(57)【要約】【課題】  １ビットＤＡＣシステムの機能を持たせる場合に、回路規模が大きくなるのを防ぎ、高価になるのを避ける。【解決手段】  時間／周波数変換を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを周波数領域の情報から時間領域の情報に変換して復号化し、上記復号化オーディオデータを用いた補間データを生成し、上記復号化オーディオデータおよび上記補間データを含むディジタルのオーディオデータをアナログのオーディオ信号に変換するようにしたオーディオ復号装置であって、上記時間／周波数変換の際に用いる乗加算器およびメモリと、上記補間データ生成の際に用いる乗加算器およびメモリとを、それぞれ１つの乗加算器１１およびメモリ１３で共用する構成にした。【選択図】  図３
2004302493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間／周波数変換を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを周波数領域の情報から時間領域の情報に変換して復号化し、上記復号化オーディオデータを用いた補間データを生成し、上記復号化オーディオデータおよび上記補間データを含むディジタルのオーディオデータをアナログのオーディオ信号に変換するようにしたオーディオ復号装置であって、
上記時間／周波数変換の際に用いる乗加算器およびメモリと、上記補間データ生成の際に用いる乗加算器およびメモリとを、それぞれ１つの乗加算器およびメモリで共用する構成にしたことを特徴とするオーディオ復号装置。
【請求項２】
上記周波数／時間変換処理を、規格に従った基本的な時間軸情報を生成する場合の処理レートよりも細かい処理レートを設定して行うことにより、上記基本的な時間軸情報と、上記基本的な時間軸情報を補間するための時間軸情報とを同時に生成し、上記基本的な時間軸情報を補間するための時間軸情報および上記復号化オーディオデータを用いた補間データの両方を用いることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーディオ復号装置に関し、特に、時間／周波数変換技術を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを復号する際のオーバーサンプリング方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーディオ信号の符号化方式については、様々な方式が知られている。その一例として、オーディオ信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換し、周波数領域で符号化を行う方式がある。時間／周波数変換を行う方式としては、例えば、サブバンドフィルタやＭＤＣＴ(Modified Discrete Cosine Transform)を用いた方式があり、このような方式を用いた符号化方式としてＭＰＥＧ（Moving Picture Image Coding Experts Group ）オーディオが挙げられる。
【０００３】
上記ＭＰＥＧオーディオのレイヤＩでは、クリティカル・バンド（ある周波数スペクトルのピーク近傍の周波数では聴感度が低下するというマスキング効果の及ぶ周波数幅）などの聴覚心理モデルを効率よく利用するために、全帯域が３２の等間隔の周波数幅に分割される。そして、分割された各帯域内の信号が、元のサンプリング周波数の１／３２でサブサンプリングされて符号化される。
【０００４】
このようにして所定のサンプリングレートに従って符号化されたオーディオデータの復号化は、基本的には上記符号化と逆の操作によって行われる。
図６は、従来のＭＰＥＧオーディオ復号装置の構成を、処理の流れが分かりやすくなるように示したブロック図である。なお、この例では、サンプリング周波数が44.1KHz 、ビット幅が１６ビットでオーディオデータが符号化されているものとする。
【０００５】
図６において、符号化されたオーディオデータは、まず最初にアンパック回路５１に入力される。一般に、ＭＰＥＧオーディオにより符号化されたオーディオデータは、主にアロケーション（Allocation）、スケールファクタ（Scale Factor）、サンプル（Sample）から構成されている。上記アンパック回路５１は、入力される符号化オーディオデータのビットストリームから上記アロケーション（Allocation）、スケールファクタ（Scale Factor）、サンプル（Sample）の各データを分離して抽出する。
