JPH0784595A - 音声・楽音の帯域分割符号化装置 - Google Patents

音声・楽音の帯域分割符号化装置

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JPH0784595A
JPH0784595A JP6169249A JP16924994A JPH0784595A JP H0784595 A JPH0784595 A JP H0784595A JP 6169249 A JP6169249 A JP 6169249A JP 16924994 A JP16924994 A JP 16924994A JP H0784595 A JPH0784595 A JP H0784595A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 7kHz以上の帯域をもつ音声・楽音信号の
符号化を、従来のATC装置よりも高速に、あるいは従
来のATC装置よりも小規模な装置でもって行える音声
・楽音の帯域分割符号化装置、及び広帯域にわたる音声
・楽音信号の符号化を従来のSBC装置と同程度の装置
規模およびビットレートでも、より高性能に行える音声
・楽音の帯域分割符号化装置。 【構成】 音声・楽音のディジタル信号の帯域を複数の
帯域に分割する帯域フィルタ群と、分割された各帯域の
ディジタル信号をサンプリング周波数がナイキストレー
トになるようにダウンサンプリングするダウンサンプラ
と、サンプリングされた各帯域のディジタル信号を適応
変換符号化する適応変換符号化手段とを備えたことを特
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、音声・楽音の帯域分割
符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、7kHz帯域の音声・楽音を高能率
で符号化,復号化する装置として、図3(a),(b)に示す
帯域フィルタとADPCM(適応差分PCM)符号化器,
復号化器を用いてサブバンドコーディングする装置が知
られている。この装置の符号化(図3(a)参照)におい
て、音声・楽音を表わす入力ディジタル信号は、低域フ
ィルタ41および高域フィルタ42を経て2つの帯域に
分けられた後、夫々ダウンサンプラ43,44で2:1
にダウンサンプリングされ、ダウンサンプリングされた
信号は各ADPCM符号化器45,46でADPCM信
号に符号化された後、再びマルチプレクサ47によって
複合され、伝送チャンネルに送り出される。また、この
装置の復号化(図3(b)参照)において、伝送チャンネル
から入力された上記信号は、デマルチプレクサ48を経
て高,低2つの帯域に分けられた後、夫々ADPCM復
号器49,50で復号化され、続いて各アップサンプラ
51,52で1点毎に”0”を付加して1:2にアップ
サンプリングされ、夫々高域フィルタ53,低域フィル
タ54を経た後、再び加算器55で複合されて再生信号
が得られる。そして、このサブバンドコーディング装置
は、上記ADPCM符号化が、隣接する標本値の差を符
号化する際、量子化幅を最適に変化させるというもので
あるため、音声エネルギの大きい帯域や明瞭度が要求さ
れる帯域により多くの情報を割り当てることができると
いう利点を有する。
【0003】しかし、近年、上記サブバンドコーディン
グ(SBC)装置よりも有利ではるかに自由度の高い図4
(a),(b)に示すような適応変換符号化(ATC)装置が現
われるに至った。
【0004】この装置の符号化(図4(a)参照)におい
て、音声・楽音を表わす入力ディジタル信号は、信号が
略定常な短時間(20〜30msec)ごとを1ブロックとし
てバッファ60に蓄えられ、次いでDCT演算器61に
よって周波数領域に離散余弦変換(DCT)され、変換係
数(周波数成分)は量子化・符号化器62で量子化され符
号化される。その際、補助情報算出・量子化器63は、
DCT演算器61から出力される上記変換係数をいくつ
かの帯域に分け、各帯域毎の平均パワーを求め、これを
補助情報として符号化して補助情報補間器64へ出力す
る。そして、補助情報補間器64は、上記補助情報を補
間してスペクトル包絡情報を求めて、これをビット割り
当て・ステップ幅算出器65へ出力し、このビット割り
当て・ステップ幅算出器65は、上記スペクトル包絡情
報に基づいて量子化・符号化器62に制御信号を出力
し、この制御信号によって量子化・符号化器62におけ
る量子化幅の適応制御および各変換係数への最適量子化
ビット数の割り当てが行なわれる。次に、量子化,符号
化されたデータ信号は、マルチプレクサ66によって上
記補助情報と複合され、伝送チャンネルに送出される。
このような量子化,符号化で得られる伝送ディジタル信
