JP5285798B2 - 符号化方法、復号化方法、それらの装置、及びそれらのプログラムと記録媒体 - Google Patents
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Description
また、非特許文献1には、CELP符号化において時間領域入力信号の各フレームをサブフレームに分割し、それらのサブフレームの一連のパワーをベクトル量子化することが示されている。
複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化段階と、
入力信号の系列に正規化値を乗じて得られる信号系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列に、補正係数で補正した正規化値を乗じて得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成段階と、
上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
を含む。
入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号過程と、
入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化過程と、
入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化過程と、
上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正過程と、
上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化過程と、
を含む。
〔発明の基本的な考え〕
実施例の説明の前に、この発明の符号化方法の基本的な考えを説明する。上記した正規化値生成部101で生成する正規化値Gを、例えば式(1)のように定義する。
ここでXはフレーム毎の入力信号サンプルX0, …, XN-1の列であり、Nはフレーム当たりのサンプル数である。よって式(1)で定義される正規化値Gは、フレーム毎の入力信号のパワーの平均値の平方根である。また、説明を簡単にする目的でここでは分割段階がない場合で説明する。正規化値Gで除算されて正規化された正規化入力信号系列をx={xn; n=0, …, N-1}、復号化装置における復号化後の正規化出力信号系列をy={yn; n=0, …, N-1}と表わす。
各フレームにおける正規化前の入力信号系列X=Gxと、復号化装置における逆正規化後の出力信号系列Y=Gyとの間の距離尺度を表す誤差dを求めると式(2)となる。
一方、この発明の符号化方法は、この誤差dが最小となるように復号化装置に与える正規化値Gを補正係数γで補正し、補正した正規化値G*=γGを復号化装置に与える、あるいは補正係数γを正規化出力信号系列yに乗ずることで誤差を最小化した出力信号系列を得る考えである。従って、この発明による符号化方法の各フレームでの符号化装置の入力信号系列と復号化装置の出力信号系列との間の距離尺度を表す誤差d'は次式(3)で表わせる。
図1にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置10の第1実施例の機能構成例を示し、その動作フローを図2に示す。本装置の各部は複数サンプルによるフレーム毎に動作する。フレーム毎の入力信号は時間領域の信号であっても、周波数領域の信号であってもよいが、以降の説明では入力信号が周波数領域信号の場合で説明する。符号化装置は、正規化値生成部101と、正規化部102と、分割部103と、ベクトル量子化部104と、正規化値量子化部105と、正規化値補正部20とを備える。符号化装置は、図27に示した従来法による符号化装置の構成に正規化値補正部20を追加した構成である。図27と同じ記号を付してある処理部は、図27と同じ動作をする。この実施例の符号化装置は、例えばROM、RAM、CPU等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、CPUがそのプログラムを実行することで実現してもよい。
正規化値補正部20を更に詳しく説明する。正規化値補正部20は、ベクトル復号化部21と、補正係数生成部22と、補正演算部23とで構成される。
補正係数生成部22は、分割入力信号系列uiと、分割出力信号系列viを入力として式(10)に示す計算式で正規化値補正係数γを計算する(ステップS22)。
式(10)は、上記した入力信号系列X=Gxと出力信号系列Y=Gyの各フレームにおける誤差dを最小化する正規化値補正係数を求める式(5)と同じ意味である。
〔第2実施例〕
図1で説明した符号化装置におけるベクトル量子化部104は、
前記式(9)を展開した次式(11)
第2実施例はこのような考えに基づくものであり、その符号化装置の機能構成を図4に示し、その動作フローを図5に示す。この実施例の構成は図1の実施例において、ベクトル復号化部21を除去し、ベクトル量子化部104からベクトル量子化インデックスkiが決定された時の式(11)の第2項と第3項をそれぞれ式(12a),(12b)で表されるM個のPiとM個のQiとして補正係数生成部22に与える。補正係数生成部22は補正係数γを次式
図5の動作フローは図2における正規化値補正ステップS20内のベクトル復号化過程S21を除去し、ベクトル量子化段階S104で分割入力信号系列uiに対するベクトル量子化インデックスが決定されたときの式(11)の第2項と第3項をそれぞれ上記Pi, Qi (i=0,…, M-1)として保持し、補正係数生成過程S22で式(10)の代わりに式(13)により補正係数γを計算する。その他の動作は図2と同様である。
図6にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置の第3実施例の機能構成を示し、その動作フローを図7に示す。この実施例においては図1の第1実施例における補正係数生成部22は、第1補正係数生成部22aと第2補正係数生成部22bとで構成される。また、この第3実施例においては、図1の第1実施例における補正演算部23が第1補正部23aと第2補正部23bとで構成される。その他の構成は図1の符号化装置と同様である。
