JP3900000B2 - 符号化方法及び装置、復号方法及び装置、並びにプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化方法及び装置、復号方法及び装置、並びにプログラムに関し、特に、音響信号や音声信号等のディジタルデータを高能率符号化して伝送し、又は記録媒体に記録する符号化方法及びその装置、符号化データを受信し、又は再生して復号する復号方法及びその装置、並びに符号化処理又は復号処理をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、音声等のオーディオ信号を高能率符号化する手法としては、例えば帯域分割符号化(サブバンドコーディング)等に代表される非ブロック化周波数帯域分割方式や、変換符号化等に代表されるブロック化周波数帯域分割方式などが知られている。
【0003】
非ブロック化周波数帯域分割方式では、時間軸上のオーディオ信号を、ブロック化せずに複数の周波数帯域に分割して符号化を行う。また、ブロック化周波数帯域分割方式では、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(スペクトル変換)して複数の周波数帯域に分割して、すなわち、スペクトル変換して得られる係数を所定の周波数帯域毎にまとめて、各帯域毎に符号化を行う。
【0004】
また、符号化効率をより向上させる手法として、上述の非ブロック化周波数帯域分割方式とブロック化周波数帯域分割方式とを組み合わせた高能率符号化の手法も提案されている。この手法によれば、例えば、帯域分割符号化で帯域分割を行った後、各帯域毎の信号を周波数軸上の信号にスペクトル変換し、このスペクトル変換された各帯域毎に符号化が行われる。
【0005】
ここで、周波数帯域分割を行う際には、処理が簡単であり、且つ、折り返し歪みが消去されることから、例えば、QMF(Quadrature Mirror Filter)が用いられることが多い。なお、QMFによる周波数帯域分割の詳細については、「1976R.E.Crochiere, Digital coding of speech in subbands, Bell Syst. Tech. J.Vol.55, No.8 1976」等に記載されている。
【0006】
また、帯域分割を行う手法としてこの他に、例えば、等バンド幅のフィルタ分割手法であるPQF(Polyphase Quadrature Filter)等がある。このPQFの詳細については、「ICASSP 83 BOSTON, Polyphase Quadrature filters - A new subband coding technique, Joseph H. Rothweiler」等に記載されている。
【0007】
一方、上述したスペクトル変換としては、例えば、入力オーディオ信号を所定単位時間のフレームでブロック化し、ブロック毎に離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transformation:DFT)、離散コサイン変換(Discrete Cosine Transformation:DCT)、改良DCT変換(Modified Discrete Cosine Transformation:MDCT)等を行うことで時間軸信号を周波数軸信号に変換するものがある。
【0008】
なお、MDCTについては、「ICASSP 1987, Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation, J.P.Princen, A.B.Bradley, Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tech.」等に、その詳細が記載されている。
【0009】
このようにフィルタやスペクトル変換によって得られる帯域毎の信号を量子化することにより、量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、これによりマスキング効果等の性質を利用して聴覚的により高能率な符号化を行うことができる。また、量子化を行う前に各帯域毎の信号成分を、例えばその帯域における信号成分の絶対値の最大値で正規化するようにすれば、さらに高能率な符号化を行うことができる。
【0010】
帯域分割を行う際の各周波数帯域の幅は、例えば、人間の聴覚特性を考慮して決定される。すなわち一般的には、例えば、臨界帯域(クリティカルバンド)と呼ばれている、高域ほど幅が広くなるような帯域幅で、オーディオ信号を複数(例えば32バンドなど)の帯域に分割することがある。
【0011】
また、各帯域毎のデータを符号化する際には、各帯域毎に所定のビット配分、或いは各帯域毎に適応的なビット割当(ビットアロケーション)が行われる。すなわち、例えば、MDCT処理されて得られた係数データをビットアロケーションによって符号化する際には、ブロック毎の信号をMDCT処理して得られる各帯域のMDCT係数データに対して、適応的にビット数が割り当てられて符号化が行われる。
【0012】
ビット割当手法としては、例えば、各帯域毎の信号の大きさに基づいてビット割当を行う手法(以下、適宜第1のビット割当手法という。)や、聴覚マスキングを利用することで各帯域毎に必要な信号対雑音比を得て固定的なビット割当を行う手法(以下、適宜第2のビット割当手法という。)等が知られている。
【0013】
なお、第1のビット割当手法については、例えば、「Adaptive Transform Coding of Speech Signals, R.Zelinski and P.Noll, IEEE Transactions of Accoustics, Speech and Signal Processing, vol.ASSP-25, No.4, August 1977」等にその詳細が記載されている。
【0014】
また、第2のビット割当手法については、例えば、「ICASSP 1980, The critical band coder digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system, M.A.Kransner MIT」等にその詳細が記載されている。
【0015】
