(57)【要約】 【課題】  各帯域へのビット割当量に影響を及ぼす帯域利得の調整を行わず、量子化前後のパワーの不一致を補正することを可能とする。【解決手段】  帰属成分数決定部１１１は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する。帰属成分数決定部１１１により決定された帰属成分数、量子化ビット量、および写像関数とに基づいて、量子化ステップサイズ調整部１１２は、量子化ステップサイズを調整する。量子化部１１３は、量子化ステップサイズ調整部１１２により調整された量子化ステップサイズを用いてベクトル信号を量子化する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズ調整手段により調整された量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化手段と
を備えることを特徴とする量子化装置。
【請求項２】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された一の帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、前記帰属成分数決定手段により決定された複数の帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズ調整手段により調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数に基づいて調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出する量子化誤差計算手段と、
前記量子化誤差計算手段により算出された量子化誤差情報に基づいて、複数決定した帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索する帰属成分数探索手段と
を備え、
前記量子化手段は、前記最適な帰属成分数を用いて調整された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力することを特徴とする量子化装置。
【請求項３】
入力されたベクトル信号の極性情報を量子化する極性量子化手段と、
極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替えるソート手段と、
前記極性量子化手段により量子化された極性情報および前記量子化手段により最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化する極性情報多重化手段と、
を備え、
前記帰属成分数決定手段は、前記ソート手段によりソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することを特徴とする請求項２に記載の量子化装置。
【請求項４】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の設計関数のうち一つの設計関数を選択して、設計関数を切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の量子化装置。
【請求項５】
入力された音声音響信号をスペクトル係数に変換するスペクトル変換手段と、
スペクトル係数を周波数帯域ごとに分割する帯域分割手段と、
前記帯域分割手段により分割された各周波数帯域のスペクトル係数を、分割された周波数帯域のノルム情報で正規化する複数の正規化手段と、
前記正規化手段によって正規化されたスペクトル係数をベクトル信号として入力して量子化するものであって、前記請求項１から４のいずれか１項に記載の量子化装置を少なくとも一つを含む複数の量子化手段と、
前記量子化手段により量子化されて得られた量子化データをビット配列に符号化し多重化する多重化手段と、
を備えることを特徴とする音声音響符号化装置。
【請求項６】
入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化手段と
を備えることを特徴とする逆量子化装置。
【請求項７】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、設計関数切替情報に応じて設計関数を切り替えることを特徴とする請求項６に記載の逆量子化装置。
【請求項８】
入力されたビット配列から各周波数帯域のビット配列に分離する逆多重化手段と、
前記逆多重化手段により分離されて得られた各周波数帯域のビット配列を逆量子化するものであって、前記請求項６または７に記載の逆量子化装置を少なくとも一つを含む複数の逆量子化手段と、
前記逆量子化手段において帯域ごとに逆量子化されて得られた各正規化スペクトル係数に対して、分割された帯域のノルム情報を乗算する複数の利得重畳手段と、
各帯域の前記利得重畳手段より出力される各スペクトル係数を合成する帯域合成手段と、
前記帯域合成手段により合成されたスペクトル係数を時間波形信号に逆変換するスペクトル逆変換手段と
を備えることを特徴とする音声音響復号装置。
【請求項９】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定ステップと、
前記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整ステップと、
前記量子化ステップサイズ調整ステップにより調整された量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化処理ステップと
を備えることを特徴とする量子化方法。
【請求項１０】
入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定ステップと、
前記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整ステップと、
前記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子処理化ステップと
を備えることを特徴とする逆量子化方法。
【請求項１１】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズ調整手段により調整された量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化手段と
を備えることを特徴とする量子化装置。
【請求項１２】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された一の帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、前記帰属成分数決定手段により決定された複数の帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズ調整手段により調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数に基づいて決定されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出する量子化誤差計算手段と、
前記量子化誤差計算手段により算出された量子化誤差情報に基づいて、複数決定した帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索する帰属成分数探索手段と
を備え、
前記量子化手段は、前記最適な帰属成分数を用いて決定された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力することを特徴とする量子化装置。
【請求項１３】
入力されたベクトル信号の極性情報を量子化する極性量子化手段と、
極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替えるソート手段と、
前記極性量子化手段により量子化された極性情報および前記量子化手段により最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化する極性情報多重化手段と、
を備え、
前記帰属成分数決定手段は、前記ソート手段によりソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することを特徴とする請求項１２に記載の量子化装置。
【請求項１４】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の写像関数のうち一つの写像関数を選択して、写像関数を切り替えることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の量子化装置。
【請求項１５】
入力された音声音響信号をスペクトル係数に変換するスペクトル変換手段と、
前記スペクトル変換手段により変換されたスペクトル係数をベクトル信号として入力して量子化する請求項１１から１４のいずれか１項に記載の量子化装置から構成される量子化手段と、
を備えることを特徴とする音声音響符号化装置。
【請求項１６】
入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定手段と、
前記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整手段と、
前記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化手段と
を備えることを特徴とする逆量子化装置。
【請求項１７】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、写像関数切替情報に応じて写像関数を切り替えることを特徴とする請求項１６に記載の逆量子化装置。
【請求項１８】
入力されたビット配列を逆量子化する請求項１６または１７に記載の逆量子化装置から構成される逆量子化手段と、
前記逆量子化手段により逆量子化されたスペクトル係数を時間波形信号に逆変換するスペクトル逆変換手段と
を備えることを特徴とする音声音響復号装置。
【請求項１９】
入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定ステップと、
前記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整ステップと、
前記量子化ステップサイズ調整ステップにより決定された量子化ステップサイズを用いて前記ベクトル信号を量子化する量子化処理ステップと
を備えることを特徴とする量子化方法。
【請求項２０】
入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定ステップと、
前記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整ステップと、
前記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化処理ステップと
を備えることを特徴とする逆量子化方法。
【請求項２１】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、写像関数として機能する、帰属成分数と量子化ビット量と量子化ステップサイズの対応関係を記憶する量子化テーブルを備え、
前記量子化ステップサイズ調整手段は、帰属成分数および量子化ビット量に基づいて前記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の量子化装置。
【請求項２２】
前記量子化ステップサイズ調整手段は、写像関数として機能する、帰属成分数と量子化ビット量と量子化ステップサイズとの対応関係を記憶する量子化テーブルを備え、
前記量子化ステップサイズ調整手段は、帰属成分数および量子化ビット量に基づいて前記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することを特徴とする請求項１６または１７に記載の逆量子化装置。
【請求項２３】
前記量子化手段は、入力されたベクトルの各成分を個々に量子化しビットデータに変換することを特徴とする請求項１から４、１１から１４、および２１のいずれか１項に記載の量子化装置。
