JPWO2009093714A1 - 符号化方法、復号化方法、それらの装置、及びそれらのプログラムと記録媒体 - Google Patents

Abstract

誤差の少ない符号化方法を提供する。この発明による符号化方法は、入力信号から求めた正規化値を、ベクトル量子化する際の入出力から求めた誤差分で補正した後に量子化する。そのために、フレーム毎に求めた入力信号の正規化値に基づいて入力信号を正規化する正規化段階と、正規化されたフレームを予め定められた規則に基づいて分割入力信号系列に分割する分割段階と、分割入力信号系列をベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを生成するベクトル量子化段階と、入力信号の正規化値をベクトル量子化段階の入出力から求めた誤差分で補正する正規化値補正段階とを有する。

Description

この発明は、音声や音楽などの音響信号や画像信号等のディジタル信号を符号化する方法、復号化方法、それらの装置、及びそれらのプログラムと記録媒体に関する。

従来から、例えば音声信号を高能率で符号化する方法として、入力された原音サンプルの列をフレームと呼ばれる５〜５０ｍｓ程度の一定区間毎の入力信号系列に分割し、そのフレーム毎の入力信号系列に対する正規化値を求め、各フレームの入力信号系列中のサンプル値をその正規化値で正規化して得た正規化入力信号系列を予め定められた規則に基づいて分割した後に、ベクトル量子化する方法が知られている。

その符号化方法による符号化装置を図２７に、復号化装置を図２８に示して動作を簡単に説明する。符号化装置は、正規化値生成部１０１と、正規化部１０２と、分割部１０３と、ベクトル量子化部１０４と、正規化値量子化部１０５とを備える。正規化値生成部１０１は、複数サンプルから成るフレーム単位毎に原音サンプルがまとめられた入力信号系列Ｘ＝{X_n; n=0, …, N-1}が入力される。ただし、Ｎはフレームあたりのサンプル数である。入力信号系列Ｘは時間領域のサンプル列であってもよいし、そのようなサンプル列をフレーム毎に周波数領域に変換して得られたスペクトルによるサンプル列であってもよい。正規化値生成部１０１は入力信号系列Ｘ中のサンプルのパワーの平均値の平方根を正規化値Ｇとして出力する。正規化値量子化部１０５は、正規化値生成部１０１で求められた正規化値Ｇを量子化し、正規化値量子化インデクスI_Gとして出力する。正規化部１０２で正規化値量子化インデックスI_Gを復号して得られた復号化正規化値Ｇ'を用いる場合は、各正規化値量子化部１０５は復号化正規化値Ｇ'も出力する。

正規化部１０２は、入力信号系列Ｘと正規化値生成部１０１で求められた正規化値Ｇ又は正規化値量子化部１０５で求められた復号化正規化値Ｇ'を入力として、入力信号系列Ｘ内の各サンプル値（振幅値）を正規化値Ｇ又は復号化正規化値Ｇ'で割り算する、若しくはその逆数を乗ずることで、入力信号系列を正規化して正規化入力信号系列ｘ={x_n; n=0, …, N-1}として出力する。分割部１０３は、正規化部１０２からの出力である正規化入力信号系列ｘを、予め定められた規則に基づいて、Ｍ個の分割入力信号系列u_i (i=0,…,M-1, Ｍは１以上の整数）に分割して出力する。Ｍ＝１の場合は分割を行わず、ｘ＝u₀となるため、分割部１０３は省略されることもある。

ベクトル量子化部１０４は、分割部１０３の出力である分割入力信号系列のそれぞれについてベクトル量子化し、ベクトル量子化インデックスｋ_iを出力する。なお、ベクトル量子化部１０４は例えば２以上の有限個のインデックスにそれぞれ予め決めた代表ベクトル値を対応付けたベクトル符号帳１０４Ｔを有しており、ベクトル量子化部１０４は与えられた分割入力信号系列u_iとの間で最も距離尺度が小さい代表ベクトル値に対応するインデックスｋ_iをベクトル量子化インデックスとして出力する。

復号化装置は、ベクトル復号化部１１１と、再構成部１１２と、正規化値復号化部１１３と、逆正規化部１１４を備える。ベクトル復号化部１１１は符号化装置のベクトル量子化部１０４と同じベクトル符号帳１１１Ｔを有しており、符号化装置から与えられる各ベクトル量子化インデックスｋ_iに対応する代表ベクトル値をベクトル符号帳１１１Ｔから読み取ることにより、ｋ_iを復号化し、分割出力信号系列v_iとして出力する。再構成部１１２は、ベクトル復号化部１１１からの１フレーム分の分割出力信号系列v_iを用いて、符号化装置の分割部１０３におけるｘとu_iとの関係とｙとv_iとの関係を同じとするための予め定められた規則に基づいて正規化出力信号系列ｙを再構成する。正規化値復号化部１１３は、符号化装置から送信される正規化値量子化インデックスI_Gを復号化して復号化正規化値Ｇ'を出力する。逆正規化部１１４は、再構成された正規化値出力信号系列ｙと、復号化正規化値Ｇ'を入力として出力信号系列ｙに復号化正規化値Ｇ'を乗算することで逆正規化し、出力信号系列Ｙとして出力する。

上記した符号化装置と復号化装置による従来の符号化法は、入力信号をフレーム毎に予め正規化することにより、フレーム間で異なる入力信号系列の振幅値の分散を小さくすることができ、ベクトル量子化の効率を向上させることが可能になる。例えば特許文献１では、フレーム毎の周波数領域信号を正規化し、その結果をベクトル量子化することが示されている。
また、非特許文献１には、CELP符号化において時間領域入力信号の各フレームをサブフレームに分割し、それらのサブフレームの一連のパワーをベクトル量子化することが示されている。
特開平7-261800号公報（段落[0016]〜[0021]） 三樹聡等、「ピッチ同期雑音励振源を持つCELP符号化(PSI-CELP)」、電子情報通信学会論文誌、Vol.J77-A, No.3, pp.314-324, 1994年３月。

しかし、上記した従来法では、正規化値生成部１０１で得られた正規化値が、入力信号のみに基づいて求められる。従って、このような符号化装置において正規化入力信号系列を分割した分割入力信号系列をベクトル量子化して求めたベクトル量子化インデックスと、入力信号のみから求めた正規化値とを復号化装置において用いても符号化装置の入力信号に対する復号化装置の出力信号の誤差量を表す信号対雑音比（Signal to Noise Ratio以下「ＳＮＲ」と称する）を向上させた誤差の少ない出力信号を復号化できる保証はない。つまり、誤差の少ない符号化ができるとは限らない。

この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、誤差の少ない符号化方法、復号化方法、それらの装置、及びそれらのプログラムと記録媒体を提供することを目的とする。

この発明の第１の観点による符号化方法は、
複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化段階と、
入力信号の系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列を、補正係数で補正した正規化値で逆正規化して得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成段階と、
上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
を含む。

この発明の第２の観点による符号化方法は、
複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割して分割入力信号系列を生成する分割段階と、
上記分割入力信号系列をベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを生成するベクトル量子化段階と、
上記ベクトル量子化インデックスに対応した信号系列を分割出力信号系列として生成する復号化段階と、
上記分割入力信号系列と上記分割出力信号系列の内積値の総和を第１補正係数とし、上記分割出力信号系列のベクトルの２乗和の総和を第２補正係数としたとき、上記第１補正係数を上記第２補正係数で除算したものを上記補正係数として生成する補正係数生成段階と、
上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
少なくとも上記ベクトル量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
を含む符号化方法。

この発明による復号化方法は、
入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号過程と、
入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化過程と、
入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化過程と、
上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正過程と、
上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化過程と、
を含む。

この発明の符号化方法復号化方法及び装置によれば、符号化においてベクトル量子化インデックスを生成する際の入出力の関係から符号化誤差を最小化するように、フレーム毎に求めた入力信号の正規化値を補正することでＳＮＲを向上させた誤差の少ない符号化及び復号化が実現できる。

