JPH07273656A

JPH07273656A - 信号処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH07273656A
Application number: JP6059113A
Authority: JP
Inventors: Yoshifuyu Sonohara; 美冬園原; Kiyouya Tsutsui; 京弥筒井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【構成】入力波形信号を周波数成分分解回路７０１で
分解して、正規化・量子化回路７０２、符号列生成回路
７０３で符号化する場合に、処理帯域制限回路７０４に
より、必要のない側の帯域についてはＱＭＦの演算を省
略することによって、フィルタ演算に必要な演算回数を
減らして高速な演算を行うようにする。また、フィルタ
演算に必要なワークエリアを小さくする。【効果】要求される再生信号の品質に応じて処理をす
る場合に、フィルタ演算を簡単にまたワークエリアを小
さくすることができ、安いコストで、或いは高速に、符
号化及び復号化の処理を行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号処理方法及び装置
に関し、特に入力信号に対して帯域を二分割するいわゆ
るＱＭＦ(Quadrature Mirror filter)及びこれにより二
分割された帯域を合成するＩＱＭＦ（Inverse ＱＭＦ）
のディジタルフィルタの演算に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オーディオ或いは音声等の信
号の高能率符号化の手法には種々あるが、例えば、時間
軸の信号を所定時間単位でブロック化してこのブロック
毎の時間軸の信号を周波数軸上の信号に変換（スペクト
ル変換）して複数の周波数帯域に分割し、各帯域毎に符
号化するブロック化周波数帯域分割方式であるいわゆる
変換符号化や、時間軸上のオーディオ信号等をブロック
化しないで、複数の周波数帯域に分割して符号化する非
ブロック化周波数帯域分割方式であるいわゆる帯域分割
符号化（サブ・バンド・コーディング：ＳＢＣ）等を挙
げることができる。また、上述の帯域分割符号化と変換
符号化とを組み合わせた高能率符号化の手法も考えられ
ており、この場合には、例えば、上記帯域分割符号化で
帯域分割を行った後、該各帯域毎の信号を周波数軸上の
信号にスペクトル変換し、このスペクトル変換された各
帯域毎に符号化が施される。

【０００３】ここで、上述した帯域分割符号化において
用いられる帯域分割用フィルタとしては、例えばＱＭＦ
などのフィルタがあり、このＱＭＦのフィルタは、文献
「ディジタル・コーディング・オブ・スピーチ・イン・
サブバンズ」("Digital coding of speech in subband
s" R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech. J., Vol.55,No.8
1976) に述べられている。

【０００４】また、文献「ポリフェイズ・クァドラチュ
ア・フィルターズ −新しい帯域分割符号化技術」("Po
lyphase Quadrature filters -A new subband coding t
echnique", Joseph H. Rothweiler ICASSP 83, BOSTON)
には、等帯域幅のフィルタ分割手法が述べられている。

【０００５】上記ＱＭＦの具体的な計算のアルゴリズム
としては例えば次のようなものがある。タップ数がＬの
ＱＭＦの係数をｈ(0) ，ｈ(1) ，・・・，ｈ(L-1) とす
るとき、ＱＭＦの性質からＬ／２≦ｊ＜Ｌなるｊに対し
てはｈ(j) ＝ｈ(L-j-1) が成り立つ。ここで、入力信号
ｘ(n) に対してＱＭＦを施した低域のサンプルをｚ
₁(n)、高域のサンプルをｚ₂(n)とする。ｎが偶数の場合
には式(1) を、奇数の場合には式(2) を求めると、ｚ
₁(n)及びｚ₂(n)はそれぞれは式(3) 、式(4) として表さ
れる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】ｚ₁(n)＝Ｘ₁＋Ｘ₂(n) （３）

【０００９】ｚ₂(n)＝Ｘ₁−Ｘ₂(n) （４）

【００１０】ｚ₁(n)、ｚ₂(n)は、それぞれ帯域が半分に
制限されているので、奇数番目のサンプルは間引くこと
ができ、計算する必要はない。

【００１１】また、ＱＭＦの逆フィルタであるＩＱＭＦ
（インバースＱＭＦ）の場合には、低域の入力信号をｙ
₁(m)、高域の入力信号をｙ₂(m)としたとき、これらの帯
域を合成した出力ｓ(n) (n=2m 及び n=2m+1)はｎ＝２ｍ
のときには、式(5) 、式(6)として、またｎ＝２ｍ＋１
のときには式(7) 、式(8) として表される。

【００１２】

【数３】

【００１３】

【数４】

【００１４】また、上述したスペクトル変換としては、
例えば、入力オーディオ信号を所定単位時間（フレー
ム）でブロック化し、当該ブロック毎に離散フーリエ変
換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、モディフ
ァイド離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を行うことで時
間軸を周波数軸に変換するようなスペクトル変換があ
る。なお、上記ＭＤＣＴについては、文献「時間領域エ
リアシング・キャンセルを基礎とするフィルタ・バンク
設計を用いたサブバンド／変換符号化」("Subband/Tran
sform Coding Using Filter Bank Designs Based on Ti
me Domain AliasingCancellation," J.P.Princen A.B.B
radley, Univ. of Surrey Royal MelbourneInst. of Te
ch. ICASSP 1987)に述べられている。

【００１５】このようにフィルタやスペクトル変換によ
って帯域毎に分割された信号を量子化することにより、
量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、いわ
ゆるマスキング効果などの性質を利用して聴覚的により
高能率な符号化を行うことができる。また、ここで量子
化を行う前に、各帯域毎に、例えばその帯域における信
号成分の絶対値の最大値で正規化を行うようにすれば、
さらに高能率な符号化を行うことができる。

【００１６】ここで、周波数帯域分割された各周波数成
分を量子化する場合の周波数分割幅としては、例えば人
間の聴覚特性を考慮した帯域幅を用いることが多い。す
なわち、一般に高域ほど帯域幅が広くなるような臨界帯
域（クリティカルバンド）と呼ばれている帯域幅で、オ
ーディオ信号を複数（例えば２５バント）の帯域に分割
することがある。また、この時の各帯域毎のデータを符
号化する際には、各帯域毎に所定のビット配分或いは、
各帯域毎に適応的なビット割当て（ビットアロケーショ
ン）による符号化が行われる。例えば、上記ＭＤＣＴ処
理されて得られた係数データを上記ビットアロケーショ
ンによって符号化する際には、上記各ブロック毎のＭＤ
ＣＴ処理により得られる各帯域毎のＭＤＣＴ係数データ
に対して、適応的な割当てビット数で符号化が行われる
ことになる。ビット割当手法としては、次の２手法が知
られている。

