JP2007286146A - 適応ブロック長符号化装置、その方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フレームを複数のブロックに階層的に分割して得られた各ブロックに対し、それぞれ残差符号量推定値を算出する。次に、フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の大小を比較する。そして、この比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する符号量のフレーム内での合計が最小となるものを選択し、残差符号化部が、選択されたブロックにそれぞれ対応する予測残差信号を符号化する。
【選択図】図1
Description
図16は、このような符号化処理を行う従来の符号化装置の構成を例示したブロック図である。また、図17は、この符号化処理が行われるフレーム100の構成を例示した概念図である。なお、複数サンプル(通常数百〜数千サンプル)にそれぞれ対応する離散時間(サンプル点)からなる短時間区間をフレームと呼ぶが、ここでは、全サンプルにそれぞれ対応する離散時間からなる短時間区間をフレームとし、フレーム内のサンプル点数を1024点から32768点程度に想定する。なお、以下ではフレーム内のサンプル点数をnと表現する。また、図17の例では、1つのフレームを4つの階層(第0階層110〜第3階層140)にブロック分割する。この例の場合、第0階層110では、フレーム100がブロックB(0,1)に一致する。また、第1階層120は、第0階層110のブロックB(0,1)を2分割したブロックB(1,1),B(1,2)によって構成される。さらに、第2階層130は、第1階層120のブロックB(1,1)を2分割したブロックB(2,1),B(2,2)と、ブロックB(1,2)を2分割したブロックB(2,3),B(2,4)とによって構成される。また、第3階層140は、第2階層130のブロックB(2,1)を2分割したブロックB(3,1),B(3,2)と、ブロックB(2,2)を2分割したブロックB(3,3),B(3,4)と、ブロックB(2,3)を2分割したブロックB(3,5),B(3,6)と、ブロックB(2,4)を2分割したブロックB(3,7),B(3,8)とによって構成される。なお、図17における1,n1,n2,n3,n4,...,nは、フレーム100内の各サンプル点に対応する番号を示す。例えば、ブロックB(2,2)は、n2+1番目からn4番目のサンプルによって構成されるブロックである。また、図16の構成と図17のブロックへの分割方法は一例であり、階層数やブロック分割数等はこれに限定されない。
図17の例で具体的に説明すると、まず、ブロックB(0,1),B(1,1),B(1,2),B(2,1)〜B(2,4),B(3,1)〜B(3,8)毎に、予測分析、予測係数符号化、予測フィルタによる予測残差信号算出及びその符号化を独立に実行して、ブロック毎の残差符号を算出し、それらの符号量を計算する。
ISO/IEC 14496−3:2005/AMD2(通称MPEG−4 ALS)
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、フレームを複数のブロックに階層的に分割して符号化を行う適応ブロック長符号化において、符号化のための演算量を削減する技術を提供することを目的とする。
またさらに、各ブロックに対応する入力信号をそれぞれ第1の予測次数で短期予測して得られた短期予測残差信号と、当該短期予測残差信号を長期予測して得られた長期予測ゲインとを用い、残差符号量推定値を算出してもよい。これにより精度の高い残差符号量推定値を算出することができる。
本発明では、入力信号の時間区間であるフレームから、1つ又は複数のブロックにより構成される、複数の階層を生成し、これにより得られた各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値を算出する。次に、フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の残差符号量推定値の合計値の大小の比較結果を出力する。そして、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択し、選択されたブロックにそれぞれ対応する入力信号を第1の予測次数で予測して得られた予測残差信号を符号化する。これにより、実際に符号化を行うブロック数を減らし、全体として符号化のための演算量を低減できる。
図1は、実施例1の適応ブロック長符号化装置10の構成を示したブロック図である。
図1に示すように、実施例1の適応ブロック長符号化装置10は、第0階層のブロックの信号を処理する第0階層予測分析部10a,第0階層予測係数符号化部10b,第0階層予測フィルタ10c及び第0階層残差符号量推定部10dと、第1階層のブロックの信号を処理する第1階層予測分析部11a,第1階層予測係数符号化部11b,第1階層予測フィルタ11c及び第1階層残差符号量推定部11dと、第2階層のブロックの信号を処理する第2階層予測分析部12a,第2階層予測係数符号化部12b,第2階層予測フィルタ12c及び第2階層残差符号量推定部12dと、第3階層のブロックの信号を処理する第3階層予測分析部13a,第3階層予測係数符号化部13b,第3階層予測フィルタ13c及び第3階層残差符号量推定部13dと、分割決定部14と、残差符号化部15と、制御部16と、メモリ17と、ブロック分割部18とを有している。また、分割決定部14は、比較部14aと、選択部14bと、演算部14cとを有している。
