JPH07225598A

JPH07225598A - 動的に決定された臨界帯域を用いる音響コード化の方法および装置

Info

Publication number: JPH07225598A
Application number: JP6226454A
Authority: JP
Inventors: V J Magrion Thomas; トーマス・ヴィー・ジェイ・マグリオン
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】音響信号の時間的に重なるブロックをそのス
ペクトル成分としてコード化する音響信号エンコーダを
提供する。【構成】スペクトルはスペクトル成分の「臨界帯域」
に分けられ、各スペクトル成分が表わされる分解能は帰
属する臨界帯域に含まれるパワーに依存する（５０）。
臨界帯域の帯域限度は一定ではない代わりに動的に変化
させられて、入力音響信号のスペクトルのピークが常に
１つの臨界帯域の略々中心に該当するようにする（３
６、３８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響情報のコード化に
関する。本発明は、特に「臨界帯域（ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｂａｎｄｓ）」に従って変化する分解能による音響デ
ータの圧縮に関する。

【０００２】

【従来の技術】データが「臨界帯域マスキング」として
知られる心理音響学的効果を勘定に入れることにより低
減されるならば、音響信号をコード化するため使用され
るデータ量は、結果として得る音の品質にほとんどイン
パクトを与えずに大幅に低減することができる。聴取す
る人が狭帯域の大きな音源からの音を聴くとき、この聴
取者はより大きな（マスキング）音が存在しない時に聴
くことができるであろう他のより静かな（マスキング）
音が聴こえない傾向がある。マスキングが生じる程度
は、マスクされる信号がどれだけ周波数においてマスキ
ング信号に近いかに依存し、低い周波数のマスキング音
は、その周波数がより高かった場合にその振幅が明瞭に
検出可能である如きものである別の低い周波数の信号の
人間の聴取を完全にマスクする、即ち妨げることがあ
る。同様に、高い周波数のマスキング信号は、低周波信
号のマスキングにおけるよりも他の高周波音をマスキン
グにおける方がより有効的であることになる。位相の臨
界帯域は、マスクされるべき信号の周波数がマスキング
信号前後の「臨界帯域」の外側になる時にのみに周波数
に対するマスキング有効の依存性が現れる事実を指すた
めに用いられる。

【０００３】この効果は、音響信号のコード化において
は重要である。音響信号は、しばしば信号のスペクトル
成分に関してコード化され、これらの成分は、離散的フ
ーリエ変換（ＤＦＴ）、離散的余弦変換（ＤＣＴ）、そ
の他の同様な操作を用いることによって決定される。信
号を復元するためには、コード化されたバージョンを逆
変換する。ここで、ある周波数成分が高い振幅を持つこ
とが観察されるならば、結果として得る量子化ノイズが
高い振幅信号により大きくマスクされる故に、高い振幅
のスペクトル成分のみでなくこれら周波数成分に近いス
ペクトル成分をも表わす比較的粗い分解能を用いること
ができる。同時に、より粗な分解能から結果として生じ
る量子化ノイズをマスクするに充分に高い振幅を含まな
い他の帯域において比較的微な分解能を維持することが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような試みを用い
るコード化法は、典型的に可聴スペクトルを２４または
２５の臨界帯域に分けるが、これは臨界帯域幅の研究が
可聴スペクトルを網羅する略々正しい数であるであるこ
とを示唆するためである。各臨界帯域における総パワー
が決定され、１つの帯域内のスペクトル成分が記録され
る分解能がこの帯域の総パワーに従って決定され、この
パワーが大きくなるほど分解能は粗くなる。

【０００５】このような試みは少ない音質の低下で著し
いデータの減少を生じる結果となるが、音楽の如き音響
情報の記録は依然として大量の記憶域を消費し、これに
従って記憶効率の向上が望まれる。この目的のために
は、所与のスペクトル成分における量子化ノイズの検出
可能性がこれが帰属する臨界帯域における総音響パワー
によってのみでなく、それほどではないが隣接帯域にお
ける音響パワーによっても決定される事実を勘案するよ
うに、「臨界帯域」の方法が修正されてきた。このよう
な改善によれば、所与の臨界帯域に対する分解能を決定
するため用いられるレベルは、単に１つの帯域における
総パワーではなく、この総パワーと他の帯域におけるパ
ワーの一部の和であり、このパワーの一部は特定の帯域
がその分解能が決定される帯域から周波数においてどれ
だけ離れているかによって決定される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】可能なデータ減少を更に
向上する１つの方法を発見した。臨界帯域法の従前の実
施態様はその上限および下限がＤＦＴブロック間で同じ
ものであった臨界帯域を用いるものであったが、ピーク
・スペクトル密度が一般にＤＦＴブロック間で同じ周波
数に止まらなくとも、例えば少なくとも最も大きなパワ
ーのスペクトル密度が常に１つの帯域内の略々中心とな
り得るように、この帯域限度を変化するものである。従
って、ピーク・スペクトル密度の帯域パワーに対する隣
接帯域の分解能の調整が、実際の心理音響学的なマスキ
ング効果に更に一貫して対応する。その結果、このよう
な方法は、所与の音質に対するより大きな圧縮あるいは
所与の圧縮に対するより優れた音質を獲得する傾向を有
する。

