JP3636094B2 - 信号符号化装置及び方法、並びに信号復号装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置及びその方法、並びに符号化された直交変換係数を復号する信号復号装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、オーディオ信号（音声信号や音楽信号を含む）の時間領域や周波数領域における統計的性質と人間の聴覚上の特性を利用して信号圧縮を行うような符号化方法が種々知られている。この符号化方法としては、大別して時間領域での符号化、周波数領域での符号化、分析合成符号化等が挙げられる。
【０００３】
ところで、時間軸の入力信号を周波数軸の信号に直交変換して符号化を行う変換符号化において、低レート化を目的として、入力信号に応じたダイナミックなビット割当を行い、周波数軸上の係数データの量子化を行うことが提案されているが、このビット割当の計算が煩雑であり、特に周波数軸上の係数データを幾つかずつ区切ってサブベクトルとしてベクトル量子化するような場合に、各係数毎のビット配分が変化すると、量子化のためのビット割当の計算が煩雑である。
【０００４】
また、直交変換の変換単位となるフレーム毎にビット割当が極端に変化するような場合には、再生音が不安定になりやすいという欠点がある。
【０００５】
このため、本件出願人は、先に特開平１２−１３２１９４号公報（以下、従来技術という。）において、直交変換を伴う符号化の際に入力信号に応じたダイナミックなビット割当を行いながらも、ビット割当の計算が簡単に行え、また、フレーム間でビット割当が大きく変化しても再生音が不安定とならないような信号符号化装置及び方法、並びに信号復号装置及び方法を提案している。
【０００６】
この従来技術においては、時間軸上の入力信号に対して直交変換を用いて符号化を行う際に、入力信号に応じて重みを算出し、この重みの順に従って、直交変換されて得られた係数データに順位をつけ、この順位に従って精度の高い量子化を行っているため、入力信号に応じてダイナミックにビット割当を行っても、各係数に割り当てるビット数の計算が簡単で済む。
【０００７】
また、ビット割当を計算するためのパラメータを予め規定し、これらのパラメータをデコーダ側に送ることにより、ビット割当の情報自体をデコーダ側に送る必要がなくなり、付加情報の低減が図れ、ビットレートの低下が実現できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、符号化装置と復号装置とでバンド別ビット割当の計算結果が全く同一である必要があるため、双方でこの計算のための演算精度を厳密に合わせなければならない。
【０００９】
しかし、例えば、固定小数点演算を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実装された符号化装置で符号化されたものを、パーソナルコンピュータ等で実装された復号装置で復号する場合、復号装置で浮動小数点演算を用いると、全く同じＬＳＰコードブックを参照し同一のコードワードを入力しているのにも関わらず、符号化装置と復号装置とで演算誤差に起因するバンド別ビット割当の食い違いが起こる結果となる。従って、この場合、ＤＳＰと同様の固定小数点演算をパーソナルコンピュータ上で実現する等により精度合わせをし、誤差をなくす必要がある。
【００１０】
しかしながら、一般的な４０ビットのアキュムレータを持つ固定小数点ＤＳＰで行う演算を、通常の３２ビットプロセッサを搭載したパーソナルコンピュータで実現する場合は、プロセッサのビット幅の制約等から、同じ計算を浮動小数点演算で行うよりも極端に演算量が多くなってしまう等の問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、符号化側と復号側とでバンド別ビット割当の計算結果を全く同一とする信号符号化装置及び方法、並びに信号復号装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る信号符号化装置は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換手段と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化手段と、上記パラメータ量子化手段によって量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照手段と、上記直交変換手段により得られた直交変換係数を上記テーブル参照手段により求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【００１７】
このような信号符号化装置は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求める。
【００１８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化方法であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換工程と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化工程と、上記パラメータ量子化工程にて量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照工程と、上記直交変換工程で得られた直交変換係数を上記テーブル参照工程にて求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【００１９】
このような信号符号化方法は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求める。
【００２４】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号復号装置は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とが入力される信号復号装置であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照手段と、上記テーブル参照手段によって生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化手段と、上記逆量子化手段によって逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【００２５】
このような信号復号装置は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成する。
【００２６】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号復号方法は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とを入力し、上記インデックスに基づいて上記直交変換係数を復号する信号復号方法であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照工程と、上記テーブル参照工程にて生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化工程と、上記逆量子化工程にて逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【００２７】
このような信号復号方法は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態では、マルチステージベクトル量子化によりＬＳＰ係数の量子化を行い、量子化されたＬＳＰ係数からパラメータ変換によってバンド別のビット割当情報を求める本発明の説明に供する信号処理装置について説明し、併せて、本発明が適用された信号符号化装置、信号復号装置について説明する。なお、以下では簡単のため、信号処理装置では３段のマルチステージベクトル量子化が行われるものとして説明するが、Ｎ段（Ｎは１以上の整数）のマルチステージベクトル量子化について適用できるのは勿論である。
【００２９】
先ず、本発明の説明に供する信号処理装置の説明をする前に、従来の信号処理装置について説明する。従来の信号処理装置は、図１にその概略構成を示すように、量子化器１０１乃至１０３と、パラメータ変換部１０４と、減算器１０５，１０６と、加算器１０７，１０８とを備える。
【００３０】
入力された第１のパラメータであるＬＳＰ係数は、量子化器１０１で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。入力ＬＳＰ係数から量子化出力ｃ１が減算器１０５にて減算され、この量子化誤差が量子化器１０２で量子化される。
【００３１】
同様にして、量子化器１０２の入力値から量子化出力ｃ２が減算器１０６にて減算され、この量子化誤差が量子化器１０３で量子化される。
【００３２】
量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１０７，１０８にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。また、量子化済ＬＳＰは、パラメータ変換部１０４においてパラメータ変換関数Ｆにより第２のパラメータであるバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００３３】
各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００３４】
デコーダ側は、図２にその概略構成を示すように、逆量子化器１１１乃至１１３と、パラメータ変換部１１４と、加算器１１５，１１６とを備える。
【００３５】
逆量子化器１１１乃至１１３には、それぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１１５，１１６で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、逆量子化済ＬＳＰは、パラメータ変換部１１４においてパラメータ変換関数によりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００３６】
ここで、パラメータ変換部１０４，１１４は、図３のような処理を行うことによりバンド別ビット割当情報ｄを算出している。先ずステップＳ１０において、ＬＳＰ係数がＬＰＣ（Linear Predictive Coding）係数に変換される。次にステップＳ１１において、周波数応答が算出され、続くステップＳ１２において、ビット割当情報が算出される。
【００３７】
なお、上述の説明では、３段の量子化結果を用いてパラメータ変換を行ったが、１段目の量子化済出力ｃ１のみを用いて十分に量子化ＬＳＰが近似される場合には、１段目の量子化済出力ｃ１のみをパラメータ変換するようにしてもよい。
【００３８】
以下、この場合における信号処理装置の回路構成を図４に示す。図４に示すように、入力されたＬＳＰ係数は、量子化器１０１で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。１段階目の量子化誤差は、量子化器１０２で量子化され、２段階目の量子化誤差は、量子化器１０３で量子化される。量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１０７，１０８にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。
【００３９】
ここで、量子化出力ｃ１は、パラメータ変換部１０４においてパラメータ変換関数Ｆによりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。また、各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００４０】
デコーダ側では、図５に示すように、逆量子化器１１１乃至１１３にそれぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１１５，１１６で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、逆量子化出力ｃ１は、パラメータ変換部１１４においてパラメータ変換関数によりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００４１】
次に、上述した信号処理装置が適用された信号符号化装置を図６に示す。この信号符号化装置は、本件出願人が先に出願した特開平１２−１３２１９４号公報における信号符号化装置と同様の構成である。
【００４２】
図６において、入力端子２００には、例えば、０〜８ｋHz程度のいわゆる広帯域音声信号をサンプリング周波数Ｆs＝１６ｋHzでＡ／Ｄ変換したディジタルオーディオ信号が供給されている。この入力信号は、正規化（白色化）回路部２０１のＬＰＣ逆フィルタ２０２に送られると共に、例えば１０２４サンプルずつ切り出され、ＬＰＣ分析・量子化部２２０に送られている。このＬＰＣ分析・量子化部２２０では、ハミング窓掛けをした上で、２０次程度のＬＰＣ係数、すなわちαパラメータを算出し、ＬＰＣ逆フィルタ２０２によりＬＰＣ残差を求めている。このＬＰＣ分析の際には、分析の単位となる１フレーム１０２４サンプルのうちの一部サンプル、例えば１／２の５１２サンプルを次のブロックとオーバーラップさせており、フレームインターバルは５１２サンプルとなっている。これは、後段の直交変換として採用されているＭＤＣＴ（改良離散コサイン変換）のエリアシングキャンセレーションを利用するためである。このＬＰＣ分析・量子化部２２０では、ＬＰＣ係数であるαパラメータをＬＳＰパラメータに変換して量子化したものを伝送するようにしている。
