JP4835641B2 - 音声符号化方法及び音声復号方法 - Google Patents
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に関する。
号)において1チャネル(チャンネル)の原デジタル音声信号に対して、特性が異なる複
数の予測器により時間領域における過去の信号から現在の信号の複数の線形予測値を算出
し、原デジタル音声信号と、この複数の線形予測値から予測器毎の予測残差を算出し、こ
の複数の予測残差の最小値を選択する方法を提案している。
量子化ビット数=20ビット程度の場合に、ある程度の圧縮効果を得ることができるが、
近年のDVDオーディオディスクではこの2倍のサンプリング周波数(=192kHz)
が使用され、また、量子化ビット数も24ビットが使用される傾向があるので、圧縮率を
改善する必要がある。また、近年のDVDオーディオディスクでは、マルチチャネルが利
用され、チャネル数が最大6となるので圧縮率を改善する必要がある。
符号化方法及び音声復号方法を提供することを目的とする。
すなわち、
SCR情報を含むパックヘッダと、圧縮PCMアクセスユニットを含むユーザデータと、を含んだデータ構造にすると共に、前記圧縮PCMアクセスユニットは前記フレーム中に複数設けられ、前記ステップにより選択された各チャネルの予測部を示す予測部選択情報と予測残差とを含む予測符号化データを、前記圧縮PCMアクセスユニット内に配置される2つのチャネルからなる第1のビットストリームとその他のチャネルからなる第2のビットストリームからなるサブパケットに前記音声信号のサンプリング周波数に応じたサンプル数により格納すると共に前記予測残差を指定されたビット情報に基づいたビット数でパッキングして格納し、さらに前記サブパケット内のデータが可変ビットレート圧縮された圧縮データであることを示すVBR識別子と、再生側において元のアナログ音声信号に復元される際に用いられるサンプリング周波数及び量子化ビット数とを含む同期情報部を設けると共に前記圧縮PCMアクセスユニットが前記フレーム中の先頭のものである場合には、さらに、前記先頭サンプル値を収納するステップと、
からなる音声符号化方法。
2)請求項1記載の音声符号化方法により符号化されたデータから元の音声信号を復号する音声復号方法であって、
前記ヘッダに含まれるSCR情報を分離するステップと、
前記ユーザデータからサブパケットを抽出するステップと、
前記分離されたSCR情報に基づいて前記サブパケットを保持するステップと、
前記同期情報部からVBR識別子を抽出するステップと、
前記抽出された識別子に基づいて前記サブパケットから前記先頭サンプル値を取り出すと共に、前記各サブパケットから前記第1のビットストリームと第2のビットストリーム毎にサンプリング周波数に応じたサンプル数の予測残差と予測部を示す予測部選択情報とを含む予測符号化データを取り出すステップと、
前記予測残差を前記ビット情報に基づいたビット数で復号し、この復号した予測残差と前記先頭サンプル値と前記予測部選択情報により選択される予測部とに基づいて予測値を算出するステップと、
この算出された予測値から前記マルチチャネルの音声信号を復元するステップと、
前記復元されたマルチチャネルの音声データを前記同期情報部内のサンプリング周波数及び量子化ビット数に基づいてアナログ音声信号に変換するステップと、
からなる音声復号方法。
ると共に、不都合なく音声信号を復号できる。
符号化装置とそれに対応した音声復号装置の第1の実施形態を示すブロック図、図2は図
1のエンコーダを詳しく示すブロック図、図3は図2のマルチプレクサにより多重化され
る1フレームのフォーマットを示す説明図、図4はDVDのパックのフォーマットを示す
説明図、図5はDVDのオーディオパックのフォーマットを示す説明図、図6は図1のデ
コーダを詳しく示すブロック図である。
は各チャネル(以下、ch)が例えばサンプリング周波数=192kHz、量子化ビット数
=24ビットのステレオ2ch信号L、Rの和信号(L+R)を算出して和ch用1chロスレ
ス・エンコーダ2D1に出力し、減算回路1bは差信号(L−R)を算出して差ch用1ch
ロスレス・エンコーダ2D2に出力する。エンコーダ2D1、2D2は図2に詳しく示す
