JP4022111B2 - 信号符号化装置及び信号符号化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、連続する複数の離散時間に対する信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置と、該信号符号化装置による符号化により得られる符号化系列を復号する信号復号装置とに関する。
【従来の技術】
【０００３】
現在、音声信号、音響信号を高効率に圧縮して符号化する方式は数多く存在する。例えば、符号化時のビットレートが可変である符号化方式もその１つである。ビットレートが可変である符号化方式の例としては、携帯電話の第３世代技術を策定する標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において標準化されたＡＭＲ（Adaptive Multi−Rate）符号化、同じく３ＧＰＰにおいて標準化され、国際電気通信連合（ＩＴＵ：International Telecommunication Union ）で電気通信に関する技術の標準化を担当するＩＴＵ−Ｔにおいて、広帯域音声符号化Ｇ．７２２．２として標準化されることが決定したＡＭＲ−ＷＢ（Adaptive Multi−Rate Wide Band）符号化、米国電子工業会（ＥＩＡ：Electronic Industries Alliance）及び米国電気通信工業会（ＴＩＡ：Telecommunications Industry Association ）において標準化されたＥＶＲＣ（Enhanced Variable Rate Codec）などがある。これらのビットレートが可変である符号化方式は、必要な品質、ネットワークの状況に応じて、符号化の対象となるデータを分割した所定のブロック単位で、ビットレートを変化させることができる。
【０００４】
ところで、所定長のフレームを規定のビットレート以下で符号化する必要がある場合、当該規定のビットレートのみで符号化する信号符号化装置が用いられる。あるいは、上述したビットレートが可変である信号符号化装置が規定のビットレートのみで符号化を行う場合もある。
【０００５】
しかしながら、人間が実際に知覚する上では、フレーム内のデータには、重要な部分と重要でない部分とが存在する。この場合には、信号符号化装置は、フレーム全体を規定のビットレートで符号化するよりも、フレーム全体としては規定のビットレート以下で符号化するという条件の下で、フレーム内の重要な部分を高いビットレートで符号化して歪みを小さくし、重要でない部分を低いビットレートで符号化して歪みを大きくした方が、人間が知覚する上での品質が向上する。
【０００６】
例えば、特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、所定長の入力データを規定のビットレート以下で符号化するという条件の下、人間が知覚する上での品質が最適になるように、当該入力データについて、所定時間毎、換言すれば、符号化の対象となる所定長のブロック毎にビットレートを設定する。
【０００７】
一方、楽音符号化方式として広く用いられており、ＩＳＯ／ＩＥＣにおける国際規格として標準化されている符号化方式であるＭＰ３（MPEG−1 layer3 ）やＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどは、より適応的にブロック単位でビットレートを変化させることができる。また、これらの楽音符号化方式として用いられている時間・周波数変換符号化方式は、符号化の単位となるブロックの長さを可変にすることにより、可変長のブロックごとに符号化することが可能である。この時間・周波数変換符号化方式は、入力信号の周波数特性の変化が緩やかな場合には、ブロック長を長くして周波数領域に変換した上で符号化を行い、変化が激しい場合には、ブロック長を短くして周波数領域に変換した上で符号化を行うことにより、歪みを小さくする。これにより、符号化効率の向上が図られる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、デジタルの画像データを符号化する装置であり、所定の離散時間毎の画像データを符号化する方式に基づいて、時間軸に対して離散的に符号化する。一方、音信号を符号化する方式は、所定の離散時間毎の音信号を所定の長さのブロック（符号化ブロック）にまとめて符号化する方式に基づいており、時間軸に対して連続的に符号化する。従って、符号化効率の向上及び高品質の符号化という観点から考えると、特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、音信号のように、連続する複数の離散時間に対する信号を符号化ブロックにまとめて符号化する方式には適していない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目的は、符号化効率の向上を図った信号符号化装置と、該信号符号化装置による符号化により得られる符号化系列を復号する信号復号装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置において、所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する符号化手段と、前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出する品質導出手段と、前記品質導出手段により導出された符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定する符号化ブロック長及びビットレート決定手段と、前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列のうち、前記符号化ブロック長及びビットレート決定手段により決定された符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力する符号化系列出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記品質導出手段は、前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持する品質パラメータ保持手段を備え、前記品質パラメータ保持手段により保持される品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、符号化ブロック長及びビットレート決定手段は、ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明はの一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する信号データを符号化ブロックにまとめて、且つ、所定長のフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように符号化して得られた符号化系列を復号する信号復号装置において、前記フレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列を、該符号化ブロックに付加されている、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報に基づいて復号する復号手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号復号装置において、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して付加されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号復号装置において、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報は、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して付加されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化方法において、所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割して構成される符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化し、前記符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出し、前記導出した符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定し、前記符号化により得られた符号化系列のうち、前記決定した符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持し、前記保持する品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて、且つ、所定長のフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように符号化して得られた符号化系列を復号する信号復号方法において、フレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列を、該符号化ブロックに付加されている、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報に基づいて復号することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、信号符号化装置は、符号化ブロックの長さを可変にするとともに、当該符号化ブロックを符号化する際のビットレートも可変にし、各符号化ブロックの長さと各ビットレートとの組み合わせに応じた符号化により得られる符号化系列のうち、フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるような符号化系列を出力しており、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【発明の実施の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態である第１乃至第４実施例を図面に基づいて説明する。まず、第１実施例について説明する。図１は、第１実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。同図に示す信号符号化装置１００は、フレーム分割部１０１、可変長符号化ブロック分割部１０２、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３、可変ビットレート符号化部１０４、誤差電力算出部１０５、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６及び符号化系列出力部１０７により構成される。
【００３２】
フレーム分割部１０１は、入力信号を所定長（ここでは長さＮ）のフレームに分割して、可変長符号化ブロック分割部１０２へ出力する。図２は、フレームの一例を示す図である。同図には、入力信号の時点（ｋ−１）Ｎ〜ｋＮに対応する長さＮのフレームｋ−１と、時点ｋＮ〜（ｋ＋１）Ｎに対応する長さＮのフレームｋとが示されている。以下においては、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化が行われる場合について説明する。
【００３３】
可変長符号化ブロック分割部１０２は、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３に保持されている、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせに関する情報に基づいて、長さＮの各フレームを符号化ブロックに分割する。
【００３４】
図３は、符号化ブロックの一例を示す図である。図３（ａ）に示す符号化ブロック（ブロックＬ）は、フレームと同一の長さＮの符号化ブロックである。また、図３（ｂ）に示す符号化ブロック（ブロックＭ）は、フレームの１／２の長さＮ／２の符号化ブロックであり、図３（ｃ）に示す符号化ブロック（ブロックＳ）は、フレームの１／４の長さＮ／４の符号化ブロックである。
【００３５】
