JP2008268792A - オーディオ信号符号化装置およびそのビットレート変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない演算量で音質劣化のない高能率符号化データのビットレート変換を実現するオーディオ信号符号化装置およびそのビットレート変換装置を提供する。
【解決手段】第１のビットレートと第２のビットレートで量子化精度情報を算出する量子化情報算出部１３０と、第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報を生成、出力する補助データ生成部１４０とを備える。第１のビットレートの符号化データの補助データとして、音質に大きな影響を及ぼし、ビットレートに依存する前記差分量子化精度情報を付加することにより、第１のビットレートから第２のビットレートへの符号化データの変換を、少ない演算量で音質劣化なく実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少ない演算量で音質劣化の少ないビットレート変換を行うための高能率符号化データを生成するオーディオ信号符号化装置およびそのビットレート変換装置に関するものである。

従来の高能率オーディオ符号化データのビットレート変換装置（以下、ビットレート変換装置）としては、オーディオ符号化データ復号化装置とオーディオ信号符号化装置を縦続接続した装置が、広く知られている。すなわち、前記従来のビットレート変換装置では、第１のビットレートで符号化したオーディオ符号化データをオーディオ符号化データ復号化装置で復号化して、信号を再生し、次に、オーディオ信号符号化装置で第２のビットレートで符号化することにより、第１のビットレートから第２のビットレートの符号化データに変換する。

このような従来のビットレート変換装置について、オーディオ信号の高能率符号化方式として、地上波デジタルテレビ放送の音声部などに広く使用されている非特許文献１記載のＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）−２ ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ）を例として説明する。

図８は、前記従来のオーディオ符号化データ復号化装置の構成を示すブロック図である。

図８において、符号化データ復号化部８００では、入力されたオーディオ符号化データを復号化して、量子化されたスペクトル信号（以下量子化スペクトル信号と呼ぶ）と副情報とを出力する。

逆量子化部８１０では、量子化スペクトル信号を逆量子化して、前記副情報に含まれる量子化精度情報（スケールファクタ）を使用して、再生スペクトル信号を算出し、出力する。

前記逆量子化は、量子化スペクトル信号をＸ、逆量子化した後のスペクトル信号をＹとすると、（数１）により行う。

ここで、ｓｉｇｎ（Ｘ）はＸの符号を表し、Ｘ＜０なら−１、Ｘ＝０なら０、Ｘ＞０なら１の値をとる関数、ａｂｓ（Ｘ）はＸの絶対値を表す関数である。次に、量子化精度情報ｓｆを使用して、（数２）により逆量子化した後のスペクトル信号Ｙから再生スペクトル信号Ｚを算出する。ここで、ＳＦ＿ＯＦＦＳＥＴの値は１００である。

周波数時間変換部８２０では、逆量子化部８１０から出力された周波数領域の再生スペクトル信号を入力として、時間領域のオーディオ信号に逆変換して出力する。前記逆変換としては、逆変形離散コサイン変換（以下ＩＭＤＣＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）と呼ぶ）を用い、周波数領域のスペクトル信号（ＭＤＣＴ係数）を時間領域のオーディオ信号に変換する。

図９は、前記従来のオーディオ信号符号化装置の構成を示すブロック図である。

図９において、時間周波数変換部９００では、時間領域のオーディオ信号を入力として、周波数領域のスペクトル信号（ＭＤＣＴ係数）に変換して出力する。

量子化符号化部９１０では、時間周波数変換部９００からの前記スペクトル信号をスケールファクタバンドと呼ばれるバンド単位にグループ化して、前記スペクトル信号を前記バンド単位で量子化して、量子化スペクトル信号を算出する。次に、前記量子化スペクトル信号をハフマン符号によるエントロピー符号化して、符号化された量子化スペクトル信号（以下符号化スペクトル信号と呼ぶ）を算出し、出力する。前記スペクトル信号の量子化と符号化に際しては、量子化情報算出部９３０からの量子化情報を使用して、所定のビットレートで量子化と符号化を行う。量子化と符号化の詳細は、例えば、非特許文献２に記載されている。

符号化データ生成部９２０では、主情報である符号化スペクトル信号と量子化情報などの副情報を多重化して、符号化データを生成し、出力する。

量子化情報算出部９３０では、時間領域のオーディオ信号と周波数領域のスペクトル信号を使用して、心理聴覚モデルを使用して、所定のビットレートでスペクトル信号の量子化と符号化に必要な量子化情報を算出して、量子化符号化部９１０に出力する。量子化情報は、スペクトル信号の量子化精度情報（スケールファクタ）、量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表（ｓｅｃｔ＿ｃｂ）、帯域幅（ｍａｘ＿ｓｆｂ）などで構成される。なお、実際には、スケールファクタは、初期値を表すグローバルゲインと隣接スケールファクタバンド間の差分スケールファクタとに分けて、符号化データ生成部９２０で符号化される。

