JP2884612B2 - 信号伝送装置 - Google Patents

信号伝送装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば音響信号等の入力信号を圧縮符号化
して伝送する信号伝送装置に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、入力信号をフーリエ変換した信号を量子化
して伝送する信号伝送装置において、フーリエ変換後の
実数値及び虚数値からなる係数出力を振幅値及び位相値
に変換し、人間の聴覚特性に基づいて振幅値に多くの量
子化ビット数を割り当てると共に、振幅値をベクトル量
子化して伝送することにより、入力信号を高効率で圧縮
符号化して伝送することができる信号伝送装置を提供す
るものである。
〔従来の技術〕
変換符号化の一例として、例えば、音響信号或いは映
像信号等の入力信号を離散的フーリエ変換(DFT)する
データ圧縮方式があり、この離散的フーリエ変換を用い
る方式では、上記離散的フーリエ変換によるDFT係数を
量子化(符号化)している。このDFT係数は、実数部値
と虚数部値として得られており、符号化の際には当該実
数部値と虚数部値とをなんらかの方法で量子化(符号
化)する必要がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
この符号化に際し、第3図に示すように、離散的フー
リエ変換後のDFT係数の実数部値reと虚数部値imを、各
周波数点で交互に横に並べた場合、隣合う(又は近接す
る)数値の間には、一般に顕著な相関が現れ難い。
このため、このような離散的フーリエ変換して量子化
する従来の方式では、圧縮効率を高めることができない
と言う欠点がある。
ところで、上記入力信号が例えば音響信号の場合を考
慮すると、人間の聴覚は、周波数領域の振幅(パワー)
には敏感であるが、位相についてはかなり鈍感であると
いう特性を有していることが知られている。このような
ことから、音響信号を量子化する際には、人間の聴感特
性すなわち音響信号の特性(性質)を利用した量子化を
行うことで効率的な量子化が可能となる。
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、音響信号の量子化の際に該音響信号の
特性を有効に利用することで、高効率の圧縮符号化を可
能とした信号伝送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〕
本発明の信号伝送装置は、上述の目的を達成するため
に提案されたものであり、入力信号をフーリエ変換した
信号を量子化して伝送する信号伝送装置において、フー
リエ変換後の実数値及び虚数値からなる係数出力を振幅
値及び位相値に変換する変換手段と、人間の聴覚特性に
基づいて位相値よりも上記振幅値に多くの量子化ビット
数を割り当てると共に振幅値をベクトル量子化する量子
化手段とを有することを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明によれば、フーリエ変換後の係数出力すなわち
DFT係数の実数部値及び虚数部値の各出力を振幅値と位
相値に変換しているため、振幅値の相関を利用してデー
タ圧縮を行うこと、及び、位相値へのビット配分を少な
くすることが可能となる。
〔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。
先ず、第1図に本発明の一実施例装置の概略構成を示
す。
この第1図の信号伝送装置において、符号化回路20の
入力端子1には、音響信号,映像信号等の入力信号が供
給されている。この入力信号は、先ず、バッファメモリ
21に蓄積され、当該バッファメモリ21からは、上記入力
信号を所定時間毎にブロック化した1まとまりのデータ
が出力されるようになっている。この1ブロックのデー
タがフーリエ変換回路22に送られていて、当該フーリエ
変換回路22では上記入力信号の離散的フーリエ変換処理
が行われている。この時のフーリエ変換処理では、実数
部値Reと虚数部値ImとからなるDFT係数が係数出力とし
て得られており、したがって、当該フーリエ変換回路22
からは、上記DFT係数の実数部値Reが端子22aから出力さ
れ、また、上記DFT係数の虚数部値Imが端子22bから出力
されるようになっている。これらDFT係数の実数部値Re
及び虚数部値Imの各出力が係数変換回路23に伝送されて
いる。
ここで、上記係数変換回路23は、後述する入力信号の
特性例えば音響信号の特性を利用するため、上記DFT係
数出力の実数部値Reと虚数部値Imの各出力を、後述する
第8式〜第11式により振幅値Amと位相値Phに変換する処
理を行っている。当該係数変換回路23で得られた振幅値