号は、その量子化雑音が周波数軸上で均一となり、入力
ディジタル信号に対する歪みが最小となるのである。
【0005】また、上記ATC装置の復号化(図4(b)参
照)において、伝送チャンネルからの伝送ディジタル信
号はデマルチプレクサ67を経てデータ信号と補助情報
に分けられ、補助情報は補助情報補間器68でスペクト
ル包絡が求められてビット割り当て・ステップ幅算出器
69に入力される一方、データ信号は、復号化器70に
入力され、上記ビット割り当て・ステップ幅算出器69
からの制御信号に基づいてDCT係数を表すディジタル
信号に復号される。次に、復号されたディジタル信号
は、逆DCT演算器71でスペクトルから波形へ逆変換
され、バッファ72を経て1ブロックごとにもとの入力
ディジタル信号として再生される。
【0006】ところで、上記ATC装置は、通常、最高
周波数が4kHz以下の音声・楽音信号をサンプリング周
波数8kHzで標本化し、16〜32kbps程度のビットレ
ートで伝送する場合に用いられている。その場合、DC
T変換の1ブロックを例えば32msecとすれば、N=2
56の標本値列について離散余弦変換演算を必要とし、
それにはN2=65536回もの複素乗算と加算が必要
となって、演算時間が膨大になる。そこで、この演算を
高速で行うため高速フーリエ変換(FFT)が考案され、
この手法によれば複素演算回数を(N/2)log2(N/2)
……(1)、即ち896回まで略1/73に減ずること
ができる(J.Makhoul,“A Fast CosineTransform in on
e and two dimensions,IEEE A.S.S.P vol.28,No.1.Feb,
1980,pp27~34)。そのため、このFFTを図4に示すA
TC装置に用いて、DCT演算器61および逆DCT演
算器71の規模ひいてはATC装置の規模を小さくして
いる。このようなATC装置は、変換のための演算を行
うことから図3に示したサブバンドコーディング装置よ
りも規模が大きくなるが、前述のように自由度が高く、
16〜32kbpsのビットレートでは高品質の伝送が行え
るため、近年多用される傾向にある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ATC装置を、7kHz程度の帯域をもつ音声・楽音信号
の符号化に適用しようとすると、次のような問題点があ
ることが明らかになった。即ち、このような音声・楽音
信号は、サンプリング周波数16kHzで標本化する必要
があり、DCT変換の1ブロックを前述と同じく32ms
ecとすれば、従来の2倍のN=512の標本値列につい
てのDCT変換演算を必要とする。そうすると、DCT
変換演算にFFTを用いても、その複素演算量が従来の
略2.3倍に達し、演算に長時間を要するかあるいはD
CT演算器61ひいてはATC装置の規模が極めて大き
くなってしまうという問題がある。
【0008】そこで、本発明の第1の目的は、7kHz以
上の帯域をもつ音声・楽音信号の符号化を、従来のAT
C装置よりも高速に、あるいは従来のATC装置よりも
小規模な装置でもって行える音声・楽音の帯域分割符号
化装置を提供することである。
【0009】また、本発明の第2の目的は、広帯域にわ
たる音声・楽音信号の符号化を従来のSBC装置と同程
度の装置規模およびビットレートでも、より高性能に行
える音声・楽音の帯域分割符号化装置を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の音声・楽音の帯域分割符号化装置は、音声
・楽音のディジタル信号の帯域を複数の帯域に分割する
帯域フィルタ群と、分割された各帯域のディジタル信号
をサンプリング周波数がナイキストレートになるように
ダウンサンプリングするダウンサンプラと、サンプリン
グされた各帯域のディジタル信号を適応変換符号化する
適応変換符号化手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】また、上記適応変換符号化手段は離散コサ
イン変換手段であることを特徴とする。
【0012】
【作用】音声・楽音のディジタル信号の帯域を複数の帯
域に分割してから、適応変換符号化を行っているので、
高効率でかつ高速に適応変換符号化ができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。
【0014】図1(a),(b)は夫々本発明の第1の音声・
楽音の帯域分割符号化装置に用いる符号化装置および復
号化装置を示すブロック図である。
【0015】図1(a)の符号化装置において、1,2は
音声・楽音を表す入力ディジタル信号の帯域を夫々低周
波帯域,高周波帯域に分割する低域フィルタおよび高域
フィルタ、3,4は各フィルタで濾波されたディジタル