図４は、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせの一例を示す図である。図３に示すように、長さＮのＬブロック、長さＮ／２のＭブロック及び長さＮ／４のＳブロックの３種類の符号化ブロックが生成可能である場合を考える。この場合、長さＮのフレームは、１つのＬブロック（図４（ａ））、２つのＭブロックからなる組み合わせ（図４（ｂ））、１つのＭブロックと２つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｃ））、２つのＳブロックと１つのＭブロックからなる組み合わせ（図４（ｄ））、４つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｅ））、１つのＳブロックと１つのＭブロックと１つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｆ））に分割される。
【００３６】
更に、可変長符号化ブロック分割部１０２は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせの全てを、可変ビットレート符号化部１０４へ出力する。
【００３７】
可変ビットレート符号化部１０４は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３に保持されている複数のビットレート（ここでは１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ及び２４ｋｂｐｓ）で符号化し、符号化系列（ブロック符号化系列）を得る。
【００３８】
ここで、現在の符号化結果が過去の符号化結果に依存しない符号化方式では、可変ビットレート符号化部１０４は、上述したように、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に符号化するのではなく、符号化ブロック毎に、予め複数のビットレートで符号化し、得られた各符号化系列を、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせに対応させることが好ましい。例えば、図４（ｂ）の組み合わせ内の１つ目のＭブロックと、図４（ｃ）の組み合わせ内のＭブロックとは、符号化の結果が同一となり、当該符号化の結果を復号した結果も同一となる。このため、可変ビットレート符号化部１０４は、当該Ｍブロックを予め複数のビットレートで符号化し、得られた符号化系列を図４（ｂ）の組み合わせと図４（ｃ）の組み合わせの双方に対応させることにより、演算量を減らすことができる。
【００３９】
可変ビットレート符号化部１０４は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した結果である各符号化系列（フレーム符号化系列）を、符号化系列出力部１０７へ出力する。また、可変ビットレート符号化部１０４は、各フレーム符号化系列を復号し、当該復号により得られる信号（ローカル復号信号）を誤差電力算出部１０５へ出力する。
【００４０】
誤差電力算出部１０５は、各ローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。この際、誤差電力算出部１０５は、誤差電力に人間の知覚特性に応じた重み付けを行うことが好ましい。例えば、人間は、音声信号のある周波数の振幅が大きい場合、当該周波数の周辺の周波数の量子化雑音を聴き取りにくいという知覚特性を有する。このため、誤差電力算出部１０５は、その周辺の音声信号の周波数成分については、対応する誤差電力の重み付けを小さくすることができる。算出された誤差電力は、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６へ出力される。
【００４１】
符号化ブロック及びビットレート選択部１０６は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した各フレーム符号化系列のうち、対応するフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値（２０ｋｂｐｓ）以内、換言すれば、１フレーム分の符号化ブロックを符号化した際の平均のビットレートが規定値以内であり、且つ、対応する誤差電力が最小となるフレーム符号化系列を、最適な品質のフレーム符号化系列として特定する。更に、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６は、特定したフレーム符号化系列に対応するフレーム内の各符号化ブロック長の情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報とを選択して符号化系列出力部１０７へ出力する。
【００４２】
符号化系列出力部１０７は、可変ビットレート符号化部１０４から出力されたフレーム符号化系列のうち、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６から出力されたフレーム内の各符号化ブロック長の情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報とに対応するフレーム符号化系列を出力対象として選択する。更に符号化系列出力部１０７は、選択したフレーム符号化系列に、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６から出力された符号化ブロックのブロック長に関する情報及び当該符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報を付加して出力する。
【００４３】
図５及び図６は、符号化系列出力部１０７が出力するフレーム符号化系列の一例を示す図である。これらの図は、１つのフレームが３つの符号化ブロック（Ｓブロックｋ１、Ｓブロックｋ２、Ｍブロックｋ３）に分割され、Ｓブロックｋ１については１６ｋｂｐｓ、Ｓブロックｋ２については２４ｋｂｐｓ、Ｍブロックｋ３については２０ｋｂｐｓでそれぞれ符号化された場合におけるフレーム符号化系列を示している。
【００４４】
図５では、フレーム符号化系列の先頭部に、各符号化ブロック系列に対応する符号化ブロックのブロック長に関する情報（符号化ブロック長情報）と、当該符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報（符号化ブロックビットレート情報）とがまとめて付加されている。一方、図６では、各ブロック符号化系列の先頭に、当該ブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号化ブロック長情報と、当該符号化ブロックの符号化ブロックビットレート情報とが付加されている。
【００４５】
図７は、第１実施例における信号符号化装置１００の動作を示すフローチャートである。信号符号化装置１００は、入力信号を所定長のフレームに分割する（ステップ１０１）。更に、信号符号化装置１００は、各フレームを符号化ブロックに分割する（ステップ１０２）。
【００４６】
次に、信号符号化装置１００は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する（ステップ１０３）。更に、信号符号化装置１００は、符号化により得られた各フレーム符号化系列を復号し、ローカル復号信号を得るとともに、各ローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する（ステップ１０５）。
【００４７】
次に、信号符号化装置１００は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した各フレーム符号化系列のうち、対応するフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値であり、且つ、対応する誤差電力が最小となるフレーム符号化系列を特定し、そのフレーム符号化系列を出力対象として選択する（ステップ１０６）。更に、信号符号化装置１００は、選択したフレーム符号化系列に、選択した符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する（ステップ１０７）。
【００４８】
次に、第２実施例について説明する。図８は、第２実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。同図に示す信号符号化装置２００は、フレーム分割部２０１、符号化ブロック及びビットレート組み合わせのトレリス線図保持部２０２、可変長符号化ブロック分割部２０３、可変ビットレート符号化部２０４、誤差電力算出部２０５、誤差電力保持部２０６、最適パス選択部２０７、符号化ブロック及びビットレート選択部２０８、符号化系列出力部２０９及び符号器状態保持部２１０により構成される。
【００４９】
以下においては、信号符号化装置２００は、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行うものとする。また、符号化ブロックは、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせは、図４（ａ）〜図４（ｅ）の５つの組み合わせであるものとする。
【００５０】
フレーム分割部２０１は、第１実施例におけるフレーム分割部１０１と同様、入力信号を所定長（ここでは長さＮ）のフレームに分割して、可変長符号化ブロック分割部２０３へ出力する。
【００５１】
トレリス線図保持部２０２は、符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報を保持する。図９は、符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートの遷移について、時点、ビットレート及び符号化ブロック長の３次元からなるトレリス線図の一例であり、図１０は、図９に示すトレリス線図を時点及びビットレートの２次元に投影させたトレリス線図である。以下、説明を簡単にするために、図１０の２次元のトレリス線図を用いて説明する。図１０に示す２次元トレリス線図は、時点ｋＮの状態Ｓ０より始まり、時点（ｋ＋１）Ｎの状態Ｓ０で終端する。
【００５２】
可変長符号化ブロック分割部２０３は、トレリス線図保持部２０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報に基づいて、長さＮの各フレームを符号化ブロックに分割する。ここでは、可変長符号化ブロック分割部２０３は、時点ｋＮからｋＮ＋Ｎ／４までのＳブロックを得るものとする。
【００５３】
可変ビットレート符号化部２０４は、トレリス線図保持部１０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報から時点ｋＮ＋Ｎ／４に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで符号化ブロックを符号化する。ここでは、可変ビットレート符号化部２０４は、図１０に示す２次元トレリス線図に基づいて、符号化ブロックを１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ及び２４ｋｂｐｓで符号化する。この際、可変ビットレート符号化部２０４内の符号器（図示せず）の初期状態として、始点となっているノードの初期符号器状態が設定される。ここでは、時点ｋＮの状態Ｓ０がフレームｋのトレリス線図における始点のノードであるため、フレームｋ−１の符号化終了後の符号器の状態が初期符号器状態となる。
【００５４】
更に、可変ビットレート符号化部２０４は、これら符号化により得られた３つの符号化系列（ブロック符号化系列）を復号し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応するローカル復号信号を得る。
【００５５】
誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。更に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図の各ブランチの始点となっているノード（ここでは時点ｋＮの状態Ｓ０）に至るまでの累積の誤差電力を、誤差電力保持部２０６から読み出す（ここでは時点ｋＮの状態Ｓ０が始点のノードであるため、累積誤差電力は０）。
【００５６】
次に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応する誤差電力に、読み出した累積誤差電力を加算し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する。
【００５７】
最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する。ここでは、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードには、１つのパスのみが入力されている。このため、最適パス選択部２０７は、その入力されている１つのパスを最適パスとして選択する。
【００５８】
