JPH03263926A - ディジタルデータの高能率符号化方法 - Google Patents

ディジタルデータの高能率符号化方法

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JPH03263926A
JPH03263926A JP6124990A JP6124990A JPH03263926A JP H03263926 A JPH03263926 A JP H03263926A JP 6124990 A JP6124990 A JP 6124990A JP 6124990 A JP6124990 A JP 6124990A JP H03263926 A JPH03263926 A JP H03263926A
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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】 〔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うディジタルデータの高能率符号
化装置に関するものである。
(発明の概要〕 本発明は、入力データを高域程帯域幅が広くなるように
分割した帯域毎に複数のサンプルからなるブロックを形
成し、ブロック毎の直交変換による係数データを得る高
能率符号化装置において、少なくとも最も低帯域の直交
変換前のブロックでの、過渡的変化の検出出力に基づい
てブロックのサイズを制御するようにし、過渡的変化が
あった時にはブロックサイズを小さくするようにしたこ
とにより、低域での過渡性入力に起因したノイズの聞こ
えを低減することができるディジタルデータの高能率符
号化装置を提供するものである。
〔従来の技術〕
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
複数の周波数帯域に分割して符号化する帯域分割符号化
(サブ・バンド・コーディング:5BC)や、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。ここで、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
でブロンク化し、当該ブロック毎に高速フーリエ変換(
FFT)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。更に、直交変換された周波数軸上の
データを帯域分割する際には、例えば人間の聴覚特性を
考慮した帯域分割が行われることがある。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バント)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1F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、上記ビットアロケーションによ
る上記FFT係数データの符号化の1lffAこは、上
記各ブロック毎のFFT処理により得られる各帯域毎の
FFT係数データに対して、適応的な割当てビン)数で
符号化が行われることになる。
ところで、一般に音に対する人間の聴覚特性には、マス
キング効果と呼ばれるものがあり、当該マスキング効果
には、テンポラルマスキング効果と同時刻マスキング効
果等がある。上記同時刻マスキング効果とは、ある大き
な音と同時刻に発生する小さな音(或いはノイズ)が当
該大きな音によってマスクされて聞こえなくなるような
効果であり、上記テンポラルマスキング効果とは、大き
な音の時間的な前後の小さな音(ノイズ)が、この大き
な音にマスクされて聞こえなくなるような効果である。
このテンポラルマスキング効果において、上記大きな音
の時間的に後方のマスキングはフォワードマスキングと
呼ばれ、また、時間的に前方のマスキングはハックワー
ドマスキングと呼ばれている。また、テンポラルマスキ
ングにおいては、人間の聴覚特性から、フォワードマス
キングの効果は長時間(例えば100m5ec程度)効
くようになっているのに対し、ハックワードマスキング
の効果の持続時間は短時間(例えば5 m5ec程度)
となっている。更に、上記マスキング効果のレベル(マ
スキング量)は、フォワードマスキングが20dB程度
で、パックワードマスキングが30dB程度となってい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ここで、符号化の際に上述のように上記所定単位時間ブ
ロック内のオーディオ信号を高速フーリエ変換した場合
、該信号のデコード時には、逆高速フーリエ変換(IF
FT)が行われる。このようなエンコード、デコードに
よって得られる信号には、通常、これらFFT、IFF
Tにより発注するノイズがブロック内全体に現れること
になる。
このため、例えば、上記FFT、IPFTされるブロッ
ク内に過渡的変化が生している場合、すなわち例えば第
6図に示すように、プロ、りB内の無信号(無音)部U
