JPH0445614A - One bit/sample quanitzation method - Google Patents
One bit/sample quanitzation methodInfo
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Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は音楽、音声などの信号を、例えば帯域分割し
、その各帯域に適応ビット割当てを行い、各帯域につい
て適応差分パルス符号変調を行う場合における、その1
つのADPCMに用いられる量子化方法に関する。[Detailed Description of the Invention] "Industrial Application Field" This invention divides a signal such as music or voice into bands, performs adaptive bit allocation to each band, and performs adaptive differential pulse code modulation for each band. Case 1
This invention relates to a quantization method used in ADPCM.
「従来の技術J
従来の帯域分割適応ビット割当ADPCM方式の構成を
第4図に示す、端子11からの入力信号は例えば48i
iHzでサンプリングされた音声、音楽信号であり、こ
の入力信号は帯域分割フィルタ12により複数のサブ帯
域に分割される。例えば4分割される場合はサブ帯域は
O〜6kl(z、6〜12kl(z 、 12〜18
kHz 、18〜24kTo とされ、この帯域分割は
Q M F (Quadrature旧rrorFil
ter)の縦属接続により実現される。各分割されたサ
ブ帯域の信号はそれぞれADPCM量子化器13により
符号化される。適応ビット側り当て部14により、全帯
域の量子化歪が最小となるように、符号化出力から求め
られる量子化残差信号の電カスベクトル密度の対数値に
比例配分した量子化ピント数を、各ADPCM置子化器
13に適応的に配分する。各ADPCM量子化器13よ
り得られる各サブ帯域の符号は複合部15でフレームに
構成されて出力される。"Prior Art J The configuration of the conventional band division adaptive bit allocation ADPCM system is shown in FIG. 4. The input signal from the terminal 11 is, for example, 48i
This input signal is a voice or music signal sampled at iHz, and this input signal is divided into a plurality of subbands by a band division filter 12. For example, when divided into four, the sub-bands are O~6kl(z, 6~12kl(z, 12~18
kHz, 18 to 24kTo, and this band division is QMF (Quadrature former rrorFil
This is realized by the vertical connection of ter). The signals of each divided subband are encoded by the ADPCM quantizer 13, respectively. The adaptive bit side assigning unit 14 calculates the number of quantization focuses proportionally distributed to the logarithm of the electric cassette vector density of the quantized residual signal obtained from the encoded output so that the quantization distortion of the entire band is minimized. , are adaptively allocated to each ADPCM placer 13. The codes of each sub-band obtained from each ADPCM quantizer 13 are configured into a frame by a decoder 15 and output.
ADPCM量子化器13が2ビット/サンプルで動作す
る時の量子化特性の例を第5図に示す。FIG. 5 shows an example of quantization characteristics when the ADPCM quantizer 13 operates at 2 bits/sample.
この図の入力レベルは実際の入力レベルを正規化レベル
S(量子化ステップ幅とも呼ばれる。信号の短時間実効
値に相当する値)で除した値に対応し、平均値0、実効
値1でラプラス分布する信号に対し量子化誤差を最小化
するように設計されている。仮に、適用される音源のレ
ベル分布特性により適宜量子化値が選択されれば、さら
に望ましい特性が得られる。この例では入力を4つのレ
ベルに量子化するものであり、1サンプルにつき2ビッ
トに量子化される。The input level in this figure corresponds to the actual input level divided by the normalized level S (also called quantization step width, a value corresponding to the short-time effective value of the signal), and has an average value of 0 and an effective value of 1. It is designed to minimize the quantization error for Laplace distributed signals. If the quantization value is appropriately selected depending on the level distribution characteristics of the applied sound source, more desirable characteristics can be obtained. In this example, the input is quantized to four levels, and each sample is quantized to two bits.