【請求項２４】
前記量子化処理ステップは、入力されたベクトルの各成分を個々に量子化しビットデータに変換することを特徴とする請求項９または１９に記載の量子化方法。
【請求項２５】
前記帰属成分数決定手段は、入力されたビット配列を量子化ビット数毎に分離し、個々の成分がどの量子化ステップに帰属するかを判別し、帰属成分数を決定することを特徴とする請求項６、７、１６、１７および２２のいずれか１項に記載の逆量子化装置。
【請求項２６】
前記帰属成分数決定ステップは、入力されたビット配列を量子化ビット数毎に分離し、個々の成分がどの量子化ステップに帰属するかを判別し、帰属成分数を決定することを特徴とする請求項１０または２０に記載の逆量子化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子化装置、量子化方法、逆量子化装置、逆量子化方法、音声音響符号化装置および音声音響復号装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音声音響信号の符号化方法として、時間領域の音声音響信号に対しスペクトル変換を行い、周波数領域のスペクトル係数に対して符号化を行う、変換符号化が知られている。この変換符号化では、スペクトル変換より求められたスペクトル係数に対し、特定の周波数で帯域分割を行い、それぞれの帯域ごとでスペクトル係数を符号化する。
【０００３】
ここで、スペクトル変換の手法として、DFT(Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換)、DCT(Discrete Cosine Transform：離散コサイン変換)、MDCT(Modified Discrete Cosine Transform：修正離散コサイン変換)などの直交変換が知られている。また、分割を行う帯域の幅について、一様な幅、非一様な幅、または人間の聴覚知覚特性に沿った臨界帯域幅などが挙げられる。
【０００４】
さらに、効率的な符号化を行うために、各帯域のスペクトル係数のパワー平均値の平方根を算出し、パワー平均値の平方根でスペクトル係数を正規化する方法や、各帯域の量子化誤差が所定の範囲内に収まるように、帯域ごとのスペクトル係数全体をスケーリングする方法がある。
【０００５】
上述の音声音響信号をスペクトル係数に変換し量子化を行う変換符号化装置において、少ない情報量で量子化を行おうとする場合、量子化の前後で、入力スペクトル係数のパワーの不一致が生じる。
【０００６】
例として、８次元のスペクトル係数の絶対値および量子化ステップを図１表す。ここで、量子化ステップは、量子化ステップ数を２段階とした条件下で、事前学習によって量子化誤差が最小となるように求められた値である。前記量子化ステップを用いて図１のようなスペクトル係数を量子化した場合、量子化スペクトル係数は図２のようになる。この場合においては、大きい成分を十分に表現できないために量子化後のパワーが減少する。
【０００７】
このような不一致を補正するために、例えば、スペクトル係数を正規化するためのスケールファクタを調整するような音声音響符号化装置が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００８】
また、各帯域へのビット割当量の決定方法として、ビット割当量を明示的に復号装置に送信せずに、各帯域の利得情報からビット割当量を決定する方法が知られている（下記非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５-３３８６３７号公報
【非特許文献１】“Adaptive Transform Coding of Speech Signals,” R．Zelinski and P.Noll,IEEE Transactions of Acoustics, Speech and Signal Processing, vol.ASSP-25,No.4, August 1977
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１に記載の音声音響符号化装置は、以下に示すような問題点があった。すなわち、上記音声音響符号化装置は、符号化前後でのパワーの不一致を補正するためにスケールファクタ、すなわち各分割帯域の利得を調整することが必要である。また、上記非特許文献１に記載の技術は、各分割帯域の利得情報からビット割当量を決定するものであり、各分割帯域の利得情報を利用することで、明示的なビット割当量の送受信なしに、符号化装置および復号装置において共通のビット割当量を決定するものである。このため、上記非特許文献１に記載の技術は、特に低ビットレートの音声音響符号化装置において有効であるとされている。
【００１０】
上記特許文献１に記載の音声音響符号化装置に、上記非特許文献１に記載の技術を適用しようとする場合、上記特許文献１に記載の技術は、利得情報の符号化後にさらに利得情報の調整を行うため、利得情報よりビット割当量を決定する方法を併用すると、符号化装置・復号装置間において、ビット割当量が変動する可能性がある。このため、上記非特許文献１の技術をそのまま適用することが困難であり、例えば、ビット割当量の変動情報を付加情報として送受信すると、ビットレートが増加する。
【００１１】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を決定する方法に適用可能であって、量子化前後のパワーの不一致を補正することを可能とする量子化装置、逆量子化装置、量子化方法、逆量子化方法、音声音響符号化装置、および音声音響復号装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズ調整手段により調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化手段とを備えている。
【００１３】
また、本発明の量子化方法は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定ステップと、上記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整ステップと、上記量子化ステップサイズ調整ステップにより調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化処理ステップとを備えている。
【００１４】
この発明によれば、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定し、決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整し、調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、送信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された一の帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、上記帰属成分数決定手段により決定された複数の帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズ調整手段により調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化手段と、上記帰属成分数手段により決定された帰属成分数に基づいて調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出する量子化誤差計算手段と、上記量子化誤差計算手段により算出された量子化誤差情報に基づいて、複数決定した帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索する帰属成分数探索手段とを備え、上記量子化手段は、上記最適な帰属成分数を用いて調整された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力するように構成している。
【００１６】
この発明によれば、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定し、決定された一の帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、それぞれの帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを調整し、調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化し、決定されたそれぞれの帰属成分数に基づいて調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出し、算出された量子化誤差情報に基づいて、決定された複数の帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索することで、最適な帰属成分数を用いて調整された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力することができる。
【００１７】
また、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号の極性情報を量子化する極性量子化手段と、極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替えるソート手段と、上記極性量子化手段により量子化された極性情報および上記量子化手段により最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化する極性情報多重化手段と、を備え、上記帰属成分数決定手段は、上記ソート手段によりソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、入力されたベクトル信号の極性情報を量子化し、極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替え、量子化された極性情報および最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化することが好ましい。これにより、ソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することができ、帰属成分数を決定する処理において、その演算量、処理量を削減することができる。
【００１９】
また、本発明の量子化装置は、上記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の設計関数のうち一つの設計関数を選択して、設計関数を切り替えることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の設計関数のうち一つの設計関数を選択して、設計関数を切り替えることが好ましい。これにより、適切な量子化ステップに調整することができ、量子化精度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の音声音響符号化装置は、入力された音声音響信号をスペクトル係数に変換するスペクトル変換手段と、スペクトル係数を周波数帯域ごとに分割する帯域分割手段と、上記帯域分割手段により分割された各周波数帯域のスペクトル係数を、分割された周波数帯域のノルム情報で正規化する複数の正規化手段と、上記正規化手段によって正規化されたスペクトル係数をベクトル信号として入力して量子化するものであって、上記量子化装置を少なくとも一つを含む複数の量子化手段と、上記量子化手段により量子化されて得られた量子化データを多重化する多重化手段とを備えている。
【００２２】
