CN1411171A - 信息编码/译码方法和装置信息记录媒体和信息传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种信息编码方法，其特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码方法中，检测输入波形信号的振幅急剧地增大的高音部分，根据上述高音部分的特性有选择地确定增益控制函数，根据上述所确定的增益控制函数控制上述输入波形信号的上述高音部分的增益，将进行过上述增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号，将上述变换过的信号和用于进行上述增益控制的控制信息进行编码。

Description

信息编码/译码方法和装置信息记录媒体和信息传输方法
技术领域
本发明涉及利用所谓的高效率编码进行输入数字数据的编码、并将其传输、记录、再生、译码而得到再生信号的信息编码方法和装置、信息译码方法和装置、以及信息记录媒体和信息传输方法。
背景技术
迄今，已经知道多种关于音频或声音等信号的高效率编码的方法，例如，可以举出对时间轴上的音频信号等不进行块化而是分割为多个频带进行编码的非块化频带分割方式的频带分割编码(分频段编码：SBC)、以及将时间轴的信号变换为频率轴上的信号(频谱变换)后分割为多个频带对各频带进行编码的块化频带分割方式即所谓的变换编码等。另外，还可以考虑将上述频带分割编码与变换编码进行组合的高效率编码的方法，这时，例如，利用上述频带分割编码进行频带分割后，将各频带的信号进行频谱变换，变换为频率轴上的信号，将经过该频谱变换的信号按各频带进行编码。
这里，作为在上述频带分割编码中使用的频带分割用滤波器，例如有QMF滤波器，该QMF滤波器在文献(Digital coding ofspeech insubbands，R.E.Crochiere Bell Syst.Tech.J.，Vol.55，No.8 1976)中有详细介绍。
另外，在文献(Polyphase Quadrature filters-A new subbandcoding technique，Joseph H.Rothweiler，ICASSP 83 BOSTON)中介绍了等带宽的滤波分割方法。
另外，作为上述频谱变换，例如有将输入音频信号按指定单位时间(帧)进行块化，通过对每个块进行离散富里叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)、改进型DCT变换(MDCT)等而将时间轴变换为频率轴的频谱变换。关于上述MDCT，在文献(Subband/TransformCoding Using Filter Bank Desings Based on Time DomainAliasing Cancellation，J.P.Princen，A.B.Bradley，Univ.of Surrey，Royal Melbourne Inst.of Tech.ICASSP 1987)中有介绍。
这样，通过利用滤波器及频谱变换将按每个频带分割了的信号量化，便可控制发生量化噪音的频带，从而可以利用所谓的掩蔽效应等性质按照听觉进行高效率的编码。另外，这里，在进行量化之前，如果对各频带利用例如该频带的信号成分的绝对值的最大值进行归一化，可以进行更高效率的编码。
这里，作为对经过频带分割的各频率成分进行量化时的频率分割宽度，多数是使用例如考虑了人的听觉特性的频带宽度。即，通常以越在高频区带宽越宽的称为临界频带的带宽将音频信号分割为多个(例如25个频带)频带。另外，对这时的各频带的数据进行编码时，对各频带进行指定的位分配或对各频带进行自适应的位分配后进行量化处理。例如，当利用上述位分配对经过上述MDCT处理而得到的系数数据进行量化处理时，就对利用上述各块的MDCT处理得到的各频带的MDCT系数数据使用自适应的分配位数进行量化处理。作为位分配方法，现在已知的有如下2种方法。
例如，在文献(Adaptive Transform Coding of SpeechSignals，R.Zelinski，P.Noll IEEE Transactions ofAccoustics，Speech，and Signal Processing，vol.ASSP-25，No.4，August 1977)中根据各频带的信号的大小进行位分配。在该分配方式中，量化噪音的频谱是平坦的，噪音能量最小，但是，由于没有利用听觉上的掩蔽效应，所以，实际的噪音感不是最佳。
另外，例如在文献(The critical band coder--digitalencoding of the perceptual requirements of the auditorysystem，M.A.Kransner MIT，ICASSP 1980)中，介绍了通过利用听觉上的掩蔽效应对各频带得到所需要的信噪比而进行固定的位分配的方法。但是，在该方法中即使利用正弦波输入去测量信噪比特性，由于位分配是固定的，所以，也不能获得理想的的特性值。
为了解决这些问题，提出了一种的高效率编码方法和装置，该高效率编码方法及装置将位分配所能使用的所有位分为对各子块进行预先确定的固定位分配方式的部分和根据各块的信号的大小进行的位分配的部分而使用，使其分配比随与输入信号相关的信号而变，信号频谱越平坦使进行固定位分配方式的部分的分配比例越大。
按照该方法，当如正弦波输入那样，能量集中在特定的频谱成分时，通过对包含该频谱成分的块分配比较多的位，便可明显地改善全体的信噪比。通常，由于人对具有急剧变化的频谱成分的信号的听觉非常敏感，所以，通过使用这种方法改善信噪比特性，不仅可以提高测量上的数值，而且在听觉上可以有效地改善音质。
对于位分配方法，除此之外还提出了很多方法，只要能使关于听觉的模型更精细化、提高编码装置的能力，从听觉的角度看来就有可能进行更高效率的编码。
作为将时间轴上的信号(以后，称为波形信号)变换为频谱成分的方法使用上述DFT及DCT时，如果按M个采样构成的时间块为单位进行变换，便可得到M个独立的实数数据。为了减轻时间块之间的连接失真，通常，使2个相邻的时间块及其每M1个采样相互重叠，所以，平均说来是利用DFT及DCT对(M-M1)个采样将M个实数数据进行量化处理而进行编码的。
与此相反，作为变换为频谱成分的方法使用上述MDCT时，由于是根据使2个相邻的时间块以及每M个采样相互重叠的2M个采样而得到独立的M个实数数据的，所以，平均说来是利用MDCT对M个采样将M个实数数据进行量化处理而进行编码的。在译码装置中，是通过将这样利用MDCT而得到的代码在各时间块使进行反变换而得到的波形要素相互干涉、合成，可以再次构成波形信号。
通常，是通过延长用于变换的时间块来提高频谱的频率分辨能力，使能量集中在特定的频率成分。因此，通过与2个相邻的时间块各重叠一半、按照长的时间块长度进行变换，而且所得到的频谱成分的个数使用相对于原来的时间采样的个数不增加的MDCT，可以进行比使用DFT及DCT时效率高的编码。另外，通过使相邻的时间块之间具有足够长的重叠部分，还可以减小波形信号的块间失真。
这样，当使用将波形信号暂时分解为频谱成分即频率成分、对该频率成分进行量化处理而进行编码的方法时，在将该频率成分进行译码、合成而得到的波形信号中也发生量化噪音，但是，如果原来的波形信号是急剧地变化的，则波形信号上的量化噪音即使在原来的波形信号不一定大的部分也将增大，从而由于该量化噪音不能同时借助于掩蔽效应被掩蔽，所以，将成为听觉上的障碍。在声音急剧增大的高音部分，将这样发生的量化噪音称为前置回声。
特别是使用频谱变换分解为多个频率成分时，时间分辨率将变坏，从而将长时间发生前置回声。
下面，参照图17说明进行频带分割时使用频谱变换时发生前置回声的动作原理。
