JP2010276848A - Bidirectional predictive coding device and method, bidirectional predictive decoding device and method, and program and recording medium therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音声信号を歪みなく圧縮して符号化・復号する双方向予測符号化装置、双方向予測復号装置、それらの方法、それらのプログラム及びその記録媒体に関する。 The present invention relates to a bidirectional predictive encoding apparatus, a bidirectional predictive decoding apparatus, a method thereof, a program thereof, and a recording medium thereof, which compress and encode and decode an audio signal without distortion.
音声、画像などの情報を歪みなく圧縮・伸長可能とする符号化技術(歪みを許さない可逆な符号化)は、振幅をそのまま数値とする線形PCM信号に対しては、非特許文献1で開示されたものをはじめ、様々な方法が考案されている。
Non-patent
一方、電話の長距離伝送やVoIP用の音声伝送には線形PCMではなく、ITU−T G.711として標準化されているサンプルあたり8ビットを使う対数近似圧伸PCMが使われている。図18は線形PCMの標本値から対数近似圧伸PCMの標本値への変換特性の例であり、日本や米国で使われているG.711のμ則である。このような対数近似圧伸PCM信号に対しても、例えば、対数近似圧伸PCM信号を線形PCM信号に変換して線形PCM領域で線形予測を行い、予測値を対数圧伸符号化して残差を求めるという方法で歪みを許さない可逆な符号化が可能である。 On the other hand, not long-distance transmission of telephones or voice transmission for VoIP, but ITU-T G. Logarithmic approximate companding PCM using 8 bits per sample, standardized as 711, is used. FIG. 18 shows an example of conversion characteristics from a linear PCM sample value to a logarithm approximate companding PCM sample value. 711 μ-law. For such a logarithmic approximate companded PCM signal, for example, the logarithmic approximate companded PCM signal is converted into a linear PCM signal, linear prediction is performed in the linear PCM domain, and the predicted value is logarithmic companded to obtain a residual. Thus, reversible encoding that does not allow distortion is possible.
これら従来の方法により予測符号化を行う際には、図3(a)に模式的に示すように、入力信号の複数サンプルからなるフレーム内で、各入力信号サンプル毎に、時間的に過去の入力信号のサンプルの重み付け和を現在のサンプルの予測値として求め、入力信号サンプルの値からこの予測値を減算することで予測誤差サンプルを算出する。なお、図3(a)は、ある時点の予測誤差1サンプルが、例えば3サンプルの過去の入力信号の重み付け和である予測値をその時点の入力サンプル値から減算したものであることを示すための模式的なものである。 When predictive coding is performed by these conventional methods, as schematically shown in FIG. 3 (a), in the frame composed of a plurality of samples of the input signal, each input signal sample is temporally past. A prediction error sample is calculated by obtaining a weighted sum of the samples of the input signal as a predicted value of the current sample and subtracting the predicted value from the value of the input signal sample. Note that FIG. 3A shows that one sample of prediction error at a certain time point is obtained by subtracting, for example, a prediction value that is a weighted sum of past input signals of three samples from the input sample value at that time point. It is a schematic one.
一般の電話に代わってVoIPシステムが普及してくるとその伝送容量は増大する。VoIPでは遅延時間を少なくする要請から、圧縮の単位となるフレーム長は短く、例えば1フレームあたり40サンプルとなる場合もある。しかし、フレーム長が短いと符号化の効率(圧縮効率)が低下する。
本発明の目的は、音声信号の符号化の効率、特にフレーム長が短い場合の効率を改善可能な予測符号化装置、予測復号装置等を実現することにある。
As VoIP systems become popular in place of ordinary telephones, their transmission capacity increases. In VoIP, due to a request to reduce the delay time, the frame length as a unit of compression is short, and for example, there are cases where it is 40 samples per frame. However, if the frame length is short, the encoding efficiency (compression efficiency) decreases.
An object of the present invention is to realize a predictive encoding device, a predictive decoding device, and the like that can improve the efficiency of encoding a speech signal, particularly when the frame length is short.
本発明の双方向予測符号化装置は、予測係数算出部と予測係数符号化部と線形予測部と予測誤差符号化部とを備える。
予測係数算出部は、時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求め、予測係数符号化部は当該予測係数を符号化して予測係数符号を出力する。
The bidirectional predictive coding apparatus of the present invention includes a prediction coefficient calculation unit, a prediction coefficient coding unit, a linear prediction unit, and a prediction error coding unit.
The prediction coefficient calculation unit obtains a prediction coefficient by performing linear prediction analysis on an input signal composed of a time-series sample sequence in units of frames including a plurality of samples, and the prediction coefficient encoding unit encodes the prediction coefficient to perform prediction. Output coefficient code.
線形予測部は、上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とが入力され、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する。予測誤差符号化部は、上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号列を出力する。 The linear prediction unit receives the input signal and a prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code, selects a prediction direction that is temporally forward or backward in the frame, and selects the selected prediction direction. The prediction error sequence obtained from the input signal and the prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code and the information indicating the selected prediction direction are output. The prediction error encoding unit encodes the prediction error sequence and outputs a prediction error code sequence.
また、本発明の双方向予測復号装置は、予測係数復号部と予測誤差列復号部と線形予測復号部とを備える。
予測係数復号部は、予測係数符号から予測係数を復号し、予測誤差列復号部は、予測誤差符号列から予測誤差列を復号する。
線形予測復号部は、上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、上記予測方向の予測により元の信号を復元する。
The bidirectional predictive decoding apparatus of the present invention includes a prediction coefficient decoding unit, a prediction error sequence decoding unit, and a linear prediction decoding unit.
The prediction coefficient decoding unit decodes the prediction coefficient from the prediction coefficient code, and the prediction error sequence decoding unit decodes the prediction error sequence from the prediction error code sequence.
The linear prediction decoding unit restores the original signal by prediction in the prediction direction based on the prediction coefficient, the prediction error string, and information indicating the prediction direction of the prediction error string.
