JP4838773B2 - 線形予測符号化の予測次数決定方法及びそれを使った予測係数決定方法及び装置、プログラム、その記録媒体 - Google Patents
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Description
(符号語長)=(モデルの記述長)+(そのモデルによるデータの記述長) (1)
となる。ロスレス符号化で使われる言葉で言い換えると、
(ロスレスで復号するために必要な符号量)=(PARCOR係数に必要な符号量)+(予測残差に必要な符号量) (2)
となる。図1に模式的に示すように、PARCOR係数に必要な符号量は直線1Aで示すように予測次数に比例して増加する。1フレームあたりのサンプル数をNとすると、1フレームあたりの信号のエネルギーはΣn=1 Nxn 2で表され、それをNで割り算して得られる1サンプルあたりのエネルギー
尾崎統、北川源四郎、"時系列解析の方法"、朝倉書店、pp.82-92 "情報源符号化=無歪データ圧縮"、培風館、pp.114-115
(a) フレーム毎に上記入力信号を逐次的方法により線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で上記入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする。
(a) フレーム毎に該チャネル以外の何れかのチャネルの入力信号を線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする。
(a) フレーム毎に該チャネルの入力信号を該チャネルの信号のみを用いて線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を該チャネルの線形予測残差と該チャネル以外のチャネルの信号の線形予測残差との重み付き差分が最小となる基準で全次の線形予測係数を求め、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定方法。
以降は図3の場合と異なり、最適予測次数決定方法はStep410〜Step450を行い、最適予測係数決定方法はこれらに加え、図5中に破線で示すようにStep460も行う。
E(1)=E(0){1-k(1)2} (6)
となる。2次の線形予測を行ったときの予測残差のエネルギーE(2)は、
E(2)=E(1){1-k(2)2} (7)
となる。これをPmaxまで繰り返すと、Pmax次の線形予測を行ったときの予測残差のエネルギーE(Pmax)は、
この発明による線形予測符号化の最適予測次数の決定方法を適用したマルチチャネル信号符号化方法及び装置を以下に説明する。
<第1実施例>
図6は、図5に示した方法を2チャネル信号符号化装置に適用した実施例を示す。例えばコンパクトディスク(CD)のオーディオ2チャネル信号(ステレオ信号)の左右チャネル信号間には相互相関があることが知られている。このことから、一方のチャネルにおいて線形予測分析に最適な分析予測次数は、他方のチャネルにおける線形予測分析に最適な予測次数と近いことが推定される。図7の実施例では、2チャネル信号の符号化装置にこの発明を適用することにより、線形予測分析部において最適な予測次数を決定する演算処理量を減らすことができる。
マルチチャネル信号の圧縮符号化では、”チャネル間相関を用いた多チャネル信号の可逆圧縮符号化“、情報処理学会論文誌、Vol.46, No.5, pp.1118-1128(以下、参考文献1と呼ぶ)に示されているように、チャネル間の相関を利用して符号化を行うことにより、圧縮効率の良い符号化を行うことができる。具体的には、所望の1つのチャネルを親チャネルとし、他を子チャネルとし、それぞれのチャネルごとに独立に線形予測分析を行って予測残差の基準値(エネルギーなど)を最小化するように、例えばLevinson-Durbin法などにより線形予測分析が行なわれ、分析により得られた線形予測係数a={α(1), α(2), …, α(P)}, α(0)=1を用いたフィルタを通して得られる親チャネルの予測残差に対して各子チャネルの予測残差を重み付き減算処理して残差差分を求め、親チャネルについてはその予測係数と予測残差を符号化し、各子チャネルについてはその予測係数と残差差分を符号化している。
このようにチャネル間の相互相関を考慮した式(9)を最小化する線形予測係数を求めるため、式(9)を線形予測係数で偏微分して0とおいた式を解くことにより線形予測係数を求める変形された共分散法(これも線形予測分析の厳密な手法の1つであり、以降、変形共分散法と呼ぶ)も、参考文献2に示されている。以下のマルチチャネル信号符号化装置の実施例においても、相互相関を利用した線形予測分析部においてこの手法を使うものとする。
