DE69510147T2

DE69510147T2 - Perzeptueller Teilbandkodierer

Info

Publication number: DE69510147T2
Application number: DE69510147T
Authority: DE
Inventors: Hideto Takano
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: EP0703677A2; EP0703677B1; JPH0895598A; DE69510147D1; EP0703677A3; JP2778482B2; US5588024A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Frequenzteilband-Codiervorrichtung und insbesondere eine Frequenzteilband-Codiervorrichtung, wobei Überdeckungspegel für Einzelfrequenzteilbänder aus einem digitalen Audiosignal beruhend auf einem psychoakustischen Modell berechnet werden, und Signalpegel der Einzelfrequenzteilbänder aus Abtastwerten der Einzelfreguenzteilbänder ermittelt werden, und dann Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisse, die Verhältnisse der Signalpegel und der Überdeckungspegel sind, für die Einzelfrequenzteilbänder berechnet werden, und Bitzuordnungsbeträge für die Einzelfrequenzteilbänder aus dem Signal/Überdeckungspegel-Verhältnissen bestimmt werden, wonach Abtastwerte der Einzelfrequenzteilbänder mit Quantisierungsschrittzahlen quantisiert werden, die aus den Bitzuordnungsbeträgen bestimmt werden.
Als Beispiel einer herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung wird eine Frequenzteilband-Codiervorrichtung in den ISO/IEC 11172-3-Normen beschrieben (die im folgenden als "MPEG/- Audiosystem"), Schicht 1 bezeichnet wird.
Fig. 5 zeigt im Blockschaltbild die herkömmliche Frequenzteilband-Codiervorrichtung. Bezugnehmend auf Fig. 5 weist die Frequenzteilband-Codiervorrichtung auf: einen Teilbandfilter 1, eine Skalierungsfaktor-Bestimmungseinrichtung 2, eine Quantisierungseinrichtung 3, einen SMR-Rechner 4 zum Ausgeben für jedes der Frequenzteilbänder eines Signal/Überdeckungspegel- Verhältnisses (das im folgenden als SMR bezeichnet wird), das ein Verhältnis zwischen einem Signalpegel des Freguenzteilbandes und einem Überdeckungspegel für das Frequenzteilband beru hend auf einem psychoakustischen Modell ist, einen Bitzuordner 15 zum Bestimmen eines Bitzuordnungsbetrages und einen Multiplexer 6.
Der Teilbandfilter 1 gibt Werte eines PCM- (Pulscodemodulations-) Signals 7 aus, das in 32 Frequenzteilbänder unterteilt ist. Die Abtastfrequenz des Ausgangssignals des PCM-Signals 7 ist gleich 1/32 der Abtastfrequenz des PCM-Signals 7. Die Skalierungsfaktor-Bestimmungseinrichtung 2 bestimmt aus einem Ausgangswert jedes der Frequenzteilbänder des Teilbandfilters 1 einen Skalierungsfaktor und gibt ihn zur Verwendung aus, um eine Normierung für alle 12 Abtastwerte des Frequenzteilbandes durchzuführen. Der SMR-Rechner 4 berechnet einen Überdeckungspegel für jedes der Einzelfrequenzteilbänder aus dem PCM- Signal 7 beruhend auf einem psychoakustischen Modell, berechnet einen Signalpegel aus Abtastwerten für jedes der Frequenzteilbänder und den entsprechenden Skalierungsfaktor, und berechnet für jedes Frequenzteilband ein Verhältnis (SMR) zwischen dem Signalpegel und dem Überdeckungspegel, das ein Verhältnis zwischen den beiden Pegeln ist, und gibt es aus. Der Bitzuordner 15 bestimmt einen Bitzuordnungsbetrag für jedes der Frequenzteilbänder aus dem SMR des Frequenzteilbandes. Die Quantisierungseinrichtung 3 quantisiert mit dem Bitzuordnungsbetrag und dem Skalierungsfaktor für jedes der Frequenzteilbänder Abtastwerte des Frequenzteilbandes und gibt die so quantisierten Abtastwerte aus. Der Multiplexer 6 multiplext die Bitzuordnungsinformation aus dem Bitzuordner 15, die Skalierungsfaktoren aus der Skalierungsfaktor-Bestimmungseinrichtung 2 und die quantisierten Werte aus der Quantisierungseinrichtung 3 und gibt einen Bitstrom 8 aus.
