(57)【要約】【課題】  高い符号化効率が得られるデジタルデータの符号化／復号化方法および装置を提供する。【解決手段】  （ａ）デジタルデータを構成する複数のサンプルをビットプレーンにマッピングする段階と、（ｂ）符号化効率によって選択的にビットプレーンの最上位ビットに対するビット分割データから最下位ビットに対するビット分割データまでの順でビットプレーンのビット分割データを全部符号化するか、または変形されたビット分割符号化方式によって符号化する段階とを含むことを特徴とするデジタルデータを符号化する。【選択図】  図１３
2004289837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータを符号化する方法において、
（ａ）前記デジタルデータを構成する複数のサンプルをビットプレーンにマッピングする段階と、
（ｂ）符号化効率によって選択的に前記ビットプレーンにマッピングされた最上位ビットに対するビット分割データから最下位ビットに対するビット分割データまでの順で前記ビットプレーンのビット分割データを全部符号化するか、または変形されたビット分割符号化方式によって符号化する段階と、を含むことを特徴とする符号化方法。
【請求項２】
（ｃ）符号化されたサンプルを階層構造にパッケージングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の符号化方法。
【請求項３】
前記（ｂ）段階の変形されたビット分割符号化方式によって、所定のビットプレーンを構成するビット分割データの一部を無損失符号化し、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として符号化することを特徴とする請求項１に記載の符号化方法。
【請求項４】
前記（ｂ）段階は、
（ｂ１）符号データと大きさデータとで構成された前記サンプルを同数のビットを有する２進データで表現する段階と、
（ｂ２）表現されたデジタルデータを構成する大きさデータをビット分割する段階と、
（ｂ３）ビット分割されたデータのうちの最上位ビットで構成されたビット分割データを無損失符号化する段階と、
（ｂ４）前記（ｂ３）段階で符号化されたビット分割データのうちの初めて０でない値のビットを有するサンプルに対する符号データを符号化する段階と、
（ｂ５）前記（ｂ３）段階および（ｂ４）段階を次の順位ビットで構成されたビット分割データから最下位ビットで構成されたビット分割データまで行う段階と、を含むを特徴とする請求項１に記載の符号化方法。
【請求項５】
前記（ｂ３）段階は、ハフマン符号化する段階であることを特徴とする請求項４に記載の符号化方法。
【請求項６】
前記（ｂ３）段階は、算術符号化する段階であることを特徴とする請求項４に記載の符号化方法。
【請求項７】
前記（ｃ）段階は、
複数の階層に各々相応する付加情報と、前記（ｂ）段階で符号化された複数の量子化サンプルとを階層構造にパッケージングする段階であることを特徴とする請求項２に記載の符号化方法。
【請求項８】
デジタルデータを符号化する装置において、
前記デジタルデータを構成する複数のサンプルをビット分割してビット分割データを得るビット分割部と、
符号化効率によって選択的にビットプレーンの最上位ビットに対するビット分割データから最下位ビットに対するビット分割データまでの順でビットプレーンのビット分割データを全部符号化するか、または変形されたビット分割符号化方式によって符号化する符号化部と、を含むことを特徴とする符号化装置。
【請求項９】
前記符号化部によって符号化されたサンプルを階層構造にパッケージングするビットパッキング部をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１０】
前記符号化部は、
変形されたビット分割符号化方式によって所定のビットプレーンの一部のビット分割データを無損失符号化し、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として符号化することを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１１】
前記ビット分割部は、符号データと大きさデータとで構成され、同数のビットを有する２進データで表現されたサンプルの大きさデータをビット分割し、
前記符号化部は、ビット分割されたデータのうちの最上位ビットに対するビット分割データを無損失符号化し、無損失符号化されたビット分割データのうちの初めて０でない値のビットを有するサンプルに対する符号データを符号化する順序で、最下位ビットに対するビット分割データまで符号化することを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１２】
前記符号化部は、前記ビット分割データをハフマン符号化することを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１３】
前記符号化部は、前記ビット分割データを算術符号化することを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１４】
前記ビットパッキング部は、
