DE60119759T2

DE60119759T2 - Quantisierung von spektralsequenzen für die kodierung von audiosignalen

Info

Publication number: DE60119759T2
Application number: DE60119759T
Authority: DE
Inventors: Mineo Katano-shi TSUSHIMA; Takeshi Kobe-shi NORIMATSU; Shuji Neyagawa-shi MIYASAKA; Tomokazu Toyonaka-shi ISHIKAWA; Yoshiaki Ibaraki City SAWADA
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: AU2001284513A1; EP1328922A2; US20020054646A1; DE60119759D1; EP1328922B1; US6917712B2; WO2002023530A3; WO2002023530A2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Codiervorrichtung und eine Decodiervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Codiervorrichtung und eine Decodiervorrichtung, die den Umfang von Informationen beim Codieren eines Audiosignals verringern können, während die Klangqualität beibehalten wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bisher sind mehrere Codierungsverfahren und Decodierungsverfahren für ein Audiosignal, das ein Sprach- oder Musiksignal enthält, entwickelt worden. Unter anderem wird ein neues Verfahren, das mit der Norm IS13818-7 konform ist, die eine internationale Normung durch die ISO/IEC darstellt, als ein wirkungsvolles Codierungsverfahren mit hoher Klangqualität bewertet. Dieses Codierungsverfahren wird mit AAC bezeichnet. Vor kurzem wurde AAC von der Norm mit der Bezeichnung MPEG4 verwendet, um MPEG4-AAC zu erzeugen, das mehrere erweiterte Funktionen gegenüber IS13818-7 besitzt. Ein Beispiel des Codierungsprozesses von MPEG4-AAC ist im Abschnitt "Informativer Teil" beschrieben.
Eine Codierungsvorrichtung, die ein herkömmliches Codierungsverfahren verwendet, wird nachfolgend beschrieben.
16 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer herkömmlichen Codierungsvorrichtung 1600 zeigt. Die Codierungsvorrichtung 1600 umfasst einen Spektrumnormierungsabschnitt 1601, einen Spektrumverstärkungsabschnitt 1602, einen Spektrumquantisierungsabschnitt 1603, einen Huffman-Codierungsabschnitt 1604 und einen Abschnitt 1605 zur Übertragung einer codierten Folge.
Ein diskretes Audiosignal (PCM-Daten), das durch Abtasten eines Audiosignals erhalten wird, wird von Daten in einem Zeitbereich unter Verwendung einer Technik zur orthogonalen Transformation oder dergleichen durch einen Zeit-Frequenz-Umsetzungsabschnitt (nicht gezeigt) in Frequenzspektraldaten umgesetzt. Die Daten eines Audiosignals in einem Zeitbereich sind diskrete Daten in Bezug auf die Zeit, während die Frequenzspektraldaten des Audiosignals diskrete Daten in Bezug auf die Frequenz sind. Die Frequenzspektraldaten eines Audiosignals werden in den Spektrumnormierungsabschnitt 1601 eingegeben.
Ein Audiosignal wird in mehreren Frequenzbändern abgeleitet. Der Spektrumnormierungsabschnitt 1601 empfängt eine Frequenzspektralfolge, die Frequenzspektraldaten in einem der Frequenzbänder darstellt, und normiert den Durchschnittswert der Frequenzspektralfolge unter Verwendung eines Skalierungsfaktors in einen bestimmten Bereich, um eine normierte Spektralfolge zu erzeugen, die durch einen Gleitkommawert repräsentiert wird. Ein Skalierungsfaktor ist z. B. ein Multiplikationskoeffizient für eine Potenz von 2.
Der Spektrumverstärkungsabschnitt 1602 empfängt die normierte Spektralfolge und korrigiert jeden Wert der normierten Spektralfolge in einen Wert in dem bestimmten Bereich unter Verwendung einer Korrekturverstärkung, um eine verstärkte Spektralfolge zu erzeugen.
Der Spektrumquantisierungsabschnitt 1603 empfängt die verstärkte Spektralfolge und quantisiert die verstärkte Spektralfolge unter Verwendung eines vorgegebenen Umsetzungsausdrucks in eine quantisierte Spektralfolge. Der Spektrumquantisierungsabschnitt 1603 rundet Spektraldaten, die durch einen Gleitkommawert repräsentiert werden, auf ganzzahlige Werte bei der Quantisierung im AAC-Format.
Der Huffman-Codierungsabschnitt 1604 setzt die quantisierte Spektralfolge in eine Huffman-Codefolge um.
Der Abschnitt 1605 zur Übertragung einer codierten Folge überträgt einen Skalierungsfaktor, der von dem Spektrumnormierungsabschnitt 1601 ausgegeben wird, eine Korrekturverstärkung, die vom Spektrumverstärkungsabschnitt 1602 ausgegeben wird, und eine Huffman-Codefolge, die vom Huffman-Codierungsabschnitt 1604 ausgegeben wird, an eine externe Vorrichtung 1608. Die externe Vorrichtung 1608 ist z. B. ein Aufzeichnungsmedium oder eine Decodierungsvorrichtung.
Seit kurzem ist eine Vergrößerung der Kompressionsrate eines Audiosignals erwünscht, um den Umfang der codierten Informationen zu reduzieren.
Die Informationskompressionsleistung der Codierungsvorrichtung 1600 hängt vom Huffman-Codierungsabschnitt 1604 ab. Um in der Codierungsvorrichtung 1600 eine hohe Kompressionsrate eines Audiosignals, d. h. einen geringen Umfang von codierten Informationen zu erhalten, wird die Korrekturverstärkung des Spektrumverstärkungsabschnitts 1602 gesteuert, um die Werte einer quantisierten Spektralfolge zu reduzieren, so dass der Umfang von Informationen, die durch den Huffman-Codierungsabschnitt 1604 codiert werden, reduziert ist.
Wenn jedoch bei einer derartigen Operation die Huffman-Codefolge in ein Frequenzspektrum codiert wird, wird eine sehr große Anzahl von Werten, die eine Amplitude null besitzen (quantisierter Wert), erzeugt, so dass die Klangqualität nicht ausreichend sichergestellt ist.
Der Artikel "Analysis of structured excitation codebooks used in CELP speech compression algorithms" von W. R. Gardner, Conference Records of the 31st ASILOMAR Conference, Los Alamitos, 01.11.1997, offenbart dagegen umlaufend rekursive Codebücher zum Codieren eines LPC-Restwertes.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Codierungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 und 5 zeigt;
2 ist ein Ablaufplan, der die Funktionsweise eines Umlaufcodevektor-Quanti sierungsabschnitts zeigt, der in der Codierungsvorrichtung von einem der Beispiele 1 bis 5 verwendet wird;
3 ist eine Darstellung, die umlaufende codierte Spektralfolgen in einem Codebuch zeigt, das in der Codierungsvorrichtung von Beispiel 1 verwendet wird;
4 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer codierten Folge im Beispiel 1 zeigt;
5 ist eine Darstellung, die umlaufende codierte Spektralfolgen in einem Codebuch zeigt, das in der Codierungsvorrichtung von Beispiel 2 verwendet wird;
6 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer codierten Folge im Beispiel 2 zeigt;
7 ist eine Darstellung, die umlaufende codierte Spektralfolgen in einem Codebuch zeigt, das in der Codierungsvorrichtung von Beispiel 3 verwendet wird;
8 ist eine Darstellung, die eine weitere Menge von umlaufenden codierten Spektralfolgen in einem Codebuch zeigt, das in der Codierungsvorrichtung von Beispiel 3 verwendet wird;
9 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Codierungsvorrichtung gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Darstellung, die Referenzspektralfolgen schematisch zeigt, die in einem Codebuch enthalten sind, das in der Codierungsvorrichtung von Beispiel 5 verwendet wird;
11 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer Spektralfolge im Beispiel 5 zeigt;
12 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer codierten Folge im Beispiel 5 zeigt;
13 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Decodierungsvorrichtung gemäß Beispiel 6 zeigt;
14 ist ein Ablaufplan, der die Funktionsweise eines Abschnitts zur Quantisierung eines Umlaufcodevektors zeigt, der in der Decodierungsvorrichtung vom Beispiel 6 verwendet wird;
15 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Decodierungsvorrichtung gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
16 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer herkömmlichen Decodierungsvorrichtung zeigt.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Codierungsvorrichtungen und Decodierungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft beschrieben.
