JP6726785B2 - ビット割り当て装置 - Google Patents
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Description
ここで、1フレームにP個のサブバンドあるいはサブベクトルが存在する場合、N(p)は、サブバンドあるいはサブベクトルpのNorm値、Lpは、サブバンドあるいはサブベクトルpの長さ、すなわち、サンプルあるいはスペクトル係数の数、sp及びepは、サブバンドpの最初及び最後のサンプル、y(k)は、サンプルのサイズあるいはスペクトル係数(すなわち、エネルギー)をそれぞれ意味する。
ここで、
は、サブバンドpの量子化されたNorm値のインデックス、
は、サブバンドpの調整されたNorm値のインデックス、
は、Norm値調整のためのオフセットスペクトルをそれぞれ示す。
一方、スペクトルエネルギーを用いてマスキングしきい値を求める方法は、公知の多様な方法を使える。すなわち、マスキングしきい値は、JND(Just Noticeable Distortion)に該当する値であり、量子化ノイズがマスキングしきい値より小さい場合、知覚的なノイズが感じられない。よって、知覚的なノイズを感じられなくするのに必要な最小ビット数を、マスキングしきい値を用いて計算する。一実施形態で、各サブバンド単位で、Norm値とマスキングしきい値との比を用いてSMR(Signal−to−Mask Ratio)を計算し、SMRについて、6.025dB≒1ビットの関係を用いてマスキングしきい値を満たすビット数を予測する。ここで、予測されたビット数は、知覚的なノイズを感じられなくするのに必要な最小ビット数であるが、圧縮側面からみれば、予測されたビット数以上に使う必要がないので、サブバンド単位で許容される最大ビット数(以下、許容ビット数と略称)と見なされる。この時、各サブバンドの許容ビット数は、小数点単位で表現される。
ここで、Lは、Lagrange functionを称し、Dは、量子化歪曲、Bは、与えられたフレームで使用可能な全体ビット数、Nbは、サブバンドbのサンプル数、Lbは、サブバンドbで各サンプルに割り当てられたビット数を示す。すなわち、NbLbは、サブバンドbに割り当てられたビット数を示す。ここで、λは、最適化係数であるLagrange multiplierを示し、与えられた関数の最小値を探すためのコントロールパラメータである。
ここで、
は、入力スペクトル、
は、復号化されたスペクトルを示す。すなわち、量子化歪曲Dは、任意のフレームで入力スペクトル
及び復号化されたスペクトル
についてのMSE(Mean Square Error)と定義される。
入力スペクトル
について任意のサブバンドbの平均スペクトルエネルギーであるnorm値
は、次の数式(7)のように定義され、ログスケールで量子化されたnorm値
は、次の数式(8)のように定義され、逆量子化されたnorm値
は、次の数式(9)のように定義される。
ここで、sb及びebは、それぞれサブバンドbの最初及び最後のサンプルを示す。
は、次の数式(10)でのように、逆量子化されたnorm値
で割って正規化されたスペクトルyiを生成し、次の数式(11)のように復元された、正規化されたスペクトル
に逆量子化されたnorm値
を掛けて復号化されたスペクトル
を生成する。
前記数式(9)ないし(11)を用いて数式(6)の量子化歪曲項をまとめれば、次の数式(12)のように示す。
通常量子化歪曲と割り当てられたビット数との関係で、サンプル当たり1ビットが加えられる度にSNRが6.02dBほど増加すると定義し、これを用いて正規化されたスペクトルの量子化歪曲を定義すれば、次の数式(13)のように示す。
一方、実際オーディオコーディングに適用する場合には、1bit/sampleについて6.02dBの関係を固定せず、信号の特性によって可変されるdBスケール値Cを適用して次の数式(14)のように定義する。
ここで、Cが2である場合に6.02dB、Cが3である場合に9.03dBに該当する。
前記数式(15)で最適のLb及びλを求めるために、次の数式(16)のように、Lb及びλについてそれぞれ偏微分を行う。
前記数式(16)をまとめれば、Lbは、次の数式(17)のように示す。
前記数式(17)を用いれば、与えられたフレームで使用可能な全体ビット数Bの範囲内で、入力スペクトルのSNRを最大化させられる各サブバンドのサンプル当たり割り当てビット数Lbを推定する。
逆変換部770は、復号化されたスペクトルを時間ドメインに変換し、復元されたオーディオ信号を生成する。
を計算することで、全体的な複雑度を低減させる。
その結果、与えられたフレームに含まれた各サブバンドについて推定された割り当てビット数の総和が、与えられたフレームの使用可能なビット数Bより大きい。
ここで、
は、(k−1)番目の繰り返しによって定められるビット数、
は、k番目の繰り返しによって定められるビット数を示す。毎繰り返しで定められるビット数は、0より小さくてはならず、したがって、1640段階は、0より大きいビット数を持つサブバンドについて行われる。
ここで、2iは、i個のノン・ゼロ位置にある信号について+/−に表現可能な符号の場合の数を示す。
数式(20)で、D(m,i)は、下記の数式(22)のように示すことができ、これは、i個のノン・ゼロ位置で選択された信号をm個のサイズに表現できる場合の数を示す。
一方、N個のすべての組み合わせを表現するために必要なビット数Mは、下記の数式(23)のように示す。
結局、与えられたサブバンドbでNb個のサンプルについて最小1個のパルスを符号化するために必要な最小ビット数Lb_minは、下記の数式(24)のように示す。