【０００６】
上記アンパック回路５１により分離された各データは、次に周波数／時間変換回路５２に入力される。周波数／時間変換回路５２では、上記アンパック回路５１から入力される各データに基づいて周波数領域の信号であるサブバンド情報Ｓk が求められ、更に以下に示す（式１）に従って上記サブバンド情報Ｓk から時間領域の信号であるＶベクタＶ[i] が求められる。
【０００７】
【数１】
2004302493.tif 000003
【０００８】
上記周波数／時間変換回路５２により求められたＶベクタは、Ｖバッファ５３に一時的に格納された後、フィルタ回路５４に与えられ、所定のフィルタ係数を用いてフィルタ処理が施されることにより、ディジタルのＰＣＭデータ（44.1KHz ）が生成される。そして、このようにして求められたＰＣＭデータが１６ビットＤＡＣ（ディジタル−アナログ・コンバータ）５５によりアナログ信号に変換されて出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記のように構成された従来のオーディオ復号装置では、サンプリング周波数の１／２の周波数の近傍において折り返し雑音が生じることがあり、再生されるアナログ信号の波形が歪んでしまうことがあった。このため、符号化されたオーディオデータを復号化して符号化前のオーディオ信号を再生する際に、音声の再現性が悪くなってしまうという問題があった。
【００１０】
例えば、44.1KHz のサンプリングレートで20KHz のコサイン波をデコードした場合、図６の１６ビットＤＡＣ５５から出力されるアナログのオーディオ信号は、図９に示すような波形となる。符号化前の波形を示す図１０と比較すると、音声の再現性が著しく悪化していることが分かる。
【００１１】
従来、このような問題を解決するために、図６の１６ビットＤＡＣ５５の代わりに、図７に示すような１ビットＤＡＣシステム５６を用いるようにした技術が考えられている。上記１ビットＤＡＣシステム５６は、ＦＩＦＯメモリ５７および乗加算器５８から成る補間器５９と、ＤＡＣ６０とを備えている。
【００１２】
この１ビットＤＡＣシステム５６は、ＭＰＥＧオーディオデコーダ５０より出力されるＰＣＭデータをＦＩＦＯメモリ５７にある程度蓄積し、その蓄積したＰＣＭデータに対して、乗加算器５８によりディジタルフィルタ処理を施す。これにより、離散的な実データ間のデータ値を推測した補間データを得て、その補間データも含めてＤＡＣ６０によりＤ／Ａ変換を行うことにより、アナログのオーディオ信号を出力するものである。
【００１３】
また、図８は、図７に示した機能ブロックの構成を、ハードウェアイメージに即して書き直した図である。なお、図８において、図７に示したブロックと同じブロックには同一の符号を付している。
【００１４】
図８に示したＭＰＥＧオーディオデコーダ５０内にある乗加算器６１は、図７の周波数／時間変換回路５２における周波数／時間変換処理と、フィルタ回路５４における所定のフィルタ処理とを行うものである。それらの処理を行う際に必要な種々の係数は、係数ＲＯＭ／ＲＡＭ６２に記憶されているものが利用される。
【００１５】
また、図８に示したメモリ６３は、上記周波数／時間変換処理および所定のフィルタ処理を行う際に使用するワークメモリ、および図７に示したＶバッファ５３を含むものである。ＰＣＭデータ出力部６４は、上記所定のフィルタ処理により生成されメモリ６３に格納されたＰＣＭデータをＭＰＥＧオーディオデコーダ５０の外部に出力するものである。
【００１６】
一方、図８に示した１ビットＤＡＣシステム５６内にある係数ＲＯＭ／ＲＡＭ６５は、乗加算器５８によりディジタルフィルタ処理を施す際に使用するフィルタ係数等を記憶するものである。なお、フィルタ係数は複数種類記憶されていて、どれを利用するかによって再生音声の音質がある程度決められる。
【００１７】
図７あるいは図８に示したような１ビットＤＡＣシステム５６を用いれば、補間データの利用により元の波形に比較的近い波形を再現できるようになり、音質の劣化を少なくすることができる。
