JP3338573B2 - サブバンド分割演算回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サブバンド分割演算回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像信号や音声信号の圧縮符号化
技術の発達がめざましい。この圧縮符号化技術の１つに
サブバンド分割を利用したサブバンド符号化がある。こ
れは、画像信号や音声信号を周波数解析して周波数の異
なる複数の帯域信号に分割し、各帯域信号ごとに信号の
特性等に応じてビット数の割り当て等を変えて符号化す
る方式である。

【０００３】音声信号のサブバンド符号化の応用例とし
て、ＭＰＥＧ（Moving Picture Image Coding Experts
Group ）のレイヤＩ，IIが実用化されている。これは、
入力音声信号から計算される人間の聴覚特性をサブバン
ド符号化に適用することで、元の音声信号をその品質を
保ったまま圧縮して符号化できるようにしたものであ
る。

【０００４】ここで、ディジタル音声信号についてサブ
バンド分割を行うための従来のサブバンド分割演算回路
の構成例を、図１０に示す。図１０において、音声信号
の元データＸ_i'は、時間的に連続的な音声信号から各時
刻において取り出した各サンプル値を示すものである。
例えば、取り出すサンプル数が５１２である場合には、
添字のｉ’は０〜５１１の値をとる。

【０００５】上記元データＸ_i'は、サブバンド分割演算
部５２でサブバンド分割演算が施される前に、窓かけ演
算部１および折りたたみ演算部５１により所定の前処理
が施される。すなわち、窓かけ演算部１では、次の（式
１）に基づいて上記元データＸ_i'に対して窓かけ演算が
施され、各時刻ごとの音声信号ｙ_i'が求められる。

【０００６】

【数１】

【０００７】上記（式１）に示したように、窓かけ演算
は、入力される元データＸ_i'に対して窓関数Ｃ_i'を乗ず
ることにより行われるが、その際、窓関数Ｃ_i'は、窓関
数ＲＯＭ５にあらかじめ記憶されているものが用いられ
る。

【０００８】このように窓かけ演算を行うのは、各時刻
ごとに取り出したそれぞれの音声信号が、それぞれの区
間の端点において必ずしも連続になるとは限らないこと
から、その区間の端点を所定レベルに収束させるように
して不連続点を抑制することにより、解析結果にノイズ
が生じることを軽減するためである。

【０００９】次に、以上のようにして求められた各時刻
ごとの音声信号ｙ_i'は、折りたたみ演算部５１に入力さ
れ、次の（式２）に基づいて折りたたみ演算が施され
る。なお、（式２）中のｉおよびｋは、それぞれ０〜６
３、０〜７の値をとる。このように、周期６４ごとの折
りたたみ演算が実行されることにより、前処理演算信号
Ｙ_i が得られる。

【００１０】

【数２】

【００１１】上記折りたたみ演算部５１により得られる
前処理演算信号Ｙ_i は、次にサブバンド分割演算部５２
に入力されてサブバンド分割演算が施される。このサブ
バンド分割演算部５２は、具体的には図１１のように構
成されている。なお、ここでは一例として３２のサブバ
ンドに分割する場合の構成が示されている。

【００１２】図１１から明らかなように、サブバンド分
割演算は、次の（式３）に基づいて行われる。なお、
（式３）中のｉは時間軸方向のパラメータであり、上述
したように０〜６３の値をとる。また、ｊはサブバンド
番号を示すパラメータであり、０〜３１の値をとる。

【００１３】

【数３】

【００１４】このように、サブバンド分割演算部５２で
（式３）に基づく演算が行われることにより、３２の周
波数帯域に分割されたサブバンド情報Ｓ_j が求められる
が、上記（式３）中のcos((2j+1)(i-16)π/64)の値は、
コサイン関数ＲＯＭ５３にあらかじめ記憶されているも
のが利用される。なお、この式中の６４という値は、Ｍ
ＰＥＧの規格に特有のものであり、他のサブバンド符号
化方式では、それぞれに特有の値が用いられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、例えば
ＭＰＥＧを適用した従来のサブバンド分割演算回路にお
いては、窓かけ演算部１により（式１）に基づく乗算処
理を行い、折りたたみ演算部５１により（式２）に基づ
く加算処理を行い、サブバンド分割演算部５２により
（式３）に基づく乗算および加算処理を行うことによ
り、サブバンド分割処理を行っていた。表１は、これら
の乗算および加算を行う回数をまとめたものである。

【００１６】

【表１】

【００１７】このように、従来のサブバンド分割演算回
路では、数多くの乗算と加算とを行わなければならなか
った。このため、サブバンド分割を行うための演算負荷
が大きくなってしまうという問題があった。特に、乗算
処理は加算処理に比べて演算負荷が大きいので、乗算を
行う回数が多いことは演算を行う上で好ましくない。ま
た、上述のように乗算や加算を行う回数が多いので、処
理にかかる時間がそれだけ増大するという問題もあっ
た。

