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WO2012137617A1 - 符号化方法、復号方法、符号化装置、復号装置、プログラム、記録媒体 - Google Patents

符号化方法、復号方法、符号化装置、復号装置、プログラム、記録媒体 Download PDF

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WO2012137617A1
WO2012137617A1 PCT/JP2012/057685 JP2012057685W WO2012137617A1 WO 2012137617 A1 WO2012137617 A1 WO 2012137617A1 JP 2012057685 W JP2012057685 W JP 2012057685W WO 2012137617 A1 WO2012137617 A1 WO 2012137617A1
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WO
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error
encoding
decoding
sample
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PCT/JP2012/057685
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English (en)
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守谷　健弘
登 原田
優 鎌本
祐介 日和▲崎▼
勝宏 福井
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日本電信電話株式会社
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    • G10L19/038—Vector quantisation, e.g. TwinVQ audio

Definitions

  • the present invention relates to an encoding technique for an acoustic signal and a decoding technique for a code string obtained by the encoding technique. More specifically, the present invention relates to encoding and decoding of a frequency domain sample sequence obtained by converting an acoustic signal into the frequency domain.
  • Adaptive coding for orthogonal transform coefficients such as DFT (Discrete Fourier Transform) and MDCT (Modified Discrete Cosine Transform) is known as a coding method for low-bit (for example, about 10 kbit / s to 20 kbit / s) speech and acoustic signals. It has been.
  • AMR-WB + Extended-Adaptive-Multi-Rate-Wideband
  • TCX transform-coded-excitation
  • coding based on TCX such as AMR-WB +
  • TCX time domain coefficient based on periodicity
  • coding with a large amount of variation reduces the coding efficiency.
  • a series of MDCT coefficients which are discrete values obtained by quantizing the signal divided by gain, arranged from the lowest frequency is entropy such as arithmetic code.
  • a short code is assigned if the amplitude is small, and a long code is assigned if the amplitude is large.
  • the number of bits per frame is reduced on average, but if the number of assigned bits per frame is fixed, the reduced bits may not be used effectively.
  • an object of the present invention is to provide an encoding / decoding technique that improves the quality of discrete signals, particularly audio-acoustic digital signals, by encoding with low bits with a low amount of computation. To do.
  • An encoding method is an encoding method for encoding a frequency domain sample sequence derived from an acoustic signal in a predetermined time interval with a predetermined number of bits, and each of the frequency domain sample sequences
  • An encoding step for generating a variable-length code by encoding an integer value corresponding to a sample value by variable-length coding, and an integer value corresponding to the value of each sample from the value of each sample in the frequency domain sample sequence Using the error calculation step of calculating the subtracted error value sequence and the surplus bits that are the number of bits obtained by subtracting the number of bits of the variable length code from the predetermined number, the error value sequence is encoded and the error code is obtained. Generating an error encoding step.
  • a decoding method is a decoding method for decoding a code including a predetermined number of input bits, and generates a string of integer values by decoding a variable length code included in the code.
  • the block diagram for demonstrating the structure of the encoding apparatus of embodiment The flowchart for demonstrating the process of the encoding apparatus of embodiment.
  • This embodiment uses a predetermined time interval as a frame, and in the framework of quantizing a frequency domain sample sequence derived from an acoustic signal in the frame, the variable length of the sequence after weighted flattening of the frequency domain samples
  • coding is performed and the distortion is reduced by quantizing the error signal by deciding the priority using the surplus bits saved by the variable length coding. I will. In particular, even when the number of assigned bits per frame is fixed, the advantage of variable length coding can be utilized.
  • a sample sequence in the frequency domain derived from the acoustic signal in other words, as a sample sequence in the frequency domain based on the acoustic signal, for example, a DFT coefficient sequence obtained by converting the audio acoustic digital signal in frame units from the time domain to the frequency domain,
  • the MDCT coefficient sequence include a coefficient sequence in which processing such as normalization, weighting, and quantization is applied to such a coefficient sequence.
  • processing such as normalization, weighting, and quantization is applied to such a coefficient sequence.
  • an embodiment will be described using an MDCT coefficient sequence as an example.
  • the encoding device 1 includes a frequency domain transform unit 11, a linear prediction analysis unit 12, a linear prediction coefficient quantization coding unit 13, a power spectrum envelope calculation unit 14, a weighted envelope normalization unit 15, a normal
  • a quantization gain calculation unit 16 a quantization unit 17, an error calculation unit 18, an encoding unit 19, and an error encoding unit 110 are provided.
  • the encoding device 1 performs each process of the encoding method illustrated in FIG. Hereinafter, each process of the encoding device 1 will be described.
  • Frequency domain transform unit 11 First, the frequency domain conversion unit 11 converts the audio-acoustic digital signal into N-point MDCT coefficient sequences in the frequency domain in units of frames (step S11).
  • the encoding side quantizes the MDCT coefficient sequence, encodes the quantized MDCT coefficient sequence, transmits the obtained code sequence to the decoding side, and the decoding side quantizes the code sequence.
  • the MDCT coefficient sequence can be reconstructed, and the time-domain audio-acoustic digital signal can be reconstructed by inverse MDCT transformation.
  • the amplitude of the MDCT coefficient has approximately the same amplitude envelope (power spectrum envelope) as the power spectrum of a normal DFT. For this reason, by assigning information proportional to the logarithmic value of the amplitude envelope, the quantization distortion (quantization error) of the MDCT coefficients in all bands can be uniformly distributed, and the overall quantization distortion can be reduced. In addition, information compression is also realized. Note that the power spectrum envelope can be efficiently estimated using a linear prediction coefficient obtained by linear prediction analysis.
  • a method for controlling such quantization error a method of adaptively assigning quantization bits of each MDCT coefficient (adjusting the quantization step width after flattening the amplitude), or weighted vector quantization is used. There is a method of adaptively weighting and determining a code.
  • the quantization method performed in the embodiment of the present invention will be described, it should be noted that the present invention is not limited to the quantization method described.
  • Linear prediction analysis unit 12 The linear prediction analysis unit 12 performs linear prediction analysis on the audio-acoustic digital signal in units of frames, and obtains and outputs linear prediction coefficients up to a predetermined order (step S12).
  • Linear prediction coefficient quantization coding unit 13 calculates and outputs a code corresponding to the linear prediction coefficient obtained by the linear prediction analysis unit 12 and a quantized linear prediction coefficient (step S13). At that time, it is possible to convert the linear prediction coefficient to LSP (Line Spectral Pairs), obtain the code corresponding to the LSP and the quantized LSP, and convert the quantized LSP to the quantized linear prediction coefficient. Good.
  • LSP Line Spectral Pairs
  • the linear prediction coefficient code that is a code corresponding to the linear prediction coefficient is a part of the code transmitted to the decoding device 2.
  • the power spectrum envelope calculation unit 14 obtains a power spectrum envelope by converting the quantized linear prediction coefficient output from the linear prediction coefficient quantization coding unit 13 into the frequency domain (step S14). The obtained power spectrum envelope is transmitted to the weighted envelope normalization unit 15. Further, as necessary, the error is transmitted to the error encoding unit 110 as indicated by a broken line in FIG.
  • Each coefficient W (1),..., W (N) of the power spectrum envelope coefficient sequence corresponding to each coefficient X (1),..., X (N) of the N-point MDCT coefficient sequence is quantized.
  • the obtained linear prediction coefficient can be obtained by converting it to the frequency domain.
  • the time signal y (t) at the time t is a past value y (t ⁇ 1),..., Y ( tp), the prediction residual e (t), and the quantized linear prediction coefficients ⁇ 1 ,..., ⁇ p are expressed by Equation (1).
  • each coefficient W (n) [1 ⁇ n ⁇ N] of the power spectrum envelope coefficient sequence is expressed by Expression (2).
  • exp ( ⁇ ) is an exponential function with the Napier number as the base
  • j is an imaginary unit
  • ⁇ 2 is the predicted residual energy.
  • the order p may be the same as the order of the quantized linear prediction coefficient output by the linear prediction coefficient quantization encoding unit 13 or the quantum output by the linear prediction coefficient quantization encoding unit 13. It may be less than the order of the normalized linear prediction coefficient.
  • the power spectrum envelope calculation unit 14 may calculate an approximate value of the power spectrum envelope value or an estimated value of the power spectrum envelope value instead of the power spectrum envelope value.
  • the power spectrum envelope value is each coefficient W (1),..., W (N) of the power spectrum envelope coefficient sequence.
  • Weighting envelope normalization unit 15 normalizes each coefficient of the MDCT coefficient sequence based on the power spectrum envelope output from the power spectrum envelope calculation unit 14 (step S15).
  • the weighted envelope normalization unit 15 calculates a weighted spectrum envelope coefficient obtained by smoothing a power spectrum envelope value series and a square root series thereof in the frequency direction. Use each frame to normalize each coefficient in the MDCT coefficient sequence.
  • each coefficient x (1),..., X (N) of the weighted normalized MDCT coefficient sequence in units of frames is obtained.
  • the weighted normalized MDCT coefficient sequence is transmitted to the normalized gain calculation unit 16, the quantization unit 17, and the error calculation unit 18.
  • the weighted normalized MDCT coefficient sequence generally has a slightly larger amplitude in the low frequency region and has a fine structure due to the pitch period, but does not have as large an amplitude gradient and amplitude asperity as the original MDCT coefficient sequence.
  • the normalized gain calculation unit 16 can quantize each coefficient x (1),..., X (N) of the weighted normalized MDCT coefficient sequence with a given total number of bits for each frame.
  • a quantization step width is determined using the sum of amplitude values or energy values over all frequencies, and a coefficient g (hereinafter referred to as gain) for dividing each coefficient of the weighted normalized MDCT coefficient sequence so as to be the quantization step width.
  • the gain information that is information representing the gain is a part of the code transmitted to the decoding device 2.
  • the quantization unit 17 quantizes each coefficient x (1),..., X (N) of the weighted normalized MDCT coefficient sequence for each frame with the quantization step width determined in the process of step S16. (Step S17). That is, an integer value obtained by rounding off the decimals of the value of x (n) / g obtained by dividing each coefficient x (n) [1 ⁇ n ⁇ N] of the weighted normalized MDCT coefficient sequence by the gain g Let u (n) be a quantized MDCT coefficient.
  • the quantized MDCT coefficient sequence for each frame is transmitted to the error calculation unit 18 and the encoding unit 19.
  • a value obtained by rounding up or down the decimal point of the value of x (n) / g may be an integer value u (n).
  • the integer value u (n) may be a value corresponding to the value of x (n) / g.
  • the sequence x (n) / g corresponds to the sample sequence in the frequency domain in the claims.
  • the x (n) / g sequence is an example of a sample sequence in the frequency domain.
  • the quantized MDCT coefficient that is an integer value u (n) corresponds to an integer value corresponding to the value of each sample in the frequency domain sample sequence.
  • Error calculation unit 18 The weighted normalized MDCT sequence obtained in the process of step S15, the gain g obtained in the process of step S16, and the quantized MDCT coefficient sequence in units of frames obtained in the process of step S17 are error calculation units 18. Will be input.
  • the quantization error r (n) corresponding to (n) is assumed.
