JPH09214355A

JPH09214355A - 信号符号化方法

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Publication number: JPH09214355A
Application number: JP8014523A
Authority: JP
Inventors: Kiyouya Tsutsui; 京弥筒井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: US6604069B1; US5930750A; JP3189660B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮率を高めた場合の音質劣化を比較的軽微
に留める。【解決手段】短い符号長が与えられる０に量子化され
る値の範囲を、各帯域内での総量子化誤差エネルギが小
さくなるように各帯域毎の量子化を行うときの範囲Ｒ１
よりも、各帯域の各スペクトル信号成分を短い符号長の
量子化値に量子化する頻度が多くなるように、各帯域の
各スペクトル信号成分に短い符号長を与えるための範囲
Ｒ２のように大きく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる高能率符
号化によって入力ディジタルデータの符号化を行う信号
符号化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オーディオ或いは音声等の信
号の高能率符号化の手法には種々あるが、例えば、時間
軸上のオーディオ信号等を所定時間単位でブロック化し
てこのブロック毎の時間軸の信号を周波数軸上の信号に
変換(スペクトル変換)して複数の周波数帯域に分割し、
各帯域毎に符号化するブロック化周波数帯域分割方式で
あるいわゆる変換符号化や、時間軸上のオーディオ信号
等をブロック化しないで、複数の周波数帯域に分割して
符号化する非ブロック化周波数帯域分割方式であるいわ
ゆる帯域分割符号化（サブ・バンド・コーディング：Ｓ
ＢＣ）等を挙げることができる。また、上述の帯域分割
符号化と変換符号化とを組み合わせた高能率符号化の手
法も考えられており、この場合には、例えば、上記帯域
分割符号化で帯域分割を行った後、該各帯域毎の信号を
周波数軸上の信号にスペクトル変換し、このスペクトル
変換された各帯域毎の信号に符号化が施される。

【０００３】ここで、上述した帯域分割符号化において
用いられる帯域分割用フィルタとしては、例えばいわゆ
るＱＭＦ(Quadrature Mirror filter)などのフィルタが
あり、このＱＭＦのフィルタは、文献「ディジタル・コ
ーディング・オブ・スピーチ・イン・サブバンズ」("Di
gital coding of speech in subbands" R.E.Crochier
e, Bell Syst.Tech. J., Vol.55,No.8 1976) に述べら
れている。このＱＭＦのフィルタは、帯域を等バンド幅
に２分割するものであり、当該フィルタにおいては上記
分割した帯域を後に合成する際にいわゆるエリアシング
が発生しないことが特徴となっている。

【０００４】また、文献「ポリフェイズ・クァドラチュ
ア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」("Po
lyphase Quadrature filters -A new subband coding t
echnique", Joseph H. Rothweiler, ICASSP 83, BOSTO
N) には、等帯域幅のフィルタ分割手法が述べられてい
る。このポリフェイズ・クァドラチュア・フィルタにお
いては、信号を等バンド幅の複数の帯域に分割する際に
一度に分割できることが特徴となっている。

【０００５】上述したスペクトル変換としては、例え
ば、入力オーディオ信号を所定単位時間（フレーム）で
ブロック化し、当該ブロック毎に離散フーリエ変換（Ｄ
ＦＴ）、離散コサイン変換（ Discrete Cosine Transfo
rm：ＤＣＴ）、モディファイド離散コサイン変換（変形
離散コサイン変換：Modified Discrete Cosine Transfo
rm：ＭＤＣＴ）等を行うことで時間軸を周波数軸に変換
するようなスペクトル変換がある。なお、上記ＭＤＣＴ
については、文献「時間領域エリアシング・キャンセル
を基礎とするフィルタ・バンク設計を用いたサブバンド
／変換符号化」("Subband/Transform Coding Using Fil
ter Bank Designs Based on Time DomainAliasing Canc
ellation," J.P.Princen A.B.Bradley, Univ. of Surre
y Royal Melbourne Inst. of Tech. ICASSP 1987)に述
べられている。

【０００６】また、波形信号をスペクトル変換する方法
として上述のＤＦＴやＤＣＴを使用した場合、例えばＭ
個のサンプルデータからなる時間ブロックで変換を行う
と、Ｍ個の独立な実数データが得られる。ここで時間ブ
ロック間の接続歪みを軽減するために、通常は、両隣の
時間ブロック間でそれぞれＭ１個のサンプルデータをオ
ーバーラップさせるので、これらＤＦＴやＤＣＴでは、
平均化して（Ｍ−Ｍ１）個のサンプルデータに対してＭ
個の実数データが得られるようになり、したがって、こ
れらＭ個の実数データが、その後量子化及び符号化され
ることになる。

【０００７】これに対して、スペクトル変換の方法とし
て上述のＭＤＣＴを使用した場合には、両隣の時間ブロ
ック間でそれぞれＮ個ずつのサンプルデータをオーバー
ラップさせた２Ｍ個のサンプルから、独立なＭ個の実数
データが得られる。すなわち、ＭＤＣＴを使用した場合
には、平均化してＭ個のサンプルデータに対してＭ個の
実数データが得られ、これらＭ個の実数データが、その
後量子化及び符号化されることになる。復号化装置にお
いては、このようにしてＭＤＣＴを用いて得られた符号
から、各ブロックにおいて逆変換を施して得た波形要素
を互いに干渉させながら加え合わせることにより、波形
信号を再構成することができる。

