JPH11143497A - 圧縮されたテーブルを用いてサブバンドごとに量子化係数を復号化する方法 - Google Patents
圧縮されたテーブルを用いてサブバンドごとに量子化係数を復号化する方法Info
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- JPH11143497A JPH11143497A JP9307394A JP30739497A JPH11143497A JP H11143497 A JPH11143497 A JP H11143497A JP 9307394 A JP9307394 A JP 9307394A JP 30739497 A JP30739497 A JP 30739497A JP H11143497 A JPH11143497 A JP H11143497A
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Abstract
ー数を最小限にするために、MPEG1レイヤ2音声規
格において使用されるサブバンドごとの4つの量子化テ
ーブルを圧縮する独特で効率的な方法を提案することを
目的とする。 【解決手段】この方法は、入力ストリームから音声サン
プルを読み込みこの音声サンプルを逆グループ化し再量
子化するときの効率を最大限にひきだすため、圧縮され
たテーブルをどのように復号化するか、そして、そのデ
ータをどのように使用するかを説明する。この方法によ
る効率性は、MPEG1レイヤ2音声デコーダー規格に
基づくRISC/マイクロプロセッサとともに使用する
のが最適である。
Description
エンコーダーおよびデコーダーに応用される線形量子化
を実行する方法に関する。
化する場合、符号化することのできるアナログ信号の値
は、いくつかの値すなわち量子化ステップに制限され
る。効率的にディジタル符号化するために、音声サンプ
ルを表現するビット数は、その数が変化する。この音声
サンプルごとのビット数がテーブルに保存され、サブバ
ンド(subband) ごとに量子化される。
のような量子化テーブルを使用し、サンプリング周波数
およびビットレートに応じて、1つのテーブルだけが使
用される。それぞれのテーブルは、16の列を有し、3
2の各サブバンドに対するデータを包含する。圧縮され
ていないデータを記憶するのに必要なメモリーは、20
48×2バイトである。
はいくつかあり、その1つは、それぞれのテーブルの行
データを圧縮することである。繰り返して現れる行は、
符号化されない。さらに、他の量子化テーブルが前に圧
縮されたものと同じ行情報からなる場合、このテーブル
は符号化されなくてもよい。このように、MPEG1規
格(レイヤ2)で使用される4つの量子化テーブルは、
2つのテーブルに圧縮されることが可能である。しかし
ながら、元のテーブルを再生するためには、さらに4つ
のテーブルが必要となる。これらの4つのテーブルは、
前に圧縮された2つのテーブルの中の1つに記憶された
行データの開始位置を指示するのに使用される32個の
値からなる。この圧縮方法は、776×2バイトを記憶
するためのメモリー空間が必要である。
題がいくつか存在する。より高品質なディジタル音声の
必要性は、量子化レベルを増加させ、すなわち量子化テ
ーブルを大きくしてきた。RISCに基づくプロセッサ
を用いたLSIによって音声デコーダーを設計する場
合、チップの価格は、規模の増加とともに高価なものと
なる。チップサイズに影響を及ぼす主な要因は、使用さ
れるメモリー数である。ソフトウェアによる方法で伸長
を実施する場合、処理負荷が増加する。本発明の目的
は、最低限の時間で伸長することのできる効率的な圧縮
方法を提供することである。
よって解決することができる。前述のサブバンドごとの
量子化テーブルのそれぞれは、複数の要素を含んだテー
ブルに圧縮されたものである。これらの要素のそれぞれ
は、1つの列からなる圧縮されたフォーマットを有す
る。これらの要素は3つのデータ対からなる。データ対
の第1の値はサブバンドを定義し、このサブバンドまで
は前述の サンプルを量子化するのに使用されるビット
数(nbits)の値は同じままであり、以下、サブバンド
マーカーと呼ばれる。第1のデータ対に関しては、前述
のnbitsは、0からこのサブバンドマーカーまでのすべ
てのサブバンドに対して一定のままである。第2および
