JPH03109824A - ディジタル信号符号化装置 - 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、入力ディジタル信号の符号化を行うディジタ
ル信号符号化装置に関するものである。

（発明の概要） 本発明は、入力ディジタル信号をブロック化し、この各
ブロックの最大値データを検出し、最大値データに基づ
いてブロック内データを正規化し、正規化されたデータ
に暴づいて複数種類用意されたテンブレ＝１・から最適
なものを選択し、選択されたテンプレートを用いて正規
化データを量子化するものであり、また、選択時には近
傍ブロックのデータを参照すると共に、量子化時には同
一ブロック内の他のデータ及び近傍ブロックのデータを
参照して量子化ヒント化を選定することにより、量子化
歪みが低減され、聴感上のＳ／Ｎが改善されるディジタ
ル信号符号化装置を提供するものである。

（従来の技術〕 高能率符号化には、例えば、時間軸方向のブロック符号
化、或いは時間軸の入力信号を周波数軸の信号に変換し
たブロック単位の符号化等があり、上記周波数軸方向の
ブロック符号化においては、例えば、第８図に示すよう
に、音声信号のスペクトル係数等の入ツノディジタル信
号を所定区間で区切ってブロック化した各ブロックＢ、
、Ｂ２．Ｂ、、、。

・・の量子化が行われている。このようなブロック符号
化では、例えば、ブロック毎のフローティング処理（ブ
ロックフローティング処理）を行うことで量子化歪みを
減らしていた。

ここで、例えば第８図のブロックＢ４を抜き出して示す
第９図を用いて上記ブロックフローティング処理を具体
的に説明する。すなわち、当該ブロックＢ４のブロック
フローティング処理では、上記ブロックＢ、内の最大値
データＳ、が選ばれ、この最大値データＳｔに基づいて
図中斜線部以下の部分をフルスケールとするようなフロ
ーティング処理のフローティング係数（例えばビットシ
フト量）を求め、当該ブロック内の全データＳＬ。

ＳＭ、ＳＳに対してそれぞれ上記フローティング係数で
フローティング処理を行っている。

また、上述のようなブロック符号化において、音声信号
がブロックフローティング処理された各ブロックへ量子
化のビット化を割り当てる際には、聴感上の効果例えば
第１０図に示すようなマスキング効果等を考慮してビッ
ト数が割当てられる場合がある。

この第１０図において、例えば周波数ｆｔ、ｆｚｆ、、
、ｆ３．ｆ、の各成分で構成される音声信号において、
最もレベルの裔い周波数ｆ５の成分があるとすると、当
該周波数ｆ５の成分によって図中点線の内側の部分がマ
スキングされるようになる。

このため、当該周波数ｆ、の近傍の周波数ｆ２及びｆ３
の成分は、それぞれ図中ＭＸ２及びＭＸ、で示すレベル
分だけマスキングされる。したがって、該マスキング効
果を利用して符号化の際の各周波数の割当てヒツト化を
決めると、周波数１５の成分によってマスキングされる
周波数ｆ２′及びｆ３の成分は、少ない割当てビット数
であっても歪みの少ない符号化が行えるようになる。

この第１０図に示したようなマスキング効果を上記ブロ
ック符号化のブロックのビット数割当てに利用すること
で、例えば、第８図の場合には、図中括弧で示す数字の
ような割当てビット数とすることができる。すなわち、
各ブロックのマスキング効果が相互に作用することによ
って、各ブロックのビット割当て数は、例えば、ブロッ
クＢに３ビツト、ブロックＢ２に３ビツト、ブロックＢ
３に２ビツト、ブロックＢ４に５ビツト、ブロックＢ、
に３ビツト、フロックＢ６に２ビツト、ブロックＢ７に
４ビツト・・・・のように害１１当てられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記ブロックフローティング処理では、ブロ
ック内の信号の形状（ブロック内のデータの周波数軸方
向のパターン）によって量子化歪みの低減効率の低い場
合が存在する。すなわち、前述の第９回のブロックフロ
ーティング処理の例の場合、このブロック中の最大値デ
ータＳｔに基づいて求められたフローティング係数で他
のデータＳ、、Ｓｓのフローティング処理が行われてい
るため、上記データＳＭ、ＳＳの量子化が不十分となる
。このことは、処理される信号が音声信号の場合に、聴
感上のＳ／Ｎを低下させることになる。

