DE4428193C2

DE4428193C2 - Verfahren zum Kodieren von Tonsignalen

Info

Publication number: DE4428193C2
Application number: DE4428193A
Authority: DE
Inventors: Sang-Wook Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1993-10-30
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2014-08-10
Also published as: KR100269213B1; US5649053A; JPH07183818A; KR950013054A; JP3274285B2; DE4428193A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kodieren eines Tonsignals.

In Zusammenhang mit der jüngsten Entwicklung auf dem Ge biet der digitalen Signalverarbeitung sind die bestehenden Tongeräte ersetzt worden. Das heißt, dass Laserplattenspieler oder Bandaufzeichnungs- und Wiedergabegeräte zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben von analogen Tonsignalen durch Systeme verdrängt worden sind, die Kompaktdisketten, d. h. CDs, digitale Tonbänder, d. h. DATs oder Minidisketten MDs zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben von digitalen Tonsignalen verwenden. Die digitale Signalverarbeitung eines Tonsignals verbessert zwar die akustische Qualität, sie hat jedoch die nachteilige Folge, dass die Datenmenge stark zunimmt.

Das oben beschriebene Problem der Datenmenge kann dadurch gemindert werden, dass wahlweise Signalanteile herausgenommen werden, die vom menschlichen Ohr nicht erfassbar sind, und adaptiv eine Anzahl von Quantisierungsbits denjenigen Anteilen zugeordnet wird, die wahrgenommen werden können. Das erfolgt bei digitalen Kompaktdisketten, Minidisketten oder bei dem MPEG-Tonsystem, das heißt dem Tonsystem der Filmexpertengruppe, dessen Normen kürzlich von dem Internationalen Normenausschuss festgelegt wurden. Das Hauptziel eines derartigen Kodierungs verfahrens besteht nicht darin, erzeugte Rausch- oder Störsi gnale zu beseitigen, sondern die Rausch- und Störsignale so zu verarbeiten, dass sie nicht wahrgenommen werden, indem adaptiv die Anzahl der Quantisierungsbits nach Maßgabe des Signalge wichtes unter Berücksichtigung eines Maskierungseffektes und der kritischen Bänder zugeordnet wird. Der Maskierungseffekt ist dabei eine Erscheinung, bei der der Ton (Tonsignalanteil), der gehört werden sollte, vollständig durch andere Töne gestört oder maskiert ist, und die kritischen Bänder sind Frequenzbän der, in denen Signal- und Rauschanteile im Frequenzbereich nicht voneinander unterschieden werden können, wenn ihre Fre quenz- und Amplituden- oder Leistungscharakteristik jeweils ähnlich sind.

Bei einem Kodierverfahren, das die Charakteristik des menschlichen Gehörs ausnutzt, erfolgt die Kodierung unter Berücksichtigung der oben erwähnten Maskierungserscheinung. Es wird zunächst ein Maskierungsschwellenwert erhalten. Der Mas kierungsschwellenwert ändert sich infolge einer Wechselwirkung zwischen den Eingangssignalen und ist die kleinste Amplitude eines Signals, das gehört wird aber nicht erkannt oder unter schieden werden kann. Dem nichterkennbaren Signal werden keine Quantisierungsbits zugeordnet, dem Signalanteil, der für das Erkennen des Tons wichtig ist, wird jedoch adaptiv eine Anzahl von Quantisierungsbits zugeordnet, wodurch ein Datenkompressi onseffekt erhalten wird.

Es sind verschiedene Maßnahmen zum Lokalisieren des Si gnals vorgeschlagen worden, das die entscheidende Rolle in der Tonwahrnehmung spielt, bei denen ein Eingangssignal und der Maskierungsschwellenwert des Eingangssignals benutzt werden. Das im typischen Fall verwandte Verfahren besteht darin, ein Rausch-Masken-Verhältnis (NMR) zu bilden, das das Verhältnis eines Fehler-, Rausch- oder Störanteils (Rauschen infolge eines Fehlerwertes, der auf einer Quantisierung in jedem Band beruht) zum Maskierungsschwellenwert ist. Dieses Rausch-Masken- Verhältnis gibt den Abstand zwischen dem Maskierungsschwellen wert und dem Fehleranteil an.

