DE69428435T2

DE69428435T2 - Signalkodierer, signaldekodierer, aufzeichnungsträger und signalkodiererverfahren

Info

Publication number: DE69428435T2
Application number: DE69428435T
Authority: DE
Inventors: Kyoya Tsutsui
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: EP0692880A4; US5805770A; KR100330290B1; KR960700570A; EP0692880A1; JP3318931B2; DE69428435D1; EP0692880B1; AU689506B2; WO1995012920A1; AU8067194A

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalkodiervorrichtung und ein Signalkodierverfahren zum Kodieren von digitalen Eingangsdaten durch sogenannte effiziente Kodierung, ferner ein Aufzeichnungsmedium, auf dem solche kodierten Signale aufgezeichnet sind, und eine Signaldekodiervorrichtung zum Dekodieren eines übertragenen kodierten Signals oder eines von einem Aufzeichnungsmedium reproduzierten kodierten Signals.
Es gibt bereits verschiedene effiziente Kodierverfahren für Audiosignale oder Sprachsignale usw..
Ein effizientes Verfahren zum Übertragen von Sprachsignalen unter Verwendung von Teilbandkodierern ist z. B. aus WO89/10661A bekannt. Teilbandkodierung (SBC) ist ein System mit Frequenzbandzerlegung ohne Blockbildung, bei dem ein Audiosignal auf der Zeitbasis usw. in Signale (Signalkomponenten) mehrerer Frequenzbänder zerlegt wird, ohne daß diese für die Kodierung einer Blockbildung in bestimmten Einheitszeiten unterzogen werden. Ein anderes Verfahren zum Kodieren von Audiodaten ist in WO93/14492A offenbart. Die sog. Transformationskodierung ist ein System mit Frequenzbandzerlegung und Blockbildung, bei dem ein Signal auf Zeitbasis in Blöcke einer jeweils vorbestimmten Einheitszeit unterteilt wird, wobei die einzelnen Blöcke in Signale auf der Frequenzbasis zu transformiert (Spektraltransformation) und in Signale (Signalkomponenten) mehrerer Frequenzbänder unterteilt und diese Signale in den jeweiligen Bändern kodiert werden und dgl.. Darüber hinaus wurde auch ein effizientes Kodierverfahren vorgeschlagen, bei dem die Teilbandkodierung (SBC) und die Transformationskodierung, die oben beschrieben wurden, kombiniert werden. In diesem Fall wird z. B. ein Lösungsweg beschritten, bei dem die Bandzerlegung durch Teilbandkodierung erfolgt und anschließend die Signale in den einzelnen Bändern einer Spektraltransformation auf Frequenzbasis unterzogen werden, um die spektral transformierten Signale in allen betreffenden Bändern zu kodieren.
Als Filter für die Zerlegung in Bänder wird bei den oben beschriebenen Teilbandkodierverfahren und bei dem kombinierten effizienten Kodierverfahren z. B. ein sog. QMF-Filter usw. benutzt. Ein solches Filter ist z. B. in R.E. Crochiere "Digital Coding of speech in subbands" Bell Syst. Tech. J., Band 55, Nr. 8, 1976 beschrieben. Außerdem ist z. B. in ICASSP 83, BOSTON "Polyphase Quadrature filters - A new subband coding technique" Joseph H. Rothweiler, ein Filterverfahren zum Zerlegen in Bänder mit gleicher Bandbreite beschrieben.
Die oben erwähnte Spektraltransformation ist z. B. eine Spektraltransformation, bei der ein Eingangsaudiosignal in Blöcke mit einer jeweils vorbestimmten Einheitszeit (Rahmen) unterteilt wird, wobei alle Blöcke einer diskreten Fourier Transformation (DFT), einer diskreten Cosinustransformation (DCT) oder einer modifizierten DCT (MDCT) usw. unterzogen werden, um dadurch Signale auf Zeitbasis in Signale auf Frequenzbasis zu transformieren. Die MDCT ist beschrieben in ICASSP 1987 "Subband/Transform Cancellation" J.P. Princen A.B. Bradley Univ. of Surrey, Royal Melbourne Inst. of Tech..
Durch die Quantisierung von Signalen, die auf diese Weise durch Filter oder durch Spektraltransformation in Bänder zerlegt sind, ist es möglich, ein Band oder Bänder, in denen Quantisierungsrauschen auftritt, zu steuern und eine Kodierung vorzunehmen, die vom Standpunkt des Gehörsinns effizienter ist, indem von Eigenschaften (Phänomen vom Standpunkt des Gehörsinns) wie dem Maskierungseffekt usw. Gebrauch gemacht wird. Wenn in einem solchen Fall alle betreffenden Bänder vor der Quantisierung z. B. auf die Maximalwerte oder Absolutwerte der Signalkomponenten in den entsprechenden Bändern normiert werden, ist eine effizientere Kodierung möglich.
Als Frequenzteilungsverfahren zum Quantisieren der jeweiligen Frequenzkomponenten, die einer Frequenzbandzerlegung unterzogen wurden, wird darüber hinaus z. B. eine Frequenzbandzerlegung durchgeführt, bei der die Eigenschaften des menschlichen Gehörsinns (Hörens) berücksichtigt wird. Es gibt Fälle, in denen ein Audiosignal in mehrere (z. B. 25) Bänder unterteilt wird, wobei die Bandbreiten in Richtung höherer Frequenzen größer werden. Diese Bänder werden allgemein als kritische Bänder bezeichnet. Dabei wird bei der Kodierung der Daten in den einzelnen Frequenzbändern eine vorbestimmte Bitzahl für die einzelnen Bänder zugeteilt, oder die einzelnen Bänder werden mit adaptiver Bitzuteilung kodiert. Durch die Bitzuteilung werden z. B. die durch die MDCT-Verarbeitung gewonnenen Koeffizientendaten bezüglich der durch die MDCT-Verarbeitung der einzelnen Blöcke gewonnenen MDCT-Koeffizientendaten der einzelnen Bänder mit adaptiver Bitzahlzuteilung kodiert.
Für die erwähnte Bitzuteilung sind die folgenden zwei Verfahren bekannt. In IEEE Transactions of Acoustics, Speech, and Signal Processing, Band ASSP-25, Nr. 4, August 1977 erfolgt die Bitzuteilung z. B. auf der Basis der Magnituden von Signalen (Signalkomponenten) in den jeweiligen Bändern. Bei diesem System erhält man ein flaches das Quantisierungsrauschspektrum, so daß die Rauschenergie minimal wird, da der Maskierungseffekt vom Standpunkt des Gehörsinns aus nicht genutzt wird, so daß das tatsächliche Rauschempfinden nicht optimal ist. Darüber hinaus ist z. B. in ICASSP 1980 "The critical band coder - digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system", M.A. Kransner MIT, ein Verfahren beschrieben, bei dem der Maskierungseffekt des Gehörsinns (Hörens) genutzt wird, um dadurch die notwendigen Signal/Rausch-Verhältnisse für die jeweiligen Bänder zu gewinnen und eine feste Bitzuteilung durchzuführen. Wegen der festen Bitzuteilung wird bei diesem Verfahren der charakteristische Wert jedoch selbst dann nicht zufriedenstellend, wenn die Charakteristik durch ein sinusförmiges Eingangssignal gemessen wird.
Zur Lösung dieser Probleme wird in der europäischen Patentanmeldung 0 525 809 A2, veröffentlicht am 03.02.93, Bulletin 93/05, eine Vorrichtung zur effizienten Kodierung vorgeschlagen, bei der alle Bits, die für die Bitzuteilung benutzt werden können, zerlegt werden in Bits für ein festes Bitzuteilungsmuster, das im voraus für jeden der betreffenden kleinen Blöcke bestimmt wird, und in Bits für eine Bitzuteilung in Abhängigkeit von den Magnituden der Signale der betreffenden Blöcke, wobei das Teilungsverhältnis von einem auf ein Eingangssignal bezogenes Signal abhängig sein kann, so daß das Teilungsverhältnis für das feste Bitzuteilungsmuster größer wird, wenn das Spektrum des Signals glatter wird.
Bei dieser Vorrichtung wird für den Fall, daß die Energien in einem spezifischen Spektrum, wie einem sinusförmigen Eingangssignal, konzentriert sind, Blöcken eine größere Bitzahl zugeteilt, die dieses Spektrum enthalten, so daß die gesamte Signal-/Rausch-Charäkteristik erheblich verbessert werden kann. Da der menschliche Gehörsinn für ein Signal mit scharfer Spektralkomponente extrem empfindlich ist, führt die Verbesserung der Signal-/Rausch- Charakteristik durch den Einsatz eines solchen Verfahrens nicht nur zur Verbesserung des numerischen Werts bei der Messung, sondern auch zu einer Verbesserung der Tonqualität vom Standpunkt des Gehörsinns.
Als Bitzuteilungsverfahren wurde zusätzlich zu den oben beschriebenen Verfahren eine große Zahl weiterer Verfahren vorgeschlagen. Wenn das Modell für den Gehörsinn feiner gewählt und die Leistungsfähigkeit der Kodiervorrichtung verbessert wird, ist eine vom Standpunkt des Gehörsinns effizientere Kodierung möglich.
Im folgenden wird anhand von Fig. 15 und der folgenden Figuren eine herkömmliche Signalkodiervorrichtung beschrieben.
In der Anordnung von Fig. 15 wird eine über den Eingang 100 angelieferte akustische Signalwellenform von einer Transformationsschaltung 101 in Signalfrequenzkomponenten transformiert. Anschließend werden die jeweiligen Komponenten in einer Signalkomponentenkodierschaltung 102 kodiert. Dann wird in einer Codefolgen-Generatorschaltung 103 eine Codefolge erzeugt, die an den Ausgang 104 ausgegeben wird.
Fig. 16 zeigt eine praktische Ausführung der Transformationsschaltung 101 von Fig. 15. In der Anordnung von Fig. 16 wird ein über einen Eingang 200 angeliefertes Signal (das Signal an dem Eingang 100 von Fig. 15) durch zwei Stufen von Bandteilungsfiltern 201, 202 in Signalkomponenten dreier Frequenzbänder unterteilt. In dem Bandteilungsfilter 201 wird das über den Eingang 200 eintreffende Signal einer Dezimation unterzogen, so daß die Bandbreite auf die Hälfte (1/2) verringert wird. In dem Bandteilungsfilter 202 wird das Signal, dessen Bandbreite in dem Bandteilungsfilter 201 auf die Hälfte (1/2) dezimiert wurde, einer weiteren Dezimation unterzogen, so daß die Bandbreite weiter auf die Hälfte (1/2) verringert wird (das von dem Eingang 200 kommende Signal wird also so dezimiert, daß seine Bandbreite ein Viertel (1/4) beträgt). Das heißt, die Bandbreiten der beiden Signale aus dem Bandteilungsfilter 202 sind ein Viertel (1/4) so groß wie die Bandbreite des Signals an dem Eingang 200.
Die Signale der drei Bänder, die in der oben beschriebenen Weise von den Bandteilungsfiltern 201, 202 unterteilt wurden, werden in den Spektraltransformationsschaltungen 203, 204, 205, die eine Spektraltransformation, z. B. MDCT durchführen, in Spektralsignalkomponenten umgewandelt usw.. Die Ausgangssignale der Spektraltransformationsschaltungen 203, 204, 205 werden über Ausgänge 206, 207, 208 der Signalkomponentenkodierschaltung 102 von Fig. 15 zugeführt.
Eine praktische Ausführung der Signalkomponentenkodierschaltung 102 von Fig. 15 ist in Fig. 17 dargestellt.
In der Anordnung von Fig. 17 wird das Ausgangssignal der Transformationsschaltung 101, das einem Eingang 300 zugeführt wird, in einer Normierungsschaltung 301 in den einzelnen vorbestimmten Bändern normiert. Das normierte Ausgangssignal wird einer Quantisierschaltung 303 zugeführt. Das dem Eingang 300 zugeführte Signal (Ausgangssignal) wird außerdem einer Schaltung 302 zur Festlegung der Quantisierungsgenauigkeit zugeführt.
