JPH01500695A - ディジタル・コード化方法 - Google Patents
ディジタル・コード化方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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-
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
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- G10L19/02—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using spectral analysis, e.g. transform vocoders or subband vocoders
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
朋旦紡
ディジタル・コード化方法
及更■旦旦
本発明は音響信号、特に本明細書の請求の範囲第1項の導入部分に記載された如
き楽音信号の送信及び/又は記憶を行うディジタル・コード化方法に関するもの
である。
反翫0状P
音響信号をコード化する標準的方法はいわゆるパルス・コード変調である。この
方法において、楽音信号は少なくとも32にHz、通常は44.1にH2で走査
される。従って、16ビツト線形コード化が512乃至705.6K bit/
秒のデータ速度を発生する。
実際、こうしたデータ・ボリュームを低減化する方法は楽音信号に対する基礎を
得ることができなかった。楽音信号のコード化とデータ低減化で今日までに得ら
れた最良の結果はいわゆる「適応変換コード化」で達成されている。この点に関
してDE−PS 3310480及び一層詳細に説明されない事項全てに関して
明確に説明しであるその内容を参照する。適応変換コード化は良好な品質を維持
する間に大略110にbitのデータ整理を可能にする。
しかしながら、本明細書の請求の範囲第1項の導入部分をなす出発点となるこの
公知の方法の欠点は特に音楽の重要な楽曲の場合に品質低下が実質的に感知でき
ることにある。これはとりわけコード化された信号の障害部分が先行技術の方法
における耳の可聴性のしきい値に適合できないことに起因するもので、更に、過
剰変調又は粗過ぎる量子化が存在し得る。
発明の開示
本発明の目的は実質上楽音信号の品質を低減化させずにデータ速度を因子4乃至
6だけ低減化できる対応するデコード化方法と同様、音響信号特に楽音信号の送
信及び/又は記憶を行うディジタル・コード化方法を提供することにある。
この目的に対する発明性のめる解決方法とその別の実施態様については本明細書
の請求の範囲に説明しである。
本発明によるコード化方法の場合、例示的なものとして、1組のスペクトル係数
に「別々の余弦変換」 (本明細書の請求の範囲第8項)、TDAC変換(本明
細書の請求の範囲第8項)又は「高速フーリエ変換」を採用することにより公知
の方法における如くデータが最初にブロック内で変換される。レベル制御が前以
って行われる。
更に、いわゆるウィンドインク(windowing)を行うことができる。い
わゆる「スペクトル不平等分布」の値がスペクトル係数から演算される。この値
から、スペクトル領域内の量子化レベルに対する初期値が決定される。−例とし
てATC方法の場合の如く当技術の方法の状態と対比的に、スペクトル領域にお
けるデータは全てこうして形成された量子化レベルで量子化される。スペクトル
係数の量子化値に対応する整数の結果的に生じるフィールドは直接最適コーダー
でコード化され、特にエントロピー・コーダー(本明細門の請求の範囲第3項)
でコード化される。
こうしてコード化されたデータの全体の長さがこのブロックに対し利用可能なビ
ット数の長さより長い場合は量子レベルが上昇され、コード化が再度実行される
。この方法はコード化に対するビットの所定の個数が要求されなくなるまで繰返
される。
請求の範囲第3項に記載の如く各ブロック内にて送信され又は記憶される付加的
情報は以下の通りである。
−スペクトル不平等分布に対する値
−利用可能な実際のビットでコード化するのに要求される分散因子
