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JP3226537B2 - オーディオ信号の符号化方法、オーディオ信号の復号化方法、オーディオ信号の伝送方法、及び各方法を実施するための記録装置 - Google Patents
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JP3226537B2 - オーディオ信号の符号化方法、オーディオ信号の復号化方法、オーディオ信号の伝送方法、及び各方法を実施するための記録装置 - Google Patents

オーディオ信号の符号化方法、オーディオ信号の復号化方法、オーディオ信号の伝送方法、及び各方法を実施するための記録装置

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JP3226537B2
JP3226537B2 JP50233890A JP50233890A JP3226537B2 JP 3226537 B2 JP3226537 B2 JP 3226537B2 JP 50233890 A JP50233890 A JP 50233890A JP 50233890 A JP50233890 A JP 50233890A JP 3226537 B2 JP3226537 B2 JP 3226537B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オーディオ信号の符号化方法であって、該
オーディオ信号は、時間領域内で、窓関数ｆ（ｎ）、ｇ
（ｎ）によって順次連続して重畳する窓に分割し、該分
割の後に、窓内に含まれる部分信号をそれぞれ変換によ
りスペクトルに変換し、該スペクトルを符号化し、該符
号化の際、各ブロックの重畳領域を窓関数により、窓関
数ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ）の２乗の合成結果が“一定値”に
なるように重み付けされるオーディオ信号の符号化方法
に関する。
本発明は、オーディオ信号の復号化方法であって、先
行の相応の符号化時に、該オーディオ信号は、時間領域
内で、窓関数ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ）によって順次連続して
重畳する窓に分割し、該分割の後に、窓内に含まれる部
分信号をそれぞれ変換によりスペクトルに変換し、該ス
ペクトルを符号化し、該符号化の後に、復号化のため
に、受信されたオーディオ信号を逆変換により再度部分
信号に変換し、部分信号を含んでいて、窓関数ｆ
（ｎ）、ｇ（ｎ）を用いて重み付けされた各ブロックを
重畳して相互に合成し、該合成時に、各ブロックの重畳
領域を窓関数により、復号化後の窓関数ｆ（ｎ）、ｇ
（ｎ）の合成結果が“一定値”になるように重み付けさ
れるオーディオ信号の復号化方法に関する。
本発明は、オーディオ信号の伝送方法であって、該オ
ーディオ信号は、時間領域内で、窓関数によって順次連
続して重畳する窓に分割し、該分割の際に、窓内に含ま
れる部分信号をそれぞれ変換によりスペクトルに変換
し、該スペクトルを符号化し、該符号化の際、各ブロッ
クの重畳領域を窓関数により、窓関数の２乗の合成結果
が“1"になるように重み付けされるオーディオ信号の伝
送方法に関する。
本発明は、オーディオ信号の符号化、復号化、乃至伝
送方法を実施するための記録装置に関する。
例えば無線伝送，有線伝送，衛星伝送におけるオーデ
ィオ信号の伝送に関して、および記録装置に関して、ア
ナログのオーディオ信号を所定の分解能を有するディジ
タルオーディオ信号に変換すること、およびこの形式で
伝送して次に再生の際にアナログ信号に変換することは
公知である。ディジタル形式での伝送により例えば再生
の際に一層良好なS/N比が得られる。
この種の信号の伝送のために必要とされる帯域幅は実
質的に、単位時間あたりに伝送されるべきサンプリング
値の個数によりならびに分解能により定められる。
狭帯域のチャンネルを使用できるようにするために、
即ち設けられているチャンネルを介してできるだけ多く
のオーディオ信号を同時に伝送できるようにするため
に、実際には、伝送のために必要とされる帯域幅をでき
るだけ小さく維持する要求が存在する。必要とされる帯
域幅は、サンプリング値の低減によりまたはサンプリン
グ値あたりのビット数の低減により、減少できる。
しかしこの手段の結果、通常は、再生時の品質低下が
生ずる。この公知の方法（ドイツ連邦共和国特許出願公
開公報第3506912.0号）の場合は、再生品質を向上させ
る目的でディジタル形式のオーディオ信号が時間的に相
続く区間において、それぞれの時間間隔の間の例えば20
msの信号のスペクトル成分を表わす短時間スペクトルに
変換される。この短時間スペクトルにおいては、音響心
理学の法則により、聴取者には知覚されない成分が即ち
通信の目的には適切でない成分が、この時間領域の中に
よりも一層容易に見い出だせる。これらの成分は、伝送
においてはほとんど重み付けされないかあるいは完全に