Die Anzahl der in einem Rahmen des "MPEG/Audio Schicht 1-" Systems enthaltenen Bits hängt von den Werten der Bitrate und der Abtastfrequenz ab. Als Beispiel beträgt gemäß den oben erwähnten Normen, wenn die Bitrate 192 kbps beträgt und die Abtastfrequenz 48 kHz beträgt, die Anzahl der Bits eines Rahmen 1536 Bit.
Die Struktur eines Rahmens des "MPEG/Audio Schicht 1-" Systems weist zum Beispiel, wie in Fig. 6 gezeigt, Faktoren eines Kopfes, einen CRC (zyklischen Redundanzcode), eine Bitzuordnung, einen Skalierungsfaktor, einen Abtastwert und ein Zusatzbit auf.
Der Kopf weist normalerweise 32 Bit auf, und die Bitzuordnung benötigt 4 Bit für jedes Frequenzteilband und benötigt insgesamt 128 (4 · 32) Bit/Kanal. Die anderen Faktoren variieren abhängig von den Bedingungen. Der Kopf weist ein Bit auf, das repräsentiert, ob ein CRC vorhanden ist oder nicht. Wenn ein CRC vorhanden ist, werden 16 Bit für den CRC benötigt. Der Skalierungsfaktor benötigt, wenn die Bitzuordnung zu jedem Frequenzteilband nicht gleich 0 ist, 6 Bit für jedes Frequenzteilband. Der Abtastwert benötigt, wenn die Bitzuordnung zu jedem Frequenzteilband nicht gleich 0 ist, 12 Bit für jedes einzelne Bit der Bitzuordnung. Das Zusatzbit weist ein Bit auf, das durch eine Zahl geliefert wird, die gleich der verbleibenden Zahl ist, wenn eine Gesamtzahl von oben erwähnten Bits von einer Gesamtbitzahl eines Rahmens subtrahiert wird.
Eine Maximalbitzahl, die durch die Bitzuordnungsverarbeitung zugeordnet wird, weist einen Maximalwert auf, wenn das Zusatzbit nicht absichtlich ohne ein CRC zugeordnet wird. Die Gesamtbitzahl des Skalierungsfaktors und der Abtastwert, der eine zuordbare Bitzahl eines Rahmens im vorher erwähnten Fall ist, wobei die Bitrate 192 kbps und die Abtastfrequenz 48 kHz beträgt, beträgt 1376 (1536 - (32 + 128)) Bit.
Die Beziehung zwischen der zugeordneten Bitzahl für jedes der Frequenzteilbänder und der Rauschabstand (S/N-Verhältnis), der von der zugeordneten Bitzahl abhängt, ist in Fig. 7 dargestellt. Die Bitzahlen, die dem Frequenzteilbandbereich zugeordnet werden, liegen zwischen 0 und 15 Bit, mit der Ausnahme von einem Bit (in Fig. 7 nicht gezeigt).
Fig. 8 ist ein Ablaufplan, der die Bitzuordnungsverarbeitung der in Fig. 5 gezeigten herkömmlichen Frequenzteilband- Codiervorrichtung darstellt. Während das MPEG/Audiosystem eine Codierung von bis zu 2 Kanälen gestattet, wird hier eine Beschreibung der Bitzuordnungsverarbeitung für einen Kanal gegeben. Bei Schritt P1 wird ein Freguenzteilband, das ein maximales SMR unter SMR-werten der 32 Frequenzteilbänder aufweist, ermittelt, und die zugeordnete Bitzahl des Frequenzteilbandes wird um einen Schritt erhöht (Fig. 7) und gemäß der so erhöhten Bitzahl wird eine neue SMR ermittelt. Wenn Bits anfangs dem Frequenzteilband zugeordnet werden (wenn 2 Bit dem Frequenzteilband zugeordnet werden, dem 0 Bit in Fig. 5 zugeordnet worden sind), werden im Gesamtbetrag 30 Bit zugeordnet, die 6 Bit, die dem Skalierungsfaktor zugeordnet werden, und 24 Bit, die dem Abtastwert zugeordnet werden (2 · 12 = 24, da das Audiosignal in 12 Abtastwerte hinsichtlich der Zeitbasis in einem Rahmen unterteilt), aufweisen. Als Ergebnis wird dann, wenn die so zugeordnete Bitzahl gleich 15 Bit wird (maximale Bitzahl in Fig. 7), die ein Grenzwert sind, das Frequenzteilband aus dem Gegenstand der Vergleichsverarbeitung der SMR entfernt, so daß später keine Zuordnungsverarbeitung mit dem Frequenzteilband stattfinden kann. Wenn Bits irgendeinem Frequenzteilband zugeordnet werden sollen, dem Bits (zwei oder mehr Bit) schon zugeordnet worden sind, werden nur 12 Bit (1 · 12) dem Abtastwert zugeordnet. Die so zugeordnete Bitzahl wird von der zuordbaren Bitzahl subtrahiert.