予測の方向によって発生する予測誤差の波形は異なり、その波形を歪みなく符号化する際に、本発明により符号量の少ない予測方向を選択でき、予測方向伝達用の1ビットを含めても全体として符号量を削減することができる。 The waveform of the prediction error generated differs depending on the direction of prediction. When the waveform is encoded without distortion, a prediction direction with a small amount of code can be selected according to the present invention, and even if 1 bit for transmitting the prediction direction is included as a whole The amount of codes can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
〔符号化装置〕
図1に本発明の双方向予測符号化装置100の機能構成例を、図2にその処理フロー例をそれぞれ示す。双方向予測符号化装置100は、フレーム分割部110と予測係数算出部120と予測係数符号化部130と線形予測部140と予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。
フレーム分割部110には、時系列のサンプルx(i)(ただし、iは時系列サンプルの時刻順を示す番号)が入力され、フレーム単位に分割された信号列X={x(1),x(2),・・・,x(N)}を出力する。ここでNは1フレームのサンプル数である。
[Encoder]
FIG. 1 shows a functional configuration example of the bidirectional
A time series sample x (i) (where i is a number indicating the time order of the time series samples) is input to the
予測係数算出部120は、予測分析手段121と予測係数量子化手段122とを備える。予測分析手段121は、信号列Xが入力され、予測分析を行うことによりフレーム単位で、予め定めた次数Pの予測係数K={k(1),k(2),・・・,k(P)}を生成する。予測分析の形態としては、1次から連続に数次までの係数を持つ短期予測と、ピッチ周期だけ離れたサンプル間で係数を持つ長期予測とがあるが、いずれの形態を用いても構わない。また、次数Pは予め定めずに、図示しない別の手段により決定してもよい。フレーム毎に次数Pを決定する方法としては、例えば特開2009-69309に記載された方法などがある。予測係数量子化手段122は、予測係数Kを量子化して量子化予測係数Kq={kq(1),kq(2),・・・,kq(P)}を出力する(S1)。なお、量子化に先立ち予測係数をPARCOR(Partial Autocorrelation:偏自己相関)係数に変換しておくことで、符号化時の情報量を抑制することができる。
The prediction
予測係数符号化部130は、量子化予測係数Kqが入力され、これを符号化して予測係数符号Ck={ck(1),ck(2),・・・,ck(P)}を出力する(S2)。なお、符号化に際しては、出現頻度の高い値には短い符号を割り振り、出現頻度の低い値には長い符号を割り振る可変長符号化を行うことで、符号長を短くすることができ、圧縮効率をより高めることができる。
線形予測部140は、信号列Xと量子化予測係数Kqとが入力され、フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、選択した予測方向の予測により信号列Xと量子化予測係数Kqとから求めた予測誤差列E={e(1),e(2),・・・,e(N)}と、選択した予測方向を示す情報sとを出力する(S3)。
The prediction
The
先に説明したように、予測値列を求める際には従来は図3(a)に示すように、複数サンプルからなるフレーム内で時間的に過去のサンプルの重み付け和を求めることにより現在のサンプルを予測していた(順方向の予測)。しかし、図3(b)に示すように、フレーム内で時間的に未来のサンプルの重み付け和を求めることにより現在のサンプルを予測することも可能である(逆方向の予測)。予測係数は、通常の線形予測分析によりフレーム内のサンプルの相関関数から求めるが、この相関関数には時間の前後の違いは無い。そのため、順方向の予測係数と逆方向の予測係数は同じになるが、係数が全く同一であっても両者の予測誤差系列は異なり、符号化した際(特に可変長符号化した際)の符号量も異なる。そこで、符号量が小さい方の予測方向の予測誤差列を選択することで、復号側に伝送すべき符号量を削減することができる。 As described above, when obtaining a predicted value sequence, as shown in FIG. 3 (a), the current sample is obtained by calculating a weighted sum of past samples in time within a frame consisting of a plurality of samples. (Forward prediction). However, as shown in FIG. 3B, it is also possible to predict the current sample by calculating a weighted sum of future samples in the frame (prediction in the reverse direction). The prediction coefficient is obtained from the correlation function of the sample in the frame by a normal linear prediction analysis, and this correlation function has no difference before and after time. As a result, the prediction coefficient in the forward direction and the prediction coefficient in the reverse direction are the same, but even if the coefficients are exactly the same, both prediction error sequences are different, and the code when encoded (particularly when variable-length encoding is performed) The amount is also different. Therefore, the code amount to be transmitted to the decoding side can be reduced by selecting the prediction error sequence in the prediction direction with the smaller code amount.
線形予測部140は例えば図1に示すように、予測手段141と減算手段142と予測方向選択手段143とから構成することができる。予測手段141は、信号列Xと量子化予測係数Kqとから、フレーム内で式(1)による時間的に順方向の予測及び式(2)による時間的に逆方向の予測により、順方向予測値列Xpf={xpf(1) ,xpf(2),・・・,xpf(N) }及び逆方向予測値列Xpb={xpb(1),xpb(2),・・・,xpb(N) }を求める。
For example, as shown in FIG. 1, the
なお、式(1)で用いるx(i-j)のi-jが1からNの範囲外である場合には、例えば、x(i-j)の値が0であるとして式(1)による予測を行う。または、式(1)におけるΣの加算範囲をPまでではなく、i-jが1からNの範囲外とならない最大の値までとして予測を行う。この予測方法は具体的には特許第3871672号に記載されている。式(2)で用いるx(i+j)のi+jについても同様である。 In addition, when i-j of x (i-j) used in Expression (1) is outside the range of 1 to N, for example, prediction by Expression (1) is performed assuming that the value of x (i-j) is 0. Alternatively, the prediction is performed by setting the addition range of Σ in the equation (1) not to P but to the maximum value where i-j is not outside the range of 1 to N. This prediction method is specifically described in Japanese Patent No. 3871672. The same applies to i + j of x (i + j) used in Equation (2).
減算手段142は、信号列Xから順方向予測値列Xpfを対応するサンプル毎に減算した順方向予測誤差列Ef={ef(1),ef(2),・・・,ef(N)}と、信号列Xから逆方向予測値列Xpbを対応するサンプル毎に減算した逆方向予測誤差列Eb={eb(1),eb(2),・・・,eb(N)}をそれぞれ求める。予測方向選択手段143は、順方向予測誤差列Efを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量と、逆方向予測誤差列Ebを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量をそれぞれ求め、符号量が小さい方の予測誤差列を選択して出力するとともに、選択した当該予測誤差列Eに対応する予測方向を示す情報sを出力する。予測方向を示す情報sは、例えば1ビットの情報として、順方向であれば0、逆方向であれば1を出力することが考えられる。なお、選択にあたっては実際の符号量を計算せず、その推定値を用いるほうが現実的である。推定値としては、順方向予測誤差列Efと逆方向予測誤差列Ebそれぞれの系列の振幅の絶対値の和、または振幅の2乗和を使うことができる。これは、符号量は絶対値の和、または振幅の2乗和にほぼ比例する傾向があるためである。また、方向の選択にあたってはフレーム全体のすべての予測誤差を計算せずに、途中まで、または一部のサンプルに対して双方向の予測誤差を求め、それぞれの方向の中間符号量を推定して、符号量が小さくなる方向だけについて最後まで予測誤差を計算してもよい。中間符号量の段階で最終符号量が大きくなってしまう可能性が大きい方向は計算しないので演算量を削減できる。例えば、まず、予測手段141はN>MであるM個の順方向予測値xpf(1),xpf(2),・・・,xpf(M)とM個の逆方向予測値xpb(N-M+1),xpb(N-M+2),・・・,xpb(N)を求め、減算手段142はM個の順方向予測誤差ef(1),ef(2),・・・,ef(M)とM個の逆方向予測誤差eb(N-M+1),eb(N-M+2),・・・,eb(N)を求める。予測方向選択手段143はM個の順方向予測誤差およびM個の逆方向予測誤差それぞれの振幅の絶対値の和または振幅の2乗和を符号量の推定値として求め、求めた推定値が小さい予測方向を示す情報sを出力する。次に、選択された予測方向について前記以外のN−M個のサンプルに対応する予測値と予測誤差とを予測手段141と減算手段142のそれぞれで求め、選択された予測方向について既に求めてあったM個の予測誤差と新たに求めたN−M個の予測誤差とを纏めたものを予測誤差列Eとして出力する。
Subtracter means 142, the signal sequence X forward prediction value sequence X pf the corresponding order is subtracted for each sample direction prediction error sequence from E f = {e f (1 ), e f (2), ···, e f (N)} and the backward prediction value sequence X pb subtracted from the signal sequence X for each corresponding sample, the backward prediction error sequence E b = {e b (1), e b (2),. , e b (N)} respectively. The prediction
予測誤差符号化部150は、予測誤差列Eを符号化して予測誤差符号列Ce={ce(1),ce(2),・・・,ce(N)}を生成して出力する(S4)。符号化に際しては、出現頻度の高い値には短い符号を割り振り、出現頻度の低い値には長い符号を割り振る可変長符号化を行うことで、符号長を短くすることができ、圧縮効率をより高めることができる。なお、予測方向選択手段143において実際の符号量を求める構成とする場合は、双方向予測符号化装置100は予測誤差符号化部150を備えない構成とし、予測方向選択手段143が選択された予測誤差列Eに対応する符号を予測誤差符号列Ceとして出力する。
そして最後に、多重化部160が予測係数符号Ckと予測誤差符号列Ceと情報sとを多重化し、多重化信号Mを出力する。
The prediction
Finally, the
〔復号装置〕
図4に本発明の双方向予測復号装置600の機能構成例を、図5にその処理フロー例をそれぞれ示す。双方向予測復号装置600は、多重分離部610と予測係数復号部620と予測誤差復号部630と線形予測復号部640とを備え、図1に示す本発明の双方向予測符号化装置100と対向して用いられる。
[Decoding device]
FIG. 4 shows a functional configuration example of the bidirectional
多重分離部610は、符号化装置から送信された多重化信号Mを受信し、予測係数符号Ckと、予測誤差符号列Ceと、予測方向を示す情報sとを分離して出力する。
予測係数復号部620は、予測係数符号Ckを量子化予測係数Kqに復号し(S11)、予測誤差復号部630は、予測誤差符号列Ceを予測誤差列Eに復号する(S12)。
Prediction
線形予測復号部640は、量子化予測係数Kqと予測誤差列Eと予測方向を示す情報sとが入力され、情報sから得られる予測方向が順方向であれば、iが1からNまでの順に式(3)により順方向の予測による元の信号x(i)を順次生成することによって、元の信号列Xを得る。また、予測方向が逆方向であれば、iがNから1までの順に式(4)により逆方向の予測による元の信号x(i)を順次生成することによって、元の信号列Xを得る(S13)。
The linear
なお、式(3)で用いるx(i-j)のi-jが1からNの範囲外である場合には、例えば、x(i-j)の値が0であるとして式(3)を行うか、式(3)におけるΣの加算範囲をPまでではなく、i-jが1からNの範囲外とならない最大の値までとして予測を行う。式(4)で用いるx(i+j)のi+jについても同様である。
以上のように符号化装置及び復号装置を構成することで、より効率的に符号化できる予測方向を適応的に選択して予測符号化できるため、符号化の効率、特にフレーム長が短い場合の効率を改善することができる。
Note that when ij of x (ij) used in the expression (3) is outside the range of 1 to N, for example, the expression (3) is performed assuming that the value of x (ij) is 0, or the expression ( The prediction is performed with the addition range of Σ in 3) not up to P, but up to the maximum value where ij is not outside the range of 1 to N. The same applies to i + j of x (i + j) used in equation (4).
