JP3060767B2 - Modified discrete cosine transform and inverse transform method and apparatus - Google Patents

Modified discrete cosine transform and inverse transform method and apparatus

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JP3060767B2
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mdct
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孝文 上野
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Abstract

PURPOSE:To provide a high-speed calculating method and its device for efficiently performing the calculation of MDCT in the case of compressing audio signals. CONSTITUTION:This device is provided with a first intermediate data generating part 1 for providing first intermediate data x2(n) (O<=n<=M-1) from the combination of specified two points in input sample data x(n) (0<=n<=2M-1) of two M points, a second intermediate data generating part 2 for providing M/2 pieces of second intermediate data z(n) (0<=n<=M/2-1) by dividing the intermediate data x2(n) into the first half and the latter half, an FTT executing part 3 for providing M/2 pieces of Fourier coefficients Z(k) (0<=k<=M/2-1) by performing high-speed Fourier transformation to the second intermediate data z(n) and an extension part 4 for providing the even-numbered spectrum and odd-numbered spectrum of the input data x(n) from the output Z(k) of the FFT executing means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はオーディオ信号等の圧縮
符号化において用いられる変換符号化の高速計算方法及
び装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed calculation method and apparatus for transform coding used in compression coding of audio signals and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ディジタルオーディオ信号の情報
量を、人の聴覚特性を積極的に利用して圧縮し、伝送ま
たは記録再生する装置が提案されている。これらの装置
においては、ディジタルオーディオ信号を帯域分割フィ
ルタを用いるか、または直交変換を用いて、いくつかの
周波数成分に分割する。分割した信号毎に、オーディオ
信号の成分の遍在に応じて、また聴覚の特性を考慮して
情報量の割当を決定していく。このようにすることで、
情報量の効率的な配分が可能となり、結果として、情報
量の圧縮が達成される。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been proposed an apparatus for compressing the amount of information of a digital audio signal by positively utilizing the auditory characteristics of a person and transmitting or recording / reproducing the information. In these devices, the digital audio signal is divided into several frequency components using a band division filter or using an orthogonal transform. For each divided signal, the allocation of the information amount is determined according to the ubiquity of the audio signal component and in consideration of the auditory characteristics. By doing this,
Efficient distribution of the information amount becomes possible, and as a result, compression of the information amount is achieved.

【0003】オーディオ信号の圧縮に適した直交変換と
して、修正離散余弦変換(以下、MDCTと略す)が提
案されている。MDCTについては、アイトリプルイー
・トランザクションズ・オン・エイエスエスピー(IE
EE TRANSACTIONS ON ASSP)第
34巻5号の、第1153ページから第1161ページ
に掲載された、ジョン・ピー・プリンセンとアレン・ベ
ルナード・ブラッドリー共著の論文「時間領域のエリア
ジングキャンセレーションを基礎にした分析/合成フィ
ルタバンク設計」に詳しい。
As an orthogonal transform suitable for audio signal compression, a modified discrete cosine transform (hereinafter abbreviated as MDCT) has been proposed. About MDCT, iTripleE Transactions on ISSP (IE
EE TRANSACTIONS ON ASSP), Vol. 34, No. 5, pages 1153 to 1161 co-authored by John P. Princen and Allen Bernard Bradley, "Based on Time Domain Aliasing Cancellation." Analysis / Synthesis Filter Bank Design ".

【0004】MDCTの順変換式はつぎのように表現さ
れる。ここで、x(k)はMDCTのk番目のスペクト
ル、x(n)はMDCTのn番目の入力サンプルであ
る。
[0004] The MDCT forward transform equation is expressed as follows. Here, x (k) is the k-th spectrum of the MDCT, and x (n) is the n-th input sample of the MDCT.

【0005】[0005]

【数3】 (Equation 3)

【0006】従ってX(k)は、入力サンプルからなる
ベクトルX(n)とコサイン係数マトリクスとのマトリ
クス乗算によって求めることができる。M個のX(k)
を求めるには、2M2回の乗算とM×(2M−1)回の
加算が必要となる。
Accordingly, X (k) can be obtained by matrix multiplication of a vector X (n) composed of input samples and a cosine coefficient matrix. M X (k)
Requires 2M 2 multiplications and M × (2M−1) additions.

【0007】また、MDCTの逆変換式はつぎのように
表現される。但し、X(k)はMDCTのスペクトルで
あり、y(n)は変換によって得られたサンプル列であ
る。
[0007] The inverse transform equation of MDCT is expressed as follows. Here, X (k) is a spectrum of MDCT, and y (n) is a sample sequence obtained by the conversion.

