DE69418994T2 - Kodier- und Dekodierapparat welcher keine Tonqualität verschlechtert, sogar wenn ein Sinuswellen-Signal dekodiert wird - Google Patents
Kodier- und Dekodierapparat welcher keine Tonqualität verschlechtert, sogar wenn ein Sinuswellen-Signal dekodiert wirdInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Codier- und Decodiervorrichtung mit Bitzuordnung zum Ausführen eines adaptiven Bitzuordnungsvorgangs betreffend Musik- und Sprachtonsignale, und insbesondere betrifft sie die Bitzuordnung in einer derartigen Vorrichtung.
- Als Codier- und Decodiersystem zum Komprimieren eines digitalen Eingangssignals in Form eines Musiktonsignals, eines Sprachtonsignals und dergleichen mit hohem Wirkungsgrad unter Berücksichtigung menschlicher psychoakustischer Eigenschaften sind ein Unterband-Codiersystem, bei dem ein Signal auf Zeitbasis dadurch codiert wird, dass eine Unterteilung in mehrere Frequenzbänder erfolgt, ein Transformationscodiersystem, bei dem ein Signal auf Zeitbasis in ein Signal auf Frequenzbasis transformiert wird (orthogonale Transformation), eine Unterteilung in mehrere Frequenzbänder erfolgt und dann jedes Band codiert wird, oder eine Kombination der vorstehend genannten Systeme bekannt. Die vorstehend genannten Codiersysteme mit hohem Wirkungsgrad (Bitratenverringerung) arbeiten damit, dass ein digitales Eingangssignal auf Zeitbasis pro spezifizierter Zeiteinheit (Rahmen) auf Zeitbasis gebildet wird, jeder Block in mehrere Frequenzbänder unterteilt wird und dann die sich ergebenden Daten in jedem Frequenzband quantisiert werden, um sie zu codieren.
- Wenn das Signal auf Zeitbasis in Frequenzbänder unterteilt wird und das Signal in ein Signal auf Frequenzbasis transformiert wird (orthogonale Transformation), wird ein langes Intervall (das nachfolgend als Blocklänge bezeichnet wird) zur Analyse eingestellt, um die Frequenzauflösung zu erhöhen, wenn nur ein stationäres Signal existiert, während die Blocklänge verringert wird, um die zeitliche Auflösung zu erhöhen, wenn eine plötzliche Signaländerung auftritt, was entsprechend Bezugsmaterial erfolgt (japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. HEI 4-302531).
- Indessen müssen, wenn Daten in jedem der Frequenzbänder quantisiert werden, um sie zu codieren, die guantisierungsbits innerhalb einer ursprünglich begrenzten Gesamtmenge an Codierungsbits geschickt verteilt werden. Als System zum adaptiven Ausführen eines Bitzuordnungsvorgangs entsprechend einem Eingangssignal ist ein adaptives Bitzuordnungssystem bekannt. Gemäß dem adaptiven Bitzuordnungssystem wird ein Signal in einem nicht hörbaren Frequenzband gelöscht (es wird kein Bit zur Quantisierung zugeordnet), wobei ein Maskierungseffekt oder eine psychoakustische Charakteristik, wie die Untergrenze der Hörbarkeit, genutzt wird, und die Quantisierungsbits werden hinsichtlich jedes Frequenzbands so verteilt, dass ein beim guantisieren von Musikdaten erzeugtes Quantisierungsrauschen unter den Hörpegel herabgedrückt wird.
- Der Maskierungseffekt umfasst gleichzeitiges Maskieren und zeitliches Maskieren. Gleichzeitiges Maskieren ist als Effekt definiert, bei dem ein lauter Ton dafür sorgt, dass ein anderer Ton kaum gehört wird. Zeitliches Maskieren ist als Effekt definiert, bei dem ein zeitlich früherer erzeugter Ton einen später erzeugten Ton maskiert (Vorwärtsmaskierung) oder der letztere den ersteren maskiert (Rückwärtsmaskierung). Der Schwellenwert bei Ruhe ist als minimal hörbarer Tondruckpegel definiert, wobei der Schwellenwert bei Ruhe eine solche Frequenzcharakteristik aufweist, dass die menschliche Hörempfindlichkeit bei einer Frequenz von ungefähr 4 kHz ihren Spitzenwert aufweist und dann allmählich zum niedriger frequenten Ende und zum höher frequenten Ende fällt.
- Unter adaptiven Bitzuordnungssystemen existiert ein System, bei dem der Maskierungseffekt abhängig vom Muster eines Signals in jedem Block selektiv ausgeübt wird oder nicht ausgeübt wird (japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. HEI 3-132217).
- Ferner existiert hinsichtlich adaptiven Bitzuordnungssystemen ein Iterationsverfahren, das damit arbeitet, dass die Leistung 5 jedes Frequenzbands erfasst wird, ein Maskierungsschwellenwert M (minimale Hörleistung) für die Leistung in jedem Frequenzband hinsichtlich eines anderen Frequenzbands erfasst wird, ein Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis R(m) ( = M/N(m)) aus der Quantisierungsrauschsignal-Leistung N(m) für den Fall be rechnet wird, dass jedes Frequenzband mit m Bits quantisiert wird, der Minimalwert R unter den Werten R in jedem Frequenzband gesucht wird, dem Frequenzband Bits zugeordnet werden, der Wert von R erneuert wird, erneut nach dem Minimalwert von R gesucht wird und dem Frequenzband Bits zugeordnet werden. Im vorliegenden Fall beruht das Verfahren zum Berechnen des Maskierungsschwellenwerts M auf der Maskierungscharakteristik einer Person, die normale Hörcharakteristik aufweist.
- Als Codier- und Decodiervorrichtungen zum Ausführen des adaptiven Bitzuordnungsvorgangs können eine MD(Minidisc)-und eine DCC(digitale Kompaktkassette)-Vorrichtung aufgelistet werden. Die Codier- und Decodiersysteme bei den vorstehend genannten Vorrichtungen werden in der Praxis als ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding) bzw. PASC (Precision Adaptive Sub-Band Coding) bezeichnet.
- Wenn bei einer herkömmlichen Codier- und Decodiervorrichtung die Blocklänge entsprechend dem Ausmaß der Signaländerung geändert wird, wird der Bitzuordnungsvorgang unabhängig davon, ob die Blocklänge groß oder klein ist, mittels derselben Hörcharakteristik ausgeführt. Daher bestehen beim Ausführen eines Codiervorgangs in Echtzeit Nachteile dahingehend, dass der Rechenumfang durch einen Block mit kurzer Blocklänge begrenzt ist und dass Differenzen hinsichtlich der Hörcharakteristik und dergleichen zwischen dem Fall, in dem sich ein Signal plötzlich ändert, und dem Fall, in dem ein Signal stationär ist, nicht berücksichtigt werden.
- Das Dokument EP 0 506 394 A&sub2; offenbart eine Codiervorrichtung mit einem Bandunterteilunsfilter, einer Blockpufferungsschaltung und einem adaptiven Bitzuordnungscodierer, wobei die Länge der Blöcke variabel ist und die Länge der Blöcke und ein bei der Pufferungsverarbeitung verwendeter Pufferkoeffizient auf Grundlage desselben Index bestimmt werden.
- Demgemäß ist es wünschenswert, eine Codier- und Decodiervorrichtung zu schaffen, die verbesserte Tonqualität dadurch erzielen kann, dass die Blocklänge entsprechend dem Änderungsausmaß eines Signals geändert wird und die optimale Hörcharakteristik entsprechend der Blocklänge auf Grundlage des adaptiven Bitzuordnungssystems verwendet wird.
- Wenn ein Eingangssignal ein Signal mit schmalem Frequenzband ist, wie ein Sinussignal (wobei ein solches Signal nachfolgend einfach als "Sinussignal" bezeichnet wird), weist nur das Frequenzband mit dem Sinussignal große Leistung auf, und zu den fernen Enden entfernt vom Frequenzband ergibt sich eine abrupt verringerte Leistung. Im vorliegenden Fall übt das Sinussignal beinahe keinen Maskierungseinfluss auf ein anderes Frequenzband aus (der Zweckdienlichkeit halber als I&sub2; angenommen), das entfernt vom das Sinussignal enthaltenden Frequenzband liegt (der Zweckdienlichkeit halber als 11 angenommen), und das Frequenzband erfährt den größten Maskierungseinfluss von der Leistung des Frequenzbands selbst. Im Ergebnis entsteht nur eine geringe Differenz zwischen einem Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) des das Sinussignal enthaltenden Frequenzbands I&sub1; (wobei SMR das Verhältnis einer Leistung 5 (des eigenen Signals) zum Maskierungsschwellenwert M bedeutet) und dem Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) des vom Maskierungseinfluss des Sinussignals freien Frequenzband I&sub2;. Anders gesagt, haben gemäß der Relativbeziehung zwischen dem Signal 5 und einer Quantisierungsrauschsignal-Leistung N ein Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) R ( = M/N = (S/N)/(S/M)) des Frequenzbands I&sub1; und das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) R des Frequenzbands I&sub2; ähnliche Werte. Da beim herkömmlichen adaptiven Bitzuordnungssystem der Bitzuordnungsvorgang nur auf Grundlage des Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnisses (MNR) R erfolgt, haben die Anzahl der dem Frequenzband I&sub1; zugeordneten Bits und die Anzahl der dem Frequenzband I&sub2; zugeordneten Bits ähnliche Werte. Aus den oben genannten Gründen wird, wenn viele Frequenzbänder I&sub2; frei vom Maskierungseinfluss des Sinussignals existieren, dem das Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1; eine große Anzahl von Bits zugeordnet, weswegen sich erhöhte Quantisierungsrauschsignale ergeben, wenn ein Quantisierungsvorgang mit der oben genannten Anzahl von Bits ausgeführt wird. Daher kann, wenn ein codiertes Sinussignal decodiert wird, das Quantisierungsrauschen gehört werden, was möglicherweise die Tonqualität beeinträchtigt.
- Demgemäß ist es auch wünschenswert, eine Codier- und Decodiervorrichtung zu schaffen, die selbst dann keine Beeinträchtigung der Tonqualität verursacht, wenn ein Sinussignal codiert wird.
- Ferner verfügt ein Frequenzband (der Zweckdienlichkeit halber als I&sub4; angenommen) in der Nähe eines Frequenzbands (der Zweckdienlichkeit halber als I&sub3; angenommen) mit der Möglichkeit großer Leistung über einen großen Maskierungsschwellenwert M, unabhängig von der Tatsache, dass das Frequenzband hohe Leistung aufweist. In einem solchen Fall gilt die Beziehung S < M, d. h. N(0) = S ohne Bitzuordnung, und daher hat das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) R einen Wert über 1. Daher wird dem Frequenzband I&sub4; kein Bit zugeordnet, weswegen dieses Frequenzband I&sub4; gelöscht wird. Eine normale Person, die einen Ton hört, bei dem das Frequenzband I&sub4; in der Nähe des Frequenzbands I&sub3; mit großer Leistung gelöscht ist, hat kein Gefühl einer Unvereinbarkeit. Jedoch hat eine Person mit hervorragendem Hörvermögen gelegentlich das Gefühl einer Unvereinbarkeit, wenn sie die Tatsache erkennt, dass das Frequenzband I&sub4; gelöscht ist.
- Demgemäß ist es auch wünschenswert, eine Codier- und Decodiervorrichtung zu schaffen, die einer Person mit hervorragendem Hörvermögen kein derartiges Gefühl einer Unvereinbarkeit vermittelt.
- Es existiert ein weiterer Fall, bei dem eine Funktion zum Hervorheben einer speziellen Frequenzkomponente, wie eine Bassverstärkungsfunktion, in eine Vorrichtung zur Musiksignalwiedergabe eingebaut ist. Wenn angenommen wird, dass ein gemäß dem oben genannten adaptiven Bitzuordnungssystem decodiertes Tonsignal durch eine derartige Wiedergabevorrichtung wiedergegeben wird, wird der Frequenzkomponente im Codierprozess keine ausreichende Anzahl von Bits zugeordnet, und das MNR eines die Frequenzkomponente enthaltenden Frequenzbands I&sub5; ist geringfügig größer als 1, woraus ersichtlich ist, dass das Quantisierungsrauschen der Frequenzkomponente angehoben sein kann. Der vorstehend genannte Effekt wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 14A und 14B beschrieben. Fig. 14A zeigt ein Leistungsspektrum zu einem Zeitpunkt, einen Maskierungsschwellenwert sowie ein Leistungsspektrum von Quantisierungsrauschen für ein Wiedergabetonsignal, das gemäß dem adaptiven Zuordnungssystem decodiert wurde. Eine durchgezogene Linie L&sub1; repräsentiert das Leistungsspektrum des wiedergegebenen Tons, eine gestrichelte Linie L&sub2; repräsentiert den Maskierungsschwellenwert des wiedergegebenen Tons, und eine gepunktete Linie L&sub3; repräsentiert das Leistungsspektrum eines im wiedergegebenen Ton enthaltenen Quantisierungsrauschsignals.
