JP5175028B2

JP5175028B2 - デジタル信号の符号化方法及び装置ならびに復号化方法及び装置

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Publication number: JP5175028B2
Application number: JP2005154018A
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Description

本発明は、デジタル信号の符号化及び復号化に係り、特に、複数のルックアップテーブルと区間別線形量子化及びフレーム長情報を含むビットストリームに符号化し、前記ビットストリームを復号化する、デジタル信号の符号化方法及び装置ならびに復号化方法及び装置に関する。

図１は、ＭＰＥＧ−１での聴覚心理モデルを利用した一般的なデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。図示された符号化装置は、周波数マッピング部１００、聴覚心理モデル１１０、ビット割り当て部１２０、量子化部１３０、ビットストリーム生成部１４０を含んでなる。

前記周波数マッピング部１００は、帯域分解フィルターを利用して、時間領域の入力信号を所定の数の周波数帯域に変換させる。前記聴覚心理モデル１１０は、前記符号化装置で演算の複雑度が最も高い部分であり、周波数帯域別ビット割り当ての基準になるＳＭＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＭａｓｋＲａｔｉｏ）を計算して出力する。前記ＳＭＲ値は、次のような一連のステップにより計算される。まず、高速フーリエ変換（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）により、時間領域のオーディオ信号を周波数領域に変換し、各帯域の音圧レベル及び絶対マスキングしきい値を計算する。次いで、オーディオ信号の有声音及び無声音成分とマスカーとを決定し、それぞれのマスキングしきい値と全体マスキングしきい値とを計算する。最後に、各帯域の最小マスキングしきい値を計算して、各帯域のＳＭＲ値を計算する。

前記ビット割り当て部１２０は、聴覚心理モデル１１０から受けたＳＭＲ値を基準に、次のような一連の過程を反復的に行って、各帯域のビット割り当て量を求める。まず、初期割り当てビットを０とし、各帯域についてＭＮＲ（Ｍａｓｋ−ｔｏ−ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）値を求める。この時、ＭＮＲ値は、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）値からＳＭＲ値を引いた値となる。次いで、各帯域別に求められたＭＮＲ値のうち最小ＭＮＲを持つ帯域を探して、割り当てビット数を１増加させ、要求されるビット数を超えない場合、残りの帯域について前記の過程を反復する。

前記量子化部１３０は、入力信号をスケールファクター及び割り当てられたビット数を利用して量子化する。前記ビットストリーム生成部１４０は、量子化された入力信号を利用して、ビットストリームを生成する。

前述したように、従来の聴覚心理モデルを利用したデジタル信号の符号化方法は、ＳＭＲ値を求めるために複雑な処理過程を必要とし、したがって、演算の複雑度が高くなり、全体実行時間に大きい影響を及ぼす。また、このような方法で得られたＳＭＲ値を利用して再びＭＮＲを計算し、ＭＮＲを基準に再びビット割り当てループを反復的に行うために、この過程でも時間遅延が発生する。

図２は、一つのルックアップテーブルを利用したデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。前記符号化装置は、周波数マッピング部２００、ルックアップテーブル２１０、割り当てビット数抽出部２２０、量子化部２３０、ビットストリーム生成部２４０を含んでなる。

前記周波数マッピング部２００は、帯域分解フィルターを利用して、時間領域の入力信号を所定の数の周波数帯域に変換させる。前記ルックアップテーブル２１０は、周波数帯域を符号化するための割り当てビット数を、周波数帯域の特性に対応するアドレスに保存している。

前記割り当てビット数抽出部２２０は、入力信号の周波数帯域別アドレス値を計算し、ルックアップテーブル２１０から前記計算されたアドレス値をアドレスとして持つ割り当てビット数を抽出する。前記量子化部２３０は、入力信号を周波数帯域別に割り当てられたビット数を利用して量子化する。前記ビットストリーム生成部２４０は、量子化された入力信号を利用して、ビットストリームを生成する。

前述したように量子化単位に割り当てられたビット数を求めるために、従来の一つのルックアップテーブルを利用したデジタル信号の符号化方法は、ルックアップテーブルにあらかじめ保存された周波数帯域別割り当てビット数を抽出して符号化に利用することによって、聴覚心理モデルを利用することにより発生する演算の複雑度及び時間遅延を防止できる。しかし、特性の相異なる入力信号についても、一つのルックアップテーブルを使用して符号化することによって、入力信号の特性によって適応的に符号化するには限界がある。
一方、ＭＰＥＧ−１／２オーディオ符号化技術は、サブバンドフィルタリングを行った後、サブバンドサンプルを、心理音響で提示したビット割り当て情報を利用して線形量子化して、ビットパッキング過程を経て符号化を完了する。前記量子化過程で、線形量子化器は、データの分布が均一な場合に最適の性能を示す。しかし、実際データの分布は、均一な分布ではないガウスあるいはラプラス分布に近似した分布を示す。このような場合には、それぞれの分布に合わせて量子化器を設計することが望ましく、ＭＳＥ（ＭｅａｎＳｑｕａｒｅｄＥｒｒｏｒ）側面で最適の結果を示すことができる。ＭＰＥＧ−２／４のＡＡＣなど一般のオーディオ符号化器は、ｘ^4/3の非線形量子化器を利用する。これは、ＭＤＣＴ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）のサンプル分布及び心理音響的側面を考慮して設計されたものである。しかし、符号化器の複雑度側面から見た時、非線形量子化器の特性上、高い複雑度を要求する。したがって、低い複雑度を要求するオーディオ符号化器では利用し難いという問題点がある。

また、ＭＰＥＧ−１及びＭＰＥＧ−２で提案したオーディオ符号化時、固定ビット率である場合には、シンク情報を毎フレーム開始部分に位置させ、ＭＰＥＧ−４の場合、固定ビット率でない場合には、フレーム長情報を毎フレーム開始部分に位置させる。

オーディオ再生装置に衝撃が加えられれば、前記オーディオ再生装置内のバッファで、衝撃が加えられた部分は除いて、衝撃が加えられていない有効なデータを再生する必要がある。この時、符号化率が固定ビット率である場合には、各フレームの長さ、すなわち、バッファで占める領域が一定なために、衝撃が発生したフレーム以前のフレームが保存された領域を容易に探すことができる。ところが、符号化率が可変ビット率である場合には、各フレームの長さ、すなわち、バッファで占める領域のサイズが相異なるために、バッファで、各フレームの開始部分に記録されたフレーム長情報のみでは、衝撃が発生したフレーム以前のフレームが保存された領域を探せないという問題点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつデジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させる、デジタル信号の符号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつ可変ビット率に有用なフレーム長情報を持つビットストリームに符号化可能にする、デジタル符号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、デジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させ、かつ可変ビット率に有用なフレーム長情報を含むビットストリームに符号化する、デジタル符号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとする技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつデジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させ、かつ可変ビット率に有用なフレーム長情報を含むビットストリームに符号化する、デジタル信号の符号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつデジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させるように、符号化されたビットストリームを復号化する、デジタル信号の復号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつフレーム長情報が含まれたビットストリームを復号化する、デジタル信号復号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、デジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させ、かつフレーム長情報が含まれたビットストリームを復号化する、デジタル信号復号化方法及び装置を提供することである。

本発明が解決しようとする技術的課題は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、適応的にデジタル信号を符号化し、かつデジタルデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させ、かつフレーム長情報が含まれたビットストリームを復号化する、デジタル信号の復号化方法及び装置を提供することである。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法は、（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルが備えられた状態で、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択し、前記ルックアップテーブル内の該当量子化単位に割り当てられた割り当てビット数を獲得するステップと、（ｃ）前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで割り当てられたビット数によって線形量子化するステップと、（ｄ）前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でビットストリームを生成するステップと、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法は、（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルが備えられた状態で、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択し、前記ルックアップテーブル内の該当量子化単位に割り当てられた割り当てビット数を獲得するステップと、（ｃ）前記所定の量子化単位について、前記（ｂ）ステップで割り当てられたビット数によって量子化するステップと、（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法は、（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算するステップと、（ｃ）前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで割り当てられたビット数によって線形量子化するステップと、（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法は、（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルが備えられた状態で、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択し、前記ルックアップテーブル内の該当量子化単位に割り当てられた割り当てビット数を獲得するステップと、（ｃ）前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで割り当てられたビット数によって線形量子化するステップと、（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記（ａ）ステップのデジタル信号変換は、ＭＤＣＴ、ＦＦＴ、ＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）、サブバンドフィルタリングのうちいずれか一つにより行われる。望ましくは、前記（ｃ）ステップの付加情報は、少なくとも量子化単位についてのスケールファクター及び割り当てビット数を含む。

望ましくは、複数のルックアップテーブルを利用するデジタル信号の符号化方法での前記（ｂ）ステップの入力信号の特性は、入力信号の周波数帯域のうち、入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数である。望ましくは、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクター占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である。

