JP6088532B2 - 無損失符号化方法 - Google Patents

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Description

本発明は、オーディオ符号化及び復号化に係り、さらに具体的には、複雑度の上昇、及び復元された音質の劣化なしに、限定されたビット範囲において、オーディオスペクトルのエネルギー情報を符号化するのに必要となるビット数を低減させることにより、実際のスペクトル成分を符号化するのに必要となるビット数を増加させることができるエネルギー無損失符号化方法及びその装置、オーディオ符号化方法及びその装置、エネルギー無損失復号化方法及びその装置、オーディオ復号化方法及びその装置、ならびにそれらを採用したマルチメディア機器に関する。
オーディオ信号の符号化時、実際のスペクトル成分以外に、エネルギーのような付加情報がビットストリームに含まれもする。そのとき、損失を最小化しながら、付加情報の符号化に割り当てられるビット数を低減させることにより、実際のスペクトル成分符号化に割り当てられるビット数を増加させることができる。
すなわち、オーディオ信号を符号化したり復号化したりする場合、特に、低いビット率に限定されたビットを効率的に利用することにより、当該ビット範囲で、最上の音質を有するオーディオ信号を復元するのが要求される。
本発明が解決しようとする課題は、複雑度の上昇、及び復元された音質の劣化なしに、限定されたビット範囲において、オーディオスペクトルのエネルギー情報を符号化するのに必要となるビット数を低減させる一方、実際のスペクトル成分を符号化するのに必要となるビット数を増加させることができるエネルギー無損失符号化方法、オーディオ符号化方法、エネルギー無損失復号化方法及びオーディオ復号化方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、複雑度の上昇、及び復元された音質の劣化なしに、限定されたビット範囲において、オーディオスペクトルのエネルギー情報を符号化するのに必要となるビット数を低減させる一方、実際のスペクトル成分を符号化するのに必要となるビット数を増加させることができるエネルギー無損失符号化装置、オーディオ符号化装置、エネルギー無損失復号化装置及びオーディオ復号化装置を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、エネルギー無損失符号化方法、オーディオ符号化方法、エネルギー無損失復号化方法あるいはオーディオ復号化方法を、コンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、エネルギー無損失符号化装置、オーディオ符号化装置、エネルギー無損失復号化装置あるいはオーディオ復号化装置を採用するマルチメディア機器を提供するところにある。
前記課題を達成するための本発明の一実施形態による無損失符号化方法は、量子化係数の無損失符号化モードを、無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードのうち一つに決定する段階と、前記無損失符号化モード決定結果に対応し、前記量子化係数を無限範囲無損失符号化モードで符号化する段階と、前記無損失符号化モード決定結果に対応し、前記量子化係数を有限範囲無損失符号化モードで符号化する段階と、を含んでもよい。
前記課題を達成するための本発明の一実施形態によるオーディオ符号化方法は、時間領域のオーディオ信号から生成されるスペクトル係数から、周波数バンド単位で得られるエネルギーを量子化する段階と、エネルギー量子化係数を表現するビット数と、前記エネルギー量子化係数を、無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードで符号化した結果として発生するビット数と、を考慮し、前記エネルギー量子化係数を、前記無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードのうち一つを利用して、無損失符号化する段階と、前記エネルギー量子化係数を利用して、前記周波数バンド単位で、符号化のためのビットを割り当てる段階と、前記割り当てられたビットに基づいて、前記スペクトル係数を量子化して無損失符号化する段階と、を含んでもよい。
前記課題を達成するための本発明の一実施形態による無損失復号化方法は、ビットストリームに含まれた量子化係数の無損失符号化モードを判断する段階と、前記無損失符号化モード判断結果に対応し、前記量子化係数を無限範囲無損失復号化モードで復号化する段階と、前記無損失符号化モード判断結果に対応し、前記量子化係数を有限範囲無損失復号化モードで復号化する段階と、を含んでもよい。
前記課題を達成するための本発明の一実施形態による無損失復号化方法は、ビットストリームから得られるエネルギー量子化係数の無損失符号化モードを判断し、前記無損失符号化モード判断結果に対応し、前記エネルギー量子化係数を無限範囲無損失復号化モードで復号化したり、有限範囲無損失復号化モードで復号化したりする段階と、前記無損失復号化されたエネルギー量子化係数を逆量子化し、エネルギー逆量子化係数を利用して、前記周波数バンド単位で、復号化のためのビットを割り当てる段階と、前記ビットストリームから得られるスペクトル係数を無損失復号化する段階と、前記無損失復号化されたスペクトル係数を、前記割り当てられたビットに基づいて、逆量子化する段階と、を含んでもよい。
無限範囲量子化係数を階乗パルスコーディング方式以外に、ハフマン符号化方式でも符号化を可能とすることにより、無限範囲量子化係数の符号化に使用されるビット数を節減し、スペクトル符号化にさらに多くのビット数を割り当てることができる。
本発明の一実施形態によるオーディオ符号化装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるオーディオ復号化装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるエネルギー無損失符号化装置の構成を示したブロック図である。 図３に図示された第２無損失符号化部の細部的な構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるエネルギー無損失符号化方法について説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエネルギー無損失復号化装置の構成を示したブロック図である。 図６に図示された第２無損失復号化部の細部的な構成を示したブロック図である。 有限範囲のエネルギー量子化係数について説明する図面である。 本発明の一実施形態によるマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。 本発明の他の実施形態によるマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。 本発明の他の実施形態によるマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。
