JPH0514209A - 振幅包絡分離ベクトル量子化法 - Google Patents
振幅包絡分離ベクトル量子化法Info
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- JPH0514209A JPH0514209A JP16426391A JP16426391A JPH0514209A JP H0514209 A JPH0514209 A JP H0514209A JP 16426391 A JP16426391 A JP 16426391A JP 16426391 A JP16426391 A JP 16426391A JP H0514209 A JPH0514209 A JP H0514209A
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- Japan
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- amplitude envelope
- amplitude
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 できる限り少ない情報量で、かつできる限り
歪の少ない信号を、ベクトル単位で量子化することがで
きるようにする。 【構成】 振幅特性がほぼ平坦な形状ベクトルと、少数
のパラメ−タで指定された緩やかな振幅包絡特性の積で
再生ベクトルを表現する。その際に、形状ベクトルと振
幅特性を表わすパラメ−タベクトルを、ともに符号帳を
参照することによりベクトル量子化を行う。本発明で
は、形状ベクトルとその定数倍で再生ベクトルを表わす
従来の方法に比べると、量子化歪が極めて小さくするこ
とが可能である。
歪の少ない信号を、ベクトル単位で量子化することがで
きるようにする。 【構成】 振幅特性がほぼ平坦な形状ベクトルと、少数
のパラメ−タで指定された緩やかな振幅包絡特性の積で
再生ベクトルを表現する。その際に、形状ベクトルと振
幅特性を表わすパラメ−タベクトルを、ともに符号帳を
参照することによりベクトル量子化を行う。本発明で
は、形状ベクトルとその定数倍で再生ベクトルを表わす
従来の方法に比べると、量子化歪が極めて小さくするこ
とが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音声や画像の信号系列
を符号化による歪を最低に抑えたまま、少ない情報でデ
ィジタル符号化することが可能な振幅包絡分離ベクトル
量子化法に関する。
を符号化による歪を最低に抑えたまま、少ない情報でデ
ィジタル符号化することが可能な振幅包絡分離ベクトル
量子化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続値を離散値で近似することを量子化
と呼ぶ（例えば、ＰＣＭ等）。各値毎に量子化するスカ
ラ量子化に対して、いくつかの値を組にして量子化する
方法がベクトル量子化（または、ブロック量子化）であ
る。量子化によって元の情報源との間に歪が生じるが、
その歪を量子化歪または量子化雑音と呼ぶ。レ−トを一
定としたとき、ベクトル量子化はスカラ量子化よりも常
に小さい歪である。なお、ベクトル量子化については、
例えば、Ｙ．Ｌinde,Ａ.Ｂuzo and Ｒ．Ｍ．Ｇray
『Ａn algorithm for vector quantizer desig
n』,ＩＥＥＥ Ｔrans.Ｃomm.28,pp.84〜95(1980)に記
載されている。
と呼ぶ（例えば、ＰＣＭ等）。各値毎に量子化するスカ
ラ量子化に対して、いくつかの値を組にして量子化する
方法がベクトル量子化（または、ブロック量子化）であ
る。量子化によって元の情報源との間に歪が生じるが、
その歪を量子化歪または量子化雑音と呼ぶ。レ−トを一
定としたとき、ベクトル量子化はスカラ量子化よりも常
に小さい歪である。なお、ベクトル量子化については、
例えば、Ｙ．Ｌinde,Ａ.Ｂuzo and Ｒ．Ｍ．Ｇray
『Ａn algorithm for vector quantizer desig
n』,ＩＥＥＥ Ｔrans.Ｃomm.28,pp.84〜95(1980)に記