また2ビット/サンプル量子化時の正規化レベル適応化
則を第6図に示す、この図から明らかなように入力レベ
ルの絶対値が正規化レベルよりも大きいときは、次のサ
ンプル時点で正規化レベルを伸張し、入力レベルの絶対
値が正規化レベルより小さい時は、次のサンプル時点で
正規化レベルを圧縮する。この操作により、正規化され
た信号は、常に量子化器の判別レベルに対し適切な太き
さになることが期待される。In addition, the normalization level adaptation rule for 2-bit/sample quantization is shown in Figure 6.As is clear from this figure, when the absolute value of the input level is larger than the normalization level, the normalization level is normalized at the next sample point. The normalized level is expanded, and when the absolute value of the input level is smaller than the normalized level, the normalized level is compressed at the next sample time. Through this operation, it is expected that the normalized signal will always have a thickness appropriate for the discrimination level of the quantizer.
「発明が解決しようとする課題」
第2図における各サブ帯域に対するビット割り当てにお
いて、平均符号化ビット数が小さい(例えば、3ビット
/サンプル)とき、電カスベクトル密度の低い高周波数
帯域は、0〜1ビットの割当が望ましいことがある。し
かし、従来のADPCM量子化器13は最小限2ビット
/サンプルの量子化ビット数を必要としていた。なぜな
ら、ADPCM量子化器13は量子化の基準となる正規
化レベルSの圧縮、伸張を決定するとき、現時点より1
サンプル時点前の量子化値がどの量子化レベルに在るか
という情報に依っているが、このためには信月の正負そ
れぞれに少なくとも2つの量子化レベルが必要であり、
正、負しか表わせない1ビット/サンプルでは必要な符
号化レベル数が得られないからである。"Problems to be Solved by the Invention" In the bit allocation to each subband in FIG. An allocation of ~1 bit may be desirable. However, the conventional ADPCM quantizer 13 requires a minimum number of quantization bits of 2 bits/sample. This is because when the ADPCM quantizer 13 decides to compress or expand the normalization level S, which is the standard for quantization, it
It depends on the information on which quantization level the quantization value before the sampling point is at, and for this, at least two quantization levels are required for each of the positive and negative Shingetsu,
This is because the required number of encoding levels cannot be obtained with 1 bit/sample that can only represent positive and negative signals.
仮に、複数サンプルの量子化履歴を観察し、例えば正が
複数回継続すれば正規化レベルを伸張することにより正
規化レベルの圧縮・伸張を行うとすると、1ビット/サ
ンプルでも圧縮、伸張が可能であり、これはADM (
適応差分変調)符号化法として周知である。しかし、こ
の場合は数サンプルの量子化履歴を観測する必要があり
、この方法を適応ビット割当ADPCM法に適用した1
合、2ビット/サンプル以上の量子化で作動するフレー
ムから、1ビフト/サンプル量子化で動作するフレーム
に遷移したとき、その1ピント/サンプル量子化で動作
するフレームの冒頭部分では、その時の量子化履歴は2
ビット/サンプル以上の量子化ノlI歴であり、1ビッ
ト/サンプルの量子化の履歴が存在しない、そこで予め
決めた1ビット/サンプル量子化履歴を使用するが、正
規化レベルの圧縮・伸張が不適当になりやすい、また、
予測器への入力に加わる量子化誤差が1ビット/サンプ
ル量子化では過大となって利得の高い予測動作が不可能
となるなどの問題点があって、1ビット/サンプル量子
化器は採用されなかった。If we observe the quantization history of multiple samples and, for example, if positive values continue multiple times, we can compress and expand the normalization level by expanding the normalization level.It is possible to compress and expand even 1 bit/sample. , which is ADM (
This is well known as an adaptive differential modulation (differential modulation) encoding method. However, in this case, it is necessary to observe the quantization history of several samples, and this method is applied to the adaptive bit allocation ADPCM method.