Durch akustische Experimente lässt sich zeigen, dass dann, wenn ein Rauschen auf Pegeln nahe des Maskierungsschwellenwer tes vorliegt, das Rauschen schwierig zu erfassen ist, und dass dann, wenn es unter dem Maskierungsschwellenwert liegt, eine Erfassung unmöglich ist. Es ist daher wichtig, den Abstand zwischen dem Fehlersignal und dem Maskierungsschwellenwert zu kennen.

Das NMR-Konzept wurde ursprünglich im Jahre 1987 zur Be rücksichtigung der oben erwähnten Charakteristik hinsichtlich des Maskierungsschwellenwertes verwandt und gibt das hörbare Maß des Fehlersignals im Hinblick auf die psycho-akustischen Eigenschaften des Menschen an.

Das Rausch-Masken-Verhältnis wird dadurch bestimmt, dass das Signal-Masken-Verhältnis (SMR) gebildet und der erhaltene SMR-Wert und ein SNR-Wert in Bezug zueinander gesetzt werden, der das Verhältnis eines quantisierten Fehlersignals zum Feh lerrauschen ist.

Das Verfahren zum Zuordnen der Anzahl von Quantisierungs bits bezüglich wahrnehmbarer Tonanteile wird im Folgenden anhand eines herkömmlichen Kodierverfahren beschrieben.

1. Die Anzahl der Bits, die allen kritischen Bändern zuge ordnet sind, wird initialisiert (auf Null gesetzt) und die NMR- Werte werden für alle kritischen Bänder berechnet.
2. Das kritische Band mit dem größten NMR-Wert wird aufge sucht und ein Bit wird dem gefundenen kritischen Band zugeord net.
3. Die NMR-Werte für alle kritischen Bänder werden neu be rechnet und der Verfahrensschritt zwei wird wiederholt, bis alle verfügbaren Quantisierungsbits verbraucht sind.

Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Bit-Zuordnungs verfahren ist ein weiterer zusätzlicher Arbeitsvorgang erfor derlich, nachdem alle Bezugsoperationen mehrmals in einer gegebenen Anzahl (die Anzahl der verarbeitenden Bänder minus eins) durchgeführt sind, wenn ein Bit zugeordnet ist. Wenn beispielsweise die Anzahl der kritischen Bänder gleich 24 ist, dann sind für die Zuordnung von M Quantisierungsbit, zu einem gegebenem Band M(24 - 1) Bezugsoperationen und M zusätzliche Operationen erforderlich. Mit einem derartigen iterativen Bit- Zuordnungsverfahren werden daher vielfältige Operationen not wendig, die somit die Ausbildung der Hardware komplizieren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Kodieren eines Tonsignals anzugeben, bei dem eine Zuweisung der ungenutzten Bits höherer Bänder zu den wichtigen niedrigeren Bändern ohne Iteration erfolgen kann.

Dazu umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:
Abtasten eines Zeitbereichstonsignals,
Umwandeln des abgetasteten Tonsignals in ein Frequenzbe reichssignal, das in eine Vielzahl von kritischen Bändern untergeteilt ist,
Zuordnen zu jedem kritischen Band die Anzahl von Quanti sierungsbits, die es erlaubt, dass der NMR-Wert für das entsprechende kritische Band ein Minimum hat, und
Quantisieren des Frenquenzbereichssignals durch die zuge ordnete Anzahl von Quantisierungsbits,
wobei die Anzahl an Quantisierungsbits durch ein Gewicht festgelegt wird, welches aus dem kritischen Band und den Bän dern gleich dem kritischen Band oder den frequenzmäßig niedri ger, das heißt darunter liegenden Bändern bestimmt, wird, und im Quantisierungsschritt die Quantisierungsbits den kritischen Bändern in der Reihenfolge vom kritischen Band mit der höchsten Frequenz zum kritischen Band mit der niedrigsten Frequenz zugeordnet werden.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Gewicht immer relativ zu den noch nicht bearbeiten Bänder berechnet wird und die Quantisierungsbits der Reihe nach ausgehend vom höchsten kritischen Band zum niedrigsten Band zugeordnet werden, werden viel mehr Quantisierungsbits den niedrigen Bändern als den höheren Bändern zugeordnet, ohne dass eine Iteration vorgenom men wird. Darüber hinaus wird nur das Signalmaskenverhältnis ohne Rücksicht auf den NMR-Wert berücksichtigt, wenn die Quan tisierungsbits zugeordnet werden, was die Kompliziertheit der Operationen verringert.

