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JP2844695B2 - 信号符号化装置 - Google Patents

信号符号化装置

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Publication number
JP2844695B2
JP2844695B2 JP1186603A JP18660389A JP2844695B2 JP 2844695 B2 JP2844695 B2 JP 2844695B2 JP 1186603 A JP1186603 A JP 1186603A JP 18660389 A JP18660389 A JP 18660389A JP 2844695 B2 JP2844695 B2 JP 2844695B2
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JP
Japan
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signal
block
block length
input signal
circuit
Prior art date
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JP1186603A
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JPH0352332A (ja
Inventor
直人 岩橋
正之 西口
誠 阿久根
健三 赤桐
義仁 藤原
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to US07/553,608 priority patent/US5197087A/en
Priority to CA002021437A priority patent/CA2021437C/en
Priority to EP90113882A priority patent/EP0409248B1/en
Priority to DE69032697T priority patent/DE69032697T2/de
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Priority to US08/009,551 priority patent/US5299238A/en
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/3053—Block-companding PCM systems
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば音声信号等の入力信号を圧縮符号化
する信号符号化方法に関し、特に入力信号をいゆる直交
交換して符号化する信号符号化方法に関する。
〔従来の技術〕
信号圧縮符号化の一つである変換符号化に用いられる
直交変換には、離散的フーリエ変換（DFT），アダマー
ル変換，カルーネンレーブ変換（KLT），離散的余弦変
換（DCT），ルジャンドル変換等がある。これらの直交
変換は、標本値を相互に直交する軸に変換することによ
り、標本値間の相関を除去する（又は減少させる）或い
は信号のエネルギを一部の係数に集中させる等の性質が
あり、例えば音響や画像等のデータの圧縮技法の一つと
なっている。
これらの直交変換の中で例えば上記離散的フーリエ変
換は、変換後の信号が、時間軸上で表現された元の信号
の周波数軸上での表現となっているため、この変換され
た信号を量子化する際に周波数軸上でのS/Nのコントロ
ールが容易であるという性質を有している。このため、
例えば音声信号への応用では、人間の聴感の周波数軸上
での特性を利用した符号化が可能であり、これにより、
聴感上のS/Nを向上させることができるというメリット
を有している。また、映像信号への応用においても、人
間の視覚特性は、低周波成分と高周波成分とで異なるた
め、入力映像信号をこれらの成分に変換した後、それぞ
れに適した符号化を行って効率的な圧縮を行わせること
ができる。
このような直交変換方式では、入力信号を時間軸或い
は周波数軸上で所定の長さに区切った１ブロック毎の変
換を行っており、このブロック長は一定の長さとなって
いる。このブロック長の決定は、入力信号の統計的性質
すなわち典型的な入力信号の性質を考慮して行ってい
た。例えば音声信号の場合は、上述した人間の聴覚特性
等に基づいて求められるブロック長となり、また、映像
信号の場合も、人間の視覚特性等に基づいてブロック長
が定められている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら実際には、音声信号或いは映像信号等の
現実の入力信号は、その性質（レベル等）が時間と共に
大きく変動するため、予め設定されているブロック長
が、ある時間では最適でない場合が発生する虞れがあ
る。そのため、このような入力信号を長さが決められた
ブロックで直交変換し、この変換された信号を復号する
とS/Nが劣化、すなわち、例えばブロック内の前半部分
