KR100458969B1 - 신호부호화또는복호화장치,및신호부호화또는복호화방법 - Google Patents

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Abstract

입력 신호를 부호화하기 위한 본 발명의 방법은, 입력 음향 신호를 주파수 성분으로 변환하는 변환 처리와, 변환 수단의 출력을 톤 특성 성분과 그 외의 성분(노이즈 특성 성분)으로 분리하는 신호 성분 분리 처리와, 톤 특성 성분을 부호화하는 톤 특성 성분 부호화 처리와, 노이즈 특성 성분을 부호화하는 노이즈 특성 성분 부호화 처리 및 이들 부호화 처리의 출력으로부터 부호열을 생성하는 부호열 생성처리로 이루어진다.

Description

신호 부호화 또는 복호화 장치, 및 신호 부호화 또는 복호화 방법
본 발명은, 소위 고능률 부호화(efficient encoding)에 의해 입력 디지털 데이터를 부호화하여, 전송, 기록, 재생하며, 복호화하여 재생신호를 얻는, 디지털 데이터 등의 정보 부호화 또는 복호화가 적용되는 신호 부호화 또는 복호화 장치, 및 신호 부호화 또는 복호화 방법에 관한 것이다.
종래부터, 오디오 혹은 음성 등의 신호를 고능률 부호화하는 기법에는 여러 종류가 있지만, 예를 들면, 시간축상의 오디오 신호등을 소정 단위 시간으로 블록화하지 않고 복수의 주파수 대역으로 분할하여 부호화하는 비블록화 주파수 대역 분할 방식인 대역 분할 부호화(서브 밴드 코딩: SBC)나, 시간축의 신호를 소정 단위시간으로 블록화하고, 이 블록마다 주파수축상의 신호로 변환(스펙트럼 변환)하여 복수의 주파수 대역으로 분할하고, 각각의 대역마다 부호화하는 블록화 주파수 대역 분할방식인, 소위 변환 부호화(transform coding)등이 있다. 또한, 전술의 대역분할 부호화와 변환 부호화를 조합시킨 고능률 부호화 기법도 고려되고 있으며, 이 경우에는, 예를 들면, 상기 대역 분할 부호화에서 대역분할을 행한 후, 그 각각의 대역마다 신호를 주파수축상의 신호로 스펙트럼 변환하고, 이 스펙트럼 변환된 각각의 대역마다 부호화를 시행한다.
여기서 상기 대역 분할 부호화나 상기 조합의 고능률 부호화 기법 등에 이용되는 대역분할용 필터로서는, 예를 들면, 소위 QMF 등의 필터가 있고, 이것은, 예를 들면, 1976 R.E. Crochiere Digital Coding of speech in subbands Bell Syst. Tech. J. Vol.55, No. 81976 에 서술되어 있다. 또한, 예를 들면, ICASSP 83, BOSTON Polyphase Quadrature filters-A new subband coding technique H. Rothweiler 에는 등 밴드 폭의 필터 분할 기법이 서술되어 있다.
또한, 전술한 스펙트럼 변환으로서는, 예를 들면, 입력 오디오 신호를 소정 단위시간(프레임)으로 블록화하고, 당해 블록마다 이산 푸리에 변환(DFT), 이산 코사인변환(DCT), 변형 DCT 변환(MDCT) 등을 행함으로서 시간축을 주파수축으로 변환하는 스펙트럼 변환이 있다. 또한, 상기 MDCT에 관해서는 ICASSP 1987 Subband/Transform Coding Using Filter Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cancellation J.P. Princen A.B.Bradley Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tech. 에 서술되어 있다.
이와 같이, 필터나 스펙트럼 변환에 의해서 대역마다 분할된 신호를 양자화함으로써 양자화 잡음이 발생하는 대역을 제어할 수 있고, 마스킹(masking) 효과 등의 성질을 이용하여 청각적으로 보다 고능률의 부호화를 행할 수 있다. 또한, 여기서 양자화 전에 각각의 대역마다, 예를 들면, 그 대역에서의 신호성분의 최대 절대값으로 정규화를 하면, 더욱 고능률의 부호화를 수행할 수 있다.
또한, 주파수 대역 분할된 각각의 주파수 성분을 양자화하는 주파수 분할 폭으로서는 예를 들면, 인간의 청각특성을 고려한 대역 분할이 행해진다. 즉, 일반적으로, 임계대역(critical band)이라고 하는 고역일수록 폭이 넓은 복수(예컨대 25 band)의 대역으로 오디오 신호를 분할하는 것이다. 또한, 이때의 각각의 대역마다의 데이터를 부호화할 때에는 각각의 대역마다 소정의 비트 배분 혹은, 각각의 대역마다 적응적인 비트 할당(bit allocation)에 의한 부호화가 행해진다. 예를 들면, 상기 MDCT 처리되어 얻어진 계수데이터를 상기 비트 할당에 의해서 부호화할 때에는 상기 각각의 블록을 MDCT 처리하여 얻은 각각의 대역마다의 MDCT 계수 데이터에 대해서 적응적으로 비트수가 할당되어 부호화가 행해지게 된다.
여기서, 상기 비트 할당기법으로서, 다음의 2 기법이 알려져 있다. 즉, 예를 들면, IEEE Transactions of Accoustics, Speech, and Signal Processing, vol. ASSP-25, No. 4, August 1977 에서는 각각의 대역마다의 신호 크기에 기초하여 비트 할당을 행하고 있다. 이 방식에서는 양자화 잡음 스펙트럼이 평탄하게 되고 잡음 에너지가 최소로 되지만, 청감각적으로는 마스킹 효과가 이용되고 있지 않기 때문에 실제의 잡음감은 최적이 아니다. 또한, 예를 들면, ICASSP 1980 The Critical band-coder -- digital encoding of the perceptual requirements of the auditory system M.A. Kransner MIT 에서는 청각 마스킹을 이용함으로서 각각의 대역마다 필요한 신호-잡음비(signal-to-noise ratio)를 얻어 고정적인 비트 할당을 행하는 기법이 서술되어 있다. 그러나 이 기법에서는 사인파 입력으로 특성을 측정하는 경우에도 비트 할당이 고정적이기 때문에 특성값이 좋은 값이 되지 않는다.
이들 문제를 해결하기 위해, 비트 할당에 사용할 수 있는 전체 비트가 각각의 소블록마다 예정된 고정 비트 할당 패턴분과, 각각의 블록의 신호크기에 의존한 비트 배분을 수행하는 분으로 분할 사용되고, 그 분할비를 입력 신호에 관계하는 신호로 의존시키며, 상기 신호의 스펙트럼이 매끄러운 만큼 상기 고정비트 할당 패턴 분으로의 분할 비율을 크게 하는 고능률 부호화 장치가, 유럽특허 공개번호 제 0 525 809 A2 호, 공개일자 1993. 2. 3. 불레틴(Bulletin) 93/05 에서 제안되고 있다.
이 방법에 의하면, 사인파 입력과 같이, 특정의 스펙트럼에 에너지가 집중하는 경우에는 그 스펙트럼을 포함하는 블록에 많은 비트를 할당함으로써 전체의 신호대 잡음 특성을 현저히 개선할 수 있다. 일반적으로 급격한 스펙트럼 성분을 갖는 신호 대해서 인간의 청각은 극히 민감하기 때문에 이러한 방법을 이용함으로써 신호 대 잡음 특성을 개선하는 것은 단순히 측정상의 수치를 향상시킬 뿐 아니라 청각상 음질을 개선하는데 유효하다.
비트 할당 방법으로는 이외에도 수많은 방법이 제안되어 있고, 더욱이 청각에 관한 모델이 정밀화되고, 부호화 장치의 능력이 향상되면 청각적으로 보아서 더욱 고능률의 부호화가 가능하게 된다.
여기서, 제 18 도 이하의 각각의 도면을 이용하여 종래의 신호 부호화 장치에 관하여 설명한다. 이 제 18 도에서 단자(100)를 거쳐서 공급된 음향 신호 파형은 변환 회로(101)에 의해서 신호 주파수 성분으로 변환된 후, 신호성분 부호화회로(102)에 의해서 각각의 성분이 부호화되고 부호열 생성회로(103)에 의해서 부호열이 생성되고, 단자(104)로부터 출력된다.