(Beispiel 1)
1 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Codierungsvorrichtung 100 zeigt. Die Codierungsvorrichtung 100 umfasst einen Abschnitt 110 für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge, der eine quantisierte Spektralfolge mit einer vorgegebenen Quantisierungsgenauigkeit anhand eines Audiosignals erzeugt, einen Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 zum Erzeugen eines Spektralfolgencodes anhand der quantisierten Spektralfolge und einen Abschnitt 105 zum Übertragen einer codierten Folge, der Ausgaben von dem Abschnitt 100 für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge und/oder dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 an eine externe Vorrichtung 108 überträgt.
Der Abschnitt 110 für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge umfasst einen Spektrumnormierungsabschnitt 101, einen Spektrumverstärkungsabschnitt 102 und einen Spektrumquantisierungsabschnitt 103.
Der Abschnitt 110 für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge erzeugt in der folgenden Weise aus einem Audiosignal eine quantisierte Spektralfolge.
Ein diskretes Audiosignal (PCM-Daten), das durch Abtasten eines Audiosignals erhalten wird, wird durch einen (nicht gezeigten) Zeit-Frequenz-Umsetzungsabschnitt unter Verwendung einer Technik der orthogonalen Transformation von Daten in einem Zeitbereich in Frequenzspektraldaten umgesetzt. Die Daten eines Audiosignals in einem Zeitbereich sind in Bezug auf die Zeit diskret, während die Frequenzspektraldaten des Audiosignals diskrete Daten in Bezug auf die Frequenz sind. Die Frequenzspektraldaten eines Audiosignals werden in den Spektrumnormierungsabschnitt 101 eingegeben.
Der Spektrumnormierungsabschnitt 101 empfängt eine Frequenzspektralfolge x und normiert den Durchschnittswert oder Maximalwert der Frequenzspektralfolge unter Verwendung eines Skalierungsfaktors in einen bestimmten Bereich, um eine normierte Spektralfolge y, die durch einen Gleitkommawert repräsentiert wird, zu erzeugen. Die Frequenzspektralfolge x enthält eine vorgegebene Anzahl von Spektraldatenwerten in einem Frequenzband, wobei ein Audiosignal in mehrere Frequenzbänder unterteilt ist. Der Skalierungsfaktor ist z. B. ein Multiplikationskoeffizient für eine Potenz von 2.
Der Spektrumverstärkungsabschnitt 102 korrigiert jeden Wert der normierte Spektralfolge y in einen Wert in einem bestimmten Bereich unter Verwendung einer Korrekturverstärkung α, um eine verstärkte Spektralfolge y·α zu erzeugen. Die Korrekturverstärkung α wird verwendet, um jeden Wert der normierte Spektralfolge y für jedes vorgegebene Frequenzband in einen Wert in einem bestimmten Bereich zu korrigieren.
Der Spektrumquantisierungsabschnitt 103 quantisiert die verstärkte Spektralfolge y·α unter Verwendung eines vorgegebenen Umsetzungsausdrucks mit einer vorgegebenen Quantisierungsgenauigkeit in eine quantisierte Spektralfolge z. Der Spektrumquantisierungsabschnitt 103 rundet Spektraldaten, die durch einen Gleitkommawert repräsentiert werden, bei einer Quantisierung im AAC-Format auf ganzzahlige Werte.
Für einen Fachmann ist klar, dass in dem Abschnitt 110 für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge die Anzahl von Elementen die gleiche ist wie die einer Frequenzspektralfolge, einer normierten Spektralfolge, einer verstärkten Spektralfolge bzw. einer quantisierten Spektralfolge.
Im Beispiel 1 umfasst der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 ein Codebuch 104a und einen Speicherabschnitt 115. Das Codebuch 104a weist mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen auf, die durch Umlaufenlassen einer Referenzspektralfolge, die die gleiche Anzahl von Elementen hat wie die quantisierte Spektralfolge z, erhalten wird. Der Speicherabschnitt 115 speichert die Elemente des Codebuchs 104a.
Der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 vergleicht jede der mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen mit der quantisierten Spektralfolge z, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge der mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen zu bestimmen, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist und gibt einen Spektralfolgencode aus, der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen enthält, die angeben, wie weit eine Referenzspektralfolge umläuft, um die umlaufende quantisierte Spektralfolge anzupassen, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist. Auf diese Weise setzt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 die quantisierte Spektralfolge z (genau gesagt, die umlaufende quantisierte Spektralfolge, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist) in einen Spektralfolgencode um, der wiederum an den Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge ausgegeben wird.
Der Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge überträgt einen Skalierungsfaktor, der von dem Spektrumnormierungsabschnitt 101 ausgegeben wird, eine Korrekturverstärkung, die von dem Spektrumverstärkungsabschnitt 102 ausgegeben wird, und einen Spektralfolgencode, der von dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 ausgegeben wird, an die externe Vorrichtung 108. Die externe Vorrichtung 108 kann z. B. ein Aufzeichnungsmedium oder eine Decodierungsvorrichtung sein.
Der Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge erzeugt eine codierte Folge anhand eines Signals von dem Spektrumnormierungsabschnitt 101, dem Spektrumverstärkungsabschnitt 102, dem Spektrumquantisierungsabschnitt 103 oder dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 und gibt einen Spektralfolgencode x, der in die Codierungsvorrichtung 100 eingegeben wird, an die externe Vorrichtung 108 aus. Der Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge kann möglicherweise lediglich einen Spektralfolgencode von dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 an die externe Vorrichtung 108 ausgeben.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Codierungsvorrichtung 100 genauer beschrieben.
Diskrete Audiodaten (PCM-Daten) werden durch einen (nicht gezeigten) Zeit-Frequenz-Umsetzungsabschnitt in vorgegebenen Zeitintervallen in Frequenzspektraldaten umgesetzt. Diese Frequenzspektraldaten werden in mehrere vorgegebene Frequenzbänder unterteilt, um die Frequenzspektralfolge x zu erzeugen. Die Frequenzspektralfolge x wird in den Spektrumnormierungsabschnitt 101 eingegeben.
Der Spektrumnormierungsabschnitt 101 berechnet die Energie der empfangenen Frequenzspektralfolge x für jedes Frequenzband und normiert den Durchschnittswert der berechneten Energie in einem bestimmten Bereich. Der Spektrumnormierungsabschnitt 101 gibt die erzeugte normierte Spektralfolge y an den Spektrumverstärkungsabschnitt 102 aus und gibt einen Skalierungsfaktor an den Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge aus.
Der Spektrumverstärkungsabschnitt 102 verstärkt jeden Wert in der normierten Spektralfolge y in einen vorgegebenen Wert unter Verwendung einer Korrekturverstärkung α, um eine verstärkte Spektralfolge y·α zu erzeugen. Der Spektrumverstärkungsabschnitt 102 gibt die verstärkte Spektralfolge y·α an den Spektrumquantisierungsabschnitt 103 aus und gibt die Korrekturverstärkung α an den Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge aus.
