JPWO2012005210A1 - 符号化方法、復号方法、装置、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
符号化方法、復号方法、装置、プログラムおよび記録媒体Info
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Abstract
Description
このように、入力信号の種類に応じて最適な符号化方式および復号方式は異なる。このような問題は入力信号が周波数領域の信号である場合だけではなく、入力信号が時間領域の信号である場合にも生じ得るものである。
<原理>
符号化処理では、入力信号からなる所定個数のサンプルがスパースであるか否かが判定され、スパースでないと判定された場合には、ミュージカルノイズ等を軽減する処理を含む符号化方式によって当該サンプルが符号化される。一方、スパースであると判定された場合には、例えば、ミュージカルノイズ等を軽減する処理を含まない符号化方式によって当該サンプルが符号化される。復号処理では、符号化方式を特定するためのモード情報とを入力とし、モード情報を用いて復号方式が特定され、特定された復号方式によって符号が復号される。なお、所定個数のサンプルがスパースであるとは、当該所定個数のサンプルのうち振幅が小さなものが多いことを意味する。例えば、一部のサンプルの振幅値のみが大きく、他の多くのサンプルの振幅値がほぼ0の場合を指す。
第1方式の例は、所定個数のサンプルそれぞれを量子化正規化値で正規化したサンプル列に対して、非特許文献1のAVQ法等の予め設定された量子化ビット数の範囲内でパルスを立てていくベクトル量子化方式である。
この例の第1符号化方式では、入力された所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を計算する。正規化値を量子化した量子化正規化値およびその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める。入力された所定個数のサンプルを量子化正規化値で割り算(正規化)されたサンプル列は、所定個数のサンプルのうち一部のサンプルに対してのみ0以外の量子化値が得られ、残りのサンプルに対しては0が量子化値となるベクトル量子化方式でベクトル量子化され、ベクトル量子化インデックスが生成される。
この例の第1復号方式では、正規化値量子化インデックスが復号され正規化値が生成される。また、ベクトル量子化インデックスが復号されてサンプル列が生成される。生成されたサンプル列のそれぞれのサンプルに正規化値を乗算した値の列が復号信号サンプル列となる。
第2符号化方式の例1では、入力された所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を計算する。正規化値を量子化した量子化正規化値およびその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める。各サンプルごとに、当該サンプルの値の大きさに対応する値から量子化正規化値に対応する値を減算した減算値が正であり当該サンプルの値が正の場合にはその減算値を当該サンプルに対応する量子化対象値とし、減算値が正であり当該サンプルの値が負の場合にはその減算値の正負を反転させた値を当該サンプルに対応する量子化対象値とする。上記減算値が正でない場合には各サンプルに対応する量子化対象値が0とされる。そして、量子化対象値を複数個まとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める。ベクトル量子化には、例えば、所定個の量子化対象値に対して、非特許文献1に記載されたAVQ法等の予め設定された量子化ビット数の範囲内でパルスを立ててったものを量子化代表ベクトルとするベクトル量子化方法、すなわち、所定個の量子化対象値のうち一部の量子化対象値に対してのみその値を表わすためのビットが割り当てられて0以外の量子化値が得られ、残りの量子化対象値に対してはその値を表わすためのビットが割り当てられず0が量子化値となる量子化代表ベクトルに対応するベクトル量子化インデックスを得るベクトル量子化方法、が用いられる。なお、AVQ法の場合には量子化対象値0に対応する量子化値が必ず0となる。
第2復号方式の例1では、復号値が0の場合には、正規化値再計算値を用いて0ではない値を適宜割り当てるため、入力信号が例えば周波数領域信号である場合に生じ得るスペクトルホールをなくすことができる。これにより、ミュージカルノイズ等を軽減することができる。
以下のような第2方式が用いられてもよい。
第2符号化方式の例2では、入力された所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を計算する。正規化値を量子化した量子化正規化値およびその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める。各サンプルごとに、当該サンプルの値の大きさに対応する値から量子化正規化値に対応する値を減算した減算値が正であり当該サンプルの値が正の場合にはその減算値を当該サンプルに対応する量子化対象値とし、減算値が正であり当該サンプルの値が負の場合にはその減算値の正負を反転させた値を当該サンプルに対応する量子化対象値とする。そして量子化対象値を複数個まとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める。さらに、ベクトル量子化インデックスに対応する符号用に割り当てられたビット数のうち実際にベクトル量子化インデックスに対応する符号に用いられなかったビット数だけ、減算値を正にしない各サンプルの正負を表す正負符号情報を出力する。なお、ベクトル量子化方法は第2方式の例1と同じであり、上記の減算値が正でない場合には各サンプルに対応する量子化対象値が0とされる。
第2復号方式の例2でもスペクトルホールをなくすことができ、ミュージカルノイズ等を軽減することができる。さらに第2復号方式の例2では、入力された正負符号情報を用いることで復号信号の品質を向上できる。
