JPH0443400A - 音声データの高能率符号化方法 - Google Patents

音声データの高能率符号化方法

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JPH0443400A
JPH0443400A JP2149791A JP14979190A JPH0443400A JP H0443400 A JPH0443400 A JP H0443400A JP 2149791 A JP2149791 A JP 2149791A JP 14979190 A JP14979190 A JP 14979190A JP H0443400 A JPH0443400 A JP H0443400A
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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、入力音声データの圧縮符号化を行う音声デー
タの高能率符号化装置に関するものである。
〔発明の概要] 本発明は、音声データを直交変換して得られる係数デー
タを、音声データのスペクトルエンベロープ情報及び係
数データの低域成分でのピッチ情報に基づいて量子化す
ることで、効率的で量子化誤差が少なく良好な復号音を
得ることができる音声データの高能率符号化装置を徒供
するものである。
〔従来の技術〕
従来より、入力音声データ等を高能率符号化する手法と
して、例えば、入力音声データをブロック化して得られ
た各ブロンク毎に、離散的フーリエ変換(DFT)、#
数的余弦変換(DCT)等の直交変換を施し、該直交変
換によって得られた係数データ(DFT係数、DCT係
数等)を、例えば上記入力音声データの性質に応して適
応的に量子化するいわゆる適応変換符号化(ATC)が
ある。
この適応変換符号化において、上記入力音声データの性
質を表すパラメータとしては、例えば当該音声データの
スペクトルエンヘローブ情報、ピッチ情報等が挙げられ
る。
ここで、第6図に、上記スペクトルエンベロープ情報及
びピッチ情報を用いて適応的な量子化を行う従来の音声
データの高能率符号化装置の概略構成を示す。
この第6図において、入力端子1には、音声信号波形が
所定のサンプリング周波数でサンプリングされた音声デ
ータが供給されている。該音声データはバッファメモリ
2に送られる。該バッファメモリ2は、上記音声データ
を所定時間毎に切り出してブロックを形成するためのも
のである。該ブロック毎の音声データは、例えば離散的
余弦変換(DCT)による直交変換処理を行うDCT回
路3に送られ、当該DCT回路3で上記ブロック毎のD
CT係数データに変換される。当該DCT係数データは
、DCT係数量子化回路4に送られる。該DCT係数量
子化回路4は、後述する割当て・ステップ算出回路18
から供給される適応的な量子化割当てビット数及び量子
化ステップサイズの情報に基づいて、上記DCT係数デ
ータの量子化を行うものである。当該DCT係数量子化
回路4で量子化されたデータは、更に、DCT係数符号
化回路5で符号化された後、マルチプレクサ6を介して
出力端子7から符号化データとして出力される。
ここで、上記割当て・ステップ算出回路18からの上記
量子化の割当てビット数、ステップサイズの情報は、上
記DCT係数データに基づいて形成されている。すなわ
ち、この適応的な割当てビット数及びステップサイズの
情報を得るため、上記DCT回路3の出力(DCT係数
データ)は、2乗演算回路8以陣の回路にも送られてい
る。上記2乗演算回路8では、上記DCT係数データが
各々2乗される。この2乗データは、供給された全ての
周波数帯域のデータの逆高速フーリエ変換(IFFT)
処理を行う全IFFT回路9に送られる。当該全IFF
T回路9の出力は、予測係数演算回路10に送られる。
当該予測係数演算回路IOは、上記全TFFT回路9の
出力からいわゆるダービンのアルゴリズムを用いて予測
係数(アルファパラメータ)を求めるものである。当該
予測係数は予測係数量子化回路12に送られて量子化さ
れた後、高速フーリエ変換(FFT)回路14によって
FFT処理が施される。このFFT回路14の出力は、
逆数演算回路】5に送られて逆数がとられる。該逆数演
算回路15の出力が、第7図に示すような構造の上記D
