JP5329963B2 - 信号処理方法及び装置、エンコーディング及びデコーディング方法並びにそのための装置 - Google Patents
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Description
本発明では、信号をコーディングする段階が、データコーディング(data coding)とエントロピコーディング(entropy coding)とに区分して説明される。ただし、このデータコーディングとエントロピコーディングは相互連関性を持ち、これについては詳細に後述する。また、本発明においては、効率的なデータコーディング及びエントロピコーディングを行うためにデータをグルーピング(grouping)する様々な方法について説明される。後述するグルーピング方法は、特定データコーディング及びエントロピコーディング方式にかかわらず独立的に有効な技術的思想を持つ。また、本発明によるデータコーディングとエントロピコーディングを適用した具体的な例として、空間情報を持つオーディオコーディング(例えば、“ISO/IEC 23003、MPEG Surround”)方法を取り上げて説明する。
以下、本発明のデータコーディング方式として適用可能なPCM(パルス符号化変調)方式、PBC(パイロットコーディング)及びDIFF(差分符号化)方式について詳細に説明する。これらのデータコーディング方式の効率的選択及び相互関連性についても続いて説明される。
PCMは、アナログ信号をデジタル信号に変換するコーディング方式であり、アナログ信号を定められた一定の間隔で標本化し、その結果を量子化する。PCMは、コーディング効率の面では不利であるが、後述するPBCコーディング方式やDIFFコーディング方式に適合しないデータには有効に利用可能である。本発明において、PCMは、データコーディング時に、後述するPBC方式及びDIFF方式と共に用いられる。これについては、図9〜図12を参照しつつ後述する。
2−1.PBC概念
PBCは、区分されたデータグループ内で特定基準を定め、この定められた基準とコーディング対象となるデータ間の関係を用いるコーディング方式である。したがって、PBCを適用するために基準となる値を、「基準値」、「パイロット」、「パイロット基準値」または「パイロット値」に定義可能であるが、以下では、説明の便宜のために「パイロット基準値」とする。また、パイロット基準値とグループ内データ間の差の値を「差分値」または「パイロット差分値」と定義することができる。
d[n]=x[n]-P、n=0,1,…,9
PBCコーディングの対象はいずれか一つに特定されない。様々な信号のデジタルデータをPBCでコーディングすることが可能であり、例えば、後述するオーディオコーディングでも適用することが可能である。本発明では、特に、オーディオデータと一緒に処理される付加的な制御データをPBCコーディングの対象として詳細に説明する。
本発明のPBCコーディングは、別のパイロット基準値を選定し、これをビットストリーム上に含めねばならないという面から、後述するDIFFコーディング方式に比べて転送効率が低くなる可能性がある。したがって、本発明では、PBCコーディングを行うための最小条件を提供しようとする。実験的に、グループ内のデータコーディングの対象になるデータ個数が少なくとも3つである場合に、PBCコーディングを適用することが可能である。これは、データコーディングの効率性を考慮した結果であり、もしグループ内に2個のデータのみが存在する場合では、PBCよりはDIFFコーディングやPCMコーディングがより効率的であるというのを意味する。
以下、本発明による、PBCコーディング特徴を用いた信号処理方法及び装置について説明する。
DIFFコーディングは、区分されたデータグループ内に存在するデータ同士間の関係を用いるコーディング方式である(これを「差分符号化」ともいう。)。ここで、DIFFが適用される単位としてのデータグループは、前述したデータグルーピング部10を通じて特定のグルーピング方式が適用された最終のグループを意味する。本発明では、上記のようにグルーピングされて特定の意味を持つデータを「パラメータ」と定義して説明し、これは、前述のPBCと同様である。特に、DIFFコーディング方式は、同一グループ内に存在するパラメータ、特に、隣接したパラメータ間の差分値を用いるコーディング方式である。以下、DIFFコーディング方式の種類及び詳細適用例について、図5〜図8を参照しつつ詳細に説明する。
