JP4964114B2 - 符号化装置、復号化装置、符号化方法、復号化方法、符号化プログラム、復号化プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、信号列の符号化方法、復号化方法、これらの方法を用いた装置、プログラム、記録媒体に関する。

音声、画像などの情報を圧縮する方法として歪の無い可逆の符号化が知られている。また、波形をそのまま線形ＰＣＭ信号として記録した場合には各種の圧縮符号化が考案されている（非特許文献１）。

一方、電話の長距離伝送やＶｏＩＰ用の音声伝送には、振幅をそのままの数値とする線形ＰＣＭではなく、振幅を対数に近似させた対数近似圧伸ＰＣＭ（非特許文献２）などが使われている。また、代表的な対数近似圧伸ＰＣＭ（非特許文献２）であるＧ．７１１の符号を、線形な数値（unsigned 8bit value）にマッピングして符号化する技術もある（非特許文献３）。さらに、音量が小さいときに、上位の桁の数値の多くが“０”となることを利用して符号量を削減する技術もある（特許文献１）。特許文献１では、フレームごとに絶対値の最大値を求め、最大値よりも大きい桁を省略し、有効な桁だけを符号化している。
Mat Hans, "Lossless Compression of Digital Audio", IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, July 2001, pp.21-32. ITU-T Recommendation G.711, "Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies". Florin Ghido, and Ioan Tabus, "ACCOUNTING FOR COMPANDING NONLINEARITIES IN LOSSLESS AUDIO COMPRESSION", in ICASSP 2007 Proceedings, pp.I-261-I-264 IEEE, 2007. 特開２００３−３３２９１４号公報

一般の電話に代わってＶｏＩＰシステムが普及してくると、ＶｏＩＰ用の音声伝送のために求められる伝送容量は増大する。たとえば、非特許文献２のＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７１１の場合であれば、１回線に対して６４ｋｂｉｔ／ｓ×２の伝送容量が必要だが、回線数が増えれば求められる伝送容量も増大する。したがって、対数近似圧伸ＰＣＭなどの圧伸された信号列を圧縮符号化する技術（符号量を低減できる技術）が求められる。圧伸とは、元の信号の大小関係(大きさ)を番号系列で示すことを意味している。元の信号の大小関係（大きさ）を示す番号系列とは、大小関係を維持したまま、あるいは大小関係を反転して、均等間隔に付された数である。また、元の信号の大小関係(大きさ)を示す番号系列には、１つの元の信号の大きさ（例えば“０”）に対して２つの異なる番号を付与する場合も含まれる。図１は、第２信号列の振幅の例を示す図である。横軸は線形ＰＣＭの場合の値であり、縦軸は対数近似圧伸ＰＣＭの場合の対応する値である。図２は、８ビットのμ則の具体的な形式を示す図である。正負を示す１ビット（極性）、指数（傾き）を示す３ビット（指数部）、線形符号での増分を示す４ビット（線形部）から構成されている。この形式の対数近似圧伸ＰＣＭの場合、−１２７から１２７までの数値を表現できる。これは、線形ＰＣＭの−８１５８から８１５８までに相当する（図１）。なお、本明細書内で用いる「信号」とは、例えば図２に示されたような「ビット列」を意味しており、「信号列」とはこのような信号が複数個並んだ系列（例えば、１６０個の信号が並んだ系列）を指す。また、信号（ビット列）を構成する各ビットの中で、信号の振幅の絶対値を表現するビット数を「桁」で表現する。図２の例では、ビット番号８（Bit number 8）が１桁目であり、ビット番号２が最大の桁（７桁目）である。ビット番号１は、極性を表すビットなので、桁を考える上では考慮しない。

そこで、Ｇ．７１１などの圧伸された信号列を、可逆圧縮することが考えられる。しかし、圧伸された信号列を、単純に可逆圧縮しても圧縮効率が十分高いとは言えない。また、特許文献１の方法は、音量がある程度小さいときにのみ符号量を削減でき、一般的に適用できる訳ではない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、信号列に対して高い符号化効率を実現し、符号量を削減することを目的とする。また、特に圧伸された信号列に対して、有効に符号量を削減することを目的とする。

