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JP3134455B2 - 高能率符号化装置及び方法 - Google Patents

高能率符号化装置及び方法

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Publication number
JP3134455B2
JP3134455B2 JP04036952A JP3695292A JP3134455B2 JP 3134455 B2 JP3134455 B2 JP 3134455B2 JP 04036952 A JP04036952 A JP 04036952A JP 3695292 A JP3695292 A JP 3695292A JP 3134455 B2 JP3134455 B2 JP 3134455B2
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JP
Japan
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bit allocation
signal
band
small block
frequency
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JP04036952A
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京弥 筒井
健三 赤桐
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to MYPI93000118A priority patent/MY138517A/en
Priority to CA002088202A priority patent/CA2088202C/en
Priority to EP93300609A priority patent/EP0554081B1/en
Priority to ES93300609T priority patent/ES2138992T3/es
Priority to AT93300609T priority patent/ATE185016T1/de
Priority to DE69326484T priority patent/DE69326484T2/de
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/66—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission
    • H04B1/665—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission using psychoacoustic properties of the ear, e.g. masking effect
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/50—Conversion to or from non-linear codes, e.g. companding
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00007—Time or data compression or expansion
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/10—Digital recording or reproducing
    • G11B20/10527—Audio or video recording; Data buffering arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
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    • H03M7/60—General implementation details not specific to a particular type of compression
    • H03M7/6011—Encoder aspects

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  • Signal Processing (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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う高能率符
号化装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のオーディオ或いは音声等の信号を
高能率符号化するため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ブ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ブロック化周波数
