JP3250376B2 - 情報符号化方法及び装置並びに情報復号化方法及び装置 - Google Patents

情報符号化方法及び装置並びに情報復号化方法及び装置

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JP3250376B2
JP3250376B2 JP13065594A JP13065594A JP3250376B2 JP 3250376 B2 JP3250376 B2 JP 3250376B2 JP 13065594 A JP13065594 A JP 13065594A JP 13065594 A JP13065594 A JP 13065594A JP 3250376 B2 JP3250376 B2 JP 3250376B2
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正俊 上野
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    • H04B1/66—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、映画フィルム
映写システム、ビデオテープレコーダ、ビデオディスク
プレーヤ等のステレオや、いわゆるマルチサウンド音響
システムにおいて用いられるマルチチャンネルの信号を
圧縮符号化及び復号化する情報符号化装置及び情報復号
化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】オーディオ或いは音声等の信号の高能率
符号化の手法及び装置には種々あるが、例えば、時間領
域のオーディオ信号等を単位時間毎にブロック化してこ
のブロック毎の時間軸の信号を周波数軸上の信号に変換
（直交変換）して複数の周波数帯域に分割し、各帯域毎
に符号化するブロック化周波数帯域分割方式、いわゆる
変換符号化（トランスフォームコーティング）や、時間
領域のオーディオ信号等を単位時間毎にブロック化しな
いで、複数の周波数帯域に分割して符号化する非ブロッ
ク化周波数帯域分割方式である帯域分割符号化（サブバ
ンドコーディング：ＳＢＣ）等を挙げることができる。
また、上述の帯域分割符号化と変換符号化とを組み合わ
せた高能率符号化の手法及び装置も考えられており、こ
の場合には、例えば、上記帯域分割符号化で帯域分割を
行った後、該各帯域毎の信号を周波数領域の信号に直交
変換し、この直交変換された各帯域毎に符号化が施され
る。
【０００３】ここで、上述した帯域分割符号化において
用いられる帯域分割用フィルターとしては、例えばＱＭ
Ｆフィルターがあり、このＱＭＦフィルターは、文献
「ディジタル・コーディング・オブ・スピーチ・イン・
サブバンズ」（Digital codingof speech in subbands,
R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech. J., Vol.55, No.819
76）に述べられている。
【０００４】また、文献「ポリフェイズ・クァドラチュ
ア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」（Po
lyphase Quadrature filters -A new subband coding t
echnique, Joseph H. Rothweiler, ICASSP 83 BOSTON）
には、等バンド幅のフィルター分割手法が述べられてい
る。
【０００５】また、上述したスペクトル変換としては、
例えば、入力オーディオ信号を所定単位時間（フレー
ム）でブロック化し、当該ブロック毎に離散フーリエ変
換（ＤＦＴ）、コサイン変換（ＤＣＴ）、モディファイ
ドＤＣＴ変換（ＭＤＣＴ）等を行うことで時間軸を周波
数軸に変換するようなスペクトル変換がある。なお、上
記ＭＤＣＴについては、文献「時間領域エリアシング・
キャンセルを基礎とするフィルタ・バンク設計を用いた
サブバンド／変換符号化」（Subband/TransformCoding
Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Ali
asing Cancellation, J.P.Princen, A.B.Bradley, Uni
v. of Surrey, Royal Melbourne Inst.ofTech. ICASSP
1987）に述べられている。
【０００６】このようにフィルターやスペクトル変換に
よって帯域毎に分割された信号を量子化することによ
り、量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、
マスキング効果などの性質を利用して聴覚的により高能
率な符号化を行なうことができる。また、ここで量子化
を行なう前に、各帯域毎に、例えばその帯域における信
号成分の絶対値の最大値で正規化を行なうようにすれ
ば、さらに高能率な符号化を行なうことができる。
【０００７】ここで、周波数帯域分割された各周波数成
分を量子化する場合の周波数分割幅としては、例えば人
間の聴覚特性を考慮した帯域幅を用いることが多い。す
なわち、一般に高域ほど帯域幅が広くなるような臨界帯
域（クリティカルバンド）と呼ばれている帯域幅で、オ
ーディオ信号を複数（例えば２５バント）の帯域に分割
することがある。また、この時の各帯域毎のデータを符
号化する際には、各帯域毎に所定のビット配分或いは、
各帯域毎に適応的なビット割当て（ビットアロケーシヨ
ン）による符号化が行われる。例えば、上記ＭＤＣＴ処
理されて得られた係数データを上記ビットアロケーシヨ