ように、それぞれ和信号(L+R)、差信号(L−R)の差分Δ(L+R)、Δ(L−R
)を予測符号化して記録媒体や通信媒体を介して伝送する。
の予測符号化データを和信号(L+R)、差信号(L−R)に復号し、次いでチャネル相
関回路Bがこの和信号(L+R)、差信号(L−R)をステレオ2ch信号L、Rに復元す
る。
と差信号(L−R)は1フレーム毎に1フレームバッファ10に格納される。そして、1
フレームの各サンプル値(L+R)、(L−R)がそれぞれ差分演算回路11D1、11
D2に印加され、今回と前回の差分Δ(L+R)、Δ(L−R)、すなわち差分PCM(
DPCM)データが算出される。また、各フレームの先頭サンプル値(L+R)、(L−
R)がマルチプレクサ19に印加される。
予測器12a−1〜12a−nと減算器13a−1〜13a−nに印加される。そして、
予測器12a−1〜12a−nではそれぞれ各予測係数に基づいて差分Δ(L+R)の各
予測値が算出され、減算器13a−1〜13b−nではそれぞれこの各予測値と差分Δ(
L+R)の各予測残差が算出される。バッファ・選択器16D1はこの複数の予測残差を
一時記憶して、選択信号生成器17により指定されたサブフレーム毎に最小の予測残差を
選択し、パッキング回路18に出力する。なお、このサブフレームはフレームの数十分の
1程度のサンプル長であり、一例として1フレームを80サブフレームとする。ここで、
予測器12a−1〜12a−nと減算器13a−1〜13a−nは和信号chの予測回路1
5D1を構成し、また、この予測回路15D1とバッファ・選択器16D1は和信号chの
予測符号化回路を構成している。
る複数の予測器12b−1〜12b−nと減算器13b−1〜13b−nに印加される。
そして、予測器12b−1〜12b−nではそれぞれ各予測係数に基づいて差分Δ(L−
R)の各予測値が算出され、減算器13b−1〜13b−nではそれぞれこの各予測値と
差分Δ(L−R)の各予測残差が算出される。バッファ・選択器16D2はこの複数の予
測残差を一時記憶して、選択信号生成器17により指定されたサブフレーム毎に最小の予
測残差を選択し、パッキング回路18に出力する。予測器12b−1〜12b−nと減算
器13b−1〜13b−nは差信号chの予測回路15D2を構成し、また、この予測回路
15D2とバッファ・選択器16D2は差信号chの予測符号化回路を構成している。
マルチプレクサ19に対して印加し、また、予測残差が最小の予測器を示す予測器選択フ
ラグ(その数nが2〜9個として3ビット)をマルチプレクサ19に対して印加する。パ
ッキング回路18はバッファ・選択器16D1、16D2により選択された2ch分の予測
残差を、選択信号生成器17により指定されたビット数フラグに基づいて指定ビット数で
パッキングする。
・フレームヘッダ(40ビット)と、
・和信号ch(L+R)の1フレームの先頭サンプル値(25ビット)と、
・差信号ch(L−R)の1フレームの先頭サンプル値(25ビット)と、
・和信号ch(L+R)のサブフレーム毎の予測器選択フラグ(3ビット×80)と、
・差信号ch(L−R)のサブフレーム毎の予測器選択フラグ(3ビット×80)と、
・和信号ch(L+R)のサブフレーム毎のビット数フラグ(5ビット×80)と、
・差信号ch(L−R)のサブフレーム毎のビット数フラグ(5ビット×80)と、
・和信号ch(L+R)の予測残差データ列(可変ビット数)と、
・差信号ch(L−R)の予測残差データ列(可変ビット数)とを
アクセスユニットとして多重化し、可変レートビットストリームとして出力する。上記
予測残差データ列はサブパケットを構成する。このような予測符号化によれば、原信号が
例えばサンプリング周波数=192kHz、量子化ビット数=24ビット、2チャネルの
場合、59%の圧縮率を実現することができる。
場合には、図4に示す圧縮PCMのオーディオ(A)パックにパッキングされる。このパ
ックは2034バイトのユーザデータ(Aパケット、Vパケット)に対して4バイトのパ
ックスタート情報と、6バイトのSCR(System Clock Reference:システム時刻基準参
照値)情報と、3バイトのMux レート(rate)情報と1バイトのスタッフィングの合計1
