(57)【要約】伝送器中の拡張した量子化装置と算術的コーディングを用いること及び受信器中の相補的な圧縮と算術的コーディングにより、非常に低ビットレートのオーディオコーディングシステムから得られたオーディオ信号の聴覚的音質が改善される。拡張した量子化装置がゼロに量子化された信号成分の数を制御するために用いられ、算術的コーディングがゼロに量子化する係数のコード化を効率的に行うために用いられる。このことにより、より帯域幅の広いより正確に量子化されたベース帯域信号を受信器に伝達することを可能にし、受信器では欠損した成分を合成することにより出力信号を作る。
2005533280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を表現する入力信号を受信し、オーディオ信号のエンコードされた表現を伝達する出力信号を生成するオーディオエンコーディング伝送器であって、
該オーディオエンコーディング伝送器は、
入力信号に応答してオーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する複数のサブ帯域信号を生成する分析フィルターバンクであって、各サブ帯域信号が１以上のサブ帯域信号成分を有する、分析フィルターバンクと、
成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用いて、１以上のサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を量子化することにより、１以上の量子化されたサブ帯域信号を生成する前記分析フィルターバンクに接続された量子化装置であって、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、量子化装置と、
量子化されたサブ帯域信号の必要情報容量を減少させる無損失エンコーディング処理を用いて量子化された１以上のサブ帯域信号をエンコードすることにより１以上のエンコードされたサブ帯域信号を生成する、前記量子化装置に接続されたエンコーダーと、
エンコードされた１以上の前記サブ帯域信号を出力信号に組み立てる前記エンコーダーに接続されたフォーマッターと、
を具備するオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項２】
前記分析フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項１に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３】
前記量子化装置は、
分析フィルターバンクに接続された入力と出力を持つ伸張器と、
該伸張器の出力に接続された入力を持ち、前記エンコーダーに接続された出力を持つ一様量子化装置と、
を具備する、請求項１または請求項２に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項４】
前記量子化装置は非一様量子化装置である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項５】
前記量子化装置は、成分値の第３のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第３の量子化精度を用い、第３の量子化精度は第２の量子化分解能より低く、第２のインターバルでの値は第３のインターバルでの値より小さい、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項６】
前記エンコーダーは可変長のコードを生成し、該エンコーディング処理はエンコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項７】
前記エンコーディング処理は算術符号法により行う、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。                                 
【請求項８】
サブ帯域信号成分値の特性に応答して第２の量子化精度に対する第１の量子化精度が相対的に変化する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項９】
オーディオ信号のエンコードされた表現を伝達する入力信号を受信し、オーディオ信号を表現する出力信号を生成するオーディオデコーディング受信器であって、
該オーディオデコーディング受信器は、
入力信号から１以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するデフォーマッターと、
エンコードされたサブ帯域信号の必要情報容量を増加させる無損失デコーディング処理を用いて１以上のエンコードされたサブ帯域信号をデコードすることで１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成するデフォーマッターに接続されたデコーダーであって、各デコードされたサブ帯域信号は１以上のサブ帯域信号成分を有しそしてオーディオ信号のそれぞれの周波数サブ帯域を表現する、デコーダーと、
１以上の前記デコードされたサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を逆量子化することにより１以上の逆量子化されたサブ帯域信号を生成するデコーダーに接続された逆量子化装置であって、該逆量子化装置は、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用いる量子化装置を補完するものであり、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、逆量子化装置と、
1以上の逆量子化されたサブ帯域信号を含む複数のサブ帯域信号に応答して出力信号を生成する逆量子化装置に接続された合成フィルターバンクと、
を具備するオーディオデコーディング受信器。
【請求項１０】
前記合成フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項９に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１１】
前記逆量子化装置は、
前記デコーダーに接続された入力を持ち、さらに出力を持つ一様逆量子化装置と、
前記一様逆量子化装置に接続された入力を持ち、さらに前記合成フィルターバンクに接続された出力を持つ圧縮器と、
を具備する請求項９又は請求項１０に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１２】
逆量子化装置は、非一様逆量子化装置である請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１３】
前記逆量子化装置は量子化装置を補完するものであり、該量子化装置は成分値の第３のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第３の量子化精度を用いる量子化装置であって、第３の量子化精度は第２の量子化分解能より低く、第２のインターバルでの値は第３のインターバルでの値より小さい、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１４】
前記デコーダーは可変長のコードをデコードし、該デコーディング処理はデコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する、請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１５】
前記デコーディング処理は算術符号法により行う請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１６】
入力信号から取得した制御情報に応答して逆量子化装置を順応させるオーディオデコーディング受信器であって、該逆量子化装置は、第１の量子化精度の第２の量子化精度に対する相対値を変化させる量子化装置と相補的に順応する、請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項１７】
読み込み可能であり、かつ読み込んだ装置によりオーディオエンコーディングの方法を実行ことが可能な命令を伝達する媒体であって、
該方法は、
オーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する複数のサブ帯域信号を生成するために入力信号に分析フィルターバンクを適用するステップであって、各サブ帯域信号が１以上のサブ帯域信号成分を有する、ステップと、
