JPH08237136A - 広帯域信号符号化装置 - Google Patents

広帯域信号符号化装置

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JPH08237136A
JPH08237136A JP7036662A JP3666295A JPH08237136A JP H08237136 A JPH08237136 A JP H08237136A JP 7036662 A JP7036662 A JP 7036662A JP 3666295 A JP3666295 A JP 3666295A JP H08237136 A JPH08237136 A JP H08237136A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広帯域信号を低いビットレートで高音質に符
号化するための広帯域信号符号化装置の提供。 【構成】 判別部１２０は入力信号から特徴量を求め変
換ブロック長の切り替えを判別する。変換回路２００
は、ブロック長に応じて信号を周波数領域に変換する。
マスキングしきい値計算回路２５０は聴覚のマスキング
特性を模擬したマスキングしきい値をブロック内の予め
定められた区間毎に計算する。ブロック間、ブロック内
ビット割当回路３００は、マスキングしきい値を用い
て、ブロック毎の割当ビット数とブロック内の予め定め
られた区間に対するビット数の割当を行なう。ベクトル
量子化回路３５０は、割当ビット数に応じてコードブッ
ク３６０1 〜３６０N を切り替えて用い、変換信号をベ
クトル量子化する。さらに、ゲインコードブック３７０
を用いてゲインを量子化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は広帯域信号、例えばオー
ディオ信号を低いビットレート、特に６４ｋｂ／ｓ程度
で高品質に符号化するための広帯域信号符号化装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】広帯域信号、例えばオーディオ信号をチ
ャンネル当たり１２８ｋｂ／ｓ程度の低いビットレート
で符号化する方式としては、例えば、Ｊｏｎｓｔｏｎ氏
らによる“Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ
ａｕｄｉｏ ｓｉｇｎａｌｓｕｓｉｎｇ ｐｅｒｃｅｐ
ｔｕａｌ ｎｏｉｓｅ ｃｒｉｔｅｒｉａ”と題した論
文（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌ．Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕ
ｎ．，ｐｐ．３１４−３２３，１９８８年）（文献１）
等に記載されているオーディオ符号化方式等が知られて
いる。
【０００３】文献１の方法では、送信側では、ブロック
毎（例えば２０４８サンプル）に入力信号をＦＦＴによ
り周波数成分に変換し、ＦＦＴ成分を２５個の臨界帯域
に分割し、臨界帯域毎に聴覚のマスキングしきい値を計
算し、臨界帯域毎にマスキングしきい値をもとに量子化
ビット数を割り当てている。さらに、この量子化ビット
数に従いＦＦＴ成分がスカラ量子化され、スカラ量子化
情報とビット割当情報と量子化ステップサイズ情報とが
ブロック毎に組み合わされて受信側に伝送される。受信
側の説明は省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した文献１の従来
方式では、（１）ＦＦＴ成分の量子化にスカラ量子化を
用いているため量子化効率が高くないこと、（２）ブロ
ック内でのＦＦＴ成分に対してビット割当は行なってい
るが、ブロック間でのビット割当は行なっていないため
に、過渡的な信号に対してはビット割当によるゲインが
十分得られないこと等の理由のために、ビットレートを
６４ｋｂ／ｓ程度まで低減化すると量子化効率が低下し
音質が著しく劣化するという問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明によれば、入
力した離散的な信号から特徴量を求めブロック長を決定
する判別部と、前記判別部の出力に従い前記信号を予め
定められた時間長のブロックに分割し周波数成分に変換
する変換部と、前記変換部の出力もしくは前記入力信号
から聴覚のマスキング特性をもとにマスキングしきい値
を求めるマスキングしきい値計算部と、前記しきい値を
もとに、前記ブロック長に等しいかそれよりも長い予め
定められた区間において、前記ブロック毎の量子化ビッ
ト数と前記ブロック内での量子化ビット数の少なくとも
一方を決めるビット割当部と、前記ビット割当部の出力
に応じて前記変換部の出力信号を量子化するベクトル量
子化部とを有することを特徴とする広帯域信号符号化装
置が得られる。
【０００６】また、第２の発明によれば、入力した離散
的な信号から特徴量を求めブロック長を決定する判別部
と、前記判別部の出力に従い前記信号をブロックに分割
し周波数成分に変換する変換部と、過去のブロックの量
子化出力信号から現ブロックの変換部出力信号を予測し
予測算差を求める予測部と、前記入力信号もしくは前記
変換部出力信号もしくは前記予測残差信号からの聴覚の
マスキング特性をもとにマスキングしきい値を求めるマ
