(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号をフレーム単位で符号化する符号化方法であって、
複数の階層の量子化過程と各階層間に誤差信号算出過程を備え、
第１の階層の量子化過程は、まず、入力信号ｘ（ｆ）にあらかじめ設定した１以下の定数α1を乗算することにより変形した信号α1ｘ（ｆ）を生成し、次に、前記変形した信号α1ｘ（ｆ）を量子化して第１の量子化符号を出力し、さらに、前記第１の量子化符号を逆量子化して再構成した信号〔α1ｘ（ｆ）〕＾を出力し、
第１段の誤差信号算出過程は入力信号ｘ（ｆ）と前記第１の階層の量子化過程で再構成した信号〔α1ｘ（ｆ）〕＾との誤差信号ｄ1（ｆ）（＝ｘ（ｆ）−〔α1ｘ（ｆ）〕＾
）を出力し、
第２の階層の量子化過程は、まず、前記第１段の誤差信号算出過程で算出した誤差信号ｄ1（ｆ）にあらかじめ設定した１以下の定数α2を乗算することにより変形した信号α2ｄ1（ｆ）を生成し、次に、前記変形した信号α2ｄ1（ｆ）を量子化して第２の量子化符号を出力し、さらに、前記第２の量子化符号を逆量子化して再構成した信号〔α2ｄ1（ｆ）〕＾を出力し、
第２段の誤差信号算出過程は、第１の階層の量子化過程で再構成した信号〔α1ｘ（ｆ）〕＾と第２の階層の量子化過程で再構成した信号〔α2ｄ1（ｆ）〕＾との和信号（〔α1ｘ（ｆ）〕＾＋〔α2ｄ1（ｆ）〕＾）と入力信号ｘ（ｆ）との誤差信号ｄ2（ｆ）（＝ｘ（ｆ）−（〔α1ｘ（ｆ）〕＾＋〔α2ｄ1（ｆ）〕＾）を出力し、
同様に上位の各階層の量子化過程にその前段の誤差信号算出過程より出力された誤差信号を入力して逐次多段階に量子化を行い、
前記各階層の量子化過程の量子化符号を出力することを特徴とする音響信号の階層符号化方法。
【請求項２】
音響信号をフレーム単位で符号化する符号化方法であって、
複数の階層の量子化過程と各階層間に誤差信号算出過程を備え、
第１の階層の量子化過程は入力信号ｘ（ｆ）を入力とし、第１の量子化符号と、逆量子化により再構成した信号ｘ＾（ｆ）  を出力し、
第１段の誤差信号算出過程はｘ＾（ｆ）にあらかじめ設定した１以下の定数α1を乗算することにより変形した信号α1ｘ＾（ｆ）を算出し、入力信号ｘ（ｆ）と前記乗算した信号ｘ＾（ｆ）の誤差信号ｄ1（ｆ）（＝ｘ（ｆ）−α1ｘ＾（ｆ））を出力し、
第２の階層の量子化過程は前記第１段の誤差信号算出過程で算出した誤差信号ｄ1（
ｆ）を入力として、第２の量子化符号と、逆量子化により再構成した信号ｄ1＾（ｆ）を出力し、
第２段の誤差信号算出過程は、まず、ｄ1＾（ｆ）にあらかじめ設定した１以下の定数α2を乗算することにより変形した信号α2ｄ1＾（ｆ）を算出し、次に、第１段の誤差信号算出過程で乗算した信号α1ｘ＾（ｆ）と前記第２段の誤差信号算出過程で乗算した信号α2ｄ1＾（ｆ）との和信号（α1ｘ＾（ｆ）＋α2ｄ1＾（ｆ））と入力信号ｘ（ｆ）との誤差信号ｄ2（ｆ）（＝ｘ（ｆ）−（α1ｘ＾（ｆ）＋α2ｄ1＾（ｆ）））を出力し、
同様に上位の各階層の量子化過程にその前段の誤差信号算出過程より出力された誤差信号を入力して逐次多段階に量子化を行い、
前記各階層の量子化過程の量子化符号を出力することを特徴とする音響信号の階層符号化方法。
【請求項３】
音響信号をフレーム単位で復号化する方法であって、
請求項１または２に記載の音響信号の階層符号化方法で生成された各階層の量子化符号と量子化符号に対する誤り検出符号を入力し、
各階層の量子化符号を逆量子化して逆量子化信号を出力する逆量子化過程と、
誤り検出符号に基づき各階層の量子化符号の誤りの有無を検出し、誤りが検出されない量子化符号に対する逆量子化信号を加算して音響信号を再構成する過程を備えたことを特徴とする音響信号の階層復号化方法。
【請求項４】
請求項３に記載の音響信号の階層復号化方法において、
