JPH0634200B2 - 符号化復号化方法と装置 - Google Patents

符号化復号化方法と装置

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JPH0634200B2
JPH0634200B2 JP61052863A JP5286386A JPH0634200B2 JP H0634200 B2 JPH0634200 B2 JP H0634200B2 JP 61052863 A JP61052863 A JP 61052863A JP 5286386 A JP5286386 A JP 5286386A JP H0634200 B2 JPH0634200 B2 JP H0634200B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、音声信号の帯域圧縮に関し、特にディジタル
伝送や蓄積に関する。
(従来の技術) 音声あるいは画像信号を効率よく符号化するには、信号
のもつ冗長性、特に相関を利用する方法が有効である。
線形予測符号化や直交変換符号化はこの代表例である。
これらの符号化法の圧縮率の限界は信号の持つ相関の
量、即ち共分散行列の行列式で決定されることが、似鳥
による論文:「線形変換符号化と線形予測符号化」、電
子通信学会論文誌、vol.53-A,PP.97-104(1970).で示さ
れている。そこで述べられている理論によると、相関の
強い信号ほど(共分散行列の行列式が小さいほど)高能
率に符号化できることになる。
(発明が解決しようとする問題点) これまでの高能率音声符号化法は、入力される音声信号
の相関だけに頼って帯域圧縮を実現しており、符号化効
率に限界が発生している。
本発明の目的は、入力音声信号と既知の、或いは入力音
声信号に特性に依存して決まる信号との相互相関関数を
符号化することにより、波形符号化における符号化効率
の向上を計ることにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、入力された一連の離散信号系列を符号
化する際に、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号
に適応的に定まる信号系列との相互相関関数を求め、前
記相互相関関数系列を符号化し、前記符号化された相互
相関関数を復号し、前記復号された相互相関関数とから
再生信号系列を生成することを特徴とする符号化復号化
方式が得られる。
また、本発明にによれば、一連の離散信号系列を入力す
る手段と、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号に
適応的に定まる信号系列との相互相関関数を求める手段
と、前記相互相関関数を符号化する手段と、前記相互相
関関数を表す符号系列を出力する手段とを有することを
特徴とする符号化装置が得られる。
さらに、本発明によれば、符号系列を入力する手段と、
前記符号系列から相互相関関数を復号する手段と、前記
復号された相互相関関数から再生信号系列を生成する手
段とを有することを特徴とする復号化装置が得られる。
(作用) Nサンプル毎のブロックに分割された入力音声信号をx
(n),n=1,…,Nとする。このx(n)と、予め、或い
はx(n)に適応的に定められる信号h(n)との相互相関関
数を計算すると次のようになる。
x(n)のz変換をX(z),h(n)のz変換をH(z)とする
と、相互相関関数Ψ(τ)のz変換Ψ(z)は、 Ψ(z)=X(z)H(z-1) (2) となり、その電力スペクトルは、 PΨ(z)=Ψ(z)Ψ(z) =P(z)P(z) (3) 但し、 P(z)=X(z)X(z-1) P(Z)=H(z)H(z-1) のように、x(n)の電力スペクトルとh(n)の電力スペク
トルとの積で表される。一方、文献1の理論によると、
x(n)の圧縮限界はx(n)の電力スペクトルの相乗平均、
即ち電力スペクトルの偏りに依存して決まる。従って、
上記(3)式から分かるようにh(n)を適切にとると、x
(n)とh(n)との相互相関関数Ψ(n)はx(n)より相関の高
い(即ち、電力スペクトルの相乗平均の小さい)信号と
なる可能性があり、高い符号化効率を得ることが期待で
きる。但し、h(n)をx(n)に適応させて定めるときは、
h(n)を表す情報を補助情報として符号化する必要があ
る。相互相関関数から再生信号x(n)を生成するには、
(2)式から分かるように相互相関関数のスペクトルをh
(n)のスペクトルで割った後に、時間信号に変換する方
法が簡単である。本発明の原理図を第1図に示す。図に
おいて、1.は入力信号x(n)と定められた信号h(n)との
相互相関関数を求めることを、2.は1.で求められた相互
相関関数Ψ(τ)を符号化することを、3.は2.で符号化
された相互相関関数を復号し相互相関関数 を求めることを、4.は復号された相互相関関数から再生
信号 に求めることを、それぞれ基本的な構成要素としている
ことを示している。
以上で、本発明の原理に関する説明を終える。
(実施例) 第2図は、本発明の第1の実施例を示す音声符号化復号
化装置のブロック図である。図において、10は入力端子
で、一定間隔毎に、例えば8kHzで標本化された160サン
プルの離散音声信号x(n)を入力し、相互相関関数計算
器11へx(n)を供給する。相互相関関数計算器11は12の
メモリから予め定められた信号系列h(n)を入力し、x