複数の階層に各々相応する付加情報と、無損失符号化された複数の量子化サンプルとを階層構造にパッケージングすることを特徴とする請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１５】
デジタルデータを復号化する方法において、
（ａ）ビットストリームを分析して所定のビットプレーンに対応する符号化された少なくとも一つのビット分割データと、変形されたビット分割符号化方式によって符号化された付加情報とを得る段階と、
（ｂ）ビット分割データと、前記付加情報とを参照して前記ビットプレーンに対応するビット分割データを復号化する段階と、
（ｃ）復号化されたビット分割データをビット結合して前記デジタルデータを構成するサンプルを得る段階と、を含むことを特徴とする復号化方法。
【請求項１６】
前記（ａ）段階は、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として復号化する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の復号化方法。
【請求項１７】
デジタルデータを復号化する装置において、
ビットストリームを分析して所定のビットプレーンに対応する符号化された少なくとも一つのビット分割データと、変形されたビット分割符号化方式によって符号化された付加情報とを得るビットストリーム分析部と、
ビット分割データと、前記付加情報とを参照して前記ビットプレーンに対応するビット分割データを復号化する復号化部と、
復号化されたビット分割データをビット結合して前記デジタルデータを構成するサンプルを得るビット結合部と、を含むことを特徴とする復号化装置。
【請求項１８】
前記ビットストリーム分析部は、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として得ることを特徴とする請求項１７に記載の復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルデータの符号化／復号化に関し、さらに詳細にはビット率調節可能なデジタルデータの符号化／復号化方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、デジタル信号処理技術の発達によって、オーディオ信号は、デジタルデータとして保存／再生される場合がほとんどである。デジタルオーディオ保存／再生装置は、アナログオーディオ信号をサンプリングし、かつ量子化して、デジタル信号であるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）オーディオデータに変換して、ＣＤ、ＤＶＤのような情報保存媒体に保存した後、ユーザが必要とする時にこれを再生して聞くことができる。デジタル方式によるオーディオ信号の保存／復元方法は、ＬＰ（Ｌｏｎｇ  Ｐｌａｙ  Ｒｅｃｏｒｄ）、磁気テープのようなアナログ保存／復元方法に比べて、音質を大きく向上させ、長期間の保存による劣化現象を顕著に減少させたが、デジタルデータ量が大きいため、保存および伝送に問題があった。
【０００３】
このような問題点を解決するために、デジタルオーディオ信号の大きさを減らすための多様な圧縮方式が使われている。ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）によって標準化作業が行われたＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅｓ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）／ａｕｄｉｏやＤｏｌｂｙ社によって開発されたＡＣ−２／ＡＣ−３では、人間の心理音響モデルを利用してデータの量を減らす方法を採用し、その結果、信号の特性に関係なく効率的にデータの量を減らすことができた。すなわち、ＭＰＥＧ／ａｕｄｉｏ標準やＡＣ−２／ＡＣ−３方式は、以前のデジタル符号化方式に比べて１／６ないし１／８に減った６４ｋｂｐｓ〜３８４ｋｂｐｓのビット率だけでＣＤの音質とほぼ同じ程度の音質を提供する。
【０００４】
しかし、これらの方法は、全て固定されたビット率に対して最適の状態を探して量子化過程と符号化過程とを経る方式であるため、ネットワークを通じてデジタルデータを伝送する時にネットワーク状況が悪くて伝送帯域幅が狭くなれば、ショートが発生し、ユーザにサービスを提供できなくなる問題点がある。また、制限された保存容量を有する携帯機器に適するように、さらに小さなビットストリームに変換しようとする場合には、データ量を減らすために再符号化を行なわなければならないので、多くの計算量が必要となる。
【０００５】
したがって、本出願人は、ビット分割符号化方式を使用したデジタルデータの符号化／復号化方法および装置を発明した（特許文献１参照）。ビット分割符号化によれば、高いビット率で符号化されたビットストリームを低いビット率のビットストリームにすることもでき、そのうちの一部のビットストリームだけを使用して復号が可能であるので、ネットワークに過負荷がかかるか、または復号化器の性能がよくないか、またはユーザが低いビット率を要求すれば、ビットストリームの一部だけを使用して（ビット率が低くなっただけ性能が劣化するが）ユーザにある程度の品質でサービスを提供できる。