Der Spektrumquantisierungsabschnitt 103 unterzieht die verstärkte Spektralfolge y·α unter Verwendung eines vorgegebenen Umsetzungsausdrucks einer Quanti sierung. Der Umsetzungsausdruck wird z. B. repräsentiert durch zi = (int)(yi·α) (1)wobei z_i ein i-tes Element in der quantisierten Spektralfolge z ist, y_i ist ein i-tes Element in der normierten Spektralfolge y, α ist eine Korrekturverstärkung, die für jedes unterteilte Frequenzband eingestellt wird, und (int) ist eine Funktion, die das Argument in eine ganze Zahl quantisiert.
In Übereinstimmung mit dem Ausdruck (1) wird die verstärkte Spektralfolge y·α in die quantisierte Spektralfolge z umgesetzt, die ganzzahlige Werte aufweist. Der Spektrumquantisierungsabschnitt 103 gibt die quantisierte Spektralfolge z an den Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 aus.
Wie oben beschrieben wurde, bewirkt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 ein Umlaufen der Referenzspektralfolge, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge aus mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen zu bestimmen, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist. Diese Bestimmung kann ausgeführt werden, indem das innere Produkt der quantisierten Spektralfolge z mit jeder Folge der mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen berechnet wird. Diese Operation wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist ein Ablaufplan, der die Funktionsweise des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 zeigt.
Wenn die quantisierte Spektralfolge z in den Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 eingegeben wird, werden i und ein Maximalwert (max) auf null gesetzt (Schritt 201).
Anschließend wird das innere Produkt der quantisierten Spektralfolge z, die von dem Spektrumquantisierungsabschnitt 103 eingegeben wird, mit einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge, die in dem Codebuch 104a enthalten ist, berechnet (Schritt 202). Dabei ist die Anzahl der Elemente von der quantisierten Spektralfolge z und der umlaufenden quantisierten Spektralfolge gleich. Wenn z. B. die Anzahl von Elementen der quantisierten Spektralfolge z 16 ist, ist die Anzahl von Elementen der umlaufenden quantisierten Spektralfolge ebenfalls 16. Das innere Produkt der quantisierten Spektralfolge z mit der umlaufenden quantisierten Spektralfolge gibt die Ähnlichkeit zwischen ihnen an, die durch EP_i repräsentiert wird (wobei i die Anzahl von Elementen ist). Anschließend erfolgt eine genaue Beschreibung für den Fall, bei dem eine quantisierte Spektralfolge und eine Referenzspektralfolge (d. h. eine umlaufende quantisierte Spektralfolge) jeweils eine Anzahl von Elementen von 16 haben.
3 zeigt umlaufende quantisierte Spektralfolgen in dem Codebuch 104a, das in der Codierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Code, der die Referenzspektralfolge angibt, wird durch P₀ repräsentiert. Mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden, werden durch Codes P_n repräsentiert.
Mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden, enthalten die Referenzspektralfolge selbst. Die Referenzspektralfolge ist eine umlaufende quantisierte Spektralfolge, die durch nullmaliges Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten wird.
Der Code P_n (wobei n = 0, 1, 2, ..., 15) von 3 enthält 16 Elemente.
Wie in 3 gezeigt ist, gibt der nullte Code P₀ einen Vektor {c₀, c₁, c₂, ..., c₁₅} an und der erste Code P₁ gibt einen Vektor {c₁₅, c₀, c₁, ..., c₁₄} an. Wie oben beschrieben wurde, ist der Code P₀ die Referenzspektralfolge und der erste Code P₁ wird erhalten, indem der Code P₀ um ein Element nach rechts verschoben wird und ein Element c₁₅ an der 15. Position des Codes P₀ so umläuft, dass es an der nullten Position des Codes P₁ angeordnet wird. Die Codes P₂ bis P₁₅ werden erhalten, indem bewirkt wird, dass alle Elemente des Codes P₀ durch entsprechende Zählungen umlaufen. Dementsprechend sind dann, wenn alle Elemente des Codes P₀ festgelegt sind, alle anderen Codes P₁ bis P₁₅ eindeutig festgelegt.
Obwohl in 3 bewirkt wird, dass mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen nach rechts umlaufen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die Richtung kann nach links zeigen.
Im Schritt 202 wird das innere Produkt EP_i der umlaufenden quantisierten Spektralfolge z mit einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge berechnet durch EP0 = Z·P0 = c0z0 + c1z1 + ... + c15z15 EP1 = z·P1 = c15z0 + c0z1 + ... + c14z15 EP2 = z·P2 = c14z0 + c15z1 + ... + c13z15 ...... EP15 = z·P15 = c1z0 + c2z1 + ... + c0z15 (2)wobei EP_n (n = 0, 1, 2, ..., 15) das innere Produkt aller Codes P_n (n = 0, 1, 2, ..., 15) mit der quantisierten Spektralfolge z ist, die die Elemente z_n (n = 0, 1, 2, ..., 15) aufweist.
Im Schritt 203 stellt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 fest, ob ein Ergebnis der Berechnung von Schritt 202 bisher der größte Wert ist. Die Bestimmung des maximalen Wertes vom Schritt 203 wird z. B. ausgeführt durch
wobei ncode ein Umlaufzählerstand i ist, wenn EP_i den Maximalwert (max) annimmt.
Wenn im Schritt 203 festgestellt wird, dass ein Berechnungsergebnis des Schritts 203 der Maximalwert ist (Zweig "ja" im Schritt 203), geht der Ablauf zum Schritt 204. Im Schritt 204 wird der gegenwärtige Wert EP_i als Maximalwert (max) aktualisiert. Der Umlaufzählerstand i wird außerdem im Speicherabschnitt 115 des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 gespeichert. Der Umlaufzähler stand i kann in einem beliebigen Speicherabschnitt des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 gespeichert werden. Anschließend geht der Ablauf zum Schritt 205.
Wenn im Schritt 203 festgestellt wird, dass ein Berechnungsergebnis im Schritt 202 kein Maximalwert ist (Zweig "nein" im Schritt 203), geht der Ablauf zum Schritt 205.
Wenn i null ist, wird der Maximalwert (max) im Schritt 201 auf null initialisiert. Deswegen wird EP₀ im Schritt 203 als Maximalwert bestimmt und wird im Schritt 204 im Speicherabschnitt 115 des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 gespeichert.
Im Schritt 205 wird festgestellt, ob alle der mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden, berechnet worden sind. Im Schritt wird im Einzelnen festgestellt, ob i seinen Maximalwert besitzt.
Wenn i seinen Maximalwert besitzt (Zweig "ja" im Schritt 205), endet diese Operation.
Wenn i nicht seinen Maximalwert besitzt (Zweig "nein" im Schritt 205), wird i im Schritt 205 um eins erhöht und der Ablauf kehrt zum Schritt 202 zurück.
Anschließend wiederholt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 die Operationen der Schritte 202 bis 206 für den erhöhten Wert i.
Wenn im Schritt 205 festgestellt wird, dass alle der mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden, berechnet worden sind, d. h. i hat den Maximalwert erreicht (Zweig "ja" im Schritt 205), gibt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 den Umlaufzählerstand i des im Schritt 204 gespeicherten Maximalwertes EP_i als einen Spektralfolgencode an den Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge aus. Dabei bedeutet der Umlaufzählerstand i, dass eine umlaufende quantisierte Spektralfolge, die der umlaufenden quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge um i Elemente erhalten wird, und er wird hier als Umlaufposition-Identifizierungsinformationen bezeichnet. Da in der obigen Beschreibung die Anzahl der Elemente in der quantisierten Spektralfolge z 16 ist, nimmt der Umlaufzählerstand i 16 Werte an. Deswegen werden die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen durch 4 Bit-Codes repräsentiert.
