JP3475985B2

JP3475985B2 - 情報符号化装置および方法、情報復号化装置および方法

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Application number: JP29302095A
Authority: JP
Inventors: 修下吉; 京弥筒井
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2003-12-10
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報符号化装置お
よび方法、情報復号化装置および方法に関し、いわゆる
高能率符号化によって入力ディジタルデータの符号化を
行い、伝送、記録、再生し、復号化して、再生信号を得
る場合に用いて好適な情報符号化装置および方法、情報
復号化装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ或いは音声等の信号の高能率
符号化の手法には種々あるが、例えば、時間軸上のオー
ディオ信号等をブロック化しないで、複数の周波数帯域
に分割して符号化する非ブロック化周波数帯域分割方式
である、帯域分割符号化（サブ・バンド・コーディン
グ：SBC(Subband Coding))や、時間軸の信号を周波数軸
上の信号に変換（スペクトル変換）して、複数の周波数
帯域に分割し、各帯域毎に符号化するブロック化周波数
帯域分割方式、いわゆる変換符号化等を挙げることがで
きる。

【０００３】また、上述の帯域分割符号化と変換符号化
とを組み合わせた高能率符号化の手法も考えられてお
り、この場合には、例えば、帯域分割符号化で帯域分割
を行った後、各帯域毎の信号を周波数軸上の信号にスペ
クトル変換し、このスペクトル変換された各帯域毎に符
号化が施される。ここで上述した帯域分割のためのフィ
ルタとしては、例えばQMFフィルタ(Quadrature Mirror
Filter)があり、これについては、例えば、1976 R.E.Cr
ochiere Digital coding of speech in subbands，Bel
l Syst.Tech. J. Vol.55,No.8 1976に、述べられてい
る。

【０００４】また、ICASSP 83,BOSTON Polyphase Quadr
ature filters-A new subband coding technique, Jose
ph H. Rothweilerには、等バンド幅のフィルタ分割手法
が述べられている。ここで、上述したスペクトル変換と
しては、例えば、入力オーディオ信号を所定単位時間
（フレーム）でブロック化し、当該ブロック毎に離散フ
ーリエ変換(Discrete Fourier Transform)(DFT)、離散
コサイン変換(Discrete Cosine Transform)(DCT)、モデ
ィファイドDCT変換(Modified Discrete Cosine Transfo
rm)(MDCT)等を行うことで、時間軸を周波数軸に変換す
るようなスペクトル変換がある。MDCTについては、例え
ば、ICASSP 1987 Subband/Transform CodingUsing Filt
er Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Canc
ellation, J.P.Princen A.B.Bradley Univ. of Surr
ey Royal Melbourne Inst.of Tech.に述べられてい
る。

【０００５】このようにフィルタやスペクトル変換によ
って帯域毎に分割された信号を量子化することにより、
量子化雑音が発生する帯域を制御することができ、マス
キング効果などの性質を利用して、聴覚的に、より高能
率な符号化を行うことができる。また、ここで量子化を
行う前に、各帯域毎に、例えばその帯域における信号成
分の絶対値の最大値で正規化を行うようにすれば、さら
に高能率な符号化を行うことができる。

【０００６】周波数帯域分割された各周波数成分を量子
化する周波数分割幅としては、例えば人間の聴覚特性を
考慮した帯域分割が行われる。すなわち、一般に臨界帯
域（クリティカルバンド）と呼ばれている、高域程、帯
域幅が広くなるような帯域幅で、オーディオ信号を複
数（例えば２５バント）の帯域に分割することがある。
また、この時の各帯域毎のデータを符号化する際には、
各帯域毎に所定のビット配分、或いは、各帯域毎に適応
的なビット割当て（ビットアロケーシヨン）による符号
化が行われる。

【０００７】例えば、前記MDCT処理されて得られた係数
データを前記ビットアロケーシヨンによって符号化する
際には、前記各ブロック毎のMDCT処理により得られる各
帯域毎のMDCT係数データに対して、適応的な割当てビッ
ト数で符号化が行われることになる。ビット割当手法と
しては、次の２手法が知られている。

【０００８】第１の手法は、Adaptive Transform Codin
g of Speech Signals，R.Zelinskiand P.Noll, IEEE Tr
ansactions of Accoustics,Speech,and Signal Process
ing,vol.ASSP-25,No.4,August 1977に開示されている。
ここでは、各帯域毎の信号の大きさをもとに、ビット割
当を行っている。この方式では、量子化雑音スペクトル
が平坦となり、雑音エネルギーが最小となるが、聴感覚
的にはマスキング効果が利用されていないために実際の
雑音感は最適ではない。

【０００９】また第２の手法は、ICASSP 1980 The crit
ical band coder-digital encodingof the perceptual
requirements of the auditory system，M.A.Kransner
MITに開示されている。ここには、聴覚マスキングを利
用することで、各帯域毎に必要な信号対雑音比を得て、
固定的なビット割当を行う手法が述べられている。しか
しこの手法では、サイン波入力で特性を測定する場合で
も、ビット割当が固定的であるために、特性値がそれほ
ど良い値とならない。

【００１０】これらの問題を解決するために、ビット割
当に使用できる全ビットが、各小ブロック毎にあらかじ
め定められた固定ビット割当パターン分と、各ブロック
の信号の大きさに依存したビット配分を行う分に分割使
用され、その分割比を入力信号に関係する信号に依存さ
せ、前記信号のスペクトルが滑らかなほど前記固定ビッ
ト割当パターン分への分割比率を大きくする高能率符号
化装置が提案されている。

