JP2003529787A - 可変時間/周波数分解能および時間/周波数切り替えを使用する効率的なスペクトルエンベロープ符号化 - Google Patents
可変時間/周波数分解能および時間/周波数切り替えを使用する効率的なスペクトルエンベロープ符号化Info
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Abstract
Description
的に符号化するための新規な方法および装置に関する。この方法は、自然なオー
ディオの符号化および音声符号化の双方に使用でき、SBR[WO98/57436号]ま
たはその他の高周波再構成方法を使用する符号化器に特に適す。
化と音声符号化とに分けることができる。自然なオーディオ符号化は一般に中間
ビットレートでの音楽または任意の信号に使用されており、広いオーディオバン
ド幅を提供する。音声符号化器は基本的には音声の再生だけに限定されているが
、一方でオーディオバンド幅が狭いにも係わらず、極めて低いビットレートで使
用できる。双方の種類では、信号は一般に2つの主要な信号成分、すなわち「ス
ペクトルエンベロープ」と、対応する「残留」信号とに分けられる。下記の記載
全体にわたって「スペクトルエンベロープ」なる用語は一般的な意味での信号の
粗いスペクトル分布、すなわち線形予測に基づく符号化器におけるフィルタ係数
またはサブバンド符号化器におけるサブバンドサンプルの時間周波数平均の組を
意味する。「残留」なる用語は一般的な意味における細かいスペクトル分布、す
なわちLPCエラー信号または上記周波数平均値を使って正規化されたサブバン
ドサンプルを有する。「エンベロープデータ」なる用語は、量子化され、符号化
されたスペクトルエンベロープを意味し、「残留データ」なる用語は、量子化さ
れ、符号化された残留データを意味する。中ビットレートおよび高ビットレート
では残留データはビットストリームの主要部分を構成する。極めて低いビットレ
ートではエンベロープデータはビットストリームのより大きい部分を構成し、従
って、より低いビットレートを使う時にはスペクトルエンベロープをコンパクト
に表示することが重要である。
を得るのにエンベロープデータを発生する際に一定長さの比較的短い時間セグメ
ントを使用している。しかしながら、これにより周波数領域の最適利用が妨げら
れ、心理音響学から知られるマスキング効果を発生させる。傾きが急峻な狭フィ
ルタバンドを使用することによって符号化を改善し、トランジェント通過中に良
好な時間的分解能を得るために、最近のオーディオ符号化器は、適応型ウィンド
ー切り替えを使用している。すなわちこれら符号化器は信号の統計値に応じて時
間セグメント長さを切り替えている。短いセグメントを最小限に使用することは
、明らかに符号化を最大にするための前提である。不幸なことに、セグメント長
さを変えるのに長いトランジェントウィンドーが必要であり、これによって切り
替えのフレキシビリティが制限される。
る。符号化は時間/周波数平面のいずれかの方向の冗長性を利用することによっ
て行うことができる。一般に、スペクトルエンベロープの符号化はデルタ符号化
(DPCM)またはベクトル量子化(VQ)を使って周波数方向に実行される。
提供するものである。この符号化方式は伝送されるデータから所定の周波数領域
内の残留信号を除く場合のシステムの特殊な条件を満たすようになっている。例
としては、HFR(高周波再構成)、特にSBR(スペクトルバンド複製)また
はパラメータ符号化器を使用するシステムが挙げられる。一実現例では、固定さ
れたサイズのフィルタバンクからのサブバンドサンプルを周波数バンドと時間セ
グメントとに適応的にグループ分けすることによって、スペクトルエンベロープ
の非一様時間サンプルおよび周波数サンプルが得られ、周波数バンドおよび時間
セグメントの各々は1つのエンベロープサンプルを発生する。これによって、フ
ィルタバンクの限度内の任意の時間および周波数分解能を瞬時に選択できる。こ
のシステムは長時間セグメントおよび高周波分解能にデフォルトする。トランジ
ェントの近くでは、より短い時間セグメントを使用し、よってデータサイズを限
度内に維持するように、より大きい周波数ステップを使用できる。時間的に非一
様なサンプリングの利点を最大にするために、可変長さのビットストリームフレ
ームまたはグラニュールを使用する。この可変時間/周波数分解方法は予測に基
づくエンベロープ符号化にも適用できる。サブバンドサンプルをグループ分けす
る代わりに、システムに従って可変長さの時間セグメントに対し、予測係数を発
生する。
いる。第1の方式は、時間セグメントのボーダーおよび周波数分解能を明示的に
