JPH0435527A - 多段符号化・復号化方式 - Google Patents

多段符号化・復号化方式

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JPH0435527A
JPH0435527A JP14268990A JP14268990A JPH0435527A JP H0435527 A JPH0435527 A JP H0435527A JP 14268990 A JP14268990 A JP 14268990A JP 14268990 A JP14268990 A JP 14268990A JP H0435527 A JPH0435527 A JP H0435527A
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JP
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signal
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vector signal
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JP14268990A
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Naoji Matsuo
直司 松尾
Koji Okazaki
岡崎 晃二
Hidehira Iseda
衡平 伊勢田
Fumio Amano
文雄 天野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 〔概  要〕 コード・ブックから出力されるコード・ベクトルにゲイ
ンを掛けて予測器で再生したベクトル信号と入力信号と
の量子化誤差信号が最小となるコード・ベクトルとゲイ
ンを選択する符号器を複数個設け、各符号器が前段の符
号器の量子化誤差信号を入力信号とする多段符号化方式
、及びコード・ブックから出力されるコード・ベクトル
にゲインを掛けて予測器でベクトル信号を再生する復号
器複数個設け、各復号器の再生ベクトル信号が後段の復
号器の再生ベクトル信号と加算されて再生信号を発生す
る多段復号化方式に関し、多段符号化・復号化を行った
場合に多段化による影響をできるだけ軽減した多段符号
化及び復号化方式を実現することを目的とし、 適応変換を行う段をiとしたときの1〜i−1の各段を
示す1段目の最適ベクトル信号から1段目の量子化誤差
の分布範囲を決定し、1段目の最適ベクトル信号に基ヴ
き、1段目の予測器からの再生ベクトル信号に対して1
段目の最適ベクトル信号の量子化誤差の平行成分を残す
直交化演算を行って該分布範囲内に収まるコード・ベク
トル信号に変換する適応変換器を設けるように構成する
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多段符号化・復号化方式に関し、特にコード
・ブックから出力されるコード・ベクトルにゲインを掛
けて予測器で再生したベクトル信号と入力信号との量子
化誤差信号が最小となるコード・ベクトルとゲインを選
択する符号器を複数個設け、各符号器が前段の符号器の
量子化誤差信号を入力信号とする多段符号化方式、及び
コード・ブックから出力されるコード・ベクトルにゲイ
ンを掛けて予測器でベクトル信号を再生する復号器複数
個設け、各復号器の再生ベクトル信号が後段の復号器の
再生ベクトル信号と加算されて再生信号を発生する釜段
復号化方弐に関するものである。
音声・画像信号の高能率伝送を目的とした帯域圧縮技術
としての多段符号化(復号化)方法は既に知られている
が、これは、各段ごとに得られる符号化情報を下の段か
ら順に捨て去ることにより、例えば、2段目以降の符号
化情報を捨て去り、1段目の符号化情報のみで再生を行
うことができる(エンヘプト符号化)点で注目された方
式である。
〔従来の技術〕
第15図は従来の多段符号化方式の構成を示したもので
あり、この例では、1段目の符号器(量子化器)100
と、2段目の符号器200の2段構成となっており、符
号器100は音声等のアナログ信号が所望のサンプリン
グ数でサンプリングされた信号eO,即ち入力ベクトル
χを量子化し符号化、符号器200は1段目の符号器1
00の量子化誤差信号(ベクトル)e+を入力信号ベク
トルとして同様に量子化し符号化することにより、量子
