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DE3878017T2 - System zur teilbandkodierung eines digitalen audiosignals. - Google Patents

System zur teilbandkodierung eines digitalen audiosignals.

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DE3878017T2
DE3878017T2 DE8888200748T DE3878017T DE3878017T2 DE 3878017 T2 DE3878017 T2 DE 3878017T2 DE 8888200748 T DE8888200748 T DE 8888200748T DE 3878017 T DE3878017 T DE 3878017T DE 3878017 T2 DE3878017 T2 DE 3878017T2
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DE
Germany
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block
band
subband
allocation
signal
Prior art date
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DE8888200748T
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DE3878017D1 (de
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Marcel Breeuwer
Der Waal Robbert Gerbrand Van
Raymond Nicolaas Joha Veldhuis
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Publication of DE3878017T2 publication Critical patent/DE3878017T2/de
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales System mit einem Codierer und einem Decodierer zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals mit einer bestimmten Abtastfrequenz 1/T, wobei der Codierer die folgenden Elemente aufweist:
  • - Analysenfiltermittel zum in Antwort auf das Audiosignal Erzeugen einer Anzahl von P Teilbandsignalen, wobei diese Analysenfiltermittel das Audiosignalband entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzverringerung in aufeinanderfolgende Teilbänder mit Bandnummern p(1 ≤ p ≤ P) aufteilen, die mit der Frequenz zunehmen, wobei die Bandbreite und die Abtastfrequenz für jedes Teilband eine ganze Aliquote von 1/(2T) bzw. 1/T ist und die Bandbreiten der Teilbänder annähernd den kritischen Bandbreiten des menschlichen Gehörsystems in den betreffenden Frequenzgebieten entsprechen,
  • - Mittel zum in Antwort auf jedes der Teilbandsignale Bestimmen eines charakteristischen Parameters G(p;m), der für den Signalpegel in einem Block mit einer für jedes Teilband gleichen Anzahl von M Signalabtastwerten repräsentativ ist, wobei m die Blocknummer ist,
  • - Mittel zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Quantisieren der betreffenden Teilbandsignale;
  • und wobei der Decodierer die folgenden Elemente aufweist:
  • - Mittel zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Dequantisieren der quantisierten Teilbandsignale,
  • - Synthesefiltermittel zum in Antwort auf die dequantisierten Teilbandsignale Konstuieren einer Replik des digitalen Audiosignals, wobei diese Synthesemittel die Teilbänder entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzerhöhung zu dem Audiosignalband zusammenfügen.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Codierer und einen Decodierer für ein derartiges System.
  • Ein System zur Teilbandcodierung mit einer derartigen Struktur ist aus dem Artikel "The Critical Band Coder -- Digital Encoding of Speech Signals Based on the Perceptual Requirements of the Auditory System" von M.E. Krasner, veröffentlich in Proceedings IEEE ICASSP 80, Heft 1 Seiten 327-331, April 9-11, 1980.
  • Bei diesem bekannten System wurde eine Aufteilung des Sprachsignalbandes in eine Anzahl Teilbänder angewandt, deren Bandbreiten annähernd denen der kritischen Bänder des menschlichen Gehörsystems in den betreffenden Frequenzbereichen entsprechen (siehe Fig. 2 in dem Artikel von Krasner). Diese Aufteilung ist gewählt worden, weil auf Grund psychoakustischer Versuche erwartet werden darf, daß das Quantisierungsrauschen in einem derartigen Teilband durch die Signale in diesem Teilband optimal maskiert werden, wenn bei der Quantisierung die Rauschmaskierungskurve des menschlichen Hörsystems berücksichtigt wird (diese Kurve bezeichnet den Schwellenwert zur Maskierung von Rauschanteilen in einem kritischen Band durch einen einzigen Ton in der Mitte des kritischen Bandes, siehe Fig. 3 in dem Artikel von Krasner).
  • Im Falle eines digitalen Musiksignals hoher Qualität, das entsprechend der "Compact Disc"-Norm durch 16 Bits/Signalabtastwert bei einer Abtastfrequenz 1/T = 44,1 kHz dargestellt wird, stellt es sich heraus, daß die Anwendung dieser bekannten Teilbandcodierung mit einer geeignet gewählten Bandbreite und einer geeignet gewählten Quantisierung für die betreffenden Teilbänder zu quantisierten Ausgangssignalen des Codierers führt, die mit einer mittleren Anzahl von etwa 2,5 Bits/Signalabtastwert dargestellt werden können, während die Qualität der Replik dieses Musiksignals nicht spürbar abweicht von der des ursprünglichen Musiksignals in fast allen Stellen nahezu aller Arten von Musiksignalen. Jedoch bei bestimmten Stellen gewisser Arten von Musiksignalen ist das Quantisierungsrauschen dennoch hörbar. Die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens läßt sich dadurch verringern, daß die Anzahl Quantisierungspegel vergrößert wird, aber dies bedeutet, daß dann auch die mittlere Anzahl Bits je Abtastwert der quantisierten Ausgangssignale des Codierers vergrößert wird.
  • Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein digitales System der eingangs erwähnten Art zu schaffen zur Teilbandcodierung von Audiosignalen hoher Qualität, wobei die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens in der Replik der Audiosignale auf effektive Art und Weise verringert wird, ohne daß dabei die mittlere Anzahl Bits je Abtastwert der quantisierten Ausgangssignale des Codierers vergrößert wird.
  • Das digitale System zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals weist dazu nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß
  • - die betreffenden Quantisierungsmittel in dem Codierer und die betreffenden Dequantisierungsmittel in dem Decodierer für jedes der Teilbänder mit einer Bandnummer p, die kleiner ist als pim dazu eingerichtet sind, mit einer festen Anzahl von B(p) Bits die Teilbandsignale zu quantisieren bzw. zu dequantisieren, wobei das Teilband mit der Bandnummer pim in dem Teil des Audiosignalbandes mit den niedrigsten Schwellenwerten zur Maskierung von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder liegt,
  • - der Codierer und der Decodierer je weiterhin mit Bitzuordnungsmitteln versehen sind, die in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) der Teilbänder mit einer Bandnummer p nicht kleiner als pim innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einer Zeitdauer entsprechend der Blocklänge für das Teilband mit der Bandnummer pim eine Anzahl von B(p;m) Bits aus einer für den Zuordnungsrahmen vorgeschriebenen festen Gesamtanzahl von B Bits zuordnen zu den betreffenden Quantisiermitteln in den Codierer bzw. den betreffenden Dequantisiermitteln in dem Decodierer für den Block mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei diese Bitzuordnungsmittel je die nachfolgenden Elemente aufweisen :
  • - Vergleichsmittel zum innerhalb jedes Zuordnungsrahmens Vergleichen der charakteristischen Parameter G(p;m) mit betreffenden Schwellenwerten T(p) für die Teilbänder mit der Bandnummer p und zum Erzeugen betreffender binärer Vergleichssignale C(p;m) mit einem ersten Wert C(p;m) = "1" für einen Parameter G(p;m) nicht kleiner als der Schwellenwert T(p) und mit einem zweiten Wert C(p;m) = "0" in dem entgegengesetzten Fall, wobei diese Schwellenwerte T(p) auf diejenigen Schwellenwerte bezogen sind, bei denen einzelne Töne von dem menschlichen Gehörsystem noch gerade erkannt werden,
  • - Mittel zum Speichern eines vorgeschriebenen Zuordnungsmusters {B(p)} von Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits für Teilbänder mit betreffenden Bandnummern p, wobei diese Anzahlen B(p) auf die Schwellenwerte zum Maskieren von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder bezogen sind,
  • - Mittel zum in Antwort auf das gespeicherte Zuordnungsmuster {B(p)} und die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) und Vergleichssignale C(p;m) Bestimmen eines Zuordnungsmusters {B(p;m)} von betreffenden Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits für den Signalblock mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} entspricht, wenn alle Vergleichssignale C(p;m) innerhalb eines Zuordnungsrahmens den genannten ersten Wert C(p;m) = "1" aufweisen und wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} in dem entgegengesetzten Fall dadurch gebildet wird, daß Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einem Vergleichssignal mit dem genannten zweiten Wert C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zugeordnet werden und daß die Summe S der innerhalb eines Zuordnungsrahmens für die letztgenannten Blöcke verfügbaren Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} den Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens zugeordnet werden mit einem Vergleichssignal vom genannten ersten Wert C(p;m) = "1" und mit den größten Werten charakteristischer Parameter G(p;m) zum Erhalten von Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits, die größer sind als die entsprechenden Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)},
  • - Mittel zum Zuführen des auf diese Weise bestimmten Zuordnungsmusters {B(p;m)} zu den betreffenden Quantisierungsmitteln in dem Codierer bzw. den betreffenden Dequantisierungsmitteln in dem Decodierer.
  • Die erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Quantisierungsrauschen insbesondere an den Musikstellen mit einzelnen Tönen hörbar ist. Während solcher Stellen weist der größte Teil der Teilbänder vom Mittenfrequenz-Audiogebiet sehr wenig oder keine Signalenergie auf, während in jedem der wenigen restlichen Teilbänder nur ein Spektralanteil signifikanter Signalenergie vorhanden ist. Wenn dieser Spektralanteil in der Nähe der Unter- oder Obergrenze des Teilbandes liegt, entspricht das kritische Band des menschlichen Gehörsystems für diesen Spektralanteil nicht dem Teilband. Das Quantisierungsrauschen ist jedoch über das ganze Teilband verteilt, so daß das Quantisierungsrauschen außerhalb des kritischen Bandes für diesen Spektralanteil nicht maskiert wird, dies im Gegensatz zu dem Fall, daß mehrere Spektralanteile mit signifikanter Energie in dem Teilband vorhanden sind oder in angrenzenden Teilbändern und die sich überlappenden kritischen Bänder für die jeweiligen Spektralanteile das Quantisierungsrauschen in ausreichendem Maße maskieren. Nach der Erfindung werden nun keine Quantisierungsbits zu Blöcken von Teilbandsignalen innerhalb eines Zuordnungsrahmens zugeordnet, die keine oder nur sehr wenig Signalenergie aufweisen und die auf diese Weise "eingesparten" Quantisierungsbits werden zur feineren Quantisierung der Blöcke der Teilbandsignale innerhalb desselben Zuordnungsrahmens benutzt, die wohl eine signifikante Signalenergie aufweisen, anfangend bei dem Block mit der höchsten Signalenergie und endend, wenn die Anzahl restlicher "eingesparter" Quantisierungsbits nicht mehr ausreicht für eine weitere Verfeinerung der Quantisierung oder wenn alle Blöcke mit signifikanter Signalenergie ausreichend fein quantisiert sind. Die Gesamtanzahl Quantisierungsbits für den Zuordnungsrahmen wird nicht geändert und die Neuzuordnung eventuell "eingesparter" Quantisierungsbits erfolgt in Antwort auf die charakteristischen Parameter, welche die Signalenergie in einem Block darstellen und die in dem Codierer sowie in dem Decodierer bereits verfügbar sind. Die verfeinerte Quantisierung während Musikstellen mit einzelnen Tönen führt auf diese Weise zu einer wirksamen Verringerung der Hörbarkeit von Quantisierungsrauschen ohne daß dazu die mittlere Anzahl von Quantisierungsbits je Abtastwert der Ausgangssignale des Codierers vergrößert zu werden braucht. Aus eingehenden Hörproben mit den meist verschiedenartigen Musiksignalen stellt es sich heraus, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen im allgemeinen während Musikstellen mit einzelnen Tönen kein Quantisierungsrauschen mehr hörbar ist.
  • Die nur noch selten auftretenden Einzelfälle hörbaren Quantisierungsrauschens beweisen, daß diese sich vorwiegend auf Musikstellen mit starken Einsätzen des Musiksignals beziehen, wobei in fast allen Teilbändern die Signalenergie sich plötzlich stark ändert. In einer bevorzugten Ausführungsform des betreffenden Systems zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals kann auch die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens während Musikstellen mit starken Einsätzen auf effektive Weise dadurch verringert werden, daß die Bitzuordnungsmittel in dem Codierer und dem Decodierer zugleich Mittel enthalten, die, in Antwort auf aufeinanderfolgende charakteristische Parameter G(p;m) und G(p;m+1) jedes Teilbandes mit Bandnummer p größer als pim :
  • - keine Quantisierungsbits zuordnen zu dem Block (p;m+1) und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m+1) Quantisierungsbits zu der genannten Summe S hinzufügen, wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m+1) größer ist als ein vorgeschriebener Wert R(p) in der Größenordnung von 10² und der Block (p;m+1) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt;
  • - keine Quantisierungsbits zuordnen zu dem Block (p;m) und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits zu der genannten Summe S hinzufügen, wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m+1) kleiner ist als der Wert 1/R(p) und der Block (p;m) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt.
