KR100361720B1 - 고능율부호화방법및장치 - Google Patents

Abstract

신호 성분 부호화 회로는 선행하는 블럭에서의 재생 대역 정보(비트 할당을 한 대역폭의 정보 즉 재생 부호화 유닛수의 값)을 유지하는 대역폭 기억 회로(62)와 이 대역폭 기억 회로(62)가 유지하는 선행하는 블럭에서의 재생 대역 정보 (재생 부호화 유닛수의 값)에 의거해서 현재 블럭의 재생 부호화 유닛수를 결정하는 제어 회로(63)를 구비한다.

안정된 재생 대역폭을 확보하고 있고, 재생 대역이 블럭마다 빈번히 변화하는 일이 없기 때문에, 고역측의 신호가 나타나거나 없어지거나 하기 때문에 생기는 귀장애인 잡음이 생기지 아니하고 충분한 비트 전송률이 부여되지 아니하는 경우에도 청각상의 음질 열화를 최소한으로 억제할 수가 있게 된다.

Description

고능율 부호화 방법 및 장치

본 발명은 말하자면 고능율 부호화에 의해 압력 디지탈 데이타의 부호화를 행하는 디지탈 데이타의 고능율 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다.

오디오 혹은 음성 등의 신호의 고능율 부호화의 수법 및 장치에는 여러가지가 있으나 예를 들어 시간 영역의 오디오 신호 등을 단위시간마다 블럭화해서 이블럭마다의 시간축의 신호를 주파수축 위의 신호로 변환(스팩트럼 변환)해서 복수의 주파수 대역으로 분할하고 각 대역마다 부호화하는 블럭화 주파수 대역 분할 방식인 말하자면 변환 부호화 방식이다. 시간 영역의 오디오 신호등을 단위시간마다 블럭화하지 아니하고 복수의 주파수 대역으로 분할해서 부호화하는 비블럭화 주파수 대역 분할 방식인 서브· 밴드· 코딩 : SBC 방식등을 들수가 있다.

또 상술하는 대역 분할 부호화와 변환 부호화를 조합시킨 고능율 부호화의 수법 및 장치도 고려되고 있고, 이 경우에는 예를 들어 상기 대역 분할 부호화 방식으로 대역 분할을 한후, 이 각 대역마다의 신호를 변환 부호화 방식으로 주파수영역의 신호로 스팩트럼 변환하고 이 스팩트럼 변환된 각 대역마다 부호화를 실시하게 된다.

여기서 상술한 대역 분할 부호화 방식에 사용되는 대역 분할용 필터로서는 예를 들어 QMF(Quadrature Mirror filter) 등의 필터가 있고 이것은 예를 들어 문현 "Digital coding of speech in subbands" R. E. Crochiere, Bell Syst. Tech. J.. Vol. 55, No. 8 1976 에 기술되어 있다. 이 QMF 필터는 대역을 등밴드폭으로 2 분할하는 것이고 상기 필터에 있어서는 상기 분할한 대역을 이후에 합성할 때에 말하자면 에일리어스가 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

또 문헌 "Polyphase Quadrature filters-A new subband coding technique", Joseph H, Rothweiler ICASSP 83, BOSTON 에는 등대역폭의 필터 분할 수법이 기술되어 있다. 이 폴리 페이즈· 쿼드러쳐· 필터에 있어서는 신호를 등밴드폭의 복수대역으로 분할할 때에 단번에 분할이 가능한 것을 특징으로 한다.

또 상술한 스팩트럼 변환으로서는 예를 들어 입력 오디오 신호를 소정의 단위 시간(프레임)으로 블럭화하고 상기 블럭마다 이산 퓨리에 변환(DFT)과 이산 코사인 변환(DCT), 모디파이드 DCT 변환(MDCT) 등을 행하므로서 시간축을 주파수축으로 변환하는 것과 같은 스팩트럼 변환이 있다. 이 MDCT에 대해서는 문헌 "Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation," J. P. Princen and A, B. Bradley, Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tech. ICASSP 1987 에 기술되어 있다.

이와 같이 대역 분할 필터나 스팩트럼 변환에 의해 대역마다 분할된 신호를 양자화하므로서 양자화 잡음이 발생하는 대역을 제어할 수가 있고 마스킹 효과등의 성질을 이용하여 청각적에 의해 고능율인 부호화를 할 수가 있다. 또 여기서 양자 화를 행하기 전에 각 대역마다 예를 들어 그것의 대역에 있어서 신호 성분의 절대값의 최대치로 정규화를 행하도록 하면 더욱 고능율인 부호화를 행할 수가 있다.

다시 주파수 대역 분할된 각 주파수 성분을 양자화하는 경우의 주파수 분할 폭으로서는 예를 들어 인간의 청각 특성을 고려한 대역 분할이 된다. 즉 일반적으로 임계 대역(critical band)이라 칭하고 있는 고역일수록 대역폭이 넓어지는 대역 폭에서 오디오 신호를 복수(예를 들어 25 밴드)의 대역으로 분할할 수가 있다. 또 이 때의 각 대역마다의 데이타를 부호화 할때에는 각 대역마다 소정의 비트 배분 혹은 각 대역마다 적응적인 비트 배분에 의한 부호화가 행해진다. 예를 들어 상기 MDCT 처리되어 얻어진 MDCT 계수 데이타를 상기 비트 배분에 의해 부호화할 때에는 상기 각 블럭마다의 MDCT 처리에 의해 얻어지는 각 대역마다의 MDCT 계수 데이타에대해서 적응적인 배분 비트 수로 부호화가 행해지게 된다.

상기 비트 배분 수법 및 그를 위한 장치로서는 다음의 2 수법 및 장치가 알려져 있다.

