(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心層および増加層を有する標準データチャンネルを用いる縮尺自在な符号化方法であって、
複数のサブバンド信号を受信するステップと、
所望の第１ノイズスペクトルに応答して各サブバンド信号に対するそれぞれの第１量子分解能を決定し、符号化された第１信号を発生させるために該それぞれの第１量子化分解能に従って各サブバンド信号を量子化するステップと、
所望の第２ノイズスペクトルに応答して各サブバンド信号に対するそれぞれの第２量子化分解能を決定し、符号化された第２信号を発生させるために該それぞれの第２量子化分解能に従って各サブバンド信号を量子化するステップと、
該符号化された第１および第２信号間の残余を示す残余信号を発生させ、該中心層の符号化された第１信号および該増加層の該残余信号を出力するステップと、
を具備し、
該第１量子化分解能が、該中心層のデータ容量要件を満たすような第１量子化分解能により量子化されたサブバンド信号に応じて決定されることを特徴とする縮尺自在な符号化方法。
【請求項２】
該符号化された第１信号および残余信号が整列された形状で出力されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該符号化された第１信号に関して該残余信号の形状パターンを示すために追加のデータが出力されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該所望の第２ノイズスペクトルが、実質的に一定量だけ該所望の第１ノイズスペクトルから相殺され、該実質的に一定量の表示が該標準データチャンネルに出力されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該符号化された第１信号が複数の縮尺係数を含み、該残余信号が該符号化された第１信号の該縮尺係数で表されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの第２量子化分解能に量子化されたサブバンド信号が一連のビットを含む縮尺された数値によって表され、それぞれの第１量子化分解能に量子化された該サブバンド信号が一連の前記ビットを含む他の縮尺された数値によって表されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数の層を有する標準データチャンネルを用いる縮尺自在な符号化方法であって、
複数のサブバンド信号を受信するステップと、
該サブバンド信号の知覚符号化および第２符号化を発生させるステップと、
該知覚符号化に関する該第２符号化の残余を示す残余信号を発生させるステップと、
第１層の該知覚符号化および第２層の該残余信号を出力するステップと、
該サブバンド信号の第３符号化を発生させるステップと、
該知覚および第２符号化少のなくとも１つに関する該第３符号化の残部を示す第２残余信号を発生させるステップと、
第３層の該第２残部を出力するステップと、
を具備し、
該第１層が該データチャンネルの１６ビット幅層であり、該第２及び第３層がそれぞれ該データチャンネルの４ビット幅層であることを特徴とする、縮尺自在な符号化方法。
【請求項８】
該知覚符号化に関して該残余信号の形状を示す誤り検出データを発生させるステップと、
該標準データチャンネルに該標準データを出力するステップと、
をさらに具備することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
一連のビットを発生させるステップと、
該標準データチャンネルに該一連のビットを発生させるステップと、
受信機において該一連の出力ビットに対応する一連のビットを受信するステップと、
該受信した一連のビットが該発生させた一連のビットに適合するかどうかを決めるために該受信した一連のビットを分析するステップと、
該分析に応答して該知覚符号化および該残余信号が伝送誤りを含むかどうかを決めるステップと、
をさらに具備することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該第１および第２層の結合されたデータ容量に応答して該第２符号化が発生することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
中心層及び増加層を有する標準データチャンネルを用いる縮尺自在な復号方法であって、
該中心層から第１制御層を入手しかつ該増加層から第２制御層を入手するステップと、
所望の第１ノイズスペクトルに応答して決められるそれぞれの第１量子化分解能によりサブバンド信号を量子化することによって発生された符号化された第１信号を得るために該第１制御信号により該中心層を処理するステップと、
該符号化された第１信号及び所望の第２ノイズスペクトルに応答して決められるそれぞれの第２量子化分解能によりサブバンド信号を量子化することによって発生した、符号化された第２信号間の残部を示す残余信号を得るために該第２制御信号により該増加層を処理するステップと、
該第１量子化分解能により量子化される複数の第１サブバンド信号を得るために第１制御信号により該符号化された第１信号を復号するステップと、
該複数の第１サブバンドを該残余信号と結合させることによって該第２量子化分解能により量子化される複数の第２サブバンド信号を入手するステップと、
該複数の第２サブバンド信号を出力するステップと、
を具備し、
該第２制御データが、該所望の第１ノイズスペクトル及び該所望の第２ノイズスペクトル間の相殺量を表すことを特徴とする、縮尺自在な復号方法。
【請求項１２】
該中心層のデータが、縮尺係数及び１つ又はそれ以上の尺度化された値を含むブロック尺度化形式のそれぞれのサブバンド信号を表し、該中心層からの縮尺係数も同様に該増加層から得られるサブバンド信号に用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該縮尺係数が、該中心層で運ばれるデータのフレーム内の予め設定される位置において符号化されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該所望の第１及び第２ノイズスペクトルが該縮尺係数に応答して発生することを特徴とする、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
符号化された値は、該中心層から得られる該縮尺係数から決められる該中心及び増加層で受信される該データの位置から解析されることを特徴とする、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
中心層および増加層を有する標準データチャンネル用の処理システムであって、
命令のプログラムを記憶するメモリユニットと、
請求項１乃至請求項１５項のいずれか１項に記載の方法を行うための命令のプログラムを受信しかつ実行するメモリユニットと結合されることを特徴とするプログラム制御プロセッサと、
から成る標準データチャンネル用処理システム。
【請求項１７】
機械によって読取り可能な媒体であって、請求項１乃至請求項１５項のいずれか１項に記載の方法を行うために該機械によって実行可能な命令のプログラムを伝えることを特徴とする機械読取り可能媒体。
【請求項１８】
符号化されたオーディオ情報を伝える機械読取り可能な媒体であって、該符号化された情報を請求項１乃至請求項１５項のいずれか１項に記載の方法で発生させることを特徴とする、機械読取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はオーディオ符号化及び復号に関し、特に、オーディオデータを標準データチャンネルの複数層への縮尺可能な符号化及びオーディオデータの標準データチャンネルからの縮尺可能な復号に関する。
【０００２】
【発明の背景】
最近２０年間に亘るコンパクトディスク（ＣＤ）の広く普及した商業的成功に一部起因して、１６ビットパルスコード変調（ＰＣＭ）が記録済みオーディオの配分及び再生用の工業標準になっている。この期間の大部分に亘ってオーディオ業界は、ビニルレコードより優れた音質を与えるものとしてコンパクトディスクを賞賛し、多くの人々は１６ビットＰＣＭから得られる以上にはオーディオの分解能（解像度）を増大することによって聴覚的利益は殆ど得られないと考えた。
【０００３】
最近の数年に亘って、この信念は各種の理由で疑問視されてきている。１６ビットＰＣＭのダイナミックレンジはあらゆる楽音につき雑音のない再生に対して過大に制限されている。オーディオが１６ビットPCMに量子化されると繊細な詳細が失われる。さらに、同信念では、信号対雑音比の低化及び信号分解能の低減を犠牲にして追加の上部余裕（ヘッドルーム）を与えるために量子化分解能を低下させることを怠っている。そのような関心事のために１６ビットPCMに関して改良された信号分解能を与えるオーディオプロセスに対し現在強い商業的要求がある。
【０００４】
同様に、現在多重チャンネルオーディオに対する強い商業的要求もある。多重チャンネルオーディオは、在来のモノラル及びステレオ技術に関する再生音の安定性を改良し得るオーディオの多重チャンネルを与える。一般的システムは聴取フィールドの前方及び後方の双方で別個の左及び右チャンネルに備えると共に中央チャンネル及びサブウーファーチャンネルにも備える。最近の改変は、異なった種類のオーディオデータの空間的分離を再生又は同期するために聴取フィールドを囲む多くのオーディオチャンネルを与えている。
【０００５】
知覚符号化は、匹敵するビットレートのPCM信号に関してオーディオ信号の知覚される分解能を改良する技術の一変形である。知覚符号化は、本来の品質の保存に関連しないと思われる情報を除去することによって、符号化される信号から回復されるオーディオの当該品質を保存すると同時に符号化される信号のビットレートを低下させ得る。これはオーディオ信号を周波数サブバンドに分割し、復号された信号自体によってマスキング（隠蔽）されるのに十分低い量子化レベルを導入する量子化分解能において各サブバンド信号を量子化することによって行い得る。符号化された信号のビットレートを本質的に第１PCM信号のものまで低下させるために、より高い分解能の第２PCM信号を知覚的に符号化することによって所与のビットレート制約以内で所与の分解能の第１PCM信号に関して知覚される信号分解能の増加が達成され得る。第２PCM信号の符号化されたバージョン（版）はそこで第１PCM信号の代わりに用いられ、再生時に復号され得る。
【０００６】
知覚符号化の一例は、高等テレビ標準委員会（ATSC）A52 文書（１９９４）に特定される公共ATCS AC-３ビットストリーム仕様に従う装置で具体化されている。他の知覚符号化技術のみならずこの特殊の符号化技術は、Dolby Digital（登録商標）コーダー及びデコーダーの各種のバージョンで具体化されている。これらのコーダー及びデコーダーは、カリフォルニア州サンフランシスコのDolby Laboratories,Inc．から商業的に入手できる。知覚符号化技術の他の例は、MPEG-1オーディオ符号化標準ISO １１１７２-３（１９９３）に従う装置で具体化される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の知覚符号化技術の一欠点は、所与レベルの本質的品質に対して知覚的に符号化される信号のビットレートが通信チャンネル及び記憶媒体の利用可能なデータ容量を越え得ることである。例えば、２４ビットPCMオーディオ信号の知覚符号化は、１６ビット幅データチャンネルによって与えられるものを越えるデータ容量を要する視覚的に復号される信号を与え得る。符号化された信号のビットレートをより低いレベルに下げる試みは、符号化された信号から回復され得るの本質的品質を劣化させ得る。従来知覚符号化技術の他の欠点は、当該技術では一レベルを超える本質的品質でオーディオ信号を回復するために知覚的に符号化される信号の復号を支援し得ないことである。