【０００６】
しかし、ビット分割符号化方式は、ビットプレーンにマッピングされた２進データ全部を符号化するので、例えば、ビットプレーンの半分以上が０値であっても、これらの０値を全部符号化するため、符号化効率が低下する。
【特許文献１】韓国特許登録第３３８８０１号公報（韓国特許出願第９７−６１２９９号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ビット分割符号化を採用するに当って符号化効率をさらに高めることができるデジタルデータの符号化／復号化方法およびその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、本発明によってデジタルデータを符号化する方法において、（ａ）前記デジタルデータを構成する複数のサンプルをビットプレーンにマッピングする段階と、（ｂ）符号化効率によって選択的にビットプレーンの最上位ビット（Ｍｏｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ：ＭＳＢ）に対するビット分割データから最下位ビット（Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ：ＬＳＢ）に対するビット分割データまでの順でビットプレーンのビット分割データを全部符号化するか、または変形されたビット分割符号化方式によって符号化する段階と、を含むことを特徴とする符号化方法によって達成される。
【０００９】
前記符号化方法は、（ｃ）符号化されたサンプルを階層構造にパッケージングする段階をさらに含むことが望ましい。
【００１０】
前記符号化方法は、前記（ｂ）段階の変形されたビット分割符号化方式によって、所定ビットプレーンを構成するビット分割データの一部を無損失符号化し、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として符号化することが望ましい。
【００１１】
前記（ｂ）段階は、（ｂ１）符号データと大きさデータとで構成された前記サンプルを同数のビットを有する２進データで表現する段階と、（ｂ２）表現されたデジタルデータを構成する大きさデータをビット分割する段階と、（ｂ３）ビット分割されたデータのうちのＭＳＢに対するビット分割データを無損失符号化する段階と、（ｂ４）前記（ｂ３）段階で符号化されたビット分割データのうちの初めて０でない値のビットを有するサンプルに対する符号データを符号化する段階と、（ｂ５）前記（ｂ３）段階および（ｂ４）段階をＬＳＢに対するビット分割データに対して行う段階と、を含むことが望ましい。
【００１２】
前記（ｂ３）段階は、ハフマン符号化する段階であるか、または算術符号化する段階であることが望ましい。
【００１３】
前記（ｃ）段階は、複数の階層に各々相応する付加情報と、前記（ｂ）段階で符号化された複数の量子化サンプルとを階層構造にパッケージングする段階であることが望ましい。
【００１４】
一方、本発明の他の分野によれば、前記技術的課題は、デジタルデータを符号化する装置において、前記デジタルデータを構成する複数のサンプルをビット分割してビット分割データを得るビット分割部と、符号化効率によって選択的にビットプレーンのＭＳＢに対するビット分割データからＬＳＢに対するビット分割データまでの順でビットプレーンのビット分割データを全部符号化するか、または変形されたビット分割符号化方式によって符号化する符号化部と、を含むことを特徴とする符号化装置によっても達成される。
【００１５】
前記符号化装置は、前記符号化部によって符号化されたサンプルを階層構造にパッケージングするビットパッキング部をさらに含むことが望ましい。
【００１６】
前記符号化部は、変形されたビット分割符号化方式によって所定のビットプレーンの一部のビット分割データを無損失符号化し、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として符号化することが望ましい。
【００１７】
前記ビット分割部は、符号データと大きさデータとで構成され、同数のビットを有する２進データで表現されたサンプルの大きさデータをビット分割し、前記符号化部は、ビット分割されたデータのうちのＭＳＢに対するビット分割データを無損失符号化し、無損失符号化されたビット分割データのうちの初めて０でない値のビットを有するサンプルに対する符号データを符号化する順序で、ＬＳＢに対するビット分割データまで符号化することが望ましい。
【００１８】
前記符号化部は、前記ビット分割データをハフマン符号化するか、または算術符号化することが望ましい。
【００１９】
前記ビットパッキング部は、複数の階層に各々相応する付加情報と、無損失符号化された複数の量子化サンプルとを階層構造にパッケージングすることが望ましい。
【００２０】