第2補正係数生成部22bは、ベクトル復号化部21の出力する分割出力信号系列viを入力として、i=0,…,M-1のそれぞれの分割出力信号系列の全サンプルの2乗和の総和を式(15)に示す第2補正係数β2として生成する(ステップS22b)。
第1補正部23aは、正規化値生成部101が出力する入力信号から求めた正規化値Gに第1補正係数β1を乗算し、β1Gを出力する(ステップS23a)。第2補正部23bは、第1補正部23aで第1補正係数を乗算した正規化値β1Gを、第2補正係数β2で除算し、補正した正規化値G*として出力する(ステップS23b)。なお、第2補正部23bが、正規化値を第2補正係数β2で除算した後に、第1補正部23aがその値に第1補正係数β1を乗算してもよい。つまり、ステップS23aとステップS23bの処理は順序を逆転してもよい。
図8にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置の第4実施例の機能構成を示し、その動作フローを図9に示す。符号化装置の正規化値補正部20は、ベクトル復号化部21と、再構成部61と、補正係数生成部62と、補正演算部23とで構成される。他の構成は上記した図1、図4及び図6の符号化装置と同じである。再構成部61は、ベクトル復号化部21からの複数の分割出力信号系列viを入力として、予め定められた規則に基づいて正規化出力信号系列y={yn; n=0,…,N-1}を再構成する(ステップS61)。例えば、図3に示した4個置きに分割された分割出力信号系列v0〜v3を、正規化入力信号系列x0〜x15と同じ順番に並べ替える。つまり分割部103と逆の動作を行って正規化出力信号系列yを再構成する。
上述の各符号化装置では正規化値Gを補正係数γ、又は第1補正係数β1と第2補正係数β2で補正して補正された正規化値G*の量子化インデックスIG'を出力したが、以下の各実施例で示すように正規化値Gを補正せずそのまま量子化して量子化インデックスを出力すると共に、補正係数γの量子化インデックスも出力し、復号化側において復号化正規化値G'を補正係数γ'で補正するようにしてもよい。
図12は符号化装置の第6実施例の機能構成を示す。この実施例は図10の実施例に図6における補正係数の計算手法を適用したものであり、図10における補正係数生成部22の代わりに第1補正係数生成部22Aと、第2補正係数生成部22Bと、除算部22Cとが設けられている。第1及び第2補正係数生成部22A,22Bは図6の場合と同様に、式(14)により第1補正係数β1及び第2補正係数β2をそれぞれ計算する。除算部22Cは第1補正係数β1を第2補正係数β2で除算することにより補正係数γを生成し、補正係数量子化部106に与える。その他の動作は図10の場合と同様である。また、図12の符号化装置により出力されたインデックスk、IG, Iγは図11の復号化装置によって復号化することができる。
図13は符号化装置の第7実施例の機能構成を示す。図12の実施例では第1及び第2補正係数β1,β2から補正係数γを求め、その補正係数γを量子化し、その補正係数量子化インデックスIγを出力する場合を示したが、図13の実施例では第1及び第2補正係数γ1, γ2から直接補正係数量子化インデックスIγを求める。
ところで、補正係数量子化インデックスIγに対応する量子化補正係数γ'は式(3)で示す誤差d'が最小となるように決めるが、式(3)を次式のように書き直すことができる。
図14は図13の符号化装置の変形実施例であり、図13におけるベクトル復号化部21、第1及び第2補正係数生成部22A,22Bの代わりに図4で説明した補正係数生成部22が設けられ、ベクトル量子化部104において分割入力信号系列uiをベクトル量子化する際に計算された式(12a), (12b)の値Pi, Qiを補正係数生成部22に与える。補正係数生成部22は、Pi, Qiから第1及び第2補正係数β1, β2を次式
図15は符号化装置の第9実施例の機能構成を示す。この実施例は図12において除算部22Cと補正係数量子化部106の代わりに第1及び第2補正係数量子化部106A,106Bが設けられている。第1及び第2補正係数量子化部106A,106Bはそれぞれ第1及び第2補正係数生成部22A,22Bから与えられた第1及び第2補正係数β1, β2を量子化し、それらの第1及び第2補正係数量子化インデックスIβ1, Iβ2を出力する。その他の動作は図12の場合と同様である。
前述の各実施例では符号化装置に置いてフレーム毎に補正係数γ又は第1及び第2補正係数β1, β2を決め、従って、復号化装置においてはフレーム毎に正規化値の補正を行う例を示した。この第10実施例の符号化装置では、分割入力信号系列ui毎に補正係数γiを決め、復号化装置において分割出力信号系列vi毎にその分割出力信号系列viに対し対応する補正係数γ'iを乗算することにより正規化による誤差を小さくする。
図19は符号化装置の第11実施例の機能構成を示す。この実施例では、図17の実施例における補正係数列生成部22aを除去し、補正係数列量子化部106bの代わりに補正係数列量子化部106cを使って分割入力信号系列xi,jとそれに対応する分割出力信号系列viから直接誤差を最小にする量子化補正係数γ'iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスIγを補正係数列符号帳106Tcを参照して求める。即ち、補正係数列量子化部106cの補正係数列符号帳106Tcには複数の補正係数代表ベクトルがそれぞれ補正係数ベクトル量子化インデックスIγに対応して保持されており、補正係数列量子化部106cは与えられた分割入力信号系列uiとそれに対応する分割出力信号系列viから次式(22)
図20は符号化装置の第12実施例の機能構成を示す。図20の実施例は図19の符号化装置の変形実施例である。式(12a), (12b)を使って式(23)を変形すると次式