載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来より、音声や画像
信号を能率よく量子化する方法として、複数サンプルか
らなるベクトルを単位とするベクトル量子化がよく用い
られている。図５は、Ｇain-Ｓhape(利得形状)ベクトル
量子化法の説明図である。利得形状ベクトル量子化法
は、入力ベクトルと最も距離が小さい再生ベクトルを選
ぶに当って、図５に示すように、形状ベクトル符号帳の
中の形状ベクトルの１つを定数倍する形（スカラ量子
化）で構成し、ベクトルのインデックスと定数倍のコ−
ドを伝送情報とするものである。演算量やメモリ量との
トレ−ドオフでは、図５に示す形状ベクトルの符号と形
状ベクトルを定数倍する利得の符号で再生ベクトルを表
現する利得形状ベクトル量子化法が有効な場合がある。
この表現法では、形状ベクトルの全てのサンプルを定数
倍するだけであるため、形状ベクトルの次元数が大きい
場合や、入力ベクトルの振幅がベクトル内で大きく変動
するような場合には、歪が大きくなってしまう場合があ
った。本発明の目的は、このような従来の課題を解決
し、できる限り少ない情報量で、できる限り歪を小さく
して、信号をベクトル単位で量子化する振幅包絡分離ベ
クトル量子化法を提供することにある。
信号を能率よく量子化する方法として、複数サンプルか
らなるベクトルを単位とするベクトル量子化がよく用い
られている。図５は、Ｇain-Ｓhape(利得形状)ベクトル
量子化法の説明図である。利得形状ベクトル量子化法
は、入力ベクトルと最も距離が小さい再生ベクトルを選
ぶに当って、図５に示すように、形状ベクトル符号帳の
中の形状ベクトルの１つを定数倍する形（スカラ量子
化）で構成し、ベクトルのインデックスと定数倍のコ−
ドを伝送情報とするものである。演算量やメモリ量との
トレ−ドオフでは、図５に示す形状ベクトルの符号と形
状ベクトルを定数倍する利得の符号で再生ベクトルを表
現する利得形状ベクトル量子化法が有効な場合がある。
この表現法では、形状ベクトルの全てのサンプルを定数
倍するだけであるため、形状ベクトルの次元数が大きい
場合や、入力ベクトルの振幅がベクトル内で大きく変動
するような場合には、歪が大きくなってしまう場合があ
った。本発明の目的は、このような従来の課題を解決
し、できる限り少ない情報量で、できる限り歪を小さく
して、信号をベクトル単位で量子化する振幅包絡分離ベ
クトル量子化法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による振幅包絡分離ベクトル量子化法は、形
状ベクトルの符号帳とパラメ−タベクトルの符号帳とを
基に、信号系列を複数サンプルからなるベクトル単位に
分割し、ベクトルの緩やかな振幅包絡を少数のパラメ−
タベクトルで表わす処理過程を備え、振幅特性がほぼ平
坦な形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再生ベクトルを
表現するベクトル量子化法であって、符号器では、振幅
包絡特性を表わすパラメ−タのベクトルを指定する符号
と、振幅特性がほぼ平坦な形状ベクトルを指定する符号
とを、各符号帳を参照して決定し、復号器では、各符号
から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再生ベ
クトルを出力することに特徴がある。
め、本発明による振幅包絡分離ベクトル量子化法は、形
状ベクトルの符号帳とパラメ−タベクトルの符号帳とを
基に、信号系列を複数サンプルからなるベクトル単位に
分割し、ベクトルの緩やかな振幅包絡を少数のパラメ−
タベクトルで表わす処理過程を備え、振幅特性がほぼ平
坦な形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再生ベクトルを
表現するベクトル量子化法であって、符号器では、振幅
包絡特性を表わすパラメ−タのベクトルを指定する符号
と、振幅特性がほぼ平坦な形状ベクトルを指定する符号
とを、各符号帳を参照して決定し、復号器では、各符号
から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再生ベ
クトルを出力することに特徴がある。
【０００５】
【作用】本発明においては、振幅特性がほぼ平坦な形状
