JP2008102520A - オーディオ信号の2重変換符号化 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 オーディオを符号化及びデコードする方法、装置及びシステムが開示される。オーディオ信号に少なくとも2つの変換が適用され、それぞれ低周波数及び高周波数で良好な分解能の異なる変換期間を有する。変換係数は、データレートが単一の変換と同様のままになるように選択されて結合される。変換係数は、高速格子ベクトル量子化器で符号化されてもよい。量子化器は、高レート量子化器と低レート量子化器とを有する。高レート量子化器は、格子を切り捨てる方式を有する。低レート量子化器は、テーブル型検索方法を有する。低レート量子化器はまた、テーブル型インデックス方式を有してもよい。高レート量子化器は、変換係数の量子化インデックス用のHuffman符号化を更に有し、量子化/符号化効率を改善してもよい。
【選択図】 図6
Description
ITU-T Recommendation G.722(1998) ITU-T Recommendation G.722.1(1999)
一実施例では、ロングフレーム及びショートフレームと呼ばれる2つのフレームサイズが使用される。簡単にするために、この開示は2重変換を示すが、2より多くのフレームサイズが使用されてもよいことがわかる。
サブフレームの振幅エンベロープは量子化及び分析され、Huffman符号化が使用されるべきか否かを決定する。固定のビット割り当てが、初期設定及びベンチマークとして各振幅エンベロープに割り当てられてもよい。Huffman符号化の使用が固定のビットに比べていくつかのビットを節約することができる場合、これが使用されてもよい。振幅エンベロープのHuffmanフラグが設定されるため、デコーダはHuffman符号化を適用するか否かを認識する。節約されるビット数は、残りのエンコードに利用可能なビットに格納される。そうでない場合、Huffman符号化は使用されず、フラグがクリアされ、初期設定の固定のビットが使用される。
1≦r≦10である場合、M(r)は16であり、全てのこれらのサブフレームは第1のグループ0〜4kHzになる。
11≦r≦15である場合、M(r)は24であり、全てのこれらのサブフレームは第2のグループ4kHz〜7kHzになる。
16≦r≦24である場合、M(r)は32であり、全てのこれらのサブフレームは第3のグループ6.8kHz〜14kHzになる。
25≦r≦34である場合、M(r)は32であり、全てのこれらのサブフレームは第4のグループ14〜22kHzになる。
変換係数のグループのエネルギーに基づく適応ビット割り当て方式は、フレームの利用可能なビットをサブフレーム間に割り当てるために使用され得る。一実施例では、改善したビット割り当て方式が使用されてもよい。G.722.1に使用される方式とは異なり、係数インデックスの適応ビット割り当てはカテゴリにより固定されず、振幅エンベロープが量子化されるのと同時の割り当て処理により固定される。ビット割り当ては次のようにされてもよい。
従来技術の量子化及びエンコード方法は、前記の実施例を実装し、処理されたオーディオ信号を完全なオーディオスペクトルに拡張するために使用されてもよいが、広い視聴者に最大の可能性をもたらさないことがある。従来技術の方法を使用すると、ビットレートの要件は高くなり、処理された完全なスペクトルのオーディオ信号を送信することが困難になる。この開示の一実施例による新しい高速格子ベクトル量子化(FLVQ:Fast Lattice Vector Quantization)が使用可能であり、これは符号化効率を改善し、ビット要件を低減する。FLVQは、如何なるオーディオ信号の量子化及びエンコードに使用されてもよい。
高レート量子化器は、格子D8のVoronoiコードに基づき、2〜6ビット/係数のレートで正規化されたMLT係数を量子化するように設計されてもよい。このサブ量子化器のコードブックは格子D8の有限領域から構成されてもよく、メモリには格納されない。コードベクトルは簡単な代数方法により生成され得る。
いわゆる循環Gosset格子(rotated Gosset lattice)RE8に基づく低レート量子化は、1ビット/係数のレートで正規化されたMLT係数を量子化するように提供されてもよい。
MLT係数は均一に分布していない。8次元の係数ベクトルは原点の周囲で高い集積率を有することが観測されている。従って、格子ベクトル量子化器のコードブックは不均一のソースには最適ではない。
図3Aは、この開示の実施例によるエンコードされたビットストリームの例を示している。一実施例では、フレームの合計ビット数は、それぞれ32kbps、48kbps及び64kbpsのビットレートに対応して、640、960及び1280ビットである。チャネルで送信されるビットストリームは3つの部分(フラグビット、ノルムコードビット及びMLT係数のコードビット)で構成されてもよい。フラグビットが最初に送信され、ノルムコードビットが次に送信され、MLT係数のコードビットが最後に送信されてもよい。
