JP2000132195A

JP2000132195A - 信号符号化装置及び方法

Info

Publication number: JP2000132195A
Application number: JP10301504A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsumoto; 淳松本; Masayuki Nishiguchi; 正之西口; Kenichi Makino; 堅一牧野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP4618823B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直交変換を用いる符号化において、直交変換
前の時間軸の信号波形に対して、ＬＰＣ（線形予測符号
化）分析やピッチ分析により信号の特徴あるいは相関性
を除去することで、符号化効率を高める。【解決手段】入力端子１０からの時間軸入力信号は、
正規化回路部１１及びＬＰＣ）分析回路３９に送られ
る。正規化回路部１１は、ＬＰＣ逆フィルタ１２及びピ
ッチ逆フィルタ１３により信号波形の相関を除去して残
差を取り出し、直交変換回路２５に送る。ＬＰＣ分析回
路３９からのＬＰＣ係数とピッチ分析回路１５からのピ
ッチパラメータは、ビット割当算出回路４１に送られ
る。係数量子化部４０は、直交変換回路部２５からの係
数を、ビット割当算出回路４１からの割当ビット数に従
って量子化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号を時間軸
／周波数軸変換して量子化を行う信号符号化装置及び方
法に関し、特に、オーディオ信号を高能率符号化する場
合に好適な信号符号化装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、オーディオ信号（音声信
号や音楽信号を含む）の時間領域や周波数領域における
統計的性質と人間の聴感上の特性を利用して信号圧縮を
行うような符号化方法が種々知られている。この符号化
方法としては、大別して時間領域での符号化、周波数領
域での符号化、分析合成符号化等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、時間軸の入
力信号を周波数軸の信号に直交変換して符号化を行う変
換符号化においては、入力信号の時間軸波形の特徴を除
去して変換符号化することが、符号化効率を高める上で
望ましい。

【０００４】また、直交変換された周波数軸上の係数デ
ータを量子化する際に、重み付けを施してビット割当を
することが多く行われているが、このビット割当のため
の情報を付加情報あるいはサイドインフォメーションと
して伝送するのは、ビットレートが増加することになり
好ましくない。

【０００５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、直交変換に先立って時間軸波形信号の特
徴あるいは相関性を除去し、符号化効率を高めることが
できると共に、量子化の際のビット割当の情報を直接送
らなくともデコーダ側でビット割当を再現できビットレ
ート低減に貢献し得るような信号符号化装置及び方法の
提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、時間軸上の入力信号に対して直交変
換を用いて符号化を行う信号符号化において、直交変換
に先立って、時間軸上で線形予測符号化（ＬＰＣ）分析
及びピッチ分析を行うことにより得られたに基づいて信
号波形の相関を除去することを特徴としている。

【０００７】ここで、上記直交変換は、改良離散コサイ
ン変換（ＭＤＣＴ）により入力された時間軸信号を周波
数軸の係数データに変換することが好ましい。また、上
記正規化は、上記入力信号をＬＰＣ分析して得られたＬ
ＰＣ係数に基づき上記入力信号のＬＰＣ予測残差を出力
し、上記ＬＰＣ予測残差をピッチ分析して得られたピッ
チパラメータに基づき上記ＬＰＣ予測残差のピッチの相
関性を除去することが好ましい。さらに、上記量子化手
段は、上記ＬＰＣ分析結果及び上記ピッチ分析結果に基
づいて決定される割当ビット数に従って量子化を行うこ
とが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
に係る実施の形態となる信号符号化装置の概略構成を示
すブロック図である。

【０００９】この図１において、入力端子１０には時間
軸上の波形信号、例えばディジタルオーディオ信号が入
力される。具体的には、例えばサンプリング周波数Ｆs
が１６ｋHzで０〜８ｋHz程度のいわゆる広帯域音声信号
が挙げられるが、これに限定されるものではない。

【００１０】入力端子１０からの入力信号は、正規化回
路部１１に送られる。この正規化回路部１１は、白色化
回路とも呼ばれ、入力された時間波形信号の特徴を抽出
して予測残差を取り出すような白色化を行うものであ
る。時間波形の白色化は、線形若しくは非線形の予測に
より行うことができ、例えばＬＰＣ（線形予測符号化：
Linear Predictive Coding）及びピッチ分析により入力
時間波形信号を白色化することができる。

【００１１】図１の例においては、正規化（白色化）回
路部１１は、ＬＰＣ逆フィルタ１２とピッチ逆フィルタ
１３とから成っており、入力端子１０からの入力信号を
ＬＰＣ分析回路３９に送ってＬＰＣ分析し、分析の結果
得られたＬＰＣ係数（いわゆるαパラメータ）をＬＰＣ
逆フィルタ１２に送ってＬＰＣ予測残差を取り出すよう
にしている。ＬＰＣ逆フィルタ１２からのＬＰＣ予測残
差は、ピッチ分析回路１５及びピッチ逆フィルタ１３に
送られ、ピッチ分析回路１５では後述するようなピッチ
分析によりピッチパラメータ（ピッチゲイン及びピッチ
ラグ）が取り出されてピッチ逆フィルタ１３に送られて
いる。ピッチ逆フィルタ１３では、上記ＬＰＣ予測残差
からピッチ相関を除去してピッチ残差を求め、直交変換
回路２５に送っている。また、ＬＰＣ分析回路３９から
のＬＰＣ係数及びピッチ分析回路１５のピッチパラメー
タは、量子化の際のビット割当（ビットアロケーショ
ン）を決定するためのビット割当算出回路４１に送られ
ている。

【００１２】正規化回路部１１からの白色化された時間
波形信号、すなわちＬＰＣ残差のピッチ残差は、時間軸
／周波数軸変換（Ｔ／Ｆ mapping）処理を行う直交変換
回路部２５に送られて、周波数軸の信号（係数データ）
に変換される。このＴ／Ｆ変換としては、例えばＤＣＴ
（離散コサイン変換：Discrete Cosine Transform）、
ＭＤＣＴ（改良ＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Tra
nsform）、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier T
ransform）等が多く用いられる。直交変換回路部２５か
ら得られたＭＤＣＴ係数、ＦＦＴ係数等のパラメータあ
るいは係数データは、係数量子化部４０に送られて、Ｓ
Ｑ（スカラ量子化）あるいはＶＱ（ベクトル量子化）等
が施される。この係数量子化を効率的に行うためには、
各係数に対する量子化のビット割当（ビットアロケーシ
ョン）を決定する必要がある。このビット割当は、聴覚
マスキングモデル、あるいは上記正規化回路部１１での
白色化の際に得られるＬＰＣ係数やピッチパラメータ等
の各種パラメータ、あるいは上記係数データから計算さ
れるバークスケールファクタ等に基づいて算出すること
ができる。なお、バークスケールファクタとしては、直
交変換されて得られた係数を、人間の聴覚特性に合わせ
て高域ほどバンド幅が広くなるような周波数帯域、いわ
ゆる臨界帯域（クリティカルバンド）に分割したとき
の、各クリティカルバンド毎のピーク値あるいはｒｍｓ
（二乗平均の平方根）値等が用いられる。