一〇に量子化されたスペクトル係数の個数更に、実際の信号振幅に対する値(レ
ベル制御)はレベル制御が行われた限りにおいて送信されなければならない。こ
の付加情報の値はそれが既に整数でない限りにおいて大略量子化されて送信され
ることになる。
本明細書の請求の範囲第4項乃至第7項に説明された如く本発明の要素は固定若
しくは可変量子化レベルを有する線形量子化装置と一例として非線形の対数又は
いわゆるMAXffi子化装置を採用できることにある。更に、量子化された値
が正確に「○」又は符号ビットと量のコード化された値により表わされるよう奇
数レベル数で動作する特別の量子化装置も使用できる。
コード化の有効性は付加的方法により慣用的な楽音信号に対し改善できる。
高周波数に向って、スペクトル係数は消えるか又は極めて小さくなる。これらの
値は好適には本明細書の請求の範囲第9項に記載の如く別々に計数してコード化
できる。この場合、小さい値のコード化の数とそのコード化の種類は別々に送信
できる。
利用できるすべてのビットがブロックの量子化されたスペクトル係数をコード化
する目的に要求されない場合は、本明細書の請求の範囲第11項に記載の如く「
残置している」ビットが次のブロックのビット数に計数され、即ち、送信の一部
分が1つのブロック内で生じ、一方、残りの部分の変換が次のブロックで生じる
。この場合、いかに多くのビットが既に次のブロックに所属しているかの情報が
勿論送信されねばならない。
その上、請求の範囲第12項に記載の如く、重要な楽音信号にあける楽音の可聴
性はコード化における擬似音響音を反射させることにより回避できる。この可能
性は他の方法に比較して本発明の方法の実質的な利点である。
この目的のためスペクトル係数はいわゆる周波数グループに分割される。これら
の周波数グループは各個々の周波数グループ内の信号エネルギーが同じ周波数グ
ループ内の妨害エネルギーより顕著に高いか又はその妨害エネルギーがこの周波
数における可聴性の絶対しきい値以下であれば擬似音響状態に従ってその妨害の
可聴性を排除できるような様式で選択される。この目的のため、変換に続いて各
周波数グループに対する信号エネルギーが最初にスペクトル係数から演算され、
次にこの周波数から許容可能な妨害エネルギーが各周波数グループに対し演算さ
れる。許容できる値はレベル制御の固定値に比例する絶対しきい値、又は信号エ
ネルギーをどちらの値が高いかに依存している周波数依存因子に乗算することで
得られるいわゆる聴取しきい値である。
引続き、スペクトル係数が前掲の段落で説明された方法に従って量子化され、コ
ード化されかつ再構成される。
各周波数グループに対する妨害エネルギーはスペクトル係数と再構成値の元のデ
ータから演算可能である。あるグループ内の妨害エネルギーがこのグループ及び
このブロック内の従前に演算された許容可能な妨害エネルギーより大きい場合は
、この周波数グループの値が、関連ある妨害が比例的にこの周波数グループ内で
少なくなるような様式にて固定因子の乗算により増加される。次に、構成された
量子化とコード化が生じる。これらの段階では全ての周波数グループにおける妨
害が比較的小さいので妨害の可聴性が抑制されるまで又は例えば演算を繰返すあ
る繰返し回数後に又は改善が最早不可能であることから本方法が続行されなくな
るまで繰返し繰返される。
可聴性のしきい値を反映させる目的から周波数グループ1つあたりの乗数因子は
コード化における別の付加的情報と共に送信すべきことに注意すべきである。
(擬似音響状態を考慮に入れるか又は考慮に入れずに)データの再構成をする目
的から本明細書の請求の範囲第13項によれば最適のコード化される値は最初に
一例として関連あるメモリーによりスペクトル係数に対しての量子化された整数
にデコード化し、必要があれば小ざい値と値の「=O」を補填しなければならな
い。次に、これらの値は送信される乗数因子で演算される値と必要があればスペ
クトル不平等分配に対する送信される値で演算される付加的値で乗算される。引
続き再構成のための丸めのみが要求される。
及匿衷厘里皿五返」
本発明については全体的な発明の技術思想の範囲を制限する意図を伴わずに2つ
の好適実施態様を使用して以下の段落から一層明らかとなる。
以下の実施態様においては、明瞭化の理由からM−8であるが実際は典型的には
Mは256,512又は1024と等しい値が選択されよう。