帯域分割方式である帯域分割符号化（サブ・バンド・コ
ーデイング：ＳＢＣ）や、時間軸の信号を周波数軸上の
信号に変換（直交変換）して複数の周波数帯域に分割し
各帯域毎に符号化するブロック化周波数帯域分割方式す
なわち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直交変換
し、この直交変換された各帯域毎に符号化が施される。
【０００３】ここで、上記帯域分割を行うための例えば
フィルタとしては、例えばＱＭＦフィルタがあり、当該
ＱＭＦフィルタは、例えば、1976 R.E.Crochiere Digi
talcoding of speech in subbandsBell Syst.Tech. J.
Vol.55,No.8 1976 に述べられている。更に、例えば、I
CASSP 83,BOSTON Polyphase Quadrature filters-Anew
subband coding techniqueJoseph 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。
【０００４】また、上述した直交変換としては、例え
ば、入力オーディオ信号を所定単位時間（フレーム）で
ブロック化し、当該ブロック毎に高速フーリエ変換（Ｆ
ＦＴ），コサイン変換（ＤＣＴ），モディファイドＤＣ
Ｔ変換（ＭＤＣＴ）等を行うことで時間軸を周波数軸に
変換するような直交変換がある。なお、ＭＤＣＴについ
ては、ICASSP 1987 Subband/Transform Coding Using
Filter Bank DesignsBased on Time Domain Aliasing
CancellationJ.P.Princen A.B.Bradley Univ.of Surre
y Royal Melbourne Inst.of Tech. に述べられてい
る。
【０００５】さらに、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による周波数分割幅が用いら
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、オーディオ信号を複数（例えば２５バント）の
帯域に分割することがある。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り当て（ビットアロケ
ーション）による符号化が行われる。例えば、上記ＭＤ
ＣＴ処理されて得られた係数データを上記ビットアロケ
ーションによって符号化する際には、上記各ブロック毎
のＭＤＣＴ処理により得られる各帯域毎のＭＤＣＴ係数
データに対して、適応的な割り当てビット数で符号化が
行われることになる。
【０００６】上記ビット割り当ての手法としては、次の
２手法が知られている。例えばIEEETransactions of Ac
coustics,Speech,and 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、ビット割り当てを行なっている。しかし、この方
式では、量子化雑音スペクトルが平坦となり、雑音エネ
ルギが最小となるが、聴感覚的にはいわゆるマスキング
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
ないという欠点がある。
【０００７】また例えば、ICASSP 1980 The critical
band coder digital encoding ofthe perceptual requ
irements of the auditory system M.A.Kransner MIT
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り当てを行なう
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、ビット割り当てが固定
的であるために特性値がそれほど良い値とならないとい
う欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記ビット割り当ての
２手法における上述した欠点を解決するために、例え
ば、ビット割り当てに使用できる全ビットが、ある小ブ
ロック毎に予め定められた固定ビット割り当てパターン
の分と、各ブロックの信号の大きさに依存したビット配
分を行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て、前記信号のスペクトルが滑
らかな場合ほど前記固定ビット割り当てのパターン分へ
の分割比率を大きくするような高能率符号化装置が提案
されている。
【０００９】このような高能率符号化装置におけるビッ
ト割り当て方法によれば、例え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
スペクトルを含むブロックに多くのビットを割り当てる
ことによって、全体の信号対雑音特性を著しく改善する
