JPH04104617A

JPH04104617A - ディジタル信号符号化装置

Info

Publication number: JPH04104617A
Application number: JP2221366A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Akagiri; 健三赤桐; Kiyouya Tsutsui; 京弥筒井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-04-07
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: KR920005507A; KR100221892B1; DE69116476D1; EP0473367A1; SG76469A1; JP3033156B2; CA2049786C; EP0473367B1; DE69116476T2; US5260980A; CA2049786A1

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、入力ディジタル信号の符号化を行うディジタ
ル信号符号化装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、入力ディジタル信号を非ブロック型及びブロ
ック型の周波数分析手段で分析し、得られた出力を量子
化するディジタル信号符号化装置において、ブロック型
周波数分析手段の出力の所定期間内のエネルギに基づい
た許容ノイズレベルと、この所定期間に時間的に先行後
行するデータの少なくとも一方のエネルギに基づいた許
容ノイズレベルとに基づいて量子化の際の量子化特性を
設定するようにしたことにより、また、非ブロック型の
周波数分析手段はフィルタを有して人力ディジタル信号
を複数帯域に分割し、ブロック型の周波数分析手段は信
号の高速フーリエ変換を行うこと、帯域分割の際は高域
ほど帯域幅を大となし、高速フーリエ変換の際は高域ほ
ど処理ブロック長を小となすこと、更に、時間的に先行
後行するデータに基づいた許容ノイズレベル設定の際の
少なくとも一方は時間的に先行するデータとすること、
又は、異なる期間の周波数成分的に同一のもののエネル
ギに基づいて許容ノイズレベルを設定することにより、
短時間処理（実時間処理）か可能で、音質劣化を最小限
にしてビットレート低減を図ることができるディジタル
信号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　音声等の信号の高能率符号化においては、
オーディオ、音声等の入力信号を時間軸又は周波数軸で
複数のチャンネルに分割すると共に、各チャンネル毎の
ビット数を適応的に割当てるビットアロケーション（ビ
ット割当て）による符号化技術かある。例えば、オーデ
ィオ信号等の上記ビット割当てによる符号化技術には、
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
域毎で適応的に符号化するいわゆる適応変換符号化（Ａ
ＴＣ）、或いは、上記ＳＢＣといわゆる適応予測符号化
（ＡＰＣ）とを組み合わせ、時間軸の信号を帯域分割し
て各帯域信号をベースバント（低域）に変換した後複数
次の線形予測分析を行って予測符号化するいわゆる適応
ビット割当て（ＡＰＣ−ＡＢ）等の符号化技術かある。

このような高能率符号化では、近年人間の聴覚上の特性
におけるいわゆるマスキング特性を考虜した高能率符号
化の手法か盛んに試みられている。

該マスキングの効果とは、ある信号によって他の信号か
マスクされて聞こえなくなる現象をいうものであり、該
マスキング効果には、時間軸上のオーディオ信号におけ
るマスキング効果と周波数軸上の信号におけるマスキン
グ効果とかある。

上記周波数軸上でのマスキング効果とは、ある周波数帯
域の信号成分によって他の帯域の信号成分かマスクされ
て、該他の帯域の信号成分の音か聞こえなくなるような
効果である。上記時間軸上での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とかあ
り、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）か該大きな音によっ
てマスクされて聞こえなくなるような効果である。

また、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）か、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り、該大き
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、時間的に前方のマスキングはパックワード
マスキングと呼ばれている。更にテンポラルマスキング
においては、人間の聴覚特性から、フナワードマスキン
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、パックワードマスキングの効
果は短時間（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か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。このようにマ
スキングされる部分の音は聞こえないものであるため、
オーディオ信号の量子化の際に、上記マスキングされる
部分の信号成分の量子化割当てビット数を減らしたとし
ても聴感上の悪影響を少なくすることかできる。

〔発明か解決しようとする課題〕

ところで、上記高能率符号化では、よりビット圧縮率を
高める（ビットレートを低減させる）ことが望まれてい
るが、一般に、上述のようなマスキング効果を利用して
ビット圧縮を行う高能率符号化においては、上記周波数
軸上の信号におけるマスキング効果或いは時間軸上の信
号におけるマスキング効果の何れか一方のみの利用に止
まっており、両者のマスキング効果を有効に利用するこ
とかなされていない。