量化噪音加到使用图17(A)所示的窗函数对输入波形信号SW进行频谱变换而得到的多个频谱成分(以后，称为频谱信号)上时，如果对加上了该量化噪音的频谱信号进行反频谱变换、再次恢复为时间轴上的波形信号时，该量化噪音将扩展到整个变换块上。这里，当输入波形信号SW如(B)所示的那样在变换块的途中急剧地增大时，在原来的波形信号SW小的区间，相对于波形信号SW，量化噪音将增大，所以，掩蔽效应不同时起作用，从而作为前置回声成为听觉上的障碍。
如果使频谱变换的变换块长度缩短，发生上述量化噪音的期间也会缩短，但是，如果这样作，频率分辨率将变坏，准稳定部分的编码效率将降低。作为解决这一问题的方法，提出了只对波形信号急剧变化部分牺牲其频率分辨率而缩短变换块长度的方法。
图18就是用于说明为了减小这种前置回声造成的听觉上的障碍而提出的先有技术的一个实施例的图。通常，对于准稳定的波形信号，增长变换块长度可以使能量集中在特定的频谱成分，所以，编码效率高，但是，在声音的大小发生急剧变化的部分，如果变换块长度较长，上述前置回声将成为问题。
因此，在声音的大小发生急剧变化的部分例如图18(B)所示的输入波形信号SW的振幅急剧增大的地方，如果如图18(A)所示的那样乘以缩短变换块长度的短变换窗函数并借此使发生上述前置回声的期间充分缩短，则原来的波形信号SW引起的所谓反向掩蔽效应将起作用，从而可以消除听觉上的障碍。在图18的方法中，就是利用这一点根据波形信号的各部分的性质而有选择地切换变换块长度的。
使用这一方法在准稳定部分可以确保足够的频率分辨率，同时还可以充分缩短高音部分发生前置回声的期间，由于可以利用反向掩蔽效应进行掩蔽，所以，可以实现高效率的编码。
但是，在这种使变换块长度可变的方法中，在编码装置中必须设置与不同长度的变换块对应的变换装置，在译码装置中必须设置反变换装置。另外，在这种方法中由于利用变换而得到的频谱成分的数量与变换块长度成正比，所以，各频谱成分所对应的频带也随变换块长度而异，当将多个频谱成分、例如归纳到每个临界频带进行编码时，各临界频带所包含的频谱成分的数量也不同，从而编码、译码的处理将变得复杂。这样，在使变换块长度可变的方法中，编码装置和译码装置也将变得复杂。
作为用于使变换块长度保持一定而解决上述前置回声问题的方法，在特开平3-132228号公报中介绍了一种对输入的波形信号在根据其功率电平总是进行自适应增益控制之后，使用DFT及DCT变换为频谱信号进行编码的方法。这里，所谓增益控制，是指在功率电平小的地方将其增益增大(将振幅放大)。
图19是用于说明使用这种对输入信号进行自适应增益控制的技术的编码方法和译码方法的动作原理的图。另外，图20和图21分别是基于该方法的编码装置和译码装置的简要结构框图。
在这些图中，例如图19(A)所示的波形信号输入到图20的编码装置的输入端子300上。该输入波形信号在编码装置中对每块乘以例如图19(B)所示的顺变换窗函数后进行频谱变换之前，利用段功率检测电路301对各小段计算功率，由瞬态检测电路302检测瞬态信息，在自适应增益控制电路303中利用根据上述瞬态信息而得到的增益控制函数进行放大。该增益控制函数是例如如图19(C)所示的那样在输入波形信号的电平小的地方使增益增大、在输入波形信号的电平大的地方使增益减小的函数。另外，用BL1、BL2、BL3表示图19中的各块。
自适应增益控制电路303的输出信号由窗电路304中乘以图19(B)所示的顺变换窗函数、由频谱变换电路305进行DFT及DCT等正交变换处理后由归一化-量化电路306进行归一化-量化处理。该归一化-量化电路306的输出传送给编码电路307，与瞬态检测电路302的上述瞬态信息一起进行编码，从输出端子308作为代码串信号而取出。
利用该增益控制函数进行的放大处理引起的波形信号的失真，在图21所示的译码装置中通过对进行反变换而得到的波形信号乘以上述增益控制函数的倒数进行修正。
即，从图20的输出端子308取出的根据需要而进行传送、记录、再生的代码串信号供给图21的输入端子310。该代码串信号由译码电路311进行与上述编码电路307的编码相反的译码，频谱成分传送给反归一化-反量化电路312，上述瞬态信息传送给增益控制修正电路315。反归一化-反量化电路312的输出由反频谱变换电路313进行反DFT(Inverse DFT：IDFT)及反DCT(Inverse DCT：IDCT)等反正交变换处理后，传送给相邻块合成电路314进行与相邻块的合成，并传送给增益控制修正电路315。由该增益控制修正电路315对合成的信号乘以与上述瞬态信息对应的上述增益控制函数的倒数进行修正，并通过输出端子316取出所得到的波形信号。
在该方法中，在编码装置进行向频谱信号变换之前，在高音部分进行使增益急剧下降的增益控制，在高音部分以外根据衰减进行再次使其增益升高的增益控制，译码装置输出对由反频谱变换而得到的波形信号进行修正增益控制的反增益控制的信号。这样，便可抑制掩蔽电平低的小振幅的信号部分的量化噪音。另外，由于可以总是使变换块长度保持一定，所以，可以使编码装置和译码装置的结构简单。
但是，在该方法中当波形信号发生衰减时必须进行增益控制。通常，进行增益控制将会使原来的波形信号发生失真，所以，当变换为频谱时能量的分布将分散，难于进行高效率编码。特别是当波形信号发生衰减时，由于前面的声音对后发生的声音掩蔽的顺向掩蔽效应有效地作用，所以，降低噪音电平本身比在时间上控制量化噪音的发生更重要。另外，总是进行增益控制的处理，从运算处理量的角度看也是不理想的。
作为使变换块长度保持一定而防止前置回声的其他方法，已知的有例如特开昭61-201526号公报及特开昭63-7023号公报所介绍的技术。在这些公报中，提出了如下方法，即，在编码装置中，对各时间块切出输入波形信号乘以窗函数后，检测高音部分，将高音部分之前的小振幅的波形信号放大后利用DFT及DCT变换为频谱信号进行编码；在译码装置中，通过对复原的频谱信号进行IDFT及IDCT等反变换后由编码装置对高音部分之前的信号进行放大的处理进行修正处理来防止前置回声。这时，也可以使变换块长度总是保持一定，从而可以使编码装置和译码装置的结构简单。
这里，图22是用于说明使用上述特开昭61-201526号公报及特开昭63-7023号公报介绍的窗化处理技术的编码和译码的动作原理的图，图23和图24是使用该技术的编码装置和译码装置的简要结构框图。
例如图22(A)所示的波形信号输入到图23的输入端子400上，在窗电路401中设定在时间上顺序连续并且相互重叠的时间窗，并乘以图22(B)所示的窗函数(在上述特开昭61-201526号公报中所述的特性曲线)，用以利用该时间窗切出波形信号。高音部分检测电路402检测输入波形信号的振幅急剧增大的位置(高音部分)。如果检测到高音部分时，就在增益控制电路403中进行将微小振幅部分放大的处理，另外，当未检测到高音部分时，就不进行放大处理。增益放大电路403的输出传送给频谱变换电路404，利用DFT及DCT等变换为频谱信号。这样得到的频谱信号由归一化-量化电路405进行归一化和量化处理后利用编码电路406进行编码，并从输出端子407作为代码串信号取出。
另外，在图24所示的译码装置中，对于供给输入端子410的代码串信号，由译码电路411进行与上述编码电路406的编码相反的译码，并传送给反归一化-反量化电路412。反归一化-反量化电路412的输出由反频谱变换电路413利用IDFT及IDCT等进行向时间区域的反变换后，传送给增益控制修正电路414，对由上述编码装置进行过的增益控制处理进行修正处理。增益控制修正电路414的输出传送给相邻块合成电路415进行与相邻块的合成，并通过输出端子416取出。
在该方法中，如上述那样，是在乘以窗函数后对变形的波形信号进行高音部分的检测处理的，所以，在块的两端，大振幅的部分也得到缓和，例如，如图22所示的那样，得以产生在块BL1中不检测高音部分而只在其后的块BL2中检测高音部分的情况，但作为频谱变换使用上述DFT及DCT时，对于进行频谱变换而得到的频谱成分，只要进行反频谱变换，原来的时间序列块就可以完全复原，所以，在译码装置中只要对每个块进行增益控制的修正处理，就不会发生什么问题。