  • Diese Maßnahmen benutzen den psychoakustischen Effekt der temporellen Maskierung d.h. die Eigenschaft des menschlichen Hörsystems, daß der Schwellenwert zum Beobachten von Signalen unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Auftritt eines anderen Signals mit relativ hoher Signalenergie vorübergehend sich als höher ergibt als beim Fehlen des letztgenannten Signals. Insbesondere werden bei dieser bevorzugten Ausführungsform keine Quantisierungsbits zu Blöcken mit relative niedriger Signalenergie zugeordnet, die unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Auftritt von Blöcken mit relativ hoher Signalenergie auftreten und die auf diese Weise "eingesparten" Quantisierungsbits werden zur feineren Quantisierung dieser Blöcke mit relativ hoher Signalenergie benutzt und dazu benutzt, auf diese Weise das Quantisierungsrauschen während dieser Blöcke zu verringern, während die Nicht-Zuordnung von Quantisierungsbits zu angrenzenden Blöcken mit relative niedriger Signalenergie dennoch nicht zu einer hörbaren Verzerrung führt und zwar wegen der temporellen Maskierung durch das menschliche Hörsystem.
  • Die Erfindung und deren Vorteile werden untenstehend in der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild eines digitalen Systems zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals nach der Erfindung,
  • Fig. 2A eine schematische Darstellung einer Reihe von Bandaufteilungen und Bandwiedervereinigungen, wie dies in den Filterbänken des Systems nach Fig. 1 angewandt werden kann,
  • Fig. 2B eine schematische Darstellung einer Bandaufteilung und einer Bandwiedervereinigung nach dem Quadraturspiegelfilterverfahren und
  • Fig. 2C die Frequenzantwort der in Fig. 2B verwendeten Filter, Fig. 3 eine Tafel mit Daten in bezug auf die Teilbänder, die durch Anwendung der schematischen Darstellung nach Fig. 2A auf ein Musiksignalband von 0-22,05 kHz erhalten worden sind,
  • Fig. 4 ein Frequenzdiagramm zur qualitativen Erläuterung, wie das Quantisierungsrauschen manchmal während Musikstellen mit einzelnen Tönen hörbar wird,
  • Fig. 5 ein Beispiel eines Zuordnungsrahmens, das nach der Erfindung zur Zuordnung von Quantisierungsbits in Antwort auf Signalpegelparameter von Teilbandsignalen benutzt wird,
  • Fig. 6 ein Blockschaltbild von Bitzuordnungsmitteln in dem System nach Fig. 1, die nach der Erfindung eingerichtet sind,
  • Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Signalprozessors, der in den Bitzuordnungsmitteln nach Fig. 6 angewandt werden kann,
  • Fig. 8 und Fig. 9 ein Flußdiagramm eines etwaigen Programmlaufes für ein Modul des Signalprozessors nach Fig. 7,
  • Fig. 10 eine Tabelle mit Daten in bezug auf eine Gliederung von Quantisierungsmöglichkeiten, die in dem Flußdiagramm nach Fig. 9 benutzt werden,
  • Fig. 11 ein Flußdiagramm eines möglichen Programmlaufes für ein zusätzliches Modul des Signalprozessors in Fig. 7, das bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teilbandcodierung angewandt werden kann,
  • Fig. 12 ein Blockschaltbild eines Quantisators und eines zugeordneten Dequantisators für ein Teilband, wobei Quantisierung angewandt wird, die für Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen optimalisiert ist.
  • In Fig. 1 ist ein vereinfachtes funktionelles Blockschaltbild eines digitalen Systems mit einem Codierer 1 und einem Decodierer 2 zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals mit einer bestimmten Abtastfrequenz 1/T dargestellt. Die Basisstruktur eines derartigen Systems ist allgemein bekannt, siehe den obengenannten Artikel von Krasner und den Abschnitt "Subband Coding" in dem Buch "Digital Coding of Waveforms" von N.S. Jayant und P. Noll, Prentice-Hall Inc., Engelwood Cliffs, New Jersey, 1984, Seiten 486-509. Diese Basisstruktur wird nun anhand der Fig. 1 näher beschrieben für den Fall eines digitalen Musiksignals hoher Qualität, das entsprechend der "Compact-Disc"-Norm mit 16 Bits je Signalabtastwert bei einer Abtastfrequenz 1/T = 44,1 kHz dargestellt wird. In dieser Beschreibung werden digitale Signale auf herkömmliche Weise notiert, wobei x(k) ein quantisierter Signalabtastwert des Signals x(t) zu dem Zeitpunkt t = kTs bedeutet und wobei aus dem Kontext die relevante Abtastfrequenz 1/Ts hervorgeht.
  • In dem Codierer 1 wird ein Musiksignal x(k) mit einer Abtastfrequenz 1/Ts = 1/T = 44,1 kHz einer Analysenfilterbank 3 zugeführt, die das Musiksignalband von 0-22,05 kHz entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzverringerung in eine Anzahl von P = 26 Teilbänder mit Bandnummern p(1 ≤ p ≤ P = 26) aufteilt, die mit der Frequenz zunehmen. Für jedes Teilband ist die Bandbreite W(p) eine ganze Aliquote der Bandbreite 1/(2T) = 22,05 kHz des Musiksignalbandes und die Abtastfrequenz 1/Ts(p) entspricht derselben Aliquote der Abtastfrequenz 1/T = 44,1 kHz des Musiksignals x(k) am Eingang der Filterbank 3. In Antwort auf dieses Musiksignal x(k) erzeugt die Filterbank 3 eine Anzahl gleich P = 26 Teilbandsignale xp(k), die blockweise quantisiert werden, wobei der Signalblock für jedes Teilband eine gleiche Anzahl von M = 32 Signalabtastwerte aufweist. Nach Übertragung über ein und/oder Speicherung in einem Medium 4 werden die quantisierten Teilbandsignale sp(k) im Decodierer 2 blockweise dequantisiert und die resultierenden dequantisierten Teilbandsignal p(k) werden einer Synthesefilterbank 5 zugeführt. Die in der Filterbank 3 des Codierers 1 erhaltenen Teilbänder werden in dieser Synthesefilterbank 5 zu dem Musiksignalband von 0-22,05 kHz entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzerhöhung zusammengefügt. Auf diese Weise konstruiert die Filterbank 5 eine Replik (k) des ursprünglichen Musiksignals x(k).
  • Zur Quantisierung der Teilbandsignale xp(k) werden bekannte blockadaptive PCM-Verfahren angewandt. Dazu weist der Codierer 1 von jedem Teilband einen Signalpuffer 6(p) auf, in dem ein Signalblock von M = 32 Abtastwerten vorübergehend gespeichert wird. An jeden Signalpuffer 6(p) ist ein Pegeldetektor 7(p) angeschlossen, damit für jeden gespeicherten Block mit der Blocknummer m ein charakteristischer Parameter G(p;m) bestimmt werden kann, der für den Signalpegel in diesem Block repräsentativ ist. Dieser charakteristische Parameter G(p;m) wird dazu benutzt, einen adaptiven Quantisator 8(p) zum Quantisieren des gespeicherten Signalblocks mit der Blocknummer m optimal einzustellen. Der auf diese Weise erhaltene Block quantisierter Teilbandsignalabtastwerte sp(k) wird im Decoder 2 einem aktiven Dequantisator 9(p) zugeführt, der ebenfalls durch den charakteristischen Parameter G(p;m) eingestellt wird. Bekanntlich kann der Signalpegel durch den mittleren Wert der Amplitude oder der Leistung der Signalabtastwerte eines Blocks dargestellt werden, aber auch durch den Spitzenwert der Amplitude der Signalabtastwerte in einem Block. Welche Repräsentation in dem Pegeldetektor 7(p) benutzt wird, ist abhängig von dem Typ des Quantisators 8(p). Da derselbe charakteristische Parameter G(p;m) in dem Quantisator 8(p) und in dem Dequantisator 9(p) benutzt wird, soll der Pegeldetektor 7(p) diesen Parameter G(p;m) quantisieren, wobei in dem Fall eines Musiksignals hoher Qualität eine logarithmische Quantisierung mit 8 Bits angewandt wird.
  • In dem vorliegenden System wird eine Aufteilung des Musiksignalbandes von 0-22,05 kHz entsprechend einem perzeptuellen Kriterium angewandt, wobei die Bandbreite W(p) der Teilbänder mit betreffenden Bandnummern p(1 ≤ p ≤ 26) den Bandbreiten der kritischen Bänder des menschlichen Gehörsystems in den betreffenden Frequenzbereichen annähernd entsprechen (siehe Fig. 2 in dem genannten Artikel von Krasner). Im Hinblick auf eine einfache Ausgestaltung der Filterbanken 3 und 5 wird das Quadraturspiegelfilterverfahren angewandt zur Aufteilung in Teilbänder und zur entsprechenden Verringerung der Abtastfrequenz bzw. zur Zusammenfügung von Teilbändern und zur entsprechenden Erhöhung der Abtastfrequenz. Nach diesem Quadraturspiegelfilterverfahren wird die Aufteilung durchgeführt als eine Reihe von Bandaufteilungen und die Zusammenfügung als eine Reihe von Bandwiedervereinigungen. Für den betreffenden Fall eines Musiksignalbandes von 0-22,05 kHz zeigt Fig. 2A schematisch die Reihe von Aufteilungen und Wiedervereinigungen, die in der Filterbank 3 und 5 zum Erhalten von Teilbändern mit einer annähernd kritischen Bandbreite benutzt wird. Fig. 2B zeigt, wie jede Bandaufteilung und entsprechende Bandwiedervereinigung durchgeführt wird. Das Band des Eingangssignals wird mit Hilfe eines Tiefpaßfilters 10 und eines Hochpaßfilters 11 in ein Unterband bzw. Überband aufgeteilt, wobei der Frequenzgang dieser Filter 10 und 11 einer des anderen Spiegelbild ist. Letzterer ist in stilierter Form in Fig. 2C dargestellt, wobei die Größe des Frequenzganges H(ejω) als Funktion der genormten Radialfrequenz ω = 2πfts dargestellt wird, wobei 1/Ts die Abtastfrequenz des Eingangssignals mit der Bandbreite 1/(2Ts) ist. Die Abtastfrequenz der Ausgangssignale der Filter 10, 11 wird daraufhin mit Hilfe van 2:1- Halbieren 12, 13 halbiert. Bei der Bandwiedervereinigung wird diese Halbierung der Abtastfrequenz mit Hilfe von 1:2-Interpolatoren 14, 15 rückgängig gemacht. Da bei dieser Interpolation unerwünschte periodische Wiederholungen der Signalspektren der Unter- und Überbänder auftreten, werden die Ausgangssignale der 1:2-Interpolatoren 14, 15 einem Tiefpaßfilter 16 bzw. einem Hochpaßfilter 17 zugeführt zum Selektieren des gewünschten Unter- und Überbandes. Der Frequenzgang dieser Filter 16 und 17 ist wieder einer des anderen Spiegelbild, wobei das Filter 16 dem Filter 10 entspricht und das Filter 17 dem Filter 11 entspricht (abgesehen von einer Vorzeichenumkehrung). Die Ausgangssignale der Filter 16 und 17 werden mit Hilfe eines Addierers 18 zur Konstruktion einer Replik des Eingangssignals der Filter 10 und 11 summiert. Aus Fig. 2A stellt es sich heraus, daß nicht für alle Teilbänder eine gleiche Anzahl von Aufteilungen und Wiedervereinigungen erforderlich ist; für die Teilbänder mit den Nummern p = 1-4 beträgt diese Anzahl 8, aber für das Teilband mit der Nummer p = 26 beträgt diese Anzahl nur 2. Da die Quadraturspiegelfilter 10, 11 und 16, 17 die wichtigsten Quellen der Signalverzögerungen in der Filterbank 3 und 5 sind, sollen die Signale in den einzelnen Teilbändern um verschiedene Beträge verzögert werden, damit in der konstruierten Replik des Musiksignals die ursprünglichen Zeitbeziehungen zwischen den Signalen in den betreffenden Frequenzgebieten beibehalten werden können.
