WO2018052004A1 - サンプル列変形装置、信号符号化装置、信号復号装置、サンプル列変形方法、信号符号化方法、信号復号方法、およびプログラム - Google Patents

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亮介 杉浦
守谷　健弘
登 原田
川西　隆仁
優 鎌本
康一 古角
淳一 中嶋
丈二 中山
賢一 野口
馨亮 長谷川
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日本電信電話株式会社
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    • G10L19/26—Pre-filtering or post-filtering

Definitions

  • the present invention relates to a technique for transforming a sample sequence derived from a sound signal into a sample sequence compressed or expanded based on a sample value in the vicinity thereof in a signal processing technique such as a sound signal encoding technique.
  • the lossless coding unit 18 uses the lossless code such as entropy coding based on the quantized signal.
  • the multiplexing unit 19 outputs the code corresponding to the quantized signal and the code corresponding to the quantization width together.
  • the demultiplexing unit 21 extracts the signal code and the code corresponding to the quantization width
  • the lossless decoding unit 22 performs lossless decoding of the signal code
  • the inverse quantization unit 23 is decoded.
  • the quantized signal is inversely quantized to obtain the original signal.
  • Non-Patent Document 1 the amount of information required is increased by the amount of filter coefficients as compared with simple lossy compression coding as shown in FIGS.
  • auditory weighting only needs to satisfy the following two properties, and strict information is often unnecessary. 1.
  • a signal value or a frequency spectrum value of the signal is given a relatively small weight and a small value is given a relatively large weight. 2.
  • a relatively small weight is applied to the vicinity of the peak of the signal or the frequency spectrum of the signal in the same manner as the peak.
  • the present invention combines the above two properties and transforms the sample sequence by pre-processing and post-processing that do not require auxiliary information for post-processing, thereby improving the auditory quality of sound signal encoding processing and decoding processing.
  • the purpose is to increase.
  • the sample string transformation device encodes a weighted frequency domain signal obtained by transforming a frequency domain signal corresponding to an input acoustic signal.
  • a sample sequence transformation device for obtaining a weighted frequency domain signal corresponding to a weighted time domain signal for performing a frequency domain signal from a sample sequence of a frequency domain signal corresponding to an input acoustic signal for each predetermined time interval For each frequency interval of a plurality of samples smaller than the number of frequency samples in the signal sample sequence, the frequency interval is calculated from the sample value of the sample included in the frequency interval.
  • a representative value calculation unit for calculating a value, a weight corresponding to the function value of the representative value by a companding function capable of defining an inverse function for each predetermined time interval, and the representative value in the sample sequence of the frequency domain signal A signal companding unit that obtains a frequency domain sample sequence multiplied by each sample as a sample sequence of a weighted frequency domain signal.
  • the sample string transformation device is a decoded acoustic signal from a weighted frequency domain signal obtained by a decoding device or a weighted frequency domain signal corresponding to a weighted time domain signal obtained by a decoding device.
  • a sample sequence transformation device that obtains a frequency domain signal corresponding to a plurality of samples from a sample sequence of a weighted frequency domain signal that is smaller than the number of frequency samples in the sample sequence of the weighted frequency domain signal for each predetermined time interval.
  • a companding representative value calculation unit that calculates a representative value of the frequency section from a sample value of a sample included in the frequency section for each frequency section, and a representative value by a companding function that can define an inverse function for each predetermined time section
  • a frequency domain sample sequence obtained by multiplying the weight corresponding to the function value by each sample corresponding to the representative value in the sample sequence of the weighted frequency domain signal.
  • a sample string transformation device that receives a weighted acoustic signal or an input acoustic signal for input to an encoding device that encodes a weighted acoustic signal obtained by transforming an input acoustic signal.
  • a sample train deformation device for obtaining a weighted acoustic signal corresponding to a weighted frequency domain signal to be input to an encoding device for encoding a weighted frequency domain signal corresponding to the weighted acoustic signal obtained by deformation.
  • a representative value calculation unit that calculates a representative value of the time interval, a weight corresponding to the function value of the representative value by a companding function that can define an inverse function for each predetermined time interval, and an input acoustic signal
  • a time-series weighted acoustic signal corresponding to a time-domain weighted acoustic signal obtained by a decoding apparatus or a frequency-domain weighted acoustic signal obtained by a decoding apparatus.
  • a sample sequence transformation device that obtains a decoded acoustic signal from a signal, by a plurality of samples less than the number of samples in the sample sequence of the weighted acoustic signal from the sample sequence of the weighted acoustic signal in the time domain for each predetermined time interval
  • a companding representative value calculation unit that calculates a representative value of the time interval from the sample value of the sample included in the time interval, and a representative value by a companding function that can define an inverse function for each predetermined time interval
  • the time domain sample sequence obtained by multiplying the weight corresponding to the function value of each of the samples corresponding to the representative value in the sample sequence of the weighted acoustic signal with the sample sequence of the decoded acoustic signal Including a signal inverse companding unit obtained by.
  • the auditory quality of the encoding process and the decoding process can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional encoding device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional decoding device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional encoding device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional decoding device.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a functional configuration of the encoding device according to the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a functional configuration of the decoding devices according to the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the signal preprocessing unit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional encoding device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional decoding device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration of a conventional encoding device.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a functional configuration of the signal post-processing unit according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous companding unit according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous reverse companding unit according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a processing procedure of the encoding method according to the embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an acoustic signal before quasi-instantaneous companding.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a sample section before quasi-instantaneous companding.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a sample interval after quasi-instantaneous companding.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an acoustic signal before quasi-instantaneous companding.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a sample section before quasi-instantaneous compand
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a weighted signal after quasi-instantaneous companding.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a processing procedure of the decoding method according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a decoding weighted signal before quasi-instantaneous reverse companding.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a sample section before quasi-instantaneous reverse companding.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a sample interval after quasi-instantaneous reverse companding.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an output signal after quasi-instantaneous reverse companding.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal preprocessing unit according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal preprocessing unit according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal post-processing unit according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous companding unit according to the second embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous reverse companding unit according to the second embodiment.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a functional configuration of the encoding device according to the third embodiment and the fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a functional configuration of the decoding devices according to the third embodiment and the fourth embodiment.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal preprocessing unit according to the third embodiment.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal post-processing unit according to the third embodiment.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal preprocessing unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a functional configuration of a signal post-processing unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating frequency spectra before and after quasi-instantaneous companding according to the fifth embodiment.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous companding unit according to the sixth embodiment.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a functional configuration of the quasi-instantaneous reverse companding section according to the sixth embodiment.
  • FIG. 34 is a diagram illustrating frequency spectra before and after quasi-instantaneous companding according to the sixth embodiment.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a functional configuration of the sample train deforming device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 36 is a diagram illustrating a functional configuration of the sample train deforming device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 37 is a diagram illustrating a functional configuration of the encoding device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a functional configuration of the decoding device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 39 is a diagram illustrating a processing procedure of the encoding method according to the eighth embodiment.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating a processing procedure of the decoding method according to the eighth embodiment.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating a functional configuration of the encoding device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating a processing procedure of the encoding method according to the ninth embodiment.
  • FIG. 43 is a diagram illustrating a functional configuration of an encoding device according to a modification of the ninth embodiment.
  • FIG. 44 is a diagram illustrating a processing procedure of the encoding method according to the modified example of the ninth embodiment.
  • FIG. 45 is a diagram illustrating a functional configuration of the decoding device according to the ninth embodiment.
  • FIG. 46 is a diagram illustrating a processing procedure of the decoding method according to the ninth embodiment.
  • FIG. 47 is a diagram illustrating a functional configuration of the signal encoding device according to the tenth embodiment.
  • FIG. 48 is a diagram illustrating a functional configuration of the signal decoding apparatus according to the tenth embodiment.
  • FIG. 49 is a diagram for explaining a mechanism for improving auditory quality.
  • the first embodiment of the present invention includes an encoding device 1 and a decoding device 2.
  • the encoding device 1 encodes a sound signal (acoustic signal) such as voice or music input in units of frames to obtain a code and outputs it.
  • the code output from the encoding device 10 is input to the decoding device 20.
  • the decoding device 20 decodes the input code and outputs an acoustic signal in units of frames.
  • the encoding device 1 of the first embodiment includes a signal preprocessing unit 10, a quantization unit 17, a lossless encoding unit 18, and a multiplexing unit 19, as shown in FIG. That is, the signal preprocessing unit 10 is added to the conventional encoding device 91 shown in FIG.
  • the decoding device 2 of the first embodiment includes a demultiplexing unit 21, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, and a signal post-processing unit 25. That is, the signal post-processing unit 25 is added to the conventional decoding device 92 shown in FIG.
  • the encoding device 1 and the decoding device 2 are loaded with a special program in a known or dedicated computer having, for example, a central processing unit (CPU), a main storage device (Random access memory, RAM), and the like. It is a special device constructed.
  • the encoding device 1 and the decoding device 2 execute each process under the control of the central processing unit.
  • the data input to the encoding device 1 and the decoding device 2 and the data obtained in each process are stored in, for example, the main storage device, and the data stored in the main storage device is read out as necessary. It is used for processing.
  • at least a part of each processing unit of the encoding device 1 and the decoding device 2 may be configured by hardware such as an integrated circuit.
  • the signal preprocessing unit 10 of the encoding device 1 and the signal postprocessing unit 25 of the decoding device 2 perform a “quasi-instantaneous companding” process.
  • the quasi-instantaneous companding is a conversion in which sample values within a predetermined interval are grouped together and the sample values are compressed or expanded according to the representative value.
  • the signal preprocessing unit 10 includes a quasi-instantaneous companding unit 100.
  • the signal post-processing unit 25 includes a quasi-instantaneous reverse companding unit 250 as shown in FIG.
  • the quasi-instantaneous companding unit 100 includes a representative value calculating unit 110 and a signal companding unit 120.
  • the quasi-instantaneous reverse companding unit 250 includes a companding representative value calculating unit 260 and a signal reverse companding unit 270.
  • the encoding device 1 adaptively weights the input signal using quasi-instantaneous companding that does not require auxiliary information as preprocessing to obtain a weighted signal, and the quantum signal similar to the prior art is applied to the weighted signal. And lossless encoding.
  • the decoding device 2 receives the code as input and performs lossless decoding and inverse quantization similar to those of the prior art, and reverses the quasi-instantaneous companding of the encoding device 1 using quasi-instantaneous companding that does not require auxiliary information as post-processing. Is applied to the weighted signal.
  • the encoding device 1 and the decoding device 2 of the first embodiment can audibly reduce quantization distortion by these processes.
  • the acoustic signal X k input to the encoding device 1 is input to the signal preprocessing unit 10.
  • One of the predetermined feature amounts is calculated as a representative value and output.
  • the representative value may be calculated using, for example, a part of M ′ ( ⁇ M) samples in the section of M samples as follows.
  • M ′ is the number of samples used for calculating the representative value
  • G m is the number of the sample used for calculating the predetermined representative value.
  • the companding function f (x) is an arbitrary function that can define the inverse function f ⁇ 1 (y).
  • the companding function f (x) for example, the following generalized logarithmic function can be used.
  • ⁇ and ⁇ are predetermined positive numbers.
  • companding function f (x) by the conversion after the representative value f (- X m) and the original representative value - with X m, the sample value X k of the audio signal for each section by M samples, the following Thus, it is transformed into a weighted signal Yk .
  • first representative value by using the companding function f (x) - converts X m, the weight f corresponding to the function value multiplying the X m and the sample values X k - (- X m) /
  • a two-stage calculation is performed, such as transformation into a weighted signal Yk .
  • the present invention is not limited to such a calculation method, and any calculation method may be used as long as the calculation can obtain the weighted signal Yk .
  • a calculation that performs the calculation of Equation (9) in one step may be performed.
  • the companding function that can define the inverse function is not limited to the calculation for a single sample value as shown in Equation (7), and is, for example, a function that outputs a calculation result for each sample with a plurality of samples as arguments. It may be defined as a companding function including an operation that further performs an operation capable of performing an inverse operation on a function that can define an inverse function. For example, in equation (9)
  • the quasi-instantaneous companding is expressed by a simple constant multiple that depends only on the representative value in each section.
  • a representative value from the weighted signal Y k even decoding device 2 - X m can be estimated by reverse without auxiliary information Drawing can be performed.
  • the signal Y k is scalar quantized and a quantized signal is output.
  • the quantization unit 17 outputs the quantized signal to the lossless encoding unit 18 and the quantization width used for the quantization to the multiplexing unit 19.
  • a predetermined quantization width may be used, or if the code length is too long for the target code length based on the code length of the compression result by the lossless encoding unit 18, quantization is performed.
  • the search may be performed by increasing the width and decreasing the quantization width when the code length is too short with respect to the target code length.
  • the quantization unit 17 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal preprocessing unit 10, or may be operated for each number of samples different from the signal preprocessing unit 10, for example, every 2N samples. .
  • the lossless encoding unit 18 receives the quantized signal output from the quantizing unit 17, assigns a code corresponding to the quantized signal by lossless encoding, and outputs a signal code.
  • the lossless encoding unit 18 outputs the signal code to the multiplexing unit 19.
  • general entropy encoding may be used, or an existing lossless encoding method such as MPEG-ALS (see Reference 1) or G.711.0 (see Reference 2) is used. Also good.
  • the lossless encoding unit 18 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal preprocessing unit 10, or may be operated for each number of samples different from the signal preprocessing unit 10, for example, every 2N samples.
  • Good. [Reference 1] T. Liebechen, T. Moriya, N. Harada, Y. Kamamoto, and YA Reznik, “The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) standard-technology and applications,” in Proc. AES 119th Convention, Paper # 6589, Oct., 2005. [Reference 2] ITU-T G.711.0, “Lossless compression of G.711 pulse code modulation,” 2009.
  • the multiplexing unit 19 receives the quantization width output from the quantization unit 17 and the signal code output from the lossless encoding unit 18, receives a quantization width code that is a code corresponding to the quantization width, and Together with the signal code, it is output as an output code.
  • the quantization width code is obtained by encoding the quantization width value.
  • a known encoding method may be used as a method of encoding the quantization width value.
  • the multiplexing unit 19 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal preprocessing unit 10, or may be operated for each number of samples different from the signal preprocessing unit 10, for example, every 2N samples. .
  • FIGS. 12 to 15 show specific examples of the process in which the input acoustic signal is deformed by the preprocessing of the encoding method of the first embodiment.
  • FIG. 12 shows a signal waveform of the acoustic signal Xk in the time domain. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude.
  • FIG. 12 shows a sound signal X k from 0 seconds to 2 seconds.
  • FIG. 13 shows a signal waveform of an acoustic signal in a section of M samples cut out at positions separated by dotted lines in FIG. 12 in order to calculate a representative value. A representative value is calculated from the M samples included in the section of 1.28 seconds to 1.36 seconds shown in FIG.
  • FIG. 12 shows a signal waveform of the acoustic signal Xk in the time domain. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude.