  • the column of quantization error r (n) corresponds to the column of error values in the claims.
  • the encoding unit 19 encodes the quantized MDCT coefficient sequence (sequence of quantized MDCT coefficients u (n)) output from the quantizing unit 17 for each frame, and the obtained code and the bit of the code The number is output (step S19).
  • the encoding unit 19 can reduce the average code amount by, for example, variable length encoding to which a code having a length corresponding to the frequency of the value of the quantized MDCT coefficient sequence is assigned.
  • variable length code include a Rice code, a Huffman code, an arithmetic code, and a run length code.
  • the generated variable length code becomes a part of the code transmitted to the decoding device 2. What variable-length encoding method is executed is specified by the selection information. This selection information may be transmitted to the decoding device 2.
  • the surplus bits that are not used for encoding the quantization error r (n) are used for other purposes, for example, for correcting the gain g. Since the quantization error r (n) is an error in rounding due to quantization, it is distributed almost uniformly from -0.5 to +0.5.
  • the error encoding unit 110 calculates the number of surplus bits by subtracting the number of bits of the variable length code output from the encoding unit 19 from the number of bits set in advance as the code amount of the weighted normalized MDCT coefficient sequence. .
  • the quantization error sequence obtained by the error calculation unit 18 is encoded with the number of surplus bits, and the obtained error code is output (step S110). This error code is a part of the code transmitted to the decoding device 2.
  • Example 1 The operation of Example 1 is as follows.
  • a code book for each possible value of the number of surplus bits is stored in advance.
  • a vector having the same number of samples as the number of quantization error sequences that can be expressed by the number of surplus bits corresponding to each codebook, and a code corresponding to the vector are stored in advance. Yes.
  • error encoding section 110 selects a codebook corresponding to the calculated number of surplus bits from the codebook stored in the codebook storage section, and uses the selected codebook to generate a vector Perform quantization.
  • the encoding process after selecting a codebook is the same as general vector quantization. That is, a code corresponding to a vector that minimizes the distance between each vector of the selected codebook and the input quantization error sequence or maximizes their correlation is output as an error code.
  • the vector stored in the codebook has the same number of samples as the quantization error sequence, but the number of vector samples stored in the codebook is 1 / integer of the quantization error sequence.
  • the quantization error sequence may be vector quantized for each of a plurality of portions, and a plurality of codes obtained may be used as error codes.
  • the power spectrum envelope value can be referred to.
  • an approximate value of the power spectrum envelope value, an estimated value of the power spectrum envelope value, a value obtained by smoothing any of these values in the frequency direction, and a plurality of samples of any of these values Although an average value of the above and a value having the same magnitude relationship as at least one of these values can be referred to, only the case where the power spectrum envelope value is used will be described below.
  • the amplitude tendency of the sample sequence in the frequency domain to be quantized corresponding to the spectrum envelope after weighted flattening in FIG.
  • the weighted normalized MDCT coefficient x (n) is a very small value, that is, a value smaller than half the step width
  • the weighted normalized MDCT coefficient x (n) is divided by the gain g.
  • the result is 0, and the quantization error r (n) is much smaller than 0.5. That is, when the power spectrum envelope value is small to some extent, the effect on the auditory quality is small when the quantization error r (n) is encoded in addition to the weighted normalized MDCT coefficient x (n). You may exclude from the encoding object in the part 110. FIG. If the power spectrum envelope value is large to some extent, it is not known which quantization error of the sample is large.
  • the quantization error sample r (n) is encoded by 1 bit for each surplus bit in descending order. Moreover, it is sufficient to exclude the case where the power spectrum envelope value is below a certain level.
  • f (x) is a probability distribution function
  • ⁇ is an absolute value of the reconstructed value in the decoding device.
  • a quantization error sample to be encoded is selected, and the selected quantization error is selected.
  • the position of the sample in the plurality of quantization error samples and the value of the selected quantization error sample may be encoded and transmitted to the decoding device 2 as an error code.
  • a quantization error sample having the largest absolute value is selected from four quantization error samples in which the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) is 0, and the selected quantization error is selected.
  • the value of the sample is quantized (for example, whether it is + or-) and the information is transmitted in 1 bit, and the position of the selected quantization error sample is transmitted in 2 bits. Since the code is not sent to the decoding device 2 for the quantization error samples that are not selected, the decoding value in the decoding device 2 is set to 0. In general, q bits are required to inform the decoding device of which position of 2 q samples is selected.
  • [Mu] at this time may be the value of the center of gravity of the distribution of only the sample having the largest absolute value of the quantization error value in units of multiple samples.
  • a sparse sample can be expressed by a combination of a plurality of sequences as shown in FIG.
  • the first series only one of the four positions (two bits in the designation) is pulsed with + or-, and the other positions can be zero. That is, 3 bits are required to represent the first stream.
  • the second sequence and the fifth sequence can be encoded with a total of 15 bits.
  • U is the number of surplus bits
  • T is the number of quantization error samples of the number of quantization error samples constituting the quantization error sequence
  • the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) is not 0, and the corresponding quantum
  • encoding can be performed in the following procedure.
  • the error encoding unit 110 corresponds to the corresponding power among the T quantization error samples in which the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) is not 0 in the quantization error sequence.
  • U bits having a large spectral envelope value are selected, and a 1-bit code, which is information representing the sign of the quantization error sample, is generated for each selected quantization error sample. Is output as an error code. If the corresponding power spectrum envelope values are the same, for example, select according to a predetermined rule such as selecting a quantization error sample with a smaller position on the frequency axis (a quantization error sample with a lower frequency). To do.
  • the error encoding unit 110 includes each of T quantization error samples in which the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) in the quantization error sequence is not 0. A 1-bit code that is information representing the positive / negative of the quantization error sample is generated.
  • the error encoding unit 110 also encodes a quantization error sample in which the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) in the quantization error sequence is 0 with U-T bits.
  • a quantization error sample in which the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) in the quantization error sequence is 0 with U-T bits.
  • a plurality of quantization error samples having a corresponding power spectrum envelope value out of quantization error samples having a corresponding quantization MDCT coefficient u (n) value of 0 are extracted, and a vector is obtained for each of the plurality of quantization error samples.
  • the error encoding unit 110 further outputs a combination of the generated U-bit code and U-T bit code as an error code.
  • the error encoding unit 110 When T + S ⁇ U The error encoding unit 110 generates a 1-bit first-round code representing the positive / negative of the quantization error sample for each of all the quantization error samples included in the quantization error sequence. .
  • the error encoding unit 110 further encodes the quantization error sample using the remaining U- (T + S) bits in the procedure (A) or (B).
  • U- (T + S) is set as a new U
  • the second round (A) is executed for the first round coding error. That is, as a result, at least some quantization error samples are quantized by 2 bits per quantization error sample.
  • the value of the quantization error r (n) was uniform within the range of ⁇ 0.5 to +0.5, but the first round error value to be encoded in the second round. Is in the range of -0.25 to +0.25.
  • the error encoding unit 110 among the quantization error samples constituting the quantization error sequence, the value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) is not 0, and the quantization error r ( For a quantization error sample in which the value of n) is positive, a 1-bit second-round code representing the sign of the value obtained by subtracting the reconstruction value 0.25 from the quantization error sample value is used. Generate.
  • the error encoding unit 110 has a value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) that is not 0 among the error samples constituting the quantization error sequence, and the value of the quantization error r (n) is For a quantization error sample that is negative, a 1-bit second-round code representing the positive or negative value is generated for the value obtained by subtracting the reconstruction value ⁇ 0.25 from the quantization error sample value.
  • the error encoding unit 110 has a value of the corresponding quantization MDCT coefficient u (n) of 0 among the error samples constituting the quantization error sequence and a value of the quantization error r (n).
  • the value obtained by subtracting the reconstruction value A (A is a predetermined positive value smaller than 0.25) from the quantization error sample value is positive or negative. Is generated as a 1-bit second-round code.
  • the error encoding unit 110 has a corresponding quantization MDCT coefficient u (n) value of 0 among the error samples constituting the quantization error sequence and a quantization error r (n) value of 0.
  • u (n) the value obtained by subtracting the reconstruction value ⁇ A (A is a predetermined positive value smaller than 0.25) from the value of the quantization error sample.
  • a 1-bit second-round code representing positive and negative is generated.
  • the error encoding unit 110 outputs a combination of the generated first and second cycle codes as an error code.
  • the quantization error sequence is encoded with fewer UU bits than U bits, so the condition of (C) may be T + S ⁇ UU.
  • the weighted spectrum envelope coefficient obtained by the weighted envelope normalization unit 15 may be input to the error coding unit 110 and used, or may be calculated by the error coding unit 110.
  • W (n) 1 [1 ⁇ n ⁇ N] an average value of approximate values of power spectrum envelope values and an average value of estimated values of power spectrum envelope values may be used.
  • an average value of values obtained by smoothing the power spectrum envelope value, the approximate value of the power spectrum envelope value, or the estimated value of the power spectrum envelope value in the frequency direction may be used.
  • the average value here is a value obtained by averaging the target values for a plurality of samples, that is, a value obtained by averaging the target values for the plurality of samples.
  • a power spectrum envelope value, an approximate value of the power spectrum envelope value, an estimated value of the power spectrum envelope value, and any of these values A value having the same magnitude relationship as at least one of a value obtained by smoothing and a value obtained by averaging any one of these values for a plurality of samples may be used.
  • a value having the same magnitude relationship is calculated by the error encoding unit 110 and used.
  • the value having the same magnitude relationship is a square value or a square root.
  • the power spectrum envelope value W (n) [1 ⁇ n ⁇ N] is the same value as the square of the power spectrum envelope value (W (n)) 2 [1 ⁇ n ⁇ N] (W (n)) 1/2 [1 ⁇ n ⁇ N], which is the square root of the power spectrum envelope value.
  • the values obtained by the weighted envelope normalization unit 15 are input to the error encoding unit 110. May be used.
  • a rearrangement unit 111 may be provided to rearrange the quantized MDCT coefficient sequences.
  • the encoding unit 19 performs variable length encoding on the quantized MDCT coefficient sequence rearranged by the rearrangement unit 111.
  • the number of bits can be greatly reduced by variable-length coding, and improvement by encoding errors can be expected.
  • the rearrangement unit 11 includes, for each frame, (1) all samples of the quantized MDCT coefficient sequence, and (2) quantum so that samples having the same or similar index reflecting the sample size are collected.
  • the rearranged sample sequence obtained by rearranging at least a part of samples included in the normalized MDCT coefficient sequence is output (step S111).
  • the “index reflecting the sample size” is, for example, the absolute value or power (square value) of the amplitude of the sample, but is not limited thereto.
  • Japanese Patent Application No. 2010-225949 PCT / JP2011 / 072752).
  • the decoding device 2 MDCT coefficients are reconstructed by processing in the reverse order to the encoding processing by the encoding device 1.
  • the code input to the decoding device 2 includes a variable length code, an error code, gain information, and a linear prediction coefficient code.
  • selection information is output from the encoding device 1, this selection information is also input to the decoding device 2.
  • the decoding device 2 includes a decoding unit 21, a power spectrum envelope calculation unit 22, an error decoding unit 23, a gain decoding unit 24, an addition unit 25, a weighted envelope inverse normalization unit 26, and a time domain conversion unit 27.
