JPH08237209A

JPH08237209A - ディジタルオーディオ信号処理装置

Info

Publication number: JPH08237209A
Application number: JP10820395A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Isozaki; 正明五十崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】符号化され、ビットストリームにフォーマッ
ト化されたデータを受け取り、簡単な構成で、少ない遅
延時間で圧縮率を変更したビットストリームを生成す
る。【構成】アンパッキング回路５１に入力されたビット
ストリームは、各サブバンドデータのビット列に分離す
る。これらのデータに対して、ビットアロケーション回
路５３は、各サブバンドの量子化ビット数を割り当て
る。ＡＬＬＯＣ２とＡＬＬＯＣ１とから、各サブバンド
データの量子化レベルを量子化レベルコンバータ５２に
よって変換する。そして、パッキング回路５５によって
ＲＡＴＥ、ＡＭＯＵＮＴ２、ＡＬＬＯＣ２、スケールフ
ァクタ（ＳＦ）、ヘッダとともにビットストリームのフ
ォーマットに変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サブバンド符号化、
変換符号化等の圧縮符号化を使用するディジタルオーデ
ィオ信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルオーディオデータに対して、
データ量を削減するために、サブバンド符号化方式、変
換符号化（ＤＣＴ等）などが使用されている。これら
は、オーディオデータの周波数軸方向の分布の偏在の性
質を利用して、冗長な情報を削減するものである。この
ような符号化方式で符号化されたデータを、記録／再
生、伝送、あるいは処理するディジタル機器は、今後増
えるものと予想される。

【０００３】図８は、Ｍ分割のサブバンド符号化方式の
エンコーダおよびデコーダの一例を示す。入力オーディ
オデータは、Ｍ個のバンドパスフィルタとそれぞれに対
して選択されたダウンサンプリング回路とからなる分解
フィルタ１に供給される。ダウンサンプリング回路は、
データを１／Ｍにサブサンプリングする。信号帯域が１
／Ｍに減少するから、１／Ｍのダウンサンプリングが可
能である。分解フィルタ１からの各サブバンドの出力が
Ｍ個の量子化器からなる量子化回路２に供給され、サブ
バンド毎に所定のビット数のデータに量子化される。量
子化回路２の出力がパッキング回路３に供給され、ビッ
トストリームのフォーマットに変換される。

【０００４】デコーダ側では、ビットストリームがアン
パッキング回路４に供給され、各サブバンドのデータ列
に並びかえられ、Ｍ個の逆量子化器からなる逆量子化回
路５に供給される。逆量子化回路５に対して合成フィル
タ６が接続される。逆量子化回路５は、量子化回路２と
逆の処理を行なう。合成フィルタ６は、Ｍ個のアップサ
ンプリング回路と、Ｍ個のバンドパスフィルタとからな
る。アップサンプリング回路は、間引かれたサンプルを
補間する。バンドパスフィルタは、Ｍ分割された帯域を
元の帯域に合成するものである。合成フィルタ６から復
号オーディオデータが得られる。

【０００５】図９は、上述のサブバンド符号化のエンコ
ーダおよびデコーダの信号処理を機能的に表すものであ
る。入力ディジタルオーディオ信号がダウンサンプリン
グを含む分解フィルタバンク１１によりサブバンドデー
タに分解され、量子化処理１２がなされる。また、サブ
バンドデータからスケールファクタ計算処理１３がなさ
れ、スケールファクタＳＦを使用してビットアロケーシ
ョン処理１４がなされる。ビットアロケーション処理１
４で決定された量子化レベルによって、量子化処理１２
がなされる。

【０００６】全体で一定のデータ量になるように、各サ
ブバンドのデータ量に応じて量子化レベルを割り当てる
（この処理がビットアロケーションである）。各サブバ
ンドのデータは、各サブバンドの最大値に対応したスケ
ールファクタＳＦで正規化されたのち、この割り当てら
れた量子化レベルで量子化される。ビットアロケーショ
ンを行なう場合、人間の聴覚の最小可聴特性等の特性を
考慮してなされる場合もある。

【０００７】量子化処理１２の後にビットストリームへ
のフォーマット化処理１５がなされる。ビットストリー
ム上には、各サブバンドのスケールファクタＳＦと、量
子化ビット数（或いは量子化レベル）ＡＬＬＯＣも挿入
される。フォーマット化処理１５の後に、図示しない
が、エラー訂正符号化処理、チャンネル変調処理等がさ
れ、記録媒体に対して記録される。

【０００８】記録媒体から再生された再生信号は、チャ
ンネル変調の復調、エラー訂正等の処理を経た後にサブ
バンド符号化のデコーダ処理がなされる。最初にビット
ストリームの復号処理２１がされ、ビットストリームの
状態から各サブバンドのデータ列に並び換えられるとと
もに、ビットストリーム中のスケールファクタＳＦ、量
子化ビット数ＡＬＬＯＣが分離される。逆量子化処理２
２において、これらのスケールファクタＳＦ、ＡＬＬＯ
Ｃを使用して逆量子化がなされる。逆量子化処理２２か
らのサブバンドデータが合成フィルタバンク２３におい
て合成され、復元ディジタルオーディオデータが得られ
る。

【０００９】図１０は、分割数３２、符号長３８４サン
プルを例とする、サブバンド符号化の符号化処理を示
す。すなわち、３８４サンプル分のオーディオデータ
を、３２個の周波数成分（サブバンド）に分割し、それ
ぞれ１／３２にダウンサンプリングする。その結果、１
２サンプルで一つのサブバンドブロックが構成される。
図１０Ａは、あるサブバンドＳＵＢｎの１２サンプル
を示す。この中の最大絶対値（サンプル例えばＳｎ
（６））がスケールファクタＳＦ（例えば６ビットのコ
ードで表される）とされ、その値によって、他の１１個
のサンプルの値が割算され、正規化がなされる。