【０００８】
縮尺可能符号化は、ある範囲の復号品質を与える一技術である。縮尺可能符号化は、オーディオ信号のより高い分解能符号化を与えるために増加データと共に1つ又はそれ以上のより低い分解能符号化の形でデータを用いる。より低い分解能符号化及び増加データは複数の層で与えられ得る。縮尺可能知覚符号化、特に、復号段階において商業的に利用可能な１６ビットデジタル信号伝送又は記憶手段と逆向き両立できる縮尺可能知覚符号化にも同様に強い要求がある。
EP-A-0 869 622 は２つの縮尺可能な符号化技術を開示する。一方の技術によると入力信号が中心層に符号化され、符号化された信号はその後復号されて入力信号及び復号された信号間の差が増加層に符号化される。この技術は、エンコーダーの１つ又はそれ以上の復号処理を行うのに要する資源のために不利である。他方の技術によると、入力信号が量子化され、量子化された信号のビット表現部分が中心層に復号され、量子化された信号の追加部分を表すビットが増加層に符号化される。この技術は、符号化された縮尺可能な信号の各層に対して異なった符号化プロセスを用いることをできないので不利である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
所望の第１ノイズスペクトルに応答してデータチャンネルの中心層へのオーディオデータの符号化を支援する縮尺可能なオーディオ符号化が開示される。所望の第１ノイズスペクトルは心理音響及びデータ容量基準により設定されるのが望ましい。増加データは、所望の追加ノイズスペクトルに応答して1つ又はそれ以上の増加層に符号化される得る。在来量子化のような代わりの基準が増加データを符号化するために用いられ得る。
【００１０】
データチャンネルの中心層のみを復号するシステム及び方法が開示される。データチャンネルの中心層及び１つ又はそれ以上の増加チャンネルの双方を復号するシステム及び方法も開示され、これらは中心層のみを復号することによって得られるものに対して改良されたオーディオ品質を与える。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態はサブバンド信号に用いられる。当業界では理解されるように、サブバンド信号は多くの方法で発生され得る。即ち、直角位相ミラーフィルタのようなデジタルフィルタの使用及び広範囲の時間領域対周波数領域変換及び小波変換等によって発生される。
【００１２】
本発明で用いられるデータチャンネルは、オーディオエンジニアリングソサエティー（AES）によって出版される標準AES３に従う１６ビット幅中心層及び2つの４ビット幅増加層を有するのがの望ましい。この標準は、米国規格協会（ANSI）による標準ANSI S4.40としても知られている。そのようなデータチャンネルは本明細書では標準AES3データチャンネルと称する。
【００１３】
本発明の各種の面による縮尺可能なオーディオ符号化及び復号は、離散論理構成要素（コンポーネント）、1つ又はそれ以上のASIC、プログラム制御されたプロセッサ及び他の商業的に利用できるコンポーネントによって実行され得る。これらのコンポーネントが実行される方法は本発明にとって重要ではない。望ましい実施形態では、モトローラ（Motorola）からのデジタル信号プロセッサのDSP563xxラインにおけるようなプログラム制御されたプロセッサを用いる。そのような実行用のプログラムは、ベースバンド又は変調された通信経路及び記憶媒体のような機械読取り可能な媒体によって伝えられる命令を含み得る。通信経路は超音波乃至紫外周波数スペクトル内であることが望ましい。本質的にあらゆる磁気又は光学記録技術、即ち、磁気テープ、磁気ディスク及び光学ディスク等が記憶媒体として用いられ得る。
【００１４】
本発明の各種の面によると本発明により符号化されるオーディオ情報は、そのような機械読取り可能媒体によってルーター、デコーダー及び他のプロセッサへ伝達され、その後のルート選択、復号及び他の処理のためにそのような機械読取り可能媒体によって記憶され得る。望ましい実施形態では、オーディオ情報は本発明により復号され、コンパクトディスクのような機械読取り可能媒体に記憶される。そんなデータは各種のフレーム、開示された他のデータ構造体によりフォーマットされるのが望ましい。次いでデコーダーは後刻復号及び再生のために、記憶された情報を読取り得る。そのようなデコーダーは符号化機能を含むことを要しない。
【００１５】
本発明の一面により縮尺可能な符号化プロセスは、中心層及び1つ又はそれ以上の増加層を有するデータチャンネルを利用する。複数のサブバンド信号が受信される。各サブバンド信号に対するそれぞれの第１量子化分解能は所望の第１ノイズスペクトルに応答して決定され、符号化された第１信号を発生させるために各サブバンド信号はそれぞれの第１量子化分解能により量子化される。各サブバンド信号に対するそれぞれの第２量子化分解能は所望の第２ノイズスペクトルに応答して決定され、符号化された第２信号を発生させるために各サブバンド信号はそれぞれの第２量子化分解能により量子化される。符号化された第１及び第２信号間の残部を示す残余信号が発生される。符号化された第１信号は中心層に出力され、残余信号は増加層に出力される。
【００１６】
本発明の他の面によると、オーディオ信号符号化するプロセスは複数の層を有する標準データチャンネルを用いる。複数のサブバンド信号が受信される。知覚符号化及びサブバンド信号の第２符号化が発生される。知覚符号化に関する第２符号化の残部を示す残余信号が発生される。知覚符号化はデータチャンネルの第１層に出力され、残余信号はデータチャンネルの第２層に出力される。
【００１７】
本発明の他の面によると、標準データチャンネル用の処理システムはメモリユニット及びプログラム制御されたプロセッサを含む。メモリユニットは本発明によりオーディオ情報を復号するための命令プログラムを記憶する。プログラム制御されたプロセッサは命令プログラムを受信するためにメモリユニットと結合され、処理用の複数のサブバンド信号を受信するためにさらに結合される。命令プログラムに応答してプログラム制御されたプロセッサは本発明によりサブバンド信号を処理する。一実施形態では、これは符号化された第1信号又は知覚符号化された信号を出力し、データチャンネルの他の層、例えば、開示された上記縮尺可能な符号化プロセスによりデータチャンネルの他の層に残余信号を出力することを含む。
【００１８】
本発明の別の面によるデータ処理方法は多重層データチャンネルを用いる。同データチャンネルは、オーディオ信号の知覚符号化を伝える第１層及びオーディオ信号知覚符号化の分解能を増加させる増加データを伝える第２層を有する。同方法によると、オーディオ信号知覚符号化及び増加データはデータチャンネルを介して受信される。知覚符号化は更なる処理のためにデコーダー又は他のプロセッサにルートづけられる。これは、増加データの更なる考慮なしに、復号された第１信号を与えるために知覚符号化の復号を含み得る。その代わりに、増加データはデコーダー又は他のプロセッサにルートづけられ、そこでは符号化された第２信号を発生させるために知覚符号化と結合され得る。同符号化された信号は、符号化された第１信号より高い分解能を有する復号された第2信号を与えるために復号される。
【００１９】
本発明の他の面によると、多重層データチャンネルのデータを処理する処理システムが開示される。多重層データチャンネルは、オーディオ信号の知覚符号化を伝える第１層及びオーディオ信号の知覚符号化の分解能を増加させる増加データを伝える第２層を有する。処理システムは、信号ルートづけ回路要素、メモリユニット及びプログラム制御されたプロセッサを含む。信号ルートづけ回路要素はデータチャンネルを介して知覚符号化及び増加データを受信し、知覚符号化及び選択的に増加データをプログラム制御されたプロセッサにルートづけする。メモリユニットは、本発明によりオーディオ情報を処理するための命令プログラムを記憶する。プログラム制御されたプロセッサは知覚符号化を受信するために信号ルートづけ回路要素に結合され、命令プログラムを受信するためにメモリユニットに結合される。命令プログラムに応答して、プログラム制御されたプロセッサは本発明により知覚符号化及び選択的に増加データを処理する。一実施形態では、これは既に述べた通り、1つ又はそれ以上の情報層のルートづけ及び復号を含む。
【００２０】
本発明の他の面によると、機械読取り可能な媒体は本発明により符号化プロセスを行うために機械によって実行可能な命令プログラムを伝える。本発明の別の面によると、機械読取り可能な媒体は本発明による多重層データチャンネルによって伝えられるデータをルートづけし、復号する方法を行うために機械によって実行可能な命令プログラムを伝える。そのような符号化、ルートづけ及び復号の例は上記により開示されかつ以下の記載で詳説される。本発明の他の面によると、機械読取り可能な媒体は、本発明により符号化される符号化されたオーディオ情報、即ち、開示されたプロセス又は方法により処理されるあらゆる情報を伝える。
【００２１】
本発明の他の面によると、本発明の符号化及び復号プロセスは各種の方法で実行され得る。例えば、プログラム可能なデジタルプロセッサ又はコンピュータプロセッサのような、そのようなプロセスを行う、機械によって実行可能な命令プログラムは当該機械によって読取り得る媒体によって伝達され、同機械はプログラムを入手し、それに応答してそんなプロセスを行うために媒体を読取ることが出来る。同機械は、例えば、そんな媒体を介して対応するプログラム資料を単に伝達することによって、そのようなプロセスの一部のみを専ら行うようされ得る。
【００２２】
本発明の各種の特徴及びその望ましい実施形態は、幾つかの図面では同一要素が同一参照番号で言及される添付図と共に以下の論議を参照することによってよりよく理解されるであろう。以下の論議及び図面の内容は例としてのみ記載され、本発明の範囲に係る限定を表わすものと解されるべきではない。
【００２３】
【実施形態】
本発明は、オーディオ信号の縮尺可能な符号化に関する。縮尺可能符号化は、複数の層を有するデータチャンネルを用いる。これらは、第１分解能によりオーディオ信号を表わすデータを伝える中心層及びより高い分解能により中心層で伝えられるデータと組合ってオーディオ信号を表わすデータを伝える1つ又はそれ以上の増加層を含む。本発明はオーディオサブバンド信号に用いられ得る。各サブバンド信号は典型的にオーディオスペクトルの周波数帯（バンド）を表わす。これらの周波数帯は互いに重複し得る。各サブバンド信号は概して1つ又はそれ以上のサブバンド信号要素を含む。
【００２４】
サブバンド信号は各種の技術によって発生され得る。一技術は、スペクトル領域においてサブバンド信号要素を発生させるためにオーディオデータにスペクトル変換を用いる。サブバンド信号を限定するために1つ又はそれ以上の隣接サブバンド要素は各グループにアセンブルされ得る。所与のサブバンド信号を形成するサブバンド信号要素の数及び識別（同一性）は予め決定されるか若しくはその代わりに符号化されたオーディオデータの特性に基づかせ得る。適切なスペクトル変換の例としては、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）及び各種の離散余弦変換（ＤＣＴ）がある。ＤＣＴは、特に、時には時間領域エイリアシング相殺（ＴＤＡＣ）変換と呼ばれる、修正離散余弦変換（ＭＤＣＴ）を含む。ＴＤＡＣはPrincen、Jonson及びBradleyによる「時間領域エイリアシング相殺に基づくフィルタバンクデザインを用いるサブバンド変換符号化」（Proc. Int. Conf. Acoust., Speech, and Signal Proc., May 1987, pp. 2161-2164）に記載されている。サブバンド発生させる他の技術は、サブバンド信号を発生させるために一組の縦続（カスケード）接続された直角位相ミラーフィルタ（QMF）又は何らかの他の帯域通過フィルタをオーディオデータに用いることである。実施手段の選択は、符号化システムの性能に甚大な影響を有するが、本発明の概念上特定の実施手段は重要ではない。
