JPS59214346A - サブバンド符号化方法とその符号化復号器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声信号を複数個の帯域９こ分割し効率よく符
号化する音声符号化方法の改良に関する。

音声信号を効率良く量子化する方法として適応量子化方
法がある。これは簡単にいうと、量子化器の前に平均振
幅を一定（こするためのＡＧＯ（自動利得調整回路）を
置き、量子化結果を復号した後（ここのＡＧＣと逆の利
得を乗じるものと考えられる。このようにするとレベル
変動の大きい信号が入力されても量子化器の入力ではい
つもほぼ一定のレベルになるため少ないビット数でも量
子化による歪を少なくすることができる。なお、適応量
子化方法の別の実現法として量子化器の量子化間隔（ス
テップサイズ）全逐次動かしても上のようＯこＡＧＯを
用いた場合と等価な効果が得られる。

さて、上では一つの信号を量子化する場合について述べ
たが、サブバンド符号化方法のように信号を複数個の帯
域ｌこ分割しそれぞれの帯域で量子化することが多い。

このよう７．１′場合、複数の帯域の間にレベル差があ
るならばそのレベル差に応じて量子化ビット数を割り当
てることζこより歪の少ない量子化が実現できる。この
符号化方法は太田氏の論文（“サブバンド符号器構成法
の検討“、電子通信学会通信方式研究会資料、Ｏ８’　
７９−２２゜１９７９）に詳述されているので詳細な説
明は省くが、結論として、符号化するときに各サブバン
ドに何ビット遺子化したかという情報を復号側（こ伝送
する必要がある。なお、このように信号番こ応じてビッ
ト割当を変える方法を適応ビット割当と呼ぶ。上の論文
によると、適応ビット割尚モした方が伝送品質は向上す
るか、そのかわりハードウェアが複雑化する。従って、
適応ビット割当は必すしも得策では無いとされている。

従来の適応ビット割当を用いたサブバンド符号化の方法
ζこついて図を用いて詳細に説明する。

第１図は従来のサブバンド符号器の実施例であり、２帯
域に分割した場合のブロック図である。

第１図の左半分は符号器で右半分は復号器である。

符号器においては８　Ｋ　Ｈｚで標本化された音声信号
が端子１から入力されフィルタＪＯで低域のみが取り出
され標本化周波数４　ＫＨｚで出力される。咳た、フィ
ルタＪ５では高域のみが取り出さ！１．１本化周波数４
ＫＨｚで出力される。ビット割半回路４４は二つの信号
の′電力を計算し量子化器２０と量子化器３０のそれぞ
れ、の量子化ステップサイズと量子化ビット数を決定す
る。ここで両信号に割当るビット数の第１」は一定とす
る。このａき量子化ステップサイズさ量子化ビット数を
決定するアルゴリズムは前述の論文（こ従って求めるこ
とかできる。マルチブレの出力とを入力し並べなおして
出力する。その出力は端子２から伝送され端子３全通し
て復号器（こ入る。デマルチプレクサ５０は受信した信
号を入力してビット割当に関する情報（こ基き第１の逆
量子化器６０　　と第２の逆量子化器７０　　とｆ・こ
分配する。

こイ１ら）］Ｉ！量子化器６０．７０は符号器の量子化
器２０．３０と逆の動作をする。つまり、量子化された
信号からもさの信号を再生する。逆量子化器６０の出力
は周波数変換フィルタ８０に入力される。周波数変換フ
ィルタ８０は逆量子化器６０の出力である４ＫＨｚ標本
化された信号を補間しながら１３　Ｋ、ｌ−１ｚ標本化
し低域成分として出力するものである。また、周波ｇＩ
ｌ俊］ψフィルタ９０は逆量子化器７０の出力を入力し
補間しながら高域に周波数シフトシ８　ＫＨｚ　％％木
化された高域成分として出力する。双」算器５１はこれ
ら二つの周波数変換フィルタ８０．９０の出力を加算し
て再生音声信号として端子４から出力する。本実施例を
用いると二つの帯域に等しいす；量子化ビット数を′謳
１１尚るよりも量子化歪が減る。つ才り、低域側の信号
の方が高域側の信号よりも電力が太きいとすると低域へ
のシー１当てビット数が多くなり低域側の８Ｎ比（信号
対量子化歪の比）が高くなる。一方、高域への割当てビ
ット数は減り低域側のＳＮ比は低下するがもともと信号
が小さいとすれは品質の劣化６ま少ない。以上の説明は
多分に１匡観的であるが、理論的には前述の太田氏の論
文等に説明さ狽ている。