In der Quantisierschaltung 303 wird das Signal aus der Normierungsschaltung 301 nach Maßgabe der Quantisierungsgenauigkeit quantisiert, die in der Schaltung 302 zur Festlegung der Quantisierungsgenauigkeit aus dem an den Eingang 300 anliegenden Signal berechnet wird. Das Ausgangssignal der Quantisierschaltung 303 wird an dem Ausgang 304 ausgegeben und dann der Codefolgen-Generatorschaltung 103 von Fig. 15 zugeführt. Es ist zu beachten, daß in dem Ausgangssignal an dem Ausgang 304 außer den von der Quantisierschaltung 303 quantisierten Signalkomponenten auch die Information über den Normierungskoeffizienten in der Normierungsschaltung 301 und/oder die Information über die Quantisierungsgenauigkeit in der Schaltung 302 zur Festlegung der Quantisierungsgenauigkeit enthalten sind.
Fig. 18 zeigt den Aufbau einer Signaldekodiervorrichtung, die aus einer von der Signalkodiervorrichtung mit dem in Fig. 15 dargestellten Aufbau erzeugten Codefolge ein akustisches Signal dekodiert das dekodierte akustische Signal ausgibt.
In der Anordnung von Fig. 18 extrahiert eine Codefolgen-Zerlegungsschaltung 401 aus der Codefolge, die die Signalkodiervorrichtung von Fig. 15 dem Eingang 400 zuführt, Codes der jeweiligen Signalkomponenten. Aus diesen Codes werden in einer Signalkomponenten-Dekodierschaltung 402 die Signalkomponenten restauriert (rekonstruiert). Anschließend führt eine inverse Transformationsschaltung 403 eine der Transformation in der Transformationsschaltung 101 von Fig. 15 entsprechende inverse Transformation durch. Auf diese Weise wird ein akustisches Wellenformsignal gewonnen, das an dem Ausgang 404 ausgegeben wird.
Eine praktische Ausführung der inversen Transformationsschaltung 403 von Fig. 18 ist in Fig. 19 dargestellt.
Die Konfiguration von Fig. 19 entspricht dem in Fig. 16 dargestellten Konfigurationsbeispiel der Transformationsschaltung. Die von der Signalkomponenten-Dekodierschaltung 402 über die Eingänge 501, 502, 503 zugeführten Signale werden in inversen Spektraltransformationsschaltungen 504, 505, 506 transformiert, die eine der Spektraltransformation von Fig. 16 entsprechende inverse Spektraltransformation ausführen. Die in den inversen Spektraltransformationsschaltungen 504, 505, 506 gewonnenen Signale für die jeweiligen Bändern werden in zwei Stufen von Bandsynthesefiltern 507, 508 synthetisiert.
Hierzu werden die Ausgangssignale der inversen Spektraltransformationsschaltungen 505 und 506 dem Bandsynthesefilter 507 zugeführt, in dem sie synthetisiert werden. Das Ausgangssignal des Bandsynthesefilters 507 und das Ausgangssignal der inversen Spektraltransformationsschaltung 504 werden in dem Bandsynthesefilter 508 synthetisiert. Das Ausgangssignal des Bandsynthesefilters 508 wird an dem Ausgang 509 (Ausgang 404 von Fig. 18) ausgegeben.
Fig. 20 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Kodierverfahrens, wie es üblicherweise in der Signalkodiervorrichtung von Fig. 15 durchgeführt wird. Die Spektralsignale in dem Beispiel von Fig. 20 werden in der Transformationsschaltung 101 von Fig. 15 gewonnen, die Pegel der Absolutwerte der durch MDCT erzeugten Spektralsignale sind in dB-Werten angegeben.
In Fig. 20 wird ein Eingangssignal in allen vorbestimmten Zeitblöcken in 64 Spektralsignale transformiert. Diese Spektralsignale werden in jeweils fünf vorbestimmten Bändern, die in Fig. 20 mit b1 bis b5 bezeichnet sind, zu (im folgenden als Kodiereinheiten bezeichneten) Gruppen kombiniert und einer Normierung und Quantisierung unterzogen. Im vorliegenden Beispiel sind die Bandbreiten der jeweiligen Kodiereinheiten auf der Seite niedrigerer Frequenzen schmaler und werden zur Seite höherer Frequenzen hin breiter. Auf diese Weise kann das Auftreten von Quantisierungsrauschen nach Maßgabe der Eigenschaften des Gehörsinns beeinflußt werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren, das üblicherweise benutzt wird, ist das Band, in dem die Frequenzkomponenten quantisiert werden, fest. Deshalb müssen z. B. dann, wenn Spektralkomponenten bei Werten in der Nähe mehrerer spezifischer Frequenzen konzentriert sind und diese Spektralkomponenten mit hinreichender Genauigkeit quantisiert werden sollen, einer großen Zahl von Komponenten, die zu den gleichen Bändern gehören, zu denen auch solche Spektralkomponenten gehören, viele Bits zugeteilt werden.
Wie aus Fig. 20 ersichtlich ist, bedeutet dies, daß dann, wenn die Normierung kollektiv in allen vorbestimmten Bändern durchgeführt wird, die betreffenden Spektralkomponenten z. B. in dem Band b3, in dem das Signal Komponenten mit tonaler Charakteristik (klangcharakteristische Komponenten) enthält, auf der Basis des großen Normierungskoeffizientenwerts normiert werden, der durch die klangcharakteristische Komponente bestimmt wird.
Das Rauschen in einem akustischen Signal mit tonaler Charakteristik, in dem die Energien der Spektralkomponenten bei einer spezifischen Frequenz oder spezifischen Frequenzen konzentriert sind, kann, im Vergleich zu dem Rauschen bei einem akustischen Signal, in welchem die Energien über ein breites Frequenzband gleichmäßig verteilt sind, für das Ohr sehr störend sein. Deshalb stellt ein solches Rauschen vom Standpunkt des Gehörsinns eine starke Störung dar. Wenn ferner Spektralkomponenten mit großer Energie, d. h. klangcharakteristische Komponenten, nicht mit hinreichend großer Genauigkeit quantisiert werden, wird für den Fall, daß diese Spektralkomponenten zum zweiten Mal in ein Wellenformsignal auf der Zeitbasis umgewandelt werden, um sie mit davor und dahinter liegenden Blöcken zu synthetisieren, die Verzerrung zwischen den Blöcken groß (es findet große Verbindungsverzerrung statt, wenn mit Wellenformsignalen von benachbarten Zeitblöcken synthetisiert wird), was ebenfalls vom Standpunkt des Gehörsinns eine lästige Störung bedeutet. Aus diesem Grund muß die Quantisierung bei der Kodierung der klangcharakteristischen Komponenten mit einer hinreichend großen Bitzahl durchgeführt werden. Wenn jedoch die Quantisierungsgenauigkeiten für alle vorbestimmten Bänder festgelegt werden, wie dies oben beschrieben wurde, muß man einer großen Zahl von Spektralkomponenten innerhalb der Kodiereinheiten, die klangcharakteristische Komponenten enthalten, eine größere Bitzahl zuteilen, um die Quantisierung durchzuführen, was zu einer schlechten Kodiereffizienz führt. Es war deshalb bisher unmöglich, die Kodiereffizienz zu verbessern, ohne die Tonqualität, insbesondere für akustische Signale mit tonaler Charakteristik, zu verschlechtern.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen hat der Inhaber der vorliegenden Anmeldung in der Beschreibung und den Zeichnungen der nicht vorveröffentlichten WO94/28633 (= EP 0 653 846 A) ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem eine höhere Kodiereffizienz erreichbar ist, indem ein eingegebenes akustisches Signal in dem Zustand kodiert wird, in dem das akustische Eingangssignal in Signalkomponenten (Komponenten mit tonaler Charakteristik) zerlegt wird, in denen die Energien auf eine spezifische Frequenz oder spezifische Frequenzen konzentriert sind, und Komponenten (mit Rauschcharakteristik), in denen die Energien über ein breites Band gleichmäßig verteilt sind. Der Inhaber der vorliegenden Anmeldung hat außerdem in der Beschreibung und den Zeichnungen der nicht vorveröffentlichten EP 0 645 769 A ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Zahl der extrahierten klangcharakteristischen Komponenten variabel gehalten ist.
In den früheren Vorschlägen ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Normierung und Quantisierung für alle klangcharakteristischen Komponenten durchgeführt werden. Wenn ein solches Verfahren angewendet wird, kann die Quantisierung für eine geringere Zahl von Spektralkomponenten, die klangcharakteristischen Komponenten darstellen, mit guter Genauigkeit durchgeführt werden. Auf diese Weise wird eine Kodierung mit einer im Vergleich zu den früher benutzten Verfahren guten Effizienz ermöglicht.
Der Inhaber der vorliegenden Anmeldung hat außerdem in der Beschreibung und den Zeichnungen der nicht vorveröffentlichten WO95/01680 (= EP 0 663 739 A) verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die klangcharakteristischen Komponenten noch effizienter zu kodieren. Bei einem dieser vorgeschlagenen Verfahren wird die Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, daß bei der Festlegung des Normierungskoeffizienten die maximale Spektralkomponente der klangcharakteristischen Spektralkoeffizienten als Referenz herangezogen wird, um in Bezug auf die maximale Spektralkomponente der betreffenden klangcharakteristischen Komponenten lediglich die Codeinformation Plus und Minus zu kodieren und auf die Kodierung eines quantisierten Amplitudensignals zu verzichten.
Wenn jedoch bezüglich der maximalen Spektralkomponenten auf die Kodierung eines quantisierten Amplitudensignals verzichtet wird, vergrößert sich der Fehler in diesem Abschnitt, falls keine ausreichende Genauigkeit des Normierungskoeffizienten gewährleistet ist. Um eine ausreichende Genauigkeit des Normierungskoeffizienten zu gewährleisten, muß eine hinreichend größere Bitzahl für die Kodierung der Normierungskoeffizienteninformation selbst sichergestellt werden. Da jedoch bezüglich der rauschcharakteristischen Komponente die Genauigkeit für dem Fall, daß die Normierung und Quantisierung durchgeführt werden, primär nicht so hoch sein muß, verringert sich durch die Verbesserung der Genauigkeit des Normierungskoeffizienten wiederum die Kodiereffizienz.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die oben beschriebenen tatsächlichen Umstände, und es ist ein Ziel der Erfindung eine Signalkodiervorrichtung und ein Signalkodierverfahren zu schaffen, bei denen die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten, insbesondere für die Normierung von klangcharakteristischen Komponenten größer gemacht wird als die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten für die Normierung von rauschcharakteristischen Komponenten, um dadurch eine effizientere Kodierung zu erreichen, ferner ein Aufzeichnungsmedium, das für die Aufzeichnung von in einer solchen Signalkodiervorrichtung verarbeiteten Signalen geeignet ist, sowie eine Signaldekodiervorrichtung zum Dekodieren eines kodierten Signals, das von einem solchen Aufzeichnungsmedium reproduziert oder von einer Signalkodiervorrichtung gesendet wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Signalkodiervorrichtung vorgesehen zum Kodieren eines Eingangssignals, wobei die Vorrichtung aufweist: Eine Transformiereinrichtung zum Transformieren des Eingangssignals in Frequenzkomponenten, eine Trenneinrichtung zum Trennen des Ausgangssignals der Transformiereinrichtung in ein erstes Signal, das aus klangcharakteristischen Komponenten besteht, und ein zweites Signal, das aus anderen Komponenten besteht, eine erste Kodiereinrichtung zum Normieren und Quantisieren des ersten Signals für dessen Kodierung und eine zweite Kodiereinrichtung zum Normieren und Quantisieren des zweiten Signals für dessen Kodierung, wobei die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals auf ein feineres Intervall eingestellt sind als die Normierungskoeffizienten zum Normieren des zweiten Signals.
