WO1994028633A1 - Appareil et procede de codage ou decodage de signaux, et support d'enregistrement - Google Patents

Description

明 細 書 信号符号化又は復号化装置、 及び信号符号化又は復号化方法、 並びに記録媒体 技 術 分 野 本発明は、 いわゆる高能率符号化によって入力ディジタルデータ の符号化を行ない伝送、 記録、 再生し、 復号化して再生信号を得る、 ディジタルデータなどの情報符号化又は復号化が適用される信号符 号化又は復号化装置、 及び信号符号化又は復号化方法と、 符号化さ れた信号が記録される記録媒体に関する。 背 景 技 術 従来より、 オーディォ或いは音声等の信号の高能率符号化の手法 には種々あるが、 例えば、 時間軸上のオーディオ信号等をある単位 時間でプロック化しないで複数の周波数帯域に分割して符号化する 非プロック化周波数帯域分割方式である帯域分割符号化 （サブ ·バ ンド · コ一ディ ング： SBC)や、 時間軸の信号をある単位時間でプロ ック化してこのプロック毎に周波数軸上の信号に変換 （スペク トル 変換） して複数の周波数帯域に分割し、 各帯域毎に符号化するプロ ック化周波数帯域分割方式であるいわゆる変換符号化等を挙げるこ とができる。 また、 上述の帯域分割符号化と変換符号化とを組み合 わせた高能率符号化の手法も考えられており、 この場合には、 例え ば、 上記帯域分割符号化で帯域分割を行った後、 該各帯域毎の信号 を周波数軸上の信号にスぺク トル変換し、 このスぺク トル変換され た各帯域毎に符号化を施す。

ここで、 上記帯域分割符号化や上記組合せの高能率符号化の手法 などに用いられる帯域分割用のフィル夕としては、 例えばいわゆる

QMFなどのフィル夕があり、 これは例えば 1976 R.E. Crochiere Digital coding of speech in subbands Bell Syst. Tech. J. Vol. 55, No.8 1976に述べられている。 また例えば、 ICASSP 83, BOSTON P olyphase Quadrature filters - A new subband coding technique Joseph H. Rothweilerには等バンド幅のフィルタ分割手法が述べら れている。

また、 上述したスぺク トル変換としては、 例えば、 入力オーディ ォ信号を所定単位時間 （フレーム） でブロック化し、 当該ブロック 毎に離散フーリエ変換 （DFT) 、 コサイン変換 （DCT) 、 モデ ィ フ アイ ド DC T変換 （MDCT) 等を行うことで時間軸を周波数 軸に変換するようなスペク トル変換がある。 なお、 上記 MDCTに ついては、 ICASSP 1987 Subband/Transf orm Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation J. P. Princen A.B.Bradley Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tech. に述べられている。

このように、 フィルタやスぺク トル変換によって帯域毎に分割さ れた信号を量子化することにより、 量子化雑音が発生する帯域を制 御することができ、 マスキング効果などの性質を利用して聴覚的に より高能率な符号化を行なうことができる。 また、 ここで量子化を 行なう前に、 各帯域毎に、 例えばその帯域における信号成分の絶対 値の最大値で正規化を行なうようにすれば、 さらに高能率な符号化 を行なうことができる。

また、 周波数帯域分割された各周波数成分を量子化する周波数分 割幅としては、 例えば人間の聴覚特性を考慮した帯域分割が行われ る。 すなわち、 一般に臨界帯域 （クリティカルバンド） と呼ばれて いる高域ほど帯域幅が広くなるような帯域幅で、 オーディォ信号を 複数 （例えば 2 5バンド） の帯域に分割することがある。 また、 こ の時の各帯域毎のデータを符号化する際には、 各帯域毎に所定のビ ッ ト配分或いは、 各帯域毎に適応的なビッ ト割当て （ビッ トァロケ ーシヨン） による符号化が行われる。 例えば、 上記 M D C T処理さ れて得られた係数データを上記ビッ トァロケーションによって符号 化する際には、 上記各プロック毎の M D C T処理により得られる各 帯域毎の M D C T係数デ一夕に対して、 適応的な割当てビッ ト数で 符号化が行われることになる。

ここで上記ビッ ト割当手法としては、 次の 2手法が知られている。 すなわち、 例えば、 IEEE Transact ions of Accoust ics, Speech, a nd Signal Processing, vol. ASSP-25, No. 4， August 1977では、 各 帯域毎の信号の大きさをもとに、 ビッ ト割当を行なっている。 この 方式では、 量子化雑音スぺク トルが平坦となり、 雑音エネルギが最 小となるが、 聴感覚的にはマスキング効果が利用されていないため に実際の雑音感は最適ではない。 また例えば ICASSP 1980 The cri t ical band coder —digi tal encoding of the perceptual requir ements of the audi tory system M. A. Kransner MIT では、 聴覚マ スキングを利用することで、 各帯域毎に必要な信号対雑音比を得て 固定的なビッ ト割当を行なう手法が述べられている。 しかしこの手 法ではサイン波入力で特性を測定する場合でも、 ビッ ト割当が固定 的であるために特性値が、 それほど良い値とならない。

これらの問題を解決するために、 ビッ ト割当に使用できる全ビッ トが、 各小プロック毎に予め定められた固定ビッ ト割当パターン分 と、 各プロックの信号の大きさに依存したビッ ト配分を行なう分と に分割使用され、 その分割比を入力信号に関係する信号に依存させ、 前記信号のスぺク トルが滑らかなほど前記固定ビッ ト割当パターン 分への分割比率を大きくする高能率符号化装置が EUROPEAN PATENT APPLICATION, Publ icat ion number 0 525 809 A 2, Date of publ i cat i on of appl icat ion 03. 02. 93 Bul let in 93/05 において提案さ れている。

この方法によれば、 サイン波入力のように、 特定のスペク トルに エネルギが集中する場合にはそのスぺク トルを含むプロックに多く のビッ トを割り当てる事により、 全体の信号対雑音特性を著しく改 善することができる。 一般に、 急峻なスペク トル成分をもつ信号に 対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、 このような方法を用い る事により、 信号対雑音特性を改善することは、 単に測定上の数値 を向上させるばかりでなく、 聴感上、 音質を改善するのに有効であ ο

ビッ ト割り当ての方法にはこの他にも数多くのやり方が提案され ており、 さらに聴覚に関するモデルが精緻化され、 符号化装置の能 力があがれば聴覚的にみてより高能率な符号化が可能になる。

ここで、 図 1 8以降の各図を用いて従来の信号符号化装置につい て説明する。 この図 1 8において、 端子 1 0 0を介して供給され た音響信号波形は変換回路 1 0 1によって信号周波数成分に変換さ れた後、 信号成分符号化回路 1 0 2によって各成分が符号化され、 符号列生成回路 1 0 3によって符号列が生成され、 端子 1 0 4から 出力される。

図 1 9には、 図 1 8の変換回路 1 0 1の具体的構成を示す。 この 図 1 9において、 端子 2 0 0を介して供給された信号 （図 1 8の端 子 1 0 0を介した信号） が、 二段の帯域分割フィルタ 2 0 1 , 2 0 2によって三つの帯域に分割される。 帯域分割フィルタ 2 0 1では 端子 2 0 0を介した信号が 1 2に間引かれ、 帯域分割フィルタ 2 0 2では上記帯域分割フィルタ 2 0 1で 1 / 2に間引かれた一方の 信号がさらに 1 / 2に間引かれる （端子 2 0 0の信号が 1 / 4に間 引かれるようになる） 。 すなわち、 帯域分割フィルタ 2 0 2からの 2つの信号の帯域幅は、 端子 2 0 0からの信号の帯域幅の 1 Z 4と なっている。

これら帯域分割フィルタ 2 0 1， 2 0 2によって上述のように三 つの帯域に分割された各帯域の信号は、 それぞれ M D C T等のスぺ ク トル変換を行う順スペク トル変換回路 2 0 3 , 2 0 4 , 2 0 5に よってスぺク トル信号成分となされる。 これら順スぺク トル変換回 路 2 0 3 , 2 0 4， 2 0 5の出力が上記図 1 8の信号成分符号化回 路 1 0 2に送られる。

