JPH0470125A - 音声信号の符号化方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、音声信号の符号化方法に関する。

（ロ）従来の技術 音声信号の符号化方法としては、ＡＤＰＣＭ、ベクトル
量子化等が知られているが、これらの方法は近似、切り
捨てが行われる為に、全く歪みなく元の信号波形を再生
することはできない。

また、元の信号波形を再生し得る高性能の符号化方法と
して、ハフマン符号化がある。この符号化は、符号語の
発生確率に応じて符号長の相違する符号語を割り当てる
ものであり、符号語を作成する際に、フレーム毎に発生
確率を計算する必要があり、バッファリング（時間遅れ
）が必要となる。また、符号語を作成したときの信号の
統計的性質と復号化するときの信号の統計的性質が相違
する場合、圧縮率が悪くなる。よって、音声信号のよう
に時間毎に統計的性質が変化する信号に対しては、統計
的性質が変化する毎に作成した符号語と共にそのときの
符号化情報を復号側に伝送する必要があり、全体として
圧縮率が悪くなる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 そこで、本発明は、フレーム毎に確率を計算するという
時間のロスをなくし、また、信号波形の統計的性質が変
化する度に符号化情報を送ることによる圧縮率の低下を
防ぎ、音声信号を高速に高能率に符号化しようとするも
のである。

（ニ）ＢＭを解決するための手段 本発明においては、算術符号化を利用する。この場合、
多値にて区間を分割すると２計算が複雑となる。そこで
、多値をｍ進数で表してｍ値の数列を形成する。即ち１
、音声信号をサンブリジグするステップと、　このサン
ブリジグされた値の値域をｍ゛とじた　とき、これを０
次ｎ１進数に変換した後、順次一列に並べてｎ１饋の数
列を形唆するステツプと、ｍｆｊｔの数列を算術符号化
するステツプとを設け、　■〕値の各僅の発生確率を、
それ以前の各値の発生事実に基づいてＪ１算される条件
付き確率として、前記算術符号化する。

（ホ）作用 上記構成によれば、サンプリング値ｍ°を０次ｍ進数に
変換しているので、区間の分割、確率の計算は、ｍ“通
りではなく、ｍ　ｘ　ｒｉ通りて゛よく、高速に符号化
できる。更に、有る数を符号化する場合に、その値のそ
１１以前の発生事実に基ずいて計算される条件付き確率
により、符号化しているので、圧縮率が低下するのが、
防止さｔする。

（−）　　実施例 本発明の詳細な説明に先だって先づ、＊衝符号化につい
て、説明する。ｉｉ算術符号化概要は以下のとおりであ
る。

仮に、０．１を、それぞれ１／４．３／４の確率で発生
する、長さｎの２値情報ビット列（”　ｌ＋　Ｘｌ＋・
・ｘ、）を符号化する場合について説明する。符号化を
するには、先づ、最初に与えられた数直線上の区間「０
．１）を、ビット列の発生確率に比例した部分区間（０
゜１／４）とＪｌ／４．１）に分割する。そして最初の
ビ・７）Ｘ、がＯであれば、１／４に対応する区間［０
゜１／４）を選択し、１であれば、３／４に対応する区
間［１／４．１）を選択する。

最初のビットｘ１が１で区間［１／４．１）を選択した
とすｔｌ−ば、次に区間［１／４．１）をやはり発生確
率に比例した部分区間「１／４．７／１６）とＵ７／１
６．１　）に分割する。そし乙　２番目のビ・／トＸ、
がＯであれば、１／４に対応する区間Ｕゴ／４．７／＋
６）を選択し、ｌであれば３／４に対応する区間［７／
１６、ｌ）を選択する。

このようにしで、選ばれた区間にｔ、すして同様の操作
を繰り返し、最終的に選択された区間に含まれる数値の
中で　２進表示したときの桁数がなるべく少ない数値を
選択し、その小数点以下のビ、５゜ト列を符号語とする
。

