JP3252005B2 - 適応ブロック長変換符号化のブロック長選択装置 - Google Patents

適応ブロック長変換符号化のブロック長選択装置

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JP3252005B2 JP04673093A JP4673093A JP3252005B2 JP 3252005 B2 JP3252005 B2 JP 3252005B2 JP 04673093 A JP04673093 A JP 04673093A JP 4673093 A JP4673093 A JP 4673093A JP 3252005 B2 JP3252005 B2 JP 3252005B2
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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、オーディオ信号等のサ
ンプル信号をブロック単位に直交変換し、その変換係数
を符号化する適応変換符号化に係り、特に、ブロック長
を適応的に変化させる適応ブロック長変換符号化のブロ
ック長選択装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、音声/音楽等の信号の時間領
域あるいは周波数領域における統計的性質と人間の聴覚
上の特性を利用することにより、種々の信号符号化方式
が開発されている。これらの中で周波数領域符号化とし
て、帯域分割符号化(サブバンド符号化;SBC)、及
び適応変換符号化(ATC)が知られている。
【0003】適応変換符号化は、入力信号系列をブロッ
ク化し、このブロックに対して直交変換を行い変換係数
を得て、この変換係数を量子化する方式である。ここで
直交変換としては、離散フーリエ変換(DFT)、離散
コサイン変換(DCT)、変形離散コサイン変換(MD
CT)、アダマール変換(HT)等が用いられている。
また、この方式でのブロック化においては、変換符号化
利得の点からブロック長は長いほうが望ましい。しか
し、符号化/復号化後の量子化雑音はブロック長全体に
広がるため、ブロック長を長くすると信号の振幅急変部
の前に量子化雑音であるプリエコーが発生するという課
題があり、適応的にブロック長を変化させる方式が採用
されている。
【0004】図6に、プリエコーの一例を示す。信号の
急激な立ち上がりを伴う同図(a)の原音に対し、Aか
らDまでを1ブロックとするブロック長1024による
符号化/復号化では、同図(c)に示すように、信号の
立ち上がり前の無音部で雑音がプリエコーとして知覚さ
れる。これに対して、AからDのそれぞれをブロックと
して独立に処理するブロック長256による符号化/復
号化では、同図(b)に示すように、ブロック長を短く
しているため量子化雑音の時間的広がりが制限されて、
プリマスキングの効果でプリエコーは知覚されなくな
る。
【0005】図7に、上述した適応ブロック長変換符号
化装置の概略ブロック図を示す。適応ブロック長変換符
号化装置では、まず、入力信号に対応してブロック長選
択部51においてブロック長が選択され、直交変換部5
2においてその選択されたブロック長の入力信号に対し
て直交変換が行われる。そして、マスキング計算/ビッ
ト割当部53において変換領域の信号情報からビット割
当情報が作成され、このビット割当情報に従って、量子
化部54において直交変換部52の出力する変換係数が
量子化され、符号化データが生成される。生成された1
ブロックの符号化データは、マルチプレクサ55におい
てブロック長情報とビット割当情報とがサイド情報とし
て付与されて出力され、記録あるいは伝送される。この
適応ブロック長変換符号化は、図8に示すように、サブ
バンド符号化と組み合わせて用いられることもある。
【0006】上記ブロック長選択部51のブロック長の
選択において、入力信号が定常的な部分では長いブロッ
ク長を、急激な立ち上がり部分では短いブロック長を適
応的に選択することにより、前述したプリエコーを抑え
ることが可能となる。一般に最長ブロック長Nを単位ブ
ロック長として、それの2分割(N/2)及び4分割
(N/4)が用いられ、分割されたブロックを部分ブロ
ックと称している。
【0007】ブロック長選択のアルゴリズムとしては、
フィードバック方式とフィードフォワード方式が提案さ