ンによって符号化する際には、上記各ブロック毎のＭＤ
ＣＴ処理により得られる各帯域毎のＭＤＣＴ係数データ
に対して、適応的な割当てビット数で符号化が行われる
ことになる。ビット割当手法としては、次の２手法が知
られている。
【０００８】例えば、文献「音声信号の適応変換符号
化」（Adaptive Transform Coding ofSpeech Signals,
IEEE Transactions of Accoustics, Speech, and Signa
l Processing, vol.ASSP-25, No.4, August 1977 ）で
は、各帯域毎の信号の大きさをもとに、ビット割当を行
なっている。また、例えば文献「臨界帯域符号化器 −
ディジタル・エンコーディング・オブ・パーセプチュア
ル・リクワイアメンツ・オブ・ジ・オーディトリィ・シ
ステム」（The critical band coder --digital encodi
ng of the perceptual requirements of the auditory
system, M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）では、聴覚
マスキングを利用することで、各帯域毎に必要な信号対
雑音比を得て固定的なビット割当を行なう手法が述べら
れている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば上述
したようなサブバンドコーディング等を用いたオーディ
オ信号の高能率圧縮符号化方式においては、人間の聴覚
上の特性を利用し、オーディオデータを約１／５に圧縮
するような方式が既に実用化されている。なお、このオ
ーディオデータを約１／５に圧縮する高能率符号化方式
としては、例えばいわゆるＡＴＲＡＣ（Adaptive TRans
form Acoustic Coding) と呼ばれる方式が存在する。
【００１０】しかし、上記人間の聴覚上の特性を利用し
た高能率符号化方式では、圧縮符号化してその後復号化
して得られる楽器や人間の声などが、原音から変化して
しまうといった事例も見られ、特に原音の忠実な再現が
必要な記録メディアの記録フォーマットに用いる場合に
は、その高音質化は必須である。
【００１１】当該高音質化の方法としては、例えばリニ
アＰＣＭ音声を混在させることが考えられる。しかし、
上記高能率符号化方式の圧縮データとリニアデータとで
は、フレームの長さや１フレーム当たりの時間長が異な
るため、再生時に同期を取ることが難しく、これら２つ
のフォーマットのデータを同時に用いることは非常に困
難である。
【００１２】さらに、通常のオーディオ機器の場合のみ
ならず、例えば映画フィルム映写システム、高品位テレ
ビジョン、ビデオテープレコーダ、ビデオディスクプレ
ーヤ等のステレオないしはマルチサウンド音響システム
においては、例えば４〜８チャンネル等の複数チャンネ
ルのオーディオ或いは音声信号を扱うようになりつつあ
り、この場合においても、ビットレートを削減する高能
率符号化を行うことが望まれている。
【００１３】特に、上記映画フィルムに対して例えばレ
フトチャンネル，レフトセンターチャンネル，センター
チャンネル，ライトセンターチャンネル，ライトチャン
ネル，サラウンドレフトチャンネル，サラウンドライト
チャンネル，サブウーファーチャンネルの８チャンネル
のディジタルオーディオ信号を記録するような場合にお
いては、上記ビットレートを削減する高能率符号化が必
要となる。すなわち、例えばいわゆるＣＤ（コンパクト
ディスク）などで用いているようなサンプリング周波数
４４．１ｋＨｚで１６ビットの直線量子化されたオーデ
ィオデータの上記８チャンネル分をも記録できる領域
は、上記映画フィルム上に確保することが困難であり、
したがって、当該オーディオデータの圧縮が必要にな
る。
【００１４】なお、上記映画フィルムに記録する上記８
チャンネルの各チャンネルは、例えば当該映画フィルム
の画像記録領域から再生された画像が映写機によって投
影されるスクリーン側に配置されたレフトスピーカ、レ
フトセンタースピーカ、センタスピーカ、ライトセンタ
スピーカ、ライトスピーカ、サラウンドレフトスピー
カ、サラウンドライトスピーカ、サブウーファースピー
カとそれぞれ対応するものである。ここで、上記センタ
スピーカは、スクリーン側の中央に配置され、センタチ
ャンネルのオーディオデータによる再生音を出力するも
ので例えば俳優のせりふ等の最も重要な再生音を出力す
る。上記サブウーファースピーカは、サブウーファーチ
ャンネルのオーディオデータによる再生音を出力するも
ので、例えば爆発音などの低域の音というよりは振動と
して感じられる音を効果的に出力するものであり、爆発
シーンなどに効果的に使用されることが多いものであ
る。上記レフトスピーカ及びライトスピーカは、上記ス
クリーンの左右に配置され、レフトチャンネルのオーデ
ィオデータによる再生音とライトチャンネルのオーディ
オデータによる再生音を出力するもので、ステレオ音響
効果を発揮する。上記レフトセンタスピーカは上記レフ
トスピーカとセンタスピーカとの間に配置され、また上
記ライトセンタスピーカは上記センタスピーカとライト
スピーカとの間に配置されるものである。上記レフトセ
ンタスピーカはレフトセンタチャンネルのオーディオデ
ータによる再生音を出力し、上記ライトセンタスピーカ
はライトセンタチャンネルのオーディオデータによる再
生音を出力するもので、それぞれ上記レフトスピーカ若
しくはライトスピーカの補助的な役割を果たす。特にス
クリーンが大きく収容人数の多い映画館等では、座席の
位置によって音像の定位が不安定になりやすいが、上記
