JP5107505B2 - 媒体信号の符号化及び復号化 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にオーディオビジュアル信号である媒体信号〔メディア信号〕を符号化〔エンコード〕及び復号化〔デコード〕する方法及び装置に係る。

高品質オーディオコンテンツのデジタル著作権管理（ＤＲＭ）のために１つの提案されている方法は、非認可ユーザには低品質バージョンのみを利用可能にするということが関連する。認可ユーザには、一般的に、オリジナル高品質コンテンツを得ることができるよう追加の品質レイヤにアクセスすることを可能にする暗号化鍵である追加情報が与えられる。一般的に、追加の品質レイヤは、別個の且つ暗号化されたビットストリーム、即ち、低品質ビットストリームとは別個に与えられる。このようなデュアルレイヤ品質アプローチの一例は、ＤＶＤオーディオに対して提案されているＤＲＭ方法に見つけられる。

２つの別個のビットストリームがあるということは、セキュリティを危うくする。というのは、暗号化された高品質レイヤは容易に追跡可能であり、従って、暗号攻撃を受けやすくしてしまうからである。例えば、ＤＶＤオーディオの高品質レイヤを再生することにより、攻撃者は、暗号化されたビットストリームと解読されたビットストリーム間の観察関係を利用して、暗号化鍵を見つけようと試みることが可能である。

本発明は、媒体信号を符号化する代替の方法と、その符号化された媒体信号を復号化する対応方法を提供することを目的とする。

このために、本発明は、独立項に定義される方法及び装置を提供する。有利な実施例を、従属項に定義する。

本発明の符号化方法は、第１の符号化器による、１つ以上の媒体信号サンプルを有する各グループの符号化に応答して第１の符号化器により生成されるコードシーケンスの範囲を決定する段階を有する。尚、この媒体信号は、実際には、第１の符号化器によって符号化されていない。この段階は、そのような符号化器により生成可能であるコードシーケンスのコレクションを与える。第１の符号化器は比較的単純な符号化器であることが好適であり、そのコードシーケンスは、容易に復号化可能である。比較的単純な符号化器の例は、スカラー量子化器である。

この媒体信号は、実際には、異なる第２の符号化器で符号化され、第２のコードシーケンスを生成する。第２の符号化器は、高品質符号化器であることが好適であり、その媒体信号を復号化するにはより複雑な復号化器を必要とする。この高品質符号化器の例は、ベクトル量子化器である。

本発明は、次に、第１のコードシーケンスの選択した１つを、各実際に生成された第２コードシーケンスに割当てる。この割当ては、マッピング表に従って行われる。このように、割当てされた第１のコードシーケンスが伝送される。

本発明では、第１の符号化器の逆演算を行う第１の復号化器を有する受信器が、受信した第１のコードシーケンスを復号化し、所与の品質を有する符号化媒体信号を再現することが達成される。第２の符号化器の逆演算を行う第２の復号化器を有するより高機能の受信器は、受信した第１のコードシーケンスから第２のコードシーケンスを再構成し、媒体信号を異なった、且つ、より良好な品質で再現することが可能である。

本発明により、低品質レイヤ及び高品質レイヤが、１つのビットストリーム中に多重化される。これは、多重化されたビットストリームが、低品質レイヤに対し幾らかの歪みを有するよう行われる。高品質レイヤは、この低品質レイヤの歪みの中に埋込みされ、適切な復号化器を設けることにより入手可能である。即ち、高品質回復のための情報は、低品質信号内に埋込みされる。発明者は、歪み及びレートに関して達成可能な理論上の境界（ここでは記載しない）を設けている。可能な適用分野は、電子媒体デリバリの分野である。本発明は、音楽曲又は映画の１つのバージョンを、認可のための支払いが必要とされる高品質プレイヤだけでなく、無料の低品質プレイヤにも分配することを可能にする。

本発明のこれらの及び他の面は、非制限的な例によって以下に説明し、明らかとなろう。

以下において、媒体信号ｘは、範囲［０，１］におけるサンプルを有すると仮定する。このような信号ｘが、量子化演算により別の信号ｘ’により置き換えられると、歪みＤ（ｘ，ｘ’）がもたらされる。これは、以下の式により定義される。