CT係数のスペクトルエンベロープ情報(包絡情報)と
なる。該スペクトルエンベロープ情報は、乗算回路17
に伝送される。
更に、上記全IFFT@路9の出力は、ピッチ演算回路
11にも伝送される。このピッチ演算回路11では、上
記全IFFT回路9の出力からピッチ周期とピッチゲイ
ンのピッチ成分が求められる。これらピッチ成分は、ピ
ッチ成分量子化回路13で量子化された後、周波数パタ
ーン生成回路16に送られる。該周波数パターン生成回
路16からは、第8図に示すような構造の上記量子化さ
れたピッチ成分に基づいた上記DCT係数データの周波
数パターンすなわち周期的微細構造の情報(ピッチ情報
)が出力される。該ピッチ情報が上記乗算回路17に送
られる。
したがって、この乗算回路17では、上記ピッチ情報と
上述のスペクトルエンベロープ情報とが乗算されること
で、第9図中実線で示すような構造の結合パターンが得
られる。当該乗算回路17の出力が割当て・ステップ算
出回路18に送られる。この割当て・ステップ算出回路
18では、当該ピッチ情報及びスペクトルエンベロープ
情報の結合パターンに基づいて、上記DCT係数量子化
回路4での量子化ビット割当て数と量子化ステップサイ
ズとの情報が決定され、この割当てピント数とステップ
サイズとを示す情報が上記DCT係数量子化回路4に送
られる。これにより、上記DCT係数量子化回路4では
、これら割当てビット数とステップサイズの情報に基づ
いた適応的な量子化が行われることになる。
また、上記ピッチ成分量子化回路13からの量子化され
たピッチ成分と、上記予測係数量子化回路12からの量
子化された予測係数とは、補助情報符号化回路19によ
って符号化され、補助情報(サイドインフォメーション
)として上記マルチプレクサ6を介して、上記符号化デ
ータと共に出力端子7から出力される。
第10図に上記符号化データを復号化する従来の復号化
装置の概略構成を示す。
この第10図において、入力端子31を介した上記符号
化データと補助情報は、デマルチプレクサ32によって
符号化データと補助情報とに分けられる。上記符号化デ
ータは、DCT復号化回路33によって復号化された後
に、DCT係数逆量子化回路34に送られる。このDC
T係数逆量子化回路34は、後述する割当て・ステップ
算出回路45から供給される逆量子化の適応的な割当て
ビット数及びステップサイズの情報に基づいて上記DC
T復号化回路34の出力データを逆量子化するものであ
る。このDCT係数逆量子化回路45の出力は、上記離
散的余弦変換の逆変換を行うIDCT回路35によって
音声データに変換された後、バッファメモリ36からシ
リアルの音声データとして出力される。この音声データ
が復号音声データとして出力端子37から出力されるよ
うになる。
ここで、上記割当て・ステップ算出回路45からの出力
情報は、上記補助情報に基づいて形成されている。すな
わち、上記デマルチプレクサ32からの補助情報は、補
助情報復号化回路38で復号化されると共に、前述した
量子化された予測係数と量子化されたピッチ成分とに分
けられて出力される。上記量子化されたピッチ成分は、
ピッチ成分逆量子化回路42で逆量子化された後、周波
数パターン生成回路43によって上記ピッチ情報に変換
される。このピッチ情報は乗算回路44に送られる。ま
た、上記量子化された予測係数は、予測係数逆量子化回
路39によって逆量子化された後、FFT回路40で高
速フーリエ変換され、更に逆数演算回路41に送られる
。該逆数演算回路41で上記FFT回路40の出力の逆
数が取られることで上記スペクトルエンベロープ情報と
され、このスペクトルエンベロープ情報が上記乗算回路
44に送られる。
したがって、上記割当て・ステップ算出回路45は、こ
れらピッチ情報とスペクトルエンベロープ情報が上記乗
算回路44で乗算されて得られる結合パターンに基づい
て、上記DCT係数逆量子化回路34での割当てビット
数とステップサイズの情報を生成して出力するようにな
っている。
〔発明が解決しようとする課題] ここで、第6回に示した従来の符号化装置でのDCT係
数データの量子化は、上述したように、第9図中実線で
示すピッチ構造とスペクトルエンベロープ構造の結合パ
ターンに基づいて上記DCT係数データを正規化した後
に成されるようになっている。
