JPH0242835A - 帯域分割形附号復号化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は音声信号やオーディオ信号などの符号化復号化
技術に関し、特に、入力信号の周波数帯域を分割して各
帯域ごとに符号化復号化を行なう帯域分割形符号復号化
方法及びその装置に関する。

（従来の技術） 音声やオーディオ信号の符号化方式の一つに帯域分割形
符号化方式がある。この方法は符号化される入力信号に
対してその周波数帯域を分割し、分割された帯域ごとに
量子化ビット数などの符号化パラメータを変えて符号化
するものである。例えば、音声やオーディオ信号のよう
に信号成分が低周波数域（低域）に偏っており、高周波
数（高域）には比較的小さな成分しかないものに対して
は、高域よりも低域に多くのビット数を割当てて符号化
することによって全体の符号化品質を向上させることが
できる。この代表的なものとして国際電信電話諮問委員
会（ＣＣＩＴＴ’）により国際標準方式として勧告化さ
れたサブバンドＡＤＰＣＭ（ＳＢ−ＡＤＰＣＭ）方式（
勧告Ｇ、　７２２）がある。この方式は７ｋＨｚ帯域の
オーディオ信号を高域と低域とに二分割し１サンプルあ
たり高域は２ビツト、低域は６ビツトを用いてＡＤＰＣ
Ｍ符号化するものであり、帯域分割をせずに１サンプル
あたり４ビツトで符号化するフルパントＡＤＰＣＭより
も高い符号化品質が得られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の帯域分割形符号化方式では各帯域
ごとに量子化ビット数などの符号化パラメータを決定し
たのちは常に同一のパラメータ値を用いて符号化するも
のが多く、入力信号特性が時間的に変化した場合は設定
符号化パラメータ値がそのときの入力信号に対し、て最
適な値とならず符号化品質が劣化する場合がある。例え
ば、前述のＳＢ−ＡＤＰＣＭでは低域に６ビツト、高域
に２ビツトを用いて符号化が行なわれるがミュージック
などのなかで高域信号成分が比較的大きな場合には低域
に５ビツト、高域に３ビツトを割当てた方が符号化品質
を向上できる場合がある。また、従来方式の中には、符
号化パラメータ値を人力信号に応じて時間的に変化させ
るものも知られてはいるが、どのようなパラメータ値を
用いたかを付加情報として各帯域の符号化信号と共に伝
送する必要があり、このため全体として多くの伝送容量
を必要とし経済的ではない。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し
入力信号特性に応じて符号化パラメータ、特に分割され
た各帯域に対するビット割当てを可変として、符号化品
質を高めるとともに、しかもこのビット割当ての情報を
・付加情報として送る必要が無く伝送路を経済的に利用
することが可能な帯域分割形符号復号化方法及びその装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の帯域分割形符号復号化方法は、送信側では、入
力信号の周波数帯域を分割し、分割された各帯域に割当
てられた符号化ビット数で各帯域内信号を符号化し、符
号化により得られた各帯域の符号化信号を多重化して伝
送し、受信側では、このようにして伝送されてくる符号
化信号を帯域ごとに分離して各帯域に対する前記符号化
ビット数と同一のビット数で復号する帯域分割形符号復
号化方法において、送信側および受信側において前記符
号化信号の予め定められた上位ビットの値に基づいて各
帯域の平均信号レベルを後向きに推定して、各帯域の平
均信号レベルに応じて、各帯域に対する前記符号化ビッ
ト数を変化させて符号化および復号を行なうことを特徴
とする。

また、本発明の帯域分割形符号化装置は、入力信号の周
波数帯域をＮ（Ｎは２以上の整数）分割する帯域分割フ
ィルタと、該帯域分割フィルタから出力されるＮ個の狭
帯域信号を後記ビット割当て回路から出力されるビット
数情報によって定められる符号化ビット数でそれぞれ符
号化し符号化信号として出力するＮ個の符号器と、Ｎ個
の前記符号器のそれぞれに接続され前記符号化信号の予
め定められた上位ビットの値に基づき前記狭帯域信号の
平均信号レベルを推定するＮ個のレベル推定器と、前記
レベル推定器のそれぞれから出力されるレベル情報を入
力としＮ個の前記狭帯域信号のそれぞれに対する符号化
ビット数を決定しビット数情報としてＮ個の前記符号器
および後記多重化回路に出力するピント割当て回路と、
前記符号化信号を前記ビット数情報に従って多重化して
出力する多重化回路とから構成されることを特徴とする
。

