(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化方法であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補によって分析用信号列を求め、前記分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測ステップと、
前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化ステップと、
前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出ステップと、
前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算ステップと、
前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を求める係数符号化ステップと、
前記予測残差列を符号化し、予測残差符号を求める残差符号化ステップと
を有し、
複数種類の前記分析用対応変換の候補のそれぞれについて前記各ステップの処理を行い、符号量または符号量の推定値が最小になる前記予測係数符号と予測残差符号を出力する
ことを特徴とする符号化方法。
【請求項２】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化方法であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中からあらかじめ定めた手順で１つずつ出力する分析用対応変換候補出力ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記元の信号列とから生成した分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算ステップと、
あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に前記減算ステップが出力した前記予測残差列の中から、符号量の推定値が最小となる予測残差列を出力する最適選定ステップと、
前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を求める係数符号化ステップと、
前記最適選択ステップが出力した予測残差列を符号化し、予測残差符号を求める残差符号化ステップと、を有する符号化方法。
【請求項３】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化方法であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中からあらかじめ定めた手順で１つずつ出力する分析用対応変換候補出力ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記元の信号列とから生成した分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を求める係数符号化ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算ステップと、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記予測残差列を符号化し、予測残差符号を求める残差符号化ステップと、
あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に求めた前記予測係数符号と前記予測残差符号の中から、前記予測係数符号と前記予測残差符号を合わせた符号量を最小にする予測残差符号を出力する最適選定ステップと
を有する符号化方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の符号化方法であって、
前記中間的な信号による信号列は、前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との重み付け加算により得られる信号による信号列である、
符号化方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の符号化方法であって、
前記予測値算出ステップは、
前記第２信号列に含まれる各信号を、前記元の信号列に含まれる各信号と線形な関係の算出用信号に変換して得られる算出用信号列を得る算出用線形対応サブステップと、
前記算出用信号列と前記量子化線形予測係数を用いて予測値列を求める算出サブステップと、
前記予測値列の各信号に対して、前記算出用線形対応サブステップの逆の処理をして得られる第２予測値により構成される第２予測値列を求める第２予測サブステップと
を有する符号化方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の符号化方法であって、
前記予測値算出ステップは、
前記第２信号列に含まれる各信号を、前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号である算出用信号に変換して得られる算出用信号列を得る算出用線形対応サブステップと、
前記算出用信号列と前記量子化線形予測係数を用いて予測値列を求める算出サブステップと、
前記予測値列の各信号に対して、前記算出用線形対応サブステップの逆の処理をして得られる第２予測値により構成される第２予測値列を求める第２予測サブステップと
を有する符号化方法。
【請求項７】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化装置であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補によって分析用信号列を求め、前記分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測部と、
前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化部と、
前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出部と、
前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算部と、
前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を求める係数符号化部と、
前記予測残差列を符号化し、予測残差符号を求める残差符号化部と
を備え、
複数種類の前記分析用対応変換の候補のそれぞれについて前記各部の処理を行い、符号量または符号量の推定値が最小になる前記予測係数符号と予測残差符号を出力することを特徴とする符号化装置。
【請求項８】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化装置であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中からあらかじめ定めた手順で１つずつ出力する分析用対応変換候補出力部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記元の信号列とから生成した分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算部と、
あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に前記減算部が出力した前記予測残差列の中から、符号量の推定値が最小となる予測残差列を出力する最適選定部と、
前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を出力する係数符号化部と、
前記最適選択部が出力した予測残差列を符号化し、予測残差符号を出力する残差符号化部と、を有する符号化装置。
【請求項９】
線形PCM信号により構成される元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化装置であって、
前記第２信号列に含まれる各信号と前記元の信号列に含まれる各信号との中間的な信号による信号列を生成する処理である分析用対応変換の候補を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中からあらかじめ定めた手順で１つずつ出力する分析用対応変換候補出力部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記元の信号列とから生成した分析用信号列から線形予測係数を求める線形予測部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める量子化部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を出力する係数符号化部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記量子化線形予測係数を用いて、第２予測値列を求める予測値算出部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記第２信号列と前記第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める減算部と、
前記分析用対応変換の候補ごとに、前記予測残差列を符号化し、予測残差符号を出力する残差符号化部と、
あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に求めた前記予測係数符号と前記予測残差符号の中から、前記予測係数符号と前記予測残差符号を合わせた符号量を最小にする予測残差符号を出力する最適選定部とを有する符号化装置。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれかに記載の符号化方法の各ステップをコンピュータに実行させる符号化プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載の符号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対数近似圧伸ＰＣＭなどの圧伸された信号列の符号化方法、この方法を用いた装置、プログラム、記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声、画像などの情報を圧縮する方法として歪の無い可逆の符号化が知られている。波形をそのまま線形ＰＣＭ信号として記録した場合には各種の圧縮符号化が考案されている（非特許文献１）。
【０００３】
一方、電話の長距離伝送やＶｏＩＰ用の音声伝送には、振幅をそのままの数値とする線形ＰＣＭではなく、振幅を対数に近似させた対数近似圧伸ＰＣＭ（非特許文献２）などが使われている。
【非特許文献１】MatHans, “Lossless Compression of Digital Audio”, IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, July 2001, pp.21-32.