この発明によれば、入力された音声音響信号をスペクトル係数に変換し、スペクトル係数を周波数帯域ごとに分割し、分割された各周波数帯域のスペクトル係数を、分割された周波数帯域のノルム情報で正規化し、正規化されたスペクトル係数をベクトル信号として入力して、上記の量子化装置または方法にて量子化し、量子化されて得られた量子化データを多重化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、音声音響符号化装置から音声音響信号復号装置に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、送信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００２３】
また、本発明の逆量子化装置は、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化手段とを備えている。
【００２４】
また、本発明の逆量子化方法は、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定ステップと、上記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整ステップと、上記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化処理ステップとを備えている。
【００２５】
この発明によれば、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定し、決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整し、上記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、受信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の逆量子化装置は、上記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、設計関数切替情報に応じて設計関数を切り替えることが好ましい。
【００２７】
この発明によれば、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、設計関数切替情報に応じて設計関数を切り替えることができる。これにより、適切な設計関数に切り替えることができ、量子化精度を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明の音声音響信号復号装置は、入力されたビット配列から各周波数帯域のビット配列に分離する逆多重化手段と、上記逆多重化手段により分離されて得られた各周波数帯域のビット配列を逆量子化するものであって、上記逆量子化装置を少なくとも一つを含む複数の逆量子化手段と、上記逆量子化装置において帯域ごとに逆量子化されて得られた各正規化スペクトル係数に対して、分割された帯域のノルム情報を乗算する複数の利得重畳手段と、各帯域の上記利得重畳手段より出力される各スペクトル係数を合成する帯域合成手段と、上記帯域合成手段により合成されたスペクトル係数を時間波形信号に逆変換するスペクトル逆変換手段とを備えている。
【００２９】
この発明によれば、入力されたビット配列から各周波数帯域のビット配列に分離し、分離されて得られた各周波数帯域のビット配列を上記逆量子化装置または方法にて逆量子化し、帯域ごとに逆量子化されて得られた各正規化スペクトル係数に対して、分割された帯域のノルム情報を乗算し、各スペクトル係数を合成し、合成されたスペクトル係数を時間波形信号に逆変換することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、音声音響符号化装置から音声音響信号復号装置に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、受信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００３０】
また、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズ調整手段により調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化手段とを備えている。
【００３１】
この構成により、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定し、決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定することができる。そして、決定された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力抑えることができる。また、ベクトル信号に対するビット割当量の明治が必要なく、送信される情報量を抑えることができる。
【００３２】
また、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された一の帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、上記帰属成分数決定手段により決定された複数の帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズ調整手段により調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数に基づいて決定されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出する量子化誤差計算手段と、上記量子化誤差計算手段により算出された量子化誤差情報に基づいて、複数決定した帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索する帰属成分数探索手段とを備え、上記量子化手段は、上記最適な帰属成分数を用いて決定された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力するように構成される。
【００３３】
この構成により、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定し、決定された一の帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、決定された複数の帰属成分数ごとに、量子化ステップサイズを決定することができる。そして、調整されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化し、決定された帰属成分数に基づいて決定されたそれぞれの量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出し、算出された量子化誤差情報に基づいて、複数決定した帰属成分数のうち最適な帰属成分数を探索することができる。よって、最適な帰属成分数を用いて決定された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力することができる。
【００３４】
また、本発明の量子化装置は、入力されたベクトル信号の極性情報を量子化する極性量子化手段と、極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替えるソート手段と、上記極性量子化手段により量子化された極性情報および上記量子化手段により最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化する極性情報多重化手段と、を備え、上記帰属成分数決定手段は、上記ソート手段によりソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することが好ましい。
【００３５】
この構成により、入力されたベクトル信号の極性情報を量子化し、極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替え、量子化された極性情報および最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化し、ソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することができる。これにより、ソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することができ、帰属成分数を決定する処理において、その演算量、処理量を削減することができる。
【００３６】
また、本発明の量子化装置における上記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の写像関数のうち一つの写像関数を選択して、写像関数を切り替えることが好ましい。
【００３７】
この発明によれば、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の写像関数のうち一つの写像関数を選択して、写像関数を切り替えることができる。これにより、適切な量子化ステップに調整することができ、量子化精度を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の音声音響符号化装置は、入力された音声音響信号をスペクトル係数に変換するスペクトル変換手段と、上記スペクトル変換手段により変換されたスペクトル係数をベクトル信号として入力して量子化する上記量子化装置から構成される量子化手段と、を備えている。
【００３９】
これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力生じさせずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、音声音響符号化装置から音声音響信号復号装置に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、送信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００４０】
また、本発明の逆量子化装置は、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定手段と、上記帰属成分数決定手段により決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整手段と、上記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化手段とを備えている。
【００４１】
この構成により、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定し、決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定し、この量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力生じさせずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、受信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００４２】
また、本発明の逆量子化装置における上記量子化ステップサイズ調整手段は、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、写像関数切替情報に応じて写像関数を切り替えることが好ましい。
【００４３】
この発明によれば、量子化ステップと帰属成分数との対応関係を表す写像関数を複数記憶し、写像関数切替情報に応じて写像関数を切り替えることができる。これにより、適切な写像関数に切り替えることができ、量子化精度を向上させることができる。
【００４４】
また、本発明の音声音響復号装置は、入力されたビット配列を逆量子化するものであって、上記逆量子化装置から構成される逆量子化手段と、上記逆量子化手段により逆量子化されたスペクトル係数を時間波形信号に逆変換するスペクトル逆変換手段とを備えている。
【００４５】
この発明によれば、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力抑えて量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、音声音響符号化装置から音声音響信号復号装置に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、受信するための情報量を抑えることが可能となる。
