(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化装置であって、
各周波数帯域の振幅の代表値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定部と、
各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定部と、
前記相対的量子化精度決定部の出力値と前記量子化精度保証値決定部の出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化を行う量子化処理部と、
前記量子化処理部で実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化部と、を具備し、
前記量子化処理部は、
夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定部で決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定部で決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェック部と、
前記量子化精度チェック部で算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化部と、
前記量子化部によって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定部と、
前記判定部で計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェック部に指示する精度設定部と、を具備することを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化装置であって、
各周波数帯域の振幅の最大値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定部と、
各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定部と、
前記相対的量子化精度決定部の出力値と前記量子化精度保証値決定部の出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化を行う量子化処理部と、
前記量子化処理部で実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化部と、を具備し、
前記量子化処理部は、
夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定部で決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定部で決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェック部と、
前記量子化精度チェック部で算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化部と、
前記量子化部によって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定部と、
前記判定部で計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェック部に指示する精度設定部と、を具備することを特徴とする符号化装置。
【請求項３】
前記量子化精度チェック部は、
相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) と全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom との差（SF(B) −Com ）が、絶対的量子化精度情報の保証値K(B)より大きい場合、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を、相対的量子化精度情報SF(B) と各周波数帯域における全帯域量子化精度情報Com との差（SF(B) −Com ）に設定し、
相対的量子化精度情報SF(B) と全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom との差（SF(B) −Com ）が、絶対的量子化精度情報の保証値K(B)以下の場合、実際に量子化する各周波数帯域ごとの量子化精度情報ASF(B)を、量子化精度情報の保証値K(B)に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の符号化装置。
【請求項４】
前記量子化精度保証値決定部は、各周波数帯域毎にその帯域の周波数分解能の高い低域ほど高精度で周波数分解能の低い高域ほど低い量子化精度を量子化精度情報の保証値として算出するものであることを特徴とする請求項３記載の符号化装置。
【請求項５】
前記量子化精度保証値決定部は、オーディオ時間信号を変形コサイン変換した係数をMdct(i) （ｉ＝０・・・ｊ，・・・ｋ，・・・ｓ）とし、周波数帯Ｂをｆj 〜ｆk とし、前記聴覚特性変数を１以上で低周波ほどレベルが高くなる変数P(B)とすると、次式
(float) ｛Max Mdct(B) (3/4) ×２(3・ K(B)/16)｝＝P(B)
但し
Max Mdct(B) ＝Max ｛Mdct(j) ，Mdct(j+1) ・・・，Mdct(k) ｝
