JPS6253028A - 適応形符号化復号化方式とその装置 - Google Patents

適応形符号化復号化方式とその装置

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JPS6253028A
JPS6253028A JP60194323A JP19432385A JPS6253028A JP S6253028 A JPS6253028 A JP S6253028A JP 60194323 A JP60194323 A JP 60194323A JP 19432385 A JP19432385 A JP 19432385A JP S6253028 A JPS6253028 A JP S6253028A
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JP
Japan
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sequence
coefficient
signal
code
representing
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JP60194323A
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Shigeru Ono
茂 小野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

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。
(従来技術とその問題点) 本発明は一般のディジタル信号に関するが、本明細書で
は以下音声信号を例にとり説明する。
音声信号を効率よく符号化する方法として、音声信号の
もつ冗長性を利用するものがよく知られている。この冗
長性除去に際し線形予測法を用いるものが、ベル研究所
のビー・ニス・アタール(B、S、Atal)とエム・
ア一いシュレイダ−(M、R,5rhroeder )
 Kよって提案されている。
(文献1.[アダプティブ プレディクチイブ コーデ
ィング オブ スピーチ シグナルズ(” Adapt
ive predictive coding of 
speechsignalso)」、ベル システム 
テクニカルシアーナル(Be 1+  5yst、 T
ech、 J、)、49巻、1973頁−1986頁(
1970)、)そこでは、一定時間間隔に分割された音
声信号が、間隔内の音声信号の周波数スペクトル包絡線
を表わす線形予測係数(ピッチ予測係数を含むこともあ
る)と、予測のあとの予測剰余信号とに分離される。線
形予測係数は、音声信号自体よりもはるかに低いビット
レートで符号化できる。しかし、線形予測法を基本にし
た符号化では、その再生品質が予測剰余信号の符号化法
に大きく依存しており、予測剰余信号の表わし方が品質
改良の鍵となる。
予測剰余信号の符号化法としては、予測剰余信号自体を
、平均二乗誤差最小の意味で、出来るにけうまく符号化
しようとするものがある。例えば、予測剰余信号の電力
の大きい箇所と小さい箇所で割り当てるビット数を変化
させるものである。しかし、予測剰余信号自体の平均二
乗誤差を最小化するような符号化では、入力信号と再生
信号との平均二乗誤差が最小化されていることにはなら
ず、満足のいく品質は得られていない。一方、入力信号
と再生信号との平均二乗誤差を最小化するように予測剰
余信号を符号化しようとするものも提案されているが、
そこでは符号化された予測剰余信号の適性を実際に再生
信号を生成して入力信号との平均三乗誤差を計算するこ
とKより判断している。このような実際に再生信号を生
成して剰余信号の適性をはかる方法では、満足の行く予
測剰余信号を得るために膨大な演算を要するはかりでな
く、完全に満足の行く予測剰余信号を得られるという保
障がないという欠点がある。
また、予測剰余信号に何らかの操作を施して符号化特性
を向上させようとする際、従来方式においては、実際に
予測剰余信号を生成させる必要があり、装置規模が大き
くなるという欠点がある。
(発明の目的) 本発明の目的は、線形予測符号化に関するもので、予測
剰余信号を量子化によって生じる信号自体の平均二乗誤
差が入力信号と再生信号の平均二乗誤差に直接対応づけ
られる信号に変換する構成を予測剰余信号を実際に生成
させることなく実現する方法を提供し、線形予測符号化
の再生品質を改善することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、入力信号系列を前記入力信号系列から
