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JP3057258B2 - Apparatus and method for efficient encoding of digital data - Google Patents
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JP3057258B2 - Apparatus and method for efficient encoding of digital data - Google Patents

Apparatus and method for efficient encoding of digital data

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JP3057258B2
JP3057258B2 JP2103046A JP10304690A JP3057258B2 JP 3057258 B2 JP3057258 B2 JP 3057258B2 JP 2103046 A JP2103046 A JP 2103046A JP 10304690 A JP10304690 A JP 10304690A JP 3057258 B2 JP3057258 B2 JP 3057258B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、いわゆるブロックフローティング処理を施
して入力ディジタルデータを圧縮するようなディジタル
データの高能率符号化装置及び方法に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly efficient digital data encoding apparatus and method for compressing input digital data by performing a so-called block floating process.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、入力ディジタルデータをブロック化し、各
ブロック毎に符号化に必要なパラメータを求め、複数ブ
ロックのパラメータの直線近似に基づいたデータを求
め、複数のパラメータデータと直線近似に基づいたデー
タの差分をベクトル量子化し、パラメータに基づいて各
ブロックデータをブロック符号化するようにしたことに
より、パラメータ伝送ビットレートの低減とベクトル量
子化の演算量の減少とを可能にしたディジタルデータの
高能率符号化装置及び方法を提供するものである。
According to the present invention, input digital data is divided into blocks, parameters necessary for encoding are obtained for each block, data based on linear approximation of parameters of a plurality of blocks is obtained, and a plurality of parameter data and data based on linear approximation are obtained. High-efficiency digital data coding that reduces the parameter transmission bit rate and the amount of vector quantization operation by vector-quantizing the difference and performing block coding on each block data based on the parameters. The present invention provides a chemical conversion device and method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えば、オーディオ信号等に基づくディジタルデータ
の高能率符号化技術として、入力ディジタルデータをブ
ロック化し、各ブロック毎のフローティング係数を演算
し、各ブロックのデータを該フローティング係数で正規
化した後に量子化するような、いわゆるブロックフロー
ティングの技術が知られている。該ブロック化が施され
る入力ディジタルデータとしては、アナログのオーディ
オ信号等を例えばいわゆる線形パルス符号化することで
得られるPCMデータや、他の種々の符号化が施されたデ
ータが考えられる。すなわち、該他の種々の符号化技術
としては、例えば、オーディオ信号等の時間軸上の信号
を複数の周波数帯域に分割して符号化する帯域分割符号
化(サブバンドコーディング:SBC)や、時間軸の信号を
周波数軸上の信号に変換(直交変換)して複数の周波数
帯域に分割し各帯域毎で適応的に符号化するいわゆる適
応変換符号化(ATC)、或いは、上記SBCといわゆる適応
予測符号化(APC)とを組み合わせ、時間軸の信号を帯
域分割して各帯域信号をベースバンド(低域)に変換し
た後複数次の線形予測分析を行って予測符号化するいわ
ゆる適応ビット割当て(APC-AB)等の高能率符号化等も
挙げることができる。
For example, as a high-efficiency encoding technique of digital data based on an audio signal or the like, input digital data is divided into blocks, a floating coefficient of each block is calculated, and data of each block is quantized after being normalized by the floating coefficient. Such a so-called block floating technique is known. As the input digital data to be blocked, PCM data obtained by, for example, so-called linear pulse encoding of an analog audio signal or the like, or data subjected to various other encodings can be considered. That is, examples of the other various coding techniques include, for example, band division coding (sub-band coding: SBC) for dividing a signal on the time axis such as an audio signal into a plurality of frequency bands and coding the divided signals. So-called adaptive conversion coding (ATC), which converts an axis signal into a signal on the frequency axis (orthogonal transformation), divides the signal into a plurality of frequency bands, and adaptively codes each band, or so-called adaptive coding The so-called adaptive bit allocation, which combines predictive coding (APC), divides the signal on the time axis into bands, converts each band signal to baseband (low band), and performs multi-order linear prediction analysis to predictively code. High-efficiency coding such as (APC-AB) can also be mentioned.