一方、本発明の他の分野によれば、前記技術的課題は、デジタルデータを復号化する方法において、（ａ）ビットストリームを分析して所定ビットプレーンに対応する符号化された少なくとも一つのビット分割データと、変形されたビット分割符号化方式によって符号化された付加情報とを得る段階と、（ｂ）ビット分割データと、前記付加情報とを参照して前記ビットプレーンに対応するビット分割データを復号化する段階と、（ｃ）復号化されたビット分割データをビット結合して前記デジタルデータを構成するサンプルを得る段階と、を含むことを特徴とする復号化方法によっても達成される。
【００２１】
前記（ａ）段階は、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを付加情報として復号化する段階を含むことが望ましい。
【００２２】
一方、本発明の他の分野によれば、前記技術的課題は、デジタルデータを復号化する装置において、ビットストリームを分析して所定ビットプレーンに対応する符号化された少なくとも一つのビット分割データと、変形されたビット分割符号化方式によって符号化された付加情報とを得るビットストリーム分析部と、ビット分割データと前記付加情報とを参照して前記ビットプレーンに対応するビット分割データを復号化する復号化部と、復号化されたビット分割データをビット結合して前記デジタルデータを構成するサンプルを得るビット結合部と、を含むことを特徴とする復号化装置によっても達成される。
【００２３】
前記ビットストリーム分析部は、ピークの位置情報、残りのビットプレーン情報およびピークデータを前記付加情報として得ることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、符号化効率がさらに高いデジタルデータの符号化／復号化方法および装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
まず、本発明による符号化装置における符号化方式の概要は、次の通りである。
【００２６】
本発明による符号化装置は、入力されたデジタルデータをビット分割した後、重要度の高いビットから重要度の低いビットの順で符号化する。すなわち、符号化されるデータの符号化優先順位は、データビットの相対的な重要度によって決定される。優先順位の高いビットが、優先順位の低いビットより優先する。重要なビットから符号化されるため、符号化されたビット数が許容されたビット範囲より多くなるか、または同じになれば、その瞬間に符号化を止め、ビットストリームの製作を終了することもある。途中でビットストリーム製作が中断された場合、復号化器によって復号されるデータには損失が発生して、元のデータに比べて復号されたデータには歪みが発生する。しかし、重要な情報が先に符号化されるため、復号化されたデータの品質は、失ったデータ量に比べて大きく低下しない。また、本発明による復号化方式は、符号化方式の逆の順で行なわれる。
【００２７】
図１は、本発明による符号化装置のブロック図である。
図１に示すとおり、符号化装置は、ビット分割部１、符号化部２およびビットパッキング部３を含む。本実施形態において、符号化装置に入力されるデジタルデータは２進データよりなり、デジタルデータを構成する各サンプルは同数のビットで表現されている。デジタルデータは、２進以外に１０進や１６進データであってもよい。このような場合、デジタルデータは、ビットで表現されずデジット単位で表現される。
【００２８】
ビット分割部１は、入力されたデジタルデータをビット単位で分割して、重要度の高いビットから重要度の低いビットの順に配列する。ビット分割部１は、デジタルデータを構成する各サンプルを各々ビット単位で分割してＭＳＢからＬＳＢの順に配列する。さらに具体的には、ビット分割部１は、まず、各サンプルの符号値を保管し、サンプルの絶対値を取ってその符号を（＋）にする。符号値は符号データ、絶対値を取って得られたデータは大きさデータという。大きさデータは、各々、ビット単位で分割して各ビット別に集めて新しいシーケンスを形成する。例えば、入力されたサンプルが−３１，１２，−９，７，１７，−２３，．．．であれば、まず、各データに対する絶対値を取って、３１，１２，９，７，１７，２３，．．．を得た後、絶対値を取って得た大きさデータ３１，１２，９，７，１７，２３を２進数で次の通りに表現される。
３１：１１１１１ｂ
１２：０１１００ｂ
９：０１００１ｂ
７：００１１１ｂ
１７：１０００１ｂ
２３：１０１１１ｂ
【００２９】
前記２進データのうち、ＭＳＢを集めて得られたビット分割データは１０００１１となる。次の上位ビットに対するビット分割データは１１１０００になる。同様に、ＬＳＢに対するビット分割データは１０１１１１になる。
【００３０】
符号化部２は、ビット分割部１で得られたビット分割データを重要度が最も高い順序から低い順序で無損失符号化する。本実施形態で、重要度が最も高いビットは、ＭＳＢであるので、重要度が最も高いビット分割データはＭＳＢで構成されたビット分割データであり、重要度が最も低いビットはＬＳＢであるので、重要度が最も低いビット分割データはＬＳＢで構成されたビット分割データである。無損失符号化としては、算術符号化やハフマン符号化が挙げられる。
【００３１】