In this case, when transitioning from a frame operating with quantization of 2 bits/sample or more to a frame operating with 1 bit/sample quantization, at the beginning of the frame operating with 1 bit/sample quantization, the current quantization The conversion history is 2
The history of quantization is more than bit/sample, and there is no history of quantization of 1 bit/sample.Therefore, a predetermined quantization history of 1 bit/sample is used, but the compression/expansion at the normalization level is It is easy to become inappropriate, and
A 1-bit/sample quantizer was not adopted because the quantization error added to the input to the predictor becomes excessive with 1-bit/sample quantization, making prediction operation with high gain impossible. There wasn't.
このため、従来の帯域分割適応ビ・ット割当てADPC
M方式では、殆ど信号の存在しない高音(高周波)サブ
帯域にも2ビット/サンプルを消費し、それだけ、より
多くの量子化ビット数を必要とする低周波帯域で雑音レ
ベルが高くなるという欠点があった。For this reason, conventional band division adaptive bit allocation ADPC
The M method consumes 2 bits/sample even in the treble (high frequency) subband where there is almost no signal, which has the disadvantage that the noise level increases in the low frequency band, which requires a larger number of quantization bits. there were.
この発明の目的は、これらの問題点を解決するため、1
ビット/サンプルで動作する量子化方法を掃供すること
にある。The purpose of this invention is to solve these problems by:
The objective is to provide a quantization method that operates on bits/sample.
「課題を解決するための手段」
この発明によれば入力信号から予測信号を差し引いた残
差信号のm個(mは2以上の整数)のサンプル値を一括
して、歪最小尺度によりmビットで量子化し、かつ、後
続するサンプル値の量子化の粗さを現在までの量子化符
号の履歴に応じて逐次圧縮・伸張する。"Means for Solving the Problem" According to the present invention, m sample values (m is an integer of 2 or more) of a residual signal obtained by subtracting a predicted signal from an input signal are collectively processed using m bits based on a minimum distortion measure. Then, the roughness of the quantization of subsequent sample values is sequentially compressed and expanded according to the history of the quantization code up to the present.
「実施例」
第1図にこの発明の実施例を示し、これは例えば第4図
に示した帯域分割された1つのサブ帯域の信号を量子化
するものである。入力端子21からの信号L (nはサ
ンプリング時点を表わす)は予測信号文、と引算器22
で引算され、その残差信号E、は割算器23で正規化レ
ベルSで割算されてレベル正規化され、その正規化され
た残差信号e、−は量子化器24でmサンプル(mは2
以上の整数)ごとに−括してmビットで量子化され、つ
まりベクトル量子化され、そのベクトルを示す符号(ベ
クトル番号)が出力されると共にその符号は逆量子化器
25で逆量子化され、その逆量子化出力L(i)は乗算
器26で正規化レベルSと掛算され、その掛算出力会、
は逆量子化法予測残差信号として適応予測器27からの
予測信号文。Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which, for example, a signal of one sub-band divided into bands shown in FIG. 4 is quantized. The signal L from the input terminal 21 (n represents the sampling time point) is the predicted signal sentence, and the subtracter 22
The residual signal E, is level-normalized by dividing by the normalization level S in the divider 23, and the normalized residual signal e,- is subtracted by the quantizer 24 into m samples. (m is 2
Each integer above) is collectively quantized with m bits, that is, vector quantized, and a code (vector number) indicating the vector is output, and the code is inversely quantized by the inverse quantizer 25. , the inverse quantization output L(i) is multiplied by the normalization level S in the multiplier 26, and the multiplication output is
is the prediction signal sentence from the adaptive predictor 27 as the inverse quantization prediction residual signal.
止加算器28で加算されて局部復号信号V、が得られ、
この局部復号信号?、が適応予測器27に入力される。are added by a stop adder 28 to obtain a local decoded signal V,
This local decoded signal? , is input to the adaptive predictor 27.
量子化器24の状態に応じて正規化レベル適応化部29
で正規化レベルSが適応的に変化される。Normalization level adaptation unit 29 according to the state of quantizer 24
The normalization level S is adaptively changed.
次にこの量子化動作をm=2について具体的に説明する
。Next, this quantization operation will be specifically explained for m=2.