望ましくは、前記（ｂ）ステップの複数のルックアップテーブルのそれぞれは、量子化単位ごとに少なくとも一つのアドレスと、前記アドレスごとに所定のビット数とが割り当てられている。望ましくは、前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域のスケールファクターまたはスケールファクターの自乗、周波数帯域内の入力信号の平均値または入力信号の平均パワー、周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、または、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値である。

望ましくは、前記区間別線形量子化を利用した符号化方法での前記（ｃ）ステップは、（ｃ１）前記量子化単位について、所定のスケールファクターを使用して、前記（ａ）ステップで変換されたデータを正規化して正規化値とするステップと、（ｃ２）正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を適用して、前記（ｃ１）ステップで正規化されたデータを変換するステップと、（ｃ３）前記（ｂ）ステップの割り当てビット数を利用して、前記（ｃ２）ステップで変換された値をスケーリングするステップと、（ｃ４）前記（ｃ３）ステップでスケーリングされた値を四捨五入して、量子化された値を求めるステップと、を含む。

望ましくは、前記（ｃ１）ステップのスケールファクターは、前記量子化単位内のサンプル値のうち最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値に対して、所定の関数により定められる整数値である。

望ましくは、前記（ｃ２）ステップの線形関数は、前記各区間別に複数の独立的な線形関数で表現される。望ましくは、前記（ｃ２）ステップは、正規化値の範囲を２つの区間に分けるステップと、前記区間別に設定された線形関数を前記（ｃ１）で正規化されたデータに適用して、前記データを変換するステップと、を具備し、前記線形関数のそれぞれは、ｙ＝ａｘ／（ａ−２ｂ）及びｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）（ここで、ａは、正規化された値の範囲、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す）であることを特徴とする。望ましくは、前記（ｃ２）ステップの区間別線形量子化は、連続性を満足する。

望ましくは、前記フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成する符号化方法で、前記（ｄ）ステップのフレーム単位のビットストリームは、前記フレームの開始を表すシンク情報を、フレーム単位の開始部分にさらに具備し、固定ビット率または可変ビット率で符号化されたものである。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化装置は、デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルと、前記複数のルックアップテーブルから、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、前記選択されたルックアップテーブル内の該当量子化単位のアドレス値を得て、前記アドレス値に割り当てられたビット数を抽出するビット割り当て部と、前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられたビット数によって線形量子化する線形量子化部と、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でビットストリームを生成するビットパッキング部と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置は、デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルと、前記複数のルックアップテーブルから、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、前記選択されたルックアップテーブル内の該当量子化単位のアドレス値を得て、前記アドレス値に割り当てられたビット数を抽出するビット割り当て部と、前記所定の量子化単位について、前記ビット割り当て部で割り当てられたビット数によって量子化する量子化部と、最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置は、デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算する割り当てビット数計算部と、前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられたビット数によって線形量子化する線形量子化部と、最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置は、デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、入力信号の特性によって異ならせる複数のルックアップテーブルと、前記複数のルックアップテーブルから、前記入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、前記選択されたルックアップテーブル内の該当量子化単位のアドレス値を得て、前記アドレス値に割り当てられたビット数を抽出するビット割り当て部と、前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられたビット数によって線形量子化する線形量子化部と、最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、を含むことを特徴とする。

望ましくは、複数のルックアップテーブルを利用する符号化装置での前記入力信号の特性は、入力信号の周波数帯域のうち、入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数である。前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または、周波数帯域のスケールファクター占有率と、前記周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値であることが望ましい。

望ましくは、区間別線形量子化を利用した符号化装置での前記線形量子化部は、所定のスケールファクターを使用して、前記データ変換部で変換されたデータを正規化するデータ正規化部と、正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記データ正規化部で正規化されたデータに適用する区間量子化部と、前記ビット割り当て部で割り当てられたビット数を利用して、前記区間量子化部で生成された値をスケーリングするスケーリング部と、前記割り当てられたビット数を利用して、前記スケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を生成するラウンディング部と、を含む。前記区間量子化部の線形関数は、前記各区間別に互いに独立的な複数の線形関数であることが望ましい。

望ましくは、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成する符号化装置での前記（ｄ）段階のフレーム単位のビットストリームは、前記フレームの開始を表すシンク情報を、フレーム単位の開始部分にさらに具備する。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法に相応するデジタル信号の復号化方法は、（ｘ）ビットストリームから、線形量子化されたデータ及び付加情報を抽出するステップと、（ｙ）量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化するステップと、（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法に相応するデジタル信号の復号化方法は、（ｘ）フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するステップと、（ｙ）前記付加情報を利用して、前記量子化されたデータを逆量子化するステップと、（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法、または、複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法に相応するデジタル信号の復号化方法は、（ｘ）フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するステップと、（ｙ）量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化するステップと、（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記（ｚ）ステップの付加情報は、少なくとも量子化単位のスケールファクター及び割り当てビット数を含む。前記（ｘ）ステップは、フレーム単位のビットストリームからシンク情報をさらに抽出することが望ましい。

望ましくは、前記区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法に相応するデジタル信号の復号化方法での前記（ｙ）ステップは、区間別に線形量子化されたデータを、ビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応して逆スケーリングするステップと、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化するステップと、前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して逆正規化するステップと、を含む。望ましくは、前記（ｚ）ステップの逆変換は、逆ＤＣＴ、逆ＭＤＣＴ、逆ＦＦＴ、サブバンド合成フィルタリングのうちいずれか一つである。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化装置に相応するデジタル信号の復号化装置は、ビットストリームから線形量子化されたデータ及び付加情報を抽出するビットストリームアンパッキング部と、量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化する逆線形量子化部と、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成する逆変換部と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置に相応するデジタル信号の復号化装置は、フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するビットストリーム解析部と、前記付加情報を利用して、前記量子化されたデータを逆量子化する逆量子化部と、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成する逆変換部と、を含むことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するための、本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置、または、複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置に相応するデジタル信号の復号化装置は、フレーム単位のビットストリームから、量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するビットストリーム解析部と、量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたデータを逆線形量子化する逆線形量子化部と、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成する逆変換部と、を含むことを特徴とする。前記付加情報は、少なくとも量子化単位のスケールファクター及び割り当てビット数を含むことが望ましい。

フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル信号の符号化装置に相応するデジタル信号の復号化装置での前記ビットストリーム解析部は、フレーム単位のビットストリームからシンク情報をさらに抽出することが望ましい。

区間別に線形量子化を利用したデジタル信号の符号化装置に相応するデジタル信号の復号化装置での前記逆線形量子化部は、区間別に線形量子化されたデータを、前記ビットストリーム解析部の付加情報に含まれたビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングする逆スケーリング部と、前記逆スケーリングされたデータを、区間別に線形逆量子化する区間線形逆量子化部と、前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して逆正規化する逆正規化部と、を含むことが望ましい。

そして、前記の発明をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供する。

本発明によれば、複数のルックアップテーブルを利用してデジタル信号を符号化することによって、すなわち、入力信号の特性によって選択された最適のルックアップテーブルから周波数帯域別割り当てビット数を抽出することによって、入力信号の特性に適したビット量の制御が可能である。また、入力信号特性で、ルックアップテーブルのアドレスと同じ周波数帯域別占有率を使用して、別途の追加計算量を減らすことができる。

また、本発明によれば、区間別線形量子化を利用してデジタル信号を符号化することによって、オーディオデータの分布を考慮して、一般的な線形量子化器より音質を改善しつつも、非線形量子化器での量子化器の複雑度を大幅に低下させることができる。

また、フレーム長情報をフレーム単位のビットストリームの最後の領域に含む場合、衝撃発生時に有効なオーディオデータを再生するためのポイントを正確に探して符号化できる。したがって、符号化によって衝撃保護時間を延長できるだけでなく、衝撃発生時に符号化率に関係なく、衝撃保護時間以内には切れ目のないきれいなサウンドをユーザに提供できる。

以下、添付された図面を参照して、本発明によるデジタル信号の符号化方法及び装置ならびに復号化方法及び装置を詳細に説明する。
本発明は、データ変換部、ビット割り当て部、量子化部及びビットパッキング部で構成される一般的なデジタル信号の符号化装置において、前記ビット割り当て部と量子化部及びビットパッキング部を改善したところにその特徴がある。これを概略的に説明すれば、前記ビット割り当て部は、入力信号の特性による複数のルックアップテーブルを利用して、量子化単位ごとに割り当てるビット数を求める。そして、前記量子化部は、区間別線形量子化を行う。また、前記ビットパッキング部は、ビットストリームにフレーム長情報を含んでビットストリームを生成する。
したがって、本発明の実施形態による符号化装置は、前記３つのブロックの組合わせにより４つで構成できる。すなわち、ｉ）ビット割り当て部と線形量子化部、ｉｉ）ビット割り当て部とビットパッキング部、ｉｉｉ）線形量子化部とビットパッキング部、ｉｖ）ビット割り当て部と線形量子化部及びビットパッキング部に特徴がある符号化装置である。