除去される。この方法により、別の方法では必要とされ
るデータのかなりの部分が無視できる。その結果、平均
のビットレートが著しく低減できる。
J.P.Princen and A.B.Bradley,“Analysis/Synthesis
Filterbank Design based on Time Domain Aliasing C
ancellation,"IEEE−Trans−actions Acoustics,Speac
h,Signal−Processing,Volume ASSP−34,pages 1153−1
161,Oktober 1986に示されている方法は、信号を複数個
の部分に分割するために適している。この刊行物には、
窓の中でロールオフされた窓関数を有する重畳する窓
が、付加的な係数を用いずに周波数領域において形成さ
れる変換法が記載されている。この方法の場合まず最初
にＮ個の値が、長さＮの窓関数ｆ（ｎ）を用いて入力信
号から取り出され、次のこの周波数領域におけるN/2個
の有意係数へ変換される。逆変換は、こんどは窓関数ｆ
（ｎ）により重み付けされるN/2個の係数から、Ｎ個の
サンプリング値を算出する。
しかし逆変換の出力信号はもとの変換の入力信号とは
異なる。入力信号の正確な再構成は、相続く逆変換の出
力値が、各々N/2個のサンプリング値を有する重畳領域
において加算されることにより、はじめて可能になる。
このいわゆる“オーバーラップ−加算”により入力信号
を取り戻せるようにするために、窓関数ｆ（ｎ）は次の
条件を満たす必要がある： ｆ（Ｎ−１−ｎ）＝ｆ（ｎ） ０≦ｎ≦Ｎ−１ （１） f2（N/2−１−ｎ）＋f2（ｎ）＝２ ０≦ｎ≦N/2−１ （２） 第１の条件は、ｆ（ｎ）の対称性に相応する。第２の
条件は、それぞれ窓の半部のｆ（ｎ）の２乗の点対称に
等価である。これらの条件の下に、変換の窓の実効長さ
をN/2個のサンプリング値とＮ個のサンプリング値との
間で変化することができる。
変換符号器においてこれらの方法を用いると、窓の長
さの選定が次の結果を生ぜさせる。有利にはロールオフ
された形式を有する長い窓の長さは、良好な周波数選択
性を容易にする。この場合、エラーが、窓の実効長さ全
体にわたる逆変換の後の係数の量子化によりひろがる。
このことは、例えば、符号化されるべき信号の振幅にお
ける著しい跳躍的変化により、符号化された信号の主観
的品質に対して不利に作用する。
窓の長さをより短かく選定すると周波数選択性の劣化
を生ぜさせる。このことが、例えば強い相関関係を有す
る入力信号により、得られるべき変換利得に対して不利
に作用する。他方、信号の著しい跳躍的変化を有する係
数の量子化によるエラーは、個々の窓に制限することが
できる。その結果、隣り合う窓に対するエラーの影響が
阻止される。
本発明の課題は、オーディオ信号の符号化方法、オー
ディオ信号の復号化法、オーディオ信号の伝送方法、及
び各方法の使用乃至利用を、最適な周波数選択性およ
び、符号化され復号化される信号の高い主観的な品質が
得られるように改善することである。
この課題は、冒頭に述べたオーディオ信号の符号化方
法において、窓関数の長さを、各信号変化に依存して選
定し、該選定の際、窓関数の長さを小さな信号変化時に
は大きく選定し、大きな信号変化時には小さく選定し、
後続の窓の窓関数を、先行の窓との重畳領域内で、先行
の窓の当該領域内の窓関数の鏡対称化により形成される
ようにしたことにより解決される。
この課題は、冒頭に述べたオーディオ信号の復号化法
において、窓関数の長さを、各信号変化に依存して選定
し、該選定の際、窓関数の長さを小さな信号変化時には
大きく選定し、大きな信号変化時には小さく選定し、後
続の窓の窓関数を、先行の窓との重畳領域内で、先行の
窓の当該領域内の窓関数の鏡対称化により形成されるよ
うにしたことにより解決される。
この課題は、冒頭に述べたオーディオ信号の伝送方法
において、窓関数の長さを、各信号変化に依存して選定
し、該選定の際、窓関数の長さを小さな信号変化時には
大きく選定し、大きな信号変化時には小さく選定し、後
続の窓の窓関数を、先行の窓との重畳領域内で、先行の
窓の当該領域内の窓関数の鏡対称化により形成されるよ
うにしたことにより解決される。
更に、各方法は、無線伝送、有線伝送、衛星伝送又は
記録装置で使用乃至利用するのである。
本発明の構成において、先行の窓と重畳する領域にお
ける後続の窓の窓関数は先行の窓により、この領域にお
いて存在する先行の窓の窓関数の鏡対称化により、形成
される。これにより、迅速に変化する信号への一層良好
な調整が達せられる。上述の窓関数の場合は、全部の変
換のために同じ窓関数が用いられることが、なお前提と
されていた。しかし異なる窓関数を、例えばｆ（ｎ）と
ｇ（ｎ）を相続く窓において用いることを前提とする場
合は、式（１）と（２）は窓の両半部が互いに重なる領
域だけに関連づけられる： ｆ（Ｎ−１−ｎ）＝ｇ（ｎ） ０≦ｎ≦N/2−１ （３） f2（N/2＋ｎ）＋g2（ｎ）＝２ ０≦ｎ≦N/2−１ （４） この場合、両方の式は関数ｆの第２半部および関数ｇ