【００１８】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、サブバンド分割処理における演
算負荷を軽減することができるようにすることを目的と
している。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のサブバンド分割
演算回路は、入力される信号を周波数解析して周波数の
異なる複数のサブバンドに分割するサブバンド分割演算
回路において、上記入力される周波数解析元の信号に窓
かけ演算を施す窓かけ演算手段と、上記窓かけ演算手段
から出力される信号に折りたたみ演算を施す折りたたみ
演算手段と、上記折りたたみ演算手段から出力される信
号にバタフライ演算を施すことによりサブバンド情報を
得る多段接続されたバタフライ演算手段と、上記バタフ
ライ演算手段から出力されるサブバンド情報の位相を、
上記バタフライ演算を適用しないで通常の周波数解析を
行った場合に得られるサブバンド情報の位相とのずれを
補うように補正する位相補正演算手段とを設けたことを
特徴とする。

【００２０】また、本発明の別のサブバンド分割演算回
路は、入力される信号を周波数解析して周波数の異なる
複数のサブバンドに分割するサブバンド分割演算回路に
おいて、上記入力される周波数解析元の信号に窓かけ演
算を施す窓かけ演算手段と、上記窓かけ演算手段から出
力される信号に折りたたみ演算を施す折りたたみ演算手
段と、上記折りたたみ演算手段から出力される信号にバ
タフライ演算を施すことによりサブバンド情報を得る多
段接続されたバタフライ演算手段とを具備し、上記折り
たたみ演算手段は、上記バタフライ演算を適用しないで
通常の周波数解析を行った場合に得られるサブバンド情
報の位相ずれに対応するオフセット量を補正するオフセ
ット量補正手段を含むことを特徴とする。

【００２１】

【００２２】本発明のその他の特徴とするところは、上
記バタフライ演算後に得られる結果のビット逆順の配列
のうち、規則性のある部分に対応するバタフライ演算の
一部を省略するように制御する演算制御手段を設けたも
のである。

【００２３】本発明のその他の特徴とするところは、入
力される周波数解析元の音声信号が実数部のみの信号で
あるかどうかを判定する判定手段と、上記判定手段によ
って上記音声信号に実数部のみが含まれると判断された
ときに、上記音声信号の虚数部に基づいて行われるバタ
フライ演算を省略するように制御する演算制御手段とを
更に設けたものである。

【００２４】本発明のその他の特徴とするところは、上
記バタフライ演算後に得られるサブバンド情報の実数部
あるいは虚数部のうちの何れか一方を指定する指定手段
と、上記指定手段によって実数部あるいは虚数部の何れ
か一方が指定されているときに、指定されていない他方
の情報を得るためのバタフライ演算を省略するように制
御する演算制御手段とを更に設けたものである。

【００２５】本発明のその他の特徴とするところは、上
記バタフライ演算の一部を省略するとバタフライ演算後
に得られるビット逆順の配列の規則性が悪化するときに
は、そのバタフライ演算を全て実行することを特徴とす
るものである。

【００２６】

【作用】本発明は上記技術手段より成るので、従来のサ
ブバンド分割演算の基本式とＦＦＴ（高速フーリエ変
換）の基本式との類似性を有効に利用したサブバンド分
割を行うことが可能となり、サブバンド分割の際の演算
負荷が従来よりも小さくなる。

【００２７】本発明の他の特徴によれば、オフセット量
補正手段を設けたので、バタフライ演算を行う前に位相
ずれがあらかじめ補正され、その補正が施された信号に
対してバタフライ演算が施されることとなり、バタフラ
イ演算後に位相補正の演算を行わなくも済むようにな
る。

【００２８】また、本発明のその他の特徴によれば、演
算制御手段を設けたので、バタフライ演算を単純に適用
した場合に行っていた不用な演算を行わなくても済むよ
うになる。これにより、例えば、ビット逆順の配列の規
則性を見たり、解析元の信号が実数部のみを含むもので
あるかどうかを判定したり、解として得るサブバンド情
報の実数部あるいは虚数部のうちの一方が指定されてい
るかどうかを見たりすることによって、規則性のある部
分に対応するバタフライ演算の一部を省略したり、入力
信号の虚数部に基づいて行われるバタフライ演算を省略
したり、サブバンド情報の実数部と虚数部のうちの指定
されていない方に対応するバタフライ演算を省略したり
することが可能となる。