抽出される一群の特徴パラメータと前記特徴パラメータ
に応動して定まる係数系列とで表現する符号化方式にお
いて、前記特徴パラメータに対応して定まるインパルス
応答系列を無相関化する変換を求め、前記求めた変換を
前記入力信号系列に施すことにより係数系列を計算し、
前記人力信号系列を前記特徴パラメータを表わす符号系
、列と前記係数系列を表わす符号とで表わすことを特徴
とする適応符号化方式と、前記特徴パラメータを表わす
符号系列を復号し前記変換を求め、前記係数系列を表わ
す符号系列を復号し前記求めた変換とともに再生信号系
列を発生することを特徴とする復号化方式が得られる。
また本発明によれば、一定間隔に分割された離散信号系
列を入力する手段と、前記離散信号系列を分析し一群の
特徴パラメータを抽出する手段と、前記量子化した特徴
パラメータに対応して定すると インパルス応答系列を無相関化する変換る定める手段と
、前記離散信号系列に前記定まった変換を施し係数系列
を求める手段と、前記特徴パラメータを符号化する手段
と、前記係数系列を符号化する手段と前記特徴パラメー
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符号化
装置が得られる。
さらに本発明によれは、符号系列を入力し前記符号系列
から特徴パラメータを表わす符号系列と係数系列を表わ
す符号系列とを分離する手段と、前記特徴パラメータを
表わす符号系列を復号する手段と、前記復号した特徴パ
ラメータに対応して定まるインパルス応答系列を無相関
化する変換を定める手段と、前記係数系列を表わす符号
系列を復号する手段と、前記復号された係数系列と前記
定まった変換とから再生信号系列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。
(本発明の原理) フレーム表Nサンプルの音声信号をX(n)、M個の線
形予測係数をa(1予測剰余信号をd→と表わすと、そ
れらKは次の関係がある。
零= A x              (1)但し
、 x = (x(0) x(1)−x(N−1))’e 
= (e(1)、 e(1)−e(N−1))’或いは
、 x=lHe  、   1)IxA−’       
(21Hは、全極フィルタ のインパルス応答を要素にもつ行列である。
今、雫が量子化され会となりたとすると、その再生音声
信号仝は 交−I(4) よって、入力音声信号と再生音声信号との平均二乗誤差
σ2は、 σ2;(λ−◇)’(X−会)(5) =(中−企)’IH’ IH(1−Q )   (6)
△ = (c −e )tIL)、(e−Q ) 、 RH
−=HtH(7)ココア、 (7)式0IRHは、(3
)式の’H(z)の特性かられかるように、一般に対角
行列でない。したがって、従来方式のような予測剰余信
号や自体の平均二乗誤差(Φ−* )’(e−仝)を最
小化するよう中の量子化特性を定める構成は、再生信号
レベルでの平均二乗誤差σ2を最小化するものになって
いないことに注意する必要がある。
しかし、ILHは実対称の正定値行列であるから、と分
解できる。Pは正規直交ベクトルを列ベクトルにもつ行
列で、IHを無相化するものである。(8)式の分解方
法は、種々知られているので、ここでは説明を省略する
。(詳しくは、文献2:森正武著、数値解析、共立出版
(昭48)を参照)ことで更に1 とおいて(8)式を(7)式に代入すると、入力音声信
号と再生音声信号との平均二乗誤差は と表現できることになる。即ち、予測剰余信号上ば、そ
れが直接再生レベルの平均に乗誤差ヘノ最小化できると
いう構成をとることができる。
ここで、(8)式のTをユニタリー行列に選ぶと、F’
= F−’                α3の関
係があるから、(II)式は と表わされ、符号の両辺の比較から # = /IITFt(is が得られる。すなわち、fは、剰余信号中を介さず、入
力信号λに−r;itを施すことによシ直接計算できる
ことを示している。また、このとき、再生傷号念は童子
化されたjにより χ=r、/i余            asと表わさ
れる。
もう−例として、前記(8)式の分解にシュミット(S
chmidt )の直交化法を選ぶ場合を説明する。
このときH行列は 1(= IFi F              u7
)V:正規直交行列、/1[:対角行列、F:三角と表
わされ、符号の両辺の比較から y=fxW”x           α9が得られる
。すなわち、この場合もfは剰余信号中を介さすに1人
力信号%KGマχを操作させることにより直接計算でき
る。このときの再生信号>Vi量子化された分により 仝= IF ”’j If             