  • FIG. 12 shows a sound signal X k from 0 seconds to 2 seconds.
  • FIG. 14 is a signal waveform of a weighted signal of a section of M samples after weighting according to the function value of the representative value by the companding function. Compared to FIG. 13, it can be seen that the amplitude value is converted without changing the shape of the waveform.
  • FIG. 15 shows the signal waveform of the weighted signal Yk that is finally output from the signal preprocessing unit. Compared with FIG. 12, it can be seen that the whole is drawn.
  • the demultiplexing unit 21 receives the code input to the decoding device 2, and outputs the signal code to the lossless decoding unit 22 and the quantization width corresponding to the quantization width code to the inverse quantization unit 23, respectively. .
  • the quantization width corresponding to the quantization width code is obtained by decoding the quantization width code.
  • a decoding method corresponding to a known encoding method in which the quantization width is encoded may be used.
  • the signal post-processing unit 25 operates for each frame having the number of samples N as described below, but the multiplexing unit 19 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal post-processing unit 25. The operation may be performed every number of samples different from the post-processing unit 25, for example, every 2N samples.
  • the lossless decoding unit 22 receives the signal code output from the demultiplexing unit 21, performs lossless decoding corresponding to the processing of the lossless encoding unit 18, and reverses the signal corresponding to the signal code as a decoded quantized signal.
  • the data is output to the quantization unit 23.
  • the lossless decoding unit 22 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal post-processing unit 25, or may be operated for each number of samples different from the signal post-processing unit 25, for example, every 2N samples. .
  • the inverse quantization unit 23 receives the decoded quantized signal output from the lossless decoding unit 22 and the quantization width output from the demultiplexing unit 21, and corresponds to the quantization width, for example, as in the prior art.
  • the value to be multiplied by each sample value of the decoded quantized signal is multiplied for each sample to obtain a dequantized signal.
  • the inverse quantization unit 23 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal post-processing unit 25, or may be operated for each number of samples different from the signal post-processing unit 25, for example, every 2N samples. Good.
  • Companding representative value - calculation method of Y m are used the same as the representative value calculation unit 110 of the encoding apparatus 1 corresponding to the decoding apparatus 2.
  • the companding representative value calculated here (the companding representative value calculating unit 260) is quantized by the encoding device 1.
  • the representative value calculated by the representative value calculation unit 110 of the encoding device 1 is equal to the value obtained by converting with the companding function, and there is quantization distortion in the encoding device 1.
  • the value obtained by converting the representative value calculated by the representative value calculation unit 110 of the encoding device 1 by the companding function is almost the same value. Therefore, the signal representative companding unit 270 in the latter stage can invert the companding representative value using the inverse function of the companding function to estimate the original representative value, and the reverse companding can be performed without auxiliary information. It can be carried out.
  • FIG. 17 to 20 show specific examples of the process in which the decoding weighted signal is transformed by the post-processing of the decoding method of the first embodiment.
  • FIG. 17 shows a signal waveform of the decoding weighted signal ⁇ Yk obtained by the decoding method. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude. In the example of FIG. 17, the decoding weighted signal ⁇ Y k from 0 second to 2 seconds is shown.
  • FIG. 18 is a signal waveform of a decoding weighted signal in a section of M samples cut out at positions separated by dotted lines in FIG. 17 in order to calculate a companding representative value. A companding representative value is calculated from the M samples included in the section of 1.28 seconds to 1.36 seconds shown in FIG.
  • FIG. 19 shows the signal waveform of the output signal in the section of M samples after weighting according to the function value of the companding representative value by the inverse function of the companding function. Compared to FIG. 18, it can be seen that the amplitude value is converted without changing the shape of the waveform.
  • FIG. 20 shows the signal waveform of the output signal ⁇ X k that is finally output from the signal post-processing section. Compared with FIG. 17, it turns out that it is reverse-drawn as a whole.
  • the signal pre-processing unit 10 and the signal post-processing unit 25 of the first embodiment perform the quasi-instantaneous companding process with the time domain signal, but the signal weighting by the quasi-instantaneous companding is performed even in the frequency domain. In particular, quantization distortion can be reduced.
  • the signal preprocessing unit and the signal postprocessing unit are processed in the frequency domain.
  • the encoding device 3 of the second embodiment includes a signal preprocessing unit 11, a quantization unit 17, a lossless encoding unit 18, and a multiplexing unit 19, as shown in FIG. That is, the processing of the signal preprocessing unit is different from that of the encoding device 1 of the first embodiment.
  • the decoding device 4 according to the second embodiment includes a demultiplexing unit 21, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, and a signal post-processing unit 26. That is, the signal post-processing unit is different from the decoding device 2 of the first embodiment.
  • the signal preprocessing unit 11 includes a frequency conversion unit 130, a quasi-instantaneous companding unit 101, and a frequency inverse conversion unit 140.
  • the signal post-processing unit 26 includes a frequency conversion unit 280, a quasi-instantaneous reverse companding unit 251, and a frequency reverse conversion unit 290, as shown in FIG.
  • the quasi-instantaneous companding unit 101 includes a representative value calculating unit 111 and a signal companding unit 121 as shown in FIG.
  • the quasi-instantaneous reverse companding unit 251 includes a companding representative value calculating unit 261 and a signal reverse companding unit 271 as shown in FIG.
  • the quasi-instantaneous companding part 101 and the quasi-instantaneous counter-compressing part 251 are different from the quasi-instantaneous companding part 100 and the quasi-instantaneous inverse companding part 250 of the first embodiment in that the input / output is a frequency spectrum. .
  • the acoustic signal x n input to the encoding device 3 is input to the signal preprocessing unit 11.
  • ⁇ Third embodiment> The signal preprocessing unit 11 and the signal postprocessing unit 26 of the second embodiment performed quasi-instantaneous companding in the frequency domain, and then returned to the time domain to perform encoding and decoding processing.
  • encoding and decoding processes are performed in the frequency domain without returning to the time domain.
  • the encoding device 5 of the third embodiment includes a signal preprocessing unit 12, a quantization unit 17, a lossless encoding unit 18, and a multiplexing unit 19. That is, the processing of the signal preprocessing unit is different from that of the encoding device 3 of the second embodiment.
  • the decoding device 6 according to the third embodiment includes a demultiplexing unit 21, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, and a signal post-processing unit 27. That is, the signal post-processing unit is different from the decoding device 4 of the second embodiment.
  • the signal preprocessing unit 12 includes a frequency conversion unit 130 and a quasi-instantaneous companding unit 101 as shown in FIG. That is, it differs from the signal preprocessing unit 11 of the second embodiment in that the frequency inverse transform unit 140 is not included and a weighted frequency spectrum is output.
  • the signal post-processing unit 27 includes a quasi-instantaneous reverse companding unit 251 and a frequency inverse converting unit 290. That is, it differs from the signal post-processing unit 26 of the second embodiment in that the frequency conversion unit 280 is not included and a decoding weighted frequency spectrum is input.
  • the quantization unit 17, the lossless encoding unit 18, the lossless decoding unit 22, and the inverse quantization unit 23 are the same as the quantization unit 17, the lossless encoding unit 18, the lossless decoding unit 22, and the inverse quantization unit 23 of the second embodiment. Although the same processing is performed, it is different from the second embodiment in that a frequency spectrum is handled instead of the time domain signal.
  • the processing of the frequency conversion unit 130 and the quasi-instantaneous companding unit 101 is the same as that in the second embodiment described above.
  • the lossless decoding unit 22 receives the signal code output from the demultiplexing unit 21, performs lossless decoding corresponding to the processing of the lossless encoding unit 18, and dequantizes the frequency spectrum corresponding to the signal code as a decoded quantized frequency spectrum. To the unit 23.
  • the inverse quantization unit 23 receives the decoded quantized frequency spectrum output from the lossless decoding unit 22 and the quantization width output from the demultiplexing unit 21, and, for example, in the same manner as in the prior art, a value corresponding to the quantization width and Each sample value of the decoded quantized frequency spectrum is multiplied for each sample to obtain a dequantized signal.
  • the processes of the quasi-instantaneous reverse companding unit 251 and the frequency reverse converting unit 290 are the same as those in the second embodiment described above.
  • the signal preprocessing unit 10 and the signal postprocessing unit 25 of the first embodiment performed the quasi-instantaneous companding process on the time domain signal, and then performed the encoding and decoding processes in the time domain.
  • the quasi-instantaneous companding process is performed with the time domain signal, and then the signal is converted into the frequency domain to be encoded and decoded.
  • the encoding device 7 according to the fourth embodiment includes a signal preprocessing unit 13, a quantization unit 17, a lossless encoding unit 18, and a multiplexing unit 19, as shown in FIG. That is, the processing of the signal preprocessing unit is different from that of the encoding device 1 of the first embodiment.
  • the decoding device 8 of the fourth embodiment includes a demultiplexing unit 21, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, and a signal post-processing unit 28. That is, the signal post-processing unit is different from the decoding device 2 of the first embodiment.
  • the signal pre-processing unit 13 includes a quasi-instantaneous companding unit 100 and a frequency converting unit 130 as shown in FIG. That is, as compared with the signal preprocessing unit 10 of the first embodiment, the frequency converter 130 is connected to the subsequent stage of the quasi-instantaneous companding unit 100 and a weighted frequency spectrum is output.
  • the signal post-processing unit 28 includes a frequency reverse conversion unit 290 and a quasi instantaneous reverse companding unit 250, as shown in FIG. That is, the difference from the signal post-processing unit 25 of the first embodiment is that the frequency inverse transform unit 290 is connected to the preceding stage of the quasi-instantaneous reverse companding unit 250 and the decoded weighted frequency spectrum is input.
  • the quantization unit 17, the lossless encoding unit 18, the lossless decoding unit 22, and the inverse quantization unit 23 are the same as the quantization unit 17, the lossless encoding unit 18, the lossless decoding unit 22, and the inverse quantization unit 23 of the first embodiment. Although the same processing is performed, it is different from the first embodiment in that a frequency spectrum is handled instead of the time domain signal.
  • the acoustic signal x n input to the encoding device 7 is input to the signal preprocessing unit 13.
  • the processing of the frequency conversion unit 130 is the same as that in the second embodiment described above.
  • the lossless decoding unit 22 receives the signal code output from the demultiplexing unit 21, performs lossless decoding corresponding to the processing of the lossless encoding unit 18, and dequantizes the frequency spectrum corresponding to the signal code as a decoded quantized frequency spectrum. To the unit 23.
  • the inverse quantization unit 23 receives the decoded quantized frequency spectrum output from the lossless decoding unit 22 and the quantization width output from the demultiplexing unit 21, and, for example, in the same manner as in the prior art, a value corresponding to the quantization width and Each sample value of the decoded quantized frequency spectrum is multiplied for each sample to obtain a dequantized signal.
  • the processing of the frequency inverse transform unit 290 is the same as that in the second embodiment described above.
  • ⁇ Points from the first embodiment to the fourth embodiment> In the first embodiment, a configuration has been described in which preprocessing and postprocessing are performed in the time domain, and encoding processing and decoding processing are performed in the time domain. In the second embodiment, a configuration has been described in which preprocessing and postprocessing are performed in the frequency domain, and encoding processing and decoding processing are performed in the time domain. In the third embodiment, a configuration has been described in which preprocessing and postprocessing are performed in the frequency domain, and encoding processing and decoding processing are performed in the frequency domain. In the fourth embodiment, a configuration has been described in which preprocessing and postprocessing are performed in the time domain, and encoding processing and decoding processing are performed in the frequency domain.
  • the pre-processing and post-processing, and the encoding processing and decoding processing can be performed in any combination of frequency domain and time domain.
  • the pre-processing and post-processing of the present invention are applicable to both frequency domain encoding processing and decoding processing and time domain encoding processing and decoding processing.
  • a plurality of sample sections for performing the quasi-instantaneous companding process can be inversely transformed without using auxiliary information, regardless of how long the section is determined in advance.
  • auditory quality is taken into consideration, it is possible to more appropriately determine a plurality of sample intervals for performing the quasi-instantaneous companding process.
  • L intervals be [K 0 K 1 ], [K 1 K 2 ],..., [K L-1 K L ]
  • K m-1 K m ] represents that the (K m-1 +1) -th sample to the K m- th sample in the frame are defined as the m-th interval.
  • the processing interval can be set finer as the frequency is lower, and the processing interval coarser as the frequency is higher.
  • Companding function f (x) by the conversion after the representative value f (- X m) and the original representative value - with X m, the sample value X of the frequency spectrum for each the L section including a sample number a predetermined k is transformed into a weighted frequency spectrum Y k as follows.
  • the decoding device of the fifth embodiment is obtained by changing the processes of the companding representative value calculation unit 261 and the signal reverse companding unit 271 in the decoding device 4 of the second embodiment as follows.
  • FIG. 31 shows a specific example of a frequency spectrum when signal companding is performed by dividing the section more finely as the low frequency and coarser as the high frequency by the preprocessing of the encoding method of the fifth embodiment.
  • the frequency band of 0 to 2000 Hz is divided into 5 sections, and for example, the frequency band of 5000 Hz to 8000 Hz is all included in one section, and is finer as the low frequency and coarser as the high frequency.
  • the processing section is set as follows.
  • ⁇ Sixth embodiment> When a signal that has no undulations in the spectrum and shows a uniformly large value is subjected to quasi-instantaneous companding by finely dividing the section, the spectrum value in the frame is uniformly reduced. In other words, the quantization performance may be adversely affected.
  • a quasi-instantaneous companding process is hierarchically used as a countermeasure. For example, quasi-instantaneous companding is first performed in a rough section in the frame, and the value of a section with high energy is increased using, for example, an inverse function of the companding function. Thereafter, quasi-instantaneous companding is performed in a finer section. In the inverse transformation, first, quasi-instantaneous reverse companding is performed in a fine section, and then, the original frequency spectrum is obtained by performing quasi-instantaneous reverse companding in a rough section.
  • the encoding device of the sixth embodiment is obtained by changing the processing of the quasi-instantaneous companding unit 101 in the encoding device 3 of the second embodiment as follows.
  • the configuration of the sixth embodiment can be applied to the second embodiment, and can be applied to all the embodiments from the first embodiment to the fifth embodiment.
  • the quasi-instantaneous companding unit 102 of the sixth embodiment includes a representative value calculating unit 112 and a signal companding unit 122, and the output of the signal companding unit 122 is input to the representative value calculating unit 112. Configured to be
  • the sample number M of the section for which the representative value calculation unit 112 obtains the representative value may be configured to be different every time it is repeated.
  • Companding function f (x) by the conversion after the representative value f (- X m) and the original representative value - with X m, the sample values ⁇ X k of the frequency spectrum for each section of the M samples, as follows It is transformed into a weighted frequency spectrum Yk .
  • the companding function f (x) used by the signal companding unit 122 may be configured to use a different one each time it is repeated. For example, the inverse function f ⁇ 1 (x) of the companding function f (x) is used for the first time, and the companding function f (x) is used for the second time.
