JPH02287400A - Vector quantization system for predicted residual signal - Google Patents

Vector quantization system for predicted residual signal

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JPH02287400A
JPH02287400A JP1107528A JP10752889A JPH02287400A JP H02287400 A JPH02287400 A JP H02287400A JP 1107528 A JP1107528 A JP 1107528A JP 10752889 A JP10752889 A JP 10752889A JP H02287400 A JPH02287400 A JP H02287400A
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JP
Japan
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residual signal
code
signal
codebook
vector
Prior art date
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Pending
Application number
JP1107528A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimio Miseki
公生 三関
Masami Akamine
政巳 赤嶺
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02287400A publication Critical patent/JPH02287400A/en
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Abstract

PURPOSE:To decrease the computation quantity searching code vectors by selecting one code book from plural pieces of the code books and quantizing a predicted residual signal by using this code book as well as a synthetic filter and input signal. CONSTITUTION:The code book 700 is constituted of plural pieces of the code books corresponding one to one to plural pieces of the preset synthetic filters. One code book can be selected from plural pieces of the code books by the code book selection information outputted from a code book selecting section 9. The synthetic filters 8 are independently inputted with all of N-pieces of the vectors outputted from the selected code book and form N-pieces of the synthetic vectors associated to the code book by a code number. The residual signal code selecting section 6 selects the code relating to the min. distortion among N-pieces of distortions as a residual signal code. The vector quantization of the predicted residual signal is thus completed. The computation quantity is decreased in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、音声9画像等のディジタル信号系列の情報圧
縮・伝送に用いられるベクトル量子化に関するもので、
特に予測残差信号により合成フィルタを駆動し再生信号
を得る符号化方式の予測残差信号のベクトル量子化方式
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to vector quantization used for information compression and transmission of digital signal sequences such as audio and images.
In particular, the present invention relates to a vector quantization method for a prediction residual signal, which is an encoding method in which a synthesis filter is driven by the prediction residual signal to obtain a reproduced signal.

(従来の技術) ベクトル量子化はディジタル信号の情報圧縮を行い符号
化する手段として現在最も注目されている技術の一つで
ある。これは符号化の対象となる複数個の離散化された
信号サンプル値X 。
(Prior Art) Vector quantization is one of the technologies currently attracting the most attention as a means of compressing and encoding information on digital signals. This is a plurality of discretized signal sample values X to be encoded.

X 2 、0.’、  Xnを1つのベクトルとX””
 (X 1 。
X 2 , 0. ', Xn as one vector and X""
(X 1.

X 2 、・・・、Xn)みなし、予め作成しておいた
符号帳(コードブック)内のベクトル””yit’y1
2”・−1yln)  (f−1,−、k)  (kに
tニア −ドブツク内のベクトルの個数)とマツチング
をとったときの最も歪みの少ないコードブック内のベク
トルのコード番号iで複数個の離散化された信号サンプ
ル値X、、X2.・・・、xnを表すものである。
X 2 , ..., Xn) vector ""yit'y1 in the codebook created in advance
2"・-1yln) (f-1,-,k) (where k is t near - the number of vectors in Dobuk) represents the discretized signal sample values X, , X2..., xn.

このベクトル量子化を音声信号や画像信号の符号化に効
率的に応用する一手法として、入カ信号を予測して得ら
れる予測残差信号をベクトル量子化し、量子化された信
号を用いて合成フィルタを駆動し、 再生信号を得る符号化方式が知られている。
One method to efficiently apply this vector quantization to the encoding of audio and image signals is to vector quantize the prediction residual signal obtained by predicting the input signal, and synthesize it using the quantized signal. An encoding method is known that drives a filter and obtains a reproduced signal.

第6図は上記の符号化方式の1例を表す原理図であり、
音声符号化の分野では CE L P (Code Excided Line
ar PredIctlon)又はV X C(Vec
tor Exclted Codlng)方式として知
られている方式である。CELP方式の詳細な点につい
てはM、R,5chroeder氏とB、S、Ata1
氏の”C0DE−EXCITED LINEARPRE
DICTION(CELP) :Hl(iH−GυAL
ITY 5PEECHAT VERY LOW BIT
 RATES”、 1nProc、 IcAs5P 8
5. pp、937−939.1984(文献1)を参
照されたい。
FIG. 6 is a principle diagram showing an example of the above encoding method,
In the field of audio coding, CELP (Code Excided Line
ar PredIctlon) or V X C (Vec
This is a method known as a tor exclusive code method. For details on the CELP method, please refer to M, R, 5 chroeder and B, S, Ata1.
Mr.'s "C0DE-EXCITED LINEARPRE"
DICTION (CELP) :Hl(iH-GυAL
ITY 5PEECHAT VERY LOW BIT
RATES”, 1nProc, IcAs5P 8
5. pp. 937-939.1984 (Reference 1).

この方式は、予測残差信号の量子化値のコード(残差信
号コード)の選択を、再生信号レベルのマツチングによ
り行うことに特徴がある。すなわち、コードブック内の
ベクトルを残差信号の候補として、実際に復号化部で用
いる合成フィルタに入力し再生信号を作り、入力信号と
再生信号とのマツチングをとって最も歪みの少ない再生
信号を再生するコードブック内のベクトルのコードを残
差信号コードとするものである。従って、与えられたコ
ードブックに対して入力信号と再生信号との歪みが最も
少ない残差信号のベクトル量子化を行えるという利点が
ある。
This method is characterized in that the code for the quantized value of the predicted residual signal (residual signal code) is selected by matching the reproduced signal level. In other words, the vectors in the codebook are used as residual signal candidates and are input to the synthesis filter actually used in the decoding section to create a reproduced signal, and the input signal and the reproduced signal are matched to obtain the reproduced signal with the least distortion. The code of the vector in the codebook to be reproduced is used as the residual signal code. Therefore, there is an advantage that vector quantization of the residual signal can be performed with the least distortion between the input signal and the reproduced signal for a given codebook.

第6図から明らかなように、CELP方式はどのような
入力信号に対しても固定のコードブックを使用して残差
信号のベクトル量子化を行う構成となっている。
As is clear from FIG. 6, the CELP method is configured to perform vector quantization of the residual signal using a fixed codebook for any input signal.

もし、予測パラメータ抽出部が無限の精度と無限側のパ
ラメータで完全に入力信号のパワースペクトル情報を抽
出する場合は、入力信号を予DI して得られる予測残
差信号が完全な白色雑音信号となるので固定の少数のベ
クトルで構成される白色雑音コードブックで十分子測残
信号を表現できる。
If the prediction parameter extraction unit completely extracts the power spectrum information of the input signal with infinite accuracy and parameters on the infinite side, the prediction residual signal obtained by pre-DIing the input signal will be a perfect white noise signal. Therefore, a white noise codebook consisting of a small number of fixed vectors can sufficiently express the residual signal.

しかし、実際の符号化装置においては、入力信号は非定
常性が強く予測パラメータ抽出部でどれだけ効率的にパ
ワースペクトル情報が抽出されるかは、入力信号のパワ
ースペクトルの形状に太きく依存し、多くの場合、予測
残差信号は完全に白色雑音信号とはならず、入力信号ス
ペクトルに依存する有色信号となる。
However, in actual encoding devices, the input signal is highly non-stationary, and how efficiently the power spectrum information is extracted by the prediction parameter extractor depends heavily on the shape of the power spectrum of the input signal. , in many cases, the prediction residual signal is not a completely white noise signal, but a colored signal that depends on the input signal spectrum.