【０００８】ところで、一般に、上記スペクトル変換の
ための時間ブロックを長くすると、周波数分解能が高ま
り、特定のスペクトル信号成分にエネルギが集中するこ
とが起きる。したがって、両隣の時間ブロック間でそれ
ぞれ半分ずつサンプルデータをオーバーラップさせた長
い時間ブロック長でスペクトル変換を行い、しかも得ら
れたスペクトル信号成分の個数が、元の時間軸のサンプ
ルデータの個数に対して増加しない上記ＭＤＣＴを使用
するようにすれば、ＤＦＴやＤＣＴを使用した場合より
も効率の良い符号化を行うことが可能となる。また、隣
接する時間ブロック同士で十分長いオーバーラップを持
たせるようにすれば、波形信号の時間ブロック間の接続
歪みを軽減することもできる。

【０００９】上述したのように、フィルタやスペクトル
変換によって帯域毎に分割された信号成分を量子化する
ことにより、量子化雑音が発生する帯域を制御すること
ができ、したがって、いわゆるマスキング効果などの性
質を利用して聴覚的により高能率な符号化を行うことが
可能となる。また、ここで量子化を行う前に、各帯域毎
に、例えばその帯域における信号成分の絶対値の最大値
で各サンプルデータの正規化を行うようにすれば、さら
に高能率な符号化を行うことができる。

【００１０】ここで、例えばオーディオ信号を周波数帯
域分割して得た各信号成分を量子化する場合の周波数分
割幅としては、例えば人間の聴覚特性を考慮した帯域幅
を用いることが好ましい。すなわち、一般に高域ほど帯
域幅が広くなるような臨界帯域（クリティカルバンド）
と呼ばれている帯域幅で、オーディオ信号を複数（例え
ば２５バント）の帯域に分割することが好ましい。ま
た、この時の各帯域毎のデータを符号化する際には、各
帯域毎に所定のビット配分或いは、各帯域毎に適応的な
ビット割当て（ビットアロケーション）による符号化が
行われる。例えば、上記ＭＤＣＴ処理されて得られた係
数データを上記ビットアロケーションによって符号化す
る際には、上記各時間ブロック毎のＭＤＣＴ処理により
得られる各帯域毎のＭＤＣＴ係数データに対して、適応
的な割当てビット数で符号化が行われることになる。ビ
ット割当手法としては、次の２手法が知られている。

【００１１】例えば、文献「音声信号の適応変換符号
化」（"Adaptive Transform Coding of Speech Signal
s", R.Zelinski and P.Noll, IEEE Transactions of Ac
coustics, Speech, and Signal Processing, vol.ASSP-
25, No.4, August 1977）では、各帯域毎の信号の大き
さをもとに、ビット割当を行っている。この方式では、
量子化雑音スペクトルが平坦となり、雑音エネルギ最小
となるが、聴感覚的にはマスキング効果が利用されてい
ないために実際の雑音感は最適ではない。

【００１２】また、例えば文献「臨界帯域符号化器 −
聴覚システムの知覚の要求に関するディジタル符号化」
（"The critical band coder --digital encoding of
theperceptual requirements of the auditory syste
m", M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）では、聴覚マス
キングを利用することで、各帯域毎に必要な信号対雑音
比を得て固定的なビット割当を行う手法が述べられてい
る。しかしこの手法では、サイン波入力で特性を測定す
る場合でも、ビット割当が固定的であるために特性値が
それほど良い値とならない。

【００１３】これらの問題を解決するために、ビット割
当に使用できる全ビットを、各小ブロック毎にあらかじ
め定められた固定ビット割当パターン分と、各ブロック
の信号の大きさに依存したビット配分を行う分とに分割
使用するようにし、そのときの分割比を入力信号に関係
する信号に依存させ、前記信号のスペクトルのパターン
が滑らかなほど前記固定ビット割当パターン分への分割
比率を大きくするような高能率符号化方法が提案されて
いる。

【００１４】この方法によれば、サイン波入力のよう
に、特定のスペクトル信号成分にエネルギが集中する場
合にはそのスペクトル信号成分を含むブロックに多くの
ビットを割り当てる事により、全体の信号対雑音特性を
著しく改善することができる。一般に、急峻なスペクト
ル信号成分をもつ信号に対して人間の聴覚は極めて敏感
であるため、このような方法を用いる事により、信号対
雑音特性を改善することは、単に測定上の数値を向上さ
せるばかりでなく、聴感上、音質を改善するのに有効で
ある。

【００１５】ビット割り当ての方法にはこの他にも数多
くの方法が提案されており、さらに聴覚に関するモデル
が精緻化され、符号化装置の能力があがれば聴覚的にみ
てより高能率な符号化が可能になる。

【００１６】これらの方法においては、計算によって求
められた信号対雑音特性をなるべく忠実に実現するよう
な実数のビット割り当て基準値を求め、それを近似する
整数値を割り当てビット数とすることが一般的である。

【００１７】また、本件出願人による特願平５−１５２
８６５号の明細書及び図面には、スペクトル信号成分か
ら聴感上特に重要なトーン性の成分を分離して、他のス
ペクトル信号成分とは別に符号化する方法が提案されて
おり、これにより、オーディオ信号等を聴感上の劣化を
殆ど生じさせずに高い圧縮率で効率的に符号化すること
が可能になっている。

【００１８】実際の符号列を構成するにあたっては、先
ず、正規化及び量子化が行われる帯域毎に、量子化精度
情報と正規化係数情報を所定のビット数で符号化し、次
に、正規化及び量子化されたスペクトル信号成分を符号
化すれば良い。また、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１１７２−
３：１９９３（Ｅ）,ａ９９３では、帯域によって量子
化精度情報を表すビット数が異なるように設定された高
能率符号化方式が記述されており、ここでは高域になる
にしたがって、量子化精度情報を表すビット数が小さく
なるように規格化されている。