第3のサブバンドマーカーは、前のサブバンドマーカー
から現在のサブバンドマーカーまでの範囲のサブバンド
において参照される。もし現在のサブバンド番号がサブ
バンドマーカーよりも小さいかまたは等しければ、前述
のnbitsはデータ対の第2の値に等しい。データ対のそ
れぞれは、このnbitsが得られるかまたは3つのデータ
対のすべてが探索されてしまうまで検査される。もしこ
のnbitsが得られなければ、nbitsは、省略時解釈によっ
て0に等しい。
最後のサブバンドに等しくなくてもよい。最後のデータ
対にあるサブバンドマーカーの値よりも大きなすべての
サブバンドに対しては、このnbitsは0に等しい。第1
の観点による本発明は、アナログ信号をディジタルで表
現するために使用される線形量子化データからなるテー
ブルを圧縮する方法であって、それぞれのテーブルは、
データのグループに符号化される複数の列からなる構造
を備え、前記列の数は、元の信号の符号化精度と周波数
帯域幅とによって決定され(アロケーション)、前記列
の長さは、音声周波数帯域を分割するのに使用される小
帯域(サブバンド)の数に等しく、さらに、それぞれの
テーブルは、前記列のそれぞれを圧縮する手段として、
3つのデータ対からなる構造を備える、ことを特徴とす
るテーブルを圧縮する方法である。
よる前記列を圧縮する方法であって、前記サブバンドを
前記データ対の第1の値(サブバンドマーカー)と比較
する段階を備え、前記サブバンドが前記サブバンドマー
カーよりも小さい場合には、サンプルを量子化するのに
使用されるビット数(nbits)は、前記データ対の第2
の値に等しく、さらに、前記nbitsが得られるまで、前
記3つのデータ対の比較を繰り返す段階を備え、すべて
の前記3つのデータ対の比較の結果、前記nbitsの値が
決定されていないような状態であれば、前記nbitsが0
となる、ことからなる列を圧縮する方法である。
2の観点による前記圧縮された量子化テーブルを符号化
処理に使用する方法であって、サブバンドごとの圧縮さ
れた量子化テーブルを選択する段階と、それぞれのサン
プルに対する適切な前記アロケーションの値を選択する
段階と、前記アロケーションデータ値に6を掛けて前記
圧縮された量子化テーブルに対する指標とし、その指標
される値をnbitsとする段階と、アナログサンプルを前
記nbitsを用いて符号化することによって生じるノイズ
を、心理音響学的モデルから生成される許容ノイズレベ
ルを有するノイズと比較する段階と、最適の許容ノイズ
レベルにおいてアナログサンプルを表現するのに必要と
される前記nbitsの最も少ない数を得るために、前記ア
ロケーションの選択処理を繰り返す段階と、からなる圧
縮された量子化テーブルを符号化処理に使用する方法で
ある。
2による前記圧縮された量子化テーブルから前記アロケ
ーションを用いて前記nbitsを読み込む方法であって、
それぞれのサブバンドごとに前記アロケーションを読み
込む段階と、前記アロケーションを記憶域(alc)に
保存する段階と、カウンター(sb)を用いてサブバン
ドの数を識別する段階と、前記サブバンドごとの圧縮さ
れた量子化テーブルを選択する段階と、前記alcの記
憶域が前記sbを指標として前記アロケーションを読み
込む段階と、前記アロケーションに6を掛けたものを用
いて、前記サブバンドごとの圧縮された量子化テーブル
へのポインターを計算する段階と、前記サブバンドごと
の圧縮された量子化テーブルへの前記ポインターによっ
て指標されるデータを前記sb(前記サブバンドマーカ
ーである)と比較する段階と、前記sbが前記サブバン
ドマーカーよりも小さいかまたは等しい場合には、アナ
ログサンプルを表現する前記nbitsが、前記サブバンド
ごとの圧縮された量子化テーブルへの前記ポインターに
1を足したものによって指標される値に等しくされる段
階と、前記nbitsが得られるまで、前記sbを3つの前
記要素のすべてと比較する段階と、3つの前記要素のす
べてと比較した後に、前記nbitsが得られなかった場合
には、前記nbitsが0にされる段階と、前記nbitsが、前
記sbによって指標され、記憶域(_nbits)に保存さ
れる段階と、前記nbitsが、すべてのサブバンドに対し
て復号化される段階と、ビットストリームから量子化さ
れたサンプルデータ(qspl)を読み込む段階であっ