また、時間軸上の信号に対するマスキング効果を考慮し
てビットレートを低減する場合、この時間軸上でのマス
キング効果を有効に利用するためには、処理の時間ブロ
ック長を長くとることか望ましい。しかし、処理時間ブ
ロック長を長くとると、実時間処理か困難になる。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たちのてあり、短時間の処理（実時間処理）か可能であ
ると共に、周波数軸上の信号に対するマスキング効果と
時間軸上の信号におけるマスキング効果の両者を有効に
利用して、音質劣化を最小限に抑えてよりビットレート
を低減することができるディジタル信号符号化装置を提
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信号符号化装置は、上述の目的を達
成するために提案されたものであり、入力ディジタル信
号を周波数分析する非ブロック型の第１の周波数分析手
段と、該第１の周波数分析手段によって分析された各周
波数成分をそれぞれ更に周波数分析するブロック型の第
２の周波数分析手段と、該第２の周波数分析手段の出力
を量子化する量子化手段とを有してなるディジタル信号
符号化装置において、上記第２の周波数分析手段の出力
のうち所定期間内の各周波数成分のエネルギに基づいて
第１の許容ノイズレベルを設定する第１のノイズレベル
設定手段と、上記第２の周波数分析手段の出力のうち、
上記所定期間に時間的に先行するデータ及び時間的に後
行するデータの少なくとも一方のエネルギに基づいて、
上記所定期間の各周波数成分の第２の許容ノイズレベル
を設定する第２のノイズレベル設定手段とを有し、上記
第１及び第２のノイズレベル設定手段の出力に基づいて
上記量子化手段の量子化特性を設定するようにしたもの
であり、また、上記非ブロック型の第１の周波数分析手
段は、少なくとも１つのフィルタを有する上記人力ディ
ノタル信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段
を有し、上記ブロック型の第２の周波数分析手段は、ブ
ロック毎の信号の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ
変換手段を有し、上記帯域分割手段は高域ほど帯域幅か
大となるような分割を行い、上記高速フーリエ変換手段
は高域ほど上記高速フーリエ変換処理がなされるブロッ
ク時間長を小となす処理を行い、上記第２のノイズレベ
ル設定手段ての上記少なくとも一方は、時間的に先行す
るデータとし、更に上記第２のノイズレベル設定手段は
、時間的に異なる期間の周波数成分的に同一のもののエ
ネルギに基づいて上記第２の許容ノイズレベルを設定す
るものである。

（作用〕本発明によれば、第２の周波数分析手段の出力のうち所
定期間内の各周波数成分のエネルギに基づいた第１の許
容ノイズレベルが周波数軸上の信号におけるマスキング
効果と対応し、所定期間に時間的に先行するデータ及び
時間的に後行するデータに基づいた第２の許容ノイズレ
ベルかテンポラルマスキング効果と対応しており、これ
ら両者に基づいて量子化手段の量子化特性を設定してい
るため、音質劣化の少ないビット圧縮が可能となる。ま
た、第２の許容ノイズレベルを求めるための処理は、第
１の許容ノイズレベルを求める際の処理に時間的に先行
又は後行して行われるため、現実の量子化処理時間は所
定期間内で完了し、短時間である。

〔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
から説明する。

本実施例のディジタル信号符号化装置は、第１図に示す
ように、入力端子１に供給された入力ディジタル信号を
周波数分析する非ブロック型の第１の周波数分析手段で
あるフィルタバンク１０と、該フィルタバンクＩＯによ
って分析された各周波数成分をそれぞれ更に周波数分析
するブロック型の第２の周波数分析手段であるＦＦＴ　
（高速フーリエ変換）回路２０．４０．６０と、該ＦＦ
７回路２０，４０．６０のそれぞれの出力（ＦＦＴ係数
データ）を量子化する量子化回路２９．４９゜６９とを
有してなる装置であって、上記ＦＦ７回路２０，４０．
６０の出力のうち所定期間（例えば後述する第３図の期
間Ｂ１−Ｂ５・・・）内の各周波数成分のエネルギに基
づいて第１の許容ノイズレベルを設定する第１のノイズ
レベル設定手段であるマスキングスペクトル算出回路７
５と、上記ＦＦ７回路２０．４０．６０（７）出力のう
ち、上記所定期間に時間的に先行するデータ及び時間的
に後行するデータの少なくとも一方のエネルギに基づい
て、上記所定期間の各周波数成分の第２の許容ノイズレ
ベルを設定する第２のノイズレベル設定手段としての期
間遅延回路２３．４３，６３、合成回路５０，７０．５
ｍｓ遅延（Ｄ　Ｌ）回路５１゜２、５　ｍｓ遅延回路７
１．　７２．　７３．選択回路５２、合成選択回路７４
、重付合成回路２４．４４６４とを存し、上記第１及び
第２のノイズレベル設定手段の出力に基づいて上記量子
化回路２９，４９．６９の量子化特性（量子化ビット割
当て）を設定するようにしたものであり、また上記フィ
ルタバンク１０は、少なくとも１つのフィルタ（例えば
いわゆるＱＭＦ等のミラーフィルタ）を有する上記入力
ディジタル信号を複数の周波数帯域に分割（本実施例で
は３分割）する帯域分割手段を有し、上記ＦＦ７回路２
０．４０．６０は、ブロック毎の信号の高速フーリエ変
換を行うものであり、上記帯域分割手段（フィルタバン
ク１０）は高域ほど帯域幅が大となるような分割を行い
、上記ＦＦ７回路２０，１０．６０は高域ほど上記高速
フーリエ変換処理がなされるブロック時間長を小となす
処理を行い、上記第２のノイズレベル設定手段ての上記
少なくとも一方は、時間的に先行するデータとし、更に
上記第２のノイズレベル設定手段は、時間的に異なる期
間の周波数成分的に同一のもののエネルギに基づいて上
記第２の許容ノイズレベルを設定するものである。本実
施例装置の出力は出力端子２から出力される。

