JP2008089983A

JP2008089983A - 符号化装置

Info

Publication number: JP2008089983A
Application number: JP2006270729A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kuran; 武彦九蘭
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】調和関係がなく入力されるオーディオ信号に対しても高品質な符号化が出来、且つ目的符号量の異なる複数の符号化信号を容易に生成できる符号化装置を実現する。
【解決手段】分割された各区間信号に含まれる周波数及びその周波数成分の抽出を複数の周波数について行う周波数成分抽出手段１３と、オーディオ信号から抽出された周波数成分を除去して残差成分を求める残差成分演算手段１４と、抽出した周波数、成分値、及び符号量を記述したランクテーブルを作成するテーブル作成手段１６と、所望のランクを選択するランク選択手段１８と、ランクテーブルを基に選択されたランクの符号化信号を生成する符号化手段１７とを備えて実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、符号化装置に係り、特に調和関係にないオーディオ信号を任意の符号量で高能率に符号化する符号化装置に関する。

最近になり、符号化効率の高い圧縮符号化方式で符号化してディジタル記録メディアに記録する、インターネットなどの通信路を介してディジタルＡＶ情報を伝送する、さらにはアナログ放送で用いられていた放送チャンネルによりさらに高画質、高音質の情報をマルチチャンネルで放送されるようになってきた。ディジタルオーディオ信号は、さらに高能率で符号化されるとさらに高音質、多チャンネルの記録や伝送が出来ることは望ましい。
従来の、オーディオ信号における符号化方式は時間周波数変換方式を基本とし、周波数領域での信号の偏りや人間の聴覚心理を利用した符号化方式が用いられていた。その時間周波数変換方式による符号化方式で用いられる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等の周波数分析方法は、周期的で調和的な信号を分析する理論であり、信号を観測した観測区間の外では観測区間内の信号が周期的に繰り返すことを仮定している。それらの周波数分析方法では、観測区間によって実際とは異なった多数の周波数成分が抽出されることから、周波数領域信号には既に誤差が含まれたり、符号化効率が低下したりする。周波数分解能が観測区間の長さに反比例することから、過渡的な信号の分析を行う場合でも、観測区間長を余り短くすることができず、周波数分解能が不足し符号化効率が低下したり、観測区間外の波形予測が困難であることから、予測残差の符号化による符号化効率の向上が困難である等の欠点があり、それらを解決できることは好ましい。

一方、調和的でない信号に拡張したフーリエ解析の理論も知られている。この理論は一般調和解析（Generalized Harmonic Analysis: ＧＨＡ）と呼ばれ、観測区間内で原波形から残差エネルギーが最小となる最も優勢な正弦波を抽出し、残差成分にも同様の処理を繰り返す解析方法である。このため、定常的でない僅かな周波数変動に対しても正確な周波数成分の抽出が可能であり、観測区間長と周波数の分解能は互いに独立して自由な設定が可能で、観測区間を越えて信号の予測が可能であるなどの特徴がある。

特許文献１には、時系列信号から任意の周波数成分の信号を抽出する際に、周波数変調や振幅変調を考慮して、高精度且つ少ない本数での抽出を可能とする様にした信号処理装置が開示されている。信号処理装置でなされる符号化側は、Ｎ個のサンプルの時系列信号に対して、周波数分析を行う周波数分析回路と、周波数分析回路の出力である周波数について、その近傍周波数の時間変動及び／又は振幅の時間変動を分析する変調パラメータ解析回路と、変調パラメータ解析回路の出力である周波数変調パラメータ及び／又は振幅変調パラメータに基づいて、残差の総エネルギを最小とする変調信号を抽出し、最終的な残差と変調信号の情報とを出力する変調信号抽出回路とを備えるようにした信号処理装置が開示されている。
特開２００２−３２８６９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている信号処理装置では、ＧＨＡによりＦＦＴやＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）などの調和解析よりも精度の高い周波数分析が可能であるため、周波数分析手段としてＧＨＡを用いているものの、開示されているＧＨＡはＦＦＴなどを用いる場合に比べて、抽出した周波数成分の精度が高く、抽出した周波数成分を符号化するために必要な符号量が、入力信号によってはＦＦＴなどを用いる場合に比べて増大する。ＧＨＡの演算時間はＦＦＴなどを用いる場合に比し長い時間が必要である。ＧＨＡを用い、高能率な符号化を短い時間で行う信号処理装置を実現することはできなかった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、調和関係がなく入力されるオーディオ信号に対しても高品質な符号化が出来、且つ目的符号量の異なる複数の符号化信号を容易に生成することのできる符号化装置を提供することを目的とする。