【００１０】各サブバンドのスケールファクタＳＦの大
きさから各サブバンドの量子化ビット数が決定される。
図１０Ｂは、このビットアロケーションの一例を示し、
この図から分かるように、スケールファクタＳＦが大き
いサブバンドほど、割り当てられる量子化ビット数が多
くされる。ビットアロケーションを行なう場合、スケー
ルファクタＳＦの大きさだけでなく、人間の聴覚の性質
を利用した、心理聴覚モデルを用いて決定することも可
能である。

【００１１】各サブバンドデータは、量子化ビット数Ａ
ＬＬＯＣによって指示される量子化レベルによって量子
化される。そして、図１０Ｃに示すようなビットストリ
ームにフォーマット化される。このビットストリーム
は、先頭に符号の状態等のサイド情報を伝送するための
ヘッダが位置し、次に、各サブバンドの割り当てビット
数をそれぞれ表す量子化ビット数ＡＬＬＯＣ（４ビット
×３２）が位置する。その後に各サブバンドのスケール
ファクタＳＦ（６ビット×３２）が位置する。さらに、
その後に、データ（３２×１２サンプル）が位置する。
データは、低い周波数から高い周波数の順に配列され
る。

【００１２】本来は、このように３２個のバンドのデー
タを記録するところを、低域のバンドからデータ量（Ａ
ＭＯＵＮＴ）に応じた数のサブバンドだけにビットを割
り当てることによって、周波数制限による音質の劣化と
のバランスで、さらにデータ量を削減することができ
る。符号の圧縮率は、量子化の際に、総計で何ビット割
り当てるかによって決定される。図９のシステムコント
ロール処理１６は、データレートの情報ＲＡＴＥおよび
データ量の情報ＡＭＯＵＮＴをビットアロケーション処
理１４およびフォーマット化処理１５に対して与える。

【００１３】図１１は、サブバンド符号化により発生し
たビットストリームを受け取って、復号処理（ビットス
トリームの復号処理２１、逆量子化処理２２、合成フィ
ルタバンク２３）を行い、復号データの圧縮率を変えて
出力する時の処理を示す。このようなデータ処理の例と
して、ハードディスクに記憶されているオーディオデー
タを電話回線、パソコンに送る時に、データレートを下
げて、受ける側のメモリ容量を下げたり、転送時間を短
縮化する処理があげられる。他の例として、光磁気ディ
スク等に記憶されているデータの内容を大まかに確認す
ることによって、編集点を決定する簡易編集を行なう場
合がある。

【００１４】復号処理で得られたオーディオデータがエ
ンコーダ処理に供給される。エンコーダ処理は、上述し
たような符号化を行なう。エンコーダ処理において、デ
ータレートが下げられ、また、データ量の削減がなされ
る。そして、エンコーダ処理によって、受け取ったビッ
トストリームと比較して、より低いデータレートおよび
より少ないデータ量のビットストリームが形成される。

【００１５】図１２は、圧縮率１／２の場合のビットス
トリームの構成例である。オーディオのサンプリングク
ロック（４８ｋＨｚ）をＦＳとすると、ＭＰＥＧレイヤ
ー１によって３８４ＦＳごとにブロック化を行なう。圧
縮された結果は、１ＦＳに１６ビットずつ、３８４ＦＳ
の前づめの形でビットストリームとして出力される。こ
の３８４ＦＳの各サブバンドブロックには、エンコード
時の量子化ビット数を示す情報（ＡＬＬＯＣ）と、各サ
ブバンドブロック内のデータの最大値を示す情報（スケ
ールファクタ）が低域のサブバンドから順に、ＡＭＯＵ
ＮＴに示されたサブバンド数（ＡＭ）だけ記録されてい
る。

【００１６】なお、符号化アルゴリズムとして、ＭＰＥ
Ｇレイヤー１を用いる場合には、ＡＭＯＵＮＴの値は３
２に固定となる。ここでスケールファクタは、そのサブ
バンドに該当するＡＬＬＯＣの値が０の場合には記録さ
れない。データ領域には、１２サンプルで１つのサブバ
ンドを構成するデータブロックが、周波数の低いサブバ
ンドから高いサブバンドの順に、ＡＭＯＵＮＴに示され
たサブバンド数だけ記録されている。また、各ブロック
の先頭には、符号化の状態を表すヘッダ（ＳＸヘッダお
よびＭＰヘッダ）が付加される。ＭＰヘッダは、ＭＰＥ
Ｇヘッダを意味する。

【００１７】図１３は、ビットストリームのデータ量を
示している。この例では、符号化の際の圧縮率を表すＲ
ＡＴＥ（４ビット）とその他の情報を含んだＭＰヘッダ
（３２ビット）と、記録されているサブバンドの数を表
すＡＭＯＵＮＴ（４ビット）の情報と、その他の情報を
含んだＳＸヘッダ（２４ビット＋８ビット）をヘッダと
して有している。ＭＰヘッダでは、ＡＭＯＵＮＴが規定
されていないので、ＳＸヘッダ中にこれを挿入してい
る。ＳＸヘッダ、ＭＰヘッダ、ＡＬＬＯＣのビット数は
固定であるが、スケールファクタおよびデータ領域のビ
ット数は、ＡＬＬＯＣの値によって変化する。

【００１８】図１４に、ＲＡＴＥおよびＡＭＯＵＮＴの
一例を示す。図１４ＡにＲＡＴＥの一例を示し、図１４
ＢにＡＭＯＵＮＴで示されるサブバンド数の一例を示
す。ＲＡＴＥについては、４８ｋHzのサンプリング周波
数の場合の１ブロックのデータ量も示した。この例で
は、ＲＡＴＥで示されるデータ量には、ＳＸヘッダのデ
ータ量は含まれないものとしている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、符号
化されたビットストリームの形式のデータに対して、圧
縮率を変えたビットストリームに変換するためには、図
１１で示すように、一旦オーディオデータに復号し、再
び符号化する構成が使用されていた。その結果、信号処
理の回数が多いだけ歪が増加し、信号処理のためのハー
ドウエアの量も大きくなり、さらに、処理に必要な時間
（システムディレイ量）が大きい問題があった。特に、
分解フィルタバンク１１および合成フィルタバンク２３
は、ＤＳＰで実現されるディジタルフィルタの構成であ
るため、ハードウエアの規模およびプログラムの量が大
きく、計算誤差が発生しやすい。