以下、実施例1の適応ブロック長符号化方法を説明していく。なお、実施例1の適応ブロック長符号化装置10は、制御部16の制御のもと各処理を実行する。また、適応ブロック長符号化装置10の各処理過程におけるデータは、メモリ17に逐一読み書きされるが、原則として、以下ではその説明を省略する。さらに、説明する処理の順序はあくまで一例であり、本実施例の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なことはいうまでもない。さらには、少なくとも一部の処理を並列的に実行してもよい(以下の各実施例でも同様)。また、適応ブロック長符号化装置10への入力信号は、所定のサンプリング周波数でサンプリングされた離散的な信号である。また、各処理は、複数サンプルにそれぞれ対応する離散時間(サンプル点)からなる短時間区間であるフレーム毎に実行される。ここで、全サンプルにそれぞれ対応する離散時間からなる短時間区間(例えば、サンプル点数が1024点から32768点程度のもの)をフレームとしてもよく、その一部の短時間区間(例えば、サンプル点数が数百点から数千点程度のもの)をフレームとしてもよい。本実施例では、1フレームのサンプル点数をnとする。また、全サンプル点の一部の短時間区間をフレームとした場合、各処理はフレーム毎に繰り返されることになるが、以下では、1つのフレームの処理のみを説明する(以下の各実施例でも同様)。
まず、nサンプルからなる1フレーム分の入力信号がブロック分割部18に入力される。ブロック分割部18は、このフレームを複数のブロックに階層的に分割し(図17参照)、分割された各ブロックB(d,u)のサンプルx(d,u,jd,u)と、各ブロックのブロック位置情報A(d,u)とを、ブロックB(d,u)を特定する情報に関連付けてメモリ17の分割テーブル17aに格納する。ここで「ブロック分割」とは、フレームに属するサンプルを複数のブロックに分割する処理を意味するが、具体的には、例えば、各ブロックに対応するサンプル点を決定する処理や、各ブロックの開始サンプル点と終了サンプル点と(ブロックの区切り)を決定する処理等を意味する。なお、フレームのブロック分割方法(ブロック長や階層数等)は、予めブロック分割部18に設定されていてもよいし、入力信号等に応じ、その都度定められてもよい。
次に、0階層予測分析部10aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層予測分析部10aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の予測分析を行って予測係数α(0,1,i)(i=1,...,p)を算出し、出力する。なお、pは予測次数(「第1の予測次数」に相当)である。pは予め設定されたものであっても良いし、入力信号に応じてその都度算出されるものであっても良い。また、予測分析には線形予測分析を用いるのが一般的であるが、如何なる予測分析方法を適用してもよい。なお、予測分析の詳細については、例えば、“守谷健弘著、「音声符号化」、社団法人 電子情報通信学会、ISBN4−88552−156−4”や“古井貞煕著、「音響・音声工学」、株式会社 近代科学社、ISBN4−7649−0196−X”等に詳しいため説明を省略する。
同様に、第1階層予測分析部11a,第1階層予測係数符号化部11b,第1階層予測フィルタ11c及び第1階層残差符号量推定部11dが、第1階層120のブロックB(1,1),B(1,2)に対し、それぞれ独立に、予測係数符号Cp(1,1),Cp(1,2)と、予測残差信号y(0,1,j1,1),y(0,1,j1,2)と、残差符号量推定値PC(1,1),PC(1,2)とを算出する。算出された各情報は、それぞれ、対応するブロックB(1,1),B(1,2)を特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル17bに格納される(図3参照)。
第2階層についても同様に、第2階層予測分析部12a,第2階層予測係数符号化部12b,第2階層予測フィルタ12c及び第2階層残差符号量推定部12dが、第2階層のブロックB(2,1)〜B(2,4)に対し、それぞれ独立に、予測係数符号と、予測残差信号と、残差符号量推定値とを算出する。算出された各情報は、それぞれ、対応するブロックB(2,1)〜B(2,4)を特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル17bに格納される(図3参照)。
同様に、第3階層についても、第3階層予測分析部13a,第3階層予測係数符号化部13b,第3階層予測フィルタ13c及び第3階層残差符号量推定部13dとが、第3階層の各ブロックB(3,1)〜B(3,8)に対し、それぞれ独立に、予測係数符号と、予測残差信号と、残差符号量推定値とを算出する。算出された各情報は、それぞれ、対応するブロックB(3,1)〜B(3,8)を特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル17bに格納される(図3参照)。
次に、分割決定部14の比較部14aが、メモリ17のブロックテーブル17bから各階層の各ブロックに対応する残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部14bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。そして、選択部14bは、選択した各ブロックに対応する予測係数符号と、予測残差信号と、当該選択したブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
図4は、分割決定部14の処理の一例を説明するためのフローチャートである。以下、この図に沿って、分割決定部14の処理の一例を説明する。なお、この処理例は、図17のようにブロック分割を行った場合のものであるが、これを他の階層的なブロック分割に拡張適用することは容易である。
TPC(d,u)>PC(d,u)
を満たすか否かの比較を行い、その比較結果を選択部14bに出力する(ステップS5)。
残差符号化部15には、選択部14bから出力された各予測残差信号が入力され、残差符号化部15は、当該予測残差信号を、選択部14bで選択されたブロック毎に符号化した残差符号を求め、当該残差符号を出力する。なお、符号化方法としては、例えば、エントロピー符号化等を用いる(以下の符号化についても同様)。