【００１９】量子化精度情報を直接符号化する代わり
に、復号化装置において例えば正規化係数情報から量子
化精度情報を決定する方法も知られているが、この方法
では、規格を設定した時点で正規化係数情報と量子化精
度情報の関係が決まってしまうので、将来的にさらに高
度な聴覚モデルに基づいた量子化精度の制御を導入する
ことができなくなる。また、実現する圧縮率に幅がある
場合には圧縮率毎に正規化係数情報と量子化精度情報と
の関係を定める必要が出てくる。

【００２０】また、例えば、文献「最小冗長コードの構
成のための方法」（"A Method forConstruction of Min
imum Redundancy Codes" D.A.Huffman:,Proc.I.R.E., 4
0,p.1098 (1952)）のように、可変長符号を用いて符号
化することによって、量子化されたスペクトル信号成分
をより効率的に符号化する方法も知られている。

【００２１】また、本件出願人による特願平５−２９８
３０５号の明細書及び図面には、可変長符号を用いた場
合に正規化係数を調整することで、より少ないビット数
で符号化を行う方法が提案されている。この方法を用い
ると、圧縮率を高くしていった場合に特定の帯域で信号
が大きく欠落する危険を防止することができ、特に特定
の帯域の信号成分がフレーム毎に脱落したり、現われた
りすることによって、聴感上、非常に耳障りな雑音を生
じてしまうという問題を防ぐことができる。また、この
方法は正規化係数を変化させるだけで済むので、符号化
を比較的小さなハードウェアで実現することができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、正規化係数を
最適な値から変化させるということはその帯域の量子化
雑音を大きくするということなので、正規化係数の変化
が必要以上に大きいと無駄な音質の劣化が生じる可能性
がある。

【００２３】そこで、本発明は、無駄な音質の劣化を少
なくすることが可能な信号符号化方法の提供を目的とす
るものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような実情
に鑑みてなされたものであり、入力信号を分割した各帯
域毎の信号成分を量子化した後、可変長符号で符号化す
る信号符号化方法において、各帯域内での総量子化誤差
エネルギが小さくなるように各帯域毎の量子化を行うと
きよりも、短い符号長の量子化値に量子化する頻度が多
くなるように、各帯域の各信号成分に短い符号長を与え
るための範囲を大きく設定することにより、上述の課題
を解決する。

【００２５】すなわち、本発明の信号符号化方法では、
特定の量子化値に量子化される値の範囲を変化させるこ
とによって、無駄な音質の劣化を少なくするようにして
いる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照にしながら説明する。

【００２７】図１は本発明に関わる音響波形信号の符号
化装置の一構成例を示すブロック回路図である。

【００２８】この図１に示す構成において、入力端子１
００に入力された音響波形信号は、変換回路１０１によ
って信号周波数成分（以下、スペクトル信号成分と呼
ぶ）に変換された後、信号成分符号化回路１０２に送ら
れ、ここで各スペクトル信号成分が符号化され、さらに
符号列生成回路１０３によって符号列となされて出力端
子１０４から出力される。なお、当該出力端子１０４か
ら出力された符号列は、例えば誤り訂正符号が付加され
た後、所定の変調が施され、例えば光ディスクや磁気テ
ープ等の記録媒体に記録されたり、通信ケーブルや電波
等の伝送媒体を介して伝送される。

【００２９】図２は図１の変換回路１０１の構成例であ
り、端子２００を介して入力された信号は、帯域分割フ
ィルタ２０１によって二つの帯域に分割され、これら分
割された各帯域の信号がそれぞれＭＤＣＴ等の変換処理
を行う順スペクトル変換回路２１１，２１２によってス
ペクトル信号成分に変換されている。なお、図２の入力
端子２００は図１の入力端子１００と対応し、図２の
端子２２１，２２２からの出力されるスペクトル信号成
分は図１の信号成分符号化回路１０２に送られる。ここ
で、図２の構成において、帯域分割フィルタ２０１から
出力される２つの信号の帯域幅は端子２００に入力され
た信号の帯域幅の１／２となっており、端子２００に入
力された信号の１／２に間引かれている。もちろん、図
１の変換回路１０１としてはこの図２の構成例以外にも
多数考えられ、例えば、入力信号を帯域分割せずに、直
接、ＭＤＣＴによってスペクトル信号成分に変換しても
良いし、ＭＤＣＴではなく、ＤＦＴやＤＣＴによって変
換するものにしても良い。また、帯域分割フィルタによ
って信号をより細かい帯域成分に分割することも可能で
あるが、本発明の方法では特定の周波数にエネルギが集
中する場合に特に有効に作用するので、多数の周波数成
分（スペクトル信号成分）が比較的少ない演算量で得ら
れる上記のスペクトル変換を用いる方が都合が良い。

【００３０】図３は図１の信号成分符号化回路１０２の
構成例であり、端子３００に供給された各スペクトル信
号成分は、正規化回路３０１によって所定の帯域毎に正
規化された後、量子化精度決定回路３０３に送られる。
この量子化精度決定回路３０３では、上記スペクトル信
号成分から計算された量子化精度に基づいて、上記正規
化による正規化値が量子化される。なお、図３の端子３
００に供給されるスペクトル信号成分は図１の変換回路
１０１からの出力信号に対応し、図３の端子３０４から
出力される信号は図１の符号列生成回路１０３への入力
信号となる。ここで、図３の端子３０４から出力される
信号には、上記量子化された信号成分（以下、量子化値
と呼ぶ）に加え、正規化係数情報や量子化精度情報も含
まれている。したがって、これら正規化係数情報と量子
化精度情報も前記符号列と共に処理されて、前記記録媒
体に記録されたり、伝送媒体に伝送されたりする。