この開示の一実施例による全体のエンコード処理の例示的な処理フロー図を示す図4を参照する。エンコード処理はステップ400で始まる。ステップ410において、時間内にオーディオサンプルが変換係数のフレームに変換されるように、2つのMLT変換がオーディオ信号に適用されてもよい。ロングフレーム変換係数は、低周波数(例えば、約20Hz〜約7kHz)の信号に使用され、ショートフレーム変換係数は、高周波数(例えば、約6.8kHz〜約22kHz)の信号に使用される。
デコーダは、基本的にエンコーダの逆の順序で、エンコードされたビットストリームを処理する。合計のビットはわかっており、合意されている。デコーダでは、適切なデコーダがビットストリームに使用されることを確保するために、データ整合性及びエンコードプロトコルが検査される。ビットストリームが前記の例に従ってエンコーダでエンコードされることをデコーダが確かめると、図5に示して以下に説明するようにビットストリームをデコードする。
812 オーディオコーデック
814 オーディオI/Oインタフェース
816 マイクロフォン
818 スピーカ
820 ネットワークインタフェース
822 ビデオI/Oインタフェース
824 ビデオコーデック
826 カメラ
828 ディスプレイ
832 CPU
834 メモリ
840 エンドポイント
850 ネットワーク
Claims (38)
- オーディオ信号をエンコードする方法であって
前記オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームを周波数ドメインに変換し、変換係数のロングフレームを形成し、
前記オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームのnの部分を周波数ドメインに変換し、変換係数のnのショートフレームを形成し、
前記時間ドメインのサンプルのフレームは第1の長さ(L)を有し、
前記時間ドメインのサンプルのフレームの各部分は第2の長さ(S)を有し、
L=n×Sであり、
nは整数であり、
前記変換係数のロングフレームの変換係数のセットと、前記変換係数のnのショートフレームの変換係数のセットとをグループ化し、変換係数の結合されたセットを形成し、
前記変換係数の結合されたセットを量子化し、変換係数の量子化後の結合されたセットの量子化インデックスを形成し、
前記変換係数の量子化後の結合されたセットの前記量子化インデックスを符号化することを有する方法。 - 前記変換する動作は、MLT(Modulated Lapped Transform)を適用することを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記サンプリングする動作は、約48kHzである、請求項1に記載の方法。
- 前記変換係数の結合されたセットは、第1の周波数帯域での前記ロングフレームの変換係数と、第2の周波数帯域での前記nのショートフレームの変換係数とを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域は重複する、請求項4に記載の方法。
- 前記第1の周波数帯域は、約800Hz〜約7kHzの範囲で上限を有する、請求項4に記載の方法。
- 前記第1の周波数帯域は、約7kHzまでのオーディオ周波数を有し、
前記第2の周波数帯域は、約6.8kHz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項4に記載の方法。 - 前記オーディオ信号がパーカッション形式の信号を有するか否かを検出することを更に有する、請求項1に記載の方法。
- 前記検出する動作は、
約10kHzまでの周波数帯域でのロング変換係数の平均勾配傾斜が所定の傾斜閾値を超過するか否かを決定し、
前記変換係数のロングフレームの第1の変換係数が前記変換係数のロングフレームの最大値であるか否かを決定し、
前記変換係数のロングフレームの変換係数のゼロ交差レートが所定のレート閾値未満であるか否かを決定することを有する、請求項8に記載の方法。 - 前記係数の結合されたセットは、第1の周波数帯域での前記ロングフレームの変換係数と、第2の周波数帯域での前記nのショートフレームの変換係数とを有し、
前記パーカッション形式の信号が検出された場合、前記第1の周波数帯域は、約800Hzまでのオーディオ周波数を有し、