本発明は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明で具体的に説明する。しかし、それらは、本発明を特定の実施形態について限定するものではなく、本発明の技術的思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むものであると理解すべきものである。本発明の説明において、関連公知技術に係わる具体的な説明が、本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
第１、第２のような用語は、多様な構成要素について説明するところに使用されるが、構成要素が用語によって限定されるものではない。用語は、１つの構成要素を、他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
本発明で使用した用語は、ただ特定の実施形態について説明するために使用されたものであり、本発明を限定する意図ではない。本発明で使用した用語は、本発明での機能を考慮しながら、可能な限り、現在広く使用される一般的な用語を選択したが、それは、当分野の当業者の意図、判例、または新たな技術の出現などによって異なることもある。また、特定の場合には、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、該当発明の説明部分で、詳細にその意味を記載する。従って、本発明で使用される用語は、単純な用語の名称ではない、その用語が有する意味、及び本発明の全般にわたる内容を基に定義されなければならない。
単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。本発明で、「含む」または「有する」のような用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせが存在するということを指定しするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないということを理解しなければならない。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明するが、添付図面を参照して説明するにあたり、同一であったり、あるいは対応する構成要素は、同一の図面番号を付し、それについての重複説明は省略する。
図１は、本発明の一実施形態によるオーディオ符号化装置の構成を示したブロック図である。図１に図示されたオーディオ符号化装置１００は、変換部１１０、エネルギー量子化部１２０、エネルギー無損失符号化部１３０、ビット割当て部１４０、スペクトル量子化部１５０、スペクトル無損失符号化部１６０及び多重化部１７０を含んでもよい。多重化部１７０は、オプションとして含まれ、ビットパッキング機能を遂行する他の構成要素にも代替される。または、無損失符号化されたエネルギーデータと、無損失符号化されたスペクトルデータとが別途のビットストリームを形成し、保存あるいは伝送されもする。一方、スペクトル量子化過程の前後、エネルギー値を利用して、正規化（normalization）を行う正規化部（図示せず）をさらに具備することができる。各構成要素、は少なくとも一つ以上のモジュールに一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現されもする。ここで、オーディオ信号は、音楽あるいは音声、あるいは音楽と音声との混合信号を示すサウンドなどのメディア信号を意味するが、以下では、説明の便宜のために、オーディオ信号とする。オーディオ符号化装置１００に入力される時間ドメインのオーディオ信号は、多様なサンプリングレートを有することができ、サンプリングレート別に、スペクトルを量子化するのに使用されるエネルギーのバンド構成が異なりもする。それにより、無損失符号化が行われる量子化されたエネルギーの個数が変動されもする。サンプリングレートの例としては、８ｋＨｚ、１６ｋＨｚ、３２ｋＨＺ、４８ｋＨｚなどがあるが、それらに限定されるものではない。サンプリングレート及びターゲットビット率が決定された時間ドメインのオーディオ信号は、変換部１１０に提供されもする。
図１において、変換部１１０は、時間ドメインのオーディオ信号、例えばＰＣＭ（pulse code modulation）信号を周波数ドメインに変換し、オーディオスペクトルを生成することができる。そのとき、時間／周波数ドメイン変換は、ＭＤＣＴ（modified discrete cosine transform）のような公知された多様な方法を使用して行うことができる。変換部１１０から得られるオーディオスペクトルの変換係数、例えば、ＭＤＣＴ係数は、エネルギー量子化部１２０及びスペクトル量子化部１５０に提供される。
エネルギー量子化部１２０は、変換部１１０から提供される変換係数から、周波数バンド単位で、エネルギー値を獲得することができる。周波数バンドは、オーディオスペクトルのサンプルをグルーピングした単位であり、臨界帯域を反映させ、均一長あるいは非均一長を有することができる。非均一である場合、１フレームについて、開始サンプルから最後のサンプルに至るまで、周波数バンドに含まれるサンプルの個数がだんだんと増加するように、周波数バンドを設定することができる。また、多重ビット率を支援する場合、互いに異なるビット率で対応する各周波数バンドに含まれるサンプルの数が同一になるように設定することができる。１フレームに含まれる周波数バンドの個数、あるいは周波数バンドに含まれるサンプルの個数は、あらかじめ決定されていてもよい。エネルギー値は、周波数バンドに含まれる変換係数のエンベロープを示すことができ、平均振幅、平均エネルギー、パワーあるいはnorm値などを意味する。ここで、周波数バンドは、パラメータバンドあるいはスケールファクタバンドを意味する。
