JP2811810B2

JP2811810B2 - 信号符号化装置

Info

Publication number: JP2811810B2
Application number: JP25890989A
Authority: JP
Inventors: 正之西口; 義仁藤原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JPH03121624A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、入力信号をブロック化して符号化を行う信
号符号化装置に関し、特に、ブロック毎に再量子化する
際に必要とされる付加情報の量子化に関するものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、入力信号をブロック化し、各ブロック毎に
再量子化する際に必要とされる付加情報を算出し、各付
加情報を量子化する信号符号化装置であって、付加情報
の量子化の際には、複数ブロック分の付加情報をまとめ
てベクトルで表現し、このベクトルを量子化することに
より、伝送ビット数を大幅に減少させることができる信
号符号化装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

オーディオ，音声等の信号の高能率符号化において
は、オーディオ，音声等の入力信号を時間軸又は周波数
軸で複数のチャンネルに分割すると共に、各チャンネル
毎のビット数を適応的に割当てるビットアロケーシヨン
（ビット割当て）による符号化技術がある。例えば、オ
ーディオ信号等の上記ビット割当てによる符号化技術に
は、時間軸上のオーディオ信号等を複数の周波数帯域に
分割して符号化する帯域分割符号化（サブ・バンド・コ
ーディング:SBC）や、時間軸の信号を周波数軸上の信号
に変換（直交変換）して複数の周波数帯域に分割し各帯
域毎で適応的に符号化するいわゆる適応変換符号化（AT
C）、或いは、上記SBCといわゆる適応予測符号化（AP
C）とを組み合わせ、時間軸の信号を帯域分割して各帯
域信号をベースバンド（低域）に変換した後複数次の線
形予測分析を行って予測符号化するいわゆる適応ビット
割当て（APC−AB）等の符号化技術がある。

ここで、上記高能率符号化の内で、例えば、上記適応
変換符号化においては、時間軸のオーディオ信号等を、
高速フーリエ変換（FFT）或いは離散的余弦変換（DCT）
等の直交変換によって、時間軸に直交する軸（周波数
軸）に変換し、その後複数の帯域に分割して、これら分
割された各帯域のFFT係数,DCT係数等を適応的なビット
割当てによって量子化（再量子化）している。上記高速
フーリエ変換の適応変換符号化における再量子化の一例
としては、第３図に示すように、信号を高速フーリエ変
換した後の例えばFFT振幅値Am等をブロック（ブロックB
1〜B12‥‥）分けして、これら各ブロック毎に再量子化
する際に必要となる付加情報を算出し、この付加情報を
用いてブロック毎に再量子化すると共に、該付加情報も
量子化する手法がある。ここで、上記再量子化の１つの
技法としては、例えば、いわゆるブロックフローティン
グ処理と呼ばれる再量子化の技法がある。当該ブロック
フローティング処理とは、ブロックのビット数を減らす
（ビット圧縮する）ために行われるものであり、例え
ば、ブロック内のピーク値或いは平均値等のフローティ
ング係数を用いてブロック単位で正規化を施すような処
理である。この場合には上記ブロックフローティング処
理のフローティング係数が上記付加情報となる。また、
当該付加情報としてのフローティング係数を量子化する
際には、各ブロックのフローティング係数をいわゆるス
カラ量子化の技法を用いて量子化している。なお、一般
に、上記スカラ量子化とは、例えば個々の独立したサン
プル値等を量子化するようなものであり、いわゆる１次
元の量子化を総称してスカラ量子化と呼んでいる。