【００１１】この装置によれば、サイン波入力のよう
に、特定のスペクトルにエネルギーが集中する場合に
は、そのスペクトルを含むブロックに多くのビットを割
り当てる事により、全体の信号対雑音特性を著しく改善
することができる。一般に、急峻なスペクトル成分をも
つ信号に対して人間の聴覚は極めて敏感であるため、こ
のような方法を用いる事により、信号対雑音特性を改善
することは、単に測定上の数値を向上させるばかりでな
く、聴感上、音質を改善するのに有効である。

【００１２】ビット割り当ての方法としては、この他に
も数多くの方法が提案されており、さらに聴覚に関する
モデルが精緻化され、符号化装置の能力があがれば、聴
覚的にみてより高能率な符号化が可能になる。

【００１３】また本発明者らは、特願平５−１５２８６
５号として、スペクトル信号から聴感上特に重要なトー
ン性の成分を分離して、他のスペクトル成分とは別に符
号化する方法を先に提案した。これにより、オーディオ
信号等を聴感上の劣化を殆ど生じさせずに、高い圧縮率
で効率的に符号化することが可能になる。

【００１４】波形信号をスペクトルに変換する方法とし
て、上述のDFTやDCTを使用した場合には、M個のサンプ
ルからなる時間ブロックで変換を行うと、M個の独立な
実数データが得られる。時間ブロック間の接続歪みを軽
減するために、通常、両隣のブロックとそれぞれM1個の
サンプルずつオーバーラップさせるので、平均して、DF
TやDCTでは(M-M1)個のサンプルに対してM個の実数デー
タを量子化して符号化することになる。

【００１５】これに対してスペクトルに変換する方法と
して上述のMDCTを使用した場合には、両隣の時間とN個
ずつオーバーラップさせた2M個のサンプルから、独立な
M個の実数データが得られるので、平均して、MDCTで
は、M個のサンプルに対してM個の実数データを量子化し
て符号化することになる。復号化装置においては、この
ようにしてMDCTを用いて得られた符号から、各ブロック
において逆変換を施して得られた波形要素を互いに干渉
させながら加え合わせることにより、波形信号を再構成
することができる。

【００１６】一般に変換のための時間ブロックを長くす
ることによって、スペクトルの周波数分解能が高まり、
特定のスペクトル成分にエネルギーが集中する。従っ
て、両隣のブロックと半分ずつオーバーラップさせて長
いブロック長で変換を行い、しかも、得られたスペクト
ル信号の個数が、元の時間サンプルの個数に対して増加
しないMDCTを使用することにより、DFTやDCTを使用した
場合よりも効率の良い符号化を行うことが可能となる。
また、隣接するブロック同士に十分長いオーバーラップ
を持たせることによって、波形信号のブロック間歪みを
軽減することもできる。

【００１７】実際の符号列を構成するにあたっては、先
ず、正規化および量子化が行われる帯域毎に量子化精度
情報、正規化係数情報を所定のビット数で符号化し、次
に、正規化および量子化されたスペクトル信号を符号化
すれば良い。

【００１８】スペクトル信号を符号化するにあたって
は、例えばハフマン符号のような可変長符号を用いる方
法が知られている。ハフマン符号については、例えば、
DavidA. Huffman, "A Method for the Construction of
Minimum - Redundancy Codes",Proceedings of the I.
R.E., pp1098-1101, Sep., 1952に述べられている。

【００１９】さらに複数のスペクトル信号をまとめて１
つの符号で表現する多次元の可変長符号を用いる方法が
知られている。一般に多次元の可変長符号を用いる符号
化方法では、符号の次数が大きいほど、圧縮効率の面で
より効率の良い符号化が行える。但し、次数が大きくな
るに従って、符号列表の規模が飛躍的に増加してしまう
ため、実用面での問題が生じる。実際には圧縮効率と符
号列表の規模を考慮しながら目的に応じた最適な次数が
選択される。

【００２０】一般に音響波形信号では、基本周波数成分
と基本周波数の整数倍の周波数成分、いわゆる倍音成分
にエネルギーが集中する場合が多く、その周波数周辺の
スペクトル信号は、いわゆる倍音成分に比べてレベルが
非常に小さいため、０に量子化される確率が大きくな
る。このような信号を効率良く符号化するためには、発
生確率の大きな０に量子化されたスペクトル信号を、可
能な限り少ない情報量で符号化すればよいことになる。
１次元の可変長符号を用いる場合、各々のスペクトル信
号が最短符号長の１ビットで符号化されたとしても、N
本のスペクトルではNビットの情報が必要となる。次数N
の多次元の可変長符号を用いた場合では、N本のスペク
トルを最短符号長の１ビットで符号化することが出来る
ため、前記のような周波数成分を持つ信号に対して効率
の良い符号化が行える。

【００２１】但し、多次元の可変長符号を用いる符号化
方法において、符号の次数を大きくすることは、圧縮効
率の面でかなり有利に作用するものの、実用化を考慮し
た場合、際限無く符号の次数を大きくことは不可能であ
る。