を満たす保証値K(B)を用いることを特徴とする請求項３記載の符号化装置。
【請求項６】
複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化方法であって、
各周波数帯域の振幅の代表値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定ステップと、
各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定ステップと、
前記相対的量子化精度決定ステップの出力値と前記量子化精度保証値決定ステップの出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化する量子化処理ステップと、
前記量子化処理ステップで実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化ステップと、を包含し、
前記量子化処理ステップは、
夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定ステップで決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定ステップで決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェックステップと、
前記量子化精度チェックステップで算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化ステップと、
前記量子化ステップによって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定ステップと、
前記判定ステップで計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェックステップに指示する精度設定ステップと、を包含することを特徴とする符号化方法。
【請求項７】
複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化方法であって、
各周波数帯域の振幅の最大値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定ステップと、
各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定ステップと、
前記相対的量子化精度決定ステップの出力値と前記量子化精度保証値決定ステップの出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化する量子化処理ステップと、
前記量子化処理ステップで実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化ステップと、を包含し、
前記量子化処理ステップは、
夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定ステップで決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定ステップで決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェックステップと、
前記量子化精度チェックステップで算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化ステップと、
前記量子化ステップによって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定ステップと、
前記判定ステップで計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェックステップに指示する精度設定ステップと、を包含することを特徴とする符号化方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の符号化方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号や音楽信号などのオーディオ信号に対する符号化装置である。より詳細には直交変換等の手法を用いて時間領域から周波数領域に変換して周波数変換信号を作成し、より少ない符号量でデータ圧縮を行い、且つ高音質に表現するための符号化列を高速で生成する符号化装置、符号化方法、及びその記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオ信号の符号化方式として、現在までに非常に多くの方式が開発され、その一部が実際に使用されている。音声信号を圧縮符号化するエンコード方法としては、固定ビットレート方式の圧縮方法と、可変ビットレートの圧縮方法がある。固定ビットの圧縮方法として、ＡＤＰＣＭやＤｏｌｂｙ−ＡＣ３が知られている。又可変ビットレート圧縮方法として、アドバンストオーディオコーディング（ＡＡＣ）が知られている。ＡＡＣはＩＳＯ／ＩＥＣで国際標準化されたＩＳ１３８１８−７が認知され、高音質と高効率な符号化方法と評価されている。ＩＳＯ／ＩＥＣのＩＳ１３８１８−７は、復号化過程及び符号化フォーマットの規格であり、符号化方法自身は規定されていない。圧縮は全帯域を一様に圧縮するのではなく、各帯域毎に個別のパラメータで圧縮率を決定している。そして帯域毎に適宜パラメータを選択することによって、高音質と高圧縮とを両立することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＡＡＣ方式では、帯域毎のパラメータが適切でない場合には、圧縮率が低下したり圧縮後に量子化されない帯域部分が生じる。