また、上記高能率符号化の内で、例えば、帯域分割符
号化においては、例えば、第４図に示すように、時間軸
上のオーディオ信号等を複数の周波数帯域で分割して、
これら複数の周波数帯域で分割された時間軸の信号Ｓを
ブロック（ブロックb1〜b4‥‥）とし、これらのブロッ
ク毎に適応的なビット割当てによって再量子化してい
る。この時の再量子化の場合も、上記適応変換符号化と
同様に、ブロック化した信号の例えばブロックフローテ
ィング処理を行い、フローティング係数によるブロック
のノーマライズとフローティング係数のスカラ量子化が
行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、上記適応変換符号化，帯域分割符号化
共に、上記付加情報としてのブロックフローティング処
理のフローティング係数をスカラ量子化の手法で量子化
している。この時のスカラ量子化では、各ブロック毎の
フローティング係数を量子化しているため、例えば、こ
の量子化出力を伝送するような場合には、当該量子化さ
れたフローティング係数を伝送するためのビットレート
が多くなってしまう。すなわち、換言すれば付加情報伝
送のために多くのビット数が必要となる。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案さ
れたものであり、付加情報のための伝送ビット数を大幅
に削減できる信号符号化装置を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の信号符号化装置は、上述の目的を達成するた
めに提案されたものであり、例えば、第１図に示すよう
に、入力信号をブロック化するブロック化回路12と、上
記各ブロック毎に再量子化する際に必要とされる付加情
報（例えばブロック内のサンプルのピーク値或いは平均
値等のフローティング係数）を算出する付加情報算出手
段であるフローティング係数算出回路13と、上記フロー
ティング係数算出回路13からのフローティング係数を量
子化する量子化手段とを有する信号符号化装置であっ
て、上記量子化手段でのフローティング係数の量子化の
際には、複数ブロック分のフローティング係数をまとめ
て、例えば相関性の強い隣接ブロックをまとめてベクト
ルで表現し、このベクトルを当該量子化手段であるベク
トル量子化（VQ）回路15で量子化するようにしたもので
ある。

〔作用〕

本発明によれば、複数の付加情報をベクトル量子化
し、そのベクトル量子化出力として識別コード（インデ
ックス）を得るようにしている。そのため、付加情報伝
送のためのビット数が少なくてすむようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照し
ながら説明する。

本発明の信号符号化装置は、オーディオ，音声等の入
力信号を、例えば、帯域分割符号化（SBC）や、適応変
換符号化（ATC）、適応ビット割当て（APC−AB）等によ
り高能率符号化するものである。

ここで、第１図に示す本発明実施例は、高能率符号化
の一具体例として、上記適応変換符号化を適用した信号
符号化装置を示す。

すなわち、本実施例装置においては、例えばオーディ
オ信号等の入力信号が入力端子１を介して供給されてお
り、当該入力信号がブロック化回路12によって、所定単
位毎にブロック化される。ここで、本実施例では、当該
ブロック化回路12でブロック化される入力信号は、例え
ば、高速フーリエ変換（FFT）回路11によって時間軸が
周波数軸に変換された信号となっている。すなわち、当
該高速フーリエ変換回路11からは、上記時間軸のオーデ
ィオ信号等を周波数軸に変換することで、振幅或いは位
相角（又は実数部値と虚数部値）とされた出力が得られ
るようになっている。例えば、オーディオ信号に対して
2048点の高速フーリエ変換処理を行うとすると、1023点
の位相角,1025点の振幅項（又は1023点の虚数部,1025点
の実数部）が求まることになり、これらが本発明実施例
の入力信号として上記ブロック化回路12に伝送されてい
る。

この高速フーリエ変換回路11からの各出力信号（出力
点）は、上記ブロック化回路12によって、所定単位毎例
えば10サンプル毎にブロック化されることで、結果とし
て103個のブロックに分けられる。

ここで、本実施例装置では、これら各ブロック毎に再
量子化する際に必要となる付加情報を算出し、この付加
情報を用いて各ブロック毎に再量子化している。すなわ
ち、本実施例装置での上記再量子化としては、例えば、
前述したいわゆるブロックフローティング処理と呼ばれ
る再量子化の技法を用いており、そのため、上記付加情
報として該ブロックフローティング処理のフローティン
グ係数が求められるようになっている。このようなこと
から、上記ブロックのデータは、付加情報算出手段とし
てのフローティング係数算出回路13に伝送される。

