JPH043523A - ディジタル信号符号化方法 - Google Patents

ディジタル信号符号化方法

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JPH043523A
JPH043523A JP2103045A JP10304590A JPH043523A JP H043523 A JPH043523 A JP H043523A JP 2103045 A JP2103045 A JP 2103045A JP 10304590 A JP10304590 A JP 10304590A JP H043523 A JPH043523 A JP H043523A
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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、例えばオーディオ、音声等の入力ディジタル
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、複数の周波数帯域に分割された入力ディジタ
ル信号の各バンド毎のエネルギに基づいて各バンド単位
の許容ノイズレベルを設定し、各バンドのエネルギと許
容ノイズレベル設定での差のレベルに応じたビット数で
各バンドの成分を量子化するディジタル信号符号化装置
において、ノイズレベル設定の際は、注目するバンド及
び他のバンドのエネルギに基づいて注目バンドの許容ノ
イズレベルを設定すると共に、エネルギと許容ノイズレ
ベルの関係が非線形となるようにしたことにより、聴感
上良好で、より高い情報圧縮が可能なディジタル信号符
号化装置を提供するものである。また、入力ディジタル
信号はプリエンファシスのかかった信号であり、許容ノ
イズレベル設定時の信号はプリエンファシスが補正され
た信号であることにより、プリエンファシスによる影響
を受けない量子化を行う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）による符号化技術がある。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
（ＡＴＣ）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ド（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）等の符号化技術がある。
ここで、これら高能率符号化において、上述したような
各帯域（バンド）毎の適応的な符号化は、当該複数に分
割された各バンド毎に例えばエネルギ（或いはハンド内
ピーク値）を算出し、このエネルギに応じた割当てビッ
ト数で、各バンド毎の量子化を行うことで実現されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、近年は、オーディオ信号等の符号化において
、聴感上良好であってかつ上述したような従来の高能率
符号化よりも更に高いビット圧縮が望まれている。例え
ば、入力オーディオ信号の性質或いは人間の聴覚特性を
考慮することで、聴感上良好で、より高い情報圧縮（ビ
ット圧縮）の符号化を実現することが望まれている。
またオーディオ信号は、その−船釣な特性として、高域
成分のエネルギが少ないことが知られている。そのため
、オーディオ信号を符号化する場合、当該符号化に先立
って入力オーディオ信号にプリエンファシスをかけるこ
とで、信号成分に対して等測的に高域ノイズを減らし、
Ｓ／Ｎを上げるようにすることがある。なお、この場合
は、信号再生時等にデイエンファシスが行われる。
このようなことから、上述した帯域分割を伴うオーディ
オ信号の符号化では、上記各バンド毎の適応的な割当て
ビット数による量子化と共に、プリエンファシス（及び
デイエンファシス）が行われる場合がある。この場合、
先ずディジタルのオーディオ信号に対してプリエンファ
シスがかけられ、その後複数帯域に分割され、各バンド
毎のエネルギに応した割当てビット数で量子化が行われ
る。すなわち、該プリエンファシスと量子化とが行われ
る信号符号化における各バンド毎のエネルギを求めるた
めの演算処理等は、上記プリエンファシス後の信号に対
してなされている。
しかし、上述のようにプリエンファシス後の信号のエネ
ルギに基づいた割当てビット数で量子化を行うことは、
実際の入力オーディオ信号の性質（プリエンファシスさ
れる前の本来のオーディオ信号の性質）に応じた割当て
ビット数であるとは言えず、したがって、符号化後に復
号化されて再生されるオーディオ音声が入力された実際