従って、第４図において、たとえば、情報ビット列（１
，Ｏ，ｉ、　・・・・・・）の符号語を考えると、最初
の３ビｙトが、１０１であるがら、区間ａＥＸ、５＝）
が選択さｈたことになり、ｘ　＝　１／４＋　３／４Ｘ
　１／４ｘ　１／４＝　１９／６４＝　０．２９６８５
−−−−０．０１０１１　（２進数表示）ｙ　＝　１／
４＋　３／４Ｘ　１／４＝　２８／６４＝　０．４３７
５−−−−−０、ｏｔｎ　　（２進数表示）どなる。区
間ａに含まれる限り、０．０１・・・どなるので、最初
の３ビツトから、符号語の先頭をＯ】と符号化して良い
ことになる。かようにして、情報ビット列の全てを知る
ことなく、順次符号化を進めていくことができる。

さて、ここで音声信号のように時間的に相関を有する信
号を符号化する場合を考える６音声化号をサンプリング
し、このサンプリング値をたとえば２値のピント列に変
換してｌｉ算術符号化たとすると、元の音声信号は相関
を有していても、これを２値のビット列に変換すると、
並べられた１０の間には同等相関がないことになり、圧
縮率は低下する。即ち、２僅の符号化の場合、１サンプ
ルに対する圧縮率は、（、ｌｏｇｔＰ（０１５（ｔ）　
））＊Ｐ　（０１５（ｔゝ：　）＋　（−１ｏｇｔＰ（
１１５ｆｔ）））＊Ｐ　（ＩＩｓ　（ｔ））に近い値を
とることが知られており、Ｐが０．　５のとき圧縮率が
最も低下し、０か１に近いとき最も良くなる。

そこで、本発明においては、音声信号のサンプリング値
Ｘ（ｔ）（その値域をｍ’とする）をｍＶｉの数列に変
換する（以下、説明を簡単にする為にｍ＝＝２とする）
。即ち、 ｘ（ｔ　）＝ｂｏ（ｔ　）Ｘ　２°＋　ｂ　、（ｔ　）
ｘ　２　’＋・・・＋ｂ０（ｔ　）Ｘ　２” ヒして、このｂ　’（ｔ　’）を並べて数列を作る。こ
の様子を第２図に示す。

具体的には、ｘ（ｔ）の値域を２３＝８として、ｘ（ｔ
）が５．６．１の場合、第３図に示す数列を作る。

そして、ｂ’（ｔ’）を、それ以前の発生事実に基づい
た条件付き確率Ｐ　（０１５（ｔ’））、Ｐ（ＩＳ（ｔ
’））で算術符号化する。この場合、Ｓ（ｔ゛）は符号
化するｂ　’（ｔ　’）より以前の全ての信号に基づい
て Ｓ　（ｔ　’）　）＝　ｂ　’（ｔ　’−１）ｂ　’（
ｔ　’−２）・・・・・・として、決定すれば理想的に
圧縮できるが、この実施例では確率を計算するときのメ
モリの大きさを考慮して Ｓ　Ｎ　’）　＝ｂ　’（ｔ　’−１）ｂ　’（ｔ　’
−２）　ｂ’（ｔ　’−ｎ）ｂ　’（ｔ　’−ｎ　−１
）　ｂ　’（ｔ　’−ｎ−２）とした。これは、第２図
において、たとえば、矢印で示したビットの確率を計算
する場合には、斜線で示すビットに基づいて計算するこ
とであり、符号化するビットの下位のビットで計算する
ことである。このようにするのは、符号化するビットに
対してこの下位ビットは、特に多くの情報を含んでおり
、条件付き確率が、大きく１またはＯに片寄−２、圧縮
率を大きくすることができるからである。

