(57)【要約】【課題】第１符号化則で符号化されているデータの符号化則を第２符号化則に短時間で変換でき、かつ品質劣化の少ない符号化則変換方法および装置を提供する。【解決手段】量子化スケール算出部３００は、MP3量子化スケール値とAAC量子化スケール値との相関関係を示す一次関数に基づいて、MP3量子化スケール値QからAAC量子化スケール値Q'を算出する。量子化部３１１は、量子化スケール算出部３００で算出されたAAC量子化スケール値Q'に基づいてMDCT係数を量子化する。したがって、AAC符号化プロセスでは、量子化スケール値を決定するための反復処理が行われない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１符号化則で符号化された第１符号化則データを、符号化時の量子化が反復ループで繰り返される第２符号化則で符号化された第２符号化則データに変換する符号化データの符号化則変換方法において、
第１符号化則データをPCMデータに復号化する復号化プロセスおよびPCMデータを第２符号化則データに符号化する符号化プロセスを含み、さらに、
第１符号則データの復号化プロセスにおいて量子化データを逆量子化する手順と、
前記逆量子化手順において、第１逆量子化スケール値をサンプルごとに取得する手順と、
前記各第１量子化スケール値に所定の関数計算を実行して第２量子化スケール値を算出する手順と、
第２符号化則の符号化プロセスにおいて、前記第２各量子化スケール値を用いてデータを量子化する手順とを含み、
前記所定の関数は、同一サンプルに関する第１符号化則の量子化スケール値と第２符号化則の量子化スケール値との相加関係に基づいて第１量子化スケール値を第２量子化スケール値に変換することを特徴とする符号化データの符号化則変換方法。
【請求項２】
第１符号化則データが、当該第１符号化則データの１フレームのサンプル数と第２符号化則データの１フレームのサンプル数との最小公倍数に相当するフレーム数ずつ、その符号化則を変換されることを特徴とする請求項１に記載の符号化データの符号化則変換方法。
【請求項３】
前記第１符号化則がMP3であり、前記第２符号化則がAACであることを特徴とする請求項１または２に記載の符号化データの符号化則変換方法。
【請求項４】
前記第２符号化則データの符号化プロセスが、データの時間領域を周波数領域に変換するDCT手順を含み、さらに、
前記第１符号則データの復号化プロセスにおける逆量子化手順において、各フレームのフレーム構造を保存する手順と、
前記第２符号則データの符号化プロセスにおけるDCT手順において、前記保存されたフレーム構造に基づいてウインドウサイズを決定する手順とを含むことを特徴とする請求項３に記載の符号化データの符号化則変換方法。
【請求項５】
第１符号化則で符号化された第１符号化則データを、符号化時の量子化が反復ループで繰り返される第２符号化則で符号化された第２符号化則データに変換する符号化データの符号化則変換装置において、
第１符号則の量子化データを逆量子化する手段と、
前記逆量子化時に得られる第１逆量子化スケール値に所定の関数計算を実行して第２量子化スケール値を算出する手段と、
第２符号化則で符号化するデータを、前記第２各量子化スケール値を用いて量子化する手段とを含み、
前記所定の関数は、同一サンプルに関する第１符号化則の量子化スケール値と第２符号化則の量子化スケール値との相加関係に基づいて第１量子化スケール値を第２量子化スケール値に変換することを特徴とする符号化データの符号化則変換装置。
【請求項６】
第１符号化則データを、当該第１符号化則データの１フレームのサンプル数と第２符号化則データの１フレームのサンプル数との最小公倍数に相当するフレーム数ずつ蓄積するバッファ手段を含み、
前記符号化則変換が、前記バッファに蓄積されたフレーム単位で実行されることを特徴とする符号化データの符号化則変換装置。
【請求項７】
前記第１符号化則がMP3であり、前記第２符号化則がAACであることを特徴とする請求項５または６に記載の符号化データの符号化則変換装置。
【請求項８】
前記第２符号化則で符号化するデータの時間領域を周波数領域に変換するDCT手段を含み、
前記DCT手段は、第１符号則データの各フレームのフレーム構造に基づいて各フレームのウインドウサイズを決定することを特徴とする請求項７に記載の符号化データの符号化則変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の符号化則で符号化されているオーディオデータを、第１の符号化則とは異なる第２の符号化則で符号化されたオーディオデータに変換する符号化データの符号化則変換方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際標準で定められたオーディオ圧縮方式として、ISOで標準化されたMP3 （MPEG（Moving Picture Experts Group）-１ Audio Layer 3）規格が広く普及している。MP3はもっとも人気のあるオーディオ圧縮方式の一つであり、多くのポータブル再生デバイスにMP3デコーダが実装されている。
