０】以上の処理により階層化ストリームが作成
された後、次に先行して伝送する階層と後続して送信す
る階層を決める。図３に階層ストリームを低位の階層か
ら順に伝送する様子を示す。

【００３１】受信しながら再生できる平均レートは伝送
路の伝送容量によって決まる。伝送容量が６４ｋｂｐｓ
の場合、６４ｋｂｐｓまでは先行して送信しても受信と
同時の再生が可能である。そこで、図３に示すように、
先行して送信する階層を６４ｋｂｐｓまでとし、それ以
上の部分（高位の階層）は一度、バッファに蓄積した
後、低位階層に引き続き出力する。

【００３２】その蓄積単位は１フレーズまたは１曲分な
ど、時間にして数秒から数分である。この時間はシステ
ム仕様により適宜設定可能である。時間が短い方がバッ
ファ量は少なくて済む。

【００３３】通信容量によって、どの層までを先行して
送信するかを自動で決めることも可能である。このよう
なシステムでは通信容量が時々刻々変化する場合にも対
応できる。現行の通信システムでは送信側で受信端まで
の伝送容量の瞬時値を元に、線形予測を用いて、次の送
信時の先行するストリームの情報量を決定することもで
きる。

【００３４】図４に一例を示して説明する。この例で
は、階層化は４層とし、先行して伝送する層は２層まで
としており、ヘッダＨ−ＡＢを付けて送信する。後続の
層は残りの２層で、ヘッダＨ−ＣＤを付し、バッファを
経由して出力する。

【００３５】次に、図５を用いて受信装置１３側の階層
復号処理部１３１の動作を説明する。ここでは、階層化
されたストリームを復号処理部１３３で復号が可能な、
層のないビットストリームに変換することが第１の目的
である。また、低位の階層が入力され、データ記録部１
３２内に一定のストリームが蓄積され、デコード可能な
状態になった時点で、復号処理部１３３にオーディオ信
号再生開始の指令を出し、復号及び再生動作を開始する
ことが第２の目的である。

【００３６】図５において、まず、同時再生用と記録
用、各々のビットレートまたは平均ビットレートを決め
る（ステップＳ２１）。続いて階層ストリームの階層番
号を初期化しｎ＝１にする（ステップＳ２２）。その
後、ビットストリームから制御情報データ中のスケール
ファクター情報を取り出す（ステップＳ２３）。スケー
ルファクター情報とは、周波数分解された各成分の概略
の振幅を示す情報で、ＭＰＥＧ方式で用いている用語で
ある。ドルビー（登録商標）デジタル符号化方式では指
数部（exponent）と呼ぶが、基本的に同じ種類の情報で
ある。この情報によってビットストリーム中の主データ
の格納方法が解る。

【００３７】次に、スケールファクター情報に基づいて
第ｎ主データからスペクトル成分を取り出す（ステップ
Ｓ２４）。所定のビット数が蓄積されたかを判定し（ス
テップＳ２５）、蓄積されていれば（Ｙｅｓ）、再生開
始の指令を出す（ステップＳ２６）。

【００３８】ステップＳ２６の判定には、ある期間のオ
ーディオ信号を単位としたフレームを元に計数し判定す
る。圧縮方式によりフレーム毎にビット数の異なる可変
長フレームになっている場合や、ビット数が一定の固定
長フレームの場合がある。何れの場合もフレームの切れ
目は判定可能なので、そこから再生開始指令を決めるビ
ット数が算出できる。一般的には２フレーム分のストリ
ームが蓄積されれば再生を開始できる。また、受信デー
タレートが低位階層のデータレートに比して大であれ
ば、その後も継続して再生できる。

【００３９】ステップＳ２６の判定の結果、所定のビッ
ト数に満たない場合（Ｎｏ）、またはステップＳ２５で
再生開始指令を出した後、第ｎ階層の受信が終了したか
を判定する（ステップＳ２７）。この選択肢を決める情
報は、ストリーム送出時に制御情報データ内に付与され
たフラグにより判定される。第ｎ階層が終了していなけ
れば（Ｎｏ）、ステップＳ２４に戻る。終了した場合は
（Ｙｅｓ）、次の階層に移る（ｎ＝ｎ＋１）（ステップ
Ｓ２８）。

【００４０】ここで、目標のビットレートに達したかを
判定し（ステップＳ２９）、未達の場合（Ｎｏ）はステ
ップＳ２３に戻る。達した場合（Ｙｅｓ）は、スケール
ファクター情報を含む制御情報データの再構成が必要か
否かを判定し（ステップＳ３０）、必要な場合（Ｙｅ
ｓ）は階層化情報データの再構成を行う（ステップＳ３
１）。不要の場合（Ｎｏ）はステップＳ３１の制御情報
データの再構成をパスする。

【００４１】続いて、主データの再構成が必要か否かを
判定し（ステップＳ３２）、必要な場合（Ｙｅｓ）は主
データの再構成を行う。不要の場合（Ｎｏ）は主データ
の再構成をパスする（Ｓ３３）。以上により、階層復号
処理部１３１の処理を終了する。

【００４２】以上の処理により、階層化されたストリー
ムを復号処理部１３３で復号が可能な、層のないビット
ストリームに変換することができる。また、低位の階層
が入力され、データ記録部１３２内に一定のストリーム
が蓄積され、デコード可能な状態になった時点で、復号
処理部１３３にオーディオ信号再生開始の指令を出し、
復号及び再生動作を開始することが可能となる。