符号化系列保持部２０８は、可変ビットレート符号化部２０４による符号化により得られたブロック符号化系列のうち、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスに対応するブロック符号化系列を保持する。また、誤差電力保持部２０６は、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスに対応する新たな累積誤差電力を保持する。
【００５９】
符号器状態保持部２１０は、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスの符号化終了後の符号器状態を、各ノードの初期符号器状態として保持する。
【００６０】
図１０に示す２次元トレリス線図において、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードには、時点ｋＮからのＭブロックを符号化するパスと、時点ｋＮ＋Ｎ／４からのＳブロックを符号化するパスとがある。このため、可変長符号化ブロック分割部２０３は、フレームを時点ｋＮからのＭブロックに分割するとともに、時点ｋＮ＋Ｎ／４からのＳブロックに分割する。
【００６１】
可変ビットレート符号化部２０４は、トレリス線図保持部２０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報から時点ｋＮ＋Ｎ／２に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで、上述した２つの符号化ブロックを符号化するとともに、当該符号化により得られたブロック符号化系列を復号する。
【００６２】
例えば、図１０に示す２次元トレリス線図の時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ−２に着目すると、時点ｋＮの状態Ｓ０からのＭブロックを符号化するブランチと、時点ｋＮ＋Ｎ／４の状態Ｓ−１からのＳブロックを符号化するブランチとが入力されている。このため、可変ビットレート符号化部２０４は、これら２つの符号化ブロックを符号化するとともに、当該符号化により得られたブロック符号化系列を復号する。符号化の際の符号器の初期状態は、Ｍブロックの符号化の際には、時点ｋＮの状態Ｓ０の初期符号器状態であり、Ｓブロックの符号化の際には、時点ｋＮ＋Ｎ／４の状態Ｓ−１の初期符号器状態である。可変ビットレート符号化部２０４は、これらの初期符号器状態を符号器状態保持部２１０より読み出す。
【００６３】
その後は、上述と同様の手順により処理が行われる。即ち、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／２に至る各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。更に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図の各ブランチの始点となっているノードに至るまでの累積の誤差電力を、誤差電力保持部２０６から読み出す。
【００６４】
次に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２に至る各ブランチに対応する誤差電力に、読み出した累積誤差電力を加算し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する。
【００６５】
最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する。
【００６６】
符号化系列保持部２０８は、可変ビットレート符号化部２０４による符号化により得られたブロック符号化系列のうち、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおける最適パスに対応するブロック符号化系列を保持する。また、誤差電力保持部２０６は、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおける最適パスに対応する新たな累積誤差電力を保持する。
【００６７】
信号符号化装置２００は、このような処理を図１０に示す２次元トレリス線図の終端に至るまで繰り返す。最終的には、最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図の始点から終端に至る１つの最適なパスが選択される。そして、符号化系列保持部２０８は、当該最適なパスに対応するフレーム符号化系列を保持する。
【００６８】
符号化系列出力部２０９は、符号化系列保持部２０８が保持するフレーム符号化系列に、当該フレーム符号化系列を構成するブロック符号化系列に対応する符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する。
【００６９】
なお、図９に示す３次元トトレリス線図における最適パスの選択は、各時点の平面上において、各状態の直線毎に行われる。例えば、図１０に示す２次元トレリス線図の時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ０での最適パスの選択は、図９に示す３次元トレリス線図においては、時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ０の直線上において行われる。従って、符号化ブロック長Ｎ／４の平面上の状態Ｓ０のノードへの入力パスと、符号化ブロック長Ｎ／２の平面上の状態Ｓ０のノードへの入力パスとの中から最適なパスが選択される。なお、最適パスの選択方法は、他の方法を用いても良い。また、本実施例は、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせに制限がない場合も適用可能である。
【００７０】
図１１は、第２実施例における信号符号化装置２００の動作を示すフローチャートである。信号符号化装置２００は、入力信号を所定長のフレームに分割する（ステップ２０１）。更に、信号符号化装置２００は、保持している符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報に基づいて、フレームを符号化ブロックに分割する（ステップ２０２）。
【００７１】
次に、信号符号化装置２００は、保持するトレリス線図から所定の時点に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで符号化ブロックを符号化する（ステップ２０３）。更に、信号符号化装置２００は、符号化により得られたブロック符号化系列を復号し、所定の時点に至る各ブランチに対応するローカル復号信号を得る（ステップ２０４）。
【００７２】
次に、信号符号化装置２００は、トレリス線図における所定の時点と当該所定の時点の１つ前の時点との間の各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する（ステップ２０５）。更に、信号符号化装置２００は、算出した誤差電力と１つ前の時点に至るまでの累積の誤差電力とを加算し、所定の時点の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する（ステップ２０６）。
【００７３】
次に、信号符号化装置２００は、所定の時点の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する（ステップ２０７）。更に、信号符号化装置２００は、最適パスに対応するブロック符号化系列及び各ノードの初期符号器状態を保持する（ステップ２０８）。
【００７４】
次に、信号符号化装置２００は、トレリス線図の終端まで最適パスを選択したか否かを判定する（ステップ２０９）。トレリス線図の終端まで最適パスを選択した場合には、信号符号化装置２００は、保持している、最適なパスに対応するフレーム符号化系列に符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する（ステップ２１０）。一方、トレリス線図の終端まで最適パスを選択していない場合には、信号符号化装置２００は、ステップ２０２以降の動作を繰り返す。
【００７５】
次に、第３実施例について説明する。図１２は、第３実施例における可変ビットレート符号化部の構成例である。同図に示す可変ビットレート符号化部３０１は、第１実施例における信号符号化装置１００内の可変ビットレート符号化部１０４及び第２実施例における信号符号化装置２００内の可変ビットレート符号化部２０４の代わりに用いることが可能なものである。この可変ビットレート符号化部３０１は、可変ビットレート時間領域符号化部３０２と可変ビットレート時間−周波数変換符号化部３０３により構成される。即ち、可変ビットレート符号化部３０１は、複数の符号化方式（ここでは時間領域符号化方式と時間−周波数変換符号化方式）を併用して符号化を行うことができる。
【００７６】
第１実施例における信号符号化装置１００及び第２実施例における信号符号化装置２００において、可変ビットレート符号化部３０１が用いられることにより、符号化方式の最適化を図ることが可能となる。
【００７７】
また、第２実施例における信号符号化装置２００において、可変ビットレート符号化部３０１が用いられる場合、信号符号化装置２００が長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行い、符号化ブロックは、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせは、図４（ａ）〜図４（ｅ）の５つの組み合わせであるという条件の下で、且つ、時間領域符号化部３０２がＳブロックの符号化のみを行う場合には、時点及びビットレートからなる２次元へ投影したトレリス線図は、図１３に示すものとなる。
【００７８】
次に、第４実施例について説明する。図１４は、第４実施例における信号復号装置の構成例を示す図である。同図に示す信号復号装置４００は、符号化ブロック長情報抽出部４０１、符号化ブロック長情報読み取り部４０２、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３、符号化ブロックビットレート読み取り部４０４、符号化ブロック復号部４０５及び復号信号出力部４０６により構成される。
【００７９】
以下、信号符号化装置が、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行うものであり、符号化ブロックが、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、各符号化ブロックの符号化時のビットレートが１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ、２４ｋｂｐｓであるものとする。
【００８０】
信号復号装置４００には、信号符号化装置から図５に示したフレーム符号化系列が入力される。符号化ブロック長情報抽出部４０１は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。ここでは図５に示したフレーム符号化系列が入力されるため、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、当該フレーム符号化系列の先頭部に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。更に、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、抽出した符号化ブロック長情報を符号化ブロック長情報読み取り部４０２へ出力する。符号化ブロック長情報読み取り部４０２は、符号化ブロック長情報に基づいて、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの長さを読み取る。更に、符号化ブロック長情報読み取り部４０２は、読み取り結果である符号化ブロック長を符号化ブロック復号部４０５へ通知する。
【００８１】
符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。ここでは図５に示したフレーム符号化系列が入力されるため、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、当該フレーム符号化系列の先頭部に付加されている符号化ブロックビットレート情報を抽出する。更に、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、抽出した符号化ブロックビットレート情報を符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４へ出力する。符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４は、符号化ブロックビットレート情報に基づいて、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号時のビットレートを読み取る。更に、符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４は、読み取り結果である符号化ブロックビットレートを符号化ブロック復号部４０５へ通知する。
