KR100271553B1

KR100271553B1 - 오디오 신호의 고능률 부호화 장치

Info

Publication number: KR100271553B1
Application number: KR1019930006282A
Authority: KR
Inventors: 오사무 시모요시; 꾜야 쯔쯔이
Original assignee: 이데이 노부유끼; 소니 가부시키가이샤
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 2000-12-01
Also published as: EP0568290B1; DE69319494D1; JPH05304479A; TW204406B; KR930022335A; DE69319494T2; EP0568290A1; JP3104400B2; US5634082A

Abstract

[구성] 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목 블럭에 관한 과거의 블럭으로 계산한 허용 잡음 에너지를 가중해 가산하여 이 주목 블럭의 허용 잡음 에너지를 계산하기 위하여 신호 에너지 산출회로(2), 일차 허용 잡음 에너지 산출회로(3), 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4), 청각 특성 산출회로(6), 메모리(7)을 구비하고 구한 허용 잡음 에너지를 기초로하는 할당 비트수로 양자화 회로(8)의 적응 양자화 처리를 실시한다.

[효과] 시간적으로 변동이 큰 신호에 대하여 좋은 효율로 부호화가 실시되고 청각상 귀에 들리기 쉬운 잡음을 감소시키고 음질을 향상시킬 수 있다. 즉 프리에코라고 불리우는 음질 열화를 방지할 수 있다.

Description

오디오 신호의 고능률 부호화 장치

제1도는 본 발명 실시예의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치의 개략적 구성을 도시한 블럭 회로도.

제2도는 입력 오디오 PCM 신호와 주파수 분석의 단위를 도시한 도면.

제3도는 주파수 분석으로 얻어지는 스펙터 데이타를 도시한 도면.

제4도는 각 대역(블럭)의 신호 에너지를 설명하기 위한 도면.

제5도는 입력 오디오 신호로서 n번째 프레임에 급격하게 큰 에너지로 변화하는 신호가 입력된 경우의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 산출을 설명하기 위한 도면.

제6도는 입력 오디오 신호로서 완전한 정상 신호가 입력된 경우의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 산출을 설명하기 위한 도면.

제7도는 입력 오디오 신호로서 n번째 프레임에 급격하게 작은 에너지로 변화하는 신호가 입력된 경우의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 산출을 설명하기 위한 도면.

제8도는 블럭 플로팅 단위를 설명하기 위한 도면.

제9도는 과도적 신호의 예를 도시하는 파형도.

제10도는 프리 에코를 설명하기 위한 파형도.

제11도는 종래의 할당 비트수를 결정하는 모양을 설명하기 위한 도면.

제12도는 종래의 할당 비트수 결정에 의한 문제점(프리 에코)의 발생 원인을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스펙터 데이타 변환 회로 2 : 신호 에너지 산출 회로

3 : 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로

4 : 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로

5 : 비트 할당 회로 6 : 청각 특성 산출 회로

7 : 메모리 8 : 양자화 회로

9 : 부호화 회로 AD : 입력 오디오 PCM 신호

SD : 스펙터 데이타

본 발명은 입력 오디오 신호를 어떤 단위 마다에 비트 할당으로 양자화하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치에 관한 것이다.

종래 오디오 신호를 압축하여 부호화하는 고능률 부호화 기술에는 예를들면 입력 오디오 신호(디지탈 오디오 데이타)의 소정 샘플 혹은 소정시간 프레임을 블럭화하고 이 블럭 마다에 소위 블럭 플로팅 처리를 하고 각 블럭의 데이타를 비트 할당으로 양자화하여 전송함과 동시에 상기 블럭 플로팅 처리에 관련되는 피라미터를 전송하는 것이다.

여기서 상기 블럭 플로팅 처리는 기본적으로는 상기 블럭안의 각 워드에 공통의 값을 곱하여 크게하고 양자화시의 정밀도를 상승시키는 것인데 구체적으로는 예를들면 블럭안의 각 워드의 절대치 안에서 가장 큰 것(최대 절대치)을 찾아내어 이 최대 절대치가 포화되지 않을만한 당해 블럭내의 전체워드에 대하여 공통의 플로팅 계수를 사용하여 플로팅 처리하는 것이 한가지 예이다. 보다 간이한 것으로는 비트 시프트(bit shift)를 이용하는 6dB단위의 플로팅도 있다. 또한 상기 블럭 플로팅 처리는 통상 상기 소정시간 프레임의 시계열 오디오 신호를 주파수축으로 바꾸어서 얻어지는 스펙터 신호에 대하여 실시된다.