以上のことは、周波数軸上のブロックフローティング処
理について述べたものであるが、その他に第１１回に示
すような時間軸上の１ブロツクの信号のブロックフロー
ティング処理の場合も考えることができる。この時間軸
上のブロックフローティング処理においても、例えば、
ブロック内にビークＰが存在するような場合には、その
ビークＰ以外の信号領域Ａにおける量子化歪みの改善効
果が少なくなってしまう虞れがある。

そこで、本発明は、−上述のような実情に鑑めで提案さ
れたものであり、上記ブロック内の信号の形状に即した
符号化を行うことにより、量子化歪みが低減され、聴感
上のＳ／Ｎを改善することができるディジタル信号符号
化装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段〕 本発明のディジタル信号符月化装置は、上述の目的を達
成するために提案されたものであり、第１図に示すよう
に、入カディシタル信号をブｒ１ツク化するブロック化
回路２３と、各ブロックの最大値データを検出する検出
手段である最大値検出回路３１と、この最大値データに
基づいて上記ブロック内データを正規化する正規化回路
３３と、上記正規化されたデータに基づいて複数種類用
意されたテンプレートから最適なものを選択する選択手
段であるテンプレート選択回路２６と、上記選択された
テンプ１／−トを用いて上記正規化テンを量子化する量
子化回路２４とを有するものである。

また、本発明のディジタル信号符号化装置は、第４図に
示すように、テンブレー１・選択回路６０は近傍ブし】
ツクのデータを参照する手段である近傍データ参照回路
６２を含むと共に、量子化回路６５は同一ブロック内の
他のデータ及び近傍ブロックのデータを参照して量子化
ビット化を選定する手段である量子化ビット数情報発生
回路６６を有してなるものである。

（作用〕 本発明によれば、正規化後のブロック内の信号形状に合
ったテンブレー１・を用いてブロックの量子化を行って
いる。

また、本発明によれば、テンブレー１・の選択の際には
近傍ブロックを参照し、更に、量子化の際には同一ブロ
ック内の他のデータ及び近傍ブロック内のデータを参照
することでマスキングを考慮して量子化のビン１〜化を
決定している。

Ｃ実施例］ 以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
から説明する。

第１図に実施例のディジタル信号符号化装置２０の概略
構成を示し、併−已てその復号化装置４０の概略構成も
示す。

第１図において、入力端子１には、例えば音声信号等が
供給されており、この音声信号が波形切出回路２１を介
することて所定時間毎に音声信号の波形が切り出される
。この切り出された音声信号は、乱散的フーリエ変換（
１）ＦＴ）回路２２によって周波数軸に変換され、ブロ
ック化手段であるブロック化回路２３に送られる。該ブ
ロック化回路２３ば、入力ティシタル信号すなわち離散
的フーリエ変換回路２２を介した音声スベク［・ル係数
データを所定の周波数帯域毎にブロック化するものであ
る。

このようにブロック化された音声データは、ソロツク毎
に前述の第９図で説明したようなフローティング処理を
行うブロックフローティング回路３０に送られる。この
ブロックフローティング回路３０は、検出手段である最
大値検出回路３１と、正規化手段である正規化回路３３
と、係数情報発生回路３２とから構成され−ζいる。ず
なわら、このブロックフ１コーティング回路３０におい
ては、先ず、上記ブロックのデータか最大値検出回路３
１に送られ、各ブロック内のデータの最大値データが検
出される。次に、この最大値データが上記正規化回路３
３に送られ、当該最大値データに暴づいて上記ブロック
内データが正規化される。また、上記最大値データは係
数情報発生回路３２にも送られ、この最大値データに基
づいてソロツク毎のフローティング処理のフローティン
グ係数情報が形成される。このフローティング係数情報
が本実施例のディジタル信号符号化装置２０の出力端子
２から出力される。