【0008】[0008]

【数4】 (Equation 4)

【0009】この式は順変換と同じ形をしており、2M
個のy(n)を求めるには、やはり2M2回の乗算と、
2M×(M−1)回の加算が必要となる。
This equation has the same form as the forward transform,
To find y (n), again multiply 2M 2 times,
2M × (M−1) additions are required.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】(数3)において、例
えばMが256とすれば、MDCT順変換に要する乗算
回数は131072回、加算回数は130816回とな
り、膨大な計算が必要であることがわかる。この数はM
が増えるとMの2乗に比例して増え、オーディオ機器に
おいて半導体回路でたやすく実行するには、演算回数が
多すぎ、結果として装置のコストアップや、装置消費電
力の増大を招来するといった不都合があった。
In (Equation 3), if M is 256, for example, the number of multiplications required for MDCT forward transform is 131072, and the number of additions is 130816. Recognize. This number is M
When the number increases, it increases in proportion to the square of M, and the number of operations is too large to be easily executed by a semiconductor circuit in audio equipment, resulting in an increase in the cost of the apparatus and an increase in the power consumption of the apparatus. was there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる不都合に
鑑みてなされたものであり、下記のように構成すること
で効率的にMDCT計算を行うようにしている。即ち、
2M点の入力サンプルデータx(n)(0≦n≦2M−
1)の、特定の2点どうしの組み合わせを加算または減
算し、或いは負号反転して、M点の第1の中間データx
2(n)(0≦n≦M−1)を得る第1の中間データ発
生部と、上記中間データx2(n)を前半と後半に区分
し、前半のx2(n)を実数部とすると同時に後半のx
2(n+M/2)の負号を反転して虚数部とし、更にe
xp(−jπn/M)をかけ算して、M/2個の第2の
中間データz(n)(0≦n≦M/2−1)を得る第2
の中間データ発生部と、上記第2の中間データz(n)
に高速フーリエ変換を施してM/2個のフーリエ係数Z
(k)(0≦k≦M/2−1)を得るFFT実行部と、
FFT実行手段の出力Z(k)と、それに対応する所定
の回転要素との乗算結果の実数部を求めることで、入力
データx(n)の偶数番目のスペクトルを得、また、F
FT実行手段の出力Z(k)の共役複素数Z2(M/2
−1−k)と、それに対応する所定の回転要素との乗算
結果の実数部を求めることで、入力データx(n)の奇
数番目のスペクトルを出力する展開部とを備えている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such inconveniences, and has the following configuration to efficiently perform MDCT calculations. That is,
2M points of input sample data x (n) (0 ≦ n ≦ 2M−
1), a combination of two specific points is added or subtracted, or the sign is inverted, and the first intermediate data x of the M points is obtained.
If a first intermediate data generating unit for obtaining 2 (n) (0 ≦ n ≦ M−1) and the intermediate data x2 (n) are divided into a first half and a second half, and the first half x2 (n) is a real part, At the same time x
2 (n + M / 2) is inverted to an imaginary part, and e
xp (-jπn / M) to obtain M / 2 second intermediate data z (n) (0 ≦ n ≦ M / 2-1).
And the second intermediate data z (n)
Is subjected to a fast Fourier transform to obtain M / 2 Fourier coefficients Z
(K) an FFT execution unit that obtains (0 ≦ k ≦ M / 2-1);
By obtaining the real part of the multiplication result of the output Z (k) of the FFT execution means and the corresponding rotation element, an even-numbered spectrum of the input data x (n) is obtained.
The conjugate complex number Z 2 (M / 2) of the output Z (k) of the FT execution means
−1-k) and a development unit that outputs an odd-numbered spectrum of the input data x (n) by obtaining a real part of a multiplication result of the corresponding rotation element.