ことができる。なお、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ことによって、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る。
【００１０】しかし、入力信号に依存したビットの割り
当てを、単に信号対雑音特性を改善させるという事を基
準にして行なうと、例えばトライアングルの音のよう
に、急峻なスペクトル成分を多数含む信号を低いビット
レートで圧縮しようとした場合には、各スペクトルに対
応するブロックに十分なビットが割り当てられず、聴感
上、十分な音質を得ることができない。
【００１１】そこで、本発明は、上述のような実情に鑑
みて提案されたものであり、急峻なスペクトル成分を多
数含む信号に対して低いビットレートで圧縮する場合で
も、聴感上良好な音質を得られる高能率符号化装置及び
方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の高能率符号化装
置は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、入力ディジタルデータを適応的なビット割り当てに
より高能率符号化する高能率符号化装置であって、ビッ
ト割り当てに使用できる全ビットを、時間と周波数につ
いて細分化された小ブロック毎に予め定められた固定ビ
ット割り当てのパターン分と、各小ブロック中の信号の
大きさに依存したビット割り当ての分とで分割使用する
と共に、上記各小ブロック中の信号の大きさに依存した
ビット割り当てを、入力信号によって変化する重み付け
係数を用いて、当該小ブロックの対応する周波数帯域に
応じて重み付けして行う適応ビット割り当てるビット割
り当て符号化手段を有してなるものである。また、本発
明の高能率符号化方法は、上述の目的を達成するために
提案されたものであり、入力ディジタルデータを適応的
なビット割り当てにより高能率符号化する高能率符号化
方法であって、ビット割り当てに使用できる全ビット
を、時間と周波数について細分化された小ブロック毎に
予め定められた固定ビット割り当てのパターン分と、各
小ブロック中の信号の大きさに依存したビット割り当て
の分とで分割使用すると共に、上記各小ブロック中の信
号の大きさに依存したビット割り当てを、入力信号によ
って変化する重み付け係数を用いて、当該小ブロックの
対応する周波数帯域に応じて重み付けして行う適応ビッ
ト割り当てるようにしたものである。
【００１３】すなわち、本発明に係る高能率符号化装置
及び方法は、ビット割り当てに使用できる全ビットを、
どの短時間に対しても予め定められた固定ビット割り当
てパターン分と、各ブ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すると共に、固定ビ
ット割り当てパターンに加えて、各ブロックの信号の大
きさに依存したビット配分についてもそのブロックの対
応する帯域に応じて重み付けするようにしたことによ
り、前述の課題を解決するものである。
【００１４】ここで、上記重み付けとしては、高域側の
雑音は人間の耳の感度のために低域側の雑音より耳につ
き難く、また、高域側は低域側の信号にマスクされ易い
という事実を踏まえて、低域側のブロックにより多くの
ビットが割り付けられるようにすると効果的である。
【００１５】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段は、上記小ブロックの対応する周波数帯域に応じ
て行うビット割り当ての重み付けを、同じ信号エネルギ
を持つのであれば低域側により多くビット配分する重み
付けとするものとすることができる。
【００１６】また、固定的に割り当てられるビットと、
入力信号に依存して割り当てられるビットとの分割比
は、入力信号に関係する信号に依存させても或いはさせ
なくても本発明に適用することができるが、入力信号に
依存させることによって更に良好な音質を得ることがで
きる。
【００１７】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段は、ビット割り当てに使用できる全ビットを、時
間と周波数について細分化された小ブロック毎に予め定
められた固定ビット割り当てのパターン分と、各小ブロ
ック中の信号の大きさに依存したビット割り当ての分と
で分割使用する際の分割比率を、入力信号に依存した分
割比率としてビット割り当てを行うものとすることもで
きる。
【００１８】さらに、上記重み付けのパターンを予め複
数用意して、入力信号によってこれを切り替えたり、入
力信号によって重み付けの変数を徐々に変化させること
によっても、より聴感にあったビットの割り当てが可能
となり、音質を向上させる事ができる。
【００１９】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段は、上記小ブロックの対応する周波数帯域に応じ
た重み付けに基づいて行う小ブロック中の信号の大きさ
に依存したビット割り当てを、入力信号によって変化す
る重み付け係数によって行うものとすることもできる。
【００２０】
【作用】本発明の高能率符号化装置及び方法によれば、
ビット割り当てに使用できる全ビットを、どの短時間に
