JPH09261063A

JPH09261063A - 信号符号化方法および装置

Info

Publication number: JPH09261063A
Application number: JP8062966A
Authority: JP
Inventors: Shinji Miyamori; 慎二宮森; Masatoshi Ueno; 正俊上野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】プリエコーとポストエコーの発生を抑制す
る。【解決手段】ゲイン制御位置決定回路１０２におい
て、端子１００より入力されたオーディオ信号のアタッ
ク部とリリース部を検出する。聴覚モデル適用回路１１
０においては、入力信号の聴覚心理モデルに基づいてマ
スキングレベルを求める。ゲイン制御量決定回路１１１
は、マスキングレベルに従って、適応的に選択したゲイ
ン制御量を決定する。ゲイン制御回路１０３において
は、このゲイン制御量に対応して、端子１００より入力
されたオーディオ信号のゲインを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルデータ
などの入力信号をいわゆる高能率符号化によって符号化
する信号符号化方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オーディオ或いは音声等の信
号の高能率符号化の手法および装置には種々あるが、例
えば、時間軸の信号を所定の時間単位でフレーム化し
て、このフレーム毎の時間軸の信号を周波数軸上の信号
に変換（スペクトル変換）して複数の周波数領域に分割
し、各帯域毎に符号化する、いわゆる変換符号化方式
や、時間軸上のオーディオ信号等をフレーム化しない
で、複数の周波数帯域に分割して符号化する、いわゆる
帯域分割符号化（サブ・バンド・コーディング（ＳＢ
Ｃ））方式等を挙げることができる。また、上述の帯域
分割符号化と変換符号化とを組み合わせた高能率符号化
の手法および装置も考えられており、この場合には、例
えば、上記帯域分割符号化方式で帯域分割を行った後、
各帯域毎の信号を周波数軸上の信号にスペクトル変換
し、このスペクトル変換された各帯域毎に符号化が施さ
れる。

【０００３】上述した帯域分割符号化方式に使用される
帯域分割用フィルタとしては、例えばＱＭＦ(Quadratur
e Mirror Filter)等のフィルタがあり、これは、例えば
文献「ディジタル・コーディング・オブ・スピーチ・イ
ン・サブバンズ」("Digitalcoding of speech in subba
nds" R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech.J., Vol.55,No.
8 1976) に述べられている。このＱＭＦのフィルタは、
帯域を等しい帯域幅で２分割するものであり、このフィ
ルタにおいては、上記分割した帯域を後に合成する際に
いわゆるエリアシングが発生しないことが特徴となって
いる。

【０００４】また、文献「ポリフェーズ・クワドラチュ
ア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」("Po
lyphase Quadrature filters -A new subband coding t
echnique", Joseph H. Rothweiler ICASSP 83, BOSTON)
には、等しい帯域幅のフィルタ分割手法が述べられてい
る。このポリフェーズ・クワドラチュア・フィルタは、
信号を等しい幅の複数の帯域に分割する際に一度に分割
できることが特徴となっている。

【０００５】また、上述したスペクトル変換としては、
例えば、入力オーディオ信号を所定の単位時間でフレー
ム化し、そのフレーム毎に離散フーリエ変換（ＤＦ
Ｔ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、又はモディファイ
ド離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を行うことで、時間
軸を周波数軸に変換するようなスペクトル変換がある。
なお、上記ＭＤＣＴについては、文献「時間領域エリア
シング・キャンセルを基礎とするフィルタ・バンク設計
を用いたサブバンド／変換符号化」("Subband/Transfor
m Coding Using Filter Bank Designs Based on Time D
omain Aliasing Cancellation," J.P.Princen A.B.Bra
dley, Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tec
h. ICASSP 1987)に述べられている。

【０００６】このように、フィルタやスペクトル変換に
よって、帯域毎に分割された信号を量子化することによ
り、量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、
いわゆるマスキング効果などの性質を利用して、聴覚的
により高能率な符号化を行うことができる。また、ここ
で量子化を行う前に、各帯域毎に、例えばその帯域にお
ける信号成分の絶対値の最大値で正規化を行うようにす
れば、さらに高能率な符号化を行うことができる。

【０００７】周波数帯域に分割された各周波数成分（以
下、スペクトル成分と呼ぶ）を量子化する場合の周波数
分割幅としては、例えば人間の聴覚特性を考慮した帯域
幅を用いることが多い。例えば、一般に高域ほど帯域幅
が広くなるような臨界帯域（クリティカルバンド）と呼
ばれている帯域幅で、オーディオ信号が複数（例えば２
５バンド）の帯域に分割される。また、この時の各帯域
毎のデータを符号化する際には、各帯域毎の所定のビッ
ト配分、或いは、各帯域毎の適応的なビット割り当て
（ビットアロケーション）による符号化が行われる。例
えば、上記ＭＤＣＴ処理されて得られた係数データを上
記ビットアロケーションによって符号化する際には、上
記各フレーム毎のＭＤＣＴ処理により得られる各帯域毎
のＭＤＣＴ係数データに対して、適応的な割当てビット
数で符号化が行われることになる。

【０００８】上記ビット配分手法としては、次の２手法
が知られている。

【０００９】例えば、文献「音声信号の適応変換符号
化」（"Adaptive Transform Coding of Speech Signal
s", R.Zelinski, P.Noll, IEEE Transactions of Accou
stics,Speech, and Signal Processing, vol.ASSP-25,
No.4, August 1977 ）では、各帯域毎の信号の大きさを
もとに、ビット割り当てを行っている。この方式では、
量子化雑音スペクトルが平坦となり、雑音のエネルギが
最小となるが、聴感覚的にはマスキング効果が利用され
ていないために、実際の聴感上の雑音感は最適ではな
い。

【００１０】また、例えば文献「臨界帯域符号化器 −
聴覚システムの知覚要求に関するディジタル符号
化」（"The critical band coder --digital encoding
of the perceptual requirements of the auditory sys
tem", M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）では、聴覚マ
スキングを利用することで、各帯域毎に必要な信号対雑
音比を得て、固定的なビット割り当てを行う手法が述べ
られている。しかし、この手法では、サイン波入力で特
性を測定する場合でも、ビット割り当てが固定的である
ために、特性値がそれほど良い値とならない。

【００１１】これらの問題を解決するために、ビット割
り当てに使用できる全ビットを、上記各帯域或いは各帯
域をさらに小分割したブロック毎にあらかじめ定められ
た固定の割り当てパターン分と、各ブロック内の信号の
大きさに依存したビット配分を行う分とに分割して使用
すると共に、その分割比を入力信号に関係する信号に依
存させ、例えば信号のスペクトル分布が滑らかなときほ
ど上記固定のビット割り当てパターン分への分割比率を
大きくするような高能率符号化装置が提案されている。

【００１２】この方法によれば、例えばサイン波入力の
ように特定のスペクトル成分にエネルギが集中する場合
には、そのスペクトル成分を含むブロックに対して多く
のビットを割り当てるようにすることによって、全体の
信号対雑音特性を著しく改善することができる。一般
に、急峻なスペクトル分布をもつ信号に対する人間の聴
覚は、極めて敏感であるため、このような方法を用いる
ことで信号対雑音特性を改善することは、単に測定上の
数値を向上させるばかりでなく、聴感上の音質を改善す
るのに有効である。

【００１３】なお、ビット割り当ての方法にはこの他に
も数多くの方式が提案されており、さらに聴覚に関する
モデルが精緻化され、符号化装置の能力が向上すれば聴
覚的にみてより高能率な符号化が可能になる。

【００１４】時間領域のディジタルオーディオ信号のよ
うな波形要素（サンプルデータ）からなる波形信号をス
ペクトル変換する方法として、上述したＤＦＴやＤＣＴ
を使用した場合には、例えばＭ個のサンプルデータ毎に
ブロックを構成し、このブロック毎にＤＦＴやＤＣＴの
スペクトル変換を施すことになる。このようなブロック
に対してスペクトル変換を行うと、Ｍ個の独立な実数デ
ータ（ＤＦＴ係数データ或いはＤＣＴ係数データ）が得
られることになる。このようにして得られたＭ個の実数
データは、その後量子化して符号化され、符号化データ
となされる。

【００１５】この符号化データを復号化して再生波形信
号を再現する場合には、上記符号化データを復号化して
逆量子化し、得られた実数データに対して、符号化時の
ブロックに対応するブロック毎に逆ＤＦＴや逆ＤＣＴに
よる逆スペクトル変換を施して波形要素信号を得、この
波形要素信号からなるブロックを接続することで、波形
信号を再現する。

【００１６】このようにして生成した再生波形信号に
は、ブロックの接続の際の接続歪みが残り、聴感上好ま
しくないものとなる。このようなことから、上述したブ
ロック間の接続歪みを軽減することを目的として、実際
の符号化の際には、ＤＦＴやＤＣＴを使用したスペクト
ル変換を行うに際し、相互に隣接するブロックでそれぞ
れＭ１個ずつのサンプルデータをオーバーラップさせて
スペクトル変換を施すようにしている。

【００１７】しかし、このように相互に隣接するブロッ
クでそれぞれＭ１個ずつのサンプルデータをオーバーラ
ップさせてスペクトル変換を行った場合、平均して（Ｍ
−Ｍ１）個のサンプルデータに対してＭ個の実数データ
が得られることになり、実際にスペクトル変換に用いた
元のサンプルデータの数よりも、スペクトル変換により
得られた実数データの個数の方が増加することになる。
この実数データは、その後量子化して符号化することに
なるため、このように、元のサンプルデータの数に対し
てスペクトル変換によって得られる実数データの個数が
増加することは、符号化効率上好ましくない。

【００１８】これに対し、同じくディジタルオーディオ
信号等のサンプルデータからなる波形信号をスペクトル
変換する方法として、前述したＭＤＣＴを使用した場合
は、ブロック間の接続歪みを軽減するために、相互に隣
接するブロックでそれぞれＭ個ずつのサンプルデータを
オーバーラップさせた２Ｍ個のサンプルデータを用いて
スペクトル変換を行い、独立したＭ個の実数データ（Ｍ
ＤＣＴ係数データ）を得るようにしている。このため、
ＭＤＣＴのスペクトル変換では、平均してＭ個のサンプ
ルデータに対してＭ個の実数データが得られることにな
り、前述したＤＦＴやＤＣＴを使用したスペクトル変換
の場合よりも効率の良い符号化を行うことが可能とな
る。

【００１９】なお、上述のＭＤＣＴのスペクトル変換を
用い、得られた実数データを量子化し符号化した符号化
データを、復号化して再生波形信号を生成する場合に
は、その符号化データを復号化して逆量子化し、得られ
た実数データに対して逆ＭＤＣＴによる逆スペクトル変
換を施してブロック内の波形要素を得、このブロック内
の波形要素を互いに干渉させながら加え合わせることに
より、波形信号を再構成することになる。