従って、入力信号のパワースペクトルの形状に依って白
色性の異なる残差信号を少ない歪みでベクトル量子化す
るためには、固定のコードブックを用いる場合、前記コ
ードブック内の全ベクトル数(コード数)Mを非常に大
きくして様々な種類の残差信号に対応できるようにしな
くてはならない。その結果、ベクトル量子化を行う際に
M種類のベクトルについて歪み計算と歪みの比較を行わ
なければ最適なベクトルとそのコードを決定できないの
で、ベクトル量子化に要する演算量は実質的にコードブ
ック内のベクトルの個数Mの増加に比例して増大し、M
が非常に大きい場合(例えば1000以上)には、非実
用的なものになってしまう。
Therefore, in order to vector quantize residual signals whose whiteness differs depending on the shape of the power spectrum of the input signal with little distortion, when using a fixed codebook, the total number of vectors (number of codes) in the codebook must be ) M must be made very large to accommodate various types of residual signals. As a result, when performing vector quantization, the optimal vector and its code cannot be determined unless distortion calculation and distortion comparison are performed for M types of vectors, so the amount of calculation required for vector quantization is essentially within the codebook. increases in proportion to the increase in the number of vectors M, and M
If it is very large (for example, 1000 or more), it becomes impractical.

また、固定のコードブックでベクトルMを小さくすれば
、残差信号の伝送レート一定という条件ではベクトルの
要素数(次元数)も小さくなり、残差信号のベクトル量
子化に要する演算量は実現可能な程度に小さくすること
ができるが、ベクトル量子化自体の圧縮効率は次元数と
ともに低下することが知られており、再生信号中の量子
化誤差が増加するため結果的に、低ビツトレートで再生
信号の品質が劣化するという問題点がある。
In addition, if the vector M is made smaller using a fixed codebook, the number of elements (number of dimensions) of the vector becomes smaller under the condition that the transmission rate of the residual signal is constant, and the amount of calculation required for vector quantization of the residual signal can be realized. However, it is known that the compression efficiency of vector quantization itself decreases with the number of dimensions, and the quantization error in the reproduced signal increases, resulting in a reduction in the reproduction signal at a low bit rate. There is a problem that the quality of the product deteriorates.

(発明が解決しようとする課項) 上述したように、従来の予測残差信号ベクトル量子化法
は、与えられたコードブックに対して入力信号と再生信
号との歪みを最小化する残差信号のベクトル量子化を行
う構成となっているが、用いるコードブックがどのよう
な入力信号に対しても固定であるため、入力信号のスペ
クトルの形状によって白色性の異なる残差信号を効率的
に表現することができず、低ビツトレートにおいて十分
な品質の予測残差信号ベクトル量子化を実現できないと
いう問題点がある。
(Problem to be Solved by the Invention) As described above, the conventional predictive residual signal vector quantization method generates a residual signal that minimizes the distortion between the input signal and the reproduced signal for a given codebook. However, since the codebook used is fixed for any input signal, it is possible to efficiently express residual signals with different whiteness depending on the shape of the spectrum of the input signal. Therefore, there is a problem that prediction residual signal vector quantization of sufficient quality cannot be realized at low bit rates.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、低ビツトレートの符号化装置に適用した場
合も高能率で高品質の予測残差信号のベクトル量子化を
実現できる予測残差信号ベクトル量子化方式を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to realize vector quantization of a prediction residual signal with high efficiency and high quality even when applied to a low bit rate encoding device. The purpose is to provide a difference signal vector quantization method.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の予測残差信号ベク
トル量子化方式は、 所定個数の異なる複数個のコードブックを予め備えて、 入力信号の予測分析より得られる合成フィルタの周波数
特性を基に、前記複数個のコードブックの中から少なく
とも1つのコードブックを選択し、選択されたコードブ
ックと前記合成フィルタと入力信号とを用いて予“測残
差信号の量子化を行うことを特徴とするものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the predictive residual signal vector quantization method of the present invention is provided with a predetermined number of different codebooks in advance, and input Select at least one codebook from the plurality of codebooks based on the frequency characteristics of the synthesis filter obtained from predictive analysis of the signal, and use the selected codebook, the synthesis filter, and the input signal. This method is characterized by quantizing the prediction residual signal.

(作 用) 本発明の予測残差信号ベクトル量子化法では、入力信号
をブロックごとに線形予測分析(LPC分析)して得ら
れる合成フィルタのスペクトルの形状を表す予測パラメ
ータを用いて、予め設定されているM  (M  ≧2
)個の合成フィルタのCC スペクトルパターンに前記分析して得られた合成フィル
タを分類し、予め設定されるM 個のコードブツクの中
から前記分類情報を基に1つのコードブックを選択して
、選択されたコードブックを用いて従来の公知なりXC
方式と同じ方法でコードブック内のベクトルを前記合成
フィルタで合成して、合成ベクトルを作り、入力信号か
ら過去の量子化された残差信号の影響を除いた信号と、
前記合成ベクトルとの間で歪みが最小となるベクトルの
コードを探索することにより、残差信号ベクトル量子化
を行う。
(Function) In the prediction residual signal vector quantization method of the present invention, prediction parameters representing the shape of the spectrum of the synthesis filter obtained by linear predictive analysis (LPC analysis) of the input signal for each block are used to set the prediction parameters in advance. M (M ≧2
) of the CC spectrum patterns of the synthesis filters, and select one codebook from M codebooks set in advance based on the classification information, Conventional known XC using the selected codebook
The vectors in the codebook are synthesized using the synthesis filter in the same manner as in the method, to create a synthesized vector, and a signal obtained by removing the influence of the past quantized residual signal from the input signal,
Residual signal vector quantization is performed by searching for a code of a vector that has the minimum distortion with respect to the composite vector.

前記M 個のコードブックはオフラインで前記M 個の
スペクトルパターンに基づいて分類・重み付けされたM
 個のトレーニング系列からそれぞれ独立にLBGアル
ゴリズムを用いて作成される。
The M codebooks are classified and weighted offline based on the M spectral patterns.
The training sequences are created independently using the LBG algorithm.

LBGアルゴリズムについては、 Y、LINDE、 A、8070氏、 R,M、GRA
Yによる’An Al−gorithm f’or V
ector Quantlzer Design、  
(IEEETrans、 C0N−28,PP、84−
95. Jan、1980)に記載されている。
For the LBG algorithm, Y, LINDE, A, 8070, R, M, GRA.
'An Al-gorithm f'or V by Y
ector Quantlzer Design,
(IEEE Trans, C0N-28, PP, 84-
95. Jan, 1980).

上記M 個のトレーニング系列の作成方法を次に示す。A method for creating the above M training sequences will be described below.

まず、符号化される入力信号と統計的性質が類似した十
分長い信号系列(原トレーニング系列)から、ブロック
毎の予測分析により残差信号を求める。次にこの残差信
号を所定のベクトルの次元数で区切ることによりベクト
ル化する。
First, a residual signal is obtained by block-by-block predictive analysis from a sufficiently long signal sequence (original training sequence) whose statistical properties are similar to the input signal to be encoded. Next, this residual signal is divided into vectors by a predetermined number of vector dimensions.