まず、前記ビット割り当て部及び線形量子化部に特徴があるデジタル信号の符号化装置を説明する。図３は、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。前記符号化装置は、データ変換部３００、ルックアップテーブル選択部３１０、複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０、ビット割り当て部３５０、線形量子化部３６０、ビットパッキング部３７０を含んでなる。

前記データ変換部３００は、デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去する。望ましい一実施形態には、デジタル信号としてＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ−ＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）サンプリングされた信号を使用し、前記ＰＣＭ信号を、サブバンドフィルターを利用して、時間領域の入力信号を所定の数の周波数帯域別信号に変換させる。そして、量子化は、前記周波数帯域別に行われる。以下では、サブバンドフィルターを使用して生成された周波数帯域を、量子化単位の一例として使用する。前記デジタル信号の変換、例えば、ＰＣＭ信号の変換は、サブバンドフィルター以外にも、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ、ＦＦＴなどを使用してデータ間の重複情報を除去できる。

前記複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０は、入力信号の特性によって生成される。前記ルックアップテーブルは、入力信号の量子化単位、例えば、サブバンドフィルターである場合には、各周波数帯域を符号化するための割り当てビット数を所定数のアドレスに保存している。前記入力信号の特性は、入力信号の周波数帯域のうち、占有率が所定の基準値以下または以上である周波数帯域の数で設定できるということである。そして、前記各周波数帯域の占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、平均パワーの占有率のうち大きい値に設定できる。また、前記ルックアップテーブルのアドレスは、入力信号の周波数帯域の特性を表す値に設定される。例えば、前記ルックアップテーブルのアドレスは、各周波数帯域の分散、スケールファクター、スケールファクターの自乗、各周波数帯域内の入力信号の平均値、各周波数帯域内の入力信号の平均パワーになりうる。また、前記アドレスは、各周波数帯域のスケールファクターの占有率と、各周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、各周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、各周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値に設定されることもできる。

前記周波数帯域のスケールファクターの占有率ＳＲ_scf、各周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率ＳＲ_mean、各周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率ＳＲ_squared#scf及び各周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率ＳＲ_mean#powerは、次の数式１により計算できる。

前記数式１で、ｓｃｆは、スケールファクターを意味し、ｍｅａｎは、平均値を意味し、ｃｈは、オーディオ信号で占有率を計算する左右チャンネルを意味し、ｓｂは、前記占有率を持つ周波数帯域を意味する。

前記ルックアップテーブル選択部３１０は、入力信号の特性によって、前記複数のルックアップテーブルのうち一つを選択する。前記入力信号の特性は、前記複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０の生成時に考慮した入力信号の特性である。

前記ビット割り当て部３５０は、入力信号の各量子化単位、例えば、サブバンドフィルターを使用する場合には周波数帯域のアドレス値を計算して、各周波数帯域について、前記選択されたルックアップテーブルから、前記計算されたアドレスに対応する割り当てビット数を抽出して、各周波数帯域に割り当てる。前記周波数帯域のアドレスは、前記ルックアップテーブル３２０、３３０、３４０の生成時に設定されたアドレスである。したがって、前記ビット割り当て部３５０は、入力信号の周波数帯域の特性を表す値を、アドレス値として計算する。

前記線形量子化部３６０は、前記量子化単位について、サンプルデータ値の分布を所定の区間に分け、前記データ変換部３００で重複情報が除去されたサンプルデータを、前記ビット割り当て部３５０で量子化単位に割り当てられたビット数を利用して線形量子化する。前記線形量子化部３６０は、データ正規化部４００、区間量子化部４２０、スケーリング部４４０及びラウンド部４６０を具備する。

図４は、前記線形量子化部３６０のさらに細部的な構成を示すブロック図である。前記データ正規化部４００は、所定のスケールファクターを使用して、前記データ変換部３００で変換されたサンプルデータを正規化する。前記スケールファクターは、前記量子化単位内のサンプル値のうち最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値について、所定の関数により定められる整数値であることが望ましい。前記区間量子化部４２０は、正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を、前記データ正規化部４００で正規化されたデータに適用する。前記スケーリング部４４０は、前記ビット割り当て部３５０で割り当てられたビット数を利用して、前記区間量子化部４２０で生成された値をスケーリングする。前記ラウンド部４６０は、前記スケーリングされた値について、前記割り当てられたビット数を利用して前記スケーリングされたサンプル値を四捨五入し、量子化されたサンプルデータを生成する。

前記ビットパッキング部３７０は、前記線形量子化されたデータを符号化してビットストリームを生成する。前記符号化には、ハフマンコーディングを使用できる。

そして、前記本発明による複数のルックアップテーブルを利用したデジタル信号の符号化装置は、ビット数調整部（図示せず）をさらに具備できる。前記ビット数調整部は、前記ビット割り当て部３５０で各周波数帯域に割り当てたビット数の和である入力信号全体の割り当てビット数を計算し、符号化装置に要求される符号化率により定められる入力信号全体の要求ビット数と、前記計算された割り当てビット数とを比較して、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整する。

図５は、本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。図５に図示された符号化方法を参照して、図３に図示された符号化装置の動作を説明する。先ず、入力デジタル信号は、データ変換部３００により変換されて信号間の重複情報が除去される（５００ステップ）。一例として、帯域分解フィルターのサブバンドフィルターを利用して、時間領域のデジタル入力信号を所定数の周波数帯域に変換させる。

量子化単位に該当する前記周波数帯域のアドレス値がビット割り当て部３５０で計算される（５２０ステップ）。前記周波数帯域のアドレス値は、ルックアップテーブル３２０、３３０、３４０の生成時にアドレスとして設定された周波数帯域の特性を表す値であり、前記アドレス値は、各周波数帯域の分散、スケールファクター、スケールファクターの自乗、各周波数帯域内の入力信号の平均値、各周波数帯域内の入力信号の平均パワー、各周波数帯域のスケールファクターの占有率と、各周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、各周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、各周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値になる。

前記アドレス値として設定できる周波数帯域の特性と、周波数帯域別割り当てビット数との関係について説明する。分散特性は、入力信号の分布がどの程度平均に近く分布されているかを知らせるために用いられる。前記分散が大きい場合には、入力信号に対する動的領域が大きくなるので、量子化ノイズを低減するためにはビット割り当てを多くする必要があり、相対的に分散が小さな場合には、ビット割り当て量を少なくしても量子化ノイズがあまり発生しない。前記平均パワーの特性は平均と類似した概念であるが、一般的に入力信号についての平均を求めれば、正弦波曲線の場合には平均値が０になるので、平均パワー値を周波数帯域の特性として使用し、平均パワー値の大きい周波数帯域にビットを多く割り当てる。スケールファクターは、各周波数帯域別に最も大きいサンプル値に相応する所定の値で定義され、スケールファクターの大きい周波数帯域にビットを多く割り当てる。

入力デジタル信号の特性によって、ルックアップテーブル選択部３１０により、前記複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０のうち一つが選択される（５２０ステップ）。ルックアップテーブル選択の基準になる入力信号の特性は、前記複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０の生成時に考慮した入力信号の特性であり、入力信号の周波数帯域のうち占有率が所定の基準値以下または以上である周波数帯域の数で設定できる。前記各周波数帯域の占有率は、前記数式１のように計算された周波数帯域のスケールファクターの占有率と、周波数帯域内の入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、周波数帯域内の入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値に設定できる。

図６は、図５の複数のルックアップテーブルのうち一つを選択する方法についての実施形態を詳細に示すフローチャートである。図６に示すように、各周波数帯域のスケールファクター及び周波数帯域内の入力信号の平均パワーを計算し（６００ステップ）、前記数式１のように、各周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率及び平均パワーの占有率を計算する（６１０ステップ）。

前記６１０ステップで計算された二つの占有率のうち大きい値を、各周波数帯域の占有率として選択する（６２０ステップ）。前記６２０ステップで選択された占有率が所定の基準占有率以下である周波数帯域の数ＬＰ、または所定の基準占有率以上である周波数帯域の数ＨＰを計算する（６３０ステップ）。前記６３０ステップで計算された周波数帯域の数ＬＰ、ＨＰが、複数のルックアップテーブルのうち一つを選択する基準になる入力信号の特性を表す値となる。

前記計算された入力信号の特性を表す周波数帯域の数ＬＰ、ＨＰによって、複数のルックアップテーブルのうち一つを選択する（６４０ステップ）。前記６４０ステップでは、占有率が所定の基準占有率以下である周波数帯域の数ＬＰが大きいほど、特定周波数帯域に入力信号が集中的に分布しているので、入力信号が分布される周波数帯域にさらに大きいビット数を割り当てたルックアップテーブルを選択する。また、占有率が所定の基準占有率以上である周波数帯域の数ＨＰが小さいほど、特定周波数帯域に入力信号が集中的に分布しているので、入力信号が分布される周波数帯域にさらに大きいビット数を割り当てたルックアップテーブルを選択する。

図７Ａ及び図７Ｂは、入力信号の周波数帯域別占有率を示すグラフである。図７Ａは、一般的な特性を持つ入力信号としてＬＰは小さく、ＨＰは大きいために、各周波数帯域に均一に分布された割り当てビット数を持つルックアップテーブルが選択される。

