KR100241498B1 - 디지털신호 부호화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력 디지털신호를 주파수영역 및 시간축영역으로 분할된 각 블록마다 직교변환하여 얻어진 신호를 각 블록단위로 비트 배분하여 부호화하도록한 디지털신호 부호화장치에 관한 것이다.

즉, 대역분할 필터에서 대역분할된 각 대역마다 블록화된 신호 과도부 검출회로에 전송하고, 각 블록바다의 과도상태를 검출하고, 검출된 과도상태에 따라 허용잡음 산출회로를 제어하므로써 적응비트 할당 부호화회로에서의 상기 블록마다 할당 비트수를 변경하고, 상기에 의해 각 블록마다의 과도상태에 따라 할당 비트수가 변경되고, 과도부에서의 S/N이 개선되어 양자화 잡음이 귀에 거슬리는 소위 프리에코 현상을 방지할 수 있다.

Description

디지털신호 부호화장치

제1도는 본 발명의 일실시예인 디지털신호 부호화장치의 개략 구성을 나타낸 블록회로도이다.

제2도는 본 발명의 실시예 장치에 있어서의 분할대역 및 각대역에서의 시간축 방향의 블록화의 구체예를 나타낸 도면이다.

제3도는 제5도 장치의 허용잡음 산출회로의 구체예를 나타낸 블록회로도이다.

제4도는 바크 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

제5도는 마스킹 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

제6도는 최소 가청곡선과 마스킹 스펙트럼을 합성한 도면이다.

제7도는 직교 변환의 1블록내에 과도부가 존재하는 신호의 일예를 나타낸 도면이다.

제8도는 제7도의 신호를 FFT, IFFT로 한후의 신호를 나타낸 도면이다.

제9도는 템포럴 마스킹을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,12 : 대역분할필터 13, 14, 15 : 직교변환회로

17 : 과도부 검출회로 18 : 적응비트 할당 부호화회로

20 : 허용잡음 산출회로 22 : 대역마다의 에너지 검출회로

23 : 콘벌루션 필터회로 27 : 합성회로

28 : 감산기 30 : 허용잡음 보정회로

32 : 최소 가청곡선 발생회로 33 : 보정정보 출력회로

본 발명은 입력 디지털 신호를 주파수영역 및 시간영역으로 분할된 각 블록마다 직교변환하여 얻어진 신호를 각 블록단위로 비트 배분하여 부호화하도록 한 디지털 신호 부호화장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에, 오디오신호 등을 비트압축하여 부호화하는 기술의 하나로는, 시간축상의 입력 디지털신호를 주파수축상의 신호롤 변환(소위, 직교변환)하여 부호화하는 직교변환 부호화가 알려져 있다. 이 직교변환으로써는, 예를들면 오디오 PCM데이타를 시간축 방향의 일정 워드수(샘플수)단위로 고속 푸리에(Fourier) 변환(FFT)처리를 행하도록 한 것이다.

이 직교변환에 앞서서 입력신호를 복수의 주파수대역으로 분할하고, 각 대역마다 각각 블록화하여 직교변환함과 동시에, 직교변환된 신호를 각 블록단위로 비트할당하도록 한 부호화 기술이 고안되고 있다.

그런데, 인코더(encoder)측에서 FFT 등의 직교변환이 실시된 신호는 디코더(decoder)측에서 IFFT(역고속 푸리에 변환)가 실시된다. 이때, 일반적으로 직교번환시에 주파수분석 정밀도를 높게 택하면 시간축상에서의 정밀도가 열화된다. 이것은 특히 신호의 첫부분 등의 과도부, 혹은 비정상부에 있어서, 시간적으로 앞서서 신호가 들리게 하는 소위 프리에코(Pre-echo)라 하는 현상을 일으키게 하여 청감상 듣기 거북하고, 부호와 품질에 큰 영향을 미치고 있다.

즉, 제7도의 시간축상의 블록(b)내에 있어서는, 무신호(혹은 미소레벨)부분(U)에 예를 들어 캐스터네트(Castanet)나 트라이앵글(triangle)등의 타음(打音)때 처럼 급격하게 레벨이 증폭하는 부분(C)이 존재하는 신호를 나타내고 있다. 이 블록(B)의 신호에 대해서 FFT 처리를 실시하고, 디코더측에서 IFFT처리를 실시하면, 제8도에 나타낸 바와같이 상기 무신호 부분(U)에도 신호, 즉 양자화 노이즈가 나타나게 된다.