ｋ番目の周波数バンドのエネルギーＥ（ｋ）は、例えば、下記数式（１）によって獲得される。
Figure 0006088532
 ここで、Ｓ（ｌ）は、周波数スペクトルを意味し、start及びendは、それぞれ現在周波数バンドの開始サンプル及び最後のサンプルを意味する。
エネルギー量子化部１２０は、獲得されたエネルギーに対して、量子化ステップサイズでもって量子化を行い、エネルギー量子化係数を生成することができる。具体的には、ｋ番目の周波数バンドのエネルギーＥ（ｋ）を、量子化ステップサイズに分け、四捨五入を行い、整数に変換することにより、エネルギー量子化係数を得ることができる。そのとき、エネルギー量子化部１２０は、エネルギーに対して、量子化境界（boundary）を置かずに、無限範囲のエネルギー量子化係数を有するように量子化を行うことができる。一方、エネルギー量子化係数は、エネルギー量子化インデックスで表現されもし、例えば、本来のエネルギー値が２０．２であり、量子化ステップサイズが２であると仮定した場合、量子化された値は、２０であり、量子化インデックス及び量子化係数は、１０と表現することができる。一実施形態によれば、現在バンドに対して、現在バンドの量子化係数と、以前バンドの量子化係数との差、すなわち、デルタ値に対して無損失符号化を行うことができる。そのとき、無限範囲の無損失符号化を適用する場合、エネルギー量子化係数、またはエネルギー量子化係数の以前バンドとの差値、すなわち、デルタ値を入力として活用して遂行される。そして、有限範囲の無損失符号化を使用する場合、エネルギー量子化係数のデルタ値を入力として活用することになるが、入力値に特定値を加えた値を活用し、エネルギー量子化係数に対して無損失符号化を行う。そのとき、最初のバンドの値は、以前バンドが存在しないので、デルタ値を適用せず、前記加えられる特定値の代わりに、他の値を差し引き、無損失符号化の入力信号として生成することができる。
エネルギー無損失符号化部１３０は、エネルギー量子化部１２０から提供されるエネルギー量子化係数に対して、無損失符号化を行う。一実施形態によれば、無限範囲のエネルギー量子化係数に対して、フレーム単位で、第１無損失符号化モード及び第２無損失符号化モードのうち一つを選択的に行う。ここで、第１無損失符号化モードは、無限範囲の量子化係数に対して無損失符号化を行うアルゴリズムを使用し、第２無損失符号化モードは、有限範囲の量子化係数に対して無損失符号化を行うアルゴリズムを使用する。他の実施形態によれば、エネルギー量子化部１２０から提供される各周波数バンドに対するエネルギー量子化係数に対して、周波数バンド間量子化デルタ値を求め、量子化デルタ値に対して、無損失符号化を行う。無損失符号化の結果として得られるエネルギーデータは、第１無損失符号化モードあるいは第２無損失符号化モードを示す情報と共に、ビットストリームに含まれて保存あるいは伝送される。
ビット割当て部１４０は、エネルギー量子化部１２０から提供されるエネルギー量子化係数に対して逆量子化を行い、エネルギー逆量子化係数を獲得することができる。ビット割当て部１４０は、ターゲットビット率による全体ビット数に対して、各周波数バンド単位で、エネルギー逆量子化係数を利用して、マスキング臨界値を計算し、マスキング臨界値を利用して、各周波数バンドの知覚的符号化に必要な割当てビット数を、整数単位あるいは小数点単位で決定することができる。具体的には、ビット割当て部１４０は、各周波数バンド単位で求められたエネルギー逆量子化係数を利用して、許容ビット数を推定してビットを割り当て、割当てビット数が許容ビット数を超えないように制限することができる。そのとき、エネルギー値が大きい周波数バンドから、順次にビットを割り当てることができる。また、各周波数バンドのエネルギー値に対して、各周波数バンドの知覚的重要度によって、加重値を付与することにより、知覚的に重要な周波数バンドにさらに多くのビットが割り当てられるように調整することができる。知覚的重要度は、一例に過ぎず、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７１９のような心理音響加重を介しても決定することができる。
スペクトル量子化部１５０は、変換部１１０から提供される変換係数に対して、各周波数バンド単位で決定された割当てビット数を利用して、量子化を行い、スペクトル量子化係数を生成することができる。
スペクトル無損失符号化部１６０は、スペクトル量子化部１５０から提供されるスペクトル量子化係数に対して、無損失符号化を行うことができる。無損失符号化アルゴリズムの一例として、階乗パルスコーディング（ＦＰＣ：factorial pulse coding）を使用することができる。ＦＰＣ符号化によれば、割り当てられたビット数の範囲内で、パルスの位置、パルスの大きさ及びパルスの符号のような情報が階乗形式で表現される。ＦＰＣ符号化の結果として得られるＦＰＣデータは、ビットストリームに含まれて保存あるいは伝送される。
多重化部１７０は、エネルギー無損失符号化部１３０から提供されるエネルギーデータと、スペクトル無損失符号化部１６０から提供されるスペクトルデータとをビットストリームとして生成することができる。
図２は、本発明の一実施形態によるオーディオ復号化装置の構成を示したブロック図である。図２に図示されたオーディオ復号化装置２００は、逆多重化部２１０、エネルギー無損失復号化部２２０、エネルギー逆量子化部２３０、ビット割当て部２４０、スペクトル無損失復号化部２５０、スペクトル逆量子化部２６０及び逆変換部２７０を含んでもよい。各構成要素は、少なくとも一つ以上のモジュールに一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。オーディオ符号化装置１００と同様に、逆多重化部２１０は、オプションとしても具備され、ビットアンパッキング機能を遂行する他の構成要素にも代替される。一方、スペクトル逆量子化過程の前後、エネルギー値を利用して、逆正規化（denormalization）を行う逆正規化部（図示せず）をさらに具備することができる。
図２において、逆多重化部２１０は、ビットストリームをパージングして符号化されたエネルギーデータは、エネルギー無損失復号化部２２０に、符号化されたスペクトルデータは、スペクトル無損失復号化部２５０にそれぞれ提供することができる。
エネルギー無損失復号化部２２０は、符号化されたエネルギーデータに対して、無損失復号化を行い、エネルギー量子化係数を生成することができる。