この発明による符号化装置の第１実施例の機能構成例を示す図。 図１の符号化装置の動作フローを示す図。 図１における分割部１０３の動作例を示す図。 この発明による符号化装置の第２実施例の機能構成例を示す図。 図４の符号化装置の動作フローを示す図。 この発明による符号化装置の第３実施例の機能構成例を示す図。 図６の符号化装置の動作フローを示す図。 この発明による符号化装置の第４実施例の機能構成例を示す図。 図８の符号化装置の動作フローを示す図。 この発明による符号化装置の第５実施例の機能構成例を示す図。 図１０の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す図。 この発明による符号化装置の第６実施例の機能構成例を示す図。 この発明による符号化装置の第７実施例の機能構成例を示す図。 この発明による符号化装置の第８実施例の機能構成例を示す図。 この発明による符号化装置の第９実施例の機能構成例を示す図。 図１５の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す図。 この発明による符号化装置の第１０実施例の機能構成例を示す図。 図１７の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す図。 この発明による符号化装置の第１１実施例の機能構成例を示す図。 この発明による符号化装置の第１２実施例の機能構成例を示す図。 この発明による符号化装置の第１３実施例の機能構成例を示す図。 図２１の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す図。 この発明による符号化装置の第１４実施例の機能構成例を示す図。 図２３の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す図。 シミュレーションを行った実験装置の概略的な機能構成を示す図。 シミュレーション結果を示す図。 従来の符号化装置の機能構成例を示す図。 従来の復号化装置の機能構成例を示す図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
〔発明の基本的な考え〕
実施例の説明の前に、この発明の符号化方法の基本的な考えを説明する。上記した正規化値生成部１０１で生成する正規化値Ｇを、例えば式（１）のように定義する。

Ｘ＝{X_n; n=0, …, N-1｝
ここでＸはフレーム毎の入力信号サンプルX₀, …, X_N-1の列であり、Ｎはフレーム当たりのサンプル数である。よって式（１）で定義される正規化値Ｇは、フレーム毎の入力信号のパワーの平均値の平方根である。また、説明を簡単にする目的でここでは分割段階がない場合で説明する。正規化値Ｇで除算されて正規化された正規化入力信号系列をx＝{x_n; n＝0, …, N-1｝、復号化装置における復号化後の正規化出力信号系列をy＝{y_n; n＝0, …, N-1}と表わす。
各フレームにおける正規化前の入力信号系列Ｘ＝Ｇｘと、復号化装置における逆正規化後の出力信号系列Ｙ＝Ｇｙとの間の距離尺度を表す誤差ｄを求めると式（２）となる。

ここでｔは転置を意味する。
一方、この発明の符号化方法は、この誤差ｄが最小となるように復号化装置に与える正規化値Ｇを補正係数γで補正し、補正した正規化値Ｇ^*＝γＧを復号化装置に与える、あるいは補正係数γを正規化出力信号系列ｙに乗ずることで誤差を最小化した出力信号系列を得る考えである。従って、この発明による符号化方法の各フレームでの符号化装置の入力信号系列と復号化装置の出力信号系列との間の距離尺度を表す誤差ｄ'は次式（３）で表わせる。

上記誤差ｄ'を最小にするγは、次式（４）を満たすγを求めることで得られる。

Ｇ＝０の場合を除きγは次式（５）で表わせる。

式（３）に式（５）のγを代入すると、この発明による誤差ｄ'は、次式（６）のように変形できる。

ここで従来法による符号化誤差ｄと、この発明による符号化誤差ｄ'の大きさを比較する目的で、両者の差を計算すると次式（７）で表わせる。

式（７）によればｙ＝０の場合を除き、常にｄ−ｄ'≧０である。つまり、従来法による符号化誤差ｄよりもこの発明による符号化誤差ｄ'の方が小さいか等しい。従って、補正された正規化値Ｇ^*を考慮した符号化、復号化をすることでＳＮＲを向上させた誤差の少ない符号化、復号化が実現できる。

〔第１実施例〕
図１にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置１０の第１実施例の機能構成例を示し、その動作フローを図２に示す。本装置の各部は複数サンプルによるフレーム毎に動作する。フレーム毎の入力信号は時間領域の信号であっても、周波数領域の信号であってもよいが、以降の説明では入力信号が周波数領域信号の場合で説明する。符号化装置は、正規化値生成部１０１と、正規化部１０２と、分割部１０３と、ベクトル量子化部１０４と、正規化値量子化部１０５と、正規化値補正部２０とを備える。符号化装置は、図２７に示した従来法による符号化装置の構成に正規化値補正部２０を追加した構成である。図２７と同じ記号を付してある処理部は、図２７と同じ動作をする。この実施例の符号化装置は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現してもよい。

正規化値生成部１０１は、入力信号系列Ｘ中の各入力信号サンプルのパワーの平均値の平方根を正規化値Ｇとして出力する。または、各入力信号サンプルのパワーの平均値でなくとも、例えば絶対値の平均を正規化値Ｇとしてもよい。または、フレーム当たりの入力信号の標準偏差を正規化値としてもよい。

正規化部１０２は、入力信号系列Ｘをサンプル毎に正規化値Ｇで割り算した正規化入力信号系列ｘ＝{x_n；n＝0, …, N-1}を出力する（ステップＳ１０２）。分割部１０３は、正規化入力信号系列ｘを分割して分割入力信号系列u_ｉ={u_i,j; i=0,…, M-1; j=0,…,h(i)}、ただしh(i)はｉ番目の分割入力信号系列のサンプル数、を出力する（ステップＳ１０３）。この例では、正規化入力信号系列ｘは周波数領域の信号であり、１フレームの正規化入力信号系列ｘが例えば周波数の低い順に配列された１６個のスペクトルサンプルx₀, …, x₁₅で構成されるものと仮定する。この場合、x_n=x_i+jMと表すと、分割部１０３は正規化入力信号系列x_n(n=0, …, N-1)を次式（８）に示す関係で分割する。

h(i)は第ｉ番目の分割入力信号系列u_iのサンプル数を表すが、この例では各分割入力信号系列の数が同じになるように分割を行っており、h(i)=N/Mである。ここで分割数ＭをＭ＝４とした場合の１フレームの正規化入力信号系列ｘと、分割入力信号系列u_ｉの例を図３に示す。１６個の周波数スペクトルで構成される１フレームの正規化入力信号系列ｘを、４サンプル置きに４つの分割入力信号系列にする。つまり、ｉ＝０の場合である最初の分割は正規化入力信号系列x_nの低周波数側から４個飛びの周波数スペクトルのx₀，x₄，x₈，x₁₂が選択され１つの分割入力信号系列とされる。ｉ＝１の場合である２つ目の分割入力信号系列はx₁，x₅，x₉，x₁₃が選択されたものとされる。

ベクトル量子化部１０４は、２以上の有限個のインデックスに対し、それぞれ予め決めた代表ベクトルを対応付けたベクトル符号帳１０４Ｔを有しており、量子化対象の入力ベクトルである分割入力信号系列u_iとの間の距離尺度が最小となる代表ベクトルに対応するインデックスｋ_iをベクトル量子化インデックスとして出力する。具体的には、分割入力信号系列u_iの各サンプルu_i,jと代表ベクトルw_iの各サンプルw_i,j間の距離尺度として例えば次式

