JP3529648B2 - オーディオ信号符号化方法 - Google Patents
オーディオ信号符号化方法Info
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Description
符号化及び復号化に関し、オーディオ信号を、より少な
い情報量で表現できるようにディジタル符号に変換する
符号化方法及びそのディジタル符号をオーディオ信号に
復元する復号化方法に関する。
際、庄縮の度合いによって2つの手法に分けられる。一
つは符号を復元すれば原信号と同じ信号が得られる可逆
符号化、もう一つは符号を復元しても原信号と同じ信号
には戻らない非可逆符号化である。信号を完全に復元す
るという制約のない非可逆符号化は、高い圧縮率が得ら
れるという利点があるが、復元信号と原信号との差であ
る符号化歪みが必ず生じるという欠点を持つ。
が耳で聞いて検知されなければ実用上問題がないため、
符号化歪みを検知できないようにするための制御を行っ
た方がより高い圧縮率を得ることができる。オーディオ
信号を符号化するには、まず離散信号にサンプリングさ
れたオーディオ信号を一定サンプル数ごとにフレームと
呼ばれる単位に束ね、フレームごとに符号化処理をする
ことが一般的である。
があり、またフレーム内でほぼ定常であることが多いた
め、フレームごとに時間−周波数変換をかけ、周波数特
性の偏りを情報量の割り当てに利用する変換符号化と呼
ばれる方法がある。(図7参照) 変換符号化は定常的な音に対しては、一般的に高い符号
化能率が得られる特性がある。また、特に非可逆符号化
では、符号化歪みを周波数成分ごとに詳細に制御するこ
とが容易であり、検知しにくい歪み制御という観点から
も有利である。
レームごとに一括の処理をするので、フレーム内で信号
が定常でない場合には、高能率を得ることが難しい。ま
た、フレーム内で非定常な入カであっても、符号化歪み
は時間的にほぼ一定のレベルで生じるので、特に急激な
立ち上がりを含む信号が入力された場合、立ち上がりの
直前にプリエコーと呼ばれる検知可能なノイズが生じて
しまう。(図8参照)
は、急激な立ち上がりが存在するフレームに限り、フレ
ームを構成するサンプル群をさらに分割して複数のサブ
フレームを構成し、そのサンプルごとに変換符号化を行
う対策をとっている。このようにすると、プリエコーは
短くなったフレームの範疇に収まるため、検知されにく
くなる。しかし、急激な立ち上がりを含む音でも、周波
数成分に大きな偏りを持ったものも存在し、そのような
音に関しては、立ち上がりを合んでいても高能率符号化
のためには、依然周波数分解能の高い分析が必要であ
り、サブフレーム分割による周波数分解能の低下は立ち
上がり部分での音質劣化につながりやすい。
技術には種々の問題点があり、その解決策が課題となっ
ていた。本発明はこのような背景の下になされたもの
で、オーディオ信号の変換符号化において、立ち上がり
部分を良好な音質で符号化できるオーディオ信号符号化
方法及び復号化方法を提供することを目的とする。
は、離散サンプル列として入力される入力サンプルであ
るオーディオ信号をディジタル符号に符号化する方法で
あって、複数の入力サンプルからなる分析単位毎の入力
サンプル列中の立ち上がりの有無を検出し、立ち上がり
が検出された分析単位の情報を表す第1のディジタル符
号を出力する立ち上がり検出過程と、前記立ち上がり検
出過程において立ち上がりが検出された場合には、入力
された入力サンプル中の、前記立ち上がりが検出された
分析単位の入力サンプル列から開始されるあらかじめ決
められたフレーム長のサンプル列を出力し、前記立ち上
がり検出過程において立ち上がりが検出されなかった場
合には、入力された入力サンプル中の、前回のフレーム
分割過程で出力したサンプル列の直後の入力サンプルか
ら開始されるあらかじめ決められたフレーム長のサンプ
ル列を出力するフレーム分割過程と、前記フレーム分割
過程から出力されたフレーム単位のサンプル列を符号化
して第2のディジタル符号を出力する符号化過程とを有
することを特徴とするオーディオ信号符号化方法を提供
する。
過程は、前記フレーム長のサンプル列を出力する際に、
フレーム中の最初の分析単位以降に立ち上がりを有する
分析単位がある場合に、この分析単位からフレームの最
後尾までのフレーム中のサンプルを0に設定して出力す
ることを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号符号
化方法を提供する。
階が、前記第1の段階で得られた単位区間ごとのオーデ
ィオ信号サンプル列のうち、前記第2の段階で得られた
単位区間の区切りの時点までのサンプルのみを切り出
