JP3134383B2 - Method and apparatus for highly efficient encoding of digital data - Google Patents

Method and apparatus for highly efficient encoding of digital data

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JP3134383B2
JP3134383B2 JP03216216A JP21621691A JP3134383B2 JP 3134383 B2 JP3134383 B2 JP 3134383B2 JP 03216216 A JP03216216 A JP 03216216A JP 21621691 A JP21621691 A JP 21621691A JP 3134383 B2 JP3134383 B2 JP 3134383B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる高能率符号化
によって入力ディジタルデータの符号化を行ない、伝
送、あるいは記録再生し、復号化して再生信号を得るよ
うな、ディジタルデータの高能率符号化方法及び装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-efficiency encoding of digital data in which input digital data is encoded by so-called high-efficiency encoding, transmitted or recorded / reproduced, and decoded to obtain a reproduced signal. The present invention relates to a method and an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】オーディオあるいは音声等の信号の高能
率符号化の手法には種々あるが、例えば、時間軸上のオ
ーディオ信号等をブロック化しないで、複数の周波数帯
域にフィルタで分割して符号化する非ブロック化周波数
帯域分割方式として、帯域分割符号化(サブ・バンド・
コーディング:SBC)等を挙げることができ、また、
時間軸の信号を周波数軸上の信号に変換(直交変換)し
て複数の周波数帯域に分割し、各帯域毎に符号化するよ
うなブロック化周波数帯域分割方式、いわゆる変換符号
化等を挙げることができる。
2. Description of the Related Art There are various methods for high-efficiency encoding of signals such as audio or voice. For example, an audio signal or the like on a time axis is divided into a plurality of frequency bands by a filter without being blocked. Band division coding (sub-band coding)
Coding: SBC) and the like.
A block frequency band division method in which a signal on the time axis is converted into a signal on the frequency axis (orthogonal transformation), divided into a plurality of frequency bands, and encoding is performed for each band, so-called transform coding. Can be.

【0003】また、上述の帯域分割符号化と変換符号化
とを組み合わせた高能率符号化の手法も考えられてお
り、この場合には、例えば、上記帯域分割符号化で帯域
分割を行った後、該各帯域毎の信号を周波数軸上の信号
に直交変換し、この直交変換された各帯域毎に符号化が
施される。
Further, a high-efficiency coding method combining the above-described band division coding and transform coding has been considered. In this case, for example, after performing band division by the above-mentioned band division coding, , And orthogonally transforms the signal of each band into a signal on the frequency axis, and encodes each of the orthogonally transformed bands.

【0004】ここで、上述した帯域分割のためのフィル
タとしては、例えばQMFフィルタがあり、1976 R.E.
Crochiere, Digital coding of speech in subbands, B
ellSyst.Tech. J. Vol.55, No.8 1976 に述べられてい
る。また ICASSP 83, BOSTONPolyphase Quadrature fil
ters-A new subband coding technique, Joseph H.Roth
weilerには等バンド幅のフィルタ分割手法が述べられて
いる。次に上述した直交変換としては、例えば、入力オ
ーディオ信号を所定単位時間(フレーム)でブロック化
し、当該ブロック毎に高速フーリエ変換(FFT)、離
散的コサイン変換(DCT)、モディファイドDCT変
換(MDCT)等を行うことで時間軸を周波数軸に変換
するようなものが挙げられる。MDCTについては ICA
SSP 1987 Subband/Transform Coding Using Filter Ba
nk Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellat
ion, J.P.Princen, A.B.Bradley, Univ. of Surrey Ro
yal Melbourne Inst. of Tech. に述べられている。
Here, as a filter for the above-mentioned band division, there is, for example, a QMF filter.
Crochiere, Digital coding of speech in subbands, B
ellSyst.Tech. J. Vol. 55, No. 8 1976. ICASSP 83, BOSTON Polyphase Quadrature fil
ters-A new subband coding technique, Joseph H. Roth
Weiler describes an equal bandwidth filter partitioning technique. Next, as the above-mentioned orthogonal transform, for example, an input audio signal is divided into blocks in a predetermined unit time (frame), and a fast Fourier transform (FFT), a discrete cosine transform (DCT), a modified DCT transform (MDCT) is performed for each block. Or the like to convert the time axis to the frequency axis. ICA for MDCT
SSP 1987 Subband / Transform Coding Using Filter Ba
nk Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellat
ion, JPPrincen, ABBradley, Univ. of Surrey Ro
yal Melbourne Inst. of Tech.

