JP2007509362A - デジタル信号をスケーラブルビットストリームにエンコードする方法、及びスケーラブルビットストリームをデコードする方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−下位互換性:MPEG−4 AACビットストリーム等の高圧縮コア層ビットストリームがロスレスビットストリームに埋め込まれる。
−知覚的に埋め込まれたロスレスビットストリーム:ロスレスビットストリームを、再構成された音声の知覚の最適性において、損失無く任意のロッシーレートにて切り捨てることができる。
−低複雑性:非常に限定的なメモリと同様、AAC(二進算術コーデック)時に、非常に限定的な演算が加えられるのみである。
但し、thr(k)は、c(k)に対するより低い(ゼロに近い)量子化閾値であり、e(k)は、エラー信号を表すエラー係数である。
但し、f(k)は、次式のようなc(k)に対応する任意の関数である。
明らかに、コア層において既に有効であるc(k)に対して(thr(k)≠0)、IntMDCT残留成分e(k)の符号をコア層再構成から決定できる。故に、その振幅のみがLLE層で符号化される必要がある。加えて、大抵の音声信号に対して、数11の確率密度関数(pdf:Probability Density Function)を有するラプラスランダム変数によりc(k)を近似できることは、よく知られている。
但し、e’(k)は、エンコーダ100のエラー係数e(k)に対応するビットプレーン復号化された上位層ビットストリームを示す復号化エラー係数である。故に、復号化エラー係数e’(k)(LLEビットストリームを低レートに切り捨てる場合に可能性があるのは、ロッシーバージョン)と、エンベデッドコア層(AAC)ビットストリームに含まれる量子化指標i(k)を有するエンコーダにおいて同様に生成された量子化閾値thr(k)とから、変換信号係数c(k)を再生成可能であることがわかる。
1.最有意ビットプレーンj=M−1から開始する。
2.bi,M−1=bi,M−2=...=bi,j+1=0であるbi,jのみをエンコードする。有意スキャンにおいてbi,j=1の場合、siをエンコードする(significance propagationパス)
3.significance propagationパスにおいてエンコードされないbi,jをエンコードする(Reninementパス)。
4.ビットプレーンj−1まで進む。
上記処理は、通常予め規定されたレート/歪み制限である、特定の停止基準に至るまで繰り返される。加えて、ビットプレーン記号に均一でない分布が見つかった場合には、significance propagationパスにおける符号化順の更なる調整が必要とされ得る。
量子化器からの量子化係数thr(k)がゼロではないような、周波数バンドsにエラー係数が存在する場合、周波数バンドsは有意であるといえる。言い換えれば、e(k)が周波数バンドのエラー係数である場合、即ち、e(k)=c(k)−thr(k)の場合、周波数バンドsは有意であり、thr(k)≠0であり(i(k)=0のときthr(k)=0)、故にe(k)=c(k)である。そうでなければ、周波数バンドsは非有意とみなされる。
4.数32に対するバンドsが存在する場合、上記1に進む。
4.数37に対するバンドsが存在する場合、上記1に進む。
有意バンドs(即ち、数38により示されるエラー係数)に対して、e(k)の最大絶対値は、数39に示すようにAAC量子化器における量子化間隔により境界される。
<文献2> Jr. Stuart and et. al., "MLP lossless compression, "AES 9th Regional Convention Tokyo.
<文献3> R. Geiger, J. Herre, J. Koller, and K. Brandenburg, "INTMDCT - A link between perceptual and lossless audio coding," IEEE Proc. ICASSP 2002.
<文献4> J. Li, "Embedded audio coding (EAC) with implicit auditory masking", ACM Multimedia 2002, Nice, France, Dec. 2002
<文献5> T. Moriya, N. Iwakami, T. Mori, and A. Jin, "A design of lossy and lossless scalable audio coding," IEEE Proc. ICASSP 2000.
<文献6> T. Moriya and et. al., "Lossless Scalable Audio Coder and Quality Enhancement, " Proceeding of ICASSP 2002.