  • the decoding device of the sixth embodiment is obtained by changing the processing of the quasi-instantaneous reverse companding unit 251 in the decoding device 4 of the second embodiment as follows.
  • the configuration of the sixth embodiment can be applied to the second embodiment, and can be applied to all the embodiments from the first embodiment to the fifth embodiment.
  • the quasi-instantaneous reverse companding unit 252 of the sixth embodiment includes a companding representative value calculating unit 262 and a signal reverse companding unit 272, and the output of the signal reverse companding unit 272 is a companding representative. It is configured to be input to the value calculation unit 262.
  • Companding representative value - calculation method of Y m are used the same as the representative value calculation unit 112 of the coding apparatus corresponding to the decoding apparatus.
  • the number of samples M in the section for which the companding representative value calculation unit 262 obtains the companding representative value corresponds to the number of samples M used by the representative value calculating unit 112 of the encoding device corresponding to the decoding device each time it is repeated.
  • Companding function f companding representative value was converted by the inverse function f -1 (y) of (x) f -1 (- Y m) and the original companding representative values - with Y m, predetermined M samples of the section Every time, the sample value ⁇ Y k of the decoding weighted frequency spectrum is transformed into the sample value of the decoding frequency spectrum ⁇ X k as follows.
  • the inverse function f ⁇ 1 (y) of the companding function f (x) used by the signal inverse companding unit 272 is an inverse function corresponding to the companding function f (x) used by the signal companding unit 122 every time it is repeated. It is configured to use.
  • the companding function f (x) is used as the inverse function of the inverse function f ⁇ 1 (x) of the companding function f (x) at the first time, and the inverse function with respect to the companding function f (x) is performed the second time.
  • the inverse function f ⁇ 1 (x) of the companding function f (x) is used as
  • FIG. 34 shows a specific example of a frequency spectrum when the representative value calculation and the signal companding process are repeated a plurality of times by the preprocessing of the encoding method of the sixth embodiment.
  • the quasi-instantaneous reverse companding unit 251 included in the unit 250 and the decoding devices 4 and 6 can also be configured as an independent sample train deforming device.
  • This sample sequence transformation device 33 is a weighted frequency domain signal for input to an encoding device for encoding a weighted frequency domain signal obtained by transforming a frequency domain signal corresponding to an input acoustic signal, or an input acoustic signal.
  • a weighted frequency domain corresponding to a weighted time domain signal for input to an encoding device for encoding a weighted time domain signal corresponding to a weighted frequency domain signal obtained by modifying a frequency domain signal corresponding to the signal For example, as shown in FIG.
  • the sample train deforming apparatus for obtaining a signal includes a representative value calculating unit 111 and a signal companding unit 121.
  • the representative value calculation unit 111 calculates, for each predetermined time interval, from the sample sequence of the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal, for each frequency interval with a plurality of samples less than the number of frequency samples in the frequency domain sample sequence, The representative value of the frequency section is calculated from the sample values of the included samples.
  • the signal companding unit 121 includes, for each predetermined time interval, a weight corresponding to the function value of the representative value by the companding function that can define an inverse function, and each sample corresponding to the representative value in the frequency domain sample sequence.
  • the multiplied frequency domain sample sequence is obtained as a sample sequence of the weighted frequency domain signal.
  • This sample sequence transformation device 34 is a weighted frequency domain signal obtained by a decoding device that obtains a weighted frequency domain signal corresponding to a frequency domain signal corresponding to a decoded acoustic signal, or a frequency domain corresponding to a decoded acoustic signal.
  • the companding representative value calculation unit 261 performs, for each predetermined time interval, from the sample sequence of the weighted frequency domain signal, the frequency segment for each frequency segment by a plurality of samples smaller than the number of frequency samples in the sample sequence of the weighted frequency domain signal.
  • the representative value of the frequency section is calculated from the sample values of the samples included in.
  • the signal reverse companding unit 271 corresponds to a weight corresponding to a function value of a representative value by a companding function capable of defining an inverse function for each predetermined time interval, and the representative value in the sample sequence of the weighted frequency domain signal.
  • a frequency domain sample sequence obtained by multiplying each sample is obtained as a sample sequence of the frequency domain signal corresponding to the decoded acoustic signal.
  • This sample string transformation device 31 is a weighted acoustic signal for input to an encoding device that encodes a weighted acoustic signal obtained by transforming an input acoustic signal, or a weight obtained by transforming an input acoustic signal.
  • a sample-sequence modification device that obtains a weighted acoustic signal corresponding to a weighted frequency domain signal for input to an encoding device that encodes a weighted frequency domain signal corresponding to the attached acoustic signal, for example, FIG.
  • the representative value calculation unit 110 and the signal companding unit 120 are included.
  • the representative value calculation unit 110 is included in the time interval for each predetermined time interval from a sample sequence of the input acoustic signal in the time domain to a time interval of a plurality of samples smaller than the number of samples in the sample sequence of the input acoustic signal.
  • a representative value of the time interval is calculated from the sample value of the sample.
  • the signal companding unit 120 has a weight corresponding to a function value of a representative value by a companding function capable of defining an inverse function for each predetermined time interval, each sample corresponding to the representative value in the sample sequence of the input acoustic signal, and , And a time-domain sample sequence obtained by multiplying and is obtained as a sample sequence of the weighted acoustic signal.
  • This sample sequence transformation device 32 obtains a time-domain weighted acoustic signal corresponding to the decoded acoustic signal by decoding.
  • FIG. 36 shows a sample train deforming device that obtains a decoded acoustic signal from a weighted acoustic signal in a time domain corresponding to a weighted acoustic signal in a frequency domain obtained by a decoding device that obtains an attached acoustic signal by decoding.
  • a companding representative value calculation unit 260 and a signal reverse companding unit 270 are included.
  • the companding representative value calculation unit 260 performs, for each predetermined time interval, from the sample sequence of the weighted acoustic signal in the time domain, for each time interval by a plurality of samples less than the number of samples in the sample sequence of the weighted acoustic signal.
  • a representative value of the time interval is calculated from the sample values of the samples included in the interval.
  • the signal reverse companding unit 270 corresponds to the weight corresponding to the function value of the representative value by the companding function capable of defining the inverse function for each predetermined time interval, and the representative value in the sample sequence of the weighted frequency domain signal.
  • a frequency domain sample sequence obtained by multiplying each sample is obtained as a sample sequence of the frequency domain signal corresponding to the decoded acoustic signal.
  • the sample string transformation devices 33 and 34 are set so that the number of samples included in the section corresponding to the low frequency is small as the section of the plurality of samples is in the section corresponding to the low frequency, and the number of samples included in the section corresponding to the high frequency is increased.
  • the sample row deforming device 35 can be configured.
  • the sample string deforming devices 31 to 35 calculate a representative value for each section of a plurality of samples of the input acoustic signal, and multiply each sample of the sample string by a weight corresponding to the calculated function value of the representative value.
  • the sample train deforming device 36 can be configured to be repeatedly executed a predetermined number of times.
  • the pre-processing by quasi-instantaneous companding and the post-processing by quasi-instantaneous inverse companding have the property of reducing auditory distortion instead of increasing numerical errors such as the square error of the waveform of the decoded signal.
  • the pre-processing and the post-processing are used instead of the pre-processing and the post-processing. It is more convenient to compress or process the decoded signal again, aiming to reduce the numerical error of the waveform of the simple decoded signal without using post-processing.
  • whether or not to perform pre-processing and post-processing of the signal by quasi-instantaneous companding and quasi-instantaneous reverse companding depends on the quantization width of the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal or the input acoustic signal. Select for each frame based on the value of.
  • the eighth embodiment can be applied to the first embodiment, the second embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment applied to these embodiments.
  • the presence or absence of signal preprocessing is selected based on the value of the quantization width of the input acoustic signal or the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal.
  • the decoding device by selecting the presence or absence of post-processing based on the quantization width obtained by decoding, only the frame pre-processed by the encoding device corresponds to the pre-processing performed by the encoding device.
  • Post-processing can be performed. That is, the decoding apparatus can perform a decoding process corresponding to the encoding process performed by the encoding apparatus.
  • the encoding device 41 according to the eighth embodiment includes a signal preprocessing unit 51, a quantization unit 52, a lossless encoding unit 18, and a multiplexing unit 19. Since the process performed by the quantization unit 52 is complicated in the encoding device 41 of the eighth embodiment, the processing procedure of the encoding method executed by the encoding apparatus 41 of the eighth embodiment is described with reference to FIG. explain.
  • the acoustic signal X k input to the encoding device 41 is first input to the quantization unit 52.
  • the quantizing unit 52 for example, as in the prior art, to obtain an integer value as a quantized signal by dividing a sound signal X k with a value corresponding to the quantization width.
  • the quantization width is increased when the code length is too long for the target code length, and the code length is set to the target code length. If the code length is too short, the search is performed such that the quantization width is reduced. That is, the quantization width is a value obtained by searching and is a value estimated to be optimal.
  • step S52 the quantization unit 52 converts the quantized signal into a lossless encoding unit for a frame in which the quantization width used in the quantization in step S51 is smaller than a predetermined threshold value or less than the predetermined threshold value. 18, the quantization width used for quantization is output to the multiplexing unit 19, and for the other frames, information for operating the signal preprocessing unit of the frame is output to the signal preprocessing unit 51. To do.
  • step S14 the quantization unit 52 divides the weighted signal Yk by a value corresponding to the quantization width to obtain an integer value as a quantized signal, as in the prior art. For example, based on the code length of the compression result by the lossless encoding unit 18, the quantization width is increased when the code length is too long for the target code length, and the code length is set to the target code length. If the code length is too short, the search is performed such that the quantization width is reduced. That is, the quantization width is a value obtained by searching and is a value estimated to be optimal.
  • the quantization width obtained by the search in step S14 is larger than the quantization width obtained by the search in step S51, and is larger than the threshold value in step S52.
  • the lower limit value of the quantization width obtained by the search in step S14 is set in step S52. What is necessary is just to set it as the value more than the threshold value in or larger than a threshold value.
  • the quantization unit 52 outputs the quantized signal to the lossless encoding unit 18 and the quantization width used for the quantization to the multiplexing unit 19.
  • Step S15 performed by the lossless encoding unit 18 and step S16 performed by the multiplexing unit 19 are the same as those in the first embodiment.
  • the decoding device 42 includes a demultiplexing unit 61, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, a determination unit 62, and a signal post-processing unit 63.
  • a processing procedure of the decoding method executed by the decoding device 42 of the eighth embodiment will be described.
  • step S ⁇ b> 21 the demultiplexing unit 61 receives the code input to the decoding device 42, converts the signal code to the lossless decoding unit 22, and sets the quantization width corresponding to the quantization width code to the inverse quantization unit 23 and the determination unit 62. Respectively.
  • the process of obtaining the quantization width by decoding is the same as that of the demultiplexing unit 21.
  • Step S22 performed by the lossless decoding unit 22 and step S23 performed by the inverse quantization unit 23 are the same as in the first embodiment.
  • the pre-processing and post-processing of signals tend to be necessary as the quantization accuracy of the input acoustic signal and the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal is coarser, and as the quantization accuracy is finer, it becomes unnecessary.
  • By adaptively changing the degree of quasi-instantaneous companding for each frame it is possible to apply weighting more in accordance with the signal.
  • the encoding device of the ninth embodiment determines the degree of quasi-instantaneous companding in the signal preprocessing for each frame based on the input acoustic signal and the value of the quantization width of the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal. Select and send a coefficient specifying the degree of the selected quasi-instantaneous companding to the decoding device.
  • the decoding apparatus according to the ninth embodiment selects, for each frame, the degree of quasi-instantaneous reverse companding in the post-processing of the signal based on the coefficient specifying the degree of quasi-instantaneous companding sent from the encoding apparatus.
  • the decoding device also determines the degree of quasi-instantaneous companding used for signal preprocessing in the encoding device based on a coefficient that specifies the degree of quasi-instantaneous companding, and the encoding device performs the processing.
  • Post-processing corresponding to the pre-processing can be performed. That is, the decoding apparatus can perform a decoding process corresponding to the encoding process performed by the encoding apparatus.
  • ⁇ in Equation (7) is a coefficient that specifies the degree of quasi-instantaneous companding.
  • ⁇ which is a coefficient that specifies the degree of quasi-instantaneous companding, is also referred to as companding coefficient.
  • the ninth embodiment can be applied to all the embodiments from the first embodiment to the sixth embodiment.
  • the encoding device 43 of the ninth embodiment includes a quantization width calculation unit 53, a companding coefficient selection unit 54, a signal preprocessing unit 55, a quantization unit 17, a lossless encoding unit 18, and Multiplexer 56 is included.
  • the processing procedure of the encoding method executed by the encoding device 43 of the ninth embodiment will be described.
  • the acoustic signal X k input to the encoding device 43 is first input to the quantization width calculation unit 53.
  • the quantization width calculation unit 53 determines the quantization width based on, for example, the code length of the compression result by lossless encoding, and if the code length is too long for the target code length.
  • the search is performed by increasing the quantization width and decreasing the quantization width when the code length is too short with respect to the target code length. That is, the quantization width is a value obtained by searching and is a value estimated to be optimal.
  • the estimated value of the calculated quantization width may be output to the companding coefficient selection unit 54 as the quantization width.
  • the companding coefficient selector 54 receives the quantized width output from the quantized width calculator 53 for each frame, and stores a plurality of companding coefficients ⁇ stored in advance in the companding coefficient selector 54.
  • One candidate value corresponding to the quantization width value is selected as the companding coefficient ⁇ from the candidate values.
  • a companding function is used so that the power of the weighted acoustic signal after companding or the weighted frequency domain signal sample sequence corresponding to the input acoustic signal becomes flat.
  • the input acoustic signal and the weighted acoustic signal before and after companding, or between the sample sequence of the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal and the sample sequence of the weighted frequency domain signal A companding function is selected so as to specify a companding function that makes the difference smaller.
  • the companding coefficient selection unit 54 outputs the companding coefficient ⁇ obtained by the selection to the signal preprocessing unit 55 and the multiplexing unit 56.
  • Step S14 performed by the quantization unit 17 and step S15 performed by the lossless encoding unit 18 are the same as those in the first embodiment.
  • the multiplexing unit 56 receives the quantization width output from the quantization unit 17, the signal code output from the lossless encoding unit 18, and the companding coefficient output from the companding coefficient selection unit 54. Then, a quantization width code that is a code corresponding to the quantization width, a companding coefficient code that is a code corresponding to the companding coefficient, and a signal code are output together as an output code.
  • the quantization width code is obtained by encoding the quantization width value.
  • a known encoding method may be used as a method of encoding method may be used.
  • the companding coefficient sign is obtained by encoding the value of the companding coefficient.
  • the multiplexing unit 56 may be operated for each frame having the same number of samples N as the signal preprocessing unit 55, or may be operated for each number of samples different from the signal preprocessing unit 55, for example, every 2N samples. .