【非特許文献２】ITU-T Recommendation G.711, “Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies”.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般の電話に代わってＶｏＩＰシステムが普及してくると、ＶｏＩＰ用の音声伝送のために求められる伝送容量は増大する。たとえば、非特許文献２のＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７１１の場合であれば、１回線に対して６４ｋｂｉｔ／ｓ×２の伝送容量が必要だが、回線数が増えれば求められる伝送容量も増大する。したがって、対数近似圧伸ＰＣＭなどの圧伸された信号列を圧縮符号化する技術（符号量を低減できる技術）が求められる。圧伸とは、元の信号列の大小関係を番号系列で示すことを意味している。また、元の信号列の大小関係を示す番号系列とは、大小関係を維持したまま、あるいは大小関係を反転して、均等間隔に付された数である。図１は、第２信号列の振幅の例を示す図である。横軸は線形ＰＣＭの場合の値であり、縦軸は対数近似圧伸ＰＣＭの場合の対応する値である。図２は、８ビットのμ則の具体的な形式を示す図である。正負を示す１ビット（極性）、指数を示す３ビット（指数部）、線形符号での増分（傾き）を示す４ビット（線形部）から構成されている。この形式の対数近似圧伸ＰＣＭの場合、−１２７から１２７までの数値を表現できる。これは、線形ＰＣＭの−８１５８から８１５８までに相当する（図１）。
【０００５】
対数近似圧伸ＰＣＭなどの圧伸された信号列（以下、「第２信号列」という）を圧縮符号化する技術として、以下のような符号化装置と復号化装置が考えられる。図３に、第２信号列を符号化する符号化装置の機能構成例を示す。また、図４に、この符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置８００は、線形予測部８１０、量子化部８２０、予測値算出部８３０、減算部８４０、係数符号化部８５０、残差符号化部８６０を備える。さらに、符号化装置８００への入力信号列がフレーム単位に分割されていない場合は、符号化装置８００は、フレーム分割部８７０も備えている。フレーム分割部８７０は、入力信号列をフレーム単位に分割した第２信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ）｝を出力する。なお、Ｎは１フレームのサンプル数である。
【０００６】
符号化装置８００に、フレーム単位に分割された第２信号列Ｘが入力されると、線形予測部８１０は、フレーム単位に分割された第２信号列Ｘから線形予測係数Ｋ＝｛ｋ（１），ｋ（２），…，ｋ（Ｐ）｝を求める（Ｓ８１０）。なお、Ｐは予測次数である。量子化部８２０は、線形予測係数Ｋを量子化して量子化線形予測係数Ｋ’＝｛ｋ’（１），ｋ’（２），…，ｋ’（Ｐ）｝を求める（Ｓ８２０）。予測値算出部８３０は、第２信号列Ｘと量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように第２予測値列Ｙ＝｛ｙ（１），ｙ（２），…，ｙ（Ｎ）｝を求める（Ｓ８３０）。
【０００７】
【数１】
0005006772.tif 000002
ただし、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。減算部８４０は、第２信号列Ｘと第２予測値列Ｙとの差（予測残差列）Ｅ＝｛ｅ（１），ｅ（２），…，ｅ（Ｎ）｝を求める（Ｓ８４０）。係数符号化部８５０は、量子化線形予測係数Ｋ’を符号化し、予測係数符号Ｃｋを出力する（Ｓ８５０）。残差符号化部８６０は、予測残差列Ｅを符号化し、予測残差符号Ｃｅを出力する（Ｓ８６０）。
【０００８】
図５に、第２信号列に復号化する復号化装置の機能構成例を示す。また、図６に、この復号化装置の処理フロー例を示す。復号化装置９００は、残差復号化部９１０、係数復号化部９２０、予測値算出部９３０、加算部９４０を備える。残差復号化部９１０は、予測残差符号Ｃｅと復号化して予測残差列Ｅを求める（Ｓ９１０）。係数復号化部９２０は、予測係数符号Ｃｋを復号化して量子化線形予測係数Ｋ’を求める（Ｓ９２０）。予測値算出部９３０は、復号化された第２信号列Ｘと量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように第２予測値列Ｙを求める（Ｓ９３０）。
【０００９】
【数２】
0005006772.tif 000003