【００４３】
ＬＰＣ分析回路２２２からのαパラメータは、α→ＬＳＰ変換回路２２３に送られて、ＬＳＰパラメータに変換される。これは、直接型のフィルタ係数として求まったαパラメータを、例えば２０個、すなわち１０対のＬＳＰパラメータに変換する。変換は例えばニュートン−ラプソン法等を用いて行う。このＬＳＰパラメータに変換するのは、αパラメータよりも補間特性に優れているからである。
【００４４】
α→ＬＳＰ変換回路２２３からのＬＳＰパラメータは、ＬＳＰ量子化器２２４によりベクトル量子化される。このとき、フレーム間差分をとってからベクトル量子化してもよい。なお、このＬＳＰ量子化器２２４が上述したエンコーダ側の信号処理装置に相当する。但し、信号処理装置のうちパラメータ変換部は、後述するＬＳＰ→α変換回路２２８及びビット割当算出回路（ビットアロケーション決定回路）２３１に相当する。
【００４５】
このＬＳＰ量子化器２２４からの量子化出力、すなわちＬＳＰベクトル量子化のインデクスは、端子２２１を介して取り出され、また量子化済みのＬＳＰベクトルあるいは逆量子化出力は、ＬＳＰ補間回路２２６及びＬＳＰ→α変換回路２２８に送られる。
【００４６】
ＬＳＰ補間回路２２６は、ＬＳＰ量子化器２２４で上記フレーム毎にベクトル量子化されたＬＳＰのベクトルの前フレームと現フレームとの組を補間し、後の処理で必要となるレートにするためのものであり、この例では、８倍のレートに補間している。
【００４７】
このような補間が行われたＬＳＰベクトルを用いて入力音声の逆フィルタリングを実行するために、ＬＳＰ→α変換回路２２７により、ＬＳＰパラメータを例えば２０次程度の直接型フィルタの係数であるαパラメータに変換する。このＬＳＰ→α変換回路２２７からの出力は、上記ＬＰＣ残差を求めるためのＬＰＣ逆フィルタ回路２０２に送られ、このＬＰＣ逆フィルタ２０２では、８倍のレートで更新されるαパラメータにより逆フィルタリング処理を行って、滑らかな出力を得るようにしている。
【００４８】
また、ＬＳＰ量子化回路２２４からの１倍レートのＬＳＰ係数は、ＬＳＰ→α変換回路２２８に送られてαパラメータに変換され、ビット割当を行わせるためのビット割当算出回路２３１に送られる。ビット割当算出回路２３１では、割当ビットの他に、後述するＭＤＣＴ係数の量子化に使用する重みｗ(ω) の計算も行っている。
【００４９】
正規化（白色化）回路部２０１のＬＰＣ逆フィルタ２０２からの出力は、長期予測であるピッチ予測のためのピッチ逆フィルタ２０３及びピッチ分析回路２０５に送られる。
【００５０】
長期予測は、ピッチ分析により求められたピッチ周期あるいはピッチラグ分だけ時間軸上でずらした波形を元の波形から減算してピッチ予測残差を求めることにより行っており、この例では３点ピッチ予測によって行っている。なお、ピッチラグとは、サンプリングされた時間軸データのピッチ周期に対応するサンプル数のことである。
【００５１】
すなわち、ピッチ分析回路２０５では１フレームに１回の割合、すなわち分析長が１フレームでピッチ分析が行われ、ピッチ分析結果のうちのピッチラグはピッチ逆フィルタ２０３及びビット割当算出回路２３１に送られ、ピッチゲインはピッチゲイン量子化器２０６に送られる。また、ピッチ分析回路２０５からのピッチラグインデクスは端子２４２から取り出されてデコーダ側に送られる。
【００５２】
ピッチゲイン量子化器２０６では、上記３点予測に対応する３点でのピッチゲインがベクトル量子化され、コードブックインデクス（ピッチゲインインデクス）が出力端子２４３より取り出され、代表値ベクトルあるいは逆量子化出力がピッチ逆フィルタ２０３に送られる。ピッチ逆フィルタ２０３は、上記ピッチ分析結果に基づいて３点ピッチ予測されたピッチ予測残差を出力する。このピッチ予測残差は、割り算回路２０４及びエンベロープ抽出回路２０７にそれぞれ送られている。
【００５３】
さらに、信号符号化装置は、正規化（白色化）回路部２０１において、フレーム内データのゲインの平滑化を行っている。これは、ピッチ逆フィルタ２０３からエンベロープ抽出回路２０７によりエンベロープを抽出し、抽出されたエンベロープを、スイッチ２０９を介してエンベロープ量子化器２１０に送り、量子化されたエンベロープの値によりピッチ逆フィルタ２０３からの残差を割り算器２０４で割り込むことにより、時間軸で平滑化された信号を得ている。この割り算器２０４からの信号が、正規化（白色化）回路部２０１の出力として、次段の直交変換回路部２１５に送られる。
【００５４】
この平滑化により、量子化後の直交変換係数を時間信号に逆変換したときの量子化誤差の大きさをオリジナル信号のエンベロープに追従させる、いわゆるノイズシェイピングが実現できる。
【００５５】
エンベロープ抽出回路２０７では、エンベロープ抽出回路２０７に供給される信号、すなわち上記ＬＰＣ逆フィルタ２０２及びピッチ逆フィルタ２０３により正規化処理された残差信号を、ｘ(ｎ)，ｎ＝０〜Ｎ−１（Ｎは上記１フレームＦＲのサンプル数、直交変換窓長、例えばＮ＝１０２４）とするとき、この変換窓長Ｎより短い長さＭ、例えばＭ＝Ｎ／８の窓で切り出された各サブブロックあるいはサブフレーム毎のｒｍｓ（二乗平均の平方根）値をエンベロープとしている。エンベロープ量子化器２１０では、ｉ番目のサブブロック（ｉ＝０〜Ｍ−１）のｒｍｓｉを１つのベクトルとしてベクトル量子化を行っており、そのインデックスが時間軸ゲインコントロールのためのパラメータ、すなわちエンベロープインデックスとして端子２１１より取り出され、デコーダ側に伝送される。
【００５６】
ゲインコントロールを行うか否かの判別は、ゲインコントロールオン／オフ決定回路２０８により行われ、その判別出力（ゲインコントロールＳＷ）は、エンベロープ量子化器２１０の入力側のスイッチ２０９のスイッチング制御信号として送られるとともに、後述する係数量子化部２３０内の係数量子化回路２３５に送られて、ゲインコントロールがオンのときとオフのときの係数の割当ビット数の切り換えに使用される。また、このゲインコントロールオン／オフ判別出力（ゲインコントロールＳＷ）は、端子２１２を介して取り出され、デコーダ側に送られる。
【００５７】
割り算器２０４でゲインコントロール（あるいはゲイン圧縮）されて時間軸で平滑化された信号ｘｓ(ｎ) は、正規化回路部２０１の出力として、直交変換回路部２１５に送られ、例えばＭＤＣＴにより周波数軸パラメータ（係数データ）に変換される。この直交変換回路部２１５は、窓掛け回路２１６とＭＤＣＴ回路２１７とからなる。窓掛け回路２１６では、１／２フレームオーバーラップによるＭＤＣＴのエリアシングキャンセレーションが利用できるような窓関数による窓掛けが施される。
【００５８】
直交変換回路部２１５のＭＤＣＴ回路２１７でＭＤＣＴ処理されて得られたＭＤＣＴ係数データは、係数量子化部２３０のフレームゲイン正規化回路２３３及びフレームゲイン算出・量子化回路２３７に送られる。本実施の形態の係数量子化部２３０では、先ず上記ＭＤＣＴ変換ブロックである１フレームの係数全体のフレームゲイン（ブロックゲイン）を算出してゲイン正規化を行った後、さらに聴覚に合わせて高域ほどバンド幅を広くしたサブバンドである臨界帯域（クリティカルバンド）に分割して、それぞれのバンド毎のスケールファクタ、いわゆるバークスケールファクタを算出し、これによって再び正規化を行っている。上記バークスケールファクタとしては、各帯域毎にその帯域内の係数のピーク値や、あるいは二乗平均の平方根（ｒｍｓ）等を用いることができ、各バンドのバークスケールファクタはまとめてベクトル量子化される。
【００５９】
すなわち、係数量子化部２３０のフレームゲイン算出・量子化回路２３７では、上記ＭＤＣＴ変換ブロックであるフレーム毎のゲインが算出されて量子化され、そのコードブックインデクス（フレームゲインインデクス）が端子２４５を介して取り出されてデコーダ側に送られると共に、量子化された値のフレームゲインがフレームゲイン正規化回路２３３に送られて、入力をフレームゲインで割ることによる正規化が行われる。このフレームゲインで正規化された出力は、バークスケールファクタ算出・量子化回路２３２及びバークスケールファクタ正規化回路２３４に送られる。
【００６０】
バークスケールファクタ算出・量子化回路２３２では、上記各臨界帯域毎のバークスケールファクタが算出されて量子化され、コードブックインデクス（バークスケールファクタインデクス）が端子２４４を介して取り出されてデコーダ側に送られると共に、量子化された値のバークスケールファクタがビット割当算出回路２３１及びバークスケールファクタ正規化回路２３４に送られる。バークスケールファクタ正規化回路２３４では、上記臨界帯域毎に帯域内の係数の正規化が行われ、バークスケールファクタで正規化された係数が係数量子化回路２３５に送られる。
【００６１】
係数量子化回路２３５では、ビット割当算出回路２３１からのビット割当情報に従って各係数に量子化ビット数が割り当てられて量子化が行われ、このとき、上述したゲインコントロールオン／オフ決定回路２０８からのゲインコントロールＳＷ情報に応じて全体の割当ビット数の切り換えが行われる。これは、例えばベクトル量子化を行う場合には、上記ゲインコントロールオン時用と、オフ時用との２組のコードブックを用意しておき、上記ゲインコントロールＳＷ情報に応じてこれらのコードブックを切り換えるようにすればよい。係数量子化回路２３５で量子化された係数インデクスは、端子２４１を介して取り出されてデコーダ側に送られる。
【００６２】
信号符号化装置は、以上のような構成により入力した信号を符号化する。続いて、信号符号化装置（エンコーダ側）に対応する信号復号装置（デコーダ側）の構成の一例を図７に示す。
【００６３】
図７において、各入力端子２５０〜２５７には上記図６の各出力端子からのデータが供給されており、図７の入力端子２５０には、上記図６の出力端子２４１からの直交変換係数（例えばＭＤＣＴ係数）のインデクスが供給されている。入力端子２５１には、図６の出力端子２２１からのＬＳＰインデクスが供給され、入力端子２５２〜２５５には、図６の各出力端子２４２〜２４５からのデータ、すなわち、ピッチラグインデクス、ピッチゲインインデクス、バークスケールファクタインデクス、フレームゲインインデクスがそれぞれ供給され、入力端子２５６、２５７には、図６の各出力端子２１１、２１２からのエンベロープインデクス、ゲインコントロールＳＷがそれぞれ供給されている。
【００６４】
入力端子２５０からの係数インデクスは、係数逆量子化回路２６１で逆量子化され、掛け算器２６３を介して、例えばＩＭＤＣＴ（逆ＭＤＣＴ）等の逆直交変換回路２６４に送られる。
【００６５】
入力端子２５１からのＬＳＰインデクスは、ＬＰＣパラメータ再生部２７０の逆量子化器２７１に送られてＬＳＰデータに逆量子化され、ＬＳＰ→α変換回路２７２及びＬＳＰ補間回路２７３に送られる。ＬＳＰ→α変換回路２７２からのαパラメータ（ＬＰＣ係数）は、ビット割当回路２６２に送られる。ＬＳＰ補間回路２７３からのＬＳＰデータは、ＬＳＰ→α変換回路２７４でαパラメータ（ＬＰＣ係数）に変換され、後述するＬＰＣ合成回路２６７に送られる。
【００６６】
ビット割当回路２６２には、ＬＳＰ→α変換回路２７２からの上記ＬＰＣ係数の他に、入力端子２５２からのピッチラグと、入力端子２５３から逆量子化器２８１を介して得られたピッチゲインと、入力端子２５４から逆量子化器２８２を介して得られたバークスケールファクタとが供給されており、これらのパラメータのみに基づいて、エンコーダ側と同一のビット割当を再現することができる。ビット割当回路２６２からのビット割当情報は、係数逆量子化器２６１に送られて、各係数の量子化割当ビットの決定に使用される。
【００６７】
入力端子２５５からのフレームゲインインデクスは、フレームゲイン逆量子化器２７６に送られて逆量子化され、得られたフレームゲインが掛け算器２６３に送られる。
【００６８】
入力端子２５６からのエンベロープインデクスは、スイッチ２７７を介してエンベロープ逆量子化器２７８に送られて逆量子化され、得られたエンベロープデータがオーバーラップ加算回路２６５に送られる。また、入力端子２５７からのゲインコントロールＳＷ情報は、上記係数逆量子化器２６１及びオーバーラップ加算回路２６５に送られると共に、スイッチ２７７の制御信号として用いられる。逆量子化器２７１は、上述したようなゲインコントロールのオン／オフに応じて、全体の割当ビット数を切り換えており、逆ベクトル量子化の場合には、ゲインコントロールのオン時のコードブックとオフ時のコードブックとを切り換えるようにしてもよい。
【００６９】
オーバラップ加算回路２６５は、ＩＭＤＣＴ等の逆直交変換回路２６４からの上記フレーム毎に時間軸に戻された信号を、１／２フレームずつオーバーラップさせながら加算するものであり、ゲインコントロールのオン時には、上記エンベロープ逆量子化器２７８からのエンベロープデータによるゲインコントロール（上述したゲイン伸長あるいはゲイン復元）処理しながらオーバーラップ加算する。
【００７０】
オーバラップ加算回路２６５からの時間軸信号は、ピッチ合成回路２６６に送られて、ピッチ成分が復元される。これは、図６のピッチ逆フィルタ２０３での処理の逆処理に相当するものであり、端子２５２からのピッチラグ及び逆量子化器２８１からのピッチゲインが用いられる。
【００７１】
ピッチ合成回路２６６からの出力は、ＬＰＣ合成回路２６７に送られて、図６のＬＰＣ逆フィルタ２０２での処理の逆の処理に対応するＬＰＣ合成処理が施され、出力端子２６８より取り出される。
【００７２】
信号復号装置は、以上のような構成により、エンコーダ側から入力した信号を復号する。
【００７３】
ところで、前述したように、信号処理装置においては、エンコーダとデコーダとでバンド別ビット割当の計算結果が全く同一である必要があるため、双方でこの計算のための演算精度を厳密に合わせなければならない。
【００７４】
