устройство кодирования сигнала, устройство декодирования сигнала, носитель записи и способ кодирования и декодирования

Формула изобретения

1. Устройство кодирования сигнала, предназначенное для кодирования входного сигнала, содержащее средство преобразования для преобразования входного сигнала в частотные компоненты, средство разделения для разделения выходного сигнала средства преобразования на первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, первое средство кодирования для кодирования первого сигнала, и второе средство кодирования для кодирования второго сигнала, причем первое средство кодирования содержит средство кодирования кодами переменной длины для осуществления кодирования кодами переменной длины для соответствующих компонентов первого сигнала, отличающееся тем, что первое средство кодирования при осуществления кодирования первого сигнала обеспечивает нормировку амплитудной информации соответствующих компонентов тональной характеристики первого сигнала посредством коэффициентов нормировки для последующего осуществления ее кодирования кодами переменной длины, причем средство кодирования кодами переменной длины предназначено для осуществления кодирования кодами переменной длины соответствующих частотных компонентов тональной характеристики с помощью множества правил преобразования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что определение используемого при осуществлении кодирования правила преобразования производится по соотношению относительных положений по частоте максимального частотного компонента и соответствующих частотных компонентов тональной характеристики.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что правило преобразования, применяемое к максимальному частотному компоненту, из множества правил преобразования предназначено для проведения обработки преобразованием в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о больших амплитудных значениях.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что правило преобразования, применяемое к другим частотным компонентам, относящимся к максимальному частотному компоненту, из множества правил преобразования предназначено для проведения обработки преобразованием в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о меньших амплитудных значениях.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входным сигналом является акустический сигнал.

6. Устройство кодирования сигнала, предназначенное для кодирования входного сигнала, содержащее средство преобразования для преобразования входного сигнала в частотные компоненты, средство разделения для разделения выходного сигнала средства преобразования на первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, отличающееся тем, что содержит первое средство кодирования для нормировки амплитудной информации осоответствующих компонентов тональной характеристики у первого сигнала путем использования коэффициентов нормировки и для квантования нормированной амплитудной информации для формирования кодированного сигнала, и второе средство кодирования для кодирования второго сигнала, причем первое средство кодирования предназначено для формирования кодированного сигнала, относящегося к частотным компонентам за исключением максимального частотного компонента соответствующих компонентов тональной характеристики, средство разделения предназначено для многократного выделения частотных компонентов, перекрывающиеся друг с другом по частоте с формированием в результате упомянутого первого сигнала, при этом значения коэффициентов нормировки задаются так, что с уменьшением этих значений точность повышается, а входным сигналом является акустический сигнал.

7. Носитель записи для записи кодированных сигналов, в котором первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, подвергнутых кодированию кодами переменной длины, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, записаны отдельно один от другого, причем первый сигнал представляет собой сигнал, полученный путем нормировки амплитудной информации соответствующих компонентов тональной характеристики с помощью коэффициентов нормировки для кодирования нормированной амплитудной информации, и первый сигнал кодируется с использованием множества правил преобразования.

8. Носитель записи по п.7, отличающийся тем, что определение используемого при кодировании правила преобразования производится по соотношениям относительных положений по частоте между максимальным частотным компонентом и соответствующими частотными компонентами из компонентов тональной характеристики.

9. Носитель по п.7, отличающийся тем, что правило преобразования, применяемое к максимальному частотному компоненту, из множества правил преобразования предназначено для осуществления преобразования в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о больших амплитудных значениях.

10. Носитель записи по п.7, отличающийся тем, что правило преобразования, применяемое к другим соответствующим частотным компонентам максимального частотного компонента, из множества правил преобразования предназначено для осуществления преобразования в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о меньших амплитудных значениях.

11. Носитель записи по п.7, отличающийся тем, что сигнал, предназначенный для записи, представляет собой акустический сигнал.

12. Носитель записи по п.7, отличающийся тем, что первый сигнал содержит информацию, полученную путем нормировки и квантования амплитудной информации компонентов тональной характеристики, за исключением информации, полученной нормировкой и квантованием амплитудной информации максимального частотного компонента, для их кодирования, и коэффициенты нормировки.

13. Носитель записи по п.12, отличающийся тем, что первый сигнал содержит множество компонентов тональной характеристики, перекрывающихся друг с другом по частоте.

14. Носитель записи по п.12, отличающийся тем, что коэффициенты нормировки задаются так, что с уменьшением этих значений точность повышается.

15. Носитель записи по п.12, отличающийся тем, что предназначенный для записи, представляет собой акустический сигнал.

16. Устройство декодирования сигнала, предназначенное для декодирования кодированного сигнала, содержащее первое средство декодирования для декодирования первого сигнала, состоящего из компонентов тональной характеристики, подвергнутых кодированию кодами переменной длины, второе средство декодирования для декодирования второго сигнала, состоящего из других компонентов, и средство синтезирующего обратного преобразования для синтезирования соответствующих сигналов для их обратного преобразования или же для обратного преобразования соответствующих сигналов для их синтезирования, отличающееся тем, что амплитудная информация соответствующих компонентов тональной характеристики у первого сигнала используется для нормировки посредством коэффициентов нормировки и кодирования, причем первое средство декодирования предназначено для декодирования первого сигнала с помощью множества правил преобразования.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что определение используемого при кодировании правила преобразования производится по соотношению относительных положений их частоте максимального частотного компонента и соответствующих частотных компонентов тональной характеристики.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что правило преобразования, применяемое к максимальному частотному компоненту, из множества правил преобразования предназначено для осуществления преобразования в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о больших амплитудных значениях.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что правило преобразования, применяемое к компонентам за исключением максимального частотного компонента, из множества правил преобразования предназначено для осуществления преобразования в более короткие коды для частотных компонентов, несущих информацию о меньших амплитудных значениях.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что средство синтезирующего обратного преобразования предназначено для формирования акустического сигнала.

21. Устройство декодирования сигнала, предназначенное для декодирования кодированного сигнала, содержащее первое средство декодирования для декодирования нормированного и кодированного сигнала, состоящего из компонентов тональной характеристики, второе средство декодирования для декодирования второго сигнала, состоящего из других компонентов, и средство синтезирующего обратного преобразования для синтезирования соответствующих сигналов для их обратного преобразования или же для обратного преобразования соответствующих сигналов для их синтезирования, отличающееся тем, что первое средство декодирования предназначено для воспроизведения максимального частотного компонента тональной характеристики с использованием переданного коэффициента нормировки, компоненты тональной характеристики первого сигнала кодированы с перекрытием друг с другом по частоте, коэффициенты нормировки заданы так, что при уменьшении этих значений точность повышается, причем средство синтезирующего обратного преобразования предназначено для формирования акустического сигнала.

22. Способ кодирования сигнала для кодирования входного сигнала, включающий преобразование входного сигнала в частотные компоненты, разделение частотных компонентов на первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов; осуществление кодирования кодами переменной длины для первого сигнала, и кодирование второго сигнала, отличающийся тем, что амплитудную информацию первого сигнала нормируют посредством коэффициентов нормировки, а затем подвергают кодированию кодами переменной длины, первый сигнал подвергают кодированию кодами переменной длины с использованием множества различных правил преобразования.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что любое из множества различных правил преобразования выбирают на основе соотношения относительных положений по частоте максимального частотного компонента первого сигнала и других частотных компонентов.

24. Способ по п.22, отличающийся тем, что правило преобразования, применимое к максимальному частному компоненту, из множества правил преобразования предназначено для преобразования в более короткие коды в отношении информации о больших амплитудных значениях.

25. Способ по п.22, отличающийся тем, что правило преобразования, применимое к соответствующим частотным компонентам, за исключением максимального частотного компонента, из множества правил преобразования предназначено для выделения более коротких кодов в отношении информации о меньших амплитудных значениях.