【００８２】
また、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列から符号化ブロック長情報を削除し、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列から符号化ブロックビットレート情報を削除する。このため、符号化ブロック復号部４０５には、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列が入力される。
【００８３】
符号化ブロック復号部４０５は、符号化ブロック長情報読み取り部４０２から通知された符号化ブロック長と、符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４から通知された符号化ブロックビットレートとに基づいて、各ブロック符号化系列を復号するためのパラメータを設定し、復号を行う。ここでは、符号化ブロック復号部４０５は、図５に示す符号化ブロックｋ１符号化系列（Ｓブロック）が１６ｋｂｐｓで符号化されたこと、符号化ブロックｋ２符号化系列（Ｓブロック）が２４ｋｂｐｓで符号化されたこと、及び、符号化ブロックｋ３符号化系列（Ｍブロック）が２０ｋｂｐｓで符号化されたことを認識してパラメータを設定し、当該符号化に対応する復号を行う。これにより、長さＮのフレームに対応する復号信号が得られる。
【００８４】
更に、符号化ブロック復号部４０５は、復号信号を復号信号出力部４０６へ出力する。なお、符号化ブロック復号部４０５は、フレームに対応する復号信号を出力するのではなく、ブロック符号化系列を復号して、符号化ブロック系列に対応する復号信号が得られる毎に、随時、当該符号化ブロック系列に対応する復号信号を出力しても良い。復号信号出力部４０６は、入力された復号信号を出力する。
【００８５】
なお、以上においては、信号符号化装置から図５に示したフレーム符号化系列が入力される場合について説明したが、図６に示したフレーム符号化系列が入力される場合も、同様に信号復号装置４００を適用することが可能である。この場合には、符号化ブロック長情報と符号化ブロックビットレート情報とは、フレーム符号化系列に分散して付加されており、信号復号装置４００は、各符号化ブロック毎に、符号化ブロック長情報及びビットレート情報の抽出、読み取りを行い、符号化ブロックを復号する。このため、一部にデータ破壊等が生じた場合に、符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報が全て失われる可能性は低く、復号ができないという状況に陥ることを抑制することができる。
【００８６】
図１５は、第４実施例における信号復号装置４００の動作を示すフローチャートである。信号復号装置４００は、信号符号化装置からのフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出し、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの長さを読み取る（ステップ４０１）。
【００８７】
次に、信号復号装置４００は、信号符号化装置からのフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロックビットレート情報を抽出し、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号時のビットレートを読み取る（ステップ４０２）。
【００８８】
更に、信号復号装置４００は、読み取った符号化ブロック長及び符号化ビットレートに基づいて、フレーム符号化系列に含まれる各ブロック符号化系列を復号し（ステップ４０３）、得られた復号信号を出力する（ステップ４０４）。
【００８９】
このように、本実施形態では、信号符号化装置は、フレームを符号化する際に、当該フレームを分割した符号化ブロックの長さと、当該符号化ブロックの符号化時のビットレートとの双方を可変に設定して符号化し、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下であり、且つ、品質が最適となるフレーム符号化系列を出力する。従って、信号符号化装置は、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【００９０】
また、信号符号化装置がフレーム符号化系列に、各符号化ブロックの長さに関する情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報とを付加して出力することにより、当該フレーム符号化系列を入力した信号復号装置は、これら各符号化ブロックの長さに関する情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報とに基づいて、適切にフレーム符号化系列を復号することができる。
【００９１】
なお、上述した実施形態では、信号符号化装置は、ローカル復号信号と入力信号との誤差電力が最小となる符号化系列を、最適な品質の符号化系列として特定したが、例えば、信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio ）が最大になる符号化系列を、最適な品質の符号化系列として特定する等、他の評価基準によって最適な品質の符号化系列を特定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００９２】
上述の如く、本発明によれば、信号符号化装置は、符号化ブロックの長さを可変にするとともに、当該符号化ブロックを符号化する際のビットレートも可変にし、各符号化ブロックの長さと各ビットレートとの組み合わせに応じた符号化により得られる符号化系列のうち、フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるような符号化系列を出力しており、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。
【図２】 フレームの一例を示す図である。
【図３】 符号化ブロックの一例を示す図である。
【図４】 １フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせの一例を示す図である。
【図５】 フレーム符号化系列の一例を示す図である。
【図６】 フレーム符号化系列の他の例を示す図である。
【図７】 第１実施例における信号符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 第２実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。
【図９】 第２実施例における３次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１０】 第２実施例における２次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１１】 第２実施例における信号符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】 第３実施例における可変ビットレート符号化部の構成例を示す図である。
【図１３】 第３実施例における２次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１４】 第４実施例における信号復号装置の構成例を示す図である。
【図１５】 第４実施例における信号復号装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００、２００ 信号符号化装置
１０１、２０１ フレーム分割部
１０２、２０３ 可変長符号化ブロック分割部
１０３ 符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部
１０４、２０４ 可変ビットレート符号化部
１０５、２０５ 誤差電力算出部
１０６ 符号化ブロック及びビットレート選択部
１０７、２０９ 符号化系列出力部
２０２ トレリス線図保持部
２０６ 誤差電力保持部
２０７ 最適パス選択部
２０８ 符号化系列保持部
３０２ 可変ビットレート時間領域符号化部
３０３ 可変ビットレート時間−周波数変換符号化部
４００ 信号復号装置
４０１ 符号化ブロック長情報抽出部
４０２ 符号化ブロック長情報読み取り部
４０３ 符号化ブロックビットレート情報抽出部
４０４ 符号化ブロックビットレート読み取り部
４０５ 符号化ブロック復号部
４０６ 復号信号出力部
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、連続する複数の離散時間に対する信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置と、該信号符号化装置による符号化により得られる符号化系列を復号する信号復号装置とに関する。
【従来の技術】
【０００３】
現在、音声信号、音響信号を高効率に圧縮して符号化する方式は数多く存在する。例えば、符号化時のビットレートが可変である符号化方式もその１つである。ビットレートが可変である符号化方式の例としては、携帯電話の第３世代技術を策定する標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において標準化されたＡＭＲ（Adaptive Multi−Rate）符号化、同じく３ＧＰＰにおいて標準化され、国際電気通信連合（ＩＴＵ：International Telecommunication Union ）で電気通信に関する技術の標準化を担当するＩＴＵ−Ｔにおいて、広帯域音声符号化Ｇ．７２２．２として標準化されることが決定したＡＭＲ−ＷＢ（Adaptive Multi−Rate Wide Band）符号化、米国電子工業会（ＥＩＡ：Electronic Industries Alliance）及び米国電気通信工業会（ＴＩＡ：Telecommunications Industry Association ）において標準化されたＥＶＲＣ（Enhanced Variable Rate Codec）などがある。これらのビットレートが可変である符号化方式は、必要な品質、ネットワークの状況に応じて、符号化の対象となるデータを分割した所定のブロック単位で、ビットレートを変化させることができる。
【０００４】
ところで、所定長のフレームを規定のビットレート以下で符号化する必要がある場合、当該規定のビットレートのみで符号化する信号符号化装置が用いられる。あるいは、上述したビットレートが可変である信号符号化装置が規定のビットレートのみで符号化を行う場合もある。
【０００５】
しかしながら、人間が実際に知覚する上では、フレーム内のデータには、重要な部分と重要でない部分とが存在する。この場合には、信号符号化装置は、フレーム全体を規定のビットレートで符号化するよりも、フレーム全体としては規定のビットレート以下で符号化するという条件の下で、フレーム内の重要な部分を高いビットレートで符号化して歪みを小さくし、重要でない部分を低いビットレートで符号化して歪みを大きくした方が、人間が知覚する上での品質が向上する。
【０００６】
例えば、特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、所定長の入力データを規定のビットレート以下で符号化するという条件の下、人間が知覚する上での品質が最適になるように、当該入力データについて、所定時間毎、換言すれば、符号化の対象となる所定長のブロック毎にビットレートを設定する。
【０００７】
