JP3685823B2 - 信号符号化方法及び装置、並びに信号復号化方法及び装置 - Google Patents
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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い伝送、記録、再生し、復号化して再生信号を得るディジタルデータの高能率符号化又は復号化が適用される信号符号化方法及び装置、並びに信号復号化方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オーディオ或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ある単位時間でブロック化しないで複数の周波数帯域に分割して符号化する非ブロック化周波数帯域分割方式である帯域分割符号化（サブ・バンド・コーディング：SBC)や、時間軸の信号をある単位時間でブロック化してこのブロック毎に周波数軸上の信号に変換（スペクトル変換）して複数の周波数帯域に分割し、各帯域毎に符号化するブロック化周波数帯域分割方式であるいわゆる変換符号化等を挙げることができる。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スペクトル変換し、このスペクトル変換された各帯域毎に符号化を施す。
【０００３】
ここで、上記帯域分割符号化や上記組合せの高能率符号化の手法などに用いられる帯域分割用のフィルタとしては、例えばいわゆるＱＭＦなどのフィルタがあり、これは例えば、文献「ディジタル・コーディング・オブ・スピーチ・イン・サブバンズ」("Digital coding of speech in subbands" R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech. J., Vol.55,No.8 1976) に述べられている。このＱＭＦのフィルタは、帯域を等バンド幅に２分割するものであり、当該フィルタにおいては上記分割した帯域を後に合成する際にいわゆるエリアシングが発生しないことが特徴となっている。
【０００４】
また、文献「ポリフェイズ・クァドラチュア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」("Polyphase Quadrature filters -A new subband coding technique", Joseph H. Rothweiler ICASSP 83, BOSTON)には、等帯域幅のフィルタ分割手法が述べられている。このポリフェイズ・クァドラチュア・フィルタにおいては、信号を等バンド幅の複数の帯域に分割する際に一度に分割できることが特徴となっている。
【０００５】
さらに、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、ブロック毎に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、モディファイドＤＣＴ変換（ＭＤＣＴ）などを行うことで時間軸を周波数軸に変換するような直交変換がある。
【０００６】
このＭＤＣＴについては、文献「時間領域エリアシング・キャンセルを基礎とするフィルタ・バンク設計を用いたサブバンド／変換符号化」("Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation," J.P.Princen A.B.Bradley, Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst.
of Tech. ICASSP 1987)に述べられている。
【０００７】
このように、フィルタやスペクトル変換によって帯域毎に分割された信号を量子化することにより、量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、マスキング効果などの性質を利用して聴覚的により高能率な符号化を行なうことができる。また、ここで量子化を行なう前に、各帯域毎に、例えばその帯域における信号成分の絶対値の最大値で正規化を行なうようにすれば、さらに高能率な符号化を行なうことができる。
【０００８】
また、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ほど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（ビットアロケーション）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ョ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。
【０００９】
ここで上記ビット割当手法としては、次の２手法が知られている。すなわち、例えば、文献「音声信号の適応変換符号化」（"Adaptive Transform Coding of Speech Signals", 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、雑音エネルギが最小となるが、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。また例えば文献「臨界帯域符号化器 −聴覚システムの知覚の要求に関するディジタル符号化」（"The critical band coder --digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system", M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）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。
【００１０】
これらの問題を解決するために、ビット割当に使用できる全ビットが、各小ブロック毎に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なう分とに分割使用され、その分割比を入力信号に関係する信号に依存させ、前記信号のスペクトルが滑らかなほど前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高能率符号化装置がヨーロッパ特許出願の公表番号0 525 809 A2、出願日1993年２月３日、1993年５月公報において提案されている。
【００１１】
この方法によれば、サイン波入力のように、特定のスペクトルにエネルギが集中する場合にはそのスペクトルを含むブロックに多くのビットを割り当てる事により、全体の信号対雑音特性を著しく改善することができる。一般に、急峻なスペクトル成分をもつ信号に対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、このような方法を用いる事により、信号対雑音特性を改善することは、単に測定上の数値を向上させるばかりでなく、聴感上、音質を改善するのに有効である。
【００１２】
ビット割当の方法にはこの他にも数多くの方法が提案されており、さらに聴覚に関するモデルが精緻化され、符号化装置の能力が上がれば聴覚的にみてより高能率な符号化が可能になる。
【００１３】
ここで、図１３から図１８の各図を用いて従来の信号符号化装置について説明する。
【００１４】
この図１３において、端子１００を介して供給された音響信号波形は変換回路１０１によって信号周波数成分に変換された後、信号成分符号化回路１０２によって各成分が符号化され、符号列生成回路１０３によって符号列が生成され、端子１０４から出力される。
【００１５】
図１４には、図１３の変換回路１０１の具体的構成を示す。この図１４において、端子２００を介して供給された信号（図１３の端子１００を介した信号）が、二段の帯域分割フィルタ２０１，２０２によって三つの帯域に分割される。帯域分割フィルタ２０１では端子２００を介した信号が１／２に間引かれ、帯域分割フィルタ２０２では上記帯域分割フィルタ２０１で１／２に間引かれた一方の信号がさらに１／２に間引かれる（端子２００の信号が１／４に間引かれるようになる）。すなわち、帯域分割フィルタ２０２からの２つの信号の帯域幅は、端子２００からの信号の帯域幅の１／４となっている。
【００１６】
これら帯域分割フィルタ２０１，２０２によって上述のように三つの帯域に分割された各帯域の信号は、それぞれＭＤＣＴ等のスペクトル変換を行う順スペクトル変換回路２０３，２０４，２０５によってスペクトル信号成分となされる。これら順スペクトル変換回路２０３，２０４，２０５の出力が上記図１３の信号成分符号化回路１０２に送られる。
【００１７】
図１５には、図１３の信号成分符号化回路１０２の具体的な構成を示す。
【００１８】
この図１５において、端子３００に供給された上記変換回路１０１からの出力は、正規化回路３０１によって所定の帯域毎に正規化が施された後、量子化回路３０３に送られる。また、上記端子３００に供給された信号は、量子化精度決定回路３０２にも送られる。
【００１９】
上記量子化回路３０３では、上記端子３００を介した信号から量子化精度決定回路３０３によって計算された量子化精度に基づいて、上記正規化回路３０１からの信号に対して量子化が施される。当該量子化回路３０３からの出力が端子３０４から出力されて図１３の符号列生成回路１０３に送られる。なお、この端子３０４からの出力信号には、上記量子化回路３０３によって量子化された信号成分に加え、上記正規化回路３０１における正規化係数情報や上記量子化精度決定回路３０２における量子化精度情報も含まれている。
【００２０】
図１６には、図１３の構成の符号化装置によって生成された符号列から音響信号を復号化して出力する復号化装置の概略構成を示す。
【００２１】
この図１６において、端子４００を介して供給された図１３の構成により生成された符号列からは、符号列分解回路４０１によって各信号成分の符号が抽出される。それらの符号からは、信号成分復号化回路４０２によって各信号成分が復元され、その後、逆変換回路４０３によって図１３の変換回路１０１の変換に対応する逆変換が施される。これにより音響波形信号が得られ、この音響波形信号が端子４０４から出力される。
【００２２】
図１７には、図１６の逆変換回路４０３の具体的な構成を示す。
【００２３】
この図１７の構成は、図１４に示した変換回路の構成例に対応したもので、端子５０１，５０２，５０３を介して信号成分復号化回路４０２から供給された信号は、それぞれ図１４における順スペクトル変換に対応する逆スペクトル変換を行う逆スペクトル変換回路５０４，５０５，５０６によって変換がなされる。これら逆スペクトル変換回路５０４，５０５，５０６によって得られた各帯域の信号は、二段の帯域合成フィルタによって合成される。
【００２４】
すなわち、逆スペクトル変換回路５０５及び５０６の出力は帯域合成フィルタ５０７に送られて合成され、この帯域合成フィルタ５０７の出力と上記逆スペクトル変換回路５０４の出力とが帯域合成フィルタ５０８にて合成される。当該帯域合成フィルタ５０８の出力が端子５０９（図１６の端子４０４）から出力されるようになる。
【００２５】
次に、図１８には、図１３に示される符号化装置において、従来より行なわれてきた符号化の方法について説明を行なうための図である。この図１８の例において、スペクトル信号は図１４の変換回路によって得られたものであり、図１８はＭＤＣＴによるスペクトル信号の絶対値のレベルをｄＢ値に変換して示したものである。
【００２６】
この図１８において、入力信号は所定の時間ブロック毎に６４個のスペクトル信号に変換されており、それが図１８の図中ｂ１からｂ５に示す五つの所定の帯域毎にグループ（これをここでは符号化ユニットと呼ぶことにする）にまとめて正規化及び量子化が行なわれる。ここでは各符号化ユニットの帯域幅は低域側で狭く、高域側で広くとられており、聴覚の性質に合った量子化雑音の発生の制御ができるようになっている。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来用いられた方法では、周波数成分を量子化する帯域は固定されている。このため、例えば、スペクトルが幾つかの特定の周波数近辺に集中する場合には、それらのスペクトル成分を十分な精度で量子化しようとすると、それらのスペクトル成分と同じ帯域に属する多数のスペクトルに対して多くのビットを割り振らなければならない。
【００２８】
すなわち、上記図１８からも明らかなように、所定の帯域毎にまとめて正規化が行なわれると、例えば信号にトーン性成分が含まれている図中ｂ３の帯域において、正規化係数値はトーン性成分によって決まる大きな正規化係数値をもとに正規化されることになる。
【００２９】
このとき、一般に、特定の周波数にスペクトルのエネルギが集中するトーン性の音響信号に含まれる雑音は、エネルギが広い周波数帯にわたってなだらかに分布する音響信号に加わった雑音と比較して非常に耳につき易く、聴感上大きな障害となる。さらにまた、大きなエネルギを持つスペクトル成分すなわちトーン性成分が十分精度良く量子化されていないと、それらのスペクトル成分を時間軸上の波形信号に戻して前後のブロックと合成した場合にブロック間での歪みが大きくなり（隣接する時間ブロックの波形信号と合成された時に大きな接続歪みが発生する）、やはり大きな聴感上の障害となる。このため、トーン性成分の符号化のためには十分なビット数で量子化を行なわなければならないが、上述のように所定の帯域毎に量子化精度が決められる場合にはトーン性成分を含む符号化ユニット内の多数のスペクトルに対して多くのビットを割り当てて量子化を行なう必要があり、符号化効率が悪くなってしまう。したがって、従来は、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることが困難であった。
【００３０】
この問題を解決するために、本件出願人は、先に、特願平５−１５２８６５号及び特願平５−１８３３２２号において、入力された音響信号を特定の周波数にエネルギが集中するトーン性成分と広い帯域にエネルギがなだらかに分布する成分に分離して符号化を施すことにより、高い符号化効率を実現する方法を提案している。
【００３１】