그런데, 일반적으로 음에 대한 인간의 청각 특성에는 마스킹 효과라 불리워지는 것이 있다. 이 마스킹 효과에는 대별하여 템포럴(temporal) 마스킹 효과와 동시각(同時刻) 마스킹 효과가 있다. 동시각 마스킹 효과란, 큰음과 동시에 발생한 작은음이 큰음에 의해 마스크되어 들리지 않게 되도록 한 효과이다. 템포럴 마스킹효과란, 큰음과 시간적으로 전후의 작은음이 큰음에 의해 마스크 되어 들리지 않게 되도록 한 효과이다.

제9도는 이 템포럴 마스킹 효과를 설명하기 위한 것이며, 큰음(c)과 시간적으로 후방의 포워드 마스킹(Forward masking)(FM)은 장시간(예를 들어, 100msec 정도)에 걸쳐 효과가 미치는 데에 대해서, 큰음(C)과 시간적으로 전방의 백워드 마스킹(Bankward Masking)(BM)의 효과는 단시간(예를들어, 5msec)밖에 효과가 없다.

이 때문에, 시간적으로 상기 FFT의 변환블록내의 후방부분에서 급격히 신호레벨이 상승한 경우에는, IFFT후의 블록내의 전방부분에 비교적 큰 노이즈가 나타나서 귀에 거슬리게 된다는 결점이 있다.

본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 제안된 것이며, 입력신호를 몇 개의 대역으로 분활하여 각 대역마다 각각 직교변환하여 적응적으로 비트할당하여 부호화하는 부호화장치로서, 마스킹에 의해서도 마스크할 수 없는 양자화 노이즈를 유효화게 저감할 수 있도록 한 디지털신호 부호화장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 관련된 디지털신호 부호화 장치는, 입력 디지털신호를 복수의 주파수 대역으로 분할하는 대역분할필터와, 분할된 각 대역마다 시간축 방향으로 블록화하여 각각을 직교 변환하는 직교변환기와, 상기 직교 변환기의 각 블록마다 부호화 비트수를 할당하는 적용비트할당 부호화회로와를 갖는 디지털신호 부호화장치에 있어서, 상기 각 대역분할필터의 출력이 공급되고, 상기 직교변환전의 시간축상의 신호의 과도성을 검출하는 과도부검출회로와, 이 과도부검출회로의 출력에 따라서 상기 적응비트할당 부호화회로의 할당비트수를 제어하는 허용잡음보정회로와를 포함하여 구성함으로써, 상술한 과제를 해결하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 디지털신호 부호화 방법은 입력 디지털신호를 복수의 주파수대역으로 분할하고, 분할된 각 대역마다 시간축 방향으로 블록화하여 각각 직교변환하고, 이들의 직교변환된 각각의 블록마다 부호화 비트수를 할당하는 디지털신호 부호화방법에 있어서, 상기직교변환에 앞서서 시간축상의 신호 과도부(過渡部)의 변화를 검출하는 공정과, 그 검출결과에 따라서 상기 각 블록마다 할당비트수를 가변하는 공정을 포함함으로써 상술한 과제를 해결하는 것이다.

여기서, 상기 과도성(혹은 비정상성)에 관해서는, 특히 직교변환 블록의 후방에서 레벨이 급상승한 것을 검출하는 것이 바람직하다.

상기 과도성 혹은 비정상성이 검출된 블록에 관해서는, 상기 할당비트를 증가시키므로써, 양자화 노이즈를 저감하여, 소위 프리에코의 발생을 방지한다.

[실시예]

제1도는 본 발명의 일실시예로써, 직교변환과 블록 플로팅(Block floating)을 조합시킨 디지털신호 부호화 장치의 일부구성을 나타내고 있다.

제1도에 나타낸 실시예의 고능률 부호화 장치에서는, 입력 디지털신호를 복수의 주파수 대역으로 분할함과 동시에 높은 주파수대역만큼 밴드폭을 넓게 선정하고, 각 주파수 대역마다 직교변환을 행하여 얻어진 주파수축의 스펙트럼 데이터를 후술하는 인간의 청각특성을 고려한 소위 임계대역폭(크리티컬 밴드 : Critical band)마다 적응적으로 비트 할당하여 부호화하고 있다. 이것은 대역분할 부호화(SBC : Subband division coding), 적응변호나 부호화(ATC : Adaptive Transform coding) 및 적응비트할당(APC-AB : Adakptive Bit Allocation)의 각 기술을 조합시킨 고능률 부호화 기술이다.