但是，为了提高编码的效率，作为频谱变换，当使用例如像MDCT那样在进行反变换时与两相邻块的波形要素干涉而构成波形信号的变换时，如上述那样，在对各时间块切出波形信号独立地检测高音部分的方法中，高音部分的检测与其刚才的放大处理在块间发生矛盾，不能正确地再次构成波形信号。这里，在进行反变换时使相邻的块的波形信号相互干涉而合成的变换，如上述那样可以不增加应编码的独立的频谱成分而将块长度设定得较长，所以，可以提高频谱变换后的能量的局部集中，这对高效率地进行编码是有效的。
下面，说明在进行上述先有的窗切出之后进行增益控制时不能使用MDCT。
首先，对MDCT进行简单的说明。为了对时间序列信号x(n)进行MDCT处理，如以下(1)式所示的那样，使用2个相邻的块和各相互重叠M个采样的长度2M的块来切出时间序列信号，乘以顺变换窗函数w1(n)后进行以下(2)式所示的MDCT变换。
这样，总共便可得到M个独立的频谱系数XJ(k)。在上述(1)、(2)式中，n表示采样序号，J表示块序号。
然后，为了根据上述(1)式的总共M个独立的频谱系数XJ(k)再现原来的时间序列信号，对频谱系数XJ(k)进行如下(3)式所示的IMDCT的变换后，相乘以下面(4)式所示的反变换窗函数w2(n)，进而如以下(5)式所示的那样与两相邻的块进行合成。
这里，假定(4)式的w2(n)与w1(n)具有如以下(6)、(7)式所示的关系，则y(n)便与原来的信号x(n)一致。
但是，由于x1，J(n)与x2，J(n)不一致，所以，对每一块像下面(8)式那样，使用每块的增益控制函数gJ(n)取代(1)式，进行增益控制后乘以顺变换窗函数w1(n)，
如以下(9)、(10)式那样取代(5)式进行增益控制的修正处理求y(n)时，与x(n)不一定一致。
图25是用于说明上述情况的图。在图25中，(A)是上述增益控制函数gJ(n)的倒数，(B)是输入信号x(n)，(C)是上述(1)式的x1，J(n)，(D)是上述(3)式的x2，J(n)，(E)是上述(9)式的x4，J(n)，(F)是使用上述(10)式的y(n)时的块序号J＝2的块内的波形信号。(A)、(C)、(D)、(E)分别示出了块序号J＝1、2、3的3个块的情况。但是，关于采样序号则是适当地移位后的值。
这样，由于增益控制函数g2(n)和g3(n)不同，所以，在(F)所示的信号y(n)的J＝2的块的后半部分将发生原来的信号x(n)中未出现的波形信号，从而不能正确地再次构成波形信号。
如前所述，在根据波形信号的功率电平总是进行自适应增益控制的方法中，不仅高音部分而且在衰减部分都必须进行增益控制，通常，若进行增益控制，在变换为频谱时由于频谱在频率轴上展开，所以，进行不必要的增益控制将会使编码效率降低。另外，由于在该方法中必须进行衰减部分的自适应控制，所以，处理量也会增多。
另外，在利用这些增益控制的方法的实施例中所述的方法中，高音部分的增益控制量是固定的，是根据有无检测到高音部分来决定是否进行指定值的增益控制的。前置回声是在频率区域发生的量化噪音变换到时间区域而造成的，所以，如果编码的压缩率提高，频率区域的量化噪音增大，前置回声引起的音质恶化也会增大，但另一方面，如果进行需要以外的增益控制，将使频率区域的能量分布扩散，所以，是进行有效的压缩所不希望的。因此，使用以往那样根据有无检测到高音部分二者择一地选择是否进行指定值的增益控制的方法，特别是压缩率高时难于防止音质恶化。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，目的旨在提供一种信息编码方法及装置、信息译码方法及装置、信息记录媒体和信息传输方法，当如MDCT那样进行反变换时使用与两相邻块的波形要素干涉而构成波形信号的变换时，通过使编码装置中的放大处理和译码装置中对应的修正处理在块间无矛盾地进行，使用编码效率高的频谱变换便可以简单的结构防止发生前置回声。
另外，本发明的目的还在于要提供一种信息编码方法及装置、信息译码方法及装置、信息记录媒体和信息传输方法，可以进行与高音部分的振幅变化程度相适应的增益控制，从而可以更有效地进行音质高的编码、译码、记录或传输，并且结构简单，可以有效地防止发生前置回声。
为了达到上述目的，本发明的信息编码方法的特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码方法中，根据当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数确定当前块的至少重复部分的增益控制函数，至少使用所确定的重复部分的增益函数控制与当前块对应的输入波形信号的增益，将进行过增益控制的信号切出并变换为频率轴上的信号，以使在时间轴上相邻块的采样的一部分具有重复部分，将变换过的信号和用于进行增益控制的控制信息进行编码。
另外，本发明的信息编码方法的特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码方法中，检测输入波形信号的振幅急剧地增大的高音部分，根据高音部分的特性有选择地确定增益控制函数，并根据所确定的增益控制函数控制输入波形信号的高音部分的增益，将进行过增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号，将变换过的信号和用于进行增益控制的控制信息进行编码。
本发明的信息编码装置的特征在于：在将输入波形信号进行编码的装置中，具有增益控制函数确定器、增益控制器、变换器和编码器。增益控制函数确定器根据当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数，确定当前块的至少重复部分的增益控制函数；增益控制器至少使用所确定的重复部分的增益控制函数控制与当前块对应的输入波形信号的增益；变换器将进行过增益控制的信号切出并变换为频率轴上的信号，以使时间轴上相邻块的采样的一部分具有重复部分；编码器将变换过的信号和用于进行增益控制的控制信息进行编码。
另外，本发明的信息编码装置的特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码装置中，具有高音部分检测器、增益控制函数确定器、增益控制器、变换器和编码器。高音部分检测器检测输入波形信号的振幅急剧地增大的高音部分；增益控制函数确定器根据高音部分的特性有选择地确定增益控制函数；增益控制器根据所确定的增益控制函数控制输入波形信号的高音部分的增益；变换器将进行过增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号；编码器将变换过的信号和用于进行增益控制的控制信息进行编码。
本发明的信息译码方法的特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码方法中，将编码信号进行译码后取出变换信号和控制信息，对于变换信号，在相邻的块间进行使波形要素互相干涉的反变换，根据控制信息和当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数确定当前块的至少重复部分的增益控制函数，至少使用所确定的重复部分的增益控制函数控制与当前块对应的进行过反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
另外，本发明的信息译码方法的特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码方法中，将编码信号进行译码后取出变换信号和控制信息，将变换信号从频率轴上的信号反变换为时间轴上的信号，根据控制信息有选择地确定增益控制函数，至少使用所确定的增益控制函数控制与振幅急剧地增大的高音部分对应的进行过反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