対しても予め定められた固定ビット割り当てパターン分
と、各ブ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すると共に、固定ビット割り当て
パターンに加えて、各ブロックの信号の大きさに依存し
たビット配分についても、入力信号によって変化する重
み付け係数を用いて、そのブロックの対応する帯域に応
じて重み付けするようにしたことにより、複数の孤立ス
ペクトル成分をもつ信号に対して、聴感にあった効率の
良いビット割り当てを簡単に実現することができ、より
低いビットレートで高音質の音楽信号を符号化すること
が可能となる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
【００２２】本実施例の高能率符号化装置は、図１に示
すように、入力端子１０に供給された入力ディジタルデ
ータ（ディジタルオーディオデータ）を適応的なビット
割り当てにより高能率符号化する高能率符号化装置であ
って、ビット割り当てに使用できる全ビットを、時間と
周波数について細分化された小ブロック毎に予め定めら
れた固定ビット割り当てのパターン分と、各小ブロック
中の信号の大きさに依存したビット割り当ての分とで分
割使用すると共に、上記各小ブロック中の信号の大きさ
に依存したビット割り当てを、当該小ブロックの対応す
る周波数帯域に応じて重み付けして行う適応ビット割り
当て符号化手段１６，１７，１８を有してなるものであ
る。
【００２３】ここで、上記重み付けとしては、高域側の
雑音は人間の耳の感度のために低域側の雑音より耳につ
き難く、また、高域側は低域側の信号にマスクされ易い
という事実を踏まえて、低域側のブロックにより多くの
ビットが割り付けられるようにすると効果的である。
【００２４】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段１６，１７，１８は、上記小ブロックの対応する
周波数帯域に応じて行うビット割り当ての重み付けを、
同じ信号エネルギを持つのであれば低域側により多くビ
ット配分する重み付けとするものとすることができる。
【００２５】また、固定的に割り当てられるビットと、
入力信号に依存して割り当てられるビットとの分割比
は、入力信号に関係する信号に依存させても或いはさせ
なくても本発明に適用することができるが、入力信号に
依存させることによって更に良好な音質を得ることがで
きる。
【００２６】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段１６，１７，１８は、ビット割り当てに使用でき
る全ビットを、時間と周波数について細分化された小ブ
ロック毎に予め定められた固定ビット割り当てのパター
ン分と、各小ブロック中の信号の大きさに依存したビッ
ト割り当ての分とで分割使用する際の分割比率を、入力
信号に依存した分割比率としてビット割り当てを行うも
のとすることもできる。
【００２７】さらに、上記重み付けのパターンを予め複
数用意して、入力信号によってこれを切り替えたり、入
力信号によって重み付けの変数を徐々に変化させること
によっても、より聴感にあったビットの割り当てが可能
となり、音質を向上させる事ができる。
【００２８】したがって、上記適応ビット割り当て符号
化手段１６，１７，１８は、上記小ブロックの対応する
周波数帯域に応じた重み付けに基づいて行う小ブロック
中の信号の大きさに依存したビット割り当てを、入力信
号によって変化する重み付け係数によって行うものとす
ることもできる。
【００２９】本発明の実施例として、オーディオＰＣＭ
信号等の入力ディジタル信号を、帯域分割符号化（ＳＢ
Ｃ），適応変換符号化（ＡＴＣ）及び適応ビット割り当
て（ＡＰＣ−ＡＢ）の各技術を用いて高能率符号化する
構成である上記図１を参照しながら説明する。
【００３０】図１に示す本実施例の高能率符号化装置で
は、入力ディジタル信号（入力オーディオＰＣＭ信号）
をフィルタ等によって複数の周波数帯域に分割すると共
に、各周波数帯域毎に直交変換を行って得られた周波数
軸のスペクトルデータを、後述する人間の聴覚特性を考
慮したいわゆる臨界帯域幅（クリティカルバンド）毎に
適応的にビット割り当てして符号化している。もちろん
フィルタ等による非ブロッキングの周波数分割幅は等分
割幅としてもよい。
【００３１】さらに、本発明実施例においては、直交変
換の前に入力信号に応じて適応的にブロックサイズ（ブ
ロック長）を変化させると共に、クリティカルバンド単
位若しくは高域では臨界帯域幅（クリティカルバンド）
を更に細分化したブロックでフローティング処理を行っ
ている。なお、上記クリティカルバンドとは、人間の聴
覚特性を考慮して分割された周波数帯域であり、ある純
音の周波数近傍の同じ強さの狭帯域バンドノイズによっ
て当該純音がマスクされるときのそのノイズの持つ帯域
のことである。このクリティカルバンドは、高域ほど帯
域幅が広くなっており、例えば０〜２０ｋＨｚの全周波
数帯域は例えば２５個のクリティカルバンドに分割され
ている。
【００３２】すなわち、図１において、入力端子１０に
は例えば０〜２０ｋＨｚのオーディオＰＣＭ信号が供給