当該フローティング係数算出回路13では、上記付加情
報としてのフローティング係数が算出される。この時の
フローティング係数の算出方法としては、種々の方法が
あるが、本実施例においては、例えば、10サンプル（１
ブロック）内のピーク値（或いは平均値）を検出してそ
のピーク値（或いは平均値）をフローティング係数とし
ている。

ところで、一般に、上述のブロックフローティング処
理を行う信号符号化装置では、各ブロック毎の上記フロ
ーティング係数で各ブロックの正規化（例えば、ブロッ
ク内の他の９サンプルを各フローティング係数でノーマ
ライズする。）を行い、該正規化された各ブロックのデ
ータを符号化装置の出力とすると共に、上記フローティ
ング係数を量子化手段で量子化して伝送している。しか
し、従来は、前述したように、上記フローティング係数
をスカラ量子化して伝送するようにしているため、この
フローティング係数のための伝送ビットレートが多くな
ってしまっている。

このようなことから、本実施例の信号符号化装置で
は、上記フローティング係数（付加情報）を量子化する
量子化手段としてベクトル量子化（VQ）回路15を用いて
いる。

ここで、上述のような103個のフローティング係数を
ベクトル量子化（すなわち103次元のベクトル量子化）
することは、演算量の多さから不可能であるため、本実
施例においては、複数ブロック分のフローティング係数
（すなわち上記付加情報）をまとめて１つのベクトルで
表現し、これらのベクトルを上記ベクトル量子化回路15
で量子化するようにしている。ただし、複数ブロックの
フローティング係数を１つのベクトルとする際には、強
い相関性を有する隣接ブロックのフローティング係数を
まとめて１つのベクトルとしている。

このようなことを行うため、上記フローティング係数
算出回路13からのフローティング係数は、グループ分類
回路14に送られる。当該グループ分類回路14では、複数
ブロック分（例えば隣接する４〜８ブロック）のフロー
ティング係数をまとめてグループ分けし、この各グルー
プ（26〜13個のベクトル）がベクトルとして出力される
ようになっている。例えば、前述した第３図において、
６ブロックを１つのベクトルとするような場合には、上
記ブロックB1〜B6までのフローティング係数を１ベクト
ルV₁とし、ブロックB7〜B12までのフローティング係数
を１ベクトルV₂…とする。

これらベクトルが上記ベクトル量子化回路15に供給さ
れ、当該ベクトル量子化回路15で各ベクトルのベクトル
量子化が行われる。すなわち、当該ベクトル量子化回路
15には、コードベクトル（代表ベクトル）が番号付けら
れて記憶されているメモリのコードブックがあり、上記
フローティング係数のベクトルと該コードベクトルとの
比較が行われて、一番類似したコードベクトルと対応す
る識別コード（インデックス）が読み出されて本実施例
装置の出力端子２からフローティング係数の量子化出力
として出力されるようになっている。

また、上記ブロック化回路12からの各ブロックは、遅
延回路16を介して、正規化回路17に伝送されている。こ
の正規化回路17には、上記ベクトル量子化回路15からの
上記識別コードに対応したコードベクトルも供給されて
おり、したがって、当該正規化回路17では、上記各ブロ
ックが上記コードベクトルに基づいて正規化されてい
る。その後、この正規化回路17の出力は、量子化回路18
に送られ、当該量子化回路18で該正規化出力が量子化さ
れて、この量子化出力が本実施例装置の出力端子３から
出力されるようになる。なお、該量子化回路18には、ス
カラ量子化或いはベクトル量子化の何れのものをも用い
ることができる。また、上記遅延回路16は、上記フロー
ティング係数算出回路13以降の回路による遅延量を考慮
して設けられているものである。

