JP5325340B2 - 符号化方法、復号方法、符号化装置、復号装置、プログラム、及び記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明では、量子化精度に基づいて発生するミュージカルノイズ等を低減する技術が提供される。
復号においては、インデックス情報が表す複数個の係数を複数の復号値に乗じるため、量子化誤差を低減でき、ミュージカルノイズ等を低減することができる。
(構成)
図1に例示するように、実施形態の符号化装置11は、正規化値計算部112、正規化値量子化部113、ベクトル量子化部115及び勾配計算部116(「係数組選択部」に相当)を例えば含む。図1に例示するように、実施形態の復号装置12は、正規化値復号部121、ベクトル復号部122及び勾配修正部124を例えば含む。必要に応じて、符号化装置11は、周波数領域変換部111を例えば含んでいてもよい。復号装置12は、時間領域変換部125、平滑化部126を例えば含んでいてもよい。
符号化装置11は図2に例示する符号化方法の各ステップを実行する。
入力信号X(k)は正規化値計算部112、ベクトル量子化部115及び勾配計算部116に入力される。この例の入力信号X(k)は、音響信号などの時系列信号である時間領域信号x(n)を周波数領域に変換して得られる周波数領域信号である。周波数領域の入力信号X(k)が符号化装置11に直接入力されてもよいし、周波数領域変換部111が入力された時間領域の入力信号x(n)を周波数領域に変換して周波数領域の入力信号X(k)が生成されてもよい。周波数領域変換部111が周波数領域の入力信号X(k)を生成する場合、周波数領域変換部111は、入力された時間領域の入力信号x(n)を、例えばMDCT(Modified Discrete Cosine Transform)により周波数領域の入力信号X(k)に変換して出力する。nは時間領域での信号の番号(離散時間番号)であり、kは周波数領域での信号(サンプル)の番号(離散周波数番号)である。nの値が大きいほど遅い時間に対応する。kの値が大きいほど高い周波数に対応する。1フレームがL個のサンプルで構成されているとして、時間領域信号x(n)はフレームごとに周波数領域に変換され、L個の周波数成分を構成する周波数領域の入力信号X(k)(k=0,1,…,L−1)が生成される。Lは所定の正の数、例えば64や80などの1よりも大きな整数である。なお、MDCTを用いる場合には、入力された時系列信号であるL個のサンプルからなるフレームごとに周波数領域へ変換され、この変換対象となるフレームが1/2フレームずつ、すなわち、L/2個のサンプルずつシフトされる。
正規化値計算部112は、フレームごとに、入力された入力信号X(k)のL個のサンプルのうちの所定の個数C0のサンプルを代表する値である正規化値τX0 −を計算する(ステップE1)。τX0 −は、τX0の上付きバーを意味する。ここで、τは、1フレーム中のL個のサンプルのうちの所定の個数C0のサンプルにより構成される各サブバンドに対して、一意に割り当てられた0以上の整数とする。
正規化値τX0 −は、C0個のサンプルを代表する値である。言い換えると、正規化値τX0 −は、C0個のサンプルに対応する値である。正規化値τX0 −の例は、以下のようなC0個のサンプルのパワー平均値に対する平方根である。
正規化値τX0 −の他の例は、以下のようなC0個のサンプルのパワー合計値に対する平方根をC0で除した値である。
正規化値τX0 −の他の例は、以下のようなC0個のサンプルの平均振幅値である。
正規化値τX0 −は上記の例に限定されない([正規化値τX0 −の具体例]の説明終わり)。
言い換えると、勾配計算部116は、複数の勾配係数γm(k)を要素とする勾配係数ベクトルγmを行ベクトルとする勾配行列γの中から、複数のサンプルX(k)に対応する値を要素とする第1ベクトルと、複数の量子化値X^(k)を勾配係数ベクトルγmの各要素で修正した複数の修正値に対応する値を要素とする第2ベクトルとの間の誤差を最小化する勾配係数ベクトルの行番号m’を表すインデックス情報idxを出力し、ベクトル量子化インデックスに対応する符号(ビットストリーム)の未使用ビット領域に配置する。
すなわち、勾配計算部116は、例えば、複数組の、サンプルX(k)それぞれの位置に対応する予め定めた係数γm(k)による組の中から、サンプルX(k)の値と、サンプルの量子化値X^(k)とサンプルのそれぞれの位置に対応する係数γm(k)とを乗算した値との間の誤差の全てのサンプル位置についての和を最小にする係数γmの組を表すインデックス情報idxを出力する。なお、本形態の「サンプルX(k)それぞれの位置」は、各離散周波数番号kに対応する周波数軸上の位置である(ステップE4)。
なお、‖・‖は・のノルムであり、argminm‖・‖は‖・‖を最小にするmをm’とすることを意味し、argminmはargminの下付きのmを意味し、χ=[X(0),・・・,X(C0−1)]、χ^=[X^(0),・・・,X^(C0−1)]であり、Amは以下のような行番号mに対応する勾配係数ベクトルγm=[γm(0),・・・,γm(C0−1)]を対角成分に持つ対角行列を意味する。