- Wenn durch die oben genannte Wiedergabevorrichtung eine Bassanhebung im durch Fig. 14B veranschaulichten Ausmaß erfolgt, sind die erhöhten Werte der Spektralkomponenten durch dünne Linien l&sub1;, l&sub2; und l&sub3; der jeweiligen Linien in Fig. 14A repräsentiert. Die Achsen des in Fig. 14B dargestellten Kurvenbilds haben dieselben Maßstäbe wie die in Fig. 14A. Wie es aus Fig. 14A erkennbar ist, ist bei einer Bassanhebung des Wiedergabetons der Maskierungsschwellenwert im niederfrequenten Bereich erhöht. Jedoch ist der Tatsache mehr Aufmerksamkeit zu schenken, dass ein Abschnitt existiert, in dem die Leistung des Quantisierungsrauschens so erhöht ist, dass sie in nachteiliger Weise den Maskierungsschwellenwert überschreitet. Im oben genannten Abschnitt existiert das Problem, dass das Quantisierungsrauschen wahrgenommen wird.
- Demgemäß ist es auch wünschenswert, eine Codier- und Decodiervorrichtung zu schaffen, die dann, wenn durch eine Wiedergabevorrichtung mit der Funktion des Anhebens einer speziellen Frequenzkomponente ein decodiertes Tonsignal wiedergegeben wird, das Quantisierungsrauschen im Frequenzband mit der angehobenen Frequenzkomponente unterdrücken kann, um dadurch eine mögliche Beeinträchtigung der Tonqualität zu verhindern.
- Durch die Erfindung ist Folgendes geschaffen: eine Codier-und Decodiervorrichtung mit einem Codierabschnitt zum Codieren eines aus Musiktonsignalen, Sprachtonsignalen oder einer Kombination solcher Tonsignale bestehenden digitalen Eingangssignals, und einem Decodierabschnitt zum Decodieren eines durch den Codierabschnitt codierten Signals, wobei der Codierabschnitt Folgendes aufweist:
- - einen Blocklänge-Bestimmungsabschnitt, der im Zeitmultiplex das Eingangssignal in Blöcke mit jeweils spezifizierter Blocklänge entsprechend dem Änderungsausmaß im Eingangssignal unterteilt;
- - einen Frequenzband-Unterteilungsabschnitt, der das Signal jedes der Blöcke in mehrere Frequenzbänder unterteilt, um ein Frequenzbandsignal zu erzeugen;
- - einen Bitzuordnungsabschnitt, der aus der Leistungsstärke jedes der Frequenzbänder ein Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis erhält, das eine psychoakustische Charakteristik widerspiegelt, und der die Anzahl der jedem der Frequenzbänder zuzuordnenden guantisierungsbits auf Grundlage der Größe des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses bestimmt; und
- - einen Quantisierungsabschnitt, der vom Bitzuordnungsabschnitt Information empfängt, die die guantisierungsbitzahl repräsentiert, und der das Frequenzband quantisiert, während er jedem der Frequenzbänder eine spezifizierte Anzahl von Bits auf Grundlage von Information zuordnet, um eine Codefolge zu erzeugen;
- - wobei der Bitzuordnungsabschnitt eine Einrichtung zum Verwenden einer variierten psychoakustische Charakteristik abhängig von der Blocklänge durch Empfangen von die Blocklänge repräsentierender Information vom Blocklänge-Bestimmungsabschnitt aufweist.
- Gemäß der Erfindung empfängt der Bitzuordnungsabschnitt des Codierab schnitts die die Blocklänge repräsentierende Information vom Blocklänge- Bestimmungsabschnitt, und sie verwendet abhängig von der Blocklänge eine variierte psychoakustische Charakteristik. Bei der oben genannten Anordnung kann dann, wenn die Blocklänge groß ist, eine psychoakustische Charakteristik verwendet werden, die einen großen Maskierungseffekt erzeugt, wobei sie jedoch einen großen Umfang an Berechnungen, z. B. bei gleichzeitigem Maskieren, benötigt. Wenn die Blocklänge kurz ist, kann eine psychoakustische Charakteristik verwendet werden, die einen kleinen Maskierungseffekt liefert, wobei sie jedoch einen verringerten Umfang an Rechenvorgängen, z. B. bei zeitlichem Maskieren, benötigt. Anders gesagt, kann die gegenläufige Beziehung zwischen dem Rechenumfang und der Genauigkeit des Maskierungsschwellenwerts überwunden werden, um es zu ermöglichen, dass immer die optimale psychoakustische Charakteristik verwendet werden kann, wodurch sich Quantisierungsrauschen verringert. Daher kann ein Wiedergabeton hoher Qualität erzielt werden.
- Das Bitanordnungssystem kann eine Einrichtung zum Begrenzen der Maximalmenge an Bits, wie sie jedem der Frequenzbänder pro Frequenzband zuzuordnen sind, aufweisen.
- Mit der vorstehend genannten Anordnung kann die Maximalmenge zuordenbarer Quantisierungsbits unabhängig von der Größe des Maskierungsschwellenwert/- Rauschsignal-Verhältnisses (MNR) hinsichtlich des Frequenzbands I&sub2; mit kleiner Leistung, das entfernt vom Frequenzband I&sub1; mit großer Leistung unter den mehreren Frequenzbändern liegt, begrenzt werden. Genauer gesagt, kann bei Eingabe eines Sinussignals die maximale Bitzahl für das Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung, das entfernt vom ein Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1; liegt, selbst dann wirkungsvoll begrenzt werden, wenn das Frequenzband I&sub2; ein Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) mit derselben Größe wie der des das Sinussignal enthaltenden Frequenzbands I&sub2; aufweist. Im Ergebnis werden die Bits, die dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung zugeordnet worden wären, eher einem anderen Frequenzband zugeordnet, insbesondere dem das Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1;. Daher ist beim Decodieren des Sinussignals das Quantisierungsrauschen im Vergleich zum herkömmlichen Fall verringert, was die Tonqualität verbessert.
- Bei einer Ausführungsform bestimmt die Einrichtung des Bitzuordnungsabschnitts auf Grundlage des Verhältnisses der Leistung aller Frequenzbänder zur Leistung eines Frequenzbands die maximale Menge an Bits, die dem einen Frequenzband zuzuordnen sind.
- Bei der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform bestimmt der Zuordnungsabschnitt des Codierabschnitts die Maximalmenge der einem Frequenzband zuzuordnenden Bits auf Grundlage des Verhältnisses der Leistung aller Frequenzbänder zur Leistung des einen Frequenzbands. Im vorliegenden Fall kann die Zuordnung von Bits zum Frequenzband mit kleiner Leistung wirkungsvoll begrenzt werden, wenn das Eingangssignal groß ist.
- Bei einer Ausführungsform bestimmt die Einrichtung des Bitzuordnungssystems die Maximalmenge der einem Frequenzband zuzuordnenden Bits auf Grundlage der Leistungsstärke des einen Frequenzbands.
- Bei der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform bestimmt der Bitzuordnungsabschnitt des Codierabschnitts die Maximalmenge der einem Frequenzband zuzuordnenden Bits auf Grundlage der Leistungsstärke des einen Frequenzbands. Im vorliegenden Fall kann die Zuordnung von Bits zum Frequenzband kleiner Leistung wirkungsvoll begrenzt werden, wenn das Eingangssignal klein ist.
- Bei einer Ausführungsform bestimmt die Einrichtung des Bitzuordnungsabschnitts die Maximalmenge der jedem der Frequenzbänder zuzuordnenden Bits auf Grundlage des Verhältnisses der Leistung aller Frequenzbänder zur Leistung eines Frequenzbands und der Leistungsstärke des einen Frequenzbands.
- Gemäß der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform bestimmt der Bitzuordnungsabschnitt des Codierabschnitts die Menge der jedem Frequenzband zuzuordnenden Quantisierungsbits auf Grundlage des Verhältnisses der Leistung aller Frequenzbänder zur Leistung eines Frequenzbands und der Leistungsstärke des einen Frequenzbands. Im vorliegenden Fall kann die Zuordnung von Bits zum Frequenzband mit kleiner Leistung unabhängig von der Stärke des Eingangssignals wirkungsvoll begrenzt werden.
- Wenn die Begrenzung der maximalen Bitzahl im Bitzuordnungsabschnitt schwerwiegend ist, wird dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung, das entfernt vom Frequenzband I&sub1; mit großer Leistung liegt, eine unzureichende Menge an Bits zugeordnet, weswegen möglicherweise das Quantisierungsrauschen im Frequenzband I&sub2; zu hören ist. Der oben genannte Effekt tritt dann auf, wenn das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) des Frequenzbands I&sub2; mit der kleinen Leistung nicht größer als 1 ist.
- Daher umfasst der Bitzuordnungsabschnitt bei einer Ausführungsform eine Einrichtung zum Freigeben einer Begrenzung hinsichtlich der Maximalmenge an Bits, die dem einen Frequenzband zuzuordnen sind, wenn das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis des einen Frequenzbands nicht größer als Eins ist.
- Bei der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform wird dann, wenn das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis eines Frequenzbands nicht größer als 1 ist, die Begrenzung der Maximalmenge der dem einen Frequenzband zuzuordnenden Bits aufgehoben. Durch diese Vorgehensweise erfolgt eine Bitzuordnung, bis das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal- Verhältnis den Wert 1 im Frequenzband überschreitet, dessen maximale Bitzahl ursprünglich begrenzt ist, und die Bitordnung wird dann unmittelbar angehalten, wenn der Maskierungsschwellenwert den Wert 1 überschreitet. Daher ist das Quantisierungsrauschen im das Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1; auf dieselbe Weise wie bei der Codier- und Decodiervorrichtung gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung verringert, und ferner ist das Quantisierungsrauschen im Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung verringert. Daher kann die Tonqualität in der Decodierstufe verbessert werden.
- Ferner ist es möglich, wenn die Begrenzung der maximalen Bitzahl im Bitzuordnungssystem schwerwiegend ist, dass die Gesamtmenge der zugeordneten Quantisierungsbits keine spezifizierte Gesamtmenge von Bits, wie allen Frequenzbändern zuordenbar, erreicht, und zwar unabhängig von der Tatsache, dass die Menge der Bits aller Frequenzbänder der maximalen Bitzahl entspricht (oder diese überschreitet). Anders gesagt, ist zu bedenken, dass zuordenbare Bits aufgrund der Tatsache verbleiben können, dass die maximale Bitlänge jedes Frequenzbands klein ist.
- Daher umfasst der Bitzuordnungsabschnitt, bei einer Ausführungsform, eine Einrichtung für Folgendes: Entscheiden, ob die Anzahl der jedem der Frequenzbänder zugeordneten Bits der Maximalbitzahl entspricht, wenn die Gesamtanzahl der zugeordneten Quantisierungsbits eine spezifizierte Gesamtanzahl von Bits nicht erreicht, die allen Frequenzbändern zuzuordnen sind, und Lindern oder Aufheben der Begrenzung hinsichtlich der Maximalbitzahl, wenn die Anzahl der jedem der Frequenzbänder zugeordneten Bits der Maximalbitzahl entspricht.
- Gemäß einer Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform ent scheidet der Bitzuordnungsabschnitt, wenn die Gesamtmenge zugeordneter Bits nicht die spezifizierte Gesamtmenge der allen Frequenzbändern zuordenbaren Bits erreicht, ob die Menge der jedem Frequenzband zugeordneten Bits der maximalen Bitzahl jedes Frequenzbands entspricht, und wenn die Menge der jedem Frequenzband zugeordneten Bits der maximalen Bitzahl jedes Frequenzbands entspricht, wird Beschränkung hinsichtlich der maximalen Bitzahl gelindert oder aufgehoben. Daher wird die Bitzuordnung wirkungsvoll innerhalb des Bereichs der Gesamtmenge an Quantisierungsbits ausgeführt. Anders gesagt, werden dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung zusätzliche Bits zugeordnet, dem aufgrund der oben genannten Beschränkung weniger Bits zugeordnet wurden, als es der geeigneten Bitzahl entspricht. Durch die oben genannte Anordnung ist das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) des Frequenzbands I&sub2; verbessert, was die Tonqualität in der Decodierstufe verbessert.
- Der Bitzuordnungsabschnitt kann eine Einrichtung für Folgendes aufweisen: Entscheiden, ob das Verhältnis der Leistung eines Frequenzbands zur Leistung aller Frequenzbänder nicht kleiner als ein spezifiziertes Verhältnis ist, und Zuordnen zumindest der Minimalanzahl von Quantisierungsbits zum einen Frequenzband mit einer Leistung, die hinsichtlich des Verhältnisses nicht kleiner als ein spezifiziertes Verhältnis ist, und zwar unabhängig vom Wert des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses.
- Bei der vorstehend genannten Anordnung wird das Frequenzband I&sub4; mit einer Leistung mit einem Verhältnis nicht unter einem spezifizierten Verhältnis nicht vollständig aufgrund des Einflusses der Leistung des anderen Frequenzbands I&sub3; gelöscht. Daher wird, abweichend vom herkömmlichen Fall, einer Person mit hervorragendem Hörvermögen kein Gefühl einer Unvereinbarkeit vermittelt, um es zu ermöglichen, Wiedergabetöne hoher Qualität zu liefern.