これら各種符号化技術の内の例えば上記適応変換符号
化においては、時間軸のオーディオ信号等を、高速フー
リエ変換(FFT)或いは離散的余弦変換(DCT)等の直交
変換によって、時間軸に直交する軸(周波数軸)に変換
し、その後複数の帯域に分割して、これら分割された各
帯域のFFT係数,DCT係数等を適応的に量子化(再量子
化)している。上記高速フーリエ変換の適応変換符号化
における再量子化の一例としては、第6図に示すよう
に、信号を高速フーリエ変換した後の例えばFFT振幅値A
m等をブロック(ブロックB1〜B12‥‥)分けして、これ
ら各ブロック毎にフローティング係数を算出し、このフ
ローティング係数で各ブロックデータを正規化(ノーマ
ライズ)した後に量子化することで、上記ブロックフロ
ーティング処理が行われる。この場合のフローティング
係数には、各ブロック毎のピーク値或いは平均値に係数
を乗算したもの等が用いられ、各ブロックのデータを当
該ブロックに対応したフローティング係数で割り算する
(或いは、フローティング係数を上記ピーク値等の逆数
として設定する場合には乗算する)ことにより正規化を
行っている。また、フローティング係数も量子化して伝
送される。該フローティング係数の量子化の際には、い
わゆるスカラ量子化の技法を用いて各フローティング係
数が量子化される。なお、一般に、上記スカラ量子化と
は、例えば個々の独立したサンプル値等を量子化するよ
うなものであり、いわゆる1次元の量子化を総称してス
カラ量子化と呼んでいる。
In the above-mentioned adaptive transform coding among these various coding techniques, for example, the audio signal on the time axis is orthogonal to the time axis by orthogonal transform such as fast Fourier transform (FFT) or discrete cosine transform (DCT). The frequency is converted to an axis (frequency axis), then divided into a plurality of bands, and the FFT coefficients, DCT coefficients, and the like of each of the divided bands are adaptively quantized (requantized). As an example of the requantization in the adaptive transform coding of the fast Fourier transform, as shown in FIG. 6, for example, the FFT amplitude value A
m and the like are divided into blocks (blocks B1 to B12 ‥‥), floating coefficients are calculated for each of these blocks, and each block data is normalized (normalized) using the floating coefficients and then quantized, thereby quantizing the block. Floating processing is performed. As the floating coefficient in this case, a value obtained by multiplying the peak value or the average value of each block by a coefficient or the like is used, and the data of each block is divided by the floating coefficient corresponding to the block (or the floating coefficient is set as described above). In the case of setting as a reciprocal of a peak value or the like, multiplication is performed) to perform normalization. The floating coefficient is also quantized and transmitted. When quantizing the floating coefficients, each floating coefficient is quantized using a so-called scalar quantization technique. In general, the scalar quantization is, for example, a method of quantizing individual independent sample values and the like, and so-called one-dimensional quantization is collectively called scalar quantization.

また、上記高能率符号化の内の例えば帯域分割符号化
においては、例えば第7図に示すように、時間軸上のオ
ーディオ信号等を複数の周波数帯域(バンドb1〜b4‥
‥)で分割し、これら複数の周波数帯域で分割された各
帯域毎の信号Sを時間軸方向でそれぞれサンプリングし
て所定サンプル毎にブロック化(ブロックBL1,BL2,‥)
し、該ブロックのデータの量子化(再量子化)が行われ
る。この帯域分割符号化においても、各ブロック毎に上
述と同様なフローティング処理が行われる場合がある。
すなわち、この帯域分割符号化でのブロックフローティ
ング処理も、上記適応変換符号化でのブロックフローテ
ィング処理の場合と同様に、フローティング係数による
ブロックデータの正規化とフローティング係数のスカラ
量子化が行われる。
In the high efficiency coding, for example, in band division coding, as shown in FIG. 7, for example, audio signals on the time axis are divided into a plurality of frequency bands (bands b1 to b4 ‥).
‥), and the signals S for each band divided by the plurality of frequency bands are respectively sampled in the time axis direction and are divided into blocks at predetermined samples (blocks BL1, BL2, ‥).
Then, the data of the block is quantized (requantized). Also in this band division coding, a floating process similar to the above may be performed for each block.
That is, in the block floating process in the band division coding, as in the case of the block floating process in the adaptive transform coding, normalization of block data using floating coefficients and scalar quantization of floating coefficients are performed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述のように上記適応変換符号化,帯域分割符号化等
は、共に上記パラメータとしてのブロックフローティン
グ処理のフローティング係数をスカラ量子化の手法で量
子化している。この時のスカラ量子化では、各ブロック
毎のフローティング係数を個々に量子化しているため、
例えば、この量子化出力を伝送するような場合には、当
該量子化されたフローティング係数を伝送するためのビ
ットレートが高くなってしまう。すなわち、換言すれば
パラメータを伝送するために多くのビット数が必要とな
る。
As described above, in both the adaptive transform coding and the band division coding, the floating coefficient of the block floating process as the parameter is quantized by the scalar quantization method. In the scalar quantization at this time, since the floating coefficient of each block is individually quantized,
For example, when transmitting this quantized output, the bit rate for transmitting the quantized floating coefficient becomes high. That is, in other words, a large number of bits are required to transmit the parameters.