図 2 0には、 図 1 8の信号成分符号化回路 1 0 2の具体的な構成 を示す。

この図 2 0において、 端子 3 0 0に供給された上記信号成分符号 化回路 1 0 2からの出力は、 正規化回路 2 0 1によって所定の帯域 毎に正規化が施された後、 量子化回路 3 0 3に送られる。 また、 上 記端子 3 0 0に供給された信号は、 量子化精度決定回路 3 0 2にも 送られ 。

上記量子化回路 3 0 3では、 上記端子 3 0 0を介した信号から量 子化精度決定回路 3 0 3によって計算された量子化精度に基づいて、 上記正規化回路 3 0 1からの信号に対して量子化が施される。 当該 量子化回路 3 0 3からの出力が端子 3 0 4から出力されて図 1 8の 符号列生成回路 1 0 3に送られる。 なお、 この端子 3 0 4からの出 力信号には、 上記量子化回路 3 0 3によって量子化された信号成分 に加え、 上記正規化回路 3 0 1における正規化係数情報や上記量子 化精度決定回路 3 0 2における量子化精度情報も含まれている。 図 2 1には、 図 1 8の構成の符号化装置によって生成された符号 列から音響信号を復号化して出力する復号化装置の概略構成を示す。

この図 2 1において、 端子 4 0 0を介して供給された図 1 8の構 成により生成された符号列からは、 符号列分解回路 4 0 1によって 各信号成分の符号が抽出される。 それらの符号からは、 信号成分復 号化回路 4 0 2によって各信号成分が復元され、 その後、 逆変換回 路 4 0 3によって図 1 8の変換回路 1 0 1の変換に対応する逆変換 が施される。 これにより音響波形信号が得られ、 この音響波形信号 が端子 4 0 4から出力される。

図 2 2には、 図 2 1の逆変換回路 4 0 3の具体的な構成を示す。 この図 2 1の構成は、 図 1 9に示した変換回路の構成例に対応し たもので、 端子 5 0 1， 5 0 2 , 5 0 3を介して信号成分復号化回 路 4 0 2から供給された信号は、 それぞれ図 1 9における順スぺク トル変換に対応する逆スぺク トル変換を行う逆スぺク トル変換回路 5 0 4 , 5 0 5 , 5 0 6によって変換がなされる。 これら逆スぺク トル変換回路 5 0 4， 5 0 5 , 5 0 6によって得られた各帯域の信 号は、 二段の帯域合成フィルタによって合成される。

すなわち、 逆スぺク トル変換回路 5 0 5及び 5 0 6の出力は帯域 合成フィル夕 5 0 7に送られて合成され、 この帯域合成フィル夕 5 0 7の出力と上記逆スぺク トル変換回路 5 0 4の出力とが帯域合成 フィルタ 5 0 8にて合成される。 当該帯域合成フィルタ 5 0 8の出 力が端子 5 0 9 (図 2 1の端子 4 0 4 ) から出力されるようになる。 次に、 図 2 3には、 図 1 8に示される符号化装置において、 従来 より行なわれてきた符号化の方法について説明を行なうための図で ある。 この図 2 3の例において、 スぺク トル信号は図 1 9の変換回 路によって得られたものであり、 図 2 3は M D C Tによるスぺク ト ル信号の絶対値のレベルを d B値に変換して示したものである。 この図 2 3において、 入力信号は所定の時間プロック毎に 6 4個 のスぺク トル信号に変換されており、 それが図 2 3の図中 b 1から b 5に示す五つの所定の帯域毎にグループ （これをここでは符号化 ュニッ トと呼ぶことにする） にまとめて正規化及び量子化が行なわ れる。 ここでは各符号化ユニッ トの帯域幅は低域側で狭く、 高域側 で広く とられており、 聴覚の性質に合った量子化雑音の発生の制御 ができるようになつている。

ところが、 上述した従来用いられた方法では、 周波数成分を量子 化する帯域は固定されている。 このため、 例えば、 スペク トルが幾 つかの特定の周波数近辺に集中する場合には、 それらのスぺク トル 成分を十分な精度で量子化しょうとすると、 それらのスぺク トル成 分と同じ帯域に属する多数のスぺク トルに対して多くのビッ トを割 り振らなければならない。

すなわち、 上記図 2 3からも明らかなように、 所定の帯域毎にま とめて正規化が行なわれると、 例えば信号にトーン性成分が含まれ ている図中 b 3の帯域において、 正規化係数値はトーン性成分によ つて決まる大きな正規化係数値をもとに正規化されることになる。 このとき、 一般に、 特定の周波数にスぺク トルのエネルギが集中 するトーン性の音響信号に含まれる雑音は、 エネルギが広い周波数 帯にわたってなだらかに分布する音響信号に加わった雑音と比較し て非常に耳につき易く、 聴感上大きな障害となる。 さらにまた、 大 きなエネルギを持つスぺク トル成分すなわちトーン性成分が十分精 度良く量子化されていないと、 それらのスぺク トル成分を時間軸上 の波形信号に戻して前後のプロックと合成した場合にプロック間で の歪みが大きくなり （隣接する時間プロックの波形信号と合成され た時に大きな接続歪みが発生する） 、 やはり大きな聴感上の障害と なる。 このため、 トーン性成分の符号化のためには十分なビッ ト数 で量子化を行なわなければならないが、 上述のように所定の帯域毎 に量子化精度が決められる場合にはトーン性成分を含む符号化ュニ ッ ト内の多数のスぺク トルに対して多くのビッ トを割り当てて量子 化を行なう必要があり、 符号化効率が悪くなつてしまう。 したがつ て、 従来は、 特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化させるこ となく符号化の効率を上げることが困難であった。

そこで、 本発明は、 特にトーン性の音響信号に対して音質を劣化 させることなく符号化の効率を上げることを可能とする信号符号化 装置又は信号符号化方法と、 さらにこれら信号符号化装置などで処 理された信号が記録される記録媒体と、 この記録媒体から再生され るか或いは信号符号化装置から伝送された符号化信号を復号化する 信号復号化装置又は信号復号化方法の提供を目的とするものである。 発 明 の 開 示 本発明に係る入力信号の信号符号化方法は、 入力信号を周波数成 分に変換し、 上記周波数成分をトーン性成分からなる第 1の信号と その他の成分からなる第 2の信号に分離し、 上記第 1の信号を符号 化し、 上記第 2の信号に基づく信号を符号化することを特徴とする ものである。

ここで、 本発明の信号符号化方法において、 上記変換はスぺク ト ル変換であり、 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を符号 化、 或いは、 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報を符号化 する。 また、 上記第 2の信号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信号のト一ン性成分の主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にした信号、 或いは、 上記周波数成分の上記第 1の信号及びその 近隣の周波数成分を 0にした信号である。 さらに、 上記分離のステ ップは、 上記トーン性成分を符号化し、 上記符号化されたトーン性 成分を復号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上記入力信号の 周波数成分から差し引いて差分信号を生成するステップを含み、 上 記第 2の信号は、 上記差分信号である。 上記第 1の信号の符号化の ステツプ及び上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプの内 の少なく とも上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプは、 入力された信号を符号化ュニッ ト毎に正規化し、 正規化された信号 を量子化するステップを含む。 上記第 1の信号の符号化のステップ 及び上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプは、 入力され た信号に対して可変長符号化を行うステツプを含む。 上記分離のス テツプは、 上記周波数成分の高域のみから上記第 1の信号を分離す るものである。 上記変換のステップは、 低域側の周波数分解能が、 高域側の周波数分解能より高くなるように変換を行う。 なお、 上記 入力信号は音声信号である。 また、 上記位置情報は、 現ブロックの 位置情報と他の時間プロックの位置情報との差を示す情報を含む。 上記第 1の信号の各周波数成分に対して上記 0にされる周波数成分 の数は、 高域側の方が低域側より多い。 上記第 1の信号の内の 1つ の周波数成分に対して上記 0にされる周波数成分の数は、 上記第 1 の信号の内の 1つの周波数成分を中心として高域側と低域側で非対 称である。 上記分離のステップは、 上記差分信号のトーン性成分を 符号化し、 上記符号化されたトーン性成分を復号化し、 上記復号化 されたトーン性成分を上記差分信号から差し引いて新たな差分信号 を生成し、 上記新たな差分信号を上記差分信号とするステップを少 なく とも 1回含み、 上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である。 次に、 本発明の入力信号を符号化する符号化装置は、 入力信号を 周波数成分に変換する手段と、 上記周波数成分をトーン性成分から なる第 1の信号とその他の成分からなる第 2の信号に分離する手段 と、 上記第 1の信号を符号化する第 1の符号化手段と、 上記第 2の 信号に基づく信号を符号化する第 2の符号化手段とを有することを 特徴とする。