の信号と後半部分の信号と変動が大きい場合にはビット
割り当ての不足によるいわゆるプリエコーが発生してS/
Nが劣化する虞がある。
そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案さ
れたものであり、入力信号の性質が変動しても、常に高
品質（S/Nの高い）復号信号を得ることができるように
なる信号符号化方法を提供することを目的とするもので
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上述の目的を達成するために提案されたも
のであり、入力信号波形を所定時間毎にブロック化し、
この時間軸方向のブロック長を入力信号に応じて少なく
とも２つの長さを取り得るように変化させ、このブロッ
ク内の信号を相互に独立な変換軸で変換して符号化する
信号符号化方法において、、上記入力信号波形を上記所
定時間よりも短い所定の切り出し区間毎に切り出し、当
該切り出し区間内の入力信号波形のエネルギ値を求め、
時間軸方向で隣接する２つの切り出し区間のエネルギ値
を比較し、上記隣接する２つの切り出し区間内のエネル
ギ値の差が所定値以上であるときに、当該切り出し区間
を上記ブロックとして当該ブロック内の信号を独立な変
換軸で変換して符号化するようにしている。
〔作用〕
本発明によれば、直交変換のブロック長を入力信号の
性質に応じて適応的に変化させている。すなわち、入力
信号の性質に応じた最適のブロック長が選ばれるため、
S/Nが向上する。また、時間軸方向で隣接する２つの切
り出し区間のエネルギ値の差が所定値以上であるとき
に、当該切り出し区間をブロックとしてそのブロック内
の信号を独立な変換軸で変換して符号化するようにして
いるため、プリエコーの発生を防止できる。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した実施例について図面を参照し
ながら説明する。
第１図に本発明の信号符号化方法が適用される一実施
例の信号符号化装置の概略構成を示し、先ず、本実施例
装置における信号処理の基本的流れを簡単に説明する。
すなわち、この第１図において、符号器10の入力端子
１には、入力信号が供給されている。この入力信号の信
号波形は、順次バッファメモリ11,12に蓄積され、これ
ら２つのバッファメモリ11,12から所定時間毎にブロッ
ク化された一まとまりのデータとして直交変換回路17に
送られる。この時のデータは、時間軸方向で切り出され
るブロック長が、入力信号に応じて変化させられるよう
になっている。上記直交変換回路17においては、上記ブ
ロック毎の信号波形を、時間軸に垂直な周波数軸上の信
号に変換している。
ここで、本実施例装置では、上記バッファメモリ11,1
2に蓄積されることで入力信号から切り出された切り出
し区間の信号エネルギ値をエネルギ値算出回路13,14で
求め、このエネルギ値がブロック長決定回路15に送ら
れ、当該ブロック長決定回路15で上記エネルギ値に基づ
いたブロック長さを示す情報が形成されている。このよ
うにして形成されたブロック長情報が上記直交変換回路
17に送られ、当該直交変換回路17では、入力信号（バッ
ファメモリの出力）を上記ブロック長情報に基づいたブ
ロック長で例えば離散的フーリエ変換（DFT）処理し、
周波数軸上の信号に変換している。当該直交変換回路17
からはDFT係数が得られるようになっており、DFT係数が
量子化器18に送られて量子化処理が施され、端子２から
出力され伝送路を介して復号器30の端子４に供給される
ようになっている。なお、上述のようなブロック長情報
に基づいた入力信号波形切り出しのためのウインドウ処
理の際に、ブロック内データよりも外側のデータが必要
とされる場合には、上記バッファメモリ11,12からの信
号は、本来のブロックとなる範囲を越えるデータも送れ
るようにしてもよい。
次に、上記復号器30では、上述した量子化及び直交変
換と逆の処理が逆量子化器31と逆直交変換回路32で施さ
れる。すなわち、上記逆量子化器31では、上記量子化器
18で量子化されたDFT係数を逆量子化し、上記逆直交変
換回路32では、この逆量子化されたDFT係数から信号を
復元している。ただし、この時の逆直交変換回路32に
は、上記符号器10のブロック長決定回路15で求められた
上記ブロック長情報が端子3,伝送路，端子５を介して供
給されており、したがって、当該逆直交変換回路32で行
われる信号の復元においては、上記ブロック長情報に基
づいたブロック毎のDFT係数を直交変換により時間軸上
の信号波形に復元している。その後、この時間軸上の信
号波形が波形連結回路33に送られ、順次信号波形が連結
されて出力端子６から復号信号として出力されるように
なっている。
ところで、一般に直交変換は、前述したように、標本
値間の相関を除去する（又は減少させる）或いは信号の
エネルギを一部の係数に集中させる等の性質がある。ま
た、、例えば離散的フーリエ変換においては、前述した
ように変換後の信号を量子化する際に周波数軸上でのS/
Nのコントロールが容易であるという性質を有してい
る。このようなことから、本実施例装置においては、例
えば音声信号の場合、人間の聴感特性を利用した符号化
が可能で、聴感上のS/Nを向上させることができる。