１以上の量子化されたサブ帯域信号を生成するために、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用いて、１以上のサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を量子化するステップであって、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、ステップと、
１以上のエンコードされたサブ帯域信号を生成するために、量子化されたサブ帯域信号の必要情報容量を減少させる無損失エンコーディング処理を用いて量子化された１以上のサブ帯域信号をエンコードするステップと、
エンコードされた１以上の前記サブ帯域信号を出力信号に組み立てるステップと、
を具備する、媒体。
【請求項１８】
前記分析フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項１７に記載の媒体。
【請求項１９】
前記量子化するステップは、サブ帯域信号成分を伸張するステップと、伸張したサブ帯域信号成分を一様量子化機能により量子化するステップとを具備する、請求項１７又は請求項１８に記載の媒体。
【請求項２０】
前記量子化するステップは非一様量子化機能に従う、請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２１】
前記量子化するステップは、成分値の第３のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第３の量子化精度を用い、第３の量子化精度は第２の量子化分解能より低く、第２のインターバルでの値は第３のインターバルでの値より小さい、請求項１７乃至請求項２０のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２２】
前記エンコーディングは可変長のコードを生成し、前記エンコーディング処理はエンコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する、請求項１７乃至請求項２１のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２３】
前記エンコーディング処理は算術符号法により行う請求項１７乃至請求項２２のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２４】
前記方法において、サブ帯域信号成分値の特性に応答して第２の量子化精度に対する第１の量子化精度が相対的に変化する請求項１７乃至請求項２３のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２５】
読み込み可能であり、かつ読み込んだ装置によりオーディオデコーディングの方法を実行ことが可能な命令を伝達する媒体であって、
該方法は、
入力信号から1以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するステップと、
１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成するために、エンコードされたサブ帯域信号の必要情報容量を増加させる無損失デコーディング処理を用いて１以上のエンコードされたサブ帯域信号をデコードするステップであって、各デコードされたサブ帯域信号は１以上のサブ帯域信号成分を有しそしてオーディオ信号のそれぞれの周波数サブ帯域を表現する、ステップと、
１以上の逆量子化されたサブ帯域信号を生成するために、１以上の前記デコードされたサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を逆量子化するステップであって、該逆量子化は、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用いる量子化を補完するものであり、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、ステップと、
出力信号を生成するために、1以上の逆量子化されたサブ帯域信号を含む複数のサブ帯域信号に合成フィルターバンクを適用するステップと、
を具備する、媒体。
【請求項２６】
前記合成フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項２５に記載の媒体。
【請求項２７】
前記逆量子化するステップは、一様に量子化するステップと、サブ帯域信号成分を圧縮するステップを具備する、請求項２５又は請求項２６に記載の媒体。
【請求項２８】
前記逆量子化するステップは非一様量子化機能に従う、請求項２５乃至請求項２７のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項２９】
前記逆量子化するステップは、量子化を補完するステップであり、該量子化は成分値の第３のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第３の量子化精度を用いる量子化であって、第３の量子化精度は第２の量子化分解能より低く、第２のインターバルでの値は第３のインターバルでの値より小さい、請求項２５乃至請求項２８のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項３０】
前記デコーディング処理は、デコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する請求項２５乃至請求項２９のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項３１】
前記デコーディング処理は算術符号法により行う請求項２５乃至請求項３０のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項３２】
前記方法は、入力信号から取得した制御情報に応答して逆量子化するステップを順応させ、該逆量子化するステップは、第２の量子化精度に対する第１の量子化精度が相対的に変化する量子化するステップを補完するように順応する、請求項２５乃至請求項３１のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項３３】
オーディオ信号を表現する入力信号を受信し、オーディオ信号のエンコードされた表現を伝達する出力信号を生成するオーディオエンコーディング伝送器であって、
該オーディオエンコーディング伝送器は、
入力信号に応答してオーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する複数のサブ帯域信号を生成する分析フィルターバンクであって、各サブ帯域信号が１以上のサブ帯域信号成分を有する、分析フィルターバンクと、
量子化されたサブ帯域信号を生成するために１以上のサブ帯域信号を量子化する前記分析フィルターバンクに接続された量子化装置であって、１以上の第１のサブ帯域信号成分と該１以上の第１のサブ帯域信号成分より小さい強度の１以上の第２のサブ帯域信号成分とを有するサブ帯域信号に対して、前記第２のサブ帯域信号成分は、プッシングなしのレベルより少ない量子化レベルのレンジにプッシングされ、これにより、量子化精度を減少させ、量子化された第２のサブ帯域信号成分のエントロピーを減少させる、量子化装置と、
量子化されたサブ帯域信号の必要情報容量を減少させるエントロピーエンコーディング処理を用いて量子化された１以上のサブ帯域信号をエンコードすることにより１以上のエンコードされたサブ帯域信号を生成する、前記量子化装置に接続されたエンコーダーと、
エンコードされた１以上の前記サブ帯域信号を出力信号に組み立てる前記エンコーダーに接続されたフォーマッターと、
を具備するオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３４】
前記分析フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項３３に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３５】
前記量子化装置は、
分析フィルターバンクに接続された入力と出力を持つ伸張器と、
該伸張器の出力に接続された入力を持ち、前記エンコーダーに接続された出力を持つ一様量子化装置と、
を具備する、請求項３３または請求項３４に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３６】
前記量子化装置は非一様量子化装置である、請求項３３乃至請求項３５のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３７】