上記音響信号を再構成する過程より出力された音響信号に補正定数をかけて音量を修正する過程を備えたことを特徴とする音響信号の階層復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音声や楽音信号などの音響信号をできるだけ少ない情報量でディジタル符号化する高能率信号符号化方法及び符号化方法に関するものであり、特にビット列に誤りやフレーム損失があった場合に音声や楽音を再構成できる階層符号化方法及び符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の信号の階層的スケーラブル符号化、復号化法は図１に示されるような構成となっている。
符号器では入力信号ベクトルを量子化するために複数の階層の量子化器と各階層間に誤差信号算出器を備え、最下位の階層の量子化器は入力信号ｘ（ｆ）を入力とし、量子化符号（圧縮ビット列）と逆量子化により再構成した信号ｘ＾（ｆ）を出力し、
第１段の誤差信号算出器は入力信号ｘ（ｆ）とｘ＾（ｆ）の誤差ｄ１（ｆ）（＝ｘ（ｆ）−ｘ＾（ｆ））を出力し、
次の階層の量子化器はｄ１（ｆ）を入力として、その階層の量子化符号と、逆量子化により再構成した信号ｄ１＾（ｆ）を出力し、
第２段の誤差信号算出器は入力信号ｘ（ｆ）とｄ２＾（ｆ）を加えた信号の誤差ｄ２（ｄ２＝ｘ（ｆ）−（ｄ１＾（ｆ）＋ｘ＾（ｆ）））を出力し、
同様に上位の階層変形した誤差を逐次多段階に量子化を行う。
【０００３】
復号器では各階層の量子化符号を逆量子化して信号を再構成し、加え合わせて最終的な信号を再生する。第１段の出力ｙ１（ｆ）、第２段の出力ｙ２（ｆ）と、各階層の量子化誤差をｑ１（ｆ）、ｑ２（ｆ）とすると、
0003559488.tif 000002
となる。この場合、下位の階層の誤差はすべて上位にフィードバックされ、上層ほど品質の高い信号が再現できる。また上位の階層の信号はなくても、ビットレートに見合った信号が再生でき、これが、スケーラブル符号化の特徴である。しかし、下位の階層のビット列に誤りやフレーム損失があった場合には、出力ｙ２‐（ｆ）はｄ１＾（ｆ）だけとなり
0003559488.tif 000003
ｘ（ｆ）とは大きな誤差が生じ、上位の階層で救済することは不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べた階層的スケーラブル符号化、復号化方法においてはビット列に誤りやフレーム損失があった場合、音声や楽音を再構成することは困難であった。
本発明はネットワークやデコーダの環境にあわせてできるだけ高品質で楽音や音声を伝送することができ、特に伝送ビットに誤りが生じる可能性がある無線伝送に適用して好適な音響信号の階層符号化方法及び符号化方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために階層的な量子化によるビットレートスケーラブル符号化で、階層にまたがる誤差に振幅の制御などの変形を行うことで伝送誤りやパケット消失の影響を軽減するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の実施例の符号器及び復号器における処理を説明するブロック図である。
符号器では入力信号ベクトルを量子化するために最下位の階層の量子化器Ｑ１
は入力信号ｘ（ｆ）をα１倍した信号を入力とし、量子化符号（圧縮ビット列）と逆量子化Ｑ１−１により再構成した信号〔α１  ｘ（ｆ）〕＾を出力する。ここでα１  は１以下の定数とする。すなわち、第１段の逆量子化では入力信号をそのまま入力として使わずに、変形した信号を使う。ここでは定数倍の例であるが、周波数に依存した係数やフィルタの処理でもよい。
【０００７】
次に第１段の誤差信号算出器は〔α1 x(f)〕＾と入力信号x(f)との誤差d1(f)
d1(f)＝x(f)−〔α1 x(f)〕＾ （４）
を出力する。
次の階層の量子化器はd1(f)をα2倍した信号を入力として、その階層の量子化符号と、逆量子化により再構成した信号〔α2d1(f)〕＾を出力する。
