JPH03156500A - 適応変換符号化の方法及び装置 - Google Patents

適応変換符号化の方法及び装置

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JPH03156500A
JPH03156500A JP1297010A JP29701089A JPH03156500A JP H03156500 A JPH03156500 A JP H03156500A JP 1297010 A JP1297010 A JP 1297010A JP 29701089 A JP29701089 A JP 29701089A JP H03156500 A JPH03156500 A JP H03156500A
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昭彦 杉山
Masahiro Iwadare
正宏 岩垂
Takao Nishitani
隆夫 西谷
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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l音楽等の信号の帯域圧縮技術、特に時
間領域で得られる入力信号を他の領域に線形変換してか
ら行なう帯域圧縮技術に関する。
(従来の技術) 限られた伝送容量の回線を使用して、音声l音楽等の信
号に含まれる情報を効率良く転送するために、その情報
量を減少させることを帯域圧縮といい 主として適応差
分パルス符号変調 [ADPCM](ディジタル・コーティング・オン・ウ
ェーブフォームズ、(Digital Coding 
of Waveforms)、プレンティス・ホール社
(Prentice−Hall)、1984年、308
ページ参照;以下[文献IJ)と適応変換符号化[AT
C](アイイーイーイー・トランザクションズ・オン・
エイニスエスピー(IEEE TRANSACTION
S 0NASSP)27巻、1号、1979年、89−
95ページ参照;以下、「文献2」)が知られている。
以下に、ATCの概要を文献2に従って簡単な説明する
第3図は、ATCの一構成例を示したブロック図である
。線形変換、ビット配分、量子化からなる符号化器では
、入力信号が入力端子1を経て線形変換回路3に供給さ
れる。入力端子1には一般に離散的な値が供給され、線
形変換回路3で予め定められた整数Nに等しい名サンプ
ルを単位としたN点離散線形変換が施される。Nはブロ
ック長と呼ばれる。このN点離散線形変換としては、ウ
オルッシューアダマール変換(WAT)、離散フーリエ
変換(DFT)、離散コサイン変換(DTC)、KL変
換(KLT)等が用いられる。線形変換回路3の出力で
ある総数Nの変換係数は後述するビット配分に従って量
子化器4でそれぞれ量子化され、多重化回路5へ供給さ
れる。量子化器4内にはブロック長Nに等しい数の量子
化器が含まれており、各変換係数はそれぞれ専用の量子
化器で量子化される。ビット配分回路6では、変換係数
の振幅に対応した量子化ビット割当てを計算し、量子化
器4へ対応する。多重化回路5では、量子化器4から供
給される量子化された変換係数とビット配分回路6から
供給されるビット配分に用いた情報を多重化し、伝送路
8に送出する。
ビット配分、逆量子化、線形逆変換からなる復号化器で
は、伝送路8からの多重化信号が分離回路9で分離され
、量子化器4からの信号は逆量子化器10に、ビット配
分回路6からの信号は、ビット配分回路11へ供給され
る。ビット配分回路11では符号化器のビット配分回路
6と全く同様な方法で、各変換係数に対するビット配分
が決定される。量子化器10で、ビット配分回路11で
決定されたビット配分に従って逆量子化された変換係数
は、線形逆変換回路12で再び総数Nの時間領域の信号
サンプルに変換され、出力端子14に供給される。
ビット配分回路における配分方法には、いくつかの種類
があるが、ここでは文献2に述べられている方法を第4
図(a)、 (b)を参照して説明する。この方法は、
復号化器において逆量子化したときの量子化二乗誤差が
最小になるようするもので、ビット配分に関する補助情
報量を削減するために変換係数を1度間引き、続いて補