【０００７】

【実施例】本発明の上記および他の特徴および利点につ
いては、添付図面に関して以下に記載する。図１、図２
および図３は、本発明の教示を採用する装置によって行
われる信号処理をブロック図形態で示している。図面は
幾つかの機能を説明のため個々に示しているが、当業者
は共通のハードウエアが機能の多くに対して典型的に用
いられることが判るであろう。

【０００８】最初に、入力音響信号ｘ（ｔ）がブロック
１２により示される操作においてサンプルされて一連の
実数値サンプルｘ_kを生じる。具体性のために、図面は
図示された装置を１６ビットの２つの補完的不動点の実
数値を生じるため４４．１ＫＨzのコンパクト・ディス
ク速度でｘ（ｔ）をサンプリングするものとして示す。
次に、音響信号のスペクトル成分がこのサンプルから取
出される。再び具体性を持たせるため、図面は、各ブロ
ックが１９２０の新しいサンプルを持つように１２８サ
ンプルだけ相互に重なる２０４８のサンプル・ブロック
の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によりこれを行うことを
示している。

【０００９】当業者は判るように、ブロック限界におけ
るシーケンスの切捨ては、結果として生じるスペクトル
表示を２０４８のサンプル・ブロックが取出される信号
に存在しないスペクトル成分を含むように現れさせる傾
向を有し、このようなシーケンスの切捨ての望ましから
ざる効果を低減するためフーリエ変換前にサンプル・ブ
ロックに対して「ウインドウ操作（ｗｉｎｄｏｗｉｎ
ｇ）」がしばしば行われる。このような特定の場合には
当該装置は「余弦−矩形状」ウインドウを用い、これに
おいては前後のブロックと重なるブロックの初めと終り
におけるサンプルがそれぞれいわゆるハニング（Ｈａｎ
ｎｉｎｇ）ウインドウ係数の平方根であるステップ１４
におけるウインドウ操作係数の支配下に置かれるが、他
のサンプルは変更されない。更に、２０４８点のサンプ
ル・ブロックのウインドウ操作の結果生じる値が（０≦
ｋ＜２０４８）なるｘ′_kで表わされるならば、値ｘ′_k
は下式により与えられる。即ち、

【数１】図面のブロック１６は、ＦＦＴアルゴリズムを実行して
一連のスペクトル値Ｘ′_nを生じることを示す。２０４
８点のシーケンスの離散的フーリエ変換は理論的に２０
４８の異なるスペクトル成分を含むが、ｘ_kが全て実数
値であるという事実がＸ′_n＝Ｘ′_N-n＊を意味し、ここ
で＊は複素共役を表わし、Ｎは変換における成分数であ
り、従って（Ｎ／２）＋１即ち、１０２５の冗長でない
スペクトル成分のみが存在し、そのＸ₀およびＸ₁₀₂₄を
除く全てが複素数である。

【００１０】ＦＦＴ操作１６により生じる全てのスペク
トル値は３２ビットの不動点複素数、即ち、１６ビット
の実数と１６ビットの虚数である。（用いたＦＦＴアル
ゴリズムによる完全１６ビットの分解能の利点を取るた
め、操作１６はまた図面が示すようにその出力を２の因
数でスケールする。）しかし、マスキング効果はあるス
ペクトル値に対するこのような分解能を不要にし、従っ
てデータ低減ステップ１８は各スペクトル値Ｘ′_nか
ら、以下に述べる方法で各ブロック毎に決定される各量
子化レベル値Ｑ_nにより表わされる多数の最下位ビット
を取除く。コード化ステップ２０において、次にデータ
低減スペクトル成分が、必要に応じて、種々のスペクト
ル値の分解能の表示と共に記録されあるいは伝達され
る。

【００１１】コード化された音を復元するために、ゼロ
充填操作２２（図２）として考え得ることは音響信号の
このようなデータ低減表示をその入力ポートで受取り、
これが最下位ビットとして各スペクトル値に、低減ステ
ップ１８が取除いたビット数に等しいゼロの数を加算
し、逆フーリエ変換ステップ２４（値が因数１／２で再
びスケールされる）が各ブロックから２０４８のリアル
タイム領域値ｙ_kを生じることである。これら出力値ｙ_k
はステップ２５において再びウインドウ操作されて修正
値ｙ′_kを生じる。重複加算操作２６においては、これ
らのｙ′_k値の最初の１２８の各々が前の逆フーリエ変
換操作において生じた最後の１２８の値の各々に加算さ
れ、その結果が典型的にディジタル／アナログ変換とフ
ィルタ操作を受けて最終出力（ｔ）を生じる長さが１９
２０の最終サンプル・シーケンスｙ′_kである。