【００２９】また、本発明のその他の特徴によれば、ビ
ット逆順の配列の規則性を悪化させる部分についてのバ
タフライ演算を省略しないで全て実行するので、規則性
が悪化することによって却って演算が複雑になってしま
うという不都合を防止することが可能となる。

【００３０】

【実施例】従来技術のところで述べたように、サブバン
ド符号化は、映像や音声信号等を周波数解析して周波数
の異なる複数のサブバンドに分割し、各サブバンドごと
にその帯域信号の特性や重要度に応じてビット数の割り
当て等を変えて符号化する方式である。

【００３１】ところで、映像や音声信号にどのような周
波数成分が含まれているかを解析するための１つの手法
にＦＦＴ（高速フーリエ変換）がある。このＦＦＴは、
バタフライ演算とよばれる基本演算を繰り返し行うこと
により、ＤＦＴ（離散的フーリエ変換）の演算量を削減
することができるようにしたものである。

【００３２】本実施例のサブバンド分割演算回路は、こ
のＦＦＴのバタフライ演算をサブバンド分割処理に適用
することにより、サブバンド分割処理で行われる演算の
負荷を小さくすることができるようにしたものである。

【００３３】すなわち、ＦＦＴの一般式は、次の（式
４）で示されるが、この（式４）中のＷ_i は（式５）で
表される。この（式４）および（式５）と上記した（式
３）とを比較すれば明らかなように、（式５）中に示さ
れるコサイン関数は、上記（式３）中のコサイン関数を
変形したものと考えることができる。そこで本実施例で
は、この点に着目して、ＦＦＴのバタフライ演算を適用
してサブバンド分割を行うことができるようにしてい
る。

【００３４】

【数４】

【００３５】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、第１の実施例によるサブバンド分割
演算回路の機能構成を示すブロック図である。なお、図
１に示すサブバンド分割演算回路は、ＭＰＥＧ音声規格
のレイヤＩ，IIによる圧縮符号化技術を適用して構成し
たものであり、図１０に示したブロックと同じブロック
には同一の符号を付している。

【００３６】図１において、各時刻ごとに取り出された
音声信号の元データＸ_i'（ｉ’＝０〜５１１）は、窓か
け演算部１に入力され、ここで上述した（式１）に基づ
いて窓かけ演算が施されることにより、各時刻ごとの音
声信号ｙ_i'が求められる。この窓かけ演算の際、窓関数
ＲＯＭ５にあらかじめ記憶された窓関数Ｃ_i'が用いられ
ることは従来例のところで述べたとおりである。この窓
かけ演算により、各時刻ごとに取り出されたそれぞれの
区間の音声信号の端点が所定レベルに収束され、音声信
号の不連続点が抑制されるようになる。

【００３７】次に、上述のような窓かけ演算によって得
られた各時刻ごとの音声信号ｙ_i'は、折りたたみ演算部
２に入力され、次の（式６）に基づいて折りたたみ演算
が施される。なお、（式６）中のｉおよびｋは、それぞ
れ０〜１２７、０〜３の値をとる。このように、周期１
２８ごとの折りたたみ演算が実行されることにより、前
処理演算信号Ｙ_i が得られる。

【００３８】

【数５】

【００３９】上記折りたたみ演算部２により得られる前
処理演算信号Ｙ_i は、次にバタフライ演算部３に入力さ
れて、ＦＦＴの基本演算であるバタフライ演算が施され
る。一般に、周期Ｎのフーリエ変換を行う場合には、図
２に示すような基数２のバタフライ演算を（log₂Ｎ）段
行う必要がある。つまり、周期が１２８の場合は７段の
バタフライ演算を行う必要があるが、本実施例では、第
２段目と第３段目で基数４のバタフライ演算を行うこと
により、図３に示すように全部で５段のバタフライ演算
を行うようにしている。したがって、図３に示した第１
バタフライ演算部３１〜第５バタフライ演算部３５で
は、それぞれ（式７）〜（式１１）に示す演算が行われ
る。

【００４０】

【数６】

【００４１】

【数７】

【００４２】

【数８】

【００４３】

【数９】

【００４４】

【数１０】

【００４５】ここで、上記（式７）〜（式１１）に示さ
れる多項式中の変数名について説明する。変数名の先頭
の“ｂ”の文字は、その変数が各段におけるバタフライ
演算終了後のデータであることを示している。また、第
１番目の添字は、それが実数部のデータであるか虚数部
のデータであるかを示しており、“Ｒ”なら実数部、
“Ｉ”なら虚数部であることを示している。第２番目の
添字は、それが何段目のバタフライ演算が行われた後の
データであるかを示しており、１〜５の数字が用いられ
る。第３番目の添字は、配列番号を示しており、ｉ＝０
〜１２７の中の何れかの数字が用いられる。