Amは端子23aから出力され、位相値Phは端子23bから出力
されるようになっていて、それぞれが入力信号の特性に
応じたビット配分で量子化器24に送られる。
上述した第1図の装置においては、以下に述べる入力
信号の特性例えば音響信号の特性を有効に利用するため
に、上記係数変換回路23によって上記実数部値Reと虚数
部値Imを振幅値Amと位相値Phへ変換する処理を行ってい
る。
すなわち、人間の聴覚は、前述したように周波数領域
の振幅(パワー)には敏感であるが、位相についてはか
なり敏感であるため、このような音響信号を圧縮符号化
する際には、振幅情報を位相情報よりも正確に保存して
おくことが能率的であると考えられる。
また、上記音響信号においては、上記離散的フーリエ
変換した実数部値と虚数部値を振幅値と位相値に変換し
てそれらの値を周波数軸上で横に並べると、上記振幅値
には強い相関が見られ、上記位相値には殆ど相関が見ら
れないと言う特性が存在する。すなわち、第2図に示す
ように、振幅値amのみを周波数軸上で横に並べた場合、
隣合う(又は近接する)振幅値amの間には、値が近いと
いう相関が顕著に見られる。
したがって、本実施例装置では、このような振幅値と
位相値に対する人間の聴覚特性と、音響信号の特性すな
わち振幅値の顕著な相関性とを有効に利用することで信
号の効率的な量子化処理を行っている。すなわち、本実
施例装置における量子化の際に、上記振幅値Amが位相値
Phよりも誤差の少なくなるような量子化(符号化)を行
い、更に必要に応じて、上記振幅値Amの相関を利用して
この振幅値Amのみをビット圧縮する量子化を行う。これ
らの量子化を実現するためには、上記振幅値Amの量子化
に対して上記位相値Phの量子化よりも多くのビットを割
り当て、また、隣合う数個の振幅値Amをまとめてベクト
ル量子化すること或いは差分量子化等を行うことが挙げ
られる。
このようなことから、上記係数変換回路23からの上記
振幅値Amと位相値Phは、上述したような入力信号の特性
(例えば音響信号等の特性)に応じた異なるビット配分
で上記量子化器24に送られており、上記振幅値Amのビッ
ト数が上記位相値Phのビット数よりも多く割り当てられ
ている。上述のようなビット配分で上記量子化器24に供
給された上記振幅値Amは、当該量子化器24のビット圧縮
量子化機能ブロック24aに送られ、また、上記位相値Ph
は、量子化機能ブロック24bに送られている。ここで、
上記ビット圧縮量子化機能ブロック24aでは、上記振幅
値Amを例えば差分量子化或いはベクトル量子化等を用い
ることでビット圧縮しながら量子化しており、また、上
記量子化機能ブロック24bでは、上記位相値Phが量子化
されている。
このように、本実施例信号伝送装置の符号化回路20に
おいては、上記振幅値Amのビット割り当てを多くとるこ
とで、当該振幅値Amを位相値Phよりも誤差が少なくなる
ように量子化し、また、少なくとも上記振幅値Amには相
関性があるため、量子化の前に例えば差分量子化、或い
は、隣合う数個の振幅値Amをまとめて量子化するベクト
ル量子化等によって上記振幅値Amのみをビット圧縮する
ことで、量子化効率の高効率化を図っている。なお、本
実施例装置で行われる上記ベクトル量子化とは、上記入
力信号の1ブロックの係数データを入力ベクトルとして
扱い、メモリ等で構成されたコードブック内に予め作成
されて記憶されているコードベクトルと、上記入力ベク
トルとの類似度、すなわち例えば、最も距離の近い(最
も類似した)コードベクトルと対応した識別コード(イ
ンデックス)を量子化出力として得るものである。
ところで、従来の離散的フーリエ変換は以下に示す各
式で定義されるものである。
すなわち、 ここで、k=0,1,2,3,……,N−1、n=0,1,2,3,……,N
−1、x(n)は入力信号、Y(k)はDFT係数、Nは
変換ブロックサイズを示す。
また、x(n)は実数値であるから、 したがって、離散的フーリエ変換によるデータの圧縮の
際には、 の合計N個のデータを量子化する。なお、a(k)は実
数値、b(k)は虚数値である。
これらを直接量子化するのが従来の方式であったが、
本発明実施例においては、前述したように音響信号等の
特性を利用するために、上記実数値a(k)及び虚数値
b(k)からなるDFT係数を、上記係数変換回路23によ
って次式のように振幅値c(k)及び位相値d(k)に
変換している。すなわち、 上述のようにして本実施例装置の符号化回路20で符号
化された振幅値Amは、当該符号化回路20の出力端子2aか
ら出力され、位相値Phは出力端子2bから出力されて、そ
れぞれ伝送路を介して復号化回路30の入力端子3a及び3b
に送られる。この入力端子3a及び3bを介した各データ