【００２２】通常、符号列表は帯域毎に設定される量子
化精度情報毎に用意されている。量子化精度が低い場合
は、表現できるスペクトル信号の値が少ないため、次数
を大きくしてもそれほど符号列表の規模は増大しない
が、量子化精度が高い場合は、当然表現できるスペクト
ル信号の値も多くなるため、次数を１つ増加させるだけ
でも、符号列表の規模は著しく増加する。

【００２３】以上のことを、具体例を用いてさらに説明
する。いま、入力信号をMDCT変換し、図１１に示すよう
なスペクトルを得たとする。図１１はMDCTのスペクトル
の絶対値を、レベルをdBに変換して示したものである。
入力信号は所定の時間ブロック毎に３２個のスペクトル
信号に変換されており、それらが［１］から［６］の６
個の符号化ユニットにまとめられ、正規化および量子化
が行われる。

【００２４】周波数成分の分布の仕方によって符号化ユ
ニット毎に量子化精度を変化させることにより、音質の
劣化を最小限に押さえ、聴覚的に効率の良い符号化を行
うことが可能である。各符号化ユニットにおいて必要な
量子化精度情報は、例えば、聴覚モデルに基づいて、各
符号化ユニットに対応する帯域での最小可聴レベルやマ
スキングレベルを計算することによって求めることが出
来る。正規化及び量子化されたスペクトル信号は可変長
符号に変換されて、各符号化ユニット毎に量子化精度情
報及び正規化情報と共に符号化される。

【００２５】図１２は量子化精度情報の表現方法を説明
するための図である。量子化精度情報コードを３ビット
で表現する場合、最大８通りの量子化精度情報を設定す
ることが出来る。この例では、１段階、３段階、５段
階、７段階、１５段階、３１段階、６３段階、または１
２７段階の８通りのステップ数のどれかで量子化が行わ
れることになる。ここで、１段階のステップに量子化さ
れるというのは、その符号化ユニット内のスペクトル信
号がすべて０の値に量子化されるということを意味す
る。

【００２６】図１３は従来行われてきた可変長符号化の
方法を説明するための図である。スペクトル信号は各符
号化ユニット毎に決められた量子化精度情報に基づいて
量子化され、量子化スペクトルが求められる。量子化ス
ペクトルを符号化する際は、図１４に示すような符号列
表を参照することにより、対応する符号列に変換され
る。図１４から明らかなように、符号列表は量子化精度
情報毎に用意されている。

【００２７】図１３において、符号化ユニット［１］で
は、量子化精度情報としてコード０１１が選択されてい
る。従って、図１４に示すように、７段階のステップ数
で量子化が行われ、量子化されたスペクトル信号の値
は、周波数が低いほうから順に、−１，３，０，１とな
る。これらを図１４の量子化精度情報コードが０１１の
符号列表を用いて符号列に変換すると、それぞれ１０
１，１１１０，０，１００となり、符号長はそれぞれ
３，４，１，３となる。

【００２８】また、符号化ユニット［２］では、量子化
精度情報としてコード０１０が選択されており、この場
合、図１４に示すように、５段階のステップ数で量子化
が行われる。この例では、量子化されたスペクトル信号
の値は周波数が低いほうから順に、０，−２，１，０と
なる。これらを図１４の量子化精度情報コードが０１０
の符号列表を用いて符号列に変換すると、それぞれ０，
１１１，１００，０となり、符号長はそれぞれ１，３，
３，１となる。

【００２９】同様に符号化ユニット［３］では、量子化
精度情報としてコード００１が選択されており、３段階
のステップ数で量子化が行われ、量子化スペクトルは
０，−１，０，０、符号列は０，１１，０，０、符号長
は１，２，１，１となる。

【００３０】図１５は２次元の可変長符号化の方法を説
明するための図である。量子化精度情報コードが００１
の場合の符号列表として、図１６に示すような２次元の
符号列表を用いるとすると、図１５における符号化ユニ
ット［３］の量子化スペクトルは、２本ずつ１つのグル
ープにまとめられて１つの符号列に変換される。従っ
て、４本の量子化スペクトル０，−１，０，０は、
（０，−１），（０，０），として、１０１，０の２つ
の符号列に変換される。符号化ユニット［３］のスペク
トル信号を、図１３に示すように、１次元の可変長符号
で符号化すると、必要な情報量は１＋２＋１＋１＝５ビ
ットとなる。それに対して、図１５に示すように、２次
元の可変長符号で符号化すると、その情報量は、３＋１
＝４ビットとなる。すなわち、次数を高くすると、より
少ない情報量で符号化が行えることが判る。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
複数の（N本の）量子化スペクトルを、１つのグループ
にまとめて、N次元のデータとし、これを符号列表に従
って、可変長符号に符号化することで、１次元の可変長
符号を用いる場合に較べて、符号長を短くすることがで
きる。しかしながら、次数（Nの値）が増加すると、符
号列表の規模が著しく増加し、実用化が困難となる課題
があった。

【００３２】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、符号列表の規模を大きくすることなく、短
い符号長で符号化を行うことができるようにするもので
ある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の情報符
号化装置は、グループの情報のパターンを判定する判定
手段と、グループの情報が特定のパターンの情報である
とき、グループに対して、１ビットの符号を割り当てて
符号化し、それ以外の情報であるとき、グループに対し
て、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する符号列
に符号化する符号化手段とを備えることを特徴とする。