제8도에는 상기 블럭 플로팅 처리를 실시하는 단위를 나타낸다. 즉 제8도에 도시한 바와 같이 상기 블럭 플로팅 처리는 시간축 방향 및 주파수축 방향으로 분할된 각각의 작은 영역마다 실시된다. 예를들면 소정시간 프레임 T1 내지 T4의 임의의 주파수 대역의 네개의 블럭(블럭 플로팅의 블럭 B1 내지 B4)의 각 블럭 단위로 블럭 플로팅 처리가 실시된다.

그런데 상기 블럭 플로팅에 의해 입력 오디오 신호를 압축하는 것과 같은 시스템에서는 소위 프리에코라고 하는 현상이 발생될 염려가 있으며 이 프리에코가 복호화 및 재생후의 음질상 큰 문제가 되어왔다.

여기서 상기 프리에코오란 상기 블럭 플로팅이 행해지는 시간 프레임안에서 예를들면 과도적 신호가 포함되는 경우 즉 신호 레벨이 급격히 커지는(시간 프레임안에 토나리티(tonality : 음조)가 높은 신호가 존재하는)경우에 양자화 잡음이 이 시간 프레임 안에서 거의 같게 나타나고 이 시간 프레임안에서 신호 레벨이 낮은 곳에 나타난 양자화 잡음이 후술하는 소위 마스킹 효과가 작용하지 않으므로 들려 오는 현상, 혹은 당해 신호 레벨이 낮은 곳에서 나타난 양자화 잡음 그 자체를 말한다.

예를들면 제9도에 도시한 바와 같이 신호 레벨이 급격하게 높아지는 신호를 포함하는 오디오 신호에 대하여 소정 시간 프레임(시간 프레임 T1 내지 T4)마다에 상기 블럭 플로팅 처리를 실시한 후에 복호화하면(오디오 신호를 압축한 후에 신장시키면) 제10도에 도시한 바와 같이 당해 신호 레벨이 급격히 높아지는 신호를 포함하는 시간 프레임 T2의 신호 레벨이 낮은 장소(시간 프레임 T2의 전반 부분)에 상기 프리에코(양자화 잡음) pe가 나타나게 된다.

이 프리에코오가 발생하는 원인으로는 다음과 같은 것을 들수 있다.

즉 상술한 바와 같이 입력 오디오 신호를 블럭화하고 이 블럭화 마다에 소위 블럭 플로팅 처리를 하고 각 블럭의 데이타를 비트 할당(비트 아로케이숀)으로 양자화하여 전송하는 고능률 부호화 처리에서는 예를들면 제11도에 도시한 바와 같이 상기 각 블럭 B1 내지 B4마다의 에너지 E(각 프레임의 블럭마다의 신호 에너지 E1(1) 내지 E4(4))가 구해지며 이들 각 에너지 E1(1) 내지 E4(4)에 기초하여 허용 잡음 에너지 P(각 프레임의 블럭 마다의 마스킹 효과를 고려한 허용 잡음 에너지 P1(1) 내지 P4(4))가 구해진다. 또한 이 각 블럭 B1 내지 B4의 허용 잡음 에너지 P1(1) 내지 P4(4)와 각 블럭 B1 내지 B4에서의 블럭 플로팅 처리의 플로팅 계수(스케일 성분 S1(1) 내지 S4(4))의 값으로부터 상기 비트 할당수에 대응하는 워드 길이(워드 길이 W1(1) 내지 W4(4))가 구해진다. 또한 상기 플로팅 계수(스케일 팩터 S)는 상기 블럭마다의 스펙터 신호의 예를들면 피이크 혹은 평균치에 소정의 계수를 곱하여 얻어지는 것이다. 또한 상기 비트 할당수에 대응하는 워드 길이 W는 상기 블럭 마다의 스펙터 신호의 에너지 E에 따른 상기 허용 잡음 에너지 P를 기초로 하여 구해진다.

여기서 제11도에 있어서 시간 프레임 T2안의 블럭 B2에서는 상술한 제9도에 도시한 바와 같이 당해 시간 프레임 T2안의 신호의 후반 부분의 신호 에너지가 커져 있으므로 상기 블럭 B2의 상기 신호 에너지 E2(2)와 당해 신호 에너지 E2(2)에 기초하는 허용 잡음 에너지(즉 상기 신호 에너지 E2(2)에 따라 마스킹되는 잡음 레벨) P2(2)도 큰 값으로 평가된다. 이러한 경우 당해 블럭 B2의 스펙터 신호를 양자화 할때 할당되는 비트수(즉 워드 길이 W2(2)에 따른 비트수)는 양자화 잡음을 상기 허용 잡음 에너지 P2(2)이하로 억제하는 정도로밖에 할당되지 않는다.