この時、ファクトリアル・パルス・コーディングで必要な最小ビット数には、量子化に必要な利得値の伝送に使われるビット数が加えられ、ビット率によって可変される。各サブバンド単位の必要な最小ビット数は、下記の数式(25)のように、ファクトリアル・パルス・コーディングで必要な最小ビット数と、与えられたサブバンドのサンプル数Nbのうち大きい値と定められる。一例によれば、1ビット/サンプルで設定する。
一方、1730段階では、ターゲットビット率が小さくて使うビットが不十分な場合、割り当てビット数が0よりは大きいが最小ビット数より少ないサブバンドについては、割り当てビット数を回収して割り当てビット数を0に調整する。また、割り当てビット数が数式(24)のビット数より小さな場合に割り当てビット数を回収し、数式(24)のビット数より大きいが数式(25)の最小ビット数より少ないサブバンドについては、最小ビット数を割り当てる。
(付記1)
与えられたフレームに対して使用可能なビット数範囲内で、所定の周波数バンドに存在するスペクトルのSNRを最大化させるように、前記周波数バンド単位で割り当てビット数を小数点単位で定める段階と、
前記周波数バンド単位で定められた割り当てビット数を調整する段階と、を含むビット割り当て方法。
(付記2)
前記割り当てビット数決定段階は、前記周波数バンドのスペクトルエネルギー及び前記与えられたフレームに対して使用可能なビット数を用いて行われる付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記3)
前記割り当てビット数決定段階は、前記周波数バンドに含まれた各サンプル当たり割り当てビット数は、前記与えられたフレームに含まれたすべての周波数バンドに割り当てられるビット数の総和と、前記与えられたフレームに対して使用可能なビット数との差が最小になるように定める付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記4)
前記割り当てビット数決定段階は、下記の数式
を用いて行われる付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記5)
前記割り当てビット数調整段階は、前記周波数バンドに含まれた各サンプル当たり割り当てビット数が0より小さな場合に0を割り当てる付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記6)
前記割り当てビット数調整段階は、前記与えられたフレームに含まれた各周波数バンドについて定められた割り当てビット数の総和が、前記与えられたフレームで使用可能な全体ビット数と同一になるまで各周波数バンドについてビットを再分配する付記5に記載のビット割り当て方法。
(付記7)
前記割り当てビット数調整段階は、前記周波数バンドに必要な最小ビット数を定義し、前記周波数バンドに割り当てられたビット数が前記最小ビット数より小さな場合、前記周波数バンドに割り当てられたビット数を前記最小ビット数に制限する付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記8)
前記割り当てビット数調整段階は、前記周波数バンドに必要な最小ビット数を定義し、前記周波数バンドに割り当てられたビット数が前記最小ビット数より小さな場合、前記周波数バンドに割り当てられたビット数を0に設定する付記1に記載のビット割り当て方法。
(付記9)
前記最小ビット数は、前記周波数バンドに少なくとも一つのパルスをコーディングするのに必要なビット数を用いて定義される付記7または8に記載のビット割り当て方法。
(付記10)
前記割り当てビット数調整段階は、前記与えられたフレームに含まれた前記周波数バンドについて、前記最小ビット数を用いて調整された結果の総和と、前記与えられたフレームに対して使用可能なビット数とが同一になるまでビットを再分配する付記7または8に記載のビット割り当て方法。
(付記11)
付記1ないし10のうちいずれか一つに記載の方法を行える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。
(付記12)
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する変換部と、
前記オーディオスペクトルで与えられたフレームに含まれた周波数バンド単位で、マスキングしきい値を用いて許容ビット数を小数点単位で推定し、スペクトルエネルギーを用いて割り当てビット数を小数点単位で推定し、前記割り当てビット数が前記許容ビット数を超えないように調整するビット割り当て部と、を備えるビット割り当て装置。
(付記13)
前記ビット割り当て部は、前記周波数バンド単位で前記割り当てビット数が前記許容ビット数を超えないように制限した結果、残るビットについて前記与えられたフレームに含まれた周波数バンドのスペクトルエネルギーのサイズを基準として分配する付記12に記載のビット割り当て装置。
(付記14)
前記各周波数バンドのスペクトルエネルギーは、知覚的な重要度によって加重される付記12に記載のビット割り当て装置。
(付記15)
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する変換部と、
前記オーディオスペクトルで与えられたフレームに対して使用可能なビット数範囲内で、所定の周波数バンドに存在するスペクトルのSNRを最大化させるように前記周波数バンド単位で割り当てビット数を小数点単位で定め、前記周波数バンド単位で定められた割り当てビット数を調整するビット割り当て部と、