この先に提案している方法では、分離された各トーン性成分を周波数軸上の非常に狭い範囲で精度良く量子化して、それを周波数軸上での位置と共に記録媒体への記録を行うことで、前述の固定的な帯域毎に周波数成分を量子化する方法と比較して効率の良い符号化を行うことを実現している。すなわち、この効率の良い符号化の具体例として、各トーン性成分の極大エネルギのスペクトルを中心にして一定の個数のスペクトルを正規化および量子化して符号化する方法を提案している。
【００３２】
しかしながら、音響信号を構成するスペクトル成分は複雑であり、一口にトーン性成分といってもそれを構成するスペクトルの広がり方はまちまちである。すなわち、例えば正弦波の場合には、その周波数から離れるにしたがってスペクトル成分のエネルギは急速に小さくなり非常に少数のスペクトル成分に殆どのエネルギが集中する。
【００３３】
これに対し、通常の楽器の場合にもトーン性成分を抽出することはできるが、演奏中の周波数の揺らぎ等があり、各トーン性成分を構成するスペクトルは正弦波の時ほど急峻なエネルギ分布を持たない。また、このようなトーン性成分を構成するスペクトルのエネルギ分布の広がり方は楽器の種類によっても大きく異なる。
【００３４】
ここで、各トーン性成分の極大エネルギのスペクトルを中心にして一定の個数のスペクトルを正規化および量子化する場合、そのスペクトルの個数を大きくすると、非常に急峻なスペクトル・エネルギの分布を持つトーン性成分に対して聴覚的に無視することができる中心スペクトルから離れた非常に小さなスペクトルをも量子化することになるために、所定のビット数が必要となり、符号化の効率が悪くなる。
【００３５】
一方、そのスペクトルの個数を少なくすると、比較的緩やかなスペクトル・エネルギの分布を持つトーン性成分に対して、聴覚的に無視することができないスペクトルを、そのトーン性成分とは別に符号化する必要ができ、全体としての符号化効率が悪くなる。
【００３６】
そこで、本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることを可能とする信号符号化方法及び装置、信号復号化方法及び装置の提供を目的とするものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、入力信号を符号化する信号符号化方法において、入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換処理と、上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離処理と、上記第１の信号を符号化する第１の符号化処理と、上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化処理とからなり、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴とするものである。
【００３８】
ここで、本発明の信号符号化方法は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報を符号化する周波数成分数符号化処理も有する。また、上記変換処理はスペクトル変換処理である。さらに、上記第１の符号化処理には、当該第１の信号を量子化する量子化処理や、当該第１の信号を正規化する正規化処理を含む。そのうえ、本発明の信号符号化方法は、同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分をまとめて符号列を形成する符号列形成処理も有する。また、上記第２の符号化処理では、上記各トーン性成分付近の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号、又は上記各トーン性成分付近の所定の数の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号が符号化され、その所定の数は、聴覚の性質に基づいて周波数によって変化される。
【００３９】
また、入力信号を符号化する本発明の信号符号化装置においては、入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換手段と、上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離手段と、上記第１の信号を符号化する第１の符号化手段と、上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化手段とを有し、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴としている。
【００４５】
次に、本発明の符号化された信号を復号化する信号復号化方法においては、少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化処理と、ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化処理と、上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換処理とからなり、上記合成逆変換処理は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴としている。
【００４６】
ここで、上記合成逆変換処理は、上記第１及び第２の復号化信号に逆スペクトル変換を施す逆スペクトル変換処理を含む。また、上記第１の復号化処理は、上記第１の信号を逆量子化する逆量子化処理や、上記第１の信号の正規化を解除する正規化解除処理を含む。さらに、上記第１の信号は、同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分別に纏められている。
【００４７】
また、本発明の符号化された信号を復号化する信号復号化装置においては、少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化手段と、ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化手段と、上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換手段とを有し、上記合成逆変換手段は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴としている。
【００４９】
【作用】
本発明によれば、トーン性成分を分離する際に各トーン性成分を構成する周波数成分の範囲を複数通りのパターンから選択することによって、より効率的な符号化を実現している。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１には、本発明の信号符号化方法が適用される実施例の信号符号化装置の概略構成を示している。
【００５２】
図１において、端子６００には音響波形信号が供給される。この音響信号波形は、変換回路６０１によって信号周波数成分に変換された後、信号成分分離回路６０２に送られる。
【００５３】
当該信号成分分離回路６０２においては、変換回路６０１によって得られた信号周波数成分は、急峻なスペクトル分布を持つトーン性成分と、それ以外の信号周波数成分すなわち平坦なスペクトル分布を持つノイズ性成分とに分離される。これら分離された周波数成分のうち、上記急峻なスペクトル分布を持つトーン性成分はトーン性成分符号化回路６０３で、それ以外の信号周波数成分である上記ノイズ性成分はノイズ性成分符号化回路６０４で、それぞれ符号化される。これらトーン性成分符号化回路６０３とノイズ性成分符号化回路６０４からの出力は、符号列生成回路６０５によって符号列が生成され、出力される。
【００５４】
ＥＣＣエンコーダ６０６は、符号列生成回路６０５からの符号列に対して、エラーコレクションコードを付加する。ＥＣＣエンコーダ６０６からの出力は、ＥＦＭ回路６０７によって変調され、記録ヘッド６０８に供給される。記録ヘッド６０８は、ＥＦＭ回路６０７から出力された符号列をディスク６０９に記録する。
【００５５】
なお、信号成分分離回路６０２は、後述するトーン性成分情報数，位置情報，スペクトル数情報を符号列生成回路６０５に出力する。
【００５６】
また、変換回路６０１には前述した図１４と同様の構成を使用することができる。もちろん、図１の変換回路６０１の具体的構成としては、上記図１４の構成以外にも多数考えることができ、例えば、入力信号を直接ＭＤＣＴによってスペクトル信号に変換しても良いし、スペクトル変換はＭＤＣＴではなくＤＦＴやＤＣＴなどを用いることもできる。
【００５７】
また、前述のように、帯域分割フィルタによって信号を帯域成分に分割することも可能であるが、本発明の符号化装置による符号化の方法は特定の周波数にエネルギが集中する場合に特に有効に作用するので、多数の周波数成分が比較的少ない演算量で得られる上述のスペクトル変換によって周波数成分に変換する方法をとると都合がよい。
【００５８】
さらに、トーン性成分符号化回路６０３とノイズ性成分符号化回路６０４も基本的には前述した図１５と同様の構成で実現することができるものである。
【００５９】
一方、図２には、図１の符号化装置で符号化された信号を復号化する本発明の信号復号化方法が適用される実施例の信号復号化装置の概略構成を示す。
【００６０】
この図２において、ディスク６０９から再生ヘッド７０８を介して再生された符号列は、ＥＦＭ復調回路７０９に供給される。ＥＦＭ復調回路７０９では、入力された符号列を復調する。復調された符号列は、ＥＣＣデコーダ７１０に供給され、ここでエラー訂正が行われる。符号列分解回路７０１は、エラー訂正された符号列中のトーン性成分情報数に基づいて、符号列のどの部分がトーン性成分符号であるかを認識し、入力された符号列をトーン性成分符号とノイズ性成分符号に分離する。また、符号列分離回路７０１は、入力された符号列からトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報を分離し、後段の合成回路７０４に出力する。
【００６１】
上記トーン性成分符号はトーン性成分復号化回路７０２に送られ、上記ノイズ性成分符号は、ノイズ性成分復号化回路７０３に送られ、ここでそれぞれ逆量子化及び正規化の解除が行われて復号化される。その後、これらトーン性成分復号化回路７０２とノイズ性成分復号化回路７０３からの復号化信号は、上記図１の信号成分分離回路６０２での分離に対応する合成を行う合成回路７０４に供給される。
【００６２】
当該合成回路７０４は、符号列分離回路７０１から供給されたトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報に基づいて、トーン性成分の復号化信号を、ノイズ性成分の復号化信号の所定の位置に加算することにより、ノイズ性成分とトーン性成分の周波数軸上での合成を行う。
【００６３】
さらに、上記合成された復号化信号は、上記図１の変換回路６０１での変換に対応する逆変換を行う逆変換回路７０５で変換処理され、周波数軸上の信号から元の時間軸上の音響波形信号に戻される。この逆変換回路７０５からの出力波形信号は、端子７０７から出力される。
【００６４】
なお、逆変換と合成の処理順序は逆でもよく、この場合、図２における合成逆変換部７１１は、図３に示す構成となる。
【００６５】
この図３において、逆変換回路７１２は、ノイズ性成分復号化回路７０３からの周波数軸上のノイズ性成分の復号化信号を時間軸上のノイズ性成分信号に逆変換する。逆変換回路７１３は、トーン性成分復号化回路７０２からのトーン性成分の復号化信号を、符号列分離回路７０１から供給されたトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報の示す周波数軸上の位置に配し、これを逆変換して、時間軸上のトーン性成分信号を生成する。
【００６６】
合成回路７１４は、逆変換回路７１２からの時間軸上のノイズ性成分信号と逆変換回路７１３からの時間軸上のトーン性成分信号とを合成し、元の音響波形信号を再生する。
【００６７】
なお、上記逆変換回路７０５，７１２，７１３には、前述した図１７と同様の構成を使用することができる。
【００６８】
ここで、図４には、図１の符号化装置の信号成分分離回路６０２においてトーン性成分を分離するための一具体例の処理の流れを表す。
【００６９】
なお、図４において、Ｉはスペクトル信号の番号を、Ｎはスペクトル信号の総数、Ｐ，Ｒは所定の係数を示している。また、上記トーン性成分は、あるスペクトル信号の絶対値が局所的に見て他のスペクトル成分よりも大きく、なおかつ、それがその時間ブロック（スペクトル変換の際のブロック）におけるスペクトル信号の絶対値の最大値と比較して所定の大きさ以上であり、さらに、そのスペクトルと近隣のスペクトル（例えば両隣のスペクトル）のエネルギの和がそれらのスペクトルを含む所定の帯域内のエネルギに対して所定の割合以上を示している場合に、そのスペクトル信号と例えばその両隣のスペクトル信号がトーン性成分であると見なしている。なお、ここで、エネルギ分布の割合を比較する所定の帯域としては、聴覚の性質を考慮して例えば臨界帯域幅に合わせて、低域では狭く高域では広くとることができる。
【００７０】
すなわち、この図４において、先ず、ステップＳ１では最大スペクトル絶対値を変数Ａ0 に代入し、ステップＳ２ではスペクトル信号の番号Ｉを１にする。ステップＳ３では、ある時間ブロック内のあるスペクトル絶対値を変数Ａに代入する。
【００７１】
ステップＳ４では、上記スペクトル絶対値が局所的に見て他のスペクトル成分よりも大きい極大絶対値スペクトルか否かを判断し、極大絶対値スペクトルでないとき（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進み、極大絶対値スペクトルである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進む。
【００７２】
ステップＳ５では、当該極大絶対値スペクトルを含むその時間ブロックにおける当該極大絶対値スペクトルの変数Ａと最大スペクトル絶対値の変数Ａ0 との比と、所定の大きさを示す係数Ｐとの大小比較（Ａ／Ａ0 ＞Ｐ）を行い、Ａ／Ａ0 がＰより大きい場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ６に、Ａ／Ａ0 がＰ以下の場合（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進む。
