JPS6253026A - 適応直交変換符号化方式とその装置 - 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】 （産業の利用分野） 本発明は、音声信号や画像信号を始めとする物理信号の
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） 線形変換符号化は線形変換を用いて信号から冗長性を除
くことによシ符号化効率を高めるもので、カーネン・レ
ーペ（ＫＡＲＨＵＮＥＮ−ＬＯＥＶＥ）変換や離数的コ
サイン変換などの直交変換がよく用いられる。特にカー
ネン・レーベ変換は、入力信号の共分散行列の固有ベク
トルからなる変換で、変換された係数系列が無相関とな
シ、入力信号と係数系列を量子化したときの再生信号と
の平均二乗誤差が最小となる直交変換として知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、線形変換符号化では、信号を再生させる場合、
係数系列と共に用いた変換の逆変換が必要である。離散
的コサイン変換のような確定的な変換を用いる場合符号
化するものは係数系列だけでよいが、カーネン・レーぺ
変換のように入力信号の自己相関係数に依って決まる変
換では信号を再現するために入力信号の自己相関係数も
符号化する必要がある。カーネン・レーぺ変換の次数は
通常数十から百数十にとられる。したがって変換法数分
だけの自己相関係数を信号が入力されるたびごとに計算
しそれらを符号化していく構成では、符号化効率が極端
に悪くなシ、カーネン・レーペ変換の最適性を十分利用
できない。これまで、カーネン・レーぺ変換を適用する
ために、過去に観測された信号の長時間平均から自己相
関係数を推定するものが提案されている。（文献ｌ：エ
ス・ジェイ・キャンパネラとガーナ−・ニス・ロビンソ
ン（Ｓ、Ｊ、ＣＡＭＰＡＮＥＬＬＡ　ＡＮＤ　ＧＵＮＥ
ＲＳ。

ＲＯＢＩＮＳＯＮ）’ア　コンパリソン　オプ　オーツ
ゴーナル　トランスフォーメンシ曹ンズ　フォーディジ
タル　スピーチ　プロセシング （Ａ　ＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮ　ＯＦ　ＯＲＴＨＯＧＯＮ
ＡＬＴＲＡＮＳＦＯＲＭＡＴＩＯＮＳ　ＦＯＲＤＩＧＩ
ＴＡＬＳＰＥＥＣＨＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ）アイ・イー
・イー・イー　トランス　コム　チクノル（ＩＥＥＥ　
ＴｒａｎｓＣｏｍｍｕｎ　Ｔｅｅｈｎｏｌ　）第１９巻
、　１０４５〜１０４９頁（１９７１年））シかし、音
声信号や画像信号のようにその統計的性質が時間と伴に
変化する信号を符号化する場合、長時間平均し走性質を
使う方法は特性を劣化させてしまうという欠点がある。

本発明の目的は、カーネン・レーぺ変換を用いた直交変
換符号化に関するもので、入力信号の短時間自己相関係
数を変換次数よシ十分少ない数のパラメータでモデル化
する構成をとることにより、入力信号の短時間特性に適
応的に追従したカーネン・レーぺ変換を伴う適応直交変
換を提供し、低ピットレイトにおける直交変換符号化の
再生品質を改善することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、一定間隔のブロックに分割された入力
離散信号系列を前記入力離散信号系列自身で定まる直交
変換の係数に変換する適応直交変換符号化において、符
号化側では、前記入力離散信号系列を用いてブロックの
大きさより小さい数によって定まる直交変換を施して前
記入力離散信号系列を係数系列に変換し、前記モデルの
パラメータと前記係数系列とを符号化し、復号化側では
、前記モデルのパラメータの符号と前記係数系列の符号
とを復号し、前記復号されたモデルの自己相関係数で定
まる直交変換と前記復号された係数系列とを用いて再生
離散信号系列を発生させることを特徴とする適応直交変
換符号化方式が得られる。

また、本発明によれば、一定間隔にブロックに分割され
た入力信号系列を用いてブロックの大きさより小さい数
の変数をもつモデルの自己相関係数を推定する手段と、
前記入力離散信号系列に前記推定された自己相関係数に
よって定まる直交変換を施して前記入力離散信号系列を
係数系列に変換する手段と、前記モデルのパラメータを
符号化する手段と、前記係数系列とを符号化する手段と
、前記モデルのパラメータを表わす符号と前記係数系列
を表わす符号とを組合せて出力する手段とを有すること
を特徴とする適応直交変換符号化装置が得られる。