【００１８】
しかしながら、この１ビットＤＡＣシステム５６を用いた場合には、ＤＡＣ６０の他に、相当の演算能力を有する乗加算器５８や、ＦＩＦＯメモリ５７、係数ＲＯＭ／ＲＡＭ６５などの種々の構成が必要となるため、回路規模が大きくなってしまうとともに、高価になってしまうという問題があった。
【００１９】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、１ビットＤＡＣシステムの機能を持たせる場合に、回路規模が大きくなるのを防ぎ、高価になるのを避けることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のオーディオ復号装置は、時間／周波数変換を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを周波数領域の情報から時間領域の情報に変換して復号化し、上記復号化オーディオデータを用いた補間データを生成し、上記復号化オーディオデータおよび上記補間データを含むディジタルのオーディオデータをアナログのオーディオ信号に変換するようにしたオーディオ復号装置であって、上記時間／周波数変換の際に用いる乗加算器およびメモリと、上記補間データ生成の際に用いる乗加算器およびメモリとを、それぞれ１つの乗加算器およびメモリで共用する構成にした点に特徴を有する。
また、本発明のオーディオ復号装置の他の特徴とするところは、上記周波数／時間変換処理を、規格に従った基本的な時間軸情報を生成する場合の処理レートよりも細かい処理レートを設定して行うことにより、上記基本的な時間軸情報と、上記基本的な時間軸情報を補間するための時間軸情報とを同時に生成し、上記基本的な時間軸情報を補間するための時間軸情報および上記復号化オーディオデータを用いた補間データの両方を用いる点にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、時間／周波数変換を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを周波数領域の情報から時間領域の情報に変換して復号化し、上記復号化オーディオデータを用いた補間データを生成し、上記復号化オーディオデータおよび上記補間データを含むディジタルのオーディオデータをアナログのオーディオ信号に変換するようにしたオーディオ復号装置であって、上記時間／周波数変換の際に用いる乗加算器およびメモリと、上記補間データ生成の際に用いる乗加算器およびメモリとを、それぞれ１つの乗加算器およびメモリで共用する構成にしたので、Ｄ／Ａ変換の際に補間データを得て音声の再現性を向上させるための構成を少ないハードウェア量で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明によるオーディオ復号装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態によるオーディオ復号装置の要素的特徴を示すブロック図である。なお、このオーディオ復号装置は、時間／周波数変換を用いて周波数領域で符号化されたオーディオデータを復号するためのものであり、図１には、その一連の復号化処理の中の１つである周波数／時間変換処理を行う部分のみを示している。
【００２４】
図１において、（１）（図中では丸付きで表示する）は周波数／時間変換手段であり、上記周波数領域で符号化されたオーディオデータに周波数／時間変換処理を施して、符号化の規格に従った基本的な時間軸情報を生成する。例えば、符号化方式がＭＰＥＧオーディオである場合、この周波数／時間変換手段（１）は、上記（式１）に示した規格に基づく演算式に従って基本的な時間軸情報であるＶベクタＶ[i] を生成する。
【００２５】
また、（２）（図中では丸付きで表示する）は補間データ生成手段であり、上記周波数／時間変換手段（１）により基本的な時間軸情報を生成する際に行う周波数／時間変換処理の演算と同様の演算によって、上記基本的な時間軸情報を補間するための補間データを生成する。例えば、符号化方式がＭＰＥＧオーディオである場合、この補間データ生成手段（２）は、以下に示す上記（式１）と同様の（式２）に従って補間データＶ[i] ′を生成する。
【００２６】
【数２】
2004302493.tif 000004