제 19 도에서는, 제 18 도의 변환 회로(101)의 구체적인 구성을 도시한다. 이 제 19 도에서, 단자(200)를 거쳐서 공급된 신호[제 18 도의 단자(100)를 거친 신호]가 2 단의 대역분할 필터(201, 202)에 의해서 3 개의 대역으로 분할된다. 대역 분할 필터(201)에서는 단자(200)를 거친 신호가 1/2로 표본화되고, 대역분할필터(202)에서는 상기 대역분할필터(201)에서 1/2로 표본화된 한편의 신호가 더 1/2로 표본화된다[단자(200)의 신호가 1/4로 표본화되게 된다]. 즉, 대역 분할 필터(202)로부터의 2 개의 신호대역폭은 단자(200)로부터의 신호의 대역폭의 1/4로 되게 된다.
이들 대역 분할 필터(201, 202)에 의해서 전술과 같이 3 개의 대역으로 분할된 각각의 대역의 신호는 각각의 MDCT 등의 스펙트럼 변환을 행하는 순스펙트럼 변환 회로(203, 204, 205)에 의해서 스펙트럼 신호성분으로 된다. 이들 순스펙트럼 변환 회로(203, 204, 205)의 출력이 상기 제 18 도의 신호 성분 부호화 회로(102)로 보내진다.
제 20 도에는, 제 18 도의 신호성분 부호화 회로(102)의 구체적인 구성을 도시한다.
이 제 20 도에 있어서, 단자(300)에 공급된 변환 회로(101)로부터의 출력은, 정규화 회로(301)에 의해서 소정의 대역마다 정규화가 실행된 후 양자화 회로(303)로 보내진다. 또한, 상기 단자(300)로 공급된 신호는 양자화 정밀도 결정회로(302)에도 보내진다.
상기 양자화 회로(303)에서는, 상기 단자(300)를 거친 신호로부터 양자화 정밀도 결정회로(303)에 의해서 계산된 양자화 정밀도를 기준으로 상기 정규화 회로(301)로부터의 신호에 대한 양자화가 실행된다. 당해 양자화 회로(303)로부터의 출력이 단자(304)로부터 출력되어 제 18 도의 부호열 생성회로(103)로 보내진다. 또, 이 단자(304)로부터의 출력신호에는 상기 양자화 회로(303)에 의해서 양자화된 신호 성분에 더하여, 상기 정규화 회로(301)에서의 정규화 계수 정보나 상기 양자화 정밀도 결정회로(302)에서의 양자화 정밀도 정보도 포함되어 있다.
제 21 도에는, 제 18 도 구성의 부호화 장치에 의해서 생성된 부호열로부터 음향 신호를 복호화하여 출력하는 복호화 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
이 제 21 도에 있어서, 단자(400)를 거쳐서 공급된 제 18 도의 구성에 의해 생성된 부호열로부터는 부호열 분해 회로(401)에 의해서 각각의 신호 성분의 부호가 추출된다. 그들 부호로부터는 신호 성분 복호화 회로(402)에 의해서 각각의 신호성분이 복원되고, 그후 역변환 회로(403)에 의해서 제 18 도의 변환 회로(101)의 변환에 대응하는 역변환이 실행된다. 이에 의해 음향 파형 신호가 얻어지고, 이 음향 파형 신호가 단자(404)로부터 출력된다.
제 22 도에는, 제 21 도의 역변환 회로(403)의 구체적인 구성을 도시한다.
이 제 21 도의 구성은, 제 19 도에 도시한 역변환 회로의 구성예에 대응한 것으로, 단자(501, 502, 503)를 거쳐서 신호성분 복호화회로(402)로부터 공급된 신호는, 각각 제 19 도에서의 순스펙트럼 변환에 대응하는 역스펙트럼 변환을 행하는 역스펙트럼 변환 회로(504, 505, 506)에 의해서 변환이 행해진다. 이들 역스펙트럼 변환 회로(504,505,506)에 의해서 얻어진 각각의 대역의 신호는 2 단의 대역 합성 필터에 의해서 합성된다.
즉, 역스펙트럼 변환 회로(505 및 506)의 출력은 대역합성 필터(507)로 보내져서 합성되고, 이 대역합성필터(507)의 출력과 상기 역스펙트럼 변환 회로(504)의 출력이 대역 합성필터(508)로 합성된다. 당해 대역 합성 필터(508)의 출력이 단자(509)(제 21 도의 단자(404))로부터 출력되게 된다.
다음에 제 23 도는, 제 18 도에 도시하는 부호화 장치에 있어서, 종래부터 행해져온 부호화 방법에 관하여 설명하기 위한 도면이다. 이 제 23 도의 예에 있어서, 스펙트럼 신호는 제 19 도의 변환 회로에 의해서 얻어진 것이고, 제 23 도는 MDCT 에 의한 스펙트럼 신호의 절대값의 레벨을 dB 값으로 변환하여 도시한 것이다.
이 제 23 도에 있어서, 입력 신호는 소정의 시간블록마다 64 개의 스펙트럼 신호로 변환되어 있고, 제 23 도의 도면중 b1에서 b5에 도시된 5 개의 소정의 대역마다 그룹(이것을 여기에서는 부호화 유닛이라 칭하기로 한다)으로 모아서 정규화 및 양자화가 행해진다. 여기서는 각각의 부호화 유닛의 대역폭은 저역측에서 좁고 고역측에서 넓게 취해지고 있고, 청각의 성질에 맞는 양자화 잡음발생의 제어가 가능하게 되어 있다.
그런데, 전술한 종래 사용된 방법에서는 주파수 성분을 양자화하는 대역은 고정되어 있다. 이 때문에, 예를 들면, 스펙트럼이 여러 개의 특정 주파수 근방에 집중하는 경우에는 이들 스펙트럼 성분을 충분한 정밀도로 양자화하게 하면, 그들 스펙트럼 성분과 같은 대역에 속하는 다수의 스펙트럼에 대해서도 많은 비트를 할당해야 한다.
즉, 상기 제 23 도에서도 명시된 바와 같이, 소정의 대역마다 모아서 정규화가 행해지면, 예를 들면, 신호에 톤 특성 성분(tone characteristic component; 또는 톤성 성분)이 포함되어 있는 도면중 b3 의 대역에 있어서, 정규화 계수 값은 톤 특성 성분에 의해서 결정되는 큰 정규화 계수 값을 함께 정규화 시키게 된다.
이때, 일반적으로, 특정의 주파수에 스펙트럼의 에너지가 집중하는 톤 특성의 음향신호에 포함되는 잡음은, 에너지가 넓은 주파수대에 걸쳐서 순조롭게 분포하는 음향신호에 가해진 잡음과 비교해서 상당히 들리기 쉽고 청감상 큰 장해로 된다. 또한 큰 에너지를 갖는 스펙트럼 성분, 즉, 톤 특성 성분이 정밀도가 아주 좋게 양자화되지 않으면, 그들 스펙트럼 성분이 시간축상의 파형 신호로 변환되어 전후의 블록과 합성된 경우에 블록 사이에서의 왜곡이 커져(인접하는 시간 블록의 파형 신호와 합성되었을 때 큰 접속왜곡이 발생한다), 여전히 큰 청감상의 장해로 된다. 이 때문에, 톤 특성 성분의 부호화를 위해서는 충분한 비트수로 양자화를 행해야 하지만, 전술한 바와 같이 소정의 대역마다 양자화 정밀도가 결정되는 경우에는 톤 특성 성분을 포함하는 부호화 유닛내의 다수의 스펙트럼에 대해서 많은 비트를 할당해서 양자화를 행할 필요가 있고, 부호화 효율이 나빠진다. 따라서, 종래에는 특히 톤 특성 성분의 음향신호에 대해서 음질을 열화시키지 않고, 부호화 효율을 높이는 것이 곤란했다.
여기에서 본 발명은, 특히 톤 특성의 음향 신호에 대해서 음질을 열화시키지 않고 부호화 효율을 높이는 것이 가능케 하는 신호 부호화 장치 또는 신호 부호화 방법과, 신호 부호화 장치로부터 전송된 부호화 신호를 복호화하는 신호 복호화 장치 또는 신호 복호화 방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.
제 1 도는 본 발명에 따른 실시예의 부호화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록회로도.
제 2 도는 본 발명에 따른 실시예의 복호화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록회로도.
제 3 도는 합성 역변환 부의 구성을 나타내는 블록회로도.
제 4 도는 본 발명에 따른 실시예의 신호성분 분리회로에서의 처리 흐름을 나타내는 흐름도.
제 5 도는 본 실시예의 신호 부호화에서의 톤 특성 성분을 설명하기 위한 도면.
제 6 도는 본 실시예의 신호 부호화에서의 노이즈 특성 성분을 설명하기 위한 도면.
