JPH10336038A - オーディオ信号の符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディジタルオーディオ信号を符号化する際
に、高音質かつ遅延時間の少ない符号化が行なえるよう
にしたオーディオ信号の符号化方法を提供する。 【解決手段】 オーディオ信号を予め定めた長さのフレ
ーム毎に符号化することとし、フレームはスケールファ
クタ21及びさらに複数の小フレーム22〜25から構成さ
れ、スケールファクタ21を複数の小フレーム22〜25で共
通化することにより、従来、フレーム毎に要したスケー
ルファクタのビット数が削減され、かつ小フレームを導
入することにより、遅延時間を少なくすることが可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ信号の
符号化方法に関し、特にフレーム長を短くしてオーディ
オ信号の符号化を行なってもオーディオデータの品質を
維持できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディジタルオーディオ信号の符号
化方法の開発が活発になり、特に高品質のオーディオ符
号化方法として、MPEG1オーディオ符号化(ISO/IEC 1117
2-3)が知られている。

【０００３】図５はMPEG1オーディオ符号化方法を説明
するためのもので、図５(ａ)はMPEG1オーディオ符号化
の符号器の基本構造を示すブロック図であり、図５(ｂ)
はMPEG1オーディオ符号化の復号器の基本構造を示すブ
ロック図である。

【０００４】図５(ａ)において、PCMオーディオサンプ
ルが符号器51に入力されると、写像部52は入力PCMオー
ディオサンプルをフィルタ処理し、さらに間引いた表現
を生成する。聴覚心理モデル部53は、量子化及び符号化
を制御するデータの組を生成する。量子化及び符号化部
54はレイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３のいずれかの符号
化方法に従って処理を行なう。

【０００５】フレーム組立部55は、量子化及び符号化部
54の出力データとアンシラリデータから実際の符号化ビ
ットストリームを組み立てて、その他の情報（例えば、
エラーチェック等）を必要に応じて付加する。

【０００６】図５(ｂ)において、符号化ビットストリー
ムが復号器56に入力されると、フレーム分解部57は情報
の様々な部分を復元するために、符号化ビットストリー
ムを分離する。復元部58は、一連の写像サンプルの量子
化形を復元する。逆写像部59は、これらの写像サンプル
をPCMオーディオサンプルに戻す。

【０００７】MPEG1オーディオ符号化はレイヤ１、レイ
ヤ２及びレイヤ３の３個のレイヤから構成される。レイ
ヤが高くなるに従って方式は複雑になるが、より低いビ
ットレートでも高品質の符号化が可能となる。レイヤ
１、レイヤ２及びレイヤ３のビットストリームを模式図
で示すと、図６、図７及び図８のようになる。

【０００８】図６はMPEG1オーディオ符号化のレイヤ１
のビットストリームフォーマットを示す。ビットストリ
ームは１つ以上の連続するフレームから構成される。図
６は１フレームのフォーマットである。フレームはヘッ
ダ61、エラーチェック62、第１のオーディオデータ63で
あるビット割当て、スケールファクタ及びサンプル、並
びにアンシラリデータ64から成る。

【０００９】図７はMPEG1オーディオ符号化のレイヤ２
のビットストリームフォーマットを示す。図６と同様
に、ビットストリームは１つ以上の連続するフレームか
ら構成される。図７は１フレームのフォーマットであ
る。フレームはヘッダ71、エラーチェック72、第２のオ
ーディオデータ73であるビット割当て、スケールファク
タ選択情報、スケールファクタ及びサンプル、並びにア
ンシラリデータ74から成る。

【００１０】図８はMPEG1オーディオ符号化のレイヤ３
のビットストリームフォーマットを示す。ビットストリ
ームは１つ以上の連続するフレームから構成される。図
８は１フレームのフォーマットである。フレームはヘッ
ダ81、エラーチェック82、並びに第３のオーディオデー
タ83として記述される付加情報及び主情報から成り、主
情報はスケールファクタ、ハフマン符号化データ及びア
ンシラリビットを含む。通常、主情報はそのフレームの
ヘッダ及び付加情報により前の位置から始まり、その位
置は、付加情報中にある主情報開始位置を示す値によっ
て指定される。付加情報のバイト数は、単一チャネルの
場合17バイト、２チャネルの場合32バイトである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のオーディオ信号
符号化方法では、フレームの長さがオーディオ信号の標
本化周波数及び符号化のレイヤによって、自動的に決ま
っており、例えば標本化周波数が48KHzの場合、レイヤ
１では8ms、レイヤ２及びレイヤ３では24msである。ま
た、標本化周波数が32KHzである場合、レイヤ１では12m
s、レイヤ２及びレイヤ３では36msである。符号化及び
復号を行なうと、遅延時間はこの２倍の長さになる。

