JPH03112221A - ディジタル信号符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、入力ディジタル信号の符号化を行うディジタ
ル信号符号化装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、複数帯域に分割されたディジタル信号の高い
周波数帯域ほど帯域幅を広くし、各帯域毎に符号化した
信号を合成するようにしたディジタル信号符号化装置に
おいて、分割周波数帯域の成分の特性を検出した出力に
応して符号化を制御すると共に、検出の時間間隔を低い
周波数ほど長くすることにより、入力ディジタル信号の
性質に応した効率的な符号化を行うことができるディジ
クル信号符号化装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

入力信号の高能率符号化の一手法として、人力信号を時
間軸又は周波数軸上で複数のチャンネルに分割すると共
に、各チャンネル毎のビット数を適応的に割り当てるビ
ットアロケーション（ビット割り当て）による符号化技
術がある。例えば、音声信号の上記ビット割り当てによ
る符号化技術には、時間軸上の音声信号を複数の周波数
帯域に分割して符号化するいわゆる帯域分割符号化（サ
ブ・ハント°・コーディング：５ＢＣ）や、時間軸上の
音声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て各帯域毎で適応的に符号化す
るいわゆる適応変換符号化（ＡＴＣ）、或いは上記ＳＢ
Ｃといわゆる適応予測符号化（ＡＰＣ）を組み合わせ、
時間軸上の信号を帯域分割して各帯域信号をベースバン
ド（低域）に変換した後複数次の線形予測分析を行って
予測符号化するいわゆる適応ビット割当て（ＡＰＣＡＢ
）等の符号化技術がある。

例えば上記帯域分割符号化は、第４図に示すよう゛な構
成の装置で行われる。この第４図において、入力端子１
１０に供給されたディジタルの音声信号は、先ず、符号
器１３０の周波数分割フィルタ（例えばＱ　Ｍ　Ｆ　：
　ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　ｍ１ｒｒｏｒ　ｆｉｌｔｅｒ
等のミラーフィルタ）群１３１１〜１３１．．で帯域通
過及び低域変換が行われる。すなわち、当該周波数分割
フィルタ群１３１．〜１３１゜においては、帯域ｉａフ
ィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）で帯域分割され
た後、その各々の信号は低域通過フィルタを通されて通
過帯域の中心周波数だけ下に周波数シフト（低域変換）
され、これらの信号が量子化器１３４．〜１３４□で適
当な標本化周波数でダウンサンプリングされている。こ
のとき、帯域幅が広い領域ほどサンプリング周波数が高
くなっている。このようにして再量子化されることによ
りデータの圧縮がなされた各信号がマルチプレクサ１３
６を介して端子１３８から出力され、伝送路を介して復
号器１４０の端子１４８□に伝送されて、該端子１４８
からデマルチプレクサ１４９を介して逆量子化器１４４
１〜１４４．。

で復号化された後、周波数変換器１４２□〜１４２ｏで
時間軸上の各帯域の信号に変換され、加算器１４６を通
り復号音声信号として端子１５０から出力されている。

ここで、上記符号器１３０による信号のデータ圧縮処理
にあたっては、データ圧縮により生ずるノイズが復号音
声信号に与える影響を少なくするように、各帯域に量子
化ビットを適応的に割り当てることムこより品質の向上
を図っている。また、復号器１４０側でもピント割り当
て情報をなんらかの方法で獲得して復号を行っている。

従来、上述のビット割り当て情報を得るためには、各帯
域の信号とは別に、補助情報（サイドインフォメーショ
ン）として各帯域のエネルギ値情報を伝送する等の方法
が取られていた。すなわちこの方法では、上記符号器１
３０の各周波数分割フィルタ群１３１．〜１３１゜で帯
域分割された各信号からエネルギ検出手段１３３１〜１
３３．。

で各帯域の信号のエネルギ値が計算され、該計算値に基
づいて割当・ステップ算出手段１３５で、各ＩＦ域の信
号の量子化を行う際の最適ビット割り当て数と量子化ス
テップを求める計算が行われ、この結果を用いて量子化
器１３４．〜１３４ｏて各帯域の信号が再量子化されて
いる。更に、該割当・ステップ算出手段１３５の出力信
号すなわち補助情報が復号器１４０の割当・ステップ算
出手段１４５に送られ、当該割当・ステップ算出手段１
４５からの情報が逆量子化器１４４．〜１４４．。