化誤差信号e、を伝送するものである。
1段目の符号器100は、誤差計算部110と、演算部
120と、内部にコードブック長し、の白色雑音の残差
信号ベクトルから成るコードベクトルaft (1=L
2+ ”’+ L+i L+≧1)を有するコードブッ
ク130と、増幅器140とで構成されており、誤差計
算部110は、入力ベクトルXと増幅器140からのベ
クトル信号との誤差e、を計算して出力する。
そして、演算部120は、誤差計算部110から出力さ
れた誤差信号e、のノルム(自乗値)が最小となるよう
に、コードブック130のコードベクトルa目の中から
例えばベクトルa、を選択し、増幅器140ではベクト
ルallに対し、誤差信号e1のノルムが最小となるよ
うなゲインg。
で増幅してベクトルg+a++を出力する。
また、2段目の量子化器200も1段目と同様に、誤差
計算部210と、演算部220と、コードブック230
と、増幅器240とで構成され、1段目の符号器1の誤
差信号e、を入力信号として同様の演真により誤差信号
e、を出力する。
尚、両持号器100及び200共に増幅器140及び2
40の後の予測器(フィルタ)は省略して示されている
このような構成により、第16図のベクトル図に示すよ
うに、コードブック130から出力されるベクトルar
+が増幅器140で増幅されて1段目の最適ベクトルと
なるベクトルg+a++が得られ、また、2段による最
適ベクトルは、1段目で得られるベクトルg+a++と
2段目の増幅器240から出力されるベクトルg、a□
との合成ベクトルX1となる。
更に、このベクトル図において、誤差信号e1は入力ベ
クトルXとベクトルg+8++との先端を結ぶ破線e1
となり、誤差信号e、は入力ベクトルXとベクトルgz
az+との先端を結ぶ破線e2となる。
即ち、このような符号器100.200を接続した多段
符号化方式によれば、2段目のデータ(量子化された信
号)がなくとも1段目のデータだけである程度再生に耐
え得る量子化ができていることになる。
従って、この方式をL A N (LocalArea
 Network)等の通信装置に用い、例えば伝送路
が混んできた時、交換機等で2段目の量子化された情報
を捨てたとしても、1段目の情報は2段目が無い場合に
比べて信号の品質が劣化するものの、受信側ではその1
段目の情報から元の信号をある程度再生することだでき
る。
従って、2段目の情報を勝手に捨て、1段目の情報を用
いて再生を行うというエンベデド符号化を行うことが出
来るので、融通性のあるサービスを行うことが出来る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上述した従来の多段符号化方式においては、
例えエンベデド符号化を行うことができても、第16図
のベクトル図に示すように、2段目で得られる最適ベク
トルx1が、入力ベクトルXと破線eアの距離だけ離れ
てしまい、その分誤差が生じ、2段目で最適なベクトル
を得ることができない問題があった。
この問題を解決するためには、1段目のベクトルa1が
ベクトルgepL+となるように増幅し、更に、2段目
のベクトルaZ+ がベクトルgo、。となるように増
幅し、これらベクトルgopt+及びgopttを合成
して入力ベクトルXとほぼ同様な最適ベクトルが得られ
るようにすればよい。
しかしながら、このようにした場合、1段目で得られる
ベクトルl1opt +が、本来1段目で得られる最適
ベクトルg+a++と異なったものとなるので、エンベ
デド方式により1段目の情報gopt+のみしか使用し
ないときには、入力信号Xに対して最適なベクトルg+
a++より悪くなってしまう。
このように、2段目で最適なベクトルを得ることができ
たとしても、2段目の情報を勝手に捨てて1段目の情報
を用いて再生を行うエンベデド符号化を行うことは好ま
しくない。
これは、第15図の符号化を逆に行う受信側の復号器に
おいても同様の問題となる。
また、後述する第2図にQ印で示すように、実際の量子
化点は飛び飛びの値であるので、対象とする量子化誤差
に対して第16図に示すように最適ベクトルが直角にな
ることは少なく、従って単に直交化するだけでは量子化
誤差が最適化されないという問題もあった。
従って、本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
であり、多段符号化・復号化を行った場合に多段化によ
る影響をできるだけ軽減した多段符号化及び復号化方式