【００４６】
また、本発明の量子化装置における上記量子化ステップサイズ調整手段は、写像関数として機能する、帰属成分数と量子化ビット量と量子化ステップサイズの対応関係を記憶する量子化テーブルを備え、上記量子化ステップサイズ調整手段は、帰属成分数および量子化ビット量に基づいて上記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することが好ましい。この発明によれば、写像関数を量子化テーブルを用いて表すことができ、帰属成分数および量子化ビット量に基づいて上記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することができ、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力抑えて量子化することができるとともに、量子化ステップサイズの調整処理を簡易かつ迅速に処理することができる。
【００４７】
また、本発明の逆量子化装置は、上記量子化ステップサイズ調整手段は、写像関数として機能する、帰属成分数と量子化ビット量と量子化ステップサイズとの対応関係を記憶する量子化テーブルを備え、上記量子化ステップサイズ調整手段は、帰属成分数および量子化ビット量に基づいて上記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することが好ましい。この構成により、量子化テーブルを用いて帰属成分数および量子化ビット量に基づいて上記量子化テーブルから量子化ステップサイズを抽出することができ、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を極力抑えて量子化することができるとともに、量子化ステップサイズの調整処理を簡易かつ迅速に処理することができる。
【００４８】
また、本発明の量子化装置における上記量子化手段は、入力されたベクトルの各成分を個々に量子化しビットデータに変換することが好ましい。これにより、ベクトル信号のパターンを復号装置側に通知する必要がなく、またそのパターンを予め記憶する必要がなく、メモリの効率的に使用することができる。
【００４９】
また、本発明の逆量子化装置における上記帰属成分数決定手段は、入力されたビット配列を量子化ビット数毎に分離し、個々の成分がどの量子化ステップに帰属するかを判別し、帰属成分数を決定することが好ましい。
【００５０】
style='font-family:"ＭＳ 明朝"'>  ところで、本発明は、上記のように量子化装置、逆量子化装置の発明として記述できる他に、以下のように量子化方法、逆量子化方法の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。  
【００５１】
本発明の量子化方法は、入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する帰属成分数決定ステップと、上記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整ステップと、上記量子化ステップサイズ調整ステップにより決定された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する量子化処理ステップとを備えている。
【００５２】
また、本発明の量子化方法における上記量子化処理ステップは、入力されたベクトルの各成分を個々に量子化しビットデータに変換することが好ましい。
【００５３】
また、本発明の逆量子化方法は、入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する帰属成分数決定ステップと、上記帰属成分数決定ステップにより決定された帰属成分数、量子化ビット量および写像関数に基づいて、量子化ステップサイズを決定する量子化ステップサイズ調整ステップと、上記量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化処理ステップとを備えている。
【００５４】
また、本発明の逆量子化方法における上記帰属成分数決定ステップは、入力されたビット配列を量子化ビット数毎に分離し、個々の成分がどの量子化ステップに帰属するかを判別し、帰属成分数を決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００５５】
本発明は、量子化前後でのパワーの不一致を生じることなく、量子化および逆量子化が可能となる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用可能であるため、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、送受信するための情報量を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明の第１の実施形態にかかる音声音響符号化装置について、図面を用いて説明する。まず、第１の実施形態にかかる音声音響符号化装置の構成について説明する。図３は、第１の実施形態にかかる音声音響符号化装置１０のブロック構成図である。この音声音響符号化装置１０は、スペクトル変換部１１、帯域分割部１２、利得量子化部１３、正規化部１４ａ〜１４ｘ、ビット割当部１５、係数量子化部１６ａ〜１６ｘ、多重化部１７を含んで構成されている。
【００５７】
この音声音響符号化装置１０は、図４に示すハードウェアにより実現される。
図４は、音声音響符号化装置１０のハードウェア構成図である。例えば、この音声音響符号化装置１０は、携帯電話などに備えられているものとする。この音声音響符号化装置１０は、物理的には、図４に示すように、ＣＰＵ１０１、主記憶装置であるＲＡＭ１０２及びＲＯＭ１０３、無線通信モジュールである無線通信部１０４、音声情報を入力するマイク１０６、音声情報を出力するスピーカ１０７などを含む装置として構成されている。図４において説明した各機能は、図４に示すＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１０１の制御のもとで無線通信部１０４、マイク１０６、スピーカ１０７を動作させるとともに、ＲＡＭ１０２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。以下、図３および図５に示す機能ブロックに基づいて、各機能ブロックを説明する。
【００５８】
スペクトル変換部１１は、入力音声音響信号をスペクトル係数に変換する部分である。ここで、スペクトル係数はDFT(Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換)係数、DCT(Discrete Cosine Transform：離散コサイン変換)係数、MDCT(Modified Discrete Cosine Transform：修正離散コサイン変換)係数などの直交変換が考えられるが、形態は問わない。
【００５９】
帯域分割部１２は、スペクトル係数を周波数帯域ごとに分割する部分である。ここで、分割する周波数帯域の幅は、一様な帯域幅であっても、人間の聴覚の臨界帯域幅に従うような非一様な帯域幅であっても良い。
【００６０】
利得量子化部１３は、帯域ごとのスペクトル係数のパワーを量子化し、符号化する部分である。具体的には、利得量子化部１３は、帯域分割部１２により分割された各スペクトル係数について、パワーを計算し、帯域ごとのパワー平均値の平方根を量子化する。なお、本実施形態では利得情報としてパワー平均値の平方根を例に挙げているが、利得情報としては他に、パワー平均値、パワー合計値、Ｌ１ノルム、Ｌ２ノルム、p次平均ノルム、およびそれぞれの対数値であってもよい。また。正規化処理を行わずに、各帯域のノルム情報とスペクトル係数とをそれぞれ量子化してもよい。
【００６１】
正規化部１４a〜１４ｘは、帯域ごとのスペクトル係数を利得量子化部１３により量子化された利得で正規化する部分である。
【００６２】
ビット割当部１５は、利得量子化部１３により出力された利得情報に基づいて、各帯域の量子化ビット割当量を決定する部分である。このビット割当部１５は、利得量子化部１３より出力された各利得の情報に基づいて、各帯域のスペクトル係数を量子化する際のビット割当量を決定する。
【００６３】
係数量子化部１６（１６a〜１６ｘ）は、正規化部１４a〜１４ｘより出力された正規化スペクトル係数について、ビット割当部１５より出力されたビット割当量に従って量子化を行う部分である。この係数量子化部１６ａ〜１６ｘの具体的な構成について後述する。
【００６４】
多重化部１７は、利得量子化部１３および係数量子化部１６a〜１６ｘより出力された量子化データを多重化して、ビット配列として出力する部分である。なお、後述する量子化部において符号化処理を行わない場合には、多重化部１７において量子化データを符号化するように構成してもよく、例えば符号化の形態として、ハフマン符号化など情報圧縮を用いてもよい。
【００６５】
なお、係数量子化部１６a〜１６ｘについて、全てについて本発明の量子化装置を用いても良いし、特定の帯域のみ、または特定のビット割当量が与えられたときなどに利用を限定しても構わない。
【００６６】
つぎに、上述した係数量子化部１６（１６ａ〜１６ｘ）の詳細な構成について説明する。図５は、第１の実施形態にかかる係数量子化部１６として構成される量子化装置１１０のブロック構成図である。
【００６７】
量子化装置１１０は、帰属成分数決定部１１１、量子化ステップサイズ調整部１１２、および量子化部１１３を含んで構成されている。
【００６８】
帰属成分数決定部１１１は、スペクトル係数であるベクトル信号を入力し、このベクトル信号に基づいて各量子化ステップへ帰属する成分数を決定する部分であり、ベクトル信号の成分について、どの量子化ステップに何本の成分が帰属するかを決定する。なお、帰属成分数を決定する手段については、例えば複数の閾値を設定し、各閾値を超える成分の数から判断する方法が考えられるが、これに限定したものではない。
【００６９】
ここで、帯域分割幅から入力されるベクトル信号の次元数は既知であり、各帯域のスペクトル係数が帯域の平均スペクトルパワーで正規化されていることから、正規化スペクトル係数のパワー平均値は約１であることが分かる。ただし、帯域ごとの利得について量子化誤差を含むために、パワー平均値は完全に１に一致する保証はない。また、正規化処理を行う場合では、ノルム情報として前述のパワー平均値が１となるという情報を適用できるが、正規化処理を行わない場合では、ノルム情報を量子化装置および逆量子化装置に入力する必要がある。
【００７０】
量子化ステップサイズ調整部１１２は、ベクトル信号の次元数、パワー平均値、量子化ビット量、および帰属成分数決定部１１１より出力された帰属成分数に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数、並びに量子化ステップの相互の関係を表す設計関数に基づいて量子化ステップサイズを調整する部分である。この調整方法については後述する。
【００７１】
量子化部１１３は、量子化ステップサイズ調整部１１２より出力された量子化ステップサイズを用いてベクトル信号を量子化する部分であり、入力されたベクトルの各成分を個々に量子化しビットデータに変換する。
【００７２】
ここで、量子化部１１３では、帰属成分数決定部１１１で決定された帰属成分数の成分を、確実にそれぞれの量子化ステップに帰属させるような量子化を行う。これは、各成分を量子化歪が最小となる量子化ステップに帰属させる一般的なスカラ量子化法によって量子化を行った場合、帰属成分数決定部１１１より出力される帰属成分数とは異なる帰属成分数で量子化され、所望の量子化ステップで復号できなくなる可能性があるためである。
【００７３】