次に、前記予測分析で得られた現ブロックの原トレーニ
ング系列のスペクトル形状(H) をM0個のスペクト
ルパターンH、H、・・・、HMeの1つの分類し、そ
の分類情報1(i−1,・・・M )でブロック毎の前
記予測残差信号をMe個の残差信号系列T1 (i−1
,2,・・・2M0)に分類する。このとき得られたM
 個の残差信号系列T1がM0個のトレーニング系列と
なる。
Next, the spectral shape (H) of the original training sequence of the current block obtained by the predictive analysis is classified into one of the M0 spectral patterns H, H, ..., HMe, and the classification information 1 (i- 1,...M), the prediction residual signal for each block is converted into Me residual signal sequences T1 (i-1
, 2, ... 2M0). M obtained at this time
The residual signal sequences T1 become M0 training sequences.

M 個のコードブックB、(i−1,2,・・・M )
は、M 個のトレーニング系列Ti  (i−CC 1,2,・・・、M  >を用いて、次のように作成さ
れる。
M codebooks B, (i-1, 2,...M)
is created as follows using M training sequences Ti (i-CC 1, 2, . . . , M >).

前記スペクトルパターンの分類情報iに基づいて、Tt
からBlを、T2がらはB2を、・・・TMcからはB
Meそれぞれ独立に作成する。このとき例えばTIから
はBIを作成するために用いられるLBGアルゴリズム
をLBGlとおくと、LBG、で計算される2乗誤差歪
みは、対応する分類情報lで決まる所定のスペクトルパ
ターンの重みHlをつけて計算される。また、LBGl
で計算される各クラスタ内のセントロイド(平均値)ベ
クトルも重みHlで重み付けされたレベルでクラスタ内
のトレーニングベクトルとの距離が最小となるように決
定される。
Based on the classification information i of the spectrum pattern, Tt
Bl from T2, B2 from T2, B from TMc
Create each Me independently. In this case, for example, if the LBG algorithm used to create BI from TI is LBGl, then the squared error distortion calculated by LBG is calculated by applying a weight Hl of a predetermined spectral pattern determined by the corresponding classification information l. is calculated. Also, LBGl
The centroid (average value) vector within each cluster calculated by is also determined so that the distance from the training vector within the cluster is minimized at the level weighted by the weight Hl.

作成されたM のコードブックB1は、それぞれ重みH
lを加えた全尺度で設計されるため、白色雑音コードブ
ックよりもスペクトラムの形状に適合した残差信号のコ
ードブックとなる。
The created M codebook B1 has a weight H
Since it is designed with a total scale in which l is added, the codebook of the residual signal is more suited to the shape of the spectrum than the white noise codebook.

従って、従来の固定のコードブックで良好な品質を得る
のに必要とされるベクトルの個数NFよりも少ない。
Therefore, it is less than the number of vectors NF required to obtain good quality with a conventional fixed codebook.

ベクトルの個数N  (N  ≦NF/Mo)をそS れぞれ有するM。個のコードブックで、従来と同程度か
それ以上の品質の予測残差信号ベクトル量子化を行うこ
とができる。
Each M has a number of vectors N (N≦NF/Mo). With this codebook, it is possible to perform predictive residual signal vector quantization with quality comparable to or better than conventional methods.

しかも、入力信号のブロック毎に求められる合成フィル
タのスペクトルパターンの分類という非常に複雑度の低
い処理によってM 個のコードブックを選択するだけで
、残差信号のベクトル量子化に要するベクトルの探索範
囲を従来のN /NP (≦1/Mo)にできるため、
高品質のまま、演算量の大幅な削減が可能となるという
効果を有する。
Moreover, by simply selecting M codebooks through a very low-complexity process of classifying the spectral pattern of the synthesis filter found for each block of the input signal, the vector search range required for vector quantization of the residual signal is can be reduced to the conventional N /NP (≦1/Mo),
This has the effect of making it possible to significantly reduce the amount of calculation while maintaining high quality.

(実施例) 以下、図面を用いて、本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図は、本発明の第1の実施例に係わる残差信号ベク
トル量子化法の原理を示す構成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the residual signal vector quantization method according to the first embodiment of the present invention.

同図において入力端子から入力される入力信号は予測パ
ラメータ抽出部1において予測パラメータが抽出される
。コードブック選択部9は前記予測パラメータ抽出部で
抽出された予測パラメータの情報より決定される合成フ
ィルタと、予め設定されている複数個の合成フィルタと
のマツチングにより前記合成フィルタを分類し、その分
類情報をもとにコードブック選択情報を出力する。
In the figure, a prediction parameter is extracted from an input signal input from an input terminal in a prediction parameter extraction section 1. The codebook selection unit 9 classifies the synthesis filter by matching the synthesis filter determined from the prediction parameter information extracted by the prediction parameter extraction unit with a plurality of preset synthesis filters, and classifies the synthesis filter. Output codebook selection information based on the information.

コードブック700は予め設定されている複数個の合成
フィルタと1対1に対応する複数個のコードブックから
構成されており、コードブック選択部9から出力される
コードブック選択情報により、前記複数個のフードブッ
クの中から前記対応を用いて1つのコードブックを選択
できるように構成されている。
The codebook 700 is composed of a plurality of preset synthesis filters and a plurality of codebooks in one-to-one correspondence. The code book is configured such that one code book can be selected from among the food books using the above-mentioned correspondence.

合成フィルタ8は選択されたコードブックから出力され
るすべてのN個のベクトルを独立に入力し、コード番号
で前記コードブックと関係づけられるN個の合成ベクト
ルを作成する。
The synthesis filter 8 independently inputs all N vectors output from the selected codebook and creates N synthesized vectors that are related to the codebook by code number.

マツチング部5は入力信号x (n>から過去の残差信
号の量子化値の影響を合成フィルタ8で使用されるもの
と同じ合成フィルタを用いて差し引いて得られる信号x
  (n)を生成し、前記N個の合成ベクトルとx  
(n)との間で独立にN個の歪みを求める。このとき求
められた歪みは合成ベクトルと前記コード番号で関係づ
けられている。
The matching unit 5 generates a signal x obtained by subtracting the influence of the quantization value of the past residual signal from the input signal x (n> using the same synthesis filter as that used in the synthesis filter 8).
(n), and the N resultant vectors and x
(n) and obtain N distortions independently. The distortion obtained at this time is related to the composite vector by the code number.

残差信号コード選択部6は前記マツチング部5で求めら
れたN個の歪みのうち最小の歪みに関係するコードを残
差信号コードとして選択する。これによって予測残差信
号ベクトル量子化が完了する。
The residual signal code selection section 6 selects the code related to the smallest distortion among the N distortions found by the matching section 5 as the residual signal code. This completes the prediction residual signal vector quantization.

第2図及び第3図は、第1図に示した前記第1の実施例
に係わる予測残差信号ベクトル量子化法を適用した符号
化装置および復号化装置の1例を示すブロック図である
2 and 3 are block diagrams showing an example of an encoding device and a decoding device to which the predictive residual signal vector quantization method according to the first embodiment shown in FIG. 1 is applied. .

