JP2008513822A - 多チャンネルデジタル音声符号化装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下の記載を通して、「解析/合成フィルタバンク」等の用語は、時間・周波数解析/合成を行う装置および方法を意味する。これには以下が含まれるが、これらに限定されるものではない。
−臨界標本化された、均一もしくは不均一なバンドパスフィルタの時不変または時変バンク、
−高調波または正弦波解析装置/合成装置。
説明のための添付の図面に示すように、本発明は、効率的な送信または格納のために多チャンネル音声信号のビットレートを大幅に低減しつつ、トランスペアレントな音声再生を実現する、低ビットレートデジタル音声符号化および復号化システムに関する。すなわち、復号化された多チャンネル音声信号のビットレートは、アルゴリズムの複雑性が低いシステムを用いることによって低減され、しかも、復号器側で再生される音声信号は、専門的な聴取者でさえ元の音声と区別することができない。
符号器
音声信号の1つのチャンネルを符号化するための一般的な方法を図2に示し、以下に説明する。
但し、kは、正の整数である。
ハーフハイブリッドフィルタバンク
図3に示すように、これは、高および低周波数分解能モード間で切り替えが可能な切替可能分解能解析フィルタバンク28で構成されるハイブリッドフィルタバンクであり、低周波数分解能モード24においては、この後に、過渡セグメント化セクション25、その次に、各サブバンドにおいて、オプションである任意分解能解析フィルタバンク26が続く。
w2(k+M)+w2(2M−1−k)=1 k=0,...,M−lの場合
上記条件を満たす任意のウィンドウを用いることができるが、以下のサインウィンドウのみが、入力信号のDC成分が第1の変換係数に集中する良好な特性を有する。
切替可能フィルタバンク+ADPCM
図4に示すように、任意分解能解析フィルタバンク26の代わりにADPCM29が用いられていることを除いて、基本的には図3に示されるものと同じである。サイド情報のコストを削減するため、ここでもまた、ADPCMを用いるべきか否かの判定は量子化ユニット等のサブバンドセグメントのグループに基づいて行なわれる。サブバンドセグメントのグループは、1組の予測係数を共有することすら可能である。ここでは、LAR(対数領域比)、IS(逆正弦)およびLSP(線スペクトル対)等の、予測係数の量子化のための公知の方法を用いることができる。
3モード切替可能フィルタバンク
高および低分解能モードのみを有する通常の切替可能フィルタバンクとは異なり、このフィルタバンクは、高、中間および低分解能モード間で動作の切り替えが可能である。高および低周波数分解能モードは、2モード切替可能フィルタバンクと同じタイプの原則にしたがって、それぞれ、定常フレームおよび過渡フレームへの適用が意図されている。中間分解能モードの主たる用途は、過渡フレーム内の定常セグメントにより良好な周波数分解能を与えることである。したがって、1つの過渡フレーム内では、過渡セグメントに低周波数分解能モードが適用され、フレームの残りには中間分解能モードが適用される。このことは、上記切替可能フィルタバンクは、従来技術とは異なり、単一フレーム内の音声データに対して2つの分解能モードで動作が可能であることを意味している。中間分解能モードは、滑らかな過渡を含むフレームを扱うためにも用いることができる。
和チャンネル=0.5(左チャンネル+右チャンネル)
ここでは、通常の結合強度符号化方法15を用いることができる。簡単な方法は、以下の通りであってもよい。
但し、Mはモジュラであり、mは商であり、rは剰余である。mおよびrのみを復号器に伝える必要がある。これらのうちいずれかまたは両方をハフマン符号を用いて符号化することができる。
復号器
本発明の復号器は、基本的に符号器と逆の処理を実施する。これを図13に示し、以下に説明する。
ビットストリームが、符号器において和差符号化14が呼び出されたことを示す場合、和差復号器47は、和差チャンネルから左右チャンネルを復元する。和差符号化14において記述されている和差符号化例に対応して、左右チャンネルは、以下のように復元される。
右チャンネル=和チャンネル−差チャンネル
本発明の復号器には、可変分解能合成フィルタバンク48が組み込まれており、これは、信号の符号化に用いられた解析フィルタバンクと基本的に逆である。
低符号化遅延モード
切替可能分解能解析バンクの高周波数分解能モードが符号器によって却下された場合、フレームサイズは、その後、低分解能モードの切替可能分解能フィルタバンクのブロック長またはその倍数に削減される。この結果、フレームサイズは小さくなり、したがって、符号器および復号器の動作に必要な遅延は低くなる。これが、本発明の低符号化遅延モードである。
Claims (87)
- 多チャンネルデジタル音声信号を符号化および復号化するための方法であって、
入力PCMサンプルを準定常フレームにセグメント化するステップと、
前記PCMサンプルをサブバンドサンプルに変換するステップと、
前記サブバンドサンプルにおいてブロック量子化境界を形成することにより、複数の量子化インデックスを生成するステップと、
予め設計されたコードブックのライブラリを提供するステップと、
量子化インデックスのグループにそれらの局所特性に基づいてコードブックを割り当て、結果として、ブロック量子化境界に依存しないコードブック適用範囲を生じさせるステップと、
前記コードブックインデックスおよびそれらのそれぞれの適用領域を符号化するステップと、