4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer codierten Folge 400, die von dem Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge an die externe Vorrichtung 108 ausgegeben wird. Die codierte Folge 400 enthält typischerweise Spektralfolgencodes, die nacheinander von einem Band mit niedriger Frequenz zu einem Band mit höherer Frequenz codiert wurden. Anschließend wird die codierte Folge 400, die einem Frequenzband n entspricht, d. h. ein Spektralfolgencode n beschrieben.
Der Spektralfolgencode 401 enthält Umlaufposition-Identifizierungsinformationen 402, die dem Frequenzband n entsprechen. Wenn in diesem Fall die Anzahl der Elemente in einer quantisierten Spektralfolge 16 ist, wie oben beschrieben wurde, können die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen durch 4 Bits repräsentiert werden.
Der Spektralfolgencode 401 als ein Code für das Frequenzband n kann ferner einen Skalierungsfaktor, der vom Spektrumnormierungsabschnitt 101 ausgegeben wird, und eine Korrekturverstärkung, die vom Spektrumverstärkungsabschnitt 102 ausgegeben wird, enthalten.
Bei der auf diese Weise aufgebauten Codierungsvorrichtung kann eine Codierung unter Verwendung einer kleineren festen Anzahl von Bits ausgeführt werden. Da ferner jeder Code (umlaufende quantisierte Spektralfolge) in dem Codebuch 104a durch Umlaufenlassen erzeugt wird, müssen eine Codierungsvorrichtung und eine Decodierungsvorrichtung (d. h. der Speicherabschnitt 115 in dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104) lediglich 16 Elemente, d. h. c₀, c₁, ..., c₁₅ aufweisen. Dadurch kann die Kapazität eines Speicherabschnitts zum Speichern von Elementen verringert werden.
Obwohl in der obigen Beschreibung der Fall beschrieben wird, bei dem eine quantisierte Spektralfolge und eine umlaufende quantisierte Spektralfolge jeweils 16 Elemente enthalten, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine quantisierte Spektralfolge und eine umlaufende quantisierte Spektralfolge können jeweils eine beliebige Anzahl von Elementen enthalten.
Um in der obigen Beschreibung eine umlaufende quantisierte Spektralfolge zu bestimmen, die der umlaufenden quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, wird das innere Produkt aus beiden berechnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es kann z. B. eine Funktion eines modifizierten inneren Produkts verwendet werden. Die hier verwendete Funktion des modifizierten inneren Produkts bezieht sich auf eine Funktion des inneren Produkts, bei der jedem Term ein Gewichtungskoeffizient zugewiesen ist. Im Einzelnen wird eine Funktion EP_i eines modifizierten inneren Vektorprodukts aus einer quantisierten Spektralfolge z und einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge (Schritt 202 von 2) berechnet durch EP0' = 3c0z0 + 2c1z1 + ... + 0,3c15z15 EP1' = 3c15z0 + 2c0z1 + ... + 0,3c14z15 EP2' = 3c14z0 + 2c15z1 + ... + 0,3c13z15 EP15' = 3c1z0 + c2z1 + ... + 0,3c0z15 (4)wobei EP_n' (n = 0, 1, 2, ..., 15) das modifizierte innere Produkt aller Codes P_n (n = 0, 1, 2, ..., 15) mit der quantisierten Spektralfolge z ist, die die Elemente z_n (n = 0, 1, 2, ..., 15) aufweist.
Da bei einem normalen inneren Produkt alle Gewichtungskoeffizienten eins sind, ist die Wichtigkeit aller Frequenzspektraldaten in einem Frequenzband gleich. Wie im Ausdruck (4) gezeigt ist, kann jedoch die Wichtigkeit von Frequenzspektraldaten in einem Frequenzband bei einer Funktion des modifizierten inneren Produkts geändert werden. Wenn z. B. eine niedrigere Frequenz als wichtiger betrachtet wird, kann der Gewichtungskoeffizient für Daten mit der niedrigeren Frequenz größer sein.
(Beispiel 2)
Anschließend wird eine Codierungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 2 beschrieben. Die Codierungsvorrichtung vom Beispiel 2 ist gleich der Codierungsvorrichtung vom Beispiel 1 mit Ausnahme der Operationen des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 (Schritte 203 und 204).
Im Schritt 203 des Beispiels 2 (siehe 2) wird die Bestimmung eines Maximalwertes ausgeführt durch
wobei abs() eine Funktion ist, die den Absolutwert des Arguments ausgibt und eine Variable face angibt, ob der Wert eines Codes umgekehrt ist. face wird dabei als Phasen-Identifikationsinformation bezeichnet. Wenn im Ausdruck (5) die Variable face = 1, ist einer der Codes in einem Codebuch 104b, das in 5 gezeigt ist, einer quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten und wenn die Variable face = 0, ist einer der Codes in einem Codebuch 104a, das in 3 gezeigt ist, der quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten.
Die Werte von ncode und face werden im Schritt 204 von 2 gespeichert.
Wie oben beschrieben wurde, wird ein Umlaufzählerstand i, bei dem der Absolutwert eines inneren Produkts, das im Schritt 202 berechnet wird, jedoch nicht das inneres Produkt selbst einen Maximalwert besitzt, im Schritt 203 erhalten. Das bedeutet, dass Codes in dem Codebuch 104b von 5 berechnet werden, während Codes in dem Codebuch 104a von 3 berechnet werden. Das ist der Fall, da jedes Element eines Codes in dem Codebuch 104b in Bezug auf das entsprechende Element eines Codes im Codebuch 104a von 3 das entgegengesetzte Vorzeichen besitzt. Die Berechnung des Ausdrucks (5) führt zu einer wesentlichen Verringerung der Berechnungszeit im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Codes in den Codebüchern 104a und 104b nacheinander berechnet werden.
Der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 vom Beispiel 2 besitzt die Codebücher 104a und 104b. Jeder Code in dem Codebuch 104b weist Elemente auf, von denen jedes ein entgegengesetztes Vorzeichen in Bezug auf das entsprechende Element eines Codes im Codebuch 104a von 3 hat.
6 zeigt den beispielhaften Aufbau einer codierten Folge 600, die von dem Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge an die externe Vorrichtung 108 ausgegeben wird (siehe auch 1). Die codierte Folge 600 enthält typischerweise Spektralfolgencodes, die nacheinander von einem Band mit einer niedrigeren Frequenz zu einem Band mit einer höheren Frequenz codiert wurden. Anschließend wird die codierte Folge 600, die einem Frequenzband n entspricht, d. h. ein Spektralfolgencode 601 beschrieben.
Der Spektralfolgencode 601 enthält Umlaufposition-Identifizierungsinformationen 602 und Phasen-Identifizierungsinformationen 603 entsprechend dem Frequenzband n. Wenn dabei die Anzahl von Elementen in einer quantisierten Spektralfolge 16 ist, wie oben beschrieben wurde, können Umlaufposition-Identifizierungsinformationen durch 4 Bits repräsentiert werden und Phasen-Identifizierungsinformationen können durch ein Bit repräsentiert werden.
Der Spektralfolgencode 601 als ein Code für das Frequenzband n kann ferner einen Skalierungsfaktor, der vom Spektrumnormierungsabschnitt 101 ausgegeben wird, und eine Korrekturverstärkung, die vom Spektrumverstärkungsabschnitt 102 ausgegeben wird, enthalten.