さらに、符号化部２は、符号化された大きさデータのうち０でない大きさデータに当る符号データを符号化する。符号データは、大きさデータが符号化された後に符号化されなければならない。前記例においては、ＭＳＢに対するビット分割データ１０００１１を符号化した後に符号データの符号化が必要であるか否かが決定される。ビット分割データのうち、１番目ビット、５番目ビットおよび６番目ビットで０でない値が初めて符号化されたので、これらビットに対応する符号データを、順次、符号化した後に次のビット分割データ１１１０００を符号化する。同様にして、ＬＳＢで構成されたビット分割データ１０１１１１まで符号化する。
【００３２】
ビットパッキング部３は、符号化部２で重要度によって符号化されたデータを、符号化された順序にしたがって階層構造のビットストリームにまとめる。詳細な説明は後述する。
【００３３】
図２は、本発明による復号化装置のブロック図である。
図２に示すとおり、復号化装置は、ビットストリーム分析部５、復号化部６およびビット結合部７を含む。ビットストリーム分析部５は、ビットストリームを前から順次、分析する。まず、ＭＳＢに対するビット分割データを分析し、図１に示されるものと同様の順序で符号データを分析する。符号化されたビット分割データは復号化部６に伝えられ、符号データはビット結合部７に伝えられ、元のデジタルデータを復元するために使われる。
【００３４】
復号化部６は、ビットストリーム分析部５から出力される符号化されたビット分割データのうち、重要度の高いデータから重要度の低いデータの順に、すなわち、ＭＳＢに対するビット分割データからＬＳＢに対するビット分割データの順に復号化を行なう。図１に示す符号化装置において、ビット分割データを符号化するために適用されたアルゴリズムの逆の過程を通じてビット分割データを復元できる。
【００３５】
ビット結合部７は、復号化部６で復元されたビット分割データを再結合して元のデジタルデータにする。さらに、ビット結合部７は、ビットストリーム分析部５で求められた各サンプルに対する符号データを反映させて、すなわち符号データの値が（−）である場合には、復元された大きさデータに−１を積算して最終的に得られる値を（−）値にする。
【００３６】
図３は、図１の符号化装置および図２の復号化装置で行われる符号化および復号化方法を説明するための参考図である。
図３に示すとおり、符号化の場合、入力されるデジタルデータが各々ＸＱ１、ＸＱ２、ＸＱ３、ＸＱ４、…であり、各々５ビットである時、符号化装置のビット分割部１は、ＸＱ１をＸＱ１,５、ＸＱ１,４、ＸＱ１,３、ＸＱ１,２、ＸＱ１,１に分割し、ＸＱ２をＸＱ２,５、ＸＱ２,４、ＸＱ２,３、ＸＱ２,２、ＸＱ２,１に分割し、ＸＱ３をＸＱ３,５、ＸＱ３,４、ＸＱ３,３、ＸＱ３,２、ＸＱ３,１に分割し、ＸＱ４をＸＱ４,５、ＸＱ４,４、ＸＱ４,３、ＸＱ４,２、ＸＱ４,１に分割する。残りのデジタルデータについても同様である。次いで、ＭＳＢを低い周波数に当るビットから高い周波数に当るビットまで順次に集めた後、所定単位毎に切ってベクトルを形成し、このベクトルを符号化する。ここで、Ｃ［ＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５］は、ＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５で構成されたベクトルの無損失符号化を表し、Ｃ［ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５］は、ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５で構成されたベクトルの無損失符号化を表す。残りも同様である。ここで、ｋは１に等しいかまたは１より大きい整数を意味する。
【００３７】
復号化の場合、入力されたビットストリームを構成するＣ［ＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５］、Ｃ［ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５］、…を各々復号化してＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５、ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５、…で構成されたベクトルを得た後、ビットの結合によってデジタルデータＸＱ１、ＸＱ２、ＸＱ３、ＸＱ４、…を得る。すなわち、復号化は符号化の逆の順で行なわれる。
【００３８】
図４は、図１に示す符号化装置の一具体例である。
図４に示すとおり、符号化装置は、ビット率調節ができるようにオーディオデータを階層構造に符号化する装置であって、変換部４１、心理音響部４２、量子化部４３およびＦＧＳ（Ｆｉｎｅ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）符号化部４４を含む。
【００３９】
変換部４１は、時間領域のオーディオ信号であるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅｄ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）オーディオデータが入力され、そのＰＣＭオーディオデータを心理音響部４２から提供される音響心理モデルに関する情報を参照して周波数領域の信号に変換する。時間領域では、人間が認知できるオーディオ信号の特性差はあまり大きくないが、変換を通じて得られる周波数領域のオーディオ信号は、人間の音響心理モデルによって各周波数帯域で人間が感じ取れる信号と感じ取れない信号との特性差が大きいため、各周波数帯域別に異なるビット数を割り当てることによって圧縮の効率を高めることができる。