信号化することにより、任意の選択を可能にしている。信号化オーバーヘッドを
低減するために4種類のグラニュールを使用し、異なるコストとフレキシビリテ
ィとの間で妥協を図っている。第2方式は、代表的なプログラムマテリアルの性
質を使用しており、制御ビット数を更に低減するように、トランジェントを少な
くとも時間Tnminだけ分離している。よって、公称グラニュール長さに等しい時
間インターバルTdet≦Tnminで作動する符号化器内のトランジェント検出器が
、起こり得るトランジェントの発生位置を決定する。インターバル内の位置を符
号化し、これを復号化器へ送る。その後の制御信号の所定の組み合わせを仮定し
た場合、符号化器と復号化器とは、エンベロープデータの不明瞭でない復号化を
補償するよう、スペクトルエンベロープサンプルの時間/周波数分布を指定する
ルールを共用している。
を提案するものである。時間領域におけるディラック関数パルスは、周波数領域
における一定数に変換され、周波数領域におけるディラック関数、すなわち単一
のサイン波は時間領域における振幅が一定の信号に対応している。簡単な用語で
簡略化すれば、この信号は他方の領域よりも一方の領域における偏差のほうが小
さくなる。従って、予測符号化またはデルタ符号化を使用することによって信号
の特性に応じ、時間方向または周波数方向のいずれかにスペクトルエンベロープ
を符号化する場合、符号化効率が高くなる。
に説明するためのものであり、本明細書に説明する配置および細部の変形例およ
び変更例は当業者には明らかとなると考えられる。従って、本発明は特許請求の
範囲のみによって限定されるものであり、本明細書の実施例の記述および説明に
よって示された特定の細部によって限定されるものではない。
タと残留データの双方を伝送し、復号化器側での合成中にこれらデータを組み合
わせている。2つの例外としてPNS[「ノイズ置換によるオーディオコーデッ
クの改良」D.シュルツ、JAES、第44巻、7/8号、1996年]および
SBRを使用する符号化器が挙げられる。SBRのケースではハイバンドを考慮
し、ローバンドから残留信号を再構成するので、粗いスペクトル構造だけを伝送
するだけでよい。これによって、特に元の残留データに含まれていたタイミング
情報が失われることに起因し、エンベロープデータをどのように発生するかにつ
いての要求が高くなる。次に、一例によってこの問題について説明する。
ェントとを組み合わせた音楽信号の時間/周波数表示を示す。ローバンドでは、
チョードはパワーが大きく、トランジェントのパワーは小さいが、ハイバンドで
はこの逆となる。トランジェントが生じる時間インターバル中に発生されるエン
ベロープは、間欠的なトランジェントの大パワーによって支配される。復号化器
におけるSBRプロセスでは、転置された信号のスペクトルエンベロープは元の
ハイバンドの解析に使用されたものと同じ瞬間的時間/周波数分解能を使って推
定される。次に、スペクトルエンベロープ内の非類似性に基づき、転置された信
号の等化を実行する。すなわち元の信号と転換された信号の平均電力との間の商
の平方根として、エンベロープ調節フィルタバンクでの増幅率が計算される。こ
の種類の信号に対して、次のような問題が生じる。転置された信号はローバンド
と同じ「コード対トランジェント」パワー比を有する。従って、転置されたトラ
ンジェントを正しいレベルに調節するのに必要とされる利得によって転置された
コードはエンベロープデータを含むトランジェントエネルギーの全長の間で元の
ハイバンドレベルに対して増幅される。これら瞬間的に過度に大きい音量のコー
ドフラグメントは、トランジェントの前後のエコーとして知覚される(図1a参
照)。以下、この種の歪みは「利得によって誘導された前後エコー」と称される
。このような現象は最新のトランジェントと任意に位置するトランジェントとの
間の時間が人の聴覚によって分解できないほど十分に短くなるように保証される
ような高いレートでエンベロープデータをコンスタントに更新することによって
解消できる。しかしながら、このような方法は伝送すべきデータ量を劇的に増加
させるので実現不可能である。
表的なプログラムマテリアルの主要部分を構成するトーナルパッセージ(tonal
passage)中の更新レートを低く維持し、トランジェント検出器によってトラン
ジェント位置を局所化し、前方フランクに近いエンベロープデータを更新するこ
とである(図1b参照)。これによって、利得によって誘導された前エコーが解
消される。トランジェントを良好に減衰させるには、トランジェントが開始した
後の所定の時間インターバル内で更新レートを瞬間的に増加する。これによって
、利得誘導後エコーが解消される。減衰中の時間セグメント化は後述するように