4バイトのパックヘッダが付加されて構成されている(1パック=合計2048バイト)
。この場合、タイムスタンプであるSCR情報を、ACBユニット内の先頭パックでは「
1」として同一タイトル内で連続とすることにより同一タイトル内のAパックの時間を管
理することができる。
トヘッダと、プライベートヘッダと、図3に示すフォーマットの1ないし2015バイト
のオーディオ圧縮PCMデータにより構成されている。圧縮PCMのプライベートヘッダ
は、
・1バイトのサブストリームIDと、
・2バイトのUPC/EAN−ISRC(Universal Product Code/European Article Nu
mber-International Standard Recording Code)番号、及びUPC/EAN−ISRCデ
ータと、
・1バイトのプライベートヘッダ長と、
・2バイトの第1アクセスユニットポインタと、
・4バイトのオーディオデータ情報(ADI)と、
・0〜7バイトのスタッフィングバイトとに、
より構成されている。
このように圧縮PCMのAパケットのADIは、4バイトに選定され、通常の非圧縮の
PCMのAパケットのADIよりも4バイトだけ短くされている。したがってオーディオ
データは4バイト分増加させることができる。
ットの可変レートビットストリームデータは、デマルチプレクサ21によりフレームヘッ
ダに基づいて分離される。そして、和信号ch(L+R)及び差信号ch(L−R)の1
フレームの先頭サンプル値はそれぞれ累積演算回路25a、25bに印加され、和信号c
h(L+R)及び差信号ch(L−R)の予測器選択フラグはそれぞれ予測器(24a−
1〜24a−n)、(24b−1〜24b−n)の各選択信号として印加され、和信号c
h(L+R)及び差信号ch(L−R)のビット数フラグと予測残差データ列はアンパッ
キング回路22に印加される。ここで、予測器(24a−1〜24a−n)、(24b−
1〜24b−n)はそれぞれ、符号化側の予測器(12a−1〜12a−n)、(12b
−1〜12b−n)と同一の特性であり、予測器選択フラグにより同一特性のも
のが選択される。
データ列をビット数フラグ毎に基づいて分離してそれぞれ加算回路23a、23bに出力
する。加算回路23a、23bではそれぞれ、アンパッキング回路22からの和信号ch
(L+R)及び差信号ch(L−R)の今回の予測残差データと、予測器(24a−1〜
24a−n)、(24b−1〜24b−n)の内、予測器選択フラグにより選択された各
1つにより予測された前回の予測値が加算されて今回の予測値が算出される。この今回の
予測値は、図2に示す差分回路11a、11bによりそれぞれ算出された差分Δ(L+R
)、Δ(L−R)すなわちDPCMデータであり、予測器(24a−1〜24a−n)、
(24b−1〜24b−n)と累積演算回路25a、25bに印加される。
(L+R)、Δ(L−R)をサンプル毎に累積加算して和信号ch(L+R)、差信号c
h(L−R)の各PCMデータを出力する。この和信号(L+R)、差信号(L−R)は
図1に示すように加算回路4aにより2L信号が算出されるとともに、減算回路4bによ
り2R信号が算出される。そして、2L信号と2R信号がそれぞれ割り算器5a、5bに
より1/2に割り算され、元のステレオ2チャネル信号L、Rが復元される。
信号(L+R)、差信号(L−R)の各差分Δ(L+R)、Δ(L−R)、すなわちDP
CMデータのみを予測符号化するように構成されているが、この第2の実施形態では和信
号(L+R)、差信号(L−R)すなわちPCMデータ、又はその各差分Δ(L+R)、
Δ(L−R)すなわちDPCMデータを選択的に予測符号化するように構成されている。
号(L−R)をそれぞれ予測符号化するための予測回路15A、15Sとバッファ・選択
器16A、16Sが追加されている。また、選択信号生成器17はバッファ・選択器16
A、16Sによりそれぞれ選択された和信号(L+R)、差信号(L−R)と、バッファ
・選択器16D1、16D2によりそれぞれ選択された差分Δ(L+R)、Δ(L−R)
の各予測残差の最小値に基づいて、
PCMデータとDPCMデータのどちらが圧縮率が高いか否かを判断し、高い方のデータ
を選択する。このとき、そのPCM/DPCMの選択フラグ(予測回路選択フラグ)を追