しかしながら、このような従来のビットレート変換装置は、オーディオ符号化データ復号化装置とオーディオ信号符号化装置をともに必要とするので、ビットレート変換に必要な演算量が多い、という課題を有していた。

そこで、少ない演算量でビットレート変換を実現する装置として、例えば特許文献１に記載のビットレート変換装置が提案されている。

図１０は、前記特許文献１に記載された従来のビットレート変換装置の構成を示すブロック図である。

図１０において、符号化データ復号化部１０００は、第１のビットレートのオーディオ符号化データを入力し、復号化して主情報の量子化スペクトル信号と副情報とを出力する。

量子化スペクトル変更部１０１０では、符号化データ復号化部１０００からの前記量子化スペクトル信号に同一値が多く含まれないように、例えば乱数を加算することにより、前記量子化スペクトル信号を変更して出力する。

逆量子化部１０２０では、量子化スペクトル変更部１０１０からの前記変更された量子化スペクトル信号を前記副情報に含まれる量子化精度情報に基づいて逆量子化して逆量子化したスペクトル信号を算出して出力する。

量子化符号化部１０３０では、ビットレート変更前の第１のビットレートのオーディオ符号化データの副情報に含まれる量子化精度情報を基に、所望のビットレートを満たすように前記量子化精度情報を変更して量子化と符号化を行う。具体的には、各スケールファクタバンドの量子化精度を表す差分スケールファクタはそのまま流用し、全帯域の量子化精度を表すグローバルゲインを変更することでビットレートの制御を行う。

符号化データ生成部１０４０では、主情報である符号化スペクトル信号と量子化精度情報などの副情報を多重化して符号化データを生成し、第２のビットレートのオーディオ符号化データを出力する。

以上のようにして、前記特許文献１に記載された従来のビットレート変換装置では、時間領域でなく、周波数領域でビットレート変換を行うことにより、周波数時間変換部８２０と時間周波数変換部９００を不要とし、演算量を低減する。また、変換前の量子化精度情報を流用することにより、量子化情報算出部９３０での心理聴覚モデルを使用する量子化精度情報の算出を不要とし、演算量を低減する。
特開２００３−１５６９４号公報 イソ／アイイーシー １３８１８−７ インフォメーション テクノロジー ―― ジェネリック コーディング オブ ムービング ピクチャーズ アンド アソシエイティッド オーディオ インフォメーション ―― パート７：アドバンスト オーディオ コーディング （エイエイシー）（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７， Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ―― Ｇｅｎｅｒｉｃ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ａｕｄｉｏ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ −− Ｐａｒｔ ７: Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ （ＡＡＣ）） イソ／アイイーシー １４４９６−３ スケーラブル ロスレス コーディング （エスエルエス）（ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−３ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ｃｏｄｉｎｇ （ＳＬＳ））

しかしながら、前記特許文献１に記載された従来のビットレート変換装置では、ビットレート変換に伴う音質劣化が大きいという問題点を有していた。

つまり、前記特許文献１に記載された従来のビットレート変換装置では、ビットレート変換前のオーディオ符号化データの副情報に含まれている各スケールファクタバンドの量子化精度情報を使用しているため、変換後のビットレートに最適な量子化精度情報とは異なる。その結果、第１のビットレートから第２のビットレートへのビットレート変化が大きい場合に、音質劣化が大きくなるという問題点を有していた。

図１１は、スペクトル信号と高いビットレートと低いビットレートにおける量子化精度情報（スケールファクタｓｆ）との関係の例を示す図である。同図のスペクトル信号は、スケールファクタバンド内のスペクトル信号の絶対値の最大を表す。同図において、横軸は周波数でスケールファクタバンド番号を表し、縦軸は信号レベルを対数で表したものである。同図（ａ）は、従来のオーディオ符号化データ復号化装置とオーディオ信号符号化装置とを縦続接続したビットレート変換装置による場合、（ｂ）は特許文献１に記載されたビットレート変換装置による場合である。スケールファクタバンド毎の量子化ノイズを制御するために、スケールファクタを使用してノイズシェーピング（ノイズの整形）を行っている。同図に示すように、低いビットレートと高いビットレートのスケールファクタの差分は、（ａ）ではスペクトル信号のレベルが大きいほど大きくなるのに対して、（ｂ）では一定である。（ａ）では変換後のビットレートに適合したスケールファクタを用いているのに対し、（ｂ）では変換前のスケールファクタを流用しているので、音質が劣化する。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、少ない演算量で音質劣化なくビットレート変換を実現するためのオーディオ符号化データを生成するオーディオ信号符号化装置とそのビットレート変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のオーディオ信号符号化装置は、時間領域のオーディオ信号を周波数領域のスペクトル信号に変換する時間周波数変換部と、前記スペクトル信号を量子化する際の量子化精度を示す量子化精度情報を、第１のビットレート及び第２のビットレートに対してそれぞれ算出する量子化情報算出部と、前記第１のビットレートの量子化精度情報を用いて前記スペクトル信号を量子化し、前記第１のビットレートで符号化した符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、前記符号化スペクトル信号と、符号化した前記第１のビットレートの量子化精度情報を多重化した第１のビットレートの符号化データを生成し、出力する符号化データ生成部と、前記第１のビットレートと第２のビットレートの量子化精度情報の差分である差分量子化精度情報を符号化した補助データを出力する補助データ生成部とを備え、前記第１のビットレートの符号化データの補助データとして量子化精度情報の差分を出力することにより、音質劣化のないビットレート変換を少ない演算量で実現することができる。