Die erste Kodiervorrichtung ist so ausgebildet, daß sie bezüglich einer Signalkomponente, die von den betreffenden klangcharakteristischen Komponenten des ersten Signals die maximale Energie besitzt, eine Information kodiert, die Plus oder Minus anzeigt, ohne daß ihr quantisierter Wert kodiert wird.
Darüber hinaus sind die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals in der ersten Kodiereinrichtung auf einen solchen Wert gesetzt, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.
In diesem Fall ist das erste Signal so beschaffen, daß für die Signalkomponente, die von den betreffenden klangcharakteristischen Komponenten die maximale Energie besitzt, eine Information kodiert wird, die Plus oder Minus anzeigt, ohne daß ihr entsprechender quantisierter Wert vorgesehen ist. Darüber hinaus sind die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals in der ersten Kodiereinrichtung auf einen solchen Wert gesetzt, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.
Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen eine Signaldekodiervorrichtung zum Dekodieren eines kodierten Signals mit einer ersten Dekodiereinrichtung zum Dekodieren eines ersten Signals, das klangcharakteristischen Komponenten entspricht, die durch Normieren und Quantisieren kodiert wurden, mit einer zweiten Dekodiereinrichtung zum Dekodieren eines zweiten Signals, das den Komponenten mit Ausnahme der klangcharakteristischen Komponenten entspricht, die durch Normieren und Quantisieren kodiert wurden, und mit einer synthetischen inversen Transformiereinrichtung für das Synthetisieren des Ausgangssignals der ersten Dekodiereinrichtung und des Ausgangssignals der zweiten Dekodiereinrichtung zum inversen Transformieren derselben, um diese einer inversen Transformationsverarbeitung zu unterziehen, bzw. für die inverse Transformierung der Ausgangssignale, um diese zu synthetisieren, wobei die erste Dekodiereinrichtung das Auslösen der Normierung mit einem Intervall ausführt, das feiner ist als das der zweiten Dekodiereinrichtung.
Die erste Dekodiervorrichtung dekodiert in diesem Fall die Signalkomponente, die von den jeweiligen klangcharakteristischen Komponenten die maximale Energie besitzt, auf der Basis der Information, die Plus oder Minus anzeigt. Darüber hinaus sind die in dem ersten Signal enthaltenen Normierungskoeffizienten auf einen solchen Wert gesetzt, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Spektralkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird (nicht verzichtet!).
Ein Signalkodierverfahren zum Kodieren eines Eingangssignals gemäß der Erfindung umfaßt die Verfahrensschritte: Transformieren des Eingangssignals in Frequenzkomponenten, Trennen des transformierten Signals in ein erstes Signal, das aus klangcharakteristischen Komponenten besteht, und ein zweites Signal, das aus anderen Komponenten besteht, Normieren und Quantisieren des ersten Signals, um dieses zu kodieren und Normieren und Quantisieren des zweiten Signals, um dieses zu kodieren, wobei die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals auf ein feineres Intervall eingestellt sind als die Normierungskoeffizienten zum Normieren des zweiten Signals.
Bezüglich einer Signalkomponente, die von den betreffenden klangcharakteristischen Komponenten des ersten Signals die maximale Energie besitzt, wird ein Lösungsweg beschritten, bei dem eine Information kodiert wird, die Plus oder Minus anzeigt, ohne daß ihr quantisierter Wert kodiert wird. Darüber hinaus sind die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals auf einen solchen Wert gesetzt, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.
Es wird davon ausgegangen, daß die Signale, die in der Signalkodiervorrichtung, der SignaL dekodiervorrichtung und dem Signalkodierverfahren gemäß der Erfindung behandelt werden, akustische Signale sind.
Außerdem wird die Kodierung erfindungsgemäß so durchgeführt, daß die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten bei der Normierung von klangcharakteristischen Komponenten höher ist als die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten bei der Normierung anderer Komponenten (rauschcharakteristischer Komponenten).
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm, aus dem der Aufbau einer Signalkodiervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hervorgeht,
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm, aus dem der Aufbau einer Signaldekodiervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hervorgeht,
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des Verarbeitungsflusses in einer Spektralkomponententrennschaltung, die die Signalkodiervorrichtung bildet,
Fig. 4 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Abtrennung von klangcharakteristischen Komponenten bei der Signalkodierung des vorliegenden Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 zeigt eine Ansicht der rauschcharakteristischen Komponenten, wobei die klangcharakteristischen Komponenten aus einem Originalsignal bei der Signalkodierung des Ausführungsbeispiels ausgeschlossen sind,
Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Spektralsignals,
Fig. 7 zeigt ein Signal, nachdem ein durch Kodierung einer klangcharakteristischen Komponente gewonnenes Signal zur Dekodierung von dem Spektralsignal von Fig. 6 subtrahiert wurde,
Fig. 8 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Kodierverfahrens gemäß der Erfindung zur Normierung und Quantisierung der klangcharakteristischen Komponenten für ihre Kodierung,
Fig. 9 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Beispiels, bei dem der bei der Dekodierung auftretende Fehler größer wird,
Fig. 10 zeigt eine Ansicht, an der erläutert wird, wie das Auftreten eines Fehlers bei der Dekodierung durch Anwendung des Kodierverfahrens gemäß der Erfindung unterdrückt wird,
Fig. 11 zeigt ein Beispiel von Normierungskoeffiziententabellen für die klangcharakteristische Komponente und die rauschcharakteristische Komponente,
Fig. 12 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer praktischen Konfiguration einer Kodierschaltung für klangcharakteristische Komponenten,
Fig. 13 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer praktischen Konfiguration einer Dekodierschaltung für klangcharakteristische Komponenten,
Fig. 14 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Aufzeichnung einer Codefolge auf einem Aufzeichnungsmedium, die nach der Kodierung in der Signalkodiervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels gewonnen wird,
Fig. 15 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm der Konfiguration einer herkömmlichen Signalkodiervorrichtung,
Fig. 16 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer praktischen Konfiguration einer Transformationsschaltung der Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels und des Standes der Technik,
Fig. 17 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer praktischen Konfiguration einer Signalkomponentenkodierschaltung der Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels und des Standes der Technik,
Fig. 18 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm der Konfiguration einer herkömmlichen Signaldekodiervorrichtung,
Fig. 19 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer aktuellen Konfiguration einer inversen Transformationsschaltung in der Signaldekodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels und nach dem Stand der Technik,
Fig. 20 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Kodierverfahrens nach dem Stand der Technik,
Fig. 21 zeigt ein Blockschaltungsdiagramm einer weiteren praktischen Konfiguration eines synthetischen inversen Transformationsteils, der die Signaldekodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels darstellt,
Fig. 22 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Konfiguration der Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Der Aufbau einer Signalkodiervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus Fig. 1 hervor.
Die Signalkodiervorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Transformationsschaltung 601 zum Transformieren eines Eingangssignals, z. B. eines akustischen Signals usw. in Frequenzkomponenten, ferner eine Signalkomponententrennschaltung 602 zum Zerlegen des Ausgangssignals der Transformationsschaltung 601 in klangcharakteristische Komponenten und rauschcharakteristische Komponenten, eine Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristischen Komponenten zum Normieren und Quantisieren der klangcharakteristischen Komponenten für ihre Kodierung sowie eine Kodierschaltung 604 für rauschcharakteristische Komponenten zum Normieren und Quantisieren der rauschcharakteristischen Komponenten für deren Kodierung. In diesem Fall sind die Normierungskoeffizienten für die Normierung der klangcharakteristischen Komponenten auf ein feineres Intervall eingestellt als die Normierungskoeffizienten für die Normierung der rauschcharakteristischen Komponenten.
In Fig. 1 wird ein akustisches Wellenformsignal an einen Eingang 600 geliefert. Dieses akustische Wellenformsignal wird in der Transformationsschaltung 601 in Signalfrequenzkomponenten transformiert und dann der Signalkomponententrennschaltung 602 zugeführt.
In der Signalkomponententrennschaltung 602 werden die in der Transformationsschaltung 601 gewonnenen Signalfrequenzkomponenten getrennt in klangcharakteristische Komponenten, die eine scharfe spektrale Verteilung besitzen, und andere Signalfrequenzkomponenten, d. h. rauschcharakteristische Komponenten, die eine flache Spektralverteilung besitzen. Von diesen getrennten Frequenzkomponenten werden die klangcharakteristischen Komponenten, die eine scharfe spektrale Verteilung besitzen, in der Kodierschaltung 603 für klangcharakteristische Komponenten kodiert, während die anderen Signalfrequenzkomponenten, d. h. die rauschcharakteristischen Komponenten, in der Kodierschaltung 604 für die rauschcharakteristischen Komponenten kodiert werden. Die Ausgangssignale der Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristischen Komponenten und der Kodierschaltung 604 für die rauschcharakteristischen Komponenten werden einer Codefolge-Generatorschaltung 605 zugeführt. Auf diese Weise erzeugt die Codefolge-Generatorschaltung 605 eine Codefolge. Diese Codefolge wird einem ECC-Kodierer 606 als kodierte Information zugeführt.
