(57)【要約】【課題】 区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の符号化／復号化方法及び装置を提供する。【解決手段】（ａ）デジタル入力信号を変換して信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算するステップと、（ｃ）所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、区間別に（ａ）ステップで変換されたデータを線形量子化するステップと、（ｄ）線形量子化されたデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成するステップと、を含むことを特徴とするデジタル信号符号化方法である。これにより、オーディオデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器の複雑度を大幅に低めることができる。【選択図】図１
2005328533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）デジタル入力信号を変換して信号間の重複情報を除去するステップと、
（ｂ）信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算するステップと、
（ｃ）前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを線形量子化するステップと、
（ｄ）前記線形量子化されたデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成するステップと、を含むことを特徴とする区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項２】
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ１）前記量子化単位について、所定のスケールファクタを使用して、前記（ａ）ステップで変換されたデータを正規化するステップと、
（ｃ２）正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を適用して、前記（ｃ１）ステップで正規化されたデータを変換するステップと、
（ｃ３）前記（ｂ）ステップで割当てられたビット数を利用して、前記（ｃ２）ステップで変換された値をスケーリングするステップと、
（ｃ４）前記（ｃ３）ステップでスケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を求めるステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項３】
前記（ｃ１）ステップのスケールファクタは、前記量子化単位内のサンプル値のうち、最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値について、所定の関数によって決定される整数値であることを特徴とする請求項２に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項４】
前記（ｃ２）ステップの線形関数は、前記各区間別に複数の独立的な線形関数で表現されることを特徴とする請求項２に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項５】
前記（ｃ２）ステップは、
正規化値の範囲を二つの区間に分けるステップと、
前記区間別に設定された線形関数を前記（ｃ１）で正規化されたデータに適用して前記データを変換するステップと、を備え、
前記線形関数それぞれは、ｙ＝（ａ／（ａ−２ｂ））×ｘ、及び、ｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）（ここで、ａは、正規化された値の範囲、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す。）であることを特徴とする請求項４に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項６】
前記（ｃ２）ステップの区間別の線形量子化は、連続性を満足することを特徴とする請求項２に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項７】
前記（ａ）ステップのオーディオ信号変換は、ＭＤＣＴ、ＦＦＴ、ＤＣＴ、サブバンドフィルタのうち何れか一つによって行われることを特徴とする請求項１に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項８】
デジタル信号を変換してデータ間の重複情報を除去するデータ変換部と、
信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算するビット割当部と、
前記量子化単位について、データ値の分布を所定の区間に分け、前記データ変換部で変換されたデータを線形量子化する線形量子化部と、
前記線形量子化部で線形量子化されたデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成するビットパッキング部と、を含むことを特徴とする区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化装置。
【請求項９】
前記線形量子化部は、
所定のスケールファクタを使用して、前記データ変換部で変換されたデータを正規化するデータ正規部と、
正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記データ正規部で正規化されたデータに適用する区間量子化部と、