<文献7> M. Hans and R.W. Schafer, "Lossless Compression of Digital Audio," IEEE Signal processing magazine. Vol. 18, No. 4, pp. 21-32, 2001.
<文献8> Lin Xial, Li Gang, Li Zhengguo, CHia Thien King, Yoh Ai Ling, "A Novel Prediction Scheme for Lossless Compression of Audio Waveform", Proc. IEEE ICME2001, Aug. Japan.
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<文献10> WaveZip: http://www.gadgetlabs.com/wavezip.htmp
<文献11> LPAC: http;//www-ft.ee.tu-berlin.de/~liebchen/
<文献12> Wave Archiver: www.ecf.utoronto.ca/~denlee/wavarc.html
<文献13> R. Geiger, T. Sporer, J. Koller, and K. Brandenburg," Audio Coding based on Integer Transforms," 111th AES Convention, Sep. 2001.
<文献14> J. Johnston, "Estimation of Perceptual Entropy," Proc. ICASSP 1988.
<文献15> R. Yu, C. C. Ko, X. Lin and S. Rahardja, "Bit-plane Golomb code for sources with Laplacian distributions, " proceeding of ICASSP 2003.
<文献16> Monkey's Audio, http://www.monkeysaudio.com
<文献17> S. H. Park et al., "Multi-Layer Bit-Sliced Bit Rate Scalable MPEG-4 Audio Coder", presented at the 103th Convention of the AES, New York, Sep. 1997 (preprint 4520)
<文献18> Ralf Geiger and et. al., "FINE GRAIN SCALABLE PERCEPTUAL AND LOSSLESS AUDIO CODING BASED ON INTMDCT," Proceeding of IDASSP 2003.
<文献19> ISO/IEC 14496-3 Subpart 4, Information Technology - Coding of Audiovisual Objects, Part 3. Audio, Subpart 4 Time / Frequency Coding, ISO/JTC 1/SC 29/WG11, 1998
<文献20> T. Painter, A. Spanias, "Perceptual Coding of Digital Audio", IEEE Proceedings, vol. 88, no. 4, Apr 2000.
<文献21> ISO/IEC 11172-3, "CODING OF MOVING PICTURES AND ASSOCIATED AUDIO FOR DIGITAL STORAGE MEDIA AT UP TO ABOUT 1.5 MBIT/s, Part 3 AUDIO
<文献22> Westen, S. J. P., R. L. Lagendijk, and J. Biemond, "Optimization of JPEG color image coding using a human visual system model", SPIE conference on Human Vision and Electronic Imaging
<文献23> Westen, S. J. P., R. L. Lagendijk, and J. Biemond, "Spatio-Temporal Model of Human Vision For Digital Video Compression," SPIE Proceeding of Electronic Imaging 97.
<文献24> J. Li and S. Lie, "An embedded still image coder with rate-distortion optimization," IEEE Trans. On Image Processing, vol. 8, no. 7, pp. 913-924, July 1999
Claims (30)
- デジタル信号をスケーラブルビットストリームにエンコードするエンコード方法であって、