れている(信学技報 EA90-65,pp.23-30,1990. 「適応ブ
ロック長適応変換符号化(ATC−ABS)による25
6kbpsステレオハイファイオーディオ符号化/復号装
置」、特開平3−35298号公報及び特開平3−35
299号公報等)。
【0008】フィードバック方式は、図9に示すよう
に、複数のブロック長(N,N/2,N/4)の全てに
ついて、それぞれ符号化(MDCT、適応ビット割当、
量子化)61,62,63及び復号化(逆量子化、逆M
DCT)64,65,66を行い、単位ブロック長の平
均SNRが最大となるブロック長を選択する(67)も
のである。ここで、SNRは、部分ブロック長に対し
て、単位ブロック内の各部分ブロックにおけるSN比で
ある。
【0009】フィードフォワード方式は、図10に示す
ように、T種類のブロック長すべてについて、高速フー
リエ変換(FFT)か離散コサイン変換(DCT)を用
いてスペクトルを求め(71〜73)、次式に示すよう
に、隣接ブロック間のスペクトルの差分の2乗を求め
る。
【0010】
【数1】 ここで、Nt はブロック長、CNt (j,m)はm番目
の部分ブロックのj番目のスペクトル成分を表す。最長
ブロック長(単位ブロック)をNとすると、部分ブロッ
クの数はMt =N/Nt である。
【0011】次に、次式に示すように、各ブロック長N
t について隣接ブロック間スペクトル差分の最大値(最
大ブロック間差分)を求める(74〜76)。
【0012】
【数2】 そして、次式に示すように、異なるブロック長の最大ブ
ロック間差分の比を求め、その比が最小となるブロック
長を選択する(77)。
【0013】
【数3】 この方式では、最小のブロック長N1 は選択されないの
で、隣接ブロック間スペクトル差分の比を次のように定
義し、δR (m)あるいは1/δR (m)がしきい値δ
thを越える場合にブロック長N1 を選択する。
【0014】
【数4】 また、このフィードフォワード方式では、周波数領域に
変換せずに時間領域でブロック間差分を求める方法も提
案されている(信学秋全大予稿集、A-88,1990.“On Blo
ck-Size Selection Algorithms For Adaptive Transfor
m Coding WithAn Adaptive Block Size(ATC−AB
S)”)。すなわち、時間波形をx(i)とし、隣接ブロ
ック間スペクトル差分の2乗CDIF (Nt,m) の代わり
に、次式に示すように、隣接ブロック間波形差分の2乗
を用いて、CDIF (Nt,m) を用いる場合と同様のアル
ゴリズムでブロック長を選択するものである。
【0015】
【数5】
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上述した適応ブロック
長変換符号化における従来のブロック長選択では、次の
ような欠点を有していた。
【0017】すなわち、フィードバック方式では、最適
なブロック長が選択できる反面、 ・局部復号器が必要。 ・符号器、局部復号器がブロック長の種類だけ必要。 ・ハード規模が大きくなる。 等の欠点があった。
【0018】フィードフォワード方式では、 ・部分ブロック単位でスペクトルを計算するので、ブロ
ック長の種類をTとすると、次式に示すI回のFFTあ
るいはDCTの処理が必要となる。
【0019】
【数6】 ・変換としてDCTを用いた場合、信号が定常であって
も窓の位置によって変換係数の値は変動するので、隣接
ブロック間スペクトル差分は大きくなる可能性がある。 ・信号変化の立ち上がりだけでなく、立ち下がりにおい
ても短いブロック長を選択する。 等の欠点があった。また、時間領域でブロック間差分を
求める方法では、信号が定常であっても隣接ブロック間
の信号の位相関係によっては隣接ブロック間差分が大き
くなる、という欠点を有していた。
【0020】本発明は、このような欠点を解消するため
になされたもので、ハード規模を小さくでき、しかも信
号変化の立ち上がりを正確に検出して適応的にブロック
長を選択しうる、適応ブロック長変換符号化のブロック
長選択装置を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、入力された信号系列のサンプル値を、その信
号に対応して選択したブロック長により順次ブロック化
し、当該ブロック毎に直交変換しその変換係数を量子化
