JPS63285599A - 符号化復号化方法 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は、音声や画像などの信号系列を少ない情報量で
符号化する方法に関するものである。

特に伝送する符号に誤りが生ずる場合に効果のある符号
化法である。

（従来の技術） 信号系列の情報圧縮をして符号化する強力な手段として
、ベクトル量子化法が知られている。これは符号化しよ
うとする離散化された信号サンプル値を複数個まとめて
ベクトルとし、予め作成しておいた符号帳の中の符号ベ
クトルと照合し、最も歪が小さくなるようなベクトルの
番号を伝送符号とするものである。

ところがこの量子化法では伝送路に誤りが生じると１番
号とベクトルの値には距離の関係が全く存在しないため
、入力ベクトルと全く異なったベクトルが再生されてし
まうという欠点がある。

これを防ぐために従来、誤り訂正符号を使って、すなわ
ち伝送路符号に冗長性をもたせることで誤り率を低く抑
える必要があった。

この場合１例えば２倍の情報量を使って、実質的に符号
誤り率を大幅に低減することができる。

ただし、符号誤りが全くない場合でも、やはり２倍の情
報量が必要である。

すなわち、同一情報量のもとでは誤りが生じないときで
も１／２の情報量しか使われず、量子化歪が大きくなる
。

実用的には符号誤り率は時間的に変動し、その状況に合
わせて伝送路符号の形態を変更することは難しいため、
誤りのないときか誤りの多いときのどちらかの性能を大
きく犠牲にする必要があった。

（発明の目的） 本発明の目的は音声や画像などの信号系列の情報を圧縮
して符号化する際に、符号誤りが生じても、信号にあま
り大きな歪を生じないような方法を提供することにある
。

（発明の構成） （発明の特徴と従来の技術との差異） 本発明は複数の独立な符号帳を使ってベクトル量子化を
行うことによって１通常のベクトル量子化と比較して符
号誤りのない場合は量子化歪が少し大きくなるが、符号
誤りが生じた場合にはそれによる歪の増大を小さく抑え
ることが特徴である。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。

１個の入力ベクトルｘ　（ｉ）に対して独立に２個の符
号帳を備え、与えられた情報量の１／２ずつでそれぞれ
ベクトル量子化を行う。

第１の系統の出力ベクトルｙ　（ｉ）と第２の出力ベク
トルｚ　（ｉ）の平均ｗ　（ｉ）を出力値とする。

ｗ　（ｉ）　＝＝　（ｙ　（ｉ）　＋　ｚ　（ｉ））／
　２このとき第１の系統の量子化誤差ｄ　（ｉ）、第２
の系統の誤差ｅ　（ｉ）とすると ｄ　（ｉ）　＝　ｙ　（ｉ）　−ｘ　（ｉ）ｅ　（ｉ）
　＝　ｚ　（ｉ）　−ｘ　（ｉ）平均値ｗ　（ｉ）の量
子化誤差パワーＰ０はつぎのようになる。

ｐ、＝Σ（ｗ　（ｉ）　−ｘ　（ｉ））”＝Σ（ｄ　（
ｉ）／　２　＋　ｅ　（ｉ）／　２　）”＝σ２／２ ここでΣｄ　（ｉ）”　＝Σｅ（ｉ）”＝ｃｒ”であり
、またｄ　（ｉ）とｅ　（ｉ）は独立であるという仮定
を利用した。すなわち、 Σｄ　（ｉ）・　ｅ　（ｉ）　＝　０ とした。これより全体の量子化誤差パワーは各系統の誤
差パワーの半分になることが分かる。ただし２つの系統
に分けずに１つの系統に２倍の情報量を用いて量子化す
ると誤差パワーはほぼ１／４になるので、符号誤りの無
い場合には２系統に分割する利点はない。

次に伝送路符号誤りが生じた場合の量子化誤差パワーに
ついて考える。仮りに伝送路誤りでｙ　（ｉ）がｙ″（
ｉ）と復号されたとする。このとき本発明の場合の誤差
パワーＰ１は以下となる。

