JPH09232966A - 音声信号処理回路 - Google Patents
音声信号処理回路Info
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- JPH09232966A JPH09232966A JP8041150A JP4115096A JPH09232966A JP H09232966 A JPH09232966 A JP H09232966A JP 8041150 A JP8041150 A JP 8041150A JP 4115096 A JP4115096 A JP 4115096A JP H09232966 A JPH09232966 A JP H09232966A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/66—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission
- H04B1/667—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission using a division in frequency subbands
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
ァを小型化するとともに、経済化する音声信号処理回路
を提供することにある。 【解決手段】入力バッファ2が要求信号4,7によりビ
ットストリーム5又は8を出力すると、同期検出器3で
同期位置を検出するとともに、符号分解処理器6はビッ
トストリーム8よりヘッダからサンプルまでの各要素に
分解し、アンパックメモリ9に出力する。信号処理器1
0はこのアンパックメモリ9の値に基いて所定の演算を
行い、最終的なPCM信号11を出力する。一方、検出
器3の出力12により、計数器16が一定時間を計数し
て動作再開信号18を出力すると、タイミング制御器1
3は符号分解処理器6と信号処理器10の動作タイミン
グを一定間隔で交互に動作させるように制御する。
Description
関し、特に情報量を圧縮した音声信号の伸長処理回路に
関する。
ては、いわゆるMPEG/Audio方式と呼ばれて標
準化されているディジタル・オーディオ信号の圧縮伸長
方式がある。この標準圧縮伸長方式においては、ヘッダ
などの付加情報および複数のサンプル部からなるととも
に、情報量を圧縮した音声信号(ビットストリーム)の
伸長を行う標準圧縮伸長方式が規定されている。
は、数種類の方式があるが、ここではそのうちの1つ、
レイヤ1方式について説明する。
タル・オーディオ信号を32個の周波数帯域に分割する
フィルタを設け、そのフィルタ出力の量子化ビット数を
前記ディジタル・オーディオ信号にしたがって適宜変化
させることにより、情報量の圧縮を行っている。
るビット数は、ビットレートやサンプリング周波数の数
値から、つぎの(1)式により決定される。
この場合の1フレームのビット数は、5376ビットに
なる。
1フレームの構成図である。図5に示すように、上述し
たレイヤ1方式の1フレームの構造は、ヘッダ情報,C
RC(Cyclic Redundancy Chec
k)符号,ビット割当指標,スケールファクタ指標から
なる付加情報と、第1乃至第12サンプル情報および補
助データとから構成されている。この付加情報における
ヘッダ情報は、常に32ビットであり、またビット割当
指標は、前記周波数帯域毎に4ビット必要であり、1チ
ャンネル当たり128ビット、2チャンネルで256ビ
ットである。
素のビット数は圧縮するオーディオ信号の特性により増
減するものとする。また、ヘッダにはCRC符号の有無
を示すビットが含まれており、しかもCRC符号有りの
ときは、さらに16ビットが必要になる。スケールファ
クタ指標は、前記周波数帯域毎のビット割当が0でない
場合には、周波数帯域毎に6ビット必要になる。一方、
サンプルは各帯域のビット割当指標が0でないときに、
各帯域毎にビット割当指標が示すビット数の12倍のビ
ット数が必要になる。これは、1フレームには各帯域毎
に時間軸方向に12サンプル含まれるためである。した
