JP5281485B2 - 双方向予測符号化装置、双方向予測復号装置、それらの方法、それらのプログラム及びその記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、音声信号の符号化の効率、特にフレーム長が短い場合の効率を改善可能な予測符号化装置、予測復号装置等を実現することにある。
予測係数算出部は、時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求め、予測係数符号化部は当該予測係数を符号化して予測係数符号を出力する。
予測係数復号部は、予測係数符号から予測係数を復号し、予測誤差列復号部は、予測誤差符号列から予測誤差列を復号する。
線形予測復号部は、上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、上記予測方向の予測により元の信号を復元する。
図1に本発明の双方向予測符号化装置100の機能構成例を、図2にその処理フロー例をそれぞれ示す。双方向予測符号化装置100は、フレーム分割部110と予測係数算出部120と予測係数符号化部130と線形予測部140と予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。
フレーム分割部110には、時系列のサンプルx(i)(ただし、iは時系列サンプルの時刻順を示す番号)が入力され、フレーム単位に分割された信号列X={x(1),x(2),・・・,x(N)}を出力する。ここでNは1フレームのサンプル数である。
線形予測部140は、信号列Xと量子化予測係数Kqとが入力され、フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、選択した予測方向の予測により信号列Xと量子化予測係数Kqとから求めた予測誤差列E={e(1),e(2),・・・,e(N)}と、選択した予測方向を示す情報sとを出力する(S3)。
そして最後に、多重化部160が予測係数符号Ckと予測誤差符号列Ceと情報sとを多重化し、多重化信号Mを出力する。
図4に本発明の双方向予測復号装置600の機能構成例を、図5にその処理フロー例をそれぞれ示す。双方向予測復号装置600は、多重分離部610と予測係数復号部620と予測誤差復号部630と線形予測復号部640とを備え、図1に示す本発明の双方向予測符号化装置100と対向して用いられる。
予測係数復号部620は、予測係数符号Ckを量子化予測係数Kqに復号し(S11)、予測誤差復号部630は、予測誤差符号列Ceを予測誤差列Eに復号する(S12)。
以上のように符号化装置及び復号装置を構成することで、より効率的に符号化できる予測方向を適応的に選択して予測符号化できるため、符号化の効率、特にフレーム長が短い場合の効率を改善することができる。
図6に双方向予測符号化装置100の変形例である双方向予測符号化装置100aの機能構成例を示す。双方向予測符号化装置100との相違は、フレーム分割部110の後段に線形変換部115が挿入されるとともに、線形予測符号化部140が予測手段141の後段に圧伸変換手段144が挿入された、線形予測符号化部140aに置き換わっている点にある。その他の構成は同様である。
予測分析の形態には、上記のとおり1次から連続に数次までの係数を持つ短期予測と、ピッチ周期だけ離れたサンプル間で係数を持つ長期予測とがある。変形例2では、短期予測と長期予測とを組み合わせて予測符号化を行う双方向予測符号化装置100b及び対向する双方向予測復号装置600bについて説明する。
図7に双方向予測符号化装置100bの機能構成例を示す。双方向予測符号化装置100bは、フレーム分割部110と予測係数算出部120bと予測係数符号化部130bと線形予測部140bと予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。フレーム分割部110と予測誤差符号化部150と多重化部160の機能は双方向予測符号化装置100と同様である。
予測係数復号部620bは、短期予測係数符号Ck1と長期予測係数符号Ck2と遅延量符号CTとを復号し、量子化短期予測係数K1qと量子化長期予測係数K2qと遅延量Tとを出力する。
以上のように短期予測と長期予測とを組み合わせて双方向の予測を行うことで、より予測誤差を小さくできるため、符号化の効率をより高めることができる。
なお、いずれの場合においても、予め一方向の予測の場合の予測方向を決めておけば、選択した予測方向を伝達する情報sは双方向の予測を行ったときのみ送信すればよい。
予測手段241は、予測分析手段121にて得られた1次の予測係数k(1) (1次の量子化予測係数kq(1))の値が予め設定した範囲内にある場合は、予測手段141と同様の処理を行う。一方、範囲外にある場合は、予め設定したいずれか一方向の予測により予測値列Xpを求め、以降は当該一方向についてのみ処理を行う。この場合、予測方向を示す情報sの送受は不要である。これは、復号側の線形予測復号部640が受け取った量子化予測係数Kqの値が予め設定した範囲外であることをもって、予め設定した当該一方向の処理が符号化側にて行われたことを復号側で認知できるためである。すなわち、量子化予測係数Kqが予測方向を示す情報sの役割を兼ねている。
以上のように、双方向の予測を限定的に行うことで平均処理量の増大を防ぐことができる。
図15に本発明の双方向予測符号化装置400の機能構成例を示す。双方向予測符号化装置400は、フレーム分割部110と予測係数算出部420と予測係数符号化部130と線形予測部440と予測誤差符号化部150と多重化部160とを備える。また、予測係数算出部420は、予測分析手段421と予測係数量子化手段122とを備え、線形予測部440は、予測方法判定手段448と予測手段441と減算手段142とを備える。つまり、予測方向選択手段143が無いことを除けば、予測分析手段421と予測方法判定手段448と予測手段441以外は双方向予測符号化装置100と同様の構成である。