量子化されない部分では音が生じないため出力の歪みが大きくなるという欠点があった。又ＡＡＣのエンコードは難しく、エンコードにかなりの処理を要し、民生用のＡＶ機器のハードウェアでは、リアルタイムでエンコードすることが難しいという欠点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、可変ビットレートの音声圧縮において、処理量を少なくし高音質と高圧縮とを両立することができる符号化装置、符号化方法、及び符号化方法のプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化装置であって、各周波数帯域の振幅の代表値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定部と、各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定部と、前記相対的量子化精度決定部の出力値と前記量子化精度保証値決定部の出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化を行う量子化処理部と、前記量子化処理部で実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化部と、を具備し、前記量子化処理部は、夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定部で決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定部で決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェック部と、前記量子化精度チェック部で算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化部と、前記量子化部によって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定部と、前記判定部で計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェック部に指示する精度設定部と、を具備することを特徴とするものである。
【０００６】
本願発明は、複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化装置であって、各周波数帯域の振幅の最大値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定部と、各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定部と、前記相対的量子化精度決定部の出力値と前記量子化精度保証値決定部の出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化を行う量子化処理部と、前記量子化処理部で実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化部と、を具備し、前記量子化処理部は、夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定部で決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定部で決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェック部と、前記量子化精度チェック部で算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化部と、前記量子化部によって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定部と、前記判定部で計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェック部に指示する精度設定部と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本願発明は、前記符号化装置において、前記量子化精度チェック部は、相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) と全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom との差（SF(B) −Com ）が、絶対的量子化精度情報の保証値K(B)より大きい場合、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を、相対的量子化精度情報SF(B) と各周波数帯域における全帯域量子化精度情報Com との差（SF(B) −Com ）に設定し、相対的量子化精度情報SF(B) と全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom との差（SF(B) −Com ）が、絶対的量子化精度情報の保証値K(B)以下の場合、実際に量子化する各周波数帯域ごとの量子化精度情報ASF(B)を、量子化精度情報の保証値K(B)に設定することを特徴とするものである。
【００１１】