されている。この入力信号は、例えばいわゆるＱＭＦフ
イルタ等からなる帯域分割フイルタ１１により０〜１０
ｋＨｚ帯域と１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ帯域とに分割さ
れ、０〜１０ｋＨｚ帯域の信号は同じくいわゆるＱＭＦ
フイルタ等からなる帯域分割フイルタ１２により０〜５
ｋＨｚ帯域と５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ帯域とに分割され
る。
【００３３】上記帯域分割フイルタ１１からの１０ｋＨ
ｚ〜２０ｋＨｚ帯域の信号は直交変換回路の一例である
ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）回路
１３とブロックサイズ決定回路１９に送られ、上記帯域
分割フイルタ１２からの５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ帯域の信
号はＭＤＣＴ回路１４とブロックサイズ決定回路２０に
送られ、帯域分割フイルタ１２からの０〜５ｋＨｚ帯域
の信号はＭＤＣＴ回路１５とブロックサイズ決定回路２
１に送られる。上記ブロックサイズ決定回路１９，２
０，２１ではＭＤＣＴ処理の際のブロックサイズが決定
され、上記ＭＤＣＴ回路１３，１４，１５では上記帯域
分割フィルタ１１，１２からの信号に対して上記ブロッ
クサイズ決定回路１９，２０，２１のブロックサイズで
それぞれＭＤＣＴ処理が施される。
【００３４】ここで、各ＭＤＣＴ回路１３，１４，１５
のブロックサイズの具体例を図２に示す。この図２の具
体例においては、高域側ほど周波数帯域を広げると共に
時間分解能を高め（ブロック長を短くし）ている。すな
わち、低域側の０〜５ｋＨｚ帯域の信号及び中域の５ｋ
Ｈｚ〜１０ｋＨｚ帯域の信号に対してｂL ，ｂM のブロ
ックでそれぞれ１回のＭＤＣＴが施される間に、高域側
の１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ帯域の信号に対しては、
ｂH1，ｂH2のブロックで合計２回のＭＤＣＴが施され
る。
【００３５】本実施例では、このようにして各帯域の直
交変換ブロックサンプル数を同じにして装置の簡易化を
図りながら、クリティカルバンド幅の狭い低域側では周
波数分解能を高め、過渡的な信号に対して優勢な成分を
多く含む高域側では時間分解能を高めている。また、本
実施例では、各々の帯域は、信号の時間的変化が大きい
場合を想定して更に１／２，１／４の適応的なブロック
分割が許される。
【００３６】再び図１に戻って、各ＭＤＣＴ回路１３，
１４，１５にてＭＤＣＴ処理されて得られた周波数軸上
のスペクトルデータ或いはＭＤＣＴ係数データは、いわ
ゆる臨界帯域（クリティカルバンド）又は高域では更に
クリティカルバンドを分割した帯域毎にまとめられて上
記適応ビット割り当て符号化回路１６，１７，１８に送
られている。
【００３７】上記適応ビット割り当て符号化回路１６，
１７，１８では、上記臨界帯域（クリティカルバンド）
又は高域では更にクリティカルバンドを分割した帯域毎
に割り当てられたビット数に応じて、各スペクトルデー
タ（あるいはＭＤＣＴ係数データ）を再量子化するよう
にしている。なお、この適応ビット割り当て符号化回路
１６，１７，１８の具体的な構成については後述する。
【００３８】このようにして符号化されたデータは、出
力端子２２，２４，２６を介して取り出される。このと
き、後段の構成には、上記符号化されたデータと共に、
どのような信号の大きさに関する正規化がなされたかを
示すフローティング情報と、どのようなビット長で量子
化がされたかを示すビット長情報も同時に送られる。
【００３９】ここで、図３を用いて上記適応ビット割り
当て符号化回路の具体的な構成を説明する。
【００４０】上記図１における各ＭＤＣＴ回路１３，１
４，１５の出力は、図３に示す適応ビット割り当て符号
化回路の入力端子４００を介して、帯域毎のエネルギを
算出するエネルギ算出回路３０３に送られる。この帯域
毎のエネルギ算出回路３０３では、上記臨界帯域（クリ
ティカルバンド）又は高域では更にクリティカルバンド
を分割した帯域毎のエネルギが、例えば当該バンド内で
の各振幅値の２乗平均の平方根を計算すること等により
求められる。なお、この各バンド毎のエネルギの代わり
に、振幅値のピーク値や平均値等を用いるようにするこ
とも可能である。
【００４１】上記エネルギ算出回路３０３からの出力と
しての例えば臨界帯域（クリティカルバンド）又は高域
では更にクリティカルバンドを分割した帯域毎の総和値
のスペクトルは、例えば、図４に示すようなスペクトル
（バークスペクトル）ＳＢとなる。ただし、この図４で
は、図示を簡略化するため、上記臨界帯域（クリティカ
ルバンド）又は高域では更にクリティカルバンドを分割
した帯域のバンド数を１２バンド（Ｂ1 〜Ｂ12）で表現
している。
【００４２】ここで、本実施例において、ＭＤＣＴ係数
を表現して伝送又は記録に使えるビット数を例えば１０
０Ｋｂｐｓとすると、本実施例ではそのうちの１００Ｋ
ｂｐｓを用いた固定ビット配分パターンを作成する。な