제 7 도는 본 실시예의 신호 부호화에서의 분리된 톤 특성 성분을 나타내는 도면.
제 8 도는 본 실시예의 신호 부호화의 다른 예에 관하여 설명하기 위한 도면.
제 9 도는 본 실시예의 신호 부호화 방법을 설명하기 위한 신호 부호화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록회로도.
제 10 도는 본 실시예의 신호 부호화에서 원스펙트럼 신호로부터 톤 특성 성분을 부호화하여 복호화한 신호를 차감한 신호를 부호화하는 방법을 설명하기 위한 도면.
제 11 도는 본 실시예의 신호 부호화에서 원스펙트럼 신호로부터 톤 특성 성분을 부호화하여 복호화한 신호를 차감한 모양을 나타내는 도면.
제 12 도는 본 실시예의 신호 부호화에 있어서 톤 특성 성분의 추출을 고역에서만 행한 경우를 설명하기 위한 도면.
제 13 도는 본 실시예의 신호 부호화에 의해 부호화되어 얻어진 부호열의 기록을 설명하기 위한 도면.
제 14 도는 본 실시예의 신호 부호화에 있어서 임의 시간 블록에서의 스펙트럼 신호의 모양을 나타내는 도면.
제 15 도는 본 실시예의 신호 부호화에 있어서 임의 블록에 인접하는 시간블록에서의 스펙트럼 신호의 모양을 나타내는 도면.
제 16 도는 본 실시예의 시간블록에서의 스펙트럼 신호중 톤 특성 성분 정보의 중심 위치 정보를 2 비트로 부호화한 열을 설명하기 위한 도면.
제 17 도는 본 실시예의 중심위치 정보를 기록매체에 기록하는 경우의 기록 상태를 설명하기 위한 도면.
제 18 도는 종래의 부호화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록회로도.
제 19 도는 본 실시예 및 종래의 부호화 장치의 변환 회로의 구체적 구성을 나타내는 블록회로도.
제 20 도는 본 실시예 및 종래의 부호화 장치의 신호성분 부호화 회로의 구체적 구성을 나타내는 블록회로도.
제 21 도는 종래의 복호화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록회로도.
제 22 도는 본 실시예의 종래의 복호화 장치의 역변환 회로의 구체적 구성을 나타내는 블록회로도.
제 23 도는 종래 기술에 의한 부호화 방법을 설명하기 위한 도면.
발명의 개시
본 발명에 관한 입력 신호의 신호 부호화 방법은, 입력 신호를 주파수 성분으로 변환하고, 상기 주파수 성분을 톤 특성 성분으로 이루어지는 제 1 신호와 기타 성분으로 이루어지는 제 2 신호로 분리하고, 상기 제 1 신호를 부호화하고, 상기 제 2 신호에 근거하는 신호를 부호화하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 본 발명의 신호 부호화 방법에 있어서, 상기 변환은 스펙트럼 변환이고, 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보를 부호화하고, 혹은 상기 톤 특성 성분의 소정 범위내에서의 수 정보(numeric information)를 부호화한다. 또한, 상기 제 2 신호에 근거하는 신호는 주파수 성분의 상기 제 1 신호의 톤 특성 성분의 주요부분을 포함하는 부호화 유닛의 신호를 0으로 하는 신호, 혹은 상기 주파수 성분의 상기 제 1 신호 및 그 부근의 주파수 성분을 0으로 하는 신호이다. 더욱이, 상기 분리 단계는 상기 톤 특성 성분을 부호화하고, 상기 부호화된 톤 특성 성분을 복호화하고, 상기 복호화된 톤 특성 성분을 상기 입력 신호의 주파수 성분으로부터 공제하여 차분 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 신호는 상기 차분 신호이다. 상기 제 1 신호의 부호화의 단계 및 상기 제 2 신호에 근거하는 신호의 부호화 단계 중 적어도 상기 제 2 신호에 근거하는 신호의 부호화 단계는 입력된 신호를 부호화 유닛마다 정규화하고, 정규화된 신호를 양자화하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 신호의 부호화 단계 및 상기 제 2 신호에 근거하는 신호의 부호화 단계 중 적어도 상기 제 2 신호에 근거하는 신호의 부호화 단계는 입력된 신호에 대해서 가변 길이 부호화(variable length coding)를 행하는 단계를 포함한다. 상기 분리 단계는 상기 주파수 성분의 고역으로부터 상기 제 1 신호를 분리하는 것이다. 상기 변환 단계는 저역측의 주파수 분해능(frequency resolution)이 고역측의 주파수 분해능보다 높도록 변환을 행한다. 또, 상기 입력 신호는 음성 신호이다. 또한, 상기 위치 정보는 현재 블록의 위치 정보와 다른 시간 블록의 위치 정보의 차를 나타내는 정보를 포함한다. 상기 제 1 신호의 각 주파수 성분에 대해서 상기 0으로 되는 주파수 성분의 수는 고역측의 쪽이 저역측보다 많다. 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분에 대해서 상기 0으로 되는 주파수 성분의 수는 상기 제 1 신호내의 1 개의 주파수 성분을 중심으로 하여 고역측과 저역측에서 비대칭이다. 상기 분리 단계는 상기 차분 신호의 톤 특성 성분을 부호화하고, 상기 부호화된 톤 특성 성분을 복호화하고, 상기 복호화된 톤 특성 성분을 상기 차분 신호로부터 공제하여 새로운 차분 신호를 생성하고, 상기 새로운 차분 신호를 상기 차분 신호로 하는 단계를 적어도 1 회 포함하고, 상기 제 2 신호는 상기 새로운 차분 신호이다.
다음으로, 본 발명의 입력 신호를 부호화하는 부호화 장치는 입력 신호를 주파수 성분으로 변환하는 수단과, 상기 주파수 성분을 톤 특성 성분으로 이루어지는 제 1 신호와 기타 성분으로 이루어지는 제 2 신호로 분리하는 수단과, 상기 제 1 신호를 부호화하는 제 2 부호화 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 신호 복호화 장치에 있어서, 상기 변환은 스펙트럼 변환이고, 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보를 부호화하는 위치 정보 부호화 수단, 혹은 상기 톤 특성 성분의 소정 범위내에서의 수 정보를 부호화하는 부호화 수단을 갖는다. 상기 제 2 신호에 근거하는 신호는 주파수 성분의 상기 제 1 신호의 톤 특성 성분의 주요부분을 포함하는 부호화 유닛의 신호를 0으로 한 신호, 혹은 상기 주파수 성분의 상기 제 1 신호 및 그의 부근 주파수 성분을 0으로한 신호이다. 상기 분리 수단은 상기 톤 특성 성분을 부호화하는 부호화 수단과, 상기 부호화된 톤 특성 성분을 복호화하는 복호화 수단과, 상기 복호화된 톤 특성 성분을 상기 입력 신호의 주파수 성분으로부터 공제하여 차분 신호를 생성하는 수단을 포함하고, 상기 제 2 신호는 상기 차분 신호이다. 상기 제 1 부호화 수단 및 상기 제 2 부호화 수단 중 적어도 상기 제 2 부호화 수단은 입력된 신호를 부호화 유닛마다 정규화하는 정규화 수단과, 정규화된 신호를 양자화하는 양자화 수단을 포함한다. 상기 제 1 부호화 수단 및 상기 제 2 부호화 수단 중 적어도 상기 제 2 부호화 수단은 입력된 신호에 대해서 가변 길이 부호화를 행하는 가변 길이 부호화 수단을 포함한다. 상기 분리 수단은 상기 주파수 성분의 고역만으로부터 상기 제 1 신호를 분리한다. 상기 변환 수단은 저역측의 주파수 분해능이 고역측의 주파수 분해능보다 높도록 변환을 행한다. 상기 입력 신호는 음성 신호이다. 상기 위치 정보는 현 블록 위치 정보와 다른 시간 블록의 위치 정보의 차를 나타내는 주파수 성분의 수는 고역측의 쪽이 저역측보다 많다. 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분에 대해서 상기 0으로 되는 주파수 성분의 수는 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분을 중심으로 하여 고역측과 저역측에서 비대칭이다. 상기 분리 수단도 상기 차분 신호의 톤 특성 성분을 부호화하는 부호화 수단과, 상기 부호화된 톤 특성 성분을 복호화하는 복호화 수단과, 상기 복호화된 톤 특성 성분을 상기 차분 신호로부터 공제하여 새로운 차분 신호를 생성하고, 상기 새로운 차분 신호를 상기 차분 신호로 하여 출력하는 수단을 포함하고, 상기 제 2 신호는 상기 새로운 차분 신호이다.