【0005】さらに、周波数帯域分割された各周波数成
分を量子化する周波数分割幅としては、例えば人間の聴
覚特性を考慮した帯域分割が行われる。すなわち、一般
に臨界帯域(クリティカルバンド)と呼ばれている高域
程帯域幅が広くなるような帯域幅で、オーディオ信号を
複数(例えば25バンド)の帯域に分割することがあ
る。また、この時の各帯域毎のデータを符号化する際に
は、各帯域毎に所定のビット配分或いは、各帯域毎に適
応的なビット割当て(ビットアロケーシヨン)による符
号化が行われる。例えば、上記MDCT処理されて得ら
れた係数データを上記ビットアロケーシヨンによって符
号化する際には、上記各ブロック毎のMDCT処理によ
り得られる各帯域毎のMDCT係数データに対して、適
応的な割当てビット数で符号化が行われることになる。
Further, as a frequency division width for quantizing each frequency component divided into frequency bands, for example, band division is performed in consideration of human auditory characteristics. That is, an audio signal may be divided into a plurality of bands (for example, 25 bands) with a bandwidth generally called a critical band (critical band) such that the bandwidth becomes wider as the band becomes higher. When encoding data for each band at this time, predetermined bits are allocated to each band, or encoding is performed by adaptive bit allocation (bit allocation) for each band. For example, when the coefficient data obtained by the MDCT processing is encoded by the bit allocation, adaptively to the MDCT coefficient data of each band obtained by the MDCT processing of each block, Encoding is performed with the allocated number of bits.

【0006】ビット割当手法としては、次の2手法が知
られている。先ず、IEEE Transactions of Accoustics,
Speech, and Signal Processing,vol.ASSP-25, No.4,
August 1977では、各帯域毎の信号の大きさをもとに、
ビット割当を行なっている。この方式では、量子化雑音
スペクトルが平坦となり、雑音エネルギ最小となるが、
聴感覚的にはマスキング効果が利用されていないために
実際の雑音感は最適ではない。
The following two methods are known as bit allocation methods. First, IEEE Transactions of Accoustics,
Speech, and Signal Processing, vol.ASSP-25, No.4,
In August 1977, based on the magnitude of the signal for each band,
Bit allocation is performed. In this method, the quantization noise spectrum becomes flat and the noise energy becomes minimum,
The sense of noise is not optimal because the masking effect is not used for the sense of hearing.

【0007】次に、ICASSP 1980 The critical band c
oder -- digital encoding of theperceptual requirem
ents of the auditory system, M.A.Kransner, MIT で
は、聴覚マスキングを利用することで、各帯域毎に必要
な信号対雑音比を得て固定的なビット割当を行なう手法
が述べられている。しかしこの手法ではサイン波入力で
特性を測定する場合でも、ビット割当が固定的であるた
めに、特性値がそれほど良い値とならない。
Next, ICASSP 1980 The critical band c
oder-digital encoding of theperceptual requirem
In the ents of the auditory system, MAKransner, and MIT, a method of obtaining a required signal-to-noise ratio for each band and performing fixed bit allocation by using auditory masking is described. However, in this method, even when the characteristic is measured with a sine wave input, the characteristic value is not so good because the bit allocation is fixed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、各帯域の
信号の大きさでビット配分を行ない、量子化雑音エネル
ギを最小にすると、聴覚的雑音レベルは最小とならず、
マスキング効果を考えて、各帯域に固定的なビット配分
を行なうと、サイン波入力時には良い信号対雑音特性を
得にくい。
As described above, when bits are allocated according to the magnitude of the signal in each band and the quantization noise energy is minimized, the audible noise level is not minimized.
If a fixed bit allocation is performed for each band in consideration of the masking effect, it is difficult to obtain good signal-to-noise characteristics when a sine wave is input.

【0009】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであり、聴覚的にも望ましく、また1kHzサイン波
入力のような孤立スペクトル入力に対しても良好な特性
を得られるビット配分手法を有するディジタルデータの
高能率符号化方法及び装置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended to provide a bit allocation method which is desirable from the viewpoint of hearing and which can obtain good characteristics even for isolated spectrum input such as 1 kHz sine wave input. It is an object of the present invention to provide a highly efficient encoding method and apparatus for digital data.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係るディジタル
データの高能率符号化方法及び装置は、入力ディジタル
信号を複数の周波数帯域に分割すると共に、各周波数帯
域毎に適応的にブロックサイズを変化させた後、直交変
換を行うことによりスペクトルデータを求め、このスペ
クトルデータをバンド毎に適応的にビットを割り当てる
ディジタルデータの高能率符号化の際に、ビット割当に
使用するビットについて、予め定められた固定ビット割
当分と、ブロック中の信号の大きさに依存する割当分と
に配分し、上記固定ビット割当のパターンは割当パター
ンの異なる複数の固定ビット割当パターンから選択した
ものであることを特徴とすることにより、上述の課題を
解決する。
According to the present invention, there is provided a method and apparatus for encoding digital data with high efficiency, wherein an input digital signal is divided into a plurality of frequency bands and a block size is adaptively changed for each frequency band. After performing the orthogonal transform, spectrum data is obtained by performing orthogonal transformation, and the bits to be used for bit allocation are determined in advance at the time of high-efficiency encoding of digital data in which bits are adaptively assigned to each band of the spectrum data. The fixed bit allocation and the allocation depending on the size of the signal in the block, wherein the fixed bit allocation pattern is selected from a plurality of fixed bit allocation patterns having different allocation patterns. By doing so, the above-mentioned problem is solved.