すなわち第１図において、入力端子１には、例えばサン
プリング周波数ｆｓ＝４４．１ｋＨｚでサンプリングさ
れて得られたＤＣ〜２２ｋＨｚの入力ディジタル音声信
号が供給されており、該入力ディジタル音声信号が、上
記フィルタバンク１０に供給されている。該フィルタバ
ンク１ｏは、例えば第２図に示すように、ＱＭＦＩＩ、
＋２が２段縦続接続されて構成され、上記入力端子ｌに
供給されたＤＣ〜２２ｋｌ（ｚの入力ディジタル音声信
号が、ＱＭＦ　Ｉ　１に供給される。該ＱＭＦ　Ｉ　ｌ
は、入力ディジタル音声信号を１１ｋＨｚで２分割する
ものであり、したがって該ＱＭＦＩＩがらはＤＣ〜１１
ｋＨｚ、１ｌｋ）Ｉｚ〜２２ｋｌ−１ｚの帯域の出力信
号か得られることになる。上記１１に市〜２２ｋＨｚの
帯域の出力信号は端子１３を介して上記ＦＦ７回路６０
に送られる。上記ＤＣ−１１ｋＨｚの出カ信号は、ＱＭ
Ｆ　１２に送られる。該ＱＭＦ　１２は、５．５ｋＨｚ
で入力信号を２分割するものであり、したがって該ＱＭ
Ｆ　１２からは、ＤＣ〜５．５に翫。

５．５ｋｌ（ｚ〜１１ｋＨｚの帯域の出力信号が得られ
ることになる。５．５ｋｌ（ｚ〜１１ｋＨｚの信号が端
子１４を介して上記ＦＦ７回路４０へ、ＤＣ〜５．５に
七の信号か端子１５を介して上記ＦＦ７回路２０へ送ら
れる。このように、第１の周波数分析手段である上記フ
ィルタバンク１０では、入力ディジタル音声信号を非ブ
ロックで３つの帯域に周波数分割し、高域ほど帯域幅か
大となるような分割か行われている。なお、第２図の例
では、フィルタをＱＭＦとしているがＢＰＦ　（バンド
パスフィルタ）を用いた構成とすることも可能である。

このフィルタバンク１０からＤＣ〜５．５　ｋ　Ｈｚの
帯域の信号か供給されるＦＦＴ回路２０では、供給され
た信号を１０ｍ５毎にブロック化してこのブロック毎に
ＦＦＴ処理を行う。また、５．５ｋＨｚ〜１１ｋＨｚの
帯域の信号か供給されるＦＦＴ回路４０ては５ｍｓ毎の
ブロワつてのＦＦＴ処理を行い、１１ｋｌ（ｚ〜２２ｋ
Ｈｚの帯域の信号が供給されるＦＦＴ回路６０では２．
５駆毎のブロックでのＦＦＴ処理を行う。すなわち、こ
の第２の周波数分析手段であルコれらＦＦＴ回路２０．
４０．６０では、高域ほどＦＦＴされるブロック長を小
となす処理か行われる。このように、本実施例では、各
ＦＦ７回路２０，４０．６０においてブロックを形成す
る際に、高域での時間ブロック長を小となす処理を行う
ことにより、二の高域での時間分解能を上げ、かつ低域
では時間分解能を下げて１ブロック内のサンプル数を増
やして周波数分解能を上げている。すなわち、通常の音
声信号は高域で定常区間か短いため上述のように高域て
の時間分解能を上げることは育効であり、また、一般に
、人間の聴覚における周波数分解能は低域で高いもので
あるため、上述のように低域での周波数分解能を上げる
ことも存効となる。

ここで、第３図に、上記フィルタバンク１０と各ＦＦ７
回路２０．４０．６０とによる処理の時間ブロックを示
す。すなわちこの第３図には、上記帯域分割、ＦＦＴ等
のそれぞれの処理単位（ブロック）を示しており、図中
ｂ　（ｐ、　　ｑ、　　ｒ）におけるｐ、　　ｑ、　　
ｒの３つのパラメータにより、フロックか指定されてい
る。ｐは時間経過を、ｑは帯域を、ｒは時間ブロックを
示している。この第３図において、ＤＣ〜５．５ｋ）ｌ
ｘの低域では各帯域の１つの時間ブロックかｌ０ｍ５の
時間長（時間分解能）となることを示している。また、
５．５　ｋ　Ｈｚ〜１ｌｋＨｚの中域ては１つの時間ブ
ロック長か５ｍｓとなることを、１１　ｋＨｚ　〜２２
　ｋＨｚの高域では１つの時間ブロック長が２．５ｍｓ
となることを示している。