  • the decoding device 2 performs each process of the decoding method illustrated in FIG. Hereinafter, each process of the decoding device 2 will be described.
  • the decoding unit 21 decodes a variable length code included in an input code for each frame, and a sequence of decoded quantized MDCT coefficients u (n), that is, quantized MDCT coefficients u (n) of the encoding device. ) And the number of bits of the variable length code are output (step S21).
  • a variable length decoding method corresponding to the variable length coding method executed to obtain the code string is executed.
  • the details of the decoding process performed by the decoding unit 21 correspond to the details of the encoding process performed by the encoding unit 19 of the encoding device 1. Therefore, the description of the encoding process is incorporated herein and the decoding corresponding to the performed encoding is performed. Is a decoding process performed by the decoding unit 21, and this is a detailed description of the decoding process.
  • sequence of decoded quantized MDCT coefficients u (n) corresponds to the sequence of integer values in the claims.
  • variable length coding method is executed is specified by the selection information.
  • the selection information includes, for example, information for specifying an application region and a rice parameter for Rice coding, information indicating an application region for run-length encoding, and information for specifying the type of entropy encoding.
  • the decoding method corresponding to these encoding methods is applied to the corresponding region of the input code string. Since the decoding process corresponding to the Rice encoding, the decoding process corresponding to the entropy encoding, and the decoding process corresponding to the run length encoding are all well known, the description thereof is omitted (for example, refer to the above-mentioned Reference 1).
  • the power spectrum envelope calculation unit 22 decodes the linear prediction coefficient code input from the encoding device 1 to obtain a quantized linear prediction coefficient, and converts the obtained quantized linear prediction coefficient into the frequency domain. A power spectrum envelope is obtained (step S22). The process for obtaining the power spectrum envelope from the quantized linear prediction coefficient is the same as that of the power spectrum envelope calculation unit 14 of the encoding device 1.
  • an approximate value of the power spectrum envelope value and an estimated value of the power spectrum envelope value may be calculated as in the power spectrum envelope calculation unit 14 of the encoding device 1.
  • the power spectrum envelope calculation unit 22 of the decoding device 2 also calculates the approximate value of the power spectrum envelope value.
  • the power spectrum envelope may be calculated using the quantized linear prediction coefficient.
  • the decoding device 2 may not include the power spectrum envelope calculation unit 22.
  • the error decoding unit 23 calculates a number obtained by subtracting the number of bits output from the decoding unit 21 from the number of bits set in advance as the code amount of the quantized MDCT coefficient sequence as the number of surplus bits.
  • the error code output from the error encoding unit 110 of the encoding device 1 is decoded by a decoding method corresponding to the error encoding unit 110 of the encoding device 1 to obtain a decoded quantization error q (n) (step).
  • the number of bits given to the quantization error sequence in the encoding device 1 is obtained from the number of surplus bits based on the number of bits obtained by variable length encoding that can be understood by the decoding unit 21. Since the samples and the procedures are determined by the encoding device 1 and the decoding device 2 for each surplus bit number so that they can be uniquely decoded.
  • sequence of decoding quantization errors corresponds to the sequence of error values in the claims.
  • ⁇ Specific example 1 of error decoding> (corresponding to ⁇ specific example 1 of error encoding> of encoding apparatus 1)
  • a code book for each value that the number of surplus bits can take is stored in advance in the code book storage unit in the error decoding unit 23.
  • a vector having the same number of samples as the number of decoded quantization error sequences that can be expressed by the number of surplus bits corresponding to each codebook and a code corresponding to the vector are stored in advance. Is done.
  • the error decoding unit 23 selects a code book corresponding to the calculated number of surplus bits from the code book stored in the code book storage unit, and performs vector inversion using the selected code book. Perform quantization.
  • the decoding process after selecting the codebook is the same as general vector inverse quantization. That is, among the vectors of the selected codebook, a vector corresponding to the input error code is output as a decoded quantization error q (n).
  • the vector stored in the codebook has the same number of samples as the sequence of the decoded quantization error, but the number of samples of the vector stored in the codebook is the integer number of the sequence of the decoded quantization error. It is also possible to perform vector inverse quantization on each of a plurality of codes included in an error code input for each of a plurality of portions of a decoding quantization error sequence.
  • the error decoding unit 23 selects U samples having the corresponding power spectrum envelope value among the T samples whose decoded quantization MDCT coefficient u (n) is not 0, and For each selected sample, the 1-bit code included in the input error code is decoded to obtain the positive / negative information of the sample, and the obtained positive / negative information is converted into an absolute value 0.25 of the reconstructed value.
  • the reconstructed value +0.25 or ⁇ 0.25 obtained as a result is output as a decoded quantization error q (n) corresponding to the decoded quantized MDCT coefficient u (n).
  • a predetermined rule such as selecting a quantization error sample with a smaller position on the frequency axis (a quantization error sample with a lower frequency).
  • a rule corresponding to the rule used in the error encoding unit 110 of the encoding device 1 is stored in the error decoding unit 23 in advance.
  • the error decoding unit 23 is a 1-bit code included in the input error code for a sample whose decoded quantization MDCT coefficient u (n) is not 0.
  • To obtain the positive / negative information of the decoded quantization error sample give the obtained positive / negative information to the absolute value 0.25 of the reconstructed value, and obtain the reconstructed value +0.25 or -0.25, which is the decoded quantization
  • the decoded quantization error q (n) corresponding to the MDCT coefficient u (n) is output.
  • the error decoding unit 23 also includes, in the input error code, the UT pieces of samples having the corresponding power spectrum envelope value that are large among the samples whose decoding quantization MDCT coefficient u (n) is 0. Decode the 1-bit code to obtain the positive / negative information of the decoded quantization error sample, and give the obtained positive / negative information to the absolute value A of the reconstructed value which is a predetermined positive value smaller than 0.25.
  • the obtained reconstruction value + A or -A is output as a decoded quantization error q (n) corresponding to the decoded quantized MDCT coefficient u (n).
  • the UT bit code included in the error code is vector-inverse-quantized for a plurality of samples having the corresponding power spectrum envelope value among the samples whose decoding quantization MDCT coefficient u (n) is 0.
  • the absolute value of the reconstructed value when the value of the quantized MDCT coefficient u (n) and the value of the decoded quantized MDCT coefficient u (n) is not 0 is set to 0.25, for example, and the quantized MDCT coefficient u (n) And the absolute value of the reconstructed value when the value of the decoded quantized MDCT coefficient u (n) is 0 is A (0 ⁇ A ⁇ 0.25).
  • the absolute values of these reconstruction values are examples, and the absolute values of the reconstruction values when the values of the quantized MDCT coefficient u (n) and the decoded quantized MDCT coefficient u (n) are not 0 are quantized.
  • selection is made according to a predetermined rule such as selecting a sample having a smaller position on the frequency axis (a sample having a lower frequency).
  • the 1-bit first-cycle code included in the input error code is decoded to obtain positive / negative information, and the obtained positive / negative information is given to the absolute value 0.25 of the reconstructed value + reconstructed value + 0.25 Alternatively, ⁇ 0.25 is set as the first round decoding quantization error q 1 (n) corresponding to the decoding quantization MDCT coefficient u (n). Furthermore, a reconstructed value obtained by decoding the 1-bit second-round code included in the input error code to obtain positive / negative information, and giving the obtained positive / negative information to the absolute value 0.125 of the reconstructed value Let +0.125 or -0.125 be the second round decoding quantization error q 2 (n). The first round decoding quantization error q 1 (n) and the second round decoding quantization error q 2 (n) are added to obtain a decoding quantization error q (n).
  • the error decoding unit 23 performs the following processing for samples whose decoding quantization MDCT coefficient u (n) is 0.
  • the 1-bit first-cycle code included in the input error code is decoded to obtain positive / negative information, and the obtained positive / negative information is given to the absolute value A of the reconstructed value which is a positive value smaller than 0.25.
  • the reconstructed value + A or ⁇ A obtained in this way is set as the first round decoding quantization error q 1 (n) corresponding to the decoding quantization MDCT coefficient u (n).
  • the 1-bit second-round code included in the input error code is decoded to obtain positive / negative information, and the obtained positive / negative information is given to the absolute value A / 2 of the reconstructed value.
  • the configuration value + A / 2 or -A / 2 is set as the second round decoding quantization error q 2 (n).
  • the first round decoding quantization error q 1 (n) and the second round decoding quantization error q 2 (n) are added to obtain a decoding quantization error q (n).
  • the reconstructed value corresponding to the second cycle code The absolute value is set to 1 ⁇ 2 of the absolute value of the reconstructed value corresponding to the first cycle code.
  • an approximate value of the power spectrum envelope value, an estimated value of the power spectrum envelope value, a value obtained by smoothing any of these values, Either a value obtained by averaging any of these values for a plurality of samples or a value having the same magnitude relationship as any of these values may be used.
  • Gain Decoding Unit 24 The gain decoding unit 24 decodes the input gain information to obtain and output the gain g (step S24). The gain g is transmitted to the adding unit 25.
  • the added value sequence generated by the adding unit 25 corresponds to a sample sequence in the frequency domain in the claims.
  • "Weighting envelope inverse normalization unit 26” Next, the weighted envelope inverse normalization unit 26 obtains an MDCT coefficient sequence by dividing the power spectrum envelope value by each coefficient x ⁇ (n) of the decoded weighted normalized MDCT coefficient sequence for each frame (step S26). .
  • time domain conversion unit 27 converts the MDCT coefficient sequence output from the weighted envelope inverse normalization unit 26 into the time domain for each frame to obtain a frame-based audio-acoustic digital signal (step S27).
  • the sequence of the decoded quantized MDCT coefficients u (n) generated by the decoding unit 21 is the reordering unit of the decoding device 2.
  • the rearranged sequence of decoded quantized MDCT coefficients u (n) is transmitted to the error decoding unit 23 and the adding unit 25.
  • the error decoding unit 23 and the addition unit 25 replace the decoded quantized MDCT coefficient u (n) sequence generated by the decoding unit 21 with the rearranged decoded quantized MDCT coefficient u (n) sequence.
  • the same processing as described above is performed.
  • the encoding device 1 and the decoding device 2 include an input unit to which a keyboard or the like can be connected, an output unit to which a liquid crystal display or the like can be connected, a CPU (Central Processing Unit), and a RAM (Random) Access memory (ROM), ROM (read only memory), external storage device that is a hard disk, and a bus that connects the input unit, output unit, CPU, RAM, ROM, and external storage device so that data can be exchanged between them For example. If necessary, the encoding device 1 and the decoding device 2 may be provided with a device (drive) that can read and write a storage medium such as a CD-ROM.
  • a device drive
  • the external storage device of the encoding device 1 and the decoding device 2 stores a program for executing encoding and decoding, data necessary for processing of this program, and the like.
  • the program may be stored in a ROM that is a read-only storage device. Data obtained by the processing of these programs is appropriately stored in a RAM or an external storage device.
  • a storage device that stores data, addresses of storage areas, and the like is simply referred to as a “storage unit”.