本願発明は、前記符号化装置において、前記量子化精度保証値決定部は、各周波数帯域毎にその帯域の周波数分解能の高い低域ほど高精度で周波数分解能の低い高域ほど低い量子化精度を量子化精度情報の保証値として算出することを特徴とするものである。
【００１４】
本願発明は、前記符号化装置において、前記量子化精度保証値決定部は、オーディオ時間信号を変形コサイン変換した係数をMdct(i) （ｉ＝０・・・ｊ，・・・ｋ，・・・ｓ）とし、周波数帯Ｂをｆj 〜ｆk とし、前記聴覚特性変数を１以上で低周波ほどレベルが高くなる変数P(B)とすると、次式
(float) ｛Max Mdct(B) (3/4) ×２(3・ K(B)/16)｝＝P(B)
但し
Max Mdct(B) ＝Max ｛Mdct(j) ，Mdct(j+1) ・・・，Mdct(k) ｝
を満たす保証値K(B)を用いることを特徴とするものである。
【００１５】
本願発明は、複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化方法であって、各周波数帯域の振幅の代表値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定ステップと、各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定ステップと、前記相対的量子化精度決定ステップの出力値と前記量子化精度保証値決定ステップの出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化する量子化処理ステップと、前記量子化処理ステップで実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化ステップと、を包含し、前記量子化処理ステップは、夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定ステップで決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定ステップで決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェックステップと、前記量子化精度チェックステップで算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化ステップと、前記量子化ステップによって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定ステップと、前記判定ステップで計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェックステップに指示する精度設定ステップと、を包含することを特徴とするものである。
【００１６】
本願発明は、複数の周波数帯域に分割されたオーディオ信号を夫々の周波数帯域ごとに決定される量子化精度で量子化し、符号化する符号化方法であって、各周波数帯域の振幅の最大値を代表周波数情報とし、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報として、量子化する際に用いる前記相対的量子化精度情報の初期値を前記代表周波数情報から算出する相対的量子化精度決定ステップと、各周波数帯域毎に最低限確保すべき振幅値を有するように算出された量子化精度である量子化精度情報の保証値を算出する量子化精度保証値決定ステップと、前記相対的量子化精度決定ステップの出力値と前記量子化精度保証値決定ステップの出力値とを用い、各周波数帯域の量子化精度が、前記量子化精度情報の保証値で示される量子化精度以上となる量子化精度で量子化する量子化処理ステップと、前記量子化処理ステップで実行された量子化情報を符号化して所望の情報量以下のオーディオ符号化データを生成する符号化ステップと、を包含し、前記量子化処理ステップは、夫々の周波数帯域をＢとすると、全帯域で一定の全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom 、前記相対的量子化精度決定ステップで決定された相対的量子化精度情報であるスケールファクタSF(B) 、及び前記量子化精度保証値決定ステップで決定された量子化精度情報の保証値K(B)から、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を算出する量子化精度チェックステップと、前記量子化精度チェックステップで算出され、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報ASF(B)を基に、前記周波数情報に対して量子化を行う量子化ステップと、前記量子化ステップによって量子化された量子化データを符号化するに必要な情報量を計数し、計数された情報量が所望の情報量との大小を判定し、所望の情報量より小さい場合は、量子化処理を終了とする判定ステップと、前記判定ステップで計数された情報量が、所望のオーディオ符号量より大きいと判定された場合、コモンスケールファクタCom を変化させるよう前記量子化精度チェックステップに指示する精度設定ステップと、を包含することを特徴とするものである。
【００１７】
本願発明は、前記符号化方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の前提となったアドバンストオーディオシステム（ＡＡＣ）におけるオーディオ符号化装置について説明する。図１はこの符号化装置の動作を示すフローチャートである。このオーディオ符号化方法は、量子化ステップ２０１、情報量カウントステップ２０２、情報量ループ判定ステップ２０３、音響的チェックステップ２０４、全帯域量子化精度更新ステップ２０５、各帯域量子化精度更新ステップ２０６を含んで構成される。
