JPH06348294A - 帯域分割符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の波形歪の大きくなるという問題点及び
量子化誤差が増大するという問題点を解決する。 【構成】 音声信号等のデジタル信号を複数の帯域に分
割する帯域分割フィルタ１と、該フィルタ１の出力のブ
ロック毎の電力を求め２の２σ乗の形に量子化する電力
算出手段２と、前記ブロック毎に適応量子化する量子化
手段６と、前記σの値により前記量子化手段６の各帯域
毎の量子化ビット数を適応的に制御する量子化ビット数
制御部５とを備え、前記量子化ビット数制御部５は前記
帯域分割フィルタ１から出力される１サンプルデータ毎
に量子化ビット数を規則的に変化させ前記各帯域に割り
当てる前記量子化手段６の量子化ビット数を小数を含む
０より大きい数に設定するものであり、望ましくは前記
量子化ビット数制御部５は、前記量子化手段６への割り
当てビット数が０以下になった帯域について０より大き
く１未満のビット数を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声ＩＣレコーダ等に用
いられるデジタルの音声信号を主として符号化する帯域
分割符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりデジタルの音声信号を圧縮符号
化する際、いくつかのサブバンドに分割して符号化する
方法が取られている。

【０００３】例えば本発明の出願人による特開平４−１
２９４３０号公報（Ｈ０３Ｍ ７／００）はその一例を
開示している。同公報には、入力されたデジタルの音声
信号はまず帯域分割フィルタ群（ＢＰＦ：Band Path Fi
lter）によって分割され、分割されたデジタルの音声信
号の各々は通過帯域の中心周波数だけ下に周波数シフト
され、そこで低域通過フィルタを通して低周波信号に変
換され、それを帯域通過フィルタの帯域幅から決まる標
本化周波数でダウンサンプリングしてその結果をブロッ
ク毎の前向き適応ＰＣＭ（Pulse Code Modulation)で符
号化するものであった。

【０００４】またこの公報の復号部では各帯域毎に上記
の操作とは逆の操作をして各帯域毎の帯域通過信号を作
成し、それらを足し合わせて出力音声波形とするもので
あった。

【０００５】斯かる技術の利点としては、（１）帯域毎
にビット配分を効果的に行うことが容易である、（２）
各帯域の量子化誤差はその帯域の信号のみに関係し、そ
の帯域の電力が小さい場合はたとえ量子化歪が多くとも
全体の信号から見ると僅かな誤差でしかない、（３）各
帯域の量子化誤差は理想的には白色雑音となり周波数ス
ペクトル的に広く拡がり、その一部しかその帯域に落ち
ない、等が挙げられる。

【０００６】また上記（１）（２）より各帯域に割り当
てる１サンプル当りのビット数をその帯域の信号の電力
に応じて適応的に変化させていくことが望ましいが、そ
の場合は以下の式に従って分割するのが最も適当（波形
歪が最小になる）とされていた。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここでブロック毎に求めた電力を２の２σ
乗の形に量子化すれば前記数１は、

【０００９】

【数２】

【００１０】となる。また例えば前記数２でＷ_i ＝１／
４、Ｎ＝４とすると、

【００１１】

【数３】

【００１２】となる。

【００１３】ところで実際にはこの場合Ｒ_i は小数や負
の数で求められる場合もあるため、それらの数字を正の
整数（０を含む）にする条件文が必要であった。そして
各帯域に割り当てるビット数Ｒ_i が小数になった場合に
は、四捨五入等によって正の整数にしなければならない
が、その時には波形歪が大きくなるという問題点があっ
た。

【００１４】またＲ_i が負の数になった場合には、割り
当てるビット数を０にすれば波形歪を最小にすることが
できる。しかし０ビットが割り当てられるブロックが多
くなれば再生音に異音が発生する惧れがあった。よって
この異音を防ぐためには、どの帯域にも１ビット以上を
割り当てる必要が生じ、その時には全体的に量子化ビッ
ト数が不足して量子化誤差が増大するという欠点があっ
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のように
波形歪が最小になる時の各帯域へ割り当てるビット数Ｒ
_i は前記数１に求まる。しかしＲ_i が小数で求まった場
合には、四捨五入によって正の整数にする条件文が必要
で、又そのときは波形歪みが大きくなるという問題点が
あった。