で表される誤差ｄ_iが最小となるw_iに対応付けられたベクトル量子化インデックスｋ_iを求めることができ、ｋ_iに対応する代表ベクトルw_iが分割出力信号系列v_iとなる。図３の例では、４つのサンプルu_i,j(j=0,…,3)を要素とするベクトルである分割入力信号系列u_iをベクトル符号帳１０４Ｔを参照してベクトル量子化し、ベクトル量子化インデックスｋ_iを出力する（ステップＳ１０４）。従って、この例ではフレーム毎に４個のベクトル量子化インデックスk₀, k₁, k₂, k₃が出力されることになる。なお、ここではベクトル量子化を例として説明しているが、分割入力信号系列u_iに対応する分割出力信号系列v_iを得るためのインデックスを生成する信号量子化処理であれば、分割入力信号系列u_iは各サンプルをスカラ量子化して対応するインデックスを出力する等のベクトル量子化でない処理を行ってもよい。即ち、ベクトル量子化部１０４は一般化すると信号量子化部であるといえる。

正規化値補正部２０は、分割部１０３の出力する分割入力信号系列u_ｉと、ベクトル量子化部１０４が出力するベクトル量子化インデックスｋ_iを入力として誤差が最小になるように正規化値Ｇを補正する（ステップＳ２０）。正規化値Ｇを補正するための補正係数γは、フレーム内の全分割入力信号系列u_ｉに正規化値Ｇを乗じたものに対する、ベクトル量子化インデックスｋ_iを復号化して得た全分割出力信号系列v_ｉに補正された正規化値Ｇ^*を乗じたものの誤差が最小になるように上記した式（５）に示した考えに基づいて生成される。そして、正規化値生成部１０１が出力する正規化値Ｇをその補正係数γで補正して出力する。正規化値量子化部１０５は、補正された正規化値Ｇ^*を量子化して正規化量子化インデックスI_G'として出力する（ステップＳ１０５）。

以上述べた符号化装置１０によれば、正規化値補正部２０においてベクトル量子化インデックスｋ_iに対応する分割出力信号系列v_ｉに補正された正規化値Ｇ^*を乗じたものと、分割入力信号系列u_ｉに正規化値Ｇを乗じたものの誤差が最小になるように正規化値Ｇを補正するので、符号化誤差の少ない符号化が行える。
正規化値補正部２０を更に詳しく説明する。正規化値補正部２０は、ベクトル復号化部２１と、補正係数生成部２２と、補正演算部２３とで構成される。

ベクトル復号化部２１は符号化装置におけるベクトル符号帳１０４Ｔと同じベクトル符号帳１１１Ｔを有しており、ベクトル符号帳１１１Ｔを参照してベクトル量子化インデックスｋ_iに対応する分割出力信号系列（代表ベクトル）v_ｉを復号化して出力する。図３に例示するように４個のベクトル量子化インデックスｋ₀〜ｋ₃から、４個の分割入力信号系列u₀〜u₃に対応した分割出力信号系列v₀〜v₃を復号化する。
補正係数生成部２２は、分割入力信号系列u_ｉと、分割出力信号系列v_ｉを入力として式(10)に示す計算式で正規化値補正係数γを計算する（ステップＳ２２）。

ここでu_ｉ,ｊは分割入力信号系列u_iの各サンプル{u_ｉ,ｊ；ｉ=0, …, M-1；ｊ=0, …, h(i)-1}、v_ｉ,ｊは分割出力信号系列v_iの各サンプル{v_ｉ,ｊ；ｉ=0, …, M-1；ｊ=0, …、h(i)-1}であり、添え字のｉは分割信号系列の番号、Ｍは分割数、添え字のｊは分割信号系列中のサンプル番号、h(i)はｉ番目の分割信号系列に含まれるサンプル数を表わす。
式(10)は、上記した入力信号系列Ｘ＝Ｇｘと出力信号系列Ｙ＝Ｇｙの各フレームにおける誤差ｄを最小化する正規化値補正係数を求める式（５）と同じ意味である。

補正演算部２３は、補正係数生成部２２が出力する正規化値補正係数γを正規化値生成部１０１が出力する正規化値Ｇに乗算したものを補正された正規化値Ｇ^*とすることで正規化値を補正する（ステップＳ２３）。補正された正規化値Ｇ'は、正規化値量子化部１０５で量子化され、正規化値量子化インデックスI_G'としてＭ個のベクトル量子化インデックスｋ_i(i=0, …, M-1)と共に図示しない復号化装置に出力される。

このように、この発明の符号化装置では、正規化された入力信号と対応する信号、この実施例では分割入力信号系列u_iとベクトル量子化に対応した信号、この実施例ではベクトル量子化結果を復号化して得られた分割出力信号系列v_iとに基づいて式(10)で表されるように符号化すべき入力信号と復号化された出力信号間の距離尺度が最小となる正規化値補正係数γを計算する。その正規化値補正係数γにより正規化値Ｇを補正して補正された正規化値Ｇ^*を量子化し、その量子化インデックスI_G'をベクトル量子化インデックスｋ_iと共に出力するか、あるいは後述の実施例のように、補正しない正規化値Ｇと補正係数γをそれぞれ量子化してそれぞれの量子化インデックスI_G, I_γをベクトル量子化インデックスｋ_iと共に出力する。従って、従来より誤差の少ない符号化が可能となる。

図１の符号化装置に対応する復号化装置の構成は、図２８に示した従来法における復号化装置１１０と全く同じものでよい。ただし、従来法における補正されていない正規化値Ｇに対応する復号化正規化値Ｇ'の代わりに補正された正規化値量子化インデックスI_G'を正規化値復号化部１１３で復号化して得られる補正された正規化値Ｇ^*が用いられることで、復号化装置１１０においてＳＮＲの良い復号化が行える。

なお、第１実施例によれば、補正係数生成部２２が、分割された分割入力信号系列u_ｉと、それをそのまま復号化した分割出力信号系列v_ｉから正規化値補正係数γを求めるので、分割入力信号系列を分割前の信号系列に再構成する必要がない。従って、再構成する方法よりも計算量も削減できる。
〔第２実施例〕
図１で説明した符号化装置におけるベクトル量子化部１０４は、
前記式(9)を展開した次式(11)

に着目すると、右辺の第３項目のw_i,jの２乗和（即ちベクトルの２乗和）は分割入力信号系列u_iとは関係なく、ベクトル符号帳１０４Ｔに格納された全ての代表ベクトルに対し予め全要素の２乗和を計算してベクトル符号帳１０４Ｔに保持しておくことができる。また、第１項目の分割入力信号系列u_iの２乗和は与えられた固定値である。従って、ベクトル量子化部１０４において、分割入力信号系列u_iに対する誤差ｄ_iが最小となる代表ベクトルw_iを探索する時に式(11）のベクトルの内積を表す第２項とベクトルの２乗和を表す第３項との和が最小となる代表ベクトルw_iを探せばよい。このようにして誤差ｄ_iが最小となるw_iが分割出力信号系列v_iとして決定された時の第２項（係数-2は除く）と第３項を次式

の値として保存しておき、式(10)の補正係数γの計算に使用すれば図１におけるベクトル復号化部２１は不要となり、それだけ計算量を削減できる。
第２実施例はこのような考えに基づくものであり、その符号化装置の機能構成を図４に示し、その動作フローを図５に示す。この実施例の構成は図１の実施例において、ベクトル復号化部２１を除去し、ベクトル量子化部１０４からベクトル量子化インデックスｋ_iが決定された時の式(11)の第２項と第３項をそれぞれ式(12a),(12b)で表されるＭ個のＰ_iとＭ個のＱ_iとして補正係数生成部２２に与える。補正係数生成部２２は補正係数γを次式

により計算する。その他の動作は図１と同様であり、説明を省略する。
図５の動作フローは図２における正規化値補正ステップＳ２０内のベクトル復号化過程Ｓ２１を除去し、ベクトル量子化段階Ｓ１０４で分割入力信号系列u_iに対するベクトル量子化インデックスが決定されたときの式(11)の第２項と第３項をそれぞれ上記Ｐ_i, Ｑ_i (i=0,…, M-1)として保持し、補正係数生成過程Ｓ２２で式(10)の代わりに式(13)により補正係数γを計算する。その他の動作は図２と同様である。