Der ECC-Kodierer 606 addiert zu der Codefolge aus der Codefolge-Generatorschaltung 605 einen Fehlerkorrekturcode. Das Ausgangssignal des ECC-Kodierers 606 wird in einer EFM- Schaltung 607 moduliert und einem Aufzeichnungskopf 608 zugeführt. Der Aufzeichnungskopf 608 zeichnet die von der EFM-Schaltung 607 ausgegebene Codefolge auf einer Platte 609 auf.
Als Transformationsschaltung 601 kann eine ähnlichen Konfiguration wie die in Fig. 16 dargestellte benutzt werden. Für die tatsächliche Ausgestaltung der Transformationsschaltung 601 sind außer der Konfiguration von Fig. 16 jedoch auch zahlreiche andere Konfigurationen von Fig. 1 denkbar. So kann z. B. ein Eingangssignal durch MDCT direkt in ein Spektralsignal transformiert werden, oder es kann anstelle von MDCT auch DFT oder DCT usw. für die Spektraltransformation verwendet werden.
Während ein Signal, wie oben beschrieben, von dem Bandteilungsfilter in Bandkomponenten zerlegt wird, da die Kodierung bei dieser Erfindung besonders effektiv ist, wenn die Energien auf einer spezifischen Frequenz oder spezifischen Frequenzen konzentriert sind, ist es günstig, ein Verfahren zur Transformation in Frequenzkomponenten durch die oben beschriebene Spektraltransformationsverarbeitung zu benutzen, bei dem eine große Anzahl von Frequenzkomponenten mit einer vergleichsweise geringeren Anzahl von Operationen gewonnen werden.
Die Kodierschaltung 604 für die rauschcharakteristischen Komponenten kann grundsätzlich durch eine Konfiguration realisiert werden, die der in Fig. 17 dargestellten ähnelt. Die Konfiguration und die Funktion der Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristischen Komponenten des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden weiter unten beschrieben.
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Signaldekodiervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die sich für die Dekodierung eines Signals eignet, das in der in Fig. 1 dargestellten Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels kodiert wird.
Die Signaldekodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels der Erfindung umfaßt, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Dekodierschaltung 702 für klangcharakteristische Komponenten, die die durch Normierung und Quantisierung in der Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels kodierten klangcharakteristischen Komponenten dekodiert, ferner eine Dekodierschaltung 703 für rauschcharakteristische Komponenten zur Dekodierung der rauschcharakteristischen Komponenten, die in ähnlicher Weise durch Normierung und Quantisierung in der Signalkodiervorrichtung des Ausführungsbeispiels kodiert wurden, eine Syntheseschaltung 704 zum Synthetisieren der in den betreffenden Dekodierschaltungen 702, 703 dekodierten klangcharakteristischen Komponenten und rauschcharakteristischen Komponenten und eine inverse Transformationsschaltung 705 für die inverse Transformation des Ausgangssignals der Syntheseschaltung 704. Die Normierungskoeffizienten für die Normierung bei der Kodierung der klangcharakteristischen Komponenten, die in dieser Signaldekodiervorrichtung dekodiert werden, sind auf ein feineres Intervall eingestellt als die Normierungskoeffizienten für die Normierung bei der Kodierung der rauschcharakteristischen Komponenten.
In der Anordnung von Fig. 2 wird die von einem Wiedergabekopf 708 von der Plätte 609 reproduzierte Codefolge einer EFM-Demodulaorschaltung 709 zugeführt. Die EFM-Demodulaorschaltung 709 demoduliert die zugeführte Codefolge. Die demodulierte Codefolge wird einem ECC-Dekodierer 710 zugeführt, der eine Fehlerkorrektur durchführt. Auf der Basis der Ordungszahl der klangcharakteristischen Komponenteninformation in der fehlerkorrigierten Codefolge erkennt eine Codefolge-Zerlegungsschaltung 701, welcher Teil der Codefolge dem klangcharakteristischen Komponentencode entspricht, und zerlegt die eingegebene Codefolge in klangcharakteristische Komponentencodes und rauschcharakteristische Komponentencodes. Darüber hinaus trennt die Codefolge-Trennschaltung 701 die Positionsinformation der klangcharakteristischen Komponenten aus der eingegebenen Codefolge und liefert sie an eine Syntheseschaltung 704 der nachfolgenden Stufe.
Der oben erwähnte Code der klangcharakteristischen Komponente wird der Dekodierschaltung 702 für klangcharakteristische Komponenten zugeführt, während der rauschcharakteristische Code der Dekodierschaltung 703 für rauschcharakteristische Komponenten zugeführt wird, in der die inverse Quantisierung bzw. Normierung ausgelöst und die Codes dekodiert werden. Anschließend werden die dekodierten Signale aus der Dekodierschaltung 702 für klangcharakteristische Komponenten und der Dekodierschaltung 703 für rauschcharakteristische Komponenten einer Syntheseschaltung 704 zugeführt, die eine Synthese durchführt, die der Trennung in der Signalkomponenten-Trennschaltung 602 von Fig. 1 entspricht. Die Syntheseschaltung 704 fügt auf der Basis der Positionsinformation der klangcharakteristischen Komponente, die von der Codefolge-Trennschaltung 701 geliefert wird, das dekodierte Signal der klangcharakteristischen Komponente einem Signalteil an einer vorbestimmten Position des dekodierten Signals der rauschcharakteristischen Komponente ein und synthetisiert dadurch die rauschcharakteristischen Komponente und die klangcharakteristischen Komponente auf Frequenzbasis. Das synthetisierte dekodierte Signal wird ferner in einer inversen Transformationsschaltung 705 transformiert, um eine der Transformation in der Transformationsschaltung 601 von Fig. 1 entsprechende inverse Transformation durchzuführen, so daß das Signal auf Frequenzbasis zum zweiten Mal in das originale Wellenformsignal zurückgeführt wird. Das Ausgangswellenformsignal der inversen Transformationsschaltung 705 wird an dem Ausgang 707 ausgegeben.
Es ist zu beachten, daß die Verarbeitungsreihenfolge der inversen Transformation und der Synthese auch vertauscht sein können. In diesem Fall hat der in Fig. 2 dargestellte Schaltungsteil für die Synthese und die inverse Transformation den in Fig. 21 dargestellten Aufbau. Eine inverse Transformationsschaltung 712 transformiert das dekodierte Signal der rauschcharakteristischen Komponente auf Frequenzbasis aus der Dekodierschaltung 703 für rauschcharakteristische Komponenten invers in ein rauschcharakteristisches Komponentensignal auf Zeitbasis. Eine inverse Transformationsschaltung 713 plaziert das dekodierte Signal der klangcharakteristischen Komponente aus der Dekodierschaltung 702 für klangcharakteristische Komponenten an einer Position auf der Frequenzbasis, die durch die Positionsinformation der klangcharakteristischen Komponente bestimmt wird, die von der Dekodierschaltung 702 für klangcharakteristische Komponenten geliefert wird, um es invers zu transformieren und so ein klangcharakteristisches Komponentensignal auf Zeitbasis zu erzeugen. Eine Syntheseschaltung 714 synthetisiert das rauschcharakteristische Komponentensignal auf Zeitbasis aus der inversen Transformationsschaltung 712 und das klangcharakteristische Komponentensignal auf Zeitbasis aus der inversen Transformationsschaltung 713, um daraus das originale Wellenformsignal zu erzeugen.
Es ist zu beachten, daß als inverse Transformationsschaltung 705 eine ähnliche Konfiguration wie in Fig. 19 dargestellte benutzt werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das den Ablauf der tatsächlichen Verarbeitung zum Abtrennen der klangcharakteristischen Komponenten in der Signalkomponenten-Trennschaltung 602 der Signalkodiervorrichtung von Fig. 1 veranschaulicht.
In Fig. 3 bezeichnet I die Ordungszahl des Spektralsignals, N bezeichnet die Gesamtzahl der Spektralsignale, und P, R bezeichnen vorbestimmte Koeffizienten. Die klangcharakteristische Komponente ist folgendermaßen definiert. Wenn der Absolutwert eines bestimmten Spektralsignals bei lokaler Betrachtung größer ist als andere Spektralkomponenten, und ein solcher Absolutwert im Vergleich zu dem Maximalwert des Absolutwerts eines Spektralsignals in einem entsprechenden Zeitblock (Block in der Spektraltransformation) eine vorbestimmte oder größere Magnitude hat und die Summe der Energien dieser Spektralkomponente und der benachbarten Spektralkomponenten (z. B. der in beiden Richtungen angrenzenden Spektralkomponenten) ein vorbestimmtes oder größeres Verhältnis im Vergleich zu der Energie innerhalb eines vorbestimmten Sandes, das diese Spektralkomponenten enthält, aufweist, wird dieses Spektralsignal und z. B. die in beiden Richtungen angrenzenden Spektralsignale als die klangcharakteristische Komponente betrachtet. Es ist zu beachten, daß als vorbestimmtes Band für den Vergleich des Energieverteilungsverhältnisses eine Einstellung vorgenommen werden kann, bei der diese Bänder in niedrigeren Frequenzbändern schmaler und Bänder in höheren Frequenzbändern breiter gemacht werden, z. B. entsprechend der kritischen Bandbreiten, bei denen die Eigenschaften des Gehörsinns berücksichtigt werden.
Das heißt, in Fig. 3 wird als Initialisierung zunächst der maximale spektrale Absolutwert in dem Schritt S1 auf den Anfangswert A&sub0; gesetzt, und in dem Schritt S2 wird die Ordungszahl I des Spektralsignals auf 1 (Anfangswert) gesetzt.
In dem Schritt S3 wird ein spektraler Absolutwert innerhalb eines bestimmten Zeitblocks für die Variable A substituiert. Anschließend geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S4.
In dem Schritt S4 wird geprüft, ob der absolute Spektralwert ein maximaler absoluter Spektralwert ist, der, lokal betrachtet, größer ist als andere Spektralkomponenten. Wenn der absolute Spektralwert nicht der maximale absolute Spektralwert ist (NEIN), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S10. Wenn der absolute Spektralwert der maximale absolute Spektralwert ist (JA), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S5.
In dem Schritt S5 wird ein Vergleich durchgeführt zwischen dem Verhältnis der Variablen A des maximalen absoluten Spektralwerts zu dem Anfangswert A&sub0; des maximalen absoluten Spektralwerts innerhalb eines entsprechenden Zeitblocks, der den maximalen absoluten Spektralwert enthält, und den Koeffizienten P, der eine vorbestimmte Magnitude (Wert) (A/A&sub0; > P) anzeigt. Wenn A/A&sub0; größer ist als P (JA), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S6. Wenn A&sub0; gleich oder kleiner P ist (NEIN), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S10.