実施例1
この実施態様においては、音響信号(時間信号)とスペクトル値の間の変換とし
て余弦変換が採用され、そのためN=Mである。
N (=M)の変換後に別々の余弦変換に例えば以下のものによるスペクトル領
域内での音響信号の走査値はスペクトル係数に対する値である。
−115166,41860465−288465−88,644,3この値か
ら先ず最初に式によるスペクトル不平等分配sfmが演算され、
s f m= 0.0045
が発生する。
量子化される値S f m Q カ以下の公式に従ってsfmから演算される。
sfm、 =int(1n (1/sfm)/1.8> =3送信される値s
f mq G、tOl 5の値の範囲内にあり、そのため4ビツトで表わすこと
ができる。
従って、最初の量子化が周波数範囲内で生じ、これはにより個々のスペクトル係
数の値を除算した値である。
更に、擬似音響状態を考慮に入れる目的からスペクトル係数は3個のグループに
分割される。
係数 1−2 3−4 5−6
1.32 市 108 3.68* 108 3.09* 105及び「許容妨
害」に対する因子
o、 i o、 i 0.5低い周波数による聴0.05 *最後の値 取しき
い値マスキングが導入される。
従って、許容妨害が与えられる。
1.32*105
3.681105 + 0.05* 1.32*108 = 4.34*105
i、s4*ios÷o、os* 3.68*108 = 3.38*105この
ようにして、このブロックに対し一定値が演算された。量子化レベル221によ
る最初のコード化方法で−5,20,38,42,1−1,32,1−0,40
,2が発生し、又は
が量子化される。
次にエントロピー・コーダーでコード化する場合20ビツトをその選択された実
施態様に対し利用可能でなければならない。
(以下余白)
量子化すべき値 代表値 長さ
−4 1tiioi 6
コード化に対して必要とされるビットはである。
従って、コード化に対しては合計31ビツトが必要である。従って、要求される
ビットの個数は利用可能な値より大きい。この理由から、別の量子化方法が行わ
れる。
選択された実施態様の場合に本出願人が数字2で除算し、通常の様式で丸めた別
の量子化レベルは新しい値として
を発生する。
コード化に対して必要とされるビットはである。
従って、合計23ビツトが必要とされ、そのため(所定の)代表的長さ20ビツ
トの下に残置するのに他の量子化が必要である。
第3量子化レベルにおいて本出願人は数字2で再度除算し丸める。
これらの値をコード化するのに要求されるビットは要求されるビット個数は17
であるので所定値以下でおり、従って、コード化はビット個数に関しては成功し
ている。コード化の有用性をチェックする目的から、ここでコード化を送信側で
値を再構成することによりチェックする。
再構成:
因子:2−2−221=884
再構成値ニ
係数あたりのコード化誤差(差)
267 −68.4 −92 419 288 88.6 −44.3周波数グ
ループあたりの(合計×2)コード化誤差7.57 * 104 1.84 $
105 2.68傘105コード化誤差は各周波数グループにおいて許容妨害
値以下であり、従って、このレベルにおける値が実際にコード化され送信される
。
レベル因子(変換前に形成) 4ビットsfm 3 4ビツト
コード化用乗数 2 5ビット
外部ループ乗数
(妨害エネルギーが大き過ぎる場合)
0、 0. 0 3傘3
コード化値: 10101100100010000 17ビツト(ここで)
第3量子化レベルにおいて、送信値はここで送信又は記憶できる。
送信すべきサイド情報は第3コード化の試みが成功した情報である。
以下にコード化値の再構成について記載する。
■コード化ビット・シーケンスからの量子化値の再構成:結果ニー1 0 2
1 0 1 0 0■外部ループ内の乗緯数でしばしば与えられる、因子による
各周波数グループの除算:
(例:第2周波数グループ 1ネ)
結果ニー1 0 2/3 1/3 0 1 0 0■コード化で要求された除算
と同様しばしば因子による乗算:
(例:2*において、仮定した因子は2)結果ニー4 0 8/3 4/3 0
4 0 0■sfmの量子化値(ここでは3)から、第1量子化レベルが再び
演算される(ここでは221)。係数にこの値を乗算して丸める(ここでは示さ
