JP4641272B2 - デジタルデータ復号化装置 - Google Patents
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Description
以上説明した不都合は、アナログビデオ信号を、視覚心理特性等に基づいて、デジタルビデオデータに圧縮符号化した後、記録媒体に記録し、記録媒体から読み出された圧縮符号化されたデジタルビデオデータを伸長復号化する場合にも同様に当てはまる。
図1は、本発明の実施の形態1に係るデジタルデータ復号化装置を構成する補間処理部の構成を示すブロック図、図2は、図1に示す補間処理部を適用したデジタルオーディオ記録再生システムの構成を示すブロック図である。この例のデジタルオーディオ記録再生システムは、ミニディスク(MD)等で採用されている音声圧縮符号化技術の1つであるATRAC(Adaptive TRanceform Acoustic Coding)方式が適用されており、図2に示すように、デジタルオーディオデータ符号化装置1と、デジタルオーディオデータ復号化装置2とから構成されている。量子化ビット数は、例えば、0〜16ビットであり、量子化データは符号を持つため、量子化ビット数の1は存在せず、0以外の最低量子化ビット数は2となっている。
lt(f)=−0.6×3.64×(f/1000)−0.8+6.5×exp{−0.6×(f/1000−3.3)2}−10−3×(f/1000)4 …(1)
なお、上記のfは周波数(Hz)である。
SMRi=Si/Mi …(2)
SNRi(n)=Si/Ni(n) …(3)
上記比SNRi(n)は、統計的には、信号の特性に応じた定数(20×log102n)となるので、統計処理によって予め算出しておいても良い。
さらに、量子化ビット数算出部16は、上記比SNRi(n)と上記比SMRiとの比から、マスキングしきい値Miと量子化雑音パワーNi(n)との比MNRi(n)(式(4)参照)を算出する。
MNRi(n)=SNRi(n)/SMRi …(4)
SF(i)×2−1/3≦Kmax(i)<SF(i) …(5)
MK(m)=Round{K(m)×(2WL(i)−1−1)/SF(i)} …(6)
式(6)において、mはMDCT係数のインデックス、iは量子化周波数帯域のインデックスを表しており、Roundは小数点以下を四捨五入する関数である。
I(m)=SF(i)×MK(m)/(2WL(i)−1−1) …(7)
式(7)において、mはIMDCT係数のインデックス、iは逆量子化周波数帯域のインデックスを表している。
なお、純音性判定部23の詳細については、例えば、特開2005−195983号公報を参照されたい。
(1)量子化ビット数WL(i)が「2」ビット又は「3」ビットである帯域に関する補間処理
(a)量子化ビット数が「2」ビット又は「3」ビットに丸められている複数のスペクトルデータについて、量子化ビット数WL(i)が「4」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータと自身の帯域に存在するスペクトルデータを用いて補正する。
(b)上記帯域は量子化ビット数WL(i)が「2」ビット又は「3」ビットにビット割り当てされているために、本来値を有すべきであるが、0に丸められているスペクトルデータについて、(a)で補正された複数のスペクトルデータと、量子化ビット数WL(i)が「4」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータとを用いて補正する。
(a)すべてのスペクトルデータについて、量子化ビット数WL(i)が「0」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータを用いて補間する。
(b)量子化ビット数WL(i)が「2」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータを用いて算出したマスキングしきい値と最小可聴限特性lt(f)(dB)等とを合成して作製した合成マスキングカーブに基づいて、(a)における補間で得られたすべてのスペクトルデータの係数を補正する。
(3)(1)及び(2)の処理において、前のフレーム又は後のフレームのいずれか一方又は両方の同一帯域に複数のスペクトルデータが存在する場合には、これら複数のスペクトルデータを用いて補間する。
上記比SNRi(n)は、上記したように、統計的には、信号の特性に応じた定数(20×log102n)となるので、統計処理によって予め算出しておいても良い。
