| 【発明の名称】 |
０．７５乗計算装置及び０．７５乗計算方法並びにそれに用いるプログラム |
| 【発明者】 |
【氏名】高見沢 雄一郎
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| 【要約】 |
【課題】演算量を低減可能なオーディオ信号量子化装置を提供する。
【解決手段】０．７５乗計算装置１は逆数計算手段２と、第１の−０．５乗計算手段３と、乗算手段４と、第２の−０．５乗計算手段５と、外部に接続されるプログラム記憶媒体６とから構成され、プログラム記憶媒体６に格納されたプログラムを実行することで量子化計算式における０．７５乗の計算を行う。逆数計算手段２と第１の−０．５乗計算手段３と乗算手段４と第２の−０．５乗計算手段５とは演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないよう動作する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように構成するようにしたことを特徴とする０．７５乗計算装置。
【請求項２】 入力値の逆数を計算する逆数計算手段と、前記逆数計算手段による計算結果の−０．５乗を計算する第１の−０．５乗計算手段と、前記逆数計算手段による計算結果と前記第１の−０．５乗計算手段による計算結果との積を計算する乗算手段と、前記乗算手段による計算結果の−０．５乗を計算する第２の−０．５乗計算手段とを有することを特徴とする０．７５乗計算装置。
【請求項３】 ０．７５乗計算値を用いる符号化手法に用いるようにしたことを特徴とする請求項２記載の０．７５乗計算装置。
【請求項４】 写像変換されたオーディオ信号の０．７５乗値を用いて量子化を行うオーディオ信号量子化装置に用いるようにしたことを特徴とする請求項３記載の０．７５乗計算装置。
【請求項５】 演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないようにしたことを特徴とする０．７５乗計算方法。
【請求項６】 入力値の逆数を計算する第１のステップと、前記第１のステップによる計算結果の−０．５乗を計算する第２のステップと、前記第１のステップによる計算結果と前記第２のステップによる計算結果との積を計算する第３のステップと、前記第３のステップによる計算結果の−０．５乗を計算する第４のステップとを有することを特徴とする０．７５乗計算方法。
【請求項７】 ０．７５乗計算値を用いる符号化手法に用いるようにしたことを特徴とする請求項６記載の０．７５乗計算方法。
【請求項８】 写像変換されたオーディオ信号の０．７５乗値を用いて量子化を行うオーディオ信号量子化装置に用いるようにしたことを特徴とする請求項７記載の０．７５乗計算方法。
【請求項９】 コンピュータに、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように動作させる処理を実行させるためのプログラム。
【請求項１０】 コンピュータに、入力値の逆数を計算させる第１の処理と、前記第１の処理による計算結果の−０．５乗を計算させる第２の処理と、前記第１の処理による計算結果と前記第２の処理による計算結果との積を計算させる第３の処理と、前記第３の処理による計算結果の−０．５乗を計算させる第４の処理とを実行させるためのプログラム。
【請求項１１】 ０．７５乗計算値を用いる符号化手法に用いるようにしたことを特徴とする請求項１０記載のプログラム。
【請求項１２】 写像変換されたオーディオ信号の０．７５乗値を用いて量子化を行うオーディオ信号量子化装置に用いるようにしたことを特徴とする請求項１１記載のプログラム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は０．７５乗計算装置及び０．７５乗計算方法並びにそれに用いるプログラムに関し、特にオーディオ信号量子化方法に用いる０．７５乗計算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、オーディオ符号化方式としては、国際標準方式であるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）−２ ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ）規格の詳細が、“Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｇｅｎｅｒｉｃ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ａｕｄｉｏ，Ｐａｒｔ７：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ，ＡＡＣ”（１９９７年）に記載されている。