そして、適応ブロック長符号化装置10は、残差符号化部15から出力された残差符号と、選択部14bから出力された予測係数符号と、選択情報とを符号列として出力する。
第0階層残差符号量推定部10d、第1階層残差符号量推定部11d、第2階層残差符号量推定部12d、第3階層残差符号量推定部13dで算出される残差符号量推定値は、予測残差信号の振幅の絶対値、又は、予測残差信号のエネルギーを、ブロック内で総計した値である。この値を計算するための演算量は、エントロピー符号化等の符号化に必要な処理量よりも相当少ない。そのため、全体としては、従来構成に比べ、大幅に処理量を削減することができる。また、予測残差信号の振幅の絶対値の総和、又は、予測残差信号のエネルギーの総和の大小は、実際の残差符号の符号量の大小とほぼ一致している。そのため、誤った推定により、符号量が多いブロックの組合せが選択されてしまい、全体の圧縮符号量が増大してしまうこともほとんどない。
図5は、実施例2の適応ブロック長符号化装置20の構成を示したブロック図である。なお、図5において既に説明した実施例1と共通する部分については、これまで用いたものと同じ符号を付した。
図5に例示するように、実施例2の適応ブロック長符号化装置20は、第0階層のブロックの信号を処理する第0階層予測分析部10a及び第0階層残差符号量推定部20dと、第1階層のブロックの信号を処理する第1階層予測分析部11a及び第1階層残差符号量推定部21dと、第2階層のブロックの信号を処理する第2階層予測分析部12a及び第2階層残差符号量推定部22dと、第3階層のブロックの信号を処理する第3階層予測分析部13a及び第3階層残差符号量推定部23dと、分割決定部24と、予測係数符号化部26と、予測フィルタ28と、残差符号化部15と、制御部16と、メモリ17とを有している。また、分割決定部24は、比較部24aと、選択部24bと、演算部24cとを有している。
以下、実施例2の適応ブロック長符号化方法を説明していく。
[ブロック分割処理]
まず、実施例1と同じブロック分割処理を行い、分割テーブル17aを生成し、メモリ17に格納する。
次に、0階層予測分析部10aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層予測分析部10aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の予測分析を行って予測係数α(0,1,i)(i=1,...,p)を算出し、出力する。出力された予測係数α(0,1,i)は、対応するブロックB(0,1)を特定する情報に関連付けられてメモリ17のブロックテーブル27bに格納される(図6参照)。
以下、本実施例におけるブロックB(0,1)の残差符号量推定値の算出手順を例示する。
ブロック内のエネルギーの総和の推定値を残差符号量推定値とする場合、まず、第0階層残差符号量推定部20dが、ブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)のエネルギー|x(0,1,j0,1)|2のブロック内の総和Fを求める。次に、第0階層残差符号量推定部20dは、予測係数α(0,1,i)から偏自己相関係数(PARCOR係数)をk(0,1,i)(i∈{1,2,...,p})算出する。なお、予測係数と偏自己相関係数とは等価なパラメータであり、それらの関係や変換方法も公知である。次に、第0階層残差符号量推定部20dは、残差符号量推定値PC(0,1)を、次式を用いて算出する。
ブロック内の振幅の総和の推定値を残差符号量推定値とする場合、まず、まず、第0階層残差符号量推定部20dが、ブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)の振幅の絶対値|x(0,1,j0,1)|のブロック内の総和Fを求める。次に、第0階層残差符号量推定部20dは、予測係数α(0,1,i)から偏自己相関係数(PARCOR係数)をk(0,1,i)(i∈{1,2,...,p})算出する。次に、第0階層残差符号量推定部20dは、残差符号量推定値PC(0,1)を、式(1)を用いて算出する。また、より好ましくは、第0階層残差符号量推定部20dは、次式を用いて残差符号量推定値PC(0,1)を算出する。式(2)を用いることにより、より推定精度の高い残差符号量推定値PC(0,1)を算出することができる。
第1から3階層についても第0階層と同様に、第1階層予測分析部11aと第1階層残差符号量推定部21d、第2階層予測分析部12aと第2階層残差符号量推定部22d、第3階層予測分析部13aと第3階層残差符号量推定部23dの各処理により、各階層の各ブロックに対する予測係数と残差符号量推定値とが、それぞれ算出される。算出された予測係数と残差符号量推定値は、それぞれ、対応するブロックを特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル27bに格納される(図6参照)。
次に、分割決定部24の比較部24aが、メモリ17のブロックテーブル27bから各階層の各ブロックに対応する残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部24bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。ここまでの分割決定部24の処理は、例えば、実施例1の分割決定部14と同様に行う。そして、選択部24bは、選択した各ブロックに対応する予測係数とサンプル(入力信号)とを、それぞれ、メモリ17のブロックテーブル27b(図6)と分割テーブル17a(図2)から読み込み、これらと、当該ブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