さらに１本発明によれば、符号系列を入力し前記符号系
列からモデルのパラメータを表わす符号を係数系列を表
わす符号とを分離する手段と、前記モデルのパラメータ
を表わす符号を復号化する手段と、前記係数系列を表わ
す符号を復号化する手段と、前記復号されたモデルの自
己相関係数で定まる直交変換と前記復号された係数系列
とを用いて再生信号を発生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サンプルごとのブロックに分割された入力信号をｘ（
ｎ）　、ｎ＝０．Ｎ−１とおくと、入力信号の自この自
己相関係数をブロック長Ｎよシも少ない数のパラメータ
で表現する丸めに、入力信号のパワースペクトルｌ　Ｘ
　（ｗ）　ｌ　　を次のようにモデル化することを考え
る。　　・ ここで、ｐ　＜Ｎである。パラメータ（ａｋ）は、（２
）式のパワースペクトル形をもつ信号の自己相関係数ｒ
　（ｋ）が、（１）式の自己相関係数ｐ　（ｋ）とに＝
１゜・・・、ｐで一致するように決定される。このよう
な（ａｋ）は次の連立方程式の解であることが知られて
いる。文献２：マーケル、グレイ（ＭＡＲＫＥＬ。

ＧＲＡＹ）（鈴木訳）「音声の線形予測」コロナ社（１
９８０年） （３）式ｉしｔ’ン７ｙ−１−−ヒン（ＬＥＶＩＮＳＯ
Ｎ　−ＤＵＲＢＩＮ）　　法で解くと、自己相関係数Ｒ
（ｋ）は、次のような再帰式で計算される。

尚、（４）式と（５）式におけるａｇ＝１．・・・、ｋ
　は（３）ｋ、　／　１ 式のｐをｐ−にとしたときの解で６Ｄ、レビンンンーダ
ーピン法の適用過程で導出されるものである。自己相関
係数ｒ　（ｋ）は ｒ（ｋ）−Ｒ（ｋ）／Ｒ（０）　　　、　　ｋ−０，１
，・、、Ｎ−１（６）として求まる。

（３）式から（６）式の手順を踏むことにょシ、Ｎより
も少ないｐ個のパラメータで、入力信号の自己相関係数
がモデル化できることになる。そして、この自己相関係
数ｒ（ｋ）Ｋ対応して定まるカーネン・レーベ変換は、
次の共分散行列 を Ｒ＝Ｋｔ［）Ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１？）Ｋ：ユニタリ一行列、［）：対角行列 と固有値展開したときのユニタリー行列にとなる。

（８）式で定まるカーネン・レーベ変換を用いる直交変
換杆号化の処理手順を簡単に説明する。送信側では、入
力信号ｘ　（ｎ）を前出のように定まる変換行列にとそ
の係数系列ｙ（ｎ）とに変換する。ここで、係数系列ｙ
（ｎ）は次のように計算される。

ｙ−１Ｋ＊　　　　　　　　　　　　（９）但し、 ｘ　−〔ｘｃｏ）　ｘｃＩ）　−ｘ（Ｎ−１）　）ｔ！
　−（７（０）　ｙ（＋）・・・ｙ　（Ｎ−１）　）を
変換行列Ｋを定める（町−と係数系列ｙ　（ｎ）とは、
それぞれ適切Ｋ　（ａ　ｋ］とｙ■とに量子化されたの
ち符号化を経て伝送される。一方、受信明では、受信さ
れた各パラメータｔａｋ＋とｙ■とをもとに再生１４号
Ｘ■を生成する。受けとった（＆ｋＩｋもとに前記（４
）式から前記（６）式と同様の手順を踏んで自己相関係
数γωを計算し、さらに前記（８）式の固有値展開を介
してカーネン・レーベ変換行列Ｋを再現する。変換行列
が再現できれば、再生信号△ Ｘ■は係数系列ｙ（ｒｌ）を用い、 仁謙を全　　　　　　　３．。、 但し、 ｘ　”　（Ｘ（０）　Ｘ（１）　”’　”（Ｎ−＋）　
）ｔ）’　”　（’ｊ＜６）　）’（１）　”’　）’
（ト）−１）〕１と計算される。