【００２５】
「サブバンド」の用語は、本明細書ではオーディオ信号のバンド幅の一部を指すために用いられる。「サブバンド信号」の用語は、本明細書ではサブバンドを表す信号を指すために用いられる。「サブバンド信号要素」の用語は、本明細書ではサブバンド信号の要素又構成要素を指すために用いられる。スペクトル変換を用いる実施では、例えば、サブバンド信号要素は変換係数である。簡単のために、本明細書ではサブバンド信号の発生は、そのような信号発生がスペクトル変換又は他の種類のフィルタを用いることによって行われるかどうかにかかわらずサブバンド濾波と云う。フィルタそれ自体は本明細書ではフィルタバンク又は特に分析フィルタバンクと云われる。従来方法では、合成フィルタバンクは分析フィルタバンクの逆又は実質的に逆のものを云う。
【００２６】
本発明により処理されたデータの１つ又はそれ以上の誤りを検出するために誤り訂正情報が与えられ得る。誤りは、例えば、そのようなデータの伝達又は緩衝中に発生し、そのような誤りを検出してデータの再生に先立ってデータを適切に訂正することはしばしば有益である。誤り訂正の用語は、本質的にパリティビット、周期的冗長コード、チェックサム（照合合計）及びリードソロモン（Reed‐Solomon）コードのようなあらゆる誤り検出、訂正案を指して云う。
【００２７】
図１Ａを参照すると、本発明によるオーディオデータを符号化及び復号する処理システム１００の実施形態の概略ブロック線図が示される。処理システム１００はプログラム制御されたプロセッサ１１０、読取り専用メモリ１２０、ランダムアクセスメモリ１３０、バス１１６によって従来の方法で相互接続されたオーディオ入・出力インタフェース１４０を含む。プログラム制御されたプロセッサ１１０は、モトローラから商業的に入手可能なＤＳＰ５６３xx型デジタル信号プロセッサである。読取り専用メモリ１２０及びランダムアクセスメモリ１３０は従来設計のものである。読取り専用メモリ１２０は、図２Ａ乃至７Ｄに関して記載されるように、ランダムアクセスメモリ１３０はが分析及び合成濾波を行ってオーディオ信号を処理することを可能にする命令のプログラムを記憶する。
【００２８】
当該プログラムは読取り専用メモリ１２０ではそのままに止まり、一方処理システム１００はパワー減少状態にある。本発明によると読取り専用メモリ１２０は、磁気テープ、磁気ディスク又は光学ディスクを用いるもののような事実上あらゆる磁気又は光学技術によって代替的に置き換えられ得る。ランダムアクセスメモリ１３０は、プログラム制御されたプロセッサ１１０のために、受信されかつ処理される信号を含めて、命令及びデータを従来の方法で緩衝する。オーディオ入・出力インタフェース１４０は、プログラム制御されたプロセッサ１１０のような他のコンポーネントに１つ又はそれ以上の層の受信される信号をルートづけする信号ルートづけ回路要素を含む。信号ルートづけ回路要素は入力及び出力信号の双方に対する別個のターミナルを含み得るか又は、その代わりに、同一ターミナルを入・出力双方に用い得る。処理システム１００は、合成及び復号命令を省略することによって代替的に符号化専用にされ得るか、又は分析及び符号化命令を省略することによって代替的に復号専用にされ得る。処理システム１００は、本発明を実行するのに有益な典型的処理作動を表すものであり、その特殊なハードウエア実行手段を表現することを意図するものではない。
【００２９】
符号化を行うためにプログラム制御されたプロセッサ１１０は、読取り専用メモリ１２０から符号化命令プログラムをアクセスする。オーディオ入・出力インタフェース１４０においてオーディオ信号が処理システム１００に加えられ、符号化されるためにプログラム制御されたプロセッサ１１０にルートづけされる。符号化命令プログラムに応答して、サブバンド信号を発生させるためにオーディオ信号は分析フィルタバンクによって濾波され、符号化された信号を発生させるためにサブバンド信号が符号化される。符号化された信号は、オーディオ入・出力インタフェース１４０を通して他の装置に与えられるか又は、代替的に、ランダムアクセスメモリ１３０に記憶される。
【００３０】
復号するために、プログラム制御されたプロセッサ１１０は読取り専用メモリ１２０から復号命令プログラムをアクセスする。望ましくは本発明により符号化されているオーディオ信号がオーディオ入・出力インタフェース１４０において処理システム１００に与えられ、復号されるためにプログラム制御されたプロセッサ１１０にルートづけされる。復号命令プログラムに応答して、対応するサブバンド信号を得るためにオーディオ信号が復号され、出力信号を得るために合成フィルタバンクによってサブバンド信号が濾波される。出力信号はオーディオ入・出力インタフェース１４０を通して他の装置に与えられるかまたは、代替的に、ランダムアクセスメモリ１３０に記憶される。
【００３１】
さらに図１Ｂを参照すると、本発明によりオーディオ信号を符号化及び復号するコンピュータ実行システム１５０の概略ブロック線図が示される。コンピュータ実行システム１５０は、バス１５８によって従来の方法で相互接続される中央処理装置（ＣＰＵ）１５２、ランダムアクセスメモリ１５３、ハードディスク１５４、入力装置１５５、ターミナル１５６、出力装置１５７を含む。ＣＰＵ１５２は、望ましくはIntel（登録商標）ｘ８６命令内蔵アーキテクチャを実行し、望ましくは浮動小数点計算処理用ハードウエア支援を含み、例えば、カリフォルニア州サンタクララのIntel（登録商標）Corporationから商業的に入手可能なIntel（登録商標）Pentium（登録商標）IIIマイクロプロセッサでよい。ターミナル１５６を介してオーディオ情報がコンピュータ実行システム１５０に与えられ、ＣＰＵ１５２にルートづけられる。ハードディスク１５４に記憶される命令プログラムは、コンピュータ実行システム１５０が本発明によりオーディオデータを処理することを可能にする。デジタルの形で処理されたオーディオデータは次いでターミナル１５６を介して与えられるか又は代替的にハードディスク１５４書込まれかつ記憶される。
【００３２】
処理システム１００、コンピュータ実行システム１５０及び本発明の他の実施形態は、オーディオ及びビデオ処理の双方を含み得る用法で用いられることが予期される。典型的なビデオ用法では、その作動はビデオ及びオーディオクロッキング信号と同期するであろう。ビデオクロッキング信号はビデオフレームとの同期基準を与える。ビデオクロッキング信号は、例えば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ又はＡＴＳＣビデオ信号の基準フレームを与え得る。オーディオクロッキング信号はオーディオサンプルに対する同期基準を与える。クロッキング信号は実質的にあらゆるレートを持ち得る。例えば、４８ｋＨは、職業的用法では一般的オーディオクロッキングレートである。本発明の実施上特別のクロッキング信号又はクロッキング信号レートは重要ではない。
【００３３】
図２Ａを参照すると、心理音響及びデータ容量規準によりオーディオデータをデータチャンネルに符号化するプロセス２００のフローチャートが示される。図２Ｂを参照すると、データチャンネル２５０のブロック線図が示される。データチャンネル２５０は各フレーム２６０が一連のワードを含む、一連のフレーム２６０から成る。各ワードは一連のビット（ｎ）と呼ばれ、そこではｎはゼロと、１５を含めた１５との間の整数であり、表示ビット（ｎ〜ｍ）はワードのビット（ｎ）乃至（ｍ）を表す。各フレーム２６０は、制御区分２７０及びオーディオ区分２８０を含み、その各々がフレーム２６０のワードのそれぞれの整数を含む。
【００３４】
複数のサブバンド信号がオーディオ信号の第１ブロックを表す２１０で受信される。各サブバンド信号は１つ又はそれ以上のサブバンド要素を含み、各サブバンド要素は一ワードによって表される。聴覚隠蔽（マスキング）カーブを決めるためにサブバンド信号が２１２で分析される。聴覚マスキングカーブは、聴取可能になることなく各それぞれのサブバンド内に注入され得るノイズの最大量を示す。この関係で何が可聴かは人の聴覚の心理音響モデルに基づき、クロス（相互）チャンネルマスキング特性を伴い、そこではサブバンド信号は２以上のオーディオチャンネルを表し得る。聴覚マスキングカーブは所望のノイズスペクトルの第１推定値として役立つ。所望のノイズスペクトルは２１４で分析され、サブバンド信号がそれに応じて量子化され、その後脱量子化されて第２音声波形に変換される時、結果的に生じる符号化ノイズが所望のノイズスペクトルの下方になるように、各サブバンド信号に対するそれぞれの量子化分解能を決定するようにされる。上記により適宜量子化されたサブバンド信号がオーディオ区分２８０以内に適合しかつそれを実質的に満たし得るかどうかの決定２１６がなされる。若しそうでなければ、所望のノイズスペクトルが調節２１８され、段階２１４、２１６が反復される。若しそうならば、サブバンド信号はそれに応じて量子化２２０され、オーディオ区分２８０に出力２２２される。
【００３５】
フレーム２６０の制御区分２７０に対して制御データが発生される。これは同期パターンを含み、同パターンは制御区分２７０の第１ワード２７２に出力される。同期パターンは、デコーダーがデータチャンネル２５０の一連のフレーム２６０と同期することを可能にする。フレームレート、区分２６０、２７０の境界、符号化作動のパラメータ及び誤り検出情報を示す追加の制御データが、制御区分２７０の残りの部分に出力される。このプロセスは、オーディオ信号の各ブロックにつき反復され、各一連のブロックがデータチャンネル２５０の対応する一連のフレーム２６０に符号化されるのが望ましい。
【００３６】
プロセス２００は、多重層オーディオチャンネルの１つ又はそれ以上の層にデータを符号化することに用いられる。プロセス２００により２層以上が符号化されるところでは、そのような層に伝えられるデータ間には本質的相関があり、従って多重層オーディオチャンネルのデータ容量の本質的浪費がありそうである。そのようなデータチャンネルの第１層で伝えられるデータの分解能を改良するために増加データをデータチャンネルの第２層に出力する縮尺可能なプロセスにつき以下に論じられる。分解能の改良は第１層の符号化パラメータの機能的関係として表され得るのが望ましい。即ち、それは第１層を符号化するのに用いられる所望のノイズスペクトルに用いられるとき、第２層を符号化するのに用いられる所望の第２ノイズスペクトルを与える相殺量のようなものであることが望ましい。そのような相殺量は、第２層のフィールド又は区分におけるような、デコーダーに改良値を示すデータチャンネルの設定された位置に出力され得る。その後これは各サブバンド信号要素の位置又は第２層のそれに関する情報を決めるために用いられ得る。それに応じて縮尺可能なデータチャンネルを構成するフレーム構造体が次に処理される。
【００３７】
図３Ａを参照すると、縮尺可能データチャンネル３００の一実施形態の概略図が示される。同データチャンネルは中心層３１０、第１増加層３２０及び第２増加層３３０を含む。中心層３１０はＬビット幅、第１増加層３２０はＭビット幅、第２増加層３３０はＮビット幅であり、Ｌ、Ｍ、Ｎは正の整数である。中心層３１０は一連のＬビットワードを含む。中心層３１０及び及び第１増加層３２０の組合せは一連の（Ｌ＋Ｎ）ビットワードを含み、中心層３１０、第１増加層３２０及び第２増加層３３０の組合せは一連の（Ｌ＋Ｍ＋Ｎ）ビットワードを含む。ビット（ｎ〜ｍ）の表示は、本明細書ではワードのビット（ｎ）から（ｍ）を表し、ｎ及びｍはｍ＞ｎであり、ｍ及びｎはゼロ乃至２３を含めた２３の整数である。縮尺可能データチャンネル３００は、例えば、２４ビット幅標準ＡＥＳ３データチャンネルであり、Ｌ、Ｍ、Ｎはそれぞれ１６、４、４である。