図9は図10に示すチャネル間相関を利用した線形予測分析を行なうマルチチャネル信号符号化装置に適用する予測次数の決定方法の処理手順を示す。この実施例では、Step410’で示すように、子チャネル側のチャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mにおいて、他のチャネルである親チャネルの線形予測分析部11Rにおいて決定された最適予測次数P0を最適予測次数探索の初期値として使用することが特徴である。共分散法または数値計算による手法を用いるStep420の代わりに変形共分散法を用いるStep420’を行う以外は図5のStep420〜Step460の対応する処理手順と同じである。
図11は図12の多チャネル信号符号化装置に適用するこの発明による予測次数決定方法の処理手順を示す。ここでは、子チャネル側の信号xL(n)に対するチャネル相関を利用した予測分析において、同じ子チャネル側の線形予測分析部31Lにおいて決定した最適予測次数P0を探索の初期値として使用することが特徴である。またこの実施例では、子チャネルに関しては、子チャネルについて独立して線形予測分析を行って求めた係数符号Ck Lと残差符号Ce Lとを合成して得たCg Lと、図10の実施例で求めたCg Mの符号量を符号量比較部で比較して少ない方を出力している。
前述の図7及び10のマルチチャネル線形予測符号化においては、1つのチャネルでの線形予測分析で決めた最適予測次数P0を他の1つのチャネルの線形予測分析における最適予測次数探索の初期値として利用する場合を示した。脳磁場計測(MEG)信号やマイクロホンアレー信号などのようなマルチチャネル信号(Mチャネル、Mは3以上の整数)において、Hチャネル(Hは2以上M未満の整数)の最適次数の平均値や中央値(即ち、統計的な代表値)を初期値として、残りのM−Hチャネルの最適予測次数をそれぞれ求めてもよい。M−Hチャネルのうちの1つのチャネルにおけるその処理手順を図16に示す。
Step420:厳密法によりP0−ΔPv〜P0+ΔPvの範囲の各予測次数の場合の線形予測係数を算出する。
Step430:上記範囲の各予測次数の場合の係数符号量を求める。
Step440:上記範囲の各予測次数の場合の残差符号量を求める。
Step450:係数符号量と残差符号量の合計が最小となる予測次数を最適予測次数Pvとする。
Step460:最適予測次数Pvのときの線形予測係数を最適な予測係数とする。
上記応用例1において、探索範囲を決めるΔPvの値は例えば標準偏差などの統計量に基づいて決めることができる。その場合の処理手順を図17に示す。
Step410":複数の他チャネルについて求めた最適予測次数の平均値又は中央値などを厳密法による最適予測次数探索の初期値P0とする。
Step415:複数の他のチャネルについて求めた最適予測次数の標準偏差に最も近い整数値(切り上げ、切り捨て、四捨五入など)をΔPvとする。ただし、P0-ΔPvが予め定められた下限Pmin(例えば0)を下回った場合は、ΔPb=P0-Pminとし(つまり次数が負にならないようにする)、同様にP0+ΔPvが予め定められた上限Pmaxを上回った場合は、ΔPt=P0+Pmaxとし、探索範囲をP0-ΔPb〜P0+ΔPv、P0-ΔPv〜P0+ΔPt、P0-ΔPb〜P0+ΔPt、というように非対称に変形することもある。また、標準偏差に限らず他の統計量を用いてもよい。例えば統計的分布が左右対称でない場合は、3次統計量などを利用して、P0-ΔPb〜P0+ΔPtというような非対称の探索範囲としてもよい。ここで、ΔPbとΔPtは同じ値になることも、異なる値となることもありえる。以降のStep420〜Step460は図16の場合と同様なので説明を省略する。
Claims (13)
- 時系列入力信号に対する最適予測次数の決定方法であり、
(a) 第1線形予測分析手段が、フレーム毎に上記入力信号を逐次的方法により線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 第2線形予測分析手段が、上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で上記入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定方法。 - マルチチャネル時系列入力信号中のいずれかのチャネルに対する最適予測次数の決定方法であり、
(a) 第1線形予測分析手段が、フレーム毎に該チャネル以外の何れかのチャネルの入力信号を線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 第2線形予測分析手段が、上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定方法。 - 請求項2記載の最適予測次数決定方法において、
上記ステップ(a) は、最適予測次数を決定する対象以外の複数個のチャネルについて求めた、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数の統計的な代表値を上記最適予測次数探索の初期値とすることを特徴とする最適予測次数決定方法。 - 請求項2または3記載の最適予測次数決定方法において、
