JPH04302530A - 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Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
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:SBC
)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(フレーム)でブロック化し
、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、上記帯域分割として、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、各帯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(ビットアロケーシヨン)による
符号化が行われる。例えば、上記FFT処理されて得ら
れた係数データを上記ビットアロケーシヨンによって符
号化する際には、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
な割当てビット数で符号化が行われることになる。
号化において、上記入力オーディオ信号を複数帯域に分
割した各帯域毎に高速フーリエ変換(FFT)等の直交
変換を行う場合(すなわち各帯域において周波数分析を
行う場合)には、通常、上記各帯域毎の信号を所定時間
単位(フレーム単位)でブロック化して、このブロック
単位で直交変換を行うようにしている。
ット数は、上記フレーム単位のブロック毎に割り当てら
れている。
ベル変動の少ない定常的な信号であるとは限らず、例え
ば、上記フレーム内でピークレベルの時間的変動が大き
い信号(過渡的に変化する信号)である場合も存在する
。すなわち例えば、打楽器の打音等のオーディオ信号の
場合、この打音部分の信号が上記過渡的に変化する信号
となる。
の特性(性質)が変化するオーディオ信号を、上述のよ
うにフレーム単位のブロックで一律に直交変換し、この
直交変換されたデータを符号化することは、当該信号の
性質に適応した良好な高能率符号化とは言い難い。
みて提案されたものであり、入力オーディオ信号の性質
(特性)に、より適応した高能率の圧縮符号化が可能な
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。
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(FFT
)による直交変換(或いは他の離散的余弦変換等の直交
変換でも良い)を行い係数データ(FFT係数データ)
を得て、このFFT係数データを符号化するようにした
ディジタルデータの高能率符号化装置であって、各帯域
の直交変換前のブロックデータ(所定単位時間のフレー
ム)の特性に基づいて、上記各帯域の直交変換のブロッ
ク長を決定するブロック長決定回路を有し、上記各帯域
の直交変換の際には、当該ブロック長決定回路によって
決定されたブロック長で上記直交変換処理を行うように
したものである。ここで、上記直交変換前のブロックデ
ータ(フレーム)の特性(性質)としては、例えばフレ
ーム内の信号が過渡的か或いは定常的かというような特
性を挙げることができる。この信号の過渡的,定常的の
判断は、例えば直交変換前のフレーム内のサンプル値や
、該フレーム内のサンプル値の上限の時間的変化を計算
して得た値、或いは、該フレーム内のエネルギの時間的
変化を計算して得た値等に基づいて行われ、したがって
、本発明装置では、この過渡的,定常的に応じて得られ
た値に基づいて各帯域での直交変換のブロック長を可変
するようにしている。なお、帯域分割の際は、いわゆる
臨界帯域に基づく分割をこおなうことができる。
クデータ(フレーム)の特性に基づいて各帯域の直交変
換のブロック長を可変するようにしているため、この信
号特性に応じたブロック長での直交変換が可能となり、
したがって、信号特性に対して適応的なビット数で圧縮
符号化を行うことができるようになる。
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)によって帯域分割すると共に、
直交変換して周波数軸上の信号に変換した後符号化する
ようにしている。
は、図1に示すように、いわゆるミラーフィルタのQM
F(quadrature mirror filte
r)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、いわゆる臨界帯域(
クリティカルバンド)での分割を考慮して高域程帯域幅
が広くなるように複数の帯域に分割(例えば大別して3
つの帯域に分割)し、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(FFT)回路43,44,45
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。その後、この3分割された各帯域のFFT係数デ
ータを符号化回路46,47,48によって適応的な割
当てビット数で符号化し、出力端子52,54,56か
ら出力するようにしている。
48における上記3つの帯域のFFT係数データの符号
化の際には、人間の聴覚特性に基づく適応的な割当てビ
ット数で符号化を行うようにしているため、上記各FF
T係数データを、上記臨界帯域での帯域(例えば25バ
ンド)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の出力は、臨界帯域の高域の例えば2つの
帯域と対応し、高速フーリエ変換回路44の出力は臨界
帯域の中域の例えば3つの帯域と対応し、高速フーリエ
変換回路45の出力は臨界帯域の低域の例えば20個の
帯域と対応するようになされている。
の直交変換前のブロックデータ(所定時間のフレーム単
位のデータ)の特性(過渡的,定常的等の特性)に基づ
いて、上記各帯域の直交変換のブロック長を決定するブ
ロック長決定回路49,50,51を有し、上記各帯域
の直交変換の際には、当該ブロック長決定回路49,5
0,51によって各帯域毎に決定されたブロック長で上
記直交変換処理を行うようにしたものである。なお、本
実施例では、当該ブロックサイズ可変のための構成は、
上記各高速フーリエ変換回路46,47,48内に含ま
れている。
はアナログオーディオ信号等をサンプリング(例えば1
024サンプル)して得たディジタルデータ(0〜22
.1kHz)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、上記高域程帯域幅が広く
なるように大まかに3つの帯域(0〜5.5kHz,5
.5kHz〜11.0kHz,11.0kHz〜22.