ここで、 本発明の信号復号化装置においては、 上記変換はスぺク トル変換であり、 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を符 号化する位置情報符号化手段、 或いは、 上記トーン性成分の所定の 範囲内での数情報を符号化する符号化手段を有する。 上記第 2の信 号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信号のト一ン性成分の 主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にした信号、 或いは、 上 記周波数成分の上記第 1の信号及びその近隣の周波数成分を 0にし た信号である。 上記分離手段は、 上記トーン性成分を符号化する符 号化手段と、 上記符号化されたトーン性成分を復号化する復号化手 段と、 上記復号化されたトーン性成分を上記入力信号の周波数成分 から差し引いて差分信号を生成する手段とを含み、 上記第 2の信号 は、 上記差分信号である。 上記第 1の符号化手段及び上記第 2の符 号化手段の内の少なく とも上記第 2の符号化手段は、 入力された信 号を符号化ュニッ ト毎に正規化する正規化手段と、 正規化された信 号を量子化する量子化手段とを含む。 上記第 1の符号化手段及び上 記第 2の符号化手段の内の少なく とも上記第 2の符号化手段は、 入 力された信号に対して可変長符号化を行う可変長符号化手段を含む。 上記分離手段は、 上記周波数成分の高域のみから上記第 1の信号を 分離する。 上記変換手段は、 低域側の周波数分解能が、 高域側の周 波数分解能より高くなるように変換を行う。 上記入力信号は音声信 号である。 上記位置情報は、 現ブロックの位置情報と他の時間プロ ックの位置情報との差を示す情報を含む。 上記第 1の信号の各周波 数成分に対して上記 0にされる周波数成分の数は、 高域側の方が低 域側より多い。 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分に対して上 記 0にされる周波数成分の数は、 上記第 1の信号の内の 1つの周波 数成分を中心として高域側と低域側で非対称である。 上記分離手段 は、 上記差分信号のトーン性成分を符号化する符号化手段と、 上記 符号化されたトーン性成分を復号化する復号化手段と、 上記復号化 されたトーン性成分を上記差分信号から差し引いて新たな差分信号 を生成し、 上記新たな差分信号を上記差分信号として出力する手段 とを含み、 上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である。

次に、 本発明の符号化された信号の記録された信号記録媒体は、 入力信号を周波数成分に変換し、 上記周波数成分をトーン性成分か らなる第 1の信号とその他の成分からなる第 2の信号に分離し、 上 記第 1の信号を符号化し、 上記第 2の信号に基づく信号を符号化し、 符号化された上記第 1及び第 2の信号を記録したものである。

ここで、 本発明の信号記録媒体において、 上記変換はスぺク トル 変換であり、 上記ト—ン性成分の周波数軸上での位置情報を符号化 し、 符号化された位置情報を記録する。 また、 上記トーン性成分の 所定の範囲内での数情報を符号化し、 符号化された数情報を記録す る。 上記第 2の信号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信号 のトーン性成分の主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にした 信号である。 上記第 2の信号に基づく信号は、 上記周波数成分の上 記第 1の信号及びその近隣の周波数成分を 0にした信号である。 上 記分離のステップは、 上記トーン性成分を符号化し、 上記符号化さ れたトーン性成分を復号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上 記入力信号の周波数成分から差し引いて差分信号を生成するステツ プを含み、 上記第 2の信号は、 上記差分信号である。 上記第 1の信 号の符号化のステツプ及び上記第 2の信号に基づく信号の符号化の ステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基づく信号の符号化の ステップは、 入力された信号を符号化ュニッ ト毎に正規化し、 正規 化された信号を量子化するステップを含む。 上記第 1の信号の符号 化のステツプ及び上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプ の内の少なく とも上記第 2の信号に基づく信号の符号化のステツプ は、 入力された信号に対して可変長符号化を行ぅステツプを含む。 上記分離のステップは、 上記周波数成分の高域のみから上記第 1の 信号を分離する。 上記変換のステップは、 低域側の周波数分解能が、 高域側の周波数分解能より高くなるように変換を行う。 上記入力信 号は音声信号である。 上記位置情報は、 現ブロックの位置情報と他 の時間プロックの位置情報との差を示す情報を含む。 上記第 1の信 号の各周波数成分に対して上記 0にされる周波数成分の数は、 高域 側の方が低域側より多い。 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分 に対して上記 0にされる周波数成分の数は、 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分を中心として高域側と低域側で非対称である。 上 記分離のステップは、 上記差分信号のトーン性成分を符号化し、 上 記符号化されたトーン性成分を復号化し、 上記復号化されたトーン 性成分を上記差分信号から差し引いて新たな差分信号を生成し、 上 記新たな差分信号を上記差分信号とするステップを少なく とも 1回 含み、 上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である。 また、 本 発明の符号化された信号の記録された信号記録媒体は、 トーン性成 分に関する トーン性成分情報と、 ノイズ性成分に関するノイズ性成 分情報とが別々に記録されている。

ここで、 本発明の信号記録媒体において、 上記トーン性成分情報 は、 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を、 或いは、 上記 ト一ン性成分の所定の範囲内での数情報を含む。 上記ト一ン性成分 情報及び上記ノィズ性成分情報の内の少なく ともノィズ性成分情報 は、 正規化係数情報と量子化精度情報とを含む。

次に、 本発明の符号化された信号の信号復号化方法は、 トーン性 成分からなる第 1の信号を復号化して第 1の復号化信号を生成し、 ノィズ性成分からなる第 2の信号を復号化して第 2の復号化信号を 生成し、 上記第 1及び第 2の復号化信号を合成して逆変換を行う合 成逆変換、 又は上記第 1及び第 2の復号化信号を各々逆変換して合 成する合成逆変換を行うことを特徴とする。

ここで、 本発明の信号復号化方法において、 上記合成逆変換のス テップは、 上記ト一ン性成分の周波数軸上での位置情報に基づいて 合成又は逆変換を行う。 また、 本発明の信号復号化方法では、 上記 ト一ン性成分の所定の範囲内での数情報に基づいて、 上記第 1の信 号と上記第 2の信号とを分離するステップを含む。 上記第 1の復号 化信号を生成するステツプ及び上記第 2の復号化信号を生成するス テップの内の少なく とも上記第 2の複号化信号を生成するステツプ は、 正規化情報及び量子化精度情報に基づいて入力された信号に対 して逆量子化及び正規化の解除を行う。 上記符号化された信号は音 尸 "^である。

次に、 本発明の符号化された信号の信号復号化装置は、 トーン性 成分からなる第 1の信号を復号化して第 1の復号化信号を生成する 第 1の復号化手段と、 ノイズ性成分からなる第 2の信号を復号化し て第 2の復号化信号を生成する第 2の復号化手段と、 上記第 1及び 第 2の復号化信号を合成して逆変換を行う合成逆変換、 又は上記第 1及び第 2の複号化信号を各々逆変換して合成する合成逆変換を行 う合成逆変換手段とを有する。

ここで、 本発明の信号復号化装置において、 上記合成逆変換手段 は、 上記ト一ン性成分の周波数軸上での位置情報に基づいて合成又 は逆変換を行う。 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報に基 づいて、 上記第 1の信号と上記第 2の信号とを分離する分離手段を 有する。 上記第 1の復号化手段及び上記第 2の復号化手段は、 正規 化情報及び量子化精度情報に基づいて入力された信号に対して逆量 子化及び正規化の解除を行う手段を有する。 上記符号化された信号 は音声信号である。

したがって、 本発明によれば、 入力された例えば音響信号を特定 の周波数にエネルギが集中する信号成分と広い帯域にエネルギがな だらかに分布する成分とに分離して符号化を施すことにより、 高い 符号化効率を実現できる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1は本発明実施例の符号化装置の概略構成を示すプロック回路 図である。