加算部９４０は、第２予測値列Ｙと予測残差列Ｅとを加算して第２信号列Ｘを求める（Ｓ９４０）。このような構成により、圧伸された信号列を可逆圧縮できる。しかし、Ｇ．７１１などの圧伸された信号列を、上述のように可逆圧縮しても圧縮効率が十分高いとは言えない。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、圧伸された信号列に対して高い符号化効率を実現し、符号量を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の符号化方法は、元の信号列の大小関係を示す番号系列（以下、「第２信号列」という）を符号化する符号化方法であって、分析用対応変換候補出力ステップ、線形予測ステップ、量子化ステップ、予測値算出ステップ、減算ステップ、係数符号化ステップ、残差符号化ステップ、最適選定ステップを有する。なお、「元の信号列の大小関係を示す番号系列」とは、大小関係を維持したまま、あるいは大小関係を反転して、均等間隔に付された数である。例えば、１，２，３，…でもよいし、２，４，６，…のようにしてもよい。
【００１２】
分析用対応変換候補出力ステップは、元の信号列と線形な関係に近づける処理である分析用対応変換の候補を、あらかじめ定めた手順で出力する。なお、「元の信号列と線形な関係に近づける処理」には、元の信号列と線形な関係の信号列にする処理は含まない。線形予測ステップは、分析用対応変換の候補ごとに、第２信号列から線形予測係数を求める。量子化ステップは、分析用対応変換の候補ごとに、線形予測係数を量子化して量子化線形予測係数を求める。予測値算出ステップは、分析用対応変換の候補ごとに、第２信号列と量子化線形予測係数を用いて、予測値列の振幅を圧縮した第２予測値列を求める。減算ステップは、分析用対応変換の候補ごとに、第２信号列と第２予測値列との差を求め、予測残差列を求める。係数符号化ステップは、量子化線形予測係数を符号化し、予測係数符号を出力する。残差符号化ステップは、予測残差列を符号化し、予測残差符号を出力する。最適選定ステップは、あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に減算ステップが出力した前記予測残差列の中から、符号量の推定値が最小となる予測残差列を出力する。なお、予測残差列の各信号の絶対値の和や、各信号の２乗の和などを求めることにより符号量を推定できる。または、最適選定ステップは、あらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しの間に求めた前記予測係数符号と前記予測残差符号の中から、予測係数符号と予測残差符号を合わせた符号量を最小にする予測残差符号を出力する。
【００１３】
また、線形予測ステップは、分析用線形対応サブステップと分析係数サブステップとを有する。分析用線形対応サブステップは、第２信号列を、元の信号列と線形な関係に近づける処理によって分析用信号列に変換する。分析係数サブステップは、分析用信号列を線形予測分析して線形予測係数を求める。
【００１４】
なお、予測値算出ステップは、算出用線形対応サブステップ、算出サブステップ、第２予測サブステップを有してもよい。算出用線形対応サブステップは、第２信号列を、元の信号列と線形な関係の算出用信号列に変換する。算出サブステップは、算出用信号列と前記量子化線形予測係数を用いて予測値列を求める。第２予測サブステップは、算出用線形対応サブステップの逆の処理によって、予測値列の振幅を圧縮して第２予測値列を求める。
【００１５】
分析用対応変換の候補をあらかじめ定めた手順で決める方法として、例えば、分析用対応変換候補出力ステップは、元の信号列を線形な関係に近づける処理を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中から１つずつ選ぶ方法がある。この場合、最適選定ステップのあらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しとは、全ての分析用対応変換の候補が選ばれたことである。あるいは、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中から、符号量が小さくなるように分析用対応変換の候補を調整する方法もある。この場合、最適選定ステップのあらかじめ定めた条件を満たすまで実行された繰返しとは、符号量が所定の値よりも小さくなったことや、所定の回数繰り返したことなどである。つまり、どのような方法を用いるかに関わらず、最終的に符号量が最小になればよい。
【００１６】
また、分析用対応変換候補出力ステップで出力する分析用対応変換の候補は、第２信号列と、元の信号列と線形な信号列との重みつき加算とすればよい。
【発明の効果】
【００１７】
一般的に、線形な信号列は効率よく予測できる。しかし、線形な信号列は、もともと振幅を表すためのビット数が多くなるので符号量も多くなってしまう。一方、圧伸された信号列をそのまま数値とみなせば、振幅を表すためのビット数を少なくできる。しかし、波形自体が不自然になってしまうので、予測効率が悪くなる。本発明の符号化方法によれば、線形予測係数の算出（線形予測ステップ）に用いる信号列として、第２信号列よりも元の信号列と線形な関係に近い信号列の中で符号化効率のよい信号列を探索して用いるので、予測残差列から求めた符号量の推定値を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、説明の重複を避けるため同じ機能を有する構成部や同じ処理を行う処理ステップには同一の番号を付与し、説明を省略する。