がって、1フレームの総ビット数から上述の使用したビ
ット数を減じた残りが補助データのビット数になる。通
常、この補助データは、なるべく少なくなるように、圧
縮を行われるため、そのビット数は無視できる値であ
る。
ムが構成されているため、12分割された最初のサンプ
ル、すなわち第1サンプルの音声を出力するためには、
ヘッダからスケールファクタ指標までの付加情報と第1
サンプルとを合わせたビット数を単位時間当たりに処理
しなければならない。しかし、2番目以降のサンプルで
は、サンプルの1/12のビット数を単位時間当たりに
処理するだけでよい。このため、フレームの先頭のサン
プルでは、単位時間当たりに処理するビット数が多くな
るといった偏りが発生している。
図である。図6に示すように、従来の音声信号処理回路
は、ビットストリーム1を入力する入力バッファ2a
と、この入力バッファ2aからのビットストリームより
同期位置を検出する同期検出器3と、入力バッファ2a
からのビットストリームより1フレームのヘッダなどの
各要素に分解する符号分解処理器19と、この処理器1
9での分解符号を記憶するアンパックメモリ9と、同期
検出器3や符号分解処理器19の出力に基いて符号分解
処理器19およびアンパックメモリ9の出力よりPCM
信号11を出力するための信号処理器10を制御するタ
イミング制御器20とを備えている。
ファ2aは、ビットストリーム1を一時的に蓄え、要求
信号4または要求信号7により、それぞれビットストリ
ーム5またはビットストリーム8を出力する。同期検出
器3は、ビットストリーム5より同期位置を検出して同
期検出信号12を出力し、また符号分解処理器19は、
ビットストリーム8をヘッダからサンプルまでの各要素
に分解し、アンパックメモリ9に出力する。また、信号
処理器10はアンパックメモリ9の値に基いて所定の演
算を行い、PCM信号11に変換するとともに、一定間
隔で出力する。さらに、タイミング制御器20は信号処
理器10と符号分解処理器19のアンパックメモリ9に
対するアクセスを一定間隔で交互に動作するように制御
するものであり、同期検出信号12や符号分解処理終了
信号22に基いて制御信号15や制御信号21を出力す
る。
めの各種信号のタイミング図である。図7に示すよう
に、ビットストリーム1が一定の周波数で入力される
と、同期検出器3から入力バッファ2aに対して要求信
号4が出力される。入力バッファ2aは要求信号4によ
りビットストリーム5を出力するので、同期検出器3は
それに基いて同期位置を検出し、符号分解処理器19お
よびタイミング制御器20に対する同期検出信号12を
出力するとともに、要求信号4の出力を停止させる。ま
た、符号分解処理器19は同期検出信号12により要求
信号7を入力バッファ2aに出力する。これにより、入
力バッファ2aはビットストリーム8を出力するので、
符号分解処理器19は付加情報と第1のサンプルとを分
解し、アンパックメモリ9に出力する一方、符号分解処
理終了信号22を出力して符号分解処理を停止するとと
もに、要求信号7を停止させる。
レーム(第1フレーム)の第1サンプルの場合のみ符号
分解処理終了信号22に基いて信号処理器10に対して
の制御信号15を出力する。この制御信号15により、
信号処理器10は信号処理を開始する。以降、タイミン
グ制御器20は、符号分解処理器19と信号処理器10
との動作が交互に且つ一定間隔で繰り返されるように、
制御信号15と制御信号21とを出力し、第12サンプ
ルまでの制御を行う。
ンプルまでの処理が終了すると、補助データを入力バッ
ファ2aより次フレームの先頭まで読み出す。
第2フレーム以降も同様にこれらの繰り返しで処理され
る。
処理開始時刻の状態を説明する。
処理開始時点からサンプリング周波数32kHzの場合
の1フレーム期間である12mS後までに、入力バッフ
ァ2aに入力されるビット数は1フレームのビット数で
ある5376ビットである。この時点で、入力バッファ
2aに蓄積されているビット数は、第1フレームの付加
情報と第1サンプルのビット数の和から第2フレームの
付加情報と第1サンプルのビット数の和を減じたビット
数である。
