JPH04233836A - オーディオ信号のコード化方法及び装置並びにデコーディング法及び装置並びに伝送方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は請求項１の上位概念によ
る信号の伝送方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ信号の伝送の際、例えば、放
送伝送、ケーブル伝送、衛星伝送、記録装置機器ではア
ナログオーディオ信号を所定の分解能でデジタルオーデ
ィオ信号に変換し、この形態で伝送し、再生の際再びア
ナログ信号に変換することが公知である。デジタル伝送
によっては殊に再生の際比較的大きなＳ／Ｎ比が得られ
る。

【０００３】そのような信号の伝送に必要な帯域幅が実
質的に各単位時間当たりの伝送さるべきサンプリングの
数と、分解能とによって定まっている。

【０００４】実際上、狭帯域チャネルで済ませられ、又
は１つの既存のチャネルを介してできるだけ多くのオー
ディオ信号を同時に伝送し得るには伝送に必要な帯域幅
をできるだけ小にする必要性が存する。所要の帯域幅は
サンプリング値の低減により、又は各サンプリング値ご
とのビット数の低減により低減され得る。

【０００５】上記手段によっては概して再生の際劣化が
生ぜしめられる。公知手法（ドイツ特許出願公開公報第
３５０６９１２．０号）では再生品質の改善のためデジ
タルオーディオ信号が、時間的に順次連続するセクショ
ン（領域）にて短時間スペクトルに変換され、上記短時
間スペクトルは夫々時間間隔例えば２０ｍｓに対して信
号のスペクトル成分を成す。上記短時間スペクトルでは
心理的−音響特性（法則性）の基づき一般に聴き手には
認知されない成分、即ち、通信技術上不適切な（重要で
ない）成分が、時間領域におけるより良好に見出され得
る。これら成分は伝送の際より小さな極度に重み付けさ
れるか、又は全く除去される。上記の手段によっては伝
送の際通常必要なデータの相当部分が省かれ得、それに
より、平均ビットレートが著しく低減され得る。

【０００６】当該信号を各セクションに分割するのには
下記刊行物に記載されている方法が適する。Ｊ．Ｐ．Ｐ
ｒｉｎｃｅｎ　　ａｎｄ　　Ａ．Ｂ．Ｂｒａｄｌｅｙ，
“Ａｎａｌｙｓｉｓ／Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　　Ｆｉｌｔ
ｅｒｂａｎｋ　　Ｄｅｓｉｇｎ　　ｂａｓｅｄ　　ｏｎ
　　Ｔｉｍｅ　　Ｄｏｍａｉｎ　　Ａｌｉａｓｉｎｇ　
　Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ，”ＩＥＥＥ−Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ　　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅａｃｈ
，Ｓｉｇｎａｌ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌｕｍｅ
　　ＡＳＳＰ−３４，Ｐａｇｅｓ１１５３−１１６１，
Ｏｋｔｏｂｅｒ１９８６，ここにおいて記載されている
変換では重なるブロックが、丸められたウィンドウ関数
によりウィンドウ中にて付加的係数なしで周波数領域に
て生ぜしめられる。この方法では先ずＮの値が、長さＮ
のウィンドウ関数ｆ（ｎ）を用いて切り出され、それに
ひきつづいて、周波数領域にてＮ／２の有意の係数に変
換される。逆変換によってはＮ／２の係数からＮのサン
プリング値が算出され、これらサンプリング値は再びウ
ィンドウ関数ｆ（ｎ）で重み付けされる。

【０００７】但し逆方向変換の出力信号が順方向変換の
入力信号とは異なる。入力信号の精確な再生は次のよう
にしてはじめて行なわれる、即ち、順次連続する逆変換
の出力値が夫々Ｎ／２のサンプリング値の重なり領域に
おいて加算されるようにするのである。上記の所謂“オ
ーバーラップ−アッド”（Ｏｖｅｒｌａｐ−Ａｄｄ）に
より入力信号が再生され得るように、ウィンドウ関数ｆ
（ｎ）は次の条件を充足しなければならない。