Bei Schritt P2 wird unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 30 ist oder nicht, und wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 30 ist, dann kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt P1 zurück. Im Gegensatz dazu rückt, wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 30 ist, der Steuerungsablauf zu Schritt P3 vor. Bei Schritt P3 wird unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl kleiner als 12 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 12 ist, dann wird die Verarbeitung beendet. Wenn jedoch die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 12 ist, dann rückt der Steuerungsablauf zu Schritt P4 vor. Bei Schritt P4 werden Frequenzteilbänder, denen keine Bits zugeordnet worden sind, aus dem Gegenstand der Vergleichsverarbeitung der SMR entfernt, so daß keine Zuordnungsverarbeitung mit den Frequenzteilbändern stattfinden kann.
Dann wird bei Schritt PS ein Frequenzteilband ermittelt, das eine maximales SMR unter den SMR-Werten der 32 Frequenzteilbänder aufweist, und die zugeordnete Bitzahl des Frequenzteilbandes wird um einen Schritt erhöht. Als Ergebnis wird dann, wenn die zugeordnete Bitzahl gleich 15 wird, was der Grenzwert ist, das Frequenzteilband aus dem Gegenstand der Vergleichsverarbeitung der SMR entfernt, so daß danach keine Zuordnungsverarbeitung mit dem Frequenzteilband stattfinden kann. Ferner wird die zugeordnete Bitzahl von der zuordbaren Bitzahl abgezogen. Dann wird bei Schritt P6 unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 12 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 12 ist, dann kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt PS zurück. Wenn jedoch die zuordbare Bitzahl kleiner als 12 ist, dann wird die Verarbeitung beendet.
Es ist eine Vergleichsverarbeitung zur Wiederholung einer festen Anzahl von Verarbeitungsoperationen in jeder der Verar beitungsoperationen bei den Schritten P1, P4 und PS enthalten. Eine solche Verarbeitung kann vermindert werden, indem ein gleicher Prozeß hintereinander durch eine notwendige Anzahl von Malen dargestellt wird. Daher sind die Anzahlen von Malen der Vergleichsverarbeitungsoperationen bei den einzelnen Verarbeitungsoperationen mit Ausnahme wiederholter Verarbeitungsoperationen der festen Anzahlen so, wie in Fig. 9 dargestellt.
Die Bedingung, wobei der oben beschriebene Bitzuordnungsverarbeitungbetrag einen Maximalwert aufweist, tritt auf, wobei die Anzahl der Wiederholungen von Schritt P1 bis Schritt P2 einen Maximalwert aufweist. Dies weil, da die Bitzuordnung einseitig an einem bestimmten Frequenzteilband erfolgt, die Bitzahl des Skalierungsfaktors vermindert wird, während die Bitzahl des Abtastwertes erhöht wird, und folglich die Verarbeitungshäufigkeit von Schritt P1 zu Schritt P2 einen Maximalwert aufweist. Im oben beschriebenen Fall, wobei die Bitrate 192 kbps beträgt und die Abtastfrequenz 48 kHz beträgt, weist die Wiederholungsanszahl einen Maximalwert auf, wenn 14 Bit den Frequenzteilbändern 0 bis 5 zugeordnet werden, 13 Bit den Frequenzteilbändern 6 bis 7 zugeordnet werden und 0 Bit den anderen Frequenzteilbändern zugeordnet werden.
