JPH06504893A - 総合マスキング閾値を決定する方法 - Google Patents

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】 ビットレート削減ソース符号化プロセスにおＩする総合マスキング閾値の決定方 法 この発明は、ビットレートを削減するソース符号化プロセスにおける総合マスキ ング閾値を決定する方法に関するものである。

デジタルオーディオ信号をビットレート削減符号化法によって符号化するために 、ＷＯ３８１０４１１７号には、逆量子化剤を得るためのスペクトルマスキング 閾値の計算が開示されている。

伝送されるべき信号は、単一の音だけで構成されているのではなく、複数の高調 波をも含んでいるため、このような信号によって生成されるマスキング閾値は、 大きな差がある。これらを計算するには、各々が周波数及びレベルによって決ま るマスキングスロープを有する、全ての関連する音マス力と全ての関連するノイ ズマス力とを考慮する必要がある。このような広範囲な考慮を行うには、それに 対応してソース符号化器において計算に多量の労力を必要とするが、これは、コ ンピュータシミュレーションに対してのみ適当であり、実時間で実行するには不 適当である。

これに対してこの発明の目的は、ビットレート削減ソース符号化プロセスのため の、特に、実時間で使用するための計算の労力を低減することである。

このことは、この発明によれば、請求項１の特徴項に記載の事項により達成され る。

この発明による方法の利点及び改変は、従属請求項に限定されている。

この発明を、図面を参照してより詳細に叙述する。

第１図は、この発明による方法を実施するためのソース符号化器のブロック回路 図を示している。

第２図は、この発明により総合したマスキング効果が総合マスキング閾値を決定 する３つのマス力と無雑昔時可聴閾値とを含む周波数図を示している。

第１図のブロック回路図において、入力のデジタルオーディオ信号１が、サブバ ンド符号化の場合に、サブバンドサンプリング値２を生成するポリフェーズフィ ルタバンクｌＯに供給される。変換符号化の場合には、フィルタバンクｌＯの代 わりに、例えばコサイン変換や高速フーリエ変換に対応する離散スペクトルサン プリング値を生成する時間／周波数変換段が用いられる。サンプリング値２は、 符号化及び逆量子化制御信号７によって決定されるそのサンプリング値の許容量 子化ノイズに応じて、量子化段２０で逆量子化される。出力信号８を形成するた めに、制御信号７は逆量子化されたサンプリング値３と一緒にマルチプレクサ７ ｏに供給される。このマルチプレクサ７０は、使用するビットレート削減法に応 じて、信号３及び７を時間マルチプレクスフレームに挿入する。

また、入力のデジタルオーディオ信号１は、サブバンド符号化の場合には離散ス ペクトルサンプリング値５を生成する変換段４０にも供給される。変換符号化の 場合には、時間／周波数変換段でめられたスペクトルサンプリング値を、サンプ リング値５として使用できる（その際の径路２ａを破線で図示）。以下に詳述す るこの発明に特有の方法によれば、段５０がサンプリング値５と場合によっては 最大信号レベル４とから総合マスキング閾値６を算出する。

サブバンド符号化の場合には、更に、段３０がサンプリング１２から個々のサブ バンドにおける最大信号レベル４を決定する。

段６０では、上述の符号化及び逆量子化制御信号７が総合マスキング閾値６から 生成される。段６０は、前述のＷＯ３８１０４１１７号の第３図に情報ブロック ５゜５及び５．３として示されている。上記情報ブロック５．５では、最大（マ スキング）サブバンドレベルと最小総合マスキング閾値との間の関係が（許容で きる量子化ノイズに応じて請求められ、それから、後続の情報ブロック５．３で 、量子化時のサブバンドの割当て（＝分解能）が計算される。

そこで、総合マスキング閾値６の計算について、第２図を参照してより詳細に説 明する。

第２図の周波数図では、３つのマス力１００．２００．３００が、２５０Ｈｚ、 ＩＫＨｚ、及び４ＫＨｚにプロットされており、これらのマス力はそれぞれ高い 側のマスキングスロープ１０１．２０１及び３０１と低い側のマスキングスロー プ１０２．２０２及び３０２を持っている。第２図には無雑音時可聰閾値４００ も示されている。後述するように、この発明に特有の方法を実施すると、高い側 と低い側のマスキングスロープ１０１．２０１．３０１．１０２．２０２．３０ ２及び無雑昔時可聴閾値４００の相互作用から総合マスキング閾値６を有利に決 定することが出来る。