【0011】さらに、上記ディジタルデータの高能率符
号化方法により、ディジタルデータを符号化し、伝送又
は記録を行うディジタルデータの高能率符号化装置によ
っても、上述の課題を解決する。
Further, the above-mentioned problem is solved by a digital data high-efficiency encoding apparatus which encodes digital data by the above-mentioned digital data high-efficiency encoding method and transmits or records the digital data.

【0012】この場合、信号の大きさが小さいほど、高
域ビット割当比の少ないパターンを選択する事は、有効
配分を行なう上で有益である。非ブロッキング周波数分
割出力を更にブロッキング周波数分割する周波数分解手
法を用いる高能率符号においては、前記非ブロッキング
周波数分割出力の大きさでパターンを選択することも有
益である。また、複数個の固定ビット割当パターンのビ
ット数を同じにすることで、ハードウエア規模を小さく
できる。
In this case, it is useful to select a pattern having a smaller high-frequency bit allocation ratio as the signal size is smaller in order to perform effective allocation. In a high-efficiency code using a frequency decomposition method for further dividing a non-blocking frequency division output into a blocking frequency, it is also advantageous to select a pattern according to the magnitude of the non-blocking frequency division output. Also, by making the number of bits of the plurality of fixed bit allocation patterns the same, the hardware scale can be reduced.

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、音楽信号のようにスペクトル
が、分散している場合にもマスキング効果により聴感覚
からみた雑音レベルが低くでき、またサイン波入力時に
も信号の大きい帯域にビットを集められるので信号対雑
音比を大きくすることができる。
According to the present invention, even when the spectrum is dispersed like a music signal, the noise level seen from the sense of hearing can be reduced by the masking effect even when the spectrum is dispersed. Since they are collected, the signal-to-noise ratio can be increased.

【0014】[0014]

【実施例】オーディオPCM信号等の入力ディジタル信
号を、帯域分割符号化(SBC)、適応変換符号化(A
TC)及び適応ビット割当て(APC−AB)の各技術
を用いて高能率符号化する実施例について、図1を参照
しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An input digital signal such as an audio PCM signal is subjected to band division coding (SBC) and adaptive conversion coding (A
An embodiment in which high-efficiency coding is performed using the techniques of (TC) and adaptive bit allocation (APC-AB) will be described with reference to FIG.

【0015】図1に示す具体的な高能率符号化装置で
は、入力ディジタル信号をフィルタ等により複数の周波
数帯域に分割すると共に、各周波数帯域毎に直交変換を
行って、得られた周波数軸のスペクトルデータを、後述
する人間の聴覚特性を考慮したいわゆる臨界帯域(クリ
ティカルバンド)幅毎に適応的にビット割当して符号化
している。もちろんフィルタ等による非ブロッキングの
周波数分割幅は等分割幅としてもよい。さらに、本発明
実施例においては、直交変換の前に入力信号に応じて適
応的にブロックサイズ(ブロック長)を変化させると共
に、クリティカルバンド単位もしくは高域では臨界帯域
(クリティカルバンド)幅を更に細分化したブロックで
フローティング処理を行っている。このクリティカルバ
ンドとは、人間の聴覚特性を考慮して分割された周波数
帯域であり、ある純音の周波数近傍の同じ強さの狭帯域
バンドノイズによって当該純音がマスクされるときのそ
のノイズの持つ帯域のことである。このクリティカルバ
ンドは、高域ほど帯域幅が広くなっており、上記0〜2
0kHzの全周波数帯域は例えば25のクリティカルバン
ドに分割されている。
In the specific high-efficiency encoding apparatus shown in FIG. 1, an input digital signal is divided into a plurality of frequency bands by a filter or the like, and orthogonal transform is performed for each frequency band. The spectrum data is adaptively assigned bits for each so-called critical band (critical band) width in consideration of human auditory characteristics, which will be described later, and is encoded. Of course, a non-blocking frequency division width by a filter or the like may be an equal division width. Further, in the embodiment of the present invention, the block size (block length) is adaptively changed according to the input signal before the orthogonal transformation, and the critical band (critical band) width is further subdivided in a critical band unit or a high band. Floating processing is performed on the converted blocks. The critical band is a frequency band divided in consideration of human auditory characteristics, and a band of a pure tone when the pure tone is masked by a narrow band noise near the frequency of the pure tone. That is. In this critical band, the higher the band, the wider the bandwidth.
The entire frequency band of 0 kHz is divided into, for example, 25 critical bands.