レフトセンタスピーカとライトセンタスピーカを付加す
ることにより、音像のよりリアルな定位を作り出すのに
効果を発揮する。さらに、上記サラウンドレフトスピー
カとサラウンドライトスピーカは、観客席を取り囲むよ
うに配置され、サラウンドレフトチャンネルのオーディ
オデータによる再生音とサラウンドライトチャンネルの
オーディオデータによる再生音を出力するもので、残響
音や拍手、歓声に包まれた印象を与える効果がある。こ
れにより、より立体的な音像を作り出すことができる。
【００１５】また、フィルムという媒体は、表面に傷な
どが発生しやすいため、ディジタルデータをオリジナル
のまま記録していたのでは、データ欠けが激しく実用に
ならない。このため、エラー訂正符号の能力が非常に重
要になり、上記データ圧縮は、その訂正符号も含めて上
記フィルム上の記録領域に記録可能な程度まで行う必要
がある。
【００１６】このようなことから、上記８チャンネルの
ディジタルオーディオデータを圧縮する圧縮方法として
は、上述したような人間の聴覚の特性を考慮して最適な
ビット割り当てを行うことによって、例えばいわゆるＣ
Ｄ（コンパクトディスク）などに記録されるようなサン
プリング周波数４４．１ｋＨｚで１６ビットのディジタ
ルオーディオデータを約１／５に圧縮しながらも、ＣＤ
並の音質を達成する前記高能率符号化方式（いわゆるＡ
ＴＲＡＣ方式など）を適用するようにしている。
【００１７】しかし、当該高能率符号化方式では、前述
同様に一般の楽器や人間の声などが原音からわずかなが
ら変化するため、特に上記映画フィルムのように原音の
忠実な再現が必要とされるメディアの記録フォーマット
として採用する場合には、何らかの高音質化の手段が必
要となってくる。そして、これは上記映画フィルムへの
マルチチャンネル記録フォーマットとして、上記高能率
符号化方式以外を用いたとしても、記録領域確保の点か
ら非可逆圧縮を採用しなければならない以上、常に付き
まとう問題である。
【００１８】また、上述のようなマルチチャンネルのオ
ーディオ信号を高能率符号化する方式では、各チャンネ
ル毎に圧縮が行われるため、例えば、ある１つのチャン
ネルが無音状態で、他の１つのチャンネルが非常に大き
なレベルの信号であるような場合でも、それぞれのチャ
ンネルに同じビット配分量（バイト配分量）が割り当て
られることになる。このように、無音状態のチャンネル
に固定のビット配分量（バイト配分量）を与えることは
無駄である。また、レベルの比較的低い信号のチャンネ
ルと比較的高い信号のチャンネルとの間の各チャンネル
毎のビット配分量（バイト配分量）も同じであるため、
各チャンネルにわたってビット配分量（バイト配分量）
を眺めると無駄が多いと思われる。特に、各チャンネル
毎にビット配分量（或いはバイト配分量）が固定されて
いる場合には、上記のような無駄がさらに顕著になると
考えられる。
【００１９】また、サイン波入力のように、特定のスペ
クトルにエネルギが集中している場合には、そのスペク
トルを含むブロックに多くのビットを割り当てることに
より、全体の信号対雑音特性を改善することができる
が、例えばスペクトルがいくつかの特定の周波数近辺に
集中する場合には、それらのスペクトル成分を充分な精
度で量子化しようとすると、それらのスペクトル成分と
同じ帯域に属する多数のスペクトルに対して多くのビッ
トを割り振らなければならなくなるため、信号にトーン
性成分が含まれている場合には、音質を劣化させること
なく符号化の効率を上げることが困難である。
【００２０】すなわち、トーン性成分を多く含むチャン
ネルがあっても、振幅が小さいと、与えられるバイト配
分量が少なくなってしまう。トーン性成分は、聞こえに
支配的なオーディオとの成分と考えられるから、小さい
振幅でもある程度ビットを与えないと、量子化雑音が聞
こえてしまい、充分な音質を得られなくなる虞れがあ
る。
【００２１】ところで、本件出願人は、先に、特願平５
−２６７２５０号の明細書及び図面において、各チャン
ネルの振幅情報、又はスケールファクタの総和の時間的
な変化により、各チャンネルのビット配分を決定する技
術を提案している。
【００２２】また、本件出願人は、先に、特願平５−１
５２８６５号の明細書及び図面において、入力された音
響信号を特定の周波数にエネルギが集中するトーン性成
分と広い帯域にエネルギがなだらかに分布する成分（ノ
イズ成分あるいはノントーン性成分）に分離して符号化
を施すことにより、高い符号化効率を実現する技術を提
案している。
【００２３】そこで、本発明は、上述したようなことに
鑑み、マルチチャンネルでの圧縮符号化の際のビット配
分量（バイト配分量）の無駄を無くすと共に、特に、ト
ーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符
号化の効率を上げることができ、圧縮符号化復号化の高
品位化を可能とする信号符号化方法及び装置、並びにそ
れに対応する信号復号化方法及び装置を提供することを
目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されたものであり、本発明の信号符
号化方法は、複数チャンネルの入力情報信号を各々周波
数成分に変換し、各チャンネル毎に上記変換出力をトー
ン性成分から成る第１の信号とその他の成分から成る第
２の信号とに分離し、上記第１の信号を上記各チャンネ
ル毎に符号化し、全てのチャンネルの信号に基づいて各
チャンネル間で適応的に配分されるビット数に応じて上
記第２の信号を符号化することを特徴としている。
【００２５】また、本発明に係る情報符号化装置は、複
数チャンネルの入力情報信号を各々周波数成分に変換す
る変換手段と、各チャンネル毎に上記変換出力をトーン
