(57)【要約】  速度係数により制御可能な適応予測アルゴリズムが、速度係数が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性と、付随する第１の予測正確さとで動作を開始して、速度パラメータが第２の値を有する場合は、第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、そして第１の正確さと比較してより高い第２の正確さとで動作する場合は、リセット時点後に適応継続時間が発生し、まだ適応していない予測係数により初めは予測誤差が増加するが、まず初めに設定速度パラメータを第１の値（４２）に設定して、しばらくしてから、第２の値（５０）に設定することにより、予測誤差を低減することもできる。リセット時点後に所定の継続時間経過してから、速度パラメータを再び第２の値に設定した後は、従って、第１の速度パラメータ値を用いる場合よりも、送信する予測誤差、そして残差がさらに最適化され、あるいは、より小さくなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測係数（ωi）を初期化でき、速度係数（λ）で制御可能で、前記速度係数（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムにより、情報信号を予測符号化する方法であって、
Ａ）前記予測係数（ωi）を初期化するステップ（４０）と、
Ｂ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（４２）と、
Ｃ）前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記情報信号の第１の部分を符号化するステップ（４４）と、
Ｄ）前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（５０）と、
Ｅ）前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより前記第１の部分に続く前記情報信号の第２の部分を符号化するステップ（４４）とを含む、方法。
【請求項２】
ステップＣ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、ステップＡ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応できる予測係数（ωi）を適応してステップＥ）を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップＡ）〜Ｅ）は、前記情報信号の連続部分を符号化するために、断続的に所定の回数繰り返される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻る、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップＢ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＤ）が実行される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記適応予測アルゴリズムの現在の適応補正（δωi）が所定の値を下回ったことに応答して、ステップＤ）が実行される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ステップＣ）およびＥ）から、前記情報信号の情報値と前記情報信号を符号化したものを表す予測値との間の差を得る、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
情報信号を予測符号化する装置であって、
予測係数（ωi）を初期化でき、速度係数（λ）で制御可能で、前記速度係数（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムを実行する手段（１６、１８）と、
前記適応予測アルゴリズム実行手段に接続している制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、
Ａ）前記予測係数（ωi）を初期化し（４０）、
Ｂ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（４２）、
Ｃ）前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記情報信号の第１の部分を符号化し（４４）、
Ｄ）前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（５０）、
Ｅ）前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記第１の部分に続く前記情報信号の第２の部分を符号化する（４４）、装置。
【請求項９】
前記制御手段（２０）は、適応予測係数（ωi）を得るために、Ａ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応して符号化Ｃ）を行って、前記適応できる予測係数（ωi）を適応して符号化Ｅ）を行うように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御手段（２０）は、ステップＡ）〜Ｅ）を断続的に所定の回数繰り返して、前記情報信号の連続部分を符号化するように構成される、請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御手段（２０）は、所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻るように構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御手段（２０）は、ステップＢ）の後で、ある継続時間経過してからステップＤ）を行うように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記適応予測アルゴリズムの現在の適応補正（δωi）が所定の値を下回ったことに応答して、ステップＤ）を行うように構成される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記適応予測アルゴリズム実行手段は、前記情報信号の情報値と、前記情報信号を符号化したものを表す予測値との間の差を得るために構成される、請求項８ないし請求項１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