スキングしきい値計算部と、前記しきい値をもとに、前
記ブロック長に等しいかそれよりも長い予め定められた
区間において、前記ブロック毎の量子化ビット数と前記
ブロック内での量子化ビット数の少なくとも一方を決め
るビット割当部と、前記ビット割当部の出力に応じて前
記予測算差信号を量子化するベクトル量子化部とを有す
ることを特徴とする広帯域信号符号化装置が得られる。
【０００７】第３の発明によれば、入力した離散的な信
号から特徴量を求めブロック長を決定する判別部と、前
記判別部の出力に従い前記信号をブロックに分割し周波
数成分に変換する変換部と、過去のブロックの量子化出
力信号と過去のブロックの予測信号を用いて現ブロック
の変換部出力信号に対する予測信号を計算し予測算差を
求める予測部と、前記入力信号もしくは前記変換部出力
信号もしくは前記予測残差信号から聴覚のマスキング特
性をもとにマスキングしきい値を求めるマスキングしき
い値計算部と、前記しきい値をもとに前記ブロック長に
等しいかそれよりも長い予め定められた区間において、
前記ブロック毎の量子化ビット数と前記ブロック内での
量子化ビット数の少なくとも一方を決めるビット割当部
と、前記ビット割当部の出力に応じて前記予測算差信号
を量子化するベクトル量子化部とを有することを特徴と
する広帯域信号符号化装置が得られる。
【０００８】第４の発明によれば、入力した離散的な信
号をブロックに分割し周波数成分に変換する変換部と、
過去のブロックの量子化出力信号から現ブロックの変換
部出力信号を予測し予測算差を求める予測部と、前記入
力信号もしくは前記変換部出力信号もしくは前記予測残
差信号から聴覚のマスキング特性をもとにマスキングし
きい値を求めるマスキングしきい値計算部と、前記しき
い値をもとに前記ブロック内での量子化ビット数を決め
るビット割当部と、前記ビット割当部の出力に応じて前
記予測算差信号を量子化するベクトル量子化部とを有す
ることを特徴とする広帯域信号符号化装置が得られる。
【０００９】第５の発明によれば、入力した離散的な信
号をブロックに分割し周波数成分に変換する変換部と、
過去のブロックの量子化出力信号と過去のブロックの予
測信号を用いて現ブロックの変換部出力信号に対する予
測信号を計算し予測算差を求める予測部と、前記入力信
号もしくは前記変換部出力信号もしくは前記予測残差信
号から聴覚のマスキング特性をもとにマスキングしきい
値を求めるマスキングしきい値計算部と、前記しきい値
をもとに前記ブロック内での量子化ビット数を決めるビ
ット割当部と、前記ビット割当部の出力に応じて前記予
測算差信号を量子化するベクトル量子化部とを有するこ
とを特徴とする広帯域信号符号化装置が得られる。
【００１０】第６の発明によれば、第１，２，３，４ま
たは５の発明において、前記ベクトル量子化部が、前記
マスキングしきい値を用いて重み付けを行ないながら前
記変換部出力信号もしくは前記予測算差信号をベクトル
量子化することを特徴とする広帯域信号符号化装置が得
られる。
【００１１】第７の発明によれば、第１，２，３，４ま
たは５の発明において、前記ベクトル量子化部が、前記
変換部出力信号もしくは前記予測算差信号に聴覚に基づ
いた処理を施した後にベクトル量子化することを特徴と
する広帯域信号符号化装置が得られる。
【００１２】第８の発明によれば、第１，２，３，４ま
たは５の発明において、前記変換出力信号もしくは前記
予測算差信号の周波数包絡を表す少ない次数のスペクト
ル係数を求めるスペクトル係数計算部と、前記周波数包
絡と前記ビット割当部の出力を用いて前記変換出力信号
もしくは前記予測算差信号を量子化する量子化部とを更
に有することを特徴とする広帯域信号符号化装置が得ら
れる。
【００１３】
【作用】第１の発明では、入力信号から特徴量を求めブ
ロック長を決定し、前記ブロック長毎に入力信号を周波
数軸に変換する。ここで、変換法としては、ＭＤＣＴ
（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ
Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や帯域分割バンド
パスフィルタバンクによる変換が考えられるが、以下で
はＭＤＣＴを用いることとする。ここで、ＭＤＣＴの変
換の詳細については、Ｐｒｉｃｅｎ氏らによる“Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ／ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｆｉｌｔｅｒ ｂａ
ｎｋ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｉｍｅ ｄ
ｏｍａｉｎ ａｌｉａｓｉｎｇ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉ
ｏｎ”（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＡＳＳＰ，ｐｐ．１１
５３−１１６５，１９８６年）と題した論文（文献２）
等を参照することができる。前記変換出力もしくは前記
入力信号から、聴覚のマスキング特性をもとにマスキン
グしきい値を求め、前記しきい値をもとに、前記ブロッ
ク間での量子化ビット数の割当と、各ブロック内の変換