  • Fig. 3 zeigt eine Tabelle mit Daten in bezug auf die Teilbänder, die bei Anwendung der schematischen Aufstellung der Fig. 2A auf das Musiksignalband von 0- 22,05 kHz erhalten worden sind. Die erste Spalte zeigt die Bandnummern p, die zweite und die dritte Spalte zeigen die Werte fco der Unter- bzw. Obergrenze des Teilbandes und die vierte Spalte zeigt den Wert W(p) der Bandbreite des Teilbandes, wobei die Werte in der zweiten, dritten und vierten Spalte zu ganzen Zahlen gerundet wurden. Die Werte W(p) sind das Ergebnis eines praktischen Kompromisses zwischen dem Bestreben einer möglichst einwandfreien Annäherung der Werte der kritischen Bandbreiten des menschlichen Gehörsystems, wie diese in Veröffentlichungen über psychoakustische Experimente erwähnt sind, und dem Bestreben einer möglichst geringen Komplexität der Filterbank 3 und 5 bei Anwendung des Quadraturspiegelfilterverfahrens.
  • Die Wahl für eine Aufteilung in Teilbänder mit annähernd kritischer Bandbreite wurde gemacht, weil auf Grund psychoakustischer Experimente erwartet werden darf, daß das Quantisierungsrauschen in einem Teilband dann durch die Signale in diesem Teilband optimal maskiert wird. Der Ausgangspunkt zur Quantisierung der betreffenden Teilbandsignale bildet die Rauschmaskierungskurve des menschlichen Gehörsystems, die den Schwellenwert gibt zur Maskierung des Rauschanteils in einem kritischen Band durch einen einzigen Ton in der Mitte dieses kritischen Bandes (siehe Fig. 3 in dem genannten Artikel von Krasner). Die Anzahl Quantisierungspegel L(p) für ein Teilband mit der Bandnummer p wird nun derart auf die Rauschmaskierungskurve bezogen, daß in jedem Teilband das SignalRauschverhältnis groß genug ist, damit Quantisierungsrauschen nicht wahrgenommen werden kann. Dazu stellt es sich heraus, daß eine Anzahl von L(p) = 25 Quantisierungspegeln durchaus ausreichen in dem Mittelfrequenzteil des Audiosignalbandes, wo die Rauschmaskierungskurve ihren niedrigsten Wert hat, während für höhere Frequenzen jeweils niedrigerer Anzahlen L(p) ausreichen. Letzteres gilt ebenfalls für den niederfrequenten Teil des Audiosignalbandes, aber in dem betreffenden Ausführungsbeispiel wird diese Möglichkeit nicht benutzt, weil sie kaum zu einer Verringerung der Anzahl Bits, die dazu notwendig sind, die Ausgangssignale des Codierers darzustellen, beiträgt, wie untenstehend noch näher erläutert wird. Die in dem betreffenden Fall benutzte Anzahl von L(p) Quantisierungspegeln sind in der fünften Spalte der Tafel in Fig. 3 dargestellt. Bekanntlich entspricht eine Anzahl von L(p) Quantisierungspegel einer Anzahl von B(p) = log&sub2;[L(p)] Quantisierungsbits je Signalabtastwert. Die Werte dieser Anzahlen B(p) sind in der sechsten Spalte der Tabelle in Fig. 3 dargestellt, wobei diese Werte zu Zahlen mit zwei Dezimalen hinter dem Komma gerundet sind. Bei der praktischen Ausgestaltung der Quantisatoren 8(p) und Dequantisatoren 9(p) sind die Anzahlen B(p) etwas höher. Denn zum Quantisieren eines Blocks mit M = 32 Abtastwerten eines Teilbandsignals xp(k) mit einer Anzahl von L(p) = 25 Quantisierungspegeln beträgt die theoretische Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert B(p) = log&sub2;(25) = 4,64 und die theoretisch erforderliche Gesamtanzahl von Quantisierungsbits für den Block 32 beträgt log&sub2;(25) = 148,60. Die praktisch erforderliche Gesamtanzahl Quantisierungsbits für den Block beträgt jedoch mindestens 149, so daß in der Praxis die Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert mindestens den Wert B(p) = 149/32 = 4,66 hat.
  • Die Anzahl Bits je Sekunde, die zum Quantisieren eines Teilbandsignals xp(k) erforderlich ist, wird gegeben durch das Produkt der Abtastfrequenz 2W(p) und der Anzahl von B(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert. Aus den Werten von W(p) und B(p) in der Tabelle nach Fig. 3 folgt dann, daß das Quantisieren aller Teilbandsignale xp(k) eine theoretische Bitkapazität von 98,225 kbit/s erfordert. Wegen der relativ niedrigen Werte der Abtastfrequenz 2W(p) für die Teilbänder mit den niedrigsten Bandnummern p dürfte es einleuchten, daß es kaum sinnvoll ist, die Möglichkeit zu benutzen, dort die Anzahl von B(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert zu verringern, ohne dadurch die Wahrnehmbarkeit von Quantisierungsrauschen zu beeinflussen. Zum Quantisieren der charakteristischen Parameter G(p;m) jedes Blocks von M = 32 Signalabtastwerten sind, wie erwähnt, 8 Bits verwendet worden, was bedeutet: 8/32 = 0,25 Bits je Signalabtastwert. Aus dem Wert der Abtastfrequenz 1/T = 44,1 kHz des Musiksignals folgt dann, daß das Quantisieren aller charakteristischen Parameter G(p;m) eine Bitkapazität von 11,025 kbit/s erfordert. Die Gesamtbitkapazität, die zum Darstellen aller Ausgangssignale des Codierers 1 in Fig. 1 notwendig ist, beträgt also 109,250 kbit/s, so daß diese Ausgangssignale mit einer mittleren Anzahl von 2,477 Bits je Signalabtastwert statt der 16 Bits je Signalabtastwert dargestellt werden können. Wie bereits erwähnt, wird der Wert von B(p) in der Praxis etwas höher sein als der Wert in der Tabelle, wodurch die Darstellung der Ausgangssignale des Codierers 1 in der Praxis etwa eine Bitkapazität von 110 kbit/s erfordert und folglich eine mittlere Anzahl von etwa 2,5 Bits je Signalabtastwert.
  • Wenn eine analoge Version x(t) des Musiksignals x(k) an dem Eingang des Codierers 1 mit Hilfe eines 16-Bit-Digital/Analogwandlers gebildet wird und auf gleiche Weise eine analoge Version (t) der Replik (k) an dem Ausgang des Decodierers 2 und diese analogen Versionen x(t) und (t) bei Gehörtests miteinander verglichen werden, stellt es sich heraus, daß trotz der obenstehend beschriebenen wesentlichen Verringerung der erforderlichen Bitkapazität die Qualität der Replik (t) nicht spürbar abweicht von der hohen Qualität des ursprünglichen Musiksignals x(c) an fast allen Stellen fast aller Musiksignalarten. An bestimmten Stellen einiger Musiksignalarten ist jedoch das Quantisierungsrauschen dennoch hörbar. Im Prinzip kann die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens jeweils dadurch verringert werden, daß die Anzahl von L(p) Quantisierungspegel für alle Teilbänder größer gemacht wird als die Anzahl in der fünften Spalte der Tabelle in Fig. 3, aber dies bedeutet, daß dann auch die Anzahl von B(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert für alle Teilbänder größer wird als die Anzahlen in der sechsten Spalte deiser Tabelle, wodurch auch die Darstellung der Ausgangssignale des Codierers 1 eine größere Bitkapazität erfordert.
  • Aus eingehenden Untersuchungen nach den Ursachen der stellenweisen Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens hat Anmelderin die Erkenntnis gewonnen, daß das Quantisierungsrauschen insbesondere bei Musikstellen mit einzelnen Tönen hörbar ist. Während derartiger Musikstellen weisen die meisten Teilbänder von dem Mittelfrequenzteil des Musiksignalbandes aufgehend nur sehr wenig oder überhaupt keine Signalenergie auf, während in jedem der wenigen restlichen Teilbänder nur ein einziger Spektralanteil mit wesentlicher Signalenegie vorhanden ist. Anhand der Fig. 4 wird nun qualitativ erläutert, wie das Quantisierungsrauschen in diesem Fall manchmal hörbar wird. Fig. 4 zeigt die Leistung S eines einzigen sinusförmigen Anteils X in der Nähe der oberen Grenze eines Teilbandes mit der Bandnummer p. Bei Verwendung einer ausreichend großen Anzahl von L(p) Quantisierungspegeln zur Quantisierung des sinusförmigen Anteils X ist das Quantisierungsrauschen nahezu einheitlich über das ganze Teilband verteilt und die Leistung N des Quantisierungsrauschens liegt um einen Betrag von etwa
  • 20 log&sub1;&sub0; [ 1,5 L(p) ] dB
  • niedriger als die Leistung S, wie dies in Fig. 4 angeben ist. In stilisierter Form zeigt Fig. 4 zugleich zwei Schwellenkurven zur Maskierung des Rauschanteils in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einen Sinusanteil in der Mitte dieses kritischen Bandes. Die gestrichelte Kurve gilt für einen Sinusanteil mit einer Leistung S in der Mitte des Teilbandes mit der Bandnummer p, während die gezogene Kurve für einen Sinusanteil X ebenfalls mit der Leistung S gilt, der nun aber in der Nähe der oberen Grenze des Teilbandes mit der Bandnummer p liegt. Aus Fig. 4 geht hervor, daß im Falle der gestrichelten Kurve das Quantisierungsrauschen völlig maskiert wird, daß aber im Falle der gezogenen Kurve der schraffierte Teil des Quantisierungsrauschens über der Schwellenkurve liegt und folglich hörbar ist in Musikstellen mit nur einzelnen Tönen. Im allgemeineren Fall, wobei außer dem Spektralanteil X mehrere ander Spektralanteile mit signifikanter Energie in dem Teilband mit der Bandnummer p und/oder in den Nachbarteilbändern vorhanden sind, wird der schraffierte Teil des Quantisierungsrauschens in Fig. 4 jedoch nicht mehr hörbar sein, weil in diesem Fall die sich überlappenden Schwellenkurven für die betreffenden Spektralanteile zu einer zusammengestellten Schwellenkurve führen, die über dem Quantisierungsrauschen liegt und wobei dieses Quantisierungsrauschen folglich zureichend maskiert wird.
  • Nach der Erfindung wird das System nach Fig. 1 nun wie folgt eingerichtet um die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens während Musikstellen mit nur einzelnen Tönen zu bekämpfen, ohne daß die mittlere Anzahl Quantisierungsbits je Abtastwert der quantisierten Ausgangssignale vergrößert wird. Die Teilbänder werden in eine erste Gruppe mit Bandnummern p kleiner als pim(1 &le; p < pim) und eine zweite Gruppe mit Bandnummern p nicht kleiner als pim(pim &le; p &le; P) aufgeteilt, wobei das Teilband mit der Bandnummer pim in dem Teil des Audiosignalbandes mit den niedrigsten Schwellenwerten zur Maskierung des Rauschens in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder liegt. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel ist pim = 13 gewählt worden, so daß die Trennlinie zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Teilbändern bei der Frequenz f = 1723 Hz liegt. Die Quantisatoren 8(p) und Dequantisatoren 9(p) für jedes der Teilbänder der ersten Gruppe (1 &le; p &le; 12) sind dazu eingerichtet, mit einer festen Anzahl von B(p) Bits je Signalabtastwert die Teilbandsignale zu quantisieren und zu Dequantisieren, wobei in dem betreffenden Ausführungsbeispiel dieselben Werte B(p) = log&sub2;[L(p)] wie in der Tabelle nach Fig. 3 gewählt werden, also L(p) = 25 und B(p) = 4,64.
  • Zum Quantisieren und Dequantisieren der Signale in den Teilbändern der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) wird nun wohl eine feste Gesamtanzahl von B Bits für eine Zeitdauer vorgeschrieben, die nur einem Block von M = 32 Signalabtastwerten des Signals in dem Teilband mit der Bandnummer pim = 13 entspricht, aber die Anzahl von B(p;m) Quantisierungsbits je Signalabtastwert für den Block mit der Blocknummer m des Signals in dem Teilbad mit der Bandnummer p wird nun durch die Sammlung aller charakteristischer Parameter G(p;m) der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) innerhalb der obenstehend beschriebenen Zeitdauer bestimmt. Da diese Parameter G(p;m) in dem Codierer 1 sowie in dem Decodierer 2 verfügbar sind, kann die Bestimmung der Anzahlen B(p;m) in dem Codierer 1 und dem Decodierer 2 auf dieselbe Art und Weise durchgeführt werden, ohne daß dazu zusätzliche Information zu dem Decodierer 2 weitergeleitet zu werden braucht.