【００２０】従って、この発明の目的は、これらの問題
を生じることなく、入力ビットストリームの圧縮率を変
換した出力ビットストリームを形成することができるデ
ィジタルオーディオ信号処理装置を提供することにあ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明は、ディジタル
オーディオデータに対して、周波数分解して符号化を行
い、符号化出力を所定のフォーマットで配列したビット
ストリームが入力されるディジタルオーディオ信号処理
装置において、入力ビットストリームを分解するアンパ
ッキング手段と、アンパッキング手段と結合され、元の
割り当てビット数と異なる新たな割り当てビット数を決
定するための手段と、アンパッキング手段と結合され、
元の割り当てビット数に基づいて、周波数分解で発生し
た成分を逆量子化するための逆量子化手段と、元の割り
当てビット数と異なる新たな割り当てビット数によっ
て、逆量子化手段の出力を量子化するための量子化手段
と、量子化手段の出力が供給され、出力ビットストリー
ムを形成するためのパッキング手段とからなるディジタ
ルオーディオ信号処理装置である。

【００２２】また、この発明は、ディジタルオーディオ
データに対して、周波数分解して符号化を行い、符号化
出力を所定のフォーマットで配列したビットストリーム
が入力されるディジタルオーディオ信号処理装置におい
て、入力ビットストリームを分解するアンパッキング手
段と、アンパッキング手段と結合され、元の割り当てビ
ット数と異なる新たな割り当てビット数を決定するため
の手段と、元の割り当てビット数と新たな割り当てビッ
ト数とから、周波数分解で発生した成分の量子化値を変
換するための量子化レベル変換手段と、量子化レベル変
換手段の出力が供給され、出力ビットストリームを形成
するためのパッキング手段とからなるディジタルオーデ
ィオ信号処理装置である。

【００２３】

【作用】オーディオデータへ復元するまでの処理を行な
うことなく、入力ビットストリームのデータ圧縮率を変
更することができる。従って、ディジタルフィルタを必
要とせず、ハードウエアの規模を簡略化でき、プログラ
ム量を削減でき、演算誤差の発生を抑えることができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、この発明の一実施例の全体ブ
ロック図である。３１で示すアンパッキング回路に対し
て、ビットストリームが入力される。このビットストリ
ームは、上述したようなＭ分割のサブバンド符号化方式
で符号化され、例えば図１２、１３に示すデータフォー
マットを有する。

【００２５】アンパッキング回路３１によって、ビット
ストリームが各サブバンドのデータ列に並びかえられる
と共に、量子化ビット数ＡＬＬＯＣ（１）およびスケー
ルファクタＳＦが分離される。アンパッキング回路３１
からのサブバンドデータがＭ個の逆量子化器からなる逆
量子化回路３２に供給される。入力ビットストリーム中
のスケールファクタＳＦ、各サブバンドの量子化ビット
数ＡＬＬＯＣ（１）、記録されているサブバンド数ＡＭ
ＯＵＮＴを用いて逆量子化回路３２がサブバンドデータ
の逆量子化を行なう。ここで、低域のサブバンドから数
えてＡＭＯＵＮＴの示す数を超えるサブバンドは、ビッ
トストリームに含まれていないために、それらのサブバ
ンドのサンプル値を０とみなす。

【００２６】逆量子化回路３２の出力および分離された
スケールファクタＳＦがビットアロケーション回路３３
に供給される。ビットアロケーション回路３３に対し
て、システムコントローラ３６からデータレートＲＡＴ
Ｅおよび伝送するサブバンド数ＡＭＯＵＮＴも供給され
る。ビットアロケーション回路３３では、スケールファ
クタＳＦをそのまま用いて、システムコントローラ３６
からの圧縮率（ＲＡＴＥ）および伝送サブバンド数（Ａ
ＭＯＵＮＴ）となるように、各サブバンドに対する量子
化ビット数の割り当てを再度行なう。新たに割り当てら
れた量子化ビット数は、ＡＬＬＯＣ（２）により指示さ
れる。

【００２７】３２個の量子化器を含む量子化回路３４に
おいて、ＡＬＬＯＣ（２）の指示に従って、再度、量子
化がなされる。この量子化回路３４の各サブバンドのデ
ータがパッキング回路３５に供給される。パッキング回
路３５には、ビットアロケーション回路３３からの量子
化ビット数ＡＬＬＯＣ（２）、アンパッキング回路３１
からのスケールファクタＳＦ、システムコントローラ３
６からの圧縮率ＲＡＴＥおよび伝送サブバンド数ＡＭＯ
ＵＮＴが供給される。パッキング回路３５によって、入
力のビットストリームと同様のビットストリームが構成
される。このビットストリームが出力される。

【００２８】図２は、この発明の一実施例の信号処理を
示す。最初にビットストリームの復号処理４１がされ、
ビットストリームの状態から各サブバンドのデータ列に
並び換えられるとともに、ビットストリーム中のスケー
ルファクタＳＦ、量子化ビット数ＡＬＬＯＣ（１）が分
離される。逆量子化処理４２において、これらのスケー
ルファクタＳＦ、ＡＬＬＯＣ（１）を使用して逆量子化
がなされる。