このことを行うために、総合マスキング閾値の計算に要する計算労力を削減する ための推奨実施例では、次の基準を考慮する。

（ａ）　第２図に示すように、各マス力１００．２００．３００は、それぞれ高 い側及び低い側のマスキングスロープ１０１と１０２．２０１と２０２．３０１ と３０２を有している。これらのマスキングスロープは高次の多項式で表される 。多項式の計算は非常に複雑であるため、これらのマスキングスロープをセグメ ントに分けて、これらを低次の多項式、例えば−次方程式で近似する。

（ｂ）　総合マスキング閾値６を計算するについては、個々のマス力のマスキン グスロープがレベル依存性を有している場合があるため、オーディオ信号の周波 数領域への変換から計算された強度を対数で表したレベルに計算し直さなければ ならない。通常、対数の形成も高次の多項式で計算され、従って、実行するには 複雑すぎる。

しかし、この対数の計算はある程度の精度で行えばよいので、ノモグラムに含ま れる対数で表したレベルの段数はこの発明により小さな数に低減される。これら の対数で表したレベルは、その後多項式の計算のかわりに使用されるノモグラム に記憶される。この対数の形成を、強度を仮数とべき指数とに分割する方法を用 いて行う場合は、仮数の対数で表したレベルがその後多項式の計算のかわりに使 用されるノモグラムに記憶される。

（Ｃ）　あるマス力が別のマス力をカバーすることがあるため、全てのマス力が 総合マスキング閾値の計算に関係するわけではない。このようにカバーされたマ ス力のマスキングスロープは、レベル或いは強度に関して総合マスキング閾値の かなり下にあり、従って、総合マスキング閾値にあまり影響しない。そのため、 これらの無関係のマス力が段５０で区別されて、総合マスキング閾値６の計算に 利用されない。

（ｄ）　強度或いはレベルに関して、マスキングスロープが人間の聴覚器官の無 雑昔時可聴閾値４００のかなり下方にあって、マス力のマスキング曲線と無雑昔 時可聴閾値とから生じるマスキングが無雑昔時可聴閾値そのものよりもあまり大 きくならないようなマス力は全て総合マスキング閾値の計算には無関係である。

何故なら、このようなマス力のマスキングスロープは強度或いはレベルに関して 総合マスキング閾値６のかなり下方にあり、従って、総合マスキング閾値にあま り影響を及ぼさないためである。従って、これらの無関係のマス力も、段５０で 区別されて、総合マスキング閾値６の計算に利用されない。

（ｅ）　原則的には、数値的な方法でデジタルシステムの連続曲線を計算するこ とは不可能である。そのため、総合マスキング閾値は、基準離散スペクトル位置 でのみ計算される。

（ｆ）　音響心理学を利用して、総合マスキング閾値６の計算に必要なスペクト ル分解能は、マスキング閾値に関して限定された数の離散スペクトル位置に低減 させることが出来る。従って、総合マスキング閾値６の計算のための離散スペク トル位置は、高い周波数範囲においてよりも低い周波数範囲においてそれらのス ペクトルの間隔が密になるような態様で規定される。

（ｇ）　総合マスキング閾値６を計算するためには、オーディオ信号のスペクト ル解析ができるように、オーディオ信号を変換処理（第１図の段４０）を用いる ことによって周波数領域で再生しなければならない。従って、総合マスキング閾 値６の計算のための離散スペクトル位置は、それらがこの変換処理のスペクトル 点上に（るようにする態様で規定される。高い方の周波数範囲ではマスキング閾 値を計算するための離散スペクトル位置間のスペクトル間隔がより大きいため、 そこでは変換処理のスペクトル位置の一部しか使用されない。

（ｈ）　総合マスキング閾値６は、その離散スペクトル位置で、段階的に、マス カ毎に計算される。通常、マス力のマスキングは低い周波数の方向よりも高い周 波数の方向により大きいので、総合マスキング閾値６の段階的な計算は周波数の 最も高いマス力から開始して、次のパラグラフに述べる計算をやめるための基準 の適用ができるだけ早くできるようにする。