本发明的信息译码装置的特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码装置中，具有信息取出器、反变换器、增益控制函数确定器和增益控制器。信息取出器将编码信号译码后取出变换信号和控制信息；反变换器对变换信号在相邻的块间进行使波形要素互相干涉的反变换；增益控制函数确定器根据控制信息和当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数确定当前块的至少重复部分的增益控制函数；增益控制器至少使用所确定的重复部分的增益控制函数控制与当前块对应的进行过反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
另外，本发明的信息译码装置的特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码装置中，具有信息取出器、反变换器、增益控制函数确定器和信号恢复器。信息取出器将编码信号进行译码后取出变换信号和控制信息；反变换器将变换信号从频率轴上的信号反变换为时间轴上的信号；增益控制函数确定器根据控制信息有选择地确定增益控制函数；信号恢复器至少使用所确定的增益控制函数控制与振幅急剧地增大的高音部分对应的进行过反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
本发明的信息记录媒体的特征在于：在记录了进行过编码的信息的信息记录媒体上，记录频谱信号和控制信息，通过根据当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数确定当前块的至少重复部分的增益控制函数、至少使用所确定的重复部分的增益控制函数控制与当前块对应的输入波形信号的增益、并将进行过增益控制的信号切出并变换为频率轴上的信号以使在时间轴上相邻的块的采样的一部分具有重复部分、从而生成频谱信号；控制信息包括用于进行增益控制的信息。
另外，本发明的信息记录媒体的特征在于：在记录了进行过编码的信息的信息记录媒体上，记录频谱信号和控制信息，通过检测输入波形信号的振幅急剧增大的高音部分、根据高音部分的特性有选择地确定增益控制函数，根据所确定的增益控制函数控制输入波形信号的高音部分的增益、将进行过增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号、从而生成频谱信号；控制信息包括用于进行增益控制的信息。
本发明的信息传输方法的特征在于：在传输进行过编码的信息传输方法中，按块单位传输通过根据当前块与前一块的重复部分中前一块的增益控制函数确定当前块的至少重复部分的增益控制函数、至少使用所确定的重复部分的增益控制函数控制与当前块对应的输入波形信号的增益、将进行过增益控制的信号切出并变换为频率轴上的信号以使在时间轴上相邻块的采样的一部分具有重复部分、从而生成的频谱信号；按块单位传输用于进行增益控制的控制信息。
另外，本发明的信息传输方法的特征在于：在传输进行过编码的信息传输方法中，按块单位传输通过检测输入波形信号的振幅急剧增大的高音部分、根据高音部分的特性有选择地确定增益控制函数、根据所确定的增益控制函数控制输入波形信号的高音部分的增益、将进行过增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号、从而生成的频谱信号；按块单位传输用于进行增益控制的控制信息。
并且，按照本发明，通过根据与前一块的重复部分的前一块的增益控制函数确定编码时的增益控制处理，在进行反变换时只要没有编码所引起的损失，就可以修正使得能够恢复为原来的波形信号，使用编码效率高的变换以简单的结构便可防止发生前置回声。
另外，按照本发明，通过使用根据从多种大小中有选择地确定的大小数值作为波形信号急剧增大部分的增益控制量，可以进行与高音部分的振幅变化的程度相适应的增益控制，从而可以以更高的效率进行音质更高的编码、译码、记录和传输。
附图说明
图1是应用本发明的实施例的编码装置的简要结构的电路框图。
图2是应用本发明的实施例的译码装置的简要结构的电路框图。
图3是用于说明本发明的实施例的窗化处理时增益控制的动作的图。
图4是简要示出本发明实施例的编码方法的处理顺序的一例的流程图。
图5是简要示出本发明实施例的译码方法的处理顺序的一例的流程图。
图6是用于说明本发明实施例的编码方法的增益控制函数生成的一例的流程图。
图7是用于说明本发明实施例的编码方法的增益控制函数生成的其他例的一部分动作的流程图。
图8是应用本发明实施例的编码方法的编码装置的结构的一例的框图。
图9是应用本发明实施例的译码方法的译码装置的结构的一例的框图。
图10是本发明实施例的编码装置的频谱信号生成部的其他例的框图。
图11是本发明实施例的译码装置的时间序列信号生成部的其他例的框图。
图12是利用本发明实施例的编码而得到的代码串的记录状态图。
图13是利用本发明实施例的编码而得到的代码串的其他记录状态图。
图14是用于说明本发明其他实施例的窗化处理时增益控制动作的图。
图15是具体地示出本发明其他实施例的编码方法的增益控制函数生成处理顺序的一例的流程图。
图16是简要示出本发明其他实施例的译码方法的处理顺序的一部分例子的流程图。
图17是用于说明变换编码中前置回声发生的动作原理的图。
图18是用于说明先有的利用变换窗长度可变的编码译码技术的动作原理的图。
图19是用于说明先有的对输入信号使用进行自适应增益控制的技术的编码译码的动作原理的图。
图20是先有的利用自适应增益控制技术的编码装置的简要结构框图。
图21是先有的利用自适应增益控制技术的译码装置的简要结构框图。
图22是用于说明使用先有的窗化处理技术的编码译码的动作原理的图。
图23是利用先有的窗化处理技术的编码装置的简要结构框图。
图24是利用先有的窗化处理技术的译码装置的简要结构框图。
图25是用于说明使用MDCT时存在的问题的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的极佳的实施例。
图1是应用本发明的信息编码方法的编码装置的实施例的电路框图。
在图1中，通过输入端子100输入编码装置的音频信号由频带分割电路101进行频带分割。作为该频带分割电路101的频带分割方法，可以使用前面所述的QMF等滤波器的分割方法，也可以使用将通过MDCT等频谱变换而得到的频谱成分分组为各频带的方法。另外，也可以使用暂时对由滤波器分割为几个频带的音频信号进行频谱变换、然后将由此得到的频谱成分分组为各频带的方法。另外，通过该频带分割而得到的各频带的宽度既可以是均匀的，也可以是不均匀的、使其与例如临界频带宽度一致。在图1的例中，是分割为4个频带，但是，该频带数可多可少。
由上述频带分割电路101进行过频带分割的信号在某一时间按块由与各频带对应的归一化电路111、112、113、114进行归一化处理，从这些归一化电路111、112、113、114分别输出归一化系数和被归一化信号。各被归一化信号分别根据量化精度确定电路141的输出即量化精度信息由量化电路121、122、123、124进行量化处理，在此变换为被归一化-量化信号。另外，在图1中，从上述量化精度确定电路141向各量化电路121、122、123、124传送的量化精度信息中，向上述量化电路122传送的量化精度信息通过端子152、向上述量化电路123传送的量化精度信息通过端子153、向上述量化电路124传送的量化精度信息通过端子154分别传送给对应的电路。