なお、この第２実施例で説明したベクトル復号化を行わないで補正係数を生成する構成は以降説明の他の実施例にも適用できる。図４の符号化装置に対応する復号化装置としては、図２８に示した従来の復号化装置をそのまま使用することができる。

〔第３実施例〕
図６にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置の第３実施例の機能構成を示し、その動作フローを図７に示す。この実施例においては図１の第１実施例における補正係数生成部２２は、第１補正係数生成部２２ａと第２補正係数生成部２２ｂとで構成される。また、この第３実施例においては、図１の第１実施例における補正演算部２３が第１補正部２３ａと第２補正部２３ｂとで構成される。その他の構成は図１の符号化装置と同様である。

第１補正係数生成部２２ａは、分割部１０３の出力する分割入力信号系列u_ｉと、ベクトル復号化部２１の出力する分割出力信号系列v_ｉを入力として、i=0,…,M-1でのそれぞれの内積値の総和を式（１４）に示す第１補正係数β₁として生成する（ステップＳ２２ａ）。

式（１４）は、上記した式(10)の分子と同じである。
第２補正係数生成部２２ｂは、ベクトル復号化部２１の出力する分割出力信号系列v_ｉを入力として、i=0,…,M-1のそれぞれの分割出力信号系列の全サンプルの２乗和の総和を式（１５）に示す第２補正係数β_２として生成する（ステップＳ２２ｂ）。

式（１５）は、上記した式(10)の分母と同じである。
第１補正部２３ａは、正規化値生成部１０１が出力する入力信号から求めた正規化値Ｇに第１補正係数β₁を乗算し、β₁Ｇを出力する（ステップＳ２３ａ）。第２補正部２３ｂは、第１補正部２３ａで第１補正係数を乗算した正規化値β₁Ｇを、第２補正係数β₂で除算し、補正した正規化値Ｇ^*として出力する（ステップＳ２３ｂ）。なお、第２補正部２３ｂが、正規化値を第２補正係数β₂で除算した後に、第１補正部２３ａがその値に第１補正係数β₁を乗算してもよい。つまり、ステップＳ２３ａとステップＳ２３ｂの処理は順序を逆転してもよい。

このような図６に示した構成の符号化装置でも図１及び図４に示した符号化装置と同じようにＳＮＲの良い符号化が行える。図６の符号化装置に対応する復号化装置としては、図２８に示した従来の復号化装置をそのまま使用することができる。

〔第４実施例〕
図８にこの発明による符号化方法を用いた符号化装置の第４実施例の機能構成を示し、その動作フローを図９に示す。符号化装置の正規化値補正部２０は、ベクトル復号化部２１と、再構成部６１と、補正係数生成部６２と、補正演算部２３とで構成される。他の構成は上記した図１、図４及び図６の符号化装置と同じである。 再構成部６１は、ベクトル復号化部２１からの複数の分割出力信号系列v_ｉを入力として、予め定められた規則に基づいて正規化出力信号系列y={y_n; n=0,…,N-1}を再構成する（ステップＳ６１）。例えば、図３に示した４個置きに分割された分割出力信号系列v₀〜v₃を、正規化入力信号系列x₀〜x₁₅と同じ順番に並べ替える。つまり分割部１０３と逆の動作を行って正規化出力信号系列yを再構成する。

補正係数生成部６２は、正規化入力信号系列ｘと正規化出力信号系列ｙとを入力として式（１６）に示す計算式で補正係数γを生成する（ステップＳ６２）。

ここで{x_n；n=0,…, N-1}は正規化入力信号系列、{y_n；n=0,…, N-1}は正規化出力信号系列、添え字のｎは正規化信号系列中のサンプル番号、Ｎは正規化信号系列に含まれるサンプル数、つまりフレーム長を表わす。

このような図８に示した構成の符号化装置でも図１、４及び６に示した符号化装置と同じようにＳＮＲの良い符号化が行える。図８に示した符号化装置に対応する復号化装置としては、図２８に示した従来の復号化装置をそのまま使用することができる。

〔第５実施例〕
上述の各符号化装置では正規化値Ｇを補正係数γ、又は第１補正係数β₁と第２補正係数β₂で補正して補正された正規化値Ｇ^*の量子化インデックスI_G'を出力したが、以下の各実施例で示すように正規化値Ｇを補正せずそのまま量子化して量子化インデックスを出力すると共に、補正係数γの量子化インデックスも出力し、復号化側において復号化正規化値Ｇ'を補正係数γ'で補正するようにしてもよい。

図１０はそのような符号化装置の実施例の機能構成を示す。この第５実施例は図１の実施例において、補正演算部２３を除去して正規化値Ｇをそのまま正規化値量子化部１０５に与え、また補正係数量子化部１０６を設け、補正係数生成部２２で生成された補正係数γを補正係数量子化部１０６で量子化する構成となっている。正規化値量子化部１０５は与えられた正規化値Ｇを量子化し、正規化値量子化インデックスI_Gを出力する。補正係数量子化部１０６は与えられた補正係数γを量子化し、補正係数量子化インデックスI_γを出力する。この符号化装置により生成されたインデックスｋ、I_G, I_γは復号化装置に与えられる。

図１１は図１０の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この復号化装置は図２８の従来構成に補正係数復号化部１１５と正規化値補正部１１６が追加されたものとなっている。補正係数復号化部１１５は与えられた補正係数量子化インデックスI_γを復号化して復号補正係数γ'を生成し、正規化値補正部１１６に与える。正規化値補正部１１６は復号化正規化値Ｇ'に復号補正係数γ'を乗算して補正された復号化正規化値Ｇ^*'を生成し、逆正規化部１１４に与える。逆正規化部１１４は再構成部１１２により再構成された正規化出力信号系列ｙに補正された復号化正規化値Ｇ^*'を乗算することにより出力信号Ｙを生成する。その他の動作は図２８の場合と同様である。

なお、図１１では復号された復号化正規化値Ｇ'と復号された復号補正係数γ'の積である補正された復号化正規化値Ｇ^*'=γ'Ｇ'を、再構成された出力信号系列ｙに乗算する場合を示したが、補正された復号化正規化値Ｇ^*'をベクトル復号化部１１１の出力v_iに乗算し、その乗算結果を再構成部１１２に入力してもよい。あるいは、復号補正係数γ'と復号化正規化値Ｇ'の一方をv_iに乗算して再構成部１１２に与え、他方を再構成部１１２の出力に乗算して出力信号Ｙとしてもよい。このことは他の復号化装置についても当てはまる。

〔第６実施例〕
図１２は符号化装置の第６実施例の機能構成を示す。この実施例は図１０の実施例に図６における補正係数の計算手法を適用したものであり、図１０における補正係数生成部２２の代わりに第１補正係数生成部２２Ａと、第２補正係数生成部２２Ｂと、除算部２２Ｃとが設けられている。第１及び第２補正係数生成部２２Ａ，２２Ｂは図６の場合と同様に、式(14)により第１補正係数β₁及び第２補正係数β₂をそれぞれ計算する。除算部２２Ｃは第１補正係数β₁を第２補正係数β₂で除算することにより補正係数γを生成し、補正係数量子化部１０６に与える。その他の動作は図１０の場合と同様である。また、図１２の符号化装置により出力されたインデックスｋ、I_G, I_γは図１１の復号化装置によって復号化することができる。

〔第７実施例〕
図１３は符号化装置の第７実施例の機能構成を示す。図１２の実施例では第１及び第２補正係数β₁,β₂から補正係数γを求め、その補正係数γを量子化し、その補正係数量子化インデックスI_γを出力する場合を示したが、図１３の実施例では第１及び第２補正係数γ₁, γ₂から直接補正係数量子化インデックスI_γを求める。
ところで、補正係数量子化インデックスI_γに対応する量子化補正係数γ'は式（３）で示す誤差ｄ'が最小となるように決めるが、式（３）を次式のように書き直すことができる。

