JP2582072B2

JP2582072B2 - 符号化復号化方法

Info

Publication number: JP2582072B2
Application number: JP12083287A
Authority: JP
Inventors: 健弘守谷; 雅彰誉田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPS63285599A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は、音声や画像などの信号系列を少ない情報量
で符号化する方法に関するものである。

特に伝送する符号に誤りが生ずる場合に効果のある符
号化法である。

（従来の技術）信号系列の情報圧縮をして符号化する強力な手段とし
て、ベクトル量子化法が知られている。これは符号化し
ようとする離散化された信号サンプル値を複数個まとめ
てベクトルとし、予め作成しておいた符号帳の中の符号
ベクトルと照合し、最も歪が小さくなるようなベクトル
の番号を伝送符号とするものである。

ところがこの量子化法では伝送路に誤りが生じると、
番号とベクトルの値には距離の関係が全く存在しないた
め、入力ベクトルと全く異なったベクトルが再生されて
しまうという欠点がある。

これを防ぐために従来、誤り訂正符号を使って、すな
わち伝送路符号に冗長性をもたせることで誤り率を低く
抑える必要があった。

この場合、例えば２倍の情報量を使って、実質的に符
号誤り率を大幅に低減することができる。ただし、符号
誤りが全くない場合でも、やはり２倍の情報量が必要で
ある。

すなわち、同一情報量のもとでは誤りが生じないとき
でも1/2の情報量しか使われず、量子化歪が大きくな
る。

実用的には符号誤り率は時間的に変動し、その状況に
合わせて伝送路符号の形態を変更することは難しいた
め、誤りのないときか誤りの多いときのどちらかの性能
を大きく犠牲にする必要があった。

（発明の目的）本発明の目的は音声や画像などの信号系列の情報を圧
縮して符号化する際に、符号誤りが生じても、信号にあ
まり大きな歪を生じないような方法を提供することにあ
る。

（発明の構成）（発明の特徴と従来の技術との差異）本発明は、送信側では入力の信号系列を複数サンプル
毎にまとめて入力ベクトルとし、該入力ベクトル単位に
複数の符号帳を用いて量子化して伝送符号を得、受信側
では該伝送符号から該複数の符号帳を用いて出力ベクト
ルを復号する符号化復号化方法において、送信側では、
前記入力ベクトルに対して前記各符号帳毎に歪の最も小
さくなるベクトルの番号を求め、前記各符号帳毎の該ベ
クトル番号を前記伝送符号とし、受信側では、伝送され
た前記伝送符号から前記各符号帳毎に前記各符号帳毎の
出力ベクトルを求め、前記各符号帳毎の該出力ベクトル
を平均したものを該出力ベクトルとすることが特徴であ
る。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。

１個の入力ベクトルｘ（ｉ）に対して独立に２個の符
号帳を備え、与えられた情報量の1/2ずつでそれぞれベ
クトル量子化を行う。

第１の系統の出力ベクトルｙ（ｉ）と第２の出力ベク
トルｚ（ｉ）の平均ｗ（ｉ）を出力値とする。

ｗ（ｉ）＝｛ｙ（ｉ）＋ｚ（ｉ）｝/2 このとき第１の系統の量子化誤差ｄ（ｉ）、第２の系統
の誤差ｅ（ｉ）とするとｄ（ｉ）＝ｙ（ｉ）−ｘ（ｉ）ｅ（ｉ）＝ｚ（ｉ）−ｘ（ｉ）平均値ｗ（ｉ）の量子化誤差パワーP₀はつぎのようにな
る。

P₀＝Σ｛ｗ（ｉ）−ｘ（ｉ）｝^２＝Σ｛ｄ（ｉ）/2＋ｅ（ｉ）/2｝^２＝σ²/2 ここでΣｄ（ｉ）^２＝Σｅ（ｉ）^２＝σ^２であり、またｄ（ｉ）とｅ（ｉ）は独立であるという仮
定を利用した。すなわち、 Σｄ（ｉ）・ｅ（ｉ）＝０とした。これより全体の量子化誤差パワーは各系統の誤
差パワーの半分になることが分かる。ただし２つの系統
に分けずに１つの系統に２倍の情報量を用いて量子化す
ると誤差パワーはほぼ1/4になるので、符号誤りの無い
場合には２系統に分割する利点はない。

