JPH09130260A

JPH09130260A - 音響信号の符号化装置及び復号化装置

Info

Publication number: JPH09130260A
Application number: JP7301909A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kinetsuki; 兼史杵築; Toshihiro Maruyama; 俊弘丸山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP3159012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】音響信号(ＰＣＭ信号)をＭＤＣＴで直交変換
し、ベクトル量子化方式でデータ伝送を行う場合に、小
サイズのコードブックで高能率な符号化を実現し、伝送
効率の向上を図る。【解決手段】ＭＤＣＴ器1で得られたＭＤＣＴ係数Ｘ
(n)を振幅・位相分離器2で振幅成分ａ(m)と位相成分θ
(m)に分離し、帯域分割・ベクトル化器3でベクトル化し
た後、各成分データ毎に設けたコードブック5,6を用い
て各ベクトル量子化器7,8が振幅と位相に係るインデッ
クスデータＩＤa,ＩＤbへ変換して伝送する。振幅と位
相の各成分に分離したため、ベクトル化の変換次元数を
統計的分布の偏りの大きい振幅成分ａ(m)側よりその偏
りが小さい位相成分θ(m)側が小さくなるようにし、音
響信号の特質に適合した有効なビット配分により高能率
な符号化を実現すると共にコードブック全体のデータ量
の低減化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音響信号の符号化装
置及び復号化装置に係り、ＰＣＭ(Pulse Code Modulati
on)方式で変調された音響信号をＭＤＣＴ(Modified Dis
crete Cosine Transform)方式で直交変換すると共に振
幅成分と位相成分に分離してベクトル量子化する高能率
符号化技術と、その符号化データの復号化技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、音響信号の高能率符号化に関
しては、ＭＰＥＧ(Moving Picture Experts Group)-Aud
io等に代表されるように、時間領域のサンプル信号を周
波数領域に写像し、周波数領域でのエネルギの偏在に係
るビット割当てをサンプル毎に人間の心理聴覚特性を利
用して量子化歪を制御することによって行われている。
このような符号化方式は所謂スカラー量子化の手法に基
づくものであるが、平均１(bit/sample)を下回るような
低ビットレートでの符号化では極端に量子化歪が大きく
なる。

【０００３】そこで、いくつかのサンプルをまとめて量
子化するベクトル量子化の導入が考えられる。ここに、
「ベクトル量子化」とは、従来から動画像符号化方式に適
用されてきたものであり、被写体を表現する各種のベク
トルデータのパターンをインデックスデータと対応付け
てコードブックに格納しておき、動画像データの伝送に
おいてそのインデックスデータのみを伝送するものであ
る。そして、そのベクトル量子化を音響信号に適用する
方式としては、信号波形そのものをベクトル量子化する
方式や、線形予測残差信号をベクトル量子化する方式
や、直交変換係数をベクトル量子化する方式が試されて
いる。しかし、信号波形そのものや線形予測残差信号に
ベクトル量子化を適用する方式は、変化が激しく時系列
的相関が弱いという特性を有した広帯域(オーディオ帯
域)音響信号には適していない。一方、直交変換係数を
ベクトル量子化する方式については周波数領域でのエネ
ルギの偏在性を利用でき、前記の広帯域音響信号の高能
率符号化に適している。

【０００４】従って、直交変換とベクトル量子化を組み
合わせた音響信号の符号化方式については「オーディオ
信号の変換符号化への変換係数のＶＱの導入」(熊田他,
日本音響学会講演論文集,93/10,p.307)等の技術が開示
されている。図８はその符号化装置の構成例を示す。同
図においては、先ず、入力されるＰＣＭデータに対して
ＭＤＣＴ器51でＭＤＣＴ方式による直交変換がなされ、
そのＭＤＣＴ係数を周波数方向に沿って４次元ベクトル
化器52で４個の係数データ毎に４次元ベクトルデータに
変換する。次に、正規化演算器53では、各ベクトルデー
タのｒｍｓ(二乗平均平方根)値を求め、そのｒｍｓ値を
対数量子化すると共に、その対数量子化されたｒｍｓ値
に応じて各ベクトルデータに量子化ビットを割り当て、
各ベクトルデータをｒｍｓ値で正規化する。一方、コー
ドブック54に対しては、音響信号の学習サンプルに前記
と同様のＭＤＣＴ直交変換とＭＤＣＴ係数の４次元ベク
トル化と正規化処理を施したベクトルデータに対応付け
てインデックスデータが登録されている。そこで、正規
化されたベクトルデータを検索キーとしてベクトル量子
化器55がコードブック54を検索し、対応したインデック
スデータが読出される。また、割り当てられたビット数
に余分があれば、それと４次元ベクトル化器52から得ら
れる元のＤＣＴ係数データを減算器56へ入力させること
で量子化誤差を求め、更にスカラー量子化器57でその量
子化誤差をスカラー量子化する。そして、マルチプレク
サ58で前記のｒｍｓ値とインデックスデータと量子化誤
差データを多重化したビットストリームを構成して伝送
路へ出力させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の論文
で報告されている内容によると、図８の符号化装置での
ＳＮ比は、９０〜２０８ｋbpsの範囲において従来のス
カラー量子化方式と比較して約２〜３dB程度の改善が見
られて良好な結果が得られているが、９０ｋbpsでは一
般的なスカラー量子化方式の場合との差が小さくなって
きており、その傾向から見て更に低いビットレートへの
適用は困難になると予測される。