間した値を用いたビット数の最適化を行なう。第3図に
示されるビット配分回路工は、第4図(a)に示すよう
に構成される。第3図の線形変換回路3で得られた変換
係数は、第4図(a)の入力端子41を経て、間引き回
路42に供給される。間引き回路42では、N個の変換
係数をそれぞれ二乗し、整数値M毎(MはNの約数)の
平均値を代表値としてνMの間引きを行なう。得られた
L−N/Mのサンプル値は量子化器43でそれぞれ量子
化され、出力端子44と逆量子化器45へ供給される。
量子化器43、逆量子化器45は省略される場合もある
。補間回路46においては、2を底とする対数をとった
後、対数領域でM倍の線形補間が行なわれる。補間され
た信号を用いて第3図の量子化器4におけるビット配分
が、次式によりビット数最適化回路47で行なわれる。
R4= R+ 0.51og2ai2−0.5/NΣ1
0g2On”−0−0,(1)n■! ここに、爬はi番目の変換係数(i=1.2・・・N)
に対する割当てビット数、Rは1変換係数当たりの平均
割当てビット数、σ12は補間回路46における補間で
近似的に復元された1番目変換係数の二乗値である。結
果は出力端子48へ伝達され、量子化器4に供給される
。式(1)を用いてビット配分を行なうことにより、量
子化二乗誤差を最小にできることがアイイーイーイー・
トランザクションズ・オン・エイニスエスピー(IEE
E TRANSACTIONS ON ASSP)25
巻4号、1977年、299−309ページ参照;(以
下、[文献3」)に示されている。出力端子44で得ら
れた間引かれた信号は、第3図の多重化回路5を経て補
助情報として伝送路8へ送出される。一方、第3図のビ
ット配分回路11は第4図(b)に示すように構成され
る。
第3図の分離回路9からの信号は入力端子49を経て補
間回路46に供給される。符号化器内のビット配分回路
6が量子化器43及び逆量子化器45を有する場合には
、復号化器内のビット配分回路11も対応して逆量子化
器45を有する。補間回路46、ビット数最適化回路4
7では、既に説明した符号化器内の前記補間回路46、
ビット数最適化回路47と全く同様な補間及びビット数
最適化が行なわれる。従って、第4図(a)の出力端子
48と第4図(b)の出力端子50には、全く等しいビ
ット配分のための信号が得られ、符号化器側と復号化器
側で対応のとれた量子化/逆量子化が行なわれる。
これまでの説明では、ビット配分回路6から多重化回路
5へ補助情報として供給される信号は第4図(a)の出
力端子必で得られる間引かれた変換係数の二乗値として
きた。しかし、この信号を復号化器へ伝送する目的は、
ビット配分に利用される変換係数の概略値を符号化器と
復号化器で共有することである。このための補助情報の
伝送方法として、間引かれた変換係数の二乗値以外にも
、PARCOR係数、ADPCM及びベクトル量子化に
よる方法等が知られている。
符号化器において、第3図の線形変換回路3の出力に振
幅が人力信号のパワーに依存しない変換係数を求める目
的で、入力信号を正規化することもできる。この場合は
、第5図に示すように入力信号は正規化回路2を経て正
規化された後、線形変換回路3へ供給される。復号化器
では、線形逆変換回路12の出力は逆正規化回路13で
正規化回路2と反対の処理を施されてから、出力端子1
4へ伝達される。
正規化に用いた規準値は多重化回路5で量子化器4、ビ
ット配分回路6からの信号と多重化され、伝送路8を経
て復号化器へ伝達される。復号化器側では分離回路9で
逆量子化器10、ビット配分回路11へ供給される信号
と分離された後、逆正規化回路13へ伝達される。第6
図(a)、 (b)に、正規化回路2及び逆正規化回路
13の構成をそれぞれ示す。第6図(a)の入力端子6
1には、第5図の入力端子1から入力信号サンプルが供
給される。人力信号サンプルはバッファ62に一時蓄積
された後、Nサンプル毎にまとめて乗算器63でスケー
リングを施され、出力端子65へ供給される。出力端子
65からの出力信号は、第3図の線形変換回路3へ供給
される。乗算器63の乗数は、人力サンプルの電力の1
ブロック分の平均値の逆数である。この値は、平均零の
入力信号に対しては分散の逆数となり、分散計算回路6