次に、予測係数符号化部26が、選択部24bから出力された各予測係数を量子化した量子化予測係数と、当該量子化予測係数の予測係数符号とを、選択部24bで選択されたブロック毎に求め、当該量子化予測係数と予測係数符号とを出力する。次に、予測フィルタ28が、予測係数符号化部26から出力された量子化予測係数を用い、選択部24bから出力されたサンプル(入力信号)を、選択部24bで選択されたブロック毎にフィルタリングし、予測残差信号を求めて出力する。そして、残差符号化部15が、予測フィルタ28から出力された予測残差信号を、選択部24bで選択されたブロック毎に符号化した残差符号を生成し、当該残差符号を出力する。
そして、適応ブロック長符号化装置20は、残差符号化部15から出力された残差符号と、予測係数符号化部26から出力された予測係数符号と、選択部24bから出力された選択情報とを符号列として出力する。
本実施例では、予測係数符号化部や予測フィルタの処理数を、それぞれ実施例1よりも(階層数−1)階層分だけ減らすことができる。そして、予測係数符号化部や予測フィルタの演算量は、第0〜3階層残差符号量推定部20d〜23dでの演算量よりも大幅に多いため、実施例1よりも少ない演算処理量で符号化を行うことができる。また、ブロックテーブルに、全てのブロックに対応する予測残差信号を格納しておく必要がないため、符号化処理に必要なメモリ17の容量も少なくてよい。
図7は、実施例3の適応ブロック長符号化装置30の構成を示したブロック図である。なお、図7において既に説明した実施例と共通する部分については、これまで用いたものと同じ符号を付した。
以下、実施例3の適応ブロック長符号化方法を説明していく。
[ブロック分割処理]
まず、実施例1と同じブロック分割処理を行い、分割テーブル17aを生成し、メモリ17に格納する。
次に、0階層予測分析部10aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層予測分析部10aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の予測分析を行って予測係数α(0,1,i)(i=1,...,p)を算出し、出力する。
第1から3階層についても第0階層と同様に、第1階層予測分析部11a、第1階層予測係数符号化部11b及び第1階層残差符号量推定部31dと、第2階層予測分析部12a、第2階層予測係数符号化部12b及び第2階層残差符号量推定部32dと、第3階層予測分析部13a、第3階層予測係数符号化部13b及び第3階層残差符号量推定部33dとによる各処理により、各階層の各ブロックに対する予測係数符号と量子化予測係数と残差符号量推定値とがそれぞれ算出される。算出された予測係数符号と量子化予測係数と残差符号量推定値とは、それぞれ、対応するブロックを特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル37bに格納される(図8参照)。
次に、分割決定部34の比較部34aが、メモリ17のブロックテーブル37bから各階層の各ブロックに対応する残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部34bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。ここまでの分割決定部34の処理は、例えば、実施例1の分割決定部14と同様に行う。そして、選択部34bは、選択した各ブロックに対応する予測係数符号と量子化予測係数とをメモリ17のブロックテーブル37b(図8)から読み込む。また、選択部34bは、選択した各ブロックに対応するサンプルを、メモリ17の分割テーブル17a(図2)から読み込む。そして、選択部34bは、読み込んだ各情報と、選択したブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
次に、予測フィルタ36が、選択部34bから出力された量子化予測係数を用い、選択部34bから出力されたサンプル(入力信号)を、上記で選択されたブロック毎にフィルタリングし、予測残差信号を求めて出力する。そして、残差符号化部15が、予測フィルタ28から出力された予測残差信号を、選択部34bで選択されたブロック毎に符号化した残差符号を生成し、当該残差符号を出力する。
そして、適応ブロック長符号化装置30は、残差符号化部15から出力された残差符号と、選択部34bから出力された予測係数符号及び選択情報とを符号列として出力する。
本実施例では、予測フィルタの処理数を、実施例1よりも(階層数−1)階層分だけ減らすことができる。予測フィルタの演算量は、第0〜3階層残差符号量推定部20d〜23dでの演算量よりも大幅に多いため、実施例1よりも少ない演算処理量で符号化を行うことができる。また、データ量が多い予測残差信号を、全てのブロックについてブロックテーブルに格納しておく必要がないため、符号化処理に必要なメモリ17の容量も少なくてよい。
図9は、実施例4の適応ブロック長符号化装置40の構成を示したブロック図である。なお、図9において既に説明した実施例1と共通する部分については、これまで用いたものと同じ符号を付した。
図9に例示するように、実施例4の適応ブロック長符号化装置40は、第0階層のブロックの信号を処理する第0階層低次予測分析部40a及び第0階層残差符号量推定部20dと、第1階層のブロックの信号を処理する第1階層低次予測分析部41a及び第1階層残差符号量推定部21dと、第2階層のブロックの信号を処理する第2階層低次予測分析部42a及び第2階層残差符号量推定部22dと、第3階層のブロックの信号を処理する第3階層低次予測分析部43a及び第3階層残差符号量推定部23dと、分割決定部44と、高次予測分析部46と、予測係数符号化部49と、予測フィルタ48と、残差符号化部15と、制御部16と、メモリ17を有している。また、分割決定部44は、比較部44aと、選択部44bと、演算部44cとを有している。