【００２９】逆量子化処理４２の後に量子化処理４３が
なされる。量子化処理４３では、ビットアロケーション
処理４４において割り当てられた量子化ビット数によっ
て、各サブバンドデータが再度、量子化される。ビット
アロケーション処理４４は、システムコントロール処理
４５からの圧縮率ＲＡＴＥおよび伝送サブバンド数ＡＭ
ＯＵＮＴに基づいて、新たな量子化ビット数ＡＬＬＯＣ
（２）を決定する。元の量子化ビット数より少ない量子
化ビット数を割り当てることによって、および／または
伝送サブバンド数を減少することによって、圧縮率をよ
り高くすることができる。

【００３０】量子化処理４３の後にビットストリームへ
のフォーマット化処理４６がなされる。このフォーマッ
ト化処理４６から出力されるビットストリームは、入力
ビットストリームと同一のフォーマット（例えば図１
２、１３）を有している。図示しないが、出力ビットス
トリームに対してエラー訂正符号化処理、チャンネル変
調処理等がされる。出力ビットストリームは、入力ビッ
トストリームを供給した記録／再生装置と同一、または
そうでない装置に対して記録されたり、通信回線に送出
されたりする。

【００３１】上述の一実施例のように、この発明は、符
号化されたディジタルオーディオ信号がビットストリー
ムとして供給され、このビットストリームの圧縮率を変
更したい場合に、エンコーダおよびデコーダの処理を行
なう必要がない利点がある。

【００３２】上述のこの発明の一実施例では、圧縮率変
換後の各サブバンドのビット配分にはスケールファクタ
（ＳＦ）の値だけを用いて決定している。すなわち、ス
ケールファクタが大きいサブバンドほど、多くのビット
数を割り当てている。しかし、変換前のビットアロケー
ションの決定が人間の聴覚の最小可聴特性等の心理聴覚
モデルを利用していると、周波数に対して非線形のレベ
ル補正を行なうために、スケールファクタの大きさと割
り当てられたビットアロケーションの大きさが必ずしも
比例しない場合がある。圧縮率変換のためのビットアロ
ケーションの決定を変換前のスケールファクタの値だけ
で行なうと、各サブバンドの信号の大きさに対する最適
化が施されるため、入力中に含まれていた心理聴覚モデ
ルによるビットの配分の情報が失われてしまう問題があ
る。

【００３３】圧縮率変換の際のビット配分に心理聴覚モ
デルを利用するためには、元のオーディオデータをＦＦ
Ｔなどの手法で細かく信号成分を分析した情報が必要と
なるが、ビットストリーム上にはその情報が記録されて
いない。この情報を得るには、ビットストリームをオー
ディオデータに復号するしかない。しかしながら、オー
ディオデータへ復号することは、この発明の効果が得ら
れない。この問題点を改善するようにしたのが、以下に
述べるこの発明の他の実施例である。さらに、他の実施
例は、逆量子化も省略するものである。

【００３４】図３を参照してこの発明の他の実施例を説
明する。アンパッキング回路５１に入力されたビットス
トリームは、ビットストリーム上に記録されている各サ
ブバンドの量子化ビット数（ＡＬＬＯＣ１）、記録され
ているサブバンド数（ＡＭＯＵＮＴ１）を用いて各サブ
バンドデータのビット列に分離する。ここで、低域のサ
ブバンドから数えて、ＡＭＯＵＮＴ１の示す数を越える
サブバンドは記録されていないため、それらのサブバン
ドのサンプル値は０とみなす。これらのデータに対し
て、外部ＣＰＵからシステムコントローラ５６へ指定さ
れた圧縮率（ＲＡＴＥ）および、記録サブバンド数（Ａ
ＭＯＵＮＴ２）になるように、ビットアロケーション回
路５３は、各サブバンドの量子化ビット数を割り当て
る。この割り当てによって、ＡＬＬＯＣ２が得られる。

【００３５】このＡＬＬＯＣ２とＡＬＬＯＣ１とから、
各サブバンドデータの量子化レベルを量子化レベルコン
バータ５２によって変換する。そして、量子化レベルコ
ンバータ５２の出力をパッキング回路５５に供給する。
パッキング回路５５によってＲＡＴＥ、ＡＭＯＵＮＴ
２、ＡＬＬＯＣ２、スケールファクタ（ＳＦ）、ヘッダ
とともにビットストリームのフォーマットに変換する。
この際、ヘッダのパラメータ中で、ＲＡＴＥ、ＡＭＯＵ
ＮＴ２以外のものと、スケールファクタの値は、入力ビ
ットストリーム上に記録されていた値をそのまま用い
る。

【００３６】この発明の他の実施例において、アンパッ
キング回路５１では、１ブロックを３８４サンプルとす
ると、１ブロックにおけるデータ量（合計データ量）
は、外部ＣＰＵから設定されたシステムコントローラ５
６のＲＡＴＥに相当する値に収まるようにしなければな
らない。オーディオデータの周波数帯域を３２分割で処
理する場合、１ブロック当たりの各サブバンド内のサン
プル数は３８４／３２＝１２サンプルとなっている。図
１２で示したビットストリーム（ＳＸコード）の構成
は、ＳＸコード＝ＳＸヘッダ＋ＭＰヘッダ＋ＡＬＬＯＣ
〔ｋ〕×３２＋スケールファクタ〔ｋ〕×３２＋サブバ
ンドデータ〔ｋ〕〔ｍ〕、（０≦ｋ＜ＡＭ、０≦ｍ＜１
２）である。

【００３７】また、アンパッキング回路５１では、ＳＸ
コードからＳＸヘッダ、ＭＰヘッダ、ＡＬＬＯＣ１、ス
ケールファクタ、サブバンドデータの各要素を分離する
動作を行なう。なお、ＡＬＬＯＣ〔ｋ〕の値が０だった
場合には、スケールファクタ〔ｋ〕およびサブバンドデ
ータ〔ｋ〕〔ｍ〕は０値として扱う。