エネルギー逆量子化部２３０は、エネルギー無損失復号化部２２０から提供されるエネルギー量子化係数に対して、量子化ステップサイズを利用して、逆量子化を行い、エネルギー逆量子化係数を生成することができる。具体的には、エネルギー逆量子化部２３０は、エネルギー量子化係数に、量子化ステップサイズを乗じ、エネルギー逆量子化係数を得ることができる。
ビット割当て部２４０は、エネルギー逆量子化部２３０から提供されるエネルギー逆量子化係数を利用して、各周波数バンド単位で、整数単位あるいは小数点単位のビット割当てを行うことができる。具体的には、エネルギー値が大きい周波数バンドから、順次にサンプル別にビットを割り当てる。すなわち、優先的に、最大エネルギー値を有する周波数バンドに対して、サンプル当たりビットを割り当て、当該周波数バンドのエネルギー値を、所定単位ほど減少させ、他の周波数バンドにビットを割り当てることができるように、優先順位を変更する。そのような過程は、与えられたフレームで使用可能な全体ビット数が全くなくなるまで反復的に遂行される。ビット割当て部２４０の動作は、オーディオ符号化装置１００のビット割当て部１４０と実質的に同一である。
スペクトル無損失復号化部２５０は、符号化されたスペクトルデータに対して、無損失復号化を行い、スペクトル量子化係数を生成することができる。
スペクトル逆量子化部２６０は、スペクトル無損失復号化部２５０から提供されるスペクトル量子化係数に対して、各周波数バンド単位で決定された割当てビット数を利用して、逆量子化を行い、スペクトル逆量子化係数を生成することができる。
逆変換部２５０は、スペクトル逆量子化部２６０から提供されるスペクトル逆量子化係数に対して、逆変換を行い、時間ドメインのオーディオ信号を復元することができる。
図３は、本発明の一実施形態によるエネルギー無損失符号化装置の構成を示したブロック図である。図３に図示されたエネルギー無損失符号化装置３００は、モード決定部３１０、第１無損失符号化部３３０及び第２無損失符号化部３５０を含んでもよい。第２無損失符号化部３５０は、上位ビット符号化部３５１と、下位ビット符号化部３５３とを含んでもよい。各構成要素は、少なくとも一つ以上のモジュールに一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。
図３において、モード決定部３１０は、エネルギー量子化係数に係わる符号化モードを、第１無損失符号化モード及び第２無損失符号化モードのうち一つに決定することができる。第１無損失符号化モードに決定された場合、エネルギー量子化係数を、第１無損失符号化部３３０に提供することができる。第２無損失符号化モードに決定された場合、エネルギー量子化係数を、第２無損失符号化部３５０に提供することができる。モード決定部３１０は、１フレーム内の全ての周波数バンドで、エネルギー量子化係数が特定ビット、例えば、Ｎビット（ここで、Ｎは、２以上の自然数）で表現されるか否かということを判断し、少なくとも１つの周波数バンドで、特定ビットで表現されないという場合、エネルギー量子化係数の符号化モードを、無限無損失符号化アルゴリズムを使用する第１無損失符号化モードに決定することができる。一方、全ての周波数バンドで、特定ビットで表現される場合、エネルギー量子化係数の符号化モードを、無限無損失符号化アルゴリズムを使用する第１無損失符号化モードと、有限無損失符号化アルゴリズムを使用する第２無損失符号化モードとのうち一つに決定することができる。具体的には、現在フレームで、全てのバンドに対して、上位ビットの量子化係数を、第２無損失符号化モードの複数個のモードで符号化し、符号化の結果、使用された最も少ないビットと、第１無損失符号化モードの遂行結果、使用されたビットとを比較し、比較結果により、さらに第１無損失符号化モード及び第２無損失符号化モードのうち一つに決定することができる。モード決定結果に対応し、エネルギー量子化係数の符号化モードを示す１ビットの第１付加情報Ｄ０が生成され、ビットストリームに含まれもする。モード決定部３１０は、符号化モードが、第２無損失符号化モードに決定された場合、Ｎビットのエネルギー量子化係数に対して、Ｎ０ビットの上位ビットと、Ｎ１ビットの下位ビットとに分離し、第２無損失符号化部３５０に提供することができる。ここで、Ｎ０は、Ｎ−Ｎ１であり、Ｎ１は、Ｎ−Ｎ０と示すことができる。一実施形態によれば、Ｎは６、Ｎ０は５、Ｎ１は１と設定することができる。
第１無損失符号化部３３０は、エネルギー量子化係数に対して、ＦＰＣを行うことができる。ＦＰＣは、デルタコーディングが適用される場合、周波数バンド間エネルギー量子化係数の差値を、符号と絶対値とに分離し、符号は、絶対値が０ではない場合に伝送し、絶対値は、パルスをスタックしたと表現し、各周波数バンド別にいくつのパルスがスタックされるかということを表現して伝送することができる。
第２無損失符号化部３５０は、エネルギー量子化係数に対して、上位ビットと下位ビットとに分離し、上位ビットについては、ハフマン符号化方式あるいはビットパッキング方式を適用し、下位ビットについては、ビットパッキング方式を適用し、無損失符号化を行うことができる。
具体的には、上位ビット符号化部３５１は、Ｎ０ビットで表現される上位ビットデータに対して、２Ｎ０個のシンボルを構成し、ハフマン符号化方式あるいはビットパッキング方式のうち少ないビットが必要となる方式で符号化することができる。上位ビット符号化部３５１は、Ｍ種類の符号化モードを有し、具体的には、（Ｍ−１）個のハフマン符号化モードと、１個のビットパッキングモードとを有することができる。例えば、Ｍが４である場合、上位ビットの符号化モードを示す２ビットの第２付加情報Ｄ１が生成され、第１付加情報Ｄ０と共にビットストリームに含まれる。
一方、下位ビット符号化部３５３は、Ｎ１ビットで表現される下位ビットデータに対して、ビットパッキング方式を適用して符号化を行うことができる。１つのフレームがＮｂ個の周波数バンドからなる場合、全体Ｎ１×Ｎｂ個のビットを使用して、下位ビットデータを符号化することができる。
図４は、図３に図示された第２無損失符号化部の細部的な構成を示したブロック図である。図４に図示された第２無損失符号化部４００は、上位ビット符号化部４１０と、第２ビットパッキング部４３０とから構成される。上位ビット符号化部４１０は、複数個、例えば、第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５、並びに第１ビットパッキング部４１７を含んでもよい。ここで、多様なハフマン符号化方式により、例えば、第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５により構成されているが、それらに限定されるものではなく、符号化許容ビット数を考慮して設計変更されもする。
