JP2006235322A - 再生装置および再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ループ再生における復号処理の負担を低減した再生装置および再生方法を提供する。
【解決手段】オーディオデータなどを符号化した圧縮ビットストリームデータのフレームを、固体メモリ２から取得し、圧縮デコーダ１１にて隣接するフレームのウインドウ情報が参照され、逆ＭＤＣＴ処理を行う。その際、圧縮ビットストリームデータから算出された各フレームのウインドウ情報をＲＡＭ１５に保持しておき、ループ再生の場合に、開始フレームの処理においてＲＡＭ１５の情報が参照される。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮符号化されたデータを復号し、再生する再生装置および再生方法に関し、特に、離散コサイン変換などの直交変換処理がなされたオーディオデータを復号、再生する再生装置および再生方法に関する。

オーディオ信号をデジタルデータとしてデータ圧縮して記録する圧縮方式として、人間の聴覚特性を考慮したＡＴＲＡＣ（Adaptive TRansform Acoustic Coding）が知られている。このオーディオデータ圧縮方式は、所定時間長分のオーディオフレームを単位として圧縮処理を行なうものであるが、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform；離散コサイン変換）とウインドウ関数をうまく組み合わせ、隣り合った前記フレームがオーバーラップするようにして音声波形の連続性を高めたもので、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）と呼ばれている。

たとえば、ミニディスクなどの小型光ディスクでは、記録に当たって、５１２サンプルのオーディオフレーム毎にデジタルオーディオデータを区切って、このオーディオフレームでウインドウ処理を施し、隣り合うオーディオフレームとの間でオーバーラップさせた状態にする。そして、このオーディオフレーム単位でＭＤＣＴを行ない、時間軸データを周波数軸データに変換しデータ圧縮する。

従来の再生装置では、このデータ圧縮されたオーディオフレームのデータについて逆ＭＤＣＴを行ない、前後のオーディオフレーム（以下、単にフレームと略記する）とのオーバーラップ部分の繋ぎ処理を、窓関数（ウインドウ情報）を用いて行なうことで、良好なオーディオの再生を行なっていた。すなわち、従来の再生装置では、隣接する２つのフレームの復号情報に基づいて、オーディオの再生を行っていた。

ところで、ある一定区間（ループ再生区間）のオーディオフレームを繰り返し再生するループ再生が行われることがある。たとえば、ゲーム装置に搭載された再生装置がゲームのバックグラウンド音楽を繰り返して再生する場合である。
かかる場合に、従来の再生装置では、ループ再生区間の最初のフレームのオーディオデータの復号に時間がかかり、再生装置の処理に負担が発生するという不都合があった。

かかる不都合について、図６に関連付けて説明する。
図６は、従来の再生装置において、ループ再生区間でのフレーム毎の処理を説明するための図であり、（ａ）は再生されるオーディオデータ、（ｂ）は逆ＭＤＣＴ処理でのフレーム毎のウインドウ関数（ウインドウ情報）、を示す図である。
たとえば、（ａ）は、ＰＣＭオーディオデータの出力波形（ＰＣＭ出力データ）を示す。通常、ループ再生が途切れなく連続的に再生されるように、ループ再生区間の最初となる点ＡのＰＣＭオーディオデータと、ループ再生区間の最後となる点ＢのＰＣＭオーディオデータとは一致していることが望ましい。

図６（ｂ）において、＃Ｎ−１，＃Ｎ，＃Ｎ＋１，…、はフレーム番号を示す。また、＃Ｎフレーム（Ｎ番目フレーム）から＃Ｎ＋３フレーム（Ｎ＋３番目フレーム）までの間がループ再生区間であるとする。
図６（ｂ）において、Ｎ番目フレームのウインドウ関数は、図に太線で示すように、隣接するＮ−１番目フレームとＮ＋１番目フレームにオーバーラップした山形の関数となっている。したがって、図６（ａ）の点Ａのオーディオデータを再生するためには、Ｎ番目フレームのウインドウ情報だけではなく、１つ前のＮ−１番目フレームのウインドウ情報も必要となる。