【００１２】これまで述べたように、コード化および復
号は大半が周知のものである。また、図３に関して次に
述べる方法における量子化レベルＱ_nが決定される方法
の多くは大半が周知である。

【００１３】各スペクトル成分のコード化において用い
られる振幅の分解能を確立するために、種々のスペクト
ル成分のパワー・レベルが決定されなければならず、ま
たこの目的のためにＦＦＴ操作１６の出力を用いること
もできる。しかし、時間領域から周波数領域への変換、
および望ましくない人為的処置を過剰に生じることなく
逆方向の変換の目的のため望ましいが、前記のフーリエ
変換のため用いられたウインドウ操作１４は、周波数領
域におけるマスキング閾値の決定のためには行われず、
結果として生じるスペクトル値の周波数応答は充分に狭
くない。従って、分解能の決定目的のためには異なるウ
インドウ操作３０が用いられる。この操作は、カイザー
−ベッセル・ウインドウ関数を用いる。即ち、

【数２】但し、Ｉ₀は変形零次ベッセル関数：Ｉ₀（ｘ）＝Ｊ
₀（ｊｘ）であり、ここでｊ＝√（−１）、Ｊ₀は第１種
の零次ベッセル関数である。（実際には、ｘ₂₀₄₈はな
く、このためｘ″₂₀₄₈がないが、カイザー−ベッセル関
数が従来のように奇数の点に対して定義されるので、こ
れを定義に含める。）ウインドウ操作１４が演算するものと同じように重なる
ブロックについて演算するこのウインドウ操作の出力
ｘ″_kは、高速フーリエ変換と演算３２における２のス
ケーリングの対象となってスペクトル値Ｘ″_nを生じ、
その２乗された大きさはステップ３４において決定され
てスペクトルのパワー値Ｐ_nを生じる。

【００１４】これらスペクトル・パワー値は次に臨界帯
域に分けられる。各スペクトル・パワー値Ｐ_nはその指
数、サンプリング率およびブロック・サイズによって決
定される周波数と関連させられる。サンプリング率は４
４，１００Ｈzでありブロック・サイズは２０４８サン
プルである場合、パワー・スペクトル値Ｐ_nと関連する
周波数は（４４，１００／２０４８）ｎ、即ち、２１．
５３ｎＨzである。以下に述べる方法で、周波数の上限
および下限が、例えば２４または２５の臨界帯域の各々
に対して決定され、周波数の上限および下限ｈ_iおよび
ｌ_iに該当する周波数と関連する全てのスペクトル・パ
ワー値Ｐ_nは、ステップ３６において臨界帯域のパワー
値Ｂ_iに達するように一つに合算される。

【００１５】このＢ_i値は、周波数帯域ないの周波数と
関連する成分の全パワーを表わし、従ってこれはこの帯
域内のスペクトル値に対する表示に要する分解能のある
表示を与える。しかし、この範囲外では、近傍帯域にお
ける音のパワーのマスキング効果を反映することがな
い。他の臨界帯域におけるパワー効果を勘案するには、
各ｉ番目の帯域のスペクトル・パワー値Ｂ_iに他の帯域
におけるパワーのそれぞれの小数を加算し、この小数は
より近い帯域に対しては高くなり、より遠い帯域に対し
ては低くなる。Ｉの臨界帯域があり、帯域パワー・ベク
トルＢ＝［Ｂ₀，Ｂ₁，．．．Ｂ_I-1］^Tを形成するなら
ば、この「拡張」演算３８は下記の如くマトリックスで
表わすことができる。即ち、Ｃ＝ＳＢ但し、Ｃは拡張が生じた後のスペクトル・パワー・ベク
トルと対応するＩ元ベクトルであり、Ｓはその元Ｓ_lmが
下式により与えられる（Ｉ×Ｉ）拡張マトリックスであ
る。即ち、

【数３】但し、ｌは拡張される臨界帯域の数であり、ｍはマスキ
ングを生じる臨界帯域の数である。ここで用いた特定の
拡張マトリックスは、提案された運動画像エキスパート
・グループ（ＭＰＥＧ）規格において用いられるもので
あるが、当業者は他の拡張関数もまた本発明において用
いることができることを認識しよう。

【００１６】反射は、均一なスペクトル内容、即ち、周
波数成分の全てにおけるパワーが同じであるものを持つ
ブロックに対して結果として得る値Ｃは、臨界帯域の全
てに対して同じではないが、これは音響スペクトルの中
心寄りの帯域が終端におけるよりも更に近い他の帯域で
あるためである。周波数の関数としてのパワー密度が平
坦である時に等しい値を生じるようにＣ_i値を「再正規
化」するためには、ステップ３８は正規化値Ｃ′_i＝Ｃ_i
／Ｎ_iの計算を含み、ここで