Als Beispiel, das eine solche, wie oben beschriebene Bitzuordnung aufweist, werden in solchen SMR-Werten, wie in Fig. 10 dargestellt, die Verarbeitungsoperationen von Schritt P1 bis Schritt P2 wiederholt 101 mal ausgeführt, und die Verarbeitungsoperationen von Schritt PS bis Schritt P6 werden einmal ausgeführt. Als Ergebnis findet eine Vergleichsverarbeitung insgesamt 3501 mal statt. Der Bitzuordner 15, der eine wie oben in der herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung der Fig. 5 beschriebene Bitzuordnungsverarbeitung ausführt, wird zum Beispiel unter Verwendung eines Mikroprozessors realisiert.
In der oben beschriebenen herkömmlichen Frequenzteilband- Codiervorrichtung weist die Verarbeitung des Bitzuordners eine große Anzahl von Vergleichsverarbeitungsoperationen auf. Daher ist die herkömmliche Frequenzteilband-Codiervorrichtung darin nachteilig, daß, um ein Audiosignal auf der vorherbestimmten Echtzeitgrundlage zu kodieren, ein Mikroprozessor und andere Hardwareelemente notwendig sind, die eine hohe Verarbeitungskapazität aufweisen, und sehr hohe Kosten für die Vorrichtung erforderlich sind.
EP-A-0578063 (NEC Corporation) offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuordnen von Quantisierungsbitzahlen zu mehreren Frequenzbandsignalen, in die ein Eingangssignal aufgeteilt ist. Insbesondere weist das Verfahren auf: Auswählen, als ein ausgewähltes Teilbandsignal, eines der Frequenzbandsignale, das ein Maximum eines Verhältnisses eines maximalen Signalpegels zu einem Überdeckungspegel aufweist; Zuordnen zu dem ausgewählten Teilbandsignal, als eine primäre vorläufige Bitzahl, eine maximale Quantisierungsbitzahl, die dem ausgewählten Teilbandsignal zuordbar ist; Berechnen eines primären Überdeckung/Rausch-Verhältnisses des ausgewählten Teilbandsignals; Erhöhen nacheinander von Null alle vorübergehenden Bitzahlen, die vorübergehend anderen Teilbandsignalen der Frequenzbandsignale zugeordnet werden, unterdessen Berechnen sekundärer Überdeckung/Rausch-Verhältnisse der anderen Teilbandsignale, jedesmal, wenn die vorübergehenden Bitzahlen um eins erhöht werden; Zuordnen der vorübergehenden Bitzahlen zu den anderen Teilbandsignalen als sekundäre vorläufige Bitzahlen, wenn die sekundären Überdeckung/Rausch-Verhältnisse einzeln das primäre Überdeckung/Rausch-Verhältnis überschreiten; Aufsummieren der primären und der sekundären vorläufige Bitzahlen zu einer Summe; Vergleichen der Summe mit einem Gesamtbetrag von Quan tisierungsbitzahlen, die dem Frequenzbandsignalen zuordbar sind; und Verwenden der primären und der sekundären vorläufigen Bitzahlen gemeinsam als die optimalen Quantisierungsbitzahlen, wenn die Summe den Gesamtbetrag der Quantisierungsbitzahlen nicht überschreitet, die den Frequenzbandsignalen zuordbar sind.
Erfindungsgemäß wird eine Frequenzteilband-Codiervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Teilbandfilter zum Unterteilen eines digitalen Audiosignals in mehrere Frequenzteilbänder, einem Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisrechner zum Berechnen von Überdeckungspegeln für die Einzelfrequenzteilbänder aus dem digitalen Audiosignal beruhend auf einem psychoakustischen Modell, Ermitteln von Signalpegeln der Einzelfrequenzteilbänder aus Abtastwerten der Frequenzteilbänder und Ausgeben von Signal/Überdeckungspegel-Verhältnissen, die Verhältnisse zwischen den Signalpegeln und den Überdeckungspegeln für die Einzelfrequenzteilbänder sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist: einen Bitzuordner zum Bestimmen eines Referenz-Rausch-Überdeckungspegel-Verhältnisses NMR, das ein Wert ist, der durch Subtrahieren, von einem Signal/Überdeckungspegel-Verhältnis des gesamten Frequenzbandes, eines Rauschabstandes erhalten wird, der aus einer Referenzbitzahl berechnet wird, die dem Frequenzteilband zugeordnet werden soll, das ein maximales Signal/Überdeckungspegel-Verhältnis aufweist, und Einstellen der Referenz-NMR, um eine Bitzuordnung durchzuführen, und eine Quantisierungseinrichtung zum Quantisieren von Abtastwerten der Einzelfrequenzteilbänder mit Quantisierungsschrittzahlen, die aus Bitzuordnungsbeträgen zu den Einzelfrequenzteilbändern berechnet werden. Der Bitzuordner ordnet vorübergehend jenen der Frequenzteilbänder, die höhere Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisse als die Referenz-NMR aufweisen, Bitzahlen zu, die Differenzen zwischen den Signal/- Überdeckungspegel-Verhältnissen und dem Referenz-NMR entsprechen, und stellt dann das Referenz-NMR ein, um wiederholt eine Bitzuordnung durchzuführen, bis die verbleibende Bitzahl nach der vorübergehenden Bitzuordnung einen minimalen Wert aufweist.