【００１３】本実施の形態においては、ＬＰＣ係数、ピ
ッチパラメータ、及びバークスケールファクタのみによ
ってビット割当を算出するように規定しておき、これら
のパラメータのみを送ることによって、デコーダ側でエ
ンコーダ側と同一のビット割当が再現でき、割当ビット
数そのものを表す付加情報（サイドインフォメーショ
ン）を送る必要がなく、ビットレート低減に貢献でき
る。

【００１４】なお、正規化回路部１１のＬＰＣ逆フィル
タ１２で用いるＬＰＣ係数（αパラメータ）や、ピッチ
逆フィルタ１３で用いるピッチパラメータ（のピッチゲ
イン）については、デコーダ側での再現性を考慮して、
後述するように量子化された値を用いている。

【００１５】この図１の信号符号化装置は、ハードウェ
ア構成として示しているが、いわゆるＤＳＰ（ディジタ
ル信号プロセッサ）等を用いてソフトウェア的に実現す
ることも可能である。

【００１６】次に、図２を参照しながら、上述した本発
明の実施の形態のより具体的な構成例としてのオーディ
オ信号符号化装置について説明する。

【００１７】この図２に示すオーディオ信号符号化装置
は、供給された時間軸信号を、直交変換部２５で例えば
ＭＤＣＴ（改良離散コサイン変換）により時間軸／周波
数軸変換（Ｔ／Ｆ変換）を施して周波数軸上のデータ
（ＭＤＣＴ係数）とし、これを係数量子化部４０で量子
化することで符号化を行うものであるが、この実施の形
態においては、直交変換の前の時間軸信号に対して、Ｌ
ＰＣ分析、ピッチ分析、エンベロープ抽出等により入力
信号波形の特徴を抽出し、これらの特徴を表すパラメー
タは別途量子化して取り出すようにし、正規化（白色
化）回路部１１においてこれらの特徴を除去、あるいは
信号の相関性を除去することで、白色雑音に近い、いわ
ゆるノイズライクな信号とすることで、符号化効率を高
めている。

【００１８】また、直交変換後の係数データの量子化の
際のビット割当（ビットアロケーション）の決定には、
上記ＬＰＣ分析で求められたＬＰＣ係数、ピッチ分析で
求められたピッチパラメータを用いている。この他、周
波数軸上で臨界帯域（クリティカルバンド）毎のピーク
値やｒｍｓ値等を取り出して正規化ファクタとするバー
クスケールファクタを用いてもよい。これらのＬＰＣ係
数、ピッチパラメータ、バークスケールファクタによ
り、ＭＤＣＴ係数のような直交変換係数データに対する
量子化時の重みを算出し、これにより全帯域のビット割
当を決定して係数量子化を行う。量子化時の重み決定
が、予め規定されたパラメータによってなされる場合、
例えば上記ＬＰＣ係数、ピッチパラメータ、バークスケ
ールファクタのみによってなされる場合には、これらの
パラメータのみをデコーダ側に伝送するだけで、エンコ
ーダ側と全く同じビット割当（ビットアロケーション）
が再現されるため、ビット割当そのものに関する付加情
報（サイドインフォメーション）を送る必要がなくな
る。

【００１９】さらに、係数量子化の際には、上記量子化
時の重みあるいは割当ビット数に従った順序で係数デー
タを並べ替え（ソート）し、順に精度の高い量子化を行
うようにしている。この量子化は、ソートされた係数を
先頭から順にサブベクトルに区切り、それぞれベクトル
量子化を行うことが好ましい。ソートについては、全帯
域の係数データに対して行ってもよいが、いくつかの帯
域に区切って、それぞれの帯域の範囲内毎にソートする
ようにしてもよい。この場合も、ビット割当に用いられ
るパラメータが予め規定されていれば、そのパラメータ
を送るだけで、ビット割当情報やソートされた係数の位
置情報等を直接送らなくても、ビット割当やソート順序
等をデコーダ側で再現できる。

【００２０】図２において、入力端子１０には、例え
ば、０〜８ｋHz程度のいわゆる広帯域音声信号をサンプ
リング周波数Ｆs ＝１６ｋHzでＡ／Ｄ変換したディジタ
ルオーディオ信号が供給されている。この入力信号は、
正規化（白色化）回路部１１のＬＰＣ逆フィルタ１２に
送られると共に、例えば１０２４サンプルずつ切り出さ
れ、ＬＰＣ分析・量子化部３０に送られている。このＬ
ＰＣ分析・量子化部３０では、ハミング窓かけをした上
で、２０次程度のＬＰＣ係数、すなわちαパラメータを
算出し、ＬＰＣ逆フィルタ１１によりＬＰＣ残差を求め
ている。このＬＰＣ分析の際には、分析の単位となる１
フレーム１０２４サンプルの内の一部サンプル、例えば
１／２の５１２サンプルを次のブロックとオーバーラッ
プさせており、フレームインターバルは５１２サンプル
となっている。これは、後段の直交変換として採用され
ているＭＤＣＴ（改良離散コサイン変換）のエリアシン
グキャンセレーションを利用するためである。このＬＰ
Ｃ分析・量子化部３０では、ＬＰＣ係数であるαパラメ
ータをＬＳＰ（線スペクトル対）パラメータに変換して
量子化したものを伝送するようにしている。

【００２１】ＬＰＣ分析回路３２からのαパラメータ
は、α→ＬＳＰ変換回路３３に送られて、線スペクトル
対（ＬＳＰ）パラメータに変換される。これは、直接型
のフィルタ係数として求まったαパラメータを、例えば
２０個、すなわち１０対のＬＳＰパラメータに変換す
る。変換は例えばニュートン−ラプソン法等を用いて行
う。このＬＳＰパラメータに変換するのは、αパラメー
タよりも補間特性に優れているからである。

【００２２】α→ＬＳＰ変換回路３３からのＬＳＰパラ
メータは、ＬＳＰ量子化器３４によりベクトル量子化あ
るいはマトリクス量子化される。このとき、フレーム間
差分をとってからベクトル量子化、あるいは、複数フレ
ーム分をまとめてマトリクス量子化してもよい。

【００２３】このＬＳＰ量子化器３４からの量子化出
力、すなわちＬＳＰベクトル量子化のインデクスは、端
子３１を介して取り出され、また量子化済みのＬＳＰベ
クトルあるいは逆量子化出力は、ＬＳＰ補間回路３６及
びＬＳＰ→α変換回路３８に送られる。

【００２４】ＬＳＰ補間回路３６は、ＬＳＰ量子化器３
４で上記フレーム毎にベクトル量子化されたＬＳＰのベ
クトルの前フレームと現フレームとの組を補間し、後の
処理で必要となるレートにするためのものであり、この
例では、８倍のレートに補間している。

【００２５】このような補間が行われたＬＳＰベクトル
を用いて入力音声の逆フィルタリングを実行するため
に、ＬＳＰ→α変換回路３７により、ＬＳＰパラメータ
を例えば２０次程度の直接型フィルタの係数であるαパ
ラメータに変換する。このＬＳＰ→α変換回路３７から
の出力は、上記ＬＰＣ残差を求めるためのＬＰＣ逆フィ
ルタ回路１２に送られ、このＬＰＣ逆フィルタ１２で
は、８倍のレートで更新されるαパラメータにより逆フ
ィルタリング処理を行って、滑らかな出力を得るように
している。