て、前記qsplを表現するビット数は、前記sbを指
標として前記nbitsから読み込まれる前記nbitsに等し
い、該読み込む段階と、前記qsplの読み込みをすべ
てのサブバンドに対して繰り返す段階と、からなるnbit
sを読み込む方法である。
プルを適用することによってサンプルを線形で量子化/
再量子化する方法であって、現在の前記サブバンドに対
する前記nbitsを、前記sbを指標として前記_nbitsか
ら読み込む段階と、前記nbitsを復号化(linear
ptr)する段階と、前記linear ptrによ
って指標される線形定数を読み込む段階と、前記線形定
数とサンプルとを前記線形式に適用する段階と、からな
ることを特徴とするサンプルを線形で量子化/再量子化
する方法である。
る。MPEG1レイヤ2音声デコーダー規格の場合に
は、元々のサブバンドごとの量子化テーブルのぞれぞれ
を3つのデータ対を包含する1つの要素に符号化するこ
とによって、本発明はメモリーの無駄づかいを排除す
る。データ対の第1の値も含めてその第1の値までのサ
ブバンドに対しては、音声サンプルを表現するビット数
(nbits)は、データ対の第2の値に等しい。第2のデ
ータ対のは、第2のサブバンドマーカーも含めてその第
2のサブバンドマーカーまでの、第1のサブバンドマー
カーのサブバンドよりも大きなサブバンドに対しては、
nbitsが第2の要素の第2の値に等しくなるように復号
化される。同様に、第3の要素に対しては、第3のサブ
バンドマーカーも含めてその第3のサブバンドマーカー
までの第2のサブバンドマーカーよりも大きなすべての
サブバンドに対しては、nbitsは第3のデータ対の第2
の値に等しい。それぞれのデータ対は、量子化が決定さ
れるまで検査される。もし第3のデータ対を検査した後
に前述のnbitsが決定していなければ、このnbitsは0と
なる。
用いて、サブバンドのそれぞれに対して復号化される。
ビットアロケーションデータに6を掛けることによっ
て、適切な要素が指標される。すべてのサブバンドに対
する量子化データは、前述の記憶域_nbitsに保存され
る。
が識別された後、もしサンプルが類似する大きさであれ
ば、グループ化(grouping)が実施されてもよい。もしそ
うであれば、このことは、nbitsの第5ビットをハイに
セットすることによって表現される。nbitsを指定した
後、量子化されたサンプルは、線形式(linear formula)
に適用される。
93(E)に記述されるように、サブバンドサンプル
は、その値を次の線形式に適用することによって量子化
される。
プルである。
る量子化係数である。AおよびBはnbitsによって指標
される。もしnbitsが3であれば、このnbitsは0とな
る。もしnbitsが16よりも大きければ、指標される値
は、nbitsの下位2ビットに等しい。もしそうでなけれ
ば、指標される値は、nbitsに等しい。指標される値を
生成した後、AおよびBの値が読み込まれ、線形式が実
行される。
サンプルが、ビットストリームから読み込まれることが
可能である。量子化されたそれぞれの音声サンプルに対
して読み込まれるべきビット数は、nbitsに等しい。そ
して、このnbitsは、0から31までのsbによって指
標される_nbitsから読み込まれる。読み込まれるべき
ビット数は、nbitsの下位4ビットの値に等しい。もし
メモリーから読み込まれたビット数が16よりも大きけ
れば、量子化された音声サンプルは、量子化された3つ
の音声サンプルに逆グループ化されなければならない。
それぞれのサブバンドに対する量子化された音声サンプ
ルは、メモリーに保存される。
93(E)に記述されるように、量子化された音声サン
プルは、線形式によって逆量子化される。
クラスである。CおよびDは、サブバンドsbに対する
nbitsによって指標される。もしnbitsが3であれば、nb
itsは0にされる。もしnbitsが16よりも大きければ、
指標される値は、nbitsの下位2ビットに等しい。もし
そうでなければ、指標される値はnbitsである。指標さ
れる値が生成された後、CおよびDの値が読み込まれ、
線形式が実行される。
する。
データの使用法を示す図である。サブバンドごとの圧縮
されたテーブルの量子化レベルを復号化してnbitsを得
て、このnbitsを用いて、入力データストリームから音
声サンプルを読み込み、読み込まれた音声サンプルを再