上述のように本実施例の適応変換符号化を適用した信
号符号化装置においては、ブロック毎に再量子化する際
に必要とされる付加情報すなわちブロックフローティン
グ処理のフローティング係数の量子化の際に、隣接する
複数ブロックのフローティング係数（付加情報）をまと
めてベクトルとし、このベクトルを量子化しており、当
該ベクトル量子化の識別コードをフローティング係数の
量子化出力として伝送するようにしている。そのため、
スカラ量子化を行う場合と比較して、伝送ビットレート
が大幅に低減されることになる。

また、本発明は、上述した第１図の実施例のように、
入力信号を高速フーリエ変換して処理するいわゆる適応
変換符号化の他に、例えば、第２図に示すように、帯域
分割符号化（SBC）を行う装置にも適用することができ
る。なお、第２図では、図示を簡略化するために、一部
回路を省略している。

すなわち、第２図において、本実施例の信号符号化装
置の入力端子１に供給された例えばオーディオ信号等
は、バンドパスフィルタ（BPF）40₁,40₂‥‥40₆,40₇‥
‥40₂₄で帯域通過及び低域変換処理が行われる。すなわ
ち、当該バンドパスフィルタ40₁〜40₂₄においては、時
間軸のオーディオ信号等が各バンドパスフィルタ40₁〜4
0₂₄の通過帯域で帯域分割された後、その各々の信号は
各通過帯域の中心周波数だけ下に周波数シフト（低域変
換）されており、これらの各出力信号が本実施例の入力
信号とされている。なお、本実施例においては、入力オ
ーディオ信号等をいわゆる臨界帯域幅（クリティカルバ
ンド）に分割している。該クリティカルバンドとは、人
間の聴覚特性（周波数分析能力）を考慮したものであ
り、例えば０〜16kHzを24バンドに分け、高い周波数帯
域ほどバンド幅を広くしているものである。

これら各バンドパスフィルタ40₁〜40₂₄の出力は、そ
れぞれ、ブロック化回路41₁,41₂‥‥41₆,41₇‥‥41₂₄に
伝送される。当該ブロック化回路41₁〜41₂₄では、入力
信号が所定単位毎にブロック化されており、本実施例の
場合には、時間波形の入力信号が所定時間毎にブロック
化されている。該各ブロックが、上述同様に、付加情報
を算出する付加情報算出手段としてのフローティング係
数算出回路42₁,42₂‥‥42₆,42₇‥‥42₂₄に送られる。こ
れらフローティング係数算出回路42₁〜42₂₄では、上記
所定時間単位のブロックのブロックフローティング処理
のフローティング係数（すなわち上記付加情報）が算出
される。この時のフローティング係数は、各ブロック内
の時間波形の各サンプルのピーク値（或いは平均値）を
検出してそのピーク値（或いは平均値）をフローティン
グ係数としている。

本実施例においても、上記フローティング係数を量子
化手段で量子化する際には、ベクトル量子化を行ってい
る。したがって、各フローティング係数（付加情報）
は、複数ブロック分がまとめられて１つのベクトルとさ
れ、これらのベクトルがベクトル量子化手段に送られて
いる。本実施例では、複数ブロック例えば６ブロックを
ひとまとまりのベクトルとし、この６次元のベクトルを
それぞれベクトル量子化回路51₁,51₂〜51₄で量子化する
ようにしている。この時のベクトルも隣接する６個の帯
域のフローティング係数がまとめて１つのベクトルとさ
れている。

上記各ベクトル量子化回路51₁〜51₄でも、前述同様
に、入力ベクトルとコードベクトルの比較が行われ、入
力ベクトルと類似したコードベクトルに対応する識別コ
ードが出力されるようになっている。これら識別コード
がマルチプレクサ60を介して、本実施例装置の出力端子
４からフローティング係数の量子化出力として出力され
ることになる。