前記デジタル信号を量子化し、量子化された信号をエンコードしてコア層ビットストリームを形成する量子化工程と、
前記デジタル信号及び前記コア層ビットストリームに基づきエラーマッピングを行い、前記コア層ビットストリームにエンコードされた情報を除去して、エラー信号を生じるエラーマッピング工程と、
知覚モデルを用いて決定される前記デジタル信号の知覚情報に基づき前記エラー信号をビットプレーン符号化し、上位層ビットストリームを生じるビットプレーン符号化工程と、
前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームを多重化し、前記スケーラブルビットストリームを生成する多重化工程と
を備えることを特徴とするエンコード方法。 - 前記デジタル信号を適切なドメインに変換する変換工程を更に備えており、
前記変換信号は、前記量子化された信号をエンコードする前に、前記量子化された信号を生成するために量子化されることを特徴とする請求項1に記載のエンコード方法。 - 前記デジタル信号の知覚情報を、前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームとともに更に多重化して、前記スケーラブルビットストリームを生成することを特徴とする請求項1又は2に記載のエンコード方法。
- 前記デジタル信号を、整数型修正離散コサイン変換を用いて変換デジタル信号に変換することを特徴とする請求項2に記載のエンコード方法。
- 前記変換信号を正規化してMDCTフィルタバンクの出力を近似することを特徴とする請求項4に記載のエンコード方法。
- MPEG AAC(Moving Pictures Expert Group Advanced Audio Coding)仕様に従って、前記デジタル信号又は前記変換デジタル信号を量子化及びエンコードすることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のエンコード方法。
- 前記エラーマッピングは、前記量子化された信号の各量子化値に対応するより低い量子化閾値を前記デジタル信号又は前記変換デジタル信号から差し引くことにより行われ、これにより前記エラー信号を生成することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のエンコード方法。
- 前記デジタル信号の知覚情報を決定する前記知覚モデルとして、心理音響モデルを用いることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のエンコード方法。
- 前記エラー信号は複数のビットプレーン記号を含むビットプレーンで表され、前記エラー信号のビットプレーン符号化中に連続的に前記ビットプレーンがスキャン及び符号化される際、より知覚的に重要なビットプレーンが初めに符号化されるように、前記ビットプレーンが前記デジタル信号の知覚情報に基づきシフトされることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のエンコード方法。
- 前記エラー信号は複数のビットプレーン記号を含むビットプレーンで表され、前記ビットプレーン及び前記ビットプレーン記号は、より知覚的に重要な前記ビットプレーンのビットプレーン記号が先ず符号化されるように、前記エラー信号のビットプレーン符号化中に、前記デジタル信号の知覚情報に基づく順にスキャン及び符号化されることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のエンコード方法。
- 前記エラー信号のビットプレーン符号化が開始される前記エラー信号のビットプレーンM(s)と、前記デジタル信号の丁度可知歪み(JND:Just Noticeable Distortion)レベルとの情報のうち少なくとも一方は、前記知覚モデルにより前記デジタル信号の知覚情報として決定され、
sは前記デジタル信号又は前記変換デジタル信号の周波数バンドに相当することを特徴とする請求項9又は10に記載のエンコード方法。 - 前記デジタル信号の知覚有意性Ps(s)は、前記知覚情報として更に決定され、
前記知覚有意性は、
前記デジタル信号のJNDレベルτ(s)に対応する前記エラー信号のビットプレーンを決定する決定工程と、
前記デジタル信号のJNDレベルτ(s)に対応する前記エラー信号のビットプレーンを、前記エラー信号のビットプレーン符号化が開始される前記エラー信号のビットプレーンM(s)から差し引くことにより、前記知覚有意性Ps(s)を決定する差引工程と
から決定され、
前記知覚有意性Ps(s)を用いて、少なくとも前記ビットプレーン又は該ビットプレーンのビットプレーン記号のスキャン及び符号化順を制御することを特徴とする請求項11に記載のエンコード方法。 - 前記知覚有意性Ps(s)は、
前記知覚有意性Ps(s)の関数に基づいて、共通の知覚有意性Ps(s)_commonを規定する規定工程と、
前記共通の知覚有意性Ps(s)_commonを前記知覚有意性Ps(s)から差し引くことにより、正規化された知覚有意性’Ps’(s)を生成する差引工程と
により正規化され、