なお、前記補助データ生成部は、上記の差分量子化精度情報に代えて、第２のビットレートの量子化精度情報を符号化したものを補助データとして出力してもよい。

また、前記量子化情報算出部は、前記スペクトル信号を前記第１のビットレート及び第２のビットレートそれぞれの量子化精度情報に基づいて量子化した量子化スペクトル信号をエントロピー符号化する際の、第１のビットレート及び第２のビットレートのエントロピー符号化コード表をそれぞれ算出し、前記量子化符号化部は、第１のビットレートの量子化精度情報を利用して量子化した量子化スペクトル信号を、前記第１のビットレートのエントロピー符号化コード表を用いて符号化し、前記補助データ生成部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を符号化し、前記補助データに多重化することとしてもよい。

また、前記量子化情報算出部は、前記スペクトル信号を量子化精度情報に基づいて量子化する際の、第１のビットレート及び第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅をそれぞれ算出し、前記量子化符号化部は、前記スペクトル信号を前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅に基づいて前記第１のビットレートで量子化し、前記補助データ生成部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を符号化し、前記補助データに多重化することとしてもよい。

さらに、本発明のオーディオ信号符号化装置は、前記第１のビットレートの符号化データと前記補助データを多重化した多重化符号化データを出力する多重化部を備えてもよい。

また、本発明のビットレート変換装置は、入力された第１のビットレートの符号化データを分離及び復号化して第１のビットレートの量子化スペクトル信号及び第１のビットレートの量子化精度情報を取得する符号化データ復号化部と、入力された補助データを復号化し、第１のビットレートと第２のビットレートの量子化精度情報の差分である差分量子化精度情報を抽出する補助データ復号化部と、前記差分量子化精度情報を使用して前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２のビットレートの量子化スペクトル信号へ変換し、符号化した、第２のビットレートの符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、前記第１のビットレートの量子化精度情報と前記差分量子化精度情報から第２のビットレートの量子化精度情報を算出して符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号と多重化して第２のビットレートの符号化データを出力する符号化データ生成部とを備え、前記補助データの差分量子化精度情報を使用して、少ない演算量で音質劣化のないビットレート変換を実現することができる。

なお、前記入力される補助データは、前記差分量子化精度情報に代えて、第２のビットレートの量子化精度情報を含んでいても良い。この場合、前記量子化符号化部は、第２のビットレートの量子化精度情報を使用して第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第１のビットレートの量子化スペクトル信号へ変換し、符号化した、第２のビットレートの符号化スペクトル信号を算出する。

また、前記入力される補助データは、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化する際の第２のビットレートのエントロピー符号化コード表が符号化及び多重化されたものであり、前記補助データ復号化部は、前記補助データを復号化し前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を抽出し、前記量子化符号化部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を用いて第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化し、前記符号化データ生成部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号に多重化することとしてもよい。

また、前記入力される補助データは、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅が符号化及び多重化されたものであり、前記補助データ復号化部は、前記補助データを復号化し前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を抽出し、前記量子化符号化部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を用いて第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２の量子化スペクトル信号へ変換し、前記符号化データ生成部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号に多重化することとしてもよい。

さらに、本発明のビットレート変換装置は、入力された多重化符号化データを第１のビットレートの符号化データと補助データに分離する分離部を備えてもよい。

本発明によれば、補助データの差分量子化精度情報を使用して、第１のビットレートの量子化スペクトル信号を直接第２のビットレートの量子化スペクトル信号に変換することができるので、ビットレート変換に伴う音質劣化をなくすことができる。

また、符号化データを時間領域に戻すことなく、周波数領域でビットレート変換を行い、ビットレート変換時には、演算量の多い心理聴覚モデルを使用する量子化精度情報の算出を不要としているので、少ない演算量でビットレート変換を実現することができる。

すなわち、本発明によれば、少ない演算量で音質劣化のないビットレート変換を実現することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、従来技術と同様に、オーディオ信号の高能率符号化データの符号化方式として、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣを採用している場合を例にとって説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号符号化装置の構成を示すブロック図である。

図１において、時間周波数変換部１００では、入力された時間領域のオーディオ信号をＭＤＣＴにより周波数領域のスペクトル信号（ＭＤＣＴ係数）に変換して出力する。

量子化符号化部１１０では、時間周波数変換部１００からのスペクトル信号をスケールファクタバンドと呼ばれるバンド単位でグループ化して、スケールファクタバンド単位で前記スペクトル信号を量子化して量子化スペクトル信号を算出する。スペクトル信号Ｗの量子化は、量子化情報算出部１３０から出力される量子化情報の量子化精度情報ｓｆを使用して（数３）によって量子化スペクトル信号Ｘを算出することにより行う。