図７Ｂは、特定周波数帯域に集中している特性を持つ入力信号としてＬＰは大きく、ＨＰは小さいために、特定周波数帯域に多くの割り当てビット数が保存されたルックアップテーブルが選択される。

入力デジタル信号特性によってルックアップテーブルが選択されれば、ビット割り当て部３５０により、前記各周波数帯域別アドレス値に相応する割り当てビット数を得て、各周波数帯域に割り当てる（図５の５４０ステップ）。

ここで、前記説明された方法により符号化された入力信号の全体割り当てビット数を、圧縮率により要求される要求ビット数に合せるために、前記５４０ステップを行った後、入力信号全体の要求ビット数と前記計算された割り当てビット数とを比較して、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整するステップを行うことができる。

図８は、図５の５４０ステップで各周波数帯域に割り当てビット数を割り当てた後、割り当てビット数及び要求ビット数を調整する方法を示すフローチャートである。図８に示すように、図５の５４０ステップで、ルックアップテーブルから得られた各周波数帯域の割り当てビット数を各周波数帯域に割り当てた後、前記割り当てられたビット数を合せて、入力信号全体に実際に割り当てられたビット数を計算する（８１０ステップ）。

前記８１０ステップで計算された割り当てビット数と、符号化に要求される圧縮率により決定される要求ビット数、例えば、入力信号の全体ビット数が１００ビットであり、圧縮率が５０％である場合には、５０ビットの要求ビット数と同じかどうかを確認して（８２０ステップ）、同じ場合には、前記５４０ステップで割り当てられたビット数通りに、各周波数帯域にビットを割り当てる。

しかし、割り当てビット数が要求ビット数と異なる場合には、割り当てビット数が要求ビット数より大きいかどうかを確認して（８３０ステップ）、例えば、大きい場合には、割り当てビット数が要求ビット数と同じになるまで、特定帯域別に１ビットずつ所定の基準により減少させる（８４０ステップ）。一方、割り当てビット数が要求ビット数より小さい場合には、割り当てビット数が要求ビット数と同じになるまで、特定帯域別に１ビットずつ所定の基準により増加させる（８５０ステップ）。

一方、周波数帯域別にビット数が割り当てられれば、前記所定の量子化単位について、例えばサブバンドフィルターを使用する場合には、各周波数帯域についてデジタル信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられたビット数を利用して線形量子化する（図５の５６０ステップ）。

図９は、前記５６０ステップをさらに詳細に示すフローチャートであり、図４を参照して、区間別線形量子化を説明する。まず、前記データ正規化部４００を通じて、前記量子化単位、すなわち、サブバンドフィルターを適用する場合には、前記周波数帯域別に、所定のスケールファクターを使用して、前記データ変換部３００で変換されたサンプルデータを正規化する（９００ステップ）。例えば、データ変換部３００でサブバンドフィルターを使用した結果、サブバンドフィルタリングされた出力サンプル値が２４、−３２、４、１０であると仮定する。それにより、前記出力サンプル値について絶対値を取れば、そのうち最大値は３２となる。前記最大値３２に相応するスケールファクター値を利用して、前記サンプル値を正規化すれば、前記サンプル値は０．７５、−１、０．１２５、０．３１２５となる。ここで、前記スケールファクターは、例えば、次の通り定めることができる。所定の式２^x/4でｘ値をスケールファクターとし、前記ｘが０から３１まで１ずつ増加する時、３２個のｘ値によって前記式２^x/4値が定められる。すなわち、ｘ＝０であれば、前記式２^x/4値は１となり、ｘ＝１であれば、前記式２^x/4値は１．１８、ｘ＝２であれば、前記式２^x/4値は１．４１４、ｘ＝３であれば、前記式２^x/4値は１．６８、ｘ＝４であれば、前記式２^x/4値は２となる。このようにして、ｘ＝３１まであらゆる３２個の整数ｘについて前記式２^x/4値を定めれば、ｘ値が１増加する度に、式２^x/4値は１．５ｄＢずつ増加する。もし、前記例で最大値３２に該当する式２^x/4値を３２とすれば、スケールファクターｘは２０となる。したがって、各サブバンドでは、一つのスケールファクター値が決定される。

図１０は、前記サンプルデータを正規化したサブバンドサンプルの分布を示す図面である。図１０に示すように、正規化されたサンプルは均一な分布ではないので、線形量子化器を使用しては最適に量子化できない。

したがって、区間量子化部４２０で正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記サンプルデータに適用して、前記９００ステップで正規化されたサンプルデータを変換する（９２０ステップ）。例えば、図１０で正規化された値の範囲は、０．０〜１．０となる。そして、図１１は、前記正規化値の範囲を２つの区間に分けたものを図示している。図１１で、ｙ＝ｘと表現される線形関数グラフで、ｘ軸上の中間値であるｘ＝０．５に該当するｙ＝ｘ上の点Ａをｘ軸にβほど移動させた点をＢとする。もし、前記β値を０．１とすれば、ｘ軸上の区間は、０〜０．６に該当する区間（区間Ｉ）と、０．６〜１．０に該当する区間（区間ＩＩ）とに分けられる。前記２つの区間には、区間ごとに一つずつの２つの線形関数がある。前記βは、それぞれサンプルの分布によってその値を異に選択できる。前記β値は、ｘ軸を基準に正規化値範囲の中心からどの程度大きく偏っているかを表す。さらに他の形態で、β値がｙ軸を基準に中心からどの程度大きく偏っているかを表すことができる。

前記線形関数のそれぞれは、一般的にｙ＝ａｘ／（ａ−２ｂ）及びｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）で表現できる。ここで、ａは、正規化された値の範囲、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す。前記例でβ値を０．１とすれば、区間Ｉでは、線形関数ｙ＝ｆ₁（ｘ）は、ｙ＝５／６＊ｘとなり、区間ＩＩでは、線形関数ｙ＝ｆ₂（ｘ）は、ｙ＝５／４＊ｘ−１／４となる。前記各区間で、サンプル値について線形関数を適用する。引続き、前記例を適用すれば、前記サンプル値０．１２５及び０．３１２５は区間Ｉに属し、第１の線形関数ｙ＝ｆ₁（ｘ）を適用してマッピングされ、前記サンプル値０．７５、−１は区間ＩＩに属し、第２の線形関数ｙ＝ｆ₂（ｘ）を適用してマッピングされる。

前記ビット割り当て部３５０で割り当てられたビット数を利用して、スケーリング部４４０で前記マッピングされた値をスケーリングする（９４０ステップ）。例えば、ビット割り当て情報が３であれば、０〜７の表現が可能なので、区間別線形関数を適用してマッピングされたサンプルの値に８を乗算する。

前記９４０ステップで、スケーリングされたサンプル値を四捨五入して量子化されたサンプル値を求める（９６０ステップ）。前記四捨五入された値は常に整数となる。例えば、ビット割り当て情報が３であれば、四捨五入された値は０〜７の整数のうちいずれか一つになり、これは３ビットで表現されて、最終量子化されたサンプル値になる。

図１２は、図１０の分布を利用して、Ｌｌｏｙｄ−Ｍａｘアルゴリズムを利用して設計された量子化器を示す図面である。図１２に示すように、線形関数と比較してみる時、下方にふくらんでいる形態になっている。

結局、前述したように線形量子化されたデータは、所定の付加情報と共にハフマン符号化などデータ符号化方法を利用して、ビットパッキング部３７０によりビットストリームに生成される（図５の５８０ステップ）。前記所定の付加情報には、スケールファクター及び帯域別に割り当てられたビット数が含まれることが望ましい。

次いで、前記ビット割り当て部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置を説明する。図１３は、前記ビット割り当て部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図であり、データ変換部１３００、ルックアップテーブル選択部１３１０、複数のルックアップテーブル１３２０、１３３０、１３４０、ビット割り当て部１３５０、量子化部１３６０、ビットストリーム生成部１３７０を含んでなる。

前記データ変換部１３００、ルックアップテーブル選択部１３１０、複数のルックアップテーブル１３２０、１３３０、１３４０及びビット割り当て部１３５０は、前述した図３のデータ変換部３００、ルックアップテーブル選択部３１０、複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０及びビット割り当て部３５０とそれぞれ相応し、その機能及び動作が同一であるので、説明を省略する。

前記量子化部１３６０は一般的な量子化器であり、量子化単位、すなわち、サブバンドフィルターの場合には、周波数帯域別に割り当てられたビット数によって量子化する。

前記ビットストリーム生成部１３７０は、前記量子化されたデータ及び所定の付加情報で、フレーム単位のビットストリームを生成する。前記フレーム単位のビットストリームの最後の領域には、フレーム長情報が位置する。前記所定の付加情報には、スケールファクター及び帯域別に割り当てられたビット数が含まれることが望ましい。