【００１２】このオーディオ信号符号化方法では、例え
ばワイヤレスマイクのように収音及び拡声が瞬時に行な
われることが必要なアプリケーションにとっては、致命
的な欠陥となる。しかしながら、いたずらにフレーム長
を短くしようとすると、ヘッダ、量子化ビット数及びス
ケールファクタなどのオーバーヘッドが大きくなって、
サンプルに割り当てられるビット数が少なくなり、符号
化効率が悪くなる。すなわち、従来のオーディオ信号符
号化方法で符号化した場合に比べて、同じビット数で符
号化すると、音質が悪くなる、という問題がある。

【００１３】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、オーディオデータの品質を維持しなが
ら、フレーム長の短い、すなわち符号化及び復号で生じ
る遅延時間の少ないオーディオ信号の符号化方法を提供
することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、送信側がオーディオ信号を送る前の準備状
態のときに、あらかじめ送信側と受信側で取り決めた信
号を、送信側が受信側に送るようにすることにより、ヘ
ッダの中の同期信号を削除することができる。

【００１５】また、本発明は上記目的を達成するため
に、オーディオ信号をあらかじめ定めた長さのフレーム
毎に符号化し、フレームはさらに複数の小フレーム及び
スケールファクタからなり、スケールファクタを複数の
小フレームで共通化すると共に量子化されたオーディオ
サンプルのビット位置の移動幅をスケールファクタであ
らわすようにすることにより、スケールファクタに要す
るビット数を削減することができる。

【００１６】さらに、本発明は上記目的を達成するため
に、オーディオ信号をサブバンド分割または周波数変換
したのち、フレームごとに一定の量子化ビット数で符号
化する方法であって、各サブバンドまたは各周波数帯域
幅に割り当てる量子化ビット数はスケールファクタを用
いて決定するようにし、復号する際にはスケールファク
タからオーディオサンプルの量子化ビット数を算出する
ことにより、量子化ビット数に要するビット数を不要と
することができる。

【００１７】さらにまた、本発明は上記目的を達成する
ために、オーディオ信号をサブバンド分割または周波数
変換したのち、フレーム毎に符号化する方法であって、
オーディオサンプルの量子化は可変長符号を用いて行な
うようにすることにより、量子化ビット数に要するビッ
ト数を不要とすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、送信側でオーディオ信号を符号化して送信し、受信
側で符号化されたオーディオ信号を受信して復号するよ
うなオーディオ信号伝送システムにおいて、送信側がオ
ーディオ信号を送る前の準備状態のときに、あらかじめ
送信側と受信側で取り決めた信号を、送信側が受信側に
送るようにしたオーディオ信号の符号化方法としたもの
であり、ヘッダの中の同期信号を削除することができる
という作用を有する。

【００１９】また、請求項２に記載の発明は、オーディ
オ信号をあらかじめ定めた長さのフレーム毎に符号化
し、フレームはさらに複数の小フレーム及びスケールフ
ァクタからなり、前記複数の小フレームは量子化された
オーディオサンプルからなり、スケールファクタを複数
の小フレームで共通化すると共に量子化されたオーディ
オサンプルのビット位置の移動幅をスケールファクタで
あらわすようにすることを特徴とするオーディオ信号の
符号化方法としたものであり、スケールファクタに要す
るビット数を削減することができるという作用を有す
る。

【００２０】また、請求項３に記載の発明は、オーディ
オ信号をサブバンド分割または周波数変換したのち、フ
レームごとに一定の量子化ビット数で符号化する方法で
あって、各サブバンドまたは各周波数帯域幅に割り当て
る量子化ビット数はスケールファクタを用いて決定する
ようにし、量子化されたオーディオサンプル及びスケー
ルファクタを符号化し、復号する際にはスケールファク
タから算出したオーディオサンプルの量子化ビット数を
用いて、オーディオサンプルを逆量子化するようにした
オーディオ信号の符号化方法としたものであり、各サブ
バンドまたは各周波数帯域幅に割り当てる量子化ビット
数はスケールファクタを用いて決定するようにしている
ので、量子化ビット数に要するビット数を不要とするこ
とができるという作用を有する。

