(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間周波数変換ステップと聴覚モデルステップと量子化符号化ステップとビットストリーム化ステップとを有するオーディオ信号符号化方法において、
前記量子化符号化ステップは、
所定ビット数に収まるように全帯域レベル変更ステップの初期値を推測する初期値レベル推測ステップと、
前記聴覚モデルステップから算出されるSMR(Signal-to-Mask-Ratio)と前記初期レベル推測ステップの出力が供給され量子化、逆量子化によって算出されるSNR(Signal-to-Noise-Ratio)とより求めたMNR(Mask-to-Noise-Ratio)に応じて、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベルをバンド単位で変更するバンドレベル変更ステップと、
前記バンドレベル変更ステップでの処理後の量子化、符号化により求められる使用ビット数を所定のビット数範囲内に収めるまで、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベル変更を全帯域にわたり繰り返し行なう前記全帯域レベル変更ステップと、
を有することを特徴とするオーディオ信号符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号を周波数領域に変換した後に符号化を行なうオーディオ信号符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オーディオ信号の符号化方法には、例えば適応スペクトル聴感制御エントロピー符号化法（ＡＳＰＥＣ，  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ  Ｅｎｔｒｏｐｙ  Ｃｏｄｉｎｇ）、ＭＰＥＧ１オーディオ・レイヤ３、ＭＰＥＧ２オーディオＡＡＣ（  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ  ）がある。
【０００３】
これらは、非線型量子化とハフマン符号化のために２重ループを構成して、量子化歪みと、符号量とを制御している。
それぞれのループは、アウターループ、インナーループと呼ばれており、アウターループでは、量子化歪みが、聴覚心理モデルステップから得られた許容ノイズレベル以下になるように制御を行ない、インナーループでは、量子化を行ない所定のビット数の範囲内に収まるように制御を行なっている。
【０００４】
図３には、従来の量子化符号化部におけるイタレーションループ処理のフロー図を示す。
従来の処理では、所定ビット数に収める処理と量子化歪みを所定量に収める処理とに対して、それぞれ別ループを作ることで実現している。
所定ビット数とは、設定されたビットレートより求められる１オーディオフレームにおいて使用可能なビット数を意味する。
【０００５】
インナーループでは、量子化とハフマン符号化により求められる使用ビット数（  ＳＴＥＰ  １１Ａ  ）  （  ＳＴＥＰ  １２Ａ  ）が所定ビット数に収まっているかどうかの判断を行なう（  ＳＴＥＰ  １３Ａ  ）  。
収まっていない場合には、周波数スペクトルを全ての帯域に対して一様に可変する変数（ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎ）を調整する（  ＳＴＥＰ  １４Ａ  ）ことで、所定のビット数に納める。
【０００６】
アウターループでは、インナーループで求められた量子化結果を元に逆量子化を行ない、バンド単位で量子化歪みを求める（  ＳＴＥＰ  ２Ａ  ）。
求めた量子化歪みが聴覚モデル部の信号対マスキング率ＳＭＲから求めた許容歪み内に収まっているかどうかを判断し（  ＳＴＥＰ  ３Ａ  ）、収まっていない場合、そのバンドのｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ  （ｓｆｂ）を調整する（  ＳＴＥＰ  ４Ａ  ）。
量子化歪みが収まっていないバンドが１バンド以上存在する場合には、再びインナーループからやり直す（  ＳＴＥＰ  １Ａ  ）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記２重ループの処理では、外側に存在するアウターループが満足されない場合に、再びインナーループを呼び出さねばならないため、収束時間の確定が難しいという問題があり、また、量子化、逆量子化の演算回数が増加するという問題がある。
これは、ＤＳＰ等を用いた処理スピードの速いリアルタイム処理に不向きである。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、リアルタイム処理に適したオーディオ信号符号化装置及びその方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、
請求項１の発明は、
時間周波数変換ステップ１１と聴覚モデルステップ１２と量子化符号化ステップ１３とビットストリーム化ステップ１４とを有するオーディオ信号符号化方法において、
前記量子化符号化ステップ１３は、
