JPH05206865A - 毎秒３２ｋｂの可聴周波数信号の符号化方法 - Google Patents

毎秒３２ｋｂの可聴周波数信号の符号化方法

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JPH05206865A
JPH05206865A JP4215121A JP21512192A JPH05206865A JP H05206865 A JPH05206865 A JP H05206865A JP 4215121 A JP4215121 A JP 4215121A JP 21512192 A JP21512192 A JP 21512192A JP H05206865 A JPH05206865 A JP H05206865A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、スピーチ品質を低下させずに伝送
データを減少させることのできるデジタル可聴周波数信
号の符号化方法を提供することを目的とする。 【構成】 デジタル可聴周波数信号を等長のブロックに
分割し、重複する窓処理を実行し（１）、複素数のフー
リエ係数にブロックを変換し（２）、振幅値及び位相値
で係数を分解し（３）、直線状の量子化によって位相値
を量子化し（４）、周波数帯域に振幅値を分割し
（５）、低い周波数依存性のヒアリングの絶対しきい値
を考慮して各周波数帯域の量子レベルを固定し（６）、
大きな振幅値の周波数付近の領域を無視または減少した
振幅値で考慮してヒアリングの相対しきい値を考慮し
（７）、周波数帯域の単一の値から構成される多数のサ
ブ帯域を固定し（８）、最大数のビットを有する最大の
振幅値及び少い数のビットを有する他の振幅値によって
各周波数帯域を可変的に量子化する（９）ことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、毎秒３２ｋｂの可聴周
波数信号を符号化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通信において、信号は最近では殆どデジ
タル形式で伝送されている。
【０００３】既存のライン容量に関連して強まる必要性
に応じるため、明瞭度を変えないでビット率を減少する
ことを必要とする。
【０００４】例えば、ハンドフリー動作或いはテレビ会
議中の良好な明瞭度に関して、毎秒６４ｋｂで３００乃
至３４００Ｈｚの帯域幅はすでに不十分である。目標
は、毎秒３２ｋｂへのデータ率の同時の減少によって５
０乃至７０００Ｈｚの帯域幅で良いスピーチの品質（又
は音楽信号）を達成することである。
【０００５】広帯域（０乃至２０ｋＨｚ）信号の符号化
技術は知られており（FREQUENZ 44(1990)９乃至10の226
乃至232 頁の「Transformationscodierung mit fester
Bitzuteilung bei Audiosingnalen 」）、それにおい
て処理される一連のサンプル値（１つのサンプル値につ
き１６ビットでサンプリングされる４４．１ｋＨｚ）は
可聴ブロック境界効果を抑制する重複する領域（直交余
弦関数）によって等しい振幅値のブロック中に最初に分
割される。
【０００６】信号は第１のフーリエ変換によって周波数
ドメインに変換され、振幅値及び位相値に分解される。
【０００７】位相値は一律に量子化され、振幅値はデー
タの減少を受ける。
【０００８】データの減少のため、個々の振幅値に代っ
てグループの全ての振幅値の幾何学的平均のみが伝送さ
れるように、振幅値のグループが形成される。
【０００９】周波数領域に従って、これらの振幅値のグ
ループは５つの異なる量子に導かれ、対数の音量知覚を
非均一に量子化される。
【００１０】この既知の方法によって、良好なスピーチ
の品質は達成されるが、振幅値の不十分なデータ減少の
ため毎秒３２ｋｂのデータ率は達成できない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