第1方式はミュージカルノイズ等を軽減する対策が施されていないのに対し、第2方式はミュージカルノイズ等を軽減する対策が施されている。
しかしながら、入力された所定個数のサンプルがスパースである場合、ミュージカルノイズ等はほとんど問題とならない。また、第2方式では、復号値が0の場合には正規化値再計算値を用いて0ではない値を適宜割り当てるため、入力された所定個数のサンプルがスパースである場合に第1方式よりも符号化精度が悪くなる。
図1に例示するように、実施形態の符号化装置11は、正規化値計算部112、正規化値量子化部113、符号化方式選択部114、切り替え部115,116、第1符号化部117および第2符号化部118を例えば含む。図1に例示すように、実施形態の復号装置12は、正規化値復号部123、切り替え部125,126、第1復号部127および第2復号部128を例えば含む。必要に応じて、符号化装置11は、周波数領域変換部111を例えば含んでいてもよい。復号装置12は、時間領域変換部121を例えば含んでいてもよい。
符号化装置11(図1)は図4に例示する符号化方法の各ステップを実行する。
入力信号X(k)は、正規化値計算部112、符号化方式選択部114および切り替え部115に入力される。この例の入力信号X(k)は、音声信号や音響信号や画像信号などの時系列信号である時間領域信号x(n)を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号である。周波数領域の入力信号X(k)が符号化装置11に直接入力されてもよいし、周波数領域変換部111が入力された時間領域信号x(n)を周波数領域に変換して周波数領域の入力信号X(k)を生成してもよい。周波数領域変換部111が周波数領域の入力信号X(k)を生成する場合、周波数領域変換部111は、入力された時間領域信号x(n)を、例えばMDCT(Modified Discrete Cosine Transform)により周波数領域の入力信号X(k)に変換して出力する。nは時間領域での信号の番号(離散時間番号)であり、kは周波数領域での信号(サンプル)の番号(離散周波数番号)である。kの値が大きいほど高い周波数に対応する。1フレームがL個のサンプルで構成されているとして、時間領域信号x(n)はフレームごとに周波数領域に変換され、L個の周波数成分を構成する周波数領域の入力信号X(k)(k=0,1,…,L−1)が生成される。Lは所定の正の整数、例えば64や80である。
C0は、L、または、1およびL以外のLの公約数である。なお、C0をLとすることは、L個のサンプルごとに正規化値を求めることを意味する。C0をLの公約数にすることは、L個のサンプルをサブバンドに分割して、各サブバンドを構成するC0個のサンプルごとに正規化値を求めることを意味する。例えば、L=64であり、8個の周波数成分でサブバンドを構成するとした場合には、8個のサブバンドが構成され、各サブバンドの正規化値が計算されることになる。また、C0がLである場合τ=0であり、正規化値τX0 −はL個のサンプルを代表する値である。すなわち、C0がLである場合、フレームごとに1つの正規化値τX0 −が計算される。一方、C0が1及びL以外のLの公約数である場合、τは1フレーム中の各サブバンドに対応する整数τ=0,…,(L/C0)-1であり、正規化値τX0 −はτに対応するサブフレームに属するC0個のサンプルを代表する値である。すなわち、C0が1及びL以外のLの公約数である場合、フレームごとに(L/C0)個の正規化値τX0 −(τ=0,…,(L/C0)-1)が計算される。また、C0の値にかかわらずk=τ・C0,・・・,(τ+1)・C0−1である。正規化値計算部112で計算されたτX0 −は、正規化値量子化部113に送られる。
正規化値τX0 −は、C0個のサンプルを代表する値である。言い換えると、正規化値τX0 −は、C0個のサンプルに対応する値である。正規化値τX0 −の例は、以下のようなC0個のサンプルのパワー平均値に対する平方根である。
ステップE3の具体例1では、図5に例示する処理をフレームごとに行ってフレームごとに符号化方式を選択する。
符号化方式選択部114は、k=0,m=0とすることでkおよびmの値を初期化する(ステップE31)。
ステップE38以降の処理により、1フレーム過去と元フレームとでスパースか否かの判定結果(s=0であるか1であるか)が異なる頻度を下げることができる。その結果、フレーム間で符号化方式が異なる頻度を減らし、符号化方式の変更に伴うミュージカルノイズ等の発生を抑制できる。言い換えると、ステップE38以降の処理により、前回の所定個数のサンプルが第1符号化方式で符号化(s=0)された場合の第2基準値tの大きさが、前回の所定個数のサンプルが第2符号化方式(s=1)で符号化された場合の第2基準値tの大きさよりも小さくなる。これにより、前回と今回とで符号化方式が異なる頻度を減らし、符号化方式の変更に伴うミュージカルノイズ等の発生を抑制できる。なお、C0=Lである場合における「前回の所定個数のサンプル」は、1フレーム過去のフレームに属する各サンプルである。C0が1およびL以外のLの約数である場合における「前回の所定個数のサンプル」は、同じサブバンドに属する1フレーム前のサンプルであってもよいし、同じフレームの連続する前または後のサブバンドのサンプルであってもよい。
ステップE3の具体例2では、図5に例示するように、最初にs=0に設定され(ステップE314’)、その後のステップE31〜E38はステップE3の具体例1と同じである。
ステップE3の具体例3では、図6に例示するように、ステップE3の具体例1と同じステップE31〜E37の処理が実行される。なお、ステップE3の具体例1で説明したとおり、ステップE37が実行されずにm==mとしてもよい。
ステップE3の具体例4では、図7に例示する処理をフレームごとに行ってフレームごとに符号化方式を選択する。
符号化方式選択部114は、i=0,m=0とすることでiおよびmの値を初期化する(ステップE330)。
また、ステップE3の具体例2のように最初にs=0に設定されているものとし(ステップE314’)、ステップE3の具体例2と同じようにステップE37以降の処理を実行してもよい。