する適応ブロック長変換符号化のブロック長選択装置に
おいて、前記サンプル値のエンベロープを算出するエン
ベロープ算出手段と、前記エンベロープの変化点を検出
する変化点検出手段と、前記変化点に対応して前記ブロ
ック長を選択するブロック長選択手段と、を備えて構成
する。
【0022】
【作用】本発明のブロック長選択装置では、サンプル値
のエンベロープを算出し、所定長内のエンベロープ変化
点を検出し、その変化点の位置や数あるいは変化度等に
対応してブロック長が選択される。したがって、エンベ
ロープの算出及び変化点の検出等によりブロック長が選
択できるようにしているため、ハード規模が小さくで
き、しかも信号変化の立ち上がりを正確に検出され、最
適なブロック長が選択される。
【0023】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明する。図
1に、本実施例のブロック長選択装置のブロック図を示
す。同図に示すブロック長選択装置1は、例えば、ディ
ジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)により構成さ
れる。同図に示すエンベロープ算出部2、変化点検出部
3及びブロック長選択部4におけるそれぞれの処理につ
いて順次説明する。エンベロープ算出部 まず、エンベロープ算出部の処理について説明する。
【0024】信号x(i) のエンベロープ|z(i) |は、
次式に示すように、x(i) とそのヒルベルト変換H[x
(i) ]の2乗和の平方根で与えられる。
【0025】
【数7】 エンベロープを算出する方法としては、FFT、IFF
T(逆FFT)を用いる方法と、時間領域でヒルベルト
変換フィルタを用いる方法がある。
【0026】図2に、FFT、IFFTを用いたエンベ
ロープ算出の流れ図を示す。この方法では、まず、信号
x(i) を最長ブロック長NでFFTの処理を行い、フー
リエ変換X(i) を求める(ステップS1)。次に、次式
に示すように、正の周波数に相当する1≦i<N/2に
対しては、X(i) を2倍し、負の周波数に相当するN/
2≦i<Nに対してはX(i) を0とする、Z(i) を求め
る処理を行う(ステップS2)。
【0027】
【数8】 そして、求めたZ(i) に対して、次式に示すように、I
FFT(F-1)の処理を行う(ステップS3)。
【0028】
【数9】 これにより、実数部に信号波形が、虚数部にそのヒルベ
ルト変換が得られ、絶対値|z(i) |がエンベロープと
して算出される(ステップS4)。
【0029】この算出方法の特徴として、次の点が上げ
られる。 ・最長ブロック長に対して、FFT、IFFTを各1回
行えばよい。 ・直交変換にDCTやMDCTを用いる場合、マスキン
グ計算用の正確なスペクトルを得るために別途FFTを
行うこともある。したがって、この場合にはFFTの処
理を共用することができ、ブロック長選択処理を削減で
きる。。
【0030】図3に、ヒルベルト変換フィルタを用いた
処理の流れ図を示す。ヒルベルト変換フィルタを用いて
のエンベロープの算出では、信号x(i) をLタップのヒ
ルベルト変換フィルタに通して、x(i) のヒルベルト変
換H[x(i)]を求め、2乗する(ステップS11,S
12)。一方、原信号x(i) にヒルベルト変換フィルタ
の遅延分(L−1)/2の遅延を与え、2乗する(ステ
ップS13,S14)。これにより式(7)に示したよ
うに、エンベロープ|z(i) |は両者の和の平方根によ
り求められる(ステップS15,S16)。図4に、1
5タップのヒルベルト変換フィルタを用いてエンベロー
プを求めた例を示す。
【0031】このヒルベルト変換フィルタを用いる算出
の特徴としては、次の点が上げられる。 ・ヒルベルト変換フィルタのタップ数は少なくてよいた
め、ハード規模を小さくすることができる。変化点検出部 次に、変化点検出部3の処理について説明する。
【0032】変化点検出部3では、選択対象のブロック
長における最長ブロック長を複数に等分し、分割したそ
れぞれの部分ブロックについてエンベロープの和を求
め、さらにエンベロープの和の隣接ブロック間の比を求
める。
【0033】例えば、ブロック長をN、N/2、N/4
の3種類とすると、図5に示すように、最長ブロック長
Nを4等分し、それぞれの部分ブロックmのエンベロー
プの和Emを次のように求める。
【0034】
【数10】 ここで、|z(j,m) |はm番目の部分ブロックのj番目