信号をサンプリング周波数がナイキストレートになるよ
うに2:1でダウンサンプリングするダウンサンプラ、
5,6はダウンサンプリングされた各ディジタル信号を
1ブロック(N個)ずつ蓄えるバッファ、7,8は蓄えら
れた各ディジタル信号を1ブロック毎に離散余弦変換
(DCT)して適応変換符号化するATC符合化器、9は
これらATC符合化器7,8のDCTを高速フーリエ変
換で演算するFFT演算器、10はこのFFT演算器9
が算出した変換係数をいくつかのスペクトル帯域に分
け、各帯域毎の平均パワーを求め、この平均パワーから
求めた補助情報に基づいて上記ATC符合化器7,8に
おける量子化幅の適応制御および各変換係数への最適量
子化ビット数の割り当てを行うビット割り当て演算器、
11はATC符合化器7,8で量子化,符合化された低
域,高域のデータ信号と上記補助情報を複合して伝送チ
ャンネルに送出するマルチプレクサである。
【0016】また、図1(b)の復号化装置において、1
4は伝送チャンネルからのデータ信号を低周波帯域と高
周波帯域に分けるデマルチプレクサ、15,16はこの
デマルチプレクサで分けられた各データ信号を夫々逆離
散余弦変換(逆DCT)して適応変換復号化するATC復
号化器、17はこれらATC復号化器15,16の逆D
CTを高速フーリ変換で演算するFFT演算器、18は
上記データ信号に含まれる補助情報に基づく量子化幅お
よび各変換係数の量子化ビット数に従って上記ATC復
号化器15,16における復号化を制御するビット割り
当て演算器、19,20は復号化された各データ信号を
1ブロックずつ蓄えるバッファ、21,22は各バッフ
ァのデータ信号を1:2でアップサンプリングするアッ
プサンプラ、23,24はアップサンプリングされた各
データ信号を夫々濾波する低域フィルタおよび高域フィ
ルタ、25は両フィルタを通った信号を複合して再生信
号として出力する加算器である。
【0017】図1に示した符合化および復号化装置は、
高低2帯域分割で充分な7kHz程度の音声・楽音信号を
対象としたものである。上記低域フィルタ1,23およ
び高域フィルタ2,24には、分析・合成で量子化がな
ければ折り返しひずみを生じないQMF(Quardrature M
irror Filter)を用い、さらにダウンサンプリングやア
ップサンプリングの演算量を低減できる多相構造(poly
phase structure)のものとしている("Apprication of q
uadrature mirror filters to split band voice schem
es",Proc.IEEE Int.Conf.Acoust.,Speech,Signal Proce
ssing,Hartford,CT,pp191~195:1977)。
【0018】上記構成の符合化装置(図1(a)参照)を用
いて、音声・楽音の帯域分割符合化が次のように行われ
る。
【0019】16kHzの標本化周波数でサンプリングさ
れた音声・楽音信号は、ディジタル信号となって入力さ
れ、低域フィルタ1および高域フィルタ2によって2つ
の帯域に分割され、分割された各ディジタル信号はダウ
ンサンプラ3,4で夫々2:1にダウンサンプリングさ
れて8kHzのサンプリング信号となる。各サンプリング
信号は、32msecずつを1ブロック(N=256個)
として各バッファ5,6に蓄えられ、続いて各ATC符
号化器7,8で適応変換符号化される。即ち、FFT演
算器9は、両ATC符号化器7,8からの上記サンプリ
ング信号をFFTで離散余弦変換して変換係数を算出
し、ビット割り当て演算器10は、上記変換係数をいく
つかのスペクトル帯域に分けて各帯域毎の平均パワーを
求め、この平均パワーから求めた補助情報に基づき、低
域と高域のスペクトル包絡を両方考慮して、上記ATC
符号化器7,8における量子化幅の適応制御および各変
換係数への最適量子化ビット数の割り当てを行なう。こ
うしてATC符号化器7,8で量子化・符号化された低
域・高域のデータ信号と上記補助情報は、マルチプレク
サ11で複合されて、伝送チャンネルに送出される。
【0020】上記帯域分割符号化では、入力ディジタル
信号の帯域を低域と高域に2分割し、分割された各ディ
ジタル信号を、2:1にダウンサンプリングした後単一
かつ共用のFFT演算器9でDCT演算しているので、
1ブロックの複素演算点が、16kHzサンプリングの場
合の2N=512個からN=256個に半減し、従って
1ブロックの複素演算量(式(1)参照)もNlog2Nか
ら2×(N/2)log2(N/2)に低減でき、換言すれ
ばN(=256)だけ演算量を減少でき、演算時間を短縮
あるいはFFT演算器ひいては符号化装置の規模を縮小
することができるのである。
【0021】次に、上記符号化装置によって伝送チャン
