JPH0445614A - 1ビット/サンプル量子化方法 - Google Patents
1ビット/サンプル量子化方法Info
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- JPH0445614A JPH0445614A JP2126281A JP12628190A JPH0445614A JP H0445614 A JPH0445614 A JP H0445614A JP 2126281 A JP2126281 A JP 2126281A JP 12628190 A JP12628190 A JP 12628190A JP H0445614 A JPH0445614 A JP H0445614A
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- JP
- Japan
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- signal
- quantization
- bit
- sample
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は音楽、音声などの信号を、例えば帯域分割し
、その各帯域に適応ビット割当てを行い、各帯域につい
て適応差分パルス符号変調を行う場合における、その1
つのADPCMに用いられる量子化方法に関する。
、その各帯域に適応ビット割当てを行い、各帯域につい
て適応差分パルス符号変調を行う場合における、その1
つのADPCMに用いられる量子化方法に関する。
「従来の技術J
従来の帯域分割適応ビット割当ADPCM方式の構成を
第4図に示す、端子11からの入力信号は例えば48i
iHzでサンプリングされた音声、音楽信号であり、こ
の入力信号は帯域分割フィルタ12により複数のサブ帯
域に分割される。例えば4分割される場合はサブ帯域は
O〜6kl(z、6〜12kl(z 、 12〜18
kHz 、18〜24kTo とされ、この帯域分割は
Q M F (Quadrature旧rrorFil
ter)の縦属接続により実現される。各分割されたサ
ブ帯域の信号はそれぞれADPCM量子化器13により
符号化される。適応ビット側り当て部14により、全帯
域の量子化歪が最小となるように、符号化出力から求め
られる量子化残差信号の電カスベクトル密度の対数値に
比例配分した量子化ピント数を、各ADPCM置子化器
13に適応的に配分する。各ADPCM量子化器13よ
り得られる各サブ帯域の符号は複合部15でフレームに
構成されて出力される。
第4図に示す、端子11からの入力信号は例えば48i
iHzでサンプリングされた音声、音楽信号であり、こ
の入力信号は帯域分割フィルタ12により複数のサブ帯
域に分割される。例えば4分割される場合はサブ帯域は
O〜6kl(z、6〜12kl(z 、 12〜18
kHz 、18〜24kTo とされ、この帯域分割は
Q M F (Quadrature旧rrorFil
ter)の縦属接続により実現される。各分割されたサ
ブ帯域の信号はそれぞれADPCM量子化器13により
符号化される。適応ビット側り当て部14により、全帯
域の量子化歪が最小となるように、符号化出力から求め
られる量子化残差信号の電カスベクトル密度の対数値に
比例配分した量子化ピント数を、各ADPCM置子化器
13に適応的に配分する。各ADPCM量子化器13よ
り得られる各サブ帯域の符号は複合部15でフレームに
構成されて出力される。
ADPCM量子化器13が2ビット/サンプルで動作す
る時の量子化特性の例を第5図に示す。
る時の量子化特性の例を第5図に示す。
この図の入力レベルは実際の入力レベルを正規化レベル
S(量子化ステップ幅とも呼ばれる。信号の短時間実効
値に相当する値)で除した値に対応し、平均値0、実効
値1でラプラス分布する信号に対し量子化誤差を最小化
するように設計されている。仮に、適用される音源のレ
ベル分布特性により適宜量子化値が選択されれば、さら
に望ましい特性が得られる。この例では入力を4つのレ
ベルに量子化するものであり、1サンプルにつき2ビッ
トに量子化される。
S(量子化ステップ幅とも呼ばれる。信号の短時間実効
値に相当する値)で除した値に対応し、平均値0、実効
値1でラプラス分布する信号に対し量子化誤差を最小化
するように設計されている。仮に、適用される音源のレ
ベル分布特性により適宜量子化値が選択されれば、さら
に望ましい特性が得られる。この例では入力を4つのレ
ベルに量子化するものであり、1サンプルにつき2ビッ
トに量子化される。
また2ビット/サンプル量子化時の正規化レベル適応化
則を第6図に示す、この図から明らかなように入力レベ
ルの絶対値が正規化レベルよりも大きいときは、次のサ
ンプル時点で正規化レベルを伸張し、入力レベルの絶対
値が正規化レベルより小さい時は、次のサンプル時点で
正規化レベルを圧縮する。この操作により、正規化され