Bei der auf diese Weise aufgebauten Codierungsvorrichtung des Beispiels 2 ist der Berechnungsumfang im Vergleich zum Beispiel 1 lediglich im Schritt 203 größer. Ferner ist die Anzahl von Bits, die den Phasen-Identifizierungsinformationen zugewiesen sind, lediglich im Hinblick auf den Spektralfolgencode 601 um eins größer. Wenn die Anzahl von Elementen 16 ist, werden beim Beispiel 2 lediglich 5 Bits benötigt.
Dadurch kann im Beispiel 2 eine Codierung ausgeführt werden, wobei eine kleinere feste Anzahl von Bits verwendet wird. Da außerdem mehrere Umlaufquantisierungs-Spektralfolgen, die in dem Codebuch 104b enthalten sind, erhalten werden, indem die Vorzeichen aller Elemente in den umlaufenden quantisierten Spektralfolgen in dem Codebuch 104a, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erzeugt werden, umgekehrt werden, müssen eine Codierungsvorrichtung und eine Decodierungsvorrichtung (z. B. der Speicherabschnitt 115 in dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104) lediglich 16 Elemente, d. h. c₀, c₁, ..., c₁₅ haben. Deswegen kann die Kapazität eines Speicherabschnitts zum Speichern von Elementen kleiner sein.
(Beispiel 3)
Anschließend wird eine Codierungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 beschrieben. Die Codierungsvorrichtung vom Beispiel 3 ist gleich der Codierungsvorrichtung vom Beispiel 2 mit Ausnahme eines Codebuchs 104c und einer Operation im Schritt 202.
7 zeigt das Codebuch 104c des Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitts 104 vom Beispiel 3. Das Codebuch 104c vom Beispiel 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass einige der Elemente c₀, c₁, ..., c_n–1, c_n in vorgegebenen Intervallen auf null gesetzt werden. In einem Beispiel von 7 werden c₁, c₂, c₃, c₆, c₇, c₉, c₁₀, c₁₁, c₁₃, c₁₄ und c₁₅ auf null gesetzt. Deswegen ist die Berechnung im Schritt 202 vereinfacht durch EP0 = z·P0 = c0z0 + c4z4 + c8z8 + c12z12 EP1 = z·P1 = c0z1 + c4z3 + c8z9 + c12z13 EP2 = z·P2 = c0z2 + c4z6 + c8z10 + c12z14 EP15 = z·P15 = c0z15 + c4z3 + c8z7 + c12z11 (6)
Deswegen kann der Berechnungsumfang im Schritt 202 im Vergleich zum Beispiel 2 um einen Faktor 4 verringert werden.
Bei der auf diese Weise aufgebauten Codierungsvorrichtung kann eine Codierung unter Verwendung einer kleineren festen Anzahl von Bits ausgeführt werden. Da ferner jeder Code in dem Codebuch 104c eine umlaufende Struktur und lediglich vier Elemente (c₀, c₄, c₈, c₁₂) aufweist, müssen eine Codierungsvorrichtung und eine Decodierungsvorrichtung (z. B. der Speicherabschnitt 115 in dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104) lediglich vier nützliche Elemente haben. Deswegen kann die Kapazität eines Speicherabschnitts zum Speichern von Elementen verringert werden.
Ferner kann sowohl im Beispiel 3 als auch im Beispiel 2 das Codebuch in dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 zusätzlich zu dem Codebuch 104c Codes enthalten, die in einem Codebuch 104d angegeben sind, wie in 8 gezeigt ist.
Obwohl in der obigen Beschreibung einige Elemente aufeinander folgend Nullwerte haben, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenigstens ein beliebiges Element der Elemente in einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge kann einen Nullwert haben.
Obwohl in der obigen Beschreibung ferner die Anzahl von Elementen in einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge 16 ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die umlaufende quantisierte Spektralfolge kann eine beliebige Anzahl von Elementen haben.
(Beispiel 4)
Anschließend wird eine Codierungsvorrichtung gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Codierungsvorrichtung von Beispiel 4 ist gleich der Codierungsvorrichtung 100 vom Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Codierungsvorrichtung vom Beispiel 4 einen Huffman-Codierungsabschnitt und einen Codierungsumschaltabschnitt umfasst.
9 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Codierungsvorrichtung 900 vom Beispiel 4 zeigt. Die Codierungsvorrichtung 900 umfasst einen Abschnitt 110 zur Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge, einen Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104, einen Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge, einen Huffman-Codierungsabschnitt 106 und einen Codierungsumschaltabschnitt 107. Der Abschnitt 110 zur Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge umfasst einen Spektrumnormierungsabschnitt 101, einen Spektrumverstärkungsabschnitt 102 und einen Spektrumquantisierungsabschnitt 103.
Der Abschnitt 110 zur Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge (der Spektrumnormierungsabschnitt 101, der Spektrumverstärkungsabschnitt 102 und der Spektrumquantisierungsabschnitt 103), der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104, der Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge und die externe Codierungsvorrichtung 108 sind die gleichen wie jene der Codierungsvorrichtung 100 von 1 und deswegen ist ihre Beschreibung an dieser Stelle weggelassen.
Der Codierungsumschaltabschnitt 107 schaltet zwischen einer Huffman-Codierung und einer Umsetzung in eine umlaufende quantisierte Spektralfolge für eine quantisierte Spektralfolge z, die durch den Spektrumquantisierungsabschnitt 103 erhalten wird, anhand einer vorgegebenen Bedingung um. In diesem Fall meldet der Codierungsumschaltabschnitt 107 das Codierungsverfahren an den Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge.
Wenn der Codierungsumschaltabschnitt 107 ein Umschalten in der Weise ausführt, dass die quantisierte Spektralfolge z in den Huffman-Codierungsabschnitt 106 eingegeben wird, setzt der Huffman-Codierungsabschnitt 106 die quantisierte Spektralfolge z in eine Huffman-Codefolge um. Der Huffman-Codierungsabschnitt 106 unterzieht mehrere quantisierte Spektren z_i gemeinsam einer Huffman-Codierung. Wenn eine Huffman-Codefolge, die durch Huffman-Codierung codiert wurde, decodiert wird, kann eine Decodierungsvorrichtung die quantisierten Spektren z_i perfekt wiederherstellen (verlustfreie Decodierung).
Wenn der Codierungsumschaltabschnitt 107 ein Umschalten in der Weise ausführt, dass die quantisierte Spektralfolge z in den Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 eingegeben wird, setzt der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 die quantisierte Spektralfolge z in eine umlaufende quantisierte Spektralfolge um, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist. Die umlaufende quantisierte Spektralfolge, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, wird in der Weise erzeugt, die in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben ist.
Wenn bei der auf diese Weise aufgebauten Struktur ein Audiosignal in mehrere Frequenzbänder unterteilt wird und eine Frequenzspektralfolge für jedes Frequenzband codiert wird, schaltet der Codierungsumschaitabschnitt 107 die Eingabe einer quantisierten Spektralfolge zwischen dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 und dem Huffman-Codierungsabschnitt 106 anhand einer vorgegebenen Bedingung um. Die oben beschriebene vorgegebene Bedingung hängt von einem Frequenzband von den mehreren Frequenzbändern eines Audiosignals ab, von dem die quantisierte Spektralfolge abgeleitet ist. Wenn der zugewiesene Informationsumfang, der zum Codieren erforderlich ist, klein ist (d. h. wenn die Frequenz einen geringeren Einfluss auf das Hörempfinden eines Hörers hat), führt der Codierungsumschaltabschnitt 107 das Umschalten in der Weise aus, dass die quantisierte Spektralfolge z an den Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 ausgegeben wird. Wenn der zugewiesene Informationsumfang, der zum Codieren erforderlich ist, groß ist (d. h. wenn die Frequenz einen großen Einfluss auf das Hörempfinden eines Hörers hat), führt der Codierungsumschaltabschnitt 107 das Umschalten in der Weise aus, dass die quantisierte Spektralfolge z an den Huffman-Codierungsabschnitt 106 ausgegeben wird.
