JP3134384B2 - 符号化装置及び方法 - Google Patents
符号化装置及び方法Info
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- JP3134384B2 JP3134384B2 JP03216217A JP21621791A JP3134384B2 JP 3134384 B2 JP3134384 B2 JP 3134384B2 JP 03216217 A JP03216217 A JP 03216217A JP 21621791 A JP21621791 A JP 21621791A JP 3134384 B2 JP3134384 B2 JP 3134384B2
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- bits
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
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- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Description
【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
あるいは記録するような、符号化装置及び方法に関する
ものである。
によって入力ディジタルデータの符号化を行ない、伝送
あるいは記録するような、符号化装置及び方法に関する
ものである。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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が用いられる符号化装置及び
方法の提供を目的とする。
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が用いられる符号化装置及び
方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る符号化装置
及び方法は、入力ディジタルデータを複数の周波数帯域
に分割し、分割された各周波数帯域毎にブロックを形成
して直交変換を行って係数データを求め、これらの係数
データを伝送又は記録のレートに対応したビット数にビ
ット割当を行う際に、上記入力ディジタルデータのスペ
クトルの滑らかさを表す指標を求め、ビット割当に使用
できる全ビットを、どの時間に対しても予め定められた
固定ビット割当パターン分と、時間と周波数について細
分化された小ブロック中の信号の大きさに依存したビッ
ト割当分とに配分する分割比を、上記指標により決定
し、上記ビット割当に使用できる全ビットを、上記固定
ビット割当パターン分と、上記信号の大きさに依存した
ビット割当分とに、上記分割比で配分することにより、
上述の課題を解決する。
及び方法は、入力ディジタルデータを複数の周波数帯域
に分割し、分割された各周波数帯域毎にブロックを形成
して直交変換を行って係数データを求め、これらの係数
データを伝送又は記録のレートに対応したビット数にビ
ット割当を行う際に、上記入力ディジタルデータのスペ
クトルの滑らかさを表す指標を求め、ビット割当に使用
できる全ビットを、どの時間に対しても予め定められた
固定ビット割当パターン分と、時間と周波数について細
分化された小ブロック中の信号の大きさに依存したビッ
ト割当分とに配分する分割比を、上記指標により決定
し、上記ビット割当に使用できる全ビットを、上記固定
ビット割当パターン分と、上記信号の大きさに依存した
ビット割当分とに、上記分割比で配分することにより、
上述の課題を解決する。
【００１１】すなわち、ビット割当に使用できす全ビッ
トが、どの短時間に対しても予め定められた固定ビット
割当パターン分と、各ブロックの信号の大きさに依存し
たビット配分を行う分に、分割使用され、その分割比を
入力信号に関係する信号に依存させ、上記信号のスペク
トルが滑らかなほど上記固定ビット割当パターン分への
分割比率を大きくすることにより、上述の課題を解決す
る。
トが、どの短時間に対しても予め定められた固定ビット
割当パターン分と、各ブロックの信号の大きさに依存し
たビット配分を行う分に、分割使用され、その分割比を
入力信号に関係する信号に依存させ、上記信号のスペク
トルが滑らかなほど上記固定ビット割当パターン分への
分割比率を大きくすることにより、上述の課題を解決す
る。
【００１２】このとき、隣接スペクトル間の差情報に関
係した信号を、スペクトルの滑らかさの指標として用い
る。またブロックフローティングのためのブロック間の
信号の大きさの差情報に関係した信号を、スペクトルの
滑らかさの指標として用いることによ演算量の低減が図
れる。また固定ビット割当パターンを複数個持つことに
より、より効果的な割当が可能となる。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
ンを選択することは、有効配分を行う上で有益である。
係した信号を、スペクトルの滑らかさの指標として用い
る。またブロックフローティングのためのブロック間の
信号の大きさの差情報に関係した信号を、スペクトルの
滑らかさの指標として用いることによ演算量の低減が図
れる。また固定ビット割当パターンを複数個持つことに
より、より効果的な割当が可能となる。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
ンを選択することは、有効配分を行う上で有益である。
【００１３】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。
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。
【００１４】
【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。
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。
【００１５】
【実施例】本発明に係る符号化装置及び方法の一実施例
に用いられる符号化装置として、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（ＳＢ
Ｃ）、適応変換符号化（ＡＴＣ）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装
置について、図１を参照しながら説明する。
に用いられる符号化装置として、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（ＳＢ
Ｃ）、適応変換符号化（ＡＴＣ）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装
置について、図１を参照しながら説明する。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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 の
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。
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 の
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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１００Ｋｂｐｓを用いた固
定ビット配分パターンを作成する。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。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。