(イ)正規化レベルSの初期値を1とする。前フレーム
において正規化レベルが定義されている場合はその値を
引き継ぐ。(b) Set the initial value of the normalization level S to 1. If the normalization level is defined in the previous frame, that value is inherited.
(ロ)入力信号X、から予測信号!、が差し引かれ、得
られた予測残差信号E、が正規化レベルSで除される。(b) Predicted signal from input signal X! , is subtracted, and the resulting prediction residual signal E is divided by the normalization level S.
(ハ)サンプリング時点nにおいて逆量子化値表、例え
ば第2図の表から逆量子化値@++(i)、i=1.2
.・・・、2@を求める。逆量子化値は一般に2−個あ
り、第2図の例では@1l(ll=0.395 。(c) At the sampling time n, from the inverse quantization value table, for example, the table in FIG. 2, the inverse quantization value @++(i), i=1.2
.. ..., find 2@. Generally, there are 2- inverse quantization values, and in the example of FIG. 2, @1l (ll=0.395).
@、 (21=0.395 、 @、 (3)=−0
,395、@、 (4)=0.395である。これら各
逆量子化値@、(i)に正規化レベルSを掛算して逆量
子化出力、を求め、これとサンプリング時点nの予測信
号又、との和、つまり局部復号信号7.を作り、これを
予測器27の入力とする。@, (21=0.395, @, (3)=-0
,395,@, (4)=0.395. Each of these inverse quantization values @, (i) is multiplied by the normalization level S to obtain an inverse quantization output, and the sum of this and the prediction signal at sampling time n, that is, the locally decoded signal 7. This is input to the predictor 27.
(ニ)サンプリング時点n+1における予測残差信号E
−+(i)を算出する。(d) Prediction residual signal E at sampling time n+1
−+(i) is calculated.
(ホ)逆量子化値表(第2図)の逆量子化値の数2”だ
け(ハ)、(ニ)を繰り返す。つまりm=2では4つの
@、(i)について予測信号!0.1を求め、かつ4つ
の@ヵ、、(i)について予測信号マ1.8を求める。(e) Repeat (c) and (d) for the number of dequantized values 2'' in the dequantized value table (Figure 2).In other words, when m=2, the predicted signal is 0 for the four @ and (i). .1 is obtained, and the predicted signal M1.8 is obtained for the four @ka, , (i).
(へ)サンプリング時点n、n+1で二乗誤差、クトル
を選定し、その符号ベクトル番号を量子化出力とする。(f) Select the squared error and vector at sampling time points n and n+1, and use the code vector number as the quantized output.
つまり、
(ea −@s (]) )” 十(e++、+ −@
a+−1(1) )”(e、−会、(2))” + (
e@*1 @−+ (2) )”(e、、−@、(
3)戸+(e+t、+ −@11.+ (3) )”(
ea −@s (4) )” + (ea−+−@□I
(41)”のうち最小となるiを求め、これを量子化出
力とする。That is, (ea −@s (]) )” ten (e++, + −@
a+-1(1))"(e,-kai,(2))"+(
e@*1 @−+ (2) )”(e,, −@, (
3) door + (e+t, + -@11.+ (3) )”(
ea −@s (4) )” + (ea−+−@□I
(41)'', and determine the minimum i, and use this as the quantized output.
なお、第2図は適応ビット割当符号化法で、2ビット/
サンプル量子化のフレームから1ビット/サンプル量子
化のフレームにビット割り当てが変更になった場合に、
これら両フレームは連続する性質があるため、1ビット
/サンプル量子化の逆量子化値と2ビット/サンプル量
子化の逆量子化値とを!l像のものとして、フレーム遷
移時に量子化誤差が増大しないように考慮し、かつ1ビ
ット/サンプル量子化時の歪が小さくなるように第5図
から実験的に求めた。従って@、(i)の0.3950
.395は第5図中の逆量子化出力レベルと一致してい
る。In addition, Fig. 2 shows the adaptive bit allocation coding method.