第1のビット割当手法によれば、量子化雑音スペクトルが平坦となり、雑音エネルギが最小となる。しかしながら、聴感覚的にはマスキング効果が利用されていないために、実際の聴感上の雑音感は最適にはならない。また、第2のビット割当手法では、ある周波数にエネルギが集中する場合、例えば、サイン波等を入力した場合であっても、ビット割当が固定的であるために、特性値がそれほど良い値とはならない。
【0016】
そこで、ビット割当に使用できる全ビットを、各小ブロック毎に予め定められた固定ビット割当パターン分と、各ブロックの信号の大きさに依存したビット配分を行う分とに分割して使用し、その分割比を入力信号に関係する信号に依存させる、すなわち、例えば、その信号のスペクトルが滑らかなほど固定ビット割当パターン分への分割比率を大きくする高能率符号化装置が提案されている。
【0017】
この方法によれば、サイン波入力のように特定のスペクトルにエネルギが集中する場合には、そのスペクトルを含むブロックに多くのビットが割り当てられ、これにより全体の信号対雑音特性を飛躍的に改善することができる。一般に、急峻なスペクトル成分を持つ信号に対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、上述のようにして信号対雑音特性を改善することは、単に測定上の数値を向上させるばかりでなく、聴感上の音質を改善するのにも有効である。
【0018】
ビット割当の方法としては、この他にも数多くの方法が提案されており、さらに聴覚に関するモデルが精緻化され、符号化装置の能力が向上すれば、聴覚的な観点からより高能率な符号化が可能となる。
【0019】
波形信号をスペクトルに変換する方法としてDFTやDCTを使用した場合には、M個のサンプルからなる時間ブロックで変換を行うと、M個の独立な実数データが得られる。しかしながら通常は、時間ブロック(フレーム)間の接続歪みを軽減するために、1つのブロックは両隣のブロックとそれぞれ所定の数M1個のサンプルずつオーバーラップさせて構成されるので、DFTやDCTを利用した符号化方法では、平均して(M−M1)個のサンプルに対してM個の実数データを量子化して符号化することになる。
【0020】
また、時間軸上の信号をスペクトルに変換する方法としてMDCTを使用した場合には、両隣のブロックとM個ずつオーバーラップさせた2M個のサンプルから、独立なM個の実数データが得られる。したがってこの場合には、平均してM個のサンプルに対してM個の実数データを量子化して符号化することになる。この場合、復号装置においては、上述のようにしてMDCTを用いて得られる符号から、各ブロックにおいて逆変換を施して得られる波形要素を互いに干渉させながら加え合わせることにより、波形信号が再構成される。
【0021】
一般に、変換のための時間ブロック(フレーム)を長くすることによって、スペクトルの周波数分解能が高まり、特定のスペクトル成分にエネルギが集中する。したがって、両隣のブロックと半分ずつオーバーラップさせて長いブロック長で変換を行い、しかも得られたスペクトル信号の個数が元の時間サンプルの個数に対して増加しないMDCTを使用する場合、DFTやDCTを使用した場合よりも効率のよい符号化を行うことが可能となる。また、隣接するブロック同士に充分長いオーバーラップを持たせることによって、波形信号のブロック間歪みを軽減することもできる。
【0022】
実際の符号列を構成するに際しては、先ず正規化及び量子化が行われる帯域毎に、量子化を行うときの量子化ステップを表す情報である量子化精度情報と各信号成分を正規化するのに用いた係数を表す情報である正規化係数とを所定のビット数で符号化し、次に正規化及び量子化されたスペクトル信号を符号化する。
【0023】
ここで、例えば、「IDO/IEC 11172-3:1993(E), 1993」には、帯域によって量子化精度情報を表すビット数が異なるように設定された高能率符号化方式が記述されており、これによれば、高域の帯域ほど量子化精度情報を表すビット数が小さくなるように規格化されている。
【0024】
また、スペクトル信号を符号化するに際しては、例えばハフマン符号等の可変長符号を用いる方法が知られている。なお、このハフマン符号については、例えは、「DavidA. Huffman,“A Method for the Construction of Minimun - Redundancy Codes”, Proceedings of the I.R.E., pp1098-1101, Sep.1952」等にその詳細が記載されている。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にハフマン符号列表は、単一のものを用いるよりも、複数種類用意して適切なものを切り替えて用いることにより、様々な入力信号に対して最適化した符号列表を使うことができ、スペクトル信号の圧縮効率を上げることが可能となる。
【0026】
しかしながら、どの符号列表を用いたかを示す符号列表インデックスを量子化ユニット毎に符号化する場合、符号列表の数が増えることでインデックスの符号化ビット数も増えてしまうといった問題が生じる。
【0027】
例えば、量子化ユニット数が16の場合、量子化ユニット毎にインデックスを符号化すると、符号列表の数が4個(2ビット)の場合はインデックスの符号化ビット数は32ビット(=2ビット×16ユニット)となるが、符号列表の数が8個(3ビット)になるとインデックスの符号化ビット数は48ビット(=3ビット×16ユニット)に増えてしまう。これにより、トータルのビット数が固定の場合には、スペクトル情報を符号化するためのビット数が16ビット(48ビット−32ビット)減ってしまうこととなる。ここで、符号列表の数が増えることにより圧縮率が16ビット分上がれば問題にはならないが、上がらない場合には、却って全体の圧縮率を落としてしまう結果となる。
【0028】
すなわち、符号列表の数を増やすことによりスペクトル情報自体の圧縮率は上がるが、符号列表のインデックスの符号化ビット数が増えるため、全体の圧縮率が上がるとは一概には言えない。
【0029】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、圧縮率を落とすことなく、様々な入力信号に対して信号の性質に応じた最適な符号列表を選択可能とする符号化方法及びその装置、符号化データを受信し、又は再生して復号する復号方法及びその装置、並びに符号化処理又は復号処理をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る符号化方法及び装置は、上述した目的を達成するために、所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する際に、予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて1つのグループを選択し、当該選択されたグループの上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を決定し、この決定された上記符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する。
