JP4903130B2 - 知覚コーディングのビット割り当てにおける複雑さを軽減した計算方法 - Google Patents
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Description
本発明は、知覚コーディングシステムに用いるのに適したビット割り当て処理を効率的な実施を提供するものである。このビット割り当て処理は、次世代テレビジョン方式協会(Advanced Television System Committee)(ATSC)、標題「ディジタルオーディオ圧縮(AC-3)標準」、2001年8月20日発行、に記載されたエンコードされたビットストリーム標準に従うようなエンコードされたビットストリームを出力するエンコーダ又はトランスコーダを備える伝送器に組み込むことができる。このATSC標準に適合する具体的なエンコーダへの実施の形態を以下に記載する。しかしながら、本発明のいろいろな特徴を、広くいろいろなコーディングシステムに用いる装置に組み込むことができる。
知覚コーディングシステムにおける典型的なコントローラ4は、分析フィルターバンク2から受け取ったスペクトル成分に知覚モデルを適用して、マスキングカーブを取得する。このマスキングカーブにより、ソース信号におけるスペクトル成分のマスキング効果を推定する。知覚コーディングシステムにおける伝送器と受信器では、量子化ノイズレベルがちょうどマスキングカーブの下に来るように、伝送器においてビット割り当てとスペクトル成分の量子化を制御することにより、主観的に又は知覚的に良質な出力信号を生成することができる。残念ながら、エンコードされたこの形式の信号には、固定されたビットレート又は非常に限られた範囲に変化が制限されているビットレートを有するよう多くの標準が要求しているので、この形式のエンコーディングプロセスは、上述のATSC標準を含む種々のコーディング標準に準拠したエンコーディングシステムに用いることができない。このような標準に準拠したエンコーダは、一般に反復法を用いて、許容できる制限内のビットレートを有するエンコードされた信号を生成するのに使うことのできるコーディング
パラメータを探す。
ATSC標準に準拠したエンコーディングとともに用いるための1つの実施例において、コントローラ4は、(1)分析フィルターバンク2から受け取ったスペクトル成分に知覚モデルを適用して、初期マスキングカーブを取得し、(2)この初期マスキングカーブと、同様の形を持つ暫定的なマスキングカーブとのレベル差を表すオフセットコーディングパラメータを選択し、(3)量子化ノイズのレベルが暫定的なマスキングカーブのすぐ下に来るように、スペクトル成分を量子化するのに必要とするビット数を計算し、(4)計算したビット数と量子化のために割り当てることのできるビット数とを比較し、(5)オフセットコーディングパラメータの値を調整して、計算したビット数が大きすぎるか又は小さすぎたとき、それぞれ暫定的なマスキングカーブを増加又は減少させ、(6)ビット数の計算し、計算したビット数と許容されるビット数との比較し、オフセットコーディングパラメータの値を調整して、計算したビット数が許容範囲内になるようなオフセットコーディングパラメータを見つけるという、反復プロセスを行う。反復処理において、オフセットコーディングパラメータの最適値を特定する「二分法」又は「バイナリーサーチ」として知られている数値計算法が用いられる。この数値計算法の詳細を補足するものは、プレス他の「数値計算法」、Cambridge University Press, 1986, pp. 89-92、により得ることができる。
上述の好ましい技法では、このパラメータ真の最適値pOに対するバイナリーサーチにおいて、開始値としてオフセットコーディングパラメータの推定最適値pEを用いる。このサーチにより見つけた最適オフセット値pOと初期マスキングカーブとが共同で、フレーム中のすべてのスペクトル成分の量子化に対するビット割り当てを計算するために用いられる。
(2)初期ビット割り当てb1=F(pI)を計算する
(3)残りのビットb2=b3−b1を計算する
(4)コーディングパラメータの最適値pE=E(b2)を推定する
(5)ビット割り当てb4=F(pE)を計算する
(6)オフセットpEと割り当てb4とを用いて1チャンネル毎に5つのブロックを量子化する
(7)残りのビットb5=b3−b4を計算する
(8)pEを開始値として用いて、残りのブロックに対する最適値pOを反復法により決定する
(9)オフセットpOと割り当てb5とを用いて1チャンネル毎に残りのブロックを量子化する
他の実施例では、フレームのいくつかのチャンネルのすべてのブロックにおけるスペクトル成分に対するビット割り当ての計算にこの推定値を用い、そのフレームの他のチャンネルの少なくとも1つのブロックにおけるスペクトル成分に対するビット割り当ての計算に、反復法により決定された最適値pOを用いる。オフセットコーディングパラメータの推定値および最適値は、スペクトル成分のそれぞれのブロックに対するビット割り当ての様々な計算方法において用いられる。上述のしたように、最適値pOを決定する反復バイナリーサーチプロセスでは開始値として推定値pEを用いることが好ましい。
本発明のいろいろな特徴を組み込んだ装置は、コンピュータまたは汎用コンピュータのと類似する構成要素と結びついたディジタル信号プロセッサ(DSP)回路のような特殊な構成要素を有する他の装置により実行するソフトウェアを含むさまざまな方法で実施することができる。図4は本発明の特徴を実施するために用いることのできる装置70の概略ブロック図である。DSP72は計算資源を提供する。RAM73は信号処理のためにDSP72により用いられるシステムランダムアクセスメモリ(RAM)である。ROM74は、装置を作動させ本発明のさまざまな特徴を実行するのに必要なプログラムを記憶させるリードオンリーメモリ(ROM)のような形式の永久記憶装置を表す。I/Oコントロール75は、通信チャンネル76,77により信号の送受信を行うインターフェース回路を表す。アナログ・ディジタル変換器とディジタル・アナログ変換器を、アナログ信号の送受信の要望があれば、I/Oコントロール75に含ませてもよい。図示の実施の形態では、すべての主なシステム構成要素は、2以上の物理的なバスを示す場合もあるバス71に接続されている。しかしながら、バス構成は本発明を実行ために必要なものではない。
Claims (18)
- オーディオ信号をエンコーディングする方法であって、
前記オーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を受け取るステップと、
前記オーディオ信号の知覚マスキング効果を表す第1のマスキングカーブを取得するために、前記スペクトル成分に知覚モデルを適用するステップと、
第2のマスキングカーブと前記第1のマスキングカーブとの間のオフセットを特定するコーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記コーディングパラメータの推定値は、前記オーディオ信号をエンコーディングするのに役に立つビット数に応じて導き出されたものであることを特徴とするステップと、
前記知覚モデルにより前記コーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスにおいて、前記コーディングパラメータの推定値を修正することによりコーディングパラメータの最適値を取得するステップと、