【０００６】そして、その原因は次のように考察され
る。先ず、本質的にベクトル量子化はデータの統計的分
布の偏りを利用する手法である。上記の符号化装置で
は、コードブック54に図５に示すようなＭＤＣＴ係数ｘ
(n)を周波数方向について４個単位で分割して４次元ベ
クトルデータに変換した後にｒｍｓ値で正規化したデー
タを格納させているが、ＭＤＣＴ係数ｘ(n)は信号の位
相の変化によって隣合った係数の符号や大きさが大きく
変化してしまい、そのためにベクトル量子化による効率
に限界が生じている。即ち、上記の符号化装置の方式を
９０ｋbpsより低いビットレートに適用するためには、
より統計的分布に偏りがあるような性質のベクトルを用
いる必要がある。

【０００７】一方、図５のＭＤＣＴ係数ｘ(n)から振幅
成分データと位相成分データを求めるとそれぞれ図６及
び図７のようになり、特に振幅成分データの統計的分布
の偏りが大きいことが理解される。そこで、本発明は、
ＭＤＣＴ係数ｘ(n)そのものをベクトル量子化するので
はなく、ＭＤＣＴ係数ｘ(n)から求められる振幅成分デ
ータと位相成分データをベクトル量子化するという特殊
な手法を採用し、全体としてより高能率な符号化を可能
にする符号化装置とそれに対応した復号化装置を提供す
ることを目的として創作された。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ＰＣＭ方
式で変調された音響信号をＭＤＣＴ方式で直交変換し、
その変換によって得られるＭＤＣＴ係数を符号化する音
響信号の符号化装置において、前記ＭＤＣＴ係数を振幅
成分データと位相成分データに分離するデータ分離手段
と、前記データ分離手段が分離した各データをベクトル
データへ変換するベクトル化手段と、音響信号の学習サ
ンプルから得られるＭＤＣＴ係数に対して前記のデータ
分離手段とベクトル化手段によるデータ処理と実質的に
同一のデータ処理を施して求められた振幅成分と位相成
分に係る各ベクトルデータに対応させて相互に異なるイ
ンデックスデータを格納せしめたコードブックと、前記
ベクトル化手段が求めた振幅成分と位相成分に係る各ベ
クトルデータを用いて前記コードブックを検索し、その
各ベクトルデータと同一乃至近似した前記コードブック
のベクトルデータに対応付けられている振幅成分と位相
成分に係るインデックスデータを読出すベクトル量子化
手段を具備し、ベクトル量子化手段が読出したインデッ
クスデータを伝送路へ出力することを特徴とした音響信
号の符号化装置に係る。

【０００９】この発明では、データ分離手段によってＭ
ＤＣＴ係数を振幅成分データと位相成分データに分離
し、分離された各データをベクトル化手段でベクトルデ
ータへ変換する。コードブックは、音響信号の学習サン
プルに対してこの発明に係るＭＤＣＴ・データ分離・ベク
トル化と実質的に同一の処理を施して得られた振幅成分
と位相成分に係る各ベクトルデータに対応させて相互に
異なるインデックスデータがテーブル化されている。従
って、ベクトル量子化手段がベクトル化手段で変換され
た振幅成分と位相成分に係る各ベクトルデータを検索キ
ーとしてコードブックを参照し、対応するインデックス
データを読出して伝送するようにすれば伝送効率の大幅
な向上が図れ、また伝送路上のストレージメディアの容
量節減も図れる。

【００１０】ところで、上記のように図５と図６の比較
から明らかなように、振幅成分データａ(m)の分布状態
の統計的な偏りはＭＤＣＴ係数ｘ(n)のそれよりも遥か
に大きい。従って、コードブックに格納させておく振幅
成分に係るベクトルデータは、大きな変換次元数のもの
で且つ少ないデータ個数分だけ用意しておけば足りる。
一方、位相成分データθ(m)については、図７に示すよ
うにその統計的分布の偏りが小さいため、振幅成分デー
タの場合に比べて小さい変換次元数のベクトルデータを
数多く用意しておかねばならない。しかし、同一のメモ
リ容量のコードブックであっても、前記のとおり振幅成
分に係るベクトルデータのデータ量が少なくなる分を位
相成分に係るベクトルデータに割り当てることができ
る。従って、結果的にＭＤＣＴ係数ｘ(n)をそのままベ
クトル量子化してコードブックに格納する場合と比較し
て、ビット量の有効な配分が可能になり、コードブック
の小型化とサーチ時の演算量の低減を実現できる。