さらに、本発明の帯域分割形復号装置は、受信された多
重化信号を後記ビット割当て回路から出力されるビット
数情報に従ってＮ個の狭帯域に対応する符号化信号に分
離する分離回路と、Ｎ個の前記符号化信号のそれぞれに
対して前記ビット数情報に従って狭帯域信号を再生する
Ｎ個の復号器と、前記符号化信号を入力とし前記符号化
信号の予め定められた上位ビットの値に基づき前記狭帯
域信号の平均信号レベルを推定するＮ個のレベル推定器
と、前記レベル推定器からそれぞれ出力されるレベル情
報により前記符号化信号のそれぞれに対する復号ビット
数を決定しビット数情報としてＮ個の前記復号器および
前記分離回路にそれぞれ出力するビット割当て回路と、
Ｎ個の前記狭帯域信号を帯域合成して再生信号として出
力する帯域合成フィルタとから構成されることを特徴と
する。

（作用） 本発明では帯域分割された入力信号の各帯域内信号レベ
ルに応じて符号化ビット数を変えながら符号復号化する
ことにより高品質な信号品質を達成する。即ち、帯域内
信号レベルの大きな帯域にはより多くのビットを割当て
、信号レベルの小さな帯域に対しては、割当てビット数
を減らして符号化することにより全体の符号化ビットレ
ートを一定に保ちながら入力信号全体に対する品質を向
上させる。

このような適応ビット割当てを行なう為には各々の帯域
内信号レベルを求める必要があるが、これは簡単には各
帯域ごとに符号器の入力信号を積分するなどして求める
ことも出来よう。しかし、このように符号器の人力信号
から信号レベルを求める場合には受信側にある復号器に
対して送信側における各帯域の信号レベル、もしくはこ
れによって決まる割当てビット数の情報を本来の符号化
信号とは別に送る必要が生じ余分な伝送容量を必要とす
るため経済的ではない。

そこで本発明では、各帯域の符号器の出力である符号化
信号から前述の帯域内信号レベルを後ろ向きに推定して
求める。例えば、符号器としてＡＤＰＣＭ符号器を用い
た場合にはその出力であるＡＤＰＣＭ符号から平均信号
レベルを求めることになる。このようにすれば受信側の
復号器においても送られてきたＡＤＰＣＭ符号に基づき
符号器と同様にして平均信号レベルを推定することが可
能となり余分な伝送容量を必要とせず経済的な伝送が可
能となる。ＡＤＰＣＭ符号による平均信号レベルＰ（ｎ
）の代表的な推定法を（１）式に示す。

Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）Ｂ−Ｍ（Ｃ（ｎ−１））　　　
　　　（１）ここで、ｎは第ｎ番目のサンプリング時刻
、Ｂは１より僅かに小さな正の定数、Ｍは時刻ｎのＡＤ
ＰＣＭ符号Ｃ（符号上よって決まる乗数をそれぞれ示し
ている。

この推定法によれば送受のレベル推定器の初期値Ｐ（０
）がお互いに異なった値から動作を開始してもある時刻
後にはＢ乗の効果により送受で同一の推定値を得ること
が出来る。ただし、このように同一の推定値が得られる
条件としては受信側でも送信側から出力されるＡＤＰＣ
Ｍ符号Ｃ（符号上同一のＡＤＰＣＭ符号が得られ・る必
要があり、平均信号レベルから符号化ビット数を変えな
がら符号化する場合にはこの条件が満たされないことが
生じる。即ち、送受でのそれぞれのレベル推定値が未だ
一致していないときにその推定値をもとに符号化ビット
数および復号化ビット数を送受独立に変更すると（１）
式におけるＣ（ｎ）が送受で異なることになり、この結
果、レベル推定値もいつまでの一致しなくなってしまう
。そこで本発明では（１）式におけるＣ（ｎ）としてＣ
（ｎ）の予め定められた数の下位ビットを除去して上位
ビットのみとした修正符号Ｄ（ｎ）を用いた（２）式に
よってレベル推定を行なう。