By configuring the encoding device and the decoding device as described above, it is possible to adaptively select a prediction direction that can be encoded more efficiently and perform predictive encoding. Therefore, when the encoding efficiency, particularly when the frame length is short, Efficiency can be improved.
<変形例1>
図6に双方向予測符号化装置100の変形例である双方向予測符号化装置100aの機能構成例を示す。双方向予測符号化装置100との相違は、フレーム分割部110の後段に線形変換部115が挿入されるとともに、線形予測符号化部140が予測手段141の後段に圧伸変換手段144が挿入された、線形予測符号化部140aに置き換わっている点にある。その他の構成は同様である。
<
FIG. 6 shows a functional configuration example of a bidirectional
入力される時系列のサンプルx(i)が対数近似圧伸PCM信号などの圧伸された信号である場合、図1の双方向予測符号化装置100を用いると、圧伸前の線形PCM信号に対する非線形性により予測誤差が大きくなり、符号化効率が低下する。これは特に振幅の大きいサンプルにおいて顕著である。そこで、本変形例の双方向予測符号化装置100aでは、フレーム分割部110からフレーム単位で出力された信号列Xを線形変換部115にて圧伸前の信号列と線形又はそれに近い関係の信号列Yに変換した上で、信号列Xの代わりに信号列Yを用いて予測係数算出部120及び予測手段141における処理を行う。そして、予測手段141で得られた予測値列YpfとYpbそれぞれについて圧伸変換手段144にて圧伸された信号列XpfとXpbに変換する。圧伸変換手段144が行う変換は、線形変換部115における変換の逆変換である。
When the input time-series sample x (i) is a companded signal such as a logarithmic approximate companded PCM signal, the linear PCM signal before companding can be obtained by using the bidirectional
また、双方向予測符号化装置100aと対向して用いる双方向予測復号装置600aは、図4に示す線形予測復号部640が線形予測復号部640aに置き換わる以外は双方向予測復号装置600と同様の構成である。線形予測復号部640aは、順方向の予測による場合には式(5)により、また逆方向の予測による場合には式(6)により、x(i) を順次生成することによって元の信号列Xを得る。
Also, the bidirectional
ここで、xpf(i)は式(7)により求めたypf(i)を圧伸変換した値であり、xpb(i)は式(8)により求めたypb(i)を圧伸変換した値である。圧伸変換とは、対数近似圧伸PCM信号などの圧伸された信号列を、線形PCM信号列と線形又はそれに近い関係の信号列に変換する変換のことである。 Here, x pf (i) is a value obtained by companding y pf (i) obtained by equation (7), and x pb (i) is y pb (i) obtained by equation (8). It is a value obtained by extension conversion. The companding conversion is a conversion for converting a companded signal sequence such as a logarithmic approximate companded PCM signal into a linear or close relationship with a linear PCM signal sequence.
ある1から出発するiについてまず式(7)によりypf(i)を求め、これを前記の圧伸変換の逆変換によりxpf(i)に変換し、式(5)によりx(i)を求め、これを前記の圧伸変換によりy(i)に変換する。このy(i)が式(7)のi+1時点以降の合成に使われる。同様にしかし時間的には逆順で式(6)と式(8)で合成される。すなわちNから出発するiについてまず式(8)によりypb(i)を求め、これを前記の圧伸変換の逆変換によりxpb(i)に変換し、式(6)によりx(i)を求め、これを前記の圧伸変換によりy(i)に変換する。このy(i)が式(8)のi−1時点以前の合成に使われる。なお、y(i-j)とy(i+j)は、それぞれx(i-j)とx(i+j)を圧伸前の値と線形又はそれに近い関係の値に変換したものである。x(i-j)のi-jが1からNの範囲外である場合には、例えば、x(i-j)の値が0であるとして式(7)を行うか、式(7)におけるΣの加算範囲をPまでではなく、i-jが1からNの範囲外とならない最大の値までとして予測を行う。x(i+j)のi+jについても同様である。 First, y pf (i) is obtained for i starting from 1 by equation (7), converted to x pf (i) by the inverse transformation of the companding transformation, and x (i) by equation (5). Is converted into y (i) by the above-described companding conversion. This y (i) is used for the synthesis after the time point i + 1 in equation (7). Similarly, but in the reverse order in terms of time, they are synthesized by equations (6) and (8). That is, for i starting from N, y pb (i) is first obtained by equation (8), converted to x pb (i) by the inverse transformation of the companding transformation, and x (i) is obtained by equation (6). Is converted into y (i) by the above-described companding conversion. This y (i) is used for the synthesis before the time point i−1 in the equation (8). Note that y (ij) and y (i + j) are obtained by converting x (ij) and x (i + j) into values that are linear or close to the values before the companding, respectively. If ij of x (ij) is outside the range of 1 to N, for example, the value of x (ij) is assumed to be 0, and Expression (7) is performed, or the addition range of Σ in Expression (7) is The prediction is performed not to P but to the maximum value where ij does not fall outside the range of 1 to N. The same applies to i + j of x (i + j).
このように圧伸前の信号列と線形又はそれに近い関係の信号列に変換した上で予測係数及び予測値列を算出することで、予測誤差をより小さくすることができ符号化の効率を高めることができる。 In this way, by calculating the prediction coefficient and the prediction value sequence after converting the signal sequence before the companding into a linear or close relationship signal sequence, the prediction error can be further reduced and the encoding efficiency can be improved. be able to.