お、この使用可能なビット数の１００Ｋｂｐｓは、例え
ば使用可能総ビット数出力回路３０２で設定される。こ
の使用可能総ビット数は、外部から入力することも可能
である。
【００４３】また、本実施例においては、上記固定ビッ
ト配分のためのビット割り当てパターンは複数個用意さ
れており、信号の性質により種々の選択をすることが出
来るようになっている。図３の構成では、上記１００Ｋ
ｂｐｓに対応する短い時間のブロックのビット量を各周
波数に分布させた種々のパターンを、固定ビット配分回
路３０５が持っている。
【００４４】すなわち、上記固定ビット配分回路３０５
においては、特に、中低域と高域とのビット配分率を違
えたパターンを複数個用意している。そして、信号の大
きさが小さいほど、高域への割り当て量が少ないパター
ンを選択するようにする。このようにすることで、小さ
い信号の時ほど高域の感度が低下するラウドネス効果を
生かせる。なお、このときの信号の大きさとしては、全
帯域の信号の大きさを使用することも出来るが、例えば
フィルタ等が用いられている非ブロツキング周波数分割
回路の出力若しくはＭＤＣＴ出力を利用することもでき
る。
【００４５】また、本実施例において、エネルギ依存の
ビット配分は、各小ブロックのエネルギのｄＢ値に対し
て該小ブロック毎に予め定められた係数をかけて重み付
けを行ない、このようにして得られた値に比例するよう
に行なわれる。ここで、上記重み付け係数を低域に対し
て大きな値になるように設定することにより、低域によ
り多くのビットが割り当てられる事になる。なお、この
エネルギ依存のビット配分は、上記エネルギ算出回路３
０３の出力が供給されるエネルギ依存ビット配分回路３
０４が行っている。
【００４６】すなわち、このエネルギ依存ビット配分回
路３０４においては、上記固定ビット配分と同様に上記
重み付け係数を複数パターン用意し、この複数パターン
を入力信号によって切り替えるようにしたり、或いは、
例えば二つの重み付けパターンを入力信号によって内挿
した重み付けパターンを用いてエネルギ依存のビット配
分を計算する。このように、本実施例においては、入力
信号によって重み付けの係数を変化させることにより、
より聴感に適合したビット割り当てが可能となり、音質
向上を図ることができる。
【００４７】この図３において、上述したような固定ビ
ット配分パターンへの配分とバークスペクトル（スペク
トルＳＢ）に依存したビット配分との分割率は、信号ス
ペクトルの滑らかさを表す指標により決定される。すな
わち、本実施例では、上記エネルギ算出回路３０３の出
力をスペクトル滑らかさ算出回路３０８に送り、当該ス
ペクトル滑らかさ算出回路３０８において、信号スペク
トルの隣接値間の差の絶対値の和を信号スペクトルの和
で割った値を指標として算出し、この指標が上記ビット
配分の分割率を求めるビット分割率決定回路３０９に送
られるようになっている。
【００４８】上記ビット分割率決定回路３０９からの分
割率データは、それぞれ上記固定ビット配分回路３０５
の出力が供給される乗算器４０２と、上記エネルギ依存
ビット配分回路３０４の出力が供給される乗算器４０１
とに送られる。これら乗算器４０１，４０２の出力が和
算出回路３０６に送られる。すなわち、固定ビット配分
と帯域毎の臨界帯域（クリティカルバンド）又は高域で
は更にクリティカルバンドを分割した帯域毎のスペクト
ルに依存したビット配分の値の和が、上記和算出回路３
０６で演算されて、この演算結果が出力端子（各帯域の
ビット割り当て量出力端子）３０７から後段の構成に送
られて量子化の際に使用される。
【００４９】また、上述した分割率を求める他の方法と
して、例えば、上記指標から求めた０から１の間の値を
とる指数Ｒを上記重み付けされたエネルギのｄＢ値に乗
じた値の総計Ｓ１と、（１−Ｒ）を各小ブロックへの固
定ビット配分パターンに乗じた値の総計Ｓ２とを求め、
これら総計Ｓ１とＳ２の和に占める当該総計Ｓ１，Ｓ２
の割合を、エネルギ依存のビット割り当てと固定パター
ンのビット割り当ての分割率とするような方法を用いる
ことも可能である。
【００５０】ここで、本実施例の構成に、例えば図５に
示されるスペクトルを持った信号が入力された場合のビ
ット割り当ての様子を図６に示す。ただし、図５，図６
においては、スペクトルを量子化するバンド数を１２個
としている。図６において、図中斜線部分の矩形は各ブ
ロックの信号成分の大きさに基づいて割り当てられたビ
ット数を表し、図中斜線部分以外の矩形は固定的なパタ
ーンに基づいて各ブロックに割り当てられたビット数を
表しており、各ブロックにはこれらの和に相当するビッ
ト数が割り当てられる。なお、上記図５，図６における
数値は、整数値でなく実数値をとるように表されている
が、これは途中の計算過程を表したものであり、最終的
にはこれらの数値を例えば四捨五入することにより、各
ブロックに対する割り当てビット数を求めればよい。
【００５１】図５に示された入力信号には、図中Ａ，
Ｂ，Ｃの三つの略同じ大きさの孤立スペクトルをもつ信
号成分が含まれている。この時、従来行なわれていたよ
うに、各ブロックの信号成分の大きさに基づいて割り当
てられるビットを信号雑音特性を最良にするように配分