本願発明における第１の発明は、入力されるオーディオ信号を所定の区間ごとに分割し、分割して得られた区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を一般調和解析により抽出して所定符号量の符号化信号を生成する符号化装置において、前記区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を前記一般調和解析によりレベルの大きな周波数成分から順に抽出する周波数成分抽出手段と、前記周波数成分抽出手段により１回目に抽出された周波数成分を前記区間信号から減算して残差信号を得ると共に、２回目以降に抽出された周波数成分を前回得られた残差信号から減算して新たな残差信号を得て、前記区間信号のレベルに対する前記残差信号のレベルの比率である残差レベル率を前記残差信号毎に求める演算手段と、予めランク分けされた複数ある残差レベル率ランクのうちから前記演算手段で求められた残差レベル率が含まれるランクを選択し、当該残差レベル率を与える前記周波数成分抽出手段で抽出した周波数値及び当該周波数の成分値を前記選択された残差レベル率ランクの欄に記述したランクテーブルを前記各区間信号について作成するテーブル作成手段と、前記テーブル作成手段で作成された各区間信号のランクテーブルに記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて前記符号化信号を生成する際の推定符号量を前記ランク毎に得る符号量推定手段と、前記符号量推定手段でランク毎に得られた推定符号量のうち、前記所定符号量を越えない推定符号量のランクの欄に記述される前記周波数値及び当該周波数の成分値を用いて前記符号化信号を生成する符号化手段と、を備えることを特徴とする符号化装置を提供する。

本発明によれば、区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を一般調和解析によりレベルの大きな周波数成分から順に抽出する周波数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段により１回目に抽出された周波数成分を区間信号から減算して残差信号を得ると共に、２回目以降に抽出された周波数成分を前回得られた残差信号から減算して新たな残差信号を得て、区間信号のレベルに対する残差信号のレベルの比率である残差レベル率を残差信号毎に求める演算手段と、予めランク分けされた複数ある残差レベル率ランクのうちから演算手段で求められた残差レベル率が含まれるランクを選択し、当該残差レベル率を与える周波数成分抽出手段で抽出した周波数値及び当該周波数の成分値を選択された残差レベル率ランクの欄に記述したランクテーブルを各区間信号について作成するテーブル作成手段と、テーブル作成手段で作成された各区間信号のランクテーブルに記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する際の推定符号量をランク毎に得る符号量推定手段と、符号量推定手段でランク毎に得られた推定符号量のうち、所定符号量を越えない推定符号量のランクの欄に記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する符号化手段とを備えるので、調和関係がなく入力されるオーディオ信号に対しても高品質な符号化が出来、且つ目的符号量の異なる複数の符号化信号を容易に生成することのできる符号化装置を実現できる。

以下に本発明の実施例に係る符号化装置について図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本発明の実施に係る符号化装置の構成例を示したブロック図である。図２は、本発明の実施に係る符号化装置の入力信号と残差信号とを例示した図である。図３は、本発明の実施に係る符号化装置の要部の信号波形を例示した図である。図４は、本発明の実施に係る符号化装置の要部の信号波形を拡大して例示した図である。図５は、本発明の実施に係る符号化装置の要部のランクテーブル例を例示した図である。図６は、本発明の実施に係る符号化装置の動作例をフローチャートで示した図である。図７は、本発明の実施に係る符号化装置の要部の動作例をフローチャートで示した図である。