、トランジェントの開始点を探すほど難しいことではない。より小さい時間ステ
ップを補償するために、トランジェント中により大きい周波数ステップを使用し
、データサイズを限度内に維持できる。これまで概略を述べた時間および周波数
における非一様サンプリングは、フィルタバンクに基づくエンベロープ符号化お
よび線形予測に基づくエンベロープ符号化の双方に適用できる。トランジェント
セグメントおよび準静止(トーナル)セグメントに対して、異なる予測順序を使
用できる。
替え方式は知られていない。しかしながら、一部のフィルタバンクに基づく符号
化器は可変時間/周波数分解能を使用しており、この方法は一般にフィルタバン
クサイズを切り替えることによって達成される。かかるサイズの変更すぐには行
うことができないので、いわゆるトランジェントウィンドーが必要であり、よっ
て更新ポイントを自由に選択することはできない。SBRまたはその他のHFR
方法を使用すると、目的は異なる。すなわちフィルタバンクは適当なエンベロー
プ表示を抽出するのに必要とされる最高の時間分解能および最高の周波数分解能
の双方を満たすように設計できる。従って、固定サイズのフィルタバンクからの
サブバンドサンプルを「周波数バンド」および「時間セグメント」に適応的にグ
ループ分けすることによって、スペクトルエンベロープの一様でない時間および
周波数サンプリングを行うことができる。次に、バンドおよびセグメントごとに
1つのエンベロープサンプルを計算する。下記の説明では、「周波数分解能」と
は特定の時間セグメントに対するエンベロープの推定で使用される周波数バンド
、LPC係数または同様なものの特定の組を意味する。換言すれば、エンベロー
プ符号化パースペクティブから瞬間的に高い周波数分解能または高い時間分解能
を得ることができる。
を含み、これら周期の各々は入力信号の短い時間セグメントに対応する。以下、
かかるデータ周期に関連する時間セグメントを「グラニュール(粒)」と称す。
代表的な符号化器は固定長さのグラニュールを使用する。グラニュール境界部が
存在していることにより、エンベロープ推定に使用される時間セグメントの設計
に制限が課せられる。これら時間セグメントを発生するアルゴリズムは、特定の
ロケーションでセグメントの「ボーダー」が必要であること、およびその後の制
限が所定の長さを有しなければならないことを記述できる。しかしながら、固定
長さのグラニュールに起因するこのインターバル内にグラニュール境界部が入ら
ない場合、このセグメントを2つの部分に分割しなければならない。このことに
は2つの意味がある。第1に、符号化のためのセグメント数は可能な場合には伝
送するデータ量を増加できること、第2に、強制されたボーダーは信頼できる平
均パワー推定を行うには過度に短いセグメントを発生し得ることを意味する。こ
れら欠点を解消するために、本発明は可変長さのグラニュールを使用する。これ
によって符号化器内ではルックアヘッドが必要となるだけでなく、復号化器では
エクストラバッファリング(extra buffering)が必要となる。
およびそれに対応する周波数分解能を示し、「ローカルグリッド」は1つのグラ
ニュールのグリッドを示すものとする。明らかに、エンベロープサンプルを正し
く復号化するには、復号化器に対してグリッドを信号化しなければならない。し
かしながら、低ビットレートのアプリケーションでは、この「制御信号」に対す
るビット数は最小値に維持しなければならない。本発明では2つの信号化方式を
提案する。これら方式を詳細に説明する前に、「ベースラインシステム」および
一部の設計基準を確立する。
テップは上記時間セグメントにグループ分けされた「サブグラニュール」と見な
すことができる。一般的なケースでは、1つのグラニュールはS個のサブグラニ
ュールを含み、ここでSはグラニュールごとに異なる。全グラニュールに対する
1つのセグメントからS個のセグメントまでの範囲となる、1つのグラニュール
内の可能なセグメントの組み合わせの数は次の式で示される。
応して、ceil(ln2(c))=ceil(ln22S))=Sビットが必要
である。グラニュールの任意のサブ分割は、S−1個のビットによって信号化で
き、これらビットは連続するサブグラニュールを示し、対応するサブグラニュー
ルに前方セグメントボーダーが存在するか否かを記述する(ここでは最初のグラ
ニュールボーダーと最終のグラニュールボーダーは信号化する必要はない)。S
は可変であるので、信号化しなければならず、この方式と固定長さグラニュール
のローバンドコーデックとを組み合わせる場合、一定長さグラニュールに対する
位置も信号化しなければならない。セグメントの周波数分解能はダイナミックに
割り当てられた制御ビット、例えばセグメントごとに1ビット割り当てられた制