Selbst wenn ein gewisser Verlust beim Decodieren in dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt 104 auftritt, da die Ähnlichkeit zwischen der quantisierten Spektralfolge z und einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, nicht groß ist, haben deswegen Frequenzbänder, die von Interesse sind, weniger Informationen über das Hörempfinden eines Hörers. Es ist ferner möglich, eine Codierung mit einem kleinen Informationsumfang auszuführen, während die Klangqualität aufrechterhalten bleibt.
(Beispiel 5)
Anschließend wird eine Codierungsvorrichtung gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Codierungsvorrichtung von Beispiel 5 ist gleich der vom Beispiel 3 mit Ausnahme des Inhalts eines Codebuchs 104e und einer Operation im Schritt 202.
In den Beispielen 1 bis 4 sind mehrere der umlaufenden quantisierten Spektralfolgen, die in den Codebüchern 104a, 104b, 104c und 104d enthalten sind, umlaufende quantisierte Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen einer einzigen Referenzspektralfolge erhalten werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Im Beispiel 5 erfolgt eine Beschreibung für den Fall, bei dem das Codebuch 104e umlaufende quantisierte Spektralfolgen enthält, die durch Umlaufenlassen von mehreren Referenzspektralfolgen erhalten werden.
10 zeigt schematisch das Codebuch 104e, das vier Referenzspektralfolgen enthält. Obwohl das Codebuch 104e mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen enthält, die durch Umlaufenlassen von vier Referenzspektralfolgen erhalten werden, sind zur Einfachheit lediglich die Referenzspektralfolgen dargestellt.
In diesem Fall wird angenommen, dass eine umlaufende quantisierte Spektralfolge, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, ein Spektrum ist, das durch Umlaufenlassen einer zweiten Referenzspektralfolge um drei Elemente und durch Umkehren der Vorzeichen aller Elemente erhalten wird. Wie in 10 gezeigt ist, lautet die zweite Referenzspektralfolge {2, 0, 0, 0, –2, 0, 0, 0, –1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0}. Wenn bewirkt wird, dass die zweite Referenzspektralfolge um drei Elemente umläuft und die Vorzeichen aller Elemente umgekehrt werden, lautet die sich ergebende umlaufende quantisierte Spektralfolge {0, 2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, –1, 0, 0, 0, –2, 0, 0}. Deswegen lautet die umlaufende quantisierte Spektralfolge, die der quantisierten Spektralfolge z am ähnlichsten ist, {0, 2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, –1, 0, 0, 0, –2, 0, 0}.
11 zeigt einen entsprechenden Spektralfolgencode, wobei Codebook_id Referenzspektralfolgen-Identifizierungsinformationen repräsentiert, Code_index Umlaufposition-Identifizierungsinformationen repräsentiert und Phase Phasen-Identifizierungsinformationen repräsentiert. Die Referenzspektralfolgen-Identifizierungsinformationen geben eine Referenzspektralfolge in dem Codebuch 104e an, von der eine umlaufende quantisierte Spektralfolge, die durch einen Spektralfolgencode angegeben ist, abgeleitet wird. Die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen geben die Anzahl von Elementen an, um die die Referenzspektralfolge umläuft, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge zu erhalten, die durch einen Spektralfolgencode angegeben ist. Die Phasen-Identifizierungsinformationen geben an, ob eine umlaufende quantisierte Spektralfolge, die durch einen Spektralfolgencode angegeben ist, einer Spektralfolge entspricht, die durch Umkehren der Vorzeichen aller Elemente in einer Referenzspektralfolge erhalten wird.
12 zeigt den beispielhaften Aufbau einer codierten Folge 1200, die von dem Abschnitt 105 zur Übertragung einer codierten Folge an die externe Vorrichtung 108 ausgegeben wird. Die codierte Folge 1200 enthält typischerweise einen Spektralfolgencode, der nacheinander von einem Band mit einer niedrigeren Frequenz zu einem Band mit höherer Frequenz codiert wurde. Anschließend wird die codierte Folge 1200, die einem Frequenzband entspricht, d. h. ein Spektralfolgencode 1201 beschrieben.
Der Spektralfolgencode 1201 enthält Zusatzinformationen 1202, Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen 1203, Umlaufposition-Identifizierungsinformationen 1204 und Phasen-Identifizierungsinformationen 1205, die einem Frequenzband n entsprechen. Wenn das Codebuch 104e, wie oben beschrieben wurde, vier Referenzspektralfolgen aufweist, werden die Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen 1203 durch 2 Bits repräsentiert. Wenn die Anzahl von Elementen in einer Frequenzspektralfolge 16 ist, werden die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen 1204 durch vier Bits repräsentiert. Die Phasen-Identifizierungsinformationen 1205 werden durch ein Bit repräsentiert.
In dem oben beschriebenen Beispiel werden die Referenzspektralfolge-Identifizie rungsinformationen 1203, die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen 1204 und die Phasen-Identifizierungsinformationen 1205 in Dezimalschreibweise durch 1, 3 bzw. 1 repräsentiert. Folglich werden sie in Binärschreibweise durch 01, 0011 bzw. 1 repräsentiert.
Der Spektralfolgencode 1201 kann ferner als die Zusatzinformationen einen Skalierungsfaktor enthalten, der vom Spektrumnormierungsabschnitt 101 ausgegeben wird, und/oder eine Korrekturverstärkung, die vom Spektrumverstärkungsabschnitt 102 ausgegeben wird, und einen Code für das Frequenzband n enthalten.
(Beispiel 6)
Anschließend wird eine Decodierungsvorrichtung gemäß Beispiel 6 beschrieben. Die Decodierungsvorrichtung vom Beispiel 6 empfängt eine codierte Folge, die durch die Codierungsvorrichtung von einem der Beispiele 1 bis 3 und 5 erzeugt wurde, und decodiert die codierte Folge, um ein Audiosignal zu erhalten.
13 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Decodierungsvorrichtung 1300 gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Decodierungsvorrichtung 1300 umfasst einen Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung des umlaufenden Codevektors, einen Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung, einen Abschnitt 1303 zur spektralen inversen Normierung und einen Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge.
Der Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge umfasst ein Codebuch 1307 und einen Speicherabschnitt 1308. Das Codebuch 1307 enthält die gleichen Codes wie jene, die zum Erzeugen einer codierten Folge verwendet werden, die in den Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge eingegeben werden. Deswegen enthält das Codebuch 1307 eine Referenzspektralfolge und mehrere umlaufende quantisierte Spektralfolgen, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden. Der Speicherabschnitt 130 speichert alle Elemente der Codes in dem Codebuch 1307.
In einem bestimmten Fall empfängt der Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge eine codierte Folge, die von der Codierungsvorrichtung 100 ausgegeben wird. Der Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge extrahiert Umlaufposition-Identifizierungsinformationen, die durch Codieren einer umlaufenden quantisierten Spektralfolge erhalten wurden, aus der empfangenen codierten Folge. Wenn die codierte Folge ferner einen Skalierungsfaktor, der in dem Spektrumnormierungsabschnitt 101 verwendet wird, und/oder eine Korrekturverstärkung, die in dem Spektrumverstärkungsabschnitt 102 verwendet wird, enthält, extrahiert der Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge den Skalierungsfaktor und/oder die Korrekturverstärkung.
Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung des umlaufenden Codevektors wählt eine umlaufende quantisierte Spektralfolge aus den umlaufenden quantisierten Spektralfolgen in dem Codebuch 1307 anhand der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen, die von dem Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge empfangen wurden, und stellt die Daten des Spektralfolgencodes wieder her.
Nun wird angenommen, dass das Codebuch 1307 das gleiche ist wie das Codebuch 104a von 3. Wenn z. B. der Wert i der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen eins ist, lautet die entsprechende umlaufende quantisierte Spektralfolge im Codebuch 1307 {c₁₅, c₀, ..., c₁₃, c₁₄}. Deswegen wird die umlaufende quantisierte Spektralfolge {c₁₅, c₀, ..., c₁₃, c₁₄} an den Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung ausgegeben.
Der Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung unterzieht die Spektralfolge, die von dem Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung empfangen wurde, einer inversen Verstärkung unter Verwendung einer Korrekturverstärkung, die von dem Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge empfangen wurde, um eine inverse verstärkte Spektralfolge zu erzeugen. Wenn im Einzelnen die Korrekturverstärkung, die von dem Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge empfangen wurde, α ist, ist der Verstärkungsfaktor 1/α.
Der Abschnitt 1303 zur spektralen inversen Normierung multipliziert jedes Element der inversen verstärkten Spektralfolge mit einem Skalierungsfaktor, der von dem Abschnitt 1304 zur Eingabe der codierten Folge empfangen wurde, zu einem ursprünglichen Pegel in dem jeweiligen Spektrum.
Spektraldaten für ein Frequenzband, die einen ursprünglichen Pegel abgeben, der durch den Abschnitt 1303 zur spektralen inversen Normierung erreicht wird, sind von einem Bereich mit einer niedrigeren Frequenz bis zu einem Bereich mit einer höheren Frequenz geeignet und werden als Frequenzspektraldaten eines Audiosignals verwendet. Anschließend werden die Frequenzspektraldaten in Daten in einem Zeitbereich, d. h. PCM-Daten unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Frequenz-Zeit-Umsetzungsabschnitts umgesetzt. Die PCM-Daten werden des Weiteren einer D/A-Umsetzung unterzogen, um ein analoges Audiosignal zu erzeugen.
In der obigen Beschreibung enthält ein Spektralfolgencode lediglich Umlaufposition-Identifizierungsinformationen. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Falls, bei dem der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors eine umlaufende quantisierte Spektralfolge (d. h. eine quantisierte Spektralfolge) erzeugt, die durch einen Spektralfolgencode anhand des Spektralfolgencodes angegeben ist, der zusätzlich zu Umlaufposition-Identifizierungsinformationen Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen und Phasen-Identifizierungsinformationen enthält.
14 ist ein Ablaufplan, der eine Operation des Abschnitts 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors zeigt, der in der Decodierungsvorrichtung 1300 verwendet wird. Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors erzeugt eine quantisierte Spektralfolge anhand des Spektralfolgencodes 1201 (12).
Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors fegt eine Referenzspektralfolge, die in dem Codebuch 1307 des Abschnitts 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors enthalten ist, anhand von Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen fest (Schritt 1401). In diesem Fall ist das Codebuch 1307 gleich dem Codebuch 104d von 10. Wie in 12 gezeigt ist, lauten die Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen in Dezimalschreibweise 1 (in Binärschreibweise 01). Das bedeutet, dass die Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen eine zweite Referenzspektralfolge sind.
Im Schritt 1402 erhält der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors die Anzahl der Elemente, um die eine Referenzspektralfolge umlaufen soll, um eine quantisierte Spektralfolge zu erhalten, anhand der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen. Die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen lauten in Dezimalschreibweise 3 (in Binärschreibweise 0011), wie in 12 gezeigt ist.
Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors erhält im Schritt 1403 Phasen-Inversionsinformationen aus den Phasen-Identifizierungsinformationen. Die Phasen-Identifizierungsinformationen lauten in Dezimalschreibweise 1 (in Binärschreibweise 1), wie in 12 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben wurde, erzeugt der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors der Decodierungsvorrichtung 1300 eine quantisierte Spektralfolge {0, 2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, –1, 0, 0, 0, –2, 0, 0} anhand des Spektralfolgencodes 1201.
(Beispiel 7)
Anschließend wird eine Decodierungsvorrichtung gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Decodierungsvorrichtung 1500 vom Beispiel 7 zeigt. Die Decodierungsvorrichtung 1500 empfängt ein Audiosignal von einer codierten Folge, die durch die Codierungsvorrichtung 900 von 9 codiert wurde.
Die Decodierungsvorrichtung 1500 umfasst einen Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors, einen Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung, einen Abschnitt 1303 zur spektralen inversen Normierung, einen Abschnitt 1304 zur Eingabe einer codierten Folge, einen Decodierungsumschaltabschnitt 1305 und einen Abschnitt 1306 zur inversen Huffman- Quantisierung. Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors umfasst ein Codebuch 1307 und einen Speicherabschnitt 1308.
Der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors, der Abschnitt 1302 zur spektralen inversen Verstärkung, der Abschnitt 1303 zur spektralen inversen Normierung und der Abschnitt 1304 zur Eingabe einer codierten Folge sind die gleichen wie jene der Decodierungsvorrichtung 1300 von 13 und ihre Beschreibungen sind deshalb weggelassen.
Beim Empfang einer codierten Folge extrahiert der Abschnitt 1304 zur Eingabe einer codierten Folge eine Huffman-Codefolge, Umlaufposition-Identifizierungsinformationen und ein Codierungsformat. Der Abschnitt 1304 zur Eingabe einer codierten Folge extrahiert ferner eine Korrekturverstärkung und einen Skalierungsfaktor. Der Abschnitt 1304 zur Eingabe einer codierten Folge gibt Informationen über ein Codierungsformat an den Decodierungsumschaltabschnitt 1305 aus. Der Decodierungsumschaltabschnitt 1305 schaltet anhand des Codierungsformats zwischen dem Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors und dem Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung um. Die Umlaufposition-Identifizierungsinformationen werden an den Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors ausgegeben, während die Huffman-Codefolge an den Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung ausgegeben wird.
Der Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung besitzt einen Speicherabschnitt 1309 zum Speichern eines Huffman-Codebuchs. Wenn der Decodierungsumschaltabschnitt 1305 den Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung wählt und die Huffman-Codefolge ausgibt, beginnt der Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung das Decodieren. Wenn der Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung die Bezeichnung des Huffman-Codebuchs und die Huffman-Codefolge empfängt, liest der Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung einen Indexwert aus, der der Huffman-Codefolge entspricht, und stellt die quantisierte Spektralfolge wieder her. In diesem Fall kann eine verlustfreie Decodierung erreicht werden.
Der Decodierungsumschaltabschnitt 1305 wählt den Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors und gibt Umlaufposition-Identifizierungsinformationen aus, wobei die gleiche Decodierung wie die im Beispiel 6 beschriebene Decodierung ausgeführt wird, um eine quantisierte Spektralfolge wiederherzustellen.
Eine quantisierte Spektralfolge, die durch den Abschnitt 1306 zur inversen Huffman-Quantisierung oder den Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors erzeugt wird, wird in Frequenzspektraldaten umgesetzt, wie im Beispiel 6 beschrieben ist.
Anschließend setzt der (nicht gezeigte) Frequenz-Zeit-Umsetzungsabschnitt die oben beschriebenen Frequenzspektraldaten in Daten in einem Zeitbereich, d. h. PCM-Daten um. Die PCM-Daten werden des Weiteren einer D/A-Umsetzung unterzogen, um ein analoges Audiosignal zu erzeugen.