【００３８】
縮尺可能データチャンネル３００は、本発明により一連のフレーム３４０として構成され得る。各フレーム３４０は制御区分３５０及びそれに続くオーディオ区分３６０に分割される。制御区分３５０は、制御区分３５０と中心層３１０との交差部分によって限定される中心層３５２と、制御区分３５０と第１増加層３２０との交差部分によって限定される第１増加層部分３５４と、制御区分３５０と第２増加層３３０との交差部分によって限定される第２増加層部分３５６とを含む。オーディオ区分３６０は第１及び第２サブ区分３７０、３８０を含む。第１サブ区分３７０は、第１サブ区分３７０と中心層３１０との交差部分によって限定される中心層３７２と、第１サブ区分３７０と第１増加層３２０との交差部分によって限定される第１増加層部分３７４と、第１サブ区分３７０と第２増加層３３０との交差部分によって限定される第２増加層部分３７６とを含む。同様に、第２サブ区分３８０は、第２サブ区分３８０と中心層３１０との交差部分によって限定される中心層３８２と、第２サブ区分３８０と第１増加層３２０との交差部分によって限定される第１増加層部分３８４と、第２サブ区分３８０と第２増加層３３０との交差部分によって限定される第２増加層部分３８６とを含む。
【００３９】
この実施形態では、中心層３７２、３８２は、符号化されたオーディオデータが中心層３１０内に適合するように心理音響規準により圧縮される符号化されたオーディオを伝える。符号化プロセスへの入力として与えられるオーディオデータは、例えば、サブバンド信号要素を含み、その各々がＬより大きい整数であるＰのビット幅ワードによって表される。符号化された値、即ち、約Ｌビットの平均幅を有する「シンボル」にサブバンド信号要素を符号化するためにその後心理音響原理が用いられる。サブバンド信号要素によって占められるデータ容量はそれによって十分に圧縮され、中心層３１０を介して都合よく伝達し得るようにされる。符号化作動は、中心層３１０が従来の方法で復号され得るように、Ｌビット幅データチャンネルのオーディオデータに対する従来のオーディオ伝達規準と一致するのが望ましい。第１増加層部分３７４、３８４は増加データを伝達し、それが中心層３１０の符号化された情報のみから回復され得るより高い分解能を有するオーディオ信号を回復するために中心層３１０の符号化された情報と組合って用いられ得る。第２増加層部分３７６、３８６は追加の増加データを伝達し、連合された中心層３１０の第１増加層３２０で伝えられる符号化された情報のみから回復され得るより高い分解能を有するオーディオ信号を回復するために中心層３１０及び第１増加層３２０の符号化された情報と組合って用いられ得る。この実施形態では、第１サブ区分３７０が左オーディオチャンネルＣＨ_Ｌ用の符号化されたオーディオデータを伝え、第２サブ区分３８０が右オーディオチャンネルＣＨ_Ｒ用の符号化されたオーディオデータを伝える。
【００４０】
制御区分３５０の中心層部分３５２は復号プロセスの作動を制御する制御データを伝える。そのような制御データは、フレーム３４０の始めの位置を示す同期データ、プログラム構成及びフレームレートを示すフォーマットデータ、フレーム３４０内の区分及びサブ区分の境界を示す区分データ、符号化作動のパラメータを示すパラメータデータ及び中心層部分３５２のデータを保護する誤り検出情報を含み得る。デコーダーが中心層部分３５２からの各多様な制御データを速やかに分析することを可能にするために中心層３５２に各種のものに対して予め決定又は設定された位置が与えられるのが望ましい。本実施形態によると、中心層３１０を復号かつ処理するのに肝要なすべての制御データが中心層部分３５２に含まれる。これは、例えば、信号ルートづけ回路要素によって本質的制御データを失うことなく、増加層３２０、３３０が除かれるか又は捨てられことを可能にし、それによってＬビットワードとしてフォーマットされたデータを受信するように設計されたデジタル信号プロセッサとの両立性を支援する。増加層３２０、３３０に対する追加の制御データは、本発明による増加層部分３５４に含まれ得る。
【００４１】
制御区分３５０内では、各層３１０、３２０、３３０はオーディオ区分３６０の符号化されたオーディオデータのそれぞれの部分を復号するパラメータ及び他の情報を伝えるのが望ましい。例えば、中心層部分３５２は、中心層部分３７２、３８２に情報を知覚的に符号化するのに用いられる所望の第１ノイズスペクトルを与える聴覚マスキングカーブの相殺量を伝え得る。同様に、第１増加層部分３５４は、増加層部分３７４、３８４に情報を符号化するのに用いられる所望の第２ノイズスペクトルを与える所望の第１ノイズスペクトルの相殺量を伝え得る。また、第２増加層部分３５６は、第２増加層部分３７６、３８６に情報を符号化するのに用いられる所望の第３ノイズスペクトルを与える所望の第２ノイズスペクトルの相殺量を伝え得る。
【００４２】
図３Ｂを参照すると、縮尺可能なデータチャンネル３００に対する代替フレーム３９０の概略図が示される。フレーム３９０は制御区分３５０及びフレーム３４０のオーディオ区分３６０を含む。フレーム３９０では、制御区分３５０は、中心層３１０、第１増加層３２０及び第２増加層３３０にそれぞれフィールド３９２、３９４、３９６を有する。
【００４３】
フィールド３９２は、増加データの構成を示すフラッグを伝える。第１フラッグ値によると、増加データは所与の設定により構成される。これはフレーム３４０の設定であることが望ましく、左オーディオチャンネルＣＨ_Ｌ用の増加データが第１サブ区分３７０で伝えられかつ右オーディオチャンネルＣＨ_Ｒ用の増加データが第２区分サブ３８０で伝えられるようにされる。各チャンネルの中心及び増加データが同一サブ区分で伝えられる設定は、整列された設定と呼ばれる。第２フラッグ値によると、増加データは適応的に増加層３２０、３３０に分配され、フィールド３９４及び３９６は、各それぞれのオーディオチャンネルがどこで伝えられるかの表示をそれぞれ伝える。
【００４４】
フィールド３９２は、制御区分３５０の中心層３５２のデータに対して誤り検出コードを伝えるのに十分なサイズを有するのが望ましい。この制御データを保護するのが望ましいのは、それが中心層３１０の復号作動を制御するからである。フィールド３９２は、オーディオ区分３６０の中心層３７２、３８２を保護する誤り検出コードを代替的に伝えてもよい。増加層３２０、３３０のデータに対しては誤り検出データを与える必要はない。それは中心層３１０の幅Lが十分なところでは通常そのような誤りの影響が悪くても殆ど聴取不可能だからである。例えば、中心層３１０が１６ビットワード深さまで聴覚的に符号化されるところでは、増加データは第１に繊細な詳細を与えので増加データの誤りは復号及び再生に際して概して聴取するのが困難である。
【００４５】
フィールド３９４、３９６はそれぞれ誤り検出コードを伝え得る。各コードは、それが伝えられる増加層３２０、３３０に対して保護を与える。これは制御データに対する誤り検出を含むのが望ましいが、代替的にオーディオデータ又は制御及びオーディオデータの双方に対する誤り訂正を含む。２つの異なった誤り検出コードが各増加層３２０、３３０に対して特定され得る。第１誤り検出コードは、それぞれの増加層に対する増加データが、フレーム３４０のそれのように、所与の設定により構成されるように特定する。各層に対する第２誤り検出コードは、それぞれの層に対する増加データがそれぞれの層に分配されかつこの増加データの位置を示すためにポインターが制御区分３５０に含まれることを特定する。増加データは、中心層３１０の対応するデータと同一のデータチャンネル３００のフレーム３９０にあるのが望ましい。所与の設定は、その他のものを構成するために一増加層及び各ポインターを構成するのに用いられ得る。誤り検出コードは代替的に誤り訂正コードであり得る。
【００４６】
図４Ａを参照すると、本発明による縮尺可能な符号化プロセス４００の一実施形態のフローチャートが示される。この実施形態は、図３Ａに示される中心層３１０及びデータチャンネル３００の第１増加層３２０を用いる。複数のサブバンド信号が受信４０２され、各々が１つ又はそれ以上のサブバンド信号要素を含む。段階４０４では、各サブバンド信号に対するそれぞれの第１量子化分解能が所望の第１ノイズスペクトルに応答して決められる。所望の第１ノイズスペクトルは心理音響原理及び望ましくは同様に中心層３１０のデータ容量要件に応答して設定される。この要件は、例えば、中心層部分３７２、３８２の合計データ容量限界であり得る。第１符号化された信号を発生さるためにサブバンド信号はそれぞれの第１量子化分解能により量子化される。第１符号化された信号はオーディオ区分３６０の中心層部分３７２、３８２に出力４０６される。
【００４７】
段階４０８では、各サブバンド信号につきそれぞれの第２量子化分解能が決められる。第２量子化分解能は、中心及び第１増加層３１０、３２０の結合体のデータ容量要件に応答しかつ同様に心理音響原理により設定されるのが望ましい。データ容量要件は、例えば、中心及び第１増加層部分３７２、３７４の結合体の合計データ容量限界であり得る。サブバンド信号は、符号化された第２信号を発生させるためにそれぞれの第２量子化分解能により量子化される。第１残余信号が発生４１０され、それは符号化された第１及び第２信号間の何らかの残余の量目又は差を伝達する。これは2の補数又は他の形式の2進計算により第２符号化信号から第1符号化信号を減算することによって実行される。第１残余信号はオーディオ区分３６０の第１増加層部分３７４、３８４に出力４１２される。
【００４８】
段階４１４では、各サブバンド信号につきそれぞれの第３量子化分解能が決められる。第３量子化分解能は層３１０、３２０、３３０の結合体のデータ容量により設定されるのが望ましい。第３量子化分解能を決めるためにもまた心理音響原理が用いられるのが望ましい。サブバンド信号は、符号化された第３信号を発生させるためにそれぞれの第３量子化分解能により量子化される。第２残余信号が発生４１６され、それは符号化された第２及び第３信号間の何らかの残余の量目又は差を伝達する。第２残余信号は、２の補数（又は他の２進計算）第２及び第３符号化信号間の差を形成することによって発生される。符号化された第１及び第３信号間の何らかの残余の量目又は差を伝達するために第２残余信号が代替的に発生され得る。第２残余信号はオーディオ区分３６０の第１増加層部分３７６、３８６に出力４１８される。
【００４９】
段階４０４、４０８、４１４では、サブバンド信号が２以上のサブバンド信号要素を含む場合には、特定の分解能に対するサブバンド信号の量子化は特定の分解能に対するサブバンド信号の各要素を均一に量子化することを含み得る。従って、サブバンド信号が３つのサブバンド要素（se１、se２、se３）を含むなら、サブバンド信号は量子化分解能Qにより量子化され得る。即ち、この量子化分解能Qによりそのサブバンド信号要素の各々を均一に量子化することによって行われる。量子化されたサブバンド信号はQ（ss）と記載され、量子化されたサブバンド信号要素はQ（se１、se２、se３）と記載され得る。従って、量子化されたサブバンド信号はQ（ss）は量子化されたサブバンド信号要素はQ（se１、se２、se３）の集合体を含む。基点に関して許容し得るサブバンド信号要素の量子化範囲を識別する符号化範囲は符号化パラメータとして特定され得る。同基点は、実質的に聴覚マスキングカーブに適合する注入されたノイズを与える量子化レベルであることが望ましい。符号化範囲は、例えば、除去されたノイズの約１４４デシベルから聴覚マスキングカーブに関して注入されたノイズの約４８デシベルまでの間、即ち、より簡単には、‐１４４ｄB乃至＋４８ｄBであり得る。