【数４】臨界帯域間にパワーを拡張して、帯域パワー値Ｃ′_iを
得るためこれらを再正規化すると、帯域におけるスペク
トル値に対して用いられる量子化レベルを決定するため
結果として得るパワーの分数を用いることができる。典
型的には、この目的のため用いられる分数は、一方では
「調性（ｔｏｎａｌｉｔｙ）」の測定に依存し、あるい
は他方では検出された音のパワーの「ノイズの多さ」に
依存する。種々の調性の測定が開発され本発明の実施例
における目的に対して用いることができるが、励磁した
実施例のステップ４０は、大域的なスペクトル平坦性の
測定値Ｆを用い、この値はパワー・スペクトル密度の算
術平均に対するパワー・スペクトル密度の幾何学平均の
比である。

【００１７】

【数５】但し、ＤＣの項Ｐ₀が計算から省かれ、Ｆがデシベル単
位で表わされることが判るであろう。このスペクトルの
平坦性の測定から、調性の係数が下式に従って決定され
る。即ち、

【数６】即ち、完全に平坦なスペクトルは、平坦性の測定値Ｆと
調性係数αの両方に対してゼロ値を生じるが、−６０ｄ
Ｂに等しいかあるいはこれより更に負であるスペクトル
平坦性測定値は単位の調性係数αを生じ、これは信号が
完全にトーンライク（ｔｏｎｅｌｉｋｅ）であることの
表示として取られる。

【００１８】この値は、ノイズ状信号のマスキング能力
が比較的小さく、また（明らかに低くなる方向におい
て）所与のパワーに対して周波数依存であるが、トーン
ライクな信号のマスキング能力はより大きくなり周波数
と共に増加する。調性の係数は、スペクトル値の分解能
が決定される拡張パワーＣ′_iの分数に達する際にこの
事実を勘定に入れるために用いられる。閾値Ｔ_iは、下
式により各帯域毎に決定される。即ち、

【数７】但し、Ｋ_αはデータの低減と音質との間の望ましい妥協
に到達するため用いられる「仮の係数」であり、Ａ_iは
下式によるステップ４２において計算される信号の調性
に対する（帯域に依存する）調整である。即ち、 10 log₁₀Ａ_i ＝（α）（14.5＋ｉ）＋（1−α）（5.
5）Ｋ_αに対する妥当値は略々３０である。特に、３１．６
の値（即ち、１５ｄＢ）で満足し得る結果を得た。ブロ
ック４４は、閾値Ｔ_iの計算を示している。

【００１９】結果として得る値Ｔ_iは、人間の知覚に必
要とされる種々の帯域における最小パワー・レベルの推
定値を表わし、マスキングの故に、そのパワーがＴ_iよ
り小さければ、ｉ番目の帯域におけるスペクトル成分は
知覚し得ず、そのため「透過性の」量子化は、Ｔ_iより
小さい量子化ノイズ・パワーのレベルを結果として生じ
る帯域ｉにおけるスペクトル値に対する量子化レベルか
ら結果として得なければならない。更にまた、結果とし
て得る閾値Ｔ_iの一部は人間の聴覚の絶対的な限度より
低いパワー・レベルを表わすため、臨界帯域法のある実
行は絶対的な聴覚閾値より著しく小さい閾値Ｔ_iを聴覚
閾値のすぐ下に引上げることにより更なるデータの低減
さえ得る。このような調整は好むところではないが、図
面はブロック４６によるこのようなステップを示し、こ
れが調整された閾値Ｔ′_iを生じる。このようなステッ
プが用いられる構成においては、全ての結果として生じ
る絶対聴取レベルの調整閾値をＫ_αとは別の「仮の係
数」により乗じることが更に望ましいが、典型的にはこ
のような調整は用いなかった。

【００２０】ｂビットに量子化されたデータは量子化レ
ベルＱ＝２^-bを用いる。従って、均一な量子化ノイズの
パワーＮ_Qは下式により与えられる。即ち、

【数８】これは、ｉ番目の帯域に対して要求される量子化レベル
Ｑ_iが下式により与えられることを意味する。

【００２１】

【数９】ブロック４８は、このレベルの計算を示している。

【００２２】先に述べたブロック１８のデータ低減ステ
ップは、値-log₂Ｑ_iの切上げの結果得るビットｂの数を
持つｉ番目の臨界帯域内の周波数と関連させられる各ス
ペクトル成分Ｘ′_nの表示を打切る。これまでは、その
実数部と虚数部とが共にＱ_iより小さいこれらのＸ_n値に
対する例外設定により更なるデータ低減もまた得られ
る。単にゼロとしてコード化を終わるこれらのスペクト
ル値に対して、表示は「ゼロ・ビット」であり得る、即
ち、ブロックに対するコード化は、例えば、その値がゼ
ロであり従ってこれらの成分に対する別の表示を省く成
分のリストを含み得る。