加して多重化する。
15D1が同一の構成であり、また、差信号(L−R)の予測回路15Sと差分Δ(L−
R)の予測回路15D2が同一の構成である場合、復号装置では図8に示すようにPCM
データとDPCMデータの両方の予測回路を設ける必要はなく、1つのデータ分の予測回
路でよい。そして、符号化装置から伝送された予測回路選択フラグに基づいてセレクタ2
6a、26bにより、DPCMデータの場合には累積演算回路25a、25bの出力を選
択し、PCMデータの場合には加算回路23a、23bの出力を選択する。
+R)、差信号(L−R)(PCMデータ)と、その各差分Δ(L+R)、Δ(L−R)
(DPCMデータ)の3グループの1つを選択的に予測符号化するように構成されている
。
予測符号化するための予測回路15L、15Rとバッファ・選択器16L、16Rが追加
されている。また、選択信号生成器17はバッファ・選択器16L、16Rにより選択さ
れた原信号L、Rと、バッファ・選択器16A、16Sにより選択された和信号(L+R
)、差信号(L−R)と、バッファ・選択器16D1、16D2により選択された各差分
Δ(L+R)、Δ(L−R)の各予測残差の最小値に基づいて圧縮率が高いグループのデ
ータを選択する。このとき、その選択フラグ(予測回路選択フラグ)を追加して多重化す
る。
に示すように3グループ分の予測回路を設ける必要はなく、1つのグループ分の予測回路
でよい。そして、符号化装置から伝送された予測回路選択フラグに基づいて、DPCMデ
ータの場合には累積演算回路25a、25bの出力を選択し、PCMデータの場合には加
算回路23a、23bの出力を選択してチャネル相関回路Bにより原信号L、Rを復元す
る。そして、更にセレクタ27a、27bにより原信号L、Rのグループの場合には加算
回路23a、23bの出力を選択し、他の場合にはチャネル相関回路Bの出力を選択する
ークを介して伝送する場合には、符号化側では図11に示すように伝送用にパケット化し
(ステップS41)、次いでパケットヘッダを付与し(ステップS42)、次いでこのパ
ケットをネットワーク上に送り出す(ステップS43)。復号側では図12に示すように
ヘッダを除去し(ステップS51)、次いでデータを復元し(ステップS52)、次いで
このデータをメモリに格納して復号を待つ(ステップS53)。
ルの場合の第2の実施の形態について以下説明する。図13は、本発明の第2の実施の形
態を示すブロック図である。図13は、図1の2チャネル用の構成に対して後方の2チャ
ネルSL、SRを加えた4チャネル用として構成され、よって入力側にはチャネル相関回路
Aに加えて、同様な構成のチャネル相関回路A2が設けられている。また、出力側にもチ
ャネル相関回路Bに加えて、同様な構成のチャネル相関回路B2が設けられている。また
、ロスレス・エンコーダ2Dとロスレス・デコーダ3Dはマルチチャネル対応型として構
成されている。なお、チャネル相関回路A、A2、B、B2は、それぞれLとR、SLと
SRを組み合わせの対象としている。なお、ロスレス・エンコーダ2Dとロスレス・デコ
ーダ3Dにおける一連の動作である、差分の算出、予測値の算出、最小予測残差の選択、
最小予測残差を用いた予測値の算出などは、第1の実施の形態と同様に行われる。
を示す図14に沿って説明する。図14は、図13の4チャネル用の構成に対して更にセ
ンタチャネルC及び低音効果チャネルLFEを加えた合計6チャネル用として構成されてい
る。ただし、センタチャネルC、後方の2チャネルSL、SR、及び低周波音効果チャネル
LFEはLとRのように相関をとることなく、直接ロスレス・エンコーダ2Dに入力され、
また直接ロスレス・デコーダ3Dから出力される。
いて、そのブロック図を示す図15に沿って説明する。図15に示すチャネル相関回路A
−1は加算回路1aと減算回路1bを有する。加算回路1aはステレオ2ch信号L、Rの
和信号(L+R)を算出し、この和信号(L+R)を割り算器5aにより1/2に割り算
してから、ロスレス・エンコーダ2Dに出力し、減算回路1bは差信号(L−R)を算出
し、この差信号(L−R)を割り算器5bにより1/2に割り算してから、ロスレス・エ
ンコーダ2Dに出力する。