【０００３】ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣの符号化装置の構成を図３に示す。このＭＰＥＧ−２ＡＡＣに代表される従来のオーディオ符号化装置は一般に、入力オーディオ信号に写像変換を施して写像信号を生成する写像変換部１１と、入力オーディオ信号に対して聴覚特性を模した分析を行って量子化精度を計算する心理聴覚分析部１２と、量子化精度にしたがって写像信号を量子化する量子化部１３と、量子化精度や量子化された写像信号等を多重化してビットストリームを生成するビットストリーム生成部１４とから構成されている。
【０００４】写像変換部１１は入力オーディオ信号に写像変換を施して写像信号を生成し、量子化部１３へ出力する。ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣでは写像変換として修正離散余弦変換（ＭＤＣＴ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられている。心理聴覚分析部１２は入力オーディオ信号に対して聴覚特性を模した分析を行って量子化精度を計算し、その量子化精度を量子化部１３へ出力する。
【０００５】量子化部１３は心理聴覚分析部１２が求めた量子化精度に応じた量子化を行い、量子化値をビットストリーム生成部１４へ出力する。ビットストリーム生成部１４は量子化値をハフマン符号化した後に、量子化精度等の復号時に必要となる副情報とともに多重化し、ビットストリームを形成して出力する。
【０００６】ここで、量子化部１３以外の各ブロックの詳細については、上述のＭＰＥＧ−２ ＡＡＣ規格書等に記述されて広く知られているため、それら各ブロックの説明については省略する。
【０００７】量子化部１３では写像変換部１１が出力する写像信号Ｍ、心理聴覚分析部１２が求めた量子化精度（２N ）を用いて、 Ｌ＝ＩＮＴ（（ＡＢＳ（Ｍ）・２N ）0.75＋０．４０５４） ……（１）
という計算式で量子化を行い、量子化値Ｌを得る。ここで、ＡＢＳ（Ｚ）はＺの絶対値を返す関数、ＩＮＴ（Ｚ）はＺの小数点以下を切り捨てて整数部分を返す関数である。
【０００８】（１）式では写像変換部１１が出力する写像信号Ｍに対し、まず、その絶対値ＡＢＳ（Ｍ）を求める。次に、その絶対値ＡＢＳ（Ｍ）に対して心理聴覚分析部１２が求めた量子化精度である（２N ）を乗じ、その乗算結果を０．７５乗し、最後に０．４０５４を加算して整数化して量子化値Ｌを求める。
【０００９】この（１）式はオーディオ信号を符号化する際、実行される回数が多く、多くの演算量を必要とする。特に、０．７５乗の計算が演算量の大部分を占めるため、演算量の低減、装置の小型化には０．７５乗計算の効率化が不可欠となる。
【００１０】従来、上記の０．７５乗の効率的な計算方法としては以下に示す２つの方法が知られている。第１の方法を図４及び図５に示す。図４は従来の効率的な０．７５乗計算装置の構成を示すブロック図、図５はその計算手順を示すフローチャートである。
【００１１】図４に示す従来の効率的な０．７５乗計算装置は、第１の０．５乗計算手段２１と、乗算手段２２と、第２の０．５乗計算手段２３とから構成されている。第１の０．５乗計算手段２１は入力値Ａの０．５乗を計算し（図５ステップＳ１１）、その演算結果Ｂ（＝Ａ0.5 ）を乗算手段２２へ出力する。
【００１２】乗算手段２２は第１の０．５乗計算手段２１が出力した演算結果Ｂと入力値Ａとの積を求め（図５ステップＳ１２）、その演算結果Ｃ（＝Ａ×Ｂ）を第２の０．５乗計算手段２３へ出力する。
【００１３】第２の０．５乗計算手段２３は乗算手段２２が出力した演算結果Ｃの０．５乗を計算し（図５ステップＳ１３）、その演算結果Ｄ（＝Ｃ0.5 ）を出力する。上記のようにして求められた演算結果Ｄの値が、入力値Ａの０．７５乗の値となっている。
【００１４】現在、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（中央処理装置）として広く用いられているマイクロプロセッサ素子上に、上記の方法を実装した場合に必要となるクロック数（演算量）を考える。このマイクロプロセッサ素子が０．５乗の計算（ＳＱＲＴ命令）に最低２９クロック、乗算（ＭＵＬ命令）に５クロック必要とすると、図５に示す計算手順では、（２９＋５＋２９）＝６３クロックが必要となる。
【００１５】このクロック数をさらに低減する方法として、第２の方法を図６及び図７に示す。図６は従来の効率的な０．７５乗計算装置の構成を示すブロック図、図７はその計算手順を示すフローチャートである。
【００１６】図６に示す従来の効率的な０．７５乗計算装置は第１の−０．５乗計算手段３１と、第１の乗算手段３２と、第２の−０．５乗計算手段３３と、第２の乗算手段３４と、不定値置換手段３５とから構成されている。
【００１７】第１の−０．５乗計算手段３１は入力値Ａの−０．５乗を計算し（図７ステップＳ２１）、その演算結果Ｂ（＝Ａ-0.5）を第１の乗算手段３２と第２の−０．５乗計算手段３３とに出力する。第１の乗算手段３２は第１の−０．５乗計算手段３１が出力した演算結果Ｂと入力値Ａとの積を求め（図７ステップＳ２２）、その演算結果Ｃ（＝Ａ×Ｂ）を第２の乗算手段３４へ出力する。