図４において、第２無損失符号化部４００は、１つのフレームに存在する全ての周波数バンドに対して、デルタコーディングが使用される場合、現在周波数バンドと以前周波数バンドとのエネルギー量子化係数の差値が、特定ビット、例えば、６ビットで表現されてこそ動作される。例えば、最初の周波数バンドのエネルギー量子化係数の差値が６ビットで表現することができる６４種に属さない場合には、第１無損失符号化部３３０（図３）を介して、無損失符号化が行われる。
上位ビット符号化部４１０は、第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５、並びに第１ビットパッキング部４１７のうち、モード決定部３１０（図３）ですでに決定された最小ビットのハフマンモードを、そのまま各バンドの上位ビット符号化に適用することができる。それによれば、１フレームの全ての帯域に対して、同一の無損失符号化モードが適用され、従って、エネルギーに係わる無損失符号化モードと係わり、例えば、同一のビット値が、各フレームのヘッダに含まれる。
ここで、第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５は、コンテクストを使用したり、あるいは使用せずに、ハフマン符号化を行うことができる。例えば、第１ハフマン符号化部４１１は、コンテクストを使用せずにハフマン符号化を行うことにより、具現することができる。第２ハフマン符号化部４１３は、コンテクストを使用して、ハフマン符号化を行うことにより、具現することができる。コンテクストを使用する場合、一実施形態によれば、現在周波数バンドの量子化デルタ値をハフマン符号化するにあたり、以前周波数バンドの量子化デルタ値をコンテクストとして活用することができる。他の実施形態によれば、以前周波数バンドの量子化デルタ値のうち上位ビット、例えば、５ビットで表現された値を、コンテクストとして活用することができる。第３ハフマン符号化部４１５は、コンテクストを使用しないが、第１ハフマン符号化部４１１と比較し、さらに少ない個数のシンボルでもってハフマンテーブルを構成することができる。第１ビットパッキング部４１７は、上位ビットデータをそのまま符号化し、例えば、５ビットデータを出力することができる。
一方、上位ビット符号化部４１０において、第１無損失符号化モードあるいは第２無損失符号化モードの決定段階で決定された上位ビットの符号化モードと係わりなく、比較部（図示せず）をさらに含み、上位ビットデータに対して、第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５、並びに第１ビットパッキング部４１７による符号化結果を比較し、最も少ないビットが必要となった符号化モードを選択して出力することができる。１フレームの全ての帯域に対して、第２無損失符号化モードが適用される一方、上位ビット符号化には、互いに異なるハフマン符号化モードが適用される。
図５は、本発明の一実施形態によるエネルギー無損失符号化方法について説明するフローチャートであり、少なくとも１つのプロセシング・デバイスによって遂行される。また、図５のエネルギー無損失符号化方法は、フレーム単位で動作される。説明の便宜上、Ｍ＝４、すなわち、上位ビットデータのハフマン符号化モードが４種である場合を例として挙げる。４種は、図４に図示された第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５、並びに第１ビットパッキング部４１７によって得られるものを例として挙げる。
図５において、５１０段階では、入力されるエネルギー量子化係数に対して、無限無損失符号化アルゴリズムであるＦＰＣを遂行し、ＦＰＣで使用されたビット（ebits）を計算することができる。５１０段階は、後述する５８０段階以前に遂行されてもよい。
５２０段階では、エネルギー無損失符号化のために入力されるエネルギー量子化係数の差値を確認し、第１無損失符号化モードあるいは第２無損失符号化モードのうち一つを選択することができる。すなわち、１つのフレームをなす全ての周波数バンドに対して、エネルギー量子化係数の差値が特定ビットで表現される場合、第２無損失符号化モードであるハフマン符号化方式を選択することができる。一方、１つのフレームをなす少なくとも１つの周波数バンドで、エネルギー量子化係数の差値が、特定ビットで表現されない場合、第１無損失符号化モードであるＦＰＣ方式を選択することができる。すなわち、ハフマン符号化が可能ではないと判断された場合、５８０段階では、当該フレームに対して、ＦＰＣで使用されたビット（ebits）に、エネルギー量子化係数の無損失符号化モードを示す第１付加情報に該当する１ビットを追加し、第１無損失符号化結果を生成することができる。
５３０段階では、ハフマン符号化が可能であると判断された場合、上位ビットデータに対して、Ｍ種のハフマン符号化モードを遂行し、各符号化モードに対して使用されたビットｈ０bitsないしｈ（Ｍ−１）bitsを計算することができる。ここで、ｈ０bitsは、第１ハフマン符号化モードを適用した場合に使用されたビットであり、ｈ（Ｍ−１）bitsは、第Ｍハフマン符号化モードを適用した場合に使用されたビットを意味する。
５４０段階では、ｈ０bitsないしｈ（Ｍ−１）bitsを比較し、最小ビットを選択し、選択された符号化モードを示す第２付加情報を表現する２ビットを付加し、上位ビットに対する無損失符号化ビット（ｈbits）を計算することができる。
５５０段階では、上位ビットの無損失符号化に使用されたビット（ｈbits）に、下位ビットの無損失符号化に使用されたビット（ｌbits）を加え、全体ビットのハフマン符号化に使用されたビット（ｔbits）を計算することができる。ここで、下位ビットが１ビットであり、１つのフレームをなす周波数バンドが２０個である場合、ｌbitsは、２０ビットである。
５６０段階では、５５０段階で計算された全体ビットのハフマン符号化に使用されたビット（ｔbits）と、５１０段階で計算されたＦＰＣで使用されたビット（ebits）とを比較し、すなわち、ハフマン符号化で使用されたビット（ｔbits）が、ＦＰＣで使用されたビット（ebits）より小さい場合、上位ビットに対して、第２無損失符号化、すなわち、ハフマン符号化を行うと判断することができる。