上記ＦＦ７回路２０，４０．６０てＦＦＴ処理されて得
られた各帯域毎のＦＦＴ係数データは、上記量子化回路
２９，４９．６９に送られて量子化されるようになる。

この時、例えば第３図の各所定期間Ｂ１〜Ｂ３・・毎に
量子化処理か行われ、該量子化においては、後述するよ
うに周波数軸上の信号に対するマスキング効果及び時間
軸上の信号に対するマスキング効果を考慮して得られる
上記第１．第２のノイズレベル設定手段の出力に基づい
て量子化の量子化特性（ヒント割当て）が変えられた適
応的な量子化か行われる。なお、上記各所定期間８１〜
Ｂ３・・は上記ＦＦ７回路２ｏての処理の最小単位であ
るｌ０ｍ５としている。

この適応的な量子化を行うための上記第１．第２の許容
ノイズレベルは、具体的には以下のようにして求められ
る。

上記ＦＦ７回路２０，４０．６０（７）出力データは、
全体として更にいわゆるクリティカルバント（臨界帯域
）に分割される。すなわち、上記クリティカルバントと
は、人間の聴覚特性を考慮したものであり、ある純音の
高さを含む同し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、そのノイズのもつ帯域を言
うものてあり、高域程その帯域幅が広くなっているもの
である。本実施例では、該クリティカルバント分割によ
り、高域ほど帯域幅が広くなるようにして例えば２５バ
ントに分割している。このようなことを行うため、ＦＦ
Ｔ回路２ｏの出力データ（周波数帯域ＤＣ〜５．５ｋＨ
ｚ）は、臨界帯域分割回路２１によって、更に上記クリ
ティカルバンドの低域側の例えば２０個分のバンドに分
割される。また、ＦＦＴ回路４０の出力データ（５，５
ｋｌ〜ｌｌｋ臣）は、臨界帯域分割回路４１によって、
更にクリティカルバンドの中域の例えば３つ分のバンド
に分割され、ＦＦＴ回路６０の出力データ（１１ｋ）（
ｚ〜２２ｋ）（ｚ）は、臨界帯域分割回路６１により更
にクリティカルバンドの高域の例えば２つ分のバンドに
分割される。

上記各臨界帯域分割回路２１，４１．６１の出力は、そ
れぞれエネルギ検出回路２２．　４２．　６２に送られ
る。各エネルギ検出回路２２，４２゜６２では、上記各
ＦＦＴ回路２０，４０．６０での各時間ブロック毎でか
つ各クリティカルバンド毎のデータのエネルギ（各バン
ドでのスペクトル強度）が、例えば、各バンド内のそれ
ぞれの振幅値の総和（振幅値のピーク又は平均或いはエ
ネルギ総和）をとることにより求められる。該エネルギ
検出回路２２，４２．６２の出力すなわち各クリティカ
ルバンド毎の総和のスペクトルは、一般にパークスペク
トルと呼ばれ、該各バンドのパークスペクトルＳＢは例
えば第４図に示すようになる。なお、第４図では、簡略
化して上記クリティカルバンドを１２バンドとして表し
ている。

ここで、先ず、上記パークスペクトルＳＢの周波数軸で
のマスキングに於ける影響を考慮するため、上記パーク
スペクトルＳＢに所定の重みづけの関数を畳込む（コン
ボリューション）。このため上記エネルギ検出回路２２
，４２．４６の出力すなわち上記パークスペクトルＳＢ
の各値は、上記第１のノイズレベル設定手段であるマス
キングスペクトル算出回路７５に送られる。当該マスキ
ングスペクトル算出回路７５は、上記各エネルギ検出回
路２２．４２．６２にそれぞれに対応したフィルタ回路
７６、関数発生回路７７、引算器７８、割算器７９を有
してなるものである。したかって、上記エネルギ検出回
路２２，４２．６２の各出力は、それぞれ上記フィルタ
回路７６に送られる。フィルタ回路７６は、例えば第５
図に示すように入力データを順次遅延させる遅延（ｚ　
”）素子・・１０１゜−２〜＋０１．、、・・と、各遅
延素子からの出力にフィルタ係数（重みづけの関数）を
乗算する乗算器・弓０２．−ｚ〜＋０２．．．・・と、
総和加算器１０４とから構成されるものである。

この時、上記各乗算器１０２．−ｚ〜１０２．、、にお
いて、例えば、乗算器１０２゜、でフィルタ係数０．０
００００８６を、乗算器＋　０２．−ｔてフィルタ係数
０．００１９を、乗算器１０２、−、でフィルタ係数０
゜１５を、乗算器１０２．でフィルタ係数１を、乗算器
１０２、。１てフィルタ係数０．４を、更に、乗算器＋
０２．、、てフィルタ係数０．０６を、乗算器＋０２１
．、てフィルタ係数０．００７を各遅延素子の出力に乗
算することにより、上記パークスペクトルＳＢの畳込み
処理が行われる。該畳込み処理により、全体として第４
図中点線で示す部分の総和（総和加算器＋０４での加算
）かとられ、出力端子１０５から出力される。