一方、楽音符号化方式として広く用いられており、ＩＳＯ／ＩＥＣにおける国際規格として標準化されている符号化方式であるＭＰ３（MPEG−1 layer3 ）やＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどは、より適応的にブロック単位でビットレートを変化させることができる。また、これらの楽音符号化方式として用いられている時間・周波数変換符号化方式は、符号化の単位となるブロックの長さを可変にすることにより、可変長のブロックごとに符号化することが可能である。この時間・周波数変換符号化方式は、入力信号の周波数特性の変化が緩やかな場合には、ブロック長を長くして周波数領域に変換した上で符号化を行い、変化が激しい場合には、ブロック長を短くして周波数領域に変換した上で符号化を行うことにより、歪みを小さくする。これにより、符号化効率の向上が図られる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、デジタルの画像データを符号化する装置であり、所定の離散時間毎の画像データを符号化する方式に基づいて、時間軸に対して離散的に符号化する。一方、音信号を符号化する方式は、所定の離散時間毎の音信号を所定の長さのブロック（符号化ブロック）にまとめて符号化する方式に基づいており、時間軸に対して連続的に符号化する。従って、符号化効率の向上及び高品質の符号化という観点から考えると、特開平９−７００４１において公開されている可変ビットレート符号化装置は、音信号のように、連続する複数の離散時間に対する信号を符号化ブロックにまとめて符号化する方式には適していない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目的は、符号化効率の向上を図った信号符号化装置と、該信号符号化装置による符号化により得られる符号化系列を復号する信号復号装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置において、所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する符号化手段と、前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出する品質導出手段と、前記品質導出手段により導出された符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定する符号化ブロック長及びビットレート決定手段と、前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列のうち、前記符号化ブロック長及びビットレート決定手段により決定された符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力する符号化系列出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記品質導出手段は、前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持する品質パラメータ保持手段を備え、前記品質パラメータ保持手段により保持される品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、符号化ブロック長及びビットレート決定手段は、ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明はの一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化装置において、前記符号化系列出力手段は、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する信号データを符号化ブロックにまとめて、且つ、所定長のフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように符号化して得られた符号化系列を復号する信号復号装置において、前記フレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列を、該符号化ブロックに付加されている、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報に基づいて復号する復号手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号復号装置において、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して付加されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号復号装置において、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報は、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して付加されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化方法において、所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割して構成される符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化し、前記符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出し、前記導出した符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定し、前記符号化により得られた符号化系列のうち、前記決定した符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持し、前記保持する品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の一実施例によれば、上記信号符号化方法において、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の一実施例によれば、連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて、且つ、所定長のフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように符号化して得られた符号化系列を復号する信号復号方法において、フレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列を、該符号化ブロックに付加されている、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報に基づいて復号することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、信号符号化装置は、符号化ブロックの長さを可変にするとともに、当該符号化ブロックを符号化する際のビットレートも可変にし、各符号化ブロックの長さと各ビットレートとの組み合わせに応じた符号化により得られる符号化系列のうち、フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるような符号化系列を出力しており、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【発明の実施の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態である第１乃至第４実施例を図面に基づいて説明する。まず、第１実施例について説明する。図１は、第１実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。同図に示す信号符号化装置１００は、フレーム分割部１０１、可変長符号化ブロック分割部１０２、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３、可変ビットレート符号化部１０４、誤差電力算出部１０５、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６及び符号化系列出力部１０７により構成される。
【００３２】
フレーム分割部１０１は、入力信号を所定長（ここでは長さＮ）のフレームに分割して、可変長符号化ブロック分割部１０２へ出力する。図２は、フレームの一例を示す図である。同図には、入力信号の時点（ｋ−１）Ｎ〜ｋＮに対応する長さＮのフレームｋ−１と、時点ｋＮ〜（ｋ＋１）Ｎに対応する長さＮのフレームｋとが示されている。以下においては、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化が行われる場合について説明する。
【００３３】
可変長符号化ブロック分割部１０２は、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３に保持されている、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせに関する情報に基づいて、長さＮの各フレームを符号化ブロックに分割する。
【００３４】
図３は、符号化ブロックの一例を示す図である。図３（ａ）に示す符号化ブロック（ブロックＬ）は、フレームと同一の長さＮの符号化ブロックである。また、図３（ｂ）に示す符号化ブロック（ブロックＭ）は、フレームの１／２の長さＮ／２の符号化ブロックであり、図３（ｃ）に示す符号化ブロック（ブロックＳ）は、フレームの１／４の長さＮ／４の符号化ブロックである。
【００３５】
図４は、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせの一例を示す図である。図３に示すように、長さＮのＬブロック、長さＮ／２のＭブロック及び長さＮ／４のＳブロックの３種類の符号化ブロックが生成可能である場合を考える。この場合、長さＮのフレームは、１つのＬブロック（図４（ａ））、２つのＭブロックからなる組み合わせ（図４（ｂ））、１つのＭブロックと２つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｃ））、２つのＳブロックと１つのＭブロックからなる組み合わせ（図４（ｄ））、４つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｅ））、１つのＳブロックと１つのＭブロックと１つのＳブロックからなる組み合わせ（図４（ｆ））に分割される。
【００３６】
更に、可変長符号化ブロック分割部１０２は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせの全てを、可変ビットレート符号化部１０４へ出力する。
【００３７】
可変ビットレート符号化部１０４は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に、符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部１０３に保持されている複数のビットレート（ここでは１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ及び２４ｋｂｐｓ）で符号化し、符号化系列（ブロック符号化系列）を得る。
【００３８】
ここで、現在の符号化結果が過去の符号化結果に依存しない符号化方式では、可変ビットレート符号化部１０４は、上述したように、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に符号化するのではなく、符号化ブロック毎に、予め複数のビットレートで符号化し、得られた各符号化系列を、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせに対応させることが好ましい。例えば、図４（ｂ）の組み合わせ内の１つ目のＭブロックと、図４（ｃ）の組み合わせ内のＭブロックとは、符号化の結果が同一となり、当該符号化の結果を復号した結果も同一となる。このため、可変ビットレート符号化部１０４は、当該Ｍブロックを予め複数のビットレートで符号化し、得られた符号化系列を図４（ｂ）の組み合わせと図４（ｃ）の組み合わせの双方に対応させることにより、演算量を減らすことができる。
【００３９】
可変ビットレート符号化部１０４は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した結果である各符号化系列（フレーム符号化系列）を、符号化系列出力部１０７へ出力する。また、可変ビットレート符号化部１０４は、各フレーム符号化系列を復号し、当該復号により得られる信号（ローカル復号信号）を誤差電力算出部１０５へ出力する。
【００４０】
誤差電力算出部１０５は、各ローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。この際、誤差電力算出部１０５は、誤差電力に人間の知覚特性に応じた重み付けを行うことが好ましい。例えば、人間は、音声信号のある周波数の振幅が大きい場合、当該周波数の周辺の周波数の量子化雑音を聴き取りにくいという知覚特性を有する。このため、誤差電力算出部１０５は、その周辺の音声信号の周波数成分については、対応する誤差電力の重み付けを小さくすることができる。算出された誤差電力は、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６へ出力される。
【００４１】