完全な符号化データストリームを生成するステップと、
前記完全な符号化データストリームを送信するステップと、
前記符号化データストリームを受信し、該データストリームをアンパッキングするステップと、
前記データストリームから量子化インデックスを復号化するステップと、
復号化された量子化インデックスからサブバンドサンプルを復元するステップと、
復元されたサブバンドサンプルから音声PCMサンプルを復元するステップと
を含む方法。 - 前記コードブック割当ステップは、各量子化インデックスに、該インデックスを収容可能なできるだけ小さいコードブックを割り当てることにより前記量子化インデックスをコードブックインデックスに変換し、前記コードブックインデックスを適用範囲にセグメント化するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記準定常フレームは、継続時間が2〜50msである、請求項1に記載の方法。
- 前記変換ステップは、高および低周波数分解能モード間で選択的に切り替えが可能な分解能フィルタバンクを用いるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 過渡の検出を行い、過渡が検出されない場合には高周波数分解能モードを用い、過渡が検出される場合には低周波数分解能モードに切り替えるステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクを前記低周波数分解能モードに切り替えると、サブバンドサンプルが準定常セグメントにセグメント化される、請求項5に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、ショートウィンドウから隣接した別のショートウィンドウへの移行をつなぐことが可能なロングウィンドウを含み、ロングウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項4に記載の方法。
- 前記変換ステップは、1つのフレームにおいて多数の分解能を適用することができるように、高分解能モード、低分解能モードおよび中間分解能モードの間で選択的に切り替えが可能な分解能フィルタバンクを用いるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、より短いウィンドウから隣接した別のより短いウィンドウへの移行をつなぐことが可能なウィンドウを含み、そのようなウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項8に記載の方法。
- 任意分解能フィルタバンクまたは適応差分パルス符号変調(ADPCM)を用いて、各定常セグメントに対する周波数分解能を調整するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- マスキング閾値を算出するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記算出ステップは、聴覚心理モデルを用いて行なわれる、請求項11に記載の方法。
- 前記複数の量子化インデックスを生成するステップは、量子化雑音パワーがマスキング閾値未満となるようにサブバンドサンプルのグループにビットリソース割り当てるビットアロケータによって供給されるステップサイズを用いるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 左右チャンネル対におけるサブバンドサンプルを和差チャンネル対に変換するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変換ステップは、和差符号器を用いて行なわれる、請求項14に記載の方法。
- ソースチャンネルに対する結合チャンネルの強度スケールファクタを抽出し、結合チャンネルをソースチャンネルにマージし、前記結合チャンネルにおける全ての関連したサブバンドサンプルを破棄するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出およびマージステップは、結合強度符号器を用いて行なわれる、請求項16に記載の方法。
- フレームにおいて過渡が存在する場合に量子化インデックスを再配置し、合計ビット数を減少させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コードブックの適用範囲を符号化するためのランレングス符号器を設けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 過渡が検出される場合に過渡セグメンテーションアルゴリズムを適用するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記組み合わせステップは、マルチプレクサを用いて行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 前記符号化データストリームは、コードブック数、適用範囲および前記コードブックインデックスを含むコードブックインデックス・適用範囲セクションを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記符号化データストリームが、現在のフレームが低周波数分解能モードの切替可能分解能解析フィルタバンクによって符号化されたことを示す場合、前記可変合成分解能フィルタバンクは、二段階ハイブリッドフィルタバンクとして機能し、第1の段階は、任意分解能合成フィルタバンクまたは逆適応差分パルス符号変調(ADPCM)のいずれかを含み、第2の段階は、前記可変合成フィルタバンクの低周波数分解能モードである、請求項1に記載の方法。
