JPH04170113A - ベクトル量子化法 - Google Patents

ベクトル量子化法

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JPH04170113A
JPH04170113A JP2283797A JP28379790A JPH04170113A JP H04170113 A JPH04170113 A JP H04170113A JP 2283797 A JP2283797 A JP 2283797A JP 28379790 A JP28379790 A JP 28379790A JP H04170113 A JPH04170113 A JP H04170113A
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Takehiro Moriya
健弘 守谷
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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」 この発明は、信号系列を少ない情報量で伝送したり、記
録するために用いられ、信号系列を複数サンプルからな
るベクトル単位で量子化するベクトル量子化法に関する
ものである。
「従来の技術」 ベクトル量子化は、音声波形、画像信号、分析したパラ
メータなどの信号系列を複数サンプルからなるベクトル
単位で入力し、予め作成しておいた符号帳中の再生ベク
トルの中から入力ベクトルに対する歪が最小となるベク
トルを選択して、その番号を伝送符号又は記憶符号とす
る量子化法である。符号帳中の再生ベクトルを人力の統
計的性質を反映させるように作成しておけば、サンプル
毎のスカラ量子化より大幅に量子化歪を軽減できる。
しかしながら、このベクトル量子化には実用上の2つの
問題点がある。その一つは歪計算のための演算量や符号
帳のメモリ量がビット数のべき乗のオーダで増大するこ
とである。2つめの問題は例えば伝送路で符号誤りが生
じたときの歪が大きくなってしまうことである。
ベクトル量子化の歪削減効果をできるだけ維持しつつ、
演算量やメモリ量を削減する現実的な方法として、ベク
トル量子化とスカラ量子化、またはベクトル量子化を多
段に縦続に接続する方法が知られている。
一方、伝送路符号誤りの影響を軽減させる方法として再
生ベクトルと伝送路符号の対応付けを改善する手法や伝
送路誤りを考慮した歪尺度で符号帳を作成しておく手法
などがある。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら多段ベクトル量子化法では演算量やメモリ
量を削減できるが、伝送路における符号誤りに弱く、符
号誤りの影響を受は難いようにするためには冗長ビット
を付加した誤り訂正符号とする必要があり、情報量が増
加する。符号誤りを考慮した歪尺度で符号帳を作成する
方法は符号誤りの影響を軽減できるが、演算量が多く、
かつメモリ量も多い欠点がある。つまり従来は演算量の
削減と伝送路符号誤りの影響の軽減との両方を満たすよ
うなベクトル量子化法は知られていなかった。
この発明の目的は現実的な演算量の範囲内で、歪が小さ
く、符号誤りの影響の少ないベクトル量子化法を提供す
ることにある。
「課題を解決するためはの手段J この発明においては多段のべりl・ル量子化において、
各段の量子化器の符号帳を、符号誤りを考慮した歪尺度
で作成する。この場合前段の量子化器の符号帳を後段の
量子化器の符号帳に対し、作成時に考慮する符号誤り率
を高くすることが好ましい。
「実施例J 第1図はこの発明の第1の実施例を示す2段のベクトル
量子化器である。第1量子化器11では入力ベクトルX
に対する第1符号帳12中のベクトルy (i)  口
=1・・・N)の歪を計算し、最も歪が小さくなるよう
なベクトルの番号jを出力する。第2量子化器13では
第1量子化器11での誤差ベクトルx−y(j)を入力
とし、この入力に対する第2符号帳14中のベクトルz
(+)(i=1・・・M)の歪を計算し、最も歪が小さ
くなるベクトルの番号kを出力する。
第1、第2量子化器11.13の出力符号j、kは多重
化回路15で多重化され、伝送又は記憶される。
復号器16では伝送され又は読み出した符号jとkと対
応するベクトルy (j)、Z (k)を2つの符号帳
から求め、これらベクトルの和y (j)+z (k)
を出力とする。
符号器と復号器とで共通に用いる符号帳中のベクトルは
予め学習ベクトルを用いて、通常の方法(例えばLBG
アルゴリズム、−齢化L4oydアルゴリズム)で求め
ておく。すなわち、各学習ベクトルに対して歪が最小と
なる再生ベクトルを求めて、各学習ベクトルを何れかの
再生ベクトルに所属させるステップと、その各再生ベク
トルごとにこれに所属する学習ベクトルから両生ベクト
ルを更新するステップとを交互に収束するまで繰り返す
。この発明では再生ベクトルに所属させるステップでも
、再生ベクトルを更新するステップでも、一定の符号誤
り率のもとでの歪の期待値を最小化すべき尺度として用
いる。具体的には、ある人力ベクトルXと再生ベクトル
c (+)の歪の期待値D (+)は第1量子化器用で
は、 D(i)=Σ(x−c(m))2q(m l i)  
  −(1)m=1 である。ただしq(mli)はiの符号が伝送路でmの
符号に誤る確率である。
各段の量子化器において、(mN)は想定される誤り率
をそのまま歪尺度の(1)式に用いてもよいが、好まし
くは、第1量子化器11の第1符号帳12を作成すると
きは想定される誤り率qよりさらに大きな誤り率を用い
た歪尺度を用い、一方策2量子化器13で用いる第2符
号帳14は、第1符号帳12の再生ベクトルと、これを