26. Способ кодирования сигнала для кодирования входного сигнала, включающий преобразование входного сигнала в частотные компоненты, разделение частотных компонентов преобразованного входного сигнала на первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, отличающийся тем, что содержит нормировку амплитудной информации соответствующих компонентов тональной характеристики первого сигнала путем использования коэффициентов нормировки, и квантование нормированной амплитудной информации для ее кодирования, и кодирование второго сигнала, причем кодирование первого сигнала включает выдачу кодированного сигнала, связанного с частотными компонентами, за исключением максимального частотного компонента, соответствующих компонентов тональной характеристики, при этом разделение частотных компонентов преобразованного входного сигнала включает многократное выделение частотных компонентов, перекрывающихся друг с другом по частоте, а коэффициенты нормировки задают таким образом, что при уменьшении их значений точность повышается.

27. Способ декодирования сигнала для декодирования кодированного сигнала, включающий декодирование нормированного и кодированного первого сигнала, состоящего из компонентов тональной характеристики, декодирование второго сигнала, состоящего из других компонентов, и синтезирование соответствующих сигналов для их обратного преобразования или же обратного преобразования соответствующих сигналов для их синтезирования, с воспроизведением при этом первоначального сигнала, отличающийся тем, что декодирование первого сигнала включает воспроизведение максимального частотного компонента из компонентов тональной характеристики на основе переданных коэффициентов нормировки, первый сигнал содержит множество компонентов тональной характеристики, перекрывающихся друг с другом по частоте, коэффициенты нормировки задают таким образом, что при уменьшении их значений точность увеличивается.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству кодирования сигналов, для которого применимо кодирование информации, например в виде цифровых данных, для эффективного кодирования цифрового сигнала, например входных цифровых данных, для передачи или записи кодированного цифрового сигнала, к носителю записи сигнала, обеспечивающему запись сигналов, кодированных таким устройством кодирования сигнала, и к устройству декодирования сигналов, для которого применимо декодирование информации, например, цифровых данных, для декодирования кодированных сигналов, воспроизведенных с вышеупомянутого носителя записи, или переданных от вышеупомянутого устройства кодирования сигнала, для получения сигнала воспроизведения.

В настоящее время известны различные эффективные методы кодирования звуковых сигналов или речевых сигналов. К таким методам можно отнести кодирование с разделением полосы (поддиапазонное кодирование (SBC)), которое реализуется неблокирующей системой разделения полосы частот, предназначенной для разделения звукового сигнала на временной основе на сигнальные составляющие множества частотных диапазонов в каждый предварительно определенный интервал времени без осуществления блокирования для их кодирования; так называемое кодирование преобразованием, реализуемое системой разделения частотного диапазоне с блокированием, для разделения сигнала на временной основе на блоки в каждый предварительно определенный интервал времени, для преобразования соответствующих временных сигналов в частотные сигналы для каждого из соответствующих блоков (преобразование спектра) для разделения преобразованных таким образом сигналов в сигнальные составляющие множества частотных диапазонов для кодирования их в каждом соответствующем частотном диапазоне и т. п. Кроме того, уже был предложен эффективный метод кодирования, в котором кодирование разделением полосы и кодирование преобразованием, описанные выше, объединены. В этом случае, например, временной сигнал делится на сигналы множества диапазонов посредством упомянутого выше кодирования с разделением полосы с последующим спектральным преобразованием сигналов в каждом из соответствующих диапазонов в сигналы частотной области для осуществления кодирования спектрально преобразованных сигналов в каждом из соответствующих диапазонов.

Здесь, в качестве фильтра для разделения полосы в упомянутом методе кодирования с разделением полосы или упомянутом методе комбинированного кодирования, и так далее, имеется фильтр, например, так называемый QMF и так далее. Такой фильтр описывается, например, в 1976 R.E.Crochiere Digital Coding of speech in subbands Bell Syst. Tech. J. Vol. 55, N 8, 1976.

Кроме того, метод разделения с фильтром с равной шириной полосы описывается, например, в ICASSP 83, Bostou Polyphase Qnadrature filters - A new subband Coding tachnigue Joseph H. Pothweller.

Кроме того, в качестве упомянутой обработки спектральным преобразованием, известна, например, такая обработка спектральным преобразованием для разделения входного звукового сигнала на блоки для каждого предварительно определенного интервала времени (кадра) для проведения дискретного преобразования Фурье (DFT), дискретного косинусного преобразования (DCT) или модифицированного дискретного косинусного преобразования (MDCT) и так далее для каждого из соответствующих блоков; в результате осуществляется преобразование временных сигналов в сигналы частотной области. Упомянутая выше обработка с использованием метода MDCT описана в ICASSP 1987 Subband / Jransform Coding Using Filter Bank Designs Basrf on Time Domain Aliasing Cancellation J.P. Princen A.B.Bradby Univ. of Surrey Royal Melbourne Inst. of Tech.

Путем квантования сигналов, подразделяемых в каждой из диапазонов фильтром, или посредством обработки спектральным преобразованием таким образом, можно контролировать диапазоны, где имеют место шумы квантования, и выполнять более эффективное кодирование с точки слухового восприятия путем использования свойств маскирования и т. п. Кроме того, в этом случае, когда используется метод проведения нормировки на каждом из соответствующих диапазонов, например, посредством максимального значения, абсолютных значений сигнальных составляющих на соответствующих диапазонах до осуществления квантования, затем может проводиться эффективное кодирование.

Кроме того, в качестве метода осуществления разделения частотного диапазона на полосы частот для квантования соответствующих частичных составляющих, разделенных на каждый из частотных диапазонов, разделение на полосы осуществляется, например, с учетом характеристики слухового восприятия человека. А именно, имеются случаи, когда звуковой сигнал делится на сигнальные составляющие множества диапазонов (например, 25) таким образом, что ширина полос увеличивается в соответствии с частотными сдвигами в сторону более высокочастотных полос, которые в общем случае называются критическими диапазонами. При кодировании данных каждого из соответствующих диапазонов в этом случае соответствующих диапазонов кодирование выполняется путем предварительно определенного выделения бит или путем адаптивного выделения бит. Например, при кодировании коэффициентов, полученных в результате упомянутой выше обработки MDCT, посредством вышеупомянутого выделения бит, кодирование осуществляется посредством адаптивного выделения числа бит для коэффициентов MDCT для каждого из соответствующих диапазонов, полученным путем обработки по методу MDCT каждого из соответствующих блоков.

Метод выделения бит может быть реализован двумя известными способами. Например, в IEEE Transactions of Acoustions, Speech, and Signal Pricessind, vol. ASSP-25, N 4, August 1977, описаны выделения бит на основе величин сигналов в каждом из соответствующих диапазонов. В соответствии с такой реализацией спектр квантования становится плоским, а энергия шумов становится минимальной. Однако, так как эффект маскирования не используется в аспекте улучшения слухового восприятия, действительное восприятие шума не является оптимальным.

Кроме того, например в ICASSP 1980 The Critical band coderdigital encoding of the perceptial reduirement of the auditory system M.A.Kransner MIT описан метод, в котором используется маскирование слухового восприятия для получения необходимых отношений сигнал-шум в каждом из соответствующих диапазонов для осуществления фиксированного выделения бит. Однако в связи с тем, что при этом методе выделение бит фиксировано даже в случае, когда характеристика определяется входным синусоидальным колебанием, характеристическое значение не может принимать хороших значений.

Для решения этих проблем в EP 0 525 809 A 2, опубл. 03.02.93, предлагается устройство эффективного кодирования, в котором все доступные для выделения биты используются в состоянии разделения на биты комбинации фиксированного выделения бит, определенной заранее для каждого из соответствующих малых блоков, и биты для проведения выделения бит в зависимости от величин сигналов соответствующих блоков, обеспечивая зависимость отношения при разделения бит от сигнала, связанного с входным сигналом, так что это отношение становится большим для бит, относящихся к комбинации фиксированного выделения бит, по мере того, как спектр сигнала становится более ровным.

В соответствии с этим способом в случае, когда энергия концентрируется на конкретной спектральной составляющей, подобной входному синусоидальному колебанию, большее число бит выделяется блоку, содержащему эту спектральную составляющую, что позволяет заметно улучшить характеристику сигнал-шум в целом. Так как слуховое восприятие человека обычно чрезвычайно чувствительно к сигналу, имеющему резко выраженную спектральную составляющую, улучшение характеристики сигнал-шум в таком способе приводит не только к улучшению количественного значения измеряемой характеристики, но и обеспечивает улучшение качества звука с точки зрения слухового восприятия.