【００１９】
［第１実施形態］
図７に、第１実施形態の圧伸された信号列（第２信号列）を符号化する符号化装置の機能構成例を示す。また、図８に、この符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置１００は、符号化装置８００（図３）と線形予測部２１０、分析用対応変換候補出力部１７０、最適選定部１８０が異なる。その他の構成は同じである。
【００２０】
分析用対応変換候補出力部１７０は、第２信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ）｝を、元の信号列と線形な関係に近づける処理である分析用対応変換の候補Ｆ’（）を、あらかじめ定めた手順で出力する（Ｓ１７０）。分析用対応変換の候補をあらかじめ定めた手順で決める方法として、例えば、元の信号列を線形な関係に近づける処理を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中から１つずつ選ぶ方法がある。あるいは、予測残差列から求めた符号量の推定値が減る方向に分析用対応変換の候補Ｆ’（）を調整していく方法などがある。なお、予測残差列の各信号の絶対値の和や、各信号の２乗の和などを求めることにより、予測残差列から符号量を推定できる。
線形予測部２１０は、分析用線形対応手段２１１と分析係数手段２１２とを有する。分析用線形対応手段２１１は、第２信号列Ｘを、元の信号列と線形な関係に近づける処理Ｆ’（）によって分析用信号列Ｆ’（Ｘ）に変換する（Ｓ２１１）。分析係数手段２１２は、分析用信号列Ｆ’（Ｘ）を線形予測分析して線形予測係数Ｋを求める（Ｓ２１２）。処理Ｆ’（）は線形予測係数Ｋを求めるために行う処理であり、その結果は線形予測係数Ｋに反映されるので、復号化装置には必要がないし、可逆である必要もない。したがって、適宜変更してもよい。  なお、圧伸とは、元の信号列の大小関係を番号系列で示すことを意味している。また、元の信号列の大小関係を示す番号系列とは、大小関係を維持したまま、あるいは大小関係を反転して、均等間隔に付された数である。非特許文献２（Ｇ．７１１）には、Ａ則やμ則の場合の具体例が表で示されている（非特許文献２のＴａｂｌｅ  １ａ〜２ｂ）。Ａ則の場合もμ則の場合も、非特許文献２の表の第６列に「８ビットの形式（図２参照）」、第７列に「元の信号の量子化値」、第８列に「元の信号の大小関係を示す番号」が示されている。「８ビットの形式」は、０と１とを反転させるなどのビット形式を決めるルールに従って定められている。これを、ビット形式を決めるルールに従って数値にしたものが、「元の信号の大小関係を示す番号」である。非特許文献２の「元の信号の大小関係を示す番号」が、本発明の第２信号列の１つのサンプル値に相当する。また、非特許文献２の「元の信号の量子化値」が、元の信号列と線形な関係の信号列の１つのサンプル値に相当する。例えば、μ則の“１１１０１１１１”という８ビットは、元の信号の大小関係を示す番号は１６であり、元の信号の量子化値は３３である。また、μ則の“１０００１１１１”という８ビットは、元の信号の大小関係を示す番号は１１２であり、元の信号の量子化値は４１９１である。
【００２１】
符号化装置１００は、あらかじめ定めた繰返しの条件を満たすかを確認する（Ｓ１７５）。あらかじめ定めた繰返しの条件は、分析用対応変換の候補を選ぶ手順が、あらかじめ定めた分析用対応変換の候補から順次選ぶ場合には、あらかじめ定めた分析用対応変換の候補の全てに対してステップＳ１７０からＳ８４０が終了したときとすればよい。また、分析用対応変換の候補を選ぶ手順が、予測残差列から求めた符号量の推定値が減る方向に分析用対応変換の候補Ｆ’（）を調整していく場合には、予測誤差が閾値以下となったときとすればよい。
【００２２】
ステップＳ１７５が条件を満たさない場合には、ステップＳ１７０に戻り、分析用対応変換候補出力部１７０が、あらかじめ定めた手順で次の分析用対応変換の候補Ｆ’（）を出力する。ステップＳ１７５が条件を満たす場合には、最適選定部１８０は、繰返し処理の間に減算部８４０が出力した前記予測残差列Ｅの中から、符号量の推定値が最小となる予測残差列Ｅを出力する（Ｓ１８０）。残差符号化部８６０は、最適選定部１８０が出力した予測残差列Ｅを符号化する（Ｓ８６０）。
【００２３】