量子化する処理をおこなう場合の概要を示すフローチャ
ートである。
は、復号化処理の一部分に注目したものである。まず最
初に、音声サンプルごとのストリームから読み込まれる
べきビット数(nbits)が復号化される。この処理は、
それぞれのサブバンドに対して繰り返されるので0に初
期化されたサブバンドのループポインターsbが使用さ
れる(101)。復号化処理(102)は、サンプルご
との圧縮された量子化テーブルを使用し、nbitsが、s
bポインターによって指標されるarray_nbitsに
保存される。それぞれのサブバンドに対するnbitsの復
号化に続いて、サブバンドポインターsbは、すべての
サブバンドが復号化されたかどうか(103)が検査さ
れ、もし復号化されていなければ、sbポインターがイ
ンクリメントされ(103)、処理が繰り返される。こ
の処理の実行は、後ほど説明される。
を読み込むことであり(105)、読み込まれるビット
数は、現在のsbポインターによって指し示めされる_
nbits内の値に等しい。nbitsを読み込んだ後、もしその
値が16よりも大きければ、ストリームから読み込まれ
たサンプルは逆グループ化(un-grouped)されなければな
らない(106)。この音声サンプルは、sbポインタ
ーによって指し示めされる_qsplとして保存され
る。この処理は、すべてのサブバンドに対して同じよう
に繰り返されるのでsbポインターが31になるまでル
ープする(104)(107)。この音声サンプルの読
み込みと逆グループ化とは、ISO/IEC標準111
72−3:1993(E)に記述されるように実行する
ことができ、より詳細には説明しない。
読み込んで保存した後、この音声サンプルが逆量子化さ
れなければならない(109)。この処理は、やはり、
すべてのサブバンドに対して繰り返されるのでsbポイ
ンターを使用する(108)(110)。この逆量子化
処理は、後ほどより詳細に説明される。
チャートであり、サブバンドごとのnbitsに対する復号
化および生成を示す。図2を参照すると、圧縮された4
つのテーブルのどれを復号化するかを決定するために、
まず最初に、サンプリング周波数とビットレート(20
1)とが、音声ストリームのヘッダーから復号化されな
ければならない。これらの情報は、サブリミット値(val
ue of sublimit) を決定するのに使用され、すなわち、
サブバンドごとの圧縮されたテーブル、テーブル1.
1、テーブル1.2、テーブル1.3、および、テーブ
ル1.4からなる4つの量子化テーブルのどれを使用す
るかを決定するのに使用される。
ーブルであり、サブリミット=27に対する量子化のレ
ベルを表す圧縮されたテーブルである。
ーブルであり、サブリミット=30に対する量子化のレ
ベルを表す圧縮されたテーブルである。
ーブルであり、サブリミット=8に対する量子化のレベ
ルを表す圧縮されたテーブルである。
ーブルであり、サブリミット=12に対する量子化のレ
ベルを表す圧縮されたテーブルである。
nt_tblとして参照される。音声サンプルごとのビ
ット数は、0に初期化されたsbと呼ばれるループカウ
ンターを用いて、32の各サブバンドに対して復号化さ
れる(202)。quant_tblへのポインター(p
ointer) が、現在のサブバンドに対するビットアロケー
ションデータを読み込むことによって生成され、それぞ
れのサブバンドに対して6個のデータが存在するので、
それに6を掛ける(203)。前に得られたポインター
によって指し示めされるサブバンドマーカーが、現在の
サブバンドカウンターsbと比較される(204)。も
し、sbが、指し示めされている値よりも小さいかまた
は等しければ、読み込まれるべき音声ビット数であるnb
itsは、ポインターに1を足したものによって指し示め
される値に等しい(212)。しかしながら、もし、s
bが、指し示めされるサブバンドマーカーよりも大きけ
れば、次のデータ対を指示するために、ポインターが2
だけインクリメントされる(205)。同じように、現
在のsbが、サブバンドマーカーと比較される(20
6)。やはり、もし現在のsbがサブバンドマーカーよ
りも小さいかまたは等しければ、nbitsは、ポインター
に1を足したものによって指し示めされるquant_
tblに等しい(212)。もしsbがサブバンドマー
カーよりも大きければ、次の対と比較する前にポインタ