Aus den Druckschriften US 5,301,205 A und US 5,185,800 A sind bereits Verfahren zum Codieren eines Tonsignals bekannt bei welchem die Quantisierungsbits eines kritischen Bandes abhängig vom Gewicht des kritischen Bandes zugeordnet werden. Allerdings erfolgt die Berechnung der Gewichte der kritischen Bänder nicht relativ zu den noch nicht bearbeiteten Bändern. Auch erfolgt dort die Verarbeitung nicht vom höchsten zum niedrigsten Band.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein be sonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Kodierers, der von der Charakteristik des menschlichen Gehörs Gebrauch macht,

Fig. 2 den Maskierungseffekt bezüglich des Zeitbereichs,

Fig. 3 ein Beispiel eines mit dem Eingangssignal variie renden Maskierungsschwellenwertes,

Fig. 4A und 4B die Beziehung zwischen dem Maskierungs schwellenwert und dem Fehlerrauschen und zwischen dem NMR-Wert und dem Fehlerrauschen jeweils und

Fig. 5A und 5B SMR-Werte vor und nach einer Versetzungs korrektur jeweils.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Grundaufbau ei nes Tonsystems, das nach einem Kodierungsverfahren arbeitet, das die Charakteristik des menschlichen Gehörs berücksichtigt. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine Abbildungs stufe 10 zum Abtasten eines Zeitbereichstonsignals in Blöcken vorbestimmter Größe und zum Umwandeln des abgetasteten Signals in ein Frequenzbereichssignal, das in kritische Bänder unter teilt ist, sowie zum Ausgeben des umgewandelten Signals, eine Bit-Zuord nungsstufe 12 zum Bestimmen der Zahl an Quantisierungsbits des Frequenzbereichssignals, das in die jeweiligen kritischen Bänder unterteilt ist, eine Quantisierungsstufe 14 zum Quantisieren des Frequenzbereichssignals nach Maßgabe der zugeordneten Anzahl von Quantisierungsbits und eine Datenkompressionsstufe 16 zur Datenkompression des quantisierten Frequenzbereichssignals und zum Ausgeben des komprimierten Signals.

Die Abbildungsstufe 10 wandelt das Eingangssignal in ein Frequenzbereichssignal um, um eine Kodierung unter Berücksichti gung der Charakteristik des menschlichen Gehörs durchzuführen, teilt das Signal auf kritische Bänder auf und gibt das Signal aus.

Die Bit-Zuordnungsstufe 12 ordnet adaptiv eine Anzahl an Quantisierungsbits den jeweiligen kritischen Bändern nach Maßgabe der Maskierungserscheinung zu, die durch die Wechselwirkung zwischen der Amplitude des Eingangssignals und den kritischen Bändern erzeugt wird. Das heißt, daß die Quantisierungsbits dem Teil nicht zugeordnet werden, der durch das Ohr nicht wahrgenom men wird, und daß die Quantisierungsbits dem wichtigen Teil in Abhängigkeit vom Gewichtsfaktor zugeordnet werden. Ein Rausch- Masken-Verhältnis (NMR), das von Maskenpegeln und der Quantisie rung abhängt, wird als Basis für die Bestimmung des Gewichtes der Eingangssignale verwandt.