【００２０】一般に、スペクトル変換のためのブロック
の長さ（ブロックの時間方向の大きさ）を長くすれば、
周波数分解能が高まり、例えばディジタルオーディオ信
号のような波形信号をこのような長いブロックでスペク
トル変換すると、特定のスペクトル成分にエネルギが集
中するようになる。また、前述したように、相互に隣接
するブロック同士で十分長いオーバーラップを持たせた
ブロックに対してスペクトル変換を施すようにすれば、
波形信号のブロック間歪みを良好に軽減することができ
る。さらに、スペクトル変換の手法として、上述のよう
に相互に隣接するブロックでそれぞれ半分の個数ずつサ
ンプルデータをオーバーラップさせたブロックに対して
スペクトル変換を施し、しかもこのスペクトル変換によ
り得られた実数データの個数が、元の波形信号のサンプ
ルデータの個数に対して増加しないＭＤＣＴを使用すれ
ば、前述したＤＦＴやＤＣＴを使用したスペクトル変換
の場合よりも効率の良い符号化を行うことが可能とな
る。

【００２１】ところで、上述したように波形信号をブロ
ック化して、このブロック毎にスペクトル成分（前述の
例ではスペクトル変換により得られる実数データ）に分
解する処理を行い、得られたスペクトル成分を量子化し
て符号化する方法を用いると、後にその符号化されたス
ペクトル成分の信号を復号化し、さらにブロック毎に合
成して得られた波形信号には量子化雑音が発生すること
になる。

【００２２】もしも、元々の波形信号に、信号成分が急
激に変化する部分（波形要素のレベルが急激に変化する
過渡的な部分）が含まれているような場合において、こ
の波形信号を一旦符号化してその後復号化すると、その
過渡的な部分に起因する大きな量子化雑音が、この過渡
的な部分以外の元の波形信号の部分にも拡がってしまう
ことがある。

【００２３】符号化されるオーディオ信号として、例え
ば図１０（Ａ）に示すように、変化が少なく、かつ、レ
ベルの小さな準定常的な信号ＦＬの次に、上記過渡的な
部分として音が急激に大きくなるアタック部ＡＴが存在
し、その後は大きなレベルの信号が続くような波形信号
ＳＷ１を用いた場合を想定する。このような波形信号Ｓ
Ｗ１を、単位時間幅でブロック化すると共に、このブロ
ック内の信号成分をスペクトル変換し、得られたスペク
トル成分を量子化して符号化し、さらにその後に逆スペ
クトル変換と復号化および逆量子化を施すと、再現され
た波形信号ＳＷ１１は、図１０（Ｃ）に示すように、ブ
ロック全体に渡ってアタック部ＡＴに起因する大きな量
子化雑音ＱＮ１がのったものとなってしまう。この場
合、アタック部ＡＴの時間的に前の準定常的な信号ＦＬ
の部分にも、このアタック部ＡＴに起因する大きな（例
えば準定常的な信号ＦＬよりもレベル的に大きな）量子
化雑音ＱＮ１が現れることになる。

【００２４】このようなアタック部ＡＴの時間的に前の
準定常的な信号ＦＬの部分に現れる量子化雑音ＱＮ１
は、アタック部ＡＴによる同時マスキングによっても遮
蔽されないため、聴感上の障害になる。上述のように、
音が急激に大きくなるアタック部ＡＴの前に現れる量子
化雑音ＱＮ１は、一般にプリエコーと呼ばれている。な
お、ブロック内の信号成分をスペクトル変換する際に
は、そのブロックに対して、例えば図１０（Ｂ）に示す
ように、アタック部ＡＴにおいてピークを有し、その前
後の部分がなだらかに変化する特性曲線を有する変換ウ
ィンドウ関数（窓関数）ＴＷをかけてからスペクトル変
換を行うことで、スペクトル分布が広範囲に拡がらない
ようにする。

【００２５】特に、前述したように周波数分解能を高め
るために、波形信号を長いブロックでスペクトル変換し
た場合には、時間分解能が悪くなり、長い期間にわたっ
てプリエコーが発生してしまうことがある。

【００２６】そこで、スペクトル変換の際のブロックの
長さを短くすれば、上述の量子化雑音の発生期間も短く
なる。このため、例えば上記アタック部ＡＴの近辺で、
スペクトル変換されるブロックの長さを短くすれば、プ
リエコーが発生する期間を短くすることができ、プリエ
コーによる聴感上の障害を軽減することができる。

【００２７】次に、このようにアタック部ＡＴの近辺で
ブロックの長さを短くすることでプリエコーを防止する
方法について説明する。図１１（Ａ）に示すような準定
常的な信号ＦＬとアタック部ＡＴとを含む波形信号ＳＷ
に対して、アタック部ＡＴのような音の大きさが急激に
変化する過渡的な部分の近辺では、スペクトル変換のた
めのブロックの長さを短くし、この短いブロック内の信
号成分に対してスペクトル変換を施すようにすれば、こ
の短いブロック内だけでプリエコーが発生し、プリエコ
ーの期間を十分短くすることができるようになる。この
ように、短いブロック内でプリエコーの発生期間を十分
短くすることができれば、アタック部ＡＴによるいわゆ
る逆向マスキング効果による聴感上の障害を少なくする
ことが可能となる。なお、この短いブロックの場合も、
ブロック内の信号成分をスペクトル変換する際には、例
えば図１１（Ｂ）に示すような短い変換ウィンドウ関数
（短変換ウィンドウ関数ＴＷＳ）をかけてからスペク
トル変換する。

【００２８】一方、準定常的な信号ＦＬの部分やアタッ
ク部ＡＴ以降の信号部分に対しても同様に、スペクトル
変換のためのブロックの長さを短くすると、周波数分解
能が悪くなり、これらの部分における符号化効率が悪く
なってしまう。このため、これらの部分に対しては、ス
ペクトル変換のためのブロックの長さを長くした方が、
特定のスペクトル成分に対してエネルギが集中すること
になって符号化効率が高くなり、望ましい。

【００２９】これらのことから、実際には、波形信号Ｓ
Ｗの各部分の性質に応じて、スペクトル変換のためのブ
ロックの長さを選択的に切り換えることが行われる。な
お、このようなブロックの長さの選択的な切り換えを行
う場合、変換ウィンドウ関数ＴＷもブロックの長さの選
択に応じて切り換えるようにする。例えば、図１１
（Ｂ）に示すように、アタック部ＡＴの近傍の部分を除
いた準定常的な信号ＦＬからなるブロックに対しては長
い変換ウィンドウ関数（長変換ウィンドウ関数ＴＷＬ）
を用い、また、アタック部ＡＴの近傍の部分の短いブロ
ックに対しては短い変換ウィンドウ関数（短変換ウィン
ドウ関数ＴＷＳ）を用いるように、選択的に切り換える
ことが行われる。

【００３０】しかしながら、上述したように、スペクト
ル変換の際のブロックの長さを、波形信号の各部分の性
質（特性）に応じて選択的に切り換える方法を実際の装
置上で実現しようとすると、異なる長さのブロックでの
スペクトル変換に対応できるスペクトル変換装置を符号
化装置に設ける必要があり、また、復号化装置側にも、
異なる長さのブロックに対応できる逆スペクトル変換が
可能な逆スペクトル変換装置を設ける必要がある。

【００３１】さらに、スペクトル変換の際のブロックの
長さを変えるようにすると、スペクトル変換によって得
られるスペクトル成分の数も、ブロックの長さに比例す
るようになり、これらスペクトル成分を例えば臨界帯域
毎にまとめて符号化しようとした場合には、各臨界帯域
毎に含まれるスペクトル成分の数もブロックの長さによ
って異なることになる。このため、その後の符号化の処
理や、さらに復号化の処理も煩雑になってしまう。

【００３２】このように、スペクトル変換の際のブロッ
クの長さを可変する方法では、符号化装置と復号化装置
が両方とも複雑になってしまうという欠点がある。

【００３３】このため、前述したＤＦＴやＤＣＴ等によ
りスペクトル変換を行う場合において、スペクトル変換
の際のブロックの長さを十分な周波数分解能を確保でき
るような一定の長さに保ったまま、プリエコーの発生を
有効に防止できるようにするための方法として、例えば
特開昭６１−２０１５２６号公報や特開昭６３−７０２
３号公報にて既に開示されている技術が知られている。

【００３４】これら特開昭６１−２０１５２６号公報や
特開昭６３−７０２３号公報には、符号化装置において
入力信号波形を複数サンプルデータからなるブロック毎
に切り出し、さらにこのブロックにウィンドウ関数を掛
けた後、アタック部を検出し、このアタック部の直前の
小振幅の波形信号（すなわち準定常的な信号）を増幅し
てから、ＤＦＴやＤＣＴ等を用いたスペクトル変換によ
ってスペクトル成分（実数データ）を得、これを符号化
する方法が開示されている。これに対応する復号化の際
には、復号化されたスペクトル成分に逆ＤＦＴ（Invers
e DFT（IDFT））や逆ＤＣＴ（Inverse DCT（IDCT））
等による逆スペクトル変換を施してから、符号化の際に
行ったアタック部の直前の信号の増幅に対する補正処理
を施す。これにより、プリエコーの発生が防止されるよ
うになる。この方法を用いるとスペクトル変換されるブ
ロックの長さは、常に一定にすることができるため、符
号化装置と復号化装置の構成を簡単にすることができ
る。

【００３５】このように、上記公報記載の技術によれ
ば、符号化時に行うアタック部の直前の小振幅信号に対
するゲイン制御処理と、復号化時に行う符号化の際のア
タック部の直前の信号に対して行われたゲイン制御に対
応するゲイン制御補正処理とによって、スペクトル変換
の際のブロックの長さを一定にしたままでプリエコーの
発生を防止することが可能となる。

【００３６】また、例えば、特願平７−２５８６５５号
として、本出願人は、プリエコーだけでなく、ポストエ
コーの発生を防止する方法を、既に提案している。な
お、この提案においては、波形信号の波形要素のレベル
が急激に大きくなるアタック部を検出し、波形信号の波
形要素のレベルが急激に小さくなるリリース部を検出
し、少なくとも上記アタック部以前の波形要素とリリー
ス部の波形要素に対して、複数のゲイン制御量の中から
波形信号の特性に応じて適応的にゲイン制御量を選択
し、選択したゲイン制御量を用いて、少なくとも上記ア
タック部以前の波形要素とリリース部の波形要素に対し
てゲイン制御を行い、上記波形信号を複数の周波数成分
に変換し、上記波形信号から聴覚心理モデルに基づくマ
スキングレベルを求め、そのマスキングレベルを用いて
上記複数の周波数成分を符号化すると共に、上記ゲイン
制御のための制御情報を符号化するようにしている。

【００３７】すなわち、この提案によれば、符号化時に
は、波形信号からアタック部とリリース部を検出し、ア
タック部以前の部分とリリース部の波形要素に対して
は、波形信号の特性に応じて適応的に選択したゲイン制
御量でゲイン制御を行ってから符号化し、復号化時に
は、符号化の際にゲイン制御された部分のゲイン制御補
正を行うようにしているため、波形信号を符号化および
復号化したときにアタック部以前の部分とリリース部に
発生する雑音のエネルギを、人間が知覚し難いレベルま
で低下させることができる。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たゲイン制御およびゲイン制御補正を利用してプリエコ
ーとポストエコーの発生を防止する先の提案の方法にお
いては、アタック部以前の部分とリリース部の波形要素
に対して、時間軸上の波形信号の特性に応じて単に適応
的にゲイン制御量を選択しているだけなので、人間の聴
覚特性に適応して効率的に符号化を行うことが困難であ
る課題がある。