【0016】すなわち、図1において、入力端子10に
は例えば0〜20kHzのオーディオPCM信号が供給さ
れている。この入力信号は、例えばいわゆるQMFフィ
ルタ等の帯域分割フィルタ11により0〜10kHz帯域
と10k〜20kHz帯域とに分割され、0〜10kHz帯
域の信号は同じくいわゆるQMFフィルタ等の帯域分割
フィルタ12により0〜5kHz帯域と5k〜10kHz帯
域とに分割される。帯域分割フィルタ11からの10k
〜20kHz帯域の信号は、直交変換回路の一例であるMo
dified Discrete Cosine Transform(MDCT)回路1
3に送られ、帯域分割フィルタ12からの5k〜10k
Hz帯域の信号はMDCT回路14に送られ、帯域分割フ
ィルタ12からの0〜5kHz帯域の信号はMDCT回路
15に送られることにより、それぞれMDCT処理され
る。
That is, in FIG. 1, an audio PCM signal of, for example, 0 to 20 kHz is supplied to the input terminal 10. This input signal is divided into a band of 0 to 10 kHz and a band of 10 to 20 kHz by a band division filter 11 such as a so-called QMF filter, and a signal of the band 0 to 10 kHz is similarly divided by a band division filter 12 such as a so-called QMF filter. It is divided into a 5 kHz band and a 5 kHz to 10 kHz band. 10k from band division filter 11
The signal in the 20 kHz band is represented by Mo, which is an example of an orthogonal transformation circuit.
dified Discrete Cosine Transform (MDCT) circuit 1
3 to 5 k to 10 k from the band division filter 12.
The signals in the Hz band are sent to the MDCT circuit 14, and the signals in the 0 to 5 kHz band from the band division filter 12 are sent to the MDCT circuit 15, so that the signals are subjected to MDCT processing.

【0017】ここで、各MDCT回路13、14、15
のブロックサイズの具体例を図2に示す。この図2の具
体例においては、高域側ほど周波数帯域を広げると共に
時間分解能を高め(ブロック長を短くし)ている。すな
わち、低域側の0〜5kHz帯域の信号及び中域の5k〜
10kHz帯域の信号に対しては1ブロックbL 、bM
サンプル数を例えば256サンプルとし、高域側の10
k〜20kHz帯域の信号に対しては、bH を上記低域及
び中域側のブロックbL 、bM のそれぞれ1/2の長さ
BLL /2、BLM /2の長さでブロック化している。この
ようにして各帯域の直交変換ブロックサンプル数を同じ
としている。また、各々の帯域は、信号の時間的変化が
大きい場合を想定して更に1/2、1/4等の適応的な
ブロック分割が可能である。
Here, each of the MDCT circuits 13, 14, 15
FIG. 2 shows a specific example of the block size of FIG. In the specific example of FIG. 2, the frequency band is widened and the time resolution is increased (the block length is shortened) toward the higher frequency side. That is, a signal in the 0-5 kHz band on the low frequency side and a
For a signal in the 10 kHz band, the number of samples in one block b L and b M is set to, for example, 256 samples, and 10
Each length of 1/2 with respect to the k~20kHz band signal, b H of the low and middle band side block b L, b M
It is divided into blocks of length BL L / 2 and BL M / 2. In this way, the number of orthogonal transform block samples in each band is the same. In addition, each band can be further adaptively divided into 、, 1 /, and the like, assuming that the temporal change of the signal is large.

【0018】再び図1において、各MDCT回路13、
14、15にてMDCT処理されて得られた周波数軸上
のスペクトルデータあるいはMDCT係数データは、い
わゆる臨界帯域(クリティカルバンド)毎に又は高域で
は臨界帯域(クリティカルバンド)幅を更に細分化した
ブロック毎にまとめられて、適応ビット割当符号化回路
16、17、18に送られている。
Referring again to FIG. 1, each MDCT circuit 13,
The spectrum data or MDCT coefficient data on the frequency axis obtained by the MDCT processing in 14 and 15 is a block in which the critical band (critical band) width is further subdivided for each so-called critical band (critical band) or in a high band. The data are grouped for each and sent to the adaptive bit allocation coding circuits 16, 17 and 18.