以上述べ１こように、適応ビット割当を用いることＯこ
より量子化歪みの影響をｔＪ−さくできるが、ビット割
当に関する情報を伝送しなけれはならないこと、また装
置が複々１［になるという問題点がある。

さらにはビット割当回路４４においては信号の平均的な
レベルを求める必要があるため量子化器２０．３０にお
いてはピッｌ−＆１当回路４４とのタイミンクをあイつ
せる１こめ遅延を施さねばならない。以上のことは帯域
数が２以上ζこ増えても事情はまったく同じである１ 以上のことから複数の帯域の信号の大きさに応じて適応
ビット割当をイ１うサブバンド符号化方法は装置が複雑
化し、さらにビット割当に関する情報を伝送しなければ
ならす遅延も発生するという問題点があった。

不発明の目的は、装置がｉ４ｊ単で遅延の少ないサブバ
ンド符号化法の提供にある。

本発明によれは、音声信号を入力し複数個のサブ帯域に
分割する手段と、前記各サブ帯域の信号を入力し遂次ス
テップサイズを更新しながら量子化する適応量子化を含
む符号化手段と、前記各適応量子化におけるステップサ
イズの情報をもとに各帯域の量子化ビット数を決定する
ビット割当手段と、前記ビット割当手段の出力Ｏこ従っ
て前記各符号化手段の出力を並べかえ出力する手段とを
有する符号化部と、前記符号化部からの信号を復号側ビ
ット割当情報にもとづき前記各サブ帯域に対応するよう
に配分し出力する手段と、前記配分する手段の出力を′
逐次ステップサイズを更新しながら復号する適応逆量子
化を含む復号手段と、前記適応逆量子化におけるステッ
プサイズにもとづき前記復号側ビット割当情報を出力す
る手段と、前記各復号手段の出力を組み合わせて出力１
−る手段とを有する復号部とを持つサブバンド符号化方
法が得られる。

本発明Ｏこよれはさらに、音声信号を入力し複数個のサ
ブ帯域Ｏこ分割するフィルタと、前記各ザブ帯域の信号
を入力し逐次ステップサイズを更新しながら量子化する
適応量子化を含む符号器と、前記各逆量子化におけるス
テップサイズの情報を入力し各サブ帯域の短時間信号レ
ベルとみなして各サブ帯域の量子化ビットの配分を決定
するビット割当手段と、前記ビット割当手段の出力に従
って前記各符号器の出力を並べかえ出力するマルチプレ
クサとを有するサブバンド符号化器が得られる。

本発明ζこよれはさらにまた、受信信号を入力しビット
割当情報にもとづき複数個のサブ帯域に分割し出力する
デマルチプレクサと、前記各サブ帯域に分割された信号
を入力し坏次ステップ→ｒイズを更新しながら復号する
適応逆量子化を含む復号手段と、前記各必応逆量子化に
おけるステップサイズを入力し各サブ帯域の短時間信号
レベルとみなして前記ビット割当情報を出力する復号ヒ
ツト割当手段と、前記各復号手段の出力を組み合わせて
再生音声信号を作る手段とを有するザブバンド復号器が
得られる。

仄に図を用いて本発明による実施例を詳細に説明下る。

第２図は本発明による第１の実施例である。また、第３
図は適応量子化２１．２２、・・・２Ｎの実施例、記４
図は適応逆量子化器６１．６２、・・・６Ｎの実施例で
ある。