【0032】
また、本発明に係る符号化方法及び装置は、上述した目的を達成するために、所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する際に、符号化のためのリソースの状態に応じて、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定し、上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択し、選択された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する。
【0033】
また、本発明に係る復号方法及び装置は、上述した目的を達成するために、所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する際に、予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記符号化の際に上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択し、選択されたグループの符号列表の中から使用する1つの符号列表を決定し、この決定された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を復号する。
【0035】
また、本発明に係る復号方法及び装置は、上述した目的を達成するために、所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する際に、符号列表群に含まれる符号列表の数を、上記符号化の際に符号化のためのリソースの状態に応じて設定された数に設定し、上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択し、選択された上記符号列表に基づいて上記ディジタルオーディオ信号を復号する。
【0036】
また、本発明に係るプログラムは、上述した符号化処理又は復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、オーディオ信号等のディジタルデータを高能率符号化して伝送し、又は記録媒体に記録する符号化方法及びその装置、並びに符号化データを受信し、又は再生して復号する復号方法及びその装置に適用したものである。以下では、先ず本発明の原理を説明し、その後この発明が適用される符号化装置及び復号装置の構成例について説明する。
【0038】
一般に音響信号(オーディオ信号)は、大きくトーン性/ノイズ性の2パターンの信号に分けることができる。トーン性の信号及びノイズ性の信号のスペクトルを図1(A)、(B)に示す。この図1(A)、(B)からも分かるように、トーン性の信号とノイズ性の信号とでは、周波数変換した信号、すなわちスペクトルの形状が大きく異なるため、量子化係数の値の出現確率も大きく異なる。
【0039】
例えば、トーン性の信号の場合は、量子化係数の値が0になる確率が高いため、0に対応する符号に対して1ビット等の短い符号長のハフマン符号を割り当てることにより、高い圧縮率を実現することができる。一方、ノイズ性の信号の場合は、量子化スペクトルのどの値も同程度の確率で発生するため、どの値に対しても同程度の符号長のハフマン符号を割り当てることが好ましい。
【0040】
トーン性信号用及びノイズ性信号用のハフマン符号列表の一例をそれぞれ以下の表1及び表2に示す。なお、以下の説明において量子化係数の値の範囲は、−3〜+3であるとする。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
この表1、表2に示す符号列表を用いてトーン性信号スペクトルを符号化する場合の具体例を図2に示す。図2に示すように、量子化係数の値が順に0,0,3,−2,0,0,0,0であるため、これを表1に示したトーン性信号用の符号列表を用いて符号化すると、その符号長は、順に1,1,4,4,1,1,1,1となり、その合計は14ビットとなる。これに対して、表2に示したノイズ性信号用の符号列表を用いて符号化すると、その符号長は、順に2,2,3,3,2,2,2,2となり、その合計は18ビットとなる。すなわち、トーン性信号スペクトルの場合には、トーン性信号用の符号列表を用いることにより、ノイズ性信号用の符号列表を用いた場合と比較して例えば4ビット少ないビット数で符号化することが可能となる。
【0044】
同様に、表1、表2に示す符号列表を用いてノイズ性信号スペクトルを符号化する場合の具体例を図3に示す。図3に示すように、量子化係数の値が順に3,3,−1,2,−3,−2,3,2であるため、これを表1に示したトーン性信号用の符号列表を用いて符号化すると、その符号長は順に4,4,3,4,4,4,4,4となり、その合計は31ビットとなる。これに対して、表2に示したノイズ性信号用の符号列表を用いると、その符号長は順に3,3,3,3,3,3,3,3となり、その合計は24ビットとなる。すなわち、ノイズ性信号スペクトルの場合には、ノイズ性信号用の符号列表を用いることにより、トーン性信号用の符号列表を用いた場合と比較して例えば7ビット少ないビット数で符号化することが可能となる。
【0045】
このように、量子化係数を符号化するためのハフマン符号列表も、どのような信号に対しても共通のものを使うのではなく、入力信号の性質、例えばトーン性であるかノイズ性であるかに応じて、それぞれ最適化したものを用意して使用することにより、高い圧縮率を実現することができる。
【0046】
ここで、一般的な音響信号では、帯域毎にトーン性とノイズ性とが細かく入り混じることは少なく、全帯域の信号が揃ってトーン性又はノイズ性となる場合や、低域と高域とでトーン性とノイズ性とが入れ換わる場合が殆どである。
【0047】
そこで本実施の形態では、以下に説明するように、トーン性信号用符号列表のグループとノイズ性信号用符号列表のグループとを両方用意しておき、入力信号の性質に応じてそれらを切り替えて用いることにより、符号化効率を向上させる。