다음에 본 발명의 부호화된 신호를 복호화 방법은 톤 특성 성분으로 이루어지는 제 1 신호를 복호화하여 제 1 복호화 신호를 생성하고, 노이즈 특성 성분(또는 노이즈성 성분)으로 이루어지는 제 2 신호를 복호화하여 제 2 복호화 신호를 생성하고, 상기 제 1 및 제 2 복호화 신호를 합성하여 역변환을 행하는 합성 역변환, 또는 상기 제 1 및 제 2 복호화 신호를 각각 역변환하여 합성하는 합성역 변환을 행하는 것을 특징으로 한다.
여기서 본 발명의 신호 복호화 방법에 있어서, 상기 합성 역변환 단계는 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보에 근거하여 합성 또는 역변환을 행한다. 또한, 본 발명의 신호 복호화 방법에서는 상기 톤 특성 성분의 소정 범위내에서의 수 정보에 근거하여 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 분리하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 복호화 신호를 생성하는 단계 및 상기 제 2 복호화 신호를 생성하는 단계 중 적어도 상기 제 2 복호화 신호를 생성하는 단계는 정규화 정보 및 양자화 정밀도 정보에 근거하여 입력된 신호에 대해서 역양자화 및 정규화의 해제를 행한다. 상기 부호화된 신호는 음성 신호이다.
다음에 본 발명의 부호화된 신호의 신호 복호화 장치는 톤 특성 성분으로 이루어지는 제 1 신호를 복호화하여 제 1 복호화 신호를 생성하는 제 1 복호화 수단과, 노이즈 특성 성분으로 이루어지는 제 2 신호를 복호화하여 제 2 복호화 신호를 생성하는 제 2 복호화 수단과, 상기 제 1 및 제 2 복호화 신호를 합성하여 역변환하여 합성하는 합성 역변환을 행하는 합성 역변환 수단을 가진다.
여기서 본 발명의 신호 복호화 장치에 있어서, 상기 합성 역변환 수단은 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보에 근거하여 합성 또는 역변환을 행한다. 상기 톤 특성 성분의 소정 범위내에서의 수 정보에 근거하여 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 분리하는 분리 수단을 갖는다. 상기 제 1 복호화 수단 및 상기 제 2 복호화 수단은 정규화 정보 및 양자화 정밀도 정보에 근거하여 입력된 신호에 대해서 역양자화 및 정규화의 해제를 행하는 수단을 갖는다. 상기 부호화된 신호는 음성 신호이다.
따라서 본 발명에 의하면, 입력된, 예를 들면, 음향신호를 특정의 주파수로 에너지가 집중하는 신호성분과, 넓은 대역에 에너지가 완만하게 분포하는 성분으로 분리하여 부호화를 실시함으로써 높은 부호화 효율을 실현할 수 있다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 신호 부호화 방법이 적용되는 신호 부호화 장치의 개략적인 구성을 나타내고 있다.
제 1 도에 있어서, 단자(600)에는 음향 파형 신호가 공급된다. 이 음향 신호 파형은 변환 회로(601)에 의해서 신호 주파수 성분으로 변환된 후, 신호성분 분리회로(602)로 보내진다.
당해 신호성분 분리회로(602)에 있어서, 변환 회로(602)에 의해서 얻어진 신호 주파수 성분은 급격한 스펙트럼 분포를 갖는 톤 특성 성분과, 그 이외의 신호주파수 성분 즉 평탄한 스펙트럼 분포를 갖는 노이즈 특성 성분으로 분리된다. 이들 분리된 주파수 성분중, 상기 급격한 스펙트럼 분포를 갖는 톤 특성 성분은 톤 특성 성분 부호화 회로(603)에서, 그 이외의 신호 주파수 성분인 상기 노이즈 특성 성분은 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)에서 각각 부호화된다. 이들 톤 특성 성분 부호화 회로(603)와 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)로부터의 출력은 부호열 생성회로(605)에 의해서 부호열로 생성되어 출력된다.
ECC 엔코더(606)는 부호열 생성회로(605)로부터의 부호열에 대해서 에러 정정 부호(error correction code)를 부가한다. ECC 엔코더(606)로부터의 출력은 EFM 회로(607)에 의해서 변조되고, 기록헤드(608)로 공급된다. 기록헤드(608)는 EFM(607)으로부터 출력된 부호열을 디스크(609)에 기록한다. 디스크(609)는, 예를 들면, 자기 디스크나 상변화형 디스크이다. 또한, 디스크(609)대신에 IC 카드 등을 사용할 수도 있다.
또, 변환 회로(601)에는 전술한 제 17 도와 마찬가지의 구성을 사용할 수 있다. 물론, 제 1 도의 변환 회로(601)의 구체적 구성으로서는 상기 제 17 도의 구성 이외에도 다수 고려할 수 있고, 예를 들면, 입력 신호를 직접 MDCT 에 의해서 스펙트럼 신호로 변환하여도 좋고, 스펙트럼 변환은 MDCT가 아니고 DFT 나 DCT 등을 사용할 수도 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 대역분할 필터(band division filter)에 의해서 신호를 대역성분으로 분할하는 것도 가능하지만, 본 발명은 특정의 주파수로 에너지가 집중하는 경우에 특히 유효하게 작용하므로, 다수의 주파수 성분이 비교적 적은 연산량으로 얻어지는 전술의 스펙트럼 변환에 의해서 주파수 성분으로 변환하는 방법을 취하는 것이 좋다.
더욱이 톤 특성 성분 부호화 회로(603)와 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)도 기본적으로 전술한 제 18 도와 마찬가지의 구성으로 실현할 수 있다.
한편 도 2는 도 1의 부호화 장치에 의해 부호화된 신호를 복호화하는 본 발명의 신호 복호화 방법이 적용되는 신호 복호화 장치의 개략적인 구성을 나타낸다.
이 제 2 도에 있어서, 디스크(609)로부터 재생 헤드(708)를 거쳐서 재생된 부호열은 EFM 복조 회로(709)로 공급된다. EFM 복조 회로(709)에서는 입력된 부호열을 복조한다. 복조된 부호열은 ECC 디코더(710)로 공급되고, 여기서 에러 정정이 행해진다. 부호열 분해 회로(701)는 에러 정정된 부호열중의 톤 특성 성분 정보에 근거하여, 부호열등의 부분이 톤 특성 성분 부호인지를 인식하고, 입력된 부호열을 톤 특성 성분 부호와 노이즈 특성 성분 부호로 분리한다. 또한, 부호열 분리 회로(701)는 입력된 부호열로부터 톤 특성 성분의 위치 정보를 분리하고, 후단의 합성 회로(704)로 출력한다. 상기 톤 특성 성분 부호는 톤 특성 성분 복호화 회로(702)로 보내지고, 상기 노이즈 특성 성분 부호는 노이즈 특성 성분 복호화 회로(703)로 보내지고, 여기서 각각 역양자화 및 정규화의 해제가 행해져 복호화된다. 그후, 이들 톤 특성 성분 복호화 회로(702)와 노이즈 특성 성분 복호화 회로(703)로부터의 복호화 신호는 상기 제 1 도의 신호 성분 분리 회로(602)에의 분리에 대응하는 합성을 행하는 합성 회로(704)로 공급된다. 합성 회로(704)는 부호열 분리 회로(701)로부터 공급된 톤 특성 성분의 위치 정보에 근거하여 톤 특성 성분의 복호화 신호를 노이즈 특성 성분의 복호화 신호의 소정의 위치에 가산함으로써 노이즈 특성 성분과 톤 특성 성분의 주파수축상의 합성을 행한다. 더욱이, 합성된 복호화 신호는 상기 제 1 도의 변환 회로(601)에서의 변환에 대응하는 역변환을 행하는 역변환 회로(705)에서 변환 처리되고, 주파수축상의 신호로부터 시간축상의 파형 신호로 복귀된다. 이 역변환 회로(705)로부터의 출력 파형 신호는 단자(707)로부터 출력된다.
또, 역변환과 합성 처리 순서는 역으로도 되며, 이 경우 제 2 도에서의 합성 역변환부(711)는 제 3 도에 도시하는 구성으로 된다. 이 제 3 도에 있어서, 역변환 회로(712)는 노이즈 특성 성분 복호화 회로(703)로부터의 주파수축상의 노이즈 특성 성분의 복호화 신호를 시간축 상의 노이즈 특성 성분 신호로 역변환한다. 역변환 회로(713)는 톤 특성 성분 복호화 회로(702)로부터의 톤 특성 성분의 복호화 신호를, 부호열 분리 회로(701)로부터 공급된 톤 특성 성분의 위치 정보가 나타내는 주파수축상의 위치에 배치하고, 이것을 역변환하여 시간축 상의 톤 특성 성분 신호를 생성한다. 합성 회로(714)는 역변환 회로(712)로부터의 시간축 상의 노이즈 특성 성분 신호와 역변환 회로(713)로부터의 시간축 상의 톤 특성 성분 신호를 합성하고, 원래의 파형 신호를 생성한다.