ロスレス・エンコーダ2Dは、1/2(L+R)と1/2(L−R)を用いてこれらを多
重化して多重化信号250を作る。多重化信号250はロスレス・デコーダ3Dによりデ
コードされて、元の1/2(L+R)と1/2(L−R)が得られ、これらが、チャネル
相関回路B−1を構成する加算回路4aと減算回路4bにそれぞれ与えられ、出力信号と
してステレオ2chのL信号とR信号が得られる。なお、ロスレス・エンコーダ2Dとロス
レス・デコーダ3Dにおける一連の動作である、差分の算出、予測値の算出、最小予測残
差の選択、最小予測残差を用いた予測値の算出などは、第1の実施の形態と同様に行われ
る。第4の実施の形態からわかるように、第2、第3の実施の形態におけるチャネル相関
回路A、A2はL+R及びL−Rを演算するものに限らず、1/2(L+R)、1/2(
L−R)を演算するものに置き換えることができる。この場合、ロスレス・デコーダ3D
側のチャネル相関回路B−1では1/2の演算は不要である。
いて記録あるいは伝送される信号のフォーマットは、これに限られるものでない。マルチ
チャネルの場合は、図13に対応してL、R信号に加えて、後方2チャネルSL、SRも和
信号(SL+SR)と差信号(SL−SR)の形で収納される(図16のa)。また、同様に
図14に対応してL、R信号は和信号と差信号の形で収納され、これに加えて、センター
チャネルC、後方2チャネルSL、SR、低周波効果チャネルLFEは、そのまま、すなわち
和信号や差信号の形をとることなく収納される(図16のb)。
のパケットとするときのフォーマットを示す図である。ビットストリームBS0には、和
信号(L+R)と差信号(L−R)が収納され、また他のビットストリームBS1には、
図16のaに対応する場合は、和信号(SL+SR)と差信号の(SL−SR)が、一方図1
6のbに対応する場合は、センターチャネルC、後方2チャネルSL、SR、低周波効果チ
ャネルLFEが、そのまま収納される。
図18に示す。この異なる態様では、圧縮PCM(PPCM)のオーディオ(A)パケッ
トにおけるオーディオデータエリアは、図18に示すように複数のPPCMアクセスユニ
ットにより構成され、PPCMアクセスユニットはPPCMシンク情報とサブパケットに
より構成されている。最初のPPCMアクセスユニット内のサブパケットは、ディレクト
リと、ビットストリームBS0と、CRCと、ビットストリームBS1と、CRCとエク
ストラ情報により構成され、ビットストリームBS0,BS1はPPCMブロックのみに
より構成されている。2番目以降のPPCMアクセスユニット内のサブパケットは、ディ
レクトリを除いてビットストリームBS0と、CRCと、ビットストリームBS1、CR
Cとエクストラ情報により構成され、フレーム先頭のビットストリームBS0及びBS1
はリスタートヘッダとPPCMブロックにより構成されている。フレーム先頭のPPCM
ブロックにフレーム先頭サンプル値を配する。
・1パケット当たりのサンプル数:サンプリング周波数fsに応じて40、80又は60
が選択される。
・データレート:VBRの場合には「0」(サブパケット内のデータが圧縮データである
ことを示す識別子)
・サンプリング周波数fs及び量子化ビット数Qb
・チャネル割り当て情報
ここで、リスタートヘッダはフレーム毎にチャネル相関回路Aが加算回路と減算回路で
構成されることを明記した情報を有している。これらのオーディオデータは図13と図1
4においてデマルチプレクサ21以下の構成からなるロスレス・デコーダ3D(図8)に
より元のマルチチャネルオーディオ信号に復号される。図18に示したフォーマットの可
変レートビットストリームデータは、図1のチャネル相関回路を用いたか、図15のチャ
ネル相関回路を用いたかを、例えばPPCMアクセスユニットのリスタートヘッダに格納
した識別子(図示せず)で識別するようにしているので、いずれであってもデコーダは確
実にデコードできる。なお、フレーム毎のロスレス圧縮を例に説明したが、固定の長さに
限らず区間は可変の長さであってもよい。
1b、4b 減算回路(減算手段)
5a、5b 割り算器
11D1 差分演算回路(第1の差分演算手段)
11D2 差分演算回路(第2の差分演算手段)
12a−1〜12a−n 予測器(減算器13a−1〜13a−n、バッファ