  • an encoding device 45 includes an input signal quantization unit 57, a companding coefficient selection unit 54, a signal preprocessing unit 55, a quantization unit 17, and a lossless encoding unit. 18 and a multiplexing unit 56.
  • FIG. 44 the processing procedure of the encoding method executed by the encoding device 45 according to the modification of the ninth embodiment will be described.
  • the acoustic signal X k input to the encoding device 45 is first input to the input signal quantization unit 57.
  • the input signal quantization unit 57 for example, as in the prior art, to obtain an integer value as a quantized signal by dividing a sound signal X k with a value corresponding to the quantization width.
  • the method for obtaining the quantization width is the same as that of the quantization width calculation unit 53 of the encoding device 43 of the ninth embodiment.
  • the input signal quantization unit 57 outputs the obtained quantization width to the companding coefficient selection unit 54 and the multiplexing unit 56, and outputs the quantized signal to the lossless encoding unit 18.
  • the output of the quantization width to the multiplexing unit 56 and the output of the quantized signal to the lossless encoding unit 18 are controlled by the companding coefficient selection unit 54.
  • Step S54 performed by the companding coefficient selector 54 is the same as that of the encoding device 43 of the ninth embodiment.
  • the companding coefficient selecting unit 54 outputs the companding coefficient ⁇ obtained by the selection to the signal preprocessing unit 55, and the companding coefficient ⁇ is 1. In this case, control is performed so that the quantized signal obtained by the input signal quantizing unit 57 is input to the lossless encoding unit 18 and the quantization width obtained by the input signal quantizing unit 57 is input to the multiplexing unit 56. In addition, the companding coefficient selection unit 54 outputs the companding coefficient ⁇ to the multiplexing unit 58.
  • the signal pre-processing unit 55 receives the companding coefficient ⁇ output from the companding coefficient selecting unit 54.
  • Step S14 performed by the quantization unit 17 is the same as that of the encoding device 43 of the ninth embodiment. However, step S14 is performed only when the companding coefficient ⁇ is not 1, that is, when a value other than quasi-instantaneous companding is designated.
  • Step S15 performed by the lossless encoding unit 18 and step S55 performed by the multiplexing unit 56 are the same as those of the encoding device 43 of the ninth embodiment.
  • the decoding device 44 of the ninth embodiment includes a demultiplexing unit 64, a lossless decoding unit 22, an inverse quantization unit 23, and a signal post-processing unit 65.
  • a processing procedure of a decoding method executed by the decoding device 44 of the ninth embodiment will be described.
  • step S62 the demultiplexing unit 64 receives the code input to the decoding device 44, receives the signal code to the lossless decoding unit 22, and the companding coefficient ⁇ corresponding to the companding coefficient code to the signal post-processing unit 65.
  • the quantization width corresponding to the quantization width code is output to the inverse quantization unit 23, respectively.
  • Step S22 performed by the lossless decoding unit 22 and step S23 performed by the inverse quantization unit 23 are the same as in the first embodiment.
  • the decoded weighted signal ⁇ Y k and the output signal ⁇ X k are the same. Therefore, the first embodiment using the companding coefficient ⁇ for the decoding weighted signal ⁇ Y k only when the companding coefficient ⁇ is not 1, that is, when a value other than quasi-instantaneous companding is designated.
  • the encoding device and the decoding device of the eighth embodiment can be configured as a signal encoding device and a signal decoding device using the sample string transformation device described in the seventh embodiment.
  • the signal encoding device using the sample string transformation device of the seventh embodiment is configured as follows.
  • the signal encoding device 71 includes the sample string deforming device 31 or 33 of the seventh embodiment, and an encoding device 50 that encodes a signal to be encoded to obtain a signal code.
  • the encoding device 50 performs, for example, processing corresponding to other than the signal preprocessing unit 51 of the encoding device 41 of the eighth embodiment, and the sample string transformation device 31 or 33 is, for example, the encoding device of the eighth embodiment.
  • the processing corresponding to the 41 signal preprocessing unit 51 is performed.
  • the signal encoding device 71 is obtained by obtaining the quantization width for encoding the input acoustic signal or the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal with the target code length by the encoding device 50 for each predetermined time interval.
  • the input acoustic signal or a frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal is encoded by the encoding device 50 as an encoding target signal
  • the input acoustic signal or the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal is input to the sample train deforming device 31 or 33, and the weighted acoustic signal or the weighted frequency obtained by the sample train transforming device 31 or 33 is obtained.
  • the sample sequence of the region signal is encoded by the encoding device 50 as an encoding target signal.
  • the signal decoding apparatus using the sample string transformation apparatus of the seventh embodiment is configured as follows.
  • the signal decoding device 72 includes a sample string transformation device 32 or 34 according to the seventh embodiment, and a decoding device 60 that decodes a signal code to obtain a decoded signal.
  • the decoding device 60 performs a process corresponding to, for example, other than the signal post-processing unit 63 of the decoding device 42 according to the eighth embodiment, and the sample string transformation device 32 or 34 performs, for example, a signal of the decoding device 42 according to the eighth embodiment. Processing corresponding to the post-processing unit 63 is performed.
  • the signal decoding device 72 decodes the quantization width code and obtains the quantization width by the decoding device 60 every predetermined time interval, and the obtained quantization width is smaller than the predetermined threshold value or less than the predetermined threshold value. For a certain time interval, a signal obtained by decoding the signal code by the decoding device 60 is obtained as a decoded acoustic signal or a frequency domain signal corresponding to the decoded acoustic signal, and for other time intervals, the decoding device 60 obtains the signal.
  • the received signal is input to the sample train deforming device 32 or 34 to obtain a decoded acoustic signal or a frequency domain signal corresponding to the decoded acoustic signal.
  • the concept of the ninth embodiment can be applied to the sample train deforming device 31 or 33 described in the seventh embodiment to configure as the sample train deforming device 37.
  • the sample string deforming device 37 uses the sample string deforming device 31 or 33 to obtain a companding function corresponding to the companding coefficient selected by the quantization width calculating unit and the companding coefficient selecting unit 54 described in the ninth embodiment. It is comprised so that the companding function selection part which performs the process to select may be further included.
  • the quantization width calculation unit obtains a quantization width for encoding the input acoustic signal or the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal with the target code length for each predetermined time interval.
  • the companding function selector selects the input acoustic signal and the weighted acoustic signal or the sample sequence of the frequency domain signal corresponding to the input acoustic signal and the weight as the quantization width is smaller as the companding function for each predetermined time interval.
  • the companding function is selected such that the closer the sample sequence of the weighted frequency domain signal is, or / and the greater the quantization width, the flatter the power of the sample sequence of the weighted acoustic signal or weighted frequency domain signal.
  • the quasi-instantaneous companding can perform transformations having the following two properties without adding auxiliary information. 1. In the frame, a signal value or a frequency spectrum value of the signal is given a relatively small weight and a small value is given a relatively large weight. 2. In the frame, a relatively small weight is applied to the vicinity of the peak of the signal or the frequency spectrum of the signal in the same manner as the peak.
  • a relatively small weight is applied to the vicinity of the peak of the signal or the frequency spectrum of the signal in the same manner as the peak.
  • FIG. 49A shows the frequency spectrum of the quantization error when the original signal is quantized at regular intervals in the time domain. In this case, since the quantization error of a flat spectrum occurs and it is annoying, the auditory quality is deteriorated.
  • FIG. 49B shows the frequency spectrum of the quantization error when the companded original signal obtained by companding the original signal is quantized at equal intervals in the time domain. It can be seen that the companding signal and the quantization error have the same flat spectrum.
  • FIG. 49C shows a frequency spectrum of a quantization error in the case of reverse companding FIG. In this case, since it becomes a quantization error along the inclination of the spectrum of the original signal, it becomes difficult to hear noise and the auditory quality is improved.
  • a representative value is obtained for each sample within a predetermined interval, and based on that representative value
  • a general representative value is how to determine - the value of X m is not Motomara, performing the inverse transform I can't.
  • the function that determines the representative value is not Motomara, performing the inverse transform I can't.
  • the original representative value can also be obtained by the decoding apparatus. Inverse transformation based on this value
  • the original sample value can be obtained without using auxiliary information.
  • the companded Y k is quantized in the middle, and if an error occurs, the original representative value cannot be obtained correctly, but by performing the same process as above on the quantized Y k , the representative value - estimated value of X m can be calculated, it is possible to perform inverse transform on the basis of its value.
  • weighting suitable for auditory characteristics can be performed according to the audio-acoustic signal without adding auxiliary information, and the efficiency of lossy compression coding can be increased. it can.
  • the configuration of the fifth embodiment by setting the section used for the quasi-instantaneous companding to be fine at the low frequency and coarse at the high frequency, weighting more suitable for the auditory characteristics can be realized.
  • the configuration of the sixth embodiment by using different quasi-instantaneous companding multiple times, more complicated companding can be realized and weighting efficiency can be increased.
  • the program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • a computer-readable recording medium for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used.
  • this program is distributed, for example, by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
  • a computer that executes such a program first stores a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, this computer reads the program stored in its own recording medium and executes the process according to the read program.
  • the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially.
  • the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good.
  • ASP Application Service Provider
  • the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
  • the present apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer.
  • a predetermined program on a computer.
  • at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

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Abstract

音信号の符号化処理および復号処理の性能を高める。代表値算出部１１０は、所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する。信号圧伸部１２０は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、周波数領域サンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、重み付周波数領域信号のサンプル列として得る。

Description

サンプル列変形装置、信号符号化装置、信号復号装置、サンプル列変形方法、信号符号化方法、信号復号方法、およびプログラム
　この発明は、音信号の符号化技術などの信号処理技術において、音信号に由来するサンプル列を、その近傍のサンプル値を基に圧縮または伸長したサンプル列に変形する技術に関する。
　一般的に、不可逆圧縮符号化においては、図１に示すように、量子化部１７が入力信号を量子化した後、可逆符号化部１８が量子化信号に基づいてエントロピー符号化等の可逆符号化により符号を与え、多重化部１９が量子化信号に対応する符号と量子化幅に対応する符号とを合わせて出力する。復号時には、図２に示すように、多重分離部２１が信号符号と量子化幅に対応する符号とを取り出し、可逆復号部２２が信号符号を可逆復号した後、逆量子化部２３が復号された量子化信号を逆量子化して元の信号を得る。
　特に、音声や音楽などの音信号の不可逆圧縮符号化においては、図３に示すように、図１の量子化処理の前に分析部１５による信号の分析とフィルタ部１６によるフィルタリング処理とを加え、信号に合わせて聴覚特性に適った重みを付与することにより、量子化で生じる誤差を聴覚的に小さくする手法が知られている（非特許文献１参照）。この従来手法では、量子化信号に対応する符号と量子化に用いた量子化幅に対応する符号とに加え、フィルタリングに用いたフィルタ係数に対応する符号も補助情報として復号装置に送り、復号装置は、図４に示すように、図２の逆量子化処理の後処理として、逆フィルタ部２４が復号された重み付信号を逆フィルタにかけることで元の信号を得る。
Gerald D. T. Schuller, Bin Yu, Dawei Huang, and Bernd Edler, "Perceptual Audio Coding Using Adaptive Pre-and Post-Filters and Lossless Compression," IEEE TRANSACTIONS ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING, VOL. 10, NO. 6, SEPTEMBER 2002.