【００３８】次に、この発明の他の実施例におけるビッ
トアロケーション回路５３について説明する。ＳＸコー
ドの１ブロック当たりのデータ量の内訳は、ＳＸコード＝ＳＸヘッダ（２４ビット＋８ビット）＋Ｍ
Ｐヘッダ（３２ビット）＋ＡＬＬＯＣ（４ビット×３
２）＋スケールファクタ（最大、６ビット×３２）＋サ
ブバンドデータ（Σ（ＡＬＬＯＣ（ｉ）×１２）ビッ
ト）である。

【００３９】この例では、ＳＸヘッダは、ＲＡＴＥの対
象となる１ブロックの合計データ量の中には含まれない
としている。従って、合計データ量がＲＡＴＥにより指
示される時に、合計データ量≧ＭＰヘッダのデータ量＋ＡＬＬＯＣのデ
ータ量＋スケールファクタのデータ量＋サブバンドデー
タのデータ量が満たされるように、各サブバンドのビット割り当て
（ＡＬＬＯＣ〔ｋ〕）を決定すれば良い。

【００４０】この発明の他の実施例における量子化レベ
ルコンバータ５２では、各サブバンドの変換前の量子化
ビット数ＡＬＬＯＣ１〔ｋ〕と、ビット割り当て後の新
たな量子化ビット数ＡＬＬＯＣ２〔ｋ〕から、変換前の
サンプル値サブバンドデータ１〔ｋ〕〔ｍ〕を、サブバ
ンドデータ２〔ｋ〕〔ｍ〕へ後述するように量子化レベ
ルの変換を行なう。量子化レベルコンバータ５２は、演
算回路およびテーブルが格納されたＲＯＭ等によって構
成される。

【００４１】帯域分割されたｋ番目のサブバンドデータ
は、スケールファクタによって正規化され、ＡＬＬＯＣ
〔ｋ〕のビット数で量子化されている（サブバンドデー
タ〔ｋ〕〔ｍ〕）。この際、この例は、ＭＰＥＧフォー
マットであるので、サンプルデータがフォーマット上の
禁止コード（全て `1'）を満足させるために、２の補数
表現でなく０値が最も小さい負の値を表す。

【００４２】パッキング回路５５は、変換後のＡＬＬＯ
Ｃ２〔ｋ〕、スケールファクタ〔ｋ〕、サブバンドデー
タ２〔ｋ〕〔ｍ〕、ＳＸヘッダ、ＭＰヘッダからＳＸコ
ードを合成する動作を行なう。なお、ＡＬＬＯＣ２
〔ｋ〕の値が０の場合には、スケールファクタ〔ｋ〕お
よび、サブバンドデータ２〔ｋ〕〔ｍ〕は記録しない。

【００４３】図４に、この発明の他の実施例の構成を示
す。図４において、ビットストリームがビットストリー
ムの復号処理６１に入力される。ビットストリームの復
号処理６１の出力が量子化レベルコンバータ処理６３に
入力されると共に、ビットアロケーション処理６４に入
力される。また、ビットストリームの復号処理６１の出
力は、ビットストリームフォーマット化処理６６に入力
される。外部ＣＰＵがシステムコントロール処理６５に
入力される。システムコントロール処理６５の出力がビ
ットアロケーション処理６４に入力されると共に、ビッ
トストリームフォーマット化処理６６に入力される。

【００４４】ビットアロケーション処理６４の出力が量
子化レベルコンバータ処理６３に入力されると共に、ビ
ットストリームフォーマット化処理６６に入力される。
量子化レベルコンバータ処理６３の出力がビットストリ
ームフォーマット化処理６６に入力される。ビットスト
リームフォーマット化処理６６からビットストリームが
出力される。

【００４５】上述のビットアロケーション回路５３によ
りなされるビット割り当ての決定について説明する。Ｓ
Ｘコードでは、３２サブバンドの内、設定値ＡＭ（２≦
ＡＭ≦３２）のサブバンドの情報だけを扱う。このＡＭ
値は、ＡＭＯＵＮＴという形でＳＸヘッダに記録されて
いる。なお、符号化アルゴリズムをＭＰＥＧレイヤー１
に準拠させる場合には、ＡＭ＝３２とする。

【００４６】ここでは、便宜上、変換前と変換後のビッ
トストリーム上の各サブバンド情報を、変換前はＡＬＬ
ＯＣ１〔ｋ〕、スケールファクタ〔ｋ〕、サブバンドデ
ータ１〔ｋ〕〔ｍ〕、ＡＭ１と表し、変換後はＡＬＬＯ
Ｃ２〔ｋ〕、スケールファクタ〔ｋ〕、サブバンドデー
タ２〔ｋ〕〔ｍ〕、ＡＭ２と表す。

【００４７】ビットアロケーション回路５３では、各サ
ブバンドのＡＬＬＯＣ１〔ｋ〕から、システムコントロ
ーラ５６の設定したＲＡＴＥに相当する合計データ量に
収まるように、変換後の量子化ビット数ＡＬＬＯＣ２
〔ｋ〕を計算する。この例では、変換前のサブバンドの
ＡＭＯＵＮＴ量ＡＭ１が設定値のＡＭ２よりも小さい場
合には、ＡＭ２をＡＭ１に変換して処理する。以下に、
この発明の他の実施例の実現することができる、ＡＬＬ
ＯＣ２の決定のためのアルゴリズムの一例を示す。

【００４８】（１）各サブバンドの量子化ビット数ＡＬ
ＬＯＣ２〔ｋ〕と、そのサブバンドのビット割り当てが
終了したことを示すフラグｆｉｎ〔ｋ〕を `0'に初期化
する。

【００４９】（２）変換前のビット割り当てが０のサブ
バンドおよび、記録しなくても良くなったサブバンドの
ビット割り当てを０に固定し、フラグｆｉｘ〔ｋ〕を `
1'にする。ＡＭ１が設定値のＡＭ２よりも小さい場合に
は、ＡＭ２＝ＡＭ１とする。