<変形例2>
予測分析の形態には、上記のとおり1次から連続に数次までの係数を持つ短期予測と、ピッチ周期だけ離れたサンプル間で係数を持つ長期予測とがある。変形例2では、短期予測と長期予測とを組み合わせて予測符号化を行う双方向予測符号化装置100b及び対向する双方向予測復号装置600bについて説明する。
図7に双方向予測符号化装置100bの機能構成例を示す。双方向予測符号化装置100bは、フレーム分割部110と予測係数算出部120bと予測係数符号化部130bと線形予測部140bと予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。フレーム分割部110と予測誤差符号化部150と多重化部160の機能は双方向予測符号化装置100と同様である。
<
As described above, there are two types of prediction analysis: short-term prediction having coefficients ranging from the first order to several orders in succession and long-term prediction having coefficients between samples separated by a pitch period. In the second modification, a bidirectional
FIG. 7 shows a functional configuration example of the bidirectional
予測係数算出部120bは、予測分析手段121bと予測係数量子化手段122bとを備える。予測分析手段121bは、フレーム単位の信号列Xが入力され、短期の予測分析と長期の予測分析とをそれぞれ行い、フレーム単位で予め定めた次数Pの短期予測係数K1={k1(1),k1(2),・・・,k1(P)}と予め定めた次数Qの長期予測係数K2={k2(1),k2(2),・・・,k2(Q)}と遅延量Tを算出する。予測係数量子化手段122bは、短期予測係数K1と長期予測係数K2とをそれぞれ量子化して量子化短期予測係数K1q={k1q(1),k1q(2),・・・,k1q(P)}と量子化長期予測係数K2q={k2q(1),k2q(2),・・・,k2q(Q)}と遅延量Tを出力する。
The prediction
予測係数符号化部130bは、量子化短期予測係数K1qと量子化長期予測係数K2qと遅延量Tをそれぞれ符号化して、短期予測係数符号Ck1={ck1(1),ck1(2),・・・,ck1(P)}と長期予測係数符号Ck2={ck2(1),ck2(2),・・・,ck2(Q)}と遅延量符号CTを出力する。
The prediction
線形予測部140bは、第1予測手段141bと第1減算手段142bと第1予測方向選択手段143bと第2予測手段145と第2減算手段146と第2予測方向選択手段147とを備える。第1予測手段141bは、信号列Xと量子化短期予測係数K1qとから、フレーム内で式(9)による時間的に順方向の短期予測及び式(10)による時間的に逆方向の短期予測により、順方向短期予測値列X1pf={x1pf(1),x1pf(2),・・・,x1pf(N) }及び逆方向短期予測値列X1pb={x1pb(1),x1pb(2),・・・,x1pb(N)}を求める。
The
なお、式(9)で用いるx(i-j)のi-jが1からNの範囲外である場合には、例えば、x(i-j)の値が0であるとして式(9)による予測を行う。または、式(9)におけるΣの加算範囲をPまでではなく、i-jが1からNの範囲外とならない最大の値までとして予測を行う。式(10)で用いるx(i+j)のi+jについても同様である。第1減算手段142は、信号列Xから順方向短期予測値列X1pfを対応するサンプル毎に減算した順方向短期予測誤差列E1f={e1f(1),e1f(2),・・・,e1f(N)}と、信号列Xから逆方向短期予測値列X1pbを対応するサンプル毎に減算した逆方向短期予測誤差列E1b={e1b(1),e1b(2),・・・,e1b(N)}をそれぞれ求める。第1予測方向選択手段143bは、順方向短期予測誤差列E1fを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量と、逆方向短期予測誤差列E1bを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量をそれぞれ求め、小さい方の予測誤差列を選択してそれを短期予測誤差列E1={e1(1),e1(2),・・・,e1(N)}として出力するとともに、当該短期予測誤差列E1に対応する短期予測の予測方向を示す情報s1を出力する。情報s1は、例えば1ビットの情報として、順方向であれば0、逆方向であれば1を出力することが考えられる。なお、選択にあたっては実際の符号量を計算せず、その推定値を用いるほうが現実的である。推定値としては、順方向短期予測誤差列E1fと逆方向短期予測誤差列E1bそれぞれの系列の全部または一部の振幅の絶対値の和、または振幅の2乗和を使うことができる。第2予測手段145は、短期予測誤差列E1と量子化長期予測係数K2qと遅延量Tとから、フレーム内で式(11)による時間的に順方向の長期予測及び式(12)による時間的に逆方向の長期予測により、順方向長期予測値列X2pf={x2pf(1),x2pf(2),・・・,x2pf(N)}及び逆方向長期予測値列X2pb={x2pb(1),x2pb(2),・・・,x2pb(N)}を求める。
When ij of x (ij) used in equation (9) is outside the range of 1 to N, for example, prediction by equation (9) is performed assuming that the value of x (ij) is 0. Alternatively, the prediction is performed by setting the addition range of Σ in the equation (9) not to P but to the maximum value where ij does not fall outside the range of 1 to N. The same applies to i + j of x (i + j) used in Expression (10). The
なお、式(11)で用いるe1(i-j-T)のi-j-Tが1からNの範囲外である場合には、例えば、e1(i-j-T)の値が0であるとして式(11)による予測を行う。式(12)で用いるe1(i+j+T)のi+j+Tについても同様である。第2減算手段146は、短期予測誤差列E1から順方向長期予測値列X2pfを対応するサンプル毎に減算した順方向予測誤差列E2f={e2f(1),e2f(2),・・・,e2f(N)}と、短期予測誤差列E1から逆方向長期予測値列X2pbを対応するサンプル毎に減算した逆方向予測誤差列E2b={e2b(1),e2b(2),・・・,e2b(N)}をそれぞれ求める。第2予測方向選択手段147は、順方向予測誤差列E2fを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量と、逆方向予測誤差列E2bを予め定めた方法により符号化して得られる符号の符号量をそれぞれ求め、小さい方の予測誤差列を選択して短期予測と長期予測とを組み合わせた予測誤差列Eとして出力するとともに、当該予測誤差列Eに対応する長期予測の予測方向を示す情報s2を出力する。情報s2についても、例えば1ビットの情報として、順方向であれば0、逆方向であれば1を出力することが考えられる。選択にあたっては実際の符号量を計算せず、その推定値を用いるほうが現実的である。推定値としては、順方向予測誤差列E2fと逆方向予測誤差列E2bそれぞれの系列の全部または一部の振幅の絶対値の和、または振幅の2乗和を使うことができる。また、短期予測、長期予測に対する予測方向を示す情報s1、s2による4状態について、各状態に対して可変長符号を割り当てることで平均符号量を削減することができる。なお、第2予測方向選択手段147において実際の符号量を求める構成とする場合は、双方向予測符号化装置100bは予測誤差符号化部150を備えない構成とし、第2予測方向選択手段147が選択された予測誤差列Eに対応する符号を予測誤差符号列Ceとして出力する。
When ijT of e 1 (ijT) used in Expression (11) is outside the range of 1 to N, for example, prediction based on Expression (11) is performed assuming that the value of e 1 (ijT) is 0. . The same applies to i + j + T of e 1 (i + j + T) used in equation (12). The second subtraction means 146 subtracts the forward long-term prediction value sequence X 2pf from the short-term prediction error sequence E 1 for each corresponding sample, and the forward prediction error sequence E 2f = {e 2f (1), e 2f (2). , ..., and e 2f (N)}, the short-term prediction error string E 1 from the opposite direction the long-term prediction value sequence X 2pb corresponding backward prediction is subtracted for each sample error sequence E 2b = {e 2b (1 ) , e 2b (2),..., e 2b (N)}, respectively. The second prediction direction selection means 147 obtains the code amount of the code obtained by encoding the forward prediction error sequence E 2f by a predetermined method and the reverse prediction error sequence E 2b by a predetermined method. The code amount of the generated code is calculated, the smaller prediction error sequence is selected and output as a prediction error sequence E combining short-term prediction and long-term prediction, and the prediction direction of the long-term prediction corresponding to the prediction error sequence E outputs information s 2 showing the. For the information s 2 , for example, as 1-bit information, 0 is output in the forward direction and 1 is output in the reverse direction. In selection, it is more realistic to use the estimated value without calculating the actual code amount. As the estimated value, the sum of absolute values of all or a part of the respective sequences of the forward prediction error sequence E 2f and the backward prediction error sequence E 2b , or the sum of squares of the amplitudes can be used. Further, the average code amount can be reduced by assigning a variable length code to each of the four states based on the information s 1 and s 2 indicating the prediction direction for the short-term prediction and the long-term prediction. When the second prediction
図8に双方向予測符号化装置100bと対向して用いる双方向予測復号装置600bの機能構成例を示す。双方向予測復号装置600bは、多重分離部610と予測係数復号部620bと予測誤差復号部630と第2線形予測復号部680と第1線形予測復号部640bとを備える。多重分離部610と予測誤差復号部630の機能は双方向予測復号装置600と同様である。
予測係数復号部620bは、短期予測係数符号Ck1と長期予測係数符号Ck2と遅延量符号CTとを復号し、量子化短期予測係数K1qと量子化長期予測係数K2qと遅延量Tとを出力する。
FIG. 8 shows a functional configuration example of a bidirectional
Prediction
第2線形予測復号部680は、予測誤差列Eと量子化長期予測係数K2qと遅延量Tと長期予測の予測方向を示す情報s2とが入力され、情報s2から得られる予測方向が順方向であれば、iが1からNまでの順に式(13)により順方向の予測による短期予測誤差列E1を生成し、逆方向であればiがNから1までの順に式(14)により逆方向の予測による短期予測誤差列E1を生成する。
The second linear
なお、式(13)で用いるe1(i-j-T)のi-j-Tが1からNの範囲外である場合には、例えば、e1(i-j-T)の値が0であるとして式(13)による予測を行う。式(14)で用いるe1(i+j+T)のi+j+Tについても同様である。 When ijT of e 1 (ijT) used in Expression (13) is outside the range of 1 to N, for example, prediction by Expression (13) is performed assuming that the value of e 1 (ijT) is 0. . The same applies to i + j + T of e 1 (i + j + T) used in equation (14).