그러나 상기 제9도에 도시한 바와 같이 블럭 B2 즉 시간 프레임 T2의 전반 부분은 신호 레벨이 낮은 것이므로 실제로는 제12도에 도시한 바와 같이 당해 시간 프레임 T2의 전반 부분인 블럭 B2₁의 허용 잡음 에너지 P2(2)₁은 낮은 값으로 되어 있을 것이다. 또한 제9도에 도시한 바와 같이 시간 프레임 T2의 후반 부분은 신호 레벨이 급격하게 커진 것(과도적 신호)임으로 실제로는 제12도에 도시한 바와 같이 당해 시간 프레임 T2의 후반 부분인 블럭 B2₂의 허용 잡음 에너지 P2(2)₂는 높은 값으로 되어 있을 것이다. 또한 제12도에는 상기 제9도의 신호에 대응하여 시간 프레임 T2의 블럭 B2₁, B2₂의 신호 에너지 E2(2)₁, E2(2)₂도 동시에 표시하고 있다.

이와 같은 사실로 제11도에서처럼 할당 비트수를 결정하면 상기 제12도의 시간 프레임 T2의 전반 부분(블럭 B2₁의 부분)에 상기 허용 잡음 에너지 P2(2)₂를 초과하고 있는 양자화 잡음이 상술한 바와 같은 프리 에코오로서 들리게 된다.

그리하여 상기 프리 에코오를 방지하는 방법으로서는 예를들면 상기 시간 프레임을 가능한 한 작게 함으로써 프리 에코오가 발생되는 시간을 가능한 한 작게하고 상술한 소위 후방 마스킹(Backward Masking) 즉 시간적으로 뒤에 있는 음에 의해 앞에 있는 음이 마스킹되는 현상(단 마스킹 효과는 대단히 짧은 시간으로 한정된다)을 이용하여 상기 프리 에코오가 들리지 않도록하는 방법이 있다.

그러나 통상의 오디오 신호에서는 시간 프레임을 짧게하면 부호화 효율이 나빠지므로 시간 프레임을 극단적으로 짧게할 수는 없다.

또한 예를들면 신호 레벨이 급격하게 커지는 시간 프레임을 검출하고 이 시간 프레임에는 여분으로 비트를 할당함으로써 양자화가 일그러짐을 감소시키는 방법도 있다.

그러나 당해 비트를 많이 할당하는 방법의 경우 실제로 어느 만큼의 여분으로 비트를 할당할지를 정확하게 결정하는 것은 곤란하였다.

또한 상기 시간 프레임을 가변으로하여 신호 레벨이 급격하게 커지는 시간 프레임만을 짧게하는 것도 가느아기는 하나 통상 상술한 바와 같이 상기 블럭 플로팅 처리는 상기 시간 프레임 시계열의 오디오 신호를 주파수축으로 바꾸어서 얻는 스펙터 신호에 대하여 실시됨으로 이 경우도 상기 시계열 신호로부터 스펙터를 구하는 경우의 윈도우 형상등의 관계 때문에 너무 짧은 시간 프레임을 혼재시킬 수는 없다.

따라서 이들 시간 프레임을 짧게하는 방법만으로 프리 에코오를 방지하는 데는 한계가 있다.

그리하여 본 발명은 상술한 바와 같은 실정을 감안하여 제안된 것이며 프리 에코오라고 불리는 음질 열화를 방지할 수 있는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치를 제공함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치는 상술한 목적을 달성하기 위하여 제안된 것이며 입력 오디오 신호를 소정 단위 마다에 적용하는 비트 할당으로 양자화하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치이며 상기 소정 단위마다에 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목하는 소정 단위에 관한 과거의 소정 단위로 계산한 어용 잡음 에너지를 가중하여 가산함으로써 당해 주목하는 소정 단위의 허용 잡음 에너지를 계산하는 허용 잡음 에너지 산출 수단을 가지고 이루어지며 당해 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 허용 잡음 에너지를 기초로 한 할당 비트수로 상기 양자화를 실시하도록 한 것이다.

여기서 상기 소정 단위는 블럭 플로팅을 실시하는 블럭 단위로하고 있다. 또한 상기 블럭 플로팅의 블럭은 시간축의 입력 오디오 신호를 소정 샘플마다 직교 변환등으로 주파수축의 스펙터 데이타로 바꾸고 이 스펙터 데이타를 다시 복수 대역으로 분할한 각 대역을 사용할 수 있다. 따라서 상기 허용 잡음 에너지 산출 수단으로는 이 대역(블럭)마다에서 상기 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 구한다.