の第１半部に関連づけられるだけである。そのため１つ
のブロックの窓の半部は、もしそれらが隣り合うブロッ
クの相応の窓半部により式（３）と（４）を共に満たす
ならば、独立に選定することができる。
本発明の方法を図面を用いて説明する。
第１図のａ）〜ｃ）には異なる幅を有する窓関数が、
第２図には非対称の窓関数が、第３図ａ）には入力信号
の経過特性が、第３図ｂ）にはこの入力信号に調整され
ている窓関数が、それぞれ示されている。
第１図に、異なる窓関数ｆ（ｎ）を有する一定の幅
（ｂ）の複数個の窓が示されている。これらの窓は常
に、隣り合う窓が半分だけ重なるように、結合される。
この構成により半分の重なりが、第１図ａ）に示した正
弦波状の窓関数ｆ（ｎ）を形成する；第１図ｂ）の窓関
数の場合は半分よりも小さい値を有する部分的な重なり
が形成され、さらに第１図ｃ）においては、窓関数ｆ
（ｎ）の２つの辺（脚）の接触だけが形成される。
第２図は非対称の窓関数ｆ（ｎ）およびｇ（ｎ）を有
する２つの窓の重なりを示す。しかもこれらの窓関数は
それらの共通の重なり領域において、それらの結果が１
になるように、設計されている。
第３図ａ）に入力信号の振幅Ａ（ｔ）の経過特性が示
されている。図示されている様に信号はまず最初は一様
な小さい振幅を有し、次にこの小振幅に信号の跳躍的変
化が続き、その後にもとの振幅が続く。下の第３図ｂ）
には、上記の信号を最適に処理できる窓の窓関数が示さ
れている。第１の領域１は、高い周波数選択性を容易に
する正弦波の窓関数を示す。他方、高い振幅を有する信
号がその中に存在する窓３は、著しく狭い窓関数を有す
る。隣り合う窓２および４の窓関数は、即ち先行のおよ
び後続の窓の窓関数は、重なる領域において、窓関数が
これらの領域においては加算されて１になる様に、相応
に適合調整された１つの窓関数を有する。そのためこれ
らの窓関数はこれらの隣接する２つの窓２および４にお
いて、非対称の形状を有する。窓３−この中に信号の跳
躍的変化が存在する−の内部において生ずるおそれのあ
る量子化障害は、このようにして窓３の窓関数の領域へ
制限される。そのため量子化障害は例えば正弦波状の経
過を有する窓関数に比較して、過渡的なひろがりが半分
に低減される。周波数選択性は低下されるにもかかわら
ず、信号の跳躍的変化のマスキング効果により、オーデ
ィオ品質の主観的な改善が得られる。
本発明はオーディオ信号だけに制限されるのではな
く、ビデオ信号も対象とされる。これにより、相続くブ
ロックは、時間的な間隔ではなく、例えば３次元の形式
で続くことができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 14/00 - 14/06 G10L 19/00

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】オーディオ信号の符号化方法であって、該
    オーディオ信号は、時間領域内で、窓関数（ｆ（ｎ）、
    ｇ（ｎ））によって順次連続して重畳する窓に分割し、
    該分割の後に、前記窓内に含まれる部分信号をそれぞれ
    変換によりスペクトルに変換し、該スペクトルを符号化
    し、該符号化の際、各ブロックの重畳領域を前記窓関数
    により、前記窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の２乗の合
    成結果が“一定値”になるように重み付けされるオーデ
    ィオ信号の符号化方法において、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ
    （ｎ））の長さを、各信号変化に依存して選定し、該選
    定の際、前記窓関数の長さを小さな信号変化時には大き
    く選定し、大きな信号変化時には小さく選定し、後続の
    窓（ｇ（ｎ））の窓関数を、先行の窓との重畳領域内
    で、前記先行の窓（ｆ（ｎ））の当該領域内の窓関数の
    鏡対称化により形成されるようにしたことを特徴とする
    オーディオ信号の符号化方法。
  2. 【請求項２】ブロックが一定の長さを有するようにし、
    さらにブロックの長さに対する窓関数（ｆ（ｎ）,g
    （ｎ））の実効長さを、信号変化に依存して選定するよ
    うにした請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】窓の間隔（距離）を信号変化に依存して選
    定するようにした請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】１組の異なる窓関数（ｆ（ｎ）,g（ｎ））
    を定めるようにし、該窓関数の中から信号変化に依存し
    てその都度に１つの窓関数を与える（選択）ようにし、
    さらに伝送中に、この与えられた窓関数を一義的に定め
    る指標数を伝送するようにした請求項１から３のうちの
    いずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】窓関数の長さを変更する際、非対称的形態