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案さ
れたものであり、パラメータのための伝送ビット数を大
幅に削減できるディジタルデータの高能率符号化装置及
び方法を提供することを目的とするものである。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above situation, and has as its object to provide a high-efficiency digital data encoding apparatus and method capable of greatly reducing the number of transmission bits for parameters. Is what you do.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のディジタルデータの高能率符号化装置は、上
述の目的を達成するために提案されたものであり、ディ
ジタルデータをブロック化するブロック化手段と、各ブ
ロック毎に符号化に必要なパラメータを算出するパラメ
ータ算出手段と、複数ブロックのパラメータの直線近似
に基づいたデータを算出する直線近似データ算出手段
と、上記複数のパラメータデータと上記直線近似に基づ
いたデータの差分を求める差分データ算出手段と、上記
差分データをベクトル量子化するベクトル量子化手段
と、当該パラメータに基づいて各ブロックデータをブロ
ック符号化する符号化手段とを有してなるものである。
The high-efficiency encoding apparatus for digital data of the present invention has been proposed to achieve the above-mentioned object, and includes a blocking means for blocking digital data and a parameter required for encoding for each block. Parameter calculating means for calculating, linear approximation data calculating means for calculating data based on linear approximation of parameters of a plurality of blocks, difference data calculating means for calculating a difference between the plurality of parameter data and data based on the linear approximation, , Vector quantization means for performing vector quantization on the difference data, and coding means for performing block coding on each block data based on the parameters.

また、本発明のディジタルデータの高能率符号化方法
は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、ディジタルデータをブロック化してブロックデータ
を生成し、各ブロック毎に符号化に必要なパラメータデ
ータを算出し、複数ブロックのパラメータデータの直線
近似に基づいたデータを算出し、上記複数のパラメータ
データと上記直線近似に基づいたデータの差分を求め、
上記差分データをベクトル量子化し、当該パラメータに
基づいて各ブロックデータをブロック符号化するように
したものである。
The high-efficiency encoding method for digital data according to the present invention has been proposed to achieve the above-mentioned object. Digital data is divided into blocks to generate block data, and each block is required for encoding. Calculating the parameter data, calculating data based on the linear approximation of the parameter data of the plurality of blocks, calculating the difference between the plurality of parameter data and the data based on the linear approximation,
The difference data is vector-quantized, and each block data is block-coded based on the parameter.

〔作用〕[Action]

本発明によれば、差分をベクトル量子化して伝送する
ようにしているため、伝送ビットレートが低くなる。ま
た、差分は複数パラメータデータの直線近似に基づいた
データと複数パラメータデータとの差から得られるた
め、互いに類似した複数の差分が得られ、この差分のベ
クトル量子化でのコードブックを共通化し易くなる。
According to the present invention, since the difference is vector-quantized and transmitted, the transmission bit rate is reduced. Further, since the difference is obtained from the difference between the data based on the linear approximation of the plurality of parameter data and the plurality of parameter data, a plurality of differences similar to each other are obtained, and it is easy to share a codebook in vector quantization of the difference. Become.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図には、前記高能率符号化の適応変換符号化を適
用した本発明実施例のディジタルデータの高能率符号化
装置を示す。
FIG. 1 shows a digital data high-efficiency encoding apparatus according to an embodiment of the present invention to which the above-mentioned adaptive conversion coding of the high-efficiency encoding is applied.

