MPEG-4 ALS

Audio Lossless Coding
開?者	ISO
種別	オ?ディオコ?デック、音?ファイルフォ?マット
包含先	MP4
?際標準	ISO/IEC 14496-3

MPEG-4 ALS ( MPEG-4 Audio Lossless Coding ) は MPEG-4 オ?ディオ (MPEG-4 Part 3) の一部として規格化されたロスレス?縮方式で、スタジオ編集などでも使える高音質のマルチチャネルオ?ディオ信?を扱うことができる。

MPEG-4 ALSは、インタ?ネットでの音?配信、携?ミュ?ジックプレ?ヤ、音?ア?カイブシステムやスタジオ編集などさまざまな用途への?用が考えられており、 FFmpeg などさまざまなソフトウェアでサポ?トされている ^[1]。

?要 [ 編集 ]

MPEG-4 ALSは MPEG-4 オ?ディオで定義されたロスレスオ?ディオ符?化ツ?ル ( lossless audio coding tools ) の1つで、 MP3 や AAC 、 Vorbis などの非可逆?縮方式と異なり、オリジナルのオ?ディオ信?をそのまま復元することができる。MPEG-4 ALSの規格は MPEG-4 オ?ディオ (MPEG-4 Part 3) の一部として ISO / IEC 14496-3 Subpart 11で定義されている ^[2]^[3]。

MPEG-4 ALSは、スタジオ編集にも使用できる量子化ビット?32ビット長の PCM 信?を扱うことができ、 CD より高いサンプリング周波? にも??できる。また、5.1チャネル?7.2チャネル?22.2チャネルサラウンドを含むマルチチャネルのオ?ディオ入力を扱うことができる。

?縮率は同じロスレス?縮を行う FLAC より優れており ^[4]、また Monkey's Audio や OptimFROG と比べると同じ?縮率での?理時間が短い ^[5]。

MPEG-4 ALSのアルゴリズムは FLAC や Direct Stream Transfer など他のロスレス?縮と同?、線形予測とエントロピ?符?化を組み合わせたものである。

MPEG-4 ALSの特?は以下の通りで ^[5]、柔軟性が高い。

量子化ビット?32ビットまでの PCM に??、 IEEE 754 32ビット浮動小?点形式も使用可
任意のサンプリング周波? （192 kHzで試??、384 kHz以上の高サンプリング周波?にも??可能）
マルチチャネル/マルチトラック??、扱えるチャネル?は最大65536チャネル
再生時のランダムアクセスが可能
MP4 ファイルフォ?マットを使い映像デ?タとの組み合わせが可能
??可能な入力フォ?マットはRaw、 WAV 、 AIFF 、 BWF 、Sony Wave64、BWF with RF64など

MPEG-4オ?ディオでの位置づけ [ 編集 ]

MPEG-4 オ?ディオは多くのツ?ルの組み合わせからなり、MPEG-4 ALSはオ?ディオ符?化ツ?ル ( audio coding tools ) の1つであるロスレスオ?ディオ符?化ツ?ル ( lossless audio coding tools ) に分類される ^[3]。

同じカテゴリのツ?ルとして、ス?パ?オ?ディオCD でのロスレス?縮方式として使われている MPEG-4 DST ( direct stream transfer ) や、 MPEG-4 AAC などの汎用オ?ディオ符?化ツ?ル ( general audio coding tools ) と組み合わせて使う MPEG-4 SLS ( scalable lossless coding ) がある ^[3]。それぞれは符?化方式が異なる。

アルゴリズム [ 編集 ]

MPEG-4 ALSの符?化?理は、フレ?ム/ブロック分割、短期予測（線形予測）、長期予測、マルチチャネル符?化、エントロピ?符?化の5つの?理からなる ^[4]^[6]。

線形予測や長期予測により情報の?縮を行う考え方は、 CELP など音?符?化での基本的な考え方と?わらない。多くのロスレス?縮では、何らかの形で予測可能な成分は少?の予測係?として表現し、予測できなかった?差部分をエントロピ?符?化を使って?率よく符?化することで、元の信?が持つ情報を維持しながらデ?タの?縮を行う。MPEG-4 ALSも同?の考え方にもとづく。

フレ?ム/ブロック分割 [ 編集 ]

フレ?ム分割では入力信?を基本的な?理?位であるフレ?ムに分割する。1フレ?ムのサンプル?はサンプリング周波? により異なり、48 kHzでは2048サンプル、96 kHzでは4096サンプルで、おおよそ43 msの長さになる。オプションとして、?化の激しい信?を?率よく符?化するため、入力信?の?容に?じて1フレ?ムを複?のブロックに分けることもできる。

線形予測 [ 編集 ]

?く短期予測では線形予測フィルタ?を用い、線形予測の?差信?を求める。フレ?ム?の各サンプル間には相? があるため過去のサンプル値からある程度予測ができる。線形予測はそのような信?を?率的に表現するための手法で、予測可能な成分を少?の線形予測係?で表現する。予測しきれなかった?差成分のみを別に符?化することで、情報の?縮を行う。