(n)とh(n)との相互相関関数Ψ(τ)を計算し、それを
線形予測符号器20へ出力する。線系予測符号器20の内部
において、メモリ12に蓄えられている信号系列は、電力
スペクトルが音声信号の長時間平均スペクトルに等しい
信号である。線形予測符号器20は所謂バックワード型の
予測器をもつ線形予測符号器で、21は160サンプルの相
互相関関数を蓄えるバッファメモリ、22は相互相関関数
Ψ(n)と適応予測回路25によって生成される相互相関関
数の予測値 との差をとる差分回路、23は予測残差e(n)を量子化す
る量子化器、24は量子化された予測残差δ(n)と予測値 との和をとる加算回路である。適応予測器25で行われる
アルゴリズムは種々のものが知られているが、ここでは
ギブソン(Gibson)の論文「シークェンシャリーアダプテ
ィブバックワードプレディクションインエーディーピー
シーエムスピーチコーダーズ(Sequntially Adaptive Ba
ckward Prediction in ADPCM Speech Coders)」アイ・
イー・イー・イートランザクションズオンコミュニケー
ションズ(IEEE Trans.on Communications),PP.145-150
(1978)(文献3)で述べられている方法を用いて説明す
る。量子化された予測誤差δ(n)は、17の符号器で符号
系列に変換された後、19の出力端子より受信側に伝送さ
れる。受信側では、まず、40から受ける符号系列を44の
復号器で量子化された予測誤差δ(n)に復号し、線形予
測復号器30に出力する。30では、δ(n)と適応予測回路3
1から得られる予測値 とを35の加算回路でたし合わせて相互相関関数 を作り、バッファメモリ45へ出力する。変換回路46は、
メモリ47蓄えられている送信側と同じ特性をもつ信号h
(n)とバッファメモリ45より入力される相互相関関数 とを用いて、すでに説明した方法により再生信号 生成させ、49の出力端子へ出力させる。31の適応予測回
路の動作は送信側の適応予測回路25と同じである。
第3図(a),(b)は、本発明の第2の実施例を示す音声符
号化復号化装置のブロック図であり、第3図(a)は、符
号化装置側の、第3図(b)は復号化装置側の構成を示し
ている。第3図(a)において、入力端子100から、一定時
間間隔ごとに、例えば8kHzで標本化された160サンプル
の離散音声信号x(n)n=1,…,160,が入力され、11
0の線形予測分析器並びに150の相互相関計算器に供給さ
れる。線形予測分析器110は入力信号x(n)に対応した例
えば8次の声道断面積関数k(i),i=1,…,8,を
求め、それを線形予測パラメータ類似度比較器120へ出
力する。線形予測パラメータ類似度比較器120では、線
形予測パラメータコードブック130に予め蓄えられてい
る例えば1024個の声道断面積関数のパタンkj(i),(i
=1,…,8,j=1,…,1024)と110より入力され
たk(i)との類似度を比較する。もし、このとき最も類
似度の高い標準パタンがj番目のものであったなら、12
0はkj(i),(i=1,…,8)のパタンを140のインパ
ルス応答計算器へ、そのパタンの符号jをマルチプレク
サ190へ出力する。インパルス応答計算器140は、130よ
り供給された声道断面積関数から線形予測フィルタのイ
ンパルス応答h(n)を計算し、150の相互相関関数計算器
へ出力する。150は、100より入力された音声信号x(n)
と140より入力されたインパルス応答h(n)との相互相関
関数Ψ(n)を160次計算し、バッファメモリ160へ出力す
る。バッファメモリ160は、160次の相互相関関数を例え
ば40サンプルごと4つのサブブロックに分割し、正規化
回路161へ出力する。
正規化回路161に入力された相互相関関数はその二乗ノ
ルムが1になるように正規化されて、の相互相関関数類
似度比較器170に出力される。このときの正規化係数
σs,(s=1,…,4)は、165の正規化係数類似度比
較器で正規化係数コードブック162を用いて符号化され
る。正規化係数コードブック162の例えば256個の標準パ
タンのうちσs,(s=1,…,4)のパタンと最も類
似するパタンの符号sが190のマルチプレクサに出力さ
れる。相互相関関数類似度比較器170では、相互相関関
数コードブック180に蓄えられている例えば1024個の相
互相関関数Ψi(n),(i=1,…,1024,n=1,…,
40)の標準パタンと160より入力されたt番目のサブブ
ロックΨ(n+40・t),(t=0,1,2,3)との
類似度を計算する。もし、t番目のサブブロックとの類
似度が最も標準パタンがi番目のものであれば、相互相
関関数コードブック180は選ばれた標準パタンの符号i
(t),(t=0,1,2,3)をマルチプレクサ190へ出
力する。マルチプレクサ190は、4つに分割されたそれ
ぞれの相互相関関数を表す符号i(t)と線形予測パラメ
ータを表す符号jと正規化係数を表す符号sとを多重化
して101の出力端子から復号側に伝送される。つぎに第
3図(b)を参照して復号化装置側の動作について説明す
る。デマルチプレクサ260は受信端子201を通して符号系
列を入力し、相互相関関数を表す符号と声道断面積関数
を表す符号と正規化係数を表す符号とに分離して、相互
相関関数を表す符号i(t),(t=0,1,2,3)を
相互相関関数コードブック250へ、声道断面積関数を表
す符号jを声道断面積関数コードブック240へ、正規化