  • Die Zuordnung der Anzahlen Quantisierungsbits B(p;m) in Antwort auf die Sammlung von Parametern G(p;m) für die zweite Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26) erfolgt mit Hilfe eines Zuordnungsrahmens, der in Fig. 5 dargestellt ist, wobei horizontal die Verteilung in der Zeit und vertikal die Verteilung in Teilbändern, bezeichnet durch ihre Bandnummern 13 &le; p &le; 26 angegeben ist. Die Zeitdauer dieses Zuordnungsrahmens entspricht einem Block von 32 Abtastwerten des Signals in dem Teilband mit der Bandnummer p = 13 und da die Abtastfrequenz dieses Signals 2W(p) = 2W(13) ist, beträgt die Zeitdauer dieses Zuordnungsrahmens 32/[2W(13)] = 46,440 ms. Der Zuordnungsrahmen nach Fig. 5 ist in Blöcke aufgeteilt, wobei jeder Block 32 Signalabtastwerten sowie nur einem diesem Block zugehörenden Wert des charakteristischen Parameters G(p;m) bzw. nur einem diesem Block zugehörenden Wert der Anzahl Quantisierungsbits B(p;m) je Signalabtastwert entspricht. Zur Quantisierung aller Signalabtastwerte innerhalb des Zuordnungsrahmens nach Fig. 5 ist eine feste Gesamtanzahl von B Bits vorgeschrieben, wobei diese Ansahl B durch die Vorschrift B(p;m) = B(p) gegeben wird, wobei (B)p den in der Tabelle nach Fig. 3 gegebenen Wert für 13 &le; p &le; 26 hat. Die theoretische Gesamtanzahl Bits beträgt dann B = 3818,54 Bits aber die praktische Gesamtanzahl Bits beträgt dann mindestens B = 3836 Bits, weil die Gesamtanzahl Quantisierungsbits für einen Block von 32 Signalabtastwerten immer eine ganze Zahl sein muß.
  • Die Zuordnung der Anzahlen Quantisierungsbits B(p;m) zu den Quantisatoren 8(p) und Dequantisatoren 9(p) für die zweite Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26) kann erst stattfinden, nachdem alle Parameter G(p;m) verfügbar sind, die einem bestimmten Zuordnungsrahmen zugehören. Wegen der Struktur des Zuordnungsrahmens nach Fig. 5 bedeutet dies, daß für den Teil (18 &le; p &le; 26) der zweiten Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26) die Parameter G(p;m) vorübergehend gespeichert werden müssen und daß in dem Codierer 1 zugleich eine entsprechende vorübergehende Speicherung von Blöcken von 32 Abtastwerten der Teilbandsignale Xp(k) stattfinden muß damit in den Quantisatoren 8(p) und den Dequantisatoren 9(p) die richtige Zeitbeziehung zwischen einem Block von 32 Signalabstastwerten Xp(k) mit der Blocknummer m und dem Parameter G(p;m) dieses Blocks beibehalten werden kann. Dazu weisen der Codierer 1 und der Decodierer 2 für jedes Teilband dieses Teils (18 &le; p &le; 26) einen Parameterpuffer 20(p) bzw. 21(p) auf und der Codierer 1 enthält außerdem einen zusätzlichen Signalpuffer 22(p) zwischen dem Signalpuffer 6(p) und dem Quantisator 8(p). Einfachheitshalber ist diese Fig. 1 nur für das Teilband mit der Bandnummer p = 26 dargestellt. Aus der Anzahl Blöcke innerhalb eines Zuordnungsrahmens für eine Bandnummer p folgt dann die Dauer der vorübergehenden Speicherung in Parameterpuffern 20(p) und 21(p) und in dem Signalpuffer 22(p). Für die Bandnummer p = 26 enthält der Zuordnungsrahmen 16 Blöcke und folglich soll die vorübergehende Speicherung in Parameterpuffern 20(26), 21(26) und in dem Signalpuffer 22(26) 15 Blöcken entsprechen.
  • Die Zuordnung der Anzahlen Quantisierungsbits B(p;m) je Signalabtastwert aus der vorgeschriebenen Gesamtanzahl von B Bits für einen Zuordnungsrahmen zu den betreffenden Quantisatoren 8(p) und Dequantisatoren 9(p) wird durch identische Bitzuordnungsmittel 23 und 24 in dem Codierer 1 bzw. Decodierer 2 in Antwort auf die charakteristischen Parameter G(p;m) innerhalb dieses Zuordnungsrahmens bewirkt, die zusammen eine Parametersammlung {G(p;m)} bilden. Am Ende eines Zuordnungsrahmens ist diese Parametersammlung {G(p;m)} als ganzes an den Ausgängen der Pegeldetektoren 7(p) der zweiten Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26) und der Patameterpuffer 20(p), 21(p) des obengenannten Teils (18 &le; p &le; 26) dieser zweiten Gruppe verfügbar.
  • Die Basisstruktur der identischen Bitzuordunungsmittel 23, 24 ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Bitzuordnungsmittel enthalten Vergleichsmittel 25 mit einem Eingangspuffer 26 zum Aufnehmen der Parametersammlung {G(p;m)} am Ende jedes Zuordnungsrahmens, einen Speicher 27 zur Speicherung einer Sammlung {T(p)} der betreffenden Schwellenwerte T(p) für die Teilbänder der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26), und eine Vergleichsanordnung 28 mit einem einzelnen Vergleichselement für jeden Parameter G(p;m) der Parametersammlung {G(p;m)}. In einem Vergleichselement wird der Parameter G(p;m) mit dem Schwellenwert T(p) für das betreffende Teilband mit der Bandnummer p verglichen und es wird ein binäres Vergleichssignal C(p;m) erzeugt mit einem ersten Wert C(p;m) = "1" für G(p;m) &ge; T(p) und mit einem zweiten Wert C(p;m) = "0" für G(p;m) &le; T(p). Diese Schwellenwerte T(p) beziehen sich auf die Schwellenwerte für das noch gerade Beobachten einzelner Töne in dem menschlichen Gehörsystem in den betreffenden Frequenzgebieten und zwar derart, daß für enen repräsentativen Wert des Schalldruckes einzelner Töne, beispielsweise einen Wert von 60 dB SPL, der Schwellenwert T(p) eine perzeptuell akzeptierbare Annäherung des Schwellenwertes des menschlichen Gehörsystems in dem Frequenzgebiet des Teilbandes mit der Bandnummer p bildet.
  • Auf diese Weise verteilen die Vergleichsmittel 25 die Blöcke (p;m) der Teilbandsignale Xp(k) innerhalb eines Zuordnungsrahmens in Blöcke (p;m), die perzeptuell signifikante Signalenergie enthalten auf Grund des Kriteriums G(p;m) &ge; T(p) und die folglich einen Wert C(p;m) = "1" haben, und Blöcke (p;m), die keine perzeptuell signifikante Signalenergie enthalten auf Grund des kriteriums G(p;m) &le; T(p) und die folglich einen Wert C(p;m) = "0" haben. Nach der Erfindung werden nun den Blöcken (p;m) mit C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zugeordnet und die auf diese Weise eingesparten Quantisierungsbits werden zur feineren Quantisierung der Blöcke (p;m) innerhalb desselben Zuordnungsrahmens mit C(p;m) = "1" benutzt. Die Bitzuordnungsmittel nach Fig. 6 enthalten dazu einen Speicher 29 zur Speicherung eines vorgeschriebenen Zuordnungsmusters {B(p)} von Anzahlen B(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert für die zweite Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26), wobei diese Anzahlen B(p) auf die bereits eingehend beschriebene Art und Weise sich auf die Rauschmaskierungskurve des menschlichen Gehörsystems beziehen; in dem betreffenden Beispiel haben diese Anzahlen B(p) dieselben Werte B(p) = log&sub2;[L(p)] wie in der Tabelle nach Fig. 3 für 13 &le; p &le; 26. Weiterhin enthalten die Bitzuordnungsmittel nach Fig. 6 einen Signalprozessor 30, der in Antwort auf das vorgeschriebene Zuordnungsmuster {B(p)} in dem Speicher 29 die Parametersammlung {G(p;m)} in den Eingangspuffer 26 und die zugehörende Sammlung {C(p;m)} binärer Vergleichssignale an dem Ausgang der Vergleichsanordnung 28 ein Zuordnungsmuster {B(p;m)} der Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits je Signalabtastwert für die Blöcke (p;m) der Teilbandsignale Xp(k) innerhalb des betreffenden Zuordnungsrahmens bestimmt. Wenn alle Blöcke (p;m) perzeptuell signifikante Signalenergie enthalten und folglich für jedes Element der Sammlung {C(p;m)} gilt, daß C(p;m) = "1" ist, ist das Zuordnungsmuster {B(p;m)} an dem Ausgang des Signalprozessors 30 gleich dem vorgeschriebenen Zuordnungsmuster {B(p)}, das in dem Speicher 29 gespeichert ist. Dies ist der Fall an fast allen Stellen fast aller Musiksignalarten. Jedoch während Musikstellen mit nur einzelnen Tönen enthalten nur einige Blöcke (p;m) eines Zuordnungsrahmens perzeptuell signifikante Signalenergie, während die übrigen Blöcke (p;m) keine perzeptuell signifikante Signalenergie enthalten und folglich einen Wert C(p;m) = "0" haben. Der Signalprozessor 30 ordnet nun den Blöcken (p;m) mit C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zu und folglich gilt für diese Blöcke (p;m), daß B(p;m) = "0" ist. Da zur Quantisierung aller Signalabtastwerte innerhalb des Zuordnungsrahmens eine feste Gesamtanzahl von B Bits vorgeschrieben ist, wird auf diese Weise eine Anzahl Quantisierungsbits eingespart. Der Signalprozessor 30 bestimmt die Summe S der einesparten Anzahlen von Quantisierungsbits, wobei der Beitrag eines Blockes (p;m) mit C(p;m) = "0" zu dieser Summe S der Anzahl von M.B(p) Bits entspricht, die zur Quantisierung der M = 32 Signalabtastwerte dieses Blockes (p;m) mit einer Anzahl von B(p) Quantisierungsbits je Abstastwert nach dem vorgeschriebenen Zuordnungsmuster {B(p)}, das in dem Speicher 29 gespeichert ist, entspricht. Diese Summe S der eingesparten Anzahlen Bits wird dann den Blöcken (p;m) innerhalb des Zuordnungsrahmens mit C(p;m) = "1" zugeordnet zum Erhalten von Anzahlen von B(p;m) = B'(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert, die größer sind als die Anzahlen B(p;m) = B(p) mit B(p) nach dem vorgeschriebenen Zuordnungsmuster {B(p)}. Diese Zuordnung fängt an bei dem Block (p;m) mit dem größten Wert des Parameters G(p;m) und diesem Block (p;m) wird eine Anzahl von B(p;m) = B'(p) zugeordnet, wenn die zur Vergrößerung der Anzahl Quantisierungsbits erforderliche Anzahl von &Delta;S = M[B'(p)-B(p)] Bits tatsächlich verfügbar ist, d.h. wenn &Delta;S &le; S ist. Ist letzteres der Fall, so wird die Summe S um diese Anzahl &Delta;S verringert und die Anzahl von B(p;m) = B'(p) wird dem Block (p;m) mit dem größten Wert G(p;m) zugeordnet. Dieses Zuordnungsverfahren wird dann wiederholt, wobei es dann bevorzugt wird, den Parameter G(p;m) des Blocks (p;m) dem zusätzliche Quantisierungsbits zugeordnet sind, zu verringern, damit die Summe S der eingesparten Anzahlen Bits auf gleiche Art und Weise über die Blöcke (p;m) mit C(p;m) = "1" verteilt wird. Dieses Zuordnungsverfahren endet, wenn die Anzahl restlicher Bits nach Zuordnung einer zusätzlichen Anzahl Quantisierungsbits zu einem bestimmten Block (p;m), nicht mehr ausreicht für eine nachfolgende Zuordnung zusätzlicher Quantisierungsbits zu jedem beliebigen Block (p;m) mit C(p;m) = "1" innerhalb des Zuordnungsrahmens, oder wenn allen Blöcken (p;m) mit C(p;m) = "1" innerhalb des Zuordnungsrahmens eine vorbestimmte maximale Anzahl Quantisierungsbits je Signalabstastwert zugeordnet ist. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel wird die Sammlung von "vergrößerten" Anzahlen B'(p), die gebildet ist aus den Werten B(p) = log&sub2;[L(p)] in der Tabelle nach Fig. 3 dadurch, daß der niedrigste Wert B(p) = log&sub2;(3) fortgelassen wird und daß ein zusätzlicher Wert B'(p) = log&sub2;(33) als maximale Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert hinzugeführt wird. Der Grund dieser Wahl wird untenstehend näher erläutert.