しかしながら、従来の再生装置によるループ再生では、Ｎ＋３番目フレームのオーディオデータを復号した後、Ｎ＋４番目フレームのウインドウ情報と、Ｎ番目フレームのウインドウ情報とに基づいてＮ番目フレームの再生を行うため、実際に再生されるオーディオデータは、点Ａのレベルと異なったものとなってしまう。すなわち、点Ａと点Ｂのレベルが異なって再生されることになって（不連続になって）、ノイズが発生する。

一方、Ｎ＋４番目フレームを復号して点Ｂのオーディオデータを再生した後、Ｎ−１番目フレームとＮ番目フレームの復号結果に基づいて点Ａのオーディオデータを再生するようにすれば、ループ再生でない通常の再生と同様な再生方法となるので、点Ｂから点Ａに対して滑らかに連続的に再生される。
しかし、かかる場合には、ループ再生の最初であるＮ番目フレームのオーディオデータの再生処理にのみ２倍の処理時間が要求される。すなわち、再生装置の処理に大きな負担がかかる。

したがって、本発明の目的は、ループ再生における復号処理の負担を低減した再生装置および再生方法を提供することにある。

上記課題を克服するために、本発明の第１の観点は、符号化されたデータをフレーム単位で取り込み、１つのフレーム内の符号化データの復号を当該フレームに隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて行う復号方法をもって、前記取り込んだデータを順次復号して再生する再生手段と、前記再生手段によって得られた、フレーム毎の復号情報を記憶する記憶手段と、ループ再生のためのループ区間をフレーム単位で指定する区間指定手段と、を備え、前記再生手段は、前記区間指定手段により指定されたループ区間の開始フレームの復号情報と、前記記憶手段が記憶する前記開始フレームに隣接するフレームの復号情報とに基づいて、前記開始フレーム内のデータを復号して再生する再生装置である。

特定的には、前記復号の対象となるデータは、オーディオデータであり、前記復号方法は、改良型逆離散コサイン変換（逆ＭＤＣＴ）処理である。

特定的には、前記復号情報は、少なくともウインドウ情報を含む。

上記課題を克服するために、本発明の第２の観点は、符号化されたデータをフレーム単位で取り込み、１つのフレーム内の符号化データの復号を当該フレームに隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて行う復号方法をもって、前記取り込んだデータを順次復号して再生するステップと、フレーム毎の復号情報を記憶部に記憶するステップと、フレーム単位でループ再生のためのループ区間を指定するステップと、指定されたループ区間の開始フレーム内のデータを復号して第１復号情報を取得するステップと、前記開始フレームに隣接するフレームの第２復号情報を前記記憶部から取り出すステップと、前記第１および第２復号情報に基づいて、前記開始フレームを復号して再生するステップと、を備えた再生方法である。

本発明の作用は、以下の通りである。
すなわち、再生手段は、フレーム単位で符号化されたデータを取り込み、逆ＭＤＣＴ処理などの、１つのフレームの復号を当該フレームに隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて行う復号方法をもって、順次復号して再生する。記憶手段は、復号の結果得られた復号情報を記憶しておく。復号情報としては、たとえばウインドウ情報である。
区間指定手段がループ再生ループ区間をフレーム単位で指定すると、再生手段は、指定されたループ区間の開始フレームの復号情報と、記憶手段が記憶する開始フレームに隣接するフレームの復号情報とに基づいて、前記開始フレームを復号して再生する。
したがって、復号処理によって再度、開始フレームに隣接するフレームの復号情報を算出する必要がない。

本発明によれば、ループ再生における復号処理の負担を低減することができる。

以下、本発明の再生装置の一実施形態を説明する。
実施形態に係る再生装置１は、たとえば、ゲーム装置や携帯電話機、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などに搭載され、圧縮符号化されたオーディオデータ（圧縮データ）を復号して再生する再生装置である。
再生装置１は、オーディオデータのフレームの一定区間のループ再生が可能に構成されている。そして、ループ再生を行う際に、ループ開始のフレームの復号を効率的に行うことで、ループ再生の処理の負担を軽減させたものである。