図１は、本発明の符号化方法の１つの例示的な実施例のフローチャートを示す。この方法の段階１１において、媒体信号ｘは、Ｎ個の信号サンプルｘ_１…ｘ_Ｎからなる一連のグループに分割される。この例では、Ｎは、Ｎ＝４の値を有するものと仮定する。段階１２において、スカラー量子化器Ｑ１が媒体信号ｘのサンプルｘ_１…ｘ_Ｎのグループを量子化するために用いられた場合に、そのスカラー量子化器Ｑ１により生成可能な様々なコードシーケンスｙ_１…ｙ_４を決定する。スカラー量子化器Ｑ１は、各サンプルｘを、ｘ＜１／２に対してはｙ＝１／４に、又は、ｘ＞１／２に対してはｙ＝３／４に量子化する。以下の表Ｉは、（仮定の）スカラー量子化器Ｑ１により生成可能な１６個の可能なコードシーケンスｙ_１…ｙ_４を示す。便宜上、各コードシーケンスに指数ｊを割当てる。指数ｊは、一般的に、量子化指数と称される。

スカラー量子化器Ｑ１によりもたらされる歪みは、Ｄ（ｘ，ｙ）＝０．０２０８である。量子化器のレートは、Ｒ＝１サンプルあたり１ビットである。

段階１３において、媒体信号ｘは、ベクトル量子化器Ｑ２により実際に量子化される。ベクトル量子化器Ｑ２は、４つの入力サンプルｘ_１…ｘ_４によりスパンされる４次元空間を１６個のサブ空間に分割し、各サブ空間に、４つの量子化された信号サンプルｚ_１…ｚ_４のコードシーケンスを割当てる。この例では、ベクトル量子化器は、量子化されたサンプル値ｚ＝１／８、ｚ＝３／８、ｚ＝５／８、又はｚ＝７／８を生成する。従って、個々の信号サンプルは、スカラー量子化器よりもより精密に量子化されることが可能である。しかし、ベクトル量子化器のレートが、仮定のスカラー量子化器のレートと同じとなるよう１６個の量子化された信号サンプルの組合わせのみを選択する。

以下の表ＩＩは、ベクトル量子化器Ｑ２により生成可能な１６個の可能なコードシーケンスｚ_１…ｚ_４を示す。ここでも、指数（ここではｉと示す）を各コードシーケンスに割当てる。

ベクトル量子化器Ｑ２によりもたらされる歪みはＤ（ｘ，ｚ）＝０．０１９７である。尚、スカラー量子化器Ｑ１に対しての改善はそれほど大きくはなく、０．２５ｄＢだけである。この量子化器のレートも、Ｒ＝１サンプルあたり１ビットである。

本発明の顕著な特徴は、段階１４にあり、この段階１４は、ベクトル量子化器Ｑ２によって信号サンプルのグループを実際に量子化した後に行われる。段階１４では、「スカラー量子化された」コードシーケンスｙ_１…ｙ_４（表Ｉ）のうちの選択された１つが、各「ベクトル量子化された」コードシーケンスｚ_１…ｚ_４（表ＩＩ）に割当てられる。この割当ては、並べ替えマッピング関数ｊ＝ｍ（ｉ）に従って行われる。表ＩＩＩは、この例で用いる並べ替えマッピングを示す。

段階１５では、指数ｉと共に実際に得られた「ベクトル量子化された」コードシーケンス（表ＩＩ）を伝送するのではなく、指数ｊと共に「スカラー量子化された」コードシーケンス（表Ｉ）を伝送する。例えば、ｚ＝［３／８，１／８，７／８，５／８］（指数ｉ＝４）としてベクトル量子化される特定の入力シーケンスｘ１は、スカラー量子化されたシーケンスｙ＝［１／４，１／４，３／４，３／４］（指数ｊ＝３）として伝送される。ｚ＝［１／８，３／８，５／８，７／８］（指数ｉ＝１）としてベクトル量子化された別の入力シーケンスｘ２は、スカラー量子化されたシーケンスｙ＝［１／４，１／４，１／４，３／４］（指数ｊ＝１）として伝送される。