【0019】適応ビット割当符号化回路16、17、1
8により各臨界帯域(クリティカルバンド)毎に又は高
域では臨界帯域(クリティカルバンド)幅を更に細分化
したブロック毎に割り当てられたビット数に応じて、各
スペクトルデータ(あるいはMDCT係数データ)を再
量子化するようにしている。このようにして符号化され
たデータは、出力端子22、24、26を介して取り出
される。このときどのような信号の大きさに関する正規
化がされたかを示す、フローティング情報とどのような
ビット長で量子化がされたかを示すビット長情報が同時
に送られる。
The adaptive bit allocation coding circuits 16, 17, 1
8, each spectrum data (or MDCT coefficient data) is reproduced according to the number of bits allocated to each critical band (critical band) or to a block obtained by further subdividing the critical band (critical band) width in a high band. I try to quantize. The data encoded in this way is taken out via the output terminals 22, 24, 26. At this time, floating information indicating what kind of signal size has been normalized and bit length information indicating what bit length has been quantized are sent at the same time.

【0020】図3は、適応ビット割当符号化回路16、
17、18の内部機能の具体例を示す機能ブロック図で
あり、図1における各MDCT回路13、14、15の
出力は、図3の適応ビット割当機能部300の入力端子
301を介して帯域毎のエネルギ算出回路303に送ら
れて、上記クリティカルバンド(臨界帯域)毎のエネル
ギが、例えば当該バンド内での各振幅値の2乗平均の平
方根を計算すること等により求められる。この各バンド
毎のエネルギの代わりに、振幅値のピーク値、平均値等
が用いられることもある。図4は、上記エネルギ算出回
路303からの出力として、例えば臨界帯域(クリティ
カルバンド)内の又は高域では臨界帯域(クリティカル
バンド)幅を更に細分化したブロック内の総和値のスペ
クトルの例を示すものであるが、この図4では図示を簡
略化するため、上記臨界帯域(クリティカルバンド)の
数又は高域では臨界帯域(クリティカルバンド)幅を更
に細分化したブロックバンド数を12バンド(B1 〜B
12)で表現している。
FIG. 3 shows an adaptive bit allocation encoding circuit 16,
FIG. 3 is a functional block diagram showing a specific example of internal functions of the MDCT circuits 17 and 18, and outputs of the MDCT circuits 13, 14, and 15 in FIG. And the energy for each critical band (critical band) is calculated by, for example, calculating the square root of the root mean square of each amplitude value in the band. Instead of the energy for each band, a peak value or an average value of the amplitude value may be used. FIG. 4 shows, as an output from the energy calculation circuit 303, an example of the spectrum of the sum value in a block within a critical band (critical band) or in a further subdivided critical band (critical band) width in a high band. In FIG. 4, in order to simplify the illustration, the number of the critical bands (critical bands) or the number of block bands obtained by further subdividing the width of the critical bands (critical bands) in the high band is 12 bands (B1 to B1). B
12).

【0021】適応ビット割当動作を図3を参照しながら
さらに説明する。今MDCT係数を表現して伝送又は記
録に使える総ビット数(ビットレート)を100Kbp
sとする。これを図3では、使用可能総ビットを示すブ
ロック302からの総ビット100Kbpsで表してい
る。本実施例では、そのうち60Kbpsを固定ビット
配分回路305での固定ビット配分のために用い、残り
40Kbpsを帯域毎のバークスペクトルに依存したビ
ット配分回路304でのビット配分に用いるものとす
る。固定ビット配分のためのビット割当パターンは複数
個用意されており、信号の性質により、種々の選択をす
ることができる。実施例では、100Kbpsに対応す
る短い時間のブロックのビット量を、各周波数に分布さ
せた、種々のパターンを持つ。
The adaptive bit allocation operation will be further described with reference to FIG. The total number of bits (bit rate) that can be used for transmission or recording by expressing the MDCT coefficient is 100 Kbp
s. This is represented in FIG. 3 by 100 Kbps of total bits from block 302 indicating the total available bits. In this embodiment, 60 Kbps is used for fixed bit allocation in the fixed bit allocation circuit 305, and the remaining 40 Kbps is used for bit allocation in the bit allocation circuit 304 depending on the bark spectrum for each band. A plurality of bit allocation patterns for fixed bit allocation are prepared, and various selections can be made according to the nature of the signal. In the embodiment, there are various patterns in which the bit amount of a short time block corresponding to 100 Kbps is distributed to each frequency.

【0022】特に、本実施例では、中低域と高域とのビ
ット配分率を違えたパターンを複数個用意している。そ
して、信号の大きさが、小さいほど、高域への割当量が
少ないパターンを選択するようにする。このようにし
て、小さい信号の時ほど高域の感度が低下するラウドネ
ス効果を生かせる。このときの信号の大きさとしては、
全帯域の信号の大きさを使用することもできるが、さら
にはフィルタなどが用いられている、非ブロッキング周
波数分割回路の出力、もしくはMDCT出力を利用す
る。
In particular, in this embodiment, a plurality of patterns having different bit allocation ratios between the middle and low frequency bands and the high frequency band are prepared. Then, the smaller the signal size, the smaller the amount assigned to the high band is selected. In this way, a loudness effect in which the sensitivity in the high frequency band decreases as the signal becomes smaller can be used. The magnitude of the signal at this time is
Although the magnitude of the signal in the entire band can be used, an output of a non-blocking frequency division circuit using a filter or the like or an MDCT output is used.