【0012】また、MDCTの逆変換計算を行うには、
下記のように構成している。即ち、M個の入力スペクト
ルデータX(k)(0≦k≦M−1)の、偶数番目のデ
ータをM個の第1の中間データU(k)(0≦k≦M−
1)の前半(0≦k≦M/2−1)に配置し、奇数番目
のデータを負号反転し、更に順序を反転した後、前記第
1の中間データU(k)の後半(M/2≦k≦M−1)
に配置する第1の中間データ発生部と、前記第1の中間
データU(k)を前半と後半に区分し、前半のU(k)
を実数部とすると同時に後半のU(k+M/2)の負号
を反転して虚数部とし、更にexp(−jπk/M)を
かけ算して、M/2個の第2の中間データZ(k)(0
≦k≦M/2−1)を得る第2の中間データ発生部と、
上記第2の中間データZ(k)に高速フーリエ変換を施
してM/2個のフーリエ係数z(n)(0≦n≦M/2
−1)を得るFFT実行部と、FFT実行手段の出力z
(n)と、それに対応する所定の回転要素exp(−j
π(2n+1/2)/2M)との乗算結果の実数部を求
めることで、第3の中間データy1(n)の偶数番目の
値を得、また、FFT実行手段の出力z(M/2−1−
n)の共役複素数z 2(M/2−1−n)と、それに対
応する所定の回転要素exp(−jπ・(2n+3/
2)/2M)との乗算結果の実数部を求めることで、第
3の中間データy1(n)の奇数番目の値を得る第3の
中間データ発生部と、前記第3の中間データを2度ずつ
使用して所定の順序に並べ、或いは負号反転する展開部
とを備えているのである。
In order to perform the inverse transform calculation of MDCT,
It is configured as follows. That is, M input spectra
Even data of the data X (k) (0 ≦ k ≦ M−1)
Data into M pieces of first intermediate data U (k) (0 ≦ k ≦ M−
1) placed in the first half (0 ≦ k ≦ M / 2-1), and
After inverting the sign of the data and further reversing the order,
1 second half of the intermediate data U (k) (M / 2 ≦ k ≦ M−1)
A first intermediate data generating unit arranged in the
The data U (k) is divided into the first half and the second half, and the first half U (k)
Is the real part and the second half is the negative sign of U (k + M / 2)
Is inverted to an imaginary part, and exp (−jπk / M) is further changed to
Multiplied to obtain M / 2 pieces of second intermediate data Z (k) (0
≦ k ≦ M / 2-1), a second intermediate data generating unit,
A fast Fourier transform is applied to the second intermediate data Z (k).
To obtain M / 2 Fourier coefficients z (n) (0 ≦ n ≦ M / 2
-1) FFT execution unit that obtains -1), and output z of FFT execution means
(N) and the corresponding predetermined rotation element exp (-j
π (2n + /) / 2M)
Thus, the even-numbered third intermediate data y1 (n)
Value and the output z (M / 2-1-1) of the FFT execution means.
complex conjugate z of n) Two(M / 2-1-n) and its counterpart
The corresponding predetermined rotation element exp (−jπ · (2n + 3 /
2) / 2M), the real part of the result of the multiplication with
To obtain an odd-numbered value of the intermediate data y1 (n)
An intermediate data generator and the third intermediate data twice
Developing unit that uses and arranges in a predetermined order or reverses the sign
It is equipped with.

【0013】[0013]

【作用】本発明の構成によれば、MDCTの順変換及び
逆変換の計算において、ベクトルx(n)やベクトルX
(k)とコサイン係数マトリクスとのマトリクス乗算を
実行する代わりに、余弦関数の対称性を巧妙に利用し
て、高速フーリエ変換のアルゴリズムが利用できるよう
に計算手順を構成し、さらに高速フーリエ変換に供され
るサンプルの数も半減しているので、計算手順を大幅に
効率化することができる。
According to the structure of the present invention, the vector x (n) and the vector X
Instead of performing matrix multiplication of (k) and the cosine coefficient matrix, the calculation procedure is configured so that the algorithm of the fast Fourier transform can be used by cleverly utilizing the symmetry of the cosine function. Since the number of provided samples is also halved, the calculation procedure can be made much more efficient.

【0014】[0014]

【実施例】始めにMDCTの順変換に対する高速計算法
を説明する。MDCTの定義式は次式で表現できる。こ
こに、x(n)は入力サンプル、X(k)はk番目のス
ペクトルである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a high-speed calculation method for MDCT forward transform will be described. The definition formula of MDCT can be expressed by the following formula. Here, x (n) is the input sample and X (k) is the k-th spectrum.

【0015】[0015]

【数5】 (Equation 5)

【0016】図1は本発明によるMDCT順変換の高速
計算法の流れを示している。図1のステップ1では、次
式に従ってx(n)からx2(n)を求めている。
FIG. 1 shows a flow of a high-speed MDCT forward transform calculation method according to the present invention. In step 1 of FIG. 1, x2 (n) is obtained from x (n) according to the following equation.

【0017】[0017]

【数6】 (Equation 6)

【0018】このことについて説明する。まず、コサイ
ンの対称性を利用するためにx(n)の順序及び負号を
変換して、次式のようにx1(n)を定義する。
This will be described. First, in order to utilize the cosine symmetry, the order of x (n) and the sign are converted, and x1 (n) is defined as in the following equation.

【0019】[0019]

【数7】 (Equation 7)

【0020】このx1(n)を用いて(数3)を書き直
すと次式となる。
By rewriting (Equation 3) using x1 (n), the following equation is obtained.