Ｐ（ｎ）＝　Ｐ（ｎ　−１）Ｂ−Ｍ’（Ｄ（ｎ−１））
　　　　　　（２）ここでＭ′は修正符号Ｄ（ｎ）に対
して最適化された乗数である。また、Ｄ（ｎ）のビット
長は各帯域ごとに可変とする符号化ビット数の最小値以
下（但し、１以上）とすればよい。このようにすれば初
期状態などにおいて送受で推定信号レベルおよび符号化
および復号化のビット数が異なった場合でも少なくとも
Ｄ（ｎ）はつねに送受で同一のものを得ることが出来、
この値を用いてレベル推定を行なえば前述のようにある
時刻後には推定信号レベルを送受で一致させることがで
きる。

以上のようにして各帯域ごとに符号化信号に基づいて平
均信号レベルを後ろ向きに推定し、付加情報を送ること
無く平均信号レベルに基づく可変ビット数符号化を行な
うことが可能となる。さらに全帯域にわたる総符号化ビ
ット数を一定に保つためには各帯域で求められた平均信
号レベルの対数値に応じて総符号化ビット数を各帯域に
比例配分すれば良い。

（実施例） 次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一つである帯域分割形符号化装置の一
実施例を示すブロック図である。帯域分割フィルタ１０
０によって人力信号はその周波数帯域をＮ分割されて第
１の符号器１１０、第２の符号器１２０および第Ｎの符
号器１３０によりそれぞれの符号器に割当てられた符号
化ビット数を用いて符号化される。各符号器から出力さ
れる符号化信号はそれぞれ第１のレベル推定器１４０、
第２のレベル推定器１５０および第Ｎのレベル推定器１
６０に入力され、各帯域ごとに予め定められた符号化信
号の上位ビットを用いて前述した（２）式に従って平均
信号レベルが推定される。推定された各帯域の平均信号
レベルはビット割当て回路１７０に人力され平均信号レ
ベルの対数値に比例させた符号化ビット数が各帯域に割
当てられビット数割当て情報として信号線１７１を介し
て第１の符号器１１０、第２の符号器１２０、第Ｎの符
号器１３０および多重化回路１８０に出力される。多重
化回路１８０では各符号器から出力される符号化信号が
ビット割当て情報に従って多重化され伝送される。この
多重化の仕方としては、例えば先ず各符号器から出力さ
れる符号化信号において前述のレベル推定に用いられる
上位ビットを第１の符号器１１０から順番に出力し、そ
の次にレベル推定に用いられないビットを同様に第１の
符号器から順番に出力すればよい。

第２図は本発明の他の一つである帯域分割形復号化装置
の一実施例を示すブロック図である。送信側から送られ
てきた多重化信号は分離回路２００によって各帯域に対
応する符号化信号に分離され、第１の復号器２５０、第
２の復号器２６０および第Ｎの復号器２７０に出力され
る。第１のレベル推定器２２０、第２のレベル推定器２
３０および第Ｎのレベル推定器２４０は分離回路２００
から出力された各符号化信号を入力とし、第１図におけ
るレベル推定器と同様にして各帯域の平均信号レベルを
推定し、その結果をビット割当て回路２１０へ出力する
。ビット割当て回路２１０では同じく第１図に示したビ
ット割当て回路１７０と同様にして各帯域に対するビッ
ト割当てを決定し、各復号器２５０．２６０．２７０お
よび分離回路２００にビット割当て情報として出力する
。帯域合成フィルタ２８０では各復号器から出力される
復号信号が合成されて再生信号としで出力される。

第３図は第１図で示した帯域分割形符号化装置において
帯域分割数Ｎを２とした場合の一実施例を示すブロック
図である。各構成要素の基本的な動作は第１図で説明し
たものと同じであり、ここでは高域符号器の一すンプル
当たりの符号化ビット数を２ビツトと３ビツトに、低域
符号器の一すンプル当たりの符号化ビット数を６ビツト
と５ビツトにそれぞれ切換えながら高域符号化信号と低
域符号化信号の総ビット数を８として符号化する場合に
ついて具体的な動作を説明する。また、このときの符号
化方式としてＡＤＰＣＭを用いるとし、この場合には各
符号化ビット数はＡＤＰＣＭにおける量子化ビット数に
対応する。入力信号は帯域分割フィルタ３００によって
高域信号と低域信号とに分離され高域符号器３１０と低
域符号器３２０により符号化される。ここで、各符号器
から出力される符号化信号を”５ａＡ１Ａ２”（高域）
、”Ｓ、Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５”（低域）と表現する。