【0023】そして固定ビット配分と臨界帯域(クリテ
ィカルバンド)又は高域では臨界帯域(クリティカルバ
ンド)幅を更に細分化したブロックの信号の値に依存し
たビット配分の値の和が和算出回路306でとられて、
出力端子307を介して取り出され、量子化の際に使用
される。ここで、信号スペクトルが平坦なときのビット
割当の様子を図5に示し、これに対応する量子化雑音
(ノイズスペクトル)の様子を図6に示す。また、信号
スペクトルのトーナリティが高いとき、すなわち聴覚的
に信号の音程感があって周波数に偏りが生じているとき
のビット割当の様子を図7に示し、これに対応する量子
化雑音(ノイズスペクトル)の様子を図8に示す。ここ
で図5、図7内において、白抜きの部分は固定ビット割
当分のビット量を、また斜線部分は信号レベル依存分の
ビット量をそれぞれ示している。また、図6、図8内に
おいて、曲線aは信号レベルを、曲線bは固定ビット割
当分による雑音レベルを、斜線部cは信号レベル依存分
による雑音低下分をそれぞれ示している。
The sum calculation circuit 306 calculates the sum of the fixed bit allocation and the value of the bit allocation depending on the signal value of the block in which the critical band (critical band) width is further subdivided in the critical band (critical band) or the high band. Taken,
It is taken out via the output terminal 307 and used for quantization. Here, FIG. 5 shows a state of bit allocation when the signal spectrum is flat, and FIG. 6 shows a state of quantization noise (noise spectrum) corresponding thereto. FIG. 7 shows a state of bit allocation when the tonality of the signal spectrum is high, that is, when the signal has an auditory sense of pitch and the frequency is biased, and the corresponding quantization noise (noise spectrum) is shown. 8) is shown in FIG. Here, in FIGS. 5 and 7, the white portions indicate the bit amounts for the fixed bit allocation, and the hatched portions indicate the bit amounts for the signal level dependence. 6 and 8, a curve a indicates a signal level, a curve b indicates a noise level due to a fixed bit allocation, and a hatched portion c indicates a noise reduction due to a signal level dependence.

【0024】すなわち図5及び図6は、信号のスペクト
ルが割合平坦である場合を示しており、固定ビット割当
分による雑音レベルは全帯域に亘りある程度の信号雑音
比を取るために役立つ。しかし低域及び高域では比較的
少ないビット割当が使用されている。これは聴覚的にこ
の帯域の重要度が小さいためである。同時に信号レベル
依存のビット配分を行なう分により、信号の大きさが大
きい帯域の雑音レベルが選択的に低下させられる。しか
し信号のスペクトルが割合平坦である場合には、この選
択性も割合広い帯域に亘って働くことになる。
That is, FIGS. 5 and 6 show a case where the spectrum of a signal is relatively flat, and the noise level due to the fixed bit allocation is useful for obtaining a certain signal-to-noise ratio over the entire band. However, relatively low bit allocation is used in the low band and the high band. This is because the importance of this band is small acoustically. At the same time, the signal level-dependent bit allocation allows the noise level in a band where the signal magnitude is large to be selectively reduced. However, if the signal spectrum is relatively flat, this selectivity will also work over a relatively wide band.

【0025】これに対して図7、図8に示すように、信
号スペクトルが高いトーナリティを示す場合には、信号
レベル依存のビット配分を行なう分による量子化雑音の
低下は極めて狭い帯域の雑音を低減するために使用され
る。これにより孤立スペクトル入力信号での特性の向上
が達成される。
On the other hand, as shown in FIGS. 7 and 8, when the signal spectrum exhibits high tonality, the reduction of the quantization noise due to the signal level-dependent bit allocation reduces the noise in an extremely narrow band. Used to reduce. This achieves an improvement in the characteristics of the isolated spectrum input signal.