本発明の符号化装置は、少なくとも信号抽出部と分離信号列生成部とを備える。信号抽出部は、初期位相Ｐ（ただし、Ｐは０以上の整数）と間隔Ｔ（ただし、Ｔは２以上の整数）で、入力された信号列Ｚから（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ＋ｎ×Ｔが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集める。分離信号列生成部は、信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号の中の最大桁Ａを求める。そして、信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号の最大桁Ａ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ）を生成する。また、本発明の復号化装置は、少なくとも初期位相Ｐ（ただし、Ｐは０以上の整数）と間隔Ｔ（ただし、Ｔは２以上の整数）と最大桁Ａと分離信号列Ｘを入力とし、少なくとも復元部を具備する。復元部は、分離信号列Ｘの各信号を、最大桁Ａを用いて復号したい信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ＋ｎ×Ｔが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する。なお、上述の符号化装置、復号化装置では、少なくとも１つの分離信号列Ｘを生成するために必要な構成のみを限定し、その他の構成については限定していない。

１つ以上の分離信号列を生成することや対象とならなかった信号（残った信号）の取り扱いも含めて限定した符号化装置、復号化装置としては、以下のものがある。符号化装置は、同じように信号抽出部と分離信号列生成部を備えればよい。信号抽出部は、Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集める。また、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する。分離信号列生成部は、初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の中の最大桁Ａ_ｍを求める。そして、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の最大桁Ａ_ｍ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ_ｍ）を生成する。復号化装置は、残余信号列Ｙと、Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍと分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する。復号化装置は、復元部と挿入部とを備える。復元部は、分離信号列Ｘ_ｍを、最大桁Ａ_ｍを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する。挿入部は、復元された信号を、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように、残余信号列Ｙに挿入し、信号列Ｚを求める。

なお、初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせは、あらかじめ定めておいても良い。また、あらかじめ定めた何種類かの中から符号化効率が良いと推定される組み合わせを選択しても良い。あるいは、入力された信号列Ｚを分析することで、初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせを求めても良い。

また、初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせによって、信号列Ｚ中の最大桁を含む信号をすべて抽出してしまい、信号列Ｚ中の最大桁よりも桁の小さい信号を残しても良い。この場合は、残余信号列Ｙを最大桁Ａ以下の桁からなる信号の系列とすれば良い。

本発明の符号化装置と復号化装置によれば、最大桁が小さい信号を集め、有効な桁（最大桁以下の桁）のみからなる信号の系列を作る。つまり、有効桁より大きい桁（ビット）を削除できるので、符号量を削減できる。

まず、図３と図４を用いて、本発明の原理を説明する。図３は本発明の原理のイメージを示す図であり、図４は本発明によって生成される符号のイメージである。図３の中の丸は各信号を意味しており、黒丸の信号は、信号列Ｚと同じ形式の信号であり、白丸はその信号列に属する信号の最大桁以下の桁のみからなる信号である。

図３（Ａ）は、信号列Ｚから、初期位相１、間隔４で信号を集めた例である。分離信号列Ｘは、集められた信号の中の最大桁以下の桁のみからなる信号を並べた信号列である。また、残余信号列Ｙは、信号列Ｚから分離信号列Ｘを取り除いた残りの信号列である。図３（Ｂ）は、信号列Ｚから、｛初期位相、間隔｝の組み合わせとして、｛２，３｝と｛１，６｝をそれぞれ集めた場合である。分離信号列Ｘ_１は、初期位相２、間隔３で集められた信号の中の最大桁数以下の桁のみからなる信号を並べた信号列である。分離信号列Ｘ_２は、初期位相１、間隔６で集められた信号の中の最大桁数以下の桁のみからなる信号を並べた信号列である。残余信号列Ｙは、信号列Ｚから分離信号列Ｘ_１と分離信号列Ｘ_２を取り除いた残りの信号列である。

分離信号列を元の信号列に復元するためには、分離の有無、分離された信号列の個数、及び、分離された信号列ごとの初期位相、間隔、最大桁、分離された信号列の符号が必要である。なお、分離された信号列の個数が０の場合に分離がないことにすれば、分離の有無の信号は省略できる。これらの情報を、図４のように可変長符号化すればよい。

本発明の原理であれば、最大桁が小さい信号を周期的に集め、有効な桁（最大桁以下の桁）のみからなる信号の系列（分離信号列）を作る。つまり、有効桁より大きい桁（ビット）を削除できるので、符号量を削減できる。具体的には、分離信号列を復元するために必要な補助情報（初期位相と間隔と最大桁）の符号量よりも多くの符号量を削減できれば、全体の符号量を削減できる。