- Es existiert die Möglichkeit, dass zu einer Musikwiedergabevorrichtung eine Funktion betreffend das Hervorheben einer speziellen Frequenzkomponente, wie eine Bassanhebefunktion, hinzugefügt ist. Wenn ein gemäß dem adaptiven Bitzuordnungssystem decodiertes Tonsignal mit einer derartigen Wiedergabevorrichtung wiedergegeben wird und der Frequenzkomponente in der Codierstufe unzureichend Bits zugeordnet werden und das Maskierungsschwellenwert/- Rauschsignal-Verhältnis (MNR) des Frequenzbands Is mit dieser Frequenzkomponente geringfügig größer als 1 ist, wird davon ausgegangen, dass das Quantisierungsrauschen der Frequenzkomponente erhöht ist.
- Das Bitzuordnungssystem kann eine Einrichtung zum Zuordnen einer vorbestimmten Menge an zusätzlichen Bits zu einem vorbestimmten Frequenzband aufweisen.
- Durch die oben genannte Anordnung wird das Quantisierungsrauschen im vorbestimmten Frequenzband Is noch weiter als im normalen Fall verringert. Daher wird, wenn Rauschen beim Anhebeprozess durch die Wiedergabevorrichtung angehoben wird, das Rauschen nicht wahrgenommen.
- Bei einer Ausführungsform umfasst der Bitzuordnungsabschnitt eine Einrichtung für Folgendes: Zuordnen einer Anzahl von Bits zu den Frequenzbändern, die durch Subtrahieren der Anzahl von dem vorbestimmten Frequenzband zuzuordnenden Zusatzbits von der Gesamtanzahl der allen Frequenzbändern zuordenbaren Quantisierungsbits erhalten wurde, und anschließendes Addieren der Anzahl zuzuordnender Zusatzbits zur Anzahl der Bits, die dem vorbestimmten Frequenzband zugeordnet sind.
- Gemäß der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform ordnet der Bitzuordnungsabschnitt des Codierabschnitts jedem Frequenzband diejenige Menge restlicher Bits zu, die dadurch erhalten wurde, dass die Menge zusätzlicher Bits, wie sie dem spezifizierten Frequenzband Is zuzuordnen sind, von der Gesamtmenge der allen Frequenzbändern zuordenbaren guantisierungsbits abgezogen wird, und anschließend addiert er zur Menge der dem spezifizierten Frequenzband Is zugeordneten Bits die Menge der zuordenbaren zusätzlichen Bits. Durch die oben genannte Anordnung fällt die Menge der allen Frequenzbändern zugeordneten Bits in den Bereich der Gesamtmenge an Quantisierungsbits.
- Bei einer Ausführungsform umfasst der Bitzuordnungsabschnitt eine Einrichtung für Folgendes: Erhalten eines Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses für jedes der Frequenzbänder aus der Leistungsstärke des Frequenzbands, Addieren eines vorbestimmten Werts zum Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis des vorbestimmten Frequenzbands, um ein modifiziertes Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis zu erhalten, und anschließendes Erhalten des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses mittels des modifizierten Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses.
- Gemäß der Codier- und Decodiervorrichtung dieser Ausführungsform erhält der Bitzuordnungsabschnitt des Codierabschnitts das Signal/Maskierungsschwel lenwert-Verhältnis (SMR) jedes Frequenzbands aus der Leistungsstärke des Frequenzbands. Nach dem Addieren eines vorbestimmten Werts zum Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) des spezifizierten Frequenzbands Is, um ein modifiziertes Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis zu erhalten, erhält der Bitzuordnungsabschnitt das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) mittels des modifizierten Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses (SMR). Durch die oben genannte Anordnung sind dem Frequenzband Is aufgrund der Größe der Zunahme des Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses (SMR) mehr Bits zuzuordnen, und daher ist das Quantisierungsrauschen im spezifizierten Frequenzband Is auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen Codier- und Decodiervorrichtung verringert. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass das Quantisierungsrauschen den Maskierungsschwellenwert überschreitet, und das Quantisierungsrauschen wird nicht wahrgenommen. Ferner berücksichtigt die Bitzuordnung im oben genannten Fall das Gleichgewicht der Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisse (SMRs) aller Frequenzbänder. Anders gesagt, weist dann, wenn das anzuhebende spezifizierte Frequenzband Is keine Signalkomponente enthält, das Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) des Frequenzbands Is ursprünglich einen unendlichen negativen Wert oder einen Wert auf, der dem Dezibelwert entspricht. Daher wird die Addition aufgrund der Anhebung nicht berücksichtigt und dem Frequenzband Is wird kein Bit zugeordnet. Daher kann sinnloses Vorgehen beim Bitzuordnungsvorgang beseitigt werden. Wenn das Signal selbst oder das Quantisierungsrauschen des Frequenzbands Is durch das Signal eines anderen Frequenzbands maskiert wird, wenn die Anhebung aktiviert ist, ist dafür gesorgt, dass das Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis (MNR) vor dem Bitzuordnungsprozess einen Wert über dem eines anderen, nicht maskierten Frequenzbands aufweist (obwohl der Wert kleiner als der Wert vor dem Anhebeprozess ist, ist er immer noch größer als das MNR des nicht maskierten Frequenzbands). Daher werden dem Frequenzband Is weniger Bits zugeordnet. Daher kann sinnlose Zuordnung von Bits verhindert werden.
- Ferner sind die oben genannten Ausführungsformen zwar durch Hardware realisiert, jedoch können sie auch ganz durch Software realisiert sein, die auf einer Vorrichtung wie einem digitalen Signalprozessor läuft.
- Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.
- Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Berechnen eines Maskierungsschwellenwerts in einem Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt der Codier- und Decodiervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 3 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 6 ist ein Kurvenbild zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen der maximalen Bitzahl in einem MaximalBitzahl-Bestimmungsabschnitt der Codier- und Decodiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 7 ist ein Flussdiagramm eines anderen Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 8 ist ein Flussdiagramm noch eines anderen Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 10 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 12 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 13 ist ein Flussdiagramm eines anderen Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 14A und 14B sind Kurvenbilder, die ein Leistungsspektrum, einen Maskierungsschwellenwert und Quantisierungsrauschen hinsichtlich eines Wiedergabetonsignals sowie Quantisierungsrauschen für den Fall zeigen, dass in einer Wiedergabevorrichtung eine Bassanhebung ausgeführt wird;
- Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, nämlich einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 16 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Zuordnen von Bits mittels der Codier- und Decodiervorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels;
- Fig. 17A und 17B sind Kurvenbilder zum Erläutern einer Vorgehensweise zum Erhalten einer Maskierungskurve gemäß einem Verfahren mit gleichzeitiger Maskierung;
- Fig. 18 ist ein Kurvenbild zum Erläutern einer Vorgehensweise zum Erhalten einer Maskierungskurve gemäß dem Verfahren mit gleichzeitiger Maskierung;
- Fig. 19 ist ein Kurvenbild, das eine erhaltene Maskierungskurve zeigt;
- Fig. 20 ist ein Kurvenbild zum Erläutern einer Vorgehensweise zum Erhalten einer Maskierungskurve gemäß einem Verfahren mit zeitweiliger Maskierung; und
- Fig. 21 ist ein Kurvenbild zum Erläutern einer Vorgehensweise zum Erhalten eines Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses (SMR) für jedes Frequenzband.
- Nun werden Codier- und Decodiervorrichtungen mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
- Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
- Die vorliegende Codier- und Decodiervorrichtung weist Folgendes auf: einen Codierabschnitt aus einem Blocklänge-Bestimmungsabschnitt 1, einem Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 2, einem Bitzuordnungsabschnitt 3, einem Quantisierungsabschnitt 4 und einem Multiplexer 5; eine Übertragungsleitung 6 und einen Decodierabschnitt aus einem Demultiplexer 7, einem Entquantisierungsabschnitt 8 und einem Frequenzband-Kombinierabschnitt 9. Der Bitzuordnungsabschnitt 3 umfasst einen Leistungsberechnungsabschnitt 31, einen Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 32, einen SMR (Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 33, einen MNR (Maskierungsschwellenwert/Rauschsignal-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 34 und einen Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 35. Die Übertragungsleitung 6 besteht aus einem leitungsgebundenen System, einem verdrahteten System oder einem Speichersystem.
- Der Zweckmäßigkeit der Beschreibung halber wird als Erstes der Betrieb der gesamten Codier- und Decodiervorrichtung beschrieben, und danach wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 3 beschrieben.
- Als Erstes wird ein digitales Eingangssignal in den Blocklänge-Bestimmungsabschnitt 1 des Codierabschnitts eingegeben. Dieser Blocklänge-Bestimmungsabschnitt 1 bestimmt die Blocklänge auf Grundlage des Ausmaßes einer Änderung des Eingangssignals. Genauer gesagt, wird ein Block mit großer Länge (Umfang der Abtastewerte: 1024) in acht Unterblöcke mit kürzerer Blocklänge unterteilt. Wenn das Verhältnis der Maximalamplitude eines Unterblocks zu einem benachbarten Unterblock nicht kleiner als ein spezifizierter Wert ist, wird eine kurze Blocklänge ausgewählt. Im anderen Fall wird eine große Blocklänge ausgewählt. Hierbei ist angenommen, dass eine Unterblocknummer j ist, mit j = 0 bis 7. Im Fall einer großen Blocklänge stimmt der Unterblock mit dem Block überein (j = 0).
- Das Eingangssignal mit der so bestimmten Blocklänge wird im Frequenzband- Unterteilungsabschnitt 2 in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Als Unterteilungssystem existieren ein Frequenzumsetzungssystem, wie ein solches mit Fouriertransformation sowie eine Bandpassfilterbank und dergleichen. Wenn ein Frequenzumsetzungssystem verwendet wird, wird angenommen, dass ein Frequenzband aus mehreren Frequenzkomponenten besteht, wie sie durch einen Umsetzungsprozess erhalten werden.
- In den Bitzuordnungsabschnitt 3 und den Quantisierungsabschnitt 4 wird ein Frequenzbandsignal eingegeben. Der Bitzuordnungsabschnitt 3 erhält auf eine unten beschriebene Weise eine QuantisierungsBitzahl aus einem Frequenzbandsignal, und er überträgt die erhaltene Information an den Quantisierungsabschnitt 4. Der Quantisierungsabschnitt 4 quantisiert das Frequenzbandsignal auf Grundlage der Information, um das Signal in Codes umzusetzen.
- Die so erhaltenen Codes sowie Nebeninformation wie Bitzuordnungsinformation und Blocklängeninformation (die Nebeninformation wird zum Decodieren der Codes im Decodierabschnitt benötigt und hängt von den Quantisier- und Codiersystemen ab), jedes Frequenzbandsignals werden im Multiplexer 5 gemultiplext und dann als Codefolge an die Übertragungsleitung 6 übertragen.
- Der Demultiplexer 7 des Decodierabschnitts nimmt die Codefolge von der Übertragungsleitung auf und trennt dieselbe in Codes und Nebeninformation wie Bitzuordnungsinformation und Bitlängeninformation für jedes Frequenzbandsignal. Dann werden die Codes jedes Frequenzbandsignals mittels der Nebeninformation decodiert und dann im Entquantisierungsabschnitt 8 auf Grundlage der Nebeninformation wie der Bitzuordnungsinformation entquantisiert, um im Frequenzbandsignal wiederhergestellt zu werden. Das Signal wird im Frequenzband-Kombinierabschnitt 9 kombiniert, um zu einem digitalen Ausgangssignal ausgebildet zu werden.
- Nun wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 3 des Codierabschnitts im Einzelnen beschrieben.
- Als Erstes wird die Leistung Sji jedes Frequenzbands im Leistungsberechnungsabschnitt 31 für ein digitales Eingangssignal mit bestimmter Blocklänge erhalten. Hierbei ist angenommen, dass i einen Index (eine ganze Zahl nicht kleiner als 0) zum Erkennen des Frequenzbands repräsentiert.