予測係数（ωi）を初期化でき、速度係数（λ）で制御可能で、前記速度係数（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムにより、予測符号化した情報信号を復号化する方法であって、
Ｆ）前記予測係数（ωi）を初期化するステップ（９０）と、
Ｇ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（９２）と、
Ｈ）前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記予測符号化した情報信号の第１の部分を復号化すステップ（９４）と、
Ｉ）前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（１００）と、
Ｊ）前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記第１の部分に続く前記予測符号化した情報信号の第２の部分を復号化するステップ（９４）とを含む方法。
【請求項１６】
ステップＣ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、ステップＡ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応できる予測係数（ωi）を適応してステップＥ）を行う、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップＡ）〜Ｅ）は、前記予測符号化した情報信号の連続部分を復号化するために、断続的に所定の回数繰り返される、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻る、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ステップＢ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＤ）を行う、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記適応予測アルゴリズムの現在の適応補正（δωi）が所定の値を下回ったことに応答して、ステップＤ）が行われる、請求項１５ないし請求項１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
ステップＣ）およびＥ）が、前記予測符号化した情報信号および予測値の差を加算することを含む、請求項１５ないし請求項２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
予測符号化した情報信号を復号化する装置であって、
予測係数（ωi）を初期化でき、速度係数（λ）で制御可能で、前記速度係数（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムを実行する手段（１６、１８）と、
前記適応予測アルゴリズム実行手段に接続している制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、
Ａ）前記予測係数（ωi）を初期化し（４０）、
Ｂ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（４２）、
Ｃ）前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記予測符号化した情報信号の第１の部分を復号化し（４４）、
Ｄ）前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（５０）、
Ｅ）前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記第１の部分に続く前記予測符号化した情報信号の第２の部分を復号化する（４４）、装置。
【請求項２３】
前記制御手段（２０）は、符号化Ｃ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、Ａ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応できる予測係数（ωi）を適応して符号化Ｅ）を行うように構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記制御手段（２０）は、前記予測符号化した情報信号の連続部分を復号化するために、ステップＡ）〜Ｅ）を断続的に所定の回数繰り返されるように構成される、請求項２２または請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記制御手段（２０）は、所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻るように構成される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記制御手段（２０）は、ステップＢ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＤ）を行うように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項２７】
前記制御手段は、前記適応予測アルゴリズムの現在の適応補正（δωi）が所定の値を下回ったことに応答して、ステップＤ）を行うように構成される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
適応予測アルゴリズム実行手段が、前記予測符号化する情報信号および予測値の差を加算する手段を含む、請求項２２ないし請求項２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
コンピュータプログラムをコンピュータ上で実行する場合に、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方法または請求項１５ないし請求項２１のいずれかに記載の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、オーディオ信号といった情報信号の予測符号化に関し、特に、適応予測符号化に関する。
【背景技術】
【０００２】