【００１７】例えば、文献「音声信号の適応変換符号
化」（"Adaptive Transform Coding of Speech Signal
s", IEEE Transactions of Accoustics, Speech, and S
ignal Processing, vol.ASSP-25, No.4, August 1977
）では、各帯域毎の信号の大きさをもとに、ビット割
当を行っている。この方式では、量子化雑音スペクトル
が平坦となり、雑音エネルギー最小となるが、聴感覚的
にはマスキング効果が利用されていないために実際の雑
音感は最適ではない。

【００１８】また、例えば文献「臨界帯域符号化器 −
ディジタル・エンコーディング・オブ・パーセプチュア
ル・リクワイアメンツ・オブ・ジ・オーディトリィ・シ
ステム」（"The critical band coder --digital encod
ing of the perceptual requirements of the auditor
y system", M.A.Kransner MIT, ICASSP 1980）では、聴
覚マスキングを利用することで、各帯域毎に必要な信号
対雑音比を得て固定的なビット割当を行う手法が述べら
れている。しかしこの手法では、サイン波入力で特性を
測定する場合でも、ビット割当が固定的であるために特
性値がそれほど良い値とならない。

【００１９】これらの問題を解決するために、ビット割
当に使用できる全ビットが、各小ブロック毎にあらかじ
め定められた固定ビット割当パターン分と、各ブロック
の信号の大きさに依存したビット配分を行う分に分割使
用され、その分割比を入力信号に関係する信号に依存さ
せ、前記信号のスペクトルが滑らかなほど前記固定ビッ
ト割当パターン分への分割比率を大きくする高能率符号
化装置が提案されている。

【００２０】この方法によれば、サイン波入力のよう
に、特定のスペクトルにエネルギーが集中する場合には
そのスペクトルを含むブロックに多くのビットを割り当
てる事により、全体の信号対雑音特性を著しく改善する
ことができる。一般に、急峻なスペクトル成分をもつ信
号に対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、このよ
うな方法を用いる事により、信号対雑音特性を改善する
ことは、単に測定上の数値を向上させるばかりでなく、
聴感上、音質を改善するのに有効である。

【００２１】ビット割り当ての方法にはこの他にも数多
くのやり方が提案されており、さらに聴覚に関するモデ
ルが精緻化され、符号化装置の能力があがれば聴覚的に
みてより高能率な符号化が可能になる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の符号化及び復号化の手段を実現するためには、信号の
サンプル値をそのまま記録や伝送する場合に比較して大
きなハードウェアが必要となる。特に、扱う信号が高域
成分を含み広い帯域にわたっている場合には扱うべきス
ペクトル成分数が多くなる上、サンプリング周波数も高
くなるので、必要なバッファ容量、時間当たりの演算処
理量は大きなものとなってしまう。

【００２３】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、要求される再生信号の品質に応じて処理
を簡略化することができ、より小規模で低価格、さらに
高速な演算を可能とするのハードウェアを実現すること
ができる信号処理方法及び装置を提供することを目的と
するものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る信号処理方法及び装置は、入力信号
に対して帯域を二分割するクァドラチュアミラーフ
ィルタの演算を行う際に、フィルタ出力として分割され
た帯域のうち一方のみが必要とされるならば、必要のな
い側の帯域については演算を省略し、当該必要とされる
一方の帯域のみ演算を行うようにしている。

【００２５】このときの信号処理方法及び装置では、上
記クァドラチュアミラーフィルタを従属的に接続
し、該フィルタ出力のうちのいくつかの帯域が必要でな
いならば、当該フィルタ演算の一部或いは全部に上記省
略の処理を選択的に施す。また、本発明の信号処理方法
及び装置では、入力信号を上記フィルタの演算によって
帯域分割した後、符号化する。さらに、本発明の信号処
理方法及び装置では、入力信号をブロック化し、上記フ
ィルタの演算によっで帯域分割した後に、各ブロック毎
に直交変換を用いて周波数軸上の信号に変換して符号化
する。

【００２６】また、本発明の信号処理方法及び装置は、
クァドラチュアミラーフィルタを用いて帯域が二分
割された入力信号に対して、逆クァドラチュアミラー
フィルタを用いて帯域合成を行う際に、帯域分割され
たフィルタ入力のうち一方のデータが全て０であるなら
ば、当該データの入力が全て０の帯域についての演算は
省略し、データの入力が全て０でない帯域についてのみ
演算を行うようにしている。

【００２７】このときの信号処理方法及び装置では、上
記逆クァドラチュアミラーフィルタを従属的に接続
し、該フィルタの入力のうちのいくつかの帯域のデータ
が全て０であるならば、当該フィルタ演算の一部或いは
全部に上記省略の処理を選択的に施す。また、本発明の
信号処理方法及び装置では、上記クァドラチュアミラ
ーフィルタを用いて帯域が二分割された後に符号化さ
れた信号を復号化する際に、上記フィルタ入力のデータ
が全て０か否かに応じた上記逆クァドラチュアミラー
フィルタの演算を行う。さらに、本発明の信号処理方法
及び装置では、時間軸の入力信号をブロック化して上記
クァドラチュアミラーフィルタを用いて帯域を分割
した後各ブロック毎に直交変換を用いて周波数軸上の信
号に変換して符号化された信号を復号化する際に、周波
数軸上の入力信号を逆直交変換した後、上記フィルタ入
力のデータが全て０か否かに応じた上記逆クァドラチュ
アミラーフィルタの演算を行う。

【００２８】ここで、各信号処理方法及び装置におい
て、上記直交変換としては変更離散コサイン変換を用
い、上記逆直交変換としては逆変更離散コサイン変換を
用いる。また、上記ブロックのサイズは可変とする。

