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
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Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
る信号の伝送方法に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
れた構成要件により解決される。
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。
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。
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。
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。
置構成例が可能である。
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。
(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。
隔を周波数変化に依存して選定する。
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。
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。
数を信号の振幅変化に依存して選定する。
(窓)関数の長さを、振幅変化に依存して選定する。
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。
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。
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。
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。
する。
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。
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。
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。
)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
信器のデコーダ部分のブロック接続図である。
振幅経過 1,2,3,4 ウィンドウ
Claims (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。
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