In der Freguenzteilband-Codiervorrichtung wird ein Referenz-NMR aus einem maximalen SMR und einer Referenzbitzahl berechnet, und wird eine vorübergehende Bitzuordnung beruhend auf dem Referenz-NMR durchgeführt. Dann wird durch Einstellen des Referenz-NMR eine vorübergehende Bitzuordnung durchgeführt, bis eine zulässige Bitzahl auf einen minimalen Wert vermindert wird. Danach wird eine Zuordnungsverarbeitung einer verbleibenden Bitzahl oder Freigabeverarbeitung einer unzureichenden Bitzahl durchgeführt. Durch diesen Prozeß kann die Anzahl der Vergleichsverarbeitungsoperationen in der Bitzuordnungsverarbeitung verglichen mit jener vermindert werden, die bei der herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung erforderlich ist. Gemäß einer bevorzugten Form kann die Anzahl der Vergleichsverarbeitungsoperationen von 3501 mit der herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung auf 272 mit der erfindungsgemäßen Frequenzteilband-Codiervorrichtung verringert werden. Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offenbar werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in der gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Frequenzteilband-Codiervorrichtung, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2(a) und 2(b) sind Ablaufpläne, die die Bitzuordnungs verarbeitung der Frequenzteilband-Codiervorrichtung der Fig. 1 darstellen;
Fig. 3 ist ein Ablaufplan, der die vorübergehende Bitzuordnungsverarbeitung der Frequenzteilband-Codiervorrichtung der Fig. 1 darstellt;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die die Vergleichsoperationsausmaße an einzelnen Operationsschritten in der Bitzuordnungsverarbeitung der Frequenzteilband-Codiervorrichtung der Fig. 1 darstellt;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine herkömmliche Frequenzteilband-Codiervorrichtung zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur eines Rahmens des MPEG/Audio-Schicht-1-Systems zeigt;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen der zugeordneten Bitzahl und dem S/N-Verhältnis darstellt;
Fig. 8 ist ein Ablaufplan, der die herkömmliche Bitzuordnungsverarbeitung darstellt;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die die Vergleichsoperationsausmaße an einzelnen Operationsschritten in der herkömmlichen Bitzuordnungsverarbeitung darstellt, die in Fig. 8 dargestellt wird; und
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel von SMR-Werten für Einzelfrequenzteilbänder darstellt, wenn das Vergleichsoperationsverarbeitungsausmaß in der in Fig. 8 dargestellten herkömmlichen Bitzuordnungsverarbeitung einen Maximalwert aufweist.
Zuerst auf Fig. 1 bezugnehmend, wird eine Frequenzteilband- Codiervorrichtung gezeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die Frequenzteilband-Codiervorrichtung weist ähnlich zu der vorhergehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 be schriebenen herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung auf: einen Teilbandfilter 1, eine Skalierungsfaktor-Bestimmungseinrichtung 2, eine Quantisierungseinrichtung 3, einen SMR-Rechner 4 zum Ausgeben für jedes der Frequenzteilbänder eines Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisses (SMR), das ein Verhältnis zwischen einem Signalpegel des Frequenzteilbandes und einem Überdeckungspegel für das Frequenzteilband beruhend auf einem psychoakustischen Modell ist, einen Bitzuordner 5 zum Bestimmen eines Bitzuordnungsbetrages und einen Multiplexer 6. Die vorliegende Frequenzteilband-Codiervorrichtung unterscheidet sich von der herkömmlichen Frequenzteilband-Codiervorrichtung der Fig. 5 nur dadurch, daß der Bitzuordner 5 in einer Weise arbeitet, die sich von jener des Bitzuordners 15 unterscheidet. Daher wird im folgenden nur der Betrieb des Bitzuordners 5 detailliert beschrieben.