【００２７】
なお、図１に示したように、補間データ生成手段（２）において補間データを生成する際に使用する元データは、周波数／時間変換手段（１）で基本的な時間軸情報を生成する際に使用する元データと同じである。
【００２８】
（３）（図中では丸付きで表示する）はマルチプレクス手段であり、上記周波数／時間変換手段（１）により生成された基本的な時間軸情報と、上記補間データ生成手段（２）により生成された補間データとを合わせる処理を行う。その後、このマルチプレクス手段（３）より出力されるデータに対して所定の処理が施されて、ディジタルの復号化オーディオデータが生成される。そして、図示しないＤ／Ａ変換手段によりアナログのオーディオ信号に変換されて出力される。
【００２９】
このように、図１の実施形態によれば、一連の復号化処理の中の周波数／時間変換処理において、符号化の規格に従った基本的な時間軸情報の他に、その基本的な時間軸情報を補間するための補間データが上記周波数／時間変換処理の演算と同様の演算によって同時に生成されるようになるので、複雑な構成の１ビットＤＡＣシステムを用いなくても補間データを得ることができるようになり、その補間データの利用により音声の再現性を向上させることができる。
【００３０】
図２は、図１に示した本発明の特徴を実現する具体的なオーディオ復号装置の構成例を示すブロック図である。この図２は、時間／周波数変換を用いた符号化方式の例として、ＭＰＥＧオーディオを採用した場合のオーディオ復号装置について示したものであり、オーディオデータは、44.1KHz のサンプリング周波数で符号化されているものとする。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態のＭＰＥＧオーディオデコーダ１は、アンパック回路２、周波数／時間変換回路３、Ｖバッファ４およびフィルタ回路５により構成される。上記アンパック回路２は、入力される符号化オーディオデータのビットストリームからアロケーション（Allocation）、スケールファクタ（Scale Factor）、サンプル（Sample）の各データを分離するものである。
【００３２】
また、周波数／時間変換回路３は、上記アンパック回路２により分離された各データに基づいてシンセサイザ合成処理を行うことにより、Ｖベクタを求めるものである。すなわち、このシンセサイザ合成処理では、上記アンパック回路２により分離された各データから周波数領域の信号であるサブバンド情報Ｓk を求め、更に以下に示す（式３）に従って、上記サブバンド情報Ｓk から時間領域の信号であるＶベクタＶ[i] を求める。
【００３３】
【数３】
2004302493.tif 000005
【００３４】
この（式３）では、サンプルｉのきざみ幅を従来の（式１）の場合よりも細かく設定している。すなわち、（式１）ではi=0,1,2,…のようにサンプルｉのきざみ幅が１であったのに対して、（式３）ではi=0,0.5,1,1.5,2,…のようにサンプルｉのきざみ幅を0.5 に設定している。これにより、i=0,1,2,…に対応する基本データの他に、i=0.5,1.5,…に対応する補間データをも同時に計算するようにしている。
【００３５】
このように、本実施形態では、１ビットＤＡＣシステムを用いてデコード後のＤ／Ａ変換処理の際に補間データを生成するのではなく、一連のデコード処理の中で行う周波数／時間変換処理の際に、サンプルのきざみ幅を細かくして演算することによってオーバーサンプリングを実行し、補間データを同時に生成するようにしている。
【００３６】
また、Ｖバッファ４は、上記周波数／時間変換回路３により求められたＶベクタを一時的に格納するものである。フィルタ回路５は、上記Ｖバッファ４に格納されたＶベクタに対して、所定のフィルタ係数を用いてフィルタ処理を施すことにより、ディジタルのＰＣＭデータを生成するものである。（式３）に示したように、周波数／時間変換回路３では、レートを通常の１／２に細かく設定して処理を行っているので、生成されるＰＣＭデータの周波数は、88.2KHz となる。
【００３７】
このようにして構成されたＭＰＥＧオーディオデコーダ１の後段に接続されているＤＡＣ６は、上記ＭＰＥＧオーディオデコーダ１より出力されるディジタルのＰＣＭデータをアナログ信号に変換して出力するものである。本実施形態においては、Ｄ／Ａ変換の際に補間データを生成する必要がないので、構成が複雑な１ビットＤＡＣシステムを用いなくても良く、構成が簡単で安価なＤ／ＡコンバータをＤＡＣ６として使用することが可能である。
