(57)【要約】【課題】  補正されたスケールファクターに基づくスケーリング処理を簡易な処理により実現する。【解決手段】  周波数帯域における予め定められた区間毎に、量子化における量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を越えないように決定するためのスケールファクターscale_factor[b]を算出する（ステップＳａ２）。区間毎に算出されたスケールファクターscale_factor[b]のそれぞれを、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど区間毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように補正する（ステップＳａ３）。量子化に先立ち、区間毎にその区間内のスペクトルを、その区間について算出され、補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]に基づいてスケーリングする（ステップＳａ４）。【選択図】      図２
2006220753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間周波数変換されたオーディオ信号について、周波数帯域における予め定められた区間毎にその区間内のスペクトルを量子化する処理を伴うオーディオ符号化方法において、
前記区間毎に、前記量子化における量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を越えないように決定するためのスケールファクターを算出し、
前記区間毎に算出されたスケールファクターのそれぞれを、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど前記区間毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように補正し、
前記量子化に先立ち、前記区間毎にその区間内のスペクトルを、その区間について算出され、補正された前記スケールファクターに基づいてスケーリングすることを特徴とするオーディオ符号化方法。
【請求項２】
前記算出されたスケールファクターをscale_factor[b]、ビットレート（bps）をBitrate、サンプリング周波数（Hz）または帯域制限周波数をFs、チャネル数をCh、補正係数をMAGIC_NUMBERと表すときに、補正後のスケールファクターnew_scale_factor[b]を、
【数１】
2006220753.tif 000009
なる式により求めることにより前記補正を行うことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ符号化方法。
【請求項３】
時間周波数変換されたオーディオ信号について、周波数帯域における予め定められた区間毎にその区間内のスペクトルを量子化する処理を伴うオーディオ符号化を行うオーディオ符号化装置において、
前記区間毎に、前記量子化における量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を越えないように決定するためのスケールファクターを算出する手段と、
前記区間毎に算出されたスケールファクターのそれぞれを、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど前記区間毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように補正する補正手段と、
前記量子化に先立ち、前記区間毎にその区間内のスペクトルを、その区間について算出され、補正された前記スケールファクターに基づいてスケーリングする手段とを具備したことを特徴とするオーディオ符号化装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記算出されたスケールファクターをscale_factor[b]、ビットレート（bps）をBitrate、サンプリング周波数（Hz）または帯域制限周波数をFs、チャネル数をCh、補正係数をMAGIC_NUMBERと表すときに、補正後のスケールファクターnew_scale_factor[b]を、
【数２】
2006220753.tif 000010
なる式により求めることにより前記補正を行うことを特徴とする請求項３に記載のオーディオ符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間周波数変換されたオーディオ信号について、周波数帯域における予め定められた区間毎にその区間内のスペクトルを量子化する処理を伴う、例えばＡＡＣ（Advanced Audio Coding）やＭＰ３（MPEG-1 Audio Layer-3）などのオーディオ符号化方法およびこの符号化方法で符号化を行うオーディオ符号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ＡＡＣについて規定している。この非特許文献１では、量子化について次の(1)式を規定している。
【数３】
2006220753.tif 000003
【０００３】
mdct_line：量子化前のＭＤＣＴ係数
x：量子化後のＭＤＣＴ係数
これを基に、実際の量子化誤差が許容量子化誤差を越えないための条件は(2)式のようになる。
【数４】
2006220753.tif 000004
【０００４】
b：スケールファクターバンドインデックス