その符号化装置は調和関係がなく入力されるオーディオ信号に対しても高品質な符号化が出来、且つ目的符号量の異なる複数の符号化信号を容易に生成することのできる符号化装置を実現するという目的を、区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を一般調和解析によりレベルの大きな周波数成分から順に抽出する周波数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段により１回目に抽出された周波数成分を区間信号から減算して残差信号を得ると共に、２回目以降に抽出された周波数成分を前回得られた残差信号から減算して新たな残差信号を得て、区間信号のレベルに対する残差信号のレベルの比率である残差レベル率を残差信号毎に求める演算手段と、予めランク分けされた複数ある残差レベル率ランクのうちから演算手段で求められた残差レベル率が含まれるランクを選択し、当該残差レベル率を与える周波数成分抽出手段で抽出した周波数値及び当該周波数の成分値を選択された残差レベル率ランクの欄に記述したランクテーブルを各区間信号について作成するテーブル作成手段と、テーブル作成手段で作成された各区間信号のランクテーブルに記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する際の推定符号量をランク毎に得る符号量推定手段と、符号量推定手段でランク毎に得られた推定符号量のうち、所定符号量を越えない推定符号量のランクの欄に記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する符号化手段とを備えるようにして実現した。

符号化装置の構成について述べる。
図１に示す符号化装置１は、フレーム化部１１、抽出周波数設定部１２、周波数成分抽出部１３、残差成分量演算部１４、符号量推定部１５、テーブル作成部１６、可変長符号化部１７、ランク選択部１８、及び制御部１９より構成される。

符号化装置の動作について述べる。
まず、符号化装置１のフレーム化部１１は、例えば標本化周波数４４．１ｋＨｚで標本化されて入力される符号化対象のディジタルオーディオ信号を、順次、例えば１０２４サンプル毎に分割した分割信号として生成する。抽出周波数設定部１２は、分割信号の一般調和解析による抽出周波数の精度を、例えば５Ｈｚとした抽出周波数の設定を行う。即ち、５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数範囲について５Ｈｚの周波数精度で周波数成分抽出を行う場合は、４０００個（20,000/5=4,000）の周波数が候補周波数として設定される。周波数成分抽出部１３はフレーム化部１１で得られた分割信号から抽出周波数設定部１２で設定される周波数成分を順次除去すると共に除去して得られる残差信号成分を算出し、記憶する。抽出周波数設定部１２で設定された全ての周波数に対する残差信号成分を求めた後、最も小さな残差信号成分を与える周波数を特定する。残差成分量演算部１４は、分割信号から特定された周波数成分、即ち第１の周波数成分を除去し、第１の残差信号を得る。

抽出周波数設定部１２及び周波数成分抽出部１３は、第１の残差信号に対し、同様な処理を行い、除去すべき第２の周波数成分を特定する。残差成分量演算部１４は、第１の残差信号から第２の周波数成分を除去し、第２の残差信号を得る。同様にして抽出周波数設定部１２及び周波数成分抽出部１３によりＮ（Ｎは３以上の整数）回周波数成分の特定を行った後に、残差成分量演算部１４により第Ｎの残差信号が得られる。制御部１９は分割信号の信号レベルと残差信号の信号レベルとを監視しつつ、残差信号の信号レベルが分割信号の信号レベルに比し、例えば−６０ｄＢになる迄周波数成分の抽出動作を繰り返させる。

符号量推定部１５は周波数成分抽出部１３により抽出された周波数の値とその周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する場合の符号量を推定する。
テーブル作成部１６は、分割信号の信号レベルに対する残差信号の信号レベルが、例えば−２０、−３０、−４０、−５０、及び−６０ｄＢのレベル以下となる毎に抽出周波数とその成分値の値を記述した成分値テーブルを生成する。例えば、レベル比が−２０ｄＢ未満−３０ｄＢ以上とされる欄には、分割信号の信号レベルに対する残差信号の信号レベル比がが−２０ｄＢ未満−３０ｄＢ以上となる全ての周波数及びそれらの成分値、並びに符号化時の符号量が記述される。そこに記述される符号量は、残差信号の信号レベルが０〜−２０ｄＢの欄に記述される周波数及びその成分、並びに−２０〜−３０ｄＢの欄に記述される周波数及びその成分を示すために必要な符号量である。
以下、フレーム化部１１から得られる次の分割信号について同様な周波数成分抽出を行う。入力信号の全区間について同様な動作を行う。