Помимо упомянутого выше способа выделения бит было предложено большое число подобных способов. Если модель, относящаяся к слуховому восприятию, оказывается более точной и повышаются возможности кодирующего устройства, то можно осуществить кодирование, более эффективное с точки зрения слухового восприятия.

Ниже будет приведено описание известного из уровня техники устройства кодирования сигнала со ссылками на фиг. 12 и последующих. Как показано на фиг. 12, акустический сигнал, поступающий на вход 100, преобразуется в сигнальные частотные компоненты посредством схемы преобразования 101. Затем соответствующие компоненты кодируются схемой кодирования 102 сигнальных компонент. Затем генерируется кодовая последовательность с помощью схемы генерирования кодовой последовательности 103, которая выдается на выход 104.

Пример выполнения схемы преобразования 101 (фиг. 12) представлен на фиг. 13. Сигнал, поступивший на вход 200 (сигнал выхода 100 на фиг. 12), делится на сигналы трех частотных диапазонов с помощью двух каскадов фильтров 201 и 202 деления на полосы. В фильтре 201 деления на полосы сигнал, поступивший на вход 200, делится на две половины. В фильтре 202 деления на полосы один из сигналов, разделенный пополам фильтром 201, еще раз делится пополам (сигнал с входа 200 делится на полосы так, что он становится равным четверти). А именно, ширина полосы каждого из двух сигналов фильтра 202 деления на полосы составляет одну четверть ширины полосы сигнала с входа 200.

Сигналы соответствующих диапазонов, разделенные на три диапазона, как описано выше, этими фильтрами 201, 202 деления на полосы, преобразуются в спектральные компоненты сигнала посредством схем спектрального преобразования 203, 204 и 205 для осуществления спектрального преобразования по методу MDCT и т. д. Выходные сигналы этих схем спектрального преобразования 203, 204 и 205 поступают на упомянутую выше схему кодирования компонент сигнала 102 (фиг. 12).

Пример выполнения схемы кодирования компонентов сигнала 102 (фиг. 12) представлен на фиг. 14.

Как показано на фиг. 14, выходной сигнал схемы кодирования компонентов сигнала 102, поступающий на вход 300, подвергается нормировке в каждом предварительно определенном диапазоне посредством схемы нормировки 301, а затем поступает на схему квантования 303. Кроме того, сигнал, поступивший на вход 300, подается также на схему определения точности квантования 302.

В схеме квантования 303 осуществляется квантование сигнала со схемы нормировки 301 с точностью квантования, заданной схемой определения точности квантования 302 по сигналу, поступившему со входа 300. Выходной сигнал от схемы квантования 303 снимается с выхода 304 и поступает на схему генерации кодовой последовательности 103 (фиг. 12). В выходном сигнале с выхода 304, помимо компонент сигнала, сформированных схемой квантования 303, содержится информация о коэффициенте нормировки со схемы нормировки 301 и информация о точности квантования со схемы определения точности квантования 302.

На фиг. 15 представлена схема декодирующего устройства, предназначенного для декодирования акустического сигнала по кодовым последовательностям, сформированным кодирующим устройством (фиг. 12) для получения декодированного сигнала.

Как показано на фиг. 15, коды соответствующих компонентов сигнала выделяются схемой разложения кодовой последовательности 401 из кодовой последовательности, сформированной в схеме по фиг. 12, которая поступает на вход 400. Соответствующие компоненты сигнала восстанавливаются (реконструируются) схемой декодирования компонентов сигнала 403 по этим кодам. После этого схемой обратного преобразования 403 осуществляется обратное преобразование, соответствующее преобразованию, осуществляемому схемой преобразования 101 (фиг. 12). Таким образом формируется акустический сигнал. Этот акустический сигнал выдается на выход 404.

На фиг. 16 показан пример выполнения схемы обратного преобразования 403 по фиг. 15.

Схема, представленная на фиг. 16, соответствует примеру выполнения схемы преобразования, показанной на фиг. 13. Сигналы, поступающие от схемы декодирования компонентов сигнала 402 через выводы 501, 502 и 503, преобразуются схемами обратного спектрального преобразования 504, 505 и 506 для осуществления обратного спектрального преобразования, соответствующего спектральному преобразованию по фиг. 13. Сигналы соответствующих диапазонов, поступающие на эти схемы обратного спектрального преобразования 504, 505 и 506, синтезируются двумя каскадами фильтров синтеза полосы 507 и 508.

А именно, выходные сигналы схем обратного спектрального преобразования 505 и 506 поступают на фильтр синтеза полосы 507, в котором они синтезируются. Далее, выходной сигнал фильтра синтеза полосы 507 и выходной сигнал схемы обратного спектрального преобразования 504 синтезируются фильтром синтеза полосы 508. Выходной сигнал этого фильтра синтеза полосы 508 выдается на выход 509 (выход 404 на фиг. 15).

Фиг. 17 - поясняет способ кодирования, осуществляемого в устройстве кодирования, показанном на фиг. 12. Показанный на фиг. 17 спектр сигнала получен схемой преобразования по фиг. 13. На фиг. 17 показаны уровни абсолютных значений спектральных составляющих при обработке по методу MDCT в dB.

Как показано на фиг. 17, входной сигнал преобразован в 64 спектральных составляющих на каждом предварительно определенном временном блоке. Эти спектральные составляющие объединены в группы (ниже называемые блоки кодирования) в каждом из пяти предварительно определенных диапазонов, обозначенных b1-b5, и подвергаются нормировке и квантованию. В этом примере величины ширины полосы соответствующих блоков кодирования сужаются на стороне более низких частот полосы и расширяются на стороне более высоких частот полосы, что позволяет контролировать возникновение шумов квантования в соответствии со свойствами слухового восприятия.

Однако в традиционном способе, описанном выше, диапазоны квантования частотных компонентов фиксированы. По этой причине, например, в случае, когда спектральные компоненты концентрируются вблизи нескольких конкретных частот, при необходимости квантования этих спектральных компонентов с достаточной точностью, большому числу спектральных компонент, принадлежащих одному и тому же диапазону, должно выделяться большое число бит в качестве бит этих спектральных компонент.

А именно, как следует из фиг. 17, когда нормировка проводится в условиях, когда сигналы объединяются в каждом из предварительно определенных диапазонов, значения коэффициентов нормировки нормируются на базе большого значения коэффициента нормализации, определяемого тональным характеристическим компонентом, например, в частном диапазоне b3 на фиг. 17, где тональный характеристический компонент включен в сигнал.

В таком случае шум, включенный в акустический сигнал тональной характеристики, где энергия спектральных компонентов концентрируются на конкретной частоте или конкретных частотах, обычно очень неприятен для слухового восприятия, по сравнению с шумом, в акустическом сигнале, где энергия равномерно распределена в широком диапазоне частот и создает большие помехи слуховому восприятию. Кроме того, если спектральные компоненты, имеющие большую энергию, то есть, тональные компоненты, не квантуются с достаточно хорошей точностью, в случае, когда эти спектральные компоненты преобразуются в акустические временные сигналы второй раз при синтезировании их с блоками до и после, искажение между блоками становится большим и большое искажение имеет место при синтезировании с сигналами смежных временных блоков, так что и здесь возникают большие помехи слуховому восприятию. По этой причине для кодирования тональных компонент квантование должно проводится с помощью достаточно большого числа бит. Однако, в случае, где точности квантования определяются на каждом из предварительно определенных частотных диапазонов, как описано выше, необходимо выделять много бит большому числу спектральных компонент в блоках кодирования, включающих тональные компоненты для проведения их квантования, что приводит к низкой эффективности кодирования. Соответственно, обычно трудно повысить эффективность кодирования без ухудшения качества звука, особенно по отношению к тональным акустическим сигналам.

С учетом описанного выше, цель этого изобретения состоит в создании устройства кодирования сигнала, которое может улучшать эффективность кодирования без снижения качества звука определенного тонального акустического сигнала, носителя записи, выполненного таким образом, что сигнала, обработанные таким устройством кодирования сигнала, записываются на него или в него, и устройстве декодирования сигнала, предназначенного для декодирования кодированного сигнала, воспроизводимого с такого носителя записи или передаваемого от устройства кодирования сигнала, как упоминалось выше.