Die Quantisierungsstufe 14 quantisiert das Frequenzbereichs signal nach Maßgabe der Anzahl an Quantisierungsbits, die durch die Bit-Zuordnungsstufe 12 zugeordnet sind, und führt eine lineare oder nichtlineare Quantisierung in Abhängigkeit von den Signalübertragungscharakteristiken durch, so daß der Fehler so klein wie möglich gehalten wird, der bei der Signalwiederher stellung erzeugt wird. Die Quantisierungseinheit 14 verwendet ein adaptives vor- oder rückgekoppeltes Quantisierungsverfahren, um eine optimale Quantisierung nach Maßgabe der gegebenen Anzahl von Quantisierungsbits zu erzielen. Bei einem digitalen Tonsignalsy stem, das ein Kodierungsverfahren verwendet, das die Charak teristik des menschlichen Gehörs berücksichtigt, wird die höchste Verbesserung der Tonqualität dann erhalten, wenn die Quantisie rungsschritte und die Quantisierungs-Rauschamplituden unter Verwendung des vorgekoppelten adaptiven Quantisierungsverfahrens eingestellt und eingerichtet werden.

Das Maß der Tonsignalwahrnehmung hängt von der Amplituden- oder Leistungsverteilungs- und Frequenzverteilungscharakteristik des Eingangssignals für eine gegebene Quantisierungsvorrichtung ab. Das bedeutet, daß ein Fehlersignal eine konstante Ver teilungsstruktur, die durch die Charakteristik des menschlichen Gehörs bestimmt ist, statt einer willkürlichen Verteilung hat, bei der der SNR-Wert, der als objektiver Bewertungswert eines anliegenden Tonsignals benutzt wurde, eine geringe Korrelation zu einem akustischen Experiment hat, das eine subjektive Bewertung darstellt, Akustische Experimente haben gezeigt, daß ein Rauschen in der Nähe des Maskierungsschwellenwertes schwer zu erfassen und dann unmöglich zu erfassen ist, wenn es unter dem Maskierungsschwellenwert liegt. Es ist somit wichtig, den Abstand zwischen dem Fehlerrauschen und dem Maskierungsschwellenwert beim Kodieren unter Verwendung der Charakteristik des menschlichen Gehörs zu kennen.

Im allgemeinen ist die Übertragung einer Toninformation eine Funktion der ablaufenden Zeit. Der Maskierungseffekt wird gleichfalls nach Maßgabe der abgelaufenen Zeit erzeugt.

In Fig. 2, in der auf der X-Achse der Zeitbereich und auf der Y-Achse die Stärke der Maskierung aufgetragen ist, ist dargestellt, daß der Maskierungseffekt über die Zeit in drei Bereiche unterteilt werden kann, nämlich die Vormaskierung, die Simultanmaskierung und die Nachmaskierung. In der Vormaskierung (oder der Rückmaskierung) tritt zunächst ein Signal auf, und wird dann das Signal durch einen Maskierer (der Anteil, der eine Maskierungserscheinung verursacht) maskiert, der auf das Signal folgt. Die Simultanmaskierung wird dann erzeugt, wenn das Signal und der Maskierer gleichzeitig auftreten. Die Nachmaskierung (oder Vormaskierung) maskiert ein Signal, das nach dem Auftreten des Maskierers erzeugt wird.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Maskierungsschwellenwertes, der sich mit dem Eingangssignal ändert, wobei auf der X-Achse der Frequenzbereich und auf der Y-Achse die Eingangssignalstärke aufgetragen sind. Dabei ist ein Signal von annähernd 1 kHz nach Maßgabe des Maskierungsschwellenwertes maskiert dargestellt, der sich mit dem Eingangssignal ändert. Im Ruhezustand (ohne Eingangssignal) wird das Signal nicht maskiert. (Siehe Fig. 3, in der der Maskierungsschwellenwert des Ruhezustands dargestellt ist.) Dabei wird eine Maskierungsschwellenwertberechnung im Frequenzbereich durchgeführt und wird der Frequenzbereich in kritische Bänder unterteilt, wie es in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist, so daß die Signalleistung in jedem kritischen Band erhalten werden kann.