【０００８】 ｆ（Ｎ−１−ｎ）＝ｆ（ｎ）　　　　　　　　　　　　
Ｏ≦ｎ≦Ｎ−１　　　　　　　　　　　　　　（１）ｆ
２（Ｎ／２−１−ｎ）＋ｆ２（ｎ）＝２　　Ｏ≦ｎ≦Ｎ
／２−１　　　　　　　　　　（２）上記第１条件はｆ
（ｎ）の対称性に相応する。第２条件は夫々１つのウィ
ンドウ半部におけるｆ（ｎ）の２乗の点対称に相応する
。それらの条件の考慮下で変換の有効ウィンドウ長さは
サンプリング値のＮ／２とＮとの間で可変調整され得る
。

【０００９】変換コーダにおける当該方法の適用の際の
ウィンドウ長さの選定によって次のような作用、効果が
得られる。できるだけ丸められた形態による大きなウィ
ンドウ長さにより、良好な周波数選択性が可能になる。 その場合係数の量子化による誤差は逆変換後全有効ウィ
ンドウ長さに亘って拡がる。このことは特に、コード化
さるべき信号の振幅の著しい跳躍的変化の際、当該のコ
ード化された主観的品質に対して不都合な影響を及ぼす
。

【００１０】比較的短いウィンドウの選定によって周波
数選択性の劣化低下が生ぜしめられ、このことは殊に強
い相関性のある入力信号の場合に得ようとしている変換
利得に対して不都合な影響を及ぼす。これに反して、当
該係数の量子化による誤差は大きな信号−跳躍的変化の
際当該のウィンドウに制限され得、その結果隣接せるウ
ィンドウへの影響が阻止される。

【００１１】

【発明の目的】コード化された及びデコードされた信号
の最適周波数選択性及び高い主確的品質が得られるよう
に請求項１の上位概念による信号の伝送方法を改良する
ことにある。

【００１２】

【発明の構成】上記課題は請求項１の特徴部分に規定さ
れた構成要件により解決される。

【００１３】本発明の基礎を成す技術思想によれば、一
定のエネルギのもとで有効信号が周波数−跳躍的変化を
有する場合にも、ウィンドウ切換えが有効に行なわれ得
るということである。心理−音響的特性ないし関係性に
よりこのことは場合により必要なことがある。このため
に有効信号周波数の領域（例えば０…２０ＫＨｚ）が心
理−音響的観点から有意の少なくとも２つの別個の周波
数領域に分けられる。夫々の周波数領域において入力信
号が別個に評価され、それにひきつづいて、別個の結果
のロジック結合が実施される。

【００１４】本発明の実施例では更に当該周波数変化が
サブバンドコーダに対するアィルターバンド切換のため
用いられ（アダプティブウィンドウ化）、それにより変
換利得が高められる。

【００１５】更に周波数−跳躍的変化識別動作を用いて
アダプティブ量子化及びコード化は可変のブロック長を
可能にするオーディオコード化方式（例えば、ＮＩＣＡ
Ｍ，ＭＵＳＩＣＡＭ，等）と同様に可制御にし得る。さ
らに周波数−跳躍的変化識別動作により時点、スカラー
ファクタの頻度、ビット割当ファクタ等々が計算され得
それにより、変換及び前述のオーディオコード化手法の
改善された可制御性及び可観測性が可能である。

【００１６】周波数変化−識別動作のほかに付加的に、
振幅変化−識別動作が行なわれ、両結果のロジック結合
によってアダプテイブウィンドウ化、量子化、コード化
を行なうと好適である。

【００１７】本発明では下記の方法の実施態様ないし装
置構成例が可能である。

【００１８】請求項１記載の方法において上記ウィンド
ウ（窓）関数の長さを上記周波数変化に依存して選定す
るのである。

【００１９】上記記載の方法において、上記ウィンドウ
（窓）は一定の距離間隔を有するようにし、上記ウィン
ドウの長さに比しての上記ウィンドウ関数の有効長を周
波数変化に依存して選定する。