図１４は、前記ビットストリームのフレーム構造についての一実施形態を図示したものであり、各フレームの第１領域１４１０に位置する符号化されたデータ、第２領域１４２０に位置する符号化されたフレーム長情報からなる。ここで、前記第２領域１４２０の大きさは、あらゆるフレームに対して一定であり、第１領域１４１０の大きさは、可変ビット率である場合、フレームの符号化率によって変わる。図１５は、前記ビットストリームのフレーム構造についての他の実施形態を示したものであり、各フレームの第１領域１５１０に位置するシンク情報、第２領域１５２０に位置する符号化されたデータ、第３領域１５３０に位置する符号化されたフレーム長情報からなる。ここで、前記第１領域１５１０及び第３領域１５３０の大きさは、あらゆるフレームに対して一定であり、第２領域１５２０の大きさは、可変ビット率である場合に、フレームの符号化率によって変わる。このように、シンク情報を含めてフレーム構造を生成する場合、デジタル信号再生装置がデジタル信号を再生する中に外部から衝撃を受けた場合、有効なデータを再生可能にする逆方向探索の信頼度及び正確度をさらに向上させることができる。

そして、前記本発明による複数のルックアップテーブルを利用したデジタル信号の符号化装置は、ビット数調整部（図示せず）をさらに具備できる。前記ビット数調整部は、前記ビット割り当て部１３５０で各周波数帯域に割り当てたビット数の和である入力信号全体の割り当てビット数を計算し、符号化装置に要求される符号化率により定められる入力信号全体の要求ビット数と、前記計算された割り当てビット数とを比較し、比較結果によって各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整する。

図１６は、本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。図１６に図示された符号化方法を参照して、図１３に図示された符号化装置の動作を説明する。

まず、１６００ステップないし１６４０ステップは、前述した図５の５００ステップないし５４０ステップと同一であるので、その説明を省略する。
ここで、前記符号化された入力信号の全体割り当てビット数を、圧縮率により要求される要求ビット数に合せるために、前記１６４０ステップを行った後、入力信号全体の要求ビット数と前記計算された割り当てビット数とを比較して、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整するステップを行うことができる。
一方、１６４０ステップで周波数帯域別にビット数が割り当てられた後、または、必要に応じてビット数調整ステップを経てビット数が調整された後には、前記所定の量子化単位について、例えば、サブバンドフィルターを使用する場合には、各周波数帯域について、前記データ変換部１３００で変換されたデータを、前記割り当てられたビット数を利用して量子化する（１６６０ステップ）。

次いで、前記量子化されたデータ及び所定の付加情報は、前記ビットストリーム生成部１３７０によりフレーム単位のビットストリームで生成される（１６８０ステップ）。前記フレーム単位のビットストリームの最後の領域には、図１４に示すように、フレーム長情報が位置し、付加的に、図１５に示すように、フレームの開始部分に、フレーム間の同期のためのシンク情報をさらに具備できる。そして、前記所定の付加情報には、スケールファクター及び帯域別に割り当てられたビット数が含まれることが望ましい。

次いで、前記線形量子化部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置を説明する。
図１７は、前記線形量子化部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図であり、データ変換部１７００、割り当てビット数計算部１７１０、線形量子化部１７２０及びビットストリーム生成部１７３０を含んでなる。
前記データ変換部１７００及び線形量子化部１７２０は、前述した図３のデータ変換部３００及び線形量子化部３６０とそれぞれ相応し、前記ビットストリーム生成部１７３０は、前述した図１３のビットストリーム生成部１３７０と相応し、その機能及び動作が同一であるので、その説明を省略する。

前記割り当てビット数計算部１７１０は、一般的なデジタル信号の符号化装置のビット割り当て部と同一である。すなわち、前記割り当てビット数計算部１７１０は、信号の重要度を考慮して所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算する。また、前記割り当てビット数計算部１７１０は、人間の聴覚特性を利用して感度の低い細部情報を省略し、かつ符号量を低減できるように周波数別にビット割り当て量を異ならせ、望ましくは、心理音響的な側面を考慮して、ビット割り当て情報を計算する。

図１８は、本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。図１８に図示された符号化方法を参照して、図１７に図示された符号化装置の動作を説明する。

まず、１８００ステップ及び１８４０ステップは、前述した図５の５００ステップ及び５４０ステップと同一であり、１８６０ステップは、前述した図１６の１６８０ステップと同一であるので、詳細な説明は省略する。一方、１８００ステップで、デジタル信号が変換されて信号間の重複情報が除去されれば、割り当てビット数計算部１７１０では、オーディオ信号の重要度を考慮して、所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算する（１８２０ステップ）。例えば、サブバンドフィルターを使用する場合には、各サブバンドごとに割り当てられるビット数を計算する。そして、前記デジタル信号、特にオーディオ信号の重要度は、人間の聴覚特性を利用して心理音響的な側面を考慮して決定する。したがって、人間の聴覚感度の高い周波数はビットを多く割り当て、そうでない周波数はビットを少なく割り当てることができる。

１８２０ステップで、周波数帯域別にビット数が割り当てられれば、区間別線形量子化を行い（１８４０ステップ）、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成する（１８６０ステップ）。

最後に、前記複数のルックアップテーブル、ビット割り当て部及びビットパッキング部すべてに特徴があるデジタル信号の符号化装置を説明する。

図１９は、前記複数のルックアップテーブル、ビット割り当て部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図であり、データ変換部１９００、ルックアップテーブル選択部１９１０、複数のルックアップテーブル１９２０、１９３０、１９４０、ビット割り当て部１９５０、線形量子化部１９６０、ビットストリーム生成部１９７０を含んでなる。

前記データ変換部１９００、ルックアップテーブル選択部１９１０、複数のルックアップテーブル１９２０、１９３０、１９４０、ビット割り当て部１９５０及び線形量子化部１９６０は、前述した図３のデータ変換部３００、ルックアップテーブル選択部３１０、複数のルックアップテーブル３２０、３３０、３４０、ビット割り当て部３５０及び線形量子化部３６０とそれぞれ相応し、前記ビットストリーム生成部１９７０は、前述した図１３のビットストリーム生成部１３７０と相応し、その機能及び動作が同一であるので、説明を省略する。

そして、前記本発明による前記デジタル信号の符号化装置は、前述したビット数調整部（図示せず）をさらに具備できる。前記ビット数調整部は、前記ビット割り当て部１９５０から各周波数帯域に割り当てたビット数の和である、入力信号全体の割り当てビット数を計算し、符号化装置に要求される符号化率により定められる入力信号全体の要求ビット数と、前記計算された割り当てビット数とを比較して、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整する。

図２０は、本発明による複数のルックアップテーブル、区間別線形量子化を利用してフレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。図２０に図示された符号化方法を参照して、図１３に図示された符号化装置の動作を説明する。ところが、図２０の２０００ステップないし２０６０ステップは、前述した図５の５００ステップないし５６０ステップと同一であり、２０８０ステップは、図１６の１６８０ステップと同一であるので、詳細な説明を省略する。また、ここで、前記符号化された入力信号の全体割り当てビット数を、圧縮率により要求される要求ビット数に合せるために、前記２０４０ステップを行った後、入力信号全体の要求ビット数と前記計算された割り当てビット数とを比較して、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整するステップを行うことができる。

前述した複数のルックアップテーブルを生成する方法について説明する。図２１は、本発明による複数のルックアップテーブルを生成する方法についての第１実施形態を示すフローチャートである。図２１に示すように、いろいろな信号特性を持って同じ特性を持つ信号に区分された所定の数の入力信号を具備する（２１００ステップ）。前記入力信号の特性は、前述したルックアップテーブル説明と同一である。

前記入力信号の特性のうち一つの特性を選択して、選択された特性を持つ入力信号のうち一つを周波数帯域に分割する（２１１０ステップ）。前記入力信号について、聴覚心理モデルを利用して各周波数帯域の割り当てビット数を計算する（２１２０ステップ）。前記２１２０ステップで割り当てビット数を計算する方法は、前記図１に図示された聴覚心理モデル１１０の動作と同一であるので、ここでは省略する。

前記入力信号について、各周波数帯域のアドレス値を計算する（２１３０ステップ）。前記アドレス値は、入力信号の周波数帯域の特性を表す値として設定され、前記アドレス値は、前述したルックアップテーブル説明と同一である。

前記２１３０ステップで計算された各周波数帯域のアドレス値をアドレスとして、前記２１２０ステップで計算された割り当てビット数を保存し、保存された割り当てビット数が計算されて出る頻度数を記録する（２１４０ステップ）。

前記２１１０ステップで選択された特性を持つあらゆる入力信号について、前記２１１０ステップから２１４０ステップまで行われたかを確認した後（２１５０ステップ）、選択された特性を持つあらゆる入力信号について行われるまで、前記２１１０ステップから２１４０ステップまでを反復する。

選択された特性を持つあらゆる入力信号について前記２１１０ステップから２１４０ステップまで行われた場合、各周波数帯域の各アドレスに保存された割り当てビット数のうち頻度数の最も大きい値を割り当てビット数として保存して、ルックアップテーブルを生成する（２１６０ステップ）。前記２１６０ステップを行った後に、前記生成されたルックアップテーブルのうち割り当てビット数が０であるアドレスをルックアップテーブルから除外するか、連続するアドレスの割り当てビット数が同じ場合、割り当てビット数が変更されるアドレスのみをルックアップテーブルに保存して、ルックアップテーブルを小さくできる。