Устройство кодирования сигнала, соответствующее настоящему изобретению, содержит средство преобразования для преобразования входного сигнала на частотные компоненты, средство разделения для разделения выходного сигнала средства преобразования на первый сигнал тональных характеристических компонентов и на второй сигнал других компонентов, первое средство кодирования для кодирования первого сигнала и второе средство кодирования для кодирования второго сигнала, где первое средство кодирования кодирует соответствующие компоненты первого сигнала, так что они соответственно имеют различные кодовые длины.

Здесь устройство кодирования сигнала согласно этому изобретению обеспечивает обработку, как описано выше. А именно, первое средство кодирования работает так, что при кодировании первого сигнала оно нормирует амплитудную информацию соответствующих тональных компонентов первого сигнала посредством коэффициента нормировки для последующего кодирования этой нормированной амплитудной информации. Кроме того, устройство кодирования сигнала кодирует соответствующие частотные компоненты соответствующих тональных компонентов по множеству правил преобразования. Правило преобразования, используемое при осуществлении кодирования, определяется соотношением относительных положений на частотной основе между максимальной частотной компонентой и соответствующими частотными компонентами компонент тональной характеристики. Правило преобразования, примененное к максимальной частотной компоненте, из упомянутых выше правил преобразования, обеспечивает обработку преобразованием в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, имеющим информацию с информацией о больших значениях амплитуды. Правило преобразования, применимое к другим соответствующим частотным компонентам максимальной частотной компоненты, из упомянутых выше правил преобразования осуществляет обработку преобразованием в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, с информацией о меньших значениях амплитуды. В этом случае входным сигналом является акустический сигнал.

Кроме того, первое средство кодирования устройства кодирования сигнала, согласно изобретению, нормирует и квантует амплитудную информацию соответствующих компонент тональной характеристики первого сигнала посредством коэффициентов нормировки для их кодирования и не использует амплитудную информацию максимальной частотной компоненты при этом кодировании.

Устройство кодирования сигнала согласно изобретению в этом случае проводит обработку, как описано ниже. А именно, средство разделения обеспечивает перекрытие компонентов тональной характеристики друг с другом на частотной основе для осуществления разделения первого сигнала. Значения коэффициентов нормировки задаются так, что когда эти значения становятся меньше, точность повышается. Также и в этом случае входным сигналом является акустический сигнал.

Носитель записи, согласно изобретению, выполнен так, что на него записывается сигнал, состоящий из компонент тональной характеристики, кодированных так, чтобы соответственно иметь различные длины, и второй сигнал, состоящий из других компонент.

Свойства носителя записи, выполненного согласно изобретению, описываются ниже. А именно, амплитудная информация соответствующих компонент тональной характеристики первого сигнала нормируется посредством коэффициентов нормировки и кодируется. Кроме того, соответствующие частотные компоненты тональной характеристики кодируются по множеству правил преобразования. Правило преобразования, используемое при осуществлении кодирования, определяется соотношением относительных положений на частотной основе между максимальной частотной компонентной и соответствующими частотными компонентами тональной характеристики. Правило преобразования, применяемое к максимальной частотной компоненте, из упомянутых выше правил преобразования, осуществляет обработку преобразованием в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, несущим информацию о больших амплитудных значениях. Правило преобразования, используемое для других соответствующих частотных компонентов максимальной частотной компоненты, из упомянутых выше правил преобразования, осуществляет обработку преобразованием в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, несущим информацию о меньших амплитудных значениях. В этом случае сигналом, который должен записываться, является акустический сигнал.

Кроме того, носитель записи, соответствующий изобретению, приспосабливается так, что первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, записываются отдельно друг от друга. В этом случае записываются сигналы, полученные нормировкой и квантованием амплитудной информации компонент тональной характеристики первого сигнала для их кодирования. Кроме того, в качестве первых сигналов записывается информация, кроме информации, полученной путем нормировки и квантования амплитудной информации с максимальной частотой.

Запись осуществляется таким образом, что компоненты тональной характеристики первого сигнала перекрываются друг с другом на частотной основе. Коэффициенты нормировки задаются так, что с уменьшением этих значений точность повышается.

Устройство декодирования сигнала, соответствующее изобретению, содержит первое средство декодирования для декодирования первого сигнала, состоящего из компонентов тональной характеристики, кодированных так, что они соответственно имеют различные длины, второе средство декодирования второго сигнала, состоящего из других компонентов, и средство синтезирующего обратного преобразования для синтезирования соответствующих сигналов для их обратного преобразования или обратного преобразования соответствующих сигналов для их синтезирования.

Свойства устройства декодирования сигнал, соответствующие изобретению, описываются ниже. А именно, амплитудная информация соответствующих компонентов тональной характеристики первого сигнала нормируется посредством коэффициента нормировки и кодируется. Кроме того, соответствующие частотные компоненты тональной характеристики кодируются согласно множеству правил преобразования. Правило преобразования, используемое при осуществлении кодирования, определяется соотношением относительных положений на частотной основе между максимальным частотным компонентом и соответствующими частотными компонентами тональной характеристики. Правило преобразования, применимое к максимальному частотному компоненту, из упомянутых выше правил преобразования осуществляет обработку преобразования в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, несущим информацию о больших амплитудных значениях. Правило преобразования, применимое к компонентам, за исключением максимального частотного компонента, из упомянутых выше правил преобразования осуществляет обработку преобразованием в более короткие коды по отношению к частотным компонентам, несущим информацию о меньших амплитудных значениях. В этом случае выходным сигналом является акустический сигнал.

Кроме того, устройство декодирования сигнала, соответствующее изобретению, содержит первое средство декодирования для декодирования первого сигнала, состоящего из компонентов тональной характеристики, кодированных в состоянии, когда и заключается информация, полученная путем нормирования и квантования амплитудной информации максимального частотного компонента, второе средство декодирования для декодирования второго сигнала, состоящего из других компонентов, и средства синтезирующего обратного преобразования для синтезирования соответствующих сигналов для их обратного преобразования или для обратного преобразования соответствующих сигналов для их синтезирования.

В этом случае компоненты тональной характеристики первого сигнала кодируются с перекрытием друг с другом на частотной основе. Кроме того, коэффициенты нормировки задаются так, что при уменьшении этих значений точность повышается.

В соответствии с изобретением, в случае осуществления кодирования для вводимого сигнала в состоянии разделения на компоненты сигнала (компоненты тональной характеристики), где энергия концентрируется на конкретной частоте, и компоненты (за исключением компонентов тональной характеристики), где энергия плавно распределена в широком частотном диапазоне, кодирование переменной длины эффективно применяется к сигналам, состоящим из компонентов тональной характеристики, реализуя этим более эффективное кодирование. Кроме того, по отношению к спектральным коэффициентам, когда абсолютное значение максимально, кодируются только положительная и отрицательная информация, кодирование осуществляется более эффективно.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема, показывающая в виде блок-схемы кодирующее устройство варианта осуществления, соответствующего изобретению; на фиг. 2 - принципиальная схема, показывающая в виде блок-схемы декодирующее устройство варианта осуществления, соответствующего изобретению; на фиг. 3 - схема последовательности операций, осуществляемых при обработке в схеме разделения компонентов сигнала, соответствующей изобретению; на фиг. 4 - иллюстрация выделения компоненты тональной характеристики при кодировании сигнала согласно изобретению; на фиг. 5 - иллюстрация компонентов шумовой характеристики, в которой компоненты тональной характеристики удалены из первоначального спектрального сигнала при кодировании сигнала, согласно изобретению; на фиг. 6 - пример спектра сигнала; на фиг. 7 - иллюстрация сигнала, в котором сигнал, полученный путем кодирования и декодирования одного компонента тональной характеристики, вычтен из спектрального сигнала, представленного на фиг. 6; на фиг. 8 - иллюстрация правила преобразования, применимого к спектру компонентов тональной характеристики согласно изобретению; на фиг. 9 - структурная схема, иллюстрирующая схему кодирования тональной характеристики, показанную на фиг. 1; на фиг. 10 - структурная схема, иллюстрирующая схему декодирования тональной характеристики, показанную на фиг. 2; на фиг. 11 - пояснение записи кодовой последовательности, полученной после осуществления кодирования системой кодирования сигнала согласно изобретению; на фиг. 12 - структурная схема, иллюстрирующая общепринятое устройство кодирования; на фиг. 13 - структурная схема, иллюстрирующая схему преобразования этого варианта осуществления и общепринятого устройства кодирования; на фиг. 14 - структурная схема, иллюстрирующая схему кодирования компонентов сигнала согласно изобретению и общепринятому устройству кодирования; на фиг. 15 - структурная схема, иллюстрирующая общепринятое устройство декодирования; на фиг. 16 - структурная схема, иллюстрирующая схему обратного преобразования, применимую для изобретения и общепринятого устройства декодирования; на фиг. 17 - пояснение способа кодирования согласно предшествующему уровню техники; на фиг. 18 - структурная схема, иллюстрирующая другой пример схемы синтезирующего обратного преобразования, для устройства декодирования согласно изобретению; на фиг. 19 - структурная схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления кодирующего устройства, соответствующего изобретению; на фиг. 20А - таблица кодов, иллюстрирующая правило преобразования для максимального спектрального коэффициента; на фиг. 20B - таблица кодов, иллюстрирующая правило преобразования спектральных коэффициентов в случае, когда одно и то же правило преобразования используется для всех периферийных компонентов.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показано устройство кодирования сигнала для варианта осуществления, соответствующего этому изобретению.