出力ベクトルに対する量子化ビット数の割当との少なく
とも一方を計算する。さらに、前記ビット割当に応じた
ビット数のコードブックを用いて前記変換信号をベクト
ル量子化し、コードブックから最適なコードベクトルを
選択する。
【００１４】第２の発明では、過去のブロックの量子化
出力信号から現ブロックの変換信号を予測して予測誤差
信号を求め、前記変換部信号もしくは前記入力信号もし
くは前記予測残差信号から聴覚のマスキング特性をもと
にマスキングしきい値を求め、前記しきい値をもとに、
前記ブロック間での量子化ビット数の割当と、各ブロッ
ク内の変換出力ベクトルに対する量子化ビット数の割当
との少なくとも一方を計算する。さらに、前記ビット割
当に応じたビット数のコードブックを用いて前記変換信
号をベクトル量子化し、コードブックから最適なコード
ベクトルを選択する。
【００１５】第３の発明では、過去のブロックの量子化
出力信号と過去のブロックの予測信号を用いて現ブロッ
クの変換信号を予測して予測誤差信号を求め、前記変換
部信号もしくは前記入力信号もしくは前記予測残差信号
から聴覚のマスキング特性をもとにマスキングしきい値
を求め、前記しきい値をもとに、前記ブロック内での量
子化ビット数の割当を計算する。また、前記ビット割当
に応じたビット数のコードブックを用いて前記変換信号
をベクトル量子化する。
【００１６】第４の発明では、前記第２の発明に対し
て、ブロック長の判別部とブロック間のビット割当を除
いたものである。
【００１７】第５の発明では、前記第３の発明に対し
て、ブロック長の判別部とブロック間のビット割当を除
いたものである。
【００１８】第６の発明では、前記第１または２または
３または４または５の発明において、変換信号もしくは
予測算差信号をベクトル量子化する際に、前記マスキン
グしきい値を用いて重み付けを行なう。
【００１９】第７の発明では、前記第１または２または
３または４または５の発明において、前記変換信号もし
くは予測算差信号に対して、聴覚に基づいた処理を施し
た後にベクトル量子化する。
【００２０】第８の発明では、前記第１または２または
３または４または５の発明において、前記変換出力もし
くは前記予測算差信号の周波数包絡を表す少ない次数の
スペクトルを求め、前記周波数包絡と前記ビット割当部
の出力を用いて前記変換出力もしくは前記予測算差信号
を量子化する。
【００２１】
【実施例】図１は、第１の発明による広帯域信号符号化
装置の一実施例を示すブロック図である。
【００２２】図において、送信側では、入力端子１００
からの広帯域信号を入力し、最大のブロック長（例えば
１０２４サンプル）の信号をバッファメモリ１１０に１
ブロック分蓄積する。判別回路１２０は予め定められた
特徴量を用いて、ブロック内の信号が過渡性か定常性か
を判別しブロック長を切り替える。ブロック長は複数種
類用意するが、以下では簡単のために２種類とし、一例
として１０２４サンプルと２５６サンプルを切り替える
ものとする。また、特徴量としては例えば、ブロック内
の信号パワの時間変化、予測ゲイン等を用いることがで
きる。
【００２３】変換回路２００は、バッファメモリから信
号を入力し、判別回路からブロック長（例えば１０２４
サンプルか２５６サンプルか）を入力し、前記ブロック
長だけ信号を切り出して窓を乗じた後にＭＤＣＴ変換す
る。ここで窓の形状およびＭＤＣＴ変換の詳細について
は、前記文献２等を参照できる。マスキングしきい値計
算回路２５０は、判別回路１２０の出力およびバッファ
メモリ１１０の出力信号を入力し前記ブロック長の信号
に対するマスキングしきい値を計算する。ここでマスキ
ングしきい値は例えば以下のようにして求める。入力信
号ｘ（ｎ）に対してブロック長だけのＦＦＴ変換を行な
いスペクトルＸ（ｋ）（ｋ＝０〜Ｎ−１）を求め、さら
にパワスペクトル｜Ｘ（ｋ）｜2 を求め、これを臨界帯
域フィルタあるいは聴覚モデルにより分析して、各臨界
帯域毎のパワあるいはＲＭＳを計算する。ここでパワを
計算するには下式に従う。
【００２４】
【数１】
【００２５】ここで、ｂｌi 、ｂｈi は、それぞれｉ番
目の臨界帯域の下限周波数、上限周波数を示す。Ｒは音
声信号帯域に含まれる臨界帯域の個数である。臨界帯域
については前記文献１等を参照できる。
【００２６】次に、下式に従い、臨界帯域スペクトルに
散布関数を畳み込む。
【００２７】
【数２】
【００２８】ここでｓｐｒｄ（ｊ，ｉ）は散布関数であ
り、具体的な値は前記文献１を参照できる。また、ｂ
max は、角周波数πまでの間に含まれる臨界帯域の個数
である。
【００２９】次に、下式に従い、マスキングしきい値ス
ペクトルＴｈi を計算する。
【００３０】 Ｔ′i ＝Ｃi Ｔi （３） ただし Ｔi ＝１０-(oi/10) （４） Ｏi ＝α（１４．５＋ｉ）＋（１−α）５．５ （５）
【００３１】
【数３】
【００３２】ここでＮＧは予測可能性であり、計算法は
例えば前記文献１等を参照できる。マスキングしきい値
スペクトルは、絶対しきい値を考慮することにより、下
式のようになる。
【００３３】 Ｔ″i ＝ｍａｘ［Ｔi ，ａｂｓｔｈi ］ （７） ここで、ａｂｓｔｈi は、臨界帯域ｉにおける絶対しき
い値であり、前記文献１を参照できる。
【００３４】マスキングしきい値スペクトルをブロック
内、ブロック間ビット割当回路３００へ出力する。ブロ