【００３４】請求項４に記載の情報符号化装置は、信号
を所定の符号化ユニットに分割する分割手段と、符号化
ユニット毎に量子化精度を決定する決定手段と、量子化
精度に基づいて信号を量子化する量子化手段とを更に備
え、符号化手段は、量子化精度の取り得る値のうちの少
なくとも一部である第１の量子化精度で量子化された信
号に対して、グループの情報が特定のパターンの情報で
あるとき、グループに対して、１ビットの符号を割り当
てて符号化し、それ以外の情報であるとき、グループに
対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する符
号列に符号化することを特徴とする。

【００３５】請求項６に記載の情報復号化装置は、グル
ープの複数の情報が特定のパターンの情報であるか否か
を判定する判定手段と、グループの複数の情報が特定の
パターンの情報である場合、グループの１ビットの符号
を、複数の同一の値の情報として復号化し、それ以外の
情報である場合、グループの１ビットの符号とグループ
の各情報に対応する符号とを、個々に対応する情報に復
号化する復号化手段とを備えることを特徴とする。

【００３６】

【００３７】請求項７に記載の情報符号化方法は、グル
ープの情報のパターンを判定し、グループの情報が特定
のパターンの情報であるとき、グループに対して１ビッ
トの符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報である
とき、グループに対して、１ビットの符号とそれぞれの
情報に対応する符号列に符号化することを特徴とする。

【００３８】請求項８に記載の情報符号化方法は、信号
を所定の符号化ユニットに分割し、符号化ユニット毎に
量子化精度を決定し、量子化精度に基づいて信号を量子
化するとともに、符号化においては、量子化精度の取り
得る値のうちの少なくとも一部の量子化精度で量子化さ
れた信号に対して、グループの情報が特定のパターンの
情報であるとき、グループに対して、１ビットの符号を
割り当てて符号化し、それ以外の情報であるとき、グル
ープに対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応
する符号列に符号化することを特徴とする。

【００３９】請求項９に記載の情報復号化方法は、グル
ープの複数の情報が特定のパターンの情報であるか否か
を判定し、グループの複数の情報が特定のパターンの情
報である場合、グループの１ビットの符号を、複数の同
一の値の情報として復号化し、それ以外の情報である場
合、グループの１ビットの符号とグループの各情報に対
応する符号とを、個々に対応する情報に復号化すること
を特徴とする。

【００４０】請求項１に記載の情報符号化装置において
は、判定手段が、グループの情報のパターンを判定し、
符号化手段が、グループの情報が特定のパターンの情報
であるとき、グループに対して、１ビットの符号を割り
当てて符号化し、それ以外の情報であるとき、グループ
に対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する
符号列に符号化する。

【００４１】請求項４に記載の情報符号化装置において
は、分割手段が、信号を所定の符号化ユニットに分割
し、決定手段が、符号化ユニット毎に量子化精度を決定
し、量子化手段が、量子化精度に基づいて信号を量子化
し、符号化手段が、量子化精度の取り得る値のうちの少
なくとも一部となる第１の量子化精度で量子化された信
号に対して、グループの情報が特定のパターンの情報で
あるとき、グループに対して、１ビットの符号を割り当
てて符号化し、それ以外の情報であるとき、グループに
対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する符
号列に符号化する。

【００４２】請求項６に記載の情報復号化装置において
は、判定手段が、グループの複数の情報が特定のパター
ンの情報であるか否かを判定し、復号化手段が、グルー
プの複数の情報が特定のパターンの情報である場合、グ
ループの１ビットの符号を、複数の同一の値の情報とし
て復号化し、それ以外の情報である場合、グループの１
ビットの符号とグループの各情報に対応する符号とを、
個々に対応する情報に復号化する。

【００４３】

【００４４】請求項７に記載の情報符号化方法において
は、グループの情報のパターンを判定し、グループの情
報が特定のパターンの情報であるとき、グループに対し
て１ビットの符号を割り当てて符号化し、それ以外の情
報であるとき、グループに対して、１ビットの符号とそ
れぞれの情報に対応する符号列に符号化する。

【００４５】請求項８に記載の情報符号化方法において
は、信号を所定の符号化ユニットに分割し、符号化ユニ
ット毎に量子化精度を決定し、量子化精度に基づいて信
号を量子化するとともに、符号化においては、量子化精
度の取り得る値のうちの少なくとも一部の量子化精度で
量子化された信号に対して、グループの情報が特定のパ
ターンの情報であるとき、グループに対して、１ビット
の符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報であると
き、グループに対して、１ビットの符号とそれぞれの情
報に対応する符号列に符号化する。

【００４６】請求項９に記載の情報復号化方法において
は、グループの複数の情報が特定のパターンの情報であ
るか否かを判定し、グループの複数の情報が特定のパタ
ーンの情報である場合、グループの１ビットの符号を、
複数の同一の値の情報として復号化し、それ以外の情報
である場合、グループの１ビットの符号とグループの各
情報に対応する符号とを、個々に対応する情報に復号化
する。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明する
が、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の実施
例との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括
弧内に、対応する実施例（但し一例）を付加して本発明
の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記
載は、各手段を記載したものに限定することを意味する
ものではない。

【００４８】請求項１に記載の情報符号化装置は、グル
ープの情報のパターンを判定する判定手段（例えば図６
のプログラム上のステップＳ１）と、グループの情報が
特定のパターンの情報であるとき、グループに対して、
１ビットの符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報
であるとき、グループに対して、１ビットの符号とそれ
ぞれの情報に対応する符号列に符号化する符号化手段
（例えば図６のプログラム上のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ
４）とを備えることを特徴とする。