【００２９】

【作用】本発明の信号処理方法及び装置によれば、指定
された帯域情報などに基づいて実際の変換処理を必要な
帯域のみで行うにあたって、クァドラチュアミラーフ
ィルタや逆クァドラチュアミラーフィルタの演算を
行う際の演算を、必要のない側の帯域については省略す
ることによって、フィルタ演算に必要な演算回数を減ら
して高速な演算を行うようにしている。また、このた
め、フィルタ演算に必要なワークエリアは小さくなる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照にしながら説明する。

【００３１】図１は本発明の信号処理方法が適用される
符号化方法の実施例を説明するための図である。この図
１に示す実施例において、入力信号はモディファイド
（変更）離散コサイン変換、いわゆるＭＤＣＴ等のスペ
クトル変換によって得られたスペクトル成分に分解され
る。各スペクトル係数は所定のバンド（この図の例では
ｂ１からｂ９の９バンド）毎にまとめられ、正規化処理
が施される。ここで、正規化処理とは各バンドにおける
スペクトル係数の最大の絶対値によって決定される正規
化係数によって各スペクトル係数を割ることを言う。

【００３２】次に、各バンド毎に正規化されたスペクト
ル係数は、与えられたビット数で再量子化される。この
ビット数の与え方は、入力信号にかかわらず一定であっ
てもよいし、マスキング等を考慮して、入力信号に依存
して求められたものであってもよい。本実施例の符号化
装置では、このように正規化処理を施すことによって、
レベルの低い周波数成分のみからなるバンド内のスペク
トル係数を少ないビット数で効率良く再量子化すること
が可能である。また、本実施例の符号化装置では、再量
子化のためのビット数を少なくすることで元の信号を圧
縮することができる。

【００３３】図２は、本発明の信号処理方法が適用可能
な信号処理装置の構成としての符号化装置を概略的に示
すブロック回路図である。符号化装置の入力端子１００
を介して入力されたオーディオ信号は、周波数成分分解
回路１０１により周波数成分に分解される。この周波数
成分は、正規化・量子化回路１０２によって、一定の帯
域毎に正規化及び再量子化が施され、その後、符号列生
成回路１０３によって、量子化精度情報、正規化係数情
報、正規化及び量子化された周波数成分情報が符号列に
変換され、出力端子１０４より取り出される。

【００３４】一方、図３は、上記図２の符号化装置に対
応した、本発明の信号処理方法が適用される復号化装置
の実施例の概略構成のブロック回路図を示したものであ
る。入力端子２００に入力された符号列は、上記図２の
出力端子１０４からの出力に対応するものであり、符号
列復号回路２０１により量子化精度情報、正規化係数情
報、正規化及び量子化された周波数成分情報に分離さ
れ、逆量子化・逆正規化回路２０２に送られ、ここで周
波数成分信号が生成される。生成された周波数成分信号
は、波形信号合成回路２０３に送られ、波形信号に変換
されて、出力端子２０４より出力される。

【００３５】ここで、上記周波数成分に分解する方法と
しては、上述のＤＦＴ、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ等のスペクト
ル変換手段を用いても良いし、或いは帯域分割フィルタ
を用いても良いが、図４に示すように、帯域分割フィル
タと上述のスペクトル変換を組み合わせたものであって
も良い。

【００３６】この図４の例においては、入力端子３００
より入力された波形信号は、帯域分割フィルタ回路３０
１によって４つの帯域に分割される。各端子３３１、３
３２、３３３、３３４には、この順番に低い周波数から
の帯域の信号が得られる。これらの信号は端子３００の
入力波形信号の１／４の帯域幅になっており、各々のサ
ンプリングレートは、上記入力波形信号の１／４になっ
ている。従って、これらの信号をスペクトル変換するス
ペクトル変換回路３１１、３１２、３１３、３１４は、
実際には入力信号を直接スペクトル変換する場合の１／
４の変換長で、同一の周波数分解能を得ることができ
る。各スペクトル変換回路３１１、３１２、３１３、３
１４からの周波数成分出力は、各出力端子３２１、３２
２、３２３、３２４をそれぞれ介して取り出される。

【００３７】図５は、上記図４の周波数成分分解手段に
対応する波形信号合成手段の例を示すものである。この
波形信号合成手段の各入力端子４０１、４０２、４０
３、４０４への入力は、それぞれ図４の各出力端子３２
１、３２２、３２３、３２４からの出力にそれぞれ対応
している。

【００３８】ここで、各逆スペクトル変換回路４１１、
４１２、４１３、４１４からの各出力端子４４１、４４
２、４４３、４４４に得られる各帯域の信号のサンプリ
ングレートは、上記図４の各端子３３１、３３２、３３
３、３３４の各帯域の信号とそれぞれ同一である。これ
らの各端子４４１、４４２、４４３、４４４に得られる
各帯域の信号を、帯域合成フィルタ４２１が合成するこ
とによって、波形信号を再生することができ、合成され
た波形信号は、出力端子４３１より取り出される。

【００３９】図６及び図７はそれぞれ、図４の帯域分割
フィルタ回路３０１及び図５の帯域合成フィルタ回路４
２１の構成例を示したものである。すなわち、図６にお
いては、端子５００からの入力信号を高域信号、低域信
号に２分割するＱＭＦ回路５０１、５１１、５１２を組
み合わせて、例えば図４の帯域分割フィルタ回路３０１
が構成され、各端子５２１、５２２、５２３、５２４か
らは、この順番に低い周波数からの帯域の信号が得られ
る。また、図７においては、１つのＱＭＦによって分割
された２つの帯域の信号を合成するＩＱＭＦ回路を６１
１、６１２、６２１と３つ組み合わせて、例えば図５の
帯域合成フィルタ回路４２１が構成されている。

【００４０】このように、ＱＭＦ及びＩＱＭＦを使用し
て帯域分割フィルタ手段及び帯域合成フィルタ手段を構
成することにより、帯域分割後にサンプリングレートを
低くしたために生じるエイリアシングの影響をキャンセ
ルすることができる。

【００４１】さてここで、上述の符号化装置、復号化装
置を用いて、音響信号を記録・再生する場合について考
える。多くの音響信号において、重要な信号成分は特定
の帯域、特に低域側に集中している。もちろん、より高
域の信号成分が再生されることにより、音質が向上し、
より臨場感のある音響信号が得られるが、低域側の信号
のみが再生されるだけでもスピーチの内容を理解するこ
とは可能であるし、そこそこの音質で音楽を楽しむこと
も可能である。