前記エンコーディング処理はエンコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する、請求項３３乃至請求項３６のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３８】
前記エンコーディング処理は算術符号法により行う、請求項３３乃至請求項３７のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項３９】
第２のサブ帯域信号成分がプッシングされた後の値をサブ帯域信号成分値の特性に応答して順応させる請求項３３乃至請求項３８のいずれか１項に記載のオーディオエンコーディング伝送器。
【請求項４０】
オーディオ信号のエンコードされた表現を伝達する入力信号を受信し、オーディオ信号を表現する出力信号を生成するオーディオデコーディング受信器であって、
該オーディオデコーディング受信器は、
入力信号から1以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するデフォーマッターと、
エンコードされたサブ帯域信号の必要情報容量を増加させるエントロピーデコーディング処理を用いて１以上のエンコードされたサブ帯域信号をデコードすることで１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成するデフォーマッターに接続されたデコーダーであって、各デコードされたサブ帯域信号は１以上のサブ帯域信号成分を有しそしてオーディオ信号のそれぞれの周波数サブ帯域を表現する、デコーダーと、
１以上の前記デコードされたサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を逆量子化することにより１以上の逆量子化されたサブ帯域信号を生成するデコーダーに接続された逆量子化装置であって、該逆量子化装置は、１以上の第１のサブ帯域信号成分と該１以上の第１のサブ帯域信号成分より小さい強度の１以上の第２のサブ帯域信号成分とを有するサブ帯域信号に対して、プッシングなしのレベルより少ない量子化レベルのレンジに量子化するために前記第２のサブ帯域信号成分をプッシングし、これにより量子化精度を減少させ、量子化された第２のサブ帯域信号成分のエントロピーを減少させる、量子化装置と、
1以上の逆量子化されたサブ帯域信号を含む複数のサブ帯域信号に応答して出力信号を生成する逆量子化装置に接続された合成フィルターバンクと、
を具備するオーディオデコーディング受信器。
【請求項４１】
前記合成フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項４０に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４２】
前記逆量子化装置は、
前記デコーダーに接続された入力を持ち、さらに出力を持つ一様逆量子化装置と、
前記一様逆量子化装置に接続された入力を持ち、さらに前記合成フィルターバンクに接続された出力を持つ圧縮器と、
を具備する請求項４０又は請求項４１に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４３】
逆量子化装置は、非一様逆量子化装置である請求項４０乃至請求項４２のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４４】
デコーディング処理は、デコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計量に順応する、請求項４０乃至請求項４３のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４５】
前記デコーディング処理は算術符号法により行う請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４６】
入力信号から取得した制御情報に応答して逆量子化装置を順応させるオーディオデコーディング受信器であって、該逆量子化装置は、前記サブ帯域信号成分値の特性に応答して第２のサブ帯域信号成分がプッシングされたレンジの値に順応する量子化装置と相補的に順応する、請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載のオーディオデコーディング受信器。
【請求項４７】
読み込み可能であり、かつ読み込んだ装置によりオーディオエンコーディングの方法を実行ことが可能な命令を伝達する媒体であって、
該方法は、
オーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する複数のサブ帯域信号を生成するために入力信号に分析フィルターバンクを適用するステップであって、各サブ帯域信号が１以上のサブ帯域信号成分を有する、ステップと、
量子化されたサブ帯域信号を生成するために、１以上のサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を量子化するステップであって、１以上の第１のサブ帯域信号成分と該１以上の第１のサブ帯域信号成分より小さい強度の１以上の第２のサブ帯域信号成分とを有するサブ帯域信号に対して、前記第２のサブ帯域信号成分は、プッシングなしのレベルより少ない量子化レベルのレンジにプッシングされ、これにより、量子化精度を減少させ、量子化された第２のサブ帯域信号成分のエントロピーを減少させる、ステップと、
１以上のエンコードされたサブ帯域信号を生成するために、量子化されたサブ帯域信号の必要情報容量を減少させるエントロピーエンコーディング処理を用いて量子化された１以上のサブ帯域信号をエンコードするステップと、
エンコードされた１以上の前記サブ帯域信号を出力信号に組み立てるステップと、
を具備する、媒体。
【請求項４８】
前記分析フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項４７に記載の媒体。
【請求項４９】
前記量子化するステップは、サブ帯域信号成分を伸張するステップと、伸張したサブ帯域信号成分を一様量子化機能により量子化するステップとを具備する、請求項４７又は請求項４８に記載の媒体。
【請求項５０】
前記量子化するステップは非一様量子化機能に従う、請求項４７乃至請求項４９のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５１】
前記エントロピーエンコーディング処理はエンコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する、請求項４７乃至請求項５０のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５２】
前記エントロピーエンコーディング処理は算術符号法により行う請求項４７乃至請求項５１のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５３】
前記方法において、サブ帯域信号成分値の特性に応答して前記第２のサブ帯域信号成分がプッシングされる値のレンジに順応する請求項４７乃至請求項５２のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５４】
読み込み可能であり、かつ読み込んだ装置によりオーディオデコーディングの方法を実行ことが可能な命令を伝達する媒体であって、
該方法は、
入力信号から1以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するステップと、
１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成するために、エンコードされたサブ帯域信号の必要情報容量を増加させる無損失デコーディング処理を用いて１以上のエンコードされたサブ帯域信号をデコードするステップであって、各デコードされたサブ帯域信号は１以上のサブ帯域信号成分を有しそしてオーディオ信号のそれぞれの周波数サブ帯域を表現する、ステップと、
１以上の逆量子化されたサブ帯域信号を生成するために、１以上の前記デコードされたサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を逆量子化するステップであって、該逆量子化は、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用いる量子化を補完するものであり、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、ステップと、