端子１から入力した８ＫＩ−ｉｚでサンプリングされた
信号はフィルター１．１２、・・・ＩＮにより、Ｎ個の
ザブ帯域に分割され帯域幅に応じて再サンプルされる。

帯域の分割の方法ζこついては前述の太田氏の論文を参
照して決めることかでさる。ここではＮ＝４としてｉす
間隔とし、各帯域４２ＫＨｚサンプリングする。帯域分
割された信号は適応量子化器２１．２２、・・・２Ｎに
入力される。そのうちの一つであるｆ−信号１００は適
応量子化器２１において量子化される。信号１００は第
３図の利得調整担１路２１０によりステップサイズ△−
の逆数１／△ｊが乗ぜら石る。Ｊはザンブリング時間を
表わす。△ｊは後述のアルゴリズムで動作し利得調整回
路２１０はＡＧＯとして働く。利得調整回路２１０の出
力は量子化回路２１１に加えられ量子化され量子化レベ
ルの番号ｌとして符号化され信号１０３となって出力さ
れる。また信号１０３は適応回路２１２に入力される。

量子化回路２１１での量子化ビット数は６ビツトとする
。適応回路２１２は６ビツトのうち上位２ビツトのみを
入力し次式に従ってステップサイズを更新する。

△ｊ＋１−（△ｊ）β・Ｍ　（ｌ　）　−（１）ここで
、βは１より小さな正の値、へ１．（１）はｌで定まる
１前後の値である。これはＤ　、　Ｊ　Ｇｏｏｄｍａｎ
等ζこ提案され１こアルゴリズムで論文（“ＩＡ　ｒｏ
ｂｕｓｔａｄａｐｔｉｖｅ　ｑｕａｎｔｉｚｅｒ”、Ｉ
　ＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕ
ｎｉｃａｔｉｏｎｓ、　Ｖｏｌ、００Ｍ　２３、ｐｐ、
　１３６２−１３６５．１９７５）に詳述されている。

簡単に述べると、気、子化の結果が内側（０に近い方）
のレベルｔこなったときはＭ　（Ａ）を１より小さくし
、量子化の結果が外側のレベル（こなっ１こときはＭ　
（１）を１より大きくする。そのようにすると△ｊ＋□
は、大きな信号が入力した場合は大きい方へ、小さな信
号が入力された場合は小さな方へ変化する。また、βは
過去の状態を忘れさせるために導入された定数であり、
伝送時のビット誤りの影響を除々に小さくすることがで
きる。従って、利得調整回路２１０はＡＧＯとして働く
ことができる。適応量子化器２１の出力信号１０１は適
応ビット割当回路４５に入力される。また信号１０３は
マルチプレクサ４１に入力される。他の帯域の信号もそ
れぞれ適応Ｓ：子化器２２・・・２Ｎに入力され上述の
動作と同じ動作が行われる。適応ビット割当回路４５は
各適応量子化回路２１．２２、・・・２Ｎから出力され
るステップサイズ１−信号の平均レベルを表現するとみ
なしてそれらを比べて各帯域ζこ何ビット割当るかを決
定する。但し、割当ビットの最大は６ビツト、最小は２
ビツトとする。各帯域はすべて２ＫＨｚ　　サンプリン
グ（５００μＳｅＣ周期）されて５つ、３２　ｋ　ｂ　
ｐ　ｓの伝送レートを実現するには５００μ式あ１こり
１６ビツト使える。従って、全チャンネルで１６ビツト
である。割当ビット数の最小を２としたのはステップサ
イズの更新を常に可能にするためである。ビット割当情
報はマルチプレクサ４１に入力する。マルチプレクサ４
１は適応量子化器２１．２２、・・・２Ｎの出力信号を
並べなおして出力する。