In dem Schritt S6 wird der Energiewert der benachbarten Spektralkomponenten (z. B. die Summe der Energien der in beiden Richtungen angrenzenden Spektralkomponenten) des Spektrums des absoluten Spektralwerts (maximaler absoluter Spektralwert) durch X substituiert. Die Verarbeitung geht dann weiter zu dem nächsten Schritt S7.
In dem Schritt S7 werden der maximale absolute Spektralwert und ein Energiewert innerhalb eines vorbestimmten Bandes, das die benachbarten Spektralkomponenten einschließt, durch die Variable Y substituiert.
In dem nächsten Schritt S8 wird ein Vergleich durchgeführt zwischen dem Verhältnis der Variablen X des Energiewerts zu der Variablen Y eines Energiewerts innerhalb eines vorbestimmten Bandes und dem Koeffizienten R, der ein vorbestimmtes Verhältnis (X/Y > R) angibt. Wenn X/Y größer ist als R (JA), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S9. Wenn X/Y gleich oder kleiner R ist (NEIN), geht die Verarbeitung weiter zu dem Schritt S10.
In dem Schritt S9 werden für den Fall, daß zwischen den Energien der Spektralkomponente mit dem maximalen Absolutwert und der benachbarten Spektralkomponenten und der Energie innerhalb eines vorbestimmten Bandes, das diese Spektralkomponenten enthält, ein vorbestimmtes Verhältnis besteht, das Signal des maximalen absoluten Spektralwerts und z. B. die Signale der in beiden Richtungen angrenzenden Spektralkomponenten als klangcharakteristische Komponenten betrachtet, und diese Tatsache wird registriert.
In dem nächsten Schritt S10 wird geprüft, ob die Ordungszahl I des in dem Schritt S9 registrierten Spektralsignals und die Gesamtzahl N der Spektralsignale einander gleich sind (I = N). Falls sie einander gleich sind (JA), ist die Verarbeitung beendet. Falls sie einander nicht gleich sind (NEIN), geht die Verarbeitung weiter zu dem. Schritt S11. In dem Schritt S11 wird I = I+1 gesetzt, um die Ordungszahl des Spektralsignals um 1 zu inkrementieren. Die Verarbeitung kehrt dann zu dem Schritt S3 zurück, um den oben beschriebenen Prozeß zu wiederholen.
Die Signalkomponenten-Trennschaltung 602 liefert die Frequenzkomponente, die durch die oben beschriebene Verarbeitung als klangcharakteristische Komponente bewertet wird, an die Kodierschaltung 603 für klangcharakteristische Komponenten, während sie die übrigen Frequenzkomponenten als rauschcharakteristische Komponenten an die Kodierschaltung 604 für rauschcharakteristische Komponenten liefert. Darüber hinaus liefert die Signalkomponenten-Trennschaltung 602 die Ordungszahl der als klangcharakteristische Komponente bewerteten Frequenzinformation und ihre Positionsinformation an die Codefolge-Generatorschaltung 605.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem die klangcharakteristische Komponenten in der oben beschriebenen Weise von den Frequenzkomponenten getrennt sind.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel sind vier klangcharakteristische Komponenten extrahiert, die hier mit TCA, TCB, TCC und ICD bezeichnet sind. Da die klangcharakteristischen Komponenten in diesem Fall so verteilt sind, daß sie bei einer geringeren Zahl von Spektralsignalen konzentriert sind, wird selbst dann keine größer Bitzahl benötigt, wenn diese Komponenten mit guter Genauigkeit quantisiert werden. Darüber hinaus wird ein Lösungsweg beschritten, bei dem die klangcharakteristischen Komponenten einmal normiert und anschließend quantisiert, wodurch eine Verbesserung der Kodiereffizienz möglich ist. In diesem Beispiel wird unterstellt, daß ein im Zentrum der betreffenden klangcharakteristischen Komponenten liegendes Spektralsignal ein Spektralsignal ist, bei dem die Energie maximal ist, was hier als maximales Spektralsignal bezeichnet wird. Andere Spektralsignale (benachbarte Spektralsignale), die die klangcharakteristische Komponente bilden, werden als peripheres Spektralsignal bezeichnet.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel der rauschcharakteristischen Komponente für den Fall, daß die klangcharakteristischen Komponenten aus dem originalen Spektralsignal (Spektralsignal von Fig. 4) ausgeschlossen (zu Null gemacht) werden.
Da in der Darstellung von Fig. 5 die klangcharakteristischen Komponenten (die in Fig. 4 in gestrichelten Linien dargestellten Komponenten) aus dem originalen Spektralsignal (Spektralsignal von Fig. 4) in den betreffenden Bändern b1 bis b5 ausgeschlossen (zu Null gemacht) sind, werden die Normierungskoeffizienten in den betreffenden Kodiereinheiten klein. Dementsprechend kann in dem Beispiel von Fig. 5 das erzeugte Quantisierungsrauschen selbst dann klein sein, wenn die für die Quantisierung benutzte Bitzahl reduziert wird. Was die rauschcharakteristischen Komponenten betrifft, so ist selbst dann, wenn relativ große Quantisierungsgeräusche zugemischt sind, eine effiziente Kodierung möglich, auch wenn eine kleinere Bitzahl benutzt wird, da sie vom Standpunkt des Gehörsinns kaum eine Störung darstellen.
Es wurde beschrieben, daß die klangcharakteristischen Komponenten abgetrennt werden, um die Signale von klangcharakteristischen Komponenten und in deren Nachbarschaft zu Null machen zu können, und danach die rauschcharakteristischen zu kodieren, um dadurch eine effiziente Kodierung zu ermöglichen. Statt dessen kann auch ein Verfahren benutzt werden, bei dem Signale, die durch Kodieren der klangcharakteristischen Komponenten (in Fig. 4 durch gestrichelte Linien dargestellte Komponenten) gewonnen werden, sukzessiv kodiert werden, und zum Dekodieren die kodierte Komponente von dem originalen Spektralsignal (Spektralsignal von Fig. 4) subtrahiert wird,.
Anhand von Fig. 22 wird nun eine Signalkodiervorrichtung für dieses Verfahren beschrieben. Gleiche Komponenten wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort und werden nicht erneut beschrieben.
Ein in der Transformationsschaltung 601 gewonnenes Spekiralsignal wird über einen Schalter 610, der von einer Schaltersteuerschaltung 616 gesteuert wird, einer Schaltung 611 zum Extrahieren von klangcharakteristischen Komponenten zugeführt. Die Schaltung 611 zum Extrahieren von klangcharakteristischen Komponenten diskriminiert die klangcharakteristischen Komponenten nach dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Prozeß und liefert nur die diskriminierten klangcharakteristischen Komponenten an die Kodierschaltung 603 für klangcharakteristische Komponenten. Außerdem liefert die Schaltung 611 zum Extrahieren der klangcharakteristischen Komponenten eine Information über die Ordungszahl der jeweilgen klangcharakteristischen Komponente und eine Information über ihre zentrale Position an die Codefolge-Generatorschaltung 605.
Die Kodierschaltung 603 für klangcharakteristische Komponenten normiert und quantisiert die zugeführten klangcharakteristischen Komponenten und liefert die normierte und quantisierte klangcharakteristische Komponente an die Codefolge-Generatorschaltung 605 und an einen lokalen Dekodierer 612.
Der lokale Dekodierer 612 bewirkt eine inverse Quantisierung und Normierung der normierten und quantisierten klangcharakteristischen Komponente, um das Originalsignal der klangcharakteristischen Komponente zu dekodieren. Dabei ist in dem dekodierten Signal ein Quantisierungsrauschen enthalten. Das Ausgangssignal des lokalen Dekodierers 512 wird einem Addierer 613 als erstes dekodiertes Signal zugeführt. Außerdem wird dem Addierer 613 über einen von der Schaltersteuerschaltung 616 gesteuerten Schalter 614 das originale Spektralsignal aus der Transformationsschaltung 601 zugeführt.
Der Addierer 613 subtrahiert das erste dekodierte Signal von dem originalen Spektralsignal und gibt ein erstes Differenzsignal aus. Falls eine Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente nach nur einer Verarbeitung beendet ist, wird das erste Differenzsignal über einen von der Schaltersteuerschaltung 616 gesteuerten Schalter 615 als die rauschcharakteristische Komponente an die Kodierschaltung 604 für rauschcharakteristische Komponenten ausgegeben.
Wenn eine Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente wiederholt wird, wird das erste Differenzsignal über den Schalter 610 der Schaltung 611 zum Extrahieren der klangcharakteristischen Komponente zugeführt. Die Schaltung 611 zum Extrahieren der klangcharakteristischen Komponente, die Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristische Komponente und der lokale Dekodierer 612 führen eine ähnliche Verarbeitung durch, wie sie oben beschrieben wurde. Das zweite dekodierte Signal, das auf diese Weise gewonnen wird, wird dem Addierer 613 zugeführt. Außerdem wird dem Addierer 613 über den Schalter 614 das erste Differenzsignal zugeführt. Der Addierer 613 subtrahiert das zweite dekodierte Signal von dem ersten Differenzsignal und gibt ein zweites Differenzsignal aus. Wenn eine Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente durch zweimalige Verarbeitung abgeschlossen ist, wird das zweite Differenzsignal über den Schalter 615 als rauschcharakteristische Komponente der Kodierschaltung 604 für rauschcharakteristische Komponenten zugeführt.
Wenn die Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente weiter wiederholt wird, führen die Schaltung 611 zum Extrahieren der klangcharakteristischen Komponente, die Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristische Komponente, der lokale Dekodierer 612 und der Addierer 613 eine ähnliche Verarbeitung durch, wie sie oben beschrieben wurde.
Die Schaltersteuerschaltung 616 hält den Schwellwert der Ordungszahl der klangcharakteristischen Komponenteninformation fest. Sie ist so ausgebildet, daß sie dann, wenn die Ordungszahl der klangcharakteristischen Komponenteninformation aus der Schaltung 611 zum Extrahieren der klangcharakteristischen Komponente über diesem Schwellwert liegt, den Schalter 615 so beeinflußt, daß die Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente abgeschlossen wird. Man kann auch eine Konfiguration verwenden, bei der in dem Zeitpunkt, in dem die Extrahierung der klangcharakteristischen Komponente in der Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristische Komponente endet, eine Verarbeitungssequenz aus Extrahierung, Kodierung, Dekodierung und Bestimmung der Differenz der klangcharakteristischen Komponente abgeschlossen wird.
Fig. 6 und 7 zeigen Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Fig. 7 zeigt ein Signal, das dadurch gewonnen wird, daß von dem in Fig. 6 dargestellten Spektralsignal ein Signal subtrahiert wird, das durch Kodieren einer klangcharakteristischen Komponente zur Dekodierung gewonnen wird.