【００２３】これまで述べたように、図１および図３の
装置は、全く周知のものである。しかし、本発明によれ
ば、スペクトル成分を帯域間に分けるためステップ１８
および３６において用いられる帯域限度ｈ_i、ｌ_iは固定
されるものではないが、その代わり動的に決定される。
このような決定は、ブロック５０により表わされる演算
を含み、これはスペクトルのパワー成分Ｐ_nにおけるピ
ーク値を識別する。この動的な臨界帯域の決定は、パワ
ー−スペクトルのピーク値が臨界帯域の中心に置かれる
ならば、臨界帯域の効果が更に一貫したものとなるとい
う概念に基いている。この概念を、パワー・スペクトル
における局部的な最大値を多くの臨界帯域の中心とする
ことにより実現することもでき、またこの方法により著
しい利点を生じるものと信じる。しかし、用いられた本
発明の特定の実施例は、１つのピーク値、即ち最も高い
パワー・スペクトルのピーク値を唯一つの臨界帯域の中
心とし、残りの臨界帯域に対する限界は、単に残りの臨
界帯域を各々が適正な帯域幅を持ち相互に隣接するよう
に置くことにより決定される。

【００２４】しかし、このような限界の決定を詳細に考
察する前に、「ｓｅｅｄ」臨界帯域が中心に置かれるピ
ーク値が選択される方法について論述する。このピーク
値は、単に最大のパワー−スペクトル値Ｐ_nを見出すこ
とによって選択することができ、このような方法は本発
明の幾つかの実施例において用いられる。しかし、下記
の考察を勘案するやや異なる方法を選好する。

【００２５】パワー−スペクトル値Ｐ_nをパワー・スペ
クトル密度の事例として考えることができ、実際のスペ
クトル・ピーク値が正確に離散的な「サンプル」周波数
の１つにおいて生じないことが多い。このような場合、
大域的なパワー−スペクトル最大値を挟むサンプル周波
数が実際に、略々正確に局部的な最大値においてたまた
ま生じるあるＰ_n値より低い値を持つ。ピーク値が最大
値Ｐ_nのみを見出すことにより決定されるならば、従っ
て、「ｓｅｅｄ」臨界帯域が大域的な最大値ではなく局
部的な最大値によって決定されることになる。更にま
た、最大値Ｐ_nが実際のパワー−スペクトルのピーク値
を挟む対の一方である場合でさえ、これはより低い値の
隣接値Ｐ_nほど周波数においてパワー−スペクトル・ピ
ーク値に近くはない。

【００２６】従って、大域的ピーク値の決定をできるだ
け正確にするため、励磁された装置は、Ｐ_n値のセット
の低い周波数終端における３値のウインドウから始めて
これをピーク値に遭遇するまで、即ち、３値ウインドウ
がＰ_n-1＜Ｐ_n＞Ｐ_n+1となるように値Ｐ_nを中心とするま
でこれを１つの値だけずらせる。このようなウインドウ
における３つの点は、パワー−周波数面内の３つの点と
して取扱われ、これらが定義する放物線の最大値のパワ
ーが計算されて記憶される。このウインドウは次に、ピ
ーク値が計算されたウインドウと重ならないように３だ
け進められ、全てのＰ_n値が考察されてピーク値が必要
に応じて計算されるまで、更に他のピーク値に対して探
索が再開される。全てのＰ_n値が考察されると、最大値
を持つ計算されたピーク値の周波数が、「ｓｅｅｄ」臨
界帯域が中心とされる点となる。

【００２７】次のステップは、このｉ番目の臨界帯域に
対する上限ｈ_iと下限ｌ_iを決定することである（まだこ
の臨界帯域に対する値ｉを知る必要はないが）。この
時、臨界帯域の幅が周波数と共に増加すること、および
図示した実施例が用いて「ｓｅｅｄ」帯域に対する帯域
幅を見出すこの幅の良好な推定が下式により与えられる
ことが判る。即ち、

【数１０】但し、ｈ_seedおよびｌ_seedは、大域的ピーク値の周波数
ｆ_seedを中心とする臨界帯域の上限および下限である。

【００２８】これらの値が一旦決定されると、スペクト
ルの残りが、おの帯域幅がｈ_seed−ｌ_seedに対する前の
式で与えられた変形と類似する状態で周波数と共に変化
する１組の隣接する臨界帯域で分布させられる。臨界帯
域の全てに対する帯域幅は、ｈ_seedおよびｌ_seedがそれ
ぞれｈ_iおよびｌ_iにより置換された前記式と、問題とな
るｉ番目の臨界帯域に対する中心周波数ｆ_iとを用いる
ことによって決定することができる。しかし、周波数ス
ペクトルを適当に変化する帯域幅の臨界帯域で分布させ
問題に対するより簡単な近い形態の解決法は、その代わ
りに前述の帯域幅式に対する下記の近似を用いることに
より達成可能である。即ち、

【数１１】先に述べたように、結果として得る帯域限度を帯域−パ
ワー計算の演算３６において用いて、各帯域のパワーＢ
_iの計算のための加数Ｐ_nを決定し、これらは分解能低減
演算１８において用いられて各スペクトル値の臨界帯域
を決定し、従ってコード化される分解能を決定する。更
に、これらの限度はまた、ゼロ充填演算２２がコード化
されたデータを正確に解釈するように、即ち、コード化
データが配置されるフォーマットが値Ｑ_i、ｈ_iおよびｌ
_iのある表示を含むように帯域の構成を示す。無論、値
ｈ_iおよびｌ_iを含むことは余分なオーバーヘッドを表わ
すが、コード化信号フォーマットは必ずしもこれらの値
を全て明確に含むことを必要としない。例えば、唯一つ
の臨界帯域が中心とされる本発明の上記の実施例におい
ては、例えば限度の１つの下限のみを明瞭に識別するこ
とによって帯域限度の全てを表示することができる。