【００３１】図４は図１の構成の符号化装置によって生
成された符号列から音響信号を復元して出力する復号化
装置の構成例を示すブロック回路図である。

【００３２】この図４において、入力端子４００には、
前記記録媒体に記録された後再生されて復調及び誤り訂
正された符号列、或いは伝送媒体を介して伝送されて復
調と誤り訂正された符号列が供給される。この入力端子
４００に供給された符号列は、符号列分解回路４０１に
送られ、ここで当該符号列から各スペクトル信号成分の
符号が抽出され、上記量子化精度情報と正規化係数情報
の符号と分離されて、それらの符号が信号成分復号化回
路４０２に送られる。この信号成分復号化回路４０２で
は、上記量子化精度情報と正規化係数情報とを用いて、
各スペクトル信号成分を復元する。この復元された各ス
ペクトル信号成分は、逆変換回路４０３によって前記ス
ペクトル変換の逆処理がなされ、音響波形信号に変換さ
れ、この音響波形信号が出力端子４０４から出力され
る。

【００３３】図５は図４の逆変換回路４０３の構成例で
あるが、これは図２に示した変換回路の構成例に対応し
たものであり、端子５０１，５０２に供給された各帯域
のスペクトル信号成分は、それぞれの帯域に対応した逆
スペクトル変換回路５１１，５１２によって各帯域の信
号に変換され、これら各帯域の信号が帯域合成フィルタ
５１３によって合成されている。なお、図５の端子５０
１，５０２に供給される各帯域のスペクトル信号成分
は、図４の信号成分復号化回路４０２の出力であり、図
５の端子５２１からの出力は図４の出力端子４０４から
出力される。

【００３４】次に、上述した図１の符号化装置における
信号符号化方法の一例について説明する。

【００３５】図６には図２の変換回路におけるＭＤＣＴ
の処理により得られたスペクトル信号成分の一例を示す
ものであり、この図６ではＭＤＣＴにより得られたスペ
クトル信号成分の絶対値のレベルをｄＢに変換して示し
ている。

【００３６】この図６において、波形信号は所定の時間
ブロック毎に６４個のスペクトル信号成分に変換されて
おり、それが図６の図中Ｕ１からＵ８に示す８個の所定
の帯域毎に（これをここでは符号化ユニットと呼ぶこと
にする）にまとめて正規化及び量子化が行われる。すな
わち、各符号化ユニットが符号化の単位となっている。
なお、各符号化ユニットの帯域幅は、人間の聴覚特性を
考慮して、低域側で狭く、高域側で広くとられており、
聴覚の性質に合った量子化雑音の発生の制御ができるよ
うになっている。また、量子化精度は、周波数成分の分
布に仕方によって符号化ユニット毎に変化させることに
より、音質の劣化を最小限に抑える聴覚的に効率の良い
符号化が可能である。

【００３７】ところで、各符号化ユニットにおける正規
化係数は、その符号化ユニットにおける量子化誤差を小
さくするために、当該符号化ユニットにおけるスペクト
ル信号成分の最大の絶対値を近似するように設定するこ
とが望ましい。正規化係数は、例えば、０≦Ｄ≦６３に
対して、式(1)に示すように定め、

【００３８】

【数１】

【００３９】Ｄを表す６ビットの符号で指定することが
できる。また、例えば、０≦Ｂ≦１５に対して、式(2)
に示すように定め、

【００４０】

【数２】

【００４１】信号値（スペクトル信号成分）ｖに対する
正規化量子化値ｍを、式(3)に示すような

【００４２】

【数３】

【００４３】を近似する整数値にとることができる。量
子化精度はＢを表す４ビットの符号で指定することがで
きる。

【００４４】ここで、正規化量子化値ｍを可変長符号で
表すようにすれば符号化効率を上げることが可能とな
る。一般に、オーディオ信号のスペクトル分布を見る
と、特定の周波数成分にエネルギが集中することが多い
が、そのような場合、各スペクトル信号成分を正規化及
び量子化して得た量子化値は０に近い値に多く分布する
ので、当該０近辺の量子化値に対して短い符号長を設定
しておくと符号化効率が良くなる。図７の（Ａ），
（Ｂ）はそれぞれ、Ｂ＝１およびＢ＝２の場合のそのよ
うな符号長を設定する際の符号（コード）の与え方の例
を示したものである。特定の周波数成分にエネルギが集
中するトーン性の信号の場合には特に量子化精度を高く
する必要があるので、そのような信号に対して特に符号
化効率が高くなるようにすることは音質を劣化させない
ために望ましい。

【００４５】ところが、どの符号化ユニットの量子化精
度をどのように設定するかは、信号の圧縮率によって異
なる。図８は量子化精度を設定するための方法の一例を
説明するためのものである。この図８において、図中黒
く示されているのはいわゆる最小可聴限レベルやマスキ
ング計算によって求められた理想的な許容雑音レベルで
あり、したがって、例えばＵ７の符号化ユニットにおい
ては、図中(a)で示されたＳＮ比を実現するようにビッ
トの割り当てが行われれば理想的な音質を実現できるこ
とになる。しかし、実際にこのようなＳＮ比を実現する
ためには使用可能以上のビット数が必要となることが多
いため、ここでは上記の理想的な許容雑音レベルに対し
て一様なかさ上げ行ったビット割り当て、すなわち図中
斜線によって示される雑音レベルになるようなビット割
り当てが行われ、これにより例えばＵ７の符号化ユニッ
トにおいては図中(b)で示されたＳＮ比が実現されるよ
うになる。