所定ビット数に収まるように全帯域レベル変更ステップの初期値を推測する初期値レベル推測ステップ(STEP1)と、
前記聴覚モデルステップから算出されるSMR(Signal-to-Mask-Ratio)と前記初期レベル推測ステップの出力が供給され量子化、逆量子化によって算出されるSNR(Signal-to-Noise-Ratio)とより求めたMNR(Mask-to-Noise-Ratio)に応じて、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベルをバンド単位で変更するバンドレベル変更ステップ(STEP2〜4)と、
前記バンドレベル変更ステップでの処理後の量子化、符号化により求められる使用ビット数を所定のビット数範囲内に収めるまで、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベル変更を全帯域にわたり繰り返し行なう前記全帯域レベル変更ステップ(STEP11〜14)と、
を有することを特徴とするオーディオ信号符号化方法を提供するものである。
すなわち、
請求項１の発明では、
従来の2重ループ処理の構成でなく、アウターループ処理に相当する第１のブロックと、インナーループに相当する第２のブロックとより構成するようにし、
前記第１のブロックでは、聴覚モデル部１２から算出されるSMR( Signal-to-Mask-Ratio )と量子化、逆量子化によって算出されるSNR( Signal-to-Noise-Ratio )よりMNR( Mask-to-Noise-Ratio )を求め( STEP 3 ) 、第１の周波数スペクトルレベル変更手段のレベルを変更し、周波数スペクトルのレベルをバンド単位で変更を行なうようにした( STEP 4 )ことにより、従来のイタレーションループにおいて、（アウターループ×インナーループ）回行なわれている量子化の回数をインナーループの回数だけにすることが出来る。
逆量子化については、（アウターループ）回から1回にすることが出来る。
また、１重ループのため、イタレーションループ全体の収束度を早めることが出来るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のオーディオ信号符号化方法の一実施例について、図と共に以下に説明する。
図１に本発明のオーディオ符号化方法の一実施例のイタレーションループ処理のフロー図を示す。
図２には本発明のオーディオ符号化方法が適用される装置の一実施例のブロック構成図を示す。
図２に示される本発明のオーディオ符号化方法が適用される装置の一実施例は、時間周波数変換部１１、聴覚モデル部１２、量子化符号化部１３、及びビットストリーム化部１４より構成されている。
【００１０】
まず、入力されたＰＣＭ信号は、時間周波数変換部１１においてＦＦＴやＭＤＣＴ等を用いて、時間軸から周波数軸への変換が行なわれ、変換された周波数スペクトルが量子化符号化部１３に送られる。
【００１１】
前記入力されたＰＣＭ信号は聴覚モデル部１２にも供給されて、聴覚モデル部１２では、聴覚心理に基づいたマスキングレベルの計算により求められた信号対マスキング率ＳＭＲ（  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｍａｓｋ−ｒａｔｉｏ  ）が量子化符号化部１３に送られる。
【００１２】
量子化符号化部１３では、所定のビット数でかつ、ＳＭＲより求められた許容歪み内に量子化歪みが収まるように量子化、符号化を行ない（  ＳＴＥＰ  ２  ）、ビットストリーム化部１４でビットストリームを構成する。
【００１３】
下記に示される量子化式（数１）、逆量子化式（数２）には、量子化符号化部１３において量子化、逆量子化で使用される式の一実施例がそれぞれ示されてある。
下記に示される量子化式（数１）、逆量子化式（数２）において、ｍｄｃｔ＃ｌｉｎｅ（ｋ）は周波数スペクトルを示しており、ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎは、周波数スペクトル全体のレベルを変更し、ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ（ｓｆｂ）は、バンド単位で周波数スペクトルのレベルを変更するものである。
【００１４】
【数１】
0003580485.tif 000002
【００１５】
【数２】
0003580485.tif 000003
【００１６】
図１に本発明のオーディオ符号化方法の一実施例のイタレーションループ処理のフロー図を示す。
まず、所定ビット数に収まるような初期ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎ値の推測を行なう
（ＳＴＥＰ１）。
【００１７】
つぎに、ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ（ｓｆｂ）をすべてゼロに設定し、ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎを先ほど求めた初期ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎ値に設定して、量子化、逆量子化を行なう（ＳＴＥＰ２）。