ネルに送出された信号の復号化は、図1(b)に示す既
述の構成の復号化装置で行なわれる。この復号化は、上
述の符号化と逆の手順で同様に行なわれ、この場合も単
一のFFT演算器を低域・高域のATC復号化器15,
16で共用しているので、複素演算量をNだけ減少で
き、演算時間の短縮あるいは装置規模の縮小を図ること
ができ、この効果は1ブロックの時間が長くなってNが
増大した場合など特に著しくなる。
【0022】図2(a),(b)は夫々本発明の第2の音声
・楽音の帯域分割符号化装置に用いる符号化装置および
復号化装置を示すブロック図である。
【0023】図2(a)の符号化装置において、1,2は
夫々低域フィルタおよび高域フィルタ、3,4はダウン
サンプラ、6はバッファ、30は上記ダウンサンプラ3
でサンプリングされた低域信号を適応差分PCM装置で
符号化する公知のADPCM符号化器、31は上記ダウ
ンサンプラ4でサンプリングされバッファ6で1ブロッ
ク(N個)ずつ蓄えられた高域信号を、FFTによる離散
余弦変換で適応変換符号化するATC符号化器、32は
上記ADPCM符号化器30およびATC符号化器31
からの符号化された信号を複合して伝送チャンネルに送
出するマルチプレクサである。
【0024】また、図2(b)の復号化装置において、2
3は伝送チャンネルからのデータ信号を低周波帯域と高
周波帯域に分けるデマルチプレクサ、34は分けられた
低域データ信号を適応差分PCM装置で復号化する公知
のADPCM復号化器、35は高域データ信号を後述の
補助情報に基づいてFFTによる逆離散余弦変換で適応
変換復号化するATC復号化器、20はバッファ、2
1,22はアップサンプラ、23,24は夫々低域フィ
ルタおよび高域フィルタ、36はこれらフィルタ23,
24で濾波された信号を複合して再生信号として出力す
る加算器である。
【0025】上記低域フィルタ1,23、高域フィルタ
2,24、ダウンサンプラ3,4アップサンプラ21,
22およびバッファ6,20は、図1中のものと同一で
あり、ADPCM符号化器30およびADPCM復号化
器34は、図3中の従来のものと同じである。上記AT
C符号化器31は、図1に示したFFT演算器9とビッ
ト割り当て演算器10を内蔵したものであり、量子化幅
の適応制御および各変換係数への最適量子化ビット数の
割り当てをそれ自身で行ない、その際用いた補助情報
を、量子化・符号化された高域データ信号と共にマルチ
プレクサ32へ出力するようになっている。このよう
に、低域と高域で符号化装置を変えたのは、低域の信号
は相関が強いためこれに有効なADPCM装置を適用
し、高域の信号は相関が強くなく、変換した周波数領域
でスペクトル包絡に応じて符号化するATC装置が有効
だからである。また、低域と高域へのビット割り当て
は、低域側のビット数を多くした不変固定的なもので、
これによってパワーの強い低域がADPCM装置にて、
高域が動的なATC装置にて夫々高能率に符号化される
ようになっている。
【0026】上記構成の符号化装置(図2(a)参照)を用
いて、音声・楽音の帯域分割符号化が次のように行われ
る。
【0027】16kHzでサンプリングされた入力ディジ
タル信号が、高,低2帯域に分割され、2:1にダウン
サンプリングされて8kHzのサンプリング信号となるま
では、図1(a)で述べたとおりである。次いで、低域の
サンプリング信号は、ADPCM符号化器30でADP
CM信号に符号化される一方、高域のサンプリング信号
は、バッファ6で32msecごとに1ブロック(N=25
6個)として蓄えられ、続いてATC符号化器31でA
TC信号に適応変換符号化される。符号化されたADP
CM信号とATC信号および補助情報は、マルチプレク
サ32で複合されて、伝送チャンネルに送出される。上
記帯域分割符号化では、従来のADPCMを用いたサブ
バンドコーディング(SBC)装置(図3(a)参照)の高域
信号の符号化を、この装置よりもはるかに自由度が高く
かつ高能率なATC装置を用いて行なっているので、S
BC装置と同程度のビットレートでより良い品質の伝送
が可能になり、また、本発明の図1に示すATC装置に
比べれば、伝送の性能はやや劣るものの装置が小規模に
なるという利点がある。
【0028】次に、上記符号化装置によって送出された
信号の復号化は、図2(b)に示す既述の構成の復号化装
置で行なわれる。この復号化は、上述の符号化と逆の手
順で同様に行なわれ、この場合も低域信号の復号化に従
来のADPCM装置を、高域信号の復号化にATC装置
を夫々用いているので、前述と同様の利点がある。
【0029】なお、上記2つの実施例では、入力ディジ
タル信号の帯域を高低2帯域に分割する場合を述べた
が、この分割を2:1の帯域分割を組合わせるなどして
数帯域とすることもでき、分割された帯域の全てあるい