サンプルのビット数の和が第1フレームの付加情報と第
1サンプルのビット数の和よりも多いとき、符号分解処
理器19の処理期間中には、符号分解処理に必要なビッ
トストリームが入力バッファ2aに入力されないため、
符号分解処理器19のアンパックメモリ9への出力処理
は終了しない。したがって、このまま処理を続けると、
信号処理器10はアンパックメモリ9から読み出すデー
タが不十分なために、異常音を出力してしまう。
せないために、同期検出信号12の出力後に一定時間以
上、第1フレームの符号分解処理または信号処理の開始
を待ち、入力バッファ2aにビットストリームを十分に
蓄えることにより、第2フレームの付加情報と第1サン
プルのビット数の和が第1フレームの付加情報と第1サ
ンプルのビット数の和よりも少なくならないようにする
必要がある。ただし、この待ち時間が長くなればなる
程、入力バッファ2aの容量が大きくなる。
は種々の条件により異なるので、つまるところ、最低の
待ち時間として1フレーム分のビットストリームを蓄え
なければならない。すなわち、上述したレイヤ1方式で
1フレームの最大ビット数である5376ビットが入力
バッファ2aのビット数として最低限必要になる。
号処理回路は、ビットストリームを蓄えるにあたり、1
フレーム以上のビット数を一時的に蓄える入力バッファ
を必要とするため、処理回路としても大きく且つ高価に
なるという欠点がある。
を一時的に蓄える入力バッファを小型化するとともに、
経済化する音声信号処理回路を提供することにある。
路は、一定の速さで入力され、ヘッダなどの付加情報お
よび複数のサンプル部により形成される情報量を圧縮し
た音声信号としてのビットストリームの伸長を行う音声
信号処理回路において、入力された前記ビットストリー
ムを一時的に蓄積する入力バッファと、前記入力バッフ
ァを介して得られた前記ビットストリームから同期位置
を検出したときに同期検出信号を出力する同期検出器
と、前記同期検出器からの前記同期検出信号により前記
ビットストリームをヘッダからサンプルまでの要素に分
解した後に一旦停止する符号分解処理器と、前記符号分
解処理器で分解された要素毎に記憶させるアンパックメ
モリと、前記アンパックメモリから出力された前記ヘッ
ダからサンプルまでの要素に対して所定の演算を行う信
号処理器と、前記同期検出器からの前記同期検出信号を
受信した後の所定時間を計数し、動作再開信号を出力す
る計数器と、前記計数器からの前記動作再開信号に基い
て前記符号分解処理器および前記信号処理器の動作タイ
ミングを制御するタイミング制御器とを有し、前記タイ
ミング制御器は前記動作再開信号を受信すると、一旦停
止した前記符号分解処理器および前記信号処理器の動作
を再開するように構成される。
前記計数器は、前記ビットストリームにおける第1のフ
レームの同期位置を検出してから、前記付加情報および
前記複数のサンプル部のうちの第1のサンプル部を形成
するビット数の和の最大値のビット数が入力されるまで
の時間を前記所定の時間として計数するように構成され
る。
前記タイミング制御器は、前記ビットストリームにおけ
る第1のフレームの同期が確立してから、前記付加情報
および前記複数のサンプル部のうちの第1のサンプル部
を形成するビット数の和の最大値のビット数が入力され
るまでの時間を経過した後、前記符号分解処理器および
前記信号処理器に対して、前記第1のサンプル部の信号
処理を実行する制御を行うように構成される。
図面を参照して説明する。
めの音声信号処理回路図である。図1に示すように、本
実施の形態における音声信号処理回路は、一定の速さで
入力され、ヘッダなどの付加情報および複数のサンプル
部により形成される情報量を圧縮した音声信号としての
ビットストリーム1の伸長を行うにあたり、入力された
ビットストリーム1を一時的に蓄積する入力バッファ2
と、要求信号4に基いて入力バッファ2からのビットス
トリーム5より同期位置を検出したときに同期検出信号
12を出力する同期検出器3と、この同期検出器3から
の同期検出信号12により要求信号7を出力して入力バ
ッファ2からのビットストリーム8を入力し、ヘッダか
らサンプルまでの要素毎に分解する符号分解処理器6