予測符号器、すなわち送信機は、その信号の前の値または直前の値から、符号化する信号の現在値を予測することにより、信号の符号化を行う。線形予測の場合は、その信号の前の値の重み付き合計値によって、信号の現在値を介して、この予測または推定が行われる。予測した信号と実際の信号との間の差が、所定のやり方で最小にされるように、予測重みまたは予測係数を信号に対し続けて調整したり、適応したりされる。例えば、予測係数は、予測誤差の２乗に対して最適化される。しかしながら、予測符号器すなわちプレディクタを最適化する際に、誤差基準についても何らかのものに対して選択することがある。最小２乗誤差という基準を用いる代わりに、誤差信号のスペクトル平坦性、すなわち、差または残差を最小にすることもある。
【０００３】
信号の予測値と実際の値との間の差だけが、復号器すなわち受信機に送信される。これらの値について、残差または予測誤差と呼ぶ。同じプレディクタを用いて、符号器で同じやり方で得た予測値を符号器が送信した予測誤差に加えることにより、実際の信号値を、受信機内で復元することができる。
【０００４】
予測を行うための予測重みを、所定の速度で信号に適用することもできる。いわゆる最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムでは、１つのパラメータをこれに用いる。適応速度と予測係数の正確さとの間のトレードオフとして作用するように、パラメータを調整する必要がある。従って、ステップサイズパラメータとも呼ばれることもあるこのパラメータが、予測係数がどのくらいの速さで最適セットの予測係数になるかを判定する。最適に調整されていない予測係数セットが、あまり正確でない予測結果となる。そのため、予測誤差が大きくなっていき、ビットレートが増えてしまってから信号を送信することになるのは、小さな値または小さな予測誤差または差を、大きなものではなく、より少ないビット数で送信してしまうからである。
【０００５】
予測符号化における問題の１つは、誤差を送信する場合、すなわち、予測差または誤差を不正確に送信してしまうと、送信機側と受信機側とで、もはや予測が同じではない。誤った値を復元することになるのは、まず予測誤差が発生した場合、これが復号化した信号の値を得るために、受信機側で現在の予測値に加えられる。それに続く値も影響を受けるのは、すでに復号化した信号値に基づいて、受信機側での予測が行われるからである。
【０００６】
送信機と受信機との間で再同期または調整するために、送信機側および受信機側双方で同じ所定の回数で、プレディクタ、すなわち、予測アルゴリズムが、ある状態にリセットする処理が行われる。この処理もリセットと呼ぶ。
【０００７】
しかしながら、かかるリセットをおこなった直後には、予測係数を信号に対し調整することが全くできないという問題がある。しかしながら、これらの予測係数の適応は、リセット時点から開始するある時間が、いつも必要である。これにより、平均予測誤差が増え、例えば歪み等により、ビットレートが増したり、信号品質が低下したりする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の目的は情報信号の予測符号化方法を提供することである。これにより、一方では、符号化情報信号の差異値または残差の誤差に対し、さらに十分な耐性を備えることが可能になり、他方では、付随するビットレートの増加が低減したり、信号品質の低下を抑えたりすることが可能になる。
【０００９】
この目的は、請求項８または２２に記載の装置、または請求項１または１５に記載の方法により、達成される。
【００１０】
本発明は、次の知見に基づいている。これまで、予測符号化に基づいて動作する適応予測アルゴリズムの速度パラメータを固定して設定することにより、このパラメータを可変設定することを断念しなければならなかった。速度係数により制御可能な適応予測アルゴリズムが、速度係数が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性と、付随する第１の予測正確さとで動作を開始する。そして速度パラメータが第２の値を有する場合は、第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、そして第１の正確さと比較してより高い第２の正確さとで、動作する場合は、リセット時点後に適応継続時間が発生し、まだ適応していない予測係数により初めは予測誤差が増加するが、まず初めに設定速度パラメータを第１の値に設定して、しばらくしてから、第２の値に設定することにより、予測誤差を低減することもできる。リセット時点後に所定の継続時間経過してから、速度パラメータを再び第２の値に設定した後は、第１の速度パラメータ値を用いる場合よりも、送信する予測誤差、そして残差がさらに最適化され、あるいは、より小さくなっている。
【００１１】
言い換えれば、本発明は、リセット時点後にある継続時間の間、例えば、ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズパラメータ等の速度パラメータを変更することにより、リセット時点後に予測誤差を最小にすることができるという知見に基づいている。重みの適応速度が、この継続時間の間は増加するようになるが、当然、正確さは低下することになる。
【００１２】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による予測符号器の回路ブロック図を示す。
図２は、図１の符号器の機能モードを説明する回路ブロック図を示す。
図３は、本発明の一実施の形態による図１の符号器に対応する復号器の回路ブロック図を示す。
図４は、図３の復号器の機能モードを説明するフローチャートを示す。
図５は、本発明の一実施の形態による図１および図３の予測手段の回路ブロック図を示す。
図６は、本発明の一実施の形態による図５のトランスバーサルフィルタの回路ブロック図を示す。
図７は、本発明の一実施の形態による図５の適応制御装置の回路ブロック図を示す。
図８は、２つの異なる固定設定速度パラメータに対する図５の予測手段の動作を説明するための図である。
【００１３】
図面を参照して本発明の実施の形態に付いて詳細に述べる前に、別々の図面に記載の要素には、同じ参照符号が付けられていることと、これらの要素を繰り返し説明することは省略することとを示しておく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態による予測符号器１０を示す。符号器１０は、情報信号ｓを受信して符号化する入力１２と、符号化情報信号δを出力する出力１４とを含む。
【００１５】
情報信号は、例えば、オーディオ信号、ビデオ信号、測定信号等の、任意の信号である。情報信号ｓは、一連のすなわち、オーディオ値、ピクセル値、測定値等の、ｉ∈｜Ｎの、一連の情報値ｓ（ｉ）からなる。以下でさらに詳細に説明するように、符号化情報信号δは、以下に述べるような信号値ｓ（ｉ）に対応する、一連の差異値または残差δ（ｉ）、ｉ∈｜Ｎを含む。