しかし、例えば、固定小数点演算を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実装されたエンコーダでエンコードされたものを、パーソナルコンピュータ等で実装されたデコーダでデコードする場合、デコーダで浮動小数点演算を用いると、全く同じＬＳＰコードブックを参照し同一のコードワードを入力しているのにも関わらず、エンコーダとデコーダとで演算誤差に起因する量子化重みの食い違いが起こる結果となる。従って、この場合、ＤＳＰと同様の固定小数点演算をパーソナルコンピュータ上で実現する等により精度合わせをし、誤差をなくす必要があり、演算量が極端に増加するという問題があった。
【００７５】
すなわち、コードブックをＣ、Ｃのコードベクトルをｃとし、ｃを入力として目的のパラメータｄに変換する関数をＦとすると、
Ｆ（ｃ）＝ｄ
であるが、Ｆと数学的に等価な関数Ｆ’で計算をすると、
Ｆ’（ｃ）＝ｄ＋δ
のように誤差δを含む結果を出力することになる。このとき、あるプロセッサでＦにより変換する場合と比べて、別のプロセッサで誤差のない完全に同値な計算をしようとすると演算量の極端な増加という問題が生じる。
【００７６】
そこで、本実施の形態における信号処理装置は、コードブックＣに含まれる全てのコードベクトルについて予めＦ（ｃ）の計算をしておき、その結果ｄを別のコードブックに蓄積しておく。そして、符号化の際には、コードブックＣの量子化インデックスでコードブックＤのコードベクトルを引くことにより、ｃからｄへのパラメータの変換を行う。また、復号の際にも、コードブックＣの量子化インデックスでコードブックＤのコードベクトルを引くことにより、ｃからｄへのパラメータの変換を行う。
【００７７】
この手法をマルチステージベクトル量子化において適用する場合、例えば各段８ビットで３段のマルチステージベクトル量子化では、出力されるコードベクトルは、２８＊３（＝16777216）通りの組み合わせが存在するため、この全ての組み合わせについてコードベクトルの変換を行う必要がある。しかし、これは、コードブックの記憶量が膨大となってしまい、現実的ではない。
【００７８】
ここで、一般的なＮ段のマルチステージベクトル量子化の量子化出力ｃは、以下の式（１）に示すように、各段のコードブックのコードベクトルｃｉの線形和で表現される。
【００７９】
【数１】
【００８０】
従って、パラメータの変換を行う関数Ｆが線形であれば、以下の式（２）が成り立つ。
【００８１】
【数２】
【００８２】
このため、各段それぞれのコードブックＣｉをＦで変換してコードブックＤｉを作成しておき、ｉ段目のインデックスでコードブックＤｉを引いたｄｉの線形和をとれば、変換先のパラメータを得ることが可能である。なお、マルチステージベクトル量子化に限らず、複数のコードブックを持ち量子化結果を各コードブックのコードベクトルの線形和として出力するようなベクトル量子化についても適用可能である。
【００８３】
ここで、一般的なマルチステージベクトル量子化では、前段の量子化誤差を後段の量子化器が量子化する構造になっているため、上述した式（２）を以下の式（３）のようにＭ段目までの量子化結果を用いることにより近似することが可能である。
【００８４】
【数３】
【００８５】
しかし、前述したパラメータ変換関数Ｆは、非線形であるため、上述した式（２）に基づいてコードブックＤを作成することができない。この場合は、上述した式（３）においてＭを１とし、以下の式（４）に基づいてコードブックＤを作成する。
【００８６】
【数４】
【００８７】
このように、１段目の量子化結果のみを用いて量子化結果ｃが十分近似される場合には、パラメータ変換関数が非線形であっても適用可能である。
【００８８】
以下では、１段目の量子化結果のみを用いる場合の信号処理装置について説明する。先ず、予めＬＳＰ量子化の１段目のコードブックＣ１に含まれる全てのコードベクトルｃについてパラメータ変換することによりコードブックＤ１を作成する。量子化ビット数をｂとしたときには、図８に示すようにコードブックＤ１が作成される。すなわち、コードブックＣ１のあるインデックス位置のコードベクトルを取り出してパラメータ変換関数Ｆで変換し、コードブックＤ１の同じインデックス位置に蓄積する。
【００８９】
このコードブックＤ１の作成手順を図９に示す。先ずステップＳ１において、ｉの初期値を０とする。
【００９０】
次にステップＳ２において、コードブックＣ１のｉ番目のコードベクトルｃｉを取り出し、ステップＳ３において、コードベクトルｃｉをパラメータ変換関数Ｆで変換してコードベクトルｄｉを作成する。
【００９１】
続いてステップＳ４において、コードベクトルｄｉをコードブックＤ１のi番目に追加する。
【００９２】
続いて、ステップＳ５において、ｉに１を加え、続くステップＳ６において、ｉが２ｂに達したか否かが判別される。ステップＳ６において、ｉが２ｂに達していない場合には、ステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返す。ステップＳ６においてｉが２ｂに達している場合には、コードブックＤ１の作成を終了する。
【００９３】
本実施の形態における信号処理装置では、以上のようにして作成されたコードブックＤ１のルックアップによりパラメータの変換を行う。
【００９４】
この信号処理装置の概略構成を図１０に示す。図１０に示すように、本実施の形態における信号処理装置は、量子化器１０乃至１２と、コードブック参照部１３と、減算器１４，１５と、加算器１６，１７とを備える。
【００９５】
入力された第１のパラメータであるＬＳＰ係数は、量子化器１０で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。入力ＬＳＰ係数から量子化出力ｃ１が減算器１４にて減算され、この量子化誤差が量子化器１１で量子化される。
【００９６】
同様にして、量子化器１１の入力値から量子化出力ｃ２が減算器１５にて減算され、この量子化誤差が量子化器１２で量子化される。
【００９７】
量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１６，１７にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。また、コードブック参照部１３において１段目のＬＳＰインデックスｎ１によりコードブックＤ１のルックアップが行われ、第２のパラメータであるバンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【００９８】
各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００９９】
ここで、コードブック参照部１３におけるコードブックＤ１のルックアップは、図１１に示すように、量子化器１０において量子化出力ｃ１が出力されたＬＳＰインデックスｎ１によりコードブックＤ１をルックアップすることにより行われ、バンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【０１００】
デコーダ側は、図１２にその概略構成を示すように、逆量子化器２０乃至２２と、コードブック参照部２３と、加算器２４，２５とを備える。
【０１０１】
逆量子化器２０乃至２２には、それぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器２４，２５で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、コードブック参照部２３には、ＬＳＰインデックスｎ１が入力され、コードブックＤ１をルックアップすることによりバンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【０１０２】
以上のように、本発明の説明に供する信号処理装置によれば、パラメータ変換のための計算を行わないため、エンコーダ側とデコーダ側とで演算誤差が生じることがない。また、信号処理装置における演算量を削減することができる。
【０１０３】
次に、上述した信号処理装置を図６、図７に示した信号符号化装置、信号復号装置に適用した場合について説明する。なお、図６、図７に示した信号符号化装置、信号復号装置に限らず、他の信号符号化装置、信号復号装置にも適用可能であることは勿論である。以下では、主要部のみについて説明する。
【０１０４】
先ず、信号符号化装置の主要部の概略構成を図１３に示す。なお、この図１３は、図６に示した信号符号化装置の係数量子化回路２３５の構成に相当する。この図１３において、入力端子３０には、時間軸信号が直交変換されて得られた周波数軸上の係数データが供給されており、入力端子３１には、例えばＬＰＣ係数、ピッチパラメータ、バークスケールファクタ等のパラメータに基づいて計算された重みｗが入力されている。また、入力端子３２には、図１０のコードブック参照部１３で生成されたバンド別ビット割当情報ｄが入力されている。ここで、直交変換の１フレーム分の係数をベクトルｙ、１フレーム分の重みをベクトルｗで表すものとする。また、１フレーム分のビット割当情報をベクトルｄで表すものとする。
【０１０５】
これらの係数ベクトルｙ、重みベクトルｗを、必要に応じてバンド分割回路３３に送ることにより、Ｍ個（Ｍ≧１）のバンドに分割する。バンド数としては、例えば低域、中域、高域の３バンド程度（Ｍ＝３）が挙げられるが、これに限定されず、またバンド分割しなくてもよい。この各バンド毎の係数、例えば第ｋ番目のバンドの係数をｙｋ、 重みをｗｋ （０≦ｋ≦Ｍ−１）とするとき、
ｙ＝（ｙ０,ｙ１,...,ｙＭ−１）
ｗ＝（ｗ０,ｗ１,...,ｗＭ−１）
となる。このバンド分割のバンド数や各バンド毎の係数の個数は、予め設定された数値に固定されている。
【０１０６】
次に、各バンドの係数ベクトルｙ０,ｙ１,...,ｙＭ−１ をそれぞれソート回路３４０,３４１,...,３４Ｍ−１ に送って、各バンド毎に、それぞれのバンド内の係数に対して、重みの順に従って順位をつける。これは、各バンド内の係数自体を、重みの順に従って並び替え（ソート）すればよいが、各係数の周波数軸上での位置あるいは順番を表す指標（インデクス）のみを重みの順にソートするようにしてもよい。係数自体をソートする場合には、任意の第ｋ番目のバンドについて、係数ベクトルｙｋ の各係数を重みの順にソートし、重み順にソートされた係数ベクトルｙ'ｋを得る。
【０１０７】
次に、各バンド毎に重みの順に従ってソートされた係数ベクトルｙ'０,ｙ'１,...,ｙ'Ｍ−１ をそれぞれベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ に送る。ベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１には、入力端子３２に入力されたビット割当情報のベクトルｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ もそれぞれ入力され、このビット割当情報ｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ に従ってベクトル量子化が行われる。
【０１０８】
次に、図１３の各ベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ からの各バンド毎の係数インデクスのベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ をまとめて、全バンドの係数インデクスのベクトルｃとし、端子３６から取り出している。
【０１０９】
このような構成により、信号符号化装置は、入力した係数データをビット割当情報に基づいて量子化する。
【０１１０】
なお、この図１３の信号符号化装置は、ハードウェア構成として示しているが、いわゆるＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）等を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。
【０１１１】
次に、信号復号装置の主要部の構成を図１４に示す。なお、この図１４は、図７に示した係数逆量子化回路２６１の構成に相当する。この図１４において、入力端子４０には、係数インデクス（ＭＤＣＴ係数等の直交変換係数が量子化されることで得られたコードブックインデクス）が入力されている。また、入力端子４１には、αパラメータ（ＬＰＣ係数）、ピッチラグ、ピッチゲイン、バークスケールファクタ等に基づいて計算された重みＷ(ω)が入力されている。入力端子４２には、周波数軸上の係数の位置あるいは順番を示す指標（インデクス）、すなわち全帯域でＮ個の係数データがある場合には、０〜Ｎ−１の数値（これをベクトルＩとする）が供給されている。なお、入力端子４１に入力されるＮ個の各係数に対するＮ個の重みをベクトルｗで表す。また、入力端子４３には、図１２のコードブック参照部２３で生成されたバンド別ビット割当情報ｄが入力されている。入力端子４３に入力されるＮ個の各係数に対するＮ個のビット割当情報をベクトルｄで表す。
【０１１２】
重みｗ及び指標Ｉは、バンド分割回路４４に送られて、エンコーダ側と同様にＭ個のバンドに分割される。エンコーダ側で例えば低域、中域、高域の３バンド（Ｍ＝３）に分割されていれば、デコーダ側でも同じく３バンドに分割する。これらのバンド分割された各バンド毎の指標及び重みは、それぞれソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ に送られる。例えば第ｋ番目のバンド内の指標Ｉｋ 及び重みｗｋ は、第ｋ番目のソート回路４５ｋ に送られる。ソート回路４５ｋでは、第ｋ番目のバンド内の指標Ｉｋ が、各係数の重みｗｋ の順序に従って並べ替え（ソート）され、ソートされた指標Ｉ'ｋ が出力される。各ソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ からのそれぞれのバンド毎にソートされた指標Ｉ０,Ｉ１,...,ＩＭ−１ は、係数再構成回路４７に送られる。