【００７３】
ステップＳ６では、上記スペクトル絶対値のスペクトル（極大絶対値スペクトル）の近隣のスペクトルのエネルギ値（例えばそのスペクトルを中心とした５つのスペクトルのエネルギの和）を変数Ｘに代入し、次のステップＳ７では当該極大絶対値スペクトル及びその近隣のスペクトルを含む所定の帯域内のエネルギ値を変数Ｙに代入する。
【００７４】
次のステップＳ８では、上記エネルギ値の変数Ｘと所定帯域内のエネルギ値の変数Ｙとの比と、所定の割合を示す係数Ｒとの大小比較（Ｘ／Ｙ＞Ｒ）を行い、Ｘ／ＹがＲより大きいとき（Ｙｅｓ）にはステップＳ９に、Ｘ／ＹがＲ以下のとき（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進む。
【００７５】
ステップＳ９では、その極大絶対値スペクトルの信号とそれに隣接するいくつかのスペクトルの信号がトーン性成分であると見なし、その旨を登録する。
【００７６】
次のステップＳ１０では、上記ステップＳ９において登録されたスペクトル信号の番号Ｉとスペクトル信号の総数Ｎとが等しい（Ｉ＝Ｎ）か否かを判断し、等しい場合（Ｙｅｓ）には処理を終了し、等しくない場合（Ｎｏ）にはステップＳ１１に進む。このステップＳ１１では、Ｉ＝Ｉ＋１として１づつスペクトル信号の番号を増加させてステップＳ３に戻り、上述の処理を繰り返す。
【００７７】
初めに、トーン性成分を構成するスペクトルの数を固定とした場合の一例を図５に示す。
【００７８】
この図５に示す例では、図中ＴＣA ，ＴＣB ，ＴＣC ，ＴＣD で示す四つのトーン性成分が抽出されている。ここで、当該トーン性成分は、図５の例のように少数のスペクトル信号に集中して分布しているため、これらの成分を精度良く量子化しても、全体としてはあまり多くのビット数は必要とはならない。また、トーン性成分を一旦、正規化してから量子化することによって符号化の効率を高めることができるが、トーン性成分を構成するスペクトル信号は比較的少数であるので正規化や再量子化の処理を省略して装置を簡略化してもよい。
【００７９】
また、図６には、元のスペクトル信号からトーン性成分を除いたノイズ性成分を表した例を示している。
【００８０】
この図６に示すように、各帯域ｂ１〜ｂ５において上記元のスペクトル信号からは上述のようにトーン性成分が除かれているため、各符号化ユニットにおける正規化係数は小さな値となり、したがって、少ないビット数でも発生する量子化雑音は小さくすることができる。
【００８１】
ところで、このようにトーン性成分とノイズ性成分を分離することによって、前述した固定的な帯域毎に正規化及び量子化を行う方法と比較して効率的な符号化が可能となるが、図５の方法では各トーン性成分を構成するスペクトルの数を固定的に５本（極大絶対値スペクトルの信号とその両隣の低域側，高域側２本ずつの信号）に設定しているため、例えば図５の図中ＴＣB で示すトーン性成分を除去したノイズ性成分には、図６に示すように（帯域ｂ２，ｂ３）比較的大きなスペクトルが残留している。このため、図６の帯域ｂ２，ｂ３でこれらのノイズ性成分は大きな正規化係数で正規化されて量子化されるため、符号化の効率が悪くなってしまう。このとき、これらのノイズ性成分から大きなスペクトルを含む部分を別のトーン性成分として抽出してノイズ性成分の正規化係数値を下げることはもちろん可能であるが、その場合には新たなトーン性成分を符号化する必要がある。
【００８２】
一方、図５の図中ＴＣC ，ＴＣD で示すトーン性成分について言えば、極大スペクトルから離れた小さいエネルギのスペクトルもトーン性成分として符号化を行っているが、トーン性成分に対しては十分な精度で量子化するために多くのビット数が必要なので、このように小さなエネルギのスペクトルまでトーン性成分の構成スペクトルとして符号化を行なうのは効率が良くない。
【００８３】
そこで、本発明実施例の装置では、図７に示すように、トーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にしている。すなわち、極大スペクトル（極大絶対値スペクトル）を中心として、トーン性成分ＴＣA に対しては５本のスペクトル（大きさ０のダミーのスペクトルを含む）、トーン性成分ＴＣB に対しては７本のスペクトル、トーン性成分ＴＣC ，ＴＣD に対しては３本のスペクトルをトーン性成分の構成スペクトルとしている。
【００８４】
また、図８はこれらのトーン性成分を除いたノイズ性成分のスペクトルの分布を示しているが、図６と比較して明らかなように、帯域ｂ２，ｂ３での正規化係数を小さくとることができ、符号化効率を上げることができる。また、図７のＴＣC ，ＴＣD のトーン性成分の構成スペクトル数が減っているため、ここでも符号化効率を上げることができる。
【００８５】
ここで、図９には図４においてトーン性成分として登録するトーン性成分の構成スペクトル数を決定するための処理例を示したものである。
【００８６】
この図９においては、トーン性成分の構成スペクトル数を最大７本までとしており、極大スペクトル（極大絶対値スペクトル）成分を中心として３スペクトル又は５スペクトルのエネルギが、極大スペクトル成分を中心として７スペクトルのエネルギに対して所定の割合を越えた場合には、それぞれトーン性成分の構成スペクトル数を３本又は５本としている。なお、この例では予め登録されているトーン性成分を分類しているが、この分類処理はトーン性成分を抽出する際に同時に行なうことももちろん可能である。
【００８７】
この図９において、先ずステップＳ２１では登録トーン性成分数を変数Ｍとし、ステップＳ２２ではトーン性成分の番号Ｉを１にする。ステップＳ２３では、極大スペクトル成分を中心として近隣の７スペクトルのエネルギ値を変数Ｙに代入する。また、ステップＳ２４では、極大スペクトル成分を中心として近隣の３スペクトルのエネルギ値を変数Ｘに代入する。
【００８８】
ステップＳ２５では、上記近隣の７スペクトルのエネルギ値と３スペクトルのエネルギ値との割合（Ｘ／Ｙ）が、所定の割合Ｐを越えたか否か（Ｘ／Ｙ＞Ｐ）の判断を行う。当該ステップＳ２５での判断において、上記割合Ｐを越えた（イエス）と判断した場合にはステップＳ２６に進み、逆に越えていない（ノー）と判断した場合にはステップＳ２７に進む。
【００８９】
上記ステップＳ２６では、トーン性成分の構成スペクトル数を３本として登録（３スペクトルトーン性成分として登録）し、その後後述するステップＳ３１に進む。
【００９０】
一方、ステップＳ２７では、極大スペクトル成分を中心として近隣の５スペクトルのエネルギ値を変数Ｘに代入する。次のステップＳ２８では、上記近隣の７スペクトルのエネルギ値と５スペクトルのエネルギ値との割合（Ｘ／Ｙ）が、所定の割合Ｐを越えたか否か（Ｘ／Ｙ＞Ｐ）の判断を行う。当該ステップＳ２８での判断において、上記割合Ｐを越えた（イエス）と判断した場合にはステップＳ２９に進み、逆に越えていない（ノー）と判断した場合にはステップＳ３０に進む。
【００９１】
上記ステップＳ２９では、トーン性成分の構成スペクトル数を５本として登録（５スペクトルトーン性成分として登録）し、その後後述するステップＳ３１に進む。
【００９２】
一方、ステップＳ３０では、トーン性成分の構成スペクトル数を７本として登録（７スペクトルトーン性成分として登録）し、その後ステップＳ３１に進む。
【００９３】
ステップＳ３１では、上記ステップＳ２６，Ｓ２９，Ｓ３０において登録したトーン性成分数Ｍとトーン性成分の番号Ｉとが等しい（Ｉ＝Ｍ）か否かの判断を行い、等しい場合（イエス）には処理を終了し、等しくない場合にはステップＳ３２に進む。
【００９４】
ステップＳ３２では、Ｉ＝Ｉ＋１として１づつスペクトル信号の番号を増加させてステップＳ２３に戻り、上述の処理を繰り返す。
【００９５】
信号成分分離回路６０２は、上述の処理によってトーン性成分であると判定した周波数成分をトーン性成分符号化回路６０３に供給し、それ以外の周波数成分をノイズ性成分としてノイズ性成分符号化回路６０４に供給する。また、信号成分分離回路６０２は、トーン性成分であると判定された周波数成分に関し、トーン性成分の情報数、その位置情報及び各トーン性成分を構成する構成スペクトルの数を表すスペクトル数情報を符号列生成回路６０５に供給する。
【００９６】
次に、図１０は、本発明実施例の符号化装置によって、図７のスペクトル信号を符号化した場合の符号列（記録媒体に記録される符号列）の具体例を示したものである。
【００９７】
この図１０では、先ず最初に、トーン性成分情報数ｔｃｎ（図７の例では４）が記録媒体に記録され、次に図７のトーン性成分ＴＣA ，ＴＣB ，ＴＣC ，ＴＣD に対応するトーン性成分情報ｔｃA ，ｔｃB ，ｔｃC ，ｔｃD と、図７の各帯域ｂ１〜ｂ５に対応するノイズ性成分情報ｎｃ1 ，ｎｃ2 ，ｎｃ3 ，ｎｃ4 ，ｎｃ5 の順番に記録がなされている。
【００９８】
ここで、上記トーン性成分情報ｔｃには、そのトーン性成分の構成スペクトル数を表すスペクトル数情報ｓｐｎ（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には例えば７）と、トーン性成分の中心スペクトルの位置を表す中心位置情報ＣＰ（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には例えば１５）と、量子化のためのビット数を表す量子化精度情報ＱＰ（例えば４）と、正規化係数情報ＮＰとが、正規化および量子化された各信号成分情報（例えば情報ＳＣ1 ，ＳＣ2 ，ＳＣ3 ，・・・，ＳＣ7 ）と共に記録媒体に記録されるようになる。なお、例えば、周波数によって固定的に量子化精度が定められているような場合にはもちろん量子化精度情報は記録する必要はない。
【００９９】
また、トーン性成分の位置情報としては、上記の中心位置情報のかわりに、各トーン性成分の一番低域のスペクトルの位置（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には１２）を記録するようにしてもよい。
【０１００】
また、トーン性成分情報ｔｃC の場合には、例えば、スペクトル数情報ｓｐｎ＝３、中心位置情報ＣＰ＝３１、量子化精度情報ＱＰ＝６となり、各信号成分情報はＳＣ1 ，ＳＣ2 ，ＳＣ3 となる。
【０１０１】
さらに、上記ノイズ性成分情報については、量子化精度情報ＱＰ（トーン性成分情報ｎｃ1 の場合には例えば３）と、正規化係数情報ＮＰとが、正規化および量子化された各信号成分情報（例えば情報ＳＣ1 ，ＳＣ2 ，・・・，ＳＣ8 ）と共に記録媒体に記録されるようになる。
【０１０２】
なお、上述した図１０の例以外にも、本発明実施例の装置で符号化した場合の符号列の構成方法は種々考えられるが、例えば図１１には本発明実施例での符号化の方法を適用した場合に必要になる各トーン性成分を構成するスペクトル数の情報を効率良く記録するための符号列の構成例を示す。
【０１０３】
この図１１の例において、トーン性成分は同一のスペクトル数のもの毎にまとめて記録されている。すなわち、この例では、先ず、構成スペクトル数が３であるトーン性成分すべてを表す情報として、トーン性成分の個数（例えば３スペクトルトーン性成分情報数＝２）と実際のトーン性成分ＴＣC ，ＴＣD の内容（トーン性成分情報ｔｃC ，ｔｃD ）が記録され、それに続いて同様に、構成スペクトル数が５であるトーン性成分すべてを表す情報（例えば５スペクトルトーン性成分情報数＝１、トーン性成分情報ｔｃA ）、および構成スペクトル数が７であるトーン性成分すべてを表す情報（例えば７スペクトルトーン性成分情報数＝１、トーン性成分情報ｔｃB ）が記録されている。このようにトーン性成分をその構成スペクトル数毎にまとめて記録すると、各トーン性成分数毎にそれを構成するスペクトル数情報を記録しなくて済むために、特にトーン性成分数が多い場合には、効率的な符号化が可能となる。
【０１０４】
記録順序としては、もちろんこの他にも種々考えられ、例えば、最初に３スペクトルトーン性成分情報数、次に５スペクトルトーン性成分情報数、次に７スペクトルトーン性成分情報数を記録し、その後に各トーン性成分の内容を表す情報を記録しても良い。
【０１０５】
なお、以上、音響信号に対して本発明実施例の方法を適用した例を中心に説明を行なったが、本発明の方法は一般の波形信号の符号化にも適用することが可能である。しかし、音響信号の場合、トーン性成分情報が聴覚的に特に重要な意味を持っており、本発明の方法を特に効果的に適用することができる。
【０１０６】
また、以上の説明においては、各トーン性成分の符号化を行なうために量子化及び正規化を行っているが、これらは必ずしも必要ではなく、例えば、各トーン性成分を正規化せずに量子化したものに対しても本発明の符号化の方法を適用することができる。また、量子化して符号化する代わりに、例えば、各トーンのスペクトル分布に対して直接ある符号を対応させる場合にも、各トーン性成分を構成するスペクトルの数を可変にするという符号化の方法を適用することができる。
【０１０７】
また、本発明は本件出願人による前述の特願平５−１５２８６５号及び特願平５−１８３３２２号において提案した種々の方法と併用することが可能である。
【０１０８】
すなわち、聴覚の性質を利用して、上記ノイズ性成分の符号化はさらに効率良く行なうことができる。例えば、周波数軸上でトーン性の信号の近辺ではマスキング効果が有効に働く。したがって、抽出された近辺のノイズ性成分（上記トーン性成分の近辺のノイズ性成分）は０であるとして符号化を行なっても、それが後に復号化された音響信号は元の音と聴感上、大きな差異は感じられない。この方法によって、符号化ユニットが臨界帯域幅を基準にとられている場合などには極めて簡単な方法で圧縮を行なうことができる。
【０１０９】
また、符号化ユニットのノイズ性成分を０にするのではなく、各トーン性成分の近隣の所定の数のスペクトル成分を０にすることもできる。この所定の数は、聴覚の性質に基づいて、そのトーン性成分の周波数によって変化させ、低域では少なく、高域では多くとるようにすることができる。この方法によっても比較的簡単な手段によって聴覚的に有効な効率の良い圧縮を行なうことができる。なお、トーン性成分によるマスキングは高域側に対して強く働くため、ノイズ性成分を０にする範囲は非対称にしても良い。