ず)。
結果ニー884 0 589 295 0 884 0 0従って、外部ループ
が再び動作され即ち(第2周波数グループにおける)訂正が必要となるよう付加
的に仮定されたので最初に与えられたものとは異なる値が発生される。
■逆変換(ここに図示されていない別々の余弦変換)■レベル制御出力部分(A
TCとしても)■前のブロックと重なる(山部部分ウィンドウィング)第2実施
態様
以下の段落で説明する第2好適実1M態様は周波数漏話(別名)を低減化する目
的からブロック長さを半分だけ個々のブロックが重なる別の特徴を備えている。
この目的のため、音響信号の走査値は入力バッファー内でウィンドウ機能(分析
ウィンドウ)により乗算され、コード化され、受入れ側でデコード化され、再び
ウィンドウ機能(合成ウィンドウ)により乗算され、相互に重なる領域が加算さ
れる。
以下の段落で説明する好適実施態様の場合、「時間領域別名消去(time d
omain aliasing Cancellation ) 」(TDAC
>方法が適用され、この場合、ブロック長さに半分量なるウィンドウにも拘らず
送信される値の個数は時間領域内の値の個数と等しい。よりAC方法での詳細な
点に対し一例として1987年の音響音声信号処理に関する国際会議のIEEE
議事録にある[時間領域別名消去に基づくフィルター・バンク設計を使用するサ
ブ・バンド/変換コード化J 、 2161ff頁の文献を参照する。
音響信号に対する構成されたウィンドウの最初の8個の走査値に以下の値(ウィ
ンドウ機能)を乗算する。
0.1736.3420.5 .6428.7660.8660.9397.9
848従って、ウィンドウの第2の8個の値がウィンドウ機能の「反映」値で乗
算される。
R後のデータ・ブロックの音響信号の走査値は一例として以下の値、
及び即値データ・ブロックの値
を有することが出来る。
先に掲げたウィンドウ機能と8個の値の重なりを乗算した後、次の値が与えられ
る。
105.4185.0242.026B、725&、1231.2194.51
51.6106.357.314.7−24.5−50.1−62.5−59.
5−43.2TDAC変換アルゴリズムを「ウィンドウ処理した」16個の値に
適用した後、構成されたウィンドウの16個の走査値(N=16>の代りに8個
のスペクトル値(M=8>を受取る。
43.49170.56152.3−38.0−31.4−.5923.16.
9にこで等しい割当てが減算される。この実1M態様においては、周波数グルー
プの最初の値が他の値のものと同じ大きざであるので量子化された等しい分割値
は=0である。
TDAC変換によって得られたスペクトル値から、最初にスペクトル不平等分配
sfmが式
を使って再び変換される。
得られた値は:
s f m= 0.2892
sfmから、量子化された値Sfmqが以下の式%式%)
を使って再度演算される。
この実y!!態様において、ビット数は25であると仮定すべきである。
第1量子化レベルにおいて、スペクトル値はqamf=6.05により分割され
、
7.1828.2025.17−6.28−5.19 −、()973.81.
15を与えるか又は量子化されて
が与えられる。
第1実1M態様で採用されたエントロピー・デコーダーでのこれらの値を表わす
のに要求されるビットの個数は明らかに理解される如く、所定のビット個数以上
である。
その上、エントロピー・デコーダーの範囲を越える値が存在する。これは別の量
子化が必要とされる基準として機能する。
従って、別の量子化の試みがなされ、この場合、2*6.05で乗算され1.
3.5914.0912.59−3.14−2.59 −.04& 1.90.
575が与えられる。
この段階においても又、ビットの個数即ちエントロピー・デコーダーの・範囲が
超過され、第3量子化の試みがなされ、この場合、2121 6.05による除
算がなされ、1.797.04 B、29−1.57−1.29 −.024.
95.28が与えられる。
ここで、第1実施態様で与えられたエントロピー・デコーダーによるビット個数
は
である。
要求されるビットの合計数は33であり、そのため所定の範囲を越える。
第4段階において、212* 21 6.05による除算がなされ
、90 3.52 3.14 −.78 −.65 −.012 −.48 .