【００５０】
本発明の代わりの実施形態では、同一サブバンド信号内のサブバンド信号要素は平均して特殊の量子化分解能Qに対して量子化されるが、個々のサブバンド信号は異なった分解能に対して不均一に量子化される。サブバンド以内では不均一量子化を与えるさらに他の代わりの実施形態における利得適応量子化技術では、同一サブバンド以内の何らかのサブバンド信号要素が特殊の量子化分解能Qに対して量子化され、当該サブバンドの他のサブバンド信号要素が、分解能Qよりある決定可能な量だけ細かいか若しくは粗い異なった分解能に対して量子化される。それぞれのサブバンド内で不均一量子化を行う望ましい方法は、Daviodson他による１９９７年7月７日付特許出願「改良型オーディオ符号化に用いられる利得適応量子化及び不均一シンボル長」に開示されている。
【００５１】
段階４０２では、受信されたサブバンド信号は左オーディオチャンネルCH_Lを表わす一組の左サブバンド信号SS_L及び右オーディオチャンネルCH_Rを表わす一組の右サブバンド信号SS_Rを含む。これらのオーディオチャンネルは、ステレオ対であり得るか又はその代わりに実質的に互いに無関係であり得る。オーディオチャンネルCH_L、 CH_Rの知覚符号化は一対の望ましいノイズスペクトル、即ち、オーディオチャンネルCH_L、 CH_Rの各々につき一スペクトルを用いて行うのが望ましい。従って、組SS_Lのサブバンド信号は対応するサブバンド信号組SS_Rとは異なった分解能で量子化され得る。一オーディオチャンネルに対して望ましいノイズスペクトルは、クロスチャンネルマスキング効果を考慮することによって他チャンネルの信号内容によって影響され得る。望ましい実施形態ではクロスチャンネルマスキング効果が無視される。
【００５２】
左オーディオチャンネルCH_Lに対する所望の第１ノイズスペクトルは、中心層部分３７２の利用可能なデータ容量のような追加の規準に加えて、サブバンド信号SS_Lの聴覚マスキング特性、選択的にサブバンド信号SS_Rのクロスチャンネル聴覚マスキング特性に応答して以下の通り設定される。左オーディオチャンネルCH_Lに対する聴覚マスキングカーブAMC_Lを決定するために左サブバンド信号SS_L及び同様に右サブバンド信号SS_Rも選択的に分析される。聴覚マスキングカーブは、聴取可能になることなく左オーディオチャンネルCH_Lのそれぞれのサブバンド内に注入され得るノイズの最大量を示す。この関係で何が聴取可能かは、人の聴覚の心理音響モデルに基づきかつ右オーディオチャンネルCH_Rクロスチャンネルの聴覚マスキング特性を伴い得る。聴覚マスキングカーブAMC_Lは左オーディオチャンネルCH_Lに対する所望の第１スペクトルの初期値として役立ち、それは組SS_Lのサブバンド信号がQ1_L(SS_L)により量子化され、次いで量子化されて音波に変換される時結果的に生じる符号化ノイズが聴取不能になるように、組SS_Lの各サブバンド信号に対するそれぞれの量子化分解能Q1_Lを決定するために分析される。簡単のために、Q1_Lの用語は一組の量子化分解能を指し、そのような組はサブバンド信号SS_L組の各サブバンド信号ssに対してそれぞれの値Q1_Lssを有することに言及する。Q1_L(SS_L)の表示は、組SS_Lの各サブバンド信号がそれぞれの量子化分解能により量子化されることを意味することが理解されるべきである。各サブバンド信号内のサブバンド信号要素は、既に述べた通り均一又は不均一に量子化され得る。
【００５３】
同様に、右オーディオチャンネルCH_Rに対する聴覚マスキングカーブAMC_Rを発生させるために、右サブバンド信号SS_R及び左サブバンド信号SS_Lもまた分析されるのが望ましい。この聴覚マスキングカーブAMC_Rは右オーディオチャンネルCH_Rに対する所望の第１スペクトルの初期値として役立ち、それは組SS_Rの各サブバンド信号に対するそれぞれの量子化分解能Q1_Rを決定するために分析される。
【００５４】
図４Bを参照すると、本発明による量子化分解能を決定するプロセスのフローチャートが示される。プロセス４２０は、例えば、プロセス４００により各層を符号化するのに適切な量子化分解能を見出すために用いられる。プロセス４２０は左オーディオチャンネルCH_Lにつき記載される。右オーディオチャンネルCH_Rは同様な方法で処理される。
【００５５】
所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lに対する初期値は聴覚マスキングカーブAMC_Lと等しく設定４２２される。組SS_Lの各サブバンド信号に対するそれぞれの量子化分解能は、これらのサブバンド信号がそれに応じて量子化され、次いで脱量子化されて音波に変換されことによって、発生されるあらゆる量子化ノイズが実質的に所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lに適合するように決定４２４される。段階４２６では、それに応じて量子化されるサブバンド信号が中心層３１０のデータ容量要件を満たすかどうかが決定される。プロセス４２０のこの実施形態ではデータ容量要件が、それに応じて量子化されるサブバンド信号が中心層部分３７２のデータ容量に適合して同容量を使い果たすかどうかとして特定される。段階４２６の否定の決定に応答して所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lが調節４２８される。同調節は、左オーディオチャンネルCH_Lサブバンドを横切って実質的に均一になることが望ましい量だけ所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lを移動させることを含む。移動の方向は上向きであり、それはより粗い量子化に対応し、そこではそれに応じて量子化される段階４２６からのサブバンド信号は中心層部分３７２に適合しなかった。移動の方向は下向きであり、それはよりより細かい量子化に対応し、そこではそれに応じて量子化される段階４２６からのサブバンド信号は中心層部分３７２に適合した。第１移動の大きさは、移動方向の符号化の極値までの残余距離の約半分と等しいのが望ましい。従って、符号化範囲が‐１４４ｄＢ乃至＋４８ｄＢと特定されるところでは、そのような第１移動は、例えば、FDNS_Lを上方に約２４ｄＢだけ移動させることを含む各後続移動の大きさは直ぐ前の移動の大きさの約半分であることが望ましい。一度所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lが調節されると、段階４２４及び４２６が反復される。段階４２６の作動で肯定の決定がなされると、同処理が終結４３０して決定された量子化分解能Ｑ1_Ｌが適切と考えられる。
【００５６】
組SS_Ｌのサブバンド信号は、量子化されたサブバンド信号Ｑ1_Ｌ（SS_Ｌ）を発生させるために所与の量子化分解能Ｑ1_Ｌにおいて量子化される。量子化されたサブバンド信号Ｑ1_Ｌ（SS_Ｌ）は、左オーディオチャンネルCH_Ｌの符号化された第１信号FCS_Ｌとして役立つ。量子化されたサブバンド信号Ｑ1_Ｌ（SS_Ｌ）は、サブバンド信号要素のスペクトル周波数を増加させることによるような任意の予め設定された順序で便利に中心層部分に出力され得る。量子化されたサブバンド信号Ｑ1_Ｌ（SS_Ｌ）間での中心層部分３７２のデータ容量の割当は、中心層３１０のこの部分のデータ容量を前提とすれば、従って可能な限り多くの量子化ノイズを隠すことに基づくものである。右オーディオチャンネルCH_Rのサブバンド信号SS1_RはそのチャンネルCH_Rの符号化された第１信号FCS_Rを発生させるために同様な方法で処理され、それは中心層部分３８２に出力される。
【００５７】
第１増加層部分３７４を符号化する適切な量子化分解能Q2_Lはプロセス４２０により以下の通り決定される。左オーディオチャンネルCH_Ｌに対する所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Lの初期値は所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lと等しく設定される。所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Lは、組SS_Lの各サブバンド信号ssに対するそれぞれの第２量子化分解能Q2_Lssを決定するために、Q2_L（SS_Ｌ）により組SS_Lのサブバンド信号が量子化され、次いで脱量子化されかつ音波に変換され、結果的に生じる量子化ノイズが実質的に所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Lに適合するように分析される。段階４２６では、それに応じて量子化されたサブバンド信号が第１増加層３２０のデータ容量要件を満たすかどうかが決定される。プロセス４２０のこの実施形態では、データ容量要件は、残余信号が第１増加層３７４のデータ容量に適合しかつ実質的に同容量を使い果たすかどうかであることが特定される。同残余信号は、そのように量子化されたサブバンド信号Q2_L（SS_Ｌ）及び中心層部分３７２に対して決定された量子化されたサブバンド信号Q１_L（SS_Ｌ）間の残余の測量値又は差として特定される。
【００５８】
段階４２６の否の決定に応答して所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Ｌが調節される４２８。調節は、左オーディオチャンネルCH_Ｌのサブバンドを横切って実質的に均一であることが望ましい量だけ、所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Ｌを移動させることから成る。段階４２６からの残余信号が第１増加層部分３７４に適合しなかったところでは移動の方向は上向きで、さもなければ下向きにされる。第１移動の大きさは、移動方向での符号化範囲の極限値に対する残余の距離の約半分に等しいことが望ましい。各後続移動の大きさは直前の移動の大きさの約半分が望ましい。一度所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Ｌが調節４２８されると、段階４２４及び４２６が反復される。段階４２６の作動で肯定の決定がなされると、プロセスは終結４３０し、決定された量子化分解能Q2_Ｌが適切であると考えられる。
【００５９】
左オーディオチャンネルCH_Ｌの符号化された第２信号SCS_Ｌとした役立つそれぞれの量子化されたサブバンド信Q2_L（SS_Ｌ）を発生させるために組SS_Ｌのサブバンド信号が所与の量子化分解能Q2_Ｌで量子化される。左オーディオチャンネルCH_Ｌに対応する第１残余信号FRS_Ｌが発生される。望ましい方法は、各サブバンド信号要素に対して残部を形成し、第１増加層部分３７４においてサブバンド信号の増加する周波数に従うような、予め設定した順序で連結することによってそのような残部に対してビット表現を出力することである。第１増加層部分３７４のデータ容量の量子化されたサブバンド信号Q2_L（SS_Ｌ）間への割当は、このように第１増加層３２０のこの部分３７４のデータ容量を前提として可能な限り多くの量子化ノイズを隠すことに基づくものである。符号化された第２信号SCS_R及びそのチャンネルCH_Rに対する第１残余信号FRS_Rを発生させるために右オーディオチャンネルCH_Rのサブバンド信号SS_Rが同様な方法で処理される。右オーディオチャンネルCH_Rに対する第１残余信号FRS_Rは第１増加部分３８４に出力される。
【００６０】