  • Das auf diese Weise in dem Signalprozessor 30 bestimmte Zuordnungsmuster {B(p;m)} wird zu einem Ausgangspuffer 31 am Ende jedes Zuordnungsrahmens weitergeleitet. Daraufhin führt dieser Ausgangspuffer 31 die betreffenden Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits je Signalabtastwert zu den Quantisatoren 8(p) in dem Codierer 1 bzw. den Dequantisatoren 9(p) in dem Decodierer 2 zu, wobei diese Zufuhr entsprechend der Zeitlage der betreffenden Blöcke (p;m) in dem Zuordnungsrahmen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, erfolgt, so daß die einwandfreie Zeitbeziehung zwischen einem Block (p;m) von M = 32 Signalabtastwerten und der Anzahl von B(p;m) Quantisierungsbits je Abstastwert dieses Blockes (p;m) beibehalten wird.
  • Die obenstehend beschriebenen Maßnahmen führen dazu, daß während Musikstellen mit nur einzelnen Tönen die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens auf effektive Weise verringert wird. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erläutern, daß zu der Beschreibung nach Fig. 4 zurückgekehrt wird, wobei anhand dieser Beschreibung erläutert wird, wie das Quantisierungsrauschen während derartiger Musikstellen machmal hörbar wird. Unter den dort beschribenen Umständen wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielt, daß die Anzahl von B'(p) Quantisierungsbits je Signalabtastwert größer ist als die ursprüngliche Anzahl von B(p) und dadurch die Anzahl von L'(p) Quantisierungspegel auch größer ist als die ursprüngliche Anzahl von L(p). Dies bedeutet, daß die Leistung N' des Quantisierungsrauschens nun um einen Betrag von etwa
  • 20 log&sub1;&sub0;[L'(p)/L(p)] dB
  • niedriger liegt als der ursprüngliche Wert N dieser Leistung, die in Fig. 4 angegeben ist, wodurch der schraffierte Teil des Quantisierungsrauschens über der Schwellenkurve in Fig. 4, d.h. über dem hörbaren Teil des Quantisierungsrauschens, wesentlich kleiner wird oder sogar völlig verschwindet. Diese effektive Verringerung der Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens geht jedoch nicht mit einer Vergrößerung der mittleren Anzahl Quantisierungsbits je Abtastwert der quantisierten Signale an dem Ausgang des Codierers 1 bzw. an dem Eingang des Decodierers 2 in Fig. 1 einher, weil die vorgeschriebene Gesamtanzahl von B Bits zur Quantisierung aller Signalabtastwerte innerhalb des Zuordnungsrahmens nach Fig. 2 nicht durch die erfingungsgemäßen Maßnahmen geändert wird, die ja ausschließlich eine Neuzuordnung dieser fest vorgeschriebenen Gesamtanzahl von B Bits zu den Blöcken (p;m) innerhalb dieses Zuordnungsrahmens bewirken. Aus eingehenden Hörtests mit den verschiedensten Musiksignalen stellt es sich heraus, daß durch diese Maßnahmen im allgemeinen kein Quantisierungsrauschen während Musikstellen mit nur einzelnen Tönen hörbar ist.
  • Im Rahmen der Erfindung kann die Neuzuordnung der festen Gesamtanzahl von B Bits zu den Blöcken (p;m) innerhalb des Zuordnungsrahmens verschiedenartig bewirkt werden, mit der Folge einer großen Verschiedenheit etwaiger Ausgestaltungen der Bitzuordnungsmittel in Fig. 6, insbesondere was den Signalprozessor 30 anbelangt. Fig. 7 zeigt nun ein Blockschaltbild eines Biespiels eines Signalprozessors 30, der zum Verwirklichen eines Beispiels dieser Neuzuordnung verwendbar ist, was anhand des Flußdiagramms nach Fig. 8 und Fig. 9 näher erläutert wird.
  • Der Signalprozessor 30 in Fig. 7 weist ein Eingangsregister 32 auf, in das das vorgeschriebene Zuordnungsmuster {B(p)} als Standardwert ("default value") zur Bestimmung des Zuordungsmusters {B(p;m)} geladen wird, sowie ein Eingangsregister 33, in das die Parametersammlung {G(p;m)} als Anfangswert einer Bedürfnissammlung {G'(p;m)} geladen wird, deren Elemente während des Neuzuordnungsverfahrens das Bedürfnis nach Quantisierungsbits für die Blöcke (p;m) darstellen. Weiterhin enthält der Signalprozessor 30 ein erstes Modul 34, das in Antwort auf die Sammlung {C(p;m)} binärer Vergleichssignale an dem Ausgang der Vergleichsanordnung 28 in Fig. 6 und in Antwort auf die Sammlungen {B(p;m)} = {B(p)} und {G'(p;m)} = {G(p;m)} an dem Ausgang des Registers 32 und 33 in Fig. 7 den Blöcken (p;m) mit C(p;m) = "0" den Wert B(p;m) = "0" zuordnet, die Summe S der verfügbaren Anzahlen von M.B(p;m) = M.B(p) Quantisierungsbits für diese Blöcke (p;m), und das Bitbedürfnis G'(p;m) dieser Blöcke (p;m) auf Null stellt um mit Hilfe des Wertes G'(p;m) = "0" anzugeben, daß sie bei der Neuzuordnung der Summe S von "eingesparten" Anzahlen Bits ausgeschlossen sind. Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines möglichen Programmlaufes für dieses erste Modul 34. Die jeweiligen Blöcke in dem Flußdiagramm haben die nachfolgende Bedeutung: Block Titel Bedeutung START STOP Anfang des Laufes, der sich während jedes Zuordnungsrahmens wiederholt. Wiederhole für alle Blöcke (p;m) des Zuordnungsrahmens behandelt worden sind. Prüfe ob alle Blöcke (p;m) des Zuordnungsrahmens behandelt worden sind. Ende des Laufes. Prüfe ob C(p;m) den Wert "0" hat. Setze Bitbedürfnis G'(p;m) auf Null. Erhöhe die Summe S um eine verfügbare Anzahl von M.B(p;m) = M.B(p) Bits. Ordne dem Block (p;m) keine Quantisierungsbits zu, so daß B(p;m) = 0 ist.
  • Der Signalprozessor 30 aus Fig. 7 enthält ein zweites Modul 35 zur Neuzuordnung der Summe S eingesparter Anzahlen Quantisierungsbits zu Blöcken (p;m) mit C(p;m) = "1". Die Neuzuordnung dieser in dem Modul 34 gebildeten Summe S erfolgt in Antwort auf die ebenfalls im Modul 34 gebildeten Sammlungen {B(p;m)} und {G'(p;m)}, wobei die Blöcke (p;m) mit C(p;m) = "0" durch den Wert G'(p;m) = 0 dieses Bitbedürfnisses ausgeschlossen sind und wobei der Wert B(p;m) = 0 der Endwert für diese Blöcke (p;m) in dem Zuordnungsmuster {B(p;m)} an dem Ausgang des Signalprozessors 30 ist. Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm eines etwaigen Programmlaufes für diese Neuzuordnung in dem Modul 35, wobei die Tatsache ausgenutzt worden ist, daß die jeweiligen Quantisierungsmöglichkeiten auf einfache Weise von grob zu fein gegliedert und in dieser Reihenfolge mit einer Ordnungsnummer i mit i = 1, 2, ..., I versehen werden können. Fig. 10 zeigt eine Tabelle mit Daten in bezug auf diese Gliederung für das betreffende Ausführungsbeispiel, für das die Anzahl Quantisierungsmöglichkeiten I = 8 ist. In dieser Tabelle zeigt die erste Spalte die Ordnungsnummer i, die zweite Spalte die Anzahl von L(i) Quantisierungspegeln, die dritte Spalte die Anzahl von B(i) Quantisierungsbits je Signalabtastwert und die vierte Spalte die Anzahl von &Delta;B(i) Quantisierungsbits je Signalabtastwert, die notwendig sind um B(i) auf B(i+1) zu erhöhen, so daß B(i) + &Delta;B(i) gleich B(i+1) ist und die entsprechende Erhöhung für einen Block von M Signalabtastwerten folglich eine Anzahl von &Delta;S = M.&Delta;B(i) Quantisierungsbits erfordert. Die Werte der Anzahlen B(i) und &Delta;B(i) in der Tabelle sind gerundet zu Zahlen mit zwei Stellen hinter dem Komma.
  • Die jeweiligen Blöcke in dem Flußdiagramm nach Fig. 9 haben die folgende Bedeutung: Block Titel Bedeutung START STOP Anfang des Laufes, der sich während jedes Zuordnungsrahmens wiederholt. Prüfe, ob die Summe S größer als Null ist. Ende des Laufes. Bestimme den Block (p;m) des Zuordnungsrahmens mit dem größten Bitbedürfnis G'(p;m). Prüfe, ob das Bitbedürfnis G'(p;m) größer ist als Null. Bestimme für den Block (p;m) die Ordnungsnummer i, so daß B(i) = B(p;m) ist. Prüfe ob die Ordnungsnummer i kleiner ist als I. Setze Bitbedürfnis G'(p;m) auf Null. Ordne der Summenänderung &Delta;S den Wert M.&Delta;B(i) zu. Prüfe, ob die Summenänderung &Delta;S nicht größer ist als die Summe S. Ordne dem Bitbedürfnis G'(p;m) einen Wert G'(p;m)/D zu, wobei D > 1 ist. Verringere die Summe S um eine Anzahl Bits der Summenänderung &Delta;S = M.&Delta;B(i). Ordne dem Block (p;m) eine Anzahl von B(i+1) Quantisierungsbits je Abtastwert zu.
  • Nach dem Anfang des Laufes wird überprüft, ob tatsächlich Quantisierungsbits eingespart wurden (bedingt Block 9-2). Ist dies nicht der Fall, so wird der Lauf beendet und einem Ausgangsregister 36 des Signalprozessors 30 in Fig. 7 (operationell Block 9-3) wird ein Zuordnungsmuster {B(p;m)} gleich dem Standardmuster {B(p)} weitergeleitet. Ist dies jedoch der Fall, so wird der Block (p;m) des Zuordnungsrahmens mit dem größten Bitbedürfnis G'(p;m) bestimmt (operationell Block 9-4). Danach wird überprüft, ob dieses Bitbedürfnis G'(p;m) größer ist als Null (bedingt Block 9-5) und wenn ja, so wird die heutige Anzahl von B(p;m) Quantisierungsbits je Signalabtastwert durch eine Ordnungsnummer i in einer Ordnung gemäß der Tabelle nach Fig. 10 identifiziert, so daß B(i) = B(p;m) ist (operationell Block 9-6). Danach wird überprüft, ob dem Block (p;m) die maximale Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert zugeordnet ist und zwar dadurch, daß überprüft wird, ob die Ordnungsnummer i kleiner ist als die höchste Ordnungsnummer I (bedingt Block 9-7). Ist dies nicht der Fall, also ist i = I, so wird der Block (p;m) von weiterer Neuzuordnung ausgeschlossen, indem das Bitbedürfnis G'(p;m) auf Null gestellt wird (operationell Block 9-8). Ist dies jedoch der Fall, also ist i < I, so wird die Anzahl von &Delta;S = M.&Delta;B(i) Quantisierungsbits bestimmt, die notwendig ist um die Anzahl Quantisierungsbits je Abtastwert von dem heutigen Wert B(i) auf den nächst höheren Wert B(i+1) für die M Signalabtastwerte des Blockes (p;m) zu bringen und danach überprüft, ob diese Anzahl &Delta;S tatsächlich verfügbar ist (operationell Block 9-9 und bedingt Block 9-10). Ist letzteres nicht der Fall und ist also die Summenänderung &Delta;S größer als die Summe S, die aktuelle Anzahl Quantisierungsbits, die zur Neuzuordnung verfügbar ist, so wird der Block (p;m) von weiterer Neuzuordnung ausgeschlossen in dem das Bitbedürfnis G'(p;m) auf Null gestellt wird (operationell Block 9-8). Ist die für eine Erhöhung erforderliche Anzahl von &Delta;S Quantisierungsbits dagegen verfügbar, so wird die Summe S um diese Anzahl &Delta;S verringert und der Anzahl von B(p;m) Quantisierungsbits je Abtastwert dieses Blocks (p;m) der nächst höhere Wert B(i+1) zugeordnet (operationell Block 9-11). Zugleich wird das Bitbedürfnis G'(p;m) dieses Blocks (p;m) verringert, indem demselben ein Wert G'(p;m)/D zugeordnet wird, wobei D > 1 ist, damit die insgesamt eingesparten Anzahlen Quantisierungsbits (der Anfangswert der Summe S) auf eine gleichmäßige Weise über die Blöcke (p;m) des Zuordnungsrahmens mit einem Wert C(p;m) = "1" verteilt wird. Der Wert D kann dazu derart bestimmt werden, daß die Verbesserung in dem Signal-Quantisierungsrauschverhältnis durch die Erhöhung der Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert um einen Betrag &Delta;B(i) annähernd in der Verringerung des Bitbedürfnisses G'(p;m) wiederspiegelt wird. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel beträgt diese Verbesserung etwa 3 dB für i = 2, 3, ..., 7 und etwa 6 dB für i = 1, so daß nur ein fester Wert D ausreicht. In dem Fall hat D einen Wert D = 2, wenn charakteristische Parameter G(p;m) und folglich auch Bedürfnisparameter G"(p;m) den Spitzenwert der Amplitude der Signalabtastwerte in dem Block (p;m) darstellen und einen Wert D = 2, wenn G(p;m) und folglich auch G'(p;m) den über diesen Block (p;m) mittleren Wert der Leistung der Signalabtastwerte darstellt. Nachdem diese Vorgänge in bezug auf die Summe S, die Anzahl Quantisierungsbits je Signalabtastwert B(p;m) und das Bitbedürfnis G'(p;m) durchgeführt worden sind (operationell Block 9-11), kehrt der Lauf zurück zur Bestimmung des Blocks (p;m) des Zuordnungsrahmens, der nun das größte Bitbedürfnis G'(p;m) hat (operationell Block 9- 4). Der Lauf wird beendet, wenn alle Blöcke (p;m) eines Zuordnungsrahmens ein Bitbedürfnis G'(p;m) = 0 haben und das dann bestimmte Zuordnungsmuster {B(p;m)} zu dem Ausgangsregister 36 des Signalprozessors 30 in Fig. 7 weitergeleitet wird (bedingt Block 9-5 und operationell Block 9-3).
