CN101919164B - 编码方法、解码方法、使用了这些方法的装置、程序、记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于对被压缩扩展的信号串实现高的编码效率，并且削减码量。本发明的编码方法具有分析步骤和信号串变形步骤。分析步骤确认是否有包含在特定的范围内且在第2信号串(表示原来的信号串的大小(大小关系)的号码序列)内没有产生的号码，并输出表示没有产生的号码的信息。在分析步骤中知道存在没有产生的号码时，信号串变形步骤输出变形第2信号串(将第2信号串的各号码替换为，重新附加了表示除去该没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、原来的信号的大小(大小关系)的号码的号码序列)。特定的范围例如是表示正的绝对值最小的值的号码和表示负的绝对值最小的值的号码。

Description

编码方法、解码方法、使用了这些方法的装置、程序、记录介质

技术领域

本发明涉及信号串的编码方法、解码方法、使用了这些方法的装置、程序、记录介质。

背景技术

作为用于压缩声音、图像等信息的方法，已知没有失真的(lossly)可逆的编码。此外，在将波形原样作为线性PCM信号而记录的情况下设想了各种压缩编码(非专利文献1)。

另一方面，在电话的长距离传输或用于VoIP的声音传输中，使用将振幅近似为对数的对数近似压缩扩展(compand)PCM(非专利文献2)等，而不是将振幅设为原来的数值的线性PCM。

非专利文献1：MatHans，“Lossless Compression of Digital Audio”，IEEESIGNAL PROCESSING MAGAZINE，July 2001，pp.21-32.

非专利文献2：ITU-T Recommendation G.711，“Pulse Code Modulation(PCM)of Voice Frequencies”.

发明内容

发明要解决的课题

代替一般的电话而VoIP系统普及时，为用于VoIP的声音传输而要求的传输容量会增大。例如，在非专利文献2的ITU-T G.711的情况下，对于一个线路需要64kbit/s×2的传输容量，但如果线路数增加则所要求的传输容量也会增大。因此，要求对数近似压缩扩展PCM等对压缩扩展的信号串进行压缩编码的技术(能够减少码量的技术)。压缩扩展意味着以号码序列来表示原来的信号串的大小(例如，大小关系)。此外，表示原来的信号串的大小关系的号码序列是指，维持大小关系或者将大小关系进行反转，从而被均等间隔赋予的数。另外，作为表示原来的信号的大小关系的号码，也可以是对相同振幅(amplitude)(例如“0”)赋予两个不同的号码。这时，两个号码意味着相同振幅。图1是表示第2信号串的振幅的例子的图。横轴是线性PCM的情况下的值，纵轴是与对数近似压缩扩展PCM的情况对应的值。图2是表示8位的μ律(μ-law)的具体形式的图。由表示正负的1位(极性)、表示指数的3位(指数部)、表示线性码中的增量(斜率)的4位(线性部)构成。这一形式的对数近似压缩扩展PCM的情况下，能够表现-127到127为止的数值。这相当于线性PCM的-8158到8158(图1)。

对数近似压缩扩展PCM等作为对压缩扩展后的信号串(以下，称为“第2信号串”)进行压缩编码的技术，考虑如下那样的编码装置和解码装置。图3表示对第2信号串进行编码的编码装置的功能构成例子。此外，图4表示该编码装置的处理流程例子。编码装置800包括线性预测单元810、量化单元820、预测值计算单元830、减法运算单元840、系数编码单元850、残差编码单元860。进而，在对编码装置800的输入信号串没有被分割为帧单位的情况下，编码装置800还包括帧分割单元870。帧分割单元870输出将输入信号串分割为帧单位后的第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}。另外，N是一帧的样本数。

编码装置800在被输入分割为帧单位的第2信号串X时，线性预测单元810根据被分割为帧单位的第2信号串X求线性预测系数K＝{k(1)，k(2)，...，k(P)}(S810)。另外，P是预测次数(order)。量化单元820通过对线性预测系数K进行量化而求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S820)。预测值计算单元830使用第2信号串X和量化线性预测系数K’，如下式那样求第2预测值串Y＝{y(1)，y(2)，...，y(N)}(S830)。

[数1]

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)x(n-i)---\left(1\right)$

其中，n是1以上N以下的整数。减法运算单元840求第2信号串X和第2预测值串Y之差(预测残差串)E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S840)。系数编码单元850对量化线性预测系数K’进行编码，并输出预测系数码C_k(S850)。残差编码单元860对预测残差串E进行编码，并输出预测残差码C_e(S860)。

图5表示解码为第2信号串的解码装置的功能构成例子。此外，图6表示该解码装置的处理流程例子。解码装置900包括残差解码单元910、系数解码单元920、预测值计算单元930、加法运算单元940。残差解码单元910对预测残差码C_e进行解码从而求预测残差串E(S910)。系数解码单元920对预测系数码C_k进行解码从而求量化线性预测系数K’(S920)。预测值计算单元930使用解码后的第2信号串X和量化线性预测系数K’，如下式那样求第2预测值串Y(S930)。

[数2]

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)x(n-i)---\left(2\right)$

加法运算单元940将第2预测值串Y和预测残差串E相加从而求第2信号串X(S940)。通过这样的结构，能够对压缩扩展后的信号串进行可逆压缩。但是，即使将G.711等压缩扩展后的信号串如上述那样进行可逆压缩，也不能说压缩效率足够高。