その様子を第５図に示す。ａｌ、ｂｉ、Ｃ１、ｄｉ　　
はそれぞれ各サブ帯域の量子化結果であり、１の小さい
方が上位ビットである。ここではステップサイズの更新
に用いられるビットｆ始めの方に４チャンネル分並べて
おき、各チャンネルの下位ビットはビット割当情報にも
とづいて第５図のように並べられる。このようにすると
復号時に装置が少し簡単になる。もちろん、一つの帯域
の伝送すべきビットを−まとめにしてもよい。このよう
にしてマルチプレクサ４１で並べかえられた信号は端子
２から出力さ、れる。復号器では受信信号を端子３から
入力しデマルチプレクサ５１に入力する。デマルチプレ
クサ５１はビット割当回路５５からのビット割当情報に
従って受信信号を各帯域に分配する。ビット割当回路５
５は各適応量子化器６１．６２、・・・６Ｎからステッ
プサイズを入力し符号器のビット割当回路４５と同じ動
作を行う。後述するように各ステップサイズは符号器側
のそれと一致するため各帯域には受信信号が正しく分配
される。デマルチプレクサ５１の出力は各適応逆量子化
器６１．６２、・・・６Ｎに入力される。適応逆量子化
器６１においては信号２００は逆量子化回路６１０と適
応回路６１２とに加えられる。その時、適応回路６１２
には上位２ビツトのみが入力される。逆量子化回路６１
０の出力は利得調整回路６１１に入力され、ここでステ
ップサイズ△、が乗ぜられる。ス伝送路誤りが無いとす
れは適応回路２１２で求まったステップサイズ△・と△
、は一致する。もし士分な細かさで量子化が行われたと
すると、利得調整回路６１１の出力２０３は信号１００
に十分近い値となる。適応逆量子化回路６２、・・・　
６Ｎ）こおいても適応逆量子化回路６１と同様な処理が
行われる。

適応逆量子化器６１．６２、・・・６Ｎ　の出力は周波
数変換フィルタ８１．８２、・−・８Ｎに入力されもと
の周波数帯に周波数シフトされる。各周波数変換フィル
タ８１．８２、・・・８Ｎ　の出力は加算器５２により
加え合わされて再生信号となって端子４から出力される
。

以上述べたように本実施例を用いると、ビット割当情報
を伝送する必要が無く、かつビット割当のための信号レ
ベルの測定が不要であり装置が簡単になりさらに信号の
達延も生じないサブバンド符号化法が得られる。

第６図と第７図は本発明による第２の実施例を説明する
ための図であり、符号器の一部と復号器の一部を示す図
である。

本実施例では、第１の実施例の適応量子化器２１と）■
応逆量子化器６１のかわりに第６図と第７図の例を用い
ることになる。第６図と第７図を中心に説明する。イｎ
号１００と予測器８０２の出力である予測値との差を減
算器８０１で求め適応力文子化器８００に加える。適応
量子化器は第１の実施例の適応量子化器２１とまったく
同じものでよい、刺応放子化Ｈ’ｋ　８００は信号ＩＧ
３を出力するとともに上位２ビツトのみを局部逆量子化
器８０３に入力す６．こわは第１の実施例の適応逆量子
化器６１と同じものでよいが入力ζこは２ビツトしか加
えられていない。局部逆量子化器８０３の出力と予測器
８０２の出力との和を加算器８０４で求め予測器８０２
の入力とする。予測器８０２は通常の予測器を用いれは
よい。

復号器側では信号２００のうちの上位２．ビットのみを
入力する適応逆量子化器８１１の出方と予測器８１３の
出力を加算器８１２で加える。また信号２０ｏの全ビッ
トを適応逆量子化器８１０に入力する。これら適応逆量
子化器は第２の実施例の適応逆量子化器６２と同じもの
でよい。加算器８１４は適応量子化器８１０の出力と予
測器８１３の出力を加えて再生信号２０３として出力す
る。なお本実施例と異り、加算器８１２の出力と下位ビ
ットのみの逆量子化で得られる結果の和を求めても同じ
再生信号が得られる。