た信号は、常に量子化器の判別レベルに対し適切な太き
さになることが期待される。
則を第6図に示す、この図から明らかなように入力レベ
ルの絶対値が正規化レベルよりも大きいときは、次のサ
ンプル時点で正規化レベルを伸張し、入力レベルの絶対
値が正規化レベルより小さい時は、次のサンプル時点で
正規化レベルを圧縮する。この操作により、正規化され
た信号は、常に量子化器の判別レベルに対し適切な太き
さになることが期待される。
「発明が解決しようとする課題」
第2図における各サブ帯域に対するビット割り当てにお
いて、平均符号化ビット数が小さい(例えば、3ビット
/サンプル)とき、電カスベクトル密度の低い高周波数
帯域は、0〜1ビットの割当が望ましいことがある。し
かし、従来のADPCM量子化器13は最小限2ビット
/サンプルの量子化ビット数を必要としていた。なぜな
ら、ADPCM量子化器13は量子化の基準となる正規
化レベルSの圧縮、伸張を決定するとき、現時点より1
サンプル時点前の量子化値がどの量子化レベルに在るか
という情報に依っているが、このためには信月の正負そ
れぞれに少なくとも2つの量子化レベルが必要であり、
正、負しか表わせない1ビット/サンプルでは必要な符
号化レベル数が得られないからである。
いて、平均符号化ビット数が小さい(例えば、3ビット
/サンプル)とき、電カスベクトル密度の低い高周波数
帯域は、0〜1ビットの割当が望ましいことがある。し
かし、従来のADPCM量子化器13は最小限2ビット
/サンプルの量子化ビット数を必要としていた。なぜな
ら、ADPCM量子化器13は量子化の基準となる正規
化レベルSの圧縮、伸張を決定するとき、現時点より1
サンプル時点前の量子化値がどの量子化レベルに在るか
という情報に依っているが、このためには信月の正負そ
れぞれに少なくとも2つの量子化レベルが必要であり、
正、負しか表わせない1ビット/サンプルでは必要な符
号化レベル数が得られないからである。
仮に、複数サンプルの量子化履歴を観察し、例えば正が
複数回継続すれば正規化レベルを伸張することにより正
規化レベルの圧縮・伸張を行うとすると、1ビット/サ
ンプルでも圧縮、伸張が可能であり、これはADM (
適応差分変調)符号化法として周知である。しかし、こ
の場合は数サンプルの量子化履歴を観測する必要があり
、この方法を適応ビット割当ADPCM法に適用した1
合、2ビット/サンプル以上の量子化で作動するフレー
ムから、1ビフト/サンプル量子化で動作するフレーム
に遷移したとき、その1ピント/サンプル量子化で動作
するフレームの冒頭部分では、その時の量子化履歴は2
ビット/サンプル以上の量子化ノlI歴であり、1ビッ
ト/サンプルの量子化の履歴が存在しない、そこで予め
決めた1ビット/サンプル量子化履歴を使用するが、正
規化レベルの圧縮・伸張が不適当になりやすい、また、
予測器への入力に加わる量子化誤差が1ビット/サンプ
ル量子化では過大となって利得の高い予測動作が不可能
となるなどの問題点があって、1ビット/サンプル量子
化器は採用されなかった。
複数回継続すれば正規化レベルを伸張することにより正
規化レベルの圧縮・伸張を行うとすると、1ビット/サ
ンプルでも圧縮、伸張が可能であり、これはADM (
適応差分変調)符号化法として周知である。しかし、こ
の場合は数サンプルの量子化履歴を観測する必要があり
、この方法を適応ビット割当ADPCM法に適用した1
合、2ビット/サンプル以上の量子化で作動するフレー
ムから、1ビフト/サンプル量子化で動作するフレーム
に遷移したとき、その1ピント/サンプル量子化で動作
するフレームの冒頭部分では、その時の量子化履歴は2
ビット/サンプル以上の量子化ノlI歴であり、1ビッ
ト/サンプルの量子化の履歴が存在しない、そこで予め
決めた1ビット/サンプル量子化履歴を使用するが、正
規化レベルの圧縮・伸張が不適当になりやすい、また、
予測器への入力に加わる量子化誤差が1ビット/サンプ
ル量子化では過大となって利得の高い予測動作が不可能
となるなどの問題点があって、1ビット/サンプル量子
化器は採用されなかった。
このため、従来の帯域分割適応ビ・ット割当てADPC
M方式では、殆ど信号の存在しない高音(高周波)サブ
帯域にも2ビット/サンプルを消費し、それだけ、より
多くの量子化ビット数を必要とする低周波帯域で雑音レ
ベルが高くなるという欠点があった。
M方式では、殆ど信号の存在しない高音(高周波)サブ
帯域にも2ビット/サンプルを消費し、それだけ、より
多くの量子化ビット数を必要とする低周波帯域で雑音レ
ベルが高くなるという欠点があった。
この発明の目的は、これらの問題点を解決するため、1
ビット/サンプルで動作する量子化方法を掃供すること
にある。
ビット/サンプルで動作する量子化方法を掃供すること
にある。
「課題を解決するための手段」
この発明によれば入力信号から予測信号を差し引いた残
差信号のm個(mは2以上の整数)のサンプル値を一括