【００４３】したがって、上記構成によるオーディオス
トリーム配信システムによれば、転送レート（６４ｋｂ
ｐｓ）より大きなビットレート（１２８ｋｂｐｓ）を有
するオーディオストリームを伝送する場合でも、受信中
のストリームのオーディオ信号を再生することができ
る。

【００４４】尚、上記実施形態では、階層化処理におい
て、所望のビットレートに納める基準として、周波数帯
域の低域側を基本階層、高域側信号をより上位の階層と
説明したが、信号の種類によっては、中間の周波数を開
始点とし、その上下の周波数帯域の信号を順次上位の階
層へと振り分けることも可能である。

【００４５】また、図２の説明ではビットプールが溢れ
た時点で判断するものとしているが、溢れる直前で判断
し、終了課程に移行することも可能である。

【００４６】さらに、本発明は対象の再生データレート
が転送データレートより高い場合について説明したが、
裸のデータレートは両者等しいが、エラー保護や同時に
送出する付加情報により、転送データレートが再生デー
タレートを下回る場合にも利用できる。

【００４７】また、上記実施形態では、伝送路として通
信路を想定して、オーディオストリーム配信の仕方につ
いて説明したが、ここで用いた階層化方法は、ビットレ
ート変換にも利用できる。例えば、第１メディア装置か
ら信号蓄積装置等の第２メディア装置に転送する際に、
転送先のビットレートに変換して送ることが可能とな
る。

【００４８】このとき、第１メディア装置から送出され
るビットストリームを主データと制御情報データとに分
離した後、制御情報データと第２メディア装置側で受け
入れることができるビットレートなどに基づき、オーデ
ィオ信号を完全に復号処理を行なうことなく、所望のビ
ットレートとなるように主データを取り出すと共に、必
要に応じて前記制御情報データの付け換えを行なうこと
により、圧縮信号のビットレート変更が可能になる。ま
た、いったん伸張してビットレートを変換するのではな
く、直接的に変換を行うため、回路構成を簡略化して装
置全体の小型化を図ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、転送レー
トより大きなビットレートを有するオーディオストリー
ムを伝送する場合でも、受信中のストリームのオーディ
オ信号を再生できるようにするオーディオストリーム階
層化方法、及びこの方法を用いた送信装置及び受信装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るオーディオストリーム配信シス
テムの一実施形態の構成を示すブロック図。

【図２】 上記実施形態の階層符号化処理の流れを示す
フローチャート。

【図３】 上記実施形態において、階層ストリームを低
位の階層から順に伝送する様子を示す概念図。

【図４】 上記実施形態において、階層化を４層とし、
先行して伝送する層を２層までとし、後続の層を残りの
２層として出力する様子を示す概念図。

【図５】 上記実施形態の階層復号処理の流れを示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１１…送信装置、１１１…符号化処理部、１１２階層符
号化処理部、１２…伝送路、１３…受信装置、１３１…
階層復号処理部、１３２…データ記録部、１３３…復号
処理部、１３４…オーディオ再生処理部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非階層化オーディオストリームを所望の
   ビットレートに合わせて階層化オーディオストリームへ
   変換する方法であって、 前記非階層化オーディオストリームが持つ信号成分を周
   波数軸上のデータに展開し、低域側周波数データから順
   次高域側に向けて、かつ前記ビットレートに適応して基
   本階層から上位の階層へ切り分け、低位の階層のストリ
   ームを先行して順次送出することを特徴とするオーディ
   オストリーム階層化方法。
2. 【請求項２】 非階層化オーディオストリームを階層化
   オーディオストリームへ変換して伝送路に送信する装置
   であって、 前記非階層化オーディオストリームが持つ信号成分を周
   波数軸上のデータに展開し、低域側周波数データから順
   次高域側に向けて、かつ伝送路の伝送容量に適応して基
   本階層から上位の階層へ切り分け、低位の階層のストリ
   ームを先行して順次伝送路へ送出することを特徴とする
   オーディオストリーム送信装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のオーディオストリーム送
   信装置から送出される階層化オーディオストリームを受
   信する装置であって、 受信された階層化オーディオストリームを記録する記録
   部を備え、 先行して伝送されてくる低位の階層のストリームを受信
   して前記記録部に記録した後、記録した低位の階層のス
   トリームを再生しながら、続いて伝送されてくる上位の
   階層のストリームを受信して前記記録部に記録すること
   を特徴とするオーディオストリーム受信装置。
4. 【請求項４】 前記記録部に対して、低位の階層のスト
   リームを記録する際に離散的に記録し、後に上位の階層
   のストリームを、先行して記録された低位の階層のスト
   リームの間を埋めるように記録して、周波数軸上で各階
   層の周波数データが並ぶようにすることを特徴とする請
   求項３記載のオーディオストリーム受信装置。
5. 【請求項５】 前記記録部に対して、低位の階層のスト
   リームをいったん適当に記録し、後に上位の階層のスト
   リームを記録する際に、先行して記録された、相対する
   低位の階層のストリームを適宜移動させて、周波数軸上
   で各階層の周波数データが並ぶように記録することを特
   徴とする請求項３記載のオーディオストリーム受信装
   置。
6. 【請求項６】 前記非階層化オーディオストリームが、
   オーディオ信号を符号化し、量子化して得られた圧縮さ
   れた主信号とこの主信号を伸長するのに必要な制御信号
   とを多重化した信号であるとき、前記制御信号に基づい
   て各階層のストリームの主信号を伸張するのに必要な制
   御信号を生成し、その主信号に多重することを特徴とす
   る請求項２記載のオーディオストリーム送信装置。