先ず、第2図の符号化装置について詳細に説明する。第
2図において、入力部から入力された入力信号はブロッ
ク仕切部11で所定の系列長に切り出される。予測パラ
メータ抽出部12はブロック切出部11で切り一1出さ
れた入力信号を用いて入力信号のスペクトルの形状を表
現する予測フィルタの係数情報−(予測パラメータ)を
抽出する。
First, the encoding device shown in FIG. 2 will be explained in detail. In FIG. 2, an input signal inputted from an input section is cut out into a predetermined sequence length by a block partitioning section 11. The prediction parameter extraction unit 12 uses the input signal cut out by the block extraction unit 11 to extract coefficient information (prediction parameters) of a prediction filter that expresses the shape of the spectrum of the input signal.

予測パラメータの抽出法としては例えば線形予測分析法
や、予め設定された複数個の予測フィルタの候補と前記
切り出された入力信号とを用いて前記予測フィルタの候
補の中から最適な予/1111フィルタを選択する方法
などがあるが、それ以外の公知などの方法を用いてもよ
い。量子化部13は予測パラメータ抽出部12に抽出さ
れた予測パラメータを量子化する。正規化ゲイン算出部
16はブロック仕切部11で切り出された入力信号に対
し量子化部13で量子化された予測パラメータをもとに
作られる予測フィルタを介すことにより予測残差信号を
生成する。例えば前記予測フィルタか2変換領域で と表されるP次の線形フィルタA (Z)であるとき、
予測残差信号e (n)は、例えば次式により得られる
As a method for extracting prediction parameters, for example, a linear prediction analysis method is used, or an optimal pre/1111 filter is selected from among the prediction filter candidates using a plurality of preset prediction filter candidates and the cut-out input signal. Although there is a method of selecting , other known methods may also be used. The quantization unit 13 quantizes the prediction parameters extracted by the prediction parameter extraction unit 12. The normalized gain calculation unit 16 generates a prediction residual signal by passing the input signal extracted by the block partitioning unit 11 through a prediction filter created based on the prediction parameters quantized by the quantization unit 13. . For example, when the predictive filter is a P-order linear filter A (Z) expressed in two transformation domains,
The prediction residual signal e (n) is obtained, for example, by the following equation.

ここで、nは離散化された時間を表し、S (n)は前
記切り出された入力信号を表す。また(al)(i−1
,・・・、P)は量子化された予測パラメータから一意
に定まる予測フィルタのフィルタ係数である。
Here, n represents the discretized time, and S (n) represents the cut out input signal. Also (al) (i-1
, ..., P) are filter coefficients of a prediction filter uniquely determined from the quantized prediction parameters.

次に、算出された予測残差信号から、単数又は複数の正
規化ゲインを算出する。正規化ゲインとしては、例えば
前記予測残差信号の2乗振幅の総和平均の平方根を所定
のサンプル区間について求めたものを正規化ゲインとす
る方法などがあるが、その他のどのような正規化ゲイン
算出法を用いてもよい。また、入力信号の統計的性質に
より、前記予測残差信号のパワの変動が少ない場合には
、予測残差信号の正規化を行わない構成にしてもよい。
Next, one or more normalized gains are calculated from the calculated prediction residual signal. As the normalization gain, for example, there is a method in which the square root of the total average of the squared amplitudes of the prediction residual signal is obtained for a predetermined sample interval as the normalization gain, but any other normalization gain may be used. A calculation method may also be used. Further, if the power variation of the prediction residual signal is small due to the statistical properties of the input signal, the configuration may be such that the prediction residual signal is not normalized.

量子化部17は正規化ゲイン算出部16で求められた単
数又は係数の正規化ゲインを量子化する。
The quantization unit 17 quantizes the normalized gain of the single unit or coefficient obtained by the normalized gain calculation unit 16.

コードブック選択部100は量子化部13で量子化され
た予A11パラメータを用いて、前記予測フィルタの逆
フィルタである合成フィルタHと、予め所定の方法で設
定される、前記合成フィルタのバーン数以下のM  (
M  ≧2)個の合成フィCC ルタH,H2,・・・、HM。との間でマツチングを■ とり、前記合成フィルタHを前記設定された合成フィル
タH,H2,・・・、HMe内の最も類似した■ ものの1つに分類し、その分類に適するように予め後で
述べる方法で設計されたコードブックを選択するための
コードブック選択情報を出力する。
The codebook selection unit 100 uses the pre-A11 parameters quantized by the quantization unit 13 to create a synthesis filter H, which is an inverse filter of the prediction filter, and a burn number of the synthesis filter, which is set in advance by a predetermined method. The following M (
M ≧2) composite filters H, H2, . . . , HM. The synthesis filter H is classified into one of the most similar ones in the set synthesis filters H, H2,..., HMe, and the Outputs codebook selection information for selecting a codebook designed using the method described in .

合成フィルタの分類をするための方法としては、前記合
成フィルタが前記(1)式のフィルタの逆数で表される
ような全極形の線形フィルタのときは、例えばItak
ura−8afto d4stortion mcas
uroとして知られる。
As a method for classifying synthesis filters, when the synthesis filter is an all-pole linear filter expressed by the reciprocal of the filter in equation (1), for example, Itak
ura-8afto d4tortion mcas
Known as uro.

d (a、!、) −(a  as ) R(a)(”  ”1 )t(i
−1,2,・・・、M)         (3)を用
いる方法がある(tは行列の転置を表す)。
d (a,!,) −(a as ) R(a)(” ”1)t(i
-1, 2, ..., M) There is a method using (3) (t represents the transpose of the matrix).

ここでaは予測パラメータをもとに決まる合成フィルタ
Hの係数を表し、 a−11I(at r  a21 +・+、  a  
)      (4)である。また會、は前記M。個の
フィルタH1゜H、・・・、HMeの中の第1番目の合
成フィルタのフィルタ係数を表し、 k−(@  、’a  、・・・、會、、+     
 (5)it   t2 とする。またR(2)は圧定なPxP対称行列で予測パ
ラメータから一意に求めることができる。
Here, a represents the coefficient of the synthesis filter H determined based on the prediction parameters, and a-11I(at r a21 +・+, a
) (4). Also, the meeting is M mentioned above. represents the filter coefficient of the first synthesis filter among the filters H1゜H, . . . , HMe, and k−(@ , 'a , .
(5) Let it t2. Further, R(2) is a constant PxP symmetric matrix and can be uniquely determined from the prediction parameters.

Itakura−9alto distortlon 
measureの詳細についてはItakura、F、
、 ’MaxiIlum Prediction Re
51dualPrinciple App!1ed t
o 5peech Recognltlon。
Itakura-9alto distortron
For details on measure, see Itakura, F.
, 'MaxiIlum Prediction Re
51dualPrinciple App! 1ed t
o 5peech Recognltron.

IEEE Trans、 ASSP、 23. PP、
l37−72. Ped、1975 (文献3)を参照
されたい。
IEEE Trans, ASSP, 23. PP,
l37-72. Ped, 1975 (Reference 3).

また、その他の合成フィルタの分類用の歪み尺度として
、合成フィルタHとM 個の合成フィルタとの係数間の
2乗誤差歪み (i−1,2,・・・、M)          (B
)を用いてもよい。又は上記のフィルタ係数をパラメー
タ変換によりにパラメータ、  tog−area r
atto。
In addition, as a distortion measure for classification of other synthesis filters, square error distortion (i-1, 2, ..., M) (B
) may be used. Or, the above filter coefficients are converted into parameters, tog-area r
atto.