【００１６】
符号器１０は内部に、予測手段１６、減算器１８および制御手段２０を含んでいる。以下に詳細に述べるように、信号値ｓ（ｎ）に対して、前の信号値ｓ（ｍ）、ｍ＜ｎおよびｍ∈ＩＮから、予測値ｓ’（ｎ）を算出して、これを減算器１８の反転入力に接続している出力に出力するために、予測手段１６が入力１２に接続される。予測値ｓ’（ｍ）を実際の信号値ｓ（ｎ）から減算したり、あるいは、単純に２つの値の差を算出して、その結果を差異値δ（ｎ）として出力１４に出力したりするために、減算器１８の非反転入力についても入力１２に接続される。
【００１７】
予測手段１６は、適応予測アルゴリズムを実行する。適応を実行可能にするために、予測誤差とも呼ぶ差異値δ（ｎ）を、フィードバック経路２２を介して別の入力で受信する。また、予測手段１６は、制御手段２０に接続した２つの制御入力を含んでいる。これらの制御入力により、制御手段２０は、以下に詳細に述べるように、予測手段１６の予測係数またはフィルタ係数ωiを一定回数初期化して、予測手段１６が基にする予測アルゴリズムの速度パラメータを変化させることができる。続いて、これをλが参照する。
【００１８】
図１の符号器１０のセットアップについて図１を参照して説明した後で、続いて、その機能モードについて、図２および図１を参照して説明する。続いて、符号化する情報信号ｓをまさに処理するところであると仮定する。すなわち、ｍ＜ｎである信号値ｓ（ｍ）は、すでに符号化されている。
【００１９】
ステップ４０では、制御手段２０はまず、予測手段１６の予測係数またはフィルタ係数ωiを初期化する。ステップ４０による初期化は、リセットを所定の回数行う。リセットの回数は、つまり、さらに詳しくは、ステップ４０によるリセットを実行した信号値数ｎは、例えば、一定の時間間隔で行ってもよい。例えば、リセット時に関する情報を符号化情報信号δに組み込んだり、あるいは、リセット時点間の一定の時間間隔または一定数の信号値を標準化したりすることにより、リセット時を復号器側で復元することもできる。
【００２０】
係数ωiは、任意の値に設定される。これは、例えば、任意のリセット回数と同じであってもよい。すなわち、ステップ４０を行うたび毎に行うこともできる。好ましくは、典型的に代表的な情報信号から発見的に導出した値に対して、予測係数は、ステップ４０で初期化される。すなわち、これらの値は概ね、最適セットの予測係数において、代表的なセットの情報信号に対して、例えば、ジャズ、クラシック、ロック等の音楽をミックスしたものである。
【００２１】
ステップ４２では、制御手段２０は、速度パラメータλを第１の値に設定する。ステップ４０およびステップ４２は好ましくは、リセット時点と基本的に同時に実行される。続い明らかになるように、速度パラメータを第１の値に設定することにより、予測手段１６が、ステップ４０で初期化した予測係数ωiを速い速度で適応させるということになる。当然、適応の正確性が低下することになる。
【００２２】
ステップ４４では、予測係数ωiを適応して予測することにより、情報信号ｓと、特に、現在の信号値ｓ（ｎ）とを符号化するために、予測手段１６および減算器１８が予測手段として協働する。さらに詳しくは、ステップ４４は、現在の信号値ｓ（ｎ）に対して予測値ｓ’（ｎ）を算出するサブステップをいくつか含んでいる。予測手段１６が、ｍ＜ｎである前の信号値ｓ（ｍ）と、現在の予測係数ωiとを用いて、減算器１８によりこのように予測値ｓ’（ｎ）を実際の信号値ｓ（ｎ）から減算して、得られた差異値δ（ｎ）を符号化情報信号の一部として出力１４で出力して、フィードバック経路２２を介して得られた予測誤差または差異値δ（ｎ）を用いて、予測手段１６により係数ωiを適応または調整する。
【００２３】
予測係数ωiを適応または調整するために、予測手段１６は、所定の速度パラメータλまたは制御手段２０が設定した速度パラメータλを用いる。ＬＭＳアルゴリズムの実施の形態を参照して以下に詳細に述べるように、制御手段２０は、ここではｎ回である、１つの調整繰り返し当りのフィードバック予測誤差δ（ｎ）が、予測係数ωiの適応または更新にどの程度の影響を与えるか判定する。つまり、１つの適応繰り返し当りの予測誤差δ（ｎ）、すなわち、δ（ｎ）当りのフィードバックにより、どのくらいの強さで予測係数ωiをどの程度で変更可能であるか判定する。
【００２４】
ステップ４６では、制御手段２０が、速度パラメータλを変更するかどうか調べる。ステップ４６での判定を、別のやり方で行うことができる。例示として、ステップ４０および４２それぞれで、初期化または設定を行ったので、所定の継続時間が経過してから、制御手段２０が、速度パラメータの変更を行うと判定する。あるいは、判定を行う制御手段２０は、ステップ４６で、予測手段１６の適応度を求める。例えば、以下に詳細に述べるように、最適セットの係数ωiに近似させるので、平均予測誤差が低減することになる。
【００２５】
ステップ４６で、初めに速度パラメータの変更がなかったと確認したと仮定する。この場合、制御手段２０が、ステップ４８で、再びリセット時点になったかどうか、すなわち、再同期を行うために、予測係数を再び初期化する時刻になったかどうか、調べる。まず初めに、やはりリセット時点でないと仮定する。リセット時点でない場合は、図２に“ｎ→ｎ＋１”と図示されているように、予測手段１６は、次の信号値の符号化を続ける。このように、ステップ４６で、制御手段２０が最終的に、いつループ４４、４６、４８を通過させて速度パラメータの変更を行うか判定するまで、速度パラメータλで設定したように、適応速度で予測係数ωiを適応させる情報信号ｓの符号化を継続する。この場合、ステップ５０で、制御手段２０が、速度パラメータλを第２の値に設定する。速度パラメータλを第２の値に設定することが、ステップ４４で、それ以降予測係数ωiの適応をより遅い適応速度で行うために、ループ４４〜４８を通過する際に、予測手段１６において結果が得られる。しかしながら、適応の正確性が増加すると、情報信号ｓのそれに続く信号値を参照する、後続の速度パラメータの変更時点を通過する度に、得られた残差δ（ｎ）がさらに小さくなり、値δ（ｎ）を符号化信号に組み込む際の圧縮率を増加させることになる。
【００２６】
ループ４４〜４８を数回経た後で、ステップ４８で、制御手段２０が、ステップ４０で再び機能フローを開始するリセット時点になったことを、ある時点で認識する。
【００２７】