し、これを新たな単位区間とする第9の段階と、前記新
たな単位区間のうち、先頭の一定数のサンプルと最後尾
の同じ一定数のサンプルを除いたサンプル列を切り出す
第10の段階と、新たな単位区間のうち、最後尾の一定
数のサンプルと次の新たな単位区間の先頭の同じ一定数
のサンプルとを重ね合わせて加算し、一定数のサンプル
列を得る第11の段階と、前記第10の段階で得られた
サンプル列と前記第11の段階で得られたサンプル列と
を順次つなぎ合わせることを、すべての単位区間につい
て行う第12の段階とからなることを特徴とする請求項
7乃至11のいずれかに記載のオーディオ信号復号化方
法を提供する。
段階において、新たな単位区間の最後尾の一定数のサン
プルに立ち下がる形状の窓関数をかけ、次の新たな単位
区間の先頭の同じ一定数サンプルに前記立ち下がる形状
を相補的に立ち上がる形状の窓関数をかけた後、重ね合
わせて加算を行うことを特徴とする請求項7乃至12の
いずれかに記載のオーディオ信号復号化方法を提供す
る。
オ信号の立ち上がりを検出する手段を備える。立ち上が
りが検出されたら、その時期に新たなフレームを開始す
る。その直前のフレームについては立ち上がり時期以降
の残りのサンプルについて0を割り当てる。または緩や
かに減衰するオーバーラップ窓を乗算して符号化する。
した場合には、新たなフレームについても該オーバーラ
ップ窓と相補的に緩やかに増加するオーバーラップ窓を
乗算して符号化する。これらはオーディオ信号の記録・
再生、放送、通信路を介した伝送を能率よく行う手段と
して利用されうる。
化し、立ち上がり時期から新しいフレームの標本化信号
と直前のフレームの標本化信号とを加算したうえで出力
する。プリエコーは必ず立ち上がりのあったフレーム内
の、立ち上がり時点より前に存在するので、立ち上がり
とフレームの先頭を一致させればプリエコーは生じな
い。また、立ち上がりの前後においても時間−周波数変
換の単位サンプル数を変えないので、高い周波数分解能
を保ったまま変換符号化が行える。
いて図を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施
形態のうち、符号化側の構成を示すブロック図である。
この図のオーディオ信号入力は、一定の時間間隔でサン
プリングされた離散オーディオ信号であり、符号化側
は、立ち上がり検出部1と、フレーム分割部2と、時間
−周波数変換部と、符号化部4と、ビット列生成部とで
構成される。
適値は、入力オーディオ信号のサンプリング周波数に大
きく影響されるが、この実施形態では入力オーディオ信
号のサンプリング周波数が48kHzであるとしてサン
プル数を例示している。入力されたオーディオ信号は、
立ち上がり検出部1とフレーム分割部2の両方に入力さ
れる。
入力とし、1か0の値を持つ立ち上がりフラグを出力と
する。立ち上がりフラグは立ち上がりが検出されない限
り0にセットされる。立ち上がり検出の方法は、例えば
入カ信号をN点のサンプル入力ごとにパワーの平均値を
計算し、過去5回程度のパワーの平均と、今回計算した
パワー平均の比が2.0程度であった場合には立ち上が
りと判断して立ち上がりフラグを1にセットすればよ
い。また別の方法としては、2次程度の線形予測分析に
かけて線形予測誤差を上記パワー平均による判断と同じ
検出方法により分析し、立ち上がりの有無を判断しても
よい。
ごとに512次程度のパワースペクトルを計算し、パワ
ースペクトル同士のユークリッド距離を32程度に分割
されたサプバンドごとに計算して、例えば3つ以上のサ
ブバンドで距離とサプバンドの平均パワーとの比が、
1.0を超えた場合に立ち上がりと判断して立ち上がり
フラグを1にセットしても良い。立ち上がりフラグは、
立ち上がり検出の分析単位である入力サンプルのN点ご
とに出力される。Nの値は、128程度に設定すると良
好な結果が得られる。(図2参照)
ディオ信号と立ち上がり検出部1から出力された立ち上
がりフラグを入力とし、一定サンプル数、例えば102
4程度のフレーム長で構成されるサンプル列と、前のフ
レームとのオーバラップ情報とを出力する。フレーム分
割部2は、フレームバッファ20、第1入カバッファ2
1、第2入力バッファ22、窓制御部23、立ち上がり
窓バッファ25、通常窓バッファ26、立ち下がり窓バ
ッファ27、オーバラップ情報バッファ28、かけ算器
29によって構成される。
の入力オーディオ信号を記億し、N点の信号入力ごとに
第1入力バッファ21に内容を複写することから始ま
る。第1入力バッファ21はN点のサンプルを記憶で
き、第2入力バッファ22から信号を受け取り複写した
後、掛け算器29にデータを送る。掛け算器29がデー