【００２０】上記記載の方法において、上記窓の距離間
隔を周波数変化に依存して選定する。

【００２１】上記の方法において、上記窓の長さを、大
きな周波数変化の場合小に、かつ小さな周波数変化の場
合は大に選定する。

【００２２】上記の方法において、当該周波数−識別の
ため有効信号周波数領域を心理−音響的特性上有意の少
なくとも２の周波数領域に分け、かつ、各周波数領域を
個別に評価し、それにひきつづいて、個別の結果のロジ
ック結合を行なうようにした。

【００２３】上記記載の方法におい、上記ウィンドウ関
数を信号の振幅変化に依存して選定する。

【００２４】上記記載の方法において、上記ウィンドウ
（窓）関数の長さを、振幅変化に依存して選定する。

【００２５】上記記載の方法において、後続窓と先行窓
との重なり領域において上記後続窓の窓関数が、上記先
行窓の、当該重なり領域において存在している窓関数の
鏡対称化により形成されるようにした。

【００２６】上記記載の方法において、上記ウィンドウ
関数の長さを、大きな振幅変化の場合を小に、また小さ
な振幅変化の場合は大に選定する。

【００２７】上記記載の方法を実施し得る装置構成によ
れば周波数−及び振幅変化−識別動作を用いてウィンド
ウ識別−信号が生ぜしめられ、該識別信号によって、ア
ダプテイブウィンドウ化、変換、量子化、送信器のコー
ダ部分におけるコード化が制御されるように構成されて
いる。

【００２８】上記記載の装置において、送信器のエンコ
ーダ部分及び受信器のデコーダ部分における窓識別動作
を用いて、デコーディング、変換、ウィンドウ化が制御
され得るように構成されている。

【００２９】次に、多くの実施例を用いて本発明を詳述
する。

【００３０】

【実施例】図１には異なったウィンドウ関数ｆ（ｎ）と
共に一定幅Ｎ（ｂ）の複数のウィンドウが示してある。 それらウィンドウは夫々次のように合成される、即ち隣
接するウィンドウが半部重なり合うように合成される。 それにより、図１−ａにてサイン関数ｆ（ｎ）の場合、
同様に重畳が半部生じ、図１−ｂでは部分的重なり（こ
の重なりは半部よりわずかである）が生じ、図１−ｃで
はウィンドウ関数ｆ（ｎ）の２つの脚部の接触状態のみ
が示してある。

【００３１】図２には非対称ウィンドウ関数ｆ（ｎ）、
ｇ（ｎ）と共に２つのウィンドウの重畳の様子が示して
ある。但し、ウィンドウ関数はその共通の重畳領域にお
いて次のように、即ち、それの生成値が補完的に１にな
るように構成されている。

【００３２】図３−ａでは入力信号の振幅経過Ａ（ｔ）
が示してある。同図から明かなように、当該信号は先ず
均一な小さい振幅を有し、この小さい振幅の経過につづ
いて信号の跳躍的変化が起きている。それにつづいては
もとの振幅の経過が継続している。その下の図３−ｂに
は当該信号を最適に処理加工し得るウィンドウのウィン
ドウ関数が示してある。第１の領域１ではサイン状窓（
ウィンドウ）関数が示されておりこれによっては高い周
波数選択性が可能になる。これに対してウィンドウ３（
ここにおいては信号が高い振幅を以て入る）は著しく狹
幅の窓関数を有する。隣接するウィンドウ２と４、すな
わち、先行及び後行の窓（ウィンドウ）のウィンドウ関
数は重畳領域にて相応に適合された窓関数を有し、よっ
て補完的に合さって１になる。もって上記の２つの隣接
する窓２と４において当該ウィンドウ関数は非対称の形
態を有する。窓３内に生起することになる量子化ノイズ
（ここに信号の跳躍的変化が入り込む）は而して窓３の
窓関数の領域に制限され、もって、サイン状経過を有す
る窓関数に比して、時間的拡がり（大きさ）の半分に低
減される。信号の跳躍的変化のマスキング効果により、
低減された周波数選択性にも拘らず、オーディオ品質の
主観的改善が可能になる。

