编码装置、解码装置、编码方法、解码方法及其程序的制作方法

专利名称：编码装置、解码装置、编码方法、解码方法及其程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及对音乐或语音等音响信号进行编码的编码装置及编码方法、对编码后的信号进行解码的解码装置及解码方法、及其程序。
背景技术：
存在以下技术，利用DFT (discrete Fourier transform 离散傅里叶变换)、 DCT (Discrete Cosine Transform 离散余弦变换)、MDCT (modified discrete cosine transform 修正离散余弦变换)等，将输入信号的序列变换为频域的系数，将进行了该变换后的输入系数用向量量化进行编码，将得到的码解码，并通过将解码后的系数和输入系数的误差信号再次进行向量量化，从而实现层级编码(可扩缩(scalable)编码)。在图1 中表示以往技术的编码器20的结构例，在图2中表示高质量用解码器30的结构例，在图3 中表示低质量用解码器40的结构例。在图1的编码器20中的第一层级编码单元21输出对输入信号Mi进行了编码后的第一层级码Cl。编码器20内的第一层级解码单元23解码该第一层级码Cl，得到第一层级解码信号ym。第二层级编码单元27输出将输入信号xm和第一层级解码信号ym的误差信号d’ m进行编码后的第二层级码C’ 2。通过由复用单元四复用第一层级码Cl和第二层级码C’ 2，得到可扩缩的输出码C’。在解码器30中，通过分离单元39从输入码C’分离并取出第一层级码Cl和第二层级码C’ 2。在第一层级解码单元 31中解码第一层级码Cl并得到第一层级解码信号ym。在第二层级解码单元37中解码第二层级码C’ 2并得到第二层级解码信号d’ m。在加法单元35中，可以通过合并ym和d’ m 而得到输出信号χ’ m。通过该可扩缩编码，取出码的一部分，从而在解码之后，可以得到与该码比特数对应的质量的解码信号。例如，如图3所示，分离单元39可以从编码器20的输出码C’仅取出第一层级码Cl，并将在第一层级解码单元31中解码了的结果ym作为输出信号x’m( = ym)。但是，与将从第二层级码C’ 2得到的第二层级解码信号d’ m合并后的信号相比，ym成为质量变差的输出信号。例如，作为以往技术，已知专利文献1。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特许3139602号公报(特开平8463096号公报)

发明内容
发明要解决的课题在可扩缩编码中使用了向量量化的情况下，对于每个层级运算量增加。以往技术一般得到高的压缩率，但是由于多次进行向量量化，所以存在需要很大运算量的问题。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本发明的编码技术使用输入信号、将该输入信号编码而得到的第一码的解码信号或者在生成第一码时得到的解码信号。增益群组包含一个以上的增益群，增益群的每一个包含与对于每个增益群不同的个数的增益对应的值。在该编码技术中，对于解码信号的各个样本，通过规定的方法分配增益群，输出表示误差为最小的增益的增益码，该误差是通过与分配的增益群内的各个增益对应的值所确定的增益乘以了样本后的值与输入信号的误差。而且，本发明的解码技术利用与第一码对应的解码方法解码该第一码而得到的解码信号、以及增益码，对增益码进行解码并求增益，将解码信号和增益相乘。在求增益时，对解码信号的各个样本，通过规定的方法分配增益群，从被分配的增益群取出并输出与增益码对应的增益。发明效果本发明通过对解码信号的各个样本分配包含不同个数的增益的增益群，进行与增益群中包含的增益个数对应的标量(scalar)量化，实现可以保持编码效率，并且减少编码时的运算量的效果。


图1是表示编码器20的结构例的图。图2是表示解码器30的结构例的图。图3是表示解码器40的结构例的图。图4是表示编码装置100的结构例的图。图5是表示编码装置100的处理流程例的图。图6A是表示编码装置100的输出码C的数据例的图。图6B是表示编码装置300的输出码C的数据例的图。图7是表示第二层级编码单元110的结构例的图。图8是表示第二层级编码单元110的处理流程例的图。图9是用于说明在第二层级编码单元110中进行的处理和数据的图。图10是表示误差信号计算单元115的结构例的图。图11是表示解码装置200的结构例的图。图12是表示解码装置200的处理流程例的图。图13是表示第二层级解码单元210的结构例的图。图14是表示第二层级解码单元210的处理流程例的图。图15是表示编码装置300的结构例的图。图16是表示第二层级编码单元310的结构例的图。图17是表示第二层级解码单元410的结构例的图。图18是表示编码装置500的结构例的图。图19是表示解码装置600的结构例的图。图20是表示实施例1的变形例1的第二层级编码单元1110的结构例的图。图21是表示实施例1的增益群的数据例的图。图22是表示增益选择单元1119的处理流程的图。标号说明100，300，500 编码装置200，400，600 解码装置
7
101，201 输入单元103，203 存储单元105，205 控制单元106帧分割单元206帧合成单元107，207 输出单元110，310，1110第二层级编码单元5103第三层级编码单元5ION第N层级编码单元111，211 分配单元113，213，313，314，413，414，1113增益群组存储单元115误差运算单元119，1119增益选择单元21第一层级编码单元23，31第一层级解码单元29复用单元39分离单元210，5302第二解码单元5401第一乘法单元230乘法单元6302第二乘法单元630 (N-I)第(N-I)乘法单元6103第三层级解码单元6ION第N层级解码单元