1kHz)に分割される。上記QMF41では、上記0
〜22.1kHzのディジタルデータが2分割されて1
1.0kHz〜22.1kHzと0〜11.0kHzの
2つの出力が得られ、11.0kHz〜22.1kHz
の出力は高速フーリエ変換回路43に、0〜11.0k
Hzの出力はQMF42に送られる。QMF42へ送ら
れた0〜11.0kHzの出力は、該QMF42で更に
2分割されて5.5kHz〜11.0kHzと0〜5.
5kHzの2つの出力が得られる。上記5.5kHz〜
11.0kHzの出力は上記高速フーリエ変換回路44
に送られ、上記0〜5.5kHzの出力は高速フーリエ
変換回路45に送られる。
、各ブロック長決定回路49,50,51にも送られて
いる。これら回路49,50,51では、入力オーディ
オデータの上記フレームB内データが前記過渡的に変化
する信号であるか、或いは定常的な信号であるかの検出
と、この検出結果に基づいて後述するように各高速フー
リエ変換回路43,44,45におけるFFT処理のブ
ロック長を可変とするためのブロック長決定信号の出力
とを行っている。
長決定回路49,50,51では、図2及び図3に示す
ように、例えば、上記所定単位時間フレームBの長さを
4分割(4分割以外でも良い)したブロック(b1 ,
b2,b3 ,b4 )毎に、各サンプルのピークレベ
ルの大きさを求め、各4分割ブロックb1 ,b2 ,
b3 ,b4 間でサンプル値の上限(ピークレベル)
の時間的変化を計算する。例えば、各4分割ブロックb
1 ,b2 ,b3 ,b4 のそれぞれのピークレベ
ルPK1 ,PK2 ,PK3 ,PK4 の中から最
大ピーク値Maxpkと最小ピーク値Minpkとを求
め、この最大ピーク値Maxpkと最小ピーク値Min
pkの比(Maxpk/Minpk)を、ある基準範囲
の値と比較し、この基準範囲値よりも上記比の値が大き
いときは上記フレームB内の信号は過渡的信号であると
して検出し、逆に小さいときは定常的な信号であるとし
て検出する。また、この基準範囲内の値となった場合は
、これら過渡的信号と定常的信号との中間の信号である
として検出する。なお、上記図2は過渡的信号として検
出される場合の例を示し、図3は定常的信号として検出
される場合の例を示している。
51においては、上述のように、各4分割ブロックb1
,b2 ,b3 ,b4 のピークレベルに基づくブ
ロック長決定処理の代わりに、各4分割ブロックb1
,b2 ,b3 ,b4 内の信号のエネルギに基づく
ものとすることも可能である。この場合も、例えば、各
4分割ブロックのそれぞれのエネルギを求めると共に、
これらの内の最大と最小との比を求め、エネルギの基準
範囲と比較して上述同様の検出処理がなさる。
決定回路49,50,51で行い、各回路で当該検出結
果に応じたブロック長を決定する。これにより、各帯域
毎にFFT処理のブロック長が決定されるようになる。 これら各ブロック長決定回路49,50,51で決定さ
れたブロック長に応じたブロック長で各高速フーリエ変
換回路43,44,45でのFFT処理が行われる。
0,51において、例えば、上記定常的な信号と検出さ
れた場合、図4に示すように、各帯域のブロック長は、
例えば同じ長さ(例えばフレームBと同じ長さ)になさ
れる。すなわち、上記11.0kHz〜22.1kHz
の高域ではFFT処理ブロック長bHとされ、上記5.