５７０段階では、５６０段階で、上位ビットに対して、第２無損失符号化、すなわち、ハフマン符号化を行うと判断された場合、ハフマン符号化で使用されたビット（ｔbits）に、エネルギー量子化係数の無損失符号化モードを示す第１付加情報に該当する１ビットを追加し、第２無損失符号化結果を生成することができる。
５８０段階では、５２０段階で、エネルギー量子化係数に対して、ハフマン符号化が可能ではないと判断されるか、あるいは５６０段階で、上位ビットに対して、第１無損失符号化、すなわち、ＦＰＣを行うと判断された場合、ＦＰＣで使用されたビット（ebits）に、エネルギー量子化係数の無損失符号化モードを示す第１付加情報に該当する１ビットを追加し、第１無損失符号化結果を生成することができる。
図６は、本発明の一実施形態によるエネルギー無損失復号化装置の構成を示したブロック図である。図６に図示されたエネルギー無損失復号化装置６００は、モード判断部６１０、第１無損失復号化部６３０及び第２無損失復号化部６５０を含んでもよい。第２無損失復号化部６５０は、上位ビット復号化部６５１と、下位ビット復号化部６５３とを含んでもよい。各構成要素は、少なくとも一つ以上のモジュールに一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。
図６において、モード判断部６１０は、ビットストリームをパージングし、第１付加情報Ｄ０及び第２付加情報Ｄ１から、エネルギーデータと、上位ビットデータの無損失符号化モードとを判断することができる。まず、第１付加情報Ｄ０をチェックし、第１無損失符号化モードである場合、エネルギーデータを第１無損失復号化部６１０に、第２無損失符号化モードである場合、エネルギーデータを第２無損失復号化部６３０に提供することができる。
第１無損失復号化部６３０は、モード判断部６１０から提供されたエネルギーデータに対して、ＦＰＣを利用して、無損失復号化を行うことができる。
第２無損失復号化部６５０において、上位ビット復号化部６５１は、モード判断部６１０から提供されたエネルギーデータの上位ビットデータに対して、第２付加情報Ｄ１をチェックし、無損失復号化を行うことができる。下位ビット復号化部６５３は、モード判断部６１０から提供されたエネルギーデータの下位ビットデータに対して、無損失復号化を行うことができる。
図７は、図６に図示された第２無損失復号化部の細部的な構成を示したブロック図である。図７に図示された第２無損失復号化部７００は、上位ビット復号化部７１０と、第２ビットアンパッキング部７３０とから構成される。上位ビット復号化部７１０は、複数個、例えば、第１ハフマン復号化部７１１、第２ハフマン復号化部７１３及び第３ハフマン復号化部７１５、並びに第１ビットアンパッキング部７１７を含んでもよい。ここで、第１ハフマン復号化部７１１、第２ハフマン復号化部７１３及び第３ハフマン復号化部７１５、並びに第１ビットアンパッキング部７１７は、図４の第１ハフマン符号化部４１１、第２ハフマン符号化部４１３及び第３ハフマン符号化部４１５、並びに第１ビットパッキング部４１７に対応して具現される。
図７において、上位ビット復号化部７１０の第１ハフマン復号化部７１１、第２ハフマン復号化部７１３及び第３ハフマン復号化部７１５、並びに第１ビットアンパッキング部７１７は、第２付加情報Ｄ１により、モード判断部６１０から提供されたエネルギーデータの上位ビットデータを入力され、無損失復号化を行うことができる。例えば、Ｄ１＝００である場合、上位ビットデータは、第１ハフマン復号化部７１１に、Ｄ１＝０１である場合、上位ビットデータは、第２ハフマン復号化部７１３に、Ｄ１＝１０である場合、上位ビットデータは、第３ハフマン復号化部７１１に提供され、ハフマンテーブルを利用した無損失復号化が行われる。一方、Ｄ１＝１１である場合、上位ビットデータは第、１ビットアンパッキング部７１７に提供され、ビットアンパッキングが行われる。
第２ビットアンパッキング部７１９は、エネルギーデータの下位ビットデータを入力され、ビットアンパッキングを行うことができる。
図８は、有限範囲、すなわち、特定ビットで表現されるエネルギー量子化係数について説明する図面であり、Ｎは６、Ｎ０は５、Ｎ１は１の場合を例として挙げたものである。図８を参照すれば、上位５ビットは、ハフマン符号化方式で、下位１ビットは、ビットパッキング方式で符号化を行うことができる。
図９は、本発明の一実施形態による、符号化モジュールを含むマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。図９に図示されたマルチメディア機器９００は、通信部９１０と、符号化モジュール９３０とを含んでもよい。また、符号化の結果として得られるオーディオ・ビットストリームの用途によって、オーディオ・ビットストリームを保存する保存部９５０をさらに含んでもよい。また、マルチメディア機器９００は、マイクロホン９７０をさらに含んでもよい。すなわち、保存部９５０と、マイクロホン９７０は、オプションとして具備される。一方、図９に図示されたマルチメディア機器９００は、任意の復号化モジュール（図示せず）、例えば、一般的な復号化機能を遂行する復号化モジュール、あるいは、本発明の一実施形態による復号化モジュールをさらに含んでもよい。ここで、符号化モジュール９３０は、マルチメディア機器９００に具備される他の構成要素（図示せず）と共に一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。
図９を参照すれば、通信部９１０は、外部から提供されるオーディオと、符号化されたビットストリームとのうち少なくとも一つを受信したり、あるいは復元されたオーディオと、符号化モジュール９３０の符号化結果として得られるオーディオ・ビットストリームとのうち少なくとも一つを送信することができる。
通信部９１０は、無線インターネット、無線イントラネット、無線電話網、無線ＬＡＮ（local area network）、Ｗｉ−Ｆｉ（wireless fidelity）、ＷＦＤ（Ｗｉ−Ｆｉ direct）、３Ｇ（３ generation）、４Ｇ（４ generation）、ブルートゥース（（登録商標）Bluetooth）、赤外線通信（ＩｒＤＡ：infrared data association）、ＲＦＩＤ（radio frequency identification）、ＵＷＢ（ultra-wideband）、ジグビー（ZigBee）、ＮＦＣ（near field communication）のような無線ネットワーク、または有線電話網、有線インターネットのような有線ネットワークを介して、外部のマルチメディア機器とデータを送受信することができるように構成される。