例えば、１６０サンプル（１フレーム）からなる信号列Ｚを間隔４で分離した場合、分離信号列Ｘの信号の数は４０である。この分離信号列内の信号の最大桁が、信号全部の最大桁よりも１桁小さい場合、４０ビットの節約となる。一方、初期位相、間隔、最大桁の情報のために８ビットが必要だとすると、差し引き３２ビットを削減できる。このように、分離信号列を構成する信号を分析することで、符号量削減の効果が得られるかの判断もできる。

また、符号量削減の効果が得られるか否かの推定の方法として、以下のような方法もある。フレーム内の信号で、最大桁の位置に“１”（ビットが反転されている符号の場合は“０”）が何個あるかを調べ、閾値（例えば１０％）以下であれば、分離信号列Ｘを生成することで効果が得られると推定し、閾値より大きければ効果が得られないと推定する。

以下に具体的な実施形態を示す。なお、以下では、説明の重複を避けるため同じ機能を有する構成部や同じ処理を行う処理ステップには同一の番号を付与し、説明を省略する。

［第１実施形態］
図５に第１実施形態の符号化装置の機能構成例を、図６に第１実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置１００は、信号抽出部１１０と分離信号列生成部１２０_１，…，１２０_Ｍを備える。信号抽出部１１０は、あらかじめ決めておいたＭ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）の組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集めて出力する。また、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する（Ｓ１１０）。分離信号列生成部１２０_ｍは、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の中の最大桁Ａ_ｍを求める。そして、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の最大桁Ａ_ｍ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ_ｍ）を生成する（Ｓ１２０_ｍ）。符号化装置１００は、分離信号列Ｘ_ｍの数Ｍと、残余信号列Ｙと、前記分離信号列Ｘ_ｍごとの初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍと各分離信号列Ｘ_ｍを出力すればよい。具体的な初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせとしては、例えば、｛Ｐ_ｍ，Ｔ_ｍ｝＝｛０，４｝、｛１，４｝、｛２，４｝、｛３，４｝のように間隔Ｔ_ｍを固定した４組（Ｍ＝４）でもよい。あるいは、｛Ｐ_ｍ，Ｔ_ｍ｝＝｛０，２｝、｛１，２｝、｛０，３｝、｛１，３｝、｛２，３｝、｛０，４｝、｛１，４｝、｛２，４｝、｛３，４｝、｛０，５｝、｛１，５｝、｛２，５｝、｛３，５｝、｛４，５｝のように初期位相Ｐ_ｍも間隔Ｔ_ｍも変更した１４組（Ｍ＝１４）でもよい。

図７に第１実施形態の復号化装置の機能構成例を、図８に第１実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す。復号化装置７００は、残余信号列Ｙと、Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍと分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する。復号化装置７００は、復元部７２０_１，…，７２０_Ｍと挿入部７１０とを備える。復元部７２０_ｍは、分離信号列Ｘ_ｍを、最大桁Ａ_ｍを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する（Ｓ７２０_ｍ）。挿入部７１０は、復元された信号を、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように、残余信号列Ｙに挿入し、信号列Ｚを求める（Ｓ７１０）。

本実施形態の符号化装置と復号化装置によれば、最大桁が小さい信号を周期的に集め、有効な桁（最大桁以下の桁）のみからなる信号の系列（分離信号列）を作る。つまり、有効桁より大きい桁（ビット）を削除できるので、符号量を削減できる。具体的には、分離信号列を復元するために必要な補助情報（初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍ）の符号量よりも多くの符号量を削減できれば、全体の符号量を削減できる。

［変形例］
第１実施形態のように本発明の効果が得られるために必要な構成は、１つ目の分離信号列を生成するために必要な構成である。２つ目以降の分離信号列を生成するための構成は無くても効果が得られる。また、残余信号の取り扱いも上述の方法に限定する必要はない。したがって、本発明の効果を得るために必要な最低限の構成部に対する限定は、以下のとおりである。

符号化装置は、信号抽出部と分離信号列生成部とを備える。信号抽出部は、初期位相Ｐ（ただし、Ｐは０以上の整数）と間隔Ｔ（ただし、Ｔは２以上の整数）で、入力された信号列Ｚから（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ＋ｎ×Ｔが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集める。分離信号列生成部は、信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号の中の最大桁Ａを求める。そして、信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号の最大桁Ａ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ）を生成する。また、本発明の復号化装置は、少なくとも初期位相Ｐ（ただし、Ｐは０以上の整数）と間隔Ｔ（ただし、Ｔは２以上の整数）と最大桁Ａと分離信号列Ｘを入力とし、復元部を具備する。復元部は、分離信号列Ｘの各信号を、最大桁Ａを用いて復号したい信号列Ｚの（Ｐ＋ｎ×Ｔ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ＋ｎ×Ｔが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する。