ック内、ブロック間ビット割当回路３００は、臨界帯域
毎のマスキングしきい値と判別回路の出力を入力し、ブ
ロック長が１０２４サンプルのときはブロック内のビッ
ト割当のみを行なう。一方、ブロック長が２５６のとき
は４つの連続するブロック（合計１０２４サンプル）に
対して、各ブロック毎に割り当てるビット数Ｂi （ｉ＝
１〜４）を計算する。その後、４つのブロックの各ブロ
ックに対して、ブロック内ビット割当を行なう。ブロッ
ク内ビット割当は臨界帯域毎にビットを割り当てる。
【００３５】ここで、ブロック間のビット割当は以下の
ように行なう。
【００３６】ブロック毎に下式に従い、信号対マスキン
グしきい値ＳＭＲji（ｊ＝１〜Ｂｍａｘ，ｉ＝１〜
４）。ここでＢｍａｘは臨界帯域数を示す。
【００３７】
【数４】
【００３８】ここで、Ｒｉ，Ｒ，Ｍ，Ｌはそれぞれ、ｉ
番目のサブフレームの割当ビット数、量子化の平均ビッ
ト数、臨界帯域数、ブロックの個数を示す。
【００３９】なお、ビット割当の別法として下式を用い
ることもできる。
【００４０】
【数５】
【００４１】次に、ｉ番目のブロックにおける臨界帯域
ｋのビット配分は
【００４２】
【数６】
【００４３】ここで、Ｒkiはｉ番目のサブフレームでｋ
番目の帯域を示す。ただし、ｉ＝１〜Ｌ，ｋ＝１〜Ｂｍ
ａｘである。また、 ＳＭＲki＝Ｐki／Ｔki （１２） であり、Ｐkiはｉ番目のブロックの分割帯域毎の入力信
号のパワ、Ｔkiはｉ番目のブロックの臨界帯域毎のマス
キングしきい値である。
【００４４】さらに、ブロック全体でのビット数が下式
のように予め定められた値となるように、サブフレーム
の割当ビット数が下限ビット数、上限ビット数をこえな
いように、ビット数の調整を行なう。
【００４５】
【数７】
【００４６】ここで、Ｒj 、ＲT 、Ｒmin 、Ｒmax はそ
れぞれ、ｊ番目のブロックの割当ビット数、複数ブロッ
ク全体（ここでは４ブロック）での合計ビット数、ブロ
ックの下限ビット数、ブロックの上限ビット数を示す。
また、Ｌはブロックの個数（ここでは４）である。以上
の処理の結果、ビット割当情報をベクトル量子化回路３
５０とマルチプレクサ４００へ出力する。
【００４７】ベクトル量子化回路３５０は、割当ビット
の最小ビット数から最大ビット数までビット数の異なる
音源コードブック（３６０1 から３６０N ）を有してお
り、ブロック内の臨界帯域毎に割当ビット数を入力し、
ビット数に応じて、コードブックを切り替える。そし
て、下式を最小化するように、各臨界帯域毎に音源コー
ドベクトルを選択する。
【００４８】
【数８】
【００４９】ただし、Ｘk （ｎ）はｋ番目の臨界帯域に
含まれるＭＤＣＴ係数、Ｎk はｋ番目の臨界帯域に含ま
れるＭＤＣＴ係数の個数、γkmは、コードベクトルＣkm
（ｎ）（ｍ＝０．．．２BK−１；Ｂk はｋ番目の臨界帯
域の音源コードブックのビット数）に対する最適ゲイン
である。選択された音源コードベクトルを表すインデク
スをマルチプレクサ４００へ出力する。
【００５０】音源コードブックは例えば、ガウス乱数か
ら構成しても良いし、予め学習して構成しておいてもよ
い。学習によるコードブックの構成法は、例えばＬｉｎ
ｄｅらによる“Ａｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｖ
ｅｃｔｏｒ Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇ
ｎ”と題した論文（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＣＯＭ−２
８，ｐｐ．８４−９５，１９８０年）（文献３）等を参
照できる。
【００５１】さらに、選択された音源コードベクトルＣ
km（ｎ）を用いて、ゲインコードブック３７０を用い、
下式を最小化するようにゲインコードベクトルを探索し
出力する。
【００５２】
【数９】
【００５３】ここで、ｇkmは、ｋ番目の臨界帯域でのｍ
番目のゲインコードベクトルである。選択されたゲイン
コードベクトルのインデクスをマルチプレクサ４００に
出力する。
【００５４】マルチプレクサ４００は、判別回路１２０
の出力、ブロック間・ブロック内ビット割当回路３００
の出力、ベクトル量子化回路３５０の出力である音源コ
ードベクトルのインデクス、ゲインコードベクトルのイ
ンデクスを組み合わせて出力する。
【００５５】以上で第１の発明の実施例の説明を終え
る。
【００５６】図２は、第２の発明による広帯域信号符号
化装置の一実施例を示すブロック図である。図におい
て、図１と同一の番号を記した構成要素は、図１と同一
の動作を行なうので、説明は省略する。
【００５７】遅延回路５１０は、過去のブロックでのベ
クトル量子化回路３５０の出力Ｚ′（ｋ）を予め定めら
れたブロック数だけ遅延させる。遅延数はいくつでもよ
いが、ここでは説明の簡単のために遅延数は１とする。
【００５８】予測回路５００は遅延回路の出力Ｚ
（ｋ）′-1を用いて下式に従い変換成分の予測を行な
う。
【００５９】 Ｙ（ｋ）＝Ａ（ｋ）・Ｚ（ｋ）-1 （ｋ＝１．．．Ｌ／２） （１７） ここでＡ（ｋ）は予測係数である。Ｌはブロック長であ
る。Ａ（ｋ）は、トレーニング信号に対して予め設計し
ておく。Ｙ（ｋ）を減算器４１０に出力する。
【００６０】減算器４１０は、変換回路２００の出力Ｘ