【0021】[0021]

【数8】 (Equation 8)

【0022】ここで(数7)の操作は図3のように表せ
る。図3では数列x(n)を4つの部分に分割してい
る。Aの部分はx(n)の0≦n≦M/2−1の部分で
あり、BはM/2≦n≦M−1の部分であり、CはM≦
n≦3M/2−1の部分であり、Dは3M/2≦n≦2
M−1の部分である。(数7)では、図3のABCの部
分はM/2サンプル分後ろへシフトする。また、x
(n)のDの部分は負号反転して、x(n)の先頭に配
置する。このようにすることによって、(数5)のコサ
イン項の中のM/2を消去している。つぎにコサイン関
数の対称性により(数8)を書き換えて、
Here, the operation of (Expression 7) can be represented as shown in FIG. In FIG. 3, the sequence x (n) is divided into four parts. A portion is a portion of x (n) where 0 ≦ n ≦ M / 2-1, B is a portion of M / 2 ≦ n ≦ M−1, and C is a portion of M ≦
where n ≦ 3M / 2−1, and D is 3M / 2 ≦ n ≦ 2.
M-1. In (Equation 7), the portion of ABC in FIG. 3 is shifted backward by M / 2 samples. Also, x
The D portion of (n) is inverted at the negative sign and placed at the beginning of x (n). By doing so, M / 2 in the cosine term of (Equation 5) is eliminated. Next, by rewriting (Equation 8) by the symmetry of the cosine function,

【0023】[0023]

【数9】 (Equation 9)

【0024】ここで、Here,

【0025】[0025]

【数10】 (Equation 10)

【0026】としてまとめると、In summary,

【0027】[0027]

【数11】 [Equation 11]

【0028】と表すことができる。但しRe[x]はx
の実数部を意味する。ここで(数7)と(数10)をま
とめることにより、図4に示すように(数6)が導かれ
る。図4ではnの各区間毎にx1(2n)と、x1(2
M−1−2n)が示されており、各区間毎に、x2
(n)=x1(2n)−x1(2M−1−2n)が示さ
れている。例えば、nが0≦n≦M/4−1の範囲であ
れば、x1(2n)=−x(3M/2+2n)であり、
x1(2M−1−2n)=x(3M/2−1−2n)で
あるので、x2(n)=x1(2n)−x1(2M−1
−2n)=−x(3M/2+2n)−x(3M/2−1
−2n)である。
Can be expressed as Where Re [x] is x
Means the real part of Here, by summing (Formula 7) and (Formula 10), (Formula 6) is derived as shown in FIG. In FIG. 4, x1 (2n) and x1 (2n)
M-1-2n), and x2
(N) = x1 (2n) -x1 (2M-1-2n) is shown. For example, if n is in the range of 0 ≦ n ≦ M / 4-1, x1 (2n) = − x (3M / 2 + 2n),
Since x1 (2M-1-2n) = x (3M / 2-1-2n), x2 (n) = x1 (2n) -x1 (2M-1
−2n) = − x (3M / 2 + 2n) −x (3M / 2-1)
-2n).

【0029】つぎに、(数11)の累和Σに続く項をX
2(k)とすると、
Next, the term following the cumulative sum Σ of (Equation 11) is expressed as X
Assuming 2 (k),

【0030】[0030]

【数12】 (Equation 12)

【0031】累和の範囲n=0〜M−1を、n=0〜M
/2−1とn=M/2〜M−1とに分割して書き直し、
更にkを2kに置き換えて、
The sum range n = 0 to M-1 is defined as n = 0 to M
/ 2-1 and n = M / 2 to M-1 and rewritten,
Furthermore, replacing k with 2k,

【0032】[0032]

【数13】 (Equation 13)

【0033】ここで、Here,

【0034】[0034]

【数14】 [Equation 14]

【0035】とおくと、X2(2k)はIn other words, X2 (2k) is

【0036】[0036]

【数15】 (Equation 15)

【0037】と表せる。ここにDFT[x]はxの離散
フーリエ変換である。従って、図1におけるステップ2
では、ステップ1で求めたx2(n)から、複素数z
(n)を求めている。そして続くステップ3では高速フ
ーリエ変換のアルゴリズムを用いて、z(n)の離散フ
ーリエ変換を実行してZ(k)を求めている。
Can be expressed as follows. Where DFT [x] is the discrete Fourier transform of x. Therefore, step 2 in FIG.
Then, from x2 (n) obtained in step 1, the complex number z
(N). Then, in the subsequent step 3, the discrete Fourier transform of z (n) is executed using the algorithm of the fast Fourier transform to obtain Z (k).

【0038】また、X2(M−1−k)=X2*(k)
の関係より、X2(2k+1)は次式より求められる。
但し*は複素共役を表す。
X2 (M-1-k) = X2 * (k)
X2 (2k + 1) is obtained from the following equation.
However, * represents a complex conjugate.

【0039】[0039]

【数16】 (Equation 16)

【0040】ここで、(数15),(数16)を用いて
(数11)を書き改めると、
Here, by rewriting (Equation 11) using (Equation 15) and (Equation 16),

【0041】[0041]

【数17】 [Equation 17]

【0042】[0042]

【数18】 (Equation 18)

【0043】となり、図1ののステップ4によって、X
(k)がZ(k)から求められる。以上をまとめると、
MDCTは図1に示されるように、以下のステップで効
率的に計算できる。
In step 4 of FIG. 1, X
(K) is obtained from Z (k). To summarize the above,
The MDCT can be efficiently calculated in the following steps, as shown in FIG.