・選択器16D1と共に第1の予測符号化手段を構成する。)
12b−1〜12b−n 予測器(減算器13b−1〜13b−n、バッファ
・選択器16D2と共に第2の予測符号化手段を構成する。)
13a−1〜13a−n,13b−1〜13b−n 減算器
16D1,16D2,16A,16S,16L,16R バッファ・選択器
15A 予測回路(バッファ・選択器16Aと共に第3の予測符号化手段を構
成する。)
15S 予測回路(バッファ・選択器16Sと共に第4の予測符号化手段を構
成する。)
15L 予測回路(バッファ・選択器16Lと共に第5の予測符号化手段を構
成する。)
15R 予測回路
路(バッファ・選択器16Rと共に第6の予測符号化手段を構成する。)
Claims (2)
- 3以上のマルチチャネルの音声信号を、2つのチャネル間で互いに相関をとって得た複数チャネルのチャネル毎に、及び相関をとらなかったチャネルはそのままのチャネル毎に、入力される音声信号に応答して先頭サンプル値を所定時間のフレーム単位で得ると共に、予測係数が異なる複数の予測部により時間領域の過去から現在の信号の線形予測値がそれぞれ予測され、その予測される線形予測値と前記音声信号とから得られる予測残差が最小となるような線形予測値を得る予測部を選択して予測符号化するステップと、
SCR情報を含むパックヘッダと、圧縮PCMアクセスユニットを含むユーザデータと、を含んだデータ構造にすると共に、前記圧縮PCMアクセスユニットは前記フレーム中に複数設けられ、前記ステップにより選択された各チャネルの予測部を示す予測部選択情報と予測残差とを含む予測符号化データを、前記圧縮PCMアクセスユニット内に配置される2つのチャネルからなる第1のビットストリームとその他のチャネルからなる第2のビットストリームからなるサブパケットに前記音声信号のサンプリング周波数に応じたサンプル数により格納すると共に前記予測残差を指定されたビット情報に基づいたビット数でパッキングして格納し、さらに前記サブパケット内のデータが可変ビットレート圧縮された圧縮データであることを示すVBR識別子と、再生側において元のアナログ音声信号に復元される際に用いられるサンプリング周波数及び量子化ビット数とを含む同期情報部を設けると共に前記圧縮PCMアクセスユニットが前記フレーム中の先頭のものである場合には、さらに、前記先頭サンプル値を収納するステップと、
からなる音声符号化方法。 - 請求項1記載の音声符号化方法により符号化されたデータから元の音声信号を復号する音声復号方法であって、
前記ヘッダに含まれるSCR情報を分離するステップと、
前記ユーザデータからサブパケットを抽出するステップと、
前記分離されたSCR情報に基づいて前記サブパケットを保持するステップと、
前記同期情報部からVBR識別子を抽出するステップと、
前記抽出された識別子に基づいて前記サブパケットから前記先頭サンプル値を取り出すと共に、前記各サブパケットから前記第1のビットストリームと第2のビットストリーム毎にサンプリング周波数に応じたサンプル数の予測残差と予測部を示す予測部選択情報とを含む予測符号化データを取り出すステップと、
前記予測残差を前記ビット情報に基づいたビット数で復号し、この復号した予測残差と前記先頭サンプル値と前記予測部選択情報により選択される予測部とに基づいて予測値を算出するステップと、
この算出された予測値から前記マルチチャネルの音声信号を復元するステップと、
前記復元されたマルチチャネルの音声データを前記同期情報部内のサンプリング周波数及び量子化ビット数に基づいてアナログ音声信号に変換するステップと、
からなる音声復号方法。
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JP1998306349 | 1998-10-13 | ||
JP34235298 | 1998-11-16 | ||
JP1998342352 | 1998-11-16 | ||
JP2008129273A JP4835641B2 (ja) | 1998-10-13 | 2008-05-16 | 音声符号化方法及び音声復号方法 |
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