具体实施例方式以下对本发明的实施方式详细地进行说明。编码装置100图4表示编码装置100的结构例，图5表示编码装置100的处理流程例。编码装置100例如具有输入单元101、存储单元103、控制单元105、帧分割单元106、第一层级编码单元21、第一层级解码单元23、复用单元四、输出单元107、和第二层级编码单元110。以下，说明各个单元的处理。<输入单元101、存储单元103和控制单元105>编码装置100经由输入单元101输入输入信号X(SlOl)。输入单元101例如是麦克风和输入接口等，将音乐和语音等输入信号变换为电信号，还具有A/D变换器等，变换并输出数字数据。存储单元103逐一存储、读出被输入的各个数据或者运算过程的各个数据。由此， 进行各个运算处理。但是，不一定必须存储在存储单元103中，也可以在各个单元之间直接交接数据。
控制单元105控制各个处理。<帧分割单元106>帧分割单元106将输入信号χ分割为包括规定的数量的样本的帧(sl06)。以下，在各个单元中对由M个样本构成的每个帧处理输入信号xm(m是样本号，m = 0，1，…，M-1)。 而且，1帧例如是从5毫秒至20毫秒的单位，如果1帧的样本数M例如为32kHz采样的语音信号，则从M= 160样本至M = 640样本。而且，在本说明书中，将音乐和语音等输入信号变换为数字数据后的输入信号和帧内的输入信号m—起称为输入信号。<第一层级编码单元21和第一层级解码单元23>第一层级编码单元21对输入信号xm，用第一层级编码方法对每个帧进行编码而生成第一层级码Cl (s21)。例如，作为第一层级编码方法，有CELP编码方法等。例如，第一层级解码单元23用第一层级解码方法解码第一层级码Cl而生成第一层级解码信号ym(s23)。例如，作为第一层级解码方法，有CELP解码方法等。但是在第一层级编码单元21中，在生成第一层级码Cl时得到与第一层级解码信号ym相同的值，或者通过比第一层级解码单元23简单的处理得到第一层级解码信号ym的情况下，也可以不设置第一层级解码单元23。例如，在第一层级编码单元21中，通过CELP编码方法进行了编码的情况下，在生成第一层级码Cl的过程中，可以得到第一层级解码信号ym，所以也可以不设置第一层级解码单元23，而如图4中点划线表示的那样，将第一层级解码信号ym输出到第二层级编码单元110。而且，本实施例并非限定发明的内容，也可以使用其它的编码方法和解码方法。第二层级编码单元110使用输入信号xm和第一层级解码信号ym生成第二层级码 C2 (sllO)。对于第二层级编码单元110的细节在后叙述。〈复用单元四和输出单元107>图6A表示对于输入信号的一帧的输出码C的数据例。复用单元四将各层级码 Cl、C2按照每帧进行复用而成为输出码C(S29)。输出单元107输出输出码C。输出单元107例如是LAN适配器或输出接口等 (sl07)。<第二层级编码单元110>图7表示第二层级编码单元110的结构例，图8表示第二层级编码单元110的处理流程例。图9是用于说明在第二层级编码单元110中进行的处理和数据的图。第二层级编码单元110具有分配单元111、增益群组存储单元113、误差信号计算单元115和增益选择单元119。以下说明各个单元的处理。分配单元111分配单元111对于第一层级解码信号的各个样本ym分配增益群，该增益群是该样本对听觉的影响越大，包含数目越多的增益的增益群(sill)。而且，增益群组包含J个增益群，增益群的每一个包含对于每个增益群不同的个数的增益。这里，1，如将增益群j(j = 1,2,…，J)包含的增益的个数设为Lj个，并将对样本ym分配的增益设为gmi， 则i = 0,1,…，Lj-Ι。而且，例如对听觉的影响是否大，根据样本ym的振幅或从振幅得到的参数、或者这些值的倒数的大小等来判断。例如，也可以根据增益的数目准备一个以上的阈值，根据该阈值和振幅等的大小关系来判定听觉的影响是否大。或者，也可以求与其它样本的相对大小。或者，也可以通过值的二进制数的位数等求大小。或者，也可以在对样本ym施加了听觉滤波器等赋予模拟了人的听觉的特性的处理后进行判定。或者也可以通过其它方法判断影响是否大。作为分配方法，例如可以应用对各个样本分配比特的反向水填充(reverse water filling)法(参考文献 1 :“G. 729-based embedded variable bit-rate coder :An 8-32 kbit/s scalable wideband coder bitstream interoperable with G. 729”，[online]，ITU[平成 21 年 5 月 22 日检索]，因特网 <URL :http://www. itu. int/rec/T-REC-G. 729. Ι/en 或者ITU-T标准G. 711. 1的低频带扩展编码中使用的比特分配算法(参考文献2 :“G. 711. 1 =Wideband embedded extension for G. 711 pulse code modulation”，[online]，ITU[平成 21 年 5 月 22 日检索]，因特网 <URL :http://www. itu. int/rec/T-REC-G. 711. Ι/en 。分配单元111被输入第一层级解码信号，输出分配信号bm。 在本实施例中，由于作为分配信息对各样本分配比特，所以成为比特分配信息。而且，在根据振幅得到的信息小到即使删除它也不会对输出信号的音质等产生问题(即，样本ym对听觉的影响非常小，即使删除ym对输出信号的音质等也不产生问题) 的情况下，例如在根据振幅得到的值非常小的情况下，也可以是以下结构，即不对该样本ym 分配增益群，而是在后述的解码装置200中设为增益gm = 1。