【０１１０】
さらに、ノイズ性成分を、例えば、D.A.Huffman: A Method for Construction of Minimum Redundancy Codes, Proc.I.R.E., 40, p.1098 (1952)に述べられているいわゆる可変長符号によって符号化してもよい。このような符号化方法では頻度の多いパターンには短い符号長を割り当てることによって符号化の効率を上げているが、このような符号を用いる場合には前述のようにノイズ性の成分を０にしておく方法が有効に働く。すなわち、０の成分が多く出現するため、０に対して短い長さの符号を割り当てることによって符号化の効率を上げることができる。
【０１１１】
以上、トーン性成分を分離し、トーン性成分およびその近辺の信号を０にした後、ノイズ性成分を符号化する方法について述べたが、元のスペクトル信号からトーン性成分を符号化して復号化した信号を引いたものを符号化していく、という方法もとることができる。すなわち例えば、スペクトル信号から一つのトーン性成分を符号化して復号化した信号を差し引いたものを符号化する。また、スペクトル信号からトーン性成分を抽出して符号化することによって、スペクトル信号の符号化精度を上げることができ、これを繰り返していくことにより精度の高い符号化を行なうことができる。
【０１１２】
この方法による信号符号化装置を、図１２を参照しながら説明する。なお、図１と同じ構成については、同じ番号を付与し、その説明を省略する。
【０１１３】
この図１２において、変換回路６０１によって得られたスペクトル信号は、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０１を介して、トーン性成分抽出回路８０２に供給される。トーン性成分抽出回路８０２は、上述した図４及び図９の処理によってトーン性成分を判別し、判別されたトーン性成分のみをトーン性成分符号化回路６０３に供給する。また、トーン性成分抽出回路８０２は、トーン性成分情報数と、その中心位置情報、各トーン性成分を構成するスペクトルの数を表すスペクトル情報数を符号列生成回路６０５に出力する。
【０１１４】
トーン性成分符号化回路６０３は、入力されたトーン性成分に対し、正規化及び量子化を行い、正規化及び量子化されたトーン性成分をローカルデコーダ８０４及び符号列生成回路６０５に供給する。ローカルデコーダ８０４は、正規化及び量子化されたトーン性成分に対して、逆量子化及び正規化の解除を行い、元のトーン性成分の信号を復号する。但し、このとき、復号信号には量子化雑音が含まれることになる。
【０１１５】
ローカルデコーダ８０４からの出力は、１回目の復号信号として、加算器８０５に供給される。また、加算器８０５には、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０６を介して、変換回路６０１からの元のスペクトル信号が供給される。加算器８０５は、元のスペクトル信号から、１回目の復号信号を差し引いて１回目の差分信号を出力する。
【０１１６】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を１回で終了する場合は、この１回目の差分信号がノイズ性成分として、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０７を介して、ノイズ性成分符号化回路６０４に供給される。トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を繰り返す場合は、１回目の差分信号は、スイッチ８０１を介してトーン性成分抽出回路８０２に供給される。
【０１１７】
トーン性成分抽出回路８０２、トーン性成分符号化回路６０３、ローカルデコーダ８０４は上述と同様の処理を行い、得られた２回目の復号信号が加算器８０５に供給される。また、加算器８０５には、スイッチ８０６を介して１回目の差分信号が供給される。加算器８０５は、１回目の差分信号から、２回目の復号信号を差し引いて２回目の差分信号を出力する。
【０１１８】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を２回で終了する場合は、この２回目の差分信号が、ノイズ性成分として、スイッチ８０７を介して、ノイズ性成分符号化回路６０４に供給される。
【０１１９】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理をさらに繰り返す場合は、上述と同様な処理が、トーン性成分抽出回路８０２、トーン性成分符号化回路６０３、ローカルデコーダ８０４、加算器８０５によって行われる。
【０１２０】
スイッチ制御回路８０８は、トーン性成分情報数の閾値を保持しており、トーン性成分抽出回路から得られるトーン性成分情報数がこの閾値を越えた場合に、トーン性成分の抽出、符号化、復号化処理を終了するようにスイッチ８０７を制御する。
【０１２１】
また、トーン性成分抽出回路８０２において、トーン性成分が抽出されなくなった時点で、トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を終了することもできる。
【０１２２】
なお、この方法を用いる場合、トーン性成分を量子化するためのビット数の上限を低く設定していても符号化精度を十分に高くとることができ、したがって、量子化ビット数を記録するビット数を小さくすることができるという利点もある。また、このようにトーン性成分を多段階に抽出していく方法は、必ずしもトーン性成分を符号化して復号化したものと同等の信号を元のスペクトル信号から差し引いていく場合だけでなく、抽出されたトーン性成分のスペクトル信号を０にした場合にも適用可能であり、本発明の記述において「トーン性成分を分離した信号」等の表現はこの両者を含むものである。
【０１２３】
次に、トーン性成分の抽出の帯域を高域においてのみ行うこともできる。
【０１２４】
ここで、一般にスペクトル変換を行なった場合、低域において十分な周波数分解能をとるためにはスペクトル変換の変換区間長を極めて長くとらなければならず、これを小規模な装置で実現するのは困難である。また、トーン性成分を符号化するためには、そのトーン性成分の位置情報や正規化情報を符号化する必要があるが、低域において分離度の悪いトーン性成分が多数ある場合にはこれらの情報を抽出されたトーン性成分の数だけ記録するのは符号化の効率を上げる上で不利となる。したがって、低域側で周波数分解能が十分にとれない場合には、高域側でのみトーン性成分を分離して符号化するようにしても良い。
【０１２５】
さらに、低域で十分な周波数分解能を確保するために、低域と高域での周波数分解能を変えても良い。
【０１２６】
また、本実施例の信号記録媒体は、上述した実施例符号化装置によって符号化された符号化信号が記録されたものであって、例えば、ディスク状の記録媒体としての光ディスク，光磁気ディスク，相変化型光ディスク，磁気ディスクや、テープ状記録媒体としての磁気テープ、半導体記録媒体としてのメモリカード，ＩＣチップなどに、本実施例の符号化信号を記録してなるものである。
【０１２７】
また、本発明では符号列を信号記録媒体に記録するようにしたが、光ファイバ等を用いて伝送するようにしてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明による信号符号化方法及び装置を用いれば、トーン性信号の符号化をそのスペクトル・エネルギの分布の仕方に応じて効率良く符号化できるようになり、全体としてより高能率な符号化が可能になる。すなわち、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることが可能となる。したがって、この圧縮符号化された信号を本発明の信号記録媒体に記録すれば、記録容量を有効に使用することができ、さらに、この信号記録媒体を再生して得た信号を本発明の信号復号化方法及び装置によって復号化することで、良好な音響信号が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の信号符号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明実施例の信号復号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図３】合成変換部の他の構成例を示すブロック回路図である。
【図４】本発明実施例の信号成分分離回路における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を説明するための図である。
【図６】本実施例の信号符号化におけるノイズ性成分を説明するための図である。
【図７】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にする様子を説明するための図である。
【図８】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にしたときのノイズ性成分を説明するための図である。
【図９】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分として登録されたトーン性成分の構成スペクトル数を決定するための処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本実施例の信号符号化により符号化されて得られた符号列の記録を説明するための図である。
【図１１】本実施例の信号符号化により符号化されて得られた他の例の符号列の記録を説明するための図である。
【図１２】本発明の他の実施例の信号符号化装置の構成を示すブロック回路図である。
【図１３】従来の符号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１４】本実施例及び従来の符号化装置の変換回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１５】本実施例及び従来の符号化装置の信号成分符号化回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１６】従来の復号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１７】本実施例及び従来の復号化装置の逆変換回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１８】従来技術による符号化方法を説明するための図である。
【符号の説明】
６０１ 変換回路
６０２ 信号成分分離回路
６０３ トーン性成分符号化回路
６０４ ノイズ性成分符号化回路
６０５ 符号列生成回路
７０１ 符号列分解回路
７０２ トーン性成分復号化回路
７０３ ノイズ性成分復号化回路
７０４ 合成回路
７０５ 逆変換回路
【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い伝送、記録、再生し、復号化して再生信号を得るディジタルデータの高能率符号化又は復号化が適用される信号符号化方法及び装置、並びに信号復号化方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オーディオ或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ある単位時間でブロック化しないで複数の周波数帯域に分割して符号化する非ブロック化周波数帯域分割方式である帯域分割符号化（サブ・バンド・コーディング：SBC)や、時間軸の信号をある単位時間でブロック化してこのブロック毎に周波数軸上の信号に変換（スペクトル変換）して複数の周波数帯域に分割し、各帯域毎に符号化するブロック化周波数帯域分割方式であるいわゆる変換符号化等を挙げることができる。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スペクトル変換し、このスペクトル変換された各帯域毎に符号化を施す。
【０００３】
ここで、上記帯域分割符号化や上記組合せの高能率符号化の手法などに用いられる帯域分割用のフィルタとしては、例えばいわゆるＱＭＦなどのフィルタがあり、これは例えば、文献「ディジタル・コーディング・オブ・スピーチ・イン・サブバンズ」("Digital coding of speech in subbands" R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech. J., Vol.55,No.8 1976) に述べられている。このＱＭＦのフィルタは、帯域を等バンド幅に２分割するものであり、当該フィルタにおいては上記分割した帯域を後に合成する際にいわゆるエリアシングが発生しないことが特徴となっている。
【０００４】
また、文献「ポリフェイズ・クァドラチュア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」("Polyphase Quadrature filters -A new subband coding technique", Joseph H. Rothweiler ICASSP 83, BOSTON)には、等帯域幅のフィルタ分割手法が述べられている。このポリフェイズ・クァドラチュア・フィルタにおいては、信号を等バンド幅の複数の帯域に分割する際に一度に分割できることが特徴となっている。
【０００５】
さらに、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、ブロック毎に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、モディファイドＤＣＴ変換（ＭＤＣＴ）などを行うことで時間軸を周波数軸に変換するような直交変換がある。
【０００６】
このＭＤＣＴについては、文献「時間領域エリアシング・キャンセルを基礎とするフィルタ・バンク設計を用いたサブバンド／変換符号化」("Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation," J.P.Princen A.B.Bradley, Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst.