図17,19,20の符号化装置では分割信号系列毎に補正係数γiを求め、その量子化インデックスを出力し、図18の復号化装置では、分割出力信号系列viそれぞれに対し補正係数による補正を行う場合を示した。それに対し、この第13実施例では、分割入力信号系列ui毎に分割入力正規化値giを生成し、それによって分割入力信号系列uiをそれぞれ正規化し、その正規化による誤差を最小にするように補正係数の列を生成する。
分割入力正規化値生成部108は分割入力信号系列uiから例えば次式
図23は符号化装置の第14実施例の機能構成を示す。この実施例は図21の実施例において、分割入力正規化値giの補正を行わず、分割入力正規化値giと補正係数γiの列をそれぞれ量子化してそれらのインデックスを出力するようにしたものである。従って、図21における正規化値補正部23'と補正正規化値量子化部105'の代わりに分割入力正規化値量子化部105"と補正係数列量子化部106'が設けられている。分割入力正規化値量子化部105"は分割入力正規化値giを量子化し、その量子化インデックスIgiを出力する。補正係数列量子化部106'は複数の補正係数代表ベクトルを、それぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数列符号帳106Tc’を有しており、その符号帳を参照して補正係数γiの列を量子化し、対応するインデックスIγiを出力する。その他の動作は図21の場合と同様である。
この発明の符号化方法によるSNRを評価した。シミュレーションに用いた実験装置80の概略的な構成を図25に示す。実験装置80は符号化装置81と復号化装置82とで構成される。
Claims (10)
- 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化段階と、
入力信号の系列に正規化値を乗じて得られる信号系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列に、補正係数で補正した正規化値を乗じて得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成段階と、
上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
を含む符号化方法。 - 請求項1記載の符号化方法において、更に、上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割した分割入力信号系列を生成する分割段階を含み、生成した分割入力信号系列を上記正規化入力信号系列として信号量子化段階以降を行う。
- 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化部と、
上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化部と、
入力信号の系列に正規化値を乗じて得られる信号系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列に、補正係数で補正した正規化値を乗じて得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成部と、
上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化部と、
少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力部と、
を含む符号化装置。 - 請求項3記載の符号化装置において、更に、上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割した分割入力信号系列を生成する分割部を含み、生成した分割入力信号系列を上記正規化入力信号系列として出力する。
- 入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号過程と、
入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化過程と、
入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化過程と、
上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正過程と、
上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化過程と、
を含む復号化方法。 - 請求項5の復号化方法において、
上記信号復号化過程は、
入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎に複数の分割出力信号系列を生成するものであり、
更に、上記複数の分割出力信号系列中のサンプルを予め定めた規則に基づいて並べたものを上記正規化出力信号系列とする再構成過程を含む。 - 入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号部と、
入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化部と、
入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化部と、
上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正部と、
上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化部と、
を含む復号化装置。 - 請求項7の復号化装置において、更に、出力信号系列を予め決めた規則に基づいて上記正規化出力信号系列に再構成する再構成部を含む。
- 請求項3又は7に記載した装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。
- 請求項9に記載した何れかの装置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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