【００４０】
心理音響部４２は、アタック感知情報のような音響心理モデルに関する情報を変換部４１に提供する一方、変換部４１によって変換されたオーディオ信号を適切なサブバンドの信号で縛り、各サブバンド信号の相互作用によって発生するマスキング現象を利用して各サブバンドに対するマスキングしきい値を計算して量子化部４３に提供する。マスキングしきい値とは、オーディオ信号の相互作用によって人間が聞いても感じ取れない信号の最大の大きさである。本実施形態では、心理音響部４２は、ＢＭＬＤ（Ｂｉｎａｕｒａｌ  Ｍａｓｋｉｎｇ  Ｌｅｖｅｌ  Ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）を利用してステレオ成分に対するマスキングしきい値を計算する。
【００４１】
量子化部４３は、人間が聞いても感じ取れないように各帯域の量子化雑音の大きさが心理音響部４２から提供されるマスキングしきい値より小さくなるように、各帯域のオーディオ信号を対応するスケールファクター情報に基づいてスカラー量子化して量子化サンプルを出力する。すなわち、量子化部４３は、心理音響部４２で計算されたマスキングしきい値と、各帯域で発生する雑音との比率であるＮＭＲ（Ｎｏｉｓｅ−ｔｏ−Ｍａｓｋ  Ｒａｔｉｏ）を利用して、全帯域のＮＭＲ値が０ｄＢ以下になるように各帯域のオーディオ信号を量子化する。ＮＭＲ値が０ｄＢ以下というのは、量子化雑音を人間が聞き取れないことを意味する。
【００４２】
ＦＧＳ符号化部４４は、各階層に属する量子化サンプルおよび付加情報を符号化して階層構造にパッキングする。付加情報は、各階層に対応するスケールバンド情報、コーディングバンド情報、そのスケールファクター情報およびコーディングモデル情報を含む。スケールバンド情報とコーディングバンド情報とは、ヘッダ情報としてパッキングされて復号化装置に伝送されることもあり、各階層別の付加情報として符号化され、かつパッキングされて復号化装置に伝送されることもあり、復号化装置にあらかじめ保存されていることによって伝送されないこともある。
【００４３】
さらに具体的には、ＦＧＳ符号化部４４は、階層１に相応するスケールファクター情報およびコーディングモデル情報を含む付加情報を、階層１に相応するコーディングモデル情報を参照してＭＳＢで構成されたシンボルからＬＳＢで構成されたシンボルまでの順でシンボル単位で符号化する。次いで、階層２に対しても同じ過程を反復する。すなわち、あらかじめ決定された複数の階層に対する符号化が完了するまで、階層を増加させつつ符号化する。
【００４４】
スケールバンド情報は、オーディオ信号の周波数特性に応じてさらに適切に量子化を行うための情報であって、周波数領域を複数のバンドに分け、各バンドに適したスケールファクターを割り当てた時に各階層に対応するスケールバンドを知らせるための情報である。その結果、各階層は、少なくとも一つのスケールバンドに属する。各スケールバンドには、それぞれ一つのスケールファクターが割り当てられる。コーディングバンド情報は、オーディオ信号の周波数特性に応じてさらに適切に符号化を行うための情報であって、周波数領域を複数のバンドに分け、各バンドに適したコーディングモデルを割り当てた時、各階層に対応するコーディングバンドを知らせるための情報である。スケールバンドとコーディングバンドとは、実験によって適切に分けられ、対応するスケールファクターとコーディングモデルとが決定される。
【００４５】
図５は、図４のＦＧＳ符号化部４４の詳細ブロック図である。
図５に示すとおり、ＦＧＳ符号化部４４は、ビット分割部１、符号化部２およびビットパッキング部３を備える。ＦＧＳ符号化部４４は、図１の符号化装置と実質的に同じ機能を有するので、同じ参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図６は、図２の復号化装置の一具体例を示すブロック図である。
図６に示すとおり、復号化装置は、ＦＧＳ復号化部６１、逆量子化部６２および逆変換部６３を備える。ＦＧＳ復号化部６１は、ビットストリームをターゲット階層までアンパッキングし、各階層別に復号化する。すなわち、ＦＧＳ復号化部６１は、各階層に対応するスケールファクター情報、コーディングモデル情報が含まれた付加情報を復号化した後、得られたコーディングモデル情報に基づいて各階層に属する符号化された量子化サンプルを復号化して量子化サンプルを得る。
【００４７】
一方、スケールバンド情報とコーディングバンド情報とは、ビットストリームのヘッダ情報から得るか、または各階層別の付加情報を復号化して得る。または、復号化装置が、スケールバンド情報およびコーディングバンド情報を予め保存していることもある。逆量子化部６２は、各階層の量子化サンプルを対応するスケールファクター情報に基づいて逆量子化して復号する。逆変換部６３は、復号されたサンプルを周波数／時間マッピングして時間領域のＰＣＭオーディオデータに変換して出力する。