- 前記データストリームが、現在のフレームが高周波数分解能モードの切替可能分解能解析フィルタバンクを用いて符号化されたことを示す場合、前記可変分解能合成フィルタバンクは高周波数分解能モードで動作する、請求項1に記載の方法。
- 前記データストリームをアンパッキングするステップは、デマルチプレクサを用いて行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、前記エントロピーコードブックを復号化するエントロピー復号器と、前記データストリームからそれらのそれぞれの適用範囲を復号化するランレングス復号器とを用いて行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、前記データストリームから量子化インデックスを復号化するエントロピー復号器を用いることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 復号化された量子化インデックスから量子化ユニット数を復元するステップを含む、請求項27に記載の方法。
- 現在のフレームにおいて過渡が検出される場合に前記量子化インデックスを再配置するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記再配置ステップは、デインタリーバを用いて行なわれる、請求項29に記載の方法。
- 結合強度スケールファクタを用いて、ソースチャンネルのサブバンドサンプルから結合チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記復元ステップは、結合強度復号器を用いて行なわれる、請求項31に記載の方法。
- 和差サブバンドチャンネルから左右チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記復元ステップは、和差復号器を用いて行なわれる、請求項33に記載の方法。
- 多チャンネルデジタル音声信号を符号化するための方法であって、
入力PCMサンプルを準定常フレームにセグメント化するステップと、
前記PCMサンプルをサブバンドサンプルに変換するステップと、
前記サブバンドサンプルにおいてブロック量子化境界を形成することにより、複数の量子化インデックスを生成するステップと、
予め設計されたコードブックのライブラリを提供するステップと、
量子化インデックスのグループにそれらの局所特性に基づいてコードブックを割り当て、結果として、ブロック量子化境界に依存しないコードブック適用範囲を生じさせるステップと、
前記コードブックインデックスおよびそれらのそれぞれの適用領域を符号化するステップと、
格納または送信のために、完全な符号化データストリームを生成するステップと、
を含む方法。 - 前記コードブック割当ステップは、各量子化インデックスに、該インデックスを収容可能なできるだけ小さいコードブックを割り当てることにより前記量子化インデックスをコードブックインデックスに変換するステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記準定常フレームは、継続時間が2〜50msである、請求項36に記載の方法。
- 前記変換ステップは、高および低周波数分解能モード間で選択的に切り替えが可能な分解能フィルタバンクを用いるステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 過渡の検出を行い、過渡が検出されない場合には高周波数分解能モードを用い、過渡が検出される場合には低周波数分解能モードに切り替えるステップを含む、請求項38に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクを前記低周波数分解能モードに切り替えると、サブバンドサンプルが定常セグメントにセグメント化される、請求項39に記載の方法。
- 任意分解能フィルタバンクまたは適応差分パルス符号変調(ADPCM)を用いて、各定常セグメントに対する周波数分解能を調整するステップを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、ショートウィンドウから隣接した別のショートウィンドウへの移行をつなぐことが可能なロングウィンドウを含み、ロングウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項41に記載の方法。
- 前記変換ステップは、過渡が検出される場合に1つのフレームにおいて多数の分解能を適用することができるように、高、低および中間分解能モード間で選択的に切り替えが可能な分解能フィルタバンクを用いるステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、より短いウィンドウから隣接した別のより短いウィンドウへの移行をつなぐことが可能なウィンドウを含み、そのようなウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項43に記載の方法。
- 前記複数の量子化インデックスを生成するステップは、量子化雑音パワーがマスキング閾値未満となるようにサブバンドサンプルのグループにビットリソース割り当てるビットアロケータによって供給されるステップサイズを用いるステップを含む、請求項35に記載の方法。