本发明鉴于这样的状况而完成，其目的在于对于压缩扩展后的信号串实现高的编码效率，并且削减码量。

用于解决课题的方案

本发明的编码方法是对号码序列(以下，称为“第2信号串”)进行编码的编码方法。并且，本发明的编码方法具有分析步骤和信号序列变形(transformation)步骤。分析步骤确认是否有包含在特定的范围内且在第2信号串内没有产生的号码，并输出表示没有产生的号码的信息。信号序列变形步骤在分析步骤中知道存在没有产生的号码时，输出将第2信号串的各号码替换为，重新附加了表示除去该没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、原来的信号的大小的号码的号码序列(以下，称为“变形第2信号串”)。特定的范围例如是表示正的绝对值最小的值的号码和表示负的绝对值最小的值的号码。具体地说，在非专利文献2的ITU-T G.711的μ律的情况下为“+0”和“-0”，在A律的情况下为“+1”和“-1”。

此外，本发明的解码方法是将利用特定范围的号码的产生频率高的情况而进行了编码的码解码为第2信号串的解码方法。并且，本发明的解码方法包括：信号串反变形步骤，当特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息，将变形第2信号串变形为第2信号串。这里，在A律的情况下，在以13位的附带符号的整数表现形式表示对应的号码时成为“+1”和“-1”，但以16位的附带符号的整数表现形式表示相同的对应的号码时相当于“+8”和“-8”。根据本发明实际应用的状况，也可将“+1”和“-1”读作“+8”和“-8”来使用。

发明效果

在熵编码(entropy coding)等中，以产生频率高作为前提的号码的码长度被较短地设定。尽管如此，但在发生频率高的范围(特定的范围)内存在没有产生的号码时，编码的效率会恶化。根据本发明的编码方法和解码方法，使用变形第2信号串(将所述第2信号串的各号码替换为，重新附加了表示除去没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、原来的信号的大小的号码的号码串)进行编码、解码。即，在产生频率高的范围内不会存在没有产生的号码。从而，编码的效率会提高。

作为应用熵编码的例子，有对无损(lossless)编码的预测残差串进行编码的情况等，但并不限于此。

此外，本发明的效果在非专利文献2的ITU-T G.711的μ律那样，作为表示“0”的号码有“+0”和“-0”这样的情况下特别显著。因为，根据编码装置不同，也有仅使用“+0”和“-0”中的一个作为表示“0”的号码的装置。

附图说明

图1是表示被压缩扩展的信号串的振幅的例子的图。

图2是表示8位的μ律的具体形式的图。

图3是表示编码装置的功能构成例子的图。

图4是表示编码装置的处理流程例子的图。

图5是表示解码装置的功能构成例子的图。

图6是表示解码装置的处理流程例子的图。

图7是表示实施例1的编码装置的功能构成例子的图。

图8是表示实施例1的编码装置的处理流程的例子的图。

图9是表示实施例1的解码装置的功能构成例子的图。

图10是表示实施例1的解码装置的处理流程的例子的图。

图11是表示实施例2的编码装置的功能构成例子的图。

图12是表示实施例2的编码装置的处理流程的例子的图。

图13是表示实施例2的解码装置的功能构成例子的图。

图14是表示实施例2的解码装置的处理流程的例子的图。

图15是表示实施例3的编码装置的功能构成例子的图。

图16是表示实施例3的编码装置的处理流程的例子的图。

图17是表示实施例3的解码装置的功能构成例子的图。

图18是表示实施例3的解码装置的处理流程的例子的图。

图19是表示使用了μ律的变形、变换的具体例子的图。

图20是表示使用了A律的变形、变换的具体例子的图。

图21是表示计算机的功能构成例子的图。

标号说明

100、300、500、800编码装置

110、510、810线性预测单元    130、530、830预测值计算单元

140、840减法运算单元         160、860残差编码单元

170信号串变形单元            180分析单元

200、400、600、900解码装置

230、630、930预测值计算单元  240、940加法运算单元

250信号串反变形单元

330、430、535、635预测值串变形单元

515、615变换单元             820量化单元

830系数编码单元              870帧分割单元

910残差解码单元              920系数解码单元

具体实施方式

在以下，为了避免重复说明，对于具有相同功能的功能部分或进行相同处理的处理步骤赋予相同的标号，并省略说明。

实施例1

图7表示实施例1的编码装置的功能构成例子，图8表示实施例1的编码装置的处理流程的例子。编码装置100对号码序列(以下，称为“第2信号串”)进行编码(例如，预测残差码C_e)。编码装置100至少包括分析单元180、信号串变形单元170、线性预测单元110、量化单元820、预测值计算单元130、减法运算单元140、系数编码单元850、残差编码单元160。分析单元180确认是否有包含在特定的范围内且在第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}内没有产生的号码，并输出表示没有产生的号码的信息t(S180)。另外，N是1帧的样本数。特定的范围例如是表示正的绝对值最小的值的号码和表示负的绝对值最小的值的号码。具体地说，在非专利文献2的ITU-T G.711的μ律的情况下为“+0”和“-0”，在A律的情况下为“+1”和“-1”。这里，在A律的情况下，在以13位的附带符号的整数表现形式表示对应的号码时成为“+1”和“-1”，但以16位的附带符号的整数表现形式表示相同的对应的号码时相当于“+8”和“-8”。根据本发明实际应用的状况，也可将“+1”和“-1”读作“+8”和“-8”来使用。