增益群组存储单元113在增益群组存储单元113中存储增益群组。增益群组包含J个增益群，每个增益群包含每个增益群为Lj个的增益。而且，在增益群组存储单元113中存储与增益对应的增益码。例如，如图7和图9所示，在增益群组存储单元113中存储3个增益群1131、1132、 1133，在各个增益群中，分别在1比特增益群中存储21 = 2个、在2比特增益群中存储22 = 4个、在3比特增益群中存储23 = 8个增益。在图9中表示1比特增益群1131和2比特增益群1132的各个增益的值和对于该值的码的例子。但是，不一定存储对应于比特的个数的增益，例如也可以是在3比特增益群中存储不到8个增益的结构。通过根据需要减少存储的增益，可以减少后述的处理量。而且，增益群不一定限定为3个，也可以根据需要将J个增益群存储在增益群组存储单元113中。而且，增益群不仅是上述那样的数据库，也可以是能够通过规定的算式表示的群。 例如，可以将通过以下的算式(1)表示的值作为增益群。gmi = k!+k2i(1)这里，i=0，l，…，Lj-Lk1A2是适当设定的规定值，i为增益码。算式既可以在增益群中使用相同的算式，也可以对增益群使用不同的算式。而且，增益群组存储单元113 中存储的增益或算式不限定于图9中记载的增益或上述算式，而是预先通过实验等求得。误差信号计算单元115误差信号计算单元115从输入信号xm减去将分配的增益群内的各个增益gmi和样本ym相乘后的值，求误差信号dmi (slK)。例如，通过以下的算式求误差信号dmi。dmi = I I xm-gmi X ym | |(2)例如，误差信号计算单元115具有乘法单元1151和减法单元1152，在乘法单元 1151中，将第一层级解码信号样本ym与增益gmi相乘，通过将其结果得到的值从输入信号 xm减去而算出误差信号dmi。而且，也可以取代算式(2)而作为下式
dmi = (xm-gmi X ym)2(3)求误差信号。这时，通过设置未图示的平方单元对(xm-gmiXym)进行平方，求出误差信号dmi。而且，根据展开算式(3)后的算式(dmi = xm2-2gmi XxmXym+gmi2Xym2), 或者也可以根据省略展开式中作为常数项的右边第一项后的算式(dmi =-2gmi XxmX ym+gmi2 X ym2)，计算误差信号。而且，如果可以根据O)、(3)等算式求误差信号，则不一定需要按照乘法单元 1151、减法单元1152的顺序进行配置，也可以通过IC等统一处理。增益选择单元119增益选择单元119从增益群中选择对各个样本ym计算出最小误差信号dmi的增益群，并且将与选择出的增益有关的信息作为第二层级码C2输出(sll9)。而且，例如与增益有关的信息为增益码，也可以对每一帧汇总增益码而作为第二层级码C2输出。而且，例如，增益选择单元119也可以如下控制，即被输入误差信号dm，在对于某个增益gmi结束了比较处理时，将控制信号输出到增益群组存储单元113，求对于下一个增益gm(i+l)的误差信号。<第二层级编码单元110的处理流程>利用图8和图9说明第二层级编码单元110的处理流程例。第二层级编码单元 110输入一帧的第一层级解码信号ym和输入信号xm。首先进行初始化(si 10a)。m表示样本号，i表示增益码，dmin表示误差信号的最小值，k表示足够大的值。分配单元111对第一层级解码信号的样本ym分配比特分配信息bm(slll)。进而，分配单元111根据被分配的比特分配信息bm(si 12)，对样本ym分配增益群(sll3)。例如，在图9中，在bm = 2的情况下，分配增益群1132(sll32)。从分配的增益群输出增益gmi。误差信号计算单元115将第一层级解码信号样本ym和增益gmi相乘(sll51)，将得到的值从输入信号的样本xm中减去 (S1153)，求误差信号dmi (sll5)。增益选择单元119对于同一样本ym,判定到目前为止得到的误差信号的最小值dmin是否比误差信号dmi大(sll6)，在大的情况下，将误差信号的最小值dmin更新为在sll5中求出的误差信号dmi，将此时的i更新为增益码c2m(sll7)。 判定是否为增益表内的最后的增益(sll8)，在不是最后的增益的情况下，对下一个增益 (sll81)重复sll5 sll8的处理。对增益表内的全部增益进行sll5 sll8的处理，增益选择单元119选择与最终被更新的dmin对应的增益码c2m(sll9)。判定与增益码c^i对应的样本ym是否为帧内的最后的样本(sl21)，在不是最后的样本的情况下，对下一个样本 (sl22)重复sill sll9的处理。对帧内的全部样本进行sill sll9的处理，汇总了选择出的增益码(c20，c21，-,c2 (M-I))的结果被作为第二层级码C2输出(sl23)。而且，在分配单元111中，在对于样本ym未根据比特分配信息bm分配增益群的情况下(Si 134)，也可以不对该样本进行si 15 si 19的处理，而对下一个样本进行处理。通过进行这样的处理，可以减少运算量和发送码时的信息量。这时，由于对于该样本ym的增益码gm不包含在第二层级码C2中，所以C2中包含的增益码数N为帧的样本数M以下。而且，在sll5 sll8中进行重复的处理，但是也可以是以下结构，即在误差信号计算单元115中，对于对一个样本分配的全部增益gmO，gmi,…，gm(Lj-I)统一求误差信号dmO，dmi,…，dm(Lj-I)，在增益选择单元119中选择最小的dmi。图10是统一求误差信号时的误差信号计算单元115的结构例。在误差信号计算单元115中，从被选择了的增益群输入全部的增益gmO，gml,…，gm(Lj-I)，在对应的乘法单元1151i中，与第一层级解码信号样本ym相乘。