Ｓａ、　Ｓｂはサインビットを、Ａｎ（ｎ＝１．２）、
Ｂ、（ｎ＝１．２．・・・５）は量子化レベルを示すビ
ットである。従って、高域を２ビツト、低域を６ビツト
で符号化するときには高域、低域の各符号器から１１３
、Ａ、＋１、”Ｓ、Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５のかたちでそ
れぞれの符号化信号が出力される。また、高域３ビツト
、低域５ビツトのときにはそれぞれ５ａＡＩＡ２”。

“’Ｓ、ＢＩＢ２Ｂ３Ｂ４″′となる。各符号器の量子
化ビット数は後述するビット割当て回路３３０から出力
される１ビツトのビット割当て情報（例えば、“１″：
高域２ビツトｌ低域６ビツト、１１０”′：高域３ビッ
トｌ低域５ビット）によって決められる。高域レベル推
定器３４０、低域レベル推定器３５０では（２）式に従
ってそれぞれの平均信号レベルＰａ（ｎ）、Ｐ、（ｎ）
が推定される。

（２）式のＤ（ｎ−１）としては高域レベル推定には第
ｎ−１時刻における“’５ａＡ１″′を、また低域レベ
ル推定には同じく第ｎ−１時刻における“Ｓ、Ｂ１Ｂ２
Ｂ３Ｂ４”を用いれば良い。レベル推定にそれほど精度
を要しない場合にはＤ（ｎ−（）としてここで示した信
号のＬＳＢ側をさらに削ったものを用いてもよい。また
、（２）式における乗数Ｍ′はＤ（ｎ−１）の極性に関
して通常、正負対称の値を取るため、Ｄ（ｎ−１）がら
Ｓａ、　Ｓ、を除くこともできる。乗数Ｍ′としては大
きな量子化レベルを示すＤ（ｎ−１）に対しては１以上
、小さな量子化レベルを示すＤ（ｎ−１）に対しては１
以下の正値を用いれば良い。ビット割当て回路３３０で
は各帯域の推定レベルの対数値に応じて全符号化ビット
数（８ビツト）を各帯域に割当てる。ここで高域のビッ
ト数をＮ、低域のビット数をＮ１、全符号化ビット数を
Ｎ。とすれば−船釣にはＮ８、Ｎ５は（３）式および（
４）式により求められる。

Ｎａ＝０．５１ｏｇ２（Ｐａ（ｎ−１）／Ｐ、（ｎ−１
））＋ＮＯ／２　　　（３）Ｎｂ＝　Ｎｏ−Ｎａ（４） またＮａ、ＮｂとしてＣＮａ＋　Ｎｂ）　＝（２，６）
　ｏｒ　（３＋　５）の組合せしか用いないものとする
ならば、（３）、　（４）式をさらに簡略化した（５）
式に従ってビット割当て行なえば良い。

ビット割当て情報としては前述した例のように（Ｎａ。

Ｎ、）　＝　（２，６）に対して１′”を、（３，５）
に対して“０′を出力すればよい。多重化回路３６０で
はこのビット割当て情報に従って各符号化信号が多重化
される。この多重化の仕方としては、レベル推定に用い
られる上位ビットを先ず多重化しそのあとに下位ビット
を多重化すれば良い。この場合の多重化フォーマットは
（Ｎａ、　Ｎ、）＝　（２，６）又は（３，５）に対応
して（ＳａＡｌＳ、ＢＩＢ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５）または（Ｓ
ａＡｌＳ、Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ａ２）のようになる。この
他に、片方の符号化信号をビット逆順にして（ＳａＡ１
Ｂ５Ｂ４Ｂ３Ｂ２Ｂ１Ｓ、）または（ＳａＡ１Ａ２Ｂ４
Ｂ３Ｂ２ＢＩＳ、）のようにしてもよい。