【0048】
例えば量子化ユニット数が16個の場合を考える。従来法では、符号列表を切り替えないため、符号列表の数が8個であれば符号列表のインデックスを符号化するビット数は48ビット(3×16)となる。これに対して、トーン性/ノイズ性の符号列表をそれぞれ8個ずつ用意しておき、それを全帯域で切り替える場合は、切替ビット数が1ビット、符号列表の符号化ビット数が48ビットの合計49ビットとなる。これは、符号列表を切り替えない場合と比較して1ビット増えるものの、実質的に符号列表の数が2倍になったのと等しいため、スペクトル情報の圧縮率が向上し、これにより全体の圧縮率が向上することが期待できる。
【0049】
具体的に、図4及び図5を用いて、従来の符号列表を用いる場合と、本実施の形態のように符号列表をトーン性信号用とノイズ性信号用との2組に分け、その何れか一方のみを選択して用いる場合との符号化ビット数等を比較する。
【0050】
先ず、従来の符号列表を用いる場合の符号化ビット数等を図4に示す。この例では、各量子化ユニットに対して符号列表のインデックスが0〜7の8個(3ビット)から選択され、その符号列表を用いて符号化されたスペクトルのビット数が示されている。ここで、各符号列表は3ビットで表現され、量子化ユニット数は16個であるため、符号列表のビット数の合計は48ビットとなる。また、スペクトルの符号化ビット数は663ビットとなる。したがって、これらのビット数の合計は、711ビットとなる。
【0051】
次に、本実施の形態のように、符号列表をトーン性信号用のグループとノイズ性信号用のグループとの2組に分け、その何れか一方のみを選択して用いる場合の符号化ビット数等を図5に示す。なお、符号列表は、トーン性信号用とノイズ性信号用とで8個ずつ用意されるものとする。符号列表のインデックスは0〜7の3ビットで表現されるため、その合計は48ビットとなるが、トーン性とノイズ性とで符号列表の組を切り替えるビットが1ビット必要であるため、符号列表の符号化ビット数は、それらを合わせて49ビットとなる。また、トーン性信号用の符号列表を用いて符号化する場合のスペクトルの符号化ビット数は640ビットであり、ノイズ性信号用の符号列表を用いて符号化する場合のスペクトルの符号化ビット数は682ビットである。したがって、この例の場合には、トーン性信号用符号列表を用いる方が効率よくスペクトルが圧縮できることになる。トーン性信号用符号列表を用いる場合には、これらのビット数の合計は689ビットとなり、図4の例と比較して22ビット少なくなっていることが分かる。この22ビットをスペクトルに対して再配分することにより、さらなる音質向上を図ることが可能となる。
【0052】
なお、図4の場合と比較して図5ではスペクトルビット数が小さくなっているが、これは符号列表の数が多いことにより様々な信号に対応することができるようになるため、スペクトルの圧縮効率が向上したことによる。
【0053】
ところで、各符号列表が実際に選択される確率は、符号列表の学習の仕方にも依存するが、一般的に一様には分布せず、何らかの偏りがある場合が多い。そこで、その偏りに適応した可変長符号化を用いることにより、符号列表のインデックスをも効率的に符号化することが可能となる。
【0054】
各符号列表の選択確率の一例を図6に示す。この図6からも明らかなように、各符号列表の選択確率には偏りがある。この偏りからインデックスの符号化効率が最適になるように作成した可変長符号を以下の表3に示す。なお、この表3に示す符号列表は、トーン性信号用に最適化されたものである。
【0055】
【表3】
【0056】
図5の具体例に対して表3の可変長符号を適用した例を図7に示す。図7から分かるように、符号列表のインデックスに対して可変長符号を適用することにより、符号列表インデックスのビット数が40ビットとなり、図5の場合と比較して8ビット少なくてすむ。この8ビットをスペクトルの符号化に再配分することにより、さらなる音質向上の実現が可能となる。
【0057】
また、例えばハードウェア機器等の場合、エンコーダにかけるリソースが少ないため、実用的なエンコードスピードを実現するために、多少音質を犠牲にせざるを得ない場合がある。このような場合、以下に説明するように、実際に符号化に用いる符号列表の数を少なくすることによりエンコードスピードの高速化を実現することができる。なお、単純に符号列表の数を少なくするのではなく、選択確率の高い符号列表だけを用いることにより、符号化効率の低下を少なく抑えることが可能となる。このような設定は、エンコーダの使用者が行ってもよく、また、エンコーダ側でエンコード用のリソースや処理スピードなどの状態を判断して行ってもよい。
【0058】
具体的に、符号列表を4個だけ使う場合を考える。図6のような選択確率の場合、上位4個の符号列表で全体の約8割を占めるため、8割のスペクトルは、その圧縮効率を落とさずに符号化することが可能となる。
【0059】
また、符号列表の数が4個になるため、符号列表のインデックスを符号化する符号化ビット数も8個の場合と比較して少なくてすむ。符号列表の数が4個の場合における符号列表インデックス用ハフマン符号列表の一例を以下の表4に示す。
【0060】
【表4】
【0061】
図7の具体例に対して表4の可変長符号を適用した例を図8に示す。符号列表が4個になることにより、量子化ユニット3,5,6,8では、最も少ないビット数でスペクトルを符号化する符号列表を選択できなくなるため、スペクトルの符号化ビット数が若干増加している。しかし、上述したように、選択確率の高い順に4個の符号列表を用いており、その4個は図6のグラフより約8割のパターンをカバーするものであるため、このような事態は約2割の場合でしか発生しない。
【0062】
また、符号列表の数自体が少なくなっているため、符号列表のインデックスを符号化するビット数も少なくできることが期待できる。図8の例においても、符号列表インデックスの符号化ビット数は30ビットと、図7の場合と比較して10ビット少なくなっている。
【0063】
なお、上述の具体例では、符号化に用いる符号列表の数を例えば8個から4個にする場合、選択確率の高いものから順に4個選択するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、どの符号列表を選択するかを符号化側と復号側とで予め設定しておくようにしても構わない。
【0064】