【００２１】また、請求項４に記載の発明は、オーディ
オ信号をサブバンド分割または周波数変換したのち、フ
レーム毎に符号化する方法であって、オーディオサンプ
ルの量子化は可変長符号を用いて行なうようにすること
を特徴とするオーディオ信号の符号化方法としたもので
あり、オーディオサンプルの量子化は可変長符号を用い
て行なうようにしているので、量子化ビット数に要する
ビット数を不要とすることができるという作用を有す
る。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）図１(ａ)、図１
(ｂ)、図１(ｃ)は、第１の実施の形態におけるオーディ
オ信号の符号化方法を説明するためのものであり、符号
化の準備状態のときに符号化を行なう送信側が復号を行
なう受信側に送信する信号波形を示し、図１(ａ)は正弦
波、図１(ｂ)は方形波、図１(ｃ)は鋸波を表しているも
のである。これらの信号波形の周期はあらかじめ定めて
おくものとする。

【００２４】従って、復号を行なう受信側では送信され
てきた信号波形（図１(ａ)、図１(ｂ)、図１(ｃ)のうち
のいづれか１つ）を周期分読み出し、それがあらかじめ
定めた信号波形であれば、続いて送られてくる信号波形
を再び読み出すようにし、あらかじめ定めた信号波形で
なければ復号を開始するようにする。

【００２５】このように、本発明の第１の実施の形態に
よれば、符号化の準備状態のときに符号化を行なう送信
側から復号を行なう受信側にあらかじめ定められた信号
波形が送信され、このような符号化の準備状態における
信号波形の送信により送信側と受信側の間で同期を確立
しておくようにするので、従来例で必要とされたヘッダ
の中の同期信号を削除することができる。

【００２６】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２
の実施の形態におけるオーディオ信号の符号化方法を説
明するためのものであり、符号化されたオーディオ信号
の１フレームのフォーマットを示している。１フレーム
はスケールファクタ21及び複数の小フレーム22〜25から
成る。図２は小フレーム数が４個の場合を示す。スケー
ルファクタ21は例えば、オーディオ信号をサブバンド分
割したのち符号化する場合は、サブバンドの数分だけス
ケールファクタが存在する。32バンドに分割する場合は
32個のスケールファクタがあることになる。

【００２７】また、小フレーム22〜25内のサンプルはサ
ブバンド毎に定められた量子化ビット数で量子化されて
いる。

【００２８】このように、本発明の第２の実施の形態に
よれば、スケールファクタを複数の小フレームで共通化
すると共に量子化されたオーディオサンプルのビット位
置の移動幅をスケールファクタであらわすようにするこ
とにより、スケールファクタに要するビット数を削減す
ることができる。

【００２９】（第３の実施の形態）図３は本発明の第３
の実施の形態におけるオーディオ信号の符号化方法を説
明するためのもので、図３(ａ)は符号器における符号化
のデータフローを示し、図３(ｂ)は復号器における復号
のデータフローを示している。

【００３０】図３(ａ)において、オーディオ信号の符号
器は、従来のMPEG1オーディオ符号化の符号器と同様、P
CMオーディオサンプルが符号器31に入力されると、写像
部32は入力PCMオーディオサンプルをフィルタ処理し、
さらに間引いた表現を生成する。

【００３１】スケールファクタ抽出及び量子化ビット数
算出部33は、PCMオーディオサンプルをサブバンド分割
または周波数変換を行ない、各サブバンドまたは周波数
帯域幅毎にオーディオサンプルの絶対値の最大値を求め
る。絶対値が最大であるサンプルを正規化するために必
要なビット位置の移動幅をスケールファクタとする。そ
してスケールファクタをもとにオーディオサンプルの量
子化ビット数を定める。例えば、簡単な方法としてはス
ケールファクタの比にしたがって使用できる量子化ビッ
ト数をそれぞれのサブバンドに配分する方法などを採る
ことができる。

【００３２】量子化及び符号化部34はスケールファクタ
抽出及び量子化ビット数算出部33によって定められたオ
ーディオサンプルの量子化ビット数に従って量子化及び
符号化処理を行なう。

【００３３】フレーム組立部35は、量子化及び符号化部
34の出力データから実際の符号化ビットストリームを組
み立てて、その他の情報（例えば、エラーチェック等）
を必要に応じて付加する。