of Tech. ICASSP 1987)に述べられている。
【０００７】
このように、フィルタやスペクトル変換によって帯域毎に分割された信号を量子化することにより、量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、マスキング効果などの性質を利用して聴覚的により高能率な符号化を行なうことができる。また、ここで量子化を行なう前に、各帯域毎に、例えばその帯域における信号成分の絶対値の最大値で正規化を行なうようにすれば、さらに高能率な符号化を行なうことができる。
【０００８】
また、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ほど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（ビットアロケーション）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ョ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。
【０００９】
ここで上記ビット割当手法としては、次の２手法が知られている。すなわち、例えば、文献「音声信号の適応変換符号化」（"Adaptive Transform Coding of Speech Signals", 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、雑音エネルギが最小となるが、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。また例えば文献「臨界帯域符号化器 −聴覚システムの知覚の要求に関するディジタル符号化」（"The critical band coder --digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system", M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）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。
【００１０】
これらの問題を解決するために、ビット割当に使用できる全ビットが、各小ブロック毎に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なう分とに分割使用され、その分割比を入力信号に関係する信号に依存させ、前記信号のスペクトルが滑らかなほど前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高能率符号化装置がヨーロッパ特許出願の公表番号0 525 809 A2、出願日1993年２月３日、1993年５月公報において提案されている。
【００１１】
この方法によれば、サイン波入力のように、特定のスペクトルにエネルギが集中する場合にはそのスペクトルを含むブロックに多くのビットを割り当てる事により、全体の信号対雑音特性を著しく改善することができる。一般に、急峻なスペクトル成分をもつ信号に対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、このような方法を用いる事により、信号対雑音特性を改善することは、単に測定上の数値を向上させるばかりでなく、聴感上、音質を改善するのに有効である。
【００１２】
ビット割当の方法にはこの他にも数多くの方法が提案されており、さらに聴覚に関するモデルが精緻化され、符号化装置の能力が上がれば聴覚的にみてより高能率な符号化が可能になる。
【００１３】
ここで、図１３から図１８の各図を用いて従来の信号符号化装置について説明する。
【００１４】
この図１３において、端子１００を介して供給された音響信号波形は変換回路１０１によって信号周波数成分に変換された後、信号成分符号化回路１０２によって各成分が符号化され、符号列生成回路１０３によって符号列が生成され、端子１０４から出力される。
【００１５】
図１４には、図１３の変換回路１０１の具体的構成を示す。この図１４において、端子２００を介して供給された信号（図１３の端子１００を介した信号）が、二段の帯域分割フィルタ２０１，２０２によって三つの帯域に分割される。帯域分割フィルタ２０１では端子２００を介した信号が１／２に間引かれ、帯域分割フィルタ２０２では上記帯域分割フィルタ２０１で１／２に間引かれた一方の信号がさらに１／２に間引かれる（端子２００の信号が１／４に間引かれるようになる）。すなわち、帯域分割フィルタ２０２からの２つの信号の帯域幅は、端子２００からの信号の帯域幅の１／４となっている。
【００１６】
これら帯域分割フィルタ２０１，２０２によって上述のように三つの帯域に分割された各帯域の信号は、それぞれＭＤＣＴ等のスペクトル変換を行う順スペクトル変換回路２０３，２０４，２０５によってスペクトル信号成分となされる。これら順スペクトル変換回路２０３，２０４，２０５の出力が上記図１３の信号成分符号化回路１０２に送られる。
【００１７】
図１５には、図１３の信号成分符号化回路１０２の具体的な構成を示す。
【００１８】
この図１５において、端子３００に供給された上記変換回路１０１からの出力は、正規化回路３０１によって所定の帯域毎に正規化が施された後、量子化回路３０３に送られる。また、上記端子３００に供給された信号は、量子化精度決定回路３０２にも送られる。
【００１９】
上記量子化回路３０３では、上記端子３００を介した信号から量子化精度決定回路３０３によって計算された量子化精度に基づいて、上記正規化回路３０１からの信号に対して量子化が施される。当該量子化回路３０３からの出力が端子３０４から出力されて図１３の符号列生成回路１０３に送られる。なお、この端子３０４からの出力信号には、上記量子化回路３０３によって量子化された信号成分に加え、上記正規化回路３０１における正規化係数情報や上記量子化精度決定回路３０２における量子化精度情報も含まれている。
【００２０】
図１６には、図１３の構成の符号化装置によって生成された符号列から音響信号を復号化して出力する復号化装置の概略構成を示す。
【００２１】
この図１６において、端子４００を介して供給された図１３の構成により生成された符号列からは、符号列分解回路４０１によって各信号成分の符号が抽出される。それらの符号からは、信号成分復号化回路４０２によって各信号成分が復元され、その後、逆変換回路４０３によって図１３の変換回路１０１の変換に対応する逆変換が施される。これにより音響波形信号が得られ、この音響波形信号が端子４０４から出力される。
【００２２】
図１７には、図１６の逆変換回路４０３の具体的な構成を示す。
【００２３】
この図１７の構成は、図１４に示した変換回路の構成例に対応したもので、端子５０１，５０２，５０３を介して信号成分復号化回路４０２から供給された信号は、それぞれ図１４における順スペクトル変換に対応する逆スペクトル変換を行う逆スペクトル変換回路５０４，５０５，５０６によって変換がなされる。これら逆スペクトル変換回路５０４，５０５，５０６によって得られた各帯域の信号は、二段の帯域合成フィルタによって合成される。
【００２４】
すなわち、逆スペクトル変換回路５０５及び５０６の出力は帯域合成フィルタ５０７に送られて合成され、この帯域合成フィルタ５０７の出力と上記逆スペクトル変換回路５０４の出力とが帯域合成フィルタ５０８にて合成される。当該帯域合成フィルタ５０８の出力が端子５０９（図１６の端子４０４）から出力されるようになる。
【００２５】
次に、図１８には、図１３に示される符号化装置において、従来より行なわれてきた符号化の方法について説明を行なうための図である。この図１８の例において、スペクトル信号は図１４の変換回路によって得られたものであり、図１８はＭＤＣＴによるスペクトル信号の絶対値のレベルをｄＢ値に変換して示したものである。
【００２６】
この図１８において、入力信号は所定の時間ブロック毎に６４個のスペクトル信号に変換されており、それが図１８の図中ｂ１からｂ５に示す五つの所定の帯域毎にグループ（これをここでは符号化ユニットと呼ぶことにする）にまとめて正規化及び量子化が行なわれる。ここでは各符号化ユニットの帯域幅は低域側で狭く、高域側で広くとられており、聴覚の性質に合った量子化雑音の発生の制御ができるようになっている。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来用いられた方法では、周波数成分を量子化する帯域は固定されている。このため、例えば、スペクトルが幾つかの特定の周波数近辺に集中する場合には、それらのスペクトル成分を十分な精度で量子化しようとすると、それらのスペクトル成分と同じ帯域に属する多数のスペクトルに対して多くのビットを割り振らなければならない。
【００２８】
すなわち、上記図１８からも明らかなように、所定の帯域毎にまとめて正規化が行なわれると、例えば信号にトーン性成分が含まれている図中ｂ３の帯域において、正規化係数値はトーン性成分によって決まる大きな正規化係数値をもとに正規化されることになる。
【００２９】
このとき、一般に、特定の周波数にスペクトルのエネルギが集中するトーン性の音響信号に含まれる雑音は、エネルギが広い周波数帯にわたってなだらかに分布する音響信号に加わった雑音と比較して非常に耳につき易く、聴感上大きな障害となる。さらにまた、大きなエネルギを持つスペクトル成分すなわちトーン性成分が十分精度良く量子化されていないと、それらのスペクトル成分を時間軸上の波形信号に戻して前後のブロックと合成した場合にブロック間での歪みが大きくなり（隣接する時間ブロックの波形信号と合成された時に大きな接続歪みが発生する）、やはり大きな聴感上の障害となる。このため、トーン性成分の符号化のためには十分なビット数で量子化を行なわなければならないが、上述のように所定の帯域毎に量子化精度が決められる場合にはトーン性成分を含む符号化ユニット内の多数のスペクトルに対して多くのビットを割り当てて量子化を行なう必要があり、符号化効率が悪くなってしまう。したがって、従来は、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることが困難であった。
【００３０】
この問題を解決するために、本件出願人は、先に、特願平５−１５２８６５号及び特願平５−１８３３２２号において、入力された音響信号を特定の周波数にエネルギが集中するトーン性成分と広い帯域にエネルギがなだらかに分布する成分に分離して符号化を施すことにより、高い符号化効率を実現する方法を提案している。
【００３１】
この先に提案している方法では、分離された各トーン性成分を周波数軸上の非常に狭い範囲で精度良く量子化して、それを周波数軸上での位置と共に記録媒体への記録を行うことで、前述の固定的な帯域毎に周波数成分を量子化する方法と比較して効率の良い符号化を行うことを実現している。すなわち、この効率の良い符号化の具体例として、各トーン性成分の極大エネルギのスペクトルを中心にして一定の個数のスペクトルを正規化および量子化して符号化する方法を提案している。
【００３２】
しかしながら、音響信号を構成するスペクトル成分は複雑であり、一口にトーン性成分といってもそれを構成するスペクトルの広がり方はまちまちである。すなわち、例えば正弦波の場合には、その周波数から離れるにしたがってスペクトル成分のエネルギは急速に小さくなり非常に少数のスペクトル成分に殆どのエネルギが集中する。
【００３３】
これに対し、通常の楽器の場合にもトーン性成分を抽出することはできるが、演奏中の周波数の揺らぎ等があり、各トーン性成分を構成するスペクトルは正弦波の時ほど急峻なエネルギ分布を持たない。また、このようなトーン性成分を構成するスペクトルのエネルギ分布の広がり方は楽器の種類によっても大きく異なる。
【００３４】
ここで、各トーン性成分の極大エネルギのスペクトルを中心にして一定の個数のスペクトルを正規化および量子化する場合、そのスペクトルの個数を大きくすると、非常に急峻なスペクトル・エネルギの分布を持つトーン性成分に対して聴覚的に無視することができる中心スペクトルから離れた非常に小さなスペクトルをも量子化することになるために、所定のビット数が必要となり、符号化の効率が悪くなる。
【００３５】
一方、そのスペクトルの個数を少なくすると、比較的緩やかなスペクトル・エネルギの分布を持つトーン性成分に対して、聴覚的に無視することができないスペクトルを、そのトーン性成分とは別に符号化する必要ができ、全体としての符号化効率が悪くなる。
【００３６】
そこで、本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることを可能とする信号符号化方法及び装置、信号復号化方法及び装置の提供を目的とするものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、入力信号を符号化する信号符号化方法において、入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換処理と、上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離処理と、上記第１の信号を符号化する第１の符号化処理と、上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化処理とからなり、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴とするものである。
【００３８】