前記パーカッション形式の信号が検出された場合、前記第2の周波数帯域は、約600Hz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項8に記載の方法。 - 前記符号化する動作は、Huffman符号化を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記係数の結合されたセットを複数のグループにグループ化し、各グループは、複数のサブフレームを有し、各サブフレームは特定の数の係数を有し、
前記サブフレームのrmsに基づいて前記サブフレームのそれぞれのノルムを決定し、
各サブフレームの前記rmsを量子化し、
前記サブフレームの前記量子化されたrmsで前記サブフレーム内の各係数を分割することにより、各サブフレームの係数を正規化し、
各サブフレームの前記係数を量子化し、
サブフレームの各グループについてHuffman符号化フラグを維持し、
各グループを符号化するための固定のビット数を維持し、
各グループについてHuffman符号化を使用するために必要なビット数を計算し、
Huffman符号化を使用するために必要なビット数がそのグループの前記固定のビット数より小さい場合に、前記Huffmanフラグを設定し、Huffman符号化を使用し、
Huffman符号化を使用するために必要なビット数がサブグループの前記固定のビット数より小さくない場合に、前記Huffmanフラグをクリアし、前記固定のビット数を使用することを更に有する、請求項1に記載の方法。 - 前記係数の結合されたセットを複数のグループにグループ化し、各グループは、複数のサブフレームを有し、各サブフレームは特定の数の係数を有し、
前記サブフレームのrmsに基づいて前記サブフレームのそれぞれのノルムを決定し、
各サブフレームの前記rmsを量子化し、各ノルムの量子化インデックスを形成し、
Huffman符号化に使用される合計のビット数がノルム量子化に割り当てられた合計のビット数より小さい場合、各ノルムの前記量子化インデックスをHuffman符号化することを更に有する、請求項1に記載の方法。 - 前記係数の結合されたセットを複数のグループにグループ化し、各グループは、複数のサブフレームを有し、各サブフレームは特定の数の係数を有し、
前記サブフレームのrmsに基づいて前記サブフレームのそれぞれのノルムを決定し、
各サブフレームの前記rmsを量子化し、
前記サブフレームの前記量子化されたrmsに基づいて各サブフレームに利用可能なビットを動的に割り当てることを更に有する、請求項1に記載の方法。 - プログラムを具現するコンピュータ可読媒体であって、
請求項1に記載の方法を実行するように機械により実行可能なコンピュータ可読媒体。 - オーディオ信号を表すエンコードされたビットストリームをデコードする方法であって、
前記エンコードされたビットストリームの一部をデコードし、変換係数の複数のグループの量子化インデックスを形成し、
前記変換係数の複数のグループの前記量子化インデックスを逆量子化し、
前記変換係数をロングフレーム係数のセットと、ショートフレーム係数のnのセットとに分離し、
前記ロングフレーム係数のセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、長い時間ドメインの信号を形成し、
前記ショートフレーム係数のnのセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、一連のnの短い時間ドメインの信号を形成し、
前記長い時間ドメインの信号は、第1の長さ(L)を有し、
それぞれ短い時間ドメインの信号は、第2の長さ(S)を有し、
L=n×Sであり、
nは整数であり、
前記長い時間ドメインの信号と前記一連のnの短い時間ドメインの信号とを結合し、前記オーディオ信号を形成することを有する方法。 - 前記ロングフレーム係数は第1の周波数帯域内にあり、
前記ショートフレーム係数は第2の周波数帯域内にある、請求項16に記載の方法。 - 前記第1の周波数帯域は、約800Hz〜約7kHzの範囲で上限を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の周波数帯域は、約7kHzまでのオーディオ周波数を有し、
前記第2の周波数帯域は、約6.8kHz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項17に記載の方法。 - 前記第1の周波数帯域は、約800Hzまでのオーディオ周波数を有し、
前記第2の周波数帯域は、約600Hz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項17に記載の方法。 - 前記エンコードされたビットストリームの第2の部分をデコードし、各サブフレームのノルムの量子化インデックスを形成し、
各サブフレームの前記量子化インデックスを逆量子化することを更に有する、請求項16に記載の方法。 - 前記サブフレームの前記量子化されたノルムに従って各サブフレームに利用可能なビットを動的に割り当てることを更に有する、請求項21に記載の方法。