【０１１３】
また、入力端子４０に入力された直交変換係数のインデクスは、エンコーダ側で量子化される際に、Ｍバンドにバンド分割され、各バンド毎に重み順にソートされた係数が、１つのバンド内で予め定められた規則に基づく個数毎に区切られたサブベクトル毎にベクトル量子化されて得られたものである。具体的には、Ｍ個のバンドについて、それぞれのバンド毎の係数インデクスの集合をそれぞれベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ としたものであり、これらの各バンドの係数インデクスのベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ が、それぞれ逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ に送られている。逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１には、入力端子４３に入力されたビット割当情報のベクトルｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１もそれぞれ入力され、このビット割当情報ｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ に従って逆量子化が行われる。
【０１１４】
これらの逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ で逆量子化されて得られた係数データは、各バンド内で上記重みの順にソートされているもの、すなわち図１３の各ソート回路３４０,３４１,...,３４Ｍ−１ からの係数ベクトルｙ'０,ｙ'１,...,ｙ'Ｍ−１に相当するものであり、配列順序は周波数軸上の位置とは異なっている。そこで、係数の時間軸上での位置を表す指標Ｉを上記重みに従って先にソートしておき、このソートされた指標と、逆量子化されて得られた係数データとを対応させて、元の時間軸上の順序に戻すのが係数再構成回路４７の機能である。すなわち、係数再構成回路４７では、各逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ からの、各バンド内で重み順にソートされた係数データに対して、各ソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ からのそれぞれのバンド毎にソートされた指標を対応させ、このソートされた指標に従って逆量子化された係数データを並べ替える（逆ソートする）ことにより、元の時間軸上の順序に並んだ係数データｙを得て、出力端子４８より取り出している。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態における信号符号化装置及び信号復号装置によれば、パラメータ変換のための計算を行わないため、エンコーダ側とデコーダ側とで演算誤差が生じることがなく、また、演算量を削減することができる。
【０１１６】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１７】
例えば、上述の説明では、ソートのための重みｗとバンド別ビット割当情報ｄとを区別して説明したが、これに限定されず、直交変換係数を重み付けして量子化し、符号化するような信号符号化装置にも本実施の形態における信号処理装置を適用することができる。この場合、第２のパラメータとしての重み付け量子化の重みを求める際に、テーブルを参照することができる。
【０１１８】
また、上述の説明では、ＬＳＰ係数に基づいてバンド別ビット割当情報を求めたが、これに限定されず、例えばＬＰＣ係数等の他のパラメータに基づいてバンド別ビット割当情報を求めるようにしても構わない。
【０１２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る信号符号化装置は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換手段と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化手段と、上記パラメータ量子化手段によって量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照手段と、上記直交変換手段により得られた直交変換係数を上記テーブル参照手段により求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【０１２４】
このような信号符号化装置は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化するため、パラメータ変換のための演算を行う必要がない。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。また、デコーダ側でも同様にパラメータ変換を行うことにより、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。
【０１２５】
また、本発明に係る信号符号化方法は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化方法であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換工程と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化工程と、上記パラメータ量子化工程にて量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照工程と、上記直交変換工程で得られた直交変換係数を上記テーブル参照工程にて求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【０１２６】
このような信号符号化方法は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化するため、パラメータ変換のための演算を行う必要がない。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。また、デコーダ側でも同様にパラメータ変換を行うことにより、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。
【０１３１】
また、本発明に係る信号復号装置は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とが入力される信号復号装置であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照手段と、上記テーブル参照手段によって生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化手段と、上記逆量子化手段によって逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【０１３２】
このような信号復号装置は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。エンコーダ側でも同様にしてビット割当情報が生成されているため、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。
【０１３３】
また、本発明に係る信号復号方法は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とを入力し、上記インデックスに基づいて上記直交変換係数を復号する信号復号方法であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照工程と、上記テーブル参照工程にて生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化工程と、上記逆量子化工程にて逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【０１３４】
このような信号復号方法は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。エンコーダ側でも同様にしてビット割当情報が生成されているため、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の信号処理装置において、３段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合の構成を説明する図である。
【図２】従来の信号処理装置において、エンコーダ側で３段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合のデコーダ側の構成を説明する図である。
【図３】パラメータの変換手順について説明するフローチャートである。
【図４】従来の信号処理装置において、１段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合の構成を説明する図である。
【図５】従来の信号処理装置において、エンコーダ側で１段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合のデコーダ側の構成を説明する図である。
【図６】従来の信号符号化装置の構成を説明する図である。
【図７】従来の信号復号装置の構成を説明する図である。
【図８】 本発明の説明に供する信号処理装置におけるコードブックの作成について説明する図である。
【図９】同信号処理装置におけるコードブックの作成手順を説明するフローチャートである。
【図１０】同信号処理装置のエンコーダ側の概略構成を説明する図である。
【図１１】同信号処理装置のコードブック参照部におけるコードブックのルックアップを説明する図である。
【図１２】同信号処理装置のデコーダ側の概略構成を説明する図である。
【図１３】同信号処理装置の適用された信号符号化装置の主要部の構成を説明する図である。
【図１４】同信号処理装置の適用された信号復号装置の主要部の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１０，１１，１２ 量子化器、 １３，２３ コードブック参照部、 ２０，２１，２２ 逆量子化器、 ３３，４４ バンド分割回路、 ３４０,３４１,...,３４Ｍ−１，４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ ソート回路、 ３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ ベクトル量子化器、 ４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ 逆量子化器、 ４７ 係数再構成回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置及びその方法、並びに符号化された直交変換係数を復号する信号復号装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、オーディオ信号（音声信号や音楽信号を含む）の時間領域や周波数領域における統計的性質と人間の聴覚上の特性を利用して信号圧縮を行うような符号化方法が種々知られている。この符号化方法としては、大別して時間領域での符号化、周波数領域での符号化、分析合成符号化等が挙げられる。
【０００３】
ところで、時間軸の入力信号を周波数軸の信号に直交変換して符号化を行う変換符号化において、低レート化を目的として、入力信号に応じたダイナミックなビット割当を行い、周波数軸上の係数データの量子化を行うことが提案されているが、このビット割当の計算が煩雑であり、特に周波数軸上の係数データを幾つかずつ区切ってサブベクトルとしてベクトル量子化するような場合に、各係数毎のビット配分が変化すると、量子化のためのビット割当の計算が煩雑である。
【０００４】
また、直交変換の変換単位となるフレーム毎にビット割当が極端に変化するような場合には、再生音が不安定になりやすいという欠点がある。
【０００５】
このため、本件出願人は、先に特開平１２−１３２１９４号公報（以下、従来技術という。）において、直交変換を伴う符号化の際に入力信号に応じたダイナミックなビット割当を行いながらも、ビット割当の計算が簡単に行え、また、フレーム間でビット割当が大きく変化しても再生音が不安定とならないような信号符号化装置及び方法、並びに信号復号装置及び方法を提案している。
【０００６】
この従来技術においては、時間軸上の入力信号に対して直交変換を用いて符号化を行う際に、入力信号に応じて重みを算出し、この重みの順に従って、直交変換されて得られた係数データに順位をつけ、この順位に従って精度の高い量子化を行っているため、入力信号に応じてダイナミックにビット割当を行っても、各係数に割り当てるビット数の計算が簡単で済む。
【０００７】
また、ビット割当を計算するためのパラメータを予め規定し、これらのパラメータをデコーダ側に送ることにより、ビット割当の情報自体をデコーダ側に送る必要がなくなり、付加情報の低減が図れ、ビットレートの低下が実現できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、符号化装置と復号装置とでバンド別ビット割当の計算結果が全く同一である必要があるため、双方でこの計算のための演算精度を厳密に合わせなければならない。
【０００９】