信号串变形单元170在步骤S180(分析步骤)中知道存在没有产生的号码时，输出将第2信号串的各号码替换为，重新附加了表示除去该没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、原来的信号的大小的号码的号码串T(X)＝{T(x(1))，T(x(1))，...，T(x(N))}(以下，称为“变形第2信号串”)(S170)。

例如，考虑非专利文献2的ITU-T G.711的μ律的情况。如使用图2说明的那样，在μ律下用8位来表示“-127”至“+127”的号码，表示“0”的号码有“+0”和“-0”的两个。并且，在原来的信号和线性关系的值之间的关系中，“-127”表示「-8031」“+127”表示「+8031」，“+0”和“-0”表示「0」。这里，“”表示用于表示原来的信号的大小(大小关系)的号码，「」表示与原来的信号具有线性关系的信号的振幅。这样，由于“+0”和“-0”是重复的号码，因此根据编码装置不同而有仅输出其中一个的装置。因此，例如将特定的范围设为“+0”和“-0”。并且，如果没有产生“-0”，则负的号码各挪一个，“-0”作为表示「-1」的号码来使用，“-126”作为表示「-8031」的号码来表示。如果没有产生“+0”，则正的号码各挪一个，“+0”作为表示「+1」的号码即可。此外，如果“+0”和“-0”都不存在，则负的号码和正的号码都各挪一个，“-0”作为表示「-1」的号码，“+0”作为表示「+1」的号码即可。

线性预测单元110对变形第2信号串T(X)进行线性预测分析，并求线性预测系数K＝{k(1)，k(2)，...，k(P)}(S110)。另外，P是预测次数。量化单元820对线性预测系数K进行量化从而求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S820)。此外，编码装置100也可以代替步骤S110和S820的处理，进行使用了存储着量化线性预测系数的候选k’(m，p)(其中，1≤m≤M，M是2以上的整数)的表的等效处理。这时，编码装置100代替线性预测单元110和量化单元820而具备量化线性预测单元即可。并且，量化线性预测单元利用下述的式(3)(将式(1)的X替换为T(X)的式)对k’(m，p)的组求预测值串。然后，通过使预测值串和变形第2信号串T(X)的每个样本的差的功率之和或者绝对值和成为最小的k’(m，p)的组设为量化线性预测系数K’，从而求对于变形第2信号串T(X)的量化线性预测系数K’即可。预测值计算单元130使用过去的变形第2信号串T(X)和量化线性预测系数K’，如下式那样求作为对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串T(Y)＝{T(y(1))，T(y(2))，...，T(y(N))}(S130)。

[数3]

$T\left(y\left(n\right)\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)T\left(x(n-i)\right)---\left(3\right)$

其中，n是1以上且N以下的整数。减法运算单元140求变形第2预测值串T(Y)和变形第2信号串T(X)之差(预测残差串)E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S140)。另外，在代替线性预测单元110和量化单元820而具备量化线性预测单元的情况下，也可以将预测值计算单元130和减法运算单元140包含在内而设为量化线性预测单元。这时，也可以代替步骤S130和S140的处理，通过将与由量化线性预测单元已求得的量化线性预测系数K’对应的预测值串和变形第2信号串T(X)之差设为E，从而求预测残差串E。系数编码单元850对量化线性预测系数K’进行编码，并输出预测系数码C_k(S850)。残差编码单元160对预测残差串E进行编码，并输出预测残差码C_e。此外，输出表示没有产生的号码的信息t(S160)。预测残差串E在线性预测适当地进行时会成为较小的值，因此0附近的产生频率高。因此，大多使用Golom-Rice码等的熵编码。从而，当以产生频率高作为前提的范围内存在没有产生的号码时，编码效率会恶化。但是，根据编码装置100，由于使用变形第2信号串(将所述第2信号串的各号码替换为，重新附加了表示除去没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、原来的信号的大小的号码的号码串)进行编码，因此编码效率提高。

图9表示实施例1的解码装置的功能构成例子，图10表示实施例1的解码装置的处理流程的例子。解码装置200以预测系数码C_k、预测残差码C_e、表示没有产生的号码的信息t作为输入。并且，解码装置200将码(例如，预测残差码C_e)解码为号码序列(以下，称为“第2信号串”)。解码装置200包括残差解码单元910、系数解码单元920、预测值计算单元230、加法运算单元240、信号串反变形单元250。残差解码单元910根据预测残差码C_e求预测残差串E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S910)。系数解码单元920根据预测系数码C_k求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S920)。预测值计算单元230使用解码后的变形第2信号串T(X)＝{T(x(1))，T(x(2))，...，T(x(N))}和量化线性预测系数K’，如下式那样求对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串T(Y)＝{T(y(1))，T(y(2))，...，T(y(N))}(S230)。

[数4]

$T\left(y\left(n\right)\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)T\left(x(n-i)\right)---\left(4\right)$

加法运算单元240将变形第2预测值串T(Y)和预测残差串E相加从而求变形第2信号串T(X)(S240)。信号串反变形单元250在特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息t，将变形第2信号串T(X)变形为第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}(S250)。

解码装置200为这样的结构，因此能够对编码装置100中有效率地对编码后的码进行解码。因此，编码效率提高。

实施例2

图11表示实施例2的编码装置的功能构成例子，图12表示实施例2的编码装置的处理流程的例子。编码装置300与编码装置100同样地，对号码序列(第2信号串)进行编码。编码装置300至少包括分析单元180、信号串变形单元170、线性预测单元810、量化单元820、预测值计算单元830、预测值串变形单元330、减法运算单元140、系数编码单元850、残差编码单元160。分析单元180、信号串变形单元170、减法运算单元140、残差编码单元160的功能与编码装置100相同。