【００２９】このような方法を用いることにより、同じ
データ圧縮率を持つ従来の臨界帯域圧縮法の結果得るも
のに勝る品質で音響情報を記録し再生することができ
た。作業は専ら図面に示される形式の装置に制限された
が、準拠する原理がより広い応用性を有することは明白
である。例えば、スペクトル成分の抽出のために単純な
高速フーリエ変換を用いたが、本方法の応用性は一般に
ＦＦＴタイプの方法あるいはＤＦＴ法にのみ限定される
ものでないことは明らかである。周波数と関連する出力
をも生じる離散状余弦変換法は、本発明の実施例におい
ても用いることができる。実際に、初期のスペクトル値
の抽出における時間および（または）周波数の分解能が
周波数と共に変化する如き他の種類の臨界帯域構成を用
いることができる。本方法は、その変換が臨界帯域のコ
ード化において現在用いられる種類のものであるシステ
ムのみならず、例えばウエーブレット（ｗａｖｅｌｅ
ｔ）変換を用いる将来の構成に対しても適用可能であ
る。

【００３０】更に、図示された実施例は唯一の大域的ピ
ーク値を唯一の臨界帯域の中心とするものであったが、
他の実施例では他の局部ピーク値もまた更に他の臨界帯
域の中心とすることもできる。

【００３１】このように、本発明は広範囲の実施例に適
用でい、このため技術における著しい進歩を構成するこ
とが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による音響信号をコード化する装置の一
部を示すブロック図である。

【図２】図１の装置によりコード化された信号を復号す
るための装置を示すブロック図である。

【図３】コード化装置の残部を示すブロック図である。

【符号の説明】

１２４４．１ＫＨzアナログ／ディジタル変換１４ハニング（Ｈａｎｎｉｎｇ）ウインドウ係数の平
方根１６出力を２の因数でスケール１８データの低減２０コード化２２ゼロ充填２４逆フーリエ変換ステップ２４（値が因数１／２で
再びスケール）２５ハニング（Ｈａｎｎｉｎｇ）ウインドウ係数の平
方根２６重複加算操作３０カイザー−ベッセル・ウインドウ関数を用いるウ
インドウ操作３２高速フーリエ変換（出力を２の因数でスケール）３４２乗演算４０調性係数の計算４２オフセットの計算４４閾値の計算４６絶対値の計算４８量子化レベルの計算５０ピーク値を識別５２臨界帯域の決定