と、この符号分解処理器6で分解された要素毎に記憶さ
せるアンパックメモリ9と、このアンパックメモリ9か
ら出力されたヘッダからサンプルまでの要素に対して所
定の演算を行ってPCM信号11を出力する信号処理器
10と、同期検出器3からの同期検出信号12を受信し
た後の所定時間を計数し、動作再開信号18を出力する
計数器16と、この計数器16からの動作再開信号18
に基いて符号分解処理器6および信号処理器10の動作
タイミングをそれぞれ制御信号21,制御信号15で制
御するタイミング制御器13とを有する。この実施の形
態では、符号分解処理器6がサンプル分解処理を終了す
ると、自動的に一旦停止し、しかる後タイミング制御器
13が動作再開信号18を受信すると、一旦停止した符
号分解処理器6および信号処理器10の動作を再開する
ことにある。また、本実施の形態でも、符号分解処理器
6においては、従来例同様、補助データを読み飛ばして
いる。要するに、タイミング制御器13は符号分解処理
器6および信号処理器10の動作タイミングを一定間隔
で交互に動作するように制御する。
めの各種信号のタイミング図である。図2に示すよう
に、本実施の形態における同期検出器3が最初に入力バ
ッファ2に対して要求信号4を出力すると、入力バッフ
ァ2は要求信号4によってビットストリーム5を出力す
る。このため、同期検出器3はビットストリーム5の同
期位置を検出し、同期検出信号12を出力するととも
に、要求信号4の出力を停止する。ついで、符号分解処
理器6は同期検出信号12を受信すると、入力バッファ
2への要求信号7を出力する。入力バッファ2では、こ
の要求信号7を受信すると、ビットストリーム1を一時
記憶していたものをビットストリーム8として出力す
る。このビットストリーム8を受信すると、符号分解処
理器6は付加情報と第1のサンプルを分解し、これらを
アンサバックメモリ9に出力することにより、符号分解
の処理を停止する。
12により計数処理を開始し、一定時間を計数したと
き、すなわち符号分解処理器6の符号分解処理の停止時
点で動作再開信号18を出力する。これにより、タイミ
ング制御器13はまず制御信号15を出力して信号処理
器10の処理を開始させる。しかる後、タイミング制御
器13は制御信号21を出力して符号分解処理器6の動
作を再開させ、以降符号分解処理器6と信号処理器10
の動作が交互に一定間隔で繰り返えすように、制御信号
15および制御信号21を出力する。なお、本実施の形
態では、説明を簡略化するために、かかる一定間隔の比
を1対1とする。
ルまでの処理を終了すると、入力バッファ2に記憶して
いた補助データとともに、次フレームの先頭までのデー
タを読み出す。
時間は、付加情報と第1サンプルのビット数の和の最大
値のビット数を入力するのに等しい時間である。
のは、2chモードで、32サブバンド全てにサンプル
が割り当てられており、さらにCRC符号ありの場合
(以下、最大条件と称す)である。すなわち、ヘッダに
は32ビット、CRC符号には16ビットが必要にな
る。また、ビット割り当て指標は1サブバンド当たり4
ビットであるので256ビット、スケールファクタ指標
は1サブバンド当たり6ビットであるので384ビット
がそれぞれ必要になる。したがって、合計では688ビ
ットとなる。それ故、前述した(1)式にサンプリング
周波数32kHz、ビットレート448kbpsを代入
して得られる1フレームのビット数は、5376ビット
であるので、この条件での各サンプルのビット数は、次
の(2)式のとおりである。
と第1サンプルの合計ビット数は、つぎの(3)式のよ
うになる。
ぎの(4)式で表わすことができる。
トリームを入力するのに要する時間は、つぎの(5)式
より、2.40625mSとなる。
から、2.40625mS後に動作再開信号18を出力
することになる。
ローやアンダーフローが発生しないための入力バッファ
2のビット数(最大条件)を図3を参照して説明する。
ルの合計ビット数の最大条件のときのビット数特性図で
ある。図3に示すように、A点は第1フレームの第1サ
ンプル部の符号分解処理終了時点、B点は符号分解処理
開始時点、C点は第1サンプルの符号分解処理終了の時