  • the storage unit of the encoding device 1 stores a program for encoding a frequency-domain sample sequence derived from a sound and audio signal, an error encoding, and the like.
  • the storage unit of the decoding device 2 stores a program for decoding the input code.
  • each program stored in the storage unit and data necessary for processing each program are read into the RAM as necessary, and are interpreted and executed by the CPU.
  • the CPU implements predetermined functions (for example, the error calculation unit 18, the error encoding unit 110, and the encoding unit 19), thereby realizing encoding.
  • each program stored in the storage unit and data necessary for processing each program are read into the RAM as necessary, and are interpreted and executed by the CPU.
  • the decoding is realized by the CPU realizing a predetermined function (for example, the decoding unit 21).
  • the quantization unit 17 of the encoding device 1 uses a value G (x (n) / g) obtained by expanding / contracting the value of x (n) / g by a predetermined function G instead of x (n) / g. Also good. Specifically, the quantization unit 17 uses the function G to obtain x (n) / g obtained by dividing each coefficient x (n) [1 ⁇ n ⁇ N] of the weighted normalized MDCT coefficient sequence by the gain g.
  • This quantized MDCT coefficient is to be encoded by the encoding unit 19.
  • sign (h) is a polarity sign function that outputs positive and negative signs of input h. For example, sign (h) outputs 1 if the input h is a positive number, and outputs -1 if the input h is a negative number.
  • represents the absolute value of h.
  • a is a predetermined number, for example, 0.75.
  • the value G (x (n) / g) obtained by expanding / contracting the value of x (n) / g by a predetermined function G corresponds to the sample sequence in the frequency domain of the claims.
  • the quantization error r (n) obtained by the error calculation unit 18 is G (x (n) / g) -u (n). This quantization error r (n) is to be encoded by the error encoding unit 110.
  • G ⁇ 1 sign (h) ⁇
  • an inverse function of the function G with respect to u (n) + q (n) obtained by the addition.
  • G ⁇ 1 (h) sign (h) ⁇
  • processing functions in the hardware entities (encoding device 1 and decoding device 2) described in the above embodiment are realized by a computer, the processing contents of the functions that the hardware entity should have are described by a program. Then, by executing this program on a computer, the processing functions in the hardware entity are realized on the computer.
  • the program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory.
  • a magnetic recording device a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape or the like, and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only) Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc.
  • magneto-optical recording media MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. Can be used.
  • this program is distributed 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.
  • the 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.
  • 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-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes a processing function only by an execution instruction and result acquisition. It is good.
  • 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 hardware entity is configured by executing a predetermined program on the computer.
  • a predetermined program on the computer.
  • at least a part of these processing contents may be realized in hardware.

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Abstract

　符号化処理にて、音響信号に由来する周波数領域のサンプル列を重みつき包絡で割り算し、利得で割り算した結果を量子化して、各サンプルを可変長符号化する。この際に可変長符号化で節約できた情報で、量子化前のサンプルと量子化後のサンプルの誤差を量子化する。節約できたビット数に応じてどのサンプルの誤差を量子化するかの規則を決めて量子化を行う。復号処理では、入力された符号列の可変長符号を復号して周波数領域のサンプル列を得て、さらに、可変長符号のビット数に応じた規則で誤差信号を復号し、この得られたサンプル列から補助情報に基づいて元のサンプル列を得る。

Description

符号化方法、復号方法、符号化装置、復号装置、プログラム、記録媒体
　本発明は、音響信号の符号化技術並びにこの符号化技術によって得られた符号列の復号技術に関する。より詳しくは、音響信号を周波数領域に変換して得られた周波数領域のサンプル列の符号化とその復号に関する。
　低ビット（例えば10kbit/s～20kbit/s程度）の音声信号や音響信号の符号化方法として、DFT（離散フーリエ変換）やMDCT（変形離散コサイン変換）などの直交変換係数に対する適応符号化が知られている。例えば標準規格技術であるAMR-WB+(Extended Adaptive Multi-Rate Wideband)は、TCX（transform coded excitation：変換符号化励振）符号化モードを持ち、この中ではDFT係数を8サンプルごとに正規化してベクトル量子化している（例えば、非特許文献１参照。）。
ETSI TS 126 290 V6.3.0 (2005-06)
　AMR-WB+をはじめ、TCXに基づく符号化では周期性に基づく周波数領域の係数の振幅のばらつきは考慮されていないため、ばらつきの大きい振幅をまとめて符号化すると符号化効率は低下してしまう。TCXでの量子化や符号化には各種変形例があるが、係数を利得で割り算した信号の量子化により離散値となったMDCT係数を周波数の低いほうから並べた系列を算術符号などのエントロピー符号化によって圧縮を行う場合を例えば考える。この場合、複数のサンプルを１シンボル（符号化単位）とし、そのシンボルの直前のシンボルに依存して割り当て符号を適応的に制御する。一般に、振幅が小さければ短い符号が割り当てられ、振幅が大きい場合には長い符号が割り当てられる。この結果、フレームあたりのビット数は平均的に削減されるが、フレームあたりの割り当てビット数が固定の場合には、削減されたビットは有効利用できない可能性がある。
　本発明は、このような技術的背景に鑑みて、離散信号、特に音声音響ディジタル信号の低ビットでの符号化による品質を低演算量で改善する符号化、復号技術を提供することを目的とする。
　本発明の一態様による符号化方法は、所定の時間区間の音響信号に由来する周波数領域のサンプル列を所定の個数のビットで符号化する符号化方法であって、周波数領域のサンプル列の各サンプルの値に対応する整数値を可変長符号化により符号化して可変長符号を生成する符号化ステップと、周波数領域のサンプル列の各サンプルの値からその各サンプルの値に対応する整数値を減算した誤差値の列を算出する誤差算出ステップと、所定の個数から可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットを用いて、誤差値の列を符号化して誤差符号を生成する誤差符号化ステップと、を含む。
　本発明の一態様による復号方法は、入力された所定の個数のビットで構成される符号を復号する復号方法であって、符号に含まれる可変長符号を復号して整数値の列を生成する復号ステップと、所定の個数から可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットで構成される、符号に含まれる誤差符号を復号して誤差値の列を生成する誤差復号ステップと、整数値の列の各サンプルと誤差値の列の対応する誤差サンプルとを加算する加算ステップと、を含む。
　整数値に対する可変長符号により節約することができたビットである余剰ビットで、誤差値を復号することにより、フレームあたりのビット数が固定である場合でも符号化効率の向上や量子化歪の軽減などが実現される。
実施形態の符号化装置の構成を説明するためのブロック図。 実施形態の符号化装置の処理を説明するためのフローチャート。 重み付け正規化MDCT係数とパワースペクトル包絡との関係を説明するための図。 余剰ビット数が多い場合の処理の例を説明するための図。 実施形態の復号装置の構成を説明するためのブロック図。 実施形態の符号化装置の処理を説明するためのフローチャート。
　図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、重複する構成要素には同じ参照符号を当てて重複説明を省略する。
　この実施形態は、所定の時間区間をフレームとし、フレーム内の音響信号に由来する周波数領域のサンプル列を量子化する枠組みの中で、周波数領域のサンプルの重み付平坦化後の系列の可変長符号化を行うことと、その可変長符号化によって節約できた余剰ビットを用いて優先度を決めて誤差信号を量子化することで符号化の歪を少なくするという符号化の改善を特徴の一つとする。特にフレームあたりの割り当てビット数が固定である場合にでも可変長符号化の利点が生かせる。