【0026】図9はこのようにして高能率符号化された
信号を、伝送あるいは記録再生した後に、再び復号化す
るための復号回路を示している。各帯域の量子化された
上記MDCT係数は、復号回路入力端子122、12
4、126に与えられ、使用されたブロックサイズ情報
は、入力端子123、125、127に与えられる。復
号化回路116、117、118では適応ビット割当情
報を用いてビット割当を解除する。次にIMDCT(逆
MDCT)回路113、114、115で周波数軸上の
信号が時間軸上の信号に変換される。これらの部分帯域
の時間軸上の信号は、IQMF(逆QMF)回路11
2、111により全帯域信号に復号化され、出力端子1
10より取り出される。
FIG. 9 shows a decoding circuit for transmitting or recording / reproducing the high-efficiency-encoded signal and then decoding it again. The quantized MDCT coefficients of each band are supplied to decoding circuit input terminals 122, 12
4 and 126, and the used block size information is supplied to input terminals 123, 125 and 127. The decoding circuits 116, 117 and 118 release the bit allocation using the adaptive bit allocation information. Next, signals on the frequency axis are converted into signals on the time axis by IMDCT (inverse MDCT) circuits 113, 114, and 115. The signals on the time axis of these partial bands are output to an IQMF (inverse QMF) circuit 11.
2 and 111, the signal is decoded into a full band signal.
Take out from 10.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明に係るディジタルデータの高能率
符号化方法によれば、入力ディジタル信号を複数の周波
数帯域に分割した後、直交変換を行い、得られたスペク
トルデータをバンド毎に適応的にビットを割り当てるデ
ィジタルデータの高能率符号化方法であって、ビット割
当に使用するビットについて、予め定められた固定ビッ
ト割当分と、ブロック中の信号の大きさに依存する割当
分とに配分し、上記固定ビット割当のパターンは割当パ
ターンの異なる複数の固定ビット割当パターンとしてい
る。このビット配分手法は聴覚的にも望ましく、また、
1kHzサイン波入力のような孤立スペクトル入力に対し
ても良好な特性を、何度も繰り返してビット量調整をせ
ず、唯1回の演算で得られるビット配分が実現できる。
すなわち、音楽信号のようにスペクトルが分散している
場合にも、マスキング効果により聴感覚からみた雑音レ
ベルが低くでき、またサイン波入力時にも信号の大きい
帯域にビットを集められるので信号対雑音比を大きくす
ることができる。
According to the high-efficiency encoding method of digital data according to the present invention, after dividing an input digital signal into a plurality of frequency bands, orthogonal transform is performed, and the obtained spectrum data is adaptively applied to each band. Is a highly efficient encoding method for digital data in which bits are allocated to a predetermined fixed bit allocation and an allocation depending on the size of a signal in a block. The fixed bit allocation pattern is a plurality of fixed bit allocation patterns having different allocation patterns. This bit allocation technique is audibly desirable, and
Good characteristics can be obtained even for isolated spectrum input such as 1 kHz sine wave input, and a bit distribution obtained by only one operation can be realized without adjusting the bit amount repeatedly.
That is, even when the spectrum is dispersed like a music signal, the noise level can be reduced from the viewpoint of hearing due to the masking effect, and bits can be collected in a large band of the signal even when a sine wave is input, so that the signal-to-noise ratio can be reduced. Can be increased.

【0028】また、上記ディジタルデータの高能率符号
化方法により、ディジタルデータを符号化し、伝送また
は記録を行うようなディジタルデータの高能率符号化に
よっても、同様の効果を得ることができる。
The same effect can also be obtained by high-efficiency encoding of digital data in which digital data is encoded and transmitted or recorded by the above-described high-efficiency encoding method of digital data.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例となる符号化装置の構成例を
示すブロック回路図である。
FIG. 1 is a block circuit diagram illustrating a configuration example of an encoding device according to an embodiment of the present invention.

【図2】該実施例装置の信号の周波数及び時間分割の具
体例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific example of frequency and time division of a signal of the embodiment apparatus.

【図3】該実施例装置に用いられる適応ビット割当符号
化回路のビット配分アルゴリズムの一例を説明するため
の機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining an example of a bit allocation algorithm of an adaptive bit allocation encoding circuit used in the embodiment device.

【図4】バークスペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a bark spectrum.

【図5】上記実施例の概略平坦なスペクトルの信号入力
時のビット配分の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of bit allocation when a signal having a substantially flat spectrum is input in the embodiment.

【図6】上記実施例の概略平坦なスペクトルの信号入力
時の量子化雑音スペクトルの例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a quantization noise spectrum when a signal having a substantially flat spectrum is input according to the embodiment.

【図7】上記実施例の高いトーナリティーを持つ信号入
力時のビット配分の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of bit allocation when a signal having high tonality is input according to the embodiment.

【図8】上記実施例の高いトーナリティーを持つ信号入
力時の量子化雑音スペクトルの例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a quantization noise spectrum when a signal having high tonality is input according to the embodiment.