【００３９】このことを、例えば、上記プリエコーが発
生する波形信号の例として、図１２（Ａ）に示されてい
る波形信号ＳＷのように、準定常的な信号ＦＬの次にア
タック部ＡＴが存在するようなものを例に挙げて説明す
る。この図１２（Ａ）の波形信号ＳＷに対し、例えばア
タック部ＡＴの直前の部分の波形要素とアタック部ＡＴ
の部分の波形要素から決定される図１２（Ｂ）に示すゲ
イン制御関数ＧＣに従って、アタック部ＡＴの直前の部
分の信号成分（波形信号ＦＬ）に対するゲイン制御量
を、アタック部ＡＴ以降の部分のＲａ倍とするゲイン制
御を行うようにすると、実際には図１２（Ｃ）に示され
ている波形信号ＳＷ１１を符号化することになる。

【００４０】一方、例えば図１２（Ａ）に示したような
波形信号ＦＬの部分を、図１２（Ｄ）に示すような、ア
タック部ＡＴの直前と直後の係数が、それぞれ１または
０であるウィンドウ関数を用いて図１２（Ａ）の波形信
号ＳＷから切り出した波形信号が図１２（Ｅ）に示した
ような波形信号ＳＷ２１であるとし、図１２（Ａ）に示
したようなアタック部ＡＴ以降の部分を、図１２（Ｆ）
に示すような、アタック部ＡＴの直前と直後の係数が、
それぞれ０または１であるウィンドウ関数を用いて切り
出した波形信号が図１２（Ｇ）に示したような波形信号
ＳＷ２２であるとする。

【００４１】また、図１２（Ｅ）の波形信号ＳＷ２１を
スペクトル変換した各スペクトル成分に対して、聴覚心
理モデルを用いて求められたマスキングカーブが図１３
（Ｈ）に点線で示すカーブＭＣａであるとし、図１２
（Ｇ）の波形信号ＳＷ２２をスペクトル変換した各スペ
クトル成分に対して、聴覚心理モデルを用いて求められ
たマスキングカーブが図１３（Ｊ）に点線で示すカーブ
ＭＣｂであるとする。なお、図１２（Ｅ）の波形信号Ｓ
Ｗ２１には図１２（Ｂ）に示したようなゲイン制御関数
ＧＣがかけられるので、マスキングカーブもＲａ倍さ
れ、図１３（Ｈ）に実線で示すマスキングカーブＭＣＲ
ａとなる。

【００４２】実際に符号化に用いる波形信号ＳＷ１１を
スペクトル変換した各スペクトル成分に対するマスキン
グカーブについては、本出願人が上記特願平７−２５８
６５５号にて、既に提案しているように、図１３（Ｈ）
に示すマスキングカーブＭＣＲａと、図１３（Ｊ）に示
すマスキングカーブＭＣｂの最小値を選択した、図１３
（Ｋ）に示すマスキングカーブＭＣｃを用いるのが適切
である。

【００４３】ここで、上記ゲイン制御量Ｒａの代わり
に、Ｒａより大きいゲイン制御量Ｒｂでゲイン制御を行
うことを考える。この場合、波形信号ＳＷ２１にゲイン
制御を施した波形信号をスペクトル変換した各スペクト
ル成分に対して、聴覚心理モデルを用いて求められたマ
スキングカーブが図１４（Ｌ）の実線で示すカーブＭＣ
Ｒｂとなる。上記波形信号ＳＷ１１をスペクトル変換し
た各スペクトル成分に対するマスキングカーブとして
は、図１４（Ｌ）に示すマスキングカーブＭＣＲｂと、
図１３（Ｊ）に示すマスキングカーブＭＣｂの最小値を
選択した、図１４（Ｍ）に示すマスキングカーブＭＣｍ
を用いるのが適切である。

【００４４】図１４（Ｎ）は、図１３（Ｋ）と図１４
（Ｍ）を重ねて描いたものである。実際に符号化される
各スペクトル成分はマスキングカーブよりも大きい部分
であり、スペクトル成分のマスキングカーブよりも大き
い部分が小さいほど、そのスペクトルを符号化する際に
必要なビット数は小さくなる。図１４（Ｎ）において、
マスキングカーブＭＣｃで各スペクトルを符号化する方
が、マスキングカーブＭＣｍで各スペクトルを符号化す
るよりもビット数が多くなる。すなわちマスキングカー
ブＭＣｃを用いる符号化は効率が悪いことが判る。

【００４５】本発明は、このような状況に鑑みなされた
もので、聴覚心理モデルを適用してゲイン制御を行うこ
とによって、プリエコーとポストエコーの発生を有効に
防止でき、かつ、より効率的なゲイン制御による符号化
が可能な信号符号化方法および装置を提供することを目
的とする。

【００４６】

【課題を解決するための手段】本発明の信号符号化方法
および装置は、波形信号の波形要素のレベルが急激に大
きくなるアタック部と急激に小さくなるリリース部を検
出し、上記アタック部およびリリース部の検出位置情報
を用いて波形信号から聴覚心理モデルに基づいたマスキ
ングレベルを求め、そのマスキングレベルを用いて複数
のゲイン制御量の中から適応的にゲイン制御量を選択
し、そのゲイン制御量を用いて、少なくともアタック部
以前の波形要素とリリース部の波形要素に対してゲイン
制御を行い、さらに、上記波形信号を複数の周波数成分
に変換し、ゲイン制御のための制御情報と上記複数の周
波数成分とを符号化することにより、上述の課題を解決
する。

【００４７】すなわち、本発明においては、聴覚心理モ
デルに基づいたマスキングレベルから選択されたゲイン
制御を行うことで、プリエコーとポストエコーの発生を
防止すると共に、より効率的な符号化を行うようにして
いる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい構成例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００４９】図１には、本発明の信号符号化方法が適用
される第１の構成例の信号符号化装置を示している。

【００５０】すなわち本発明の信号符号化装置は、端子
１００より入力された入力信号を符号化ブロック毎に切
り出して変換ウィンドウ関数をかけるウィンドウ回路１
０１を有している。ウィンドウ回路１０１の出力は、ウ
ィンドウによって切り出された波形信号のゲイン制御を
施すべき位置を決定するゲイン制御位置決定回路１０２
と、ゲイン制御関数に応じてゲイン制御処理を行うゲイ
ン制御回路１０３に入力されている。ゲイン制御位置決
定回路１０２の出力は、ゲイン制御位置に応じて長さの
変わる聴覚モデル用ブロック毎に、端子１００より入力
される入力信号を切り出して変換ウィンドウ関数をかけ
る聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８と、ゲイン制御位
置とマスキングレベルから最適なゲイン制御量とゲイン
制御関数を決定し、ゲイン制御量とマスキングレベルか
ら符号化ブロック用のマスキングレベルを計算するゲイ
ン制御量決定回路１１１に入力されている。聴覚モデル
用ウィンドウ回路１０８の出力は、聴覚モデル用ブロッ
ク毎に切り出された信号を、周波数成分に変換する聴覚
モデル用変換回路１０９に入力され、その出力は、周波
数成分に聴覚心理モデルを適用し、マスキングレベルを
算出する聴覚モデル適用回路１１０と、ゲイン制御量決
定回路１１１に供給されている。

【００５１】ゲイン制御回路１０３によりゲイン制御さ
れた信号を周波数成分に変換する変換回路１０４の出力
は、周波数成分に正規化を施す正規化回路１０５と、符
号化ブロック用マスキングレベルを用いて、周波数成分
に変換された信号から量子化の精度を決定する量子化精
度決定回路１１２に供給されている。聴覚モデル適用回
路１１０の出力は、ゲイン制御量決定回路１１１に供給
され、その出力が、ゲイン制御回路１０３と量子化精度
決定回路１１２に供給されている。

【００５２】正規化回路１０５により決定された精度で
正規化された周波数成分を量子化する量子化回路１０６
には、量子化精度決定回路１１２の出力が入力されてい
る。量子化回路１０６の出力は、符号列生成回路１０７
に入力され、そこにおいては、量子化された周波数成分
と正規化の際の正規化係数情報、および量子化精度情報
から符号列信号が生成される。

【００５３】また、図１の装置にはまた、符号化装置に
より生成された符号列信号を、情報記録媒体としての光
ディスク１１６に記録するために、符号列生成回路１０
７の出力に誤り検出訂正符号を付加するＥＣＣエンコー
ダ１１３、ＥＣＣエンコーダ１１３の出力を変調する変
調回路１１４、および、変調回路１１４の出力を光ディ
スク１１６に記録する記録ヘッド１１５とが設けられて
いる。

【００５４】この図１の実施例においては、端子１００
に例えばディジタルオーディオ信号等の音響信号（波形
信号）が供給される。この音響信号は、ウィンドウ回路
１０１に送られる。このウィンドウ回路１０１では、供
給された信号を、所定の周波数帯域に分割し、各帯域の
信号を一定の長さの符号化ブロック毎に切り出すと共
に、信号を相互に隣接する符号化ブロックでそれぞれオ
ーバーラップさせ、さらに各符号化ブロックに対して変
換ウィンドウ関数をかける。

【００５５】ゲイン制御位置決定回路１０２は、ウィン
ドウ回路１０１で変換ウィンドウ関数がかけられた符号
化ブロック内にアタック部があるか否かを検出し、ま
た、リリース部があるか否かを検出する。そして検出し
たアタック部或いはリリース部に対応するゲイン制御位
置の決定を行う。ゲイン制御位置決定回路１０２はゲイ
ン制御位置情報を、聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８
に送ると共に、ゲイン制御量決定回路１１１にも送る。
なお、ゲイン制御位置検出回路１０２からは、符号化ブ
ロック毎の信号成分の符号化ブロック内のアタック部や
リリース部の位置を示す位置情報の他、これらが存在す
ることを示すアタック／リリース部検出フラグも出力さ
れる。

【００５６】一方、端子１００に供給された音響信号
は、聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８にも送られる。
聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８では、ゲイン制御位
置決定回路１０２からのアタック／リリース部検出フラ
グを見て、アタック部およびリリース部の両方がないと
きには、供給された音響信号を、ウィンドウ回路１０１
の符号化ブロックと同一の長さの聴覚モデル用ブロック
毎に切り出すと共に、相互に隣接する聴覚モデル用ブロ
ックをそれぞれオーバーラップさせ、さらに各聴覚モデ
ル用ブロックに対して変換ウィンドウ関数をかける。な
お、このときは聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８の出
力はウィンドウ回路１０１の出力と同一になるので、ウ
ィンドウ回路１０１の出力を聴覚モデル用ウィンドウ回
路１０８の出力としても良い。