ステップE3の具体例5では、図8に例示するように、ステップE3の具体例4と同じステップE330〜E37の処理が実行される。次に、ステップE3の具体例3と同じステップE321〜E323の処理が実行される。なお、ステップE3の具体例1で説明したとおり、ステップE37が実行されずにm==mとしてもよい。
ステップE3の具体例6では、図9に例示する処理をフレームごとに行ってフレームごとに符号化方式を選択する。
符号化方式選択部114は、i=0,m=0とすることでiおよびmの値を初期化する(ステップE330)。
ステップE335では、符号化方式選択部114は、hとC0とを比較し(ステップE335)、h<C0でなければ、iを1だけインクリメントし(ステップE334)、ステップE341に進む。h<C0であれば、符号化方式選択部114は、bX−を用いてX(b・C0+h)を正規化して正規化値X〜(b・C0+h)を生成する(ステップE346)。例えば、符号化方式選択部114は、以下の式のようにX(b・C0+h)をbX−で割った値を正規化値X〜(b・C0+h)とする。
また、ステップE3の具体例2のように最初にs=0に設定されているものとし(ステップE314’)、ステップE3の具体例2と同じようにステップE37以降の処理を実行してもよい。
ステップE3の具体例7では、図10に例示するように、ステップE3の具体例6と同じステップE330〜E37の処理が実行される。次に、ステップE3の具体例3と同じステップE321〜E323の処理が実行される。なお、ステップE3の具体例1で説明したとおり、ステップE37が実行されずにm==mとしてもよい。
ステップE3の具体例1〜3の変形として、図5および図6に例示したステップE32の代わりに、符号化方式選択部114がkとQとを比較し、k<QであればステップE33に進み、k<QでなければステップE37に進むことにしてもよい。なお、Qは0<Q<Lの定数である。これにより、人間が知覚しやすい低い周波数に対応するサンプルのみについてステップE34の判定が行われるため、人間の聴覚特性を考慮した判定が可能となる。
ステップE3の具体例4および5の変形として、ord(i)の代わりにi=0,...,(L/C0)−1を入力とし、任意な0以上(L/C0)−1以下の整数を出力する関数を用いてもよい。また、上述のステップE3の具体例においてord(i)をo(i)に置換した構成でもよいし、o(i)をord(i)に置換した構成でもよい。
その他、入力された所定個数のサンプルが含む当該サンプルに対応する値の大きさが第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する評価値が第2基準値よりも小さいか否かの判定方法は上述したものに限定されない。例えば、ステップE3の具体例1〜9の変形として、Th+θやTh−θを第1基準値としたり、t+Δやt−Δを第2基準値としたりし(θやΔは正定数)、「<」の代わりに「≦」を用いたり、「>」の代わりに「≧」を用いたりして同様な判定を行ってもよい。また、サンプルに対応する値の大きさが第3基準値よりも大きなサンプルの個数をカウントし、そのカウント値を第4基準値と比較することで、実質的に同様な判定を行ってもよい([ステップE3の具体例]の説明終わり)。
s=0の場合(スパースである場合)、切り替え部115,116は、入力信号X(k)を第1符号化部117に送る(ステップE4)。第1符号化部117は、X(k)とτX−とを入力とし、前述の第1方式などの予め定められた第1符号化方式によってX(k)を符号化し、ベクトル量子化インデックス(vqi)等を含む符号(ビットストリーム)を出力する(ステップE5)。この符号は復号装置12に送られる。
s=1の場合(スパースでない場合)、切り替え部115,116は、入力信号X(k)を第2符号化部118に送る(ステップE4)。第2符号化部118は、X(k)とτX−とを入力とし、予め定められた第2符号化方式によってX(k)を符号化し、ベクトル量子化インデックス等を含む符号(ビットストリーム)を出力する(ステップE6)。この符号は復号装置12に送られる。
第2符号化部118は、X(k)とτX−とを入力とし、例えば、図11に例示する処理を行って入力信号X(k)を符号化する。
第2符号化部118(図2)の量子化対象計算部1181は、入力信号の各サンプルの値X(k)の大きさに対応する値から量子化正規化値に対応する値を減算した減算値E(k)’を計算し、減算値E(k)’が正であり各サンプルの値X(k)が正の場合にはその減算値E(k)’をその各サンプルに対応する量子化対象値E(k)とし、減算値E(k)’が正であり各サンプルの値X(k)が負の場合にはその減算値の正負を反転させた値を各サンプルに対応する量子化対象値E(k)とし、減算値E(k)’が正でない場合には0を各サンプルに対応する量子化対象値E(k)とする。サンプルの値X(k)の大きさに対応する値の例は、サンプルの値X(k)の絶対値、サンプルの値X(k)の絶対値に比例する値、サンプルの値X(k)の絶対値に定数または変数θを乗じて得られる値、サンプルの値X(k)に定数および/または変数を乗じて得られる値の絶対値などである。量子化正規化値に対応する値の例は、量子化正規化値、量子化正規化値に比例する値、量子化正規化値に定数および/または変数を乗じて得られる値などである(ステップE62)。量子化対象値E(k)は、ベクトル量子化部1182に送られる。
例えば、量子化対象計算部1181は、図12に記載された各処理を行い、入力信号の各サンプルの値X(k)に対応する量子化対象値E(k)を決定する。
量子化対象計算部1181は、k=0とすることでkの値を初期化する(ステップE621)。
量子化対象計算部1181は、kを1だけインクリメントして(k+1を新たなkの値とすることでkの値を更新して)、ステップE622に進む(ステップE629)。
量子化対象計算部1181は、例えば、以下のように入力信号の各サンプルの値X(k)に対応する量子化対象値E(k)を決定してもよい。