- Dann wird die optimale psychoakustische Charakteristik abhängig von der bestimmten Blocklänge auf eine Weise angepasst, wie sie im Flussdiagramm der Fig. 2 veranschaulicht ist, um im Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 32 einen Maskierungsschwellenwert Mji für jedes Frequenzband zu erhalten. Genauer gesagt, wird als Erstes entschieden, ob die bestimmte Blocklänge groß oder klein ist (S1). Wenn die Blocklänge groß ist, wird ein Maskierungspegel entsprechend einem bekannten Verfahren berechnet, wobei z. B. gleichzeitige Maskierung für die psychoakustische Charakteristik verwendet wird (S2). Z. B. wird das digitale Eingangssignal als Erstes einem Fouriertransformationsprozess auf eine in Fig. 17A veranschaulichte Weise unterzogen, um die Absolutwerte der Fourierkoeffizienten (in Form eines Histogramms wiedergegeben) zu erhalten. In Fig. 17A repräsentieren die sich vertikal erstreckenden gestrichelten Linien die Grenzen zwischen kritischen Bändern, d. h. die Grenzen zwischen A&sub1;, A&sub2;, ..., A&sub7;, von denen jedes eine Analyseeinheit unter der Annahme darstellt, dass ein Mensch auf hörende Weise eine Frequenzanalyse ausführt. Dann wird auf eine in Fig. 17B veranschaulichte Weise die Summe der Quadrate der Fourierkoeffizienten in den kritischen Bändern A&sub1;, A&sub2;, ..., A&sub7; als Leistungen SA&sub1;, SA&sub2;, ..., SA&sub7; der kritischen Bänder erhalten, und die Leistungen SA&sub1;, SA&sub2;, ..., SA&sub7; werden jeweils an den höheren Enden der kritischen Bänder A&sub1;, A&sub2;, ..., A&sub7; angeordnet. Dann werden die Leistungen SA&sub1;, SA&sub2;, ..., SA&sub7; der kritischen Bänder jeweils mit einem Schwellenwert Y bei Ruhe verglichen. Jede Leistung über dem Schwellenwert Y bei Ruhe wird unverändert beibehalten, während jede Leistung unter dem Schwellenwert Y bei Ruhe zu 0 gemacht wird. Beim vorliegenden Beispiel wird die Leistung SA&sub7; zu 0 maskiert. Dann werden, wie es in Fig. 18 dargestellt ist, an den Stellen der Leistungen SA&sub1;, SA&sub2;, ..., SA&sub6; Maskierungskurven Mp (durch gestrichelte Linien repräsentiert) mit jeweils einem Spitzenwert einer Höhe, die vom Wert jeder Leistung abhängt, für die restlichen kritischen Bänder erhalten (die höheren Enden der kritischen Bänder A&sub1;, A&sub2;, ..., A&sub7;). Wenn die Blocklänge klein ist, wird ein Maskierungspegel entsprechend einem bekannten Verfahren berechnet, wobei z. B. zeitliche Maskierung für die psychoakustische Charakteristik verwendet wird (S3). Genauer gesagt, wird das digitale Eingangssignal einem Fouriertransformationsprozess auf dieselbe Weise wie im Schritt S2 unterzogen, um die Absolutwerte der Fourierkoeffizienten zu erhalten, und es wird die Summe der Quadrate der Fourierkoeffizienten in den kritischen Bändern A&sub1;, A&sub2;, ..., A&sub7; als Leistungen SA&sub1;, SA&sub2;, ..., SA&sub7; der kritischen Bänder erhalten. Fig. 20 zeigt einen Zustand, in dem der Wert einer Leistung Sak in einem spezifizierten Zyklus im k, kritischen Band Ak abgetastet wird. Gemäß Fig. 20 werden Maskierungskurven Mc (durch gestrichelte Linien repräsentiert) mit jeweils einem Spitzenwert an einer Höhe, die von der Leistung Sak in jedem Abtastpunkt t abhängt, für jede Abtastposition (Zeit t) erhalten. Im obigen Fall werden niedrige Spitzenwerte (durch strichpunktierte Linien repräsentiert), die hinter hohen Spitzenwerten versteckt sind, nicht berücksichtigt. Der Schwellenwert Yk bei Ruhe ist in Richtung der Zeit t konstant. Dann werden die im Schritt S&sub2; oder S&sub3; erhaltenen Maskierungspegel größenmäßig mit dem Schwellenwert Yk bei Ruhe verglichen (S&sub4;), und der größere Wert wird als Maskierungsschwellenwert ausgewählt (S&sub5; und S&sub6;). So kann, wie es beispielhaft in Fig. 19 dargestellt ist, eine Einhüllende der Maskierungskurven Mp abhängig von der Leistung der kritischen Bänder und dem Schwellenwert Y bei Ruhe als Gesamtmaskierungskurve M erhalten werden. Hinsichtlich der auf Grundlage der Blocklänge angepassten psychoakustischen Charakteristik kann eine Anzahl von Mustern und Graden, die von denen des oben genannten Beispiels abweichen, in Betracht gezogen werden.
- Dann wird im in Fig. 1 dargestellten SMR-Berechnungsabschnitt 33 entsprechend der folgenden Gleichung ein Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis Pji für jedes Frequenzband erhalten:
- Pji = Sji/Mji (1),
- wobei Pji auch als SMR bezeichnet wird, d. h. als Verhältnis der Fourierkoeffizienten jedes Frequenzbands zur Maskierungskurve (Schwellenwert). Z. B. entspricht die Länge jedes der Abschnitte der Schwellenwerte der Fourierkoeffizienten in jedem Frequenzband über dem Maskierungsschwellenwert M (- durch durchgezogene Linien repräsentierte Abschnitte) einem positiven SMR. Dann wird, während ein Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis Rji(m) für jedes Frequenzband im MNR-Berechnungsabschnitt 34 erhalten wird, die QuantisierungsBitzahl m für jedes Frequenzband bestimmt. Das Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis Rji(m) wird gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
- Rji(m) = Q(m)/Pji (2),
- wobei Q(m) ein Signal/Quantisierungsrauschleistung-Verhältnis Q(m) für den Fall ist, dass ein Frequenzband mit m Bits quantisiert ist. Obwohl das Verhältnis Q(m) als Sji/N (m) berechnet werden kann, kann das Verhältnis vorab durch einen statistischen Prozess erhalten werden, der die Signalcharakteristik nutzt. N(m) ist die Quantisierungsrauschleistung für den Fall, dass die Quantisierung mit m Bits ausgeführt wird.
- Dann wird die QuantisierungsBitzahl m für jeden Unterblock und jedes Frequenzband im Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 35 gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Flussdiagramm bestimmt. Dabei ist angenommen, dass die Gesamtmenge zuordenbarer Quantisierungsbits B ist. Als Erstes wird in einem Schritt S11 eine Initialisierung ausgeführt. Genauer gesagt, wird eine Variable b, die die Gesamtmenge zugeordneter Bits bis zum aktuellen Zeit punkt repräsentiert, auf die Zahl 0 gesetzt, während die QuantisierungsBitzahl jedes Unterblocks und jedes Frequenzbands zu mji bestimmt wird, wobei der Wert mji auf die Zahl 0 gesetzt wird. Dann wird in S12 der Wert Rji(mji) gemäß der Gleichung (2) berechnet. In S13 wird nach dem Minimalwert von Rji(mji) gesucht (die Indizes j und i für das Frequenzband zum oben genannten Zeitpunkt werden zu J und I bestimmt). Zu mJI wird in S14 die Zahl 1 addiert (oder die minimale QuantisierungsBitzahl (normalerweise 2), wenn mJI 0 ist). Dann wird der Wert RJI(mJI) zum oben genannten Zeitpunkt gemäß der Gleichung (2) aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Zahl addiert, wie sie der Menge der den aktuellen Indizes J und I zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zur Variablen V der Wert (Menge der im Frequenzband JI enthaltenen, zu quantisierenden Zielsignale) x 1 (oder minimale QuantisierungsBitzahl 2, wenn mJI den Wert 0 hat) addiert. In S15 wird überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtmenge B zuordenbarer Quantisierungsbits übereinstimmt. Wenn keine gegenseitige Übereinstimmung besteht, kehrt das Flussdiagramm zu S13 zurück, um den Bitzuordnungsvorgang fortzusetzen. Wenn sie miteinander übereinstimmen, wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen. Der oben genannte Vorgang wird für alle Unterblöcke wiederholt. Anders gesagt, wird der Vorgang im Fall einer großen Blocklänge nur für j = 0 ausgeführt, oder er wird im Fall einer kleinen Blocklänge für j = 0 bis 7 wiederholt.
- Entsprechend der oben beschriebenen aktuellen Codier- und Decodiervorrichtung wird die Blocklänge entsprechend dem Ausmaß einer Änderung des Eingangssignals im Blocklänge-Bestimmungabschnitt 1 bestimmt. Dann wählt der Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 32 eine psychoakustische Charakteristik entsprechend der bestimmten Blocklänge aus. Daher kann dann, wenn die Blocklänge groß ist, eine psychoakustische Charakteristik verwendet werden, die einen großen Maskierungseffekt bewirkt, wobei sie jedoch einen großen Rechenumfang benötigt. Wenn die Blocklänge klein ist, kann der Rechenumfang dadurch verringert werden, dass nur zeitliche Maskierung als psychoakustische Charakteristik verwendet wird. Anders gesagt, kann die widersprechende Beziehung zwischen dem Berechnungsumfang und der Genauigkeit des Maskierungsschwellenwerts überwunden werden, um dauerhaft die optimale psychoakustische Charakteristik zu verwenden, um dadurch eine Verringerung des Quantisierungsrauschens zu ermöglichen. Daher kann ein Wiedergabetonsignal hoher Qualität erhalten werden.
- Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- Die vorliegende Codier- und Decodiervorrichtung weist Folgendes auf: einen Codierabschnitt aus einem Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 101, einem Bitzuordnungsabschnitt 102, einem Quantisierungsabschnitt 103 und einem Multiplexer 104; eine Übertragungsleitung 105 und einen Decodierabschnitt aus einem Demultiplexer 106, einem Entquantisierungsabschnitt 107 und einem Frequenzband-Kombinierabschnitt 108. Der Bitzuordnungsabschnitt 102 umfasst einen Leistungsberechnungsabschnitt 121, einen Maskierungsschwellenwert- Berechnungsabschnitt 122, einen SMR(Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 123, einen MNR(Maskierungsschwellenwert- Rauschsignalverhältnis)-Berechnungsabschnitt 124, einen Maximalbitzahl- Bestimmungsabschnitt 125 und einen Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 126. Die Übertragungsleitung 105 besteht aus einem drahtlosen System, einem leitungsgebundenen System oder einem Speichersystem.
- Der Zweckdienlichkeit der Beschreibung halber wird als Erstes der Betrieb der gesamten Codier- und Decodiervorrichtung beschrieben, und danach wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 102 beschrieben.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass Verarbeitungsvorgänge wie Bitzuordnung, Quantisierung und Codierung mit einer Zeiteinheit (Rahmen) einiger Millisekunden bis einiger zehn Millisekunden in jeder Komponente ausgeführt werden.
- Im Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 101 wird ein digitales Eingangssignal in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Als Unterteilungssystem existieren ein Frequenzumsetzungssystem wie ein Fouriersystem, eine Bandpass-Filterbank und dergleichen. Wenn ein Frequenzumsetzungssystem verwendet wird, wird angenommen, dass das Frequenzband aus mehreren Frequenzkomponenten zusammengesetzt ist, die durch einen Umsetzungsprozess erhalten werden.
- In den Bitzuordnungsabschnitt 102 und den Quantisierungsabschnitt 103 wird ein Frequenzbandsignal eingegeben. Der Bitzuordnungsabschnitt 102 erhält auf eine Weise, wie sie nachfolgend beschrieben ist, eine Quantisierungsbitzahl aus dem Frequenzbandsignal und überträgt die erhaltene Information an den guantisierungsabschnitt 103. Der Quantisierungsabschnitt 103 quantisiert das Frequenzbandsignal auf Grundlage der Information, um das Signal in Codes umzusetzen.
- Die so erhaltenen Codes und Nebeninformation, wie Bitzuordnungsinformation (Nebeninformation ist erforderlich, um die Codes im Decodierabschnitt zu decodieren, und sie hängt von den Quantisierungs- und Codierungssystemen ab), jedes Frequenzbandsignals werden im Multiplexer 104 gemultiplext und dann als Codefolge an die Übertragungsleitung 105 übertragen.
- Der Demultiplexer 106 des Decodierabschnitts nimmt die Codefolge von der Übertragungsleitung 105 auf und trennt dieselbe in die Codes und die Nebeninformation wie die Bitzuordnungsinformation für jedes Frequenzbandsignal. Dann werden die Codes jedes Frequenzbandsignals mittels der Nebeninformation codiert und dann im Entquantisierungsabschnitt 107 auf Grundlage der Nebeninformation wie der Bitzuordnungsinformation entquantisiert, um als Frequenzbandsignal wiederhergestellt zu werden. Das Signal wird im Frequenzband-Kombinierabschnitt 108 kombiniert, um zu einem digitalen Ausgangssignal ausgebildet zu werden.
- Nun wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 102 des Codierabschnitts im Einzelnen beschrieben.
- Hinsichtlich des digitalen Eingangssignals wird die Leistung Si jedes Frequenzbands innerhalb eines Rahmens im Leistungsberechnungsabschnitt 121 erhalten, und dann wird ein Maskierungsschwellenwert Mi für jedes Frequenzband entsprechend einer bekannten Maßnahme auf Grundlage der Leistung Si im Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 122 erhalten. Hierbei ist angenommen, dass i einen Index (ganze Zahl nicht kleiner als 0) zum Erkennen des Frequenzbands repräsentiert. Im Leistungsberechnungsabschnitt 122 wird ferner die Gesamtbandleistung Sp ( = ΣSi) erhalten. Dann wird im SMR- Berechnungsabschnitt 123 ein Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) Pi für jedes Frequenzband entsprechend der folgenden Gleichung erhalten:
- Pi = Si/Mi (101),
- wobei anstelle von Si das Quadrat des Maximalamplitudenwerts im Signalband eines Frequenzbands i verwendet werden kann. Dann wird im MNR-Berechnungsabschnitt 124 ein Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) jedes Frequenzbands erhalten. Der Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 126 bestimmt die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands unter Verwendung des im MNR-Berechnungsabschnitt 124 erhaltenen Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) Ri(m). Das Maskierungsschwellenwert- Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) wird gemäß der folgenden Gleichung er halten:
- Ri(m) = Q(m)/Pi (102),
- wobei Q(m) ein Signal/Rauschsignal-Leistung-Verhältnis (SNR) Q(m) für den Fall ist, dass ein Frequenzband mit m Bits quantisiert ist. Obwohl das Verhältnis Q(m) gemäß Si/N(m) berechnet werden kann, kann dieses Verhältnis vorab durch einen statistischen Prozess erhalten werden, der die Signalcharakteristik nutzt. N(m) ist die Quantisierungsrauschleistung für den Fall, dass die Quantisierung mit m Bits ausgeführt wird. Der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 vergleicht die Leistung Si jedes Frequenzbands mit der Gesamtbandleistung Sp, um die Maximalanzahl der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits zu bestimmen.