また、」−記正規化回路３１からの正規化データは、選
択手段であるテンブレー１・選択回路２６に伝送され、
当該テンブレーＩ・選択回路２６で」二記正規化された
データに基づいて、複数種類用意されたテンプレートか
ら最適なテンプレートが選択される。ここで、上記複数
種類のテンプレートはテンプレートメモリ２５に蓄積さ
れており、これらのテンプレートが上記テンプレート選
択回路２６に送られて選択処理が行われる。同時に、こ
のテンプレート選択回路２６からは、上記選択されたテ
ンプレートの番−号（識別コード）が出力され、この識
別コードが本実施例装置の出力端子３から出力される。

なお、このテンプレートの選択処理の詳細については後
述する。

更に、上記正規化データに基づいて選択されたテンプレ
ートは、量子化手段である量子化回路２４に伝送される
。また、当該量子化回路２４には、上記正規化データも
送られている。すなわち、この量子化回路２４では、上
記選択されたテンプレートを用いて上記正規化データの
量子化を行っており、この量子化データが本実施例装置
の出力端子４から出力される。

ところで、一般に、上記音声信号のような信号において
は、そのブロック化されたブロック内の信号形状（ブロ
ック内のデータの周波数軸方向のパターン）が変化に冨
んでいる場合が多い。そのため、前述の第９図で述べた
ようなブロックフローティング処理では、このブロック
内の信号形状によっては量子化歪みを低減できない場合
が存在する。すなわち、前述の第９図の場合、最大値デ
ータＳＬに栽づいて形成されたフローティング係数で他
のデータＳ、、Ｓ、のフローティング処理が行われてい
るため、上記データＳＭ、ＳＳの量子化が不十分となる
。

このようなことから、本実施例装置においては、ブロッ
ク内の信号の形状の特徴に応じた例えば第２１ｆｆｌＡ
〜第２図Ｃに示すような複数種類のテンプレートを予め
用意しておき、この信号形状に適合するテンプレートを
選択して、該選択されたテンプレートを用いて量子化を
行っている。なお、第２図Ａ〜第２図Ｃにおいて、それ
ぞれのテンプレートは上記ブロック化回路２３から得ら
れるブロックと同じブロック幅ＢＷを有するものであり
、１ 最大値が１或いは量子化の際のフルスケール値に正規化
されているものである。

すなわち、本実施例装置においては、上記ブロックフロ
ーティング回路３０により、ブロックのフローティング
処理を行うと共に該ブロック内のデータの最大値データ
を１に正規化し、その正規化されたブロックをテンプレ
ート選択回路２６に送っている。該テンプレート選択回
路２６では、テンプレートメモリ２５内に格納されてい
る第２図Ａ〜第２図Ｃのような各種のテンプレートの中
から、テンブレー１・とブロック内データとの誤差（例
えば差の２乗和）が最小で、かつブロック内データがテ
ンプレートの値を越えないような条件を満たすテンプレ
ートが選択される。

例えば、上記正規化されたブロックが前述の第９図のブ
ロックＢ４の場合のテンプレート選択の例について説明
する。すなわち、第３図に示すように、ブロックフロー
ティング回路３０によって手記ブロックＢ、がフローテ
ィング処理されると共に、ブロックＢ、内の最大値デー
タＳ１、が１に２ 正規化される。更に、テンプレート選択回路２６によっ
てブロックＢ４内の各データＳ。３Ｓ、とテンプレート
の量子化最大レベルＱＷ５．ＱＷ６　との差（２乗和）
がとられ、各データＳ。、Ｓｓが量子化最大レベルＱＷ
６．ＱＷ６を越えないような第２図Ｃのテンブレー１・
が選択されることになる。

なお本実施例においては、テンプレートのパターンを第
２図Ａ〜第２図Ｃの３種類のパターンとしたが、このパ
ターンに限るものではなく、更に複数のパターンとする
こともできる。また第２図Ａ〜第２図Ｃのパターンを基
本として、各テンプレートの量子化最大レベルＱ　ｗ　
＋〜Ｑ　Ｗ　ｂが異なるテンプレートを複数個用意する
こともできる。