量子化されたサブバンド信号Q2_L（SS_Ｌ）及びQ１_L（SS_Ｌ）は並行して決定され得る。これは、左オーディオチャンネルCH_Lに対する所望の第２ノイズスペクトルSDNS_Lの初期値を、聴覚マスキングカーブAMC_L又は中心層を符号化するために決められた所望の第１ノイズスペクトルFDNS_Lに依存しない他の仕様と等しく設定することによって実行されるのが望ましい。データ容量要件は、そのように量子化されたサブバンド信号Q2_L（SS_Ｌ）が、第１増加層部分３７４と中心層部分３７２との結合体に適合しかつそれを実質的に使い果たすかどうかで特定される。
【００６１】
オーディオチャンネルCH_Ｌの所望の第３ノイズスペクトルに対する初期値が得られ、所望の第２ノイズスペクトルにつきなされるように、それぞれの第３量子化分解能Q3_Ｌを得るためにプロセス４２０が用いられる。従って、量子化されたサブバンド信号Q3_Ｌ（SS_Ｌ）は、左オーディオチャンネルCH_Ｌに対する符号化された第３信号TCS_Ｌとして役立つ。次いで、第１増加層に対してなされるのと類似の方法で、左オーディオチャンネルCH_Ｌに対する第２残余信号SRS_Ｌが発生される。しかし、この場合残余信号は、符号化された第２信号SCS_Ｌの対応するサブバンド信号要素から符号化された第３信号TCS_Ｌのサブバンド信号要素を減算することによって得られる。第２残余信号SRS_Ｌは第２増加層部分３７６に出力される。右オーディオチャンネルCH_Rに対するサブバンド信号SS_Rは、符号化された第３信号TCS_R及びそのチャンネルCH_Rに対する第２残余信号SRS_Rを発生させるものと類似の方法で処理される。右オーディオチャンネルCH_Rに対する第２残余信号SRS_Rは第２増加層部分３８６に出力される。
【００６２】
中心層部分３５２に対して制御データが発生される。概して、制御データは、デコーダーが符号化されたフレームの流れの各フレームと同期すること及びフレーム３４０のような各フレームに与えられるデータをどのように解析かつ復号するかをデコーダに示すことを可能にする。複数の符号化された分解能が与えられるので、制御データは概して縮尺不能な符号化実施手段で見られるものよりも複雑である。本発明の望ましい実施形態では、制御データは、同期パターン、フォーマットデータ、区分データ及び誤り検出コードを含み、それらの全てが以下で論じられる。追加の制御情報は増加層３２０、３３０に与えられ、それはこれらの層がどのように復号される得るかを特定する。
【００６３】
フレームの始めを示すために所与の同期ワードが発生され得る。どこでフレームが始まるかを示すために各フレーム第１ワードの最初のLビットに同期パターンが出力される。同期パターンは同フレーム内の他のいかなる位置にも発生しないことが望ましい。同期パターンは、符号化されたデータ流れからどのようにフレームを解析するかをデコーダーに示す。
【００６４】
プログラム設定、ビットストリーム輪郭及びフレームレートを示すフォーマットデータが発生され得る。プログラム設定は、符号化されたビットストリームに含まれるチャンネルの数及び配分を示す。ビットストリーム輪郭は、フレームのどの層が用いられるかを示す。ビットストリーム輪郭の最初の値は、符号化が中心層３１０のみに与えられることを示す。この場合にはデータチャンネルのデータ容量を節約するために増加層３２０、３３０は省略されるのが望ましい。ビットストリーム輪郭の第2の値は、符号化されたデータが中心l層３１０及び第１増加層３２０に与えられることを示す。この場合には第２増加層３３０が省かれるのが望ましい。ビットストリーム輪郭の第３値は、符号化されたデータが各層３１０、３２０、３３０に与えられることを示す。ビットストリーム輪郭の第１、第２及び第３値はAES３仕様に従って決定されるのが望ましい。フレームレートは、３０Hzのような単位時間当りフレームの数又は概数として決定され得る。同数値は３，２００ワード当り約1フレームに相当する標準AES３用のものである。フレームレートは、デコーダーが入ってくる符号化されたデータの同期及び効果的緩衝を維持するのを助長する。
【００６５】
各区分及び副区分（サブセグメント）の境界を示す区分データが発生される。これらは制御区分３５０、オーディオ区分３６０、第１副区分３７０及び第２副区分３８０の境界を示す。縮尺可能な符号化プロセス４００の代わりの実施形態では、追加の副区分が、例えば、多重チャンネルオーディオ用のフレームに含まれる。複数のフレームからのオーディオ情報をより大きなフレームに結合させることによって、フレーム内の制御データの平均容量を下げるために追加のオーディオ区分もまた与えられ得る。副区分もまた、例えば、より少ないオーディオチャンネルしか要しないオーディオ用途に対して省略され得る。追加の副区分又は省略された区分の境界に関するデータは区分データとして与えられ得る。それぞれ層３１０、３２０、３３０の深さL、M、Nもまた類似の方法で特定され得る。Lは従来の１６ビットデジタル信号プロセッサとの逆向き両立性を支持するために１６として特定されるのが望ましい。M及びNは、標準AES３によって特定される縮尺可能なチャンネルデータ規準を支持するために４及び４として特定されるのが望ましい。特定された深さは、フレームデータとしては明示的に伝えられないが、復号時に復号アーキテクチャーで適切に実行されることが想定されのが望ましい。
【００６６】
符号化作動のパラメータを示すパラメータデータが発生される。そのようなパラメータは、データをフレームに符号化するのにどの種類の符号化作動が用いられるかを示す。パラメータデータの第１値は、高等テレビ標準委員会（ATSC）A52 文書（１９９４）に特定される公共ATCS AC-３ビットストリーム仕様により中心層３１０が符号化されることを示す。パラメータデータの第２値は、Dolby Digital（登録商標）コーダー及びデコーダーで具体化された知覚符号化技術により中心層３１０が符号化されることを示し得る。Dolby Digital（登録商標）コーダー及びデコーダーは、カリフォルニア州サンフランシスコのDolby Laboratories,Inc．から商業的に入手できる。本発明は広範な知覚符号化及び復号技術で用いられ得る。そのような知覚符号化及び復号技術の各種の面は、米国特許第５，９１３，１９６（Fielder）、５，２２２，１８９（Fielder）、５，１０９，４１７（Fielder他）、５，６３２，００３（Davidson他）、５，５８３，９６２（Davis他）及び５，６２３，５７７（Fielder）に開示される。本発明の実施上特殊の知覚符号化又は復号技術は肝要ではない。
【００６７】
中心層３１０部分３５２のデータ及び、もしデータ容量が許すならば、中心層３１０のオーデイオ副区分３７２、３８２のデータを保護するために1つ又はそれ以上の誤り保護コードが発生される。中心層部分３５２は、フレーム３４０の他のいかなる部分よりも高度の保護が望ましい。その理由は同部が、符号化されたデータストリームの各フレーム３４０に対して同期させかつ各フレーム３４０の中心層３１０を解析するすべての肝要な情報を含むからである。
【００６８】
本発明の本実施形態では、データは以下に示すようにフレームに出力される。即ち、符号化された第１信号FCS_L、 FCS_Rはそれぞれ中心層部分３７２に出力され、第１残余信号FRS_L、FRS_Rはそれぞれ第１増加層部分３７４、３８４に出力され、第２残余信号SRS_L、SRS_Rはそれぞれ第２増加層部分３７６、３８６に出力される。これは、各々が長さL+M+Rのワードのストリームを形成するために、これらの信号FCS_L、FCS_R、FRS_L、FRS_R、SRS_L、SRS_Rを共に多重送信し、例えば、信号FCS_Lが最初のLビットで伝えられ、FRS_Lが次のMビットで伝えられ、SRS_Lが最後のNビットで伝えられ、また、信号FCS_R、FRS_R、SRS_Rに対しても同様に伝えられるようにすることによって達成される。ワードのこのストリームはオーディオ区分３６０に連続的に出力される。同期ワード、フォーマットデータ、区分データ、パラメータデータ及びデータ保護情報は中心層部分３５２に出力される。増加層３２０、３３０に対する追加の制御情報はそれらのそれぞれの層３２０、３３０に与えられる。
【００６９】
縮尺可能なオーディオコードプロセス４００の望ましい実施形態によると、中心層の各サブバンド信号は、縮尺率及び各サブバンド信号要素を表す１つ又はそれ以上の縮尺された値を含むブロック縮尺形状で表される。例えば、各サブバンド信号はブロック浮動小数点で表され得る。そこではブロック浮動小数点指数は縮尺率であり、各サブバンド信号要素は浮動小数点仮数によって表される。本質的にあらゆる形の尺度化が用いられ得る。縮尺率及び縮尺された値を回復する符号化されたデータッストリームを容易に解析するために、縮尺率は、オーディオ区分３６０内の副区分３７０、３８０の始めのような各フレーム内の予め設定された位置においてデータストリームに符号化され得る。
【００７０】
望ましい実施形態では、縮尺率は既に述べた聴覚マスキングカーブＡＭＣ_L、ＡＭＣ_Ｒを決定するために心理音響モデルで用いられ得るサブバンド信号力（パワー）の尺度を与える。中心３１０に対する縮尺率は、増加層３２０、３３０の縮尺率として用いられるのが望ましく、従って各層に対して別組の縮尺率を発生かつ出力する必要はない。各種の符号化された信号の対応するサブバンド信号間の差の最上位ビットのみが概して増加層に符号化される。
【００７１】
望ましい実施形態では、符号化されたデータから保留又は禁止されたデータパターンを除去するために追加の処理が行われる。例えば、フレームの始めにおいて現れるために保留された同期パターンをまねる符号化されたオーディオデータ内のデータパターンは避けられるべきである。特殊のゼロでないデータパターンが避けられ得る簡単な一方法は、符号化されたオーディオデータ及び適切なキー間でビット幅の排他的ＯＲ（論理和）を行うことによって符号化されたオーディオデータを改変させることである。禁止及び保留されたデータパターンを避けるさらなる詳細及び追加の技術は、Vemon他による米国特許第６，２３３，７１８「符号化オーディオデータの禁止データパターン回避」に開示されている。キー又は他の制御情報は、これらのパターンを除去するために行われるあらゆる改変の効果を逆転させるために各フレームに含まれ得る。
【００７２】
図５を参照すると、本発明による縮尺可能な復号プロセス５００を例示するフローチャートが示される。縮尺可能な復号プロセス５００は、一連の層に符号化されたオーディオ信号を受信する。第１層はオーディオ信号の知覚符号化を含む。この知覚符号化は第１分解能を有するオーディオ信号を表す。残りの層はそれぞれオーディオ信号のそれぞれ他の符号化に関するデータを含む。各層は符号化されたオーディオの増加する分解能により順序づけられる。特に、始めのＫ層からのデータは、Ｋ−１層のデータより高い分解能を有するオーディオを与えるために結合かつ復号され、そこではＫは１より大きいが層の合計数未満の整数である。
【００７３】
プロセス５００により符号化用の分解能が選択５１１される。選択された分解能に関連する層が決定される。若し保留又は禁止されたデータパターンを除去するようにデータストリームが改変されるならば、その改変の効果は逆転されるべきである。決定された層で伝えられるデータは各先行層のデータと結合され、次いでオーディオ信号をそれぞれの分解能に符号化するために用いられる符号化プロセスの逆作動により復号５１５される。選択されたものより高い分解能に関連する層は、例えば、信号ルートづけ回路要素によって排除又は無視される。尺度化の効果を逆転させるに要するあらゆるプロセス又は作動が復号に先立ってなされるべきである。
【００７４】