一連の差異値δ（ｎ）を符号化情報信号に組み込むやり方については、上記で詳細に述べていないことにも注意されたい。固定ビット長を有するバイナリ表記で、差異値δ（ｎ）を符号化信号に組み込むことも可能であるが、しかしながら、差異値δ（ｎ）を、例えば、ハフマン符号化または算術符号化または別のエントロピー符号化等の、可変ビット長で符号化する方が、より利点がある。ビットレートの利点、あるいは、情報信号ｓを符号化するのにより小さなビット数でよいという利点により、図１の符号器１０となる。これは、リセット時点の後、まず初めに、まだ適応していない予測係数を速い速度で適応するように、適応速度を大きくして、速度パラメータλが仮に設定され、それから、それに続く予測誤差がより小さくなるように、適応の正確性が大きくなるように、速度パラメータを設定するという事実によるものである。
【００２８】
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【００２９】
予測手段６６の入力は、すでに復号化した信号値ｓ（ｎ）を得るために、出力６４に接続される。ｍ＜ｎである、すでに復号化したこれらの信号値ｓ（ｍ）から、予測手段６６が、復号化する現在の信号値ｓ（ｎ）に対する予測値ｓ’（ｎ）を算出して、この予測値を加算器６８の第１の入力に出力する。加算器６８の第２の入力は、予測値ｓ’（ｎ）と差異値δ（ｎ）を加算するために、入力６２に接続され、次の信号値を予測するために、この結果または合計を復号化した信号ｓの一部として出力６４に出力して、予測手段６６の入力に出力する。
【００３０】
予測手段６６の別の入力が、差異値δ（ｎ）を得るために、入力６２に接続される。次に、現在の予測係数ωiを適応させるために、この値を用いる。図１の予測手段１６のように、予測係数ωiは、制御手段７０により初期化されてもよい。同様に、速度パラメータλは制御手段７０で変更されてもよい。
【００３１】
続いて、図３および図４を同時に参照して、復号器６０の機能モードについて説明する。ステップ４０およびステップ４２に対応するステップ９０およびステップ９２で、制御手段７０はまず初めに、予測手段６６の予測係数ωi初期化して、その速度パラメータλをより速い適応速度に対応する、第１の値に設定する。しかし、適応の正確性は低減することになる。
【００３２】
ステップ９４では、予測手段６６が、予測係数ωiを適応して、情報信号を予測することにより、符号化情報信号δまたは現在の差異値δ（ｎ）を復号化する。さらに詳しくは、ステップ９４は、いくつかのサブステップを含んでいる。まず初めに、ｍ＜ｎである、すでに復号化した信号値ｓ（ｍ）をわかっている予測手段６６が、予測値ｓ’（ｎ）を得るために、それから求める現在の信号値を予測する。従って、予測手段６６は、現在の予測係数ωiを用いる。復号化するための現在の差異値δ（ｎ）が、このように復号化した信号ｓの一部として得た合計を、出力６４に出力するために、加算器６８が予測値ｓ’（ｎ）に加算される。しかしながら、合計についても予測手段６６に入力して、この手段がこの値ｓ（ｎ）を次の予測で用いる。また、予測手段６６は、現在の予測係数ωiを適応するために、符号化信号ストリームからの差異値δ（ｎ）を用いる。適応速度および適応の正確性は、現在セット速度パラメータにより所定のものになっている。予測係数ωiは、このように更新したり、適応したりされる。
【００３３】
図２のステップ４６に対応するステップ９６では、制御手段が、速度パラメータの変更を行うかどうか調べる。行わない場合は、ステップ４８に対応するステップ９８で、制御手段７０が、リセット時点であるかどうか判定する。リセット時点でない場合は、図４に“ｎ→ｎ＋１”で示すように、今回は次の信号値ｓ（ｎ）または次の差異値δ（ｎ）に対して、ステップ９４〜９８のループを通過させる。
【００３４】
しかしながら、ステップ９６で速度パラメータを変更する時点である場合は、ステップ１００で、制御手段７０が、速度パラメータλを、より遅い適応速度に対応する、第２の値に設定する。しかし、符号化に関してすでに説明したように、適応の正確性はより高くなっている。
【００３５】
すでに説明したように、符号化情報信号６２内の情報により確実に行われるようになり、あるいは、速度パラメータの変更とリセット時点とが同じ位置で発生すること、または同じ信号値の間または復号化した信号値の間、すなわち送信機側および受信機側で発生することを標準化することにより、確実に行われるようになる。
【００３６】
本発明の一実施の形態による予測符号化方法について図１〜図４を全体的に参照して説明した後で、図５〜図７を参照して、予測手段１６の特定の実施の形態について説明する。この実施の形態では、予測手段１６は、ＬＭＳ適応アルゴリズムに従って動作する。
【００３７】
図５は、ＬＭＳアルゴリズムの実施の形態による、予測手段１６の構成を示す。図１および図３を参照してすでに説明したように、予測手段１６は、信号値ｓ（ｎ）の入力１２０と、予測誤差または差異値δ（ｎ）の入力１２２と、係数ωiまたは設定速度パラメータを初期化する２つの制御入力１２４および１２６と、予測値ｓ’（ｎ）を出力する出力１２８とを含む。予測手段１６は内部に、トランスバーサルフィルタ１３０および適応制御装置１３２を含んでいる。トランスバーサルフィルタ１３０は、入力１２０と出力１２８との間に接続される。適応制御装置１３２は、２つの制御入力１２４および１２６に接続され、さらに、入力１２０および１２２に接続される。そして、係数ωiの補正値δωiをトランスバーサルフィルタ１３０に渡すための出力も含んでいる。
【００３８】
減算器１８（図１）と協働して行うこともある、予測手段１６が実行するＬＭＳアルゴリズムは、線形適応フィルタアルゴリズムである。これは、一般的に言うと、２つの基本的な処理からなる。
１．（ａ）トランスバーサルフィルタ１３０が入力信号ｓ（ｎ）に応答する線形フィルタの出力信号ｓ’（ｎ）を算出するステップと、（ｂ）減算器１８が出力信号ｓ’（ｎ）を所望の応答ｓ（ｎ）と比較することにより、推定誤差δ（ｎ）を生成するステップ、あるいは、符号化情報信号δから推定誤差δ（ｎ）を得るステップとを含む、フィルタ処理と、
２．適応制御装置１３２が実行し、推定誤差δ（ｎ）により、トランスバーサルフィルタ１３０のフィルタ係数ωiの自動化調整を含む、適応処理とである。
【００３９】
これらの２つの協働処理を組み合わせることにより、図１〜図４を参照してすでに述べたように、フィードバックループを形成する。
【００４０】