【００４２】上述の符号化・復号化には元の波形信号の
波形信号サンプルをそのまま記録する場合に比較して多
大の処理が必要となるが、もし、そこそこの音質が簡易
に圧縮記録、伸長再生できれば非常に便利であるこのよ
うな簡易な符号化手段及び復号化手段は次のようなケー
スに特に有用である。

【００４３】第一のケースは、上述の理由を背景とし
て、ある応用のために信号圧縮を行う段階で、最終的に
低域側の信号のみが必要であるとわかっている場合であ
る。これは符号化に関して言えば、入力される信号の帯
域が予め制限されているものである場合、或いは、高域
の信号は無視していいという指定が符号化手段に対して
指示されている場合であり、復号化に関して言えば、入
力される符号列が低域側の信号に対する情報からのみ成
り立っている場合、或いは、高域の信号は無視していい
という指定が復号化手段に対して指示されている場合で
ある。

【００４４】第二のケースは、復号化手段の能力に応じ
て、復号化手段が再生する帯域を決定する場合である。
この場合、与えられた符号列から復号化手段自身が再生
可能な帯域の情報を選択して、復号化を行う。こうする
と、復号化手段の種類によって同一の符号列から別の信
号が再生されることになるが、これらはその再生信号の
音質の違いになって現われる。このことは、時間ととも
に復号化手段のコストが下がって行く過程において、し
だいに音質の向上していく復号化手段を互換性の問題を
生じさせずに導入していくことができることを意味して
いる。

【００４５】以下、このように制限された帯域の音を符
号化或いは復号化を簡易に実現する本発明の方法につい
て図面を使って説明を行う。

【００４６】図８は、上記第一のケースに対応するため
の符号化装置の実施例のブロック図である。演算制御手
段としても動作する処理帯域制御回路７０４には、端子
７０６からの処理帯域制御情報が与えられ、この情報に
基づいて周波数成分分解回路７０１、正規化・量子化回
路７０２、符号列生成回路７０３の処理帯域を制御す
る。端子７０６からの処理帯域制御情報は、この符号化
装置の操作者が入力しても良いし、例えば端子７００に
入力信号を供給する図８には記されていない帯域制限フ
ィルタから与えられても良い。

【００４７】周波数成分分解回路７０１は、図２の周波
数成分分解回路１０１と同様の構成をとるが、処理帯域
制御回路７０４から周波数成分分解回路７０１に送られ
る制御情報に基づいて必要な帯域のみの処理を行う。例
えば、図１のｂ１からｂ６までの帯域のみの信号を符号
化する場合、高域の信号を処理する図４のスペクトル変
換回路３１３、３１４は処理を行わない。また、図４の
帯域分割フィルタ回路３０１が図６の構成をとる場合に
は、図６のＱＭＦ回路５１２の処理も必要が無いので行
わない。

【００４８】図８の正規化・量子化回路７０２及び符号
列生成回路７０３も同様に、処理帯域制御回路７０４か
らの各制御情報に基づいて、必要な帯域での処理のみを
行う。このように必要な帯域での処理のみを行うことに
よって演算処理量を大幅に減らすことができるため、安
いコストで高速に処理を行うことができるし、電気的な
回路でこれらの処理を行う場合に回路が消費する電力を
削減することが可能である。

【００４９】なお、この符号化装置或いは方法は、必ず
しも入力される音響信号等をリアルタイムで処理するも
のに限らない。例えば、波形信号のサンプル値がそのま
ま記録されたファイルの情報を上述の方法で圧縮して光
磁気ディスク等へ記録する場合、その処理は早く終わる
ほど都合が良く、本発明の方法で高速に処理することは
大きな意味を持っている。

【００５０】また、周波数成分分解回路７０１の構成
は、必ずしも図４及び図６と同じ構成をとる必要は無
く、最初からもっと小規模に、例えば、図１１及び図１
２で示される構成をとるものであっても良い。図１１で
示された帯域分割フィルタ回路８０１は、図４の帯域分
割フィルタ回路３０１と同じ信号を入力するが、その出
力は低域側の信号のみであり、それらをスペクトル変換
回路８１１、８１２に送る。スペクトル変換回路８１
１、８１２は、図４のスペクトル変換回路３１１、３１
２と同じ処理を行う。ここで、図１２は、帯域分割フィ
ルタ回路８０１の構成例を示したもので、ＱＭＦ回路８
２１の出力が低域側のみであることを除いてＱＭＦ回路
８２１、８３１はそれぞれ図６のＱＭＦ回路５０１、５
１１と同じ処理を行う。なおこの場合、図８の処理帯域
制御回路７０４は特に設けなくても良い。

【００５１】このようにして符号化処理を行ってできた
１ブロック分の符号列の例が図１５に示されている。こ
の例においては先ず、先頭に量子化精度情報数ｎ_Q、例
えばｎ_Q＝６という値が記録され、次に実際に符号化さ
れた帯域までの、量子化精度情報Ｑ、正規化係数情報
Ｋ、スペクトル係数情報Ｓが記録されている。符号化列
の記録方法はこの他にも種々の方法が可能で、例えば、
量子化精度情報数を記録せずに、ダミーの量子化精度情
報、例えば量子化のビット数が０であるという情報を帯
域ｂ７、ｂ８、ｂ９に対して記録するようにしてもよ
い。

【００５２】次に、図９は、上記第一のケースに対応す
るための復号化装置の実施例のブロック回路図である。
符号列復号回路７１１は、例えば、図１５に示されるよ
うな符号列を入力信号としてとり、正規化及び量子化さ
れたスペクトル係数を復元するための情報を逆量子化・
逆正規化回路７１２に送ると共に、量子化精度情報数を
処理帯域制御回路７１４に送る。処理帯域制御回路７１
４は、量子化精度情報数から復号化のために必要な処理
が必要な帯域を計算し、逆量子化・逆正規化回路７１２
及び波形信号合成回路７１３の処理が必要な帯域での処
理だけになるように制御を行う。図８に示す符号化装置
の場合と同様に、例えば、図５の逆スペクトル変換回路
４１３、４１４及び図７のＩＱＭＦ回路６１２の処理を
省略することができ、演算処理量を大幅に減らすことが
できるため、安いコストで高速に処理を行うことができ
るし、電気的な回路でこれらの処理を行う場合に回路が
消費する電力を削減することが可能である。