【００１１】第２の発明は、第１の発明の符号化装置に
対応した復号化装置であって、その符号化装置が具備し
たコードブックの格納データと同一データが格納せしめ
られたコードブックと、入力された振幅成分と位相成分
に係るインデックスデータを用いて前記コードブックを
検索し、その各インデックスデータに合致した振幅成分
と位相成分に係るベクトルデータを読出すベクトル逆量
子化手段と、前記ベクトル逆量子化手段が読出した各ベ
クトルデータを合成してＭＤＣＴ係数に係る振幅成分デ
ータと位相成分データを作成するベクトル合成手段と、
前記ベクトル合成手段が求めた振幅成分データと位相成
分データを合成してＭＤＣＴ係数を求めるデータ合成手
段と、前記データ合成手段が求めたＭＤＣＴ係数に基づ
いてＰＣＭ方式で変調された音響信号を再生する逆ＭＤ
ＣＴ手段を具備したことを特徴とする音響信号の復号化
装置に係る。

【００１２】この復号化装置のコードブックが、第１の
発明のコードブックの格納データと同一のデータ内容を
有していなければならないことは当然であり、インデッ
クスデータを検索キーとして検索される点が異なるだけ
である。また、ベクトル逆量子化手段が振幅成分と位相
成分に係るベクトルデータを読出した後のベクトル合成
手段とデータ合成手段と逆ＭＤＣＴ手段による一連のデ
ータ処理は、第１の発明によるＭＤＣＴ方式で直交変換
してデータ分離手段とベクトル化手段が実行する処理の
逆処理に相当する。従って、上記の特質を有したコード
ブックを符号化装置と復号化装置が有していることによ
り、この復号化装置は低いビットレートでもＳＮ比の高
い音響信号の再生が可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の「音響信号の符号
化装置及び復号化装置」の実施形態を図１から図４を用
いて詳細に説明する。先ず、図１は符号化装置の機能ブ
ロック回路図を示す。同図において、1は入力されるＰ
ＣＭ信号に対してＭＤＣＴ方式で直交変換を施すＭＤＣ
Ｔ器、2はＭＤＣＴ器1が求めたＭＤＣＴ係数から振幅成
分データａ(m)と位相成分データθ(m)を求めてそれらを
分離出力する振幅・位相分離器、3は振幅成分データａ
(m)と位相成分データθ(m)を帯域毎に分割し、両データ
ａ(m),θ(m)を各帯域毎に変換次元数を異ならせてベク
トルデータａv(m),θv(m)へ変換する帯域分割・ベクトル
化器、4は振幅成分に係るベクトルデータａv(m)を係数
ａ(k)で正規化する正規化演算器、5は振幅成分用のコー
ドブック、6は位相成分用のコードブック、7は正規化さ
れた振幅成分に係るベクトルデータａvn(m)を検索キー
として振幅成分用のコードブック5を検索してインデッ
クスデータＩＤaを読出すベクトル量子化器、8は位相成
分に係るベクトルデータθv(m)を検索キーとして位相成
分用のコードブック5を検索してインデックスデータＩ
Ｄpを読出すベクトル量子化器、9は正規化に用いた係数
ａ(k)とインデックスデータＩＤa,ＩＤpを多重化したビ
ット列を構成して伝送路へ出力させるマルチプレクサで
ある。

【００１４】次に、この符号化装置の動作を各機能ブロ
ック要素に係る更に詳細な説明を加えながら説明する。
入力されたＰＣＭ信号はＭＤＣＴ器1によって１フレー
ムずつ切り出され、各フレームに対して直交変換処理が
施されて周波数軸方向についてのＭＤＣＴ係数ｘ(n)が
求められる。振幅・位相分離器2では、求められたＭＤＣ
Ｔ係数ｘ(n)は振幅情報と位相情報を併せ持っているの
で、次の数式１及び数式２を適用して振幅成分データａ
(m)と位相成分データθ(m)を演算し、振幅成分と位相成
分を分離する。

【数１】

【数２】但し、各数式において、ｎ,ｍはスペクトル番
号で、ｎ＝０,２,４,６,・・・,Ｎ−１、ｍ＝０,１,２,３,
・・・,(Ｎ−１)／２であり、Ｎは１フレーム内のスペクト
ルの数である。