なお第２の実施例においては各帯域ともＡＤＰＯＭを行
うようにしたが、一部帯域のみそＡＤＰＯＭとして他の
帯域を第１の実施例のようにしてもよい。

混在可能である。また、ＡＤＰＯＭ以外の予測符号化を
使ってもよい。

以上述べたノうに、本発明による第２の実施例を用いる
と、ＡＤＰＯＭ％用いた装置の簡単なサブバンド符号化
法が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示す図、第２図は本発明による
第１の実施例を示す図、第３図と第４図は本発明（こよ
る第１の実施例の適応量子化器と適応逆量子化器を示す
図、第５図はマルチプレクサ４１の出力の一例を示す図
、第６図と第７図は本発明による第２の実施例を説明す
るための図であり符号器の一部と復号器の一部を示す図
である。 累２図、第３図、第４図、第６図および第７図において
１．２．３．４は端子、１１．１２、ＩＮはフィルタ、
２１．２２．２Ｎは適応量子化器、４１はマルチプレク
サ、４５はビット割当回路、５１はデマルチプレクサ、
５２は加算器、５５はビットＭ当回路、６１．６２．６
Ｎは適応逆を子化器、８１．８２．８Ｎは周波数変換フ
ィルタ、１００．１０１．１０３゜２００．２０１．２
０３、姿＋仁箆脹ユは信号、２１０は利得調整回路、２
１１は重子化（ロ）路、２１２は適応回路、６１０は逆
量子化回路、６１１は利得調整回路、６１２は適応回路
、８００は適応量子化器、８０１は減算器、８０２は予
測器、８０３は適応逆量子化器、８０４は加算器、８１
０．８１１は適応逆量子化器、８１２は加算器、８１３
は予測器、８１４は加算器である。 −１ オ　３　閃 す　グ　刀 ７　Ｓ　胆 ７６　図 オ　７　図 ｇ／′３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音声信号を入力し複数個のサブ帯域に分割する手段
   と、前記各サブ帯域の信号を入力し逐次ステップサイズ
   を更新しながら量子化１〜る適応量子化を含む符号化手
   段と、前記各適応量子化におけるステップサイズの情報
   をもとて各帯域の量子化ビット数を決定するビット割当
   手段と、前記ビット割当手段の出力に従って前記各符号
   化手段の出力を並べかえ出力する手段とを有する符号化
   部と、前記符号化部からの信号を復号側ビット割当情報
   にもとづき前記各サブ帯域に対応するように配分し出力
   する手段と、前記配分する手段の出力を逐次ステップサ
   イズを更新しなから復号する適応逆量子化を含む復号手
   段と、前記適応逆量子化におけるステップサイズにもと
   づき前記復号側ビット割当情報を出力する手段と、前記
   各復号手段の出力を組み合わせて出力する手段とを有す
   る復号部とを持つサブバンド符号化方法う ２、音声信号を入力し複数個のサブ帯域番こ分割するフ
   ィルタと、前記各サブ帯域の信号を入力し逐次ステップ
   サイズを更新しながら量子化する適応量子化を含む符号
   器と、前記各逆量子化ζこおけるステップサイズの情報
   を入力し各サブ帯域の短時間信号レベルとみなして各サ
   ブ帯域の量子化ビットの配分を決定するビット割当手段
   と、前記ビット割当手段の出力に従って前記各符号器の
   出力を並べかえ出力するマルチプレクサとを有するサブ
   バンド符号化器。 ３、受信信号を入力しビット割当情報にもとづき複数個
   のサブ帯域に分割し出力するデマルチプレクサと、前記
   各サブ帯域をこ分割された信号を入力し逐次ステップサ
   イズを更新しながら復号する適応逆量子化を含む復号手
   段と、前記各適応逆量子化におけるステップサイズを入
   力し各サブ帯域の短時間信号レベルとみなして前記ビッ
   ト割当情報を出力する復号ビット割当手段と、前記各復
   号手段の出力を組み合わせて再生音声信号を作る手段と
   を有するサブバンド復号器。