Eine Prozedur der Bitzuordnungsverarbeitung des Bitzuordner 5 wird in den Fig. 2(a), 2(b) und 3 dargestellt. Zunächst auf Fig. 2(a) bezugnehmend, wird zuerst bei Schritt S1 ein Frequenzteilband, das ein maximales Signal/Überdeckungspegel-Verhältnis (SMR) aufweist, unter 32 Frequenzteilbändern ermittelt. Ein Wert, der durch Subtrahieren von der maximalen SMR eines S/- N-Verhältnisses erhalten wird, das einer Zahl von Bits entspricht (Referenzbitzahl), das dem Frequenzteilband zugeordnet werden soll, das das maximales SMR aufweist, wird als Referenz- NMR bestimmt. Bei Schritt S2 werden jenen Frequenzteilbändern, deren SMR höher als das Referenz-NMR ist, Bitzahlen, die den Differenzen der SMR-Werte vom Referenz-NMR entsprechen, vorübergehend zugeordnet.
Details der vorübergehenden Zuordnungsverarbeitung werden in Fig. 3 dargestellt. Bezugnehmend auf Fig. 3, wird zunächst bei Schritt S201, "0" in eine Variable SB eingesetzt, und wird dann bei Schritt S202 eine vorübergehende Zuordnungsbitzahl aus der Differenz eines SMR, das der Variable SB entspricht, aus dem Referenz-NMR bestimmt. Auf eine solche Bestimmung der Zuordnungsbitzahl hin, wird einer von 16 unterschiedlichen Bitzuordnungspegeln beruhend auf der Beziehung zwischen dem S/N- Verhältnis und der in Fig. 7 dargestellten Bitzahl ausgewählt. Folglich kann durch Einsetzen der vorliegenden Suchtechnik eine zugeordnete Bitzahl durch fünf Vergleichsverarbeitungsoperationen bestimmt werden. Bei Schritt S203 wird einen verwendete Bitzahl, die aus der so bestimmten Bitzahl bestimmt wird, von einer zuordbaren Bitzahl subtrahiert, und wird ein SMR, das aus der zugeordneten Bitzahl bestimmt wird, von dem SMR des Frequenzteilbandes abgezogen. Dann wird bei Schritt S204 die Variable SB um eins erhöht, und wird dann bei Schritt S205 unterschieden, ob die Variable SB gleich 32 ist oder nicht. Wenn die Variable SB nicht gleich 32 ist, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S202 zurück, aber wenn die Variable SB gleich 32 ist, dann wird die vorübergehende Zuordnungsverarbeitung der Fig. 3 beendet und der Steuerungsablauf kehrt zur Ursprungsroutine zurück.
Zurück auf Fig. 2(a) bezugnehmend, wird bei Schritt S3 eine verbleibende Bitzahl in eine Variable NEW eingesetzt. Dann wird bei Schritt S4 unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl nach einer solchen Bitzuordnung, wie oben beschrieben, kleiner als 0 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 0 ist, rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S5, wenn jedoch die zuordbare Bitzahl kleiner als 0 ist, rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S9. Bei Schritt S5 wird unterschieden, ob die Referenzbitzahl gleich 14 ist oder nicht, die um eins kleiner als eine maximal zuordbare Bitzahl ist. Wenn die Referenzbitzahl 14 ist, wird die vorübergehende Zuordnungsver arbeitung beendet und der Steuerungsablauf rückt zu Schritt S15 vor, der in Fig. 2 (b) dargestellt wird. Im Gegensatz dazu rückt, wenn die Referenzbitzahl bei Schritt S5 nicht gleich 14 ist, der Steuerungsablauf vor zu Schritt S6, bei dem die Referenzbitzahl um einen Schritt erhöht wird und das Referenz-NMR erneut berechnet wird, und wird dann eine vorübergehende Bitzuordnung durchgeführt. Dann wird bei Schritt S7 die Variable NEW in eine weitere Variable OLD eingesetzt und die zuordbare Bitzahl wird in die Variable NEW eingesetzt. Bei Schritt S8 wird unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl größer als 0 ist. Wenn die zuordbare Bitzahl größer als 0 ist, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S5 zurück, andernfalls jedoch rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S13 vor.