また、図10は、メモリ17に格納される実施例4のブロックテーブル47bのデータ構成を例示した概念図である。ブロックテーブル47bは、後述のように算出される低次予測係数α(d,u,i’)(i’=1,...,q、q<p)と残差符号量推定値PC(d,u)を、各ブロックB(d,u)を特定する情報に対応付けたテーブルである。
以下、実施例4の適応ブロック長符号化方法を説明していく。
[ブロック分割処理]
まず、実施例1と同じブロック分割処理を行い、分割テーブル17aを生成し、メモリ17に格納する。
[第0階層の処理]
次に、0階層低次予測分析部40aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層低次予測分析部40aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の低次(第2の予測次数q)までの予測分析を行って低次予測係数α(0,1,i’)(i'=1,...,q)を算出し、出力する。出力された低次予測係数α(0,1,i’)は、対応するブロックB(0,1)を特定する情報に関連付けられてメモリ17のブロックテーブル47bに格納される(図10参照)。
第1から3階層についても第0階層と同様に、第1階層低次予測分析部41aと第1階層残差符号量推定部21d、第2階層低次予測分析部42aと第2階層残差符号量推定部22d、第3階層低次予測分析部43aと第3階層残差符号量推定部23dの各処理により、各階層の各ブロックに対する低次予測係数と残差符号量推定値とがそれぞれ算出される。算出された低次予測係数と残差符号量推定値とは、それぞれ、対応するブロックを特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル47bに格納される(図10参照)。
次に、分割決定部44の比較部44aが、メモリ17のブロックテーブル47bから各階層の各ブロックに対応する残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部44bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。ここまでの分割決定部44の処理は、例えば、実施例1の分割決定部14と同様に行う。そして、選択部44bは、選択した各ブロックに対応する低次予測係数とサンプル(入力信号)とを、それぞれ、メモリ17のブロックテーブル47b(図10)と分割テーブル17a(図2)から読み込み、これらと、選択したブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
次に、高次予測分析部46が、選択部44bから出力された低次予測係数とサンプル(入力信号)とを用い、高次(第1の予測次数p>q)までの高予測係数係数を、選択部44bで選択されたブロック毎に求め、それらを出力する。なお、本実施例では、低次(第2の予測次数q)まで低次予測係数が既に求まっているため、残りのq+1次からp次までの予測係数のみを求めればよい。
そして、適応ブロック長符号化装置40は、残差符号化部15から出力された残差符号と、予測係数符号化部49から出力された予測係数符号と、選択部44bから出力された選択情報とを符号列として出力する。
本実施例では、低次(第2の予測次数)の予測が行われた予測残差信号に対応する残差符号量推定値を比較し、符号化を行うブロックの組合せを選択し、高次(第1の予測次数)の予測が行われた予測残差信号を符号化して残差符号を生成することとした。これにより、符号化を行うブロックの組合せを選択するための演算量を実施例1よりも小さくすることができる。
図11は、実施例5の適応ブロック長符号化装置50の構成を示したブロック図である。なお、図11において既に説明した実施例と共通する部分については、これまで用いたものと同じ符号を付した。
以下、実施例5の適応ブロック長符号化方法を説明していく。
[ブロック分割処理]
まず、実施例1と同じブロック分割処理を行い、分割テーブル17aを生成し、メモリ17に格納する。
[第0階層の処理]
次に、0階層短期予測分析部10aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層短期予測分析部10aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の短期予測分析を行って短期予測係数α(0,1,i)(i=1,...,p)を算出し、出力する。
その後、第0階層残差符号量推定部50eが、第0階層長期予測分析部50dから出力された長期予測ゲインγ(0,1)と、第0階層短期予測フィルタ50cから出力された短期予測残差信号y(0,1,j0,1)とを用い、ブロック(0,1)に対応する長期残差符号量推定値PC(0,1)を算出し、出力する。以下、この処理例を、ブロック(0,1)を例にとって具体的に説明する。
ブロック内の長期予測誤差のエネルギーの総和の推定値を長期残差符号量推定値とする場合、まず、第0階層長期予測分析部50dが、短期予測残差信号y(0,1,j0,1)のエネルギー|y(0,1,j0,1)|2のブロック内の総和Eを求める。次に、第0階層長期予測分析部50dは、このEと長期予測ゲインγ(0,1)とを用い、以下の式により長期残差符号量推定値PC(0,1)を算出する。
PC(0,1)=E(1-γ(0,1)2) …(3)
ブロック内の長期予測誤差の振幅の総和の推定値を長期残差符号量推定値とする場合、まず、第0階層長期予測分析部50dが、短期予測残差信号y(0,1,j0,1)の振幅の絶対値|y(0,1,j0,1)|のブロック内の総和Eを求める。次に、第0階層長期予測分析部50dは、このEと長期予測ゲインγ(0,1)とを用い、式(3)により長期残差符号量推定値PC(0,1)を算出する。また、より好ましくは、第0階層長期予測分析部50dは、次式を用いて長期残差符号量推定値PC(0,1)を算出する。式(4)を用いることにより、より推定精度の高い長期残差符号量推定値PC(0,1)を算出することができる。
PC(0,1)=E(1-γ(0,1)2)1/2 …(4)