예를 들어, 문헌 "Adaptive Transform Coding of Speech Signals", R. Zelinski and P. Noll, IEEE Transactions of Accoustics, Speech, and Signal Processing, vol. ASSP-25, No. 4, August 1977 에서는 각 대역마다의 신호의 크기를 기초로 비트 할당을 행하고 있다. 이 방식에서는 양자화 잡음 스팩트럼이 평탄해지고 잡음 에네르기가 최소로 되나 청각적으로는 마스킹 효과가 이용되고 있지 아니하기 때문에 실제의 잡음감은 최적이 아니다.

또, 예를 들어, 문헌 "The critical band coder --digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system", M. A. Kransner MIT, ICASSP 1980 에서는 청각 마스킹을 이용하므로서 각 대역마다 필요한 신호대 잡음비를 얻어 고정적인 비트 할당을 행하는 수법 및 장치가 기술되어 있다. 그러나 이 수법에서는 사인파 입력으로 특성을 측정하는 경우에도 비트 할당이 고정적이기 때문에 특성치가 그토록 좋은 값으로 되지 못한다.

이들의 문제를 해결하기 위해 비트 할당에 사용되는 전체 비트를 상기 각 대역 혹은 각 대역을 더욱 작게 분할한 블럭마다 미리 정해진 고정 비트 할당 패턴몫과, 각 블럭의 신호의 크기에 의존한 비트 배분을 하는 몫으로 분할해서 사용함과 함께 그것의 분할비를 입력 신호에 관계하는 신호에 의존시키고 예를 들어 신호의 스팩트럼에 매끄러울때 일수록 고정 비트 할당 패턴몫으로의 분할 비율을 크게 하는 것과 같은 고능율 부호화 장치가 제안이 되고 있다.

이 방법에 의하면 사인파 입력과 같이 특정의 스팩트럼에 에네르기가 집중하는 경우에는 그것의 스팩트럼을 포함하는 블럭에 많은 비트를 할당하므로서 전체의 신호대 잡음 특성을 현저히 개선할 수가 있다. 일반적으로 급한 스팩트럼 성분을 갖는 신호에 대한 인간의 청각은 매우 민감하기 때문에 이와 같은 방법을 사용하므로서 신호 잡음 특성을 개선하는 일은 단지 측정상의 수치를 향상시킬 뿐만 아니라 청각상 음질을 개선하는 데에 유효하다.

또한 비트 할당의 방법에는 이외에도 수많은 방식이 제안이 되고 있고, 더욱 청각에 관한 모델이 장치화되고 부호화 장치의 능력이 향상되면 청각적인 면에서 보다 고능율적인 부호화가 가능해진다.

또 본건 출원인은 먼저 미국 특허출원 SN 08/374,518 (1994년 5월 31일 출원)에 대응하는 유럽 공개 특허 0,653,846호의 명세서 및 도면에 있어서 스팩트럼신호에서 청각상 특히 중요한 톤(tone)성의 성분을 분리해서 다른 스팩트럼 성분과는 별도로 부호화 하는 방법을 제안하고 있고 이에 따라 오디오 신호등을 청각상의 열화를 거의 일으키지 아니하고 높은 압축율로 효율적으로 부호화할 수 있도록 하고 있다.

그런데 파형 신호를 스팩트럼 변환하는 방법으로서 상술한 DFT 또는 DCT 를 사용한 경우에 있어서, 예를 들어 M개의 샘플로 되는 시간 블럭마다 이 스팩트럼 변환을 행하면 M개의 독립적인 실수 데이타가 얻어지게 된다. 이때 시간 블럭간의 접속 구부러짐을 경감하기 위해 통상은 양 옆의 블럭에서 각각 M1개의 샘플씩 오버랩시키도록 하고 있으므로 평균해서 상기 DFT 또는 DCT 에서는 (M-M1)개의 샘플에 대해서 M개의 실수 데이타를 양자화해서 부호화하게 된다.

이에 대해서 스팩트럼으로 변환하는 방법으로서 상술한 MDCT를 사용한 경우에는 양 이웃하는 시간 블럭과 M개씩 오버랩시킨 2M개의 샘플로부터 독립적인 M개의 실수 데이타를 얻도록 하고 있으므로 평균해서 이 MDCT에서는 M개의 샘플에 대해서 M개의 실수 데이타를 양자화해서 부호화하게 된다. 따라서 이와 같이 부호화 된 데이타를 복호화하는 복호화 장치에 있어서는 상술한 MDCT를 사용해서 얻어진 부호로 되는 각 블럭에 대해서 역변환을 실시해서 얻어진 파형 요소를 서로 간섭시키면서 더해 주는 것에 의해 파형 신호를 재구성할 수가 있다.

여기서 일반적으로 변환하기 위한 시간 블럭을 길게 하므로서 스팩트럼의 주파수 분해능이 높아지고 특정한 스팩트럼 성분에 에네르기가 집중한다. 따라서 양옆의 블럭과 반씩 오버랩시켜서 긴 블럭 길이로 변환을 행하고 더우기 얻어진 스팩트럼 신호의 개수가 원시간 샘플의 개수에 대해서 증가하지 아니하는 상기 MDCT를 사용하면 상기 DFT 또는 DCT를 사용한 경우 보다도 효율이 좋은 부호화를 행할 수 있게 된다. 또한 인접하는 블럭끼리 충분히 긴 오버랩을 갖도록 하므로서 파형 신호의 블럭간 구부러짐을 경감할 수도 있다.