に、例えばカスタネットの打音による信号のように急激
にレベルが増大する信号Cが入って来ることでブロック
B内の信号の過渡的変化が大きくなっているような場合
には、上記FFT、IFFT処理を施すことによるノイ
ズが上記無信号部Uにも現れることになる。すなわち、
第7図に示すように上記ブロックBの無信号部Uにも上
記大レベルの信号部Cに起因したノイズ成分が現れるこ
とになる。したがって、この信号を再往すると、本来無
信号であった部分でのノイズが目立つようになる。
このような過渡的変化のあるブロックをFFTIFFT
等で処理することによって発生するノイズの、上記大レ
ベル信号部Cの時間的に後のノイズは、第8図に示すよ
うな長時間のフォワードマスキングFMの効果でマスク
されるため、耳につくことが少ない。しかし、該大レベ
ル信号部Cの時間的に前のノイズは、バックワードマス
キングBMの効果が短時間であるため、耳に付きやすく
なる。すなわち、当該バックワードマスキングBMの効
果の作用する時間よりも前の時間のノイズは耳につく。
上述のようなバックワードマスキングBMの効果が期待
できない場合の対策としては、例えば、上記高速フーリ
エ変換処理が施される単位時間ブロック長を上記バック
ワードマスキングBMの効く時間範囲(例えば5 m5
ec)程度に短くすることが考えられる。すなわち、上
記大レベル信号部CによるバックワードマスキングBM
の効果が有効に作用する時間まで、上記高能率符号化処
理の際の時間分解能を上げる(ブロック長を短くする)
ことが考えられる。
しかし、上述のようにフーリエ変換される単位時間ブロ
ック長を短くすることは、該ブロック内のサンプル数を
減少させることになり、当該フーリエ変換による周波数
分解能は逆に下がることになる。ところが、人間の聴覚
における周波数分析能力(周波数分解能)は、一般に、
高域ではさほど高くないが低域では高いものである。し
たがって、該低域での周波数分解能を確保する必要性か
ら、現実には上述したように単位時間ブロック長をあま
り短くすることはできない。すなわち、低域で時間分解
能を上げることは好ましくない。
なお、一般に、低域信号では定常区間が長く、逆に高域
信号では短いため、高域での時間分解能を高める(ブロ
ック長を短くする)ことは有効となる。
そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たものであり、高域では高い時間分解能を得ることがで
き、更に、低域では高い周波数分解能を得ることができ
、かつ、時間分解能を上げることができない低域でブロ
ック内の大レベル信号部に起因したノイズの聞こえを低
減することが可能なディジタルデータの高能率符号化装
置を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のディジタルデータの高能率符号化装置は、上述
の目的を達成するために提案されたものであり、入力デ
ィジタルデータを高域程帯域幅が広くなるように複数の
帯域に分割し、分割された帯域毎に複数のサンプルから
なるブロックを形成し、各帯域のブロック毎に例えば高
速フーリエ変換による直交変換を行い係数データ(FF
T係数データ)を得るようにしたディジタルデータの高
能率符号化装置において、少なくとも最も低域の帯域の
直交変換前のブロックデータの過渡的変化を検出する検
出回路と、上記低域の帯域のデータの直交変換のブロッ
クサイズを可変する可変手段とを有し、上記検出回路の
出力によって上記可変手段を制御して、上記過渡的変化
が検出された時ブロックサイズを小さくするようにした
ものである。ここで、上記ブロックを形成する際には、
高域ではブロック長を長く (時間分解能を高<)シ、
低域では1ブロツク内のサンプル数を増やすようにする
(周波数分解能を上げる)ことができる。
また、後の量子化時の各帯域毎の係数データは、いわゆ
る臨界帯域での各帯域(例えば25バンド)の係数デー
タとすることができる。
〔作用〕
本発明によれば、少なくとも最も低域の帯域のブロック
データに過渡的変化があった場合には、この低域の過渡
的変化を有するブロックの直交変換時のブロックサイズ
を小さくすることで、バックワードマスキングを有効に
利用できるようになる。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。
本実施例のディジタルデータの高能率符号化装置は、オ
ーディオ或いは音声等の入力ディジタルデータを、例え
ば、前述の高能率符号化の帯域分割符号化(SBC)等
によって符号化するものである。すなわち、本実施例の
高能率符号化装置では、第1図に示すように、いわゆる
ミラーフィルタのQM F (quadrature 
m1rror filter) 41 、 42によっ
て、入力端子30を介して供給される上記入力ディジタ
ルデータを、高域程帯域幅が広くなるように複数の帯域
に分割し、高速フーリエ変換(FFT)回路43,44
.45によって、この分割された帯域毎に複数のサンプ
ルからなるブロックを形成して、これら各ブロック毎に
高速フーリエ変換による直交変換(時間軸を周波数軸に