对编码装置300输入以帧为单位被分割的第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}时，与编码装置100同样地，执行步骤S180和S170。接着，线性预测单元810根据以帧为单位被分割的第2信号串X，求线性预测系数K＝{k(1)，k(2)，...，k(P)}(S810)。另外，P是预测次数。量化单元820通过对线性预测系数K进行量化而求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S820)。此外，编码装置300也可以代替步骤S810和S820的处理，进行使用了存储着量化线性预测系数的候选k’(m，p)(其中，1≤m≤M，M是2以上的整数)的表的等效处理。这时，编码装置300代替线性预测单元810和量化单元820而具备量化线性预测单元即可。并且，量化线性预测单元利用式(1)对k’(m，p)的组求预测值串。然后，通过将使预测值串和第2信号串X的每个样本的差的功率之和或者绝对值和成为最小的k’(m，p)的组设为量化线性预测系数K’，从而求对于第2信号串X的量化线性预测系数K’即可。预测值计算单元830使用第2信号串X和量化线性预测系数K’，如下式那样求对第2预测值串Y＝{y(1)，y(2)，...，y(N)}(S830)。

[数5]

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)x(n-i)---\left(5\right)$

其中，n是1以上N以下的整数。另外，在代替线性预测单元810和量化单元820而具备量化线性预测单元的情况下，也可以将预测值计算单元830也包含在内而设为量化线性预测单元。这时，也可以代替步骤S830的处理，通过将与由量化线性预测单元已求得的量化线性预测系数K’对应的预测值串设为第2预测值串Y，从而求第2预测值串Y。预测值串变形单元330采用在步骤S170(信号串变形步骤)中将第2信号串X变形为变形第2信号串T(X)的方法，对第2预测值串Y进行变形，求变形第2预测值串T(Y)＝{T(y(1))，T(y(2))，...，T(y(N))}(S330)。减法运算单元140求变形第2预测值串T(Y)和变形第2信号串T(X)的预测残差串E(S140)。系数编码单元850对量化线性预测系数K’进行编码，并输出预测系数码C_k(S850)。残差编码单元160对预测残差串E进行编码，并输出预测残差码C_e。此外，输出表示没有产生的号码的信息t(S160)。

图13表示实施例2的解码装置的功能构成例子，图14表示实施例2的解码装置的处理流程的例子。解码装置400以预测系数码C_k、预测残差码C_e、表示没有产生的号码的信息t作为输入。并且，解码装置400将码解码为号码序列(第2信号串)。解码装置400包括残差解码单元910、系数解码单元920、预测值计算单元930、预测值串变形单元430、加法运算单元240、信号串反变形单元250。加法运算单元240、信号串反变形单元250的功能与解码装置200相同。

残差解码单元910根据预测残差码C_e求预测残差串E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S910)。系数解码单元920根据预测系数码C_k求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S920)。预测值计算单元230使用解码后的第2信号串X和量化线性预测系数K’，如下式那样求第2预测值串Y(S930)。

[数6]

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)x(n-i)---\left(6\right)$

预测值串变形单元430使用表示没有产生的号码的信息t，对第2预测值串Y进行与步骤S250(信号串反变形步骤)相反的变形，并求变形第2预测值串T(Y)(S430)。加法运算单元240将变形第2预测值串T(Y)和预测残差串E相加从而求变形第2信号串T(X)(S240)。信号串反变形单元250在特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息t，将变形第2信号串T(X)变形为第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}(S250)。

编码装置300、解码装置400为上述那样的结构，因此能够获得与实施例1同样的效果。

实施例3

图15表示实施例3的编码装置的功能构成例子，图16表示实施例3的编码装置的处理流程的例子。编码装置500与编码装置100同样地，对号码序列(第2信号串)进行编码。编码装置500至少包括分析单元180、信号串变形单元170、变换单元515、线性预测单元510、量化单元820、预测值计算单元530、预测值串变形单元535、减法运算单元140、系数编码单元850、残差编码单元160。分析单元180、信号串变形单元170、减法运算单元140、残差编码单元160的功能与编码装置100相同。

对编码装置500输入以帧为单位被分割的第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}时，与编码装置100同样地，执行步骤S180和S170。接着，变换单元515按照预先决定的规则(rule)对第2信号串X进行变换，并求变换信号串F’(X)(S515)。将第2信号串X变换为变换信号串F’(X)的方法有各种方法。例如有将第2信号串X变换为与原来的信号串具有线性关系的信号串的方法。在非专利文献2的ITU-T G.711的μ律的情况下，“-127”变换为「-8031」“+127”变换为「+8031」“+0”和“-0”变换为「-0」或者，虽然是没有公开的信息，但有通过申请人已提出申请的特愿2007-314032号、特愿2007-314033号、特愿2007-314034号、特愿2007-314035号中所示的“使第2信号串与原来的信号接近线性关系的处理”来进行变换的方法等。