즉, 제1도에 있어서, 입력단자(10)는 예를 들어 0∼20KHz의 디지털 오디오 PCM 신호가 공급되고 있다. 이 입력신호는 예를 들어 소위 QMF(Quadrature Mirror Filter)필터 등인 대역분할필터(11)에 의해 0∼10KHz 대역과 10K∼20KHz 대역으로 분할되고, 0∼10KHz 대역의 신호는 마찬가지로 소위 QMF 필터 등인 대역분할필터(12)에 의해 0∼5KHz 대역과 5∼10KHz 대역으로 분할된다.

대역분할필터(11)로부터의 10∼20KHz 대역의 신호는 직교변환 희로의 일예인고속 푸리에변환(FFT)회로(13)에 전송되고, 대역분할필터(12)로부터 5K∼10KHz대역의 신호는 FFT 회로(14)에 전송되고, 대역분할 필터(12)로부터의 0∼5KHz대역의 신호는 FFT회로(15)에 전송됨으로써, 각각 FFT처리된다.

여기서, 각 FFT 회로(13)(14)(15)에 공급하는 각 대역마다의 블록에 관한 표준적인 입력신호에 대하여 구체예를 제2도에 나타낸다. 이 제2도의 구체예에 있어서는, 고영역측 만큼 주파수대역을 넓게 함과 동시에 시간분해능을 높이고(블록길이를 짧게 함)있다. 즉, 저영역측의 0∼5KHz 대역 신호에 대해서는 1블록(BL_L)을 예를 들어 1024샘플로 하고, 또 중영역의 5∼10KHz대역 신호에 대해서는 상기 저영역측의 길이(T_BL)의 블록(BL_L)에 대해 각각 절반인 길이 (T_BL/2)의 블록(BL_M1, BL_M2)으로 블록화하고, 고영역측의 10K∼20KHz 대역 신호에 대해서는 상기 저영역측의 블록(B_LL)에 대해 각각 1/4인 길이(T_BL/4)의 블록(BL_M1, BL_M2,BL_M3및 BL_M4)으로 블록화하고 있다. 또한, 입력신호로서 0∼22KHz의 대역을 고려할 경우에는, 저영역은 0∼5.5KHz가 되고, 중영역은 5.5K∼11KHz이 되고, 고영역은 11K∼22KHz가 된다.

거듭 제1도에 있어서, 각 대역분할필터(11)(12)로부터 각 FFT회로(13)(14)(15)에 공급되는 각 주파수대역의 시간축상의 신호는 과도부 검출회로(17)에 전송된다. 이 과도부 검출회로(17)에 있어서는, 상기 제2도에 나타낸 각 주파수대역의 각 블록마다 신호의 과도부 혹은 비정상부의 검출이 행해진다.

각 FFT회로(13)(14)(15)에서 FFT처리되어 얻어진 주파수축상의 스펙트럼 데이터 혹은 FFT계수 데이터는, 소위 임계대역(크리티컬 밴드)마다 합쳐져 적응비트 할당부호화회로(18)에 전송되고 있다. 이 크리티컬 밴드란, 인간의 청각특성을 고려하여 분할된 주파수 대역이며, 어떤 순음(純音)의 주파수 근방의 동일강도의 협대역 밴드 노이즈에 의해서 상기 순음이 마스크될 때에 그 노이즈를 갖는 대역인 것이다. 이 크리티컬 밴드는, 고영역만큼 대역폭이 넓게 되어 있고, 상기 0∼20KHz의 모든 주파수 대역은 예를 들면 25의 크리티컬 밴드로 분할되어 있다.