図5は、本発明によるDIFFコーディングの種類を説明するための図である。DIFFコーディングは、隣接したパラメータとの差分値を求める方向によって区分される。例えば、DIFFコーディングの種類は、周波数軸で差分値を求めるDIFF(以下、「DIFF_FREQ」または「DF」という。)と、時間軸で差分値を求めるDIFF(以下、「DIFF_TIME」または「DT」という。)とに区分される。図5によれば、グループ1は、周波数軸で差分値を算出するDIFF(DF)を示し、グループ2及びグループ3は、時間軸で差分値を算出するDIFF(DT)を示す。
図6〜図8は、DIFFコーディング方式による適用例を示す図である。図6は、説明の便宜上、図5におけるグループ1とグループ2を取り上げている。すなわち、グループ1は、DIFF(DF)コーディング方式であり、例えば、パラメータ値はx[n]={11,12,9,12,10,8,12,9,10,9}の場合である。グループ2は、DIFF(DF−BACKWARD)コーディング方式であり、例えば、パラメータ値はy[n]={10,13,8,11,10,7,14,8,10,8}の場合である。
d[0]=x[0]、
d[n]=x[n]-x[n-1]、n=1,2,…,9
d[n]=y[n]-x[n]、n=0,1,…,9
本発明は、様々なデータコーディング方式を混用してデータを圧縮したり復元したりすることに特徴がある。したがって、特定グループをコーディングするに当たり、少なくとも3つのデータコーディング方式のうちいずれか一方式を選択することが必要である。また、選択されたコーディング方式に関する識別情報は、ビットストリームを介してデコーディング部に伝達されなければならない。
図9は、本発明による少なくとも3つのコーディング方式のうちいずれか一つを選択する関係を示す図である。例えば、第1、第2及び第3データエンコーディング部53,52,51が存在し、このうち、第1データエンコーディング部53の使用頻度が最も低く、かつ、第3データエンコーディング部51の使用頻度が最も高いと仮定する。説明の便宜上、使用頻度は、全体‘100’を基準に、第1データエンコーディング部53が‘10’、第2データエンコーディング部52が‘30’、そして第3データエンコーディング部51が‘60’であると仮定する。すなわち、これを具体的に説明すると、100個のデータグループに対して、PCM方式を10回、PBC方式を30回、DIFF方式を60回適用したと考えることができる。
本発明のPCM、PBC及びDIFFは、相互独立的及び/または非独立的な関連性を持つ。例えば、データコーディングの対象になる各グループ別に、上記3つの方式のうちいずれか一つを自由に選択することが可能である。したがって、全体のデータコーディングは、上記3方式のコーディングを組み合わせて使用した結果となる。ただし、上記3つのコーディング方式の使用頻度を考慮し、最上の使用頻度を持つDIFFコーディング方式と残り2つのコーディング方式(例えば、PCMとPBC)のうちいずれか一方式が先ず選択される。その後、PCMとPBCのうちいずれか一方式が次に選択される。ただし、これは、前述したように、識別情報の転送効率を考慮したもので、実質的なコーディング方式の類似性に起因するものではない。
1.グルーピングの概念
本発明は、コーディングの効率性のために一定のデータをまとめて処理するグルーピングを提案する。特に、PBCコーディングの場合、グループ単位にパイロット基準値を選定するので、PBCコーディングが行われる以前の段階としてグルーピング過程が完了しなければならない。また、グルーピングは、DIFFコーディングでも同様に適用される。また、本発明のグルーピングのうち一部の方式は、エントロピコーディングでも適用可能であり、これについての詳細は、該当の説明部分で後述される。
内部グルーピングとは、グルーピングの実行が内的に行われることを意味する。一般的に、内部グルーピングが行われると、既存のグループを内的に再グルーピングして新しいグループを生成し、または、分割されたグループを生成する。
外部グルーピングとは、グルーピングが外的に行われる場合のことを意味する。一般的に、外部グルーピングが行われると、既存のグループを外的に再グルーピングして新しいグループを生成したり、または、拡張されたグループを生成する。