线性预测单元510对变换信号串F’(X)进行线性预测分析，并求线性预测系数K＝{k(1)，k(2)，...，k(P)}(S510)。另外，P是预测次数。量化单元820通过对线性预测系数K进行量化而求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S820)。此外，编码装置500也可以代替步骤S510和S820的处理，进行使用了存储着量化线性预测系数的候选k’(m，p)(其中，1≤m≤M，M是2以上的整数)的表的等效处理。这时，编码装置500代替线性预测单元510和量化单元820而具备量化线性预测单元即可。并且，量化线性预测单元利用将式(1)的X置换为F’(X)的式，对k’(m，p)的组求预测值串。然后，通过将使预测值串和变换信号串F’(X)的每个样本的差的功率之和或者绝对值和成为最小的k’(m，p)的组设为量化线性预测系数K’，从而求对于变换信号串F’(X)的量化线性预测系数K’即可。预测值计算单元530使用变换信号串F’(X)和量化线性预测系数K’，求对变换信号串F’(X)进行了预测的结果的变换预测值串F’(Y)(S530)。另外，在代替线性预测单元510和量化单元820而具备量化线性预测单元时，也可以将预测值计算单元530也包含在内而作为量化线性预测单元。这时，也可以代替步骤S530的处理，通过将与由量化线性预测单元已经求得的量化线性预测系数K’对应的预测值串设为变换预测值串F’(Y)，从而求变换预测值串F’(Y)。预测值串变形单元535对变换预测值串F’(Y)进行预先决定的规则的反变换F’^-1()从而求第2预测值串Y。然后，预测值串变形单元535采用在步骤S170(信号串变形步骤)中将第2信号串X变形为变形第2信号串T(X)的方法，对第2预测值串Y进行变形，并输出变形第2预测值串T(Y)(S535)。减法运算单元140求变形第2预测值串T(Y)和变形第2信号串T(X)之差(预测残差串)E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S140)。系数编码单元850对量化线性预测系数K’进行编码，并输出预测系数码C_k(S850)。残差编码单元160对预测残差串E进行编码，并输出预测残差码C_e。此外，输出表示没有产生的号码的信息t(S160)。

在非专利文献2(G711)中用表来表示了A律和μ律的情况下的具体例子(非专利文献2的表1a～2b)。A律的情况和μ律的情况下，非专利文献2的表的第6列都示出了“8位的形式(参照图2)”，第7列示出了“原来的信号的量化值”，第8列示出了“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”的绝对值。即，关于表1a，第8列所记载的值本身是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”，关于表1b，对于第8列所记载的值加上负号的值是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。“8位的形式”按照使0和1反转等决定位形式的规则来确定。按照决定位形式的规则而还原为数值的值是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。该“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”相当于本发明第2信号串的一个样本值。此外，非专利文献2的“原来的信号的量化值”相当于与原来的信号串具有线性关系的信号串的一个样本值。例如，μ律的“11101111”这样的8位，其表示原来的信号的大小(大小关系)的号码为16，原来的信号的量化值为33。此外，μ律的“10001111”这样的8位，其表示原来的信号的大小(大小关系)的号码为112，原来的信号的量化值为4191。

图17表示实施例3的解码装置的功能构成例子，图18表示实施例3的解码装置的处理流程的例子。解码装置600以预测系数码C_k、预测残差码C_e、表示没有产生的号码的信息t作为输入。并且，解码装置600将码解码为号码序列(第2信号串)。解码装置600包括残差解码单元910、系数解码单元920、变换单元615、预测值计算单元630、预测值串变形单元635、加法运算单元240、信号串反变形单元250。加法运算单元240、信号串反变形单元250的功能与解码装置200相同。

残差解码单元910根据预测残差码C_e求预测残差串E＝{e(1)，e(2)，...，e(N)}(S910)。系数解码单元920根据预测系数码C_k求量化线性预测系数K’＝{k’(1)，k’(2)，...，k’(P)}(S920)。变换单元615按照预先决定的规则来变换解码后的第2信号串X，从而求变换信号串F’(X)(S615)。预测值计算单元630使用过去的变换信号串F’(X)和所述量化线性预测系数K’，如下式那样求对变换信号串进行了预测的结果的变换预测值串F’(Y)(S630)。

[数7]

$F^{\′\′}\left(y\left(n\right)\right)=\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{k}^{\′}\left(i\right)F^{\′}\left(x(n-i)\right)---\left(7\right)$

预测值串变形单元635使用表示没有产生的号码的信息t，对变换预测值串F’(Y)进行预先决定的规则的反变换F’^-1()从而求第2预测值串Y。然后，预测值串变形单元635对该第2预测值串Y进行与步骤S250(信号串反变形步骤)相反的变形从而求变形第2预测值串T(Y)(S635)。加法运算单元240将变形第2预测值串T(Y)和预测残差串E相加从而求变形第2信号串T(X)(S240)。信号串反变形单元250在特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息t，将变形第2信号串T(X)变形为第2信号串X＝{x(1)，x(2)，...，x(N)}(S250)。

编码装置500、解码装置600为上述那样的结构，因此能够获得与实施例1同样的效果。

另外，本发明只要是熵编码等考虑了产生频率的编码方法、解码方法，则能够与上述的实施方式无关地获得效果。

[具体例子]