【００５０】（３）変換前のビットストリームのＡＬＬ
ＯＣ１〔ｋ〕、ＡＭ１と、設定されたＲＡＴＥ、ＡＭ２
の値から、割り当てに利用できるビット数Ｒｅｍａｉｎ
を計算する。

【００５１】（４）ｋ番目のサブバンドのビット割り当
て評価関数をＡＳ〔ｋ〕＝ＡＬＬＯＣ１〔ｋ〕−ＡＬＬ
ＯＣ２〔ｋ〕と定義し、フラグｆｉｘ〔ｋ〕＝ `0'の内
で、最も大きいＡＳ〔ｋ〕の値のサブバンドナンバー、
ｋ_maxを探す。

【００５２】（５）ｋ_maxに該当するサブバンドの量子
化ビット数ＡＬＬＯＣ２〔ｋ_max〕を＋１とする。この
とき、利用できるビット数Ｒｅｍａｉｎから１サブバン
ド内のサンプル数１２を引く。なお、ビット割り当てに
は１ビットという値は設定できないため、ＡＬＬＯＣ２
〔ｋ_max〕が０だった場合には、＋２とし、利用できる
ビット数も２４減少させる。さらに、なお、ビット割り
当て値は、変換前の値よりも大きくても冗長ビットが付
加されるだけになるためＡＬＬＯＣ２〔ｋ_max〕の上限
は、ＡＬＬＯＣ１〔ｋ_max〕の値とし、上限となったフ
ラグｆｉｘ〔ｋ_max〕を `1'にする。

【００５３】（６）割り当てるビットがなくなった（Ｒ
ｅｍａｉｎの値が１２未満）場合、または、全てのサブ
バンドのビット割り当てが終了した場合には、（７）の
処理へ進む。それ以外は、上述の「（４）ｋ番目のサブ
バンドのビット割り当て評価関数をＡＳ〔ｋ〕＝ＡＬＬ
ＯＣ１〔ｋ〕−ＡＬＬＯＣ２〔ｋ〕と定義し、フラグｆ
ｉｘ〔ｋ〕＝ `0'の内で、最も大きいＡＳ〔ｋ〕の値の
サブバンドナンバー、ｋ_maxを探す。（５）ｋ_maxに該
当するサブバンドの量子化ビット数ＡＬＬＯＣ２〔ｋ
_max〕を＋１とする。」の処理を繰り返す。

【００５４】（７）ビット割り当てが確定していないサ
ブバンドの内、最も高い周波数（ｋが大きい）サブバン
ドナンバー、ｕｎｆｉｘを探し、順番に確定させてい
く。この内、ＡＬＬＯＣ２〔ｕｎｆｉｘ〕が０のものが
あった場合には、スケールファクタ〔ｕｎｆｉｘ〕は記
録しなくて良いため、割り当てに利用できるビット数の
値をスケールファクタの情報を記録するビット数（６ビ
ット）だけ増加させる。

【００５５】（８）このＲｅｍａｉｎの値を用いて上述
の（４）（５）と同様の処理を行なう。ｕｎｆｉｘがＡ
Ｍ２以上になったとき、全てのサブバンドのビット割り
当てが終了したことがわかる。

【００５６】上述のアルゴリズムについて、図５を参照
して概略的に説明する。図５は、簡単のためのサブバン
ドが３個の場合（ｋ＝０、１、２）である。ループ０で
は、量子化ビット数例えば入力の量子化ビット数ＡＬＬ
ＯＣ１が（５、４、３）であって、ＡＬＬＯＣ２が
（０、０、０）とされる。従って、ループ０において、
評価関数は、ＡＳ（０）＝５−０＝５、ＡＳ（１）＝
４、ＡＳ（２）＝３となる。この場合、ｋ_max＝０（ル
ープ１）である。利用できるビット数（Ｒｅｍａｉｎ）
の残りは、Ｒ₀である。

【００５７】このループ１において、ｋ_max＝０であ
り、ＡＬＬＯＣ２（０）＝０であるから、サブバンド０
に対する割り当てビット数を（０＋２＝２）とする。評
価関数を求めると、ＡＳ（０）＝５−２＝３、ＡＳ
（１）＝４、ＡＳ（２）＝３となる。この中のｋ_maxを
求めると、ｋ_max＝１（ループ２）である。利用できる
ビット数（Ｒｅｍａｉｎ）の残りは、（Ｒ₁＝Ｒ₀−２
×１２＝Ｒ₀−２４）となる。

【００５８】このループ２において、ｋ_max＝１であ
り、ＡＬＬＯＣ２（１）＝０であるから、サブバンド１
に対する割り当てビット数を（０＋２＝２）とする。評
価関数を求めると、ＡＳ（０）＝３、ＡＳ（１）＝４−
２＝２、ＡＳ（２）＝３となる。この中のｋ_maxを求め
ると、ｋ_max＝０および２となる。この場合は、より低
いサブバンドを選択することにより、ｋ_max＝０（ルー
プ３）となる。利用できるビット数（Ｒｅｍａｉｎ）の
残りは、（Ｒ₂＝Ｒ₁−２×１２＝Ｒ₁−２４）とな
る。

【００５９】このループ３において、ｋ_max＝０であ
り、ＡＬＬＯＣ２（０）＝２であるから、サブバンド０
に対する割り当てビット数に＋１とし、（２＋１＝３）
とする。評価関数を求めると、ＡＳ（０）＝５−３＝
２、ＡＳ（１）＝２、ＡＳ（２）＝３となる。この中の
ｋ_maxを求めると、ｋ_max＝２（ループ４）である。こ
の場合、利用できるビット数（Ｒｅｍａｉｎ）の残り
は、Ｒｅｍａｉｎから１サブバンド内のサンプル数１２
を引き、（Ｒ₃＝Ｒ₂−１２）となる。