このようにして、テンプレートが選択され、量子化回路
２４ではこの選択されたテンブレー１・を用い、当該テ
ンブレー１〜で決められた値を上限としてブロックＢ４
内のデータの量子化が行われ。、ブロックＢ４内の信号
形状に適合した量子化が行われるようになる。

したがって、本実施例においては、従来のようにブ１コ
ックのフローティング処理を行っただ（）のものを量子
化したものに比へて、量子化歪みが低減され、Ｓ／Ｎも
改善されるようになる。

本実施例では、上述したようにして符号化された後、第
１図の復号化装置４０て信号の復号化が行われる。

ずなわぢ、再び第１Ｉ２Ｉに戻って、符号化装置２０の
出力端子２．３．４から出力されたフローティング係数
情報、１ｉａｌｉ別コート、量子化データは、伝送路を
介して復号化装置４０の入力端子５．６７に送られる。

」１記復号化装置４０の各入力端子に伝送された各デー
タは、逆量子化回路４１に送られる。該逆量子化回路４
１ば、上記符号化装置２０の量子化回路２４とは逆の処
理を行うものであり、量子化データの復号化を行うもの
である。すなわち、当該逆量子化回路４１においては、
上記符号化装置２０のテンプレートメモリ２５と同内容
のテンプレートメモリ４２から供給される手記識別コー
ドに対応したテンブレーｉ・と、−ト記フローティング
係数情報とに基づいて、量子化データの復号化処理が行
われる。

この復号化されたデータは、ブロック連結回路４３によ
り各ブロックが連結され、更に上記符号化装置２０の離
散的フーリエ変換回路２２とは逆の処理を行う逆離散的
フーリエ変換（ＩＤＦＴ）回路４４を介して時間軸に変
換される。その後、波形連結回路４５により波形連結が
行われて復号音声信号として出力端子８から出力される
ことになる。

上述した実施例装置は、ブロック内の信号の形状に即し
たテンブレー１・を用いることで量子化歪みを低減して
いるが、ここで、他の実施例として、入力ディジタル信
号が音声信号の場合において、この音声の聴感上の効果
すなわちマスキング効果を利用することで、各ブロック
毎の割当てピント化を少なくし、その割当てピッ［・数
で量子化を行う符号化装置の例を第４図に示す。すなわ
ち、この第４図に示す他の実施例装置は、少ないビｙ　
ｌ・数であっても量子化歪みの低減された符号化を行５ うことのできるものである。なお、この第４図の装置で
第１図の装置と対応する部分には第１図と同じ指示符号
を付しており、その部分の説明は省略する。

この第４図に示す本実施例のディジタル信号符号化装置
５０において、選択手段であるテンブレー１ル選択回路
６０は、近傍ブロックのデータを参照する手段である近
傍データ参照回路６２を含むと共に、量子化手段である
量子化回路６５は、同一ブロック内の他のデータ及び近
傍ブロックのデータを参照して量子化ヒソｌ−化を選定
する手段である量子化ヒツト数情報発生回路６６を有し
てなるものである。

すなわち、ブ【′□］−７り化されたデータは、フ１コ
ックフローティング回路３０ζこ送られ、このブ１コノ
クフＸコーティング回路３０で前述同様にブロンクの正
規化が行われた後、本実施例のテンブレー１・選択回路
６０に伝）スされる。また、上記ブしトンク化されたデ
ータは、Ｊ−のブロック内のデータ及び当該ブＵｌ・ン
クの辺１’ＭグＳ−ｘツクのデータを共ろこＷえ６ るブロックメモリ５２で一旦メモリされた後、近傍デー
タ参照回路６２に送られるようになっている。

当該近傍データ参照回路６２は、上記ブロンクの近傍ブ
ロックのデータを参照するものであり、例えば、ブロッ
ク間のマスキング効果か参照される。その参照結果が上
記テンプレート選択回路６０に出力されるようになって
いる。ずなわら、このテンブレー１ル選択回路６０にお
いては、ブロック間のマスキング効果を考慮したテンプ
レートか選択されるようになる。なお、該マスキング効
果を考慮したテンブレー１・選択の詳細については後述
する。