下面，使用图19说明信号串变形单元170、信号串反变形单元250、变换单元515、预测值串变形单元535下的信号串的变形或变换。另外，在该说明中，假设减法运算单元140的计算被预先定义为E＝T(X)-T(Y)，加法运算单元240的计算被预先定义为T(X)＝E+T(Y)。此外，作为具体的信号，使用非专利文献2的表2a、2b所定义的μ律。在非专利文献2的表2a、2b的第6列示出了“8位的形式”，第7列示出了“原来的信号的量化值”，第8列示出了“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”的绝对值。即，关于表2a，第8列所记载的值本身是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”，关于表2b，对于第8列所记载的值加上负号的值是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。在图19中，将这些列表示在第1列到第3列中。其中，图19的“8位的形式”以16进制形式表示。另外，需要注意的是，在μ律中，“1”和“0”反转，“11111111(在图19中表示为0xFF)”表示正的最小数值，“10000000(在图19中表示为0x80)”表示正的最大数值。将其按照决定位形式的规则而还原成数值后的值为“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。该“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”相当于本发明的第2信号串X的一个信号的值。此外，非专利文献2的“原来的信号的量化值”相当于与原来的信号串具有线性关系的信号串的一个信号的值。

第2信号串X的各信号的值是图19的第3列所示的号码。第2信号串X的各信号能够取的值有“+0”和“-0”，它们都表示原来的信号的量化值为「0」。在生成第2信号串X的装置中，也有仅输出“+0”和“-0”中的一个的装置。此外，偶尔在某些第2信号串X中还有不存在“+0”和“-0”的情况。例如，假设分析单元180将“+0”和“-0”作为特定的范围，确认是否不存在没有产生的号码，输出了表示没有产生的号码的信息t。另外，由于第2信号串X只要是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”即可，因此可以将图19的第4列设为第2信号串X。这时，正的最小振幅值为“0”，负的最小振幅值为“-1”。

信号串变形单元170根据表示没有产生的号码的信息t，如图19的第4、6、8、10列那样重新附加号码，从而输出变形第2信号串T(X)。信号串反变形单元250根据表示没有产生的号码的信息t，进行信号串变形单元170的反变形。另外，图19中的“否(No)”表示T(X)的号码不存在，T(X)的号码是表示原来的信号的大小的号码。

变换单元515例如将图19的第3列所示的值变换为第2列所示的值，并求变换信号串F’(X)。这与实施例3中说明的变换的例子相同。

预测值串变形单元535对变换预测值串F’(Y)进行量化而设为第2列所示的值，并将其变换(反变换F’^-1())为与该值对应的第3列从而求第2预测值串Y。然后，预测值串变形单元535根据表示没有产生的号码的信息t，如图19的第5、7、9、11列那样重新附加号码，从而输出变形第2预测值串T(Y)(S535)。另外，图19中的“否”表示T(Y)的号码不存在，T(Y)的号码是表示原来的信号的大小的号码(第3列)。通过这样变形，与不进行变形的情况相比，能够将残差信号串E的振幅抑制为较小，结果能够改善编码效率。

图20表示使用了A律的变形、变换的具体例子。在非专利文献2的表1a、1b的第6列示出了“8位的形式”，第7列示出了“原来的信号的量化值”，第8列示出了“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”的绝对值。即，关于表1a，第8列所记载的值本身是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”，关于表1b，对于第8列所记载的值加上负号的值是“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。在图20中，将这些列表示在第3列、第4列中。其中，图20的“8位的形式”以16进制形式表示。另外，在A律的8位形式的信号(图20的第1列)中，在产生概率最高的无声状态时“0”连续。因此，大多将A律的8位形式的信号和0x55(以二进制形式表示时为“01010101”)的“异或”作为通信时的信号来使用。图20的第2列表示A律的8位形式的信号和0x55的“异或”的值。将第1列的值和第2列的值按照决定位形式的规则而还原成数值后的值为“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”。该“表示原来的信号的大小(大小关系)的号码”相当于本发明的第2信号串X的一个信号的值。此外，非专利文献2的“原来的信号的量化值”相当于与原来的信号串具有线性关系的信号串的一个信号的值。

第2信号串X的各信号的值是图20的第4列或者第5列所示的号码。在将第4列设为第2信号串X的情况下，正的最小振幅值为“+1”，负的最小振幅值为“-1”。此外，在将第5列设为第2信号串X的情况下，正的最小振幅值为“0”，负的最小振幅值为“-1”。

信号串变形单元170、信号串反变形单元250、变换单元515、预测值串变形单元535下的信号串的变形或变换如下。信号串变形单元170根据表示没有产生的号码的信息t，如图20的第5、7、9、11列那样重新附加号码，从而输出变形第2信号串T(X)。其中，在第5列为第2信号串的情况下，T(X)＝X。信号串反变形单元250根据表示没有产生的号码的信息t，进行信号串变形单元170的反变形。另外，图20中的“否”表示T(X)的号码不存在，T(X)的号码是表示原来的信号的大小的号码(第4列)。

变换单元515例如将图20的第4列所示的值变换为第3列所示的值，并求变换信号串F’(X)。这与实施例3中说明的变换的例子相同。

预测值串变形单元535对变换预测值串F’(Y)进行量化而设为第3列所示的值，并将其变换(反变换F’^-1())为与该值对应的第4列(或者第5列)从而求第2预测值串Y。然后，预测值串变形单元535根据表示没有产生的号码的信息t，如图20的第6、8、10、12列那样重新附加号码，从而输出变形第2预测值串T(Y)(S535)。另外，图20中的“否”表示T(Y)的号码不存在，T(Y)的号码是表示原来的信号的大小的号码(第4列)。通过这样变形，与不进行变形的情况相比，能够将残差信号串E的振幅抑制为较小，结果能够改善编码效率。在实施例1到3中说明了线性预测的情况。但是，预测方法不必是完整的线性，即使在一部分或者整体中包含非线性的预测，也能够获得与线性预测的情况相同的效果。当预测方法不是线性的情况下，将上述的“线性预测系数”改读为“预测系数”，将“线性预测单元”改读为“预测单元”，将“量化线性预测系数”改读为“量化预测系数”即可。