前記第2のマスキングカーブに従ってスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記第1のマスキングカーブと前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備することを特徴とするオーディオ信号をエンコーディングする方法。 - 前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップは、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記スペクトル成分の量子化に用いるために前記コーディングパラメータの初期値に応じて第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と第3のビット数との差から第2のビット数を決定するステップであって、前記第3のビット数は、前記オーディオ信号のエンコーディングに利用可能なビット数に該当することを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータの初期値とこの第2のビット数に応じて前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記スペクトル成分は複数のブロック内に配置され、該複数のブロックはブロックのフレーム内に配置され、エンコードされたスペクトル成分は、前記フレーム中のすべてではないが少なくともいくつかのスペクトル成分を前記コーディングパラメータの推定値に従い量子化することにより作られることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- オーディオ信号をエンコーディングする方法であって、
前記オーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を受け取るステップと、
コーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記推定値は、前記コーディングパラメータの最適値の推定値であり、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記コーディングパラメータの初期値に応じて、第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と前記オーディオ信号をエンコードするのに利用可能なビット数に該当する第3のビット数との差から第2のビット数を決定するステップと、
前記前記コーディングパラメータの初期値と前記第2のビット数に応じてコーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
により導き出されることを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータに従いスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備することを特徴とするオーディオ信号をエンコーディングする方法。 - 前記スペクトル成分は、ブロック内に配置され、前記方法により、前記エンコードされたスペクトル成分が、コーディングパラメータの推定値に従いいくつかのブロックのスペクトル成分を量子化し、前記コーディングパラメータの最適値に従い他のブロックのスペクトル成分を量子化することにより作られ、前記コーディングパラメータの最適値は、知覚モデルに従いコーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスを実行することにより得られることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記反復プロセスは、コーディングパラメータの推定値に等しい初期値から始めて前記コーディング処理の最適値を探すことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- オーディオ信号をエンコーディングする方法を実行する装置において実施可能な命令のプログラムを運ぶ媒体であって、
オーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を受け取るステップと、
オーディオ信号の知覚マスキング効果を表す第1のマスキングカーブを取得するためにスペクトル成分に知覚モデルを適用するステップと、
第2のマスキングカーブと前記第1のマスキングカーブとの間のオフセットを特定するコーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記コーディングパラメータの推定値は、前記オーディオ信号をエンコーディングするのに役に立つビット数に応じて導き出されたものであることを特徴とするステップと、
前記知覚モデルに従い前記コーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスにおいて前記コーディングパラメータの推定値を修正することにより前記コーディングパラメータの最適値を取得するステップと、
前記第2のマスキングカーブに従いスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記第1のマスキングカーブと前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備することを特徴とする命令のプログラムを運ぶ媒体。 - 前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップは、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記スペクトル成分の量子化に用いるために前記コーディングパラメータの初期値に応じて第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と第3のビット数との差から第2のビット数を決定するステップであって、前記第3のビット数は、前記オーディオ信号のエンコーディングに利用可能なビット数に該当することを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータの初期値とこの第2のビット数に応じて前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
を具備することを特徴とする請求項7に記載の媒体。 - 前記スペクトル成分は複数のブロック内に配置され、該複数のブロックはブロックのフレーム内に配置され、エンコードされたスペクトル成分は、前記フレーム中のすべてではないが少なくともいくつかのスペクトル成分を前記コーディングパラメータの推定値に従い量子化することにより作られることを特徴とする請求項7に記載の媒体。
- オーディオ信号をエンコーディングする方法を実行する装置において実施可能な命令のプログラムを運ぶ媒体であって、
前記オーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を受け取るステップと、
コーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記推定値は、前記コーディングパラメータの最適値の推定値であり、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記コーディングパラメータの初期値に応じて、第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と前記オーディオ信号をエンコードするのに利用可能なビット数に該当する第3のビット数の差から第2のビット数を決定するステップと、
前記前記コーディングパラメータの初期値と前記第2のビット数に応じてコーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
により導き出されることを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータに従いスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備することを特徴とする命令のプログラムを運ぶ媒体。 - 前記スペクトル成分は、ブロック内に配置され、前記方法により、前記エンコードされたスペクトル成分が、コーディングパラメータの推定値に従いいくつかのブロックのスペクトル成分を量子化し、前記コーディングパラメータの最適値に従い他のブロックのスペクトル成分を量子化することにより作られ、前記コーディングパラメータの最適値は、知覚モデルに従いコーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスを実行することにより得られることを特徴とする請求項10に記載の媒体。
- 前記反復プロセスは、コーディングパラメータの推定値に等しい初期値から始めて前記コーディング処理の最適値を探すことを特徴とする請求項11に記載の媒体。
- オーディオ信号をエンコーディングする装置であって、
(a)入力ターミナルと
(b)出力ターミナルと
(c)前記入力ターミナルと前記出力ターミナルとに接続された信号処理回路と、
を具備し、前記信号処理回路は、
前記入力ターミナルから信号を受け取りオーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を取得するステップと、
前記オーディオ信号の知覚マスキング効果を表す第1のマスキングカーブを取得するために、前記スペクトル成分に知覚モデルを適用するステップと、
第2のマスキングカーブと前記第1のマスキングカーブとの間のオフセットを特定するコーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記コーディングパラメータの推定値は、前記オーディオ信号をエンコーディングするのに利用可能なビット数に応じて導き出されたものであることを特徴とするステップと、
前記知覚モデルにより前記コーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスにおいて、前記コーディングパラメータの推定値を修正することによりコーディングパラメータの最適値を取得するステップと、
前記第2のマスキングカーブに従ってスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記第1のマスキングカーブと前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備するよう作られることを特徴とするオーディオ信号をエンコーディングする装置。 - 前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップは、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記スペクトル成分の量子化に用いるために前記コーディングパラメータの初期値に応じて第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と第3のビット数との差から第2のビット数を決定するステップであって、前記第3のビット数は、前記オーディオ信号のエンコーディングに利用可能なビット数に該当することを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータの初期値とこの第2のビット数に応じて前記コーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
を具備することを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 前記スペクトル成分は複数のブロック内に配置され、該複数のブロックはブロックのフレーム内に配置され、エンコードされたスペクトル成分は、前記フレーム中のすべてではないが少なくともいくつかのスペクトル成分を前記コーディングパラメータの推定値に従い量子化することにより作られることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- オーディオ信号をエンコーディングする装置であって、
(a)入力ターミナルと
(b)出力ターミナルと
(c)前記入力ターミナルと前記出力ターミナルとに接続された信号処理回路と、
を具備し、前記信号処理回路は、
前記オーディオ信号のスペクトルの内容を表すスペクトル成分を受け取るステップと、
コーディングパラメータの推定値を導き出すステップであって、前記推定値は、前記コーディングパラメータの最適値の推定値であり、
前記コーディングパラメータの初期値を選択するステップと、
前記コーディングパラメータの初期値に応じて、第1のビット数を決定するステップと、
前記第1のビット数と前記オーディオ信号をエンコードするのに利用可能なビット数に該当する第3のビット数の差から第2のビット数を決定するステップと、
前記前記コーディングパラメータの初期値と前記第2のビット数に応じてコーディングパラメータの推定値を導き出すステップと、
により導き出されることを特徴とするステップと、
前記コーディングパラメータに従いスペクトル成分を量子化することによりエンコードされたスペクトル成分を作るステップであって、前記コーディングパラメータの最適値により知覚モデルによる知覚できる量子化ノイズが最小限になるように、量子化の分解能が前記コーディングパラメータに対応していることを特徴とするステップと、
前記エンコードされたスペクトル成分の表現を出力信号に組み立てるステップと、
を具備するよう作られていることを特徴とするオーディオ信号をエンコーディングする装置。 - 前記スペクトル成分は、ブロック内に配置され、前記方法により、前記エンコードされたスペクトル成分が、コーディングパラメータの推定値に従いいくつかのブロックのスペクトル成分を量子化し、前記コーディングパラメータの最適値に従い他のブロックのスペクトル成分を量子化することにより作られ、前記コーディングパラメータの最適値は、知覚モデルに従いコーディングパラメータの最適値を探す反復プロセスを実行することにより得られることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記反復プロセスは、コーディングパラメータの推定値に等しい初期値から始めて前記コーディング処理の最適値を探すことを特徴とする請求項17に記載の装置。
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