条件付き確率Ｐ　（０１５（ｔ’））、Ｐ（１１５（ｔ
’））の計算の仕方は以下の通りである。全ての Ｓ（ｔ’）の状態に対して所定の大きさのメモリを用意
し、あるＳ（ｔ’）のときのｂ’（ｔ’）が符号化され
たならば、そのときのｂ’（ｒ’）を、そのときの状！
！Ｓ（ｔ’）用のメモリに残し、そのメモＪの１番古い
ものを破棄する。そして、Ｐ（０１Ｓ（ｔ’））、ｐ　
（ｌｌｓ　（ｔ’））はそれぞれＳ（ｔ′）用のメモリ
内の０または１の個数をメモリの大きさで割った値とす
る。但し、メモリの最初の状態は、０，１．０，１・・
・・・・とする。この方法により、符号化、復号化する
際に、全く同じ確率を、時間の変化に対応しながら確率
に情報を伝送することなく得ることができることになる
。

たとえば、Ｓ　（ｔ　’）　＝　ｂ　’（ｔ　’−１）
ｂ　’（ｔ　’−２）とし、且つメモリの大きさを３と
する。そして、Ｓ（ｔ’）の各状態に対する、以前の１
．０の発生状態を、たとえば、以下の通りとする。

Ｏを符号化する場合、Ｏの条件付き確率は２／３．１の
発生確率は１／３となる。従って、区間を２／３と１／
３に分割し、Ｏに対応する区間２／３を選択して符号化
する。更に、Ｓ（ｔ’）の状態００のメモリの先頭の（
古い）１を破棄して、Ｏを追加する。従って、Ｓ（ｔ’
）のＯＯの状態に対する新しいメモリテーブルは０００
となる。

この例の場合、メモリの大きさが３と小さい為メモリテ
ーブルの内容が全て０になる状態が生じたが、かかる場
合には、０及び１となる確率に対して所定の確率を、そ
れぞれ割り当てる。

第１図は本発明にかかる符号化方法及び復号化方法を実
施する為のブロック図である。端子１にはデジタル化さ
れた音声信号（ｍ”）　　が入力される。この信号は信
号変換器２にて先に説明した通り、０次ｍ進数の数列に
変換される。回路３では条件付き確率が計算される。次
に、符号化器４（二より、符号化されようとしている数
について先の計算結果に基づく確率にて区間分割が行わ
れ、所定の区間が選択され、符号化される。

上記符号化は、条件付き確率を使用する以外は通常の算
術符号化と同じであり、算術符号化の詳細については、
”Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　　ｃｏｄｉｎｇ　　ＩＢＭ　
　Ｊ　　ＤＥＶＥＬＯＰ　　ＶＯＬ２３　　ＮＯ２Ｐ１
４９〜１６２に記載されている。

復号化については、条件付き確率を使用する以外は、通
常の算術符号の復号と同様に行われる。

即ち、復号器５に対して、回路３と同様の確率計算を行
う回路６で計算された確率が供給されて復号化が行われ
る。その後、信号変換器７にてビ・５・ト列がもとの信
号に戻され、出力端子８に出力される。

（ト）発明の効果 以上述べた本発明によれば、算術符号化しているため、
元のデジタル音声信号を歪みなく再生することができる
。また、確率を逐次計算しながら符号化を行うため、時
間遅れがなく、更に確率の時間変化にも対応でき、高能
率の圧縮が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するためのブロフク図、第
２図は信号を数列に変換した状態を示す図、第３図はそ
の具体例を示す図、第４図は算術符号化の説明に供する
図である。 ２は信号変換器　３は確率計算器　４は符号化器 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声信号をサンプリングするステップと、このサ
   ンプリングされた値の値域をｍ＾ｎとしたとき、これを
   ｎ次ｍ進数に変換した後、順次一列に並べてｍ値の数列
   を形成するステップと、前記ｍ値の数列を算術符号化す
   るステップとを有し、 前記ｍ値の各値の発生確率を、それ以前の各値の発生事
   実に基づいて計算される条件付き確率として、前記算術
   符号化をすることを特徴とする音声信号の符号化方法。