線形予測係?はより量子化特性にすぐれたPARCOR係?（偏自己相?係? ）に?換された後に量子化と符?化が行われる。

MPEG-4 ALSでの線形予測の次?は0（予測しない）から1023までで、入力信?の性質に?じて適?的に?化する ^[6]。

長期予測 [ 編集 ]

多くの音?には、?器などの基本周波?（ピッチ周波?）によって決まる繰り返し成分やハ?モニック成分が含まれている。長期予測 (Long-Term Prediction) を追加し、短期予測の?差成分に?るこのような繰り返し成分を係?化することで?差成分の振幅を減少させ、情報の?縮を行うことができる。

長期予測の係?としては元の信?に?する複?の?延時間と重み係?の組み合わせが使われる。?差について、過去のサンプル値から現在のサンプル値を最もよく近似できる?延時間と重み係?の組み合わせが計算され、係?をゴロム?ライス符? で符?化する。

マルチチャネル符?化 [ 編集 ]

MPEG-4 ALSはマルチチャネルの信?を扱うことができ、チャネル間の相? を利用してさらに?縮率の向上を行うことができる。

まず最初にチャネル間で最も相?の高い組合せ（親子?係）を探索する。?いて親チャネルの?差信?に?して、長期予測と同?の方法で複?の?延時間と重み係?の組み合わせによる予測係?を求め、ゴロム?ライス符? で符?化する。

エントロピ?符?化 [ 編集 ]

入力信?からさまざまな予測成分を取り除いた?差成分に?しエントロピ?符?化を行う。

符?化方式として、比較的演算量が少ないライス符? と、より複?だが?縮?率が高いBGMC（Block Gilbert-Moore Code、ブロックギルバ?ト?ム?ア符?）と呼ばれる方法のいずれかを選ぶことができる。

これらの符?は小さい振幅値に短いコ?ドを割り?てるため、それまでのさまざまな予測により振幅が小さくなった?差信?を?率的に?縮できる ^[6]。

復? [ 編集 ]

復?はこれらの?理を逆に行う。エントロピ?符?化結果から?差信?を復元し、マルチチャネル符?化の各係?、長期予測の係?、線形予測係?により計算した予測成分を使って新しい?差成分を順次計算していくことで、1フレ?ム分の最終的なサンプル値を計算する。

符?化時の予測計算の方法と復?時の予測計算方法が同じであれば、符?化時の入力信?とまったく同じ信?を復?することができる。

その他の?理 [ 編集 ]

MPEG-4 ALSはプロのミキシングなどに用いられる IEEE 754 32ビット浮動小?点形式の入力信?が扱える。浮動小?点形式で表現された信?は見た目のサンプル値が無相? になり?縮がうまく行えず ^[6]、また丸め誤差の扱いの違いにより入力信?と同じ信?を復?できない可能性があり、整?入力の場合と異なる手法が用いられる。

入力信?を整?部分と余りの誤差部分に分割し、整?部分については??と同じ方法で符?化を行い、余りの部分は ?書式?縮の一種の Lempel-Ziv法を修正したマスクLempel-Ziv符?化と呼ばれる方法で?縮する。

ソフトウェア [ 編集 ]

MPEG-4 ALSのリファレンス??はベルリン工科大? のMPEG-4 ALSのウェブペ?ジ ^[1]で入手できる。また、 ISO / IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007でも定義されている ^[7]^[8]。

MPEG-4 ALSをサポ?トしている代表的ソフトウェアとして、以下のものがある ^[1]。

FFmpeg
VLCメディアプレ?ヤ?
MPlayer
XMedia Recode
Winamp (Plugin)

?史 [ 編集 ]

2002年6月から始まった Moving Picture Experts Group によるロスレスオ?ディオ符?化方式の提案要求に?し ^[9]^[10]、2002年12月にベルリン工科大? （ドイツ）、 NTT （日本）、リアルネットワ?クス社（アメリカ）、インフォコム?究所（シンガポ?ル）、フラウンホ?ファ? IIS（ドイツ）、マイクロソフト（アメリカ）、サムスン電子（韓?）の7社から基本要求を?たすコ?デックの提案があり、?縮?率、必要な演算量、柔軟性についての評?が行われた。提案には可逆?縮のみを行う方式（その後のMPEG-4 ALS）と、非可逆/可逆?縮のハイブリッド方式（その後の MPEG-4 SLS ）とが含まれていた。

Moving Picture Experts Group は?方の方式をサポ?トすることを決定し、2003年6月に可逆?縮のみを行う方式として?縮?率が優れていたベルリン工科大? の提案をリファレンスモデルとして採用した ^[4]。これをベ?スとし、ベルリン工科大? 、 NTT 、リアルネットワ?クス社、インフォコム?究所が協力して ^[6]?縮性能や柔軟性の向上と演算量の低減を行い、現在のMPEG-4 ALSの最終案を2005年12月にまとめ、最初の規格 ISO / IEC 14496-3:2005/Amd 2:2006が2006年3月に出版された ^[11]。

脚注 [ 編集 ]

