JP5336943B2 - 符号化方法、復号方法、符号化器、復号器、プログラム - Google Patents
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Description
正規化値量子化部103は、正規化値計算部102で求めた正規化値X− 0を入力とし、正規化値X− 0を量子化して、正規化値量子化インデックスCSと、正規化値量子化インデックスCSに対応する量子化正規化値X−を出力する(S103)。
E(k)=X(k)−X^(k) (2)
のように計算し、誤差信号E(k)を出力する(S105)。
正規化値復号部107は、正規化値量子化インデックスCSを入力とし、正規化値量子化インデックスCSに対応する復号正規化値を求め、復号量子化正規化値X−として出力する(S107)。
Z(k)=X^(k)+E^(k) (3)
のように求め、復号信号Z(k)を出力する(S110)。
時間領域変換部111は、復号信号Z(k)を入力とし、例えばフレーム点数L分の逆MDCTを用いて時間領域変換を行い、フレーム点数L分の出力信号z(n)を出力する(S111)。
図3は、従来の多段ベクトル量子化のイメージを示す図である。横軸は周波数成分の番号、縦軸は各周波数成分の値を示している。この図では、初段のベクトル量子化の対象となる信号(第1符号化対象信号)は、周波数領域信号(MDCT係数)であり、細い線で示されている。初段のベクトル量子化後の信号(第1量子化信号)は、太い線で示されている。少ないビット(例えば37ビット)でベクトル量子化した場合、値が0の第1量子化信号(周波数成分において値が0の箇所)が多数発生する。また、従来の後段のベクトル量子化では、図の第1符号化対象信号と第1量子化信号との差分を複数サンプル纏めてベクトル量子化している。
図8に実施例1の符号化器と復号器の構成例を示す。図9に実施例1の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図9(A)は符号化器の処理フローを示しており、図9(B)は復号器の処理フローを示している。符号化器200は、周波数領域変換部101、正規化値計算部102、正規化値量子化部103、第1ベクトル量子化部104、誤差計算部205、第2ベクトル量子化部106を備える。復号器200’は、正規化値復号部107、第1ベクトル復号部108、第2ベクトル復号部109、誤差修正部210、時間領域変換部111を備える。符号化器200は、符号化器100と誤差計算部205が異なる。また、復号器200’は、復号器100’と誤差修正部210が異なる。その他の構成部は、符号化器100、復号器100’と同じである。なお、この実施例での第1符号化対象信号は周波数領域信号である。
|X(k)|−A・X−
を誤差信号E(k)とする(S2053)。ここで、Aは正規化値の調整用の正の数(例えば1.0)である。ステップS2052がNoの場合(第1量子化信号X^(k)の値が0以外の場合)、周波数領域信号X(k)の絶対値と第1量子化信号X^(k)の絶対値の差分である
|X(k)|−|X^(k)|
を誤差信号E(k)とする(S2054)。kを1増加させ(S2055)、ステップS2051に戻る。ステップS2051がNoの場合、処理を終了する。
X−=αX− C+βX− P
を、復号量子化正規化値X−として出力する(S157)。αとβは調整係数を表し、例えばそれぞれ0.5とすればよい。
[α(A・X−+E^(k))+β・A・X−’]
にランダムに生成した1または−1を乗算し、乗算結果を復号信号Z(k)とする(S2805)。図中のrand(k)は、ランダムに1または−1を生成する関数を示しており、乱数などを用いて計算してもよい。このように、ランダムに1または−1を乗算するのは、すべての周波数で復号信号が正の値となったのでは、歪んだ音になってしまうからであり、ランダムに1または−1を乗算することによって自然な音を作り出すことができる。ステップS2802がNoの場合は、X^(k)が負かを確認する(S2806)。ステップS2806がYesの場合(第1復号量子化信号の値が負の場合)は、第1復号量子化信号X^(k)の絶対値と第2復号量子化信号E^(k)の和に−1を乗算し、乗算結果を復号信号Z(k)とする(S2807)。ステップS2806がNoの場合(第1復号量子化信号の値が正の場合)は、第1復号量子化信号X^(k)の絶対値と第2復号量子化信号E^(k)の和を復号信号Z(k)とする(S2808)。kを1増加させ(S2809)、ステップS2801に戻る。ステップS2801がNoの場合、処理を終了する。
図13は、実施例4〜6で追加される原理を説明するための図である。横軸は周波数を示す64点のサンプル、縦軸は各周波数での信号の値を示している。細い線は、1つのフレーム(64個の時間領域の信号)を周波数領域に変換して得られた64点の周波数成分を示す信号(周波数領域信号)を示している。また、太い線は、細い線で示された周波数領域信号を第1ベクトル量子化部104でベクトル量子化したときに得られる第1量子化信号の例を示している。
図14に実施例4の符号化器と復号器の構成例を示す。図15に実施例4の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図15(A)は符号化器の処理フローを示しており、図15(B)は復号器の処理フローを示している。符号化器300は、周波数領域変換部101、正規化値計算部102、正規化値量子化部103、第1ベクトル量子化部104、誤差計算部312、第2ベクトル量子化部306を備える。復号器300’は、正規化値復号部107、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、第2ベクトル復号部309、誤差修正部310、時間領域変換部111を備える。符号化器300は、符号化器200と誤差計算部312、第2ベクトル量子化部306が異なる。また、復号器300’は、復号器200’とM値計算部313、第2ベクトル復号部309、誤差修正部310が異なる。その他の構成部は実施例1と同じである。なお、本実施例での第1符号化対象信号は周波数領域信号である。