性成分から成る第１の信号とその他の成分から成る第２
の信号とに分離する信号成分分離手段と、上記第１の信
号を符号化する符号化手段と、上記第２の信号を符号化
する符号化手段と、上記各チャンネルの情報に基づい
て、上記第２の信号の符号化の各チャンネルへのバイト
配分量を決定するバイト配分手段とを有することによ
り、上述の課題を解決する。
【００２６】さらに、本発明に係る情報復号化方法は、
上述した課題を解決するために、複数チャンネルの信号
の周波数に変換された周波数成分をトーン性成分から成
る第１の信号とその他の成分から成る第２の信号とに分
離し、各チャンネルの上記第１の信号をそれぞれチャン
ネル毎に符号化し、各チャンネルの上記第２の信号を全
てのチャンネルの信号に基づいて各チャンネル間で適応
的に配分されるビット数に応じて符号化して得られた符
号列を復号化する情報復号化方法であって、各チャンネ
ル毎に、上記符号列を上記第１の信号の符号と上記第２
の信号の符号とに分離し、それぞれ復号化して上記トー
ン性成分から成る第１の信号と、上記それ以外の成分か
ら成る第２の信号とを得、これらを合成することを特徴
としている。
【００２７】またさらに、本発明に係る情報復号化装置
は、供給された複数のチャンネルの符号列を各チャンネ
ル毎にトーン性成分から成る第１の信号の符号とその他
の成分から成る第２の信号の符号とに分解する符号列分
解手段と、この符号列分解手段からの上記トーン性成分
から成る第１の信号の符号を復号化する復号化手段と、
上記符号列分解手段からの上記トーン性成分から成る第
１の信号の符号を復号化する復号化手段と、これらの復
号化手段からの信号を合成する合成手段とを有すること
により、上述の課題を解決する。
【００２８】ここで、上記バイト配分手段は、聴覚特性
に基づいて各チャンネルの上記第２の信号の符号化の際
のスケールファクタの総和の時間的変化に対するバイト
配分量を所定の換算式より換算し、当該換算結果に基づ
いて各チャンネルに配分すべきバイト量を決定すること
が挙げられる。
【００２９】また、上記バイト配分手段は、所定の換算
式から各チャンネルに配分すべきバイト量の概算量をそ
れぞれ求め、各チャンネルのバイト配分量をそれぞれの
概算量に比例して配分することによって、全チャンネル
の総バイト配分量を一定とすることが挙げられる。
【００３０】
【作用】本発明によれば、複数チャンネルのオーディオ
データの圧縮符号化の際には、各チャンネルのトーン性
成分から成る第１の信号についてはそのまま必要なビッ
ト数を用いて符号化し、それ以外のいわゆるノイズ性成
分から成る第２の信号については、各チャンネルでのス
ケールファクタの総和の時間的な変化に基づいて、各チ
ャンネルへのバイト配分量を決定して圧縮符号化を行う
ようにしているため、各チャンネルに対してその情報量
に見合ったバイト配分が可能となる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【００３２】図１及び図２に本発明の第１の実施例装置
の基本的な構造を示す。図１には第１の実施例の情報符
号化装置（エンコーダ）の構成を示し、図２には第１の
実施例の情報復号化装置（デコーダ）の構成を示してい
る。
【００３３】先ず、図１に示すエンコーダの構成につい
て説明する。図１において、複数チャンネル（ｃｈ１，
ｃｈ２，・・・，ｃｈｎ）のオーディオ信号は、これら
各チャンネルに対応する各入力端子３０1 〜３０n 及び
伝送線路１０１1 〜１０１n を経て、同じく各チャンネ
ルに対応する標本化及び量子化器１２０1 〜１２０n に
送られる。これら標本化及び量子化器１２０1 〜１２０
n では各チャンネルのオーディオ信号が量子化信号に変
換され、これら各標本化及び量子化器１２０1 〜１２０
n からの量子化された信号は、各伝送線路１０２1 〜１
０２n を経て、各符号化器２１０1 〜２１０n に送られ
る。
【００３４】各符号化器２１０1 〜２１０n では、各チ
ャンネルのオーディオ信号を時間と周波数の二次元領域
（ブロックフローティングユニット）に分割し、そのブ
ロックフローティングユニットに属する信号成分を、ブ
ロックフローティングユニット毎にスケールファクタあ
るいは正規化係数を用いて正規化する。ここで、時間軸
の信号を周波数軸に変換して得られたスペクトル信号の
内で、後述するようなトーン性成分の第１の信号につい
ては、それぞれ独立のスケールファクタを用いて正規化
しており、上記トーン性成分以外の成分の第２の信号に
ついて、上記ブロックフローティングユニット毎にスケ
ールファクタを用いて正規化する。ここで求められた上
記第２の信号についての各ブロックフローティングユニ
ット毎のスケールファクタは、各チャンネル毎にそれぞ
れ伝送線路１０３1 〜１０３n を通してバイト配分回路
３１０へ送られる。
【００３５】当該バイト配分回路３１０では、伝送線路
１０３1 〜１０３n を介して受け取ったスケールファク
タの各チャンネル毎の総和を求め、当該総和から各チャ
ンネルのバイト配分量を後述する換算式（換算のグラ
フ）により換算し、そのバイト配分量を伝送線路１０４
1 〜１０４n から各符号化器２１０1 〜２１０n へ渡
す。この場合のバイト配分量は、上記トーン性成分の量
子化に必要とされたビット数あるいはバイト数を全チャ
ンネルの総バイト配分量から減じたものである。
【００３６】したがって、各符号化器２１０1 〜２１０
n では、上記伝送線１０２1 〜１０２n からの信号を、
各チャンネル毎に上記トーン性成分の第１の信号とそれ
以外の成分の第２の信号とに分離し、上記第１の信号に
ついては必要なビット数で再量子化し、上記第２の信号