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響信号をそのデータ低減表示にコード
化する方法であって、音響信号をサンプリングして逐次
入力サンプルのブロックを生じるステップと、各周波数
と関連するスペクトル値を各ブロックから抽出するステ
ップと、１つの記録のスペクトル値を臨界帯域とそれぞ
れ関連する帯域限度に該当する周波数と関連する臨界帯
域に分けるステップと、各臨界帯域に含まれるパワーか
ら前記臨界帯域におけるスペクトル値をコード化する際
に使用される分解能を決定するステップと、前記臨界帯
域に対して決定された分解能に従って各臨界帯域におけ
るスペクトル値を量子化することにより、前記音響信号
のデータ低減表示を生成するステップとを含む方法にお
いて、前記音響信号のスペクトル内容に従って臨界帯域
限度を変更するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】入力サンプルのブロックからスペクトル
値を決定する前記ステップが、入力サンプルの当該ブロ
ックの離散的フーリエ変換を計算するステップを含むこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記臨界帯域限度を変更する前記ステッ
プが、前記スペクトル値におけるパワー・ピークを検出
するステップと、１つのこのように検出されたピークを
実質的に前記臨界帯域の中心とするように該臨界帯域の
少なくとも１つの限度を調整するステップとを含むこと
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】前記スペクトル値により表わされるスペ
クトルの大域的最大値を前記臨界帯域の１つの中心とす
るステップを含むことを特徴とする請求項３記載の方
法。
【請求項５】音響信号から得た情報を含む信号を伝送
する方法であって、前記音響信号をサンプリングして逐
次入力サンプルのブロックを生じるステップと、各周波
数と関連するスペクトル値を各ブロックから抽出するス
テップと、１つの記録のスペクトル値を、臨界帯域とそ
れぞれ関連する帯域限度に該当する周波数と関連する臨
界帯域に分けるステップと、各臨界帯域に含まれるパワ
ーから該臨界帯域におけるスペクトル値をコード化する
際に使用される分解能を決定するステップと、臨界帯域
に対して決定された分解能に従って各臨界帯域における
スペクトル値を量子化することにより音響信号のデータ
低減表示を生成するステップと、該データ低減表示を伝
送するステップとを含む方法において、前記音響信号の
スペクトル内容に従って前記臨界帯域限度を変更するス
テップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】入力サンプルのブロックからスペクトル
値を決定する前記ステップが、該入力サンプル・ブロッ
クの離散的フーリエ変換を計算するステップを含むこと
を特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】前記臨界帯域限度を変更する前記ステッ
プが、前記スペクトル値により表わされるスペクトルに
おけるパワーのピーク値を検出するステップと、１つの
このように検出されたピーク値を実質的に前記臨界帯域
の中心とするように該臨界帯域の少なくとも１つの限度
を調整するステップとを含むことを特徴とする請求項５
記載の方法。
【請求項８】前記スペクトル値により表わされるスペ
クトルの大域的最大値を前記臨界帯域の１つの中心とす
るステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方
法。
【請求項９】音響信号から得た情報を記録する方法で
あって、音響信号をサンプリングして逐次入力サンプル
のブロックを生じるステップと、各周波数と関連するス
ペクトル値を各ブロックから抽出するステップと、１つ
の記録のスペクトル値を、臨界帯域とそれぞれ関連する
帯域限度に該当する周波数と関連する臨界帯域に分ける
ステップと、各臨界帯域に含まれるパワーから該臨界帯
域におけるスペクトル値をコード化する際に使用される
分解能を決定するステップと、前記臨界帯域に対して決
定された分解能に従って各臨界帯域におけるスペクトル
値を量子化することにより前記音響信号のデータ低減表
示を生成するステップと、前記音響信号のスペクトル内
容に従って臨界帯域限度を変更するステップを含むこと
を特徴とする方法。
【請求項１０】入力サンプルのブロックからスペクト
ル値を決定する前記ステップが、前記入力サンプル・ブ
ロックの離散的フーリエ変換を計算するステップを含む
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】前記臨界帯域限度を変更する前記ステ
ップが、前記スペクトル値により表わされるスペクトル
におけるパワーのピーク値を検出するステップと、１つ
のこのように検出されたピーク値を実質的に前記臨界帯
域の中心とするように前記臨界帯域の少なくとも１つの
限度を調整するステップとを含むことを特徴とする請求
項９記載の方法。
【請求項１２】前記スペクトル値により表わされるス
ペクトルの大域的最大値を前記臨界帯域の１つの中心と
するステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の
方法。
【請求項１３】音響信号から得た情報を表わすデータ
低減信号を伝送する方法であって、前記データ低減信号
に、臨界帯域とそれぞれ関連する帯域限度に該当する周
波数と関連する臨界帯域に分けられた各周波数と関連す
るスペクトル値を含めるステップと、前記データ低減信
号に、信号が各臨界帯域におけるスペクトル値を表わす
分解能の表示を含めるステップとを含む方法において、
前記臨界帯域の帯域限度の表示をデータ低減信号に組込
むステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】音響信号を生成する方法において、Ａ）臨界帯域とそれぞれ関連する帯域限度に該当する周
波数と関連する臨界帯域に分けられた各周波数と関連す
るスペクトル値を含み、かつ信号が各臨界帯域における
スペクトル値を表わす分解能を表わす分解能表示を含
み、かつ前記臨界帯域の帯域限度を表わす帯域限度表示
を更に含む、データ低減信号を受取るステップと、Ｂ）分解能および帯域限度の表示に従って、前記スペク
トル値をスペクトル成分の大きさとして解釈することに
より、かつその大きさがこのように解釈されたスペクト
ル値により表示される大きさであるスペクトル成分を生
成することによって音響信号を生成するステップとを含