つぎに、このように構成された係数量子化部１６の量子化ステップサイズ調整部１１２における量子化ステップサイズの調整方法について述べる。量子化の対象となる正規化スペクトルベクトルの次元数をＮ、パワー平均値をμ、量子化ステップ数をＬ、量子化ステップ値をＣｉ、各量子化ステップに帰属する成分の数をＮｉとしたとき、ノルム拘束関数ｆは、式（１）のように定義される。なお、正規化されたベクトル信号を入力した場合、上述のパワー平均値μは１に規定される。また、量子化ステップ数Ｌは、ビット割当部１５により割り当てられたビット割当量に応じたステップ数が定められる。すなわち、ノルム拘束関数ｆは、次元数Ｎ、ビット量より決定される量子化ステップ数Ｌ、パワー平均値（ノルム情報）を既知の定数としてもち、帰属成分数Ｎｉを変数として、それぞれの帰属成分数に応じた量子化ステップを出力することができる関数である。また、ビット割当量としてはフレーム単位（または帯域ごと）で割り当てられることになり、少なくともノルム拘束関数ｆは、帰属成分数Ｎｉおよび量子化ステップ数Ｌの変数から構成されていれば良い。
【数１】
2007293254.tif 000003
【００７４】
ここで、ノルム拘束関数ｆの第１式右辺μNは、パワー合計値およびＬ2ノルムの自乗値と等価であり、パワー平均値以外に、パワー合計およびＬ２ノルムを入力としても良い。なお、次元数Ｎ、パワー平均値μは予め定められる場合もあり、少なくともノルム拘束関数ｆは、帰属成分数Ｎｉおよび量子化ステップ数Ｌに基づいて量子化ベクトル信号のノルムを拘束したものであればよい。
【００７５】
パワーの不一致を補正するためには、上記のパワー情報およびＬ２ノルム情報を利用することが最適であるが、ノルム情報保存のためにＬ１ノルムおよびp次平均ノルム情報を拘束に用いる場合、ノルム拘束関数ｆの第一式は式（２）および（３）により一般化できる。
【数２】
2007293254.tif 000004
ただし、ベクトル信号ｘｉ(ｉ＝１、…、Ｎ)についてｐ次平均ノルムは、
【数３】
2007293254.tif 000005
で定義される。
【００７６】
一方、各量子化ステップの相互的な関係を表す設計関数ｇを定義する。設計関数ｇの例としては、各ステップ値が以下の式（４）のような等比数列の関係にあるものが考えられる。
【数４】
2007293254.tif 000006
【００７７】
ここで、βは定数であり、予め与えられているものとする。この条件下において、各量子化ステップへの帰属成分数を定めたとき、ノルム拘束関数ｆと設計関数ｇとの連立方程式を解くことにより、αすなわち量子化ステップ値Ｃｉが求まる。言うまでもないが、設計関数ｇは上記の例に限定されず、連立方程式が一意に定まる解を持つ範囲内において任意である。ただし、量子化装置および後述する逆量子化装置において、共通の設計関数を持つことが必要である。
【００７８】
例として、量子化ステップ数Ｌ＝２の場合におけるノルム拘束関数および設計関数の関係を図６に示す。量子化ステップ値Ｃｉは、楕円を描くノルム拘束関数ｆと設計関数ｇの交点として求まる。なお、図６においては、ノルム拘束関数ｆは、Ｃ２＞Ｃ１＞０という条件（式１参照）があるため、実線部分のみが有効な部分である。すなわち、図６中の１／２の傾きをもつ直線より右側に形成される部分のみがノルム拘束関数ｆで規定される部分である。
【００７９】
なお、計算量の削減のために、量子化ステップサイズ調整部１１２において、上述の計算を行う必要はなく、帰属成分数ごとに上述の調整方法にしたがって予め計算より求められた量子化ステップをテーブルとしてメモリに保持しておくことも考えられる。
【００８０】
図１に示した正規化スペクトル係数を、上記量子化装置を用いて量子化した結果を図７および図８に示す。ただし、設計関数については、ｇ：Ｃ１＝０．４とし、帰属成分数については、図７はＮ１＝７、Ｎ２＝１、図８はＮ１＝６、Ｎ２＝２とした場合の量子化結果を示す図である。
【００８１】
上述したとおり、量子化ステップサイズの調整により、量子化前後におけるパワーの不一致を防ぐとともに、聴覚的に影響の大きい、振幅の大きい成分の効率的表現を実現している。
【００８２】
つぎに、第１の実施形態の音声音響符号化装置１０の動作について説明する。図９は、音声音響符号化装置１０の動作を示すフローチャートである。まず、入力された音声音響信号はスペクトル変換部１１によりスペクトル変換される（Ｓ１０１）。そして、このスペクトル変換されて得られた周波数帯域の信号は、帯域分割部１２により予め定められた複数の周波数帯域に分割される（Ｓ１０２）。つぎに、利得量子化部１３により、周波数帯域ごとのスペクトル係数のパワーの平均値が量子化される（Ｓ１０３）。
【００８３】
量子化された利得を用いて正規化部１４ａ〜１４ｘにより、周波数帯域ごとのスペクトル係数が正規化される（Ｓ１０４）。この正規化処理が行われるとともに、ビット割当部１５により、各周波数帯域のスペクトル係数を量子化するためのビット割当量が決定される（Ｓ１０５）。その後、正規化された正規化スペクトル係数は、割り当てられたビット割当量を用いて、各係数量子化部１６ａ〜１６ｘにおいて量子化が行われる（Ｓ１０６）。各係数量子化部１６ａ〜１６ｘにおいて量子化されたスペクトル係数は、多重化部１７により多重化されビット配列として量子化データが生成される（Ｓ１０７）。
【００８４】
つぎに、Ｓ１０６における係数量子化の詳細な動作について説明する。図１０は、係数量子化部１６の係数量子化処理の詳細な動作を示すフローチャートである。帰属成分数決定部１１１により、各量子化ステップに帰属する帰属成分数が決定される（Ｓ２０１）。つぎに、量子化ステップサイズ調整部１１２により、ベクトル信号の次元数、パワー平均値、量子化ビット量、および帰属成分数決定部１１１より出力された帰属成分数から規定されるノルム拘束関数、並びに量子化ステップの相互の関係を表す設計関数に基づいて量子化ステップサイズが調整される（Ｓ２０２）。そして、調整された量子化ステップサイズを用いてベクトル信号は量子化される（Ｓ２０３）。
【００８５】
以上の説明では、量子化装置１１０は、ノルム拘束関数と設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整しているが、これに限定することなく、以下の方法により量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。
【００８６】
すなわち、量子化ステップサイズ調整部１１２は、帰属成分数と量子化ビット量と量子化ステップサイズとの対応関係を記述した写像関数を用いて量子化ステップサイズの調整を行うようにしてもよい。この写像関数は、任意に定めても良いし、学習などにより求めても良く、その対応関係の設定方法は問わない。少なくとも、この写像関数は、帰属成分数および量子化ビット量の入力に対して、量子化ステップサイズを出力することができるように構成されていればよい。なお、上述のノルム拘束関数と設計関数とを用いた方法も写像関数に含まれるものである。
【００８７】
また、この写像関数をテーブル化した量子化テーブルとしてもよい。つまり、量子化装置１１０における量子化ステップサイズ調整部１１２は、少なくとも帰属成分数、量子化ビット量および量子化ステップサイズを対応付けて記憶した量子化テーブルを備えており、この量子化テーブルに基づいて、入力された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて対応する量子化ステップサイズを抽出することにより、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。この量子化テーブルには、ベクトル信号の次元数など他の情報を記憶させてもよい。
【００８８】
以上のとおり写像関数を用いることにより、帰属成分数および量子化ビット量が量子化ステップサイズ調整部１１２に入力されると、量子化ステップサイズ調整部１１２は写像関数（量子化テーブルを含む）を参照し、当該帰属成分数および量子化ビット量に該当する量子化ステップサイズを算出し、出力することができる。
【００８９】
このように写像関数（ノルム拘束関数および設計関数を用いた方法を除く）を用いた場合には、音響符号化装置１０は、必ずしも帯域分割部１２、利得量子化部１３、正規化部１４、ビット割当部１５および多重化部１７を備える必要がなくなり、その構成が簡易なものとなる。
【００９０】
続いて、第２の実施形態にかかる量子化装置１２０について説明する。図１１は、本実施形態にかかる音声音響符号化装置１０の係数量子化部１６a〜１６ｘとして構成される量子化装置１２０のブロック構成図である。この量子化装置１２０は、量子化装置１１０に、量子化誤差を算出する量子化誤差計算部１２４および帰属成分数を探索する帰属成分数探索部１２５を加えたものである。以下、各構成について説明する。
【００９１】
帰属成分数決定部１２１は、複数の帰属成分数を順次決定する部分であり、帰属成分数探索部１２５により決定されると、再度決定された帰属成分数を最終的なものとして決定する。帰属成分数決定部１２１は、複数の帰属成分数を決定する点で、第１の実施形態の量子化装置とは異なる。
【００９２】
量子化ステップサイズ調整部１２２は、上述第１の実施形態で説明したとおり、帰属成分数決定部１２１により決定された、ベクトル信号の各量子化ステップへの帰属成分数、ベクトル信号の次元数、パワー平均、および量子化ビット量から規定されるノルム拘束関数、並びに設計関数から、前述の量子化ステップ調整方法に基づいて、量子化ステップを調整し出力する。
【００９３】
量子化部１２３は、第１の実施形態と同様に調整された量子化ステップを用いてベクトル信号を量子化して量子化データとして出力する部分である。なお、後述するように、量子化部１２３は、複数のベクトル信号を量子化するが、帰属成分数探索部１２５により最適な帰属成分数が決定された場合、その最適な帰属成分数に対応する量子化データを最終的な量子化データとして出力する。
【００９４】
量子化誤差計算部１２４は、量子化ステップサイズ調整部１２２より調整した量子化ステップを用い、量子化部１２３で量子化された量子化データと入力されたベクトル信号との差から量子化誤差を算出する。
【００９５】
帰属成分数探索部１２５は、異なる帰属成分数について上記の量子化処理を複数回反復して行うよう、帰属成分数決定部１２１に指示を行うとともに、量子化誤差が最小となるような最適な帰属成分数を探索により求める。帰属成分数探索部１２５は、予め定めた各帰属成分についての量子化誤差を求めると、最適な帰属成分数を決定し、その帰属成分数を帰属成分数決定部１２１に出力する。そして、帰属成分数決定部１２１は、量子化ステップサイズ調整部１２２に最適な帰属成分数を出力し、量子化ステップサイズ調整部１２２は、再度、決定された帰属成分数を用いて量子化ステップサイズを調整し、量子化部１２３において量子化された結果を、量子化装置１２０の最終的な量子化データとして出力する。
【００９６】
なお、帰属成分数探索部１２５は、上述のように再度量子化処理を行わせるかわりに、量子化部１２３は、量子化した量子化データを帰属成分数ごとに記憶しておき、量子化誤差が最小である最適な帰属成分数が帰属成分数探索部１２５から指示されると、当該帰属成分数に対応した量子化データを最終の量子化データとして出力するように、帰属成分数決定部１２１、および量子化部１２３に指示を行うことにより制御しても良い。
【００９７】
このように構成された量子化装置１２０の動作について説明する。図１２は、量子化装置１２０の動作を示すフローチャートである。
【００９８】
帰属成分数決定部１２１により帰属生成分数が決定される（Ｓ３０１）。帰属成分数決定部１２１により決定された帰属成分数に基づいて、量子化ステップサイズ調整部１２２において量子化ステップサイズが調整される（Ｓ３０２）。そして、量子化部１２３において、量子化ステップサイズ調整部１２２により調整された量子化ステップサイズに基づいて、ベクトル信号が量子化される（Ｓ３０３）。
【００９９】
量子化誤差計算部１２４において、量子化誤差が計算され（Ｓ３０４）、帰属成分数探索部１２５において、つぎに決定すべき帰属成分数があるか否かが判断される（Ｓ３０５）。つぎに決定すべき帰属成分数がある場合には、再度、帰属成分数決定部１２１において別の帰属成分数が決定され、その決定された帰属成分数に基づいた量子化ステップサイズが調整され、量子化される。つぎに決定すべき帰属成分数がない場合には、帰属成分数探索部１２５において、今まで決定した帰属成分数の中から量子化誤差が最も小さい最適な帰属成分数が決定され、最適な帰属成分数に基づいた量子化データの出力処理が行われる（Ｓ３０６）。