圧縮データとしては、たとえばＭＰＥＧオーディオ方式で符号化された圧縮ビットストリームデータがある。図１は、ＭＰＥＧオーディオ方式による圧縮ビットストリームデータの物理的フォーマットの一例を示す図である。

図１に例示する圧縮ビットストリームデータは、音声情報の所定のサンプル数をまとめて１フレームとして圧縮符号化された結果のビット列が、フレームごとに連続した形式で構成される。圧縮ビットストリームデータは、各フレームに対して固定ビットが割り当てられた固定長フレームにより構成されている。
さらに、ここでは各フレームの先頭に、フレーム同期ワードやデコーダの動作モードを制御する情報を有するヘッダ領域が設けられている場合を想定しており、ヘッダには、圧縮ビットストリームデータの連続した各フレームの順番を表すフレーム番号（１，２，３，４，・・・Ｎ，Ｎ＋１，・・・）が含まれている。
また、各フレームが有する圧縮ビットストリームデータには、ＭＤＣＴ係数を復号するための量子化インデックス情報と、ＭＤＣＴの逆変換を行う際に必要となるウインドウ情報と、スペクトル包絡及びゲインの量子化パラメータ情報などが含まれている。

このような圧縮ビットストリームデータは、例えばデータの配信元からインターネットを通じてＰＣに送られ、ユーザがこのデータをＰＣに装着された固体メモリにダウンロードすることで固体メモリに音声情報として記憶される。

図２は、本発明の実施形態における再生装置１の概略ブロック図であり、ここでは、記録媒体としての固体メモリ２が装着された場合の再生装置１のブロック図を示している。

図２において、再生装置１は、バッファメモリ１０、圧縮デコーダ１１、Ｄ／Ａ変換器１２、増幅器（ＡＭＰ）１３、スピーカ（ＳＰ）１４、記憶手段としてのＲＡＭ１５、制御部（ＣＰＵ）１６、を備えて構成される。

固体メモリ２には、ここでは、モノラル再生用の音楽情報が、図１に示すＭＰＥＧオーディオ方式により符号化された圧縮ビットストリームデータによって予め記憶保持されているものとする。
固体メモリ２は、再生装置１に装着された状態で制御部１６及びバッファメモリ１０と電気的に接続されており、制御部１６の制御指令に基づいて圧縮ビットストリームデータを制御部１６に指定された読み出し開始位置に相当するフレーム位置から順次バッファメモリ１０に送出する。
また、固体メモリ２は、制御部１６の制御指令に基づいて、圧縮ビットストリームデータを制御部１６に指定された、ループ再生のためのフレーム区間について順次バッファメモリ１０に送出する。

バッファメモリ１０は、制御部１６の制御により、固体メモリ２から順次送られてくる圧縮ビットストリームデータを一旦蓄積し、しかる後に蓄積されたデータを連続する所定フレーム数単位で圧縮デコーダ１１へ順次間欠的に供給する。
また、バッファメモリ１０は、制御部１６がデータの読み出し開始位置を指定した場合には、当該読み出し開始位置に相当するフレームからのデータを順次読み出し、圧縮デコーダ１１へ順次間欠的にデータＳ１０として供給する。
バッファメモリ１０は、制御部１６がループ再生のフレーム区間を指定した場合には、当該フレーム区間のデータを順次読み出し、圧縮デコーダ１１へ順次間欠的にデータＳ１０として供給する。

図３は、圧縮デコーダ１１の構成を示すブロック図である。
圧縮デコーダ１１は、制御部１６の制御のもとで、バッファメモリ１０から順次供給されるデータＳ１０を読み込んでビットストリームアナライザ１１１により、ＭＤＣＴ係数の量子化インデックス情報と、ゲイン量子化インデックス情報と、スペクトル包絡及びゲインの量子化パラメータ情報と、ウインドウ情報を算出し、それぞれ、ＭＤＣＴ係数逆量子化部１１２、ゲインデコード部１１３、スペクトル包絡再生部１１４、逆ＭＤＣＴ部１１６に供給する。