【００３８】
ここで、図１０に示した元のコサイン波形を符号化して得られるオーディオデータを、本実施形態のＭＰＥＧオーディオデコーダ１で復号化した場合にＤＡＣ６から出力されるアナログのオーディオ信号の波形を、図４に示す。
【００３９】
この図４の波形と図９の波形とを比較すれば明らかなように、本実施形態によれば、従来に比べて、図１０に示した符号化前の波形により近い波形を得ることができ、音声の再現性を向上させることができている。しかも、本実施形態では、１ビットＤＡＣシステムのような複雑なＤＡＣを用いたり、その他の付加的な構成を設けたりすることなく音声の再現性を向上させることができる。
【００４０】
なお、以上の実施形態では、（式３）のようにサンプルｉのきざみ幅を通常の１／２に細かく設定することによって２倍のオーバーサンプリングを実現しているが、サンプルｉのきざみ幅を通常の１／Ｍに設定すれば、Ｍ倍のオーバーサンプリングを実現することができる。
【００４１】
図５は、サンプルのきざみ幅を0.125 に設定して８倍のオーバーサンプリングを実行した場合にＤＡＣ６から出力されるアナログのオーディオ信号の波形を示す図である。この図５を見れば明らかなように、２倍のオーバーサンプリングを行った場合に比べて、より原音に近い波形を再生することができ、音声の再現性を更に向上させることができる。
【００４２】
このように、本実施形態では、１ビットＤＡＣシステムを用いて補間データを生成する場合に比べて、サンプルのきざみ幅を任意に設定することにより、より多くの補間データを生成することができるようになり、音声の再現性を著しく向上させることができるというメリットがある。また、周波数／時間変換処理を行うときに、その処理の演算式と同じ演算式に従って補間データを同時に生成することができるので、通常の復号化の処理プロセスを変更する必要もない。
【００４３】
図３は、本発明の他の実施形態を示すものであり、この他の実施形態によるオーディオ復号装置のハードウェア構成の例を示す図である。
図８に示したように、補間データを生成するために１ビットＤＡＣシステムを用いた場合、従来は、ＭＰＥＧオーディオデコーダ５０と１ビットＤＡＣシステム５６とが別々に設けられていた。
【００４４】
これに対して、図３に示す実施形態では、上記ＭＰＥＧオーディオデコーダ５０と１ビットＤＡＣシステム５６とで重複して設けられていた構成を１つにまとめることにより、ハードウェア構成の簡略化を図っている。
【００４５】
すなわち、図３の乗加算器１１は、図８のＭＰＥＧオーディオデコーダ５０内の乗加算器６１と、１ビットＤＡＣシステム５６内の乗加算器５８とを兼用するものである。つまり、図３の乗加算器１１は、図７の周波数／時間変換回路５２におけるシンセイザ合成処理（上記した（式１）に従う演算処理）と、フィルタ回路５４における所定のフィルタ処理と、乗加算器５８におけるディジタルフィルタ処理とを行う。
【００４６】
また、図３の係数ＲＯＭ／ＲＡＭ１２は、図８のＭＰＥＧオーディオデコーダ５０内の係数ＲＯＭ／ＲＡＭ６２と、１ビットＤＡＣシステム５６内の係数ＲＯＭ／ＲＡＭ６５とを兼用するものである。すなわち、図７の周波数／時間変換回路５２における周波数／時間変換処理やフィルタ回路５４における所定のフィルタ処理、および乗加算器５８におけるディジタルフィルタ処理を行う際に必要な種々の係数を記憶している。
【００４７】
また、図３のメモリ１３は、図８のＭＰＥＧオーディオデコーダ５０内のメモリ６３と、１ビットＤＡＣシステム５６内のＦＩＦＯメモリ５７とを兼用するものである。つまり、上述した図３の乗加算器１１における各処理は、このメモリ１３をワークメモリとして使用しながら行うようになっている。
【００４８】
図３のＰＣＭデータ出力部１４は、上記乗加算器１１における各処理によって生成されメモリ１３に格納されたＰＣＭデータを外部に出力するものである。また、ＤＡＣ１５は、ＰＣＭデータ出力部１４より出力されるディジタルのＰＣＭデータをアナログ信号に変換して出力するものであり、図７あるいは図８に示したＤＡＣ６０に対応するものである。
【００４９】