すると、例えば、図中のブロック番号２，６，１０の各
ブロックには、固定的なパターンに基づいて割り当てら
れたビットに加えて、略同数のビットが付け加えられる
事になる。これに対し、本発明実施例におけるビット割
り当ての方法においては、図中ブロック番号２，６，１
０の順に多くのビットが付け加えられることになる。し
たがって、本発明実施例におけるビット割り当ての方法
によれば、従来の方法に較べて高域側での信号雑音特性
は劣化するが、低域側での信号雑音特性は改善される。
【００５２】また、本発明実施例のビット割り当ての方
法を用いた場合に発生する高域側の雑音は、元々、人間
の耳の感度の周波数に対する依存性からいうと、低域の
雑音に較べ聞こえ難いうえに、低域側の信号によってマ
スクされるため、聴感上は大きな問題にならない。
【００５３】したがって、本実施例のビット割り当ての
方法を用いれば、より耳につき易い低域側の雑音を抑え
ることができる分、聴感上の音質の改善を図ることがで
きる。
【００５４】なお、ここで注意すべき点は、本実施例の
ビット割り当て方法による場合、例えば図５のブロック
番号６にはブロック番号２よりは少ないビット数が割り
当てられているが、例えば、ブロック番号４などよりは
多くのビットが割り当てられている。このようなビット
の割り当ては、単に低域に対してより多くのビットを割
り当てるようにした固定ビット割り当てのパターンを適
用しても得ることはできず、上述したように、各小ブロ
ック中の信号の大きさに依存したビット割り当てが当該
小ブロックの対応する帯域に応じて重み付けされて行な
われることによって可能となる点である。
【００５５】また、この実施例では、ＭＤＣＴの結果得
られるスペクトルは、１００Ｈｚ以下の低域においては
高々数本程度しか得られないものと仮定している。この
ような場合、計算によって得られた低域側の各スペクト
ルには、それよりも高域の周波数に相当するような信号
も多く混在するため、低域側には十分多くのビット数を
割り当てる必要がある。このため、近似的には、各ブロ
ックの信号成分の大きさに基づいて割り当てられるビッ
トを低域側ほど多く割り当てられるようにしてよい。
【００５６】更に、スペクトルを求める区間をもっと長
くとり、例えば、１００Ｈｚ以下のスペクトルを十分に
密に得ることができる高能率符号化装置であれば、人間
の耳の感度が低い例えば５０Ｈｚ以下に相当するスペク
トルに対する信号の大きさに依存するビットの割り当て
を、それ以上の帯域の信号に対するビットの割り当てよ
りも少なくなるようにすることも可能である。
【００５７】図７には、上述した本実施例の高能率符号
化装置によって高能率符号化された信号を再び復号化す
るための復号化装置の構成を示している。
【００５８】すなわち、この図７において、各帯域の量
子化されたＭＤＣＴ係数は復号回路入力端子１２２，１
２４，１２６に与えられ、また、使用されたブロックサ
イズ情報は入力端子１２３，１２５，１２７に与えられ
る。これら入力端子を介した信号は復号化回路（適応ビ
ット割り当て復号化回路）１１６，１１７，１１８に送
られる。上記復号化回路１１６，１１７，１１８では、
上記適応ビット割り当て情報を用いてビット割り当てを
解除する。
【００５９】次に、上記復号化回路１１６，１１７，１
１８の出力はＩＭＤＣＴ回路１１３，１１４，１１５に
送られる。また、上記ＩＭＤＣＴ回路１１３，１１４，
１１５には、上記端子１２３，１２５，１２７を介した
ブロックサイズ情報を送られる。これらＩＭＤＣＴ回路
１１３，１１４，１１５では、周波数軸上の信号が時間
軸上の信号に変換される。当該ＩＭＤＣＴ回路１１３，
１１４，１１５からの部分帯域の時間軸上信号は、ＩＱ
ＭＦ回路１１２，１１１により全帯域信号に復号化され
る。この復号化信号が出力端子１１０から後段の構成に
出力される。
【００６０】この図７の復号化装置によれば、上記高能
率符号化装置からの符号化データを小規模な構成で復号
化できると共に、音質のよい復号信号を得ることが可能
となっている。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の高能率符号化装置及び方法によれば、ビット割り当
てに使用できる全ビットを、どの短時間に対しても予め
定められた固定ビット割り当てパターン分と、各ブロッ
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
分割使用すると共に、固定ビット割り当てパターンに加
えて、各ブロックの信号の大きさに依存したビット配分
についても、入力信号によって変化する重み付け係数を
用いて、そのブロックの対応する帯域に応じて重み付け
するようにしたことにより、信号のスペクトルが平坦で
ある場合や孤立スペクトルが一本だけ存在する場合ばか
りではなく、急峻なスペクトルが多数存在するような信
号を入力した場合にも、複雑なマスキング計算を行なう
ことなく聴覚的に望ましいビット配分が可能となり、小
規模で、かつ、より低いビットレートでも音質のよい高
能率符号化装置及び方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の高能率符号化装置の構成例を示