Согласно фиг. 1, на вывод 600 подается акустический сигнал. Этот акустический сигнал преобразуется в частотные сигнальные компоненты схемой преобразования 601, а затем подается на схему разделения компонентов сигнала 602.

В этой схеме разделения компонентов сигнала 602 частотные компоненты сигнала, сформированные схемой преобразования 601, разделяются на компоненты тональной характеристики, имеющие узкое спектральное распределение, и остальные частотные компоненты - компоненты шумовой характеристики, имеющие плоское спектральное распределение. Компоненты тональной характеристики, имеющие узкое спектральное распределение, кодируются схемой кодирования компонентов тональной характеристики 603, а шумовые компоненты кодируются схемой кодирования компонент шумовой характеристики 604. Сигнал с выхода схемы кодирования компонентов тональной характеристики 603 подвергается кодированию переменной длины в схеме кодирования переменной длины 601. Выходные сигналы схемы кодирования переменной длины 610 и схемы кодирования компонентов шумовой характеристики 604 подаются на схему формирования кодовой последовательности 605. Сформированная кодовая последовательность выводится со схемы 605. Устройство кодирования с исправлением ошибок (ECC) 606 добавляет к кодовой последовательности со схемы формирования кодовой последовательности 605 код исправления ошибок. Выходной сигнал от кодирующего устройства кода 606 модулируется схемой электромагнитного модулятора 607. Полученный таким образом модулированный сигнал подается на записывающую головку 608. Эта записывающая головка 608 записывает кодовую последовательность, выводимую из схемы электромагнитного модулятора 607, на диск 609.

Следует заметить, что в качестве схемы преобразования 601 может использоваться схема, подобная показанной на фиг. 13, упомянутой выше. Конечно же, в качестве действительно используемой схемы преобразования 601 по фиг. 1 могут использоваться и другие схемы, помимо представленной на фиг. 13, упомянутой выше. Например, выходной сигнал может прямо преобразовываться в спектральный сигнал посредством модифицированного дискретного косинусного преобразования (MDCT), а дискретное преобразование Фурье или дискретное косинусное преобразование может использоваться в качестве спектрального преобразования вместо MDCT.

Кроме того, хотя сигнал делится на сигналы частотных компонентов фильтром деления полосы, как описано ранее, так как кодирование согласно изобретению особенно эффективно производится в случае, когда энергия концентрируется на конкретной частоте или на конкретных частотах, при этом удобно использовать способ преобразования в частности компоненты посредством описанного выше спектрального преобразования, при котором большое число частотных компонентов реализуется относительно небольшим количеством операций.

Кроме того, схема кодирования компонентов тональной характеристики 603 и схема кодирования компонентов характеристики шума 604 могут быть реализованы в виде схемы, подобной на фиг. 14, упомянутой выше.

С другой стороны, на фиг. 2 показана схема устройства декодирования сигнала согласно варианту осуществления изобретения для декодирования сигнала, кодированного устройством кодирования по фиг. 1.

Как показано на фиг. 2, кодовая последовательность, воспроизведенная через воспроизводящую головку 708 с диска 609, подается на схему электромагнитной демодуляции 709. Эта схема электромагнитной демодуляции 709 демодулирует введенную кодовую последовательность. Демодулированная кодовая последовательность подается на декодер кода с использованием ошибок 710, в котором проводится исправление ошибок. Схема разложения (декомпозиции) кодовой последовательности 701 распознает на основе числа, связанного с информационным содержанием компонентов тональной характеристики кодовой последовательности с исправлением ошибок, какая часть кодовой последовательности принадлежит коду компонентов тональной характеристики, для разделения введенной кодовой последовательности на коды компонентов тональной характеристики и коды компонентов шумовой характеристики. Кроме того, схема разделения кодовой последовательности 701 выделяет информацию о положении компонента тональной характеристики из введенной кодовой последовательности для подачи этой информации на схему синтеза 704 следующего каскада. Коды компонентов тональной характеристики подвергаются декодированию переменной длины в схеме декодирования переменной длины 715, а затем подаются на схему декодирования компонентов тональной характеристики 703, в которой осуществляются обратное квантование и снятие нормировки и декодируются соответствующие компоненты. После этого декодированные сигналы от схемы декодирования компонентов тональной характеристики 702 и схемы декодирования компонентов характеристики шума 703 подаются на схему синтеза 704 для осуществления синтеза соответственно разделению в схеме разделения компонентов сигнала 602 по фиг. 1. Схема синтеза 704 добавляет декодированный сигнал компонента тональной характеристики в предварительно определенное положение декодированного сигнала компонента шумовой характеристики на основе информации о положении компонента тональной характеристики, полученной из схемы разделения кодовой последовательности 701, для осуществления частотного синтеза компонентов шумовой характеристики тональной характеристики. Кроме того, декодированный сигнал, синтезированный таким образом, подвергается обратному преобразованию, соответствующему преобразованию в схеме преобразования по фиг. 1, так как частотный сигнал преобразуется в первоначальный временной сигнал во второй раз. Выходной сигнал схемы обратного преобразования 705 выдается на выход 707. Следует отметить, что порядок обратного преобразования и синтеза может быть противоположным описанному выше. В этом случае блок синтезируемого обратного преобразования 711 на фиг. 2 выполнен так, как показано на фиг. 18. Схема обратного преобразования 712, образующая блок обратного преобразования 711, преобразует декодированный сигнал частотного компонента шумовой характеристики со схемы декодирования компонентов шумовой характеристики 703 во временной сигнал компонентов шумовой характеристики. Схема обратного преобразования 713 помещает декодированный сигнал компонента тональной характеристики со схемы декодирования компонентов тональной характеристики 702 в положение по частоте, соответствующее определенной информации о положении компонента тональной характеристики, со схемы разделения кодовой последовательности 701 для ее обратного преобразования с целью формирования временного сигнала компонентов тональной характеристики. Схема синтеза 714 синтезирует временной сигнал компонентов шумовой характеристики от схемы обратного преобразования 712 и временной сигнал компонентов тональной характеристики от схемы обратного преобразования 713, тем самым формируя первоначальный сигнал.

Следует отметить, что схемы обратного преобразования 705, 712 и 713 могут быть выполнены так, как показано на фиг. 16.

На фиг. 3 показана последовательность обработки, реализующей разделение компонентов тональной характеристики в схеме разделения компонент сигнала 602 устройства кодирования по фиг. 1. При этом 1 обозначает число спектральных сигналов, N - общее число спектральных сигналов, а P и R - предварительно определенные коэффициенты. Кроме того, упомянутый выше компонент тональной характеристики определяется с учетом следующего. В случае, когда абсолютное значение некоторого спектрального сигнала больше, чем другие соседние спектральные компоненты, разность между абсолютным значением и максимальным значением абсолютных значений спектральных сигналов в соответствующем временном блоке (блок в обработке спектрального преобразования) не меньше предварительно определенного значения, а сумма этого спектрального и соседних спектральных компонентов (например, примыкающих с обеих сторон) дает не меньше предварительно определенного отношения по энергии в предварительно определенном диапазоне, содержащем эти спектральные компоненты, то этот спектральный сигнал и, например, спектральные сигналы, примыкающие к нему с обеих сторон, считываются компонентами тональной характеристики. Следует заметить, что в качестве предварительно определенной полосы для сравнения отношения распределения энергии может использоваться такая полоса, более узкая в области более низких частот и более широкая в области более высоких частот в соответствии, например, с критическими величинами ширины полос, определенными с учетом свойств слухового восприятия.