また、前段に、長期フィルタ部及び長期予測係数符号化部を設け、これらによって実際の長期予測残差信号のエネルギーの総和や振幅の絶対値の総和を求め、それを長期残差符号量推定値としてもよい。
第1から3階層についても第0階層と同様に、第1階層短期予測分析部51a、第1階層短期予測係数符号化部51b、第1階層短期予測フィルタ51c、第1階層長期予測分析部51d及び第1階層残差符号量推定部51eと、第2階層短期予測分析部52a、第2階層短期予測係数符号化部52b、第2階層短期予測フィルタ52c、第2階層長期予測分析部52d及び第2階層残差符号量推定部52eと、第3階層短期予測分析部53a、第3階層短期予測係数符号化部53b、第3階層短期予測フィルタ53c、第3階層長期予測分析部53d及び第3階層残差符号量推定部53eとの各処理が実行される。これにより、各階層の各ブロックに対する短期予測係数符号と長期予測係数と短期予測残差信号と長期残差符号量推定値とがそれぞれ算出される。算出された各値は、それぞれ、対応するブロックを特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル57bに格納される(図12参照)。
次に、分割決定部54の比較部54aが、メモリ17のブロックテーブル57bから各階層の各ブロックに対応する長期残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する長期残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部54bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する長期残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。ここまでの分割決定部54の処理は、例えば、実施例1の分割決定部14と同様に行う。そして、選択部54bは、選択した各ブロックに対応する短期予測係数符号と短期予測残差信号と長期予測係数とを、メモリ17のブロックテーブル57b(図12)から読み込み、これらと、選択したブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
次に、長期予測係数符号化部56が、選択部54bから出力された長期予測係数(長期予測遅延量と長期予測ゲイン)を、それぞれ量子化した量子化長期予測係数(量子化長期予測遅延量と量子化長期予測ゲイン)を算出し、出力する。また、長期予測係数符号化部56は、量子化長期予測係数を符号化した長期予測係数符号を算出し、出力する。次に、長期予測フィルタ58が、長期予測係数符号化部56から出力された量子化長期予測係数を用い、選択部54bから出力された短期予測残差信号を、選択部54bで選択されたブロック毎にフィルタリングして長期予測残差信号を求め、出力する。なお、ここでのフィルタリングとは、量子化長期予測遅延量と量子化長期予測ゲインとを代入した長期予測モデル(フィルタ)と、短期予測残差信号との差を求める処理を意味する。また、本実施例では1次のフィルタによってフィルタリングを行う。そして、残差符号化部15が、入力された長期予測残差信号を、選択部54bで選択されたブロック毎に符号化した残差符号を生成し、当該残差符号を出力する。
そして、適応ブロック長符号化装置50は、残差符号化部15から出力された残差符号と、長期予測係数符号化部56から出力された長期予測係数符号と、選択部54bから出力された短期予測係数符号と、選択情報とを符号列として出力する。
<構成>
図13は、実施例6の適応ブロック長符号化装置60の構成を示したブロック図である。なお、図11において既に説明した実施例と共通する部分については、これまで用いたものと同じ符号を付した。
以下、実施例6の適応ブロック長符号化方法を説明していく。
[ブロック分割処理]
まず、実施例1と同じブロック分割処理を行い、分割テーブル17aを生成し、メモリ17に格納する。
[第0階層の処理]
次に、0階層短期予測分析部10aが、例えば、メモリ17の分割テーブル17aのブロック特定情報を参照し、分割テーブル17aから第0階層のブロックB(0,1)のサンプルx(0,1,j0,1)(j0,1=1,...,n)を読み込む。そして、0階層短期予測分析部10aは、読み込んだサンプルx(0,1,j0,1)の短期予測分析を行って短期予測係数α(0,1,i)(i=1,...,p)を算出し、出力する。
第1から3階層についても第0階層と同様に、第1階層短期予測分析部51a、第1階層短期予測係数符号化部51b、第1階層短期予測フィルタ51c及び第1階層残差符号量推定部61dと、第2階層短期予測分析部52a、第2階層短期予測係数符号化部52b、第2階層短期予測フィルタ52c及び第2階層残差符号量推定部62dと、第3階層短期予測分析部53a、第3階層短期予測係数符号化部53b、第3階層短期予測フィルタ53c及び第3階層残差符号量推定部63dとの各処理が実行される。これにより、各階層の各ブロックに対する短期予測係数符号と短期予測残差信号と残差符号量推定値とがそれぞれ算出される。算出された各値は、それぞれ、対応するブロックを特定する情報に関連付けられ、メモリ17のブロックテーブル67bに格納される(図14参照)。
次に、分割決定部64の比較部64aが、メモリ17のブロックテーブル67bから各階層の各ブロックに対応する残差符号量推定値を読み込み、上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値の合計値と、の大小を比較する。次に、選択部64bが、当該比較結果を用い、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値のフレーム内での合計が最小となるものを選択する。ここまでの分割決定部64の処理は、例えば、実施例1の分割決定部14と同様に行う。そして、選択部64bは、選択した各ブロックに対応する短期予測係数符号と短期予測残差信号とを、メモリ17のブロックテーブル67b(図14)から読み込み、これらと、選択したブロックの組合せを示す選択情報とを出力する。