すなわち、ｐ＜Ｎなるｐ個のパラメータでブロック内人
力１ご号の自己相関係数全モデル化する構成をとること
により、短時間入力信号の特性に依存して決まるカーネ
ン・レーぺ変換をもつ適応直交変換が実現できることＫ
なる。本発明の原理に従う直交変換符号化の構成を第１
図に示す。尚、これまでの説明において、パワースペク
トルのモデルとして全極形スペクトルを採用したが、こ
れはＰ＜Ｎを満たすｐ個のパラメータで表現されるモデ
ルなら対象となる入力信号の性質に応じて零極形スペク
トルなど適当に選ぶことができる。但し、その際の自己
相関係数は、モデルのインパルス応答を介して計算され
る。

以上で本発明の原理に関する説明をおえる。

（実施例） 第２図は本発明の実施例を示す符号化装置のブロック図
である。１００は一定間隔に分割された離散的信号Ｘω
を入力する信号入力端子である。

Ｎサンプルの入力信号Ｘ（１）は１１０の線形予測分析
器並び展開係数計算器１４０に供給される。線形予測分
析器１１０は、前記（３）式の連立方程式をレビンソン
・メ°−ビン法で解いて、線形予測パラメータの一つで
ある反射係数に、　、　ｉ＝１　、・・・、ｐを求め、
それらをに、を量子化したあと自己相関係数計算器１２
０と符号器１５５とへ送る。自己相関係数計算器１２０
は反射係数に、と反射係数から導出される線形予測分析
器とから次の漸化式をもとに自己相関係数’ｒｃｋ）を
計算する。

但し、（１３）式において、ｄ、ｃ−ｄ、ｋ　　である
。

Ｎ個の自己相関係数γ、）、に−０，１，・・・、Ｎ−
１は１３０の固有値展開計算器へ出力される。固有値、
展開計算器１３０は、入力された’（ｋ）を弗素にもつ
共分散行列全を形成しなあと、前記（８）式で示したよ
うな固有値展開を行いカーネン・レーベ変換△ 行列［（を求め、それを係数系列計算５１４０へ出力す
る。また、固有値展開計１［１３０は、固有値展開で得
られる固有イ］αを符号器１５０へ出力する。係数系列
計算５１４０は、入力信号系列Ｘ■と１３０よ少入力さ
れた変換行列ｅとから前記（９）式に示したような計算
を行い係数系夕’）　７　（ｎ）を求める。計算された
係数系列Ｆ（ｎ）は１５０の符号器へ供給される。符号
器１５０は、１３０の固有値展開計算器から入力される
固有値情報をもとに係数系列ｙ（ｎ）をｙω　と量子化
した後符号化し、その符号をマルチプレクサへ出力する
。係数系列の量子化による誤差電力は再生信号領域で σ”　−（ｙ−ｙ）”［）　（ｙ−ｙ）　　　　　　　
　（１３）但し、ｄ■は固有値を表わす。

と与えられる。したがって、係数系列の量子化は、固有
値の大きさによって適応的に行うととＫなる。

また、ここでは適応ビット割合その技術を有効に使うこ
ともできる。符号器１５５は、１１０の線形予測分析器
よ少入力された反射係数に、を符号化するもので、反射
係数を表わす符号はマルチプレクサ１６０で係数系列を
表わす符号と多重化されたのち、２００の送信出力端子
よシ受信側に伝送される。

デマルチプレクサ３１０は受信入力端子３００を通して
入力された符号系列を反射係数を表わす符号を係数系列
を表わす符号とに分離して、反射係数を表わす符号を復
号器３２０へ、係数系列を表わす符号を復号器３２５へ
それぞれ出力する。

復号器３２０は、反射系列を表わす符号を復号し、自己
相関係数計算器３３０へ出力する。復号器３２５は、３
４０の固有値展開計算器から入力される固有値情報を用
いて展開係数を表わす符号を復号し、それを再生信号発
生５３５０へ出力する。

自己相関係数計算器３３０は、送信側の自己相関係数計
算器１２０とまったく同じ手順をとり、反射係数０１か
ら自己相関係数やωを計算し、それを固有値展開計算器
３４０へ供給する。３４０の固有値展開計算器も送信側
の固有値展開計算器１３０とまったく同じ手順を踏んで
変換行列介を求め、それを再生信号発生器３５０へ出力
する。再生信号発生器３５０は、３４０よシ入力される
変換行列蔽と３２５よシ入力される係数系列ｙωとから
前記（１０）式を計算し、再生信号ｘ（ｎ）を発生させ
る。