허용잡음 산출회로(20)는, 상기 크리티컬 밴드마다 분할된 스펙트럼 데이터로 인하여, 소위 마스킹 효가 등을 고려한 각 크리티컬 밴드마다의 허용 노이즈량을 구하고, 이 헝요 노이즈량과 각 크리티컬 밴드마다의 에너지 혹은 피크치등으로 인하여 각 크리티컬 밴드마다의 할당비트수를 구한다. 적응비트 할당 부호화회로(18)에 의해 각 크리티컬 밴드마다 할당된 비트수에 따라 각 스펙트럼 데이터(혹은 FFT계수 데이터)를 재양자화하도록 하고 있다. 이와 같이 부호화된 데이터는 출력단자(19)를 거쳐 추출된다.

여기서, 상기 허용잡음 산출회로(20)에는, 상기 과도부 검출회로(17)로부터의 검출출력이 공급되고 있어, 이 과도부 검출출력에 따라 상기 제2도에 나타낸 블록마다 허용잡음 보정됨으로써, 적응비트할당 부호화회로(18)에서의 각 할당비트의 증감변경이 행해지도록 되어 있다.

이 과도부(비정상부) 검출동작 및 할당비트수의 변경동작의 일구체예에 관해서 이하에 설명한다.

상기 제2도의 각 블록바다 시간축상의 신호데이터에 관한 과도상태는 예를 들면 각 블록을 4분할하고, 각 분할영역에의 에너지차나 비율등에 따라 검출하도록 하면 좋다. 즉, 예를 들면 1블록내의 워드수(샘플수)로서 X₀부터 X₆₃까지의 64워드(64샘플)가 존재할 때, 이것을 시간축 방향으로 4분할하여, (X₀∼X₁₅)(X₁₆∼X₃₁)(X₃₂∼X₄₇)(X₄₈∼X₆₃)으로 한다. 다음에, 이들 각 분할영역의 샘플에 관해서 2승합을 구하고, 각각 (P₁)(P₂)(P₃)(P₄)로 한다. 예를 들면, (P₁)은 X₀ ²＋…＋X₁₅ ²이다. 다음으로 이하와 같은 조건식을 만족하는지의 여부를 순차 판별하여 과도상태의 모드를 결정한다. 즉, 예를 들면,

여기서, K₁은 예를 들어 9로 하고, K₂는 예를들어 6으로 하고, K₃는 예를들어 3으로 하면 좋다.

이들의 각 모드(0∼3)가운데, 모드 0은 대부분 정상상태이며, 모드의 번호가 증가하는 만큼 신호레벨의 상승부분이 블록내의 후방으로 이동하게 되어, 양자화 노이즈에 의한 프리에코의 영향이 크게 된다. 즉, 블록내의 후방위치에 신호의 상승이 있으면, 전술한 템포럴 마스킹 효과도 기대할 수 없어, 양자화 노이즈가 청감상귀에 거슬리게 될 뿐이다. 이러한 점을 고려하여, 번호가 큰 모드의 블록만큼 할당비티수를 증가시킬 수 있도록 변경 혹은 보정을 실시하는 것이 바람직하다.

우선 첫째, 주파수축상의 마스킹 효과를 고려한 1차 비트할당을 행한 후 남은 비트에 관해서 상기 모드(1∼3)의 블록에는 우선적으로 비트를 재배분하는 것을 들 수 있다. 이 재배분에는 모드(3)(2)(1)의 순서대로 우선순위를 설정한다.

둘째, 상기 모드(3)와 같이, 특히 문제가 있는 블록에 관해서는, 1차 비트할당의 단계에서 할당비트수를 많이 택하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 마스킹을 이용한 1차 비트할당을 대신하여, 청감상의 최대 S/N(Singnal to Nosie ratio)이 택해지도록 1차 비트할당을 우선으로 행한다.

셋째, 상술한 바와 같은 1차 비트할당을 행한 결과, 비트수가 충분하지 않은 경우에는, 상기 모드 0의 블록의 할당비트를 삭감하도록 하고, 이하 필요에 따라 모드(1)(2)(3)의 순서대로 비트를 삭감하도록 한다.

넷째, 모드 1∼3의 블록에 남은 비트를 재분배할 때에는, S/N이 양호하게 되도록 에너지가 높은 밴드에 비트를 할당하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 제2도의 각 블록마다 신호의 과도 상태를 검출하고, 검출된 과도상태의 상기 각 모드에 따라 할당비트수를 변경, 보정 혹은 재배분함으로써 상기 프리에코의 영향이 발생하기 쉬운 블록의 비트수를 증가시켜 S/N을 개선한다.