|X(k)|−A・X−
をE(m)とし、mの値を1つ増加させる(S3123)。ステップS3122がNoの場合、ステップS3124に進む。ステップS3124では、kの値を1つ増加させ、ステップS3121に戻る。S3121がNoの場合、mの値をMとし(S3125)、処理を終了する。
実施例4変形例1は、復号器側の復号量子化正規化値を決めるときに、1つ過去のフレームの復号量子化正規化値も考慮する点が実施例4と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例4と同じであり、図14が実施例4変形例1の符号化器と復号器の構成例を、図15が実施例4変形例1の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図15(A)は符号化器の処理フローを示しており、図15(B)は復号器の処理フローを示している。実施例4変形例1の符号化器300は実施例4と同じである。実施例4変形例1の復号器350’は、正規化値復号部157、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、第2ベクトル復号部309、誤差修正部310、時間領域変換部111を備える。復号器350’は、復号器300’と正規化値復号部157が異なる。その他の構成部は実施例4と同じである。また、正規化値復号部157は実施例2で説明した内容と同じ処理を行う。
実施例4変形例2は、誤差修正部での復号信号の生成方法が実施例4と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例4と同じであり、図14が実施例4変形例2の符号化器と復号器の構成例を、図15が実施例4変形例2の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図15(A)は符号化器の処理フローを示しており、図15(B)は復号器の処理フローを示している。実施例4変形例2の符号化器300は実施例4と同じである。実施例4変形例2の復号器370’は、正規化値復号部107、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、第2ベクトル復号部309、誤差修正部375、時間領域変換部111を備える。復号器370’は、復号器300’と誤差修正部375が異なる。その他の構成部は実施例4と同じである。
[α(A・X−+E^(k))+β・A・X−’]
にランダムに生成した1または−1を乗算し、乗算結果を復号信号Z(k)とする(S3754)。ここで、Aは正規化値の調整用の正の数(例えば1.0)である。また、図中のrand(k)は、ランダムに1または−1を生成する関数を示しており、乱数などを用いて計算してもよい。このように、ランダムに1または−1を乗算するのは、すべての周波数で復号信号が正の値となったのでは、歪んだ音になってしまうからであり、ランダムに1または−1を乗算することによって自然な音を作り出すことができる。ステップS3102、S3103、S3104がNoの場合、X^(k)をZ(k)とする(S3106)。そして、kの値を1つ増加させ(S3107)、ステップS3101に戻る。S3101がNoの場合、処理を終了する。
また、図23は再計算正規化値E−を求める別の処理フローの例である。このフローでは値が0の第1量子化信号の数を再度計算している。k=0、m=0、tmp=0として処理を始める。kがL(周波数領域信号X(k)の数)よりも小さいかを確認する(S4151)。ステップS4151がYesの場合、mがMより小さいことを確認する(S4152)。ステップS4152がYesの場合、mがThより小さいことを確認する(S4153)。ステップS4153がYesの場合、X^(k)が0かを確認する(S4154)。ステップS4154がYesの場合、mの値を1つ増加させる(S4155)。ステップS4152、S4153、S4154がNoの場合、tmpに|X^(k)|2を加算する(S4156)。そして、kの値を1つ増加させ(S4157)、ステップS4151に戻る。S4151がNoの場合、再計算正規化値E−を
実施例5変形例1は、復号器側の復号量子化正規化値を決めるときに、1つ過去のフレームの復号量子化正規化値も考慮する点が実施例5と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例5と同じであり、図20が実施例5変形例1の符号化器と復号器の構成例を、図21が実施例5変形例1の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図21(A)は符号化器の処理フローを示しており、図21(B)は復号器の処理フローを示している。実施例5変形例1の符号化器400は実施例5と同じである。実施例5変形例1の復号器450’は、正規化値復号部157、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、正規化値再計算部416、第2ベクトル復号部409、誤差修正部310、時間領域変換部111を備える。復号器450’は、復号器400’と正規化値復号部157が異なる。その他の構成部は実施例5と同じである。また、正規化値復号部157は実施例2で説明した内容と同じ処理を行う。