【００１９】
オーディオ符号化の主たる目的は、音質を損なうことなく、オーディオ信号を所望の限られた情報量に情報圧縮することである。オーディオ離散信号は、図示しない時間周波数変換手段を経て、周波数軸上のデータに変換され、量子化ステップ２０１に与えられる。量子化ステップ２０１では、全帯域量子化精度更新ステップ２０５からの全帯域量子化精度情報をもとに、入力信号が量子化される。情報量カウントステップ２０２では、量子化ステップ２０１の量子化結果が、いくらの情報量をもって表現できるかを計数する。情報量ループ判定ステップ２０３では、情報量カウントステップ２０２の出力が、所望の情報量以下であるか否かを判定する。情報量カウントステップ２０２の出力が、所望情報量以下の場合は、その後の処理は音響的チェックステップ２０４に移される。情報量カウントステップ２０２の出力が、所望情報量よりも大きい場合は、全帯域量子化精度更新ステップ２０５にその処理が移される。
【００２０】
全帯域量子化精度更新ステップ２０５は、全帯域に渡って量子化ステップ２０１で量子化する精度情報を管理している。更新前の全帯域量子化精度情報がコモンスケールファクタCom だとすると、全帯域量子化精度更新ステップ２０５はコモンスケールファクタCom ＋１などの値を、更新された全帯域量子化精度情報として量子化ステップ２０１に与える。量子化ステップ２０１は、更新された全帯域量子化精度情報を用いて、入力信号の量子化を再度行う。
【００２１】
オーディオ信号が複数の周波数帯域Ｂに分割されたとき、各周波数帯域Ｂの振幅を周波数情報とする。音響的チェックステップ２０４では、量子化された周波数情報が、聴覚的にみて許容される量子化雑音以内であるか否かを、分割された周波数帯域Ｂごとに検査する。この際、聴覚的にみて許容される量子化雑音の値とは、既知の聴覚心理モデルから導出された値である。もし、各分割された周波数帯域Ｂのいずれも量子化雑音が聴覚的に許容される雑音レベル以内である場合は、一連の量子化処理を終了する。また、量子化雑音が聴覚的に許容される雑音レベル以上である場合は、各帯域量子化精度更新ステップ２０６に処理が移される。各帯域量子化精度更新ステップ２０６では、量子化雑音が許容される雑音レベル以上の周波数帯域に対する帯域量子化精度情報を更新する。例えば、周波数帯域Ｂに対する帯域量子化精度情報スケールファクタSF(B) を、スケールファクタSF(B) ＋１などにする。
【００２２】
この符号化装置は、情報量が所望の情報量以内であるか否かを情報量ループ判定ステップ２０３で判定しながら量子化を繰り返す第１のループと、その外側に音響的チェックステップ２０４で、音響的に量子化雑音が許容雑音レベルであるか否かを判定しながら量子化を繰り返す第２のループとがある。従って符号化処理が２重のループで構成されることとなる。
【００２３】
しかしながら、上記のような構成では、様々なオーディオ信号の入力に対して、２つのループの回る回数が非常に大きくなることがあり、計算量が増大してしまう問題が生じる。また全帯域量子化情報更新ステップ２０５、各帯域量子化精度更新ステップ２０６で、目標となる量子化雑音レベルに達せず、結果として得られる音質が十分でないことがあるという問題も生じる。
【００２４】
（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１による符号化装置及びその周辺回路ブロックを示す構成図である。本図において音声入力部１はオーディオ信号を入力する入力部であり、ゲインコントローラ２を介して時間周波数変換部３に与えられる。時間周波数変換部３は入力信号をいくつかの周波数帯域に分割された信号に変換するものである。時間周波数変換部３の出力は相対的量子化精度決定部４，量子化精度保証値決定部５Ａ，量子化処理部６に入力される。量子化処理部６は、いくつかの周波数帯域に分割された周波数情報を、夫々の周波数帯域ごとに定まる量子化精度をもって量子化するものである。相対的量子化精度決定部４は、量子化の前に各周波数帯域ごとの周波数情報を入力として、各周波数帯域毎の振幅に対する量子化精度の情報を相対的量子化精度情報とするとき、相対的量子化精度情報を例えば１フレーム毎に算出するものである。量子化精度保証値決定部５Ａは、各周波数帯域ごとの周波数情報を入力として、各帯域ごとに最低限度確保すべき振幅値を有するよう算出された量子化精度を量子化精度情報の保証値とするとき、量子化精度情報保証値を例えば１フレーム毎に算出するものである。又量子化処理部６はこれらの精度決定部４，５Ａで決定された量子化精度を用いて最適な量子化処理を行うものであり、量子化部１１，判定部１２，精度設定部１３，量子化精度チェック部１４を含んで構成される。
【００２５】
量子化処理部６内の量子化精度チェック部１４は、全帯域量子化精度情報をコモンスケールファクタCom とし、相対的量子化精度決定部４で決定された相対的量子化精度情報をスケールファクタSF(B) とし、量子化精度保証値決定部５Ａで決定された量子化精度情報を保証値K(B)とするとき、コモンスケールファクタCom の初期値、スケールファクタSF(B) 、及び保証値K(B)を用いて、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的量子化精度情報である絶対的スケールファクタASF(B)を算出するものである。
【００２６】