毎秒３２ｋｂのデータ率で７０００Ｈｚまでの帯域幅を
有する可聴周波数信号に関して、十分に高いデータ減少
および不変のスピーチ品質によって符号化する方法を提
供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的は、サンプル値
の連続的なシーケンスから構成された可聴周波数信号を
等しい長さの連続的なブロックに分割し、重複する窓処
理を実行し、不連続のフーリエ変換によって複素数のフ
ーリエ係数にブロックを変換し、振幅値及び位相値で係
数を分解し、低い周波数から高い周波数の方へ粗くなる
直線状の量子化によって位相値を量子化し、高い周波数
の方へ幅広くなる臨界的帯域に対して方向を定められた
周波数帯域に振幅値を結合し、ヒアリングの各しきい値
より下の領域が無視されるように、低周波数依存性の、
ヒアリングの絶対しきい値を考慮に入れて各周波数帯域
の量子レベルを固定し、、大きな振幅値の周波数付近の
領域（マスクされる周波数）が無視され、或いは減少し
た振幅値で考慮されるように、ヒアリングの相対しきい
値を考慮し、周波数帯域の単一の値から構成される多数
のサブ帯域を固定し、各サブ帯域の最大の単一の値を決
定し、最大利用可能数のビットを有するサブ帯域の最大
の振幅値及び少い数のビットを有する他の振幅値を量子
化することによって各周波数帯域を可変に量子化するス
テップを具備しているデジタル化された可聴周波数信号
の符号化方法、およびサンプル値の連続的なシーケンス
から構成された可聴周波数信号を等しい長さの連続的な
ブロックに分割し、重複する窓処理を実行し、不連続の
フーリエ変換によって複素数のフーリエ係数にブロック
を変換し、振幅値及び位相値中で係数を分解し、大きな
振幅値を有する周波数ラインの付近にある係数（マスク
周波数）の振幅値が十分に考慮に入れられ、或いは無視
されるように、ヒアリングの相対しきい値を考慮に入
れ、振幅値を高い周波数の方向に広くなる臨界帯域に関
して方向を定められた周波数帯域に分割し、ヒアリング
の相対しきい値より下の領域が無視されるように、低周
波数依存性の、ヒアリングの絶対しきい値を考慮に入れ
て各周波数帯域の量子レベルを固定し、低い周波数から
高い周波数へ粗くなる量子化特性によって振幅値及び位
相値の可変的に量子化し、値ゼロがヒアリングの相対し
きい値より下或いはヒアリングの絶対しきい値より下に
ある係数の振幅値に対して量子化され、値は関連した位
相値に対して量子化されず、前記位相値に対して必要と
されないビットはゼロ以外の振幅値及び位相値のさらに
正確な量子化のために使用されるステップを具備してい
るデジタル化した可聴周波数信号の符号化方法によって
達成される。
【００１３】特に、フーリエ変換によって得られ、振幅
値及び位相値において分解される係数の振幅値の著しい
データの減少は、「マスク効果」として知られる量子化
レベルの固定におけるヒアリングの絶対しきい値及びヒ
アリングの相対しきい値を考慮し、次に可変量子化する
ことによって達成される。
【００１４】本発明に従った別の方法は、振幅値及び位
相値中の複素数係数の分解後にヒアリングの相対しきい
値、すなわちマスク効果を考慮にいれ、周波数帯域中に
振幅値を分割し、ヒアリングの絶対しきい値を考慮に入
れる。しきい値以下の値に関して、ゼロの値は振幅値に
使用され、関連した位相値のビットは蓄積され、ゼロ以
外の振幅値及び位相値に使用される。
【００１５】本発明の別の効果的な特徴は、特許請求の
範囲の請求項２乃至４および請求項６乃至８に記載され
ている。
【００１６】
【実施例】図１及び図２において、符号化される信号は
１６ｋＨｚでサンプリングされる可聴周波数信号であ
り、１６ビットで量子化され、５０乃至７０００Ｈｚに
帯域制限される。
【００１７】時間ドメインにおいて、サンプル値の連続
的なシーケンスは等しい長さ（ここでは２５６）のブロ
ックに分割され、重複する窓は直交余弦関数によって実
行される。重複する窓は、それ自体は知られ、可聴ブロ
ック境界効果を抑制する（ステップ１）。