第1図に示す本実施例のディジタルデータの高能率符
号化装置は、ディジタルのオーディオ,音声データであ
る入力ディジタルデータをブロック化回路131〜1325
例えば周波数分割してブロック化すると共に、パラメー
タ演算処理部20により各ブロック毎にいわゆるブロック
符号化に必要なパラメータを演算し、正規化回路151〜1
525で上記パラメータに基づいて各ブロックデータをブ
ロック符号化した後伝送するようにしたものであって、
複数ブロックのパラメータデータの最小二乗演算回路26
による直線近似に基づいたデータと、上記複数のパラメ
ータデータとを引算器281〜2825で減算することによっ
て得られた差分を、ベクトル量子化回路29でベクトル量
子化して伝送するようにしたものである。
High-efficiency coding apparatus in a digital data of the present embodiment shown in FIG. 1, the digital audio, as well as blocked in a blocking circuit 131-134 25 for example, the frequency dividing input digital data is audio data, calculates the parameters necessary for the so-called block coding for each block by the parameter processing unit 20, the normalization circuit 15 1 to 1
In block 25 , each block data is block-encoded based on the above parameters and then transmitted.
Least square operation circuit 26 for parameter data of multiple blocks
And data based on the linear approximation by the difference obtained by subtracting the plurality of the parameter data subtracter 28 1-28 25 and so as to transmit to the vector quantization by the vector quantization circuit 29 Things.

ここで、上記入力ディジタルデータであるディジタル
のオーディオ等のデータとしては、例えばオーディオPC
M等のサンプルデータの所定単位時間毎のデータを、例
えば高速フーリエ変換(FFT)処理によって周波数軸に
変換して得られたFFT係数データ等を用いることができ
る。なお該高速フーリエ変換処理においては、時間軸の
入力信号に対して、例えば2048点(サンプル)の高速フ
ーリエ変換処理を行うとすると、例えば1023点の位相
角,1025点の振幅項(又は1023点の虚数部,1025点の実数
部)のFFT係数データが求まることになる。
Here, as the input digital data such as digital audio data, for example, audio PC
For example, FFT coefficient data or the like obtained by converting data of a predetermined unit time of sample data such as M into a frequency axis by fast Fourier transform (FFT) processing can be used. In the fast Fourier transform process, if the fast Fourier transform process of, for example, 2048 points (samples) is performed on the input signal on the time axis, for example, a phase angle of 1023 points, an amplitude term of 1025 points (or 1023 points) FFT coefficient data of the imaginary part and the real part of 1025 points are obtained.

この入力ディジタルデータが入力端子1を介してブロ
ック化回路131〜1325に送られるようになっている。該
ブロック化回路131〜1325では、上記入力ディジタルデ
ータを複数(N個)の周波数帯域に分割しており、得ら
れた各帯域毎のデータを本発明実施例でのブロックとし
ている。なお、本実施例においては、上記周波数帯域分
割として、例えば、いわゆる臨界帯域幅(クリティカル
バンド)での分割を行っている。該クリティカルバンド
とは、人間の聴覚特性(周波数分析能力)を考慮したも
のであり、オーディオ信号等を例えば帯域20kHzで25バ
ンドに分け、高い周波数帯域ほどバンド幅を広くしてい
るものである。したがって、本実施例装置における上記
クリティカルバンド分割によるブロック数は、N=25と
なり、これらのブロック毎のデータを扱う該装置の各構
成要素の個数は、それぞれ25個となっている。
The input digital data is made via the input terminal 1 to be sent to the blocking circuit 131-134 25. In the blocking circuit 131-134 25, and divides the input digital data into the frequency bands of a plurality of (N), and the data for each obtained band as the blocks in the present invention embodiment. In the present embodiment, as the above-described frequency band division, for example, division is performed using a so-called critical bandwidth (critical band). The critical band takes into account human auditory characteristics (frequency analysis ability), and divides an audio signal or the like into, for example, 25 bands with a bandwidth of 20 kHz, and increases the bandwidth as the frequency band increases. Therefore, the number of blocks by the critical band division in the apparatus of the present embodiment is N = 25, and the number of each component of the apparatus that handles data for each block is 25.