【００５３】なお、この復号化手段或いは方法は、必ず
しも音響信号等をリアルタイムで処理して出力するもの
に限らない。例えば、圧縮してファイルになっている符
号列を復号して、波形信号のサンプル値をそのまま光磁
気ディスク等へ記録する場合、その処理は早く終わるほ
ど都合が良く、本発明の方法で高速に処理することは大
きな意味を持っている。

【００５４】次に、図１０は上記第二のケースに対応す
るための復号化装置の実施例のブロック回路図である。
この実施例の復号化装置は、例えば、図１６に示される
ような符号列を入力として受け付ける。

【００５５】図１０の波形信号合成回路７２４は、図１
３に示される構成をしており、図１３の帯域合成フィル
タ回路８５１は、図１４で示される構成をしている。こ
こで、逆スペクトル変換回路８４１、８４２はそれぞ
れ、図５の逆スペクトル変換回路４１１、４１２と同じ
処理を行い、ＩＱＭＦ回路８６１は、図７のＩＱＭＦ回
路６１１と同じ処理を行う。また、ＩＱＭＦ回路８７１
は、端子６４２からの入力信号の代わりに値が０の信号
を使用して、図７のＩＱＭＦ回路６２１と同じ処理を行
う。

【００５６】ここで、図１０の情報選択回路７２２は、
符号列復号回路７２１の出力から、この復号化装置が処
理できる帯域の情報を選択する。すなわち、この復号化
装置が処理できるのは、図１のｂ１からｂ６までのバン
ドだけであるので、情報選択回路７２２は、図１６にお
いて斜線を施されていない部分の情報のみを選択的に逆
量子化・逆正規化回路７２３に送る。逆量子化・逆正規
化回路７２３はこれらの情報に基づいて各スペクトル係
数を構成し、波形信号合成回路７２４は、これらのスペ
クトル係数を変換して波形信号を合成する。この波形信
号合成回路７２４の処理量は全帯域の信号を合成する場
合に較べて大幅に少なく、上述のように簡単な手段で構
成できたり、高速で処理を行ったりすることができる。
この復号化手段或いは方法は必ずしも音響信号等をリア
ルタイムで処理して出力するものに限らないのは第一の
ケースの場合と同様である。

【００５７】このように、本発明の方法は、上記第一の
ケースにも第二のケースにも効力を発揮するが、特に、
上述のように、帯域を分割してからスペクトル変換を施
して得るような場合には効果が大きい。例えば、本件出
願人が先に提案した特開平５−１８３４４２号公報に記
載されているように、ＭＤＣＴ、ＩＭＤＣＴ等のスペク
トル変換・スペクトル逆変換を行う場合には、高速フー
リエ変換（ＦＦＴ）の演算方法を使用すると少ない演算
処理量でこれらの変換が実現できることが知られてい
る。ＦＦＴを行う場合には、例えば、文献「高速フーリ
エ変換」、E. Oran Bringham著、宮川、今井訳、科学技
術出版社、に記されているとおり、途中の演算処理結果
を記憶しておく、変換長に比例したワークエリアが必要
であり、ワークエリア内の情報はシャッフルされながら
演算処理されていく。このため、もし帯域分割を行わず
にスペクトル変換をＦＦＴを使って実現した場合には、
大きなワークエリアが必要である上、演算処理削減の効
果も、処理を行わない帯域でのスペクトル変換を省略で
きる帯域分割を行ってスペクトル変換を行う方法に比較
して小さい。

【００５８】復号化時についても同様で、帯域分割して
からスペクトル変換されたスペクトル係数を波形信号に
逆変換する方が、帯域分割せずにスペクトル変換された
スペクトル係数を波形信号に逆変換するよりも小さなワ
ークエリアですむ上、演算処理削減の効果も大きい。Ｆ
ＦＴを高速に行うためには、これらのワークエリアは十
分に高速に読み書きができる構成にしておく必要がある
が、変換長が短くなるということは必要なワークエリア
を小さくできるということであり、それだけ安いコスト
で符号化装置及び復号化装置を構成できることを意味す
る。

【００５９】図１７は、本発明を利用して、処理を行う
符号化方法の処理例である。この処理例においては、ス
ペクトル変換の部分のみ帯域によって処理することが陽
に示されているが、もちろん、上述の符号化手段の時と
同様に、ステップＳ１１の帯域分割フィルタ処理におい
ても処理を簡略化することが可能である。

【００６０】この図１７において、ステップＳ１１で帯
域分割フィルタ処理を行った後、ステップＳ１２、Ｓ１
３、Ｓ１４にて、指定帯域がＦｓ／８より大か、２Ｆｓ
／８より大か、３Ｆｓ／８より大か、をそれぞれ判別し
ている。そして、指定帯域が３Ｆｓ／８より大のときに
は、ステップＳ１５〜Ｓ１８で帯域ｂ₄〜ｂ₁のスペク
トル変換を行い、指定帯域が２Ｆｓ／８より大で３Ｆｓ
／８以下のときにはステップＳ１６〜Ｓ１８で帯域ｂ₃
〜ｂ₁のスペクトル変換を行い、指定帯域がＦｓ／８よ
り大で２Ｆｓ／８以下のときにはステップＳ１７、Ｓ１
８で帯域ｂ₂、ｂ₁のスペクトル変換を行い、指定帯域
がＦｓ／８以下のときにはステップＳ１８で帯域ｂ₁の
スペクトル変換を行っている。次のステップＳ１９では
スペクトル信号の正規化及び量子化処理を行った後、ス
テップＳ２０で符号列を生成処理を行っている。

【００６１】次に、図１８は、本発明を利用して、処理
を行う復号化方法の処理例である。この処理例において
は、逆スペクトル変換の部分のみ帯域によって処理する
ことが陽に示されているが、もちろん、上述の復号化手
段の時と同様に、ステップＳ３０の帯域合成フィルタ処
理においても処理を簡略化することが可能である。