4にて求められた分散値から計算することができる。分
散計算回路64にて求められた分散値は乗算器63で入
力サンプルの正規化に使用されると同時に、出力端子6
6を経て第5図の多重化回路5へ供給され、多重化の後
、補助情報として復号化器へ伝達される。
一方、第6図(b)の逆正規化回路では、第5図の線形
逆変換回路12からの信号が入力端子67を経て乗算器
68に供給される。乗算器68では入力端子69を経て
得られた分散値を用いて出力信号を逆正規化し、バッフ
ァ70に蓄積する。入力端子69に得られる分散値は、
第5図の多重化回路5、伝送路8及び分離回路9を経て
、符号化器から伝達される。バッファ70はN個の復号
化サンプル値を順に、出力端子71を経て第5図の出力
端子14に伝達する。
(発明が解決しようとする課題) ブロック数Nは第3図及び第5図に示した線形変換回路
3及び線形逆変換回路12で行なわれる演算の分解能に
影響し、Nが大きいほど分解能が高くなり符号化復号化
による誤差が減少する。また、ビット分配に関する補助
情報は一定時間に含まれるブロック数に反比例し、Nが
大きいほど補助情報量は削減される。これは、一定の伝
送容量に対してより多くの主情報を送ることができるこ
とを意味し、符号化品質向上につながる。一方、非定常
信号に対しては、必ずしも大きなNが少ない誤差を与え
るとは限らない。同一ブロック内の入力サンプルに対し
ては同一の処理がなされるが、ブロックが長いと非定常
信号は同一ブロック内でその特性が変化してしまう可能
性があるからである。従って、非定常性の強い信号に対
しては、小さいブロック長で入力信号の性質の変化に追
随するような符号化を行なった方が良い。従来のATC
では、ブロック長Nが固定さ、れていたために、前記の
分解能と入力信号の性質の変化への追従という相反する
要求を答えることができなかった。
本発明の目的は、分解能と人力信号の性質の変化への追
従という相反する要求を満足しつつ、補助情報量を圧縮
して符号化品質を向上できる適応変換符号化の方法及び
装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、ブロック長が指定されている場合には該指定
されたブロック長で線形変換を行ない、それ以外の場合
には、入力信号サンプルをバッファに蓄積し、複数のブ
ロック長で線形変換を行ない、得られた変換係数及び補
助情報をそれぞれ独立に記憶すると同時に、変換係数の
高域成分振幅を用いて最適ブロック長を決定し、該最適
ブロック長に対応した前記記憶された変換係数及び補助
情報を選択し、該選択された変換係数に対しては変換係
数を用いて計算したビット配分により量子化を行ない、
該量子化出力とビット配分情報と前記選択された補助情
報を前記最適ブロック長と共に伝送l蓄積することを特
徴とする。
また本発明、入力サンプルを蓄積するバッファと、複数
のブロック長で線形変換を行なう線形変換回路と、得ら
れた変換係数を記憶する第1の記憶装置と、得られた補
助情報を記憶する第2の記憶装置と、複数のブロック長
に対応した前記変換係数を受けて変換係数の高域成分振
幅を用いて最、゛負ブロック長を出力する高域成分検出
回路、と、該高域成分検出回路から供給される最適ブロ
ック長と外部から供給されるブロック長指定信号とを受
けて該ブロック長指定信号に応じて出力を選択する第1
のセレクタと、前記第1の記憶装置の出力を受けて前記
第1のセレクタの出力に対応した値を選択する第2のセ
レクタと、前記第2の記憶装置の出力を受けて前記第1
のセレクタの出力に対応した値を選択する第3のセレク
タと、前記第2のセレクタの出力に基づいて変換係数に
対するビット配分を計算するビット配分回路と、該ビッ
ト配分回路で得られたビット配分に従って前記第2のセ
レクタで選択された変換係数を量子化する量子化器と、
前記第1のセレクタの出力と前記量子化器の出力と前記
ビット配分回路の出力と前記第3のセレクタの出力を多
重化して伝送l蓄積する多重化回路を少なくとも具備す
ることを特徴とする。
(作用) 本発明の適応変換符号化の方法及び装置は、人力信号を
線形変換して得られる変換係数の高域成分振幅を用いて
ブロック長Nを可変とすることにより、分解能と入力信
号の性質の変化への追従という相反する要求を満足しつ