全区間に対する周波数成分の抽出後、テーブル作成部１６は生成された成分値テーブルを基に表示用テーブルの作成を行う。表示用テーブルは分割信号信号に対する残差信号のレベル比に係るランクと、そのランクの符号化信号の符号量に係るテーブルである。そのランクは例えばレベル比−２０ｄＢ以上を第１ランク、−３０ｄＢ以上を第２ランク、同様に−６０ｄＢ以上を第５ランクとする。符号量は、各分割信号毎に符号量推定部１５で得られた推定符号量を積算した全推定符号量である。生成された表示用テーブルは符号化装置１の図示しない表示部に表示される。使用者はランクと全推定符号量との関係から所望のランクを図示しない操作部を操作して選択する。可変長符号化部１７は、所望のランクの符号化を行うために必要な周波数値、及びその周波数の成分値を示す符号化信号を所定の可変長符号化テーブルを用いて符号化し、生成する。生成された符号化信号は符号化装置１から出力される。

ここで、表示された全推定符号量と、可変長符号化部１７で生成されて出力される実際に符号化して得られる符号化信号の符号量との間には誤差が含まれる場合がある。例えば第４ランクを指定して生成した符号化信号の符号量が全推定符号量より大きく、所定容量の記録媒体に記録できない場合などはランク３を指定して符号化信号出力を得る。第１ランク〜第５ランクの符号化信号を得るための成分値テーブルは、既にテーブル作成部１６で作成され、記憶されているため周波数抽出の動作を再度行うことなく新たなランクの符号化信号を短時間で生成することが出来る。
予め入力信号の周波数成分抽出を行い、成分値テーブルを作成しておく場合では、入力信号の周波数成分抽出を行うことなく、短時間で任意のランクの符号化出力を生成して出力することが出来るため、符号化を実行した後に符号量を微調整した符号化信号を容易に生成することが出来る。

次に、詳細に説明する。
図２を参照して入力信号と、その信号から最優勢周波数成分を抽出した後の残差信号について述べる。
同図（Ａ）信号のエンベロープ波形は、横軸はサンプル数を単位とする時間であり、縦軸は１６ビットで量子化した際の量子化値である。オーディオ信号は演奏楽器がドラム、パーカッション、エレキベース、エレキギターであるフュージョンの演奏開始から３秒程度の信号部分である。時間軸は４４．１ｋＨｚで標本化される標本値の個数で示してあり、４４．１ｋに相当する箇所が経過時間１秒間の箇所である。量子化値は１６ビットで量子化した場合の量子化値であり、−３２ｋ〜＋３２ｋの間にオーディオ信号が存在していることになる。
同図（Ｂ）はその入力信号を、１フレームを１０２４サンプルでフレーム化して分割信号を生成し、各分割信号から１００本づつの最優勢周波数成分を抽出して得られた残差成分の振幅値を示したものである。（Ｂ）の縦軸の目盛りは（Ａ）の１／１０としてある。即ち、同じ振幅の信号は残差成分が入力信号の１／１０（−２０ｄＢ）であることを示している。残差レベルが−２０ｄＢより大きい部分及び小さい部分が存在している。残差レベルを−２０ｄＢとして周波数及びその周波数成分を抽出するためには、最優勢周波数成分を抽出する毎に入力信号レベルと残差信号レベルとを比較し、１／１０のレベルになるまで周波数の抽出を行う。同様にして、残差成分が入力信号の１／１０００（−６０ｄＢ）となるようにした周波数の抽出を行うこともできる。

図３、図４を参照して、最優勢周波数成分の抽出と残差信号レベル（Ｓ／Ｎ）の変化について述べる。
図３において、横軸はサンプル数を単位とした時間であり、縦軸は区間信号から抽出した周波数成分を減算した残差信号を区間信号（Ｓ）に対する残差信号（Ｎ）の比率として示したものである。図２（Ｂ）に示した残差は残差レベルの大きい箇所は大きな振幅で示されているのに比し、図３は区間信号に比して残差レベルの大きな部分は小さなＳ／Ｎ比しか得られない箇所であり、小さな振幅で示される。（大小関係が逆である。）
ここで、図３に示す特性は区間信号毎に最優勢周波数成分を抽出しながらその時点ごとのＳ／Ｎを求めて表示したものである。従って、特性は１フレームを構成する１０２４サンプル毎にＳ／Ｎが増加しリセットされる鋸歯状波状の特性をしている。