これらブロック化回路131〜1325からの各ブロックの
データは、パラメータ演算処理部20と、正規化回路151
〜1525とに送られる。該正規化回路151〜1525では、上
記パラメータ演算処理部20から供給されるパラメータデ
ータ(フローティング係数又はノーマライゼイション・
ファクタ)に基づいて、各ブロック毎のFFT係数データ
のブロック符号化(前述したいわゆるブロックフローテ
ィング処理と呼ばれる正規化)が行われる。
Data for each block from these blocking circuit 131-134 25, a parameter calculation processing unit 20, the normalization circuit 15 1
Sent to ~ 15 25 and. In the normalization circuit 15 1 to 15 25, parameter data (floating coefficients or no Maraize Lee Deployment-supplied from the parameter processing unit 20
Based on the factor, block coding of the FFT coefficient data for each block (normalization called the so-called block floating processing described above) is performed.

また、上記パラメータデータすなわちフローティング
係数としては、各ブロック毎(クリティカルバンドの各
バンド毎)のデータ(FFT係数データ)の平均値,ピー
ク値或いはRMS値等を挙げることができ、本実施例では
例えば平均RMS値を用いている。したがって、このフロ
ーティング係数(平均RMS値)は、第2図に示すよう
に、例えば上記クリティカルバンドに対応した25個のフ
ローティング係数fl1〜fl25となる。
The parameter data, that is, the floating coefficient, may be an average value, a peak value, an RMS value, or the like of data (FFT coefficient data) for each block (each band of the critical band). The average RMS value is used. Thus, the floating coefficient (average RMS value), as shown in FIG. 2, the 25 floating coefficient fl 1 to FL 25, for example corresponding to the critical band.

その後上記正規化回路151〜1525でブロック符号化が
施されたデータは、量子化回路161〜1625によって量子
化された後に合成回路17で合成され、本実施例装置の出
力端子2から出力されるようになっている。
Then the data block encoding is performed by the normalization circuit 15 1 to 15 25 are synthesized in the synthesizing circuit 17 after being quantized by the quantization circuit 16 1 to 16 25, the output terminal 2 of this embodiment device Is output from

ところで、一般のブロック符号化を行う高能率符号化
装置では、各ブロック毎のフローティング係数(パラメ
ータデータ)で各ブロックの正規化を行い、該正規化さ
れた各ブロックのデータを符号化装置の出力とすると共
に、上記フローティング係数も量子化して伝送するよう
にしている。しかし、従来は、前述したように各フロー
ティング係数をスカラ量子化して伝送するようにしてい
るため、これらフローティング係数のための伝送ビット
レートが多くなってしまっている。
By the way, in a high-efficiency coding apparatus that performs general block coding, normalization of each block is performed using a floating coefficient (parameter data) for each block, and the normalized data of each block is output from the coding apparatus. In addition, the floating coefficient is also quantized and transmitted. However, conventionally, since each floating coefficient is scalar-quantized and transmitted as described above, the transmission bit rate for these floating coefficients has increased.

このようなことから、本実施例装置では、上記フロー
ティング係数(パラメータデータ)を量子化する方法と
してベクトル量子化(ベクトル量子化回路29でのベクト
ル量子化)を用いている。なお、上記ベクトル量子化と
は、複数のコードベクトル(代表ベクトル)で構成され
たコードブックからのコードベクトルと入力ベクトルと
の比較を行い、該入力ベクトルに一番類似したコードベ
クトルと対応する識別コード(インデックス)を読み出
してこの識別コードを得るようにすることで、データ圧
縮を行う量子化の一手法である。
For this reason, the apparatus of this embodiment uses vector quantization (vector quantization in the vector quantization circuit 29) as a method for quantizing the floating coefficient (parameter data). The above-described vector quantization refers to comparing a code vector from a code book composed of a plurality of code vectors (representative vectors) with an input vector, and identifying a code vector most similar to the input vector and a corresponding identification code. This is a quantization technique for performing data compression by reading out a code (index) to obtain this identification code.