在对应的减法单元1152i中，从输入信号样本xm减去相乘后的值，求误差信号dm0，dml，…，dm(Lj-I)，增益选择单元119从该误差信号中选择最小的误差信号 dmin，选择对应的增益信号码i，将汇总了对于帧内全部样本的增益码的结果作为第二层级码C2。〈效果〉在第二层级编码单元110中，通过对增益进行标量量化，与在第二层级编码中进行向量量化的以往技术相比，产生可以大幅度减少编码时的运算量的效果。而且，为了使输入信号和输出信号的SNR最大，一般对振幅大的样本分配多的比特是有效的。而且，作为向量量化的特征，有时即使是输入信号的振幅相对较小的样本，与码对应的向量也作为在其之上的振幅而被解码。在本发明中，通过对于振幅等大的样本，分配增益的数量多的增益群，其误差变小。而且，通过在分配单元111中应用参考文献1或者2的比特分配算法，并将增益码作为输出码，可以减少信息量。而且，例如，虽然也考虑不设置分配单元，而是组合向量量化和标量量化，利用单一的增益群组的方法，但是与这样的方法相比，在第二层级码的信息量相同的情况下，对于输入信号xm和第一层级解码信号ym的误差变大的样本分配多的增益，所以本发明的质量更好。换言之，可以选择增益间的差变小从而误差信号的值变小的增益。而且，在质量相同的情况下，本发明可以减少第二层级码的信息量。解码装置200图11表示解码装置200的结构例，图12表示解码装置200的处理流程例。解码装置200具有输入单元201、存储单元203、控制单元205、分离单元39、第一层级解码单元 31、乘法单元230、帧合成单元206、输出单元207和第二层级解码单元210。<输入单元201、存储单元203、控制单元205和输出单元207>输入单元201、存储单元203和控制单元205与编码装置100的输入单元101、存储单元103和控制单元105具有相同的结构。解码装置200经由输入单元201输入编码装置100的输出码C作为输入码(s201)。〈分离单元39>分离单元39将包含第一层级码Cl和第二层级码C2的输入码C分离，提取各个层级码 Cl、C2(s39)。〈第一层级解码单元31>第一层级解码单元31通过第一层级解码方法解码第一层级码C并求第一层级解码信号ym(s31)。而且，第一层级解码方法是与编码装置100的第一层级编码单元21的第一次编码方法对应的解码方法，第一层级解码单元31可以是与第一层级解码单元23相同的结构。第二层级解码单元210用第二层级解码方法解码第二层级码C2并求第二层级解码信号gm(s210)。而且，第二层级解码单元210的细节在后叙述。〈乘法单元230>乘法单元230将第一层级解码信号gm和第二层级解码信号(增益)gm相乘(s230) 并输出输出信号x”m。〈帧合成单元206和输出单元207>
帧合成单元206合成多个帧，作为连续的时间序列数据χ”输出(s206)。解码装置 200经由输出单元207输出输出信号χ”。〈第二层级解码单元210>图13是表示第二层级解码单元210的结构例，图14是表示第二层级解码单元210 的处理流程例。第二层级解码单元210具有分配单元211和增益群组存储单元213。分配单元211分配单元211对第一层级解码信号的各个样本ym分配增益群，该增益群是该样本对听觉的影响越大包含增益的数目越多的增益群。具有与生成了输入码C的编码装置100 的分配单元111相同的结构。增益群组存储单元213增益群组存储单元213具有与生成了输入码C的编码装置100的增益群组存储单元113相同的结构，存储同样的增益群组。<第二层级解码单元210的处理流程>使用图14说明第二层级解码单元210的处理流程例。在第二层级解码单元210 中输入一帧的第一层级解码信号ym和第二层级码C2。首先进行初始化(s210a)。m表示样本号。分配单元211对第一层级解码信号的样本ym分配比特分配信息bm(s211)，根据分配的比特分配信息(s212)，对该样本ym分配增益群(s21!3)。例如，对样本ym分配增益表2132 (s2132)。第二层级解码单元210从分配的增益表中包含的增益中取出与第二层级码对应的增益gm(s217)。而且，在分配单元211中，对于样本ym不分配增益群的情况下 (S2134)，不对该样本进行s217的处理，设为增益gm= l(s219)。通过进行这样的处理，可以从N个增益码得到MN)个的增益，可以减少码的信息量。判定样本ym是否为帧内的最后的样本(s221)，在不是最后的样本的情况下，对下一个样本(s222)重复s211 s219 的处理。对帧内的全部样本进行s211 s219的处理，将增益作为第二层级解码信号gm输出(s223)。〈效果〉通过这样构成编码装置和解码装置，可以实现运算量和信息量少的可扩缩编码。 解码装置可以仅解码第一层级解码信号ym，并取出输出信号，而且，也可以使用第二层级解码信号gm得到高质量的输出信号。而且，通过在两装置中设置分配单元，可以在输出码中不包含分配信息而进行解码，可以减少码的信息量。变形例1仅说明与实施例1不同的部分。利用图20说明第二层级编码单元1110。而且，在图20中，对与图7对应的部分赋予相同的标号，省略说明。对于以下的图也同样省略。第二层级编码单元1110具有比特分配单元111和增益群组存储单元1113和增益选择单元 1119。<增益群组存储单元1113>在增益群组存储单元1113中存储增益群组。图21表示1比特增益群和2比特增益群的数据例。增益群组包含J个增益群(例如，3个增益群11131、11132、11133)，各个增益群包含与对于每个增益群Lj个增益对应的值。而且，在增益群组存储单元1113中存储用于表示与增益对应的值的增益码。而且，所谓与增益对应的值，是例如包含增益gmi自身和增益的常数倍Ogmi)或增益的平方(gmi2)以及它们的组合等的概念，在本变形例中，将 2gmi和gmi2的组合设为与增益对应的值。