符号化モジュール９３０は、一実施形態によれば、通信部９１０あるいはマイクロホン９７０を介して提供される時間ドメインのオーディオ信号を、周波数ドメインのオーディオスペクトルに変換し、周波数ドメインのオーディオスペクトルから得られるエネルギー量子化係数の無損失符号化モードを、無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードのうち一つに決定し、無損失符号化モードの決定結果に対応し、エネルギー量子化係数を無限範囲無損失符号化モードで符号化したり、あるいは有限範囲無損失符号化モードで符号化したりすることができる。また、無損失符号化モードを決定するにあたり、デルタコーディングが適用される場合、現在フレームに含まれた全ての周波数バンドのエネルギー量子化係数差値が、所定ビットで表現されるか否かということにより、無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードのうち一つに決定することができる。一方、現在フレームに含まれた全ての周波数バンドのエネルギー量子化係数差値が、所定ビットで表現されても、エネルギー量子化係数を、無限範囲無損失符号化モードで符号化した結果と、有限範囲無損失符号化モードで符号化した結果とにより、無限範囲無損失符号化モード及び有限範囲無損失符号化モードのうち一つに決定することができる。エネルギー量子化係数に対して決定された無損失符号化モードを示す付加情報を生成することができる。ここで、無限範囲無損失符号化モードは、ＦＰＣによって遂行され、有限範囲無損失符号化モードは、ハフマン符号化によって遂行される。また、有限範囲無損失符号化モードは、エネルギー量子化係数を、上位ビットと下位ビットとで分けて符号化が行われ、上位ビットは、複数個のハフマンテーブルを使用したり、あるいはビットパッキングによって符号化が行われ、上位ビットの符号化モードを示す付加情報を生成することができる。下位ビットは、ビットパッキングによって符号化が行われる。
保存部９５０は、符号化モジュール９３０で生成される符号化されたビットストリームを保存することができる。一方、保存部９５０は、マルチメディア機器９００の運用に必要な多様なプログラムを保存することができる。
マイクロホン９７０は、ユーザあるいは外部のオーディオ信号を、符号化モジュール９３０に提供することができる。
図１０は、本発明の一実施形態による、復号化モジュールを含むマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。図１０に図示されたマルチメディア機器１０００は、通信部１０１０と、復号化モジュール１０３０とを含んでもよい。また、復号化の結果として得られる復元されたオーディオ信号の用途によって、復元されたオーディオ信号を保存する保存部１０５０をさらに含んでもよい。また、マルチメディア機器１０００は、スピーカ１０７０をさらに含んでもよい。すなわち、保存部１０５０とスピーカ１０７０は、オプションとして具備される。一方、図１０に図示されたマルチメディア機器１０００は、任意の符号化モジュール（図示せず）、例えば、一般的な符号化機能を遂行する符号化モジュール、あるいは、本発明の一実施形態による符号化モジュールをさらに含んでもよい。ここで、復号化モジュール１０３０は、マルチメディア機器１０００に具備される他の構成要素（図示せず）と共に一体化され、少なくとも１つの以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。
図１０を参照すれば、通信部１０１０は、外部から提供される符号化されたビットストリームと、オーディオ信号とのうち少なくとも一つを受信したり、あるいは復号化モジュール１０３０の復号化の結果として得られる復元されたオーディオ信号と、符号化の結果として得られるオーディオ・ビットストリームとのうち少なくとも一つを送信することができる。一方、通信部１０１０は、図９の通信部９１０と実質的に類似して具現される。
復号化モジュール１０３０は、一実施形態によれば、通信部１０１０を介して提供されるビットストリームを受信し、ビットストリームに含まれたエネルギー量子化係数の無損失符号化モードを判断し、無損失符号化モードの判断結果に対応し、エネルギー量子化係数を、無限範囲無損失復号化モードで復号化したり、有限範囲無損失復号化モードで復号化したりすることができる。無限範囲無損失復号化モードは、ＦＰＣによって遂行され、有限範囲無損失復号化モードは、ハフマン復号化によって遂行される。有限範囲無損失復号化モードは、エネルギー量子化係数を、上位ビットと下位ビットとに分けて復号化が行われ、上位ビットは、複数個のハフマンテーブルを使用したり、あるいはビットアンパッキングによって復号化が行われ、下位ビットは、ビットアンパッキングによって復号化が行われる。
保存部１０５０は、復号化モジュール１０３０で生成される復元されたオーディオ信号を保存することができる。一方、保存部１０５０は、マルチメディア機器１０００の運用に必要な多様なプログラムを保存することができる。
スピーカ１０７０は、復号化モジュール１０３０で生成される復元されたオーディオ信号を外部に出力することができる。
図１１は、本発明の一実施形態による符号化モジュールと、復号化モジュールとを含むマルチメディア機器の構成を示したブロック図である。図１１に図示されたマルチメディア機器１１００は、通信部１１１０、符号化モジュール１１２０及び復号化モジュール１１３０を含んでもよい。また、符号化の結果として得られるオーディオ・ビットストリーム、あるいは復号化の結果として得られる復元されたオーディオ信号の用途によって、オーディオ・ビットストリームあるいは復元されたオーディオ信号を保存する保存部１１４０をさらに含んでもよい。また、マルチメディア機器１１００は、マイクロホン１１５０、あるいはスピーカ１１６０をさらに含んでもよい。ここで、符号化モジュール１１２０と、復号化モジュール１１３０は、マルチメディア機器１１００に具備される他の構成要素（図示せず）と共に一体化され、少なくとも一つ以上のプロセッサ（図示せず）によって具現される。
図１１に図示された各構成要素は図９に、図示されたマルチメディア機器９００の構成要素、あるいは図１０に図示されたマルチメディア機器１０００の構成要素と重複されるので、その詳細な説明は省略する。