ここで、ｓｉｇｎ（Ｘ）はＸの符号を表し、Ｘ＜０なら−１、Ｘ＝０なら０、Ｘ＞０なら１の値をとる関数、ｉｎｔ（Ｘ）はＸ以下の値で最大の整数を表す関数、ａｂｓ（Ｘ）はＸの絶対値を表す関数である。ＳＦ＿ＯＦＦＳＥＴの値は１００であり、ＭＡＧＩＣ＿ＮＵＭＢＥＲの値は０．４０５４である。量子化符号化部１１０は、量子化情報算出部１３０からの第１のビットレート（ビットレート変換前のビットレート）と第２のビットレート（ビットレート変換後のビットレート）の量子化精度情報を使用して、第１のビットレートと第２のビットレートの量子化スペクトル信号を算出する。

次に前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号をエントロピー符号化して第１のビットレートの符号化スペクトル信号を算出して、出力する。

符号化データ生成部１２０では、主情報である前記第１のビットレートの符号化スペクトル信号と前記第１のビットレートの量子化精度情報などの副情報を多重化して、第１のビットレートの符号化データを生成して出力する。

量子化情報算出部１３０では、時間領域のオーディオ信号と周波数領域のスペクトル信号を入力として、第１のビットレートと第２のビットレートで、心理聴覚モデルを使用して、スペクトル信号を量子化するときに必要な量子化情報を算出して、量子化符号化部１１０と補助データ生成部１４０に出力する。量子化情報算出部１３０では、量子化情報として、スケールファクタバンド単位の量子化精度を表す量子化精度情報（スケールファクタｓｆ）、エントロピー符号化コード表（ｓｅｃｔ＿ｃｂ）、帯域幅（ｍａｘ＿ｓｆｂ）を算出する。なお、量子化情報算出部１３０の入力として、時間領域のオーディオ信号を使用せず、周波数領域のスペクトル信号のみとしてもよい。

補助データ生成部１４０では、量子化情報算出部１３０からの量子化情報を入力として補助データを生成して、出力する。

多重化部１５０は、符号化データ生成部１２０からの第１のビットレートの符号化データに補助データ生成部１４０からの補助データを多重化して多重化符号化データを出力する。

図２は、本発明の実施の形態１における補助データ生成部１４０の構成を示すブロック図である。

図２において、差分算出部２００では、量子化情報算出部１３０からの第１のビットレートの量子化精度情報ｓｆ１（ｓｆｂ）と第２のビットレートの量子化精度情報ｓｆ２（ｓｆｂ）とから差分量子化精度情報ｄｓｆ（ｓｆｂ）を（数４）により算出して出力する。

ここで、ｓｆｂはスケールファクタバンド番号を表し、０≦ｓｆｂ<ｍｉｎ（ｍａｘ＿ｓｆｂ１、ｍａｘ＿ｓｆｂ２）である。ｍｉｎ（ｘ，ｙ）は、ｘとｙの大きくないほうの値を示し、ｍａｘ＿ｓｆｂ１とｍａｘ＿ｓｆｂ２は、それぞれ第１のビットレートの帯域幅、第２のビットレートの帯域幅を表す。

補助データ符号化部２１０では、前記差分量子化精度情報と量子化情報算出部１３０で算出した第２のビットレートの量子化スペクトルのエントロピー符号化コード表と帯域幅とを符号化し、多重化して補助データとして出力する。

なお、前記差分量子化精度情報の符号化に際しては、量子化精度情報を表すスケールファクタの符号化と同様にｓｆｂの方向に差分符号化してもよいし、エントロピー符号化してもよい。

なお、前記エントロピー符号化コード表については、ビットレート変換時に算出することも可能なので補助データに含めなくてもよい。また、前記帯域幅に関しても、ビットレートに対する帯域幅をあらかじめ決めておくようにすれば、補助データに含めなくてもよい。

なお、本実施の形態では、第１のビットレートから第２のビットレートへの１種類のビットレート変換を想定しているが、第１のビットレートから第２のビットレート、第３のビットレート・・・第ｎのビットレートといった、２種類以上のビットレート変換を想定したオーディオ信号符号化装置を実現することも可能である。その場合には、量子化情報算出部１３０、補助データ生成部１４０を複数ビットレート変換に対応した構成に置き換える。

図３は、本発明の実施の形態１における多重化符号化データの１フレームのデータの例を示す図で、同図（ａ）は、２５６ｋｂｐｓのＡＡＣの符号化データに、前記符号化データを１２８ｋｂｐｓと６４ｋｂｐｓにビットレート変換するときに使用する量子化情報に関する補助データを多重化した例である。同図（ｂ）は、（ａ）のＡＡＣの符号化データに非特許文献２記載のロスレスエンハンスメントレーヤー（ＬＬＥ）の符号化データを多重化した例である。（ｂ）では、ロスレスエンハンスメントレーヤの符号化データを復号化することにより、ロスレス復号化が可能である。