を実現することを目的としている。
〔課題を解決するための手段及び作用〕第1図は、上記
の1!題を解決するための本発明に係る多段符号化方式
の構成を原理的に示したもので、11〜1nはコード・
ブック、21〜2n1はゲイン、31〜311は予測器
、そして、5n〜57は評価部であり、これらの構成要
素により、コード・ブック1n〜1n.から出力される
コード・ベクトルにゲイン21〜211を掛けて予測器
3゜〜3アで再生したベクトル信号と入力信号との量子
化誤差信号が最小となるコード・ベクトルとゲインを評
価部5n〜5nにより選択する符号器101〜10.を
複数個設け、各符号器10+〜107が前段の符号器の
量子化誤差信号を入力信号とする既知の多段符号化方式
が構成されるが、本発明の特徴は、予測器3I〜3nで
再生されたコード・ベクトル信号を3段目(jは適応変
換を行う段をiとしたときの1〜i−1の各段を示す)
の最適ベクトル信号に基づいて変換する適応変換器4n
〜4nを設けたことである。
この適応変換器48〜4nlでは、第2図に示したよう
に、量子化誤差が最適ベクトルに対して垂直な方向に存
在するとは限らないため、単に予測器からの再生コード
・ベクトルを、その最適ベクトルに直交化変換するだけ
でなく、最適ベクトルに平行な成分を生かした形で変換
する方が再生信号の品質が向上するという点に着目して
、下記のような種々の適応コード・ベクトル変換を行う
ものである。
■まず、第2図に示すように、適応変換を行う段をiと
したときの1〜i−1の各段を示す3段目の最適ベクト
ル信号Vjから3段目の量子化誤差Ejの分布範囲Aを
決定する。
この分布範囲Aは、予め用意したコード・ブック中のコ
ード・ベクトルによる量子化点から決まるものであり、
量子化誤差はこの範囲Aを越えることは無い。
そこで、3段目の最適ベクトル信号Vjに基づき、第3
図に示すように、1段目の子測器からの再生ベクトル信
号に対して平行成分を残す直交化演算を行って該分布範
囲A内に収まるコード・ベクトル信号に変換するもので
ある。これにより、各3段目の最適ベクトル信号に対す
る量子化誤差の平行成分を残すことができ、前段からの
量子化誤差信号(第2図に示すEj−1参照)に対する
量子化誤差をより小さな値にすることができる。
尚、各適応変換器4n〜4n.は、予測器からの再生コ
ード・ベクトルを、3段目の最適ベクトル信号に基づい
て上記のように変換するが、変換されたこれらのコード
・ベクトルの内で量子化誤差を最小にすると評価部5n
〜5□で評価されたときには、その評価されたベクトル
がコード・ベクトル1n〜111及びゲイン2n〜2n
lが選ばれ、次のサンプリングまでの間に適応変換器4
t〜4nから3段目の最適ベクトル信号として次段以降
の全ての適応変換器に与えられることとなる。
■この場合には■のように、量子化誤差の分布範囲を用
いずに、第4図に示すように、前(i−1)段のみの最
適ベクトル信号V i−1の長さ、即ちゲイン以下に1
段目の子測器からの再生ベクトル信号を変換するもので
あり、これによってもコード・ベクトルのゲイン成分の
みが変化して量子化誤差を減少させることが可能となる
■上記の■の場合において更に■の場合と同様に、3段
目の最適ベクトル信号Vjから3段目の量子化誤差の分
布範囲Aを決定し、1段目の子測器からの再生ベクトル
信号に対し、各3段目の最適ベクトル信号の量子化誤差
の平行成分を残す直交化演算を行って該分布範囲A内に
収まるコード・べクトル信号に変換することも可能であ
り、これにより、更に量子化誤差を減少させることがで
きる。
■上記の■又は■の場合において、該直交化演真を行わ
ずに、第5図に示す如く、1段目の該予測器からの再生
ベクトル信号の方向を変えずに長さ(ゲイン)を伸縮し
て該分布範囲A内に収まるコード・ベクトル信号に変換
することによっても、量子化誤差が減少することになる
■上記の■、■又は■の場合において、第6図に示すよ
うに、量子化誤差の分布範囲Aを越えるようなコード・
ベクトル信号はそのままにしておくのは無駄であるので
、該分布範囲Aを越える平行成分を有する1段目のコー
ド・ベクトル信号に対してだけ変換を行うようにすれば
、より効率的な量子化が行えることになる。
第7図は、第1図に示した多段符号化方式に対応した多
段復号化方式を原理的に示したもので、コード・ブック
11n〜11n.から出力されるコード・ベクトルにゲ
イン12n〜127を掛けて予測器13、〜13Rでベ