ここで、本発明の信号符号化方法は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報を符号化する周波数成分数符号化処理も有する。また、上記変換処理はスペクトル変換処理である。さらに、上記第１の符号化処理には、当該第１の信号を量子化する量子化処理や、当該第１の信号を正規化する正規化処理を含む。そのうえ、本発明の信号符号化方法は、同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分をまとめて符号列を形成する符号列形成処理も有する。また、上記第２の符号化処理では、上記各トーン性成分付近の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号、又は上記各トーン性成分付近の所定の数の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号が符号化され、その所定の数は、聴覚の性質に基づいて周波数によって変化される。
【００３９】
また、入力信号を符号化する本発明の信号符号化装置においては、入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換手段と、上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離手段と、上記第１の信号を符号化する第１の符号化手段と、上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化手段とを有し、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴としている。
【００４５】
次に、本発明の符号化された信号を復号化する信号復号化方法においては、少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化処理と、ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化処理と、上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換処理とからなり、上記合成逆変換処理は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴としている。
【００４６】
ここで、上記合成逆変換処理は、上記第１及び第２の復号化信号に逆スペクトル変換を施す逆スペクトル変換処理を含む。また、上記第１の復号化処理は、上記第１の信号を逆量子化する逆量子化処理や、上記第１の信号の正規化を解除する正規化解除処理を含む。さらに、上記第１の信号は、同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分別に纏められている。
【００４７】
また、本発明の符号化された信号を復号化する信号復号化装置においては、少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化手段と、ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化手段と、上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換手段とを有し、上記合成逆変換手段は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴としている。
【００４９】
【作用】
本発明によれば、トーン性成分を分離する際に各トーン性成分を構成する周波数成分の範囲を複数通りのパターンから選択することによって、より効率的な符号化を実現している。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１には、本発明の信号符号化方法が適用される実施例の信号符号化装置の概略構成を示している。
【００５２】
図１において、端子６００には音響波形信号が供給される。この音響信号波形は、変換回路６０１によって信号周波数成分に変換された後、信号成分分離回路６０２に送られる。
【００５３】
当該信号成分分離回路６０２においては、変換回路６０１によって得られた信号周波数成分は、急峻なスペクトル分布を持つトーン性成分と、それ以外の信号周波数成分すなわち平坦なスペクトル分布を持つノイズ性成分とに分離される。これら分離された周波数成分のうち、上記急峻なスペクトル分布を持つトーン性成分はトーン性成分符号化回路６０３で、それ以外の信号周波数成分である上記ノイズ性成分はノイズ性成分符号化回路６０４で、それぞれ符号化される。これらトーン性成分符号化回路６０３とノイズ性成分符号化回路６０４からの出力は、符号列生成回路６０５によって符号列が生成され、出力される。
【００５４】
ＥＣＣエンコーダ６０６は、符号列生成回路６０５からの符号列に対して、エラーコレクションコードを付加する。ＥＣＣエンコーダ６０６からの出力は、ＥＦＭ回路６０７によって変調され、記録ヘッド６０８に供給される。記録ヘッド６０８は、ＥＦＭ回路６０７から出力された符号列をディスク６０９に記録する。
【００５５】
なお、信号成分分離回路６０２は、後述するトーン性成分情報数，位置情報，スペクトル数情報を符号列生成回路６０５に出力する。
【００５６】
また、変換回路６０１には前述した図１４と同様の構成を使用することができる。もちろん、図１の変換回路６０１の具体的構成としては、上記図１４の構成以外にも多数考えることができ、例えば、入力信号を直接ＭＤＣＴによってスペクトル信号に変換しても良いし、スペクトル変換はＭＤＣＴではなくＤＦＴやＤＣＴなどを用いることもできる。
【００５７】
また、前述のように、帯域分割フィルタによって信号を帯域成分に分割することも可能であるが、本発明の符号化装置による符号化の方法は特定の周波数にエネルギが集中する場合に特に有効に作用するので、多数の周波数成分が比較的少ない演算量で得られる上述のスペクトル変換によって周波数成分に変換する方法をとると都合がよい。
【００５８】
さらに、トーン性成分符号化回路６０３とノイズ性成分符号化回路６０４も基本的には前述した図１５と同様の構成で実現することができるものである。
【００５９】
一方、図２には、図１の符号化装置で符号化された信号を復号化する本発明の信号復号化方法が適用される実施例の信号復号化装置の概略構成を示す。
【００６０】
この図２において、ディスク６０９から再生ヘッド７０８を介して再生された符号列は、ＥＦＭ復調回路７０９に供給される。ＥＦＭ復調回路７０９では、入力された符号列を復調する。復調された符号列は、ＥＣＣデコーダ７１０に供給され、ここでエラー訂正が行われる。符号列分解回路７０１は、エラー訂正された符号列中のトーン性成分情報数に基づいて、符号列のどの部分がトーン性成分符号であるかを認識し、入力された符号列をトーン性成分符号とノイズ性成分符号に分離する。また、符号列分離回路７０１は、入力された符号列からトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報を分離し、後段の合成回路７０４に出力する。
【００６１】
上記トーン性成分符号はトーン性成分復号化回路７０２に送られ、上記ノイズ性成分符号は、ノイズ性成分復号化回路７０３に送られ、ここでそれぞれ逆量子化及び正規化の解除が行われて復号化される。その後、これらトーン性成分復号化回路７０２とノイズ性成分復号化回路７０３からの復号化信号は、上記図１の信号成分分離回路６０２での分離に対応する合成を行う合成回路７０４に供給される。
【００６２】
当該合成回路７０４は、符号列分離回路７０１から供給されたトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報に基づいて、トーン性成分の復号化信号を、ノイズ性成分の復号化信号の所定の位置に加算することにより、ノイズ性成分とトーン性成分の周波数軸上での合成を行う。
【００６３】
さらに、上記合成された復号化信号は、上記図１の変換回路６０１での変換に対応する逆変換を行う逆変換回路７０５で変換処理され、周波数軸上の信号から元の時間軸上の音響波形信号に戻される。この逆変換回路７０５からの出力波形信号は、端子７０７から出力される。
【００６４】
なお、逆変換と合成の処理順序は逆でもよく、この場合、図２における合成逆変換部７１１は、図３に示す構成となる。
【００６５】
この図３において、逆変換回路７１２は、ノイズ性成分復号化回路７０３からの周波数軸上のノイズ性成分の復号化信号を時間軸上のノイズ性成分信号に逆変換する。逆変換回路７１３は、トーン性成分復号化回路７０２からのトーン性成分の復号化信号を、符号列分離回路７０１から供給されたトーン性成分の位置情報及びスペクトル数情報の示す周波数軸上の位置に配し、これを逆変換して、時間軸上のトーン性成分信号を生成する。
【００６６】
合成回路７１４は、逆変換回路７１２からの時間軸上のノイズ性成分信号と逆変換回路７１３からの時間軸上のトーン性成分信号とを合成し、元の音響波形信号を再生する。
【００６７】
なお、上記逆変換回路７０５，７１２，７１３には、前述した図１７と同様の構成を使用することができる。
【００６８】
ここで、図４には、図１の符号化装置の信号成分分離回路６０２においてトーン性成分を分離するための一具体例の処理の流れを表す。
【００６９】
なお、図４において、Ｉはスペクトル信号の番号を、Ｎはスペクトル信号の総数、Ｐ，Ｒは所定の係数を示している。また、上記トーン性成分は、あるスペクトル信号の絶対値が局所的に見て他のスペクトル成分よりも大きく、なおかつ、それがその時間ブロック（スペクトル変換の際のブロック）におけるスペクトル信号の絶対値の最大値と比較して所定の大きさ以上であり、さらに、そのスペクトルと近隣のスペクトル（例えば両隣のスペクトル）のエネルギの和がそれらのスペクトルを含む所定の帯域内のエネルギに対して所定の割合以上を示している場合に、そのスペクトル信号と例えばその両隣のスペクトル信号がトーン性成分であると見なしている。なお、ここで、エネルギ分布の割合を比較する所定の帯域としては、聴覚の性質を考慮して例えば臨界帯域幅に合わせて、低域では狭く高域では広くとることができる。
【００７０】
すなわち、この図４において、先ず、ステップＳ１では最大スペクトル絶対値を変数Ａ0 に代入し、ステップＳ２ではスペクトル信号の番号Ｉを１にする。ステップＳ３では、ある時間ブロック内のあるスペクトル絶対値を変数Ａに代入する。
【００７１】
ステップＳ４では、上記スペクトル絶対値が局所的に見て他のスペクトル成分よりも大きい極大絶対値スペクトルか否かを判断し、極大絶対値スペクトルでないとき（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進み、極大絶対値スペクトルである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進む。
【００７２】
ステップＳ５では、当該極大絶対値スペクトルを含むその時間ブロックにおける当該極大絶対値スペクトルの変数Ａと最大スペクトル絶対値の変数Ａ0 との比と、所定の大きさを示す係数Ｐとの大小比較（Ａ／Ａ0 ＞Ｐ）を行い、Ａ／Ａ0 がＰより大きい場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ６に、Ａ／Ａ0 がＰ以下の場合（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進む。
【００７３】
ステップＳ６では、上記スペクトル絶対値のスペクトル（極大絶対値スペクトル）の近隣のスペクトルのエネルギ値（例えばそのスペクトルを中心とした５つのスペクトルのエネルギの和）を変数Ｘに代入し、次のステップＳ７では当該極大絶対値スペクトル及びその近隣のスペクトルを含む所定の帯域内のエネルギ値を変数Ｙに代入する。
【００７４】
次のステップＳ８では、上記エネルギ値の変数Ｘと所定帯域内のエネルギ値の変数Ｙとの比と、所定の割合を示す係数Ｒとの大小比較（Ｘ／Ｙ＞Ｒ）を行い、Ｘ／ＹがＲより大きいとき（Ｙｅｓ）にはステップＳ９に、Ｘ／ＹがＲ以下のとき（Ｎｏ）にはステップＳ１０に進む。
【００７５】
ステップＳ９では、その極大絶対値スペクトルの信号とそれに隣接するいくつかのスペクトルの信号がトーン性成分であると見なし、その旨を登録する。
【００７６】
次のステップＳ１０では、上記ステップＳ９において登録されたスペクトル信号の番号Ｉとスペクトル信号の総数Ｎとが等しい（Ｉ＝Ｎ）か否かを判断し、等しい場合（Ｙｅｓ）には処理を終了し、等しくない場合（Ｎｏ）にはステップＳ１１に進む。このステップＳ１１では、Ｉ＝Ｉ＋１として１づつスペクトル信号の番号を増加させてステップＳ３に戻り、上述の処理を繰り返す。
【００７７】
初めに、トーン性成分を構成するスペクトルの数を固定とした場合の一例を図５に示す。
【００７８】
この図５に示す例では、図中ＴＣA ，ＴＣB ，ＴＣC ，ＴＣD で示す四つのトーン性成分が抽出されている。ここで、当該トーン性成分は、図５の例のように少数のスペクトル信号に集中して分布しているため、これらの成分を精度良く量子化しても、全体としてはあまり多くのビット数は必要とはならない。また、トーン性成分を一旦、正規化してから量子化することによって符号化の効率を高めることができるが、トーン性成分を構成するスペクトル信号は比較的少数であるので正規化や再量子化の処理を省略して装置を簡略化してもよい。
【００７９】
また、図６には、元のスペクトル信号からトーン性成分を除いたノイズ性成分を表した例を示している。
【００８０】
この図６に示すように、各帯域ｂ１〜ｂ５において上記元のスペクトル信号からは上述のようにトーン性成分が除かれているため、各符号化ユニットにおける正規化係数は小さな値となり、したがって、少ないビット数でも発生する量子化雑音は小さくすることができる。