【００４６】このように、第１バタフライ演算部３１〜
第５バタフライ演算部３５により（式７）〜（式１１）
の演算が行われると、その結果としてデータｂ_R5i とデ
ータｂ_I5i とが得られる。このデータｂ_I5i は、図１０
に示した従来のサブバンド分割演算部５２により得られ
るサブバンド情報Ｓ_j にほぼ対応しているが、上記（式
３）〜（式５）で示したように両者の間には iと(i-16)
に相当する分だけ位相のずれがある。そこで、位相補正
部４で次の（式１２）に示すような回転演算を行うこと
により、位相のずれを補正するようにしている。

【００４７】

【数１１】

【００４８】なお、バタフライ演算部３において上記
（式７）〜（式１１）中の種々の回転演算を実行する際
には、第１のサイン・コサイン関数ＲＯＭ６にあらかじ
め格納されているサイン・コサインの関数値が用いられ
る。また、位相補正部４において上記（式１２）の回転
演算を実行する際には、第２のサイン・コサイン関数Ｒ
ＯＭ７にあらかじめ格納されているサイン・コサインの
関数値が用いられる。

【００４９】以上のように、ＦＦＴを適用して周波数解
析演算（サブバンド分割演算）を実行することにより、
上記サブバンド情報Ｓ_j に対応するデータｂ'_5i を得る
ことができる。ただし、このデータｂ'_5i は、ビット逆
順の配列として与えられるため、再配列が必要である。
表２に、並び変えたデータｂ'_5i とサブバンド情報Ｓ_j
との対応関係を示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】以上説明したように、第１の実施例による
サブバンド分割演算回路では、窓かけ演算部１により
（式１）に基づく乗算処理を行い、折りたたみ演算部２
により（式６）に基づく加算処理を行う。さらに、バタ
フライ演算部３により（式７）〜（式１１）に基づく乗
算および加減算処理を行い、位相補正部４により（式１
２）に基づく乗算および加算処理を行うことにより、音
声信号のサブバンド分割を行っている。次に示す表３
は、これらの乗算および加減算を行う回数をまとめたも
のである。

【００５２】

【表３】

【００５３】この表３と上記した表１とを比べると分か
るように、本実施例のサブバンド分割演算回路によれ
ば、従来のサブバンド分割演算回路に比べて乗算の回数
を減らすことができる。加減算の回数は従来に比べて増
えているが、演算負荷は加減算の処理よりも乗算の処理
の方がかなり大きいので、乗算の回数を減らすことによ
って全体としての演算負荷を従来に比べて小さくするこ
とができる。

【００５４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第２の実施例によるサブバンド分割演算回路は、
図４に示すような構成とすることにより、第１の実施例
で行っていた位相補正のための演算を省略できるように
したものである。

【００５５】すなわち、上述した第１の実施例では、バ
タフライ演算を行った後に位相のずれを補正するように
していたが、これに対して第２の実施例では、バタフラ
イ演算を行う前に、上記した（式３）中の(i-16)に対応
するオフセット量（位相ずれに対応するオフセット量）
の補正をあらかじめ行っておくようにすることにより、
バタフライ演算後に位相補正を行わなくても済むように
している。

【００５６】図４において、各時刻ごとに取り出された
音声信号の元データＸ_i'（ｉ’＝０〜５１１）は、窓か
け演算部１により（式１）に基づく窓かけ演算が施され
る。これにより得られる各時刻ごとの音声信号ｙ_i'は、
折りたたみ演算部８の中の加算部９に入力されて所定の
加算処理が行われ、その結果がメモリ１０に格納され
る。

【００５７】このような加算処理およびその加算結果の
メモリ１０への格納は、制御部１１により制御される。
すなわち、上記加算部９によりｉ＝０〜１２７について
計算される前処理演算信号Ｙ_i が(i-16)に対応するオフ
セット量の分だけずれてメモリ１０に格納されるように
上記制御部１１により制御される。

【００５８】この場合、補正された信号Ｙ_i がＹ₀ 〜Ｙ
₁₂₇ のサンプリング区間に収まるように、まず最初のｉ
＝０〜１１１までについて（式１３−１）に示す演算が
行われ、これにより得られる信号が前処理演算信号Ｙ₁₆
〜Ｙ₁₂₇ としてメモリ１０に格納される。次に、ｉ＝１
１２〜１２７までについて（式１３−２）に示す演算が
行われ、これにより得られる信号が前処理演算信号Ｙ₀
〜Ｙ₁₅としてメモリ１０に格納される。

【００５９】このようなオフセット量の補正を行うこと
により、バタフライ演算による周波数解析の元となる前
処理演算信号Ｙ_i の位相を、(i-16)に対応する分だけ時
間軸上であらかじめずらしておくのと同様の効果が得ら
れる。