第４図は第２図で示した帯域分割形復号化装置において
帯域分割数Ｎを２としたときの一実施例を示すブロック
図であり、第３図に示したＮ＝２の帯域分割形符号化装
置に対応するものである。分離回路４００は第３図にお
ける多重化回路３６０で多重化された各符号化信号をビ
ット割当て回路４３０からのビット割当て情報に従って
高域符号化信号と低域符号化信号とに分離する。高域レ
ベル推定器４１０、低域レベル推定器４２０およびビッ
ト割当て回路４３０の動作は第３図に示した高域レベル
推定３４０、低域レベル推定器３５０およびビット割当
て回路３３０の動作と同一であるので省略する。高域復
号器４４０、低域復号器４５０ではビット割当て回路４
３０から示される各符号化信号のビット数に応じてＡＤ
ＰＣＭ復号化が行なわれ、帯域合成フィルタ４６０によ
って各復号信号が合成され送信入力信号と同じ帯域の再
生信号となって出力される。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明よれば帯域分割された信号
の平均信号レベルに応じて符号化ビット数を変えながら
高品質に符号化及び復号することが可能となり、しかも
ビット割当て情報を付加情報として受信側へ送る必要が
無く、伝送路を効率良く利用することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の帯域分割形符号化装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は本発明の帯域分割形復号装置の
一実施例を示すブロック図、第３図、第４図はそれぞれ
帯域分割数を２としたときの帯域分割形符号化装置およ
び帯域分割形復号装置の一実施例を示すブロック図であ
る。 図において、 １００、３００・・・帯域分割フィルタ、１１０、１２
０．１３０．３１０．３２０・・・符号器、１４０、１
５０．１６０．２２０．２３０．２４０．３４０．３５
０．４１０．４２０・・・レベル推定器、 １７０、２１０．３３０．４３０・・・ビット割当て回
路、１８０、３６０・・・多重化回路、２００．４００
・・・分離回路、２５０、２６０．２７０．４４０．４
５０・・・復号器、２８０、４６０・・・帯域合成フィ
ルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信側では、入力信号の周波数帯域を分割し、分
   割された各帯域に割当てられた符号化ビット数で各帯域
   内信号を符号化し、符号化により得られた各帯域の符号
   化信号を多重化して伝送し受信側では、このようにして
   伝送されてくる符号化信号を帯域ごとに分離して各帯域
   に対する前記符号化ビット数と同一のビット数で復号す
   る帯域分割形符号復号化方法において、送信側および受
   信側において前記符号化信号の予め定められた上位ビッ
   トの値に基づいて各帯域の平均信号レベルを後向きに推
   定し、各帯域の平均信号レベルに応じて、各帯域に対す
   る前記符号化ビット数を変化させて符号化および復号を
   行なうことを特徴とする帯域分割形符号復号化方法。
2. （２）入力信号の周波数帯域をＮ（Ｎは２以上の整数）
   分割する帯域分割フィルタと、該帯域分割フィルタから
   出力されるＮ個の狭帯域信号を後記ビット割当て回路か
   ら出力されるビット数情報によって定められる符号化ビ
   ット数でそれぞれ符号化し符号化信号として出力するＮ
   個の符号器と、Ｎ個の前記符号器のそれぞれに接続され
   前記符号化信号の予め定められた上位ビットの値に基づ
   き前記狭帯域信号の平均信号レベルを推定するＮ個のレ
   ベル推定器と、前記レベル推定器のそれぞれから出力さ
   れるレベル情報を入力としＮ個の前記狭帯域信号のそれ
   ぞれに対する符号化ビット数を決定しビット数情報とし
   てＮ個の前記符号器および後記多重化回路に出力するビ
   ット割当て回路と、前記符号化信号を前記ビット数情報
   に従って多重化して出力する多重化回路とから構成され
   ることを特徴とする帯域分割形符号化装置。
3. （３）受信された多重化信号を後記ビット割当て回路か
   ら出力されるビット数情報に従ってＮ個の狭帯域に対応
   する符号化信号に分離する分離回路と、Ｎ個の前記符号
   化信号のそれぞれに対して前記ビット数情報に従って狭
   帯域信号を再生するＮ個の復号器と、前記符号化信号を
   入力とし前記符号化信号の予め定められた上位ビットの
   値に基づき前記狭帯域信号の平均信号レベルを推定する
   Ｎ個のレベル推定器と、前記レベル推定器からそれぞれ
   出力されるレベル情報により前記符号化信号のそれぞれ
   に対する復号ビット数を決定しビット数情報としてＮ個
   の前記復号器および前記分離回路にそれぞれ出力するビ
   ット割当て回路と、Ｎ個の前記狭帯域信号を帯域合成し
   て再生信号として出力する帯域合成フィルタとから構成
   されることを特徴とする帯域分割形復号装置。