は高帯域のみをATC装置で符号化するようにしてもよ
い。また、本発明の第2の実施例のおけるADPCM装
置をAPCM(適応PCM)装置とすることもできる。
【0030】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
帯域分割符号化装置は、音声・楽音のディジタル信号を
帯域フィルタ群で複数の帯域に分割し、分割された各帯
域のディジタル信号をナイキストレートでダウンサンプ
リングした後、サンプリング信号を適応変換符号化して
いるので、従来よりも、高速で、小規模な装置でもって
行なうことができる。また、適応変換符号化手段とし
て、離散コサイン変換手段を用いるので、より高品質の
信号処理と伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の音声・楽音の帯域分割符号化装
置を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の音声・楽音の帯域分割符号化装
置を示すブロック図である。
【図3】従来のSBC装置を示すブロック図である。
【図4】従来のATC装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,23 低域フィルタ 2,24 高域フィルタ 3,4 ダウンサンプラ 5,6,19,20 バッファ 7,8,31 ATC符号化器 9,17 FFT演算器 10,18 ビット割り当て演算器 11,32,47,66 マルチプレクサ 14,33,48,67 デマルチプレクサ 15,16,35 ATC復号化器 21,22,51,52 アップサンプラ 25,36,55 加算器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年8月12日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 音声・楽音の帯域分割符号化装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音声・楽音の帯域分割
符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、7kHz帯域の音声・楽音を高能率
で符号化,復号化する装置として、図3(a),(b)に示す
帯域フィルタとADPCM(適応差分PCM)符号化器,
復号化器を用いてサブバンドコーディングする装置が知
られている。この装置の符号化(図3(a)参照)におい
て、音声・楽音を表わす入力ディジタル信号は、低域フ
ィルタ41および高域フィルタ42を経て2つの帯域に
分けられた後、夫々ダウンサンプラ43,44で2:1
にダウンサンプリングされ、ダウンサンプリングされた
信号は各ADPCM符号化器45,46でADPCM信
号に符号化された後、再びマルチプレクサ47によって
複合され、伝送チャンネルに送り出される。また、この
装置の復号化(図3(b)参照)において、伝送チャンネル
から入力された上記信号は、デマルチプレクサ48を経
て高,低2つの帯域に分けられた後、夫々ADPCM復
号器49,50で復号化され、続いて各アップサンプラ
51,52で1点毎に”0”を付加して1:2にアップ
サンプリングされ、夫々高域フィルタ53,低域フィル
タ54を経た後、再び加算器55で複合されて再生信号
が得られる。そして、このサブバンドコーディング装置
は、上記ADPCM符号化が、隣接する標本値の差を符
号化する際、量子化幅を最適に変化させるというもので
あるため、音声エネルギの大きい帯域や明瞭度が要求さ
れる帯域により多くの情報を割り当てることができると
いう利点を有する。
【0003】しかし、近年、上記サブバンドコーディン
グ(SBC)装置よりも有利ではるかに自由度の高い図4
(a),(b)に示すような適応変換符号化(ATC)装置が現
われるに至った。
【0004】この装置の符号化(図4(a)参照)におい
て、音声・楽音を表わす入力ディジタル信号は、信号が
略定常な短時間(20〜30msec)ごとを1ブロックとし
てバッファ60に蓄えられ、次いでDCT演算器61に
よって周波数領域に離散余弦変換(DCT)され、変換係
数(周波数成分)は量子化・符号化器62で量子化され符
号化される。その際、補助情報算出・量子化器63は、
DCT演算器61から出力される上記変換係数をいくつ
かの帯域に分け、各帯域毎の平均パワーを求め、これを
補助情報として符号化して補助情報補間器64へ出力す
る。そして、補助情報補間器64は、上記補助情報を補
間してスペクトル包絡情報を求めて、これをビット割り
当て・ステップ幅算出器65へ出力し、このビット割り
当て・ステップ幅算出器65は、上記スペクトル包絡情
報に基づいて量子化・符号化器62に制御信号を出力