【００１８】これに続いて、不連続のフーリエ変換、特
に高速フーリエ変換ＦＦＴによるブロックの変換が通常
のブロックの正規化と共に行われる（ステップ２）。
【００１９】１ブロックにつき結果的な２５６の共役複
素数係数は、分離した量子化を実行するための振幅値及
び位相値に分解される（ステップ３）。
【００２０】人間の耳の分解能は周波数の増加によって
低下するので、高周波数は低周波数よりも粗く量子化さ
れる。
【００２１】それ故に、２５６の複素数値の半分のみが
対称性のために重要であるので、１２８の値である位相
値は、最低周波数の５ビットで開始し、最高周波数の２
ビットに減少する直線状の量子化特性に従って量子化さ
れる（ステップ４）。
【００２２】本発明に従って、データの縮小のため、振
幅値はかなり圧縮される。
【００２３】このために、振幅値は周波数帯域に分割さ
れ、それは臨界的な帯域の方向に高周波数の方へ幅広く
なるように分割される（ステップ５）。臨界的な帯域の
原理は、例えば、1961年２月の音響学会誌の第33巻、第
２号、248 頁のE.Zwicker 氏による論文から知られてい
る。
【００２４】このような振幅値によるグループの形成の
ため、スペクトルラインの個々の振幅値に代って、帯域
の全ての振幅値の幾何学的平均のみが計算される。
【００２５】選択された振幅値グループの形成は、最初
に１２８の振幅値（ここでも２５６の複素数係数の半分
のみが使用される）から５８の周波数帯域まで減少を可
能にする。最低周波数領域（振幅値グループ０乃至３
１）に関して全ての振幅値は３２の周波数帯域を形成す
るために使用され、次の周波数領域（３２乃至６０）に
関して各２つの隣接する振幅値は１４の周波数帯域を形
成するために結合され、次の周波数領域（６０乃至１０
４）に関して各４つの振幅値は１１の周波数帯域を形成
するために結合され、最高周波数領域（１０４乃至１１
２）に関して各８つの隣接する振幅値は１つの周波数帯
域を形成するために結合される（振幅１１２乃至１２７
は無視される）。
【００２６】さらに周波数帯域のデータの縮小のため、
量子化レベルは量子化のために予備段階として各周波数
帯域に対して固定される。
【００２７】本発明に従って、周波数依存性であるある
しきい値以下、すなわちヒアリングのいわゆる絶対しき
い値以下では測定可能な信号は存在するが人間の耳は知
覚を有さないという事実が利用される。それ故に、量子
化レベルが可聴領域のより良いイメージを形成すること
を最適にされるように、ヒアリングのしきい値以下のこ
の領域は量子化レベルに対して無視される（ステップ
６）。
【００２８】加えて、いわゆるマスク効果に基づいたヒ
アリングの相対しきい値が考慮されられる。この効果の
ため、大きい音（大きい振幅値）にすぐ隣接した低音は
カバー、すなわちマスクされる。それ故、これらのマス
クされた周波数も無視され、或いは減少した振幅値とし
てのみ考慮に入れる（ステップ７）。
【００２９】本発明のさらに効果的な特徴に従って、ヒ
アリングの相対しきい値は周波数依存性であるので、加
重はより大きな振幅を有する各しきい値に対してより大
きな加重を割当てるために導入される。
【００３０】このように選択される量子化レベルによっ
て、周波数帯域の可変量子化が実行される（ステップ
８，９）。
【００３１】このため、周波数帯域は単一の値から構成
される予め決められる数のサブ帯域、ここでは約１５に
分けられ、各サブ帯域の最大の単一の値が決定される。
最大の振幅値は可能な最大数のビットによって量子化さ
れ、他の全ての振幅値は少数のビットによって量子化さ
れる。例えば、低周波数領域に関して最大の振幅値は７
ビットによって、及び別の値は５ビットによって量子化
され、高周波数領域に関して５ビットから３ビットへの
量子化が実行される。
【００３２】符号化された振幅値及び位相値は、毎秒３
２ｋｂで伝送される。反対の端部で、復号化はアナログ
モードで行われる。
【００３３】本発明に従った別の解決法（請求項５）に
おいて、ステップ（３）の後、ヒアリングの相対しきい