【０１００】
このように、量子化誤差に基づいて最適な帰属成分数が決定されることにより、適切な量子化処理が行われる。
【０１０１】
なお、第1の実施形態と同様に、量子化ステップサイズ調整部１２２は、ノルム拘束関数および設計関数を用いて量子化ステップサイズを調整する方法に代えて、写像関数（写像関数の関係をテーブル化した量子化テーブルを含む）に基づいて、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。
【０１０２】
続いて、第３の実施形態にかかる量子化装置１３０について説明する。図１３は、本実施形態にかかる音声音響符号化装置１０の係数量子化部１６a〜１６ｘにとして構成される量子化装置１３０のブロック構成図である。この量子化装置１３０は、上述の量子化装置１１０に、量子化ステップサイズの調整に用いる設計関数の切替えを行う設計関数切替部１３１を加えたものである。
【０１０３】
設計関数切替部１３１は、予め定められた条件または情報にしたがって量子化精度を向上させるように設計関数を切り替える部分である。例えば、設計関数切替部１３１は、当該帯域のスペクトル係数が急峻であるか否かを判断することにより、設計関数を切り替える。つまり、１フレーム過去の処理について、量子化および逆量子化された各帯域のスペクトル係数の絶対値を参照し、その平均値と最大値を比較する。両者の差が閾値を超える場合、当該帯域はスペクトル構造が急峻であると判断し、量子化により適していると判断される一の設計関数を、量子化ステップサイズ調整部１３３に出力する。例えば、設計関数切替部１３１は、２通りの設計関数を保持しており、それぞれの設計関数が、急峻なスペクトル構造を表現するのに適した設計関数Ａ、平坦なスペクトル構造を表現するのに適した設計関数Ｂが保持されており、このうちのいずれかの設計関数が出力される。
【０１０４】
量子化ステップサイズ調整部１３３は、上述第１の実施形態で説明したとおり、設計関数切替部１３１により切り替えられた設計関数、並びにベクトル信号の各量子化ステップへの帰属成分数、ベクトル信号の次元数、パワー平均、および量子化ビット量に基づいたノルム拘束関数を用いて量子化ステップサイズを調整する。そして、量子化部１３４は、調整された量子化ステップサイズにしたがってベクトル信号の量子化を行う。
【０１０５】
ここで、一の設計関数（例えば、設計関数Ａ）を選択した情報については、過去に逆量子化した値より求めているため、逆量子化装置側においても推測が可能であり、切替情報を逆量子化装置に明示的に送信する必要はない。ただし、設計関数の切替方法については、例えば入力信号全体のパワー情報を利用し、無音区間のようなパワーの小さい領域では、設計関数Ｂを用いることで不自然な孤立成分の存在を防ぐようにするなど、前述の方法以外の方法を用いても良い。また、逆量子化装置側で切替情報が推測できない場合については、例えば、設計関数Ａを用いた場合は０、設計関数Ｂを用いた場合は１という切替情報を１ビットで逆量子化装置に明示的に送信することも考えられる。
【０１０６】
このように構成された量子化装置１３０の動作について説明する。図１４は、量子化装置１３０の動作を示すフローチャートである。
【０１０７】
設計関数切替部１３１により、一の設計関数が選択され、量子化ステップサイズ調整部１３３に出力される（Ｓ４０１）。そして、帰属成分数決定部１３２により帰属成分数が決定される（Ｓ４０２）。この帰属成分数決定部１３２により決定された帰属成分数に基づいて量子化ステップサイズ調整部１３３により、量子化ステップサイズが調整される（Ｓ４０３）。調整された量子化ステップサイズを用いて量子化部１３４により量子化される（Ｓ４０４）。
【０１０８】
このように、設計関数切替部１３１を用いて、使用する設計関数を切り替えることができるため、ベクトル信号に適した設計関数を用いることができる。なお、設計関数切替部１３１は、第２の実施形態に係る量子化装置１２０、または後述する第４の実施形態に係る量子化装置１４０に備えられても良い。
【０１０９】
第１の実施形態、第２の実施形態と同様に、第３の実施形態においても、量子化ステップサイズ調整部１３３は、ノルム拘束関数および設計関数を用いた量子化ステップサイズの調整方法に代えて、写像関数（写像関数の関係をテーブル化した量子化テーブルを含む）に基づいて、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。また、設計関数切替部１３１に代えて、写像関数を切り替えることができる写像関数切替部を備えるようにしてもよい。
【０１１０】
すなわち、この写像関数切替部は、以下のとおりに構成されたものとなる。写像関数切替部は、予め定められた条件または情報にしたがって量子化精度を向上させるように写像関数を切り替える部分である。例えば、写像関数切替部は、当該帯域のスペクトル係数が急峻であるか否かを判断することにより、写像関数を切り替える。つまり、１フレーム過去の処理について、量子化および逆量子化された各帯域のスペクトル係数の絶対値を参照し、その平均値と最大値を比較する。両者の差が閾値を超える場合、当該帯域はスペクトル構造が急峻であると判断し、量子化により適していると判断される一の写像関数を、量子化ステップサイズ調整部１３３に出力する。例えば、写像関数切替部は、２通りの写像関数を保持しており、それぞれの写像関数が、急峻なスペクトル構造を表現するのに適した写像関数Ａ、平坦なスペクトル構造を表現するのに適した写像関数Ｂが保持されており、このうちのいずれかの写像関数が出力される。設計関数を写像関数に代えたものであるほかは、上述の処理動作に準じた動作を行う。
【０１１１】
続いて、第４の実施形態にかかる量子化装置１４０について説明する。図１５は、本実施形態にかかる音声音響符号化装置１０の係数量子化部１６a〜１６ｘとして構成される量子化装置１４０のブロック構成図である。この量子化装置１４０は、上述の量子化装置１１０に、入力されたベクトル信号の極性情報を量子化する極性量子化部１４１、極性を除去したベクトル信号を昇順または降順に並び替えるソート部１４２、並びに極性量子化部１４１より出力される極性データと上記量子化部１４５より出力される振幅データとを多重化し出力する多重化部１４８とを加えたものである。
【０１１２】
極性量子化部１４１は、ベクトル信号の各成分の極性データを０または1の1ビットで量子化し、極性データを除去したベクトルを出力する部分である。ここで、極性データを振幅情報と別に量子化することで、量子化ステップ数が半減されるため、後の処理の計算量を削減することができる。ただし、量子化ステップは正負で対称な構造のみに限定される。正負で非対称な量子化テーブルを用いる場合は、前述の極性量子化部１４１を実装しない。
【０１１３】
ソート部１４２は、入力されたベクトル信号を降順に並べ替え処理する部分である。ただし、並べ替えの方法は、昇順であっても良い。
【０１１４】
帰属成分数決定部１４３は、帰属成分数を複数決定する部分である。本実施形態では帰属成分数決定部１４３は、ソート部１４２によりソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定する。なお、上述式（１）の条件（ＣＮ＞・・・Ｃ２＞Ｃ１）により、帰属成分数の決定処理を省略することができる場合があり、処理を軽減することができる。
【０１１５】
ここで、図１に示した正規化したベクトル信号（スペクトル係数）について、極性を除去した後、降順にソートしたものを図１６に示す。図１６に示すように、各周波数の絶対値（関数X（Ω））を縦軸に、各周波数を横軸にとっており、ベクトル信号が絶対値順にソートされた状態が示されている。この例では、帰属成分数決定部１４３は、４つの量子化ステップ（Ｃ４、Ｃ３、Ｃ２、およびＣ１）のいずれに、何本の周波数が帰属するかを、順次決定する。図１６では、帰属成分数決定部１４３は、Ｃ４で示す量子化ステップに１つ、Ｃ３で示す量子化ステップに３つ、Ｃ２で示す量子化ステップに２つ、Ｃ１で示す量子化ステップに２つ、帰属することを決定している。
【０１１６】
このように閾を順次変えていくことで、帰属する成分数を変えることができ、また、Ｃ４＞Ｃ３＞Ｃ２＞Ｃ１と条件（式（１）参照）を考慮すると、必然的に決定の対象とならない帰属成分数については、量子化処理前に把握することができ、その決定処理を軽減することができる。また、ソート部１４２がベクトル信号をソートしていることから、どの周波数成分が帰属対象であるか（すなわち、図１６で示されるグラフの位置）を把握する必要がなく、帰属成分数決定部１４３の処理を軽減することができる。
【０１１７】
量子化ステップサイズ調整部１４４は、上述第１の実施形態において説明したとおり、帰属成分数決定部１４３により決定された帰属成分数等に基づいたノルム拘束関数および設計関数を用いて、量子化に用いる量子化ステップサイズを調整する部分である。
【０１１８】
なお、計算量の削減のために、量子化ステップサイズ調整部１４４において、帰属成分数に応じた量子化ステップを計算する必要はなく、帰属成分数ごとに予め計算より求められた量子化ステップをテーブルとしてメモリに保持しておくことも考えられる。
【０１１９】
量子化部１４５は、ソートされたベクトル信号を量子化する部分であり、量子化誤差の最小な最適な帰属成分数の量子化データを振幅データとして出力する。
【０１２０】
なお、ソート部１４２によるソートした後の量子化処理については、第２の実施形態と同様の処理を行う。すなわち、帰属成分数決定部１４３では複数の帰属成分数を決定し、この帰属成分数に基づいて量子化ステップサイズ調整部１４４は量子化ステップサイズを調整するとともに、量子化部１４５では量子化処理を行う。そして、量子化誤差計算部１４６は、量子化誤差を算出し、帰属成分数探索部１４７は、量子化誤差に基づいて最適な帰属成分数を決定し、その最適な帰属成分数により量子化された量子化データを最終的な振幅データ（量子化データ）として、量子化部１４５は出力する。
【０１２１】
帰属成分数探索部１４７は、上記量子化処理を異なる帰属成分数の条件下で複数回行い、量子化誤差計算部１４６より出力される量子化誤差情報に基づいて、量子化誤差を最小とする帰属成分数を探索する。
【０１２２】
多重化部１４８は、量子化部１４５により量子化された振幅データと、極性量子化部１４１により極性情報が量子化された極性データとを多重化して、最終的な量子化データを出力する部分である。
【０１２３】
このように、ソート部１４２によるソート処理を行うことによって、帰属成分数探索のループ処理過程で、量子化部１４５における量子化の際に、各量子化ステップへの帰属成分の位置を探索する必要がなくなるため、計算量の削減が期待できる。また、計算量の削減のために、量子化誤差計算部１４６において、帰属成分数の組み合わせと対応した、昇順または降順の量子化値ベクトルをテーブルとしてメモリに保持しておくことも考えられる。
【０１２４】
また、帰属成分数の探索処理に際して、量子化誤差を最小とする帰属成分数の最適な組み合わせは、動的計画法の適用によって、全組み合わせについてループ探索を行うよりも、少ない演算量で高速に求めることができる。ただし、動的計画法の適用の採否は問わない。
【０１２５】
次に、この動的計画法の具体的な適用方法について述べる。図１に示した正規化スペクトル係数について、極性を除去した後、降順にソートしたものを図１６に示す。また、量子化ステップ数４、つまり、極性の量子化に必要な１ビットを合わせて、１成分あたり３ビットで量子化を行う際、動的計画法を適用するためのトレリスを図１７に示す。
【０１２６】
ここで、各ノードは各帰属の閾を表しており、行(1)〜(8)は閾の位置を、列(a)〜(c)は閾のインデックスを表している。また、各ブランチは、ブランチ両端のノードで量子化ステップを区切った場合の、量子化誤差を左端から累積していく。図１７の太線は、図１６に例示した閾設定におけるパスを表している。
【０１２７】
左端の始点から、逐次各ノードに対する量子化誤差を算出および累積し、最終的に右端の終点に到達したとき、累積量子化誤差が最小となるブランチを左方向に向かって遡る。前述の量子化誤差を最小とするパスのノード情報から、各量子化ステップへの帰属成分数が決定される。
【０１２８】