出力信号を生成するために、1以上の逆量子化されたサブ帯域信号を含む複数のサブ帯域信号に合成フィルターバンクを適用するステップと、
を具備する、媒体。
【請求項５５】
前記合成フィルターバンクは１以上の変換により実施され、サブ帯域信号成分は変換係数である、請求項５４に記載の媒体。
【請求項５６】
前記逆量子化するステップは、一様に量子化するステップと、サブ帯域信号成分を圧縮するステップを具備する、請求項５４又は請求項５５に記載の媒体。
【請求項５７】
前記逆量子化するステップは非一様量子化機能に従う、請求項５４乃至請求項５６のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５８】
前記エントロピーデコーディング処理は、デコードされる量子化されたサブ帯域信号の統計値に順応する請求項５４乃至請求項５７のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項５９】
前記エントロピーデコーディング処理は算術符号法により行う請求項５４乃至請求項５８のいずれか１項に記載の媒体。
【請求項６０】
前記方法は、入力信号から取得した制御情報に応答して逆量子化するステップを順応させ、該逆量子化するステップは、前記サブ帯域信号成分値の特性に応答して第２のサブ帯域信号成分がプッシングされたレンジの値に順応する量子化装置と相補的に順応する、請求項５４乃至請求項５９のいずれか１項に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデジタルオーディオコーディングシステムおよび方法に関し、さらに具体的には非常に低ビットレートのオーディオコーディングおよび方法により得られたオーディオ信号の聴覚的音質の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオエンコーディングシステムは、伝送または保存に適したエンコードされた信号にオーディオ信号を変換し、その後エンコードされた信号を受信または読み出してデコードし、再生するための元のオーディオ信号にする。聴覚的オーディオコーディングシステムはオーディオ信号をエンコードして元のオーディオ信号より必要情報量の低いエンコードされた信号にするよう試み、その後、エンコードされた信号をデコードして、元のオーディオ信号と聴覚的に見分けのつかない出力を出す。聴覚的オーディオコーディング技術の一例は、ボーズ他の「ISO/IEC MPEG-3 Advanced Audio Coding」J. AES, vol. 45, no. 10, October 1997, ページ789〜814により書かれており、これはアドバンストオーディオコーディング（ＡＡＣ）と呼ばれている。
【０００３】
ＡＡＣのような聴覚的コーディング技術は、分析フィルターバンクをオーディオ信号に適用して、一般に１６〜２４ビットのオーダーの高い音質を持ち周波数サブ帯域に配列されたデジタル信号成分を取得する。このサブ帯域幅は一般に変化し、人間の聴覚システムの限界帯域と呼ばれる幅と普通は同じである。この信号の必要情報容量は、サブ帯域信号成分を量子化しさらに低い精度にすることで下げることができる。さらに、ホフマンコーディングのようなエントロピーコーディング処理により量子化された成分をエンコードしてもよい。量子化により量子化された信号にノイズを与えるが、聴覚的オーディオコーディングシステムは、量子化ノイズをマスクするか信号中のスペクトル成分により聞こえないようにするために、量子化ノイズの振幅を制御する試みにおいて心理音響的なモデルを用いる。サブ帯域信号成分の不正確な複製は、補完的なデコーディングと逆量子化により取得される。
【０００４】
多くの聴覚的コーディングシステムにおける目標は、サブ帯域信号成分を量子化し、量子化した信号成分にエントロピーコーディングを適用して最適または実質的にほぼ最適に処理することである。量子化とエントロピーコーディングは一般にできるだけ数学的に最も効率よく動作するよう設計される。
【０００５】
最適な量子化装置あるいはほぼ最適な量子化装置の設計は、量子化すべき信号成分の統計的特性に依存する。分析フィルターバンクを実行するための変換に用いられる聴覚的コーディングシステムにおいて、信号成分値は、周波数サブ帯域にグループ分けされた周波数領域における変換係数から抽出され、そして、各サブ帯域の最大振幅値に関連して正規化又は拡大縮小される。拡大縮小のひとつの例は、ブロック圧伸として知られる処理である。サブ帯域幅が人間の聴覚システムの限界帯域幅に近づくように、各サブ帯域にグループ分けされた係数の数がサブ帯域幅とともに一般に増加する。心理音響的モデルとビット配置処理により各サブ帯域信号の拡大縮小の量を決定する。グループ分けと拡大縮小により量子化すべき信号成分の値の統計的な特性を変化させる。したがって、量子化効率は一般にグループ分けされ拡大縮小された信号成分の特性に対して最適化される。
【０００６】
上述したＡＡＣシステムのような典型的な聴覚的コーディングシステムにおいて、広いサブ帯域は、比較的振幅が大きく支配的な少しのサブ帯域信号成分と、著しく振幅が小さく重要でない多くの信号成分とを持つ。一様な量子化装置はこのような値の分布を効率よく量子化することはない。量子化装置の効率は、小さい信号成分を高い精度で量子化し、大きな信号成分を低い精度で量子化することにより、改善される。このことは、μ則又はＡ則のような圧縮量子化装置を用いてしばしば実行される。圧縮量子化装置は一様量子化装置に続いて圧縮器により実行され、あるいは、2段階処理と等価な非一様量子化装置により実行される。伸張逆量子化装置は、圧縮量子化装置の作用とは逆の作用を行うために用いる。伸張逆量子化装置は、圧縮量子化装置における圧縮とは本質的に逆となる伸張を行う。
【０００７】
圧縮量子化装置は、量子化ノイズをマスクするのに必要な心理音響的モデルにより特定される精度に実質的に等しいか又は高精度の量子化精度を持つ信号成分を表現する聴覚的オーディオコーディングにおいて有益な結果をもたらす。圧縮は、量子化装置の入力範囲内においてさらに一様に信号成分を再配分することにより量子化効率を一般に改善する。
【０００８】
非常に低ビットレート（ＶＬＢＲ）のコーディングシステムは、すべてを、量子化ノイズをマスクするのに十分な量子化精度を持つ信号成分を表現するようにすることは一般にはできない。あるＶＬＢＲコーディングシステムは、入力信号の帯域幅の部分のみを持つベース帯域信号を伝送又は記録し、ベース帯域信号からスペクトル成分を再生中に複写することにより信号の帯域幅の欠損部分再生成することにより、高いレベルの聴覚的音質を持った出力信号で再生することを試みている。この技術は、しばしば「スペクトル変換（spectral translation）」又は「スペクトル再生成（spectral regeneration）」と呼ばれる。本出願の発明者は、圧縮量子化装置がスペクトル再生成を用いるようなＶＬＢＲコーディングシステムにおいて用いられたとき一般に有益な結果とならないことを見てきた。
【０００９】
一般的なオーディオコーディングシステムに用いられるような最適化されたあるいはほぼ最適化されたエンコーダーの設計は、エンコードされる値の統計的な特性に依存する。一般的なシステムにおいて、量子化された信号成分のグループは、量子化された信号成分を表す可変長さのコードを生成するために１以上のコードブックを用いるホフマンコーディングプロセスによりエンコードされる。もっとも短いコードは、最もしばしば起こることが予想される量子化された値を表すために用いられる。各コードはビットの整数により表現される。
【００１０】
ホフマンコーディングは、しばしば、量子化ノイズをマスクするために十分な量子化精度を持つようすべての信号成分を表現することができる、オーディオコーディングシステムというよい結果をもたらす。しかしながら、本出願の発明者は、多くのＶＬＢＲコーディングシステムに用いることを不適切にする重大な制限をホフマンコーディングは持っていることを見てきている。これらの制限は以下に説明する。
【００１１】
[発明の開示]
本発明のひとつの目的は、ホフマンコーディングのような量子化装置やエントロピーコーディングを用いる一般的なオーディオコーディングの欠点を克服する改善されたオーディオコーディングシステムおよび方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のひとつの特徴によれば、オーディオエンコーディング伝送器は、サブ帯域成分を持つオーディオ信号の分析フィルターバンクと、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用い、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、第１および第２の量子化精度を用いた１以上のサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を量子化する前記フィルターバンクに接続された量子化装置と、無損失エンコーディング処理を用いて量子化されたサブ帯域信号成分をエンコードされたサブ帯域信号にエンコードする前記量子化装置に接続されたエンコーダーと、エンコードされたサブ帯域信号を出力信号に組み立てる前記エンコーダーに接続されたフォーマッターとを具備する。