【００３３】図３−ｃには入力信号の周波数経過Ｆ（ｔ
）が示してある。図から明らかなように、信号は一定の
周波数（例えば１０ＫＨｚ）を有し、それに次いで、著
しくより低い周波数への跳躍的変化（例えば２００Ｈｚ
）が行われる。その際信号の振幅は一定に保たれる。図
３−ｄには当該信号を最適に処理加工し得る窓の窓関数
が示してある。

【００３４】第１領域１では高い周波数選択性を可能に
するサイン状窓関数が存在する。窓２と３の窓関数（こ
の中心周波数の跳躍的変化が入り込んでいる）は重畳領
域にて相応に適合された窓関数を有し、ここにおいて当
該領域にて各窓関数は補完的に合さって１になるように
適合された窓関数を有する。その場合、重畳領域は著し
く狭幅に構成されている。それにより、上記窓関数は両
方の隣接する窓２と３にて非対称的形態を有する。信号
跳躍の入り込む窓３内に生じることとなる量子化ノイズ
は窓３の窓関数の領域に制限され、もってサイン波経過
付窓関数に比して半分の時間的広がりに制限される。信
号跳躍のマスキング効果により低減された周波数選択性
にも拘らずオーディオ品質の主観的改善が得られる。

【００３５】最も簡単な周波数跳躍的変化−識別のため
有効信号周波数領域０…２０ＫＨｚを有する有効信号が
、２つの別個の周波数領域０…１ＫＨｚ、１ＫＨｚ…２
０ＫＨｚに分けられる。各周波数領域は別個に評価され
、それにひきつづいて、別個の結果が相互にロジック結
合される。

【００３６】それによって、心理−音響特性の観点から
次のような窓切換えが行われる。上方周波数領域におけ
る信号エネルギの減少、それと同時に下方周波数領域に
おける信号エネルギの増大の際、窓切換えが行なわれな
ければならない、それというのは、そのことは心理的−
音響的観点から必要であるからである。図３−ｃに示す
ような周波数の跳躍的変化の領域における事例が起こる
。上方領域にてエネルギ低下の際下方領域にてエネルギ
増大のない場合は窓切換えは不要である、それというの
はそのような状況はクリテイカルではないからである。 同様に、エネルギ増大が下方領域においてのみ行われる
場合にも同様に窓切換えが不要である。上方領域におい
てのみエネルギ増大が行なわれる場合は通常のように切
換えが行なわれなければならない。両領域にてエネルギ
増大が行なわれる場合には小さな窓長への切換えが行な
われなければならない、それというのは信号はパルス含
有性でなければならないからである。

【００３７】周波数変化−識別にはサブバンドコーダに
ても用いられているような解析−フィルタが適する。も
っと簡単なフィルタ（例えば最小位相フィルタ、又は再
生手法のないフィルタバンク）が可能である。

【００３８】図４−ａには送信器におけるコーダ部分の
ブロック接続図を示す。変換部としてはここで実現され
たコーダにて、ＯＢＴが実現されており、このＯＢＴは
半部−重なり−変換のクラスに属する。時間領域におけ
るＮ−サンプリング値のブロックの前送り、及び２つの
Ｎ−サンプリング値の変換の際領域においてやはりたん
にＮ−サンプリング値が得られ、その結果付加的係数を
伝送する必要がない。更に上記のＯＢＴは次のような要
求を充足する、即ち、変換−係数が入力信号のスペクト
ルに相応すべきであるという要求を充足する。