御ビットによって信号化できる。明らかに、かかるストレートフォワードな方法
によって受け入れできない大きい数の制御信号ビットが生じ得る。
高いとは言えず、制限されたビットレートで実用的な、過度に多い量のエンベロ
ープデータも発生させる。
、次のように推定できる。音楽表示では、リズム状の「パルス」を分数A/B(
ここでAは一小節ごとの「ビート」の数を示し、1/Bは1ビートに対応する音
符のタイプ、例えば一般に4分音符と称される1/4音符である)として表記さ
れる拍子記号によって記述される。tが1分当たりのビートのテンポ(BPM)
を示すものとする。よって、1/Cのタイプの音符当たりの時間は次のように示
される。
では、32分音符から構成されたほとんどの実際のケースに対し、リズムパター
ンは最速となる。このことは、Tnmin=(60/160)×(4/32)=47
msを生じさせる。当然ながら、これよりも短い時間周期が生じるが、かかる高
速のシーケンス(毎秒21イベントより大である)はほとんどバズの性質を有し
、完全に分解する必要はない。
ジェント信号は再構成すべきハイバンドで主要なエネルギーを有する。このこと
は、符号化されたスペクトエンベロープがすべての「タイミング」情報を搬送し
なければならないことを意味する。従って、所望するタイミング精度は前方フラ
ンクを符号化するのに必要な分解能を決定する。周期内の小さい時間のずれは明
瞭に聞くことができるので、Tqは最小の音符周期Tnminよりもかなり短くなっ
ている。しかしながら、多くのケースではトランジェントはローバンドで大きな
エネルギーを有する。上記利得誘導前エコーは、聞くことができないようになる
には、人の聴覚系の、いわゆるプリまたは後方マスキング時間Tm内に入ってい
なければならない。従って、Tqは次の2つの条件を満たしていなければならな
い。
くなる)、[「非同時マスキングの加算性のモデル化」、聴覚レスポンス、第8
0巻、105〜118ページ(1994年)]によれば、Tmは10〜20ms
の大きさになる。Tnminは50msの範囲内であるので、式3によりTqを妥当
に選択する結果、第2条件も満たされる。当然ながら、Tqを選択する際には、
符号化器内のトランジェントの検出の精度および分析/合成フィルタバンクの時
間分解能も検討しなければならない。
の理由は、第1に、音符からずれた位置は知覚されるリズムにほとんどまたは全
く影響しないからである。第2に、ほとんどの楽器はシャープな後方フランクを
示さず、むしろスムーズな減衰曲線を示し、すなわち良好に定められる音符オフ
時間が存在しないからである。第3に、後方または前方マスキング時間は実質的
にプリマスキング時間よりも長いからである。
次の簡略化を行うことができる。 1.最高の精度Tqでトランジェント開始位置だけを伝送すればよい。 2.Tp>>Tqだけ分離したトランジェントだけを完全に分解するだけでよい
。
つの時間サンプリングモード、すなわち時間の一様サンプリングモードおよび非
一様サンプリングモードを使用している。準静止パッセージの間では一様モード
を使用し、よって固定長さのセグメントを使用し、余分な信号化はほとんど必要
でなくなる。トランジェントの近くでは、システムは非一様動作に切り換わり、
可変長さのグラニュールを使用し、理想的なグローバルグリッドに良好に適合す
ることが可能となる。
各種類の特定のニーズに合わせられる。これら種類は図2aに定義されている。
種類「FixFix」は従来の一定長さのグローバルグリッドに対応し、種類「FixVar
」は移動自在な停止境界部を有し、これによってグラニュール長さを変えること
が可能となる。種類「VarFix」は可変開始境界部を有するが、一方で停止ボーダ
ーは固定されている。最後の種類「VarVar」は両端部で可変境界部を有する。す
べての可変境界部は「公称位置」に対して−a/+bだけオフセットできる。
ixにデフォルトする。図に概略が示されているように、現在のグラニュールの前
のある時間領域でトランジェント検出器(または心理音響モデル)が作動する。
トランジェントが検出されると、種類FixVarグラニュールが使用され、システム
は一様動作から非一様動作に切り換わる。一般に、このグラニュールの次に、種
類VarFixグラニュールが続く。その理由は、ほとんどの時間トランジェントはグ
ラニュール長さの実際上のすべての選択に対し、多数のグラニュールだけ分離し
ているからである。連続フレーム内のトランジェントのケースでは、VarVar種類
のフレームを使用することができる。
る。ここでは1つのトランジェントが存在し、(Tqに量子化された)前方フラ
ンクがtで示されている。ビットストリームの第1部分は「種類」信号である。