つ、補助情報量を圧縮して符号化品質を向上することが
できる。
(実施例) 次に図面を参照して本発明について詳細に説明する。第
1図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図においては、ブロック長が指定されている場合には該
指定されたブロック長で符号化を行ない、それ以外の場
合には、入力信号に線形変換を行ない、得られた変換係
数を用いて最適ブロック長を決定し、最適ブロック長を
用いて符号化を行なう。このために、記憶装置25.2
6、セレクタ27.28.29、高域成分検出回路35
及びブロック長指定信号入力端子17が備えられている
信号の定常性は変換係数成分の分布はに対応し、非定常
性の強い信号はど高域成分を多く含む。低域成分が同程
度ならば、高域成分を多く含むほど、一定の符号化品質
を得るための必要ビット数が増大する。従って、一定ビ
ツト数で符号化する際には、N個の変換係数の高域成分
のパワーが最も小さいブロック長を選択して用いること
により、最大の符号化品質を得ることができる。第1図
の実施例においては、この変換係数の高域成分パワーを
複数のブロック長に対して計算している。
以下、第1図の動作について説明する。
ブロック長指定信号入力端子17に入力信号が供給さな
いときは、入力端子1に供給された入力信号は、ブロッ
ク長の一つの候補N1を用いて正規化回路2で入力信号
の分散値で正規化される。正規化された信号は線形変換
回路3においてN1点離散線形変換を施された後、記憶
装置25に記憶されると同時に高域成分検出回路35に
供給される。また、正規化に用いた分散値は記憶装置2
6に記憶される。次に第2のブロック長N2に等しいサ
ンプルに対して、N1の場合と同様にして正規化線形変
換が行なわれ、結果が記憶装置25.26に記憶され、
高域成分検出回路35に供給される。以上説明したN1
、N2の場合と同様にして、複数のブロック長N3.N
4.・・・Nnの場合について入力信号により正規化及
び線形変換が行なわれて対応する変換係数と分散値が記
憶回路25.26に記憶され、変換係数はまた高域成分
検出回路35に供給される。但し、通常N1<N2<N
3<N4”・Nnで、2Ni=Ni+1(1≦i<n)
とする。ブロック長N1.N2.N3.N4.・・・N
nに対する変換係数の計算が全て終了したとき、高域成
分検出回路35で各ブロック長候補値N1(1≦i<n
)に対して変換係数yj(Ni)θ=1・・・・・・N
i)に対して高域成分のパワーδ(Niン コー鳥為 が計算される。但し、1・1は絶対値演算子である。
jthは予め定められたしきい値で、経験によって決定
される。m1n(δ(Ni))を与えるNiがNmとし
て選択されセレクタ27に供給される。但し、m1n(
・)は最小値演算子を表す。セレクタ27にはまた、ブ
ロック長選択信号が供給されている。セレクタ27は、
ブロック長選択信号が供給されているときは該ブロック
長選択信号を、それ以外の場合は高域成分検出回路35
から供給される最適ブロック長Nmを選択して、出力信
号とする。セレクタ27の出力信号により、セレクタ2
8及び29において最適ブロック長Nmに対応した変換
係数及び補助情報が選択されて、変換係数は量子化器4
とビット配分回路7へ、補助情報である入力信号の分散
値と最適ブロック長Nmは多重化回路15へ、それぞれ
供給される。最適ブロック長Nmは量子化されてから多
重化回路15に伝達される場合もある。ビット配分回路
6では、ブロック長選択回路7から供給された変換係数
を用いてビット配分を行ない、得られたビット配分情報
を用いて量子化器4はセレクタ28から供給される変換
係数の量子化を行なう。量子化された変換係数、前記ビ
ット配分情報は多重化回路15で、前記最適ブロック長
Nm及び人力信号の分散値と多重化されて、伝送路8へ
送出される。
ブロック長指定信号入力端子17に入力信号が供給され
たときは、セレクタ27に供給されたブロック長N、を
選択して、最適ブロック長Nmに設定する。従って、以
降の量子化は供給されたブロック長N3に基づいて行な
われる。次に、第2図を参照して実際の最適ブロック長
選択の手続について、n種類のブロック長から最適ブロ
ック長を決定する場合を例にとって説明する。ここでは