［第２実施形態］
図９に第２実施形態の符号化装置の機能構成例を、図１０に第２実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置２００は、信号抽出部２１０、分離信号列生成部１２０_１，…，１２０_Ｍ、選択部２４０を備える。

選択部２４０は、あらかじめＶ個の分離方法（Ｍ_ｖ組の初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_ｖ１，Ｔ_ｖ１｝，…，｛Ｐ_ｖＭ，Ｔ_ｖＭ｝）を記録しておく（ただし、ｖは１以上のＶ以下の整数、Ｖは２以上の整数）。選択部２４０は、１つずつ分離方法を選択する（Ｓ２４１）。例えば、Ｖ＝２とし、１個目の分離方法を｛Ｐ_１ｍ，Ｔ_１ｍ｝＝｛０，４｝、｛１，４｝、｛２，４｝、｛３，４｝、２個目の分離方法を｛Ｐ_２ｍ，Ｔ_２ｍ｝＝｛｛０，５｝、｛１，５｝、｛２，５｝、｛３，５｝、｛４，５｝とする。そして、信号列Ｚを分析し、符号量削減の効果を推定する（Ｓ２４２）。選択部２４０は、全ての分離方法に対して効果を推定すると、最も効果があると推定された分離方法を、Ｍ組の初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_１，Ｔ_１｝，…，｛Ｐ_Ｍ，Ｔ_Ｍ｝として出力する（Ｓ２４５）。なお、ステップＳ２４２の符号量削減の効果の推定は、実際に分離信号列を構成する信号を集め、最大桁を求めることで実現できる。例えば、１６０サンプル（１フレーム）からなる信号列Ｚを間隔４で分離した場合、分離信号列Ｘの信号の数は４０である。この分離信号列内の信号の最大桁が、信号全部の最大桁よりも１桁小さい場合、４０ビットの節約となる。一方、初期位相、間隔、最大桁の情報のために８ビットが必要だとすると、差し引き３２ビットを削減できる。このように、分離信号列を構成する信号を分析することで、符号量削減の効果を推定できる。

信号抽出部２１０は、選択部２４０が出力したＭ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を集めて出力する。また、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する（Ｓ２１０）。分離信号列生成部１２０_ｍの処理は、第１実施形態と同じである。また、第２実施形態の復号化装置は、第１実施形態の復号化装置（図７、図８）と同じである。

第２実施形態の符号化装置と復号化装置はこのような構成なので、第１実施形態よりも、効率の良い分離方法を選択でき、符号量を削減できる。

［変形例］
第２実施形態の符号化装置は、選択部２４０で選択した分離方法で分離信号列Ｘ_ｍを生成した。しかし、分離信号列Ｘ_ｍを生成しない方が、符号量が少ない場合もあり得る。本変形例の符号化装置は、分離信号列Ｘ_ｍを生成するか否かの判断も行う。図９に第２実施形態変形例の符号化装置の機能構成例を、図１１に第２実施形態変形例の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置３００は、信号抽出部３１０、分離信号列生成部１２０_１，…，１２０_Ｍ、選択部２４０を備える。選択部２４０の処理は、符号化装置２００と同じである。信号抽出部３１０は、選択部２４０が最も効果があると推定したＭ組の初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_１，Ｔ_１｝，…，｛Ｐ_Ｍ，Ｔ_Ｍ｝で符号量削減の効果が得られるのかを判断する（Ｓ３１１）。効果があるか否かの判断は、ステップＳ２４２の符号量削減の効果の推定と同じ方法で行っても良いし、ステップＳ２４２の推定結果を利用しても良い。効果が得られる場合には、信号抽出部３１０は、選択部２４０が出力したＭ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を集めて出力する。また、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する（Ｓ２１０）。効果が得られない場合には、信号抽出部３１０は、信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を集める処理は行わず、信号列Ｚをそのまま出力する（Ｓ３１５）。この場合、符号化装置３００は、Ｍに０を代入して出力しても良いし、図４の分割の有無のビットに“分割なし”を示す符号を付けて出力しても良い。

分離信号列生成部１２０_ｍの処理は、第１実施形態と同じである。また、第２実施形態の復号化装置は、第１実施形態の復号化装置（図７、図８）と同じである。

第２実施形態変形例の符号化装置と復号化装置はこのような構成なので、分離によって符号量を削減できる場合には第２実施形態と同じ効果が得られ、分割によって効果が得られない場合には分割しない。したがって、第２実施形態よりも、効率良く符号量を削減できる。