図４は図３の特性の最初の部分の時間軸を拡大して示したものである。
同図において（０）の点は第２番目のフレーム区間の最終サンプル時の第１０２４サンプル時点で１００本の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（１７．５ｄＢ）の点である。（１）は第３番目のフレーム区間時の１本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（２ｄＢ）の点である。（２）は２５本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（８ｄＢ）の点である。点（０）と点（１）を結んだ棒線の右側に隣接する棒線は２６〜５０本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（８〜１０ｄＢ）の棒線である。その右側の棒線は５１〜７４本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（１０〜１２ｄＢ）の棒線である。次の棒線は７５〜９９本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（１２〜１４ｄＢ）の棒線であり、点（３）は第３番目のフレーム区間の最終サンプル時（第１０２４サンプル時）で１００本目の最優勢抽出周波数成分により得られたＳ／Ｎ値（１４ｄＢ）の点である。
以上は、１００本の最優勢抽出周波数成分を抽出した場合に得られるＳ／Ｎ値であり、そのＳ／Ｎ値は、入力信号に純音成分が多いか、又は衝撃性の音響成分が多いかにより異なった値が得られる。

図５を参照してテーブル作成部１６で作成されるランクテーブルについて述べる。
ランクテーブルは左側からランク、残差レベル率、表の記述内容、区間信号の順、及び推定符号量が記述される。上側からはランク１〜ランク６として抽出された周波数とその周波数の成分値が記述される。
まずランクは、１〜６が記述されており、それらのランクレベル率は順に１．０００〜０．３３、０．３３〜０．１００、０．１００〜０．０３３、・・・、０．００３３〜０．００１０とされている。表の記述内容は、表中で上下に示される数字は上側が抽出された周波数（Ｈｚ）で、下側が区間信号のレベルを１とする場合に抽出された周波数の成分値（×１０^-4）であることを示している。
区間信号は、入力される例えば標本化周波数４４．１ｋＨｚで標本化されたオーディオ信号の例えば１０２４サンプル毎に分割して得られる区間信号の順を示している。このランクテーブルには、第１区間の区間信号のランク１〜３において抽出された周波数値と成分値のそれぞれ３組が記述されている。

第１区間のランク１において、最も大きな成分であるとして最初に抽出された周波数は１０５０Ｈｚであり、その成分値は区間信号のレベルを１とする場合に抽出された成分は１２２０×１０^-4であることを示している。区間信号から１０５０Ｈｚ成分を除去した残差信号を生成する。その残差信号の区間信号に対する比率である残差レベル率が０．３３以上である場合に、次に大きなレベルの周波数と成分を抽出する。その結果、周波数が１５７５Ｈｚであり、成分値が１０８５×１０^-4である周波数成分が抽出される。以降、同様にして残差レベル率が０．３３未満となるまで周波数、成分値、及び残差信号レベルを求める。残差レベル率が０．３３未満となった場合は、得られた周波数１１７０Ｈｚ及び成分値２２７（×１０^-4）をランク２の欄に記述する。ランク２の演算は残差レベル率が０．１未満となるまで続けられる。残差レベル率が０．１未満となった場合は、例えば周波数２４１０Ｈｚ、成分値９８．２（×１０^-4）がランク３の位置に記述される。
以下、同様にして残差レベル率が０．００１未満となるまで周波数、及びその周波数の成分値が抽出される。第１区間のランク１〜６における周波数、及び成分値が記述される。

以降、同様にして、第２区間、第３区間、・・・、第Ｎ区間まで周波数成分の抽出が行われる。第Ｎ区間は、入力されるオーディオ信号の最後の区間である。
次に、推定符号量の算出が行われる。
符号化信号は、抽出された周波数とその成分値を示す符号の羅列でなされる。抽出される周波数は５Ｈｚ置きであるので、２１０、１２２０の数字により１０５０（＝２１０×５）Ｈｚの信号が１２２０×１０^-4の成分値であることを示すことが出来る。以下、抽出された周波数と成分値を示す符号化信号を生成する場合における推定符号量を求める。推定符号量は残差レベル率毎に演算して得る。