【００１３】
本発明の他の特徴によれば、オーディオデコーディング受信器は、入力信号から１以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するデフォーマッターと、無損失デコーディング処理を用いてエンコードされたサブ帯域信号をデコードすることで１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成するデフォーマッターに接続されたデコーダーと、前記サブ帯域信号成分を逆量子化するデコーダーに接続された逆量子化装置であって、該逆量子化装置は、成分値の第１のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第１の量子化精度を用い、成分値の第２のインターバルでサブ帯域信号成分に対する第２の量子化精度を用い、ここで、第１の量子化精度は第２の量子化精度より低く、第１のインターバルは第２のインターバルに隣接しており、第１のインターバルでの値は第２のインターバルでの値より小さい、第１および第２の量子化精度を用いた量子化装置と相補的である、逆量子化装置と、１以上の逆量子化されたサブ帯域信号に応答して出力信号を生成する逆量子化装置に接続された合成フィルターバンクとを具備する。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、オーディオエンコーディング伝送器は、サブ帯域信号成分を持つオーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する複数のサブ帯域信号を生成する分析フィルターバンクと、量子化精度を下げて量子化された第２のサブ帯域信号成分のエントロピーを減少させるように、プッシングを行わないときより低い量子化水準に第２のサブ帯域信号が量子化されるような範囲に第２のサブ帯域信号をプッシングすることにより、１以上の第１のサブ帯域信号より振幅の小さい１以上の第２のサブ帯域信号を持つサブ帯域信号として量子化されたサブ帯域信号を生成させるために、１以上のサブ帯域信号成分を量子化する分析フィルターバンクに接続された量子化装置と、エントロピーエンコーディング処理を用いて１以上の量子化されたサブ帯域信号をエンコードする前記量子化装置に接続されたエンコーダーと、エンコードされたサブ帯域信号を出力信号に組み立てる前記エンコーダーに接続されたフォーマッターとを具備する。
【００１５】
本発明のさらなる特徴によれば、オーディオデコーディング受信器は、入力信号から１以上のエンコードされたサブ帯域信号を取得するデフォーマッターと、エンコードされたサブ帯域信号をエントロピーデコーディング処理を用いてデコードすることにより１以上のデコードされたサブ帯域信号を生成する、前記デフォーマッターに接続されたデコーダーと、デコードされたサブ帯域信号のサブ帯域信号成分を逆量子化する、前記デコーダーに接続された逆量子化装置であって、該逆量子化装置は、１以上の第１のサブ帯域信号線分と１以上の第１のサブ帯域信号より振幅の小さい１以上の第２のサブ帯域信号を持つサブ帯域信号に対して、量子化されたサブ帯域信号量子化精度を下げて量子化された第２のサブ帯域信号成分のエントロピーを減少させるように、プッシングを行わないときより低い量子化水準に量子化する範囲に第２のサブ帯域信号成分をプッシングする量子化装置と相補的である、逆量子化装置と、１以上の逆量子化されたサブ帯域信号に応答して出力信号を生成する逆量子化装置に接続された合成フィルターバンクとを具備する。
【００１６】
本発明とその好ましい実施の形態における様々な特徴は、以下の説明と、添付図面を参照することによりよく理解できるであろう。以下の説明と図面の内容は例示としてのみ述べたもので、本発明の技術範囲を限定するためのものではないと理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
Ａ．伝送器
１．概観
図１は、本発明の様々な機能を組み入れることができるオーディオエンコーディング伝送器の一実施の形態を図示している。本実施の形態において、分析フィルターバンク１２は経路１１からオーディオ信号を表すオーディオ情報を受信し、これに応答して、オーディオ信号の周波数サブ帯域を表すデジタル情報を出力する。各周波数サブ帯域のデジタル情報は各量子化装置１４、１５、および１６により量子化され、エンコーダー１７に送られる。エンコーダー１７は量子化された情報のエンコードされた表現を生成し、それをフォーマッター１８に送る。一実施の形態において、量子化装置１４、１５、および１６の量子化機能は、経路１１から受信したオーディオ情報に応答して、量子化制御情報を生成する量子化制御装置１３から受信した量子化制御情報に応じて変化する。フォーマッター１８は、量子化された情報のエンコードされた表現と量子化制御情報とを送信および保存に適した出力信号に組み立て、経路１９に沿って出力信号を出力する。
【００１８】
図１に図示した伝送器は、３つの周波数サブ帯域の成分を示している。一般的なアプリケーションではさらに多くのサブ帯域が用いられるが、明確に図示する上ために３つのみを示している。本発明に対して原理上個々の番号は重要でない。
【００１９】
分析フィルターバンク１２は、広い範囲のデジタルフィルター技術、ブロック変換およびウェーブレット変換を含む要求されるどんな方法で本質的に実行してもよい。例えば、分析フィルターバンク１２は、縦列接続した１以上の直交鏡像フィルター（ＱＭＦ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）のような様々な離散フーリエ変換、又は、時間帯域標本化エイリアスキャンセル技術（ＴＤＡＣ）により実行することができる。ＴＤＡＣは、プリンセン他の「Subband/Transform Coding Using Filter Bank Design Based on Time Domain Aliasing Cancellation」 ICASSP 1987 Conf. Proc., １９８７年５月発行、２１６１〜６４ページに記載されている。
【００２０】
ブロック変換により実行される分析フィルターバンクでは、入力信号のブロック又は期間をその期間の信号のスペクトル内容を表現する変換係数の組に変換する。１以上の隣接する変換係数のグループは、そのグループ内の係数の数に応じた帯域幅を持った特定の周波数サブ帯域におけるスペクトル内容を表す。
【００２１】
ポリフェーズフィルターのようなタイプのデジタルフィルターにより実行される分析フィルターバンクでは、ブロック変換よりむしろ、入力信号を分割してサブ帯域信号の組にする。各サブ帯域信号は、特定の周波数サブ帯域内で入力信号のスペクトル内容を時間基準で表現したものである。各サブ帯域信号が単位時間のサブ帯域信号内のサンプル数に応じた帯域幅を持つように、サブ帯域信号は間引いておくことが好ましい。
【００２２】
本説明において、用語「サブ帯域信号」は１以上の隣り合う変換係数のグループを言い、用語「サブ帯域信号成分」は変換係数を言う。本発明の原理は他の実施形態にも適用することができるが、用語「サブ帯域信号」は信号の特定の周波数のサブ帯域のスペクトル内容を表現する時間基準の信号もまた意味することが一般に了解されており、また、「サブ帯域信号成分」は時間基準のサブ帯域信号のサンプルを意味することが一般に了解されているだろう。
【００２３】
量子化装置１４、１５、１６とエンコーダー１７については以下に詳細を説明する。
【００２４】
量子化制御装置１３は本質的に必要とされるどんな形式の処理をも実行する。ひとつの例は、オーディオ信号内での異なったスペクトル成分の心理音響的マスキング効果を評価するためにオーディオ情報に心理音響的モデルを適用する処理である。この処理は多くの変形が可能である。例えば、分析フィルターバンク１２の入力点で入手できるオーディオ情報の代わりに、あるいは、このオーディオ情報に追加して、分析フィルターバンク１２の出力点で入手できる周波数サブ帯域情報に応答して量子化制御情報を量子化制御装置１３が出力することにしてもよい。他の例として、量子化制御装置１３を省略し、量子化装置１４、１５、１６が修正されない量子化機能を用いてもよい。本発明において特別な処理は必要とされない。