【００２６】また、ＬＳＰ量子化回路３４からの１倍レ
ートのＬＳＰ係数は、ＬＳＰ→α変換回路３８に送られ
てαパラメータに変換され、上述したようなビット割当
を行わせるためのビット割当算出回路（ビットアロケー
ション決定回路）４１に送られる。ビット割当算出回路
４１では、割当ビットの他に、後述するＭＤＣＴ係数の
量子化に使用する重みｗ(ω) の計算も行っている。

【００２７】正規化（白色化）回路部１１のＬＰＣ逆フ
ィルタ１２からの出力は、長期予測であるピッチ予測の
ためのピッチ逆フィルタ１３及びピッチ分析回路１５に
送られる。

【００２８】次に、長期予測について説明する。長期予
測は、ピッチ分析により求められたピッチ周期あるいは
ピッチラグ分だけ時間軸上でずらした波形を元の波形か
ら減算してピッチ予測残差を求めることにより行ってお
り、この例では３点ピッチ予測によって行っている。な
お、ピッチラグとは、サンプリングされた時間軸データ
のピッチ周期に対応するサンプル数のことである。

【００２９】すなわち、ピッチ分析回路１５では１フレ
ームに１回の割合、すなわち分析長が１フレームでピッ
チ分析が行われ、ピッチ分析結果の内のピッチラグはピ
ッチ逆フィルタ１３及びビット割当算出回路４１に送ら
れ、ピッチゲインはピッチゲイン量子化器１６に送られ
る。また、ピッチ分析回路１５からのピッチラグインデ
クスは端子５２から取り出されてデコーダ側に送られ
る。

【００３０】ピッチゲイン量子化器１６では、上記３点
予測に対応する３点でのピッチゲインがベクトル量子化
され、コードブックインデクス（ピッチゲインインデク
ス）が出力端子５３より取り出され、代表値ベクトルあ
るいは逆量子化出力がピッチ逆フィルタ１３に送られ
る。ピッチ逆フィルタ１３は、上記ピッチ分析結果に基
づいて３点ピッチ予測されたピッチ予測残差を出力す
る。このピッチ予測残差は、割り算回路１４及びエンベ
ロープ抽出回路１７にそれぞれ送られている。

【００３１】上記ピッチ分析についてさらに説明する
と、このピッチ分析においては、上記ＬＰＣ残差を用い
ピッチパラメータを抽出する。ピッチパラメータは、ピ
ッチラグ、ピッチゲインにより構成される。

【００３２】まず、ピッチラグを決定する。上記ＬＰＣ
残差の中央部を例えば５１２サンプル切り出し、ｘ(ｎ)
（ｎ＝０〜５１１）とし、ｘと表記する。ｘから
ｋサンプル過去の５１２サンプルをｘ_k とすると、ピ
ッチｋは、 ‖ｘ−ｇｘ_k‖² を最小にするものとして与えられる。すなわち、ｇ＝（ｘ，ｘ_k）／‖ｘ_k‖² として、（ｘ，ｘ_k）²／‖ｘ_k‖² を最大にするｋをサーチすることで、最適ラグＫを決定
できる。本実施の形態では、Ｋは、１２≦Ｋ≦２４０で
ある。このＫをそのまま使用するか、あるいは過去のフ
レームのピッチラグを用いたトラッキングの結果を用い
てもよい。このようにして決定したＫについて、次に３
点（Ｋ，Ｋ−１，Ｋ＋１）での最適ピッチゲインを求め
る。すなわち、 ‖ｘ−（ｇ_-1ｘ_L+1＋ｇ₀ｘ_L＋ｇ₁ｘ_L-1）‖² を最小にするｇ_-1，ｇ₀，ｇ₁ を求め、最適ラグＫに対
する３点ピッチゲインとする。この３点ピッチゲインは
ピッチゲイン量子化器１６に送られて、まとめてベクト
ル量子化され、また、量子化されたピッチゲイン及び最
適ラグＫを用いてピッチ逆フィルタ１３を構成し、これ
によりピッチ残差を求める。求まったピッチ残差は既に
求められている過去のピッチ残差と連結され、後述する
ようにＭＤＣＴ変換される。このとき、ＭＤＣＴ変換前
に時間軸ゲインコントロールを行ってもよい。

【００３３】ここで、図３は、入力信号に対する上記Ｌ
ＰＣ分析処理及びピッチ分析処理の関係を示しており、
１フレームＦＲが例えば１０２４サンプルの分析長は、
後述するＭＤＣＴ変換ブロックに対応した長さとなって
いる。時刻ｔ₁ が現在の新しいＬＰＣ分析中心（ＬＳＰ
₁）を示し、時刻ｔ₀ が１フレーム前のＬＰＣ分析中心
（ＬＳＰ₀）を示している。現在フレームの後半は新し
いデータ（new data）ＮＤ、前半は前データ（previous
data）ＰＤであり、図中のａはＬＳＰ₀ とＬＳＰ₁ の
補間により得られるＬＰＣ残差を、ｂは１フレーム前の
ＬＰＣ残差を、ｃはこの部分（ｂの後半＋ａの前半）を
ターゲットとするピッチ分析より得られる新しいピッチ
残差を、ｄは過去のピッチ残差をそれぞれ示している。
この図３における新しいデータＮＤが全て入力された時
点で、データａを求めることができ、このａと、既に求
められているｂとを用いて新しいピッチ残差ｃを算出で
き、これと既に求められているピッチ残差ｄとをつなぎ
合わせることで、直交変換すべき１フレームのデータＦ
Ｒが作成できる。この１フレームＦＲのデータをＭＤＣ
Ｔ等の直交変換処理することができる。

【００３４】次に、図４は、ＬＰＣ分析に基づくＬＰＣ
逆フィルタ及びピッチ分析に基づくピッチ逆フィルタを
介すことによる時間軸信号の変化を、また図５は、ＬＰ
Ｃ逆フィルタ及びピッチ逆フィルタを介すことによる信
号の周波数軸上での変化をそれぞれ示している。すなわ
ち、図４の（Ａ）は入力信号波形を、図５の（Ａ）はそ
の周波数スペクトルを示し、これにＬＰＣ分析に基づく
ＬＰＣ逆フィルタを介すことにより、波形の特徴が抽出
され除去されて、図４の（Ｂ）に示すようなほぼ周期的
なパルス状の時間軸波形（ＬＰＣ残差波形）となる。こ
のＬＰＣ残差波形に対応する周波数上のスペクトルは、
図５の（Ｂ）のようになる。このＬＰＣ残差に対して上
述したようなピッチ分析に基づくピッチ逆フィルタを介
すことにより、ピッチ成分が抽出されて除去され、図４
の（Ｃ）に示すような白色雑音に近い（ノイズライク
な）時間軸信号になり、その周波数軸上のスペクトルは
図５の（Ｃ）のようになる。