Tabelle 1

Wenn angenommen wird, daß die Signalleistung eines kriti schen Bandes gleich S(x) ist und daß die Verteilungsfunktion des menschlichen Gehörs, die die Maskierungserscheinung modelliert gleich B(x) ist, dann kann der Maskierungseffekt in jedem kritischen Band, d. h., der sich ändernde Maskierungsschwellenwert E(x) über eine lineare Faltung bezüglich S(x) und B(x) in der folgenden Weise berechnet werden:

E(x) = S(x) × B(x) (1)

Die Verteilungsfunktion B(x) läßt sich dabei wie folgt ausdrücken:

10 logB(x) = 15,81 + 7,5(x + 0,474) - 17,5(1 + (x + 0,474)²)^1/2 (2)

Der sich ergebende Schwellenwert ist der maximale Wert in jedem kritischen Band. Dieser wird mit dem Schwellenwert im Ruhezustand (absoluter Schwellenwert) verglichen und der größere der beiden Schwellenwerte wird der endgültige Maskierungs schwellenwert. Der Maskierungsschwellenwert, der in dieser Weise erhalten wird, hat eine abgestufte Wellenform, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Vom Maskierungsschwellenwert wird ein SMR-Wert berechnet.

Um den NMR-Wert zu berechnen, wird dann der SMR-Wert mit einem Fehlerspektrum verglichen. Das Fehlerspektrum wird dadurch erhalten, daß ein Fehlersignal in einen nach Maßgabe des Bandes gruppierten Frequenzbereich umgewandelt wird, wonach die Signalleistung jedes kritischen Bandes berechnet wird. Dieser Rechenvorgang zum Berechnen des NMR-Wertes kann in der folgenden Weise ausgedrückt werden:

NMR = SMR - SNR (3)

Der logarithmische Wert von NMR gibt den Abstand zwischen dem Fehlerrauschen und dem Maskierungsschwellenwert an. Wenn das Fehlerrauschen größer als der Schwellenwert ist, dann ist das Fehlerrauschen hörbar.

Ein NMR-Wert größer als null gibt ein Quantisierungsrauschen wieder, das hörbar ist und nicht vollständig maskiert ist. Ein Beispiel für den Fall, in dem das Fehlerrauschen je nach dem berechneten NMR-Wert hörbar ist oder nicht, ist in Fig. 4B dargestellt. Dort ist das Rauschen zwischen 6 kHz und 12 kHz hörbar.

Wie es oben beschrieben wurde, besteht bei dem herkömmlichen Kodierungsverfahren, das die Charakteristik des menschlichen Gehörs berücksichtigt, das Ziel der Bit-Zuordnung darin, das Quantisierungsrauschen dadurch zu verringern, daß eine geeignete Anzahl von Quantisierungsbits gewählt wird, wodurch das Fehler signal unter den Maskierungsschwellenwert gebracht wird. Bei dem Verfahren der Zuordnung der Anzahl von Quantisierungsbits zu den jeweiligen kritischen Bändern besteht der Grund der Lokalisierung des größten NMR-Wertes, d. h. des Rauschanteils über dem Maskie rungsschwellenwert darin, daß aufgrund der Tatsache, daß ein derartiges Rauschen für das Ohr unangenehm ist, viele Quantisie rungsbits dem Teil zugeordnet werden, der das Quantisierungs rauschen klein macht, wodurch das Rauschen nicht hörbar wird.