説明を簡単にするために、第2図に示したようにn=3
(3通りのブロック長から最適ブロック長を選択する)
と仮定する。
符号化器が動作を開始した時点の時刻1=0とする。時
刻NIT(Tはサンプリング周期)においては、第1図
の正規化回路内のバッファにN1個の入力信号サンプル
が蓄積される。この様子を第2図(a)の(A)に示す
。同図でN1(1)と表示された入力信号サンプル、す
なわち工と示されてハツチングを施された部分にたいし
てブロック長N1による線形変換を行ない、変換係数を
記憶装置に記憶する。時刻N2Tには、バッファに第2
のブロック長N2(N1 <N2)に等しいサンプルが
蓄積される。この様子を第2図(a)の(B)に示す。
このとき、同図でN1(2)と表示されたに信号サンプ
ル、すなわちIIと示されてハッチングを施された部分
に対してブロック長N1による線形変換を行ない、さら
にN2(1)と表示された入力信号サンプル、すなわち
工と示されてハツチングを施された部分とIIと示され
てハツチングを施された部分に対してブロック長N2に
よる線形変換を行ない、それぞれの変換係数を記憶装置
に記憶する。
時刻(N1+N2)Tには、バッファにNl + N2
に等しいサンプルが蓄積される。この様子を第2図(a
)の(C)に示す。このときには、同図でN1(3)と
表示された入力信号サンプル、すなわちIIIと示され
てハツチングを施された部分に対してブロック長N1に
よる線形変換を行ない、変換係数を記憶装置に記憶する
。さらに、時刻N3Tには、バッファの第3のブロック
長N5(N1 < N2 < N3)に等しいサンプル
が蓄積される。この様子を、第2図(a)の(D)に示
す。このとき、同図でN1(4)と表示された入力信号
サンプル、すなわち■と示されてハツチングを施された
部分に対してブロック長N1による線形変換を行ない、
またN2(2)と表示された入力信号サンプル、すなわ
ちIIIと示されてハツチングを施された部分と■と示
されてハツチングを施された部分に対してブロック長N
2による線形変換を行ない、さらにN5(1)と表示さ
れた入力信号サンプル、すなわちI、II。
III 、 ■と示されてハツチングを施された部分に
対してブロック長N3による線形変換を行ない、それぞ
れの変換係数を記憶装置に記憶する。以下、記憶装置に
記憶された、N1(1)、N1(2)、N1(3)、N
1(4)に対応する変換係数、N2(1)とN2(2)
に対応する変換係数、及びN5(1)に対応する変換係
数を用いて、ブロック長N1、N2、N3に対応する変
換係数の分散δ(N1)、δ(N2)、δ(N3)を計
算し、その最小値を検出することにより最適ブロック長
Nmが決定される。
以上の処理手続をまとめて、第2図(b)に示す。
N5=2N2:4N1の場合を例にとると、最大ブロッ
ク長N3はI、II、III、IVの4つの最小ブロッ
ク長N1で表すことができる。I、II、III、■の
ブロックの入力データに対するブロック長N1を用いた
線形変換はそれぞれII、III、IV、I’のブロッ
クにおいて行なわれる。I+IIとIII+IVのブロ
ックの入力データに対するブロック長N2を用いた線形
変換はそれぞれIIIと工2のブロックにおいて行なわ
れる。さらに、I+II+III+IVのブロックの人
力データに対するブロック長N3を用いた線形変換は工
′のスロックにおいて行なわれる。従って、最も処理量
が多い工′のブロックでは、■に対するブロック長N工
を用いた線形変換、III + IVのブロック長N2
を用いた線形変換、I+II+III+IVに対するブ
ロック長N3を用いた線形変換、さらに変換係数の分散
δ(N1)、δ(N2)、δ(N3)の計算と、その最
小値検出による最適ブロック長Nmの検出を行なわなけ
ればならない。すなわち、これら全ての処理に要する時
間はNITより短いことが前提となる。
第2図(b)から明らかなように、正規化回路2内のバ
ッファは最低N3Tの容量を持たねばならず、N3T毎
にリセットされる。。選択された最適ブロック長に対応
した変換係数がN3サンプルづつ記憶装置から取り出さ
れ、量子化器4で量子化された後、第1図の伝送路8に
送出される。従って、伝送路8に送出されるデータは、