クトル信号を再生する復号器複数個設け、各復号器20
.〜20.の再生ベクトル信号が後段の復号器の再生ベ
クトル信号と加夏されて再生信号を発生する既知の多段
復号化方式において、本発明では、上述した各適応変換
器4t〜4nと同じ適応変換器14t〜14nlを用い
ることにより符号化側に対応した復号化を行っている。
ここで、2次元の適応変換動作の一例を以下に挙げる。
(り第2図に示すように最適コード・ベクトルVjと量
子化誤差Ejの関係があるとすると、次段で量子化する
量子化誤差は、量子化誤差の分布範囲Aに偏っている。
そこで、予測器を通過後の3段目の最適コード・ベクト
ルの隣の量子化点までの距離の長い方に基づいて分布範
囲Aを定める。
(ii)予測器を通過後の1段目のコード・ベクトルに
対して、第4図の適応変換を行う。
(iii)第4図の適応変換を行ったコード・ベクトル
に対して第6図に従って更に適応変換を行うためのベク
トルを選択を行う。
(iv )ベクトル選択を行った後、第3図に示すよう
な適応変換を行う。
(V)そして、このように適応変換を行ったコード・ベ
クトルを用いてi−1段目の量子化誤差を量子化する。
尚、上記のように本発明による適応変換を用いたn段の
符号化・復号化方式では、コード・ベクトル及びゲイン
並びに予測器に関する情報を副情報として別に送っても
よいし、受信符号の情報から作ってもよい。
〔実 施 例〕
(1)まず、第2図に示した本発明方式における量子化
誤差の分布範囲の決定の実施例について説明する。
(])第2図において、3段目の最適ベクトルVjの隣
の量子化点Q1及びQ2までのそれぞれの距離の半分の
値a、とa2とを比べて、第8図(a)に示すように長
い方の(!a+ を決定する。これにより、量子化誤差
の範囲はa、を越えることは無くなり、これを基に上記
のような各適応変換を行えば量子化誤差を軽減すること
ができる。
(2)第2図において、3段目の最適ベクトルVjの隣
の量子化点Ql及びQ2までのそれぞれの距離の半分の
値a1及びa8の平均値(a++az)/2を用いても
よい。
このようにして決定された量子化誤差の分布範囲は、上
述の第6図の場合では、それぞれの符号器のゲイン(こ
れは、コード・ブック11〜1nl中のゲインとゲイン
2n〜21nとを乗算した値に相当する)の絶対最小値
]g□イ 1で割ることにより、言い換えると、コード
・ブック11〜15中のシェープ・コード・ベクトルに
絶対最小値gmt71を掛けて縮小することにより、ベ
クトル変換する対象を少なくしてもよい。
一方、後述する適応変換を示す第101113、及び1
4図の場合では、逆に、絶対最大値g□、1を掛けるこ
とによりベクトル変換する対象を多くすることもできる
(2)次に、本発明の方式に用いる上述した各種の適応
変換の他の実施例について説明する。
(1)第9図に示すように、1段目の最適コード・ベク
トル(点線)に対して1段目のコード・ベクトルを直交
化する。
この場合、コード・ベクトルとは、第1図に示したコー
ド・ブック1n〜17に予め用意された固定したシェー
ブ(位相)+ゲイン(振幅)の各ベクトルと、各符号器
10.〜107毎に共通のゲイン21〜2ゎとを乗夏し
て、予測器3n〜3゜を通過したベクトルの集合体を示
している。
また、各適応変換器41〜4oでは、各予測器3、〜3
nからの再生コード・ベクトルを1段目、即ち1〜i−
1段の各段の適応変換器からの最適ベクトルに関して順
次変換して行くことになる。
従って、例えば適応変換器4nの場合では、予測器3n
からの1段目の最適ベクトルに関して予測器3nからの
再生コード・ベクトルを直交化変換し、その結果得られ
た第9図右側のようなコード・ベクトルを再度、適応変
換器4tからの2段目の最適ベクトルに関して予測器3
3からの再生コード・ベクトルを直交化変換して量子化
誤差を求め、評価部5nで最適なコード・ベクトルとゲ
インを選択すると共にこれらコード・ベクトルとゲイン
を再度予測器3n及び適応変換器4nを経て3段目の最
適ベクトル信号として次の4段目の適応変換器44に送
ることとなる。
尚、この直交化変換の例としては、ダラム・シュミット
変換やハウス・ホールド変換が既に知られている。
(2)第10図に示すように、量子化誤差の分布範囲に
1段目の最適ベクトルの長さを変更したときの割合で、
1段目の最適ベクトルに対する1段目のコード・ベクト
ルの平行成分の長さを変更することにより、分布範囲A
内に収まるようにしている。