4種類の種類が使用されているので、この信号には2つのビットが使用される。
FixVarまたはVarFix種類のケースでは、次の信号は公称位置からのオフセットと
して表記された、可変境界部の位置を記述する。この境界部は「絶対ボーダー」
と称される。グラニュール内のセグメントボーダーは「相対的ボーダー」によっ
て記述される。この絶対ボーダーは基準として使用され、他のボーダーはこの基
準ボーダーに対する累積的距離として記述される。相対的ボーダーの数は可変で
あり、絶対ボーダーの後に復号化器へ信号化される。ゼロ番号はグラニュールが
1つの時間セグメントしか含まないことを意味する。従って、種類FixVarのケー
スではグラニュールの端における絶対ボーダーから離間する逆方向にセグメント
の長さが信号化される。FixVarグラニュール内の第1セグメントの長さは相対的
ボーダーおよび全長から誘導され、信号化されない。種類VarFixの相対的ボーダ
ー信号がビットストリーム内に順方向シーケンスへ挿入され、よって最終セグメ
ント長さが排除される。このビットストリーム信号の順序は種類FixVarの順序と
同じである。すなわち[種類、絶対ボーダー、相対的ボーダーの数、相対的ボー
ダー0、相対的ボーダー1、....、相対的ボーダーN−1]となる。図では、ビ
ットストリーム内で送られる実際の二進コードワードの代わりに「クリアなテキ
スト」内に信号が示される。
ループ分けする際に、可変境界部は多様性を提供する。従って、このレベルでは
、例えば、グローバルグリッド当たりのビットの数を等しくするために、あるペ
イロード制御を実行できる。これにより、ローバンド符号化器の動作を容易にで
きる。ルックアヘッドが十分な場合、マルチパス符号化を実行でき、ローカルグ
ッドの最適な組み合わせを使用できる。
当たりのビット数を小さくするには、絶対ボーダーが精度Tqを有する場合、こ
れら長さをTqの整数倍(>1)に量子化できる。この場合、上記機能の他に絶
対ボーダーは精度Tqにて、トランジェントのまわりでボーダーの一グループを
整列するように働く。換言すれば、トランジェント前方フランクの符号化のため
に常時最高精度を利用でき、減衰のトラッキングの際に、より粗い分解能を使用
する。
する。すなわちインターリーブされた信号[種類、絶対ボーダー左、d:o右、
番号相対的ボーダー左、d:o 右[相対的ボーダー左0....、相対的ボーダー
左N−1]、[d:o右]]である。この種類は信号化オーバヘッドを増加する
ことを代償に、ローカルグリッド選択におけるフレキシビリティを最大にする。
最後に、FixFix種類はそれ自身、種類信号以外の信号を必要とせず、このケース
では、例えば2つ(同じ長さ)のセグメントが使用される。しかしながら、所定
グリッドの組内の選択を可能にする信号を加えることが実現可能である。例えば
2つのセグメントに対し、スペクトルエンベロープを計算でき、これら2つのエ
ンベロープが所定の値より多く異なっていなければ、エンベロープデータの1つ
の組しか送らない。
トランジェント前方エッジに対応している復号化器に信号を送ることが望ましい
。このことは、対応するボーダーをポイントする「ポインター」を送ることによ
って行うことができる。基準方向は相対的ボーダーの方向に従うことができ、ゼ
ロの値は現在のグローバルグリッド内にトランジェント開始点が存在しないこと
を意味する。更に、個々のセグメントに対して使用される周波数分解能(パワー
推定値の数または予測順序)も定義しなければならない。この分解能は「ベース
ラインシステム」の場合のように、明示的に信号化できるか、または暗黙的に信
号化できる。すなわち分解能ハセグメント長さに結合され、可能な場合にはポイ
ンターの位置に結合される。
ることが重要である。上記システムでは、対応するグローバルグリッドの制御信
号によりローカルグリッドが完全に記述される。従って、制御信号内にはフレー
ム間の依存性は存在しない。このことは、グローバルグリッドの境界部が「過剰
符号化」されることを意味する。その理由は、グローバルグリッドの交差点は双
方の連続するグローバルグリッド内で信号化されるからである。この冗長性は簡
単なエラー検出に使用できる。すなわちボーダーが一致しなければ、伝送エラー
が生じており、エラー隠しを立ち上げることができる。
ト用のものである。先に確立した設計ルールは、制御信号ビット数を更に低減す
るために、より大きい度合いで使用される。本発明によれば、トランジェントの
近くにおけるセグメントボーダーおよび周波数分解能の暗黙的信号化のために、
トランジェント開始情報を使用できる。NTq≦Tnminに従って選択されたN個
のサブグラニュールの公称グラニュールサイズを仮定し(ここでNは8である)