【００４６】図９は図８と同様の方法でさらに圧縮率を
上げていった場合のビット割り当ての様子を示したもの
である。この場合には図中Ｕ８の符号化ユニットにはビ
ットが割り当てられないことになってしまうが、このよ
うに特定の帯域の信号が欠落してしまうと、音質上大き
な問題となる。特に特定の帯域の信号成分がフレームに
よって消えたり現われたりすると、聴感上、非常に耳障
りなものになる。ビット割り当ての状態によっては、こ
のような問題を防ぐために他の符号化ユニットの量子化
精度を落として、ビットを必要とする符号化ユニットに
多くのビットを割り当てるようなことも可能であるが、
圧縮率が高い場合には通常、どの符号化ユニットにも量
子化精度に余裕がないため、このように量子化精度のス
テップ数を大きく削ることは困難である。

【００４７】この点を克服するために、本件出願人は先
に特願平５−２９８３０５号の明細書及び図面におい
て、可変長符号を用いて符号化を行う場合に、量子化ス
テップ数の削除を最小限に留めながら、聴感上の問題が
なるべく軽微であるようにするための方法を提案してい
る。

【００４８】図１０は、本件出願人が先に提案している
特願平５−２９８３０５号の明細書及び図面の方法を用
いた場合の例を説明するためのもので、図中ｓ１からｓ
８の８個のスペクトル信号成分が正規化および量子化さ
れる様子を示したものである。また、図１０の左方に示
されたＦ１の値を持つ正規化係数を使って正規化した
後、３段階に量子化された場合の結果を示したのが図１
１に示す表中(a)の欄であり、図１０の右方に示された
Ｆ２の値を持つ正規化係数を使って正規化した後、３段
階に量子化された場合の結果を示したのが図１１に示す
表中(b)の欄である。すなわち、例えばＦ１の値を持つ
正規化係数を使って正規化する場合、図１０中のｆ１以
下のスペクトル信号成分は０の値に、ｆ１より大きいス
ペクトル信号成分はＦ１の値に正規化され、一方、例え
ばＦ２の値を持つ正規化係数を使って正規化する場合、
図１０中のｆ２以下のスペクトル信号成分は０の値に、
ｆ２より大きいスペクトル信号成分はＦ２の値に正規化
される。したがって、図１１に示す表中(a)の欄に示す
ように、例えばＦ１の値を持つ正規化係数を使って正規
化した場合、スペクトル信号成分ｓ１は０に、スペクト
ル信号成分ｓ２は＋１に、スペクトル信号成分ｓ３は−
１に、スペクトル信号成分ｓ４は−１に、スペクトル信
号成分ｓ５は＋１に、スペクトル信号成分ｓ６は０に、
スペクトル信号成分ｓ７は−１に、スペクトル信号成分
ｓ８は＋１に量子化される。また、図１１に示す表中
(b)の欄に示すように、例えばＦ２の値を持つ正規化係
数を使って正規化する場合、スペクトル信号成分ｓ１は
０に、スペクトル信号成分ｓ２は＋１に、スペクトル信
号成分ｓ３は０に、スペクトル信号成分ｓ４は−１に、
スペクトル信号成分ｓ５は＋１に、スペクトル信号成分
ｓ６は０に、スペクトル信号成分ｓ７は−１に、スペク
トル信号成分ｓ８は０に量子化される。

【００４９】ここで、図１１に示す表中(a)の欄のよう
に符号化された場合、量子化値が＋１，０，−１のもの
は、復号化装置によってそれぞれＦ１，０，−Ｆ１に復
号化され、図１１に示す表中(b)の欄のように符号化さ
れた場合、量子化値が＋１，０，−１のものは、復号化
装置によってそれぞれＦ２，０，−Ｆ２に復号化され
る。元のスペクトル信号成分と符号化および復号化され
たスペクトル信号成分との差は、図１１に示す表中(a)
の欄に示されるように正規化および量子化された場合の
方が小さいが、正規化および量子化された値を図７の
（Ａ）に示された符号化方法で符号化した場合には、図
１１に示す表中(b)の欄に示されるように正規化および
量子化された場合の方が短い長さのコードの割合が増加
する。

【００５０】したがって、例えば圧縮率が非常に高くな
って使用できるビット数が少なくなったような場合、上
述した信号符号化方法においては、Ｆ１の値を持つ正規
化係数を使って正規化した後、図１１に示す表中(a)の
欄のように符号化する代わりに、Ｆ２の値を持つ正規化
係数を使って正規化した後、図１１に示す表中(b)の欄
のように符号化することによって、ビットの節約ができ
るようになり、結果的に特定の帯域の信号成分が消失し
てしまうことを防ぐことができるようになる。

【００５１】図１２は上述の方法をビット割り当ての調
整に適用した場合の処理例を示したものである。この処
理は前述した方法によって、正規化係数を定めると共に
マスキング計算等を行って、音質上十分なビット割り当
てを行った後、使用されている総ビット数が使用可能な
ビット数を超過している場合に限り、それを規定のビッ
ト数に抑えるためのものである。

【００５２】この図１２の処理例において、Ｎは符号化
ユニットの数を、Ｂ(i)はｉ番目の符号化ユニットにお
けるビット精度指定ＩＤ、Ｄ(i)はｉ番目の符号化ユニ
ットにおける正規化係数指定ＩＤ、Ｔは符号化に使用さ
れた総ビット数、Ｌは符号化に使用可能なビット数で、
Ｂ、Ｄの値は前述した式のように定められているものと
する。