【００８１】
ところで、このようにトーン性成分とノイズ性成分を分離することによって、前述した固定的な帯域毎に正規化及び量子化を行う方法と比較して効率的な符号化が可能となるが、図５の方法では各トーン性成分を構成するスペクトルの数を固定的に５本（極大絶対値スペクトルの信号とその両隣の低域側，高域側２本ずつの信号）に設定しているため、例えば図５の図中ＴＣB で示すトーン性成分を除去したノイズ性成分には、図６に示すように（帯域ｂ２，ｂ３）比較的大きなスペクトルが残留している。このため、図６の帯域ｂ２，ｂ３でこれらのノイズ性成分は大きな正規化係数で正規化されて量子化されるため、符号化の効率が悪くなってしまう。このとき、これらのノイズ性成分から大きなスペクトルを含む部分を別のトーン性成分として抽出してノイズ性成分の正規化係数値を下げることはもちろん可能であるが、その場合には新たなトーン性成分を符号化する必要がある。
【００８２】
一方、図５の図中ＴＣC ，ＴＣD で示すトーン性成分について言えば、極大スペクトルから離れた小さいエネルギのスペクトルもトーン性成分として符号化を行っているが、トーン性成分に対しては十分な精度で量子化するために多くのビット数が必要なので、このように小さなエネルギのスペクトルまでトーン性成分の構成スペクトルとして符号化を行なうのは効率が良くない。
【００８３】
そこで、本発明実施例の装置では、図７に示すように、トーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にしている。すなわち、極大スペクトル（極大絶対値スペクトル）を中心として、トーン性成分ＴＣA に対しては５本のスペクトル（大きさ０のダミーのスペクトルを含む）、トーン性成分ＴＣB に対しては７本のスペクトル、トーン性成分ＴＣC ，ＴＣD に対しては３本のスペクトルをトーン性成分の構成スペクトルとしている。
【００８４】
また、図８はこれらのトーン性成分を除いたノイズ性成分のスペクトルの分布を示しているが、図６と比較して明らかなように、帯域ｂ２，ｂ３での正規化係数を小さくとることができ、符号化効率を上げることができる。また、図７のＴＣC ，ＴＣD のトーン性成分の構成スペクトル数が減っているため、ここでも符号化効率を上げることができる。
【００８５】
ここで、図９には図４においてトーン性成分として登録するトーン性成分の構成スペクトル数を決定するための処理例を示したものである。
【００８６】
この図９においては、トーン性成分の構成スペクトル数を最大７本までとしており、極大スペクトル（極大絶対値スペクトル）成分を中心として３スペクトル又は５スペクトルのエネルギが、極大スペクトル成分を中心として７スペクトルのエネルギに対して所定の割合を越えた場合には、それぞれトーン性成分の構成スペクトル数を３本又は５本としている。なお、この例では予め登録されているトーン性成分を分類しているが、この分類処理はトーン性成分を抽出する際に同時に行なうことももちろん可能である。
【００８７】
この図９において、先ずステップＳ２１では登録トーン性成分数を変数Ｍとし、ステップＳ２２ではトーン性成分の番号Ｉを１にする。ステップＳ２３では、極大スペクトル成分を中心として近隣の７スペクトルのエネルギ値を変数Ｙに代入する。また、ステップＳ２４では、極大スペクトル成分を中心として近隣の３スペクトルのエネルギ値を変数Ｘに代入する。
【００８８】
ステップＳ２５では、上記近隣の７スペクトルのエネルギ値と３スペクトルのエネルギ値との割合（Ｘ／Ｙ）が、所定の割合Ｐを越えたか否か（Ｘ／Ｙ＞Ｐ）の判断を行う。当該ステップＳ２５での判断において、上記割合Ｐを越えた（イエス）と判断した場合にはステップＳ２６に進み、逆に越えていない（ノー）と判断した場合にはステップＳ２７に進む。
【００８９】
上記ステップＳ２６では、トーン性成分の構成スペクトル数を３本として登録（３スペクトルトーン性成分として登録）し、その後後述するステップＳ３１に進む。
【００９０】
一方、ステップＳ２７では、極大スペクトル成分を中心として近隣の５スペクトルのエネルギ値を変数Ｘに代入する。次のステップＳ２８では、上記近隣の７スペクトルのエネルギ値と５スペクトルのエネルギ値との割合（Ｘ／Ｙ）が、所定の割合Ｐを越えたか否か（Ｘ／Ｙ＞Ｐ）の判断を行う。当該ステップＳ２８での判断において、上記割合Ｐを越えた（イエス）と判断した場合にはステップＳ２９に進み、逆に越えていない（ノー）と判断した場合にはステップＳ３０に進む。
【００９１】
上記ステップＳ２９では、トーン性成分の構成スペクトル数を５本として登録（５スペクトルトーン性成分として登録）し、その後後述するステップＳ３１に進む。
【００９２】
一方、ステップＳ３０では、トーン性成分の構成スペクトル数を７本として登録（７スペクトルトーン性成分として登録）し、その後ステップＳ３１に進む。
【００９３】
ステップＳ３１では、上記ステップＳ２６，Ｓ２９，Ｓ３０において登録したトーン性成分数Ｍとトーン性成分の番号Ｉとが等しい（Ｉ＝Ｍ）か否かの判断を行い、等しい場合（イエス）には処理を終了し、等しくない場合にはステップＳ３２に進む。
【００９４】
ステップＳ３２では、Ｉ＝Ｉ＋１として１づつスペクトル信号の番号を増加させてステップＳ２３に戻り、上述の処理を繰り返す。
【００９５】
信号成分分離回路６０２は、上述の処理によってトーン性成分であると判定した周波数成分をトーン性成分符号化回路６０３に供給し、それ以外の周波数成分をノイズ性成分としてノイズ性成分符号化回路６０４に供給する。また、信号成分分離回路６０２は、トーン性成分であると判定された周波数成分に関し、トーン性成分の情報数、その位置情報及び各トーン性成分を構成する構成スペクトルの数を表すスペクトル数情報を符号列生成回路６０５に供給する。
【００９６】
次に、図１０は、本発明実施例の符号化装置によって、図７のスペクトル信号を符号化した場合の符号列（記録媒体に記録される符号列）の具体例を示したものである。
【００９７】
この図１０では、先ず最初に、トーン性成分情報数ｔｃｎ（図７の例では４）が記録媒体に記録され、次に図７のトーン性成分ＴＣA ，ＴＣB ，ＴＣC ，ＴＣD に対応するトーン性成分情報ｔｃA ，ｔｃB ，ｔｃC ，ｔｃD と、図７の各帯域ｂ１〜ｂ５に対応するノイズ性成分情報ｎｃ1 ，ｎｃ2 ，ｎｃ3 ，ｎｃ4 ，ｎｃ5 の順番に記録がなされている。
【００９８】
ここで、上記トーン性成分情報ｔｃには、そのトーン性成分の構成スペクトル数を表すスペクトル数情報ｓｐｎ（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には例えば７）と、トーン性成分の中心スペクトルの位置を表す中心位置情報ＣＰ（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には例えば１５）と、量子化のためのビット数を表す量子化精度情報ＱＰ（例えば４）と、正規化係数情報ＮＰとが、正規化および量子化された各信号成分情報（例えば情報ＳＣ1 ，ＳＣ2 ，ＳＣ3 ，・・・，ＳＣ7 ）と共に記録媒体に記録されるようになる。なお、例えば、周波数によって固定的に量子化精度が定められているような場合にはもちろん量子化精度情報は記録する必要はない。
【００９９】
また、トーン性成分の位置情報としては、上記の中心位置情報のかわりに、各トーン性成分の一番低域のスペクトルの位置（例えばトーン性成分ＴＣB の場合には１２）を記録するようにしてもよい。
【０１００】
また、トーン性成分情報ｔｃC の場合には、例えば、スペクトル数情報ｓｐｎ＝３、中心位置情報ＣＰ＝３１、量子化精度情報ＱＰ＝６となり、各信号成分情報はＳＣ1 ，ＳＣ2 ，ＳＣ3 となる。
【０１０１】
さらに、上記ノイズ性成分情報については、量子化精度情報ＱＰ（トーン性成分情報ｎｃ1 の場合には例えば３）と、正規化係数情報ＮＰとが、正規化および量子化された各信号成分情報（例えば情報ＳＣ1 ，ＳＣ2 ，・・・，ＳＣ8 ）と共に記録媒体に記録されるようになる。
【０１０２】
なお、上述した図１０の例以外にも、本発明実施例の装置で符号化した場合の符号列の構成方法は種々考えられるが、例えば図１１には本発明実施例での符号化の方法を適用した場合に必要になる各トーン性成分を構成するスペクトル数の情報を効率良く記録するための符号列の構成例を示す。
【０１０３】
この図１１の例において、トーン性成分は同一のスペクトル数のもの毎にまとめて記録されている。すなわち、この例では、先ず、構成スペクトル数が３であるトーン性成分すべてを表す情報として、トーン性成分の個数（例えば３スペクトルトーン性成分情報数＝２）と実際のトーン性成分ＴＣC ，ＴＣD の内容（トーン性成分情報ｔｃC ，ｔｃD ）が記録され、それに続いて同様に、構成スペクトル数が５であるトーン性成分すべてを表す情報（例えば５スペクトルトーン性成分情報数＝１、トーン性成分情報ｔｃA ）、および構成スペクトル数が７であるトーン性成分すべてを表す情報（例えば７スペクトルトーン性成分情報数＝１、トーン性成分情報ｔｃB ）が記録されている。このようにトーン性成分をその構成スペクトル数毎にまとめて記録すると、各トーン性成分数毎にそれを構成するスペクトル数情報を記録しなくて済むために、特にトーン性成分数が多い場合には、効率的な符号化が可能となる。
【０１０４】
記録順序としては、もちろんこの他にも種々考えられ、例えば、最初に３スペクトルトーン性成分情報数、次に５スペクトルトーン性成分情報数、次に７スペクトルトーン性成分情報数を記録し、その後に各トーン性成分の内容を表す情報を記録しても良い。
【０１０５】
なお、以上、音響信号に対して本発明実施例の方法を適用した例を中心に説明を行なったが、本発明の方法は一般の波形信号の符号化にも適用することが可能である。しかし、音響信号の場合、トーン性成分情報が聴覚的に特に重要な意味を持っており、本発明の方法を特に効果的に適用することができる。
【０１０６】
また、以上の説明においては、各トーン性成分の符号化を行なうために量子化及び正規化を行っているが、これらは必ずしも必要ではなく、例えば、各トーン性成分を正規化せずに量子化したものに対しても本発明の符号化の方法を適用することができる。また、量子化して符号化する代わりに、例えば、各トーンのスペクトル分布に対して直接ある符号を対応させる場合にも、各トーン性成分を構成するスペクトルの数を可変にするという符号化の方法を適用することができる。
【０１０７】
また、本発明は本件出願人による前述の特願平５−１５２８６５号及び特願平５−１８３３２２号において提案した種々の方法と併用することが可能である。
【０１０８】
すなわち、聴覚の性質を利用して、上記ノイズ性成分の符号化はさらに効率良く行なうことができる。例えば、周波数軸上でトーン性の信号の近辺ではマスキング効果が有効に働く。したがって、抽出された近辺のノイズ性成分（上記トーン性成分の近辺のノイズ性成分）は０であるとして符号化を行なっても、それが後に復号化された音響信号は元の音と聴感上、大きな差異は感じられない。この方法によって、符号化ユニットが臨界帯域幅を基準にとられている場合などには極めて簡単な方法で圧縮を行なうことができる。
【０１０９】
また、符号化ユニットのノイズ性成分を０にするのではなく、各トーン性成分の近隣の所定の数のスペクトル成分を０にすることもできる。この所定の数は、聴覚の性質に基づいて、そのトーン性成分の周波数によって変化させ、低域では少なく、高域では多くとるようにすることができる。この方法によっても比較的簡単な手段によって聴覚的に有効な効率の良い圧縮を行なうことができる。なお、トーン性成分によるマスキングは高域側に対して強く働くため、ノイズ性成分を０にする範囲は非対称にしても良い。
【０１１０】
さらに、ノイズ性成分を、例えば、D.A.Huffman: A Method for Construction of Minimum Redundancy Codes, Proc.I.R.E., 40, p.1098 (1952)に述べられているいわゆる可変長符号によって符号化してもよい。このような符号化方法では頻度の多いパターンには短い符号長を割り当てることによって符号化の効率を上げているが、このような符号を用いる場合には前述のようにノイズ性の成分を０にしておく方法が有効に働く。すなわち、０の成分が多く出現するため、０に対して短い長さの符号を割り当てることによって符号化の効率を上げることができる。
【０１１１】
以上、トーン性成分を分離し、トーン性成分およびその近辺の信号を０にした後、ノイズ性成分を符号化する方法について述べたが、元のスペクトル信号からトーン性成分を符号化して復号化した信号を引いたものを符号化していく、という方法もとることができる。すなわち例えば、スペクトル信号から一つのトーン性成分を符号化して復号化した信号を差し引いたものを符号化する。また、スペクトル信号からトーン性成分を抽出して符号化することによって、スペクトル信号の符号化精度を上げることができ、これを繰り返していくことにより精度の高い符号化を行なうことができる。
【０１１２】
この方法による信号符号化装置を、図１２を参照しながら説明する。なお、図１と同じ構成については、同じ番号を付与し、その説明を省略する。
【０１１３】
この図１２において、変換回路６０１によって得られたスペクトル信号は、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０１を介して、トーン性成分抽出回路８０２に供給される。トーン性成分抽出回路８０２は、上述した図４及び図９の処理によってトーン性成分を判別し、判別されたトーン性成分のみをトーン性成分符号化回路６０３に供給する。また、トーン性成分抽出回路８０２は、トーン性成分情報数と、その中心位置情報、各トーン性成分を構成するスペクトルの数を表すスペクトル情報数を符号列生成回路６０５に出力する。