スカラー逆量子化器を有する単純な受信器は、スカラー量子化された信号シーケンスｙ_１…ｙ_４を再現する。従って、上述した入力シーケンスｘ１及びｘ２は、［１／４，１／４，３／４，３／４］と［１／４，１／４，１／４，３／４］としてそれぞれ再現される。尚、媒体信号ｘが、スカラー量子化器Ｑ１により実際に量子化された場合は、シーケンスｘ１及びｘ２は共に、ｙ＝［１／４，１／４，３／４，３／４］として恐らく量子化されたであろう。単純受信器の入力信号と、再構成された信号との間の歪みは、従って、スカラー量子化器Ｑ１の歪み（ｘ，ｙ）＝０．０２０８より大きい。並べ替えマッピング関数ｊ＝ｍ（ｉ）は、ｘ_１…ｘ_４とｙ_１…ｙ_４との間の歪みＤ（ｘ，ｙ）が可能な限り小さくあるよう選択されることが好適である。表ＩＩＩに示す並べ替えマッピング関数は、歪みＤ（ｘ，ｙ）＝０．０４７３をもたらすものと分っている。

より高機能の受信器は、媒体信号を再現するためのベクトル逆量子化器を有する。図２は、本発明の復号化方法の１つの例示的な実施例のフローチャートを示す。段階２１において、スカラー量子化されたシーケンスｙ_１…ｙ_４が受信される。段階２２において、受信されたシーケンスは、ベクトル量子化されたシーケンスｚ_１…ｚ_４に逆マッピングされる。この逆並べ替えマッピングは、逆並べ替えマッピング関数ｉ＝ｍ^−１（ｊ）（表ＩＩＩ参照）に従って行われる。段階２３において、シーケンスｚ_１…ｚ_４は、復号化され、再現される。従って、上述した例示的なシーケンスｘ１及びｘ２は、［３／８，１／８，７／８，５／８］と［１／８，３／８，５／８，７／８］としてそれぞれ再現されることを理解できるであろう。今度は、入力信号と再構成された信号との間の歪みは、Ｄ（ｘ，ｚ）＝０．０１９７である。従って、高機能受信器の信号品質は、単純受信器の信号品質よりもかなり良好である。一般的に、高機能受信器はより複雑である。

量子化されたシーケンス（表Ｉ及びＩＩ）への指数（ｉ，ｊ）の割当てと組合わされる並べ替えマッピング関数（表ＩＩＩ）は、マッピング表を構成し、このマッピング表は、スカラー量子化されたシーケンスとベクトル量子化されたシーケンスとの間の関係を割当てる。尚、指数は、或いは、並べ替え関数ｊ＝ｍ（ｉ）が不必要であるよう割当てられてもよい。これは特に、その割当てはかなり任意である指数ｉについて言えることである。しかし、並べ替え関数ｊ＝ｍ（ｉ）を使用することは、その関数は、非認可のユーザには、たとえそのユーザが高機能受信器を有する場合でも、秘密にすることができるという利点を有する。

同じレートを有する単純スカラー量子化器Ｑ１及びより高機能のベクトル量子化器Ｑ２を用いる本発明の実施例の上述した例は、本発明の動作を及び有利な効果を示す。上述したように、ソースＸは、高品質量子化器Ｑ２を用いて量子化される。これは、Ｘの各符号化ベクトルは、一部の指数ｉに対しベクトルｑ２（ｉ）により近似されることを意味する。Ｑ１とＱ２は同数の符号化ベクトルを有するので、ｑ１（ｊ）も、一般的に劣る品質ではあるが、ｘに対する近似であるような並べ替え関数ｊ＝ｍ（ｉ）を見つけることが可能である。非認可のユーザは、スカラー量子化器Ｑ１に対する一組の指数ｊが与えられる。非認可のユーザは、Ｘに対し低品質の近似を再構成することは可能である。認可されたユーザは、並べ替えマップｍ（ｉ）の逆のみならずＱ２におけるコードベクトルにもアクセスを有するので、Ｘに対するより良好な近似を再構成することが可能である。