Andererseits wird bei Schritt S9 unterschieden, ob die Referenzbitzahl gleich 2 ist oder nicht, einen Schritt vor dem nichtzugeordneten Zustand. Wenn die Referenzbitzahl gleich 2 ist, dann wird die vorübergehenden Zuordnungsverarbeitung beendet und der Steuerungsablauf rückt zu Schritt S15 der Fig. 2(b) vor. Wenn die Referenzbitzahl bei Schritt S9 nicht gleich 2 ist, dann rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S10, bei dem die Referenzbitzahl um einen Schritt erniedrigt wird und die Referenz-NMR erneut berechnet wird, und wird dann eine Bitfreigabe durchgeführt. Dann wird bei Schritt S11 die freigegebene Bitzahl zu der zuordbaren Bitzahl addiert, und wird bei Schritt S12 unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 0 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 0 ist, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S9 zurück, rückt jedoch im Gegensatz dazu, wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 0 ist, der Steuerungsablauf zu Schritt S13 vor. Bei Schritt S13, werden die Variable OLD und ein Absolutwert der Variablen NEW miteinander verglichen, und wenn der Absolutwert der Variablen NEW größer ist, dann wird die Variable OLD in die verbleibende Bitzahl eingesetzt und auch die Bitzuordnungsinformation wird auf den Wert der Variablen OLD zurückgestellt. Danach rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S15 der Fig. 2(b) vor.
Nun auf Fig. 2(b) bezugnehmend, wird bei Schritt S15 die verbleibende Bitzahl überprüft. Wenn die verbleibende Bitzahl kleiner als 0 ist, dann rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S16, wenn jedoch die verbleibende Bitzahl gleich oder größer als 0 ist, rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S19. Bei Schritt S16 werden jene Frequenzteilbänder, denen noch keine Bits zugeordnet worden sind, aus dem Gegenstand der Vergleichsverarbeitung des SMR entfernt. Dann wird bei Schritt S17 ein Frequenzteilband, das ein minimales SMR aufweist, ermittelt, und die zugeordnete Bitzahl des Frequenzteilbandes wird um einen Schritt erniedrigt. Anschließend wird bei Schritt S18 unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl kleiner als 0 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 0 ist, dann kehrt der Steuerungsablauf zurück zu Schritt S17, aber wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 0 ist, dann rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S21 vor.
Andererseits wird bei Schritt 19 unterschieden, ob die zuordbare Bitzahl kleiner als 30 ist. Wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 30 ist, rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S21 vor, wenn jedoch die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 30 ist, rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S20 vor. Bei Schritt S20 wird ein Frequenzteilband, das ein maximales SMR aufweist, ermittelt, und die zugeordnete Bitzahl des Frequenzteilbandes wird um einen Schritt erhöht, wonach der Steuerungsablauf zu Schritt S19 zurückkehrt.
Bei Schritt S21 wird unterschieden, ob die zuordbare Bit zahl kleiner als 12 ist oder nicht. Wenn die zuordbare Bitzahl kleiner als 12 ist, dann wird die Verarbeitung beendet. Im Gegensatz dazu rückt dann, wenn die zuordbare Bitzahl gleich oder größer als 12 ist, der Steuerungsablauf zu Schritt S22 vor, bei dem jene Frequenzteilbänder, denen noch keine Bits zugeordnet worden sind, aus dem Gegenstand der Vergleichsverarbeitung des SMR entfernt werden. Dann wird bei Schritt S23 ein Frequenzteilband, das ein maximales SMR aufweist, ermittelt, und die zugeordnete Bitzahl des Freguenzteilbandes wird um einen Schritt erhöht. Anschließend wird bei Schritt S24 unterschieden, ob die verbleibende Bitzahl kleiner als 12 ist oder nicht. Wenn die verbleibende Bitzahl kleiner als 12 ist, dann wird die Verarbeitung beendet, jedoch kehrt im Gegensatz dazu dann, wenn die verbleibende Bitzahl gleich oder größer als 12 ist, der Steuerungsablauf zu Schritt S23 zurück.