前記量子化値がすべてゼロではない周波数バンドsに対しては、前記知覚有意性Ps(s)の値を、前記共通の知覚有意性Ps(s)_commonの値に設定し、
前記量子化値がすべてゼロである周波数バンドsに対しては、前記正規化された知覚有意性’PS’(s)を、前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームとともに多重化して、前記スケーラブルビットストリームを生成することを特徴とする請求項12に記載のエンコード方法。 - 前記エラー信号のビットプレーン符号化を開始させる前記エラー信号のビットプレーンは、前記デジタル信号又は前記変換デジタル信号を量子化するための前記周波数バンドsで用いる最大量子化間隔から決定することを特徴とする請求項11に記載のエンコード方法。
- デジタル信号をスケーラブルビットストリームにエンコードするエンコーダであって、
前記デジタル信号を量子化し、量子化された信号をエンコードしてコア層ビットストリームを形成する量子化手段と、
前記デジタル信号及び前記コア層ビットストリームに基づきエラーマッピングを行い、前記コア層ビットストリームにエンコードされた情報を除去して、エラー信号を生じるエラーマッピング手段と、
知覚モデルを用いて決定される前記デジタル信号の知覚情報に基づき前記エラー信号をビットプレーン符号化し、上位層ビットストリームを生じる知覚ビットプレーン符号化手段と、
前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームを多重化し、前記スケーラブルビットストリームを生成する多重化手段と
を備えることを特徴とするエンコーダ。 - デジタル信号をスケーラブルビットストリームにエンコードする方法であって、
前記デジタル信号を量子化し、量子化された信号をエンコードしてコア層ビットストリームを形成する量子化工程と、
前記デジタル信号及び前記コア層ビットストリームに基づきエラーマッピングを行い、前記コア層ビットストリームにエンコードされた情報を除去して、エラー信号を生じるエラーマッピング工程と、
知覚モデルを用いて決定される前記デジタル信号の知覚情報に基づき前記エラー信号をビットプレーン符号化し、上位層ビットストリームを生じるビットプレーン符号化工程と、
前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームを多重化し、前記スケーラブルビットストリームを生成する多重化工程と
を備えるエンコード方法を、コンピュータによりプログラムが実施される際に、該コンピュータに実行させる前記プログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータ読取可能媒体。 - デジタル信号をスケーラブルビットストリームにエンコードする方法であって、
前記デジタル信号を量子化し、量子化された信号をエンコードしてコア層ビットストリームを形成する量子化工程と、
前記デジタル信号及び前記コア層ビットストリームに基づきエラーマッピングを行い、前記コア層ビットストリームにエンコードされた情報を除去して、エラー信号を生じるエラーマッピング工程と、
知覚モデルを用いて決定される前記デジタル信号の知覚情報に基づき前記エラー信号をビットプレーン符号化し、上位層ビットストリームを生じるビットプレーン符号化工程と、
前記コア層ビットストリーム及び前記上位層ビットストリームを多重化し、前記スケーラブルビットストリームを生成する多重化工程と
を備える方法を、コンピュータによりプログラム要素が実施される際に、該コンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム要素。 - スケーラブルビットストリームをデジタル信号にデコードするデコード方法であって、
前記スケーラブルビットストリームをコア層ビットストリーム及び上位層ビットストリームに逆多重化する逆多重化工程と、
前記コア層ビットストリームをデコード及び逆量子化して、コア層信号を生成するデコード逆量子化工程と、
前記デジタル信号の知覚情報に基づいて、前記上位層ビットストリームをビットプレーン復号化するビットプレーン復号化工程と、
ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームと逆量子化されたコア層信号に基づきエラーマッピングを行い、再構成された変換信号を生じるエラーマッピング工程と
を備えており、
前記再構成された変換信号は前記デジタル信号であることを特徴とするデコード方法。 - 前記再構成された変換信号を更に再構成された信号に変換し、該再構成された信号が前記デジタル信号であることを特徴とする請求項18に記載のデコード方法。
- 前記デジタル信号の知覚情報は、前記スケーラブルビットストリームの逆多重化により取得されることを特徴とする請求項18又は19に記載のデコード方法。
- 前記コア層信号及び前記上位層信号は、整数型修正離散コサイン変換を用いて変換されることを特徴とする請求項19又は20に記載のデコード方法。