次に、長期予測分析部65が、選択部64bから出力された短期予測残差信号の長期予測分析を、選択部64bで選択されたブロック毎に行い、当該各ブロックに対し、長期予測係数(長期予測遅延量と長期予測ゲイン)とを算出して出力する。
次に、長期予測係数符号化部66が、長期予測分析部65から出力された長期予測係数を、それぞれ量子化した量子化長期予測係数(量子化長期予測遅延量と量子化長期予測ゲイン)を算出し、出力する。また、長期予測係数符号化部66は、量子化長期予測係数を符号化した長期予測係数符号を算出し、出力する。次に、長期予測フィルタ68が、長期予測係数符号化部66から出力された量子化長期予測係数を用い、選択部64bから出力された短期予測残差信号を、選択部64bで選択されたブロック毎にフィルタリングして長期予測残差信号を求め、出力する。そして、残差符号化部15が、入力された長期予測残差信号を、選択部64bで選択されたブロック毎に符号化した残差符号を生成し、当該残差符号を出力する。
そして、適応ブロック長符号化装置60は、残差符号化部15から出力された残差符号と、長期予測係数符号化部66から出力された長期予測係数符号と、選択部64bから出力された短期予測係数符号と選択情報とを符号列として出力する。
実施例6では、実施例5に比べ、長期予測分析部による演算数を(階層数−1)階層分だけ減らすことができるため、実施例6よりもさらに演算量を低減することができる。また、本変形例では、短期予測残差信号から予測残差符号量推定値(短期予測残差信号のエネルギー又は振幅の絶対値のブロック内の総和等)を求め、これを長期予測残差信号の符号量の大小の推定に用いている。しかし、長期予測による符号量の低減効果は各チャネルにおいてほぼ同等であるため、これによって選択部64bでの選択が誤ってしまうことは少ない。
また、上述の各実施例において、下位階層の複数のブロックに対応する残差符号量推定値の合計値と、当該下位階層の複数のブロックから構成される上位階層のブロックに対応する残差符号量推定値との差が、所定の閾値以下又は未満であった場合、当該フレームに属する全ブロックに対して残差符号を算出し、当該フレームについて、上位階層のブロックに対応する残差符号の符号量と、当該ブロックを構成する下位階層の複数のブロックにそれぞれ対応する残差符号の符号量の合計値と、の大小を比較し、フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する残差符号の符号量のフレーム内での合計が最小となるものを選択する構成であってもよい。
また、上述の構成をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。
Claims (16)
- 入力信号の時間区間であるフレームから、1つ又は複数のブロックにより構成される、複数の階層を生成するブロック分割部と、
上記ブロック分割部により得られた各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値を算出する残差符号量推定部と、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の大小の比較結果を出力する比較部と、
上記比較結果を用い、上記フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する上記残差符号量推定値の上記フレーム内での合計が最小となるものを選択する選択部と、
上記選択部で選択されたブロックにそれぞれ対応する入力信号を第1の予測次数で予測して得られた予測残差信号を、符号化する残差符号化部と、
を有することを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1に記載の適応ブロック長符号化装置であって、
上記残差符号量推定部は、
上記残差符号量推定値を上記第1の予測次数よりも低次である第2の予測次数の予測により算出する、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1又は2に記載の適応ブロック長符号化装置であって、
上記残差符号量推定値は、
上記各ブロックの入力信号を上記第1又は第2の予測次数で予測して得られた予測残差信号の振幅の絶対値、又は、当該予測残差信号のエネルギーを、上記各ブロック内で総計した値である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1又は2に記載の適応ブロック長符号化装置であって、
上記残差符号量推定値は、
上記各ブロックの入力信号と、上記第1又は第2の予測次数の予測係数と、を用いて算出される値である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1に記載の適応ブロック長符号化装置であって、
上記残差符号量推定部は、
上記各ブロックに対応する入力信号をそれぞれ第1の予測次数で短期予測して得られた短期予測残差信号と、当該短期予測残差信号を長期予測して得られた長期予測ゲインとを用い、上記残差符号量推定値を算出する、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1から5の何れかに記載の適応ブロック長符号化装置であって、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であるか否かを判定する判定部をさらに有し、
該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であると判定された場合に、
上記残差符号量推定部が、該区間に対応するブロックに対し、高次の予測による残差符号量推定値を算出し、上記比較部が、当該残差符号量推定値を用いて上記比較を行う、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 請求項1から5の何れかに記載の適応ブロック長符号化装置であって、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であるか否かを判定する判定部をさらに有し、