第1線形予測復号部640bは、第2線形予測復号部680にて生成された短期予測誤差列E1と、量子化短期予測係数K1qと、短期予測の予測方向を示す情報s1とが入力され、情報s1から得られる予測方向が順方向であれば、iが1からNまでの順に式(15)により順方向の予測による元の信号x(i)を順次生成し、予測方向が逆方向であればiがNから1までの順に式(16)により逆方向の予測による信号x(i)を順次生成することにより、元の信号列Xを得る。
First linear
なお、式(15)で用いるx(i-j)のi-jが1からNの範囲外である場合には、例えば、x(i-j)の値が0であるとして式(15)による予測を行う。または、式(15)におけるΣの加算範囲をPまでではなく、i-jが1からNの範囲外とならない最大の値までとして予測を行う。式(16)で用いるx(i+j)のi+jについても同様である。 Note that when i-j of x (i−j) used in Expression (15) is outside the range of 1 to N, for example, prediction by Expression (15) is performed assuming that the value of x (i−j) is 0. Alternatively, the prediction is performed by setting the addition range of Σ in Expression (15) not to P but to the maximum value where i-j is not outside the range of 1 to N. The same applies to i + j of x (i + j) used in Expression (16).
なお、符号化装置側で短期予測と長期予測の双方を行うのではなく短期予測と長期予測の何れか一方を選択的に実行する場合には、短期予測と長期予測の何れの予測を選択したかを示す1ビットの補助情報を符号化装置から出力して復号装置に伝え、復号装置ではこの補助情報に従って短期予測と長期予測の何れかを選択して復号を行えばよい。
以上のように短期予測と長期予測とを組み合わせて双方向の予測を行うことで、より予測誤差を小さくできるため、符号化の効率をより高めることができる。
Note that when either the short-term prediction or the long-term prediction is selectively executed instead of performing both the short-term prediction and the long-term prediction on the encoding device side, either the short-term prediction or the long-term prediction is selected. 1-bit auxiliary information indicating this is output from the encoding device and transmitted to the decoding device, and the decoding device may select either short-term prediction or long-term prediction according to this auxiliary information and perform decoding.
As described above, by performing bidirectional prediction by combining short-term prediction and long-term prediction, the prediction error can be further reduced, so that the encoding efficiency can be further increased.
実施例1の双方向予測符号化装置100では、すべての場合に双方向の予測を行うが、すべての場合に双方向の予測誤差を求めると平均処理量が増大する。これを抑制する方法として、例えば次の2つが考えられる。
In the bi-directional
1つ目は、双方向の予測誤差の計算を、計算する価値が大きい場合に限定する。具体的には予測の効果が大きい場合、すなわち予測係数やPARCOR係数が大きい場合が考えられる。例えば、逆量子化後の1次のPARCOR係数がしきい値以上の場合だけ双方向の予測誤差を求め、それ以外では例えば順方向についてのみ求める。 First, the bidirectional prediction error calculation is limited to a case where the calculation value is large. Specifically, the case where the effect of prediction is large, that is, the case where the prediction coefficient or the PARCOR coefficient is large can be considered. For example, a bidirectional prediction error is obtained only when the first-order PARCOR coefficient after inverse quantization is equal to or greater than a threshold value, and for other cases, for example, only the forward direction is obtained.
2つ目は、双方向の予測誤差の計算を、計算する手間が小さい場合に限定する。予測符号化では予測係数の情報量と予測誤差の情報量の総和を小さくすべく、予測次数を適応的に選択してもよい。本発明の双方向の予測は次数にかかわりなく有効であるが、予測誤差を求める演算量が一方向の予測の場合のほぼ2倍に達する。また、予測次数が大きいほど係数の数が多いため演算量が大きく増加する。そこで、全体での演算量の増加を抑えつつ、双方向の予測の効果を得るために、予測次数が一定値以下の場合にのみ双方向の予測を行い、そうでない場合には例えば順方向のみで予測を行う。
なお、いずれの場合においても、予め一方向の予測の場合の予測方向を決めておけば、選択した予測方向を伝達する情報sは双方向の予測を行ったときのみ送信すればよい。
Second, the calculation of the bidirectional prediction error is limited to a case where the calculation effort is small. In predictive coding, the prediction order may be adaptively selected to reduce the sum of the information amount of prediction coefficients and the information amount of prediction errors. The bidirectional prediction of the present invention is effective regardless of the order, but the amount of calculation for obtaining the prediction error is almost twice that in the case of the unidirectional prediction. Moreover, since the number of coefficients increases as the predicted order increases, the amount of calculation increases greatly. Therefore, in order to obtain an effect of bi-directional prediction while suppressing an increase in the total amount of calculation, bi-directional prediction is performed only when the prediction order is equal to or less than a certain value. To make a prediction.
In any case, if the prediction direction in the case of prediction in one direction is determined in advance, the information s for transmitting the selected prediction direction may be transmitted only when bidirectional prediction is performed.
上記の1つ目の方法を具体化した本発明の双方向予測符号化装置200の機能構成例を図1に示す。双方向予測符号化装置200は、双方向予測符号化装置100の予測手段141を予測手段241に置き換えた構成である。
予測手段241は、予測分析手段121にて得られた1次の予測係数k(1) (1次の量子化予測係数kq(1))の値が予め設定した範囲内にある場合は、予測手段141と同様の処理を行う。一方、範囲外にある場合は、予め設定したいずれか一方向の予測により予測値列Xpを求め、以降は当該一方向についてのみ処理を行う。この場合、予測方向を示す情報sの送受は不要である。これは、復号側の線形予測復号部640が受け取った量子化予測係数Kqの値が予め設定した範囲外であることをもって、予め設定した当該一方向の処理が符号化側にて行われたことを復号側で認知できるためである。すなわち、量子化予測係数Kqが予測方向を示す情報sの役割を兼ねている。
FIG. 1 shows a functional configuration example of a bidirectional
When the value of the primary prediction coefficient k (1) (primary quantized prediction coefficient k q (1)) obtained by the prediction analysis means 121 is within a preset range, the prediction means 241 Processing similar to that of the
上記の2つ目の方法を具体化した本発明の双方向予測符号化装置200aの機能構成例を図9に示す。双方向予測符号化装置200aは、フレーム分割部110と予測係数算出部220aと予測係数符号化部130と線形予測部240aと予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。また、予測係数算出部220aは、予測分析手段221aと予測係数量子化手段122とを備え、線形予測部240aは、予測手段241aと減算手段142と予測方向選択手段143とを備える。つまり、予測分析手段221aと予測手段241a以外は双方向予測符号化装置100と同様の構成である。
FIG. 9 shows a functional configuration example of the bidirectional
予測分析手段221aは、予測係数の次数Pをフレーム毎に適応的に決定し、予測係数Kとともに出力する。また、予測係数の次数Pは復号装置での予測処理にも必要であるため、多重化部160にて他の情報と共に多重化されて送信される。なお、次数Pが送信される場合には対向して図10に示すような双方向予測復号装置700が設けられ、次数Pは線形予測復号部740での予測処理に用いられる。予測手段241aは、予測係数の次数Pが予め設定した範囲内にある場合は、予測手段141と同様の処理を行う。一方、予測係数の次数Pの値が予め設定した範囲外にある場合は、予め設定したいずれか一方向の予測により予測値列Xpを求め、以降は当該一方向についてのみ処理を行う。この場合、予測方向を示す情報sの送受は不要である。これは、復号側の線形予測復号部740が受け取った予測係数の次数Pが予め設定した範囲外であることをもって、予め設定した当該一方向の処理が符号化側にて行われたことを復号側で認知できるためである。すなわち、予測係数の次数Pが予測方向を示す情報sの役割を兼ねている。なお、予測方向の判定パラメータは必ずしも予測係数の次数でなくてもよく、本発明に適用可能なものを適宜選択可能である。
以上のように、双方向の予測を限定的に行うことで平均処理量の増大を防ぐことができる。
The
As described above, it is possible to prevent an increase in the average processing amount by restricting bidirectional prediction.