LSPパラメータ、インパルス応答等の等価なパラメー
タに変換して、そのパラメータのレベルでのパラメータ
間の2乗誤差歪みを用いてもよい。
It is also possible to convert it into an equivalent parameter such as an LSP parameter or an impulse response, and use the square error distortion between the parameters at the level of the parameter.

その他の歪み尺度として、所定の信号系列で所定のサン
プル数だけ前記合成フィルタまたはその逆フィルタを駆
動して得られる合成信号系列Gと前記M 個の合成フィ
ルタまたはその逆フィルタをそれぞれ駆動して得られる
M 個の重み付き信号系列G1との2乗誤差歪み d (G、(1;1)−1G−Gl 12(i−1,2
,・・・、’M)          (7)を用いる
方法なども利用できる。
Other distortion measures include a composite signal sequence G obtained by driving the synthesis filter or its inverse filter by a predetermined number of samples with a predetermined signal sequence, and a composite signal sequence G obtained by driving the M synthesis filters or its inverse filter, respectively. squared error distortion d (G, (1; 1)-1G-Gl 12(i-1,2
,...,'M) A method using (7) can also be used.

前記Mc個の合成フィルタの作成方法としては、例えば
次の方法が考えられる。まず符号される入力信号と同様
な統計的性質を持つ長い入力信号系列から、前述したよ
うに符号化される入力信号系列に対して行うのと同様の
方法で各ブロックごとに予測パラメータを求め、多数の
予測パラメータを得る。
As a method for creating the Mc synthesis filters, for example, the following method can be considered. First, from a long input signal sequence with statistical properties similar to the input signal to be encoded, prediction parameters are calculated for each block in the same manner as for the input signal sequence to be encoded as described above. Obtain a large number of predictive parameters.

そして、各予測パラメータを1つのベクトルと見なし、
得られた多数のベクトルをトレーニングベクトルとして
、例えばLBGアルゴリズム(文献2参照)を用いて所
定のM 個の再生ベクトルを持つコードブックを作成す
る。このコードブック内のコード番号が合成フィルタの
パターン番号に相当し、コード番号に対応する再生ベク
トルがら一意に設定される合成フィルタH,H2,・・
・■ HMeの係数を決定できる。
Then, considering each prediction parameter as one vector,
Using the obtained large number of vectors as training vectors, a codebook having predetermined M reproduction vectors is created using, for example, the LBG algorithm (see Reference 2). The code numbers in this codebook correspond to the pattern numbers of the synthesis filters, and the synthesis filters H, H2, etc. are uniquely set based on the reproduction vectors corresponding to the code numbers.
・■ The coefficient of HMe can be determined.

例えば合成フィルタHが前記(1)式のフィルタの逆数
で表され、前記トレーニングベクトルをa ” (al
 !  B2 r ・・・、a  )の形式で表したと
き、作成されたコードブ・ツク内の1つの再生ベクLB
Gアルゴリズムに用いる歪み尺度としては、前述した(
3)式、(B)式を用いることができる。
For example, the synthesis filter H is expressed as the reciprocal of the filter in equation (1) above, and the training vector is expressed as a'' (al
! B2 r ..., a ), one reproduction vector LB in the created code book
The distortion scale used in the G algorithm is as described above (
Equation 3) and Equation (B) can be used.

また、簡単な方法として予測パラメータ又は予測パラメ
ータを変換して得られる等価なパラメータをまとめて量
子化せずに、スカラー量子化することにより、M 個の
歪みフィルタを作成することもできる。
Furthermore, as a simple method, M distortion filters can be created by scalar quantizing the prediction parameters or equivalent parameters obtained by converting the prediction parameters, without quantizing them all at once.

コードブック110は前述したようにMcの異なるコー
ドブックから構成されており、コードブック選択部10
0で出力されるコードブック選択情報に基づいて入力信
号のスペクトル包絡によって分類された残差信号に最も
適した設計をされた1つのコードブックを選択できるよ
うに設定されている。
As mentioned above, the codebook 110 is composed of codebooks with different Mc, and the codebook selection section 10
Based on the codebook selection information output as 0, one codebook designed most suitable for the residual signal classified according to the spectral envelope of the input signal can be selected.

以下に、上記M 個のコードブックの作成方法の例を示
す。
An example of how to create the M codebooks is shown below.

前記M 個のコードブックはオフラインで作成される。The M codebooks are created offline.

すなわち、M 個のスペクトルパターンに基づいて分類
・重み付けされたM 個のトレーニング系列からそれぞ
れ独立にLBGアルゴリズム(文献2参照)等のコード
ブック作成アルゴリズムを用いて、M 個のコードブッ
クが作成される。
That is, M codebooks are created using a codebook creation algorithm such as the LBG algorithm (see Reference 2) independently from M training sequences classified and weighted based on M spectral patterns. .

第4図は、M 個のコードブックB  、B2゜I ・・・、BM。がスペクトル形状H1に基づいて分類・
作成される様子をブロック図で示したものである。
Figure 4 shows M codebooks B, B2゜I..., BM. is classified based on the spectral shape H1.
This is a block diagram showing how it is created.

初めにM 個のトレーニング系列T  、 T2 。First, M training sequences T, T2.

・・・、TM。の作成方法の1例を示す。..., TM. An example of how to create is shown below.

まず、符号化される入力信号と統計的性質が類似した信
号(例えば、入力信号が音声信号であれば様々な音声信
号)を十分長い時間(典型的には数分程度)用意し、こ
れを原トレーニング系列とする。
First, prepare a signal with similar statistical properties to the input signal to be encoded (for example, various audio signals if the input signal is an audio signal) for a sufficiently long time (typically several minutes), and then This is the original training series.

次に、原トレーニング系列から、入力信号と同様の方法
で、ブロック毎のスペクトル形状Hと残差信号を求める
。このとき、原トレーニング系列の残差信号は、符号化
器で行う方法と同じ方法で正規化及びベクトル化されて
いる。
Next, from the original training sequence, the spectral shape H and residual signal for each block are determined in the same manner as for the input signal. At this time, the residual signal of the original training sequence is normalized and vectorized using the same method as performed by the encoder.

次に、上記残差信号からM。個のトレーニング系列T 
 、T  、・・・ TM。を作る。この処理は予め設
定されるM 個のスペクトル形状ノくターンH(iml
、2.・・・、M  )に上記現ブロックC のスペクトル形状Hを分類し、その分類情報iによって
残差信号を分類することである。
Next, M from the above residual signal. training series T
,T,...TM. make. This process is performed using M spectra shape turns H (iml
, 2. .

例えば、現ブロックのスペクトル形状Hに対してM 個
のスペクトル形状パターンのうちHlが最適であるとき
、現ブロックで求められた残差信号を第1番目のトレー
ニング系列Ttに分類する。
For example, when Hl out of M spectral shape patterns is optimal for the spectral shape H of the current block, the residual signal obtained for the current block is classified into the first training sequence Tt.

以上の分類処理を十分長い原トレーニング系列に対して
行うことにより、それぞれ所定のベクトル数ヲ持つM 
個のトレーニング系列’r、T2゜I ・・・ TMeが作成される。
By performing the above classification process on sufficiently long original training sequences, M
Training sequences 'r, T2°I . . . TMe are created.

M 個のコードブック作成の最後の段階は、M 個のト
レーニング系列を用いてM 個のコーC ドブツクを作成することである。
The final step in creating M codebooks is to create M codebooks using M training sequences.