ここで、上述のような各ブロックのフローティング係
数fl1〜fl25をベクトル量子化(すなわち25次元のベク
トル量子化)することは、演算量の多さから好ましくな
い。そのため、ベクトルの1単位をある程度小さくして
複数(M個)のブロックで1単位を構成して、各単位の
ベクトル毎に量子化(M次元ベクトル量子化)すること
が考えられる。例えばブロック5つ分(M=5)をベク
トルの1単位として、第2図に示すように周波数帯域の
低域から順に5つずつのフローティング係数fl1〜fl5,f
l6〜fl10,…,fl21〜fl25毎に1単位のベクトルV1〜V
5を構成する。ところが、この場合、各1単位のベクト
ル内の各フローティング係数をストレートにベクトル量
子化すると、例えば、第2図のベクトルV1(fl1〜f
l5)のように信号のエネルギが高くなるようなベクトル
では、ベクトル量子化の際に高い分解能が要求されるよ
うになり、そのためベクトル量子化のコードブックが膨
大になる虞れがある。
Here, the floating coefficient fl 1 to FL 25 vector quantization of each block as described above (i.e., 25-dimensional vector quantization) is undesirable from the multitude of calculation amount. Therefore, it is conceivable that one unit of a vector is reduced to some extent, one unit is constituted by a plurality of (M) blocks, and quantization (M-dimensional vector quantization) is performed for each vector of each unit. For example, assuming that five blocks (M = 5) are one unit of a vector, five floating coefficients fl 1 to fl 5 , f 5 are sequentially arranged from the low frequency band as shown in FIG.
l 6 to fl 10 ,..., fl 21 to fl 25 , one unit of vector V 1 to V
Make up 5 . However, in this case, if each floating coefficient in each unit vector is directly vector-quantized, for example, the vector V 1 (fl 1 to f 1
The vectors as energy of the signal increases as l 5), now a high resolution when vector quantization is required, therefore codebook vector quantization there is a possibility that becomes huge.

このようなことから、本実施例装置のベクトル量子化
回路29でのベクトル量子化の際には、複数(M個)ブロ
ックのフローティング係数(パラメータデータ)の直線
近似に基づいたデータと、この複数ブロックのフローテ
ィング係数との差分をベクトル量子化するようにしてい
る。すなわち、ベクトル量子化回路29では、フローティ
ング係数のベクトルではなく、上記差分で構成するベク
トルの量子化が行われるようになっている。
For this reason, at the time of vector quantization in the vector quantization circuit 29 of the present embodiment, data based on a linear approximation of floating coefficients (parameter data) of a plurality (M) blocks and the plurality of (M) blocks are used. The difference between the floating coefficient of the block and the floating coefficient is vector-quantized. That is, the vector quantization circuit 29 quantizes not the vector of the floating coefficient but the vector constituted by the difference.

ここで、本実施例装置では、上記ベクトルV1〜V5
の5個ずつのフローティング係数の直線近似を行う例を
示している。このため、第2図中の各ブロックのパラメ
ータデータすなわち各ベクトルV1〜V5毎のフローティ
ング係数fl1〜fl25を直線近似することで、各ベクトル
1〜V5毎に直線S1〜S5が得られる。勿論、上記直線
近似が行われる複数(M個)ブロック分のフローティン
グ係数としては、上記5個ずつに限らず、2以上の整数
個のフローティング係数とすることができる。また、上
記直線近似の手法としては、例えば後述するいわゆる最
小二乗法を挙げることができる。したがって、本実施例
装置においては、この最小二乗法による直線近似により
得られた直線S1〜S5の成分すなわち直線S1〜S5のそ
れぞれの傾きとオフセット値(直線の中心値)とに基づ
いた値と、上記フローティング係数との差分を求め、こ
の差分をベクトル量子化して伝送するようにしている。
Here, the apparatus according to the present embodiment shows an example in which linear approximation of five floating coefficients in the vectors V 1 to V 5 is performed. Therefore, by the floating coefficient fl 1 to FL 25 for each parameter data i.e. each vector V 1 ~V 5 of each block in Figure 2 for linear approximation straight line S 1 ~ for each vector V 1 ~V 5 S 5 is obtained. Of course, the floating coefficients for a plurality of (M) blocks on which the above-mentioned linear approximation is performed are not limited to the above-mentioned five, and may be an integer of two or more floating coefficients. Further, as a method of the linear approximation, for example, a so-called least square method described later can be cited. Therefore, in the present embodiment, the components of the straight lines S 1 to S 5 obtained by the straight line approximation by the least squares method, that is, the respective slopes and offset values (center values of the straight lines) of the straight lines S 1 to S 5 are obtained. The difference between the base value and the floating coefficient is obtained, and the difference is vector-quantized and transmitted.