実施例5変形例2は、誤差修正部での復号信号の生成方法が実施例5と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例5と同じであり、図20が実施例5変形例2の符号化器と復号器の構成例を、図21が実施例5変形例2の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図21(A)は符号化器の処理フローを示しており、図21(B)は復号器の処理フローを示している。実施例5変形例2の符号化器400は実施例5と同じである。実施例5変形例2の復号器470’は、正規化値復号部107、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、正規化値再計算部416、第2ベクトル復号部409、誤差修正部375、時間領域変換部111を備える。復号器470’は、復号器400’と誤差修正部375が異なる。その他の構成部は実施例5と同じである。誤差修正部375は、実施例4変形例2で説明した内容と同じ処理を行う(図18、図19参照)。
実施例6変形例1は、復号器側の復号量子化正規化値を決めるときに、1つ過去のフレームの復号量子化正規化値も考慮する点が実施例6と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例6と同じであり、図24が実施例6変形例1の符号化器と復号器の構成例を、図25が実施例6変形例1の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図25(A)は符号化器の処理フローを示しており、図25(B)は復号器の処理フローを示している。実施例6変形例1の符号化器400は実施例6と同じである。実施例6変形例1の復号器550’は、正規化値復号部157、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、正規化値再計算部516、第2ベクトル復号部409、誤差修正部310、時間領域変換部111を備える。復号器550’は、復号器500’と正規化値復号部157が異なる。その他の構成部は実施例6と同じである。また、正規化値復号部157は実施例2で説明した内容と同じ処理を行う。
実施例6変形例2は、誤差修正部での復号信号の生成方法が実施例6と異なる。構成と処理フローを示す図は実施例6と同じであり、図24が実施例6変形例2の符号化器と復号器の構成例を、図25が実施例6変形例2の符号化器と復号器の処理フロー例を示す。図26(A)は符号化器の処理フローを示しており、図25(B)は復号器の処理フローを示している。実施例6変形例2の符号化器500は実施例6と同じである。実施例6変形例2の復号器570’は、正規化値復号部107、第1ベクトル復号部108、M値計算部313、正規化値再計算部516、第2ベクトル復号部409、誤差修正部375、時間領域変換部111を備える。復号器570’は、復号器500’と誤差修正部375が異なる。その他の構成部は実施例6と同じである。誤差修正部375は、実施例4変形例2で説明した内容と同じ処理を行う(図18、図19参照)。
実施例6変形例2の方法での効果を確認するため、実験を行った。図28は楽器のみのオーケストラを対象としたときの実験結果を示す図、図29は歌を含んでいるオーケストラを対象としたときの実験結果を示す図、図30は楽器のみのストリングを対象としたときの実験結果を示す図、図31は歌を含んでいるポップスを対象としたときの実験結果を示す図、図32は管楽器(歌なし)を対象としたときの実験結果を示す図、図33は歌のみを対象としたときの実験結果を示す図である。各図とも、横軸は時間、縦軸は次式に示すSN比を示しており、大きい値ほど品質がよい。
また、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
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。
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
100’、200’、250’、270’、300’、350’、370’ 復号器
400’、450’、470’、500’、550’、570’ 復号器
101 周波数領域変換部
102 正規化値計算部
103 正規化値量子化部
104 第1ベクトル量子化部
105、205、312 誤差計算部
106、206、306、406 第2ベクトル量子化部
107、157 正規化値復号部
108 第1ベクトル復号部
109、209、309、409 第2ベクトル復号部
110、210、275、310、375 誤差修正部
111 時間領域変換部
313 M値計算部
415、416、515、516 正規化値再計算部
Claims (14)
- 所定サンプル数ごとの符号化対象の信号サンプル(以下、「第1符号化対象信号」という)に対する正規化値を求める正規化値計算ステップと、
前記正規化値を量子化した量子化正規化値と該量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める正規化値量子化ステップと、
前記量子化正規化値を用いて前記第1符号化対象信号を正規化して正規化第1符号化対象信号を求め、前記正規化第1符号化対象信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化した第1量子化信号の列と該第1量子化信号の列に対応する第1ベクトル量子化インデックスを求める第1ベクトル量子化ステップと、
前記第1量子化信号の値が0の場合は、前記第1符号化対象信号の絶対値と前記量子化正規化値との重み付き誤差信号を求め、第1量子化信号の値が0以外の場合は、前記第1符号化対象信号の絶対値と前記第1量子化信号の絶対値の誤差信号を求める誤差計算ステップと、