thr[b］：スケールファクターバンドｂの許容量子化誤差（Masking Threshold）
w_high[b］：スケールファクターｂの最も高域側のＭＤＣＴ係数インデックス
w_low[b］：スケールファクターｂの最も低域側のＭＤＣＴ係数インデックス
scale_factor[b］：スケールファクターｂのスケールファクター
global_gain：グローバルゲイン
(2)式を変形することにより下記(3)式が得られる。
【数５】
2006220753.tif 000005
【０００５】
この(3)式における第二項および第三項は、スケールファクターバンド毎に同一の値であり、スケールファクターバンド毎の量子化ステップサイズの相対的な差分には寄与しない。そこで、(3)式より定数項を削除することにより、(4)式が得られる。この(4)式により、スケールファクターを求めるものとする。
【数６】
2006220753.tif 000006
【０００６】
ビットレートが充分に大きい場合には、(4)式によって算出されたスケールファクターによる量子化によって、概ね許容量子化誤差量（thr[b]）を満たすことができる。しかし、ビットレートが低くなると許容量子化誤差量を満たすことが困難になる。
【０００７】
非特許文献２には、ビットレートが低い状況で許容量子化誤差量を満たすために、許容量子化誤差量にノイズを混入させて、許容量子化誤差量が大きくなるように補正してからスケールファクターを求める方法が規定されている。この補正は、次のような(5)式によって行われる。
【数７】
2006220753.tif 000007
【０００８】
new_thr[b］：スケールファクターバンドｂにおける補正された許容量子化誤差
r：ノイズ（全スケールファクターバンドで共通）
【非特許文献１】「Advanced Audio Coding(AAC)」，ISO/IEC 13818-7 Information technology -Generic coding of moving pictures and associated audio information-，国際標準化機構／国際電気標準会議，１９９７年１２月１日
【非特許文献２】「3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Service and System Aspects; General Audio Codec audio processing functions; Enhanced aacPlus general audio codec; Encoder Specification AAC part (Release 6)」，3GPP TS 26.403 V6.0.0，3rd Generation Partnership Project，２００４年９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、(5)式は許容量子化誤差thr[b]を１／４乗する計算を含んでいるため、有限語長処理するには比較的負荷が大きくなってしまう。
【００１０】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、補正されたスケールファクターに基づくスケーリング処理を簡易な処理により実現することが可能なオーディオ符号化方法およびオーディオ符号化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成するために本発明は、時間周波数変換されたオーディオ信号について、周波数帯域における予め定められた区間毎にその区間内のスペクトルを量子化する処理を伴うオーディオ符号化方法において、前記区間毎に、前記量子化における量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を越えないように決定するためのスケールファクターを算出し、前記区間毎に算出されたスケールファクターのそれぞれを、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど前記区間毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように補正し、前記量子化に先立ち、前記区間毎にその区間内のスペクトルを、その区間について算出され、補正された前記スケールファクターに基づいてスケーリングすることとした。
【００１２】
また前記の目的を達成するために本発明は、時間周波数変換されたオーディオ信号について、周波数帯域における予め定められた区間毎にその区間内のスペクトルを量子化する処理を伴うオーディオ符号化を行うオーディオ符号化装置において、前記区間毎に、前記量子化における量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を越えないように決定するためのスケールファクターを算出する手段と、前記区間毎に算出されたスケールファクターのそれぞれを、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど前記区間毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように補正する補正手段と、前記量子化に先立ち、前記区間毎にその区間内のスペクトルを、その区間について算出され、補正された前記スケールファクターに基づいてスケーリングする手段とを備えた。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、補正されたスケールファクターに基づくスケーリング処理を簡易な処理により実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係るオーディオ符号化装置（以下、符号化装置と称する）のブロック図である。