图21表示计算机的功能构成例子。本发明的编码方法、解码方法可以通过以下方式使计算机执行，即计算机2000的记录单元2020读取使计算机2000作为本发明的各构成部分动作的程序，并使处理单元2010、输入单元2030、输出单元2040等动作。此外，作为使计算机读取的方法，有将程序预先记录到计算机可读取的记录介质中并且使计算机从记录介质读取的方法、通过电通信线路等使计算机读取在服务器等中记录的程序的方法等。

Claims (26)

1.一种编码方法，对号码序列即第2信号串进行编码，该编码方法包括：

分析步骤，确认是否有包含在特定的范围内且在所述第2信号串内没有产生的号码，并输出表示没有产生的号码的信息；以及

信号序列变形步骤，在所述分析步骤中知道存在没有产生的号码时，输出将所述第2信号串的各号码替换为重新赋予后的号码的号码序列即变形第2信号串，其中，对除去该没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、其他的原来的信号的大小重新赋予了号码。

2.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

预测分析步骤，对于所述变形第2信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化步骤，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算步骤，使用过去的所述变形第2信号串和所述量化预测系数，求作为对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串；

减法运算步骤，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

3.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

预测分析步骤，对所述第2信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化步骤，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算步骤，使用过去的所述第2信号串和所述量化预测系数，求作为对第2信号串进行了预测的结果的第2预测值串；

预测值串变形步骤，采用在所述信号串变形步骤中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对所述第2预测值串进行变形，并求变形第2预测值串；

减法运算步骤，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

4.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

变换步骤，按照预先决定的规则来变换所述第2信号串，并求变换信号串；

预测分析步骤，对所述变换信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化步骤，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算步骤，使用所述变换信号串和所述量化预测系数，求作为对变换信号串进行了预测的结果的变换预测值串；

预测值串变形步骤，对所述变换预测值串进行所述预先决定的规则的反变换从而求第2预测值，采用在所述信号串变形步骤中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对该第2预测值串进行变形，并输出变形第2预测值串；

减法运算步骤，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

5.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

量化预测步骤，求与所述变形第2信号串对应的量化预测系数和预测残差串，该预测残差串是以所述量化预测系数对所述变形第2信号串进行了预测的残差；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

6.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

量化预测步骤，求与所述第2信号串对应的量化预测系数和第2预测值串，该第2预测值串是以所述量化预测系数对所述第2信号串进行了预测的结果；

预测值串变形步骤，采用在所述信号串变形步骤中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对所述第2预测值串进行变形，并求变形第2预测值串；

减法运算步骤，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

7.如权利要求1所述的编码方法，其还包括：

变换步骤，按照预先决定的规则来变换所述第2信号串，并求变换信号串；

量化预测步骤，求与所述变换信号串对应的量化预测系数和变换预测值串，该变换预测值串是以所述量化预测系数对所述变换信号串进行了预测的结果；

预测值串变形步骤，对所述变换预测值串进行所述预先决定的规则的反变换从而求第2预测值，采用在所述信号串变形步骤中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对该第2预测值串进行变形，并输出变形第2预测值串；

减法运算步骤，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码步骤，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码步骤，对所述预测残差串进行编码。

8.如权利要求1至7的任一项所述的编码方法，其特征在于，

所述特定的范围是指表示用于表示原来的信号的大小的绝对值最小的正的值的号码和表示绝对值最小的负的值的号码。

9.如权利要求1至7的任一项所述的编码方法，其特征在于，

所述特定的范围是指以16进制形式表示时成为0xFF和0x7F的号码的范围。

10.如权利要求1至7的任一项所述的编码方法，其特征在于，

所述特定的范围是指以16进制形式表示时成为0x80和0x00，或者成为0xD5和0x55的号码的范围。

11.如权利要求1至7的任一项所述的编码方法，其特征在于，

所述特定的范围是指表示所述第2信号串的绝对值最小的正的值的号码和表示绝对值最小的负的值的号码。

12.一种解码方法，将所输入的码解码为号码序列即第2信号串，该解码方法的特征在于，包括：

信号串反变形步骤，当特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息，将对接收到的码进行了解码后的信号串即变形第2信号串变形为所述第2信号串，

所述变形第2信号串是指将所述第2信号串的各号码替换为重新赋予后的号码的号码序列，其中，对除去没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、其他的原来的信号的大小重新赋予了号码。

13.如权利要求12所述的解码方法，其还包括：

残差解码步骤，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码步骤，根据预测系数码求量化预测系数；

预测值计算步骤，使用解码后的变形第2信号串和所述量化预测系数，求作为对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串；以及