さらに、MNR算出部37は、上記比SNRi(n)と上記比SMRiとの比から、マスキングしきい値Miと量子化雑音パワーNi(n)との比MNRi(n)(上記式(4)参照)を算出し、算出された周波数帯域毎のMNRi(n)の範囲のうち、量子化ビット数WL(i)が、すべての周波数帯域についてのMNRi(n)の範囲に含まれるように、全体のMNRi(n)のオフセットを調整する。このオフセット値は、上記線形変換の際の切片を表している。
まず、量子化ビット数判定部31は、逆量子化されたIMDCT係数I(m)の量子化ビット数WL(i)が何ビットであるかを判定し、判定結果をIMDCT係数1次補正部32に供給する。IMDCT係数1次補正部32は、量子化ビット数WL(i)と、スケールファクタSF(i)と、逆量子化部22で逆量子化されたIMDCT係数I(m)(スペクトルデータ)とに基づいて、周波数領域において、量子化ビット数WL(i)が「2」ビット又は「3」ビットのスペクトルデータについてラグランジュ補間又はスプライン補間を行い、既存の量子化されたスペクトルデータを上記ラグランジュ補間又はスプライン補間で得られる補間曲線上のスペクトルデータに置き換える。
さらに、MNR算出部37は、上記比SNRi(n)と上記比SMRiとの比から、マスキングしきい値Miと量子化雑音パワーNi(n)との比MNRi(n)(上記式(4)参照)を算出し、算出された周波数帯域毎のMNRi(n)の範囲のうち、量子化ビット数WL(i)が、すべての周波数帯域についてのMNRi(n)の範囲に含まれるように、全体のMNRi(n)のオフセットを調整する。このオフセット値は、上記線形変換の際の切片を表している。
(1)量子化ビット数WL(i)が「2」ビット又は「3」ビットである帯域に関する補間処理
(a)量子化ビット数WL(i)が「4」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータのうち、最大値及びそれに次ぐ値を有する複数のスペクトルデータと自身の帯域に存在するスペクトルデータとに基づいて、量子化ビット数が「2」ビット又は「3」ビットに丸められている複数のスペクトルデータを補正する。さらに、上記補正されたスペクトルデータがスケールファクタSF(i)及び量子化ビット数WL(i)で定まる範囲内に存在する場合には、上記補間及び係数乗算により得られたスペクトルデータをそのまま採用し、上記範囲外に存在する場合には、上記範囲内の値に補正する。
(b)上記帯域が量子化ビット数WL(i)が「2」ビット又は「3」ビットにビット割り当てされているために、本来値を有すべきであるが、0に丸められているスペクトルデータについて、(a)で補間及び補正された複数のスペクトルデータと、量子化ビット数WL(i)が「4」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータとを用いて、(a)と同様に、補正する。
(a)すべてのスペクトルデータについて、量子化ビット数WL(i)が「2」ビット以上の他の帯域に存在する複数のスペクトルデータのうち、最大値及びそれに次ぐ値を有する複数のスペクトルデータに基づいて、無音の周波数帯域iを補間する。
(b)量子化ビット数WL(i)が「2」ビット以上の他の帯域に存在するスペクトルデータを用いて算出したマスキングしきい値と最小可聴限特性lt(f)(dB)を合成して合成マスキングカーブを作製する。上記(a)で補間した帯域iのスペクトルデータのパワー値を上記合成マスキングカーブで除算して得た比SMRiが、圧縮符号化時にWL(i)を「0」にしたと想定されるオフセット(しきい)値より小さい場合には、上記(a)で補間した帯域iに存在するスペクトルデータをそのまま採用し、上記オフセット(しきい)値より大きい場合には、上記(a)で求めた帯域iに存在するスペクトルデータの係数を補正する。
(3)(1)及び(2)の処理において、前のフレーム又は後のフレームのいずれか一方又は両方の同一帯域に複数のスペクトルデータが存在する場合には、これら複数のスペクトルデータを用いて補間する。
上述の実施の形態1においては、デジタルオーディオデータ復号化装置2をハードウェアで構成した例を示したが、これに限定されない。すなわち、上記デジタルオーディオデータ復号化装置2のうち、補間処理部25を、CPU(中央処理装置)と、ROMやRAM等の内部記憶装置と、FDドライブ、HDドライブ、MOディスクドライブ、CD/DVDドライブ等の外部記憶装置と、出力手段と、入力手段とを有するコンピュータによって構成しても良い。そして、CPUの機能が補間処理プログラムとして、ROM等の半導体メモリや、FD、HDやCD−ROM等の記憶媒体に記憶されていると構成しても良い。この場合、上記内部記憶装置、あるいは外部記憶装置が係数保存部38となり、補間処理プログラムは、記憶媒体からCPUに各々読み込まれ、CPUの動作を制御する。補間処理プログラムが起動されると、CPUは上記補間処理部25を構成する量子化ビット数判定部31と、IMDCT係数1次補正部32と、1次ゲイン制御部33と、帯域毎のパワー算出部34と、マスキング算出部35と、最小可聴限合成部36と、MNR算出部37と、IMDCT係数2次補間部39と、2次ゲイン制御部40として機能し、補間処理プログラムの制御により、上記した処理を実行するのである。