【００１６】またＲ_i が負の数になった時には割り当て
るビット数を０にすれば波形歪みを最小とすることがで
きる。しかし０ビットが割り当てられるブロックが多く
なれば再生音に異音が発生する。よってこの異音を防ぐ
ためには殿帯域にも１ビット以上を割り当てれば良い
が、その時には量子化誤差が増大するという問題点があ
った。

【００１７】本発明は斯かる従来の波形歪の大きくなる
という問題点及び量子化誤差が増大するという問題点を
解決するために成されたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、音声信号等の
デジタル信号を複数の帯域に分割する帯域分割フィルタ
と、該フィルタの出力のブロック毎の電力を求め２の２
σ乗の形に量子化する電力算出手段と、前記ブロック毎
に適応量子化する量子化手段と、前記σの値により前記
量子化手段の各帯域毎の量子化ビット数を適応的に制御
する量子化ビット数制御部とを備え、前記量子化ビット
数制御部は前記帯域分割フィルタから出力される１サン
プルデータ毎に量子化ビット数を規則的に変化させ前記
各帯域に割り当てる前記量子化手段の量子化ビット数を
小数を含む０より大きい数に設定するものであり、望ま
しくは前記量子化ビット数制御部は、前記量子化手段へ
の割り当てビット数が０以下になった帯域について０よ
り大きく１未満のビット数を設定するものである。

【００１９】

【作用】上記構成において、従来技術と同様に波形歪が
最小になる時の各帯域へ割り当てる前記ビット数Ｒ_i は
前記数１によって求められる。そしてＲ_i が小数になっ
た場合に、上記手段によって各帯域に割り当てるビット
数をＲ_i に一致又は近い値にすることができ、波形歪を
減らすことができる。

【００２０】またＲ_i が負の数になった時には、何の帯
域にも最低でも０を越す１未満のビット数を割り当てる
ことによって、他の帯域の量子化歪を増大させることな
しに聴感上の異音を取り除くことができる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１の機能ブロック
図及び図２、図３のビット数割当説明図に基づき詳細に
説明す。

【００２２】図１において、１はＱＭＦ(Qudrature Mir
ror Filter) で、入力音声をサンプリング周波数の１／
４の周波数で高域と低域に分け、サンプリング周波数の
１／２にダウンサンプリングするもので、本実施例では
ＱＭＦ１を２段に用いることで入力音声を４つの帯域に
分割すると共に、該フィルタ１の出力をベースバンドに
落としている。

【００２３】２は各帯域毎に帯域分割された音声を数サ
ンプル毎（例えば１２８サンプル毎）にブロックにまと
め、そのブロック内の電力を計算する電力算出手段であ
る。３は計算された電力を２の２σ乗に量子化する量子
化手段で、実際には電力を２進数で表し、最も左に１の
立っているところを捜し、それが右から何ビット目であ
るかを調べ、その値から１を引き２で割ることによって
各帯域毎のσ_i を求める。

【００２４】４は１ブロック内の電力が１になるように
正規化する正規化手段で、ダイナミックレンジの広いデ
ジタルの音声信号に対して精度良く量子化することが可
能となる。

【００２５】５は各帯域の量子化器で用いる量子化ビッ
ト数を割り当てる量子化ビット数制御部で、各帯域のσ
の値を用いて数４により割り当てることができる。

【００２６】

【数４】

【００２７】実際にはＲ_i は０より大きい小数で求めら
れる場合もあり、前記数４のＲ_i の取る値はｘ．００，
ｘ．２５，ｘ．５０，ｘ．７５（ｘは整数）の４通りが
ある。この時は図２の１（１）〜（４）に示されるよう
に、１サンプルおきに割り当てるビット数を規則的に変
えることにより、各帯域に割り当てる平均ビット数を小
数にする。

【００２８】即ち、（１）ではすべてのサンプルをｘビ
ットで量子化する、（２）では４サンプルの内３サンプ
ルをｘビットで量子化し、残り１サンプルをｘ＋１ビッ
トで量子化する、（３）では４サンプルの内２サンプル
をｘビットで量子化し、残り２サンプルをｘ＋１ビット
で量子化する、（４）では４サンプルの内１サンプルを
ｘビットで量子化し、残り３サンプルをｘ＋１ビットで
量子化することにより所望の小数ビットが得られる。