【００４９】請求項４に記載の情報符号化装置は、信号
を所定の符号化ユニットに分割する分割手段（例えば図
２の順スペクトル変換回路１２，１３）と、符号化ユニ
ット毎に量子化精度を決定する決定手段（例えば図３の
量子化精度決定回路２３）と、量子化精度に基づいて信
号を量子化する量子化手段（例えば図３の量子化回路２
２）とを更に備え、符号化手段は、量子化精度の取り得
る値のうちの少なくとも一部である第１の量子化精度で
量子化された信号に対して、グループの情報が特定のパ
ターンの情報であるとき、グループに対して、１ビット
の符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報であると
き、グループに対して、１ビットの符号とそれぞれの情
報に対応する符号列に符号化することを特徴とする。

【００５０】請求項６に記載の情報復号化装置は、グル
ープの複数の情報が特定のパターンの情報であるか否か
を判定する判定手段（例えば図７のプログラム上のステ
ップＳ１１）と、グループの複数の情報が特定のパター
ンの情報である場合、グループの１ビットの符号を、複
数の同一の値の情報として復号化し、それ以外の情報で
ある場合、グループの１ビットの符号とグループの各情
報に対応する符号とを、個々に対応する情報に復号化す
る復号化手段（例えば図７のプログラム上のステップＳ
１２，Ｓ１３）とを備えることを特徴とする。

【００５１】図１は本発明の音響波形信号の符号化装置
の一実施例の構成を示すブロック図である。この実施例
において、入力された信号波形１０１は変換回路１によ
って信号周波数成分１０２に変換された後、信号成分符
号化回路２によって各成分が符号化され、符号列生成回
路３によって符号列が生成されるようになされている。
この符号列は所定の伝送路に伝送されたり、情報記録媒
体４に記録される。

【００５２】図２は図１の変換回路１の一実施例で、帯
域分割フィルタ１１によって２つの帯域に分割された信
号成分２１１，２１２が、それぞれの帯域においてMDCT
等の順スペクトル変換回路１２、１３によって、スペク
トル信号成分２２１，２２２に変換されるようになされ
ている。信号２１１，２１２の帯域幅は信号２０１の帯
域幅の１／２となっている（信号２０１の１／２に間引
かれている）。なお、図２の２０１は図１の１０１に、
図２の２２１，２２２は図１の１０２に、それぞれ対応
している。

【００５３】変換回路１としてはこの実施例以外にも多
数考えられる。例えば、入力信号を、MDCTによってスペ
クトル信号に直接変換しても良いし、MDCTではなく、DF
TやDCTによって変換しても良い。

【００５４】帯域分割フィルタによって信号を帯域成分
に分割するだけで、スペクトルに変換しないで処理する
ことも可能であるが、本発明の方法は特定の周波数にエ
ネルギーが集中する場合に特に有効に作用するので、多
数の周波数成分が比較的少ない演算量で得られる前記の
スペクトル変換によって周波数成分に変換する方法をと
ると都合が良い。

【００５５】図３は図１の信号成分符号化回路２の一実
施例で、各信号成分３０１は、正規化回路２１によって
所定の帯域毎に正規化が施された後、信号３０２として
量子化回路２２に入力され、量子化精度決定回路２３に
よって計算された量子化精度信号３０３に基づいて量子
化され、信号３０４として出力されるようになされてい
る。図３の３０１は図１の１０２に、図３の３０４は図
１の１０３に、それぞれ対応しているが、ここで、３０
４（１０３）には、量子化された信号成分に加え、正規
化係数情報や量子化精度情報も含まれている。

【００５６】図４は図１の実施例の符号化装置によって
生成された符号列から音響信号を復号、出力する復号化
装置の一実施例の構成を示すブロック図である。この実
施例において、伝送されてきたか、または情報記録媒体
４から再生された符号列４０１から符号列分解回路４１
によって各信号成分の符号が抽出され、それらの符号４
０２から信号成分復号化回路４２によって各信号成分４
０３が復号された後、逆変換回路４３によって音響波形
信号４０４が生成、出力されるようになされている。

【００５７】図５は図４の逆変換回路４３の実施例であ
るが、これは図２の変換回路１の実施例に対応したもの
で、逆スペクトル変換回路５１，５２によって信号５０
１，５０２から得られた各帯域の信号５１１，５１２
が、帯域合成フィルタ５３によって合成され、信号５２
１として出力されるようになされている。図５の５０
１，５０２は図４の４０３に、図５の５２１は図４の４
０４に、それぞれ対応している。

【００５８】次に、図１乃至図３に示す符号化装置の動
作を説明する。音響波形信号１０１（２０１）は、変換
回路１の帯域分割フィルタ１１に入力され、より低い周
波数の信号成分２１１と、より高い周波数の信号成分２
１２とに分割される。より低い周波数の信号成分２１１
は、順スペクトル変換回路１２に入力され、スペクトル
信号成分２２１に変換される。同様に、より高い周波数
の信号成分２１２は、順スペクトル変換回路１３に入力
され、スペクトル信号成分２２２に変換され、出力され
る。

【００５９】すなわち、上述した図１１を参照して説明
すると、順スペクトル変換回路１２は、より低い周波数
のスペクトル信号をユニット化し、符号化ユニット
［１］乃至［３］を生成する。また、順スペクトル変換
回路１３は、より高い周波数のスペクトル信号成分をユ
ニット化し、符号化ユニット［４］乃至［６］を出力す
る。