例えば、上述の各実施の形態では、本発明は、ATRAC方式が適用されたデジタルオーディオ記録再生システムに適用する例を示したが、これに限定されない。本発明は、IMDCT係数I(m)(スペクトルデータ)、量子化ビット数WL(i)及びスケールファクタSF(i)があれば良いので、例えば、MP3(MPEG Audio Layer-3)方式、AAC(Advanced Audio Coding)方式、あるいはWMA(Windows Media Audio)(Windowsは登録商標)方式等の音声圧縮符号化技術が適用されたデジタルオーディオ記録再生システムにも適用することができる。
また、上述の各実施の形態では、符号化デジタルデータを生成するための変換方法としては、MDCTを挙げたが、DCTといった直交変換する変換方法であれば本発明が適用可能である。
また、上述の各実施の形態では、マスキングとして同時マスキングを用いる例を示したが、これに限定されず、経時マスキングを用いたり、同時マスキング及び経時マスキングの両方を用いたりしても良い。
2 デジタルオーディオデータ復号化装置
3 記録媒体
11 周波数帯域分割部
12 時間周波数変換部
13,34 帯域毎のパワー算出部
14,35 マスキング算出部
15,36 最小可聴限合成部
16 量子化ビット数算出部
17 スケールファクタ算出部
18 量子化部
19 パッキング部
21 アンパッキング部
22 逆量子化部
23 純音性判定部
24 切換部
25 補間処理部(補正処理部)
26 周波数時間変換部
27 周波数帯域合成部
31 量子化ビット数判定部
32 IMDCT係数1次補正部
33 1次ゲイン制御部
37 MNR算出部
38 係数保存部
39 IMDCT係数2次補間部
40 2次ゲイン制御部
Claims (4)
- 複数の周波数帯域に分割され、周波数帯域毎に設定される指標に基づいて周波数帯域毎に量子化、符号化されているスペクトルデータを復号化するデジタルデータ復号化装置であって、
量子化ビット割り当てが小さい前記周波数帯域に存在する前記スペクトルデータを、当該周波数帯域に存在する前記スペクトルデータ又は、前記量子化ビット割り当てが大きい前記周波数帯域に存在する前記スペクトルデータを用いて補正する補正処理部を具備し、
前記補正処理部は、前記量子化ビット割り当てが小さい前記周波数帯域に存在する前記スペクトルデータを用いて算出したマスキングしきい値と最小可聴限特性とを合成して作製した合成マスキングしきい値と、前記補正で得られたスペクトルデータの量子化雑音パワー又はエネルギーとの比が、前記量子化ビット割り当てが大きい帯域の前記比より大きくなるように、前記補正で得られたスペクトルデータに乗算すべき係数を決定し、前記補正で得られたスペクトルデータにそれぞれ乗算することを特徴とするデジタルデータ復号化装置。 - 前記補正処理部は、
前記補正で得られたスペクトルデータが前記指標及び量子化ビット数で定まる範囲外に存在する場合には、前記補正で得られたスペクトルデータの値を、前記指標及び量子化ビット数に基づいて前記範囲内の値に再補正することを特徴とする請求項1に記載のデジタルデータ復号化装置。 - 前記補正処理部は、
量子化ビット割り当てが小さい前記周波数帯域において、0に丸められているスペクトルデータを、前記補正で得られたスペクトルデータと、前記量子化ビット割り当てが大きい前記周波数帯域に存在する前記スペクトルデータとを用いて補間することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のデジタルデータ復号化装置。 - 前記補正処理部は、
前記補正を、量子化ビット割り当てが大きい前記周波数帯域に存在する複数の前記スペクトルデータのうち、最大値及びそれに次ぐ値を有する複数のスペクトルデータを用いて行うことを特徴とする請求項1又は3のいずれかに記載のデジタルデータ復号化装置。
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