ここで注意しなければならないのは、M のフードブッ
クを、前記スペクトル形状の分類情報iに基づいて独立
に作成することである。すなわち、トレーニング系列T
lからコードブックB1を、T からB を、・・・、
T からBMeを独立に2      2      
     Me作成する。このとき、例えばT からB
1を作成するために用いるLBGアルゴリズムをLBG
What must be noted here is that the M food books are created independently based on the spectral shape classification information i. That is, the training sequence T
codebook B1 from l, B from T,...
BMe independently from T 2 2
MeCreate. At this time, for example, from T to B
The LBG algorithm used to create 1 is LBG
.

とおくと、LBG、で計算される2乗誤差歪みは、対応
するスペクトルパターンH,で重み付けされて計算され
る。同様に、LBG、で計算されるクラスタ内のセント
ロイド(クラスタ内の中心ベクトル)もスペクトルパタ
ーンH1で重み付けされたレベルでクラスタ内の各トレ
ーニングベクトルとの歪みの総和が最小となるように決
定される。
Then, the squared error distortion calculated by LBG, is weighted and calculated by the corresponding spectral pattern H,. Similarly, the centroid within the cluster (central vector within the cluster) calculated by LBG is also determined at a level weighted by the spectral pattern H1 so that the sum of distortions with each training vector within the cluster is minimized. Ru.

これをさらに具体的に示すと、次式の連立方程式を解く
ことでクラスタのセントロイドVは決定する。
To express this more specifically, the centroid V of the cluster is determined by solving the following simultaneous equations.

表 V (k) R(k、  j) k=1         hh −−!−ヘアv(1)(k)R05(k、j)N   
m−1に−1 (j−1,2,・・・、L)          <8
)二こで、 Ruc、 j)−+:、h(n−k)h(n−j:+h
h       、1 (k、  j−1,2,・・・、L)        
(9)であり、Lはベクトルの次元を表し、■(k)は
セ(III) ントロイドの第に番目の要素値を表し、V   (k)
はこのクラスタ内にN個あるベクトルの第m番目のベク
トルの第に番目の要素値を表し、h (n)はスペクト
ルパターンH1のインパルス応答を表す。
Table V (k) R(k, j) k=1 hh --! - Hair v(1)(k)R05(k,j)N
-1 to m-1 (j-1, 2,..., L) <8
) two places, Ruc, j)-+:, h(n-k)h(n-j:+h
h, 1 (k, j-1, 2,..., L)
(9), L represents the dimension of the vector, ■(k) represents the th element value of the Sen(III) antroid, and V (k)
represents the th element value of the m-th vector of N vectors in this cluster, and h (n) represents the impulse response of the spectral pattern H1.

以上で、M 個のコードブックの作成の説明を終る。This concludes the explanation of the creation of M codebooks.

作成されたM 個のコードブックBlは、それぞれ重み
を加えた全尺度で設計されるため、白色雑音コードブッ
クよりもスペクトラムの形状に適合した残差信号のコー
ドブックとなる。
Since the created M codebooks Bl are each designed using a total scale with added weights, they become codebooks for the residual signal that are more suited to the shape of the spectrum than the white noise codebook.

従って、従来の固定のコードブックで良好な品質を得る
のに必要とされるベクトルの個数NFよりもM のオー
ダで少ないベクトルの個数NS(N ≦N、/Mc)を
それぞれ有するMc個のコードブックで、従来と同程度
かそれ以上の品質の予測残差信号ベクトル量子化を行う
ことができる。
Therefore, Mc codes each having a number of vectors NS (N ≦N, /Mc) that is an order of M smaller than the number NF of vectors required to obtain good quality with a conventional fixed codebook. The book allows prediction residual signal vector quantization of the same or higher quality than conventional methods.

しかも、入力信号のブロック毎に求められる合成フィル
タのスペクトルパターンの分類という非常に複雑度の低
い処理によってM 個のコードブックを選択するだけで
、残差信号のベクトル量子化に要するベクトルの探索範
囲を従来のN /Np(≦1/M、)にできるため、高
品質のまま、演算量の大幅な削減が可能となるという効
果を有する。
Moreover, by simply selecting M codebooks through a very low-complexity process of classifying the spectral pattern of the synthesis filter found for each block of the input signal, the vector search range required for vector quantization of the residual signal is can be reduced to N 2 /Np (≦1/M) compared to the conventional method, which has the effect of making it possible to significantly reduce the amount of calculation while maintaining high quality.

合成フィルター20は使用するコードブックが選択され
た段階で、選択されたコードブック内のN 個のベクト
ルに対し、それぞれ独立に、前記合成フィルタを1度だ
け施し、合成ベクトルを作成する。合成フィルタが1/
 (1+Z  a  Z−’)国l でN 個のベクトルがV  −(V  (1)、V、 
<2)。
When a codebook to be used is selected, the synthesis filter 20 applies the synthesis filter only once to each of the N vectors in the selected codebook independently to create a synthesis vector. The synthesis filter is 1/
(1+Z a Z-') In country l, N vectors are V - (V (1), V,
<2).

s                 f      
  i−−”1 (L)l (i−1,2,−、N5)
CLはベクトルの次元数、N はコードの個数)のとき
、合成ベクトルU1は次式で計算できる。
s f
i--”1 (L)l (i-1,2,-,N5)
(CL is the number of dimensions of the vector, and N is the number of codes), the composite vector U1 can be calculated using the following equation.

量子化の1例を詳細に示す。An example of quantization is shown in detail.

いま、ブロックで切り出された入力信号をGは現ブロッ
クに対して算出・量子化された前・記正規化ゲインを表
す。ここでは説明の簡単化のため、ブロック内で1つの
正規化ゲインを用いることにする。
Now, G represents the normalized gain calculated and quantized for the current block of the input signal cut out in the block. Here, to simplify the explanation, one normalization gain will be used within the block.

このとき得られた合成ベクトルU1は前記選択されたコ
ードブックと、コードiで関係づけられ、現在のブロッ
クの残差信号ベクトル量子化を行うのに必要な時点まで
メモリに保持される。
The composite vector U1 obtained at this time is associated with the selected codebook by the code i, and is held in the memory until it is necessary to perform the residual signal vector quantization of the current block.

マツチング部21は本実施例においては第1図における
マツチング部5と残差信号コード選択部6との両方の機
能を含む構成とする。
In this embodiment, the matching section 21 is configured to include the functions of both the matching section 5 and the residual signal code selection section 6 shown in FIG.

マツチング部21は前記切り出された入力信号と、前記
選択された1つのコードブックと、合成フィルタ120
で使用された合成フィルタを用いて予測残差信号のベク
トル量子化を行う。
The matching unit 21 uses the extracted input signal, the selected one codebook, and the synthesis filter 120.
Vector quantization of the prediction residual signal is performed using the synthesis filter used in .

以下に、ここで行われる予測残差信号ベクトル選択され
たコードブック内のベクトルをU  −(Ul(1)、
U、 (2)、・・・、  Ul(L)1(i−1,2
,・・・、N   ) (Lはベクトルの次元数、N コード個数)とする。
Below, the prediction residual signal vector performed here is the vector in the selected codebook as U − (Ul(1),
U, (2),..., Ul(L)1(i-1,2
,...,N) (L is the number of dimensions of the vector, N is the number of codes).