以上のように本実施の形態のオーディオ信号符号化装置では、第１のビットレートと第２のビットレートで量子化情報を算出する量子化情報算出部１３０と補助データ生成部１４０とを備え、第１のビットレートの符号化データの補助データとして、音質に大きな影響を及ぼし、ビットレートに依存する前記第１のビットレートと前記第２のビットレートの差分量子化精度情報を生成し、出力するので、前記第１のビットレートの符号化データの前記第２のビットレートへの符号化データ変換を、周波数領域において少ない演算量で音質劣化なく実現することができる。

なお、本実施の形態のオーディオ信号符号化装置では、符号化データに補助データを多重化して１本のストリームとして出力する多重化部１５０を設けたが、符号化データと補助データを別々の領域に保存する場合や異なる出力方法をとる場合には、多重化部１５０は不要である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるビットレート変換装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のビットレート変換装置は、実施の形態１のオーディオ信号符号化装置の多重化符号化データを入力としてビットレート変換を行い、ビットレート変換した符号化データを出力する。

図４において、分離部４００では、多重化符号化データを入力として、第１のビットレートの符号化データと補助データとに分離する。

補助データ復号化部４４０は、補助データを復号化し、そこに含まれている第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報、第２のビットレートのエントロピー符号化コード表、第２のビットレートの帯域幅等の各種情報を抽出する。

符号化データ復号化部４１０では、前記第１のビットレートの符号化データを復号化して、第１のビットレートの量子化スペクトル信号と副情報とを算出して出力する。

量子化符号化部４２０では、補助データ復号化部４４０からの出力に含まれる情報を使用して、前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号を前記第２のビットレートで量子化と符号化して第２のビットレートの符号化スペクトル信号を算出して出力する。

第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２のビットレートの量子化スペクトル信号へ変換する仕組みについて説明する。第２のビットレートの量子化スペクトル信号Ｘ２は、第１のビットレートの量子化スペクトル信号Ｘ１と補助データ復号化部４４０からの出力に含まれる第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報ｄｓｆ（ｓｆｂ）とを使用して、（数５）により行う。

ここで、ｓｉｇｎ（Ｘ）、ｉｎｔ（Ｘ）、ａｂｓ（ｘ）、ＭＡＧＩＣ＿ＮＵＭＢＥＲは実施の形態１において使用した関数と同じ関数であるので説明を省略する。また、ｄｓｆ（ｓｆｂ）は、実施の形態１で算出され差分量子化精度情報である。スケールファクタバンド番号ｓｆｂの値としては、補助データに含まれる第２のビットレートの帯域幅ｍａｘ＿ｓｆｂ２未満の範囲で第２のビットレートの量子化スペクトル信号を算出する。なお、（数５）を使って算出することができるのは、スケールファクタバンド番号ｓｆｂの値が、第１のビットレートの帯域幅ｍａｘ＿ｓｆｂ１未満の場合であり、これ以上については、量子化スペクトル信号を零とする。

ビットレートに対する帯域幅があらかじめテーブル等で決定されている場合は、当該テーブル等の参照により、第２のビットレートの帯域幅を決定することができる。この場合は、第２のビットレートの帯域幅の決定に補助データに含まれる情報を用いる必要はない。

次に、量子化符号化部４２０は、第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化する処理を行う。補助データ復号化部４４０から出力される情報には、第２のビットレートの量子化スペクトル信号をエントロピー符号化する際に必要となるコード表が含まれている。量子化符号化部４２０はこのコード表を利用して、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化し、第２のビットレートの符号化スペクトル信号として出力する。

符号化データ生成部４３０では、前記第１のビットレートの副情報と前記補助データ復号化部４４０の出力に含まれる情報とから前記第２のビットレートの副情報を算出し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号と多重化して、第２のビットレートの符号化データを生成し、出力する。

図５は、本発明の第２の実施の形態における符号化データ生成部４３０の構成を示すブロック図である。

図５において、副情報変更部５００は、前記第１のビットレートの副情報と前記補助データに含まれる第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報、第２のビットレートのエントロピー符号化コード表、第２のビットレートの帯域幅を入力として、第１のビットレートの副情報の内、スペクトル信号の量子化と符号化に関する量子化情報（量子化精度情報、量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表、帯域幅）を第２のビットレートの量子化情報で置き換えることにより、第２のビットレートの副情報を生成して、出力する。

第２のビットレートの量子化精度情報ｓｆ２（ｓｆｂ）は、前記第１のビットレートの副情報に含まれる量子化精度情報ｓｆ１（ｓｆｂ）と前記補助データに含まれる第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報ｄｓｆとを用いて（数６）により、算出する。

多重化部５１０では、量子化符号化部４２０が出力した第２のビットレートの符号化スペクトル信号と副情報変更部５００からの前記第２のビットレートの副情報とを多重化して、第２のビットレートの符号化データを生成して出力する。