前記ビット割当部で割当てられたビット数を利用して、前記区間量子化部で生成された値をスケーリングするスケーリング部と、
前記割当てられたビット数を利用して、前記スケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を生成するラウンディング部と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化装置。
【請求項１０】
前記データ変換部のオーディオ信号変換は、ＭＤＣＴ、ＦＦＴ、ＤＣＴ、サブバンドフィルタのうち何れか一つによって行われることを特徴とする請求項８に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法。
【請求項１１】
（ｘ）ビットストリームから量子化されたデータと付加情報とを抽出するステップと、
（ｙ）量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたデータを逆量子化するステップと、
（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成するステップと、を含むことを特徴とする区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化方法。
【請求項１２】
前記（ｙ）ステップは、
区間別に線形量子化されたデータをビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングするステップと、
前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化するステップと、
前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化するステップと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化方法。
【請求項１３】
デジタル信号についてのビットストリームから量子化されたデータと付加情報とを抽出するビットストリーム解釈部と、
量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記ビットストリーム解釈部から抽出された付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたデータを逆量子化する線形逆量子化部と、
前記線形逆量子化部で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成するデジタル信号生成部と、を含むことを特徴とする区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化装置。
【請求項１４】
前記線形逆量子化部は、
区間別に線形量子化されたデータを、前記ビットストリーム解釈部の付加情報に含まれたビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応して逆スケーリングする逆スケーリング部と、
前記逆スケーリングされたデータを、区間別に線形逆量子化する区間線形逆量子化部と、
前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化する逆正規化部と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化装置。
【請求項１５】
請求項１ないし７のうち何れか１項に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【請求項１６】
請求項１１又は請求項１２に記載の区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル信号符号化／復号化に関わり、特に、区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化／復号化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報を含んでいる波形は、元来振幅において連続的であり、かつ時間上でも連続的なアナログ信号である。したがって、波形を離散信号で表現するためにＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換が必要である。前記Ａ／Ｄ変換をするためには、２つの過程を必要とする。一つは、時間上の連続信号を離散信号に変換する標本化（サンプリング）過程であり、他の一つは、振幅の数を有限な値で制限するための振幅量子化過程である。すなわち、振幅量子化過程は、時間ｎで入力振幅ｘ（ｎ）を振幅の有限な集合のうち一つの元素であるｙ（ｎ）に変換する過程である。
【０００３】
オーディオ信号の保存／復元方式は、次のようになされる。最近、デジタル信号処理技術の発達によって、既存のアナログ信号を標本化及び量子化過程を経てデジタル信号であるパルス信号変調（ＰＣＭ：（Pulse Code Modulation））データに変換して、ＣＤ（Compact Disc）やＤＡＴ（Digital Audio Tape）のような記録／保存媒体に信号を保存する。次いで、ユーザが必要とするときに前記保存された信号を再生して聞く。このようなオーディオ信号の保存／復元技術が開発されて一般人に普遍化されて使われている。このようなデジタル方式による保存／復元方式は、ＬＰ（Long-Play Record）やテープのようなアナログ方式に比べて、音質の向上と保存期間による劣化とを克服したが、デジタルデータの容量が多くて保存及び伝送に問題を示した。
【０００４】