復号化装置は図５と同じである。符号化装置１００のステップＳ２１１（分析用線形対応サブステップ）で行われる「第２信号列Ｘを、元の信号列と線形な関係に近づける処理（分析用対応変換）Ｆ’（）」とは、圧伸された信号列と元の信号列と線形な関係の信号列との中間的な信号列にする処理であり、元の信号列と線形な関係の信号列にする処理は含まない。具体的には、以下のような処理である。線形な関係とは、元の信号列の１つのサンプル値の振幅をｓとするときに、
｜１−Ｈ（αｓ）／αＨ（ｓ）｜≒０
ただし、αは任意の実数
を満足する関数Ｈ（）によって変換された信号列を意味している。なお、この式では離散化に伴う誤差は無視している。第２信号列の１つのサンプル値の振幅ｘと元の信号列の１つのサンプル値の振幅ｓとの関係がｘ＝Ｇ（ｓ）の場合は、任意のαに対しては
｜１−Ｇ（αｓ）／αＧ（ｓ）｜≒０
を満足しない。「線形な関係に近づける処理（分析用対応変換）」とは、この処理を関数Ｆ（）とすると、任意のαに対して、
｜１−Ｆ’（αｘ）／αＦ’（ｘ）｜＜｜１−Ｇ（αｓ）／αＧ（ｓ）｜
となり、かつ、すべてのαに対しては
｜１−Ｆ’（αｘ）／αＦ’（ｘ）｜≒０
は満足しない。たとえば、第２信号列の１つのサンプル値の振幅ｘと元の信号列の１つのサンプル値の振幅ｓとの重みつき加算（たとえば、ｇを重みとしてｘ＋ｇｓ）を行う処理がある。
【００２４】
本実施形態の符号化装置によれば、線形予測係数の算出（線形予測ステップ）に用いる信号列として、第２信号列よりも元の信号列と線形な関係に近い信号列の中で符号化効率のよい信号列を探索して用いる。したがって、予測残差列から求めた符号量の推定値を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【００２５】
［変形例］
図９に、第１実施形態変形例の第２信号列を符号化する符号化装置の機能構成例を示す。また、図１０に、この符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置２００は、符号化装置１００（図７）と予測値算出部１３０が異なる。その他の構成は同じである。
【００２６】
予測値算出部１３０は、算出用線形対応手段１３１、算出手段１３２、第２予測手段１３３を有する。算出用線形対応手段１３１は、第２信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ）｝を、元の信号列と線形な関係に近づける可逆な処理Ｆ（）によって、算出用信号列Ｆ（Ｘ）に変換する（Ｓ１３１）。なお、ステップＳ１３１では、元の信号列と線形な関係の分析用信号列に変換してもよい。
【００２７】
算出手段１３２は、算出用信号列Ｆ（Ｘ）と量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように予測値列Ｆ（Ｙ）＝｛Ｆ（ｙ（１）），Ｆ（ｙ（２）），…，Ｆ（ｙ（Ｎ））｝を求める（Ｓ１３２）。
【００２８】
【数３】
0005006772.tif 000004
ただし、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。第２予測手段１３３は、ステップＳ１３１の逆の処理Ｆ−１（）によって、予測値列Ｆ（Ｙ）の振幅を圧縮して第２予測値列Ｙ＝｛ｙ（１），ｙ（２），…，ｙ（Ｎ）｝を求める（Ｓ１３３）。  図１１に、圧伸された信号列に復号化する復号化装置の機能構成例を示す。また、図１２に、この復号化装置の処理フロー例を示す。復号化装置３００は、復号化装置９００（図５）と予測値算出部３３０が異なる。その他の構成は同じである。予測値算出部３３０は、復号線形対応手段３３１、復号予測手段３３２、第２復号手段３３３を有する。復号線形対応手段３３１は、復号化された第２信号列Ｘを、元の信号列と線形な関係に近づける可逆な処理Ｆ（）によって、算出用信号列Ｆ（Ｘ）に変換する（Ｓ３３１）。復号予測手段３３２は、算出用信号列Ｆ（Ｘ）と量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように予測値列Ｆ（Ｙ）を求める（Ｓ３３２）。
【００２９】
【数４】
0005006772.tif 000005
第２復号手段３３３は、ステップＳ３３１の逆の処理Ｆ−１（）によって、予測値列Ｆ（Ｙ）の振幅を圧縮して第２予測値列Ｆ（Ｙ）を求める（Ｓ３３３）。
【００３０】
符号化装置２００のステップＳ１３１（算出用線形対応サブステップ）、復号化装置３００のステップＳ３３１（復号線形対応サブステップ）で行われる「第２信号列Ｘを、元の信号列と線形な関係に近づける処理Ｆ（）」とは、圧伸された信号列と元の信号列と線形な関係の信号列との中間的な信号列にする処理であり、元の信号列と線形な関係の信号列にする処理は含まない。具体的には、以下のような処理である。線形な関係とは、元の信号列の１つのサンプル値の振幅をｓとするときに、
｜１−Ｈ（αｓ）／αＨ（ｓ）｜≒０
ただし、αは任意の実数
を満足する関数Ｈ（）によって変換された信号列を意味している。なお、この式では離散化に伴う誤差は無視している。第２信号列の１つのサンプル値の振幅ｘと元の信号の振幅ｓとの関係がｘ＝Ｇ（ｓ）の場合は、任意のαに対しては