【0044】[0044]

【数19】 [Equation 19]

【0045】図6は、図1に示したMDCTの順変換の
ステップを実行する装置のブロック図である。図6にお
いて第1の中間データ発生部1は、入力データx(n)
から、(数6)のようなx2(n)を計算して出力す
る。第2の中間データ発生部2は第1の中間データ発生
部1の出力したx2(n)から(数14)を計算してz
(n)を出力する。FFT実行部3は、第2の中間デー
タ発生部2の出力したz(n)に対して高速フーリエ変
換を実行して結果をZ(k)として出力する。展開部4
はFFT実行部3の出力Z(k)から、(数17)及び
(数18)に従ってX(k)を計算する。この展開部4
の出力を入力x(n)のMDCTとしているのである。
FIG. 6 is a block diagram of an apparatus for executing the MDCT forward conversion step shown in FIG. In FIG. 6, the first intermediate data generating unit 1 receives input data x (n)
Then, x2 (n) as shown in (Equation 6) is calculated and output. The second intermediate data generator 2 calculates (Equation 14) from x2 (n) output from the first intermediate data generator 1 and calculates z
(N) is output. The FFT execution unit 3 executes a fast Fourier transform on z (n) output from the second intermediate data generation unit 2 and outputs the result as Z (k). Deployment part 4
Calculates X (k) from the output Z (k) of the FFT execution unit 3 according to (Equation 17) and (Equation 18). This deployment part 4
Is the MDCT of the input x (n).

【0046】つぎに、MDCTの逆変換について説明す
る。逆変換も、先に述べた順変換と類似の手順で計算す
ることができる。MDCTの逆変換は次式で表される。
但し、X(k)はMDCTのスペクトルであり、y
(n)は変換によって得られたサンプル列である。
Next, the inverse transform of MDCT will be described. The inverse transform can be calculated by a procedure similar to the above-described forward transform. The inverse transform of MDCT is represented by the following equation.
Where X (k) is the spectrum of MDCT and y
(N) is a sample sequence obtained by the conversion.

【0047】[0047]

【数20】 (Equation 20)

【0048】コサイン関数の対称性を利用するために、
y1(n)をつぎのように定義する。
To take advantage of the symmetry of the cosine function,
y1 (n) is defined as follows.

【0049】[0049]

【数21】 (Equation 21)

【0050】(数16)より、y1(n)はつぎのよう
に表現できる。
From equation (16), y1 (n) can be expressed as follows.

【0051】[0051]

【数22】 (Equation 22)

【0052】ここで、U(k)を次式のように定義す
る。
Here, U (k) is defined as follows.

【0053】[0053]

【数23】 (Equation 23)

【0054】(数23)を用いて(数22)を書き直す
と、
By rewriting (Equation 22) using (Equation 23),

【0055】[0055]

【数24】 (Equation 24)

【0056】(数24)は、2/Mが掛けられていない
以外は(数11)と同じ形をしている。従って、(数2
4)の計算は、(数11)を用いたMDCTの順変換と
同様な計算手法を用いることができる。このとき(数2
0)で定義された2M個のY1(n)のうち、0≦n≦
M−1のM個のみが求まるが、(数22)から、導かれ
るように、y1(n)=−y(2M−1−n)なる関係
があるので、図5に示すように、M≦n≦2M−1のy
1(n)は、0≦n≦M−1のy1(n)より直ちに求
められる。即ち図5のy1(n)の0≦n≦M−1にあ
るA,B,C,Dは、M≦n≦2M−1に負号反転の
後、複写され−D,−C,−B,−Aとして求められ
る。故に、(数21)を考え合わせると、結局y(n)
はy1(n)からつぎのようにして求められる。即ち、
(Formula 24) has the same form as (Formula 11) except that 2 / M is not multiplied. Therefore, (Equation 2)
The calculation of 4) can use the same calculation method as the MDCT forward conversion using (Equation 11). At this time (Equation 2)
0 ≦ n ≦ of 2M Y1 (n) defined in 0)
Although only M of M−1 are obtained, there is a relationship of y1 (n) = − y (2M−1−n) as derived from (Equation 22). Therefore, as shown in FIG. Y of ≤n≤2M-1
1 (n) is immediately obtained from y1 (n) satisfying 0 ≦ n ≦ M−1. That is, A, B, C, and D at 0 ≦ n ≦ M−1 of y1 (n) in FIG. 5 are copied to −D, −C, − after negative sign inversion to M ≦ n ≦ 2M−1. B, -A. Therefore, considering (Equation 21), after all, y (n)
Is obtained from y1 (n) as follows. That is,

【0057】[0057]

【数25】 (Equation 25)

【0058】以上述べてきたことをまとめるとMDCT
の逆変換は図2に示すように、つぎのステップで求める
ことができる。
To summarize the above, MDCT
Can be obtained by the following steps as shown in FIG.