Das obige Verfahren macht das Beste aus den verfügbaren Bits, während der hörbare Fehlereffekt so klein wie möglich gehalten wird. Seine Bit-Zuordnung macht jedoch einen zusätzli chen Arbeitsvorgang notwendig, nachdem die Relationsoperationen in einer gegebenen Anzahl (die Anzahl der zu verarbeitenden Bänder minus eins) zum Zuordnen jedes Bits wiederholt wurden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Signalgewicht unter Berücksichtigung des Eingangswertes berechnet wird, das in Abhängigkeit von den Verarbeitungsstufen für die Quantisierungsbitzuordnung und der Verteilung der minimalen Eingangssignalamplitude variabel ist, die zur Wahrnehmung durch das Ohr notwendig ist, und bei dem dann unter Verwendung des berechneten Gewichtes Quantisierungsbits in einem willkürlichen kritischen Band der Reihe nach nichtiterativ zugeordnet werden. Das Bit-Zuordnungsverfahren verringert die Kompliziertheit der Arbeitsvorgänge und Operationen, indem es nur den SMR-Wert berücksichtigt statt den NMR-Wert zu benutzen. Die Quantisierungsbits werden darüber hinaus der Reihe nach ausge hend vom höherfrequenten kritischen Band zugeordnet, was es erlaubt, viel mehr Bits den niedrigeren Bändern zuzuordnen.

Das Bit-Zuordnungsverfahren nach der vorliegenden Erfin dung läßt sich wie folgt zusammenfassen:

1. Es werden SMR-Werte bezüglich aller kritischen Bänder berechnet und es werden der kleinste Wert SMRmin und der Ge samtwert SMRtotal dieser Werte gebildet.
2. Von diesen SMR-Werten wird ein Signalgewicht pro Band gebildet, das dazu benutzt wird, die Anzahl an verfügbaren Bits vom Höchstfrequenzbereich mit der notwendigen Anzahl von Bits zu vergleichen. Wenn dieses Vergleichsergebnis eine gegebene Bedingung erfüllt, werden anschließend Bits dem entsprechenden Band zugeordnet.
3. Die Anzahl an verfügbaren Bits und die SMR-Werte der verbleibenden kritischen Bänder werden erneut berechnet und die Schritte 1 und 2 werden wiederholt bis alle verfügbaren Bits zugeordnet sind.

Im Schritt 1 wird SMRmin gebildet, um eine Versetzungs korrektur bezüglich des SMR-Wertes für jedes Band durchzufüh ren, indem für jedes Band der Wert SMRmin von dem SMR-Wert abgezogen wird. Die Versetzungskorrektur ist zur Genauigkeit bei der Gewichtsberechnung und für negative SMR-Werte erforder lich und der Wert SMRtotal ist gleichfalls bei der Gewichtsbe rechnung für jedes kritische Band notwendig.

Mit einer Gesamtanzahl von verfügbaren Bits, die durch das Datenkompressionsverhältnis bestimmt ist, ist die Anzahl der Quantisierungsbits, die einem willkürlichen Band i zugeordnet werden, durch die folgende Gleichung bestimmt:

BITi ist die Anzahl an Quantisierungsbits, die einem will kürlichen kritischen Band zugeordnet werden, BITtotal ist die Anzahl an Quantisierungsbits, die den kritischen Bändern zugeordnet werden können, die gleich dem willkürlichen kritischen Band sind oder unter dem willkürlichen kritischen Band liegen, SMRi ist der SMR-Wert eines willkürlichen kritischen Bandes, SMRmin ist der kleinste Wert unter den SMR-Werten der kriti schen Bänder, die gleich dem willkürlichen kritischen Band sind oder darunter liegen, SMRtotal ist der SMR-Gesamtwert der kritischen Bänder, die gleich dem willkürlichen kritischen Band sind oder darunter liegen und N ist die Anzahl der Bänder.