ランク１での推定符号量は、ランクテーブルのランク１に記述される第１〜第Ｎ区間の周波数及び成分値の全てを符号化する際に必要なデータ量として推定される。
ランク２での推定符号量は、ランクテーブルのランク１及びランク２に記述される第１〜第Ｎ区間の周波数及び成分値の全てを符号化する際に必要なデータ量として推定される。以下同様にしてランク６での推定符号量は、ランク１〜６の全てに記述される第１〜第Ｎ区間の周波数及び成分値を符号化する際に必要なデータ量として推定される。
ここで、推定符号量は第１〜第Ｎ区間の周波数及び成分値の全てを求めて後に符号化時の符号量を推定するとして述べたが、推定符号量はそれぞれの区間信号毎に求め、第Ｎ区間終了時に求められた区間毎の個別の符号量を積算して求めるようにしても良い。

図６を参照して符号化装置１の動作について述べる。
まず、Ｓ（ステップ）６１にて、ディジタル化された入力信号に対する計測区間を、例えば１区間を１０２４サンプルとして設定する。Ｓ６２で入力信号を各計測区間毎に分割して区間信号を生成する。Ｓ７０で後記の周波数成分抽出を行う。Ｓ８１で、抽出された周波数と成分値を符号化する際に必要な符号量を推定する。Ｓ８２で、区間信号から抽出した周波数成分を除去し、残差成分を求める。Ｓ８３で残差成分の大きさを基に抽出された周波数と成分値を格納する場所に係るランク分けを行う。Ｓ８４で、ランクテーブルの該当する箇所に求められた周波数値とその成分値とを記述する。Ｓ８５で、全計測区間の周波数成分抽出やランク分けが終了したかをチェックし、計測が終了していない場合はＳ６１からの動作を繰り返し、全区間を終了した場合にはＳ８６に進む。

Ｓ８６では、ランク毎に、各計測区間で抽出された周波数値とその成分値に係り、Ｓ８２で推定された符号量の総計を求める。Ｓ８７で、ランクテーブルにランクごとの合計符号量を記述する。Ｓ８８で、ランクテーブルを図示しない表示部に表示する。Ｓ８９で、図示しない操作部が操作され、ランクが選択された場合はそのランク情報を取得する。Ｓ９１でランクの選択がなされたかを検出し、検出されない場合はＳ８９の動作を繰り返す。検出された場合は、Ｓ９２で選択されたランクの符号化信号を、ランクテーブルに記述される周波数値及びその成分値を用いて符号化信号を生成する。Ｓ９３生成された符号化信号を出力する。Ｓ９４で、生成されたと異なるランクの符号化信号を出力するかを検出し、出力するとして検出される場合はＳ８９からの動作を繰り返す。ランクテーブルが記憶されている限り、周波数成分抽出等の動作を行うことなく、選択されるランクでの符号化信号を生成して出力することが出来る。
他のランクでの符号化信号を出力しないとして検出される場合は符号化装置の動作を終了させる。

図７を参照し、図６のＳ７０で示した周波数成分抽出について述べる。
まず、Ｓ７１で、５Ｈｚ置きに設定される５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの間の周波数１つを選択する。Ｓ７２で区間信号（原信号）に対するフーリエ係数を算出する。Ｓ７３で区間信号から算出された周波数の成分値を減算し、残差成分を求める。選択する周波数が例えば２０ｋＨｚになるまでＳ７１からの流れを繰り返す。次に、Ｓ７５で求められた４０００の候補周波数に対して抽出された複数の信号成分の中で最も信号レベルの大きい最優勢な抽出成分を選択する。Ｓ７６で区間信号から最優勢成分を除去（減算）して残差を求め、周波数成分抽出の処理ステップを終了する。

一般調和解析は観測区間内の信号から残差信号が最も小さくなるような周波数の正弦波を１つだけ抽出する。次に、抽出された成分を除いた残差信号に対して同様な処理を繰り返し行い、残差信号がある程度小さくなれば分析を終了する。抽出した正弦波により当該観測区間内の信号ｘ（ｔ）は式１のようにｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎのＮ本の正弦波の重ね合わせで表される。