ーが2だけインクリメントされる(207)。同じよう
に、もし現在のsbが最後のサブバンドマーカーよりも
小さいかまたは等しければ(208)、nbitsは、ポイ
ンターに1を足したものによって指し示めされるqua
nt_tblの値を割り付けられる。これは最終部分な
ので、もしsbがサブバンドマーカーよりも大きけれ
ば、nbitsには0が設定される(209)。このnbitsの
値は、sbによって指し示めされたメモリーarray
_nbitsに保存される(210)。nbitsの復号化は、3
2のすべてのサブバンドサンプルに対して実行され、し
たがって、もしsbが31に等しくなければ(21
1)、sbが1だけインクリメントされ、復号化処理は
(203)から先が繰り返される。
号化した後、このサンプルが逆量子化されなければなら
ない。
子化するフローチャートであり、音声サンプルの再量子
化に包含される処理を示す。図3を参照すると、逆量子
化処理は、3つの部分において実行され、まず第1に、
qsplの最上位ビットが反転されるので、2の補数の
分数(two's complement fractional number)が生成され
る(302)。第2に、線形式が、qsplの新しい値
に適用され(303)、これは、元々の標準であるIS
O/IEC標準11172−3:1993(E)と異な
る唯一の部分であり、後ほど、より詳細に説明する。最
後の部分は、再量子化された値をスケーリングすること
である(304)。この再量子化処理は、すべてのサブ
バンドサンプルに対して実行されるので、サブバンドポ
インター(sb)が、まず、0に初期化されること(3
01)を実施し、そして、それぞれのサンプルを再量子
化した後に、それが比較されること(305)を実施す
る。
993(E)に詳述されるようなものである。
仕様のそれとは異なり、これらの値は、修正されたテー
ブル5から読み込まれる。
す。CおよびDを指標するための量子化テーブルであ
る。この“修正された”という意味は、行の順序が復号
化をより簡単にするように変更されているということで
ある。
ターを復号化するフローチャートであり、量子化テーブ
ルの再配置されたクラスを指標するためにnbitsを使用
する方法を示す。図4を参照すると、CおよびDは、こ
の再配置されたテーブルからポインター(C_D_pt
r)によって読み込まれ、このポインターは、現在のサ
ブバンドに対してnbitsに初期化される(401)。も
しC_D_ptrが16よりも小さいかまたは等しけれ
ば(402)、現在のC_D_ptrの値は有効であ
る。しかしながら、もしC_D_ptrが3であれば
(403)、C_D_ptrは0となる(404)。C
_D_ptrが16よりも大きい場合には、C_D_p
trの下位の2ビットだけが有効である(405)。こ
こで、CおよびDの値が、C_D_ptrをインデック
スとして用いて、テーブル5から読み込まれる。
する上述の説明から、この方法を実施することによっ
て、サブバンドごとの量子化レベルを保存して復号化す
るのに必要なメモリー数を減少させることは明らかであ
る。このテーブルは、32のデータ値に復号化される3
84×2バイトのデータ値に圧縮される。この圧縮方法
は、メモリー面において効率的であるばかりでなく、復
号化処理の処理時間の面においても効率的である。
用法を示すフローチャートである。
ーチャートである。
ローチャートである。
化するフローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 アナログ信号をディジタルで表現するた
めに使用される線形量子化データからなるテーブルを圧
縮する方法であって、 それぞれのテーブルは、データのグループに符号化され
る複数の列からなる構造を備え、 前記列の数は、元の信号の符号化精度と周波数帯域幅と
によって決定され(アロケーション)、 前記列の長さは、音声周波数帯域を分割するのに使用さ
れる小帯域(サブバンド)の数に等しく、 さらに、それぞれのテーブルは、前記列のそれぞれを圧
縮する手段として、3つのデータ対からなる構造を備え
る、 ことを特徴とするテーブルを圧縮する方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の前記列を圧縮する方法
であって、 前記サブバンドを前記データ対の第1の値(サブバンド