ところで、言葉等の音声のピッチ構造は、通常3k)t
z〜4kHz以上では明確に現れない。しかし、上述し
た第6図の従来の符号化装置では、音声データの符号化
を行う際に、全ての周波数帯域でピッチ構造(第8図)
を求めているので効率的とは言えない。
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、音声の実際のピッチ構造に適合した量子
化処理を行うことで効率的な符号化ができ、更にこの符
号化された音声データを復号すると、良好な復元音が得
られるようになる音声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。
〔課題を解決するための手段) 本発明の音声デー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、入力音声デー
タを直交変換して得られる係数データを上記入力音声デ
ータのスペクトルエンベロープ情報及びピッチ情報に基
づいて量子化して伝送する符号化装置であって、上記ピ
ッチ情報は上記係数データの低域成分に基づいて得るよ
うにしたものである。
〔作用] 本発明によれば、ピッチ構造が明確に現れない高域で、
ピッチ構造を求めるための演算を行わないようにしてい
るため、演算量を減らすことができると共に量子化誤差
も減らすことができる。
〔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音声データの高能率符号化装置
の概略構成のブロック回路図を示す。
この第1図に示す本実施例装置は、入力端子lを介して
供給される入力音声データを例えば離散的余弦変換(D
CT)処理を行うDCT回路3によって直交変換して得
られるDCT係数データを、上記入力音声データのスペ
クトルエンベロープ情報及びピッチ情報に基づいてDC
T係数量子化回路4によって量子化して伝送する音声デ
ータの高能率符号化装置であって、上記ピッチ情報は、
上記DCT係数データの低域成分(例えば4kHz以下
或いは0.3kHz〜3.2k)(zの周波数成分)の
みを逆高速フーリエ変換(rFFT)する低域IFFT
回路20から得られるデータに基づいて得るようにした
ものである。なお、この第1図において、前述の第6図
と同様の構成には同じ指示符号を付している。
すなわち、第1図の本実施例装置は、前述の第6図に示
した従来の符号化装置と同様に、DCT係数データを適
応的な量子化ビット数及び量子化ステップサイズで量子
化するものであって、スペクトルエンベロープ情報につ
いては第6図と同様に求めているのに対し、ピッチ情報
については、音声のデータが通常3kHz〜4kHz以
上にピッチ構造(周期的微細構造)の現れにくいもので
あることを考慮して、例えば4kHz以下のDCT係数
データのみから求めるようにしている。本実施例装置で
は、このようなことを行うため、予測係数演算回路10
へ供給されるデータについては全逆高速フーリエ変換(
IFFT)回路9の出力をそのまま送るようにしている
のに対し、ピッチ演算回路11へ供給されるデータにつ
いては、上記低域IFFT回路20によって2乗演算回
路8の出力の低域(本実施例では4kHz以下)のみが
逆高速フーリエ変換されたデータを送るようにしている
ここで、第1図の実施例装置においては、入力端子1に
供給される音声データは、音声信号波形が例えば8kH
zでサンプリングされたものとなっている。また、バッ
ファメモリ2は、当該音声データを所定の窓で切り出し
て例えば256サンプルで1ブロツクを形成する。なお
、このように1ブロツクのサンプル数(ポイント数)が
256サンプル必要なのは、後の離散的余弦変換処理に
より得られるDCT係数データから周期的微細構造(ピ
ッチ情報)を得るために必要であるからであり、この2
56サンプル以下では該周期的微細構造を得ることが難
しい、更に、後述する復号化装置で行われるブロック毎
の接続のWiに良好な接続を行うため、上記1ブロツク
は、第2図に示すように隣合うブロックB II−II
 L+ B+a1の間で8サンプル分だけオーハーラソ
プするようになされている。
DCT回路3からのDCT係数データは、DCT係数量
子化回路4に送られると共に、2乗演算回路8以降の回
路にも送られ、当該2乗演算回路8でDCT係数データ