以下、本発明が適用される符号化装置及び復号装置の構成例について説明する。図9に示すように、本実施の形態における符号化装置10は、スペクトル変換部11と、符号列表グループ切替判定部12と、正規化部13と、量子化精度決定部14と、量子化部15と、符号列表インデックス符号化部16と、符号列表数切替判定部17と、マルチプレクサ18とにより構成されている。
【0065】
スペクトル変換部11は、符号化すべきオーディオ信号D10を入力し、このオーディオ信号D10に対してMDCT(Modified Discrete Cosine Transformation)等のスペクトル変換を行い、時間軸上の信号を周波数軸上のスペクトル信号D11に変換する。そしてスペクトル変換部11は、このスペクトル信号D11を所定の時間ブロック(フレーム)毎に符号列表グループ切替判定部12、正規化部13及び量子化精度決定部14に供給する。
【0066】
符号列表グループ切替判定部12は、スペクトル変換部11から供給されたスペクトル信号D11の性質、例えばトーナリティに応じて、複数ある符号列表グループの中から1つのグループを選択すると共に、そのグループを示すグループインデックスD12を量子化部15及びマルチプレクサ18に供給する。
【0067】
例えば、上述のように符号列表をトーン性信号用とノイズ性信号用との2つのグループに分ける場合、符号列表グループ切替判定部12は、スペクトル信号D11のトーナリティを調べ、そのトーナリティが所定の閾値よりも大きければトーン性信号用符号列表を選択し、閾値よりも小さければノイズ性信号用符号列表を選択する。そして符号列表グループ切替判定部12は、選択したグループを示すグループインデックスD12を、例えば1チャンネル毎に1ビットの情報として量子化部15及びマルチプレクサ18に供給する。なお、幾つかに分割した周波数帯域毎に独立にトーン性/ノイズ性の判定を行い、各帯域毎に1ビットの情報をグループインデックスD12として送るようにしても構わない。
【0068】
正規化部13は、スペクトル信号D11を構成する各信号成分から絶対値が最大のものを抽出し、この値に対応する係数を正規化係数とする。そして、正規化部13は、スペクトル信号D11を構成する各信号成分を、正規化係数に対応する値でそれぞれ正規化する(除算する)。したがって、この場合、正規化により得られる被正規化データD13は、−1.0〜1.0の範囲の値となる。正規化部13は、この被正規化データD13を量子化部15に供給すると共に、正規化係数D14をマルチプレクサ18に供給する。なお、正規化部13は、必要に応じて正規化係数D14に対して所定の符号化を施した後、マルチプレクサ18に供給するようにしても構わない。
【0069】
量子化精度決定部14は、スペクトル変換部11から供給されたスペクトル信号D11に基づいて、被正規化データD13を量子化する際の量子化ステップを決定する。そして量子化精度決定部14は、その量子化ステップに対応する量子化精度情報D15を量子化部15及びマルチプレクサ18に供給する。なお、量子化精度決定部14は、必要に応じて量子化精度情報D15に対して所定の符号化を施した後、マルチプレクサ18に供給するようにしても構わない。
【0070】
量子化部15は、量子化精度決定部14から供給された量子化精度情報D15に対応する量子化ステップで被正規化データD13を量子化する。そして量子化部15は、符号列表グループ切替判定部12から供給されたグループインデックスD12に基づいて、選択されたグループの符号列表を用いて量子化係数を符号化する。具体的には、選択されたグループに含まれる符号列表で実際に符号化を行い、所要ビット数が最も少ない符号列表を符号化に用いる符号列表として決定する。量子化部15は、その決定した符号列表インデックスD16を符号列表インデックス符号化部16に供給すると共に、符号化された係数データD17をマルチプレクサ18に供給する。
【0071】
符号列表インデックス符号化部16は、量子化部15から供給された符号列表インデックスD16を符号化し、その符号化された符号列表インデックスD18をマルチプレクサ18に供給する。ここで、前述したように、各符号列表の選択確率に応じて符号列表のインデックスを可変長符号化する場合には、固定長で符号化する場合と比較して符号化ビット数を低減することができる。そこで、このような場合、符号列表インデックス符号化部16は、符号列表インデックスの符号化ビット数情報D19を量子化部15に供給する。これにより、量子化部15は、インデックスの符号化で稼いだビット数をスペクトルに対して再配分することができる。
【0072】
符号列表数切替判定部17は、符号列表グループに含まれる符号列表のうち、使用する符号列表の数を切り替え、その符号列表数インデックスD21を、フレーム毎又はビットストリーム毎に1ビットの情報として、量子化部15、符号列表インデックス符号化部16及びマルチプレクサ18に供給する。すなわち、上述したように、エンコーダにかけるリソースが少なく、実用的なエンコードスピードを実現するために多少音質を犠牲にせざるを得ない場合等には、実際に符号化に用いる符号列表の数を少なくすることによりエンコードスピードの高速化を実現することができる。なお、使用する符号列表の切り替え動作は、ユーザや機器自身の判断により外部から供給される所定の設定用信号D20に基づいて行ってもよく、それ以外の方法を用いてもよい。
【0073】
例えば、上述のように使用する符号列表の数を8個から4個に切り替える場合、符号列表数切替判定部17は、1ビットの符号列表数インデックスD21を量子化部15、符号列表インデックス符号化部16及びマルチプレクサ18に供給する。量子化部15は、8個ある符号列表のうち、予め定められた4個の符号列表を用いて実際に符号化を行い、所要ビット数が最も少ない符号列表を符号化に用いる符号列表として決定する。量子化部15は、その決定した符号列表インデックスD16を符号列表インデックス符号化部16に供給する。一方、符号列表インデックス符号化部16は、予め定められた4個の符号列表の符号列表のインデックスを振り直し、量子化部15から供給された符号列表インデックスD16に対応する新たなインデックスを符号化する。
【0074】
マルチプレクサ18は、量子化部15から供給された係数データD17を、グループインデックスD12、正規化係数D14、量子化精度情報D15、符号列表インデックスD18及び符号列表数インデックスD21と共に多重化する。そして、マルチプレクサ18は、多重化の結果得られる符号化データD22を伝送路を介して伝送し、或いは図示しない記録媒体に記録する。
【0075】