点、D点は第12サンプルの符号分解処理終了の時点、
またE点は第2フレームの符号分解処理開始時点、F点
は第2フレームの第1サンプル部の符号分解処理終了時
点である。この最大条件のとき、すなわちオーバーフロ
ーやアンダーフローを発生させないときの入力バッファ
2に蓄積されるビット数の変化についてみると、1サン
プル期間〔=(1/12)フレーム〕に入力されるビッ
ト数は、つぎの(6)式で表される。
に入力されるビット数は、符号分解処理器6と信号処理
器10の処理時間の比が、前述したように、1対1であ
るため、つぎの(7)式で表わされる。
後のC点とに、入力バッファ2へ蓄積されている最大ビ
ット数は、つぎの(8)式で表わされる。
理終了時であるD点には、この11倍のビット数が入力
バッファ2に蓄積され、その後8ビットの補助データの
読み出し処理が行われるため、入力バッファ2に蓄積さ
れているビット数は、つぎの(9)式のとおりになる。
時点であるE点までに入力されるビット数は、前述した
(7)式より、224ビットであるため、この時点での
入力バッファ2に蓄積されているビット数は、つぎの
(10)式で表わされる。
開始されると、フレームの先頭に付加情報があるため、
このサンプル期間に符号分解処理器6が処理するビット
数は入力バッファ2に入力されるビット数よりも多くな
り、入力バッファ2に蓄積されているビット数は0に近
づく。また、付加情報と第1サンプルのビット数の合計
の最大値は、前述した(3)式より、1078ビットで
あるが、E点でのビット数と、第2フレームの第1サン
プルの符号分解処理終了時点であるF点までに入力され
る224ビットとの合計ビット数は、つぎの(11)式
であるので、入力バッファ2がアンダーフローすること
はない。
バッファ2に蓄積されるビット数の最大値となる。
に蓄積されるビット数が最大になるのは、付加情報と第
1サンプルの合計ビット数が最小になる場合である(以
下、最小条件と称す)。この最小条件での入力バッファ
2のビット数の変化を図4を参照して説明する。
ルの合計ビット数の最小条件のときのビット数特性図で
ある。図4に示すように、A点は動作再開信号出力時
点、B点乃至F点は、前述した図3におけるB点乃至F
点と同様である。この最小条件のとき、すなわち付加情
報とサンプルのビット数の合計が最小になるのは、付加
情報のビット数が最小になるときである。仮に、付加情
報のビット数を0にしたとすると、1つのサンプルのビ
ット数は1フレームの1/12のビット数になる。この
ため、付加情報と第1サンプルの合計ビット数が1フレ
ームの1/12以下になることはない。よって、付加情
報と第1サンプルのビット数の合計の最小ビット数は、
つぎの(12)式で表わされる。
るまでに入力されるビット数は、(3)式より1078
ビットであるので、動作再開信号18が出力される時
点、すなわちA点までに蓄積されるビット数は、つぎの
(13)式のようになる。
に入力されるビット数は、前述した(7)式より224
ビットであるので、B点で蓄積されているビット数は、
(14)式に示すように、854ビットになる。
れるビット数は、前述した(6)式のとおり、448ビ
ットであるが、符号分解処理器6が処理するサンプルの
ビット数も前述した(12)式より448ビットである
ので、最小条件における1サンプル期間後に入力バッフ
ァ2へ蓄積されているビット数は変わらない。このた
め、第1フレームの第12サンプルの符号分解処理終了
時点であるD点では、入力バッファ2のビット数が63
0ビットになる。
号分解処理開始時点Eまでに入力されるビット数は、前
述した(7)式より224ビットであるので、この時点
で入力バッファ2に蓄積されているビット数は、つぎの
(15)式に示すように、854ビットになる。
始されると、フレームの先頭に付加情報があるため、こ
のサンプル期間に符号分解処理器6が処理するビット数
は入力バッファ2に入力されるビット数よりも多くな
り、入力バッファ2に蓄積されているビット数は0に近
づく。しかし、E点でのビット数と第2フレームの第1
サンプルの符号分解処理終了時点Fまでに入力される2
24ビットの合計が、つぎの(16)式で表わされると
おりであるので、入力バッファ2がアンダーフローする