- マスキング閾値を算出するステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記算出ステップは、聴覚心理モデルを用いて行なわれる、請求項46に記載の方法。
- 左右チャンネル対におけるサブバンドサンプルを和差チャンネル対に変換するステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記変換ステップは、和差符号器を用いて行なわれる、請求項48に記載の方法。
- ソースチャンネルに対する結合チャンネルの強度スケールファクタを抽出し、結合チャンネルをソースチャンネルにマージし、前記結合チャンネルにおける全ての関連したサブバンドサンプルを破棄するステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記抽出およびマージステップは、結合強度符号器を用いて行なわれる、請求項50に記載の方法。
- フレームにおいて過渡が存在する場合に量子化インデックスを再配置し、合計ビット数を減少させるステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記コードブックの適用境界を符号化するためのランレングス符号器を設けるステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 過渡が検出される場合に過渡セグメンテーションアルゴリズムを適用するステップを含む、請求項35に記載の方法。
- 前記完全なデータストリームを生成するステップは、マルチプレクサを用いて行なわれる、請求項35に記載の方法。
- 多チャンネルデジタル音声信号を符号化および送信するための方法であって、
入力PCMサンプルを準定常フレームにセグメント化するステップと、
過渡が検出される場合に1つのフレームにおいて多数の分解能を適用することができるように、高、低および中間周波数分解能モード間で選択的に切り替えが可能な分解能フィルタバンクを用いて、前記PCMサンプルをサブバンドサンプルに変換するステップと、
過渡の検出を行い、過渡が検出されない場合には高周波数分解能モードを用い、過渡が検出される場合には低または中間周波数分解能モードに切り替えるステップであって、前記分解能フィルタバンクを切り替えると、サブバンドサンプルが定常セグメントにセグメントされ、前記フレームにおける各定常セグメントに対する前記周波数分解能は、同じフレームにおける前記低または中間周波数モードを用いて調整されるステップと、
前記サブバンドサンプルにおいてブロック量子化境界を形成することにより、複数の量子化インデックスを生成するステップと、
予め設計されたコードブックのライブラリを提供するステップと、
量子化インデックスのグループにそれらの局所特性に基づいてコードブックを割り当て、結果として、ブロック量子化境界に依存しないコードブック適用範囲を生じさせるステップと、
前記コードブックインデックスおよびそれらのそれぞれの適用領域を符号化するステップと、
マルチプレクサを用いて、格納または送信のために完全なデータストリームを生成するステップと
を含む方法。 - 前記コードブック割当ステップは、各量子化インデックスに、該インデックスを収容可能なできるだけ小さいコードブックを割り当てることにより前記量子化インデックスをコードブックインデックスに変換するステップを含む、請求項56に記載の方法。
- 前記複数の量子化インデックスを生成するステップは、各サブバンドの量子化雑音パワーが算出されたマスキング閾値未満となるようにサブバンドサンプルのグループにビットリソースを割り当てるビットアロケータによって供給されるステップサイズを用いるステップを含む、請求項56に記載の方法。
- 聴覚心理モデルを用いてマスキング閾値を算出するステップを含む、請求項56に記載の方法。
- 和差符号器を用いて、左右チャンネル対におけるサブバンドサンプルを和差チャンネル対に変換するステップを含む、請求項56に記載の方法。
- 結合強度符号器を用いてソースチャンネルに対する結合チャンネルの強度スケールファクタを抽出し、結合チャンネルをソースチャンネルにマージし、前記結合チャンネルにおける全ての関連するサブバンドサンプルを破棄するステップを含む、請求項56に記載の方法。
- コードブックの適用境界を符号化するためのランレングス符号器を設けるステップを含む、請求項56に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、より短いウィンドウから隣接した別のより短いウィンドウへの移行をつなぐことが可能なウィンドウを含み、そのようなウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項56に記載の方法。
- 符号化音声データストリームを復号化するための方法であって、
前記符号化音声データストリームを受信し、該データストリームをアンパッキングするステップと、
前記データストリームからを量子化インデックス復号化するステップと、
復号化された量子化インデックスからサブバンドサンプルを復元するステップと、
低および高周波数分解能モード間で切り替えが可能な可変分解能合成フィルタバンクを用いて、復元されたサブバンドサンプルから音声パルス符号変調(PCM)サンプルを復元するステップをと含み、
前記データストリームが、現在のフレームが低周波数分解能モードの切替可能分解能解析フィルタバンクを用いて符号化されたことを示す場合、前記可変合成分解能フィルタバンクは、二段階ハイブリッドフィルタバンクとして機能し、第1の段階は、任意分解能合成フィルタバンクまたは逆適応差分パルス符号変調(ADPCM)のいずれかを含み、第2の段階は、前記可変合成フィルタバンクの低周波数分解能モードであり、