については、バイト配分回路３１０からの上記バイト配
分量に応じて再量子化し、これらの再量子化すなわち圧
縮した信号を伝送線路１０５1 〜１０５n を介してフォ
ーマッタ４１０へ渡す。
【００３７】フォーマッタ４１０は、複数のチャンネル
の上記伝送線路１０５1 〜１０５nを経て受け取った被
圧縮信号を、所定のフォーマットに従って伝送又は記録
媒体への記録のためにビットストリームへ組み立てる。
このビットストリームは、伝送線路１０６を介して出力
端子３１から出力される。
【００３８】次に、本実施例のデコーダ（情報復号化装
置）の構成について説明する。上記図１のエンコーダ
（情報符号化装置）で組み立てられたビットストリーム
は、伝送又は記録媒体での記録再生を経て入力端子２２
に供給され、この入力端子２２から伝送線路８を経て、
デフォーマッタ７００に送られてくる。
【００３９】当該デフォーマッタ７００では、上記伝送
線路８を介して送られてきたビットストリームを、所定
のフォーマットに従って各チャンネル毎の被圧縮信号に
分解する。当該各チャンネル毎に分解された被圧縮信号
は、各チャンネルに対応する各伝送線路９1 〜９n を経
て、各チャンネル毎に対応して設けられた復号器８００
1 〜８００n へ送られる。
【００４０】各復号器８００1 〜８００n では、上記各
伝送線路９1 〜９n を経て送られてきた被圧縮信号を伸
長し、対応する各伝送線路１０1 〜１０n を経て、Ｄ／
Ａ（ディジタル／アナログ）変換器９００1 〜９００n
へ送る。
【００４１】各Ｄ／Ａ変換器９００1 〜９００n では、
上記各伝送線路１０1 〜１０n を経て送られてきた上記
伸長された信号（ディジタル信号）を、アナログ信号に
変換する。これらアナログに戻された信号は、それぞれ
対応する各伝送線路１１1 〜１１n 及び出力端子２３1
〜２３n を介して、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈｎの復号
化された信号として出力される。
【００４２】
【００４３】次に、上記図１に示したエンコーダに用い
られる符号化器２１０1 〜２１０nの構成の一例につい
て、図３を参照しながら説明する。いずれのチャンネル
も同様であるので、１つのチャンネルについてのみ図示
している。
【００４４】図３において、端子４００には、上記標本
化及び量子化器１２０1 〜１２０nの内の任意の１チャ
ンネルからのディジタルオーディオ信号が供給されてお
り、このディジタルオーディオ信号は、変換回路４０１
によって周波数成分に変換された後、信号成分分離回路
４０２に送られる。
【００４５】この信号成分分離回路４０２において、変
換回路４０１によって得られた信号周波数成分は、急峻
なスペクトル分布を持つトーン性成分あるいは上記第１
の信号と、それ以外の信号周波数成分である比較的平坦
なスペクトル分布を持つノイズ性成分あるいは上記第２
の信号とに分離される。これらの分離された周波数成分
の内、上記急峻なスペクトル分布を持つトーン性成分は
トーン性成分符号化回路４０３で、それ以外の成分であ
る上記ノイズ性成分はノイズ性成分符号化回路４０４
で、それぞれ符号化される。
【００４６】この場合、上記トーン性成分については、
例えばピーク値やエネルギに応じたビット数、あるいは
予め定められたビット数等により独自に量子化される
が、上記ノイズ性成分については、上記バイト配分回路
３１０からのバイト配分量情報に応じて、当該チャンネ
ルの配分バイト量が規定され、この配分されたバイト量
内で上記各ブロックフローティングユニット毎の割当ビ
ット数が決められる。
【００４７】具体的には、ノイズ性成分符号化回路４０
４における上記各ブロックフローティングユニット毎の
スケールファクタあるいは正規化係数情報が上記バイト
配分回路３１０に送られ、これらの総和がとられると共
に、バイト配分回路３１０では、各チャンネル毎のスケ
ールファクタ総和値の全チャンネルについての総和がと
られ、この全チャンネルの総和値に対する１つのチャン
ネルの総和値の比率等に応じて、当該チャンネルへの配
分バイト数が決められる。なお、全チャンネルの配分バ
イト量は、全チャンネルのデータ伝送レートによって定
められる総バイト量から、上記各チャンネル毎のトーン
性成分の量子化に必要とされたビット数の総和値を減算
したものである。
【００４８】これらのトーン性成分符号化回路４０３及
びノイズ性成分符号化回路４０４からの各出力は、符号
列生成回路４０５によって符号列が生成され、端子４０
６から取り出されて、上記図１のフォーマッタ４１０に
送られる。
【００４９】なお、上記フォーマッタ４１０には、上記
トーン性成分の信号の再量子化データや上記ノイズ性成
分の信号の再量子化データの他に、トーン性成分毎の上
記スケールファクタあるいは正規化係数データ、量子化
ビット数あるいは量子化精度を示すデータが送られ、上
記ノイズ性成分についての各ブロックフローティングユ
ニット毎のスケールファクタあるいは正規化係数デー
タ、量子化ビット数あるいは量子化精度を示すデータが
送られる。さらに、上記信号成分分離回路４０２におい
てトーン性成分を分離する際に、当該トーン性成分の周
波数軸上の位置を示す情報も同時に取り出され、このト
ーン性成分の位置情報も上記フォーマッタ４１０に送ら
れる。
【００５０】次に、図４は、上記図２のデコーダに用い
られる復号器８００1 〜８００n の構成の一例を示すブ
ロック回路図である。いずれのチャンネルも同様である
ので、１つのチャンネルについてのみ図示している。
【００５１】この図４において、端子５００を介して供
給される符号化された信号は、符号列分解回路５０１に
よってトーン性成分符号とノイズ性成分符号とに分解さ