【００２５】
フォーマッター１８は、量子化された信号成分とエンコードされた信号成分とを送信または保存のため経路１９に沿って出力するのに適した形式に組み立てる。フォーマットされた信号は、要求により同期パターン、エラー検出／修正情報、および制御情報を含んでもよい。
【００２６】
２．量子化装置
ａ）圧縮量子化装置
圧縮することで量子化効率を改善することができるので、多くの一般的なオーディオコーディングシステムの量子化装置１４、１５、１６は圧縮量子化装置である。このような効率の改善ができる理由について以下の段落にて説明する。
【００２７】
図３の線３１は仮想的なサブ帯域信号の成分値を表している。明確に描くために隣り合う値同士を直線で結んだ。本図のみならず他図においても正の値のみを描いたが、ここで説明する原理は正負の成分値を持つ実施形態に適用する。成分値は、サブ帯域信号の最大成分の値を基準に正規化又はスケーリングされる。８個の量子化レベルでゼロから１までの正規化された範囲の値を測定する。
【００２８】
図４Ａは、図７に示した機能のような一様量子化機能を用いて線３１のサブ帯域信号成分を８個のレベルで量子化したものを図形的に説明した図であり、ここで信号成分値は直近の量子化レベルで近似的に表現される。正の量子化レベルは３ビットの２進数で表すことができる。「４」段階以下で量子化される成分値は効率的に量子化されたとは言えない。なぜなら、量子化レベルが２ビットだけで表現できてしまうからである。実際には、「４」段階以下で量子化された各信号成分のうちの１ビットは無駄になる。
【００２９】
図４Ｂは、図５に示した圧縮量子化機能を用いて線３１のサブ帯域信号成分を８段階で量子化したものを図形的に説明した図である。ここで圧縮量子化においては、信号成分値を直近の量子化レベルで近似的に表現する。「４」段階以下で量子化される成分が少ないので、圧縮量子化装置は一様量子化装置より量子化効率化が高い。圧縮量子化は、図５に示したような非一様量子化機能により実行される。あるいは、図６に示した機能のような圧縮機能により実行される。その後に図７に示した一様量子化装置が続く。図３の線３２は図６に示した機能により圧縮された後の線３１の値を示す。
【００３０】
圧縮量子化装置の量子化精度はすべての入力値に対して一様ではない。小さな振幅値の近傍の期間における量子化精度は、大きな振幅値の近傍の期間における量子化精度より高い。
【００３１】
圧縮によって、数値のダイナミックレンジが減少するのでサブ帯域信号サンプルの統計的な分布が変化する。正規化又はスケーリングと結びついた圧縮により、効果的により多くのビットを用いる高い量子化レベルに数値を持ち上げるので、多くの小さい数値の精度が向上する。スケーリングと圧縮により得られた作用を元に戻すために、伸張と逆スケーリング処理が受信器内で用いられる。
【００３２】
図６に示した圧縮機能は、以下のべき乗関数となる。
【００３３】
ｙ＝ｃ（ｘ）＝ｘｎ                                （１ａ）
ここで、ｃ（ｘ）＝ｘの圧縮関数
ｙ＝圧縮された値
ｎ＝１以下の正の実数
補完的な伸張機能は図８に示され、以下の形をとる。
【００３４】
ｘ＝ｅ（ｙ）＝ｙ１／ｎ                            （１ｂ）
ここで、ｅ（ｙ）＝ｙの伸張関数
他の圧縮関数と伸張関数は以下の形の関数である。
【００３５】
ｙ＝ｃ（ｘ）＝ｌｏｇｂ（ｘ）                      （２ａ）
ｘ＝ｅ（ｙ）＝ｂｙ                                （２ｂ）
圧縮関数と伸張関数の多くの形式が慣習的なコーディングシステムに用いられており、本質的にはどんな形式も本発明の機能に組み込まれるコーディングシステムに用いることができる。
【００３６】
ｂ）非常に低いビットレートシステム
公衆のコンピュータネットワーク上のストリーミングオーディオのようないくつかのアプリケーションにおいて、すべての主な信号成分に量子化ノイズを確実にマスクするだけの精度を持たせることができないような低いビットレートでデジタルオーディオストリームをエンコードすることが必要となる。
【００３７】
非常に低いビットレート（ＶＬＢＲ）のコーディングシステムを提供するについては、入力信号の帯域幅部分のみを表現するベース帯域信号をエンコードし送信して、再生時に帯域幅の失われた部分を再生成する技術を用いて良い音響のオーディオを提供しようとする多くの試みがなされてきた。高周波数成分をベース帯域信号から除外して再生時に再生成するのが典型例である。この技術は、高周波数成分に用いるべきビットを取り出し、低周波成分の量子化精度を向上させるために用いるものである。
【００３８】
このベース帯域／再生成技術は満足な結果をもたらさなかった。ＶＬＢＲコーディングシステムのような形式の音質を向上させるために、再生成技術を改善するための多くの試みがなされてきたが、本出願の発明者は、少なくとも２つの理由によりビットがスペクトル成分に最適に配置されないので、これまで知られたスペクトル再生成技術はうまく働かないと判断した。
【００３９】
第１の理由は、ベース帯域信号が狭すぎることである。これは、重要でない振幅の小さな成分も含めてベース帯域信号内の信号成分をエンコードするために、重要な振幅の大きい成分も含めてベース帯域信号以外のすべての信号成分を抜き出したためである。本出願の発明者らは、ベース帯域信号は５ｋＨｚ以上の帯域幅を持つべきであったと判断した。残念ながら、多くのＶＬＢＲアプリケーションにおいて、ビットレートの制限が非常に厳しいので、５ｋＨｚの帯域幅を持つ信号の各スペクトル成分に対して約１ビットしか送信することができない。高音質の出力信号を再生させるためには１ビットのスペクトル係数では十分でないので、既知のコーディングシステムでは、狭いベース帯域信号に残った信号成分を高い精度で量子化することができるようにベース帯域信号のベース帯域を狭めて５ｋＨｚより十分低くしている。
【００４０】
第２の理由は、小さな振幅のベース帯域信号の信号成分にあまりにも多くのビットを割り付けていることである。このことは、それほど重要ではない振幅の小さな成分をエンコードするために、重要な振幅の大きな成分からビットを取り去るという結果となっている。上述したようにスケーリングと圧縮により小さな成分値がより大きな量子化レベルに押し上げられるために、スケーリングと圧縮を用いたコーディングシステムにおいては、この問題はさらに悪化する。
【００４１】
重要でない小さな値の信号成分を少ない数の量子化レベルに量子化される数値の範囲にプッシングすることにより、これらの理由に起因する問題を軽減することができる。この処理により小さな値の成分の量子化精度が減少するが、量子化した後の小さな値の信号成分のエントロピーがプッシングしなかった場合のエントロピーより低いレベルに減少する。すべての信号成分はエントロピーコーディングがなされ、低い量子化レベルにプッシングしなかった場合より少ないビット数で重要度の少ない小さな値の信号成分を表現するコードとなり、残りのビットは他の信号成分をより正確に量子化するために用いられる。より少ない量子化レベルにプッシングされる信号成分の数は伸張量子化装置を用いることにより制御される。
【００４２】
ｃ）伸張量子化装置
図４は、図９に示した伸張量子化機能を用いて線３１のサブ帯域信号成分の８段階で量子化したものを図形的に説明した図であり、ここで、信号成分値は直近の量子化レベルで近似的に表現される。多くの信号成分が「４」段階以下で量子化されるので、伸張量子化装置は、一様量子化より低い量子化効率を持つ。伸張量子化装置は、図９に示したような非一様量子化機能により実行される。あるいは、図８に示した機能のような伸張機能により実行される。その後に図７に示した一様量子化装置が続く。図３の線３２は図８に示した機能により伸張された後の線３１の値を示す。
【００４３】
伸張量子化装置の量子化精度はすべての入力値に対して一様ではない。小さな振幅値の近傍の期間における量子化精度は、大きな振幅値の近傍の期間における量子化精度より低い。
【００４４】
スケーリングと伸張により得られた作用を元に戻すために、圧縮と逆スケーリング処理が受信器内で用いられる。
【００４５】
伸張によって、数値のダイナミックレンジが増加するのでサブ帯域信号サンプルの統計的な分布が変化する。正規化又はスケーリングと結びついた伸張により、小さい数値を低い量子化段階にプッシングするので、多くの小さい数値の精度が低下する。非常に多くの小さい数値の信号成分が、例えば、「０」量子化段階にプッシングされる。「ゼロ段階への量子化」（ＱＴＺ）信号成分を含む低量子化段階に量子化される信号成分が増加することにより、また、これらの小さな成分及びＱＴＺ成分を効率よく表現するコードを用いることにより、大きな値の信号成分をより正確に量子化するためにより多くのビットが利用可能となる。