符号化ブロック及びビットレート選択部１０６は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した各フレーム符号化系列のうち、対応するフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値（２０ｋｂｐｓ）以内、換言すれば、１フレーム分の符号化ブロックを符号化した際の平均のビットレートが規定値以内であり、且つ、対応する誤差電力が最小となるフレーム符号化系列を、最適な品質のフレーム符号化系列として特定する。更に、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６は、特定したフレーム符号化系列に対応するフレーム内の各符号化ブロック長の情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報とを選択して符号化系列出力部１０７へ出力する。
【００４２】
符号化系列出力部１０７は、可変ビットレート符号化部１０４から出力されたフレーム符号化系列のうち、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６から出力されたフレーム内の各符号化ブロック長の情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報とに対応するフレーム符号化系列を出力対象として選択する。更に符号化系列出力部１０７は、選択したフレーム符号化系列に、符号化ブロック及びビットレート選択部１０６から出力された符号化ブロックのブロック長に関する情報及び当該符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報を付加して出力する。
【００４３】
図５及び図６は、符号化系列出力部１０７が出力するフレーム符号化系列の一例を示す図である。これらの図は、１つのフレームが３つの符号化ブロック（Ｓブロックｋ１、Ｓブロックｋ２、Ｍブロックｋ３）に分割され、Ｓブロックｋ１については１６ｋｂｐｓ、Ｓブロックｋ２については２４ｋｂｐｓ、Ｍブロックｋ３については２０ｋｂｐｓでそれぞれ符号化された場合におけるフレーム符号化系列を示している。
【００４４】
図５では、フレーム符号化系列の先頭部に、各符号化ブロック系列に対応する符号化ブロックのブロック長に関する情報（符号化ブロック長情報）と、当該符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報（符号化ブロックビットレート情報）とがまとめて付加されている。一方、図６では、各ブロック符号化系列の先頭に、当該ブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号化ブロック長情報と、当該符号化ブロックの符号化ブロックビットレート情報とが付加されている。
【００４５】
図７は、第１実施例における信号符号化装置１００の動作を示すフローチャートである。信号符号化装置１００は、入力信号を所定長のフレームに分割する（ステップ１０１）。更に、信号符号化装置１００は、各フレームを符号化ブロックに分割する（ステップ１０２）。
【００４６】
次に、信号符号化装置１００は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれについて、当該組み合わせを構成する各符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する（ステップ１０３）。更に、信号符号化装置１００は、符号化により得られた各フレーム符号化系列を復号し、ローカル復号信号を得るとともに、各ローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する（ステップ１０５）。
【００４７】
次に、信号符号化装置１００は、１フレーム分の符号化ブロックの組み合わせのそれぞれを符号化した各フレーム符号化系列のうち、対応するフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値であり、且つ、対応する誤差電力が最小となるフレーム符号化系列を特定し、そのフレーム符号化系列を出力対象として選択する（ステップ１０６）。更に、信号符号化装置１００は、選択したフレーム符号化系列に、選択した符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する（ステップ１０７）。
【００４８】
次に、第２実施例について説明する。図８は、第２実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。同図に示す信号符号化装置２００は、フレーム分割部２０１、符号化ブロック及びビットレート組み合わせのトレリス線図保持部２０２、可変長符号化ブロック分割部２０３、可変ビットレート符号化部２０４、誤差電力算出部２０５、誤差電力保持部２０６、最適パス選択部２０７、符号化ブロック及びビットレート選択部２０８、符号化系列出力部２０９及び符号器状態保持部２１０により構成される。
【００４９】
以下においては、信号符号化装置２００は、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行うものとする。また、符号化ブロックは、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせは、図４（ａ）〜図４（ｅ）の５つの組み合わせであるものとする。
【００５０】
フレーム分割部２０１は、第１実施例におけるフレーム分割部１０１と同様、入力信号を所定長（ここでは長さＮ）のフレームに分割して、可変長符号化ブロック分割部２０３へ出力する。
【００５１】
トレリス線図保持部２０２は、符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報を保持する。図９は、符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートの遷移について、時点、ビットレート及び符号化ブロック長の３次元からなるトレリス線図の一例であり、図１０は、図９に示すトレリス線図を時点及びビットレートの２次元に投影させたトレリス線図である。以下、説明を簡単にするために、図１０の２次元のトレリス線図を用いて説明する。図１０に示す２次元トレリス線図は、時点ｋＮの状態Ｓ０より始まり、時点（ｋ＋１）Ｎの状態Ｓ０で終端する。
【００５２】
可変長符号化ブロック分割部２０３は、トレリス線図保持部２０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報に基づいて、長さＮの各フレームを符号化ブロックに分割する。ここでは、可変長符号化ブロック分割部２０３は、時点ｋＮからｋＮ＋Ｎ／４までのＳブロックを得るものとする。
【００５３】
可変ビットレート符号化部２０４は、トレリス線図保持部１０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報から時点ｋＮ＋Ｎ／４に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで符号化ブロックを符号化する。ここでは、可変ビットレート符号化部２０４は、図１０に示す２次元トレリス線図に基づいて、符号化ブロックを１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ及び２４ｋｂｐｓで符号化する。この際、可変ビットレート符号化部２０４内の符号器（図示せず）の初期状態として、始点となっているノードの初期符号器状態が設定される。ここでは、時点ｋＮの状態Ｓ０がフレームｋのトレリス線図における始点のノードであるため、フレームｋ−１の符号化終了後の符号器の状態が初期符号器状態となる。
【００５４】
更に、可変ビットレート符号化部２０４は、これら符号化により得られた３つの符号化系列（ブロック符号化系列）を復号し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応するローカル復号信号を得る。
【００５５】
誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。更に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図の各ブランチの始点となっているノード（ここでは時点ｋＮの状態Ｓ０）に至るまでの累積の誤差電力を、誤差電力保持部２０６から読み出す（ここでは時点ｋＮの状態Ｓ０が始点のノードであるため、累積誤差電力は０）。
【００５６】
次に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／４に至る各ブランチに対応する誤差電力に、読み出した累積誤差電力を加算し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する。
【００５７】
最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する。ここでは、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードには、１つのパスのみが入力されている。このため、最適パス選択部２０７は、その入力されている１つのパスを最適パスとして選択する。
【００５８】
符号化系列保持部２０８は、可変ビットレート符号化部２０４による符号化により得られたブロック符号化系列のうち、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスに対応するブロック符号化系列を保持する。また、誤差電力保持部２０６は、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスに対応する新たな累積誤差電力を保持する。
【００５９】
符号器状態保持部２１０は、時点ｋＮ＋Ｎ／４の各ノードにおける最適パスの符号化終了後の符号器状態を、各ノードの初期符号器状態として保持する。
【００６０】
図１０に示す２次元トレリス線図において、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードには、時点ｋＮからのＭブロックを符号化するパスと、時点ｋＮ＋Ｎ／４からのＳブロックを符号化するパスとがある。このため、可変長符号化ブロック分割部２０３は、フレームを時点ｋＮからのＭブロックに分割するとともに、時点ｋＮ＋Ｎ／４からのＳブロックに分割する。
【００６１】
可変ビットレート符号化部２０４は、トレリス線図保持部２０２に保持されている符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報から時点ｋＮ＋Ｎ／２に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで、上述した２つの符号化ブロックを符号化するとともに、当該符号化により得られたブロック符号化系列を復号する。
【００６２】
例えば、図１０に示す２次元トレリス線図の時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ−２に着目すると、時点ｋＮの状態Ｓ０からのＭブロックを符号化するブランチと、時点ｋＮ＋Ｎ／４の状態Ｓ−１からのＳブロックを符号化するブランチとが入力されている。このため、可変ビットレート符号化部２０４は、これら２つの符号化ブロックを符号化するとともに、当該符号化により得られたブロック符号化系列を復号する。符号化の際の符号器の初期状態は、Ｍブロックの符号化の際には、時点ｋＮの状態Ｓ０の初期符号器状態であり、Ｓブロックの符号化の際には、時点ｋＮ＋Ｎ／４の状態Ｓ−１の初期符号器状態である。可変ビットレート符号化部２０４は、これらの初期符号器状態を符号器状態保持部２１０より読み出す。
【００６３】
その後は、上述と同様の手順により処理が行われる。即ち、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮから時点ｋＮ＋Ｎ／２に至る各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する。更に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図の各ブランチの始点となっているノードに至るまでの累積の誤差電力を、誤差電力保持部２０６から読み出す。
【００６４】
次に、誤差電力算出部２０５は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２に至る各ブランチに対応する誤差電力に、読み出した累積誤差電力を加算し、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する。
【００６５】
最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図における時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する。