【００２９】またＲ_i は０や負の数で求められる場合も
あり、その場合は図３のように０より大きく１未満のビ
ット数を割り当てる。即ち（１）では４サンプルの内１
サンプルを１ビットで量子化し、残り３サンプルを０に
する、（２）では４サンプルの内２サンプルを１ビット
で量子化し、残り２サンプルを０にする、（３）では４
サンプルの内３サンプルを１ビットで量子化し、残り１
サンプルを０にすることにより所望の小数ビットが得ら
れる。

【００３０】６は前記量子化ビット数制御部５で割り当
てられた量子化ビット数に応じて正規化手段４で正規化
された信号を量子化する信号量子化手段、７は各帯域の
量子化された符号及び補助情報σ_i を多重化するマルチ
プレクサである。

【００３１】８は前記マルチプレクサ７からの信号を各
帯域の符号及び補助情報σ_i に分割するデマルチプレク
サである。

【００３２】９は前記量子化ビット数制御部５と同様に
ビット割り当てを計算する復号化ビット数制御部、１０
は各帯域の電力を復号化する電力復号化手段、１１は各
帯域毎の電力を復号化する電力復号化手段、１２は復号
化された電力を用いて正規化されている信号を元に戻す
逆正規化手段である。

【００３３】１３は復号化側のＱＭＦであって、帯域分
割されてダウンサンプリングされている信号をアップサ
ンプリング及び帯域結合するものである。

【００３４】上記の構成によって、どんな音声に対して
も前記フィルタ１で帯域分割を行って各帯域の電力を求
め、量子化手段６でその値を２の２σ乗に量子化するこ
とにより、σの値に基づいて、各帯域に割り当てる量子
化ビット数を量子化ビット数制御部５にて小数を含むビ
ット数で適応的に制御できるので最適な符号化を行うこ
とができる。

【００３５】さらに先の操作と逆の操作をたどることに
より、符号化された信号をもとのデジタルの音声信号に
復号することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明装置によるとデジタルの音声信号
を帯域分割符号化する際に、各帯域毎の電力を求め、そ
の値を２の２σ乗の形に量子化することにより、各帯域
に割り当てる量子化ビット数を適応的に制御することが
可能となり、また１サンプルおきに量子化ビット数を規
則的に変えることにより、各帯域毎に割り当てるビット
数が小数になることにも対応できるようにしたことによ
って量子化歪を軽減し、さらに波形歪を最小にするため
の割り当てビット数が０以下になった帯域にも最低でも
０より大きく１未満のビット数を割り当てることによっ
て他の帯域の量子化歪を増大させることなしに聴感上の
異音を取り除くことができるので、どんな音声に対して
も最適に符号化することができるので極めて有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明装置の一実施例を説明するための
ブロック図である。

【図２】小数ビット割り当てを説明するための図であ
る。

【図３】０より大きく１未満のビット数を割当を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ 帯域分割フィルタ（ＱＭＦ） ２ 電力算出手段 ５ 量子化ビット数制御部 ６ 量子化手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号等のデジタル信号を複数の帯域
   に分割する帯域分割フィルタと、該フィルタの出力のブ
   ロック毎の電力を求め２の２σ乗の形に量子化する電力
   算出手段と、前記ブロック毎に適応量子化する量子化手
   段と、前記σの値により前記量子化手段の各帯域毎の量
   子化ビット数を適応的に制御する量子化ビット数制御部
   とを備え、前記量子化ビット数制御部は前記帯域分割フ
   ィルタから出力される１サンプルデータ毎に量子化ビッ
   ト数を規則的に変化させ前記各帯域に割り当てる前記量
   子化手段の量子化ビット数を小数を含む０より大きい数
   に設定することを特徴とする帯域分割符号化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の帯域分割符号化装置にお
   いて、前記量子化ビット数制御部は、前記量子化手段へ
   の割り当てビット数が０以下になった帯域について０よ
   り大きく１未満のビット数を設定することを特徴とする
   帯域分割符号化装置。