このように、図３に示す実施形態では、図８に示した従来のＭＰＥＧオーディオデコーダ５０と１ビットＤＡＣシステム５６とで重複して設けられていた構成を１つにまとめて共用しているので、ハードウェア量を削減することができる。なお、図３の場合と図８の場合とで係数ＲＯＭ／ＲＡＭのメモリ量の合計サイズは変化しないが、図３では１つのメモリにまとめたことで構成を簡単にすることができる。
【００５０】
また、図３に示す実施形態では、１ビットＤＡＣシステムの機能を有しているので、復号化されたオーディオデータを用いた補間データを生成することができ、音声の再現性が悪化するのを防ぐことができるのはもちろんである。
【００５１】
更に他の実施形態としては、図２に示した実施形態と、図３に示した実施形態とを合わせたものが考えられる。すなわち、本実施形態は、図３のような構成において、乗加算器１１が行うシンセイザ合成処理を、（式１）ではなくて（式３）に従って行うようにしたものである。
【００５２】
このようにすれば、周波数／時間変換処理を行う際のサンプルのきざみ幅を細かく設定することによって得られる補間データと、１ビットＤＡＣシステムの機能に基づいて得られる補間データとの両方を利用してアナログオーディオ信号を再生することができ、簡単な構成で音声の再現性を更に向上させることが期待できる。
【００５３】
なお、以上に述べた実施形態では、符号化方式の１つとしてＭＰＥＧオーディオを例に挙げたが、時間／周波数変換方式を採用する符号化方式であれば、復号化時における周波数／時間変換の際に上述したようなオーバーサンプリングを実行することができるので、その符号化方式は問わない。
【００５４】
例えば、ＭＤＣＴ符号化方式、サブバンド符号化方式、ＡＣ−３符号化方式、あるいはＡＴＲＡＣ（Adaptive TRansform Acoustic cording ）などの変換符号化方式にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】要素的特徴を示すブロック図である。
【図２】図１に示した特徴を実現する具体的なオーディオ復号装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用したオーディオ復号装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】図２の実施形態において２倍のオーバーサンプリングを実行した場合に得られるアナログオーディオ信号の波形の例を示す図である。
【図５】図２の実施形態において８倍のオーバーサンプリングを実行した場合に得られるアナログオーディオ信号の波形の例を示す図である。
【図６】従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の問題を解決するために１ビットＤＡＣシステムを用いた場合の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示したオーディオ復号装置のハードウェアイメージを示すブロック図である。
【図９】図６のオーディオ復号装置で復号化処理を行った場合に得られるアナログオーディオ信号の波形の例を示す図である。
【図１０】符号化前の元の音声信号の波形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
（１）  周波数／時間変換手段
（２）  補間データ生成手段
（３）  マルチプレクス手段
１      ＭＰＥＧオーディオデコーダ
２      アンパック回路
３      周波数／時間変換回路
４      Ｖバッファ
５      フィルタ回路
６      ＤＡＣ
１１    乗加算器
１２    係数ＲＯＭ／ＲＡＭ
１３    メモリ
１４    ＰＣＭデータ出力部
１５    ＤＡＣ
【図１】
2004302493.tif 000006
【図２】
2004302493.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004302493.tif 000012
【図８】
2004302493.tif 000013
【図９】
2004302493.tif 000014
【図１０】
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