- Huffman符号化が前記ノルムを符号化するために使用されたというインジケータを前記エンコードされたビットストリームが有する場合、前記ノルムに割り当てるビット数を決定し、
前記ノルムをHuffmanデコードすることを更に有する、請求項21に記載の方法。 - Huffman符号化がサブフレームの特定のグループを符号化するために使用されたというインジケータを前記エンコードされたビットストリームが有する場合、サブフレームの特定のグループに割り当てるビット数を決定し、
係数の前記サブフレームの特定のグループをHuffmanデコードすることを更にする、請求項16に記載の方法。 - プログラムを具現するコンピュータ可読媒体であって、
請求項16に記載の方法を実行するように機械により実行可能なコンピュータ可読媒体。 - エンコーダとデコーダとを有する22kHzオーディオコーデックであって、
前記エンコーダは、
オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームを周波数ドメインに変換し、変換係数のロングフレームを形成するように動作可能な第1の変換モジュールと、
前記オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームのnの部分を周波数ドメインに変換し、変換係数のnのショートフレームを形成するように動作可能な第2の変換モジュールであり、
前記時間ドメインのサンプルのフレームは第1の長さ(L)を有し、
前記時間ドメインのサンプルのフレームの各部分は第2の長さ(S)を有し、
L=n×Sであり、
nは整数である第2の変換モジュールと、
前記変換係数のロングフレームの変換係数のセットと、前記変換係数のnのショートフレームの変換係数のセットとを結合し、変換係数の結合されたセットを形成するように動作可能な結合モジュールと、
前記変換係数の結合されたセットを量子化し、変換係数の量子化後の結合されたセットの量子化インデックスを形成するように動作可能な量子化モジュールと、
前記変換係数の量子化後の結合されたセットの前記量子化インデックスを符号化するように動作可能な符号化モジュールと
を有し、
前記デコーダは、
エンコードされたビットストリームの一部をデコードし、変換係数の複数のグループの量子化インデックスを形成するように動作可能なデコードモジュールと、
前記変換係数の複数のグループの前記量子化インデックスを逆量子化するように動作可能な逆量子化モジュールと、
前記変換係数をロングフレーム係数のセットと、ショートフレーム係数のnのセットとに分離するように動作可能な分離モジュールと、
前記ロングフレーム係数のセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、長い時間ドメインの信号を形成するように動作可能な第1の逆変換モジュールと、
前記ショートフレーム係数のnのセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、一連のnの短い時間ドメインの信号を形成するように動作可能な第2の逆変換モジュールと、
前記長い時間ドメインの信号と前記一連のnの短い時間ドメインの信号とを結合する合計モジュールと
を有する22kHzオーディオコーデック。 - 前記変換係数の結合されたセットは、第1の周波数帯域での前記ロングフレームの変換係数と、第2の周波数帯域での前記nのショートフレームの変換係数とを有する、請求項26に記載のコーデック。
- 前記第1の周波数帯域は、約800Hz〜約7kHzの範囲で上限を有する、請求項27に記載のコーデック。
- 前記第1の周波数帯域は、約7kHzまでのオーディオ周波数を有し、
前記第2の周波数帯域は、約6.8kHz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項27に記載のコーデック。 - 前記第1の周波数帯域は、約800Hzまでのオーディオ周波数を有し、
前記第2の周波数帯域は、約600Hz〜約22kHzの範囲のオーディオ周波数を有する、請求項27に記載のコーデック。 - 前記変換係数のロングフレームの1つ以上の特性に基づいて、前記オーディオ信号がパーカッション形式の信号を有するか否かを検出するように動作可能なモジュールを更に有する、請求項26に記載のコーデック。
- 前記第1の変換モジュールは、第1のMLT(Modulated Lapped Transform)モジュールを有し、
前記第2の変換モジュールは、第2のMLTモジュールを有する、請求項26に記載のコーデック。 - 前記エンコーダは、
各サブフレームの振幅エンベロープを量子化するように動作可能なノルム量子化モジュールと、
前記サブフレームの前記振幅エンベロープの前記量子化インデックスを符号化するように動作可能なノルム符号化モジュールと、