量子化部１１は量子化精度チェック部１４で算出された各帯域ごとの絶対的スケールファクタASF(B)を基に、各周波数帯域の周波数情報に対して量子化を行うものである。判定部１２は量子化部１１によって量子化された周波数情報を符号化するのに必要な情報量（ビットレート）を計数するものである。そして得られた情報量が、符号化部７における符号化で所望される情報量より小さい場合は、絶対的スケールファクタASF(B)の変更のループ処理を終了する。一方符号化部７における符号化で所望される情報量より大きくなる場合は、その後の処理を精度設定部１３に出力を与えるものである。精度設定部１３は、全帯域量子化精度情報であるコモンスケールファクタCom を変化させるように、量子化精度チェック部１４に指示するものである。符号化部７は量子化部１１で量子化されたオーディオデータに対して誤り訂正符号を付加し、トランスポートストリーム又はプログラムストリームの形式に変換することにより、符号化するものである。
【００２７】
本実施の形態の符号化装置は、入力である離散オーディオ時間信号に対して、変形コサイン変換（以下、ＭＤＣＴ変換という）などの時間領域信号から周波数領域の信号に変換された変換値を量子化し、符号化する際にオーディオ信号の情報量を小さくし、同時に音響的に音質劣化の小さな量子化を行うことを目的としている。周波数領域の信号に変換された変換値として、ここではＭＤＣＴ変換によって得られたＭＤＣＴ係数を用いる場合について、以下の説明をする。
【００２８】
相対的量子化精度決定部４では、入力されたＭＤＣＴ係数から、量子化の精度が調整可能な各周波数帯域Ｂごとの相対的量子化精度情報を算出する。例えば、ＡＡＣなどの符号化装置では、ＭＤＣＴ係数はスケールファクターバンドＢと呼ばれる周波数帯域が設定されており、スケールファクターバンドＢごとに量子化精度情報を選択できる。
【００２９】
一方、量子化精度保証値決定部５Ａは、フレーム単位で信号が入力されると、各周波数帯域ごとに、再生したときにその帯域からの信号がなくならないように最低限確保すべき量子化精度情報の保証値K(B)を算出する。
【００３０】
次に量子化精度チェック部１４において、コモンスケールファクタCom の初期値と、相対的量子化精度決定部４で算出したスケールファクタSF(B) と、量子化精度保証値決定部５Ａで算出した保証値K(B)とから、実際に量子化する各周波数帯域ごとの絶対的な量子化精度情報絶対的スケールファクタASF(B)を決定する。
【００３１】
量子化部１１は、量子化精度チェック部１４の出力である絶対的スケールファクタASF(B)を基に量子化を行う。判定部１２は、量子化部１１で量子化された量子化値がどれだけの情報量で符号化できるか計数し、更に計数値が所望のオーディオ情報量以下か否かの判定を行う。もし、判定部１２で判定した情報量の計数値が、所望のオーディオ情報量以下である場合は、符号化部７での符号化を行い、所望のオーディオ情報量を越える場合は、その後の処理を精度設定部１３に移行する。精度設定部１３では、例えば現在のコモンスケールファクタCom に１以上の値を加算するよう量子化精度チェック部１４に指示する。これによって最終的に得られる情報量を少なくして、符号化部７により量子化されたオーディオデータを符号化する。
【００３２】
以下では、相対的量子化精度決定部４、量子化精度保証値決定部５、量子化精度チェック部１４の具体的な動作例について図３のフローチャート及び図４のグラフを用いて説明する。例えばコンパクトディスクシステムでは、オーディオ信号をサンプリング周波数４４．１ＫＨｚでサンプリングし、１６ビットのＰＣＭ信号としている。１チャンネルの情報量は７０５．６Ｋビット／秒である。これを例えば１／１０以下の６４Ｋビット／秒に圧縮するものとする。ＡＡＣの場合、ＰＣＭの１０２４サンプル毎に符号列を出力する。１０２４サンプルは２３．２２ｍ秒なので、１フレームに割り当てられる圧縮された符号量は１４８６ビットとなる。従って判定部１２で判定される指標となるビット数は、この場合には１４８６ビットとなる。又約１／２０の３２Ｋビット／秒に圧縮する場合には、７６３ビットが指標ビットとなる。
【００３３】
ＡＡＣ方式では周波数情報であるＭＤＣＴ係数を整数値に量子化して符号化する。ＭＤＣＴ係数をMdct(i) （ｉは０〜１０２３の整数）とする。このＭＤＣＴ係数を整数値に量子化して符号化する。ＭＤＣＴ係数を整数値に変換するときの変換式は以下の式（１）で与えられる。
Xquant(i) ＝(int) ｛Mdct(i) (3/4) ×２(3・(SF(B)-Com)/16)｝・・・（１）
ここで(int) は次に続く式の値を整数値で返す整数演算子である。又SF(B) は帯域Ｂにおけるスケールファクタを示す。スケールファクタSF(B) は帯域Ｂに依存する変数であり、コモンスケールファクタCom は帯域Ｂにかかわらず共通の変数である。
【００３４】
さて時間軸上のオーディオ信号を、ｆ0 〜ｆS の周波数範囲を有する周波数軸上の信号に変換するとき、ｆ0 〜ｆS をｎ分割して、その分割点を１，２，・・・，ｊ，ｊ＋１，・・・，ｋ，ｋ＋１，・・・，ｎとする。分割点ｊ〜ｋにおける周波数帯域をＢとするとき、周波数帯域Ｂ（＝ｆj 〜ｆk ）に属するＭＤＣＴ係数はMdct(j) 〜Mdct(k) とする。この場合スケールファクタSF(B) は例えば以下の式で示される。
SF(B) ＝α・ｌｏｇ（Max Mdct(B) ＋１．０）  ・・・（２）
ここでαは定数とする。また、ＭＡＸ演算子は、演算子内の要素の最大値を出力するものとする。Max Mdct(B) は次式で示される。
Max Mdct(B) ＝Max ｛Mdct(j) ，Mdct(j+1) ・・・，Mdct(k) ｝