上述のようなインデックス情報idxのビット数は、ベクトル量子化インデックスに対応する符号用に割り当てられたビット数からベクトル量子化インデックスに対応する符号に実際に用いられたビット数を減算して得られる数以下である。以上より、未使用ビット領域のみを用いてインデックス情報idxを伝送できる。
この例の勾配計算部116は、図3に記載された各処理を行い、選択した勾配係数ベクトルの行番号を表すインデックス情報idxを、未使用ビット領域に書き込む。C0がLである場合には、フレームごとに図3のステップE4の処理が実行され、C0が1及びL以外のLの公約数である場合には、1フレーム中の各サブバンドについて図3のステップE4の処理が繰り返し実行される。
勾配計算部116は、入力された未使用ビット数Uと0とを比較し(ステップE40)、U>0でなければ、以下に示すように、勾配計算部116は、入力された複数の量子化値X^(0),・・・,X^(C0−1)を更新することなく、ステップE4の処理を終える(ステップE412)。
U>0であれば、勾配計算部116は、m=0,idx=0とすることでm及びidxの値を初期化し(ステップE41)、ステップE42に進む。
mMAX=max[min{2U−1,MMAX},1]
勾配計算部116は、以下の式に表される計算を行う(ステップE43)。
eMIN>eであれば勾配計算部116は、idx=m+1及びeMIN=eとすることでidx及びeMINを更新し(ステップE47)、mを1だけインクリメントして(ステップE48)、ステップE44に進む。
次に勾配計算部116は、idx>0であるか否か(idx=0であるか否か)を判定する(ステップE410)。idx>0であれば(idx=0でなければ)、勾配計算部116は、ローカルデコード値である複数の量子化値X^(b・C0),…,X^((b+1)・C0−1)を、以下のように更新し(ステップE411)、ステップE4の処理を終える。
idx>0でなければ(idx=0であれば)、以下に示すように、勾配計算部116は、ローカルデコード値である複数の量子化値X^(b・C0),…,X^((b+1)・C0−1)を更新することなく(ステップE412)、ステップE4の処理を終える。
ただし、C0がLである場合b=0である。C0が1及びL以外のLの公約数である場合、bは1フレーム中の各サブバンドに対応する整数0,…,(L/C0)-1の何れかであり、例えば最も低い周波数のサブバンドに対応する整数0である([ステップE4の具体例]の説明終わり)。
復号装置12は図4に例示する復号方法の各ステップを実行する。
正規化値復号部121は、復号装置12に入力された正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値τX−を求める(ステップD1)。復号正規化値τX−は、ベクトル復号部122に送られる。
勾配修正部124は、符号化装置11で使用したのと同じ勾配行列γ(式(1)参照)を、例えば図示していない記憶部に保持する。勾配修正部124は、復号装置12に入力された修正後ベクトル量子化インデックスが含む未使用ビット領域からインデックス情報idxを読み出し、idxが表す行番号m’の勾配係数ベクトルγm’の各要素γm’(k)(k=0,・・・,C0−1)を用い、C0個の復号値X^(k)(k=0,・・・,C0−1)を修正する。言い換えると、勾配修正部124は、複数の勾配係数γm(k)を要素とする勾配係数ベクトルγmを行ベクトルとする勾配行列γ中のインデックス情報idxが表す行番号m’の勾配係数ベクトルγm’の各要素γm’(k)を用い、複数の復号値X^(k)を修正する(ステップD3)。例えば、勾配修正部124は、インデックス情報idxが表す行番号m’の勾配係数ベクトルγm’の要素γm’(k)と復号値X^(k)との乗算値を復号値X^(k)の修正値X^ UD(k)とする。勾配修正部124は修正値X^ UD(k)を出力する。すなわち、勾配修正部124は、入力されたインデックス情報idxが表す、複数のサンプル位置に対応する予め定めた係数γm’(k)による組を用い、各サンプル位置に対応する復号値X^(k)と係数γm’(k)とを乗算した値を出力する。
この例の勾配修正部124は、図5に記載された各処理を行い、復号値X^(k)を修正する。
勾配修正部124は、入力された未使用ビット数Uと0とを比較し(ステップD30)、U>0でなければ、以下に示すように、勾配計算部116は、入力された複数の量子化値X^(0),・・・,X^(C0−1)を更新することなく(ステップD36)、ステップD3の処理を終える。
mMAX=max[min{2U−1,MMAX},1]
idx>0でなければ(idx=0であれば)、以下に示すように、勾配修正部124は、複数の復号値X^(b・C0),…,X^((b+1)・C0−1)を更新することなく(ステップD36)、ステップD3の処理を終える。
以上で[ステップD3の具体例]の説明を終える。