Es wird ferner ein Verfahren benutzt, bei dem als klangcharakteristische Komponente aus dem Spektralsignal von Fig. 7 die durch gestrichelte Linien dargestellten Komponenten extrahiert werden, um dieses zu kodieren und dadurch eine Verbesserung der Kodiergenauigkeit des Spektralsignals zu erreichen. Durch Wiederholen dieses Verfahrens läßt sich höhere Kodiergenauigkeit erreichen. Es ist zu beachten, daß mit einem solchen Verfahren die Kodiergenauigkeit selbst dann hinreichend groß sein kann, wenn die obere Grenze der Bitzahl für die Quantisierung der klangcharakteristischen Komponente auf einen niedrigeren Wert gesetzt wird. Deshalb kann die Bitzahl zum Aufzeichnen der Quantisierungsbitzahl vorteilhafterweise ebenfalls reduziert werden. Außerdem läßt sich das Verfahren, nach dem auf diese Weise klangcharakteristische Komponenten in mehreren Stufen extrahiert werden, nicht nur dann anwenden, wenn ein Signal, das durch Kodieren der klangcharakteristischen Komponente gewonnen wird, zum Dekodieren der kodierten Komponente von dem originalen Spektralsignal subtrahiert wird, sondern auch dann, wenn ein Spektralsignal einer extrahierten klangcharakteristischen Komponente zu Null gemacht wird. In der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung soll der Ausdruck "Signal, aus dem die klangcharakteristische Komponenten abgetrennt werden" usw. die oben erwähnten beiden Fälle einschließen.
Anhand von Fig. 8 bis 10 wird nun ein Verfahren zum Normieren und Quantisieren der klangcharakteristischen Komponente für ihre Kodierung beschrieben.
Zunächst ist in Fig. 8 ein allgemeines Beispiel für Normierung und Quantisierung dargestellt, worin der Zustand gezeigt ist, daß fünf Spektralsignale, die in der Figur mit SPa bis SPe bezeichnet sind, kodiert werden. In dem Beispiel von Fig. 8 ist das mittlere Spektralsignal SPc das maximale Spektralsignal der klangcharakteristischen Komponente, und aus dessen Magnitude wird als Normierungskoeffizient der Skalierungsfaktor SF1 ausgewählt. Die Spektralsignale SPa bis SPe werden mit dem Skalierungsfaktor SF1 normiert und dann in einer von sieben Quantisierungsstufen von -3 bis +3 quantisiert und so kodiert. Dabei wird das Spektralsignal SPc zu +3 quantisiert, das Spektralsignal SPe wird zu +1 quantisiert, das Spekiralsignal SPa wird zu 0 quantisiert, das Spektralsignal SPd wird zu -1 quantisiert und das Spektralsignal SPb wird zu -2 quantisiert, und diese Signale werden kodiert.
Der Inhaber der vorliegenden Anmeldung hat in der Beschreibung und in den Zeichnungen der oben erwähnten EP 0 663 739 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet ist, daß der Normierungskoeffizient durch das maximale Spektralsignal bestimmt wird, so daß der Absolutwert des maximalen Spektralsignals die Magnitude des Skalierungsfaktors sein kann, um nur den Code Plus oder Minus zu kodieren und dadurch eine effizientere Kodierung zu erreichen. Obwohl für den Fall, daß das maximale Spektralsignal mit einer gegebenen Genauigkeit quantisiert und kodiert wird, nicht notwendigerweise gilt, daß dieses maximale Spektralsignal den gleichen Absolutwert hat wie der Skalierungsfaktor, wird bei diesem Verfahren die oben beschriebene Methode angewendet, bei der das Subtrahieren eines durch Kodieren der klangcharakteristischen Komponente zur Dekodierung der kodierten Komponente gewonnenen Signals von dem originalen Spektralsignal wiederholt wird, um klangcharakteristische Komponenten abzutrennen und so das Fehlersignal zu kodieren, so daß es ggf. möglich wird, mit hinreichend größerer Genauigkeit zu kodieren.
Da das oben beschriebene Verfahren, bei dem von dem originalen Spektralsignal ein Signal subtrahiert wird, das durch Kodieren der klangcharakteristischen Komponente gewonnen wird, um es zu dekodieren und dadurch wiederholt klangcharakteristische = Komponenten abzutrennen, die Kodierung überlappend (wiederholt) für die gleiche Spektralkomponente ausführt, ist die Verbesserung der Kodiereffizienz begrenzt.
Anhand von Fig. 9 und 10 wird nun ein Signalkodierverfahren gemäß der Erfindung beschrieben, das diese Nachteile vermeidet. Fig. 9 und 10 zeigen die Beziehung zwischen der Genauigkeit des Skalierungsfaktors und dem Wert, der durch Normieren und Quantisieren eines maximalen Spektralsignals gewonnen wird. Fig. 10 zeigt das Beispiel für den Fall, daß eine Normierungskoeffiziententabelle für die klangcharakteristische Komponente benutzt wird. Zum Vergleich mit Fig. 10 zeigt Fig. 9 das Beispiel für den Fall, daß die Normierungskoeffiziententabelle für die rauschcharakteristische Komponente benutzt wird.
Zunächst wird in Fig. 9 als Skalierungsfaktor, der für die Normierung benutzt werden kann, der Skalierungsfaktor SF2 als ein Wert vorbereitet, der im Vergleich zu dem Skalierungsfaktor SF1 der nächstkleinere ist. Das heißt, der Skalierungsfaktorabstand in Fig. 9 beträgt SF2 -SF1.
In diesem Fall wird für das in der Figur mit SPA bezeichnete maximale Spektralsignal, das z. B. nicht über dem vorbestimmten Pegel L1 liegt, der Skalierungsfaktor SF1 gewählt. Auf der anderen Seite wird für ein in der Figur mit SPB bezeichnetes maximales Spektralsignal, das den vorbestimmten Pegel L1 überschreitet, der Skalierungsfaktor SF2 gewählt. Wenn der Skalierungsfaktor SF2 für das mit SPB bezeichnete maximale Spektralsignal gewählt wird und dieser Skalierungsfaktor durch Quantisierung in sieben Stufen im Bereich von -3 bis +3 quantisiert wird, wird der Wert (der quantisierte Wert) des maximalen Spektralsignals SPB gleich +2.
Wenn dabei jedoch für das maximale Spektralsignal SPB dessen Amplitudeninformation (in diesem Beispiel 2, der quantisierte Wert seiner Amplitudeninformation) weggelassen wird und nur der Code Plus oder Minus (+ in diesem Beispiel) kodiert wird, würde der Wert des maximalen Spektralsignals SPB zu seiner Dekodierung als +3 interpretiert (3 auf der Basis + des Codes Plus oder Minus und des Skalierungsfaktors SF2), da die später benutzte Signaldekodiervorrichtung die Dekodierung unter Verwendung eines kodierten Werts des Codes Plus oder Minus und der Normierungskoeffizienteninformation, die den ausgewählten Skalierungsfaktor SF2 anzeigt, was zu einem großen Fehler führen würde.
Statt dessen wird als Skalierungsfaktor, der für die Normierung benutzt werden kann, der Skalierungsfaktor SF3, der, wie Fig. 10 zeigt, einen kleineren (feineren) Abstand hat als der Skalierungsfaktor SF2 als ein Wert gesetzt, der gegenüber dem Skalierungsfaktor der nächstkleinere ist. Das heißt, es wird ein Skalierungsfaktor SF3 gesetzt, so daß SF3 - SF1 < SF2 - SF1 ist.
Dabei wird für das in der Figur mit SPB bezeichnete maximale Spektralsignal, das über einem vorbestimmten Pegel, z. B. L1, liegt, der Skalierungsfaktor SF3 gewählt. Wenn für das maximale Spektralsignal SPB der Skalierungsfaktor SF3 gewählt wird, besteht nicht die Gefahr, daß der Fehler durch die spätere Dekodierung (Dekodierung bei der Wiedergabe nach der Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium) vergrößert wird, da die Amplitude des maximalen Spektralsignals SPB und der Wert des Skalierungsfaktors SF3 auch dann nahe beieinander liegen, wenn die Amplitudeninformation des Spektralsignals SPB weggelassen wird, so daß nur der Code Plus oder Minus kodiert wird. Wenn in dem Beispiel von Fig. 10 der Skalierungsfaktor SF3 für das maximale Spektralsignal SPB gewählt wird und dieser Skalierungsfaktor in sieben Quantisierungsstufen im Bereich von -3 bis +3 quantisiert wird, wird der Wert (der quantisierte Wert) des maximalen Spektralsignals SPB gleich +3. Wenn dabei die Amplitudeninformation (im vorliegenden Beispiel 3, der quantisierte Wert der Amplitudeninformation) für das maximale Spektralsignal SPB weggelassen wird und nur der Code Plus oder Minus (in diesem Beispiel +) kodiert wird, dekodiert die später benutzte Signaldekodiervorrichtung unter Verwendung eines kodierten Werts des Codes Plus oder Minus und der Information, die den ausgewählten Skalierungsfaktor SF3 anzeigt. Das heißt, für die Dekodierung interpretiert die Signaldekodiervorrichtung den Wert des maximalen Spektralsignals SBB als +3 (3 auf der Basis von + des Codes Plus oder Minus und des Skalierungsfaktors SF3), um es zu dekodieren. Deshalb besteht keine Gefahr, daß der Fehler größer wird.
Welche Skalierungsfaktorbreite gesetzt wird, um das Auftreten von Fehlern bei der Dekodierung zu vermeiden, wird hier durch die Zahl der Quantisierungsstufen für das maximale Spektralsignal bestimmt. So tritt z. B. kein Fehler auf, selbst wenn die Amplitudeninformation des maximalen Spektralsignals weggelassen wird, falls, wie Fig. 10 zeigt, mit einer Anzahl (= 7) von Quantisierungsstufen linear quantisiert wird falls der in Fig. 10 mit q bezeichnete Pegel nicht größer ist als der in der Figur mit p bezeichnete Pegel (der vorbestimmte Pegel L1).
Deshalb gilt
SF3*(N-2)/(N-1)≤SF1*N/(N-1)
d. h.
SF3≤SF1*N/(N-2)
wenn der Skalierungsfaktor so gesetzt wird, daß diese Beziehung erfüllt ist, tritt bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auf, wenn die Amplitudeninformation des maximalen Spektralsignals weggelassen wird.
Obwohl sich diese Erläuterung auf lineare Quantisierung bezog, ist es natürlich auch bei nichtlinearer Quantisierung möglich, in ähnlicher Weise die Bedingung festzulegen, die es erlaubt, die Amplitudeninformation des maximalen Spektralsignals aus dessen Quantisierungsbreite wegzulassen.
Selbst wenn der durch das Weglassen der Amplitudeninformation verursachte Fehler nicht notwendigerweise verschwindet, wird der Skalierungsfaktor so gesetzt, daß genügend kleine Abstände vorhanden sind, so daß der Fehler hinreichend klein werden kann. Dies ist bei der effizienten Kodierung von Spektralsignalen vorteilhaft und vom Standpunkt des Gehörsinns wichtig.
Da das menschliche Gehör im allgemeinen gegenüber Verzerrungen der klangcharakteristischen Komponente empfindlicher ist, sollte die Zahl der Quantisierungsstufen der klangcharakteristischen Komponente größer sein als die Zahl der Quantisierungsstufen der rauschcharakteristischen Komponente. Wenn die Zahl der Quantisierungsstufen groß ist, kann der Fehler, der durch das Weglassen der Amplitudeninformation des maximalen Spektralsignals entsteht, reduziert werden, da der Skalierungsfaktor, wie oben beschrieben, ebenfalls kleinen Abstand haben kann. Das heißt, bei dem Signalkodierverfahren gemäß der Erfindung wird der Skalierungsfaktor für die klangcharakteristische Komponente auf eine feinere (kleinere) Breite gesetzt als der Skalierungsfaktor für die rauschcharakteristische Komponente und dadurch eine effizientere Kodierung ermöglicht.