ところで、上記パークスペクトルＳＢのマスキングスペ
クトル（許容可能なノイズスペクトル）を算出する場合
の第１の許容ノイズレベルに対応するレベルαにおいて
は、このレベルαか小さいと周波数軸上の信号に対する
マスキングスペクトル（マスキングカーブ）か下降する
ことになり、結果として量子化回路２９，４９．６９の
量子化の際に割り当てるビット数を増やさなければなら
ないようになる。逆に、上記レベルαが大きいとマスキ
ングスペクトルか上昇することになり、結果として量子
化の際の割り当てるビット数を減少させることができる
ようになる。なお、上記第１の許容ノイズレベルに対応
するレベルαとは、後述するように逆コンポリューンヨ
ン処理を行うことによってクリティカルバントの各バン
ド毎の上記第１の許容ノイズレベルとなるようなレベル
である。また、一般にオーディオ信号等では、高域部分
のスペクトル強度（エネルギ）が小さい。したがって本
実施例においては、これらのことを考慮して、エネルギ
の小さい高域にいく程、上記レベルαを大きくし、該高
域部分のビット割当て数を減らすようにしている。この
ようなことがら、上記マスキングスペクトル算出回路７
５ては高い周波数程同−のエネルギに対する上記レベル
αを高く設定している。

すなわち、本実施例装置では、上記第１の許容ノイズレ
ベルに対応するレベルαを算出し、該レベルαか高域程
高くなるように制御している。このため、上記フィルタ
回路７６の出力は引算器７８に送られる。該引算器７８
は、上記畳込んだ領域でのレベルαを求めるものである
。ここで、上記引算器７８には、上記レベルαを求める
ための許容関数（マスキングレベルを表現する関数）か
供給される。該許容関数を増減させることで上記レベル
αの制御を行っている。該許容関数は、関数発生回路７
７から供給されている。

すなわち、許容ノイズレベルに対応するレベルαは、ク
リティカルバンドのバンドの低域から順に与えられる番
号をｉとすると、第（１）式で求めることかできる。

α＝Ｓ−（ｎ−ａｉ）・・・・・・（１）この第（１）
式において、ｎ、ａは定数でａ＞０、Ｓは畳込み処理後
のパークスペクトルの強度であり、第（１）式中（ｎ−
ａｉ）が許容関数となる。ここで、上述した様に、エネ
ルギの少ない高域からビット数を減らす方が全体のビッ
ト数削減に有利であるため、本実施例ではｎ＝３８．ａ
＝：１としており、この時の音質劣化はなく、良好な符
号化か行えた。

このようにして、上記レベルαが求められ、このデータ
は、割算器７９に伝送される。当該割算器７９は、上記
畳込み処理された領域でのレベルαを逆コンボリューシ
ョンするためのものである。

したがって、この逆コンボリューション処理を行うこと
により、上記レベルαから、マスキングスペクトルが得
られるようになる。すなわち、このマスキングスペクト
ルか各バンド毎に求められた許容ノイズスペクトルとな
る。なお、上記逆コンホリューション処理は、複雑な演
算を必要とするが、本実施例では簡略化した割算器７９
を用いて逆コンボリューションを行っている。

また、本実施例装置においては、上述した周波数軸上の
マスキングを考慮した量子化割当てビット数の決定と共
に、上記ＦＦＴ回路２０，４０゜６０の出力のうち、あ
る所定期間に時間的に先行するデータ及び時間的に後行
するデータの少なくとも一方のエネルギに基づいて、上
記ある所定期間の各周波数成分の第２の許容ノイズレベ
ルを設定するようにしている。すなわち、上記ある所定
期間を第３図のＢ２とすると、上記時間的に先行するデ
ータは所定期間Ｂｌのデータとなり、後行するデータは
所定期間Ｂ３のデータとなる。これら所定期間Ｂｌ、Ｂ
３の少なくとも一方のデータにともづいて上記ある所定
期間Ｂ２内の各周波数成分に対する許容ノイズレベル（
マスキングレベル）を設定するようにしている。また、
上記第２のノイズレベル設定手段での上記少なくとも一
方は、時間的に先行するデータとする。すなわち、テン
ポラルマスキングにおいてマスキング効果の時間か長い
フォワードマスキングを考慮して時間的に先行する上記
所定期間Ｂｌのデータに基づいて所定期間Ｂ２への許容
ノイズレベルを求めている。更に上記第２のノイズレベ
ル設定手段は、時間的に異なる期間の周波数成分的に同
一のもののエネルギに基づいて上記第２の許容ノイズレ
ベルを設定するようにしている。すなわち、クリティカ
ルバンドのうち同し周波数バンドの時間的に先行、後行
するデータのエネルギに基づいて第２の許容ノイズレベ
ルを設定している。