更に、本実施例においても、上記ブロック化回路41₁
〜41₂₄のからの各ブロックは、第１図の実施例同様に遅
延回路52₁,52₂‥‥52₆,52₇‥‥52₂₄を介して、正規化回
路53₁,53₂‥‥53₆,53₇‥‥53₂₄に伝送されている。これ
らの正規化回路53₁〜53₂₄にも、各ベクトル量子化回路5
1₁〜51₄からの上記識別コードに対応したコードベクト
ルが供給されており、したがって、各正規化回路53₁〜5
3₂₄では、上記各ブロックが上記コードベクトルに基づ
いて正規化されている。その後、これら正規化回路53₁
〜53₂₄の出力も同様に、量子化回路54₁,54₂‥‥54₆,54₇
‥‥54₂₄に送られ、当該量子化回路54₁〜54₂₄で該正規
化出力が量子化されて上記マルチプレクサ60を介して出
力端子４から出力されるようになる。なお、該量子化回
路54₁〜54₂₄もスカラ量子化或いはベクトル量子化の何
れを用いてもよい。また、各遅延回路52₁〜52₂₄も、各
フローティング係数算出回路42₁〜42₂₄以降の回路によ
る遅延量を考慮して設けられているものである。

上述のように、本実施例の帯域分割符号化を適用した
信号符号化装置においても、上記付加情報としてのブロ
ックフローティング処理のフローティング係数の量子化
の際には、複数ブロック分のフローティング係数をまと
めてベクトルとして、このベクトルを量子化した識別コ
ードを伝送するようにしているため、スカラ量子化を行
う場合と比較して、伝送ビットレートが大幅に低減され
ることになる。

なお、第１図及び第２図で示した付加情報はフローテ
ィング係数であったが、上記付加情報はこのフローティ
ング係数に限らず、例えば、ブロック毎の割当てビット
数を示すビットアロケーシヨン情報をも上記付加情報と
することができる。したがって、各ベクトル量子化回路
における量子化の際には、上述したようなフローティン
グ係数のベクトル量子化のみならず、上記ビットアロケ
ーシヨン情報をもベクトル量子化するような構成とする
ことも可能である。この場合も、上述同様に該ビットア
ロケーシヨン情報をベクトル量子化することで伝送ビッ
トレートを低減することができる。

〔発明の効果〕

本発明の信号符号化装置においては、ブロック毎に再
量子化する際に必要とされる付加情報の量子化の際に、
複数ブロック分の付加情報をまとめてベクトルで表現
し、このベクトルを量子化するようにしており、例えば
このベクトル量子化の識別コードを伝送することで、付
加情報の伝送ビット数を大幅に減少させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の適応変換符号化を適用した信号
符号化装置の概略構成を示すブロック回路図、第２図は
本発明実施例の帯域分割符号化を適用した信号符号化装
置の概略構成を示すブロック回路図、第３図は適応変換
符号化のブロックを示す図、第４図は帯域分割符号化の
ブロックを示す図である。 11……高速フーリエ変換回路 12,41₁〜41₂₄……ブロック化回路 13,42₁〜42₂₄……フローティング係数算出回路 14……グループ分類回路 15,51₁〜51₆……ベクトル量子化回路 16,52₁〜52₂₄……遅延回路 17,53₁〜53₂₄……正規化回路 18,54₁〜54₂₄……量子化回路 40₁〜40₂₄……バンドパスフィルタ 60……マルチプレクサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号をブロック化するブロック化手段
と、上記各ブロック毎に再量子化する際に必要とされる付加
情報を算出する付加情報算出手段と、上記付加情報算出手段からの付加情報を量子化する量子
化手段とを有する信号符号化装置であって、上記量子化手段での上記付加情報の量子化の際には、複
数ブロック分の上記付加情報をまとめてベクトルで表現
し、このベクトルを量子化するようにしたことを特徴と
する信号符号化装置。