の音声と聴感上異なるものとなる虞れがある。
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、聴感上良好で、より高いビット圧縮が可
能となり、また、プリエンファシスに影響されずに実際
の入力オーディオ信号の性質に応じた適応的な割当てビ
ット数での量子化が可能な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
号を複数の周波数帯域に分割すると共に、各バンド毎の
エネルギに基づいて各バンド単位の許容ノイズレベルを
設定するノイズレベル設定手段と、上記各バンドのエネ
ルギと上記ノイズレベル設定手段の差のレベルに応じた
ビット数で上記各バンドの成分を量子化する量子化手段
とを有するものであって、上記ノイズレベル設定手段は
、注目するバンド及び他のバンドのエネルギに基づいて
上記注目バンドの許容ノイズレベルを設定すると共に、
上記エネルギと許容ノイズレベルとの関係が非線形とな
るようにしたものである。また、上記入力ディジタル信
号はプリエンファシスのかかった信号であり、上記許容
ノイズレベル設定手段に供給される信号は当該プリエン
ファシスが補正された信号とされるものである。
〔作用〕
本発明によれば、バンド毎にエネルギと許容ノイズレベ
ルの関係が非線形になるようにすることで、人間の聴覚
特性に応じた量子化ビ・ント数を得ることができるよう
になる。また、許容ノイズレベル設定は、プリエンファ
シスが補正された信号に基づいて行われるため、入力デ
ィジタル信号の性質（プリエンファシスされる前の本来
の信号の性質）に応じた量子化ビット数が得られる。
〔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。
第１図に本発明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を示す。
この第１図において、本実施例装置は、入力端子１に供
給された例えばオーディオ、音声等の入力ディジタル信
号を複数の周波数帯域に分割すると共に、各バンド毎の
エネルギに基づいて各バンド単位の許容ノイズレベルを
設定する許容ノイズレベル設定回路１０と、上記各バン
ドのエネルギと上記許容ノイズレベル設定回路１０の差
のレベルに応じたビット数で上記各バンドの成分を量子
化する量子化回路２４とを有するものであって、上記許
容ノイズレベル設定回路１０は注目するバンド及び他の
バンドのエネルギに基づいて上記注目；くンドの許容ノ
イズレベルを設定すると共に、上記エネルギと許容ノイ
ズレベルとの関係が非線形となるようにしたものである
。上記量子化回路２４の出力が出力端子２から出力され
る。
また、本発明実施例装置での上記入力端子１に供給され
る入力ディジタル信号が、例えばプリエンファシス回路
２０によって端子３を介したオーディオ信号にプリエン
ファシスがかけられて得られた信号であった場合、本実
施例装置の上記許容ノイズレベル設定回路ｌＯに供給さ
れる信号は、プリエンファシス補正回路２２によって該
プリエンファシスが補正された信号とされる。この場合
、出力端子２からの出力信号は、デイエンファシス回路
２６によってデイエンファシスされた後に端子４から出
力されるようになる。
ここで、本実施例装置の許容ノイズレベル設定回路ｌＯ
では、人間の聴覚特性を考慮した各バンド毎の許容可能
なノイズレベル（許容ノイズレベル）の設定が行われる
。すなわち上記人間の聴覚特性として、例えば、いわゆ
るマスキング効果があり、このマスキング効果に基づい
た許容ノイズレベルの設定が行われる。上記マスキング
効果とは、人間の聴感上の特性によりある音によって他
の音がマスクされて聞こえなくなる現象を言うものであ
り、これは換言すれば、当該ある音の信号Ａ（或いはあ
る注目するバンド）によって他の音の信号Ｂ（或いは他
のバンド）がマスクされることと等価である。すなわち
、当該信号Ａのレベルに応じたマスキング効果（マスキ
ング効果の作用するレベル）により、上記他の信号Ｂの
全て或いはある一部のレベル（マスキングレベル）以下
カマスフされる。このようなことから、上記マスキング
レベル以下の信号にノイズがあったとしてもマスクされ
て聞こえなくなるため、このマスキングレベル以下は許
容可能なノイズレベルとすることができる。また、上記
信号Ａも、自身のマスキング効果により当該信号Ａのレ
ベルに応じたマスキングレベル以下はマスクされる。ま
た、該信号Ａには上記他の信号Ｂによるマスキング効果
も影響する９更に、上記マスキング効果は一般に非線形
特性を有しているため、上記信号Ａのレベルがｎ倍にな