When the bit allocation changes from a frame with sample quantization to a frame with 1 bit/sample quantization,
Since both of these frames have a continuous nature, the inverse quantization value of 1 bit/sample quantization and the inverse quantization value of 2 bit/sample quantization! As for the L image, it was experimentally determined from FIG. 5 so that the quantization error would not increase during frame transition, and the distortion during 1-bit/sample quantization would be small. Therefore @, 0.3950 of (i)
.. 395 corresponds to the dequantization output level in FIG.
(ト)サンプリング時点(n+2.n+3)における符
号化に対する正規化レベルは、その前のサンプリング時
点(n−2,nl)と(n n+1)とのそれぞれに
対する符号ベクトル番号(量子化出力)iが共に第2図
で2または4のときは、入力信号の短区間実効値よりも
大きいと見なされるため、正規化レベルに1より小さい
債、例えば0.8を乗し、一方前のサンプリング時点(
n−2n−1)、 (n、n+1)のそれぞれに対す
る符号ベクトル番号iが共に1または3のときは、入力
信号の短区間実効値よりも正規化レベルが小さいと見な
されるため、1より大きい値、例えば1.25を乗する
。その他の符号ベクトル番号に対しては正規化レベルを
保存する。(g) The normalization level for encoding at sampling time (n+2.n+3) is the code vector number (quantization output) i for each of the previous sampling time (n-2, nl) and (n n+1). When both are 2 or 4 in Fig. 2, it is considered to be larger than the short-term effective value of the input signal, so the normalization level is multiplied by a value smaller than 1, for example 0.8, and the previous sampling point (
When the code vector numbers i for each of n-2n-1) and (n, n+1) are both 1 or 3, the normalization level is considered to be smaller than the short-term effective value of the input signal, so it is greater than 1. Multiply the value, for example 1.25. The normalization level is saved for other code vector numbers.
(チ)継続するサンプル値(n=1.3.5・・フレー
ム長)に対しくハ)〜(ト)の手順を繰り返す。(H) Repeat steps C) to (G) for continued sample values (n=1.3.5...frame length).
適応予測器27としては第3図に示すバーコールラティ
ス型のものが適する。1ビット/サンプル量子化では、
量子化誤差が予測係数の算出に影響を及ぼし、高次の予
測は意味をなさないため、予測次数は2程度に留めた方
がよい、第3図中の相関器31は係数km (n+1)
を演冨するものでN、(n>=(1−r) ・N、 (
n−1)−2r−er、(n) ・eba(n)Da(
n)=(1−r) HD+e (n−1)+ r ・(
era”(n)+eba”(n))にm++(n+1)
= N−(n)/Da(n)r・0.03
で求める。As the adaptive predictor 27, a Barcall lattice type one shown in FIG. 3 is suitable. For 1 bit/sample quantization,
Since quantization errors affect the calculation of prediction coefficients and high-order predictions are meaningless, it is better to keep the prediction order to about 2.The correlator 31 in Fig. 3 has a coefficient km (n+1).
N, (n>=(1-r) ・N, (
n-1)-2r-er, (n) ・eba(n) Da(
n)=(1-r) HD+e (n-1)+r ・(
era”(n)+eba”(n)) to m++(n+1)
= N-(n)/Da(n)r・0.03.
m>2の場合も同様に、サンプル時点nからサンプル時
点n+m−1で次数mのベクトルに対する2′″個の誤
差計算を行い最適な符号ベクトルを選ぶ事ができる。こ
のときの逆量子化値表は、予測残差信号の統計的性質を
反映し、出現確率の最大となるものから2−個を選択し
予め作成することができる。Similarly, when m>2, the optimal code vector can be selected by performing 2''' error calculations for vectors of degree m from sampling time n to sampling time n+m-1.In this case, the dequantized value The table can be created in advance by selecting two items that have the highest probability of appearance, reflecting the statistical properties of the prediction residual signal.