【００１８】
さらに、量子化、逆量子化により求めた量子化歪みから、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ）を算出する（ＳＴＥＰ２）。
【００１９】
聴覚モデル部１２から送られた信号対マスキング率ＳＭＲからマスキング対量子化雑音率ＭＮＲ（  Ｍａｓｋ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ  ）を以下の式に基づいて求める
（ＳＴＥＰ３）。
【００２０】
ＭＮＲ  ＝  ＳＮＲ−ＳＭＲ［ｄＢ］
前記ＭＮＲは、量子化雑音がマスキングレベル以下に収まっているかを表わす比率である。
このＭＮＲ値が０［ｄＢ］以上の場合、マスキング効果により量子化雑音が聞こえなくなる。
【００２１】
前記のＳＴＥＰ  ３で算出した値に応じたｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ（ｓｆｂ）の調整は、ＭＮＲが０［ｄＢ］より低いバンドに対して、ＭＮＲを０［ｄＢ］以上にするために必要なｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ（ｓｆｂ）の増加量を算出し、それに応じて  バンドレベル（ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ）のレベルを増加させることで  周波数スペクトルのレベルが増幅され、量子化歪が減少する（ＳＴＥＰ４）。
【００２２】
また、ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ  （ｓｆｂ）の増加により、所定ビット数に変化が生じるので、改めてインナーループを呼び出して、量子化する（ＳＴＥＰ１１）。
【００２３】
ハフマン符号化を行ない、使用ビット数を算出する（ＳＴＥＰ１２）。
【００２４】
ＳＴＥＰ１２による算出結果が所定ビット数の範囲内あるかどうかの判定を行なった（ＳＴＥＰ１３）後で、前記所定ビット数に収まるまで全帯域レベルｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎの調整により調整して（ＳＴＥＰ１４）、所定のビット数に納める
（イタレーションループ終了）。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、時間周波数変換ステップと聴覚モデルステップと量子化符号化ステップとビットストリーム化ステップとを有するオーディオ信号符号化方法において、前記量子化符号化ステップは、所定ビット数に収まるように全帯域レベル変更ステップの初期値を推測する初期値レベル推測ステップと、前記聴覚モデルステップから算出されるSMRと前記初期レベル推測ステップの出力が供給され量子化、逆量子化によって算出されるSNRとより求めたMNRに応じて、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベルをバンド単位で変更するバンドレベル変更ステップと、前記バンドレベル変更ステップでの処理後の量子化、符号化により求められる使用ビット数を所定のビット数範囲内に収めるまで、前記時間周波数変換ステップにて求められた周波数スペクトルのレベル変更を全帯域にわたり繰り返し行なう前記全帯域レベル変更ステップとを有する手順とし、量子化符号化部のイタレーションループ処理において、従来の２重ループ構成はやめ、アウターループに相当する第１のブロックとインナーループに相当する第２のブロックとに分離して処理することが出来るようにしたので、アウターループ×インナーループ回も行なわれていた量子化の回数を、インナーループの回数だけに削減することが出来、逆量子化については、アウターループの分の回数から1回だけに削減することが出来るので、イタレーションループ全体の収束度を速めることが出来る。
【００２６】
よって、本発明は、リアルタイム処理に好適なオーディオ信号符号化方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオーディオ符号化方法の一実施例をフローチャートにより手順を示した図である。
【図２】本発明のオーディオ符号化方法が適用される装置の一実施例のブロック構成を示した図である。
【図３】従来のオーディオ符号化方法の一例のイタレーションループのフローを示した図である。
【符号の説明】
１１  時間周波数変換部
１２  聴覚モデル部
１３  量子化符号化部
１４  ビットストリーム化部
ＭＮＲ    マスキング対量子化雑音率  （Ｍａｓｋ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ）
ｇｌｏｂａｌ＃ｇａｉｎ    第２の周波数スペクトルレベル変更手段（  ＳＴＥＰ  １４  ）のレベ
ル
ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒ  （ｓｆｂ）    第１の周波数スペクトルレベル変更手段（  ＳＴＥＰ  ４  ）のレ
ベル
【図１】
0003580485.tif 000004
【図２】
0003580485.tif 000005
【図３】
0003580485.tif 000006