分割入力信号系列u_iに対するベクトル量子化結果である分割出力信号系列v_iが得られていれば、式(17)の誤差ｄ'が最小となるようにγ'を決めるには次式

が最小となるγ'を決めればよい。即ち、式(18)が最小となるように量子化補正係数γ'を決めればよい。式(18)は式(14), (15)を使って次式のように書き直すことができる。

図１３の符号化装置の構成は図１２の構成において、除算部２２Ｃを除去し、補正係数量子化部１０６の代わりに補正係数量子化部１０６ａが設けられたのもである。補正係数量子化部１０６ａには予め決めた複数の量子化補正係数γ'をそれぞれインデックスI_γと対応つけて保持している補正係数符号帳１０６Ｔａが設けられている。第１及び第２補正係数生成部２２Ａ，２２Ｂからの第１及び第２補正係数β₁, β₂を補正係数量子化部１０６ａに与える。補正係数量子化部１０６ａは式(19)の誤差ｄ"が最小となる量子化補正係数γ'を補正係数符号帳１０６Ｔａから探索して決め、その補正係数量子化インデックスI_γを出力する。その他の動作は図１２と同様である。図１３の符号化装置に対応する復号化装置としては図１１の復号化装置を使用することができる。

〔第８実施例〕
図１４は図１３の符号化装置の変形実施例であり、図１３におけるベクトル復号化部２１、第１及び第２補正係数生成部２２Ａ，２２Ｂの代わりに図４で説明した補正係数生成部２２が設けられ、ベクトル量子化部１０４において分割入力信号系列u_iをベクトル量子化する際に計算された式(12a), (12b)の値Ｐ_i, Ｑ_iを補正係数生成部２２に与える。補正係数生成部２２は、Ｐ_i, Ｑ_iから第１及び第２補正係数β₁, β₂を次式

により計算し、補正係数量子化部１０６ａに与える。その他の動作は図１３の場合と同様である。図１４の符号化装置に対応する復号化装置としては、図１１の復号化装置を使用することができる。

〔第９実施例〕
図１５は符号化装置の第９実施例の機能構成を示す。この実施例は図１２において除算部２２Ｃと補正係数量子化部１０６の代わりに第１及び第２補正係数量子化部１０６Ａ，１０６Ｂが設けられている。第１及び第２補正係数量子化部１０６Ａ，１０６Ｂはそれぞれ第１及び第２補正係数生成部２２Ａ，２２Ｂから与えられた第１及び第２補正係数β₁, β₂を量子化し、それらの第１及び第２補正係数量子化インデックスI_β1, I_β2を出力する。その他の動作は図１２の場合と同様である。

図１６は図１５の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この構成は図１１の復号化装置において補正係数復号化部１１５の代わりに第１補正係数復号化部１１５Ａと第２補正係数復号化部１１５Ｂと、除算部１１５Ｃとが設けられている。符号化装置から与えられた第１及び第２補正係数量子化インデックスI_β1とI_β2はそれぞれ第１及び第２補正係数復号化部１１５Ａ，１１５Ｂで復号化されて第１及び第２の復号補正係数β'₁, β'₂が出力される。除算部１１５Ｃはβ'₁をβ'₂で除算することで復号補正係数γ'を生成し、正規化値補正部１１６に与える。正規化値補正部１１６と逆正規化部１１４の演算は、全体で結果的にv_iの各サンプルにβ'₁Ｇ'/β'₂が乗算されものがＹの各サンプルy_nとして得られるようにすればどのような演算順序でもよい。その他の動作は図１１の場合と同様である。

〔第１０実施例〕
前述の各実施例では符号化装置に置いてフレーム毎に補正係数γ又は第１及び第２補正係数β₁, β₂を決め、従って、復号化装置においてはフレーム毎に正規化値の補正を行う例を示した。この第１０実施例の符号化装置では、分割入力信号系列u_i毎に補正係数γ_iを決め、復号化装置において分割出力信号系列v_i毎にその分割出力信号系列v_iに対し対応する補正係数γ_iを乗算することにより正規化による誤差を小さくする。

図１７は符号化装置の第１０実施例の機能構成を示し、これは図１０における補正係数生成部２２と補正係数量子化部１０６をそれぞれ補正係数列生成部２２ａと補正係数列量子化部１０６ｂに置き換えたものである。補正係数列生成部２２ａは分割入力信号系列u_iとそれに対応する分割出力信号系列v_iとからそれぞれ分割毎補正係数γ_i(i=0,…, M-1)を次式

から計算する。従って、１フレームをＭ分割した場合、Ｍ個の分割毎補正係数γ_i(i=0,, M-1)が得られることになる。得られた分割毎補正係数列γ_iは補正係数列量子化部１０６ｂでそれぞれスカラー量子化して分割毎補正係数ごとの量量子化インデックスI_γi(i=0,…, M-1)を出力するか、又は補正係数列γ_iをベクトル量子化し、補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを出力する。後者の場合、補正係数列量子化部１０６ｂは補正係数代表ベクトルγ'をインデックスI_γと対応付けた補正係数列符号帳１０６Ｔｂを有しており、次式

で表される誤差εが最小となる補正係数代表ベクトルγ'_iを補正係数列符号帳１０６Ｔｂから探索し、対応するインデックスI_γを出力する。

図１８は図１７の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この復号化装置は図２８の復号化装置に対し補正係数列復号化部１１５ｂを設け、更にベクトル復号化部１１１と再構成部１１２の間に分割出力系列補正部１１７を設けた構成となっている。補正係数列復号化部１１５ｂは入力された補正係数列量子化インデックスI_γi又は補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを復号化して復号補正係数γ'_iの列を生成し、分割出力系列補正部１１７に与える。ただし、図１７の符号化装置の補正係数列量子化部１０６ｂがベクトル量子化を行う場合は、それに使用する補正係数列符号帳１０６Ｔｂと同じ補正係数列符号帳１１５Ｔｂが補正係数列復号化部１１５ａに設けられている。分割出力系列補正部１１７は各分割出力信号系列v_iに対し対応する復号補正係数γ_iをそれぞれ乗算し、乗算結果を再構成部１１２に与える。その他の動作は図２８の場合と同様である。

〔第１１実施例〕
図１９は符号化装置の第１１実施例の機能構成を示す。この実施例では、図１７の実施例における補正係数列生成部２２ａを除去し、補正係数列量子化部１０６ｂの代わりに補正係数列量子化部１０６ｃを使って分割入力信号系列x_i,jとそれに対応する分割出力信号系列v_iから直接誤差を最小にする量子化補正係数γ'_iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを補正係数列符号帳１０６Ｔｃを参照して求める。即ち、補正係数列量子化部１０６ｃの補正係数列符号帳１０６Ｔｃには複数の補正係数代表ベクトルがそれぞれ補正係数ベクトル量子化インデックスI_γに対応して保持されており、補正係数列量子化部１０６ｃは与えられた分割入力信号系列u_iとそれに対応する分割出力信号系列v_iから次式(22)

で表される誤差εが最小となる量子化補正係数γ'_iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを、補正係数列符号帳１０６Ｔｃを参照して決める。実際には、この場合も式(22)の代わりに次式

が最小となるγ'_iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを補正係数列符号帳１０６Ｔｃから探索すればよい。この他の動作は図１７の場合と同様である。図１９の符号化装置に対応する復号化装置としては図１８の復号化装置を使用することができる。

〔第１２実施例〕
図２０は符号化装置の第１２実施例の機能構成を示す。図２０の実施例は図１９の符号化装置の変形実施例である。式(12a), (12b)を使って式(23)を変形すると次式