- Der Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 126 und der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 bestimmen die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands in der Praxis entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Flussdiagramm. Hierbei ist angenommen, dass die Gesamtzahl der beim Quantisieren und Codieren des Signals jedes Frequenzbands zuordenbaren Bits den Wert B hat und die Maximalzahl der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits den Wert Li hat.
- Als Erstes bestimmt der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125, in S101 die Maximalzahl Li der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits auf Grundlage der Leistung Si jedes Frequenzbands entsprechend einem Bestimmungsverfahren, wie es nachfolgend beschrieben wird. Dann wird in S102 der Bitzuordnungs- Berechnungsabschnitt 126 initialisiert. Genauer gesagt, wird für eine Variable b, die die Gesamtmenge zugeordneter Bits bis zum aktuellen Zeitpunkt repräsentiert, die Zahl 0 eingegeben. Die Quantisierungsbitzahl jedes Frequenzbands wird zu mji bestimmt, und für mji wird die Zahl 0 eingegeben. Dann wird in S103 Ri(mi) entsprechend der Gleichung (102) berechnet. Dann wird in S104 der Minimalwert Ri(mi) gesucht (der Index i des Frequenzbands ist zum oben genannten Zeitpunkt zu I bestimmt). Dann wird in S105 die Zahl 1 (oder die minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2), wenn mI den Wert 0 hat) zu mI addiert. Es wird überprüft, ob im Ergebnis die Beziehung mI = LI gilt. Wenn mI = LI vorliegt, wird anschließend das Frequenzband I im Schritt S104 aus den zu suchenden Objekten ausgeschlossen. Ferner wird RI(ml> entsprechend der Gleichung (102) im MNR-Berechnungsabschnitt 124 aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Zahl addiert, wie sie der Anzahl der dem aktuellen Frequenzband I zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zur Variablen b der Wert (Anzahl der im Frequenzband I enthaltenen zu quantisierenden Zielsignale) · 1 (oder minimale guantisierungsbitzahl 2, wenn ml den Wert 0 hat) addiert. Dann wird in 5106 überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtzahl B der zuordenbaren guantisierungsbits übereinstimmt. Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, kehrt der Programmfluss zu 5104 zurück, um mit dem Bitzuordnungsvorgang fortzufahren. Wenn sie miteinander übereinstimmen, wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 bestimmt die Maximalanzahl Li von jedem Frequenzband zuordenbaren Bits auf Grundlage der Leistungsstärke Si jedes Frequenzbands entsprechend einem beliebigen der folgenden Bestimmungsverfahren.
- Gemäß einem ersten Bestimmungsverfahren wird die Maximalanzahl Li der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits aus dem Verhältnis Fi der Leistung Si des Frequenzbands i zur Gesamtbandleistung Sp, wie zuvor im Leistungsberechnungsabschnitt 121 erhalten, berechnet. D. h., dass die folgende Gleichung:
- Fi = Si/Sp
- erhalten wird und die Maximalbitzahl Li so bestimmt wird, dass sie für jedes Frequenzband umso kleiner ist, je kleiner Fi ist. Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Beziehung für die Entsprechung zwischen Fi und Li. In Fig. 6 entspricht die Anzahl 16 für Li entlang der Ordinate ursprünglich der Maximalbitzahl bei der Quantisierung. Indessen sind a0, a2, a3 und a4 für Fi auf der Abszisse Schwellenwerte für 0 Bit, 2 Bits, 3 Bits und 4 Bits hinsichtlich der Maximalbitzahl Li, wobei jeder der Schwellenwerte einen Wert von 0 bis 1 einnimmt. Je näher die Schwellenwerte a0, a2, a3 und a4 an 1 liegen, wird eine umso stärkere Beschränkung auferlegt. Durch Auswählen eines Werts näher an 0, wie für den Wert von a0, ist keine Bitzuordnung für ein Abweichungssignal erforderlich, wie es beim Unterteilungsberechnungsprozess im Frequenzbandunterteilungsabschnitt 101 erzeugt wird, und Bits können einem normalerweise schwachen Signal zugeordnet werden, wobei jedoch eine Obergrenze besteht. Das aktuelle Bestimmungsverfahren übt einen großen Begrenzungseffekt hinsichtlich der Bitzuordnung zu einem Frequenzband mit kleiner Leistung Si aus, wenn das Eingangssignal groß ist. Wenn jedoch das Eingangssignal klein ist und die Gesamtleistung Sp selbst klein ist, werden beinahe alle Werte Fi größer als die Schwellenwerte a0, a2, a3 und a4, weswegen die Bizuordnung möglicherweise nicht wesentlich begrenzt ist.
- Gemäß einem zweiten Bestimmungsverfahren wird die Maximalzahl Li der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits durch die Leistung Si selbst erhalten. Im vorliegenden Fall wird die Entsprechungsbeziehung zwischen Si und Li dadurch erhalten, dass Fi auf der Abszisse durch 51 in Fig. 6 ersetzt wird. Die Einheiten der Schwellenwerte a0, a2, a3 und a4 sind dieselben wie die von Si. Das aktuelle Bestimmungsverfahren übt eine große Beschränkungswirkung hinsichtlich der Bitzuordnung für ein Frequenzband mit kleiner Leistung Si aus, wenn das Eingangssignal klein ist. Wenn jedoch das Eingangssignal groß ist, werden beinahe alle Werte Si größer als die Schwellenwerte a0, a2, a3 und a4, weswegen die Bitzuordnung möglicherweise nicht wesentlich begrenzt ist.
- Daher wird gemäß einem dritten Bestimmungsverfahren die Maximalanzahl Li der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits dadurch bestimmt, dass das erste und das zweite Bestimmungsverfahren kombiniert werden. Genauer gesagt, wird als Erstes Li entsprechend dem ersten Bestimmungsverfahren (dem von Fi abhängigen Verfahren) in einem Frequenzband i bestimmt. Wenn für Li keinerlei begrenzter Wert eingegeben wird (eine Zahl nicht über 4 beim Beispiel von Fig. 6), wird Li gemäß dem zweiten Bestimmungsverfahren (dem von Si abhängigen Verfahren) bestimmt. Durch die vorstehend angegebene Anordnung kann die Bitzuordnung zu einem Frequenzband mit kleiner Leistung Si unabhängig von der Stärke des Eingangssignals wirkungsvoll begrenzt werden. Es ist zu beachten, dass das zweite Bestimmungsverfahren (das von Si abhängige Verfahren) als Erstes ausgeführt werden kann und das erste Bestimmungsverfahren (das von Fi abhängige Verfahren) anschließend ausgeführt werden kann.
- Gemäß der oben beschriebenen, vorliegenden Codier- und Decodiervorrichtung kann die Maximalanzahl Li von Bits, die einem Frequenzband mit kleiner Leistung Li zuordenbar sind (Frequenzband, das der Zweckdienlichkeit halber als I&sub2; angenommen wird), das entfernt von einem Frequenzband mit großer Leistung Si (dieses Frequenzband wird der Zweckdienlichkeit halber als I&sub1; angenommen) unter mehreren Frequenzbändern liegt, unabhängig von der Stärke des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) Ri(m) begrenzt werden kann. Daher kann, wenn ein Sinussignal eingegeben wird, die Maximalbitzahl für das Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung, das entfernt vom Frequenzband I&sub1; mit dem Sinussignal liegt, wirkungsvoll begrenzt werden. Anders gesagt, werden, wenn das im MNR-Berechnungsabschnitt 124 erhaltene Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) auf demselben Pegel liegt, dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung keine Bits über der Anzahl der begrenzten Maximalbitzahl Li zugeordnet. Im Ergebnis werden Bits, die dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung zugeordnet worden wären, einem anderen Frequenzband, insbesondere dem das Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1;, zugeordnet. Daher kann Quantisierungsrauschen im Vergleich zum herkömmlichen Fall verringert werden, wenn das Sinussignal decodiert wird, wodurch es möglich ist, die Tonqualität zu verbessern.
- Wenn die Begrenzung im Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 im obigen Fall schwerwiegend ist, wird die Bitzuordnung möglicherweise mit einem Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) RI(mI) unter 1 im Frequenzband mit kleiner Leistung Si abgeschlossen. Im vorliegenden Fall ist erkennbar, dass im Frequenzband Quantisierungsrauschen wahrgenommen werden kann.
- Angesichts des Vorstehenden können der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 126 und der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 die Quantisierungsbitzahl m für jedes Frequenzband entsprechend einem Flussdiagramm bestimmen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Genauer gesagt, wird, nachdem die Erfindung von S111 bis S114 auf dieselbe Weise wie von S101 bis S104, wie in Fig. 5 dargestellt, im Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 126 in S115 überprüft, ob RI(mI) den Wert 1 überschritten hat. Wenn RI(mI) 1 gilt, wird dafür gesorgt, dass mI beim Bitzuordnungsprozess nicht durch Li begrenzt wird. Wenn RI(mI) > 1 gilt, wird zwischen ml und Li ein Größenvergleich ausgeführt. Wenn mI ≥ Li gilt, wird anschließend das oben genannte Frequenzband I aus dem in S114 zu suchenden Objekt ausgeschlossen. Ferner wird RI(mI) entsprechend der Gleichung (102) im MNR-Berechnungsabschnitt 124 aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Anzahl addiert, wie sie der dem aktuellen Frequenzband I zugeordneten Anzahl von Bits entspricht. Dann wird in S116 überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtmenge B der zuordenbaren Quantisierungsbits übereinstimmt. Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, kehrt der Programmablauf zu S114 zurück, um mit dem Bitzuordnungsvorgang fortzufahren. Wenn sie miteinander übereinstimmen, wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Durch die oben genannte Anordnung wird der Bitzuordnungsvorgang bis zu einem Zeitpunkt ausgeführt, zu dem das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis im Frequenzband, dessen maximale Bitzahl begrenzt ist, den Wert 1 überschreitet. Zum Zeitpunkt, zu dem der Maskierungsschwellenwert den Wert 1 überschreitet, wird der Bitzuordnungsvorgang sofort angehalten. Anders gesagt, kann die maximale Bitzahl begrenzt werden, während die Be seitigung der Möglichkeit geschaffen ist, dass der Bitzuordnungsvorgang mit einem Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) RI(mI) kleiner als 1 beendet wird. Daher kann Quantisierungsrauschen im das Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1; verringert werden, und ferner kann Quantisierungsrauschen im Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung verringert werden. Daher kann die Tonqualität in der Decodierstufe verbessert werden.
- Wenn die Begrenzung im Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 schwerwiegend ist, ist es möglich, dass trotz der Tatsache, dass die Bitzahl jedes Frequenzbands dem Wert Li entspricht (oder größer ist), die Beziehung b < B gilt. Anders gesagt, können verbliebene zuordenbare Bits vorhanden sein, da die maximale Bitzahl Li jedes Frequenzbands klein ist.
- Angesichts des Vorstehenden können der Bitzuordnung-Berechnungsgabschnitt 126 und der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands entsprechend einem Flussdiagramm bestimmen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Genauer gesagt, wird, nachdem von S126 bis S125 eine Verarbeitung auf dieselbe Weise wie in S101 bis S105, wie in Fig. 5 dargestellt, ausgeführt wurde, in S126 ein Größenvergleich zwischen b und B ausgeführt. Wenn B > b gilt, wird in S127 überprüft, ob die Bitzahl mi jedes Frequenzbands Li entspricht (oder größer ist). Wenn ein Zustand auftritt, in dem die Bitzahl mi in jedem Frequenzband Li entspricht (oder größer ist), wird Li dadurch erhöht, dass in S128 im Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 die Begrenzung gelindert wird. Wenn mi < Li in einem spezifizierten Frequenzband gilt, bleibt die Größe von Li erhalten, und der Programmablauf kehrt zu S124 zurück. Wenn der Verarbeitungsvorgang fortgesetzt wird und die Variable b mit der Gesamtanzahl B zuordenbarer Quantisierungsbits übereinstimmt, wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Wenn nach Abschluss eines Durchlaufs des Bitzuordnungsvorgangs restliche zuordenbare Bits vorhanden sind, wird Li erhöht, und der Bitzuordnungsvorgang wird erneut ausgeführt. Daher kann die Bitzuordnung innerhalb des Bereichs der Gesamtanzahl B von Quantisierungsbits wirkungsvoll erzielt werden. Da dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung, dem aufgrund der oben genannten Beschränkung weniger Bits zugeordnet sind, als dies geeigneterweise erforderlich ist, einige zusätzliche Bits zugeordnet werden, kann das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) im Frequenzband I&sub2; verbessert werden, was es ermöglicht, die Tonqualität in der Decodierstufe zu verbessern. Es wird darauf hingewiesen, dass S125 dem in Fig. 7 dargestellten Schritt S115 entsprechen kann.
- Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
- Die vorliegende Codier- und Decodiervorrichtung weist Folgendes auf: einen Codierabschnitt aus einem Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 201, einem Bitzuordnungsabschnitt 202, einem guantisierungsabschnitt 203 und einem Multiplexer 204; eine Übertragungsleitung 205 und einen Decodierabschnitt mit einem Demultiplexer 206, einem Entquantisierungsabschnitt 207 und einem Frequenzband-Kombinierabschnitt 208. Der Bitzuordnungsabschnitt 202 umfasst einen Leistungsberechnungsabschnitt 221, einen Maskierungsschwellenwert- Berechnungsabschnitt 222, einen SMR(Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 223, einen MNR(Maskierungsschwellenwert- Rauschsignalverhältnis)-Berechnungsabschnitt 224, einen Leistungsfestlegeabschnitt 225 und einen Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 226. Die Übertragungsleitung 205 besteht aus einem drahtlosen System, einem leitungsgebundenen System oder einem Speichersystem.
- Der Zweckdienlichkeit der Beschreibung halber wird als Erstes der Betrieb der gesamten Codier- und Decodiervorrichtung beschrieben, und danach wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 202 beschrieben.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass Verarbeitungsvorgänge wie Bitzuordnung, Quantisierung und Codierung mit einer Zeiteinheit (Rahmen) von einigen Millisekunden bis einigen zehn Millisekunden in jeder Komponente ausgeführt werden.
- Ein digitales Eingangssignal wird im Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 201 in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Als Unterteilungssystem existieren ein Frequenzumsetzungssystem wie Fouriertransformation und eine Bandpassfilter-Bank. Wenn ein Frequenzumsetzungssystem verwendet wird, wird angenommen, dass das Frequenzband aus mehreren Frequenzkomponenten besteht, die durch einen Umsetzungsprozess erhalten werden.
- In den Bitzuordnungsabschnitt 202 und den Quantisierungsabschnitt 203 wird ein Frequenzbandsignal eingegeben. Der Bitzuordnungsabschnitt 202 erzielt aus dem Frequenzbandsignal auf eine nachfolgend beschriebene Weise eine Quantisierungsbitzahl, und er überträgt die erhaltene Information an den guantisierungsabschnitt 203. Der Quantisierungsabschnitt 203 quantisiert das Frequenzbandsignal auf Grundlage der Information, um das Signal in Codes umzusetzen.
- Die so erhaltenen Codes und Nebeninformation wie Bitzuordnungsinformation (Nebeninformation ist zum Decodieren der Codes im Decodierabschnitt erforderlich und hängt von den Quantisierungs- und Codiersystemen ab) für jedes Frequenzbandsignal werden im Multiplexer 204 gemultiplext und dann als Codefolge an die Übertragungsleitung 205 übertragen.
- Der Demultiplexer 206 des Decodierabschnitts nimmt die Codefolge von der Übertragungsleitung 205 auf und trennt dieselben in die Codes und Nebeninformation wie die Bitzuordnungsinformation für jedes Frequenzbandsignal. Dann werden die Codes jedes Frequenzbandsignals mittels der Seiteninformation decodiert und dann im Entquantisierungsabschnitt 207 auf Grundlage der Nebeninformation wie der Bitzuordnungsinformation entquantisiert, um als Frequenzbandsignal wiederhergestellt zu werden. Das Signal wird im Frequenzband-Kombinierabschnitt 208 kombiniert, um zu einem digitalen Ausgangssignal ausgebildet zu werden.
- Nun wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitt 202 des Codierabschnitts im Einzelnen beschrieben.
- Hinsichtlich des digitalen Eingangssignals wird im Leistungsberechnungsabschnitt 221 die Leistung Si jedes Frequenzbands innerhalb eines Rahmens erhalten, und dann wird im Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 222 ein Maskierungsschwellenwert Mi für jedes Frequenzband entsprechend einer bekannten Maßnahme auf Grundlage der Leistung 51 erhalten. Hierbei ist angenommen, dass i einen Index (ganze Zahl nicht kleiner als 0) zum Erkennen des Frequenzbands repräsentiert. Im Leistungsberechnungsabschnitt 222 wird ferner die Gesamtbandleistung Sp ( = ΣSi) erhalten. Dann wird im SMR-Berechnungsabschnitt 223 ein signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) Pi für jedes Frequenzband gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
- Pi = Si/Mi (201),
- wobei das Quadrat des Maximalamplitudenwerts im Signalband eines Frequenzbands i anstelle von Si verwendet werden kann. Dann wird im MNR-Berechnungsabschnitt 224 das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) jedes Frequenzbands erhalten. Der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 226 bestimmt die guantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands unter Verwendung des im MNR-Berechnungsabschnitt 224 erhaltenen Maskierungs- schwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) Ri(m). Das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) wird gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
- Ri(m) = Q(m)/Pi (202),
- wobei Q(m) das Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SNR) Q(m) für den Fall ist, dass ein Frequenzband mit m Bits quantisiert ist. Obwohl das Verhältnis Q(m) entsprechend Si/N(m) berechnet werden kann, kann das Verhältnis vorbereitend mittels eines statistischen Prozesses unter Ausnutzung der Signalcharakteristik erhalten werden. N(m) ist die Quantisierungsrauschleistung im Fall, dass die Quantisierung mit m Bits erfolgt. Der Leistungsfestlegeabschnitt 225 vergleicht die Leistung Si jedes Frequenzbands mit der Gesamtbandleistung Sp, und wenn der Abschnitt entscheidet, dass die Leistung Si jedes Frequenzbands größer als ein spezifizierter Schwellenwert ist, ordnet der Abschnitt dem Frequenzband auf sichere Weise Bits zu.
- Der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 226 und der Leistungsfestlegeabschnitt 225 bestimmen die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands praktisch entsprechend einem Flussdiagramm, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Hierbei ist angenommen, dass die Gesamtanzahl der beim Quantisieren und Codieren des Signals jedes Frequenzbands zuordenbaren Bits B ist.
- Als Erstes wird in S201 der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 226 initialisiert. Genauer gesagt, wird in eine Variable b, die die Gesamtanzahl zugeordneter Bits bis zum aktuellen Zeitpunkt repräsentiert, die Zahl 0 eingetragen. Die Quantisierungsbitzahl jedes Frequenzbands wird als Mi bestimmt, und für Mi wird die Zahl 0 eingetragen. Dann ordnet der Leistungsfestlegeabschnitt 225 in S202 der Variablen Mi eine minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2) für das Frequenzband i gemäß der folgenden Beziehung zu:
- Si > aSp (wobei a eine Konstante ist, die der Bedingung 0 < a < 1 genügt)
- D. h., dass mi = 2 eingetragen wird. Die oben genannte Ungleichung dient dazu, zu untersuchen, wie hoch das Ausmaß der Leistung Si eines spezifizierten Frequenzbands relativ zur Gesamtbandleistung Sp ist, wobei a eine das Ausmaß der Leitung repräsentierende Konstante ist. Einem Frequenzband mit einer unter Nutzung der Ungleichung als groß beurteilten Leistung Si werden unabhängig von der Stärke des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) auf sichere Weise Bits zugeordnet. Dann wird zur Variablen b dieselbe Zahl addiert, wie sie der Anzahl der dem aktuellen Frequenzband i zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zur Variablen b der Wert (Anzahl der im Frequenzband i enthaltenen, zu quantisierenden Zielsignale) · 2 Bits addiert. Die zwei Bits bedeuten die minimale guantisierungsbitzahl. Dann wird in S203 im MNR-Berechnungsabschnitt 224 der Wert Ri(mi) entsprechend der Gleichung (202) berechnet. Dann wird in S204 nach dem Minimalwert Ri(mi) gesucht (der Index i des Frequenzbands ist zum oben genannten Zeitpunkt zu I bestimmt). In S205 wird die Zahl 1 (oder die minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2), wenn ml den Wert 0 hat) zu mI addiert. Dann wird RI(mI) zum oben genannten Zeitpunkt entsprechend der Gleichung (202) im MNR-Berechnungsabschnitt 224 aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Anzahl addiert, wie sie der Anzahl der dem aktuellen Frequenzband I zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zur Variablen b der Wert (Anzahl der im Frequenzband I enthaltenen, zu quantisierenden Zielsignale) · 1 (oder minimale guantisierungsbitzahl 2, wenn den Wert 0 hat) addiert. Dann wird in S206 überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtanzahl B der zuordenbaren Quantisierungsbits übereinstimmt. Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, kehrt der Programmablauf zu S204 zurück, um den Bitzuordnungsvorgang fortzusetzen. Wenn sie miteinander übereinstimmen, wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Gemäß der oben beschriebenen aktuellen Codier- und Decodiervorrichtung wird durch den Leistungsfestlegeabschnitt 225 das Verhältnis der Leistung Si jedes Frequenzbands zur Gesamtbandleistung Sp bestimmt, und abhängig vom Bestimmungsergebnis wird zumindest die Minimalanzahl von Quantisierungsbits dem Frequenzband (das der Zweckdienlichkeit halber zu 14 angenommen ist) mit einer Leistung Si nicht unter einem spezifizierten Verhältnis a zugeordnet, um ihm sicher Bits zuzuordnen. Anders gesagt, wird das Frequenzband 14 mit einer Leistung Si nicht kleiner als dem spezifizierten Verhältnis a nicht aufgrund des Einflusses eines anderen Frequenzbands (der Zweckdienlichkeit halber zu 13 angenommen) vollständig gelöscht. Daher wird, abweichend vom herkömmlichen Fall, einer Person mit hervorragendem Hörvermögen kein Gefühl einer Unvereinbarkeit vermittelt, was es ermöglicht, Töne mit hoher Qualität wiederzugeben.
- Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
- Die aktuelle Codier- und Decodiervorrichtung weist Folgendes auf: einen Codierabschnitt mit einem Frequenzbandunterteilungsabschnitt 301, einem Bitzuordnungsabschnitt 302, einem Quantisierungsabschnitt 303 und einem Multiplexer 304; eine Übertragungsleitung 305 und einen Decodierabschnitt mit einem Demultiplexer 306, einem Entquantisierungsabschnitt 307 und einem Frequenzband-Kombinierabschnitt 308. Der Bitzuordnungsabschnitt 302 umfasst einen Leistungsberechnungsabschnitt 321, einen Maskierungsschwellenwert- Berechnungsabschnitt 322, einen SMR(Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 323, einen MNR(Maskierungsschwellenwert- Rauschsignalverhältnis)-Berechnungsabschnitt 324, einen Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 und einen Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 326. Die Übertragungsleitung 305 besteht aus einem drahtlosen System, einem leitungsgebundenen System oder einem Speichersystem.
- Der Zweckdienlichkeit der Beschreibung halber wird als Erstes der Betrieb der gesamten Codier- und Decodiervorrichtung beschrieben, und danach wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitts 302 beschrieben.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass Verarbeitungsvorgänge wie Bitzuordnung, Quantisierung und Codierung mit einer Zeiteinheit (Rahmen) von einigen Millisekunden bis einigen zehn Millisekunden in jeder Komponente ausgeführt werden.
- Ein digitales Eingangssignal wird im Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 301 in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Als Unterteilungssystem existieren ein Frequenzumsetzungssystem wie Fouriertransformation und eine Bandpassfilter-Bank. Wenn ein Frequenzumsetzungssystem verwendet wird, wird angenommen, dass das Frequenzband aus mehreren Frequenzkomponenten zusammengesetzt ist, die durch einen Umsetzungsprozess erhalten werden.
- In den Bitzuordnungsabschnitt 302 und den Quantisierungsabschnitt 303 wird ein Frequenzbandsignal eingegeben. Der Bitzuordnungsabschnitt 302 erhält aus dem Frequenzbandsignal auf eine nachfolgend beschriebene Weise eine Quantisierungsbitzahl, und er überträgt die erhaltene Information an den Quantisierungsabschnitt 303. Der Quantisierungsabschnitt 303 quantisiert das Frequenzbandsignal auf Grundlage der Information, um das Signal in Codes umzusetzen.
- Die so erhaltenen Codes und Nebeninformation wie Bitzuordnungsinformation (Nebeninformation ist zum Decodieren der Codes im Decodierabschnitt erfor derlich und hängt von den Quantisierungs- und Codiersystemen ab) jedes Frequenzbandsignals werden im Multiplexer 304 gemultiplext und dann als Codefolge an die Übertragungsleitung 305 übertragen.
- Der Demultiplexer 306 des Decodierabschnitts nimmt die Codefolge von der Übertragungsleitung 305 auf und trennt dieselben in die Codes und Nebeninformation wie die Bitzuordnungsinformation jedes Frequenzbandsignals. Dann werden die Codes jedes Frequenzbandsignals mittels der Seiteninformation decodiert und dann im Entquantisierungsabschnitt 307 auf Grundlage der Nebeninformation wie der Bitzuordnungsinformation entquantisiert, um im Frequenzbandsignal wiederhergestellt zu werden. Das Signal wird im Frequenzband-Kombinierabschnitt 308 kombiniert, um zu einem digitalen Ausgangssignal ausgebildet zu werden. Anschließend ist ein spezifiziertes Frequenzband um maximal E [dB] in einer Wiedergabevorrichtung (nicht dargestellt) anzuheben.
- Nun wird der Betrieb des Bitzuordnungsabschnitt 302 des Codiersystems im Einzelnen beschrieben.