この場合には、以下の第11n13及び14図と同様に
1段目のシェープ・コード・ベクトルに絶対最大値Ig
−a81が掛けられて変換を受ける確率を高くしている
(3)第11図に示すように、1段目の最適ベクトルに
対する1段目のコード・ベクトル(シェーブベクトル)
xlg、a、、Iの平行成分の中で最も長いものを、量
子化誤差の分布範囲Aに変更したときの割合で他の1段
目のコード・ベクトルの平行成分の長さを変更すること
により分布範囲A内に収まるようにしている。
第12図に示すように、1段目のシェーブ・コード・ベ
クトルX1g55m1の中で、その長さ(ゲイン)がi
−1段目、即ち前段の最適ベクトルの長さ以上のものに
ついてだけその長さを前段の最適ベクトルの長さに変更
する。
(1)第13図に示すように、量子化誤差の分布範囲A
に1段目の最適ベクトルの長さ(ゲイン)を変更したと
きの割合で、1段目の予測器からのシェープ・コード・
ベクトル×l g 、sエ 1の長さを変更することに
より分布範囲A内に収める。
(2)第14図に示すように、1段目の最適ベクトルに
対する1段目のシェープ・コード・ベクトル×g、、1
の中で最も長いものを量子化誤差の分布範囲Aに変更し
たときの割合で、1段目のコード・ベクトルの長さを変
更して分布範囲A内に収める。
尚、上記においては、ベクトルを2次元で表しているが
、これは便宜上そうしたに過ぎず、実際には、1つのベ
クトルを構成するサンプル値によって、ベクトルの次元
は決まる。
〔発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、各段の最適ベク
トル信号から量子化誤差の分布範囲を決定し、その最適
ベクトル信号に基づいて予測器からの再生ベクトル信号
を、該最適ベクトル信号の量子化誤差の平行成分を残す
直交化演算を行って該分布範囲内に収まるコード・ベク
トル信号に変換するか、或いは量子化誤差の分布範囲に
関わらずに該再生ベクトル信号のゲインのみを伸長させ
る適応変換器を設けたので、常に前段の量子化誤差に対
して再生品質の良好な量子化を行うことができ、多段符
号化を行っても各段での量子化誤差は減少させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る多段符号化方式の構成を原理的
に示したブロック図、 第2図は、本発明に係る多段符号化方式の原理を説明す
るためのベクトル図、 第3図乃至第6図は、それぞれ本発明に係る多段符号化
方式に用いる適応変換の一概念を示した図、 第7図は、本発明に係る多段復号化方式の構成を原理的
に示したブロック図、 第8図は、本発明における量子化誤差の分布範囲の決定
例を説明するための図、 第9図乃至第11図は、それぞれ第3図に示した適応変
換の変形例を示した図、 第12図は、第4図に示した適応変換の変形例を示した
図、 第13図及び第14図は、第5図に示した適応変換の変
形例を示した図、 第15図は、従来例の構成を原理的に示したブロック図
、 第16図は、従来例の原理を説明するためのベクトル図
、である。 図において、1n〜1n及び11n〜11nはコード・
ブック、2n〜23及び121〜12゜はゲイン、31
〜3nl及び13n〜13nは予測器、4n〜4n及び
14n〜14nは適応変換器、5、〜5、は評価部、で
ある。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コード・ブック(1_1〜1_n)から出力され
    るコード・ベクトルにゲイン(2_1〜2_n)を掛け
    て予測器(3_1〜3_n)で再生したベクトル信号と
    入力信号との量子化誤差信号が最小となるコード・ベク
    トルとゲインを評価部(5_1〜5_n)により選択す
    る符号器(10_1〜10_n)を複数個設け、各符号
    器(10_1〜10_n)が前段の符号器の量子化誤差
    信号を入力信号とする多段符号化方式において、 適応変換を行う段をiとしたときの1〜i−1の各段を
    示すj段目の最適ベクトル信号からj段目の量子化誤差
    の分布範囲を決定し、j段目の最適ベクトル信号に基づ
    き、i段目の予測器からの再生ベクトル信号に対してj
    段目の最適ベクトル信号の量子化誤差の平行成分を残す
    直交化演算を行って該分布範囲内に収まるコード・ベク
    トル信号に変換する適応変換器(4_2〜4_n)を設
    けたことを特徴とする多段符号化方式。