が各々2乗されて出力される。この2乗演算回路8を介
したデータは、全てのDCT係数データを逆高速フーリ
エ変換(TFFT)する全IFFT回路9と、上述した
ように例えば4kHz以下の低域のDCT係数データの
みを逆高速フーリエ変換する上記低域IFFT回路20
とにそれぞれ送られる。
上記全IFFT回路9では、上記DCT係数データを逆
高速フーリエ変換することで入力音声データの擬憤的な
自己相関係数が求められる。該全IFFT回B9の出力
は、予測係数演算回路10に送られる。上記予測係数演
算回路lOでは、いわゆるダービンのアルゴリズムを用
いて予測係数(アルファパラメータ)が求められる。こ
の時、本実施例では8次までのアルファパラメータを求
めていて、例えば、0次のアルファパラメータを1とし
、アルファパラメータの後ろに0値列を挿入している。
該アルファパラメータすなわち予測係数は、予測係数量
子化回路12によって、1〜8次のアルファパラメータ
をLog Area Retioに変換した後実音声の
分布を考慮した範囲で線形に量子化される。また、この
量子化の際は、1〜8次のアルファパラメータに割り当
てられる量子化ビット数は、スペクトル歪みを最小に抑
えることを目的として例えばそれぞれ7,5,4,4,
44.4.3ビツトとした。該予測係数量子化回路12
の出力は、高速フーリエ変換(FFT)回路14でFF
T処理された後、逆数演算回路15に送られる。当該逆
数演算回路15は、上記FFT処理の結果の振幅(パワ
ースペクトル)の逆数を求めるもので、該逆数演算回路
15の出力が、前述の第7図に示したような構造の上記
DCT係数のスペクトルエンベロープ情報(包絡情報)
となる。なおこの時は、いわゆるF F T Prun
ingアルゴリズム(J、Markel ”FFT P
runing 、 rEEE Trans。
on Audio and Electroacous
tics  Vol、  Al1−19  。
No、4. Dec、、1971参照)を用いることで
高速演算が可能である。該逆数演算回路15の出力(ス
ペクトルエンベロープ情報)の高域成分は、割当て・ス
テップ算出回路18に送られ、低域部分(4kHz以下
)は乗算回路17に伝送される。
また、上記低域IFFT回路20では、上述したように
DCT係数データの例えば4kHz(又は3kHz〜4
kHz)以下の成分のみをI 、F 、F T処理する
。この低域IPFT回路20の出力は、ピッチ演算回路
11に送られる。該ピッチ演算回路11は、例えば、既
に求めである上記擬似的な自己相関係数とスペクトルエ
ンベロープ情報を用いて、擬似的な残差信号の自己相関
係数を計算する。なお、この場合、第1図に図示を省略
しているが、例えば予測係数量子化回路12の出力を、
上記ピッチ演算回路11に送るようにする。当該ピッチ
演算回路11は、上記擬似的な残差信号の自己相関係数
が最大となるところをピッチ周期、該残差信号の自己相
関係数の値をピッチゲインとして出力する。これらピッ
チ周期、ピッチゲインのピッチ成分は、ピッチ成分量子
化回路13で量子化された後、周波数パターン生成回路
16に供給される。上記周波数パターン生成回路16か
らは、上記量子化されたピッチ成分に基づいて上記DC
T係数データの低域成分のみのピッチ情報すなわち周期
的微細構造の情報が得られるようになる。例えば、ピッ
チゲインが1でピッチ周期番目のタップの係数値にピッ
チゲイン値の負の値をもつFIR(fレインパルス応答
)ディジタルフィルタの周波数振幅特性の逆数をとるこ
とで、上記DCT係数データの周期的微細構造を得るよ
うにしている。このDCT係数データの低域成分の周期
的微細構造(ピッチ情報)が上記乗算回路17に送られ
る。なお、本実施例では図示しないが、上記擬似的な残
差信号の0次自己相関係数をスペクトルゲインとし、こ
のゲインの値に対して、いわゆるミュー則非線形の量子
化を行った後のデータも、上記乗算回路17に送るよう
にしている。
ここで、−Cに、入力信号の擬似的な自己相関係数をr
、、(k):k・0,1,2.・・・、0次のパラメー
タを1としたアルファパラメータ列の自己相関係数をr
、(k):k・0.1.2.・・・、擬似的な残差信号
の自己相関係数をr 、(k) :k・0,1,2.・
・・、及び擬イ以的な残差信号をe (n):n=0.