｜１−Ｇ（αｓ）／αＧ（ｓ）｜≒０
を満足しない。「線形な関係に近づける処理」とは、この処理を関数Ｆ（）とすると、任意のαに対して、
｜１−Ｆ（αｘ）／αＦ（ｘ）｜＜｜１−Ｇ（αｓ）／αＧ（ｓ）｜
であり、かつ、すべてのαに対しては
｜１−Ｆ（αｘ）／αＦ（ｘ）｜≒０
は満足しない。たとえば、第２信号列の１つのサンプル値の振幅ｘと元の信号列の１つのサンプル値の振幅ｓとの重みつき加算（たとえば、ｇを重みとしてｘ＋ｇｓ）を行う処理がある。また、処理Ｆ（）は符号化装置と復号化装置とで同じにする必要がある。上記の重み付加算の方法であれば、重みｇの情報を共有しておけば、符号化装置と復号化装置とで同じ処理が行えるし、逆の処理Ｆ−１（）も容易に実行できる。
【００３１】
本実施形態の符号化装置と復号化装置によれば、圧伸された信号列を線形に近づけた上で予測値列を算出できる。例えば、対数近似は振幅の大きいサンプルの誤差が大きいが、線形に近づけることで振幅が大きいサンプルの誤差を小さくできる。このことによって、さらに予測残差を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【００３２】
［第２実施形態］
図１３に、第２実施形態の第２信号列を符号化する符号化装置の機能構成例を示す。また、図１４に、この符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置４００は、符号化装置１００（図７）と分析用対応変換候補出力部４７０、最適選定部４８０が異なる。その他の構成は同じである。
【００３３】
分析用対応変換候補出力部４７０は、第２信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ）｝を、元の信号列と線形な関係に近づける処理である分析用対応変換の候補Ｆ’（）を、あらかじめ定めた手順で出力する（Ｓ４７０）。分析用対応変換の候補をあらかじめ定めた手順で決める方法として、例えば、元の信号列を線形な関係に近づける処理を、あらかじめ定めた複数の分析用対応変換の候補の中から１つずつ選ぶ方法がある。あるいは、予測係数符号と予測残差符号を合わせた符号量が減る方向に分析用対応変換の候補Ｆ’（）を調整していく方法などがある。
【００３４】
符号化装置４００は、あらかじめ定めた繰返しの条件を満たすかを確認する（Ｓ４７５）。あらかじめ定めた繰返しの条件は、分析用対応変換の候補を選ぶ手順が、あらかじめ定めた分析用対応変換の候補から順次選ぶ場合には、あらかじめ定めた分析用対応変換の候補の全てに対してステップＳ４７０からＳ８６０が終了したときとすればよい。また、分析用対応変換の候補を選ぶ手順が、予測係数符号と予測残差符号を合わせた符号量が減る方向に分析用対応変換の候補Ｆ’（）を調整していく場合には、符号量が閾値以下となったときとすればよい。
【００３５】
ステップＳ４７５が条件を満たさない場合には、ステップＳ４７０に戻り、分析用対応変換候補出力部４７０が、あらかじめ定めた手順で次の分析用対応変換の候補Ｆ’（）を出力する。ステップＳ４７５が、条件を満たす場合には、最適選定部４８０は、繰返し処理の間に求めた前記予測係数符号Ｃｋと前記予測残差符号Ｃｅの中から、前記予測係数符号Ｃｋと前記予測残差符号Ｃｅを合わせた符号量を最小にする予測残差符号Ｃｅを出力する（Ｓ４８０）。なお、ステップＳ４８０の処理に予測残差符号Ｃｅだけでなく予測係数符号Ｃｋも用いてもよいし、予測残差符号Ｃｅのみを用いてもよい。
【００３６】
復号化装置は、図５と同じである。
【００３７】
本変形例の符号化装置によれば、圧伸された信号列を線形に近づけた上で線形予測係数を求めるので、予測残差列から求めた符号量の推定値を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【００３８】
第２実施形態の符号化装置によれば、第１実施形態と同じように、線形予測係数の算出（線形予測ステップ）に用いる信号列として、第２信号列よりも元の信号列と線形な関係に近い信号列の中で符号化効率のよい信号列を探索して用いる。したがって、予測残差列から求めた符号量の推定値を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【００３９】
［変形例］
図１５に、第２実施形態変形例の第２信号列を符号化する符号化装置の機能構成例を示す。また、図１６に、この符号化装置の処理フロー例を示す。符号化装置５００は、符号化装置４００（図１３）と予測値算出部１３０が異なる。その他の構成は同じである。予測値算出部１３０は、算出用線形対応手段１３１、算出手段１３２、第２予測手段１３３を有する。算出用線形対応手段１３１は、第２信号列Ｘ＝｛ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ）｝を、元の信号列と線形な関係に近づける可逆な処理Ｆ（）によって、算出用信号列Ｆ（Ｘ）に変換する（Ｓ１３１）。