14が与えられる。
コード化に対しては、以下のビット数が要求された。
ビットの合計数は23であり、そのため所定の範囲内に存在した。
方法の別の態様は第1実施態様に関連して説明されたものと類似している。
更に、以下の点を指摘しなければならない。
Oと等しいここでの値が高周波数(ここでは33*O)から余分に計数され、個
々に送信されない場合、既に20ビツトで充分である。
第1実施態様の場合と同様、ここで量子化誤差をチェックする目的から再構成が
続いて行われる。
この目的のため、コード化された値が因子と乗算される。
23 * 6.05=48.397
以下の値が与えられる。
48.39 193.59 145.19 −48.39 −48.39 00
0従って、個々のスペクトル係数のコード化誤差は、−4,923−7,111
0,3916,99−,5923,16,96である。従って、周波数グループ
(×2)あたりの誤差として
553 158.5 289.00
が与えられる。
前掲の実施態様の場合と同様、「許容妨害」が演算される。
エネルギー係数 1−2 3−4 5−6前掲の実M態様の場合と同じ様式にて
演算される許容妨害に対する因子は
0.1 0.1 0.5
十〇、OS*最後の値0.005 *最後の値である。
これはこの実施態様において次の値を与える。
3098、2
2463.9+、05*3098.2= 2618.8493+、05 +24
63.9= 616.2許容妨害値は決して越えなかった。
再構成(デコーダー)について以下の段階で簡単に説明する。
量子化値の再構成
ハフマン・デコーダm:(例)
ビット流れ:
0001 0011 110011110011100101101000xx
sf 乗算数 スペクトル係数に対し=1に対 に対し 25ビツト
し4ビツト 4ビツト
コードはワードが他の(文献から公知のFANO条件)の第1ワードで内容に選
択される。この理由に対し、ビット流れからの量子化数は可能なコード・ワード
で再び得ることが出来る。
sfmq=1 βqamf = 6.05乗算数=3 β量子化レベル= 6.
05 本23= 48.397
量子化されたスペクトル数は
i 4 3 −1 −1 0 0 0
これらの値は外部ループの修正誤差一本実施態様においては常に1−により除算
され、次に、「量子化レベル」が乗算され(48,39>
48.39193.59145.i9−48.39−48.39 000が与え
られる。
逆変換後に16個の値が再び得られる。
−56,42−11,357,202,57−2,57−7,2011,355
B、4261.45−2.47−62.24−73.30−73.30−62.
24−2.4761.45
これらの値は送信器により同じウィンドウ機能でウィンドウ処理され、
−9,79−3,883,601,65−1,96−6,2310,6655,
560,5−2,3−53,9−56,1−47,1−31,1−,0510,
67が与えられる。
最後の段階(最後の8個の値)から与えられた値は即値メモリー内に記憶される
。
615.0544478.6411.2345.1276.3198.1108
.4これらの値は最初の8個の値で「重ねられ」、即ち、これらの値が与えられ
る。結果、即ち、時間信号は最初の8個の値を即値メモリー内の値に加えること
により与えられる。
605.2540.1475409.55343.14270.07208.7
6163.9第2の8個の値が即値メモリー内に記憶される。
比較のため、入力値が与えられる。
元のデータと再構成データの一致がすぐれていることは直ちに明らかである。
発明性の全体的な思想の範囲と技術思想を制限する意図を伴なわずに好適実施態
様を参照しながら本発明につき前掲の段落で説明してきた。本発明の詳細な説明
の範囲と技術思想内で考えられる多くの改変と修正があることは当然である。
値を除算し引続き整数値に丸めることにより団子化を発生させる必要性はない。
非線形量子化も勿論可能である。これは例示的に表との比較によりi認できる。
対数及び最大量子化の可能性について一例として述べである。
線形量子化が引続く予備歪を最初に行うこともできる。
その上、設計上、送信すべき音響信号の統計に適合しであるエンコーダーを最適
のエンコーダーとして採用できる。
最後に、典型的な実際的値は使用された値とは極めて異なることを指摘すべきで
ある。実際の値の例として以下に掲げる。ブロック長ざ: 値512個ウィンド
ウ長さ: 32個の信
局波数グループの数:27