【図9】上記実施例の符号化装置に対する復号化装置の
構成例を示すブロック回路図である。
FIG. 9 is a block circuit diagram showing a configuration example of a decoding device for the encoding device of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・高能率符号化回路入力端子 11、12・・・QMF回路 13、14、15・・・MDCT回路 16、17、18・・・適応ビット割当符号化回路 19、20、21・・・ブロックサイズ決定回路 22、24、26・・・符号化出力端子 23、25、27・・・ブロックサイズ情報出力端子 122、124、126・・・符号化入力端子 123、125、127・・・ブロックサイズ情報入力
端子 116、117、118・・・適応ビット割当復号化回
路 113、114、115・・・IMDCT回路 112、111・・・IQMF回路 110・・・高能率復号化回路出力端子 300・・・適応ビット割当機能部 302・・・使用可能な総ビット数を示すブロック 303・・・帯域毎のエネルギ算出回路 304・・・エネルギ依存のビット配分回路 305・・・固定のビット配分回路 306・・・ビットの和演算回路
10 High efficiency coding circuit input terminal 11, 12 QMF circuit 13, 14, 15 MDCT circuit 16, 17, 18 ... Adaptive bit allocation coding circuit 19, 20, 21,. -Block size determination circuit 22, 24, 26 ... Encoding output terminal 23, 25, 27 ... Block size information output terminal 122, 124, 126 ... Encoding input terminal 123, 125, 127 ... Block size information input terminals 116, 117, 118 ... adaptive bit allocation decoding circuits 113, 114, 115 ... IMDCT circuits 112, 111 ... IQMF circuits 110 ... high efficiency decoding circuit output terminals 300 .. Adaptive bit allocation function section 302: block indicating total number of usable bits 303: energy calculation circuit for each band 304: energy Lugi-dependent bit distribution circuit 305: fixed bit distribution circuit 306: bit sum operation circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 7/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 7/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力ディジタル信号を複数の周波数帯域
に分割すると共に、各周波数帯域毎に適応的にブロック
サイズを変化させた後、直交変換を行うことによりスペ
クトルデータを求め、このスペクトルデータをバンド毎
に適応的にビットを割り当てるディジタルデータの高能
率符号化方法であって、 ビット割当に使用するビットについて、予め定められた
固定ビット割当分と、ブロック中の信号の大きさに依存
する割当分とに配分し、 上記固定ビット割当のパターンは割当パターンの異なる
複数の固定ビット割当パターンから選択したものである
ことを特徴とするディジタルデータの高能率符号化方
法。
1. An input digital signal is divided into a plurality of frequency bands, and after a block size is adaptively changed for each frequency band, spectrum data is obtained by performing an orthogonal transform. A high-efficiency encoding method for digital data in which bits are adaptively allocated for each of the bits, wherein bits used for bit allocation are predetermined fixed bit allocations and bit allocations depending on the size of signals in a block. The high efficiency encoding method for digital data, wherein the fixed bit allocation pattern is selected from a plurality of fixed bit allocation patterns having different allocation patterns.
【請求項2】 上記固定ビット割当パターンは、バンド
内の信号の大きさに応じて、高域へのビット割当の少な
い固定ビット割当パターンを選択することを特徴とする
請求項1記載のディジタルデータの高能率符号化方法。
2. The digital data according to claim 1, wherein the fixed bit allocation pattern selects a fixed bit allocation pattern with less bit allocation to a high frequency band according to the size of a signal in a band. High efficiency encoding method.
【請求項3】 上記固定ビット割当パターンは、非ブロ
ッキング周波数分割出力をさらにブロッキング周波数分
割する周波数分割手法により、非ブロッキング周波数分
割出力の大きさにより固定ビット割当パターンを選択す
ることを特徴とする請求項1記載のディジタルデータの
高能率符号化方法。
3. The fixed bit allocation pattern according to claim 1, wherein the fixed bit allocation pattern is selected according to the size of the non-blocking frequency division output by a frequency division method of further dividing the non-blocking frequency division output into a blocking frequency. Item 2. The method for highly efficient encoding of digital data according to Item 1.
【請求項4】 入力ディジタル信号を複数の周波数帯域
に分割すると共に、各周波数帯域毎に適応的にブロック
サイズを変化させた後、直交変換を行うことによりスペ
クトルデータを求め、このスペクトルデータをバンド毎
に適応的にビットを割り当てるディジタルデータの高能
率符号化装置であって、 ビット割当に使用するビットについて、予め定められた
固定ビット割当分と、ブロック中の信号の大きさに依存
する割当分とに配分する手段を有し、 上記固定ビット割当のパターンを割当パターンの異なる
複数の固定ビット割当パターンから選択することを特徴
とするディジタルデータの高能率符号化装置。
4. An input digital signal is divided into a plurality of frequency bands, and a block size is adaptively changed for each frequency band. Then, orthogonal transform is performed to obtain spectrum data. A digital data high-efficiency encoding device that adaptively allocates bits for each bit, wherein bits used for bit allocation are predetermined fixed bit allocations and allocations depending on signal sizes in blocks. And a means for allocating the fixed bit allocation pattern to a plurality of fixed bit allocation patterns having different allocation patterns.
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