上述量化电路121、122、123、124的各被归一化-量化信号、上述归一化电路111、112、113、114的各归一化系数和从上述量化精度确定电路141来的各量化精度确定信息由多路转换器131转换为顺序代码串，供给ECC编码器103。ECC编码器103给供给的代码串附加上纠错代码。ECC编码器103的输出由EFM电路104进行调制，并供给记录头105。记录头105将从EFM电路输出的代码串信号向盘106记录。
这里，在图1的例中，上述量化精度确定电路141是根据由上述频带分割电路101进行过频带分割的各信号来计算上述量化精度的，但是，也可以根据通过频带分割前的端子100供给的音频信号进行计算，另外，还可以根据各归一化电路111、112、113、114的归一化系数进行计算。利用该量化精度确定电路141的计算，可以根据掩蔽效应等听觉现象进行，上述各量化精度信息如上述那样通过多路转换器131输出，通过盘106传送给译码装置。因此，在编码装置中使用的听觉模型可以任意设定。
另一方面，图2是应用本发明的信息译码方法的与图1的编码装置对应的译码装置的实施例的电路框图。
在图2中，从盘106通过再生头205再生的代码串信号供给EFM解调电路206。由EFM解调电路206解调输入的代码串信号。经过解调的代码串供给ECC译码器207，在该处进行错误纠正。经过错误纠正的代码串传送给多路转换器202，在该处分离并复原为各频带的量化精度信息、归一化系数和被归一化-量化信号。各频带的量化精度信息、归一化系数、被归一化-量化信号分别传送给与各频带对应的信号成分构成电路211、212、213、214，在该处按各频带构成信号成分。从各信号成分构成电路211、212、213、214来的信号成分由频带合成电路221合成后作为音频信号从端子251输出。
下面，说明本发明的抑制上述前置回声的方法的原理。即，在本发明的实施例中，如前面所述的例如改进型离散余弦变换即MDCT那样，在进行反变换时，使用使相邻的块的波形信号相互干涉而合成的变换时，为了正确地进行增益控制而在块间相互关联地进行增益控制，下面，予以说明。
首先，假定满足下面(11)式的条件的、各自以长度2M区间来定义的增益控制函数g
(n)与各块对应。
设原来的波形信号为x(n)，假定对别的信号s(n)满足下面(12)式的关系。
这时，计算上述(1)式的xl，J(n)，则得如下面(13)式的形式，这可以解释为xi，J(n)表示是对s(n)使用增益控制函数gJ(n)进行增益控制后乘以顺变换窗函数的结果。#L#L#L
利用上述(11)式的关系和由上述(5)式求出的y(n)就是x(n)的事实来计算上述(10)式的右边，可以看出如以下面(14)式所示的那样可以据此将s(n)复原。
由于x(n)是任意的波形信号，所以，s(n)也可以取为任意的波形信号。即，即使使用MDCT时，只要增益控制函数gJ(n)保持上述(11)式的关系，波形信号就可以恢复为原来的形式。
另外，利用将增益控制函数gL(n)乘以PJ后的下面(15)式取代上述(8)式去定义x1，J(n)，也可以将波形信号恢复为原来的形式。
只要注意到上述(2)、(3)、(4)式的变换全都是线性变换，通过使用下面(16)式取代上述(9)式求X4，J(n)，则可得到和上述(9)式相同的x#＜#{4，J#}(n)。
结果，在各增益控制函数gJ(n)之间只要下面(17)式的关系成立，使用MDCT时也可以通过在编码时进行增益控制、在译码时进行增益控制的修正而输出不发生多余波形信号失真的波形信号。
图3是用于说明应用上述方法时的窗化处理时的增益控制动作的图。
各增益控制函数相对于重叠的其他的增益控制函数，实际上成为重叠的部分的某一系数倍。本例的情况是例如在块BL1与块BL4中，虽然其振幅相互相差很大，但都不检测高音部分，所以，不能进行波形要素的变形。相反，在块BL2和块BL3中，由于在块BL2的后半部存在高音部分，所以，当以块BL3为当前块时，就将其前一块BL2的重复或重叠部分即后半部的增益控制函数直接或者乘以常数倍作为块BL3的增益控制函数。
图4和图5分别是将上述方法实际应用于信号的编码和译码时的处理顺序的一例的流程图。
在图4的编码方法的例子中，如使用图6在后面说明的那样，将与两相邻的块各具有一半重叠部分的长度2M的块分解为N等分分割的子块，构成增益控制函数。
首先，在步骤S1令块序号J＝0，在下一步S2进行信号的预读入，以便能构成平滑的增益控制函数从而与相邻的块取得匹配。在S3计算输入波形信号的增益控制函数gJ(n)，在S4通过按该顺序进行上述(13)式和(2)式的计算，将波形信号变换为频谱信号。在S5进行所得到的频谱信号的归一化-量化处理，在S6对进行过归一化-量化处理的频谱信号和增益控制函数生成信息进行编码。在S7使块序号J增加1，在S8判断是否结束，当判断结果为NO(否)时返回到上述S2，当判断结果为YES(是)时就使处理结束。
在图5的译码方法的例子中，开始在S11令块序号J＝0，在S12对进行过归一化-量化处理的频谱信号和增益控制函数生成信息进行译码。在S13对所得到的频谱信号进行反归一化-反量化处理，在S14计算与上述增益控制函数生成信息对应的增益控制函数，然后，在S15通过按该顺序进行上述(3)式、(4)式、(9)式、(10)式的计算，将频谱信号变换为波形要素。在S16输出所得到的信号y(n+JM)，在S17使块序号J增加1，在S18判断是否结束，当判断结果为NO时就返回到S12，当判断结果为YES时就结束处理。
图6是在上述图4的S3中计算增益控制函数gJ(n)的处理顺序的流程图。
在图6中，将具有与相邻的两块分别各重叠一半的长度2M的块分割为N个子块，将第(I+1)个子块中的最大振幅值P[I]与到第I个子块为止的连续的K个子块中最大振幅值Q[I]进行比较，当其比值大于指定的比率时，就视为检测到了高音部分。但是，为了满足译码时用于无矛盾地合成波形信号的上述条件，在与已进行过增益控制处理的前一块之间必须保持增益控制函数的匹配性。本例的情况是1块中的高音部分的数量最多为1个，在重叠的前一块的处理中已检测到当前块的前半部的高音部分时，就停止再检测高音部分，否则就在块的后半部进行高音部分的检测处理，获得上述匹配性。最后构成具有平滑的过渡部的增益控制函数，防止变换为频谱信号时发生能量扩散。
即，在图6的开始的S21求将1个块进行N等分分割的子块内到第I个子块为止的连续的K个子块中即从第I-K+1个子块到第I个子块中的最大振幅值Q[I]，在S22求第I个子块中的最大振幅值P[I]。在S23通过进行从前一块的高音位置L减去N/2的减法运算，将L变换为当前块的子块序号，在S24判断该L是否大于0。当判断结果为YES时，就是在前一块的后半部有高音部分，于是进入S31，将前一块的后半部的增益控制函数传送给当前块的前半部。当判断结果为NO时，就是在前一块的后半部没有高音部分，于是就进入S25，对当前块的后半部进行有无高音部分的检测处理。
在S25为了检查当前块的后半部的子块而将I置换为N/2，在S26判断第I+1个子块中的最大振幅值P[I+1]是否大于对到第I个子块为止的最大振幅值Q[I]乘以定为高音部分的指定增益R后的值即R×Q[I]。当判断结果为NO时，就在S27使I增加1，在S28判断I是否达到块终端的子块序号N，反复进行S26的处理直至达到I＝N为止。在S28的判断结果为YES时，就在S29令L＝0，即视为无高音部分，并进入S31。在上述S26的判断结果为YES时即发现有高音部分时，就进入S30，令L＝I+1，然后，进入S31。
在S31将到高音位置L为止的子块的增益控制函数取为R，将其余的子块的增益控制函数取为1，同时，最后进行内插处理，以使其具有平滑的过渡部，然后便结束处理。
当然，作为增益控制函数的构成方法，除此之外，还可以有各种方法，例如，也可以在1个块中检测多个高音部分来构成增益控制函数。
图8和图9是分别应用本发明的方法时的编码装置和译码装置的结构例子。
在图8中，将上述(13)式的[w1(n)gJ(n)]归纳为窗函数，由窗函数生成电路502根据从高音部分检测电路501输出的增益控制函数生成信息构成窗函数。该增益控制函数生成信息与将频谱信号进行归一化和量化处理后的信号一起进行编码，并传送给图9的译码装置。