　音響信号に由来する周波数領域のサンプル列、換言すれば音響信号に基づく周波数領域のサンプル列として、例えば、フレーム単位の音声音響ディジタル信号が時間領域から周波数領域に変換して得られるDFT係数列やMDCT係数列、このような係数列に対して正規化や重み付けや量子化などの処理が適用された係数列などを例示することができる。以下、MDCT係数列を例にとって実施形態を説明する。
　［符号化の実施形態］
　最初に図１から図４を参照して符号化処理を説明する。
　図１に示すように、符号化装置１は、周波数領域変換部１１、線形予測分析部１２、線形予測係数量子化符号化部１３、パワースペクトル包絡算出部１４、重み付け包絡正規化部１５、正規化利得計算部１６、量子化部１７、誤差算出部１８、符号化部１９、誤差符号化部１１０を例えば備える。符号化装置１は、図２に例示された符号化方法の各処理を行う。以下、符号化装置１の各処理を説明する。
　「周波数領域変換部１１」
　まず、周波数領域変換部１１がフレーム単位で音声音響ディジタル信号を周波数領域のＮ点のMDCT係数列に変換する（ステップＳ１１）。
　一般論として、符号化側ではMDCT係数列を量子化して、量子化されたMDCT係数列を符号化して、得られた符号列を復号側へ伝送し、復号側では当該符号列から量子化されたMDCT係数列を再構成し、さらに逆MDCT変換によって時間領域の音声音響ディジタル信号を再構成することができる。
　ところで、MDCT係数の振幅は近似的に通常のDFTのパワースペクトルと同じ振幅包絡（パワースペクトル包絡）を持つ。このため、振幅包絡の対数値に比例する情報割り当てを行うことによって、全帯域のMDCT係数の量子化歪（量子化誤差）を均一に分散させることができ、全体の量子化歪を小さくすることができ、加えて情報圧縮も実現される。なお、パワースペクトル包絡は線形予測分析によって求められた線形予測係数を使って効率よく推定することができる。
　このような量子化誤差を制御する方法としては、各MDCT係数の量子化ビットを適応的に割り当てる（振幅を平坦にした後で量子化のステップ幅を調整する）方法や、重み付けベクトル量子化により適応的に重みをつけて符号を決定する方法がある。ここでは、本発明の実施形態において実行される量子化方法の一例を説明するが、説明する量子化方法に限定されるものではないことに留意されたい。
　「線形予測分析部１２」
　線形予測分析部１２は、フレーム単位で音声音響ディジタル信号を線形予測分析し、予め定めた次数までの線形予測係数を求めて出力する（ステップＳ１２）。
　「線形予測係数量子化符号化部１３」
　線形予測係数量子化符号化部１３は、線形予測分析部１２が求めた線形予測係数に対応する符号と、量子化済み線形予測係数とを求めて出力する（ステップＳ１３）。
その際、線形予測係数をLSP(Line Spectral Pairs)に変換し、LSPに対応する符号と量子化済みLSPとを求め、量子化済みLSPを量子化済み線形予測係数に変換する処理を行ってもよい。
　線形予測係数に対応する符号である線形予測係数符号は、復号装置２に送信される符号の一部とされる。
　「パワースペクトル包絡算出部１４」
　パワースペクトル包絡算出部１４は、線形予測係数量子化符号化部１３が出力した量子化済み線形予測係数を周波数領域に変換してパワースペクトル包絡を求める（ステップＳ１４）。求まったパワースペクトル包絡は、重み付け包絡正規化部１５に送信される。また、必要に応じて、図１に破線で示すように誤差符号化部１１０に送信される。
　N点のMDCT係数列の各係数X(1)，・・・，X(N)に対応するパワースペクトル包絡係数列の各係数W(1)，・・・，W(N)は、量子化済み線形予測係数を周波数領域に変換して得ることができる。例えば、全極型モデルであるｐ次自己回帰過程により、時刻ｔの時間信号y(t)は、ｐ時点まで遡った過去の自分自身の値y(t-1)，・・・，y(t-p)と予測残差e(t)と量子化済み線形予測係数α1，・・・，αpによって式（１）で表される。このとき、パワースペクトル包絡係数列の各係数W(n)［1≦n≦N］は式（２）で表される。exp（・）はネイピア数を底とする指数関数、ｊは虚数単位、σ2は予測残差エネルギーである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、上記の次数ｐは、線形予測係数量子化符号化部１３が出力した量子化済み線形予測係数の次数と同一であってもよいし、線形予測係数量子化符号化部１３が出力した量子化済み線形予測係数の次数未満であってもよい。
　また、パワースペクトル包絡算出部１４では、パワースペクトル包絡値の代わりにパワースペクトル包絡値の概算値やパワースペクトル包絡値の推定値を算出してもよい。パワースペクトル包絡値とは、パワースペクトル包絡係数列の各係数W(1)，・・・，W(N)のことである。
　例えば、パワースペクトル包絡値の概算値を算出する場合は、パワースペクトル包絡算出部１４は、1≦n≦N/4について式（２）により各係数W(n)を求め、W'(4n-3)= W'(4n-2)=W'(4n-1)= W'(4n)=W(n) [1≦n≦N/4]として求めた、N個のW'(n)をパワースペクトル包絡値の概算値として出力する。
　「重み付け包絡正規化部１５」
　重み付け包絡正規化部１５は、パワースペクトル包絡算出部１４が出力したパワースペクトル包絡によって、MDCT係数列の各係数を正規化する（ステップＳ１５）。ここでは聴覚的に歪が小さくなるような量子化の実現のために、重み付け包絡正規化部１５は、パワースペクトル包絡値の系列やその平方根の系列を周波数方向で平滑化した重み付けスペクトル包絡係数を用いてフレーム単位でMDCT係数列の各係数を正規化する。この結果、フレーム単位の重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(1),・・・,x(N)が得られる。重み付け正規化MDCT係数列は、正規化利得計算部１６、量子化部１７及び誤差算出部１８に送信される。重み付け正規化MDCT係数列は一般には低周波領域にやや大きな振幅を持ち、ピッチ周期に起因する微細構造をもつものの、元のMDCT係数列ほどの大きな振幅傾きや振幅の凹凸を持たない。
　「正規化利得計算部１６」
　次に、正規化利得計算部１６が、フレームごとに、重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(1),・・・,x(N)を与えられた総ビット数で量子化できるように、全周波数に亘る振幅値の和またはエネルギー値を用いて量子化ステップ幅を決定し、この量子化ステップ幅になるように重み付け正規化MDCT係数列の各係数を割り算する係数g（以下、利得という。）を求める（ステップＳ１６）。この利得を表す情報である利得情報は、復号装置２に送信される符号の一部とされる。
　「量子化部１７」
　次に、量子化部１７が、フレームごとに、重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(1),・・・,x(N)をステップＳ１６の処理で決定された量子化ステップ幅で量子化する（ステップＳ１７）。すなわち、重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(n)[1≦n≦N]を利得gで割り算して得られるx(n)/gの値の小数点以下を四捨五入して得られる整数値u(n)を量子化MDCT係数とする。フレーム単位の量子化MDCT係数列は、誤差算出部１８及び符号化部１９に送信される。なお、x(n)/gの値の小数点以下を切り上げ又は切り下げして得られる値を、整数値u(n)としてもよい。このように、整数値u(n)はx(n)/gの値に対応する値としてもよい。
　この実施形態では、x(n)/gの列が特許請求の範囲の周波数領域のサンプル列に対応する。x(n)/gの列は、周波数領域のサンプル列の一例である。また、整数値u(n)である量子化MDCT係数が、周波数領域のサンプル列の各サンプルの値に対応する整数値に対応する。
　「誤差算出部１８」
　ステップＳ１５の処理で得られた重み付け正規化MDCT系列と、ステップＳ１６の処理で得られた利得ｇと、ステップＳ１７の処理で得られたフレーム単位の量子化MDCT係数列とが、誤差算出部１８の入力となる。量子化による誤差はr(n)=x(n)/g-u(n) [1≦n≦N]で求められる。すなわち、重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(n)を利得gで除算した値からその各係数x(n)に対応する量子化MDCT係数u(n)を減算した値をその各係数x(n)に対応する量子化誤差r(n)とする。
　量子化誤差r(n)の列が、特許請求の範囲の誤差値の列に対応する。
　「符号化部１９」
　次に、符号化部１９が、フレームごとに、量子化部１７が出力した量子化MDCT係数列（量子化MDCT係数u(n)の列）を符号化し、得られた符号とその符号のビット数を出力する（ステップＳ１９）。
　符号化部１９は、例えば量子化MDCT係数列の値の頻度に応じた長さの符号が割り当てる可変長符号化により、平均符号量を小さくできる。可変長符号としてはライス符号、ハフマン符号、算術符号、ランレングス符号などがある。
　なお、ここで例示したライス符号化、ランレングス符号化はいずれも周知であるからその詳細な説明を省略する（例えば参考文献１参照）。
（参考文献１）David Salomon, "Data Compression : The Complete Reference," 3rd edition, Springer-Verlag, ISBN-10: 0-387-40697-2, 2004.
　生成された可変長符号は、復号装置２に送信される符号の一部となる。どのような可変長符号化方法が実行されたかは選択情報によって特定される。この選択情報が、復号装置２に送信されるようにしてもよい。
　「誤差符号化部１１０」
　整数値である量子化MDCT係数列の各係数u(1),・・・,u(N)の可変長符号化の結果、量子化MDCT係数列を表現するに必要なビット数がわかり、想定されたビット数から圧縮によって得られた余剰ビットがわかる。もし、フレームをまたがってビットをやりくりできるならば、余剰ビットは次のフレーム以降で有効利用できる。もし、フレーム内では固定のビット数が割り当てられる場合には別の符号化で有効利用する必要があり、そうでなければ可変長符号化による平均ビット数の削減の意味がなくなる。
　そこで、本実施形態では、誤差符号化部１１０が、余剰ビットの全部又は一部を使って、量子化誤差r(n)=x(n)/g-u(n)を符号化する。なお、余剰ビットの全部又は一部を用いることを、余剰ビットを用いると略記することにする。量子化誤差r(n)の符号化に使われなかった余剰ビットは、他の用途、例えば利得gの補正に用いられる。量子化誤差r(n)は、量子化による四捨五入での誤差であるので、-0.5から+0.5までにほぼ均等に分布する。任意のビット数ですべてのサンプル（例えば256点）を符号化するために、余剰ビットによって符号化方法、対象とするサンプルの位置の規則を決めておく。余剰ビットで再構成する系列をq(n)とし、フレーム全体の誤差E=Σn∈N（r(n)-q(n)）2を最小化することが目的である。
　誤差符号化部１１０は、まず、重み付け正規化MDCT係数列の符号量として予め設定されたビット数から符号化部１９が出力した可変長符号のビット数を減算したものを余剰ビット数として算出する。次に、誤差算出部１８で得られた量子化誤差列を余剰ビット数で符号化し、得られた誤差符号を出力する（ステップＳ１１０）。この誤差符号は、復号装置２に送信される符号の一部とされる。
　＜誤差符号化の具体例１＞
　量子化誤差の値を符号化する際に、複数のサンプルをまとめてベクトル量子化を行ってもよい。ただし、一般にテーブル（符号帳）中に符号系列を蓄積し、入力と符号系列の距離計算が必要で、メモリ量と演算量が多くなる。また任意のビット数に対応するために個別の符号帳が必要になるなど、構成が煩雑になる。
　具体例１の動作は下記の通りである。
　誤差符号化部１１０内の符号帳記憶部に、余剰ビット数の取り得る値ごとの符号帳を予め格納しておく。各符号帳には、その各符号帳に対応する余剰ビット数で表現可能な個数の量子化誤差の系列と同じサンプル数のベクトルと、そのベクトルに対応する符号とが対応付けて予め格納されている。
　誤差符号化部１１０は、余剰ビット数を算出した後に、算出された余剰ビット数に対応する符号帳を符号帳記憶部に格納された符号帳から選択し、選択された符号帳を用いてベクトル量子化を行なう。符号帳を選択した後の符号化処理は一般的なベクトル量子化と同じである。すなわち、選択された符号帳の各ベクトルと入力された量子化誤差の系列との距離が最小となるか、それらの相関が最大となるベクトルに対応する符号を誤差符号として出力する。
　なお、上記の説明では、符号帳に格納されるベクトルは、量子化誤差の系列と同じサンプル数としたが、符号帳に格納されるベクトルのサンプル数を量子化誤差の系列の整数分の１とし、量子化誤差の系列を複数の部分毎にベクトル量子化し、得られる複数の符号を誤差符号としても良い。
　＜誤差符号化部１１０の具体例２＞
　量子化誤差列に含まれる量子化誤差を１サンプルずつ符号化する場合には、量子化誤差列に含まれる量子化誤差サンプルについての優先順位をきめて、優先順位の高い量子化誤差サンプルから余剰ビット数で符号化可能なもののみを符号化する。例えば、量子化誤差の絶対値又はエネルギーが大きい量子化誤差サンプルから優先的に符号化する。