- Hinsichtlich des digitalen Eingangssignals wird im Leistungsberechnungsabschnitt 321 die Leistung Si jedes Frequenzbands innerhalb eines Rahmens erhalten, und dann wird im Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 322 ein Maskierungsschwellenwert Mi für jedes Frequenzband entsprechend einer bekannten Maßnahme auf Grundlage der Leistung Si erhalten. Dabei ist angenommen, dass i einen Index (ganze Zahl nicht kleiner als 0) zum Erkennen des Frequenzbands repräsentiert. Im Leistungsberechnungsabschnitt 322 wird ferner die Gesamtbandleistung Sp ( = ESi) erhalten. Dann wird im SMR- Berechnungsabschnitt 323 ein Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) Pi für jedes Frequenzband gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
- Pi = Si/Mi (301),
- wobei das Quadrat des maximalen Amplitudenwerts im Signalband eines Frequenzbands i anstelle von Si verwendet werden kann. Dann wird im MNR-Berechnungsabschnitt 324 ein Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) jedes Frequenzbands erhalten. Der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 326 bestimmt die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands unter Verwendung des im MNR-Berechnungsabschnitt 324 erhaltenen Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) Ri(m). Das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) Ri(m) wird gemäß der folgenden Glei chung erhalten:
- Ri(m) = Q(m)/Pi (302),
- wobei Q(m) ein Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SNR) Q(m) für den Fall ist, dass ein Frequenzband mit m Bits quantisiert ist. Obwohl das Verhältnis Q(m) gemäß Si/N(m) berechnet werden kann, kann es vorab mittels eines statistischen Prozesses unter Ausnutzung der Signalcharakteristik erhalten werden. N(m) ist die Quantisierungsrauschleistung für den Fall, dass die Quantisierung mit m Bits ausgeführt wird. Wenn z. B. Quantisierungsrauschen hinsichtlich der Quantisierungsgröße eine konstante Verteilung zeigt, kann die folgende Gleichung gelten:
- Q(m) = 6 m [dB] (303)
- N(m) ist die Quantisierungsrauschleistung für den Fall, dass die Quantisierung mit m Bits erfolgt. Der Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 speichert vorab eine Bitzahl Bp, und zum Zeitpunkt, zu dem der Bitzuordnungsvorgang im Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 326 abgeschlossen wird, wird die Bitzahl Bp zur Bitzahl eines spezifizierten, anzuhebenden Frequenzbands Is addiert. Es ist dafür gesorgt, dass die Bitzahl Bp einen Wert aufweist, der dazu ausreicht, die Zunahme von Quantisierungsrauschen zu unterdrücken, wie sie durch Anheben des spezifizierten Frequenzbands Is auftreten würde. Als Beispiel sei nun angenommen, dass das durch die Gleichung (303) gegebene Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SNR) Q(m) = 6 [dB] verwendet wird. Wenn eine Anhebung um maximal E [dB] erfolgt, wird die minimale ganze Zahl, die am nächsten bei E/6 liegt, oder damit übereinstimmt, als Bp bestimmt.
- Der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 326 und der Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 bestimmen die Quantisierungsbitzahl m jedes Frequenzbands praktisch entsprechend einem Flussdiagramm, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Hierbei ist angenommen, dass die Gesamtanzahl von beim Quantisieren und Codieren des Signals jedes Frequenzbands zuordenbaren Bits B ist. Genauer gesagt, wird die Gesamtbitzahl B dadurch bestimmt, dass aus der ursprünglichen Gesamtbitzahl ein Wert (Bitzahl Bp, wie im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 gespeichert) x (Anzahl der im Frequenzband Is enthaltenen, zu quantisierenden Zielsignale) ausgeschlossen wird.
- Als Erstes wird in S301 der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 326 initiali siert. Genauer gesagt, wird die Zahl 0 in eine Variable b eingetragen, die die Gesamtanzahl der bis zum aktuellen Zeitpunkt zugeordneten Bits repräsentiert. Die Quantisierungsbitzahl jedes Frequenzbands ist als Mi bestimmt, und in Mi wird die Zahl 0 eingetragen. Dann wird in S302 der Wert Ri(mi) entsprechend der Gleichung (302) berechnet. Dann wird in 5324 der Minimalwert Ri(mi) gesucht (der Index i des Frequenzbands ist beim oben genannten Zeitpunkt zu I bestimmt). Dann wird in S304 die Zahl 1 (oder die minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2), wenn ml den Wert 0 hat) zu ml addiert. Dann wird RI(mI) entsprechend der Gleichung (302) im MNR- Berechnungsabschnitt 324 aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Zahl addiert, wie sie der Anzahl der dem aktuellen Frequenzband I zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zur Variablen b der Wert (Anzahl der im Frequenzband I enthaltenen, zu quantisierenden Signale) · 1 (oder minimale Quantisierungsbitzahl 2, wenn ml den Wert 0 hat) addiert. Dann wird in S306 überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtzahl B zuordenbarer Quantisierungsbits übereinstimmt. Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, kehrt der Programmablauf zu 5303 zurück, um den Bitzuordnungsvorgang fortzusetzen. Wenn sie miteinander übereinstimmen, geht der Programmablauf zu S306 weiter. In S306 wird die im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 gespeicherte Bitzahl Bp zur Bitzahl m15 des spezifizierten Frequenzbands Is addiert. Anders gesagt, werden dem spezifizierten Frequenzband Is Zusatzbits zugeordnet, und es wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Gemäß der oben beschriebenen aktuellen Codier- und Decodiervorrichtung werden die im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 gespeicherten Zusatzbits Bp dem anzuhebenden spezifizierten Frequenzband Is zugeordnet, und daher ist Quantisierungsrauschen im Frequenzband Is entsprechend der zugeordneten zusätzlichen Anzahl von Bits verringert. Umgekehrt überschreitet die Stärke des Quantisierungsrauschens im Frequenzband Is nach dem Anheben in der Wiedergabestufe die Stärke des Quantisierungsrauschens nicht, wie es dann auftritt, wenn Bits normal ohne Anhebevorgang in der Wiedergabestufe zugeordnet werden. Das Obige gilt, da Bp auf einen ganzzahligen Wert am nächsten bei oder übereinstimmend mit E/6 eingestellt wird, wenn eine Anhebung um maximal E [dB] ausgeführt wird. Im Ergebnis ist verhindert, dass das Quantisierungsrauschen den Maskierungsschwellenwert überschreitet, was es ermöglicht zu verhindern, dass das Quantisierungsrauschen wahrgenommen wird.
- Es ist zu beachten, dass das anzuhebende Frequenzband, d. h. das Frequenz band Is, dem zusätzliche Bits zuzuordnen sind, selbstverständlich nicht auf ein einzelnes beschränkt ist, sondern dass mehrere anzuhebende Frequenzbänder existieren können.
- Beim oben genannten Beispiel werden dem anzuhebenden Frequenzband Is Bits selbst dann sicher zugeordnet, wenn im Frequenzband Is keine Signalkomponente enthalten ist. Wenn das Signal selbst oder das Quantisierungsrauschen des Frequenzbands Is durch das Signal eines anderen Frequenzbands selbst dann maskiert wird, wenn das Frequenzband Is angehoben ist, werden dem Frequenzband Is sicher Bits zugeordnet. Daher kann im Bitzuordnungsprozess ein sinnloser Fall auftreten.
- Daher kann der in Fig. 11 dargestellte Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 einen Wert E aufweisen, der selbst in der Wiedergabestufe anzuheben ist, anstatt dass die Bitzahl gespeichert wird. In der Praxis bestimmen der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 326 und der Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 die Quantisierungsbitzahl jedes Frequenzbands entsprechend einem in Fig. 13 dargestellten Flussdiagramm. Genauer gesagt, wird als Erstes in S310 der im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 325 gespeicherte Wert E in Form von Dezibels zum Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) PIs des spezifizierten, anzuhebenden Frequenzbands Is im SMR-Berechnungsabschnitt 322 addiert. Anschließend werden in S311 bis S315 dieselben Vorgänge wie in S301 bis S305 von Fig. 12 ausgeführt, um den Bitzuordnungsvorgang auszuführen. Es ist angenommen, dass die Gesamtanzahl der beim Quantisieren und Codieren der Signale jedes Frequenzbands zuordenbaren Bits B ist. Abweichend vom oben genannten Beispiel wird die Anzahl zusätzlich zuzuordnender Bits nicht berücksichtigt.
- Bei der oben genannten Anordnung sind dem Frequenzband Is aufgrund des erhöhten Teils E des Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses (SMR) PIS mehr Bits zuzuordnen. Wenn zusätzliche Bits zugeordnet werden, fällt das Quantisierungsrauschen für das Frequenzband Is entsprechend. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass das Quantisierungsrauschen den Maskierungsschwellenwert überschreitet, und es kann verhindert werden, dass das Quantisierungsrauschen wahrgenommen wird. Ferner wird die Bitzuordnung beim vorliegenden Beispiel unter Berücksichtigung eines Gleichgewichts der Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisse (SMR) aller Frequenzbänder ausgeführt, was bedeutet, dass die Anzahl der Bits nicht einfach entsprechend der Stärke des Anhebungswerts E zugeordnet wird. Wenn im anzuhebenden Frequenzband Is keine Signalkomponente enthalten ist, ist das Signal/Maskie rungsschwellenwert-Verhältnis (SMR) Pis ursprünglich ein negativer, unendlicher Wert oder ein Wert, der in Form von Dezibel einem unendlichen Wert entspricht. Daher wird die Addition zur Anhebung nicht berücksichtigt, weswegen dem Frequenzband Is kein Bit zugeordnet wird. Die oben genannte Anordnung kann die Sinnlosigkeit beim Bitzuordnungsvorgang beseitigen. Wenn das Signal selbst oder das Quantisierungsrauschen des Frequenzbands Is selbst bei Ausführen der Anhebung durch das Signal eines anderen Frequenzbands maskiert ist, wird das Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis (MNR) RIs(0) in S312 vor der Bitzuordnung größer als das Verhältnis für ein anderes Frequenzband, das nicht maskiert ist (obwohl das Verhältnis einen Wert unter dem Wert vor der Anhebung aufweist, ist es dennoch größer als das NMR des Frequenzbands, das nicht maskiert ist). Daher werden dem Frequenzband Is weniger Bits zugeordnet. Daher kann die Sinnlosigkeit bei der Bitzuordnung aufgrund einer Anhebung verhindert werden.
- Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr Merkmale unter den Merkmalen der oben genannten Ausführungsbeispiele 1 bis 4 in eine einzelne Codier- und Decodiervorrichtung eingebaut werden können.
- Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm einer Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, das mit allen Merkmalen der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 versehen ist.
- Die aktuelle Codier- und Decodiervorrichtung weist Folgendes auf: einen Codierabschnitt mit einem Blocklänge-Bestimmungsabschnitt 401, einem Frequenzband-Unterteilungsabschnitt 402, einem Bitzuordnungsabschnitt 403, einem Quantisierungsabschnitt 404 und einem Multiplexer 405; eine Übertragungsleitung 406 und einen Decodierabschnitt mit einem Demultiplexer 407, einem Entquantisierungsabschnitt 408 und einem Frequenzband-Kombinierabschnitt 409. Der Bitzuordnungsabschnitt 402 umfasst einen Leistungsberechnungsabschnitt 431, einen Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitt 432, einen SMR(Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis)-Berechnungsabschnitt 433, einen MNR-Berechnungsabschnitt 434, einen Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 435, einen Maximalbitzahl-Bestimmungabschnitt 436, einen Leistungsfestlegeabschnitt 437 und einen Zusatzbitmenge-Speicherabschnitt 438. Die oben genannten Komponenten verfügen über Funktionen, die mit denen der Komponenten mit denselben Namen identisch oder ihnen ähnlich sind, d. h. hinsichtlich des Blocklänge-Bestimmungsabschnitts 1, des Frequenzband-Unterteilungsabschnitts 2, des Bitzuordnungsabschnitts 3, des Quantisierungsabschnitts 4, des Multiplexers 5, der Übertragungsleitung 6, des Demultiplexers 7, des Entquantisierungsabschnitts 8, des Frequenzband-Kombinierabschnitts 9, des Leistungsberechnungsabschnitts 31, des Maskierungsschwellenwert-Berechnungsabschnitts 32, des SMR-Berechnungsabschnitts 33, des MNR-Berechnungsabschnitts 34, des Bitzuordnung-Berechnungsabschnitts 35 beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) bzw. des Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitts 125 beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 4), des Leistungsfestlegeabschnitts 225 beim dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 9) und des Zusatzbitzahl-Speicherabschnitts 325 beim vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 11). Unter den oben genannten Komponenten sind die mit genau denselben Funktionen hier nicht beschrieben. Der Maximalbitzahl-Bestimmungabschnitt 436 ist eine Komponente, die einen Block j auf Grundlage des Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitts 125 des zweiten Ausführungsbeispiels berücksichtigt und eine Operation zum Bestimmen der Maximalbitzahl Lji im Frequenzband i des Blocks j auf dieselbe Weise wie im Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 125 des zweiten Ausführungsbeispiels ausführt. Der Leistungsfestlegeabschnitt 437 berücksichtigt auch den Block j und führt eine Operation zum Bestimmen, ob einige Bits vorab dem Frequenzband i des Blocks j zuzuordnen sind, auf dieselbe Weise wie im Leistungsfestlegeabschnitt 225 des dritten Ausführungsbeispiels aus.