即，例如图3(A)所示的波形信号输入到图8的输入端子500上，在窗电路503中，设定在时间上顺序连续、并且相互重叠的时间窗，并且为了利用该时间窗切出波形信号而乘以窗函数。高音部分检测电路501检测输入信号的振幅急剧增大的位置(高音部分)。窗函数生成电路502根据从高音部分检测电路501输出的增益控制函数生成信息生成窗函数，并传送给窗电路503，将高音部分之前的小振幅的波形信号放大上述R倍后传送给频谱变换电路504。在频谱变换电路504中，波形信号通过MDCT处理变换为频谱信号，利用归一化-量化电路505进行归一化和量化处理后由编码电路506进行编码，并从输出端子507作为代码串信号取出。该代码串信号根据需要进行记录再生或通过传输媒体进行传输，传送给图9的译码装置的输入端子510。
在图9所示的译码装置中，将根据上述(4)式的w2(n)和上述(9)式的gJ(n)求出的[w2(n)/gJ(n)]归纳为合成窗函数，由合成窗函数生成电路512根据从译码电路511传送来的增益控制函数生成信息构成合成窗函数，并传送给相邻块合成电路515。反频谱变换电路514进行上述(3)式的处理，相邻块合成电路515进行与上述(4)式、(9)式、(10)式对应的处理。
即，由译码电路511对供给图9的输入端子510的代码串信号进行与在上述编码电路506中进行的编码相反的译码，并传送给反归一化-反量化电路513。反归一化-反量化电路513的输出由反频谱变换电路514通过IMDCT处理进行向时间领域的反变换后，传送给相邻块合成电路515，进行与相邻块的合成。在进行该合成时，将合成窗函数生成电路512的合成窗函数乘以时间领域的信号，合成的信号通过输出端子516取出。
这样，本发明的方法或装置既可应用于处理已将音响波形信号变换成数字信号的信号的装置，又可以应用于利用计算机等处理暂时分类存储的波形信号的情况。另外，当然还可以将这样得到的代码串信号向记录媒体上记录或传输。本发明既可以应用于总是以一定的位速率进行编码的情况，又可以应用于为了使每块分配的位数不同而以随时间而变化的位速率进行编码的情况。
在以上的说明中，说明了在编码装置中直接使用频谱变换将数字化的波形信号变换为频谱信号的情况，当然，对于对暂时使用频带分割滤波器分割的每个频带使用频谱变换而变换为频谱信号的情况，也可以应用本发明的方法。
图10和图11是分别表示在这种情况的编码装置和译码装置中进行信号变换的部分的结构的框图。本发明的《反变换时在相邻的块间使波形要素互相干涉的频谱变换》也包括这种在使用频带分割滤波器后进行频谱变换的情况。
即，在图10所示的编码装置中，通过输入端子600输入编码装置的音频信号，由频带分割电路601进行频带分割。由该频带分割电路601进行频带分割的信号的一部分传送给高音部分检测电路611和窗电路613，其他部分分别传送给高音部分检测电路621和窗电路623。在窗电路613、623中，设定在时间上顺序连续、并且相互重叠的时间窗，并且为了利用该时间窗切出波形信号而乘以窗函数。高音部分检测电路611、621检测输入信号的振幅急剧增大的位置(高音部分)。窗函数生成电路612、622根据从高音部分检测电路611、621分别输出的增益控制函数生成信息生成窗函数，并分别传送给窗电路613、623，将高音部分之前的小振幅的波形信号放大上述R倍后分别传送给频谱变换电路614、624。由频谱变换电路614、624通过MDCT处理将波形信号变换为频谱信号后，分别从输出端子615、625取出。然后，将各输出端子615、625输出的频谱信号即频谱信息和各窗函数生成电路612、622输出的信息进行编码，通过记录媒体或传输媒体进行记录再生或传输，传送给译码装置。
另外，在图11所示的译码装置中，与上述各输出端子615、625输出的频谱信息对应的频谱信号分别供给各输入端子700b、710b，上述各窗函数生成电路612、622输出的信息分别供给各输入端子700a、710a。各输入端子700b、710b的频谱信号分别由反频谱变换电路702、712利用IMDCT处理进行向时间领域的反变换后，分别传送给相邻块合成电路703、713，进行与相邻块的合成。在进行该合成时，将合成窗函数生成电路701、711输出的各合成窗函数分别乘以各时间领域的信号。从相邻块合成电路703、713输出的各合成的信号由频带合成滤波器721合成为音频信号，从输出端子722取出。
如图10和图11所示的结构那样，通过对暂时进行过频带分割的信号进行频谱变换，可以只对特定的频带例如包含大信号的频带或者信号变化大的频带进行增益控制，从而可以减少进行增益控制的处理量。另外，由于可以缩短各个变换块长度，所以，在很少的工作区便可进行有效的变换处理。
图14是用于说明应用本发明的第2实施例的窗化处理时增益控制动作的图。
这里，在前面所述的先有例中所述的方法中，放大高音部分之前的部分的增益控制量是固定的。例如，在特开昭63-7026号公报中公开的方法是将各块分割为子块，当2个子块间的振幅变化超过指定的极限值(约20dB)时，就利用编码器放大振幅急剧变化以前的信号的振幅，然后利用译码器对其进行修正。
但是，例如图14(A)的波形信号SW1、SW2都包含高音部分，振幅的变化方式有很大不同。即，在波形信号SW1中，在高音部分之前还有大于某一电平的波形信号，发生的前置回声根据原来的波形信号被掩蔽到不是高音部分之后的某一程度。与此相反，在波形信号SW2中，高音部分之前的波形信号的电平非常低，发生的前置回声几乎掩蔽不了。
这里，只用电平变化的1个极限值识别该高音部分的检测、进行相同的增益控制及增益控制修正时，如果对波形信号SW1设定最佳的极限值和增益控制量，而对波形信号SW2就可以听到前置回声。另外，如果对波形信号SW2设定最佳的极限值和增益控制量，对波形信号SW1便会进行大于所需要的增益控制，在频率区域便引起能量扩散，所以，编码效率将降低。
因此，在本发明的方法中通过根据波形信号的高音部分振幅变化的情况改变增益控制量来解决这个问题。
即，在本发明的方法中，如图14(A)所示的那样，对波形信号SW1使用图14(B)所示的增益控制量比较小的增益控制函数G1进行增益控制及增益控制修正的处理，相反，对波形信号SW2使用增益控制量比较大的增益控制函数G2进行增益控制及增益控制修正的处理。
图14(C)是进行这些处理时量化噪音发生的情况。如图14(C)所示的那样，由于波形信号SW1的量化噪音中的高音部分之前的量化噪音因增益控制修正处理对噪音的抑制作用而比较小，所以，虽然波形信号SW2的量化噪音中的高音部分之前的量化噪音比较大，但整体的量化噪音的能量很小。相反，虽然与波形信号SW2对应的整体的量化噪音的能量比较大，但是，高音部分之前的量化噪音可以抑制得很小。由于前置回声将成为听觉上的很大障碍，所以，希望通过这样降低总体的噪音能量而进行优先抑制。
图15是将本发明的方法实际应用于信号的编码时检测高音部分、生成增益控制函数的处理流程图的例子。例如，通过将该处理组合到上述图8的编码装置的高音部分检测电路501或上述图10的高音部分检测电路611、621中，便可实现本发明的编码方法。
在图15中，例如将长度2M的块分割为N个子块，将第I个子块中的最大振幅值P[I]与到第I个子块为止的连续的K个子块中的最大振幅值Q[I]进行比较，当其比值大于指定的比率时，就视为检测到了高音部分。另外，最后构成具有平滑的过渡部的增益控制函数，防止变换为频谱信号时发生能量扩散。