しかし、例えば、固定小数点演算を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実装された符号化装置で符号化されたものを、パーソナルコンピュータ等で実装された復号装置で復号する場合、復号装置で浮動小数点演算を用いると、全く同じＬＳＰコードブックを参照し同一のコードワードを入力しているのにも関わらず、符号化装置と復号装置とで演算誤差に起因するバンド別ビット割当の食い違いが起こる結果となる。従って、この場合、ＤＳＰと同様の固定小数点演算をパーソナルコンピュータ上で実現する等により精度合わせをし、誤差をなくす必要がある。
【００１０】
しかしながら、一般的な４０ビットのアキュムレータを持つ固定小数点ＤＳＰで行う演算を、通常の３２ビットプロセッサを搭載したパーソナルコンピュータで実現する場合は、プロセッサのビット幅の制約等から、同じ計算を浮動小数点演算で行うよりも極端に演算量が多くなってしまう等の問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、符号化側と復号側とでバンド別ビット割当の計算結果を全く同一とする信号符号化装置及び方法、並びに信号復号装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る信号符号化装置は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換手段と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化手段と、上記パラメータ量子化手段によって量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照手段と、上記直交変換手段により得られた直交変換係数を上記テーブル参照手段により求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【００１７】
このような信号符号化装置は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求める。
【００１８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化方法であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換工程と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化工程と、上記パラメータ量子化工程にて量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照工程と、上記直交変換工程で得られた直交変換係数を上記テーブル参照工程にて求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【００１９】
このような信号符号化方法は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求める。
【００２４】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号復号装置は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とが入力される信号復号装置であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照手段と、上記テーブル参照手段によって生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化手段と、上記逆量子化手段によって逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【００２５】
このような信号復号装置は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成する。
【００２６】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る信号復号方法は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とを入力し、上記インデックスに基づいて上記直交変換係数を復号する信号復号方法であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照工程と、上記テーブル参照工程にて生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化工程と、上記逆量子化工程にて逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【００２７】
このような信号復号方法は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。特に、上記変換が非線形である場合、テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態では、マルチステージベクトル量子化によりＬＳＰ係数の量子化を行い、量子化されたＬＳＰ係数からパラメータ変換によってバンド別のビット割当情報を求める本発明の説明に供する信号処理装置について説明し、併せて、本発明が適用された信号符号化装置、信号復号装置について説明する。なお、以下では簡単のため、信号処理装置では３段のマルチステージベクトル量子化が行われるものとして説明するが、Ｎ段（Ｎは１以上の整数）のマルチステージベクトル量子化について適用できるのは勿論である。
【００２９】
先ず、本発明の説明に供する信号処理装置の説明をする前に、従来の信号処理装置について説明する。従来の信号処理装置は、図１にその概略構成を示すように、量子化器１０１乃至１０３と、パラメータ変換部１０４と、減算器１０５，１０６と、加算器１０７，１０８とを備える。
【００３０】
入力された第１のパラメータであるＬＳＰ係数は、量子化器１０１で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。入力ＬＳＰ係数から量子化出力ｃ１が減算器１０５にて減算され、この量子化誤差が量子化器１０２で量子化される。
【００３１】
同様にして、量子化器１０２の入力値から量子化出力ｃ２が減算器１０６にて減算され、この量子化誤差が量子化器１０３で量子化される。
【００３２】
量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１０７，１０８にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。また、量子化済ＬＳＰは、パラメータ変換部１０４においてパラメータ変換関数Ｆにより第２のパラメータであるバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００３３】
各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００３４】
デコーダ側は、図２にその概略構成を示すように、逆量子化器１１１乃至１１３と、パラメータ変換部１１４と、加算器１１５，１１６とを備える。
【００３５】
逆量子化器１１１乃至１１３には、それぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１１５，１１６で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、逆量子化済ＬＳＰは、パラメータ変換部１１４においてパラメータ変換関数によりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００３６】
ここで、パラメータ変換部１０４，１１４は、図３のような処理を行うことによりバンド別ビット割当情報ｄを算出している。先ずステップＳ１０において、ＬＳＰ係数がＬＰＣ（Linear Predictive Coding）係数に変換される。次にステップＳ１１において、周波数応答が算出され、続くステップＳ１２において、ビット割当情報が算出される。
【００３７】
なお、上述の説明では、３段の量子化結果を用いてパラメータ変換を行ったが、１段目の量子化済出力ｃ１のみを用いて十分に量子化ＬＳＰが近似される場合には、１段目の量子化済出力ｃ１のみをパラメータ変換するようにしてもよい。
【００３８】
以下、この場合における信号処理装置の回路構成を図４に示す。図４に示すように、入力されたＬＳＰ係数は、量子化器１０１で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。１段階目の量子化誤差は、量子化器１０２で量子化され、２段階目の量子化誤差は、量子化器１０３で量子化される。量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１０７，１０８にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。
【００３９】
ここで、量子化出力ｃ１は、パラメータ変換部１０４においてパラメータ変換関数Ｆによりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。また、各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００４０】
デコーダ側では、図５に示すように、逆量子化器１１１乃至１１３にそれぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１１５，１１６で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、逆量子化出力ｃ１は、パラメータ変換部１１４においてパラメータ変換関数によりバンド別ビット割当情報ｄに変換される。
【００４１】
次に、上述した信号処理装置が適用された信号符号化装置を図６に示す。この信号符号化装置は、本件出願人が先に出願した特開平１２−１３２１９４号公報における信号符号化装置と同様の構成である。
【００４２】
図６において、入力端子２００には、例えば、０〜８ｋHz程度のいわゆる広帯域音声信号をサンプリング周波数Ｆs＝１６ｋHzでＡ／Ｄ変換したディジタルオーディオ信号が供給されている。この入力信号は、正規化（白色化）回路部２０１のＬＰＣ逆フィルタ２０２に送られると共に、例えば１０２４サンプルずつ切り出され、ＬＰＣ分析・量子化部２２０に送られている。このＬＰＣ分析・量子化部２２０では、ハミング窓掛けをした上で、２０次程度のＬＰＣ係数、すなわちαパラメータを算出し、ＬＰＣ逆フィルタ２０２によりＬＰＣ残差を求めている。このＬＰＣ分析の際には、分析の単位となる１フレーム１０２４サンプルのうちの一部サンプル、例えば１／２の５１２サンプルを次のブロックとオーバーラップさせており、フレームインターバルは５１２サンプルとなっている。これは、後段の直交変換として採用されているＭＤＣＴ（改良離散コサイン変換）のエリアシングキャンセレーションを利用するためである。このＬＰＣ分析・量子化部２２０では、ＬＰＣ係数であるαパラメータをＬＳＰパラメータに変換して量子化したものを伝送するようにしている。
【００４３】
ＬＰＣ分析回路２２２からのαパラメータは、α→ＬＳＰ変換回路２２３に送られて、ＬＳＰパラメータに変換される。これは、直接型のフィルタ係数として求まったαパラメータを、例えば２０個、すなわち１０対のＬＳＰパラメータに変換する。変換は例えばニュートン−ラプソン法等を用いて行う。このＬＳＰパラメータに変換するのは、αパラメータよりも補間特性に優れているからである。
【００４４】
α→ＬＳＰ変換回路２２３からのＬＳＰパラメータは、ＬＳＰ量子化器２２４によりベクトル量子化される。このとき、フレーム間差分をとってからベクトル量子化してもよい。なお、このＬＳＰ量子化器２２４が上述したエンコーダ側の信号処理装置に相当する。但し、信号処理装置のうちパラメータ変換部は、後述するＬＳＰ→α変換回路２２８及びビット割当算出回路（ビットアロケーション決定回路）２３１に相当する。
【００４５】
このＬＳＰ量子化器２２４からの量子化出力、すなわちＬＳＰベクトル量子化のインデクスは、端子２２１を介して取り出され、また量子化済みのＬＳＰベクトルあるいは逆量子化出力は、ＬＳＰ補間回路２２６及びＬＳＰ→α変換回路２２８に送られる。
【００４６】
ＬＳＰ補間回路２２６は、ＬＳＰ量子化器２２４で上記フレーム毎にベクトル量子化されたＬＳＰのベクトルの前フレームと現フレームとの組を補間し、後の処理で必要となるレートにするためのものであり、この例では、８倍のレートに補間している。
【００４７】
このような補間が行われたＬＳＰベクトルを用いて入力音声の逆フィルタリングを実行するために、ＬＳＰ→α変換回路２２７により、ＬＳＰパラメータを例えば２０次程度の直接型フィルタの係数であるαパラメータに変換する。このＬＳＰ→α変換回路２２７からの出力は、上記ＬＰＣ残差を求めるためのＬＰＣ逆フィルタ回路２０２に送られ、このＬＰＣ逆フィルタ２０２では、８倍のレートで更新されるαパラメータにより逆フィルタリング処理を行って、滑らかな出力を得るようにしている。
【００４８】
また、ＬＳＰ量子化回路２２４からの１倍レートのＬＳＰ係数は、ＬＳＰ→α変換回路２２８に送られてαパラメータに変換され、ビット割当を行わせるためのビット割当算出回路２３１に送られる。ビット割当算出回路２３１では、割当ビットの他に、後述するＭＤＣＴ係数の量子化に使用する重みｗ(ω) の計算も行っている。
【００４９】
正規化（白色化）回路部２０１のＬＰＣ逆フィルタ２０２からの出力は、長期予測であるピッチ予測のためのピッチ逆フィルタ２０３及びピッチ分析回路２０５に送られる。
【００５０】
長期予測は、ピッチ分析により求められたピッチ周期あるいはピッチラグ分だけ時間軸上でずらした波形を元の波形から減算してピッチ予測残差を求めることにより行っており、この例では３点ピッチ予測によって行っている。なお、ピッチラグとは、サンプリングされた時間軸データのピッチ周期に対応するサンプル数のことである。
【００５１】