第2図(C)に示すように、N3を単位として同じブロ
ック長が連続する。
これまでの実施例の説明では、正規化回路2が存在する
ことを前提としていたが、既に従来のATCの説明で第
3図と第5図を参照して述べたように、入力信号をその
分散で正規化する過程は省略することもできる。しかし
、従来例と異なりバッファは省略することはできない。
なお、第1図において第5図に示した人力信号の正規化
を行なわないときは、記憶装置26及びセレクタ29は
不用となる。
(発明の効果) 以上詳細に述べたように、本発明によれば異なるブロッ
ク長線形変換を行なって得られる変換係数の高域成分振
幅を用いて最適ブロック長を選択し、最適ブロック長に
対応した変換係数を量子化して情報を伝送するために、
分解能と入力信号の性質の変化への追従という相反する
要求を満足しつつ、補助情報量を圧縮して符号化品質を
向上できる適応変換符号化の方法及び装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示すブロック図、第2図(
a)〜(C)は人力サンプルを格納するバッファの状態
の一例と最適ブロック長を選択する1手続を示す図、第
3図は従来例を示すブロック図、第4図(a)、 (b
)は第3図のビット配分回路工及びビット配分回路II
の詳細を示す図、第5図は他の従来例を示す図、第6図
(a)、 (b)は第5図における正規化回路及び逆正
規化回路の詳細を示す図である。 図において、1,17は入力端子、2は正規化回路、3
は線形変換回路、4は量子化器、6はビット配分回路、
8は伝送路、15は多重化回路、25.26は記憶装置
、27,28.29はセレクタ、35は高域成分検出回
路をそれぞれ示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)音声/音楽等の信号の情報量を圧縮して伝送/蓄
    積するために入力信号を適応変換符号化する際に、ブロ
    ック長が指定されている場合には該指定されたブロック
    長で線形変換を行ない、それ以外の場合には、入力信号
    サンプルをバッファに蓄積し、複数のブロック長で線形
    変換を行ない、得られた変換係数及び補助情報をそれぞ
    れ独立に記憶すると同時に、変換係数の高域成分振幅を
    用いて最適ブロック長を決定し、該最適ブロック長に対
    応した前記記憶された変換係数及び補助情報を選択し、
    該選択された変換係数に対しては変換係数を用いて計算
    したビット配分により量子化を行ない、該量子化出力と
    ビット配分情報と前記選択された補助情報を前記最適ブ
    ロック長と共に伝送/蓄積することを特徴とする適応変
    換符号化の方法。
  2. (2)入力サンプルを蓄積するバッファと、複数のブロ
    ック長で線形変換を行なう線形変換回路と、得られた変
    換係数を記憶する第1の記憶装置と、得られた補助情報
    を記憶する第2の記憶装置と、複数のブロック長に対応
    した前記変換係数を受けて変換係数の高域成分振幅を用
    いて最適ブロック長を出力する高域成分検出回路と、該
    高域成分検出回路から供給される最適ブロック長と外部
    から供給されるブロック長指定信号とを受けて該ブロッ
    ク長指定信号に応じて出力を選択する第1のセレクタと
    、前記第1の記憶装置の出力を受けて前記第1のセレク
    タの出力に対応した値を選択する第2のセレクタと、前
    記第2の記憶装置の出力を受けて前記第1のセレクタの
    出力に対応した値を選択する第3のセレクタと、前記第
    2のセレクタの出力に基づいて変換係数に対するビット
    配分を係数に対数ビット配分を計算するビット配分回路
    と、該ビット配分回路で得られたビット配分に従って前
    記第2のセレクタで選択された変換係数を量子化する量
    子化器と、前記第1のセレクタの出力と前記量子化器の
    出力と前記ビット配分回路の出力と前記第3のセレクタ
    の出力を多重化して伝送/蓄積する多重化回路を具備す
    ることを特徴とする適応変換符号化装置。
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