れる。上記トーン性成分符号はトーン性成分復号化回路
５０２に送られ、ノイズ性成分符号はノイズ性成分復号
化回路５０３に送られて、これらの回路５０２、５０３
でそれぞれ復号化される。その後、これらトーン性成分
復号化回路５０２とノイズ性成分復号化回路５０３の各
出力は、上記図３の信号成分分離回路４０２での分離処
理の逆処理を行う合成回路５０４で合成される。この合
成の際には、上記トーン性成分の位置情報に基づいてト
ーン性成分の信号がノイズ性成分の信号と合成される。
合成回路５０４からの出力は、上記図３の変換回路４０
１での変換処理に対して逆の処理を行う逆変換回路５０
５に送られて、周波数軸から時間軸への変換処理が施さ
れる。この逆変換回路５０５からの出力時間軸波形信号
は、端子５０６から取り出され、上記図２のＤ／Ａ変換
器９００1 〜９００n に送られる。
【００５２】次に、図５及び図６は、上述したような方
法で符号化を行う場合のスペクトル信号の具体例を示し
ており、上記図３の変換回路４０１からのスペクトル信
号が信号成分分離回路４０２に送られてトーン性成分が
分離されるときの様子の一例を図５に、分離後のノイズ
性成分符号化回路４０４に送られるスペクトル信号の一
例を図６に、それぞれ示している。これらの図５及び図
６においては、簡略化のために周波数スペクトルを５つ
のバンドあるいは帯域ｂ１〜ｂ５に分割して上記フロー
ティングブロックユニットあるいは符号化ユニットとし
た例を示しているが、これに限定されないことは勿論で
ある。
【００５３】図５に示す例では、図中ＴＣA 、ＴＣB 、
ＴＣC 、ＴＣD で示す４つのトーン性成分が抽出されて
いる。ここで、当該トーン性成分は、図にも示すように
少数のスペクトル信号に集中して分布しているため、こ
れらの成分を精度良く量子化しても、全体としてはあま
り多くのビット数は必要とはならない。また、トーン性
成分を一旦正規化してから量子化することによって符号
化の効率を高めることができるが、トーン性成分を構成
するスペクトル信号は比較的少数であるので、正規化や
再量子化の処理を省略して装置を簡略化してもよい。
【００５４】また、図６には、元のスペクトル信号から
上記図５のトーン性成分が除去されたノイズ性成分を示
している。この例では、トーン性成分を符号化した後に
復号化したものを元のスペクトル信号から差し引いたも
のを示している。
【００５５】この図６に示すように、各帯域ｂ１〜ｂ５
において、上記元のスペクトル信号から上述のようにト
ーン性成分が差し引かれているため、各符号化ユニット
における正規化係数は小さな値となり、従って、少ない
ビット数でも発生する量子化雑音は小さくすることがで
きる。
【００５６】なお、上述したように、トーン性成分を符
号化し復号化したものを元の信号から差し引いてノイズ
性成分を得るような方式の場合に、得られたノイズ性成
分からさらにトーン性成分を抽出するようにしてもよ
い。また、図６のノイズ性成分の信号には上記トーン性
成分のスペクトル信号が僅かに残っているが、他の方式
として、図３の信号成分分離回路４０２では上記トーン
性成分とノイズ性成分とを完全に分離するようにし、ノ
イズ性成分符号化回路４０４にはトーン性成分のスペク
トル信号を０としたノイズ性成分の信号を送るようにし
てもよい。
【００５７】図７は、上記図５、図６のスペクトル信号
を符号化した場合の符号列、例えば記録媒体に記録され
る符号列の具体例を示したものである。
【００５８】この図７の例においては、先ず最初に、上
記トーン性成分の数を示すトーン性成分情報数ｔcn、例
えば上記図５の例ではｔcn＝４が記録媒体に記録され、
次に上記トーン性成分ＴＣA 、ＴＣB 、ＴＣC 、ＴＣD
の信号の符号化データであるトーン性成分情報ｔｃA 、
ｔｃB 、ｔｃC 、ｔｃD と、図６の上記ノイズ性成分の
信号の各帯域ｂ１〜ｂ５毎に符号化して得られたデータ
であるノイズ性成分情報ｎｃ1 、ｎｃ2 、ｎｃ3 、ｎｃ
4 、ｎｃ5 とが、この順序で記録される。
【００５９】ここで、上記トーン性成分情報ｔｃA 〜ｔ
ｃD のそれぞれには、そのトーン性成分の周波数軸上の
位置として、中心スペクトルの位置を表す中心位置情報
ＣＰと、量子化のためのビット数を表す量子化精度情報
と、スケールファクタあるいは正規化係数を示す正規化
係数情報と、当該トーン性成分の各信号を正規化及び量
子化したデータである信号成分情報とが記録される。例
えば、上記トーン性成分ＴＣB の場合には、上記中心位
置情報ＣＰ＝１５、上記量子化精度情報＝６であり、こ
のトーン性成分ＴＣB 内の３つのスペクトル信号の符号
化データとして信号成分情報ＳＣ1 、ＳＣ2 、ＳＣ3 が
記録される。
【００６０】なお、例えば周波数によって固定的に量子
化精度が定められているような場合には量子化精度情報
を記録する必要がないことは勿論である。また、上述の
例では、トーン性成分の位置情報として、各トーン性成
分の中心スペクトルの位置を用いるようにしたが、各ト
ーン性成分の最も低域側のスペクトルの位置、例えばト
ーン性成分ＴＣB の場合には１４、を記録してもよい。
【００６１】また、上記ノイズ性成分情報については、
量子化精度情報と、正規化係数情報とが、正規化及び量
子化された各信号成分情報と共に記録される。例えば、
上記帯域ｂ１に対応するノイズ性成分情報ｎｃ1 の場合
には、量子化精度情報＝２、正規化係数情報と共に、信
号成分情報ＳＣ1 、ＳＣ2 、・・・、ＳＣ8 が記録され
る。
【００６２】なお、量子化精度情報、すなわち量子化ビ
ット数が０とされた帯域の情報、例えば図７のノイズ性
成分情報ｎｃ4 としては、この量子化精度情報＝０のみ
が記録され、上記正規化係数情報及び各信号成分情報は