【００５３】先ず、総ビット数削減のための処理を、聴
感上、比較的問題になりにくい高域側から始めるため
に、ステップＳＴ１０１において、符号化ユニットの番
号ｉを符号化ユニットの数Ｎに定める（ｉ＝Ｎと定め
る）。次に、ステップＳＴ１０２において、上記Ｂ(i)
が１より大きいか否かをチェックし、もしＢ(i)が１よ
り大きければステップＳＴ１０３に進んで量子化ステッ
プ数を一つ下げ、もしＢ(i)が１より大きくなければ、
ステップＳＴ１０４に進んで正規化係数として一つ大き
な値を選択する。次に、ステップＳＴ１０５において、
新たに設定された正規化係数と量子化精度を用いた場合
に必要となる総ビット数Ｔを計算し、ステップＳＴ１０
６においてＴと符号化に使用可能なビット数Ｌとを比較
する。ここでもし、ＴがＬよりも大きいのであれば、さ
らに総ビット数を削減するためにステップＳＴ１０７に
進み、逆にＴがＬよりも大きくないのならば、総ビット
数削減のための処理を終了する。ステップＳＴ１０７で
は現在の符号化ユニット番号ｉが１であるかどうかをチ
ェックし、現在の符号化ユニット番号ｉが１であれば、
ステップＳＴ１０１に戻って再びｉ＝Ｎからの処理を繰
り返し、現在の符号化ユニット番号ｉが１でないなら
ば、ステップＳＴ１０８で処理する符号化ユニット番号
を一つ減らしてからステップＳＴ１０２に進んで処理を
続行する。

【００５４】この例の方法では、正規化係数を変化させ
るだけで総使用ビット数の調整を行うことができ、した
がって、簡単な符号化装置によって実現することができ
る。なお、この例において、正規化係数を大きめに設定
するのは、それ以上量子化ステップ数を落とせない符号
化ユニットのみに制限しているが、量子化ステップ数が
もっと大きい符号化ユニットでも量子化ステップ数を下
げる代わりに正規化係数を大きめにとるようにすること
も可能である。

【００５５】ところで、正規化係数を大きめに設定する
ことは、その符号化ユニットにおける量子化雑音レベル
を大きくすることになるので音質劣化を防止するという
意味では、正規化係数の変化は最小限に留めることが望
ましい。

【００５６】そこで、短い符号長の符号を増やすために
正規化係数を変化させる符号化ユニットでは、正規化係
数の取り得る値を細かく設定できるようにする。これを
実現する方法としては、例えば、正規化係数値を以下の
式(4)で与えるものに変更し、正規化係数を大きめに与
える符号化ユニットでのみ実際にＥの値を１ビットで記
録し、他の符号化ユニットではＥの値を０に決めておく
ようにしても良い。

【００５７】

【数４】

【００５８】この式(4)のＥが細かいステップで正規化
係数が設定されたことを示す正規化係数精緻化情報とな
る。

【００５９】図１３は、上述した正規化係数設定の方法
の処理例を説明するためのものである。この処理は一旦
ビットの割り当てを行った結果、使用しているビット数
が使用可能なビット数を超過している場合に実際に使用
できるビット数の上限に合わせて調整を行うためのもの
で、この処理の始まる前に各符号化ユニットに対して、
Ｂ(i)、Ｄ(i)が設定され、また、各Ｅ(i)は０に初期化
されているものとする。

【００６０】先ず、総ビット数削減のための処理を、聴
感上、比較的問題になりにくい高域側から始めるため
に、ステップＳＴ２０１において、ｉ＝Ｎと定める。次
に、ステップＳＴ２０２において、Ｂ(i)が１より大き
いか否かをチェックし、もしＢ(i)が１より大きければ
ステップＳＴ２０３に進んで量子化ステップ数を一つ下
げ、もしＢ(i)が１より大きくなければ、ステップＳＴ
２０４に進み、Ｅ(i)が１であるかどうかをチェックす
る。ここでもしＥ(i)が１であれば、ステップＳＴ２０
５に進んでＤ(i)を１大きくするとともにＥ(i)を０にし
てからステップＳＴ２０７進み、Ｅ(i)が１でなけれ
ば、ステップＳＴ２０６に進んでＥ(i)の値を１大きく
してからステップＳＴ２０７に進む。次に、ステップＳ
Ｔ２０７において、新たに設定された正規化係数と量子
化精度を用いた場合に、必要となる総ビット数Ｔを計算
し、ステップＳＴ２０８においてＴと符号化に使用可能
なビット数Ｌとを比較する。ここでもし、ＴがＬよりも
大きいのであれば、さらに総ビット数を削減するために
ステップＳＴ２０９に進み、ＴがＬよりも大きくないの
ならば、総ビット数削減のための処理を終了する。ステ
ップＳＴ２０９では現在の符号化ユニット番号ｉが１で
あるかどうかをチェックし、現在の符号化ユニット番号
ｉが１である場合にはステップＳＴ２０１に戻って再び
ｉ＝Ｎからの処理を繰り返し、現在の符号化ユニット番
号ｉが１でないならば、ステップＳＴ２１０で処理する
符号化ユニット番号ｉを一つ減らしてからステップＳＴ
２０２に進んで処理を続行する。

【００６１】図１４は上述の方法で生成された符号の記
録方法の例を説明するためのもので、この例において
は、量子化精度情報Ｂの値が１である帯域でのみ正規化
係数を大きめに設定できるように定めてあり、実際にそ
のような帯域でのみＥの値が記録されている。