그러나 음향 파형 신호를 블럭마다 부호화하는 경우, 각 블럭에 있어서 레벨이나 스팩트럼 분포 등의 파형 신호의 성질에 따라서, 만족한 음질을 달성하기 위해 필요하며 부호화를 행할 때의 비트 수는 다르다. 예를 들어 각 블럭에 동일한 비트 수를 할당하는 고정 비트 전송률의 부호화를 하는 경우에는 비트 전송률이 낮아짐에 따라서 만족한 음질을 달성하기 위해서 필요한 비트 수를 확보할 수가 없는 블럭이 나온다.

종래, 이와 같이 필요한 비트 수를 확보할 수 없는 블럭이 발생하는 경우에는 예를 들어 USP 4,972,484에 상술하는 바와 같이 각 대역의 양자화 정도를 거의 균등하게 저하시킴으로서 대처하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이 방법에서는 특히 비트 전송률이 매우 낮고 각 대역의 주파수 성분이 3 에서 7 단계 정도로 양자화되어 있는 경우에는 양자화 잡음이 지나치게 커져서 음질 열화가 두드러져 버린다.

또, 부호화를 위한 충분한 비트 수가 확보되지 아니하는 경우의 또 한개의 대응책으로서는 그것의 블럭에 있어서 고역의 주파수 성분을 끊어내고, 이후에 재생되도록 하는 재생 대역을 좁게하는 방법이 고려된다. 이 방법에 의하면 청각상 중요한 저역측의 신호에 대해서 충분한 양자화 정도를 확보할 수 있기 때문에 비트전송률이 낮은 경우에도 각 대역의 양자화 정도를 거의 균등하게 저하시키는 방법과 비교하면 양호한 음질을 확보할 수가 있다.

그러나 상술하는 바와 같이 재생되는 대역폭을 각 블럭마다 결정하면 블럭마다 재생되거나 재생되지 않는 주파수 성분이 변조되고 귀에 거슬리는 잡음으로 되는 결점이 있었다.

본 발명의 목적은 적은 비트로서 청각에 뛰어난 음성 신호의 고능율 부호화 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 고능율 부호화 방법은 파형 신호를 복수의 주파수 성분 신호로 되는 블럭마다 분할하고 이 블럭내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화 할때에 파형신호의 성질에 의해 블럭마다 비트 할당을 하는 대역폭(이후에 재생되도록한 대역폭)을 가변하는 방법으로서 선행하는 블럭에서의 상기 비트 할당을 행한 대역폭(뒤에 재생되도록한 대역폭)의 정보에 의거해서 현재의 블럭의 비트 할당을 하는 대역 폭(뒤에 재생되게 되는 대역폭)을 결정하도록 한 것이다.

여기서 상기 현재의 블럭에 있어서 비트 할당을 하는 대역폭을 경정할 경우에는 상기 블럭의 비트 할당이 가능한 대역폭(재생 가능한 대역폭)의 정보에 의존한 결정을 하도록한다. 또 상기 현재의 블럭에 있어서 비트 할당을 하는 대역폭을 확대하는 것은 확대된 대역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을때나 선행하는 블럭에 있어서 비트 할당을 한 대역폭보다도 고역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작은 때이다.

또, 본 발명의 고능률 부호화 장치는, 파형 신호를 복수의 주파수 성분 신호로 이루어지는 블럭마다 분할하는 블럭 주파수 성분 신호 생성 수단과, 상기 블럭내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화하는 주파수 성분 신호 부호화 수단을 구비하며, 상기 블럭 내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화할 때에, 파형 신호의 성질에 따라서 블럭마다 비트 할당을 행하는 대역폭을 가변하는 고능율 부호화 장치에 있어서, 상기 주파수 성분 신호 부호화 수단은 시간적으로 선행하는 복수의 블럭에서의 상기 비트 할당을 행하는 대역폭의 정보를 보존하는 대역폭 정보 보존 수단과, 상기 대역 정보 보존 수단이 유치하는 선행하는 블럭에서의 상기 비트 할당을 행하는 대역폭의 정보에 기초하여 현재 블럭의 비트 할당을 행하는 대역폭을 결정하는 대역폭 결정 수단을 구비한다.

여기서 상기 대역폭 결정 수단은 상기 현재 블럭에 있어서 비트 할당을 행하는 대역폭을 결정하는 경우에, 상기 블럭의 비트 할당이 가능한 대역폭의 정보에 의존하여 결정한다. 또, 상기 대역폭 결정 수단이 상기 현재 블럭에 있어서 비트할당을 행하는 대역폭을 확대하는 것은 확대된 대역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때나, 선행하는 블럭에 있어서 비트 할당을 행한 대역폭보다 고역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때이다. 또한 상기 파형 신호는 음향 신호이다.

본 발명에 의하면 각 블럭의 대역폭을 선행하는 블럭에서 결정한 대역폭을 참조하여 결정함으로써 안정된 재생 대역폭을 확보하고 있고, 이에 따라 상술한 귀에 거슬리는 노이즈의 발생을 방지하도록 하고 있다.

다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제 1 도에는 본 발명에 관한 음향 파형 신호의 부호화 장치의 한 실시예의 기본 구성을 도시한다.

이 제 1 도에 도시하는 실시예 장치에 있어서 입력 단자(10)를 거쳐서 입력된 음향 신호 등의 신호 파형은 변환 회로(11)에 의해 주파수 성분 신호로 변환된후 신호 성분 부호화 회로(12)로 보내지고 여기서 각 주파수 성분 신호가 부호화 된다. 이 신호 성분 부호화 회로(12)의 출력은 부호열 생성 회로(13)로 보내지고 여기서 부호열이 생성된다. 이 부호열이 출력 단자(14)에서 출력된다.

다음에 제 2 도에는 제 1 도의 변환 회로(11)의 한 구체적인 예의 구성을 도시한다.