【００４８】
図７は、図６のＦＧＳ復号化部６１を示す詳細ブロック図である。
図７に示すとおり、ＦＧＳ復号化部６１は、ビットストリーム分析部５、復号化部６およびビット結合部７を備える。ＦＧＳ復号化部６１は、図２の復号化装置と実質的に同じ機能を有するので、同じ参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４９】
図８は、図４に示す符号化装置で行なわれる符合化方法および図６の復号化装置で行われる復号化方法を説明するための参考図である。
図８に示すとおり、符号化の場合、符号化装置の変換部４１は、入力されるＰＣＭオーディオデータを変換してサンプルＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、…を得る。量子化部４３は、これらのサンプルＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、…を量子化して量子化サンプルＸＱ１、ＸＱ２、ＸＱ３、ＸＱ４、…を得る。得られた量子化サンプルＸＱ１、ＸＱ２、ＸＱ３、ＸＱ４、…が各々５ビットであれば、ビット分割部１は、ＸＱ１をＸＱ１,５、ＸＱ１,４、ＸＱ１,３、ＸＱ１,２、ＸＱ１,１に分け、ＸＱ２をＸＱ２,５、ＸＱ２,４、ＸＱ２,３、ＸＱ２,２、ＸＱ２,１に分け、ＸＱ３をＸＱ３,５、ＸＱ３,４、ＸＱ３,３、ＸＱ３,２、ＸＱ３,１に分け、ＸＱ４をＸＱ４,５、ＸＱ４,４、ＸＱ４,３、ＸＱ４,２、ＸＱ４,１に分ける。次いで、ＦＧＳ符号化部４４は、ＭＳＢを低い周波数に当るビットから高い周波数に当るビットまで順次に集めた後、所定の単位に切ってベクトルを形成し、このベクトルを符号化する。ここで、Ｃ［ＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５］は、ＸＱ１,５,‥,ＸＱｋ,５で構成されたベクトルの無損失符号化を表し、Ｃ［ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５］は、ＸＱｋ＋１,５,‥,ＸＱ２ｋ,５で構成されたベクトルの無損失符号化を表す。残りも同様である。ここで、ｋは１に等しいか、または１より大きい整数を意味する。
【００５０】
一方、図６に示す復号化装置は、前記符号化の逆の順序で復号化を行う。
【００５１】
図９は、本発明によってビット率を調節できるように階層構造に符号化されたビットストリームを構成するフレームの構造を示す。
図９に示すとおり、本発明によるビットストリームのフレームは、ＦＧＳのために量子化サンプルと付加情報とを階層構造にマッピングさせて符号化されている。すなわち、下位階層のビットストリームが上位階層のビットストリームに含まれている階層構造を有する。各階層に必要な付加情報は、階層別に分けられて符号化される。
【００５２】
ビットストリームの先頭には、ヘッダ情報が保存されたヘッダ領域が設けられ、階層０の情報がパッキングされており、上位階層である階層１ないし階層Ｎに属する情報が、順次パッキングされている。ヘッダ領域から階層０の情報までを基底階層といい、ヘッダ領域から階層１の情報までを階層１、ヘッダ領域から階層２の情報までを階層２という。同様に、最上位階層は、ヘッダ領域から階層Ｎ情報まで、すなわち基底階層から上位階層である階層Ｎまでである。各階層の情報には、付加情報と符号化されたデータとが保存されている。例えば、階層２の情報には、付加情報２と符号化された量子化サンプルとが含まれている。ここで、Ｎは、１に等しいか、または１より大きい整数である。
【００５３】
図１０は、付加情報の詳細構造を示す。
図１０に示すとおり、任意の階層情報には、付加情報と符号化された量子化サンプルとが保存されており、本実施形態で、付加情報は、コーディングモデル情報、スケールファクター情報、チャンネルに対する付加情報およびその他の付加情報を含む。コーディングモデル情報は、対応する階層に属する量子化サンプルの符号化／復号化に使われるコーディングモデルに関する情報である。スケールファクター情報は、対応する階層に属するオーディオデータを量子化するか、または逆量子化するための量子化ステップサイズを知らせる。チャンネルに関する付加情報とは、Ｍ／Ｓ（ｍｉｄｄｌｅ／ｓｉｄｅ）ステレオのようなチャンネルに関する情報である。その他の付加情報は、Ｍ／Ｓステレオの採用如何に関するフラグ情報である。
【００５４】
図１１ないし図１３は、本発明による符号化方法をさらに具体的に説明するための参考図である。
図１１に示すとおり、符号化部２は、複数の量子化サンプルをビットプレーン上にマッピングさせて２進データで表し、２進データのＭＳＢで構成されたビット分割データからＬＳＢで構成されたビット分割データの順に当該階層に割当てられたビット範囲内で無損失符号化する。ビットプレーン上で重要な情報は先に符号化し、相対的に重要でない情報は後で符号化される。
【００５５】