【００１８】第２の−０．５乗計算手段３３は第１の−０．５乗計算手段３１が出力した演算結果Ｂの−０．５乗を計算し（図７ステップＳ２３）、その演算結果Ｄ（＝Ｂ-0.5）を出力する。第２の乗算手段３４は第１の乗算手段３２が出力した演算結果Ｃと、第２の−０．５乗計算手段３３が出力した演算結果Ｄとの積を計算し（図７ステップＳ２４）、その演算結果Ｅ（＝Ｃ×Ｄ）を出力する。上記のようにして求められたＥの値が、入力値Ａの０．７５乗の値となっている。
【００１９】この方法を上記のマイクロプロセッサ素子上に実装した場合、−０．５乗の計算（ＲＳＱＲＴ命令）に２クロック、乗算（ＭＵＬ命令）に５クロック必要とすると、図７に示す計算手順では、（２＋５＋２＋５）＝１４クロックが必要となる。もし、演算に互いに依存性がないステップＳ２２とステップＳ２３とを同時並列に実行することができた場合、（２＋５＋５）＝１２クロックが必要となる。
【００２０】この第２の方法を用いることによって、第１の方法を用いる場合と比較して、必要クロック数（演算量）を６４クロックから１２クロックへと低減することができる。しかしながら、第２の方法では、入力値Ａがゼロであった時に問題が発生する。
【００２１】この方法を上記のマイクロプロセッサ素子上に実装した場合、−０．５乗を計算するＲＳＱＲＴ命令が近似計算であるため、０（ゼロ）の−０．５乗の演算結果は無限大を表す特殊値となる。よって、ステップＳ２１において演算結果Ｂの値は無限大を表す特殊値となる。
【００２２】さらに、無限大と０（ゼロ）との乗算結果は不定値となるため、ステップＳ２２において演算結果Ｃの値は不定値を表す特殊値となる。ステップＳ２４においては、乗算の一方である演算結果Ｃが不定値であるため、乗算結果Ｅも不定値を表す特殊値となる。
【００２３】したがって、入力値Ａがゼロの場合に限り、０．７５乗の演算結果をゼロに置き換える処理、あるいは演算結果が不定値であれば演算結果をゼロに置き換える処理（図６の不定値置換手段３４及び図７ステップＳ２５，Ｓ２６）が必要となる。この処理には条件判定命令が必要であり、一般に、多くのクロック数を必要とする。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の０．７５乗計算装置では、入力値がゼロである場合に条件判定処理が必要となるため、演算量が多くなるという問題がある。
【００２５】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、演算量を低減することができる０．７５乗計算装置及び０．７５乗計算方法並びにそれに用いるプログラムを提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明による０．７５乗計算装置は、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように構成するようにしている。
【００２７】本発明による他の０．７５乗計算装置は、入力値の逆数を計算する逆数計算手段と、前記逆数計算手段による計算結果の−０．５乗を計算する第１の−０．５乗計算手段と、前記逆数計算手段による計算結果と前記第１の−０．５乗計算手段による計算結果との積を計算する乗算手段と、前記乗算手段による計算結果の−０．５乗を計算する第２の−０．５乗計算手段とを備えている。
【００２８】本発明による０．７５乗計算方法は、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないようにしている。
【００２９】本発明による他の０．７５乗計算方法は、入力値の逆数を計算する第１のステップと、前記第１のステップによる計算結果の−０．５乗を計算する第２のステップと、前記第１のステップによる計算結果と前記第２のステップによる計算結果との積を計算する第３のステップと、前記第３のステップによる計算結果の−０．５乗を計算する第４のステップとを備えている。
【００３０】本発明による０．７５乗計算装置に用いるプログラムは、コンピュータに、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように動作させる処理を実行させている。
【００３１】本発明による他の０．７５乗計算装置に用いるプログラムは、コンピュータに、入力値の逆数を計算させる第１の処理と、前記第１の処理による計算結果の−０．５乗を計算させる第２の処理と、前記第１の処理による計算結果と前記第２の処理による計算結果との積を計算させる第３の処理と、前記第３の処理による計算結果の−０．５乗を計算させる第４の処理とを実行させている。