図 2は本発明実施例の復号化装置の概略構成を示すプロック回路 図である。

図 3は合成逆変換部の構成を示すプロック回路図である。

図 4は本発明実施例の信号成分分離回路における処理流れを示す フローチャートである。

図 5は本実施例の信号符号化におけるトーン性成分を説明するた めの図である。

図 6は本実施例の信号符号化におけるノイズ性成分を説明するた めの図である。

図 7は本実施例の信号符号化における分離されたト一ン性成分を 示す図である。

図 8は本実施例の信号符号化の他の例について説明するための図 である。

図 9は本実施例の信号符号化方法を説明するための信号符号化装 置の概略構成を示すプロック回路図である。

図 1 0は本実施例の信号符号化における元のスぺク トル信号から トーン性成分を符号化して復号化した信号を引いたものを符号化す る方法を説明するための図である。

図 1 1は本実施例の信号符号化における元のスぺク トル信号から トーン性成分を符号化して復号化した信号を引いた様子を示す図で あ ^>

図 1 2は本実施例の信号符号化においてト一ン性成分の抽出の帯 域を高域においてのみ行った場合について説明するための図である。 図 1 3は本実施例の信号符号化により符号化されて得られた符号 列の記録を説明するための図である。

図 1 4は本実施例の信号符号化においてある時間プロックにおけ るスぺク トル信号の様子を示す図である。

図 1 5は本実施例の信号符号化においてある時間プロックに隣接 する時間プロックにおけるスぺク トル信号の様子を示す図である。 図 1 6は本実施例の時間プロックにおけるスぺク トル信号のうち トーン性成分情報の中心位置情報を 2ビッ トで符号化した例を説明 するための図である。

図 1 7は本実施例の中心位置情報を記録媒体に記録する場合の記 録状態を説明するための図である。

図 1 8は従来の符号化装置の概略構成を示すプロック回路図であ る

図 1 9は本実施例及び従来の符号化装置の変換回路の具体的構成 を示すプロック回路図である。

図 2 0は本実施例及び従来の符号化装置の信号成分符号化回路の 具体的構成を示すプロック回路図である。

図 2 1は従来の復号化装置の概略構成を示すプロック回路図であ

•Q o

図 2 2は本実施例及び従来の復号化装置の逆変換回路の具体的構 成を示すプロック回路図である。

図 2 3は従来技術による符号化方法を説明するための図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の好ましい実施例について、 図面を参照しながら説 明する。

図 1には、 本発明の信号符号化方法が適用される本発明実施例の 信号符号化装置の概略構成を示している。

図 1において、 端子 6 0 0には音響波形信号が供給される。 この 音響信号波形は、 変換回路 6 0 1によって信号周波数成分に変換さ れた後、 信号成分分離回路 6 0 2に送られる。

当該信号成分分離回路 6 0 2においては、 変換回路 6 0 1によつ て得られた信号周波数成分は、 急峻なスぺク トル分布を持つトーン 性成分と、 それ以外の信号周波数成分すなわち平坦なスぺク トル分 布を持つノイズ性成分とに分離される。 これら分離された周波数成 分のうち、 上記急峻なスぺク トル分布を持つトーン性成分はトーン 性成分符号化回路 6 0 3で、 それ以外の信号周波数成分である上記 ノイズ性成分はノイズ性成分符号化回路 6 0 4で、 それぞれ符号化 される。 これらトーン性成分符号化回路 6 0 3とノイズ性成分符号 化回路 6 0 4からの出力は、 符号列生成回路 6 0 5によって符号列 が生成され、 出力される。 E C Cエンコーダ 6 0 6は、 符号列生成 回路 6 0 5からの符号列に対して、 エラーコレクションコードを付 加する。 E C Cエンコーダ 6 0 6からの出力は、 E F M回路 6 0 7 によって変調され、 記録へッ ド 6 0 8に供給される。 記録へッ ド 6 0 8は、 E F M回路 6 0 7から出力された符号列をディスク 6 0 9 に記録する。 ディスク 6 0 9は例えば光磁気ディスクゃ相変化ディ スクとすることができる。 また、 ディスク 6 0 9の代わりに I C力 一ド等を用いることもできる。

なお、 変換回路 6 0 1には前述した図 1 7と同様の構成を使用す ることができる。 もちろん、 図 1の変換回路 6 0 1の具体的構成と しては、 上記図 1 7の構成以外にも多数考えることができ、 例えば、 入力信号を直接 M D C Tによってスぺク トル信号に変換しても良い し、 スぺク トル変換は M D C Tではなく D F Tや D C Tなどを用い ることもできる。

また、 前述のように、 帯域分割フィルタによって信号を帯域成分 に分割することも可能であるが、 本発明の方法は特定の周波数にェ ネルギが集中する場合に特に有効に作用するので、 多数の周波数成 分が比較的少ない演算量で得られる上述のスぺク トル変換によって 周波数成分に変換する方法をとると都合がよい。

さらに、 トーン性成分符号化回路 6 0 3とノィズ性成分符号化回 路 6 0 4 も基本的には前述した図 1 8と同様の構成で実現すること ができるものである。

一方、 図 2には、 図 1の符号化装置で符号化された信号を復号化 する本発明の信号復号化方法が適用される実施例の信号復号化装置 の概略構成を示す。

この図 2において、 ディスク 6 0 9から再生へッ ド 7 0 8を介し て再生された符号列は、 E F M復調回路 7 0 9に供給される。 E F M復調回路 7 0 9では、 入力された符号列を復調する。 復調された 符号列は、 E C Cデコーダ 7 1 0に供給され、 ここでエラー訂正が 行われる。 符号列分解回路 7 0 1は、 エラー訂正された符号列中の ト一ン性成分情報数に基づいて、 符号列のどの部分がト一ン性成分 符号であるかを認識し、 入力された符号列をトーン性成分符号とノ ィズ性成分符号に分離する。 また、 符号列分離回路 7 0 1は、 入力 された符号列からトーン性成分の位置情報を分離し、 後段の合成回 路 7 0 4に出力する。 上記トーン性成分符号はトーン性成分復号化 回路 7 0 2に送られ、 上記ノイズ性成分符号はノイズ性成分復号化 回路 7 0 3に送られ、 ここでそれぞれ逆量子化及び正規化の解除が 行われ復号化される。 その後、 これらトーン性成分復号化回路 7 0 2とノイズ性成分復号化回路 7 0 3からの復号化信号は、 上記図 1 の信号成分分離回路 6 0 2での分離に対応する合成を行う合成回路 7 0 4に供給される。 合成回路 7 0 4は、 符号列分離回路 7 0 1力、 ら供給されたトーン性成分の位置情報に基づいて、 トーン性成分の 復号化信号を、 ノイズ性成分の復号化信号の所定の位置に加算する ことにより、 ノイズ性成分とトーン性成分の周波数軸上での合成を 行う。 さらに、 合成された復号化信号は、 上記図 1の変換回路 6 0 1での変換に対応する逆変換を行う逆変換回路 7 0 5で変換処理さ れ、 周波数軸上の信号から元の時間軸上の波形信号に戻される。 こ の逆変換回路 7 0 5からの出力波形信号は、 端子 7 0 7から出力さ れる。

なお、 逆変換と合成の処理順序は逆でもよく、 この場合図 2にお ける合成逆変換部 7 1 1は図 3に示す構成となる。 この図 3におい て、 逆変換回路 7 1 2は、 ノイズ性成分復号化回路 7 0 3からの周 波数軸上のノィズ性成分の復号化信号を時間軸上のノィズ性成分信 号に逆変換する。 逆変換回路 7 1 3は、 トーン性成分復号化回路 7 0 2からのトーン性成分の復号化信号を、 符号列分離回路 7 0 1か ら供給されたトーン性成分の位置情報の示す周波数軸上の位置に配 し、 これを逆変換して、 時間軸上のトーン性成分信号を生成する。 合成回路 7 1 4は、 逆変換回路 7 1 2からの時間軸上のノイズ性成 分信号と逆変換回路 7 1 3からの時間軸上のトーン性成分信号とを 合成し、 元の波形信号を生成する。