【００５７】また、聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８
は、ゲイン制御位置決定回路１０２からのアタック／リ
リースフラグを見て、アタック部もしくはリリース部が
存在するときには、供給された音響信号を、ウィンドウ
回路１０１の符号化ブロックよりも短い聴覚モデル用ブ
ロック毎に切り出すと共に、相互に隣接する聴覚モデル
用ブロックをそれぞれオーバーラップさせ、さらに各聴
覚モデル用ブロックに対して変換ウィンドウ関数をかけ
る。

【００５８】聴覚モデル用変換回路１０９は、聴覚モデ
ル用ウィンドウ回路１０８で変換ウィンドウ関数がかけ
られた聴覚モデル用ブロック毎の信号成分に対して、Ｄ
ＦＴやＤＣＴ等のスペクトル変換を施す。このスペクト
ル変換は、変換回路１０４と同一手法による変換とする
ことが、符号化に沿った聴覚心理モデルの適用が可能と
なるため、より好ましい。このスペクトル変換により得
られたスペクトル成分は、聴覚モデル適用回路１１０に
送られる。

【００５９】聴覚モデル適用回路１１０は、聴覚モデル
用変換回路１０９によって得られた信号周波数の個々の
スペクトル成分に対応する周波数毎、或いは信号周波数
を分割した帯域毎に、例えば最小可聴レベルや、供給さ
れたスペクトル成分からマスキング特性やラウドネス特
性を用いて求められるマスキングレベルを計算する。

【００６０】ゲイン制御量決定回路１１１は、聴覚モデ
ル適用回路１１０より供給されたマスキングレベル、ゲ
イン制御位置決定回路１０２より供給されたゲイン制御
位置情報、および聴覚モデル用変換回路１０９から供給
されたスペクトル成分を用いて複数のゲイン制御量のそ
れぞれの値について、その符号化ブロック内における符
号化に必要となる総ビット数を計算し、最も総ビット数
の少なくなるゲイン制御量を見つけることで、最適なゲ
イン制御量およびゲイン制御関数を算出し、その結果を
ゲイン制御回路１０３に送る。さらにゲイン制御量決定
回路１１１は、ゲイン制御関数を用いてマスキングを変
換することにより、ゲイン制御を行ったときのスペクト
ル成分に対する適切な符号化ブロック用マスキングレベ
ルを計算し、その結果を量子化精度決定回路１１２に送
る。なお、符号化ブロック内にアタック部もしくはリリ
ース部が存在する場合のゲイン制御量決定回路１１１の
詳細な処理については後述する。

【００６１】ゲイン制御回路１０３は、ウィンドウ回路
１０１で変換ウィンドウ関数がかけられた符号化ブロッ
ク毎の信号成分に対して、ゲイン制御量決定回路１１１
から供給されるゲイン制御関数を適用して、ブロック内
のアタック部以前の小振幅の信号（準定常的な信号）を
増幅するゲイン制御処理、或いはブロック内のリリース
部の信号を増幅するゲイン制御処理を行う。なお、ゲイ
ン制御回路１０３は、アタック部或いはリリース部がな
い場合には、その符号化ブロックの信号成分に対して信
号増幅の処理は行わない。ゲイン制御回路１０３より出
力された符号化ブロック毎の信号成分（波形要素）は、
変換回路１０４に送られる。

【００６２】変換回路１０４は、供給された符号化ブロ
ック毎の信号成分に対して、ＤＦＴやＤＣＴ、ＭＤＣＴ
等のスペクトル変換を施し、さらに、このスペクトル変
換により得られたスペクトル成分を帯域毎にグループ化
する。ここで、スペクトル変換後のスペクトル成分を帯
域毎にグループ化する際の幅（すなわち帯域の幅）は、
例えば均一な帯域幅としたり、また例えば臨界帯域幅に
合わせるように不均一な帯域幅としたりすることができ
る。

【００６３】正規化回路１０５は、変換回路１０４から
供給されたスペクトル成分の信号を所定の帯域毎に正規
化し、量子化回路１０６に送る。一方、量子化精度決定
回路１１２は、変換回路１０４から供給されるスペクト
ル成分と、ゲイン制御量決定回路１１１から供給される
符号化ブロック用マスキングレベル情報とを用いて、量
子化精度を決定して、この量子化精度情報を量子化回路
１０６に送る。

【００６４】量子化回路１０６は、量子化精度決定回路
１１２によって計算された量子化精度に基づいて、正規
化回路１０５からの信号に対して量子化を施し、正規化
情報と量子化情報、さらに量子化された信号を、符号列
生成回路１０７に送る。

【００６５】符号列生成回路１０７は、量子化回路１０
６から供給された量子化された信号を、同時に供給され
る量子化情報に基づいて、符号列信号に変換する。な
お、この符号列生成回路１０７からの出力信号には、量
子化回路１０６によって量子化された信号に加え、正規
化回路１０５における正規化係数情報や量子化精度決定
回路１１２における量子化精度情報、さらには、符号化
ブロック内にアタック部やリリース部が存在することを
示すアタック／リリース部検出フラグとこれらの位置を
示す位置情報、ゲイン制御情報およびゲイン制御関数も
含まれている。

【００６６】符号列生成回路１０７によって生成された
符号列信号は、ＥＣＣエンコーダ１１３に送られる。Ｅ
ＣＣエンコーダ１１３は、符号列生成回路１０７から供
給される符号列信号に対して、誤り訂正符号を付加す
る。ＥＣＣエンコーダ１１３からの出力は、変調回路１
１４によって、例えばいわゆる８−１４変調などの変調
が施され、記録ヘッド１１５に供給される。この記録ヘ
ッド１１５は、変調回路１１４から入力された符号列を
ディスク１１６に記録する。ディスク１１６としは、例
えば光磁気ディスクや相変化ディスク等を用いることが
できる。また、ディスク１１６の代わりにＩＣカード等
を用いることもできる。もちろん、変調信号をディスク
１１６に記録するのではなく、所定の伝送媒体に伝送す
るようにしてもよい。

【００６７】図２は、図１に示した符号化装置により生
成され、ディスク１１６に記録された（或いは伝送媒体
に伝送された）符号列信号を、復号化してディジタルオ
ーディオ信号を復元する復号化装置の基本的な構成を示
す。

【００６８】この図２に示す復号化装置は、情報記録媒
体としての光ディスク１１６に記録された符号列信号を
再生するための構成として、再生ヘッド２０１と、再生
ヘッド２０１の出力を復調する復調回路２０２と、復調
回路２０２の出力の誤り訂正を行うＥＣＣデコーダ２０
３とを有している。この装置はまた、ＥＣＣデコーダ２
０３の出力する符号列信号から量子化信号、量子化精度
情報、および正規化係数情報を取り出す符号列分離回路
２０４、得られた量子化信号、量子化精度情報、および
正規化係数情報から、信号成分を構成する信号成分構成
回路２０５、信号成分にゲイン制御補正処理を行うゲイ
ン制御補正回路２０６、並びにオーバーラップしている
隣接符号化ブロック毎の信号を合成して波形信号を再構
成して端子２０８から出力する隣接ブロック合成回路２
０７とを有するものである。

【００６９】この図２において、光ディスク１１６から
再生ヘッド２０１によって再生された信号は、復調回路
２０２に送られる。復調回路２０２は、再生ヘッド２０
１によって光ディスク１１６から再生された信号が例え
ば８−１４変調されているため、これを復調する。この
復調回路２０２からの出力信号は、ＥＣＣデコーダ２０
３に送られる。このＥＣＣデコーダ２０３では、エラー
訂正が行われる。このエラー訂正された信号は、符号列
信号であり、この符号列信号が符号列分離回路２０４に
送られる。符号列信号は、量子化信号、正規化係数情
報、および量子化精度情報からなるものである。

【００７０】符号列分離回路２０４は、供給された符号
列信号から、例えば図１で説明した量子化信号、正規化
係数情報、および量子化精度情報とを分離し、信号成分
構成回路２０５に送る。

【００７１】この信号成分構成回路２０５は、量子化精
度情報を用いて量子化信号を逆量子化し、また正規化係
数情報を用いて正規化の解除を行う。さらに、この信号
成分構成回路２０５は、正規化の解除により得られた信
号に対して図１の符号化装置にて行われた周波数成分へ
の分解（すなわちスペクトル変換）に対応する再構成処
理（すなわち逆スペクトル変換）を施すことで、サンプ
ルデータを復元する。信号成分構成回路２０５からのサ
ンプルデータは、ゲイン制御補正回路２０６に送られ
る。

【００７２】ゲイン制御補正回路２０６は、符号化ブロ
ック内にアタック部やリリース部が存在することを示す
アタック／リリース部検出フラグ、これらの位置を示す
位置情報、およびゲイン制御関数に基づいて、アタック
部以前の小振幅の準定常的な信号やリリース部の信号を
減衰するゲイン制御補正処理を行う。このゲイン制御補
正回路２０６におけるゲイン制御補正処理は、符号化時
に用いられたゲイン制御関数の逆数であるゲイン制御補
正関数を乗算する処理である。

【００７３】このように、符号化時に増幅された信号を
減衰するようにすると、先の信号成分構成回路２０５に
おいて周波数領域から時間領域へ逆スペクトル変換した
段階で、符号化ブロック内に略均等に拡がっていた量子
化雑音のうち、アタック部の前後に発生した量子化雑音
は低いレベルに抑えられるようになる。このため、プリ
エコーやポストエコーによる聴感上の障害も抑制される
ことになる。一方、ゲイン制御補正回路２０６は、アタ
ック部やリリース部が存在せずに符号化時に増幅処理が
施されなかった符号化ブロックに対しては、その符号化
ブロック内の信号成分に対する信号減衰の処理は行わな
い。ゲイン制御補正回路２０６より出力された符号化ブ
ロック毎の信号成分は、隣接ブロック合成回路２０７に
送られる。

【００７４】隣接ブロック合成回路２０７は、符号化ブ
ロック毎にオーバーラップした符号化ブロック内のサン
プル信号を、お互いに干渉させながら加え合わせること
により合成する処理を行う。これにより、隣接ブロック
合成回路２０７からは、合成された波形信号（デジタル
オーディオ信号）が出力される。ディジタルオーディオ
信号は、出力端子２０８から出力され、例えばアンプで
増幅された後に、スピーカやヘッドホン或いはイアホン
等の放音部に送られたり、音声ライン出力端子等から出
力されることになる。

【００７５】次に、符号化ブロック内にアタック部もし
くはリリース部が存在するときのゲイン制御量決定回路
１１１の処理について説明する。

【００７６】まず、ゲイン制御位置決定回路１０２にお
いては、プリエコーとポストエコーが発生する波形信号
に対して、アタック部を検出し、ゲイン制御を施すべき
位置の決定を行う。なお、符号化ブロック内のアタック
部ＡＴ内の検出の方法については、本出願人が、特願平
７−３８２６６号にて既に提案している。さらに、本発
明では、聴覚心理モデルを用いて最適なゲイン制御を行
うために、聴覚モデル用に別個にウィンドウ回路を用い
て、マスキングレベル計算を行う。すなわち、通常のウ
ィンドウ回路１０１において分析する分析長、つまり、
符号化するためにオーバーラップして切り出される入力
信号の長さをＬとすると、聴覚モデル用ウィンドウ回路
１０８では、分析長がＬ／２＾ｎ（ｎは自然数）の長さ
のウィンドウを用いて複数のエリアに分けて分析する。