これによって各周波数帯域Ｂ毎に最大値を代表周波数情報とすることができる。
【００３５】
同様に、次の（３）式を用いてスケールファクタSF(B) を算出してもよい。
【数１】
0004409733.tif 000002
この場合にはMdct(i)2の総和が代表周波数情報となる。
【００３６】
（２）式や（３）式を用いることで得られたスケールファクタに対し、符号化方式上の制約事項によって制限が設けられる。例えば、ＡＡＣの場合は、隣接するスケールファクタSF(B) は正負６０以内という制限があるため、（２）式、（３）式の定数であるα値で調節することが可能である。また符号化効率に鑑みて、スケールファクタSF(B) の変動を小さくした方が情報量の消費が小さくなる場合もあるので、スケールファクタSF(B) の値をスムージングするなどしてもよい。
【００３７】
図３に示すフローチャートにおいて、ステップ１０１では入力信号Mdct(i) から（２）式又は（３）式によってスケールファクタSF(B) を算出している。さて式（１）においてSF(B) −Com を小さくすると、Xquant(i) はより絶対値の小さな整数となり、やがて０となる。一方SF(B) −Com を大きくすると、Xquant(i) はより絶対値の大きな整数となる。符号化されたXquant(i) により復号されたMdct(i) の算出式は逆変換になるので、復号されたMdct(i) は次式で与えられる。
Mdct(i) ＝Xquant(i) (4/3) ×２(Com-SF(B))/4
そしてXquant(i) が０になるようにSF(B) −Com を選んで符号化すると、復号時には再生されたMdct(i) は０になり、そのｉ番目の周波数成分は０となる。
【００３８】
一方、量子化精度保証値決定部５Ａでは、各量子化帯域(B) において、入力値Mdct(k) 〜Mdct(j) がすべて０でない場合を除いて、量子化での使用情報量を０としない最小の情報使用量を有する量子化精度情報の保証値K(B)を、各量子化帯域毎に設定する（ステップ１０２）。こうすれば大幅な情報圧縮をしても再生時に不自然さを緩和することができる。例えば、ある帯域(B) 内の入力が少なくとも１つは０ではない場合、すべての量子化値が０にならないような最小限の量子化精度情報を、この量子化精度保証値決定部５Ａで算出する。ＡＡＣの場合には、ＭＤＣＴ係数の量子化値は整数値になるため、ある帯域の量子化値の少なくとも１つの絶対値が１以上になるような保証値K(B)を算出する。例えばMdct(i) が正の値とすると、Xquant(i) の少なくとも絶対値が１となることが条件となる。Mdct(i) が正の値とすると、次式
(int) ｛Mdct(i) (3/4) ×２3(SF(B)-Com)/16 ｝＝１
となるSF(B) −Com を算出すればよいことになる。これが量子化精度保証値決定部５Ａによる保証値K(B)となる。言い換えれば、
(int) ｛Mdct(i) (3/4) ×２(3・ K(B)/16)｝＝１
となる。但し保証値(B) は各帯域Ｂに１つ設定する値なので、帯域ＢにおけるＭＤＣＴ係数のうち最大振幅のＭＤＣＴ係数Max Mdct(B) を選んで、次式により保証値(B) を算出する。
(int) ｛Max Mdct(B) (3/4) ×２(3・ K(B)/16)｝＝１  ・・・（４）
こうすれば少なくともその帯域Ｂにおいて、１スペクトルが復号時に０ではなくなることになる。
【００３９】
次に量子化精度チェック部１４では、量子化部１１で適用する絶対的量子化精度情報である絶対的スケールファクタASF(B)を、次式（５）等を用いて算出する。
K(B)＜SF(B) −Com のとき
ASF(B)＝SF(B) −Com
K(B)≧SF(B) −Com のとき
ASF(B)＝K(B)    ・・・（５）
【００４０】
こうして絶対的スケールファクタを量子化精度チェックステップ１０３で出力し、量子化ステップ１０４で量子化する。これにより図４の模式図に示した状態で量子化が行われることが予想される。図４（ａ）の状態では、SF(B) −Com を示す曲線２１がどの周波数帯においても保証値K(B)の曲線２２よりも大きくなっている。図２の判定部１２で算出される情報量が所望の情報量より多い場合は、その判定結果により、処理が精度設定部１３に移行する。精度設定部１３では、コモンスケールファクタCom の値を初期値より例えば１つ大きくするよう全帯域の量子化精度Com を更新する（ステップ１０７）。その例を図４（ｂ）に示す。ここではある帯域では保証値K(B)の曲線２２の方がSF(B) −Com を示す曲線２１よりも大きくなっている。従って式（５）から保証値K(B)の大きい領域では、K(B)をASF(B)とする。その結果、量子化精度チェック部１４では、再度絶対的スケールファクタASF(B)を算出する（ステップ１０３）。図中太い曲線２３は量子化部１１で量子化するための絶対的スケールファクタASF(B)を示す。
【００４１】
図４の（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も（５）式を用いて、絶対的スケールファクタASF(B)の曲線２３を算出する。そして情報量カウントステップ１０５で算出された情報量が、情報量ループ判定ステップ１０６の所望の情報量よりも小さくなると判定されるまで計算を行う。そしてステップ１０６で所望の情報量以下と判定されればステップ１０８に進んで符号化処理を行って処理を終える。