【００６２】図１５は図１４に示された符号が記録され
た記録媒体から再生された情報から量子化精度情報と正
規化係数情報を再現するための処理の流れの例を示した
ものである。なお、この例の場合には量子化精度情報が
正規化係数の精緻化の状態を指定しているが、もちろ
ん、例えば別のフラグ情報を用意して正規化係数精緻情
報とする、という方法をとることも可能である。

【００６３】この図１５において、ステップＳＴ３０１
ではｉ＝１と定める。次に、ステップＳＴ３０２ではＢ
(i)の読み込みを行い、ステップＳＴ３０３ではｉ＝Ｎ
であるか否かをチェックし、ｉ＝Ｎであるときにはステ
ップＳＴ３０５に進み、ｉ＝Ｎでないときにはステップ
ＳＴ３０４に進む。ステップＳＴ３０４では、ｉ＝ｉ＋
１としてステップＳＴ３０２に戻り、ステップＳＴ３０
５ではｉ＝１と定めた後、次のステップＳＴ３０６に進
む。ステップＳＴ３０６ではＢ(i)＝１であるか否かを
チェックし、Ｂ(i)＝１であるときにはステップＳＴ３
０７にてＥ(i)の読み込みを行い、Ｂ(i)＝１でないとき
にはステップＳＴ３０８にてＥ(i)＝１にする。ステッ
プＳＴ３０９では、Ｄ(i)の読み込みを行い、ステップ
ＳＴ３１０ではＦ(i)の設定を行う。その後のステップ
ＳＴ３１１ではｉ＝Ｎであるか否かをチェックし、ｉ＝
ＮでないときにはステップＳＴ３１２にてｉ＝ｉ＋１と
してステップＳＴ３０６に戻り、ｉ＝Ｎでないときには
終了する。

【００６４】以上の例においては、正規化係数を変更す
ることによって、符号化および復号化した場合に取り得
るスペクトル信号成分の候補が、正規化係数を変更せず
に符号化および復号化した場合に取り得るスペクトル信
号成分の候補に対して変化していたが、これらの候補を
変化させないようにすることもできる。前記図１０と同
様に示す図１６は、このような方法を説明するための図
で、左側の量子化方法と右側の量子化方法では、この例
において短い符号長を与えられている０に量子化される
値の範囲Ｒ１，Ｒ２のみが異なっている。上記０に量子
化される値の範囲としてＲ２を使用する図１６の右側の
量子化方法では、上記Ｒ１を使用する図１６の左側の量
子化方法よりも、当該符号化ユニットにおける量子化雑
音は大きくなるが、符号長の短い量子化値が０のスペク
トル信号成分の割合が大きくなるため、より少ないビッ
ト数で符号化が可能となる。この例の方法では、聴感上
重要な大きなスペクトル信号成分は、量子化雑音を最小
にする場合と同じスペクトル信号成分に復号化されるの
で、音質劣化をなるべく防止する上で効果的である。ま
た、この方法においても、使用可能なビットが十分にあ
るのであれば、各符号化ユニットにおける量子化雑音は
最小にすることが望ましいので、上述の処理は一旦ビッ
ト割り当てを行なってから施すことにより、音質劣化を
最小限に抑えることができる。

【００６５】図１７は上述の方法の処理例を説明するた
めのものである。この処理は一旦ビットの割り当てを行
った結果、使用しているビット数が使用可能なビット数
を超過している場合に実際に使用できるビット数の上限
に合わせて調整を行うためのものである。

【００６６】先ず、総ビット数削減のための処理を、聴
感上、比較的問題になりにくい高域側から始めるため
に、ステップＳＴ４０１において、ｉ＝Ｎと定める。次
に、ステップＳＴ４０２において、この例において短い
符号長が与えられている０に量子化される範囲Ｒ(i)を
拡大する。次にステップＳＴ４０３において、新たに設
定された量子化範囲を用いた場合、必要となる総ビット
数Ｔを計算し、ステップＳＴ４０４においてＴと符号化
に使用可能なビット数Ｌとを比較する。ここでもし、Ｔ
がＬりも大きいのであれば、さらに総ビット数を削減す
るためにステップＳＴ４０５に進み、ＴがＬりも大きく
ないのならば、総ビット数削減のための処理を終了す
る。ステップＳＴ４０５では現在の符号化ユニット番号
ｉが１であるかどうかをチェックし、現在の符号化ユニ
ット番号ｉが１であれば、ステップＳＴ４０１に戻って
再びｉ＝Ｎからの処理を繰り返し、現在の符号化ユニッ
ト番号ｉが１でないならば、ステップＳＴ４０６で処理
する符号化ユニット番号ｉを一つ減らしてからステップ
ＳＴ４０２に進んで処理を続行する。

【００６７】なお、この例においても、一旦、正規化し
たスペクトル信号成分を量子化する場合について述べた
が、本発明の方法は、定められた個数の値への量子化に
際し、符号長の比較的短い量子化値に対して最小の量子
化雑音を与える量子化方法よりも高い頻度で量子化がな
されるようにするものであり、必ずしも正規化を行って
から量子化を行う必要はない。ただし、正規化を行って
から量子化を行うことによって、より効率の良い符号化
を行うことが可能である。