（ｋ）から予測信号Ｙ（ｋ）を下式に従い減算し、予測
算差信号Ｚ（ｋ）を出力する。
【００６１】 Ｚ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）−Ｙ（ｋ） （ｋ＝１．．．Ｌ／２） （１８） 以上で第２の発明の説明を終える。
【００６２】図３は第３の発明の構成を示すブロック図
である。図１において、図１、２と同一の番号を付した
構成要素は同一の働きをするので説明は省略する。
【００６３】加算器４２０は予測回路５３０の出力Ｙ
（ｋ）とベクトル量子化器３５０の出力Ｚ′（ｋ）を加
算しＳ（ｋ）を遅延回路５１０へ出力する。
【００６４】予測回路５３０は遅延回路の出力を用いて
下式に従い予測を行なう。
【００６５】 Ｙ（ｋ）＝Ｂ（ｋ）・Ｓ（ｋ）-1 （ｋ＝１．．．Ｌ／２） （１９） ここでＢ（ｋ）は予測係数である。Ｌはブロック長であ
る。Ｂ（ｋ）は、トレーニング信号に対して予め設計し
ておく。Ｙ（ｋ）を減算器４１０に出力する。
【００６６】以上で第３の発明の説明を終える。
【００６７】図４は第４の発明の構成を示すブロック図
である。図において、図２と同一の番号を付した構成要
素は図２と同一の働きを行なうので説明は省略する。第
４の発明では、変換を行なうブロック長が一定で各ブロ
ックの合計ビット数は同一である。従って、第２の発明
と比較して判別回路１２０が不要な点と、ビット割当を
ブロック内でのみ行なう点が異なる。
【００６８】ブロック内ビット割当計算回路６００は、
前記（１０）−（１４）式に基づき、ブロック内の各臨
界帯域の変換成分に対してビット割当を行なう。
【００６９】以上で第４の発明の説明を終える。
【００７０】図５は第５の発明の構成を示すブロック図
である。図において、図３と同一の番号を付した構成要
素は図３、４と同一の働きを行なうので説明は省略す
る。第５の発明では、変換を行なうブロック長が一定で
各ブロックの合計ビット数は同一である。従って、第３
の発明と比較して判別回路１２０が不要な点と、ビット
割当をブロック内でのみ行なう点が異なる。
【００７１】以上で第５の発明の説明を終える。
【００７２】図６は第６の発明の構成を示すブロック図
である。図では図１に示した第１の発明と比較して重み
付けベクトル量子化器７００の構成とコードブック６１
０1〜６１０N が異なるので、重み付けベクトル量子化
器７００の構成を説明する。
【００７３】図７は重み付けベクトル量子化回路７００
の一例を示したブロック図である。重み付け回路７１０
はマスキングしきい値計算回路２５０からマスキングし
きい値Ｔkiを入力し、ベクトル量子化の際の重み係数を
計算し出力する。計算法は例えば下式を参照することが
できる。
【００７４】 ηki＝１／Ｔki （ｋ＝１〜Ｂmax ） （１９） ここで、Ｂmax は１ブロック内に含まれる臨界帯域の個
数を示す。
【００７５】重み付けベクトル量子化回路７２０は、ブ
ロック間・ブロック内ビット割当回路３００から、ｉ番
目のブロックにおけるｋ番目の臨界帯域の割当ビット数
Ｒkiを入力し、コードブック６１０1 〜６１０N から、
ビット数に応じてコードブックを選択し、下式に従い、
変換係数Ｘ（ｎ）を重み付けベクトル量子化する。
【００７６】
【数１０】
【００７７】さらに、ゲインコードブック３７０を用い
て前記（１６）式に従い、ゲインを量子化する。
【００７８】なお、重み付けベクトル量子化回路７００
を第２〜第５の発明に付加する場合は、ベクトル量子化
回路３５０を重み付けベクトル量子化回路７００に置き
換えればよい。
【００７９】以上で第６の発明の説明を終える。
【００８０】図８は第７の発明の構成を示すブロック図
である。図では、図１に示す第１の発明に聴覚に基づい
た処理を施す場合について示す。
【００８１】聴覚処理回路８２０は、変換回路２００の
出力Ｘ（ｎ）に対して、聴覚に基づく変換を行なう。こ
れを下式に示す。
【００８２】 Ｑ（ｎ）＝Ｆ［Ｘ（ｎ）］ （２１） ここで、Ｆ［ｘ（ｎ）］は聴覚に基づく変換を示す。具
体的には、バーク変換、マスキング処理、ラウドネス変
換などが考えられる。これらの変換の詳細は、例えば、
Ｗａｎｇ氏らによる“Ａｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｍｅ
ａｓｕｒｅ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｓｕｂｊ
ｅｃｔｉｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｐｅｅｃｈ
ｃｏｄｅｒｓ，”と題した論文（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅ
ｌ．Ａｒｅａｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｐｐ．８１９−８２
９，１９９２年）（文献４）等を参照することができる
のでここでは説明は省略する。
【００８３】ベクトル量子化回路８００は、ブロック
間、ブロック内ビット割当回路３００から、各ブロック
における臨界帯域毎に割当ビット数を入力し、それに応
じてコードブック３６０1 〜３６０N を切り替える。そ
して、下式に基づきＱ（ｎ）のベクトル量子化を行な
う。
【００８４】
【数１１】