【００６２】この図１８において、ステップＳ２１で符
号列の復号化処理を行い、ステップＳ２２でスペクトル
信号の逆量子化及び逆正規化処理を行った後、ステップ
Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５で、量子化精度情報数が４より
大か、６より大か、８より大か、をそれぞれ判別してい
る。量子化精度情報数が８より大のときには、ステップ
Ｓ２６〜Ｓ２９で帯域ｂ₄〜ｂ₁の逆スペクトル変換を
行い、量子化精度情報数が６より大で８以下のときには
ステップＳ２７〜Ｓ２９で帯域ｂ₃〜ｂ₁の逆スペクト
ル変換を行い、量子化精度情報数が４より大で６以下の
ときにはステップＳ２８、Ｓ２９で帯域ｂ₂、ｂ₁の逆
スペクトル変換を行い、量子化指定情報数が４以下のと
きにはステップＳ２９で帯域ｂ₁の逆スペクトル変換を
行っている。最後のステップＳ３０では、帯域合成フィ
ルタ処理を行っている。

【００６３】次に、図１９は、本発明を利用して、処理
を行う別の復号化方法の処理例である。この図１９の例
においては、ステップＳ３１で符号列の復号化処理を行
い、ステップＳ３２で必要情報の選択を行っており、こ
こで選択された情報のみを以下の処理で用いるようにし
ている。すなわち、ステップＳ３３でスペクトル信号の
逆量子化及び逆正規化処理を行った後、ステップＳ３
４、Ｓ３５で帯域ｂ₂、ｂ₁についてのみ逆スペクトル
変換を行い、ステップＳ３６で帯域合成フィルタ処理を
行っている。

【００６４】次に、図２０は本発明の信号処理方法によ
りＱＭＦのフィルタを用いて、二分割した帯域のうち低
域のみを演算して出力する動作をソフトウェア的に行う
場合の手順をフローチャートで示したものである。この
図２０のステップＳ４１からステップＳ４６までは、動
作の各工程を表す。

【００６５】この図２０において、最初のステップＳ４
１では、時系列のサンプルデータが１サンプル入力さ
れ、次のステップＳ４２に進む。

【００６６】このステップＳ４２においては、入力され
たサンプルが偶数番目か奇数番目かを判定し、偶数番目
に入力されたサンプルならばステップＳ４３に、奇数番
目に入力されたサンプルならばステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６においてはステップＳ４１で入力された
奇数番目のサンプルを用いて、式(2) の計算を実行して
処理を終了する。

【００６７】一方、ステップＳ４３では入力されたサン
プルを用いて、前記式(1) の計算を行い次のステップＳ
４４に進む。ステップＳ４４ではステップＳ４３で求め
た結果と前回のステップＳ４６で計算した式(2) の結果
とを加え合わせて、次のステップＳ４５に進む。

【００６８】ここで高域側のサンプルは必要でないの
で、式(1) の結果から式(2) の結果を減算する必要はな
く、その分だけ演算量を減らすことができる。ステップ
Ｓ４５においては、ステップＳ４４での結果を低域のサ
ンプルとして出力して、処理を終了する。

【００６９】図２１は本発明の信号処理方法により、Ｑ
ＭＦのフィルタ演算を行い、低域の信号のみを出力する
信号処理装置の構成を示す。

【００７０】この図２１において、端子２０等から供給
された信号は、一旦入力サンプルバッファ２１に蓄えら
れ、順次偶数番目サンプル判定回路２２に送られる。偶
数番目サンプル判定回路２２では入力されたサンプルが
偶数番目か否かを判定し、偶数番目のサンプルである場
合には当該サンプルをＱＭＦワークエリア回路２３に、
また奇数番目のサンプルの場合にはＱＭＦワークエリア
回路２５に送る。さらに偶数番目の場合には、加算回路
２７に信号を送る。

【００７１】ＱＭＦワークエリア回路２３には、入力さ
れたサンプルを含めてＱＭＦのタップ数をＬとしたとき
Ｌ／２個のデータが蓄えられており、これを用いて演算
を行う演算回路２４では式(1) の演算を行い、その結果
を加算回路２７に出力する。もう一方のＱＭＦワークエ
リア回路２５には入力されたサンプルを含めて同様にＬ
／２個のデータが蓄えられており、これを用いて演算回
路２６では式(2) の演算を行い、その結果を加算回路２
７に出力する。

【００７２】加算回路２７では偶数番目サンプル判定回
路２２から直接送られた信号を受け取り、これが偶数番
目であるときには上記演算回路２４の出力と演算回路２
６の出力とを加算して、その結果を出力サンプルバッフ
ァ２８に送る。

【００７３】この出力サンプルバッファ２８には加算回
路２７からの出力を蓄え、一定数に達したところで、端
子２９等にその信号を出力する。

【００７４】図２２は、本発明の信号処理方法によりＩ
ＱＭＦのフィルタを用いて、二分割した帯域のうち低域
のみを利用し高域のデータを０として帯域を合成して出
力する動作をソフトウェア的に行う場合の手順をフロー
チャートで示したものである。この図２２のステップＳ
５１ステップＳ５４までは、動作の各工程を表す。

【００７５】この図２２において、最初のステップＳ５
１では、低域のデータが１サンプル入力され、次のステ
ップＳ５２に進む。このステップＳ５２においては、前
記式(6) の演算を行う。ここで、高域側の入力は０と仮
定しているので前記式(6) の（ｙ₁(m-i) −ｙ₂(m-i)）
の演算は行う必要がなく、低域側の入力ｙ₁(m-i) に直
接フィルタ係数を乗ずることによって演算の回数を減ら
すことができる。

【００７６】次のステップＳ５３では、同様に前記式
(8) の演算を行って、次のステップＳ５４に進む。ステ
ップＳ５４においては、ステップＳ５２及びステップＳ
５３で求めたそれぞれの結果を出力して処理は終了す
る。

【００７７】図２３は本発明の信号処理方法により、高
域の信号をすべて０と仮定して低域の信号のみからＩＱ
ＭＦのフィルタ演算を行う信号処理装置のブロック回路
図である。