이 제 2 도에 있어서 입력 단자(20)를 거쳐서 입력된 파형 신호는 대역 분할필터(21)에 의해 2개의 대역으로 분할된다. 여기서, 상기 대역 분할 필터(21)에서 출력되는 2개의 대역의 신호의 대역폭은 입력 단자(20)에 공급된 파형 신호의 대역폭의 1/2로 되어 있고, 상기 파형 신호의 1/2로 속음된 것이다. 이들 2개의 대역 신호는 각각이 대응하는 순스팩트럼 변환 회로(22, 23)로 보내지고, 여기서 MDCT등의 순스팩트럼 변환 처리된다. 이 순스팩트럼 변환 회로(22, 23)로부터의 스팩트럼 신호 성분은 각각 대응하는 출력 단자(24, 25)를 거쳐서 제 1 도의 변환회로(11)로부터의 주파수 성분 신호로서 출력되고 후단의 제 1 도에 도시하는 신호 성분 부호화 회로(12)로 보내지게 된다. 또한 제 1 도의 예에서는 상기 순스팩트럼 변환 회로(22, 23)로부터의 2개의 대역에 대응하는 스팩트럼 신호 성분을 1개의 출력으로서 도시하고 있다.

물론, 변환 회로(11)로서는 이 구체적인 예 이외에도 다수 생각할 수 있고 예를 들어 입력 신호를 직접 MDCT에 의해 스팩트럼 신호로 변환하는 근거로서도 좋고 MDCT 가 아닌 DFT 나 DCT 에 의해 변환을 하는 것으로서도 좋다. 또한 말하자면 단지 대역 분할 필터에 의해 신호를 대역 성분으로 분할할 수도 있으나, 본 발명의 고능율 부호화 방법은 특정한 주파수에 에네르기가 집중하는 신호에 대한 부호화의 경우에 특히 유효하게 작용하므로 다수의 주파수 성분을 비교적 적은 연산량으로 얻을 수 있는 상술한 스팩트럼 변환에 의해 신호를 주파수 성분으로 변환하는 방법을 취하면 형편이 좋다.

다음에 제 3 도에는 제 1 도의 신호 성분 부호화 회로(12)의 일반적인 구성을 도시한다.

이 제 3 도에 있어서 입력 단자(30)를 거쳐서 변환 회로(11)에서 공급된 각주파수 성분 신호는 정규화 회로(31)에 의해 소정의 대역마다 정규화가 실시된 후 양자화 회로(33)에 보내진다. 또한 입력 단자(39)로부터의 각 주파수 성분 신호는 양자화 정밀도 결정 회로(32)에도 보내지고, 여기서 각 주파수 성분 신호에 의거해서 양자화 회로(33)에 있어서 양자화 정밀도 정보를 계산한다. 따라서 양자화 회로(33)에서는 정규화 회로(31)에서 정규화된 신호에 대해서 양자화 정밀도 결정회로(32)에서 계산된 양자화 정밀도 정보에 기초한 양자화를 실시한다. 이 양자화 회로(33)에서도 양자화된 신호 성분에 더해서 정규화 회로(31)에서의 정규화에 있어서 정규화 계수 정보와 양자화 정밀도 결정 회로(32)에서 계산된 양자화 정밀도정보로 출력되고, 이것이 출력 단자(34)에서 출력된다. 이 출력 단자(34)의 출력이제 1 도의 부호열 생성 회로(13)로 보내진다.

다음에 제 4 도에는 제 1 도의 고능율 부호화 장치에 의해 생성된 부호열로부터 음향 신호를 재생해서 출력하는 고능율 복호화 장치의 기본 구성을 도시한다.

이 제 4 도에 있어서 입력 단자(40)에는 고능율 부호화 장치에 의해 생성되고 전송 미디어나 기록 미디어등을 거친 부호열이 공급된다. 이 부호열은 부호열 분해 회로(41)로 보내지고 여기서 각 신호 성분의 부호가 추출된다. 상기 추출된 각 신호 성분의 부호는 신호 성분 복호화 회로(42)로 보내지고 여기서 그들의 부호로부터 각 신호 성분이 복원된다. 상기 복원된 각 신호 성분은 그 후 역변환회로(43)로 보내지고 여기서의 역변환에 의해 음향파형 신호로 이루어진다. 이 음향파형 신호는 출력 단자(44)로부터 출력된다.

또한, 기록 미디어로서는 예를 들어 광디스크, 광자기 디스크, 자기 디스크등의 디스크 형상의 기록 매체나 자기 테이프 등의 테이프 형상 기록 매체, 혹은 반도체 메모리, IC 카드등을 들 수가 있다. 또 전송 미디어로서는 전선 혹은 광케이블이나 전파 등을 들 수가 있다.

다음에 제 5 도에는 제 4 도의 역변환 회로(43)의 일 구체예의 구성을 도시한다. 또한 이 제 5 도의 역변환 회로(43)는 제 2 도의 변환 회로에 대응한 것이다. 이 제 5 도에 있어서 제 4 도의 신호 성분 복호화 회로(42)에 의해 복원된 상기 2개의 대역에 대응하는 신호 성분은 각각 입력 단자(50, 51)를 거쳐서 대응하는 역스팩트럼 변환 회로(52, 53)로 보내지고 이들 역스팩트럼 변환 회로(52, 53)에의해 역변환된다. 역스팩트럼 변환 회로(52, 53)에 의해 역변환된 각 대역 신호는 대역 합성 필터(54)로 보내지고, 여기서 대역 합성되어 출력 단자(55)를 거쳐 출력된다.