混合グルーピングとは、前述した内部グルーピング、外部グルーピング及びその他様々なグルーピングを混合して最終グループを生成するグルーピング方式のことをいう。前述したように、本発明の個別のグルーピング方式は、相互に重複して適用可能または組み合せて適用が可能であり、これは、様々なコーディング方式の効率を上げるための方案として活用される。
図15は、本発明の混合グルーピングを説明するための図である。特に、図15は、内部グルーピングと外部グルーピングとを混合した場合を示す。
図16及び図17は、本発明の混合グルーピングの他の実施例を説明するための図である。特に、図16及び図17は、内部グルーピングと内部グルーピングとの混合に重点をおいて示す。したがって、図16及び図17において、外部グルーピングを行い又は行うことができるということは自明である。
グルーピングの対象を基準に、ドメイングルーピングとデータグルーピングとに区分できる。ドメイングルーピングとは、特定ドメイン(例えば、周波数ドメインまたはタイムドメイン)上で各ドメインの単位をグルーピングする方式のことを意味する。ドメイングルーピングは、前述した内部グルーピング及び/または外部グルーピングを通じて行われることができる。
6−1.少なくとも内部グルーピングを用いた信号処理方法
以下、前述した本発明のグルーピング方式を用いた信号処理方法及び装置について説明する。
以下、前述した本発明のグルーピング方式を用いた信号処理方法及び装置について説明する。
以下、前述した本発明のグルーピング方式を用いた信号処理方法及び装置について説明する。
1.エントロピコーディング概念
本発明のエントロピコーディングは、前述したデータコーディングの結果を可変長符号化する過程のことを意味する。一般に、エントロピコーディングは、特定データの発生確率を統計的方式で処理する。例えば、確率的に発生頻度の高いデータに対しては少ないビットを割り当て、確率的に発生頻度の低いデータには多いビットを割り当てることによって、全体的に転送効率を上げる役割を果たす。ただし、本発明は、上記の一般的なエントロピコーディングとは違い、前述したPBCコーディング及びDIFFコーディングと関連した効率的なエントロピコーディング方法を提案しようとする。
エントロピコーディングのためには、既に定められたエントロピテーブルが必要となる。エントロピテーブルは、コードブックとも定義され、エンコーディング部とデコーディング部が同じテーブルを用いる。本発明は、様々な種類のデータコーディング結果を效率的に処理するために、エントロピコーディング方法及び特有のエントロピテーブルを提案する。以下、これについて詳細に説明する。
本発明のエントロピコーディングは、2種類に大別される。その一つは、エントロピテーブルを通じて一つのインデックス(index 1)を導出する過程であり、もう一つは、エントロピテーブルを通じて2個の連続したインデックス(index 1、index 2)を導出する過程である。以下、前者を1次元(以下、「1D(one−Dimensional)」)エントロピコーディングといい、後者を2次元(以下、「2D(two−Dimensional)」)エントロピコーディングという。
図19は、本発明による2Dエントロピコーディングの2つの方法の例示図である。2Dエントロピコーディングは、隣接する2個のインデックスを導出する過程であるから、前記連続した2個のインデックスの方向によって区分される。例えば、2個のインデックスが周波数方向に隣接した場合を、「2D−周波数ペアリング(以下、2D−FP)」という。また、2個のインデックスがタイム方向に隣接した場合を、「2D−時間ペアリング(以下、2D−TP)」という。
以下、本発明によるエントロピコーディングを用いた信号処理方法を説明する。
前述したように、本発明は、3つのデータコーディング方式を説明した。この中で、PCM方式によるデータは、エントロピコーディングを行わない。以下、PBCコーディングとエントロピコーディングとの関係及びDIFFコーディングとエントロピコーディングとの関係をそれぞれ説明する。
図20は、本発明によるPBCコーディング結果に対するエントロピコーディング方法を示す。前述したように、PBCコーディングを行った後には、一つのパイロット基準値と複数の差分値が算出され、前記パイロット基準値と差分値はいずれもエントロピコーディングの対象となる。