【００６０】順スペクトル変換回路１２，１３より出力
されたスペクトル信号成分２２１，２２２（１０２）
は、信号成分符号化回路２の正規化回路２１と量子化精
度決定回路２３に入力される。正規化回路２１は、符号
化ユニット内の複数のスペクトル信号成分の内、その最
大値で各信号の値を割算することにより、正規化を行
う。そして、得られた正規化係数３０２を量子化回路２
２に供給する。

【００６１】量子化精度決定回路２３は、各符号化ユニ
ットに対応する帯域での最小可聴レベルやマスキングレ
ベルを演算することで、入力されたスペクトル信号成分
の量子化精度を符号化ユニット単位で決定する。量子化
回路２２は、量子化精度決定回路２３より供給された量
子化精度３０３で、正規化回路２１より供給された正規
化係数３０２を量子化し、得られた量子化信号３０４
（１０３）を符号列生成回路３に供給する。符号列生成
回路３は、図６のフローチャートに示すように、量子化
されたスペクトル信号を符号列に変換する。

【００６２】図６においてQSP(i)は量子化されたスペク
トル信号を、Nは一度に符号化するスペクトル信号の本
数を、それぞれ表しており、Nは可変長符号化の次数に
相当する値であると考えることも出来る。

【００６３】まず、ステップＳ１において、QSP(M)から
QSP(M+N-1)までのN本の量子化されたスペクトル信号の
値を調べ、N本とも全て０であれば、ステップＳ２に進
み、N本のスペクトルの符号列として０を符号化する。N
本の中で１本でも０以外の値が検出された場合はステッ
プＳ３進み、符号列１を符号化する。次にステップＳ４
に進み、QSP(M)からQSP(M+N-1)までを順に個々に符号化
する。QSP(M)からQSP(M+N-1)の符号化は、従来の１次元
の符号化と同様に行われる。

【００６４】次に、図４と図５に示す復号化装置の動作
について説明する。図１に示す符号化装置より伝送され
てきた信号または情報記録媒体４より再生された信号４
０１は、符号列分解回路４１に入力される。符号列分解
回路４１は、図７のフローチャートに示すように、符号
列分解処理を行う。

【００６５】図６の符号化の場合と同様に、図７におい
て、QSP(i)は、量子化されたスペクトル信号を、Nは一
度に復号化するスペクトル信号の本数を、それぞれ表し
ている。まず、ステップＳ１１において、符号化されて
いる符号列の１ビット目を読み取り、その符号が０の場
合はステップＳ１２に進み、QSP(M)乃至QSP(M+N-1)の値
を全て０にする。また、ステップＳ１１において、符号
化されている符号列の１ビット目が０でないと判定され
た場合、すなわち１ビット目が１の場合はステップＳ１
３に進み、２ビット目以降の符号列からQSP(M)乃至QSP
(M+N-1)を順に個々に復号化する。QSP(M)乃至QSP(M+N-
1)の復号化は、従来の１次元の復号化と同様に行われ
る。

【００６６】このようにして、符号列分解回路４１によ
り分解された信号４０２は、信号成分復号化回路４２に
入力され、復号される。この信号成分復号化回路４２
は、図３に示す信号成分符号化回路２と逆の処理を行
う。

【００６７】そして、信号成分復号化回路４２より出力
された信号４０３は、そのより低い周波数のスペクトル
信号成分５０１が、逆スペクトル変換回路５１に入力さ
れ、より高い周波数のスペクトル信号成分５０２が、逆
スペクトル変換回路５２に入力される。逆スペクトル変
換回路５１と５２は、それぞれ入力されたスペクトル信
号成分５０１，５０２を、時間軸上の音響信号５１１，
５１２に変換し、帯域合成フィルタ５３に出力する。帯
域合成フィルタ５３は、より低い周波数の音響信号５１
１と、より高い周波数の音響信号５１２を合成し、合成
された音響信号５２１（４０４）として出力する。

【００６８】図８は本発明によりスペクトル信号を符号
化する場合の具体例を示した図である。この図８は、１
つの符号化ユニット内のスペクトル信号を符号化する様
子を表しており、この実施例では、隣り合う２本のスペ
クトル信号を１つのグループにまとめて符号化してい
る。図からも明らかなように、隣り合う２本のスペクト
ル信号を量子化した値が全て０の場合（ステップＳ１で
ＹＥＳの場合）は、その２本のスペクトル信号を符号列
０で符号化し（ステップＳ２）、そうでない場合（ステ
ップＳ１でＮＯの場合）、例えば、２本のスペクトル信
号を量子化した値が−２と３であれば、まず符号列１を
符号化する（ステップＳ３）。そして、−２と３を順
に、例えば上述した図１４の符号列表を用いて、１１０
１と１１１０に符号化する。これは、１次元の符号列表
（図１４）を用いて、疑似的に２次元の可変長符号化を
実現しているものと言うことができる。図８に示すよう
に、このときのこの符号化ユニットの符号長は、１２
（＝１＋１＋４＋４＋１＋１）となる。

【００６９】図９は同様に、４本のスペクトルをまとめ
て符号化する様子を示した図である。この場合も１次元
の符号列表を用いて、疑似的に４次元の可変長符号化を
実現しているものと言える。