なお、 上記逆変換回路 7 0 5 , 7 1 2 , 7 1 3には、 前述した図 2 2と同様の構成を使用することができる。

ここで、 図 4には、 図 1の符号化装置の信号成分分離回路 6 0 2 においてトーン性成分を分離するための具体的処理の流れを表す。 なお、 図 4において、 Iはスペク トル信号の番号を、 Nはスぺク トル信号の総数、 P , Rは所定の係数を示している。 また、 上記ト ーン成分は、 あるスぺク トル信号の絶対値が局所的に見て他のスぺ ク トル成分よりも大きく、 なおかつ、 それがその時間ブロック （ス ぺク トル変換の際のプロック） におけるスぺク トル信号の絶対値の 最大値と比較して所定の大きさ以上であり、 さらに、 そのスぺク ト ルと近隣のスぺク トル （例えば両隣のスぺク トル） のエネルギの和 がそれらのスぺク トルを含む所定の帯域内のエネルギに対して所定 の割合以上を示している場合に、 そのスぺク トル信号と例えばその 両隣のスぺク トル信号がトーン性成分であると見なしている。 なお、 ここで、 エネルギ分布の割合を比較する所定の帯域としては、 聴覚 の性質を考慮して例えば臨界帯域幅に合わせて、 低域では狭く高域 では広く とることができる。

すなわち、 この図 4において、 先ず、 ステップ S 1では最大スぺ ク トル絶対値を変数 AO に代入し、 ステップ S 2ではスぺク トル信 号の番号 Iを 1にする。 ステップ S 3では、 ある時間ブロック内の あるスぺク トル絶対値を変数 Aに代入する。

ステップ S 4では、 上記スぺク トル絶対値が局所的に見て他のス ぺク トル成分よりも大きい極大絶対値スぺク トルか否かを判断し、 極大絶対値スぺク トルでないとき （No) にはステップ S 1 0に進 み、 極大絶対値スぺク トルである場合 （Ye s) にはステップ S 5 に進む。

ステップ S 5では、 当該極大絶対値スぺク トルを含むその時間ブ 口ックにおける当該極大絶対値スぺク トルの変数 Aと最大スぺク ト ル絶対値の変数 AO との比と、 所定の大きさを示す係数 Pとの大小 比較 （AZA0 > P) を行い、 AZA0 が Pより大きい場合 （Ye s ) にはステップ S 6に、 AZA0 が P以下の場合 （No) にはス テツプ S 1 0に進む。

ステップ S 6では、 上記スぺク トル絶対値のスぺク トル （極大絶 対値スぺク トル） の近隣のスぺク トルのエネルギ値 （例えば両隣の スペク トルのエネルギの和） を変数 Xに代入し、 次のステップ S 7 では当該極大絶対値スぺク トル及びその近隣のスぺク トルを含む所 定の帯域内のエネルギ値を変数 Yに代入する。

次のステップ S 8では、 上記エネルギ値の変数 Xと所定帯域内の エネルギ値の変数 Yとの比と、 所定の割合を示す係数 Rとの大小比 較 （X/Y〉R) を行い、 XZYが Rより大きいとき （Ye s) に はステップ S 9に、 X/Yが R以下のとき （No) にはステップ S 1 0に進む。

ステップ S 9では、 上記極大絶対値スぺク トルとその近隣のスぺ ク トルにおける上記エネルギがそれらのスぺク トルを含む所定の帯 域内のエネルギに対して所定の割合以上を示している場合に、 その 極大絶対値スぺク トルの信号と例えばその両隣のスぺク トルの信号 がトーン性成分であると見なし、 その旨を登録する。 次のステツ プ S 1 0では、 上記ステップ S 9において登録されたスぺク トル信 号の番号 Iとスぺク トル信号の総数 Nとが等しい （ I =N) か否か を判断し、 等しい場合 （Ye s) には処理を終了し、 等しくない場 合 （No) にはステップ S 1 1に進む。 このステップ S 1 1では、 I = I + 1 として 1づっスぺク トル信号の番号を増加させてステツ プ S 3に戻り、 上述の処理を繰り返す。

信号成分分離回路 6 0 2は、 上述の処理によってトーン性成分で あると判定した周波数成分をトーン性成分符号化回路 6 0 3に供給 し、 それ以外の周波数成分をノイズ性成分として、 ノイズ性成分符 号化回路 6 04に供給する。 また、 信号成分分離回路 6 0 2は、 ト ーン性成分であると判定された周波数情報の数とその位置の情報を 符号列生成回路 6 0 5に供給する。

図 5には、 上述のようにしてトーン性成分が周波数成分から分離 される一例の様子を表す。

この図 5に示す例では、 図中 TCA , TCB , TCC , TCD で 示す四つのトーン性成分が抽出されている。 ここで、 当該トーン性 成分は、 図 5の例のように少数のスぺク トル信号に集中して分布し ているため、 これらの成分を精度良く量子化しても、 全体としては あまり多くのビッ ト数は必要とはならない。 また、 トーン成分を一 旦、 正規化してから量子化することによって符号化の効率を高める ことができるが、 トーン性成分を構成するスぺク トル信号は比較的 少数であるので正規化や再量子化の処理を省略して装置を簡略化し てもよい。

また、 図 6には、 元のスペク トル信号からトーン性成分を除いた ノイズ性成分を表した例を示している。

この図 6に示すように、 各帯域 b 1〜b 5において上記元のスぺ ク トル信号からは上述のようにトーン性成分が除かれているため、 各符号化ュニッ トにおける正規化係数は小さな値となり、 したがつ て、 少ないビッ ト数でも発生する量子化雑音は小さくすることがで きる。

ここで、 聴覚の性質を利用すると、 上記ノイズ性成分の符号化は さらに効率良く行なうことができる。 すなわち、 周波数軸上でトー ン性の信号の近辺ではマスキング効果が有効に働く。 したがって、 抽出された近辺のノイズ性成分 （上記トーン性成分の近辺のノイズ 性成分） は 0であるとして符号化を行なっても、 それが後に復号化 された音響信号は元の音と聴感上、 大きな差異は感じられない。 図 7を用いて、 このような性質を利用したノィズ性成分符号化回 路 6 0 4における符号化の方法の具体例について説明する。

この図 7においては、 上記トーン性成分 （T C A , T C B , T C C ， T C D ) の主要部分が存在する符号化ュニッ トのノイズ性成分 を 0にしている。 このため、 各帯域のノイズ性成分のうち、 実際に 符号化されるのは帯域 b 5の符号化ュニッ トだけである。 この方法 は、 符号化ュニッ トが臨界帯域幅を基準にとられている場合などに は極めて簡単な方法で圧縮を行なうことができる。

また、 図 8を用いて、 このような性質を利用した符号化の方法の もう一^ ^の具体例について説明する。

この図 8においては、 符号化ュニッ トのノイズ性成分を 0にする のではなく、 各トーン性成分 （TCA , TCB , TCC , TCD ) の近隣の所定の数のスぺク トル成分を 0にしている。 この所定の数 は、 聴覚の性質に基づいて、 そのトーン性成分の周波数によって変 化させ、 低域では少なく、 高域では多く とるようにすることができ る。 また、 この具体例では、 この結果、 帯域 b 4の符号化ュニッ ト のノイズ性成分が全て 0となり、 帯域 b 4のノイズ性成分は実際に は符号化されない。 この具体例の方法によっても比較的簡単な手段 によって聴覚的に有効な効率の良い圧縮を行なうことができる。 な お、 トーン性成分によるマスキングは高域側に対して強く働くため、 ノイズ性成分を 0にする範囲は非対称にしても良い。

またノイズ性成分を、 符号列生成回路 6 0 5において、 例えば、 D.A.Huffman: A Method for Construction of Minimum Redundancy Codes, Pro I.R.E., 40， p.1098 (1952)に述べられているいわゆ る可変長符号によつて符号化してもよい。 このような符号化方法で は頻度の多いパターンには短い符号長を割り当てることによって符 号化の効率を上げているが、 このような符号を用いる場合には前述 のようにノイズ性の成分を 0にしておく方法が有効に働く。 すなわ ち、 0の成分が多く出現するため、 0に対して短い長さの符号を割 り当てることによって符号化の効率を上げることができる。 以上、 トーン性成分を分離し、 トーン性成分およびその近辺の信 号を 0にした後、 ノィズ性成分を符号化する本実施例の方法につい て述べたが、 元のスぺク トル信号からトーン性成分を符号化して復 号化した信号を引いたものを符号化していく、 という方法もとるこ とができる。