前記２１００ステップで備えられた入力信号のあらゆる特性について、ルックアップテーブルが生成されていないかを確認し（２１７０ステップ）、ルックアップテーブルがいずれも生成されていない場合には、入力信号のあらゆる特性について、ルックアップテーブルが生成されるまで、前記２１１０ステップから２１６０ステップまでを反復する。

図２２は、本発明による複数のルックアップテーブルを生成する方法についての第２実施形態を示すフローチャートである。図２２に示すように、いろいろな信号特性を持つ所定の数の入力信号を具備する（２２００ステップ）。前記入力信号を、所定の数の入力信号の特性によって区分する（２２１０ステップ）。前記入力信号の特性は、前述したルックアップテーブルの説明と同一である。以下、図２２の２２２０ステップ〜２２８０ステップは、図２１の２１１０ステップ〜２１７０ステップと同一である。

図２３は、ルックアップテーブルのアドレスを設定する方法についての実施形態を示す表である。図２３に図示された設定方法は、各周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、平均パワーの占有率のうち大きい値を選択して、ルックアップテーブルのアドレスとして使用したものである。前記ルックアップテーブルのアドレスとなる占有率は、いずれも０と１間の値を持ち、０と１間の占有率を１２７個のアドレスに分けて設定した。

図２４は、ルックアップテーブルを生成する方法についての実施形態を示す表である。図２４に図示された生成方法は、図２１の２１６０ステップまたは図２２の２２７０ステップで、割り当てビット数の頻度数を利用してルックアップテーブルを生成する方法であり、一つの周波数帯域について、アドレス別割り当てビット数をルックアップテーブルに保存する場合を示す図面である。ルックアップテーブルでアドレス５の場合、最も頻度数の高い８ビットを割り当てビット数として保存し、アドレス３０には７ビット、アドレス６１には０ビットが最終割り当てビット数として保存される。ルックアップテーブルを小さくするために、割り当てビット数が０であるアドレスをルックアップテーブルから除外するか、連続するアドレスの割り当てビット数が同じ場合、割り当てビット数が変更されるアドレスのみを保存できる。

一方、前述した本発明の実施形態による４つの符号化装置、すなわち、ｉ）ビット割り当て部と線形量子化部、ｉｉ）ビット割り当て部とビットパッキング部、ｉｉｉ）線形量子化部とビットパッキング部、ｉｖ）ビット割り当て部と線形量子化部及びビットパッキング部に特徴がある符号化装置それぞれについての復号化装置を説明する。

図２５は、複数のルックアップテーブルを利用して区間別線形量子化するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図であり、ビットストリームアンパッキング部２５００、線形逆量子化部２５２０及び逆変換部２５４０を含んでなる。

前記ビットストリームアンパッキング部２５００は、デジタル信号についてのビットストリームから線形量子化されたデータ及び付加情報を抽出する。一例として、前記ビットストリームがオーディオ信号ビットストリームであれば、量子化されたサンプルデータ及び付加情報を抽出する。

前記線形逆量子化部２５２０は、量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記ビットストリームアンパッキング部２５００から抽出された付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化する。前記区間は、符号化時に図１１に図示されたｉｎｐｕｔ軸に対して分けられれば、復号化時にはｏｕｔｐｕｔ軸に対して分けられる。

前記逆変換部２５４０は、前記線形逆量子化部２５２０で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する。前記逆変換部２５４０は、変換時に、サブバンドフィルターとして帯域分割フィルターを使用したならば、復号化装置では帯域合成フィルターが使われる。

図２６は、前記線形逆量子化部２５２０についてのさらに詳細な構成を示すブロック図であり、前記線形逆量子化部２５２０は、逆スケーリング部２６００、区間線形逆量子化部２６１０及び逆正規化部２６２０を含んでなる。

前記逆スケーリング部２６００は、区間別に線形量子化されたサンプルデータを、前記ビットストリームアンパッキング部２５００の付加情報に含まれたビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングを行う。例えば、符号化時に割り当てられたビット数が４であり、サンプルデータに１５を乗算したならば、復号化時にはサンプルデータを１５で割る。

前記区間線形逆量子化部２６１０は、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化する。前記逆正規化部２６２０は、前記区間線形逆量子化部２６１０で逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケールファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して逆正規化する。

図２７は、複数のルックアップテーブルを利用して、区間別線形量子化するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。図２７を参照して、図２５に図示されたデジタル信号の復号化装置の動作を説明する。

まず、デジタル信号に対するビットストリーム、望ましくは、オーディオビットストリームがビットストリームアンパッキング部２５００に入力されれば、前記オーディオビットストリームから量子化されたサンプルデータ及び付加情報を抽出する（２７００ステップ）。

量子化時に設定された区間に相応する区間について、例えば、図１１に図示されているｉｎｐｕｔ軸に対して区間を分けたならば、復号化時には、ｏｕｔｐｕｔ軸に対して分けられた区間に対して、前記線形逆量子化部２５２０では、前記付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたサンプルデータを逆量子化する（２７２０ステップ）。次いで、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する（２７４０ステップ）。

図２８は、前記サンプルデータ逆量子化する過程（２７２０ステップ）をさらに詳細に説明するフローチャートである。図２８を参照して、前記２７２０ステップを詳細に説明する。前記区間別に線形量子化されたサンプルデータは、前記逆スケーリング部２６００を通じてビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングを行う（２８００ステップ）。次いで、区間線形逆量子化部２６１０で前記逆スケーリングされたデータは、区間別に線形逆量子化される（２８２０ステップ）。前記逆量子化されたデータは、逆正規化部２６２０で量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して、逆正規化される（２８４０ステップ）。

図２９は、複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図であり、ビットストリーム解析部２９００、逆量子化部２９２０及び逆変換部２９４０を含んでなる。前記ビットストリーム解析部２９００は、デジタル信号に対するビットストリームから、付加情報、量子化されたデータ及びフレーム長情報を抽出する。一例として、前記ビットストリームがオーディオ信号ビットストリームであれば、量子化されたサンプルデータと付加情報及びフレーム長情報を抽出する。また、前記ビットストリーム解析部２９００は、前記ビットストリームがシンク情報をさらに具備していれば、シンク情報も抽出する。

図３０は、前記ビットストリーム解析部２９００のさらに細部的な構成を示すブロック図であり、シンク情報解析部３０００、付加情報解析部３０２０、量子化データ解析部３０４０及びフレーム長情報解析部３０６０を含んでなる。

前記シンク情報解析部３０００は、デジタル信号に対するビットストリームからシンク情報を抽出し、付加情報解析部３０２０は、ビットストリームから付加情報を抽出し、量子化データ解析部３０４０は量子化データを、フレーム長情報解析部３０６０はフレーム長情報を抽出する。

前記逆量子化部２９２０は、前記ビットストリーム解析部２９００から抽出された付加情報を利用して、量子化されたデータを逆量子化する。

前記逆変換部２９４０は、前記逆量子化部２９２０で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する。前記逆変換部２９４０は、変換時にサブバンドフィルターとして帯域分割フィルターを使用したならば、復号化装置では、帯域合成フィルターが使われる。

図３１は、複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。図３１を参照して、図２９に図示されたデジタル信号の復号化装置の動作を説明する。

まず、デジタル信号に対するビットストリーム、望ましくは、オーディオビットストリームがビットストリーム解析部２９００に入力されれば、前記オーディオビットストリームから量子化されたサンプルデータと付加情報及びフレーム長情報を抽出する（３１００ステップ）。前記ビットストリームにシンク情報が含まれていれば、シンク情報も抽出する。

前記逆量子化部２９２０では、前記付加情報を利用して量子化されたサンプルデータを逆量子化する（３１２０ステップ）。次いで、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する（３１４０ステップ）。

図３２は、複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置及び、区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図であり、ビットストリーム解析部３２００、線形逆量子化部３２２０及び逆変換部３２４０を含んでなる。

前記ビットストリーム解析部３２００は、デジタル信号に対するビットストリームから付加情報、量子化されたデータ及びフレーム長情報を抽出する。一例として、前記ビットストリームがオーディオ信号ビットストリームであれば、量子化されたサンプルデータと付加情報及びフレーム長情報を抽出する。また、前記ビットストリーム解析部３２００は、前記ビットストリームがシンク情報をさらに具備していれば、シンク情報も抽出する。

図３０は、前記ビットストリーム解析部３２００のさらに細部的な構成を示すブロック図であり、シンク情報解析部３０００、付加情報解析部３０２０、量子化データ解析部３０４０及びフレーム長情報解析部３０６０を含んでなる。

前記線形逆量子化部３２２０は、量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記ビットストリーム解析部３２００から抽出された付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化する。前記区間は、符号化時に、図１１に図示されたｉｎｐｕｔ軸に対して分けられれば、復号化時には、ｏｕｔｐｕｔ軸に対して分けられる。