【０００３】
一方、MP3とは互換性がないが、音質を保ったまま、より高い圧縮率を実現した符号化方式としてAAC(Advanced Audio Coding)が規定され、いくつかのオンライン音楽配信や各種放送サービスなどで採用されている。AACはCD品質の音声を１チャネルあたり約48〜64 kbpsで実現でき、MP3と比較して約３０%の符号量を削減できると言われている。それゆえ、AACの製品やAACに関連するサービスが今後市場に多く出現し、MP3のファイルをAACのファイルに変換したいという要望が増えていくことが予想される。
【０００４】
MP3をAACに変換する最も簡単な方法として、MP3をPCMデータまで完全にデコードした後、このPCMデータをAACに再エンコードする、非圧縮ドメインでのトランスコーディングが挙げられる。
【０００５】
図５は、従来のMP3デコーダ１０の主要部の構成を示したブロック図であり、MP3のハフマン符号を非線形量子化されたデータにデコードするハフマン符号デコード部１０１と、フレーム内のサイド情報を取り出してデコードするサイド情報デコード部１０２と、サイド情報に基づいてデータを逆量子化する逆量子化部１０３と、ハイブリッドフィルターバンクによって生じたエイリアシング（折り返し歪み）を削減するエイリアス削減部１０４と、逆変形離散コサイン変換を行うIMDCT(Inverse Modified Discrete Cosine Transform)部１０５と、３２分割されたサブバンドを合成してPCMデータを復元するSynthesis Subband Filter Bank部１０６とを主要な構成としている。このようなMP3デコーダは特許文献１に開示されている。
【０００６】
図６は、従来のAACエンコーダ２０の主要部の構成を示したブロック図であり、入力されたオーディオ信号は、所定のサンプル数毎にブロック化（フレームと呼ぶ）され、２つのパスに分かれて処理される。
【０００７】
心理聴覚分析部２０１は、入力フレームを高速フーリエ変換(FFT)して周波数スペクトルおよび各種のパラメータを求める。MDCT(modified DCT)部２０２は、心理聴覚分析部で決定されたブロック長で入力オーディオ信号を周波数スペクトル（以下、MDCT係数と表現する場合もある）に変換する。TNS（Temporal Noise Shaping：時間領域雑音整形)部２０３は、圧縮処理に伴う雑音のレベルを、音の大きさに合わせて変化させることで信号レベルの大きな箇所に量子化ノイズを集中させ、音が小さな部分では雑音も小さくして聴感を向上させる。
【０００８】
後方予測処理部２０４は、MDCT係数に対して予測フィルタリングを行う。非線形量子化部２０５は、心理聴覚分析部で求めたスケールファクタバンド毎の許容量子化雑音電力を下回ることを目標にMDCT係数を量子する。量子化されたMDCT係数は、更にハフマン符号化部２０６でハフマン符号化されて冗長度を削減される。この量子化・ハフマン符号化の処理は反復ループで行われ、実際に生成される符号量がフレームに割当てられたビット数を下回るまで繰返される。このようなAACエンコーダは特許文献２に開示されている。
【０００９】
なお、特許文献３には、編集作業が難しい第１の符号化則のオーディオデータ(MP3)を、編集作業が容易な第２の符号化則のオーディオデータ(ATRAC)に変換して、その第２の符号化則のオーディオデータに対して編集処理を行ない、編集後に第１の符号化則のオーディオデータに戻す技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−９９０９５号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５７８２号公報
【特許文献３】特開２００１−１８４８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
オーディオデータの符号化則変換において、変換対象データを完全復号化後に再符号化するトランスコーディング方式では、全ての復号化プロセスおよび符号化プロセスが実行され、特に符号化プロセスが全て実行されると、量子化・ハフマン符号化の反復ループで長時間を要するために、変換時間が長くなるという技術課題があった。また、同一データに対して２種類の符号化処理が行われることになるので品質が劣化するという技術課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、第１符号化則で符号化されているデータの符号化則を、品質劣化を最小限に抑えながら短時間で第２符号化則に変換できる符号化則変換方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明は、第１符号化則で符号化された第１符号化則データを、符号化時の量子化が反復ループで繰り返される第２符号化則で符号化された第２符号化則データに変換する符号化データの符号化則変換方法において、以下のような手順を含むことを特徴とする。