この方法による信号符号化装置を図 9を参照しながら説明する。 尚、 図 1 と同じ構成については、 同じ番号を付与し、 その説明を省 略する。

変換回路 6 0 1によって得られたスぺク トル信号は、 制御回路 8 0 8によって制御されるスィツチ 8 0 1を介して、 トーン性成分抽 出回路 8 0 2に供給される。 トーン性成分抽出回路 8 0 2は、 上述 した図 4の処理によってトーン性成分を判別し、 判別されたトーン 性成分のみをトーン性成分符号化回路 6 0 3に供給する。 また、 ト —ン性成分抽出回路 8 0 2は、 トーン性成分情報の数と、 その中心 位置情報を符号化列生成回路 6 0 5に出力する。 トーン性成分符号 化回路 6 0 3は、 入力されたトーン性成分に対し、 正規化及び量子 化を行い、 正規化及び量子化されたトーン性成分を符号化列生成回 路 6 0 5及びローカルデコーダ 8 0 4に供給する。 ローカルデコー ダ 8 0 4は、 正規化及び量子化されたトーン性成分に対して、 逆量 子化及び正規化の解除を行い、 元のトーン性成分の信号を復号する。 但しこの時、 復号信号には量子化雑音が含まれることになる。 ロ ー カルデコーダ 8 0 4からの出力は、 1回目の復号信号として、 加算 器 8 0 5に供給される。 また、 加算器 8 0 5には、 スィツチ制御回 路 8 0 8によって制御されるスィッチ 8 0 6を介して、 変換回路 6 0 1からの元のスぺク トル信号が供給される。 加算器 8 0 5は、 元 のスペク トル信号から、 1回目の復号信号を差し引いて 1回目の差 分信号を出力する。 トーン性成分の抽出、 符号化、 復号化、 差分化 処理を 1回で終了する場合は、 この 1回目の差分信号がノイズ性成 分として、 スィッチ制御回路 8 0 8によって制御されるスィッチ 8 0 7を介して、 ノイズ性成分符号化回路 6 0 4に供給される。 トー ン性成分の抽出、 符号化、 復号化、 差分化処理を繰り返す場合は、 1回目の差分信号は、 スィッチ 8 0 1を介してトーン性成分抽出回 路 8 0 2に供給される。 トーン性成分抽出回路 8 0 2、 トーン性成 分符号化回路 6 0 3、 ローカルデコーダ 8 0 4は上述と同様の処理 を行い、 得られた 2回目の復号信号が加算器 8 0 5に供給される。 また、 加算器 8 0 5には、 スィッチ 8 0 6を介して 1回目の差分信 号が供給される。 加算器 8 0 5は、 1回目の差分信号から、 2回目 の復号信号を差し引いて 2回目の差分信号を出力する。 トーン性成 分の抽出、 符号化、 復号化、 差分化処理を 2回で終了する場合は、 この 2回目の差分信号が、 ノイズ性成分として、 スィッチ 8 0 7を 介して、 ノイズ性成分符号化回路 6 0 4に供給される。 トーン性成 分の抽出、 符号化、 復号化、 差分化処理を更に繰り返す場合は、 上 述と同様な処理が、 トーン性成分抽出回路 8 0 2、 トーン性成分符 号化回路 6 0 3、 ローカルデコーダ 8 0 4、 加算器 8 0 5によって 行われる。 スィッチ制御回路 8 0 8は、 トーン性成分情報数の閾値 を保持しており、 トーン性成分抽出回路から得られるトーン性成分 情報数がこの閾値を越えた場合にトーン性成分の抽出、 符号化、 復 号化処理を終了するようスィッチ 8 0 7を制御する。 また、 トーン 性成分符号化回路 6 0 3において、 トーン性成分が抽出されなくな つた時点で、 トーン性成分の抽出、 符号化、 復号化、 差分化処理を 終了とすることも出来る。

図 1 0 と図 1 1は、 このような方法で符号化を行う場合の例を示 しており、 図 1 1は図 1 0のスぺク トル信号から一- 3のトーン性成 分を符号化して復号化した信号を差し引いたものである。

また、 図 1 1のスペク トル信号から更に図中破線で示した成分を トーン性成分として抽出して符号化することによって、 スぺク トル 信号の符号化精度を上げることができ、 これを繰り返していく こと により精度の高い符号化を行なうことができる。 なお、 この方法を 用いる場合、 トーン成分を量子化するためのビッ ト数の上限を低く 設定していても符号化精度を十分に高く とることができ、 したがつ て、 量子化ビッ ト数を記録するビッ ト数を小さくすることができる という利点もある。 また、 このようにトーン性成分を多段階に抽出 していく方法は、 必ずしもトーン性成分を符号化して復号化したも のと同等の信号を元のスぺク トル信号から差し引いていく場合だけ でなく、 抽出されたトーン性成分のスぺク トル信号を 0にした場合 にも適用可能であり、 本発明の記述において 「トーン性成分を分離 した信号」 等の表現はこの両者を含むものである。

次に、 図 1 2は、 トーン性成分の抽出の帯域を高域においてのみ 行なつた具体例を示すものである。

ここで、 一般にスぺク トル変換を行なった場合、 低域において十 分な周波数分解能をとるためにはスぺク トル変換の変換区間長を極 めて長く とらなければならず、 これを小規模な装置で実現するのは 困難である。 また、 トーン性成分を符号化するためには、 そのトー ン性成分の位置情報や正規化情報を符号化する必要があるが、 低域 において分離度の悪いトーン性成分が多数ある場合にはこれらの情 報を抽出されたトーン性成分の数だけ記録するのは符号化の効率を 上げる上で不利となる。 したがって、 低域側で周波数分解能が十分 にとれない場合には、 図 1 2の例のように高域側でのみトーン性成 分を分離して符号化するようにしても良い。

さらに、 低域で十分な周波数分解能を確保するために、 低域と高 域での周波数分解能を変えても良い。 例えば、 本実施例の図 1の変 換回路 6 0 1 に適用される前述した図 1 9の変換回路において、 帯 域分割フィルタ 2 0 2の 2つの帯域の出力信号のレートは、 帯域分 割フィルタ 2 0 1の順スぺク トル変換回路 2 0 3に送られる信号の レートの半分に間引かれているが、 順スぺク トル変換回路 2 0 3, 2 0 4, 2 0 5で同一数の入力信号に対して順スぺク トル変換を施 せば、 順スぺク トル変換回路 2 0 4, 2 0 5からのスぺク トル信号 の周波数分解能は順スぺク トル変換回路 2 0 3からのスぺク トル信 号の分解能よりも 2倍に高くすることができる。

図 1 3は本発明実施例の方法によって、 図 8のスペク トル信号を 符号化した場合の符号列 （記録媒体に記録される符号列） の具体例 を示したものである。

この図 1 3では、 先ず最初に、 トーン性成分情報数 t e n (図 8 の例では 4 ) が記録媒体に記録され、 次に図 8のトーン性成分 TC A , TCB， TCC , TCD に対応するトーン性成分情報 t cA， t cB ， t cC , t cD と、 図 8の各帯域 b 1〜b 5に対応するノ ィズ性成分情報 n c l , n c2 , n c 3 , n c 4 , n c5 の順番に 記録がなされている。

ここで、 上記トーン性成分情報には、 そのトーン性成分の中心ス ぺク トルの位置を表す中心位置情報 C P (例えばトーン性成分 TC B の場合には例えば 1 5 ) と、 量子化のためのビッ ト数を表す量子 化精度情報 （例えばトーン性成分 TCB の場合には例えば 6) と、 正規化係数情報とが、 正規化およぴ量子化された各信号成分情報 (例えば情報. S CI , S C2 , S C3 ) と共に記録媒体に記録され るようになる。 なお、 例えば、 周波数によって固定的に量子化精度 が定められているような場合にはもちろん量子化精度情報は記録す る必要はない。

また、 上述の実施例では、 トーン性成分の位置情報として、 各ト ーン性成分の中心スぺク トルの位置を用いるようにしたが、 各トー ン性成分の一番低域のスぺク トルの位置 （例えばトーン性成分 TC B の場合には 1 4 ) を記録してもよい。