このように本形態では、復号装置12が符号化装置11で選択された勾配係数ベクトルを用いて複数の復号値X^(k)を修正するため、量子化誤差に基づくミュージカルノイズ等を軽減できる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、復号装置12が平滑化部126を含む場合、平滑化部126は、ステップD3(図4)で得られた修正値X^ UD(k)を入力とし、修正値X^ UD(k)よりも過去の修正値X^ UD(k)’が0でない場合、過去の修正値X^ UD(k)’と修正値X^ UD(k)とを重み付き加算した値を平滑化値X^ POST(k)として出力する。X^ UD(k)’が0の場合、平滑化部126は、修正値の重み付き加算、すなわち修正値の平滑化を行わず、X^ UD(kをX^ POST(k)として出力する(図4/ステップD4)。過去の修正値X^ UD(k)’の例は、修正値X^ UD(k)に対応するフレームの1フレーム過去のステップD3で得られた修正値や、修正値X^ UD(k)に対応するフレームの1フレーム過去のステップD4で得られた平滑化値などである。
上述した符号化装置11や復号装置12は、例えば、CPU(central processing unit)やRAM(random-access memory)などからなる公知又は専用のコンピュータと上述の処理内容が記述された特別なプログラムとから構成される。この場合、特別なプログラムはCPUに読み込まれ、CPUが特別なプログラムを実行することによって各機能が実現される。また、特別なプログラムは、単一のプログラム列によって構成されてもよいし、他のプログラムやライブラリを読み出して目的の機能を達成するものであってもよい。
また、符号化装置11や復号装置12の処理部の少なくとも一部が特別な集積回路であってもよい。
111 周波数領域変換部
112 正規化値計算部
113 正規化値量子化部
115 ベクトル量子化部
116 勾配計算部
12 復号装置
121 正規化値復号部
122 ベクトル復号部
124 勾配修正部
125 時間領域変換部
126 平滑化部
Claims (14)
- 複数のサンプルをまとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスと前記複数のサンプルそれぞれの量子化値を求めるベクトル量子化ステップと、
複数組の、前記サンプルそれぞれの位置に対応する予め定めた係数による組の中から、前記サンプルの値と、前記サンプルの量子化値と前記サンプルのそれぞれの位置に対応する係数とを乗算した値との間の誤差の全てのサンプル位置についての和を最小にする係数の組を表すインデックス情報を出力する係数組選択ステップと、
を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数に対応する値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線上にある係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上でそれぞれ異なる傾きを有するものである符号化方法。 - 複数のサンプルをまとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスと前記複数のサンプルそれぞれの量子化値を求めるベクトル量子化ステップと、
複数組の、前記サンプルそれぞれの位置に対応する予め定めた係数による組の中から、前記サンプルの値と、前記サンプルの量子化値と前記サンプルのそれぞれの位置に対応する係数とを乗算した値との間の誤差の全てのサンプル位置についての和を最小にする係数の組を表すインデックス情報を出力する係数組選択ステップと、を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数の値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線又は特定の曲線に偏って分布する係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上にある第1軸と平行ではない直線又は特定の曲線に偏って分布する符号化方法。 - 請求項1または2の符号化方法であって、
前記係数組選択ステップが出力するインデックス情報のビット数は、
ベクトル量子化インデックスに対応する符号用に割り当てられたビット数から前記ベクトル量子化インデックスに対応する符号に実際に用いられたビット数を減算して得られる数以下である符号化方法。 - 入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数のサンプル位置に対応する復号値とするベクトル復号ステップと、
入力されたインデックス情報が表す、前記複数のサンプル位置に対応する予め定めた係数による組を用い、前記各サンプル位置に対応する、前記復号値と前記係数とを乗算した値を出力する係数乗算ステップと、
を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数に対応する値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線上にある係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上でそれぞれ異なる傾きを有するものである復号方法。 - 入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数のサンプル位置に対応する復号値とするベクトル復号ステップと、