れば当該マスキング効果の作用する範囲（マスキング範
囲）もｎ倍になるというものではなくｍ（一般にｍ＞ｎ
）倍の範囲がマスクされるようになり、マスキングレベ
ル（マスキング量）も増加するようになっている。また
更に、このマスキング範囲及びマスキングレベルは、当
該信号Ａの周波数によっても変化するようになっている
。
例えば、第２図〜第７図に示すように、一般に、信号レ
ベルと周波数とによってマスキング範囲とマスキングレ
ベルとが変化するようになっている。
この第２図〜第７図において、縦軸にはマスキング量（
ｄＢ）を、横軸には周波数を示す。第２図には２００セ
の信号の各レベルによるマスキング量と範囲とを示し、
以下同様に第３図には４００セの信号の場合を、第４図
には８００Ｈｚの信号、第５図には１２００Ｈｚの信号
、第６図には２４００）（Ｚの信号、第７図には３５０
０Ｈｚの信号の場合の例を示す。
すなわち、本実施例装置においては、ある注目するバン
ド及び他のバンド内の信号のレベル（エネルギ）に応じ
たマスキングレベルに基づいて、上記注目バンドでの許
容可能なノイズレベルを設定するようにしている。該注
目バンドでの許容ノイズレベル設定が上記許容ノイズレ
ベル設定回路１０で行われている。更に、この許容ノイ
ズレベル設定の際には、上述したマスキング効果の非線
形特性も考慮されて各バンドにおける許容ノイズレベル
の設定が行われるようになっている。
ここで、各バンドの信号成分を量子化する場合、上述し
たように上記各バンド内の信号の上記許容ノイズレベル
以下の信号（ノイズ）はマスクされるため、該許容ノイ
ズレベル以下の信号に対する量子化の割当てビット数を
少なくしても、量子化による音質への影響は少ない。そ
のため、本実施例装置においては、ハンド内の信号レベ
ル（エネルギ）と上記許容ノイズレベルの差のレベルに
応じた量子化ビット数で該バンドの信号成分の量子化（
量子化回路２４での量子化）を行うようにしている。こ
のようにすることで、量子化の割当てビット数を減らす
ことができ、情報圧縮が可能となっている。また、エネ
ルギと許容ノイズレベルとの関係をマスキング効果を考
慮した非線形となるようにしている。例えば、注目バン
ドにおいてエネルギが大きい場合には、前述した第２図
〜第７図のようにマスキングレベルが非線形に増大する
ので、該注目バンド及び他のバンドでの量子化の割当て
ビット数を更に減らすことができるようになり、より高
い情報圧縮が可能となる。したがって、本実施例装置に
おいては、例えばバンドのエネルギが大きい場合、高い
ピント圧縮率であるにもかかわらず聴感上良好な再生音
を得ることができるようになっている。
上述したようなことを行うため、本実施例装置において
は、次のようなことを行っている。
再び第１図に戻って、入力端子１に供給されたディジタ
ルのオーディオ信号は、帯域分割回路２１に送られる。
当該帯域分割回路２１では上記オーディオ信号が複数の
周波数帯域に分割される。
ここで、この帯域分割の手法の一例として、人間の聴覚
特性を考慮したいわゆる臨界帯域幅（クリティカルバン
ド）での分割等を挙げることができる。なお、該クリテ
ィカルバンドとは、人間の聴覚を考慮して高い周波数帯
域はどバンド幅を広くするような分割手法である。該帯
域分割回路２１で複数の帯域（バンド）に分割された各
バンド毎の信号は、後述するプリエンファシス補正回路
２２を介して総和検出回路１１に供給される。該総和検
出回路１１では、各バンド毎のエネルギ（各バンドでの
エネルギ総和から得られるスペクトル強度）が求められ
る。該総和検出回路１１の出力すなわち各バンドの総和
スペクトルは、一般にパークスペクトルと呼ばれ、この
各バンドのパークスペクトルは例えば、第８図のＳＢに
示すようになる。なお、この第８図ではバンド数を例え
ば１２バンドとしている。
ここで、上記パークスペクトルＳＢの上述したマスキン
グに於ける影響を考慮するため、該パークスペクトルＳ
Ｂに所定の重みづけの関数を畳込む（コンボリューショ
ン）。このため上記総和検出回路１１の出力すなわちパ
ークスペクトルＳＢの各値は、上記許容ノイズレベル設
定回路１０のフィルタ回路１２に送られる。該フィルタ
回路１２は、第９図に示すように上記総和検出回路１１
から供給されたデータを順次遅延（ｚ−’）させる遅延
素子１０１．、〜１０１．。、と、各遅延素子からの出
力が何れのバンドのデータであるかのバンド番号と該バ
ンドでのレベルとを検出してこれらに基づいてアドレス
データを発生するアドレス制御回路２１１．、、、〜１
１１□、と、フィルタ係数（重みづけの関数）が格納さ
れていて上記アドレス制御回路１１１．３〜ＩＩ１．、