【００８５】ここでは、コードブックから入力したコー
ドベクトルＣkm（ｎ）に対して、聴覚に基づく変換を行
ないながら探索する方法を用いたが、予め聴覚に基づく
変換を行ったコードベクトル、つまり、Ｆ［Ｃ
km（ｎ）］をコードブックに格納しておけば、下式にも
とづきベクトル量子化を行なえばよい。
【００８６】
【数１２】
【００８７】ここで Ｐkm（ｎ）＝Ｆ［Ｃkm（ｎ）］ （２４） である。コードベクトルの探索後、ゲインコードブック
３７０を用いてゲインγkmを量子化すればよい。
【００８８】なお、聴覚に基づく処理を第２〜第５の発
明に付加する場合は、ベクトル量子化回路３５０をベク
トル量子化回路８００に置き換え、その入力部に聴覚処
理回路８２０を付加すればよい。
【００８９】以上により、第７の発明の実施例の説明を
終える。
【００９０】図９は、第８の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において図１と同一の番号を付した構
成要素は図１と同一の働きをするので説明は省略する。
【００９１】スペクトル係数計算回路９００は、変換回
路２００の出力であるＭＤＣＴ係数Ｘ（ｎ）（ｎ＝１〜
Ｌ）の周波数包絡を近似する少ない次数のスペクトル係
数を計算する。ここで、スペクトル係数としては、線形
予測係数（ＬＰＣ）、ケプストラム、メルケプストラム
などが周知であるが、以下ではＬＰＣを使用するものと
して説明を行なう。各ＭＤＣＴ係数の２乗値Ｘ2 （ｎ）
（ｎ＝１〜Ｌ）に対して逆ＭＤＣＴもしくは、逆ＦＦＴ
を施して自己相関Ｒ（ｎ）を求める。自己相関Ｒ（ｎ）
を予め定められた次数τまでとり、これを自己相関法を
用いてＬＰＣ係数α（ｉ）（ｉ＝１〜τ）を計算する。
【００９２】量子化回路９１０は、ＬＰＣ係数を量子化
する。ここでは、量子化効率の高いＬＳＰ（Ｌｉｎｅ
Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ）係数に一旦変換してから
予め定められたビット数で量子化を行なう。ＬＰＣ係数
からＬＳＰ係数への変換は、Ｓｕｇａｍｕｒａ氏らによ
る“Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ＬＳＰ
ｓｐｅｅｃｈ ａｎａｌｙｓｉｓ−ｓｙｎｔｈｅｓｉ
ｓ，”と題した論文（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌ．Ａｒｅａ
ｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎ．，ｐｐ．４３２−４４０，１
９８８）（文献５）等を参照できる。また、量子化には
スカラ量子化やベクトル量子化を使用することができ
る。量子化したＬＳＰのインデクスをマルチプレクサ４
００へ出力する。また、量子化したＬＳＰを一旦復号化
した後にＬＰＣα′（ｉ）（ｉ＝１〜τ）に逆変換し、
これをＭＤＣＴあるいはＦＦＴ変換し周波数スペクトル
Ｈ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｌ／２）を計算し、ベクトル量子化
回路９３０へ出力する。
【００９３】ベクトル量子化回路９３０では、変換回路
２００の出力Ｘ（ｎ）をＨ（ｎ）を用いて一旦正規化す
る。
【００９４】 Ｘ′（ｎ）＝Ｘ（ｎ）／Ｈ（ｎ） （ｎ＝１〜Ｌ／２） （２５） 次に、Ｘ′（ｎ）に対してコードブックを用いてベクト
ル量子化を行なう。
【００９５】
【数１３】
【００９６】このようにすることにより、スペクトルＨ
（ｎ）によりゲインが正規化されているので、ゲインコ
ードブックが不要となる。
【００９７】なお、図９に示す実施例では、ブロック長
の切り替えの判別を行なう判別回路１２０や、ブロック
間、ブロック内ビット割当回路３００を使用することも
できる。
【００９８】図１０は予測残差信号を量子化する場合の
ブロック図である。ここで、図１、９と同一の番号を付
した構成要素は同一の働きをするので説明は省略する。
【００９９】この場合は、ベクトル量子化回路９５０に
おいて減算器４１０の出力である予測残差信号Ｚ（ｎ）
を正規化する。
【０１００】 Ｚ′（ｎ）＝Ｚ（ｎ）／Ｈ（ｎ） （ｎ＝１〜Ｌ／２） （２７） Ｚ′（ｎ）に対して下式を最小化するコードベクトルを
選択することによりベクトル量子化を行なう。
【０１０１】
【数１４】
【０１０２】なお、図１０に示す実施例では、ブロック
長の切り替えの判別を行なう判別回路１２０や、ブロッ
ク間、ブロック内ビット割当回路３００を使用すること
もできる。
【０１０３】さらに、予測の方法としては、図３に示し
た方法を用いて予測残差信号を計算することもできる。
【０１０４】以上で第８の説明の一実施例の説明を終え
る。
【０１０５】上記実施例において、ビット割当の決め方
は、予めＳＭＲをクラスタリングして、各クラスタのＳ
ＭＲと割当ビット数とをテーブルにしたビット割当用コ
ードブックを所定個数のパターン数（例えば２B 個；こ
こでＢはパターンを示すビット数）だけ設計しておき、
これをビット割当回路におけるビット割当の計算のとき
に用いることもできる。このような構成とすると、伝送
すべきビット割当情報は、ブロック当りＢビットでよい
ので、ビット割当用の伝送情報を削減することができ
る。
【０１０６】また、ベクトル量子化回路３５０において