、すなわち1つのグラニュール内では1つのトランジェントの最大値が生じる可
能性が高いこと(図4a参照)を仮定し、以下このことを説明する。現在のグラ
ニュールのN/2の前に位置する長さNのインターバルで作動するトランジェン
ト検出器を使用する(図4b)。トランジェントが検出されると、この領域に関
連するフラグをセットする。実施例では、トランジェント検出器は時間n−1で
サブグラニュール2内のトランジェントおよび時間nにおけるサブグラニュール
3内のトランジェントを検出した。これら位置、pos(n−1)およびpos
(n)だけでなく、対応するフラグ、すなわちflag(n−1)およびfla
g(n)をグリッド発生アルゴリズムに対する入力として使用し、グラニュール
nのための対応するローカルグリッドを図4cに示されるようにすることができ
る。図から判るように、グラニュールnの時間/周波数グリッド内には時間n−
1におけるグラニュールのサブグラニュール3が含まれる。ビットストリームへ
送られる信号はflag(n)[1ビット]およびpos(n)[ceil(l
n2(N))ビット]だけである。このグリッドアルゴリズムは復号化器によっ
ても既知となっているので、これら信号は先行するグラニュールn−1の対応す
る信号と共に、符号化器が使用するグリッドの不明瞭でない再構成をするには十
分である。トランジェントが検出されなければ、位置信号は絶対的であり、例え
ば1つのセグメントを使用するのか、または2つのセグメントを使用するのかを
記述する1ビット信号を置換できる。従って、一様モードの動作は種類信号化シ
ステムの動作と同じとなる。
、ステートがローカルグリッドを定める有限ステートマシンとして見なすことが
できる。明らかにこれらステートは符号化器および復号化器の双方に記憶された
テーブルによって表示できる。グリッドはハード符号化されているので、ペイロ
ードを適応的に変える能力がこれまで犠牲になっていた。妥当な解決方法は、時
間/周波数データマトリックスサイズ(例えばパワー推定値の数)をほぼ一定に
維持することである。高分解能セグメントにおけるスケールファクターの数、す
なわち係数が低分解能セグメントの2倍であると仮定すると、高分解能セグメン
トは2つの低分解能セグメントに対して妥協することができる。
トなスペクトルに対応し、周波数領域における「パルス」、すなわち単一のサイ
ン波は、時間領域における準静止信号に対応することを証明できる。換言すれば
、1つの信号は他の信号よりも1つの領域において、よりトランジエントな性質
を通常示す。スペクトル図、すなわち時間/周波数マトリックスディスプレイで
は、このような性質は明らかであり、スペクトルエンベロープを符号化する際に
これを有利に使用できる。 トーン静止信号は周波数方向のデルタ符号化には適していない、極めてまばら
なスペクトルを有し得るが、時間領域におけるデルタ符号化には良好に適し、こ
の逆も成り立つ。このことは図5に表示されている。次の説明において、時間n0 で計算されたスケールファクターのベクトルは、次のスペクトルエンベロープ
を示す。
は次の式を生じさせる、所定時間における周波数方向の隣接する値の間の差を符
号化することである。
まで説明したように、スペクトルが数個の静止トーンしか含んでいない場合、こ
のようなデルタ符号化方式は最も非効率的であると証明できる。この結果、デル
タ符号化により規則的なPCM符号化よりも高いビットレートが発生する。この
ような問題を処理するために、以下、T/F符号化と称される時間/周波数切り
替え方法が提案される。時間方向および周波数方向の双方にスケールファクター
を量子化し、符号化する。双方のケースにおいて所定の符号化エラーに対し、ビ
ットの必要な数計算するか、または所定の数のビットに対してエラーを計算する
。これに基づき、最も有利な符号化方向を選択する。
2つのベクトルDfおよびDtを計算する。
ーブルは時間方向用である)は、ベクトルを符号化するために必要なビット数を
記述する。符号化のための最小数のビットを必要とする符号化されたベクトルは
、好ましい符号化方向を示す。時間/周波数切り替え基準として、ある最短距離
を使用して最初にこれらテーブルを発生してもよい。
ンベロープを時間方向に符号化する時でなく、周波数方向に符号化する際に開始
値を伝送する。提案されているアルゴリズムは伝送すべきイクストラ情報、すな
わちスペクトルエンベロープを符号化した方向を示す時間/周波数フラグも必要
とする。DPCMおよびホフマンとは別のスケールファクター−エンベロープ表
示のいくつかの異なる符号化方式、例えばADPCM、LPCおよびベクトル量
子化と共に、T/Fアルゴリズムを有利に使用できる。提案されているT/Fア