【００４６】
実際には、伸張と量子化はより正確なエンコーディングのためにより広い帯域幅で重要な信号成分を特定するために用いられる。このことにより、ＶＬＢＲでエンコードされた信号から高い音質の信号を復元することができるようにビットの配置を最適化する。
【００４７】
量子化装置は量子化すべきすべての範囲中の一部分のみに対して伸張処理を行ってもよい。伸張は小さな値に対して重要である。要求がある場合は、この量子化装置は大きな値を持つような信号成分に対して圧縮を行ってもよい。図１０は、機能４１に従って伸張と圧縮を行う量子化機能４２を図示したものである。伸張は最小規模の値に対して行われ、圧縮は最大規模の値に対して行われる。中間規模の値に対しては伸張も圧縮も行われない。
【００４８】
伸張と圧縮の量は、もしあれば、信号特性、量子化された信号成分をエンコードするのに有用なビット数、及び優勢な大きな値の成分の近接性を含む様々な条件のすべて又はいくつかに応じて順応させてもよい。例えば、比較的平らなスペクトルを持つノイズのようなサブ帯域信号に対してはさらなる伸張が一般には必要となる。比較的大きな数のビットをエンコードするために利用できる場合には、伸張はそれほど必要ではない。優勢な大きな値の信号成分に近い信号成分に対して伸張は行うべきでない。受信器における補完処理を変更することができるように、どのように伸張と圧縮が変更されたかの表示を何らかの方法で受信器に提供すべきである。
【００４９】
量子化装置１４、１５、１６には、各々同じ伸張機能と量子化機能を適用してもよいし、異なった伸張機能と量子化機能を適用してもよい。さらに、特定のサブ帯域に対する量子化装置は、他のサブ帯域に対する量子化装置とは独立に、あるいは少なくとも異なった方法で順応あるいは変更してもよい。加えて、すべてのサブ帯域信号を伸張する必要はない。
【００５０】
３．エンコーダー
エンコーダー１７では、必要とする情報容量を低減するために量子化された信号成分にエントロピーコーディングを適用する。ハフマンコーディングは多くの既知のコーディングシステムに用いられるが、少なくとも２つの理由により多くのＶＬＢシステムに用いるには適当でない。
【００５１】
第１の理由は、ハフマンコード整数のビットからなり最短ビットは１ビット長であることに起因する。ハフマンコーディングはもっとも起こる可能性が高い量子化された記号に対してもっとも短いコードを用いる。本発明において、サブ帯域信号におけるＱＴＺ信号成分の数が増加する傾向にあるので、最も可能性の高いエンコードすべき量子化された値はゼロであると仮定することは道理にかなっている。本発明によれば、もしＱＴＺ成分が１ビット長より小さいコードにより表現することができるのなら、ＶＬＢＲシステムにおける信号の音質を著しく向上させることができる。
【００５２】
多次元コードブックとともにハフマンコーディングを用いることにより短い実効コード長を取得することができる。これにより、複数の量子化された値を表現するためにハフマンコーディングが１ビットのコードを用いることを可能とする。例えば２次元コードブックにより、１ビットコードで２つの値を表現することができる。残念ながら、多次元コーディングは多くのサブ帯域信号に対してそれほど効率的ではなく、コードブックを記憶させるためにかなり多くのメモリーを必要とする。ハフマンコーディングでは、コードブックを順応的に一次元と多次元に切り替えることができるが、信号のコード部分にどのコードブックを用いるかを特定するためにエンコードされた信号中に制御ビットを必要とする。これらの制御ビットは、多次元コードブックを用いることの利益を相殺してしまう。
【００５３】
ハフマンコーディングが多くのＶＬＢＲコーディングシステムに適当ではない２番目の理由は、コーディング効率がコードすべき信号の統計値に対して非常に敏感だからである。もし、実際にコードすべき信号値と比べて非常に異なった統計値を持つ値をコードするように設計されたコードブックを用いた場合、ハフマンコーディングは、エンコードされた信号の要求情報容量を増やすという不利な条件を強要することがある。この問題は、一組のコードブックから最適なコードブックを選択することにより解決することができるが選択すべきコードブックを特定するために制御ビットが必要となる。このような制御ビットは複数のコードブックを用いることにより達成できる利点を相殺してしまう。
【００５４】
連続長コードなどの様々なコーディング技術を単独又は他の形式のコーディングと組み合わせて用いることができる。しかしながら、実際の信号の統計値にあわせて自動的に順応することができ、ハフマンコーディングにより可能となるものより短いコードを生成する能力があるので、好ましい実施の形態においては算術符号法を用いる。
【００５５】
算術記号法による処理では、１以上の「記号」の「メッセージ」を表現する半終止区間［０，１)内で実数の計算をする。この文脈において、記号とは信号成分の量子化された値であり、メッセージとは複数の信号成分に対する一組の量子化レベルである。「アルファベット」はメッセージ中に発生しうるすべての記号すなわち量子化された値の組である。実数で表現することができるメッセージ中の記号の数は、コーダーにより表現される実数の精度により制限される。実数コードにより表現される記号の数は同様にデコーダーに送られる。
【００５６】
もし、Ｍがアルファベット中の記号の数を表すとすると、算術符号コーディング処理のステップは以下の通りである。
【００５７】
１． 区間［０，１）をＭ個のセグメントに分割する。ここで、各セグメントはアルファベット中の特定の記号に対応する。各記号に対するセグメントは、その記号が発生する確率に比例した長さを持つ。
【００５８】
２． メッセージから最初の記号を取得し、対応するセグメントを選択する。
【００５９】
３． ステップ（１）と同様の方法で、選択したセグメントをＭ個のセグメントに分割する。各セグメントはアルファベット中の各々の記号に対応し、その記号が発生する確率に比例した長さを持つ。
【００６０】
４． 次の記号をメッセージから取得し、対応するセグメントを選択する。
【００６１】
５． すべてのメッセージがエンコードされるまで、又は、精度の制限に到達するまで、ステップ（３）と（４）とを続ける。
【００６２】
６． 最後に選択したセグメント中のすべての数を表現する可能な限り短い２進数の有理数を生成する。
【００６３】
図１１は、４つの量子化レベル０，１，２，３を表す４つの記号のアルファベット内にある４つの記号「１３００」のメッセージに適用された処理を図示したものである。これらの記号の各々が発生する確率は、各々、０．５５，０．２０，０．１５，及び０．１０である。
【００６４】
図の左側の最初の四角形は、半終止区間［０，１）をその記号が発生する確率に比例した長さを持つアルファベット中の各記号に対する４つのセグメントに分割する、ステップ（１）を表す。
【００６５】
ステップ（２）では、量子化レベル「１」を表す最初の記号がサブ帯域信号から取得され、対応する半終止区間セグメント［０．５５，０．７５)が選択される。
【００６６】
最初の四角形のすぐ右にある２番目の四角形は、選択されたセグメントをアルファベット中の各記号に対する４つのセグメントに分割する、ステップ（３）を表す。
【００６７】
ステップ（４）では、量子化レベル「３」を表す２番目の記号がメッセージから取得され、対応する半終止区間セグメント［０．７３，０．７５)が選択される。
【００６８】
ステップ（５）はステップ（３）及びステップ（４）の繰り返しである。２番目の四角形のすぐ右にある３番目の四角形は、すでに選択されたセグメントをアルファベット中の各記号に対する４つのセグメントに分割する、ステップ（３）の繰り返しを表す。
【００６９】
ステップ（４）の繰り返しでは、量子化レベル「０」を表す３番目の記号がメッセージから取得され、対応する半終止区間セグメント［０．７３０，０．７４１)が選択される。
【００７０】
ステップ（５）ではステップ（３）及びステップ（４）を繰り返す。図中の右端にある４番目の四角形は、すでに選択されたセグメントをアルファベット中の各記号に対する４つのセグメントに分割する、ステップ（３）の繰り返しを表す。
【００７１】
ステップ（４）の繰り返しでは、量子化レベル「０」を表す４番目と最後の記号がメッセージから取得され、対応する半終止区間セグメント［０．７３０００，０．７３６０５)が選択される。
【００７２】
メッセージの最後に到達すると、ステップ（６）で、最後に選択したセグメント内のある番号を表現する可能な限り短い２進数を生成する。６ビットの２進有効数字フィールド０．１０１１１１２＝０．７３４３７５１０が生成される。