但し、Ｓ_k、Ｃ_kは振幅値、ｔは時間、ｆは任意の周波数、Ｎは整数値である。

ここで、ｘ（ｔ）を構成する正弦波の周波数は倍数関係にあるとは限らなく、従ってそれらの正弦波は調和的とは限っていない。従って、ビットストリームには調和的（基本波の整数倍の周波数）とは限らない周波数成分と、それぞれの周波数成分が有効な観測区間の情報が含まれることになる。符号化出力であるビットストリームを、オーディオ信号を構成する周波数値とその成分のレベル値とを直接記述した符号化信号として構成する場合には、ビットストリームを復号化して得られる周波数値の信号をその成分のレベル値に従った振幅の信号として発生させることにより、入力信号の復号が可能である。
符号化装置１により生成される符号化信号は、入力信号の定常性によらない効率的な周波数成分抽出を行うことができることに加え、聴覚レベル以下の信号は符号化しないようにしている。ビットストリームを構成する周波数成分が削減されることによって、符号化効率が大幅に向上する効果も有している。

以上のように、本実施例で示した符号化装置１によれば、区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を一般調和解析によりレベルの大きな周波数成分から順に抽出する周波数成分抽出手段１３と、周波数成分抽出手段により１回目に抽出された周波数成分を区間信号から減算して残差信号を得ると共に、２回目以降に抽出された周波数成分を前回得られた残差信号から減算して新たな残差信号を得て、区間信号のレベルに対する残差信号のレベルの比率である残差レベル率を残差信号毎に求める演算手段１４と、予めランク分けされた複数ある残差レベル率ランクのうちから演算手段で求められた残差レベル率が含まれるランクを選択し、当該残差レベル率を与える周波数成分抽出手段で抽出した周波数値及び当該周波数の成分値を選択された残差レベル率ランクの欄に記述したランクテーブルを各区間信号について作成するテーブル作成手段１６と、テーブル作成手段で作成された各区間信号のランクテーブルに記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する際の推定符号量をランク毎に得る符号量推定手段１５と、符号量推定手段でランク毎に得られた推定符号量のうち、所定符号量を越えない推定符号量のランクの欄に記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて符号化信号を生成する符号化手段１７とを備えるので、調和関係がなく入力されるオーディオ信号に対しても高品質な符号化が出来、且つ目的符号量の異なる複数の符号化信号を容易に生成することのできる符号化装置を実現できる。

本発明の実施に係る符号化装置の構成例を示したブロック図である。本発明の実施に係る符号化装置の入力信号と残差信号とを例示した図である。本発明の実施に係る符号化装置の要部の信号波形を例示した図である。本発明の実施に係る符号化装置の要部の信号波形を拡大して例示した図である。本発明の実施に係る符号化装置の要部のランクテーブルを例示した図である。本発明の実施に係る符号化装置の動作例をフローチャートで示した図である。本発明の実施に係る符号化装置の要部の動作例をフローチャートで示した図である。

符号の説明

１符号化装置
１１フレーム化部
１２抽出周波数設定部
１３周波数成分抽出部
１４残差成分量演算部
１５符号量推定部
１６テーブル作成部
１７可変長符号化部
１８ランク選択部
１９制御部

Claims

入力されるオーディオ信号を所定の区間ごとに分割し、分割して得られた区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を一般調和解析により抽出して所定符号量の符号化信号を生成する符号化装置において、
前記区間信号に含まれる周波数及び当該周波数の成分を前記一般調和解析によりレベルの大きな周波数成分から順に抽出する周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段により１回目に抽出された周波数成分を前記区間信号から減算して残差信号を得ると共に、２回目以降に抽出された周波数成分を前回得られた残差信号から減算して新たな残差信号を得て、前記区間信号のレベルに対する前記残差信号のレベルの比率である残差レベル率を前記残差信号毎に求める演算手段と、
予めランク分けされた複数ある残差レベル率ランクのうちから前記演算手段で求められた残差レベル率が含まれるランクを選択し、当該残差レベル率を与える前記周波数成分抽出手段で抽出した周波数値及び当該周波数の成分値を前記選択された残差レベル率ランクの欄に記述したランクテーブルを前記各区間信号について作成するテーブル作成手段と、
前記テーブル作成手段で作成された各区間信号のランクテーブルに記述される周波数値及び当該周波数の成分値を用いて前記符号化信号を生成する際の推定符号量を前記ランク毎に得る符号量推定手段と、
前記符号量推定手段でランク毎に得られた推定符号量のうち、前記所定符号量を越えない推定符号量のランクの欄に記述される前記周波数値及び当該周波数の成分値を用いて前記符号化信号を生成する符号化手段と、
を備えることを特徴とする符号化装置。