【００６０】

【数１２】

【００６１】こうして折りたたみ演算部８により求めら
れた前処理演算信号Ｙ_i は、次にバタフライ演算部３に
入力されて、上記（式７）〜（式１１）に基づくバタフ
ライ演算が行われる。このバタフライ演算が行われるこ
とにより、データｂ_R5i とデータｂ_I5i とが得られる
が、上述のように、本実施例では(i-16)の位相ずれに対
応するオフセット量があらかじめ補正されているので、
バタフライ演算による周波数解析後のデータｂ_I5i の位
相は既に補正された状態となっている。このため、上記
データｂ_I5i は、そのままサブバンド情報Ｓ_j に対応す
ることとなる。

【００６２】したがって、第２の実施例によれば、第１
の実施例で行っていた位相補正のための６４回の乗算処
理と３２回の加算処理（表３参照）を省略することがで
き、全体としての演算負荷を更に小さくすることができ
る。

【００６３】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。第３の実施例によるサブバンド分割演算回路は、
バタフライ演算後にビット逆順として与えられる値の中
から規則性のある部分の演算を削除するようにすること
により、乗算および加減算の演算回数を更に減らすこと
ができるようにしたものである。

【００６４】本実施例のサブバンド分割演算回路は、図
５のように構成されている。すなわち、本実施例では、
上述した第２の実施例によるサブバンド分割演算回路の
構成に加えて、演算制御部１２およびテーブルメモリ１
３を新たに設けている。なお、演算制御部１２は、ＣＰ
Ｕ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータシステムに
よって構成されている。

【００６５】上述したように、ＦＦＴを適用して周波数
解析演算（サブバンド分割演算）を実行すると、この演
算後に得られる結果は、図６に示すようにビット逆順の
配列として与えられる。図６から明らかなように、ビッ
ト逆順の配列の前半部の最下位ビットは全て“０”、後
半部の最下位ビットは全て“１”になる。つまり、図２
中に示した一点鎖線の上半分は、その最下位ビットが全
て“０”になり、下半分の最下位ビットは全て“１”に
なるという規則性がある。

【００６６】さらに、ＭＰＥＧによる音声信号の符号化
技術を適用した場合には、ｊの値域は、（式３）中の(2
j+1)でｊ＝０〜３１である。したがって、ＦＦＴによる
演算結果として必要な値は、０〜６３の奇数のみであ
る。このため、以上のような規則性により、図２に示し
た一点鎖線の上半分についての演算は省略することがで
きる。

【００６７】上述のような規則性を見つける手法とし
て、例えば次のような方法がある。すなわち、演算制御
部１２により、周波数解析の演算式とｊの値域とを基に
ビット逆順の配列をテーブルメモリ１３にテーブル化す
る。そして、このテーブル情報に基づいてビットの変化
しない部分を検出するようにすることにより、規則性を
見つける。演算制御部１２は、検出した規則性のある部
分に対応する演算の一部を省略するように折りたたみ演
算部８およびバタフライ演算部３を制御する。

【００６８】これにより、折りたたみ演算部８では（式
１４）に示すような演算が行われ、バタフライ演算部３
内の第１バタフライ演算部３１では（式１５）に示すよ
うな演算が行われる。図２に示した一点鎖線の下半分の
演算を行う場合、第１バタフライ演算部３１では本来は
６４組の減算と回転演算とが行われるが、ここでは、減
算については折りたたみ演算部８で行うようになされて
いる。つまり、折りたたみ演算部８では（式１４）に示
したように減算が併せて行われ、第１バタフライ演算部
３１では（式１５）に示したように回転演算のみが行わ
れる。

【００６９】

【数１３】

【００７０】また、第２バタフライ演算部３２では、上
記した（式８）の演算がｉ＝０〜１５についてのみ行わ
れ、第３バタフライ演算部３３では、上記した（式９）
の演算がｉ＝０〜３、１６〜１９、３２〜３５、４８〜
５１についてのみ行われる。また、第４バタフライ演算
部３４では、上記した（式１０）の演算がｉ＝０〜６３
の４の倍数についてのみ行われ、第５バタフライ演算部
３５では、上記した（式１１）の演算がｉ＝０〜６３の
偶数についてのみ行われる。

【００７１】次に示す表４は、以上に述べた第３の実施
例によるサブバンド分割演算回路で行われる乗算および
加減算の回数をまとめたものである。この表４から明ら
かなように、本実施例のサブバンド分割演算回路によれ
ば、乗算および加減算の回数を大幅に減らすことがで
き、演算負荷を更に一層小さくすることができる。