다음으로, 제3도는 상기 허용잡음 산출회로(20)의 일구체예의 개략적인 구성을 나타낸 블록회로도이다. 이 제3도에 있어서, 입력단자(21)에는 상기 각 FFT회로(13)(14)(15)부터의 주파수축상의 스펙트럼 데이터가 공급되고 있다. 이 데이터로서는 FFT연산을 하여 얻어진 FFT계수 데이터의 실수성분과 허수성분으로 인하여 산출된 진폭값과 위상값의 범위내의 진폭치를 이용하도록 하고 있다. 이것은, 일반적으로 인간의 청각이 주파수축상의 진폭(레벨, 강도)에서는 민감하나, 위상에 관해서는 상당히 둔감하다는 것을 고려한 것이다.

이 주파수축상의 입력데이터는 대역마다의 에너지 산출회로(22)에 전송되어, 상기 크리티컬밴드(임계대역)마다의 에너지가 예를 들어 상기 밴드 내에서의 각 진폭치의 총계를 계산함으로써 구해진다. 이 각 밴드마다의 에너지를 대신하여, 진폭값의 피크값, 평균값 등이 사용되는 것도 있다. 이 에너지 산출회로(22)로부터의 출력으로서, 예를 들면 각 밴드의 총계치의 스펙트럼은 일반적으로 바크 스펙트럼(Bark spectrum)으로 불리워지고 있다. 제4도는 이와 같은 각 크리티컬 벤드마다의 바크 스텍트럼(SB)을 나타내고 있다. 단, 이 제4도에서는 도시를 간략화하기 위해, 상기 크리티컬 밴드의 밴드수를 12밴드(B₁∼B₁₂)로 표현하고 있다.

여기서, 상기 바크 스펙트럼(SB)의 소위 마스킹에 있어서의 영향을 고려하기 위해서, 상기 스펙트럼(SB)에 소정의 가중 계수를 가하여 가산하도록 콘벌루션(Convolution)처리를 실시한다. 이 때문에, 상기 대역마다의 에너지 산출회로(22)의 출력 즉 상기 스펙트럼(SB)의 각 값은 콘벌루션 필터회로(23)에 전송된다. 상기 콘벌루션 필터회로(23)는 예를 들면 입력데이터를 순차적으로 지연시키는 복수의 지연소자와 이들 지연소자로부터의 출력에 필터계수(가중함수)를 승산하는 복수의 승산기(예를 들면 각 밴드에 대응하는 25개의 승산기)와 각 승산기 출력의 총계를 더하는 총계 가산기로 구성된 것이다. 이 콘벌루션 처리에 의해 제4도 중에서 점선으로 나타낸 부분의 총계가 더해진다. 또한, 상기 마스킹이란, 인간의 특성에 따라 어떤 신호에 의하여 다른 신호가 마스크되어 들리자 않게 되는 현상을 말하는 것이며, 이 마스킹 효과에는 시간축상의 오디오신호에 의한 시간축 마스킹효과와, 주파수축상의 신호에 의한 동시각 마스킹효과가 있다. 이들의 마스킹효과에 의해 마스킹되는 부분에 노이즈가 있다고 하더라도, 이 노이즈는 들리지 않게 된다.

이 때문에, 실제의 오디오신호에서는 마스크된 범위내의 노이즈는 허용 가능한 노이즈가 된다.

여기서, 상기 콘벌루션 필터회로(23)의 각 승산기의 승산계수(필터계수)의 일구체예를 나타내면, 임의의 밴드에 대응한 승산기(M)의 계수를 1이라 할 때, 승산기(M-1)에서 계수 0.15를, 승산기(M-2)에서 계수 0.0019를, 승산기(M-3)에서 계수 0.0000086을, 승산기(M＋1)에서 계수 0.4를, 승산기(M＋2)에서 계수 0.06을, 승산기(M＋3)에서 계수 0.007을 각 지연소자의 출력과 승산함으로써, 상기 바크 스펙트럼(SB)의 콘벌루션 처리가 행해진다. 단, M은 1~25의 임의의 정수이다.