    の各窓関数の各窓を使用する請求項１から４までのうち
    のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】請求項１から５までのうちのいずれか１項
    に記載のオーディオ信号の符号化方法を実施するための
    記録装置において、オーディオ信号を、時間領域内で、
    窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））によって順次連続して重
    畳する窓に分割する手段と、該分割の後に、前記窓内に
    含まれる部分信号をそれぞれ変換によりスペクトルに変
    換する手段と、該スペクトルを符号化する手段とを有し
    ており、該符号化の際、各ブロックの重畳領域を前記窓
    関数により、前記窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の２乗
    の合成結果が“一定値”になるように重み付けされ、窓
    関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の長さを、各信号変化に依
    存して選定する手段を有しており、該選定の際、前記窓
    関数の長さは小さな信号変化時には大きく選定され、大
    きな信号変化時には小さく選定され、後続の窓（ｇ
    （ｎ））の窓関数を、先行の窓との重畳領域内で、前記
    先行の窓（ｆ（ｎ））の当該領域内の窓関数の鏡対称化
    により形成されるようにする手段とを有することを特徴
    とするオーディオ信号の符号化方法を実施するための記
    録装置。
  7. 【請求項７】オーディオ信号の復号化方法であって、先
    行の相応の符号化時に、該オーディオ信号は、時間領域
    内で、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））によって順次連続
    して重畳する窓に分割し、該分割の後に、前記窓内に含
    まれる部分信号をそれぞれ変換によりスペクトルに変換
    し、該スペクトルを符号化し、該符号化の後に、復号化
    のために、受信されたオーディオ信号を逆変換により再
    度部分信号に変換し、部分信号を含んでいて、前記窓関
    数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））を用いて重み付けされた各ブ
    ロックを重畳して相互に合成し、該合成時に、各ブロッ
    クの重畳領域を前記窓関数により、前記復号化後の前記
    窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の合成結果が“一定値”
    になるように重み付けされるオーディオ信号の復号化方
    法において、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の長さを、
    各信号変化に依存して選定し、該選定の際、前記窓関数
    の長さを小さな信号変化時には大きく選定し、大きな信
    号変化時には小さく選定し、後続の窓（ｇ（ｎ））の窓
    関数を、先行の窓（ｆ（ｎ））との重畳領域内で、前記
    先行の窓の当該領域内の窓関数の鏡対称化により形成さ
    れるようにしたことを特徴とするオーディオ信号の復号
    化方法。
  8. 【請求項８】ブロックが一定の長さを有するようにし、
    さらにブロックの長さに対する窓関数（ｆ（ｎ）,g
    （ｎ））の実効長さを、信号変化に依存して選定するよ
    うにした請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】窓の間隔（距離）を信号変化に依存して選
    定するようにした請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】１組の異なる窓関数（ｆ（ｎ）,g
    （ｎ））を定めるようにし、該窓関数の中から信号変化
    に依存してその都度に１つの窓関数を与える（選択）よ
    うにし、さらに伝送中に、この与えられた窓関数を一義
    的に定める指標数を伝送するようにした請求項７から９
    のうちのいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】窓関数の長さを変更する際、非対称的形
    態の各窓関数の各窓を使用する請求項７から10までのう
    ちのいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】請求項７から11までのうちのいずれか１
    項に記載のオーディオ信号の復号化方法を実施するため
    の記録装置において、オーディオ信号を、時間領域内
    で、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））によって順次連続し