【００３４】図３(ｂ)において、オーディオ信号の復号
器は、従来のMPEG1オーディオ符号化の復号器と同様、
符号化ビットストリームが復号器36に入力されると、フ
レーム分解部37は情報の様々な部分を復元するために、
符号化ビットストリームを分離する。

【００３５】量子化ビット数算出及び逆量子化部38は、
分離された符号化ビットストリーム中のスケールファク
タの値から各サブバンドの量子化ビット数を算出し、各
サブバンドのサンプルの値を読み出す。その後、スケー
ルファクタを用いて各サブバンドのサンプルを逆量子化
する。

【００３６】逆写像部39は、逆量子化された各サブバン
ドの写像サンプルからPCMオーディオサンプルに戻す。

【００３７】このように、本発明の第３の実施の形態に
よれば、各サブバンドまたは各周波数帯域幅に割り当て
る量子化ビット数はスケールファクタを用いて決定する
ようにしているので、量子化ビット数に要するビット数
を不要とすることができる。

【００３８】（第４の実施の形態）図４は本発明の第４
の実施の形態におけるオーディオ信号の符号化方法を説
明するためのもので、図４(ａ)は符号器における符号化
のデータフローを示し、図４(ｂ)は復号器における復号
のデータフローを示している。

【００３９】図４(ａ)において、オーディオ信号の符号
器は、従来のMPEG1オーディオ符号化の符号器と同様、P
CMオーディオサンプルが符号器41に入力されると、写像
部42は入力PCMオーディオサンプルをフィルタ処理し、
さらに間引いた表現を生成する。

【００４０】量子化ビット割当部43は、PCMオーディオ
サンプルに対し、FFT等の処理を施すことにより、オー
ディオサンプルの周波数特性を調べる。その周波数特性
により各サブバンドまたは帯域幅毎の量子化ビット数を
求める。スケールファクタの情報を量子化ビット数を決
定する際に付加してもよい。

【００４１】量子化及び可変長符号化部44は量子化ビッ
ト割当部43によって求められた量子化ビット数にしたが
ってサブバンド分割または帯域幅毎のサンプルを量子化
する。この際、可変長符号たとえばハフマン符号等を用
いて符号化する。

【００４２】フレーム組立部45は、量子化及び可変長符
号化部44の出力データから実際の符号化ビットストリー
ムを組み立てて、その他の情報（例えば、エラーチェッ
ク等）を必要に応じて付加する。

【００４３】図４(ｂ)において、オーディオ信号の復号
器は、従来のMPEG1オーディオ符号化の復号器と同様、
符号化ビットストリームが復号器46に入力されると、フ
レーム分解部47は情報の様々な部分を復元するために、
符号化ビットストリームを分離する。

【００４４】逆量子化部48は、分離された符号化ビット
ストリーム中のスケールファクタ及び各サブバンドのサ
ンプルの値を逆量子化する。各サブバンドのサンプルは
可変長符号化されているので、各サブバンドのサンプル
の量子化ビット数がなくてもサンプルを逆量子化するこ
とが可能である。

【００４５】逆写像部49は、逆量子化された各サブバン
ドの写像サンプルからPCMオーディオサンプルに戻す。

【００４６】このように、本発明の第４の実施の形態に
よれば、オーディオサンプルの量子化は可変長符号を用
いて行なうようにしているので、量子化ビット数に要す
るビット数を不要とすることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、送信側が
オーディオ信号を送る前の準備状態のときは、あらかじ
め送信側と受信側で取り決めた信号を送信側から受信側
に送るようにし、あらかじめ定められた信号と異なる種
類の信号が送信された場合に復号することで、ヘッダの
中の同期信号を削除することができる。

【００４８】また、オーディオ信号をあらかじめ定めた
長さのフレーム毎に符号化し、フレームはさらに複数の
小フレーム及びスケールファクタからなり、スケールフ
ァクタを複数の小フレームで共通化すると共に量子化さ
れたオーディオサンプルのビット位置の移動幅をスケー
ルファクタであらわすようにすることにより、スケール
ファクタに要するビット数を削減することができる。

【００４９】さらに、オーディオ信号をサブバンド分割
または周波数変換したのち、フレームごとに一定の量子
化ビット数で符号化する方法であって、各サブバンドま
たは各周波数帯域幅に割り当てる量子化ビット数はスケ
ールファクタを用いて決定するようにし、復号する際に
はスケールファクタからオーディオサンプルの量子化ビ
ット数を算出することにより、量子化ビット数に要する
ビット数を不要とすることができる。