【００６６】
符号化系列保持部２０８は、可変ビットレート符号化部２０４による符号化により得られたブロック符号化系列のうち、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおける最適パスに対応するブロック符号化系列を保持する。また、誤差電力保持部２０６は、時点ｋＮ＋Ｎ／２の各ノードにおける最適パスに対応する新たな累積誤差電力を保持する。
【００６７】
信号符号化装置２００は、このような処理を図１０に示す２次元トレリス線図の終端に至るまで繰り返す。最終的には、最適パス選択部２０７は、図１０に示す２次元トレリス線図の始点から終端に至る１つの最適なパスが選択される。そして、符号化系列保持部２０８は、当該最適なパスに対応するフレーム符号化系列を保持する。
【００６８】
符号化系列出力部２０９は、符号化系列保持部２０８が保持するフレーム符号化系列に、当該フレーム符号化系列を構成するブロック符号化系列に対応する符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する。
【００６９】
なお、図９に示す３次元トトレリス線図における最適パスの選択は、各時点の平面上において、各状態の直線毎に行われる。例えば、図１０に示す２次元トレリス線図の時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ０での最適パスの選択は、図９に示す３次元トレリス線図においては、時点ｋＮ＋Ｎ／２の状態Ｓ０の直線上において行われる。従って、符号化ブロック長Ｎ／４の平面上の状態Ｓ０のノードへの入力パスと、符号化ブロック長Ｎ／２の平面上の状態Ｓ０のノードへの入力パスとの中から最適なパスが選択される。なお、最適パスの選択方法は、他の方法を用いても良い。また、本実施例は、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせに制限がない場合も適用可能である。
【００７０】
図１１は、第２実施例における信号符号化装置２００の動作を示すフローチャートである。信号符号化装置２００は、入力信号を所定長のフレームに分割する（ステップ２０１）。更に、信号符号化装置２００は、保持している符号化ブロックの長さと符号化ブロックの符号化時のビットレートとの組み合わせのトレリス線図の情報に基づいて、フレームを符号化ブロックに分割する（ステップ２０２）。
【００７１】
次に、信号符号化装置２００は、保持するトレリス線図から所定の時点に対応するデータを読み出してビットレートを特定し、当該ビットレートで符号化ブロックを符号化する（ステップ２０３）。更に、信号符号化装置２００は、符号化により得られたブロック符号化系列を復号し、所定の時点に至る各ブランチに対応するローカル復号信号を得る（ステップ２０４）。
【００７２】
次に、信号符号化装置２００は、トレリス線図における所定の時点と当該所定の時点の１つ前の時点との間の各ブランチに対応するローカル復号信号と、入力信号のうち当該ローカル復号信号に対応する部分との差分の電力（誤差電力）を算出する（ステップ２０５）。更に、信号符号化装置２００は、算出した誤差電力と１つ前の時点に至るまでの累積の誤差電力とを加算し、所定の時点の各ノードに至るまでの新たな累積誤差電力を算出する（ステップ２０６）。
【００７３】
次に、信号符号化装置２００は、所定の時点の各ノードにおいて、全ての入力パスのうち、新たな累積誤差電力が最小のパスを最適パスとして選択する（ステップ２０７）。更に、信号符号化装置２００は、最適パスに対応するブロック符号化系列及び各ノードの初期符号器状態を保持する（ステップ２０８）。
【００７４】
次に、信号符号化装置２００は、トレリス線図の終端まで最適パスを選択したか否かを判定する（ステップ２０９）。トレリス線図の終端まで最適パスを選択した場合には、信号符号化装置２００は、保持している、最適なパスに対応するフレーム符号化系列に符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報を付加して出力する（ステップ２１０）。一方、トレリス線図の終端まで最適パスを選択していない場合には、信号符号化装置２００は、ステップ２０２以降の動作を繰り返す。
【００７５】
次に、第３実施例について説明する。図１２は、第３実施例における可変ビットレート符号化部の構成例である。同図に示す可変ビットレート符号化部３０１は、第１実施例における信号符号化装置１００内の可変ビットレート符号化部１０４及び第２実施例における信号符号化装置２００内の可変ビットレート符号化部２０４の代わりに用いることが可能なものである。この可変ビットレート符号化部３０１は、可変ビットレート時間領域符号化部３０２と可変ビットレート時間−周波数変換符号化部３０３により構成される。即ち、可変ビットレート符号化部３０１は、複数の符号化方式（ここでは時間領域符号化方式と時間−周波数変換符号化方式）を併用して符号化を行うことができる。
【００７６】
第１実施例における信号符号化装置１００及び第２実施例における信号符号化装置２００において、可変ビットレート符号化部３０１が用いられることにより、符号化方式の最適化を図ることが可能となる。
【００７７】
また、第２実施例における信号符号化装置２００において、可変ビットレート符号化部３０１が用いられる場合、信号符号化装置２００が長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行い、符号化ブロックは、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、１フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせは、図４（ａ）〜図４（ｅ）の５つの組み合わせであるという条件の下で、且つ、時間領域符号化部３０２がＳブロックの符号化のみを行う場合には、時点及びビットレートからなる２次元へ投影したトレリス線図は、図１３に示すものとなる。
【００７８】
次に、第４実施例について説明する。図１４は、第４実施例における信号復号装置の構成例を示す図である。同図に示す信号復号装置４００は、符号化ブロック長情報抽出部４０１、符号化ブロック長情報読み取り部４０２、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３、符号化ブロックビットレート読み取り部４０４、符号化ブロック復号部４０５及び復号信号出力部４０６により構成される。
【００７９】
以下、信号符号化装置が、長さＮのフレーム全体の符号化時のビットレートが規定値である２０ｋｂｐｓ以下になるように符号化を行うものであり、符号化ブロックが、図３に示すブロックＬ、ブロックＭ及びブロックＳの何れかであり、各符号化ブロックの符号化時のビットレートが１６ｋｂｐｓ、２０ｋｂｐｓ、２４ｋｂｐｓであるものとする。
【００８０】
信号復号装置４００には、信号符号化装置から図５に示したフレーム符号化系列が入力される。符号化ブロック長情報抽出部４０１は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。ここでは図５に示したフレーム符号化系列が入力されるため、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、当該フレーム符号化系列の先頭部に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。更に、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、抽出した符号化ブロック長情報を符号化ブロック長情報読み取り部４０２へ出力する。符号化ブロック長情報読み取り部４０２は、符号化ブロック長情報に基づいて、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの長さを読み取る。更に、符号化ブロック長情報読み取り部４０２は、読み取り結果である符号化ブロック長を符号化ブロック復号部４０５へ通知する。
【００８１】
符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出する。ここでは図５に示したフレーム符号化系列が入力されるため、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、当該フレーム符号化系列の先頭部に付加されている符号化ブロックビットレート情報を抽出する。更に、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、抽出した符号化ブロックビットレート情報を符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４へ出力する。符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４は、符号化ブロックビットレート情報に基づいて、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号時のビットレートを読み取る。更に、符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４は、読み取り結果である符号化ブロックビットレートを符号化ブロック復号部４０５へ通知する。
【００８２】
また、符号化ブロック長情報抽出部４０１は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列から符号化ブロック長情報を削除し、符号化ブロックビットレート情報抽出部４０３は、信号復号装置４００に入力されたフレーム符号化系列から符号化ブロックビットレート情報を削除する。このため、符号化ブロック復号部４０５には、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列が入力される。
【００８３】
符号化ブロック復号部４０５は、符号化ブロック長情報読み取り部４０２から通知された符号化ブロック長と、符号化ブロックビットレート情報読み取り部４０４から通知された符号化ブロックビットレートとに基づいて、各ブロック符号化系列を復号するためのパラメータを設定し、復号を行う。ここでは、符号化ブロック復号部４０５は、図５に示す符号化ブロックｋ１符号化系列（Ｓブロック）が１６ｋｂｐｓで符号化されたこと、符号化ブロックｋ２符号化系列（Ｓブロック）が２４ｋｂｐｓで符号化されたこと、及び、符号化ブロックｋ３符号化系列（Ｍブロック）が２０ｋｂｐｓで符号化されたことを認識してパラメータを設定し、当該符号化に対応する復号を行う。これにより、長さＮのフレームに対応する復号信号が得られる。
【００８４】
更に、符号化ブロック復号部４０５は、復号信号を復号信号出力部４０６へ出力する。なお、符号化ブロック復号部４０５は、フレームに対応する復号信号を出力するのではなく、ブロック符号化系列を復号して、符号化ブロック系列に対応する復号信号が得られる毎に、随時、当該符号化ブロック系列に対応する復号信号を出力しても良い。復号信号出力部４０６は、入力された復号信号を出力する。
【００８５】
なお、以上においては、信号符号化装置から図５に示したフレーム符号化系列が入力される場合について説明したが、図６に示したフレーム符号化系列が入力される場合も、同様に信号復号装置４００を適用することが可能である。この場合には、符号化ブロック長情報と符号化ブロックビットレート情報とは、フレーム符号化系列に分散して付加されており、信号復号装置４００は、各符号化ブロック毎に、符号化ブロック長情報及びビットレート情報の抽出、読み取りを行い、符号化ブロックを復号する。このため、一部にデータ破壊等が生じた場合に、符号化ブロック長情報及び符号化ブロックビットレート情報が全て失われる可能性は低く、復号ができないという状況に陥ることを抑制することができる。
【００８６】
図１５は、第４実施例における信号復号装置４００の動作を示すフローチャートである。信号復号装置４００は、信号符号化装置からのフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロック長情報を抽出し、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの長さを読み取る（ステップ４０１）。
【００８７】
次に、信号復号装置４００は、信号符号化装置からのフレーム符号化系列に付加されている符号化ブロックビットレート情報を抽出し、フレーム符号化系列に含まれる全てのブロック符号化系列に対応する符号化ブロックの符号時のビットレートを読み取る（ステップ４０２）。
【００８８】
更に、信号復号装置４００は、読み取った符号化ブロック長及び符号化ビットレートに基づいて、フレーム符号化系列に含まれる各ブロック符号化系列を復号し（ステップ４０３）、得られた復号信号を出力する（ステップ４０４）。