このような問題を解決するために、デジタル音声信号を圧縮するためにＤＰＣＭ（Differential PCM）やＡＤＰＣＭ（Adaptive DPCM）などの方法が開発された。前記方法を使用して、デジタル音声信号のデータ量を減らすための努力があったが、信号の種類によって効率性に大きい差が生じる。最近、ＩＳＯ（International Standard Organization）によって標準化作業がなされたＭＰＥＧ（Moving Pictures Expert Group）／オーディオ技法やドルビによって開発されたＡＣ（Alternating Current）−２／ＡＣ−３技法では、人間の心理音響モデルを利用してデータ量を減らす方法を使用した。このような方法は、信号の特性に関係なく効率的にデータの量を減らすのに大きく寄与した。
【０００５】
ＭＰＥＧ−１／オーディオ、ＭＰＥＧ−２／オーディオやＡＣ−２／ＡＣ−３のような既存のオーディオ信号圧縮技法では、時間領域の信号を一定のサイズのブロックにまとめて周波数領域の信号に変換する。そして、この変換された信号を人間の心理音響モデルを利用してスカラー量子化を行う。このような量子化技法は単純であるが、入力サンプルが統計的に独立的であるといっても最適ではない。もちろん、入力サンプルが統計的に従属的であれば、さらに不十分である。このような問題点のため、エントロピー符号化のような無損失符号化やある種類の適応量子化を含んで符号化を行う。したがって、単純なＰＣＭデータのみを保存した方式よりははるかに複雑な過程を経て、ビットストリームは、量子化されたＰＣＭデータだけでなく、信号を圧縮するための付加的な情報で構成されている。
【０００６】
ＭＰＥＧ／オーディオ標準やＡＣ−２／ＡＣ−３方式は、既存のデジタル符号化に比べて１／６〜１／８に減った６４Ｋｂｐｓ〜３８４Ｋｂｐｓのビット率でＣＤ音質とほぼ同じ音質を提供する。このような理由のため、ＭＰＥＧ／オーディオ標準は、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcasting）、インターネットホン、ＡＯＤ（Audio On Demand）及びマルチメディアシステムのようなオーディオ信号の保存と伝送とに重要な役割を行うと予想される。
【０００７】
ＭＰＥＧ−１／２オーディオ符号化技術は、サブバンドフィルタリングを行った後、サブバンドサンプルを心理音響で提示したビット割当情報を利用して線形量子化してビットパッキング過程を経て符号化を完了する。前記量子化過程で線形量子化器は、データの分布が均一な場合に最適の性能を示す。しかし、実際データの分布は、均一な分布ではないガウスあるいはラプラス分布に近似した分布を示す。このような場合には、それぞれの分布に適するように量子化器を設計することが望ましく、ＭＳＥ（Mean Squared Error）の側面で最適の結果を示すことができる。
【０００８】
ＭＰＥＧ−２／４のＡＡＣ（Advanced Audio Code）などの一般オーディオ符号化器は、ｘ4/3の非線形量子化器を利用する。これは、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）のサンプル分布と心理音響的な側面とを考慮して設計された。しかし、符号化器の複雑度の側面で、非線形量子化器の特性上、高い複雑度を要求する。したがって、低い複雑度を要求するオーディオ符号化器では利用し難いという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、デジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化の複雑度を大幅に低める、区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法及び装置を提供することである。
【００１０】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、デジタル信号の分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化の複雑度を大幅に低める、区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の復号化方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための本発明による区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法は、（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算するステップと、（ｃ）前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを線形量子化するステップと、（ｄ）前記線形量子化されたデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記（ｃ）ステップは、（ｃ１）前記量子化単位について、所定のスケールファクタを使用して、前記（ａ）ステップで変換されたデータを正規化するステップと、（ｃ２）正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を適用して、前記（ｃ１）ステップで正規化されたデータを変換するステップと、（ｃ３）前記（ｂ）ステップで割当てられたビット数を利用して、前記（ｃ２）ステップで変換された値をスケーリングするステップと、（ｃ４）前記（ｃ３）ステップでスケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を求めるステップと、を含むことが望ましい。
【００１３】
また、前記（ｃ１）ステップのスケールファクタは、前記量子化単位内のサンプル値のうち最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値について、所定の関数によって決定される整数値であることが望ましい。