〈增益选择单元1119>增益选择单元1119输出表示增益gmi的增益码i，该增益gmi是分配的增益群内的各个增益和样本相乘的值gmi Xym与输入信号xm的误差为最小的增益。增益选择单元1119具有平方计算单元1119a、乘法单元1119b、1119c、1119d、减法单元1119e、选择单元1119f。以下，使用图22说明增益选择单元1119的处理流程。增益选择单元1119首先进行初始化(S11191)。平方计算单元1119a接收第一层级解码信号ym，用它计算ym2，并将其发送到乘法单元 1119b(slll92)。乘法单元1119b从通过分配单元111对第一层级解码信号的各个样本ym分配的增益群1113j(j = 1,2,…，J)接收与增益gmi (i = 0,1,2,…，Lj-I)对应的值gmi2，计算gmi2 X ym2,并发送到减法单元1119e (s 11194)。乘法单元1119c接收第一层级解码信号样本ym和输入信号样本xm，计算xmX ym, 并发送到乘法单元1119d(slll93)。乘法单元1119d从增益群1113j接收与增益gmi对应的值2gmi，计算 2gmiXxmXym，发送到减法单元 11193 (si 1195)。减法单元1119e计算dmi = 2gmi X xmX ym-gmi2 X ym2,发送到选择单元 1119f(slll96)。选择单元1119f判定对于该样本ym，至此得到的值dmax是否小于当前的值 dmi(slll97)，在小的情况下，将值dmax更新为在slll96中求出的值dmi，将此时的i更新作为增益码c2m(slll98)。判定是否为增益表内的最后的增益(slll99)，在不是最后的增益的情况下，对下一个增益(si 1200)重复si 1194 si 1199的处理。增益选择单元1119对增益表内的全部增益进行si 1194 si 1199的处理，选择与最终被更新的dmax对应的增益码c2m(sll201)。而且，在第二层级编码单元1110中，进行以下处理。判定与增益码dm对应的样本ym是否为帧内的最后的样本，在不是最后的样本的情况下，对下一个样本重复S11191 si 1201的处理。对帧内的全部样本进行si 1191 si 1201的处理，汇总了选择的增益码 (c20,c21,…，c2(M-l))的结果作为第二层级码C2输出。而且，在实施例1中，选择了与根据算式(dmi = xm2-2xmX gmi X ym+gmi2 X ym2), 或者将展开的算式中为常数项的右边第一项省略后的算式(dmi =-2gmi XxmX ym+gmi2 X ym2)为最小的dmi对应的增益码，但是这与选择与(dmi = 2gmi XxmX ym-gmi2Xym2)为最大的dmi对应的增益码含义相同。〈效果〉通过这样的结构，产生与实施例1的编码装置100同样的效果。而且，在增益群组存储单元1113中，通过取代增益而存储与增益对应的值gmi2或者2gmi等，可以减少在增益选择单元1119中的运算量。而且，在乘法单元1119a和1119c中，通过预先计算并存储又!112和111^7111，可以产生一些效果，即在计算281^\111^7111和81^2\71112时，减少(Lj-I)次的与ym2和xmXym有关的计算量。但是，增益选择单元1119也可以使用上述方法以外的方法，输出用于表示分配的增益群内的各个增益与样本相乘后的值与输入信号的差为最小的增益的增益码。而且，例如，也可以通过将上述的各个单元1119a 1119e—体化的模块等来实现。变形例2仅对与实施例1或者变形例1不同的部分进行说明。在变形例2中，编码装置100 的分配单元111和解码装置200的分配单元211的处理内容与实施例1或者变形例1不同。本变形例的分配单元111是求对于帧的全部样本的分配比特数(比特分配信息 bm)。因此，在编码装置100的第二层级编码单元110中，如图8中的点划线所示，在同一帧内仅进行一次比特分配信息bm的分配(sill)。然后，在之后重复sll2 sl21的处理。同样，本变形例的分配单元211求对于帧的全部样本的分配比特数(比特分配信息bm)。在解码装置200的第二层级解码单元210中，如图14中的点划线所示，在同一帧内仅进行一次比特分配信息bm的分配(s211)。然后，在之后重复s212 s221的处理。而且，与实施例1和变形例1 一样，分配单元111和分配单元211对于第一层级解码信号的各个样本ym，该样本对听觉的影响越大，分配包含增益数目越多的增益群(slll， s211)。但是，各个样本对于听觉的影响是否大，利用与实施例1和变形例1同样的方法以帧为单位进行判定，对同一帧内的各个样本分配同一比特分配信息bm。其它的变形例在实施例1中，编码装置100具有第一层级编码单元21和第一层级解码单元23， 本发明的要点是，在第二层级编码单元中，对第一层级解码信号的各个样本ym通过规定的方法分配增益群，求表示增益gm和样本ym相乘后的值与输入信号xm的差为最小的增益的第二层级码(增益码，其中增益gm是与由分配的增益群内的各个增益对应的值所确定的， 利用该第二层级码进行编码和解码。由此，编码装置100仅具有第二层级编码单元，输入利用以往的可扩缩编码装置生成的第一层级解码信号ym和输入信号xm，求第二层级码，在以往的可扩缩编码装置中，也可以是输出第二层级码的结构。因此，在以往的可扩缩编码装置中，将第一层级码和第二层级码复用并输出。编码装置100的分配单元111对第一层级解码信号的各个样本ym，该样本对听觉的影响越大分配包含增益数目越多的增益群，但是，也可以通过其它方法分配增益群。但是，解码装置200的分配单元211也通过与分配单元111相同的方法分配增益群。实施例2仅说明与实施例1不同的部分。编码装置300图15表示编码装置300的结构例。编码装置300除了编码装置100的结构，还具有输入信号分析单元330，第二层级编码单元310的结构、处理也有所不同。<输入信号分析单元330>输入信号分析单元330对每个帧分析输入信号的特性并求特性码CO。例如，分析输入信号是否为在帧内每个样本的振幅的分布上存在大的差的信号。而且，输入信号分析单元330输入输入信号xm或者第一层级解码信号ym，用某个信号分析输入信号的特性。〈第二层级编码单元310>图16表示第二层级编码单元310的结构例。第二层级编码单元310例如具有多