タを受け取った後、直前に受け取った立ち上がりフラグ
が1にセットされていた場合、内容を更新せずにもう一
度掛け算器29にデータを送り、第2入力バッファ22
からデータが送られてくるのを待つ。直前に受け取った
立ち上がりフラグが0にセットされていた場合、そのま
ま第2入力バッファ22からデータが送られてくるのを
待つ。
とに掛け算器29に送る窓バッファを窓バッファ24か
ら次のように選択する。今回の動作時に立ち上がりフラ
グが1にセットされていて、かつ前回の動作時に立ち上
がりフラグが0にセットされていた場合、窓バッファと
して立ち下がり窓27を選択する。今回の動作時に立ち
上がりフラグが1にセットされていて、かつ前回の動作
時に立ち上がりフラグが1にセットされていた場合、窓
バッファとして立ち上がり窓25を選択する。今回の動
作時に立ち上がりフラグが0にセットされていたなら
ば、通常窓26を選択する。
の各サンプルと、窓制御部23から送られてきた窓バッ
ファの各サンプルを掛け合わせ、その値をポインタで示
しているフレームバッファ20の先頭に追加する。フレ
ームバッファ20は、掛け算器29からデータが追加さ
れた後、ポインタをN点進める。
により、次の動作を切り替える。立ち上がりフラグが0
及びポインタの位置がフレームバッファ20の最後尾で
あった場合、フレームバッファ20の内容とオーバラッ
プ情報バッファ28の内容をフレーム分割部2の出力と
して出力した後、ポインタの位置をフレームバッファ2
0の先頭に移動させ、オーバラップ情報バッファ28の
内容を表1で示す「オーバラップ無し」の場合の値に更
新する。
がフレームバッファ20の最後尾でなかった場合は何も
しない。立ち上がりフラグが1の場合、フレームバッフ
ァ20のうちポインタから最後尾までの値を0にした
後、フレームバッファ20の内容とオーバラップ情報バ
ッファ28の内容をフレーム分割部2の出力として出カ
した後、ポインタの位置をフレームバッファ20の先頭
に移動させ、オーバラップ情報バッファ28の内容を表
1で示す「オーバラップあり」の場合の値に更新する。
の値は、 OVL_POS = NF / N であらわされる。ただし、NFはフレーム長である。OVL_
POS の値は整数であり、上記の割り算の端数は切り捨て
られる。また、窓バッファの値は、通常窓が、 Wnorm[n]=1.0 立ち上がり窓が1 Won[n]=(n+0.5)/N 立ち下がり窓が Woff[n]=(N−n−0.5)/N とする。ただし、nはバッファ中の要素のインデックス
で、0≦n<Nとする。
それぞれ以下のように設定しても良い。 Won[n]=0.5{1−cos(π(n+0.5)/
N)} Woff[n]=0.5{1+cos(π(n+0.5)/
N)}
部2から受け取ったサンプル列を MDCT を使って周波数
領域の係数サンプル列に変換する。時間−周波数変換部
3は、入力されたNF点のサンプルを格納する入カバッフ
ァ30と、該入力バッファ30から渡されたNF点のサン
プルを格納する記憶バッファ31と、2×NF点のサンプ
ルを格納する窓バッファ24と、掛け算器33と、MDCT
計算器34とから構成される。(図3参照) 入力されたNF点のサンプル列は、入力バッファ30に格
納される。記憶バッファ31は、フレーム分割部2から
オーバラップ情報を受け取り、OVL_SW が1にセットさ
れていた場合、内容を0にクリアする。
の後ろにNF点の入力バッファ30をつなげて作成した2
×NF点のサンプル列の各々と、窓バッファ32のサンプ
ル列の各々を掛け合わせて2×NF点のサンプル列を出力
する。MDCT 計算器34は、掛け算器33から受け取っ
た2×NF点のサンプルをMDCT変換して、NF点のサンプル
列を出力する。(図3参照) 記憶バッファ31は、掛け算器33に内容を渡した後、
入力バッファ30の内容を複写することにより更新され
る。
であらわされる。 WMDCT[n]=sin((n+0.5)/NF) ただし、0<n<(NF−1)とする。入力バッファ3
0が入力サンプル列を受け取るまでに、立ち上がり検出
部から入力された立ち上がりフラグが1にセットされた
なら、MDCT計算器34が計算を終えた後、入力バッファ
30を0にクリアしてもう一度MDCT計算器34を動作さ
せるまでの処理を行う。(図3参照)
ら出力されたMDCT係数サンプルを符号化する。MDCT係数
を符号化する技術として、Transform-domain Weighted
Interleave Vector Quantization(TWINVQ)や、Advanc
ed Audio Coding(AAC))などを用いることができる。