の値である。次に、求めた部分ブロックのエンベロープ
の和について、隣接ブロック間の比Rmを求める。
【0035】
【数11】 ここで、隣接ブロック間の比Rmが、予め定めたしきい
値rthより大きい場合は、m番目の部分ブロックに信号
の立ち上がりがある可能性が大である、と判断すること
ができる。ブロック長選択部 ブロック長の選択は、隣接ブロック間の比Rmと、予め
定めたしきい値rthとの比較により決定する。例えば、
上述した3種類のブロック長では、 ・R2 >rth あるいは R4 >rth ならば → N
/4 ・R3 >rth ならば → N/2 ・その他 → N のブロック長を選択する。
【0036】なお、上記変化点検出部の処理において、
ブロック長がNとN/2の2種類の場合では、最長ブロ
ック長Nを2等分し、それぞれの部分ブロックのエンベ
ロープの和Em、及び隣接ブロック間の比Rは次のよう
に求められる。
【0037】
【数12】 この場合、ブロック長選択部では、 ・R>rth ならば → N/2 ・その他 → N のブロック長を選択する。
【0038】また、上記実施例では、エンベロープの和
の隣接ブロック間の比によりブロック長を選択するよう
にしているため、式(7)に示したエンベロープの算出
において、計算量を減らすために平方根の演算を除い
て、|z(i) |の代わりに次の演算結果を用いて、和及
び比を求めるようにしてもよい。
【0039】
【数13】 また、上記実施例では、部分ブロックに等分してそれぞ
れのエンベロープの和を求め、隣接ブロック間の比によ
りブロック長を選択するようにしたが、本発明はこれに
限るものではなく、例えば、所定長の入力信号のエンベ
ロープの変化度を算出し、その変化度に対応してブロッ
ク長を選択するようにしてもよい。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンベロープをFFT、IFFTの処理を用いる方法、
または時間領域でヒルベルト変換フィルタを用いる方法
等により算出し、算出したエンベロープの変化点を検出
しその変化点に対応してブロック長が選択されるため、
ハード規模を小さくでき、しかも信号変化の立ち上がり
が正確に検出され、ブロック長が適応的に選択される適
応ブロック長変換符号化のブロック長選択装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明一実施例のブロック選択装置の構成図で
ある。
【図2】実施例のエンベロープ算出部におけるFFT、
IFFTによるエンベロープの算出の流れ図である。
【図3】実施例のエンベロープ算出部におけるヒルベル
ト変換フィルタを利用したエンベロープの算出の処理の
流れ図である。
【図4】15タップのヒルベルト変換フィルタを用いて
エンベロープを求めた例の波形図である。
【図5】実施例の変化点検出部における部分ブロック分
割の説明図である。
【図6】プリエコーとブロック長選択の説明図である。
【図7】適応ブロック長変換符号化装置のブロック図で
ある。
【図8】サブバンド符号化と適応ブロック長変換符号化
の組み合わせの一例を示すブロック図である。
【図9】ブロック長選択のフィードバック方式を説明す
るブロック図である。
【図10】ブロック長選択のフィードフォワード方式を
説明するブロック図である。
【符号の説明】
1…ブロック長選択装置 2…エンベロープ算出部 3…変化点検出部 4…ブロック長選択部 51…ブロック長選択部 52…直交変換器 53…マスキング計算/ビット割当部 54…量子化部 55…マルチプレクサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された信号系列のサンプル値を、そ
    の信号に対応して選択したブロック長により順次ブロッ
    ク化し、当該ブロック毎に直交変換しその変換係数を量
    子化する適応ブロック長変換符号化のブロック長選択装
    置において、 前記サンプル値のエンベロープを算出するエンベロープ
    算出手段と、 前記エンベロープの変化点を検出する変化点検出手段
    と、 前記変化点に対応して前記ブロック長を選択するブロッ
    ク長選択手段と、を備えることを特徴とするブロック長
    選択装置。
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