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１００Ｋｂｐｓを用いた固
定ビット配分パターンを作成する。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。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。
【００２３】固定ビット配分パターンへの配分と、バー
クスペクトルに依存したビット配分との分割率は、信号
スペクトルの滑らかさを表す指標により決定される。本
実施例では、信号スペクトルの隣接値間の差の絶対値の
和を、信号スペクトルの和で割った値を、指標として用
いている。すなわち、図３において、上記エネルギ算出
回路３０３からの出力に応じてスペクトルの滑らかさ算
出回路３０８がスペクトルの滑らかさを算出し、これが
ビット分割率決定回路３０９に送られる。エネルギ依存
（バークスペクトル依存）のビット配分回路３０４から
の出力はビット分割割当回路３１１に、固定のビット配
分回路３０５からの出力はビット分割割当回路３１２に
送られて、これらのビット分割割当回路３１１、３１２
に上記ビット分割率決定回路３０９で決定された分割率
情報が送られ、それぞれの分割率でビット配分されて、
ビットの和算出回路３０６に送られる。
クスペクトルに依存したビット配分との分割率は、信号
スペクトルの滑らかさを表す指標により決定される。本
実施例では、信号スペクトルの隣接値間の差の絶対値の
和を、信号スペクトルの和で割った値を、指標として用
いている。すなわち、図３において、上記エネルギ算出
回路３０３からの出力に応じてスペクトルの滑らかさ算
出回路３０８がスペクトルの滑らかさを算出し、これが
ビット分割率決定回路３０９に送られる。エネルギ依存
（バークスペクトル依存）のビット配分回路３０４から
の出力はビット分割割当回路３１１に、固定のビット配
分回路３０５からの出力はビット分割割当回路３１２に
送られて、これらのビット分割割当回路３１１、３１２
に上記ビット分割率決定回路３０９で決定された分割率
情報が送られ、それぞれの分割率でビット配分されて、
ビットの和算出回路３０６に送られる。
【００２４】このように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。このときのビット割当の様子を図５、
図７に、またこれらに対応する量子化雑音の様子を図
６、図８に示す。
（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。このときのビット割当の様子を図５、
図７に、またこれらに対応する量子化雑音の様子を図
６、図８に示す。
【００２５】すなわち、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。
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。
【００２６】先ず図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、多量の固定ビット割
当分によるビット割当は、全帯域に亘り大きい信号雑音
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。同時に若干の信号
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。
割合平坦である場合を示しており、多量の固定ビット割
当分によるビット割当は、全帯域に亘り大きい信号雑音
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。同時に若干の信号
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。
【００２７】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。同時に若干の固定ビット割当分によるビ
ット配分を行う分により、広い帯域の雑音レベルが非選
択的に低下させられる。
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。同時に若干の固定ビット割当分によるビ
ット配分を行う分により、広い帯域の雑音レベルが非選
択的に低下させられる。
【００２８】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。
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。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る符号化装置によれば、入力ディジタルデータを
複数の周波数帯域に分割した後に直交変換を行って係数
データ（スペクトルデータ）を求め、これらの係数デー
タを伝送又は記録のレートに対応したビット数にビット
割当を行う符号化装置であって、ビット割当に使用でき
る全ビットが、どの時間に対しても予め定められた固定
ビット割当パターン分と、時間と周波数について細分化
された小ブロック中の信号の大きさに依存したビット割
当分とに配分され、その分割比が入力信号に関係する信
号に依存するようにしているため、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。
明に係る符号化装置によれば、入力ディジタルデータを
複数の周波数帯域に分割した後に直交変換を行って係数
データ（スペクトルデータ）を求め、これらの係数デー
タを伝送又は記録のレートに対応したビット数にビット
割当を行う符号化装置であって、ビット割当に使用でき
る全ビットが、どの時間に対しても予め定められた固定
ビット割当パターン分と、時間と周波数について細分化
された小ブロック中の信号の大きさに依存したビット割
当分とに配分され、その分割比が入力信号に関係する信
号に依存するようにしているため、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。
【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。
示すブロック回路図である。
【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。
体例を示す図である。
【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。
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。
【図４】バークスペクトルを示す図である。
【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。
時のビット配分の例を示す図である。
【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。
時の量子化雑音スペクトルの例を示す図である。
【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。
力時のビット配分の例を示す図である。
【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。
力時の量子化雑音スペクトルの例を示す図である。
【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。
構成例を示すブロック回路図である。
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 ３０７・・・各帯域のビット割当量出力端子 ３０８・・・スペクトルの滑らかさ算出回路 ３０９・・・ビット分割率決定回路