また、図１７の例では、１箇所の閾位置に複数の閾が存在する、つまり、１つの成分も帰属しない量子化ステップが存在することを許容している。ただし、全ての量子化ステップに対して必ず１つ以上の成分が帰属するような拘束を付与することで、さらに探索にかかる計算量を削減することも可能である。
【０１２９】
つぎに、このように構成された量子化装置１４０の動作について説明する。図１８は、量子化装置１４０の動作を示すフローチャートである。極性量子化部１４１により、極性データが量子化され（Ｓ５０１）、極性データが除去された情報に基づいてベクトル信号が、例えば降順にソートされる（Ｓ５０２）。そして、帰属成分数決定部１２１により帰属生成分数が決定される（Ｓ５０３）。帰属成分数決定部１２１により決定された帰属成分数に基づいて、量子化ステップサイズ調整部１２２において量子化ステップサイズが調整される（Ｓ５０４）。そして、量子化部１２３において、量子化ステップサイズ調整部１２２により調整された量子化ステップサイズに基づいて、ベクトル信号が量子化される（Ｓ５０５）。
【０１３０】
量子化誤差計算部１２４において、量子化誤差が計算され（Ｓ５０６）、帰属成分数探索部１２５において、つぎに決定すべき帰属成分数があるか否かが判断される（Ｓ５０７）。つぎに決定すべき帰属成分数がある場合には、再度、帰属成分数決定部１２１において別の帰属成分数が決定され、その決定された帰属成分数に基づいた量子化ステップサイズが調整され、量子化される。つぎに決定すべき帰属成分数がない場合には、帰属成分数探索部１２５において、最適な帰属成分数が決定され（Ｓ５０８）、帰属成分数決定部１２１において、最適な帰属成分数に基づいた振幅データが出力され、この振幅データと極性データとが多重化されて量子化データが出力される（Ｓ５０９）。
【０１３１】
このように、ベクトル信号をソートすることにより、帰属成分数探索のループ処理過程で、量子化部１４５における量子化の際に、各量子化ステップへの帰属成分の位置を探索する必要がなくなるため、計算量の削減が期待できる。
【０１３２】
なお、第1〜第３の実施形態の変形例と同様に、量子化ステップサイズ調整部１４４は、ノルム拘束関数および設計関数を用いて量子化ステップサイズを調整する方法に代えて、写像関数（写像関数の関係をテーブル化した量子化テーブルを含む）に基づいて、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。
【０１３３】
つぎに、第５の実施形態にかかる音声音響復号装置２０について、図面を用いて説明する。図１９は、本実施形態にかかる音声音響復号装置２０のブロック構成図である。
【０１３４】
本実施形態にかかる音声音響復号装置２０は、第１から４の実施形態の音声音響符号化装置１０等から出力されたビット配列を入力し、この入力されたビット配列から、各周波数帯域の係数量子化データおよび利得量子化データに分離する逆多重化部２１、利得量子化データから利得情報に逆量子化する利得逆量子化部２２、各周波数帯域の利得情報に基づいて、各周波数帯域の正規化スペクトル係数を逆量子化するビット割当量を決定するビット割当部２３、ビット割当部２３より出力されたビット割当量に従って、係数量子化データを帯域ごとに逆量子化する係数逆量子化部２４a〜２４ｘ、利得情報と正規化スペクトル係数とを乗算することでスペクトル係数を算出する利得重畳部２５a〜２５ｘ、帯域分割されていたスペクトル係数を全帯域に渡って合成する帯域合成部２６、スペクトル係数を時間波形信号に逆変換するスペクトル逆変換部２７とを含んで構成されている。以下、各構成について、詳細に説明する。なお、この音声音響復号装置２０も、図４に示すようなハードウェアから構成され、上述各機能は図４に示されるハードウェアにより実現される。
【０１３５】
逆多重化部２１は、入力されたビット配列を入力し、各周波数帯域の係数量子化データおよび利得量子化データを分離する。
【０１３６】
利得逆量子化部２２は、逆多重化部２１により分離された利得量子化データを、帯域ごとに利得情報に逆量子化する。
【０１３７】
ビット割当部２３は、利得逆量子化部２２により出力された利得情報に基づいて、各帯域の正規化スペクトル係数を逆量子化するビット割当量を決定する。ただし、ビット割当の方法は、上述の第１の実施形態の音声音響符号化装置１０と共通の方法で行われる。
【０１３８】
各帯域の係数逆量子化部２４a〜２４ｘは、ビット割当部２３より出力されたビット割当量に従って、係数量子化データを正規化スペクトル係数に逆量子化する。
【０１３９】
利得重畳部２５a〜２５ｘは、係数逆量子化部２４ａ〜２４ｘにより逆量子化された正規化スペクトル係数に対して各周波数帯域の利得を乗じることで、各周波数帯域のスペクトル係数を得る。
【０１４０】
帯域合成部２６は、帯域ごとに求められたスペクトル係数を全帯域に渡り合成し、スペクトル逆変換部２７は、これを逆変換処理することで、時間波形信号である出力音声音響信号を音声音響復号装置の出力として得る。
【０１４１】
この音声音響復号装置２０の動作について説明する。図２０は、音声音響復号装置２０の動作を示すフローチャートである。
【０１４２】
逆多重化部２１により、音声符号化データとして入力されたビット配列が逆多重化され、利得量子化データと係数量子化データとに分離される（Ｓ６０１）。分離された利得量子化データは、逆量子化されて、帯域ごとに利得情報が得られる（Ｓ６０２）。また、ビット割当部２３により、ビット割当量が決定される（Ｓ６０３）。
【０１４３】
係数逆量子化部２４ａ〜２４ｘにおいて、ビット割当部２３により決定されたビット割当量にしたがって、係数量子化データは正規化スペクトル係数に逆量子化される（Ｓ６０４）。そして、利得重畳部２５ａ〜２５ｘにおいて、正規化スペクトル係数に対して各帯域の利得が乗算され、各帯域のスペクトル係数が得られる（Ｓ６０５）。そして、帯域合成部２６において、スペクトル係数が合成され（Ｓ６０６）、スペクトル逆変換部２７において、スペクトル逆変換がなされ（Ｓ６０７）、音声音響信号が出力される。
【０１４４】
このように構成された音声音響復号装置２０における係数逆量子化部２４ａ〜２４ｘとして構成される逆量子化装置１５０の構成について説明する。図２１は、第５の実施形態に係る音声音響復号装置２０の係数逆量子化部２４として構成される逆量子化装置１５０のブロック構成図である。
【０１４５】
逆量子化装置１５０は、入力ビット配列および量子化ビット量から各量子化ステップへ帰属する成分数を決定する帰属成分数決定部１５１、ベクトル信号の次元数、パワー平均値、帰属成分数決定部１５１より出力された帰属成分数に基づいてノルム情報を拘束するノルム拘束関数、および量子化ステップの相互の関係を示す設計関数に基づいて量子化ステップサイズを調整する量子化ステップサイズ調整部１５２、量子化ステップサイズ調整部１５２より出力された量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化する逆量子化部１５３とを含んで構成されている。
【０１４６】
帰属成分数決定部１５１は、音声音響復号装置２０の逆多重化部２１より出力された係数量子化データのうち、ビット割当部２３より決定されたビット割当量に従って抽出されたビット配列が、入力ビット配列として入力する。そして、帰属成分数決定部１５１は、入力ビット配列およびビット割当量を参照し、各量子化ステップへ帰属する成分数を決定する。つまり、帰属成分数決定部１５１は、ビット配列に対し、ビット割当量ごとに抽出して参照することで、各成分の帰属する量子化ステップのインデックスを判別することができる。帰属成分数決定部１５１は、各インデックスの出現回数を各量子化ステップへの帰属成分数に一致させる。以上の通り、帰属成分数決定部１５１は、入力されたビット配列を量子化ビット数毎に分離し、個々の成分がどの量子化ステップに帰属するかを判別し、帰属成分数を決定するように構成されている。
【０１４７】
量子化ステップサイズ調整部１５２は、上述の第１の実施形態で説明したように、帰属成分数決定部１５１より出力された帰属成分数、量子化ビット量、既知であるベクトル信号の次元数、およびパワー平均値に基づいて逆量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数、並びに設計関数に基づいて前述の量子化ステップサイズ調整方法に従って逆量子化に用いる量子化ステップサイズを調整する。
【０１４８】
逆量子化部１５３は、量子化ステップサイズ調整部１５２より決定した量子化ステップを用い、逆量子化することによって、正規化スペクトル係数の逆量子化を実現する。
【０１４９】
このように構成された逆量子化装置１５０の動作について説明する。図２２は、逆量子化装置１５０の動作を示すフローチャートである。ビット配列が入力され、帰属成分数決定部１５１により帰属成分数が決定される（Ｓ７０１）。ここで決定された帰属成分数等に基づいてノルム情報を拘束するノルム拘束関数および設計関数により、量子化ステップサイズ調整部１５２により量子化ステップサイズが調整される（Ｓ７０２）。そして、逆量子化部１５３により、ビット配列は逆量子化され、ベクトル信号が出力される（Ｓ７０３）。
【０１５０】
このように、帰属成分数により量子化ステップサイズが調整され、この量子化ステップサイズに基づいてビット配列を逆量子化することができる。
【０１５１】
なお、第1〜第４の実施形態の変形例と同様に、量子化ステップサイズ調整部１５２は、ノルム拘束関数および設計関数を用いて量子化ステップサイズを調整する方法に代えて、写像関数（写像関数の関係をテーブル化した量子化テーブルを含む）に基づいて、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。また、上述したとおり、写像関数を用いた場合には、音響符号化装置１０は、必ずしも帯域分割部１２、利得量子化部１３、正規化部１４、ビット割当部１５、多重化部１７を備える必要がなくなる。このため、音響復号装置２０においても、音響符号化装置１０の構成によっては、当該符号化装置１０の構成に対応する構成である逆多重化部２１、利得逆量子化部２２、ビット割当部２３、係数逆量子化部２４および帯域合成部２６は必ずしも必要な構成とはならない。
【０１５２】
続いて、第６の実施形態にかかる逆量子化装置１６０について説明する。図２３は、本実施形態にかかる音声音響復号装置２０の係数逆量子化部２４a〜２４ｘとして構成される逆量子化装置１６０のブロック構成図である。この逆量子化装置１６０は、上記逆量子化装置１５０に、量子化ステップサイズの調整に用いる設計関数の切替えを行う設計関数切替部１６１を加えたものである。
【０１５３】
設計関数切替部１６１は、予め定められた条件または情報にしたがって、量子化精度を向上させるように設計関数を切り替える部分である。例えば、設計関数切替部１６１は、当該帯域はスペクトル構造が急峻であるか否かを判断し、採用する設計関数を決定する。すなわち、設計関数切替部１６１は、１フレーム過去の処理について、逆量子化された各帯域のスペクトル係数の絶対値を参照し、その平均値と最大値を比較する。両者の差が閾値を超える場合、当該帯域はスペクトル構造が急峻であると判断し、量子化により適していると判断される一の設計関数を、量子化ステップサイズ調整部１６３に出力する。
【０１５４】
また、例えば、設計関数切替部１６１は、２通りの設計関数を保持し、切替え処理を行い、保持されているそれぞれの設計関数は、急峻なスペクトル構造を表現するのに適した設計関数Ａ、平坦なスペクトル構造を表現するのに適した設計関数Ｂであったものとする。
【０１５５】
量子化ステップサイズ調整部１６３は、上述の第１の実施形態で説明したとおり、ベクトル信号の各量子化ステップへの帰属成分数、ベクトル信号の次元数、パワー平均値、および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトルのノルム情報を拘束するノルム拘束関数、並びに選択された一の設計関数の情報を用いて量子化ステップサイズを調整し、逆量子化部１６４において逆量子化を行う。
【０１５６】