【００７３】
上述のコーディング処理は、記号アルファベットの確率分布を求めることであり、この分布は同様にデコーダーにも提供されなければならない。もし確率分布が変化したら、コーディング処理も最適状態にはならない。コーディングのために受信した記号の実際の確率からエンコーダー１７は新しい分布を計算することができる。この計算は、各記号をメッセージから取得したときに連続的に行ってもよいし、それほど煩雑に行わなくてもよい。デコーダー２３は、同じ計算を行い、その分布をエンコーダー１７における分布と同期させておく。コーディング処理は要求されたどんな確率分布により開始してもよい。
【００７４】
算術符号法についてのこれ以上の情報はベル、クリアリー、及びウィッテンの「Text Compression」Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1990, ページ１０９〜１２０、及び、セイウッドの「Introduction to Data Compression」Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco, 1996, ページ６１〜９６から得ることができる。
【００７５】
Ｂ．受信器
図２は、本発明の様々な特徴を組み込んだオーディオデコーディング受信器の一実施例を図示したものである。この実施例では、デフォーマッター２２は、オーディオ信号の周波数サブ帯域を表現する量子化されたデジタル情報のエンコードされた表現を伝達する入力信号を経路２１から受け取る。デフォーマッター２２は、入力信号からエンコードされた表現を取得しデコーダーに送信する。デコーダー２３は、このエンコードされた表現を周波数サブ帯域の量子化された情報をデコードする。各周波数サブ帯域の各々の量子化されたデジタル情報は、それぞれ逆量子化装置２５、１６、２７により逆量子化され、オーディオ信号を表現するオーディオ情報を経路２９に生成する合成フィルターバンクに送られる。逆量子化装置２５、２６、２７の逆量子化機能は、入力信号からデフォーマッター２２により取得される制御情報に応答して逆量子化制御情報を生成する逆量子化制御装置２４から受信した制御情報に応答して変化する。
【００７６】
デコーダー２３は、エンコーダー１７に適用された処理を補完する処理を適用する。好ましい実施例では、算術符号法が使われる。
【００７７】
逆量子化装置２５、２６、２７は、量子化装置１４、１５、１６で用いられた伸張に対して相補的な圧縮を用いる。圧縮逆量子化装置では、非一様逆量子化機能が実行され、あるいは、圧縮機能に引き続いて一様逆量子化機能が実行される。非一様逆量子化及び一様逆量子化は、テーブル検索により実行される。一様逆量子化は、量子化された値に適当な数のビットを単に付加する処理により実行してもよい。付加するビットはゼロ値でもよく、または、ディザー信号や擬似ランダムノイズ信号のような他の値を持たせてもよい。
【００７８】
逆量子化制御装置２４は、要求されるあらゆるタイプの処理を基本的に実行することができる。ひとつの例は、入力信号から得られた情報に心理音響的なモデルを適用して、オーディオ信号中の異なったスペクトル成分に対する心理音響的マスキング効果を評価することである。他の例は、逆量子化制御装置２４を省略し、逆量子化装置２５、２６、２７は変化のない逆量子化機能、または、デフォーマッター２２により入力信号から直接得られた逆量子化制御情報に応答して変化した逆量子化機能を用いることである。
【００７９】
図２に示された受信器は、３つの周波数サブ帯域の成分を示している。一般的なアプリケーションではさらに多くのサブ帯域が用いられるが、明確に図示する上ために３つのみを示している。本発明に対して原理上個々の番号は重要でない。
【００８０】
合成フィルターバンク２８は、分析フィルターバンク１２について上述した技法と逆の方法を含む要求されるどんな方法で本質的に実行してもよい。ブロック変換により実行される合成フィルターバンクは、変換係数の組からひとつの出力信号を合成する。ブロック変換よりむしろポリフェーズフィルターのようなある形式のデジタルフィルターにより実行される合成フィルターバンクはサブ帯域信号からの出一組の力信号を合成する。各サブ帯域信号は、特定の周波数サブ帯域内で入力信号のスペクトル内容を時間基準で表現するものである。
【００８１】
Ｃ．実施
本発明の様々な機能は、汎用コンピュータシステムや、汎用コンピュータシステムで見られるものに類似の構成部材につながったデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路のような特別な構成部材を含む他の装置のソフトウェアを含む様々な方法で実施してもよい。図１２は、オーディオエンコーディング伝送器またはオーディオデコーディング受信器において、本発明の様々な機能を実施するために用いられる装置７０のブロック図である。ＤＳＰ７２は計算リソースを提供する。ＲＡＭ７３はＤＳＰ７２が信号処理するために用いるシステムランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）である。ＲＯＭ７４は、装置７０を動作させるのに必要なプログラムを保存するためのリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）のような何らかの形の永久的記憶装置を意味する。Ｉ／Ｏ制御７５は、通信チャンネル７６、７７を通して信号を受信し伝送するためのインターフェース回路を意味する。アナログオーディオ信号を受信、及び／または、送信することが要求されたとき、アナログ・デジタル変換器及びデジタル・アナログ変換器をＩ／Ｏ制御７５中に含んでもよい。図示された実施の形態においては、すべての主なシステム構成要素は、バス、ここでバスは１以上の物理バスであってもよい、につながっているが、バス構成は本発明の実施に本質的に必要とするものではない。
【００８２】
汎用コンピュータで実施する形態においては、インターフェース用、及び、磁気テープ又は磁気ディスク又は光学媒体などの記憶媒体を有する記憶装置を制御するためのキーボードやマウス及びディスプレイなどの付加的な部品が含まれる。記憶媒体はシステムを動作させるためのプログラム、ユーティリティー及びアプリケーションのプログラムを記録するために用いてもよく、記憶媒体には本発明のいろいろな機能を実行するプログラムの具体的表現を含ませてもよい。
【００８３】
本発明の実行に必要な機能は、個々のロジック部品、１以上のＡＳＩＣ及び／又はプログラム制御のプロセッサーを含む広く様々な方法を組み込んだ特殊目的の部品により遂行することもできる。これらの部品を組み込む方法は、本発明にとって重要ではない。
【００８４】
本発明におけるソフトウェアの組み込みは、ベース帯域又は超音波から紫外線までの周波数を含む全スペクトルの変調経路のような様々な読み込み媒体機構により、あるいは、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスクを含む、本質的に磁気又は光学的記憶技術を用いて情報を伝達する媒体を含む記憶媒体により行われる。種々の機能は、ＡＳＩＣ、汎用集積回路、ＲＯＭ又はＲＡＭのいろいろな形で具現化したプログラムにより制御されるマイクロプロセッサー、及び、その他の技術による回路のような処理回路によりコンピュータシステム７０の様々な部品に組み込むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】オーディオエンコーディング伝送器の概略ブロック図である。
【図２】オーディオデコーディング受信器の概略ブロックダイアグラムである。
【図３】仮想上のサブ帯域信号成分の圧縮と伸張を図形的に説明した図である。
【図４Ａ】図３に示したサブ帯域信号成分の量子化を図形的に説明した図である。
【図４Ｂ】図３に示したサブ帯域信号成分の量子化を図形的に説明した図である。
【図４Ｃ】図３に示したサブ帯域信号成分の量子化を図形的に説明した図である。
【図５】圧縮量子化機能を図形的に説明した図である。
【図６】圧縮機能を図形的に説明した図である。
【図７】一様量子化機能を図形的に説明した図である。
【図８】伸張機能を図形的に説明した図である。
【図９】伸張量子化機能を図形的に説明した図である。
【図１０】伸張／圧縮量子化機能を図形的に説明した図である。
【図１１】数学的コーディングを図形的に説明した図である。
【図１２】本発明の様々な機能を実行するために用いることのできる装置の概略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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