［第３実施形態］
図１２に第３実施形態の符号化装置の機能構成例を、図１３に第３実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置４００は、信号抽出部４１０、分離信号列生成部１２０_１，…，１２０_Ｍ、分析部４４０を備える。図１４に、分析部４４０の処理フロー例を示す。分析部４４０は、あらかじめ初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_ｈ，Ｔ_ｈ｝を記録しておく（ただし、ｈは１以上Ｈ以下の整数、Ｈは１以上の整数）。分析部４４０は、まず、信号列Ｚ内の最大桁と、最大桁の信号の位置Ｕ_ｊ（ただし、ｊは１以上Ｊ以下の整数、Ｊは当該最大桁を有する信号の数）を求める（Ｓ４４１）。次に、あらかじめ記録している初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝の中にある１つの間隔Ｔ_ｇを選択する（Ｓ４４２）。ｊ＝１とする（Ｓ４４３）。位置Ｕ_ｊをＴ_ｇで割り、あまりを求め、初期位相Ｐ_ｇとする（Ｓ４４５）。あらかじめ記録している初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_ｈ，Ｔ_ｈ｝の中に、ステップＳ４４５で求めた初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_ｇ，Ｔ_ｇ｝と一致するものがあった場合には、あらかじめ記録している初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ_ｈ，Ｔ_ｈ｝の中からその組み合わせを削除する（Ｓ４４６）。ｊ＝Ｊかを確認する（Ｓ４４７）。ステップＳ４４７がＮｏの場合には、ｊにｊ＋１を代入して（Ｓ４４８）、ステップＳ４４５に戻る。ステップＳ４４７がＹｅｓの場合には、あらかじめ記録している初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝の中にある全ての間隔Ｔ_ｇを選択したかを確認する（Ｓ４４９）。ステップＳ４４９がＮｏの場合には、ステップＳ４４２に戻り、選択していない間隔Ｔ_ｇを選択する（Ｓ４４２）。ステップＳ４４９がＹｅｓの場合には、残った初期位相と間隔の組み合わせの数Ｍと組み合わせ｛Ｐ_ｍ，Ｔ_ｍ｝とを出力する（Ｓ４５０）。残った初期位相と間隔の組み合わせが無い場合（Ｍ＝０）は、分離による効果がないときである。

信号抽出部４１０は、分離による効果があるかを確認する（Ｓ４１１）。具体的には、残った初期位相と間隔の組み合わせがあるかを確認する。効果がある場合には、分析部４４０が出力したＭ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を集める。また、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する（Ｓ１１０）。効果がない場合には、その後の処理は、第２実施形態変形例と同じである。また、復号化装置は第１実施形態と同じである。

第３実施形態の符号化装置によれば、符号量削減の効果が得られる初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせを探し出せる。したがって、より効率よく符号量を削減できる。

［第４実施形態］
図１２に第４実施形態の符号化装置の機能構成例を、図１３に第４実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置５００は、信号抽出部５１０、分離信号列生成部１２０_１，…，１２０_Ｍ、分析部５４０を備える。分析部５４０は、信号列Ｚを分析する（Ｓ４４０）。例えば、フレーム内の信号で、最大桁の位置に“１”（ビットが反転されている符号の場合は“０”）が何個あるかを調べる。信号抽出部４１０は、最大桁の位置に“１”がある割合が、閾値（例えば１０％）以下であれば効果が得られると判断し、閾値より大きければ効果が得られないと判断する。（Ｓ５１１）。効果があると判断された場合のその後の処理は、第１実施形態と同じである。また、効果がないと判断された場合のその後の処理は、第２実施形態変形例と同じである。また、復号化装置は第１実施形態と同じである。第４実施形態の符号化装置は、このように簡単に分離の効果を判断できる。

［第５実施形態］
第５実施形態は、ロスレスの線形予測符号化の予測残差列の符号化と復号化に第１実施形態から第４実施形態の符号化装置と復号化装置を用いた例である。図１５に第５実施形態の符号化装置の機能構成例を、図１６に第５実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置６００は、線形予測部６１０、量子化部６２０、予測値算出部６３０、減算部６４０、係数符号化部６５０、符号化装置１００（または、２００、３００、４００、５００）を備える。