(1)第１符号化則データをPCMデータに復号化する復号化プロセスおよびPCMデータを第２符号化則データに符号化する符号化プロセスを含み、さらに、第１符号則データの復号化プロセスにおいて量子化データを逆量子化する手順と、前記逆量子化手順において、第１逆量子化スケール値をサンプルごとに取得する手順と、前記各第１量子化スケール値に所定の関数計算を実行して第２量子化スケール値を算出する手順と、第２符号化則の符号化プロセスにおいて、前記第２各量子化スケール値を用いてデータを量子化する手順とを含むことを特徴とする。
(2)第１符号化則データが、当該第１符号化則データの１フレームのサンプル数と第２符号化則データの１フレームのサンプル数との最小公倍数に相当するフレーム数ずつ、その符号化則を変換されることを特徴とする。
(3)第２符号化則データの符号化プロセスが、データの時間領域を周波数領域に変換するDCT手順を含み、さらに、第１符号則データの復号化プロセスにおける逆量子化手順において、各フレームのフレーム構造を保存する手順と、第２符号則データの符号化プロセスにおけるDCT手順において、前記保存されたフレーム構造に基づいてウインドウサイズを決定する手順とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)第１符号化則で符号化された第１符号化則データを、符号化時の量子化が反復ループで繰り返される第２符号化則で符号化された第２符号化則データに変換する際、第１符号化則データの復号化プロセスで得られる量子化スケールに関するパラメータを、第２符号化則での符号化プロセスに継承できるので、第２符号化則の符号化プロセスにおいて最も時間を要する繰り返しプロセスを簡略化できるようになる。
(2)符号化則変換が、第１符号化則データの１フレームのサンプル数と第２符号化則データの１フレームのサンプル数との最小公倍数に相当するフレーム数ずつ行われるようにしたので、第１符号化則データのフレームサイズと第２符号化則データのフレームサイズとの相違を解消できるようになる。
(3)第１符号化則で符号化された第１符号化則データを、符号化時の量子化が反復ループで繰り返される第２符号化則で符号化された第２符号化則データに変換する際、第１符号化則データの復号化プロセスで得られるフレーム構造に関するパラメータを、第２符号化則での符号化プロセスに継承できるので、第２符号化則の符号化プロセスにおいて最適なフレーム構造を選択できるようになる。
【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最良の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、MP3からAACへの変換を例にして、初めに本発明の概要について説明し、次いで、その詳細について説明する。
【００１５】
本発明では、AACの符号化プロセスにおいて最も時間を要する量子化の反復プロセスを簡略化することで、上記したトランスコーディング方式の技術課題を解決すべく、MP3の復号化プロセスで得られるフレーム構造および量子化スケールに関するパラメータを、AACの符号化プロセスに継承するようにしている。
【００１６】
MP3デコーダでは、サブバンドごとにフレームを半分ずつオーバラップさせながら、６点（short）または１８点(long)のMDCT(modified DCT)を適用することにより、周波数成分が３２個のサブバンド信号に分割される。６点のMDCTは、特にプリエコーが起こるような、時間的に見て急峻に変化する部分に適用される。
【００１７】
一方、AACはMP3よりも高品質な圧縮符号化を実現するために検討されたものであり、AACで使われている多くの技術はMP3でも既に導入されている。AACにおいてMP3よりも音質が向上した理由のひとつはMDCTフィルタバンクの導入である。AACではフィルタバンクが１２８点と１０２４点との間で適応的に変動する（２５６点および２０４８点の窓をかけて半分をオーバラップさせる）。
【００１８】
オーディオ信号に対しては高周波数解像度のフィルタバンクがしばしば必要とされるが、AACでは１０２４点のフィルタバンクを適用可能な一方、MP3では高くても５７６点までである。しかしながら、過渡的な信号の場合は高い周波数解像度が必要とされないため、ともに適応的に窓長をより短く設定することが可能となっている。この場合、周波数解像度の設定をMP3では１９２点で行うのに対して、AACでは１２８点で行うことができる。このように、MP3とAACとの違いのひとつは周波数ドメインへの変換の方式の違いである。さらに変換のための各フレームサイズも異なっている。
【００１９】
一般に、MP3およびAACの符号化プロセスでは、同一の心理聴覚モデルを用いて符号ビットの割り当てが行われる。さらに、符号割り当ては一般的に反復演算を行うため、これに必要となる時間は符号化プロセスの大半を占める。したがって、この処理のための時間を削減することはオーディオ符号化全体の時間を大きく削減することにつながる。