は、他の距離尺度を用いて、変換係数あるいは予測残差
信号をベクトル量子化することができる。
【０１０７】また、第６の発明で、マスキングしきい値
を用いた重み付けベクトル量子化においては、他の重み
付け距離尺度を用いることもできる。
【０１０８】第１〜８の発明において、ブロック内のビ
ット割当は、臨界帯域毎に行なったが、予め定められた
区間毎にビット割当を行なうようにしてもよい。
【０１０９】第１〜３、６〜７の発明において、ブロッ
ク毎、ブロック内の臨界帯域毎のビット割当は（４）式
以外に下式を用いることもできる。
【０１１０】
【数１５】
【０１１１】ここで、Ｑk は、ｋ番目の分割帯域に含ま
れる臨界帯域の個数である。
【０１１２】また、ビット割当回路におけるビット割当
の方法としては、（８）式〜（１２）式により一旦ビッ
ト数を割り当てた後に、実際に割り当てたビット数によ
るコードブックを用いて量子化を行ない、量子化雑音を
測定し、下式を最大化するように、ビット割当を調整す
ることもできる。
【０１１３】
【数１６】
【０１１４】ここで、σnj 2 はｊ番目のサブフレームで
測定した量子化雑音である。
【０１１５】また、マスキングしきい値スペクトルの計
算法としては、他の周知な方法を使用することができ
る。
【０１１６】また、マスキングしきい値計算回路２５０
では、演算量を低減化するために、フーリエ変換のかわ
りに、帯域分割フィルタ群を用いることもできる。ここ
で、帯域分割にはＱＭＦ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｍｉ
ｒｒｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）を使用する。ＱＭＦフィルタ
の詳細については、Ｐ．Ｖａｉｄｙａｎａｔｈａｎ氏ら
による“Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌ
ｔｅｒｓ，ｆｉｌｔｅｒ ｂａｎｋｓ，ｐｏｌｙｐｈａ
ｓｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎｓ：Ａ ｔｕｔｏｒｉａｌ”（Ｐｒｏｃ．ＩＥＥ
Ｅ，ｐｐ．５６−９３，１９９０年）と題した論文（文
献６）等を参照することができる。
【０１１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、変
換係数あるいは変換係数を予測して求めた予測残差信号
に対して、ブロック間、ブロック内でビット数を割り当
てた上でベクトル量子化を行っているので、従来方式に
比べより低いビットレートでも広帯域信号を良好に符号
化することができるという効果がある。さらに、本発明
によれば、変換係数あるいは予測残差信号の周波数包絡
を少ない次数のスペクトル係数で表すことにより、補助
情報を低減化可能で、従来方式より低いビットレートを
実現化可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図２】第２の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図３】第３の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図４】第４の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図５】第５の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図６】第６の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図７】重み付けベクトル量子化回路７００の一実施例
を示すブロック図である。
【図８】第７の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図９】第８の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図１０】第８の発明の他の実施例を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
１００ 入力端子 １１０ バッファメモリ １２０ 判別回路 ２００ 変換回路 ２５０ マスキングしきい値計算回路 ３００ ブロック間、ブロック内ビット割当回路 ３５０、７５０、８００、９３０ ベクトル量子化回路 ３６０1 〜３６０N 、６１０1 〜６１０N コードブッ
ク ３７０ ゲインコードブック ４００ マルチプレクサ ４０５ 出力端子 ４１０ 減算回路 ４２０ 加算回路 ５００、５３０ 予測回路 ５１０ 遅延回路 ６００ ブロック内ビット割当回路 ７００ 重み付けベクトル量子化回路 ７１０ 重み係数計算回路 ７２０ 重み付けベクトル量子化回路 ８２０ 聴覚処理回路 ９００ スペクトル係数計算回路 ９１０ 量子化回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力した離散的な信号から特徴量を求めブ
    ロック長を決定する判別部と、前記判別部の出力に従い
    前記信号を予め定められた時間長のブロックに分割し周
    波数成分に変換する変換部と、前記変換部の出力もしく
    は前記入力信号から聴覚のマスキング特性をもとにマス