変換)を行うことで係数データ(FFT係数データ)を
得るようになっている。この時、上記ブロックを形成す
る際には、高域ではブロック長を長くすることで時間分
解能を上げ、低域では1ブロツク内のサンプル数を増や
して周波数分解能を上げるようにしている。なお、本実
施例では、上記量子化される各帯域毎のFFT係数デー
タは、いわゆる臨界帯域(クリティカルバンド)での各
帯域(例えば25バンド)のFFT係数データとしてお
り、該FFT係数データを量子化処理部58によって適
応的な割当てビット数で量子化した後、出力端子31か
ら出力するようにしている。
ここで、本実施例装置においては、少なくとも最も低域
の帯域の直交変換前のブロックデータの過渡的変化を検
出する検出回路50と、上記低域の帯域のデータの直交
変換のブロックサイズを可変する可変手段であるブロッ
クサイズ可変回路45aとを有し、上記検出回路50の
出力によって上記ブロックサイズ可変回路45aを制御
して、上記過渡的変化が検出された時ブロックサイズを
小さくするようにしている。なお、本実施例では、上記
ブロックサイズ可変回路45aは上記高速フーリエ変換
回路45内に含まれている。
すなわち第1図において、入力端子30には例えば48
kHzのサンプリング周波数fsでサンプリングされた
オーディオのディジタルデータ(0〜24 kHz)が
供給されており、該ディジタルデータは上記QMF41
,42により、高域程帯域幅が広くなるように大まかに
3つの帯域(0〜6kHz、  6 kHz 〜12 
kHz、  12 kHz 〜24 kHz)に分割さ
れる。上記QMF41では、上記0〜24kHzのディ
ジタルデータが2分割されて12に七〜24kHzとO
〜12kHzの2つの出力が得られ、12kHz〜24
kHzの出力は高速フーリエ変換口lllI43に、O
〜12に七の出力はQMF42に送られる。QMF42
へ送られたO〜12に七の出力は、該QMF42で更に
2分割されて6に七〜12k)(zと0〜6kHzの2
つの出力が得られる。これら出力は、高速フーリエ変換
回路4445にそれぞれ送られる。
各高速フーリエ変換回路43,44.45では、供給さ
れた各帯域のデータの複数サンプルで1フロ、りを構成
し、当該ブロック毎にフーリエ変換処理を施してFFT
係数データを得るようになっている。この時、上記高速
フーリエ変換回路43では、64サンプルで1ブロツク
を構成して、このブロック毎に上記FFT係数データを
得るようにしている。この結果、当該12kHz〜24
kHzの帯域での時間分解能は、約2.67 m5ec
の高時間分解能となる。上記高速フーリエ変換回路44
では、1ブロツク64サンプルでFFT係数データを得
ており、この結果、当該6kHz〜12kHzでの時間
分解能は約5.3 m5ecとなる。また、上記高速フ
ーリエ変換回路45では、1ブロツク128サンプルで
FFT係数データを得ているため、当tsO〜6kHz
での時間分解能は約10.67 m5ecとなっている
このように、本実施例においては、高域(12kHz〜
24 kHz)及び中域(6に七〜12に七)での時間
分解能が2.67 m5ec及び5.3翔secとなっ
ているため、前記大レベル信号部Cに起因した前述の第
7図のようなノイズが発生しても、この高域・中域では
、上記ブロック内の当咳大レベル信号部Cによる上記バ
ックワードマスキングを有効に利用(効果の時間は5 
m5ec程度)することができる。また、本実施例の装
置では、低域での周波数分解能を確保する必要性から、
当該低域での時量分解能が上述のように10.675s
ecとなっており、更に、10.67 m5ecの時間
分解能であっても、該低域でのブロック内の上記大レベ
ル信号部Cに起因するノイズに対応できるようにしてい
る。すなわち、上述したように、この低帯域の直交変換
前のブロックデータの過渡的変化を検出(過渡的変化部
のあるブロックを検出)し、過渡的変化部のあるブロッ
クが検出された時には、低域のFFT処理のブロックサ
イズを小さくすることで、上記ハックワードマスキング
を有効に利用できるようにしている。
このような過渡的変化のあるブロックの検出、及び、ブ
ロックサイズ可変長処理を行うため、具体的には以下の
ようなことを行っている。
すなわち、上記検出回路50では、前述した第6図のよ
うな過渡的変化部のある、特にレベルが増大する信号の
立ち上がり部を有するブロックBを検出するようにして
いる。また、上記ブロックサイズ可変回路45aにおい
ては、上記低域の高速フーリエ変換回路45で処理され
るブロック内に過渡的変化が生じている場合には、例え
ば、該ブロックを分割してサブブロック化することで、
ブロックサイズを小さくするようにしている。すなわち
、例えば第2図に示すように、過渡的変化のあるブロッ
クBを図中点線で示すように半分に分割してサブブロッ
クBsを得ている。このようにすることで、該過渡的変
化のあるブロックでの上記高速フーリエ変換回路45に
よるFFT処理が、このサブブロック毎に行われるよう
にしている。また、この時のサブブロックのサイズは、
例えば、上記大レベル信号Cによる前述したバックワー