【００７７】図３（Ａ）は、通常のウィンドウ回路１０
１において入力信号にかける長さＬのウィンドウの様子
を示し、図３（Ａ）のＷ０，Ｗ１，Ｗ２は、それぞれオ
ーバーラップを持った各分析ブロック（符号化ブロッ
ク）を示している。例えば、このＷ１の部分を符号化す
るものとすると、聴覚モデル用ウィンドウ回路１０８で
は、図３（Ｂ）乃至（Ｄ）に示すように、分析長がＬ／
２，Ｌ／４，Ｌ／８といった長さのウィンドウをかけ、
以降の聴覚心理モデルを用いた計算は、個々のブロック
毎（聴覚モデル用ブロック毎）にそれぞれ行われる。す
なわち、例えば図３（Ｂ）は、分析長Ｌ／２のウィンド
ウをかけることで、聴覚モデルを３回に分割して分析す
ることを示している。同様に、図３（Ｃ）は、分析長Ｌ
／４のウィンドウをかけることで、聴覚モデルを７回に
分割して分析することを、また、図３（Ｄ）は、分析長
Ｌ／８のウィンドウをかけることで、聴覚モデルの分析
を１５回に分割して行うことを示している。

【００７８】聴覚モデル用変換回路１０９は、聴覚モデ
ル用ウィンドウ回路１０８において分割した聴覚モデル
用ブロックそれぞれに対してスペクトル変換を施す。聴
覚モデル用ウィンドウ回路１０８における分割が１／２
＾ｎ単位なのは、ここでのスペクトル変換を容易にする
ためである。

【００７９】聴覚モデル適用回路１１０は、聴覚モデル
用変換回路１０９からのスペクトル成分に対して聴覚心
理モデルを適用する。すなわち、例えば、図４（Ａ）に
示すように、準定常的な信号の次にアタック部ＡＴが続
く入力信号ＳＷを処理する場合を考える。このとき、図
４（Ｃ）のような分析長Ｌ／２のウィンドウをかけると
すると、聴覚モデル用変換回路１０９の出力として、例
えば図４（Ｄ）乃至（Ｆ）に示すように、それぞれｍ個
のスペクトルからなる３つのスペクトル分布が得られ
る。そこで、個々のスペクトル分布に対して最小可聴レ
ベルやマスキング特性、ラウドネス特性などの聴覚心理
モデルを適用し、それぞれの聴覚モデル用ブロックのマ
スキングレベルを計算すると、例えば図４（Ｄ）乃至
（Ｆ）の図中点線で示したようなマスキングカーブＭＣ
ｄ，ＭＣｅ，ＭＣｆが得られる。

【００８０】ゲイン制御量決定回路１１１では、ゲイン
制御位置決定回路１０２からのゲイン制御位置情報を用
いて、複数のパターンのゲイン制御量を変数と見立て
て、それぞれのゲイン制御量に対して、聴覚モデル用変
換回路１０９からのスペクトル成分と聴覚モデル適用回
路１１０からのマスキングカーブとを適用して符号化に
必要な総ビット数を計算し、最も総ビット数が少なくな
るゲイン制御量を選択することで複数のパターンのゲイ
ン制御量の中から最適なゲイン制御量を決定する。

【００８１】すなわち、例えば、図４（Ａ）のような入
力信号ＳＷを用い、アタック部ＡＴの直前の部分の信号
成分に対して、図４（Ｂ）のゲイン制御関数ＧＣのよう
なゲイン制御量がＲａ倍のゲイン制御をかける場合を考
える。ただし、ゲイン制御量Ｒａは変数である。このと
き、前述したように、聴覚モデル用変換回路１０９から
は、例えば図４（Ｄ）乃至（Ｆ）のような、それぞれｍ
個のスペクトルからなる３つのスペクトル分布が得ら
れ、聴覚モデル適用回路１１０からは、例えば図４
（Ｄ）乃至（Ｆ）の図中点線で示したようなマスキング
カーブＭＣｄ，ＭＣｅ，ＭＣｆが得られる。

【００８２】ここで、図４（Ｄ）乃至（Ｆ）のそれぞれ
ｍ個あるスペクトルのｋ番目のスペクトルのレベルの絶
対値を、それぞれ、Ｓｄ（ｋ），Ｓｅ（ｋ），Ｓｆ
（ｋ）とし、図４（Ｄ）乃至（Ｆ）のｋ番目のスペクト
ルに対するマスキングレベルをそれぞれ、ＭＣｄ
（ｋ），ＭＣｅ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ）とすると、例え
ば、図４（Ｄ）のｋ番目のスペクトルを符号化するのに
必要なビット数は、Ｓｄ（ｋ）＞ＭＣｄ（ｋ）のと
き、ｌｏｇ２（Ｓｄ（ｋ）／ＭＣｄ（ｋ））［ビット］Ｓｄ（ｋ）≦ ＭＣｄ（ｋ）のとき、０［ビット］となる。ただし、ｌｏｇ２は２を底とする対数である。
ここで、簡単のために関数ｂａｆ（ａ，ｂ）をｂａｆ（ａ，ｂ）＝０；ａ≦ｂのとき＝ｌｏｇ２（ａ／ｂ）；ａ＞ｂのときと定義すると、図４（Ｄ）のｋ番目のスペクトルを符号
化するのに必要なビット数はｂａｆ（Ｓｄ（ｋ），ＭＣ
ｄ（ｋ））となる。

【００８３】聴覚モデル用ブロックのマスキングレベル
はまだゲイン制御されていないため、図４（Ｄ），
（Ｅ）においては、聴覚モデル用ブロックのマスキング
レベルは小さく、図４（Ｆ）においては、聴覚モデル用
ブロックのマスキングレベルは大きい。次に、聴覚モデ
ル用ブロックのマスキングレベルを、それぞれに対応す
る信号部分のゲイン制御関数の最小値分だけ増幅する。
例えば、図４（Ｄ）と（Ｅ）においてはマスキングレベ
ルがＲａ倍され、図４（Ｆ）においては１倍される。す
なわち、この倍率分だけ、符号化される信号のレベルが
ゲイン制御によって増幅されるので、聴覚モデル用ブロ
ックのマスキングカーブのレベルも同じ割合だけ増幅さ
せる。

【００８４】図４（Ｇ）と（Ｈ）の図中点線で示した聴
覚モデル用ブロックのマスキングカーブＭＣｇ，ＭＣｈ
は、図４（Ｄ）と（Ｅ）の聴覚モデル用ブロックのマス
キングカーブＭＣｄ，ＭＣｅを、それぞれゲイン制御分
だけそのレベルを持ち上げたものである。よって、図４
（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）の図中点線で示した３つのマス
キングカーブＭＣｆ，ＭＣｇ，ＭＣｈは、それぞれ聴覚
モデル用ブロック毎のマスキングレベルを表すから、符
号化ブロック全体の符号化ブロック用マスキングレベル
は、聴覚モデル用ブロックのマスキングレベルの最小値
を用いるのが適切である。これにより、図４（Ｊ）の図
中太い点線で示すような、図４（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）
の各マスキングカーブＭＣｆ，ＭＣｇ，ＭＣｈの最小値
をとる符号化ブロック用マスキングカーブＭＣｊが得ら
れる。

【００８５】ここで、ｋ番目のスペクトルに対する符号
化ブロックのためのマスキングレベルをＭＣｊ（ｋ）と
し、マスキングカーブＭＣｇとＭＣｈのｋ番目のスペク
トルに対するマスキングレベルをそれぞれＭＣｇ
（ｋ），ＭＣｈ（ｋ）とすれば、ＭＣｊ（ｋ）＝ｍｉｎ（ＭＣｇ（ｋ），ＭＣｈ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ））＝ｍｉｎ（Ｒａ・ＭＣｄ（ｋ），Ｒａ・ＭＣｅ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ））と表すことができる。ここで、ｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ）は
ａ，ｂ，ｃのうちの最小の値を返す関数である。

【００８６】次に、符号化ブロック全体のスペクトル成
分は、図１の変換回路１０４から得られるスペクトル成
分であるが、このスペクトル成分は、図１のウィンドウ
回路１０１によって符号化ブロックに切り出された信号
を、図１のゲイン制御回路１０３においてゲイン制御処
理を行ない、変換回路１０４で変換されたものであり、
ゲイン制御量の決定に際してゲイン制御量を変化させる
たびに同様の処理を繰り返す必要がある。勿論、このよ
うな繰り返し処理で得られるスペクトル成分を用いて必
要総ビット数の計算を行うことは可能であるが、一般的
に、変換回路１０４の処理は時間がかかるため、変調回
路１０４での処理を繰り返し行うことは負担が大きい。
そこで、本発明の構成例においては、この負担を軽くす
るために、ゲイン制御量決定回路１１１でスペクトルの
レベルを決定するのに、変換回路１０４から得られるス
ペクトルの代わりに、各聴覚モデル用ブロック毎のスペ
クトルを用いるようにする。そして、ｋ番目のスペクト
ルのレベルの絶対値を、次式より求めるようにする。Ｒａ・Ｓｄ（ｋ）＋Ｒａ・Ｓｅ（ｋ）＋Ｓｆ（ｋ）

【００８７】従って、ゲイン制御量の総数がＮ個である
とし、そのうちのｉ番目のゲイン制御量をＲ（ｉ）とす
ると、ゲイン制御量Ｒａ＝Ｒ（ｉ）のときの符号化ブロ
ックにおける全スペクトルの符号化に必要とされる総ビ
ット数ＮＢ（ｉ）は、次のようになる。

【数１】ここで、Ｓ（ｋ，ｉ）＝Ｒ（ｉ）・Ｓｄ（ｋ）＋Ｒ（ｉ）・Ｓ
ｅ（ｋ）＋Ｓｆ（ｋ）ＭＣｊ（ｋ，ｉ）＝ｍｉｎ（Ｒ（ｉ）・ＭＣｄ（ｋ），
Ｒ（ｉ）・ＭＣｅ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ））である。この計算をｉが１からＮになるまで繰り返し、
総ビット数ＮＢ（ｉ）を最小とするＲ（ｉ）を求めるこ
とにより、最適ゲイン制御量を決定することができる。