に伝送され、ここで上述の量子化器１３４１〜１３４ｆ
ｉとは逆の処理がなされて信号の復号化が行ねれる。

このような帯域分割符号化においては、人間の聴覚特性
に対応してノイズシェイピング等を考慮することができ
、音声のエネルギが偏って大きい帯域や、明瞭度等の主
観的品質への貢献の大きい帯域により多くの情報を割り
当てることができる。

この割り当てられた量子化ビット数で上記各帯域の信号
の量子化及び逆量子化が行われ、これにより、量子化雑
音の聴覚的な妨害の程度を小さくでき、全体としてビッ
ト数が低減できる。また、該帯域分割符号化を行うこと
で量子化雑音が分割された帯域にのみ発生し、他の帯域
に影響を与えない。なお、上述のようにエネルギ値情報
を補助情報として送る方法では、各帯域の信号のエネル
ギ値が同時に各帯域の信号の量子化ステップ幅（正規化
ファクタ）としても用いられる等の長所がある。

更に、帯域分割符号化を音楽信号、音声信号当に適用す
る場合の帯域分割の方法としては、人間の聴覚の周波数
分析能力に合わせて、低域では周波数帯域幅を狭く取り
、高域では逆に広く取る方法が取られることが多い。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、このような人間の聴覚の周波数分析能力に合わ
せた帯域分割においては、各周波数帯域の時間分析精度
を同一にした場合、すなわち時間軸方向の分析の単位と
なる時間幅を同一にした場合には、各周波数帯域の帯域
幅が異なるため、各周波数帯域毎に分析ブロックのサイ
ズ（サンプル数又はデータの個数）が異なることになり
、分析処理の効率が落ち、ひいては符号化効率も落ちる
ことになる。また、一般に低域信号の定常区間は長く、
高域信号では短いと考えられるため、このような定常区
間に応じた効率的な符号化が行えない。

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、人間の聴覚の周波数分析能力に合わせて
帯域分割された音声信号の符号化を行う際に、音声信号
の性質に応じた効率的な符号化を行うことができるディ
ジタル信号符号化装置を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディジタル信号符号化装置は、上述の目的を達
成するために提案されたものであり、入力ディジタル信
号を複数の周波数帯域に分割すると共に、高い周波数帯
域ほど帯域幅を広く選定し、各帯域毎に符号化した信号
を合成して出力するようにしたディジタル信号符号化装
置において、例えばスペクトル分析を行うことで上記分
割周波数帯域の成分の特性を検出し、該検出出力に応じ
て符号化を制御するようになすと共に、上記検出の際の
時間間隔を低い周波数帯域ほど長く選定するものである
。

〔作用〕

本発明によれば、各周波数帯域の帯域幅に応じて時間軸
方向についての分析精度を変更して、各帯域毎に最適な
分析の時間間隔を実現している。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図に実施例のディジタル信号符号化装置の概略構成
例を示す。なお、本実施例においては、周波数帯域分割
数を第２図に示すように例えば４バントとしている。

第１図において、本実施例のディジタル信号符号化装置
の入力端子１には、入力ディジタル信号として例えば音
声信号が供給されている。この音声信号は、先ずバンド
パスフィルタ（ＢＰＦ）１１〜１４送られる。これらの
ＢＰＦＩＩ〜１４は、音声信号を複数の周波数帯域に分
割すると共に、人間の聴覚の周波数分析能力に合わせて
、高い周波数帯域ほど帯域幅が広くなるようなフィルタ
が用いられている。また、このＢＰＦＩＩ〜１４には、
低域通過フィルタも含まれ、この低域通過フィルタによ
り各々の信号は上記ＢＰＦＩＩ〜１４の通過帯域の中心
周波数だけ下に周波数シフト（低域変換）されている。

すなわち、これらのＢＰＦＩＩ〜１４により各周波数帯
域に分割され、低域変換された音声信号は、第２図に示
すように、例えば、ＢＰＦＩＩによってバンドＢｌに、
ＢＰＦ　１２によってバンドＢ２に、ＢＰＦ　Ｌ　３に
よってバンドＢ３に、ＢＰＦ１４によってハンドＢ４に
分割されている。これらのバンドＢ１〜Ｂ４が上述した
ように高い周波数ほど帯域幅が広くなっている。