Fig. 4 stellt Vergleichsoperationsanzahlen dar, die Vergleichsverarbeitungsausmaße der verschiedenen Verarbeitungsoperationen in der vorliegenden Ausführungsform sind. Die Vergleichsoperationsanzahlen in der vorliegenden Ausführungsform werden im Zustand berechnet, in dem das Vergleichsberechnungsausmaß durch die herkömmliche Frequenzteilband-Codiervorrichtung einen Maximalwert aufweist. Hier wird die Referenzbitzahl so gewählt, daß sie 9 Bit beträgt. Vom Schritt S4 rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S5 vor, und die Verarbeitungsoperationen an den Schritten S5 bis S8 werden fünfmal wiederholt. Vom Schritt S15 rückt der Steuerungsablauf vor zu Schritt S19, und vom Schritt S19 rückt der Steuerungsablauf zu Schritt S20 vor. Dann, wenn der Steuerungsablauf zu Schritt S19 zum dritten Mal vorrückt, rückt der Steuerungsablauf von Schritt S19 zum Schritt S21 vor, von dem der Steuerungsablauf zu einem Ende kommt. Folglich beträgt die Gesamtzahl der Vergleichoperationen 272. Unterdessen ist das Ergebnis der Bitzuordnungsverarbeitung dasselbe, wie jenes, das durch die herkömmliche Frequenzteilband-Codiervorrichtung erhalten wird.

Claims

1. Frequenzteilband-Codiervorrichtung mit einem Teilbandfilter (1) zum Unterteilen eines digitalen Audiosignals (7) in mehrere Frequenzteilbänder;

einem Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisrechner (4) zum Berechnen von Überdeckungspegeln für die Einzelfrequenzteilbänder aus dem digitalen Audiosignal (7) beruhend auf einem psychoakustischen Modell, Ermitteln von Signalpegeln der Einzelfrequenzteilbänder aus Abtastwerten der Frequenzteilbänder und Ausgeben von Signal/Überdeckungspegel-Verhältnissen, die Verhältnisse zwischen den Signalpegeln und den Überdeckungspegeln für die Einzelfrequenzteilbänder sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist:

einen Bitzuordner (5) zum Bestimmen eines Referenz-Rausch- Überdeckungspegel-Verhältnisses NMR, das ein Wert ist, der durch Subtrahieren, von einem Signal/Überdeckungspegel-Verhältnis des gesamten Frequenzbandes, eines Rauschabstandes erhalten wird, der aus einer Referenzbitzahl berechnet wird, die dem Frequenzteilband zugeordnet werden soll, das ein maximales Signal/Überdeckungspegel-Verhältnis aufweist, und Einstellen des Referenz-NMR, um eine Bitzuordnung durchzuführen; und

eine Quantisierungseinrichtung (3) zum Quantisieren von Abtastwerten der Einzelfrequenzteilbänder mit Quantisierungsschrittzahlen, die aus den Bitzuordnungsbeträgen der Einzelfrequenzteilbänder berechnet werden.

2. Frequenzteilband-Codiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bitzuordner (5) vorübergehend jenen der Frequenzteilbänder, die höhere Signal/Überdeckungspegel-Verhältnisse als die Referenz-NMR aufweisen, Bitzahlen zuordnet, die Differenzen zwischen den Signal/Überdeckungspegel-Verhältnissen und dem Referenz-NMR entsprechen, und dann das Referenz-NMR einstellt, um wiederholt eine Bitzuordnung durchzuführen, bis eine verbleibende Bitzahl nach der vorübergehenden Bitzuordnung einen minimalen Wert aufweist.

3. Frequenzteilband-Codiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenze der Anzahl von Bits, die einem Rahmen des digitalen Audiosignals (7) zugeordnet werden können, und eine Grenze der maximalen Anzahlen von Bits, die den Einzelfrequenzteilbändern zuordbar sind, im voraus bestimmt werden.

4. Frequenzteilband-Codiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Audiosignal (7) eine Bitrate von 192 kbps aufweist und eine Abtastfrequenz für das digitale Audiosignal 48 kHz beträgt, und die Grenze der Anzahl der Bits, die einem Rahmen zuordbar sind, 1536 Bit beträgt und die Grenze der maximalen Anzahl der Bits, die den Einzelfrequenzteilbändern zuordbar sind, 15 Bit beträgt.