図21は、本発明によるDIFFコーディング結果に対するエントロピコーディング方法を示す図である。前述したように、DIFFコーディングを行った後には一つの基準値と複数の差分値が算出され、前記基準値と差分値はいずれもエントロピコーディングの対象となる。ただし、DIFF−DTの場合は、基準値が存在しなくても良い。
前述したように、2D−FPまたは2D−TPエントロピコーディングの場合、一つのコードワードを用いて2個のインデックスを抽出する。したがって、これは、前記エントロピコーディングにグルーピング方式が行われたことを意味する。これを「時間グルーピング」及び「周波数グルーピング」と呼ぶことができる。
以下、前述したPBCコーディングとエントロピコーディングとの関係及びDIFFコーディングとエントロピコーディングとの関係による本発明の信号処理方法の特徴について説明する。
エントロピコーディングのためのエントロピテーブルは、データコーディング方式及びエントロピの対象となるデータ種類によって自動で決定される。例えば、データの種類がCLDパラメータであり、エントロピコーディングの対象がパイロット基準値である場合、エントロピコーディングは、「hcodPilot_CLD」とテーブル名が付いた1Dエントロピテーブルを用いる。
図22は、本発明によるエントロピテーブル選択方法を説明するための図である。図22の(a)は、複数個(n個)のエントロピテーブルを示し、図22の(b)は、前記エントロピテーブルを選択するためのテーブルを示す。
本発明は、LAVを用いてエントロピテーブルを選択するために、最大絶対値インデックス(LAV Index)を用いる。すなわち、図22の(b)を参照すると、データタイプ別LAV値は、再びLAVインデックス(LAV Index)によって区別される。すなわち、最後に使われるエントロピテーブルを選択するためには、まず、対応するデータタイプ別「LAV Index」を確認し、その後、「LAV Index」に該当する「LAV」を確認しなければならない。前記最後に確認された「LAV」値は、前述したエントロピテーブル名の構成において「LL」に該当する。例えば、データ種類がCLDパラメータであり、データコーディング方式がDIFF−DFであり、エントロピコーディングが2D−FPで行われ、「LAV=3」である場合、エントロピコーディングは、「hcod2D_CLD_DF_FP_03」とテーブル名の付いたエントロピテーブルを用いることになる。
以下、前述したエントロピテーブル選択を用いた信号処理方法及び装置について説明する。
以下、前述した本発明のデータコーディング、グルーピング及びエントロピコーディングに関連した様々な情報を含むデータ構造について説明する。図23は、本発明が適用されるデータ構造を階層的に示す。
以下、前述した本発明の概念及び特徴を統合して適用した一例について説明する。
Claims (12)
- 信号を処理する方法であって、
フレーム内のパラメータバンドの数を特定する第1周波数グルーピング情報を抽出する段階と、
前記パラメータバンドを1つのデータバンドとして結合するためのストライドを示す第2周波数グルーピング情報を抽出する段階であって、パラメータ値は前記データバンドにより与えられ、前記第2周波数グルーピング情報により生成された複数のデータバンドは低周波データバンドと高周波データバンドに分割される、段階と、
前記低周波データバンドに適用されるパラメータバンドの数を特定するためのチャネルグルーピング情報を抽出する段階であって、前記低周波データバンドは1つのパイロットベースコーディング(PBC)グループとして特定され、前記低周波データバンド以外の前記高周波データバンドは他の1つのパイロットベースコーディング(PBC)グループとして特定される、段階と、
前記低周波データバンドのグループに対して、パイロット基準値と、前記低周波データバンドPBCグループに関連した1以上のパイロット差分値を抽出する段階と、
前記高周波データバンドのグループに対して、パイロット基準値と、前記高周波データバンドPBCグループに関連した1以上のパイロット差分値を抽出する段階と、
対応する前記パイロット基準値とパイロット差分値を用いて、次式、
x[n]=d[n]+P,
ここで、x[n]は前記パラメータ値、d[n]は前記パイロット差分値、Pは前記パイロット基準値、