前記データストリームが、現在のフレームが高周波数分解能モードの切替可能分解能解析フィルタバンクを用いて符号化されたことを示す場合に、前記可変分解能合成フィルタバンクは、高周波数分解能モードで動作する方法。 - 前記データストリームをアンパッキングするステップは、デマルチプレクサを用いて行なわれる、請求項64に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、エントロピーコードブックを復号化するエントロピー復号器と、前記データストリームからそれらのそれぞれの適用範囲を復号化するように構成されたランレングス復号器とを用いて行なわれる、請求項64に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、前記データストリームから量子化インデックスを復号化するエントロピー復号器を用いることをさらに含む、請求項66に記載の方法。
- 復号化された量子化インデックスから量子化ユニット数を復元するステップを含む、請求項67に記載の方法。
- 現在のフレームにおいて過渡が検出される場合に前記量子化インデックスを再配置するステップを含む、請求項67に記載の方法。
- 前記再配置ステップは、デインタリーバを用いて行なわれる、請求項69に記載の方法。
- 結合強度スケールファクタを用いて、ソースチャンネルのサブバンドサンプルから結合チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項64に記載の方法。
- 前記復元ステップは、結合強度復号器を用いて行なわれる、請求項71に記載の方法。
- 和差サブバンドチャンネルから左右チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項64に記載の方法。
- 前記復元ステップは、和差復号器を用いて行なわれる、請求項73に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、ショートウィンドウから隣接した別のショートウィンドウへの移行をつなぐことが可能なウィンドウを含み、ロングウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項64に記載の方法。
- 符号化音声ビットデータストリームを復号化するための方法であって、
前記符号化音声データストリームを受信し、該データストリームをアンパッキングするステップと、
前記データストリームからを量子化インデックス復号化するステップと、
復号化された量子化インデックスからサブバンドサンプルを復元するステップと、
低、中間および高周波数分解能モード間で切り替えが可能な可変分解能合成フィルタバンクを用いて、復元されたサブバンドサンプルから音声パルス符号変調(PCM)サンプルを復元するステップをと含み、
前記データストリームが、現在のフレームが高周波数分解能モードの切替可能分解能解析フィルタバンクを用いて符号化されたことを示す場合に、前記可変分解能合成フィルタバンクは、高周波数分解能モードで動作し、
前記データストリームが、現在のフレームがセグメント化され、低または中間周波数分解能モードのいずれかの切替可能分解能解析フィルタバンクを用いてセグメントが符号化されたことを示す場合に、前記可変分解能合成フィルタバンクは、これに応じて、前記フレームの各セグメントに対して、低または中間周波数分解能モードで動作する方法。 - 前記データストリームをアンパッキングするステップは、デマルチプレクサを用いて行なわれる、請求項76に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、エントロピーコードブックを復号化するエントロピー復号器と、前記データストリームからそれらのそれぞれの適用範囲を復号化するように構成されたランレングス復号器とを用いて行なわれる、請求項76に記載の方法。
- 前記復号化ステップは、前記データストリームから量子化インデックスを復号化するエントロピー復号器を用いることをさらに含む、請求項78に記載の方法。
- 復号化された量子化インデックスから量子化ユニット数を復元するステップを含む、請求項79に記載の方法。
- 現在のフレームにおいて過渡が検出される場合に前記量子化インデックスを再配置するステップを含む、請求項79に記載の方法。
- 前記再配置ステップは、デインタリーバを用いて行なわれる、請求項81に記載の方法。
- 結合強度スケールファクタを用いて、ソースチャンネルのサブバンドサンプルから結合チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項76に記載の方法。
- 前記復元ステップは、結合強度復号器を用いて行なわれる、請求項83に記載の方法。
- 和差サブバンドチャンネルから左右チャンネルのサブバンドサンプルを復元するステップを含む、請求項76に記載の方法。
- 前記復元ステップは、和差復号器を用いて行なわれる、請求項85に記載の方法。
- 前記分解能フィルタバンクは、より短いウィンドウから隣接した別のより短いウィンドウへの移行をつなぐことが可能なウィンドウを含み、そのようなウィンドウ1つ分だけ離れた過渡を扱うように構成されている、請求項76に記載の方法。
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