rzuとして合成される。
以上で、本発明の原理に関する説明を終える。
(実施例) 第1図は本発明の実施例を示す音声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音声信
号系列X(ホ)を受ける端子である。
入力されたN個の音声サンプルは110の線形予測分析
器と120の変換係数計算器に供給される。
線形予測分析器110は、線形予測パラメータの一つで
ある反射係数k を計算し、それにそれらを量子化して
線形予測パラメータ符号器140及び線形変換計算器1
30へ出力する。反射係数に、の富 量子化法はすでによく研究されており、例えば文献3(
北部、板金、斎藤”PARCOR形音声分析合成系にお
ける最適符号構成°電子通信学会論文誌J61−A、 
2. pp、119〜126(昭53−2)に詳しい。
線形変換計算器130は、110より供給された反射係
数に、を線形予測係数Fに変換し前記(7)式にある共
分散行列R□を求めたあと前記(8)式の分解を行うも
のである。前記(8)式のFのうち、前記uy式を満た
すユニタリー行列Fを求める方法は種々知られている。
例えば、文献2にあるヤコビ(Jacobi )法を用
いることができる。求まったユニタリー行列F及び対角
行列/■は120の変換係数計算器へ出力される。変換
係数計算器120は、入力端子100から供給される音
声信号系列x(、)と線形変換計算器130から供給さ
れる行列Vと4とから前記α9式に示した計算を行い信
号系列fを発生させる。信号系列fは150の符号器で
符号化されたあと、マルチプレクサ160で反射係数を
表わす符号と多重化され、170の送信出力端子よυ回
路網へ送られる。信号系列fを量子化・符号化する方法
には種々の工夫が考えられる。例えば、fの最大値を正
規化係数として、各/、を正規化し、それらの値に従っ
て適応的に順次量子化・符号化する方法。或いは前記(
151式のように/7を計算せず)λの各要素すなわち
υLfを量子化・符号化する方法がある。この他、ベク
トル量子化、適応ビット割り当てなどの手法が存在する
デマルチプレクサ210は受信入力端子200を通して
符号系列を入力し、反射係数kiを表わす符号系列と信
号系列企を表わす符号系列とに分離し、反射係数を表わ
す符号系列を復号器220へ、信号系列会を表わす符号
系列を復号器230へそれぞれ出力する。線形予測パラ
メータ復号器220は反射係数を表わす符号系列を復号
し、さらに反射係数に、を線形予測係数a、に変換して
それを240の線形変換計算器240へ出力する。係敬
復号器230は信号系列分を表わす符号を復号し、それ
を250の再生信号発生器250へ供給する。線形変換
計算器240は、220より受けとった線形予測係数を
用いて前記(8)式及び前記09式に示した:LYタリ
ー行行列色対角行列4とを計算する。
△ 記uす式を計算し再生信号、 (、)を発生させるとと
も△ に、出力端子260へx (n)を出力する。上記復号
器側の説明において、230の復号器で復号される符号
系列が分の代シに/I47を表わす符号系列である場合
、250の再生信号発生器でViF t に/l[÷f
を掛けることによシ再生信号系列、 (n)を計算する
以上の説BAにおいては前記(8)式の分解に前記03
式で示されたユニタリー変換を用いているが、この分解
に前記uD式で示されたシュミットの直交化釦よる方法
を採用しても、図1と同じ構成で実現できる。但し、こ
のときは、上記実施例の説明において用いられた前記4
13式にあるFのかわシに、前記αDにあるfを用いる
ことになる。
尚、以上の説明において、信号の特徴パラメータとして
、線形予測分析で得られるものを用いたが、これは7オ
ルマントやケグストラム係数など他のパラメータでもよ
い。
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、線形予測分析を基本とする符号化方式におい
て、入力信号を線形予測パラメータと信号自身の歪によ
る平均二乗誤差が入力信号と再生信号との平均二乗誤差
と直接対応するような信号とで表わすことと、このよう
な信号系列を予測剰余信号を介することなく入力信号か
ら直接定めることとを特徴とする。その結果、本発明に
依ると、信号自身の量子化歪最小なる量子化器の構成が
再生信号領域から見ても最適構成になるという線形予測
符号化方式が提供できると共に1予側剰余信号を求める
必要がないため符号器構成が簡略化された線形予測符号
化が実現できる。
る。
図において、100・・・音声信号入力端子、11o・
・・線形予測分析器、12o・・・変換係数計算器、1