이상 본 발명의 고능율 부호화 및 복호화 장치의 기본 구성과 그것의 기본 동작에 대해서 설명을 하였으나, 이 이후는 종래부터 행해져온 고능율 부호화 방법과 비교하면서 본 발명의 고능율 부호화 방법 및 복호화 방법에 대해서 설명을 한다.

먼저 제 6 도를 사용하여 종래부터 행해져 온 고능율 부호화 방법을 제 1 도 내지 제 3 도의 구성에 적용한 경우에 대해서 설명한다.

이 제 6 도의 예에 도시하는 스팩트럼 신호 성분 SP 은 예를 들어 제 2 도와 같은 구성의 변환 회로(11)에 의해 얻어진 것이다. 또한 이 제 6 도의 예에서는 MDCT에 의해 얻어진 스팩트럼 신호 성분의 절대값의 레벨을 데시벨(dB)값으로 변환하여 표시하고 있다. 즉 변환 회로(11)에 있어서는 입력 신호를 소정의 시간 블럭마다 예를 들어, 128개의 스팩트럼 신호 성분(SP)으로 변환한다.

다음에 이 변환 회로(11)로부터의 스팩트럼 신호 성분(SP)은 제 3 도에 도시한 일반적인 구성의 신호 성분 부호화 회로(12)로 보내지게 된다. 이 신호 성분 부호화 회로(12)에서는 상기 변환 회로(11)로부터의 128개의 스팩트럼 신호 성분(SP)을 제 6 도 중의 U1에서 U15까지로 표시하는 소정의 대역마다 그루프(이것을 여기서는 부호화 유닛라 칭하기로 한다)로 정리해서 각 유닛 U1∼U15에 각각 대응하는 정규화 계수 NL1∼NL15로서 각 유닛마다의 스팩트럼 신호 성분(SP)을 정규화하고 다시 각 유닛마다의 정규화된 스팩트럼 신호 성분(SP)을 양자화한다. 또한, 이 예에서는 블럭 내의 각 부호화 유닛의 각각의 대역폭은 저역쪽에서 좁고 고역쪽에서 넓게 잡혀져 있고 청각의 성질에 맞는 양자화 잡음의 발생을 제어할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 각 부호화 유닛에 있어서 필요한 양자화 정밀도 정보는 예를 들어 청각 모델에 의거해서 각 부호화 유닛에 대응하는 대역에서의 최소 가청 레벨이나 마스킹· 레벨을 계산함으로써 구할 수가 있으나 마스킹· 레벨은 입력 파형 신호의 스팩트럼의 에네르기 분포에 의해 다르므로 각 부호화 유닛에 있어서 필요한 양자화 정밀도는 블럭마다 다르고 따라서 충분히 만족한 음질을 확보하기 위해 필요한 양자화 비트 수의 합계도 블럭마다 다르다.

이 때문에, 예를 들어, 상술한 바와 같이, 각 블럭에 동일한 비트 수를 할당하는 고정 비트 전송률의 부호화를 행하는 경우에는 비트 전송률이 낮아짐에 따라서 만족한 음질을 달성하기 위해 필요한 비트 수를 확보할 수가 없는 블럭이 나온다. 종래는, 그와 같은 블럭에 있어서는, 예를 들어 상기 USP 4,972,484에 기술되어 있는 바와 같이 각 대역의 양자화 정밀도를 거의 균등하게 저하시킴으로써 대처하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 상술한 바와 같이 특히 비트 전송률이 매우 낮고 각 대역의 주파수 성분이 3에서 7단계 정도로 양자화 되어있는 경우에는 양자화 잡음이 지나치게 커져 음질 열화가 두드러져 버린다. 또 상술한 바와 같이 부호화를 위한 충분한 비트 수가 확보되지 아니하는 경우의 또 한개의 대응책으로서는, 그것의 블럭에 있어서 고역의 주파수 성분을 잘라 재생 대역을 좁게하는(즉 고역의 주파수 성분에 대해서는 비트 할당을 하지 않고 전송하지 않음으로서 이후에 재생되는 대역을 좁게 한다) 방법도 공지되어 있고, 이 방법에 의하면 청각상 중요한 저역측의 신호에 대해서 충분한 양자화 정도를 확보할 수 있기 때문에, 비트 전송률이 낮은 경우에도 각 대역의 양자화 정도를 거의 균등하게 저하시키는 방법과 비교해서 양호한 음질을 확보할 수가 있다. 그러나 상술하는 바와 같이 재생되는 대역폭을 각 블럭마다 결정하면 제 7 도의 도면 중 사선으로 도시한 바와 같이 시간 블럭과 함께 재생이 가능한 부호화 유닛수(V)가 변화하여 블럭마다 재생되거나 재생되지 않는 주파수 성분이 변조되어 귀에 거슬리는 잡음이 되는 결점이 있다.

이와 같은 사실로서 본 발명의 고능률 부호화 방법에서는 상술하는 바와 같이 결정된 재생 가능한 부호화 유닛수(V)를 그대로 재생 부호화 유닛수(W)로 하는 것은 아니고 과거의 이력(선행하는 블럭에서의 재생 부호화 유닛수)에 의거해서 현재의 블럭에서의 재생 부호화 유닛수(W)를 결정하도록 하고 있다.

제 9 도에는 과거의 이력에 의거해서 재생 부호화 유닛수(W)를 결정하는 본 발명 부호화 방법에 있어서 재생 부호화 유닛수 결정의 처리 방법의 프로우챠트를 도시한다.