　非特許文献１に記載された従来技術では、図１～２に示すような単純な不可逆圧縮符号化に比べてフィルタ係数の分だけ必要な情報量が増加してしまう。しかしながら、聴覚的な重み付けは大きく以下の２つの性質を満たしてさえいればよく、厳密な情報が不要なことが多い。１．フレーム内において、信号の値または信号の周波数スペクトルの値が、大きいものには相対的に小さな重みをかけ、小さなものには相対的に大きな重みをかける。２．フレーム内において、信号または信号の周波数スペクトルのピーク近傍には、ピークと同じように相対的に小さな重みをかける。
　この発明は、上記２つの性質を併せ持ち、かつ、後処理のための補助情報が不要な前処理および後処理でサンプル列を変形することにより、音信号の符号化処理および復号処理の聴覚品質を高めることを目的とする。
　上記の課題を解決するために、この発明の第一の態様のサンプル列変形装置は、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、を含む。
　この発明の第二の態様のサンプル列変形装置は、復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、を含む。
　この発明の第三の態様のサンプル列変形装置は、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、を含む。
　この発明の第四の態様のサンプル列変形装置は、復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、を含む。
　この発明によれば、聴覚的な重み付けに必要とされる２つの性質を併せ持ち、かつ、後処理のための補助情報が不要な前処理および後処理でサンプル列を変形することにより、音信号の符号化処理および復号処理の聴覚品質を高めることが可能である。
図１は、従来の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図２は、従来の復号装置の機能構成を例示する図である。 図３は、従来の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図４は、従来の復号装置の機能構成を例示する図である。 図５は、第一実施形態および第二実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図６は、第一実施形態および第二実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。 図７は、第一実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。 図８は、第一実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。 図９は、第一実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。 図１０は、第一実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。 図１１は、実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。 図１２は、準瞬時圧伸前の音響信号を例示する図である。 図１３は、準瞬時圧伸前のサンプル区間を例示する図である。 図１４は、準瞬時圧伸後のサンプル区間を例示する図である。 図１５は、準瞬時圧伸後の重み付信号を例示する図である。 図１６は、実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。 図１７は、準瞬時逆圧伸前の復号重み付信号を例示する図である。 図１８は、準瞬時逆圧伸前のサンプル区間を例示する図である。 図１９は、準瞬時逆圧伸後のサンプル区間を例示する図である。 図２０は、準瞬時逆圧伸後の出力信号を例示する図である。 図２１は、第二実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。 図２２は、第二実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。 図２３は、第二実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。 図２４は、第二実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。 図２５は、第三実施形態および第四実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図２６は、第三実施形態および第四実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。 図２７は、第三実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。 図２８は、第三実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。 図２９は、第四実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。 図３０は、第四実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。 図３１は、第五実施形態による準瞬時圧伸前後の周波数スペクトルを例示する図である。 図３２は、第六実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。 図３３は、第六実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。 図３４は、第六実施形態による準瞬時圧伸前後の周波数スペクトルを例示する図である。 図３５は、第七実施形態のサンプル列変形装置の機能構成を例示する図である。 図３６は、第七実施形態のサンプル列変形装置の機能構成を例示する図である。 図３７は、第八実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図３８は、第八実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。 図３９は、第八実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。 図４０は、第八実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。 図４１は、第九実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図４２は、第九実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。 図４３は、第九実施形態の変形例の符号化装置の機能構成を例示する図である。 図４４は、第九実施形態の変形例の符号化方法の処理手続きを例示する図である。 図４５は、第九実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。 図４６は、第九実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。 図４７は、第十実施形態の信号符号化装置の機能構成を例示する図である。 図４８は、第十実施形態の信号復号装置の機能構成を例示する図である。 図４９は、聴覚品質が向上する仕組みを説明するための図である。
　以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
　文中で使用する記号「~」「^」「－」等は、本来直後の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直前に記載する。数式中においてはこれらの記号は本来の位置、すなわち文字の真上に記述している。
　＜第一実施形態＞
　この発明の第一実施形態は、符号化装置１および復号装置２からなる。符号化装置１は、フレーム単位で入力された音声や音楽などの音信号（音響信号）を符号化して符号を得て、出力する。符号化装置１０が出力する符号は復号装置２０へ入力される。復号装置２０は入力された符号を復号してフレーム単位の音響信号を出力する。
　第一実施形態の符号化装置１は、図５に示すように、信号前処理部１０、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、図１に示した従来の符号化装置９１に対して信号前処理部１０を追加したものである。第一実施形態の復号装置２は、図６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２５を含む。つまり、図２に示した従来の復号装置９２に対して信号後処理部２５を追加したものである。
　符号化装置１および復号装置２は、例えば、中央演算処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ）、主記憶装置（Random Access Memory、ＲＡＭ）などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。符号化装置１および復号装置２は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。符号化装置１および復号装置２に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて読み出されて他の処理に利用される。また、符号化装置１および復号装置２の各処理部の少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。
　符号化装置１の信号前処理部１０および復号装置２の信号後処理部２５は、「準瞬時圧伸」の処理を行う。準瞬時圧伸とは、所定区間内のサンプル値をひとまとめにし、その代表値に応じてそれらのサンプル値を圧縮あるいは伸長する変換のことを言う。信号前処理部１０は、図７に示すように、準瞬時圧伸部１００を含む。信号後処理部２５は、図８に示すように、準瞬時逆圧伸部２５０を含む。準瞬時圧伸部１００は、図９に示すように、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０を含む。準瞬時逆圧伸部２５０は、図１０に示すように、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０を含む。
　符号化装置１は、前処理として補助情報が不要な準瞬時圧伸を用いて入力信号を適応的に重み付けして重み付信号を得て、その重み付信号に対して従来技術と同様の量子化および可逆符号化を行う。復号装置２は、符号を入力として従来技術と同様の可逆復号および逆量子化を行い、後処理として補助情報の不要な準瞬時圧伸を用いて符号化装置１の準瞬時圧伸とは逆の重み付けを重み付信号に施す。第一実施形態の符号化装置１および復号装置２は、これらの処理により、量子化歪みを聴覚的に低減することが可能となる。
　≪符号化装置１≫
　図１１を参照して、第一実施形態の符号化装置１が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
　ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、kはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置１へ入力される。符号化装置１へ入力された音響信号Xkは信号前処理部１０へ入力される。
　［信号前処理部１０］
　信号前処理部１０は、フレーム毎に、符号化装置１へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時圧伸部１００での処理を行い、重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
　［準瞬時圧伸部１００］
　準瞬時圧伸部１００は、フレーム毎に、符号化装置１へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０での処理を行い、重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
　［代表値算出部１１０］
　ステップＳ１２において、代表値算出部１１０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１００から入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、所定のM（≦N）サンプルによる区間毎に代表値－Xm（m=1, …, N/M）を算出し、信号圧伸部１２０へ出力する。代表値－Xmとしては、復号装置２でも推定可能な特徴量を用いる。
　例えば、絶対値平均
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
または、二乗平均の平方根
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
または、p乗平均のp乗根（p>0）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
または、絶対値の最大値
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
または、絶対値の最小値
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
などのうちの予め定めた１つの特徴量を、代表値として算出し、出力する。
　演算量を削減するために、代表値の算出は、Mサンプルによる区間内の一部のM'（<M）サンプルを用いて、例えば以下のように行ってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ただし、M'は代表値算出に用いるサンプル数、Gmは予め決めた代表値算出に用いるサンプルの番号である。
　［信号圧伸部１２０］
　ステップＳ１３において、信号圧伸部１２０は、フレーム毎に、代表値算出部１１０が出力した代表値－Xm（m=1, …, N/M）と、準瞬時圧伸部１００から入力されたフレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を生成し、量子化部１７へ出力する。
　まず、予め定めた圧伸関数f(x)を用いて代表値－Xmを変換する。圧伸関数f(x)は逆関数f-1(y)を定義することが可能な任意の関数である。圧伸関数f(x)としては、例えば、次に示すような一般化対数関数などを使用することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
ただし、γおよびμは所定の正数とする。
　次に、圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(－Xm)および元の代表値－Xmを用い、Mサンプルによる区間毎に音響信号のサンプル値Xkを、以下のように重み付信号Ykに変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここでは、最初に圧伸関数f(x)を用いて代表値－Xmを変換し、その関数値に応じた重みf(－Xm)/－Xmとサンプル値Xkとを乗算することで重み付信号Ykに変形するといった、二段階の演算を行う例を示した。しかしながら、この発明はこのような計算方法に限定されるものではなく、重み付信号Ykを得られる演算であればどのような計算方法を行ってもよい。例えば式（９）の演算を一段階で行うような計算を行ってもよい。
　逆関数を定義することが可能な圧伸関数は、式（７）のように単独のサンプル値に対する演算には限定されず、例えば、複数サンプルを引数として各サンプルに対する演算結果を出力する関数であってもよいし、逆関数を定義できる関数に対して逆演算が可能な演算をさらに行う演算を含んで圧伸関数として定義してもよい。例えば、式（９）における
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
を圧伸関数と捉えてもよいし、また例えば、式（９）における
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
を圧伸関数と捉えてもよい。
　準瞬時圧伸は、区間ごとにみると代表値のみに依存する単純な定数倍で表現されている。これにより、代表値算出部１１０の説明で挙げたような特徴量を用いている限り、復号装置２でも重み付信号Ykから代表値－Xmを推定することができ、補助情報無しで逆圧伸を行うことが可能である。
　［量子化部１７］
　ステップＳ１４において、量子化部１７は、信号前処理部１０が出力したフレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように重み付信号Ykをスカラー量子化し、量子化信号を出力する。量子化部１７は、例えば、従来技術と同様に、重み付信号Ykを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化部１７は、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へそれぞれ出力する。量子化幅は、例えば所定のものを使用してもよいし、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというようにして探索してもよい。量子化部１７は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　［可逆符号化部１８］
　ステップＳ１５において、可逆符号化部１８は、量子化部１７が出力した量子化信号を受け取り、可逆符号化により量子化信号に対応する符号を割り当て、信号符号を出力する。可逆符号化部１８は、信号符号を多重化部１９へ出力する。可逆符号化は、例えば一般的なエントロピー符号化を用いてもよいし、MPEG-ALS（参考文献１参照）やG.711.0（参考文献２参照）のような既存の可逆符号化方式を用いてもよい。可逆符号化部１８は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
〔参考文献１〕T. Liebechen, T. Moriya, N. Harada, Y. Kamamoto, and Y. A. Reznik, “The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) standard - technology and applications,” in Proc. AES 119th Convention, Paper #6589, Oct., 2005.
〔参考文献２〕ITU-T G.711.0, “Lossless compression of G.711 pulse code modulation,” 2009.
　［多重化部１９］
　ステップＳ１６において、多重化部１９は、量子化部１７が出力した量子化幅と、可逆符号化部１８が出力した信号符号とを受け取り、量子化幅に対応する符号である量子化幅符号と信号符号とを合わせて出力符号として出力する。量子化幅符号は、量子化幅の値を符号化することにより得る。量子化幅の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。多重化部１９は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　図１２～１５に、第一実施形態の符号化方法の前処理により、入力された音響信号が変形される過程の具体例を示す。図１２は時間領域の音響信号Xkの信号波形である。横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。図１２の例では、0秒から2秒までの音響信号Xkを示している。図１３は代表値を算出するために図１２中の点線で区切られた位置で切り出したMサンプルによる区間の音響信号の信号波形である。図１３に示した1.28秒～1.36秒の区間に含まれるMサンプルから代表値を算出する。図１４は圧伸関数による代表値の関数値に応じて重み付けした後のMサンプルによる区間の重み付信号の信号波形である。図１３と比較して、波形の形状は変わらずに振幅の値が変換されていることがわかる。図１５は最終的に信号前処理部から出力される重み付信号Ykの信号波形である。図１２と比較して、全体として圧伸されていることがわかる。
　≪復号装置２≫
　図１６を参照して、第一実施形態の復号装置２が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
　［多重分離部２１］
　ステップＳ２１において、多重分離部２１は、復号装置２へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３へそれぞれ出力する。量子化幅符号に対応する量子化幅は、量子化幅符号を復号することにより得る。量子化幅符号を復号する方法としては、量子化幅を符号化した周知の符号化方法に対応する復号方法を用いればよい。信号後処理部２５は以下で説明する通りサンプル数Nのフレーム毎に動作するが、多重化部１９は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　［可逆復号部２２］
　ステップＳ２２において、可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する信号を復号量子化信号として逆量子化部２３へ出力する。可逆復号部２２は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　［逆量子化部２３］
　ステップＳ２３において、逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化信号と、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化信号の各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号をサンプル数Nのフレーム毎の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２５へ出力する。逆量子化部２３は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　［信号後処理部２５］
　信号後処理部２５は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時逆圧伸部２５０での処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を出力する。
　［準瞬時逆圧伸部２５０］
　準瞬時逆圧伸部２５０は、フレーム毎に、信号後処理部２５から入力された復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０での処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を出力する。
　［圧伸代表値算出部２６０］
　ステップＳ２４において、圧伸代表値算出部２６０は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、復号装置２に対応する符号化装置１の代表値算出部１１０と同様にして、Mサンプルによる区間毎に代表値－Ym（m=1, …, N/M）を算出し、圧伸代表値－Ymとして信号逆圧伸部２７０へ出力する。圧伸代表値－Ymの算出方法は、復号装置２に対応する符号化装置１の代表値算出部１１０と同じものを用いる。
　例えば、絶対値平均であれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
とする。
　上述の代表値算出部１１０で挙げたような特徴量で代表値を算出した場合、ここ（圧伸代表値算出部２６０）で算出される圧伸代表値は、符号化装置１での量子化による歪みが無い場合には符号化装置１の代表値算出部１１０で算出された代表値を圧伸関数により変換して得た値に等しくなり、符号化装置１での量子化歪みがあったとしても符号化装置１の代表値算出部１１０で算出された代表値を圧伸関数により変換して得た値とほぼ同じ値になる。したがって、後段の信号逆圧伸部２７０で圧伸関数の逆関数を用いて圧伸代表値を逆変換することにより、元の代表値を推定することができ、補助情報無しで逆圧伸を行うことができる。
　［信号逆圧伸部２７０］
　ステップＳ２５において、信号逆圧伸部２７０は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６０が出力した圧伸代表値－Ym（m=1, …, N/M）と、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、出力する。
　まず、予め定めた圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)を用いて圧伸代表値－Ymを変換する。例えば、対応する符号化装置１の信号圧伸部１２０で圧伸関数f(x)として一般化対数関数を用いたならば、逆関数f-1(y)は以下のものを用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　次に、逆関数f-1(y)による変換後の圧伸代表値f-1(－Ym)および元の圧伸代表値－Ymを用い、Mサンプルによる区間毎に復号重み付信号のサンプル値^Ykを、以下のように出力信号^Xkに変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここでは、最初に逆関数f-1(y)を用いて圧伸代表値－Ymを変換し、その関数値に応じた重みf-1(－Ym)/－Ymとサンプル値^Ykとを乗算することで出力信号^Xkに変形するといった、二段階の演算を行う例を示した。しかしながら、この発明はこのような計算方法に限定されるものではなく、信号圧伸部１２０と同様に、どのような計算方法を行ってもよい。例えば式（15）の演算を一段階で行うような計算を行ってもよい。
　図１７～２０に、第一実施形態の復号方法の後処理により、復号重み付信号が変形される過程の具体例を示す。図１７は復号方法により得られた復号重み付信号^Ykの信号波形である。横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。図１７の例では、0秒から2秒までの復号重み付信号^Ykを示している。図１８は圧伸代表値を算出するために図１７中の点線で区切られた位置で切り出したMサンプルによる区間の復号重み付信号の信号波形である。図１８に示した1.28秒～1.36秒の区間に含まれるMサンプルから圧伸代表値を算出する。図１９は圧伸関数の逆関数による圧伸代表値の関数値に応じて重み付けした後のMサンプルによる区間の出力信号の信号波形である。図１８と比較して、波形の形状は変わらずに振幅の値が変換されていることがわかる。図２０は最終的に信号後処理部から出力される出力信号^Xkの信号波形である。図１７と比較して、全体として逆圧伸されていることがわかる。