図２６は、前記線形逆量子化部３２２０についてのさらに詳細な構成を示すブロック図であり、前記線形逆量子化部２５２０は、逆スケーリング部２６００、区間線形逆量子化部２６１０及び逆正規化部２６２０を含んでなる。前記逆スケーリング部２６００は、区間別に線形量子化されたサンプルデータを、前記ビットストリームアンパッキング部２５００の付加情報に含まれたビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングを行う。例えば、符号化時に割り当てられたビット数が４であり、サンプルデータに１５を乗算したならば、復号化時には、サンプルデータを１５で割る。

前記区間線形逆量子化部２６１０は、前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化する。前記逆正規化部２６２０は、前記区間線形逆量子化部２６１０で逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケールファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して、逆正規化する。

前記逆変換部３２４０は、前記線形逆量子化部３２２０で逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する。前記逆変換部３２４０は、変換時に、サブバンドフィルターとして帯域分割フィルターを使用したならば、復号化装置では、帯域合成フィルターが使われる。

図３３は、複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法、または、区間別線形量子化を利用して、フレーム情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。図３３を参照して、図３２に図示されたデジタル信号の復号化装置の動作を説明する。

まず、デジタル信号に対するビットストリーム、望ましくは、オーディオビットストリームがビットストリーム解析部３２００に入力されれば、前記付加情報解析部３０２０、量子化データ解析部３０４０、フレーム長情報解析部３０６０を通じてオーディオビットストリームから付加情報、量子化されたサンプルデータ及びフレーム長情報を抽出する（３３００ステップ）。前記ビットストリームがシンク情報を含んでいれば、シンク情報解析部３０００を通じてシンク情報も抽出する。

量子化時に設定された区間に相応する区間について、例えば、図１１に図示されたｉｎｐｕｔ軸に対して区間を分けたならば、復号化時には、ｏｕｔｐｕｔ軸に対して分けられた区間について、前記線形逆量子化部３２２０では、前記付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたサンプルデータを逆量子化する（３３２０ステップ）。次いで、前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号、望ましくは、ＰＣＭデータとして生成する（３３４０ステップ）。

図２８は、前記サンプルデータ逆量子化する過程（３３２０ステップ）をさらに詳細に説明するフローチャートである。図２８を参照して、前記３３２０ステップを詳細に説明する。前記区間別に線形量子化されたサンプルデータを、前記逆スケーリング部２６００を通じてビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングを行う（２８００ステップ）。次いで、区間線形逆量子化部２６１０で、前記逆スケーリングされたデータは、区間別に線形逆量子化される（２８２０ステップ）。前記逆量子化されたデータは、逆正規化部２６２０で、量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して、逆正規化される（２８４０ステップ）。

本発明は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に、コンピュータ（情報処理機能を持つ装置をいずれも含む）で読み取り可能なコードとして具現できる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存されるあらゆる記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録装置の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ保存装置などがある。

本発明は、図面に図示された実施形態を参考して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。

本発明は、デジタル信号の符号化方法及び装置ならびに復号化方法及び装置に係る技術分野に好適に利用される。

ＭＰＥＧ−１での聴覚心理モデルを利用した一般的なデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。一つのルックアップテーブルを利用したデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。線形量子化部のさらに細部的な構成を示すブロック図である。本発明による複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用したデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。図５の複数のルックアップテーブルのうち一つを選択する方法についての実施形態を示す詳細フローチャートである。入力信号の周波数帯域別占有率を示すグラフである。入力信号の周波数帯域別占有率を示すグラフである。図５の各周波数帯域に割り当てビット数を割り当てる方法についての実施形態を示す詳細フローチャートである。図５の５６０ステップをさらに詳細に示すフローチャートである。サンプルデータを正規化したサブバンドサンプルの分布を示す図面である。正規化値の範囲を２つの区間に分けたことを示す図面である。図１０の分布を利用して、Ｌｌｏｙｄ−Ｍａｘアルゴリズムを利用して設計された量子化器を示す図面である。ビット割り当て部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。ビットストリームのフレーム構造についての一実施形態を示す図面である。ビットストリームのフレーム構造についての他の実施形態を示す図面である。本発明による複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。線形量子化部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。本発明による区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。複数のルックアップテーブル、ビット割り当て部及びビットパッキング部に特徴があるデジタル信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。本発明による複数のルックアップテーブル、区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報を含むビットストリームを生成するデジタル信号の符号化方法を示すフローチャートである。本発明による複数のルックアップテーブルを生成する方法についての第１実施形態を示すフローチャートである。本発明による複数のルックアップテーブルを生成する方法についての第２実施形態を示すフローチャートである。ルックアップテーブルのアドレスを設定する方法についての実施形態を示す表である。ルックアップテーブルを生成する方法についての実施形態を示す表である。複数のルックアップテーブルを利用して、区間別線形量子化するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図である。前記線形逆量子化部２５２０についてのさらに詳細な構成を示すブロック図である。複数のルックアップテーブルを利用して、区間別線形量子化するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。サンプルデータの逆量子化過程（２７２０ステップ）をさらに詳細に説明するフローチャートである。複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図である。ビットストリーム解析部のさらに細部的な構成を示すブロック図である。複数のルックアップテーブルを利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置、及び区間別線形量子化を利用して、フレーム長情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化装置に相応するデジタル復号化装置の構成を示すブロック図である。複数のルックアップテーブル及び区間別線形量子化を利用して、フレーム情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法、または区間別線形量子化を利用して、フレーム情報が含まれたビットストリームを生成するデジタル符号化方法に相応するデジタル復号化方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１９００データ変換部
１９１０ルックアップテーブル選択部
１９２０、１９３０、１９４０ルックアップテーブル
１９５０ビット割り当て部
１９６０線形量子化部
１９７０ビットストリーム生成部