して、歪最小尺度によりmビットで量子化し、かつ、後
続するサンプル値の量子化の粗さを現在までの量子化符
号の履歴に応じて逐次圧縮・伸張する。
差信号のm個(mは2以上の整数)のサンプル値を一括
して、歪最小尺度によりmビットで量子化し、かつ、後
続するサンプル値の量子化の粗さを現在までの量子化符
号の履歴に応じて逐次圧縮・伸張する。
「実施例」
第1図にこの発明の実施例を示し、これは例えば第4図
に示した帯域分割された1つのサブ帯域の信号を量子化
するものである。入力端子21からの信号L (nはサ
ンプリング時点を表わす)は予測信号文、と引算器22
で引算され、その残差信号E、は割算器23で正規化レ
ベルSで割算されてレベル正規化され、その正規化され
た残差信号e、−は量子化器24でmサンプル(mは2
以上の整数)ごとに−括してmビットで量子化され、つ
まりベクトル量子化され、そのベクトルを示す符号(ベ
クトル番号)が出力されると共にその符号は逆量子化器
25で逆量子化され、その逆量子化出力L(i)は乗算
器26で正規化レベルSと掛算され、その掛算出力会、
は逆量子化法予測残差信号として適応予測器27からの
予測信号文。
に示した帯域分割された1つのサブ帯域の信号を量子化
するものである。入力端子21からの信号L (nはサ
ンプリング時点を表わす)は予測信号文、と引算器22
で引算され、その残差信号E、は割算器23で正規化レ
ベルSで割算されてレベル正規化され、その正規化され
た残差信号e、−は量子化器24でmサンプル(mは2
以上の整数)ごとに−括してmビットで量子化され、つ
まりベクトル量子化され、そのベクトルを示す符号(ベ
クトル番号)が出力されると共にその符号は逆量子化器
25で逆量子化され、その逆量子化出力L(i)は乗算
器26で正規化レベルSと掛算され、その掛算出力会、
は逆量子化法予測残差信号として適応予測器27からの
予測信号文。
止加算器28で加算されて局部復号信号V、が得られ、
この局部復号信号?、が適応予測器27に入力される。
この局部復号信号?、が適応予測器27に入力される。
量子化器24の状態に応じて正規化レベル適応化部29
で正規化レベルSが適応的に変化される。
で正規化レベルSが適応的に変化される。
次にこの量子化動作をm=2について具体的に説明する
。
。
(イ)正規化レベルSの初期値を1とする。前フレーム
において正規化レベルが定義されている場合はその値を
引き継ぐ。
において正規化レベルが定義されている場合はその値を
引き継ぐ。
(ロ)入力信号X、から予測信号!、が差し引かれ、得
られた予測残差信号E、が正規化レベルSで除される。
られた予測残差信号E、が正規化レベルSで除される。
(ハ)サンプリング時点nにおいて逆量子化値表、例え
ば第2図の表から逆量子化値@++(i)、i=1.2
.・・・、2@を求める。逆量子化値は一般に2−個あ
り、第2図の例では@1l(ll=0.395 。
ば第2図の表から逆量子化値@++(i)、i=1.2
.・・・、2@を求める。逆量子化値は一般に2−個あ
り、第2図の例では@1l(ll=0.395 。
@、 (21=0.395 、 @、 (3)=−0
,395、@、 (4)=0.395である。これら各
逆量子化値@、(i)に正規化レベルSを掛算して逆量
子化出力、を求め、これとサンプリング時点nの予測信
号又、との和、つまり局部復号信号7.を作り、これを
予測器27の入力とする。
,395、@、 (4)=0.395である。これら各
逆量子化値@、(i)に正規化レベルSを掛算して逆量
子化出力、を求め、これとサンプリング時点nの予測信
号又、との和、つまり局部復号信号7.を作り、これを
予測器27の入力とする。
(ニ)サンプリング時点n+1における予測残差信号E
−+(i)を算出する。
−+(i)を算出する。
(ホ)逆量子化値表(第2図)の逆量子化値の数2”だ
け(ハ)、(ニ)を繰り返す。つまりm=2では4つの
@、(i)について予測信号!0.1を求め、かつ4つ
の@ヵ、、(i)について予測信号マ1.8を求める。
け(ハ)、(ニ)を繰り返す。つまりm=2では4つの
@、(i)について予測信号!0.1を求め、かつ4つ
の@ヵ、、(i)について予測信号マ1.8を求める。
(へ)サンプリング時点n、n+1で二乗誤差、クトル
を選定し、その符号ベクトル番号を量子化出力とする。
を選定し、その符号ベクトル番号を量子化出力とする。
つまり、
(ea −@s (]) )” 十(e++、+ −@
a+−1(1) )”(e、−会、(2))” + (
e@*1 @−+ (2) )”(e、、−@、(
3)戸+(e+t、+ −@11.+ (3) )”(
ea −@s (4) )” + (ea−+−@□I
(41)”のうち最小となるiを求め、これを量子化出
力とする。
a+−1(1) )”(e、−会、(2))” + (
e@*1 @−+ (2) )”(e、、−@、(
3)戸+(e+t、+ −@11.+ (3) )”(
ea −@s (4) )” + (ea−+−@□I