【００８９】
このように、本実施形態では、信号符号化装置は、フレームを符号化する際に、当該フレームを分割した符号化ブロックの長さと、当該符号化ブロックの符号化時のビットレートとの双方を可変に設定して符号化し、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下であり、且つ、品質が最適となるフレーム符号化系列を出力する。従って、信号符号化装置は、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【００９０】
また、信号符号化装置がフレーム符号化系列に、各符号化ブロックの長さに関する情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報とを付加して出力することにより、当該フレーム符号化系列を入力した信号復号装置は、これら各符号化ブロックの長さに関する情報と、当該各符号化ブロックの符号化時のビットレートに関する情報とに基づいて、適切にフレーム符号化系列を復号することができる。
【００９１】
なお、上述した実施形態では、信号符号化装置は、ローカル復号信号と入力信号との誤差電力が最小となる符号化系列を、最適な品質の符号化系列として特定したが、例えば、信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio ）が最大になる符号化系列を、最適な品質の符号化系列として特定する等、他の評価基準によって最適な品質の符号化系列を特定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００９２】
上述の如く、本発明によれば、信号符号化装置は、符号化ブロックの長さを可変にするとともに、当該符号化ブロックを符号化する際のビットレートも可変にし、各符号化ブロックの長さと各ビットレートとの組み合わせに応じた符号化により得られる符号化系列のうち、フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるような符号化系列を出力しており、符号化効率の向上を図るとともに、高品質の符号化を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。
【図２】 フレームの一例を示す図である。
【図３】 符号化ブロックの一例を示す図である。
【図４】 １フレームを分割する際の選択可能な符号化ブロックの組み合わせの一例を示す図である。
【図５】 フレーム符号化系列の一例を示す図である。
【図６】 フレーム符号化系列の他の例を示す図である。
【図７】 第１実施例における信号符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 第２実施例における信号符号化装置の構成例を示す図である。
【図９】 第２実施例における３次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１０】 第２実施例における２次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１１】 第２実施例における信号符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】 第３実施例における可変ビットレート符号化部の構成例を示す図である。
【図１３】 第３実施例における２次元トレリス線図の一例を示す図である。
【図１４】 第４実施例における信号復号装置の構成例を示す図である。
【図１５】 第４実施例における信号復号装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００、２００ 信号符号化装置
１０１、２０１ フレーム分割部
１０２、２０３ 可変長符号化ブロック分割部
１０３ 符号化ブロック及びビットレート組み合わせデータ保持部
１０４、２０４ 可変ビットレート符号化部
１０５、２０５ 誤差電力算出部
１０６ 符号化ブロック及びビットレート選択部
１０７、２０９ 符号化系列出力部
２０２ トレリス線図保持部
２０６ 誤差電力保持部
２０７ 最適パス選択部
２０８ 符号化系列保持部
３０２ 可変ビットレート時間領域符号化部
３０３ 可変ビットレート時間−周波数変換符号化部
４００ 信号復号装置
４０１ 符号化ブロック長情報抽出部
４０２ 符号化ブロック長情報読み取り部
４０３ 符号化ブロックビットレート情報抽出部
４０４ 符号化ブロックビットレート読み取り部
４０５ 符号化ブロック復号部
４０６ 復号信号出力部
Claims (16)
- 連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置において、
所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する符号化手段と、
前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出する品質導出手段と、
前記品質導出手段により導出された符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定する符号化ブロック長及びビットレート決定手段と、
前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列のうち、前記符号化ブロック長及びビットレート決定手段により決定された符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力する符号化系列出力手段と、
を備え、前記品質導出手段は、
前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持する品質パラメータ保持手段を備え、
前記品質パラメータ保持手段により保持される品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする信号符号化装置。 - 連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化装置において、
所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割した符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化する符号化手段と、
前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出する品質導出手段と、
前記品質導出手段により導出された符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定する符号化ブロック長及びビットレート決定手段と、
前記符号化手段による符号化により得られた符号化系列のうち、前記符号化ブロック長及びビットレート決定手段により決定された符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力する符号化系列出力手段と、
を備え、前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項１又は２に記載の信号符号化装置において、
符号化ブロック長及びビットレート決定手段は、ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項１に記載の信号符号化装置において、
前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項１乃至４に記載の信号符号化装置において、
前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項１乃至５の何れかに記載の信号符号化装置において、
前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項６に記載の信号符号化装置において、
前記符号化系列出力手段は、前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化装置。 - 請求項６に記載の信号符号化装置において、
前記符号化系列出力手段は、前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化装置。 - 連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化方法において、
所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割して構成される符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化し、
前記符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出し、
前記導出した符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定し、
前記符号化により得られた符号化系列のうち、前記決定した符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力し、
前記フレーム内における符号化の対象となっている符号化ブロックより前の各符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータの累積を保持し、
前記保持する品質のパラメータの累積と、前記符号化の対象となっている符号化ブロックの符号化により得られた符号化系列の品質のパラメータを加算して前記フレーム内における最初の符号化ブロックから符号化の対象となっている符号化ブロックまでの符号化により得られる符号化系列の品質のパラメータの累積を導出することを特徴とする信号符号化方法。 - 連続する複数の離散時間に対する入力信号データを符号化ブロックにまとめて符号化する信号符号化方法において、
所定長のフレームと等しい長さの符号化ブロック及び前記フレームを分割して構成される符号化ブロック毎に、複数のビットレートで符号化し、
前記符号化により得られた符号化系列の品質を示すパラメータを導出し、
前記導出した符号化系列の品質のパラメータに基づいて、前記フレーム全体の符号化により得られる符号化系列の品質が最適となり、且つ、前記フレーム全体の符号化時のビットレートが規定値以下になるように、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定し、
前記符号化により得られた符号化系列のうち、前記決定した符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとに応じた符号化により得られた符号化系列を出力し、
前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項９又は１０に記載の信号符号化方法において、
ビタビアルゴリズムを用いて、前記符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートとを決定することを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項９に記載の信号符号化方法において、
前記符号化系列の品質のパラメータは、該符号化系列を復号した信号と前記入力信号データとの誤差電力であることを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項９乃至１２の何れかに記載の信号符号化方法において、
前記符号化系列の品質のパラメータは、人間の知覚特性に応じた重み付けがされていることを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項９乃至１３の何れかに記載の信号符号化方法において、
前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に、該フレームを構成する符号化ブロックの長さと該フレームを構成する符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項１４に記載の信号符号化方法において、
前記符号化ブロックを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化方法。 - 請求項１４に記載の信号符号化方法において、
前記フレームを符号化して得られた符号化系列に対応して、該符号化ブロックの長さと該符号化ブロックの符号化時のビットレートの情報を付加して出力することを特徴とする信号符号化方法。
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