다음에, 상기 콘벌루션 필터회로(23)의 출력은 뺄셈기(24)에 전송되고, 상기 뺄셈기(24)는 상기 콘벌루션 영역에서의 후술하는 허용 가능한 노이즈레벨에 대응하는 레벨(α)를 구하는 것이다. 또한, 상기 허용가능한 노이즈레벨(허용 노이즈레벨)에 대응하는 레벨(α)은, 후술한 바와 같이 역콘벌루션처리를 행함으로써, 크리티컬 밴드의 각 밴드마다의 허용노이즈레벨이 되도록 한 레벨이다. 여기서, 상기 뺄셈기(24)에는 상기 레벨(α)을 구하기 위한 허용함수(마스킹레벨을 표현하는 함수)가 공급된다. 이 허용함수를 증감시킴으로써 상기 레벨(α)의 제어를 행하고 있다.

상기 허용함수는 다음의 설명과 같이 (n-ai)함수발생회로(25)로부터 공급되고 있는 것이다,

즉, 허용노이즈레벨에 대응한 레벨(α)은 크리티컬밴드의 저영역으로부터 순서대로 부여되는 번호를 i라 하면, 다음의 (1)식에서 구할 수가 있다.

α＝S-(n-ai)……(1)

이 (1)식에 있어서, n, a는 정수로써 a〉0이고, S는 콘벌루션처리된 바크스펙트럼의 강도이며, (1)식 중에서 (n-ai)가 허용함수로 된다.

본 실시예에서는 n＝38, a＝1로 하고 있어, 이때에 음질열화는 없고, 양호한 부호화가 행해졌다.

이와 같이 하여, 상기 레벨(α)이 구해지고, 이 데이터는 나눗셈기(26)에 전송된다.

상기 나눗셈기(26)에서는 상기 콘벌루션된 영역에서의 상기 레벨(α)을 역콘벌루션 하기 위한 것이다. 따라서, 이 역콘벌루션처리를 행함으로써, 상기 레벨(α)로부터 마스킹 스펙트럼이 얻어지게 된다. 즉, 마스킹 스펙트럼이 허용노이즈 스펙트럼이 된다. 또한, 상기 역콘벌루션처리는 잡음의 연산을 필요로 하지만, 본 실시예에서는 간력화된 나눗셈기(26)를 사용하여 역콘벌루션을 행하고 있다.

다음에, 상기 마스킹 스펙트럼은 합성회로(27)를 거쳐 감산기(28)에 전송되고, 여기서 상기 감산기(28)에는 상기 대역마다의 에너지 검출회로(22)로부터의 출력, 즉 전술한 바크 스펙트럼(SB)이 지연회로(29)를 거쳐 공급되고 있다. 따라서, 감산기(28)에서 상기 마스킹 스펙트럼(MS)과 바크 스펙트럼(SB)과의 감산연산이 행해지므로, 제5도에 나타낸 바와 같이, 상기 바크 스펙트럼(SB)은 상기 마스킹 스펙트럼(MS)의 레벨에서 나타내는 레벨이하가 마스킹되게 된다.

상기 감산기(28)로부터의 출력은 허용잡음 보정회로(30)을 거쳐 출력단자(31)로부터 추울되어, 예를 들면 할당비트수 정보가 미리 기억된 ROM등(도시하지 않음)에 전송된다.

이 ROM등은 상기 감산회로(28)로부터 허용지잡음 보정회로(30)를 거쳐 얻어진 출력(싱기밴드의 에너지와 상기 노이즈레벨 설정수단의 출력과의 차이분의 레벨)에 따라 각 밴드마다의 할당비트수 정보를 출력한다.

이 할당비트수 정보가 상기 적응비트할당 부호화회로(18)에 전송됨으로써, FFT회로(13)(14)(15)로부터의 주파수축상의 각 스펙트럼데이터가 각각의 밴드마다 할당된 비트수로 양자화되는 것이다.

즉 요약하면, 적응비트할당 부호화회로(18)에서는 상기 크리티컬 밴드의 각 밴드의 에너지와 상기 노이즈레벨 설정수단의 출력과의 차이분의 레벨에 따라 할당된 비트수로 상기 각 밴드마다의 스펙트럼데이터를 양자화하게 된다. 또한, 지연회로(29)는 상기 합성회로(27) 앞단의 각 회로에서의 지연량을 고려하여 에너지 검출회로(22)로부터의 바크 스펙트럼(SB)을 지연시키기 위하여 설치되어 있다.