また、 上記ノイズ性成分情報については、 量子化精度情報と、 正 規化係数情報とが、 正規化および量子化された各信号成分情報 （例 えば情報 S C1 ， S C2， · · ·， S C8 ) と共に記録媒体に記録 されるようになる。 なお、 量子化精度情報が 0である場合 （図 1 3 のノイズ性成分情報 n c4 ) には、 その符号化ユニッ トにおいて実 際に符号化が行なわれないことを示している。 この場合も、 帯域に よって固定的に量子化精度が定められている場合には、 量子化精度 情報は記録する必要はないが、 このとき、 例えば帯域 b 4のように 実際には符号化が行なわれない符号化ュニッ トを指定することがで きなくなる。 このような場合には、 例えば、 各符号化ユニッ トで実 際に符号化が行なわれているかどうかを示す 1 ビッ トのフラグ情報 を付加すれば良い。

上述したように、 本発明実施例の方法により トーン性成分情報を 記録媒体に記録するためには、 そのトーン性成分の位置を何らかの 方法で記録する必要があるが、 これについては次のような方法で効 率良く記録することができる。

図 1 4、 図 1 5は、 隣接する時間プロックにおけるスぺク トル信 号の様子を表したもので、 図 1 5のスぺク トル信号は図 1 4の次の 時間ブロックのものを表している。

これら図 1 4, 図 1 5において、 例えば、 上記 MDCTによって 得られたスぺク トル信号は、 その時間プロックでの位相や波形信号 の若干の揺らぎによってプロック毎に変化するが、 トーン性成分の 位置は前のブロックと概ね同じであり、 図 1 4の図中 TCA , TC B , TCC ， TCD のトーン性成分に対応して、 図 1 5の図中 TC E , TCF , TCG , TCH のトーン性成分が現われている。 そこ で、 トーン性成分の中心位置情報を前の時間プロックのトーン性成 分の中心位置情報との相対位置で効率よく記録することができるが、 その具体例を示したのが図 1 6、 図 1 7である。

この図 1 6では、 図 1 4の時間プロックにおける トーン性成分情 報力 t cA， t c B , t cC , t c D の順番に記録されているもの とす.る。 ここで、 例えば図 1 5の時間ブロックにおけるスペク トル 信号のうち、 図 1 5の図中 TCF のトーン性成分情報 t cF の中心 位置情報 C Pとして、 TCB のトーン性成分との中心位置差情報 C Pを図 1 6に示されるように 2ビッ トで符号化した中心位置情報 C P 1 を、 図 1 7に示すように記録することができる。 このように、 多くのトーン性成分の中心位置情報 C Pは他の時間プロック、 例え ば直前の時間プロックにおけるトーン性成分と対応をとることによ つて短い符号で表すことができ、 効率的な符号化が可能となる。 た だし、 TCH のトーン性成分は T CD のトーン性成分が変化したも のであるが、 これに関しては図 1 6の中心位置差情報では表せない ので、 いったん T C D のトーン性成分情報を無効として中心位置情 報 C P 2 を使って T C H のトーン性成分の情報を記録している。 な お、 図 1 7に示された符号はもちろん一例であって、 例えばトーン 性成分情報数 t c n l は、 前の時間ブロックの情報からわかるもの なので省略してもよい。 ，

なお、 以上、 音響信号に対して本発明実施例の方法を適用した例 を中心に説明を行なったが、 本発明実施例の方法は一般の波形信号 の符号化にも適用することが可能である。 しかし、 音響信号の場合、 トーン性成分情報が聴覚的に特に重要な意味を持っており、 本発明 実施例の方法を特に効果的に適用することができる。

以上の説明からも明らかなように、 本発明による信号符号化又は 復号化装置、 信号符号化又は復号化方法を用いれば、 入力信号のう ちトーン性の成分をその他の成分と分離して効率良く符号化するこ とが可能になる。 特に、 本発明を音響信号の符号化に使用した場合 には、 聴感上重要なトーン性の成分を十分に高い精度で、 聴感上ぁ まり重要で無いノイズ性の成分は最小限の精度で符号化することが 可能であり、 極めて効率の良い信号圧縮が可能になる。 したがって、 この圧縮された信号を記録媒体に記録すれば、 記録容量を有効に使 用することができ、 さらに、 この記録媒体を再生して得た信号を復 号化することで良好な音響信号が得られるようになる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入力信号の符号化方法において、

入力信号を周波数成分に変換し、

上記周波数成分をトーン性成分からなる第 1の信号とその他の成 分からなる第 2の信号に分離し、

上記第 1の信号を符号化し、

上記第 2の信号に基づく信号を符号化する

ことを特徴とする信号符号化方法。

2 . 上記変換は、 スペク トル変換である

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

3 . 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を符号化する ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

4 . 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報を符号化する ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

5 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信号 のトーン性成分の主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にした 信号である

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

6 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 上記周波数成分の上記第 1の 信号及びその近隣の周波数成分を 0にした信号である

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

7 . 上記分離のステップは、

上記ト一ン性成分を符号化し、 上記符号化されたトーン性成分を 復号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上記入力信号の周波数 成分から差し引いて差分信号を生成するステップを含み、 上記第 2の信号は、 上記差分信号である

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

8 . 上記第 1の信号の符号化のステップ及び上記第 2の信号に基づ く信号の符号化のステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基づ く信号の符号化のステップは、

入力された信号を符号化ュニッ ト毎に正規化し、

正規化された信号を量子化するステップを含む

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

9 . 上記第 1の信号の符号化のステツプ及び上記第 2の信号に基づ く信号の符号化のステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基づ く信号の符号化のステップは、

入力された信号に対して可変長符号化を行うステップを含む ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

1 0 . 上記分離のステップは、 上記周波数成分の高域のみから上記 第 1の信号を分離する

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

1 1 . 上記変換のステップは、 低域側の周波数分解能が、 高域側の 周波数分解能より高くなるように変換を行う

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

1 2 . 上記入力信号は音声信号である

ことを特徴とする請求項 1に記載の信号符号化方法。

1 3 . 上記位置情報は、 現ブロックの位置情報と他の時間ブロック の位置情報との差を示す情報を含む

ことを特徴とする請求項 3に記載の信号符号化方法。

1 4 . 上記第 1の信号の各周波数成分に対して上記 0にされる周波 数成分の数は、 高域側の方が低域側より多い

ことを特徴とする請求項 6に記載の信号符号化方法。

1 5 . 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分に対して上記 0にさ れる周波数成分の数は、 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分を 中心として高域側と低域側で非対称である

ことを特徴とする請求項 6に記載の信号符号化方法。

1 6 . 上記分離のステップは、

上記差分信号のトーン性成分を符号化し、 上記符号化されたトー ン性成分を複号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上記差分信 号から差し引いて新たな差分信号を生成し、 上記新たな差分信号を 上記差分信号とするステップを少なく とも 1回含み、

上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である

ことを特徴とする請求項 7に記載の信号符号化方法。

1 7 . 入力信号を符号化する符号化装置において、

入力信号を周波数成分に変換する手段と、

上記周波数成分をトーン性成分からなる第 1の信号とその他の成 分からなる第 2の信号に分離する手段と、

上記第 1の信号を符号化する第 1の符号化手段と、

上記第 2の信号に基づく信号を符号化する第 2の符号化手段と を有することを特徴とする信号符号化装置。

1 8 . 上記変換は、 スぺク トル変換である

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

1 9 . 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を符号化する位 置情報符号化手段 を有することを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 0 . 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報を符号化する符 号化手段

を有することを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 1 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信 号のトーン性成分の主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にし た信号である

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 2 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 上記周波数成分の上記第 1 の信号及びその近隣の周波数成分を 0にした信号である

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 3 . 上記分離手段は、

上記ト一ン性成分を符号化する符号化手段と、

上記符号化されたトーン性成分を復号化する復号化手段と、 上記復号化されたト一ン性成分を上記入力信号の周波数成分から 差し引いて差分信号を生成する手段とを含み、

上記第 2の信号は、 上記差分信号である

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 4 . 上記第 1の符号化手段及び上記第 2の符号化手段の内の少な く とも上記第 2の符号化手段は、

入力された信号を符号化ュニッ ト毎に正規化する正規化手段と、 正規化された信号を量子化する量子化手段と

を含むことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 5 . 上記第 1の符号化手段及び上記第 2の符号化手段の内の少な く とも上記第 2の符号化手段は、 入力された信号に対して可変長符号化を行う可変長符号化手段を 含む