【００４０】
算出手段１３２は、算出用信号列Ｆ（Ｘ）と量子化線形予測係数Ｋ’を用いて、次式のように予測値列Ｆ（Ｙ）＝｛Ｆ（ｙ（１）），Ｆ（ｙ（２）），…，Ｆ（ｙ（Ｎ））｝を求める（Ｓ１３２）。
【００４１】
【数５】
0005006772.tif 000006
ただし、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。第２予測手段１３３は、ステップＳ１３１の逆の処理Ｆ−１（）によって、予測値列Ｆ（Ｙ）の振幅を圧縮して第２予測値列Ｙ＝｛ｙ（１），ｙ（２），…，ｙ（Ｎ）｝を求める（Ｓ１３３）。
【００４２】
復号化装置は、第１実施形態変形例（図１１）と同じである。
【００４３】
本実施形態の符号化装置と復号化装置によれば、圧伸された信号列を線形に近づけた上で予測値列を算出できる。例えば、対数近似は振幅の大きいサンプルの誤差が大きいが、線形に近づけることで振幅が大きいサンプルの誤差を小さくできる。このことによって、さらに予測残差を小さくでき、符号化の効率を高めることができる。また、その結果として符号量を少なくできる。
【００４４】
第１実施形態、第２実施形態に示したように、いくつかの方法で符号量を最小にできる。本発明の効果は、どのような方法で符号量を最小にする対応変換を求めるかには関係ない。
【００４５】
［具体例］
図１７に、線形な関係に近づける処理Ｆ’（）として第２信号列Ｘと元の信号列と線形な信号列Ｓ=｛ｓ（１），ｓ（２），…，ｓ（Ｎ）｝との重みつき加算（ｇを重みとしてＸｇ＋Ｓ）を行った場合の８ビットのμ則の形式（図２）の例を示す。なお、図１７では極性が正の場合のみを示している。また、μ則の指数部（セグメント）と線形部（レベル）は、一般的な感覚とは“１”と“０”とが反転しており、μ則では“１１１１１１１１”が正の最小の数値を示し、“１０００００００”が正の最大の数値を示すことに注意されたい。図中の「元の信号の大小関係を示す番号」の列が、非特許文献２（Ｇ．７１１）のμ則の具体例を示す表（Ｔａｂｌｅ  ２ａ）の第８列に相当し、「元の信号の量子化値」の列が第７列に相当する。図１７（Ａ）は指数部（セグメント）が“１１１”の例を示しており、レベルが１増えるごとに、元の信号の大小関係を示す番号はｇ、元の信号の量子化値は２増えている。図１７（Ｂ）は指数部（セグメント）が“１１０” の例を示しており、レベルが１増えるごとに、元の信号の大小関係を示す番号はｇ、元の信号の量子化値は４増えている。図１７（Ｃ）は指数部（セグメント）が“００１” の例を示しており、レベルが１増えるごとに、元の信号の大小関係を示す番号はｇ、元の信号の量子化値は１２８増えている。図１７（Ｄ）は指数部（セグメント）が“０００” の例を示しており、レベルが１増えるごとに、元の信号の大小関係を示す番号はｇ、元の信号の量子化値は２５６増えている。なお、中間数値とは、処理Ｆ’（）を行った後の値を指している。第２信号列Ｘと元の信号列と線形な信号列Ｓとの重みつき加算（ｇを重みとしてＸｇ＋Ｓ）によって、線形な関係に近づけることができる（重み付加算の結果、線形特性と圧伸特性の中間状態となる）。
【００４６】
分析用対応変換候補出力部１７０、４７０があらかじめ複数の分析用対応変換の候補を定めておく場合であれば、何種類かの重みｇを定めておけばよい。これらの重みｇを定める方法としては、学習データを用意しておき、学習データに適した重みｇを求める方法がある。これらの重みｇは、クラスタリングで設計することができる。図１８は、学習データを用いて、２つの重みｇ１、ｇ２を求める処理フロー例である。
【００４７】
初期値として、重みｇ１、ｇ２を用意しておく。学習データの全フレームに対して、フレームごとに、それぞれの重みを用いた分析用対応変換の候補Ｆ’（）を使って符号化し、符号量を比較する（Ｓ１０１０）。重みｇ１の方が、符号量が少なかった全てのフレームに対して、最適な重みとなるように重みｇ１を計算し、新しい重みｇ１とする（Ｓ１０２０）。計算の方法としては、例えば、重みｇ１を微小に増減させて、全体の符号量が減る方向に動かし、収束させる方法がある。重みｇ２の方が、符号量が少なかった全てのフレームに対して、最適な重みとなるように重みｇ２を計算し、新しい重みｇ２とする（Ｓ１０３０）。あらかじめ定めた繰返し条件を満たすかを確認する（Ｓ１０４０）。なお、あらかじめ定めた条件とは、例えば繰返しの回数である。条件を満たさない場合はステップＳ１０１０に戻り、条件を満たす場合には処理を終了する。この処理で求められた重みｇ１、ｇ２によって特定される分析用対応変換の候補Ｆ’（）が、分析用対応変換候補出力部１７０、４７０があらかじめ定めておく分析用対応変換の候補である。
【００４８】