ルゴリズムはスケールファクター−エンベロープデータに対し、ビットレートを
大幅に低減する。
にはアナログ入力信号が送られ、デジタル信号を形成する。デジタルオーディオ
信号は感覚オーディオ符号化器602へ送られ、ここでソース符号化が実行され
る。更にデジタル信号はトランジェント検出器603へ送られ、更に分析フィル
タバンク604へ送られ、このフィルタバンクは信号をスペクトル等化信号(サ
ブバンド信号)に分割する。トランジェント検出器は分析バンクからのサブバン
ド信号に対して演算を行うことができるが、一般的な目的に対してはデジタル時
間領域のサンプルに対して直接演算を行うものと考える。トランジェント検出器
は信号をグラニュールに分割し、本発明に従い、グラニュール内のサブグラニュ
ールに対し、トランジェントとしてのフラグを立てるべきかどうかを決定する。
この情報は、エンベロープグループ分けブロック605へ送られ、このブロック
は現在グラニュールに対して使用すべき時間/周波数グリッドを指定する。グル
ープに従い、ブロックは一様サンプリングされたサブバンド信号を組み合わせ、
非一様サンプリングされたエンベロープ値を形成する。一例として、これら値は
グループ分けされたサブバンドサンプルの平均パワー密度を示すことができる。
これらエンベロープ値はグループ分け情報と共にエンベロープ符号化器ブロック
606へ送る。このブロックはエンコーア値をどの方向(時間方向または周波数
方向)に符号化するかを決定する。この結果生じる信号、例えばオーディオ符号
化器からの出力信号、ワイドバンドな符号化器情報および制御信号がマルチプレ
クサ607へ送られ、マルチプレクサは伝送または記憶されるシリアルビットス
トリームを形成する。
復号化器側が示されている。デマルチプレクサ701は信号を回復し、適当な部
分をオーディオ復号化器702へ送る。このオーディオ復号化器はローバンドの
デジタルオーディオ信号を発生する。デマルチプレクサから符号化器復号化部分
703へエンベロープ情報が送られ、復号化ブロック703は制御データを使用
することにより、どの方向に現在エンベロープを符号化し、データを復号化する
のかを決定する。オーディオ復号化器からの低バンド信号は変換モジュール70
4へルーティングされ、このモジュールは低バンドから再生された高バンド信号
を発生する。この高バンド信号は分析フィルタバンク706へ送られる。このフ
ィルタバンクは符号化器側のタイプと同じタイプである。スケールファクターグ
ループ分けユニット707にてサブバンド信号が組み合わされる。デマルチプレ
クサからの制御信号を使用することにより、サブバンドサンプルの同じタイプの
組み合わせおよび時間/周波数分布を符号化器側でも採用する。デマルチプレク
サからのエンベロープ情報およびスケールファクターグループ分けユニットから
の情報は、利得制御モジュール708内で処理される。このモジュールは合成フ
ィルタバンクブロック709内で再組み合わせする前に、サブバンドサンプルに
適用すべき利得率を計算する。従って、合成フィルタバンクからの出力信号は、
エンベロープが調節された高バンドのオーディオ信号となる。この信号は、遅延
ユニット705からの出力信号に加算され、この加算信号は低バンドオーディオ
信号と共に送られる。高バンド信号の処理時間を遅延処理によって補償しており
、最後に得られたデジタルワイドバンド信号はデジタル−アナログコンバータ7
10内でアナログオーディオ信号へ変換される。
ック図である。
ック図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 記憶または伝送に先立って実行されるすべての演算を行う符
号化器と、記憶または伝送後に実行されるすべての演算を行う復号化器とを備え
、所定の周波数領域に対応する残留信号が伝送データまたは記憶データから排除
され、前記復号化器において新しい残留信号が合成される、ソース符号化システ
ムにおいて、スペクトルエンベロープ符号化をするための方法において、 前記符号化器において、入力信号の統計分析を実行する工程と、 前記分析の結果に基づき、スペクトルエンベロープ表示に使用すべきグリッド
を選択する工程と、 前記グリッドを使用することにより、前記スペクトルエンベロープを示すデー
タを発生する工程と、 前記グリッドを記述する制御信号と共に前記データを伝送する工程と、 前記復号化器において、出力信号の合成の際に前記制御信号および前記データ
を使用する工程とを特徴とする、スペクトルエンベロープ符号化方法。 - 【請求項2】 前記入力信号の時間/周波数表示における要素をグループ分
けし、前記グループの各1つに対するスケールファクターを計算することによっ