【００８８】以上のゲイン制御量を求める例では、同一
符号化ブロック内にアタック部とアタック部以前の微小
信号部分がある場合を例としたが、同一符号化ブロック
内にアタック部とアタック部以前の微小信号部分以外
に、さらにリリース部がある場合には、それぞれ別個に
上記に述べた方法により計算を行えば良い。すなわち、
先ず、リリース部についてはゲイン制御がかかっていな
いものとして、アタック部とリリース部を含めてアタッ
ク部と見なし、アタック部とアタック部以前の微小信号
部分について上述した方法を適用し、アタック部以前の
微小信号部分についての最適ゲイン制御量を求める。次
に、アタック部以前の微小信号部分にはゲイン制御がか
かっていないものとして、アタック部以前の微小信号部
分とアタック部とをアタック部と見なし、アタック部と
リリース部について上述した方法を適用し、リリース部
の信号成分についての最適ゲイン制御量を求める。これ
によって、アタック部以前の微小信号部分とリリース部
のそれぞれの最適ゲイン制御量を求めることができる。

【００８９】以上のようにして求めた最適ゲイン制御量
は、ゲイン制御位置情報をもとにゲイン制御関数に変換
され、ゲイン制御回路１０３へ送られる。また、最適ゲ
イン制御量における符号化ブロック用マスキングカーブ
が量子化精度決定回路１１２に送られ、そこにおいて、
変換回路１０４から供給されるスペクトル成分と、符号
化ブロック用マスキングレベルとを用いて量子化精度が
計算される。さらに、量子化回路１０６では、この量子
化精度情報を用いて、正規化回路１０５からの信号を量
子化する。

【００９０】なお、符号化ブロックの聴覚モデル用ブロ
ックへの細分化は、細かく分けるほどゲイン制御による
聴覚心理モデルへの影響が小さくなるため、ゲイン制御
の分析長程度までマスキングの分割分析長を短くするの
が望ましい。ただし、細分化して分析長が短くなると、
それに比例して、マスキング分析の周波数分解能が落ち
るため、マスキングの分析に影響が出ない程度に細分化
するのが好ましい。

【００９１】ところで、上述した図１の構成例の信号符
号化装置では、スペクトルを、オーバーラップした複数
の聴覚モデル用ブロックに分割し、各ブロック毎にマス
キングレベルを計算して符号化するようにしており、分
割した各聴覚モデル用ブロックのマスキングレベルを求
める際に、各聴覚モデル用ブロックにおけるゲイン制御
量を用いている。しかしながら、一般的に、ゲイン制御
レベルの切り替わる位置と聴覚モデル用ブロックの分割
位置は必ずしも一致するわけではない。そこで両者が一
致していない場合は、例えば、聴覚モデル用ブロックの
ゲイン制御量の最小値を用いている。従って、ゲイン制
御レベルの切り替わる位置によって最適なマスキングレ
ベルの変換を行うには、複雑な処理を行う必要がある。

【００９２】また、符号化ブロックの分割数を増やして
聴覚モデル用ブロックの長さを短くすることにより、ゲ
イン制御レベルの切り替わる位置と聴覚モデル用ブロッ
クの分割位置が異なる可能性を低下させることができる
が、分割数を増やすとマスキング分析の周波数分解能が
落ちるため、分割数には限度がある。従って、上述した
第１の手法では上記２つの位置を一致させるには複雑な
処理が必要となる。

【００９３】そこで、本発明の第２の信号符号化方法で
は、入力信号からゲイン制御位置に適応した聴覚モデル
分析用信号を生成し、この分析用信号からマスキングレ
ベルを計算し、そのマスキングレベルよりゲイン制御量
を決定することで、ゲイン制御位置に適応したゲイン制
御量を求めることを実現可能としている。

【００９４】図５には、本発明の第２の信号符号化方法
が適用される信号符号化装置の概略構成を示している。
なお、この図５において、前述した図１と対応する各構
成要素には同一の符号を付しており、説明上必要な部分
を除いてそれらの説明は省略する。

【００９５】すなわち本発明の第２の信号符号化装置で
は、前記図１の構成における聴覚モデル用ウィンドウ回
路１０８乃至ゲイン制御量決定回路１１１の代わりに、
入力信号から聴覚モデル分析用信号を生成する聴覚モデ
ル用波形生成回路１１８、聴覚モデル分析用信号を聴覚
モデル分析用周波数成分に変換する聴覚モデル用変換回
路１１９、聴覚モデル分析用周波数成分に聴覚心理モデ
ルを適用し、その分析結果であるマスキングレベルを出
力する聴覚モデル適用回路１２０、並びに、ゲイン制御
位置決定回路１０２から得られるゲイン制御位置情報、
聴覚心理モデル分析用周波数成分、およびマスキングレ
ベルから最適なゲイン制御量を決定するゲイン制御量決
定回路１２１とを備えてなるものである。その他の構成
は、図１における場合と同様である。

【００９６】以下、図５の信号符号化装置について、主
に、図１と異なる部分の動作について説明する。

【００９７】端子１００に供給された音響信号は、ウィ
ンドウ回路１０１以降の構成に送られると共に、聴覚モ
デル用波形生成回路１１８にも送られる。また、聴覚モ
デル用波形生成回路１１８には、ゲイン制御位置決定回
路１０２により求められたゲイン制御位置情報も送られ
るようになっている。

【００９８】この聴覚モデル用波形生成回路１１８は、
まず、端子１００より供給された音響信号を、それぞれ
一定の長さのブロック毎に切り出すと共に、相互に隣接
するブロックをそれぞれオーバーラップさせ、さらに各
ブロックに対して変換ウィンドウ関数をかける。次に、
ゲイン制御回路１０２から送られたゲイン制御位置情報
を元に、聴覚モデル分析用の複数の波形信号を生成し
て、これらを個々に聴覚モデル用変換回路１１９に送
る。また、ゲイン制御回路１０２から送られたゲイン制
御位置情報が信号増幅の処理を行わないものだった場
合、聴覚モデル用波形生成回路１１８は、ブロック毎の
切り出し後に、変換ウィンドウ関数をかけ、そのまま聴
覚モデル用変換回路１１９に送る。なお、聴覚モデル用
波形生成回路１１８の詳細な処理については後述する。

【００９９】聴覚モデル用変換回路１１９は、聴覚モデ
ル用波形生成回路１１８から送られる１或いは複数の聴
覚モデル分析用の信号波形に対して、変換回路１０４と
同一或いは異なる手法によってスペクトル変換を施す。
このスペクトル変換により得られたスペクトル成分は、
聴覚モデル適用回路１２０およびゲイン制御量決定回路
１２１に送られる。

【０１００】聴覚モデル適用回路１２０は、聴覚モデル
用変換回路１１９から送られる１或いは複数のスペクト
ル成分に対して聴覚心理モデルを適用し、個々のスペク
トル成分それぞれに対して適切なマスキングレベルを計
算する。すなわち、聴覚モデル適用回路１２０において
は、例えば最小可聴レベルや供給されたスペクトル成分
からマスキング特性やラウドネス特性を用いて求めたマ
スキングレベルを、聴覚モデル用変換回路１１９によっ
て得られた信号周波数個々のスペクトル成分に対応する
周波数毎に計算する。このマスキングレベルの情報はゲ
イン制御量決定回路１２１に送られる。

【０１０１】ゲイン制御量決定回路１２１は、聴覚モデ
ル適用回路１２０から送られるマスキングレベルの情報
が複数の場合には、複数のマスキングレベル、聴覚モデ
ル用変換回路１１９から送られる複数のスペクトル成
分、およびゲイン制御位置決定回路１０２から送られた
ゲイン制御位置情報を用いて、複数のゲイン制御量のそ
れぞれの値についてスペクトルの符号化において必要と
なる総ビット数を計算し、最も総ビット数の少なくなる
ゲイン制御量を見つけることで最適なゲイン制御量およ
びゲイン制御関数を算出し、その結果をゲイン制御回路
１０３に送る。

【０１０２】さらにゲイン制御量決定回路１２１は、ゲ
イン制御関数を用いてマスキングを変換することによ
り、ゲイン制御を行ったときのスペクトル成分に対する
適切な符号化ブロック用マスキングレベルを計算し、そ
の結果を量子化精度決定回路１１２に送る。また、聴覚
モデル適用回路１２０から送られるマスキングレベルの
情報が１個の場合には、受け取ったマスキングレベルの
情報を符号化ブロック用マスキングレベルとしてそのま
ま量子化精度決定回路１１２へ送る。なお、ゲイン制御
量決定回路１２１の詳細な処理については後述する。

【０１０３】量子化精度決定回路１１２は、変換回路１
０４から供給される各帯域のスペクトル成分と、ゲイン
制御量決定回路１２１から供給される符号化ブロック用
マスキングレベル情報とを用いて、量子化精度を決定し
て、この量子化精度情報を量子化回路１０６に送る。

【０１０４】この図５に示した符号化装置により生成さ
れ、情報記録媒体に記録或いは伝送媒体に伝送された符
号列信号を、復号化してディジタルオーディオ信号を復
元する復号化装置の基本的な構成は、前述の図２の構成
と同様であるため、その説明は省略する。

【０１０５】次に、聴覚モデル用波形生成回路１１８の
処理について説明する。

【０１０６】まず、ゲイン制御位置決定回路１０２にお
いては、前述の図１における場合と同様に、プリエコー
とポストエコーが発生する波形信号に対して、アタック
部の前後でゲイン制御を施すべき位置の決定を行う。

【０１０７】さらに、図５に示す本発明の構成では、聴
覚モデル用波形生成回路１１８は、ゲイン制御位置を参
照し、聴覚モデル分析用にゲイン制御レベル毎に波形信
号を作成するようなウィンドウをかけて分割し、個々の
波形信号毎にマスキングレベル計算を行う。

【０１０８】図５の入力端子１００に、例えば図６
（Ａ）に示すような波形信号ＳＷが入力され、それに対
してゲイン制御位置決定回路１０２において、例えば図
６（Ｂ）に示すように、準定常的な信号のＦＬ部分、ア
タック部分ＡＴ、およびリリース部分ＲＥの３つの部分
に分けて、それぞれについてゲイン制御を施すようにゲ
イン制御位置が決定されたとする。このとき聴覚モデル
用波形生成回路１１８は、まず入力信号からブロックを
切り出し、相互に隣接するブロックをオーバーラップさ
せて、変換ウィンドウ関数をかけ、図６（Ａ）の波形信
号ＳＷの信号成分を切り出させる。次にこの信号に対し
て、図６の（Ｃ１）乃至（Ｃ３）に示すような分割のウ
ィンドウ関数をかける。すなわち、ゲイン制御関数の変
化部分の位置とレベルの変化部分の位置が一致する分割
ウィンドウをかけて、ＦＬ部分、ＡＴ部分、およびＲＥ
部分の波形成分をそれぞれ分割する。

【０１０９】この分割のウィンドウ関数のうち、例え
ば、ＦＬ部分を分割するウィンドウＣ１は、ＦＬ部はそ
のままで、ＦＬ部以外の部分、すなわちＡＴ部分やＲＥ
部分のレベルを０に抑えるものである。ＡＴ部分を分割
するウィンドウＣ２とＲＥ部分を分割するウィンドウＣ
３も、それぞれ同様に、対応する部分以外の部分のレベ
ルを０に抑えるものである。またウィンドウのレベルの
変化点は、ゲイン制御関数のレベル変化点と一致するよ
うにする。すなわち、両者のレベルの変化開始位置と変
化終了位置が一致するようにする。その結果、図６
（Ａ）の波形信号が、例えば図６（Ｄ）乃至（Ｆ）に示
すように、３つの波形信号ＳＷｄ，ＳＷｅ，ＳＷｆに分
割される。以上のように求めた複数の波形成分は、聴覚
モデル用変換回路１１９に送られる。