【００３５】さらに、本発明の実施の形態においては、
正規化（白色化）回路部１１において、フレーム内デー
タのゲインの平滑化を行っている。これは、フレーム内
の時間軸波形（本実施の形態ではピッチ逆フィルタ１３
からの残差）から、エンベロープ抽出回路１７によりエ
ンベロープを抽出し、抽出されたエンベロープを、スイ
ッチ１９を介してエンベロープ量子化器２０に送り、量
子化されたエンベロープの値により上記時間軸波形（ピ
ッチ逆フィルタ１３からの残差）を割り算器１４で割り
込むことにより、時間軸で平滑化された信号を得てい
る。この割り算器１４からの信号が、正規化（白色化）
回路部１１の出力として、次段の直交変換回路部２５に
送られる。

【００３６】この平滑化により、量子化後の直交変換係
数を時間信号に逆変換したときの量子化誤差の大きさを
オリジナル信号のエンベロープに追従させる、いわゆる
ノイズシェイピングが実現できる。

【００３７】上記エンベロープ抽出回路１７におけるエ
ンベロープ抽出について説明する。このエンベロープ抽
出回路１７に供給される信号、すなわち上記ＬＰＣ逆フ
ィルタ１２及びピッチ逆フィルタ１３により正規化処理
された残差信号を、ｘ(ｎ)，ｎ＝０〜Ｎ−１（Ｎは上記
１フレームＦＲのサンプル数、直交変換窓長、例えばＮ
＝１０２４）とするとき、この変換窓長Ｎより短い長さ
Ｍ、例えばＭ＝Ｎ／８の窓で切り出された各サブブロッ
クあるいはサブフレーム毎のｒｍｓ（二乗平均の平方
根）値をエンベロープとしている。すなわち、正規化さ
れた各サブブロック（サブフレーム）のｒｍｓとして、
ｉ番目のサブブロック（ｉ＝０〜Ｍ−１）のｒｍｓ_i
は、次の式（１）により定義される。

【００３８】

【数１】

【００３９】上記式（１）により求められるｒｍｓ_i の
各ｉについて、スカラ量子化を施し、あるいはｒｍｓ_i
全体を１つのベクトルとしてベクトル量子化を行うこと
ができる。本実施の形態では、エンベロープ量子化器２
０においてベクトル量子化を行っており、そのインデク
スは時間軸ゲインコントロールのためのパラメータ、す
なわちエンベロープインデクスとして端子２１より取り
出され、デコーダ側に伝送される。

【００４０】このようにして量子化された各サブブロッ
ク（サブフレーム）毎のｒｍｓ_i をｑｒｍｓ_i とし、こ
の値により上記入力残差信号ｘ(ｎ)を割り算器１４にて
割り込むことにより、時間軸で平滑化された信号ｘ
_s(ｎ) を得る。ただし、このようにして求めたｒｍｓ_i
の内、フレーム内で最大のものと最小のものとの比が、
ある一定の値（例えば４）以上のとき、上述したゲイン
コントロールを行い、パラメータ（上記エンベロープイ
ンデクス）の量子化のために所定のビット数（例えば７
ビット）を割り当てているが、フレーム内の各サブブロ
ック（サブフレーム）毎のｒｍｓ_i の比が上記一定の値
よりも小さいときにはゲインコントロールを行わない通
常の処理を行い、ゲインコントロールのためのビット
は、他のパラメータ、例えば周波数軸パラメータ（直交
変換係数データ）の量子化に割り当てられる。このゲイ
ンコントロールを行うか否かの判別は、ゲインコントロ
ールオン／オフ決定回路１８により行われ、その判別出
力（ゲインコントロールＳＷ）は、エンベロープ量子化
器２０の入力側のスイッチ１９のスイッチング制御信号
として送られるとともに、後述する係数量子化部４０内
の係数量子化回路４５に送られて、ゲインコントロール
がオンのときとオフのときの係数の割当ビット数の切り
換えに使用される。また、このゲインコントロールオン
／オフ判別出力（ゲインコントロールＳＷ）は、端子２
２を介して取り出され、デコーダ側に送られる。

【００４１】割り算器４１でゲインコントロール（ある
いはゲイン圧縮）されて時間軸で平滑化された信号ｘ
_s(ｎ) は、正規化回路部１１の出力として、直交変換回
路部２５に送られ、例えばＭＤＣＴにより周波数軸パラ
メータ（係数データ）に変換される。この直交変換回路
部２５は、窓掛け回路２６とＭＤＣＴ回路２７とから成
る。窓掛け回路２６では、１／２フレームオーバーラッ
プによるＭＤＣＴのエリアシングキャンセレーションが
利用できるような窓関数による窓掛けが施される。

【００４２】デコーダ側での復号の際には、伝送された
周波数軸パラメータ（例えばＭＤＣＴ係数）の量子化イ
ンデクスから逆量子化を行い、その後、周波数軸／時間
軸変換である逆直交変換により時間軸信号に戻され、そ
の後、逆量子化された上記時間軸ゲインコントロールパ
ラメータを用いて、オーバーラップ加算、及びエンコー
ド時のゲイン平滑化の逆の処理（ゲイン伸長、あるいは
ゲイン復元処理）を行うわけであるが、ゲイン平滑化を
用いた場合には、通常の対称かつ重畳位置の窓の値の二
乗和が一定値になるような窓を仮定したオーバーラップ
加算は使用できないため、次のよう処理が必要とされ
る。

【００４３】すなわち、図６は、デコーダ側でのオーバ
ーラップ加算及びゲインコントロールの様子を示す図で
あり、この図６において、ｗ(ｎ)，ｎ＝０〜Ｎ−１、は
分析・合成窓を示し、ｇ(ｎ)は時間軸ゲインコントロー
ルパラメータ、すなわち、ｇ(ｎ) ＝ｑｒｍｓ_j （ｊは、ｊＭ≦ｎ≦（j+1）Ｍ
を満足）であり、ｇ₁(ｎ) は現フレームＦＲ₁ のｇ(ｎ)、ｇ
₀(ｎ) は１フレーム過去（前フレームＦＲ₀）のｇ(ｎ)
とする。また、この図６では、１フレームを８分割して
サブブロック（サブフレーム）ＳＢとしている（Ｍ＝
８）。

【００４４】前フレームＦＲ₀ の後半のデータに対し、
エンコーダ側ではゲインコントロールのためのｇ₀(n+(N
/2))による除算後、ＭＤＣＴのための分析窓ｗ((N/2)-1
-n)がかかっているため、デコーダ側で逆ＭＤＣＴ後、
再び分析窓ｗ((N/2)-1-n) をかけて得られる信号、すな
わち、主成分とエリアシング（aliasing）成分との和Ｐ
(ｎ)は、次の式（２）のようになる。

【００４５】

【数２】

【００４６】また、現フレームＦＲ₁ の前半のデータに
対し、エンコーダ側では、ゲインコントロールのための
ｇ₀(ｎ)による除算後、ＭＤＣＴのための分析窓ｗ(ｎ)
がかかっているため、デコーダ側で逆ＭＤＣＴ後、再び
分析窓ｗ(ｎ)をかけて得られる信号、すなわち、主成分
とエリアシング成分との和Ｑ(ｎ)は、次の式（３）のよ
うになる。