すブロック回路図である。
【図２】本発明実施例の高能率符号化装置の信号の周波
数及び時間分割を説明するための図である。
【図３】本発明実施例の高能率符号化装置の適応ビット
割り当て符号化回路の構成（ビット配分のアルゴリズム
の一例）を示す図である。
【図４】バークスペクトルを示す図である。
【図５】本発明実施例の高能率符号化装置における入力
信号のスペクトルの例を示す図である。
【図６】入力信号に対する本実施例の高能率符号化装置
によるビットの割り当てを説明するための図である。
【図７】本実施例の高能率復号化装置の構成例を示すブ
ロック回路図である。
【符号の説明】
１０・・・高能率符号化装置の入力端子 １１，１２・・・帯域分割フィルタ １３，１４，１５・・・ＭＤＣＴ回路 １６，１７，１８・・・適応ビット割り当て符号化回路 １９，２０，２１・・・ブロックサイズ決定回路 ２２，２４，２６・・・符号化出力端子 ２３，２５，２７・・・ブロックサイズ情報出力端子 １２２，１２４，１２６・・・符号化入力端子 １２３，１２５，１２７・・・ブロックサイズ情報入力
端子 １１６，１１７，１１８・・・適応ビット割り当て復号
化回路 １１３，１１４，１１５・・・ＩＭＤＣＴ回路 １１２，１１１・・・ＩＱＭＦ回路 １１０・・・高能率復号化装置出力端子 ３０２・・・使用可能総ビット数出力回路 ３０３・・・帯域毎のエネルギ算出回路 ３０４・・・エネルギ依存のビット配分回路 ３０５・・・固定ビット配分回路 ３０６・・・ビット和算出回路 ３０７・・・各帯域のビット割り当て量出力端子 ３０８・・・スペクトル滑らかさ算出回路 ３０９・・・ビット分割率決定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−263926（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104617（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−501507（ＪＰ，Ａ) 国際公開90／9022（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03M 7/30

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力ディジタルデータを適応的なビット
    割り当てにより高能率符号化する高能率符号化装置にお
    いて、 ビット割り当てに使用できる全ビットを、時間と周波数
    について細分化された小ブロック毎に予め定められた固
    定ビット割り当ての分と、各小ブロック中の信号の大き
    さに依存したビット割り当ての分とで分割使用すると共
    に、上記各小ブロック中の信号の大きさに依存したビッ
    ト割り当てを、入力信号によって変化する重み付け係数
    を用いて、当該小ブロックの対応する周波数帯域に応じ
    て重み付けして行う適応ビット割り当て手段を有してな
    ることを特徴とする高能率符号化装置。
  2. 【請求項２】 上記適応ビット割り当て手段は、上記小
    ブロックの対応する周波数帯域に応じて行うビット割り
    当ての重み付けを、同じ信号エネルギを持つのであれば
    低域側により多くのビットを配分する重み付けとするこ
    とを特徴とする請求項１記載の高能率符号化装置。
  3. 【請求項３】 上記適応ビット割り当て手段は、ビット
    割り当てに使用できる全ビットを、時間と周波数につい
    て細分化された小ブロック毎に予め定められた固定ビッ
    ト割り当ての分と、各小ブロック中の信号の大きさに依
    存したビット割り当ての分とで分割使用する際の分割比
    率を、入力信号に依存した分割比率としてビット割り当
    てを行うことを特徴とする請求項１記載の高能率符号化
    装置。
  4. 【請求項４】 入力ディジタルデータを適応的なビット
    割り当てにより高能率符号化する高能率符号化方法にお
    いて、 ビット割り当てに使用できる全ビットを、時間と周波数
    について細分化された小ブロック毎に予め定められた固
    定ビット割り当ての分と、各小ブロック中の信号の大き
    さに依存したビット割り当ての分とで分割使用すると共
    に、上記各小ブロック中の信号の大きさに依存したビッ
    ト割り当てを、入力信号によって変化する重み付け係数
    を用いて、当該小ブロックの対応する周波数帯域に応じ
    て重み付けして行うことを特徴とする高能率符号化方
    法。
  5. 【請求項５】 上記重み付けは、同じ信号エネルギを持
    つのであれば低域側により多くのビットを配分する重み
    付けとすることを特徴とする請求項４記載の高能率符号
    化方法。
  6. 【請求項６】 上記分割使用する際の分割比率は、入力
    信号に依存した分割比率としてビット割り当てを行うこ
    とを特徴とする請求項４記載の高能率符号化方法。
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