15个增益群组存储单元313、314。在增益群组存储单元313、314中分别具有不同的增益群。 例如，在增益群组存储单元313中，包含增益群3131、3132和3133。还例如，在一个增益群组中存储多个接近0的增益，以与高频谐波信号对应，在另一个中存储与白色噪声信号对应的增益(例如，如图9中记载的增益)。第二层级编码单元310使用特性码⑶，选择一个增益群组。第二层级编码单元310 例如在CO = 0时选择增益群组313，在CO = 1时选择增益群组314。分配单元111对各个样本ym分配选择出的增益群组中包含的增益群。而且，在复用单元四中除了输入第一层级码Cl、第二层级码C2，还输入特性码⑶， 复用单元四对于每个帧将这些信号C1、C2、C0复用，输出输出码C。图6B表示对于编码装置300的1帧的输入信号的输出码的数据例。解码装置400图11表示解码装置400的结构例。第二层级解码单元410的结构、处理内容有所不同。而且，分离单元39将输入码C分解为第一层级码Cl、第二层级码C2，和特性码CO。〈第二层级解码单元410>图17表示第二层级解码单元410的结构例。第二层级解码单元410具有多个增益群组存储单元413、414。在增益群组存储单元413、414中分别存储的信息与增益群组存储单元313、314中一样。第二层级解码单元410使用特性码CO选择一个增益群组。分配单元211将选择的增益群组中包含的增益群分配给各个样本ym。其它结构、处理内容与实施例1的第二层级解码单元210相同。〈效果〉通过这样的结构，可以得到与实施例1相同的效果，而且可以分配与输入信号的特性相应的增益群组。例如，在通过向量量化对在帧内每个样本的振幅的分布上存在大的差的信号，例如高频谐波信号的高频区域中的系数本身进行编码的情况下，根据向量量化的特征，难以提供高频谐波的峰值以外的振幅极小的振幅。本发明通过在第二层级的增益群中准备接近0的值，可以降低因向量量化引起的第一层级的失真，并提高SNR。实施例3仅说明与实施例1不同的部分。编码装置500图18表示编码装置500的结构例。编码装置500包含编码装置100的结构，具有 N个第η层级编码单元(这里，N为3以上的整数，η = 3,4,…，N)、(N-I)个第(η_1)层级解码单元和(N-幻个第(n-幻乘法单元。〈第(η-1)层级解码单元〉第(η-1)层级解码单元利用第一层级解码信号或者第(η-； )乘法单元的输出值 y(n-2)m和第(η-1)层级码C(n_l)，求第(η-1)层级解码信号。例如，在η = 3的情况下， 第二层级解码单元5302利用第一层级解码信号yIm和第二层级码C2求第二层级解码信号 g2m。在η > 3的情况下，例如在η = 4时，利用第一乘法单元MOl的输出值Wm和从第三层级编码单元513输出的第三层级码C3求第三层级解码信号g3m。而且，第(n_l)层级解码单元的结构与图13所示的第二层级解码单元210相同，在η > 3的情况下，取代第一层级解码信号和第二层级码C2而分别输入第(η-； )乘法单元的输出值和第(n-1)层级码 C(n-l)。第(n-1)层级解码单元具有分配单元，该分配单元对第一层级解码信号或者第 (n-3)乘法单元的输出值的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群。而且，从增益群取出与第(n-1)层级码对应的增益，作为第(n-1)层级解码信号输出。< 第(n-2)乘法单元 540 (n_2) >第(n-幻乘法单元将第一层级解码信号或者第(η-； )乘法单元的输出值y(n-2)m和第(n-1)层级解码信号g(n-l)m相乘。例如，在η = 3的情况下，第一乘法单元MOl将第一层级解码信号ylm和第二层级解码信号gaii相乘，输出与输入信号xm近似的信号y2m。而且，在η > 3的情况下，例如在η = 4的情况下，将第一乘法单元MOl的输出值Cm与第三层级解码信号C3相乘，输出与输入信号xm近似的信号y3m。〈第η层级编码单元510n>第η层级编码单元510η利用输入信号xm和第(n-幻乘法单元的输出值y (n_l) 求第η层级码Cn。第η层级编码单元510η是与图7的第二层级编码单元相同的结构，取代第一层级解码信号ym而输入第(n-幻乘法单元的输出值y(n-l)m。例如，第三层级编码单元5103使用输入信号xm和第一乘法单元MOl的输出值Wm求第三层级码C3。而且，复用单元四将各层级码Cl CN复用并输出输出码C。解码装置600图19表示解码装置600的结构例。解码装置600包含解码装置200的结果，具有 N个第η层级解码单元、(N-I)个第(n-1)乘法单元。分离单元39从输入码C取出各个层级码Cl CN，输出到各个层级编码单元。〈第η层级解码单元610n>第η层级解码单元610η具有分配单元，对第(n-幻乘法单元的输出值的各样本 y (n-l)m,该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数目的增益的增益群，并且从增益群取出与第η层级码对应的增益，作为第η层级解码信号gnm输出。例如，在η = 3时，第三层级解码单元6103利用第一乘法单元230的输出值Cm和第三层级码C3，输出第三层级解码信号g3m。< 第(n-1)乘法单元 630 (n-1) >第(n-1)乘法单元将第(n-幻乘法单元的输出值y (n-l)m和第η层级解码信号 gnm相乘。例如，在η = 3时，第二乘法单元6302利用第一乘法单元230的输出值Wm和从第三层级解码单元6103输出的第三层级解码信号g;3m求y3m。将通过(N-I)乘法单元 630 (N-I)求出的输出信号yNm( = x”m)输出到帧合成单元206。〈效果〉通过这样的结构，可以得到与实施例1相同的效果，而且，可以通过分层而使SNR提尚。变形例1仅说明与实施例3不同的部分。在本变形例中，不设置第(n-1)层级解码单元和第(n-2)乘法单元540 (n-2)。