【００７０】すなわち、この実施例の場合、４本の量子
化スペクトル０，０，−２，３が、図１４の量子化精度
情報コード０１１の場合の符号列表に従って、０，０，
１１０１，１１１０に、それぞれ個別に量子化される
（ステップＳ４）。そして、これらの符号列の先頭に１
が付加される（ステップＳ３）。また、連続する４個の
量子化スペクトル０，０，０，０，は、０として符号化
される（ステップＳ２）。従って、この場合におけるこ
の符号化ユニットの符号長は、１２（＝１＋１＋１＋４
＋４＋１）となる。

【００７１】図８と図９の例では、符号化ユニット内の
スペクトル信号がともに１２ビットの情報量で符号化さ
れている。ここで、比較のために、従来の１次元の可変
長符号化による方法（図１４に示す符号列表）で符号化
した場合を図１０に示す。同図に示すように、この場合
の情報量は１４ビットとなる。従って、図８と図９に示
した方法の方が、より少ない情報量で符号化を行うこと
ができることがわかる。

【００７２】ここで、比較のために、図１０の量子化精
度情報コードが０１１の場合の符号列表について、従来
方法により２次元、４次元に拡張した符号列表を生成し
た場合の符号列表の規模を算出してみると、１次元の場
合が７語であるのに対し、２次元の場合は４９語、４次
元の場合では２４０１語の符号列表が必要となる。

【００７３】一般に音響波形信号は基本周波数とそれの
整数倍の周波数成分、いわゆる倍音成分にエネルギーが
集中している場合が多く、それ以外の周波数成分のスペ
クトル信号は量子化しても０になる場合が多い。基本周
波数が高いほど、いわゆる倍音成分同士の距離が大きく
なるため、０の量子化スペクトルの出現確率が高くな
る。また、そのような周波数成分を持つ信号ほど、量子
化精度を高くして量子化を行わないと、十分な聴感上の
信号対雑音比を確保できないため、かなりの情報量を消
費してしまう。特に符号化ユニットの幅が広い帯域では
消費する情報量が大きい。

【００７４】そこで、このような信号に対して効率良く
符号化を行うためには、０に量子化されたスペクトル信
号をいかに少ない情報量で符号化するかが重要となる。
最も良く知られている方法として、多次元の可変長符号
を使う方法があるが、上述したように、膨大な量の符号
列表が必要となり、実用的とは言えない。しかしなが
ら、本発明による方法は、符号列表の規模を増大させる
ことなく、効率の良い符号化を実現している。

【００７５】以上、帯域分割回路として、一旦、帯域分
割フィルタにかけた信号をMDCTによりスペクトル変換し
たものを用い、また、帯域合成回路として、逆MDCT(IMD
CT)により逆スペクトル変換したものを帯域合成フィル
タにかけたものを用いた実施例について説明を行った
が、もちろん、帯域分割フィルタ、帯域合成フィルタを
用いずに、MDCT変換、IMDCT変換を直接行うようにして
も良い。また、スペクトル変換の種類としては、MDCTに
限らず、DFT、DCT等を用いても良い。

【００７６】さらに、必ずしも、スペクトル変換を用い
なくても、帯域分割フィルタ、帯域合成フィルタのみに
よって帯域分割、帯域合成を行うようにしても良い。こ
の場合、フィルタによって分割された帯域、またはそれ
らの帯域を複数個まとめた帯域を符号化ユニットとす
る。しかし、MDCT等のスペクトル変換を行い、多数のス
ペクトル信号に変換してから、実施例を用いて説明した
ように符号化ユニットを構成することによって、本発明
の方法を効率良く適用することができる。

【００７７】また、以上においては、音響波形信号を処
理する場合について説明を行ったが、本発明の方法は他
の種類の信号に対しても適用することができ、例えば画
像信号にも適用することが可能である。しかし、本発明
は音響波形信号のもつ特徴を利用して、０に量子化され
たスペクトル信号が多い場合に効率の良い符号化を実現
しているため、音響波形信号に対して利用した場合に威
力を発揮する。

【００７８】さらに、本発明による方法は、従来の可変
長符号による方法と組み合わせて使うことも可能であ
る。例えば、量子化精度が低い、すなわち量子化ステッ
プ数が小さい場合においては従来の方法によって、２次
元あるいは４次元の符号列表を用いて符号化を行い、量
子化精度が高い、すなわち量子化ステップ数が大きい場
合においては符号列表の規模を考慮し、本発明による方
法を用いて符号化を行うようにすれば、より効果的であ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の情報符号
化装置および請求項７に記載の情報符号化方法によれ
ば、グループの情報が特定のパターンの情報であると
き、グループに対して１ビットの符号を割り当てて符号
化し、それ以外の情報であるとき、グループに対して、
１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する符号列に符
号化するようにしたので、符号列表の規模を増大させる
ことなく、圧縮効率の高い符号化を行うことが可能とな
る。

【００８０】請求項４に記載の情報符号化装置および請
求項８に記載の情報符号化方法によれば、量子化精度の
取り得る値のうちの少なくとも一部の量子化精度で量子
化された信号に対して、グループの情報が特定のパター
ンの情報であるとき、グループに対して、１ビットの符
号を割り当てて符号化し、それ以外の情報であるとき、
グループに対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に
対応する符号列に符号化するようにしたので、さらに効
率的に符号化を行うことが可能となる。