量子化対象計算部1181は、図12に示すように、ステップE621〜E624の処理を実行する。
ステップE62の具体例1,2のステップE624でE(k)’≧0であるか否かによって処理が分岐される代わりに、ステップE624でE(k)’>0であるか否かによって処理が分岐されてもよい([ステップE62の具体例]の説明終わり)。
ベクトル量子化インデックスに対応する符号(ビットストリーム)は、復号装置12に送られる([ステップE6の具体例1]の説明終わり)。
ベクトル量子化によって得られる符号のビット数は、入力信号に応じて様々である。入力信号によっては、ベクトル量子化によって得られる符号(ベクトル量子化インデックスなど)のビット数が、ベクトル量子化用に割り当てられたビット数未満となり、ベクトル量子化用に割り当てられたビットの一部が余る場合がある。ステップE6の具体例2では、この余ったビットの領域を用い、さらに0の量子化対象値E(k)に対応する正負情報を生成する。
次に、ベクトル量子化部1182’は、ベクトル量子化用に割り当てられたビットのうち、実際のベクトル量子化で使用されなかったビットのビット数を未使用ビット数Uとして計算する。「ベクトル量子化用に割り当てられたビット」とは、符号化装置11から復号装置12に送られる符号のうちで、ベクトル量子化によって得られる符号(ベクトル量子化インデックスに対応する符号)のために割り当てられたビットを意味する。「ベクトル量子化用に割り当てられたビット数」は、ベクトル量子化用に割り当てられたビットのビット数を表す。「ベクトル量子化用に割り当てられたビット数」は、フレームごとに定められたものであってもよいし、サブバンドごとに定められたものであってもよい。また、「ベクトル量子化用に割り当てられたビット数」は、入力信号に応じて変動するものであってもよいし、入力信号にかかわらず固定されたものであってもよい。
ベクトル量子化部1182’は、ベクトル量子化インデックス、未使用ビット数Uおよび量子化値E^(k)’を正負符号情報出力部1184に送る(ステップE64)。
処理を簡略化するための簡単な例として人間の聴覚特性が高域ほど低下することとし、周波数が低い順に未使用ビット数U分の正負符号情報が未使用ビット領域に上書きされる例を示す。この例では、正負符号情報出力部1184は、図13に記載された各処理を行い、量子化値E^(k)’が0となる周波数領域の入力信号X(k)の正負符号情報を未使用ビット領域に書き込む。なお、図13ではC0個のサンプルに対する処理を表す。C0がLである場合には、フレームごとに図13のステップE65の処理が実行され、C0が1およびL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図13のステップE65の処理が繰り返し実行される。
正負符号情報出力部1184は、k=0,m=0とすることでkおよびnの値を初期化し、ステップE652に進む(ステップE651)。
ステップE659では、量子化対象計算部1181がmを1だけインクリメントし(ステップE659)、kを1だけインクリメントし(ステップE655)、ステップS652に進む([ステップE65の具体例]の説明終わり)。
なお、ステップE6の具体例1又は2において、ベクトル量子化部1182で量子化対象値E(k)が0の場合であっても量子化値E(k)’が0とならない可能性がある量子化方法を採用する場合は、ベクトル量子化部1182は値が0でない量子化対象値E(k)のみのベクトル量子化を行い、正負符号情報出力部1184は、周波数領域の入力信号X(k)のうち量子化対象値E(k)が0となるサンプルの正負符号情報を出力するようにすればよい。ただし、この場合は、量子化対象値E(k)が0となるサンプルのサンプル番号k、または、量子化対象値E(k)が0とならないサンプルのサンプル番号k、を出力して復号装置に伝える必要がある。このため、ベクトル量子化部1182では量子化対象値E(k)が0の場合は必ず量子化値E(k)’が0となるベクトル量子化方法を採用するのが好ましい。
復号装置12(図1)は図14に例示する復号方法の各ステップを実行する。
正規化値復号部121は、復号装置12に入力された正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値τX−を求める(ステップD1)。
例えば、図示していないコードブック記憶部に複数の正規化値量子化インデックスのそれぞれに対応する正規化値が記憶されているとする。正規化値復号部121は、入力された正規化量子化インデックスをキーとしてそのコードブック記憶部を参照して、その正規化量子化インデックスに対応する正規化値を取得して、復号正規化値τX−とする。復号正規化値τX−は、第1復号部127と第2復号部128に送られる。
s=0の場合(スパースである場合)、切り替え部125,126は、復号装置12に入力されたベクトル量子化インデックスを第1復号部127に送る。第1復号部127は、さらにτX−を用い、前述の第1方式などの予め定められた第1復号方式によってベクトル量子化インデックスから復号信号の値X^(k)を求め、X^(k)を出力する(ステップD3)。
s=1の場合(スパースでない場合)、切り替え部125,126は、復号装置12に入力されたベクトル量子化インデックスを第2復号部128に送る。第2復号部128は、さらにτX−を用い、予め定められた第2復号方式によってベクトル量子化インデックスから復号信号の値X^(k)(またはX^ POST(k))を求め、X^(k)を出力する(ステップD4)。
ステップD4の具体例1は、第2符号化部118が前述の[ステップE6の具体例1]での符号化を行う場合の例である。ステップD4の具体例1では、第2符号化部118が復号正規化値τX−とベクトル量子化インデックスとを入力とし、図15に例示する各ステップを実行する。
例えば、図示していないベクトルコードブック記憶部に複数のベクトル量子化インデックスのそれぞれに対応する量子化代表ベクトルが記憶されているとする。ベクトル復号部1282は、入力されたベクトル量子化インデックスに対応する量子化代表ベクトルをキーとしてそのベクトルコードブック記憶部を参照して、そのベクトル量子化インデックスに対応する量子化代表ベクトルを取得する。量子化代表ベクトルの成分が、入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値となる。