また、上記近傍データ参照回路６２からの参照結果は、
量子化ヒシト数情報発７１＝回路６６にも送られている
。この量子化ピッ１−数情報発生回路６６は、同一ブロ
ック内の他のデータと近傍ブ１コックのデータとを参照
するものであり、ブロック間のテ゛−り及びブト１ツク
内の各う・−夕闇のマスキング効果を８慮し−（ｌｊｔ
子化ヒツト化を選定するものである。なお、上記量子化
ヒツト数の選定の詳細については後述する。

本実施例においては、このように、各ブロックの割当て
ピッ１〜数が選定されて、当該割当ビット数に基づいて
量子化回路６５で各ブロックの量子化が行われている。

ここで、上記テンプレート選択回路６０で行われる上記
マスキング効果を考慮したテンプレート選択について、
前述した第８図のブロックＢ２−ブロックＢ、を抜き出
しで示す第５図を例に挙げて説明する。

すなわち、この第５図において、ブロックＢ２とブロッ
クＢ、は、これらのブロック内の信号形状に即した最適
なテンプレートを用い、図中斜線部以下のレベルをフル
スケール（量子化最大レベル）として量子化を行うこと
により、量子化歪みを低減することができる。このとき
ブロックＢ３については、例えば、第６図Ａ〜第６図Ｃ
に示すような３種類のテンプレートが選択可能である。

ここで、第５図においては図中点線の内側がブロックＢ
、によりマスキングされるため、第６図Ａ〜第６図Ｃの
図中点線の内側の部分（マスキングされる部分）の量子
化歪みについては考慮する必要がない。したがって、こ
の第５回の場合には、第６図Ａのテンプレートを選択す
ることで歪みの少ない量子化が行えるとこになる。なお
、上述の場合には、第６図Ｃのテンプレートを選択する
ことも可能であるが、テンプレート選択の際にマスキン
グされる部分を考慮する必要がないため、第６図Ａのテ
ンプレートを選択している。

また、上述した量子化ビット数情報発生回路６６からの
同一ブロック内の他のデータと近傍ブロックのデータと
のマスキング効果を考慮したビット数割当てについて説
明する。

先ず、例えば第７図Ａ及び第７図Ｂに示すブロックを用
いて同一ブロック内のデータ間のマスキングについて述
べる。

この第７図Ａ及び第７図Ｂに示すブロックにおいては、
これらブロック内の信号形状によって図示のようなテン
プレートを選択することができる。

９ この時、第７図Ａ及び第７図Ｂでは、ブロック内の最大
値データＳＬによって図中点線の内側の部分がマスキン
グされることになる。そのため、該マスキングを利用し
てブロック内の最大値データＳ　を以外のデータＳＭ及
びＳ３の割当てビット化を減らすことができる。ところ
が、第７図ＢではデータＳイがデータＳ、によって完全
にマスキングされていないため、このデータＳＨに割当
てられるビット化を少なくすることができず、したがっ
て、第７図Ｂのブロックは全体として第７図Ａよりもビ
ット数が多くなる。すなわち、第７図Ａのブロックの各
データの割当てビット数は、例えば、最大値データＳ、
が５ビツトで、データＳｗとＳ、が２ビツトとなり、こ
の各データの割当てビット数の合計である９ビツトがブ
ロックの割当てビット数となる。これに対して、第７図
Ｂの各データの割当てビット数は、最大値データＳｔが
５ビツト、データＳ０が４ビツト、データＳｓが２ビツ
トとなり、各データのビット数の合計の１１ビツトがブ
ロックの割当てビット数となる。し０ たがって、第７図へのブロックが第７図Ｂのブロックよ
りも割当てビット数が少なくてすむことになる。

また、ブロック間のデータにおいてもマスキングを考慮
することができ、前述した第８図に示したように、マス
キングされるブロックの割当てビット化を低減すること
ができる。

すなわち本実施例においては、上述したように、ブロッ
ク間のマスキングを考慮したテンプレート選択と、ブロ
ック内の各データ及びブロック間のデータのマスキング
を考慮した各ブロックの割当てビット数の選定とにより
、少ないビット数でも量子化歪みの少ない量子化が可能
で、かつ聴感上のＳ／Ｎの高い符号化を行うことが可能
となる。