言い換えれば、上記第２のノイズレベル設定手段におい
て、上記マスキングスペクトル算出回路７５によって第
１の許容ノイズレベルが設定されている任意のバンドの
現時点（例えば所定時間Ｂ２）の信号に対して、その任
意のバンドの現時点（所定時間Ｂ２）の信号に時間軸上
で隣接する前後（先行後行の所定期間Ｂ１．Ｂ３）の信
号によるテンポラルマスキングを考磨して、当該現時点
（所定時間Ｂ２）の任意のバンドへの許容ノイズレベル
（第２の許容ノイズレベル）を設定するようにしている
。このため、上記エネルギ検出回路２２．４２．６２の
出力は、それぞれ、上記第２のノイズレベル設定手段の
期間遅延回路２３，４３．６３及び５ｍｓ遅延回路５１
．２．５ｍｓ遅延回路７１に送られる。

ここで、上記期間遅延回路２３，４３．６３は、それぞ
れ供給されたデータを上記所定期間の処理単位である例
えば１ＯＩｎｓの期間毎の遅延を行うものである。また
、上記期間遅延回路４３及び６３の出力は、それぞれ合
成回路５０及び７０に送られる。該合成回路５０及び７
０は、上記ＦＦ７回路４０．６０での時間ブロック（５
ｍｓ、２．５ｍｓブロック）のデータをそれぞれ１０証
のデータに合成するものである。更に、上記５ｍｓ遅延
回路５１は、上記５ｍｓブロック毎に遅延を行うもので
あり、該５ｍｓ遅延回路５１の出力は選択回路５２に送
られる。該選択回路５２は、供給された５ｍｓブロック
のデータか、現在処理されている所定期間内の前のブロ
ックデータである場合は、そのデータを通過させ、また
該所定期間の先行する所定期間内の後のブロックデータ
である場合は通過させないような切換選択を行うもので
ある。すなわち上記現在処理されている所定期間を第３
図の期間Ｂ２とすると、上記選択回路５２に供給された
５ｍｓプロ、クデータが第３図中プロツクｂ　（２，２
゜１）である時はオンとなり、ｂ　（１，２，２）であ
る時はオフとなる選択を行う。上記Ｚ５ｍｓ遅延回路７
１は、２．５ｍｓのブロック毎に遅延を行うものであり
、！２．５ｍｓ２．５ｍｓ遅延出力は順次λ５ｍｓ遅延
回路７２．７３に送られる。各２．５ｍｓ遅延回路７１
，７２．７３の出力はそれぞれ合成選択回路７４に送ら
れる。該合成選択回路７４は、供給された２、５ｍｓブ
ロックデータか、現在処理されている例えば所定期間Ｂ
２の先行する所定期間Ｂｌ内の後のブロックｂ　（ｌ、
　　３．　４）である場合はオフとし、また上記所定期
間Ｂ２内のブロックｂ　（２，３，１）、ｂ　（２，３
，２）、ｂ　（２゜３．３）である場合はオンとするよ
うな切換選択を行う。同時に該合成選択回路７４ては、
例えばブロックｂ　（２，３，２）のデータか供給され
た時はこのブロックと前のブロックｂ　（２，３゜１）
との合成を行い、ブロックｂ　（２，３，３）のデータ
が供給される時はこのブロックと前の２つのブロックｂ
　（２，３，１）、　　ｂ　（２，３２）との合成い、
ブロックｂ　（２，３，４）のデータか供給される時は
このブロックと前の３つのブロックｂ　（２，３，Ｉ）
、ｂ　（２，３，２）ブロックｂ　（２，３，３）との
合成を行うようになっている。

上記期間遅延回路２３の出力は重付合成回路２４に、上
記合成回路５０１選択回路５２の出力は重付合成回路４
４に、上記合成回路７０９合成選択回路７４の出力は重
付合成回路６４に送られる。

また、各重付合成回路２４，４４．６４には、前記マス
キングスペクトル算出回路７５からのデータも供給され
るようになっている。ここで、各重付合成回路２４，４
４．６４は、供給されたデータに対して周波数軸及び時
間軸でのマスキング効果を考慮した重み付けの係数を合
成するものである。すなわち、この重み付けの係数は、
マスキング効果を考慮して設定される係数であり、例え
ば現在の所定期間及び各時間ブロックの信号に対して先
行或いは後行する所定期間及び時間ブロックの信号を正
規化してｌとした場合、該先行或いは後行するの所定期
間及び時間ブロックの信号による周波数軸及び時間軸の
マスキング（周波数軸上の信号に対するマスキング及び
テンポラルマスキング等）に基づいた上記現在の所定期
間及び時間ブロックの信号に対して作用するレベルに対
応した重み付けの係数か、該先行或いは後行する所定期
間及び時間ブロックの信号に対して重み付けられる。こ
れにより、周波数軸及び時間軸でのマスキング効果を利
用した許容ノイズレベル（マスキングスペクトル）か設
定可能となる。