또, 상기 역변환 회로(705, 712, 713)에서는 전술한 제 22 도와 마찬가지의 구성을 사용할 수 있다.
제 4 도는 제 1 도의 부호화 장치의 신호 성분 분리 회로(602)에 있어서 톤 특성 성분을 분리하기 위한 구체적 처리 흐름을 나타낸다.
제 4 도에 있어서, I 는 스펙트럼 신호의 번호를, N 은 스펙트럼 신호의 총수, P, R 는 소정의 계수를 나타내고 있다. 또한, 어떤 스펙트럼 신호의 절대값이 국소적으로 보아서 다른 스펙트럼 성분보다 크고, 또한, 그것이 그 시간 블록(스펙트럼 변환시의 블록)에서의 스펙트럼 신호의 절대값의 최대값과 비교해서 소정의 크기 이상이며, 또한, 그 스펙트럼과 부근의 스펙트럼(예컨대 양방향의 스펙트럼)의 에너지의 합이 그들 스펙트럼을 포함하는 소정 대역내의 에너지에 대해서 소정의 비율 이상을 나타내고 있는 경우에, 그 스펙트럼 신호와, 예를 들면, 그 양 방향의 스펙트럼 신호가 톤 특성 성분이라고 간주된다. 또, 여기서 에너지 분포의 비율을 비교하는 소정의 대역으로서는 청각의 성질을 고려하여, 예를 들면, 임계 대역폭에 맞춰서, 저역에서는 좁고 고역에서는 넓게 취할 수 있다.
즉, 이 제 4 도에 있어서, 우선 단계(S1)에서는 최대 스펙트럼 절대값을 변수(A0)에 대입하고, 단계(S2)에서는 스펙트럼 신호의 번호 I를 1로 한다. 단계(S3)에서는 어떤 시간 블록내의 어떤 스펙트럼 절대값을 변수(A)로 대입한다.
단계(S4)에서는 상기 스펙트럼 절대값이 국소적으로 보아서 다른 스펙트럼 성분보다 큰 극대 절대값 스펙트럼인지 여부를 판단하고, 극대 절대값 스펙트럼이 아닐 때(No)에는 단계(S10)로 진행하고, 극대 절대값 스펙트럼인 경우(Yes)에는 단계(S5)로 진행한다.
단계(S5)에서는 당해 극대 절대값 스펙트럼을 포함하는 그 시간 블록에서의 당해 극대 절대값 스펙트럼의 변수(A)와 최대 스펙트럼 절대값의 변수(A0)와의 비와, 소정의 크기를 나타내는 계수(P)와의 대소비교(A/A0 > P)를 행하고, A/A0 가 P보다 큰 경우(Yes)에는 단계(S6)로, A/A0 가 이하인 경우(No)에는 단계(S10)로 진행한다.
단계(S6)에서는 상기 스펙트럼 절대값의 스펙트럼(극대 절대값 스펙트럼)의 부근 스펙트럼의 에너지값(예컨대, 양방향의 스펙트럼의 에너지 합)을 변수(X)로 대입하고, 다음 단계(S7)에서는 당해 극대 절대값 스펙트럼 및 그의 부근 스펙트럼을 포함하는 소정 대역내의 에너지값을 변수(Y)로 대입한다.
다음 단계(S8)에서는 상기 에너지값 변수(X)와 소정 대역내의 에너지값 변수(Y)의 비와 소정의 비율을 나타내는 계수(R)의 대소 비율(X/Y>R)을 행하고, X/Y 가 R 보다 클 때(Yes)에는 단계(S9)로, X/Y 가 R 이하일 때(No)에는 단계(S10)로 진행한다.
단계(S9)에서는, 상기 극대 절대값 스펙트럼과 그의 부근 스펙트럼에서의 상기 에너지가 그들 스펙트럼을 포함하는 소정 대역내의 에너지에 대해서 소정의 비율 이상을 나타내고 있는 경우에, 그 극대 절대값 스펙트럼의 신호와, 예를 들면, 그 양 방향의 스펙트럼 신호가 톤 특성 성분이라고 간주하고, 그 취지를 등록한다.
다음 단계(S10)에서는 상기 단계(S9)에 있어서 등록된 스펙트럼 신호의 번호 I 와 스펙트럼 신호의 총수 N 이 같은 (I = N)이 아닌가를 판단하고, 같은 경우(Yes)에는 처리를 종료하고, 같지 않은 경우(No)에는 단계(S11)로 진행한다. 이 단계(S11)에서는 I = I + 1로하여 1 씩 스펙트럼 번호를 증가시켜서 단계(S3)로 복귀하여 전술의 처리를 반복한다.
신호 성분 분리 회로(602)는 전술의 처리에 의해서 톤 특성 성분이라고 판정한 주파수 성분을 성분 부호화 회로(603)로 공급하고, 이 이외의 주파수 성분을 노이즈 특성 성분으로 하여 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)로 공급한다. 또한, 신호성분 분리 회로(602)는 톤 특성 성분이라고 판정된 주파수 정보의 수와 그 위치 정보를 부호열 생성 회로(605)로 공급한다.
제 5 도에서는 전술한 바와 같이 톤 특성 성분이 주파수 성분으로부터 분리되는 일례의 모양을 나타낸다.
이 제 5 도에 나타내는 예에서는 도면중 TCA, TCB, TCC, TCD로 나타내는 4개의 톤 특성 성분이 추출되고 있다. 여기서 당해 톤 특성 성분은 제 5 도의 예와 같이 소수의 스펙트럼 신호에 집중하여 분포하고 있기 때문에 이들 성분을 정밀도가 좋게 양자화해도 전체로서는 그다지 많은 비트수는 필요로 하지 않는다. 또한, 톤 성분을 일단 정규화하고 나서 양자화함으로써 부호화 효율을 높일 수 있지만 톤 특성 성분을 구성하는 스펙트럼 신호는 비교적 소수이므로 정규화나 재양자화 처리를 생략하여 장치를 간략화해도 된다.
또한, 제 6 도에서는 원스펙트럼 신호로부터 톤 성분을 제거한 노이즈 특성 성분을 표시한 예를 나타내고 있다.
이 제 6 도에 나타내는 바와 같이, 각각의 대역 b1 내지 b5에 있어서 상기 원스펙트럼 신호로부터는 전술한 바와 같이 톤 특성 성분이 제거되어있기 때문에 각각의 부호화 유닛에서의 정규화 계수는 적은 값으로 되고, 따라서 적은 비트수로도 발생하는 양자화 잡음은 적게 할 수 있다.
여기서 청각의 성질을 이용하면 상기 노이즈 특성 성분의 부호화는 더욱 효율이 좋게 행해질 수 있다. 즉, 주파수축상에서 톤 특성 성분신호의 근방에서는 마스킹 효과가 유효하게 작용한다. 따라서 추출된 근방의 노이즈 특성 성분(상기 톤 특성 성분 근방의 노이즈 특성 성분)은 0이라고 하여 부호화를 행해도 그것이 나중에 복호화된 음향 신호는 원음과 청감상, 큰 차이는 느껴지지 않는다.
제 7 도를 이용하여 이러한 성질을 이용한 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)에서의 부호화 방법의 구체예에 관하여 설명한다.
이 제 7 도에 있어서, 상기 톤 특성 성분(TCA, TCB, TCC, TCD)의 주요 부분이 존재하는 부호화 유닛의 노이즈 특성 성분을 0으로 하고 있다. 이 때문에, 각각의 대역의 노이즈 특성 성분중 실제로 부호화되는 것은 대역 b5 의 부호화 유닛 만큼이다. 이 방법은 부호화 유닛이 임계 대역폭을 기준으로 취하고 있는 경우 등에는 극히 간단한 방법으로 압축을 행할 수 있다.
또한, 제 8 도를 이용하여 이러한 성질을 이용한 부호화 방법의 구체예에 관하여 하나 더 설명한다.