【００２０】
本発明では、反復演算で決定されるAACのパラメータが、MP3のパラメータから計算されるようにすることで、符号化則変換に要する時間の短縮化が図られる。
【００２１】
MP3の逆量子化係数は、グローバル ゲイン（量子化ステップ）とスケールファクタ（１フレームにおける各々のサブバンド信号に対し、最大絶対値をもつサンプルの値を対数に変換して量子化したもの）との和として以下のように表現される。
【００２２】
【数１】
2008026372.tif 000003
【００２３】
ここで、xr[i]は量子化MDCT係数、is[i]はハフマン符号をデコードして得られた５７６個のデータ（MDCT係数）、Scalefactorはスケールファクターバンド毎に適用されるスケールファクタ、Global_Gain、Subblock_Gain、Scalefactor_Scaleは、それぞれグラニュール情報から得られる値であり、i, gr, w，cbはそれぞれ、MDCT係数のインデックス、グラニュールのインデックス、windowのインデックスおよび符号帳のインデックスを示している。一方、AACの再量子化係数もまた、スケールファクタを利用して以下の通り計算される。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
ここで、g, sfbはそれぞれwindow groupおよびスケールファクタバンドを意味する。上式(1)，(2)において、２の指数部で示される量子化スケール値の分布は図３のように表現され、MP3およびAACの各量子化スケール値Q，Q'は絶対的な値こそ異なるものの、高い相関を示していることが判る。
【００２６】
本発明では、このような量子化スケール値Q，Q'の相関に着目し、前記相関関係を代表する一次関数を利用して、MP3の量子化スケール値Qから、反復処理なしにAACの量子化スケール値Q'を求めることで、特にAAC符号化プロセスの時間短縮を実現している。
【００２７】
図１は、本発明に係る符号化則変換装置１の主要部の構成を示したブロック図である。
【００２８】
ハフマン符号デコード部３０１は、MP3のハフマン符号を非線形量子化されたデータにデコードする。サイド情報デコード部３０２は、フレーム内のサイド情報を取り出してデコードする。逆量子化部３０３は、サイド情報に基づいてデータを逆量子化する。エイリアス削減部３０４は、ハイブリッドフィルターバンクによって生じたエイリアシング（折り返し歪み）を削減する。
【００２９】
IMDCT部３０５は、逆変形離散コサイン変換を行う。サブバンドFilter Bank(FB)部３０６は、３２分割されたサブバンドを合成してPCMデータを再生する。量子化スケール算出部３００は、前記図３に関して説明したMP3量子化スケール値とAAC量子化スケール値との相関関係を示す一次関数に基づいて、MP3量子化スケール値QからAAC量子化スケール値Q'を算出する。
【００３０】
心理聴覚分析部３０７は、入力フレームを心理聴覚分析部でFFTして周波数スペクトルを求める。MDCT部３０８は、心理聴覚分析部３０７で決定されたブロック長で入力オーディオ信号を周波数スペクトル（MDCT係数）に変換する。TNS部３０９は、圧縮処理に伴う雑音のレベルを、音の大きさに合わせて変化させることで信号レベルの大きな箇所に量子化ノイズを集中させ、音が小さな部分では雑音も小さくして聴感を向上させる。
【００３１】
後方予測処理部３１０は、MDCT係数を時間軸上の信号であるかのように見立てて線形予測を行い、MDCT係数に対して予測フィルタリングを行う。量子化部３１１は、前記量子化スケール算出部３００で算出されたAAC量子化スケール値Q'に基づいてMDCT係数を量子化する。量子化されたMDCT係数は、ハフマン符号化部３１２でハフマン符号化されて冗長度を削減される。
【００３２】
次いで、図２のフローチャートを参照して、MP3符号化データをAAC符号化データに変換する手順を詳細に説明する。
【００３３】
ステップＳ１では、MP3の１フレーム分のサンプル数と、AACの１フレーム分のサンプル数との最小公倍数分に相当するMP3フレームがバッファに蓄積される。MP3の１フレームは１１５２サンプルであり、AACの１フレームは１０２４サンプルなので、ここでは、両者の最小公倍数である９２１６サンプルが変換単位とされ、８（＝９２１６／１１５２）フレーム分のサンプルがバッファに蓄積される。これにより、MP3およびAACのフレームサイズの違いの問題を吸収できる。
【００３４】
ステップＳ２では、バッファ内のMP3データがハフマン符号デコード部３０１およびサイド情報デコード部３０２でデコードされ、グラニュール情報、スケールファクタおよび量子化サンプルの５７６データが得られる。前記グラニュール情報には、グローバルゲイン、サブブロックゲインおよびスケールファクタスケールなどのパラメータが含まれる。
【００３５】