以上のように、本実施例では予測係数を求める段階で生じる副産物を用いて、予測方向を決定することで、符号化装置での計算量を削減することができる。
もし、前向き予測誤差pfと後向き予測誤差pbの振幅の大きさの比が1に近い場合には、予測方法判定手段448は予測方向を判定せずに、予測手段441に対して順方向と逆方向の双方について予測値列を求める旨の指示rを送信するように構成してもよい。この場合は、図15において点線で示すように予測方向選択手段143を追加し、予測手段441は順方向と逆方向の双方について予測値列を求め、以降は双方向予測符号化装置100と同様の処理を行う。
このように構成することで、すべての場合に双方向の予測を行う場合と最悪の計算量は同じになるが、平均的な計算量は小さくすることができる。
図16に本発明の双方向予測符号化装置500の機能構成例を、図17に双方向予測符号化装置500と対向して設ける双方向予測復号装置900の機能構成例をそれぞれ示す。
減算手段142は、信号列Xから予測値列Xpを減算した予測誤差列Eを求め、予測誤差符号化部150が、予測誤差列Eを符号化し符号化予測誤差列Ceを生成して出力する。
選択規則記憶手段915は、符号化側の選択規則記憶手段549と同様に、予測係数を求める際に用いられる所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則を保持する。ここでは上記のとおり、所定のパラメータが予測係数の次数Pである場合を例にとって説明する。
以上のように構成することで、本来は予測方向を示す情報sと所定のパラメータ(例えば予測係数の次数P)の両方を送受する必要がある場合にも、所定のパラメータによって予測方向を示す情報sを兼ねることができるため、符号化効率を向上することができる。
Claims (12)
- 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出部と、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化部と、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とが入力され、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測部と、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号列を出力する予測誤差符号化部と、
を備え、
上記線形予測部は、上記予測係数の値あるいは上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値が予め設定した範囲内にある場合には、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求めてその符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択し、それ以外の場合には、所定のいずれか一方向を予測方向として選択する双方向予測符号化装置。 - 請求項1に記載の双方向予測符号化装置において、
上記予測係数算出部は、上記予測係数の予測次数をフレーム毎に適応的に決定し、
上記予測次数と上記選択した予測方向を示す情報とを一体的に可変長符号化して出力する可変長符号化部を更に備える
双方向予測符号化装置。 - 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出部と、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化部と、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とが入力され、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測部と、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号列を出力する予測誤差符号化部と、
を備え、
上記予測係数算出部は、上記予測係数を前向き予測と後向き予測による逐次分析法により算出して、当該逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差と後向き予測誤差とともに出力し、
上記線形予測部は、上記前向き予測誤差が上記後向き予測誤差より小さい場合には順方向を予測方向として選択し、上記後向き予測誤差が上記前向き予測誤差より小さい場合には逆方向を予測方向として選択する
双方向予測符号化装置。 - 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出部と、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化部と、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とが入力され、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測部と、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号列を出力する予測誤差符号化部と、
を備え、