例えば、正規化値再計算部1281は、図16に記載された各処理を行うことにより、正規化再計算値τX=の値を求める。正規化再計算値τX=は、符号化において量子化対象値E(k)が0とされたサンプルを代表する値である。この例では、下式(2)に示すように、C0個のサンプルのパワーの合計C0・τX−2から、符号化において量子化対象値E(k)が0とされなかったサンプルのパワーの合計tmpを減算した値を、量子化対象値E(k)が0とされたサンプルの数mで割り、その平方根を取ることにより、正規化再計算値τX=を計算する。
正規化値再計算部1281は、kとC0とを比較し(ステップD432)、k≧C0であれば、次式により定義されるτX=の値を計算し(ステップD437)、ステップD43の処理を終える。
正規化値再計算部1281は、kを1だけインクリメントして(ステップD436)、ステップD432に進む([ステップD43の具体例]の説明終わり)。
合成部1283は、例えば、図17に記載された各処理を行うことにより、復号信号を求める。なお、C0がLである場合には、フレームごとに図17のステップE44の処理が実行され、C0が1およびL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図17のステップE44の処理が繰り返し実行される。
合成部1283は、kとC0とを比較し(ステップD442)、k<C0でなければステップD44の処理を終え、k<C0であれば復号値E^(k)が0であるか否かを判定し(ステップD443)、復号値E^(k)が0であれば、正規化値再計算値τX=と第一定数C3との乗算値の正負をランダムに反転させた値(正規化値再計算値τX=に対応する大きさを持つ値)を復号信号の値X^(k)とする(ステップD444)。すなわち合成部1283は、次式により定義される値を計算してX^(k)とする。C3は、周波数成分の大きさを調整する定数である。この例のC3は正定数であり、例えば0.9である。rand(k)は、1または−1を出力する関数であり、例えば乱数に基づいてランダムに1または−1を出力する。
ステップD4の具体例1は、第2符号化部118が前述の[ステップE6の具体例2]での符号化を行う場合の例である。ステップD4の具体例2では、第2符号化部118が復号正規化値τX−と修正後ベクトル量子化インデックスとを入力とし、図15に例示する各ステップを実行する。
合成部1283’は、例えば、図17および図18に記載された各処理を行うことにより、復号信号を求める。なお、C0がLである場合には、フレームごとに図17および図18のステップD44’の処理が実行され、C0が1およびL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図17および図18のステップD44’の処理が繰り返し実行される。
合成部1283’は、図19に記載された各処理を行うことにより、復号信号を求めてもよい。なお、C0がLである場合には、フレームごとに図19のステップD44’の処理が実行され、C0が1およびL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図19のステップD44’の処理が繰り返し実行される。
合成部1283’は、k=0、m=0とすることでkおよびmの値を初期化する(ステップD4431)。
以上のように、本形態では、入力信号がスパースであるか否かによって符号化方式および復号方式を切り替えることとした。そのため、ミュージカルノイズ等の抑制が必要か否かに応じて、適切な符号化方式および復号方式が選択できる。
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。以下に上述で述べた以外の変形例を示す。
図2に破線で示すように、第2符号化部118に量子化対象値E(k)を代表する値である量子化対象正規化値τE−を計算する量子化対象正規化値計算部1183を設けて、ベクトル量子化部1182や1282’が複数のサンプルそれぞれに対応する量子化対象値E(k)を量子化対象正規化値τE−で正規化した値を複数個まとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求めてもよい。量子化対象値E(k)を量子化対象正規化値τE−で正規化した値の例は、E(k)をτE−で除算した値E(k)/τE−である。量子化対象値E(k)を正規化してからベクトル量子化することにより、ベクトル量子化の対象のダイナミックレンジを狭くすることができ、少ないビット数で符号化および復号することが可能となる。
正規化値再計算部1281’は、ステップD43’(図15)において、正規化再計算値τX’=が0でない場合には正規化再計算値τX=と前回計算された正規化再計算値τX’=とを重み付き加算した値を上記正規化再計算値τX=とする。正規化再計算値τX’=が0の場合、正規化値再計算部1281’は、正規化再計算値の重み付き加算、すなわち正規化再計算値の平滑化を行わない。
平滑化部1285は、ステップD44やD44’(図15)で得られた復号信号の値X^(k)を入力とし、復号信号の値X^(k)よりも過去の復号信号の値X^(k)’が0でない場合、過去の復号信号の値X^(k)’と復号信号の値X^(k)とを重み付き加算した値を平滑化値X^ POST(k)として出力する。X^(k)’が0の場合、平滑化部1285は、復号信号の値の重み付き加算、すなわち復号信号の値の平滑化を行わず、X^(k)をX^ POST(k)として出力する(図15/ステップD45)。過去の復号信号の値X^(k)’の例は、復号信号の値X^(k)に対応するフレームの1フレーム過去のステップD4で得られた復号信号の値や、復号信号の値X^(k)に対応するフレームの1フレーム過去のステップD4’で得られた平滑化値などである。