その結果、圧縮デコーダ１１では、読み込んだデータを変換ブロックごとに、ＭＤＣＴ係数逆量子化部１１２がＭＤＣＴ係数の量子化インデックス情報を用いてＭＤＣＴ係数の逆量子化処理を行い、データＳ１１２を得る。
ゲインデコード部１１３は、ゲイン量子化インデックス情報を用いてゲインのデコード処理を行い、ゲインを取得し、ＭＤＣＴ係数逆量子化部１１２の出力データＳ１１２に対して、このゲインを掛け合わせたデータをＳ１１３として出力する。
スペクトル包絡再生部１１４は、スペクトル包絡及びゲインの量子化パラメータ情報を用いて、ゲインデコード部１１３の出力データＳ１１３に対してスペクトル包絡再生処理を行い、周波数領域での包絡再生波形データＳ１１４を得る。
次いで、ＭＤＣＴ係数逆正規化部１１５は、スペクトル包絡再生部１１４の出力データＳ１１４に対してＭＤＣＴ係数の逆正規化を行い、正規化前のＭＤＣＴ係数を出力し、さらに、逆ＭＤＣＴ部１１６がウインドウ情報を用いて逆ＭＤＣＴ変換処理する。
以上のようにして、圧縮ビットストリームデータの復号変換処理を行い、圧縮デコーダ１１は、制御部１６が生成する所定の周波数のＰＣＭクロックに同期した非圧縮のモノラルのＰＣＭオーディオデータＳ１１を生成する。

なお、逆ＭＤＣＴ部１１６の処理において、図６を参照して述べたように、あるフレームのデータを逆ＭＤＣＴ変換処理するためには、そのフレームの１つ前のフレームのウインドウ情報が必要となる。この１つ前のウインドウ情報は、ビットストリームアナライザ１１１から算出されたウインドウ情報を逐次図示しないレジスタに保持される。そして、逆ＭＤＣＴ部１１６により当該レジスタのウインドウ情報が参照される。

また、圧縮デコーダ１１では、ループ再生の場合に備え、各フレームのウインドウ情報を逐次ＲＡＭ１５に送出して格納する。すなわち、ループ再生の場合には、制御部１６により指令があるまでループ開始フレームが特定できないため、ループ開始フレームより１つ前のフレームのウインドウ情報を常時参照できるように、各フレームのウインドウ情報をＲＡＭ１５に格納しておく。

なお、図３では、逆ＭＤＣＴ部１１６によりＲＡＭ１５に対してウインドウ情報が供給される構成としているが、ビットストリームアナライザ１１１からＲＡＭ１５に対してウインドウ情報が供給されるようにしてもよい。
また、圧縮デコーダ１１の内部に、各フレームのウインドウ情報を保持するための大容量のレジスタを確保できれば、処理の高速化のために好ましいことは言うまでもない。

圧縮デコーダ１１は、生成したＰＣＭオーディオデータを順次Ｄ／Ａ変換器１２に供給する。

Ｄ／Ａ変換器１２では、生成されたＰＣＭオーディオデータをＤ／Ａ変換してＰＣＭオーディオデータによるアナログオーディオ信号を生成して増幅器１３に供給する。
増幅器１３は、Ｄ／Ａ変換器１２から供給されるアナログオーディオ信号を増幅してスピーカ１４に供給する。その結果、スピーカ１４からは上記アナログオーディオ信号に応じた音楽などが再生される。

制御部１６は、ＣＰＵを主体として構成され、再生装置１全体の制御を統括する。
たとえば、上述したように、固体メモリ２やバッファメモリ１０、圧縮デコーダ１１に対する動作制御指令、タイミング制御指令などを行う。
また、制御部１６は、図示しないインタフェースを介して、ユーザから与えられる再生指示信号、外部機器から与えられる再生指示信号を受け入れ、これらの再生指示信号に応じて制御を行う。たとえば、図２に示すように、ループ再生区間を指定したループ再生指示が外部から与えられる。