그런데, 상술한 합성회로(27)에서의 합성시에는 최소가청곡선 발생회로(32)로부터 공급되는 제6도에 나타낸 바와 같은 인간의 청각특성인 소위 최소 가청곡선(RC)을 나타낸 데이터와, 상기 마스킹 스펙트럼(MS)을 합성할 수가 있다. 이 최소 가청 곡선에 있어서는 잡음 절대레벨이 최소가청곡선 이하로 되면 상기 잡음은 틀리지 않게 된다. 이 최소 가청곡선은 디코딩이 같을지라도 예를 들어 재생시의 재생볼륨의 차이가 다르나, 현실적인 디지탈시스템에서는 예를 들어 16비트 다이나믹레인지(dynamic range)로 음악이 들어오는 방법에는 그다지 차이가 없으므로, 예를 들어 4kHz부근의 가장 귀에 들리기 쉬운 주파수대역의 양자화잡음이 들리지 않는다고 하면, 다른 주파수 대역에서는 이 최소 가청곡선의 레벨 이하의 양자화 잡음은 들리지 않는다고 생각할 수 있게 된다. 따라서, 이와 같이 예를 들면 시스템이 갖는 워드길이의 4kHz의 부근의 잡음이 들리지 않는 사용방법으로 한다고 가정하여, 이 최소 가청곡선(RC)과 마스킹 스펙트럼(MS)을 함께 합성함으로써 허용노이즈 레벨을 얻도록 하면, 이 경우의 허용노이즈 레벨은 제6도 중에서 사선으로 나타낸 부분까지로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시예에서는 상기 최소 가청곡선의 4kHz 레벨을 예를 들어 20비트 상당의 최저레벨로 맞추고 있다. 또, 이 제6도는 신호 스펙트럼(SS)도 동시에 나타내고 있다.

또, 상기 허용잡음 보정회로(30)에서는 보정정보 출력회로(33)로부터 전송되어 오는 정보로 인하여, 상기 감산기(28)로부터의 출력에 대한 허용잡음레벨을 보정하고 있다. 이 보정정보 출력회로(33)는 상기 과도부 검출회로(17)로부터의 상기 제2도의 각 블록단위로 검출된 과도상태의 상기 각 모드 등에 따라 보정정보를 출력하는 것이며, 상술한 바와 같이 모드에 따라 블록단위에서의 비트할당이 보정되도록, 상기 감산기(28)로부터의 출력에 대한 허용잡음 레벨이 보정되어야 한다.

즉, 상기 부호화회로(18)에서의 양자화때의 출력정보량(데이터량)의 검출출력과, 최종 부호화 데이터의 비트레이트(bit rate) 목표값과의 사이의 오차정보로 인하여 상기 허용노이즈 레벨을 보정한다.

이것은, 모든 비트할당 단위블록에 대하여 미리 일시적인 적용비트할당을 행하여 얻어진 총비트수가 최종적인 부호화 출력데이터의 비트레이트에 의해서 정해지는 일정한 비트수(목표값)에 대하여 오차를 갖는 것이며, 그 오차분을 0으로 하도록 다시 한번 비트할당을 하는 것이다. 즉, 목표값보다도 총할당 비트스가 적을 때는 차이의 비트수를 각 단위블록에 할당하여 부가하도록 하고, 목표값보다도 총할당비트수가 많을 때는 차이의 비트수를 각 단위블록에 할당하여 삭감하도록 해야 한다.

이와 같은 일을 행하기 위해, 상기 총할당 비트수의 상기 목표값으로부터의 오차를 검출하고, 이 오차 데이터에 따라 보정정보 출력회로(33)가 각 할당비트수를 보정하기 위한 보정데이터를 출력한다. 여기서, 상기 오차데이터가 비트수 부족을 나타낸 경우는 상기 단위블록당 많은 비트수가 사용됨으로써 상기 데이터량이 상기 목표값보다도 많아진 경우를 생각할 수가 있다. 또, 상기 오차데이터가 비트수 여분을 나타내는 데이터인 경우는 상기 단위블록당 적은 비트수로 완료되어 상기 데이터량이 상기 목표값보다도 적어진 경우를 생각할 수가 있다. 따라서, 상기 보정정보 출력회로(33)로부터는 이 오차 데이터에 따라 상기 감산기(28)로부터의 출력에 대한 허용노이즈 레벨을 예를 들면 상기 과도상태의 모드정보로 인하여 보정하기 위한 상기 보정값의 데이터가 출력하게 된다.