이 제 8 도에 있어서, 부호화 유닛의 노이즈 특성 성분을 0으로 하는 것이 아니라 각각의 톤 성분(TCA, TCB, TCC, TCD)의 부근의 소정수의 스펙트럼 성분을 0으로 하고 있다. 이 소정의 수는 청각의 성질에 근거하여 그 톤 특성 성분의 주파수에 의해서 변화되고, 저역에서는 적고 고역에서는 많게 되도록 할 수 있다.
또한, 이 구체예에서는 이 결과 대역 b4 의 부호화 유닛의 노이즈 특성 성분이 모두 0으로 되고, 대략 b4 의 노이즈 특성 성분은 실제로는 부호화되지 않는다. 이 구체예의 방법에 의해서도 비교적 간단한 수단에 의해서 청각적으로 유효한 효율이 좋은 압축을 행할 수 있다. 또, 톤 특성 성분에 의한 마스킹은 고역측에 대해서 강하게 작용하기 때문에 노이즈 특성 성분을 0으로 하는 범위는 비대칭으로 해도 좋다.
또한 부호열 생성 회로(605)에서 노이즈 특성 성분을, 예를 들면, D.A. Huffman : A Method for Construction of Minimum Redundancy Codes, Proc. I.R.E. 40. p 1098 (1952)에 기술되어 있는 소위 가변 길이 부호화에 의해서 부호화해도 좋다. 이러한 부호화 방법에서는 빈도가 많은 패턴에는 짧은 부호 길이를 할당함으로써 부호화 효율을 높이고 있지만 이러한 부호를 이용하는 경우에는 전술한 바와 같이 노이즈 특성 성분을 0으로 해두는 방법이 유효하게 작용한다. 즉, 0 의 성분이 많아 출현하기 때문에 0 에 대해서 짧은 길이의 부호를 할당함으로써 부호화 효율을 높일 수 있다.
이상, 톤 특성 성분을 분리하고 톤 특성 성분 및 그 근방의 신호를 0으로 한후 노이즈 특성 성분을 부호화하는 본 실시예의 방법에 관해서 기술했지만, 원스펙트럼 신호로부터 톤 특성 성분을 부호화해서 복호화한 신호를 차감한 것을 부호화하는 방법도 취할 수 있다.
이 방법에 의한 신호 부호화 장치를 제 9 도를 참조하면서 설명한다. 또, 제 1 도와 같은 구성에 관해서는 같은 번호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
변환 회로(601)에 의해서 얻어진 스펙트럼 신호는 제어 신호(808)에 의해서 제어되는 스위치(801)를 거쳐서 톤 특성 성분 추출 회로(802)로 공급된다. 톤 특성 성분 추출 회로(802)는 전술한 제 4 도의 처리에 의해서 톤 특성 성분을 판별하고, 판별된 톤 특성 성분만을 톤 특성 성분 부호화 회로(603)로 공급한다. 또한, 톤 특성 성분 추출 회로(802)는 톤 특성 성분 정보의 수와 그 중심위치 정보를 부호열 생성 회로(605)로 출력한다. 톤 특성 성분 부호화 회로(603)는 입력된 톤 특성 성분에 대해 정규화 및 양자화를 행하고, 정규화 및 양자화된 톤 특성 성분을 부호열 생성 회로(605) 및 국부 디코더(804)에 공급한다. 국부 디코더(804)는 정규화 및 양자화된 톤 특성 성분에 대하여 역양자화 및 정규화의 해제를 행하고, 원 톤 특성 성분의 신호를 복호화한다. 단 이때, 복호 신호에는 양자화 잡음이 포함되게 된다. 국부 디코더(804)로부터의 출력은 1 번째의 복호 신호로서 가산기(805)로 공급된다. 또한, 가산기(805)에는 스위치 제어 회로(808)에 의해서 제어되는 스위치(806)를 거쳐서 변환 회로(601)로부터의 원스펙트럼 신호가 공급된다. 가산기(805)는 원스펙트럼 신호로부터 1 번째의 복호 신호를 공제하여 1 번째의 차분 신호를 출력한다. 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화, 차분화 처리를 1 번으로 종료하는 경우에는 이 1 번째의 차분 신호가 노이즈 특성 성분으로서 스위치 제어 회로(808)에 의해서 제어되는 스위치(807)를 거쳐서 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)로 공급된다. 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화, 차분화 처리를 반복하는 경우에는 1 번째의 차분 신호는 스위치(801)를 거쳐서 톤 특성 성분 추출 회로(802)로 공급된다. 톤 특성 성분 추출 회로(802), 톤 특성 성분 부호화 회로(603), 국부 디코더(804)는 전술과 마찬가지의 처리를 행하고, 얻어진 2 번째의 복호 신호가 가산기(805)로 공급된다. 또한, 가산기(805)에는 스위치(806)를 거쳐서 1 번째의 차분 신호를 공제하여 2 번째의 차분 신호를 출력한다. 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화, 차분화 처리를 2번으로 종료하는 경우에는 이 2 번째의 차분 신호가 노이즈 특성 성분으로서 스위치(807)를 거쳐서 노이즈 특성 성분 부호화 회로(604)로 공급된다. 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화, 차분화 처리를 더 반복하는 경우에는 전술한 바와 같은 처리가 톤 특성 성분 추출 회로(802), 톤 특성 성분 부호화 회로(603), 국부 디코더(804), 가산기(805)에 의해서 행해진다. 스위치 제어 회로(808)는 톤 특성 성분 정보수의 임계값을 유지하고 있고, 톤 특성 성분 추출 회로로부터 얻어지는 톤 특성 성분 정보수가 이 임계값을 초과한 경우에 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화 처리를 종료하도록 스위치(807)를 제어한다. 또한, 톤 특성 성분 부호화 회로(603)에 있어서, 톤 특성 성분이 추출되지 않았던 시점에서 톤 특성 성분의 추출, 부호화, 복호화, 차분화 처리를 종료하는 것도 가능하다.
제 10 도와 제 11 도는 이러한 방법으로 부호화를 행하는 경우에 예를 나타내고 있고, 제 11 도는 제 10 도의 스펙트럼 신호로부터 1 개의 톤 특성 성분을 부호화하여 복호화한 신호를 공제한 것이다.
또한, 제 11 도의 스펙트럼 신호로부터 도면중 파선으로 더 나타낸 성분을 톤 특성 성분으로서 추출하여 부호화함으로써 스펙트럼 신호의 부호화 정밀도를 높일 수 있고, 이것을 반복해감으로써 정밀도가 높은 부호화를 행할 수 있다. 또, 이 방법을 사용하는 경우, 톤 특성 성분을 양자화하기 위한 비트수의 상한을 낮게 설정하고 있어도 부호화 정밀도를 충분히 높게 취할 수 있고, 따라서 양자화 비트수를 기록하는 비트수를 적게 할 수 있다는 이점도 있다. 또한, 이렇게 톤 특성 성분을 다단계로 추출해 가는 방법은 반드시 톤 특성 성분을 부호화하여 복호화한 것과 동등한 신호를 원스펙트럼 신호로부터 공제해 가는 경우만이 아니라, 추출된 톤 특성 성분의 스펙트럼 신호를 0으로 한 경우에도 적용가능하고, 본 발명의 서술에 있어서 톤 특성 성분을 분리한 신호등의 표현은 이 양자를 포함하는 것이다.
다음으로 제 12 도는 톤 특성 성분을 고역에서만 추출하는 구체예를 도시하는 것이다.
여기서 일반적으로 스펙트럼 변환을 행한 경우, 저역에 있어서 충분한 주파수 분해능을 취하기 위해서는 스펙트럼 변환의 변환 구간 길이를 길게 취해야 하므로, 이것을 소규모의 장치로 실현하는 것이 곤란하다. 또한, 톤 특성 성분을 부호화하기 위해서는 그 톤 특성 성분의 위치 정보나 정규화 정보를 부호화할 필요가 있지만 저역에 있어서 분리도가 나쁜 톤 특성 성분이 다수 있는 경우에는 이들 정보를 추출된 톤 특성 성분의 수만큼 기록하는 것은 부호화 효율을 높이는데 불리하게 된다. 따라서, 저역측에서 주파수 분해능이 충분히 취해지지 않는 경우에는 제 12 도의 예와 같이 고역측에서만 톤 특성 성분을 분리하여 부호화하게 해도 좋다.