符号化装置６００に、フレーム単位に分割された信号列Ｓ＝｛ｓ（１），ｓ（２），…，ｓ（Ｌ）｝が入力されると、線形予測部６１０は、フレーム単位に分割された信号列Ｓから線形予測係数Ｋ＝｛ｋ（１），ｋ（２），…，ｋ（Ｐ）｝を求める（Ｓ６１０）。なお、Ｐは予測次数である。量子化部６２０は、線形予測係数Ｋを量子化して量子化線形予測係数Ｋ’＝｛ｋ’（１），ｋ’（２），…，ｋ’（Ｐ）｝を求める（Ｓ６２０）。予測値算出部６３０は、第２信号列Ｘと量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように第２予測値列Ｙ＝｛ｙ（１），ｙ（２），…，ｙ（Ｌ）｝を求める（Ｓ６３０）。

ただし、ｊは１以上Ｌ以下の整数である。減算部６４０は、信号列Ｓと予測値列Ｙとの差の信号列（予測残差列）Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｌ）｝を求める（Ｓ６４０）。係数符号化部６５０は、量子化線形予測係数Ｋ’を符号化し、予測係数符号Ｃ_ｋを出力する（Ｓ６５０）。符号化装置１００（または、２００、３００、４００、５００）は、信号列Ｘを符号化し、分離信号列Ｘ_ｍの数Ｍと、残余信号列Ｙと、前記分離信号列Ｘ_ｍごとの初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍと各分離信号列Ｘ_ｍを出力する（Ｓ１００）。

図１７に第５実施形態の復号化装置の機能構成例を、図１８に第５実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す。復号化装置８００は、復号化装置７００、係数復号化部８２０、予測値算出部８３０、加算部８４０を備える。復号化装置７００は、分離信号列Ｘ_ｍの数Ｍと、残余信号列Ｙと、前記分離信号列Ｘ_ｍごとの初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと最大桁Ａ_ｍと各分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、予測残差列に該当する信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｌ）｝を求める（Ｓ７００）。係数復号化部８２０は、予測係数符号Ｃ_ｋを復号化して量子化線形予測係数Ｋ’を求める（Ｓ８２０）。予測値算出部８３０は、復号化された信号列Ｘと量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように予測値列Ｙを求める（Ｓ８３０）。

加算部８４０は、予測値列Ｙと信号列Ｘとを加算して信号列Ｓを求める（Ｓ８４０）。

符号化装置６００と復号化装置８００は、ロスレスの線形予測符号化の予測残差列の符号化と復号化に、符号化装置１００（または、２００、３００、４００、５００）と復号化装置７００を用いた例である。符号化の対象となる信号列が予測残差列であるから、０近傍の発生確率が高い。したがって、最大桁が小さい可能性が高いので、本発明を適用することで符号量を削減できる可能性も高い。

［第６実施形態］
図１９に第６実施形態の符号化装置の機能構成例を、図２０に第６実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す。本実施形態では、初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせによって、信号列Ｚ中の最大桁を含む信号をすべて抽出してしまい、信号列Ｚ中の最大桁よりも桁の小さい信号を残す。符号化装置１１００は、信号抽出部１１１０と残余信号列生成部１１２０を備える。信号抽出部１１１０は、Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）の組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集める（Ｓ１１１０）。残余信号列生成部１１２０は、信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除して残った信号の中の最大桁Ａ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）を求め、残った信号の最大桁Ａ以下の桁からなる信号の系列（残余信号列Ｙ）を生成する（Ｓ１１２０）。

図２１に第６実施形態の復号化装置の機能構成例を、図２２に第６実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す。復号化装置１７００は、残余信号列Ｙと最大桁Ａと、Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍと分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する。復号化装置１７００は、復元部１７２０と挿入部１７１０とを備える。復元部１７２０は、残余信号列Ｙを、最大桁Ａを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号以外の信号に復元する（Ｓ１７２０）。挿入部１７１０は、復元された信号に、信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように分離信号列Ｘ_ｍを挿入する（Ｓ１７１０）。

このように本実施形態の符号化装置と復号化装置でも、残余信号列側に桁の小さい信号を集めることができ、他の実施形態と同じように符号量を削減できる。つまり、第１実施形態から第５実施形態のように最大桁が小さい信号を周期的に集めても良いし、第６実施形態のように最大桁が大きい信号を周期的に集め、最大桁が小さい信号を残しても良い。結局、どちらの場合も、最大桁が小さい信号を集めたことになり、有効桁より大きい桁（ビット）を削除できるので、符号量を削減できる。