なお、上述のマスキング効果を考慮したマスキングスペ
クトルは、同しクリティカルパンｌ−内で求められてい
るが、他のクリティカルパンＦ間でのマスキングを考慮
したものとすることも可能である。

これら各重付合成回路２４，４４．６４の出力は、更に
それぞれ合成回路２５，４５．６５を介して減算器２７
，４７．６７に送られる。ここで、該減算器２７，４７
．６７には、上記各エネルギ検出回路２２．４２．６２
の出力すなわち前述のパークスペクトルＳＢが、遅延回
路３１．５６゜８１を介して供給されている。したがっ
て、これら減算器２７．４７．６７で上記第１．第２の
許容ノイズレベルのマスキングスペクトルとパークスペ
クトルＳＢとの減算演算か行われることで、第６図に示
すように、上記パークスペクトルＳＢは、マスキングス
ペクトルＭＳの各レベルで示すレベル以下かマスキング
されることになる。

該減算器２７，４７．６７の出力は、ＲＯＭ２８．４８
．６８を介して量子化回路２９，４９゜６９に供給され
ている。各ＲＯＭ２８，４８．６８は、それぞれ量子化
回路２９，４９．６９での量子化の際の割当てビット数
情報を格納しており、上記減算器２７，４７．６７の出
力に応じた該割当てビット数情報を出力するものである
。すなわち、該量子化回路２９．４９．６９では、各減
算器２７．４７．６７の出力に応した割当てビット数で
、遅延回路３０，５５．８０を介して供給されているＦ
ＦＴ係数データの量子化を行っている。

すなわち換言すれば、該量子化回路２９，４９゜６９で
は、上記クリティカルバンドの各バンド毎のエネルギと
、周波数軸及び時間軸のマスキング効果を考慮した許容
ノイズレベルの差のレベルに応じて割当てられたビット
数で上記各バンドの成分を量子化することになる。ただ
し、このビット割当ては、上記所定期間の間では行われ
ず、各所定期間で用いられるビット数は予め定められて
いる。したがって、１つの所定期間内でビット割当てが
行われている。ここで、上記遅延回路３０゜５５．８０
は上記臨界帯域分割回路２１．４１６１以降の回路ての
遅延量を考慮して設けられているものであり、また、上
記遅延回路３１，５６゜８１は、期間遅延回路２３．４
３，６３．５ｍｓ遅延回路５１，２．５ｍｓ遅延回路７
１、マスキングスペクトル算出回路７５以降の各回路で
の遅延量を考慮して設けられている。

なお、上記合成回路２５，４５．６５での合成の際には
、最小可聴カーブ発生回路２６，４６゜６６から供給さ
れる第７図に示すような人間の聴覚特性であるいわゆる
最小可聴カーブ（等ラウドネス曲線）ＲＣを示すデータ
と、上記マスキングスペクトルＭＳとを合成することか
できる。したかって、該最小可聴カーブＲＣとマスキン
グスペクトルＭＳとを共に合成することて、許容ノイズ
レｔ＼ルはこの図中斜線で示す部分までとすることかで
き、量子化の際に図中斜線で示す部分の割当てヒツト数
を減らすことかできるようになる。この第７図は、信号
スペクトルＳＳも同時に示している。また、本実施例に
おいては、上述した最小可聴カーブの合成処理を行わな
い構成とすることもてきる。この場合は、第１図の構成
で最小可聴カーブ発生回路２６．４６．６６と合成回路
２５゜４５．６５か不要となる。

上述のようにして適応的な割当てビット数で量子化かな
された各量子化回路２９．４９．６９の各出力は、合成
回路９０で合成された後、出力端子２から符号化出力と
して出力される。

上述したように、本実施例のディジタル信号符号化装置
においては、上記ＦＦ７回路２０，４０゜６０の出力の
うち所定期間内の各周波数成分のエネルギに基づいて第
１の許容ノイズレベルを設定する第１のノイズレベル設
定回路７５と、上記ＦＦ７回路２０．４０．６０の出力
のうち、上記所定期間に時間的に先行するデータ及び時
間的に後行するデータの少なくとも一方のエネルギに基
ついて、上記所定期間の各周波数成分の第２の許容ノイ
ズレベルを設定する第２のノイズレベル設定手段とを有
し、上記第１及び第２のノイズレベル設定手段の出力に
基づいて上記量子化回路２９゜４９．６９の量子化特性
（量子化ビット割当て）を設定するようにしたことによ
り、周波数軸及び時間軸のマスキングを考慮した量子化
かでき、音質劣化の少ない符号化か可能となった。また
、上記フィルタバンク１０は、少なくとも１つのフィル
タを有する上記入力ディノタル信号を複数の周波数帯域
に分割する帯域分割手段を存し、上記ＦＦ７回路２０，
４０．６０は、ブロック毎の信号の高速フーリエ変換を
行うものであり、上記帯域分割手段（フィルタバンク］
０）は高域ほど帯域幅か大となるような分割を行い、上
記ＦＦＴ回路２０．４０．６０は高域ほど上記高速フー
リエ変換処理がなされるブロック時間長を小となす処理
を行うことにより、高域で時間分解能を上げ、低域では
周波数分解能を上げて、人間の聴覚特性に適合した処理
が可能となっている。更に、上記第２のノイズレベル設
定手段での上記少なくとも一方は、時間的に先行するデ
ータとし、更に上記第２のノイズレベル設定手段は、時
間的に異なる期間の周波数成分的に同一のもののエネル
ギに基づいて第２の許容ノイズレベルを設定することに
より、短時間での処理か可能となった。