このようにして分割された各周波数帯域毎の信号が、量
子化器４１〜４４によって量子化されることになるが、
この量子化の隙には、各分割周波数帯域毎に成分の特性
が検出され、この検出出力に応じて量子化が制御されて
いる。すなわぢ、本実施例装置においては、各周波数帯
域の信号のスペクトル分析を行いその分析結果に基づい
て量子化の際の割り当てビット数が決定され、この決定
された割り当てビット数によって、上記量子化器４１〜
４４での量子化処理が行われている。

このため、上記各ＢＰＦＩＩ〜１４からの各周波数帯域
の信号は、それぞれスペクトル分析回路２１〜２４に送
られ、当該スペクトル分析回路２１〜２４で各周波数帯
域のスペクトル分析が行われる。この分析結果が量子化
の際のビット数を割り当てる割当ビット数決定回路３１
〜３４に送られ、当該割当ビット数決定回路３１〜３４
で上記分析結果に基づいた割り当てビット数が決定され
る。この決定された割り当てビット数に基づいて、量子
化器４１〜４４での量子化が行われている。

その後、各量子化器４１〜４４の量子化出力は、マルチ
プレクサ６を介して合成され、本実施例のディジタル信
号符号化装置の出力端子７から出力される。

ところで、上述のような人間の聴覚の周波数分析能力に
合わせて帯域分割された音声信号の量子化においては、
各周波数帯域の時間分析精度を同一にした場合、前述し
たように各周波数帯域の帯域幅が異なるために各周波数
帯域毎にスペクトル分析ブロックのサイズすなわち分析
ブロックの時間軸方向の幅が異なることになり、スペク
トル分析処理の効率が落ち、量子化効率も落ちることに
なる。また一般に、低域信号の定常区間は長く、高域信
号では短いと考えられるため、このような定常区間に応
じた効率的な符号化が行えない。

このようなことから、本実施例装置においては、高域で
は時間分解精度（時間軸方向の分析精度）を高くとり、
低域では時間分解精度を低くとることで効率的な量子化
を行っている。言い換えれば、高域ではスペクトル分析
長を短時間にし、低域ではスペクトル分析長を長時間に
している。

すなわち、上記スペクトル分析回路２１〜２４における
スペクトル分析の際には、検出の時間間隔である分析の
周期（時間軸方向の分析の単位となる時間幅）が低い周
波数ほど長く選定されている。このような周波数に応じ
たスペクトル分析の検出時間間隔の選定を行うためには
、例えば、音声信号のクロック信号を分周した各分周ク
ロック信号によって検出時間間隔を選定することが可能
である。

このため、本実施例装置おいては、上記入力端子１に供
給されている音声信号内のクロック信号成分がクロック
分離回路２によって分離される。

この分離されたクロック信号ＣＫは、１／２分周器３４
．５に順次伝送され、これにより、元のクロック信号Ｃ
Ｋのクロック周波数カ月／２に分周された分周クロック
信号（１／２）ＧＫ　と、１／４に分周された分周クロ
ック信号（１／４）ＣＫと、１／８に分周された分周ク
ロック信号（１／８）ＣＫ　との各分周クロック信号が
得られるようになる。このようにして得られた各クロッ
ク信号において、上記クロック信号ＣＫがスペクトル分
析回路２４及び割当ビット数決定回路３４に送られ、上
記分周クロック信号（１／２）ＣＫがスペクトル分析回
路２３及び割当ビット数決定回路３３に、分周クロック
信号（１／４）ＧＫがスペクトル分析回路２２及び割当
ビット数決定回路３２に、分周クロック信号（１／８）
ＣＫがスペクトル分析回路２１及び割当ビット数決定回
路３１に送られるようになっている。

したがって、上記スペクトル分析回路２１では最もスペ
クトル分析の検出の時間間隔（分析の単位となる時間幅
）が長くなり、スペクトル分析回路２２．２３で順に検
出の時間間隔が短くなっていき、スペクトル検出回路２
４で検出の時間間隔が最も短くなっている。