【0059】[0059]

【数26】 (Equation 26)

【0060】[0060]

【数27】 [Equation 27]

【0061】[0061]

【数28】 [Equation 28]

【0062】[0062]

【数29】 (Equation 29)

【0063】[0063]

【数30】 [Equation 30]

【0064】図7は、図2に示したMDCTの逆変換の
ステップを実行する装置のブロック図である。図7にお
いて第1の中間データ発生部5は、入力データX(k)
から、(数23)に表現されるU(k)を計算して出力
する。第2の中間データ発生部6は第1の中間データ発
生部5の出力したU(k)から(数27)を計算してZ
(k)を出力する。FFT実行部7は、第2の中間デー
タ発生部6の出力したZ(k)に対して高速フーリエ変
換を実行して結果をz(n)として出力する。第3の中
間データ発生部8はFFT実行部7の出力z(n)か
ら、(数29)を実行して第3の中間データであるy1
(n)を求めて出力する。展開部9は第3の中間データ
発生部8の出力y1(n)を、(数30)に従って並べ
変え、或いは負号反転してy(n)を求めて出力する。
この展開部9の出力を入力データX(k)のMDCT逆
変換とする。
FIG. 7 is a block diagram of an apparatus for executing the inverse transform step of the MDCT shown in FIG. In FIG. 7, the first intermediate data generating unit 5 receives input data X (k)
Then, U (k) expressed by (Equation 23) is calculated and output. The second intermediate data generator 6 calculates (Equation 27) from U (k) output from the first intermediate data generator 5 and calculates Z
(K) is output. The FFT execution unit 7 executes fast Fourier transform on Z (k) output from the second intermediate data generation unit 6 and outputs the result as z (n). The third intermediate data generation unit 8 executes (Equation 29) from the output z (n) of the FFT execution unit 7 to execute the third intermediate data y1
(N) is obtained and output. The expansion unit 9 rearranges the output y1 (n) of the third intermediate data generation unit 8 according to (Equation 30) or inverts the sign to obtain y (n) and outputs it.
The output of the developing unit 9 is used as the inverse MDCT transform of the input data X (k).

【0065】以上、述べてきたようにMDCTの順変換
及び逆変換は、本発明を用いて効率的に計算することが
できる。
As described above, the forward and inverse transforms of the MDCT can be efficiently calculated using the present invention.

【0066】[0066]

【発明の効果】例えば(数5)において、M=256と
すれば、MDCTの順変換において必要な乗算回数は、
512×256=131072回、加算回数は511×
256=130816回となり、膨大な計算が必要であ
る。しかし本発明の高速計算法によれば、MDCTの順
変換における各ステップに必要な演算回数はつぎのよう
になる。
For example, in (Equation 5), if M = 256, the number of multiplications required in the forward transform of MDCT is
512 × 256 = 131072 times, the number of additions is 511 ×
256 = 130816 times, which requires a huge amount of calculations. However, according to the high-speed calculation method of the present invention, the number of operations required for each step in the forward transform of the MDCT is as follows.

【0067】(ステップ1の演算回数)加算 M=25
6回 (ステップ2の演算回数)複素数どうしのかけ算である
ので、実数部と虚数部それぞれを求めるのに、M回の乗
算とM/2回の加算が必要。従って、 加算 M=256回 乗算 2M=512回 (ステップ3の演算回数)M/2点のFFTは、(M/
2)・log2M回のバタフライ演算を要する。従って
M=256では、1024回のバタフライ演算が必要で
ある。1回のバタフライ演算には2回の複素加算と1回
の複素乗算が含まれるので、これは実数演算に直すと加
算6回と乗算4回であるので、総計としては、 加算 1024×6=6144回 乗算 1024×4=4096回 (ステップ4の演算回数)(2/M)A0(k)〜(2
/M)A3(k)は、予め計算しテーブルとして用意で
きるので1つのX(k)に対しては、乗算2回と加算1
回が必要である。従って、 加算 256回 乗算 512回 これらを計算すると、MDCTの順変換として必要な計
算量は、加算が6912回、乗算が5120回となり、
乗算及び加算ともに演算回数が約25分の1に削減され
る。MDCTの逆変換においても同様に大幅に演算回数
が削減される。
(Number of calculations in step 1) Addition M = 25
Six times (the number of operations in step 2) Since multiplication is performed between complex numbers, M multiplications and M / 2 additions are required to obtain the real part and the imaginary part. Therefore, the addition M = 256 times, the multiplication 2M = 512 times (the number of operations in step 3), and the FFT of M / 2 points is (M /
2) · log 2 M butterfly operations are required. Therefore, when M = 256, 1024 butterfly operations are required. Since one butterfly operation includes two complex additions and one complex multiplication, if this is converted into a real number operation, the number of additions is six and the number of multiplications is four. 6144 times multiplication 1024 × 4 = 4096 times (the number of operations in step 4) (2 / M) A0 (k) to (2
/ M) A3 (k) can be calculated in advance and prepared as a table, so that for one X (k), two multiplications and one addition
Times are needed. Therefore, when adding these 256 times, multiplying 512 times, and calculating these, the amount of calculation required as the MDCT forward transform becomes 6912 times of addition and 5120 times of multiplication.
The number of operations for both multiplication and addition is reduced to about 25 times. Similarly, in the inverse transform of the MDCT, the number of calculations is greatly reduced.