なお、SIGN(E^(k))は、E^(k)が正であるとき1となり、E^(k)が負であるとき−1となる関数である。その後、合成部1286は、mを1だけインクリメントして(ステップD4317)、ステップD4312に進む。
合成部1286は、kとC0とを比較し(ステップD4322)、k<C0でなければ、ステップD43,D44の処理を終える。k<C0であれば、合成部1286は、復号値E^(k)が0であるか否かを判定し(ステップD4323)、復号値E^(k)が0であれば、正規化値再計算値τX=と第一定数C3との乗算値の正負をランダムに反転させた値を復号信号の値X^(k)とする(ステップD4324)。すなわち、次式により定義される値を計算してX^(k)とする。
その後、合成部1286は、kを1だけインクリメントして(ステップD4328)、ステップD4322に進む。
また、入力信号X(k)は、周波数領域信号である必要はなく、時間領域信号等の任意の信号であってもよい。すなわち、この発明は、周波数領域信号以外の任意の信号に対する符号化、復号に用いることができる。
上述した符号化装置11や復号装置12は、例えば、CPU(central processing unit)やRAM(random-access memory)などからなる公知または専用のコンピュータと上述の処理内容が記述された特別なプログラムとから構成される。この場合、特別なプログラムはCPUに読み込まれ、CPUが特別なプログラムを実行することによって各機能が実現される。また、特別なプログラムは、単一のプログラム列によって構成されてもよいし、他のプログラムやライブラリを読み出して目的の機能を達成するものであってもよい。
111 周波数領域変換部
112 正規化値計算部
113 正規化値量子化部
114 符号化方式選択部
115,116 切り替え部
117 第1符号化部
118 第2符号化部
12 復号装置
123 正規化値復号部
125,126 切り替え部
127 第1符号化部
128 第2符号化部
121 時間領域変換部
C0は、L、または、1およびL以外のLの公約数である。なお、C0をLとすることは、L個のサンプルごとに正規化値を求めることを意味する。C0をLの公約数にすることは、L個のサンプルをサブバンドに分割して、各サブバンドを構成するC0個のサンプルごとに正規化値を求めることを意味する。例えば、L=64であり、8個の周波数成分でサブバンドを構成するとした場合には、8個のサブバンドが構成され、各サブバンドの正規化値が計算されることになる。また、C0がLである場合τ=0であり、正規化値τX0 −はL個のサンプルを代表する値である。すなわち、C0がLである場合、フレームごとに1つの正規化値τX0 −が計算される。一方、C0が1及びL以外のLの公約数である場合、τは1フレーム中の各サブバンドに対応する整数τ=0,…,(L/C0)-1であり、正規化値τX0 −はτに対応するサブバンドに属するC0個のサンプルを代表する値である。すなわち、C0が1及びL以外のLの公約数である場合、フレームごとに(L/C0)個の正規化値τX0 −(τ=0,…,(L/C0)-1)が計算される。また、C0の値にかかわらずk=τ・C0,・・・,(τ+1)・C0−1である。正規化値計算部112で計算されたτX0 −は、正規化値量子化部113に送られる。
ステップE38以降の処理により、1フレーム過去と現フレームとでスパースか否かの判定結果(s=0であるか1であるか)が異なる頻度を下げることができる。その結果、フレーム間で符号化方式が異なる頻度を減らし、符号化方式の変更に伴うミュージカルノイズ等の発生を抑制できる。言い換えると、ステップE38以降の処理により、前回の所定個数のサンプルが第1符号化方式で符号化(s=0)された場合の第2基準値tの大きさが、前回の所定個数のサンプルが第2符号化方式(s=1)で符号化された場合の第2基準値tの大きさよりも小さくなる。これにより、前回と今回とで符号化方式が異なる頻度を減らし、符号化方式の変更に伴うミュージカルノイズ等の発生を抑制できる。なお、C0=Lである場合における「前回の所定個数のサンプル」は、1フレーム過去のフレームに属する各サンプルである。C0が1およびL以外のLの約数である場合における「前回の所定個数のサンプル」は、同じサブバンドに属する1フレーム前のサンプルであってもよいし、同じフレームの連続する前または後のサブバンドのサンプルであってもよい。
ベクトル量子化インデックスに対応する符号(ビットストリーム)は、復号装置12に送られる([ステップE6の具体例1]の説明終わり)。
復号装置12(図1)は図14に例示する復号方法の各ステップを実行する。
正規化値復号部123は、復号装置12に入力された正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値τX−を求める(ステップD1)。
例えば、図示していないコードブック記憶部に複数の正規化値量子化インデックスのそれぞれに対応する正規化値が記憶されているとする。正規化値復号部121は、入力された正規化量子化インデックスをキーとしてそのコードブック記憶部を参照して、その正規化量子化インデックスに対応する正規化値を取得して、復号正規化値τX−とする。復号正規化値τX−は、第1復号部127と第2復号部128に送られる。
例えば、正規化値再計算部1281は、図16に記載された各処理を行うことにより、正規化値再計算値τX=の値を求める。正規化値再計算値τX=は、符号化において量子化対象値E(k)が0とされたサンプルを代表する値である。この例では、下式(2)に示すように、C0個のサンプルのパワーの合計C0・τX−2から、符号化において量子化対象値E(k)が0とされなかったサンプルのパワーの合計tmpを減算した値を、量子化対象値E(k)が0とされたサンプルの数mで割り、その平方根を取ることにより、正規化値再計算値τX=を計算する。
合成部1283は、例えば、図17に記載された各処理を行うことにより、復号信号を求める。なお、C0がLである場合には、フレームごとに図17のステップE44の処理が実行され、C0が1およびL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図17のステップD44の処理が繰り返し実行される。