【００４７】

【数３】

【００４８】従って、再生すべきｘ(ｎ)は、次の式
（４）として求められる。

【００４９】

【数４】

【００５０】このような窓掛けを行い、上記サブブロッ
ク（サブフレーム）毎のｒｍｓをエンベロープとしてゲ
インコントロールを行うことにより、時間変化の激しい
音、例えば鋭いアタックを有する楽音や、ピッチピーク
の間で比較的早い減衰をするような音声に対して、プリ
エコーのような耳につきやすい量子化雑音を低減するこ
とができる。

【００５１】次に、直交変換回路部２５のＭＤＣＴ回路
２７でＭＤＣＴ処理されて得られたＭＤＣＴ係数データ
は、係数量子化部４０のフレームゲイン正規化回路４３
及びフレームゲイン算出・量子化回路４７に送られる。
本実施の形態の係数量子化部４０では、先ず上記ＭＤＣ
Ｔ変換ブロックである１フレームの係数全体のフレーム
ゲイン（ブロックゲイン）を算出してゲイン正規化を行
った後、さらに聴覚に合わせて高域ほどバンド幅を広く
したサブバンドである臨界帯域（クリティカルバンド）
に分割して、それぞれのバンド毎のスケールファクタ、
いわゆるバークスケールファクタを算出し、これによっ
て再び正規化を行っている。上記バークスケールファク
タとしては、各帯域毎にその帯域内の係数のピーク値
や、あるいは二乗平均の平方根（ｒｍｓ）等を用いるこ
とができ、各バンドのバークスケールファクタはまとめ
てベクトル量子化される。

【００５２】すなわち、係数量子化部４０のフレームゲ
イン算出・量子化回路４７では、上記ＭＤＣＴ変換ブロ
ックであるフレーム毎のゲインが算出されて量子化さ
れ、そのコードブックインデクス（フレームゲインイン
デクス）が端子５５を介して取り出されてデコーダ側に
送られると共に、量子化された値のフレームゲインがフ
レームゲイン正規化回路４３に送られて、入力をフレー
ムゲインで割ることによる正規化が行われる。このフレ
ームゲインで正規化された出力は、バークスケールファ
クタ算出・量子化回路４２及びバークスケールファクタ
正規化回路４４に送られる。

【００５３】バークスケールファクタ算出・量子化回路
４２では、上記各臨界帯域毎のバークスケールファクタ
が算出されて量子化され、コードブックインデクス（バ
ークスケールファクタインデクス）が端子５４を介して
取り出されてデコーダ側に送られると共に、量子化され
た値のバークスケールファクタがビット割当算出回路４
１及びバークスケールファクタ正規化回路４４に送られ
る。バークスケールファクタ正規化回路４４では、上記
臨界帯域毎に帯域内の係数の正規化が行われ、バークス
ケールファクタで正規化された係数が係数量子化回路４
５に送られる。

【００５４】係数量子化回路４５では、ビット割当算出
回路４１からのビット割当情報に従って各係数に量子化
ビット数が割り当てられて量子化が行われ、このとき、
上述したゲインコントロールオン／オフ決定回路１８か
らのゲインコントロールＳＷ情報に応じて全体の割当ビ
ット数の切換が行われる。これは、例えばベクトル量子
化を行う場合には、上記ゲインコントロールオン時用
と、オフ時用との２組のコードブックを用意しておき、
上記ゲインコントロールＳＷ情報に応じてこれらのコー
ドブックを切り換えるようにすればよい。

【００５５】ここで、ビット割当算出回路４１における
ビット割当（ビットアロケーション）について説明する
と、上述のようにして求められたＬＰＣ係数、ピッチパ
ラメータ、バークスケールファクタ等により、各ＭＤＣ
Ｔ係数に対する量子化時の重みを算出し、これにより全
帯域のＭＤＣＴ係数のビット割当を決定して量子化を行
う。この重みは、ノイズシェイピングファクタと考える
ことができ、また、各パラメータを変更することで所望
のノイズシェイピング特性を持たせることが可能であ
る。一例として、本実施の形態においては、次の式に示
すように、ＬＰＣ係数、ピッチパラメータ、及びバーク
スケールファクタのみを用いて、重みＷ(ω)を算出して
いる。

【００５６】

【数５】

【００５７】このように量子化時の重み決定は、ＬＰ
Ｃ、ピッチ、バークスケールファクタのみによってなさ
れるため、この３種類のパラメータのみをデコーダに伝
送すれば、エンコーダと全く同じビットアロケーション
が再現され、アロケーションの一情報等は一切送る必要
はなくなり、サイドインフォメーション（補助情報）の
レートを下げることができる。

【００５８】次に、係数量子化回路４５での量子化の具
体例について、図７〜図９を参照しながら説明する。

【００５９】図７は、図２の係数量子化回路４５の具体
的な構成の一例を示すものであり、入力端子１には、図
２のバークスケールファクタ正規化回路４４からの正規
化された係数データ（例えばＭＤＣＴ係数）ｙが供給さ
れている。重み計算回路２は、図２のビット割当算出回
路４１にほぼ相当するが、量子化ビットを割り当てるた
めの各係数の重みを計算する部分のみを取り出したもの
である。この重み計算回路２では、上述したＬＰＣ係
数、ピッチパラメータ、バークスケールファクタ等のパ
ラメータに基づいて重みｗが計算される。ここで、１フ
レーム分の係数をベクトルｙ、１フレーム分の重みを
ベクトルｗで表すものとする。

【００６０】これらの係数ベクトルｙ、重みベクトル
ｗを、必要に応じてバンド分割回路３に送ることによ
り、Ｌ個（Ｌ≧１）のバンドに分割する。バンド数とし
ては、例えば低域、中域、高域の３バンド程度（Ｌ＝
３）が挙げられるが、これに限定されず、またバンド分
割しなくてもよい。この各バンド毎の係数、例えば第ｋ
番目のバンドの係数をｙ_k、重みをｗ_k （０≦ｋ≦
Ｌ−１）とするとき、ｙ＝（ｙ₀,ｙ₁,...,ｙ_L-1）ｗ＝（ｗ₀,ｗ₁,...,ｗ_L-1）となる。このバンド分割のバンド数や各バンド毎の係数
の個数は、予め設定された数値に固定されている。

【００６１】次に、各バンドの係数ベクトルｙ₀,ｙ
₁,...,ｙ_L-1 をそれぞれソート回路４₀,４₁,...,４
_L-1 に送って、各バンド毎に、それぞれのバンド内の係
数に対して、重みの順に従って順位をつける。これは、
各バンド内の係数自体を、重みの順に従って並び替え
（ソート）すればよいが、各係数の周波数軸上での位置
あるいは順番を表す指標（インデクス）のみを重みの順
にソートして、ソートされた指標（インデクス）に対応
して各係数の量子化時の精度（割当ビット数等）を決定
するようにしてもよい。係数自体をソートする場合に
は、任意の第ｋ番目のバンドについて、係数ベクトル
ｙ_k の各係数を重みの順にソートし、重み順にソート
された係数ベクトルｙ'_kを得る。