むことを特徴とする方法。
【請求項１５】音響信号をそのデータ低減表示にコー
ド化する装置であって、前記音響信号をサンプリングし
て逐次入力サンプルのブロックを生じるサンプラを含
み、更に、各周波数と関連するスペクトル値を各ブロッ
クから抽出し、１つの記録のスペクトル値を臨界帯域と
それぞれ関連する帯域限度に該当する周波数と関連する
臨界帯域に分け、各臨界帯域に含まれるパワーから、該
臨界帯域におけるスペクトル値をコード化する際に使用
される分解能を決定し、かつ臨界帯域に対して決定され
た分解能に従って各臨界帯域におけるスペクトル値を量
子化することにより、前記音響信号のデータ低減表示を
生成する分析回路とを備えた装置において、前記分析回
路が前記音響信号のスペクトル成分に従って臨界帯域の
限度を変更する手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項１６】前記分析回路が、前記入力サンプル・
ブロックの離散的フーリエ変換を計算することにより、
該入力サンプル・ブロックからスペクトル値を決定する
ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】前記スペクトル値により表わされるス
ペクトルにおけるパワーのピーク値を検出することによ
り、かつこのように検出された１つのピーク値を実質的
に前記臨界帯域の中心とするように、該臨界帯域の少な
くとも１つの限度を調整することによって、前記分析回
路が前記臨界帯域限度を変更することを特徴とする請求
項１５記載の装置。
【請求項１８】前記分析回路が、前記スペクトル値に
より表わされるスペクトルの大域的最大値を該臨界帯域
の１つの中心とすることを特徴とする請求項１７記載の
装置。
【請求項１９】音響信号から得た情報を含むデータ低
減信号を伝送する装置であって、前記音響信号をサンプ
リングして逐次入力サンプルのブロックを生じるサンプ
ラを含み、更に、各周波数と関連するスペクトル値を各
ブロックから抽出し、１つの記録のスペクトル値を臨界
帯域とそれぞれ関連する帯域限度に該当する周波数と関
連する臨界帯域に分け、各臨界帯域に含まれるパワーか
ら該臨界帯域におけるスペクトル値をコード化する際に
使用される分解能を決定し、臨界帯域に対して決定され
た分解能に従って各臨界帯域におけるスペクトル値を量
子化することにより前記音響信号のデータ低減表示を生
成し、かつ該データ低減表示を含む信号を伝送する分析
および伝送回路を含む装置において、前記分析および伝
送回路が、前記音響信号のスペクトル成分に従って臨界
帯域限度を変更する回路を含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】前記分析および伝送回路が、前記入力
サンプル・ブロックの離散的フーリエ変換を計算するこ
とにより、１つの入力サンプル・ブロックからスペクト
ル値を決定することを特徴とする請求項１９記載の装
置。
【請求項２１】前記スペクトル値により表わされるス
ペクトルにおけるパワーのピーク値を検出することによ
り、かつ１つのこのように検出されたピーク値を実質的
に前記臨界帯域の中心とするように該臨界帯域の少なく
とも１つの限度を調整することによって、前記分析およ
び伝送回路が、前記臨界帯域の限度を変更することを特
徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２２】前記分析および伝送回路が、前記スペ
クトル値により表わされるスペクトルの大域的最大値を
前記臨界帯域の１つの中心とすることを特徴とする請求
項２１記載の装置。
【請求項２３】音響信号における情報を記録する装置
であって、前記音響信号をサンプリングして逐次入力サ
ンプルのブロックを生じるサンプラを含み、かつ更に、
各周波数と関連するスペクトル値を各ブロックから抽出
し、１つの記録のスペクトル値を臨界帯域とそれぞれ関
連する帯域限度に該当する周波数と関連する臨界帯域に
分け、各臨界帯域に含まれるパワーから、該臨界帯域に
おけるスペクトル値をコード化する際に使用される分解
能を決定し、臨界帯域に対して決定された分解能に従っ
て各臨界帯域におけるスペクトル値を量子化することに
より前記音響信号のデータ低減表示を生成し、かつ該デ
ータ低減表示を記録する分析および記録回路を含む装置
において、前記分析および記録回路が、前記音響信号の
スペクトル成分に従って臨界帯域の限度を変更する回路
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２４】前記分析および記録回路が、１つの入
力サンプル・ブロックの離散的フーリエ変換を計算する
ことにより、該バイアス電流からスペクトル値を決定す
ることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】前記スペクトル値により表わされるス
ペクトルにおけるパワーのピーク値を検出することによ
り、かつ１つのこのように検出されたピーク値を実質的
に臨界帯域の少なくとも１つの中心とするように、該１
つの臨界帯域の限度を調整することによって、前記分析
および記録回路が臨界帯域の限度を変更することを特徴
とする請求項２３記載の装置。
【請求項２６】前記分析および記録回路が、前記スペ
クトル値により表わされるスペクトルの大域的最大値を
前記１つの臨界帯域の中心とすることを特徴とする請求
項２５記載の装置。
【請求項２７】音響信号から得た情報を表わすデータ
低減信号を伝送する装置であって、臨界帯域とそれぞれ
関連する帯域の限度に該当する周波数と関連する臨界帯
域に分けられた各周波数と関連するスペクトル値をデー
タ低減信号に組込み、かつ更に、前記信号が各臨界帯域
におけるスペクトル値を表わす分解能の表示を信号に組
込む回路を含む装置において、前記臨界帯域の帯域限度
の表示をデータ低減信号に組込む回路を備えることを特
徴とする装置。
【請求項２８】音響信号を生成する装置において、Ａ）臨界帯域とそれぞれ関連する帯域限度に該当する周
波数と関連する臨界帯域に分けられた各周波数と関連す
るスペクトル値を含み、かつ信号が各臨界帯域における
スペクトル値を表わす分解能を表わす分解能表示を含
み、かつ更に前記臨界帯域の帯域限度を表わす帯域限度
表示を含むデータ低減信号を受取る入力ポートと、Ｂ）前記分解能および帯域限度の表示に従って、スペク
トル値からスペクトル成分の大きさを決定するゼロ充填
回路と、Ｃ）このように決定されたスペクトル成分の大きさを持
つスペクトル成分を生成することにより、前記音響信号
を生成する信号生成回路とを備えることを特徴とする装
置。