상술한 바와 같은 보정값이 상기 허용잡음 보정회로(30)에 전송됨으로써, 상기 감산기(28)로부터의 허용노이즈 레벨이 보정된다.

또한, 보정정보 출력회로(33)는 소위 등원형곡선에 기인한 보정정보를 출력하도록 되어 있고, 상기 과도상태의 각 모드 및 상기 등원형 곡선을 고려한 보정정보에 의해 상기 감산기(28)로부터의 출력에 대한 허용잡음 레벨을 보정하도록 하고 있다. 여기서, 등원형 곡선이란 인간의 청각트성에 관한 특성곡선이며, 예를 들어 1kHz의 순음과 같은 크기로 들리는 각 주파수에서의 음의 음압을 구하여 곡선을 잇는 것으로, 원형의 등감도 곡선으로도 불리워진다. 또, 이 등원형 곡선은 제6도에 나타낸 최소 가청곡선(RC)과 대략 같은 곡선을 그리는 것이다. 이 등원형 곡선에 있어서는 예를 들면 4kHz부근에서는 1kHz의 장소로부터 음압이 8∼10dB 내려갔어도 1kHz와 같은 크기로 들리고, 역으로 50kHz 부근에서는 1kHz에서의 잡음보다도 약 15dB 높이 않으면 같은 크기로 들리지 않는다. 이 때문에, 상기 최소 가청곡선의 레벨을 넘게 되는 잡음(허용노이즈레벨)은, 상기 등원형 곡선에 따른 곡선으로 주어지는 주파수 특성을 갖도록 하는 것이 좋음을 알 수 있다. 결국, 상기 등원형 곡선을 고려하여 상기 허용노이즈 레벨을 보정하는 것은 인간의 청각특성에 적합함을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 오디오 PCM신호뿐만 아니라, 디지탈 음성(스피치)신호나 디지탈 비디오 신호등의 신호처리장치에도 적용 가능하다. 또, 상술한 최소 가청곡선의 합성처리를 행하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우에는 최소 가청곡선발생회로(32), 합성회로(27)가 불필요하게 되어, 상기 뺄셈기(24)로부터의 출력은 나눗셈기(26)에서 역콘벌루션된 후, 직접 감산기(28)에 전송하게 된다.

이상과 같이, 본 발명의 디지탈신호 부호화장치 및 방법에 의하면, 시간축과 주파수축이 2차원적으로 구분된 블록단위로 각각 직교변환하여 각각의 블록마다 비트수를 할당하여 부호화를 행할 때에는, 직교변환에 앞서서 시간축상의 신호의 과도성을 검출하고, 이 검출된 과도성에 따라 상기 각 블록마다의 할당비트수를 변경하는 것, 특히 과도성이 검출된 블록의 할당비트를 증가시킴으로써 양자화 노이즈를 저감시켜 소위 프리에코의 발생을 방지할 수가 있다.

Claims (2)

1. 입력 디지탈신호를 복수의 주파수대역으로 분할하는 대역분할필터와, 분할된 각 대역마다 시간축 방향으로 불록화하여 각각을 직교변환하는 직교변환기와, 상기 직교변환기의 각 블록마다에 부호화비트수를 할당하는 적응비트할당부호화 회로와를 갖는 디지탈신호 부화화장치에 있어서, 상기 각 대역분할필터의 출력이 공급되고, 상기 직교변환전의 시간축상의 신호의 과도성을 검출하는 과도부검출회로와, 이 과도부검출회로의 출력에 따라서 상기 적응비트할당 부호화회로의 할당비트수를 제어하는 허용잡음보정회로와를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 부호화장치.
2. 입력 디지탈신호를 복수의 주파수대역으로 분할하고, 분할된 각 대역마다 시간축방향으로 블록화하여 각각 직교변환하고, 이들의 직교변환된 각각의 블록마다 부호화 비트수를 할당하는 디지탈신호 부화화방법에 있어서, 상기 직교변환에 앞서서 시간축상의 신호의 과도부(過渡部)의 변화를 검출하는 공정과, 그 검출결과에 따라서 상기 각 블록마다의 할당비트수를 가변하는 공정을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 디지탈신호 부호화방법.