【００５０】さらにまた、オーディオ信号をサブバンド
分割または周波数変換したのち、フレーム毎に符号化す
る方法であって、オーディオサンプルの量子化は可変長
符号を用いて行なうようにすることにより、量子化ビッ
ト数に要するビット数を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるオーディオ
信号の符号化方法を説明するためのもので、符号化の準
備状態のとき送信側から受信側に送信する信号波形を示
す図、

【図２】本発明の第２の実施の形態におけるオーディオ
信号の符号化方法を説明するためのもので、符号化され
たオーディオ信号の１フレームのフォーマットを示す
図、

【図３】（ａ）本発明の第３の実施の形態におけるオー
ディオ信号の符号化方法を説明するためのもので、符号
器における符号化のデータフローを示す図、（ｂ）本発
明の第３の実施の形態におけるオーディオ信号の符号化
方法を説明するためのもので、復号器における復号のデ
ータフローを示す図、

【図４】（ａ）本発明の第４の実施の形態におけるオー
ディオ信号の符号化方法を説明するためのもので、符号
器における符号化のデータフローを示す図、（ｂ）本発
明の第４の実施の形態におけるオーディオ信号の符号化
方法を説明するためのもので、復号器における復号のデ
ータフローを示す図、

【図５】（ａ）MPEGオーディオ符号化方法を説明するた
めのもので、符号器の基本構造を示すブロック図、
（ｂ）MPEGオーディオ符号化方法を説明するためのもの
で、復号器の基本構造を示すブロック図、

【図６】従来のレイヤ１のビットストリームフォーマッ
トを示す図、

【図７】従来のレイヤ２のビットストリームフォーマッ
トを示す図、

【図８】従来のレイヤ３のビットストリームフォーマッ
トを示す図である。

【符号の説明】

21 スケールファクタ 22、23、24、25 量子化されたオーディオサンプル(小
フレーム) 31、41、51 符号器 32、42、52 写像部 33 スケールファクタ抽出及び量子化ビット数算出部 34、54 量子化及び符号化部 35、45、55 フレーム組立部 36、46、56 復号器 37、47、57 フレーム分解部 38 量子化ビット数算出及び逆量子化部 39、49、59 逆写像部 43 量子化ビット割当部 44 量子化及び可変長符号化部 48 逆量子化部 53 聴覚心理モデル部 58 復元部 61、71、81 ヘッダ 62、72、82 エラーチェック 63 第１のオーディオデータ 64、74 アンシラリデータ 73 第２のオーディオデータ 83 第３のオーディオデータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信側でオーディオ信号を符号化して送
   信し、受信側で符号化されたオーディオ信号を受信して
   復号するようなオーディオ信号伝送システムにおいて、
   送信側がオーディオ信号を送る前の準備状態のときに、
   あらかじめ送信側と受信側で取り決めた信号を、送信側
   が受信側に送るようにしたオーディオ信号の符号化方
   法。
2. 【請求項２】 オーディオ信号をあらかじめ定めた長さ
   のフレーム毎に符号化し、フレームはさらに複数の小フ
   レーム及びスケールファクタからなり、前記複数の小フ
   レームは量子化されたオーディオサンプルからなり、ス
   ケールファクタを複数の小フレームで共通化すると共に
   量子化されたオーディオサンプルのビット位置の移動幅
   をスケールファクタであらわすようにすることを特徴と
   するオーディオ信号の符号化方法。
3. 【請求項３】 オーディオ信号をサブバンド分割または
   周波数変換したのち、フレームごとに一定の量子化ビッ
   ト数で符号化する方法であって、各サブバンドまたは各
   周波数帯域幅に割り当てる量子化ビット数はスケールフ
   ァクタを用いて決定するようにし、量子化されたオーデ
   ィオサンプル及びスケールファクタを符号化し、復号す
   る際にはスケールファクタから算出したオーディオサン
   プルの量子化ビット数を用いて、オーディオサンプルを
   逆量子化するようにしたオーディオ信号の符号化方法。
4. 【請求項４】 オーディオ信号をサブバンド分割または
   周波数変換したのち、フレーム毎に符号化する方法であ
   って、オーディオサンプルの量子化は可変長符号を用い
   て行なうようにすることを特徴とするオーディオ信号の
   符号化方法。