또한 상기 청각 특성으로는 예를들면 소위 마스킹 특성(효과) 및 등 라우드네스 특성을 들수 있다.

또한 상기 마스킹 효과란 사람의 청각 특성에 의해 어떤 음 때문에 다른 음이 마스크되어 들리지 않게 되는 현상을 말한다. 환언하면 상기 마스킹이란 어떤 신호 때문에 다른 신호가 마스크되어 들리지 않게 되는 현상을 말하는 것이며 이 마스킹 효과에는 시간축상의 오디오 신호에 의한 시간축 마스킹 효과와 주파수 축상의 신호에 의한 같은 시간의 마스킹 효과가 있다. 이들 마스킹 효과 때문에 마스킹되는 부분에 잡음이 있다고 하더라도 이 잡음은 들리지 않게된다. 이 때문에 실제 오디오 신호에서는 이 마스킹되는 범위안의 잡음은 허용 가능한 잡음이 된다. 또한 당해 마스킹 효과에는 소위 전방 마스킹(Forward Masking) 효과 즉 시간적으로 앞에 있는 음으로 뒤의 음이 마스킹되는 현상과 소위 후방 마스킹(Backward Masking) 즉 시간적으로 뒤에 있는 음으로 앞의 음이 마스킹되는 현상(단 마스킹 효과는 대단히 짧은 시간으로 한정된다)도 있다.

또한 상기 등 라우드네스 특성(등 라우드네스 커브)란 사람의 청각 특성에 관한 특성 곡선이며 예를들면 1kHz의 순음과 동일한 크기로 들리는 각 주파수의 음의 음압을 구하여 곡선으로 연결한 것이며 라우드네스의 등감도 곡선 이라고도 불리워진다. 이 등라우드네스 곡선은 소위 최소 가청한도의 커브와 거의 동일한 곡선을 그리는 것이다. 따라서 이 등라우드네스 커브에 있어서는 예를들면 4kHz 부근에서는 1kHz 지역 보다 음압이 8 내지 10dB 내려가도 1kHz와 동일한 크기로 들리며 반대로 50kHz 부근에서는 1kHz에서의 음압보다 약 15dB 높지 않으면 동일한 크기로 들리지 않는다. 이와 같은 사실로 상기 마스킹 효과 및 등라우드네스 특성을 고려하여 상기 허용 잡음 에너지를 산출하는 것은 사람의 청각 특성에 적합한 것을 알수 있다.

즉 본 발명인 오디오 신호의 고능률 부호화 장치는 청각의 마스킹 특성 및 등 라우드네스 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 결정함에 있어 시간적으로 연속인 분석 블럭사이의 상관 관계를 가정하고 허용 잡음 에너지의 재계산을 실시함으로써 프리 에코라고 불리우는 음질 열화를 방지할 수 있도록 한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면 본 발명의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치는 예를 들면 입력 오디오 신호를 소정의 시간 프레임 마다 스펙터 데이타로 바꾸는(직교 변환하여 주파수 축상의 성분으로 변환) 스펙터 데이타 변환 수단과 당해 프레임 마다의 스펙터 데이타를 대역 마다 블럭(블럭 플로팅의 블럭)화하고 이 블럭 마다의 신호 에너지를 산출하는 신호 에너지 산출 수단과 상기 신호 에너지 산출 수단으로 얻어진 신호 에너지로부터 청각의 마스킹 특성 및 등 라우드네스 특성을 이용하여 각 블럭 단위에서 허용되는 허용 잡음 에너지(일차 허용 잡음 에너지)를 산출하는 일차 허용잡음 에너지 수단과 주목하는 블럭의 허용 잡음 에너지를 구할때에 당해 주목하는 블럭에 관한 과거의 블럭으로 이미 구한 허용 잡음 에너지(이차 허용 잡음 에너지)를 사용하여 당해 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지(당해 주목하는 블럭에 관하여 최종적으로 결정되는 허용 잡음 에너지)를 산출하는(과거의 블럭으로 구한 이차 허용 잡음 에너지를 가중해 가산하여 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지를 산출한다)이차 허용 잡음 에너지 산출 수단과 상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 수단에서 사용하는 상기 과거 블럭의 이차 허용 잡음 에너지를 기억해 두는 기억 수단과 상기 이차 하용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 이차 허용 잡음 에너지를 기초로 하여 각 블럭 마다 최적 할당 비트수를 결정하는 할당 비트수 결정 수단과 상기 할당 비트수 결정 수단으로 할당한 비트수를 기초로하여 각 블럭 마다의 상기 스펙터 데이타의 적용되는 양자화를 실시하는 양자화 수단과 상기 양자화 수단으로 양자화된 스펙터 데이타를 소정 비트수로 부호화하는 부호화 수단을 가지고 이루어지는 것이다.