すなわち、ピッチ分析回路２０５では１フレームに１回の割合、すなわち分析長が１フレームでピッチ分析が行われ、ピッチ分析結果のうちのピッチラグはピッチ逆フィルタ２０３及びビット割当算出回路２３１に送られ、ピッチゲインはピッチゲイン量子化器２０６に送られる。また、ピッチ分析回路２０５からのピッチラグインデクスは端子２４２から取り出されてデコーダ側に送られる。
【００５２】
ピッチゲイン量子化器２０６では、上記３点予測に対応する３点でのピッチゲインがベクトル量子化され、コードブックインデクス（ピッチゲインインデクス）が出力端子２４３より取り出され、代表値ベクトルあるいは逆量子化出力がピッチ逆フィルタ２０３に送られる。ピッチ逆フィルタ２０３は、上記ピッチ分析結果に基づいて３点ピッチ予測されたピッチ予測残差を出力する。このピッチ予測残差は、割り算回路２０４及びエンベロープ抽出回路２０７にそれぞれ送られている。
【００５３】
さらに、信号符号化装置は、正規化（白色化）回路部２０１において、フレーム内データのゲインの平滑化を行っている。これは、ピッチ逆フィルタ２０３からエンベロープ抽出回路２０７によりエンベロープを抽出し、抽出されたエンベロープを、スイッチ２０９を介してエンベロープ量子化器２１０に送り、量子化されたエンベロープの値によりピッチ逆フィルタ２０３からの残差を割り算器２０４で割り込むことにより、時間軸で平滑化された信号を得ている。この割り算器２０４からの信号が、正規化（白色化）回路部２０１の出力として、次段の直交変換回路部２１５に送られる。
【００５４】
この平滑化により、量子化後の直交変換係数を時間信号に逆変換したときの量子化誤差の大きさをオリジナル信号のエンベロープに追従させる、いわゆるノイズシェイピングが実現できる。
【００５５】
エンベロープ抽出回路２０７では、エンベロープ抽出回路２０７に供給される信号、すなわち上記ＬＰＣ逆フィルタ２０２及びピッチ逆フィルタ２０３により正規化処理された残差信号を、ｘ(ｎ)，ｎ＝０〜Ｎ−１（Ｎは上記１フレームＦＲのサンプル数、直交変換窓長、例えばＮ＝１０２４）とするとき、この変換窓長Ｎより短い長さＭ、例えばＭ＝Ｎ／８の窓で切り出された各サブブロックあるいはサブフレーム毎のｒｍｓ（二乗平均の平方根）値をエンベロープとしている。エンベロープ量子化器２１０では、ｉ番目のサブブロック（ｉ＝０〜Ｍ−１）のｒｍｓｉを１つのベクトルとしてベクトル量子化を行っており、そのインデックスが時間軸ゲインコントロールのためのパラメータ、すなわちエンベロープインデックスとして端子２１１より取り出され、デコーダ側に伝送される。
【００５６】
ゲインコントロールを行うか否かの判別は、ゲインコントロールオン／オフ決定回路２０８により行われ、その判別出力（ゲインコントロールＳＷ）は、エンベロープ量子化器２１０の入力側のスイッチ２０９のスイッチング制御信号として送られるとともに、後述する係数量子化部２３０内の係数量子化回路２３５に送られて、ゲインコントロールがオンのときとオフのときの係数の割当ビット数の切り換えに使用される。また、このゲインコントロールオン／オフ判別出力（ゲインコントロールＳＷ）は、端子２１２を介して取り出され、デコーダ側に送られる。
【００５７】
割り算器２０４でゲインコントロール（あるいはゲイン圧縮）されて時間軸で平滑化された信号ｘｓ(ｎ) は、正規化回路部２０１の出力として、直交変換回路部２１５に送られ、例えばＭＤＣＴにより周波数軸パラメータ（係数データ）に変換される。この直交変換回路部２１５は、窓掛け回路２１６とＭＤＣＴ回路２１７とからなる。窓掛け回路２１６では、１／２フレームオーバーラップによるＭＤＣＴのエリアシングキャンセレーションが利用できるような窓関数による窓掛けが施される。
【００５８】
直交変換回路部２１５のＭＤＣＴ回路２１７でＭＤＣＴ処理されて得られたＭＤＣＴ係数データは、係数量子化部２３０のフレームゲイン正規化回路２３３及びフレームゲイン算出・量子化回路２３７に送られる。本実施の形態の係数量子化部２３０では、先ず上記ＭＤＣＴ変換ブロックである１フレームの係数全体のフレームゲイン（ブロックゲイン）を算出してゲイン正規化を行った後、さらに聴覚に合わせて高域ほどバンド幅を広くしたサブバンドである臨界帯域（クリティカルバンド）に分割して、それぞれのバンド毎のスケールファクタ、いわゆるバークスケールファクタを算出し、これによって再び正規化を行っている。上記バークスケールファクタとしては、各帯域毎にその帯域内の係数のピーク値や、あるいは二乗平均の平方根（ｒｍｓ）等を用いることができ、各バンドのバークスケールファクタはまとめてベクトル量子化される。
【００５９】
すなわち、係数量子化部２３０のフレームゲイン算出・量子化回路２３７では、上記ＭＤＣＴ変換ブロックであるフレーム毎のゲインが算出されて量子化され、そのコードブックインデクス（フレームゲインインデクス）が端子２４５を介して取り出されてデコーダ側に送られると共に、量子化された値のフレームゲインがフレームゲイン正規化回路２３３に送られて、入力をフレームゲインで割ることによる正規化が行われる。このフレームゲインで正規化された出力は、バークスケールファクタ算出・量子化回路２３２及びバークスケールファクタ正規化回路２３４に送られる。
【００６０】
バークスケールファクタ算出・量子化回路２３２では、上記各臨界帯域毎のバークスケールファクタが算出されて量子化され、コードブックインデクス（バークスケールファクタインデクス）が端子２４４を介して取り出されてデコーダ側に送られると共に、量子化された値のバークスケールファクタがビット割当算出回路２３１及びバークスケールファクタ正規化回路２３４に送られる。バークスケールファクタ正規化回路２３４では、上記臨界帯域毎に帯域内の係数の正規化が行われ、バークスケールファクタで正規化された係数が係数量子化回路２３５に送られる。
【００６１】
係数量子化回路２３５では、ビット割当算出回路２３１からのビット割当情報に従って各係数に量子化ビット数が割り当てられて量子化が行われ、このとき、上述したゲインコントロールオン／オフ決定回路２０８からのゲインコントロールＳＷ情報に応じて全体の割当ビット数の切り換えが行われる。これは、例えばベクトル量子化を行う場合には、上記ゲインコントロールオン時用と、オフ時用との２組のコードブックを用意しておき、上記ゲインコントロールＳＷ情報に応じてこれらのコードブックを切り換えるようにすればよい。係数量子化回路２３５で量子化された係数インデクスは、端子２４１を介して取り出されてデコーダ側に送られる。
【００６２】
信号符号化装置は、以上のような構成により入力した信号を符号化する。続いて、信号符号化装置（エンコーダ側）に対応する信号復号装置（デコーダ側）の構成の一例を図７に示す。
【００６３】
図７において、各入力端子２５０〜２５７には上記図６の各出力端子からのデータが供給されており、図７の入力端子２５０には、上記図６の出力端子２４１からの直交変換係数（例えばＭＤＣＴ係数）のインデクスが供給されている。入力端子２５１には、図６の出力端子２２１からのＬＳＰインデクスが供給され、入力端子２５２〜２５５には、図６の各出力端子２４２〜２４５からのデータ、すなわち、ピッチラグインデクス、ピッチゲインインデクス、バークスケールファクタインデクス、フレームゲインインデクスがそれぞれ供給され、入力端子２５６、２５７には、図６の各出力端子２１１、２１２からのエンベロープインデクス、ゲインコントロールＳＷがそれぞれ供給されている。
【００６４】
入力端子２５０からの係数インデクスは、係数逆量子化回路２６１で逆量子化され、掛け算器２６３を介して、例えばＩＭＤＣＴ（逆ＭＤＣＴ）等の逆直交変換回路２６４に送られる。
【００６５】
入力端子２５１からのＬＳＰインデクスは、ＬＰＣパラメータ再生部２７０の逆量子化器２７１に送られてＬＳＰデータに逆量子化され、ＬＳＰ→α変換回路２７２及びＬＳＰ補間回路２７３に送られる。ＬＳＰ→α変換回路２７２からのαパラメータ（ＬＰＣ係数）は、ビット割当回路２６２に送られる。ＬＳＰ補間回路２７３からのＬＳＰデータは、ＬＳＰ→α変換回路２７４でαパラメータ（ＬＰＣ係数）に変換され、後述するＬＰＣ合成回路２６７に送られる。
【００６６】
ビット割当回路２６２には、ＬＳＰ→α変換回路２７２からの上記ＬＰＣ係数の他に、入力端子２５２からのピッチラグと、入力端子２５３から逆量子化器２８１を介して得られたピッチゲインと、入力端子２５４から逆量子化器２８２を介して得られたバークスケールファクタとが供給されており、これらのパラメータのみに基づいて、エンコーダ側と同一のビット割当を再現することができる。ビット割当回路２６２からのビット割当情報は、係数逆量子化器２６１に送られて、各係数の量子化割当ビットの決定に使用される。
【００６７】
入力端子２５５からのフレームゲインインデクスは、フレームゲイン逆量子化器２７６に送られて逆量子化され、得られたフレームゲインが掛け算器２６３に送られる。
【００６８】
入力端子２５６からのエンベロープインデクスは、スイッチ２７７を介してエンベロープ逆量子化器２７８に送られて逆量子化され、得られたエンベロープデータがオーバーラップ加算回路２６５に送られる。また、入力端子２５７からのゲインコントロールＳＷ情報は、上記係数逆量子化器２６１及びオーバーラップ加算回路２６５に送られると共に、スイッチ２７７の制御信号として用いられる。逆量子化器２７１は、上述したようなゲインコントロールのオン／オフに応じて、全体の割当ビット数を切り換えており、逆ベクトル量子化の場合には、ゲインコントロールのオン時のコードブックとオフ時のコードブックとを切り換えるようにしてもよい。
【００６９】
オーバラップ加算回路２６５は、ＩＭＤＣＴ等の逆直交変換回路２６４からの上記フレーム毎に時間軸に戻された信号を、１／２フレームずつオーバーラップさせながら加算するものであり、ゲインコントロールのオン時には、上記エンベロープ逆量子化器２７８からのエンベロープデータによるゲインコントロール（上述したゲイン伸長あるいはゲイン復元）処理しながらオーバーラップ加算する。
【００７０】
オーバラップ加算回路２６５からの時間軸信号は、ピッチ合成回路２６６に送られて、ピッチ成分が復元される。これは、図６のピッチ逆フィルタ２０３での処理の逆処理に相当するものであり、端子２５２からのピッチラグ及び逆量子化器２８１からのピッチゲインが用いられる。
【００７１】
ピッチ合成回路２６６からの出力は、ＬＰＣ合成回路２６７に送られて、図６のＬＰＣ逆フィルタ２０２での処理の逆の処理に対応するＬＰＣ合成処理が施され、出力端子２６８より取り出される。
【００７２】
信号復号装置は、以上のような構成により、エンコーダ側から入力した信号を復号する。
【００７３】
ところで、前述したように、信号処理装置においては、エンコーダとデコーダとでバンド別ビット割当の計算結果が全く同一である必要があるため、双方でこの計算のための演算精度を厳密に合わせなければならない。
【００７４】
しかし、例えば、固定小数点演算を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実装されたエンコーダでエンコードされたものを、パーソナルコンピュータ等で実装されたデコーダでデコードする場合、デコーダで浮動小数点演算を用いると、全く同じＬＳＰコードブックを参照し同一のコードワードを入力しているのにも関わらず、エンコーダとデコーダとで演算誤差に起因する量子化重みの食い違いが起こる結果となる。従って、この場合、ＤＳＰと同様の固定小数点演算をパーソナルコンピュータ上で実現する等により精度合わせをし、誤差をなくす必要があり、演算量が極端に増加するという問題があった。
【００７５】
すなわち、コードブックをＣ、Ｃのコードベクトルをｃとし、ｃを入力として目的のパラメータｄに変換する関数をＦとすると、
Ｆ（ｃ）＝ｄ
であるが、Ｆと数学的に等価な関数Ｆ’で計算をすると、
Ｆ’（ｃ）＝ｄ＋δ
のように誤差δを含む結果を出力することになる。このとき、あるプロセッサでＦにより変換する場合と比べて、別のプロセッサで誤差のない完全に同値な計算をしようとすると演算量の極端な増加という問題が生じる。
【００７６】
そこで、本実施の形態における信号処理装置は、コードブックＣに含まれる全てのコードベクトルについて予めＦ（ｃ）の計算をしておき、その結果ｄを別のコードブックに蓄積しておく。そして、符号化の際には、コードブックＣの量子化インデックスでコードブックＤのコードベクトルを引くことにより、ｃからｄへのパラメータの変換を行う。また、復号の際にも、コードブックＣの量子化インデックスでコードブックＤのコードベクトルを引くことにより、ｃからｄへのパラメータの変換を行う。
【００７７】
この手法をマルチステージベクトル量子化において適用する場合、例えば各段８ビットで３段のマルチステージベクトル量子化では、出力されるコードベクトルは、２８＊３（＝16777216）通りの組み合わせが存在するため、この全ての組み合わせについてコードベクトルの変換を行う必要がある。しかし、これは、コードブックの記憶量が膨大となってしまい、現実的ではない。
【００７８】
ここで、一般的なＮ段のマルチステージベクトル量子化の量子化出力ｃは、以下の式（１）に示すように、各段のコードブックのコードベクトルｃｉの線形和で表現される。
【００７９】
【数１】
従って、パラメータの変換を行う関数Ｆが線形であれば、以下の式（２）が成り立つ。
【００８１】
【数２】
このため、各段それぞれのコードブックＣｉをＦで変換してコードブックＤｉを作成しておき、ｉ段目のインデックスでコードブックＤｉを引いたｄｉの線形和をとれば、変換先のパラメータを得ることが可能である。なお、マルチステージベクトル量子化に限らず、複数のコードブックを持ち量子化結果を各コードブックのコードベクトルの線形和として出力するようなベクトル量子化についても適用可能である。
【００８３】
ここで、一般的なマルチステージベクトル量子化では、前段の量子化誤差を後段の量子化器が量子化する構造になっているため、上述した式（２）を以下の式（３）のようにＭ段目までの量子化結果を用いることにより近似することが可能である。
