JP2776474B2 - 多段ベクトル量子化法 - Google Patents

多段ベクトル量子化法

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聡 三樹
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音声や画像の信号系列を
少ない情報量でディジタル符号化する方法で、特に多段
のベクトル量子化を行なう際の歪を小さくする多段ベク
トル量子化法に関する。
【0002】
【従来の技術】信号系列をサンプルあたり1ビット以下
で量子化する際は、ベクトル量子化が有効な手段であ
る。この手法は入力のベクトルと、最も歪の小さいベク
トルとを符号帳から選んで、その番号を伝送するもの
で、量子化対象に即した符号帳を作成しておけば量子化
歪の小さい量子化が可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、符号帳
のメモリ量や歪を計算する演算量は量子化ビット数の指
数関数で増大するため、ビット数の多い量子化は実現が
困難である。これを解決する1つの手法が多段ベクトル
量子化である。符号器では、ある段階の量子化誤差を次
の段階のベクトル量子化の入力とし、復号器では複数の
再生ベクトルを加算して出力ベクトルを作成する。この
ようにすると、メモリ量や演算量を現実的な範囲に抑え
たままで、ベクトル量子化が可能となる。しかしなが
ら、一段の理想的なベクトル量子化に比べ、かなり歪が
大きくなってしまう。
【0004】ここで、多段ベクトル量子化の歪が大きく
なる理由を全極型の線形予測パラメータの一種のLSP
パラメータの量子化の例を用いるとともに、図3ないし
図6を参照して説明する。図3は従来の量子化における
処理手順を示すフローチャートであり、図4〜図6はベ
クトル図である。まず、p次のLSPパラメータwp
は、合成フィルタが安定であるために、 0< w1<・・・wp<π の関係が成立しなければならない。図4はp=2の場合
であり、LSPパラメータは同図に示す上三角の安定領
域A1に存在しなければならない。また、特に音声の統
計的性質から、斜線部分の領域A2での存在頻度が高
い。このパラメータをベクトル量子化するために、図3
に示すステップSA1において、第1段の3ビットの符
号帳#1を作成すると、図5に示すような再生ベクトル
V1が得られる。
【0005】次に、このときの量子化誤差を第2段ベク
トル量子化で量子化する。すなわち、図3に示すステッ
プSA2において、図6に示すように円形の領域をもっ
た再生ベクトルV2の組(第2段の符号帳#2の内容)
を第1段で選ばれた再生ベクトルV1を中心に重ね合わ
せて出力点を作成する。図6からもわかるように、2つ
の符号帳のベクトルを加算すると、本来存在し得ない領
域にも出力点が作成される。したがって、次のステップ
3において、安定・不安定判断を行い、不安定なものを
除外する。そして、ステップSA4において、入力ベク
トルと上記加算した再生ベクトルとの歪を算出し、ステ
ップSA5において、該歪が最小となるベクトルを決定
し、符号を送出する。
【0006】一方、復合器では、ステップSA6におい
て、符号帳#1を用いて、第1段の出力ベクトルを決定
し、ステップSA7において、上記出力ベクトルに、符
号帳#2の内容である第2段の出力ベクトルを加算し、
最終的な出力ベクトルを得る。したがって、従来の符号
化処理では、前述したように、ステップ3において、不
安定なものは除外するしかなく、情報量を無駄に用いて
いるという問題が生じる。
【0007】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、多段のベクトル量子化において、メモリ量を少
なく保ったまま、量子化歪の増大を抑える多段ベクトル
量子化法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、本発明では、信号系列やベクトル値の入力を
予め作成した符号帳の中から歪が最も小さいベクトルを
選択して伝送するベクトル量子化法において、複数段の
符号帳を備え、符号器では各段の符号帳から1つずつの
ベクトルの和を求めて、得られたベクトルが本来存在す
る出力点か否かを判断し、存在しえないベクトルが得ら
れたのであれば、前記得られたベクトルを一定の規則で
存在する領域に変換したあとで、入力の歪が最小となる
ベクトルを選択し、復号器でも、受信したベクトルの符
号から仮に出力ベクトルを再生し、前記符号器とまった
く同じ手順で前記出力ベクトルが本来存在する出力点か
否かを判断し、存在しえない出力ベクトルであれば、前
記出力ベクトルを前記一定の規則で存在する領域に変換
して最終出力とすることを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によれば、多段ベクトル量子化の第2段
目以降について、制約条件を満たすか否か、すなわち、
本来存在する出力点か否かを調べ(安定、不安定を判
断)、存在しえない出力ベクトルが得られるときには予
め設定した方法で必ず存在する領域に変換して量子化す
ることで、選ばれない符号の組合せをなくし、歪を小さ
く抑えることを特徴とする。
【0010】
【実施例】次に図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。図1は本発明を音声のスペクトル包絡パラ
メータでよく用いられるLSPパラメータの量子化に適