トランスバーサルフィルタ１３０の詳細について、図６に示す。トランスバーサルフィルタ１３０は、入力１４０で一連の信号値ｓ（ｎ）を受信する。入力１４０の後段は、直列接続のｍ個の遅延素子１４２である。信号値ｓ（ｎ−１）…ｓ（ｎ−ｍ）は、ｍ個の遅延素子１４２間の結合ノードに存在するようになっている。これらの信号値ｓ（ｎ−１）…ｓ（ｎ−ｍ）のそれぞれ、あるいは、これらの結合ノードのそれぞれは、個別の予測重み付けまたはフィルタ係数ωi、ｉ＝１…ｍのそれぞれ１つにより、それぞれ適用する信号値の重み付けまたは乗算を行うｍ個の重み付け手段１４４のうちの１つに適用される。推定値または予測値ｓ’（ｍ）が、直列の最終段の加算器の合計から、トランスバーサルフィルタ１３０の出力１４８で
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になるように、重み付け手段１４４は、それらの結果を、直列接続の複数の加算器１４６のうちのそれぞれに出力する。
【００４１】
広い意味で、繰り返し回数ｎが無限大になった場合に、推定値ｓ’（ｎ）は、広い意味で、静的環境でのウィーナー解に基づいて予測した値に近くなる。
【００４２】
適応制御装置１３２をより詳細に、図７に示す。従って、適応制御装置１３２は、一連の差異値δ（ｎ）を受信する入力１６０を含む。重み付け手段１６２により、これら差位値に、ステップサイズパラメータとも呼ばれる速度パラメータを乗算する。信号値ｓ（ｎ−１）…ｓ（ｎ−ｍ）のうちの１つを乗算する複数のｍ個の乗算手段１６４に、結果が供給される。乗算器１６４の結果が、補正値δωi…δωmを形成する。その結果、補正値δωi…δωmが、推定誤差δ（ｎ）と信号値ｓ（ｎ−１）…ｓ（ｎ−ｍ）からのベクトルとのスカラ量の内部積を表す。次のフィルタステップの前に、トランスバーサルフィルタ１３０内で、次の繰り返しステップは、すなわち、信号値ｓ（ｎ＋１）に対して、新規の適応係数ωi→ωi＋δωiを用いて実行するように、これらの補正値は、現在の係数ωi…ωmに加算される。
【００４３】
すでに述べたように、適応制御装置１３２で用いられる、ステップサイズパラメータと呼ばれる倍率を正の量として考えることもでき、そして、図５〜図７の手段１６が実行するＬＭＳアルゴリズムを安定化するために、情報信号のスペクトルコンテンツに対して一定条件を満たす必要がある。ここで、安定性とは、ｎを増加させていって、すなわち、無限の継続時間で適応が行われる場合、フィルタ１３０が生成した平均２乗誤差が、一定の値になることを意味する。この条件を満たすアルゴリズムは、安定した平均２乗と呼ばれる。
【００４４】
速度パラメータλを変更することにより、適応の正確性が変更することになるのは、すなわち、正確性において、係数ωiを最適セットの係数に調整するようになるからである。フィルタ係数の調整不良のために、平均２乗誤差または安定した状態ｎ→∞の差異値δのエネルギーが増加することになる。特に、重みωiに作用するフィードバックループが、ローパスフィルタのように作用する。判定の継続時間定数は、パラメータλに反比例する。その結果、パラメータλを小さな値に設定することにより、適応処理が遅くなる。よって、重みωiに対するこの傾斜ノイズの作用が、大幅にフィルタに除去される。これは、調整不良を低減する逆作用である。
【００４５】
図８は、繰り返し回数ｎまたは予測および適応回数ｎをｘ軸に沿ってプロットし、残差値δ（ｎ）の平均エネルギーまたは平均２乗誤差をｙ軸に沿ってプロットしたグラフを用いて、異なる値λ1およびλ2に対して設定したパラメータの、図５〜図７の予測手段１６の適応動作に対する影響を示している。実線は、速度パラメータλ1を示す。残差値の平均エネルギーが、基本的に一定している、静止状態に対する適応では、繰り返しをｎ1回行う必要があることがわかる。安定した状態または半静止状態の残差値のエネルギーは、Ｅ1である。破線グラフは、速度がより速いパラメータλ2となる。安定した状態になるまで、より少ない回数の繰り返し、すなわちｎ2回行う必要があることがわかる。しかしながら、安定した状態では、残差値のエネルギーＥ2がより高くなってしまう。Ｅ1またはＥ2での安定した状態では、残差値または残差の平均２乗誤差を漸近値に設定するばかりでなく、ある正確さでフィルタ係数ωiを最適セットのフィルタ係数に設定することも表している。λ1の場合はより速くなり、λ2の場合はより遅くなる。
【００４６】
図１〜図４を参照して説明したように、しかしながら、速度パラメータλが値λ2に設定される場合は、係数ωiをまず初めに速い速度で適応させる。リセット時点後のある継続時間が経過してからλ1を変更して、次の継続時間での適応の正確性を向上させる。全体としては、２つのパラメータ設定のうちの１つだけを用いるよりも、より速く圧縮可能な残差値エネルギーグラフが達成される。
【００４７】
上記の図の説明に関連して、本発明は、ＬＭＳアルゴリズムの実施例に限定されるものではないことに注意されたい。図５〜図８を参照すると、本発明は、適応予測アルゴリズムとして、ＬＭＳアルゴリズムについてより詳細に説明しているが、本発明は、他の適応予測アルゴリズムについても適用することもできる。一方では適応速度と、もう一方では適応の正確性との間の整合を、速度パラメータを介して行うこともできる。適応の正確性は次に、残差値のエネルギーに影響を与えるので、適応速度が速くなるように速度パラメータを必ずまず初めに設定する。次に、適応速度が小さい値に設定するが、適応の正確性は高くなるので、残差値のエネルギーはより小さくなる。このような予測アルゴリズムを用いれば、例えば、入力１２０と適応制御装置１３２とを接続する必要がなくなる。
【００４８】
また、速度パラメータの変更を要因となるリセット時点後の、上記の固定の継続時間の代わりに、適応度に応じて速度パラメータを変更する要因となることが行われてもよいことに注意されたい。例えば、その絶対値の合計等の係数補正δωが、半静止状態の近似値を示すものであったり、図８に示すように、ある近似の度合いを示すような、ある値を下回る場合に、例えば、速度パラメータが変更することの要因となってもよい。
【００４９】
特に、状況によっては、進歩性のある方法を、ソフトウェアで実施することもできることに注意されたい。特に、電子的に読取可能な制御信号を有するディスクまたはＣＤ等の、デジタル記憶媒体上で実施することができる。この信号は、対応法を実行するように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働する。一般に、従って、コンピュータプログラム製品をコンピュータ上で実行する場合は、本発明はまた、進歩性のある方法を実行するために、機械読み取り可能なキャリア上に保存したプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品に関する。従って、換言すれば、本発明はまた、コンピュータプログラムをコンピュータ上で実行する場合は、方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態による予測符号器の回路ブロック図を示す。