【００１４】
また、前記（ｃ２）ステップの線形関数は、前記各区間別に複数の独立的な線形関数で表現されることが望ましい。
【００１５】
また、前記（ｃ２）ステップは、正規化値の範囲を二つの区間に分けるステップと、前記区間別に設定された線形関数を、前記（ｃ１）で正規化されたデータに適用して前記データを変換するステップと、を備えることが望ましい。
【００１６】
また、前記線形関数それぞれは、ｙ＝（ａ／（ａ−２ｂ））×ｘ、及び、ｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）（ここで、ａは、正規化された値の範囲、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す）である。
【００１７】
また、前記（ｃ２）ステップの区間別の線形量子化は、連続性を満足することが望ましい。
【００１８】
また、前記（ａ）ステップのオーディオ信号変換は、ＭＤＣＴ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）、ＤＣＴ、サブバンドフィルタのうち何れか一つによって行われることが望ましい。
【００１９】
前記課題を解決するための本発明による区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化装置は、デジタル信号を変換してデータ間の重複情報を除去するデータ変換部と、信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算するビット割当部と、前記量子化単位について、データ値の分布を所定の区間に分け、前記データ変換部で変換されたデータを線形量子化する線形量子化部と、前記線形量子化部で線形量子化されたデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成するビットパッキング部と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、前記線形量子化部は、所定のスケールファクタを使用して、前記データ変換部で変換されたデータを正規化するデータ正規化部と、正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記データ正規化部で正規化されたデータに適用する区間量子化部と、前記ビット割当部で割当てられたビット数を利用して、前記区間量子化部で生成された値をスケーリングするスケーリング部と、前記割当てられたビット数を利用して、前記スケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を生成するラウンディング部と、を含むことが望ましい。
【００２１】
前記他の課題を解決するための本発明による区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の復号化方法は、（ｘ）ビットストリームから量子化されたデータと付加情報とを抽出するステップと、（ｙ）量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたデータを逆量子化するステップと、（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、前記（ｙ）ステップは、区間別に線形量子化されたデータをビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングするステップと、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化するステップと、前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化するステップと、を含むことが望ましい。
【００２３】
前記他の課題を解決するための本発明による区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化装置は、デジタル信号についてのビットストリームから量子化されたデータと付加情報とを抽出するビットストリーム解釈部と、量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記ビットストリーム解釈部から抽出された付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたデータを逆量子化する線形逆量子化部と、前記線形逆量子化部で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するデジタル信号生成部と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、前記線形逆量子化部は、区間別に線形量子化されたデータを前記ビットストリーム解釈部の付加情報に含まれたビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングする逆スケーリング部と、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化する区間線形逆量子化部と、前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化する逆正規化部と、を含むことが望ましい。
【００２５】