なお、上述の例では、符号列表グループ切替判定部12は、スペクトル信号D11のトーナリティを調べて、トーン性信号用の符号列表とノイズ性信号用の符号列との何れかを選択するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、両方の符号列表で実際に符号化を行って所要ビット数を計算し、ビット数の少ない方のグループを選択するようにしても構わない。
【0076】
続いて、符号化装置10から出力される符号化データを復号する復号装置30の概略構成について、図10を用いて説明する。図10に示すように、本実施の形態における復号装置30は、デマルチプレクサ31と、符号列表インデックス復号部32と、逆量子化部33と、逆正規化部34と、スペクトル逆変換部35とにより構成されている。
【0077】
デマルチプレクサ31は、入力した符号化データD30を復号し、係数データD31、量子化精度情報D32、正規化係数D33、グループインデックスD34、符号列表インデックスD35及び符号列表数インデックスD36に分離する。そしてデマルチプレクサ31は、係数データD31を逆量子化部33に供給すると共に、量子化精度情報D32及び正規化係数D33を必要に応じて復号し、それぞれ逆量子化部33及び逆正規化部34に供給する。また、デマルチプレクサ31は、グループインデックスD34及び符号列表インデックスD35を、それぞれ逆量子化部33及び符号列表インデックス復号部32に供給する。さらに、デマルチプレクサ31は、符号列表数インデックスD36を符号列表インデックス復号部32及び逆量子化部33に供給する。
【0078】
符号列表インデックス復号部32は、符号列表数インデックスD36に基づいて符号列表インデックスD35を復号し、復号したインデックスD37を逆量子化部33に供給する。
【0079】
逆量子化部33は、グループインデックスD34、符号列表数インデックスD36及び符号列表インデックス復号部32から供給されたインデックスD37に基づいて使用する符号列表を決定し、この符号列表で係数データD31を復号する。そして、逆量子化部33は、得られた量子化係数をデマルチプレクサ31から供給された量子化精度情報D32に対応した量子化ステップで逆量子化し、被正規化データD38を生成する。逆量子化部33は、この被正規化データD38を逆正規化部34に供給する。
【0080】
逆正規化部34は、被正規化データD38にデマルチプレクサ31から供給された正規化係数D33に対応する値を乗算することで被正規化データD38を復号し、得られたスペクトル信号D39をスペクトル逆変換部35に供給する。
【0081】
スペクトル逆変換部35は、逆正規化部34から供給されたスペクトル信号D39に対してIMDCT(Inverse Modified Discrete Cosine Transformation)等の逆スペクトル変換を施し、これにより元のオーディオ信号D40を復元する。
【0082】
以上説明したように、本実施の形態における符号化装置10は、スペクトル信号D11の性質、例えばトーナリティに応じて、複数ある符号列表グループの中から1つのグループを選択し、そのグループに含まれる符号列表を用いて量子化係数を符号化する。これにより、符号列表のインデックスを符号化する符号化ビット数を増加させることなく、様々な入力信号に対して信号の性質に応じた最適な符号列表が選択可能とされる。また、符号化装置10は、エンコーダにかけるリソースが少なく、実用的なエンコードスピードを実現するために多少音質を犠牲にせざるを得ない場合等には、実際に符号化に用いる符号列表の数を少なくすることによりエンコードスピードの高速化を実現することができる。
【0083】
一方、本実施の形態における復号装置30は、符号化データD30に含まれるグループインデックスD34、符号列表インデックスD35及び符号列表数インデックスD36に基づいて符号化側と対応する符号列表を選択し、係数データD31を復号することができる。
【0084】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【0085】
例えば、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【0086】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る符号化方法は、所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタル信号を符号化する際に、予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記ディジタル信号の性質に応じて1つのグループを選択し、当該選択されたグループの上記符号列表群の中から1つの符号列表を決定し、この決定された上記符号列表を用いて上記ディジタル信号を符号化する。
【0087】
ここで、1つの符号列表グループを選択する際には、例えばディジタル信号のトーナリティに応じてグループを選択することができる。
【0088】
このような符号化方法及び装置によれば、符号列表のインデックスを符号化する符号化ビット数を増加させることなく、様々な入力信号に対して信号の性質、例えばトーナリティに応じた最適な符号列表が選択可能とされる。
【0089】
また、本発明に係る符号化方法及び装置は、所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタル信号を符号化する際に、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定し、上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択し、選択された符号列表を用いて上記ディジタル信号を符号化する。
【0090】
このような符号化方法及び装置によれば、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定することができるため、エンコーダにかけるリソースが少なく、実用的なエンコードスピードを実現するために多少音質を犠牲にせざるを得ない場合であっても、実際に符号化に用いる符号列表の数を少なくすることでエンコードスピードの高速化を実現することができる。
【0091】