    て重畳する窓に分割する手段と、該分割の後に、前記窓
    内に含まれる部分信号をそれぞれ変換によりスペクトル
    に変換する手段と、該スペクトルを符号化する手段と、
    該符号化の際、各ブロックの重畳領域を前記窓関数によ
    り、復号化後の前記窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の合
    成結果が“一定値”になるように重み付けするする手段
    と、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の長さを、各信号変
    化に依存して選定する手段と、該選定の際、前記窓関数
    の長さを小さな信号変化時には大きく選定し、大きな信
    号変化時には小さく選定する手段と、後続の窓（ｇ
    （ｎ））の窓関数を、先行の窓との重畳領域内で、前記
    先行の窓（ｆ（ｎ））の当該領域内の窓関数の鏡対称化
    により形成されるようにする手段とを有することを特徴
    とするオーディオ信号の復号化方法を実施するための記
    録装置。
  13. 【請求項１３】オーディオ信号の伝送方法であって、該
    オーディオ信号は、時間領域内で、窓関数（ｆ（ｎ）、
    ｇ（ｎ））によって順次連続して重畳する窓に分割し、
    該分割の際に、窓内に含まれる部分信号をそれぞれ変換
    によりスペクトルに変換し、該スペクトルを符号化し、
    該符号化の際、各ブロックの重畳領域を窓関数（ｆ
    （ｎ）、ｇ（ｎ））により、窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ
    （ｎ））の２乗の合成結果が“一定値”になるように重
    み付けされるオーディオ信号の伝送方法において、窓関
    数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の長さを、各信号変化に依存
    して選定し、該選定の際、窓関数の長さを小さな信号変
    化時には大きく選定し、大きな信号変化時には小さく選
    定し、後続の窓（ｇ（ｎ））の窓関数を、先行の窓（ｆ
    （ｎ））との重畳領域内で、先行の窓の当該領域内の窓
    関数の鏡対称化により形成されるようにしたことを特徴
    とするオーディオ信号の伝送方法。
  14. 【請求項１４】ブロックが一定の長さを有するように
    し、さらにブロックの長さに対する窓関数（ｆ（ｎ）,g
    （ｎ））の実効長さを、信号変化に依存して選定するよ
    うにした請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項１５】窓の間隔（距離）を信号変化に依存して
    選定するようにした請求項13に記載の方法。
  16. 【請求項１６】１組の異なる窓関数（ｆ（ｎ）,g
    （ｎ））を定めるようにし、該窓関数の中から信号変化
    に依存してその都度に１つの窓関数を与える（選択）よ
    うにし、さらに伝送中に、この与えられた窓関数を一義
    的に定める指標数を伝送するようにした請求項13から15
    のうちのいずれか１項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】窓関数の長さを変更する際、非対称的形
    態の各窓関数の各窓を使用する請求項13から16までのう
    ちのいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】請求項13から17までのうちのいずれか１
    項に記載のオーディオ信号の伝送方法を実施するための
    記録装置において、オーディオ信号を、時間領域内で、
    窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））によって順次連続して重
    畳する窓に分割する手段と、該分割の後に、前記窓内に
    含まれる部分信号をそれぞれ変換によりスペクトルに変
    換する手段と、該スペクトルを符号化する手段と、該符
    号化の際、各ブロックの重畳領域を前記窓関数により、
    前記窓関数（ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の２乗の合成結果が
    “一定値”になるように重み付けする手段と、窓関数
    （ｆ（ｎ）、ｇ（ｎ））の長さを、各信号変化に依存し
    て選定する手段と、該選定の際、前記窓関数の長さを小
    さな信号変化時には大きく選定し、大きな信号変化時に
    は小さく選定する手段と、後続の窓（ｇ（ｎ））の窓関
    数を、先行の窓との重畳領域内で、前記先行の窓（ｆ
    （ｎ））の当該領域内の窓関数の鏡対称化により形成さ
    れるようにする手段とを有することを特徴とするオーデ
    ィオ信号の伝送方法を実施するための記録装置。
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