Ｐ、＝Σ（ｄ　・（ｉ）／　２　＋　ｅ　（ｉ）／　２
）＝σｍ２／４＋σ２／４ ここでσ″２はσ２と比較して殆どの場合非常に大きい
。濠た量子化ビット数とは殆ど無関係である。

同じように通常の１系統のみのベクトル量子化の誤差パ
ワーＰ２は Ｐ２＝σ１１２ すなわち、伝送路誤りの被害は通常より大幅に小さくな
ることが分かる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す構成図である。

入力系列ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜２５）を２系統のベクト
ルｕ　（ｉ）、　ｖ　（ｉ）に分けてそれぞれ量子化を
行う。

すなわち第１の系統の第１番目のベクトルｕ（１）は、
ｘ　（１）、　ｘ　（２）　、・・・・・・ｘ（５）を
要素とし、以下順次第５番目のベクトルｕ（５）はｘ　
（２１）　、　ｘ　（２２）　、・・・・・・ｘ　（２
５）を要素とする。

次に第２の系統の第１のベクトルｖ　（ｉ）はｘ（１）
、ｘ　（６）、ｘ　（１１）、　ｘ　（１６）、ｘ　（
２１）を要素とする。

同様に第５番目のベクトルｖ（５）はｘ（５）、ｘ（１
０）。

ｘ　（１５）、ｘ　（２０）、ｘ　（２５）を要素とす
る。

第１の系統ではこの系統のために予め用意した符号帳の
中から各ベクトルに最も近いベクトルを捜し、対応する
番号を伝送路に送り出す符号とする。復号器側では同じ
符号帳を用いて量子化された入力系列値を再現すること
ができる。

この系統だけの量子化ですべての入力値に対応する出力
値ｙ　（ｉ）は揃っていることに注意する。

一方、第２の系統のベクトルにおいても第１の系統とは
別の符号帳を用いて全く同様にさクトル量子化を行う。

この系統だけでもやはりすべての入力値に対応する出力
値ｚ（１）は揃っている。

伝送路符号に誤りが無いときには各系統の量子化値の要
素毎の平均値ｗ（ｉ）を出力値とすればより）。

伝送路誤りのある場合でも平均値を出力することで、実
施例１の場合と全く同様に被害を小さくできる。

この実施例では更に誤りの訂正が可能となる。

もし伝送路誤りが生じた場合に、ｕ　（ｉ）またはｖ　
（ｉ）のすべての値が異常となり、誤りの生じているベ
クトルに対応するｙ　（ｉ）とｚ　（ｉ）の差が異常に
大きくなる。

異常と考えられるベクトルについて伝送路符号のうち１
ビツトだけ離れている符号に対応する符号帳の中のベク
トルのうちで、置き換えるとｙ（１）とｚ　（ｉ）の差
が大きくなるものがあれば、置き換えればよい。

ｕ　（ｉ）、ｖ（ｉ）の複数のベクトルが誤りをおこし
ただしこれらの訂正は統計的な判定が必要で。

本来誤っているのに、別のベクトルと置き換えてしまっ
たり、誤りを検出できないことが生じる。

第３図は本発明の第３の実施例を示す。

これは２つの統計の量子化を独立に行うのではなく、結
果的に両系統の平均出力値を出力することを念頭に入れ
て、その値と入力値との誤差が最小となるように量子化
を行うものである。

すなわち、第１の符号帳を参照して第１の系統の量子化
を行い、その結果、得られた出力ベクトル値ｙ　（ｉ）
を本来の入力’ｘ　（ｉ）の２倍から引いたものを第２
の系統の量子化の入力とし、第２の符号帳を用いて量子
化し、ｚ　（ｉ）を得る。そしてｗ、（ｉ）を出力ベク
トルの候補とする。