記録されない。ここで、帯域によって固定的に量子化精
度が定められている場合には、量子化精度情報を記録す
る必要はないが、この場合に、例えば上記帯域ｂ４のよ
うに実際には符号化が行われない符号化ユニットを指定
することができなくなるため、例えば、各符号化ユニッ
トで実際に符号化が行われているか否かを示す１ビット
のフラグ情報を付加するようにすればよい。
【００６３】ところで、上記ノイズ性成分の符号化の際
には、チャンネル毎に配分されるバイト量が、全チャン
ネルのノイズ性信号のスケールファクタの総和値に基づ
いて決定される。ここで、スケールファクタあるいは正
規化係数は、上記帯域あるいはブロックフローティング
ユニットに含まれる周波数成分を正規化するときの係数
値である。通常は、そのブロックフローティングユニッ
ト内の周波数成分の絶対値の最大値に応じた値を選ぶこ
とになる。
【００６４】すなわち、スケールファクタは、ブロック
フローティングユニットの代表値的な性格を持つと考え
られるので、スケールファクタの和を求めれば、全体の
情報量を推定することができると考えられる。
【００６５】図８には、図１のバイト配分回路３１０で
のスケールファクタの和に対するバイト配分量を示す。
縦軸はバイト配分量（最大配分量は１８６バイト）であ
り、横軸はスケールファクタの和である。
【００６６】この図８に示す換算のグラフは、様々なオ
ーディオ信号を用いて実験をしながら決定したものであ
る。全体的な傾向としては、スケールファクタの和の値
の増加とともに、バイト配分量も増加するようになって
くるが、図８において上記スケールファクタの和の値が
約７０００を越えた当たりで逆転している。これは、上
記スケールファクタの和の値が比較的大きいところで
は、信号レベルも比較的大きく、再量子化による量子化
ノイズが信号レベルによってマスクされるため、再量子
化ノイズの注入量を増やしても目立ちにくいという実験
結果に基づいている。また、上記スケールファクタの和
の値が図８において１．５以下になるとバイト配分量が
一定となるのは各パラメータ情報、例えばワードレング
スデータやスケールファクタデータ等の情報量がほぼ一
定であるためこの部分の情報量を確保しておく必要があ
るためである。
【００６７】なお、この実施例において、全チャンネル
の総バイト配分量を固定にする必要があるときには、上
記の換算が終わったあと、次の式（１）の計算を行い、
最終的な各チャンネルごとのバイト配分量を計算する。
【００６８】すなわち、ｎチャンネルあるシステムの符
号化の時間軸方向の単位となる１サウンドフレーム当り
の総バイト配分量をＧとし、上記トーン性成分の全チャ
ンネル分のバイト配分量をＧT とし、上記図８等を用い
た換算による各チャンネルについての上記ノイズ性成分
についてのバイト配分量をＣNi（ｉ＝１、２、・・・、
ｎ）とするとき、最終的な各チャンネルのノイズ性成分
用に配分されるバイト配分量ＳNiは、 ＳNi＝（Ｇ−ＧT）×ＣNi／（ＣN1＋ＣN2＋・・・＋ＣN
n）となる。
【００６９】また、この実施例において、図１のフォー
マッタ４１０は、１サウンドフレーム毎に各チャンネル
の符号化器２１０1 〜２１０n から送られてきたデータ
をチャンネル順に並べて、ビットストリームとして伝送
する。すなわち、マルチプレクサの働きをする。
【００７０】さらに、この実施例の情報復号化装置にお
けるデフォーマッタは、上記フォーマッタ４１０でマル
チプレクスされたデータを各チャンネル毎に分解して各
復号化器に渡すデマルチプレクサの働きをする。
【００７１】上述したように、この実施例装置によれ
ば、複数のチャンネルを持つオーディオデータの圧縮に
おいて、各チャンネルの上記トーン性成分を先に各チャ
ンネル毎に独立に符号化し、各チャンネルの上記ノイズ
性成分についての上記スケールファクタの総和の時間的
な変化により、各チャンネルの上記ノイズ性成分につい
てのバイト配分量を決定して符号化するようにしている
ため、聴感上重要なトーン性の成分を充分に高い精度
で、聴感上あまり重要でないノイズ性の成分は最小限の
精度でそれぞれ符号化することが可能であり、極めて効
率のよい信号圧縮が可能になるのみならず、各チャンネ
ルの上記ノイズ性成分にその情報量に見合ったバイト配
分が可能となり、更なる情報符号化が可能となり、これ
によって更なる高音質化もしくは、低ビットレート化を
図ることができる。
【００７２】ここで、この実施例の場合において、記録
するメディアによっては固定長が望ましい場合があるの
で、全チャンネルの総バイト配分量を概ね一定とするよ
うに符号化することも可能である。
【００７３】
【発明の効果】上述したように、本発明においては、聴
感上重要なトーン性の成分を各チャンネルでそれぞれ独
自に充分に高い精度で符号化し、聴感上あまり重要でな
いノントーン性あるいはノイズ性の成分は各チャンネル
の信号に応じて適応的に量子化ビットの配分量を変化さ
せて最小限の精度で符号化することが可能であり、極め
て効率のよい信号圧縮が可能になるのみならず、各チャ
ンネルのノイズ性成分についてその情報量に見合ったバ
イト配分が可能となり、更なる高能率符号化が可能とな
る。それによって更なる高音質化もしくは、低ビットレ
ート化が可能となる。
【００７４】また、本発明においては、各チャンネルの
ノイズ性成分についてのバイト配分量をそれぞれのチャ
ンネルのノイズ性成分のスケールファクタの総和の時間
的な変化により決定しているため、各チャンネルにその
情報量に見合ったバイト配分が可能となり、更なる高能
率符号化が可能となる。それによって更なる高音質化も
しくは、低ビットレート化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の信号符号化装置の概略構成を