そして、前述された発明をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による区間別の線形量子化を利用したオーディオ信号の符号化方法及び装置によれば、オーディオデータの分布を考慮することによって、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも、非線形量子化器での量子化の複雑度を大幅に低めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付された図面を参照して、本発明によるデジタル信号の符号化／復号化方法及び装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態によるデジタル信号符号化装置の構成を示すブロック図である。デジタル信号符号化装置は、データ変換部１００、ビット割当部１２０、線形量子化部１４０及びビットパッキング部１６０を含んでなる。
【００２９】
データ変換部１００は、デジタル信号変換してデータ間の重複情報を除去する。前記デジタル信号は、望ましくは、ＰＣＭオーディオ信号となり、このとき、前記ＰＣＭオーディオ信号を変換してサンプリングされたデータ間の重複情報を除去する。前記ＰＣＭオーディオ信号の変換において、データ間の重複情報は、サブバンドフィルタ、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ、ＦＦＴを使用して除去される。
【００３０】
ビット割当部１２０は、信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数を計算する。また、ビット割当部１２０は、人間の聴覚特性を利用して、感度が低い細部情報を省略し、符号量を節減できるように周波数別にビット割当量を異にし、望ましくは、心理音響的な側面を考慮してビット割当情報を計算する。前記量子化単位は、サブバンドフィルタを使用する場合には、各サブバンドとなり、ＡＣＣ符号化では、スケールファクタバンドとなる。
【００３１】
線形量子化部１４０は、前記量子化単位について、サンプルデータ値の分布を所定の区間に分け、前記データ変換部１００から重複情報が除去されたサンプリングデータを線形量子化する。また、線形量子化部１４０については、後でさらに詳細に説明する。
【００３２】
ビットパッキング部１６０は、線形量子化部１４０で線形量子化されたデータと所定の付加情報とをコーディングし、ビットパッキングしてビットストリームを生成する。前記コーディングは、望ましくは、無損失符号化であって、ハフマンコーディングを使用する。
【００３３】
図２は、本実施形態に係る線形量子化部のさらに細部的な構成を示すブロック図である。線形量子化部１４０は、図２に示すように、データ正規化部２００、区間量子化部２２０、スケーリング部２４０及びラウンディング部２６０を備える。
【００３４】
データ正規化部２００は、所定のスケールファクタを使用してデータ変換部１００で変換されたサンプルデータを正規化する。前記スケールファクタは、前記量子化単位内のサンプル値のうち最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値について、所定の関数によって決定される整数値であることが望ましい。
【００３５】
区間量子化部２２０は、正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数をデータ正規化部２００で正規化されたデータに適用する。
【００３６】
スケーリング部２４０は、ビット割当部１２０で割当てられたビット数を利用して、区間量子化部２２０で生成された値をスケーリングする。
【００３７】
ラウンディング部２６０は、前記割当てられたビット数を利用して、前記スケーリングされた値（サンプル値）を例えば小数点第１位で四捨五入して量子化されたサンプルデータを生成する。
【００３８】
図３は、本実施形態に係るデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。以下、図３を参照して、本実施形態に係るデジタル信号符号化装置の動作を説明する。
【００３９】
まず、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭオーディオ信号がデータ変換部１００に入力されると、データ変換部１００は、このＰＣＭオーディオ信号を変換してサンプリングされたデータ間の重複情報を除去する（ステップ３００）。重複情報の除去のための変換は、サブバンドフィルタリングを通じて行うことができる。このとき、サブバンドに相応する周波数に該当するデータのみが通過され、その外の周波数成分データは除去される。
【００４０】
次いで、ビット割当部１２０では、オーディオ信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割当てるビット数が計算される（ステップ３２０）。例えば、サブバンドフィルタを使用する場合には、ビット割当部１２０は、サブバンドごとに割当てるビット数を計算する。そして、前記オーディオ信号の重要度は、人間の聴覚特性を利用して、心理音響的な側面を考慮して決定される。したがって、人間の聴覚感度の高い周波数は、ビットを多く割当て、そうでない周波数は、ビットを少なく割当てることができる。
【００４１】
次に、線形量子化部１４０は、前記所定の量子化単位について、例えば、サブバンドフィルタを使用する場合には、各サブバンドについてオーディオデータ値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたサンプルデータを線形量子化する（ステップ３４０）。ステップ３４０については、後で詳細に説明する。
【００４２】
次に、ビットパッキング部１６０は、前記線形量子化されたサンプルデータと所定の付加情報とをビットストリームに生成する（ステップ３６０）。
【００４３】
図４は、ステップ３４０をさらに詳細に示すフローチャートである。以下、図４を参照して、区間別の線形量子化を説明する。
【００４４】
まず、データ正規化部２００は、量子化単位（例えばサブバンドフィルタを使用するときのサブバンド等）に基づく所定のスケールファクタを使用して、データ変換部１００で変換されたサンプルデータを正規化する。