しかし、音声信号や映像信号は前述したようにレベル
等の性質が時間と共に大きく変動することがあるため、
このような性質変動時の信号を直交変換するときは標本
値間の相関を除去する（減少させる）ことが難しくな
り、また、周波数軸上でのS/Nコントロールも困難であ
る。例えば第２図に示す音声信号のように、時間軸上の
所定時間の長さのブロック長Ｌ内で、信号波形のレベル
や周波数スペクトルの変化が非常に大きいような信号の
場合、すなわち、例えば信号レベルが大きく周波数スペ
クトルの高調波成分が多く含まれている前半のL/2の間
の時間帯と、信号レベルが小さく周波数スペクトルの高
調波成分が少ない後半のL/2の間の時間帯とが同一のブ
ロック長Ｌ内にある場合、このようなブロック長Ｌで直
交変換を行うと、この信号を復号化することにより、後
者の時間帯に前者の時間帯のスペクトル成分が分散され
てしまうことになる。
このようなことから、本実施例装置においては、ブロ
ック長Ｌに対して例えばL/2となる長さ分の切り出し区
間に対応するメモリ容量を有したバッファメモリ11,12
を用意している。
すなわち、本実施例の入力端子１には、例えば音声信
号が供給され、先ず、バッファメモリ11でこの音声信号
がL/2の切り出し区間に対応する容量分だけ蓄積され
る。次に、このバッファメモリ11に蓄積されたデータ
が、前記ブロック長決定回路15からのブロック長情報に
基づいて開閉制御される切換スイッチ16に送られると共
に、メモリ容量が上記L/2分に対応する容量のバッファ
メモリ12に移されて蓄積され、同時に、上記バッファメ
モリ11には次のデータが蓄積される。この時、上記バッ
ファメモリ11及び12に蓄積された各切り出し区間の信号
のエネルギ値がエネルギ値算出回路13,14で計算され、
これらのエネルギ値情報がブロック長決定回路15に送ら
れる。当該ブロック長決定回路15では、この隣接した２
つの切り出し区間のエネルギ値が比較され、２つのエネ
ルギ値の差が所定値以上ある時すなわち例えば一方のエ
ネルギ値が他方のエネルギ値よりも所定値以上の差で大
きい時、及び、上記２つのエネルギ値の差が所定値以内
の時には、それぞれに対応したブロック長情報を出力す
る。すなわち、上記ブロック長決定回路15からは、上記
２つのエネルギ値の差が大の時は上記切換スイッチ16を
オフ制御するような情報が出力され、２つのエネルギ値
の差が小の時は上記切換スイッチ16をオンしてデータを
送るように制御するような情報が出力される。また、上
位ブロック長情報は前述したように、直交変換回路17に
も供給され、このブロック長情報に基づいて直交変換が
行われている。
以上のような構成により、通常時は切換スイッチ16が
オン状態でブロック長Ｌのサンプルに対して直交変換が
行われるようになる。すなわち、上記２つのエネルギ値
の差が小の時には、上記切換スイッチ16がオンされるた
め、上記バッファメモリ11と12からのデータが同時に直
交変換回路17に供給されることになり、この直交変換回
路17で、上記ブロック長情報に基づいて、上記バッファ
メモリ11,12のデータをブロック長Ｌで直交変換するよ
うにしている。この場合、同一のブロック中に性質が大
きく変動した信号がないため、直交変換時に標本値間の
相関を除去する（減少させる）こことができ、S/Nを向
上させることができる。これに対して、上記ブロック長
Ｌ内で信号の変動が大きくなった場合には、切換スイッ
チ16がオフ状態となり、切り出し区間であるL/2分のサ
ンプルが直交変換のブロックとなされ、当該ブロック長
がL/2のブロックに対して直交変換が行われる。すなわ
ち、上記２つのエネルギ値の差が大の時は、上記切換ス
イッチ16がオフされるため、上記直交変換回路17には上
記バッファメモリ12からのデータのみが供給されること
になり、同一のブロックの中に性質が大きく変動した信
号が存在することは無くなる。この場合も、直交変換さ
れる際に標本値間の相関を除去する（減少させる）こと
ができ、S/Nを向上させることができる。なお、上記長
さＬのブロックを分割した長さL/2毎の切り出し区間の
エネルギ値の他に、周波数スペクトルをそれぞれ検出し
て比較するようにしてもよい。また上述の実施例装置に
おいて、例えば、バッファメモリを２個よりも多くし
て、直交変換のためのブロック長の変化ステップ数を増
大させることで、より細かく入力信号の性質の変動に対
応することができる。
上述したように、本実施例装置においては、レベルや
周波数スペクトル等の性質が時間と共に大きく変動する
虞れのある音声信号や映像信号であっても、復号化した
信号のS/Nを劣化させることなく、S/Nを向上させること
ができ、高品質の復号信号を得ることができる。
ここで、上述した第１図の実施例においては、ブロッ
ク長可変動作を明確化するために、上記バッファメモリ
11,12からパラレルにそれぞれL/2分のサンプルデータが
直交変換回路17に送られるような構成を用いて説明して
いるが、直交変換回路でシリアルな入力データをブロッ
ク化して直交変換処理するようなものにも本発明を適用
でき、その一例を第３図に示す。
すなわち、第３図において、先ず、符号器40の入力端
子１を介した入力信号はバッファメモリ41に順次蓄積さ