し、この制御信号によって量子化・符号化器62におけ
る量子化幅の適応制御および各変換係数への最適量子化
ビット数の割り当てが行なわれる。次に、量子化,符号
化されたデータ信号は、マルチプレクサ66によって上
記補助情報と複合され、伝送チャンネルに送出される。
このような量子化,符号化で得られる伝送ディジタル信
号は、その量子化雑音が周波数軸上で均一となり、入力
ディジタル信号に対する歪みが最小となるのである。
【0005】また、上記ATC装置の復号化(図4(b)参
照)において、伝送チャンネルからの伝送ディジタル信
号はデマルチプレクサ67を経てデータ信号と補助情報
に分けられ、補助情報は補助情報補間器68でスペクト
ル包絡が求められてビット割り当て・ステップ幅算出器
69に入力される一方、データ信号は、復号化器70に
入力され、上記ビット割り当て・ステップ幅算出器69
からの制御信号に基づいてDCT係数を表すディジタル
信号に復号される。次に、復号されたディジタル信号
は、逆DCT演算器71でスペクトルから波形へ逆変換
され、バッファ72を経て1ブロックごとにもとの入力
ディジタル信号として再生される。
【0006】ところで、上記ATC装置は、通常、最高
周波数が4kHz以下の音声・楽音信号をサンプリング周
波数8kHzで標本化し、16〜32kbps程度のビットレ
ートで伝送する場合に用いられている。その場合、DC
T変換の1ブロックを例えば32msecとすれば、N=2
56の標本値列について離散余弦変換演算を必要とし、
それにはN2=65536回もの複素乗算と加算が必要
となって、演算時間が膨大になる。そこで、この演算を
高速で行うため高速フーリエ変換(FFT)が考案され、
この手法によれば複素演算回数を(N/2)log2(N/2)
……(1)、即ち896回まで略1/73に減ずること
ができる(J.Makhoul,“A Fast CosineTransform in on
e and two dimensions,IEEE A.S.S.P vol.28,No.1.Feb,
1980,pp27~34)。そのため、このFFTを図4に示すA
TC装置に用いて、DCT演算器61および逆DCT演
算器71の規模ひいてはATC装置の規模を小さくして
いる。このようなATC装置は、変換のための演算を行
うことから図3に示したサブバンドコーディング装置よ
りも規模が大きくなるが、前述のように自由度が高く、
16〜32kbpsのビットレートでは高品質の伝送が行え
るため、近年多用される傾向にある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ATC装置を、7kHz程度の帯域をもつ音声・楽音信号
の符号化に適用しようとすると、次のような問題点があ
ることが明らかになった。即ち、このような音声・楽音
信号は、サンプリング周波数16kHzで標本化する必要
があり、DCT変換の1ブロックを前述と同じく32ms
ecとすれば、従来の2倍のN=512の標本値列につい
てのDCT変換演算を必要とする。そうすると、DCT
変換演算にFFTを用いても、その複素演算量が従来の
略2.3倍に達し、演算に長時間を要するかあるいはD
CT演算器61ひいてはATC装置の規模が極めて大き
くなってしまうという問題がある。
【0008】そこで、本発明の第1の目的は、7kHz以
上の帯域をもつ音声・楽音信号の符号化を、従来のAT
C装置よりも高速に、あるいは従来のATC装置よりも
小規模な装置でもって行える音声・楽音の帯域分割符号
化装置を提供することである。
【0009】また、本発明の第2の目的は、広帯域にわ
たる音声・楽音信号の符号化を従来のSBC装置と同程
度の装置規模およびビットレートでも、より高性能に行
える音声・楽音の帯域分割符号化装置を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の音声・楽音の帯域分割符号化装置は、音
声・楽音のディジタル信号を少なくとも第1と第2の帯
域のディジタル信号に分ける第1と第2の帯域フィルタ
と、上記第1の帯域のディジタル信号を適応変換符号化
する第1の適応変換符号化手段と、上記第2の帯域のデ
ィジタル信号を適応変換符号化する第2の適応変換符号
化手段と、を備えたことを特徴とする。
【0011】また、請求項2の音声・楽音の帯域分割符
号化装置は、請求項1に記載の音声・楽音の帯域分割符
号化装置において、上記第1と第2の帯域フィルタから
出力された各ディジタル信号を夫々サンプリング周波数
がナイキストレートになるようにダウンサンプリングし
て出力する第1と第2のダウンサンプラを備えたことを
特徴とする。
【0012】また、請求項3の音声・楽音の帯域分割符
号化装置は、請求項1または請求項2に記載の音声・楽