1.2.− とすると、re(k)=Σe(n)e(n
+k) nニーω n=−oo 1==(1) J2−■ 1ニー■ j8−ω n8−(1) 0o     ω 、Σ   ΣaIaJr、(k−1) i・−ω j・−■ 1=−Q:1i=−(1) ■ 工Σr、(jりr、(k−42) !・−(1) となる、ここで、/!=j−iである。
該乗算回路17では、上記DCT係数データの低域成分
のみのピッチ情報と上述した低域のみのスペクトルエン
ベロープ情報とを乗算することで、低域におけるDCT
係数データの評価値を得る。
この評価値と前述した高域のスペクトルエンベロープ情
報とが割当て・ステップ算出回路18に送られる。これ
により、該割当て・ステップ算出回路18では、第3図
の図中実線で示すDCT係数データの4kHz以下のピ
ッチ情報と全周波数帯域のスペクトルエンベロープ情報
との結合パターンが得られるようになる。
該割当て・ステップ算出回路18では、上記結合パター
ンに基づいて、上記DCT係数量子化回路4での量子化
ビット割当て数と量子化ステップサイズとが決定され、
この割当てビット数とステップサイズとを示す情報が、
上記DCT係数量子化回路4に送られる。したがって、
上記DCT係数量子化回路4では、上記結合パターンに
基づいて量子化の適応化制御が行われることになる。す
なわち、本実施例装置のDCT係数量子化回路4による
DCT係数データの量子化は、第3図の結合パターンに
よって当該DCT係数データを正規化した後に成される
ことになる。なお、このビット割当ての適応化の際には
、人間の聴覚特性のいわゆる聴感マスキング特性を考慮
して、ホルマント領域にノイズがある程度集中するよう
に制御することもできる。また、ステップサイズは、D
CT係数データの評価値に比例するように制御すること
もできる。更に、上記DCT係数量子化回路4は、例え
ば、ゲインがDCT係数データの評価値に等しいガウシ
アン非線形量子化回路で構成されている。該DCT係数
量子化回路4の出力データは、符号化回路5で符号化さ
れてマルチプレクサ6を介して出力端子7から符号化デ
ータとして出力される。
また、上記ピッチ成分量子化回路13からの量子化され
たピッチ成分と、予測係数量子化回路12からの量子化
された予測係数は、補助情報符号化回路19によって符
号化された後、補助情報(サイドインフォメーション)
として、上記マルチプレクサ6を介して、上記符号化デ
ータと共に出力端子7から出力されるようになっている
すなわち、本発明実施例の符号化装置においては、音声
データをDCT処理したDCT係数データを、このDC
T係数データのスペクトルエンベロープ情報、及び、該
DCT係数データの低域成分でのピッチ情報に基づいて
量子化することで、実際の音声のピッチ構造を考慮した
効率の良い量子化が可能となる。また、DCT係数デー
タの量子化の際の量子化誤差は、該DCT係数データを
全帯域でのピッチ情報を用いて量子化する場合に比べて
、低域のみのピッチ情報を用いた場合の方が少なくなる
。したがって、この符号化データを復号化することで得
られる復号音は良好なものとなる。特に広帯域(例えば
O〜8kHz)の音声符号化に通している。
第4図に上記符号化データを復号化する実施例復号化装
置の概略構成を示す。この第4図も第10図と同様の構
成要素には同し指示符号を付して、説明を省略する。
この第4図においては、第10図の逆数演算回路41の
出力を、高域の成分と低域の成分(4に七以下)に分け
、高域成分を割当て・ステ、プ算出回路45に送り、低