ステップＳ３では、前記逆量子化部３０３において、上記したグラニュール情報、スケールファクタおよび量子化サンプルの５７６データを入力として、上式(1)に基づいて逆量子化が実行され、５７６の量子化MDCT係数xr[i]が算出される。ステップＳ４では、量子化MDCT係数xr[i]の算出過程で得られる量子化スケール値が変数Q[i]（iはサンプル番号）として保存される。このとき、各サンプルのフレーム構造（longまたはshort）も併せて保存される。
【００３６】
ステップＳ５では、前記量子化MDCT係数にエイリアス処理が実行され、折り返しひずみが削減される。ステップＳ６ではIMDCT合成処理が実施され、周波数領域のデータが時間領域のデータに変換される。このとき、フレーム構造がロングブロックのフレームに関しては、５７６のデータが３２×１８のデータ構造に変換され、ショートブロックのフレームに関しては、１９２のデータが３２×６のデータ構造に変換される。ステップＳ７では、３２分割されているサブバンドが合成されてPCMデータが復元される。
【００３７】
ステップＳ８では、前記心理聴覚分析部３０７において、前記PCMデータが所定のフレーム数ずつFFTされ、その周波数スペクトルが求められる。さらに、周波数スペクトルに基づいて聴覚のマスキングが計算され、予め設定された周波数帯域ごとの許容量子化雑音電力と、そのフレームに対する心理聴覚エントロピPEとが求められる。
【００３８】
ステップＳ９では、前記MDCT部３０８において、前記心理聴覚分析部３０７で決定されたブロック長で入力オーディオ信号が周波数スペクトル（MDCT係数）に変換される。このとき、前記ステップＳ４で保存されたフレーム構造が参照され、図４に一例を示したように、MP3においてショートブロック(SB)であったフレームと大部分が重なるフレームではショートウインドウ(SW)が選択され、それ以外のフレームではロングウインドウ(LW)が選択される。
【００３９】
ステップＳ１０では、TNS部３０９において、MDCT係数を時間軸上の信号であるかのように見立てて線形予測が行われ、MDCT係数に対して予測フィルタリングが行われる。ステップＳ１１では、前記後方予測処理部３１０において、MDCT係数ごとに、過去２フレームにおける量子化されたMDCT係数から現在のMDCT係数の値を予測する後方予測処理が実行され、直前のデータと比較して差分を取ることでデータ量が削減される。ステップＳ１２では、MP3から継承された量子化スケール値Q[i]に基づいて、前記量子化スケール算出部３００においてAACの量子化スケール値Q’[i]が算出される。
【００４０】
ステップＳ１３では、この量子化スケール値Q’[i]に基づいて符号量が決定される。ステップＳ１４では、量子化部２０５で前記予測残差に対して量子化が実行される。すなわち、本実施形態では量子化スケール値を決定するための反復処理が行われない。
【００４１】
ステップＳ１５では、心理聴覚モデルに従ってグローバルゲインが微修正される。ステップＳ１６では、量子化されたMDCT係数に対してハフマン符号が適用されて冗長度が削減される。ステップＳ１７では、未処理のMP3データが残っているか否かが判定され、全てのMP3データに対する変換処理が完了するまで、ステップＳ１へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００４２】
なお、上記した実施形態では、本発明をMP3からAACへの変換を例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、第１の符号化則で符号化されたデータを第２の符号化則で符号化されたデータに変換する際、第１符号化則の復号化プロセスで得られるパラメータを第２符号化則による符号化プロセスで利用できるのであれば、他の符号化則間の変換にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る符号化則変換装置の主要部の構成を示したブロック図である。
【図２】MP3データをAACデータに変換する手順を示したフローチャートである。
【図３】MP3およびAACの各量子化スケール値の相関関係を示した図である。
【図４】MP3のフレーム構造とAACのフレーム構造との関係を示した図である。
【図５】従来のMP3デコーダの構成を示したブロック図である。
【図６】従来のAACエンコーダの構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…符号化則変換装置，１０…MP3デコーダ，２０…AACエンコーダ，３００…量子化スケール算出部，３０１…ハフマン符号デコード部，３０２…サイド情報デコード部，３０３…逆量子化部，３０４…エイリアス削減部，３０５…IMDCT部，３０６…Synthesis Subband Filter Bank部，３０７…心理聴覚分析部，３０８…MDCT部，３０９…TNS部，３１０…後方予測処理部，３１１…量子化部，３１２…ハフマン符号化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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