본 발명의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치에 따르면 양자화할 때의 할당 비트수는 신호 에너지에 따른 허용 잡음 에너지에 기초하고 있으며 따라서 허용 잡음 에너지가 큰 경우에는 양자화 할당 비트수를 적게하여도 양자화의 일그러짐은 잘 관찰되지 않으며 허용 잡음 에너지가 작은 경우에는 양자화 할당 비트수를 많게하지 않으면 양자화의 일그러짐이 쉽게 관찰된다. 여기서 예를들면 어떤 주목하는 블럭이 과도적 신호를 포함하는 경우에는 이 과도적 신호가 상승하는 부분에 프리 에코가 발생하게 되나 이 주목하는 블럭 허용 잡음 에너지를 계산할 때에 정상 상태이었던 과거의 블럭에서 이미 계산한 허용 잡음 에너지를 가증해 가산함으로써 이 주목하는 블럭에서 산출되는 허용 잡음 에너지가 작아져서 이로인해 이 허용 잡음 에너지에 기초하는 양자화 할당 비트수를 많게할 수 있다. 이 때문에 이 주목하는 블럭의 과도적 신호의 상승하는 부분에 발생하는 프리 에코를 억제할 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시예의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치는 제1도에 도시한 바와 같이 입력 오디오 신호를 소정 단위 마다에 적용하는 비트 할당으로 양자화하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치이며 상기 소정 단위 마다에 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목하는 소정 단위에 관한 과거의 소정 단위로 계산한 허용 잡음 에너지를 가중해 가산 함으로써 당해 주목하는 소정 단위의 허용 잡음 에너지를 계산하는 허용 잡음 에너지 산출 수단으로써 후술하는 산호 에너지 산출 회로(2), 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3), 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4), 청각 특성 산출 회로(6), 이차 허용 잡음 에너지의 메모리(7)로 구성되며 당해 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 허용 잡음 에너지(이차 허용 잡음 에너지)에 기초하는 할당 비트수로 상기 양자화를 실시하도록 한 것이다.

여기서 본 실시예에 있어서 상기 소정 단위마다 소위 블럭 플로팅을 실시하는 블럭 단위로 하고 있다. 또한 본 실시예에서의 상기 블럭 플로팅의 블럭은 시간축의 입력 오디오 신호를 소정 샘플마다 직교 변환에 의해 주파수축의 스펙터 데이타로 바꾸고 이 스펙터 데이타를 다시 복수 대역으로 분할한 각 대역을 사용하도록 하고 있다. 다시 본 실시예에서 상기 청각 특성으로는 예를들면 소위 마스킹 특성(효과) 및 등라우드네스 특성을 들수 있다. 즉 제1도에 도시한 본 실시예의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치에 있어서 입력 단자(10)에는 예를들면 제2도에 도시한 바와 같은 디지탈 오디오 PCM 신호(AD)가 공급되고 이 오디오 PCM 신호(AD)가 스펙터 데이타 변환 회로(1)에 보내진다. 당해 스펙터 데이타 변환 회로(1)에서는 상기 오디오 PCM 신호(AD)를, N샘플 마다 직교 변환(예를들면 이산 코사인 변환, 고속 프리에 변환)등을 사용하여 주파수 분석함으로써 제3도에 도시한 바와 같은 주파수 축상의 스펙터 데이타 SD로 바꾼다. 여기서 본 실시예에서는 당해 직교 변환으로 분석한 N샘플의 범위를 프레임으로 한다. 또한 상기 제2도에서 각 프레임은..., n-1, n, n+1, ...의 번호를 부여하여 표시하고 있다.

이 스펙터 데이타 변환 회로(1)로부터의 스펙터 데이타 SD는 양자화 회로(8)에 보내진다. 당해 양자화 회로(8)에서는 공급된 스펙터 데이타(SD)를 블럭 플로팅 처리로 정규화(노멀라이즈)한 후 후술하는 블럭 단위로 구한 허용 잡음 에너지를 기초로하는 적용된 비트 할당으로 양자화한다. 여기서 상기 블럭 플로팅의 플로팅 계수(스케일 성분)는 상기 스펙터 데이타(SD)의 피이크 혹은 평균치에 소정의 계수를 곱함으로써 구해지는 것이다. 이 양자화 회로(8)의 양자화 출력은 부호화 회로(9)에 의해 소정 비트수로 부호화 된다. 이 부호화 출력이 출력 단자(11)에서 후단 구성에 보내진다.