りオーバラップ情報を受け取り、オーバーラップ情報の
うち、OVL_SWが1にセットされていた場合には、符号化
部4の内部でフレーム間予測に用いているすべてのメモ
リをリセットする。(図1参照) ビット列生成部5は、フレーム分割部2と符号化部4か
ら受け取った符号インデックス2進数に変換し、この2
進数をあらかじめ決まった順序で配置し、ビット列とし
て出カする。
化側の構成のブロック図を示す。復号化側は、ビット列
復号部40、復号化部41、周波数−時間変換部42、
およびフレーム結合部43で構成される。ビット列復号
部40では、符号化部2から受け取ったビット列をあら
かじめ決まった順序でオーバラップ情報と符号化部2に
渡す符号インデックスとに分解し、10進数に変換して
出力する。
ら受け取った符号化インデックスを復号化して、MDCT係
数サンプル列を出力する。MDCT係数に復号化する技術と
して、Transform-domain Weighted Interleave Vector
Quantization(TWINVQ)やAdvanced Audio Coding(AA
C))などを用いることができる。
0からオーバラップ情報を受け取り、オーバラップ情報
のうち、OLV_SW が1にセットされていた場合には、復
号化部41の内部でフレーム間予測に用いているすべて
のメモリをリセットする。周波数−時間変換部42で
は、復号化部41から受け取った MDCT係数サンプル列
を時間領域の出力フレームサンプル列に変換する。
すブロック図である。周波数−時間変換部42は、IMDC
T計算器50、掛け算器51、窓バッファ52、記憶バ
ッファ53、出力バッファ54、足し算器55および出
力制御器56で構成される。IMDCT計算器50は、復号
化部41から受け取ったNF点のサンプルをIMDCT変換し
て2×NF点の時間領域のサンプル列を出力する。
け取った2×NF点のサンプル列の各々と窓バッファ52
に格納されている2×NF点のサンプルの各々を掛け合わ
せて2×NFのサンプル列を出力する。出力されたサンプ
ル列のうち、前半のNFサンプルは出力バッファに格納さ
れ、出カバッファに格納されているNF点のサンプル列の
各々は、記憶バッファ53に格納されているNF点のサン
プル列の各々と加え合わされ、NF点のサンプル列を出力
し出力制御器56に送られる。
算器51から出力された2×NF点のサンプルのうち後半
のNF点のサンプル列は、記憶バッファ53に格納され
る。出力制御器56は、足し算器55からサンプル列を
受け取った後、入力されたオーバラップ情報のうちOVL_
SWが0にセットされていた場合に、足し算器から受け取
ったサンプル列を出力フレームサンプル列として出力す
る。OVL_SWが1にセットされていた場合、何もしない。
部42から受け取った出カフレームサンプル列を結合し
て、オーディオサンプル列を出力する。フレーム結合部
43は、フレームバッファ60、オーバラップ制御器6
1および出力バッファ62により構成される。周波数−
時間変換部42から受け取った出カフレームサンプル列
は、フレームバッファ60に格納される。フレームバッ
ファ60に格納された信号は、オーバラップ制御器61
に渡される。
ファ60からサンプル列を受け取った後、出力バッファ
62のポインタ位置の制御を行う。入力されたオーバラ
ップ情報のうち、OLV_SWが0にセットされている場合、
オーバラップ制御器61は出力バッファ62のポインタ
に対して何も行わないが、OLV_SWが1にセットされてい
る場合、出力バッファのポインタを強制的にNSだけ戻す
NS値は、オーバラップ情報のうちOLV_POSの値をもとに
次式のように決定する。 NS=NF−{N(OVL_POS−1)}
2のポインタ位置の制御を行った後、フレームバッファ
60から受け取ったサンプル列を出カバッファ62に送
る。出力バッファ62は、2×NF+N個のサンプルを
格納できるバッファである。オーバラップ制御器61か
らサンプルを1サンプル受け取るたびに、バッファ中の
ポインタで示されている位置のバッファの要素の値に、
入力されたサンプルの値を加え合わせ、その新しい値を
バッファの要素に格納し、ポインタの位置を1つ進め
る。
最後尾にあるならば、バッファの要素の1番目からNF番
目までの値を出力オーディオサンプル列としそ出力した
後、NF+1番目から2NF+N番目までの要素については
値を先頭方向にNF個シフトし、空白になるNF+N+1番
目から2NF+N番目までの要素については0にクリアし
た後、ポインタの位置をNFだけ戻す。
参照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。