【００１５】そして、求められた振幅成分データａ(m)
と位相成分データθ(m)は帯域分割・ベクトル化器3へ入
力される。この帯域分割・ベクトル化器3では、先ず、音
響信号の周波数帯域を例えば０〜２.２５ｋＨzと２.２
５〜４.５ｋＨzと４.５〜９.０ｋＨzと９.０〜１６.０
ｋＨzの４帯域に分割し、振幅成分データａ(m)と位相成
分データθ(m)をそれらの帯域毎に分割する。次に、分
割された各データａ(m),θ(m)を各帯域毎に設定された
変換次元数でベクトルデータａv(m),θv(m)へ変換す
る。即ち、各帯域毎にサンプリング数Ｓを設定し、それ
らサンプリングデータ群毎に変換次元数Ｓのベクトルデ
ータを作成する。

【００１６】この場合、例えば、前記の帯域分割であれ
ば、０〜２.２５ｋＨzではａv(m)の次元数を６、θv(m)
の次元数を２とし、２.２５〜４.５ｋＨzではａv(m)の
次元数を１２、θv(m)の次元数を４とし、４.５〜９.０
ｋＨzではａv(m)の次元数を２４、θv(m)の次元数を６
とし、９.０〜１６.０ｋＨではａv(m)の次元数を３２、
θv(m)の次元数を２０とするというように、周波数の低
い帯域における変換次元数を周波数の高い帯域における
変換次元数より小さくする。これは、人間の聴覚心理に
おいて周波数が高くなるほど周波数弁別能力が悪くなる
ことを考慮したものであり、音響信号であることの特質
を利用してより有効なデータ量の割付けを行うためであ
る。

【００１７】また、位相成分に係るベクトルデータθv
(m)を作成するに際しては、位相成分データθ(m)の絶対
値ではなく次元内の最初の値と後続データ値の差をベク
トルデータとする。これは、図７に示したように、一般
に位相成分データθ(m)の統計的分布の偏りが小さいた
め、絶対値によるよりも差分データをベクトル化した方
がベクトルデータθv(m)のデータ量が全体として小さく
なるからである。

【００１８】次に、帯域分割・ベクトル化器3は、作成し
た振幅成分に係るベクトルデータａv(m)を帯域識別デー
タＢと共に正規化演算器4へ転送し、また位相成分に係
るベクトルデータθv(m)と帯域識別データＢをベクトル
量子化器8へ転送する。正規化演算器4では、転送された
ベクトルデータａv(m)を対数化し、そのベクトルデータ
ａv(m)の内の最大パワー値を正規化係数ａ(k)として正
規化されたベクトルデータａvn(m)を求め、それを帯域
識別データＢと共にベクトル量子化器7へ転送する。こ
こで、対数化・正規化処理を行うのは、振幅成分に係る
ベクトルデータａv(m)についてもデータ量の削減を図っ
ておくためである。

【００１９】このようにして、ベクトル量子化器7には
帯域識別データＢと正規化された振幅成分に係るベクト
ルデータａvn(m)が、ベクトル量子化器8には帯域識別デ
ータＢと位相成分に係るベクトルデータθv(m)に入力さ
れるが、各ベクトル量子化器7,8はそれぞれ入力データ
[Ｂとａvn(m)],[Ｂとθv(m)]を検索キーとして対応した
コードブック5,6を検索する。

【００２０】そして、この段階で各コードブック5,6の
内容を図２及び図３を用いて説明しておく。両方のコー
ドブック5,6には、音響信号の学習サンプルに対して前
記の《ＭＤＣＴ器1→振幅・位相分離器2→帯域分割・ベク
トル化器3→(振幅成分については正規化演算器4)》の処
理経路と実質的に同一の処理を施して得られるベクトル
データａvn(m),θv(m)のデータパターンが相互に異なる
インデックスデータＩＤa,ＩＤpを対応付けて記憶せし
められている。即ち、音響信号の学習サンプルを用いた
ＬＢＧアルゴリズム等の既知の方法で前記の各データａ
vn(m),θv(m)の全ゆるデータパターンを登録させてあ
る。但し、本実施形態では上記のように帯域分割・ベク
トル化器3の処理段階で帯域分割すると共に、各帯域毎
にベクトルデータへの変換次元数を異ならせている。従
って、振幅成分用のコードブック5についてみれば、図
１及び図２の(Ｂ)〜(Ｅ)に示すように、コードブック5
の中を帯域別コードブック[A.C.B;1],[A.C.B;2],[A.C.
B;3],[A.C.B;4]に４分割し、それぞれに学習サンプルを
処理・正規化して得られた０〜２.２５ｋＨzと２.２５〜
４.５ｋＨzと４.５〜９.０ｋＨzと９.０〜１６.０ｋＨz
におけるベクトルデータａvn(m)のデータパターンを登
録してある。尚、図２の(Ｂ)〜(Ｅ)では理解し易くする
ために図解的パターンで示してある。そして、本実施形
態の前記実例に対応したベクトル化方式にしたがって、
各ベクトルデータのパターンの変換次元数を０〜２.２
５ｋＨzでは６に、２.２５〜４.５ｋＨzでは１２に、
４.５〜９.０ｋＨzでは２４に、９.０〜１６.０ｋＨzで
は３２にとってあり、各帯域について１０２４個のデー
タパターンが設けてある。それらのパターンを、図２の
(Ａ)に示されるＭＤＣＴ方式での直交変換後の周波数-
振幅対数パワーのグラフに対応付けると、微小周波数帯
域Δｆ内におけるベクトルデータａvn(m)のパターンを
示していることになり、高い周波数帯域になるほど微小
周波数帯域Δｆを大きくとって変換次元数を大きくした
データパターンになっている。