なお、実施の形態２のビットレート変換装置において、第１のビットレートから第１のビットレートへビットレート変換をする場合（入力と出力のビットレートが同じ場合）には、符号化データ復号化部４１０、量子化符号化部４２０、符号化データ生成部４３０、補助データ復号化部４４０を経由せずに、分離部４００から出力される第１のビットレートの符号化データのみを出力するようにしてもよい。

また、多重化符号化データに２種類以上のビットレート変換を可能にする情報が含まれている場合（例えば、実施の形態１において、２種類以上のビットレート変換を想定して出力された多重化符号化データが入力された場合）でも、本実施の形態において量子化符号化部４２０、副情報変更部５００が複数の選択可能なビットレートから所望のビットレートを抽出する機能をもつことで、本実施の形態のビットレート変換装置は対応できる。

本実施の形態のビットレート変換装置では、符号化データを時間領域に戻すことなく、周波数領域でビットレート変換を行い、演算量の多い心理聴覚モデルを使用する量子化精度情報の算出を不要としているので、少ない演算量でビットレート変換を実現することができる。また、前記特許文献１に記載のビットレート変換装置と比較して、量子化値の変更（乱数加算等により同一値のスペクトル信号が出力されないようにする）や逆量子化の計算が不要であり、その分演算量が少ない。また、前記特許文献１に記載のビットレート変換装置では、音質に大きな影響を与える量子化精度情報が、第２のビットレートの量子化精度情報ではなく、第１のビットレートの量子化精度情報が用いられているが、本実施の形態では、補助データに含まれる差分量子化精度情報を使用して、第２のビットレートに適合した量子化精度情報を算出して使用するのでビットレート変換に伴う音質劣化が少ない。

以上のように本実施の形態のビットレート変換装置では、補助データに含まれる差分量子化精度情報を使用して、第１のビットレートの量子化スペクトル信号を直接第２のビットレートの量子化スペクトル信号に変換するので、少ない演算量で音質劣化のないビットレート変換を実現することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のオーディオ信号符号化装置では、実施の形態１のオーディオ信号符号化装置と比較して、補助データ生成部１４０の構成が異なり、補助データの内容が異なる。その他の点については実施の形態１と同一であるので説明を省略する。

図６は、本実施の形態における補助データ生成部１４０の構成を示すブロック図である。図６において、補助データ符号化部６００では、量子化情報算出部１３０からの第２のビットレートの量子化精度情報、第２のビットレートの量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表、第２のビットレートの帯域幅を入力として符号化し、多重化して、補助データとして出力する。本実施の形態では、実施の形態１の第１のビットレートと第２のビットレートの差分量子化精度情報に代わって、第２のビットレートの量子化精度情報を前記補助データとして生成し、出力する。

以上のように本実施の形態のオーディオ信号符号化装置は、第１のビットレートと第２のビットレートに対する量子化情報を算出する量子化情報算出部１３０と補助データ生成部１４０とを備え、前記第１のビットレートの符号化データの補助データとして、第２のビットレートの量子化精度情報を生成し、出力するので、前記第１のビットレートの符号化データを第２のビットレートへの符号化データへ変換する際の演算量及び音質劣化を少なくすることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４のビットレート変換装置は、実施の形態３のオーディオ信号符号化装置の多重化符号化データを入力として、ビットレート変換を行い、ビットレート変換した符号化データを出力する。本実施の形態におけるビットレート変換装置は、実施の形態２のビットレート変換装置と比較して、補助データに含まれる内容が異なり、量子化符号化部４２０の動作の一部と符号化データ生成部４３０、補助データ復号化部４４０の構成が異なる。その他の点については実施の形態２と同一であるので説明を省略する。

本実施の形態の量子化符号化部４２０では、符号化データ復号化部４１０からの副情報に含まれる第１のビットレートでの量子化精度情報ｓｆ１（ｓｆｂ）と補助データ復号化部４４０が補助データを復号化して抽出した第２のビットレートの量子化精度情報ｓｆ２（ｓｆｂ）から差分量子化精度情報ｄｓｆ（ｓｆｂ）を（数４）にしたがって算出する。この動作が、実施の形態２と異なる。次に（数５）にしたがって第１のビットレートの量子化スペクトル信号Ｘ１から第２のビットレートの量子化スペクトル信号Ｘ２を算出する。次に、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号を補助データ復号化部４４０が前記補助データから抽出した第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を使用して符号化し、第２のビットレートの符号化スペクトルを出力する。

符号化データ生成部４３０では、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号と前記第１のビットレートの副情報と補助データに含まれる各種情報を入力として、第２のビットレートの符号化データを生成し、出力する。

図７は、本実施の形態における符号化データ生成部４３０の構成を示すブロック図である。

図７において、副情報変更部７００は第１のビットレートの副情報と復号化された補助データから抽出された第２のビットレートの量子化精度情報、第２のビットレートの量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表、第２のビットレートの帯域幅を入力として、第２のビットレートの副情報を生成して、出力する。