【０１１４】
トーン性成分符号化回路６０３は、入力されたトーン性成分に対し、正規化及び量子化を行い、正規化及び量子化されたトーン性成分をローカルデコーダ８０４及び符号列生成回路６０５に供給する。ローカルデコーダ８０４は、正規化及び量子化されたトーン性成分に対して、逆量子化及び正規化の解除を行い、元のトーン性成分の信号を復号する。但し、このとき、復号信号には量子化雑音が含まれることになる。
【０１１５】
ローカルデコーダ８０４からの出力は、１回目の復号信号として、加算器８０５に供給される。また、加算器８０５には、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０６を介して、変換回路６０１からの元のスペクトル信号が供給される。加算器８０５は、元のスペクトル信号から、１回目の復号信号を差し引いて１回目の差分信号を出力する。
【０１１６】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を１回で終了する場合は、この１回目の差分信号がノイズ性成分として、スイッチ制御回路８０８によって制御されるスイッチ８０７を介して、ノイズ性成分符号化回路６０４に供給される。トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を繰り返す場合は、１回目の差分信号は、スイッチ８０１を介してトーン性成分抽出回路８０２に供給される。
【０１１７】
トーン性成分抽出回路８０２、トーン性成分符号化回路６０３、ローカルデコーダ８０４は上述と同様の処理を行い、得られた２回目の復号信号が加算器８０５に供給される。また、加算器８０５には、スイッチ８０６を介して１回目の差分信号が供給される。加算器８０５は、１回目の差分信号から、２回目の復号信号を差し引いて２回目の差分信号を出力する。
【０１１８】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を２回で終了する場合は、この２回目の差分信号が、ノイズ性成分として、スイッチ８０７を介して、ノイズ性成分符号化回路６０４に供給される。
【０１１９】
トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理をさらに繰り返す場合は、上述と同様な処理が、トーン性成分抽出回路８０２、トーン性成分符号化回路６０３、ローカルデコーダ８０４、加算器８０５によって行われる。
【０１２０】
スイッチ制御回路８０８は、トーン性成分情報数の閾値を保持しており、トーン性成分抽出回路から得られるトーン性成分情報数がこの閾値を越えた場合に、トーン性成分の抽出、符号化、復号化処理を終了するようにスイッチ８０７を制御する。
【０１２１】
また、トーン性成分抽出回路８０２において、トーン性成分が抽出されなくなった時点で、トーン性成分の抽出、符号化、復号化、差分化処理を終了することもできる。
【０１２２】
なお、この方法を用いる場合、トーン性成分を量子化するためのビット数の上限を低く設定していても符号化精度を十分に高くとることができ、したがって、量子化ビット数を記録するビット数を小さくすることができるという利点もある。また、このようにトーン性成分を多段階に抽出していく方法は、必ずしもトーン性成分を符号化して復号化したものと同等の信号を元のスペクトル信号から差し引いていく場合だけでなく、抽出されたトーン性成分のスペクトル信号を０にした場合にも適用可能であり、本発明の記述において「トーン性成分を分離した信号」等の表現はこの両者を含むものである。
【０１２３】
次に、トーン性成分の抽出の帯域を高域においてのみ行うこともできる。
【０１２４】
ここで、一般にスペクトル変換を行なった場合、低域において十分な周波数分解能をとるためにはスペクトル変換の変換区間長を極めて長くとらなければならず、これを小規模な装置で実現するのは困難である。また、トーン性成分を符号化するためには、そのトーン性成分の位置情報や正規化情報を符号化する必要があるが、低域において分離度の悪いトーン性成分が多数ある場合にはこれらの情報を抽出されたトーン性成分の数だけ記録するのは符号化の効率を上げる上で不利となる。したがって、低域側で周波数分解能が十分にとれない場合には、高域側でのみトーン性成分を分離して符号化するようにしても良い。
【０１２５】
さらに、低域で十分な周波数分解能を確保するために、低域と高域での周波数分解能を変えても良い。
【０１２６】
また、本実施例の信号記録媒体は、上述した実施例符号化装置によって符号化された符号化信号が記録されたものであって、例えば、ディスク状の記録媒体としての光ディスク，光磁気ディスク，相変化型光ディスク，磁気ディスクや、テープ状記録媒体としての磁気テープ、半導体記録媒体としてのメモリカード，ＩＣチップなどに、本実施例の符号化信号を記録してなるものである。
【０１２７】
また、本発明では符号列を信号記録媒体に記録するようにしたが、光ファイバ等を用いて伝送するようにしてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明による信号符号化方法及び装置を用いれば、トーン性信号の符号化をそのスペクトル・エネルギの分布の仕方に応じて効率良く符号化できるようになり、全体としてより高能率な符号化が可能になる。すなわち、特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させることなく符号化の効率を上げることが可能となる。したがって、この圧縮符号化された信号を本発明の信号記録媒体に記録すれば、記録容量を有効に使用することができ、さらに、この信号記録媒体を再生して得た信号を本発明の信号復号化方法及び装置によって復号化することで、良好な音響信号が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の信号符号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明実施例の信号復号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図３】合成変換部の他の構成例を示すブロック回路図である。
【図４】本発明実施例の信号成分分離回路における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を説明するための図である。
【図６】本実施例の信号符号化におけるノイズ性成分を説明するための図である。
【図７】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にする様子を説明するための図である。
【図８】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を構成するスペクトルの個数を可変にしたときのノイズ性成分を説明するための図である。
【図９】本実施例の信号符号化におけるトーン性成分として登録されたトーン性成分の構成スペクトル数を決定するための処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本実施例の信号符号化により符号化されて得られた符号列の記録を説明するための図である。
【図１１】本実施例の信号符号化により符号化されて得られた他の例の符号列の記録を説明するための図である。
【図１２】本発明の他の実施例の信号符号化装置の構成を示すブロック回路図である。
【図１３】従来の符号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１４】本実施例及び従来の符号化装置の変換回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１５】本実施例及び従来の符号化装置の信号成分符号化回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１６】従来の復号化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１７】本実施例及び従来の復号化装置の逆変換回路の具体的構成を示すブロック回路図である。
【図１８】従来技術による符号化方法を説明するための図である。
【符号の説明】
６０１ 変換回路
６０２ 信号成分分離回路
６０３ トーン性成分符号化回路
６０４ ノイズ性成分符号化回路
６０５ 符号列生成回路
７０１ 符号列分解回路
７０２ トーン性成分復号化回路
７０３ ノイズ性成分復号化回路
７０４ 合成回路
７０５ 逆変換回路
Claims (14)
- 入力信号を符号化する信号符号化方法において、
入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換処理と、
上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離処理と、
上記第１の信号を符号化する第１の符号化処理と、
上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化処理とからなり、
上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴とする信号符号化方法。 - 上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報を符号化する周波数成分数符号化処理も行うことを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
- 上記第１の符号化処理には、当該第１の信号を量子化する量子化処理を含むことを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
- 上記第１の符号化処理には、当該第１の信号を正規化する正規化処理を含むことを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
- 同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分をまとめて符号列を形成する符号列形成処理も行うことを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
- 上記第２の符号化処理では、上記各トーン性成分付近の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号が符号化されることを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
- 上記第２の符号化処理では、上記各トーン性成分付近の所定の数の上記第２の信号を０とした上記第２の信号に基づく信号が符号化されることを特徴とする請求項６記載の信号符号化方法。
- 上記所定の数は、聴覚の性質に基づいて周波数によって変化されることを特徴とする請求項７記載の信号符号化方法。
- 入力信号を符号化する信号符号化装置において、
入力信号を直交変換を用いて周波数成分に変換する変換手段と、
上記周波数成分を少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号とその他の成分であるノイズ性成分からなる第２の信号とに分離する分離手段と、
上記第１の信号を符号化する第１の符号化手段と、
上記第２の信号に基づく信号を所定の周波数帯域に分割し、上記分割した周波数帯域毎に符号化する第２の符号化手段とを有し、
上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数は可変であることを特徴とする信号符号化装置。 - 符号化された信号を復号化する信号復号化方法において、
少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化処理と、
ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化処理と、
上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換処理とからなり、
上記合成逆変換処理は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴とする信号復号化方法。 - 上記第１の復号化処理は、上記第１の信号を逆量子化する逆量子化処理を含むことを特徴とする請求項１０記載の信号復号化方法。
- 上記第１の復号化処理は、上記第１の信号の正規化を解除する正規化解除処理を含むことを特徴とする請求項１０記載の信号復号化方法。
- 上記第１の信号は、同じ数の周波数成分からなる上記複数のトーン性成分別に纏められていることを特徴とする請求項１０記載の信号復号化方法。
- 符号化された信号を復号化する信号復号化装置において、
少なくとも１つのトーン性成分からなる第１の信号を復号化して第１の復号化信号を生成する第１の復号化手段と、
ノイズ性成分からなる第２の信号を所定の周波数帯域毎に復号化して第２の復号化信号を生成する第２の復号化手段と、
上記第１及び第２の復号化信号を合成して逆直交変換を行う合成逆変換、又は、上記第１及び第２の復号化信号を各々逆直交変換して合成する合成逆変換を行う合成逆変換手段とを有し、
上記合成逆変換手段は、上記各トーン性成分を構成する周波数成分の数を示す情報に基づいて上記合成を行うことを特徴とする信号復号化装置。
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