【００１６】
この符号化装置は、入力されるＰＣＭ信号に対して符号化処理を行い、符号化ビットストリームを出力するものである。この符号化装置は、ブロック切り出し部１、心理聴覚モデル部２、フィルタバンク部３、量子化歪み／レート制御部４、ホストプロセッサ５、スケーリング部６、量子化部７、符号化部８およびフォーマッタ９を含む。なお、これらの各部は、ハードウェアによりそれぞれを構成することも可能であるし、各部の機能をＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によるソフトウェア処理によって実現することも可能である。
【００１７】
ブロック切り出し部１には、符号化の対象となるＰＣＭ信号が与えられる。このＰＣＭ信号は、時間域の信号である。ブロック切り出し部１は、このＰＣＭ信号から規定のブロックサイズのサンプル数毎にデータを切り出す。そしてブロック切り出し部１は、この切り出した信号を出力する。
【００１８】
心理聴覚モデル部２は、ブロック切り出し部１が出力する信号に対してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）、あるいはＭＤＣＴ（Modified DCT）等の直交変換を行い、これにより時間域の信号から周波数領域の信号に変換する。心理聴覚モデル部２は、上記の直交変換により得られる変換係数（周波数成分）から知覚エントロピーと呼ばれるパラメータを計算する。このパラメータは、上記の変換係数から、聴感上の周波数分解能、周波数成分の拡散、予測不能性、信号の調音性（tonality）を解析することにより１ブロックを符号化するのに必要とされる情報量を推定するためのものであり、計算方法の詳細はＩＳＯ／ＩＥＣにより制定された国際標準規格13818-7にて規定されている。
【００１９】
ところで心理聴覚モデル部２は、ブロック切替え部２ａおよびＳＭＲ算出部２ｂを有する。ブロック切替え部２ａは、上記の知覚エントロピーに基づいて、実際に符号化する時の直交変換処理（ＭＤＣＴ処理）で用いるブロック長を判定する。ブロック切替え部２ａは、この判定の結果を示したブロック長情報をフィルタバンク部３へ出力する。ＳＭＲ算出部２ｂは、聴覚上の周波数分解能を考慮した尺度（バーク、メル等）での等間隔の帯域毎に、信号に対してマスクされる音、つまりノイズとして存在しても知覚されない許容雑音の量の比を示すＳＭＲ（Signal to Mask Ratio）を算出する。ＳＭＲ算出部２ｂは、上記算出したＳＭＲを、量子化歪み／レート制御部４へ出力する。
【００２０】
フィルタバンク部３は、ブロック切り出し部１の出力信号を、心理聴覚モデル部２から出力されるブロック長情報に従って直交変換する。フィルタバンク部３は、上記の直交変換により得られた周波数変換係数を出力する。なお、符号化方式としてＡＡＣを採用している場合、フィルタバンク部３での直交変換はＭＤＣＴとなる。ＭＤＣＴにより得られた周波数変換係数は、ＭＤＣＴ係数とも呼ばれる。
【００２１】
量子化歪み／レート制御部４は、ホストプロセッサ５が指示する符号化レートと、心理聴覚モデル部２が出力するＳＭＲとに基づいて、フレーム毎に割当可能な符号量を算出する。量子化歪み／レート制御部４は、上記算出した符号量を符号化フレームの目標符号量として、スケーリング部６、量子化部７および符号化部８を制御する。例えば量子化歪み／レート制御部４は、量子化部７から与えられる量子化係数から量子化歪み量を算出し、その結果に応じて量子化部７へと出力指示を与える。また量子化歪み／レート制御部４は、符号化部８から通知される符号量が上記目標符号量以内であるか否かを確認し、目標符号量以内であるときに符号化部８へと出力指示を与える。
【００２２】
スケーリング部６は、フィルタバンク部３から出力される周波数変換係数（ＭＤＣＴ係数）に基づいてスケーリングファクタを決定する。スケーリング部６は、この決定したスケーリングファクタを用いてフィルタバンク部３から出力される周波数変換係数をスケーリングする。そしてスケーリング部６は、上記のスケーリング後の周波数変換係数を量子化部７へ出力する。またスケーリング部６は、量子化歪み／レート制御部４からの指示に応じてスケーリング係数をフォーマッタ９へ出力する。
【００２３】
量子化部７は、スケーリング部６から出力された周波数変換係数を規定の式に従って補正したのち、全ての周波数変換係数について量子化を行う。量子化部７は、量子化したのちの係数を、量子化歪み誤差がＳＭＲ値に基づく許容誤差であるかを判定するための情報として量子化歪み／レート制御部４へと出力する。量子化部７は、量子化歪み／レート制御部４からの出力指示に応じて、量子化後の周波数変換係数を符号化部８へ出力する。
【００２４】
符号化部８は、量子化部７の出力を所定の符号化方式に従って圧縮符号化する。例えば、ＡＡＣの場合は上述の符号化方式としてハフマン符号化方式が適用される。符号化部８は、符号化後の符号量を量子化歪み／レート制御部４へと出力する。符号化部８は、量子化歪み／レート制御部４からの出力指示に応じて、符号化後の周波数変換係数をフォーマッタ９へ出力する。
【００２５】
フォーマッタ９は、符号化部８の出力とスケーリング部６から出力されるスケーリング係数とを所定のフォーマットに従って多重化する。フォーマッタ９は、上記の多重化の結果を、符号化オーディオ信号として出力する。
【００２６】