よるオーディオ信号符号化方法によれば、立ち上がりと
ともにフレームが開始される。そのため、フレームの途
中に立ち上がりが生ずる音声を符号化及び復号化した場
合にみられるプリエコーの発生を防げる。よって、ピア
ノ、ギター、トライアングルのように立ち上がり成分を
多く含み、その直後から強いピッチ成分を有するオーデ
ィオ信号の高能率な非可逆符号化に際しても品質の劣化
を最小限に抑制できる。
ブロック図である。
ち、フレーム分割部の詳細な構成を示すブロック図であ
る。
ち、時間一周波数変換部の詳細な構成を示すブロック図
である。
ブロック図である。
ち、周波数−時間変換部の詳細な構成を示すブロック図
である。
ち、フレーム結合部の詳細な構成を示すブロック図であ
る。
ク図である。
式図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 離散サンプル列として入力される入力サ
ンプルであるオーディオ信号をディジタル符号に符号化
する方法であって、複数の入力サンプルからなる分析単位毎の入力サンプル
列中の立ち上がりの有無を検出し、立ち上がりが検出さ
れた分析単位の情報を表す第1のディジタル符号を出力
する立ち上がり検出過程と、 前記立ち上がり検出過程において立ち上がりが検出され
た場合には、入力された入力サンプル中の、前記立ち上
がりが検出された分析単位の入力サンプル列から開始さ
れるあらかじめ決められたフレーム長のサンプル列を出
力し、 前記立ち上がり検出過程において立ち上がりが検出され
なかった場合には、入力された入力サンプル中の、前回
のフレーム分割過程で出力したサンプル列の直後の入力
サンプルから開始されるあらかじめ決められたフレーム
長のサンプル列を出力するフレーム分割過程と、 前記フレーム分割過程から出力されたフレーム単位のサ
ンプル列を符号化して第2のディジタル符号を出力する
符号化過程と を有することを特徴とするオーディオ信号
符号化方法。 - 【請求項2】 前記フレーム分割過程は、 前記フレーム長のサンプル列を出力する際に、フレーム
中の最初の分析単位以降に立ち上がりを有する分析単位
がある場合に、この分析単位からフレームの最後尾まで
のフレーム中のサンプルを0に設定して出力する ことを
特徴とする請求項1記載のオーディオ信号符号化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36821898A JP3529648B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | オーディオ信号符号化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP36821898A JP3529648B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | オーディオ信号符号化方法 |
Publications (2)
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JP2000196452A JP2000196452A (ja) | 2000-07-14 |
JP3529648B2 true JP3529648B2 (ja) | 2004-05-24 |
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ID=18491257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36821898A Expired - Lifetime JP3529648B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | オーディオ信号符号化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3529648B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1926606A (zh) * | 2004-03-02 | 2007-03-07 | 北京阜国数字技术有限公司 | 基于模板匹配和多分辨率分析的编/解码方法 |
-
1998
- 1998-12-24 JP JP36821898A patent/JP3529648B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP2000196452A (ja) | 2000-07-14 |
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