このようにスペクトル分析の検出の時間間隔を変更して
いくことによって、上述のような人間の聴覚の周波数分
析能力に合わせて帯域分割された音声信号の量子化の際
に、効率的なスペクトル分析が行えることになり、した
がって、効率的な量子化が行えるようになる。また、こ
のような検出時間間隔の変更処理を行うことで、各ハン
ドのスペクトルは各ハント′のブロック内で定常と考え
ることができ、このため短時間のスペクトル波形を考え
る場合には、低域では長時間ブロックのスペクトル分析
値を代用できる。

なお、上述した周波数帯域の分割比は、スペクトル分析
の時間間隔（クロック信号ＧＫのクロック周波数に対し
て８：４：２：１の時間間隔）にａ）ずしも正確に反比
例する必要はない。ただし、分割比の大小関係は上述の
ように選ぶことが好ましく、当該大小関係を維持してお
けばスペクトル分析のブロックサイズ（分析ブロックの
時間軸方向の幅）を同一化できるような方向となるため
、効率を損なうことはない。

上述の実施例装置では、スペクトル分析を行って量子化
の割り当てビット数を決定していたが、他の実施例とし
て、いわゆるブロックフローティング処理のフローティ
ング係数を用いて量子化の割り当てビット数を決定する
ものとすることもできる。

ここで、第３図に本実施例のディジタル信号符号化装置
の１つの周波数帯域のみの処理を行う部分だけを抜き出
して示す。

この第３図において、入力端子１からの音声信号は、バ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０により任意の周波数帯
域の信号がブロックとして取り出され、このブロックは
、当該ブロック内の最大値データを検出する最大値検出
回路５１に送られる。

この最大値検出回路５１で上記ブロック内の最大値デー
タが検出され、この最大値データに基づいてブロックフ
ローティング処理におけるフローティング係数が求めら
れる。

このフローティング係数の検出の場合も、前述同様に、
各周波数帯域の時間分析精度を同一にした場合、フロー
ティング係数の検出処理の効率が落ち、量子化効率も落
ちる虞れがある。また、定常区間に応じた効率的な符号
化が行えない。

このため、当該最大値検出回路５１には、第１図の各分
周クロックの所定の分周クロック信号が供給されており
、前述同様に、この分周クロック信号に基づいて上記フ
ローティング係数の時間分解精度（分析時間間隔）が決
められている。すなわち、本実施例の場合も、高域では
時間分解精度を高くとり、低域では時間分解精度を低く
とることで効率的な量子化を行っている。

このようにして、分析時間間隔が決められたフローティ
ング係数が正規化回路５２に送られるようになっている
。当該正規化回路５２には、上記ブロックのデータも送
られており、したがって、当該正規化回路５２では、上
記フローティング係数に基づいて上記ブロックのデータ
がブロックフローティング処理され、その後当該ブロッ
クフローティング処理がなされたブロックの量子化が行
われる。

また、このようなブロックフローティング処理も、信号
が定常な区間で行うことが好ましいため、前述同様に、
この定常区間のフローティング係数の時間間隔を低域で
長く（低域では定常区間が長い）とることにより、効率
的なブロックフローティング処理を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明のディジタル信号符号化装置においでは、分割周
波数帯域の成分の特性を検出した出力に応じて符号化を
制御すると共に、検出の時間間隔を低い周波数ほど長く
しているため、特性検出の効率が落ちることがなく、し
たがって、入力ディジタル信号の性質に応じた効率的な
符号化を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のディジタル信号符号化装置の概
略構成を示すブロック回路図、第２図は帯域分割された
音声信号を示す図、第３図は他の実施例のディジタル信
号符号化装置の一部の回路を示すブロック回路図、第４
図は帯域分割符号化を行う装置の構成を示すブロック回
路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力ディジタル信号を複数の周波数帯域に分割すると共
   に、高い周波数帯域ほど帯域幅を広く選定し、各帯域毎
   に符号化した信号を合成して出力するようにしたディジ
   タル信号符号化装置において、 上記分割周波数帯域の成分の特性を検出し、該検出出力
   に応じて符号化を制御するようになすと共に、上記検出
   の時間間隔を低い周波数ほど長く選定することを特徴と
   するディジタル信号符号化装置。