이 제 9 도에 있어서 입력파형 신호를 부호화하는데 앞서, 먼저 스텝(S1)에서는 디폴트의 재생 부호화 유닛수(WO)를 재생 부호화 유닛수(W)로 하여, 스텝(S2)에서는 블럭 번호(J)를 1로 한다. 다음에 스텝(S3)에서는 재생이 가능한 부호화 유닛수(V)를 계산하고 스텝(S4)에서는 이것을 현재까지 설정되어 있는 재생 부호화 유닛수(W)와 비교한다.

이 스텝(S4)에서의 비교에 있어서 상기 V의 값이 WO보다 작으면 스텝(S5)으로 진행하고, 여기서 만약 상기 V의 값이 W보다도 작은 것이라면, 그 때만 이 V의 값을 새로운 재생 부호화 유닛수로서 설정한후 스텝(S9)으로 진행한다. 또 스텝(S4)에서의 비교에 있어서, 상기 V의 값이 NO의 값보다 큰 값을 취하는 것이라면 스텝(S6)으로 진행하고 여기서 W+1의 부호화 유닛에서 WO의 최대 레벨(X)을 계산하고 다음의 스텝(S7)에 있어서 이것을 소정의 레벨치(XO)와 비교한다. 단, 최대레벨의 근사값으로서 정규화 계수를 X의 값으로 하는것도 좋다.

스텝(S7)에서의 비교에 있어서, X의 값이 상기값 XO보다도 작으면, 스텝(S8)으로 진행하고 여기서 재생 부호화 유닛수(W)를 디폴트의 값(WO)으로 설정하여 스텝(S9)으로 진행한다. 스텝(S7)에서의 비교에 있어서 X의 값이 상기값(XO) 이상이면 W의 값을 변경시키지 않고 스텝(S9)으로 진행한다.

스텝(S9)에서는 W의 부호화 유닛까지의 대역의 스팩트럼 신호 성분을 부호화 한다. 단 여기서 W은 V 이하의 값을 취하므로 W+1의 부호화 유닛에서 V의 부호화 유닛까지 포함되는 스팩트럼 신호 성분을 부호화하기 위해 할당된 비트를 W의 부호화 유닛까지의 각 부호화 유닛에 재할당 하고나서 부호화하도록 해도 좋다.

다음의 스텝(S10)에 있어서는, 상기 블럭에서 부호화를 종료해도 되는지의 여부를 판단하고, 종료가 안되는 것이라면 스텝(S11)로 진행하고, 여기서 다음의 블럭 처리를 위해 블럭 번호를 1개 증가시킨후 스텝(S3)으로 되돌아가서 이상의 처리를 반복한다.

여기서, 제 7 도의 도면 중 굵은선으로 도시된 부분은 제 9 도의 프로우 챠트에 도시한 방법으로 처리한 경우의 각 블럭마다의 재생 부호화 유닛수 W의 변화의 모양을 도시한 것이다. 또한, 제 6 도와 같이 도시된 제 8 도에는 예를 들어, 제 7 도의 도면 중 N1, N2, N3, N4, N5로 표시되는 블럭에 있어서의 각 부호화 유닛의 각 정규화 계수와 재생 부호화 유닛수 W의 값, 재생 가능 부호화 유닛수(V)의 값을 도시하고 있다.

즉, 상기 제 9 도의 프로우 챠트에 도시한 방법에 의하면 제 7 도 및 제 8 도에 도시하는 바와 같이 일단 W에 WO의 값이 설정되면 다음에 WO에 재설정될때 까지 재생 부호화 유닛수가 증가하지 않고 재생 부호화 유닛수가 변화하는 것은 재생가능 유닛수가 W에 WO의 값이 설정된 후의 재생 가능 유닛수의 최소치를 하회한 경우뿐이다. 이 때문에 재생 대역폭이 안정되고 고역의 신호가 나타나거나 사라지거나 하기 때문에 생기는 귀에 거슬리는 노이즈의 발생을 방지할 수가 있다. 또 소정의 레벨치(XO)를 충분히 적게 설정해두면 W에 WO이 재설정되고 대역이 퍼지는 경우라도 이미 고역측의 신호 레벨은 매우 적게 되어 있으므로 대역이 급히 확대된 것과 같은 위화감이 생기는 일은 없다.

이상으로 상술한 방법의 변형으로서는 고역층의 신호 레벨이 모두 소정 레벨보다 작아졌지의 여부를 체크하고, 그렇다면 부호화 유닛수(W)를 디폴트값(WO)에 설정하는 것은 아니고, 제 10 도에 도시하는 바와 같이 감쇄하는 대역에 맞추어서 차츰차츰 확대해 가는 것도 가능하고 이것도 본 발명의 방법에 포함된다.

단, 제 8 도에 도시한 바와 같이 대역을 확대하는 방법은 제 10 도에 도시된 바와 같이 대역을 확대하는 방법과 비교해서 대역 확대의 제어가 보다 용이하게 행해지는 위에 재생 대역폭도 보다 안정하게 결정할 수가 있다. 또 실제의 음향 신호에서는 고역 성분의 편이 먼저 감쇠하는 일이 많으므로 제 8 도와 같이 제어하는 방법을 취함으로서 청각상의 위화감이 적은 부호화를 보다 용이하게 실현할 수가 있다.

다음에 제 11 도에는 상술한 본 발명의 고능율 부호화 방법을 실현하는 제 1도의 신호 성분 부호화 회로(12)의 구체적인 구성을 도시한다. 이 제 11 도의 구성은 제 3도에 도시하는 일반 구성을 다음과 같이 변경한 것이다.