正規化値再計算部1281’は、ステップD43’(図15)において、正規化値再計算値τX’=が0でない場合には正規化値再計算値τX=と前回計算された正規化値再計算値τX’=とを重み付き加算した値を上記正規化値再計算値τX=とする。正規化値再計算値τX’=が0の場合、正規化値再計算部1281’は、正規化値再計算値の重み付き加算、すなわち正規化値再計算値の平滑化を行わない。
Claims (22)
- 入力された所定個数のサンプルが含む当該サンプルに対応する値の大きさが第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する評価値が第2基準値よりも小さい又は前記第2基準値以下である場合に、前記所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を量子化した量子化正規化値及びその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求め、各前記サンプルの値の大きさに対応する値から前記量子化正規化値に対応する値を減算した減算値が正であり前記各サンプルの値が正の場合にはその減算値を前記各サンプルに対応する量子化対象値とし、前記減算値が正であり前記各サンプルの値が負の場合にはその減算値の正負を反転させた値を前記各サンプルに対応する量子化対象値とし、前記量子化対象値を複数個まとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める第2符号化方式を選択し、前記第2符号化方式を選択しない場合に別の第1符号化方式を選択し、選択した符号化方式を表すモード情報を生成する符号化方式選択ステップと、
前記符号化方式選択ステップで選択された前記第1符号化方式又は前記第2符号化方式で前記所定個数のサンプルを符号化する符号化ステップと、
を有する符号化方法。 - 請求項1の符号化方法であって、
前記評価値の少なくとも一部は、前記サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数と、前回計算された評価値と、の重み付き加算値である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項1又は2の符号化方法であって、
前回の所定個数のサンプルが前記第1符号化方式で符号化された場合の前記第2基準値の大きさは、前回の所定個数のサンプルが前記第2符号化方式で符号化された場合の前記第2基準値の大きさよりも小さい、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項3の符号化方法であって、
前記評価値は、前記所定個数のサンプルのうち、聴覚特性に基づいた基準を満たすサンプルを含むサンプルであって、なおかつ、当該サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する値である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項1又は2の符号化方法であって、
前記評価値は、前記所定個数のサンプルのうち、聴覚特性に基づいた基準を満たすサンプルを含むサンプルであって、なおかつ、当該サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する値である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項1の符号化方法であって、
前記第1符号化方式は、前記所定個数のサンプルのうち一部のサンプルに対応する量子化値が0以外となり、残りのサンプルに対応する量子化値が0となるベクトル量子化方式でベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める方式である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項1の符号化方法であって、
前記第1符号化方式は、前記所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を量子化した量子化正規化値及びその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求め、前記所定個数のサンプルを前記量子化正規化値で正規化して得られる所定個数の正規化サンプルを、前記所定個数の正規化サンプルのうち一部の正規化サンプルに対応する量子化値が0以外となり、残りの正規化サンプルに対応する量子化値が0となるベクトル量子化方式でベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める方式である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 請求項1の符号化方法であって、
前記第2符号化方式は、前記減算値が正でない場合に0を前記各サンプルに対応する量子化対象値とする処理を含む方式である、
ことを特徴とする符号化方法。 - 入力されたモード情報が第2値である場合に、入力された正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値を求め、入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数の復号値とし、各前記復号値が0の場合には所定個数の前記復号値の絶対値の和が大きいほど小さい値を取る正規化再計算値に対応する大きさを持つ値を復号信号とし、各前記復号値が正の場合には前記各復号値と前記復号正規化値との線形和を復号信号とし、各前記復号値が負の場合には前記各復号値の絶対値と前記復号正規化値との線形和の正負反転値を復号信号とする第2復号方式を選択し、前記モード情報が第1値である場合に別の第1復号方式を選択する切り替えステップと、
前記切り替えステップで選択された前記第1復号方式又は前記第2復号方式で復号処理を行う復号ステップと、