　＜第二実施形態＞
　第一実施形態の信号前処理部１０および信号後処理部２５は、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行ったが、準瞬時圧伸による信号の重み付けは周波数領域で行っても聴覚的に量子化歪みを低減することができる。第二実施形態の符号化装置３および復号装置４では、信号前処理部および信号後処理部の処理を周波数領域で行う。
　第二実施形態の符号化装置３は、図５に示すように、信号前処理部１１、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第一実施形態の符号化装置１と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第二実施形態の復号装置４は、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２６を含む。つまり、第一実施形態の復号装置２と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
　信号前処理部１１は、図２１に示すように、周波数変換部１３０、準瞬時圧伸部１０１、および周波数逆変換部１４０を含む。信号後処理部２６は、図２２に示すように、周波数変換部２８０、準瞬時逆圧伸部２５１、および周波数逆変換部２９０を含む。準瞬時圧伸部１０１は、図２３に示すように、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１を含む。準瞬時逆圧伸部２５１は、図２４に示すように、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１を含む。準瞬時圧伸部１０１および準瞬時逆圧伸部２５１は、入出力が周波数スペクトルである点が、第一実施形態の準瞬時圧伸部１００および準瞬時逆圧伸部２５０と異なる点である。
　≪符号化装置３≫
　音声や音楽などの時間領域の音響信号xn（n=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、nはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置３へ入力される。符号化装置３へ入力された音響信号xnは信号前処理部１１へ入力される。
　［信号前処理部１１］
　信号前処理部１１は、フレーム毎に、符号化装置３へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０、準瞬時圧伸部１０１、および周波数逆変換部１４０での処理を行い、重み付信号yn（n=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
　［周波数変換部１３０］
　周波数変換部１３０は、フレーム毎に、信号前処理部１１から入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、例えば以下のような離散コサイン変換を施して周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）に変換し、その周波数スペクトルXkを準瞬時圧伸部１０１へ出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
ただし、xn（n=0, …, N-1）は音響信号のサンプル値を、Xk（k=0, …, N-1）は周波数スペクトルのサンプル値をそれぞれ表す。
　［準瞬時圧伸部１０１］
　準瞬時圧伸部１０１は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部１４０へ出力する。代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１の処理は、第一実施形態の音響信号Xk（k=0, …, N-1）に代えて周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を用い、第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）に代えて重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を得ること以外は、第一実施形態の代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０と同様である。
　［周波数逆変換部１４０］
　周波数逆変換部１４０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１０１が出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を受け取り、例えば以下のような逆離散コサイン変換を施して重み付信号yn（n=0, …, N-1）に変換し、その重み付信号ynを量子化部１７へ出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
ただし、yn（n=0, …, N-1）は重み付信号のサンプル値を表す。
　第二実施形態の重み付信号yn（n=0, …, N-1）は、表記は第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）とは異なるが、第一実施形態と同様に時間領域の重み付信号である。したがって、第二実施形態の量子化部１７以降は第一実施形態と同じ動作をするので、説明を省略する。
　≪復号装置４≫
　［信号後処理部２６］
　信号後処理部２６は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部２８０、準瞬時逆圧伸部２５１、および周波数逆変換部２９０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。第二実施形態の復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）は、表記は異なるが、第一実施形態の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）と同様に、逆量子化部２３が出力した時間領域の復号重み付信号である。
　［周波数変換部２８０］
　周波数変換部２８０は、フレーム毎に、信号後処理部２６から入力された復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０と同様にして、復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）に変換し、その復号重み付周波数スペクトル^Ykを準瞬時逆圧伸部２５１へ出力する。
　［準瞬時逆圧伸部２５１］
　準瞬時逆圧伸部２５１は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１での処理を行い、復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部２９０へ出力する。圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１の処理は、第一実施形態の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）に代えて復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を用い、第一実施形態の出力信号^Xk（k=0, …, N-1）に代えて復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を得ること以外は、第一実施形態の圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０と同様である。
　［周波数逆変換部２９０］
　周波数逆変換部２９０は、フレーム毎に、準瞬時逆圧伸部２５１が出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、周波数逆変換部１４０と同様にして、出力信号^xn（n=0, …, N-1）に変換し、その出力信号^xnを出力する。
　＜第三実施形態＞
　第二実施形態の信号前処理部１１および信号後処理部２６は、周波数領域にて準瞬時圧伸を行った後、時間領域に戻して符号化および復号の処理を行った。第三実施形態では、時間領域に戻さず周波数領域のまま符号化および復号の処理を行う。
　第三実施形態の符号化装置５は、図２５に示すように、信号前処理部１２、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第二実施形態の符号化装置３と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第三実施形態の復号装置６は、図２６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２７を含む。つまり、第二実施形態の復号装置４と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
　信号前処理部１２は、図２７に示すように、周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１を含む。つまり、第二実施形態の信号前処理部１１と比較して、周波数逆変換部１４０を含まず、重み付周波数スペクトルを出力する点が異なる。信号後処理部２７は、図２８に示すように、準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０を含む。つまり、第二実施形態の信号後処理部２６と比較して、周波数変換部２８０を含まず、復号重み付周波数スペクトルが入力される点が異なる。量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３は、第二実施形態の量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３と同様の処理を行うが、時間領域の信号に代えて周波数スペクトルを扱う点が第二実施形態とは異なる。
　≪符号化装置５≫
　［信号前処理部１２］
　信号前処理部１２は、フレーム毎に、符号化装置５へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
　第三実施形態の重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）は周波数領域の信号であり、第二実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）は時間領域の信号であるが、量子化部１７以降は、信号が時間領域であっても周波数領域であっても同様の動作をするので、説明を省略する。
　≪復号装置６≫
　［可逆復号部２２］
　可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する周波数スペクトルを復号量子化周波数スペクトルとして逆量子化部２３へ出力する。
　［逆量子化部２３］
　逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化周波数スペクトルと、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化周波数スペクトルの各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号をサンプル数Nのフレーム毎の復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２７へ出力する。
　［信号後処理部２７］
　信号後処理部２７は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
　＜第四実施形態＞
　第一実施形態の信号前処理部１０および信号後処理部２５は、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行った後、時間領域のまま符号化および復号の処理を行った。第四実施形態では、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行った後、周波数領域に変換して符号化および復号の処理を行う。
　第四実施形態の符号化装置７は、図２５に示すように、信号前処理部１３、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第一実施形態の符号化装置１と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第四実施形態の復号装置８は、図２６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２８を含む。つまり、第一実施形態の復号装置２と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
　信号前処理部１３は、図２９に示すように、準瞬時圧伸部１００および周波数変換部１３０を含む。つまり、第一実施形態の信号前処理部１０と比較して、準瞬時圧伸部１００の後段に周波数変換部１３０を接続し、重み付周波数スペクトルを出力する点が異なる。信号後処理部２８は、図３０に示すように、周波数逆変換部２９０および準瞬時逆圧伸部２５０を含む。つまり、第一実施形態の信号後処理部２５と比較して、準瞬時逆圧伸部２５０の前段に周波数逆変換部２９０を接続し、復号重み付周波数スペクトルが入力される点が異なる。量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３は、第一実施形態の量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３と同様の処理を行うが、時間領域の信号に代えて周波数スペクトルを扱う点が第一実施形態とは異なる。
　≪符号化装置７≫
　音声や音楽などの時間領域の音響信号xn（n=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、nはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置７へ入力される。符号化装置７へ入力された音響信号xnは信号前処理部１３へ入力される。
　［信号前処理部１３］
　信号前処理部１３は、フレーム毎に、符号化装置７へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時圧伸部１００および周波数変換部１３０での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
　［準瞬時圧伸部１００］
　準瞬時圧伸部１００は、フレーム毎に、符号化装置７へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０での処理を行い、重み付信号yn（n=0, …, N-1）を周波数変換部１３０へ出力する。準瞬時圧伸部１００の処理は、音響信号xn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では音響信号Xk（k=0, …, N-1）と表記され、重み付信号yn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では重み付信号Yk（k=0, …, N-1）と表記されていること以外は、上述の第一実施形態と同様である。
　［周波数変換部１３０］
　周波数変換部１３０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１００から入力された重み付信号yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数領域のスペクトルに変換して、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を得て、量子化部１７へ出力する。周波数変換部１３０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
　第四実施形態の重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）は周波数領域の信号であり、第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）は時間領域の信号であるが、量子化部１７以降は、信号が時間領域であっても周波数領域であっても同様の動作をするので、説明を省略する。
　≪復号装置８≫
　［可逆復号部２２］
　可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する周波数スペクトルを復号量子化周波数スペクトルとして逆量子化部２３へ出力する。
　［逆量子化部２３］
　逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化周波数スペクトルと、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化周波数スペクトルの各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号を復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２８へ出力する。
　［信号後処理部２８］
　信号後処理部２８は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、周波数逆変換部２９０および準瞬時逆圧伸部２５０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。
　［周波数逆変換部２９０］
　周波数逆変換部２９０は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、時間領域の信号に変換して、復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を得て、準瞬時逆圧伸部２５０へ出力する。周波数逆変換部２９０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
　［準瞬時逆圧伸部２５０］
　準瞬時逆圧伸部２５０は、フレーム毎に、入力された復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。準瞬時逆圧伸部２５０の処理は、復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）と表記され、出力信号^xn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では出力信号^Xk（k=0, …, N-1）と表記されていること以外は、上述の第一実施形態と同様である。
　＜第一実施形態から第四実施形態のポイント＞
　第一実施形態では時間領域で前処理および後処理を行い、時間領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第二実施形態では周波数領域で前処理および後処理を行い、時間領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第三実施形態では周波数領域で前処理および後処理を行い、周波数領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第四実施形態では時間領域で前処理および後処理を行い、周波数領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。すなわち、この発明では、前処理および後処理と、符号化処理および復号処理は、周波数領域と時間領域の任意の組み合わせで実施することができる。言い替えると、この発明の前処理および後処理は、周波数領域の符号化処理および復号処理と時間領域の符号化処理および復号処理とのどちらに対しても適用可能なものである。
　＜第五実施形態＞
　準瞬時圧伸の処理を行う複数サンプルの区間は予め決めた長さであればどのように定めても補助情報を用いずに逆変換を行うことができる。しかしながら、聴覚品質を考慮すると、準瞬時圧伸の処理を行う複数サンプルの区間をより適切に定めることができる。
　人間の聴覚は各周波数の振幅を対数的に感じ取っているため、その観点ではサンプル毎に個々に重み付けした方がよい。しかしながら、ピーク周辺の周波数はピークの値に引きずられて重みが小さくなるべきであるため、その観点では複数サンプルをまとめて重み付けした方がよい。一方、人間の聴覚の周波数解像度は低周波数において高く、高周波数において低いことが知られている。そこで、第五実施形態では低周波数での処理区間を細かく、高周波数での処理区間を粗く設定することで、聴覚品質を考慮しながらより効率的な重み付けを実現する。
　≪符号化装置≫
　第五実施形態の符号化装置は、第二実施形態の符号化装置３もしくは第三実施形態の符号化装置５において、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１の処理を以下のように変更したものである。
　［代表値算出部１１１］
　代表値算出部１１１は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、各フレームの周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間（周波数区間）に分割し、その区間毎に代表値－Xm（m=1, …, L）を算出し、信号圧伸部１２１へ出力する。このとき、各区間に含まれるサンプル数は任意に定めることができる。例えば、K0, …, KL（0=K0<…<KL=N-1）をフレーム内のサンプルの番号を表すものとし、L個の区間を[K0  K1], [K1  K2], …, [KL-1  KL]のように定義する。[Km-1  Km]は、フレーム内の(Km-1+1)番目のサンプルからKm番目のサンプルまでをm番目の区間として定義することを表している。このとき、代表値－Xm（m=1, …, L）は、例えば絶対値平均を用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
として算出する。
　L個の区間それぞれに含まれるサンプル数をMm（m=1, …, L、ただしM1≦M2≦…≦ML）としたとき、例えばM1<…<MLとなるように[Km-1  Km]を定義することで、低周波数ほど細かく処理区間を設定し、高周波数ほど粗い処理区間を設定することができる。なお、M1=M2=…=MLの場合は、上記第一～第四実施形態と等しい構成となる。
　［信号圧伸部１２１］
　信号圧伸部１２１は、フレーム毎に、代表値算出部１１１が出力した代表値－Xm（m=1, …, L）と、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部１４０へ出力する。
　圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(－Xm)および元の代表値－Xmを用い、予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間毎に周波数スペクトルのサンプル値Xkを、以下のように重み付周波数スペクトルYkに変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　≪復号装置≫
　第五実施形態の復号装置は、第二実施形態の復号装置４において、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１の処理を以下のように変更したものである。
　［圧伸代表値算出部２６１］
　圧伸代表値算出部２６１は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１１と同様にして、各フレームの復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間（周波数区間）に分割し、その区間毎に代表値－Ym（m=1, …, L）を算出し、圧伸代表値－Ymとして信号逆圧伸部２７１へ出力する。圧伸代表値－Ymの算出方法は代表値算出部１１１と同じものを用いる。
　圧伸代表値－Ym（m=1, …, L）は、例えば、絶対値平均であれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
として算出する。
　［信号逆圧伸部２７１］
　信号逆圧伸部２７１は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６１が出力した圧伸代表値－Ym（m=1,…,M'）と、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部２９０へ出力する。
　圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)による変換後の圧伸代表値f-1(－Ym)および元の圧伸代表値－Ymを用い、所定のMサンプルの区間毎に復号重み付周波数スペクトルのサンプル値^Ykを、以下のように復号周波数スペクトル^Xkのサンプル値に変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　図３１に、第五実施形態の符号化方法の前処理により低周波数ほど細かく、高周波数ほど粗く区間分けして信号圧伸したときの周波数スペクトルの具体例を示す。図３１の例では、例えば0～2000Hzの周波数帯は５個の区間に分けられ、例えば5000Hz～8000Hzの周波数帯ではすべて１個の区間に含まれており、低周波数ほど細かく、高周波数ほど粗くなるように処理区間が設定されていることがわかる。
　＜第六実施形態＞
　フレーム内でスペクトルに起伏がなく、一様に大きな値を示すような信号に対して、細かく区間を区切って準瞬時圧伸を行った場合、フレーム内のスペクトルの値を一様に小さくしてしまい、量子化の性能に悪影響を与える場合がある。第六実施形態では、その対策として、準瞬時圧伸の処理を階層的に用いる。例えば、まずフレーム内の粗い区間で準瞬時圧伸を行い、エネルギーの高い区間については例えば圧伸関数の逆関数を用いて値を高めておく。その後、より細かい区間で準瞬時圧伸を行う。逆変換では、まず細かい区間で準瞬時逆圧伸を行い、その後、粗い区間で準瞬時逆圧伸を行うことで元の周波数スペクトルを求める。
　≪符号化装置≫