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 ３０７・・・各帯域のビット割当量出力端子 ３０８・・・スペクトルの滑らかさ算出回路 ３０９・・・ビット分割率決定回路
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
Claims (6)
- 【請求項１】 入力ディジタルデータを複数の周波数帯
域に分割し、分割された各周波数帯域毎にブロックを形
成して直交変換を行って係数データを求め、これらの係
数データを伝送又は記録のレートに対応したビット数に
ビット割当を行う符号化装置であって、上記入力ディジタルデータのスペクトルの滑らかさを表
す指標を求め、 ビット割当に使用できる全ビットを、どの時間に対して
も予め定められた固定ビット割当パターン分と、時間と
周波数について細分化された小ブロック中の信号の大き
さに依存したビット割当分とに配分する分割比を、上記
指標により決定し、 上記ビット割当に使用できる全ビットを、上記固定ビッ
ト割当パターン分と、上記信号の大きさに依存したビッ
ト割当分とに、上記分割比で 配分することを特徴とする
符号化装置。 - 【請求項２】 上記分割比が上記入力ディジタルデータ
のスペクトルが滑らかなほど上記固定ビット割当パター
ン分への割当比率を大きくしたことを特徴とする請求項
１記載の符号化装置。 - 【請求項３】 隣接スペクトル間の差情報に関係した信
号を、スペクトルの滑らかさの指標として用いたことを
特徴とする請求項２記載の符号化装置。 - 【請求項４】 周波数軸上のブロックフローティングの
ためのブロック間の信号の大きさの差情報に関係した信
号を、スペクトルの滑らかさの指標として用いたことを
特徴とする請求項３記載の符号化装置。 - 【請求項５】 入力ディジタルデータを複数の周波数帯
域に分割し、分割された各周波数帯域毎にブロックを形
成して直交変換を行って係数データを求め、これらの係
数データを伝送又は記録のレートに対応したビット数に
ビット割当を行う符号化方法であって、上記入力ディジタルデータのスペクトルの滑らかさを表
す指標を求め、 ビット割当に使用できる全ビットを、どの時間に対して
も予め定められた固定ビット割当パターン分と、時間と
周波数について細分化された小ブロック中の信号の大き
さに依存したビット割当分とに配分する分割比を、上記
指標により決定 し、 上記ビット割当に使用できる全ビットを、上記固定ビッ
ト割当パターン分と、上記信号の大きさに依存したビッ
ト割当分とに、上記分割比で 配分することを特徴とする
符号化方法。 - 【請求項６】 上記分割比が上記入力ディジタルデータ
のスペクトルが滑らかなほど上記固定ビット割当パター
ン分への割当比率を大きくしたことを特徴とする請求項
５記載の符号化方法。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03216217A JP3134384B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 符号化装置及び方法 |
| KR1019920013474A KR930005380A (ko) | 1991-08-02 | 1992-07-28 | 부호화 및 복호화 장치 |
| EP97108482A EP0805564A3 (en) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
| ES92113130T ES2164640T3 (es) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Codificador digital con asignacion dinamica de bits de cuantificacion. |
| AT92113130T ATE210347T1 (de) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digitaler kodierer mit dynamischer quantisierungsbitverteilung |
| AU20716/92A AU665200B2 (en) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
| EP92113130A EP0525809B1 (en) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
| CA002075156A CA2075156A1 (en) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
| DE69232251T DE69232251T2 (de) | 1991-08-02 | 1992-07-31 | Digitaler Kodierer mit dynamischer Quantisierungsbitverteilung |
| US08/272,872 US5664056A (en) | 1991-08-02 | 1994-07-08 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
| US08/465,340 US5621856A (en) | 1991-08-02 | 1995-06-05 | Digital encoder with dynamic quantization bit allocation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03216217A JP3134384B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 符号化装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537394A JPH0537394A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3134384B2 true JP3134384B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16685115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03216217A Expired - Lifetime JP3134384B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 符号化装置及び方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3134384B2 (ja) |
| KR (1) | KR930005380A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69924922T2 (de) | 1998-06-15 | 2006-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Audiokodierungsmethode und Audiokodierungsvorrichtung |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP03216217A patent/JP3134384B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-07-28 KR KR1019920013474A patent/KR930005380A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537394A (ja) | 1993-02-12 |
| KR930005380A (ko) | 1993-03-23 |
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