〔発明の効果〕

本発明のディジタル信号符号化装置においては、ブロッ
ク型周波数分析手段の出力の所定期間内のエネルギに基
づいた許容ノイズレベルと、この所定期間に時間的に先
行後行するデータの少なくとも一方のエネルギに基づい
た許容ノイズレベルとに基づいて量子化の際の量子化特
性を設定するようにしたことにより、また、非ブロック
型の周波数分析手段はフィルタを有して入力ディジタル
信号を複数帯域に分割し、ブロック型の周波数分析手段
は信号の高速フーリエ変換を行うこと、帯域分割の際は
高域ほど帯域幅が大となし、高速フーリエ変換の際は高
域ほど処理ブロック長を小となすこと、更に、時間的に
先行後行するデータに基づいた許容ノイズレベル設定の
際の少なくとも一方は時間的に先行するデータとするこ
と、及び、異なる期間の周波数成分的に同一のもののエ
ネルギに基づいて許容ノイズレベルを設定することによ
り、短時間処理（実時間処理）が可能となり、かつ音質
劣化を最小限にしてビットレート低減を図ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディジタル信号符号化装置
の概略構成を示すブロック回路図、第２図はフィルタバ
ンクの具体例を示すブロック回路図、第３図は本実施例
でのブロック及び所定期間を説明するための図、第４図
はパークスペクトルを示す図、第５図はフィルタ回路を
示す回路図、第６図はマスキングスペクトルを示す図、
第７回は最小可聴カーブ、マスキングスペクトルを合成
した図である。７１．７２．７３・・・・２．５ｍｓ遅延回路７４・・
・・・・・・・・・・・・・・合成選択回路７５・・・
・・・・・・・・・マスキングスペクトル算出回路１０
・・・・・・・・・・・・・・・・フィルタバンク２０
．４０．６０・・・・ＦＦＴ回路２＋、４１．６１・・・・臨界帯域分割回路２２．４２
．６２・・・・エネルギ検出回路２３．４３．６３・・
・・期間遅延回路２Ｃ４４，６４・・・・重付合成回路２５．４５．５０，６５，７０．９０・・合成回路２６
．４６．６６・・・・最小可聴カーブ発生回路２７．４
７．６７・・・・減算器２８．４８．６８・・・・ＲＯＭ２９．４９．６９・・・・量子化回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力ディジタル信号を周波数分析する非ブロック
型の第１の周波数分析手段と、該第１の周波数分析手段
によって分析された各周波数成分をそれぞれ更に周波数
分析するブロック型の第２の周波数分析手段と、該第２
の周波数分析手段の出力を量子化する量子化手段とを有
してなるディジタル信号符号化装置において、上記第２の周波数分析手段の出力のうち所定期間内の各
周波数成分のエネルギに基づいて第１の許容ノイズレベ
ルを設定する第１のノイズレベル設定手段と、上記第２の周波数分析手段の出力のうち、上記所定期間
に時間的に先行するデータ及び時間的に後行するデータ
の少なくとも一方のエネルギに基づいて、上記所定期間
の各周波数成分の第２の許容ノイズレベルを設定する第
２のノイズレベル設定手段とを有し、上記第１及び第２のノイズレベル設定手段の出力に基づ
いて上記量子化手段の量子化特性を設定するようにした
ことを特徴とするディジタル信号符号化装置。
（２）上記非ブロック型の第１の周波数分析手段は、少
なくとも１つのフィルタを有する上記入力ディジタル信
号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段を有し、
上記ブロック型の第２の周波数分析手段は、ブロック毎
の信号の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段
を有することを特徴とする請求項（１）記載のディジタ
ル信号符号化装置。
（３）上記帯域分割手段は高域ほど帯域幅が大となるよ
うな分割を行い、上記高速フーリエ変換手段は高域ほど
上記高速フーリエ変換処理がなされるブロック時間長を
小となす処理を行うことを特徴とする請求項（２）記載
のディジタル信号符号化装置。
（４）上記第２のノイズレベル設定手段での上記少なく
とも一方は、時間的に先行するデータとすることを特徴
とする請求項（１）記載のディジタル信号符号化装置。
（５）上記第２のノイズレベル設定手段は、時間的に異
なる期間の周波数成分的に同一のもののエネルギに基づ
いて上記第２の許容ノイズレベルを設定することを特徴
とする請求項（１）記載のディジタル信号符号化装置。