【図２】図１の符号器の機能モードを説明する回路ブロック図を示す。
【図３】本発明の一実施の形態による図１の符号器に対応する復号器の回路ブロック図を示す。
【図４】図３の復号器の機能モードを説明するフローチャートを示す。
【図５】本発明の一実施の形態による図１および図３の予測手段の回路ブロック図を示す。
【図６】本発明の一実施の形態による図５のトランスバーサルフィルタの回路ブロック図を示す。
【図７】本発明の一実施の形態による図５の適応制御装置の回路ブロック図を示す。
【図８】２つの異なる固定設定速度パラメータに対する図５の予測手段の動作を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月12日(2005.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測係数（ωi）を初期化でき、速度パラメータ（λ）で制御可能で、前記速度パラメータ（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムにより、一連の情報値を含む情報信号を予測符号化する方法であって、
Ａ）前記予測係数（ωi）を初期化するステップ（４０）と、
Ｂ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（４２）と、
Ｃ）ステップＢ）の後、所定の継続時間が、前記情報信号の第１の部分を符号化するために終了しない限り、前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記情報信号の連続する情報値を符号化するステップ（４４）と、
Ｄ）ステップＢ）の後、前記所定の継続時間の終了後、前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（５０）と、
Ｅ）前記第１の部分に続く前記情報信号の第２の部分を符号化するために、前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより前記ステップＣ）において符号化された情報値に続く前記情報信号の情報値を符号化するステップ（４４）とを含む、方法。
【請求項２】
ステップＣ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、ステップＡ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応予測係数（ωi）を適応してステップＥ）を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップＡ）〜Ｅ）は、前記情報信号の連続部分を符号化するために、断続的に所定の回数繰り返される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻る、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップＢ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＤ）が実行される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ステップＣ）およびＥ）から、前記情報信号の情報値と前記情報信号を符号化したものを表す予測値との間の差を得る、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
一連の情報値を含む情報信号を予測符号化する装置であって、
予測係数（ωi）を初期化でき、速度パラメータ（λ）で制御可能で、前記速度パラメータ（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムを実行する手段（１６、１８）と、
前記適応予測アルゴリズム実行手段に接続している制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、
Ａ）前記予測係数（ωi）を初期化し（４０）、
Ｂ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（４２）、
Ｃ）制御Ｂ）の後、所定の継続時間が、前記情報信号の第１の部分を符号化するために終了しない限り、前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記情報信号の連続する情報値を符号化し（４４）、
Ｄ）制御Ｂ）の後、前記所定の継続時間の終了後、前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（５０）、
Ｅ）前記第１の部分に続く前記情報信号の第２の部分を符号化するために、前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記符号化Ｃ）において符号化された情報値に続く前記情報信号の情報値を符号化する（４４）、装置。
【請求項８】
前記制御手段（２０）は、適応予測係数（ωi）を得るために、Ａ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応して符号化Ｃ）を行って、前記適応予測係数（ωi）を適応して符号化Ｅ）を行うように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御手段（２０）は、ステップＡ）〜Ｅ）を断続的に所定の回数繰り返して、前記情報信号の連続部分を符号化するように構成される、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記制御手段（２０）は、所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻るように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御手段（２０）は、ステップＢ）の後で、ある継続時間経過してからステップＤ）を行うように構成される、請求項９または請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記適応予測アルゴリズム実行手段は、前記情報信号の情報値と、前記情報信号を符号化したものを表す予測値との間の差を得るために構成される、請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