ベクトルと、少数のパラメ−タで指定される緩やかな振
幅包絡特性の積で再生ベクトルを表現し、形状ベクト
ル、振幅特性を表わすパラメ−タベクトルとともに符号
帳を参照することにより、ベクトル量子化を行う。従っ
て、符号器としては、振幅包絡特性を表わすパラメ−タ
のベクトルを指定する符号と、振幅特性がほぼ平坦な形
状ベクトルを指定する符号とを、各符号帳を参照して決
定する。また、復号器としては、符号器で決定された各
符号から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再
生ベクトルを出力する構成で実現できる。本発明では、
図５に示すような形状ベクトルとその定数倍で再生ベク
トルを表わす従来の利得形状ベクトル量子化に比べて、
量子化歪を小さくすることができる。すなわち、できる
だけ少ない情報量で、かつできるだけ小さい歪で、信号
をベクトル単位に量子化することが可能である。
ベクトルと、少数のパラメ−タで指定される緩やかな振
幅包絡特性の積で再生ベクトルを表現し、形状ベクト
ル、振幅特性を表わすパラメ−タベクトルとともに符号
帳を参照することにより、ベクトル量子化を行う。従っ
て、符号器としては、振幅包絡特性を表わすパラメ−タ
のベクトルを指定する符号と、振幅特性がほぼ平坦な形
状ベクトルを指定する符号とを、各符号帳を参照して決
定する。また、復号器としては、符号器で決定された各
符号から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で再
生ベクトルを出力する構成で実現できる。本発明では、
図５に示すような形状ベクトルとその定数倍で再生ベク
トルを表わす従来の利得形状ベクトル量子化に比べて、
量子化歪を小さくすることができる。すなわち、できる
だけ少ない情報量で、かつできるだけ小さい歪で、信号
をベクトル単位に量子化することが可能である。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図４は、本発明の再生ベクトル作成方法の動
作原理を示す図である。複数の形状ベクトル符号帳をそ
れぞれ端子に加え、スイッチで選択、切替え接続して乗
算器４０に加え、一方、複数のパラメ−タ符号帳をそれ
ぞれ端子に加えて、スイッチで選択、切替え接続して振
幅包絡特性生成器４１で振幅包絡特性４２を生成させ、
それを振幅包絡乗算器４０に入力して、形状ベクトル符
号と乗算する。これにより、再生ベクトルを出力する。
ここで、符号帳とは、再生ベクトルのセットを蓄えてお
くもので、番号（インデックス）と再生ベクトルの値を
対にした表の形になっている。また、振幅包絡乗算器４
０と振幅包絡特性生成器４１は、プログラムで制御され
るＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）で実現され
るのが一般的であるが、専用のハ−ドウェアで構成する
ことも可能である。このように、再生ベクトルＵ（ｉ）
は、形状ベクトル符号帳中から選択した形状ベクトルＸ
（ｉ）に振幅包絡特性Ｇ（ｉ）をサンプル毎に乗算して
作成される。
説明する。図４は、本発明の再生ベクトル作成方法の動
作原理を示す図である。複数の形状ベクトル符号帳をそ
れぞれ端子に加え、スイッチで選択、切替え接続して乗
算器４０に加え、一方、複数のパラメ−タ符号帳をそれ
ぞれ端子に加えて、スイッチで選択、切替え接続して振
幅包絡特性生成器４１で振幅包絡特性４２を生成させ、
それを振幅包絡乗算器４０に入力して、形状ベクトル符
号と乗算する。これにより、再生ベクトルを出力する。
ここで、符号帳とは、再生ベクトルのセットを蓄えてお
くもので、番号（インデックス）と再生ベクトルの値を
対にした表の形になっている。また、振幅包絡乗算器４
０と振幅包絡特性生成器４１は、プログラムで制御され
るＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）で実現され
るのが一般的であるが、専用のハ−ドウェアで構成する
ことも可能である。このように、再生ベクトルＵ（ｉ）
は、形状ベクトル符号帳中から選択した形状ベクトルＸ
（ｉ）に振幅包絡特性Ｇ（ｉ）をサンプル毎に乗算して
作成される。
【０００７】図２は、本発明の第１の実施例を示す振幅