て前記瞬間的時間および周波数分解能を得ることを特徴とする、請求項1記載の
方法。 - 【請求項3】 フィルタバンクにより前記時間/周波数表示を発生すること
を特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記フィルタバンクが固定サイズであることを特徴とする、
請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 線形予測器により前記データを発生することを特徴とする、
請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記分析において、トランジェント検出器を使用することを
特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 トランジェントの発生時に前記瞬間的分解能を、より高い周
波数の分解能とより低い時間分解能とのデフォルト組み合わせから、より低い周
波数分解能とより高い時間分解能との組み合わせに切り換えることを特徴とする
、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 前記制御信号が前記分析によって発生された一定更新レート
のグラニュール内の位置を記述し、前記符号化器および前記復号化器の双方に利
用できるルールを使用することにより、現在の隣接するグラニュール内の位置に
基づき、前記周波数分解能を選択することを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項9】 グラニュール当たりの多くて1つの位置を信号化することを
特徴とする、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 可変長さのグラニュールを使用することを特徴とする、請
求項1記載の方法。 - 【請求項11】 第1の種類が固定位置のグラニュール境界部および長さL
を有し、第2の種類が固定位置の開始境界部および可変位置停止境界部を有し、
第3の種類が可変位置開始境界部および固定位置停止境界部を有し、第4種類が
可変位置開始境界部および停止境界部を有し、前記固定位置が距離Lだけ分離さ
れた基準位置に一致し、前記可変位置が前記基準位置に対して[−a、b]だけ
オフセットできるように、4種類のグラニュールを使用することを特徴とする、
請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 時間方向および周波数方向の双方で前記スケールファクタ
ーを符号化し、瞬間的に最も有益な方向を決定し、前記伝送のために前記最も有
益な方向を使用することを特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項13】 所定の数のビットに対し、最小の符号化エラーを発生する
方法を選択することを特徴とする、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 所定の符号化エラーに対し、最小の数のビットを発生する
方向を選択することを特徴とする、請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 無損失符号化を使用し、特に符号化方向の選択のためにテ
ーブルを使用する場合に、前記時間および周波数方向に対して別個のテーブルを
使用することを特徴とする、請求項14記載の方法。 - 【請求項16】 復号化器によって復号化すべき信号のスペクトルエンベロ
ープを符号化するための装置において、 入力信号の統計分析を実行するための手段と、 前記分析の結果に基づき、前記入力信号のスペクトルエンベロープ表示に使用
すべき瞬間的な時間および周波数分解能を選択するための手段と、 前記分解能を使って前記スペクトルエンベロープを表示するデータを発生する
ための手段と、 前記分解能を記述する制御信号と共に前記データを伝送するための手段とを特
徴とする、信号のスペクトルエンベロープを符号化するための装置。 - 【請求項17】 符号化された信号のスペクトルエンベロープ表示に使用さ
れる瞬間的な時間および周波数分解能を決定するように、受信した制御信号を解
釈するための手段と、 前記制御信号を使用し、前記スペクトルエンベロープ表示に基づき、受信した
エンベロープデータを復号化するための手段と、 出力信号の合成において前記復号化されたエンベロープデータを使用するため
の手段とを特徴とする、符号化器によって符号化された信号のスペクトルエンベ
ロープを復号化するための装置。
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