のように表すことができる。Ｐ_i, Ｑ_iは図４を参照して説明したように、ベクトル量子化部１０４において分割入力信号系列u_iのベクトル量子化時に計算されている。そこで、この実施例では、ベクトル復号化部２１を用いず、ベクトル量子化部１０４からＰ_i, Ｑ_iを補正係数列量子化部１０６ｄに与え、図１８の場合と同じ補正係数列符号帳１０６Ｔｃを使って式(24)の誤差ε'が最小となる量子化補正係数γ'_iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを出力する。その他の動作は図１９の場合と同様であり、また対応する復号化装置として図１８の復号化装置において補正係数列符号帳１１５Ｔｂとして図２０における補正係数列符号帳１０６Ｔｃと同じものを使用すればよい。

〔第１３実施例〕
図１７，１９，２０の符号化装置では分割信号系列毎に補正係数γ_iを求め、その量子化インデックスを出力し、図１８の復号化装置では、分割出力信号系列v_iそれぞれに対し補正係数による補正を行う場合を示した。それに対し、この第１３実施例では、分割入力信号系列u_i毎に分割入力正規化値g_iを生成し、それによって分割入力信号系列u_iをそれぞれ正規化し、その正規化による誤差を最小にするように補正係数の列を生成する。

図２１は符号化装置の第１３実施例の機能構成を示し、前述の各実施例の符号化装置と同様に正規化値生成部１０１、正規化部１０２、分割部１０３、ベクトル量子化部１０４、正規化値量子化部１０５が設けられている。この実施例では更に、分割部１０３とベクトル量子化部１０４との間に分割入力正規化部１０９が設けられ、その分割入力正規化部１０９に与える分割入力正規化値g_iを生成する分割入力正規化値生成部１０８と、補正係数γ_iの列を生成する補正係数列生成部２２ａと、正規化値補正部２３'と、補正正規化値量子化部１０５'とが設けられている。
分割入力正規化値生成部１０８は分割入力信号系列u_iから例えば次式

により分割入力正規化値g_iを計算する。分割入力正規化部１０９は分割入力信号系u_iの各サンプルを分割入力正規化値g_iで除算して得られるサンプルの列を正規化分割入力信号系列u'として出力する。補正係数列生成部２２ａは正規化分割入力信号系列u'_iとベクトル復号化部２１からの正規化分割出力信号系列v'_iとから補正係数γ_iの列を生成する。この補正係数γ_iの列計算方法は、例えば図１７で説明した式(20)による計算方法を使うことができる。ただし、u_i, v_iの代わりにu'_i, v'_iを使用する。

正規化値補正部２３'は分割入力正規化値g_iを補正係数γ_iの列とそれぞれ乗算したものを補正分割入力正規化値g^* _iとしてを生成する。補正正規化値量子化部１０５'は図１７における補正係数列量子化部１０６ｂと同様の手法で補正分割入力正規化値g^* _iを量子化し、対応する補正正規化値量子化インデックスI_g*iを出力する。

図２２は図２１の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この構成は図２８の復号化装置において、ベクトル復号化部１１１と再構成部１１２との間に分割出力系列逆正規化部１１９を設け、更に、補正正規化値復号化部１１３’を追加した構成となっている。補正正規化値復号化部１１３’は入力された補正正規化値量子化インデックスI_g*iを復号化して復号補正正規化値g^*'_iを出力する。補正正規化値復号化部１１９は分割出力信号系列v_iに復号補正正規化値g^*'_iを乗算するし、その結果を再構成部１１２に与える。その他の動作は図２８と同様である。

〔第１４実施例〕
図２３は符号化装置の第１４実施例の機能構成を示す。この実施例は図２１の実施例において、分割入力正規化値g_iの補正を行わず、分割入力正規化値g_iと補正係数γ_iの列をそれぞれ量子化してそれらのインデックスを出力するようにしたものである。従って、図２１における正規化値補正部２３'と補正正規化値量子化部１０５'の代わりに分割入力正規化値量子化部１０５"と補正係数列量子化部１０６'が設けられている。分割入力正規化値量子化部１０５"は分割入力正規化値g_iを量子化し、その量子化インデックスI_giを出力する。補正係数列量子化部１０６'は複数の補正係数代表ベクトルを、それぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数列符号帳１０６Ｔｃ’を有しており、その符号帳を参照して補正係数γ_iの列を量子化し、対応するインデックスI_γiを出力する。その他の動作は図２１の場合と同様である。

図２４は図２３の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この構成は図２２の構成における補正正規化値復号化部１１３’の代わりに分割入力正規化値復号化部１１３”と、補正係数列復号化部１１５’と、分割正規化値補正部１１６’とが設けられる。分割入力正規化値復号化部１１３”は入力されたインデックスI_giを復号化して復号分割入力正規化値g'_iを出力する。補正係数列復号化部１１５’は符号化装置における補正係数列符号帳１０６Ｔｃ’と同じ補正係数列符号帳１１５Ｔｃ’を有しており、入力されたインデックスI_γiを符号帳１１５Ｔｃ’を参照して復号して復号補正係数γ'_iの列を出力する。分割正規化値補正部１１６’は復号補正係数γ'_iの列を復号分割入力正規化値g'_iに乗算して補正分割入力正規化値g^*'_iを出力し、分割出力系列逆正規化部１１９に与える。その他の動作は図２２の場合と同様である。

以上の実施例で説明したように、この発明は正規化値の補正を符号化装置又は復号化装置で行うことを特徴としている。このため符号化装置で正規化値の補正を行うシステムでの符号化装置では、補正された正規化値を正規化値量子化部で量子化する構成を採用しており、復号化装置で正規化値の補正を行うシステムでの符号化装置では、正規化値を正規化値量子化部又は正規化値量子化部と分割入力正規化値量子化部で量子化すると共に補正係数を補正係数量子化部又は補正係数列量子化部で量子化する構成を採用している。即ち、正規化値量子化部、分割入力正規化値量子化部、補正係数量子化部、補正係数列量子化部を総称して正規化情報量子化部ということができ、また、正規化値、分割入力正規化値、補正係数のことを正規化情報ということができる。

〔シミュレーション結果〕
この発明の符号化方法によるＳＮＲを評価した。シミュレーションに用いた実験装置８０の概略的な構成を図２５に示す。実験装置８０は符号化装置８１と復号化装置８２とで構成される。

符号化装置８１は、入力信号を帯域分割器８１ａで低域信号と高域信号に２分割した後に、低域信号を時間領域で符号化（低域符号器８１ｂ）し、高域信号を周波数領域で符号化（高域符号器８１ｃ）する。図１に示したこの発明による符号化方法を高域符号器８１ｃに適用した。復号化装置８２は、低域符号と高域符号をそれぞれ図２８の従来法で復号化した後に帯域合成して出力する。

この実験装置８０に、５７秒の音声信号を１６ｋＨｚサンプリングで離散値とした入力信号を与え、復号化後のＳＮＲを従来法と比較した。その結果を図２６に示す。縦軸はＳＮＲを（ｄＢ）で表わし、横軸は符号化方法である。この発明の符号化方法のＳＮＲが１１.９ｄＢと、従来法の１１.３ｄＢよりも０.６ｄＢ向上することが確認できた。

なお、帯域を２分割したのは実験上の都合による。この発明の符号化方法を適用するに当たって、帯域制限をする必要性はない。また、上記した例では、この発明による符号化装置を周波数領域で動作する例で説明を行ったが、その例に限定されない。この発明の符号化方法及び装置は、時間領域における信号の符号化にも適用することが可能である。その場合、分割部１０３を例えばフィルタバンク等で構成することになるが、この発明の技術思想をそのまま適用することが可能である。

また、この発明の方法及び装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。

上述した符号化装置及び復号化装置の各実施例における各構成部は、その処理を例えばＤＳＰ（digital signal processor)のような専用のプロセサにより実施してもよい。また、上記装置における構成部の処理をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