包絡特性の作成方法の説明図である。ここでは、パラメ
−タｈ0，ｈ1，ｈ2はそれぞれ形状ベクトルの前半、後
半に対する振幅の利得を示している。図４の振幅包絡乗
算器４０と振幅包絡特性生成器４１の記載が省略されて
いる。すなわち、複数の形状ベクトル符号帳を各端子に
加え、スイッチで選択接続して３つの振幅包絡特性窓関
数で分離して、それぞれ乗算器に加える。一方、複数の
パラメ−タ符号帳を各端子に加え、スイッチで選択接続
して振幅包絡特性を生成し、それぞれ乗算器に入力して
乗算した後、加算器で加算し、再生ベクトルを出力す
る。窓関数は、形状ベクトルの一部のみを時間的に切り
出す働きを行う。ここでは、１つの形状ベクトルに対し
て、３種の窓関数で振幅包絡特性を分離して、独立に振
幅特性の利得を乗じ、全てを加算して再生ベクトルを得
ている。パラメ−タの個数は、この例では３であるが２
以上で形状ベクトルの次元数以下であればよい。パラメ
−タの個数が形状ベクトルの次元数と一致する場合に
は、単純に形状ベクトルと振幅包絡ベクトルの要素毎の
積で再生ベクトルを表現してもよい。
包絡特性の作成方法の説明図である。ここでは、パラメ
−タｈ0，ｈ1，ｈ2はそれぞれ形状ベクトルの前半、後
半に対する振幅の利得を示している。図４の振幅包絡乗
算器４０と振幅包絡特性生成器４１の記載が省略されて
いる。すなわち、複数の形状ベクトル符号帳を各端子に
加え、スイッチで選択接続して３つの振幅包絡特性窓関
数で分離して、それぞれ乗算器に加える。一方、複数の
パラメ−タ符号帳を各端子に加え、スイッチで選択接続
して振幅包絡特性を生成し、それぞれ乗算器に入力して
乗算した後、加算器で加算し、再生ベクトルを出力す
る。窓関数は、形状ベクトルの一部のみを時間的に切り
出す働きを行う。ここでは、１つの形状ベクトルに対し
て、３種の窓関数で振幅包絡特性を分離して、独立に振
幅特性の利得を乗じ、全てを加算して再生ベクトルを得
ている。パラメ−タの個数は、この例では３であるが２
以上で形状ベクトルの次元数以下であればよい。パラメ
−タの個数が形状ベクトルの次元数と一致する場合に
は、単純に形状ベクトルと振幅包絡ベクトルの要素毎の
積で再生ベクトルを表現してもよい。
【０００８】図３は、本発明の第２の実施例を示す振幅
包絡特性の作成方法の図であって、振幅包絡特性を２次
の多項式で表わす例である。この場合、ｇ0，ｇ1，ｇ2
はそれぞれ振幅包絡特性の０次、１次、２次の多項式展
開係数である。すなわち、ｇ0は定数のみの項、ｇ1は１
次変数に定数を乗じた項、ｇ2は２次変数に定数を乗じ
た項に、それぞれ分離されている。一方、パラメ−タ符
号帳を選択した振幅包絡特性パラメ−タベクトルを独立
に振幅特性の利得に乗算して、それぞれの積を加算する
ことにより、再生ベクトルを出力する。この場合、振幅
包絡特性は直交多項式で変調することにより分離し、独
立して利得を乗算し、全ての成分を加算することにより
再生ベクトルを得る。再生ベクトルを合成する際には、
直交多項式である必要性はないが、符号帳を作成する場
合等では、最適なｇを求める際に有効となる。学習サン
プルを用いて、ｇの符号帳を作成するときには、ｇの再
生ベクトルを連立方程式の解として求める必要がある
が、直交多項式で変調しておけば、方程式の行列の非対
角項が０と近似できるので解が簡単に求められる。
包絡特性の作成方法の図であって、振幅包絡特性を２次
の多項式で表わす例である。この場合、ｇ0，ｇ1，ｇ2
はそれぞれ振幅包絡特性の０次、１次、２次の多項式展
開係数である。すなわち、ｇ0は定数のみの項、ｇ1は１
次変数に定数を乗じた項、ｇ2は２次変数に定数を乗じ
た項に、それぞれ分離されている。一方、パラメ−タ符
号帳を選択した振幅包絡特性パラメ−タベクトルを独立
に振幅特性の利得に乗算して、それぞれの積を加算する
ことにより、再生ベクトルを出力する。この場合、振幅
包絡特性は直交多項式で変調することにより分離し、独
立して利得を乗算し、全ての成分を加算することにより
再生ベクトルを得る。再生ベクトルを合成する際には、
直交多項式である必要性はないが、符号帳を作成する場
合等では、最適なｇを求める際に有効となる。学習サン
プルを用いて、ｇの符号帳を作成するときには、ｇの再
生ベクトルを連立方程式の解として求める必要がある