処理システム１００によって標準ＡＥＳ３データチャンネルを介して受信されるオーディオデータに縮尺可能な復号プロセス５００がなされる実施形態につき記載以下に記載する。標準ＡＥＳ３データチャンネルは一連の２４ビット幅ワードの形でデータを与える。ワードの各ビットは、最上位ビットであるゼロから最下位ビットである２３に及ぶビット数によって都合よく識別され得る。ワードのビット（ｎ）乃至（ｍ）を表すために表示ビット（ｎ〜ｍ）が用いられ、そこではｎ及びｍは整数でありかつｍ＞ｎである。ＡＥＳ３データチャンネルは、本発明の縮尺可能なデータ構成３００によりフレーム３４０のような一連のフレームに分割される。中心層３１０はビット（０〜１５）を含み、第１増加層３２０はビット（１６〜１９）、第２増加層３３０はビット（２０〜２３）を含む。
【００７５】
層３１０，３２０，３３０のデータは、処理システム１００のオーディオ入・出力インタフェース１４０を介して受信される。復号命令のプログラムに応答して、処理システム１００はその処理を各フレーム境界に整列させるためにデータストリームの１６ビット同期パターンを捜索し、同期パターンと共に始まる一連のデータをビット（０〜２３）として表される２４ビット幅ワードに分割する。第１ワードのビット（０〜１５）は従って同期パターンである。保留されたパターンを避けるためになされた改変の効果を逆転させるために要するあらゆる処理がこの時点で行われ得る。
【００７６】
中心層３１０に予め設定される各位置は、フォーマットデータ、区分データ、パラメータデータ、相殺量及びデータ保護情報を得るために読取られる。制御層部分３５２内のデータのあらゆる誤りを検出するために誤り検出コードが処理される。対応するオーディオの弱音化又はデータの再送信はデータ誤りの検出に応答して行われ得る。後続の復号作動のデータを得るために次いでフレーム３４０が解析される。
【００７７】
ただ中心層３１０を復号するために１６ビット分解能が選択５１１される。符号化されたサブバンド信号要素を得るために第１及び第２オーディオ副区分３７０、３８０の中心層部分３７２、３８２に予め設定された位置が読取られる。ブロック尺度化された表現を用いる望ましい実施形態では、始めに各サブバンド信号に対するブロック縮尺率を入手し、符号化プロセスで用いられたものと同一の聴覚マスキングカーブＡＭＣ_L、ＡＭＣ_Ｒを発生させるためにこれらの縮尺率を用いることによってこれが達成される。オーディオチャンネルＣＨ_L、ＣＨ_Ｒに対する望ましい第１ノイズスペクトルは、中心層部分３５２から読取られる各チャンネルのそれぞれの相殺量Ｏ１_L、Ｏ１_Ｒだけ聴覚マスキングカーブＡＭＣ_L、ＡＭＣ_Ｒを移動させることによって発生される。次いで、符号化プロセス４００よって用いられるのと同一方法でオーディオチャンネルに対して第１量子化分解能Ｑ１_L、Ｑ１_Ｒが決定される。今や処理システム１００は、サブバンド信号要素の尺度化された値を表す、それぞれオーディオ副区分３７０、３８０の中心層部分３７２、３８２内の符号化され尺度化された各値の長さ及び位置を決定することができる。符号化され尺度化された各値はサブバンド区分３７０、３８０から解析され、オーディオチャンネルＣＨ_L、ＣＨ_Ｒに対する量子化されたサブバンド信号要素を得るために対応するサブバンド縮尺係数と結合され、その後それらがデジタルオーディオストリームに変換される。変換は、符号化プロセス間に用いられた分析フィルタバンクと相補的な合成フィルタバンクを用いることによって行われる。デジタルオーディオストリームは、左及び右オーディオチャンネルＣＨ_L、ＣＨ_Ｒを表す。これらのデジタル信号は、デジタル対アナログ変換によってアナログ信号に変換され、それは従来の方法で有利に実行され得る。
【００７８】
中心及び第１増加層３１０、３３０は以下のように復号され得る。２０ビット符号化分解能が選択５１１される。今述べたように中心層３１０のサブバンド信号が得られる。追加の相殺量Ｏ２_Lが制御区分３５０の増加層部分３５４から読取られる。相殺量Ｏ２_Lだけ左オーディオチャンネルＣＨ_Lの所望の第１ノイズスペクトルを移動させることによって、オーディオチャンネルＣＨ_Lに対する所望の第２ノイズスペクトルが発生され、得られたノイズスペクトルに応答して、符号化プロセス４００により第１増加層を知覚的に符号化する前述の方法で第２量子化分解能Ｑ２_Lが決定される。これらの量子化分解能Ｑ２_Lは、増加層部分３７４内の残余信号ＲＥＳ１_Lの各構成要素の長さ及び位置を示す。処理システム１００はそれぞれの残余信号を読取り、残余信号ＲＥＳ１_Lを中心層３１０から得られた縮尺された表現と結合５１３することによって量子化されたサブバンド信号の尺度化された表現を得る。本発明のこの実施形態ではこれが２の補数加算を用いて達成され、そこではサブバンド信号要素基底によりサブバンド信号要素上でこの加算が行われる。量子化されたサブバンド信号要素は、各サブバンド信号の尺度化された表現から得られ、次いで各チャンネルに対するデジタルオーディオストリームを発生させるために適切な信号合成プロセスによって変換される。デジタルオーディオストリームはデジタル対アナログ変換によってアナログ信号に変換され得る。中心、第１及び第２増加層３１０、３２０、３３０は今説明したものと類似の方法で復号され得る。
【００７９】
図６Ａを参照すると、本発明による縮尺可能なオーディオ符号化に対するフレーム７００の代わりの実施形態の概略図が示される。フレーム７００は、２４ビット幅ＡＥＳ３データチャンネル７０１のデータ容量割当てを限定する。ＡＥＳ３データチャンネルは、中心層７１０と、中間層７２０及び細層７３０として識別される２つの増加層とを含む。中心層７１０はビット（０〜１５）を含み、中間層７２０ビット（１６〜１９）を含み、細層７３０はそれぞれビット（２０〜２３）を含み、各ビットはそれぞれ各ワードを構成する。従って、細層７３０はＡＥＳ３データチャンネルの４つの最下位ビットを含み、中間層７２０は同データチャンネルの次の４つの最下位ビットを含む。
【００８０】
データチャンネル７０１のデータ容量は、複数の分解能におけるオーディオの復号を支援するために割当てられる。本明細書ではこれらの分解能は、中心層７１０で支援される１６ビット分解能と、中心層７１０及び中間層７２０の連合体で支援される２０ビット分解能と、３つの層７１０、２０及び７３０の連合体で支援される２４ビット分解能と呼ばれる。上記の各分解能のビット数は送信及び記憶中それぞれの層の各容量を指し、符号化されたオーディオ信号を表すために各種の層で伝えられるシンボルの量子化分解能又はビット長を指すものではないことが理解されるべきである。その結果、いわゆる「１６ビット分解能」は基本的分解能での知覚符号化に対応すると共に概して復号及び再生時に１６ビットＰＣＭオーディオ信号より正確に知覚される。同様に、２０及び２４ビット分解能は、次第に高くなる分解能での知覚符号化に対応すると共に概してそれぞれ２０及び２４ビットＰＣＭオーディオ信号より正確に知覚される。
【００８１】
フレーム７００は、同期区分７４０、メタデータ区分７５０、オーディオ区分７６０を含むと共に選択的にメタデータ拡張区分７７０、オーディオ拡張区分７８０及びメーター区分７９０を含み得る。メタデータ拡張区分は７７０及びオーディオ拡張区分７８０は相互に依存し、従って、双方が含まれるか又は双方が含まれない。フレーム７００のこの実施形態では、各区分は各層７１０、７２０、７３０の各部分を含む。図６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄを参照すると、オーディオ及びオーディオ拡張区分７６０及び７８０、メタデータ区分７５０及びメタデータ拡張区分７７０に対する望ましい構成の概略図が示される。
【００８２】
同期区分７４０では、ビット（１〜１５）は１６ビット同期パターンを伝え、ビット（１６〜１９）は中間層７２０に対する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝え、ビット（２０〜２３）は細層７３０に対する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝える。増加データの誤りは該して鋭敏な可聴許可を与え、従って、ＡＥＳ３データチャンネル内のデータを節約するためにデータ保護は増加層当たり４ビットのコードに有利に限定される。増加層７２０、７３０に対する追加のデータ保護は、以下に述べるようにメタデータ区分７５０及びメタデータ拡張区分７７０で与えられる。各それぞれの増加層７２０、７３０に対して選択的に２つの異なったデータ保護値が特定され得る。各々がそれぞれの層７２０、７３０につきデータ保護を与える。データ保護の第１値は、オーディオ区分７６０のそれぞれの層が整列された構成のような所与の方法で構成される。データ保護の第２値は以下のことを示す。即ち、メタデータ区分７５０によって伝えられるポンターは増加データがオーディオ区分７６０のそれぞれの層のどこで伝えられるかを示し、もしオーディオ拡張区分７８０が含まれるならば、メタデータ拡張区分７７０の各ポインターがオーディオ区分７８０のそれぞれの層のどこで伝えられるかを示す。
【００８３】
オーディオ区分７６０は、上記フレーム３９０のオーディオ区分３６０と実質的に同様である。オーディオ区分７６０は第１副区分７６１及び第２副区分７６１０を含む。第１副区分７６１は、データ保護区分７６７、各々が第１副区分７６１のそれぞれの副区分７６３、７６４、７６５，７６６を含む４つのそれぞれのチャンネル副区分（ＣＳ_０、ＣＳ_１、ＣＳ_２、ＣＳ_３）を含み、さらに選択的に接頭辞７６２を含み得る。チャンネル副区分は、多重チャンネルオーディオ信号のそれぞれの４オーディオチャンネル（ＣＨ_０、ＣＨ_１、ＣＨ_２、ＣＨ_３）に対応する。
【００８４】
選択的接頭辞（プリフィクス）７６２では、中心層７１０はそれによってそれぞれ伝えられる第１副区分のその部分内の禁止パターンを避ける禁止パターンキー（ＫＥＹ１_Ｃ）を伝え、中間層７２０はそれによって伝えられる第１副区分のその部分以内の近パターンを避ける禁止パターンキー（ＫＥＹ１_１）を伝え、また細層７３０はそれによってそれぞれ伝えられる第１副区分のその部分以内の禁止パターンを避ける禁止パターンキー（ＫＥＹ１_Ｆ）を伝える。
【００８５】
チャンネル副区分ＣＳ_０では、中心層７１０は４オーディオチャンネルＣＨ_０に対する符号化された第１信号を伝え、中間層７２０は４オーディオチャンネルＣＨ_０に対する第１残余信号を伝え、細層７３０は４オーディオチャンネルＣＨ_０に対する第２残余信号を伝える。これらは以下に述べるように改変される符号化プロセス４０１を用いて各対応する層に符号化されるのが望ましい。チャンネル区分ＣＳ_１、ＣＳ_２、ＣＳ_３は同様な方法でオーディオチャンネルＣＨ_１、ＣＨ_２、ＣＨ_３に対するデータをそれぞれ伝える。
【００８６】
データ保護区分７６７では、中心層７１０はそれによってそれぞれ伝えられる第１副区分のその部分に対する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝え、中間層７２０はそれによってそれぞれ伝えられる第１副区分のその部分に対する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝え、細層７３０はそれによってそれぞれ伝えられる第１副区分のその部分に対する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝える。データ保護は本実施形態の周期的冗長性コード（ＣＲＣ）によって与えられる。
【００８７】
同様な方法で第２副区分７６１０は、データ保護区分７６７０、各々が第２副区分７６１０のそれぞれの副区分７６３０、７６４０、７６５０、７６６０を含む４つのチャンネル副区分（ＣＨ_４、ＣＨ_５、ＣＨ_６、ＣＨ_７）を含み、さらに選択的に接頭辞７６２０を含み得る。第２副区分７６１０は副区分７６１と同様な方法で構成される。オーディオ拡張区分７８０はオーディオ区分７６０と同様に構成され、単一フレーム内において２つ又はそれ以上のオーディオ区分に備え、それによって標準ＡＥＳ３データチャンネルで消費されるデータ容量を低下させる。