値は図２に示されるように考慮される。大きなの振幅値
の周波数ラインの付近にある係数のこれらの振幅値は、
十分に考慮されるか、或いは無視される（ステップ１
０）。
【００３４】ステップ（５）に類似するステップ１１
（図２）において、振幅値は周波数帯域（約６０グルー
プ）中に再び分割される。増加する周波数にしたがっ
て、より多くの数の値が１帯域中にグループ化される。
【００３５】ステップ（６）に類似するステップ（１
２）において、ヒアリングの絶対しきい値が考慮され、
量子化レベルは帯域の振幅値がヒアリングの絶対しきい
値を特定化する周波数依存係数によって分割されるよう
な方法で各周波数帯域に対して固定される。
【００３６】次のステップ（１３）において、振幅値及
び位相値の可変の量子化は低周波数から高周波数へ向っ
て粗くなる量子化特性によって実行され、場合によって
は振幅値を考慮に入れてはならない、すなわちそれらは
値がゼロに指定されることを許容する。
【００３７】それは、振幅値がヒアリングの相対しきい
値以下或いはヒアリングの絶対しきい値より下である場
合である。それはゼロの振幅値を伝送し、関連した位相
値を無視すること、すなわちこれらの位相値の量子化に
いかなるビットも使用されないことで十分である。
【００３８】本発明に従って、このように「節約され
る」ビットは量子化されるゼロ以外の振幅値及び位相値
に使用される。
【００３９】本発明の別の効果的な観点に従って、いわ
ゆるスペクトルの粗さは周波数帯域に分けられる振幅値
に決定される。これは、バイオリンのような楽器或いは
音声は特に高周波数において含まれる多数の高倍音を有
するということを許容する。ステップ（５）に記載され
るように、帯域の全ての振幅値の幾何学的平均が使用さ
れる場合、容認できない歪みが生ずる。それ故、各振幅
値と帯域の幾何学的平均の商がスペクトルの粗さの基準
として形成される。帯域の最大の振幅値が予め決定でき
る係数（係数２が好ましい）だけ幾何学的平均を超える
場合、最大の振幅値のみが考慮に入れられ、帯域の他の
振幅値はゼロと等しく設定される。一方、幾何学的平均
はステップ（５）のように使用される。
【００４０】最大の振幅値が使用される場合、値ゼロの
みがゼロに等しく設定される振幅値に対して再び伝送さ
れ、関連した位相値は量子化されない。このように「節
約される」ビットはゼロ以外の振幅値及び位相値に有効
に使用できる。
【００４１】人間の耳は高周波数よりも低周波数を感知
するので、振幅値及び位相値の量子化は低い周波数に対
して４ビット及び３ビットで開始し、高い周波数に対し
て３ビット及び２ビットのみを使用する。
【００４２】本発明に従った上記記載の符号化方法は、
単一の毎秒３２ｋｂのデジタル信号プロセッサによって
コーダ／デコーダの実時間実行を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明するフローチャート。
【図２】本発明の実施例を説明するフローチャート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲープハルト・スィーラー ドイツ連邦共和国、ベー − 7257 ディ ッツィンゲン、ブレスラウアー・シュトラ ーセ １

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サンプル値の連続的なシーケンスから構
    成された可聴周波数信号を等しい長さの連続的なブロッ
    クに分割し、重複する窓処理を実行し、 不連続のフーリエ変換によって複素数のフーリエ係数に
    ブロックを変換し、 振幅値及び位相値で係数を分解し、 低い周波数から高い周波数の方へ粗くなる直線状の量子
    化によって位相値を量子化し、 高い周波数の方へ幅広くなる臨界的帯域に対して方向を
    定められた周波数帯域に振幅値を結合し、 ヒアリングの各しきい値より下の領域が無視されるよう
    に、低周波数依存性のヒアリングの絶対しきい値を考慮
    して各周波数帯域の量子レベルを固定し、大きな振幅値