加法运算步骤，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

14.如权利要求12所述的解码方法，其还包括：

残差解码步骤，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码步骤，根据预测系数码求量化预测系数；

预测值计算步骤，使用解码后的第2信号串和所述量化预测系数，求作为对第2信号串进行了预测的结果的第2预测值串；

预测值串变形步骤，使用表示所述没有产生的号码的信息，对所述第2预测值串进行与所述信号串反变形步骤相反的变形，求变形第2预测值串；

以及

加法运算步骤，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

15.如权利要求12所述的解码方法，其还包括：

残差解码步骤，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码步骤，根据预测系数码求量化预测系数；

变换步骤，按照预先决定的规则来变换解码后的第2信号串，从而求变换信号串；

预测值计算步骤，使用所述变换信号串和所述量化预测系数，求作为对变换信号串进行了预测的结果的变换预测值串；

预测值串变形步骤，使用表示所述没有产生的号码的信息，对所述变换预测值串进行所述预先决定的规则的反变换从而求第2预测值串，并对该第2预测值串进行与所述信号串反变形步骤相反的变形从而求变形第2预测值串；以及

加法运算步骤，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

16.如权利要求12至15的任一项所述的解码方法，其特征在于，

所述特定的范围是指表示绝对值最小的正的值的号码和表示绝对值最小的负的值的号码。

17.一种编码装置，对号码序列即第2信号串进行编码，该编码装置包括：

分析单元，确认是否有包含在特定的范围内且在所述第2信号串内没有产生的号码，并输出表示没有产生的号码的信息；以及

信号序列变形单元，在所述分析单元中知道存在没有产生的号码时，输出将所述第2信号串的各号码替换为重新赋予后的号码的号码序列即变形第2信号串，其中，对除去该没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、其他的原来的信号的大小重新赋予了号码。

18.如权利要求17所述的编码装置，其还包括：

预测分析单元，对于所述变形第2信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化单元，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算单元，使用过去的所述变形第2信号串和所述量化预测系数，求作为对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串；

减法运算单元，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码单元，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码单元，对所述预测残差串进行编码。

19.如权利要求17所述的编码装置，其还包括：

预测分析单元，对所述第2信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化单元，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算单元，使用过去的所述第2信号串和所述量化预测系数，求作为对第2信号串进行了预测的结果的第2预测值串；

预测值串变形单元，采用在所述信号串变形单元中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对所述第2预测值串进行变形，并求变形第2预测值串；

减法运算单元，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码单元，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码单元，对所述预测残差串进行编码。

20.如权利要求17所述的编码装置，其还包括：

变换单元，按照预先决定的规则来变换所述第2信号串，并求变换信号串；

预测分析单元，对所述变换信号串进行预测分析，并求预测系数；

量化单元，对所述预测系数进行量化从而求量化预测系数；

预测值计算单元，使用所述变换信号串和所述量化预测系数，求作为对变换信号串进行了预测的结果的变换预测值串；

预测值串变形单元，对所述变换预测值串进行所述预先决定的规则的反变换从而求第2预测值，采用在所述信号串变形单元中将第2信号串变形为变形第2信号串的方法，对该第2预测值串进行变形，并输出变形第2预测值串；

减法运算单元，求所述变形第2预测值串和所述变形第2信号串的预测残差串；

系数编码单元，对所述量化预测系数进行编码；以及

残差编码单元，对所述预测残差串进行编码。

21.如权利要求17至20的任一项所述的编码装置，

所述特定的范围是指表示绝对值最小的正的值的号码和表示绝对值最小的负的值的号码。

22.一种解码装置，将所输入的码解码为号码序列即第2信号串，该解码装置的特征在于，包括：

信号串反变形单元，当特定的范围所包含的号码中存在没有产生的号码时，使用表示没有产生的号码的信息，将对接收到的码进行了解码后的信号串即变形第2信号串变形为所述第2信号串，

所述变形第2信号串是指将所述第2信号串的各号码替换为重新赋予后的号码的号码序列，其中，对除去没有产生的号码所表示的原来的信号的大小后的、其他的原来的信号的大小重新赋予了号码。

23.如权利要求22所述的解码装置，其还包括：

残差解码单元，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码单元，根据预测系数码求量化预测系数；

预测值计算单元，使用解码后的变形第2信号串和所述量化预测系数，求作为对变形第2信号串进行了预测的结果的变形第2预测值串；以及

加法运算单元，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

24.如权利要求22所述的解码装置，其还包括：

残差解码单元，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码单元，根据预测系数码求量化预测系数；

预测值计算单元，使用解码后的第2信号串和所述量化预测系数，求作为对第2信号串进行了预测的结果的第2预测值串；

预测值串变形单元，使用表示所述没有产生的号码的信息，对所述第2预测值串进行与所述信号串反变形单元相反的变形，求变形第2预测值串；以及

加法运算单元，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

25.如权利要求22所述的解码装置，其还包括：

残差解码单元，根据预测残差码求预测残差串；

系数解码单元，根据预测系数码求量化预测系数；

变换单元，按照预先决定的规则来变换解码后的第2信号串，从而求变换信号串；

预测值计算单元，使用所述变换信号串和所述量化预测系数，求作为对变换信号串进行了预测的结果的变换预测值串；

预测值串变形单元，使用表示所述没有产生的号码的信息，对所述变换预测值串进行所述预先决定的规则的反变换从而求第2预测值串，并对该第2预测值串进行与所述信号串反变形单元相反的变形从而求变形第2预测值串；以及

加法运算单元，将所述变形第2预测值串和所述预测残差串相加从而求所述变形第2信号串。

26.如权利要求22至25的任一项所述的解码装置，其特征在于，

所述特定的范围是指表示绝对值最小的正的值的号码和表示绝对值最小的负的值的号码。

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