音の帯域分割符号化装置の適応変換符号化手段のための
変換係数を演算する変換係数演算手段は、高速フーリエ
変換演算器であることを特徴とする。
【0013】
【作用】請求項1に記載の音声・楽音の帯域分割符号化
装置によれば、音声・楽音のディジタル信号の帯域を複
数の帯域に分割してから、適応変換符号化を行っている
ので、帯域の特性に適した適応変換符号化を行えるの
で、高品質の符号化処理を行なえる。
【0014】請求項2に記載の音声・楽音の帯域分割符
号化装置によれば、複数の帯域に分割された信号をさら
にダウンサンプリングするので、適応変換符号化の演算
負荷が少なくなり、演算時間を短縮することができる。
【0015】請求項3に記載の音声・楽音の帯域分割符
号化装置によれば、さらに、変換係数を求める演算時間
を短縮することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。
【0017】図1(a),(b)は夫々本発明の音声・楽音の
帯域分割符号化装置に用いる符号化装置および復号化装
置を示すブロック図である。
【0018】図1(a)の符号化装置において、1,2は
音声・楽音を表す入力ディジタル信号の帯域を夫々低周
波帯域,高周波帯域に分割する低域フィルタおよび高域
フィルタ、3,4は各フィルタで濾波されたディジタル
信号をサンプリング周波数がナイキストレートになるよ
うに2:1でダウンサンプリングするダウンサンプラ、
5,6はダウンサンプリングされた各ディジタル信号を
1ブロック(N個)ずつ蓄えるバッファ、7,8は蓄えら
れた各ディジタル信号を1ブロック毎に離散余弦変換
(DCT)して適応変換符号化するATC符合化器、9は
これらATC符合化器7,8のDCTを高速フーリエ変
換で演算するFFT演算器、10はこのFFT演算器9
が算出した変換係数をいくつかのスペクトル帯域に分
け、各帯域毎の平均パワーを求め、この平均パワーから
求めた補助情報に基づいて上記ATC符合化器7,8に
おける量子化幅の適応制御および各変換係数への最適量
子化ビット数の割り当てを行うビット割り当て演算器、
11はATC符合化器7,8で量子化,符合化された低
域,高域のデータ信号と上記補助情報を複合して伝送チ
ャンネルに送出するマルチプレクサである。
【0019】また、図1(b)の復号化装置において、1
4は伝送チャンネルからのデータ信号を低周波帯域と高
周波帯域に分けるデマルチプレクサ、15,16はこの
デマルチプレクサで分けられた各データ信号を夫々逆離
散余弦変換(逆DCT)して適応変換復号化するATC復
号化器、17はこれらATC復号化器15,16の逆D
CTを高速フーリ変換で演算するFFT演算器、18は
上記データ信号に含まれる補助情報に基づく量子化幅お
よび各変換係数の量子化ビット数に従って上記ATC復
号化器15,16における復号化を制御するビット割り
当て演算器、19,20は復号化された各データ信号を
1ブロックずつ蓄えるバッファ、21,22は各バッフ
ァのデータ信号を1:2でアップサンプリングするアッ
プサンプラ、23,24はアップサンプリングされた各
データ信号を夫々濾波する低域フィルタおよび高域フィ
ルタ、25は両フィルタを通った信号を複合して再生信
号として出力する加算器である。
【0020】図1に示した符合化および復号化装置は、
高低2帯域分割で充分な7kHz程度の音声・楽音信号を
対象としたものである。上記低域フィルタ1,23およ
び高域フィルタ2,24には、分析・合成で量子化がな
ければ折り返しひずみを生じないQMF(Quardrature M
irror Filter)を用い、さらにダウンサンプリングやア
ップサンプリングの演算量を低減できる多相構造(poly
phase structure)のものとしている("Apprication of q
uadrature mirror filters to split band voice schem
es",Proc.IEEE Int.Conf.Acoust.,Speech,Signal Proce
ssing,Hartford,CT,pp191~195:1977)。
【0021】上記構成の符合化装置(図1(a)参照)を用
いて、音声・楽音の帯域分割符合化が次のように行われ
る。
【0022】16kHzの標本化周波数でサンプリングさ
れた音声・楽音信号は、ディジタル信号となって入力さ
れ、低域フィルタ1および高域フィルタ2によって2つ
の帯域に分割され、分割された各ディジタル信号はダウ
ンサンプラ3,4で夫々2:1にダウンサンプリングさ
れて8kHzのサンプリング信号となる。各サンプリング
信号は、32msecずつを1ブロック(N=256個)
として各バッファ5,6に蓄えられ、続いて各ATC符
号化器7,8で適応変換符号化される。即ち、FFT演
算器9は、両ATC符号化器7,8からの上記サンプリ