【００７２】

【表４】

【００７３】また、上述したように、本実施例のサブバ
ンド分割演算回路をＭＰＥＧに適用した場合には、ＦＦ
Ｔによる演算結果として必要な値は０〜６３の奇数のみ
であるから、それ以外の演算は省略することができる。
つまり、図６に示した例では、最上位ビットの値、すな
わち第５バタフライ演算部３５による演算によって決め
られる値が“１”の部分に対応する演算は省略すること
ができる。したがって、第５バタフライ演算部３５で
は、減算および回転演算が不用となるので、結局（式１
６）に示すような演算が行われることとなる。

【００７４】

【数１４】

【００７５】以上のように、本実施例のサブバンド分割
演算回路をＭＰＥＧに適用した場合には、周波数解析演
算後にビット逆順の配列として得られる結果の最下位ビ
ットの規則性だけでなく、最上位ビットの規則性によっ
ても演算の一部を省略することができる。この場合の各
ブロックにおける演算回数をまとまたものを、表５に示
す。

【００７６】

【表５】

【００７７】なお、演算制御部１２による制御に基づい
て、折りたたみ演算部８およびバタフライ演算部３によ
って以上のような演算が行われることで得られるデータ
ｂ_I5i とサブバンド情報Ｓ_j との対応関係を示す表を、
表６に示す。

【００７８】

【表６】

【００７９】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図７に示すように、第４の実施例によるサブバン
ド分割演算回路では、音声信号の元データＸ_i'が実数部
のみを含むものであるかどうかを判定する判定部１４
と、バタフライ演算によって得られるサブバンド情報の
実数部あるいは虚数部のうち、解として必要な一方を指
定する指定部１５とを更に設けている。

【００８０】上記元データＸ_i'が実数部のみからなる場
合には、バタフライ演算部３の第１バタフライ演算部３
１に入力される前処理演算信号Ｙ_i も実数部のみの信号
である。したがって、第１バタフライ演算部３１では、
上記した（式１５）に代えて次の（式１７）に示す演算
を行えば良いことになる。

【００８１】

【数１５】

【００８２】そこで、本実施例では、図７に示した判定
部１４により元データＸ_i'が実数部のみであるかどうか
を判定し、その判定結果を演算制御部１２に供給する。
そして、判定部１４において元データＸ_i'が実数部のみ
であると判断したときは、演算制御部１２によりバタフ
ライ演算部３内の第１バタフライ演算部３１を制御して
上記（式１７）のような演算を行うようにしている。こ
の場合の各ブロックにおける演算回数をまとめたものを
表７に示す。

【００８３】

【表７】

【００８４】さらに、最終的な解として得るサブバンド
情報が実数部もしくは虚数部の一方しか必要でない場合
には、第４バタフライ演算部３４および第５バタフライ
演算部３５では、その必要な解を得るための演算を行え
ば良いことになる。

【００８５】したがって、例えば実数部の解のみを必要
とする場合、すなわち、指定部１５により実数部が指定
されているときには、演算制御部１２の制御によって、
第４バタフライ演算部３４では（式１８）に示す演算が
行われ、第５バタフライ演算部３５では（式１９）に示
す演算が行われるようになる。

【００８６】

【数１６】

【００８７】つまり、虚数部に関する演算が省略される
ようになる。この場合の各ブロックにおける演算回数を
まとめたものを表８に示す。

【００８８】

【表８】

【００８９】以上のように、第４の実施例によれば、音
声信号の元データＸ_i'が実数部のみを含むものである場
合や、解として必要なデータが実数部あるいは虚数部の
一方のみである場合には、それぞれの場合に不用な演算
をも削減することができる。したがって、上述した第１
〜第３の実施例に比べて、乗算および加減算の演算回数
を更に少なくすることができる。

【００９０】なお、この第４の実施例によれば、周波数
解析演算後に得られる結果の規則性に基づいて削減可能
な演算はほとんど削減されることとなるが、第２バタフ
ライ演算部３２および第３バタフライ演算部３３におい
ては、上記（式８）および（式９）中の回転演算につい
て回転角が０，π／２となる場合には、その回転演算を
更に省略することが可能である。この場合の各ブロック
における演算回数は、表９に示すとおりとなる。

【００９１】

【表９】

【００９２】ただし、上記の回転演算は、それほど多く
の乗算および加減算を必要とするものではないため、こ
れを削減してもその効果はそれほど大きなものではな
い。むしろ、全体としての規則性を悪化させることとな
るので、この回転演算の削減は行わない方が好ましい。

【００９３】以上、第１の実施例〜第４の実施例につい
て述べてきたが、それぞれの実施例における各ブロック
での乗算および加減算の回数を分かりやすくするため
に、次の表１０にまとめて記載することにする。