【００６２】図８は、このソートの様子を示したもので
あり、図８の（Ａ）は第ｋバンドの重みベクトルｗ_k
を、図８の（Ｂ）は第ｋバンドの係数ベクトルｙ_k を
それぞれ示している。この図８の例においては、第ｋ番
目のバンド内の要素数を例えば８としており、重みベク
トルｗ_k の各要素となる８個の重みをｗ₁,ｗ₂,...,ｗ
₈ 、係数ベクトルｙ_k の各要素となる８個の係数をｙ
₁,ｙ₂,...,ｙ₈ にてそれぞれ表している。図８の
（Ａ）、（Ｂ）の例においては、係数ｙ₃ に対応する重
みｗ₃ が最も大きく、以下重みの順に、ｗ₂,ｗ₆,...,ｗ
₄ となっている。図８の（Ｃ）は、この重みの順に係数
ｙ₁,ｙ₂,...,ｙ₈ を並べ替え（ソート）して、順にｙ₃,
ｙ₂,ｙ₆,...,ｙ₄ とした係数ベクトルｙ'_kを示してい
る。

【００６３】次に、上述のように各バンド毎に重みの順
に従ってソートされた各バンドの係数ベクトルｙ'₀,
ｙ'₁,...,ｙ'_L-1 をそれぞれベクトル量子化器
５₀,５₁,...,５_L-1 に送って、それぞれベクトル量子化
を行う。ここで、各バンド毎の割当ビット数を予め固定
しておき、バンド毎のエネルギが変化しても各バンドへ
の量子化ビット数の割当が変動することを防止すること
が好ましい。

【００６４】このバンド毎のベクトル量子化について、
１つのバンド内の要素数が多い場合には、いくつかのサ
ブベクトルに区切って、各サブベクトル毎にベクトル量
子化すればよい。すなわち、任意の第ｋバンドのソート
後の係数ベクトルｙ'_kを、図９に示すように、予め定
めた要素数に従っていくつかのサブベクトルに区切り、
例えば３つのサブベクトルｙ'_k1,ｙ'_k2,ｙ'_k3 と
し、これらをそれぞれベクトル量子化して、コードブッ
クインデクスｃ_k1,ｃ_k2,ｃ_k3を得るようにすればよい。
この第ｋバンドのインデクスｃ_k1,ｃ_k2,ｃ_k3をまとめて
係数インデクスのベクトルｃ_k とする。ここで、サブ
ベクトルの量子化においては、先頭側のベクトルほど量
子化ビット数を多く割り当てることで、重みに従った量
子化となる。これは、例えば図９において、ベクトル
ｙ'_k1 を８ビット、ベクトルｙ'_k2 を６ビット、ベ
クトルｙ'_k3 を８ビット、のように割り当てることに
より、係数１個当たりの割り当てビット数が多いものか
ら順に少なくなり、重みに従ったビット割当が実現でき
ることになる。

【００６５】次に、図７の各ベクトル量子化器５₀,
５₁,...,５_L-1 からの各バンド毎の係数インデクスのベ
クトルｃ₀,ｃ₁,...,ｃ_L-1 をまとめて、全バンド
の係数インデクスのベクトルｃとし、端子６から取り
出している。この端子６は、図２の端子５１に相当す
る。

【００６６】なお、上記図７〜図９の具体例では、直交
変換された周波数軸上の係数（例えばＭＤＣＴ係数）自
体を、上記重みに従ってソートし、ソートされた係数の
順序に従って割当ビット数を多いものから少なくするよ
うにして（ソート後の順位の上位側の係数ほど多くのビ
ットを割り当てて）いるが、直交変換されて得られた各
係数の周波数軸上での位置あるいは順番を表す指標（イ
ンデクス）のみを上記重みの順にソートして、ソートさ
れた指標（インデクス）に対応して各係数の量子化時の
精度（割当ビット数等）を決定するようにしてもよい。
また、上述した具体例では、係数の量子化としてベクト
ル量子化を用いているが、スカラ量子化、あるいはスカ
ラ量子化とベクトル量子化とを併用するような量子化に
本発明を適用することも容易である。

【００６７】次に、上述した図２に示すようなオーディ
オ信号符号化装置（エンコーダ側）に対応するオーディ
オ信号復号装置（デコーダ側）の構成の一例について、
図１０を参照しながら説明する。

【００６８】この図１０において、各入力端子６０〜６
７には上記図２の各出力端子からのデータが供給されて
おり、図１０の入力端子６０には、上記図２の出力端子
５１からの直交変換係数（例えばＭＤＣＴ係数）のイン
デクスが供給されている。入力端子６１には、図２の出
力端子３１からのＬＳＰインデクスが供給され、入力端
子６２〜６５には、図２の各出力端子５２〜５５からの
データ、すなわち、ピッチラグインデクス、ピッチゲイ
ンインデクス、バークスケールファクタインデクス、フ
レームゲインインデクスがそれぞれ供給され、入力端子
６６、６７には、図２の各出力端子２１、２２からのエ
ンベロープインデクス、ゲインコントロールＳＷがそれ
ぞれ供給されている。

【００６９】入力端子６０からの係数インデクスは、係
数逆量子化回路７１で逆量子化され、掛け算器７３を介
して、例えばＩＭＤＣＴ（逆ＭＤＣＴ）等の逆直交変換
回路７４に送られる。

【００７０】入力端子６１からのＬＳＰインデクスは、
ＬＰＣパラメータ再生部８０の逆量子化器８１に送られ
てＬＳＰデータに逆量子化され、ＬＳＰ→α変換回路８
２及びＬＳＰ補間回路８３に送られる。ＬＳＰ→α変換
回路８２からのαパラメータ（ＬＰＣ係数）は、ビット
割当回路７２に送られる。ＬＳＰ補間回路８３からのＬ
ＳＰデータは、ＬＳＰ→α変換回路８４でαパラメータ
（ＬＰＣ係数）に変換され、後述するＬＰＣ合成回路７
７に送られる。

【００７１】ビット割当回路７２には、ＬＳＰ→α変換
回路８２からの上記ＬＰＣ係数の他に、入力端子６２か
らのピッチラグと、入力端子６３から逆量子化器９１を
介して得られたピッチゲインと、入力端子６４から逆量
子化器９２を介して得られたバークスケールファクタと
が供給されており、これらのパラメータのみに基づい
て、エンコーダ側と同一のビット割当を再現することが
できる。ビット割当回路７２からのビット割当情報は、
係数逆量子化器７１に送られて、各係数の量子化割当ビ
ットの決定に使用される。

【００７２】入力端子６５からのフレームゲインインデ
クスは、フレームゲイン逆量子化器８６に送られて逆量
子化され、得られたフレームゲインが掛け算器７３に送
られる。

【００７３】入力端子６６からのエンベロープインデク
スは、スイッチ８７を介してエンベロープ逆量子化器８
８に送られて逆量子化され、得られたエンベロープデー
タがオーバーラップ加算回路７５に送られる。また、入
力端子６７からのゲインコントロールＳＷ情報は、上記
係数逆量子化器７１及びオーバーラップ加算回路７５に
送られると共に、スイッチ８７の制御信号として用いら
れる。記係数逆量子化器７１は、上述したようなゲイン
コントロールのオン／オフに応じて、全体の割当ビット
数を切り換えており、逆ベクトル量子化の場合には、ゲ
インコントロールのオン時のコードブックとオフ時のコ
ードブックとを切り換えるようにしてもよい。