【００７８】この図２３において、端子３０等から供給
された低域の信号は入力サンプルバッファ３２に蓄えら
れ、そのうちの１サンプルがＱＭＦワークエリア回路３
２に送られる。

【００７９】当該ＱＭＦワークエリア回路３２には、入
力されたサンプルを含めてＩＱＭＦのタップ数をＬとし
たときに、Ｌ／２個のサンプルが蓄えられており、次の
演算回路３３，３４においては、上記ＱＭＦワークエリ
ア回路３２からのサンプルを用いてそれぞれ対応する前
記式(6) 及び式(8) の演算を行う。

【００８０】ここで、高域側の入力は０であるためｙ
₂(m-i)＝０となり、上述のように式(6) の（ｙ₁(m-i)
−ｙ₂(m-i)）及び式(8) の（ｙ₁(m-i) ＋ｙ₂(m-i)）は
どちらもｙ₁(m-i) となる。したがって、それぞれ減算
及び加算の必要がなくなり、またＩＱＭＦの演算のため
のワークエリアを共通にすることができるので高域側の
データがある場合と比較してワークエリアも削減され
る。

【００８１】上記演算回路３３の演算結果及び演算回路
３４の演算結果は、出力サンプルバッファ３５に蓄えら
れ、入力サンプルバッファ３２のすべてのサンプルにつ
いて処理が終わった時点で端子３６等に出力される。

【００８２】以上、スペクトル変換としてＭＤＣＴを使
用した場合を例にとって説明したが、もちろん、離散フ
ーリエ変換（ＤＦＴ）や離散コサイン変換（ＤＣＴ）等
を使用する場合にも本発明の方法を適用することができ
る。さらに、このような特別なスペクトル変換を使用せ
ずにフィルタによって帯域分割をした後、符号化する場
合にも本発明の方法を適用することが可能である。

【００８３】また、実際に処理を行う帯域として低域側
の帯域をとった場合について説明を行ったが、この他に
も、例えば、実際の信号レベルの大きい帯域のみを処理
するようにすることも可能である。しかし実際には、既
に述べたように、例えば、通常の音響信号等では低域側
に重要な信号成分が分布しており、低域側のみ常に処理
するような構成にすることによって、簡単な構成で大き
な効果を上げることができる。

【００８４】なお、本発明の方法は、もちろん多チャネ
ルの音響信号に対して適用可能である。また、以上の説
明においては、音響信号を符号化・復号化する場合に関
して説明を行ったが、本発明の方法は他の種類の信号を
処理する場合にも有効である。しかし中でも、低域に重
要な情報が集中している音響信号や画像信号に適用する
とその効果が大きい。

【００８５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の信号処理方法及び装置においては、指定された帯域
情報などに基づいて実際の変換処理を必要な帯域のみで
行うにあたって、クァドラチュアミラーフィルタや
逆クァドラチュアミラーフィルタの演算を行う際の
演算を、必要のない側の帯域については省略することに
よって、フィルタ演算に必要な演算回数を減らして高速
な演算が可能となり、また、フィルタ演算に必要なワー
クエリアを小さくすることができるため、より小規模で
低価格のハードウェアを提供することが可能である。す
なわち、本発明の信号処理方法及び装置においては、要
求される再生信号の品質に応じて処理をする場合に、フ
ィルタ演算を簡単にまたワークエリアを小さくすること
ができ、安いコストで、或いは高速に、符号化及び復号
化の処理を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の説明に供するための周波数ス
ペクトラムを示す図である。