Как показано на фиг. 3, вначале на этапе S1, максимальное спектральное абсолютное значение подставляется для переменной АО. На этапе S2 число 1 для спектрального сигнала задается 1. На этапе S3 определенное спектральное абсолютное значение в определенном временном блоке подставляется в переменную A.

На этапе S4 выносится суждение, является или не является при локальном рассмотрении спектральное абсолютное значение спектром максимального абсолютного значения, большим, чем другие спектральные компоненты. В результате, когда это не спектр максимального абсолютного значения (No [нет]), операция обработки переходит на этап S10. Наоборот, в случае, когда этот спектр максимального абсолютного значения операция обработки переходит на этап S5.

На этапе S5 сравнивается отношение переменной A спектра максимального абсолютного значения в соответствующем временном блоке, включающем спектр максимального абсолютного значения, и переменной АО максимального спектрального абсолютного значения с коэффициентом P предварительно определенной величины (A/A₀ > P). В результате в случае, когда A/A₀ больше, чем P, операция обработки переходит на этап S6. Наоборот, в случае, когда A/A₀ меньше P, операция обработки переходит на этап S10.

На этапе S6 значение энергии соседних спектральных компонентов (например, сумма энергий спектральных компонентов, примыкающих к соответствующему спектру с обеих сторон) для спектра с абсолютным значением (максимальным абсолютным значением) подставляется в переменную X. На последующем этапе S7 значение энергии в предварительно определенной полосе, содержащей спектр с максимальным абсолютным значением и его соседние спектры подставляется в переменную Y.

На последующем этапе S8 отношение переменной X значения энергии к переменной Y значения энергии в предварительно определенной полосе сравнивается с коэффициентом для предварительно определенного отношения (X/Y > R). В результате, когда X/Y больше, чем R, операция обработки переходит на этап S9. Наоборот, когда X/Y меньше R операция обработки переходит на этап S10.

На этапе S9, в случае, когда отношение энергии в спектре с максимальным абсолютным значением и его соседних спектральных компонентов к энергии в предварительно определенной полосе, содержащей эти спектральные компоненты, оказывается не меньше предварительно определенного значения, сигнал его спектрального компонента с максимальным абсолютным значением и, например, сигналы спектральных компонент, примыкающих к нему с обеих сторон, считается компонентом тональной характеристики для регистрации этого факта.

На последующем этапе S10 принимается решение, равны ли друг другу или нет число I спектрального сигнала, зарегистрированного на этапе S9, и общее число N спектральных сигналов (I= N). В результате, в случае, когда они равны, обработка завершается. Наоборот, в случае, когда они не равны, операция обработки переходит на этап S11. На этапе S11 устанавливается I = I+I для увеличения (приращения) числа спектральных сигналов на один. Таким образом, операция обработки возвращается к этапу S3 для повторения упомянутой выше обработки. Схема разделения компонент сигнала 602 передает частотный компонент или компоненты тональной характеристики посредством описанной выше обработки на схему кодирования тональной характеристики 603, а другие частотные компоненты в качестве компонентов шумовой характеристики - на схему кодирования шумовой характеристики 604. Кроме того, схема разделения компонентов сигнала 602 передает число для частотной информации, для которого принято решение, что это компонент тональной характеристики, и информацию об его положении на схему формирования кодовой последовательности 605.

На фиг. 4 показан пример выделения компонентов тональной характеристики от остальных частотных компонентов, как описано выше.

В примере, показанном на фиг. 4, осуществляется выделение четырех компонентов тональной характеристики, обозначенных TC_A, TC_B, TC_C и TC_D. Так как эти компоненты тональной характеристики сконцентрированы на небольшом числе спектральных сигналов, то даже если эти компоненты квантованы с высокой точностью, в целом не требуется большое число бит. По этой причине, хотя компоненты тональной характеристики уже нормированы для последующего квантования нормированных компонент, чтобы улучшить эффективность кодирования, то в этом случае обработку нормировки и/или повторного квантования можно опустить, тем самым упростив устройство.

На фиг. 5 показан пример компонент шумовых характеристик, в которых из первоначального спектрального сигнала исключены компоненты тональной характеристики.

Как показано на фиг. 5, здесь компоненты тональной характеристики исключены (сделаны нулевыми), как описано выше, из первоначального спектрального сигнала в соответствующих диапазонах b1 b5. В этом случае коэффициенты нормировки в соответствующих блоках кодирования принимают малые значения. Соответственно шумы квантования могут быть уменьшены даже при малом числе бит.

Хотя было описано, что данный метод используется для выделения компонентов тональной характеристики, обнуления компонентов тональной характеристики и сигналов вблизи них для последующего кодирования компонентов шумовой характеристики для повышения эффективности кодирования, может быть использован способ кодирования сигнальных компонентов, полученных путем вычитания сигнала, полученного путем кодирования компонентов тональной характеристики, для декодирования этих компонентов из первоначального спектрального сигнала.

Устройство кодирования сигнала по этому способу будет описано со ссылкой на фиг. 19. На фиг. 19 и 1 одни и те же элементы обозначены одинаковыми позициями.

Спектральный сигнал, полученный с помощью схемы преобразования 802, поступает на схему выделения компонентов тональной характеристики 802 через переключатель 801, управляемый схемой управления 808. Эта схема выделения компонентов тональной характеристики 802 выделяет компонент тональной характеристики путем описанной выше обработки (фиг. 3) для передачи только выделенного компонента тональной характеристики на схему кодирования компонента тональной характеристики 603. Кроме того, схема выделения компонентов тональной характеристики 802 выдает информацию о номере компонента тональной характеристики и информацию о положении ее центра на схему формирования кодовой последовательности 605. Схема кодирования компонентов тональной характеристики 603 осуществляет нормировку и квантование введенного компонента тональной характеристики для подачи нормированного и квантованного компонента тональной характеристики на схему кодирования переменной длины 610 и локальный декодер 804. Эта схема кодирования переменной длины 610 осуществляет кодирование переменной длины для нормированного и квантованного компонента тональной характеристики для передачи кода переменной длины, получаемого таким образом, на схему формирования кодовой последовательности 605. Этот локальный декодер 804 осуществляет обратное квантование и снятие нормировки для нормированного и квантованного компонента тональной характеристики при декодировании сигнала первоначального компонента тональной характеристики. Следует заметить, что при этом в декодируемый сигнал включается шум квантования. Выходной сигнал от локального декодера 804 подается на сумматор 805 в качестве первого декодированного сигнала. Кроме того, первоначальный спектральный сигнал от схемы преобразования 601 подается на сумматор 805 через переключатель 806, управляемый схемой управления переключателем 808. Этот сумматор 805 вычитает первый декодированный сигнал из первоначального спектрального сигнала, выдавая первый разностный сигнал. В случае, когда последовательность обработки выделения, кодирования, декодирования и определения разности компонентов тональной характеристики завершается однократной последовательностью обработки, упомянутый выше первый разностный сигнал подается в качестве компонента шумовой характеристики на схему кодирования шумовой характеристики 604 через переключатель 807, управляемый схемой управления переключателем 808. Кроме того, последовательность обработки выделения, кодирования, декодирования и определения разности компонента тональной характеристики повторяется, и первый разностный сигнал подается на схему выделения компонентов тональной характеристики 802 через переключатель 801. Схема выделения компонентов тональной характеристики 802, схема кодирования компонентов тональной характеристики 603 и локальный декодер 804 проводят обработку, подобную описанной выше. Таким образом, полученный второй декодированный сигнал подается на сумматор 805. Кроме того, первый разностный сигнал подается на сумматор 805 через переключатель 806. Сумматор 805 вычитает второй декодированный сигнал из первого разностного сигнала, формируя второй разностный сигнал. Кроме того, в случае, когда последовательность обработки выделения, кодирования, декодирования и определения разности компонентов тональной характеристики завершается двукратной последовательностью обработки, второй разностной сигнал подается на схему кодирования компонентов характеристики шума 604 через переключатель 807 в качестве компонент шумовой характеристики. В случае, когда последовательность обработки выделения, кодирования, декодирования и определения разности компонентов тональной характеристики повторяется дальше, схема выделения компонентов тональной характеристики 802, схема кодирования компонентов тональной характеристики 603, локальный декодер 804 и сумматор 805 осуществляют обработку, подобную описанной выше. Схема управления переключателем 808 хранит пороговое значения информационного числа компонентов тональной характеристики и управляет переключателем 807 так, что последовательность обработки выделения кодирования, декодирования и определения разности для компонентов тональной характеристики завершается в случае, когда информационное число компонентов тональной характеристики, полученное от схемы выделения компонентов тональной характеристики, выше порогового значения. Кроме того, в схеме кодирования компонентов тональной характеристики 603 может использоваться обработка, предусматривающая, что когда прекращается выделение компонента тональной характеристики, последовательность обработки, включающая выделение, кодирование, декодирование и определение разности для компонента тональной характеристики, завершается.