によって、前記低周波データバンドのグループと前記高周波データバンドのグループに対して、前記パラメータ値を取得する段階と、
を含み、
前記パラメータはチャネル予測係数(CPC)を含み、
前記パラメータの量子化スケールが粗でなければ、前記CPCパラメータのパラメータ値(nビット)は、第1の部分パラメータ値と第2の部分パラメータ値を含み、前記第2の部分パラメータ値はnビットパラメータ値の中の最下位ビット(LSB)に対応し、前記第1の部分パラメータ値は残りの(n−1)の上位ビットに対応し、
パイロット基準値とパイロット差分値を用いてCPCパラメータの前記第1の部分パラメータを取得する段階と、
前記第1の部分パラメータ値と前記第2の部分パラメータ値を用いてCPCパラメータを決定する段階とをさらに含む方法。 - 前記パラメータバンドの数は前記データバンドの数と等しいかより大きい、請求項1記載の方法。
- チャネルグルーピング情報が前記信号のヘッダー情報エリアから抽出される、請求項1記載の方法。
- モノ信号又はステレオ信号に対応するダウンミックス信号を受信する段階と、
前記パラメータ値を前記ダウンミックス信号に適用してマルチチャネル信号を生成する段階と、を更に備える、請求項1記載の方法。 - 前記パラメータバンドの数は最大28である、請求項1記載の方法。
- 前記パラメータバンドは、1データバンドに2個、5個又は10個ずつグルーピングされている、請求項1記載の方法。
- 信号を処理する装置であって、
フレーム内のパラメータバンドの数を特定する第1周波数グルーピング情報を抽出し、
前記パラメータバンドを1つのデータバンドとして結合するためのストライドを示す第2周波数グルーピング情報を抽出し、パラメータ値は前記データバンドにより与えられ、前記第2周波数グルーピング情報により生成された複数のデータバンドは低周波データバンドと高周波データバンドに分割され、
前記低周波データバンドに適用されるパラメータバンドの数を特定するためのチャネルグルーピング情報を抽出し、前記低周波データバンドは1つのパイロットベースコーディング(PBC)グループとして特定され、前記低周波データバンド以外の前記高周波データバンドは他の1つのパイロットベースコーディング(PBC)グループとして特定され、
前記低周波データバンドのグループに対して、パイロット基準値と、前記低周波データバンドPBCグループに関連した1以上のパイロット差分値を抽出し、
前記高周波データバンドのグループに対して、パイロット基準値と、前記高周波データバンドPBCグループに関連した1以上のパイロット差分値を抽出し、
対応する前記パイロット基準値とパイロット差分値を用いて、次式、
x[n]=d[n]+P、
ここで、x[n]は前記パラメータ値、d[n]は前記パイロット差分値、Pは前記パイロット基準値、
によって、前記低周波データバンドのグループと前記高周波データバンドのグループに対して、前記パラメータを取得し、
前記パラメータはチャネル予測係数(CPC)を含み、
前記パラメータの量子化スケールが粗でなければ、前記CPCパラメータのパラメータ値(nビット)は、第1の部分パラメータ値と第2の部分パラメータ値を含み、前記第2の部分パラメータ値はnビットパラメータ値の中の最下位ビット(LSB)に対応し、前記第1の部分パラメータ値は残りの(n−1)の上位ビットに対応し、
パイロット基準値とパイロット差分値を用いてCPCパラメータの前記第1の部分パラメータを取得し、
前記第1の部分パラメータ値と前記第2の部分パラメータ値を用いてCPCパラメータを決定する
ように構成されたオーディオコーディング装置を備える装置。 - 前記パラメータバンドの数は前記データバンドの数と等しいかより大きい、請求項7記載の装置。
- チャネルグルーピング情報が前記信号のヘッダー情報エリアから抽出される、請求項7記載の装置。
- 前記オーディオコーディング装置は、モノ信号又はステレオ信号に対応するダウンミックス信号を受信し、前記パラメータ値を前記ダウンミックス信号に適用してマルチチャネル信号を生成する、請求項7記載の装置。
- 前記パラメータバンドの数は最大28である、請求項7記載の装置。
- 前記パラメータバンドは、1データバンドに2個、5個又は10個ずつグルーピングされている、請求項7記載の装置。
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