【００２１】また、位相成分用のコードブック6につい
ても、図１及び図３の(Ｂ)〜(Ｅ)に示すように、前記の
場合と同様にその中を帯域別コードブック[P.C.B;1],
[P.C.B;2],[P.C.B;3],[P.C.B;4]に４分割し、それぞれ
に学習サンプルをベクトル化処理して得られた０〜２.
２５ｋＨzと２.２５〜４.５ｋＨzと４.５〜９.０ｋＨz
と９.０〜１６.０ｋＨzにおけるベクトルデータθv(m)
のデータパターンを登録してある。また、本実施形態の
ベクトル化方式に対応させて、高い周波数帯域の帯域別
コードブックに対して低い周波数帯域の帯域別コードブ
ックよりも変換次元数の大きいベクトルデータθv(m)の
データパターンを登録させるようにしていることも同様
であり、０〜２.２５ｋＨzでは２に、２.２５〜４.５ｋ
Ｈzでは４に、４.５〜９.０ｋＨzでは６に、９.０〜１
６.０ｋＨzでは２０にとってある。ところで、位相成分
用のコードブック6内におけるベクトルデータθv(m)の
データパターンの変換次元数は全帯域を通じて振幅成分
用のコードブック5の場合と比較して小さくなっている
が、その代わりに各帯域別コードブック[P.C.B;1],[P.
C.B;2],[P.C.B;3],[P.C.B;4]におけるベクトルデータθ
v(m)の総数が２０４８個で、振幅成分用のコードブック
5の場合の２倍になっている。これは、図３の(Ａ)に示
されるＭＤＣＴ方式での直交変換後の周波数-位相値の
グラフから明らかなように、位相の統計的分布の偏りが
小さいため、より多くのパターンで対応させなければ位
相の変化態様を適切に表現できず、ベクトル量子化段階
でのエラー率が高くなるからである。

【００２２】図１に戻って、各ベクトル量子化器7,8は
以上に説明した各コードブック5,6をそれぞれ検索する
が、その際には先ず帯域識別データＢを用いて各帯域別
コードブック[A.C.B;1]〜[A.C.B;4]と[P.C.B;1]〜[P.C.
B;4]の何れを検索対象とするかを選択する。そして、各
ベクトル量子化器7,8は、それぞれ前記帯域に含まれて
いた振幅成分に係るベクトルデータａvn(m)と位相成分
に係るベクトルデータθv(m)を検索キーとして、帯域識
別データＢで選択した帯域別コードブック[A.C.B;i]と
[P.C.B;i]を検索し、各ベクトルデータａvn(m)とθv(m)
と同一又は最も近似した登録データに対応付けられてい
るインデックスデータＩＤaとＩＤpを読出す。

【００２３】その後、正規化演算器4が用いた正規化係
数ａ(k)と各ベクトル量子化器7,8で読出したインデック
スデータＩＤa,ＩＤpがマルチプレクサ9へ転送され、マ
ルチプレクサ9がそれらを多重化したビット列を伝送路
へ出力する。本実施形態の符号化装置では、上記のよう
にＭＤＣＴ係数Ｘ(n)を振幅成分データａ(m)と位相成分
データθ(m)に分離した後の帯域分割・ベクトル化器3に
よる帯域毎のベクトル化の変換次元数の割当てや位相成
分データθ(m)の差分によるベクトル化、及び振幅成分
に係るベクトルデータａv(m)の正規化等により、小さい
データサイズでのコードブック5,6を構成させることが
できる。また、そのコードブック5,6においては、振幅
成分に係るベクトルデータａvn(m)の変換次元数が位相
成分に係るベクトルデータθv(m)の変換次元数より大き
くなっており、データ伝送の観点から見ると、統計的分
布の偏りが大きいために比較的粗いパターンでの変換で
足りる振幅情報側のデータ量を少なくし、逆に統計的分
布の偏りが小さく細かいパターンでの変換が必要になる
位相情報側のデータ量を多くすることができ、合理的で
高効率な符号化が実現できる。