符号化装置の予測分析手段において予測係数を算出する際、予測係数の次数Pをフレーム毎に適応的に決定する場合、例えば図9、図10の構成例においては予測次数Pと予測値列の予測方向を示す情報sとを個別に扱っているが、これらを一体的に可変長符号化して扱った方が平均符号長を小さくすることができる。例えば、図11に示すように予測次数Pを2ビット(1次、2次、3次、4次の4種から選択)、予測方向を伝達する情報sを1ビット(0:順方向、1:逆方向)で単純に構成すると、全ての場合に3ビットを割り当てることになる。しかし、各組み合わせの頻度に応じて可変長符号を割り当てることで平均符号長を小さくできる。図11に示した可変長割当は、高次の予測の場合に順方向のみとし、かつ符号長も短く構成した割り当て例である。また図12に示した可変長割当は、次数が00(1次)と11(4次)の頻度が高く、その場合順方向より逆方向が選ばれる頻度が高い場合の割り当て例である。 When calculating the prediction coefficient in the prediction analysis means of the encoding apparatus, when the prediction coefficient order P is adaptively determined for each frame, for example, in the configuration example of FIGS. 9 and 10, the prediction order P and the prediction value sequence The information s indicating the prediction direction is handled individually, but the average code length can be reduced by handling the information s as a variable length code integrally. For example, as shown in FIG. 11, the prediction order P is 2 bits (selected from four types of primary, secondary, tertiary, and quadratic), and information s that conveys the prediction direction is 1 bit (0: forward direction, 1 : In the reverse direction), 3 bits are allocated in all cases. However, the average code length can be reduced by assigning variable length codes according to the frequency of each combination. The variable length allocation shown in FIG. 11 is an allocation example in which only the forward direction is used in the case of high-order prediction and the code length is also short. Further, the variable length allocation shown in FIG. 12 is an example of allocation when the frequencies of the orders 00 (primary) and 11 (quaternary) are high, and in this case, the frequency of selecting the reverse direction is higher than the forward direction.
可変長符号化を行う双方向予測符号化装置300の機能構成例を図13に、双方向予測符号化装置300と対向して用いる双方向予測復号装置800の機能構成例を図14にそれぞれ示す。図13は図9の構成を基礎とした構成例であり、Pとsとが多重化部160に直接入力されるのではなく、可変長符号化部370に入力され可変長符号Psに変換された上で多重化部160に入力される(図2の処理フローにおいてS5)。また、図14は図10の構成を基礎とした構成例であり、多重分離部610から出力された可変長符号Psが可変長符号復号部805にてPとsとに復号された上で線形予測部740に入力される(図5の処理フローにおいてS14)。
FIG. 13 shows an example of a functional configuration of a bidirectional
このように予測次数Pと予測値列の予測方向を示す情報sとを一体的に可変長符号化することで、平均符号長を小さくすることができる。 Thus, the average code length can be reduced by integrally variable-length encoding the prediction order P and the information s indicating the prediction direction of the prediction value sequence.
実施例4は、順方向逆方向の判定を、予測係数を逐次分析法により求める際に生じる副産物を用いて行う構成である。
図15に本発明の双方向予測符号化装置400の機能構成例を示す。双方向予測符号化装置400は、フレーム分割部110と予測係数算出部420と予測係数符号化部130と線形予測部440と予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。また、予測係数算出部420は、予測分析手段421と予測係数量子化手段122とを備え、線形予測部440は、予測方法判定手段448と予測手段441と減算手段142とを備える。つまり、予測方向選択手段143が無いことを除けば、予測分析手段421と予測方法判定手段448と予測手段441以外は双方向予測符号化装置100と同様の構成である。
The fourth embodiment has a configuration in which forward / reverse determination is performed using a byproduct generated when a prediction coefficient is obtained by a sequential analysis method.
FIG. 15 shows a functional configuration example of the bidirectional
予測分析手段421は、予測係数Kを前向き予測と後向き予測による逐次分析法により算出して、逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbとともに出力する。逐次分析法としては例えば、BURG法やPARCOR格子法などが挙げられる。
予測方法判定手段448は、前向き予測誤差pfが後向き予測誤差pbより小さい場合には、予測方向が順方向であることを示す情報sを出力し、前向き予測誤差pfが後向き予測誤差pbより大きい場合には、予測方向が逆方向であることを示す情報sを出力する。なお、前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbとの大小関係は、例えば予測誤差の絶対値の平均振幅又は2乗平均振幅により比較する。 Predictive method determination means 448, when the forward prediction error p f is backward prediction error p b is smaller than outputs information s indicating that prediction direction is forward, forward prediction error p f is backward prediction error p When it is larger than b, information s indicating that the prediction direction is the reverse direction is output. Incidentally, the magnitude relationship between the forward prediction error p f and backward prediction error p b, for example, compares the average amplitude or root-mean-square amplitude of the absolute value of the prediction error.
そして予測手段441は、情報sが示す予測方向の予測により予測値列Xpを求め、減算手段142は、信号列Xから予測値列Xpを減算した予測誤差列Eを求め、予測誤差符号化部150は、予測誤差列Eを符号化して符号化予測誤差列Ceを生成して出力する。
Then, the
BURG法やPARCOR格子法などの逐次分析法の処理における最終段階又は実際に選択された予測次数に対応する前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbの振幅の大きさは、本願の順方向の予測誤差列Efと逆方向の予測誤差列Ebのそれぞれの振幅の大きさとの間で大きな相関がある。すなわち、逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbとを比較して、前向き予測誤差が大きければ、予測値列を求める際に逆方向の予測を行えば、順方向の予測を行った場合より誤差が小さくなる可能性が高い。逆に後向き予測誤差が小さければ、予測値列を求める際に順方向の予測を行えば、逆方向の予測を行った場合より誤差が小さくなる可能性が高い。そのため、予測手段において双方向の予測を行わなくても、平均的に予測誤差を小さくすることができる。
以上のように、本実施例では予測係数を求める段階で生じる副産物を用いて、予測方向を決定することで、符号化装置での計算量を削減することができる。
BURG method or PARCOR grid method final stage or indeed amplitude of the magnitude of corresponding to the selected prediction order forward prediction error p f and backward prediction error p b in sequential analysis process, such as, the present application of the forward There is a large correlation between the magnitudes of the respective amplitudes of the prediction error string E f and the prediction error string E b in the reverse direction. That is, by comparing the forward prediction error p f obtained in the course of the sequential analysis method and backward prediction error p b, the larger the forward prediction errors, by performing a backward prediction in determining the predicted value sequence, forward There is a high possibility that the error will be smaller than when the prediction is performed. On the other hand, if the backward prediction error is small, if the prediction in the forward direction is performed when the prediction value sequence is obtained, there is a high possibility that the error is smaller than that in the case of performing the prediction in the backward direction. Therefore, the prediction error can be reduced on average without performing bidirectional prediction in the prediction means.
As described above, in this embodiment, the amount of calculation in the encoding device can be reduced by determining the prediction direction using the by-product generated in the step of obtaining the prediction coefficient.