    キングしきい値を求めるマスキングしきい値計算部と、
    前記しきい値をもとに、前記ブロック長に等しいかそれ
    よりも長い予め定められた区間において、前記ブロック
    毎の量子化ビット数と前記ブロック内での量子化ビット
    数の少なくとも一方を決めるビット割当部と、前記ビッ
    ト割当部の出力に応じて前記変換部の出力信号を量子化
    するベクトル量子化部とを有することを特徴とする広帯
    域信号符号化装置。
  2. 【請求項２】入力した離散的な信号から特徴量を求めブ
    ロック長を決定する判別部と、前記判別部の出力に従い
    前記信号をブロックに分割し周波数成分に変換する変換
    部と、過去のブロックの量子化出力信号から現ブロック
    の変換部出力信号を予測し予測算差を求める予測部と、
    前記入力信号もしくは前記変換部出力信号もしくは前記
    予測残差信号から聴覚のマスキング特性をもとにマスキ
    ングしきい値を求めるマスキングしきい値計算部と、前
    記しきい値をもとに、前記ブロック長に等しいかそれよ
    りも長い予め定められた区間において、前記ブロック毎
    の量子化ビット数と前記ブロック内での量子化ビット数
    の少なくとも一方を決めるビット割当部と、前記ビット
    割当部の出力に応じて前記予測算差信号を量子化するベ
    クトル量子化部とを有することを特徴とする広帯域信号
    符号化装置。
  3. 【請求項３】入力した離散的な信号から特徴量を求めブ
    ロック長を決定する判別部と、前記判別部の出力に従い
    前記信号をブロックに分割し周波数成分に変換する変換
    部と、過去のブロックの量子化出力信号と過去のブロッ
    クの予測信号を用いて現ブロックの変換部出力信号に対
    する予測信号を計算し予測算差を求める予測部と、前記
    入力信号もしくは前記変換部出力信号もしくは前記予測
    残差信号から聴覚のマスキング特性をもとにマスキング
    しきい値を求めるマスキングしきい値計算部と、前記し
    きい値をもとに前記ブロック長に等しいかそれよりも長
    い予め定められた区間において、前記ブロック毎の量子
    化ビット数と前記ブロック内での量子化ビット数の少な
    くとも一方を決めるビット割当部と、前記ビット割当部
    の出力に応じて前記予測算差信号を量子化するベクトル
    量子化部とを有することを特徴とする広帯域信号符号化
    装置。
  4. 【請求項４】入力した離散的な信号をブロックに分割し
    周波数成分に変換する変換部と、過去のブロックの量子
    化出力信号から現ブロックの変換部出力信号を予測し予
    測算差を求める予測部と、前記入力信号もしくは前記変
    換部出力信号もしくは前記予測残差信号から聴覚のマス
    キング特性をもとにマスキングしきい値を求めるマスキ
    ングしきい値計算部と、前記しきい値をもとに前記ブロ
    ック内での量子化ビット数を決めるビット割当部と、前
    記ビット割当部の出力に応じて前記予測算差信号を量子
    化するベクトル量子化部とを有することを特徴とする広
    帯域信号符号化装置。
  5. 【請求項５】入力した離散的な信号をブロックに分割し
    周波数成分に変換する変換部と、過去のブロックの量子
    化出力信号と過去のブロックの予測信号を用いて現ブロ
    ックの変換部出力信号に対する予測信号を計算し予測算
    差を求める予測部と、前記入力信号もしくは前記変換部
    出力信号もしくは前記予測残差信号から聴覚のマスキン
    グ特性をもとにマスキングしきい値を求めるマスキング
    しきい値計算部と、前記しきい値をもとに前記ブロック
    内での量子化ビット数を決めるビット割当部と、前記ビ
    ット割当部の出力に応じて前記予測算差信号を量子化す
    るベクトル量子化部とを有することを特徴とする広帯域
    信号符号化装置。
  6. 【請求項６】前記ベクトル量子化部が、前記マスキング
    しきい値を用いて重み付けを行ないながら前記変換部出
    力信号もしくは前記予測算差信号をベクトル量子化する
    ことを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の
    広帯域信号符号化装置。
  7. 【請求項７】前記ベクトル量子化部が、前記変換部出力
    信号もしくは前記予測算差信号に聴覚に基づいた処理を
    施した後にベクトル量子化することを特徴とする請求項
    １，２，３，４または５記載の広帯域信号符号化装置。
  8. 【請求項８】前記変換出力信号もしくは前記予測算差信
    号の周波数包絡を表す少ない次数のスペクトル係数を求
    めるスペクトル係数計算部と、前記周波数包絡と前記ビ
    ット割当部の出力を用いて前記変換出力信号もしくは前
    記予測算差信号を量子化する量子化部とを更に有するこ
    とを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の広
    帯域信号符号化装置。
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