　第六実施形態の符号化装置は、第二実施形態の符号化装置３において、準瞬時圧伸部１０１の処理を以下のように変更したものである。ただし、第六実施形態の構成を適用できるのは第二実施形態に限定されず、第一実施形態から第五実施形態のすべての実施形態について適用することができる。第六実施形態の準瞬時圧伸部１０２は、図３２に示すように、代表値算出部１１２および信号圧伸部１２２を含み、信号圧伸部１２２の出力が代表値算出部１１２へ入力されるように構成される。
　［準瞬時圧伸部１０２］
　準瞬時圧伸部１０２は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１２および信号圧伸部１２２での処理を所定の回数繰り返し行った後、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部１４０へ出力する。
　［代表値算出部１１２］
　代表値算出部１１２は、フレーム毎に、処理対象とする周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、Mサンプルの区間毎に代表値－Xm（m=1, …, N/M）を算出し、信号圧伸部１２２へ出力する。代表値算出部１１２は、１回目の実行時には、準瞬時圧伸部１０２から入力された周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、信号圧伸部１２２が出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取る。
　代表値－Xm（m=1,…,M）は、例えば、絶対値平均であれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
として算出する。
　代表値算出部１１２が代表値を求める区間のサンプル数Mは、繰り返しの度に毎回異なるものを用いるように構成してもよい。例えば、１回目にはM=N/2のように処理区間が粗くなるようにし、２回目にはM=N/8のように処理区間が細かくなるようにする。
　［信号圧伸部１２２］
　信号圧伸部１２２は、フレーム毎に、代表値算出部１１２が出力した代表値－Xm（m=1, …, N/M）と、処理対象とする周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部１４０へ出力する。信号圧伸部１２２は、１回目の実行時には、準瞬時圧伸部１０２から入力された周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、前回の実行時に出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を保存しておき、処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として利用する。
　圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(－Xm)および元の代表値－Xmを用い、Mサンプルの区間毎に周波数スペクトルのサンプル値~Xkを、以下のように重み付周波数スペクトルYkに変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　信号圧伸部１２２が用いる圧伸関数f(x)は、繰り返しの度に毎回異なるものを用いるように構成してもよい。例えば、１回目には圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)を用い、２回目には圧伸関数f(x)を用いるようにする。
　≪復号装置≫
　第六実施形態の復号装置は、第二実施形態の復号装置４において、準瞬時逆圧伸部２５１の処理を以下のように変更したものである。ただし、第六実施形態の構成を適用できるのは第二実施形態に限定されず、第一実施形態から第五実施形態のすべての実施形態について適用することができる。第六実施形態の準瞬時逆圧伸部２５２は、図３３に示すように、圧伸代表値算出部２６２および信号逆圧伸部２７２を含み、信号逆圧伸部２７２の出力が圧伸代表値算出部２６２へ入力されるように構成される。
　［準瞬時逆圧伸部２５２］
　準瞬時逆圧伸部２５２は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６２および信号逆圧伸部２７２での処理を所定の回数繰り返し行い、復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部２９０へ出力する。
　［圧伸代表値算出部２６２］
　圧伸代表値算出部２６２は、フレーム毎に、処理対象とする周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２と同様にして、Mサンプルの区間毎に代表値－Ym（m=1, …, N/M）を算出し、圧伸代表値－Ymとして信号逆圧伸部２７２へ出力する。圧伸代表値－Ymの算出方法は復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２と同じものを用いる。圧伸代表値算出部２６２は、１回目の実行時には、準瞬時逆圧伸部２５２から入力された復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、信号逆圧伸部２７２が出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取る。
　圧伸代表値－Ym（m=1, …, N/M）は、例えば、絶対値平均であれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
として算出する。
　圧伸代表値算出部２６２が圧伸代表値を求める区間のサンプル数Mは、繰り返しの度に復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２が用いたサンプル数Mに対応するものを用いるように構成する。例えば、１回目にはM=N/8のように処理区間が細かくなるようにし、２回目にはM=N/2のように処理区間が粗くなるようにする。
　［信号逆圧伸部２７２］
　信号逆圧伸部２７２は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６２が出力した圧伸代表値－Ym（m=1, …, N/M）と、処理対象とする周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部２９０へ出力する。信号逆圧伸部２７２は、１回目の実行時には、準瞬時逆圧伸部２５２から入力された復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、前回の実行時に出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を保存しておき、処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として利用する。
　圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)により変換した圧伸代表値f-1(－Ym)および元の圧伸代表値－Ymを用い、所定のMサンプルの区間毎に復号重み付周波数スペクトルのサンプル値^Ykを、以下のように復号周波数スペクトル^Xkのサンプル値に変形する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　信号逆圧伸部２７２が用いる圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)は、繰り返しの度に信号圧伸部１２２が用いた圧伸関数f(x)に対応する逆関数を用いるように構成する。例えば、１回目には圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)に対する逆関数として圧伸関数f(x)を用い、２回目には圧伸関数f(x) に対する逆関数として圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)を用いるようにする。
　図３４に、第六実施形態の符号化方法の前処理により、代表値算出と信号圧伸の処理を複数回繰り返したときの周波数スペクトルの具体例を示す。図３４の例では、繰り返しのたびに各区間に含まれるサンプル数Mを異なるように構成している。具体的には、１回目の処理では１フレームが２個の区間に分かれるようにM=N/2に設定し、２回目の処理では１フレームが８個の区間に分かれるようにM=N/8に設定している。
　＜第七実施形態＞
　上述の各実施形態で説明した符号化装置１、７が備える準瞬時圧伸部１００、符号化装置３、５が備える準瞬時圧伸部１０１、復号装置２、８が備える準瞬時逆圧伸部２５０、および復号装置４、６が備える準瞬時逆圧伸部２５１は、独立したサンプル列変形装置として構成することも可能である。
　準瞬時圧伸部１０１を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３３は、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３５に示すように、代表値算出部１１１と信号圧伸部１２１とを含む。代表値算出部１１１は、所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域サンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する。信号圧伸部１２１は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、周波数領域サンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、重み付周波数領域信号のサンプル列として得る。
　準瞬時逆圧伸部２５１を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３４は、復号音響信号に対応する周波数領域信号に対応する重み付周波数領域信号を復号により得る復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号音響信号に対応する周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を復号により得る復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３６に示すように、圧伸代表値算出部２６１と信号逆圧伸部２７１とを含む。圧伸代表値算出部２６１は、所定時間区間ごとに、重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する。信号逆圧伸部２７１は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る。
　準瞬時圧伸部１００を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３１は、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３５に示すように、代表値算出部１１０と信号圧伸部１２０とを含む。代表値算出部１１０は、所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する。信号圧伸部１２０は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、重み付音響信号のサンプル列として得る。
　準瞬時逆圧伸部２５０を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３２は、復号音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号を復号により得る復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号音響信号に対応する周波数領域の重み付音響信号を復号により得る復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３６に示すように、圧伸代表値算出部２６０と信号逆圧伸部２７０とを含む。圧伸代表値算出部２６０は、所定時間区間ごとに、時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する。信号逆圧伸部２７０は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る。
　サンプル列変形装置３３、３４は、複数サンプルによる区間が、低周波数に対応する区間であるほど含まれるサンプル数が少なく、高周波数に対応する区間であるほど含まれるサンプル数が多くなるように設定されたサンプル列変形装置３５として構成することができる。
　サンプル列変形装置３１～３５は、入力音響信号の複数サンプルによる区間ごとに代表値を算出することと、算出した代表値の関数値に応じた重みとサンプル列の各サンプルとを乗算することを、所定の回数繰り返し実行するサンプル列変形装置３６として構成することができる。
　＜第八実施形態＞
　フレーム毎の符号長の上限が一定であると、入力される信号のフレーム毎の統計的性質等に依存して圧縮効率が変動し、量子化幅が小さくできるフレームや、大きな量子化幅を用いざるを得ないフレームが現れる。中でも圧縮効率が高く、量子化幅が小さくできるようなフレームにおいては、前処理及び後処理を行わずとも量子化誤差が聴覚的に十分に小さいことが多い。準瞬時圧伸による前処理及び準瞬時逆圧伸による後処理は、復号信号の波形の二乗誤差のような数値的誤差を大きくする代わりに聴覚的な歪を低減するような性質をもっている。従って、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の小さいフレームについては、信号の前処理及び後処理を用いて聴覚的な歪を低減しようとするよりも、前処理及び後処理を用いず単純な復号信号の波形の数値的誤差を下げることを目指したほうが、復号信号を再び圧縮したり加工したりする際には都合がよい。
　そこで、第八実施形態では、準瞬時圧伸及び準瞬時逆圧伸による信号の前処理及び後処理を行うか否かを、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づいてフレーム毎に選択する。
　なお、第八実施形態は、第一実施形態、第二実施形態、第五実施形態、これらの実施形態に適用した第六実施形態、に適用することができる。
　第八実施形態の符号化装置および復号装置によれば、符号化装置においては入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づき信号の前処理の有無を選択し、復号装置においては復号により得た量子化幅に基づき後処理の有無を選択することにより、符号化装置で前処理のなされたフレームのみに対して、符号化装置が行った前処理に対応する後処理を施すことができる。すなわち、符号化装置が行った符号化処理に対応する復号処理を復号装置が行うことが可能となる。
　≪符号化装置４１≫
　第八実施形態の符号化装置の一例として、第一実施形態の符号化装置１を変更したものについて説明する。第八実施形態の符号化装置４１は、図３７に示すように、信号前処理部５１、量子化部５２、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。第八実施形態の符号化装置４１は、量子化部５２が行う処理が複雑であるため、図３９を参照して、第八実施形態の符号化装置４１が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
　ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４１へ入力される。符号化装置４１へ入力された音響信号Xkは、まず、量子化部５２へ入力される。
　［量子化部５２：ステップＳ５１とＳ５２］
　ステップＳ５１において、量子化部５２は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化し、量子化信号を得る。ステップＳ５１においては、量子化部５２は、例えば、従来技術と同様に、音響信号Xkを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅は、例えば、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
　ステップＳ５２において、量子化部５２は、ステップＳ５１で量子化に使用した量子化幅が所定の閾値よりも小さかった、または所定の閾値以下であったフレームについては、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へ、それぞれ出力し、それ以外のフレームについては、当該フレームの信号前処理部を動作させるための情報を信号前処理部５１へ出力する。
　［信号前処理部５１］
　信号前処理部５１は、量子化部５２から当該フレームの信号前処理部を動作させるための情報が入力された場合、すなわち、当該フレームの音響信号の量子化幅が所定の閾値以上であるか所定の閾値を超えている場合に限り、符号化装置４１へ入力された音響信号Xkを受け取り、第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部５２へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
　［量子化部５２：ステップＳ１４］
　ステップＳ１４において、量子化部５２は、信号前処理部５１が重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を出力したフレーム、すなわち、当該フレームの音響信号の量子化幅が所定の閾値以上であるか所定の閾値を超えているフレームについて、信号前処理部５１が出力した当該フレームの重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように重み付信号Ykをスカラー量子化し、量子化信号を出力する。ステップＳ１４においては、量子化部５２は、例えば、従来技術と同様に、重み付信号Ykを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅は、例えば、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
　ステップＳ１４の探索により求まる量子化幅は、ほとんどの場合は、ステップＳ５１の探索により求まる量子化幅より大きな値となり、ステップＳ５２における閾値よりも大きな値となる。なお、ステップＳ１４の探索により求まる量子化幅が、ステップＳ５２における閾値よりも小さな値または閾値以下の値とならないようにするためには、ステップＳ１４の探索により求める量子化幅の下限値をステップＳ５２における閾値以上の値または閾値より大きな値とすればよい。
　量子化部５２は、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へ、それぞれ出力する。
　［可逆符号化部１８、多重化部１９］
　可逆符号化部１８が行うステップＳ１５、多重化部１９が行うステップＳ１６は第一実施形態と同様である。
　≪復号装置４２≫
　第八実施形態の復号装置の一例として、第一実施形態の復号装置２を変更したものについて説明する。第八実施形態の復号装置４２は、図３８に示すように、多重分離部６１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、判定部６２、および信号後処理部６３を含む。以下では、図４０を参照して、第八実施形態の復号装置４２が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
　［多重分離部６１］
　ステップＳ２１において、多重分離部６１は、復号装置４２へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３及び判定部６２へ、それぞれ出力する。量子化幅を復号により得る処理は多重分離部２１と同様である。
　［可逆復号部２２、逆量子化部２３］
　可逆復号部２２が行うステップＳ２２及び逆量子化部２３が行うステップＳ２３は第一実施形態と同様である。
　［判定部６２］
　ステップＳ６１において、判定部６２は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）及び多重分離部６１が出力した量子化幅を受け取り、量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下であるフレームについては、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）をそのまま出力信号^Xk（k=0, …, N-1）として出力し、それ以外のフレームについては、当該フレームの信号後処理部を動作させるための情報と逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を信号後処理部６３へ出力する。
　［信号後処理部６３］
　信号後処理部６３は、判定部６２から当該フレームの信号後処理部を動作させるための情報が入力された場合、すなわち、量子化幅が所定の閾値を超えているまたは所定の閾値以上であるフレームについて、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、第一実施形態の信号後処理部２５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力する。（ステップＳ２４、Ｓ２５）
　＜第九実施形態＞
　第一実施形態の符号化装置で用いた式（７）において、準瞬時圧伸の程度を指定するパラメータγは、対数的な準瞬時圧伸を指定するγ＝０から準瞬時圧伸無しを指定するγ＝１へと、連続的に調節することができる。信号の前処理及び後処理は、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化の精度が粗いところほど必要となり、量子化の精度が細かいところほど不要となる傾向にあることから、フレーム毎に準瞬時圧伸の程度を適応的に変化させることで、より信号に即した重み付けを施すことが可能となる。
　そこで、第九実施形態の符号化装置は、信号の前処理における準瞬時圧伸の程度を、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づいてフレーム毎に選択し、選択した準瞬時圧伸の程度を指定する係数を復号装置に送る。第九実施形態の復号装置は、符号化装置から送られた準瞬時圧伸の程度を指定する係数を基に、信号の後処理における準瞬時逆圧伸の程度をフレーム毎に選択する。これらの処理により、復号装置においても、準瞬時圧伸の程度を指定する係数を基に、符号化装置で信号の前処理に用いた準瞬時圧伸の程度を判断し、符号化装置が行った前処理に対応する後処理を施すことができる。すなわち、符号化装置が行った符号化処理に対応する復号処理を復号装置が行うことが可能となる。以下では、一例として、式（７）におけるγを準瞬時圧伸の程度を指定する係数とする例を説明する。以下では、準瞬時圧伸の程度を指定する係数であるγを圧伸係数とも呼ぶ。
　なお、第九実施形態は、第一実施形態から第六実施形態のすべての実施形態に適用することができる。
　≪符号化装置４３≫
　第九実施形態の符号化装置の一例として、第一実施形態の符号化装置１を変更したものについて説明する。第九実施形態の符号化装置４３は、図４１に示すように、量子化幅算出部５３、圧伸係数選択部５４、信号前処理部５５、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部５６を含む。以下、図４２を参照して、第九実施形態の符号化装置４３が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
　ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４３へ入力される。符号化装置４３へ入力された音響信号Xkは、まず、量子化幅算出部５３へ入力される。
　［量子化幅算出部５３］
　ステップＳ５３において、量子化幅算出部５３は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化するための量子化幅を得る。量子化幅算出部５３は、得た量子化幅を圧伸係数選択部５４へ出力する。
　ステップＳ５３においては、量子化幅算出部５３は、量子化幅を、例えば、可逆符号化による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
　また、例えば、ステップＳ５３においては、量子化幅算出部５３は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）のエントロピーと目標符号長とから量子化幅の推定値を算出し、算出した量子化幅の推定値を量子化幅として圧伸係数選択部５４へ出力してもよい。
　［圧伸係数選択部５４］
　ステップＳ５４において、圧伸係数選択部５４は、フレーム毎に、量子化幅算出部５３が出力した量子化幅を受け取り、圧伸係数選択部５４に予め記憶された複数個の圧伸係数γの候補値の中から量子化幅の値に対応する１つの候補値を圧伸係数γとして選択する。γの選択は、例えば、０≦γ≦１の範囲で量子化幅の値に反比例する値をγとして選ぶなどにより、量子化幅が大きなフレームではγ＝０に近い値を、量子化幅が小さなフレームではγ＝１に近い値を選択する。つまり、音響信号の量子化精度が低いフレームでは、より圧伸後の重み付音響信号、または入力音響信号に対応する重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になるような圧伸関数を、音響信号の量子化精度が高いフレームでは、圧伸の前後における入力音響信号と重み付音響信号、または入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と重み付周波数領域信号のサンプル列間の違いがより小さくなるような圧伸関数を、それぞれ指定するような圧伸係数を選択する。圧伸係数選択部５４は、選択により得た圧伸係数γを信号前処理部５５及び多重化部５６へ出力する。
　［信号前処理部５５］
　信号前処理部５５は、フレーム毎に、符号化装置４３へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）と圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数γを受け取り、音響信号Xkに対して入力された圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
　［量子化部１７、可逆符号化部１８］