【００８４】
【数３】
しかし、前述したパラメータ変換関数Ｆは、非線形であるため、上述した式（２）に基づいてコードブックＤを作成することができない。この場合は、上述した式（３）においてＭを１とし、以下の式（４）に基づいてコードブックＤを作成する。
【００８６】
【数４】
このように、１段目の量子化結果のみを用いて量子化結果ｃが十分近似される場合には、パラメータ変換関数が非線形であっても適用可能である。
【００８８】
以下では、１段目の量子化結果のみを用いる場合の信号処理装置について説明する。先ず、予めＬＳＰ量子化の１段目のコードブックＣ１に含まれる全てのコードベクトルｃについてパラメータ変換することによりコードブックＤ１を作成する。量子化ビット数をｂとしたときには、図８に示すようにコードブックＤ１が作成される。すなわち、コードブックＣ１のあるインデックス位置のコードベクトルを取り出してパラメータ変換関数Ｆで変換し、コードブックＤ１の同じインデックス位置に蓄積する。
【００８９】
このコードブックＤ１の作成手順を図９に示す。先ずステップＳ１において、ｉの初期値を０とする。
【００９０】
次にステップＳ２において、コードブックＣ１のｉ番目のコードベクトルｃｉを取り出し、ステップＳ３において、コードベクトルｃｉをパラメータ変換関数Ｆで変換してコードベクトルｄｉを作成する。
【００９１】
続いてステップＳ４において、コードベクトルｄｉをコードブックＤ１のi番目に追加する。
【００９２】
続いて、ステップＳ５において、ｉに１を加え、続くステップＳ６において、ｉが２ｂに達したか否かが判別される。ステップＳ６において、ｉが２ｂに達していない場合には、ステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返す。ステップＳ６においてｉが２ｂに達している場合には、コードブックＤ１の作成を終了する。
【００９３】
本実施の形態における信号処理装置では、以上のようにして作成されたコードブックＤ１のルックアップによりパラメータの変換を行う。
【００９４】
この信号処理装置の概略構成を図１０に示す。図１０に示すように、本実施の形態における信号処理装置は、量子化器１０乃至１２と、コードブック参照部１３と、減算器１４，１５と、加算器１６，１７とを備える。
【００９５】
入力された第１のパラメータであるＬＳＰ係数は、量子化器１０で量子化され、量子化出力ｃ１が出力される。入力ＬＳＰ係数から量子化出力ｃ１が減算器１４にて減算され、この量子化誤差が量子化器１１で量子化される。
【００９６】
同様にして、量子化器１１の入力値から量子化出力ｃ２が減算器１５にて減算され、この量子化誤差が量子化器１２で量子化される。
【００９７】
量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器１６，１７にて加算され、量子化済ＬＳＰとなる。また、コードブック参照部１３において１段目のＬＳＰインデックスｎ１によりコードブックＤ１のルックアップが行われ、第２のパラメータであるバンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【００９８】
各量子化ステージ毎のＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３は、デコーダ側に供給される。
【００９９】
ここで、コードブック参照部１３におけるコードブックＤ１のルックアップは、図１１に示すように、量子化器１０において量子化出力ｃ１が出力されたＬＳＰインデックスｎ１によりコードブックＤ１をルックアップすることにより行われ、バンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【０１００】
デコーダ側は、図１２にその概略構成を示すように、逆量子化器２０乃至２２と、コードブック参照部２３と、加算器２４，２５とを備える。
【０１０１】
逆量子化器２０乃至２２には、それぞれエンコーダ側から供給されたＬＳＰインデックスｎ１，ｎ２，ｎ３が入力され、逆量子化済出力ｃ１，ｃ２，ｃ３が出力される。逆量子化出力ｃ１，ｃ２，ｃ３は、加算器２４，２５で加算され、逆量子化済ＬＳＰとなる。また、コードブック参照部２３には、ＬＳＰインデックスｎ１が入力され、コードブックＤ１をルックアップすることによりバンド別ビット割当情報ｄが生成される。
【０１０２】
以上のように、本発明の説明に供する信号処理装置によれば、パラメータ変換のための計算を行わないため、エンコーダ側とデコーダ側とで演算誤差が生じることがない。また、信号処理装置における演算量を削減することができる。
【０１０３】
次に、上述した信号処理装置を図６、図７に示した信号符号化装置、信号復号装置に適用した場合について説明する。なお、図６、図７に示した信号符号化装置、信号復号装置に限らず、他の信号符号化装置、信号復号装置にも適用可能であることは勿論である。以下では、主要部のみについて説明する。
【０１０４】
先ず、信号符号化装置の主要部の概略構成を図１３に示す。なお、この図１３は、図６に示した信号符号化装置の係数量子化回路２３５の構成に相当する。この図１３において、入力端子３０には、時間軸信号が直交変換されて得られた周波数軸上の係数データが供給されており、入力端子３１には、例えばＬＰＣ係数、ピッチパラメータ、バークスケールファクタ等のパラメータに基づいて計算された重みｗが入力されている。また、入力端子３２には、図１０のコードブック参照部１３で生成されたバンド別ビット割当情報ｄが入力されている。ここで、直交変換の１フレーム分の係数をベクトルｙ、１フレーム分の重みをベクトルｗで表すものとする。また、１フレーム分のビット割当情報をベクトルｄで表すものとする。
【０１０５】
これらの係数ベクトルｙ、重みベクトルｗを、必要に応じてバンド分割回路３３に送ることにより、Ｍ個（Ｍ≧１）のバンドに分割する。バンド数としては、例えば低域、中域、高域の３バンド程度（Ｍ＝３）が挙げられるが、これに限定されず、またバンド分割しなくてもよい。この各バンド毎の係数、例えば第ｋ番目のバンドの係数をｙｋ、 重みをｗｋ （０≦ｋ≦Ｍ−１）とするとき、
ｙ＝（ｙ０,ｙ１,...,ｙＭ−１）
ｗ＝（ｗ０,ｗ１,...,ｗＭ−１）
となる。このバンド分割のバンド数や各バンド毎の係数の個数は、予め設定された数値に固定されている。
【０１０６】
次に、各バンドの係数ベクトルｙ０,ｙ１,...,ｙＭ−１ をそれぞれソート回路３４０,３４１,...,３４Ｍ−１ に送って、各バンド毎に、それぞれのバンド内の係数に対して、重みの順に従って順位をつける。これは、各バンド内の係数自体を、重みの順に従って並び替え（ソート）すればよいが、各係数の周波数軸上での位置あるいは順番を表す指標（インデクス）のみを重みの順にソートするようにしてもよい。係数自体をソートする場合には、任意の第ｋ番目のバンドについて、係数ベクトルｙｋ の各係数を重みの順にソートし、重み順にソートされた係数ベクトルｙ'ｋを得る。
【０１０７】
次に、各バンド毎に重みの順に従ってソートされた係数ベクトルｙ'０,ｙ'１,...,ｙ'Ｍ−１ をそれぞれベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ に送る。ベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１には、入力端子３２に入力されたビット割当情報のベクトルｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ もそれぞれ入力され、このビット割当情報ｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ に従ってベクトル量子化が行われる。
【０１０８】
次に、図１３の各ベクトル量子化器３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ からの各バンド毎の係数インデクスのベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ をまとめて、全バンドの係数インデクスのベクトルｃとし、端子３６から取り出している。
【０１０９】
このような構成により、信号符号化装置は、入力した係数データをビット割当情報に基づいて量子化する。
【０１１０】
なお、この図１３の信号符号化装置は、ハードウェア構成として示しているが、いわゆるＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）等を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。
【０１１１】
次に、信号復号装置の主要部の構成を図１４に示す。なお、この図１４は、図７に示した係数逆量子化回路２６１の構成に相当する。この図１４において、入力端子４０には、係数インデクス（ＭＤＣＴ係数等の直交変換係数が量子化されることで得られたコードブックインデクス）が入力されている。また、入力端子４１には、αパラメータ（ＬＰＣ係数）、ピッチラグ、ピッチゲイン、バークスケールファクタ等に基づいて計算された重みＷ(ω)が入力されている。入力端子４２には、周波数軸上の係数の位置あるいは順番を示す指標（インデクス）、すなわち全帯域でＮ個の係数データがある場合には、０〜Ｎ−１の数値（これをベクトルＩとする）が供給されている。なお、入力端子４１に入力されるＮ個の各係数に対するＮ個の重みをベクトルｗで表す。また、入力端子４３には、図１２のコードブック参照部２３で生成されたバンド別ビット割当情報ｄが入力されている。入力端子４３に入力されるＮ個の各係数に対するＮ個のビット割当情報をベクトルｄで表す。
【０１１２】
重みｗ及び指標Ｉは、バンド分割回路４４に送られて、エンコーダ側と同様にＭ個のバンドに分割される。エンコーダ側で例えば低域、中域、高域の３バンド（Ｍ＝３）に分割されていれば、デコーダ側でも同じく３バンドに分割する。これらのバンド分割された各バンド毎の指標及び重みは、それぞれソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ に送られる。例えば第ｋ番目のバンド内の指標Ｉｋ 及び重みｗｋ は、第ｋ番目のソート回路４５ｋ に送られる。ソート回路４５ｋでは、第ｋ番目のバンド内の指標Ｉｋ が、各係数の重みｗｋ の順序に従って並べ替え（ソート）され、ソートされた指標Ｉ'ｋ が出力される。各ソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ からのそれぞれのバンド毎にソートされた指標Ｉ０,Ｉ１,...,ＩＭ−１ は、係数再構成回路４７に送られる。
【０１１３】
また、入力端子４０に入力された直交変換係数のインデクスは、エンコーダ側で量子化される際に、Ｍバンドにバンド分割され、各バンド毎に重み順にソートされた係数が、１つのバンド内で予め定められた規則に基づく個数毎に区切られたサブベクトル毎にベクトル量子化されて得られたものである。具体的には、Ｍ個のバンドについて、それぞれのバンド毎の係数インデクスの集合をそれぞれベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ としたものであり、これらの各バンドの係数インデクスのベクトルｃ０,ｃ１,...,ｃＭ−１ が、それぞれ逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ に送られている。逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１には、入力端子４３に入力されたビット割当情報のベクトルｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１もそれぞれ入力され、このビット割当情報ｄ０,ｄ１,...,ｄＭ−１ に従って逆量子化が行われる。
【０１１４】
これらの逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ で逆量子化されて得られた係数データは、各バンド内で上記重みの順にソートされているもの、すなわち図１３の各ソート回路３４０,３４１,...,３４Ｍ−１ からの係数ベクトルｙ'０,ｙ'１,...,ｙ'Ｍ−１に相当するものであり、配列順序は周波数軸上の位置とは異なっている。そこで、係数の時間軸上での位置を表す指標Ｉを上記重みに従って先にソートしておき、このソートされた指標と、逆量子化されて得られた係数データとを対応させて、元の時間軸上の順序に戻すのが係数再構成回路４７の機能である。すなわち、係数再構成回路４７では、各逆量子化器４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ からの、各バンド内で重み順にソートされた係数データに対して、各ソート回路４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ からのそれぞれのバンド毎にソートされた指標を対応させ、このソートされた指標に従って逆量子化された係数データを並べ替える（逆ソートする）ことにより、元の時間軸上の順序に並んだ係数データｙを得て、出力端子４８より取り出している。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態における信号符号化装置及び信号復号装置によれば、パラメータ変換のための計算を行わないため、エンコーダ側とデコーダ側とで演算誤差が生じることがなく、また、演算量を削減することができる。
【０１１６】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１７】