、からのアドレスデータに応じたフィルタ係数が読み出
されるＲＯＭ１２１−−ｚ〜１２１い。、と、各遅延素
子１０１−−３〜１０１０．３からの出力に上記ＲＯＭ
Ｉ２１−−ｓ〜１２１−＋から読み出されたフィルタ係
数を乗算する乗算器１０２−ｓ〜１０２ｏ。３と、総和
加算器１０４とから構成されるものである。
すなわち各乗算器１０２カ、〜１０２．．３で、上記各
遅延素子１０１−ｚ〜１０１−３からの出力に、上記各
ＲＯＭ１２１□３〜１２１　、、、から読み出されたフ
ィルタ係数を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、
第８図中点線で示す部分の総和がとられる。
ここで、フィルタ回路１２内の各アドレス制御回路の具
体的構成を第１０図に示す。
この第１０図において、アドレス制御回路１１１の端子
１１２にはそれぞれ対応する遅延素子からの信号が供給
され、該信号はレベル検出回路１１４とバンド番号情報
抽出回路１１５とに伝送される。上記レベル検出回路１
１４では該バンドのレベル（ピークレベル或いは平均レ
ベル）力検出され、上記バンド番号情報抽出回路１１５
では、供給された信号がどのバンドの信号であるかのバ
ンド番号情報が抽出される。これら回路１１４と１１５
の出力は共にアドレス発生回路１１６に送られ、該アド
レス発生回路１１６では：れらの出力に応した１記フィ
ルタ回路１２の対応する各ＲＯＭのアドレスデータを発
生させる。このアドレスデータが端子１１３から該対応
する各ＲＯＭに送られる。すなわち、上記バンド番号情
報抽出回路１１５でのバンド番号抽出、及び、レベル検
出回路１１４でのレベル検出は、マスキング効果が前述
の第２図〜第７図に示したように周波数とレベルによっ
て異なるため、これに対応するフィルタ係数をそれぞれ
対応するＲＯＭから読み出すようにするためになされて
いる。
このようにして得られた上記フィルタ回路１２からの出
力は割算器１６に伝送される。該割算器１６では、フィ
ルタ回路１２で畳込み処理されたデータを逆コンポリ二
−シゴンするためのものである。該逆コンボリューシ３
ン処理を行うことにより、上記フィルタ回路１２の出力
から上記パークスペクトルＳＢでのマスキングスペクト
ルが得られるようになる。すなわち、該マスキングスペ
クトルが許容ノイズスペクトルとなる。なお、上記逆コ
ンボ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１６を用いて逆コンポリ
ューシゴンを行っている。
次ニ、上記マスキ〉・ゲスベクトルは、減算器１７に伝
送される。ここで、当該減算器１７には、上記総和検出
回路１１の出力すなわちパークスペクトルＳＢが、遅延
回路１４を介して供給されている。したがって、この減
算器１７で上記マスキングスペクトルとパークスペクト
ルＳＢとの減算演算が行われることで、第１１図に示す
ように、上記パークスペクトルＳＢは、該マスキングス
ペクトルＭＳの各レベルで示すレベル以下がマスキング
されることになる。
該減算器１７の出力は、メモリ２５を介して量子化回路
２４に供給されている。該量子化回路２４では、該減算
器１７の出力に応じて上記メモリ２５から読み出される
割当てピント数情報に基づいて、遅延回路２３を介して
供給されている各バンドの信号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２４では、マスキン
グ効果を考慮して得られた上記許容ノイズレベル設定回
路１０のマスキングスペクトルＭＳ（許容ノイズレベル
）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。なお、遅延回路１４は上記割
算器１６以前の各回路での遅延量を考慮して上記総和検
出回路１１からのパークスペクトルＳＢを遅延させ、遅
延回路２３は上記メモリ２５以前の各回路での遅延量を
考慮して設けられている。
また、本実施例の入力端子１に供給される入力ディジタ
ル信号は、前述したように、オーディオ信号の高域での
エネルギが低いという一般的な特性を考慮して、入力信
号にプリエンファシスをかけることで、信号成分に対し
て等測的に高域ノイズを減らし、Ｓ／Ｎを上げるように
することが行われる場合がある。すなわち、端子３に供
給されたオーディオ信号に対してプリエンファシス回路
２０によってプリエンファシスがかけられた信号が、入
力端子ｌに供給される場合がある。この場合、上記許容
ノイズレベル設定回路１０における前述した許容ノイズ
レベルの設定が、上記プリエンファシス後の信号に対し
てなされることを避けるため、本実施例においては、上