  • Nach Beendigung des Laufes kann die restliche Summe S der "eingesparten" Anzahlen von Quantisierungsbits größer als Null sein. Zum Quantisieren und Dequantisieren der Teilbandsignale der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) ist jedoch eine feste Gesamtanzahl von B Bits je Zuordnungsrahmen vorgeschrieben. Etwaige restliche "eingesparte" Quantisierungsbits nach dem Ende des Laufes können als Füllbits ohne Informationsinhalt in den Ausgangssignalen des Codierers 1 benutzt werden, damit die Gesamtbitkapazität, die erforderlich ist zur Darstellung dieser Ausgangssignale einen konstanten Wert erhalten in bezug auf die Übertragung über das und/oder die Speicherung in dem Medium 4. Da die beschriebene Neuzuordnung der festen Gesamtanzahl von B Bits zu den Blöcken (p;m) innerhalb eines Zuordnungsrahmens in dem Codierer 1 und dem Decodierer 2 auf entsprechende Weise in Antwort auf die Parametersammlung {G(p;m)} erfolgt, die in dem Codierer 1 sowie in dem Decodierer 2 verfügbar ist, braucht das etwaige Vorhandensein von Füllbits in den Ausgangssignalen des Codierers 1 nicht gemerkt zu werden.
  • In bezug auf den obenstehend beschriebenen Programmlauf sei abermals bemerkt, daß dieser Lauf nur als Beispiel gegeben ist und daß im Rahmen der Erfindung vom Fachmann andere und wirtschaftlichere Läufe gestaltet werden können. Das beschriebene Beispiel bietet jedoch den Vorteil einer übersichtlichen Struktur und eines einfachen Kriteriums (bedingt Block 9-5) zum Beenden des Programmlaufes bei Neuzuordnung.
  • Wie bereits erwähnt, hat es sich aus eingehenden Gehörtests mit den verschiedensten Musiksignalen ergeben, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen das Quantisierungsrauschen im allgemeinen während Musikstellen mit nur einzelnen Tönen nicht mehr hörbar ist. Es stellt sich heraus, daß die nur noch selten auftretenden Fälle hörbaren Quantisierungsrauschens sich vorwiegend beziehen auf Musikstellen mit starken Einsätzen des Musiksignals, wobei in fast allen Teilbändern die Signalenergie sich plötzlich stark ändert. In einer bevorzugten Ausführungsform des betreffenden Teilbandcodierungssystems kann auch die Hörbarkeit des Quantisierungsrauschens während Musikstellen mit starken Einsätzen auf effektive Weise verringert werden. Dazu werden die Bitzuordnungsmittel 23, 24 in dem Codierer 1 und dem Decodierer 2 nach Fig. 1 zugleich mit Mitteln versehen, die in Antwort auf aufeinanderfolgende charakteristische Parameter G(p;m) und G(p;m+1) jedes Teilbandes der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) in zwei Fällen wirksam sind:
  • - wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m_1) kleiner ist als ein vorgeschriebener Wert 1/R(p) mit R(p) in der Größenordnung von 10² und wenn der Block (p;m) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt, werden dem Block (p;m) keine Quantisierungsbits zugeordnet und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits je Signalabtastwert werden der genannten Summe S eingesparter Anzahlen von Quantisierungsbits zugeordnet; dieser Fall tritt am Anfang eines starken Einsatzes auf;
  • - wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m+1) größer ist als der Wert R(p) und wenn der Block (p;m+1) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt, werden dem Block (p;m+1) keine Quantisierungsbits zugeordnet und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m+1) Quantisierungsbits je Signalabtastwert werden der genannten Summe S eingesparter Anzahlen Quantisierungsbits zugeordnet; dieser Fall tritt am Ende eines starken Einsatzes auf.
  • Diese Maßnahmen benutzten den psychoakustischen Effekt der zeitlichen Maskierung, d.h. die Eigenschaft des menschlichen Gehörsystems, daß der Schwellenwert zur Beobachtung von Signalen unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Auftritt eines anderen Signals mit relativ hoher Signalenergie sich als vorübergehend höher ergibt als während der Abwesenheit des letztgenannten Signals. Dadurch, daß nun Blöcken des Zuordnungsrahmens, die unmittelbar vor und unmittelbar nach Blöcken mit einer relativ hohen Signalenergie auftreten, keine Quantisierungsbits zugeordnet werden, können die auf diese Weise eingesparten Anzahlen von Quantisierungsbits zur feineren Quantisierung dieser Blöcke mit einer relativ hohen Signalenergie benutzt werden, wodurch das Quantisierungsrauschen während der letztgenannten Blöcke verringert wird, während die Nicht-Zuordnung von Quantisierungsbits zu Blöcken mit einer relativ niedrigen Signalenergie dennoch nicht zu einer hörbaren Verzerrung führt und zwar durch die vorübergehende Maskierung durch das menschliche Gehörsystem.
  • In dem Beispiel eines Signalprozesors 30 für die Bitzuordnungsmittel 23, 24, das anhand der Fig. 7 beschrieben wurde, können die obenstehend beschriebenen Maßnahmen auf einfache Weise dadurch durchgeführt werden, daß ein drittes Modul 37 zwischen die bereits vorhandenen ersten und zweiten Module 34, 35 eingefügt wird und dadurch, daß das Eingangsregister 33 um einen Teil erweitert wird, indem für jedes Teilband der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) der Parameter G(p;m) des letzten Blocks (p;m) des vorhergehenden Zuordnungsrahmens (in Fig. 5) also des rechtesten Blocks für jedes Teilband) übernommen wird, wenn die Parametersammlung {G(p;m)} des aktuellen Zuordnungsrahmens in das eigentliche Register 33 geladen wird. Die Parameter des vorhergehenden Zuordnungsrahmens, die auf diese Weise in diesen zusätzlichen Teil des Registers 33 übernommen werden, bilden eine Ergänzung A{G'(p;m)} für die Bedürfnissammlung {G'(p;m)} des aktuellen Zuordnungsrahmens an dem Ausgang des Moduls 34. Diese Ergänzung A{G'(p;m)} wird in dem Modul 37 zum Durchführen von Vorgängen an der Summe S benutzt und die Sammlungen {G'(p;m)} und B{(p;m)}, die in dem Modul 34 für den aktuellen Zuordnungsrahmen gebildet sind, wobei diese Vorgänge in dem Modul 37 derselben Art sind wie die in dem Modul 34, weil bestimmten Blöcken (p;m) des aktuellen Zuordnungsrahmens der Wert B(p;m) = 0 zugeordnet wird, die Summe S der eingesparten Anzahlen von Quantisierungsbits um die verfügbaren Anzahlen von M.B(p;m) Quantisierungsbits für diese Blöcke (p;m) erhöht und das Bitbedürfnis G'(p;m) dieser Blöcke (p;m) auf Null gesetzt wird damit durch den Wert G'(p;m) angegeben wird, daß sie von der Neuzuordnung der erhöhten Summe S, die in dem Modul 35 durchgeführt wird, ausgeschlossen sind. Was die verfügbaren Anzahlen von M.B(p;m) Quantisierungsbits anbelangt, gilt, daß diese Anzahlen einen Wert M.B(p;m) = M.B(p) aufweisen, es sei denn, daß in dem Modul 34 dem Block (p;m) keine Quantisierungsbits zugeordnet wurden und für diesen Block also B(p;m) = 0 ist. In dem Modul 37 wird ein "ergänzter" Zuordnungsrahmen von Bitbedürfnissen aus der Bedürfnissensammlung {G'(p;m)} des eigentlichen Zuordnungsrahmens und die Ergänzung A{G'(p;m)} der "letzten" Blöcke des vorhergehenden Zuordnungsrahmens benutzt. Dadurch wird vermeiden, daß der Übergang des einen Zuordnungsrahmens zu einem nachfolgenden Zuordnungsrahmen die Benutzung der vorübergehenden Maskierung für den Teil (13 &le; p &le; 17) der zweiten Gruppe von Teilbändern (13 &le; p &le; 26) verhindert und für den restlichen Teil (18 &le; p &le; 26) dieser zweiten Gruppe fehlt, wenigstens was die vorübergehende Nachmaskierung anbelangt (die sich übrigens über ein wesentlichen größeres Zeitintervall als die Vormaskierung erstreckt, siehe Fig. 4 in dem genannten Artikel von Krasner).
  • Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm eines etwaigen Programmlaufes für dieses Modul 37 in Fig. 7. Die jeweiligen Blöcke in dem Flußdiagramm haben die folgende Bedeutung: Block Titel Bedeutung START STOP Anfang des Laufes, der sich während jedes Zuordnungsrahmens wiederholt. Wiederhole für alle Paare aufeinanderfolgender Blöcke (p;m) und (p;m+1) des "ergänzten" Zuordnungsrahmens. Prüfe, ob alle Paare aufeinanderfolgender Blöcke (p;m) und (p;m+1) des "ergänzten" Zuordnungsrahmens behandelt worden sind. Ende des Laufes. Ordne dem Verhältnis Q einen Wert {G'(p;m)}/{G'(p;m+1)} zu. Prüfe, ob Q größer ist als R(p). Prüfe, ob der Block (p;m+1) innerhalb des eigentlichen Zuordnungsrahmens liegt. Setze Bitbedürfnis G'(p;m+1) auf Null. Erhöhe die Summe S um die verfügbare Anzahl von M.B(p;m+1) Bits. Ordne dem Block (p;m+1) keine Quantisierungsbits zu, so daß B(p;m+1) = 0 ist. Prüfe, ob Q kleiner ist als 1/R(p). Prüfe, ob der Block (p;m) innerhalb des eigentlichen Zuordnungsrahmens liegt. Setze das Bitbedürfnis G'(p;m) auf Null. Erhöhe die Summe S um die Verfügbare Anzahl von M.B(p;m) Bits. Ordne dem Block (p;m) keine Quantisierungsbits zu, so daß B(p;m) = 0 ist.
  • Der obenstehend beschriebene Lauf ist so einfach, daß nach Kenntnisnahme der eingehenden Erläuterung in bezug auf die Funktionen des Moduls 37 und der Vorgänge in demselben auf eine nähere Erläuterung desselben verzichtet werden kann. Was den vorgeschriebenen Wert R(p) anbelangt sei bemerkt, daß ein gleicher Wert für alle Teilbänder der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26) ausreicht, und daß dieser Wert einer Änderung des über einen Block gemittelten Wertes der Leistung der Signalabtastwerte in der Größenordnung von 20 dB entspricht. Auch in bezug auf diesen Lauf gilt, daß im Rahmen der Erfindung für den Fachmann andere und wirtschaftlichere Läufe denkbar sind.