より一般的にまとめるに、本発明は、媒体信号（一般的にオーディオビジュアル信号）の低品質バージョンに、その媒体信号の高品質回復のための情報を埋め込む方法を開示する。このために、信号ｘは、高品質符号化器（Ｑ２）を用いて符号化される。高品質符号化器により生成されたコードシーケンスｚは、仮定の低品質符号化器（Ｑ１）に関連付けられるコードシーケンスｙにマッピングされる。コードシーケンスｙが伝送される。単純復号化器は、受信したシーケンスｙを復号化し、従って、信号の低品質バージョンを再現する。より高機能の復号化器は、受信したコードシーケンスｙを、高品質符号化器（Ｑ２）により実際に生成されたコードシーケンスｚに逆マッピングするよう構成される。従って、高機能復号化器は、同じ信号の高品質バージョンを再現する。

本発明は、特定の例示的な実施例を参照して説明したが、本発明の概念の範囲内において変形及び修正が可能である。従って、「有する」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される構成要素又は段階以外の構成要素又は段階の存在を排除するものではない。請求項において、括弧内に置かれる任意の参照符号は、その請求項を制限として解釈すべきではない。本発明は、幾つかの別個の構成要素を有するハードウェア、及び、好適にプログラムされたコンピュータにより実施されることが可能である。図面に示される特徴の一部は、一般的に、ソフトウェアにおいて実施され、従って、ソフトウェアモジュール又はオブジェクトといったソフトウェアエンティティを表す。「コンピュータプログラム」とは、フロッピー（登録商標）ディスクといったコンピュータ可読媒体上に格納されるか、インターネットといったネットワークを介してダウンロード可能であるか、又は、任意の方法で市販可能である任意のソフトウェアプロダクトであることを理解するものとする。

本発明の符号化方法の１つの例示的な実施例のフローチャートである。 本発明の復号化方法の１つの例示的な実施例のフローチャートである。

Claims (10)

1. 媒体信号を符号化する方法であって、
   第２の符号化器によって、一つまたは複数の媒体信号サンプルのグループを第２のコードシーケンスに符号化する段階と、
   マッピング表に従って、各第２のコードシーケンスに対して、第１のコードシーケンスの１つを選択する段階であって、前記第１のコードシーケンスは、前記一つまたは複数の媒体信号サンプルのグループを第１の符号化器により符号化することによって生成できるコードシーケンスである、段階と、
   前記媒体信号を表すよう前記選択された第１のコードシーケンスを表すデータを出力する段階と、
   を有する方法。
2. 前記第２の符号化器は、前記第１の符号化器より高い符号化品質を有する請求項１記載の方法。
3. 前記第１の符号化器及び／又は前記第２の符号化器は、量子化器であり、
   各コードシーケンスは、量子化された信号サンプルである請求項１記載の方法。
4. 前記第１の量子化器は、スカラー量子化器であり、
   前記第２の量子化器は、ベクトル量子化器である請求項３記載の方法。
5. 媒体信号を符号化する装置であって、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法の段階を実施するための回路を有する、装置。
6. 符号化された情報信号を復号化する方法であって、
   第１の復号化器に関連付けられる第１のコードシーケンスを受信する段階であって、第１のコードシーケンスは一つまたは複数の媒体信号サンプルのグループを符号化している、段階と、
   マッピング表に従って、前記第１のコードシーケンスを第２のコードシーケンスにより置き換える段階であって、前記第２のコードシーケンスは、前記一つまたは複数の媒体信号サンプルのグループを第２の符号化器により符号化することによって生成できるコードシーケンスである、段階と、
   第２の復号化器を用いて、前記第２のコードシーケンスを復号化する段階と、
   を有する方法。
7. 前記第１のコードシーケンス及び／又は前記第２のコードシーケンスは、量子化された信号サンプルであり、
   各復号化器は、逆量子化器である請求項６記載の方法。
8. 前記第１の逆量子化器は、スカラー逆量子化器であり、
   前記第２の逆量子化器は、ベクトル逆量子化器である請求項７記載の方法。
9. 符号化された情報信号を復号化する装置であって、
   請求項６乃至８のうちいずれか一項記載の方法の段階を実施するための回路を有する、装置。
10. 実行したときに、プログラム可能装置が請求項５又は９に記載の装置として機能することを可能にするコンピュータプログラム。

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