5kHz〜11.0kHzの中域ではブロック長bMと
され、上記0〜5.5kHzの低域ではブロック長bL
とされる。
た場合、図6に示すように、各帯域のブロック長は、高
域及び中域で短く、低域で長いものとなされる。すなわ
ち、上記低域でのブロック長bL (上記フレームB)
に対し、高域,中域でのブロック長は、例えば、当該低
域のブロック長bL の1/4のブロック長とされる。 図示の例では、高域のブロックをブロック長bH1,b
H2,bH3,bH4とし、中域のブロックをブロック
長bM1,bM2,bM3,bM4とする。なお、この
高域,中域でブロック長を短くする理由については後述
する。
中間的な信号の場合は、図5に示すように、各帯域のブ
ロック長は、低域をブロック長bL とすると、中域は
例えば低域の1/2のブロック長bM1,bM2とし、
高域は例えば低域の1/4(中域の1/2)のブロック
長bH1,bH2,bH3,bH4とする。
ロック長bL を一定としているが、勿論当該低域のブ
ロック長も信号に応じて可変することができる。また、
各帯域のブロック長は、上述したように、上記フレーム
Bの長さの1/4や1/2の長さに限らず、更に細分割
したものとすることも可能である。
の信号の時に高域及び中域のブロック長を低域よりも短
くし、低域のブロック長を長くするのは、以下に示すよ
うな理由による。すなわち、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り、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
述したようにブロック長をあまり短くすることはできな
いためである。また、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(及び中域)で
のブロック長を短くする(時間分解能を高める)ことは
有効となる。上述のようなことから、本実施例では、上
記定常的な信号以外の時に高域及び中域のブロック長を
、低域のブロック長よりも短いものとし、低域のブロッ
ク長を長くしている。
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、上記低域(
0〜5.5kHz)では処理のサンプル数を多くして周
波数分解能を上げ、高域(11.0kHz〜22.1k
Hz)では時間分解能を上げている。また、中域(5.
5kHz〜11.0kHz)でも時間分解能を上げてい
る。
45では、供給された各帯域のデータの複数サンプルか
らなるフレームB内のデータを、上記ブロック長決定回
路49,50,51からのブロック長決定信号に基づい
たブロック長でFFT処理する。すなわち、上記フレー
ムB内の信号特性に応じたブロック長で各帯域毎のFF
T処理を行う。
,45でのFFT処理におけるフレームの長さは、図7
に示すように、1024サンプルから、オーバーラップ
分OLを引いた長さにとられている。この図7は、上記
図5のように、過渡的な信号と定常的な信号の中間の信
号の場合の例を挙げている。更に、上記直交変換は上述
した高速フーリエ変換に限らず例えば離散的余弦変換等
をも適用することができる。
,51から出力は、上記高速フーリエ変換43,44,
45から出力されるFFT係数データを符号化する各符
号化回路46,47,48にも送られるようになってい
る。
的信号として検出され、各高速フーリエ変換回路43,
44,45でFFT処理のブロック長を短くした場合、
該高速フーリエ変換回路43,44,45の後段の各符
号化回路46,47,48では、上記フレームB内で適
応的なビット割当てによって上記FFT係数データの符
号化を行うようにする。例えば、上記図2の例において
は、上記4分割ブロックb1 ,b2 ,b3 ,b4
の中で最もピークレベルの大きいブロックb3 に対
して多くのビットを割当て、逆に他のブロックb1 ,
b2 ,b4 のビット数を減らすようにする。これに
より、スペクトルの時間的変化に追随し、各帯域で真に
ビットを必要とするブロック(上記ブロックb3 )の
みに、ビットを多く与えることができるようになる。な
お、このビット割当ての際には、後述するいわゆるマス
キング効果を考慮したビット配分による割当てを行うこ
とも可能である。
信号として検出され、各高速フーリエ変換回路43,4
4,45でFFT処理のブロック長を長くした場合、各
符号化回路46,47,48では、上記フレームB単位
で符号化を行うようにする。例えば、上記図3の例にお
いては、上記4分割ブロックb1 ,b2 ,b3 ,
b4 のように分割せずに、上記フレームB単位で符号
化する。 これにより、フレームB内で同じ様なスペクトルの信号
に対して重複して符号化をしなくて済むようになる。
ーリエ変換回路43,44,45におけるスペクトル分
析の精度が上がるようなり、また、この場合後述するよ
うないわゆるマスキングの計算を行うようにした場合に
も、正確なマスキング計算が可能となり、したがって、
各符号化回路46,47,48での符号化の際に用いる
ビット数を減らすことができるようになる。
特性に関するものである。すなわち、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
のマスキングはバ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100msec程度)効くようになっているのに対し