【００２４】次に、図４は上記の符号化装置に対応した
復号化装置の機能ブロック回路図を示す。同図におい
て、11は伝送路から受信した正規化係数ａ(k)とインデ
ックスデータＩＤa,ＩＤpを個別に分離するデマルチプ
レクサ、12は振幅成分用のコードブック、13は位相成分
用のコードブック、14はインデックスデータＩＤaを検
索キーとして振幅成分用のコードブック12を検索して正
規化された振幅成分に係るベクトルデータａvn(m)と帯
域識別データＢを読出すベクトル逆量子化器、15はイン
デックスデータＩＤpを検索キーとして位相成分用のコ
ードブック13を検索して位相成分に係るベクトルデータ
θv(m)と帯域識別データＢを読出すベクトル逆量子化
器、16は正規化係数ａ(k)を用いてベクトルデータａvn
(m)を逆正規化する逆正規化演算器、17は逆正規化され
た振幅成分に係るベクトルデータａv(m)と位相成分に係
るベクトルデータθv(m)と帯域識別データＢを用いて各
ベクトルデータａv(m),θv(m)を対応した帯域に配置さ
せると共に、そのベクトルデータａv(m),θv(m)を合成
して振幅成分データａ(m)と位相成分データθv(m)を求
める帯域合成・ベクトル合成器、18は両成分データａ
(m),θ(m)を用いてＭＤＣＴ係数ｘ(n)を求める振幅・位
相合成器、19はＭＤＣＴ係数ｘ(n)に対して逆ＭＤＣＴ
処理を施してＰＣＭ信号を再生させるＩＭＤＣＴ(Inver
s ＭＤＣＴ)器である。

【００２５】この復号化装置の各機能ブロックは、デー
タの変換や処理の流れに関してみると上記の符号化装置
の各機能ブロックに逆の関係で対応しており、それぞれ
が逆の変換や処理を実行するものであることから、ここ
ではその動作に関する詳細な説明を省略するが、復号化
装置として次のような特徴を有している。

【００２６】先ず、コードブック12,13がそれぞれ符号
化装置側のコードブック5,6と同一のデータ内容を有し
ており、ベクトル逆量子化器14,15が、伝送路側からデ
マルチプレクサ11を介して受信したインデックスデータ
ＩＤa,ＩＤpを検索キーとして、各コードブック12,13内
でその検索キーに対応付けられたベクトルデータａvn
(m),θv(m)を読出す。この場合に、伝送路側からは帯域
識別データＢが伝送されてこないが、各インデックスデ
ータＩＤa,ＩＤpは個々に異なるコードで与えられてい
るため、コードブック12,13の検索でヒットしたインデ
ックスデータＩＤa,ＩＤpのアドレスに基づいて帯域識
別データＢを検出することができる。

【００２７】また、振幅・位相合成器18は、帯域合成・ベ
クトル合成器18が作成した振幅成分データａ(m)と位相
成分データθ(m)を用いて、次の数式３及び数式４に示
される簡単な三角関数によりＭＤＣＴ係数ｘ(n),ｘ(n+
1)を求める。

【数３】

【数４】但し、ｎ,ｍはスペクトル番号で、ｎ＝０,２,
４,６,・・・,Ｎ−１、ｍ＝０,１,２,３,・・・,(Ｎ−１)／２
であり、Ｎは１フレーム内のスペクトルの数である。