【図２】本発明の実施例が適用される符号化装置の概略
構成を示すブロック回路図である。

【図３】本発明の実施例が適用される復号化装置の概略
構成を示すブロック回路図である。

【図４】図２の符号化装置に用いられる周波数成分分解
回路の概略構成を示すブロック回路図である。

【図５】図３の復号化装置に用いられる波形信号合成回
路の概略構成を示すブロック回路図である。

【図６】帯域分解フィルタ回路の構成の一例を示すブロ
ック回路図である。

【図７】帯域合成フィルタ回路の構成の一例を示すブロ
ック回路図である。

【図８】本発明の実施例の符号化装置の概略構成を示す
ブロック回路図である。

【図９】本発明の実施例の復号化装置の概略構成を示す
ブロック回路図である。

【図１０】本発明の他の実施例の復号化装置の概略構成
を示すブロック回路図である。

【図１１】本発明の実施例の符号化装置に用いられる周
波数成分分解回路の概略構成を示すブロック回路図であ
る。

【図１２】本発明の実施例に用いられる帯域分解フィル
タ回路の構成の一例を示すブロック回路図である。

【図１３】本発明の実施例の復号化装置に用いられる波
形信号合成回路の概略構成を示すブロック回路図であ
る。

【図１４】本発明の実施例に用いられる帯域合成フィル
タ回路の構成の一例を示すブロック回路図である。

【図１５】本発明の実施例による符号列の一例を示す図
である。

【図１６】本発明の実施例による符号列の他の例を示す
図である。

【図１７】本発明の実施例の符号化方法の処理手順の一
部の例を概略的に示すフローチャートである。

【図１８】本発明の実施例の復号化方法の処理手順の一
部の例を概略的に示すフローチャートである。

【図１９】本発明の他の実施例の復号化方法の処理手順
の一部の例を概略的に示すフローチャートである。

【図２０】本発明実施例のＱＭＦのフィルタの演算方法
を説明するためのフローチャートである。

【図２１】本発明実施例のＱＭＦのフィルタの演算方法
を用いた信号処理装置のブロック回路図である。

【図２２】本発明実施例のＩＱＭＦのフィルタの演算方
法を説明するためのフローチャートである。

【図２３】本発明実施例のＩＱＭＦのフィルタの演算方
法を用いた信号処理装置のブロック回路図である。

【符号の説明】

１０１、７０１周波数成分分解回路１０２、７０２正規化・量子化回路１０３、７０３符号列生成回路２０１、７１１、７２１符号列復号回路２０２、７１２、７２３逆正規化・逆量子化回路２０３、７１３、７２４波形信号合成回路７０４、７１４処理帯域制御回路７２２情報選択回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号に対して帯域を二分割するクァ
ドラチュアミラーフィルタの演算を行う際に、フィル
タ出力として分割された帯域のうち一方のみが必要とさ
れるならば、必要のない側の帯域については演算を省略
し、当該必要とされる一方の帯域のみ演算を行うことを
特徴とする信号処理方法。
【請求項２】上記クァドラチュアミラーフィルタ
を従属的に接続し、該フィルタ出力のうちのいくつかの
帯域が必要でないならば、当該フィルタ演算の一部或い
は全部に上記省略の処理を選択的に施すことを特徴とす
る請求項１記載の信号処理方法。
【請求項３】入力信号を上記フィルタの演算によって
帯域分割した後、符号化することを特徴とする請求項１
又は２記載の信号処理方法。
【請求項４】入力信号をブロック化し、上記フィルタ
の演算によっで帯域分割した後に、各ブロック毎に直交
変換を用いて周波数軸上の信号に変換して符号化するこ
とを特徴とするて請求項１又は２記載の信号処理方法。
【請求項５】上記直交変換として変更離散コサイン変
換を用いることを特徴とする請求項４記載の信号処理方
法。
【請求項６】クァドラチュアミラーフィルタを用
いて帯域が二分割された入力信号に対して、逆クァドラ
チュアミラーフィルタを用いて帯域合成を行う際
に、帯域分割されたフィルタ入力のうち一方のデータが
全て０であるならば、当該データの入力が全て０の帯域
についての演算は省略し、データの入力が全て０でない
帯域についてのみ演算を行うことを特徴とする信号処理
方法。
【請求項７】上記逆クァドラチュアミラーフィル
タを従属的に接続し、該フィルタの入力のうちのいくつ
かの帯域のデータが全て０であるならば、当該フィルタ
演算の一部或いは全部に上記省略の処理を選択的に施す
ことを特徴とする請求項６記載の信号処理方法。
【請求項８】上記クァドラチュアミラーフィルタ
を用いて帯域が二分割された後に符号化された信号を復
号化する際に、上記フィルタ入力のデータが全て０か否
かに応じた上記逆クァドラチュアミラーフィルタの
演算を行うことを特徴とする請求項６又は７記載の信号
処理方法。
【請求項９】時間軸の入力信号をブロック化して上記
クァドラチュアミラーフィルタを用いて帯域を分割
した後各ブロック毎に直交変換を用いて周波数軸上の信
号に変換して符号化された信号を復号化する際に、周波
数軸上の入力信号を逆直交変換した後、上記フィルタ入
力のデータが全て０か否かに応じた上記逆クァドラチュ
アミラーフィルタの演算を行うことを特徴とする請
求項６又は７記載の信号処理方法。
【請求項１０】上記逆直交変換として逆変更離散コサ
イン変換を用いることを特徴とする請求項９記載の信号
処理方法。
【請求項１１】上記ブロックのサイズは可変であるこ
とを特徴とする請求項４、５、９、又は１０記載の信号
処理方法。
【請求項１２】入力信号の帯域を二分割するクァドラ
チュアミラーフィルタと、当該フィルタの演算を行う際に、フィルタ出力として分
割された帯域のうち一方のみが必要とされるならば、必
要のない側の帯域については演算を省略し、当該必要と
される一方の帯域のみ演算する制御を行う演算制御手段
とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項１３】従属的に接続してなる上記クァドラチ
ュアミラーフィルタを設け、上記演算制御手段は、上記フィルタの出力のうちのいく
つかの帯域が必要でないならば、当該フィルタ演算の一
部或いは全部に上記省略の処理を選択的に施す演算制御
を行うことを特徴とする請求項１２記載の信号処理装
置。
【請求項１４】符号化手段を設け、入力信号を上記フィルタの演算によって帯域分割した
後、当該符号化手段で符号化することを特徴とする請求
項１２又は１３記載の信号処理装置。
【請求項１５】時間軸の信号を周波数軸の信号に変換
する直交変換手段を設け、時間軸の入力信号をブロック化し、上記フィルタの演算
によっで分割した後に、当該直交変換手段で各ブロック
毎に直交変換を行って周波数軸上の信号に変換すること
を特徴とする請求項１２又は１３記載の信号処理方法。
【請求項１６】上記直交変換として変更離散コサイン
変換を用いることを特徴とする請求項１５記載の信号処
理装置。
【請求項１７】クァドラチュアミラーフィルタを
用いて帯域が二分割された入力信号の帯域合成を行う逆
クァドラチュアミラーフィルタと、当該逆クァドラチュアミラーフィルタを用いて帯域
合成を行う際に、帯域分割されたフィルタ入力のうち一
方のデータが全て０であるならば、当該データの入力が
全て０の帯域についての演算は省略し、データの入力が
全て０でない帯域についてのみ演算する制御を行う演算
制御手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項１８】従属的に接続してなる上記逆クァドラ
チュアミラーフィルタを設け、上記演算制御手段は、上記フィルタの入力のうちのいく
つかの帯域のデータが全て０であるならば、当該フィル
タ演算の一部或いは全部に上記省略の処理を選択的に施
す演算制御を行うことを特徴とする請求項１７記載の信
号処理装置。
【請求項１９】上記クァドラチュアミラーフィル
タを用いて帯域が二分割された後に符号化された信号を
復号化する際に、上記演算制御手段は、上記フィルタ入
力のデータが全て０か否かに応じて上記逆クァドラチュ
アミラーフィルタの演算を制御することを特徴とす
る請求項１７又は１８記載の信号処理装置。
【請求項２０】時間軸の入力信号をブロック化して上
記クァドラチュアミラーフィルタを用いて帯域を分
割した後各ブロック毎に直交変換を用いて周波数軸上の
信号に変換して符号化された周波数軸上の信号を、逆直
交変換した後に、上記演算制御手段は、上記フィルタ入
力のデータが全て０か否かに応じて上記逆クァドラチュ
アミラーフィルタの演算を制御することを特徴とす
る請求項１７又は１８記載の信号処理装置。
【請求項２１】上記逆直交変換として逆変更離散コサ
イン変換を用いることを特徴とする請求項２０記載の信
号処理方法。
【請求項２２】上記ブロックのサイズを可変とするこ
とを特徴とする請求項１５、１６、２０、又は２１記載
の信号処理装置。