例えば、上述の説明では、ソートのための重みｗとバンド別ビット割当情報ｄとを区別して説明したが、これに限定されず、直交変換係数を重み付けして量子化し、符号化するような信号符号化装置にも本実施の形態における信号処理装置を適用することができる。この場合、第２のパラメータとしての重み付け量子化の重みを求める際に、テーブルを参照することができる。
【０１１８】
また、上述の説明では、ＬＳＰ係数に基づいてバンド別ビット割当情報を求めたが、これに限定されず、例えばＬＰＣ係数等の他のパラメータに基づいてバンド別ビット割当情報を求めるようにしても構わない。
【０１２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る信号符号化装置は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換手段と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化手段と、上記パラメータ量子化手段によって量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照手段と、上記直交変換手段により得られた直交変換係数を上記テーブル参照手段により求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【０１２４】
このような信号符号化装置は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化するため、パラメータ変換のための演算を行う必要がない。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。また、デコーダ側でも同様にパラメータ変換を行うことにより、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。
【０１２５】
また、本発明に係る信号符号化方法は、時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化方法であって、上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換工程と、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化工程と、上記パラメータ量子化工程にて量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照工程と、上記直交変換工程で得られた直交変換係数を上記テーブル参照工程にて求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めることを特徴としている。
【０１２６】
このような信号符号化方法は、コードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求め、入力信号に基づく信号を直交変換して得られた直交変換係数をビット割当情報に基づいてビット割当量子化するため、パラメータ変換のための演算を行う必要がない。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。また、デコーダ側でも同様にパラメータ変換を行うことにより、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。
【０１３１】
また、本発明に係る信号復号装置は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とが入力される信号復号装置であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照手段と、上記テーブル参照手段によって生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化手段と、上記逆量子化手段によって逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換手段とを備え、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【０１３２】
このような信号復号装置は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。エンコーダ側でも同様にしてビット割当情報が生成されているため、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。
【０１３３】
また、本発明に係る信号復号方法は、時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とを入力し、上記インデックスに基づいて上記直交変換係数を復号する信号復号方法であって、Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照工程と、上記テーブル参照工程にて生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化工程と、上記逆量子化工程にて逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換工程とを有し、上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成することを特徴としている。
【０１３４】
このような信号復号方法は、信号符号化装置から少なくともパラメータの量子化出力のインデックスと符号化された直交変換係数とを入力し、Ｎ段目までのインデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までのインデックスに基づいてテーブルを参照することによりビット割当情報を生成し、生成されたビット割当情報に基づいて直交変換係数を逆量子化し、逆量子化された直交変換係数を逆直交変換する。エンコーダ側でも同様にしてビット割当情報が生成されているため、エンコーダ側とデコーダ側とにおける演算誤差を防止することができる。特に、上記変換が非線形である場合には、１段目の量子化出力のインデックスを用いてテーブルを参照することによりビット割当情報を求めるため、パラメータ変換が非線形であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の信号処理装置において、３段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合の構成を説明する図である。
【図２】従来の信号処理装置において、エンコーダ側で３段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合のデコーダ側の構成を説明する図である。
【図３】パラメータの変換手順について説明するフローチャートである。
【図４】従来の信号処理装置において、１段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合の構成を説明する図である。
【図５】従来の信号処理装置において、エンコーダ側で１段目までの量子化出力を用いてパラメータ変換する場合のデコーダ側の構成を説明する図である。
【図６】従来の信号符号化装置の構成を説明する図である。
【図７】従来の信号復号装置の構成を説明する図である。
【図８】 本発明の説明に供する信号処理装置におけるコードブックの作成について説明する図である。
【図９】同信号処理装置におけるコードブックの作成手順を説明するフローチャートである。
【図１０】同信号処理装置のエンコーダ側の概略構成を説明する図である。
【図１１】同信号処理装置のコードブック参照部におけるコードブックのルックアップを説明する図である。
【図１２】同信号処理装置のデコーダ側の概略構成を説明する図である。
【図１３】同信号処理装置の適用された信号符号化装置の主要部の構成を説明する図である。
【図１４】同信号処理装置の適用された信号復号装置の主要部の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１０，１１，１２ 量子化器、 １３，２３ コードブック参照部、 ２０，２１，２２ 逆量子化器、 ３３，４４ バンド分割回路、 ３４０,３４１,...,３４Ｍ−１，４５０,４５１,...,４５Ｍ−１ ソート回路、 ３５０,３５１,...,３５Ｍ−１ ベクトル量子化器、 ４６０,４６１,...,４６Ｍ−１ 逆量子化器、 ４７ 係数再構成回路
Claims (7)
- 時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化装置であって、
上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換手段と、
上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化手段と、
上記パラメータ量子化手段によって量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化手段によるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照手段と、
上記直交変換手段により得られた直交変換係数を上記テーブル参照手段により求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化手段とを備え、
上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求める
ことを特徴とする信号符号化装置。 - 上記直交変換手段の入力側に、上記入力信号を線形予測符号化（ＬＰＣ）分析して得られたＬＰＣ係数に基づき上記入力信号のＬＰＣ予測残差を出力するＬＰＣ逆フィルタを備えること
を特徴とする請求項１記載の信号符号化装置。 - 上記パラメータが上記ＬＰＣ係数に基づくＬＳＰ係数であることを特徴とする請求項２記載の信号符号化装置。
- 時間軸上の入力信号に基づく信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う信号符号化方法であって、
上記入力信号に基づく信号を直交変換する直交変換工程と、
上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化するパラメータ量子化工程と、
上記パラメータ量子化工程にて量子化されたパラメータに基づいてビット割当情報を求める際に、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを用意し、上記パラメータ量子化工程におけるＭ（Ｍ≦Ｎ）段目までの量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求めるテーブル参照工程と、
上記直交変換工程で得られた直交変換係数を上記テーブル参照工程にて求めた上記ビット割当情報に基づいてビット割当量子化する量子化工程とを有し、
上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を求める
ことを特徴とする信号符号化方法。 - 時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とが入力される信号復号装置であって、
Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照手段と、
上記テーブル参照手段によって生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化手段と、
上記逆量子化手段によって逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換手段とを備え、
上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照手段は、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成する
ことを特徴とする信号復号装置。 - 上記パラメータがＬＳＰ係数であり、
上記インデックスを逆量子化してＬＳＰ係数を生成するパラメータ逆量子化手段と、
上記ＬＳＰ係数をＬＰＣ係数に変換する係数変換手段と、
上記ＬＰＣ係数に基づいて上記逆直交変換手段によって逆直交変換された上記係数に対してＬＰＣ合成を行うＬＰＣ合成手段とを備えること
を特徴とする請求項５記載の信号復号装置。 - 時間軸上の入力信号を直交変換し、得られた直交変換係数をビット割当量子化することにより符号化を行う際に、上記入力信号に基づくパラメータをコードブックを参照してＮ段のマルチステージベクトル量子化で量子化し、量子化された上記パラメータに基づいて、上記コードブックの各代表値をビット割当情報に変換した変換結果を予め格納したテーブルを参照することにより、生成されたビット割当情報により上記直交変換係数をビット割当量子化する信号符号化装置から少なくとも上記パラメータの量子化出力のインデックスと上記符号化された直交変換係数とを入力し、上記インデックスに基づいて上記直交変換係数を復号する信号復号方法であって、
Ｎ段目までの上記インデックスのうち、Ｍ（Ｍ≦Ｎ）段目までの上記インデックスに基づいて上記テーブルを参照することによりビット割当情報を生成するテーブル参照工程と、
上記テーブル参照工程にて生成された上記ビット割当情報に基づいて上記直交変換係数を逆量子化する逆量子化工程と、
上記逆量子化工程にて逆量子化された上記直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換工程とを有し、
上記変換が非線形である場合、上記テーブル参照工程では、１段目の量子化出力のインデックスを用いて上記テーブルを参照することにより上記ビット割当情報を生成する
ことを特徴とする信号復号方法。
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