利用可能なビットを変換係数のサブフレームに割り当てるように動作可能な適応ビット割り当てモジュールと
を更に有する、請求項26に記載のコーデック。 - 前記デコーダは、
前記符号化されたビットストリームの第2の部分をデコードし、前記サブフレームのそれぞれの各振幅エンベロープの量子化インデックスを形成するように動作可能なノルムデコードモジュールと、
前記サブフレームの前記振幅エンベロープの前記量子化インデックスを逆量子化するように動作可能な逆量子化モジュールと、
利用可能なビットを変換係数のサブフレームに割り当てるように動作可能な適応ビット割り当てモジュールと
を更に有する、請求項26に記載のコーデック。 - オーディオ入出力インタフェースと、
前記オーディオ入出力インタフェースに通信可能に結合されたマイクロフォンと、
前記オーディオ入出力インタフェースに通信可能に結合されたスピーカと、
前記オーディオ入出力インタフェースに通信可能に結合された22kHzオーディオコーデックと
を有するエンドポイントであって、
前記22kHzオーディオコーデックは、エンコーダとデコーダとを有し、
前記エンコーダは、
オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームを周波数ドメインに変換し、変換係数のロングフレームを形成するように動作可能な第1の変換モジュールと、
前記オーディオ信号の時間ドメインのサンプルのフレームのnの部分を周波数ドメインに変換し、変換係数のnのショートフレームを形成するように動作可能な第2の変換モジュールであり、
前記時間ドメインのサンプルのフレームは第1の長さ(L)を有し、
前記時間ドメインのサンプルのフレームの各部分は第2の長さ(S)を有し、
L=n×Sであり、
nは整数である第2の変換モジュールと、
前記変換係数のロングフレームの変換係数のセットと、前記変換係数のnのショートフレームの変換係数のセットとを結合し、変換係数の結合されたセットを形成するように動作可能な結合モジュールと、
前記変換係数の結合されたセットを量子化し、変換係数の量子化後の結合されたセットの量子化インデックスを形成するように動作可能な量子化モジュールと、
前記変換係数の量子化後の結合されたセットの前記量子化インデックスを符号化するように動作可能な符号化モジュールと
を有し、
前記デコーダは、
エンコードされたビットストリームの一部をデコードし、変換係数の複数のグループの量子化インデックスを形成するように動作可能なデコードモジュールと、
前記変換係数の複数のグループの前記量子化インデックスを逆量子化するように動作可能な逆量子化モジュールと、
前記変換係数をロングフレーム係数のセットと、ショートフレーム係数のnのセットとに分離するように動作可能な分離モジュールと、
前記ロングフレーム係数のセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、長い時間ドメインの信号を形成するように動作可能な第1の逆変換モジュールと、
前記ショートフレーム係数のnのセットを周波数ドメインから時間ドメインに変換し、一連のnの短い時間ドメインの信号を形成するように動作可能な第2の逆変換モジュールと、
前記長い時間ドメインの信号と前記一連のnの短い時間ドメインの信号とを結合する合計モジュールと
を有するエンドポイント。 - 前記オーディオ入出力インタフェースに通信可能に結合されたバスと、
前記バスに通信可能に結合されたビデオ入出力インタフェースと、
前記ビデオ入出力インタフェースに通信可能に結合されたカメラと、
前記ビデオ入出力インタフェースに通信可能に結合されたディスプレイ装置と
を更に有する、請求項35に記載のエンドポイント。 - 前記エンコーダは、
各サブフレームの振幅エンベロープを量子化するように動作可能なノルム量子化モジュールと、
前記サブフレームの前記振幅エンベロープの前記量子化インデックスを符号化するように動作可能なノルム符号化モジュールと、
利用可能なビットを変換係数のサブフレームに割り当てるように動作可能な適応ビット割り当てモジュールと
を更に有する、請求項35に記載のエンドポイント。 - 前記デコーダは、
前記符号化されたビットストリームの第2の部分をデコードし、前記サブフレームのそれぞれの各振幅エンベロープの量子化インデックスを形成するように動作可能なノルムデコードモジュールと、
前記サブフレームの前記振幅エンベロープの前記量子化インデックスを逆量子化するように動作可能な逆量子化モジュールと、
利用可能なビットを変換係数のサブフレームに割り当てるように動作可能な適応ビット割り当てモジュールと
を更に有する、請求項35に記載のエンドポイント。
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