次に伝送路符号誤りが生じた場合の量子化誤差パワー
について考える。仮りに伝送路誤りでｙ（ｉ）がｙ
^＊（ｉ）と復号されたとする。このとき本発明の場合の
誤差パワーP₁は以下となる。

P₁＝Σ（ｄ・（ｉ）/2＋ｅ（ｉ）/2）＝σ^＊２/4＋σ²/4 ここでσ^＊２はσ^２と比較して殆どの場合非常に大き
い。また量子化ビット数とは殆ど無関係である。同じよ
うに通常の１系統のみのベクトル量子化の誤差パワーP₂
は P₂＝σ^＊２すなわち、伝送路誤りの被害は通常より大幅に小さく
なることが分かる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す構成図である。

入力系列ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜25）を２系統のベクト
ルｕ（ｉ）、ｖ（ｉ）に分けてそれぞれ量子化を行う。

すなわち第１の系統の第１番目のベクトルｕ（１）
は、ｘ（１）,x（２），……ｘ（５）を要素とし、以下
順次第５番目のベクトルｕ（５）はｘ（21）,x（22），
……ｘ（25）を要素とする。

次に第２の系統の第１のベクトルｖ（ｉ）はｘ
（１）、ｘ（６）、ｘ（11）、ｘ（16）、ｘ（21）を要
素とする。同様に第５番目のベクトルｖ（５）はｘ
（５）、ｘ（10）、ｘ（15）、ｘ（20）、ｘ（25）を要
素とする。

第１の系統ではこの系統のために予め用意した符号帳
の中から各ベクトルに最も近いベクトルを捜し、対応す
る番号を伝送路に送り出す符号とする。復号器側では同
じ符号帳を用いて量子化された入力系列値を再現するこ
とができる。

この系統だけの量子化ですべての入力値に対応する出
力値ｙ（ｉ）は揃っていることに注意する。

一方、第２の系統のベクトルにおいても第１の系統と
は別の符号帳を用いて全く同様にベクトル量子化を行
う。この系統だけでもやはりすべての入力値に対応する
出力値ｚ（１）は揃っている。

伝送路符号に誤りが無いときには各系統の量子化値の
要素毎の平均値ｗ（ｉ）を出力値とすればよい。

伝送路誤りのある場合でも平均値を出力することで、
実施例１の場合と全く同様に被害を小さくできる。

この実施例では更に誤りの訂正が可能となる。もし伝
送路誤りが生じた場合に、ｕ（ｉ）またはｖ（ｉ）のす
べての値が異常となり、誤りの生じているベクトルに対
応するｙ（ｉ）とｚ（ｉ）の差が異常に大きくなる。

異常と考えられるベクトルについて伝送路符号のうち
１ビットだけ離れている符号に対応する符号帳の中のベ
クトルのうちで、置き換えるとｙ（ｉ）とｚ（ｉ）の差
が大きくなるものがあれば、置き換えればよい。

ｕ（ｉ）、ｖ（ｉ）の複数のベクトルが誤りをおこし
た場合にもある程度訂正できる。

ただしこれらの訂正は統計的な判定が必要で、本来誤
っているのに、別のベクトルと置き換えてしまったり、
誤りを検出できないことが生じる。

第３図は本発明の第３の実施例を示す。

これは２つの統計の量子化を独立に行うのではなく、
結果的に両系統の平均出力値を出力することを念頭入れ
て、その値と入力値との誤差が最小となるように量子化
を行うものである。

すなわち、第１の符号帳を参照して第１の系統の量子
化を行い、その結果、得られた出力ベクトル値ｙ（ｉ）
を本来の入力ｘ（ｉ）の２倍から引いたものを第２の系
統の量子化の入力とし、第２の符号帳を用いて量子化
し、ｚ（ｉ）を得る。そしてw_a（ｉ）を出力ベクトルの
候補とする。

w_a（ｉ）＝｛ｚ（ｉ）＋ｙ（ｉ）｝/2 さらに同一情報で歪みを小さくするために、この逆手順
でも量子化してみる。すなわち、第２の符号帳を参照し
て第２の系統の量子化を行い、その結果、得られた出力
ベクトル値ｚ（ｉ）を、本来の入力ｘ（ｉ）の２倍から
引いたものを第１の系統の量子化の入力とし、第１の符
号帳を参照して量子化し、ｙ（ｉ）を得る。