図１９に、コンピュータの機能構成例を示す。本発明の符号化方法、復号化方法は、コンピュータ２０００の記録部２０２０に、本発明の各構成部としてコンピュータ２０００を動作させるプログラムを読み込ませ、制御部２０１０、入力部２０３０、出力部２０４０などを動作させることで、コンピュータに実行させることができる。また、コンピュータに読み込ませる方法としては、プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、記録媒体からコンピュータに読み込ませる方法、サーバ等に記録されたプログラムを、電気通信回線等を通じてコンピュータに読み込ませる方法などがある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】圧伸された信号列の振幅の例を示す図。
【図２】８ビットのμ則の具体的な形式を示す図。
【図３】符号化装置の機能構成例を示す図。
【図４】符号化装置の処理フロー例を示す図。
【図５】復号化装置の機能構成例を示す図。
【図６】復号化装置の処理フロー例を示す図。
【図７】第１実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。
【図８】第１実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。
【図９】第１実施形態変形例の符号化装置の機能構成例を示す図。
【図１０】第１実施形態変形例の符号化装置の処理フロー例を示す図。
【図１１】第１実施形態変形例の復号化装置の機能構成例を示す図。
【図１２】第１実施形態変形例の復号化装置の処理フロー例を示す図。
【図１３】第２実施形態の符号化装置の機能構成例を示す図。
【図１４】第２実施形態の符号化装置の処理フロー例を示す図。
【図１５】第２実施形態変形例の符号化装置の機能構成例を示す図。
【図１６】第２実施形態変形例の符号化装置の処理フロー例を示す図。
【図１７−１】線形な関係に近づける処理Ｆ’（）として第２信号列のサンプル値の振幅ｘと元の信号列のサンプル値の振幅ｓとの重みつき加算を行った場合の指数部が“１１１”と“１１０”の例を示す図。
【図１７−２】線形な関係に近づける処理Ｆ’（）として第２信号列のサンプル値の振幅ｘと元の信号列のサンプル値の振幅ｓとの重みつき加算を行った場合の指数部が“００１”と“０００”の例を示す図。
【図１８】学習データを用いて、２つの重みを求める処理フロー例を示す図。
【図１９】コンピュータの機能構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、４００、５００、８００  符号化装置
１３０、８３０  予測値算出部                １３１  算出用線形対応手段
１３２  算出手段                            １３３  第２予測手段
１７０、４７０  分析用対応変換候補出力部    １８０  最適選定部
２１０、８１０線形予測部                    ２１１  分析用線形対応手段
２１２  分析係数手段                        ３００、９００  復号化装置
３３０、９３０  予測値算出部                ３３１  復号線形対応手段
３３２  復号予測手段                        ３３３  第２復号手段
４８０  最適選定部                          ８２０  量子化部
８４０  減算部                              ８５０  係数符号化部
８６０  残差符号化部                        ８７０  フレーム分割部
９１０  残差復号化部                        ９２０  係数復号化部
９４０  加算部
【図１】
0005006772.tif 000007
【図２】
0005006772.tif 000008
【図３】
0005006772.tif 000009
【図４】
0005006772.tif 000010
【図５】
0005006772.tif 000011
【図６】
0005006772.tif 000012
【図７】
0005006772.tif 000013
【図８】
0005006772.tif 000014
【図９】
0005006772.tif 000015
【図１０】
0005006772.tif 000016
【図１１】
0005006772.tif 000017
【図１２】
0005006772.tif 000018
【図１３】
0005006772.tif 000019
【図１４】
0005006772.tif 000020
【図１５】
0005006772.tif 000021
【図１６】
0005006772.tif 000022
【図１７−１】
0005006772.tif 000023
【図１７−２】
0005006772.tif 000024
【図１８】
0005006772.tif 000025
【図１９】
0005006772.tif 000026