ｗ、（ｉ）＝（ｚ　（ｉ）＋　ｙ　（ｉ））／　２さら
に同一情報で歪みを小さくするために、この逆手順でも
量子化してみる。すなわち、第２の符号帳を参照して第
２の系統の量子化を行い、その結果、得られた出力ベク
トル値ｚ　（ｉ）を、本来の入力ｘ　（ｉ）の２倍から
引いたものを第１の系統の量子化の入力とし、第１の符
号帳を参照して量子化し、ｙ　（ｉ）を得る。

同様にｗ　、　（ｉ）とｗｂ（ｉ）のうち、ｘ　（ｉ）
との歪が小さくなるほうを選び、それに対応する伝送路
符号の値を伝送する。

ｙ　（ｉ）　＝　ｘ　（ｉ）　＋　ｄ　（ｉ）ここで、
第２の入力とするｆ　（ｉ）のパワーＰｆを調べる。

Ｐ、＝Σｆ　（ｉ）” ＝Σ（２・ｘ　（ｉ）　−ｙ　（ｉ））”＝Σ（ｘ　（
ｉ）　　ｄ　（ｉ））” ＝σ□′＋σ２ ここで、σ１２は入力の分散、σ２は量子化誤差の分散
である。従って、ｆ（ｉ）を入力として第２の量子化を
行うとその誤差パワーＰｆはσ２は比べて以下のように
増加する。

Ｐ、＝（１＋σ２／σ１′）・σ２ Ｗ、の誤差パワーＰは次のように評価できる。

ｚ　（ｉ）＝　ｆ　（ｉ）＋　ｅ　（ｉ）Ｐ＝Σ（ｘ　
（ｉ）　　ｗ、（ｉ））”＝Σ（ｅ　（ｉ）／　２　）
” ＝σ２（１＋σ２／σ、”）／４ ここで、量子化の情報量にも依存するが、σ１′＜σ２ であるため、符号誤りの無い場合の量子化誤差は実施例
１の場合より小さくなる。ただし、誤りが生じたときは
実施例１と比べてやや被害が大きくなる。また誤り訂正
の成功率が低下する。

これとは逆に誤りのないときに量子化誤差を犠牲にして
、誤り訂正の成功率を上げる方法もある。

第１の系統の出力ベクトル値ｙ　（ｉ）を第２の系統の
量子化の入力とすればよい。

第４図は音声の線形予測残差信号を周波数領域で重み付
きベクトル量子化する方法に（特願昭６１−１７７０８
９号）適応したときの効果を示す。

縦軸はＳＮＲで横軸は符号誤り率である。

（Ａ）は残差信号に１系統のベクトル量子化を行い、誤
り訂正無しの場合である。

（Ｂ）は同じく１系統のベクトル量子化を行い、伝送路
のデジタル符号上での誤り訂正を導入した場合である。

（Ｃ）は残差信号に２系統のベクトル量子化を行う本発
明の量子化を導入口した場合である。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明の量子化器は、一つの入力
に対して複数の伝送路符号が与えられる。

そしてすべての符号に誤りが生じる確率は個々の伝送符
号の誤り率に比べて、きわめて小さいものとなる。

従って、出力ベクトルに及ぼす被害が軽減される。一方
、符号誤りが無いときには、各系統の量子化誤差が量子
化歪を相殺するため、歪を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の量子化方法の構成を示す図、第２図
は実施例２の量子化方法の構成を示す図、第３図は実施
例３の量子化方法の構成を示す図、第４図は音声符号化
に適用したときの実施例３の効果を表した図である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力の信号系列を複数サンプル毎にまとめてベトクルと
   し、ベクトル単位で量子化する量子化法において、 複数の系統の独立な符号帳を備え、一つの入力ベクトル
   に対してそれぞれの系統の符号帳の中のベクトルで歪の
   最も小さくなるベクトルの番号を求め、その番号を多重
   化して伝送符号とし、受信側ではそれぞれの系統に対応
   する符号帳を参照して出力ベクトルを求め、各出力ベク
   トルを総合して最終的な出力ベクトルを決定することを
   特徴とするベクトル量子化法。