본 실시예의 고능률 부호화 장치에서는 상기 양자화 회로(8)에 있어서 블럭 단위로 구한 허용 잡음 에너지에 기초하는 적용된 비트 할당에 의한 양자화를 실시하기 위해 당해 할당 비트수가 아래와 같은 구성으로 구해지고 있다.

이 적응 양자화의 할당 비트수를 구하기 위하여 상기 스펙터 데이타 변환 회로(1)로부터의 스펙터 데이타(SD)는 신호 에너지 산출 회로(2)에도 보내진다. 당해 신호 에너지 산출 회로(2)에서는 상기 제3도에 도시한 바와 같이 얻어진 스펙터 데이타(SD)를 M개 (O∼M-1)의 대역으로 분할하여 블럭을 형성하고 각 블럭마다(대역 마다)에 신호 에너지 En(m)을 구한다.

여기서 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 블럭 플로팅 처리를 실시하도록 하고 있으므로 당해 신호 에너지 산출 회로(2)에서의 상기 M개의 대역(블럭)에 이 블럭 플로팅을 실시할 때의 분할 단위로서 사용하도록 하고 있다. 또한 상기 신호 에너지의 En(m)에서의 n는 상기 입력 오디오 PCM 신호 AD의 n번째의 상기 프레임을 나타내고 m는 당해 n번째 프레임안의 예를들면 낮은 영역에서 혹은 높은 영역에서 m번재의 상기 블럭을 나타내고 있다.

상기 신호 에너지 산출 회로(2)로 구한 각 블럭마다(대역마다)의 신호 에너지 En(m)는 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3)에 보내진다. 당해 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3)에서는 공급된 상기 신호 에너지 En(m)에서 청각 특성(예를들면 마스킹 효과 및 등 라우드네스 특성)을 이용하여 상기 블럭 단위 마다(블럭 플로팅의 블럭 마다)에 당해 블럭 단위에서 허용되는 허용 잡음 에너지(일차 허용 잡음 에너지) Pn(m)을 구한다. 또한 이 일차 허용 잡음 에너지에서의 n는 상기 n번째의 프레임을 나타내고 m은 당해 n번째 프레임안의 m번째의 블럭을 나타내고 있다.

상기 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3)에서 당해 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)을 산출할 때 이용되는 상기 청각 특성은 예를들면 청각 특성 산출 회로(6)에 의해 예를들면 상기 신호 에너지 산출 회로(2)에서 구한 신호에너지를 기초로하여 구해지는 상기 마스킹 효과 및 등 라우드네스 특성을 사용하고 있다.

상기 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3)에서 구한 상기 n번째 프레임의 상기 m번째 블럭의 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)은 후단의 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에 보내진다. 상해 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서는 어떤 주목하는 블럭(상기 n번째 프레임의 상기 m번째 블럭)의 이차 허용 잡음 에너지 Pn (m)이 당해 주목하는 블럭(n 번째 프레임의 m 번재 블럭)에 관한 과거의 블럭에서 이미 계산되어 얻어지는 허용 잡음 에너지(이하 허용 잡음 에너지)를 가증해 가산함으로써 산출된다. 예를들면 당해 주목하는 블럭(n 번째 플레임의 m번째 블럭)에 관한 과거의 블럭으로써 세 프레임 앞까지의 블럭을 사용한 경우 당해 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)을 구할 때에는 이 주목하는 블럭앞의 세개의 블럭으로 이미 구해진 이차 허용 잡음 에너지(P_n-3)(m), P_n-2(m), Pn-1(m)를 당해 주목하는 블럭의 상기 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)에 대하여 가중해 가산하도록 하고 있다.

즉 당해 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서의 상기 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)를 산출할 때에는 구체적으로 아래의 수 1에 표시하는 수식(1)을 사용하여 계산함으로써 상기 과거 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 P_n-3(m), P_n-2(m), P_n-1(m)의 가중치 계산을 하도록 하고 있다.