入力された第１のビットレートの副情報は、当該副情報に含まれる第１のビットレートの量子化精度情報、量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表、帯域幅を、復号化された補助データから抽出された第２のビットレートの量子化精度情報、量子化スペクトル信号のエントロピー符号化コード表、帯域幅で、それぞれ置き換えられ、第２のビットレートの副情報として出力する。

多重化部７１０は、量子化符号化部４２０からの第２のビットレートの符号化スペクトル信号と副情報変更部７００からの第２のビットレートの副情報とを多重化した第２のビットレートの符号化データを出力する。

以上のように本実施の形態のビットレート変換装置では、補助データの第２のビットレートの量子化精度情報を使用して、少ない演算量で音質劣化の少ないビットレート変換を実現することができる。

（実施の形態５）
実施の形態５のオーディオ信号符号化装置は、実施の形態３のオーディオ信号符号化装置と比較して、量子化符号化部１１０と量子化情報算出部１３０の動作が異なる。その他の点については実施の形態３と同一であるので説明を省略する。

本実施の形態における量子化符号化部１１０は、実施の形態３と同一の量子化を行うとともに、実施の形態４の量子化符号化部４２０で行うビットレート変換による量子化も行う。

具体的には、量子化情報算出部１３０は、実施の形態３と同様に、第１のビットレートと第２のビットレートの量子化精度情報を算出し、これを量子化符号化部１１０へ出力する。量子化符号化部１１０は、量子化情報算出部１３０から入力される第１及び第２のビットレートの量子化精度情報を用いて、時間周波数変換部１００からのスペクトル信号を、それぞれ量子化し、第１のビットレートの量子化スペクトル信号と、第２のビットレートの量子化スペクトル信号（以下、「基準量子化スペクトル信号」という）を算出する。あわせて、実施の形態４の量子化符号化部４２０と同様に、第１と第２のビットレートの量子化精度情報から差分量子化精度情報を算出し、前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号をビットレート変換して第２のビットレートの量子化スペクトル信号（以下、「変換量子化スペクトル信号」という）を得る。

量子化情報算出部１３０は、前記の基準量子化スペクトル信号と変換量子化スペクトル信号とを比較し、両者が一致しない場合には、第２のビットレートの量子化精度情報の値を１ずつ補正して、基準量子化スペクトル信号と変換量子化スペクトル信号の両者を一致させる。量子化情報算出部１３０は、上記の処理で求めた補正後の第２のビットレートの量子化精度情報を補助データ生成部１４０に出力する。

以上のようにして、本実施の形態のオーディオ信号符号化装置では、ビットレート変換に伴う丸め誤差を補正して第２のビットレートの量子化情報を算出し、補助データとして出力するので、音質劣化のないビットレート変換を実現することができる。

以上のように本実施の形態のオーディオ信号符号化装置では、量子化符号化部１１０、量子化情報算出部１３０と補助データ生成部１４０とを備え、第１のビットレートの符号化データの補助データとして、補正された第２のビットレートの量子化精度情報を生成し、出力するので、前記第１のビットレートの符号化データの第２のビットレートへの符号化データ変換を、音質劣化なく実現することができる。

以上のように、本発明にかかるオーディオ信号符号化装置およびそのビットレート変換装置は、少ない演算量で音質劣化の少ないビットレート変換を実現することができるので、オーディオ信号の符号化装置およびそのビットレート変換装置等として有用である。

本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号符号化装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における補助データ生成部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における多重化符号化データの１フレームのデータの例を示す図 本発明の実施の形態２におけるビットレート変換装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における符号化データ生成部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における補助データ生成部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における符号化データ生成部の構成を示すブロック図 従来のオーディオ符号化データ復号化装置の構成を示すブロック図 従来のオーディオ信号符号化装置の構成を示すブロック図 特許文献１に記載された従来のビットレート変換装置の構成を示すブロック図 スペクトル信号と高いビットレートと低いビットレートにおける量子化精度情報（スケールファクタｓｆ）との関係の例を示す図

符号の説明

１００ 時間周波数変換部
１１０，４２０ 量子化符号化部
１２０，４３０ 符号化データ生成部
１３０ 量子化情報算出部
１４０ 補助データ生成部
１５０，５１０，７１０ 多重化部
２００ 差分算出部
２１０，６００ 補助データ符号化部
４００ 分離部
４１０ 符号化データ復号化部
４４０ 補助データ復号化部
５００，７００ 副情報変更部

Claims (10)