以上、再生装置１の構成について述べた。
次に、ループ再生における再生装置１の動作について、図４および図５に関連付けて説明する。

図４は、再生装置１の動作の説明のための圧縮ビットストリームデータの一例を示す図である。図において、１番目フレーム，２番目フレーム，…，Ｎ番目フレームを、それぞれ＃１，＃２，…，＃Ｎと表記している。
また、図４においては、３番目フレームからＮ−１番目フレームまでがループ再生区間であり、このループ再生区間がループ再生指令とともに制御部１６から圧縮デコーダ１１に対して与えられる。

図５は、圧縮デコーダ１１の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートに沿って、図４に例示した圧縮ビットストリームデータを処理する場合の圧縮デコーダ１１の動作について、以下説明する。

図５において、ステップＳＴ１〜ＳＴ４は、圧縮ビットストリームデータのフレーム順に復号・再生する処理である。すなわち、まず、バッファメモリ１０から送出されるｉ番目フレームを復号し、再生する（ステップＳＴ１）。その際、圧縮デコーダ１１内のレジスタに格納されているｉ−１番目フレームのウインドウ情報が参照される。そして、ｉ番目フレームのウインドウ情報は、ＲＡＭ１５に転送されて格納される（ステップＳＴ２）。
ループ再生指示がなければ（ステップＳＴ３のＮ）、ｉをインクリメントして次のフレーム（ｉ＋１番目フレーム）について、ステップＳＴ１〜ＳＴ３の動作を行う（ステップＳＴ４）。

図４に示す例では、ｉ＝１として、１番目フレーム（＃１）→２番目フレーム（＃２）と順次復号処理される。その際、２番目フレームの復号処理では、１番目フレームのウインドウ情報が参照される。

ループ再生指示がある場合には（ステップＳＴ３のＹ）、ループ再生処理としてステップＳＴ５〜ＳＴ７を行う。ループ再生指示は、ループ再生区間とともに制御部１６から圧縮デコーダ１１に対して与えられる。
ループ再生では、指定されたループ再生区間の最初のフレームに対し、ＭＤＣＴ係数逆量子化部１１２がＭＤＣＴ係数の量子化インデックス情報を用いてＭＤＣＴ係数の逆量子化処理を行う。ゲインデコード部１１３は、スペクトル包絡及びゲイン量子化インデックス情報を用いてゲインのデコード処理を行い、ゲインを取得し、ＭＤＣＴ係数逆量子化部１１２の出力データに対して、このゲインを掛け合わせたデータを出力する。スペクトル包絡再生部１１４は、スペクトル包絡及びゲインの量子化パラメータ情報を用いて、ゲインデコード部１１３の出力データに対してスペクトル包絡再生処理を行い、周波数領域での包絡再生波形データＳ１１４を得る。次いで、ＭＤＣＴ係数逆正規化部１１５は、スペクトル包絡再生部１１４の出力データに対してＭＤＣＴ係数の逆正規化を行う。
しかる後、指定されたループ再生区間の最初のフレームのウインドウ情報をビットストリームアナライザ１１１から取得するとともに、ループ再生区間の最初のフレームより１つ前のフレームのウインドウ情報をＲＡＭ１５から取り出して（ステップＳＴ６）、逆ＭＤＣＴ変換処理することによって、圧縮ビットストリームデータの復号変換処理を行う（ステップＳＴ７）。

ループ再生区間の最初のフレームのデータを復号した後、その次のフレーム以降のフレームについては、ステップＳＴ１〜ＳＴ３で述べた処理と同様の処理によって、順次復号・再生を行う。そして、ループ再生終了指示があるまで（ステップＳＴ５）、ループ再生区間の復号・再生を行う。

図４に示す圧縮ビットストリームデータの例では、Ｎ−１番目フレームが再生された後、圧縮デコーダ１１は、ＲＡＭ１５から２番目フレーム（＃２）のウインドウ情報を取り出して、３番目フレーム（＃３）のデータの復号を行う。したがって、圧縮デコーダ１１は、３番目フレーム期間（ループ再生の最初のフレーム）において、２番目フレームと３番目フレームの２つのフレームの復号処理を行って２つのウインドウ情報を算出する必要がなく、ループ再生の最初のフレームの復号・再生処理の負荷は、他のフレームと同等となる。