ここで、一の設計関数を選択した情報については、逆量子化装置１６０の過去の入力から判断するため、設計関数切替情報を逆量子化装置１６０が明示的に受信する必要はない。ただし、設計関数の切替方法については、例えば入力信号全体のパワー情報を利用し、無音区間のようなパワーの小さい領域では、設計関数Ｂを用いることで不自然な孤立成分の存在を防ぐようにするなど、前述の方法以外の方法を用いても良く、逆量子化装置側で設計関数切替情報を推測できない場合については、例えば、設計関数Ａを用いた場合は０、設計関数Ｂを用いた場合は１という設計関数切替情報を１ビットで量子化装置から明示的に受信することも考えられる。
【０１５７】
つぎに、逆量子化装置１６０の動作について説明する。図２４は、逆量子化装置１６０の動作を示すフローチャートである。設計関数切替部１６１により、一の設計関数が選択され、切り替えられる（Ｓ８０１）。そして、帰属成分数決定部１６２により帰属成分数が決定され（Ｓ８０２）、量子化ステップサイズ調整部１６３により、量子化ステップサイズが調整される（Ｓ８０３）。そして、逆量子化部１６４により、ビット配列は逆量子化され（Ｓ８０４）、ベクトル信号として出力される。
【０１５８】
このように、適切な設計関数に切り替えて、適切な逆量子化処理を行うことができ、パワーの一致した量子化データを生成することができる。
【０１５９】
なお、第１〜第５の実施形態の変形例と同様に、量子化ステップサイズ調整部１６１は、ノルム拘束関数および設計関数を用いて量子化ステップサイズを調整する方法に代えて、写像関数（写像関数の関係をテーブル化した量子化テーブルを含む）に基づいて、量子化ステップサイズを調整するようにしてもよい。
【０１６０】
すなわち、この写像関数切替部は、以下のとおりに構成されたものとなる。例えば、設計関数切替部１６１に代えて備えられた写像関数切替部は、予め定められた条件または情報にしたがって、量子化精度を向上させるように写像関数を切り替える部分である。例えば、この写像関数切替部は、当該帯域はスペクトル構造が急峻であるか否かを判断し、採用する写像関数を決定する。すなわち、写像関数切替部は、１フレーム過去の処理について、逆量子化された各帯域のスペクトル係数の絶対値を参照し、その平均値と最大値を比較する。両者の差が閾値を超える場合、当該帯域はスペクトル構造が急峻であると判断し、量子化により適していると判断される一の写像関数を、量子化ステップサイズ調整部１６３に出力する。
【０１６１】
つぎに、上述第１から第６の実施形態の作用効果について説明する。第１の実施形態の量子化装置１１０は、帰属成分数決定部１１１が入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する成分の数を決定する。そして、決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数ｆと量子化ステップの相互の関係を表す設計関数ｇとに基づいて、量子化ステップサイズ調整部１１２は、量子化ステップサイズを調整する。量子化部１１３は、調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を決定する技術を適用することができ、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、送信するための情報量を抑えることが可能となる。なお、量子化ステップサイズ調整部１１２は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもできる。
【０１６２】
また、第２の実施形態の量子化装置１２０は、帰属成分数決定部１２１が入力されたベクトル信号について、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を複数決定し、量子化ステップサイズ調整部１２２が決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する。そして、量子化部１２３は、調整された量子化ステップサイズを用いて上記ベクトル信号を量子化する。量子化誤差計算部１２４は、決定された帰属成分数に基づいて調整された量子化ステップサイズを用いた場合の量子化誤差を示す量子化誤差情報を算出し、帰属成分数探索部１２５が算出された量子化誤差情報に基づいて、最適な帰属成分数を探索する。これにより、最適な帰属成分数を用いて調整された量子化ステップサイズを用いて量子化された量子化データを最終的な量子化データとして出力することができる。なお、量子化ステップサイズ調整部１２２は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもできる。
【０１６３】
また、第３の実施形態の量子化装置１３０は、設計関数切替部１３１が、量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、量子化精度を向上させるよう複数の設計関数のうち一つの設計関数を選択して、設計関数を切り替えることができる。これにより、適切な量子化ステップに調整することができ、量子化精度を向上させることができる。なお、量子化ステップサイズ調整部１３３は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもでき、また設計関数切替部１３１に代えて、写像関数切替部を用いて、写像関数の切替を行ってもよい。
【０１６４】
また、第４の実施形態の量子化装置１４０は、極性量子化部１４１が入力されたベクトル信号の極性情報を量子化し、ソート部１４２が極性情報を除去したベクトル信号を、昇順または降順に並べ替える。そして、このように並び替えられたベクトル信号に対して、帰属成分数決定部１４３が複数の帰属成分数を決定し、決定された帰属成分数に基づいて、量子化ステップサイズ調整部１４４が量子化ステップサイズを調整し、量子化部１４５が量子化を行う。そして、量子化誤差計算部１４６が量子化誤差を算出し、帰属成分数探索部１４７が最適な帰属成分数を探索し、決定する。そして、帰属成分数探索部１４７で決定された帰属成分数にしたがった量子化データを、量子化部１４５は最終的な量子化データとして出力する。なお、量子化ステップサイズ調整部１４４は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもできる。
【０１６５】
これにより量子化された極性情報および最適な帰属成分数に基づいて量子化されて得られた振幅データを多重化することが好ましい。これにより、ソートされたベクトル信号を入力し、ソートされたベクトル信号に基づいて帰属成分数を決定することができ、帰属成分数を決定する処理において、その演算量、処理量を削減することができる。
【０１６６】
また、第５の実施形態の逆量子化装置１５０は、帰属成分数決定部１５１が入力されたビット配列から、各量子化ステップに帰属する帰属成分数を決定する。そして、量子化ステップサイズ調整部１５２は、決定された帰属成分数および量子化ビット量に基づいて量子化ベクトル信号のノルム情報を拘束するノルム拘束関数と量子化ステップの相互の関係を表す設計関数とに基づいて、量子化ステップサイズを調整する。逆量子化部１５３は、量子化ステップサイズを用いて入力ビット配列を逆量子化することができる。これにより、量子化前のベクトル信号と逆量子化後のベクトル信号との間でのパワーの不一致を生じずに量子化することができる。また、ビット割当量を明示せず利得情報に基づいてビット割当量を割り当てる技術を適用することができるため、量子化装置側から逆量子化装置側に対して、ベクトル信号に対するビット割当量の明示が必要なく、受信するための情報量を抑えることが可能となる。なお、量子化ステップサイズ調整部１５２は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもできる。
【０１６７】
また、第６の実施形態の逆量子化装置１６０は、設計関数切替部１６１が量子化ステップの相互の関係を表す設計関数を複数記憶し、設計関数切替情報に応じて設計関数を切り替えることができる。これにより、適切な設計関数に切り替えることができ、量子化精度を向上させることができる。なお、量子化ステップサイズ調整部１６３は、帰属成分数、量子化ビット量および写像関数を用いて量子化ステップサイズを調整することもできる。また、設計関数切替部１６１に代えて、写像関数切替部を用いて、写像関数の切替を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】８次元スペクトル係数の絶対値および量子化ステップの例を示す説明図である。
【図２】図１のスペクトル係数を量子化した量子化スペクトル係数を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる音声音響符号化装置１０のブロック構成図である。
【図４】音声音響符号化装置１０のハードウェア構成図である。
【図５】量子化装置１１０のブロック構成図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる量子化ステップサイズ調整方法における、パワー拘束関数および設計関数を示すグラフである。
【図７】図１のスペクトル係数を、本発明の第１の実施形態における、N1=7、N2=1の条件下の量子化結果を示す図である。
【図８】図１のスペクトル係数を、本発明の第１の実施形態における、N1=6、N2=2の条件下の量子化結果を示す図である。
【図９】音声音響符号化装置１０の動作を示すフローチャートである。
【図１０】係数量子化部１６の係数量子化処理の詳細な動作を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態の量子化装置１２０のブロック構成図である。
【図１２】量子化装置１２０の動作を示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施形態の量子化装置１３０のブロック構成図である。
【図１４】量子化装置１３０の動作を示すフローチャートである。
【図１５】第４の実施形態の量子化装置１４０のブロック構成図である。
【図１６】図１のスペクトル係数を、極性を除去した後、降順にソート処理したスペクトル係数を示す図である。
【図１７】動的計画法を適用するためのトレリスを示す図である。
【図１８】量子化装置１４０の動作を示すフローチャートである。
【図１９】第５の実施形態の音声音響復号装置２０のブロック構成図である。
【図２０】音声音響復号装置２０の動作を示すフローチャートである。
【図２１】逆量子化装置１５０のブロック構成図である。
【図２２】逆量子化装置１５０の動作を示すフローチャートである。
【図２３】第６の実施形態の逆量子化装置１６０のブロック構成図である。
【図２４】逆量子化装置１６０の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６９】
１０…音声音響符号化装置、１１…スペクトル変換部、１２…帯域分割部、１３…利得量子化部、１４a〜１４ｘ…正規化部、１５…ビット割当部、１６a〜１６ｘ…係数量子化部、１７…多重化部、２０…音声音響復号装置、２０…音声音響復号装置、２１…逆多重化部、２２…利得逆量子化部、２３…ビット割当部、２４a〜２４ｘ…係数逆量子化部、２５a〜２５ｘ…利得重畳部、２６…帯域合成部、２７…スペクトル逆変換部、１１０…量子化装置、１１１…帰属成分数決定部、１１２…量子化ステップサイズ調整部、１１３…量子化部、１２０…量子化装置、１２１…帰属成分数決定部、１２２…量子化ステップサイズ調整部、１２３…量子化部、１２４…量子化誤差計算部、１２５…帰属成分数探索部、１３０…量子化装置、１３１…設計関数切替部、１３２…帰属成分数決定部、１３３…量子化ステップサイズ調整部、１３４…量子化部、１４０…量子化装置、１４１…極性量子化部、１４２…ソート部、１４３…帰属成分数決定部、１４４…量子化ステップサイズ調整部、１４５…量子化部、１４６…量子化誤差計算部、１４７…帰属成分数探索部、１４８…多重化部、１５０…逆量子化装置、１５１…帰属成分数決定部、１５２…量子化ステップサイズ調整部、１５３…逆量子化部、１６０…逆量子化装置、１６１…設計関数切替部、１６２…帰属成分数決定部、１６３…量子化ステップサイズ調整部、１６４…逆量子化部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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