【００６０】このループ４において、ｋ_max＝２であ
り、ＡＬＬＯＣ２（２）＝０であるから、サブバンド２
に対する割り当てビット数を（０＋２＝２）とする。評
価関数を求めると、ＡＳ（０）＝２、ＡＳ（１）＝２、
ＡＳ（２）＝３−２＝１となる。利用できるビット数
（Ｒｅｍａｉｎ）の残りは、（Ｒ₄＝Ｒ₃−２×１２＝
Ｒ₃−２４）となる。ここで、割り当てるビットがなく
なった（Ｒｅｍａｉｎの値が１２未満）とすると、ビッ
ト割り当ての処理が終了する。

【００６１】さらに、上述したこの発明の一実施例で
は、量子化レベルを変換するのに、各サブバンド情報を
逆量子化した後、再度与えられたビット量に再量子化を
施している。これに対して、この発明の他の実施例で
は、これらの処理を量子化レベル変換という形で簡略化
している。また、復号の際に記録してあったスケールフ
ァクタをそのまま用いることができるため、スケールフ
ァクタを算出する必要がなく、演算量の削減が可能であ
る。

【００６２】図６、図７を参照して、ｎ＝ＡＬＬＯＣ１
〔ｋ〕、ｎ´＝ＡＬＬＯＣ２〔ｋ〕、ｋ＝サブバンドデ
ータ１〔ｋ〕〔ｍ〕、ｋ´＝サブバンドデータ２〔ｋ〕
〔ｍ〕とし、量子化レベルコンバータ５２における量子
化ビット数をｎ→ｎ´ビットへ変換したときのｋとｋ´
との関係について説明する。Ｎ＝２ⁿ−１、Ｎ´＝２^n'
−１とすると、変換前のサンプル値ｋの再量子化後の値
Ｑは、Ｑ＝（２ｋ＋１）／Ｎ−１となる。この値と、変
換後の再量子化後の値との誤差を最小にするサンプル値
ｋ´の値は（２ｋ´＋１）／Ｎ´−１≒（２ｋ＋１）／
Ｎ−１を満たす整数であることから、ｋ´＝（（Ｎ´／
Ｎ）×ｋ＋（Ｎ´／２Ｎ）−０．５）である。

【００６３】これを満たす最も近い整数が求める解であ
ることから、上式に０．５を加えて切り捨て処理を行な
うと、ｋ´＝ｉｎｔ（（Ｎ´／Ｎ）×ｋ＋（Ｎ´／２
Ｎ））＝ｉｎｔ（Ｎ´×（２ｋ＋１）／２Ｎ）となる。

【００６４】なお、ビットストリーム上に記録されるサ
ンプルデータを２の補数として扱うフォーマットの場合
には、２ｋ／Ｎ≒２ｋ´／Ｎ´を満たす整数が求める解
であることから、ｋの最初のビットが０の場合には、ｋ
´＝（（Ｎ´／Ｎ）×ｋ＋０．５）となり、ｋの最初の
ビットが１の場合には、ｋ´＝（（Ｎ´／Ｎ）×ｋ）と
なる。

【００６５】上述の量子化ビット数をｎ→ｎ´ビットへ
変換したときのｋとｋ´との関係について、より具体的
に図を参照して説明する。上述の式、Ｎ＝２ⁿ−１、Ｎ
´＝２^n'−１、ｋ´＝ｉｎｔ（Ｎ´×（２ｋ＋１）／２
Ｎ）を用いる。まず、量子化ビット数を、５ビットから
３ビットへ変換したときのｋとｋ´との関係について図
６を参照して説明する。例えば、５ビットのコード値
（１１１１０）を用いると、Ｎ＝２⁵−１＝３１、Ｎ´
＝２³−１＝７、ｋ＝コード値（１１１１０）＝３０と
なり、ｋ´＝（７×（２×３０＋１）／（２×３１））
＝６．８８７である。従って、ｋ´は６であり、ｋ´＝
コード値（１１０）となる。

【００６６】また、５ビットのコード値（１１０１０）
を用いると、Ｎ＝２⁵−１＝３１、Ｎ´＝２³−１＝
７、ｋ＝コード値（１１０１０）＝２６となり、ｋ´＝
（７×（２×２６＋１）／（２×３１））＝５．９８３
である。従って、ｋ´は５であり、ｋ´＝コード値（１
０１）となる。

【００６７】次に、量子化ビット数を、４ビットから３
ビットへ変換したときのｋとｋ´を説明する。４ビット
のコード値（１１１０）を用いると、Ｎ＝２⁴−１＝１
５、Ｎ´＝２³−１＝７、ｋ＝コード値（１１１０）＝
１４となり、ｋ´＝（７×（２×１４＋１）／（２×１
５））＝６．７６６である。従って、ｋ´は６であり、
ｋ´＝コード値（１１０）となる。

【００６８】また、４ビットのコード値（１１００）を
用いると、Ｎ＝２⁴−１＝１５、Ｎ´＝２³−１＝７、
ｋ＝コード値（１１００）＝１２となり、ｋ´＝（７×
（２×１２＋１）／（２×１５））＝５．８３３であ
る。従って、ｋ´は５であり、ｋ´＝コード値（１０
１）となる。

【００６９】次に、量子化ビット数を、３ビットから５
ビットへ変換したときのｋとｋ´との関係について図７
を参照して説明する。３ビットのコード値（１１０）を
用いると、Ｎ＝２³−１＝７、Ｎ´＝２⁵−１＝３１、
ｋ＝コード値（１１０）＝６となり、ｋ´＝（３１×
（２×６＋１）／（２×７））＝２８．７８５である。
従って、ｋ´は２８であり、ｋ´＝コード値（１１１０
０）となる。

【００７０】また、３ビットのコード値（１０１）を用
いると、Ｎ＝２³−１＝７、Ｎ´＝２⁵−１＝３１、ｋ
＝コード値（１０１）＝５となり、ｋ´＝（３１×（２
×５＋１）／（２×７））＝２４．３５７である。従っ
て、ｋ´は２４であり、ｋ´＝コード値（１１０００）
となる。