また、本発明に係る復号方法及び装置は、所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタル信号を復号する際に、予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、使用する1つのグループを選択し、選択されたグループの符号列表の中から使用する1つの符号列表を決定し、この決定された符号列表を用いて上記ディジタル信号を復号する。
【0092】
ここで、1つの符号列表グループを選択する際には、符号化の際に上記ディジタル信号のトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択する。
【0093】
このような復号方法及び装置によれば、予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから符号化の際にディジタル信号のトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択し、そのグループの符号列表の中から選択された1つの符号列表を用いてディジタル信号を復号することができる。
【0094】
また、本発明に係る復号方法及び装置は、所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタル信号を復号する際に、符号列表群に含まれる符号列表の数を設定し、上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択し、選択された上記符号列表に基づいて上記ディジタル信号を復号する。
【0095】
このような復号方法及び装置によれば、符号列表群に含まれる符号列表の数を設定し、この符号列表群の中から1つの符号列表を選択し、選択された符号列表に基づいてディジタル信号を復号することができる。
【0096】
また、本発明に係るプログラムは、上述した符号化処理又は復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【0097】
このようなプログラムによれば、上述した符号化処理又は復号処理をソフトウェアにより実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スペクトルの一例を説明する図であり、同図(A)は、トーン性信号を示し、同図(B)は、ノイズ性信号を示す。
【図2】トーン性スペクトルの符号化例を説明する図である。
【図3】ノイズ性スペクトルの符号化例を説明する図である。
【図4】従来の符号列表のインデックス及びスペクトルの符号化ビット数の具体例を説明する図である。
【図5】本実施の形態における符号列表のインデックス及びスペクトルの符号化ビット数の具体例を説明する図である。
【図6】各符号列表の選択確率の割合の一例を説明する図である。
【図7】符号列表のインデックスの符号化にハフマン符号化を適用した場合における符号列表のインデックス及びスペクトルの符号化ビット数の具体例を説明する図である。
【図8】符号列表の数を4個とし、符号列表のインデックスの符号化にハフマン符号化を適用した場合における、符号列表のインデックス及びスペクトルの符号化ビット数の具体例を説明する図である。
【図9】本実施の形態における符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図10】本実施の形態における復号装置の概略構成を説明する図である。
【符号の説明】
10 符号化装置、11 スペクトル変換部、12 符号列表グループ切替判定部、13 正規化部、14 量子化精度決定部、15 量子化部、16 符号列表インデックス符号化部、17 符号列表数切替判定部、18 マルチプレクサ、30 復号装置、31 デマルチプレクサ、32 符号列表インデックス復号部、33 逆量子化部、34 逆正規化部、35 スペクトル逆変換部
Claims (19)
- 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化方法において、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて1つのグループを選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択されたグループの上記符号列表群の中から1つの符号列表を決定する決定工程と、
上記決定工程にて決定された上記符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化工程と
を有することを特徴とする符号化方法。 - 上記符号化工程では、上記選択工程にて選択されたグループを示すインデックスがさらに符号化されることを特徴とする請求項1記載の符号化方法。
- 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化方法において、
符号化のためのリソースの状態に応じて、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定する設定工程と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化工程と
を有することを特徴とする符号化方法。 - 上記符号化工程では、上記設定工程にて設定された上記選択可能な符号列表の数がさらに符号化されることを特徴とする請求項3記載の符号化方法。
- 上記符号化工程では、上記設定工程にて設定された上記選択可能な符号列表の数を示すインデックスがさらに符号化されることを特徴とする請求項3記載の符号化方法。
- 上記設定工程では、所定の設定用信号に基づいて上記選択可能な符号列表の数が設定されることを特徴とする請求項3記載の符号化方法。
- 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化装置において、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて1つのグループを選択する選択手段と、
上記選択手段によって選択されたグループの上記符号列表群の中から1つの符号列表を決定する決定手段と、
上記決定手段によって決定された上記符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化手段と
を備えることを特徴とする符号化装置。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化装置において、