ドマスキングの効果が持続する時間程度(すなわちサブ
ブロックサイズは5 m5ec程度)とされる。
本実施例装置では、上述のように低域で上記検出回路5
0により検出されたブロックを、例えばサブブロック化
して小さくし、該サブブロック毎にFFT処理するよう
にしたことで、上記大レベル信号部Cに起因するノイズ
が聞こえなくなるようにしている。すなわち、当該ブロ
ックの上記大レベル信号部Cを有するサブブロックのサ
イズが、上述のように5 w+sec程度とされること
で、テンポラルマスキングのハックワードマスキングも
を効に利用することができるようになり、該サブブロッ
ク内でFFT等によって発生するノイズが略完全にマス
クされることになる。また、第2図のように上記大レベ
ル信号部Cのないサブブロックにおいては、該サブブロ
ック内が略無信号であるため、FFT等によるノイズは
殆ど発生しないようになる。したがって、聴感上よりよ
い結果を得ることができるようになる。なお、上記サブ
ブロック化の際の分割は、サブブロックのサイズを同じ
にするような均等分割に限らず、不均等分割であっても
よい。この場合も、上記大レベル信号部Cのあるサブブ
ロックのサイズは、上記バックワードマスキングの効果
が持続する時間の5 m5ec程度とする。
ここで、第3図に本実施例における周波数領域と時間領
域での分解能を示す。この第3図では、上述した帯域分
割、高速フーリエ変換等の処理の1単位を示し、b (
m、n)におけるm、  nの2つのパラメータにより
、ブロックが指定されている。mは帯域ナンバーを、n
は時間ナンバーを示している。該第3図において、0〜
6kHzの低域では、各帯域の1ブロツクが10.67
 m5ecの時間長(時間分解能)となることを示して
いる。また、6KHz〜12kl(zの中域ではlブロ
ックの時間長が5.3 m5e(となることを、12 
kHz 〜24 k)Izの高域では1ブロンクの時間
長が2.67 m5ecとなることを示している。
このように、本実施例においては、聴覚から必要とされ
る周波数軸上の分解能と時間軸上の分解能を同時に満足
するような構成となっていて、低域(0〜6kHz)で
は処理のサンプル数を多くして周波数分解能を上げ、高
1fi(12kh〜24に七〕では帯域幅を広くする共
に時間分解能も上げている。また、中域(6kHz〜1
2kHzでも時間分解能を上げている。
第4図に上述の検出回路50の具体的構成を示す。この
第4図において、上記QMF42の0〜6k)Izの出
力すなわち低域出力は、小ブロツク化回路46へも送ら
れる。該小ブロツク化回路46では、高速フーリエ変換
回路45での128サンプル1ブロツクを更に3つの小
ブロックT+、 Tz。
T、に分割する。この時の3つの小ブロックは、時間的
にT1→T2→T3の順となっている。これら各小ブロ
ックT+、 h、 Tzは、各小ブロツク内のエネルギ
値を求めるエネルギ演算回路47.48.49にそれぞ
れ送られる。該エネルギ演算回路47゜48により求め
られた小ブロツク内のエネルギ値は、割算器51に、エ
ネルギ演算回路48.49からのエネルギ値は、割算器
52に送られる。割算器51では小ブロック?、のエネ
ルギ値から小ブロックT、のエネルギ値が除算(T2/
TI)され、割算器52では小ブロックT、のエネルギ
値から小ブロックTtのエネルギ値が除算(Ts/Tt
)される。これら各割算器51.52の出力は、各々比
較回路53.54に伝送される。該比較回路53.54
では、上記各割算器52.52の出力に対し、共通端子
から供給される基準入力に対してM倍となるか否かが比
較される。上記小ブロツク単位の変化分が1単位でもM
倍を越えた場合には、それぞれ所定の信号が出力される
。すなわち上記128サンプル1ブロツクが過渡的変化
部のあるブロックであることを示す所定の信号が出力さ
れる。当該比較回路53.54の出力は0R(36理和
)ゲート55を介してランチ回路56に送られる。該ラ
ッチ回路56では、端子32からのブロック単位(12
8サンプル単位)のクロンクに基づいて、−E記ORゲ
ート55の出力を取り込んで上記高速フーリエ変換回路
45内のブロックサイズ可変回路45aに送るようにし
ている。このような除算(rz/l+ 、Ts/rt)
、比較等の一連の処理を行うことで、前記バックワード
マスキングの効果が期待できない過渡的変化部のあるブ
ロックのみを検出することができる。例えば、ブロック
先頭から信号の立ち上がりまでが5 vasecよりも
長いため、当該ブロック内で上記大レベル信号部Cによ
るバックワードマスキングの効果が完全でないようなブ
ロックを検出することができる。したがって、上記ブロ
ックサイズ可変回路45aにおいては、上記ラッチ回路
56で128サンプルブロック単位で取り込まれた所定
の信号に基づいて、上記O〜6kHzの帯域の該ブロッ
クのサイズを、バックワードマスキングが有効に利用で
きる5 Hsec程度、例えば前述の第2図の様に半分
のサイズとなるようにFFT処理されるブロック長を短
くするようにしている。
上述したように、本実施例においては、該低域の過渡的