を有する復号方法。 - 入力された所定個数のサンプルが含む当該サンプルに対応する値の大きさが第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する評価値が第2基準値よりも小さい又は前記第2基準値以下である場合に、前記所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を量子化した量子化正規化値及びその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求め、各前記サンプルの値の大きさに対応する値から前記量子化正規化値に対応する値を減算した減算値が正であり前記各サンプルの値が正の場合にはその減算値を前記各サンプルに対応する量子化対象値とし、前記減算値が正であり前記各サンプルの値が負の場合にはその減算値の正負を反転させた値を前記各サンプルに対応する量子化対象値とし、前記量子化対象値を複数個まとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める第2符号化方式を選択し、前記第2符号化方式を選択しない場合に別の第1符号化方式を選択し、選択した符号化方式を表すモード情報を生成する符号化方式選択部と、
前記符号化方式選択部で選択された前記第1符号化方式又は前記第2符号化方式で前記所定個数のサンプルを符号化する符号化部と、
を有する符号化装置。 - 請求項10の符号化装置であって、
前記評価値の少なくとも一部は、前記サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数と、前回計算された評価値と、の重み付き加算値である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項10又は11の符号化装置であって、
前回の所定個数のサンプルが前記第1符号化方式で符号化された場合の前記第2基準値の大きさは、前回の所定個数のサンプルが前記第2符号化方式で符号化された場合の前記第2基準値の大きさよりも小さい、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項12の符号化装置であって、
前記評価値は、前記所定個数のサンプルのうち、聴覚特性に基づいた基準を満たすサンプルを含むサンプルであって、なおかつ、当該サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する値である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項10又は11の符号化装置であって、
前記評価値は、前記所定個数のサンプルのうち、聴覚特性に基づいた基準を満たすサンプルを含むサンプルであって、なおかつ、当該サンプルに対応する値の大きさが前記第1基準値よりも小さなサンプルの個数に対応する値である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項10の符号化装置であって、
前記第1符号化方式は、前記所定個数のサンプルのうち一部のサンプルに対応する量子化値が0以外となり、残りのサンプルに対応する量子化値が0となるベクトル量子化方式でベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める方式である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項10の符号化装置であって、
前記第1符号化方式は、前記所定個数のサンプルを代表する値である正規化値を量子化した量子化正規化値及びその量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求め、前記所定個数のサンプルを前記量子化正規化値で正規化して得られる所定個数の正規化サンプルを、前記所定個数の正規化サンプルのうち一部の正規化サンプルに対応する量子化値が0以外となり、残りの正規化サンプルに対応する量子化値が0となるベクトル量子化方式でベクトル量子化してベクトル量子化インデックスを求める方式である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 請求項10の符号化装置であって、
前記第2符号化方式は、前記減算値が正でない場合に0を前記各サンプルに対応する量子化対象値とする処理を含む方式である、
ことを特徴とする符号化装置。 - 入力されたモード情報が第2値である場合に、入力された正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値を求め、入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数の復号値とし、各上記復号値が0の場合には所定個数の前記復号値の絶対値の和が大きいほど小さい値を取る正規化再計算値に対応する大きさを持つ値を復号信号とし、各前記復号値が正の場合には前記各復号値と前記復号正規化値との線形和を復号信号とし、各前記復号値が負の場合には前記各復号値の絶対値と前記復号正規化値との線形和の正負反転値を復号信号とする第2復号方式を選択し、前記モード情報が第1値である場合に別の第1復号方式を選択する切り替え部と、
前記切り替え部で選択された前記第1復号方式又は前記第2復号方式で復号処理を行う復号部と、
を有する復号装置。 - 請求項1の符号化方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項9の復号方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項1の符号化方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 請求項9の復号方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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