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化方法。

2 6 . 上記分離手段は、 上記周波数成分の高域のみから上記第 1の 信号を分離する

ことを特徵とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 7 . 上記変換手段は、 低域側の周波数分解能が、 高域側の周波数 分解能より高くなるように変換を行う

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化装置。

2 8 . 上記入力信号は音声信号である

ことを特徴とする請求項 1 7に記載の信号符号化方法。

2 9 . 上記位置情報は、 現ブロックの位置情報と他の時間ブロック の位置情報との差を示す情報を含む

ことを特徴とする請求項 1 9に記載の信号符号化装置。

3 0 . 上記第 1の信号の各周波数成分に対して上記 0にされる周波 数成分の数は、 高域側の方が低域側より多い

ことを特徴とする請求項 2 2に記載の信号符号化装置。

3 1 . 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分に対して上記 0にさ れる周波数成分の数は、 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分を 中心として高域側と低域側で非対称である

ことを特徴とする請求項 2 2に記載の信号符号化装置。

3 2 . 上記分離手段は、

上記差分信号のトーン性成分を符号化する符号化手段と、 上記符号化されたトーン性成分を復号化する複号化手段と、 上記復号化されたトーン性成分を上記差分信号から差し引いて新 たな差分信号を生成し、 上記新たな差分信号を上記差分信号として 出力する手段とを含み、

上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である

ことを特徴とする請求項 2 3に記載の信号符号化装置。

3 3 . 符号化された信号の記録された信号記録媒体において、 入力信号を周波数成分に変換し、

上記周波数成分をトーン性成分からなる第 1の信号とその他の成 分からなる第 2の信号に分離し、

上記第 1の信号を符号化し、

上記第 2の信号に基づく信号を符号化し、

符号化された上記第 1及び第 2の信号を記録する

ことにより形成されたことを特徴とする信号記録媒体。

3 4 . 上記変換は、 スぺク トル変換である

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

3 5 . 上記トーン性成分の周波数軸上での位置情報を符号化し 符号化された位置情報を記録する

ことにより形成されたこと特徴とする請求項 3 3に記載の信号記 録媒体。

3 6 . 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報を符号化し 符号化された数情報を記録する

ことにより形成されたことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号 記録媒体。

3 7 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 周波数成分の上記第 1の信 号のト一ン性成分の主要部分を含む符号化ュニッ トの信号を 0にし た信号である ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

3 8 . 上記第 2の信号に基づく信号は、 上記周波数成分の上記第 1 の信号及びその近隣の周波数成分を 0にした信号である

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

3 9 . 上記分離のステップは、

上記トーン性成分を符号化し、 上記符号化されたトーン性成分を 復号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上記入力信号の周波数 成分から差し引いて差分信号を生成するステップを含み、

上記第 2の信号は、 上記差分信号である

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 0 . 上記第 1の信号の符号化のステツプ及び上記第 2の信号に基 づく信号の符号化のステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基 づく信号の符号化のステップは、

入力された信号を符号化ュニッ ト毎に正規化し、

正規化された信号を量子化するステップを含む

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 1 . 上記第 1の信号の符号化のステップ及び上記第 2の信号に基 づく信号の符号化のステツプの内の少なく とも上記第 2の信号に基 づく信号の符号化のステツプは、

入力された信号に対して可変長符号化を行ぅステツプを含む ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 2 . 上記分離のステップは、 上記周波数成分の高域のみから上記 第 1の信号を分離する

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 3 . 上記変換のステップは、 低域側の周波数分解能が、 高域側の 周波数分解能より高くなるように変換を行う

ことを特徴とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 4 . 上記入力信号は音声信号である

ことを特徵とする請求項 3 3に記載の信号記録媒体。

4 5 . 上記位置情報は、 現ブロックの位置情報と他の時間ブロック の位置情報との差を示す情報を含む

ことを特徴とする請求項 3 5に記載の信号記録媒体。

4 6 . 上記第 1の信号の各周波数成分に対して上記 0にされる周波 数成分の数は、 高域側の方が低域側より多い

ことを特徴とする請求項 3 8に記載の信号記録媒体。

4 7 . 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分に対して上記 0にさ れる周波数成分の数は、 上記第 1の信号の内の 1つの周波数成分を 中心として高域側と低域側で非対称である

ことを特徴とする請求項 3 8に記載の信号記録媒体。

4 8 . 上記分離のステップは、

上記差分信号のトーン性成分を符号化し、 上記符号化されたトー ン性成分を復号化し、 上記復号化されたトーン性成分を上記差分信 号から差し引いて新たな差分信号を生成し、 上記新たな差分信号を 上記差分信号とするステップを少なく とも 1回含み、

上記第 2の信号は、 上記新たな差分信号である

ことを特徴とする請求項 3 9に記載の信号記録媒体。

4 9 . 符号化された信号の記録された信号記録媒体において、 トーン性成分に関するトーン性成分情報と、 ノイズ性成分に関す るノイズ性成分情報とが別々に記録されている

ことを特徴とする信号記録媒体。

5 0 . 上記トーン性成分情報は、 上記トーン性成分の周波数軸上で の位置情報を含む

ことを特徴とする請求項 4 9に記載の信号記録媒体。

5 1 . 上記トーン性成分情報は、 上記トーン性成分の所定の範囲内 での数情報を含む

ことを特徴とする請求項 4 9に記載の信号記録媒体。

5 2 . 上記トーン性成分情報及び上記ノイズ性成分情報の内の少な く ともノイズ性成分情報は、 正規化係数情報と量子化精度情報とを 含む

ことを特徴とする請求項 4 9に記載の信号記録媒体。

5 3 . 符号化された信号の信号復号化方法において、

トーン性成分からなる第 1の信号を復号化して第 1の復号化信号 を生成し、

ノィズ性成分からなる第 2の信号を復号化して第 2の復号化信号 を生成し、

上記第 1及び第 2の復号化信号を合成して逆変換を行う合成逆変 換、 又は上記第 1及び第 2の復号化信号を各々逆変換して合成する 合成逆変換を行う

ことを特徴とする信号復号化方法。

5 4 . 上記合成逆変換のステップは、 上記トーン性成分の周波数軸 上での位置情報に基づいて合成又は逆変換を行うこと

を特徵とする請求項 5 3に記載の信号復号化方法。

5 5 . 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報に基づいて、 上 記第 1の信号と上記第 2の信号とを分離するステップを含むこと を特徴とする請求項 5 3に記載の信号複号化方法。

5 6 . 上記第 1の復号化信号を生成するステップ及び上記第 2の復 号化信号を生成するステツプの内の少なく とも上記第 2の復号化信 号を生成するステップは、 正規化情報及び量子化精度情報に基づい て入力された信号に対して逆量子化及び正規化の解除を行う

ことを特徴とする請求項 5 3に記載の信号復号化方法。

5 7 . 上記符号化された信号は音声信号である

ことを特徴とする請求項 5 3に記載の信号復号化方法。

5 8 . 符号化された信号の信号復号化装置において、

トーン性成分からなる第 1の信号を復号化して第 1 の復号化信号 を生成する第 1 の復号化手段と、

ノィズ性成分からなる第 2の信号を復号化して第 2の復号化信号 を生成する第 2の復号化手段と、

上記第 1及び第 2の復号化信号を合成して逆変換を行う合成逆変 換、 又は上記第 1及び第 2の復号化信号を各々逆変換して合成する 合成逆変換を行う合成逆変換手段と

を有することを特徴とする信号復号化装置。

5 9 . 上記合成逆変換手段は、 上記トーン性成分の周波数軸上での 位置情報に基づいて合成又は逆変換を行うこと

を特徴とする請求項 5 8に記載の信号復号化装置。

6 0 . 上記トーン性成分の所定の範囲内での数情報に基づいて、 上 記第 1の信号と上記第 2の信号とを分離する分離手段を有すること を特徴とする請求項 5 8に記載の信号復号化装置。

6 1 . 上記第 1の復号化手段及び上記第 2の復号化手段は、 正規化情報及び量子化精度情報に基づいて入力された信号に対し て逆量子化及び正規化の解除を行う手段 を有することを特徵とする請求項 5 8に記載の信号復号化装置。 2 . 上記符号化された信号は音声信号である

ことを特徴とする請求項 5 8に記載の信号復号化装置。