入力されたインデックス情報が表す、前記複数のサンプル位置に対応する予め定めた係数による組を用い、前記各サンプル位置に対応する、前記復号値と前記係数とを乗算した値を出力する係数乗算ステップと、を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数の値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線又は特定の曲線に偏って分布する係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上にある第1軸と平行ではない直線又は特定の曲線に偏って分布する復号方法。 - 複数のサンプルをまとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスと前記複数のサンプルそれぞれの量子化値を求めるベクトル量子化部と、
複数組の、前記サンプルそれぞれの位置に対応する予め定めた係数による組の中から、前記サンプルの値と、前記サンプルの量子化値と前記サンプルのそれぞれの位置に対応する係数とを乗算した値との間の誤差の全てのサンプル位置についての和を最小にする係数の組を表すインデックス情報を出力する係数組選択部と、
を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数に対応する値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線上にある係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上でそれぞれ異なる傾きを有するものである符号化装置。 - 複数のサンプルをまとめてベクトル量子化してベクトル量子化インデックスと前記複数のサンプルそれぞれの量子化値を求めるベクトル量子化部と、
複数組の、前記サンプルそれぞれの位置に対応する予め定めた係数による組の中から、前記サンプルの値と、前記サンプルの量子化値と前記サンプルのそれぞれの位置に対応する係数とを乗算した値との間の誤差の全てのサンプル位置についての和を最小にする係数の組を表すインデックス情報を出力する係数組選択部と、を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数の値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線又は特定の曲線に偏って分布する係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上にある第1軸と平行ではない直線又は特定の曲線に偏って分布する符号化装置。 - 請求項6または7の符号化装置であって、
前記係数組選択ステップが出力するインデックス情報のビット数は、
ベクトル量子化インデックスに対応する符号用に割り当てられたビット数から前記ベクトル量子化インデックスに対応する符号に実際に用いられたビット数を減算して得られる数以下である符号化装置。 - 入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数のサンプル位置に対応する復号値とするベクトル復号部と、
入力されたインデックス情報が表す、前記複数のサンプル位置に対応する予め定めた係数による組を用い、前記各サンプル位置に対応する、前記復号値と前記係数とを乗算した値を出力する係数乗算部と、
を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数に対応する値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線上にある係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上でそれぞれ異なる傾きを有するものである復号装置。 - 入力されたベクトル量子化インデックスに対応する複数の値を求めて複数のサンプル位置に対応する復号値とするベクトル復号部と、
入力されたインデックス情報が表す、前記複数のサンプル位置に対応する予め定めた係数による組を用い、前記各サンプル位置に対応する、前記復号値と前記係数とを乗算した値を出力する係数乗算部と、を有し、
前記係数による組は、
前記係数が対応するサンプルの位置に対応する時間又は周波数の値を第1軸にとり前記係数の値を第2軸にとる平面上の直線又は特定の曲線に偏って分布する係数により構成され、
前記複数組の係数による組は、
前記平面上にある第1軸と平行ではない直線又は特定の曲線に偏って分布する復号装置。 - 請求項1から3の何れかの符号化方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項4または5の復号方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項1から3の何れかの符号化方法の各ステップをコンピュータに実行させるため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。
- 請求項4または5の復号方法の各ステップをコンピュータに実行させるため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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