第(n-1)编码单元510(n-l)(在η = 3时为第二层级编码单元110)对各个输入信号样本xm，将求出该增益码c (n-1) m时的运算结果y (n-1) m = g (n-1) miXy (n-2) m如图18 中的点划线那样，直接输出到第η层级编码单元510η。例如，在第二层级编码单元110中， 可以在乘法单元11151中得到该运算结果gmi X ym，并预先存储该结果，将与增益选择单元 119选择的增益码i (c2m)对应的gmi Xym输出到第三层级解码单元5103。在第η层级编码单元5IOn中，输入输入信号xm和运算结果y (n_l) m。第η层级编码单元510η的结构是与图7所示的第二层级编码单元110相同的结构。第η层级编码单元510η对输入的每个样本y (n_l)m分配比特分配信息bm，根据该bm对该样本y (n-l)m分配增益群。然后，根据增益群中包含的增益，求该增益和样本y(n-l)m的积与输入信号样本 xm的误差为最小的增益gnmi，输出表示该增益gnmi的增益码cnm。即，该编码方法与图7 中表示的第二层级编码单元110的方法相同，但是增益群组的内容为不同的内容。而且，在比特分配信息bm为0，即未分配增益群的情况下，也可以为以下结构，即第η层级编码单元510η设gm= 1，将第(n_l)编码单元510 (n_l)的运算结果y (n-l)m直接作为第η层级编码单元510η的运算结果ynm输出。通过这样的结构，可以得到与实施例3相同的效果。而且，可以减少第η层级编码单元510η中进行的运算量。程序及记录介质而且，也可以通过计算机执行上述的编码装置100、300、500和解码装置200、400、
600的功能。这时，只要将用于使计算机执行作为目的的装置(具有在各种实施例中图示出的功能结构的装置)的功能的程序、或者用于使计算机执行其处理步骤(各个实施例中表示的步骤)的各个过程的程序，从CD-ROM、磁盘、半导体存储装置等记录介质，或者经由通信线路下载到该计算机内，执行该程序即可。
权利要求
1.一种编码装置，被输入输入信号、以及将该输入信号编码而得到的第一码的解码信号或者在生成所述第一码时得到的解码信号，其特征在于，增益群组包含一个以上的增益群，增益群分别包含与对每个增益群不同的个数的增益对应的值，该编码装置包括分配单元，通过规定的方法，对所述解码信号的各个样本分配所述增益群；以及增益选择单元，输出用于表示误差最小的增益的增益码，所述误差是通过与分配的增益群内的各个增益对应的值所确定的增益与所述样本相乘后的值与所述输入信号的误差。
2.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于， 多个增益群组分别包含对每个增益群组不同的增益群，所述编码装置具有分析所述输入信号的特性的输入信号分析单元，利用表示所述输入信号的特性的信息，选择一个增益群组，所述分配单元对各个样本分配被选择了的所述增益群组中包含的增益群。
3.如权利要求1或2所述的编码装置，其特征在于，所述分配单元对所述解码信号的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多与增益对应的值的增益群。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的编码装置，其特征在于，将与各个增益对应的号码设为i，将各个增益设为gmi，将所述解码信号的各个样本设为ym，将所述输入信号的各个样本设为xm， 所述增益选择单元输出 表不 dmi = _2gmi XxmX ym+gmi2 Xym2 为最小的增益gmi的增益码i，或者表不 dmi = 2gmi XxmX ym-gmi2 Xym2 为最大的增益gmi的增益码i。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的编码装置，其特征在于，在将与各个增益对应的号码设为i，将所述增益设为gmi时，与所述增益对应的值为 2gmi 以及 gmi2。
6.一种解码装置，其特征在于，增益群组包含一个以上的增益群，各个增益群分别包含对于每个增益群不同的个数的增 ，该解码装置具有增益解码单元，被输入用与第一码对应的解码方法解码该码而得到的解码信号、以及增益码，对所述增益码进行解码并求增益；以及乘法单元，将所述解码信号和所述增益相乘， 所述增益解码单元具有对所述解码信号的各个样本，通过规定的方法分配增益群的分配单元，从被分配的增益群取出并输出与所述增益码对应的增益。
7.如权利要求6所述的解码装置，其特征在于，多个增益群组分别包含对于每个增益群组不同的增益群，还被输入表示所述解码信号的特性的信息，所述增益解码单元利用表示所述解码信号的特性的信息，选择一个增益群组， 所述分配单元将选择的所述增益群组中包含的增益群分配给各个样本。
8.如权利要求6或7所述的解码装置，其特征在于，所述分配单元对所述解码信号的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群。