더욱이 저역에서 충분한 주파수 분해능을 확보하기 위해서 저역과 고역에서의 주파수 분해능을 변경해도 좋다. 예컨대, 본 실시예의 제 1 도의 변환 회로(601)에 적용되는 전술한 제 19 도의 변환 회로에 있어서 대역 분할 필터(202)의 2개 대역의 출력 신호 레이트는 대역 분할 필터(201)의 순스펙트럼 변환 회로(203)로 보내지는 신호 레이트의 반으로 표본화되어 있지만, 순스펙트럼 변환 회로(203, 204, 205)에서 동일수의 입력 신호에 대해서 순스펙트럼 변환을 실시하지 않고, 순스펙트럼 변환 회로(204, 205)로부터의 스펙트럼 신호의 주파수 분해능은 순스펙트럼 변환 회로(203)로부터의 스펙트럼 신호의 분해능보다도 2 배 높게 할 수 있다.
제 13 도는 본 발명에 따른 실시예의 방법에 의해서 제 8 도의 스펙트럼 신호를 부호화한 경우의 부호열(기록 매체에 기록되는 부호열)의 구체예를 도시한 것이다.
이 제 13 도에서는 우선 최초에 톤 특성 성분 정보수 tcn (제 8 도의 예에서는 4)가 기록 매체에 기록되고, 다음에 제 8 도의 톤 특성 성분 TCA, TCB, TCC, TCD 에 대응하는 톤 특성 성분 정보 tcA, tcB, tcC, tcD 와, 제 8 도의 각각의 대역 b1 내지 b5 에 대응하는 노이즈 특성 성분 정보 nc1. nc2, nc3, nc4, nc5 의 순번으로 기록이 행해지고 있다.
여기서 상기 톤 특성 성분 정보에는 그 톤 특성 성분의 중심 스펙트럼의 위치를 표현하는 중심 위치 정보 CP (예컨대 톤 특성 성분 TCB 의 경우에는, 예를 들면, 15)과, 양자화를 위한 비트수를 표현하는 양자화 정밀도 정보(예컨대 톤 특성 성분 TCB 의 경우에는, 예를 들면, 6)와, 정규화 계수 정보가 정규화 및 양자화된 각각의 신호 성분 정보(예컨대 정보 SC1, SC2, SC3)와 함께 기록 매체에 기록되게 된다. 또, 예를 들면, 주파수에 의해서 고정적으로 양자화 정밀도가 정해져 있도록 된 경우에는 물론 양자화 정밀도 정보는 기록할 필요는 없다.
또한, 전술의 실시예에서는 톤 특성 성분의 위치 정보로서 각각의 톤 특성 성분의 중심 스펙트럼의 위치를 사용하게 하였지만, 각각의 톤 특성 성분의 1 번 저역의 스펙트럼 위치(예컨대 톤 특성 성분 TCB 의 경우에는 14)를 기록해도 좋다.
또한, 상기 노이즈 특성 성분 정보에 관해서는 양자화 정밀도 정보와 정규화 계수 정보가 정규화 및 양자화된 각각의 신호 성분 정보(예컨대 정보 SC1, SC2, ---, SC8)와 함께 기록 매체에 기록되게 된다. 또, 양자화 정밀도 정보가 0 인 경우(제 13 도의 노이즈 특성 성분 정보 nc4)에는 그 부호화 유닛에 있어서 실제로 부호화가 행해지지 않는 것을 나타내고 있다. 이 경우에도 대역에 의해서 고정적으로 양자화 정밀도가 정해져 있는 경우에도 양자화 정밀도 정보는 기록할 필요가 없지만, 이때, 예를 들면, 대역 b4 과 같이 실제로는 부호화가 행해지지 않는 부호화 유닛을 지정할 수 없게 된다. 이러한 경우에는, 예를 들면, 각각의 부호화 유닛에서 실제로 부호화가 행해지고 있는지 어떤지를 나타내는 1 비트의 플래그 정보를 부가하면 좋다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예의 방법에 의해 톤 특성 성분 정보를 기록 매체에 기록하기 위해서는 그 톤 특성 성분의 위치를 어느 방법으로 기록할 필요가 있지만, 이것에 관해서는 다음과 같은 방법으로 효율이 좋게 기록할 수 있다.
제 14 도, 제 15 도는 인접하는 시간블록에서의 스펙트럼 신호의 모양을 표현한 것으로 제 15 도의 스펙트럼 신호는 제 14 도의 다음 시간 블록의 것을 표현하고 있다.
이들 제 14 도, 제 15 도에 있어서, 예를 들면, 상기 MDCT 에 의해서 얻어진 스펙트럼 신호는 그 시간 블록에서의 위상이나 파형 신호의 약간의 흔들림에 의해서 블록마다 변화하지만 톤 특성 성분의 위치는 전의 블록과 대체로 같고, 제 14 도의 도면중 TCA, TCB, TCC, TCD 의 톤 특성 성분에 대응하여, 제 15 도의 도면중 TCE, TCF, TCG, TCH 의 톤 특성 성분이 나타내어지고 있다. 거기에서 톤 특성 성분의 중심 위치 정보를 전의 시간 블록의 톤 특성 성분의 중심 위치 정보와의 상대 위치에서 효율 좋게 기록할 수 있지만, 그 구체예를 도시한 것이 제 16 도, 제 17 도이다.
이 제 16 도에서는 제 14 도의 시간 블록에서의 톤 특성 성분 정보가 tcA, tcB, tcC, tcD 의 순번으로 기록되어 있는 것으로 한다.
여기서, 예를 들면, 제 15 도의 시간 블록에서의 스펙트럼 신호중 제 15 도의 도면중 TCF 의 톤 특성 성분 정보 tcF 의 중심 위치 정보 CP로서 TCB 의 톤 특성 성분과의 중심 위치차 정보 CP를 제 16 도에 도시되어 있는 바와 같이 2 비트로 부호화한 중심 위치 정보 CP1을 제 17 도에 도시하는 바와 같이 기록할 수 있다. 이와 같이 많은 톤 특성 성분의 중심 위치 정보 CP 는 다른 시간 블록, 예를 들면, 직전의 시간 블록에서의 톤 특성 성분과 대응을 취함으로써 짧은 부호로 표현할 수 있고, 효율적인 부호화가 가능케 된다. 다만, TCH 의 톤 특성 성분은 TCD 의 톤 특성 성분이 변화한 것이지만, 이에 관해서는 제 16 도의 중심 위치차 정보에서는 표현되지 않으므로, 일단 TCD 의 톤 특성 성분 정보를 무효로서 중심 위치 정보 CP2를 사용하여 TCH 의 톤 특성 성분의 정보를 기록하고 있다. 또, 제 17 도에 도시된 부호는 물론 일례이며, 예를 들면, 톤 특성 성분 정보수 tcn1 는 전의 시간 블록의 정보로부터 이해되는 것으로 생략해도 좋다.
또, 이상, 음향 신호에 대해서 본 발명에 따른 실시예의 방법을 적용한 예를 중심으로 설명했지만 본 발명에 따른 실시예의 방법은 일반적인 파형 신호의 부호화에도 적용하는 것이 가능하다. 그러나 음향 신호의 경우 톤 특성 성분 정보가 청각적으로 특히 중요한 의미를 갖고 있고 본 발명에 따른 실시예의 방법을 특히 효율적으로 적용할 수 있다.
이상의 설명에서도 분명하듯이 본 발명에 의한 신호 부호화 또는 복호화 장치, 신호 부호화 또는 복호화 방법을 이용하면, 입력 신호중 톤 특성 성분을 다른 성분과 분리하여 효율이 좋도록 부호화하는 것이 가능해진다. 특히 본 발명을 음향 신호의 부호화에 사용했을 경우에는 청감상 중요한 톤 특성 성분을 충분히 높은 정밀도로, 청감상 그다지 중요하지 않은 노이즈 특성 성분은 최소한의 정밀도로 부호화하는 것이 가능하며, 효율이 매우 좋은 신호 압축이 가능해진다.