【００９４】

【表１０】

【００９５】なお、以上の説明では、周波数解析の手法
としてＭＰＥＧを用いた場合について述べたが、本発明
はこれに限定されるものではない。例えば、信号のフィ
ルタリング処理を行う場合についても本発明を適用する
ことができる。

【００９６】一般に、入力された信号のある周波数帯域
の信号のみが有用である場合には、その有用な信号のみ
を取り出すためにフィルタリング処理が行われる。フィ
ルタリング処理に用いられるフィルタには、次のような
ものがある。すなわち、低周波領域の信号のみを取り出
すＬＰＦ（ローパスフィルタ）や、高周波領域の信号の
みを取り出すＨＰＦ（ハイパスフィルタ）や、ある特性
の周波数領域の信号のみを取り出すＢＰＦ（バンドパス
フィルタ）等である。また、ディジタル方式によるフィ
ルタリング処理には、ＦＩＲ（finite impulse respons
e)フィルタやＩＩＲ（infinite impulse response)フィ
ルタ等が広く用いられているが、図８に示すような方法
によってもフィルタリングが可能である。

【００９７】図８では、まず周波数解析器２１によっ
て、入力される解析元の信号を周波数解析する。次に、
ゲイン乗算器２２により、上記周波数解析器２１から出
力される解析結果の信号にフィルタ特有のゲインを掛け
る。そして、信号合成器２３により、上記ゲイン乗算器
２２から出力される信号を合成することにより、フィル
タリング処理を行うようになされている。

【００９８】例えば、ＢＰＦによってフィルタリングを
行う場合、ゲインの値が小さい領域の周波数成分につい
ては、図８のゲイン乗算器２２で“０”の値を掛けるた
め、求めても意味がない。このため、ＢＰＦを用いる場
合は、そのフィルタ特性によって決められる特定領域の
周波数成分のみを求めれば良いことになる。そこで、Ｂ
ＰＦの適用された周波数解析器２１に本発明の技術手段
を適用すれば、有用な周波数成分を求めるための演算以
外の演算を削減することができる。

【００９９】例えば、周波数解析を行うサンプル長をＮ
＝５１２とし、周波数解析後のサブバンド中で６４〜１
２７の領域の信号のみを有用な信号として用いる場合に
ついて考える。この場合、元の信号が４４．１ＫＨｚで
サンプリングされているとすると、５．５１２５ＫＨｚ
〜１１．０２５ＫＨｚの周波数帯域の信号についてのみ
解析を行えば良いことになる。

【０１００】ここで、上記６４〜１２７の２進数につい
てビット逆順の配列を考えると、図９のようになる。図
９から明らかなように、ビット逆順の配列の下位３ビッ
トは全て“１００”となり、この部分については変化し
ないという規則性がある。したがって、この規則性を検
出するようにすることにより、有用な周波数領域以外に
ついての不用なバタフライ演算を削減することができ
る。

【０１０１】

【発明の効果】本発明は上述したように、演算量の比較
的少ない高速フーリエ変換のバタフライ演算を適用して
信号のサブバンド分割を行うようにしたので、サブバン
ド分割の際に行われる演算負荷が大きい乗算の演算回数
を従来よりも少なくすることができる。このため、演算
負荷を軽減することができ、全体としての演算処理速度
を向上させることができる。

【０１０２】そして、位相補正演算手段を設けることに
より、バタフライ演算手段から出力されるサブバンド情
報の位相のずれを補正することができる。或いは、バタ
フライ演算を行う前に、バタフライ演算を適用しないで
通常の周波数解析を行った場合に得られるサブバンド情
報の位相ずれに対応するオフセット量を補正するように
することにより、位相ずれをあらかじめ補正しておいた
信号に対してバタフライ演算を施すことができ、バタフ
ライ演算後における位相補正の演算を省略することがで
きるので、サブバンド分割を行うための演算回数を更に
少なくして演算負荷を軽減することができ、演算処理速
度を更に向上させることができる。

【０１０３】また、本発明のその他の特徴によれば、バ
タフライ演算の一部を省略するように制御する演算制御
手段を設けたので、バタフライ演算を単純に適用した場
合に行っていた不用な演算が行われないようになり、本
来必要なサブバンド情報を求めるためのバタフライ演算
のみを行えば良くなり、乗算および加減算の演算回数を
更に一層少なくして演算負荷を軽減することができる。

【０１０４】また、本発明のその他の特徴によれば、ビ
ット逆順の配列の規則性を悪化させる部分についてのバ
タフライ演算を全て実行するようにしたので、規則性が
悪化することによって却って演算が複雑になってしまう
という不都合を防止することができ、演算負荷を小さく
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるサブバンド分割演
算回路の構成を示すブロック図である。