Das Verfahren, wonach der Normierungskoeffizient der klangcharakteristischen Komponente auf kleinen Abstand gesetzt wird, ist auch bei der Verbesserung der Genauigkeit der peripheren Spektralsignale der klangcharakteristischen Komponente wirksam. Auch in diesem Zusammenhang erleichtert das Verfahren das Kodieren der vom Standpunkt des Gehörsinns wichtigen klangcharakteristischen Komponenten.
Es genügt, wenn die tatsächlich gesetzte Breite des Skalierungsfaktors z. B. aus der maximalen Stufenzahl für die Quantisierung der klangcharakteristischen Komponenten bestimmt wird. Das Setzen einer größeren Zahl von Skalierungsfaktoren für die rauschcharakteristische Komponente ist nicht notwendig, so daß die Bitzahl bei der Kodierung des Skalierungsfaktors bezüglich der rauschcharakteristischen Komponente nicht vergrößert werden braucht.
Ein praktisches Beispiel von Normierungskoeffiziententabellen für die klangcharakteristische Komponente und die rauschcharakteristische Komponente ist in Fig. 11 dargestellt. Und zwar zeigt Fig. 11A die Normierungskoeffiziententabelle für die klangcharakteristische Komponente, während Fig. 11B die Normierungskoeffiziententabelle für die rauschcharakteristische Komponente zeigt.
In Fig. 11 ist der Skalierungsfaktor für die klangcharakteristischen Komponenten auf 1,0 dB Abstand gesetzt und für die rauschcharakteristischen Komponenten auf 2,0 dB Abstand. Wenn eine lineare Quantisierung durchgeführt wird, wie dies oben beschrieben wurde, und wenn die Zahl N der Quantisierstufen z. B. gleich 15 ist, kann die Amplitudeninformation des maximalen Spektralsignals weggelassen werden, ohne daß ein Fehler auftritt, da die folgende Beziehung gilt:
N/(N-2) = 1,1538 ...
Fig. 12 zeigt ein praktisches Beispiel der Kodierschaltung 603 für die klangcharakteristische Komponente für den Fall, daß das oben beschriebene Signalkodierverfahren bei der Signalkodiervorrichtung von Fig. 1 angewendet wird.
In der Anordnung von Fig. 12 wird eine an einem Eingang 800 anliegende klangcharakteristische Komponente einer Normierungsschaltung 806 und einer Schaltung 807 zum Festlegen der Quantisierungsgenauigkeit zugeführt. Die Normierungsschaltung 806 normiert die zugeführte klangcharakteristische Komponente nach der Normierungskoeffiziententabelle für die klangcharakteristische Komponente, die auf einen kleineren Abstand gesetzt ist als die Normierungskoeffiziententabelle für die rauschcharakteristische Komponente, wie dies oben beschrieben wurde. Die Schaltung 807 zum Festlegen der Quantisierungsgenauigkeit legt die Quantisierungsgenauigkeit in Abhängigkeit von dem Eingangssignal fest. Eine Steuerschaltung 801 klassifiziert die zugeführte klangcharakteristische Komponente durch die relative Position auf der Frequenzbasis in eine maximale Spektralkomponente und periphere Spektralkomponenten und liefert sie an eine Kodierschaltung 802 zum Kodieren des maximalen Spektralkoeffizienten und an eine Kodierschaltung 803 zum Kodieren des peripheren Spektralkoeffizienten. Die Kodierschaltung 802 für den maximalen Spektralkoeffizienten gibt eine Signalkomponenten-Codeinformation aus, die den Code Plus oder Minus des maximalen Spektralsignals anzeigt. Die Kodierschaltung 803 für den peripheren Spektralkoeffizienten gibt eine Signalkomponenteninformation aus, die durch die Quantisierung der betreffenden peripheren Spektralkomponenten gewonnen wird. Die kodierten Ausgangssignale der Kodierschaltung 802 für den maximalen Spektralkoeffizienten und der Kodierschaltung 803 für den peripheren Spektralkoeffizienten werden über die Steuerschaltung 801 an dem Ausgang 805 ausgegeben. Es ist zu beachten, daß in dem Ausgangssignal an dem Ausgang 805 auch die Normierungskoeffizienteninformation der Normierungsschaltung 806 und/oder die Quantisierungsgenauigkeitsinformation enthalten sind, die in der Schaltung 807 zum Festlegen der Quantisierungsgenauigkeit festgelegt wird. Während für das maximale Spektrum in dem oben beschriebenen Beispiel nur die Codes Plus oder Minus übertragen werden, kann die quantisierte Signalkomponenteninformation ähnlich auch für das periphere Spektrum übertragen werden. Außerdem kann die Signalkomponenteninformation feste Länge haben oder variable Länge, wie dies in der Beschreibung und den Zeichnungen der oben erwähnten EP 0 663 739 A vorgeschlagen wird.
Fig. 13 zeigt ein praktisches Beispiel der Dekodierschaltung 702 für die klangcharakteristische Komponente für den Fall, daß das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels bei der oben erwähnten Dekodiervorrichtung von Fig. 2 angewendet wird.
In der Anordnung von Fig. 13 wird der Code der klangcharakteristischen Komponente, der an dem Eingang 900 anliegt, einer Steuerschaltung 901 zugeführt. Die Steuerschaltung 901 führt eine Klassifizierung durch, die der Klassifizierung in der Steuerschaltung 801 von Fig. 12 entspricht. Die klassifizierten klangcharakteristischen Komponentencodes werden einer Dekodierschaltung 902 für maximale Spektralkoeffizienten und einer dieser entsprechenden Dekodierschaltung 903 für periphere Spektralkoeffizienten zugeführt. In den Dekodierschaltungen 902, 903 werden Dekodieroperationen durchgeführt, die den Kodieroperationen in der Kodierschaltung 802 für maximale Spektralkoeffizienten bzw. der Kodierschaltung 803 für periphere Spektralkoeffizienten entsprechen. Die dekodierten Ausgangssignale der Dekodierschaltungen 902, 903 werden über die Steuerschaltung 801 an den Ausgang 905 ausgegeben.
Fig. 14 zeigt das Beispiel für den Fall, daß die Spektralsignale von Fig. 4 von der Signalkodiervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kodiert werden. Die so gewonnenen Codefolgen werden auf dem (oder in dem) Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung aufgezeichnet.
In diesem Beispiel wird zunächst die Ordungszahl der klangcharakteristischen Komponenteninformation tnc (z. B. 4 in dem Beispiel von Fig. 11) auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. Dann werden die Informationen zu der klangcharakteristischen Komponente tcA, tcB, tcC, tcD und die Informationen zu der rauschcharakteristischen Komponente nc&sub1;, nc&sub2;, nc&sub3;, nc&sub4;, nc&sub5; in dieser Reihenfolge aufgezeichnet. In der Information zu der klangcharakteristischen Komponente tcA, tcB, tcC, tcD werden die Information CP über die Zentrumsposition (z. B. 15 im Fall der klangcharakteristischen Komponente tcB), die die Position des zentralen Spektrums dieser klangcharakteristischen Komponente angibt, ferner die Information zur Quantisierungsgenauigkeit (z. B. 15 im Fall der klangcharakteristischen Komponente tcB), die die Bitzahl für die Quantisierung angibt, die Information über den Normierungskoeffizienten und die Signalkomponenten-Codeinformation SCC, die den Code Plus oder Minus des maximalen Spektralsignals angibt, zusammen mit der Information SCa, SCb, SCd, SCe der normierten und quantisierten Signalkomponente aufgezeichnet. Was die Information nc&sub1;, nc&sub2;, nc&sub3;, nc&sub4;, nc&sub5; zu der rauschcharakteristischen Komponente betrifft, so werden die Information über die Quantisierungsgenauigkeit (z. B. 3 im Fall der Information der rauschcharakteristischen Komponente nc&sub1;) und die Normierungskoeffizienteninformation zusammen mit der Information SC&sub1;, SC&sub2;, ..., SC&sub8; der jeweiligen normierten und quantisierten Signalkomponente aufgezeichnet. Die Information CP zur Zentrumsposition der klangcharakteristischen Komponente tcB zeigt hier die Position auf der Frequenzbasis des maximalen Spektrums an, während die Information über die Quantisierungsgenauigkeit die Zahl der Ouantisierungsstufen anzeigt. In der Normierungskoeffizienteninformation der klangcharakteristischen Komponente tcB und der Normierungskoeffizienteninformation der rauschcharakteristischen Komponente nc&sub1; sind die eingestellten Abstandswerte der Normierungskoeffizienten voneinander verschieden. Obwohl in dem oben beschriebenen Beispiel als Positionsinformation der klangcharakteristischen Komponente die Positionen der zentralen Spektralkomponenten der jeweiligen klangcharakteristischen Komponente benutzt werden, können auch die Positionen der Spektralkomponenten des untersten Frequenzbandes der betreffenden klangcharakteristischen Komponenten aufgezeichnet werden.
Zum Trennen zwischen klangcharakteristischer Komponente und rauschcharakteristischer Komponente existieren verschiedene Verfahren, und in der Beschreibung und in den Zeichnungen der oben erwähnten EP 0 653 846 A hat der Inhaber der vorliegenden Anmeldung bereits einige Verfahren vorgeschlagen. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt diese Verfahren und läßt sich auf alle Fälle anwenden, in denen klangcharakteristische Komponenten kodiert werden.
Obwohl in der Beschreibung und den Zeichnungen der oben erwähnten, von dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung bereits vorgeschlagenen EP 0 663 739 A ein Verfahren beschrieben ist, das eine variable Längenkodierung der klangcharakteristischen Komponenten erlaubt, läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung auch in diesem Fall anwenden.
Obwohl bei der Erläuterung des obigen Ausführungsbeispiels hauptsächlich die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf ein akustisches Signal beschrieben wurde, läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung auch auf allgemeine Wellenformsignale anwenden. Es ist zu beachten, daß das Verfahren gemäß der Erfindung besonders wirksam ist für die effiziente Kodierung von akustischen Signalen, in denen klangcharakteristischen Komponenten vom Standpunkt des Gehörsinns eine wichtige Bedeutung zukommt.
Die vorangehende Beschreibung zeigt, daß die Signalkodiervorrichtung und das Signalkodierverfahren gemäß der Erfindung eine effiziente Kodierung ermöglichen, da die Normierungskoeffizienten für die Normierung eines ersten Signals auf ein feineres Intervall eingestellt sind als die Normierungskoeffizienten zum Normieren eines zweiten Signals (d. h., die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten bei der Normierung der klangcharakteristischen Komponenten ist höher als die Genauigkeit der Normierungskoeffizienten bei der Normierung der rauschcharakteristischen Komponenten). Mit anderen Worten, die Kodierungsgenauigkeit von klangcharakteristischen Komponenten kann verbessert werden, während die für die Kodierung von Rauschkomponenten erforderliche Bitzahl reduziert wird. Dadurch läßt sich insgesamt eine effizientere Kodierung erreichen.
Außerdem treten in der Signaldekodiervorrichtung gemäß der Erfindung weniger Signalfehler bei der Dekodierung auf, wenn die von der Signalkodiervorrichtung oder nach dem Signalkodierverfahren gemäß der Erfindung kodierten Signale dekodiert werden.