　優先順位を決める際に例えばパワースペクトル包絡値を参考にすることができる。もちろん、パワースペクトル包絡値と同様に、パワースペクトル包絡値の概算値、パワースペクトル包絡値の推定値、これらの何れかの値を周波数方向で平滑化した値、これらの何れかの値の複数サンプルについての平均値、これらの値の少なくとも何れか１つと大小関係が同一となる値を参考にすることもできるが、以下ではパワースペクトル包絡値を用いる場合についてのみ説明する。図３の例のように、音声や楽音などの音響信号では、量子化対象の周波数領域のサンプル列の振幅傾向（図３の重み付け平坦化後のスペクトル包絡に対応）を音響信号のパワースペクトル包絡（図３の原音のスペクトル包絡に対応）と類似させることにより聴覚的歪を小さくできるので、結果としてパワースペクトル包絡値が大きい場合には、対応する重み付け正規化MDCT係数x(n)の値も大きい傾向にある。重み付け正規化MDCT係数x(n)が大きくても量子化誤差r(n)は-0.5から+0.5の範囲内である。
　一方、重み付け正規化MDCT係数x(n)が非常に小さい値である場合、すなわちステップ幅の1/2より小さい値である場合には重み付け正規化MDCT係数x(n)を利得gで割り算した結果は０で、量子化誤差r(n)も0.5より大幅に小さい。すなわち、パワースペクトル包絡値がある程度小さい場合には、重み付け正規化MDCT係数x(n)の他に量子化誤差r(n)の符号化をしたところで聴覚品質への影響は小さいので、誤差符号化部１１０での符号化対象から除外してもよい。パワースペクトル包絡値がある程度大きい場合にはどのサンプルの量子化誤差が大きいかはわからないので、例えばもとのサンプルの周波数軸上での位置の小さい順（周波数が低い順）、又は、パワースペクトル包絡値の大きい順に余剰ビット分だけ、量子化誤差のサンプルr(n)の符号化を各１ビットで行う。また、パワースペクトル包絡値が一定以下の場合を除外するだけでもよい。
　量子化誤差系列を符号化するにあたって、ある量子化誤差サンプルの値r(n)=ｘとして、その量子化による歪をE=∫0 0.5f(x)(x-μ)2dxとする。ここでf(x)は確率分布関数、μは復号装置での再構成値の絶対値である。量子化による歪Eを最小化するためには、dE/dμ=0とするようにμを決めればよい。すなわち、μは量子化誤差r(n)の確率分布の重心点とすればよい。
　重み付け正規化MDCT係数x(n)を利得gで割り算して四捨五入した結果、すなわち対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でないなら、量子化誤差r(n)の分布はほぼ均一であり、μ=0.25とできる。
　重み付け正規化MDCT係数x(n)を利得gで割り算して四捨五入した結果、すなわち対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０なら、量子化誤差r(n)の分布は０に集中する傾向があるので、その分布の重心をμの値として使う必要がある。
　この場合、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０となる複数の量子化誤差サンプルごとに、符号化の対象とする量子化誤差サンプルを選択して、その選択された量子化誤差サンプルの複数の量子化誤差サンプルにおける位置と、その選択された量子化誤差サンプルの値とを符号化して誤差符号として復号装置２に送信してもよい。例えば、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０となる４個の量子化誤差サンプルのうち、値の絶対値が最も大きい量子化誤差サンプルを選択し、その選択された量子化誤差サンプルの値を量子化（例えば＋か－かを決定）してその情報を１ビットで送るとともに、その選択された量子化誤差サンプルの位置を２ビットで送る。選択されなかった量子化誤差サンプルは符号が復号装置２に送られないので、復号装置２における復号値は０とする。一般に、２q個のサンプルの何れの位置のサンプルを選択したかを復号装置に伝えるためにはｑビット必要である。
　この際のμは、複数サンプル単位で量子化誤差の値の絶対値が最も大きいサンプルだけの分布の重心の値を使えばよい。
　余剰ビット数が多い場合には図４のように複数の系列の組み合わせでまばらなサンプルを表現できる。第１の系列は４個の位置のどれか１個のみ（指定に２ビット）に＋か－のパルスをたて、他の位置は０とすることができる。すなわち、第１の系列の表現に３ビット必要になる。同様に第２の系列、第５の系列までで計１５ビットで符号化できる。
　余剰ビット数をU、量子化誤差列を構成する量子化誤差サンプルの個数のうち、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でないものの量子化誤差サンプルの個数をT、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルの個数をSとするとき、次のような手順で符号化を行うことができる。
　（A）U≦Tの場合
　誤差符号化部１１０は、量子化誤差列のうちの対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でないT個の量子化誤差サンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものからU個選択して、選択されたそれぞれの量子化誤差サンプルに対して、量子化誤差サンプルの正負を表わす情報である１ビットの符号を生成して、生成したUビットの符号を誤差符号として出力する。なお、対応するパワースペクトル包絡値が同一である場合は、例えば、より周波数軸上での位置の小さい量子化誤差サンプル（周波数が低い量子化誤差サンプル）を選択する等の予め定めた規則に従って選択する。
　（B）T＜U≦T+Sの場合
　誤差符号化部１１０は、量子化誤差列のうちの対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でないT個の量子化誤差サンプルのそれぞれについて、量子化誤差サンプルの正負を表わす情報である１ビットの符号を生成する。
　誤差符号化部１１０はまた、U-Tビットで量子化誤差系列のうちの対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルを符号化する。対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルが複数ある場合には、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものから優先して符号化する。具体的には、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものからU-T個のそれぞれについて、量子化誤差サンプルの正負を表わす１ビットの符号を生成する。または、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものから複数個を取り出し、複数個の量子化誤差サンプルごとにベクトル量子化して、U-Tビットの符号を生成する。なお、対応するパワースペクトル包絡値が同一である場合は、例えば、より周波数軸上での位置の小さい量子化誤差サンプル（周波数が低い量子化誤差サンプル）を選択する等の予め定めた規則に従って選択する。
　誤差符号化部１１０はさらに、生成したUビットの符号とU-Tビットの符号とを合わせたものを誤差符号として出力する。
　（C）T＋S＜Uの場合
　誤差符号化部１１０は、量子化誤差系列に含まれるすべての量子化誤差サンプルのそれぞれについて、量子化誤差サンプルの正負を表わす１ビットの１巡目符号を生成する。
　また、誤差符号化部１１０は、残りのU-(T+S)ビットを使って（A）や（B）の手順で量子化誤差サンプルを更に符号化する。すなわち、U-(T+S)を新たなUとして１巡目の符号化の誤差についてさらに２巡目の(A)を実行する。すなわち、結果的には、少なくとも一部の量子化誤差サンプルについて、量子化誤差サンプルあたり２ビットの量子化を行うことになる。１巡目の符号化では量子化誤差r(n)の値は-0.5から+0.5の範囲内で一様であったが、２巡目の符号化の対象となる１巡目の誤差の値は-0.25から+0.25の範囲内になる。
　具体的には、誤差符号化部１１０は、量子化誤差系列を構成する量子化誤差サンプルのうち、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でなく、かつ、量子化誤差r(n)の値が正である量子化誤差サンプルについては、量子化誤差サンプルの値から再構成値である0.25を減算して得られた値について、その正負を表わす１ビットの２巡目符号を生成する。
　また、誤差符号化部１１０は、量子化誤差系列を構成する誤差サンプルのうち、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０でなく、かつ、量子化誤差r(n)の値が負である量子化誤差サンプルについては、量子化誤差サンプルの値から再構成値である-0.25を減算して得られた値について、その正負を表わす１ビットの２巡目符号を生成する。
　また、誤差符号化部１１０は、量子化誤差系列を構成する誤差サンプルのうち、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０であり、かつ、量子化誤差r(n)の値が正である量子化誤差サンプルについては、量子化誤差サンプルの値から再構成値であるＡ（Ａは、0.25より小さい予め定められた正の値）を減算して得られた値について、その正負を表わす１ビットの２巡目符号を生成する。
　さらに、誤差符号化部１１０は、量子化誤差系列を構成する誤差サンプルのうち、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０であり、かつ、量子化誤差r(n)の値が負である量子化誤差サンプルについては、量子化誤差サンプルの値から再構成値である－Ａ（Ａは、0.25より小さい予め定められた正の値）を減算して得られた値について、その正負を表わす１ビットの２巡目符号を生成する。
　さらに、誤差符号化部１１０は、生成した１巡目符号と２巡目符号とを合わせたものを誤差符号として出力する。
　量子化誤差系列のうちのT+S個の量子化誤差サンプルのすべてを符号化しない場合や、対応する量子化MDCT係数u(n)の値が０である量子化誤差サンプルを複数まとめてサンプルあたり１ビット以下で符号化する場合は、Uビットより少ないUUビットで量子化誤差系列を符号化することになるので、（C）の条件はT＋S<UUの場合とすればよい。
　なお、上記の(A)及び(B)のパワースペクトル包絡値の代わりに、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値を用いてもよい。
　また、上記の(A)及び(B)のパワースペクトル包絡値の代わりに、パワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値を周波数方向で平滑化して得られる値を用いてもよい。平滑化して得られる値として、重み付け包絡正規化部１５で得られた重み付けスペクトル包絡係数を誤差符号化部１１０に入力して用いてもよいし、誤差符号化部１１０で算出してもよい。
　また、上記の(A)及び(B)のパワースペクトル包絡値の代わりに、複数のパワースペクトル包絡値を平均した値を用いてもよい。例えば、W''(4n-3)= W''(4n-2)=W''(4n-1)= W''(4n)=(W(4n-3) + W(4n-2)+ W(4n-1) + W(4n))/4 [1≦n≦N/4]として求めた、N個のW''(n)を用いてもよい。また、パワースペクトル包絡値W(n) [1≦n≦N]の代わりに、パワースペクトル包絡値の概算値の平均値、パワースペクトル包絡値の推定値の平均値を用いてもよい。さらに、パワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値を周波数方向で平滑化して得られる値の平均値を用いてもよい。ここでの平均値は、対象となる値を複数サンプルについて平均した値、すなわち複数サンプルの対象となる値を平均した値である。
　また、上記の(A)及び(B)のパワースペクトル包絡値の代わりに、パワースペクトル包絡値と、パワースペクトル包絡値の概算値と、パワースペクトル包絡値の推定値と、これらの何れかの値を平滑化して得られる値と、これらの何れかの値を複数のサンプルについて平均して得られる値との少なくとも何れか１つと大小関係が同一となる値を用いてもよい。この場合は、大小関係が同一となる値を誤差符号化部１１０で算出して用いる。大小関係が同一となる値とは、二乗値や平方根などである。例えば、パワースペクトル包絡値W(n)［1≦n≦N］と大小関係が同一となる値はパワースペクトル包絡値の二乗値である(W(n))2［1≦n≦N］やパワースペクトル包絡値の平方根である(W(n))1/2［1≦n≦N］である。
　なお、パワースペクトル包絡値の平方根やその平滑化後の値が重み付け包絡正規化部１５で得られている場合は、重み付け包絡正規化部１５で得られたものを誤差符号化部１１０に入力して用いてもよい。
　なお、図１に破線で例示するように、並び替え部１１１を設けて、量子化MDCT係数列を並び替えてもよい。この場合、符号化部１９は、並び替え部１１１により並び替えられた量子化MDCT係数列を可変長符号化する。特に周期性に基づく量子化MDCT係数列の並び替えでは可変長符号化でビット数を大きく削減できる場合があるので、誤差の符号化による改善が期待できる。