「発明の効果」
以上説明したように、この発明によればmビット/mサ
ンプル量子化、つまり1ビット/1サンプル量子化が行
われる。この1ビットサンプル量子化法を帯域分割適応
ピント割当ADPCM方式ニ適用スると、パーコールラ
ティス予測器により高い予測利得を得ながら、最小ビッ
ト割当を1ビット/サンプルとして、安定かつ歪の少な
い動作ができるため、高音サブ帯域の特性を一定以上に
保ち、かつ、入力信号の性質に応じた最適なビット割当
に非常に近いビット割当が可能となり、符号化特性が改
善される。また、ベクトルとして量子化を行っているに
もかかわらず、振幅に関する情報を別途量子化、伝送す
る必要が無いため、従来のADPCM方式の構成を大幅
に変える必要がなく、低遅延時間、別途情報の伝送不用
というADPCM方式の利点が保存される。"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, m-bit/m-sample quantization, that is, 1-bit/1-sample quantization is performed. When this 1-bit sample quantization method is applied to the band division adaptive focus allocation ADPCM method, stable and low-distortion operation can be achieved with a minimum bit allocation of 1 bit/sample while obtaining a high prediction gain using the Percoll lattice predictor. Therefore, it is possible to maintain the characteristics of the treble subband above a certain level, and to perform bit allocation very close to the optimum bit allocation according to the characteristics of the input signal, thereby improving the encoding characteristics. In addition, even though quantization is performed as a vector, there is no need to separately quantize and transmit information related to amplitude, so there is no need to significantly change the configuration of the conventional ADPCM system, low delay time, and separate information The advantage of the ADPCM method of not requiring transmission is preserved.
第1図はこの発明によるADPCM符号化法の構成例を
示す図、第2図は逆量子化値表の例を示す図、第3図は
適応予測器としてのパーコールラティスフィルタを示す
図、第4図は従来の帯域分割適応ビット割当ADPCM
方式を示すプロ・ンク図、第5図は従来から用いられて
いる2ビット量子化の符号化レベル、復号化レベルを示
す図、第6図は2ビット量子化時の正規化レベル圧縮、
伸張のための適応化則を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the ADPCM encoding method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of an inverse quantization value table, FIG. 3 is a diagram showing a Percoll lattice filter as an adaptive predictor, and FIG. Figure 4 shows conventional band division adaptive bit allocation ADPCM
Figure 5 is a diagram showing the encoding level and decoding level of conventionally used 2-bit quantization, Figure 6 is the normalization level compression during 2-bit quantization,
FIG. 3 is a diagram illustrating an adaptation rule for decompression.
Claims (1)
ス符号変調方式)に用いる量子化方法であつて、 信号から予測信号を差し引いた残差信号のm個の(mは
2以上の整数)サンプル値を一括して、歪最小尺度によ
りmビットで量子化し、 かつ、後続するサンプル値の量子化の粗さを現在までの
量子化符号の履歴に応じて逐次圧縮・伸張することを特
徴とする1ビット/サンプル量子化方法。(1) Adaptive bit allocation of the signal A quantization method used for ADPCM (adaptive differential pulse code modulation), in which m sample values (m is an integer of 2 or more) of the residual signal obtained by subtracting the predicted signal from the signal are used. are quantized in m bits using the minimum distortion scale, and the coarseness of the quantization of subsequent sample values is sequentially compressed and expanded according to the history of the quantization code up to the present. Bit/sample quantization method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2126281A JPH0445614A (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | One bit/sample quanitzation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2126281A JPH0445614A (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | One bit/sample quanitzation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0445614A true JPH0445614A (en) | 1992-02-14 |
Family
ID=14931332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2126281A Pending JPH0445614A (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | One bit/sample quanitzation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0445614A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018512613A (en) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | アウロ テクノロジーズ エンフェー. | Encoding and decoding digital data sets |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP2126281A patent/JPH0445614A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018512613A (en) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | アウロ テクノロジーズ エンフェー. | Encoding and decoding digital data sets |
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