即，在图15中开始的S101求将1块分割为N个子块中的到第I子块为止的连续的K个子块中即从第I-K+1子块到第I子块的最大振幅值Q[I]，在S102求第I子块中的最大振幅值P[I]。在S103令I＝0，在S104利用到第I子块为止的K个子块中的最大振幅值Q[I]与其后的子块的最大振幅值P[I+1]的比率求作为上述增益控制量的R。S105的T是指定的阈值，当上述R大于T时，就视为检测到了高音部分，并进入S109。否则就进入S106，使I增加1，在S107判断I是否达到块终端的子块序号N，反复进行S104以后的处理，直至达到I＝N时为止。在S107的判断结果为YES时，在S108就令L＝0，即视为无高音部分，并取R＝1，然后进入S110。在上述S105的判断结果为YES即未发现高音部分时，就进入S109，令L＝I+1，并将在上述S104求出的R值的整数值代入R。即，将该块中高音部分以前的长度解释为是L个子块，这时的R的值表示增益控制量。在S109的处理结束后进入S110。
在S110将到高音位置L为止的子块的增益控制量取为R，将其余的取为1，同时，最后进行内插处理，以使之具有平滑的过渡部，然后便结束处理。即，在S110根据L和R的值构成增益控制函数g(n)，在高音部分之前的子块中进行内插处理，以使增益控制函数值变得平滑。这是为了在变换为频率区域时可以防止能量分布的扩散，进行高效率地编码。
这样，通过根据波形信号的电平改变高音部分的增益控制量，在压缩率高时也可以有效地防止发生前置回声。
图16是在译码中生成增益控制修正函数h(n)的处理例子。
例如，通过将图16所示的处理组合到上述图9的译码装置的合成窗函数生成电路512或图11的合成窗函数生成电路701、711中，将生成的增益控制修正函数h(n)乘以由图9的反频谱变换电路514或图11的反频谱变换电路702、712构成的波形要素，便可实现本发明的译码方法。当然，在未检测到高音部分的块中，实际上也可以省略乘增益控制修正函数h(n)的处理。
在图16所示的例中，在S121检测检出高音部分的标志，标志为0时，即未检测到高音部分时，就进入S122，令增益控制修正函数h(n)为1，处理即告结束。当标志为1时，即检测到高音部分时，就进入S123，将从该块的先头开始的L个子块的增益控制函数g(n)取为R，进行上述内插处理，求出最后的增益控制函数g(n)。在S124计算该增益控制函数g(n)的倒数1/g(n)，求出增益控制修正函数h(n)。
另外，在上述第1实施例中，是将高音部分的增益控制量R取为1种，但是，也可以应用第2实施例，根据波形信号的电平而改变。
图7就是用于说明这种改变高音部分的增益控制量时的动作原理的图，示出了将上述图6的流程图的a到b置换而得到的流程图的一部分。即，从图6的S25进入图7的S35，从图7的S39或S40进入图6的S31。
在图7的S35根据到第I子块为止的K个子块的最大振幅Q[I]与其之后的子块的最大振幅P[I+1]的比率求R。在S36的T是指定的阈值，当上述R大于T时，就视为检测到了高音部分，从而进入S40。否则就进入S37，使I增加1，在S38判断I是否达到块终端的子块序号N，反复进行S35以后的处理直至达到I＝N为止。在S38的判断结果为YES时，在S39就令L＝0，即视为无高音部分，并取R＝1，通过b进入上述图6的S31。在上述S36的判断结果为YES即发现有高音部分时，就进入S40，令L＝I+1，将在上述S35求出的R值的整数值代入R，并进入上述S31。
另外，在本例中，增益控制是仅在高音部分之前进行放大，如已说明的那样，这是特别利用顺向掩蔽效应。但是，当然也可以进行当衰减时在小振幅部分进行放大的增益控制，例如，当频谱变换的块长度很长、不能期待有足够的顺向掩蔽效应时，也可以当衰减时在小振幅部分进行放大。另外，检测高音部分的数量，也不必限定1个块检测1个。
作为增益控制函数，如果使用台阶状急剧变化的函数，则变换为频谱时其能量将发生扩散，从而编码效率将降低。因此，希望增益控制函数在高音部分也具有某种程度的平滑地变化的形状。但是，如果其区间不很短，就能听到前置回声，所以，考虑到人的听觉，希望增益控制函数具有约1ms的过渡区间，使在该区间内例如像正弦波形状那样圆滑地变化。当在下一块的开头有发生高音部分的情况时，通过将高音部分的检测范围扩展到下一块的开头的子块，也可使增益控制函数具有平滑的过渡部。#S图12是将使用第1实施例的方法编码了的信息向记录媒体记录的方法和记录形态或记录格式。
在图12所示的例中，各块的代码由高音位置信息和频谱信号的代码构成。高音位置信息就是增益控制函数生成信息，译码装置通过根据该信息生成增益控制函数，便可生成合成窗函数。作为高音位置信息，例如可以记录图6的L的值。另外，作为高音位置信息的其他例子，还可以用标志表示有无检测到高音部分，只对有高音部分的块记录上述L的值。在实际的音乐信号中，存在有前置回声问题的高音部分的块的比例很低，所以，通过这样处理便可进行高效率的编码。另外，各块的高音位置信息可以附在对该块的后半部进行记录，译码装置对其前半部分也可以使用其前面的块的信息，这样，便可高效率地记录获得匹配性的增益控制函数生成信息。
图13是使用第2实施例的方法进行编码时或者对第1实施例使用上述图7所示的增益控制量变化方法时的记录格式的一个例子。
在图13所示的例子中，各块的代码由高音部分检测标志符和频谱信号代码、以及根据高音部分检测标志符的内容而加进其中的由高音部分位置信息和增益控制量信息组成的增益控制修正函数生成信息构成。作为高音部分位置信息，例如可以记录图15或图7的L的值，作为增益控制量信息，例如可以记录图15或图7的R的值。关于其他部分，和上述图12的例子一样。但是，当然也可以在所有的块中记录增益控制修正函数生成信息，这时，在实际上不存在高音部分的块中，例如也可以取L＝0、R＝1进行记录。
在以上的说明中，说明了反变换时使用MDCT即改进型离散余弦变换作为在相邻的块间使波形要素发生互相干涉的频谱变换的情况。通过使用MDCT，对所有的块可以很容易实现利用同一公式计算的频谱变换，非常方便。反变换时采用别的变换方法作为在相邻的块间使波形要素发生互相干涉的频谱变换时也可以应用本发明。这种频谱变换的别的例子在下列文献中有记载。(Analysis/SynthesisFilter Bank Design Based on Time Domain Aliasing Cancellation，J.P.Princen，A.B.Bradley，IEEE Transcations on Acoustics，Speech，andSignal Processing，Vol.ASSP-34，No.5，October 1968)。在该文献中，公开了在偶数块中进行余弦变换式的变换及反变换、在奇数块中进行正弦变换式的变换及反变换、反变换时在相邻的块间使波形要素发生互相干涉的变换方法。可以将该变换方法应用于本发明。但是，如使用MDCT时那样，为了简化编码器和译码器的结构，在所有的块中最好进行相同的变换及反变换。
以上，说明了使对音响的波形信号或音频信号进行量化处理时的量化噪音不显著的情况，但是，本发明对于使其他种类的信号发生的量化噪音不显著也是有效的，例如，也可以应用于图像信号。但是，由于音响信号中的高音部分的前置回声是听觉上的极大障碍，所以，将本发明应用于音响信号非常有效。另外，本发明当然可以应用于多声道的音响信号。
另外，本发明不仅可以应用于将编码的信息向盘状的记录媒体上记录的情况，而且也可以应用于向带状的记录媒体或半导体存储器等记录媒体上记录的情况。当然，也可以应用于将编码的信息通过ISDN等传输线进行传输的情况。
根据上述说明可知，本发明的信息编码方法进行反变换时在相邻的块间使波形要素发生互相干涉的变换处理、用于进行上述变换处理的输入波形信号的增益控制处理、上述变换处理的输出和上述增益控制的控制信息的编码处理，上述增益控制处理根据当前块与前一块的重复部分的上述前一块的增益控制函数求当前块的至少上述重复部分的增益控制函数，所以，如果反变换时没有编码引起的损失，就可以修正得能够恢复原来的波形信号，从而可以使用编码效率高的变换，并且可以使用简单的结构防止前置回声。