^ ^a ^b ^c Communication Systems Group (2010年6月22日). “ MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) ”. Technische Universitat Berlin. 2010年8月26日 ??。
^ ISO / IEC (2009年). “ ISO/IEC 14496-3:2009 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 3: Audio ”. ISO. 2010年8月15日 ??。
^ ^a ^b ^c ISO / IEC (2009) (PDF), ISO/IEC 14496-3:2009 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 3: Audio , ISO 2010年8月15日 ??。
^ ^a ^b ^c T. Liebchen, T. Moriya, N. Harada, Y. Kamamoto, Y. Reznik. (2005年8月). “ The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) Standard - Technology and Applications ” (PDF). Technical Universifty of Berlin. 2010年8月26日 ??。
^ ^a ^b 原田登, 守谷健弘, 鎌本優 (2008年2月). “ MPEG-4 ALSの性能??用と?連する標準化活動 ” (PDF). NTT . 2010年8月26日 ??。
^ ^a ^b ^c ^d ^e 鎌本優, 守谷健弘, 原田登, Csaba Kos (2008年2月). “ ロスレス?オ?ディオ符?化MPEG-4 ALSの高性能化 ” (PDF). NTT . 2010年8月26日 ??。
^ ISO / IEC (2007) (ZIP), ISO/IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 5: Reference software -- Amendment 10: SSC, DST, ALS and SLS reference software , ISO 2010年8月15日 ??。
^ ISO / IEC (2007), ISO/IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007 - SSC, DST, ALS and SLS reference software , ISO 2010年8月15日 ??。
^ ISO / IEC JTC1/SC29/WG11 ( MPEG ), Call for Proposals on MPEG-4 Lossless Audio Coding, N5040, Klagenfurt, Austria, July 2002.
^ ISO / IEC JTC1/SC29/WG11 ( MPEG ), Final Call for Proposals on MPEG-4 Lossless Audio Coding, N5208, Shanghai, China, October 2002.
^ ISO (2006年). “ Audio Lossless Coding (ALS), new audio profiles and BSAC extensions - ISO/IEC 14496-3:2005/Amd 2:2006 ”. ISO. 2010年8月15日 ??。

?考文? [ 編集 ]

Andreas Spanias, Ted Painter, Venkatraman Atti (ed). Audio signal processing and coding . Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., 2006. ISBN 978-0471791478 .
ISO/IEC. Information technology ? Coding of audio-visual objects ? Part 3:Audio . ISO/IEC 14496-3:2009, Fourth edition, 2009.

?連項目 [ 編集 ]

外部リンク [ 編集 ]

MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) - ベルリン工科大? のMPEG-4 ALSウェブペ?ジ
The MPEG Home Page - 公式 MPEG ウェブペ?ジ

[als-berlin-1] Communication Systems Group (2010年6月22日). “ MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) ”. Technische Universitat Berlin. 2010年8月26日 ??。

[mpeg4audio2009-2] ISO / IEC (2009年). “ ISO/IEC 14496-3:2009 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 3: Audio ”. ISO. 2010年8月15日 ??。

[mpeg4audio2009pdf-3] ISO / IEC (2009) (PDF), ISO/IEC 14496-3:2009 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 3: Audio , ISO 2010年8月15日 ??。

[Liebchen2005-4] T. Liebchen, T. Moriya, N. Harada, Y. Kamamoto, Y. Reznik. (2005年8月). “ The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) Standard - Technology and Applications ” (PDF). Technical Universifty of Berlin. 2010年8月26日 ??。

[NTT2008-5] 原田登, 守谷健弘, 鎌本優 (2008年2月). “ MPEG-4 ALSの性能??用と?連する標準化活動 ” (PDF). NTT . 2010年8月26日 ??。

[NTT2008-2-6] 鎌本優, 守谷健弘, 原田登, Csaba Kos (2008年2月). “ ロスレス?オ?ディオ符?化MPEG-4 ALSの高性能化 ” (PDF). NTT . 2010年8月26日 ??。

[dst-reference-implementation-7] ISO / IEC (2007) (ZIP), ISO/IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007 - Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 5: Reference software -- Amendment 10: SSC, DST, ALS and SLS reference software , ISO 2010年8月15日 ??。

[dst-reference-implementation-iso-8] ISO / IEC (2007), ISO/IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007 - SSC, DST, ALS and SLS reference software , ISO 2010年8月15日 ??。

[cfp-iso-9] ISO / IEC JTC1/SC29/WG11 ( MPEG ), Call for Proposals on MPEG-4 Lossless Audio Coding, N5040, Klagenfurt, Austria, July 2002.

[cfp-final-iso-10] ISO / IEC JTC1/SC29/WG11 ( MPEG ), Final Call for Proposals on MPEG-4 Lossless Audio Coding, N5208, Shanghai, China, October 2002.

[iso-als-11] ISO (2006年). “ Audio Lossless Coding (ALS), new audio profiles and BSAC extensions - ISO/IEC 14496-3:2005/Amd 2:2006 ”. ISO. 2010年8月15日 ??。

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]