正規化値生成部１０１は、入力信号系列Ｘ中の各入力信号サンプルのパワーの平均値の平方根を正規化値Ｇとして出力する。または、各入力信号サンプルのパワーの平均値の平方根でなくとも、例えば絶対値の平均を正規化値Ｇとしてもよい。または、フレーム当たりの入力信号の標準偏差を正規化値としてもよい。

補正演算部２３は、補正係数生成部２２が出力する正規化値補正係数γを正規化値生成部１０１が出力する正規化値Ｇに乗算したものを補正された正規化値Ｇ^*とすることで正規化値を補正する（ステップＳ２３）。補正された正規化値Ｇ ^* は、正規化値量子化部１０５で量子化され、正規化値量子化インデックスI_G'としてＭ個のベクトル量子化インデックスｋ_i(i=0, …, M-1)と共に図示しない復号化装置に出力される。

図１６は図１５の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この構成は図１１の復号化装置において補正係数復号化部１１５の代わりに第１補正係数復号化部１１５Ａと第２補正係数復号化部１１５Ｂと、除算部１１５Ｃとが設けられている。符号化装置から与えられた第１及び第２補正係数量子化インデックスI_β1とI_β2はそれぞれ第１及び第２補正係数復号化部１１５Ａ，１１５Ｂで復号化されて第１及び第２の復号補正係数β'₁, β'₂が出力される。除算部１１５Ｃはβ'₁をβ'₂で除算することで復号補正係数γ'を生成し、正規化値補正部１１６に与える。正規化値補正部１１６と逆正規化部１１４の演算は、全体で結果的にyの各サンプルにβ'₁Ｇ'/β'₂が乗算されものがＹの各サンプルとして得られるようにすればどのような演算順序でもよい。その他の動作は図１１の場合と同様である。

〔第１０実施例〕
前述の各実施例では符号化装置に置いてフレーム毎に補正係数γ又は第１及び第２補正係数β₁, β₂を決め、従って、復号化装置においてはフレーム毎に正規化値の補正を行う例を示した。この第１０実施例の符号化装置では、分割入力信号系列u_i毎に補正係数γ_iを決め、復号化装置において分割出力信号系列v_i毎にその分割出力信号系列v_iに対し対応する補正係数γ' _i を乗算することにより正規化による誤差を小さくする。

から計算する。従って、１フレームをＭ分割した場合、Ｍ個の分割毎補正係数γ_i(i=0,, M-1)が得られることになる。得られた分割毎補正係数列γ_iは補正係数列量子化部１０６ｂでそれぞれスカラー量子化して分割毎補正係数ごとの量子化インデックスI_γi(i=0,…, M-1)を出力するか、又は補正係数列γ_iをベクトル量子化し、補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを出力する。後者の場合、補正係数列量子化部１０６ｂは補正係数代表ベクトルγ'をインデックスI_γと対応付けた補正係数列符号帳１０６Ｔｂを有しており、次式

図１８は図１７の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この復号化装置は図２８の復号化装置に対し補正係数列復号化部１１５ｂを設け、更にベクトル復号化部１１１と再構成部１１２の間に分割出力系列補正部１１７を設けた構成となっている。補正係数列復号化部１１５ｂは入力された補正係数列量子化インデックスI_γi又は補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを復号化して復号補正係数γ'_iの列を生成し、分割出力系列補正部１１７に与える。ただし、図１７の符号化装置の補正係数列量子化部１０６ｂがベクトル量子化を行う場合は、それに使用する補正係数列符号帳１０６Ｔｂと同じ補正係数列符号帳１１５Ｔｂが補正係数列復号化部１１５ｂに設けられている。分割出力系列補正部１１７は各分割出力信号系列v_iに対し対応する復号補正係数γ_iをそれぞれ乗算し、乗算結果を再構成部１１２に与える。その他の動作は図２８の場合と同様である。

のように表すことができる。Ｐ_i, Ｑ_iは図４を参照して説明したように、ベクトル量子化部１０４において分割入力信号系列u_iのベクトル量子化時に計算されている。そこで、この実施例では、ベクトル復号化部２１を用いず、ベクトル量子化部１０４からＰ_i, Ｑ_iを補正係数列量子化部１０６ｄに与え、図１９の場合と同じ補正係数列符号帳１０６Ｔｃを使って式(24)の誤差ε'が最小となる量子化補正係数γ'_iの列に対応する補正係数ベクトル量子化インデックスI_γを出力する。その他の動作は図１９の場合と同様であり、また対応する復号化装置として図１８の復号化装置において補正係数列符号帳１１５Ｔｂとして図２０における補正係数列符号帳１０６Ｔｃと同じものを使用すればよい。

により分割入力正規化値g_iを計算する。分割入力正規化部１０９は分割入力信号系列u_iの各サンプルを分割入力正規化値g_iで除算して得られるサンプルの列を正規化分割入力信号系列u' _i として出力する。補正係数列生成部２２ａは正規化分割入力信号系列u'_iとベクトル復号化部２１からの正規化分割出力信号系列v'_iとから補正係数γ_iの列を生成する。この補正係数γ_iの列計算方法は、例えば図１７で説明した式(20)による計算方法を使うことができる。ただし、u_i, v_iの代わりにu'_i, v'_iを使用する。

図２２は図２１の符号化装置に対応する復号化装置の機能構成を示す。この構成は図２８の復号化装置において、ベクトル復号化部１１１と再構成部１１２との間に分割出力系列逆正規化部１１９を設け、更に、補正正規化値復号化部１１３’を追加した構成となっている。補正正規化値復号化部１１３’は入力された補正正規化値量子化インデックスI_g*iを復号化して復号補正正規化値g^*'_iを出力する。分割出力系列逆正規化部１１９は分割出力信号系列v_iに復号補正正規化値g^*'_iを乗算するし、その結果を再構成部１１２に与える。その他の動作は図２８と同様である。

Claims (24)