再生信号Ｘ（１）は出力端子４００から出力される。

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、カーネン・レーベ変換を基本とした直交変換
符号化において、入力信号の短時間自己相関係数を少な
い数のパラメータでモデル化する構成をとることＫよシ
、入力信号の短時間特性に適応的に追従したカーネン・
レーベ変換を低い情報速度で実現することを特徴とする
。カーネン・レーぺ変換は、係数量子化によシ生じる平
均二乗誤差が最小化となる最適直交変換として知られて
いる。しかし、カーネン・レーベ変換を音声信号や画像
信号のようにその性質が時間と伴に変化する信号に適用
する場合、変換次数分の自己相関係数を信号の特性が変
化する短時間ごとに符号化しなければならず、カーネン
・レーぺ変換を低ビツトレイトの符号化に適用すること
はできなかった。

しかし、本発明のように変換次数よシ十分少ない数で入
力信号の短時間自己相関係数をモデル化するという構成
をとれば、低い情報速度で短時間の自己相関係数を符号
化でき、カーネン・レーぺ変換を低ビツトレイトの符号
化領域で適用できることになる。

本発明で構成される適応直交変換符号化は、低次の相関
とはいえ入力信号の統計的性質に依存したカーネン・レ
ーベ変換が用いられるので、確定的な直交変換を伴う直
交変換符号化よシ、特性的にすぐれたものになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を表わすブロック図、第２図は本
発明の実施例を表わすブロック図である。 図において、１０，１００・・・入力端子、１１・−自
己相関係数推定器、１１０・−線形予測分析器。 １２０．３３０　・・・自己相関係数計算器、１２．２
５゜１３０．３４０・・・固有値展開計算器、１３，１
４０・・・係数系列計算器、１４，１５，１５０，１５
５　・・・符号器、２２．２３，３２０，３２５　・・
・復号器、１６．１６０・・・マルチプレクサ、２１．
３１０・・・デマルチプレクサ、１７．２００−・・送
信出力端子、２０．３００−受信入力端子、２７．４０
０・−出力端子をそれぞれ示す。 代理人弁理士　内　原　　　］・１ １＋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定間隔のブロックに分割された入力離散信号系
   列を前記入力離散信号系列自身で定まる直交変換の係数
   に変換する適応直交変換符号化において、符号化側では
   、前記入力離散信号系列を用いてブロックの大きさより
   小さい数の変数をもつモデルの自己相関係数を推定し、
   前記入力離信号系列に前記推定された自己相関係数によ
   って定まる直交変換を施して前記入力離散信号系列を係
   数系列に変換し、前記モデルのパラメータと前記係数系
   列とを符号化し、復号化側では、前記モデルのパラメー
   タの符号と前記係数系列の符号とを復号し、前記復号さ
   れたモデルの自己相関係数で定まる直交変換と前記復号
   された係数系列とを用いて再生離散信号系列を発生させ
   ることを特徴とする適応直交変換符号化方式。
2. （２）一定間隔にブロックに分割された入力信号系列を
   用いてブロックの大きさより小さい数の変数をもつモデ
   ルの自己相関係数を推定する手段と、前記入力離散信号
   系列に前記推定された自己相関係数によって定まる直交
   変換を施して前記入力離散信号系列を係数系列に変換す
   る手段と、前記モデルのパラメータを符号化する手段と
   、前記係数系列とを符号化する手段と、前記モデルのパ
   ラメータを表わす符号と前記係数系列を表わす符号とを
   組合せて出力する手段とを有することを特徴とする適応
   直交変換符号化装置。
3. （３）符号系列を入力し前記符号系列からモデルのパラ
   メータを表わす符号と係数系列を表わす符号とを分離す
   る手段と、前記モデルのパラメータを表わす符号を復号
   化する手段と、前記係数系列を表わす符号を復号化する
   手段と、前記復号されたモデルの自己相関係数で定まる
   直交変換と前記復号された係数系列とを用いて再生信号
   を発生する手段とを有することを特徴とする復号化装置
   。