れる。
ここで、ブロック長決定回路43では、上記バッファメ
モリ41内の信号を分析することにより、直交変換回路47
で行われる離散的フーリエ変換のブロック長を決定し、
該ブロック長情報を出力するようになっている。このブ
ロック長情報が波形切り出し回路42に送られ、該波形切
り出し回路42ではこのブロック長情報に基づいて上記バ
ッファメモリ41から必要なデータを過去のものから順に
取り出し、ウインドウ処理を行っている。この場合の波
形切り出しブロック長としては、前述と同様にＬとL/2
とで切換可能とすればよく、また、L/2より細かく波形
切り出し区間を分けてブロック長の変化ステップ数を増
大させてもよい。
このようにして切り出されたデータが上記ブロック長
情報に基づいて例えば離散的フーリエ変換処理を行う直
交変換回路47に送られて該回路47からDFT係数が得ら
れ、量子化器48で量子化処理が施される。この第３図に
おける以後の動作及び構成は前述の第１図と同様である
ため、対応する箇所に同じ符号を付して説明を省略す
る。上述のように、シリアルな信号を符号化する構成に
おいても、ブロック長情報に基づいて上記直交変換回路
47内で直交変換処理を行うブロック長を変化させること
で、前述の第１図と同様の効果を得ることができる。
また、直交変換は、離散的フーリエ変換に限らず、前
述したようなアダマール変換，カールネンレーブ変換
（KLT），離散的余弦変換（DCT），ルジャンドル変換等
を用いることができる。
〔発明の効果〕
本発明の信号符号化方法においては、入力信号波形を
所定時間よりも短い所定の切り出し区間毎に切り出し、
時間軸方向で隣接する２つの切り出し区間のエネルギ値
を比較し、そのエネルギ値の差が所定値以上であるとき
に、切り出し区間をブロックとして当該ブロック内の信
号を独立な変換軸で変換して符号化することにより、入
力信号の性質に最適のブロック長が選ばれ、したがっ
て、入力信号の性質が変動しても、復号したときに常に
高品質（S/Nの高い）復号信号を得ることができ、プリ
エコーの発生を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例装置の概略構成を示すブロッ
ク回路図、第２図は音声信号の最適ブロック長を説明す
るための波形図、第３図は本発明の他の実施例装置の概
略構成を示すブロック回路図である。 10,40……符号器 11,12,41……バッファメモリ 13,14……エネルギ値算出回路 15,43……ブロック長決定回路 16……切換スイッチ 17,47……直交変換回路 18,48……量子化器 30……復号器 31……逆量子化器 32……逆直交変換回路 33……波形連結回路 42……波形切り出し回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤桐 健三 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 藤原 義仁 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−16138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263377（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−57321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−59127（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＡＣＯＵＳＴＩＣＳ，ＳＰＥＥ ＣＨ，ＡＮＤ ＳＩＧＮＡＬ ＰＲＯＣ ＥＳＳＩＮＧ．Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−25, Ｎｏ．４ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03M 7/30 G10L 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力信号波形を所定時間毎にブロック化
    し、この時間軸方向のブロック長を入力信号に応じて少
    なくとも２つの長さを取り得るように変化させ、このブ
    ロック内の信号を相互に独立な変換軸で変換して符号化
    する信号符号化方法において、 上記入力信号波形を上記所定時間よりも短い所定の切り
    出し区間毎に切り出し、 当該切り出し区間内の入力信号波形のエネルギ値を求
    め、 時間軸方向で隣接する２つの切り出し区間のエネルギ値
    を比較し、 上記隣接する２つの切り出し区間内のエネルギ値の差が
    所定値以上であるときに、当該切り出し区間を上記ブロ
    ックとして当該ブロック内の信号を独立な変換軸で変換
    して符号化する ことを特徴とする信号符号化方法。
JP1186603A 1989-07-19 1989-07-19 信号符号化装置 Expired - Lifetime JP2844695B2 (ja)

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