30・・・線形変換計算器、140・・・線形予測パラ
メータ符号器、150・・・係数符号器、16o・・・
マルチプレクサ、170・・・送信出力端子、200・
・・受身入力端子、210・・・7’ffルチプレクサ
、22o・・・線形予測パラメータ復号器、230・・
・係数復号器、24o・・・線変換計算器、250・・
・再生信号発生器、26o・・・再生音声出方端子をそ
れぞれ示す。
$ l 図 \。
1 事件の表示  昭和60年 特許部 第19432
3号2 発明の名称 適応形符号化復号化方式とその装置 3 補正をする者 事件との関係      出 願 人 東京都港区芝五丁目33番1号 <423)日本電気株式会社 代表者  関 本 忠 弘 4  代  理  人 く連絡先 日本電気株式会社 特許部)5 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)、明細書第9頁第2行目に’X=g1e」とある
のを「χ・llQ」と補正する。
(21,明細書第9頁第7行目にrl17.=H’Jと
あるのを「訳H=)lt旧」と補正する。
(3)、明細書第11頁第5行目に「符号」とあるのを
「等号」と補正する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力信号系列を群の特徴パラメータと前記特徴パ
    ラメータに応動して定まる係数系列とで表現する符号化
    方式において、前記特徴パラメータに対応して定まるイ
    ンパルス応答系列を無相関化する変換を求め、前記求め
    た変換を前記入力信号系列に施すことにより係数系列を
    計算し、前記入力信号系列を前記特徴パラメータを表わ
    す符号系列と前記係数系列を表わす符号とで表わすこと
    を特徴とする適応符号化方式と、前記特徴パラメータを
    表わす符号系列を復号し前記変換を求め、前記係数系列
    を表わす符号系列を復号し前記求めた変換とともに再生
    信号系列を発生することを特徴とする復号方式。
  2. (2)一定間隔に分割された離散信号系列を入力する手
    段と、前記離散信号列を分析し一群の特徴パラメータを
    抽出する手段と、前記量子化した特徴パラメータに対応
    して定まるインパルス応答系列を無相関化する変換を定
    める手段と、前記離散信号系列に前記定まった変換を施
    し係数系列を求める手段と、前記特徴パラメータを符号
    化する手段と、前記係数系列を符号化する手段と、前記
    特徴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
    る適応符号化装置。
  3. (3)符号系列を入力し前記符号系列から特徴パラメー
    タを表わす符号系列と係数系列を表わす符号系列とを分
    離する手段と、前記特徴パラメータを表わす符号系列を
    復号する手段と、前記復号した特徴パラメータに対応し
    て定まるインパルス応答系列を無相関化する変換を定め
    る手段と、前記係数系列を表わす符号系列を復号する手
    段と、前記復号された係数系列と前記定まった変換とか
    ら再生信号系列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。
JP60194323A 1985-09-02 1985-09-02 適応形符号化復号化方式とその装置 Pending JPS6253028A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH048064A (ja) * 1990-04-26 1992-01-13 Canon Inc 符号化装置
JPWO2016167215A1 (ja) * 2015-04-13 2018-02-01 日本電信電話株式会社 線形予測符号化装置、線形予測復号装置、これらの方法、プログラム及び記録媒体

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US10325609B2 (en) 2015-04-13 2019-06-18 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Coding and decoding a sound signal by adapting coefficients transformable to linear predictive coefficients and/or adapting a code book

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