【００７１】次に、量子化ビット数を、３ビットから４
ビットへ変換したときのｋとｋ´を説明する。３ビット
のコード値（１１０）を用いると、Ｎ＝２³−１＝７、
Ｎ´＝２⁴−１＝１５、ｋ＝コード値（１１０）＝６と
なり、ｋ´＝（１５×（２×６＋１）／（２×７））＝
１３．９２８である。従って、ｋ´は１３であり、ｋ´
＝コード値（１１０１）となる。

【００７２】また、３ビットのコード値（１０１）を用
いると、Ｎ＝２³−１＝７、Ｎ´＝２⁴−１＝１５、ｋ
＝コード値（１０１）＝５となり、ｋ´＝（１５×（２
×５＋１）／（２×７））＝１１．７８５である。従っ
て、ｋ´は１１であり、ｋ´＝コード値（１０１１）と
なる。

【００７３】この発明の他の実施例では、サブバンド符
号化の場合を示したが、周波数を線形に処理、分割して
いる他の全ての符号化方式についても適応可能である。
また、この例ではビットアロケーションの例として変換
前のビットアロケーション情報だけを用いたが、ビット
配分の評価関数として、ＡＳ〔ｋ〕＝スケールファクタ〔ｋ〕＋ＡＬＬＯＣ１
〔ｋ〕×ＫＡ−ＡＬＬＯＣ２〔ｋ〕×ＫＢ、（ＫＡ、Ｋ
Ｂは、変数または定数）といった、スケールファクタとＡＬＬＯＣの両方を含ん
だ形のものを利用することで、各サブバンドの信号の大
きさと、元のビット配分の両方を考慮させたビットアロ
ケーションも可能である。

【００７４】なお、以上の実施例は、この発明をサブバ
ンド符号化に対して適用したものであるが、ディジタル
オーディオ信号を低域、中域、および高域のサブバンド
に分割し、各サブバンドに対して直交変換を行なう変換
符号化に対しても、この発明を適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】この発明は、符号化されたディジタルオ
ーディオ信号がビットストリームとして供給され、この
ビットストリームの圧縮率を変更したい場合に、エンコ
ーダおよびデコーダの処理を行なう必要がない。従っ
て、フィルタを必要とせず、ハードウエアの規模を少な
くでき、演算誤差の発生を防止でき、さらに、処理のた
めの遅延時間が少なくて良い利点がある。

【００７６】また、この発明の他の実施例は、圧縮率変
換の際の入力中に含まれていた心理聴覚モデルによるビ
ット配分の情報が失われない利点がある。さらに、逆量
子化を省略して構成の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図である。

【図２】この発明の一実施例の信号処理に沿ったブロッ
ク図である。

【図３】この発明の他の実施例のブロック図である。

【図４】この発明の他の実施例の信号処理に沿ったブロ
ック図である。

【図５】この発明の他の実施例を説明するための略線図
である。

【図６】この発明の他の実施例を説明するための略線図
である。

【図７】この発明の他の実施例を説明するための略線図
である。

【図８】サブバンド符号化のエンコーダおよびデコーダ
のブロック図である。

【図９】サブバンド符号化の信号処理に沿ったブロック
図である。

【図１０】サブバンド符号化の説明に用いるための略線
図である。

【図１１】サブバンド符号化で発生したビットストリー
ムの圧縮率を変更するための構成の一例を示すブロック
図である。

【図１２】ビットストリームの一例を示す略線図であ
る。

【図１３】ビットストリームの一例を示す略線図であ
る。

【図１４】バイト／ブロックおよび伝送サブバンド数の
具体例を示す略線図である。

【符号の説明】

１分解フィルタ２、３４量子化回路３、３５、５５パッキング回路４、３１、５１アンパッキング回路５、３２逆量子化回路６合成フィルタ５２、６３量子化レベルコンバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタルオーディオデータに対して、
周波数分解して符号化を行い、符号化出力を所定のフォ
ーマットで配列したビットストリームが入力されるディ
ジタルオーディオ信号処理装置において、入力ビットストリームを分解するアンパッキング手段
と、上記アンパッキング手段と結合され、元の割り当てビッ
ト数と異なる新たな割り当てビット数を決定するための
手段と、上記アンパッキング手段と結合され、上記元の割り当て
ビット数に基づいて、上記周波数分解で発生した成分を
逆量子化するための逆量子化手段と、上記元の割り当てビット数と異なる新たな割り当てビッ
ト数によって、上記逆量子化手段の出力を量子化するた
めの量子化手段と、上記量子化手段の出力が供給され、出力ビットストリー
ムを形成するためのパッキング手段とからなるディジタ
ルオーディオ信号処理装置。
【請求項２】ディジタルオーディオデータに対して、
周波数分解して符号化を行い、符号化出力を所定のフォ
ーマットで配列したビットストリームが入力されるディ
ジタルオーディオ信号処理装置において、入力ビットストリームを分解するアンパッキング手段
と、上記アンパッキング手段と結合され、元の割り当てビッ
ト数と異なる新たな割り当てビット数を決定するための
手段と、上記元の割り当てビット数と上記新たな割り当てビット
数とから、上記周波数分解で発生した成分の量子化値を
変換するための量子化レベル変換手段と、上記量子化レベル変換手段の出力が供給され、出力ビッ
トストリームを形成するためのパッキング手段とからな
るディジタルオーディオ信号処理装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のディジタルオ
ーディオ信号処理装置において、符号化出力がサブバンド符号化の出力であることを特徴
とするディジタルオーディオ信号処理装置。
【請求項４】請求項１または２に記載のディジタルオ
ーディオ信号処理装置において、符号化出力がディジタルオーディオデータを複数のバン
ドに分割し、上記バンド毎に直交変換符号化を行なう符
号化の出力であることを特徴とするディジタルオーディ
オ信号処理装置。