係数を表す符号sを正規化係数コードブック251へそれ
ぞれ出力する。相互相関関数コードブック250では、受
け取った符号i(t),(t=0,1,2,3,4)に対
応する相互相関関数を検索し、補正回路255へ出力す
る。正規化係数コードブック251では、符号sをもちい
てコードブックからそれに対応する正規化係数のパタン
を検索し、補正回路255へ出力する。補正回路255は、25
0から入力される正規化された相互相関関数に251から入
力される正規化係数を掛け、相当相関関数を得てそれを
予測残差計算器230へ出力する。線形予測パラメータコ
ードブック240では、同様に260より供給した符号jに対
応する声道断面積関数のパタンを検索し、それを線形予
測係数計算器220へ出力する。線形予測係数計算器220で
は、240より供給した声道断面積関数を線形予測係数に
変換し、それをインパルス応答計算器221及び再生信号
生成器210へ出力する。インパルス応答計算器221は220
から受け取った線形予測係数をもとに線形予測フィルタ
のインパルス応答を計算し、予測残差計算器230へ出力
する。予測残差計算器230では、補正回路255より供給さ
れる相互相関関数Φ(n)とインパルス応答計算器221より
供給するインパルス応答h(n)とから、次の連立方程式
を解いて、残差e(n)を計算する。
但し、 求まった予測残差は再生信号生成器210へ出力される。
再生信号生成器210では、線形予測係数計算器220より入
力された線形予測係数と予測残差計算器230より入力さ
れた予測残差とから、再生信号x(n)を発生させ出力端
子200より出力する。
ここまで述べた実施例は線形予測符号化を基本としたも
のであるが、相互相関関数Ψ(τ)の符号化として直交
変換符号化を用いることもできる。
以上で本発明の実施例についての説明をおえる。
(発明の効果) 本発明は、入力された音声信号を直接符号化するのでは
なく、入力音声信号を、既知或いは入力音声信号の性質
に適応した信号と入力信号との相互相関関数に変換し
て、符号化を行うことを特徴としている。このようにし
て得られる相互相関関数は入力音声信号が持つ相関より
も高い相関を持つようにできるから、符号化の対象信号
として前記相互相関関数を選ぶ発明の構成は、従来より
高い符号化効率を実現できるという効果をもつ。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示すブロック図、第2図は本発
明の第1の実施例を示すブロック図、第3図(a),(b)は
本発明の第2の実施例を示すブロック図である。 図において、1……相互相関関数計算、2……符号化、
3……復号化、4……再生信号生成、10……入力端子、
11……相互相関関数計算、12……メモリ、20……線形予
測符号器、21……バッファメモリ、22……差分回路、23
……量子化器、24……加算回路、25……適応予測回路、
17……符号器、19……出力端子、30……線形予測復号
器、31……適応予測回路、35……加算回路、40……入力
端子、44……復号器、45……バッファメモリ、46……変
換回路、47……メモリ、49……出力端子、100……入力
端子、110……線形予測分析器、120……線形予測パラメ
ータ類似度比較器、130,240……線形予測パラメータコ
ードブック、140……インパルス応答計算器、150……相
互相関関数計算器、160……バッファメモリ、161……正
規化回路、162,251……正規化係数コードブック、165…
…正規化係数類似度比較器、170……相互相関関数類似
度比較器、180,250……相互相関関数相関コードブッ
ク、190……マルチプレクサ、101……送信端子、200…
…出力端子、201……受信端子、210……再生信号生成
器、220……線形予測係数計算器、221……インパルス応
答計算器、230……予測残差計算器、225……補正回路、
260……デマルチプレクサをそれぞれ示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力された一連の離散信号系列を符号化す
    る際に、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号に適
    応的に定まる信号系列との相互相関関数を求め、前記相
    互相関関数系列を符号化し、前記符号化された相互相関
    関数を復号し、前記復号された相互相関関数とから再生
    信号系列を生成することを特徴とする符号化復号化方
    法。
  2. 【請求項2】一連の離散信号系列を入力する手段と、前
    記入力信号系列と固定の或いは前記信号に適応的に定ま
    る信号系列との相互相関関数を求める手段と、前記相互
    相関関数を符号化する手段と、前記相互相関関数を表す
    符号系列を出力する手段とを有することを特徴とする符
    号化装置。
  3. 【請求項3】符号系列を入力する手段と、前記符号系列
    から相互相関関数を復号する手段と、前記復号された相
    互相関関数から再生信号系列を生成する手段とを有する
    ことを特徴とする復号化装置。
JP61052863A 1986-03-10 1986-03-10 符号化復号化方法と装置 Expired - Lifetime JPH0634200B2 (ja)

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