記許容ノイズレベル設定回路１０に供給される信号に対
して、プリエンファシス補正回路２２による補正がなさ
れる０例えば、プリエンファシス回路２０でプリエンフ
ァシスがかけられた場合には、これに連動して当該プリ
エンファシス補正回路２２では、例えばデイエンファシ
ス処理がなされ、プリエンファシスが補正された信号を
出力するようにされている。このようにすることで、許
容ノイズレベルがプリエンファシス後の信号に基づいて
なされることはなくなり、したがって、実際の入力オー
ディオ信号の性質に応じた割当てビット数で量子化が行
えることになる。また、入力端子１に供給される信号に
プリエンファシスがかけられていない場合には、上記プ
リエンファシス補正回路２２での補正処理が行われない
ようになっている。
なお第１図において、入力端子１（或いは端子３）に供
給される入力ディジタル信号としては、例えば時間軸上
のオーディオ信号を所定時間（フレーム）毎にフーリエ
変換して周波数軸上の信号に変換し、得られた実数成分
値Ｒｅと虚数成分値１ｍとからなるＦＦＴ係数を更に振
幅値Ａｍと位相値とに変換し、該振幅値Ａｍの情報を入
力ディジタル信号として供給するようにすることができ
る。すなわち、一般に、人間の聴覚は周波数領域の振幅
（パワー）には敏感であるが、位相についてはかなり鈍
感であるため、このような入力ディジタル信号を供給す
るようにすることは意義がある。
〔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、ノイズ
レベル設定の際、注目するバンド及び他のバンドのエネ
ルギに基づいて注目バンドの許容ノイズレベルを設定す
ると共に、エネルギと許容ノイズレベルの関係が非線形
となるようにしたことにより、聴怒上良好で、より高い
情報圧縮が可能となる。また、本発明のディジタル信号
符号化装置においては、入力ディジタル信号がプリエン
ファシスのかかった信号である場合、許容ノイズレベル
設定時の信号はプリエンファシスが補正された信号であ
ることにより、プリエンファシスによる影響を受けずに
実際の入力オーディオ信号の性質に応じた適応的な割当
てビット数での量子化が可能となる。したがって、実際
のオーディオ音声と異なる再生音となることはない。
【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〜第７図は各
レベルと各周波数とにおけるマスキング効果を説明する
ための特性図、第８図はパークスペクトルを示す図、第
９図はフィルタ回路の具体的構成を示すブロック回路図
、第１０図はアドレス制御回路の具体的構成を示すブロ
ック回路図、第１１図はマスキングスペクトルを示す図
である。 ０・・・・・・・・許容ノイズレベル設定回路１・・・
・・・・・総和検出回路 ２・・・・・・・・フィルタ回路 ４．２３・・遅延回路 ６・・・・・・・・割算器 ７・・・・・・・・減算器 ０・・・・・・・・プリエンファシス回路１・・・・・
・・・帯域分割回路 ２・・・・・・・・プリエンファシス補正回路４・・・
・・・・・量子化回路 ５・・・・・・・・メモリ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）入力ディジタル信号を複数の周波数帯域に分割す
    ると共に、各バンド毎のエネルギに基づいて各バンド単
    位の許容ノイズレベルを設定するノイズレベル設定手段
    と、上記各バンドのエネルギと上記ノイズレベル設定手
    段の差のレベルに応じたビット数で上記各バンドの成分
    を量子化する量子化手段とを有するディジタル信号符号
    化装置において、 上記ノイズレベル設定手段は注目するバンド及び他のバ
    ンドのエネルギに基づいて上記注目バンドの許容ノイズ
    レベルを設定すると共に、上記エネルギと許容ノイズレ
    ベルとの関係が非線形とな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. （２）上記入力ディジタル信号はプリエンファシスのか
    かった信号であり、上記許容ノイズレベル設定手段に供
    給される信号は当該プリエンファシスが補正された信号
    であ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。
JP2103045A 1990-04-20 1990-04-20 ディジタル信号符号化方法 Expired - Lifetime JP2861238B2 (ja)

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