【００７４】オーバラップ加算回路７５は、ＩＭＤＣＴ
等の逆直交変換回路７４からの上記フレーム毎に時間軸
に戻された信号を、１／２フレームずつオーバーラップ
させながら加算するものであり、ゲインコントロールの
オン時には、上記エンベロープ逆量子化器８８からのエ
ンベロープデータによるゲインコントロール（上述した
ゲイン伸長あるいはゲイン復元）処理しながらオーバー
ラップ加算する。

【００７５】オーバラップ加算回路７５からの時間軸信
号は、ピッチ合成回路７６に送られて、ピッチ成分が復
元される。これは、図２のピッチ逆フィルタ１３での処
理の逆処理に相当するものであり、端子６２からのピッ
チラグ及び逆量子化器９１からのピッチゲインが用いら
れる。

【００７６】ピッチ合成回路７６からの出力は、ＬＰＣ
合成回路７７に送られて、図２のＬＰＣ逆フィルタ１２
での処理の逆の処理に対応するＬＰＣ合成処理が施さ
れ、出力端子７８より取り出される。

【００７７】ここで、上記エンコーダ側の係数量子化部
４０の係数量子化回路４５として、上記図７に示すよう
な重みに従って各バンド毎にソートされた係数をベクト
ル量子化するものを用いる場合には、係数逆量子化回路
７１として、図１１に示すような構成を用いることがで
きる。

【００７８】この図１１において、入力端子６０は上記
図１０の入力端子６０に相当し、上記係数インデクス
（ＭＤＣＴ係数等の直交変換係数が量子化されることで
得られたコードブックインデクス）が供給され、重み計
算回路７９には、図１０のＬＳＰ→α変換回路８２から
のαパラメータ（ＬＰＣ係数）、入力端子６２からのピ
ッチラグ、逆量子化器９１からのピッチゲイン、逆量子
化器９２からのバークスケールファクタ等が供給されて
いる。重み計算回路７９は、図１０のビット割当回路７
２中の、量子化ビット割当の計算途中に求められる各係
数の重みを算出するまでの構成部分を取り出したもので
ある。この重み計算回路７９では、上述したように、上
記式（５）の計算により、上記ＬＰＣ係数、ピッチパラ
メータ（ピッチラグ及びピッチゲイン）、及びバークス
ケールファクタのみを用いて、重みＷ(ω)を計算してい
る。入力端子９３には、周波数軸上の係数の位置あるい
は順番を示す指標（インデクス）、すなわち全帯域でＮ
個の係数データがある場合には、０〜Ｎ−１の数値（こ
れをベクトルＩとする）が供給されている。なお、重
み計算回路７９からの上記Ｎ個の各係数に対するＮ個の
重みをベクトルｗで表す。

【００７９】重み計算回路７９からの重みｗ及び入力
端子９３からの指標Ｉは、バンド分割回路９４に送ら
れて、エンコーダ側と同様にＬ個のバンドに分割され
る。エンコーダ側で例えば低域、中域、高域の３バンド
（Ｌ＝３）に分割されていれば、デコーダ側でも同じく
３バンドに分割する。これらのバンド分割された各バン
ド毎の指標及び重みは、それぞれソート回路９５₀,９５
₁,...,９５_L-1 に送られる。例えば第ｋ番目のバンド内
の指標Ｉ_k 及び重みｗ_k は、第ｋ番目のソート回路
９５_k に送られる。ソート回路９５_k では、第ｋ番目の
バンド内の指標Ｉ_k が、各係数の重みｗ_k の順序に
従って並べ替え（ソート）され、ソートされた指標
Ｉ'_k が出力される。各ソート回路９５₀,９５₁,...,
９５_L-1 からのそれぞれのバンド毎にソートされた指標
Ｉ₀,Ｉ₁,...,Ｉ_L-1 は、係数再構成回路９７に送
られる。

【００８０】また、図１０の入力端子６０からの直交変
換係数のインデクスは、エンコーダ側で量子化される際
に、上記図７〜図９と共に説明したように、Ｌバンドに
バンド分割され、各バンド毎に重み順にソートされた係
数が、１つのバンド内で予め定められた規則に基づく個
数毎に区切られたサブベクトル毎にベクトル量子化され
て得られたものである。具体的には、Ｌ個のバンドにつ
いて、それぞれのバンド毎の係数インデクスの集合をそ
れぞれベクトルｃ₀,ｃ₁,...,ｃ_L-1 としたもので
あり、これらの各バンドの係数インデクスのベクトル
ｃ₀,ｃ₁,...,ｃ_L-1 が、それぞれ逆量子化器９６
₀,９５₁,...,９５_L-1 に送られている。これらの逆量子
化器９６₀,９５₁,...,９５_L-1 で逆量子化されて得られ
た係数データは、各バンド内で上記重みの順にソートさ
れているもの、すなわち上記図７の各ソート回路４₀,４
₁,...,４_L-1 からの係数ベクトルｙ'₀,ｙ'₁,...,
ｙ'_L _-1 に相当するものであり、配列順序は周波数軸
上の位置とは異なっている。そこで、係数の時間軸上で
の位置を表す指標Ｉを上記重みに従って先にソートし
ておき、このソートされた指標と、上記逆量子化されて
得られた係数データとを対応させて、元の時間軸上の順
序に戻すのが係数再構成回路９７の機能である。すなわ
ち、係数再構成回路９７では、各逆量子化器９６₀,９５
₁,...,９５_L-1 からの、各バンド内で重み順にソートさ
れた係数データに対して、各ソート回路９５₀,９
５₁,...,９５_L-1 からのそれぞれのバンド毎にソートさ
れた指標を対応させ、このソートされた指標に従って逆
量子化された係数データを並べ替える（逆ソートする）
ことにより、元の時間軸上の順序に並んだ係数データ
ｙを得て、出力端子９８より取り出している。この出
力端子９８からの係数データは、図１０の掛け算器７３
に送られる。

【００８１】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されるものではなく、例えば、入力時間軸信号は音声や
音楽を含むオーディオ信号以外に、電話帯域の音声信号
や、ビデオ信号等でもよい。また、正規化回路部１１の
構成や、ＬＰＣ分析及びピッチ分析は、これらに限定さ
れず、線形予測あるいは非線形予測等により時間軸入力
波形の特徴あるいは相関性を抽出して除去する種々の構
成がとり得る。また、各量子化器には、ベクトル量子化
以外にも、スカラ量子化や、スカラ量子化とベクトル量
子化とを併用するようにしてもよい。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、時間軸上の入力信号に対して直交変換を用い
て符号化を行う信号符号化において、直交変換に先立っ
て、時間軸上で線形予測符号化（ＬＰＣ）分析及びピッ
チ分析を行うことにより得られたに基づいて信号波形の
相関性あるいは特徴部分を除去しているため、ほぼ白色
雑音に近いノイズライクな残差信号を直交変換すること
になり、符号化効率を高めることができる。