、バ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5msec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、バックワードマスキングが
30dB程度となっている。
ロック間でのビット割当ての際に考慮すれば、よりビッ
ト圧縮が可能になる。すなわち、マスキングされる部分
の信号に対してはビット数を少なくしても聴感上何ら悪
影響がないため、このマスキングされる部分のビット数
を減らして圧縮効果をより高めることができる。なお、
上記マスキング効果におけるマスキング量は、例えば上
記臨界帯域毎のエネルギの総和を求め、この臨界帯域毎
のエネルギに基づいて求められる。また、ある臨界帯域
の信号による他の臨界帯域(或いは当該ある臨界帯域自
身)の他の時間へのマスキング量を求めるようにするこ
とも可能である。このようなマスキング量に基づいて各
帯域毎の許容可能なノイズレベルが求められ、更に、こ
の各帯域毎の許容可能なノイズレベルに基づいて上記符
号化の際の割当てビット数を決定することができる。
力が各出力端子52,54,56から出力される。更に
、上記ブロック長決定回路49,50,51からの出力
も、サブ情報としてそれぞれ各出力端子53,55,5
7から出力されるようになっている。なお、上記定常的
信号の場合は、上記過渡的信号の場合よりも、当該サブ
情報のためのビット数を減らせることになる。すなわち
、上記過渡的信号の場合は上記各4分割ブロックに対応
したサブ情報を、これら出力端子53,55,57から
出力することになるが、上記定常状態の信号の場合上記
フレームB単位のサブ情報とすることができるため、当
該サブ情報のためのビット数を減らすことができること
になる。
タルデータの高能率符号化装置においては、各帯域の直
交変換前のフレームデータの特性(過渡的,定常的等)
に基づいて、ブロック長決定回路49,50,51で上
記各帯域の直交変換のブロック長を決定し、この各帯域
毎に決定されたブロック長で上記高速フーリエ変換回路
43,44,45で各帯域のFFT処理を行うようにし
ているため、例えば過渡的,定常的等の信号の特性(性
質)に応じた符号化ができる。
対応する復号化装置の概略ブロック図を示す。この図8
において、入力端子152,155,156には上記符
号化装置の出力端子52,54,56からの符号化デー
タが供給され、入力端子153,155,157には上
記符号化装置の出力端子53,55,57からのサブ情
報のデータが供給される。上記符号化データ及びサブ情
報のデータは、各復号化回路146,147,148に
送られ、これら復号化回路で上記符号化データを上記サ
ブ情報のデータに基づいて復号化する処理が行われる。 この復号化データは上記符号化装置の高速フーリエ変換
回路43,44,45でのFFT処理とは逆の処理(I
FFT処理)を行う逆高速フーリエ変換(IFFT)回
路143,144,145に送られる。また、各逆高速
フーリエ変換回路には、上記サブ情報のデータもそれぞ
れ供給されるようになっている。したがって、当該逆高
速フーリエ変換回路143,144,145でのIFF
T処理もこのサブ情報のデータに基づいて行われる。上
記逆高速フーリエ変換回路143の出力は、上記QMF
41と逆のフィルタ処理を行うIQMF回路141に送
られる。また、上記逆高速フーリエ変換回路144,1
45の出力は、上記QMF42と逆のフィルタ処理を行
うIQMF回路142に送られる。このIQMF回路1
42の出力も、上記IQMF回路141に送られる。し
たがって、当該IQMF回路141からは、前記各帯域
に分割された信号が合成されたディジタルのオーディオ
信号が得られることになる。このオーディオ信号が出力
端子130から出力される。
化装置においては、各帯域の直交変換前のブロックデー
タの特性(過渡的,定常的等)に基づいて、ブロック長
決定回路で上記各帯域の直交変換のブロック長を決定し
、各帯域の直交変換処理を行うに際し、この各帯域毎に
決定されたブロック長で直交変換処理を行うようにして
いるため、例えば過渡的,定常的等の信号の特性(性質
)に応じた符号化ができ、更にビット圧縮も可能となっ
ている。
化装置の概略構成を示すブロック回路図である。
図である。
ロック長を説明するための図である。
図である。
図である。
装置の概略構成のブロック図である。
7,48・・・符号化回路
Claims (1)
- 【請求項1】 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て、この
係数データを符号化するようにしたディジタルデータの
高能率符号化装置であって、各帯域の直交変換前のブロ
ックデータの特性に基づいて、上記各帯域の直交変換の
ブロック長を決定するブロック長決定回路を有し、上記
各帯域の直交変換の際には、当該ブロック長決定回路に
よって決定されたブロック長で上記直交変換処理を行う
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
。
Priority Applications (21)
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