【００２８】そして、本実施形態の符号化装置と復号化
装置は、ベクトル量子化方式によって高い伝送効率やス
トレージメディアの容量節減を実現するという基本的効
果を有しているが、コードブック5,6,14,15に対して振
幅成分と位相成分に係る各ベクトルデータａvn(m),θv
(m)を割付ける方式において変換次元数やデータ個数に
ついて工夫を施し、またベクトル化に際してデータ量を
抑制するための手段を適用したことにより、音響データ
を更に効率的且つ的確に伝送し、復号化装置の出力で高
品質な音声を再生させることが可能になる。尚、本実施
形態では符号化装置と復号化装置にそれぞれ正規化演算
器4と逆正規化演算器16を具備させて振幅成分に係るベ
クトルデータａv(m)のデータ量の抑制を図っているが、
それらの機能ブロックがなくても、コードブック5,14の
サイズが少々大きくなるだけで前記の効果は得られる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の「音響信号の符号化装置及び復
号化装置」は、以上の構成を有していることにより、次
のような効果を奏する。請求項１の発明は、ＰＣＭ信号
をＭＤＣＴ方式で直交変換し、その変換によって得られ
るＭＤＣＴ係数を符号化すると共に、ベクトル量子化方
式を適用して高能率な圧縮と伝送効率の向上を図る符号
化装置において、ＭＤＣＴ係数を振幅成分データと位相
成分データに分離してベクトル化した各ベクトルデータ
にインデックスデータを対応させたコードブックを設け
たことにより、位相成分データよりも振幅成分データの
統計的分布の偏りが大きいという音響信号の特性を利用
してより高能率な符号化を可能にする。請求項２の発明
は、データ分離手段でＭＤＣＴ係数から振幅成分データ
と位相成分データを求める際の効率的な演算を可能にす
る。請求項３の発明は、ベクトル化手段でのデータ変換
方式として、変換次元数を高い周波数帯域で大きくし、
聴覚心理特性を考慮した伝送データ量の低減化とコード
ブックの小サイズ化を実現する。請求項４の発明は、位
相成分に係るベクトルデータのデータ量を小さく抑制
し、コードブックの小サイズ化を実現し、また同一容量
のコードブックでより多くのベクトル量子化のためのデ
ータを具備させることを可能にする。請求項５及び請求
項６の発明は、統計的分布の偏りが小さい位相成分デー
タのベクトル化変換次元数を、統計的分布の偏りが大き
い振幅成分データのベクトル化変換次元数より小さく
し、位相成分に係るベクトルデータの個数を多くして伝
送データ量の増大やコードブックの容量の増大を招くこ
となく効率的且つ合理的な符号化を可能にする。請求項
７の発明は、振幅成分に係るベクトルデータを正規化し
てコードブックの小サイズ化を実現し、また同一容量の
コードブックでより多くのベクトル量子化のためのデー
タを具備させることを可能にする。請求項８の発明は、
請求項１乃至請求項６の発明の符号化装置に対応した復
号化装置を実現する。請求項９の発明は、請求項７の発
明に係る符号化装置に対応した復号化装置を実現する。
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９の発明の復
号化装置において、データ合成手段が振幅成分データと
位相データからＭＤＣＴ係数を求める際の効率的な演算
を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る音響信号の符号化装置
の機能ブロック回路図である。