【００８８】
メタデータ区分７５０は以下のとおり構成される。即ち、中心層７１０によって伝えられるメタデータ区分７５０のその部分は、ヘッダー区分７５１、フレーム制御区分７５２、メタデータ副区分７５３及びデータ保護区分７５４を含む。中間層７２０によって伝えられるメタデータ区分７５０のその部分は中間メタデータ副区分７５５及びデータ保護副区分７５７を含み、細層７３０によって伝えられるメタデータ区分７５０のその部分は中間メタデータ副区分７５６及びデータ保護副区分７５８を含む。データ保護副区分７５４、７５７、７５８は層間で整列される必要はないが、各々がそのそれぞれの端に位置するか若しくは他の所与の位置に置かれるのが望ましい。
【００８９】
ヘッダー７５１はプログラム構成及びフレームレートを示すフォーマットデータを伝える。フレーム制御区分７５２は、同期における区分及び副区分の各境界と、メタデータと、オーディオ区分７４０、７５０、７６０を特定する区分データを伝える。メタデータ副区分７５３、７５５、７５６はそれぞれオーディオデータを中心、中間及び細層７１０、７２０、７３０に符号化するために行われる符号化作動の各パラメータを示すパラメータデータを伝える。これらはそれぞれの層を符号化するためにどの種類の符号化作動が用いられるかを示す。各層のデータ容量の相対的量を反映するように調節された分解能で、各層に対して同一種類の符号化作動が用いられるのが望ましい。中心層７２０の中間及び細層７２０、７３０に対してパラメータデータを伝えることが代替的に許容される。しかし、中心層７１０に対するすべてのパラメータデータが同層のみに含まれ、増加層７２０、７３０が、中心層７１０を復号する能力に影響を与えることなく、例えば、信号ルートづけ回路要素によって除去されるか又は無視されるようにするのが望ましい。データ保護区分７５４、７５７、７５８は、それぞれ中心、中間及び細層７１０、７２０、７３０を保護する１つ又はそれ以上の誤り検出コードを伝える。
【００９０】
メタデータ拡張区分７７０は、それがフレーム制御区分７５２を含まないことを除けば、実質的にメタデータ区分７５０と同様である。メタデータ拡張及びオーディオ拡張７７０、７８０の区分及び副区分の各境界は、メタデータ区分７５０のフレーム制御区分７５２によって伝えられる区分データと組合って、メタデータ及びオーディオ区分７５０，７６０に対する各境界の類似性によって示される。
【００９１】
選択的メーター区分７９０は、フレーム７００に伝えられる符号化されたオーディオデータの平均振幅を伝える。特に、オーディオ拡張区分７８０が省略されるところでは、メーター区分７９０のビット（０〜１５）はオーディオ区分７６０のビット（０〜１５）に伝えられる符号化されたオーディオデータの平均振幅の表現を伝え、ビット（１６〜１９）及び（２０〜２３）はそれぞれ中間メーター（ＩＭ）及び細メーター（ＦＭ）と呼ばれる拡張データをそれぞれ伝える。ＩＭはオーディオ区分７６０のビット（１６〜１９）で伝えられる符号化されたオーディオデータの平均振幅であり、ＦＭは、例えば、オーディオ区分７６０のビット（２０〜２３）で伝えられる符号化されたオーディオデータの平均振幅であり得る。オーディオ拡張区分７８０が含まれるところでは、平均振幅ＩＭ及びＦＭはその区分７８０のそれぞれの層で伝えられる符号化されたオーディオを反映するのが望ましい。メーター区分７９０は復号における平均オーディオ振幅の都合の良い表示を支援する。概してこれはオーディオの適切な復号には肝要ではなく、例えば、ＡＥＳ３データチャンネルのデータ容量を節約するために省略され得る。
【００９２】
オーディオデータのフレーム７００への符号化は、縮尺可能な改変された符号化プロセス４００及び４２０を用いて以下のように実行される。８チャンネルの各々に対するオーディオサブバンド信号が受信される。これらのサブバンド信号は、時間領域オーディオデータの８対応チャンネルに対するサンプルの各ブロックにブロック変換を用いることによって発生され、サブバンド信号を形成するために変換係数をグループ化するのが望ましい。サブバンド信号は、ブロック指数及びサブバンドの各係数に対する仮数から成るブロック浮動小数点の形でそれぞれ表される。
【００９３】
所与のビット長サブバンド指数のダイナミックレンジはサブバンドグループに対する「マスター（原）指数」を用いて拡張され得る。グループのサブバンドに対する指数は、関連するマスター指数の値を決定するために幾つかの閾値と比較される。若しグループの各サブバンド指数が閾値３より大きいならば、例えば、マスター指数の値は１に設定され、関連するサブバンド指数が３だけ低下され、さもなければマスター指数はゼロに設定される。
【００９４】
簡単に論じた上記利得適応量子化技術も同様に用いられ得る。一実施形態では、各サブバンド信号に対する仮数は、それらが半分の量より大きいかどうかにより２つのグループに割当てられる。半分の量未満か又はそれと等しい仮数は、それらを表すのに要するビット数を低下させるために値が倍増される。仮数の量子化はこの倍増を反映するように調節される。例えば、仮数はそれらの量が０と１/４、１/４と１/２及び１/２と１の間にあるかどうかに依存して３グループに割当てられ、それぞれ４、２、及び１だけ縮尺され、それに応じて追加のデータ容量を節約するために量子化され得る。追加の情報は引用した上記米国特許から入手され得る。
【００９５】
各チャンネルに対して聴覚マスキングカーブが発生され得る。各聴覚マスキングカーブは多重チャンネル（本実施例では８チャンネルまで）のオーディオデータに依存し、ただ１又は２チャンネルに依存することはない。仮数の量子化に対して論じた上記改変と共にこれらの聴覚マスキングカーブを用いて、縮尺可能な符号化プロセス４００が適用される。各層を符号化する適切な量子化分解能を決定するために相互作用プロセス４２０が用いられる。本実施形態では、符号化範囲は対応する聴覚マスキングカーブに関して約‐１４４ｄB乃至＋４８ｄBと特定される。結果的に生じる各チャンネルに対してプロセス４００及び４２０によって発生される符号化された第１及び第２残余信号は、オーディオ区分７６０の第１副区分７６１（同様に第２副区分７６１０）に対して禁止パターンキーＫＥＹ１_Ｃ、ＫＥＹ１_Ｉ、ＫＥＹ１_Ｆを決定するためにその後分析される。
【００９６】
仮数区分７５０に対する制御データは多重チャンネルオーディオの第１ブロックにつき発生される。第２ブロックに対する区分情報が省略されることを除いて、同様な方法で多重チャンネルオーディオの第２ブロックにつきメタデータ拡張区分７７０に対する制御データが発生される。既に述べたようにこれらはそれぞれの禁止パターンキーによってそれぞれ改変され、メタデータ区分７５０及びメタデータ拡張区分７７０にそれぞれ出力される。
【００９７】
上記プロセスは８オーディオチャンネルの第２ブロックにも同様に行われ、発生される符号化された信号は同様な方法でオーディオ拡張区分７８０に出力される。第２ブロックについては区分データが発生されないことを除いて、第１ブロックに対するものと本質的に同一方法で多重チャンネルオーディオの第２ブロックにつき制御データが発生される。この制御データはメタデータ区分７７０に出力される。
【００９８】
同期区分７４０のビット（０〜１５）に同期パターンが出力される。２つの４ビット幅誤り検出データが中間及び細層７２０、７３０に対してそれぞれ発生され、同期区分７４０のビット（１６〜１９）及びビット（２０〜２３）に出力される。本実施形態では、概して増加データの誤りは鋭敏な可聴結果を与え、従って、標準ＡＥＳ３データチャンネルのデータ容量を節約するために、誤り検出は増加層当たり４ビットのコードの有利に限定される。
【００９９】
本発明によると、誤り検出コードは、「０００１」のような、保護されるデータのビットパターンに依存しない所与の値を持ち得る。誤り検出は、コード自体が悪化されてしまっているかどうかを決定するためにそのような誤り検出コードを検査することによって与えられる。若しそうならば、層内の他のデータが悪化されると想定され、データの他のコピーが得られるか、又はその代わりに、誤りが弱化される。望ましい実施形態では、各増加層につき予め決められた他の多重誤り検出コードが特定される。これらのコードも同様に層の構成を示す。第１誤り検出コード「０１０１」は、例えば、層は、整列された構成のような、予め決められた構成を持つことを示す。第２誤り検出コード「１００１」は、例えば、層は分配された構成を有することを示し、層内のデータの分配パターンを示すために、ポンター又は他のデータがメタデータ区分７５０又は他の位置に出力されることを示す。伝送中に一方コードが他方を与えるために悪化され得る可能性は殆どない。その理由は２ビットのコードが残りのビットを悪化させることなく悪化されなければならからである。従って、本実施形態は単一ビット伝送誤りに対して実質的に影響されない。さらに、復号増加層のあらゆる誤りは概して高々鋭敏な可聴結果を与えるにすぎない。
【０１００】
本発明の代わりの実施形態では、オーディオデータを圧縮するために他の形のエントロピー符号化が用いられる。例えば、一代替実施形態では、１６ビットエントロピー符号化プロセスで、中心層に出力される圧縮されたオーディオデータが与えられる。符号化された試験信号を発生させるためにより高い分解能においてデータ符号化のためにこれが反復される。符号化された試験信号は、試験残余信号を発生させるために圧縮されたオーディオデータと結合される。これは必要に応じて試験残余信号が第１増加層のデータ容量を効率的に利用するまで繰り返され、試験残余信号は第１増加層に出力される。これは、エントロピー符号化の分解能を再び増加させることによって、第２層又は追加の多重増加層につき反復される。
【０１０１】
本出願を精査すると、当業者にとって本発明の各種の改変及び変更がなされることは明らかである。そのような改変及び変更は、以下の請求項によってのみ限定される本発明により与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａは、専用のデジタル信号プロセッサを含むオーディオ信号を符号化、復号する処理システムの概略ブロック線図である。図１Ｂは、オーディオ信号を符号化、復号する、コンピュータ実行システムの概略ブロック線図である。
【図２】  図２Ａは、心理音響原理及びデータ容量基準によるオーディオチャンネルを符号化するプロセスのフローチャートである。図２Ｂは、各フレームが一連のワードから成り、各ワードが１６ビット幅である一連のフレームを含むデータチャンネルの概略図である。
【図３】  図３Ａは、フレーム、区分及び部分として構成される複数の層を含む縮尺可能なデータチャンネルの概略図である。図３Ｂは、縮尺可能なデータチャンネル用フレームの概略図である。
【図４】  図４Ａは、縮尺可能な符号化プロセスのフローチャートである。図４Ｂは、図4Ａに例示された縮尺可能な符号化プロセスにつき適切な量子化分解能を決定するプロセスのフローチャートである。
【図５】  縮尺可能な復号プロセスを例示するフローチャートである。
【図６】  図６Ａは、縮尺可能なデータチャンネル用フレームの概略図である。図６Ｂは、図６Ａに例示されたオーディオ区分及びオーディオ拡張区分の望ましい構造の概略図である。図６Ｃは、図６Ａに例示されたメタデータ拡張区分の望ましい構造の概略図である。図６Ｄは、図６Ａに例示されたメタデータ拡張区分の望ましい構造の概略図である。
【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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