前記周波数バンド単位で調整されたビット数及びスペクトルエネルギーを用いて前記オーディオスペクトルを符号化する符号化部と、を備えるオーディオ符号化装置。
(付記16)
前記時間ドメインのオーディオ信号からトランジェント特性を持つ区間を検出して、時間/周波数ドメイン変換に使われるウィンドウサイズの決定に使うトランジェント検出部をさらに備える付記15に記載のオーディオ符号化装置。
(付記17)
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する変換部と、
前記オーディオスペクトルで与えられたフレームに含まれた周波数バンド単位で、マスキングしきい値を用いて許容ビット数を小数点単位で推定し、スペクトルエネルギーを用いて割り当てビット数を小数点単位で推定し、前記割り当てビット数が前記許容ビット数を超えないように調整するビット割り当て部と、
前記周波数バンド単位で調整されたビット数及びスペクトルエネルギーを用いて前記オーディオスペクトルを符号化する符号化部と、を備えるオーディオ符号化装置。
(付記18)
前記時間ドメインのオーディオ信号からトランジェント特性を持つ区間を検出して、時間/周波数ドメイン変換に使われるウィンドウサイズの決定に使うトランジェント検出部をさらに備える付記17に記載のオーディオ符号化装置。
(付記19)
与えられたフレームに対して使用可能なビット数範囲内で、各周波数バンドに存在するスペクトルのSNRを最大化させるように、前記周波数バンド単位で割り当てビット数を小数点単位で定め、前記周波数バンド単位で定められた割り当てビット数を調整するビット割り当て部と、
前記周波数バンド単位で調整されたビット数及びスペクトルエネルギーを用いてビットストリームに含まれたオーディオスペクトルを復号化する復号化部と、
前記復号化されたオーディオスペクトルを時間ドメインのオーディオ信号に変換する逆変換部と、を備えるオーディオ復号化装置。
(付記20)
前記ビットストリームに含まれるトランジェントシグナリング情報に基づいて、前記逆変換部で使われるウィンドウサイズを設定する付記19に記載のオーディオ復号化装置。
(付記21)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分のエネルギーを、ノイズレベルを用いて調節する付記19に記載のオーディオ復号化装置。
(付記22)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分のエネルギーとスペクトルエネルギーとの比を用いてノイズ成分のエネルギーを調節する付記19に記載のオーディオ復号化装置。
(付記23)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分の平均エネルギーが1になるように調節する付記19に記載のオーディオ復号化装置。
(付記24)
与えられたフレームに含まれた周波数バンド単位で、マスキングしきい値を用いて許容ビット数を小数点単位で推定し、スペクトルエネルギーを用いて割り当てビット数を小数点単位で推定し、前記割り当てビット数が前記許容ビット数を超えないように調整するビット割り当て部と、
前記周波数バンド単位で調整されたビット数及びスペクトルエネルギーを用いてビットストリームに含まれたオーディオスペクトルを復号化する復号化部と、
前記復号化されたオーディオスペクトルを時間ドメインのオーディオ信号に変換する逆変換部と、を備えるオーディオ復号化装置。
(付記25)
前記ビットストリームに含まれるトランジェントシグナリング情報に基づいて、前記逆変換部で使われるウィンドウサイズを設定する付記24に記載のオーディオ復号化装置。
(付記26)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分のエネルギーをノイズレベルを用いて調節する付記24に記載のオーディオ復号化装置。
(付記27)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分のエネルギーとスペクトルエネルギーとの比を用いてノイズ成分のエネルギーを調節する付記24に記載のオーディオ復号化装置。
(付記28)
前記復号化部は、0に符号化された部分を含む周波数バンドについてノイズ成分を生成し、前記ノイズ成分の平均エネルギーが1になるように調節する付記24に記載のオーディオ復号化装置。
Claims (2)
- 少なくとも一つのプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
フレームの使用可能なビット数を考慮して、前記フレーム内の各サブバンドに割り当てられるビット数を初期的に小数点単位で推定し、
前記推定されたビット数が0より小さいサブバンドのビット数を0に設定し、
前記各サブバンドに割り当てられるビット数を最終的に決定するために、前記フレーム内の各サブバンドに割り当てられるビット数の合計が前記使用可能なビット数と同じになるまで、前記各サブバンドに割り当てられるビット数を0でないビット数を有するサブバンドに再分配し、
前記各サブバンドに割り当てられるビット数を最終的に決定するために、前記フレーム内のサブバンドのうち、第1最小値より小さいビット数が割り当てられたサブバンドのビット数を0に設定し、前記フレーム内のサブバンドのうち、第1最小値以上でありながら、第2最小値より小さいビット数が割り当てられたサブバンドのビット数を第2最小値に設定するビット割り当て装置。 - 前記プロセッサは、各サブバンドのスペクトルエネルギーに基づいて行われる請求項1に記載のビット割り当て装置。
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