前記誤差信号または前記誤差信号に対応した信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化して第2ベクトル量子化インデックスを求める第2ベクトル量子化ステップと、
を有する符号化方法。 - 所定サンプル数ごとの符号化対象の信号サンプル(以下、「第1符号化対象信号」という)に対する正規化値を求める正規化値計算ステップと、
前記正規化値を量子化した量子化正規化値と該量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める正規化値量子化ステップと、
前記量子化正規化値を用いて前記第1符号化対象信号を正規化して正規化第1符号化対象信号を求め、前記正規化第1符号化対象信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化した第1量子化信号の列と該第1量子化信号の列に対応する第1ベクトル量子化インデックスを求める第1ベクトル量子化ステップと、
前記第1量子化信号の値が0の場合の、前記第1符号化対象信号の絶対値と前記量子化正規化値との重み付き誤差信号だけを求める誤差計算ステップと、
前記誤差信号または前記誤差信号に対応した信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化して第2ベクトル量子化インデックスを求める第2ベクトル量子化ステップと、
を有する符号化方法。 - 請求項2記載の符号化方法であって、
前記量子化正規化値をX−、前記所定サンプル数をL、前記第1量子化信号のパワーの合計をtmp、前記第1量子化信号の絶対値の合計をtmp2、値が0の前記第1量子化信号の数をM、第1再計算値をE− 1、第2再計算値をE− 2とするときに、
の関係となる第1再計算値をE− 1と第2再計算値をE− 2を求め、
前記第1再計算値と前記第2再計算値と前記量子化正規化値のいずれかを再計算正規化値とする正規化値再計算ステップ
も有し、
前記第2ベクトル量子化ステップは、前記再計算正規化値を用いて前記誤差信号を正規化して正規化誤差信号を求め、前記正規化誤差信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化して、前記第2ベクトル量子化インデックスを求める
ことを特徴とする符号化方法。 - 第1ベクトル量子化インデックスと第2ベクトル量子化インデックスと正規化値量子化インデックスを含む符号から、復号信号を求める復号方法であって、
前記正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値を求め、復号量子化正規化値として出力する正規化値復号ステップと、
前記第1ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第1復号量子化信号を求め、前記正規化第1復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第1復号量子化信号を求める第1ベクトル復号ステップと、
前記第2ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第2復号量子化信号を求め、前記正規化第2復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第2復号量子化信号を求める第2ベクトル復号ステップと、
第1復号量子化信号の値が0の場合は、前記復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号の加重加算を用いた計算結果にランダムに生成した1または−1を乗算し、乗算結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が0以外の場合は、前記第1復号量子化信号と前記第2復号量子化信号の和を用いた計算結果を復号信号とする誤差修正ステップと
を有する復号方法。 - 請求項5記載の復号方法であって、
前記誤差修正ステップが、
第1復号量子化信号の値が0の場合は、前記復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号の加重加算にランダムに生成した1または−1を乗算した結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が負の場合は、前記第1復号量子化信号の絶対値と前記第2復号量子化信号の和に−1を乗算した結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が正の場合は、前記第1復号量子化信号の絶対値と前記第2復号量子化信号の和を復号信号とする
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項6記載の復号方法であって、
前記正規化値復号ステップが、
1フレーム前の復号正規化値が0の場合は、現在のフレームの復号正規化値を、復号量子化正規化値として出力し、
1フレーム前の復号正規化値が0でない場合は、現在のフレームの復号正規化値と1フレーム前の復号正規化値との加重加算の結果を、復号量子化正規化値として出力する
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項5記載の復号方法であって、
誤差修正ステップが、
第1復号量子化信号の値が0かつ1フレーム過去の復号量子化正規化値が0の場合は、現在のフレームの復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号の加重加算の結果にランダムに生成した1または−1を乗算した結果を復号信号とし、