ことはない。
バッファ2の容量が854ビットあれば、オーバーフロ
ーしたり、アンダーフローしたりすることはない。この
ため、入力バッファ2の容量は、従来例で最低限必要と
した5376ビットと比べても、約16%程度の854
ビットで問題なく動作させることができる。
処理回路は、入力されたビットストリームを一時的に蓄
積する入力バッファと、この入力バッファを介して得ら
れた前記ビットストリームから同期位置を検出したとき
に同期検出信号を出力する同期検出器と、この同期検出
器からの同期検出信号により前記ビットストリームをヘ
ッダからサンプルまでの要素に分解した後に一旦停止す
る符号分解処理器と、この符号分解処理器で分解された
要素毎に記憶させるアンパックメモリと、このアンパッ
クメモリから出力された前記ヘッダからサンプルまでの
要素に対して所定の演算を行う信号処理器と、前記同期
検出器からの同期検出信号を受信した後の所定時間を計
数し、動作再開信号を出力する計数器と、この計数器か
らの動作再開信号に基いて前記符号分解処理器および前
記信号処理器の動作タイミングを制御するタイミング制
御器とを有し、しかもこのタイミング制御器は前記動作
再開信号を受信すると、一旦停止した前記符号分解処理
器および前記信号処理器の動作を再開することにより、
ビットストリームを一時的に蓄積する入力バッファのビ
ット数を大幅に削減することができるという効果があ
る。
確立後、付加情報および第1サンプルのビット数の和の
最大値のビット数を入力する時間が経過した後、第1サ
ンプルの信号処理を行うように構成することにより、入
力バッファとして必要なビット数を従来の5376ビッ
トから854ビットに減少させることができる。
号処理回路図である。
号のタイミング図である。
ット数の最大条件のときのビット数特性図である。
ット数の最小条件のときのビット数特性図である。
の構成図である。
号のタイミング図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 一定の速さで入力され、ヘッダなどの付
加情報および複数のサンプル部により形成される情報量
を圧縮した音声信号としてのビットストリームの伸長を
行う音声信号処理回路において、入力された前記ビット
ストリームを一時的に蓄積する入力バッファと、前記入
力バッファを介して得られた前記ビットストリームから
同期位置を検出したときに同期検出信号を出力する同期
検出器と、前記同期検出器からの前記同期検出信号によ
り前記ビットストリームをヘッダからサンプルまでの要
素に分解した後に一旦停止する符号分解処理器と、前記
符号分解処理器で分解された要素毎に記憶させるアンパ
ックメモリと、前記アンパックメモリから出力された前
記ヘッダからサンプルまでの要素に対して所定の演算を
行う信号処理器と、前記同期検出器からの前記同期検出
信号を受信した後の所定時間を計数し、動作再開信号を
出力する計数器と、前記計数器からの前記動作再開信号
に基いて前記符号分解処理器および前記信号処理器の動
作タイミングを制御するタイミング制御器とを有し、前
記タイミング制御器は前記動作再開信号を受信すると、
一旦停止した前記符号分解処理器および前記信号処理器
の動作を再開することを特徴とする音声信号処理回路。 - 【請求項2】 前記計数器は、前記ビットストリームに
おける第1のフレームの同期位置を検出してから、前記
付加情報および前記複数のサンプル部のうちの第1のサ
ンプル部を形成するビット数の和の最大値のビット数が
入力されるまでの時間を前記所定の時間として計数する
請求項1記載の音声信号処理回路。 - 【請求項3】 前記タイミング制御器は、前記ビットス
トリームにおける第1のフレームの同期が確立してか
ら、前記付加情報および前記複数のサンプル部のうちの
第1のサンプル部を形成するビット数の和の最大値のビ
ット数が入力されるまでの時間を経過した後、前記符号
分解処理器および前記信号処理器に対して、前記第1の
サンプル部の信号処理を実行する制御を行う請求項1記
載の音声信号処理回路。
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