第２段の誤差信号算出器は〔α1 x(f)〕＾ と〔α2 d1(f)〕＾とを加算器により加算した和信号（〔α1 x(f)〕＾＋〔α2 d1(f)〕＾）と入力信号x(f)との誤差d2(f)＝x(f)−（〔α1 x(f)〕＾＋〔α2 d1(f)〕＾）を出力し、同様に上位の階層に変形した信号を入力して逐次多段階に量子化を行う。
なお最終階層ではこの変形は必要ない。
【０００８】
復号器では符号誤りやフレーム消失がない場合には各階層の量子化符号を逆量子化して信号を再構成する。
0003559488.tif 000004
第１段の出力y1(f)に含まれる入力信号の成分はα1倍となり、また第２段までの出力はy2(f)に含まれる入力信号の成分は（α1＋α2−α1α2 ）倍となる。この結果、q1(f)やq2(f)の量子化誤差が相対的に大きくなり、αを含まない通常の場合よりもＳＮＲは低くなる。
【０００９】
ある階層の量子化符号の誤りや消失があった場合にはその階層の信号を０として信号を再構成する。誤り検出符号が伝送路の情報として入手できる場合はそれを利用すればよく、ない場合はフレーム毎、各階層毎に誤り検出符号をつければよい。たとえば第１階層の情報がないとき、第２階層だけの出力信号y2-(f)は〔α2d1(f)〕＾となる。
0003559488.tif 000005
これから分かるように、第１階層からの出力がまったくなくてもα2(１−α1)倍された入力信号の成分が第２層の出力に含まれるので、第１階層がない条件で比較すると従来法よりもＳＮＲが高くなる。同様に上位の階層にも入力信号の成分が分散され、加え合わせることで第１階層の欠落をある程度補うことができる。
【００１０】
ここまでの実施例では量子化の入力の変形は定数倍としたが、周波数に依存した処理に拡張することが可能である。
図３は本発明の第２実施例を示している。
図２と類似しているが、信号の変形（ここでは定数倍）を逆量子化による出力信号のあとに行う。第１実施例と同様の効果があるが、複号器側の再生信号が少し異なる。
【００１１】
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第２階層の出力は
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となる。
【００１２】
第１階層の情報がないとき、第２階層だけの出力信号ｙ２−（ｆ）はｄ１＾（ｆ）となる。
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効果や拡張は第１の実施例と同様であり、二つの実施例を組み合わせることも可能である。この実施例では式（９）のｘ（ｆ）の係数が（２−α１）であるので、通常の第２層の音量が本来より大きくなる。また、式（１０）のように第１層の出力が使えないときは係数が（１−α１）なので音量が低下する。通常の復号器の場合には、どの階層の情報を使うかはあらかじめわかるので、出力に補正定数をかけて音量がもとのｘ（ｆ）となるように修正すればよい。ただし、復号器が国際標準などで固定されてチップ化されているような場合にはこの補正ができないので音量の違いを許容するか、別に音量を修正する必要がある。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のスケーラブル符号化ではシステム全体として冗長になるため、同じビット数で比較すると、誤りのない場合の量子化歪みは従来法より大きくなるが、入力信号の成分が各階層に分散され、どこかの階層の情報が消失してもその被害が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の階層符号化器及び復号化器の基本構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施例における階層符号化器及び復号化器の構成を示す図。
【図３】本発明の第２実施例における階層符号化器及び復号化器の構成を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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