<変形例>
もし、前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbの振幅の大きさの比が1に近い場合には、予測方法判定手段448は予測方向を判定せずに、予測手段441に対して順方向と逆方向の双方について予測値列を求める旨の指示rを送信するように構成してもよい。この場合は、図15において点線で示すように予測方向選択手段143を追加し、予測手段441は順方向と逆方向の双方について予測値列を求め、以降は双方向予測符号化装置100と同様の処理を行う。
このように構成することで、すべての場合に双方向の予測を行う場合と最悪の計算量は同じになるが、平均的な計算量は小さくすることができる。
<Modification>
If, when the amplitude of the ratio of the size of the forward prediction error p f and backward prediction error p b is close to 1, the prediction
With this configuration, the worst calculation amount is the same as that when bidirectional prediction is performed in all cases, but the average calculation amount can be reduced.
実施例5は、予測方向を直接示す情報を送受せずに予測方向の選択を可能とする構成である。
図16に本発明の双方向予測符号化装置500の機能構成例を、図17に双方向予測符号化装置500と対向して設ける双方向予測復号装置900の機能構成例をそれぞれ示す。
The fifth embodiment is configured to enable selection of a prediction direction without transmitting / receiving information directly indicating the prediction direction.
FIG. 16 illustrates a functional configuration example of the bidirectional
双方向予測符号化装置500は、フレーム分割部110と予測係数算出部520と予測係数符号化部130と線形予測部540と予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。また、予測係数算出部520は、予測分析手段521と予測係数量子化手段122とを備え、線形予測部540は、選択規則記憶手段549と予測手段541と減算手段142とを備える。つまり、予測方向選択手段143が無いことを除けば、予測分析手段521と選択規則記憶手段549と予測手段541以外は双方向予測符号化装置100と同様の構成である。
The bi-directional
選択規則記憶手段549は、予測係数を求める際に用いられる所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則を保持する。パラメータは本発明に適用できるものを適宜選択して構わない。ここでは、所定のパラメータが予測係数の次数Pである場合を例にとって説明する。
The selection
予測分析手段521は、予測係数の次数Pをフレーム毎に適応的に決定し、予測係数Kとともに出力する。また、予測係数の次数Pは、本実施例においては符号化装置側で選択した予測方向を示す情報sとして兼用し、復号装置での予測処理に必要であるため、多重化部160にて他の情報と共に多重化されて送信される。
The
予測手段541は、予測係数の次数Pをキーとして、選択規則記憶手段549を検索し、次数Pに対応する予測方向spにより予測値列Xpを算出する。
減算手段142は、信号列Xから予測値列Xpを減算した予測誤差列Eを求め、予測誤差符号化部150が、予測誤差列Eを符号化し符号化予測誤差列Ceを生成して出力する。
Prediction means 541, as a key the order P of the prediction coefficients, to find the selection
Subtraction means 142 obtains a prediction error sequence E obtained by subtracting the predicted value sequence X p from the signal sequence X, prediction
一方、双方向予測復号装置900は多重分離部610と予測係数復号部620と予測誤差復号部630と線形予測復号部940と選択規則記憶手段915とを備える。つまり、選択規則記憶手段915と線形予測復号部940以外は双方向予測復号装置600と同様の構成である。
選択規則記憶手段915は、符号化側の選択規則記憶手段549と同様に、予測係数を求める際に用いられる所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則を保持する。ここでは上記のとおり、所定のパラメータが予測係数の次数Pである場合を例にとって説明する。
On the other hand, the bidirectional
Similar to the selection
線形予測復号部940は、多重分離部610にて分離された予測方向を示す情報sの値(この例では予測係数の次数P)をキーとして選択規則記憶手段915を検索し、次数Pに対応する予測方向spにより実施例1にて説明した線形予測復号部640と同様な処理を行い、元の信号列Xを得る。
以上のように構成することで、本来は予測方向を示す情報sと所定のパラメータ(例えば予測係数の次数P)の両方を送受する必要がある場合にも、所定のパラメータによって予測方向を示す情報sを兼ねることができるため、符号化効率を向上することができる。
The linear
With the above configuration, even when it is necessary to transmit and receive both information s originally indicating the prediction direction and a predetermined parameter (for example, the order P of the prediction coefficient), information indicating the prediction direction by the predetermined parameter. Since it can also serve as s, encoding efficiency can be improved.
上記の各装置をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。この場合、処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。また、上記の各種処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。 When each of the above devices is realized by a computer, processing contents of functions that each device should have are described by a program. The processing functions are realized on the computer by executing the program on the computer. In this case, at least a part of the processing content may be realized by hardware. Further, the various processes described above are not only executed in time series according to the description, but may be executed in parallel or individually according to the processing capability of the apparatus that executes the processes or as necessary. In addition, it can change suitably in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよいが、具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。 The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, or a semiconductor memory. Specifically, for example, the magnetic recording device may be a hard disk device or a flexible Discs, magnetic tapes, etc. as optical disks, DVD (Digital Versatile Disc), DVD-RAM (Random Access Memory), CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc. As the magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc) or the like can be used, and as the semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory) or the like can be used.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
また、上述した実施形態とは別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接このプログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。 As an execution form different from the above-described embodiment, the computer may read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. Each time is transferred, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
Claims (20)
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化部と、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とが入力され、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測部と、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号列を出力する予測誤差符号化部と、
を備える双方向予測符号化装置。 A prediction coefficient calculation unit that obtains a prediction coefficient by performing linear prediction analysis on an input signal composed of a time-series sample sequence in units of frames composed of a plurality of samples;
A prediction coefficient encoding unit that encodes the prediction coefficient and outputs a prediction coefficient code;
The input signal and a prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code are input, and a prediction direction of either a forward direction or a reverse direction is selected in time in the frame, and the input is performed by prediction of the selected prediction direction. A linear prediction unit that outputs a prediction error sequence obtained from a signal and a prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code, and information indicating the selected prediction direction;
A prediction error encoding unit that encodes the prediction error sequence and outputs a prediction error code sequence;
A bi-directional predictive encoding device.
上記線形予測部は、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求め、その符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択する双方向予測符号化装置。 The bidirectional predictive encoding device according to claim 1,
The linear prediction unit is a bidirectional predictive coding apparatus that obtains a prediction error sequence in both the forward direction and the reverse direction, and selects a prediction direction with a smaller code amount or a smaller estimated value of the code amount.
上記線形予測部は、上記予測係数の値あるいは上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値が予め設定した範囲内にある場合には、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求めてその符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択し、それ以外の場合には、所定のいずれか一方向を予測方向として選択する双方向予測符号化装置。 The bidirectional predictive encoding device according to claim 1,
When the value of the prediction coefficient or the value of the predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient is within a preset range, the linear prediction unit predicts a prediction error sequence for both the forward direction and the reverse direction. Is selected, and the prediction direction with the smaller code amount or the estimated value of the code amount is selected, and otherwise, one of the predetermined directions is selected as the prediction direction.
上記予測係数算出部は、上記予測係数の予測次数をフレーム毎に適応的に決定し、
上記予測次数と上記選択した予測方向を示す情報とを一体的に可変長符号化して出力する可変長符号化部を更に備える
双方向予測符号化装置。 The bidirectional predictive coding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The prediction coefficient calculation unit adaptively determines the prediction order of the prediction coefficient for each frame,
A bidirectional predictive encoding apparatus, further comprising: a variable length encoding unit that integrally performs variable length encoding and outputs the information indicating the prediction order and the selected prediction direction.
上記予測係数算出部は、上記予測係数を前向き予測と後向き予測による逐次分析法により算出して、当該逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差と後向き予測誤差とともに出力し、
上記線形予測部は、上記前向き予測誤差が上記後向き予測誤差より小さい場合には順方向を予測方向として選択し、上記後向き予測誤差が上記前向き予測誤差より小さい場合には逆方向を予測方向として選択する
双方向予測符号化装置。 The bidirectional predictive encoding device according to claim 1,
The prediction coefficient calculation unit calculates the prediction coefficient by a sequential analysis method using forward prediction and backward prediction, and outputs the prediction coefficient together with a forward prediction error and a backward prediction error obtained in the process of the sequential analysis method,
The linear prediction unit selects the forward direction as the prediction direction when the forward prediction error is smaller than the backward prediction error, and selects the reverse direction as the prediction direction when the backward prediction error is smaller than the forward prediction error. A bidirectional predictive encoding device.