- 前記コア層ビットストリームを、MPEG AAC(Moving Pictures Expert Group Advanced Audio Coding)仕様に従ってデコード及び逆量子化することを特徴とする請求項18から21のいずれか一項に記載のデコード方法。
- 前記エラーマッピングは、前記変換信号及び前記ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームを逆量子化するために用いられたより低い量子化閾値を加えることにより行われ、これにより前記上位層信号を生成することを特徴とする請求項18から22のいずれか一項に記載のデコード方法。
- 前記上位層ビットストリームは連続的にビットプレーン復号化されて、複数のビットプレーン記号を含む複数のビットプレーンが生成され、前記ビットプレーンは、前記デジタル信号の知覚情報に基づきシフトされて、前記ビットプレーン復号化上位層ビットストリームが生成されることを特徴とする請求項18から23のいずれか一項に記載のデコード方法。
- 前記上位層ビットストリームを、前記デジタル信号の知覚情報に基づく順にビットプレーン復号化して複数のビットプレーン記号からなる複数のビットプレーンを生成し、これにより前記ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームを生成することを特徴とする請求項18から23のいずれか一項に記載のデコード方法。
- 前記上位層ビットストリームのビットプレーン復号化が開始される際の前記上位層ビットストリームに対応する前記ビットプレーンであって、数M(s)により特定される前記ビットプレーンと、
前記デジタル信号の弁別閾(JND:Just Noticeable Distortion)レベルと、
の情報のうち、少なくとも一方を、前記知覚モデルにより前記デジタル信号の知覚情報として受け取り、
sは前記デジタル信号又は前記変換デジタル信号の周波数バンドに対応することを特徴とする請求項24又は25に記載のデコード方法。 - 前記上位層ビットストリームのビットプレーン復号化が開始される際の前記上位層ビットストリームに対応する前記ビットプレーンM(s)は、前記コア層ビットストリームを逆量子化するための前記周波数バンドsで用いる最大量子化間隔から決定することを特徴とする請求項26に記載のデコード方法。
- スケーラブルビットストリームをデジタル信号にデコードするデコーダであって、
前記スケーラブルビットストリームをコア層ビットストリーム及び上位層ビットストリームに逆多重化する逆多重化手段と、
前記コア層ビットストリームをデコード及び逆量子化して、コア層信号を生成するデコード逆量子化手段と、
前記デジタル信号の知覚情報に基づいて、前記上位層ビットストリームをビットプレーン復号化するビットプレーン復号化手段と、
ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームと逆量子化されたコア層信号に基づきエラーマッピングを行い、再構成された変換信号を生じるエラーマッピング手段と
を備えており、
前記再構成された変換信号は前記デジタル信号であることを特徴とするデコーダ。 - スケーラブルビットストリームをデジタル信号にデコードするデコード方法であって、
前記スケーラブルビットストリームをコア層ビットストリーム及び上位層ビットストリームに逆多重化する逆多重化工程と、
前記コア層ビットストリームをデコード及び逆量子化して、コア層信号を生成するデコード逆量子化工程と、
前記デジタル信号の知覚情報に基づいて、前記上位層ビットストリームをビットプレーン復号化するビットプレーン復号化工程と、
ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームと逆量子化されたコア層信号に基づきエラーマッピングを行い、再構成された変換信号を生じるエラーマッピング工程と
を備え、前記再構成された変換信号は前記デジタル信号であるデコード方法を、コンピュータによりプログラムが実施される際に、該コンピュータに実行させる前記プログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータ読取可能媒体。 - スケーラブルビットストリームをデジタル信号にデコードするデコード方法であって、
前記スケーラブルビットストリームをコア層ビットストリーム及び上位層ビットストリームに逆多重化する逆多重化工程と、
前記コア層ビットストリームをデコード及び逆量子化して、コア層信号を生成するデコード逆量子化工程と、
前記デジタル信号の知覚情報に基づいて、前記上位層ビットストリームをビットプレーン復号化するビットプレーン復号化工程と、
ビットプレーン復号化された上位層ビットストリームと逆量子化されたコア層信号に基づきエラーマッピングを行い、再構成された変換信号を生じるエラーマッピング工程と
を備え、前記再構成された変換信号は前記デジタル信号であるデコード方法を、コンピュータによりプログラム要素が実施される際に、該コンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム要素。
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