は、逆量子化器34で、上記量子化器24で行われた量子化
処理と逆の処理が行われた後、逆係数変換回路33に送ら
れる。当該逆係数変換回路33でも、上記係数変換回路23
と逆の処理が行われている。すなわち、この逆係数変換
回路33では、振幅値Amと位相値Phとで表現された信号
を、後述する第12式〜第15式により実数部値Reと虚数部
値Imに変換するような変換処理が行われている。
このようにして実数部値Re,虚数部値ImのDFT係数に変
換された信号は、逆フーリエ変換回路32により波形信号
に変換され、更に、波形連結回路31を介することで復号
信号とされて復号化回路30の出力端子4から出力される
ようになっている。
ここで、上記復号化回路30における振幅値,位相値か
ら実数部値,虚数部値への変換、すなわち{c(k),d
(k)}→{a(k),b(k)}の変換は次式で行え
る。
上述のようなことから、本実施例の信号伝送装置を用
いれば、音響信号等の入力信号を振幅値及び位相値に変
換することで、入力信号の特性(人間の聴覚特性)に応
じたビット配分でこれら振幅値及び位相値を量子化でき
ることになり、このため、聴覚上のS/Nを向上させるこ
とができると共に高効率で符号化することができるよう
になる。更に、上記振幅幅の相関性を利用してビット圧
縮できるのでベクトル量子化或いは差分量子化等の量子
化効率が向上する。また、復号化も良好に行うことがで
きる。
なお、本実施例装置では、処理される入力信号が上述
したような音響信号の場合のみならず映像信号等であっ
ても処理することができ、この場合も当該映像信号の特
性に応じた符号化を行うことで同様の効率を得ることが
できる。
更に、入力信号の特性の時間的変化に応じてビット割
り当てを変化させる適応的なビット割り当てや、適応的
なビット圧縮処理を行うことで量子化効率を向上させる
ことが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明の信号伝送装置においては、フーリエ変換後の
実数部値と虚数部値の係数出力を、振幅値と位相値に変
換しており、人間の聴覚特性に基づいて位相値よりも振
幅値に多くの量子化ビット数を割り当てると共に振幅値
をベクトル量子化することにより、効率的なビット圧縮
が可能となる。
したがって、入力信号(例えば音響信号)の振幅値の
みが持つ強い相関を符号化に利用してこの相関を除去す
ることができ、このことから入力信号の圧縮効率を向上
させることが可能となる。また、この入力信号の特性に
応じて振幅情報に位相情報よりも多くビット数を割り当
てることができるようになり、振幅情報を位相情報より
も正確に(誤差を少なく)符号化(量子化)することが
可能となる。更に、人間の聴覚特性に合った量子化が行
えるため、聴覚上のS/Nを向上させることができ、より
能率的な符号化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置の概略構成を示すブロッ
ク回路図、第2図は各周波数点での振幅値を示す図、第
3図は各周波数点での実数部値及び虚数部値を示す図で
ある。 20……符号化回路 21……バッファメモリ 22……フーリエ変換回路 23……係数変換回路 24……量子化器 24a……ビット圧縮量子化機能ブロック 24b……量子化機能ブロック 30……復号化回路 31……波形連結回路 32……逆フーリエ変換回路 33……逆係数変換回路 34……逆量子化器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西口 正之 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 藤原 義仁 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−23100(JP,A) 特開 平1−205200(JP,A) 国際公開89/3140(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 14/00 - 14/06 H04B 1/66

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号をフーリエ変換した信号を量子化
    して伝送する信号伝送装置において、上記フーリエ変換
    後の実数値及び虚数値からなる係数出力を振幅値及び位
    相値に変換する変換手段と、 人間の聴覚特性に基づいて上記位相値よりも上記振幅値
    に多くの量子化ビット数を割り当てると共に、上記振幅
    値をベクトル量子化する量子化手段とを有することを特
    徴とする信号伝送装置。
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