즉 이 제 11 도에 도시하는 신호 성분 부호화 회로(주파수 성분 신호 부호화수단)은 선행하는 블럭에서의 재생 대역 정보(비트 할당을 한 대역폭의 정보, 제 8도나 제 10 도의 예에서는 재생 부호화 유닛수의 값)를 보존하는 대역폭 정보 보존수단인 대역폭 기억 회로(62)와 이 대역 기억 회로(62)가 보존하는 선행하는 블럭에서의 재생 대역 정보(재생 부호화 유닛수의 값)에 의거해서 현재의 블럭의 재생부호와 유닛수를 결정하는 대역폭 결정 수단으로서의 제어 회로(63)를 구비하는 것이다.

이 제 11 도에 있어서 입력 단자(60)를 거쳐 제 1 도의 변환 회로(11)에서 공급된 각 주파수 성분 신호는 정규화 회로(61)로 보내진다. 여기서 이 정규화 회로(61)에서는 제 1 도의 변환 회로(11)에서의 주파수 성분 신호수를 소정의 대역마다 정규화하고 그것의 정규화 정보 및 피정규화 주파수 성분을 출력한다. 이들 정규화 계수 정보 및 피정규화 주파수 성분은 양자화 회로(65)로 보내진다. 또 정규화 회로(61)로 부터의 정규화 계수 정보는 양자화 정밀도 결정 회로(64)와 제어 회로(63)에도 보내진다. 양자화 정밀도 결정 회로(64)는 각 블럭마다 각 부호화 유닛의 양자화 정밀도를 계산하고 이것에 의거해서 재생이 가능한 부호화 유닛수(V)를 계산한다.

또 대역폭 기억 회로(62)에는 현시점까지의 재생 부호화 유닛수(W)가 기억되어 있다. 제어 회로(63)는 양자화 정밀도 결정 회로(64)에서 보내어온 재생가능한 부호화 유닛수 정보와 대역폭 기억 회로(62)로부터 보내어져온 재생 부호화 유닛수정보 및 정규화 계수 정보에 의거해서 처리중의 블럭에 있어서 재생 부호화 유닛수(W)를 제 9도에 도시한 방법으로 결정한다.

다음에 제어 회로(63)는 결정된 재생 부호화 유닛수 정보 및 제어 신호를 양자화 정밀도 결정 회로(64)로 보낸다. 상기 양자화 정밀도 결정 회로(64)는 고역측의 (V-W)개의 부호화 유닛에 할당되어 있던 비트를 결정된 재생 부호화 유닛수의 부호화 유닛 내에 재할당하고 최종적인 할당을 결정한다.

양자화 회로(65)는 양자화 정밀도 정보에 의거해서 각 부호화 유닛마다 스팩트럼 신호의 양자화를 행한다. 이 양자화 회로(65)의 출력에는 정규화 및 양자화된스팩트럼 신호와 함께 정규화 계수 정보와 양자화 정도 정보도 포함되어 있다. 상기 양자화 회로(65)에서의 출력이 출력 단자(69)를 거쳐서 제 1 도의 부호열 생성회로(13)로 보내진다.

또 제어 회로(63)에 의해 결정된 재생 부호화 유닛수 정보는 대역폭 기억 회로(62)에도 보내지고 이후의 블럭의 처리를 위해 여기에 기억된다.

이상으로, 설명한 바와 같이 본 발명의 고능율 부호화 방법에서는 과거의 재생 부호화 유닛수, 즉 과거의 재생 대역폭 정보를 참조하여 현재의 재생 대역폭을 결정하도록 하고있기 때문에 재생 대역이 안정되고, 고역의 신호 성분이 나타나거나 없어지거나 하기 때문에 생기는 귀에 거슬리는 잡음의 발생을 방지할 수가 있다. 또한, 특히 대역 확대는 고역측의 신호가 충분히 감쇄되고 난후 행해지기 때문에 대역폭이 바뀌는데 대한 위화감을 억제할 수가 있다.

또한 상술한 실시예에서는 대역 분할 필터에 의한 대역 분할과 스팩트럼 변환 처리에 의해 입력 파형 신호를 스팩트럼 신호 성분으로 변환하는 경우에 대해서 설명을 하였지만, 물론 대역 분할 필터를 사용하지 않고, 단지 스팩트럼 변환 처리만에 의해 입력 파형 신호를 스팩트럼 신호로 변환하는 경우에 대해서도 본 발명의 부호화 방법을 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 반드시 DFT, DCT, MDCT 등의 스팩트럼 변환을 내장시킨 방법을 사용하지 않아도 되고, 예를 들어 대역 분할 필터로 분할한 대역마다 부호화 유닛을 구성하는 경우에도 본 발명의 부호화 방법을 적용할 수가 있다.

또한, 이상의 설명에서는 부호화 유닛수에 따라서 재생 대역폭이 결정되는 경우에 대해서 상술하였으나, 예를 들어 상술한 본건 출원인에 의한 미국 특허출원 SN 08/374,518(1994년 5월 31일 출원), 대응하는 유럽 공개 특허 0,653,846호의 명세서 및 도면과 같이 스팩트럼 신호를 톤성의 신호와 그밖의 성분으로 분리하고 톤성의 신호를 그밖의 성분과는 별도로 부호화하는 방법의 경우에도 부호화 유닛수 대신에 톤성의 신호 및 그밖의 신호의 양자의 재생 대역을 규제하는 재생 대역 정보, 재생 가능 대역 정보를 사용하므로서 제 7 도, 제 8 도, 제 9 도를 사용해서 설명을 한것과 같은 방법으로 안정적인 재생 대역을 제어할 수가 있다.

이상으로 음향 신호에 대해서 본 발명의 부호화 방법을 적용한 예를 중심으로 설명을 하였으나 본 발명의 부호화 방법은 일반적인 파형 신호의 부호화에도 적용할 수가 있다. 그러나 음향 신호의 경우, 본 발명을 사용하면, 귀에 거슬리는 잡음을 효과적으로 제거할 수 있으므로 특히 효과적이다.