　量子化部１７が行うステップＳ１４、可逆符号化部１８が行うステップＳ１５は第一実施形態と同様である。
　［多重化部５６］
　ステップＳ５５において、多重化部５６は、量子化部１７が出力した量子化幅と、可逆符号化部１８が出力した信号符号と、圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数と、を受け取り、量子化幅に対応する符号である量子化幅符号と、圧伸係数に対応する符号である圧伸係数符号と、信号符号と、を合わせて出力符号として出力する。量子化幅符号は、量子化幅の値を符号化することにより得る。量子化幅の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。圧伸係数符号は、圧伸係数の値を符号化することにより得る。圧伸係数の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。多重化部５６は、信号前処理部５５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部５５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
　≪符号化装置４３の変形例≫
　第九実施形態の符号化装置４３の変形例として、量子化幅算出部５３に代えて入力信号量子化部５７を備える例を説明する。第九実施形態の変形例の符号化装置４５は、図４３に示すように、入力信号量子化部５７、圧伸係数選択部５４、信号前処理部５５、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部５６を含む。以下、図４４を参照して、第九実施形態の変形例の符号化装置４５が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
　ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４５へ入力される。符号化装置４５へ入力された音響信号Xkは、まず、入力信号量子化部５７へ入力される。
　［入力信号量子化部５７］
　ステップＳ５７において、入力信号量子化部５７は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化するための量子化幅と、音響信号Xkを量子化幅でスカラー量子化した量子化信号と、を得る。ステップＳ５７においては、入力信号量子化部５７は、例えば、従来技術と同様に、音響信号Xkを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅を得る方法は第九実施形態の符号化装置４３の量子化幅算出部５３と同じである。入力信号量子化部５７は、得た量子化幅を圧伸係数選択部５４および多重化部５６へ、量子化信号を可逆符号化部１８へ、それぞれ出力する。ただし、このうち量子化幅の多重化部５６への出力と量子化信号の可逆符号化部１８への出力は、圧伸係数選択部５４による制御に従う。
　［圧伸係数選択部５４］
　圧伸係数選択部５４が行うステップＳ５４は第九実施形態の符号化装置４３と同様である。
　圧伸係数選択部５４は、ステップＳ５６において、圧伸係数γが１でない場合には、選択により得た圧伸係数γを信号前処理部５５へ出力し、圧伸係数γが１である場合には、入力信号量子化部５７が得た量子化信号を可逆符号化部１８に入力し、入力信号量子化部５７が得た量子化幅を多重化部５６に入力するように制御する。また、圧伸係数選択部５４は、圧伸係数γを多重化部５８へ出力する。
　［信号前処理部５５］
　信号前処理部５５には、圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数γが入力される。信号前処理部５５は、圧伸係数γが１でない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合のみ、フレーム毎に、符号化装置４５へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、音響信号xnに対して入力された圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
　［量子化部１７］
　量子化部１７が行うステップＳ１４は第九実施形態の符号化装置４３と同じである。ただし、ステップＳ１４は、圧伸係数γが１でない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合にのみ行われる。
　［可逆符号化部１８、多重化部５６］
　可逆符号化部１８が行うステップＳ１５、多重化部５６が行うステップＳ５５は第九実施形態の符号化装置４３と同様である。
　≪復号装置４４≫
　第九実施形態の復号装置の一例として、第一実施形態の復号装置２を変更したものについて説明する。第九実施形態の復号装置４４は、図４５に示すように、多重分離部６４、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部６５を含む。以下では、図４６を参照して、第九実施形態の復号装置４４が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
　［多重分離部６４］
　ステップＳ６２において、多重分離部６４は、復号装置４４へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、圧伸係数符号に対応する圧伸係数γを信号後処理部６５へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３へ、それぞれ出力する。
　［可逆復号部２２、逆量子化部２３］
　可逆復号部２２が行うステップＳ２２及び逆量子化部２３が行うステップＳ２３は第一実施形態と同様である。
　［信号後処理部６５］
　信号後処理部６５は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）及び、多重分離部６４が出力した圧伸係数γを受け取り、復号重み付信号^Ykに対して圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号後処理部６５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力する。（ステップＳ２４、Ｓ２５）
　なお、圧伸係数γが１である場合には、復号重み付信号^Ykと出力信号^Xkは同じである。そこで、圧伸係数γが１ではない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合にのみ、復号重み付信号^Ykに対して、圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号後処理部２５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力し、それ以外の場合、すなわち、圧伸係数γが１ある場合には、復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）をそのまま出力信号^Xk（k=0, …, N-1）として出力してもよい。
　＜第十実施形態＞
　第八実施形態の符号化装置および復号装置を、第七実施形態で説明したサンプル列変形装置を用いて、信号符号化装置および信号復号装置として構成することも可能である。
　第七実施形態のサンプル列変形装置を用いた信号符号化装置は、以下のように構成する。この信号符号化装置７１は、例えば、図４７に示すように、第七実施形態のサンプル列変形装置３１または３３と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化装置５０と、を含む。符号化装置５０は、例えば、第八実施形態の符号化装置４１の信号前処理部５１以外に対応する処理を行い、サンプル列変形装置３１または３３は、例えば、第八実施形態の符号化装置４１の信号前処理部５１に対応する処理を行う。信号符号化装置７１は、所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を符号化装置５０で得て、得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を符号化対象信号として符号化装置５０で符号化し、それ以外の時間区間については、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号をサンプル列変形装置３１または３３に入力し、サンプル列変形装置３１または３３が得た重み付音響信号または重み付周波数領域信号のサンプル列を符号化対象信号として符号化装置５０で符号化する。
　第七実施形態のサンプル列変形装置を用いた信号復号装置は、以下のように構成する。この信号復号装置７２は、例えば、図４８に示すように、第七実施形態のサンプル列変形装置３２または３４と、信号符号を復号して復号信号を得る復号装置６０と、を含む。復号装置６０は、例えば、第八実施形態の復号装置４２の信号後処理部６３以外に対応する処理を行い、サンプル列変形装置３２または３４は、例えば、第八実施形態の復号装置４２の信号後処理部６３に対応する処理を行う。信号復号装置７２は、所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を復号装置６０で得て、得られた量子化幅が所定の閾値より小さい、または所定の閾値以下である時間区間については、信号符号を復号装置６０で復号して得た信号を復号音響信号、または復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、それ以外の時間区間については、復号装置６０が得た信号をサンプル列変形装置３２または３４に入力して復号音響信号、または復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る。
　＜第十一実施形態＞
　第九実施形態の考え方を、第七実施形態で説明したサンプル列変形装置３１または３３に適用させて、サンプル列変形装置３７として構成することができる。このサンプル列変形装置３７は、サンプル列変形装置３１または３３において、第九実施形態で説明した量子化幅算出部と、圧伸係数選択部５４が選択する圧伸係数に対応する圧伸関数を選択する処理を行う圧伸関数選択部とをさらに含むように構成する。量子化幅算出部は、所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る。圧伸関数選択部は、所定時間区間ごとに、圧伸関数として、量子化幅が小さいほど、入力音響信号と重み付音響信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、または／および、量子化幅が大きいほど、重み付音響信号または重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、圧伸関数を選択する。
　＜発明のポイント＞
　準瞬時圧伸は、補助的な情報を追加せずに、次の２つの性質を持つ変換を行うことができる。１．フレーム内において、信号の値または信号の周波数スペクトルの値が、大きいものには相対的に小さな重みをかけ、小さなものには相対的に大きな重みをかける。２．フレーム内において、信号または信号の周波数スペクトルのピーク近傍には、ピークと同じように相対的に小さな重みをかける。以下、上記の構成により、これらが実現される理由を説明する。
　まず、図４９を用いて、原信号と量子化誤差の関係から、準瞬時圧伸を行うことで聴覚品質が向上することを説明する。図４９（Ａ）は原信号をそのまま時間領域で等間隔量子化した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。この場合、平坦なスペクトルの量子化誤差が生じ耳障りであるため聴覚品質が低下する。図４９（Ｂ）は原信号を圧伸した圧伸原信号を時間領域で等間隔量子化した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。圧伸原信号と量子化誤差とが同様の平坦なスペクトルとなっていることがわかる。図４９（Ｃ）は図４９（Ｂ）を逆圧伸した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。この場合、原信号のスペクトルの傾きに沿った量子化誤差となるため、ノイズが聞こえにくくなり、聴覚品質が向上する。
　準瞬時圧伸では所定区間内のサンプル毎に代表値を求め、その代表値を基に
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
のように、区間内において音響信号もしくは周波数スペクトルXkに対して定数倍を行う。ここで、圧伸関数f(x)を例えば対数関数とし、代表値の決め方を二乗平均の平方根とすると、この変換はエネルギーの高い区間では小さい値による定数倍、エネルギーの低い区間では大きな値による定数倍に相当する。したがって、大きなサンプル値が多いほどその区間は変換により圧縮され、小さいサンプル値が多いほどその区間は変換により伸長される。また、同様の理由より、大きなサンプル値の近傍のサンプル値は小さいサンプル値の近傍のサンプル値よりも変換により圧縮される。
　復号装置には上記変換で生成された重み付信号もしくは重み付周波数スペクトルYkの値のみが伝わるため、一般的な決め方では代表値-Xmの値が求まらず、逆変換を行うことはできない。しかし、代表値を決める関数
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
が絶対値平均のように１次の正斉次性を満たすのであれば、（つまり、
である関数gが任意のα（>0）について
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
を満たすのであれば、）Ykの値から同じように代表値を求めると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
のように圧伸された代表値が得られる。この圧伸代表値を逆関数で変形することにより、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
のように復号装置でも元の代表値が求まる。この値を基に逆変換を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
のように行うことで、補助情報を使用せずに元のサンプル値を得ることができる。
　もちろん圧伸の行われたYkが途中で量子化され、誤差が生じると元の代表値は正しく求まらないが、量子化されたYkに対して上記と同様な処理を行うことにより、代表値-Xmの推定値は算出でき、その値を基に逆変換を行うことができる。
　＜発明の効果＞
　上記のように構成することにより、この発明によれば、補助的な情報を追加することなく、音声音響信号に合わせて聴覚特性に適った重み付けを施し、不可逆圧縮符号化の効率を上げることができる。また、第五実施形態の構成によれば、準瞬時圧伸に用いる区間を低周波数では細かく、高周波数では粗く設定することにより、さらに聴覚特性に適った重み付けが実現できる。また、第六実施形態の構成によれば、異なる準瞬時圧伸を複数回用いることにより、より複雑な圧伸を実現し、重み付けの効率を上げることができる。
　以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等があっても、この発明に含まれることはいうまでもない。
［プログラム、記録媒体］
　上記実施形態で説明した各装置における各種の処理機能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、上記各装置における各種の処理機能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。
　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憶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。
　このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
　また、この形態では、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、本装置を構成することとしたが、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。

Claims (17)

  1. 　入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、
    　所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出部と、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、
    　を含むサンプル列変形装置。
  2. 　復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、
    　所定時間区間ごとに、上記重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、
    　を含むサンプル列変形装置。
  3. 　入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、
    　所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出部と、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、
    　を含むサンプル列変形装置。
  4. 　復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、
    　所定時間区間ごとに、上記時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、
    　を含むサンプル列変形装置。
  5. 　請求項１または２に記載のサンプル列変形装置であって、
    　上記複数サンプルによる周波数区間は、低周波数に対応する周波数区間であるほど含まれるサンプル数が少なく、高周波数に対応する周波数区間であるほど含まれるサンプル数が多くなるように設定される、
    　サンプル列変形装置。
  6. 　請求項１から５のいずれかに記載のサンプル列変形装置であって、
    　上記複数サンプルによる区間ごとに上記代表値を算出することと、上記算出した代表値の関数値に応じた重みと上記サンプル列の各サンプルとを乗算することを、所定の回数繰り返し実行するものである、
    　サンプル列変形装置。
  7. 　請求項１または３に記載のサンプル列変形装置であって、
    　上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る量子化幅算出部と、
    　上記所定時間区間ごとに、上記圧伸関数として、
    上記量子化幅が小さいほど、上記入力音響信号と上記重み付音響信号、または、上記入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と上記重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、
    または／および、
    上記量子化幅が大きいほど、上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、
    圧伸関数を選択する圧伸関数選択部と、
    　を更に含むサンプル列変形装置。
  8. 　請求項１または３に記載のサンプル列変形装置と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化装置と、を含む信号符号化装置であって、
    　上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得て、
    　得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記符号化対象信号として上記符号化装置で符号化し、
    　それ以外の時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記サンプル列変形装置に入力し、上記サンプル列変形装置が得た上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列を上記符号化対象信号として上記符号化装置で符号化する
    　信号符号化装置。
  9. 　請求項２または４に記載のサンプル列変形装置と、信号符号を復号して復号信号を得る復号装置と、を含む信号復号装置であって、
    　上記所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を得て、
    　得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記信号符号を上記復号装置で復号して得た信号を上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、
    　それ以外の時間区間については、上記復号装置が得た信号を上記サンプル列変形装置に入力して上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る
    　信号復号装置。
  10. 　入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形方法であって、
    　所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出ステップと、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸ステップと、
    　を含むサンプル列変形方法。
  11. 　復号により得た重み付周波数領域信号、または、復号により得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形方法であって、
    　所定時間区間ごとに、上記重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出ステップと、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸ステップと、
    　を含むサンプル列変形方法。
  12. 　入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形方法であって、
    　所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出ステップと、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸ステップと、
    　を含むサンプル列変形方法。
  13. 　復号により得た時間領域の重み付音響信号、または、復号により得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形方法であって、
    　所定時間区間ごとに、上記時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出ステップと、
    　上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸ステップと、
    　を含むサンプル列変形方法。
  14. 　請求項１０または１２に記載のサンプル列変形方法であって、
    　上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る量子化幅算出ステップと、
    　上記所定時間区間ごとに、上記圧伸関数として、
    上記量子化幅が小さいほど、上記入力音響信号と上記重み付音響信号、または、上記入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と上記重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、
    または／および、
    上記量子化幅が大きいほど、上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、
    圧伸関数を選択する圧伸関数選択ステップと、
    　を更に含むサンプル列変形方法。
  15. 　請求項１０または１２に記載のサンプル列変形方法と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化方法と、を含む信号符号化方法であって、
    　上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得て、
    　得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記符号化対象信号として上記符号化方法で符号化し、
    　それ以外の時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記サンプル列変形方法に入力し、上記サンプル列変形方法が得た上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列を上記符号化対象信号として上記符号化方法で符号化する
    　信号符号化方法。
  16. 　請求項１１または１３に記載のサンプル列変形方法と、信号符号を復号して復号信号を得る復号方法と、を含む信号復号方法であって、
    　上記所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を得て、
    　得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記信号符号を上記復号装置で復号して得た信号を上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、
    　それ以外の時間区間については、上記復号装置が得た信号を上記サンプル列変形方法に入力して上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る
    　信号復号方法。
  17. 　請求項１から７のいずれかに記載のサンプル列変形装置または請求項８に記載の信号符号化装置または請求項９に記載の信号復号装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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