まず入力信号x (n)をLサンプルごとに区切り、K
個(K−N/L、Nはブロック内の符号化を行うサンプ
ル数)の入力ベクトルx(m−1゜(m) ・・・、K)を作る。ここでX  は第m番目の入力ベ
クトルを表す。第1サンプルから第1サンプルまでの入
力ベクトルx (1)−(x (1)、x (2)、−
X(L))に対し最適なコードを上記コードブックから
選択することを考える。
First, the input signal x (n) is divided into L samples, and K
(K-N/L, N is the number of samples to be encoded in the block) input vectors x (m-1°(m) . . . , K) are created. Here, X represents the m-th input vector. Input vector x (1) − (x (1), x (2), −
Consider selecting an optimal code for X(L)) from the codebook.

過去の量子化された残差信号の再生信号レベルで現在の
ブロックの第1番目の入力ベクトル1c(1)に及ぼす
影響信号 x   (L)、  x (1)(2)、  =−、x
 (1)(L)はf’     f       f’ (n=1.  ・・・、  L)          
    (11)と表される。ここでx (n)は過去
のx (n)の量子化値であり既知の値である。これを
χ(1)から差し引くことにより (1)=U)    (1)         (、。
Influence signal x (L), x (1) (2), = -, x that affects the first input vector 1c (1) of the current block at the reproduced signal level of the past quantized residual signal
(1) (L) is f' f f' (n=1. ..., L)
It is expressed as (11). Here, x (n) is a past quantized value of x (n) and is a known value. By subtracting this from χ(1), we get (1)=U) (1) (,.

)χ    K     Xr を得る。)χ    K   Xr get.

上記のX(1)と合成フィルター20で作成されたυ1
(i−1、・・・、NS)との間で、例えば次式を用い
て歪み (iml、  ・・・、N)            
 (13)を求める。このとき歪みが最も小さくなるも
のをdi   )(1≦1(1)≦N )とすると、伝
送される残差信号コードはl  となる。このとき、(
1)の量子化値は v U  となるから、入力ベクトルの量子ρ 化値は、(12)式より、 x (n) = U (1)(n)+ x (1)(n
)fi     f (n=1.・・・、 L)          (14
)で求めることができる。
υ1 created by the above X(1) and synthesis filter 20
(i-1, ..., NS), for example, using the following formula, the distortion (iml, ..., N)
Find (13). At this time, if the one with the smallest distortion is di) (1≦1(1)≦N), then the residual signal code to be transmitted is l. At this time,(
Since the quantized value of 1) is v U , the quantized value of the input vector is x (n) = U (1) (n) + x (1) (n
) fi f (n=1...., L) (14
) can be found.

全く同様の手順でmm2.L+1≦n≦2Lとすること
で次の第2番目の入力ベクトルX  に対しく11)−
(14)式を用いて残差信号コード1(2)を求めるこ
とができる。この操作を(14)式の9(N)が決定す
るまでくり返し、現ブロックの残差信号ベクトル量子化
が終了する。本実施例のコードブック選択による残差信
号ベクトル量子化の手順は、第5図のフローチャートに
まとめられる。本実施例では、合成ベクトルの作成を、
コード探索ルーチンの外で行うことで、内部で合成ベク
トルを求める構成にした場合のに分の1の演算量で残差
信号ベクトル量子化を実現できる。更に改善された構成
となっている。
mm2. using exactly the same procedure. By setting L+1≦n≦2L, for the next second input vector
Residual signal code 1 (2) can be obtained using equation (14). This operation is repeated until 9(N) of equation (14) is determined, and the residual signal vector quantization of the current block is completed. The procedure of residual signal vector quantization by codebook selection in this embodiment is summarized in the flowchart of FIG. In this example, the creation of the composite vector is
By performing this outside of the code search routine, residual signal vector quantization can be achieved with one-half the amount of calculation compared to a configuration in which the composite vector is determined internally. It has a further improved configuration.

符号化部22はマツチング部21で選択された、所定数
の残差信号コードを符号化する。
The encoding unit 22 encodes a predetermined number of residual signal codes selected by the matching unit 21.

符号化部14は前記量子化部13で量子化された予測パ
ラメータを符号化する。
The encoding unit 14 encodes the prediction parameters quantized by the quantization unit 13.

符号化部18は前記量子化された単数又は複数の正規化
ゲインを符号化する。
The encoding unit 18 encodes the quantized single or multiple normalized gains.

マルチプレクサ23は前記符号化された残差信号コード
と符号化された予測パラメータと符号化された正規化ゲ
インの情報を組み会わせて伝送路に出力する。
The multiplexer 23 combines the coded residual signal code, the coded prediction parameter, and the coded normalization gain information and outputs the combination to the transmission path.

以上で第2図の符号化装置の説明を終了する。This concludes the explanation of the encoding device shown in FIG. 2.

次に、第3の復号化装置について説明する。第3図にお
いて、デマルチプレクサ24は前記マルチプレクサ23
から伝送されてきた情報をそれぞれ符号化された正規化
ゲイン、符号化された予測パラメータ、符号化された残
差信号コードの情報に分離して出力する。復号化部25
,26.および27はそれぞれ前記デマルチプレクサ2
4で分離された情報を用いて量子化された単数又は複数
個の正規化ゲイン、量子化された予測パラメータおよび
所定数の残差信号コードを復号化する。
Next, the third decoding device will be explained. In FIG. 3, the demultiplexer 24 is the multiplexer 23
The information transmitted from the controller is separated into encoded normalized gain, encoded prediction parameter, and encoded residual signal code information and output. Decoding unit 25
, 26. and 27 are the demultiplexer 2, respectively.
The information separated in step 4 is used to decode one or more quantized normalized gains, quantized prediction parameters, and a predetermined number of residual signal codes.

コードブック選択部1000はコードブック選択部10
0と同一の機能を有するためここでは説明を省略する。
The codebook selection section 1000 is the codebook selection section 10
Since it has the same function as 0, the explanation will be omitted here.

コードブック1100はコードブック110と同一のM
 個のコードブックから構成されており、コードブック
選択部1000の選択情報により符号化装置で選択され
たコードブックと同一のコードブックがM 個のコード
ブックの中から選択されるように設定されている。そし
て、この選択されたコードブックから前記復号された残
差信号コードに対応するベクトルを出力する。
Codebook 1100 has the same M as codebook 110.
The codebook is configured such that the same codebook as the codebook selected by the encoding device is selected from the M codebooks based on the selection information of the codebook selection unit 1000. There is. Then, a vector corresponding to the decoded residual signal code is output from the selected codebook.

合成フィルター200はコードブック1100から出力
されるベクトルに前記復号化された正規化ゲインを乗じ
て、量子化された予測残差信号を生成するとともに、前
記量子化された予測パラメータから再生される合成フィ
ルタに前記量子化された予測残差信号を入力することに
より、ブロック内の再生信号を生成する。バッファ20
0は前記再生信号をブロック毎に結合し、出力再生信号
を出力する。
The synthesis filter 200 multiplies the vector output from the codebook 1100 by the decoded normalization gain to generate a quantized prediction residual signal, and also generates a synthesis signal reproduced from the quantized prediction parameters. By inputting the quantized prediction residual signal to a filter, a reproduced signal within the block is generated. buffer 20
0 combines the reproduced signals block by block and outputs an output reproduced signal.

以上で、第3図における復号化装置の説明を終了する。This concludes the description of the decoding device shown in FIG. 3.