    の周波数付近の領域（マスクされる周波数）が無視さ
    れ、或いは減少した振幅値で考慮されるように、ヒアリ
    ングの相対しきい値を考慮し、 周波数帯域の単一の値から構成される多数のサブ帯域を
    固定し、各サブ帯域の最大の単一の値を決定し、 最大利用可能数のビットを有するサブ帯域の最大の振幅
    値及び少い数のビットを有する他の振幅値を量子化する
    ことによって各周波数帯域を可変的に量子化するステッ
    プを具備しているデジタル化された可聴周波数信号の符
    号化方法。
  2. 【請求項２】 ２５６の値のブロック中にサンプル値の
    連続的なシーケンスを分割し、 重複する窓処理のために直交余弦関数を使用するステッ
    プを具備している請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 低い周波数の５ビットで始まり、高い周
    波数の２ビットまで直線状に減少するように位相値を量
    子化する請求項１或いは２記載の方法。
  4. 【請求項４】 最大の振幅値を有するしきい値が大きな
    加重を割当てられるように、量子化レベルを固定するた
    めにヒアリングの低いしきい値及びヒアリングの相対し
    きい値を加重するステップを具備している請求項１記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 サンプル値の連続的なシーケンスから構
    成された可聴周波数信号を等しい長さの連続的なブロッ
    クに分割し、重複する窓処理を実行し、 不連続のフーリエ変換によって複素数のフーリエ係数に
    ブロックを変換し、 振幅値及び位相値中で係数を分解し、 大きな振幅値を有する周波数ラインの付近にある係数
    （マスク周波数）の振幅値が十分に考慮に入れられ、或
    いは無視されるように、ヒアリングの相対しきい値を考
    慮に入れ、 振幅値を高い周波数の方向に広くなる臨界帯域に関して
    方向を定められた周波数帯域に分割し、 ヒアリングの相対しきい値より下の領域が無視されるよ
    うに、低周波数依存性のヒアリングの絶対しきい値を考
    慮して各周波数帯域の量子レベルを固定し、 低い周波数から高い周波数へ粗くなる量子化特性によっ
    て振幅値及び位相値の可変的に量子化し、値ゼロがヒア
    リングの相対しきい値より下或いはヒアリングの絶対し
    きい値より下にある係数の振幅値に対して量子化され、
    値は関連した位相値に対して量子化されず、前記位相値
    に対して必要とされないビットはゼロ以外の振幅値及び
    位相値のさらに正確な量子化のために使用されるステッ
    プを具備しているデジタル化した可聴周波数信号を符号
    化する方法。
  6. 【請求項６】 各振幅値および周波数帯域の幾何学的平
    均の商を形成することによって周波数帯域中にグループ
    化された振幅値のスペクトルの粗さを決定し、 最大の振幅値が予め決められる係数だけ幾何学的平均を
    超える場合には周波数帯域内のこの値および位置を考慮
    に入れ、又は最大の振幅値が予め決められる係数だけ幾
    何学的平均を超えない場合には全ての振幅値の幾何学的
    平均を表す値を考慮に入れるステップを具備している請
    求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 周波数帯域の最大の振幅値のみが考慮さ
    れ、周波数帯域の他の全ての振幅値に対して値ゼロが考
    慮され、 ゼロ以外の振幅値及び位相値の関連した位相値を必要と
    しないビットを使用するステップを具備している請求項
    ６記載の方法。
  8. 【請求項８】 予め決められる係数として値２を使用す
    るステップを具備している請求項６記載の方法。
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