【００３２】すなわち、本発明のオーディオ信号量子化装置は、逆数計算手段と、第１の−０．５乗計算手段と、乗算手段と、第２の−０．５乗計算手段とを備え、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように計算手段を構成している。これによって、入力値がゼロの場合でも、特殊処理が要らなくなるため、量子化計算の演算量を低減することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による０．７５乗計算装置の構成を示すブロック図である。図１において、０．７５乗計算装置１は逆数計算手段２と、第１の−０．５乗計算手段３と、乗算手段４と、第２の−０．５乗計算手段５と、外部に接続されるプログラム記憶媒体６とから構成され、プログラム記憶媒体６に格納されたプログラムを実行することで上述した（１）式の量子化計算式における０．７５乗の計算を行う。
【００３４】図２は本発明の一実施例による０．７５乗計算装置１の計算手順を示すフローチャートである。これら図１及び図２を参照して本発明の一実施例による０．７５乗計算装置１の計算手順について説明する。この０．７５乗計算装置１の計算手順は上記のプログラム記憶媒体６に格納されたプログラムを実行することで実現される。
【００３５】逆数計算手段２は入力値Ａの逆数を計算し（図２ステップＳ１）、その演算結果Ｂ（＝Ａ-1）を第１の−０．５乗計算手段３と乗算手段４とに出力する。第１の−０．５乗計算手段３は入力値Ａの−０．５乗を計算し（図２ステップＳ２）、その演算結果Ｃ（＝Ａ-0.5）を乗算手段４へ出力する。
【００３６】乗算手段４は逆数計算手段２が出力した演算結果Ｂと第１の−０．５乗計算手段が出力した演算結果Ｃとの積を計算し（図２ステップＳ３）、その演算結果Ｄ（＝Ｂ×Ｃ）を第２の−０．５乗計算手段５へ出力する。
【００３７】第２の−０．５乗計算手段５は乗算手段４が出力した演算結果Ｄの−０．５乗を計算し（図２ステップＳ４）、その演算結果Ｅ（＝Ｄ-0.5）を出力する。このようにして第２の−０．５乗計算手段５で求められた演算結果Ｅの値が入力値Ａの０．７５乗の値となっている。
【００３８】このように、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないように構成することによって、入力値Ａがゼロの場合に特別な処理を必要とせず、量子化処理における演算量的ボトルネックである０．７５乗の計算を低演算量で実現することができる。
【００３９】本実施例の方法を上述したパーソナルコンピュータのＣＰＵ（中央処理装置）として広く用いられているマイクロプロセッサ素子上に実装し、入力値Ａがゼロであった場合、ステップＳ１において演算結果Ｂの値が無限大を表す特殊値となる。
【００４０】また、ステップＳ２においても演算結果Ｃの値が無限大を表す特殊値となり、ステップＳ３でも無限大と無限大との乗算であるため、演算結果Ｄの値が無限大となる。そして、ステップＳ４では無限大の−０．５乗がゼロとなるため、最終的な演算結果がゼロとなる。したがって、従来、必要であった入力値がゼロの際の特殊処理が不要となり、演算量を低減することができる。
【００４１】この方法をマイクロプロセッサ素子上に実装した場合、逆数の計算（ＲＣＰ命令）に２クロック、−０．５乗の計算（ＲＳＱＲＴ命令）に２クロック、乗算（ＭＵＬ命令）に５クロック必要とすると、図２に示す計算手順では、（２＋２＋５＋２）＝１１クロックで０．７５乗の計算を実現することができる。
【００４２】もし、演算が互いに依存性のないステップＳ１とステップＳ２とを同時並列に実行することができると、（２＋５＋２）＝９クロックで０．７５乗計算を実現することができる。このようにして、演算量が大きな量子化計算の演算量を低減することができる。
【００４３】本実施例では量子化処理に（１）式を用いるＭＰＥＧ−２ ＡＡＣを例に、量子化計算における０．７５乗計算の演算量の低減手法について説明したが、０．７５乗計算を用いる他の処理や符号化手法においても利用することができる。その代表例としては、国際標準オーディオ符号化方式であるＭＰ３（ＭＰＥＧ−１Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ３）方式における量子化処理を挙げることができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、演算結果が不定値となる要因である無限大とゼロとの乗算が発生しないようにすることによって、演算量を低減することができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年１月２４日（２００１．１．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８８１２
【弁理士】
【氏名又は名称】▲柳▼川 信
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２１５１９６（Ｐ２００２−２１５１９６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月３１日（２００２．７．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１５１７１（Ｐ２００１−１５１７１） |
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