이상의 설명으로도 명백한 바와 같이 본 발명에 있어서는 각 블럭의 대역폭을 선행하는 블럭으로 결정한 대역폭을 참조하여 결정함으로써 안정된 재생 대역폭을 확보하고 있고, 재생 대역이 블럭마다 빈번히 변화하는 일이 없기 때문에 고역측의 신호가 나타나거나 없어지거나 하므로서 생겨나는 귀 장해인 잡음이 발생하지 아니하고 충분한 비트 전송률이 부여되지 아니하는 경우에도 청각상의 음질 열화를 최소한으로 억제할 수가 있게 된다.

제 1 도는 본 발명 실시예의 고능율 부호화 장치의 기본 구성을 도시하는 블럭 회로도.

제 2 도는 실시예의 고능율 부호화 장치의 변환 회로의 한 구체적 예의 구성을 도시하는 블럭 회로도.

제 3 도는 실시예의 고능율 부호화 장치의 신호 성분 부호화 회로의 일반적 구성을 도시하는 블럭 회로도.

제 4 도는 본 발명의 고능율 부호화 방법 또는 장치에서의 부호화에 의해 얻어진 부호열을 분해 복호화하는 고능율 복호화 회로의 기본 구성을 도시하는 블럭회로도.

제 5 도는 복호화 회로의 역변환 회로의 한 구체적인 예의 구성을 도시하는 블럭 회로도.

제 6 도는 본 발명에 관한 부호화 방법의 설명에 사용하는 스팩트럼 신호 성분과 부호화 유닛을 도시하는 도면.

제 7 도는 본 발명에 의한 부호화 방법의 설명 및 종래의 부호화 방법과의 비교에 사용하기 위한 도면.

제 8 도는 본 발명에 있어서 각 블럭의 부호화 유닛의 정규화 계수와 재생가능한 부호화 유닛수 및 재생 부호화 유닛수와의 관계를 도시하는 도면.

제 9 도는 본 발명에 의한 고능율 부호화 방법의 처리 순서를 설명하기 위한 프로우챠트.

제 10 도는 본 발명에 있어서 각 블럭의 부호화 유닛의 정규화 계수와 재생이 가능한 부호화 유닛수 및 재생 부호화 유닛수와의 관계의 다른 예를 도시하는 도면.

제 11 도는 본 발명 실시예의 고능율 부호화 장치의 신호 성분 부호화 회로의 구체적인 구성을 도시하는 블럭 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 변환 회로 12 : 신호 성분 부호화 회로

13 : 부호열 생성 회로 21 : 대역 분할 필터

22 : 순 스팩트럼 변환 회로 31 : 정규화 회로

32 : 양자화 정밀도 결정 회로 33 : 양자화 회로

Claims (9)

1. 음성 신호를 복수의 주파수 성분 신호로 이루어지는 블럭마다 분할하고, 이 블럭내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화할 때에, 파형 신호의 성질에 따라 블럭마다 비트 할당을 행하는 대역폭을 가변하는 고능율 부호화 방법에 있어서,

   시간적으로 선행하는 복수의 블럭에서의 상기 비트 할당을 행한 대역폭의 정보에 기초하여 현재 블럭의 비트 할당을 행하는 대역폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블럭은 스팩트럼 변환을 행하는 단위인 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 현재 블럭에 있어서의 비트 할당을 행하는 대역폭을 결정할 때에는, 이 블럭의 비트 할당이 가능한 대역폭의 정보에 의존하여 결정하는 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 현재 블럭에 있어서의 비트 할당을 행하는 대역폭을 확대하는 것은, 확대된 대역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때인 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 현재 블럭에 있어서의 비트 할당을 행하는 대역폭을 확대하는 것은, 선행하는 블럭에 있어서의 비트 할당을 행한 대역폭 보다도 고역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때인 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 방법.
6. 파형 신호를 복수의 주파수 성분 신호로 이루어지는 블럭마다 분할하는 블럭 주파수 성분 신호 생성 수단과, 상기 블럭 내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화하는 주파수 성분 신호 부호화 수단을 구비하며, 상기 블럭 내의 복수의 주파수 성분 신호를 부호화할 때에, 파형 신호의 성질에 따라서 블럭마다 비트 할당을 행하는 대역폭을 가변하는 고능율 부호화 장치에 있어서,

   상기 주파수 성분 신호 부호화 수단은 시간적으로 선행하는 복수의 블럭에서의 상기 비트 할당을 행하는 대역폭의 정보를 보존하는 대역폭 정보 보존 수단과, 상기 대역 정보 보존 수단이 유지하는 선행하는 블럭에서의 상기 비트 할당을 행하는 대역폭의 정보에 기초하여 현재 블럭의 비트 할당을 행하는 대역폭을 결정하는 대역폭 결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 대역폭 결정 수단은 상기 현재 블럭에 있어서 비트 할당을 행하는 대역폭의 결정시에, 상기 블럭의 비트 할당이 가능한 대역폭의 정보에 의존하여 결정하는 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 대역폭 결정 수단이 상기 현재 블럭에 있어서 비트 할당을 행하는 대역폭을 확대하는 것은 확대된 대역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때인 것을 특징으로 하는 고능율 부호화 장치.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 대역폭 결정 수단이 상기 현재 블럭에 있어서 비트 할당을 행하는 대역폭을 확대하는 것은 선행하는 블럭에 있어서 비트 할당을 행한 대역폭보다 고역의 주파수 성분 신호 레벨이 소정값보다 작을 때인 것을 특징으로 하는 고능율 부호화장치.