- Das Folgende beschreibt, wie der Bitzuordnung-Berechnungsabschnitt 435 des Bitzuordnungsabschnitts 403 die guantisierungsbitzahl mji für jedes Frequenzband i jedes Blocks j entsprechend einem Flussdiagramm bestimmt, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Hierbei ist angenommen, dass die Gesamtzahl der beim Quantisieren und Codieren des Signals jedes Blocks und jedes Frequenzbands zuordenbaren Bits B ist. Genauer gesagt, wird die Gesamtbitzahl dadurch bestimmt, dass aus der gesamten ursprünglichen Bitzahl der Wert (im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 438 gespeicherte Bitzahl Bp) x (Anzahl der im Frequenzband Is enthaltenen, zu quantisierenden Zielsignale) x (Anzahl von Blöcken) ausgeschlossen wird.
- Als Erstes bestimmt der Maximalbitzahl-Bestimmungsabschnitt 436 in S401 die Maximalanzahl Lji der jedem Frequenzband jedes Blocks zuordenbaren Bits auf Grundlage der Leistung Sji jedes Frequenzbands jedes Blocks entsprechend dem Verfahren, wie es für das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Dann wird in S402 der Bitzuordnungs-Berechnungsabschnitt 435 initialisiert. Genauer gesagt, wird die Zahl 0 in eine Variable b, die die Gesamtanzahl von bis zum aktuellen Zeitpunkt zugeordneten Bits repräsentiert. Die Quantisierungsbitzahl jedes Frequenzbands jedes Blocks ist als mji bestimmt, und in mji wird die Zahl 0 eingetragen. Dann ordnet der Leistungsbestim mungsabschnitt 437 in S403 mji hinsichtlich des Frequenzbands i des Blocks j die minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2) zu, wobei die folgende Ungleichung gilt:
- Si > aSp (wobei a eine Konstante ist, die der Bedingung 0 < a < 1 genügt)
- D. h., dass mji zu mji = 2 bestimmt wird. Dann wird in S404 der Wert Rji (mji) im MNR-Berechnungsabschnitt 434 entsprechend der Gleichtung (2) berechnet. Dann wird in S404 der Minimalwert Rji(mji) gesucht (die Indizes j und i des Blocks und des Frequenzbands sind zum oben genannten Zeitpunkt zu J bzw. I bestimmt). Dann wird in S406 zu mJI die Zahl 1 (oder die minimale Quantisierungsbitzahl (normalerweise 2), wenn rnJI den Wert 0 hat) addiert. Dann wird überprüft, ob die Beziehung mJI = LJI gilt. Wenn mJI = LJI gilt, wird anschließend aus den in S405 zu suchenden Objekten das Frequenzband I des Blocks J ausgeschlossen. Ferner wird RJI(mJI) gemäß der Gleichung (2) im MNR-Berechnungsabschnitt 434 aktualisiert. Indessen wird zur Variablen b dieselbe Zahl addiert, wie sie der Anzahl von dem Frequenzband I des aktuellen Blocks J zugeordneten Bits entspricht. Anders gesagt, wird zu der Variablen b der Wert (Anzahl der im Frequenzband I des Blocks J enthaltenen zu quantisierenden Zielsignale) · 1 (oder minimale guantisierungsbitzahl 2, wenn mJI den Wert 0 hat) addiert. Dann wird in S407 überprüft, ob die Variable b mit der Gesamtanzahl B zuordenbarer guantisierungsbits übereinstimmt. Wenn sie nicht miteinander übereinstimmen, kehrt der Programmablauf zu S405 zurück, um den Bitzuordnungsvorgang fortzusetzen. Wenn sie miteinander übereinstimmen, geht der Programmablauf zu S408 weiter. In S408 wird die im Zusatzbitzahl-Speicherabschnitt 438 gespeicherte Bitzahl Bp zur Bitzahl mjIs des spezifizierten Frequenzbands Is jedes Blocks addiert. Anders gesagt, werden dem spezifizierten Frequenzband Is zusätzliche Bits zugeordnet, und es wird der Bitzuordnungsvorgang abgeschlossen.
- Gemäß der oben beschriebenen Codier- und Decodiervorrichtung können die Merkmale des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels vollständig herbeigeführt werden, während keines der Merkmale im geringsten geopfert wird. Genauer gesagt, wird als Erstes eine variierte psychoakustische Charakteristik entsprechend der Blocklänge verwendet. Durch die oben angegebene Anordnung kann bei großer Blocklänge eine psychoakustische Charakteristik verwendet werden, die einen großen Maskierungseffekt liefert, wobei sie jedoch viel Rechenumfang benötigt, wie z. B. gleichzeitige Maskierung. Wenn die Blocklänge klein ist, kann eine psychoakustische Charakteristik verwen det werden, die einen kleinen Maskierungseffekt liefert, wobei sie jedoch einen verringerten Rechenumfang benötigt, z. B. mit zeitlicher Maskierung. Anders gesagt, kann die gegenläufige Beziehung zwischen dem Rechenaufwand und der Genauigkeit des Maskierungsschwellenwerts überwunden werden, um es zu ermöglichen, dauernd die optimale psychoakustische Charakteristik zu verwenden. Zweitens ist die Maximalanzahl der jedem Frequenzband zuordenbaren Bits pro Frequenzband begrenzt. Durch die oben genannte Anordnung kann die Maximalanzahl zuordenbarer Quantisierungsbits hinsichtlich der maximalen Bitzahl für das Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung, das getrennt vom Frequenzband I&sub1; mit großer Leistung unter mehreren Frequenzbändern liegt, unabhängig von der Größe des Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses (MNR) begrenzt werden. Daher können diejenigen Bits, die dem Frequenzband I&sub2; mit kleiner Leistung zugeordnet worden wären, eher einem anderen Frequenzband zugeordnet werden, insbesondere dem ein Sinussignal enthaltenden Frequenzband I&sub1;. Drittens wird entschieden, ob das Verhältnis der Leistung eines Frequenzbands zur Leistung aller Frequenzbänder nicht kleiner als ein spezifiziertes Verhältnis a ist, und einem Frequenzband mit einer Leistung nicht unter dem spezifizierten Verhältnis a wird zumindest die minimale guantisierungsbitzahl zugeordnet. Mittels der oben angegebenen Anordnung wird das Frequenzband I&sub4; mit einer Leistung nicht unter dem spezifizierten Verhältnis a nicht aufgrund der Leistung bei der anderen Frequenz 13 vollständig gelöscht. Daher kann einer Person mit hervorragendem Hörvermögen kein Eindruck von Unvereinbarkeit vermittelt werden. Viertens wird die vorbestimmte Anzahl von Zusatzbits dem vorbestimmten, spezifizierten Frequenzband Is zugeordnet. Durch die vorstehend genannte Anordnung kann das Quantisierungsrauschen im Frequenzband Is mehr als im normalen Fall verringert werden. Daher kann verhindert werden, dass Rauschen wahrnehmbar ist, wenn Rauschen beim Anhebeprozess in einer Wiedergabevorrichtung angehoben wird. Daher können Töne mit hoher Qualität wiedergegeben werden.
- Obwohl alle diese Ausführungsbeispiele individuell durch Hardware realisierbar sind, können sie auch ganz durch Software realisiert werden, die auf einer Vorrichtung wie einem digitalen Signalprozessor (DSP) arbeitet.
Claims (11)
1. Codier- und Decodiervorrichtung mit einem Codierabschnitt (1, 2, 3, 4,
5) zum Codieren eines aus Musiktonsignalen, Sprachtonsignalen oder einer
Kombination solcher Tonsignale bestehenden digitalen Eingangssignals, und
einem Decodierabschnitt (7, 8, 9) zum Decodieren eines durch den
Codierabschnitt codierten Signals, wobei der Codierabschnitt Folgendes aufweist:
- einen Blocklänge-Bestimmungsabschnitt (1), der im Zeitmultiplex das
Eingangssignal in Blöcke mit jeweils spezifizierter Blocklänge entsprechend
dem Änderungsausmaß im Eingangssignal unterteilt;
- einen Frequenzband-Unterteilungsabschnitt (2), der das Signal jedes der
Blöcke in mehrere Frequenzbänder unterteilt, um ein Frequenzbandsignal zu
erzeugen;
- einen Bitzuordnungsabschnitt (3, 102, 202, 302), der aus der
Leistungsstärke jedes der Frequenzbänder ein
Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis erhält, das eine psychoakustische Charakteristik widerspiegelt,
und der die Anzahl der jedem der Frequenzbänder zuzuordnenden
Quantisierungsbits auf Grundlage der Größe des
Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses bestimmt; und
- einen Quantisierungsabschnitt (4), der vom Bitzuordnungsabschnitt (3)
Information empfängt, die die Quantisierungsbitzahl repräsentiert, und der
das Frequenzband quantisiert, während er jedem der Frequenzbänder eine
spezifizierte Anzahl von Bits auf Grundlage von Information zuordnet, um
eine Codefolge zu erzeugen;
dadurch gekennzeichnet, dass der Bitzuordnungsabschnitt (3) eine
Einrichtung (32) zum Verwenden einer variierten psychoakustische Charakteristik
abhängig von der Blocklänge durch Empfangen von die Blocklänge
repräsentierender Information vom Blocklänge-Bestimmungsabschnitt (1) aufweist.
2. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (102) eine Einrichtung (125) zum Begrenzen der Maximalanzahl
(Li) der Bits aufweist, die pro Frequenzband jedem der Frequenzbänder
zuzuordnen sind.
3. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die
Einrichtung (125) des Bitzuordnungsabschnitts auf Grundlage des Verhältnisses der
Leistung (Sp) aller Frequenzbänder zur Leistung (Si) eines Frequenzbands
die Maximalanzahl (Li) der dem einen Frequenzband zuzuordnenden Bits
bestimmt.
4. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die
Einrichtung (125) des Bitzuordnungsabschnitts auf Grundlage der Leistungsstärke
(Si) eines Frequenzbands die Maximalanzahl (Li) der Bits bestimmt, die dem
einen Frequenzband zuzuordnen sind.
5. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die
Einrichtung (125) des Bitzuordnungsabschnitts auf Grundlage des Verhältnisses der
Leistung (Sp) aller Frequenzbänder zur Leistung (Si) eines Frequenzbands
sowie der Leistungsstärke (Si) des einen Frequenzbands die Maximalanzahl
(Li) der jedem der Frequenzbänder zuzuordnenden Bits bestimmt.
6. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (102) eine Einrichtung (125, 126) zum Freigeben einer
Begrenzung hinsichtlich der Maximalanzahl (Li) der dem einen Frequenzband
zuzuordnenden Bits, wenn das
Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnis für das eine Frequenzband nicht größer als eins ist, aufweist.
7. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (102) eine Einrichtung (125, 126) für Folgendes aufweist:
Entscheiden, ob die Anzahl (mi) der jedem der Frequenzbänder zugeordneten
Bits der Maximalbitzahl (Li) entspricht, wenn die Gesamtanzahl der
zugeordneten Quantisierungsbits eine spezifizierte Gesamtanzahl (B) von Bits nicht
erreicht, die allen Frequenzbändern zuzuordnen sind, und Lindern oder
Aufheben der Begrenzung hinsichtlich der Maximalbitzahl (Li), wenn die Anzahl
(mi) der jedem der Frequenzbänder zugeordneten Bits der Maximalbitzahl (Li)
entspricht.
8. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (202) eine Einrichtung (225, 226) eine Einrichtung für
Folgendes aufweist: Entscheiden, ob das Verhältnis der Leistung (Si) eines
Frequenzbands zur Leistung (Sp) aller Frequenzbänder nicht kleiner als ein
spezifiziertes Verhältnis ist, und Zuordnen zumindest der Minimalanzahl von
Quantisierungsbits zum einen Frequenzband mit einer Leistung, die
hinsichtlich des Verhältnisses nicht kleiner als ein spezifiziertes Verhältnis ist,
und zwar unabhängig vom Wert des
Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses.
9. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (302) eine Einrichtung (325, 326) zum Zuordnen einer
vorbestimmten Anzahl (Bp) von Zusatzbits zu einem vorbestimmten Frequenzband
aufweist.
10. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (302) eine Einrichtung (325, 326) für Folgendes aufweist:
Zuordnen einer Anzahl von Bits zu den Frequenzbändern, die durch
Subtrahieren der Anzahl (B) von dem vorbestimmten Frequenzband zuzuordnenden
Zusatzbits von der Gesamtanzahl (B) der allen Frequenzbändern zuordenbaren
Quantisierungsbits erhalten wurde, und anschließendes Addieren der Anzahl (Bp)
zuzuordnender Zusatzbits zur Anzahl der Bits, die dem vorbestimmten
Frequenzband zugeordnet sind.
11. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der der
Bitzuordnungsabschnitt (302) eine Einrichtung (325, 326) für Folgendes aufweist:
Erhalten eines Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses für jedes der
Frequenzbänder aus der Leistungsstärke des Frequenzbands, Addieren eines
vorbestimmten Werts (E) zum Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis des
vorbestimmten Frequenzbands, um ein modifiziertes
Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnis zu erhalten, und anschließendes Erhalten des
Maskierungsschwellenwert-Rauschsignalverhältnisses mittels des modifizierten
Signal/Maskierungsschwellenwert-Verhältnisses.
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