尚、実施の形態１では、量子化ループ判定部１０６において符号化後の情報量が指数ビット以上となる状態からループを開始し、あらかじめ決められている指標ビット以下となれば全帯域量子化精度更新のループを停止するようにしているが、指標ビット以下の所定範囲内になれば量子化精度更新ループを停止するようにしてもよい。又符号化後の情報量が小さい状態からループを開始し、Com の値を小さくして指標ビット以下の所定範囲に入ればループを停止してもよい。
【００４２】
図１に示す符号化装置が２重のループ構造になっているのに対して、本発明の符号化装置は１重のループ構造になっていることから、図１の符号化装置に比べて計算量が小さくなる。そのためＤＳＰ等のハードウェアを用いて実現する際も、消費電力を小さくすることができ、ＩＣ化した場合のチップサイズを小さくすることができるという優れた効果が得られる。また各周波数帯域においても保証すべき最低限の品質を確保できることから、音質がよいという特長が得られる。
【００４３】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における符号化装置について図５を用いて説明する。本実施の形態の符号化装置は、実施の形態１の符号化装置と基本的に同じ構成であり、同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態２では、量子化精度保証値決定部５Ｂが異なっている。
【００４４】
実施の形態１では、量子化精度保証値決定部５Ａで算出する値は、量子化での使用情報量を０としない最小の情報使用量を有する量子化精度情報を各量子化帯域に設定するとして述べた。実施の形態２の量子化精度保証値決定部５Ｂでは、人間の聴覚心理モデルを模して、各帯域ごとに聴感上から最低限の量子化精度情報の保証値を算出するものとする。
【００４５】
例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ  １１１７２−３のＭＰＥＧ１レイヤ１〜レイヤ３の規格書にあるような静寂時の可聴特性、いわゆる最小可聴特性を用いることができる。ある帯域内の入力周波数特性が最小可聴特性よりもすべて小さい場合は、その帯域内の周波数成分は知覚されない。従って帯域内の入力周波数特性がすべて０でない場合においても、量子化精度保証値決定部５Ｂにおける出力値に依存せず情報量を０に設定するものとする。この最小可聴特性としては、ＭＰＥＧ１レイヤ１〜レイヤ３のものを一例にしたが、それ以外のものでもよい。このような符号化装置によれば、実施の形態１よりもさらに音質の向上が期待される。
【００４６】
又人間の聴覚特性として、低周波数成分ほど分解能が高く、高い周波数成分ほど分解能が低くなることが知られている。つまり一般的に低い周波数成分ほど量子化誤差による歪みを小さくした方が聴覚上から聞きやすい音になる場合が多い。従って保証値K(B)の算出方法を帯域Ｂに応じて変えることで歪みを制御し、結果的に聞きやすい符号化音を提供することが可能となる。実施の形態１では、帯域Ｂにおける最大振幅のＭＤＣＴ係数Max Mdct(B) を用いて、式（４）により保証値K(B)を算出する方法について述べた。一方実施の形態２においては、
(float) ｛Max Mdct(B) (3/4) ×２(3・ K(B)/16)｝＝P(B)
とする保証値K(B)を算出する。(float) は、後に続く式の値を浮動小数の値で返すものである。ここで帯域Ｂにおける聴覚特性変数P(B)は入力信号に応じて変化させて、例えば図６に示すように聴覚の分解能の高い低周波ほど大きく、分解能の低い高周波となるほど小さく設定する。又聴覚特性変数P(B)を入力信号に応じて変化させてもよい。このように算出された保証値K(B)を用いて、実施の形態１と同様の方法で符号化する。こうすれば低い演算量にかかわらず高音質な音声を提供することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の符号化装置によれば、図１の符号化装置に比べて、量子化部の計算量を大幅に削減することができる。そのためＤＳＰ等のハードウェアを用いて実現する際も、消費電力を小さく、ＩＣ化した場合のチップサイズを小さくすることができる。また最終的な音質も向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となった符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１における符号化装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態の符号化装置において、符号化過程の状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２における符号化装置の構成図である。
【図６】実施の形態２に用いる聴覚特性変数Ｐ（Ｂ）の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  音声入力部
２  ゲインコントローラ
３  時間周波数変換部
４  相対的量子化精度決定部
５Ａ，５Ｂ  量子化精度保証値決定部
６  量子化処理部
７  符号化部
１１  量子化部
１２  判定部
１３  精度設定部
１４  量子化精度チェック部
【図１】
0004409733.tif 000003
【図２】
0004409733.tif 000004
【図３】
0004409733.tif 000005
【図４】
0004409733.tif 000006
【図５】
0004409733.tif 000007
【図６】
0004409733.tif 000008