Es wird dabei ein korrigierter SMR-Wert (Zähler in Glei chung 4) aus SMRmin gebildet und durch den korrigierten Gesamt wert SMR (Nenner) dividiert, um den berechneten Gewichtswert des kritischen Bandes i zu erhalten, der versetzungskorrigiert ist. BITtotal wird in Abhängigkeit vom Gewichtswert teilweise der Anzahl der verfügbaren Bits BITi zugeordnet. Dann wird BITi mit der Anzahl der Bits verglichen, die zum Angeben der Quanti sierungsdaten notwendig sind. Diese Anzahl ist die Summe der Bit-Zahlen, die zusätzlich der Zuordnung der Quantisierungsbits zu den abgegriffenen Daten eines willkürlichen kritischen Bandes entsprechend benutzt werden, und ist gleich einem Nor mierungs- oder Skalierfaktor zuzüglich der kleinsten Anzahl an Bits, die für die Quantisierung benutzt werden. Wenn BITi nicht ausreicht, um die Quantisierungsdaten wiederzugeben, dann wird die Anzahl an Bits, die einem willkürlichen kritischen Band i zugeordnet werden, gleich null. Dieser Wert wir im folgenden Arbeitsvorgang verwandt.

Nachdem die Anzahl der Quantisierungsbits einem kritischen Band zugeordnet ist, werden die Gewichte der SMR-Werte für die restlichen kritischen Bänder erneut gebildet, so dass der Wert BITtotal, der durch die Bit-Zuordnung verändert wird, effizient benutzt werden kann. Eine gegebene Anzahl von Bits wird mit der Summe der SMR-Werte für die restlichen Bänder verglichen, was das Gewicht der SMR-Werte für das entsprechende Band bestimmt.

Das heißt mit anderen Worten, daß nach der Durchführung der Bit-Zuordnung in einem kritischen Band der SMR-Wert des unmittel bar vorhergehenden Bandes von dem Wert SMRtotal und von dem Wert der Anzahl der restlichen Bänder jeweils abgezogen wird, was dazu benutzt wird, die Gewichte zu berechnen und dadurch eine Gewichtung auf der Grundlage der restlichen Bänder erlaubt.

BITRtotal = BITtotal - BITi (5)

Wenn dabei jedes kritische Band verarbeitet ist, sollte im Hinblick auf die Grundeigenschaften eines Signals berücksichtigt werden, daß viele Signale in den niedrigeren Frequenzbändern und wenige Signale in den höheren Frequenzbändern verteilt sind. Am Anfang der Zuordnung von Bits von den niedrigeren Frequenzbändern wird der Skalier- oder Normierungsfaktor für höherfrequente Bänder, die im wesentlichen keine Information tragen, gleichzei tig bei der Verarbeitung jedes kritischen Bandes berücksichtigt. Zum Zeitpunkt der gesamten Bit-Zuordnung versteht es sich somit, daß ein solches Verfahren kein wirksamer Weg ist, eine gegebene Anzahl von Bits zu nutzen, so daß Bits für nichtbenutzte Normierungs- oder Skalierfaktoren dann verwandt werden, wenn Bits den höheren Bändern zugeordnet werden. Das erfindungsgemäße Kodierverfahren verwendet daher eine Verarbeitungsreihenfolge, bei der die höherfrequenten Teile zuerst verarbeitet werden, wodurch unnötige Teile vor der Kodierung eliminiert werden, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Bit-Zuordnung führt.

Wie es in der folgenden Gleichung 6 dargestellt ist, werden viel mehr Bits einem bestimmten Frequenzband zugeordnet, indem der multiplizierte Wert der benutzten Anzahl der erforderlichen Bits und das Gewicht Wi jedes Bandes als neuer Wert NEEDBITnew vorgegeben werden, der für den Vergleich benutzt wird:

NEEDBITnew = WixNEEDBIT = Wix(S+BITmin) (6)

Dabei ist S der Normierungs- oder Skalierfaktor.

Indem der Wert Wi kleingemacht wird, können viel mehr Bits den höheren Bändern zugeordnet werden, was die gleiche Wirkung der Verstärkung des Signals des hochfrequenten Anteils wie eine Vorverstärkung hat, die für die Sprachverarbeitung verwandt wird. Das heißt, daß eine Vorverstärkung durch diese Einstellung des Bandgewichtes (des Wi-Wertes) bewirkt werden kann.