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測部は、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則を保持する選択規則記憶手段を備え、上記予測方向を上記選択規則に従い上記所定のパラメータの値に応じて選択する
双方向予測符号化装置。 - 予測係数符号から予測係数を復号する予測係数復号部と、
予測誤差符号列から予測誤差列を復号する予測誤差列復号部と、
上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、上記予測方向の予測により元の信号を復元する線形予測復号部と、
を備え、
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向選択規則を保持する選択規則記憶部を更に備え、
上記線形予測復号部は、上記予測方向を上記選択規則に従い上記所定のパラメータの値に応じて決定する
双方向予測復号装置。 - 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出ステップと、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化ステップと、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測ステップと、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号を出力する予測誤差符号化ステップと、
を実行し、
上記線形予測ステップは、上記予測係数の値あるいは上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値が予め設定した範囲内にある場合には、順方向と逆方向の双方について予測誤差列を求めてその符号量または符号量の推定値が小さい方の予測方向を選択し、それ以外の場合には、所定のいずれか一方向を予測方向として選択する双方向予測符号化方法。 - 請求項6に記載の双方向予測符号化方法において、
上記予測係数算出ステップは、上記予測係数の予測次数をフレーム毎に適応的に決定し、
上記予測次数を示す情報と上記選択した予測方向を示す情報とを一体的に可変長符号化して出力する可変長符号化ステップを更に実行する
双方向予測符号化方法。 - 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出ステップと、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化ステップと、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測ステップと、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号を出力する予測誤差符号化ステップと、
を実行し、
上記予測係数算出ステップは、上記予測係数を前向き予測と後向き予測による逐次分析法により算出して、当該逐次分析法の過程で求まる前向き予測誤差と後向き予測誤差とともに出力し、
上記線形予測ステップは、上記前向き予測誤差が上記後向き予測誤差より小さい場合には順方向を予測方向として選択し、上記後向き予測誤差が上記前向き予測誤差より小さい場合には逆方向を予測方向として選択する
双方向予測符号化方法。 - 時系列のサンプル列で構成される入力信号を、複数サンプルからなるフレーム単位で線形予測分析して予測係数を求める予測係数算出ステップと、
上記予測係数を符号化して予測係数符号を出力する予測係数符号化ステップと、
上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから、上記フレーム内で時間的に順方向又は逆方向のいずれかの予測方向を選択し、上記選択した予測方向の予測により上記入力信号と上記予測係数符号に対応する予測係数とから求めた予測誤差列と、上記選択した予測方向を示す情報とを出力する線形予測ステップと、
上記予測誤差列を符号化して予測誤差符号を出力する予測誤差符号化ステップと、
を実行し、
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測ステップは、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則に従い、上記予測方向を上記所定のパラメータの値に応じて選択する
双方向予測符号化方法。 - 予測係数符号から予測係数を復号する予測係数復号ステップと、
予測誤差符号列から予測誤差列を復号する予測誤差列復号ステップと、
上記予測係数と上記予測誤差列と当該予測誤差列の予測方向を示す情報とに基づき、当該予測方向の予測により元の信号を復元する線形予測復号ステップと、
を実行し、
上記予測方向を示す情報は、上記予測係数を求める際に用いられた所定のパラメータの値であり、
上記線形予測復号ステップは、上記所定のパラメータの値に対し予め設定された予測方向の選択規則に従い、上記予測方向を上記所定のパラメータの値に応じて決定する
双方向予測復号方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の双方向予測符号化装置又は請求項5に記載の双方向予測復号装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の双方向予測符号化装置又は請求項5に記載の双方向予測復号装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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