なお、最大桁が小さい信号を残す方法の場合でも、第２実施形態から第５実施形態に示した変形が可能である。

図２３に、コンピュータの機能構成例を示す。本発明の符号化方法、復号化方法は、コンピュータ２０００の記録部２０２０に、本発明の各構成部としてコンピュータ２０００を動作させるプログラムを読み込ませ、制御部２０１０、入力部２０３０、出力部２０４０などを動作させることで、コンピュータに実行させることができる。また、コンピュータに読み込ませる方法としては、プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、記録媒体からコンピュータに読み込ませる方法、サーバ等に記録されたプログラムを、電気通信回線等を通じてコンピュータに読み込ませる方法などがある。

圧伸された信号列の振幅の例を示す図。 ８ビットのμ則の具体的な形式を示す図。 本発明の原理のイメージを示す図。 本発明によって生成される符号のイメージを示す図。 第１実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。 第１実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。 第１実施形態の復号化装置の機能構成例を示す図。 第１実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す図。 第２実施形態と第２実施形態変形例の符号化装置の機能構成例を示す図。 第２実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。 第２実施形態変形例の符号化装置の処理フロー例を示す図。 第３実施形態と第４実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。 第３実施形態と第４実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。 分析部４４０の処理フロー例を示す図。 第５実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。 第５実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。 第５実施形態の復号化装置の機能構成例を示す図。 第５実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す図。 第６実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。 第６実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。 第６実施形態の復号化装置の機能構成例を示す図。 第６実施形態の復号化装置の処理フロー例を示す図。 コンピュータの機能構成例を示す図。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００、６００、１１００ 符号化装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、１１１０ 信号抽出部
１２０、１１２０ 分離信号列生成部 ２４０ 選択部
４４０、５４０ 分析部 ６１０ 線形予測部
６２０ 量子化部 ６３０ 予測値算出部
６４０ 減算部 ６５０ 係数符号化部
７００、８００、１７００ 復号化装置 ７１０、１７１０ 挿入部
７２０、１７２０ 復元部 ８２０ 係数復号化部
８３０ 予測値算出部 ８４０ 加算部

Claims (15)

1. Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）の組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集めるとともに、前記信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する信号抽出部と、
   初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の中の最大桁Ａ_ｍ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）を求め、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の最大桁Ａ_ｍ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ_ｍ）を生成する分離信号列生成部と
   を備え、
   前記残余信号列Ｙと、前記分離信号列Ｘ _ｍ と、前記分離信号列Ｘ _ｍ の個数Ｍと、前記分離信号列Ｘ _ｍ ごとの初期位相Ｐ _ｍ 及び間隔Ｔ _ｍ とを可変長符号化した符号を出力する
   符号化装置。
2. 請求項１記載の符号化装置であって、
   Ｍ_ｖ組（ただし、ｖは１以上のＶ以下の整数、Ｖは２以上の整数）の初期位相Ｐ_ｖｍと間隔Ｔ_ｖｍの組み合わせを、あらかじめＶ種類記録しておき、
   入力される信号列Ｚを用いて、Ｖ種類の中で最も符号化効率の良いと推定されるＭ_ｖ組の初期位相Ｐ_ｖｍと間隔Ｔ_ｖｍの組み合わせを求め、それらを、前記Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせとする選択部も
   備える符号化装置。
3. 請求項１または２記載の符号化装置であって、
   前記信号抽出部は、入力された信号列Ｚを分離しない方が符号化効率が良い場合には、信号列Ｚを出力し、
   前記信号列Ｚ及分離をしないことを示す情報を可変長符号化した符号も出力する
   ことを特徴とする符号化装置。
4. 請求項１記載の符号化装置であって、
   信号列Ｚ内の最大桁と、当該最大桁を有する信号の位置Ｕ_ｊ（ただし、ｊは１以上Ｊ以下の整数、Ｊは当該最大桁を有する信号の数）を求め、
   あらかじめ定めたｔごとに、順次位置Ｕ_ｊを割って余りｐを求め、あらかじめ定めた複数の初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝の中で、組み合わせ｛ｐ，ｔ｝に一致するものは削除していき、
   初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝が残った場合には、残った初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝を、前記Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせとする
   分析部も備え、
   初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝が残らなかった場合には、前記信号抽出部は信号列Ｚを出力し、
   この信号列Ｚ及び分離しないことを示す情報を可変長符号化した符号も出力する
   ことを特徴とする符号化装置。
5. 残余信号列Ｙと、Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）と最大桁Ａ_ｍ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）と分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する復号化装置であって、
   分離信号列Ｘ_ｍを、最大桁Ａ_ｍを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する復元部と、
   前記復元された信号を、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように、前記残余信号列Ｙに挿入し、前記信号列Ｚを求める挿入部と、
   を備える復号化装置。
6. Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）の組み合わせごとに、入力された信号列Ｚから（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）を集めるとともに、前記信号列Ｚからすべての（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号を削除した残余信号列Ｙを生成する信号抽出ステップと、
   初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせごとに、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の中の最大桁Ａ_ｍ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）を求め、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号の最大桁Ａ_ｍ以下の桁からなる信号の系列（分離信号列Ｘ_ｍ）を生成する分離信号列生成ステップと
   を有し、
   前記残余信号列Ｙと、前記分離信号列Ｘ _ｍ と、前記分離信号列Ｘ _ｍ の個数Ｍと、前記分離信号列Ｘ _ｍ ごとの初期位相Ｐ _ｍ 及び間隔Ｔ _ｍ とを可変長符号化した符号を出力する
   符号化方法。
7. 請求項６記載の符号化方法であって、
   Ｍ_ｖ組（ただし、ｖは１以上のＶ以下の整数、Ｖは２以上の整数）の初期位相Ｐ_ｖｍと間隔Ｔ_ｖｍの組み合わせを、あらかじめＶ種類記録しておき、
   入力される信号列Ｚを用いて、Ｖ種類の中で最も符号化効率の良いと推定されるＭ_ｖ組の初期位相Ｐ_ｖｍと間隔Ｔ_ｖｍの組み合わせを求め、それらを、前記Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせとする選択ステップも
   有する符号化方法。
8. 請求項６または７記載の符号化方法であって、
   前記信号抽出ステップは、入力された信号列Ｚを分離しない方が符号化効率が良い場合には、信号列Ｚを出力し、
   前記信号列Ｚ及分離をしないことを示す情報を可変長符号化した符号も出力する
   ことを特徴とする符号化方法。
9. 請求項６記載の符号化方法であって、
   信号列Ｚ内の最大桁と、当該最大桁を有する信号の位置Ｕ_ｊ（ただし、ｊは１以上Ｊ以下の整数、Ｊは当該最大桁を有する信号の数）を求め、
   あらかじめ定めたｔごとに、順次位置Ｕ_ｊを割って余りｐを求め、あらかじめ定めた複数の初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝の中で、組み合わせ｛ｐ，ｔ｝に一致するものは削除していき、
   初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝が残った場合には、残った初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝を、前記Ｍ組の初期位相Ｐ_ｍと間隔Ｔ_ｍの組み合わせとする
   分析ステップも備え、
   初期位相と間隔の組み合わせ｛Ｐ，Ｔ｝が残らなかった場合には、前記信号抽出ステップは信号列Ｚを出力し、
   この信号列Ｚ及び分離しないことを示す情報を可変長符号化した符号も出力する
   ことを特徴とする符号化方法。
10. 残余信号列Ｙと、Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）と最大桁Ａ_ｍ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）と分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する復号化方法であって、
    分離信号列Ｘ_ｍを、最大桁Ａ_ｍを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）に復元する復元ステップと、
    前記復元された信号を、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように、前記残余信号列Ｙに挿入し、前記信号列Ｚを求める挿入ステップと、
    を有する復号化方法。
11. 残余信号列Ｙと最大桁Ａ（ただし、桁とは信号の振幅の絶対値を表現するビット）と、Ｍ組（ただし、Ｍは１以上の整数）の初期位相Ｐ_ｍ（ただし、Ｐは０以上の整数、ｍは１からＭの整数）と間隔Ｔ_ｍ（ただし、Ｔは２以上の整数）と分離信号列Ｘ_ｍを入力とし、信号列Ｚを復号化する復号化方法であって、
    残余信号列Ｙを、最大桁Ａを用いて前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号（ただし、ｎは０以上であって、Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍが信号列Ｚの信号の数より小さくなる整数）以外の信号に復元する復元ステップと、
    前記復元された信号に、前記信号列Ｚの（Ｐ_ｍ＋ｎ×Ｔ_ｍ）番目の信号となるように分離信号列Ｘ_ｍを挿入し、前記信号列Ｚを求める挿入ステップと、
    を有する復号化方法。
12. 請求項６から９のいずれかに記載の符号化方法をコンピュータにより実行させる符号化プログラム。
13. 請求項１０または１１に記載の復号化方法をコンピュータにより実行させる復号化プログラム。
14. 請求１２記載の符号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
15. 請求１３記載の復号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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