Claims

（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、
（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数をデジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルの中から、前記デジタル入力信号の特性に対応するルックアップテーブルを選択し、該ルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位に割り当てられている割り当てビット数を獲得するステップと、
（ｃ）前記所定の量子化単位により信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで獲得した割り当てビット数によって線形量子化するステップと、
（ｄ）線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でビットストリームを生成するステップと、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化方法。
（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、
（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数をデジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルの中から、前記デジタル入力信号の特性に対応するルックアップテーブルを選択し、該ルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位に割り当てられている割り当てビット数を獲得するステップと、
（ｃ）前記所定の量子化単位について、前記（ｂ）ステップで獲得した割り当てビット数によって量子化するステップと、
（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備し、量子化されたデータ及び所定の付加情報を含むフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化方法。
（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、
（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算するステップと、
（ｃ）前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで割り当てられたビット数によって線形量子化するステップと、
（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、を含むことを特徴とするデジタル信号の符号化方法。
（ａ）デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するステップと、
（ｂ）所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数をデジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルの中から、前記デジタル入力信号の特性に対応するルックアップテーブルを選択し、該ルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位に割り当てられている割り当てビット数を獲得するステップと、
（ｃ）前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記（ａ）ステップで変換されたデータを、前記（ｂ）ステップで獲得した割り当てビット数によって線形量子化するステップと、
（ｄ）最後の領域にフレーム長情報を具備し、線形量子化されたデータ及び所定の付加情報を含むフレーム単位のビットストリームを生成するステップと、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化方法。
前記（ａ）ステップのデジタル信号変換は、ＭＤＣＴ、ＦＦＴ、ＤＣＴ、サブバンドフィルタリングのうちいずれか一つにより行われることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ）ステップの付加情報は、少なくとも量子化単位についてのスケールファクター及び割り当てビット数を含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｂ）ステップの複数のルックアップテーブルのそれぞれは、量子化単位ごとに少なくとも一つのアドレスと、前記アドレスごとに所定のビット数とが割り当てられていることを特徴とする請求項１、２又は４に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域のスケールファクターまたはスケールファクターの自乗であることを特徴とする請求項７に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値またはデジタル入力信号の平均パワーであることを特徴とする請求項７に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、または、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値であることを特徴とする請求項７に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｂ）ステップの後に、デジタル入力信号全体に実際に割り当てられたビット数と、デジタル入力信号全体に要求されるビット数とを比較して、比較結果によって割り当てビット数を調整するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１、２又は４に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ１）前記量子化単位について、所定のスケールファクターを使用して、前記（ａ）ステップで変換されたデータを正規化して正規化値とするステップと、
（ｃ２）正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を適用し、前記（ｃ１）ステップで正規化されたデータを変換するステップと、
（ｃ３）前記（ｂ）ステップの割り当てビット数を利用して、前記（ｃ２）ステップで変換された値をスケーリングするステップと、
（ｃ４）前記（ｃ３）ステップでスケーリングされた値を四捨五入して、量子化された値を求めるステップと、を含むことを特徴とする請求項１、３又は４に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ１）ステップのスケールファクターは、前記量子化単位内のサンプル値のうち最も大きい絶対値を求めた後、前記絶対値より小さくない値に対して、所定の関数により定められる整数値であることを特徴とする請求項１２に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ２）ステップの線形関数は、前記各区間別に複数の独立的な線形関数で表現されることを特徴とする請求項１２に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ２）ステップは、
正規化値の範囲を２つの区間に分けるステップと、
前記区間別に設定された線形関数を前記（ｃ１）で正規化されたデータに適用して、前記データを変換するステップと、
を具備し、前記線形関数のそれぞれは、
ｙ＝ａｘ／（ａ−２ｂ）及びｙ＝ｘ／（１＋２ｂ）＋２ｂ／（１＋２ｂ）
（ａは、正規化された値の範囲を表し、ｂは、前記ａの中心点からの区間変位を表す）であることを特徴とする請求項１４に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｃ２）ステップの区間別線形量子化は、連続性を満足することを特徴とする請求項１２に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｄ）ステップのフレーム単位のビットストリームは、前記フレームの開始を表すシンク情報を、フレーム単位の開始部分にさらに具備することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｄ）ステップのフレーム単位のビットストリームは、固定ビット率または可変ビット率で符号化されたものであることを特徴とする請求項１７に記載のデジタル信号の符号化方法。
前記（ｄ）ステップのフレーム単位のビットストリームは、固定ビット率または可変ビット率で符号化されたものであることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載のデジタル信号の符号化方法。
デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、
所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、デジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルと、
前記複数のルックアップテーブルから、前記デジタル入力信号の特性に対応するルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、
選択されたルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位のアドレス値を取得し、該アドレス値に割り当てられているビット数を抽出するビット割り当て部と、
前記所定の量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられているビット数によって線形量子化する線形量子化部と、
線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でビットストリームを生成するビットパッキング部と、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化装置。
デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、
所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、デジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルと、
前記複数のルックアップテーブルから、前記デジタル入力信号の特性に対応するルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、
選択されたルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位のアドレス値を取得し、該アドレス値に割り当てられているビット数を抽出するビット割り当て部と、
前記所定の量子化単位について、前記ビット割り当て部で抽出したビット数によって量子化する量子化部と、
最後の領域にフレーム長情報を具備し、量子化されたデータ及び所定の付加情報を含むフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化装置。
デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、
所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を計算する割り当てビット数計算部と、
前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられたビット数によって線形量子化する線形量子化部と、
最後の領域にフレーム長情報を具備する、前記線形量子化されたデータ及び所定の付加情報でフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、を含むことを特徴とするデジタル信号の符号化装置。
デジタル入力信号を変換して、信号間の重複情報を除去するデータ変換部と、
所定の量子化単位ごとに割り当てられるビット数を、デジタル入力信号の特性によって異ならせるための複数のルックアップテーブルと、
前記複数のルックアップテーブルから、前記デジタル入力信号の特性によるルックアップテーブルを選択するルックアップテーブル選択部と、
選択されたルックアップテーブルにおいて該当する量子化単位のアドレス値を取得し、該アドレス値に割り当てられているビット数を抽出するビット割り当て部と、
前記量子化単位について、信号値の分布を所定の区間に分け、前記区間別に前記変換されたデータを、前記割り当てられているビット数によって線形量子化する線形量子化部と、
最後の領域にフレーム長情報を具備し、線形量子化されたデータ及び所定の付加情報を含むフレーム単位のビットストリームを生成するビットストリーム生成部と、
を含み、前記デジタル入力信号の特性は、前記デジタル入力信号の周波数帯域のうち、デジタル入力信号についての占有率が所定の基準値以上または以下である周波数帯域の数であり、前記占有率は、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値、または周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値である、ことを特徴とするデジタル信号の符号化装置。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域のスケールファクターまたはスケールファクターの自乗であることを特徴とする請求項２０、２１又は２３に記載の複数のデジタル信号の符号化装置。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値またはデジタル入力信号の平均パワーであることを特徴とする請求項２０、２１又は２３に記載のデジタル信号の符号化装置。
前記ルックアップテーブルのアドレスは、周波数帯域のスケールファクターの占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均値の占有率のうち大きい値、または、周波数帯域のスケールファクターの自乗の占有率と、前記周波数帯域内のデジタル入力信号の平均パワーの占有率のうち大きい値であることを特徴とする請求項２０、２１又は２３に記載のデジタル信号の符号化装置。
前記ビット割り当て部でデジタル入力信号全体に割り当てたビット数と、デジタル入力信号全体に要求されるビット数とを比較し、比較結果によって、各周波数帯域に割り当てられたビット数を調整するビット数調整部をさらに具備することを特徴とする請求項２０、２１又は２３に記載のデジタル信号の符号化装置。
前記線形量子化部は、
所定のスケールファクターを使用して、前記データ変換部で変換されたデータを正規化するデータ正規化部と、
正規化値の範囲を所定の区間に分け、前記区間別に設定された線形関数を前記データ正規化部で正規化されたデータに適用する区間量子化部と、
前記ビット割り当て部で割り当てられたビット数を利用して、前記区間量子化部で生成された値をスケーリングするスケーリング部と、
前記割り当てられたビット数を利用して、前記スケーリングされた値を四捨五入して量子化された値を生成するラウンディング部と、を含むことを特徴とする請求項２０、２２又は２３に記載のデジタル信号の符号化装置。
前記区間量子化部の線形関数は、前記各区間別に互いに独立的な複数の線形関数であることを特徴とする請求項２８に記載のデジタル信号の符号化装置。
（ｘ）フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するステップと、
（ｙ）前記付加情報を利用して、前記量子化されたデータを逆量子化するステップと、
（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含み、
前記フレーム長情報は、前記フレーム単位のビットストリームの毎フレームの最後の領域から抽出する、ことを特徴とするデジタル信号の復号化方法。
（ｘ）フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するステップと、
（ｙ）量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して前記区間別線形量子化されたデータを逆量子化するステップと、
（ｚ）前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用してデジタル信号として生成するステップと、を含み、
前記フレーム長情報は、前記フレーム単位のビットストリームの毎フレームの最後の領域から抽出する、ことを特徴とするデジタル信号の復号化方法。
前記（ｚ）ステップの付加情報は、
少なくとも量子化単位のスケールファクター及び割り当てビット数を含むことを特徴とする請求項３０又は３１に記載のデジタル信号の復号化方法。
前記（ｘ）ステップは、
フレーム単位のビットストリームからシンク情報をさらに抽出することを特徴とする請求項３０又は３１に記載のデジタル信号の復号化方法。
前記（ｙ）ステップは、
区間別に線形量子化されたデータを、ビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応して逆スケーリングするステップと、
前記逆スケーリングされたデータを区間別に線形逆量子化するステップと、
前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して逆正規化するステップと、を含むことを特徴とする請求項３１に記載のデジタル信号の復号化方法。
前記（ｚ）ステップの逆変換は、
逆ＤＣＴ、逆ＭＤＣＴ、逆ＦＦＴ、サブバンド合成フィルタリングのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項３０又は３１に記載のデジタル信号の復号化方法。
フレーム単位のビットストリームから量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するビットストリーム解析部と、
前記付加情報を利用して、前記量子化されたデータを逆量子化する逆量子化部と、
前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成する逆変換部と、を含み、
前記フレーム長情報は、前記フレーム単位のビットストリームの毎フレームの最後の領域から抽出する、ことを特徴とするデジタル信号の復号化装置。
フレーム単位のビットストリームから、量子化されたデータ、付加情報及びフレーム長情報を抽出するビットストリーム解析部と、
量子化時に設定された区間に相応する区間について、前記付加情報を利用して、前記区間別線形量子化されたデータを逆線形量子化する逆線形量子化部と、
前記逆量子化されたデータを、符号化時に使用した変換の逆変換を使用して、デジタル信号として生成する逆変換部と、を含み、
前記フレーム長情報は、前記フレーム単位のビットストリームの毎フレームの最後の領域から抽出する、ことを特徴とするデジタル信号の復号化装置。
前記付加情報は、
少なくとも量子化単位のスケールファクター及び割り当てビット数を含むことを特徴とする請求項３６又は３７に記載のデジタル信号の復号化装置。
前記ビットストリーム解析部は、
フレーム単位のビットストリームからシンク情報をさらに抽出することを特徴とする請求項３６または３７に記載のデジタル信号の復号化装置。
前記逆線形量子化部は、
区間別に線形量子化されたデータを、前記ビットストリーム解析部の付加情報に含まれたビット割り当て情報を利用して、量子化時に使用したスケーリングに相応する逆スケーリングする逆スケーリング部と、
前記逆スケーリングされたデータを、区間別に線形逆量子化する区間線形逆量子化部と、
前記逆量子化されたデータを、量子化時に使用したスケーリングファクターに相応する逆スケーリングファクターを使用して逆正規化する逆正規化部と、を含むことを特徴とする請求項３７に記載のデジタル信号の復号化装置。
請求項１ないし１９のうちいずれか一項に記載の発明をコンピュータに実行させるプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。