Wie es oben beschrieben wurde, werden bei dem erfindungs gemäßen Kodierverfahren Quantisierungsbits der Reihe nach von den höherfrequenten Bändern zu den niederfrequenten Bändern zugeord net, wodurch ein nichtiterativer Arbeitsablauf ermöglicht wird, der die Anzahl der Arbeitsvorgänge verringert. Bei dem erfin dungsgemäßen Kodierverfahren wird weiterhin die Anzahl der Quantisierungsbits, die zuzuordnen sind, dadurch gebildet, daß das Signal-Masken-Verhältnis beim Zuordnen von Quantisierungsbits zu einem kritischen Band und nicht das Rausch-Masken-Verhältnis benutzt wird, was den Arbeitsablauf weiter vereinfacht. Da weiterhin das erfindungsgemäße Kodierverfahren ein charak teristisches Gewicht für jedes kritische Band liefert, ist es möglich, ein bestimmtes Band zu verstärken und eine Vorverstärkung durchzuführen.

Claims

1. Verfahren zum Kodieren eines Tonsignals, welches die folgenden Schritte umfasst:
Abtasten eines Zeitbereichstonsignals,
Umwandeln des abgetasteten Tonsignals in ein Frequenzbe reichssignal, das in eine Vielzahl von kritischen Bändern unterteilt ist,
Zuordnen zu jedem kritischen Band die Anzahl von Quanti sierungsbits, die es erlaubt, dass der MMR-Wert für das ent sprechende kritische Band ein Minimum hat, und
Quantisieren des Frequenzbereichssignals durch die zuge ordnete Anzahl von Quantisierungsbits, wobei
die Anzahl an Quantisierungsbits durch ein Gewicht festge legt wird, welches aus dem kritischen Band und den Bändern gleich dem kritischen Band oder den frequenzmäßig niedriger, das heißt darunter liegenden Bändern bestimmt wird,
und im Quantisierungsschritt die Quantisierungsbits den kritischen Bänder in der Reihenfolge vom kritischen Band mit der höchsten Frequenz zum kritischen Band mit der niedrigsten Frequenz zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gewicht eines kritischen Bandes aus den Signalmaskie rungsschwellenwertverhältniss SMR des kritischen Bandes und der Bänder bestimmt, die unter dem kritischen Band liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Quantisierungsbits, die einem kritischen Band zugeordnet werden, durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
wobei BIT_i die Anzahl an Quantisierungsbits ist, die dem kritischen Band i zugeordnet werden, BIT_total die Anzahl an Quantisie rungsbits ist, die den gesamten Bändern unterhalb oder gleich dem kritischen Band zugeordnet werden können, SMR_i der SMR-Wert des kritischen Bandes i ist, SMR_min der kleinste SMR-Wert von den Bändern unterhalb oder gleich dem kritischen Bandes i ist und SMR_total die Summe der SMR-Werte von den Bändern unterhalb oder gleich dem kritischen Band i ist, und N die Anzahl der Bänder bezeichnet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Quantisierungsbits, die einem willkürlichen kritischen Band zugeordnet werden, mit der neuen Anzahl an benötigten Bits NEEDBITnew verglichen wird, die durch die folgende Gleichung bestimmt ist, die Anzahl an Quantisierungs bits dem entsprechenden Band zugeordnet wird, wenn die Quanti sierungsbitzahl größer oder gleich der neuen Anzahl von benö tigten Bits ist, und die Anzahl an Quantisierungsbits nicht dem entsprechenden kritischen Band zugeordnet wird, wenn die Quan tisierungsbitzahl kleiner als die neue Anzahl von benötigten Bits ist:
NEEDBITnew = WixNEEDBIT = Wi(S+BITmin),
wobei Wi das charakteristische Gewicht eines kritischen Bandes ist, NEEDBIT die Anzahl an verwendeten Bits ist, BIT_min die kleinste Anzahl von Bits bezeichnet, die für die Quantisierung benutzt wird, und S ein Normierungs- oder Skalierungsfaktor ist.