【図２】バタフライ演算の処理内容を説明するための説
明図である。

【図３】バタフライ演算部の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例であるサブバンド分割演
算回路の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第３の実施例であるサブバンド分割演
算回路の構成を示すブロック図である。

【図６】バタフライ演算後に得られる結果のビット逆順
の配列例を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例であるサブバンド分割演
算回路の構成を示すブロック図である。

【図８】サブバンド分割された音声信号のフィルタリン
グ処理を行うための構成を示すブロック図である。

【図９】バタフライ演算後に得られる結果のビット逆順
の配列の他の例を示す図である。

【図１０】従来のサブバンド分割演算回路の構成を示す
ブロック図である。

【図１１】従来のサブバンド分割演算回路内のサブバン
ド分割演算部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 窓かけ演算部 ２ 折りたたみ演算部 ３ バタフライ演算部 ４ 位相補正部 ５ 窓関数ＲＯＭ ６ 第１のサイン・コサイン関数ＲＯＭ ７ 第２のサイン・コサイン関数ＲＯＭ ８ 折りたたみ演算部 ９ 加算部 １０ メモリ １１ 制御部 １２ 演算制御部 １３ テーブルメモリ １４ 判定部 １５ 指定部 ２１ 周波数解析器 ２２ ゲイン乗算器 ２３ 信号合成器 ３１ 第１バタフライ演算部 ３２ 第２バタフライ演算部 ３３ 第３バタフライ演算部 ３４ 第４バタフライ演算部 ３５ 第５バタフライ演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 弥章 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−216496（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−205670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−3789（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 7/30 G06T 9/00 G10L 19/02 H03H 17/02 H04N 7/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される信号を周波数解析して周波数
   の異なる複数のサブバンドに分割するサブバンド分割演
   算回路において、 上記入力される周波数解析元の信号に窓かけ演算を施す
   窓かけ演算手段と、 上記窓かけ演算手段から出力される信号に折りたたみ演
   算を施す折りたたみ演算手段と、 上記折りたたみ演算手段から出力される信号にバタフラ
   イ演算を施すことによりサブバンド情報を得る多段接続
   されたバタフライ演算手段と、 上記バタフライ演算手段から出力されるサブバンド情報
   の位相を、上記バタフライ演算を適用しないで通常の周
   波数解析を行った場合に得られるサブバンド情報の位相
   とのずれを補うように補正する位相補正演算手段とを設
   けたことを特徴とするサブバンド分割演算回路。
2. 【請求項２】 入力される信号を周波数解析して周波数
   の異なる複数のサブバンドに分割するサブバンド分割演
   算回路において、 上記入力される周波数解析元の信号に窓かけ演算を施す
   窓かけ演算手段と、 上記窓かけ演算手段から出力される信号に折りたたみ演
   算を施す折りたたみ演算手段と、 上記折りたたみ演算手段から出力される信号にバタフラ
   イ演算を施すことによりサブバンド情報を得る多段接続
   されたバタフライ演算手段とを具備し、 上記折りたたみ演算手段は、上記バタフライ演算を適用
   しないで通常の周波数解析を行った場合に得られるサブ
   バンド情報の位相ずれに対応するオフセット量を補正す
   るオフセット量補正手段を含むことを特徴とするサブバ
   ンド分割演算回路。
3. 【請求項３】 上記バタフライ演算後に得られる結果の
   ビット逆順の配列のうち、規則性のある部分に対応する
   バタフライ演算の一部を省略するように制御する演算制
   御手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載
   のサブバンド分割演算回路。
4. 【請求項４】 入力される周波数解析元の信号が実数部
   のみの信号であるかどうかを判定する判定手段と、 上記判定手段によって上記入力信号に実数部のみが含ま
   れると判断されたときに、上記入力信号の虚数部に基づ
   いて行われるバタフライ演算を省略するように制御する
   演算制御手段とを更に設けたことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載のサブバンド分割演算回路。
5. 【請求項５】 上記バタフライ演算後に得られるサブバ
   ンド情報の実数部あるいは虚数部のうちの何れか一方を
   指定する指定手段と、 上記指定手段によって実数部あるいは虚数部の何れか一
   方が指定されているときに、指定されていない他方の情
   報を得るためのバタフライ演算を省略するように制御す
   る演算制御手段とを更に設けたことを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載のサブバンド分割演算回
   路。
6. 【請求項６】 上記バタフライ演算の一都を省略すると
   バタフライ演算後に得られるビット逆順の配列の規則性
   が悪化するときには、そのバタフライ演算を全て実行す
   ることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載
   のサブバンド分割演算回路。