（ｉ）　総合マスキング閾値６の段階的な計算では、計算はそれぞれのマス力に ついて、常にその高い周波数側のスペクトルのマスキングスロープの計算から開 始され、次いで低い方の周波数に対する計算がなされる。このようにすることに よって、それぞれのマス力のマスキングスロープの総合マスキング閾値６に占め るマスキング効果の割合の計算を早期にやめることができる。この計算の中止は 、その前に計算された総合マスキング閾値６に対するそれぞれのマス力のマスキ ングスロープの影響が成る基準よりも下になるとすぐに行われる。

（ｊ）　総合マスキング閾値６に対するあるマス力のマスキングスロープの影響 の計算は、総合マスキング閾値６のその時の計算された離散スペクトル位置にお けるマス力のマスキングスロープの強度或いはレベルが成る基準よりも下になっ て、総合マスキング閾値６にさほど影響を及ぼさなくなるとすぐにやめられる。

（ｋ）　あるマス力のマスキングスロープの総合マスキング閾値６への影響の計 算は、総合マスキング閾値６のその時の計算されたスペクトル位置におけるマス 力のマスキングスロープの強度或いはレベルが、無雑昔時可聴閾値４００の強度 或いはレベルよりもある程度下にまで低下し、従って、総合マスキング閾値６に さほど影響しなくなるとすぐにやめられる。

（１）　総合マスキング閾値６は、上述のように、個々の異なるマス力１００． ２００及び３００のマスキング効果から構成され、これらの個々のマス力のマス キングスロープ１０１，１０２．２０１，２０２，３０１及び３０２の強度を加 算することによって形成される。強度の加算は、対数で表したレベルに基づいて 繰り返し累乗計算及び対数計算を行う必要があるため、この強度の加算は通常は かなりの計算量を必要とする。従って、強度の加算はノモグラムを用いて行われ る。このノモグラムに対する入力値は、その前に計算された総合マスキング閾値 ６とその時に考慮されるマス力のマスキングスロープとの間のレベル差の絶対値 である。その結果生成されるノモグラムの出力値が、その前に計算された総合マ スキング閾値６とその時考慮中であるマス力のマスキングスロープとから形成さ れる最大レベルに加えられる対数で表したレベルである。強度の加算に必要な精 度は制限されるため、加算される可能性のあるレベル値の数は小さな数に低減さ れる。ノモグラムに対するこれらの値は予め計算することができ、また、実際に 生じるレベル差の絶対値として使用することができる。

必要ならば、従属請求項に限定されているように、上述の項目（ａ）〜（１）の うち、幾つかの項目だけを使用してもよい。

Ｆ’−Ｃｏ　Ｌ′）　？　ＣＱ　Ｃ％Ｊ　ｙ　１婦−一や９ン「ｌ忙ｌ フロントページの続き （７２）発明者　グロー、イエンス ドイツ連邦共和国　デー−８０００ミュンヘン　４０　オーバーホーファープラ ツツ　４（７２）発明者　クラフト、ボルフガングドイツ連邦共和国　デー−５ ｏｏｏ　ミュンヘン　４０　ナーデイシュトラーセ　１３７／　９（７２）発明 者　ロジンスキ、クラウスドイツ連邦共和国　デー−５ｏｏｏ　ミュンヘン　４ ５　オーバーイエーガーシュトラーセ（７２）発明者　ビーゼ、デトレフ ドイツ連邦共和国　デー−８０５６ノイファールン　ミュンヒナーシュトラーセ 　４・ラニー （７２）発明者　シュトール、ゲールハルトドイツ連邦共和国　デー−８０５１ ツオリング　アーホーンベツク　２１ （７２）発明者　リンク、マルティーンドイツ連邦共和国　デー−５ｏｏｏ　ミ ュンヘン　４５　ランター・デア・リンダ　７