Claims

1. Signalkodiervorrichtung zum Kodieren eines Eingangssignals

mit einer Transformiereinrichtung (601) zur Transformieren des Eingangssignals in Frequenzkomponenten,

mit einer Trenneinrichtung (602) zum Trennen des Ausgangssignals der Transformiereinrichtung in ein erstes Signal, das aus klangcharakteristischen Komponenten besteht, und ein zweites Signal, das aus anderen Komponenten besteht,

mit einer ersten Kodiereinrichtung (604) zum Normieren und Quantisieren des ersten Signals für dessen Kodierung und

mit einer zweiten Kodiereinrichtung (603) zum Normieren und Quantisieren des zweiten Signals für dessen Kodierung,

wobei die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals auf ein feineres Intervall eingestellt sind als die Normierungskoeffizienten zum Normieren des zweiten Signals.

2. Signalkodiervorrichtung nach Anspruch 1,

bei der die erste Kodiereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie bezüglich einer Signalkomponente, die von betreffenden klangcharakteristischen Komponenten des ersten Signals die maximale Energie besitzt, eine Information kodiert, die plus oder minus anzeigt, ohne ihren quantisierten Wert zu kodieren.

3. Signalkodiervorrichtung nach Anspruch 2,

bei der die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals in der ersten Kodiereinrichtung auf einen solchen Wert gesetzt sind, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.

4. Signalkodiervorrichtung nach Anspruch 1,

bei der das Eingangssignal ein akustisches Signal ist.

5. Signalkodierdevorrichtung zum Dekodieren eines kodierten Signals

mit einer ersten Dekodiereinrichtung (702) zum Dekodieren eines ersten Signals, das klangcharakteristischen Komponenten entspricht, die durch Normieren und Quantisieren kodiert wurden,

mit einer zweiten Dekodiereinrichtung (703) zum Dekodieren eines zweiten Signals, das den Komponenten mit Ausnahme der klangcharakteristischen Komponenten entspricht, die durch Normieren und Quantisieren kodiert wurden, und

mit einer synthetischen inversen Transformiereinrichtung (711) für das Synthetisieren des Ausgangssignals der ersten Dekodiereinrichtung und des Ausgangssignals der zweiten Dekodiereinrichtung zum inversen Transformieren derselben, um diese einer inversen Transformationsverarbeitung zu unterziehen, bzw. für die inverse Transformierung der Ausgangssignale, um diese zu synthetisieren,

wobei die erste Dekodiereinrichtung das Auslösen der Normierung mit einem Intervall ausführt, das feiner ist als das der zweiten Dekodiereinrichtung.

6. Signalkodierdevorrichtung nach Anspruch 5,

bei der die erste Dekodiereinrichtung die Signalkomponente, die von den jeweiligen klangcharakteristischen Komponenten die maximale Energie besitzt, auf der Basis der Information dekodiert, die plus oder minus anzeigt.

7. Signalkodierdevorrichtung nach Anspruch 6,

bei der die in dem ersten Signal enthaltenen Normierungskoeffizienten auf einen solchen Wert gesetzt sind, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.

8. Signalkodierdevorrichtung nach Anspruch 5,

bei der das Ausgangssignal der synthetischen inversen Transformiereinrichtung (711) ein akustisches Signal ist.

9. Signalkodierverfahren zum Kodieren eines Eingangssignals

mit den Verfahrensschritten:

Transformieren des Eingangssignals in Frequenzkomponenten,

Trennen des transformierten Signals in ein erstes Signal, das aus klangcharakteristischen Komponenten besteht, und ein zweites Signal, das aus anderen Komponenten besteht,

Normieren und Quantisieren des ersten Signals, um dieses zu kodieren und

Normieren und Quantisieren des zweiten Signals, um dieses zu kodieren,

10. Signalkodierverfahren nach Anspruch 9,

bei dem bezüglich einer Signalkomponente, die von betreffenden klangcharakteristischen Komponenten des ersten Signals die maximale Energie besitzt, eine Information kodiert wird, die plus oder minus anzeigt, ohne daß ein ihr entsprechender quantisierter Wert kodiert wird.

11. Signalkodierverfahren nach Anspruch 10,

bei dem die Normierungskoeffizienten zum Normieren des ersten Signals in der ersten Kodiereinrichtung auf einen solchen Wert gesetzt sind, daß bei der Dekodierung selbst dann kein Fehler auftritt, wenn der quantisierte Wert der Signalkomponente mit der maximalen Energie weggelassen wird.

12. Signalkodierverfahren nach Anspruch 9,

bei dem das Eingangssignal ein akustisches Signal ist.