【図２】振幅成分用のコードブックの登録内容に関する
説明図である。

【図３】位相成分用のコードブックの登録内容に関する
説明図である。

【図４】実施形態に係る復号化装置の機能ブロック回路
図である。

【図５】ＭＤＣＴ係数の変化態様の実例を示すグラフで
ある。

【図６】図５のＭＤＣＴ係数に係る振幅成分データの変
化態様を示すグラフである。

【図７】図５のＭＤＣＴ係数に係る位相成分データの変
化態様を示すグラフである。

【図８】ベクトル量子化方式を採用した従来の符号化装
置の機能ブロック回路図である。

【符号の説明】

1…ＭＤＣＴ器、2…振幅・位相分離器(データ分離手
段)、3…帯域分割・ベクトル化器(ベクトル化手段)、4…
正規化演算器(正規化手段)、5,12…振幅成分用のコード
ブック、6,13…位相成分用のコードブック、7,8…ベク
トル量子化器(ベクトル量子化手段)、9…マルチプレク
サ、11…デマルチプレクサ、14,15…ベクトル逆量子化
器(ベクトル逆量子化手段)、16…逆正規化演算器(逆正
規化手段)、17…帯域合成・ベクトル合成器(ベクトル合
成手段)、18…振幅・位相合成器(データ合成手段)、19…
ＩＭＤＣＴ器(逆ＭＤＣＴ手段)。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＣＭ(Pulse Code Modulation)方式で
変調された音響信号をＭＤＣＴ(Modified Discrete Cos
ine Transform)方式で直交変換し、その変換によって得
られるＭＤＣＴ係数を符号化する音響信号の符号化装置
において、前記ＭＤＣＴ係数を振幅成分データと位相成
分データに分離するデータ分離手段と、前記データ分離
手段が分離した各データをベクトルデータへ変換するベ
クトル化手段と、音響信号の学習サンプルから得られる
ＭＤＣＴ係数に対して前記のデータ分離手段とベクトル
化手段によるデータ処理と実質的に同一のデータ処理を
施して求められた振幅成分と位相成分に係る各ベクトル
データに対応させて相互に異なるインデックスデータを
格納せしめたコードブックと、前記ベクトル化手段が求
めた振幅成分と位相成分に係る各ベクトルデータを用い
て前記コードブックを検索し、その各ベクトルデータと
同一乃至近似した前記コードブックのベクトルデータに
対応付けられている振幅成分と位相成分に係るインデッ
クスデータを読出すベクトル量子化手段を具備し、ベク
トル量子化手段が読出したインデックスデータを伝送路
へ出力することを特徴とした音響信号の符号化装置。
【請求項２】データ分離手段が、時系列的に隣接した
ＭＤＣＴ係数ｘ(n),ｘ(n+1)を用いて、振幅成分データ
ａ(m)及び位相成分データθ(m)をそれぞれ次の数式１及
び数式２によって求めることとした請求項１の音響信号
の符号化装置。【数１】【数２】（但し、ｎ,ｍはスペクトル番号で、ｎ＝０,２,４,６,・
・・,Ｎ−１、ｍ＝０,１,２,３,・・・,(Ｎ−１)／２であ
り、Ｎは１フレーム内のスペクトルの数である。）
【請求項３】ベクトル化手段による振幅成分データと
位相成分データのベクトルデータへの変換方式が、周波
数の低い帯域における変換次元数を周波数の高い帯域に
おける変換次元数より小さくした変換方式である請求項
１又は請求項２の音響信号の符号化装置。
【請求項４】ベクトル化手段が、位相成分データをベ
クトルデータへ変換する際に、変換対象とする位相成分
データ群の最初のデータ値と後続するデータ値の差をベ
クトルデータとすることとした請求項１、請求項２又は
請求項３の音響信号の符号化装置。
【請求項５】コードブックの位相成分に係るベクトル
データの数を振幅成分に係るベクトルデータの数より大
きくした請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４
の音響信号の符号化装置。
【請求項６】ベクトル化手段による位相成分データの
ベクトルデータへの変換次元数を振幅成分データのベク
トルデータへの変換次元数より小さくし、コードブック
の位相成分に係るベクトルデータの数を振幅成分に係る
ベクトルデータの数より大きくした請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４又は請求項５の音響信号の符号
化装置。
【請求項７】ベクトル化手段が振幅成分データを対数
化してベクトルデータへ変換することとし、そのベクト
ルデータ内の最大パワー値を正規化係数として他の振幅
成分に係るベクトルデータを正規化する正規化手段を設
け、コードブックには、音響信号の学習サンプルから得
られるＭＤＣＴ係数に対してデータ分離手段とベクトル
化手段と前記正規化手段によるデータ処理と実質的に同
一のデータ処理を施して求められた振幅成分データに対
応させて相互に異なるインデックスデータを格納せし
め、ベクトル量子化手段が読出したインデックスデータ
と共に前記正規化手段の正規化係数を伝送路へ出力する
こととした請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、
請求項５又は請求項６の音響信号の符号化装置。
【請求項８】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５又は請求項６の音響信号の符号化装置が伝
送路へ出力したインデックスデータが入力される復号化
装置であって、前記符号化装置が具備したコードブック
の格納データと同一データが格納せしめられたコードブ
ックと、入力された振幅成分と位相成分に係るインデッ
クスデータを用いて前記コードブックを検索し、その各
インデックスデータに合致した振幅成分と位相成分に係
るベクトルデータを読出すベクトル逆量子化手段と、前
記ベクトル逆量子化手段が読出した各ベクトルデータを
合成してＭＤＣＴ係数に係る振幅成分データと位相成分
データを作成するベクトル合成手段と、前記ベクトル合
成手段が求めた振幅成分データと位相成分データを合成
してＭＤＣＴ係数を求めるデータ合成手段と、前記デー
タ合成手段が求めたＭＤＣＴ係数に基づいてＰＣＭ方式
で変調された音響信号を再生する逆ＭＤＣＴ手段を具備
したことを特徴とする音響信号の復号化装置。
【請求項９】請求項７の音響信号の符号化装置が伝送
路へ出力したインデックスデータと正規化係数が入力さ
れる復号化装置であって、前記符号化装置が具備したコ
ードブックの格納データと同一データが格納せしめられ
たコードブックと、入力された振幅成分と位相成分に係
るインデックスデータを用いて前記コードブックを検索
し、その各インデックスデータに合致した振幅成分と位
相成分に係るベクトルデータを読出すベクトル逆量子化
手段と、前記ベクトル逆量子化手段が読出した振幅成分
に係るベクトルデータを前記正規化係数を用いて逆正規
化する逆正規化手段と、前記逆正規化手段が逆正規化し
たベクトルデータと前記ベクトル逆量子化手段が読出し
た位相成分に係るベクトルデータを合成してＭＤＣＴ係
数に係る振幅成分データと位相成分データを作成するベ
クトル合成手段と、前記ベクトル合成手段が求めた振幅
成分データと位相成分データを合成してＭＤＣＴ係数を
求めるデータ合成手段と、前記データ合成手段が求めた
ＭＤＣＴ係数に基づいてＰＣＭ方式で変調された音響信
号を再生する逆ＭＤＣＴ手段を具備したことを特徴とす
る音響信号の復号化装置。
【請求項１０】データ合成手段が、振幅成分データａ
(m)と位相成分データｂ(m)を用いて、ＭＤＣＴ係数であ
るｘ(n),ｘ(n+1)をそれぞれ次の数式３及び数式４によ
って求めることとした請求項８又は９の音響信号の復号
化装置。【数３】【数４】（但し、ｎ,ｍはスペクトル番号で、ｎ＝０,２,４,６,・
・・,Ｎ−１、ｍ＝０,１,２,３,・・・,(Ｎ−１)／２であ
り、Ｎは１フレーム内のスペクトルの数である。）