【0068】このように本発明によれば、MDCTの計
算を非常に効率よく実行することができる。
As described above, according to the present invention, the calculation of the MDCT can be performed very efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例のMDCTの順変換計算手順流
れ図
FIG. 1 is a flowchart of a MDCT forward transform calculation procedure according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例のMDCTの逆変換計算手順流
れ図
FIG. 2 is a flowchart of an MDCT inverse transform calculation procedure according to an embodiment of the present invention.

【図3】(数7)の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of (Equation 7).

【図4】(数6)の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of (Equation 6).

【図5】(数30)の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of (Equation 30).

【図6】本発明の実施例のMDCTの順変換装置のブロ
ック図
FIG. 6 is a block diagram of an MDCT forward conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例のMDCTの逆変換装置のブロ
ック図
FIG. 7 is a block diagram of an MDCT inverse transform device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の中間データ発生部 2 第2の中間データ発生部 3 FFT実行部 4 展開部 5 第1の中間データ発生部 6 第2の中間データ発生部 7 FFT実行部 8 第3の中間データ発生部 9 展開部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st intermediate data generation part 2 2nd intermediate data generation part 3 FFT execution part 4 Development part 5 1st intermediate data generation part 6 2nd intermediate data generation part 7 FFT execution part 8 3rd intermediate data generation Part 9 Development part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠原 哲志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 14/00 - 14/06 G10L 11/00 G10L 21/04 H03M 7/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Tetsushi Kasahara 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H04B 14/00- 14/06 G10L 11/00 G10L 21/04 H03M 7/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2M点の入力サンプルデータx(n)
(0≦n≦2M−1)から、M点の第1の中間データx
2(n)(0≦n≦M−1)を得る第1の中間データ発
生部を備え、第1の中間データ発生部は、0≦n≦M/
4−1においてはx2(n)として、−x(3M/2+
2n)−x(3M/2−1−2n)を計算して代入し、 M/4≦n≦3M/4−1においてはx2(n)とし
て、x(2n−M/2)−x(3M/2−1−2n)を
計算して代入し、 3M/4≦n≦M−1においてはx2(n)として、x
(2n−M/2)−x(7M/2−1−2n)を計算し
て代入し、 上記中間データx2(n)を前半と後半に区分し、前半
のx2(n)を実数部とすると同時に後半のx2(n+
M/2)の負号を反転して虚数部とし、更にexp(−
jπn/M)をかけ算して、M/2個の第2の中間デー
タz(n)(0≦n≦M/2−1)を得る第2の中間デ
ータ発生部と、 上記第2の中間データz(n)にフーリエ変換を施して
M/2個のフーリエ係数Z(k)(0≦k≦M/2−
1)を得るFFT実行部と、 FFT実行手段の出力Z(k)と、それに対応する所定
の回転要素exp(−jπ・(2k+1/2)/2M) との乗算結果の実数部を求めることで、入力データx
(n)の偶数番目のスペクトルを得、また、FFT実行
手段の出力Z(k)の共役複素数Z*(M/2−1−
k)と、それに対応する所定の回転要素exp(−jπ・(2k+3/2)/2M) との乗算結果の実数部を求めることで、入力データx
(n)の奇数番目のスペクトルを出力する展開部とを備
えてなる修正余弦変換装置。
1. An input sample data x (n) of 2M points
(0 ≦ n ≦ 2M-1 ) from the first intermediate data x M points
2 (n) (0 ≦ n ≦ M−1), and the first intermediate data generator includes 0 ≦ n ≦ M /
In 4-1, as x2 (n), -x (3M / 2 +
2n) -x (3M / 2-1-2n) is calculated and substituted. When M / 4 ≦ n ≦ 3M / 4-1, x2 (n) is set.
X (2n-M / 2) -x (3M / 2-1-2n)
When 3M / 4 ≦ n ≦ M−1, x2 (n) is calculated as x
Calculate (2n-M / 2) -x (7M / 2-1-2n)
Assignment Te, and the intermediate data x2 (n) is divided into first and second halves, the first half of x2 (n) of the second half at the same time when the real part x2 (n +
M / 2) is inverted to an imaginary part, and exp (−
jπn / M) to obtain M / 2 second intermediate data z (n) (0 ≦ n ≦ M / 2-1), and the second intermediate data The data z (n) is subjected to Fourier transform to obtain M / 2 Fourier coefficients Z (k) (0 ≦ k ≦ M / 2−2).
(1) obtaining an FFT execution unit, and obtaining a real part of a multiplication result of an output Z (k) of the FFT execution means and a corresponding rotation element exp (−jπ · (2k + /) / 2M) And input data x