  • Derartige Verbesserungen des bisher beschriebenen Systems zur Teilbandcodierung von Musiksignalen sind auch in anderen Hinsichten möglich. Ein erstes Beispiel einer derartigen Verbesserung bezieht sich auf die Anordnung der Dequantisatoren 9(p) für die Teilbänder der zweiten Gruppe (13 &le; p &le; 26). Wenn diesen Dequantisatoren 9(p) während bestimmter Blöcke (p;m) keine Quantisierungsbits zugeordnet werden, haben die Ausgangssignale p(k) während dieser Blöcke (p;m) einen Signalpegel Null, während der zugeordnete charakteristische Parameter G(p;m) zwar unterhalb des Schwellenwertes T(p) liegt, aber dennoch von Null abweichen kann. In den Dequantisatoren 9(p) kann nun eine digitale Rauschquelle vorgesehen werden, die ausschließlich bei Blöcken (p;m) ohne Quantisierungsbits, also bei einem Wert B(p;m) = 0, ein Signal zu dem Ausgang mit einem Signalpegel weiterleitet, der dem charakteristischen Parameter G(p;m) entspricht. Das Auftreten bestimmter plötzlicher Pegeländerungen in den Ausgangssignalen p(k) der Dequantisatoren 9(p), die in den Eingangssignalen xp(k) der Quantisatoren 8(p) keinen Gegenteil haben, wird durch diese einfache Maßnahme vermieden.
  • Ein zweites Beispiel einer derartigen Verbesserung bezieht sich ebenfalls auf die Anordnung der Quantisatoren 8(p) und Dequantisatoren 9(p). Die Wellenform eines Teilbandsignals xp(k) kann unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen haben und die Quantisatoren können bekanntlich für eine bestimmte Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktion optimalisiert werden (siehe die Teile 4.3.2 und 4.4.1 des Abschnittes "Quantization" in dem bereits genannten Buch von Jayant und Noll, Seiten 125-127 und Seiten 131-135). im Grunde ist es möglich, in dem Codierer 1 die zeitlich schwankenden Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen für die Teilbandsignale xp(k) zu bestimmen und die Quantisatoren 8(p) ständig derart einzustellen, daß sie für die auf diese Weise bestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen optimal sind, aber in der Praxis ist diese Möglichkeit wenig interessant, weil - noch abgesehen von der wesentlichen Vergrößerung des Aufwandes des Codierers 1, die dazu erforderlich ist - auch die Bitkapazität für die quantisierten Ausgangssignale des Codierers 1 wesentlich vergrößert werden muß, damit die entsprechende optimale Einstellung der Dequantisatoren 9(p) in dem Decodierer 2 verwirklichbar sind. Anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 12 wird nun erläutert, auf welche Weise für Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen optimalisierte Quantisierung angewandt werden kann und zwar auf eine relativ einfache Art und Weise, wobei die erforderliche Bitkapazität für die quantisierten Ausgangssignale des Codierers 1 nur geringfügig vergrößert zu werden braucht. Entsprechende Elemente in Fig. 1 und Fig. 12 sind mit denselben Bezugszeichen angegeben.
  • In Fig. 12 weist der Quantisator 8(p) für das Teilbandsignal xp(k) vier feste Quantisatoren auf, die für vier unterschiedliche Typen von Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen optimalisiert sind: der Quantisator U für den einheitlichen Typ, der Quantisator L für den Laplace-Typ (auch bekannt als den zweiseitig exponentiellen Typ), der Quantisator G für den Gauss-Typ (auch bekannt als den normalen Typ), und der Quantisator A für den Arcsinus-Typ (die Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktion für die Amplitude einer Sinuswellenform). Auf gleiche Weise enthält der Dequantisator 9(p) die vier entsprechenden Dequantisatoren, die durch U&supmin;¹, L&supmin;¹, G&supmin;¹ bzw. A&supmin;¹ bezeichnet sind. Diese vier Typen von Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktionen sind allgemein bekannt, ebenso wie die zugeordneten Quantisatoren (siehe den Abschnitt 2.2.2 des Kapitels "Waveform Characterization" in dem bereits genannten Buch von Jayant und Noll, Seiten 31-34, und die bereits genannten Abschnitte 4.3.2 und 4.4.1 des Kapitels "Quantization". Diese Wahl dieser vier Typen basiert auf Messungen, aus denen es sich ergeben hat, daß in fast allen Fällen die wirkliche Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktion für ein Teilbandsignal xp(k) als einen dieser vier Typen modelliert werden kann. Damit nun die Fehler bei Quantisierung möglichst klein gehalten werden, wird ein Block (p;m) eines Teilbandsignals xp(k) mit Hilfe der vier Quantisatoren U, L, G und A quantisiert und danach wird der Quantisator selektiert, der den kleinsten Quantisierungsfehler gibt. Da in Fig. 12 feste Quantisatoren und entsprechende feste Dequantisatoren benutzt werden, soll die Adaptation der Quantisierungskennlinie an den Signalpegel in einem Block (p;m) durch eine Vorgang an den Signalabtastwerten dieses Blockes (p;m) an dem Eingang jedes Quantisators U, L, G, A und durch einen entsprechenden inversen Vorgang an den Signalabtastwerten dieses Blockes (p;m) an dem Ausgang jedes Dequantisators U&supmin;¹, L&supmin;¹, G&supmin;¹, A&supmin;¹ bewirkt werden. In Fig. 12 ist dargestellt, wie diese Adaptation durchgeführt wird in dem Fall, wo der Parameter G(p;m) den über einen Block (p;m) gemittelten Wert der Leistung der Signalabtastwerte darstellt und die festen Quantisatoren und Dequantisatoren sogenannte Einheitsvarianz-Quantisatoren und - Dequantisatoren sind (d.h., daß sie für Signale mit einer Varianz gleich Eins entworfen worden sind). In diesem Fall wird ein gleichwertiger Amplitudenparameter [G(p;m)] aus dem in dem Pegeldetektor 7(p) bestimmten Leistungsparameter G(p;m) mit Hilfe der Schaltungsanordnungen 38 und 39 abgeleitet. Der Vorgang an dem Eingang jedes Quantisators U, L, G, A ist dann eine Teilung der Amplitude der Signalabtastwerte durch diesen Parameter [G(p;m)] und der inverse Vorgang an dem Ausgang jedes Dequantisators U&supmin;¹, L&supmin;¹, G&supmin;¹, A&supmin;¹ folglich eine Multiplikation der Amplitude der Signalabtastwerte mit diesem Parameter G(p;m). Wegen der Selektion des Quantisators wird in Fig. 12 das Ausgangssignal jedes der Quantisatoren U, L, G und A nach Multiplikation mit dem betreffenden Parameter [G(p;m)] einer Schaltungsanordnung 40 zugeführt zur Bestimmung des über einen Block (p;m) gemittelten Wertes des Quantisators der Differenz zwischen diesem Ausgangssignal und dem ursprünglichen Teilbandsignal xp(k). In der Schaltungsanordnung 40 wird daraufhin bestimmt, welcher der vier auf die Weise gemittelten quadratischen Differenzwerte der kleinste ist und der betreffende Quantisator wird durch einen Index mit 2 Bits bezeichnet. Die Schaltungsanordnung 40 führt diesen Index als Selektionssignal einem Selektor 41 zu, an den die Ausgänge der Quantisatoren U, L, G und A angeschlossen sind. Da die Schaltungsanordnung 40 an den Index erst bestimmen kann, nachdem alle M = 32 Signalabtastwerte eines Blockes (p;m) verarbeitet worden sind, weist der Selektor 41 zugleich einen Eingangspuffer zur einstweiligen Speicherung jedes der demselben zugeführten Signale für die Dauer eines Blockes (p;m) von M Signalabtastwerten auf. Weiterhin wird der in der Schaltungsanordnung 40 bestimmte Index zugleich als Selektionssignal für einen Verteiler 42 in dem Dequantisator 9(p) benutzt, an den die Eingänge der Dequantisatoren U&supmin;¹, L&supmin;¹, G&supmin;¹, und A&supmin;¹ angeschlossen sind. Das quantisierte Teilbandsignal sp(k) an dem Ausgang des Selektors 41, das von einem der vier Quantisatoren U, L, G und A herrührt, wird auf diese Weise ausschließlich dem Dequantisator (U&supmin;¹, L&supmin;¹, G&supmin;¹, oder A&supmin; ¹) zugeführt, der dem selektierten Quantisator (U, L, G oder A) entspricht. Die obenstehend beschriebene Selektion auf Basis des kleinsten mittleren quadratischen Quantisierungsfehlers für einen Block (p;m) von M = 32 Signalabtastwerten führt zu einer Verbesserung der Qualität des dequantisierten Teilbandsignals p(k). Die für diese Verbesserung erforderliche Vergrößerung der Bitkapazität für die Ausgangssignale des Codierers 1 in Fig. 1 beträgt nur 2 Bit je Block (p;m) von M = 32 Signalabtastwerten für jedes Teilbandsignal xp(k). Obenstehend wurde bereits erwähnt, daß in dem gewählten Ausführungsbeispiel eine Bitkapazität von 98,225 kbit/s erforderlich ist für alle Teilbandsignale xp(k) und eine Bitkapazität von 11,025 kbit/s für alle charakteristische Parameter G(p;m), die je mit 8 Bits je Block von M = 32 Signalabtastwerten quantisiert sind. Für alle Indizes, die je 2 Bits je Block von M = 32 Signalabtastwerten erfordern, ist dann eine zusätzliche Bitkapazität von 2,756 kbit/s erforderlich. Die Gesamtbitkapazität, die zum Darstellen aller Ausgangssignale des Codierers 1 in Fig. 1 erforderlich ist, nimmt also von einem Wert von 109,250 kbit/s auf einen Wert von 112,006 kbit/s zu und die mittlere Anzahl Bits je Signalabtastwert bei dieser Darstellung nimmt also von einem Wert von 2,477 Bits je Abtastwert auf einen Wert von 2,540 Bits je Abtastwert zu. Die zur Verbesserung erforderliche Vergrößerung der Bitkapazität bzw. der mittleren Anzahl von Bits je Abtastwert beträgt also nur etwa 2,5%.