（ステップ４００）。
【００４５】
例えば、データ変換部１００でサブバンドフィルタを使用した結果、サブバンドフィルタリングされた出力サンプル値が２４、−３２、４、１０であると仮定する。それにより、前記出力サンプル値について絶対値を求めれば、そのうち最大値は３２となる。前記最大値３２に相応するスケールファクタ値を利用して、前記サンプル値を正規化すれば、前記サンプル値は、０.７５、−１、０.１２５、０.３１２５となる。ここで、前記スケールファクタは、例えば、次のように決定できる。所定の式２x/4でｘ値をスケールファクタとし、前記ｘが０から３１まで１ずつ増加するとき、３２個のｘ値によって、前記式２x/4値が決定される。すなわち、ｘ＝０であれば、前記式２x/4値は１となり、ｘ＝１であれば、前記式２x/4値は１.１８、ｘ＝２であれば、前記式２x/4値は１.４１４、ｘ＝３であれば、前記式２x/4値は、１.６８、ｘ＝４であれば、前記式２x/4値は２となる。これにより、ｘ＝３１まですべての３２個の整数ｘについて、前記式２x/4値を決定すれば、ｘ値が１ずつ増加する度に、式２x/4値は、１.５ｄＢずつ増加する。もし、前記例で最大値３２に該当する式２x/4値が３２であれば、スケールファクタｘは２０となる。したがって、各サブバンドでは、一つのスケールファクタ値が決定される。
【００４６】
図５は、前記サンプルデータを正規化したサブバンドサンプルの分布を示す図面である。図５に示すように、正規化されたサンプルは、均一分布ではないので、線形量子化器を使用しても最適に量子化できない。
【００４７】
したがって、区間量子化部２２０で正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記サンプルデータに適用して、前記ステップ４００で正規化されたサンプルデータを変換する（ステップ４２０）。例えば、図５で正規化された値の範囲は、０.０〜１.０となる。そして、図６は、前記正規化値の範囲を二つの区間に分けたものを示している。図６で、ｙ＝ｘで表現される線形関数グラフで、ｘ軸上の中間値であるｘ＝０.５に該当するｙ＝ｘ上の点Ａをｘ軸にβほど移動させた点をＢとする。もし、前記β値が０.１であれば、ｘ軸上の区間は、０〜０.６に該当する区間（区間Ｉ）と０.６〜１.０に該当する区間（区間ＩＩ）とに分けられる。前記二つの区間には、区間ごとに一つずつ、二つの線形関数がある。前記βは、それぞれサンプルの分布によって、その値を異なって選択される。前記β値は、ｘ軸を基準として正規化値範囲の中心からどれくらい偏っているかを表す。また、他の実施形態では、β値は、ｙ軸を基準として中心からどれくらい偏っているかを表すこともできる。
【００４８】
前記線形関数それぞれは、一般的に、ｙ＝（ａ／（ａ−２ｂ））×ｘ、及び、ｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）で表現することができる。ここで、ａは、正規化された値の範囲、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す。
【００４９】
前記例で、β値が０.１であれば、区間Ｉでは、線形関数ｙ＝ｆ1（ｘ）はｙ＝（５／６）×ｘとなり、区間IIでは、線形関数ｙ＝ｆ2（ｘ）はｙ＝（５／４）×ｘ−１／４となる。
前記各区間で、サンプル値について線形関数を適用する。続いて、前記例を適用すれば、前記サンプル値０.１２５と０.３１２５は、区間Ｉに属し、第１線形関数ｙ＝ｆ1（ｘ）を適用してマッピングされ、前記サンプル値０.７５、−１は、区間ＩＩに属し、第２線形関数ｙ＝ｆ2（ｘ）を適用してマッピングされる。
【００５０】
ビット割当部１２０で割当てられたビット数を利用して、スケーリング部２４０で前記マッピングされた値をスケーリングする（ステップ４４０）。例えば、ビット割当情報が３であれば、０から７までの表現が可能であるので、区間別線形関数を適用してマッピングされたサンプルの値に８を乗算する。
【００５１】
前記ステップ４４０でスケーリングされたサンプル値を四捨五入して量子化されたサンプル値を求める（ステップ４６０）。前記四捨五入された値は、常に整数となる。例えば、ビット割当情報が３であれば、四捨五入された値は、０から７までの整数のうち何れか一つとなり、これは、３ビットで表現されて最終的に量子化されたサンプル値となる。
【００５２】
図７は、図１のデジタル信号符号化装置によって生成された分布を用いたＬｌｏｙｄ−Ｍａｘアルゴリズムを利用して設計された量子化器によって作り出されたグラフを示す図面である。図７に示すように、線形関数（ｙ＝ｘ）と比較するとき、下側に凸な形状を示す。
【００５３】
次いで、本実施形態に係るデジタル信号復号化装置及び方法を説明する。デジタル信号の復号化は、基本的にデジタル信号の符号化の逆過程であるので、簡略に説明する。
【００５４】
図８は、本実施形態に係るデジタル信号復号化装置の構成を示すブロック図である。デジタル信号復号化装置は、ビットストリーム解釈部８００、線形逆量子化部８２０及びデジタル信号生成部８４０を含んでなる。
【００５５】
ビットストリーム解釈部８００は、デジタル信号についてのビットストリーム、望ましくは、オーディオ信号ビットストリームから量子化されたサンプルデータと付加情報とを抽出する。
線形逆量子化部８２０は、量子化時に設定された区間に相応する区間について、ビットストリーム解釈部８００から抽出された付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたサンプルデータを逆量子化する。前記区間は、符号化時に、図６に示す入力軸に対して分けられれば、復号化時には、出力軸に対して分けられる。
デジタル信号生成部８４０は、線形逆量子化部８２０で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する。
【００５６】