ング信号をFFTで離散余弦変換して変換係数を算出
し、ビット割り当て演算器10は、上記変換係数をいく
つかのスペクトル帯域に分けて各帯域毎の平均パワーを
求め、この平均パワーから求めた補助情報に基づき、低
域と高域のスペクトル包絡を両方考慮して、上記ATC
符号化器7,8における量子化幅の適応制御および各変
換係数への最適量子化ビット数の割り当てを行なう。こ
うしてATC符号化器7,8で量子化・符号化された低
域・高域のデータ信号と上記補助情報は、マルチプレク
サ11で複合されて、伝送チャンネルに送出される。
【0023】上記帯域分割符号化では、入力ディジタル
信号の帯域を低域と高域に2分割し、分割された各ディ
ジタル信号を、2:1にダウンサンプリングした後単一
かつ共用のFFT演算器9でDCT演算しているので、
1ブロックの複素演算点が、16kHzサンプリングの場
合の2N=512個からN=256個に半減し、従って
1ブロックの複素演算量(式(1)参照)もNlog2Nか
ら2×(N/2)log2(N/2)に低減でき、換言すれ
ばN(=256)だけ演算量を減少でき、演算時間を短縮
あるいはFFT演算器ひいては符号化装置の規模を縮小
することができるのである。
【0024】次に、上記符号化装置によって伝送チャン
ネルに送出された信号の復号化は、図1(b)に示す既
述の構成の復号化装置で行なわれる。この復号化は、上
述の符号化と逆の手順で同様に行なわれ、この場合も単
一のFFT演算器を低域・高域のATC復号化器15,
16で共用しているので、複素演算量をNだけ減少で
き、演算時間の短縮あるいは装置規模の縮小を図ること
ができ、この効果は1ブロックの時間が長くなってNが
増大した場合など特に著しくなる。
【0025】なお、上記実施例では、入力ディジタル信
号の帯域を高低2帯域に分割する場合を述べたが、この
分割を2:1の帯域分割を組合わせるなどして数帯域と
することもできる。
【0026】
【発明の効果】請求項1に記載の本発明は、音声・楽音
のディジタル信号を複数の帯域に分割しているので、人
間の聴覚特性にあわせた符号化が可能となる。つまり、
人間の聴覚特性は低域ほど周波数分解能が高く、一方、
高域ほど周波数分解能が低いので、従来の適応変換符号
化だけで全帯域を周波数変換した場合、周波数分解を低
域に合わせると、高域では不要に高い分解能を有し、非
常に冗長な成分をもたなけねばならず、この冗長成分ま
で符号化しなければならないのに対し、本発明は音声・
楽音のディジタル信号を複数の帯域に分割しているの
で、低域と高域とで分解能を違えて適応変換符号化でき
るので、無駄なビット配分を防止することができ、音声
・楽音の品質を劣化させずに極めて簡便で自由度の高い
音声・楽音の帯域分割符号化装置を提供することができ
る。
【0027】請求項2に記載の本発明は、分割された各
帯域のディジタル信号をナイキストレートでダウンサン
プリングした後、サンプリング信号を適応変換符号化し
ているので、高速で、小規模な装置でもって行なうこと
ができる。
【0028】請求項3に記載の本発明は、変換符号化係
数の演算手段として、高速フーリエ演算器を用いるの
で、さらに高速で小規模な装置でもって行なうことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音声・楽音の帯域分割符号化装置を示
すブロック図である。
【図2】従来のSBC装置を示すブロック図である。
【図3】従来のATC装置を示すブロック図である。
【符号の説明】 1,23 低域フィルタ 2,24 高域フィルタ 3,4 ダウンサンプラ 5,6,19,20 バッファ 7,8 ATC符号化器 9,17 FFT演算器 10,18 ビット割り当て演算器 11,47,66 マルチプレクサ 14,48,67 デマルチプレクサ 15,16 ATC復号化器 21,22,51,52 アップサンプラ 25,55 加算器
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音声・楽音のディジタル信号の帯域を複
    数の帯域に分割する帯域フィルタ群と、分割された各帯
    域のディジタル信号をサンプリング周波数がナイキスト
    レートになるようにダウンサンプリングするダウンサン
    プラと、サンプリングされた各帯域のディジタル信号を
    適応変換符号化する適応変換符号化手段とを備えたこと
    を特徴とする音声・楽音の帯域分割符号化装置。
  2. 【請求項2】 上記適応変換符号化手段は離散コサイン
    変換手段であることを特徴とする請求項1に記載の音声
    ・楽音の帯域分割符号化装置。
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