【０１１０】以上のように、分割ウィンドウをかけて聴
覚モデル用の分析信号をゲイン制御レベル毎に分割して
レベルを補正することにより、入力信号のゲイン制御レ
ベルの切り替わり位置に拘らず、各ゲイン制御位置それ
ぞれの信号におけるマスキングレベルの計算が可能とな
る。

【０１１１】次に、ゲイン制御量決定回路１２１の処理
について図７を用いて説明する。

【０１１２】まず、上述の聴覚モデル用変換回路１１９
においては、聴覚モデル用波形生成回路１１８において
得られた１或いは複数の波形信号それぞれに対してスペ
クトル変換を施して、聴覚モデル適用回路１２０および
ゲイン制御量決定回路１２１に送る。例えば、聴覚モデ
ル用変換回路１１９に、図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示すよ
うに、ゲイン制御レベル毎に３つに分割された波形信号
ＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ（なお、これら波形信号は、図
６（Ｄ）乃至（Ｆ）に示した波形信号ＳＷｄ，ＳＷｅ，
ＳＷｆに対応する）が入力されると、図７（Ｄ）乃至
（Ｆ）に示すような、それぞれｍ個のスペクトル成分か
らなる３つのスペクトル分布が出力される。

【０１１３】聴覚モデル適用回路１２０は、聴覚モデル
用変換回路１１９から送られた１又は複数のスペクトル
成分に対して聴覚心理モデルを適用する。すなわち、例
えば、図７（Ｄ）乃至（Ｆ）のようなスペクトル分布が
得られたとすると、まずこれに対して聴覚心理モデルを
適用して、マスキングレベルを求める。この求めたマス
キングレベルから、例えば図７（Ｄ）乃至（Ｆ）の図中
点線で示すようなマスキングカーブＭＣｄ，ＭＣｅ，Ｍ
Ｃｆが得られる。

【０１１４】ゲイン制御量決定回路１２１は、聴覚モデ
ル用変換回路１１９から得られた１或いは複数のスペク
トル分布と、聴覚モデル適用回路１２０から得られた１
或いは複数のマスキングレベルを用いて、最適なゲイン
制御量とゲイン制御関数を決定し、これをゲイン制御回
路１０３へ送ると共に、符号化ブロックに適用すべき最
適な符号化ブロック用マスキングレベルを決定し、これ
を量子化精度決定回路１１２へ送る。

【０１１５】すなわち、それぞれｍ個のスペクトルから
なる図７（Ｄ）乃至（Ｆ）のような３つのスペクトル分
布のｋ番目のスペクトルのレベルの絶対値を、それぞれ
Ｓｄ（ｋ），Ｓｅ（ｋ），Ｓｆ（ｋ）とし、図７（Ｄ）
乃至（Ｆ）の図中点線で示される３つのマスキングカー
ブのｋ番目のスペクトルに対するマスキングレベルがそ
れぞれＭＣｄ（ｋ），ＭＣｅ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ）であ
るとすると、ゲイン制御量決定回路１２１ではまず、ア
タック部以前の微小信号部分、すなわち、例えば図７
（Ａ）に示す信号ＳＷａに施すべき最適なゲイン制御量
Ｒａを、複数あるゲイン制御量の中から決定する。ここ
で、全部でＮ個あるゲイン制御量のうち、ｉ番目のゲイ
ン制御量をＲ（ｉ）とすると、ゲイン制御量がＲ（ｉ）
のとき符号化ブロック内のスペクトルを符号化するのに
必要な総ビット数をＮＡ（ｉ）は、次のようになる。

【数２】ここで、Ｓ（ｋ，ｉ）＝Ｒ（ｉ）・Ｓｄ（ｋ）＋Ｓｅ（ｋ）＋
Ｓｆ（ｋ）ＭＣ（ｋ，ｉ）＝ｍｉｎ（Ｒ（ｉ）・ＭＣｄ（ｋ），
ＭＣｅ（ｋ），ＭＣｆ（ｋ））である。上記計算をｉが１からＮになるまで繰り返し、
総ビット数ＮＡ（ｉ）を最小とするＲ（ｉ）を求めるこ
とにより、図７（Ａ）に示す信号ＳＷａに施すべき最適
ゲイン制御量Ｒａを決定することができる。

【０１１６】次に、リリース部、すなわち図７（Ｃ）に
示す信号ＳＷｃに施すべき最適なゲイン制御量Ｒｒを決
定するためには、ゲイン制御量がＲ（ｉ）のとき符号化
ブロック内のスペクトルを符号化するのに必要な総ビッ
ト数をＮＣ（ｉ）は、次のようなる。

【数３】ここで、Ｓ（ｋ，ｉ）＝Ｓｄ（ｋ）＋Ｓｅ（ｋ）＋Ｒ（ｉ）・
Ｓｆ（ｋ）ＭＣ（ｋ，ｉ）＝ｍｉｎ（ＭＣｄ（ｋ），ＭＣｅ
（ｋ），Ｒ（ｉ）・ＭＣｆ（ｋ））である。上記計算をｉが１からＮになるまで繰り返し、
総ビット数ＮＣ（ｉ）を最小とするＲ（ｉ）を求めるこ
とにより、図７（Ｃ）に示す信号ＳＷｃに施すべき最適
なゲイン制御量Ｒｒを決定することができる。

【０１１７】このように決定されたゲイン制御量と、ゲ
イン制御位置決定回路１０２から得られるゲイン制御位
置情報とを用いてゲイン制御関数が計算され、ゲイン制
御回路１０３へ送られる。

【０１１８】さらに、ゲイン制御量決定回路１２１で
は、符号化ブロックに適用する符号化ブロック用マスキ
ングカーブの計算を行うために、決定された各ゲイン制
御レベルに対応して聴覚モデル適用回路１２０から得ら
れたマスキングレベルをゲイン制御レベル分だけ増幅す
る。すなわち、例えば図７（Ｄ）のマスキングカーブＭ
ＣｄについてはＲａ倍、図７（Ｅ）のマスキングカーブ
ＭＣｅについては１倍、図７（Ｆ）のマスキングカーブ
ＭＣｆについてはＲｒ倍の倍率で（図６（Ｂ）参照）、
それぞれマスキングレベルを増幅する。符号化ブロック
用マスキングレベルは、分割され、ゲイン制御量分増幅
されたマスキングレベルの最小値を用いるのが適切であ
るから、図７（Ｇ）に示すようにゲイン制御されて増幅
されたスペクトルに対しては、マスキングカーブＲａ・
ＭＣｄ，ＭＣｅ，Ｒｒ・ＭＣｆの最小値をとる図７
（Ｇ）の図中に太い点線で示すようなマスキングカーブ
ＭＣｇを用いるのが望ましい。

【０１１９】以上のようにして求めた符号化ブロック用
マスキングレベルは、量子化精度決定回路１１２に送ら
れ、ここで符号化ブロックの量子化精度を計算して、量
子化回路１０６において量子化される。すなわち、量子
化回路１０６において、聴覚心理モデルを適用した符号
化が可能となる。

【０１２０】以上のように、図５の構成例では、各ゲイ
ン制御位置毎のスペクトル成分でマスキングレベルを計
算し、スペクトル成分とマスキングレベルとを用いて符
号化ブロック内のスペクトル成分を符号化するのに必要
な総ビット数の最も少なくなるゲイン制御量を決定して
いるので、入力信号のゲイン制御レベルの切り替わり位
置に拘らず、適切なゲイン制御量の決定が可能となる。

【０１２１】ところで、上述した図１および図５の構成
例の信号符号化装置では、端子１００に供給される信号
は全周波数帯域の信号である。しかし、一般にオーケス
トラの演奏におけるような音響信号等においては、例え
ば、ある楽器の演奏が小さくなっていくと同時にそれを
引き継ぐように、その楽器とはその占有する周波数帯域
の異なる別の楽器が演奏を始めるというように、周波数
帯域毎にその包絡線の時間的な変化が異なるような信号
となっていることがあるため、周波数帯域毎に異なる位
置および異なる量のゲイン制御を施すことが望ましいこ
とがある。しかし、上述した図１および図５の構成例で
は、このような周波数帯域毎に異なるゲイン制御を施す
ことはできない。

【０１２２】そこで、本発明の第３の信号符号化方法で
は、波形信号を帯域分割フィルタを用いて分割すること
により、各分割帯域毎に好ましいゲイン制御を施し、な
おかつ、各分割帯域毎に最適なゲイン制御量を決定する
ことを実現可能としている。

【０１２３】図８には、本発明の第３の信号符号化方法
が適用される信号符号化装置の概略構成を示している。
なお、この図８において、前述した図１および図５と対
応する各構成要素には同一の符号（但し、重複する構成
要素については識別のため指示符号にａ，ｂの添え字を
付している）を付しており、必要な部分を除いてそれら
の説明は省略する。

【０１２４】すなわち図８に示す本発明の第３の信号符
号化装置は、図５の構成における符号列生成回路１０７
を除くすべての構成要素を２系統備え（その２系統の中
で対応する構成要素の符号には図５と同一の符号の後
に、ａ，ｂの添え字を付けることにより区別をしてい
る）、図５の構成におけるウィンドウ回路１０１の前段
に、帯域分割フィルタ８０１と、図５の構成における量
子化回路１０６の後段に、符号列生成回路８０２とを備
えるものである。

【０１２５】以下、図８の信号符号化装置について、主
に異なる部分の動作について説明する。

【０１２６】図８において、端子１００には例えばデジ
タルオーディオ信号等の音響信号（波形信号）が供給さ
れる。この波形信号は、例えばポリフェーズ・クワドラ
チュア・フィルタなどが適用される帯域分割フィルタ８
０１によって、例えば２つの帯域に分割される。帯域分
割フィルタ８０１によって２つの帯域に分割された各帯
域の波形信号は、それぞれウィンドウ回路１０１ａ，１
０１ｂおよび聴覚モデル用波形生成回路１１８ａ，１１
８ｂに送られる。なお、図８の例では、帯域分割フィル
タ８０１からは、入力信号を２つの帯域に分けて出力す
るようにしており、２つの帯域毎に好ましいゲイン制御
を施すことができるが、勿論帯域分割フィルタの帯域分
割数をもっと多くすることにより、もっと多くの帯域毎
に好ましいゲイン制御を施すことが可能である。

【０１２７】ウィンドウ回路１０１ａ，１０１ｂから量
子化回路１０６ａ，１０６ｂまでの処理、聴覚モデル用
波形生成回路１１８ａ，１１８ｂからゲイン制御量決定
回路１２１ａ，１２１ｂまでの処理、および量子化精度
決定回路１１２ａ，１１２ｂまでの処理は、図５の例と
同一なので、その説明は省略する。