(41)”のうち最小となるiを求め、これを量子化出
力とする。
なお、第2図は適応ビット割当符号化法で、2ビット/
サンプル量子化のフレームから1ビット/サンプル量子
化のフレームにビット割り当てが変更になった場合に、
これら両フレームは連続する性質があるため、1ビット
/サンプル量子化の逆量子化値と2ビット/サンプル量
子化の逆量子化値とを!l像のものとして、フレーム遷
移時に量子化誤差が増大しないように考慮し、かつ1ビ
ット/サンプル量子化時の歪が小さくなるように第5図
から実験的に求めた。従って@、(i)の0.3950
.395は第5図中の逆量子化出力レベルと一致してい
る。
サンプル量子化のフレームから1ビット/サンプル量子
化のフレームにビット割り当てが変更になった場合に、
これら両フレームは連続する性質があるため、1ビット
/サンプル量子化の逆量子化値と2ビット/サンプル量
子化の逆量子化値とを!l像のものとして、フレーム遷
移時に量子化誤差が増大しないように考慮し、かつ1ビ
ット/サンプル量子化時の歪が小さくなるように第5図
から実験的に求めた。従って@、(i)の0.3950
.395は第5図中の逆量子化出力レベルと一致してい
る。
(ト)サンプリング時点(n+2.n+3)における符
号化に対する正規化レベルは、その前のサンプリング時
点(n−2,nl)と(n n+1)とのそれぞれに
対する符号ベクトル番号(量子化出力)iが共に第2図
で2または4のときは、入力信号の短区間実効値よりも
大きいと見なされるため、正規化レベルに1より小さい
債、例えば0.8を乗し、一方前のサンプリング時点(
n−2n−1)、 (n、n+1)のそれぞれに対す
る符号ベクトル番号iが共に1または3のときは、入力
信号の短区間実効値よりも正規化レベルが小さいと見な
されるため、1より大きい値、例えば1.25を乗する
。その他の符号ベクトル番号に対しては正規化レベルを
保存する。
号化に対する正規化レベルは、その前のサンプリング時
点(n−2,nl)と(n n+1)とのそれぞれに
対する符号ベクトル番号(量子化出力)iが共に第2図
で2または4のときは、入力信号の短区間実効値よりも
大きいと見なされるため、正規化レベルに1より小さい
債、例えば0.8を乗し、一方前のサンプリング時点(
n−2n−1)、 (n、n+1)のそれぞれに対す
る符号ベクトル番号iが共に1または3のときは、入力
信号の短区間実効値よりも正規化レベルが小さいと見な
されるため、1より大きい値、例えば1.25を乗する
。その他の符号ベクトル番号に対しては正規化レベルを
保存する。
(チ)継続するサンプル値(n=1.3.5・・フレー
ム長)に対しくハ)〜(ト)の手順を繰り返す。
ム長)に対しくハ)〜(ト)の手順を繰り返す。
適応予測器27としては第3図に示すバーコールラティ
ス型のものが適する。1ビット/サンプル量子化では、
量子化誤差が予測係数の算出に影響を及ぼし、高次の予
測は意味をなさないため、予測次数は2程度に留めた方
がよい、第3図中の相関器31は係数km (n+1)
を演冨するものでN、(n>=(1−r) ・N、 (
n−1)−2r−er、(n) ・eba(n)Da(
n)=(1−r) HD+e (n−1)+ r ・(
era”(n)+eba”(n))にm++(n+1)
= N−(n)/Da(n)r・0.03 で求める。
ス型のものが適する。1ビット/サンプル量子化では、
量子化誤差が予測係数の算出に影響を及ぼし、高次の予
測は意味をなさないため、予測次数は2程度に留めた方
がよい、第3図中の相関器31は係数km (n+1)
を演冨するものでN、(n>=(1−r) ・N、 (
n−1)−2r−er、(n) ・eba(n)Da(
n)=(1−r) HD+e (n−1)+ r ・(
era”(n)+eba”(n))にm++(n+1)
= N−(n)/Da(n)r・0.03 で求める。
m>2の場合も同様に、サンプル時点nからサンプル時
点n+m−1で次数mのベクトルに対する2′″個の誤
差計算を行い最適な符号ベクトルを選ぶ事ができる。こ
のときの逆量子化値表は、予測残差信号の統計的性質を
反映し、出現確率の最大となるものから2−個を選択し
予め作成することができる。
点n+m−1で次数mのベクトルに対する2′″個の誤
差計算を行い最適な符号ベクトルを選ぶ事ができる。こ
のときの逆量子化値表は、予測残差信号の統計的性質を
反映し、出現確率の最大となるものから2−個を選択し
予め作成することができる。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明によればmビット/mサ
ンプル量子化、つまり1ビット/1サンプル量子化が行
われる。この1ビットサンプル量子化法を帯域分割適応
ピント割当ADPCM方式ニ適用スると、パーコールラ
ティス予測器により高い予測利得を得ながら、最小ビッ
ト割当を1ビット/サンプルとして、安定かつ歪の少な
い動作ができるため、高音サブ帯域の特性を一定以上に