1. 時間領域のオーディオ信号を周波数領域のスペクトル信号に変換する時間周波数変換部と、
   前記スペクトル信号を量子化する際の量子化精度を示す量子化精度情報を、第１のビットレート及び第２のビットレートに対してそれぞれ算出する量子化情報算出部と、
   前記第１のビットレートの量子化精度情報を用いて前記スペクトル信号を量子化し、前記第１のビットレートで符号化した符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、
   前記符号化スペクトル信号と、符号化した前記第１のビットレートの量子化精度情報を多重化した第１のビットレートの符号化データを生成し、出力する符号化データ生成部と、
   前記第１のビットレートと第２のビットレートの量子化精度情報の差分である差分量子化精度情報を符号化した補助データを出力する補助データ生成部とを備えたことを特徴とするオーディオ信号符号化装置。
2. 時間領域のオーディオ信号を周波数領域のスペクトル信号に変換する時間周波数変換部と、
   前記スペクトル信号を量子化する際の量子化精度を示す量子化精度情報を、第１のビットレート及び第２のビットレートに対してそれぞれ算出する量子化情報算出部と、
   前記第１のビットレートの量子化精度情報を用いて前記スペクトル信号を量子化し、前記第１のビットレートで符号化した符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、
   前記符号化スペクトル信号と、符号化した前記第１のビットレートの量子化精度情報を多重化した第１のビットレートの符号化データを生成し、出力する符号化データ生成部と、
   前記第２のビットレートの量子化精度情報を符号化した補助データを出力する補助データ生成部とを備えたことを特徴とするオーディオ信号符号化装置。
3. 前記量子化情報算出部は、前記スペクトル信号を前記第１のビットレート及び第２のビットレートそれぞれの量子化精度情報に基づいて量子化した量子化スペクトル信号をエントロピー符号化する際の、第１のビットレート及び第２のビットレートのエントロピー符号化コード表をそれぞれ算出し、
   前記量子化符号化部は、第１のビットレートの量子化精度情報を利用して量子化した量子化スペクトル信号を、前記第１のビットレートのエントロピー符号化コード表を用いて符号化し、
   前記補助データ生成部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を符号化し、前記補助データに多重化することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載のオーディオ信号符号化装置。
4. 前記量子化情報算出部は、前記スペクトル信号を量子化精度情報に基づいて量子化する際の、第１のビットレート及び第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅をそれぞれ算出し、
   前記量子化符号化部は、前記スペクトル信号を前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅に基づいて前記第１のビットレートで量子化し、
   前記補助データ生成部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を符号化し、前記補助データに多重化することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のオーディオ信号符号化装置。
5. 前記第１のビットレートの符号化データに前記補助データを多重化した多重化符号化データを出力する多重化部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のオーディオ信号符号化装置。
6. 入力された第１のビットレートの符号化データを分離及び復号化して第１のビットレートの量子化スペクトル信号及び第１のビットレートの量子化精度情報を取得する符号化データ復号化部と、
   入力された補助データを復号化し、第１のビットレートと第２のビットレートの量子化精度情報の差分である差分量子化精度情報を抽出する補助データ復号化部と、
   前記差分量子化精度情報を使用して前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２のビットレートの量子化スペクトル信号へ変換し、符号化した、第２のビットレートの符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、
   前記第１のビットレートの量子化精度情報と前記差分量子化精度情報から第２のビットレートの量子化精度情報を算出して符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号と多重化して第２のビットレートの符号化データを出力する符号化データ生成部とを備えたことを特徴とするビットレート変換装置。
7. 入力された第１のビットレートの符号化データを分離及び復号化して第１のビットレートの量子化スペクトル信号及び第１のビットレートの量子化精度情報を取得する符号化データ復号化部と、
   入力された補助データを復号化し、第２のビットレートの量子化精度情報を抽出する補助データ復号化部と、
   前記第２のビットレートの量子化精度情報を使用して前記第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２のビットレートの量子化スペクトル信号へ変換し、符号化した、第２のビットレートの符号化スペクトル信号を算出する量子化符号化部と、
   前記第２のビットレートの量子化精度情報を符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号と多重化して第２のビットレートの符号化データを出力する符号化データ生成部とを備えたことを特徴とするビットレート変換装置。
8. 前記入力される補助データは、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化する際の第２のビットレートのエントロピー符号化コード表が符号化及び多重化されたものであり、
   前記補助データ復号化部は、前記補助データを復号化し前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を抽出し、
   前記量子化符号化部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を用いて第２のビットレートの量子化スペクトル信号を符号化し、
   前記符号化データ生成部は、前記第２のビットレートのエントロピー符号化コード表を符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号に多重化することを特徴とする請求項６乃至請求項７に記載のビットレート変換装置。
9. 前記入力される補助データは、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅が符号化及び多重化されたものであり、
   前記補助データ復号化部は、前記補助データを復号化し前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を抽出し、
   前記量子化符号化部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を用いて第１のビットレートの量子化スペクトル信号を第２の量子化スペクトル信号へ変換し、
   前記符号化データ生成部は、前記第２のビットレートの量子化スペクトル信号の帯域幅を符号化し、前記第２のビットレートの符号化スペクトル信号に多重化することを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載のビットレート変換装置。
10. 入力された前記多重化符号化データを第１のビットレートの符号化データと補助データに分離する分離部を備えた、請求項６乃至請求項９に記載のビットレート変換装置。

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