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測部は、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則を保持する選択規則記憶手段を備え、上記予測方向を上記選択規則に従い上記所定のパラメータの値に応じて選択する
双方向予測符号化装置。 The bidirectional predictive encoding device according to claim 1,
The information indicating the prediction direction is a value of a predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient,
The linear prediction unit includes selection rule storage means for holding a selection rule for a prediction direction set in advance for the value of the predetermined parameter, and the prediction direction is determined according to the value of the predetermined parameter according to the selection rule. Bidirectional predictive encoding device to select.
予測誤差符号列から予測誤差列を復号する予測誤差列復号部と、
上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、上記予測方向の予測により元の信号を復元する線形予測復号部と、
を備える双方向予測復号装置。 A prediction coefficient decoding unit that decodes the prediction coefficient from the prediction coefficient code;
A prediction error sequence decoding unit that decodes the prediction error sequence from the prediction error code sequence;
Based on the prediction coefficient, the prediction error sequence, and information indicating the prediction direction of the prediction error sequence, a linear prediction decoding unit that restores the original signal by prediction of the prediction direction;
A bi-directional predictive decoding device.
一体的に可変長符号化された上記予測係数の予測次数と上記予測誤差列の予測方向を示す情報とを分離する可変長符号復号部を更に備え、
上記線形予測復号部は、上記予測次数が更に入力され、当該予測次数にて予測を行う
双方向予測復号装置。 The bidirectional predictive decoding device according to claim 7,
A variable-length code decoding unit that separates the prediction order of the prediction coefficient that is integrally variable-length encoded and information indicating the prediction direction of the prediction error sequence;
The linear predictive decoding unit is a bi-directional predictive decoding device that further receives the prediction order and performs prediction using the prediction order.
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向選択規則を保持する選択規則記憶部を更に備え、
上記線形予測復号部は、上記予測方向を上記選択規則に従い上記所定のパラメータの値に応じて決定する
双方向予測復号装置。 The bidirectional predictive decoding device according to claim 7,
The information indicating the prediction direction is a value of a predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient,
A selection rule storage unit that holds a prediction direction selection rule set in advance for the value of the predetermined parameter;
The linear predictive decoding unit is a bidirectional predictive decoding apparatus that determines the prediction direction according to a value of the predetermined parameter according to the selection rule.
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化ステップと、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測ステップと、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号を出力する予測誤差符号化ステップと、
を実行する双方向予測符号化方法。 A prediction coefficient calculation step for obtaining a prediction coefficient by performing linear prediction analysis on an input signal composed of a time-series sample sequence in units of frames consisting of a plurality of samples;
A prediction coefficient encoding step of encoding the prediction coefficient and outputting a prediction coefficient code;
From the input signal and a prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code, a prediction direction of either the forward direction or the reverse direction in time is selected in the frame, and the input signal is predicted by the prediction of the selected prediction direction. A linear prediction step for outputting a prediction error sequence obtained from a prediction coefficient corresponding to the prediction coefficient code, and information indicating the selected prediction direction;
A prediction error encoding step of encoding the prediction error sequence and outputting a prediction error code;
A bi-directional predictive coding method for performing
上記線形予測ステップは、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求め、その符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択する双方向予測符号化方法。 The bidirectional predictive encoding method according to claim 10,
The linear prediction step is a bidirectional predictive encoding method in which a prediction error sequence is obtained for both the forward direction and the reverse direction, and the prediction direction with the smaller code amount or the estimated code amount is selected.
上記線形予測ステップは、上記予測係数の値あるいは上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値が予め設定した範囲内にある場合には、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求めてその符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択し、それ以外の場合には、所定のいずれか一方向を予測方向として選択する双方向予測符号化方法。 The bidirectional predictive encoding method according to claim 10,
In the linear prediction step, when the value of the prediction coefficient or the value of a predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient is within a preset range, prediction error sequences for both the forward direction and the reverse direction The prediction direction with the smaller code amount or the estimated value of the code amount is selected, and in other cases, one of the predetermined directions is selected as the prediction direction.
上記予測係数算出ステップは、上記予測係数の予測次数をフレーム毎に適応的に決定し、
上記予測次数を示す情報と上記選択した予測方向を示す情報とを一体的に可変長符号化して出力する可変長符号化ステップを更に実行する
双方向予測符号化方法。 The bidirectional predictive encoding method according to any one of claims 10 to 12,
The prediction coefficient calculation step adaptively determines the prediction order of the prediction coefficient for each frame,
A bidirectional predictive coding method further executing a variable length coding step of integrally variable length coding and outputting the information indicating the prediction order and the information indicating the selected prediction direction.
上記予測係数算出ステップは、上記予測係数を前向き予測と後向き予測による逐次分析法により算出して、当該逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差と後向き予測誤差とともに出力し、
上記線形予測ステップは、上記前向き予測誤差が上記後向き予測誤差より小さい場合には順方向を予測方向として選択し、上記後向き予測誤差が上記前向き予測誤差より小さい場合には逆方向を予測方向として選択する
双方向予測符号化方法。 The bidirectional predictive encoding method according to claim 10,
The prediction coefficient calculation step calculates the prediction coefficient by a sequential analysis method using forward prediction and backward prediction, and outputs the prediction coefficient together with the forward prediction error and the backward prediction error obtained in the process of the sequential analysis method,
The linear prediction step selects the forward direction as the prediction direction when the forward prediction error is smaller than the backward prediction error, and selects the reverse direction as the prediction direction when the backward prediction error is smaller than the forward prediction error. Bidirectional predictive encoding method.
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測ステップは、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則に従い、上記予測方向を上記所定のパラメータの値に応じて選択する
双方向予測符号化方法。 The bidirectional predictive encoding method according to claim 10,
The information indicating the prediction direction is a value of a predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient,
The bidirectional prediction encoding method, wherein the linear prediction step selects the prediction direction according to a value of the predetermined parameter in accordance with a prediction direction selection rule set in advance for the value of the predetermined parameter.
予測誤差符号列から予測誤差列を復号する予測誤差列復号ステップと、
上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、当該予測方向の予測により元の信号を復元する線形予測復号ステップと、
を実行する双方向予測復号方法。 A prediction coefficient decoding step of decoding a prediction coefficient from the prediction coefficient code;
A prediction error sequence decoding step of decoding a prediction error sequence from the prediction error code sequence;
Based on the prediction coefficient, the prediction error sequence, and information indicating the prediction direction of the prediction error sequence, a linear prediction decoding step of restoring the original signal by prediction of the prediction direction;
A bi-directional predictive decoding method.
一体的に可変長符号化された上記予測係数の予測次数と上記予測誤差列の予測方向を示す情報とを分離する可変長符号復号ステップを更に実行し、
上記線形予測復号ステップは、上記予測次数にて予測値列を求める
双方向予測復号方法。 The bidirectional predictive decoding method according to claim 16,
A variable length code decoding step for separating the prediction order of the prediction coefficient integrally variable length encoded and the information indicating the prediction direction of the prediction error sequence;
The linear predictive decoding step is a bidirectional predictive decoding method for obtaining a predictive value sequence with the predictive order.
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測復号ステップは、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則に従い、上記予測方向を上記所定のパラメータの値に応じて決定する
双方向予測復号方法。 The bidirectional predictive decoding method according to claim 16,
The information indicating the prediction direction is a value of a predetermined parameter used when obtaining the prediction coefficient,
The bidirectional predictive decoding method, wherein the linear predictive decoding step determines the prediction direction according to a value of the predetermined parameter in accordance with a selection rule of a prediction direction set in advance for the value of the predetermined parameter.
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