【００８１】請求項６に記載の情報復号化装置および請
求項９に記載の情報復号化方法によれば、グループの複
数の情報が特定のパターンの情報である場合、グループ
の１ビットの符号を、複数の同一の値の情報として復号
化し、それ以外の情報である場合、グループの１ビット
の符号とグループの各情報に対応する符号とを、個々に
対応する情報に復号化するようにしたので、小さな規模
の符号列表を用いて圧縮効率の高い符号を復号すること
が可能となる。

【００８２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の符号化装置の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図１の変換回路の一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の信号成分符号化回路の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【図４】本発明の復号化装置の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図５】図４の逆変換回路の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】本発明のスペクトル信号を符号化する方法を示
したフローチャートである。

【図７】本発明のスペクトル信号を復号化する方法を示
したフローチャートである。

【図８】本発明による符号化方法を説明する図である。

【図９】本発明による符号化方法を説明する図である。

【図１０】従来技術による符号化方法を説明する図であ
る。

【図１１】符号化ユニットのスペクトルを説明する図で
ある。

【図１２】量子化精度情報の表現方法を説明する図であ
る。

【図１３】従来技術による可変長符号を用いた符号化方
法を説明する図である。

【図１４】符号列表の一例を示す図である。

【図１５】従来技術による多次元の可変長符号を用いた
符号化方法を説明する図である。

【図１６】従来技術による多次元の符号列表の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１変換回路２信号成分符号化回路３符号列生成回路４情報記録媒体１１帯域分割フィルタ１２，１３順スペクトル変換回路２１正規化回路２２量子化回路２３量子化精度決定回路４１符号列分解回路４２信号成分復号化回路４３逆変換回路５１，５２逆スペクトル変換回路５３帯域合成フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 3/00 - 11/00 G10L 19/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の情報をグループ化して符号化する
情報符号化装置であって、前記グループの情報のパターンを判定する判定手段と、前記グループの情報が特定のパターンの情報であると
き、前記グループに対して、１ビットの符号を割り当て
て符号化し、それ以外の情報であるとき、前記グループ
に対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する
符号列に符号化する符号化手段とを備えることを特徴と
する情報符号化装置。
【請求項２】前記特定のパターンの情報は、前記グル
ープの全ての情報が０のデータからなる情報であること
を特徴とする請求項１に記載の情報符号化装置。
【請求項３】前記符号化手段は、前記特定のパターン
以外の情報を、可変長の符号列に符号化することを特徴
とする請求項１に記載の情報符号化装置。
【請求項４】信号を所定の符号化ユニットに分割する
分割手段と、前記符号化ユニット毎に量子化精度を決定する決定手段
と、前記量子化精度に基づいて信号を量子化する量子化手段
とを更に備え、前記符号化手段は、前記量子化精度の取り得る値のうち
の少なくとも一部である第１の量子化精度で量子化され
た前記信号に対して、前記グループの情報が特定のパタ
ーンの情報であるとき、前記グループに対して、１ビッ
トの符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報である
とき、前記グループに対して、１ビットの符号とそれぞ
れの情報に対応する符号列に符号化することを特徴とす
る請求項１に記載の情報符号化装置。
【請求項５】前記符号化手段は、前記量子化精度が前
記第１の量子化精度より低い第２の量子化精度で量子化
された前記信号に対して、前記グループの情報を対応す
る符号列に符号化することを特徴とする請求項４に記載
の情報符号化装置。
【請求項６】複数の情報がグループ化されて符号化さ
れた符号を復号する情報復号化装置であって、前記グループの複数の情報が特定のパターンの情報であ
るか否かを判定する判定手段と、前記グループの複数の情報が特定のパターンの情報であ
る場合、前記グループの１ビットの符号を、複数の同一
の値の情報として復号化し、それ以外の情報である場
合、前記グループの１ビットの符号と前記グループの各
情報に対応する符号とを、個々に対応する情報に復号化
する復号化手段とを備えることを特徴とする情報復号化
装置。
【請求項７】複数の情報をグループ化して符号化する
情報符号化方法であって、前記グループの情報のパターンを判定し、前記グループの情報が特定のパターンの情報であると
き、前記グループに対して１ビットの符号を割り当てて
符号化し、それ以外の情報であるとき、前記グループに
対して、１ビットの符号とそれぞれの情報に対応する符
号列に符号化することを特徴とする情報符号化方法。
【請求項８】信号を所定の符号化ユニットに分割し、前記符号化ユニット毎に量子化精度を決定し、前記量子化精度に基づいて信号を量子化するとともに、前記符号化においては、前記量子化精度の取り得る値の
うちの少なくとも一部の前記量子化精度で量子化された
前記信号に対して、前記グループの情報が特定のパター
ンの情報であるとき、前記グループに対して、１ビット
の符号を割り当てて符号化し、それ以外の情報であると
き、前記グループに対して、１ビットの符号とそれぞれ
の情報に対応する符号列に符号化することを特徴とする
請求項７に記載の情報符号化方法。
【請求項９】複数の情報がグループ化されて符号化さ
れた符号を復号する情報復号化方法であって、前記グループの複数の情報が特定のパターンの情報であ
るか否かを判定し、前記グループの複数の情報が特定のパターンの情報であ
る場合、前記グループの１ビットの符号を、複数の同一
の値の情報として復号化し、それ以外の情報である場
合、前記グループの１ビットの符号と前記グループの各
情報に対応する符号とを、個々に対応する情報に復号化
することを特徴とする情報復号化方法。