サイド情報二 レベル制御 4ビツト
sfm 4ビツト
乗算因子コーダー 6ビツト
乗算因子周波数グループ 27本3ビツト数値=0 9ビツト
数値β1 9ビツト
乗算因子コーダー 1.189=sqrt (sqrt < 2 ) )乗算因
子周波数グループ 3
本発明の方法は信号処理装置で実現可能である。従って、回路の具体化に関する
詳細な説明は省略可能である。
国際調査報告
国際調査報告
Cε3フCO28A
SA18’i6
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 音響信号、特に楽音信号の送信及び/又は記憶を行い、音響信号のN走査値 をMスペクトル係数に変換するディジタル・コード化方法であって: Mスペクトル係数が第1段階において量子化され、コード化に続き最適エンコー ダーを利用し量子化されたスペクトル係数を表すのに要求されるビットの個数が チェックされ、 前記ビットの個数が所定のビットの個数に対応しない場合は表すために要求され るビットの個数が所定のビットの個数に到達する迄、改められた量子化レベルを 使用することにより付加的段階で量子化とコード化が行われ、データ・ビットに 加えて所要の量子化レベルが送信され及び/又は記憶される段階から成るディジ タル・コード化方法。 2 改められた量子化レベルを利用し最適エンコーダーでコード化しコード化の ため要求されるビットの個数をチェックする繰返される量子化により利用可能な 量子化レベルの一定の個数から選択される量子化レベルがビットの個数を所定範 囲内に存在せしめるレベルであるようにした請求の範囲第1項に記載のディジタ ル・コード化方法。 3 最適エンコーダーがエントロピー・エンコーダーであるようにした請求の範 囲第1項又は第2項に記載のディジタル・コード化方法。 4 実際の信号振幅,スペクトル不平等分配に対する付加的値、所定のビット及 び/又は『Oに』量子化されたスペクトル係数の個数のフレームワーク内でのコ ード化に対する乗算因子が送信されるようにした請求の範囲第1項乃至第3項の 各項記載のディジタル・コード化方法。 5 前記コード化が信号依存型割当てに従って各段階で生じるようにした請求の 範囲第1項乃至第4項各項記載のディジタル・コード化方法。 6 前記量子化が線形であり及び/又は全体的に非線形であるようにした請求の 範囲第1項乃至第5項の各項記載のディジタル・コード化方法。 7 前記量子化が第1段階において対数又は線形であり、後続の段階にむいて線 形であるようにした請求の範囲第1項乃至第6項の各項記載のディジタル・コー ド化方法。 8 『最大量子化装置』が利用されるようにした請求の範囲第1項乃至第7項の 各項記載のディジタル・コード化方法。 9 前記変換が別々の余弦変換、TDAC変換又はフーリエ変換であるようにし た請求の範囲第1乃至第8項の各項記載のディジタル・コード化方法。 10 極めて小さく又は高周波数に対し表れないスペクトル係数が計数され別々 にコード化されるようにした請求の範囲第1項乃至第9項の各項記載のディジタ ル・コード化方法。 11 要求されないブロックのビットが次のブロックに送信されるようにした請 求の範囲第1項乃至第10項の各項記載のディジタル・コード化方法。 12 量子化誤差の可聴性のしきい値が擬似音響値に従って連続的に演算され、 妨害の可聴性を明らかにする目的からスペクトル値が修正されるようにした請求 の範囲第1項乃至第11項の各項記載のディジタル・コード化方法。 13 等しい部分(1.スペクトル係数)が減算されるようにした請求の範囲第 (1)項乃至第(12)項の各項記載のディジタル・コード化方法。 14 ウインドウィングが行われるようにした請求の範囲第1項乃至第13項の 各項記載のディジタル・コード化方法。 15 請求の範囲第1項乃至第14項の各項に定められた方法を利用してコード 化された音響信号をデコード化する方法であって、 スペクトル係数に対し最適のコード化された値が前記量子化整数内でデコード化 され、 必要があれば小さい値又は『=0』の値が補填され、発生された値が必要があれ ば送信された乗算因子及びスペクトル不平等妨害に対する値により乗算され、逆 変換が行われ、 必要があれは選択されたウインドウィングに対応する時間領域内でそれらの値が 重ねられることから成るディジタル・コード化方法。
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