示すブロック回路図である。
【図２】本発明の実施例の信号復号化装置の概略構成を
示すブロック回路図である。
【図３】図１の符号化器の一例を示すブロック回路図で
ある。
【図４】図２の復号化器の一例を示すブロック回路図で
ある。
【図５】スペクトル信号のトーン性成分を説明するため
の図である。
【図６】スペクトル信号のノイズ性成分を説明するため
の図である。
【図７】本発明の実施例による符号化方法で符号化して
得られた符号列の例を示す図である。
【図８】ノイズ性成分を再量子化する際のチャンネル間
のバイト配分量を説明するための図である。
【符号の説明】
１２０ 標本化及び量子化器 ２１０ 符号化器 ３１０ バイト配分回路 ４１０ フォーマッタ ４０１ 変換回路 ４０２ 信号成分分離回路 ４０３ トーン性成分符号化回路 ４０４ ノイズ性成分符号化回路 ４０５ 符号列生成回路 ５０１ 符号列分解回路 ５０２ トーン性成分復号化回路 ５０３ ノイズ性成分復号化回路 ５０４ 合成回路 ５０５ 逆変換回路 ７００ デフォーマッタ ８００ 復号器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 正俊 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−360331（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−227039（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232761（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−123008（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−283738（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03M 7/30 G10L 19/00 G10L 19/02 G11B 20/10 301 G11B 20/10 341

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数チャンネルの入力情報信号を各々周
    波数成分に変換し、 各チャンネル毎に上記変換出力をトーン性成分から成る
    第１の信号とその他の成分から成る第２の信号とに分離
    し、 上記第１の信号を上記各チャンネル毎に符号化し、 全てのチャンネルの信号に基づいて各チャンネル間で適
    応的に配分されるビット数に応じて上記第２の信号を符
    号化することを特徴とする情報符号化方法。
  2. 【請求項２】 複数チャンネルの入力情報信号を各々周
    波数成分に変換する変換手段と、 各チャンネル毎に上記変換出力をトーン性成分から成る
    第１の信号とその他の成分から成る第２の信号とに分離
    する信号成分分離手段と、 上記第１の信号を符号化する符号化手段と、 上記第２の信号を符号化する符号化手段と、 上記各チャンネルの情報に基づいて、上記第２の信号の
    符号化の各チャンネルへのバイト配分量を決定するバイ
    ト配分手段とを有することを特徴とする情報符号化装
    置。
  3. 【請求項３】 上記バイト配分手段は、聴覚特性に基づ
    いて各チャンネルの上記第２の信号の符号化の際のスケ
    ールファクタの総和の時間的変化に対するバイト配分量
    を所定の換算式より換算し、当該換算結果に基づいて各
    チャンネルに配分すべきバイト量を決定することを特徴
    とする請求項２記載の情報符号化装置。
  4. 【請求項４】 上記バイト配分手段は、所定の換算式か
    ら各チャンネルに配分すべきバイト量の概算量をそれぞ
    れ求め、各チャンネルのバイト配分量をそれぞれの概算
    量に比例して配分することによって、全チャンネルの総
    バイト配分量を一定とすることを特徴とする請求項２記
    載の情報符号化装置。
  5. 【請求項５】 複数チャンネルの信号の周波数に変換さ
    れた周波数成分をトーン性成分から成る第１の信号とそ
    の他の成分から成る第２の信号とに分離し、各チャンネ
    ルの上記第１の信号をそれぞれチャンネル毎に符号化
    し、各チャンネルの上記第２の信号を全てのチャンネル
    の信号に基づいて各チャンネル間で適応的に配分される
    ビット数に応じて符号化して得られた符号列を復号化す
    る情報復号化方法であって、 各チャンネル毎に、上記符号列を上記第１の信号の符号
    と上記第２の信号の符号とに分離し、それぞれ復号化し
    て上記トーン性成分から成る第１の信号と、上記それ以
    外の成分から成る第２の信号とを得、これらを合成する
    ことを特徴とする情報復号化方法。
  6. 【請求項６】 供給された複数のチャンネルの符号列を
    各チャンネル毎にトーン性成分から成る第１の信号の符
    号とその他の成分から成る第２の信号の符号とに分解す
    る符号列分解手段と、 この符号列分解手段からの上記トーン性成分から成る第
    １の信号の符号を復号化する復号化手段と、 上記符号列分解手段からの上記トーン性成分から成る第
    １の信号の符号を復号化する復号化手段と、 これらの復号化手段からの信号を合成する合成手段とを
    有することを特徴とする情報復号化装置。
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