  2. (2)コード・ブック(1_1〜1_n)から出力され
    るコード・ベクトルにゲイン(2_1〜2_n)を掛け
    て予測器(3_1〜3_n)で再生したベクトル信号と
    入力信号との量子化誤差信号が最小となるコード・ベク
    トルとゲインを評価部(5_1〜5_n)により選択す
    る符号器(10_1〜10_n)を複数個設け、各符号
    器(10_1〜10_n)が前段の符号器の量子化誤差
    信号を入力信号とする多段符号化方式において、 適応変換を行う段をiとしたときの前(i−1)段の最
    適ベクトル信号の長さ以下にi段目の予測器からの再生
    ベクトル信号を変換する適応変換器(4_2〜4_n)
    を設けたことを特徴とする多段符号化方式。
  3. (3)該適応変換器(4_2〜4_n)が、1〜i−1
    段の各段を示すj段目の最適ベクトル信号からj段目の
    量子化誤差の分布範囲を決定し、i段目の予測器からの
    再生ベクトル信号に対してj段目の最適ベクトル信号の
    量子化誤差の平行成分を残す直交化演算を行って該分布
    範囲内に収まるコード・ベクトル信号に変換することを
    特徴とした請求項2に記載の多段符号化方式。
  4. (4)該適応変換器(4_2〜4_n)が、該直交化演
    算を行わずに、i段目の該予測器からの再生ベクトル信
    号の方向を変えずに長さを伸縮して該分布範囲内に収ま
    るコード・ベクトル信号に変換することを特徴とした請
    求項1又は3に記載の多段符号化方式。
  5. (5)該適応変換器(4_2〜4_n)が、該分布範囲
    を越える平行成分を有するi段目のコード・ベクトル信
    号に対してだけ変換を行うことを特徴とした請求項1、
    3又は4に記載の多段符号化方式。
  6. (6)コード・ブック(11_1〜11_n)から出力
    されるコード・ベクトルにゲイン(12_1〜12_n
    )を掛けて予測器(13_1〜13_n)でベクトル信
    号を再生する復号器複数個設け、各復号器(20_1〜
    20_n)の再生ベクトル信号が後段の復号器の再生ベ
    クトル信号と加算されて再生信号を発生する多段復号化
    方式において、該適応変換器(4_2〜4_n)と同じ
    適応変換器(14_2〜14_n)を用いたことを特徴
    とする請求項1乃至5のいずれかに記載の多段復号化方
    式。
JP14268990A 1990-05-31 1990-05-31 多段符号化・復号化方式 Pending JPH0435527A (ja)

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JP14268990A Pending JPH0435527A (ja) 1990-05-31 1990-05-31 多段符号化・復号化方式

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11327600A (ja) * 1997-10-03 1999-11-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd オーディオ信号圧縮方法、オーディオ信号圧縮装置、音声信号圧縮方法、音声信号圧縮装置,音声認識方法および音声認識装置
WO2002035522A1 (fr) * 2000-10-26 2002-05-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Procede et appareil de codage vocal
US6477490B2 (en) 1997-10-03 2002-11-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Audio signal compression method, audio signal compression apparatus, speech signal compression method, speech signal compression apparatus, speech recognition method, and speech recognition apparatus

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