マーカー)と比較する段階を備え、 前記サブバンドが前記サブバンドマーカーよりも小さい
場合には、サンプルを量子化するのに使用されるビット
数(nbits)は、前記データ対の第2の値に等しく、さ
らに、前記nbitsが得られるまで、前記3つのデータ対
の比較を繰り返す段階を備え、 すべての前記3つのデータ対の比較の結果、前記nbits
の値が決定されていないような状態であれば、前記nbit
sが0となる、 ことからなる列を圧縮する方法。 - 【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載の前
記圧縮された量子化テーブルを符号化処理に使用する方
法であって、 サブバンドごとの圧縮された量子化テーブルを選択する
段階と、 それぞれのサンプルに対する適切な前記アロケーション
の値を選択する段階と、 前記アロケーションデータ値に6を掛けて前記圧縮され
た量子化テーブルに対する指標とし、その指標される値
をnbitsとする段階と、 アナログサンプルを前記nbitsを用いて符号化すること
によって生じるノイズを、心理音響学的モデルから生成
される許容ノイズレベルを有するノイズと比較する段階
と、 最適の許容ノイズレベルにおいてアナログサンプルを表
現するのに必要とされる前記nbitsの最も少ない数を得
るために、前記アロケーションの選択処理を繰り返す段
階と、 からなる圧縮された量子化テーブルを符号化処理に使用
する方法。 - 【請求項4】 請求項1または2のいずれかに記載の前
記圧縮された量子化テーブルから前記アロケーションを
用いて前記nbitsを読み込む方法であって、 それぞれのサブバンドごとに前記アロケーションを読み
込む段階と、 前記アロケーションを記憶域(alc)に保存する段階
と、 カウンター(sb)を用いてサブバンドの数を識別する
段階と、 前記サブバンドごとの圧縮された量子化テーブルを選択
する段階と、 前記alcの記憶域から前記sbを指標として前記アロ
ケーションを読み込む段階と、 前記アロケーションに6を掛けたものを用いて、前記サ
ブバンドごとの圧縮された量子化テーブルへのポインタ
ーを計算する段階と、 前記サブバンドごとの圧縮された量子化テーブルへの前
記ポインターによって指標されるデータを前記sb(前
記サブバンドマーカーである)と比較する段階と、 前記sbが前記サブバンドマーカーよりも小さいかまた
は等しい場合には、アナログサンプルを表現する前記nb
itsが、前記サブバンドごとの圧縮された量子化テーブ
ルへの前記ポインターに1を足したものによって指標さ
れる値に等しくされる段階と、 前記nbitsが得られるまで、前記sbを3つの前記要素
のすべてと比較する段階と、 3つの前記要素のすべてと比較した後に、前記nbitsが
得られなかった場合には、前記nbitsが0にされる段階
と、 前記nbitsが、前記sbによって指標され、記憶域(_n
bits)に保存される段階と、 前記nbitsが、すべてのサブバンドに対して復号化され
る段階と、 ビットストリームから量子化されたサンプルデータ(q
spl)を読み込む段階であって、前記qsplを表現
するビット数は、前記sbによって指標されて前記_nb
itsから読み込まれる前記nbitsに等しい、該読み込む段
階と、 前記qsplの読み込みをすべてのサブバンドに対して
繰り返す段階と、 からなるnbitsを読み込む方法。 - 【請求項5】 線形式にサンプルを適用することによっ
てサンプルを線形で量子化/再量子化する方法であっ
て、 現在の前記サブバンドに対する前記nbitsを、前記sb
を指標として、前記_nbitsから読み込む段階と、 前記nbitsを復号化(linear ptr)する段階
と、 前記linear ptrによって指標修飾される線形
定数を読み込む段階と、 前記線形定数とサンプルとを前記線形式に適用する段階
と、 からなることを特徴とするサンプルを線形で量子化/再
量子化する方法。
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---|---|---|---|
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Country Status (4)
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