さらに具体的に、低周波から高周波の順に配列された量子化サンプル９，２，４，０をビットプレーンにマッピングすれば、それぞれ１００１ｂ、００１０ｂ、０１００ｂ、００００ｂの２進データで表示される。ＭＳＢ  ｍｓｂで構成されたビット分割データは“１０００ｂ”であり、その次のビットｍｓｂ−１で構成されたビット分割データは“００１０ｂ”であり、その次のビットｍｓｂ−２で構成されたビット分割データは“０１００ｂ”であり、ＬＳＢ  ｍｓｂ−３で構成されたビット分割データは“１０００ｂ”である。したがって、１０００、００１０、０１００、１０００の順に無損失符号化が行なわれる。
【００５６】
図１２のビットプレーンにマッピングされたブロックでは、量子化サンプル（１）、（２）、（３）のビットプレーン（２）、（３）、（４）、（５）には全て０値が充填されているが、図１１と同じ方式で符号化する場合、全て符号化しなければならないので、符号化効率が低下する。したがって、このようにビットプレーンの一つの量子化サンプルだけが高いピーク値を有する場合、すなわち、０が少なくとも一部に集まっている場合には次の方法による。
【００５７】
まず、０で満たされた部分を除外した残りのビットプレーンのビット分割データ（１）、すなわち１１００を符号化し、０で満たされた部分を除外した残りの量子化サンプル、すなわちピークが存在する量子化サンプル（４）の位置を知らせる位置情報を２ビット１１ｂで表した後、０で満たされた部分、すなわち符号化されていない部分がビットプレーン（２）ないし（５）であることを知らせるインデックス情報を３ｂｉｔ、すなわち１００ｂで表現し、量子化サンプル（４）のビットプレーン（２）ないし（５）の部分、１０１０ｂ（ピークデータ）を符号化する。
【００５８】
したがって、前記ビットプレーンは次のように表現できる。
１１００（符号化）＋２ビット（ピークの位置情報）＋３ビット（インデックス情報）＋３−４ビット（１０１０−ピークデータ）
【００５９】
図１３に示すとおり、本発明の符号化方式によれば、所定のビットプレーンを符号化するに当たって、符号化効率を考慮して少なくとも一部のビット分割データだけを符号化し、残りの部分は付加情報に含める。すなわち、所定のビットプレーンは、次のように符号化される。
ビット分割データ（１１００）＋ピークの位置情報＋残りのビットプレーン情報＋ピークデータ
【００６０】
前記のような方式を変形されたビット分割符号化方式という。変形されたビット分割符号化方式によるか否かは、符号化効率を考慮した後に選択される。すなわち、変形されたビット分割符号化方式によれば、符号化しなければならないビット分割データの量が減る代わりに、符号化しなければならない付加情報の量が増える。したがって、実際に符号化して見るか、または符号化した時に必要なビット数を予測するアルゴリズムを利用して、所定ビットプレーンに対して変形されたビット分割符号化方法を取るか否かを選択する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、デジタル信号処理技術に利用でき、具体的にはデジタルデータの符号化および復号化に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による符号化装置のブロック図である。
【図２】本発明による復号化装置のブロック図である。
【図３】図１の符号化装置で行なわれる符号化方法および図２の復号化装置で行われる復号化方法を説明するための参考図である。
【図４】図１の符号化装置の一具体例を示す図である。
【図５】図４のＦＧＳ符号化部の詳細を示すブロック図である。
【図６】図２の復号化装置の一具体例を示す図である。
【図７】図６のＦＧＳ復号化部の詳細ブロック図である。
【図８】図４の符号化装置で行なわれる符合化方法および図６の復号化装置で行われる復号化方法を説明するための参考図である。
【図９】本発明によってビット率を調節できるように階層構造に符号化されたビットストリームを構成するフレームの構造図である。
【図１０】付加情報の詳細構造図である。
【図１１】本発明による符号化方法をさらに具体的に説明するための参考図である。
【図１２】本発明による符号化方法をさらに具体的に説明するための参考図である。
【図１３】本発明による符号化方法をさらに具体的に説明するための参考図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      ビット分割部
２      符号化部
３      ビットパッキング部
５      ビットストリーム分析部
６      復号化部
７      ビット結合部
４１    変換部
４２    心理音響部
４３    量子化部
４４    ＦＧＳ符号化部
６１    ＦＧＳ復号化部
６２    逆量子化部
６３    逆変換部
【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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【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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【図１３】
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