Фиг. 6 и 7 поясняют описываемый способ, причем на фиг. 7 показан сигнал, в котором сигнал, полученный путем кодирования одного компонента тональной характеристики для декодирования кодированного сигнала, вычтен из спектрального сигнала, показанного на фиг. 6.

Компоненты, показанные на фигуре пунктирными линиями, выделены из спектрального сигнала как компоненты тональной характеристики, что позволяет улучшить точность кодирования спектрального сигнала. Путем повторения такой операции может быть обеспечена высокая точность кодирования. В случае использования этого способа, даже если верхний предел числа бит для квантования компонентов тональной характеристики задается низким значением, точность кодирования может быть достаточно высокой. Соответственно к достоинствам следует также отнести то, что число бит квантования записи может уменьшаться. Далее, способ выделения компонентов тональной характеристики многокаскадным образом, как описано выше, не обязательно может применяться только в случае, когда сигнал, эквивалентный сигналу, полученному путем кодирования компонентов тональной характеристики для декодирования кодированного сигнала, вычитается из первоначального спектрального сигнала, но также и для случая, когда спектральный сигнал выделенного компонента тональной характеристики обнуляется. В описании изобретения выражение "сигнал, из которого выделяются компоненты тональной характеристики" следует считать содержащим оба упомянутых выше случая.

Хотя в кодирующем устройстве этого варианта осуществления, как описано выше, сигнал первоначальной формы колебаний разлагается на компоненты тональной характеристики и компоненты шумовой характеристики, для проведения кодирования, способ, который описан ниже, применим в сочетании с кодированием компонентов тональной характеристики, что обеспечивает дальнейшее повышение эффективности кодирования.

А что касается соответствующих компонентов тональной характеристики, энергия концентрируется на спектральном коэффициенте, когда абсолютное значение становится максимальным (далее будет называться максимальным спектральным коэффициентом) и периферийных спектральных коэффициентах (ниже будут называться периферийными спектральными коэффициентами). В этом случае есть какое-то отклонение в распределении значений, когда соответствующие коэффициенты квантуются, и распределение максимального спектрального коэффициента и периферийных спектральных коэффициентов сильно отличаются друг от друга в зависимости от соотношения относительных положений в частотной области. А именно, если спектральные коэффициенты, составляющие соответствующие тональные компоненты, нормируются посредством коэффициента нормировки, определенного максимальным спектральным коэффициентом, то есть соответствующие спектральные коэффициенты, образующие компоненты тональной характеристики, делятся на максимальный спектральный коэффициент в этих компонентах тональной характеристики, максимальный спектральный коэффициент после квантования становится равным значению, более близкому к +1 или -1. Наоборот, так как тональные компоненты имеют такую характеристику, что спектральные коэффициенты главным образом резко уменьшаются при максимальном спектральном коэффициенте, находящемся в центре, периферийные спектральные коэффициенты после квантования распределяются на более высокой частоте в значениях, более близких к нулю.

В случае, когда имеется отклонение в распределении значений, подлежащих кодированию, как указывалось выше, используется так называемый код переменной длины с выделением более короткой длины кода для комбинации высокой частоты, как описывается, например, в D.A. Huffman: A Method for Construction of Minimum Redundacy Cooles, Proc. IRE, 40 P. 1098 (1952), что делает возможным проведение эффективного кодирования.

Следовательно, в устройстве кодирования сигнала, согласно варианту осуществления изобретения, соответствующие компоненты тональной характеристики разделяются на максимальный спектральный коэффициент и периферийные спектральные коэффициенты для применения различных кодов переменной длины к соответствующим спектральным коэффициентам, чем осуществляется эффективное кодирование.

Следует заметить, что так как компоненты тональной характеристики имеют очень узкое спектральное распределение в частотной области на распределение значений в случае, когда периферийные спектральные коэффициенты нормируются и квантуются, сильно влияет соотношение относительных положений в частотной области между этими периферийными частотными коэффициентами и максимальным спектральным коэффициентом. Ввиду этого желательно использовать подход с дальнейшей классификацией (делением) периферийных спектральных коэффициентов на несколько совокупностей (групп) в зависимости от частотного положения относительно максимального спектрального коэффициента для преобразования их с использованием правил преобразования в различные коды переменной длины для каждой из выделенных совокупностей (групп).

Для классификации относительного положения может использоваться классификация по абсолютным значениям разностей в частотной области для максимальных спектральных компонент.

В частности, для спектра компонентов тональной характеристики, показанного на фиг. 8, используются, например, всего три правила преобразования: правило преобразования максимального спектрального коэффициента ECc, правило преобразования для периферийных спектральных коэффициентов ECb и ECd и правило преобразования для периферийных коэффициентов ECa и ECe для осуществления преобразования в коды переменной длины. Конечно же кодирование переменной длины может проводиться по одному и тому же правилу преобразования для всех периферийных спектральных коэффициентов с целью упрощения обработки.

Пример таблицы кодов, иллюстрирующей правило преобразования для максимального спектрального коэффициента, показан на фиг. 20А. Кроме того, пример кодовой таблицы, иллюстрирующей правило преобразования периферийных спектральных коэффициентов в случае, когда одно и то же правило преобразования используется для всех периферийных спектральных коэффициентов, показан на фиг. 20B.

Максимальный спектральный коэффициент после нормировки и квантования, то есть, квантованное значение максимального спектра равно значению, более близкому к +1 или -1, как описано выше. Таким образом, как показано на фиг. 20В, если 00 и 01 - это коды, имеющие кодовые длины, более короткие, чем кодовые длины, выделенные другим значениям, возможно эффективно кодировать максимальный спектральный коэффициент.

Кроме того, периферийные спектральные коэффициенты после нормирования и квантования, то есть, квантованные значения периферийных спектральных компонентов, становятся равными значению, более близкому к нулю, как описано выше. Таким образом, как показано на фиг. 20, если выделяется 0, который имеет кодовую длину, более короткую, чем кодовые длины, выделяемые другим значениям, возможно эффективно кодировать периферийные спектральные коэффициенты.

Далее, если множество кодовых таблиц для максимальных спектральных коэффициентов и множество кодовых таблиц для периферийных спектральных коэффициентов предусмотрены соответственно для каждой точности квантования, определяемой в схеме кодирования компонентов тональной характеристики 603 для выбора соответствующей кодовой таблицы в соответствии с определенной точностью квантования, то можно проводить более эффективное кодирование.

На фиг. 9 показан возможный пример выполнения схемы кодирования переменной длины 610 по фиг. 1.

Как показано на фиг. 9, компоненты тональной характеристики, введенные на выводе 800, классифицируются (делятся) по относительному положению в частотной области относительно максимального спектрального компонента схемой управления 801. Спектральные компоненты, классифицированные таким образом, передаются на схему кодирования максимальных спектральных коэффициентов 802, схему кодирования периферийных спектральных коэффициентов 803 и схему кодирования периферийных спектральных коэффициентов 804 соответственно. В этих схемах эти спектральные компоненты кодируются на основе описанных выше соответствующих правил преобразования. Кодированные выходные сигналы от соответствующих схем кодирования 802, 803 и 804 выводятся с выходного вывода 805 посредством схемы управления 801.