　並び替え部１１は、フレームごとに、（１）量子化MDCT係数列の全てのサンプルを含み、かつ、（２）サンプルの大きさを反映する指標が同等か同程度のサンプルが集まるように量子化MDCT係数列に含まれる少なくとも一部のサンプルを並べ替えたもの、を並べ替え後のサンプル列として出力する（ステップＳ１１１）。ここで「サンプルの大きさを反映する指標」とは、例えばサンプルの振幅の絶対値やパワー（自乗値）であるが、これらに限定されない。並び替え部１１の詳細は、特願２０１０－２２５９４９号（ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０７２７５２）を参照のこと。
　［復号の実施形態］
　続いて図５から図６を参照して復号処理を説明する。
　復号装置２では、符号化装置１による符号化処理と逆順の処理でMDCT係数が再構成される。この実施形態では、復号装置２に入力される符号は、可変長符号、誤差符号、利得情報、線形予測係数符号を含む。なお、符号化装置１から選択情報が出力された場合にはこの選択情報も復号装置２に入力される。
　図５に示すように、復号装置２は、復号部２１、パワースペクトル包絡算出部２２、誤差復号部２３、利得復号部２４、加算部２５、重み付け包絡逆正規化部２６、時間領域変換部２７を例えば備える。復号装置２は、図６に例示された復号方法の各処理を行う。以下、復号装置２の各処理を説明する。
　「復号部２１」
　まず、復号部２１が、フレームごとに、入力された符号に含まれる可変長符号を復号して、復号量子化MDCT係数u(n)の列、すなわち符号化装置の量子化MDCT係数u(n)と同一のものと、可変長符号のビットの個数とを出力する（ステップＳ２１）。当然であるが、符号列を得るために実行された可変長符号化方法に対応する可変長復号方法が実行される。復号部２１による復号処理の詳細は符号化装置１の符号化部１９による符号化処理の詳細に対応するので、当該符号化処理の説明をここに援用し、実行された符号化に対応する復号が復号部２１の行う復号処理であることを明記し、これをもって復号処理の詳細な説明とする。
　復号量子化MDCT係数u(n)の列が、特許請求の範囲の整数値の列に対応する。
　なお、どのような可変長符号化方法が実行されたかは選択情報によって特定される。選択情報に、例えば、ライス符号化の適用領域とライスパラメータを特定する情報と、ランレングス符号化の適用領域を表す情報と、エントロピー符号化の種類を特定する情報が含まれている場合には、これらの符号化方法に応じた復号方法が入力された符号列の対応する領域に適用される。ライス符号化に対応する復号処理、エントロピー符号化に対応する復号処理、ランレングス符号化に対応する復号処理はいずれも周知であるから説明を省略する（例えば上記参考文献１参照）。
　「パワースペクトル包絡算出部２２」
　パワースペクトル包絡算出部２２は、符号化装置１から入力された線形予測係数符号を復号して量子化済み線形予測係数を得て、得られた量子化済み線形予測係数を周波数領域に変換してパワースペクトル包絡を求める（ステップＳ２２）。量子化済み線形予測係数からパワースペクトル包絡を求める処理は符号化装置１のパワースペクトル包絡算出部１４と同じである。
　また、パワースペクトル包絡の代わりに、パワースペクトル包絡値の概算値やパワースペクトル包絡値の推定値を算出してもよいことも符号化装置１のパワースペクトル包絡算出部１４と同じである。ただし、符号化装置１のパワースペクトル包絡算出部１４と同一種類の値を求める必要がある。例えば、符号化装置１のパワースペクトル包絡算出部１４でパワースペクトル包絡値の概算値を求めた場合には、復号装置２のパワースペクトル包絡算出部２２でもパワースペクトル包絡値の概算値を求める。
　復号装置２の別手段で線形予測係数符号に対応する量子化済み線形予測係数が求められている場合はその量子化済み線形予測係数を用いてパワースペクトル包絡を算出すれば良い。また、復号装置２の別手段でパワースペクトル包絡が算出されている場合は、復号装置２はパワースペクトル包絡算出部２２を備えていなくてもよい。
　「誤差復号部２３」
　誤差復号部２３は、まず、量子化MDCT係数列の符号量として予め設定されたビット数から復号部２１が出力したビット数を減算した数を余剰ビット数として算出する。次に符号化装置１の誤差符号化部１１０が出力した誤差符号を、符号化装置１の誤差符号化部１１０に対応する復号方法で復号して復号量子化誤差q(n)を得る（ステップＳ２３）。符号化装置１において量子化誤差列に与えられたビット数は、復号部２１でわかる可変長符号化によるビット数に基づく余剰ビット数から求める。余剰ビット数ごとに符号、復号でサンプルや手順を符号化装置１と復号装置２とで対応するように決めておくので、一意に復号できる。
　復号量子化誤差の列が、特許請求の範囲の誤差値の列に対応する。
　＜誤差復号の具体例１＞（符号化装置１の＜誤差符号化の具体例１＞に対応）
誤差復号部２３内の符号帳記憶部に、余剰ビット数の取り得る値ごとの符号帳を予め格納しておく。各符号帳には、その各符号帳に対応する余剰ビット数で表現可能な個数の復号量子化誤差の系列と同じサンプル数のベクトルと、そのベクトルに対応する符号、とが対応付けて予め格納される。
　誤差復号部２３は、余剰ビット数を算出した後に、算出された余剰ビット数に対応する符号帳を符号帳記憶部に格納された符号帳から選択し、選択された符号帳を用いてベクトル逆量子化を行なう。符号帳を選択した後の復号処理は一般的なベクトル逆量子化と同じである。すなわち、選択された符号帳の各ベクトルのうち、入力された誤差符号に対応するベクトルを復号量子化誤差q(n)として出力する。
　なお、上記の説明では、符号帳に格納されるベクトルは、復号量子化誤差の系列と同じサンプル数としたが、符号帳に格納されるベクトルのサンプル数を復号量子化誤差の系列の整数分の１とし、復号量子化誤差の系列を複数の部分毎に入力された誤差符号に含まれる複数の符号それぞれをベクトル逆量子化しても良い。
　＜誤差復号部２３の具体例２＞（符号化装置１の＜誤差符号化の具体例２＞に対応）
　余剰ビット数をU、復号部２１が出力した復号量子化MDCT係数u(n)の値が０でないもののサンプル数をT、復号部２１が出力した復号量子化MDCT係数u(n)の値が０であるサンプル数をSとするとき、次のような復号手順が好ましい。
　（A）U≦Tの場合
　誤差復号部２３は、復号量子化MDCT係数u(n)の値が0でないT個サンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものからU個選択して、選択されたそれぞれのサンプルに対して、入力された誤差符号に含まれる１ビットの符号を復号してサンプルの正負の情報を得て、得られた正負の情報を再構成値の絶対値0.25に与えて得られる再構成値+0.25又は-0.25を、その復号量子化MDCT係数u(n)に対応する復号量子化誤差q(n)として出力する。なお、対応するパワースペクトル包絡値が同一である場合は、例えば、より周波数軸上での位置の小さい量子化誤差サンプル（周波数が低い量子化誤差サンプル）を選択する等の予め定めた規則に従って選択する。例えば、符号化装置１の誤差符号化部１１０で用いた規則に対応する規則を誤差復号部２３に予め保持しておく。
　（B）T＜U≦=T+Sの場合
　誤差復号部２３は、復号量子化MDCT係数u(n)の値が０でないサンプルに対して、入力された誤差符号に含まれる１ビットの符号を復号して復号量子化誤差サンプルの正負の情報を得て、得られた正負の情報を再構成値の絶対値0.25に与えて得られる再構成値+0.25または-0.25を、その復号量子化MDCT係数u(n)に対応する復号量子化誤差q(n)として出力する。
　誤差復号部２３はまた、復号量子化MDCT係数u(n)の値が０であるサンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものからU-T個のそれぞれについて、入力された誤差符号に含まれる１ビットの符号を復号して復号量子化誤差サンプルの正負の情報を得て、得られた正負の情報を0.25より小さい予め定められた正の値である再構成値の絶対値Ａに与えて得られる再構成値+A又は-Aを、その復号量子化MDCT係数u(n)に対応する復号量子化誤差q(n)として出力する。
　または、復号量子化MDCT係数u(n)の値が０であるサンプルのうち、対応するパワースペクトル包絡値が大きいものから複数個に対して、誤差符号に含まれるU-Tビットの符号をベクトル逆量子化して、対応する復号量子化誤差サンプル値の列を得て、得られた各復号量子化誤差サンプル値を、その復号量子化MDCT係数u(n)に対応する復号量子化誤差q(n)として出力する。
　このように、量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が０でない場合の再構成値の絶対値を例えば0.25とし、量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が０である場合の再構成値の絶対値をA（0<A<0.25）とする。これらの再構成値の絶対値は一例であり、量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が０でない場合の再構成値の絶対値は、量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が０である場合の再構成値の絶対値よりも大きければよい。なお、量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が、特許請求の範囲の整数値に対応する。
　なお、対応するパワースペクトル包絡値が同一である場合は、例えば、より周波数軸上での位置の小さいサンプル（周波数が低いサンプル）を選択する等の予め定めた規則に従って選択する。
　（C）T＋S<Uの場合
　誤差復号部２３は、復号量子化MDCT係数u(n)の値が0でないサンプルについては、以下の処理を行う。
　入力された誤差符号に含まれる１ビットの１巡目符号を復号して正負の情報を得て、得られた正負の情報を再構成値の絶対値0.25に与えて得られる再構成値+0.25又は-0.25をその復号量子化MDCT係数u(n)に対応する１巡目復号量子化誤差q１(n)とする。さらに、入力された誤差符号に含まれる１ビットの２巡目符号を復号して正負の情報を得て、得られた正負の情報を再構成値の絶対値0.125に与えて得られる再構成値+0.125または-0.125を２巡目復号量子化誤差q2(n)とする。１巡目復号量子化誤差q１(n)と２巡目復号量子化誤差q2(n)とを加算して復号量子化誤差q(n)とする。
　また、誤差復号部２３は、復号量子化MDCT係数u(n)の値が０であるサンプルについては、以下の処理を行う。
　入力された誤差符号に含まれる1ビットの１巡目符号を復号して正負の情報を得て、得られた正負の情報を0.25より小さい正の値である再構成値の絶対値Ａに与えて得られる再構成値+Aまたは-Aを、その復号量子化MDCT係数u(n)に対応する１巡目復号量子化誤差q１(n)とする。さらに、入力された誤差符号に含まれる１ビットの２巡目符号を復号して正負の情報を得て、得られた正負の情報を再構成値の絶対値A/2に与えて得られる再構成値+A/2または-A/2を２巡目復号量子化誤差q2(n)とする。１巡目復号量子化誤差q１(n)と２巡目復号量子化誤差q2(n)とを加算して復号量子化誤差q(n)とする。
　このように、対応する量子化MDCT係数u(n)の値及び復号量子化MDCT係数u(n)の値が０である場合もそうでない場合も、２巡目符号に対応する再構成値の絶対値を１巡目符号に対応する再構成値の絶対値の１／２とする。
　なお、上記の(A)及び(B)のパワースペクトル包絡値の代わりに、パワースペクトル包絡値の概算値、パワースペクトル包絡値の推定値、これらの何れかの値を平滑化して得られる値、これらの何れかの値を複数のサンプルについて平均して得られる値又はこれらの何れかの値と大小関係が同一となる値の何れかを用いてもよい。ただし、符号化装置１の誤差符号化部１１０と同一種類の値を用いる必要がある。
　「利得復号部２４」
　利得復号部２４は、入力された利得情報を復号して利得gを得て出力する（ステップＳ２４）。利得gは、加算部２５に送信される。
　「加算部２５」
　加算部２５は、フレームごとに、復号部２１が出力した復号量子化MDCT係数列の各係数u(n)と、誤差復号部２３が出力した復号量子化誤差系列の対応する各係数q(n)とを加算した加算値を計算する。そして、この加算値に、利得復号部２４が出力した利得gを乗じた系列を生成し復号重み付け正規化MDCT係数系列とする（ステップＳ２５）。復号重み付け正規化MDCT係数系列の各係数をx^(n)と表記する。x^(n)=(u(n)+q(n))*gである。
　加算部２５により生成されるこの加算値の列が、特許請求の範囲の周波数領域のサンプル列に対応する。
「重み付け包絡逆正規化部２６」
　次に、重み付け包絡逆正規化部２６が、フレームごとに、復号重み付け正規化MDCT係数列の各係数x^(n)にパワースペクトル包絡値を除算することでMDCT係数列を得る（ステップＳ２６）。
　「時間領域変換部２７」
　次に、時間領域変換部２７が、フレームごとに、重み付け包絡逆正規化部２６が出力したMDCT係数列を時間領域に変換してフレーム単位の音声音響ディジタル信号を得る（ステップＳ２７）。
　ステップＳ２６からＳ２７の各処理は従来的処理であるから詳細な説明を省略した。
　なお、符号化装置１において並び替え部１１１による並び替え処理が行われている場合には、復号部２１が生成した復号量子化MDCT係数u(n)の列は、復号装置２の並び替え部により並び替えられて（ステップＳ２８）、この並び替えられた復号量子化MDCT係数u(n)の列が、誤差復号部２３及び加算部２５に送信される。この場合、誤差復号部２３及び加算部２５は、復号部２１が生成した復号量子化MDCT係数u(n)の列に代えて、並び替えられた復号量子化MDCT係数u(n)の列に対して上記と同様の処理を行う。