1. 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
   上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化段階と、
   入力信号の系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列を、補正係数で補正した正規化値で逆正規化して得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成段階と、
   上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
   少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
   を含む符号化方法。
2. 請求項１に記載の符号化方法において、
   更に、上記信号量子化インデックスに対応した信号系列を正規化出力信号系列として生成する復号化段階を含み、
   上記補正係数生成段階は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値を第１補正係数とし、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和を第２補正係数としたとき、上記第１補正係数を上記第２補正係数で除算したものを上記補正係数として生成するものである。
3. 請求項１に記載の符号化方法において、
   更に、上記信号量子化インデックスに対応した信号系列を正規化出力信号系列として生成する復号化段階を含み、
   上記補正係数生成段階は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値を第１の上記補正係数として生成する第１補正係数生成過程と、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和を第２の上記補正係数として生成する第２補正係数生成過程とを含み、
   更に、上記正規化値に上記第１の補正係数を乗じ上記第２の補正係数で除したものを上記補正された正規化値として生成する補正演算段階を含む。
4. 請求項１に記載の符号化方法において、
   上記補正係数生成段階は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値γ₁と、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和γ₂とを上記補正係数として生成する過程を含み、
   上記正規化情報量子化段階は、予め決めた複数の代表補正係数をそれぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数符号帳を参照し、次式
   d"=-2γ'γ₁＋γ'²γ₂
   で表される距離尺度d"が最小となる量子化補正係数γ'に対応する補正係数量子化インデックスを探索し出力する補正係数量子化過程を含む。
5. 請求項１記載の符号化方法において、
   上記信号量子化段階は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索する過程を含み、
   上記補正係数生成段階は、上記信号量子化段階で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を上記２乗和で除算したものを上記補正係数として生成するものである。
6. 請求項１記載の符号化方法において、
   上記信号量子化段階は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索する過程を含み、
   上記補正係数生成段階は、上記信号量子化段階で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を第１の上記補正係数、上記２乗和を第２の上記補正係数として得るものであり、
   更に、上記正規化値に上記第１の補正係数を乗じ上記第２の補正係数で除したものを上記補正された正規化値として生成する補正演算段階を含む。
7. 請求項１記載の符号化方法において、上記信号量子化段階は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索する過程を含み、
   上記補正係数量子化段階は、上記ベクトル量子化段階で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を第１係数γ₁、上記２乗和を第２係数γ₂とする組を上記補正係数として得るものであり、
   上記正規化情報量子化段階は、予め決めた複数の量子化補正係数をそれぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数符号帳を参照し、次式
   d"=-2γ'γ₁＋γ'²γ₂
   で表される距離尺度d"が最小となる量子化補正係数γ'に対応する補正係数量子化インデックスを探索し出力する補正係数量子化過程を含む。
8. 請求項１乃至７のいずれか記載の符号化方法において、更に、上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割した分割入力信号系列を生成する分割段階を含み、生成した分割入力信号系列を上記正規化入力信号系列として信号量子化段階以降を行う。
9. 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化段階と、
   上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割して分割入力信号系列を生成する分割段階と、
   上記分割入力信号系列をベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを生成するベクトル量子化段階と、
   上記ベクトル量子化インデックスに対応した信号系列を分割出力信号系列として生成する復号化段階と、
   Ｆ上記分割入力信号系列と上記分割出力信号系列の内積値の総和を第１補正係数とし、上記分割出力信号系列のベクトルの２乗和の総和を第２補正係数としたとき、上記第１補正係数を上記第２補正係数で除算したものを上記補正係数として生成する補正係数生成段階と、
   上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化段階と、
   少なくとも上記ベクトル量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力段階と、
   を含む符号化方法。
10. 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化部と、
    上記正規化入力信号系列を量子化して信号量子化インデックスを生成する信号量子化部と、
    入力信号の系列と、信号量子化インデックスに対応する信号系列を、補正係数で補正した正規化値で逆正規化して得られる信号系列と、の距離尺度が最小となる補正係数を生成する補正係数生成部と、
    上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化部と、
    少なくとも上記信号量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力部と、
    を含む符号化装置。
11. 請求項１０に記載の符号化装置において、
    更に、上記信号量子化インデックスに対応した信号系列を正規化出力信号系列として生成する復号化部を含み、
    上記補正係数生成部は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値を第１補正係数とし、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和を第２補正係数としたとき、上記第１補正係数を上記第２補正係数で除算したものを上記補正係数として生成するように構成されている。
12. 請求項１０に記載の符号化装置において、
    更に、上記信号量子化インデックスに対応した信号系列を正規化出力信号系列として生成する復号化部を含み、
    上記補正係数生成部は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値を第１の上記補正係数として生成する第１補正係数生成部と、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和を第２の上記補正係数として生成する第２補正係数生成部とを含み、
    更に、上記正規化値に上記第１の補正係数を乗じ上記第２の補正係数で除したものを上記補正された正規化値として生成する補正演算部を含む。
13. 請求項１０に記載の符号化装置において、
    上記補正係数生成部は、上記正規化入力信号系列と上記正規化出力信号系列の内積値γ₁と、上記正規化出力信号系列のベクトルの２乗和の総和γ₂とを上記補正係数として生成するように構成されており、
    上記正規化情報量子化部は、予め決めた複数の代表補正係数をそれぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数符号帳を参照し、次式
    d"=-2γ'γ₁＋γ'²γ₂
    で表される距離尺度d"が最小となる量子化補正係数γ'に対応する補正係数量子化インデックスを探索し出力する補正係数量子化部を含む。
14. 請求項１０記載の符号化装置において、
    上記信号量子化部は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索するように構成されており、
    上記補正係数生成部は、上記信号量子化段階で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を上記２乗和で除算したものを上記補正係数として生成するように構成されている。
15. 請求項１０記載の符号化装置において、
    上記信号量子化部は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索するように構成されており、
    上記補正係数生成部は、上記信号量子化部で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を第１の上記補正係数、上記２乗和を第２の上記補正係数として得るように構成されており、
    更に、上記正規化値に上記第１の補正係数を乗じ上記第２の補正係数で除したものを上記補正された正規化値として生成する補正演算部が設けられている。
16. 請求項１０記載の符号化装置において、上記信号量子化部は、予め作成された複数の代表ベクトルをそれぞれベクトル量子化インデックスに対応させて保持するベクトル符号帳を参照して、上記正規化入力信号系列と上記ベクトル符号帳の代表ベクトルとの内積と、上記ベクトル符号帳の代表ベクトルの２乗和とを使って求める距離尺度が最小となる代表ベクトルを探索するように構成されており、
    上記補正係数量子化部は、上記ベクトル量子化段階で上記距離尺度を最小としたときの上記内積を第１係数γ₁、上記２乗和を第２係数γ₂とする組を上記補正係数として得るように構成されており、
    上記正規化情報量子化部は、予め決めた複数の量子化補正係数をそれぞれ補正係数量子化インデックスに対応させて保持する補正係数符号帳を参照し、次式
    d"=-2γ'γ₁＋γ'²γ₂
    で表される距離尺度d"が最小となる量子化補正係数γ'に対応する補正係数量子化インデックスを探索し出力する補正係数量子化部を含む。
17. 請求項１０乃至１６のいずれか記載の符号化装置において、更に、上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割した分割入力信号系列を生成する分割部を含み、生成した分割入力信号系列を上記正規化入力信号系列として出力する。
18. 複数の入力信号サンプルから成るフレーム毎に、フレーム内の入力信号から求めた上記入力信号に対する正規化値により上記フレーム内の入力信号を正規化したサンプルの系列である正規化入力信号系列を求める正規化部と、
    上記正規化入力信号系列をフレーム毎に予め定められた規則に基づいて分割して分割入力信号系列を生成する分割部と、
    上記分割入力信号系列をベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを生成するベクトル量子化部と、
    上記ベクトル量子化インデックスに対応した信号系列を分割出力信号系列として生成する復号化部と、
    上記分割入力信号系列と上記分割出力信号系列の内積値の総和を第１補正係数とし、上記分割出力信号系列のベクトルの２乗和の総和を第２補正係数としたとき、上記第１補正係数を上記第２補正係数で除算したものを上記補正係数として生成する補正係数生成部と、
    上記補正係数と正規化値を、又は上記補正係数で補正された正規化値を、量子化して正規化情報量子化インデックスを生成する正規化情報量子化部と、
    少なくとも上記ベクトル量子化インデックスと上記正規化情報量子化インデックスとを含む符号を出力する符号出力部と、
    を含む符号化装置。
19. 入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号過程と、
    入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化過程と、
    入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化過程と、
    上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正過程と、
    上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化過程と、
    を含む復号化方法。
20. 請求項１９の復号化方法において、
    上記信号復号化過程は、
    入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎に複数の分割出力信号系列を生成するものであり、
    更に、上記複数の分割出力信号系列中のサンプルを予め定めた規則に基づいて並べたものを上記正規化出力信号系列とする再構成過程を含む。
21. 入力された正規化値量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化値を生成する正規化値復号部と、
    入力された信号量子化インデックスを復号化してフレーム毎の正規化出力信号系列を生成するベクトル復号化部と、
    入力された補正係数量子化インデックスを復号化してフレーム毎の補正係数を生成する補正係数復号化部と、
    上記正規化値を上記補正係数で補正し、補正された正規化値を生成する正規化値補正部と、
    上記正規化出力信号系列を上記補正された正規化値で逆正規化してフレーム毎の出力信号を生成する逆正規化部と、
    を含む復号化装置。
22. 請求項２１の復号化装置において、更に、出力信号系列を予め決めた規則に基づいて上記正規化出力信号系列に再構成する再構成部を含む。
23. 請求項１０、１８，２１の何れかに記載した装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。
24. 請求項２３に記載した何れかの装置プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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