【００６８】以上、帯域分割手段として一旦、帯域分割
フィルタにかけた信号をＭＤＣＴによりスペクトル変換
したもの、帯域合成手段として逆ＭＤＣＴ（ＩＭＤＣ
Ｔ）により逆スペクトル変換し更に帯域合成フィルタに
かけたものを用いた構成例について説明を行ったが、も
ちろん、帯域分割フィルタ、帯域合成フィルタを用いず
に、直接ＭＤＣＴ変換、ＩＭＤＣＴ変換を行うようにし
ても良い。また、スペクトル変換の種類としては、ＭＤ
ＣＴに限らず、ＤＦＴ、ＤＣＴ等を用いてももちろん良
い。また、必ずしもスペクトル変換を用いなくてもよ
く、帯域分割フィルタ、帯域合成フィルタのみによって
帯域分割、帯域合成を行うようにしても良い。また、音
響波形信号に適用した場合について説明を行ったが、本
発明の方法は他の種類の信号に対しても適用することが
でき、例えば画像信号にも適用することが可能である。
しかし、オーディオ信号に対してＭＤＣＴ等のスペクト
ル変換を行い多数のスペクトル信号成分に変換した信号
に対して本発明の方法を適用すると、特定の周波数に重
要な信号が集中し、可変長符号が特に符号化効率を高め
るため、特に有効である。

【００６９】なお、本発明の方法は、符号化された情報
を記録媒体に記録する場合だけではなく、情報を伝送す
る場合にも適用可能であることは言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、入力信号を分割した各帯域毎の信号成分を
量子化した後、可変長符号で符号化する信号符号化方法
において、各帯域内での総量子化誤差エネルギが小さく
なるように各帯域毎の量子化を行うときよりも、短い符
号長の量子化値に量子化する頻度が多くなるように、各
帯域の各信号成分に短い符号長を与えるための範囲を大
きく設定することにより、圧縮率を高めた場合の音質劣
化を比較的軽微に留めることが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号符号化方法が適用される符号化装
置の一構成例を示すブロック回路図である。

【図２】本発明に関わる符号化装置の変換回路の構成例
を示すブロック回路図である。

【図３】本発明に関わる符号化装置の信号成分符号化回
路の構成例を示すブロック回路図である。

【図４】本発明の信号符号化方法に対応する復号化を行
う復号化装置の一構成例を示すブロック回路図である。

【図５】本発明に関わる復号化装置の逆変換回路の構成
例を示すブロック回路図である。

【図６】符号化ユニットを説明するための図である。

【図７】符号化方法の一例を説明するための表を示す図
である。

【図８】量子化精度を設定する際の一設定例について説
明するための図である。

【図９】量子化精度を設定する際にさらに圧縮率を上げ
た場合のビット割り当てについての説明に用いる図であ
る。

【図１０】正規化係数を変化させることによる使用ビッ
ト数の調整についての説明に用いる図である。

【図１１】正規化係数を変化させたことによる使用ビッ
ト数の変化についての説明に用いる図である。

【図１２】正規化係数を変化させて使用ビット数を調整
する処理の流れを説明するための流れ図である。

【図１３】使用ビット数が使用可能なビット数を超過し
ている場合に実際に使用できるビット数の上限に合わせ
て調整を行う場合の処理の流れを説明するための流れ図
である。

【図１４】本発明により得られた符号を記録する方法の
一例を説明するための図である。

【図１５】本発明の信号符号化方法に対応する復号化の
処理例を説明するための流れ図である。

【図１６】正規化係数を変更しても符号化および復号化
した場合に取り得るスペクトル信号成分の候補が変化し
ないようにする方法の説明に用いる図である。

【図１７】正規化係数を変更しても符号化および復号化
した場合に取り得るスペクトル信号成分の候補が変化し
ないようにする方法を行う処理の流れを説明するための
流れ図である。

【符号の説明】

１０１変換回路１０２信号成分符号化回路１０３符号列生成回路２０１帯域分割フィルタ２１１，２１２順スペクトル変換回路３０１正規化回路３０２量子化精度決定回路３０３量子化回路４０１符号列分解回路４０２信号成分復号化回路４０３逆変換回路５１１，５１２逆スペクトル変換回路５１３帯域合成フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号を複数の帯域に分割し、それぞ
れの帯域毎に各信号成分を量子化して量子化値を生成
し、上記各帯域毎の量子化値を可変長符号で符号化する
信号符号化方法において、上記各帯域内での総量子化誤差エネルギが小さくなるよ
うに各帯域毎の量子化を行うときよりも、上記各帯域の
各信号成分を短い符号長の量子化値に量子化する頻度が
多くなるように、上記各帯域の各信号成分に上記短い符
号長を与えるための範囲を大きく設定することを特徴と
する信号符号化方法。
【請求項２】上記各帯域内での総量子化誤差エネルギ
が最小になるように各帯域毎の量子化を行ったときの総
ビット数を計算し、上記計算により求めた総ビット数と使用可能な総ビット
数とを比較し、上記計算により求めた総ビット数が使用可能な総ビット
数を越えるときにのみ、上記総量子化誤差エネルギが小
さくなるように各帯域毎の量子化を行うときよりも上記
各帯域の各信号成分に上記短い符号長を与えるための範
囲を大きく設定することを特徴とする請求項１記載の信
号符号化方法。
【請求項３】入力信号を分割した各帯域の各信号成分
を正規化して正規化値を生成し、当該各帯域毎の正規化値を上記量子化することを特徴と
する請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項４】上記各帯域内での総量子化誤差エネルギ
が小さくなるように量子化を行うときよりも、上記各帯
域の各信号成分に上記短い符号長を与えるための範囲を
大きく設定する帯域は、高域側から選択することを特徴
とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項５】上記信号成分は、時間軸の入力信号を周
波数軸の信号に変換して得たスペクトル信号成分である
ことを特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
【請求項６】上記入力信号は、音響信号であることを
特徴とする請求項１記載の信号符号化方法。