が、直交多項式で変調しておけば、方程式の行列の非対
角項が０と近似できるので解が簡単に求められる。
【０００９】図１は、本発明の第３の実施例を示す振幅
包絡特性の作成方法の図であって、音声信号の音源符号
化に適用した場合の例を示している。これは、線形予測
分析による合成フィルタ１１，１２と、音源信号の量子
化に基づく典型的な符号化法である。形状ベクトルを、
フレ−ム毎に異なる合成フィルタ１１，１２に入力す
る。その場合、ピッチ周期適応成分も合成フィルタ１
１，１２に入力され、また雑音成分符号帳も独立に、線
形予測合成フィルタに入力される。そして、フレ−ム毎
の各形状ベクトルは、合成フィルタ１１，１２を通過し
て振幅包絡乗算器１３，１４に入力され、パラメ−タ符
号帳１５，１６からの各振幅包絡特性がそれぞれ乗算器
で乗算されて、その結果が加算器１７で加算され出力さ
れる。このように、フレ−ム毎に異なる合成フィルタを
通過した形状ベクトルを用いることと、ピッチ周期成分
も加算されて、その利得も同時にベクトル量子化される
ことが、前の２つの実施例と異なる点である。なお、本
発明の振幅包絡分離ベクトル量子化法を用いて、符号器
を構成する場合には、振幅包絡特性を表わすパラメ−タ
のベクトルを指定する符号と、振幅特性がほぼ平坦な形
状ベクトルを指定する符号とを、各符号帳を参照するこ
とにより決定する。また、復号器を構成する場合には、
各符号から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で
再生ベクトルを出力する。
包絡特性の作成方法の図であって、音声信号の音源符号
化に適用した場合の例を示している。これは、線形予測
分析による合成フィルタ１１，１２と、音源信号の量子
化に基づく典型的な符号化法である。形状ベクトルを、
フレ−ム毎に異なる合成フィルタ１１，１２に入力す
る。その場合、ピッチ周期適応成分も合成フィルタ１
１，１２に入力され、また雑音成分符号帳も独立に、線
形予測合成フィルタに入力される。そして、フレ−ム毎
の各形状ベクトルは、合成フィルタ１１，１２を通過し
て振幅包絡乗算器１３，１４に入力され、パラメ−タ符
号帳１５，１６からの各振幅包絡特性がそれぞれ乗算器
で乗算されて、その結果が加算器１７で加算され出力さ
れる。このように、フレ−ム毎に異なる合成フィルタを
通過した形状ベクトルを用いることと、ピッチ周期成分
も加算されて、その利得も同時にベクトル量子化される
ことが、前の２つの実施例と異なる点である。なお、本
発明の振幅包絡分離ベクトル量子化法を用いて、符号器
を構成する場合には、振幅包絡特性を表わすパラメ−タ
のベクトルを指定する符号と、振幅特性がほぼ平坦な形
状ベクトルを指定する符号とを、各符号帳を参照するこ
とにより決定する。また、復号器を構成する場合には、
各符号から得られる形状ベクトルと振幅包絡特性の積で
再生ベクトルを出力する。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベクトルの緩やかな振幅変動を少数のパラメ−タで表現
し、かつベクトル量子化で効率よく量子化できるので、
量子化歪を小さく抑えることが可能である。特に、ベク
トルの次元数が大きい場合や、ベクトルの中で振幅包絡
特性が大きく変動する場合に効果がある。
ベクトルの緩やかな振幅変動を少数のパラメ−タで表現
し、かつベクトル量子化で効率よく量子化できるので、
量子化歪を小さく抑えることが可能である。特に、ベク
トルの次元数が大きい場合や、ベクトルの中で振幅包絡
特性が大きく変動する場合に効果がある。
【００１１】
【図１】本発明の第３の実施例を示す振幅包絡分離ベク
トル量子化法であり、音声符号化の励振信号の符号化に
応用する場合の図である。
トル量子化法であり、音声符号化の励振信号の符号化に
応用する場合の図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す振幅包絡分離ベク
トル量子化法の図である。
トル量子化法の図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す振幅包絡分離ベク
トル量子化法の図である。
トル量子化法の図である。
【図４】本発明の動作原理を示す再生ベクトルの作成方
法の図である。