用した場合の実施例の処理手順を示すフローチャートで
ある。ここでは、従来の技術として図3ないし図6に説
明したものと同じく2次元の例である。この量子化手順
では、最低次のパラメータや、最高次のパラメータの補
正も加えている。
【0011】図1において、符号器では、まず、ステッ
プSB1において、符号帳#1を用いて、第1段の出力
ベクトルを決定する。次に、ステップSB2において、
符号帳#2を用いて、第2段の再生ベクトルを加算し、
ステップSB3において、安定、不安定判断を行い、不
安定ならば(符号Pを参照)、図2に示す破線L1に対
称となる位置の出力に変換して出力ベクトルP1とす
る。次に、ステップSB4において、ステップSB2に
おいて求めたベクトルと、入力ベクトルとの歪を計算す
る。そして、ステップSB5において、歪が最小となる
ベクトルを決定する。ここで、歪が大となる場合には、
ステップSB2へ戻り、符号帳#2からの先と異なるベ
クトルを選択し、ステップSB3,SB4において再計
算を行う。そして、ステップSB5において、歪が最小
となると、その時の符号帳#2からのベクトルを伝送す
る。
【0012】次に、復合器では、ステップSB6におい
て、符号帳#1を用いて、第1段の出力ベクトルを決定
し、ステップSB7において、符号帳#2を用いて、第
2段の出力ベクトルを加算する。そして、ステップSB
8において、安定、不安定判断を行い、不安定ならば、
前述したステップSB3と同様に、図2に示す破線に対
称となる位置の出力に変換して出力ベクトルとする。
【0013】本発明の特徴は、第2段目の再生ベクトル
を加算する際、不安定となる領域の出力になるとき、図
2に示す破線L1に対称となる位置の出力に変換して出
力ベクトルとするものである。図6において、対角線は
2つのパラメータが一致することであるから、それに平
行な破線に対称な位置に変換することは、パラメータの
順序を変え、さらにパラメータの間隔を広げることにな
る。
【0014】本実施例では、歪の計算をする前に必要な
変換を行なうこと、符号器と復号器で全く同じ手順で変
換を行なうことが重要である。また、符号帳を学習する
際も、変換が行なわれることを前提にした距離計算や重
心計算を行なう必要がある。
【0015】なお、本実施例では、2段であったが、3
段にする場合は、最終段で安定・不安定を判断してもよ
いし、第2段目以降の各段について判断してもよい。ま
た、第1段目は必ず安定であり、安定・不安定の判断は
不要である。
【0016】
【発明の効果】従来、多段ベクトル量子化の第2段目以
降に生じる本来有り得ない無駄なコードと出力ベクトル
は捨てていたが、本発明によれば、有り得ない出力ベク
トルであると判断した場合には、符号器と復号器であら
かじめ定めた共通の規則で変換することで有効に利用す
ることができるようになる。このため、同一情報量での
量子化歪を従来法より小さくできるという利点が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をLSPパラメータの量子化に適用した
場合の一実施例の量子化手順を示すフローチャートであ
る。
【図2】同実施例の再生ベクトルの変換を示す図であ
る。
【図3】従来のLSPパラメータの量子化に適用した場
合の量子化手順を示すフローチャートである。
【図4】従来の量子化による2次のLSPパラメータの
存在領域を示す図である。
【図5】図4のパラメータをベクトル量子化する際の第
1段階の再生ベクトルを示す図である。
【図6】第2段階の再生ベクトルも加算したベクトルを
示す図である。
【符号の説明】
#1,#2 符号帳(複数段の符号帳)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04N 7/30 H04N 7/133 Z (72)発明者 三樹 聡 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 大室 仲 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−217744(JP,A) 特開 昭64−74883(JP,A) 特開 平6−75600(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 7/30 G10L 9/18 H04N 7/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号系列やベクトル値の入力を予め作成
    した符号帳の中から歪が最も小さいベクトルを選択して
    伝送するベクトル量子化法において、 複数段の符号帳を備え、符号器では各段の符号帳から1
    つずつのベクトルの和を求めて、得られたベクトルが本
    来存在する出力点か否かを判断し、存在しえないベクト
    ルが得られたのであれば、前記得られたベクトルを一定
    の規則で存在する領域に変換したあとで、入力の歪が最
    小となるベクトルを選択し、復号器でも、受信したベク
    トルの符号から仮に出力ベクトルを再生し、前記符号器
    とまったく同じ手順で前記出力ベクトルが本来存在する
    出力点か否かを判断し、存在しえない出力ベクトルであ
    れば、前記出力ベクトルを前記一定の規則で存在する領
    域に変換して最終出力とすることを特徴とする多段ベク
    トル量子化法。
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