保ち、かつ、入力信号の性質に応じた最適なビット割当
に非常に近いビット割当が可能となり、符号化特性が改
善される。また、ベクトルとして量子化を行っているに
もかかわらず、振幅に関する情報を別途量子化、伝送す
る必要が無いため、従来のADPCM方式の構成を大幅
に変える必要がなく、低遅延時間、別途情報の伝送不用
というADPCM方式の利点が保存される。
ンプル量子化、つまり1ビット/1サンプル量子化が行
われる。この1ビットサンプル量子化法を帯域分割適応
ピント割当ADPCM方式ニ適用スると、パーコールラ
ティス予測器により高い予測利得を得ながら、最小ビッ
ト割当を1ビット/サンプルとして、安定かつ歪の少な
い動作ができるため、高音サブ帯域の特性を一定以上に
保ち、かつ、入力信号の性質に応じた最適なビット割当
に非常に近いビット割当が可能となり、符号化特性が改
善される。また、ベクトルとして量子化を行っているに
もかかわらず、振幅に関する情報を別途量子化、伝送す
る必要が無いため、従来のADPCM方式の構成を大幅
に変える必要がなく、低遅延時間、別途情報の伝送不用
というADPCM方式の利点が保存される。
第1図はこの発明によるADPCM符号化法の構成例を
示す図、第2図は逆量子化値表の例を示す図、第3図は
適応予測器としてのパーコールラティスフィルタを示す
図、第4図は従来の帯域分割適応ビット割当ADPCM
方式を示すプロ・ンク図、第5図は従来から用いられて
いる2ビット量子化の符号化レベル、復号化レベルを示
す図、第6図は2ビット量子化時の正規化レベル圧縮、
伸張のための適応化則を示す図である。
示す図、第2図は逆量子化値表の例を示す図、第3図は
適応予測器としてのパーコールラティスフィルタを示す
図、第4図は従来の帯域分割適応ビット割当ADPCM
方式を示すプロ・ンク図、第5図は従来から用いられて
いる2ビット量子化の符号化レベル、復号化レベルを示
す図、第6図は2ビット量子化時の正規化レベル圧縮、
伸張のための適応化則を示す図である。
Claims (1)
- (1)信号の適応ビット割当ADPCM(適応差分パル
ス符号変調方式)に用いる量子化方法であつて、 信号から予測信号を差し引いた残差信号のm個の(mは
2以上の整数)サンプル値を一括して、歪最小尺度によ
りmビットで量子化し、 かつ、後続するサンプル値の量子化の粗さを現在までの
量子化符号の履歴に応じて逐次圧縮・伸張することを特
徴とする1ビット/サンプル量子化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2126281A JPH0445614A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 1ビット/サンプル量子化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2126281A JPH0445614A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 1ビット/サンプル量子化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445614A true JPH0445614A (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=14931332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2126281A Pending JPH0445614A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 1ビット/サンプル量子化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0445614A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018512613A (ja) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | アウロ テクノロジーズ エンフェー. | デジタルデータセットの符号化及び復号 |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP2126281A patent/JPH0445614A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018512613A (ja) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | アウロ テクノロジーズ エンフェー. | デジタルデータセットの符号化及び復号 |
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