　このように、可変長符号化による圧縮効果を利用することにより、フレーム内のビット数の総計が一定の場合にでも、量子化歪の軽減や符号量の削減が可能である。
　［符号化装置、復号装置のハードウェア構成例］
　上述の実施形態に関わる符号化装置１、復号装置２は、キーボードなどが接続可能な入力部と、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）と、ハードディスクである外部記憶装置と、これらの入力部、出力部、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置間のデータのやり取りが可能なように接続するバスとを例えば備えている。また、必要に応じて、符号化装置１、復号装置２に、ＣＤ－ＲＯＭなどの記憶媒体を読み書きできる装置（ドライブ）などを設けてもよい。
　符号化装置１、復号装置２の外部記憶装置には、符号化、復号を実行するためのプログラム又はこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている。外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるＲＯＭに記憶させておくなどでもよい。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭや外部記憶装置などに適宜に記憶される。以下、データやその格納領域のアドレスなどを記憶する記憶装置を単に「記憶部」と呼ぶことにする。
　符号化装置１の記憶部には、音声音響信号に由来する周波数領域のサンプル列の符号化、誤差の符号化のためのプログラムなどが記憶されている。
　復号装置２の記憶部には、入力された符号を復号するためのプログラムなどが記憶されている。
　符号化装置１では、記憶部に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてＲＡＭに読み込まれて、ＣＰＵで解釈実行・処理される。この結果、ＣＰＵが所定の機能（例えば、誤差算出部１８、誤差符号化部１１０、符号化部１９）を実現することで符号化が実現される。
　復号装置２では、記憶部に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてＲＡＭに読み込まれて、ＣＰＵで解釈実行・処理される。この結果、ＣＰＵが所定の機能（例えば、復号部２１）を実現することで復号が実現される。
　＜変形例等＞
　符号化装置１の量子化部１７では、x(n)/gではなく、x(n)/gの値を所定の関数Gで伸縮させた値G(x(n)/g)を用いてもよい。具体的には、量子化部１７は、重み付け正規化MDCT係数列の各係数x(n)[1≦n≦N]を利得gで割り算して得られるx(n)/gを関数Gで伸縮させた値G(x(n)/g)に対応する整数値、例えばG(x(n)/g)の小数点以下を四捨五入又は切り上げ又は切り下げして得られる整数値u(n)を量子化MDCT係数とする。この量子化MDCT係数が符号化部１９の符号化の対象となる。
　関数Gは、例えばG(h)=sign(h)×|h|aである。sign(h)は、入力されたhの正負の符号を出力する極性符号関数である。sign(h)は、例えば、入力されたhが正の数であれば１を出力し、入力されたhが負の数であれば－１を出力する。|h|は、ｈの絶対値を表す。aは、所定の数であり、例えば0.75である。
　この場合、x(n)/gの値を所定の関数Gで伸縮させた値G(x(n)/g)が、特許請求の範囲の周波数領域のサンプル列に対応することになる。また、誤差算出部１８が得る量子化誤差r(n)は、G(x(n)/g)-u(n)である。この量子化誤差r(n)が誤差符号化部１１０で符号化の対象となる。
　さらに、この場合、復号装置２の加算部２５は、加算により得られたu(n)+q(n)に対して関数Gの逆関数であるG-1=sign(h)×|h|1/aの処理を行った値G-1(u(n)+q(n))に利得gを乗じることにより、復号重み付け正規化MDCT係数系列x^(n)を得る。すなわち、x^(n)=G-1(u(n)+q(n))*gとする。なお、a=0.75である場合には、G-1(h)=sign(h)×|h|1.33とする。
　本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
　また、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ（符号化装置１、復号装置２）における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティ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、上記ハードウェアエンティティにおける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。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ－ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ－ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
　また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記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、ハードウェアエンティティ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 (20)

  1. 　所定の時間区間の音響信号に由来する周波数領域のサンプル列を所定の個数のビットで符号化する符号化方法であって、
    　上記周波数領域のサンプル列の各サンプルの値に対応する整数値を可変長符号化により符号化して可変長符号を生成する符号化ステップと、
    　上記周波数領域のサンプル列の各サンプルの値からその各サンプルの値に対応する整数値を減算した誤差値の列を算出する誤差算出ステップと、
    　上記所定の個数から上記可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットを用いて、上記誤差値の列を符号化して誤差符号を生成する誤差符号化ステップと、
    　を含む符号化方法。
  2. 　請求項１の符号化方法において、
    　上記誤差符号化ステップは、上記余剰ビットを用いて、上記誤差の列を構成する誤差サンプルのうち対応する上記整数値が０でない誤差サンプルを優先的に符号化する、
    　符号化方法。
  3. 　請求項１の符号化方法において、
    　上記誤差符号化ステップは、上記余剰ビットを用いて、上記誤差値の列を構成する誤差サンプルのうち対応するパワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値が大きい誤差サンプルを優先的に符号化する、
    　符号化方法。
  4. 　請求項１から３の何れかの符号化方法において、
    　上記誤差符号化ステップは、上記誤差値の列を構成する誤差サンプルのうち符号化の対象となる各誤差サンプルの値の正負の情報を１ビットで符号化する、
    　符号化方法。
  5. 　請求項４の符号化方法において、
    　整数値に応じて定まる値を再構成値の絶対値とし、上記再構成値の絶対値を誤差サンプルの値が正のときに対応する再構成値とし、０から上記再構成値の絶対値を減算した値を誤差サンプルの値が負のときに対応する再構成値として、
    　上記誤差符号化ステップは、上記余剰ビットの数が上記誤差値の列を構成する誤差サンプルの数よりも大きい場合には、上記各誤差サンプルに対応する再構成値を上記各誤差サンプルの値から減算した値の正負の情報を別の１ビットを用いて更に符号化する、
    　符号化方法。
  6. 　請求項４又は５の符号化方法において、
    　整数値が０でない場合の再構成値の絶対値は、整数値が０である場合の再構成値の絶対値よりも大きい、
    　符号化方法。
  7. 　入力された所定の個数のビットで構成される符号を復号する復号方法であって、
    　上記符号に含まれる可変長符号を復号して整数値の列を生成する復号ステップと、
    　上記所定の個数から上記可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットで構成される、上記符号に含まれる誤差符号を復号して誤差値の列を生成する誤差復号ステップと、
    　上記整数値の列の各サンプルと上記誤差値の列の対応する誤差サンプルとを加算する加算ステップと、
    　を含む復号方法。
  8. 　請求項７の復号方法において、
    　上記誤差復号ステップは、上記余剰ビットで表現された、上記誤差の列を構成する誤差サンプルのうち対応する上記整数値が０でない誤差サンプルを復号する、
    　復号方法。
  9. 　請求項７の復号方法において、
    　上記誤差復号ステップは、上記余剰ビットで表現された、上記誤差値の列を構成する誤差サンプルのうち対応するパワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値が大きい誤差サンプルを復号する、
    　復号方法。
  10. 　請求項７から９の何れかの復号方法において、
    　整数値に応じて定まる値を再構成値の絶対値として、
    　上記誤差復号ステップは、上記誤差値の列の各誤差サンプルの値を、上記誤差符号を復号することにより得られた上記各誤差サンプルに対応する１ビットの情報で定まる正負を上記各誤差サンプルに対応する整数値に基づく再構成値の絶対値に対して反映させた値とする、
    　復号方法。
  11. 　請求項１０の復号方法において、
    　上記誤差復号ステップは、上記各誤差サンプルの値に対応する別の１ビットの情報がある場合には、上記各誤差サンプルの値を、上記反映させた値と、上記別の１ビットの情報で定まる正負を上記各誤差サンプルに対応する整数値に基づく再構成値の絶対値の１／２の値に対して反映させた値とを加算した値とする、
    　復号方法。
  12. 　請求項１０又は１１の復号方法において、
    　整数値が０でない場合の再構成値の絶対値は、整数値が０である場合の再構成値の絶対値よりも大きい、
    　復号方法。
  13. 　所定の時間区間の音響信号に由来する周波数領域のサンプル列を所定の個数のビットで符号化する符号化装置であって、
    　上記周波数領域のサンプル列の各サンプルの値に対応する整数値を可変長符号化により符号化して可変長符号を生成する符号化部と、
    　上記周波数領域のサンプル列の各サンプルの値からその各サンプルの値に対応する整数値を減算した誤差値の列を算出する誤差算出部と、
    　上記所定の個数から上記可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットを用いて、上記誤差値の列を符号化して誤差符号を生成する誤差符号化部と、
    　を含む符号化装置。
  14. 　請求項１３の符号化装置において、
    　上記誤差符号化部は、上記余剰ビットを用いて、上記誤差の列を構成する誤差サンプルのうち対応する上記整数値が０でない誤差サンプルを優先的に符号化する、
    　符号化装置。
  15. 　請求項１３の符号化装置において、
    　上記誤差符号化部は、上記余剰ビットを用いて、上記誤差値の列を構成する誤差サンプルのうち対応するパワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値が大きい誤差サンプルを優先的に符号化する、
    　符号化装置。
  16. 　入力された所定の個数のビットで構成される符号を復号する復号装置であって、
    　上記符号に含まれる可変長符号を復号して整数値の列を生成する復号部と、
    　上記所定の個数から上記可変長符号のビットの個数を減算した個数のビットである余剰ビットで構成される、上記符号に含まれる誤差符号を復号して誤差値の列を生成する誤差復号部と、
    　上記整数値の列の各サンプルと上記誤差値の列の対応する誤差サンプルとを加算する加算部と、
    　を含む復号装置。
  17. 　請求項１６の復号装置において、
    　上記誤差復号ステップは、上記余剰ビットで表現された、上記誤差の列を構成する誤差サンプルのうち対応する上記整数値が０でない誤差サンプルを復号する、
    　復号装置。
  18. 　請求項１６の復号装置において、
    　上記誤差復号部は、上記余剰ビットで表現された、上記誤差値の列を構成する誤差サンプルのうち対応するパワースペクトル包絡値、パワースペクトル包絡値の概算値又はパワースペクトル包絡値の推定値が大きい誤差サンプルを復号する、
    　復号装置。
  19. 　請求項１から１２に記載された方法の各ステップをコンピュータに実現させるためのプログラム。
  20. 　請求項１から１２に記載された方法の各ステップをコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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