最適予測次数を決定する対象以外の複数個のチャネルについて求めた、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数の標準偏差に最も近い整数をΔPvとし、上記最適予測次数探索の初期値をP0としたとき、上記ステップ(b) における上記第2の範囲を、P0−ΔPvからP0+ΔPvまでの範囲とすることを特徴とする最適予測次数決定方法。 - 請求項1記載の最適予測次数決定方法において、上記逐次的方法は、低次から順次次数を増加させながら、順次増加させた次数分のみの線形予測係数を求める分析手順であることを特徴とする最適予測次数決定方法。
- マルチチャネル時系列入力信号中の何れかのチャネルに対する最適予測次数の決定方法であり、
(a) 第1線形予測分析手段が、フレーム毎に該チャネルの入力信号を該チャネルの信号のみを用いて線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の買う予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得るステップと、
(b) 第2線形予測分析手段が、上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を該チャネルの線形予測残差と該チャネル以外のチャネルの信号の線形予測残差との重み付き差分が最小となる基準で全次の線形予測係数を求め、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定するステップ、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定方法。 - 請求項6記載の最適予測次数決定方法において、
上記ステップ(a) の、該チャネルの信号のみを用いる線形予測分析は、該チャネルの線形予測残差が最小となる基準で線形予測係数を求める分析手順であることを特徴とする最適予測次数決定方法。 - 線形予測符号化の最適予測係数決定方法であり、請求項1乃至7のいずれか1つの最適予測次数決定方法によって最適予測次数を決定し、さらに、最適係数決定手段が、上記最適予測次数に対応する上記ステップ(b) で求めた線形予測係数を最適予測係数と決めることを特徴とする最適予測係数決定方法。
- 時系列入力信号に対する最適予測次数の決定装置であり、
フレーム毎に上記入力信号を逐次的方法により線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得る第1線形予測分析手段と、
上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で上記入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定する第2線形予測分析手段、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定装置。 - マルチチャネル時系列入力信号中のいずれかのチャネルに対する最適予測次数の決定装置であり、
フレーム毎に該チャネル以外の何れかのチャネルの入力信号を線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得る第1線形予測分析手段と、
上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を、予測次数毎に全次の線形予測係数を求める方法により線形予測分析し、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定する第2線形予測分析手段、
とを含むことを特徴とする最適予測次数決定装置。 - マルチチャネル時系列入力信号中の何れかのチャネルに対する最適予測次数の決定装置であり、
フレーム毎に該チャネルの入力信号を該チャネルの信号のみを用いて線形予測分析し、予め決めた第1の範囲の各予測次数について、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数探索の初期値として得る第1線形予測分析手段と、
上記初期値を含み、上記第1の範囲より狭い第2の範囲の各予測次数で該チャネルの入力信号を該チャネルの線形予測残差と該チャネル以外のチャネルの信号の線形予測残差との重み付き差分が最小となる基準で全次の線形予測係数を求め、予測係数の係数符号量または推定符号量と、予測残差の残差符号量または推定符号量と、の合計が最小となる予測次数を最適予測次数と決定する第2線形予測分析手段、とを含むことを特徴とする最適予測次数決定装置。 - コンピュータを請求項9,10又は11記載の最適予測次数決定装置として機能させるためのプログラム。
- コンピュータを請求項9、10又は11記載の最適予測次数決定装置として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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