本発明を音声信号等のピッチを有する入力信号の符号化
に適用する場合は、本実施例で用いた合成フィルタと、
入力信号のスペクトルの微細構造を表すピッチフィルタ
をカスケードに接続したものを合成フィルタとして使用
することにより、−層高品質な符号化装置を実現できる
When applying the present invention to encoding an input signal having a pitch such as an audio signal, the synthesis filter used in this embodiment,
By using, as a synthesis filter, a cascade of pitch filters representing the fine structure of the spectrum of an input signal, a high-quality encoding device can be realized.

本実施例ではブロック毎に正規化ゲインを算出する構成
で説明を行ったが、ベクトルの次元単位で予測残差信号
から正規化ゲインG(1)(m−1゜・・・、K)を算
出する構成にして更に改善された残差信号ベクトル量子
化を行ってもよい。この場合は、(10)式および(1
3)式はそれぞれ、(i−1,・・・、N   ;j−
1,・・・、 P ;n−1,・・・、’ L )  
              (15)および、 (i−1,・・・、N)              
  (1G)とすることで実現できる。
In this embodiment, the configuration was explained in which the normalized gain is calculated for each block, but the normalized gain G(1) (m-1°..., K) is calculated from the prediction residual signal in units of vector dimensions. Further improved residual signal vector quantization may be performed using a configuration in which calculation is performed. In this case, equation (10) and (1
3) Equations are (i-1,..., N ; j-
1,..., P; n-1,...,'L)
(15) and (i-1,...,N)
(1G).

また、再生信号中に含まれる雑音信号を整形して主観品
質を向上させることも公知な方法を用いて実現できる。
Further, it is also possible to improve the subjective quality by shaping the noise signal included in the reproduced signal using a known method.

例えば、予測パラメータから決定する合成フィルタがH
(z)であるとき、符号化装置で用いる合成フィルタを
H(z/γ)(0くγく1)とし、復号化装置で用いる
合成フィルタをH(z)とすることにより、再生信号中
の雑音信号を入力信号のスペクトルの形状に整形するこ
とができる。
For example, if the synthesis filter determined from the prediction parameters is
(z), the synthesis filter used in the encoder is H(z/γ) (0 x γ x 1), and the synthesis filter used in the decoder is H(z). can be shaped into the shape of the spectrum of the input signal.

本発明は更にコード探索に要する演算量を削減するため
に、他の互換性のある高速探索方法と組合わせることも
可能である。
The present invention can also be combined with other compatible fast search methods to further reduce the amount of computation required for code search.

例えば再生信号を生成するための残差信号を、所定の方
法で間引かれたモデルとして、ベクトル量子化に要する
演算量を削減する場合にも、本発明は組み合わされて、
その効果を発揮する。その場合には、LBGアルゴリズ
ムで用いるスペクトルパターンの重みを、間引かれたモ
デルに合った形でかけるようにしてM 個のコードブッ
クを作成することが必要である。
For example, the present invention can be combined to reduce the amount of calculation required for vector quantization by using a model that has been thinned out using a predetermined method as a residual signal for generating a reproduced signal.
Demonstrate its effectiveness. In that case, it is necessary to create M codebooks by weighting the spectral patterns used in the LBG algorithm in a manner that matches the thinned out model.

[本発明の効果] 以上説明したように本発明にょる残差信号ベクトル量子
化法は、 入力信号のスペクトルの形状に適したコードブックで再
生レベルの残差信号ベクトル量子化を行うので、従来よ
りも品質の良い残差信号ベクトル量子化を提供でき、し
かも、入力信号のスペクトルの形状の分類によって複数
のコードブックから1つのコードブックを選択すること
で複数コードブック中の多数のベクトルから少数のベク
トルを精選できるので、最適なコードベクトル探索に要
する演算量を大幅に低減できるという効果かある。
[Effects of the present invention] As explained above, the residual signal vector quantization method according to the present invention performs the residual signal vector quantization at the reproduction level using a codebook suitable for the shape of the spectrum of the input signal. It is possible to provide residual signal vector quantization with better quality than that of quantization, and in addition, by selecting one codebook from multiple codebooks by classifying the spectral shape of the input signal, it is possible to select a small number of vectors from many vectors in multiple codebooks. This has the effect of greatly reducing the amount of calculation required to search for an optimal code vector.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例に係わる予測残差信号ベ
クトル量子化法の原理を示すブロック図。 第2図及び第3図は第1図に示した第1の実施例に係わ
る予測残差信号ベクトル量子化法を符号化復号化装置に
適用したときの1例を示すブロック図、第4図は第1の
実施例に係わる予測残差信号ベクトル量子化法における
M 個のコードブの作成性を示すブロック図、第5図は
第1の実施例に係わる残差信号コードの決定手順を示す
フローチャート、第6図は従来法の原理を示すブロック
図である。 1.12・−・・・・予測パラメータ抽出部5.21・
・・・・・マツチング部 6・・・・・・残差信号コード選択部 7.700,110.1100・ :r−ドブツク8.
120.1200・・・・・・合成フィルタ9.100
.1000・・・・・・コードブック選択部11・・・
・・・ブロック切田部 13.17・・・・・・量子化部 14.18.22・・・・・・符号化部25.26.2
7・・・・・・復号化部16・・・・・・正規化ゲイン
算出部 23・・・・・・マルチプレクサ 24・・・・・・デマルチプレクサ 200・・・・・・バッファ
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of a predictive residual signal vector quantization method according to a first embodiment of the present invention. 2 and 3 are block diagrams showing an example of applying the predictive residual signal vector quantization method according to the first embodiment shown in FIG. 1 to an encoding/decoding device, and FIG. is a block diagram showing the creation of M codebs in the predictive residual signal vector quantization method according to the first embodiment, and FIG. 5 is a flowchart showing the procedure for determining the residual signal code according to the first embodiment. , FIG. 6 is a block diagram showing the principle of the conventional method. 1.12.--Predicted parameter extraction unit 5.21.
. . . Matching section 6 . . . Residual signal code selection section 7.700, 110.1100. :r-Dobuk 8.
120.1200...Synthesis filter 9.100
.. 1000...Codebook selection section 11...
...Block cut section 13.17...Quantization section 14.18.22...Encoding section 25.26.2
7...Decoding unit 16...Normalization gain calculation unit 23...Multiplexer 24...Demultiplexer 200...Buffer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力信号を予測して得られる予測残差信号により
合成フィルタを駆動し、再生信号を得る符号化方式の予
測残差信号ベクトル量子化方式において、 所定個数の異なる複数個のコードブックを予め備えてい
て、前記合成フィルタの周波数特性を基に前記複数個の
コードブックの中から少なくとも1つのコードブックを
選択し、 この選択されたコードブックと前記合成フィルタと入力
信号とを用いて予測残差信号の量子化を行なうことを特
徴とする予測残差信号ベクトル量子化方式。
(1) In the prediction residual signal vector quantization method, which is an encoding method in which a synthesis filter is driven by a prediction residual signal obtained by predicting an input signal to obtain a reproduced signal, a predetermined number of different codebooks are used. At least one codebook is selected from the plurality of codebooks based on the frequency characteristics of the synthesis filter, and prediction is performed using the selected codebook, the synthesis filter, and the input signal. A predictive residual signal vector quantization method characterized by quantizing the residual signal.
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