符号化のためのリソースの状態に応じて、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定する設定手段と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択手段と、
上記選択手段によって選択された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化手段と
を備えることを特徴とする符号化装置。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記ディジタル信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかど うかを示すトーナリティに応じて1つのグループを選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択されたグループの上記符号列表群の中から1つの符号列表を決定する決定工程と、
上記決定工程にて決定された上記符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化工程と
を有することを特徴とするプログラム。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いてディジタルオーディオ信号を符号化する符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
符号化のためのリソースの状態に応じて、符号列表群に含まれる選択可能な符号列表の数を設定する設定工程と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を符号化する符号化工程と
を有することを特徴とするプログラム。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号方法において、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記符号化の際に上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択されたグループの符号列表の中から使用する1つの符号列表を決定する決定工程と、
上記決定工程にて決定された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号工程と
を有することを特徴とする復号方法。 - 上記選択工程では、使用したグループを示すインデックスに基づいて上記グループが選択されることを特徴とする請求項11記載の復号方法。
- 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号方法において、
符号列表群に含まれる符号列表の数を、上記符号化の際に符号化のためのリソースの状態に応じて設定された数に設定する設定工程と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択された上記符号列表に基づいて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号工程と
を有することを特徴とする復号方法。 - 上記設定工程では、上記ディジタル信号と共に符号化された上記符号列表の数に基づいて、上記符号列表の数が設定されることを特徴とする請求項13記載の復号方法。
- 上記設定工程では、上記ディジタル信号と共に符号化された上記符号列表の数を示すインデックスに基づいて、上記符号列表の数が設定されることを特徴とする請求項13記載の復号方法。
- 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号装置において、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記符号化の際に上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択する選択手段と、
上記選択手段によって選択されたグループの符号列表の中から使用する1つの符号列表を決定する決定手段と、
上記決定手段によって決定された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号手段と
を備えることを特徴とする復号装置。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号装置において、
符号列表群に含まれる符号列表の数を、上記符号化の際に符号化のためのリソースの状態に応じて設定された数に設定する設定手段と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択手段と、
上記選択手段によって選択された上記符号列表に基づいて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号工程と
を備えることを特徴とする復号装置。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
予め符号列表群毎に分けられた複数のグループから、上記符号化の際に上記ディジタルオーディオ信号が周囲のスペクトル成分に比較して特定のスペクトルにエネルギが集中するスペクトル成分を持つかどうかを示すトーナリティに応じて選択されたグループと同じグループを選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択されたグループの符号列表の中から使用する1つの符号列表を決定する決定工程と、
上記決定工程にて決定された符号列表を用いて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号工程と
を有することを特徴とするプログラム。 - 所定単位毎に1つの符号列表を用いて符号化されたディジタルオーディオ信号を復号する復号処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
符号列表群に含まれる符号列表の数を、上記符号化の際に符号化のためのリソースの状態に応じて設定された数に設定する設定工程と、
上記符号列表群の中から1つの上記符号列表を選択する選択工程と、
上記選択工程にて選択された上記符号列表に基づいて上記ディジタルオーディオ信号を復号する復号工程と
を有することを特徴とするプログラム。
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