作る際に用いた学習系列とを与え、想定される誤り率で
の歪の期待値を最小化するようにして再生ベクトルを作
成する。
この理由は次のように説明できる。想定された誤り率よ
り大きい誤り率で符号帳を作成すると、実際に大きな誤
りが生じた時の性能の低下は、想定される誤り率で符号
帳を作成した場合の性能低下より小さくなるが、誤りが
無いときの性能が少し低下する。しかし誤りが無いとき
の第1量子化器11での性能の低下は、第1量子化器1
1での誤差分が第2量子化器13で量子化されるため、
ほとんど無視できるようになる。一方、第1量子化器1
1は大まかな分類に対応し、第2量子化器13は細かい
分類に対応することから、第1景子化器11に対して符
号誤りが生じるとその被害が大きく、第2M子化器はそ
れを救済することはできない。しかし、第1量子化器1
1をより符号誤りに強い構造に設計しておくことで、全
体の性能向上に寄与することになる。
第2図はこの発明の第2の実施例を示し、第1の実施例
と同じく2段のベクトル量子化器である。
この例では第1量子化器11での歪計算の結果、歪の小
さい順に複数の符号候補を残し、この例では2つの符号
J’l、J2を残し、これらのそれぞれについて第2量
子化器I3でx y(j+)、Xy(L)を入力として
それぞれ量子化して符号kl+  kzを得、候補選択
部17で符号j1、klとJ2+に2で最終的に歪が最
小となる符号の組合せを選択して出力する。このように
することでさらに歪を削減できる。
第3図はこの発明の第3の実施例を示す。高能率音声符
号化で頻煩に使われるLSPパラメータの量子化に応用
した例である。LSPパラメータは全極形フィルタで音
声のスペクトル包絡を表現するパラメータであるが、符
号化音声の品質を維持するためにスペクトル歪を小さく
する必要がある。このため例えば10次のパラメータの
場合、合計で30ビット程度の量子化、つまり230個
の再生ベクトルから1つを選択する量子化が望ましく、
現実的な演算量に抑えるために6ビツトの量子化器21
〜25を縦続接続して用い、第1量子化器21で入力パ
ラメータが量子化され、その誤差が第2量子化器22で
量子化され、以下誤差が順次量子化される。各量子化段
の符号帳26〜30をそれぞれ学習するが、第1の実施
例の場合と同様、まず第1段で用いる第1符号帳26は
目標とする符号誤り率よりはるかに大きな符号誤り率で
の歪の期待値を最小とするように再生ベクトルを求め、
その後順次、前段までの符号帳を固定して符号帳を学習
していく。
上述したように各段の符号帳は同一の符号誤り率での歪
の期待値を最小とするようにして作成しでもよい。前段
側の符号帳に対する符号誤り率を大きくした方がよいが
後段になるに従って順次符号誤り率を小さくする場合に
限らず、例えば初段だけ又は最初の複数段は符号誤り率
を大きくし、その後段のすべてはこれより小さい同一の
符号誤り率でそれぞれ符号帳を作成してもよい。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば多段ベクトル量子化
し、しかもその各段の符号帳を、符号誤り率を考慮した
歪尺度で作成しているから、演算量及びメモリ量を小さ
くすることができ、かつ誤り訂正符号を使わずに符号誤
りによる劣化を小さく抑えることができる。また符号帳
の作成を各段ごとに異なる誤り率に対応させて行う場合
は性能の向上を更に図れる。
第4図は5ビツト2段の量子化器のガウスマルコフ系列
に対する量子化歪をSNRで比較したものである。Aは
第1段、第2段ともに実際に評価した誤り率と同じ誤り
率qで符号帳を作成した場合、Bは第1段の量子化器の
符号帳を評価誤り率が0.5%とのときと1%のときは
q=5%として作成し、評価誤り率が5%のときはq−
10%として符号帳を作成し、第2段の量子化器の符号
帳は各評価誤り率をqとして作成した場合である。
いずれの評価誤り率の場合にも、前段の符号帳を評価誤
り率より大きくして作成した場合の方が性能が向上して
いることがわかる。
第3の実施例では30ビツトの量子化でのスペクトル歪
は、従来の25ビット多段量子化に5ビツトの畳み込み
符号によって誤り保護を行った場合のスペクトル歪より
、全ての誤り率の条件のもとで優れていることが確かめ
られた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を2段のベクトル量子化法に′ 適用
した第1の実施例を示すブロック図、第2図はこの発明
を2段のベクトル量子化法に適用した第2の実施例を示
すブロック図、第3図はこの発明を、LSPパラメータ
の量子化に用いる5段のヘクトル量子化に適用した第3
の実施例を示すブロック図、第4図は前段の符号帳の作
成に後段よりも大きな符号誤り率を考慮した歪尺度を用
いた場合の効果を示す図である。 特許出願人  日本電信電話株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 信号系列を複数のサンプルからなるベクトル単
    位で量子化し、1つの量子化器の誤差を次段の量子化器
    で量子化する多段ベクトル量子化方法において、 上記各量子化器の各符号帳を、それぞれ符号誤りを考慮
    した歪尺度で作成したことを特徴とするベクトル量子化
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008513823A (ja) * 2004-09-17 2008-05-01 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 知覚的歪みを最小化する結合オーディオ符号化

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