9.一种编码方法，是使用输入信号、以及将该输入信号编码而得到的第一码的解码信号或者在生成所述第一码时得到的解码信号的方法，其特征在于，增益群组包含一个以上的增益群，增益群分别包含与对每个增益群不同的个数的增益对应的值，该编码方法包括分配步骤，通过规定的方法，对所述解码信号的各个样本分配所述增益群；以及增益选择步骤，选择用于表示误差最小的增益的增益码，所述误差是通过与分配的增益群内的各个增益对应的值所确定的增益与所述样本相乘后的值与所述输入信号的误差。
10.如权利要求9所述的编码方法，其特征在于， 多个增益群组分别包含对每个增益群组不同的增益群，所述编码方法具有分析所述输入信号的特性的输入信号分析步骤，利用表示所述输入信号的特性的信息，选择一个增益群组，所述分配步骤对各个样本分配被选择了的所述增益群组中包含的增益群。
11.如权利要求9或10所述的编码方法，其特征在于，在所述分配步骤中对所述解码信号的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多与增益对应的值的增益群。
12.如权利要求9至11的任意一项所述的编码方法，其特征在于，将与各个增益对应的号码设为i，将各个增益设为gmi，将所述解码信号的各个样本设为ym，将所述输入信号的各个样本设为xm， 所述增益选择步骤中选择 表不 dmi = _2gmi XxmX ym+gmi2 Xym2 为最小的增益gmi的增益码i，或者表不 dmi = 2gmi XxmX ym-gmi2 Xym2 为最大的增益gmi的增益码i。
13.如权利要求9至12的任意一项所述的编码方法，其特征在于，在将与各个增益对应的号码设为i，将所述增益设为gmi时，与所述增益对应的值为 2gmi 以及 gmi2。
14.如权利要求9至13的任意一项所述的编码方法，其特征在于，该方法具有N个第η层级编码步骤、(N-I)个第(η-1)层级解码步骤、和(N-幻个第 (η-2)乘法步骤，其中，N为3以上的整数，η = 3,4,…，N，第(η-1)层级编码步骤在η = 3的情况下，利用第一层级解码信号和第二层级码、在η > 3的情况下，利用第(η-； )乘法步骤的输出值和第(η-1)层级码，求第(η-1)层级解码信号，第(n-幻乘法步骤将第一层级解码信号或者第(ΠΙ)乘法步骤的输出值与第(n-1)层级解码信号相乘，第η层级编码步骤利用输入信号和第(n-幻乘法步骤的输出值求第η层级码， 所述第(n-1)层级解码步骤具有对于所述第一层级解码信号或者第(n-:3)乘法步骤的输出值的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群的分配步骤，并且从增益群取出与第 (n-1)层级码对应的增益，作为第(n-1)层级解码信号输出， 第η层级编码步骤具有对所述第(n-幻乘法步骤的输出值的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群的分配步骤；将分配的增益群内的各个增益与所述输出值相乘后的值从所述输入信号中减去，求误差信号的误差信号运算步骤；以及从增益群中选择对于各个输出值算出最小误差信号的增益，将与选择出的增益有关的信息作为第η层级码输出的增益选择步骤。
15.一种解码方法，其特征在于，增益群组包含一个以上的增益群，各个增益群分别包含对于每个增益群不同的个数的增 ，该解码方法具有增益解码步骤，利用与第一码对应的解码方法解码该第一码而得到的解码信号、以及增益码，对所述增益码进行解码并求增益；以及乘法步骤，将所述解码信号和所述增益相乘， 所述增益解码步骤具有对所述解码信号的各个样本，通过规定的方法分配增益群的分配步骤，从被分配的增益群取出与所述增益码对应的增益。
16.如权利要求15所述的解码方法，其特征在于，多个增益群组分别包含对于每个增益群组不同的增益群，在所述增益解码步骤中，利用表示所述解码信号的特性的信息，选择一个增益群组， 在所述分配步骤中，将选择的所述增益群组中包含的增益群分配给各个样本。
17.如权利要求15或16所述的解码方法，其特征在于，在所述分配步骤中，对所述解码信号的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群。
18.如权利要求15至17的任意一项所述的解码方法，其特征在于，该方法具有Ν个第η层级解码步骤、(N-I)个第(n-1)层级乘法步骤，其中，N为3以上的整数，η = 3,4,…，N， 第η层级解码步骤具有对于第(n-幻乘法步骤的输出值的各个样本，该样本对听觉的影响越大，分配包含越多数量的增益的增益群的分配步骤，并且从增益群取出与第η层级码对应的增益，作为第η 层级解码信号输出，第(n-1)乘法步骤将第(n-幻乘法步骤的输出值与第η层级解码信号相乘。
19. 一种程序，使计算机作为权利要求1至8的任意一项记载的编码装置、或者解码装置起作用。
全文摘要
本发明提供可以保持编码效率，并且减少编码时的运算量的编码技术。使用输入信号、以及将该输入信号编码而得到的第一码的解码信号或者在生成所述第一码时得到的解码信号。增益群组包含一个以上的增益群，增益群分别包含与对每个增益群不同的个数的增益对应的值。通过规定的方法，对解码信号的各个样本分配增益群。输出用于表示误差最小的增益的增益码，所述误差是通过与分配的增益群内的各个增益对应的值所确定的增益与样本相乘后的值与输入信号的误差。
文档编号G10L19/02GK102414990SQ20108001900
公开日2012年4月11日 申请日期2010年5月28日 优先权日2009年5月29日
发明者佐佐木茂明, 堤公孝, 日和崎佑介, 福井胜宏 申请人:日本电信电话株式会社