【０１２８】符号列生成回路８０２は、量子化回路１０
６ａ，１０６ｂから供給された各帯域の量子化された信
号を、同時に供給される量子化情報に基づいて、符号化
列に変換する。なお、この符号列生成回路８０２からの
出力信号には、量子化回路１０６ａ，１０６ｂによって
量子化された信号に加え、正規化回路１０５ａ，１０５
ｂにおける正規化係数情報、量子化精度決定回路１１２
ａ，１１２ｂにおける量子化精度情報、さらには、符号
化ブロック内にアタック部やリリース部が存在すること
を示すアタック／リリース部検出フラグ、これらの位置
を示す位置情報、ゲイン制御情報およびゲイン制御関数
なども含まれている。

【０１２９】ＥＣＣエンコーダ１１３からディスク１１
６までの処理については図５の例と同一なので、その説
明は省略する。

【０１３０】次に、図９には図８に示した第３の符号化
装置により生成され、ディスク１１６に記録（或いは伝
送媒体に伝送）された符号列信号を、復号化してディジ
タルオーディオ信号を復元する復号化装置の基本的な構
成を示す。なお、この図９において、前述した図２と対
応する各構成要素には同一の符号（但し、重複する構成
要素については識別のため符号にａ，ｂの添え字を付し
ている）を付しており、異なる部分を除いてそれらの説
明は省略する。

【０１３１】すなわち、図９においては、符号列分離回
路９０１は、ＥＣＣデコーダ２０３から供給される符号
列信号から、例えば図８で説明した２つの帯域に対応す
る各帯域毎の量子化信号、正規化係数情報、および量子
化精度情報を分離し、それぞれを信号成分構成回路２０
５ａ，２０５ｂに送る。

【０１３２】波形信号合成回路９０２では、ゲイン制御
補正回路２０６ａ，２０６ｂから送られてくる各帯域毎
の信号を合成する処理を行う。これにより波形信号合成
回路９０２からは合成されたディジタルオーディオ信号
が出力される。

【０１３３】以上のように、入力された波形信号は周波
数帯域分割フィルタによって複数の周波数帯域に分割さ
れ、各周波数帯域毎のゲイン制御位置決定回路によって
各周波数帯域毎にゲイン制御位置が決定され、各周波数
帯域毎のゲイン制御量決定回路によって、各周波数帯域
毎に最適なゲイン制御量が決定されることで、例えば、
周波数帯域毎にその包絡線の時間的な変化が異なるよう
な信号に対しても、各周波数帯域毎に好ましい位置およ
び好ましい量のゲイン制御を施すことが可能となる。

【０１３４】以上、波形信号としてオーディオ信号を量
子化した場合における量子化雑音を目立たなくさせるゲ
イン制御におけるゲイン制御量の決定法に関して説明を
行なったが、本発明の方法は他の種類の信号の量子化雑
音の発生を目立たせなくする上でも有効であり、例えば
画像信号にも適用することが可能である。しかし、オー
ディオ信号におけるアタック部分でのプリエコーやポス
トエコーは、聴感上の大きな障害となるため、本発明を
オーディオ信号に適用することは非常に有効である。ま
た、本発明の方法は勿論多チャネルのオーディオ信号に
対しても適用可能である。

【０１３５】

【発明の効果】本発明によれば、アタック部とリリース
部を検出し、複数のゲイン制御量の中から波形信号の聴
覚心理モデルに基づいて求めたマスキングレベルに従っ
て適応的に選択したゲイン制御量を用いて、少なくとも
アタック部以前の波形要素とリリース部の波形要素に対
してゲイン制御を行うようにしているため、プリエコー
とポストエコーの発生が防止可能となる。また、本発明
では、ゲイン制御量を選択する際に符号化に要するビッ
ト数を最も少なくするようにしているため、効率的な符
号化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号符号化装置の第１の構成例の概略
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の信号復号化装置の第１および第２の構
成例の概略構成を示すブロック図である。

【図３】図１の聴覚モデル用ウィンドウ回路の処理技術
について説明するための図である。

【図４】図１の聴覚モデル適用回路の処理技術について
説明するための図である。

【図５】本発明の信号符号化装置の第２の構成例の概略
構成を示すブロック図である。

【図６】図５の聴覚モデル用波形生成回路の処理技術に
ついて説明するための図である。

【図７】図５の聴覚モデル適用回路の処理技術について
説明するための図である。

【図８】本発明の信号符号化装置の第３の構成例の概略
構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の信号復号化装置の第３の構成例におけ
る概略構成を示すブロック図である。

【図１０】変換符号化によってプリエコーが発生する動
作原理を説明するための図である。

【図１１】プリエコーの発生を防止するための従来のウ
ィンドウ化処理技術について説明するための図である。

【図１２】プリエコーの発生を防止するための従来のゲ
イン制御処理技術について説明するための図である。

【図１３】プリエコーの発生を防止するための従来の処
理技術における聴覚心理モデルの状況を示す図である。

【図１４】プリエコーの発生を防止するための従来の処
理技術における聴覚心理モデルの状況を示す図である。

【符号の説明】

１０１ウィンドウ回路，１０２ゲイン制御位置決
定回路，１０３ゲイン制御回路，１０４変換回
路，１０５正規化回路，１０６量子化回路，
１０７，８０２符号列生成回路，１０８聴覚モデ
ル用ウィンドウ回路，１０９，１１９聴覚モデル用
変換回路，１１０，１２０聴覚モデル適用回路，
１１１，１２１ゲイン制御量決定回路，１１２量
子化精度決定回路，１１３ＥＣＣエンコーダ，１
１４変調回路，１１５記録ヘッド，１１６デ
ィスク，１１８聴覚モデル用波形生成回路，２０
１再生ヘッド，２０２復調回路，２０３ＥＣＣ
デコーダ，２０４，９０１符号列分離回路，２０
５信号成分構成回路，２０６ゲイン制御補正回
路，２０７隣接ブロック合成回路，８０１帯域
分割フィルタ，９０２波形信号合成回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波形信号の波形要素のレベルが急激に大
きくなるアタック部を検出し、上記波形信号の波形要素のレベルが急激に小さくなるリ
リース部を検出し、上記波形信号、並びに上記アタック部およびリリース部
の検出位置情報を用いて聴覚心理モデルに基づくマスキ
ングレベルを求め、少なくとも上記マスキングレベルを用いて複数のゲイン
制御量の中から適応的にゲイン制御量を選択し、上記選択したゲイン制御量を用いて、少なくとも上記ア
タック部以前の波形要素とリリース部の波形要素に対し
てゲイン制御を行い、上記ゲイン制御された波形信号を複数の周波数成分に変
換し、上記ゲイン制御のための制御情報と上記複数の周波数成
分とを符号化することを特徴とする信号符号化方法。
【請求項２】上記マスキングレベルは、上記波形信号
をスペクトル変換して得た周波数成分より求めることを
特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項３】上記波形信号をオーバーラップした複数
の分析エリアに分割し、上記複数の分析エリアから上記マスキングレベルを求め
ることを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項４】上記波形信号を検出したゲイン制御位置
毎に複数の波形信号に分割し、上記複数の分割波形信号から上記マスキングレベルを求
めることを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項５】上記ゲイン制御量の選択において、複数
のゲイン制御量の少なくとも一部について上記符号化に
必要なビット数をそれぞれ計算し、上記必要ビット数が最も小さくなるゲイン制御量を選択
することを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項６】上記ビット数の計算には、上記波形信号
にゲイン制御を施し、上記ゲイン制御が施された波形信
号をスペクトル変換して得た周波数成分を用いることを
特徴とする請求項５記載の信号符号化方法。
【請求項７】上記ビット数の計算には、上記波形信号
をオーバーラップした複数の分割エリアに分割し、上記
複数の分析エリアから得られる複数の波形信号をそれぞ
れスペクトル変換して得られた周波数成分を用いること
を特徴とする請求項５記載の信号符号化方法。
【請求項８】上記ビット数の計算には、上記波形信号
を検出したゲイン制御位置毎に複数の波形信号に分割
し、上記複数の分割波形信号をそれぞれスペクトル変換
して得られた周波数成分を用いることを特徴とする請求
項５記載の信号符号化方法。
【請求項９】上記入力信号は音響信号であることを特
徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項１０】波形信号の波形要素のレベルが急激に
大きくなるアタック部を検出するアタック部検出手段
と、波形信号の波形要素のレベルが急激に小さくなるリリー
ス部を検出するリリース部検出手段と、上記波形信号、並びに上記アタック部およびリリース部
の検出位置情報を用いて聴覚心理モデルに基づくマスキ
ングレベルを演算する演算手段と、少なくとも上記マスキングレベルを用いて複数のゲイン
制御量の中から適応的にゲイン制御量を選択する選択手
段と、上記選択したゲイン制御量を用いて、少なくとも上記ア
タック部以前の波形要素とリリース部の波形要素に対し
てゲイン制御を行うゲイン制御手段と、上記ゲイン制御された波形信号を複数の周波数成分に変
換する変換手段と、上記ゲイン制御のための制御情報と上記複数の周波数成
分を符号化する符号化手段とを有することを特徴とする
信号符号化装置。
【請求項１１】上記マスキングレベルは、上記波形信
号をスペクトル変換して得た周波数成分より求めること
を特徴とする請求項１０記載の信号符号化装置。
【請求項１２】上記波形信号をオーバーラップした複
数の分析エリアに分割し、上記複数の分析エリアから上
記マスキングレベルを求めることを特徴とする請求項１
０記載の信号符号化装置。
【請求項１３】上記波形信号を検出したゲイン制御位
置毎に複数の波形信号に分割し、上記複数の分割波形信
号から上記マスキングレベルを求めることを特徴とする
請求項１０記載の信号符号化装置。
【請求項１４】上記ゲイン制御量の選択において、複
数のゲイン制御量の少なくとも一部について上記符号化
に必要なビット数をそれぞれ計算し、上記必要ビット数
が最も小さくなるゲイン制御量を選択することを特徴と
する請求項１０記載の信号符号化装置。
【請求項１５】上記ビット数の計算には、上記波形信
号にゲイン制御を施し、上記ゲイン制御が施された波形
信号をスペクトル変換して得た周波数成分を用いること
を特徴とする請求項１４記載の信号符号化装置。
【請求項１６】上記ビット数の計算には、上記波形信
号をオーバーラップした複数の分割エリアに分割し、上
記複数の分析エリアから得られる複数の波形信号をそれ
ぞれスペクトル変換して得られた周波数成分を用いるこ
とを特徴とする請求項１４記載の信号符号化装置。
【請求項１７】上記ビット数の計算には、上記波形信
号を検出したゲイン制御位置毎に複数の波形信号に分割
し、上記複数の分割波形信号をそれぞれスペクトル変換
して得られた周波数成分を用いることを特徴とする請求
項１４記載の信号符号化装置。
【請求項１８】上記入力信号は音響信号であることを
特徴とする請求項１０記載の信号符号化装置。