法の図である。
【図５】従来の利得形状ベクトル量子化の再生ベクトル
の表現方法を示す図である。
の表現方法を示す図である。
１１，１２ 線形予測器成フィルタ １３，１４ 振幅包絡乗算器 １５，１６ パラメ−タ符号帳 １７ 加算器 ４０ 振幅包絡乗算器 ４１ 振幅包絡特性生成器 ４２ 振幅包絡 ｈ0，ｈ1，ｈ2 振幅利得 ｇ0，ｇ1，ｇ2 振幅包絡特性の０次、１次、２次の多
項式展開係数
項式展開係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 博人 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 形状ベクトルの符号帳とパラメ−タベク
トルの符号帳とを基に、信号系列を複数サンプルからな
るベクトル単位に分割し、上記ベクトルの緩やかな振幅
包絡を少数の上記パラメ−タベクトルで表わす処理過程
を備え、振幅特性がほぼ平坦な形状ベクトルと振幅包絡
特性の積で再生ベクトルを表現するベクトル量子化法で
あって、符号器では、上記振幅包絡特性を表わすパラメ
−タのベクトルを指定する符号と、振幅特性がほぼ平坦
な形状ベクトルを指定する符号とを、上記各符号帳を参
照して決定し、復号器では、上記各符号から得られる形
状ベクトルと振幅包絡特性の積で再生ベクトルを出力す
ることを特徴とする振幅包絡分離ベクトル量子化法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3164263A JP3049573B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 振幅包絡分離ベクトル量子化法 |
| US07/886,013 US5396576A (en) | 1991-05-22 | 1992-05-20 | Speech coding and decoding methods using adaptive and random code books |
| EP92108633A EP0514912B1 (en) | 1991-05-22 | 1992-05-21 | Speech coding and decoding methods |
| DE69227401T DE69227401T2 (de) | 1991-05-22 | 1992-05-21 | Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Sprachsignalen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3164263A JP3049573B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 振幅包絡分離ベクトル量子化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0514209A true JPH0514209A (ja) | 1993-01-22 |
| JP3049573B2 JP3049573B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=15789769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3164263A Expired - Lifetime JP3049573B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-07-04 | 振幅包絡分離ベクトル量子化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3049573B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-04 JP JP3164263A patent/JP3049573B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3049573B2 (ja) | 2000-06-05 |
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