変化のブロックがあった場合には、FFT処理のブロッ
クサイズを小さくすることで、バックワードマスキング
を有効に利用できるようにして、FFT等によって発生
するノイズが聞こえないようにすることができる。また
、過渡的変化のあるブロックの検出を低域のみで行って
いるため、例えば全帯域で検出を行う場合よりも誤動作
が少なくなっている。
また、本実施例では、量子化処理部58での量子化の際
に、人間の聴覚特性に基づくマスキングを考慮した適応
的な割当てビット数で量子化を行うようにしているため
、上記各フーリエ変換回路の出力を、同様に人間の聴覚
特性に基づいた臨界llF域の各帯域に対応させている
。すなわち、上記高速フーリエ変換回路43の出力が、
臨界帯域の高域のバンドB24とバンドB25の2つの
帯域と対応し、高速フーリエ変換回路44の出力がハン
ド821〜B23の3つの帯域と、高速フーリエ変換回
路45の出力が臨界帯域の低域のバンドB1〜B20の
20個の帯域と対応するようにされている。
上述した本実施例での周波数軸上の帯域分割の様子を第
5図に示す。
第5図において、低域(0〜6 kHz)のハンド81
〜B20での係数データ数は、例えば、ハンドB】〜B
8は各1個、バンド89〜Bllは各2個、バンドB1
2とB13は各3個、ハンド814〜B16は各4個、
バンドB17と818は各6個、へンドB19は9個、
ハンドB20は11個とする。中域(6kHz〜12k
Hz)のバンド821〜B23での係数データ数は、例
えば、ハンドB21は7個、バンドB22は11個、バ
ンドB23は14個とする。また、高域(12に七〜2
4 kHz)のバンドB24とB25での係数データ数
は、例えば、各16個としている。
〔発明の効果] 本発明のディジタルデータの高能率符号化装置において
は、少なくとも最も低帯域の直交変換前のブロックでの
、過渡的変化の検出出力に基づいてブロックのサイズを
制御するようにし、過渡的変化があった時にはブロック
サイズを小さくするようにしたことにより、低域でブロ
ック内の大レベル信号部に起因したノイズの聞こえを低
減することが可能となっている。
なお、高域では高い時間分解能を得ることができ、また
、時間分解能を高くできない低域では高い周波数分解能
を得ることができるようにもなっている。
第1図は本発明実施例のディジタルデータの高能率符号
化装置の概略構成を示すブロック回路図、第2図はブロ
ックサイズ可変を説明するための図、第3図は周波数領
域と時間領域の分解能を示す図、第4図は検出回路の具
体的構成を示すブロック回路図、第5図は帯域分割の様
子を示す図、第6図は過渡的変化の存在する高速フーリ
エ変換前のデータを説明するための図、第7図は高速フ
ーリエ変換、逆高速フーリエ変換後のノイズ発生を説明
するための図、第8図はテンポラルマスキングを説明す
るための図である。
1 42・・・・・・・・・・QMF 3〜45・・・・・・・・・・高速フーリエ変換回路5
a・・・・・・・・・・・・・・ブロックサイズ可変回
路0・・・・・・・・・・・・・・・・検出回路8・・
・・・・・・・・・・・・・・量子化処理部
【図面の簡単な説明】
斬 9 分子@屹 第3図 卆と七回語の翠V本枠」 第4図 嚢 智 蝿督 帯叡/h割 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入力ディジタルデータを高域程帯域幅が広くなるように
    複数の帯域に分割し、分割された帯域毎に複数のサンプ
    ルからなるブロックを形成し、各帯域のブロック毎に直
    交変換を行い係数データを得るようにしたディジタルデ
    ータの高能率符号化装置において、 少なくとも最も低域の帯域の直交変換前のブロックデー
    タの過渡的変化を検出する検出回路と、上記低域の帯域
    のデータの直交変換のブロックサイズを可変する可変手
    段とを有し、 上記検出回路の出力によって上記可変手段を制御して、
    上記過渡的変化が検出された時ブロックサイズを小さく
    するようにした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。
JP6124990A 1990-03-07 1990-03-14 ディジタルデータの高能率符号化方法 Expired - Lifetime JP2913735B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1995013660A1 (fr) * 1993-11-09 1995-05-18 Sony Corporation Appareil de quantification, procede de quantification, codeur a haute efficacite, procede de codage a haute efficacite, decodeur, supports d'enregistrement et de codage a haute efficacite

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