域成分を乗算回路44に送るようにしている。このよう
にすることで、割当て・ステップ算出回路45では、第
3図の図中実線のような結合パターンに基づいたDCT
係数逆量子化回路34での逆量子化割当てビット数とス
テップサイズの情報が得られる。この情報に基づいて該
D CT係数逆量子化回路34での逆量子化を適応制御
することで、良好な復号音声を得ることができるように
なる。
なお、この第4図の復号化装置において、IDC7回路
35の出力データを接続する際には、第1図の装置での
8サンプルずつオーバーラツプしたブロックB。−1,
B II+ B 、、+ 1 の該オーバーランプした
部分で、第5図に示すように隣合うウィンドウ(窓)の
和が1となるような傾斜を有する台形窓tpを乗算した
後、このオーバーラツプ部分を加算して接続するように
している。
〔発明の効果〕
本発明の音声データの高能率符号化装置においては、音
声データを直交変換して得られる係数データを、音声デ
ータのスペクトルエンベロープ情報及び、音声において
特存のピッチ構造が現れる係数データの低域成分でのピ
ッチ情報に基づいて量子化することで、効率の良い量子
化が可能となり、少ない量子化誤差で符号化を行うこと
ができるようになる。したがって、この符号化出力を復
号することにより、良好な復号音を得ることができるよ
うになる。また、特に広帯域の音声符号化に適している
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の符号化装置の概略構成を示すブ
ロック回路図、第2図は本実施例の符号化装置での音声
データのブロックを説明するための図、第3図は本実施
例装置でDCT係数データの量子化に用いられる結合パ
ターンの構造を示す図、第4図は本実施例の復号化装置
の概略構成を示すブロック回路図、第5図は本実施例で
の復号化の際のブロック接続を説明するための図、第6
図は従来の符号化装置の概略構成を示すブロック回路図
、第7図はスペクトルのエンベロープ構造を示す図、第
8図はピッチ構造を示す図、第9図は従来の符号化装置
でのDCT係数データの量子化に用いられる結合パター
ンの構造を示す図、第10図は従来の復号化装置の概略
構成を示すブロック回路図である。 2・・・・・・・・バッファメモリ 3・・・・・・・・DCT回路 4・・・・・・・・DCT係数量子化回路5・・・・・
・・・DCT係数符号化回路6・・・・・・・・マルチ
プレクサ 9・・・・・・・・全IFFT回路 10・・・・・・予測係数演算回路 11・・・・・・ピッチ演算回路 12・・・・・・予測係数量子化回路 13・・・・・・ピッチ成分量子化回路14・・・・・
・FFT回路 16189191周波数パターン生成回路17・・・・
・・乗算回路 18・・・・・・割当て・ステップ算出回路196.1
.・、補助情報符号化回路 20・・・・・・低域IFFT回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入力音声データを直交変換して得られる係数データを上
    記入力音声データのスペクトルエンベロープ情報及びピ
    ッチ情報に基づいて量子化して伝送する音声データの高
    能率符号化装置において、上記ピッチ情報は上記係数デ
    ータの低域成分に基づいて得るようにしたことを特徴と
    する音声データの高能率符号化装置。
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