Claims (38)

  1. 입력 음향 신호를 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 입력 음향 신호를, 각각 에너지 분포에 의해 특징지워지는 주파수 성분의 블록으로 변환하는 단계;
    상기 주파수 성분들을 톤 특성 성분들로 이루어지는 제 1 신호--여기서 톤 특성 성분 각각은 그 톤 특성 성분에 인접한 영역내 주파수 성분의 에너지 분포 및 상기 블록내 주파수 성분의 에너지 분포에 비하여 상대적으로 첨예한 에너지 분포를 가짐--와 상기 톤 특성 성분들 이외의 성분들로 이루어지는 제 2 신호로 분리하는 단계;
    상기 제 1 신호를 부호화하는 단계; 및
    상기 제 2 신호에 근거한 신호를 부호화하는 단계를 포함하는, 신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변환은 스펙트럼 변환인 신호 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보가 부호화되는 신호 부호화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 미리 정해진 범위내 수 정보(numeric information)가 부호화되는 신호 부호화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호에 근거한 신호는, 주파수 성분의 상기 제 1 신호의 톤 특성 성분의 주요부분을 포함하는 부호화 유닛의 신호를 0으로 한 신호인 신호 부호화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호에 근거한 신호는, 상기 주파수 성분의 제 1 신호 및 그 부근의 주파수 성분을 0으로 한 신호인 신호 부호화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호의 부호화 단계 및 상기 제 2 신호에 근거한 신호의 부호화 단계 중 적어도 상기 제 2 신호에 근거한 신호의 부호화 단계는, 입력된 신호를 부호화 유닛마다 정규화하는 단계와 정규화된 신호를 양자화하는 단계를 포함하는 신호 부호화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호의 부호화 단계 및 상기 제 2 신호에 근거한 신호의 부호화 단계 중 적어도 상기 제 2 신호에 근거한 신호의 부호화 단계는, 입력된 신호에 대해서 가변 길이 부호화(variable length coding)를 수행하는 단계를 포함하는 신호 부호화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 주파수 성분의 고역만으로부터 상기 제 1 신호를 분리하는 신호 부호화 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 변환 단계는 저역측의 주파수 분해능(frequency resolution)이 고역측의 주파수 분해능보다 높도록 변환을 수행하는 신호 부호화 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 신호는 음성 신호인 신호 부호화 방법.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 위치 정보는 현 블록의 위치 정보와 다른 시간 블록의 위치 정보간 차를 나타내는 정보를 포함하는 신호 부호화 방법.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 주파수 성분 각각에 대해서 상기 0으로 된 주파수 성분의 수는 저역측보다 고역측에서 많은 신호 부호화 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분에 대해서 상기 0으로 된 주파수 성분의 수는 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분을 중심으로 하여 고역측과 저역측에서 비대칭인 신호 부호화 방법.
  15. 입력 음향 신호를 부호화하는 장치에 있어서,
    상기 입력 음향 신호를, 각각 에너지 분포에 의해 특징지워지는 주파수 성분의 블록으로 변환하는 수단;
    상기 주파수 성분들을 톤 특성 성분들로 이루어지는 제 1 신호--여기서 톤 특성 성분 각각은 그 톤 특성 성분에 인접한 영역내 주파수 성분의 에너지 분포 및 상기 블록내 주파수 성분의 에너지 분포에 비하여 상대적으로 첨예한 에너지 분포를 가짐--와 상기 톤 특성 성분들 이외의 성분들로 이루어지는 제 2 신호로 분리하는 수단;
    상기 제 1 신호를 부호화하는 제 1 부호화 수단; 및
    상기 제 2 신호에 근거한 신호를 부호화하는 제 2 부호화 수단을 포함하는, 신호 부호화 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 변환은 스펙트럼 변환인 신호 부호화 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보를 부호화하는 위치 정보 부호화 수단을 포함하는 신호 부호화 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 미리 정해진 범위내의 수 정보를 부호화하는 부호화 수단을 포함하는 신호 부호화 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 신호에 근거한 신호는, 주파수 성분의 상기 제 1 신호의 톤 특성 성분의 주요부분을 포함하는 부호화 유닛의 신호를 0으로 한신호인 신호 부호화 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 신호에 근거한 신호는 상기 주파수 성분의 상기 제 1 신호 및 그 부근의 주파수 성분을 0으로 한 신호인 신호 부호화 장치.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 부호화 수단 및 상기 제 2 부호화 수단 중 적어도 상기 제 2 부호화 수단은,
    입력된 신호를 부호화 유닛마다 정규화하는 정규화 수단; 및
    정규화된 신호를 양자화하는 양자화 수단을 포함하는 신호 부호화 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 부호화 수단 및 상기 제 2 부호화 수단 중 적어도 상기 제 2 부호화 수단은, 입력된 신호에 대해서 가변 길이 부호화를 수행하는 가변 길이 부호화 수단을 포함하는 신호 부호화 장치.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 분리 수단은 상기 주파수 성분의 고역만으로부터 상기 제 1 신호를 분리하는 신호 부호화 장치.
  24. 제 15 항에 있어서, 상기 변환 수단은 저역측의 주파수 분해능이 고역측의 주파수 분해능보다 높도록 변환을 수행하는 신호 부호화 장치.
  25. 제 15 항에 있어서, 상기 입력 신호는 음성 신호인 신호 부호화 장치.
  26. 제 17 항에 있어서, 상기 위치 정보는 현 블록의 위치 정보와 다른 시간 블록의 위치 정보사이의 차분을 나타내는 정보를 포함하는 신호 부호화 장치.
  27. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 주파수 성분 각각에 대해서 상기 0으로 된 주파수 성분의 수는 저역측보다 고역측에서 많은 신호 부호화 장치.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분에 대해서 상기 0으로 된 주파수 성분의 수는 상기 제 1 신호내의 하나의 주파수 성분을 중심으로 하여 고역측과 저역측에서 비대칭인 신호 부호화 장치.
  29. 부호화된 신호를 복호화하는 방법에 있어서,
    제 1 복호화 신호를 생성하기 위하여, 톤 특성 성분들--여기서 톤 특성 성분 각각은 그 톤 특성 성분에 인접한 영역내 주파수 성분의 에너지 분포 및 시간 블록내 주파수 성분의 에너지 분포에 비하여 상대적으로 첨예한 에너지 분포를 가짐--으로 이루어지는 제 1 신호를 복호화하는 단계;
    제 2 복호화 신호를 생성하기 위하여, 노이즈 특성 성분을--여기서 노이즈 특성 성분 각각은 상기 톤 특성 성분을 제외한 성분으로 이루어짐--으로 이루어지는 제 2 신호를 복호화하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 복호화 신호를 합성하여 역변환을 수행하는 합성 역변환 또는 상기 제 1 및 제 2 복호화 신호 각각을 역변환하여 합성하는 합성 역변환을 수행하는 단계를 포함하는 신호 복호화 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 합성 역변환 단계는 상기 톤 특성 성분의 주파수축상에서의 위치 정보에 근거하여 합성 또는 역변환을 수행하는 신호 복호화 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 미리 정해진 범위내에서의 수 정보에 근거하여, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 분리하는 단계를 포함하는 신호 복호화 방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 복호화 신호를 생성하는 단계 및 상기 제 2 복호화 신호를 생성하는 단계 중 적어도 상기 제 2 복호화 신호를 생성하는 단계는, 입력된 신호에 대한 역양자화 및 정규화의 해제를 정규화 정보 및 양자화 정밀도 정보에 근거하여 수행하는 신호 복호화 방법.
  33. 제 29 항에 있어서, 상기 부호화된 신호는 음성 신호인 신호 복호화 방법.
  34. 부호화된 신호를 복호화하는 장치에 있어서,
    제 1 복호화 신호를 생성하기 위하여, 톤 특성 성분들--여기서 톤 특성 성분 각각은 그 톤 특성 성분에 인접한 영역내 주파수 성분의 에너지 분포 및 시간 블록내 주파수 성분의 에너지 분포에 비하여 상대적으로 첨예한 에너지 분포를 가짐--으로 이루어지는 제 1 신호를 복호화하는 제 1 복호화 수단;
    제 2 복호화 신호를 생성하기 위하여, 노이즈 특성 성분들--여기서 노이즈 특성 성분 각각은 상기 톤 특성 성분을 제외한 성분으로 이루어짐--으로 이루어지는 제 2 신호를 복호화하는 제 2 복호화 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 복호화 신호를 합성하여 역변환을 수행하는 합성 역변환 또는 상기 제 1 및 제 2 복호화 신호 각각을 역변환하여 합성하는 합성 역변환을 수행하는 합성 역변환 수단을 포함하는 신호 복호화 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 합성 역변환 수단은 상기 톤 특성 성분의 주파수축상의 위치 정보에 근거하여 합성 또는 역변환을 수행하는 신호 복호화 장치.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 톤 특성 성분의 미리 정해진 범위내에서의 수 정보에 근거하여, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 분리하는 분리 수단을 포함하는 신호 복호화 장치.
  37. 제 34 항에 있어서, 상기 제 1 복호화 수단 및 상기 제 2 복호화 수단은 입력된 신호에 대한 역양자화 및 정규화의 해제를 정규화 정보 및 양자화 정밀도 정보에 근거하여 수행하는 수단을 포함하는 신호 복호화 장치.
  38. 제 34 항에 있어서, 상기 부호화된 신호는 음성 신호인 신호 복호화 장치.
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