【００８３】また、時間軸上の入力信号に対して直交変
換を用いて符号化を行う際に、上記直交変換されて得ら
れた係数の量子化の際のビット割当を、上記入力信号の
線形予測符号化（ＬＰＣ）分析の結果及びピッチ分析の
結果に基づいて決定することにより、ビット割当のため
だけの情報を送らなくとも、ＬＰＣ分析結果及びピッチ
分析結果の各パラメータを送るだけでデコーダ側でエン
コーダ側と同じビット割当を再現でき、付加情報（サイ
ドインフォメーション）のレートを抑えて、全体的なビ
ットレートを低減することができ、符号化効率の向上に
貢献する。

【００８４】また、上記直交変換として、改良離散コサ
イン変換（ＭＤＣＴ）を用いることにより、良好な音質
でのオーディオ信号の高能率符号化が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明の実施の形態のより具体的な構成例であ
るオーディオ信号符号化装置を示すブロック図である。

【図３】入力信号に対するＬＰＣ分析処理及びピッチ分
析処理の関係を示す図である。

【図４】時間軸入力信号のＬＰＣ分析及びピッチ分析に
よる相関性の除去を説明するための時間軸信号波形図で
ある。

【図５】時間軸入力信号のＬＰＣ分析及びピッチ分析に
よる相関性の除去を説明するための周波数特性を示す図
である。

【図６】デコーダ側でのオーバーラップ加算を説明する
ための時間軸信号波形図である。

【図７】係数量子化回路の具体的構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図８】バンド分割された１つのバンド内の係数の重み
に応じたソートを説明するための図である。

【図９】バンド分割された１つのバンド内で重みに応じ
てソートされた係数をサブベクトルに区切ってベクトル
量子化する処理を説明するための図である。

【図１０】図２のオーディオ信号符号化装置に対応する
復号側構成としてのオーディオ信号復号装置の一例を示
すブロック図である。

【図１１】図１０のオーディオ信号復号装置の逆量子化
回路の一具体例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１正規化回路部、１２ＬＰＣ逆フィルタ、１
３ピッチ逆フィルタ、１５ピッチ分析回路、１
６ピッチゲイン量子化回路、１７エンベロープ抽
出回路、１８ゲインコントロールオン／オフ決定回
路、２０エンベロープ量子化回路、２５直交変
換回路部、２６窓掛け回路、２７ＭＤＣＴ回路、
３０ＬＰＣ分析・量子化部、３２ＬＰＣ分析回
路、３３ α→ＬＳＰ変換回路、３４ＬＳＰ量子
化回路、３６ＬＳＰ補間回路、３７，３８ＬＳ
Ｐ→α変換回路、４０係数量子化回路部、４１
ビット割当算出回路、４２バークスケールファクタ
算出・量子化回路、４３フレームゲイン正規化回路、
４４バークスケールファクタ正規化回路、４５係
数量子化回路、４７フレームゲイン算出・量子化回
路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧野堅一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5D045 CA01 CA10 DB10 5J064 AA02 BA13 BA16 BB03 BC27 BD01 9A001 EE05 GG03 GG07 HH16 JJ73 KZ31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間軸上の入力信号に対して線形予測符
号化（ＬＰＣ）分析及びピッチ分析を行うことにより得
られたに基づいて信号波形の相関を除去して残差を取り
出す正規化手段と、この正規化手段からの出力に対して直交変換を施す直交
変換手段と、この直交変換手段からの出力を量子化する量子化手段と
を有することを特徴とする信号符号化装置。
【請求項２】上記直交変換手段は、改良離散コサイン
変換（ＭＤＣＴ）により入力された時間軸信号を周波数
軸の係数データに変換することを特徴とする請求項１記
載の信号符号化装置。
【請求項３】上記正規化手段は、上記入力信号をＬＰ
Ｃ分析して得られたＬＰＣ係数に基づき上記入力信号の
ＬＰＣ予測残差を出力するＬＰＣ逆フィルタと、上記Ｌ
ＰＣ予測残差をピッチ分析して得られたピッチパラメー
タに基づき上記ＬＰＣ予測残差のピッチの相関性を除去
するピッチ逆フィルタとを有することを特徴とする請求
項２記載の信号符号化装置。
【請求項４】上記量子化手段は、上記ＬＰＣ分析結果
及び上記ピッチ分析結果に基づいて決定される割当ビッ
ト数に従って量子化を行うことを特徴とする請求項２記
載の信号符号化装置。
【請求項５】時間軸上の入力信号に対して直交変換を
用いて符号化を行う信号符号化方法において、上記直交変換に先立って、時間軸上で線形予測符号化
（ＬＰＣ）分析及びピッチ分析を行うことにより得られ
たに基づいて信号波形の相関を除去することを特徴とす
る信号符号化方法。
【請求項６】上記直交変換として、改良離散コサイン
変換（ＭＤＣＴ）を用いることを特徴とする請求項５記
載の信号符号化方法。
【請求項７】時間軸上の入力信号を分析して信号波形
の特徴を抽出する分析手段と、この分析手段からの分析結果に基づいて上記入力信号の
相関を除去して残差を取り出す正規化手段と、この正規化手段からの出力に対して直交変換を施す直交
変換手段と、この直交変換手段からの出力を量子化する量子化手段
と、上記分析手段からの分析結果に基づい上記量子化手段で
の量子化のビット割当を決定するビット割当算出手段と
を有することを特徴とする信号符号化装置。
【請求項８】上記直交変換手段は、改良離散コサイン
変換（ＭＤＣＴ）により入力された時間軸信号を周波数
軸の係数データに変換することを特徴とする請求項７記
載の信号符号化装置。
【請求項９】上記分析手段は、上記入力信号を線形予
測符号化（ＬＰＣ）分析してＬＰＣ係数を出力するＬＰ
Ｃ分析手段と、ＬＰＣ予測残差をピッチ分析してピッチ
パラメータを出力するピッチ分析手段とを有し、上記正規化手段は、上記ＬＰＣ分析手段からの上記ＬＰ
Ｃ係数に基づき上記入力信号のＬＰＣ予測残差を出力す
るＬＰＣ逆フィルタと、上記ピッチ分析手段からの上記
ピッチパラメータに基づき上記ＬＰＣ予測残差のピッチ
の相関性を除去するピッチ逆フィルタとを有することを
特徴とする請求項８記載の信号符号化装置。
【請求項１０】上記ビット割当算出手段は、上記ＬＰ
Ｃ分析手段からの上記ＬＰＣ係数と、上記ピッチ分析手
段からの上記ピッチパラメータと、上記直交変換手段か
らの係数出力の臨界帯域毎に得られるバークスケールフ
ァクタとに基づいて、上記直交変換手段からの係数出力
の量子化のビット割当を決定することを特徴とする請求
項９記載の信号符号化装置。
【請求項１１】時間軸上の入力信号に対して直交変換
を用いて符号化を行う信号符号化方法において、上記直交変換されて得られた係数の量子化の際のビット
割当を、上記入力信号の線形予測符号化（ＬＰＣ）分析
の結果及びピッチ分析の結果に基づいて決定することを
特徴とする信号符号化方法。
【請求項１２】上記直交変換として、改良離散コサイ
ン変換（ＭＤＣＴ）を用いることを特徴とする請求項１
１記載の信号符号化方法。
【請求項１３】上記ビット割当の決定には、上記直交
変換されて得られた係数の臨界帯域毎に得られるバーク
スケールファクタも用いることを特徴とする請求項１１
記載の信号符号化方法。