次に以上のように構成された符号化装置の動作について説明する。なお、本願発明のポイントは、スケーリング部６における処理にある。そこでここでは、この処理についてＡＡＣを採用することとして詳細に説明する。この他の処理については、ＡＡＣに準拠する既存の符号化装置と同様な処理を適用可能である。
【００２７】
図２は図１中のスケーリング部６における動作フローを示す図である。  
スケーリング部６は、フィルタバンク部３から１つのＭＤＣＴ係数が出力されると、このＭＤＣＴ係数に関して図２に示す処理を実行する。
【００２８】
ステップＳａ１においてスケーリング部６は、スケールファクターバンドインデックスｂに値「０」を代入する。ステップＳａ２においてスケーリング部６は、インデックスｂのスケールファクターバンドに係わるスケールファクターscale_factor[b]を従来と同様に(4)式により算出する。
【００２９】
次にステップＳａ３においてスケーリング部６は、以下の(6)式によって、補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]を算出する。
【数８】
2006220753.tif 000008
【００３０】
Bitrate：ビットレート（bps）
Fs：サンプリング周波数（Hz）
Ch：チャネル数
MAGIC_NUMBER：補正係数
なおMAGIC_NUMBERは、任意に定めることが可能であるが、評価などによって求めた適正な値とすることが望ましい。MAGIC_NUMBERは、例えば「０．１５」とすることが想定される。
【００３１】
ステップＳａ４においてスケーリング部６は、上述のようにして補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]を用いて、インデックスｂのスケールファクターバンドをスケーリングする。
【００３２】
ステップＳａ５においてスケーリング部６は、スケールファクターバンドインデックスｂの値がスケールファクターバンドインデックスの最大値ｂmaxに到達しているか否かを確認する。スケールファクターバンドインデックスｂの値が最大値ｂmaxに到達していない場合、スケーリング部６はステップＳａ５からステップＳａ６へ進む。ステップＳａ６においてスケーリング部６は、スケールファクターバンドインデックスｂの値を１つ増加させる。こののちにスケーリング部６は、ステップＳａ２以降の処理を繰り返す。
【００３３】
そして、ステップＳａ５にてスケールファクターバンドインデックスｂが最大値ｂmaxに到達していたならば、スケーリング部６はこの処理を終了する。
【００３４】
このようにして、各スケールファクターバンドが、(6)式によって補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]を用いてスケーリングされる。(6)式による補正は、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど、各スケールファクターバンド毎の量子化ステップサイズの差分を小さくするように働く。これは、１フレームで利用可能なビット数が少なくなるほど、(4)式により算出されるスケールファクターscale_factor[b]の概形の凹凸を抑制することと等価である。
【００３５】
一方、従来の(5)式によって補正された許容量子化誤差new_thr[b]に基づいて求められるスケールファクターの概形は、補正前の許容量子化誤差thr[b]に基づいて求められるスケールファクターの概形に比べて凹凸が少なくなる。すなわち本実施形態におけるスケールファクターの補正は、従来の許容量子化誤差の補正と同様な作用をもたらす。そしてこの結果として本実施形態によれば、ビットレートが低い状況においても、許容量子化誤差量を満たすことが可能となる。しかも本実施形態で補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]を算出するために用いる(6)式は、単純な乗算や除算の組み合わせにより構成されており、(5)式に含まれる１／４乗のような複雑な演算を含まない。このため、(6)式は有限語長処理する場合でも小さな負荷で済み、簡易に行うことができる。
【００３６】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。  
帯域制限をした場合には、サンプリング周波数Fsに代えて帯域制限周波数を利用しても良い。  
ＭＰ３などのようなＡＡＣ以外の方式を採用する場合にも本発明の適用が可能である。  
スケールファクターscale_factor[b]を算出するための式および補正されたスケールファクターnew_scale_factor[b]を算出するための式は、(4)式および(6)式には限定されず、これらの式を変形した式を利用しても良い。特にＭＰ３などのような他方式を採用する場合には、その方式に適合するように各式を変更する必要がある。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るオーディオ符号化装置のブロック図。
【図２】図１中のスケーリング部６における動作フローを示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１…ブロック切り出し部、２…心理聴覚モデル部、３…フィルタバンク部、４…量子化歪み／レート制御部、５…ホストプロセッサ、６…スケーリング部、７…量子化部、８…符号化部、９…フォーマッタ。
【図１】
2006220753.tif 000011
【図２】
2006220753.tif 000012