図９ないし図１１に図示されたマルチメディア機器９００，１０００，１１００には、電話、モバイルフォンなどを含む音声通信専用端末、ＴＶ（television）・ＭＰ３プレーヤなどを含む放送あるいは音楽の専用装置、あるいは音声通信専用端末と、放送あるいは音楽の専用装置との融合端末装置が含まれもするが、それらに限定されるものではない。また、マルチメディア機器９００，１０００，１１００は、クライアント、サーバあるいはクライアントとサーバとの間に配置される変換器として使用されもする。
なお、マルチメディア機器９００，１０００，１１００が、例えば、モバイルフォンである場合、図示されていないが、キーパッドのようなユーザ入力部；ユーザ・インターフェース、あるいはモバイルフォンで処理される情報をディスプレイするディスプレイ部；及びモバイルフォンの全般的な機能を制御するプロセッサをさらに含んでもよい。また、モバイルフォンは、撮像機能を有するカメラ部と、モバイルフォンで必要とされる機能を遂行する少なくとも一つ以上の構成要素とをさらに含んでもよい。
一方、マルチメディア機器９００，１０００，１１００が、例えば、ＴＶである場合、図示されていないが、キーパッドのようなユーザ入力部、受信された放送情報をディスプレイするディスプレイ部、及びＴＶの全般的な機能を制御するプロセッサをさらに含んでもよい。また、ＴＶは、ＴＶで必要とされる機能を遂行する少なくとも一つ以上の構成要素をさらに含んでもよい。
前記実施形態による方法は、コンピュータで実行されるプログラムでもって作成可能であり、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を利用して、前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現される。また、前述の本発明の実施形態で使用されるデータ構造、プログラム命令あるいはデータファイルは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に多様な手段を介して記録される。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取り可能なデータが保存される全ての種類の保存装置を含んでもよい。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体（magnetic media）；ＣＤ（compact disc）−ＲＯＭ（read-only memory）、ＤＶＤ（digital versatile disc）のような光記録媒体（optical media）；フロプティカルディスク（floptical disk）のような磁気・光媒体（magneto-optical media）；及びＲＯＭ、ＲＡＭ（random-access memory）、フラッシュメモリのようなプログラム命令を保存して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置；が含まれる。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを指定する信号を伝送する伝送媒体でもある。プログラム命令の例としては、コンパイラによって作われるような機械語コードだけではなく、インタープリタなどを使用して、コンピュータによって実行される高級言語コードを含んでもよい。
以上、本発明の一実施形態は、たとえ限定された実施形態と図面とによって説明されたとしても、本発明の一実施形態は、前述の実施形態に限定されるものではなく、それは本発明が属する分野で当業者であるならば、かような記載から、多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明のスコープは、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと均等であったり、あるいは等価的変形は、いずれも本発明の技術的思想の範疇に属するものである。

Claims (6)

  1. エンベロープの差分量子化インデックスが表現される範囲とビット所要量に基づき、前記差分量子化インデックスに対して第１無損失符号化方式と第２無損失符号化方式のうち一つを選択する段階と、
    前記選択された無損失符号化方式を使用して前記差分量子化インデックスを符号化する段階と、を含み、
    前記第１無損失符号化方式と第２無損失符号化方式のうち一つを選択する段階は、
    フレームの全バンドに対して少なくとも一つの差分量子化インデックスが前記範囲で表現されない場合、前記第１無損失符号化方式を選択する段階と、
    前記フレームの全バンドに対して前記差分量子化インデックスが前記範囲で表現される場合、前記第１無損失符号化方式のビット所要量より前記第２無損失符号化方式のビット所要量が大きければ、前記第１無損失符号化方式を選択し、前記第２無損失符号化方式のビット所要量より前記第１無損失符号化方式のビット所要量が大きければ、前記第２無損失符号化方式を選択する段階と、を含み、
    前記第１無損失符号化方式はハフマン符号化と係わり、前記第２無損失符号化方式はコンテクスト（context)に基づいたハフマン符号化モードを含み、
    前記第２無損失符号化方式においては、前記差分量子化インデックスを示す複数の上位ビットと少なくとも一つの下位ビットを相異なる方式で符号化する無損失符号化方法。
  2. 前記方法は、フレーム単位で遂行されることを特徴とする請求項１に記載の無損失符号化方法。
  3. 前記差分量子化インデックスは、信号のエネルギーと係わることを特徴とする請求項１に記載の無損失符号化方法。
  4. 前記第２無損失符号化方式は、複数のハフマン符号化モードを含むことを特徴とする請求項１に記載の無損失符号化方法。
  5. 前記第２無損失符号化方式においては、前記差分量子化インデックスを複数の上位ビットと少なくとも一つの下位ビットとに分け、前記複数の上位ビットは、複数個のハフマン符号化モードのうち一つを使用して符号化が行われることを特徴とする請求項１に記載の無損失符号化方法。
  6. 前記少なくとも一つの下位ビットは、ビットパッキングによって符号化が行われることを特徴とする請求項５に記載の無損失符号化方法。
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