На фиг. 10 показан возможный пример выполнения описанной выше схемы декодирования переменной длины 715 по фиг. 2.

Как показано на фиг. 10, коды компонентов тональной характеристики, поступившие на входной вывод 900, классифицируются в соответствии с классификацией по фиг. 9. Коды, классифицированные таким образом, подаются на схему кодирования максимального спектрального коэффициента 902, схему декодирования периферийных спектральных коэффициентов 903 и схему кодирования периферийных спектральных коэффициентов 904 соответственно. В этих схемах эти коды декодируются на основе правил обратного преобразования соответственно описанным выше правилам преобразования. Декодированные выходные сигналы с соответствующих схем декодирования 902, 903 и 904 выводятся с выходного вывода 905 посредством схемы управления 901.

На фиг. 11 показан пример в случае, когда спектральный сигнал с фиг. 4 кодируется кодирующим устройством для этого варианта осуществления. Кодовая последовательность, полученная таким образом, записывается на носитель записи.

В этом примере на носитель записи сначала записывается информационное число компонентов тональной характеристики tnc (например, 4 в примере, показанном на фиг. 11). Затем записывается информация компонентов тональной характеристики t_CA, t_CB, t_CK и t_CD и информация компонентов шумовой характеристики nc₁, nc₂, nc₃, nc₄ и nc₅ в указанном порядке. В составе информации компонентов тональной характеристики t_CA, t_CB, t_CC и t_CD информация положения центра CP, указывающая положение центрального спектра компонента тональной характеристики (например, 15, в случае, например, компонента тональной характеристики t_CB), информация точности квантования, указывающая число бит для квантования (например, 6 в случае, например, компонента тональной характеристики t_CB) и информация о коэффициенте нормировки записываются вместе с информацией соответствующих компонентов сигнала SC_a, SC_b, SC_c, SC_d и SC_e, которые были подвергнуты нормировке и квантованию, а затем подвергнуты кодированию переменной длины. В этом примере правила преобразования путем кодирования переменной длины определяются заранее для каждой точности квантования. Устройство декодирования осуществляет декодирование кодов перемененной длины путем использования информации о точности квантования.

В случаях, когда точность квантования однозначно определяется частотой, конечно же нет необходимости записывать информацию точности квантования. Надо заметить, что, хотя в описанном выше варианте осуществления положение центрального спектрального компонента соответствующих компонентов тональной характеристики используется в качестве информации о положении компонентов тональной характеристики, может записываться положение спектрального компонента самого низкого частотного диапазона соответствующих компонентов тональной характеристики (например, 14 в случае компонента тональной характеристики TC_B).

Кроме того, что касается информации для компонентов шумовой характеристики информации с точности квантования (например, 2 в случае компонента шумовой характеристики nc₁) и информация о коэффициенте нормировки записываются вместе с нормированной и квантованной информацией для соответствующего компонента сигнала SC₁, SC₂, ... SC₃.

Здесь, в случае, когда информация о точности квантования является нулевой, кодирование в этом блоке кодирования в действительности не проводится. В случае, когда точность квантования однозначно определяется на каждом диапазоне подобно описанному выше, нет необходимости записывать информацию о точности квантования.

На фиг. 11 показаны вид варианта осуществления и порядок информации, записываемой на носитель записи. Например, информация вплоть до информации для компонентов сигнала SC_a, SC_b, SC_c, SC_d и SC_e, является кодами переменной длины и их длины не фиксированы.

Устройство кодирования сигнала для этого варианта осуществления может обеспечивать для максимального спектрального компонента из соответствующих компонентов тональной характеристики ее амплитудную информацию только по информации о коэффициенте нормировки, что дает возможность осуществления более эффективного кодирования. А именно, схема кодирования тональной характеристики 603 осуществляет нормировку и квантование для частотных компонентов за исключением максимального спектрального компонента соответствующих компонент тональной характеристики. Следует заметить, что может использоваться схема, в которой нормировка и квантование осуществляются для всех соответствующих компонентов тональной характеристики, включая также максимальный спектр, в схеме кодирования компонентов тональной характеристики 603, и квантованное значение, соответствующее максимальному спектру, не выводится в схеме формирования кодовой последовательности 605 следующего каскада. В случае, когда проводится такое кодирование, информация компонентов сигнала SC_c содержит только коды, индицирующие только положительность и отрицательность в примере по фиг. 11.

Здесь, так как в первую очередь в качестве коэффициента нормировки выбирается значение, аппроксимируемое амплитудной информацией максимального спектра, в случае, когда коэффициенты нормировки записываются на носитель записи, можно получить приближенные значения амплитудной информации максимального спектра из этих коэффициентов нормировки. Соответственно, например, в случае, когда спектральная информация формируется посредством преобразований MDCT, DCT и т.п., приближенное значение максимального спектра можно получить из кодов, индицирующих отрицательный или положительный знак и информацию о коэффициенте нормировки. Например, в случае получения спектральной информации путем дискретного преобразования Фурье, приближенное значение для максимального спектрального компонента можно получить из фазового компонента. Тогда запись информации, получаемой путем квантования амплитудной информации для максимального спектрального компонента, можно опустить. Этот способ особенно эффективен в случае, когда нормировка может обеспечиваться с высокой точностью.

В случае, когда точность коэффициента нормировки недостаточна, в устройстве кодирования сигнала в этом случае может иметь место то, что точность максимального спектрального коэффициента нельзя обеспечить в достаточной степени. Однако, способ, в котором схема по фиг. 19, используется для извлечения компонентов тональной характеристики, используется многокаскадным образом, позволяет решить упомянутую проблему. Как показано на фиг. 6 и 7, в соответствии с этим способом имеется высокая вероятность того, что частотные компоненты, перекрывающиеся друг с другом по частоте, выделяются многократно в качестве компонентов тональной характеристики. В этом случае желательно осуществлять нелинейную настройку для каждого фиксированного интервала, например, по логарифмической шкале, для того, чтобы при меньших значениях коэффициентов нормировки обеспечивалась более высокая точность.

Таким образом, если такое множество частотных компонентов синтезируется на декодирующей стороне устройства, даже в случае, когда точность одного коэффициента нормализации недостаточна, можно обеспечить достаточно высокую точность. Кроме того, хотя главным образом был описан пример, в котором акустический сигнал кодируется устройством кодирования сигнала, соответствующим этому изобретению, кодирование в изобретении применимо к сигналу основных форм колебаний. Следует заметить, что кодирование согласно изобретению особенно эффективно для акустического сигнала, в котором компоненты тональной характеристики имеют большое значение с точки зрения слышимого восприятия.

Диск 609 для описанного варианта осуществления может быть выполнен, например, в виде магнитооптического носителя записи, оптического носителя записи или носителя записи с изменением формы, и так далее. Кроме того, помимо носителя записи в форме ленты, может использоваться полупроводниковая память или плата интегральных схем.

Кроме того, хотя в описанном выше варианте осуществления был описан случай, где кодированию переменной длины подвергали только компоненты тональной характеристики, кодированию переменной длины можно также подвергать компоненты шумовой характеристики.

Как ясно из предыдущего описания, в устройстве кодирования сигнала, соответствующем изобретению, при преобразовании входного сигнала в частотные компоненты для разделения преобразованного выходного сигнала на первый сигнал, состоящий из компонентов тональной характеристики, и второй сигнал, состоящий из других компонентов, соответствующие компоненты сигнала для первого сигнала кодируются так, что они имеют различные длины кодов, что обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность кодирования компонентов тональной характеристики сигнала, разложенного на компоненты тональной характеристики и компоненты шумовой характеристики. Таким образом, эффективность кодирования можно улучшить для всего сигнала в целом. Соответственно, если такие сжатые сигналы записываются на носитель записи, можно эффективно использовать емкость записи. Кроме того, когда декодируются сигналы, полученные путем воспроизведения с такого носителя записи, можно получить удовлетворительные сигналы, например, акустические сигналы.