上述した２つの実施例では、音声信号が周波数軸に変換
された信号についてのブロック符号化について述べたが
、その他に、時間軸の音声信号を所定数サンプル毎にブ
ロック化して符号化するようなブロック符号化について
も、本発明を適用することができる。この場合には、時
間軸方向のマスキング効果を考慮したピノ［・数割当て
を行うことができる。

ことろて、音声信号の所定時間で区切られたブロック内
に、前述した第１１回に示したようなピークＰが存在す
るよ・うな場合には、そのピーク以外の信号領域への量
子化歪みの改善効果がなくなり、期待とうりのＳ／Ｎを
得ることができなくなる虞れがある。

このため、音声信号の時間軸ブロック内でのピクファク
タ（ピーク値と実効値との比）やエフェクティゾＱ（線
形予測分析（Ｌ　Ｐ　Ｇ　）パラメータから得られるＱ
の値）等の信号形状を表すパラメータを求めることによ
って、正規化後の量子化歪みが低減されずに所定のＳ／
Ｎが得られなくなる場合を検出することが好ましい。

このようなパラメータによって所定のＳ／Ｎが得られな
い場合が検出された場合には、そのブロックの割当てピ
ッ［・化を増やして所定のＳ／Ｎがｉｌられるようにす
る。すなわち、このように当！ブロック毎のピークファ
クタやエフェクティブＱの値に応じてブロックの割当て
ピッ［・化を増やすことで、所定のＳ／Ｎが得られるよ
うになる。

（発明の効果１ 本発明のディジタル信号符号化装置においては、ブロッ
ク内の信号形状に合ったテンブレー１・を用いて量子化
を行っているため、量子化歪みを低減することが可能と
なる。また、近傍ブロックを参照してテンプレートを選
択し、更に、同一ブロック内の他のデータ及び近傍ブロ
ック内のデータを参照して量子化のヒラＩ・化を選定し
ているため、少ないヒツト数でも量子化歪のの少ない量
子化を行うことができ、例えば音声信号の符号化を行っ
た場合、聴感上のＳ／Ｎを向上させることができること
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディジタル信号符号化装置
の概略構成を示すブロック回路図、第２図Ａ〜第２図Ｃ
はテンブレー１・の例を示す図、第３ ３図はテンプレート選択処理を説明するための説明図、
第４図は本発明の他の実施例のディジタル信号符号化装
置の概略構成を示すブロック回路図、第５図はマスキン
グされるブロックを示す図、第６図Ａ〜第６図Ｃはブロ
ック間のマスキング効果を考慮して選択されるテンプレ
ートの一例を示す図、第７図Ａ及び第７図Ｂはブロック
内のマスキング効果によるデータのビット数割当てを説
明するだめの説明図、第８図はブロック化された音声信
号を示す図、第９図はブロックフローティング処理を説
明するだめの説明図、第１０図はマスキングを説明する
ための説明図、第１１図は時間軸での一ブロックを示す
図である。 Ｏ・・・・・・・・・・・・・・ディジタル信号符号化
装置１・・・・・・・・・・・・・・波形切出回路２・
・・・・・・・・・・・・離散的フーリエ変換回路３・
・・・・・・・・・・・・・ブロック化回路４．６５・
・・・・・・・量子化回路 ５４２・・・・・・・・テンプレートメモリ４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力ディジタル信号をブロック化するブロック化
   手段と、 上記各ブロックの最大値データを検出する検出手段と、 この最大値データに基づいて上記ブロック内データを正
   規化する正規化手段と、 上記正規化されたデータに基づいて複数種類用意された
   テンプレートから最適なものを選択する選択手段と、 上記選択されたテンプレートを用いて上記正規化データ
   を量子化する量子化手段とを有することを特徴とするデ
   ィジタル信号符号化装置。
2. （２）上記選択手段は近傍ブロックのデータを参照する
   手段を含むと共に、上記量子化手段は同一ブロック内の
   他のデータ及び近傍ブロックのデータを参照して量子化
   ビット化を選定する手段を有してなることを特徴とする
   請求項（１）記載のディジタル信号符号化装置。