상기식에서,

Pn(m)은 상기 n번째 프레임에서의 m번재 블럭 플로팅의 블럭의 이차 허용 잡음 에너지이며,

P_n-1(m)는 n-1번째 프레임에서의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지이며,

P_n-2(m)는 n-2번째 프레임에서의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지이며,

P_n-3(m)는 n-3번째 프레임에서의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지이며,

d(i)은 중량 함수이며, d(i)은 ∑d(i)=1 또한 d(i)＞d(i+1)의 조건을 충족한다. 또한 예를들면 d(i)은 d(i)={0.7, 0.2, 0.05, 0.05}, i=0, 1, 2, 3의 값을 나타내는 것이다.

상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서는 상기 계산을 각 블럭 단위마다에서 실시한다.

상술한 바와 같은 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서 계산할 때 사용되는 과거의 각 블럭의 이차 허용 잡음 에너지는 이미 구해져 있는 이차 허용 잡음 에너지를 기억해 두는 기억 수단으로서의 예를들면 메모리(7)안에 유지되어 있다. 또한 이 메모리(7)에 기억되는 데이타는 상기 세 프레임 앞까지의 데이타(이차 허용 잡음 에너지의 데이타)에 한하지 않고 이것 이전의 데이타도 기억해 둘 수 있다. 따라서 상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서는 이 과거 세프레임과 함께 보다 더 이전의 데이타도 사용하여 상술한 계산을 실시하는 것도 가능하다.

상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서 구한 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)의 데이타는 할당 비트수 결정 수단인 비트 아로케이숀 회로(5)에 보내진다. 이 비트 아로케이숀 회로(5)는 상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4)에서 구한 상기 n번째 프레임의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)을 기초로하여 상기 양자화 회로(8)의 당해 n번재 프레임의 m번째 블럭의 상기 스펙터 데이타 SD를 양자화 할 때의 최적 할당 비트수를 결정하는 것이며 이 할당 비트수에 대응하는 예를들면 워드길이의 데이타를 출력한다.

이로써 상술한 바와 같이 상기 양자화 회로(5)에서는 이 비트 아로케이숀 회로(5)에서 구해진 상기 m번째 블럭의 할당 비트수 데이타(워드 길이의 데이타)를 기초로하여 당해 m번째 블럭의 스펙터 데이타(SD)의 적용된 양자화가 실시된다. 또한 상기 비트 아로케이숀 회로(5)로부터의 할당 비트수 데이타는 단자(12)를 통하여 후단으로 보내진다.

여기서 상술한 바와 같은 상기 이차 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구해지는 상기 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)를 사람의 청각의 관점에서 생각해 본다. 이를 위해 제5도 내지 제7도에 도시한 바와 같은 세가지 입력 오디오 신호(입력 오디오 PCM 신호 AD의 파형 높이 값)를 예로 든다. 제5도에는 상기 입력 오디오 신호로서 n번재의 프레임에 급격히 큰 에너지로 변화하는 신호(과도적 신호)가 입력된 경우를, 제6도에는 완전한 정상 신호가 입력된 경우를, 제7도에는 n번재 프레임에서 급격하게 작은 신호 에너지로 변화하는 신호(과도적 신호)가 입력된 경우를 예로 들고 있다. 또한 이들 제5(a)도, 제6(a)도 및 제7(a)도에는 상기 세가지 입력 오디오 신호(AD)에 관한 각각의 상기 n-3, n-2, n-1번째의 각 프레임의 예를들면 상기 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 P_n-3(m), P_n-2(m), P_n-1(m)와 n번째 프레임의 m번째 블럭의 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)를 나타내고 제5(b)도, 제6(b)도, 제7(b)도에는 상기 세가지 입력 오디오 신호에서 각각 구해진 n번째 프레임의 m번째 블럭의 상기 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)를 나타내고 있다.

즉 본 실시예의 고능률 부호화 장치에 있어서는 예를들면 상기 제5도에 도시한 바와 같이 상기 n번째 프레임에 급격하게 큰 에너지로 변화하는 신호가 입력으로써 들어온 경우에 게산된 상기 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)으로 부호화를 실시하면 프레임의 앞머리 부분 즉 신호가 상승하는 부분에서는 허용할 수 없는(마스크되지 않는) 잡음(프리에코)이 생긴다. 이 때 상술한 바와 같이 상기 n번째 프레임의 m번째 블럭의 상기 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)에 관하여 이미 계산되어 있는 과거 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 P_n-1(m) (단 i=3, 2, 1)를 가중치 가산 함으로써 상기 n번째 프레임의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)을 얻을 수 있다. 이 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)은 상기 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)보다 작은 값이며 따라서 프리에코를 억제하고 들리기 어렵게 되도록 작용한다.