予測係数（ωi）を初期化でき、速度パラメータ（λ）で制御可能で、前記速度パラメータ（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムにより、一連の差の値を含む予測符号化した情報信号を復号化する方法であって、
Ｆ）前記予測係数（ωi）を初期化するステップ（９０）と、
Ｇ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（９２）と、
Ｈ）ステップＧ）の後、所定の継続時間が、前記予測符号化した情報信号の第１の部分を復号化するために終了しない限り、前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記予測符号化した情報信号の連続する差の値を復号化すステップ（９４）と、
Ｉ）ステップＧ）の後、前記所定の継続時間の終了後、前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御するステップ（１００）と、
Ｊ）前記予測符号化した情報信号の第２の部分を復号化するために、前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記ステップＨ）において復号化された差の値に続く前記予測符号化した情報信号の差の値を復号化するステップ（９４）とを含む方法。
【請求項１４】
ステップＨ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、ステップＦ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応予測係数（ωi）を適応してステップＪ）を行う、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップＦ）〜Ｊ）は、前記予測符号化した情報信号の連続部分を復号化するために、断続的に所定の回数繰り返される、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻る、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップＧ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＩ）を行う、請求項１３ないし請求項１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
ステップＨ）およびＪ）が、前記予測符号化した情報信号および予測値の差を加算することを含む、請求項１３ないし請求項１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
一連の差の値を含む予測符号化した情報信号を復号化する装置であって、
予測係数（ωi）を初期化でき、速度パラメータ（λ）で制御可能で、前記速度パラメータ（λ）が第１の値を有する場合は、第１の適応速度および第１の適応の正確性で計算を行い、前記速度パラメータ（λ）が第２の値を有する場合は、前記第１の適応速度と比較してより遅い第２の適応速度と、前記第１の適応の正確性と比較してより高い第２の適応の正確性で計算を行う、適応予測アルゴリズムを実行する手段（１６、１８）と、
前記適応予測アルゴリズム実行手段に接続している制御手段（２０）とを備え、制御手段（２０）は、
Ｆ）前記予測係数（ωi）を初期化し（４０）、
Ｇ）前記速度パラメータ（λ）を前記第１の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（４２）、
Ｈ）制御Ｇ）の後、所定の継続時間が、前記予測符号化した情報信号の第１の部分を復号化するために終了しない限り、前記第１の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記予測符号化した情報信号の連続する差の値を復号化し（４４）、
Ｉ）制御Ｇ）の後、前記所定の継続時間の終了後、前記速度パラメータ（λ）を前記第２の値に設定するように前記適応予測アルゴリズムを制御し（５０）、
Ｊ）前記予測符号化した情報信号の第２の部分を復号化するために、前記第２の値に設定した前記速度パラメータ（λ）で前記適応予測アルゴリズムにより、前記復号化Ｈ）において復号化された差の値に続く前記予測符号化した情報信号の差の値を復号化する（４４）、装置。
【請求項２０】
前記制御手段（２０）は、符号化Ｈ）を行って適応予測係数（ωi）を得るために、Ｆ）で初期化した前記予測係数（ωi）を適応し、前記適応予測係数（ωi）を適応して符号化Ｊ）を行うように構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記制御手段（２０）は、前記予測符号化した情報信号の連続部分を復号化するために、ステップＦ）〜Ｊ）を断続的に所定の回数繰り返されるように構成される、請求項１９または請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御手段（２０）は、所定の時間間隔で、前記所定の回数循環して戻るように構成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記制御手段（２０）は、ステップＧ）の後で、所定の継続時間経過してからステップＩ）を行うように構成される、請求項１９ないし請求項２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
適応予測アルゴリズム実行手段が、前記予測符号化する情報信号および予測値の差を加算する手段を含む、請求項１９ないし請求項２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
コンピュータプログラムをコンピュータ上で実行する場合に、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の方法または請求項１３ないし請求項１８のいずれかに記載の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
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2007534229.tif 000015
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