另外，本发明的信息译码方法进行频率轴上的频谱信号和增益控制修正信息的译码处理、在相邻的块间使波形要素发生互相干涉的反变换处理、以及上述反变换处理的输出波形要素的增益控制修正处理，上述增益控制修正处理根据利用当前块与前一块的重复部分的上述前一块的增益控制函数求出的当前块的增益控制函数进行修正，用以恢复原来的波形信号，所以，可以对再生信号不产生坏影响，从而可以防止前置回声。
这些效果可以说在信息编码装置和信息译码装置中都是一样的。
另外，编码时的增益控制处理和译码时对应的修正处理可以在块间无矛盾地进行，通过在变换处理中使用改进型离散余弦变换(MDCT)，不增加应编码的独立的频谱成分，便可将块长度设定得较长，并可提高频谱变换后的能量的局部集中，进行高效率的编码，用简单的结构便可防止前置回声，从而可以使编码装置和译码装置的结构简单。
另外，通过只对振幅急剧变化的波形要素进行增益控制处理，便可不必总是进行增益控制，特别是通过只对振幅急剧地变化大的波形要素进行增益控制处理，可以使增益控制量信息简化，从而可以减少处理量和结构。即只对各块的高音部分进行放大处理就可以了，所以，通过简单的处理便可防止前置回声。
另外，作为波形信号急剧地增大的部分的增益控制量，通过使用根据多种大小有选择地确定的数值，可以进行与高音部分的振幅变化程度相适应的增益控制，从而可以以更高的效率进行音质更高的编码、译码、记录、传输。
另外，通过根据具有平滑的过渡部的增益控制函数进行增益控制处理，可以防止频谱展宽引起的编码效率降低。
另外，通过对进行过频带分割的信号进行频谱变换，便可只对特定的频带例如包含大信号的频带或信号变化大的频带进行增益控制，从而可以减少用于进行增益控制的处理量，同时，由于可以将各个变换块长度设定得较短，所以，使用很少的工作区便可进行高效率的变换处理。
另外，通过将利用这种编码方法或装置编码了的信号向记录媒体记录或传输，可以进行高效率的记录或传输。

Claims (23)

1.一种信息编码方法，其特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码方法中，检测输入波形信号的振幅急剧地增大的高音部分，根据上述高音部分的特性有选择地确定增益控制函数，根据上述所确定的增益控制函数控制上述输入波形信号的上述高音部分的增益，将进行过上述增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号，将上述变换过的信号和用于进行上述增益控制的控制信息进行编码。
2.按权利要求1所述的信息编码方法，其特征在于：上述增益控制函数具有平滑的过渡部。
3.按权利要求1所述的信息编码方法，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
4.按权利要求3所述的信息编码方法，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
5.一种信息编码装置，其特征在于：在将输入波形信号进行编码的信息编码装置中，具有高音部分检测器、增益控制函数确定器、增益控制器、变换器和编码器，高音部分检测器检测输入波形信号的振幅急剧地增大的高音部分；增益控制函数确定器根据上述高音部分的特性有选择地确定增益控制函数；增益控制器根据上述所确定的增益控制函数控制上述输入波形信号的上述高音部分的增益；变换器将进行过上述增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号；编码器将上述变换过的信号和用于进行上述增益控制的控制信息进行编码。
6.按权利要求5所述的信息编码装置，其特征在于：上述增益控制函数具有平滑的过渡部。
7.按权利要求5所述的信息编码装置，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
8.按权利要求7所述的信息编码装置，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
9.一种信息译码方法，其特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码方法中，将编码信号进行译码后取出变换信号和控制信息，将上述变换信号从频率轴上的信号反变换为时间轴上的信号，根据上述控制信息有选择地确定增益控制函数，至少使用上述所确定的增益控制函数控制与振幅急剧地增大的高音部分对应的进行过上述反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
10.按权利要求9所述的信息译码方法，其特征在于：上述增益控制函数具有平滑的过渡部。
11.按权利要求9所述的信息译码方法，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
12.按权利要求11所述的信息译码方法，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
13.一种信息译码装置，其特征在于：在从编码信号中译码出波形信号的信息译码装置中，具有信息取出器、反变换器、增益控制函数确定器和信号恢复器。信息取出器将编码信号进行译码后取出变换信号和控制信息；反变换器将上述变换信号从频率轴上的信号反变换为时间轴上的信号；增益控制函数确定器根据上述控制信息有选择地确定增益控制函数；信号恢复器至少使用上述所确定的增益控制函数控制与振幅急剧地增大的高音部分对应的进行过上述反变换的信号的增益，恢复为原来的波形信号。
14.按权利要求13所述的信息译码装置，其特征在于：上述增益控制函数具有平滑的过渡部。
15.按权利要求13所述的信息译码装置，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
16.按权利要求15所述的信息译码装置，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
17.一种信息记录媒体，其特征在于：在记录了进行过编码的信息的信息记录媒体上，该信息记录媒体记录频谱信号和控制信息，通过检测输入波形信号的振幅急剧增大的高音部分、根据上述高音部分的特性有选择地确定增益控制函数、根据上述所确定的增益控制函数控制上述输入波形信号的上述高音部分的增益、将进行过上述增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号、从而生成上述频谱信号；上述控制信息包括用于进行上述增益控制的信息。
18.按权利要求17所述的信息记录媒体，其特征在于：上述增益控制函数具有平滑的过渡部。
19.按权利要求17所述的信息记录媒体，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
20.按权利要求19所述的信息记录媒体，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
21.一种信息传输方法，其特征在于：在传输进行过编码的信息传输方法中，按块单位传输通过检测输入波形信号的振幅急剧增大的高音部分、根据上述高音部分的特性有选择地确定增益控制函数、根据上述所确定的增益控制函数控制上述输入波形信号的上述高音部分的增益、将进行过上述增益控制的时间轴上的输入波形信号变换为频率轴上的信号、从而生成的频谱信号；按上述块单位传输用于进行上述增益控制的控制信息。
22.按权利要求21所述的信息传输方法，其特征在于：上述增益控制函数包括可以根据上述输入波形信号的特性进行选择的系数，上述控制信息包括表示上述系数的信息和表示上述高音部分的位置的位置信息。
23.按权利要求22所述的信息传输方法，其特征在于：上述控制信息包括表示是否对指定的每块进行上述增益控制的标志信息，与不进行上述增益控制的块对应的上述控制信息只由上述标志信息构成。
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