同様にw_a（ｉ）とw_b（ｉ）のうち、ｘ（ｉ）との歪が
小さくなるほうを選び、それに対応する伝送路符号の値
を伝送する。

ｙ（ｉ）＝ｘ（ｉ）＋ｄ（ｉ）ここで、第２の入力とするｆ（ｉ）のパワーP_fを調べ
る。

P_f＝Σｆ（ｉ）^２＝Σ（２・ｘ（ｉ）−ｙ（ｉ））^２＝Σ（ｘ（ｉ）−ｄ（ｉ））^２＝σ₁ ²＋σ^２ここで、σ₁ ²は入力の分散、σ^２は量子化誤差の分散で
ある。従って、ｆ（ｉ）を入力として第２の量子化を行
うとその誤差パワーP_fはσ^２は比べて以下のように増加
する。

P_f＝（１＋σ²/σ₁ ²）・σ^２ w_aの誤差パワーＰは次のように評価できる。

ｚ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋ｅ（ｉ）Ｐ＝Σ｛ｘ（ｉ）−w_a（ｉ）｝^２＝Σ｛ｅ（ｉ）/2｝^２＝σ^２（１＋σ²/σ₁ ²）/4 ここで、量子化の情報量にも依存するが、 σ₁ ²＜σ^２であるため、符号誤りの無い場合の量子化誤差は実施例
１の場合より小さくなる。ただし、誤りが生じたときは
実施例１と比べてやや被害が大きくなる。また誤り訂正
の成功率が低下する。

これとは逆に誤りのないときに量子化誤差を犠牲にし
て、誤り訂正の成功率を上げる方法もある。第１の系統
の出力ベクトル値ｙ（ｉ）を第２の系統の量子化の入力
とすればよい。

第４図は音声の線形予測残差信号を周波数領域で重み
付きベクトル量子化する方法に（特願昭61−177089号）
に適応したときの効果を示す。

縦軸はSNRで横軸は符号誤り率である。

（Ａ）は残差信号に１系統のベクトル量子化を行い、
誤り訂正無しの場合である。

（Ｂ）は同じく１系統のベクトル量子化を行い、伝送
路のデジタル符号上での誤り訂正を導入した場合であ
る。

（Ｃ）は残差信号に２系統のベクトル量子化を行う本
発明の量子化を導入口した場合である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の量子化器は、一つの入
力に対して複数の伝送路符号が与えられる。そしてすべ
ての符号に誤りが生じる確率は個々の伝送符号の誤り事
に比べて、きわめて小さいものとなる。

従って、出力ベクトルに及ぼす被害が軽減される。一
方、符号誤りが無いときには、各系統の量子化誤差が量
子化歪を相殺するため、歪を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の量子化方法の構成を示す図、第２図は実施例２の量子化方法の構成を示す図、第３図は実施例３の量子化方法の構成を示す図、第４図は音声符号に適用したときの実施例３の効果を表
した図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側では入力の信号系列を複数サンプル
毎にまとめて入力ベクトルとし、該入力ベクトル単位に
複数の符号帳を用いて量子化して伝送符号を得、受信側
では該伝送符号から該複数の符号帳を用いて出力ベクト
ルを復号する符号化復号化方法において、送信側では、前記入力ベクトルに対して前記各符号帳毎
に歪の最も小さくなるベクトルの番号を求め、前記各符
号帳毎の該ベクトル番号を前記伝送符号とし、受信側では、伝送された前記伝送符号から前記各符号帳
毎に前記各符号帳毎の出力ベクトルを求め、前記各符号
帳毎の該出力ベクトルを合成したものを該出力ベクトル
とすることを特徴とする符号化復号化方法。