図９は、線形逆量子化部８２０についてのさらに詳細な構成を示すブロック図である。線形逆量子化部８２０は、図９に示すように、逆スケーリング部９００、区間線形逆量子化部９２０及び逆正規化部９４０を含んでなる。
【００５７】
逆スケーリング部９００は、区間別に線形量子化されたサンプルデータを、ビットストリーム解釈部８００の付加情報に含まれたビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応して逆スケーリングする。例えば、符号化時に割当てられたビット数が４であり、サンプルデータに１５を乗算すれば、復号化時には、サンプルデータを１５で割る。
区間線形逆量子化部９２０は、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化する。
逆正規化部９４０は、前記区間線形逆量子化部９２０で逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケールファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化する。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係るデジタル信号復号化方法を示すフローチャートである。図１０を参照して、デジタル信号復号化装置の動作を説明する。
【００５９】
まず、デジタル信号についてのビットストリーム、望ましくは、オーディオビットストリームがビットストリーム解釈部８００に入力されると、ビットストリーム解釈部８００は、前記オーディオビットストリームから量子化されたサンプルデータと付加情報とを抽出する（ステップ１０００）。
【００６０】
量子化時に設定された区間に相応する区間について、例えば、図６に示す入力軸に対して区間を分ければ、復号化時には、出力軸に対して分けられた区間について、線形逆量子化部８２０では、前記付加情報を利用して、前記区間別に線形量子化されたサンプルデータを逆量子化する（ステップ１０２０）。
【００６１】
次いで、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する（ステップ１０４０）。
【００６２】
図１１は、前記サンプルデータを逆量子化する過程（ステップ１０２０）をさらに詳細に説明するフローチャートである。図１１を参照して、前記ステップ１０２０を詳細に説明する。
【００６３】
前記区間別に線形量子化されたサンプルデータは、逆スケーリング部９００を通じてビット割当情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応して逆スケーリングされる（ステップ１１００）。
次いで、区間線形逆量子化部９２０で逆スケーリングされたデータは、区間別に線形逆量子化される（ステップ１１２０）。
逆量子化されたデータは、逆正規化部９４０で量子化時に使用したスケーリングファクタに相応する逆スケールファクタを使用して逆正規化される（ステップ１１４０）。
【００６４】
なお、本発明は、コンピュータ可読記録媒体にコンピュータ（情報処理機能を有する装置を何れも含む）可読コードとして具現できる。コンピュータ可読記録媒体は、コンピュータシステムによって読取られるデータが保存されるすべての種類の記録装置（例えば光データ保存装置等）を含む。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access Memory）、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭを含む）、ＤＶＤなどの光記録媒体がある。
【００６５】
本発明は、図面に示した実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、デジタル信号符号化及び復号化に有用に使用され、特に、デジタル音声信号の圧縮とそれについての保存及び伝送に有用に使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態に係る区間別の線形量子化を利用したデジタル信号符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】線形量子化部のさらに細部的な構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。
【図４】区間別の線形量子化ステップをさらに詳細に示すフローチャートである。
【図５】サンプルデータを正規化したサブバンドサンプルの分布を示す図面である。
【図６】正規化値の範囲を二つの区間に分けたところを示す図面である。
【図７】図１のデジタル信号符号化装置によって生成された分布を利用して、Ｌｌｏｙｄ−Ｍａｘアルゴリズムを利用して設計された量子化器を示す図面である。
【図８】本実施形態に係る区間別の線形量子化を利用したデジタル信号復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図９】線形逆量子化部についてのさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明による区間別の線形量子化を利用したデジタル信号の復号化方法を示すフローチャートである。
【図１１】サンプルデータを逆量子化する過程をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１００    データ変換部
１２０    ビット割当部
１４０    線形量子化部
１６０    ビットパッキング部
【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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