Claims (4)

1. Digitales System mit einem Codierer (1) und einem Decodierer (2) zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals mit einer bestimmten Abtastfrequenz 1/T, wobei der Codierer (1) die folgenden Elemente aufweist:
- Analysenfiltermittel (3) zum in Antwort auf das Audiosignal Erzeugen einer Anzahl von P Teilbandsignalen, wobei diese Analysenfiltermittel (3) das Audiosignalband entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzverringerung in aufeinanderfolgende Teilbänder mit Bandnummern p(1 &le; p &le; P) aufteilen, die mit der Frequenz zunehmen, wobei die Bandbreite und die Abtastfrequenz für jedes Teilband eine ganze Aliquote von 1/(2T) bzw. 1/T ist und die Bandbreiten der Teilbänder annähernd den kritischen Bandbreiten des menschlichen Gehörsystems in den betreffenden Frequenzgebieten entsprechen,
- Mittel (7(p)) zum in Antwort auf jedes der Teilbandsignale Bestimmen eines charakteristischen Parameters G(p;m), der für den Signalpegel in einem Block mit einer für jedes Teilband gleichen Anzahl von M Signalabtastwerten repräsentativ ist, wobei m die Blocknummer ist,
- Mittel (8(p)) zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Quantisieren der betreffenden Teilbandsignale;
und wobei der Decodierer die folgenden Elemente aufweist:
- Mittel (9(p)) zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Dequantisieren der quantisierten Teilbandsignale,
- Synthesefiltermittel (5) zum in Antwort auf die dequantisierten Teilbandsignale Konstruieren einer Replik des digitalen Audiosignals, wobei diese Synthesefiltermittel (5) die Teilbänder entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzerhöhung zu dem Audiosignalband zusammenfügen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die betreffenden Quantisierungsmittel (8(p)) in dem Codierer (1) und die betreffenden Dequantisierungsmittel (9(p)) in dem Decodierer (2) für jedes der Teilbänder mit einer Bandnummer p, die kleiner ist als pim dazu eingerichtet sind, mit einer festen Anzahl von B(p) Bits die Teilbandsignale zu quantisieren bzw. zu dequantisieren, wobei das Teilband mit der Bandnummer pim in dem Teil des Audiosignalbandes mit den niedrigsten Schwellenwerten zur Maskierung von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder liegt,
- der Codierer (1) und der Decodierer (2) je weiterhin mit Bitzuordnungsmitteln (23, 24) versehen sind, die in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) der Teilbänder mit einer Bandnummer p nicht kleiner als pim innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einer Zeitdauer entsprechend der Blocklänge für das Teilband mit der Bandnummer pim eine Anzahl von B(p;m) Bits aus einer für den Zuordnungsrahmen vorgeschriebenen festen Gesamtanzahl von B Bits zuordnen zu den betreffenden Quantisiermitteln (8(p)) in den Codierer (1) bzw. den betreffenden Dequantisiermitteln (9(p)) in dem Decodierer (2) für den Block mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei diese Bitzuordnungsmittel (23, 24) je die nachfolgenden Elemente aufweisen :
- Vergleichsmittel (28) zum innerhalb jedes Zuordnungsrahmens Vergleichen der charakteristischen Parameter G(p;m) mit betreffenden Schwellenwerten T(p) für die Teilbänder mit der Bandnummer p und zum Erzeugen betreffender binärer Vergleichssignale C(p;m) mit einem ersten Wert C(p;m) = "1" für einen Parameter G(p;m) nicht kleiner als der Schwellenwert T(p) und mit einem zweiten Wert C(p;m) = "0" in dem entgegengesetzten Fall, wobei diese Schwellenwerte T(p) auf diejenigen Schwellenwerte bezogen sind, bei denen einzelne Töne von dem menschlichen Gehörsystem noch gerade erkannt werden,
- Mittel (29) zum Speichern eines vorgeschriebenen Zuordnungsmusters {B(p)} von Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits für Teilbänder mit betreffenden Bandnummern p, wobei diese Anzahlen B(p) auf die Schwellenwerte zum Maskieren von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder bezogen sind,
- Mittel (30) zum in Antwort auf das gespeicherte Zuordnungsmuster {B(p)} und die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) und Vergleichssignale C(p;m) Bestimmen eines Zuordnungsmusters {B(p;m)} von betreffenden Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits für den Signalblock mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} entspricht, wenn alle Vergleichssignale C(p;m) innerhalb eines Zuordnungsrahmens den genannten ersten Wert C(p;m) = "1" aufweisen und wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} in dem entgegengesetzten Fall dadurch gebildet wird, daß Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einem Vergleichssignal mit dem genannten zweiten Wert C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zugeordnet werden und daß die Summe S der innerhalb eines Zuordnungsrahmens für die letztgenannten Blöcke verfügbaren Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} den Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens zugeordnet werden mit einem Vergleichssignal vom genannten ersten Wert C(p;m) = "1" und mit den größten Werten charakteristischer Parameter G(p;m) zum Erhalten von Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits, die größer sind als die entsprechenden Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)},
- Mittel (31) zum Zuführen des auf diese Weise bestimmten Zuordnungsmusters {B(p;m)} zu den betreffenden Quantisierungsmitteln (8(p)) in dem Codierer (1) bzw. den betreffenden Dequantisierungsmitteln (9(p)) in dem Decodierer (2).
2. Digitales System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bitzuordnungsmittel (23, 24) ebenfalls Mittel (30) aufweisen, die in Antwort auf aufeinanderfolgende charakteristische Parameter G(p;m) und G(p;m+1) jedes Teilbandes mit Bandnummer p größer als pim :
- keine Quantisierungsbits zuordnen zu dem Block (p;m+1) und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m+1) Quantisierungsbits zu der genannten Summe S hinzufügen, wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m+1) größer ist als ein vorgeschriebener Wert R(p) in der Größenordnung von 10² und der Block (p;m+1) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt;
- keine Quantisierungsbits zuordnen zu dem Block (p;m) und die für diesen Block verfügbaren Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits zu der genannten Summe S hinzufügen, wenn das Verhältnis Q = G(p;m)/G(p;m+1) kleiner ist als der Wert 1/R(p) und der Block (p;m) innerhalb des Zuordnungsrahmens liegt.
3. Codierer (1) zum Gebrauch in einem digitalen System zur Teilbandcodierung eines digitalen Signals mit einer bestimmten Abtastfrequenz 1/T, wobei dieser Codierer die nachfolgenden Elemente aufweist:
- Analysenfiltermittel (3) zum in Antwort auf das Audiosignal Erzeugen einer Anzahl von P Teilbandsignalen, wobei diese Analysenfiltermittel (3) das Audiosignalband entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzverringerung in aufeinanderfolgende Teilbänder mit Bandnummern p(i &le; p &le; P) aufteilen, die mit der Frequenz zunehmen, wobei die Bandbreite und die Abtastfrequenz für jedes Teilband eine ganze Aliquote von 1/(2T) bzw. 1/T ist und die Bandbreiten der Teilbänder annähernd den kritischen Bandbreiten des menschlichen Gehörsystems in den betreffenden Frequenzgebieten entsprechen,
- Mittel (7(p)) zum in Antwort auf jedes der Teilbandsignale Bestimmen eines charakteristischen Parameters G(p;m), der für den Signalpegel in einem Block mit einer für jedes Teilband gleichen Anzahl von M Signalabtastwerten repräsentative ist, wobei m die Blocknummer ist,
- Mittel (8(p)) zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Quantisieren der betreffenden Teilbandsignale,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die betreffenden Quantisierungsmittel (8(p)) für jedes der Teilbänder mit einer Bandnummer, die kleiner ist als pim, dazu eingerichtet sind, mit einer festen Anzahl von B(p) Bits die Teilbandsignale zu quantisieren, wobei das Teilband mit der Bandnummer pim in dem Teil des Audiosignalbandes mit den niedrigsten Schwellenwerten zur Maskierung von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder liegt, der Codierer (1) weiterhin mit Bitzuordnungsmitteln (23) versehen ist, die in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) der Teilbänder mit einer Bandnummer p nicht kleiner als pim innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einer Zeitdauer entsprechend der Blocklänge für das Teilband mit der Bandnummer pim eine Anzahl von B(p;m) Bits aus einer für den Zuordnungsrahmen vorgeschriebenen festen Gesamtanzahl von B Bits zuordnen zu den betreffenden Quantisiermitteln (8(p)) für den Block mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei diese Bitzuordnungsmittel (23) die nachfolgenden Elemente aufweisen :
- Vergleichsmittel (28) zum innerhalb jedes Zuordnungsrahmens Vergleichen der charakteristischen Parameter G(p;m) mit betreffenden Schwellenwerten T(p) für die Teilbänder mit der Bandnummer p und zum Erzeugen betreffender binärer Vergleichssignale C(p;m) mit einem ersten Wert C(p;m) = "1" für einen Parameter G(p;m) nicht kleiner als der Schwellenwert T(p) und mit einem zweiten Wert C(p;m) = "0" in dem entgegengesetzten Fall, wobei diese Schwellenwerte T(p) auf diejenigen Schwellenwerte bezogen sind, bei denen einzelne Töne von dem menschlichen Gehörsystem noch gerade erkannt werden,
- Mittel (29) zum Speichern eines vorgeschriebenen Zuordnungsmusters {B(p)} von Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits für Teilbänder mit betreffenden Bandnummern p, wobei diese Anzahlen B(p) auf die Schwellenwerte zum Maskieren von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder bezogen sind,
- Mittel (30) zum in Antwort auf das gespeicherte Zuordnungsmuster {B(p)} und die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) und Vergleichssignale C(p;m) Bestimmen eines Zuordnungsmusters {B(p;m)} von betreffenden Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits für den Signalblock mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} entspricht, wenn alle Vergleichssignale C(p;m) innerhalb eines Zuordnungsrahmens den genannten ersten Wert C(p;m) = "1" aufweisen und wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} in dem entgegengesetzten Fall dadurch gebildet wird, daß Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einem Vergleichssignal mit dem genannten zweiten Wert C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zugeordnet werden und daß die Summe S der innerhalb eines Zuordnungsrahmens für die letztgenannten Blöcke verfügbaren Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} den Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens zugeordnet werden mit einem Vergleichssignal vom genannten ersten Wert C(p;m) = "1" und mit den größten Werten charakteristischer Parameter G(p;m) zum Erhalten von Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits, die größer sind als die entsprechenden Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)},
- Mittel (31) zum Zuführen des auf diese Weise bestimmten Zuordnungsmusters {B(p;m)} zu den betreffenden Quantisierungsmitteln (8(p)).
4. Decodierer (2) für ein digitales System zur Teilbandcodierung eines digitalen Audiosignals mit einer bestimmten Abtastfrequenz 1/T, wobei dieser Decodierer (2) die nachfolgende Elemente aufweist:
- Mittel (9(p)) zum in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) blockartigen adaptiven Dequantisieren der quantisierten Teilbandsignale,
- Synthesefiltermittel (5) zum in Antwort auf die dequantisierten Teilbandsignale Konstruieren einer Replik des digitalen Audiosignals, wobei diese Synthesefiltermittel (5) die Teilbänder entsprechend dem Quadraturspiegelfilterverfahren mit Abtastfrequenzerhöhung zu dem Audiosignalband zusammenfügen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Dequantisierungsmittel (9(p)) für jedes der Teilbänder mit einer Bandnummer p, die kleiner ist als pim, dazu eingerichtet sind, mit einer festen Anzahl von B(p) Bits die Teilbandsignale zu dequantisieren, wobei das Teilband mit der Bandnummer pim in dem Teil des Audiosignalbandes mit den niedrigsten Schwellenwerten zur Maskierung von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder liegt,
- der Decodierer (2) weiterhin mit Bitzuordnungsmitteln (24) versehen ist, die in Antwort auf die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) der Teilbänder mit einer Bandnummer p nicht kleiner als pim innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einer Zeitdauer entsprechend der Blocklänge für das Teilband mit der Bandnummer pim eine Anzahl von B(p;m) Bits aus einer für den Zuordnungsrahmen vorgeschriebenen festen Gesamtanzahl von B Bits zuordnen zu den Dequantisiermitteln (9(p)) für den Block mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei diese Bitzuordnungsmittel (24) die nachfolgenden Elemente aufweisen :
- Vergleichsmittel (28) zum innerhalb jedes Zuordnungsrahmens Vergleichen der charakteristischen Parameter G(p;m) mit betreffenden Schwellenwerten T(p) für die Teilbänder mit der Bandnummer p und zum Erzeugen betreffender binärer Vergleichssignale C(p;m) mit einem ersten Wert C(p;m) = "1" für einen Parameter G(p;m) nicht kleiner als der Schwellenwert T(p) und mit einem zweiten Wert C(p;m) = "0" in dem entgegengesetzten Fall, wobei diese Schwellenwerte T(p) auf diejenigen Schwellenwerte bezogen sind, bei denen einzelne Töne von dem menschlichen Gehörsystem noch gerade erkannt werden,
- Mittel (29) zum Speichern eines vorgeschriebenen Zuordnungsmusters {B(p)} von Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits für Teilbänder mit betreffenden Bandnummern p, wobei diese Anzahlen B(p) auf die Schwellenwerte zum Maskieren von Rauschanteilen in kritischen Bändern des menschlichen Gehörsystems durch einzelne Töne in der Mitte der betreffenden kritischen Bänder bezogen sind,
- Mittel (30) zum in Antwort auf das gespeicherte Zuordnungsmuster {B(p)} und die betreffenden charakteristischen Parameter G(p;m) und Vergleichssignale C(p;m) Bestimmen eines Zuordnungsmusters {B(p;m)} von betreffenden Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits für den Signalblock mit der Blocknummer m der Signale des Teilbandes mit der Bandnummer p, wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} entspricht, wenn alle Vergleichssignale C(p;m) innerhalb eines Zuordnungsrahmens den genannten ersten Wert C(p;m) = "1" aufweisen und wobei dieses Zuordnungsmuster {B(p;m)} in dem entgegengesetzten Fall dadurch gebildet wird, daß Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens mit einem Vergleichssignal mit dem genannten zweiten Wert C(p;m) = "0" keine Quantisierungsbits zugeordnet werden und daß die Summe S der innerhalb eines Zuordnungsrahmens für die letztgenannten Blöcke verfügbaren Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)} den Blöcken innerhalb eines Zuordnungsrahmens zugeordnet werden mit einem Vergleichssignal vom genannten ersten Wert C(p;m) = "1" und mit den größten Werten charakteristischer Parameter G(p;m) zum Erhalten von Anzahlen von B(p;m) Quantisierungsbits, die größer sind als die entsprechenden Anzahlen von B(p) Quantisierungsbits in dem gespeicherten Zuordnungsmuster {B(p)},
- Mittel (31) zum Zuführen des auf diese Weise bestimmten Zuordnungsmusters {B(p;m)} zu den betreffenden Dequantisierungsmitteln (9(p)).
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