該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であると判定された場合に、
該区間に対応するブロックに対し、それぞれ対応する入力信号を第1の予測次数で予測して得られた各予測残差信号を符号化し、残差符号を求める区間残差信号符号化部と、
上記区間残差符号化部によって残差符号が生成された区間について、該区間に対応する該各階層の上記残差符号の符号量の合計値の大小の比較結果を出力する符号量比較部と、
をさらに有し、
上記選択部は、上記区間残差信号符号化部によって残差符号が生成された区間については、上記残差符号量推定値の代わりに上記残差符号の符号量を用いて上記選択を行い、
上記残差符号化部は、選択されたブロックのうち上記区間残差信号符号化部で残差符号が求められていないブロックについて、予測残差信号を符号化する、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化装置。 - 入力信号の時間区間であるフレームから、1つ又は複数のブロックにより構成される、複数の階層を生成するブロック分割過程と、
上記ブロック分割過程により得られた各ブロックにそれぞれ対応する残差符号量推定値を算出する残差符号量推定過程と、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の大小の比較結果を出力する比較過程と、
上記比較結果を用い、上記フレームを構成するブロックの組合せであって、各ブロックにそれぞれ対応する上記残差符号量推定値の上記フレーム内での合計が最小となるものを選択する選択過程と、
上記選択過程で選択されたブロックにそれぞれ対応する入力信号を第1の予測次数で予測して得られた予測残差信号を、符号化する残差符号化過程と、
を有することを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8に記載の適応ブロック長符号化方法であって、
上記残差符号量推定過程は、
上記残差符号量推定値を上記第1の予測次数よりも低次である第2の予測次数の予測により算出する過程である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8又は9に記載の適応ブロック長符号化方法であって、
上記残差符号量推定値は、
上記各ブロックの入力信号を上記第1又は第2の予測次数で予測して得られた予測残差信号の振幅の絶対値、又は、当該予測残差信号のエネルギーを、上記各ブロック内で総計した値である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8又は9に記載の適応ブロック長符号化方法であって、
上記残差符号量推定値は、
上記各ブロックの入力信号と、上記第1又は第2の予測次数の予測係数と、を用いて算出される値である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8に記載の適応ブロック長符号化方法であって、
上記残差符号量推定過程は、
上記各ブロックに対応する入力信号をそれぞれ第1の予測次数で短期予測して得られた短期予測残差信号と、当該短期予測残差信号を長期予測して得られた長期予測ゲインとを用い、上記残差符号量推定値を算出する過程である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8から12の何れかに記載の適応ブロック長符号化方法であって、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であるか否かを判定する判定過程をさらに有し、
該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であると判定された場合に、該区間に対応するブロックに対し、高次の予測による残差符号量推定値を算出し、当該残差符号量推定値を用いて上記比較過程の処理を行う、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項8から12の何れかに記載の適応ブロック長符号化方法であって、
フレーム内のある区間が2つ以上の階層において異なるブロックで構成される場合に、該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であるか否かを判定する判定過程と、
該区間に対応する該各階層の上記残差符号量推定値の合計値の差が、所定の閾値以下又は未満であると判定された場合に、該区間に対応するブロックに対し、それぞれ対応する入力信号を第1の予測次数で予測して得られた各予測残差信号を符号化し、残差符号を求める区間残差信号符号化過程と、
上記区間残差符号化過程によって残差符号が生成された区間について、該区間に対応する該各階層の上記残差符号の符号量の合計値の大小の比較結果を出力する符号量比較過程と、
をさらに有し、
上記選択過程は、上記区間残差信号符号化過程によって残差符号が生成された区間については、上記残差符号量推定値の代わりに上記残差符号の符号量を用いて上記選択を行う過程であり、
上記残差符号化過程は、選択されたブロックのうち上記区間残差信号符号化過程で残差符号が求められていないブロックについて、予測残差信号を符号化する過程である、
ことを特徴とする適応ブロック長符号化方法。 - 請求項1から7の何れかに記載の適応ブロック長符号化装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項15に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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