(N) is obtained, and the conjugate complex number Z * (M / 2-2-1) of the output Z (k) of the FFT execution means is obtained.
k) and the real part of the result of multiplication of the predetermined rotation element exp (−jπ · (2k + 3/2) / 2M) corresponding to the input data x
A modified cosine transform device comprising: (n) a developing unit that outputs an odd-numbered spectrum.
【請求項2】 M個の入力スペクトルデータX(k)
(0≦k≦M−1)の、偶数番目のデータをM個の第1
の中間データU(k)(0≦k≦M−1)の前半(0≦
k≦M/2−1)に配置し、奇数番目のデータを負号反
転し、更に順序を反転した後、前記第1の中間データU
(k)の後半(M/2≦k≦M−1)に配置する第1の
中間データ発生部と、前記第1の中間データU(k)を
前半と後半に区分し、前半のU(k)を実数部とすると
同時に後半のU(k+M/2)の負号を反転して虚数部
とし、更にexp(−jπk/M)をかけ算して、M/
2個の第2の中間データZ(k)(0≦k≦M/2−
1)を得る第2の中間データ発生部と、上記第2の中間
データZ(k)にフーリエ変換を施してM/2個のフー
リエ係数z(n)(0≦n≦M/2−1)を得るFFT
実行部と、FFT実行手段の出力z(n)と、それに対
応する所定の回転要素exp(−jπ(2n+1/2)
/2M)との乗算結果の実数部を求めることで、第3の
中間データy1(n)の偶数番目の値を得、また、FF
T実行手段の出力z(M/2−1−n)の共役複素数z
*(M/2−1−n)と、それに対応する所定の回転要
素exp(−jπ・(2n+3/2)/2M)との乗算
結果の実数部を求めることで、第3の中間データy1
(n)の奇数番目の値を得る第3の中間データ発生部
と、前記第3の中間データを2度ずつ使用して所定の順
序に並べ、或いは負号反転する展開部とを備えてなる修
正余弦変換の逆変換装置。
2. M input spectrum data X (k)
(0 ≦ k ≦ M−1), the even-numbered data is converted into M first data.
The first half (0 ≦ k) of the intermediate data U (k) (0 ≦ k ≦ M−1)
k ≦ M / 2-1), the odd-numbered data is negatively inverted, and the order is further inverted.
The first intermediate data generation unit arranged in the second half (M / 2 ≦ k ≦ M−1) of (k), and the first intermediate data U (k) are divided into the first half and the second half, and the first half U (k) k) is converted to a real part, and at the same time, the negative sign of U (k + M / 2) is inverted to an imaginary part, and further multiplied by exp (−jπk / M) to obtain M /
Two second intermediate data Z (k) (0 ≦ k ≦ M / 2−
1), and a Fourier transform of the second intermediate data Z (k) to obtain M / 2 Fourier coefficients z (n) (0 ≦ n ≦ M / 2-1). FFT to get)
An execution unit, an output z (n) of the FFT execution unit, and a predetermined rotation element exp (−jπ (2n + /)) corresponding to the output z (n)
/ 2M) to obtain the real part of the result of multiplication with the third intermediate data y1 (n).
The conjugate complex number z of the output z (M / 2-1-n) of the T execution means
The third intermediate data y1 is obtained by calculating the real part of the result of multiplication of * (M / 2-l-n) and the corresponding rotation element exp (-jπ · (2n + 3/2) / 2M).
A third intermediate data generating unit for obtaining an odd-numbered value of (n); and a developing unit for arranging the third intermediate data twice in a predetermined order or inverting the sign of the third intermediate data. Inverse converter for modified cosine transform.
【請求項3】 修正離散余弦変換(MDCTと略す)の
計算において、つぎの各ステップを実行することにより
該変換を行うことを特徴とした修正離散余弦変換方法。 【数1】
3. A modified discrete cosine transform method, characterized in that in a calculation of a modified discrete cosine transform (abbreviated as MDCT), the following steps are performed to perform the transform. (Equation 1)
【請求項4】 修正離散余弦変換(MDCTと略す)の
逆変換計算において、つぎの各ステップを実行すること
により該逆変換を行うことを特徴とした修正離散余弦変
換の逆変換方法。 【数2】
4. An inverse transform method of the modified discrete cosine transform, wherein the inverse transform is performed by performing the following steps in the inverse transform calculation of the modified discrete cosine transform (abbreviated as MDCT). (Equation 2)
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