ステップＳＴ５で、制御部１６の制御指令に従って、ループ再生が終了した後は、たとえば、ループ再生区間の次のフレームの再生処理等が行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る再生装置１によれば、オーディオデータなどを符号化した圧縮ビットストリームデータのフレームを、逆ＭＤＣＴ処理のような、隣接するフレームのウインドウ情報が参照される復号方法にて復号して再生する。そして、圧縮ビットストリームデータから算出された各フレームのウインドウ情報をＲＡＭに保持しておき、ループ再生の開始フレームの処理において、ＲＡＭのウインドウ情報を参照する。
したがって、ループ再生の最初のフレームにおいて、その最初のフレームより１つ前のフレームの復号処理を行って、再度ウインドウ情報を取得する必要がない。それゆえ、ループ再生の最初のフレームの復号・再生処理の負荷は、他のフレームと同等となり、ループ再生における処理の付加が軽減されるという効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で当業者が適宜改変し得るものである。
たとえば、上述した実施形態では、隣接する２つのウインドウ情報に基づいて復号処理を行う場合について説明したが、復号時に参照されるフレームの数は２つに限られない。隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて復号処理を行う場合であっても、各フレームの復号情報（本実施形態では、ウインドウ情報）がＲＡＭに格納されているので、適宜取り出して使用することができる。

ＭＰＥＧオーディオ方式による圧縮ビットストリームデータの物理的フォーマットの一例を示す図である。 本発明の実施形態における再生装置１の概略ブロック図である。 圧縮デコーダの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る再生装置の動作の説明のための圧縮ビットストリームデータの一例を示す図である。 圧縮デコーダの動作を示すフローチャートである。 従来の再生装置において、ループ再生区間でのフレーム毎の処理を説明するための図である。

符号の説明

１…再生装置、２…固体メモリ、１０…バッファメモリ、１１…圧縮デコーダ、１２…Ｄ／Ａ変換器、１３…増幅器（ＡＭＰ）、１４…スピーカ（ＳＰ）、１５…ＲＡＭ、１６…制御部（ＣＰＵ）。

Claims (5)

1. 符号化されたデータをフレーム単位で取り込み、１つのフレーム内の符号化データの復号を当該フレームに隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて行う復号方法をもって、前記取り込んだデータを順次復号して再生する再生手段と、
   前記再生手段によって得られた、フレーム毎の復号情報を記憶する記憶手段と、
   ループ再生のためのループ区間をフレーム単位で指定する区間指定手段と、
   を備え、
   前記再生手段は、前記区間指定手段により指定されたループ区間の開始フレームの復号情報と、前記記憶手段が記憶する前記開始フレームに隣接するフレームの復号情報とに基づいて、前記開始フレーム内のデータを復号して再生する
   再生装置。
2. 前記復号の対象となるデータは、オーディオデータであり、前記復号方法は、改良型逆離散コサイン変換（逆ＭＤＣＴ）処理を含む
   請求項１記載の再生装置。
3. 前記復号情報は、少なくともウインドウ情報を含む
   請求項２記載の再生装置。
4. 符号化されたデータをフレーム単位で取り込み、１つのフレーム内の符号化データの復号を当該フレームに隣接する複数のフレームの復号情報に基づいて行う復号方法をもって、前記取り込んだデータを順次復号して再生するステップと、
   フレーム毎の復号情報を記憶部に記憶するステップと、
   フレーム単位でループ再生のためのループ区間を指定するステップと、
   指定されたループ区間の開始フレーム内のデータを復号して第１復号情報を取得するステップと、
   前記開始フレームに隣接するフレームの第２復号情報を前記記憶部から取り出すステップと、
   前記第１および第２復号情報に基づいて、前記開始フレームを復号して再生するステップと、
   を備えた再生方法。
5. 前記復号の対象となるデータは、オーディオデータであり、前記復号方法は、改良型逆離散コサイン変換（逆ＭＤＣＴ）処理である
   請求項４記載の再生方法。
   
   

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