Obwohl der Abschnitt 130 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors in der obigen Beschreibung eine quantisierte Spektralfolge lediglich aus Umlaufposition-Identifizierungsinformationen erzeugt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie im Beispiel 6 beschrieben wurde, kann der Abschnitt 1301 zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors eine umlaufende quantisierte Spektralfolge (d. h. eine quantisierte Spektralfolge), die durch einen Spektralfolgencode angegeben ist, anhand des Spektralfolgencodes erzeugen, der zusätzlich zu Umlaufposition-Identifizierungsinformationen Referenzspektralfolge-Identifizierungsinformationen und Phasen-Identifizierungsinformationen enthält.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Codierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gibt einen Spektralfolgencode aus, der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen enthält, die angeben, wie weit eine Referenzspektralfolge umläuft, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge zu erhalten, die einer quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten ist. Deswegen ist der Umfang der Informationen beim Codieren verringert, wodurch ein höherer Pegel der Klangqualität erreicht werden kann.
Eine derartige Codierungsvorrichtung erfordert einen geringen Berechnungsumfang und einen kleine Kapazität des Speicherabschnitts im Vergleich zu herkömmlichen Codierungsverfahren. Folglich kann eine Codierungsfolge bei einer kleinen Bitrate wirkungsvoll erzeugt werden.
Die Decodierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besitzt eine Referenzspektralfolge und erzeugt eine quantisierte Spektralfolge anhand einer Referenzspektralfolge und von Umlaufposition-Identifizierungsinformationen, die angeben, wie weit eine Referenzspektralfolge umläuft, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge zu erhalten. Deswegen kann der Umfang von Informationen, der von der Decodierungsvorrichtung empfangen werden soll, verringert werden und ein höherer Pegel der Klangqualität kann wirkungsvoll erreicht werden.

Claims

Codiervorrichtung, die umfasst: einen Abschnitt (110) für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge, der durch Quantisieren eines Audiosignals, das in ein Frequenzbereichssignal umgesetzt worden ist, mit einer vorgegebenen Quantisierungsgenauigkeit eine quantisierte Spektralfolge erzeugt; einen Abschnitt (104) für die Quantisierung eines Umlaufcodevektors, der einen Spektralfolgencode ausgibt, der Umlaufposition-Identifizierungsinformationen enthält, die angibt, wie weit eine Referenzspektralfolge umläuft, um eine umlaufende quantisierte Spektralfolge zu erhalten, die der quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten ist, einen Huffman-Codierungsabschnitt (106), der eine Huffman-Codefolge ausgibt, die durch Umsetzen der quantisierten Spektralfolge erhalten wird; und einen Codierungsumschaltabschnitt (107), der die quantisierte Spektralfolge empfängt und den Ausgang der quantisierten Spektralfolge zwischen dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt und dem Huffman-Codierungsabschnitt unter einer vorgegebenen Bedingung umschaltet.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt ein Codebuch enthält, das eine erste Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen aufweist, die durch Umlaufenlassen der Referenzspektralfolge erhalten werden.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt aus der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen eine umlaufende quantisierte Spektralfolge bestimmt, die ein größtes inneres Produkt mit der quantisierten Spektralfolge als eine umlaufende quantisierte Spektralfolge hat, die der quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten ist.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt aus der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen eine umlaufende quantisierte Spektralfolge bestimmt, die ein größtes modifiziertes inneres Produkt mit der quantisierten Spektralfolge als eine umlaufende quantisierte Spektralfolge hat, die der quantisierten Spektralfolge am ähnlichsten ist.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Menge von mehreren umlaufenden Spektralfolgen repräsentiert wird durch P0 = (c0, c1, c2, ..., cn – 1, cn), P1 = (cn, c0, c1, ..., cn – 2, cn – 1), P2 = (cn – 1, cn, c0, ..., cn – 3, cn – 2), Pn = (c1, c2, c3, ..., cn, c0), wobei die Referenzspektralfolge durch PO gegeben ist, Elemente, die in jeder Folge der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen enthalten sind, durch c0, c1, c2, ..., cn – 1, cn gegeben sind und die Anzahl von Elementen jeder Folge der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen durch n + 1 gegeben ist.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der einige der Elemente c0, c1, c2, ..., cn – 1, cn, die in jeder Folge der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen enthalten sind, null sind.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der einige der Elemente c0, c1, c2, ..., cn – 1, cn, die in jeder Folge der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen enthalten sind, in vorgegebenen Intervallen null sind.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der: der Abschnitt für die Erzeugung einer quantisierten Spektralfolge die quantisierte Spektralfolge anhand einer Frequenzspektralfolge erzeugt, wobei die Frequenzspektralfolge für eines von mehreren Frequenzbändern, die durch Unterteilen des Audiosignals erhalten werden, Spektraldaten enthält; und die vorgegebene Bedingung von einem der mehreren Frequenzbänder eines Audiosignals, aus dem die Frequenzspektralfolge abgeleitet wird, abhängt.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der dann, wenn eine zugewiesene Menge von Informationen für das Frequenzband der Frequenzspektralfolge groß ist, der Codierungsschaltabschnitt die quantisierte Spektralfolge zu dem Huffman-Codierungsabschnitt ausgibt.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der dann, wenn die zugewiesene Informationsmenge für das Frequenzband der Frequenzspektralfolge klein ist, der Codierungsschaltabschnitt die quantisierte Spektralfolge zu dem Umlaufcodevektor-Quantisierungsabschnitt ausgibt.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Codebuch ferner eine zweite Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen enthält, wobei jedes Element der zweiten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen den gleichen Absolutwert und das entgegengesetzte Vorzeichen in Bezug auf ein entsprechendes Element der ersten Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen besitzt.
Codierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Menge von mehreren umlaufenden quantisierten Spektralfolgen umlaufende quantisierte Spektralfolgen enthält, die durch Umlaufenlassen mehrerer Referenzspektralfolgen mit der gleichen Anzahl von Elementen wie jene der quantisierten Spektralfolge erhalten wird.
Decodierungsvorrichtung, die umfasst: einen Abschnitt (1307) zur inversen Quantisierung eines umlaufenden Codevektors, der eine Referenzspektralfolge besitzt, um eine quantisierte Spektralfolge anhand der Referenzspektralfolge und eines eingegebenen Spektralfolgencodes zu erzeugen; einen Abschnitt (1302) zur spektralen inversen Verstärkung, der die quantisierte Spektralfolge empfängt und die quantisierte Spektralfolge einer inversen Verstärkung unter Verwendung einer Korrekturverstärkung unterwirft, um eine verstärkte Spektralfolge zu erzeugen; einen Abschnitt (1303) zur spektralen inversen Normierung, der die verstärkte Spektralfolge empfängt und die verstärkte Spektralfolge unter Verwendung eines Skalierungsfaktors in eine Frequenzspektralfolge umsetzt, einen Abschnitt (1306) zur inversen Huffman-Quantisierung, der eine Huffman- Codefolge empfängt und die Huffman-Codefolge in die quantisierte Spektralfolge umsetzt; und einen Decodierungsumschaltabschnitt (1305), der den Ausgang der quantisierten Spektralfolge zwischen dem Abschnitt zur inversen Quantisierung des umlaufenden Codevektors und dem Abschnitt zur inversen Huffman-Quantisierung unter einer vorgegebenen Bedingung umschaltet, wobei die codierte Folge die Huffman-Codefolge enthält und wobei der Spektralfolgencode Umlaufposition-Identifizierungsinformationen enthält, die angeben, wie stark die Referenzspektralfolge umläuft, um die quantisierte Spektralfolge zu erhalten.