第1復号量子化信号の値が0かつ1フレーム過去の復号量子化正規化値が0以外の場合は、現在のフレームの復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号と1フレーム過去の復号量子化正規化値との加重加算の結果にランダムに生成した1または−1を乗算した結果を復号信号とし、
第1復号量子化信号の値が負の場合は、前記第1復号量子化信号の絶対値と前記第2復号量子化信号の和に−1を乗算した結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が正の場合は、前記第1復号量子化信号の絶対値と前記第2復号量子化信号の和を復号信号とする
を有する復号方法。 - 第1ベクトル量子化インデックスと第2ベクトル量子化インデックスと正規化値量子化インデックスを含む符号から、復号信号を求める復号方法であって、
前記正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値を求め、復号量子化正規化値として出力する正規化値復号ステップと、
前記第1ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第1復号量子化信号を求め、前記正規化第1復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第1復号量子化信号を求める第1ベクトル復号ステップと、
前記第2ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第2復号量子化信号を求め、前記正規化第2復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第2復号量子化信号を求める第2ベクトル復号ステップと、
第1復号量子化信号の値が0の場合は、前記復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号の加重加算を用いた計算結果にランダムに生成した1または−1を乗算し、乗算結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が0以外の場合は、前記第1復号量子化信号を復号信号とする誤差修正ステップと
を有する復号方法。 - 請求項9記載の復号方法であって、
値が0の前記第1復号量子化信号の数Mを求めるM値計算ステップと、
前記復号量子化正規化値をX−、前記第1復号量子化信号の数をL、前記第1復号量子化信号のパワーの合計をtmp、前記第1量子化信号の絶対値の合計をtmp2、値が0の前記第1復号量子化信号の数をM、第1再計算値をE− 1、第2再計算値をE− 2とするときに、
の関係となる第1再計算値をE− 1と第2再計算値をE− 2を求め、
前記第1再計算値と前記第2再計算値と前記復号量子化正規化値のいずれかを再計算正規化値とする正規化値再計算ステップ
も有し、
前記第2ベクトル復号ステップは、前記第2ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第2復号量子化信号を求め、前記正規化第2復号量子化信号と前記再計算正規化値を用いて前記第2復号量子化信号を求める
ことを特徴とする復号方法。 - 所定サンプル数ごとの符号化対象の信号サンプル(以下、「第1符号化対象信号」という)に対する正規化値を求める正規化値計算部と、
前記正規化値を量子化した量子化正規化値と該量子化正規化値に対応する正規化値量子化インデックスを求める正規化値量子化部と、
前記量子化正規化値を用いて前記第1符号化対象信号を正規化して正規化第1符号化対象信号を求め、前記正規化第1符号化対象信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化した第1量子化信号の列と該第1量子化信号の列に対応する第1ベクトル量子化インデックスを求める第1ベクトル量子化部と、
第1量子化信号の値が0の場合は、前記第1符号化対象信号の絶対値と前記量子化正規化値との重み付き誤差信号を求め、第1量子化信号の値が0以外の場合は、前記第1符号化対象信号の絶対値と前記第1量子化信号の絶対値の誤差信号を求める誤差計算部と、
前記誤差信号または前記誤差信号に対応した信号を複数サンプル纏めてベクトル量子化して第2ベクトル量子化インデックスを求める第2ベクトル量子化部と、
を備える符号化器。 - 第1ベクトル量子化インデックスと第2ベクトル量子化インデックスと正規化値量子化インデックスを含む符号から、復号信号を求める復号器であって、
前記正規化値量子化インデックスに対応する復号正規化値を求め、復号量子化正規化値として出力する正規化値復号部と、
前記第1ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第1復号量子化信号を求め、前記正規化第1復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第1復号量子化信号を求める第1ベクトル復号部と、
前記第2ベクトル量子化インデックスに対応した正規化第2復号量子化信号を求め、前記正規化第2復号量子化信号と前記復号量子化正規化値を用いて第2復号量子化信号を求める第2ベクトル復号部と、
第1復号量子化信号の値が0の場合は、前記復号量子化正規化値と前記第2復号量子化信号の加重加算を用いた計算結果にランダムに生成した1または−1を乗算し、乗算結果を復号信号とし、第1復号量子化信号の値が0以外の場合は、前記第1復号量子化信号と前記第2復号量子化信号の和を用いた計算結果を復号信号とする誤差修正部と
を備える復号器。 - 請求項1から11のいずれかに記載の方法の各ステップをコンピュータにより実行させるプログラム。
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