또한 제7도에 도시한 바와 같이 역으로 n번째 프레임에서 급격하게 작은 신호 에너지로 변화하는 신호가 입력으로써 들어온 경우는 이미 계산된 과거의 이차 허용 잡음 에너지 P_n-1(m)을 가중치 가산함으로써 상기 n번째 프레임의 m번재 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)가 더욱 큰 값으로 계산되고 n번째 프레임안에서는 허용되지 않는 잡음이 발생하게 되나 시간축상의 마스킹 효과(예를들면 상술한 전방 마스킹)에 의해 이 잡음은 들리지 않는다.

또한 제6도에 도시한 바와 같이 완전한 정상 신호의 경우는 상기 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)와 이미 계산된 과거의 이차 허용 잡음 에너지 P_n-1(m)의 값이 동일함으로 상술한 바와 같이 가중치 가산하여도 이 n번째 프레임의 m번째 블럭의 이차 허용 잡음 에너지와 Pn(m)는 일차 허용 잡음 에너지 Pn(m)으로 변화하지 않으며 허용 잡음 에너지의 재계산에 따르는 영향은 전혀 없다.

상술한 바와 같이 본 실시예의 오디오 신호의 고능률 부호화 장치는 상기 블럭 마다에 청각의 마스킹 특성 및 등라우드네스 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목하는 블럭에 관한 과거의 블럭에서 계산한 이자 허용 잡음 에너지 P_n-1(m)를 가중치 가산함으로써 당해 주목하는 블럭의 이차 허용 잡음 에너지 Pn(m)를 계산하는 허용 잡음 에너지 산출 수단으로써 신호 에너지 산출 회로(2), 일차 허용 잡음 에너지 산출 회로(3), 이차 허용 잡음 에너지 산출 회로(4), 청각 특성 산출 회로(6), 메모리(7)을 갖고 이루어지며 이 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 이차 허용 잡음 에너지를 기초로하는 할당 비트수로 상기 양자화 회로(8)의 적응양자화 처리를 하도록 함으로써 시간적으로 변동이 큰 신호에 관하여 좋은 효율로 부호화가 실시되고 청각상 귀에 잘 들리기 쉬운 잡음을 감소시키고 음질을 향상시킬 수 있다. 즉 프리에코라고 불리우는 음질 열화를 방지할 수 있도록 되어 있다.

또한 본 발명의 실시예로서는 상술한 바와 같이 시게열의 오디오 신호를 스펙터 데이타로 바꾼것을 부호화하는 시스템에 관하여 설명했으나 본 발명은 시게열 신호를 서브 밴드로 분할하여 부호화하는(소위 서브 밴드 코오딩)것등, 시게열 신호에 대하여 블럭 플로팅 처리를 실시하는 시스템에 대해서도 적용할 수 있다.

이상의 설명에서 명백히 알수 있는 바와 같이 본 발명인 오디오 신호의 고능률 부호화 장치를 사용하면 소정 단위 마다에 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목하는 소정 단위에 관한 과거의 소정 단위로 계산한 허용 잡음 에너지를 가중치 가산 함으로써 이 주목하는 소정 단위의 허용 잡음 에너지를 계산하는 허용 잡음 에너지 산출 수단을 가지고 이루어지며 이 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 허용 잡음 에너지를 기초로하여 양자화를 실시하도록 함으로써, 또한 소정 단위하나 블럭 플로팅을 실시하는 블럭 단위로 함으로써 시간적으로 변동이 큰 신호에 대하여 좋은 효율로 부호화가 실시되고 청각상 귀에 들리기 쉬운 잡음을 감소시키고 음질을 향상시킬 수 있다. 즉 프리에코라 불리우는 음질 열화를 방지할 수 있다.

Claims

입력 오디오 신호를 소정 단위 마다 적용된 비트 할당으로 양자화하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치에 있어서, 상기 소정 단위마다 청각 특성을 이용한 허용 잡음 에너지를 계산함과 동시에 주목하는 소정 단위에 관한 과거의 소정 단위로 계산한 허용 잡음 에너지를 가중해 가산함으로써 상기 주목하는 소정 단위의 허용 잡음 에너지를 계산하는 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 이루어지며, 상기 허용 잡음 에너지 산출 수단으로 구한 허용 잡음 에너지를 기초로한 할당 비트수로 상기 양자화를 실시함을 특징으로 하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치.
제1항에 있어서, 상기 소정 단위는 블럭 플로팅을 실시하는 블럭 단위임을 특징으로 하는 오디오 신호의 고능률 부호화 장치.