【００３９】上記ＯＢＴにおいて可能の、非矩形の窓の
使用により、ブロック効果が低減され、周波数選択性が
改善される。上記ＯＢＴにて可能なアダプティブウィン
ドウ化、即ち変換長及び窓形態並びに窓長により、ここ
でのＮに対する上限がマスキング時間により定められな
い。それによりアダプティブウィンドウ化により付加的
改善が次のようにして行なわれる、即ち変換長の長さに
より良好な周波数分解能及び高い分解能が達成され、比
較的に高い変換利得が得られ、また、相応の窓適応化の
もとで前エコーが比較的短い変換長への切換により抑圧
され得るようにするのである。上記窓適応化のためには
、１つのブロックにて前以て、パルス−、振幅−位相−
、周波数−変化を識別するため信号の跳躍的変化−識別
（振幅−跳躍的変化−及び周波数跳躍的変化−識別の組
合せ）が行なわれる。上記信号−跳躍的変化−識別によ
っては窓信号（以下窓−識別と称される）が生ぜしめら
れ、上記窓識別によってはウィンドウ化、変換、アダブ
ティブ量子化、送信器のコーダ部分におけるコード化が
制御される。入力信号の事前解析によって、、次のこと
が回避される、すなわち、１つのデータブロックが、多
数回、種々の変換長で変換され、コード化され、しかる
後、比較によって、コード化された値のうちどれが伝送
されるかが判定されることが回避される。

【００４０】アダプティブビット割当て及びアダプティ
ブ量子化（これは周波数領域における人間の聴覚のマス
キング特性を利用する）と共に、実現されたコーダによ
って、心理的−音響的特性を十分に考慮することができ
る。

【００４１】窓識別を用いて、デコーダにて（図４−ｂ
参照）、相応のアダプティブデコーディング、及び逆Ｏ
ＢＴが実行され得、それにより、出力信号として心理−
音響的に関連のある（意味のある）信号のみが出力され
る。信号Ｘ（ｎ）′は成程、客観的に、信号Ｘ（ｎ）よ
りわずかな情報内容を有するが、人間の聴覚にはその差
異は認知され得ないものであり、その結果、心理−音響
的特性に適合された全く適正の信号が認知可能となる。

【００４２】本発明は上記のＯＢＴに限られず可変のブ
ロック長を可能にするすべての公知のオーディオ−コー
ド化手法の制御を可能にするものであり、そのような公
知手法による例えばがある。周波数跳躍的変化識別を用
いて、スケールファクタ、割当てファクタ等の頻度、時
点が計算され得る。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、コード化された及びデコ
ードされた信号の最適周波数選択性及び高い主観的品質
が達成されるように請求項１の上位概念の方法を実現で
きるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】異なる幅を有する窓関数の特性図である。

【図２】非対称の窓関数の特性図である。

【図３】振幅跳躍的変化付きの入力信号の特性経過と、
この入力信号に適合された窓関数と、周波数跳躍的変化
付き入力信号の特性経過と、この入力信号に適合された
窓関数とを夫々示す特性図である。

【図４】送信器のコーダ部分のブロック接続図、及び受
信器のデコーダ部分のブロック接続図である。

【符号の説明】

ｆ（ｎ），ｇ（ｎ）　　　　ウィンドウ関数Ａ（ｔ）　
　　　振幅経過 １，２，３，４　　　　ウィンドウ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ウィンドウにより順次連続するブロッ
   クに分割される信号の伝送方法において、上記ブロック
   中に含まれている部分信号を夫々変換により１つのスペ
   クトルに変換しそれにひきつづてい当該スペクトルをコ
   ード化し、伝送し、伝送後デコーディングし、逆変換に
   より再び部分信号に戻し、更に上記部分信号を含むブロ
   ックを重畳して相互につなぎ合わせて配列し、その際上
   記のブロックの重畳される領域を重み付けしておき、当
   該重み付けにおいてウィンドウ関数の生成値を１にする
   ようにした方法において、上記ウィンドウ関数を上記信
   号の周波数変化に依存して選定することを特徴とする信
   号の伝送方法。