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．オーディオ信号の時間領域或いはスペクトル領域のサンプリング値に対する 逆量子化及び符号化則が、関係する全ての音に関するマスカ及びノイズに関する マスカのマスキング効果と無雑音時可聴閾値とから決定される、デジタルオーデ ィオ信号に対するピットレート削減ソース符号化プロセスにおける総合マスキン グ閾値を決定する方法であって、 以下のステップ、即ち、 （ａ）あるマスカが選択された場合そのマスカのマスキングスロープがセグメン トに分けられて、個々のセグメント毎に低次の多項式を用いて、この低次の多項 式の係数を決定して近似されるステップと；（ｂ）対数で表したレベルに変換さ れたマスカの強度が低次の多項式の係数の決定に利用されるステップと；（ｃ） 選択されたマスカのマスキングスロープを示す多項式から、総合マスキング閾値 が段階的に、マスカ毎に、場合によって選択される個々のスペクトル位置で決定 されるステップと； を特徴とする、総合マスキング閾値を決定する方法。
2. ２．上記総合マスキング閾値の段階的な計算が最も高い周波数のマスカから開始 されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ３．マスキング閾値の段階的な計算によって、それぞれのマスカについて、常に 先ず周波数が高い方に対するスペクトルのマスキングスロープが決定され、次い で周波数が低い方に対するスロープが決定されることを特徴とする、請求項１又 は２に記載の方法。
4. ４．隣接するマスカのマスキングスロープのために総合マスキング閾値の決定に 基本的に影響しないマスキングスロープを有するマスカが考慮されないことを特 徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. ５．レベル或いは強度に関して総合マスキング閾値よりもかなり下にあるマスキ ングスロープを有するマスカが考慮されないことを特徴とする、請求項１乃至４ のいずれか１つに記載の方法。
6. ６．総合マスキング閾値の決定のためのマスカの考慮が、そのマスキングスロー プの総合マスキング閾値の決定に及ぼす影響が所定の基準よりも下になると直ち に中止されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の方法。
7. ７．総合マスキング閾値を決定するためのあるマスカの考慮が、総合マスキング 閾値のその時求められた離散スペクトル位置におけるそのマスキングスロープの レベル或いは強度が所定の基準よりも下になって、上記マスキングスロープの上 記レベル或いは強度がそれぞれ上記総合マスキング閾値の決定に基本的に影響を 及ぼさないようになるとすぐに中止されることを特徴とする、請求項１乃至５の いずれか１つに記載の方法。
8. ８．総合マスキング閾値の決定中のマスカの考慮が、総合マスキング閾値のその 時求められた離散スペクトル位置におけるマスカのマスキングスロープのレベル 或いは強度がそれぞれ無雑音時可聴閾値の強度或いはレベルのそれぞれよりもあ る程度低くなるとすぐに中止されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれ か１つに記載の方法。
9. ９．個々のマスカのマスキングスロープの強度が、総合マスキング閾値を段階的 に決定する時に加算されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つに 記載の方法。
10. １０．強度の加算がノモグラムを用いて行われることを特徴とする請求項９に記 載の方法。
11. １１．その前に求められた総合マスキング閾値とその時に考慮されるマスカのマ スキングスロープとの間のレベル差の絶対値が、ノモグラムの入力値として使用 されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. １２．ノモグラムの出力値が、その前に求められた総合マスキング閾値とその時 考慮されるマスカのマスキングスロープとから形成される最大レベル或いは強度 値に加算されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. １３．強度或いはレベルの加算値が、所要の精度に対応する予め計算された数に 制限されていることを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか１つに記載の方 法。
14. １４．総合マスキング閾値が、離散スペクトル位置のみにおいて計算されること を特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
15. １５．総合マスキング閾値を決定するための離散スペクトル位置のスペクトル間 隔が、中間の周波数範囲よりも低い周波数範囲において小さく、また、中間の周 波数範囲よりも高い周波数範囲において大きいことを特徴とする、請求項１乃至 １４のいずれか１つに記載の方法。
16. １６．デジタルオーディオ信号が、周波数領域でマッピングされ、総合マスキン グ閾値を決定するための離散スペクトル位置が、それらがマッピングのスペクト ル位置に存在するようにする態様で決定されることを特徴とする、請求項１乃至 １５のいずれか１つに記載の方法。
17. １７．対数で表したレベルがレベル段で量子化されることを特徴とする、請求項 １乃至１６のいずれか１つに記載の方法。
18. １８．強度を対数で表したレベルに変換するためにノモグラムが使用されること を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. １９．ノモグラムに含まれる対数で表したレベル段とそれに対応する強度値との 組合わせの数が、強度値を仮数及びべき指数に分割し、かつ、仮数のみを記憶す ることによって低減されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。