上述のようなことを行うため、本実施例装置の上記パ
ラメータ演算処理部20においては、供給された各ブロッ
クのデータが、先ずフローティング係数演算回路241〜2
425に送られる。該回路241〜2425では、各ブロック毎に
上述の例えば平均RMS値のフローティング係数が求めら
れ、このフローティング係数はそれぞれ引算器281〜28
25と、最小二乗演算回路26とに送られる。当該回路26で
は、25個のフローティング係数から上述したように例え
ば5個のフローティング係数毎に最小二乗演算による直
線近似を行って直線を求め、当該直線毎にその成分すな
わち傾きとオフセット値(直線の中心値)とを出力す
る。これら各傾きとオフセット値とは、スカラ量子化或
いはベクトル量子化を行う量子化回路27によって量子化
された後、上記各引算器281〜2825に送られる。すなわ
ち該傾きとオフセット値とが量子化されたデータは、各
々の直線に対応するフローティング係数fl1〜fl25が供
給されている各引算器281〜2825にそれぞれ送られる。
したがって、各引算器281〜2825では、供給されるフロ
ーティング係数(パラメータデータ)から直線近似に基
づいた値(傾きとオフセット値が量子化されたデータ)
が減算されることで、第3図に示すような差分データsf
が求められるようになる。なお、上記量子化回路27の出
力は、出力端子4からも出力されるようになっている。
また、各引算器に送られるデータは上記量子化回路27を
介する前のデータであってもよく、該量子化前のデータ
に基づいた差分データsfを得るようにしてもよい。
In order to perform the above-described operation, in the parameter operation processing unit 20 of the present embodiment, the supplied data of each block is first converted to the floating coefficient operation circuits 24 1 to 24 2.
4 Sent to 25 . In the circuits 24 1 to 24 25 , for example, the floating coefficient of the above-described average RMS value is obtained for each block, and the floating coefficient is subtracted by each of the subtracters 28 1 to 28
25 and the least-squares operation circuit 26. In the circuit 26, a straight line is obtained from the 25 floating coefficients by performing a linear approximation by, for example, least squares operation for each of the five floating coefficients as described above, and the component, that is, the slope and the offset value (linear Center value). The respective slope and offset value after being quantized by the quantization circuit 27 which performs scalar quantization or vector quantization, is sent to the respective subtracter 28 1-28 25. That data and the offset value is quantized and-out inclined is floating coefficient fl 1 to FL 25 corresponding to each of the straight line is sent to each subtracter 28 1-28 25 being fed.
Therefore, in each subtracter 28 1-28 25, a floating coefficient supplied value based on the linear approximation from (parameter data) (data slope and offset values are quantized)
Is subtracted to obtain difference data sf as shown in FIG.
Will be required. The output of the quantization circuit 27 is also output from the output terminal 4.
Further, the data sent to each subtractor may be data before passing through the quantization circuit 27, and difference data sf based on the data before quantization may be obtained.

この差分データsfがベクトル量子化回路29に送られ、
該ベクトル量子化回路29で該差分データsfの上述したよ
うなベクトル量子化が行われる。すなわち、このベクト
ル量子化回路29によるベクトル量子化処理においては、
例えば5個ずつの上記差分データsfで構成されたベクト
ルと最も距離の近い(類似した)コードベクトルが選ば
れ、そのコードベクトルに対応する識別コードがベクト
ル量子化出力として得られる。したがって、上記識別コ
ードが本実施例の出力端子3から出力されるようにな
る。また、このベクトル量子化回路29では、上記選ばれ
たコードベクトルと対応するフローティング係数も読み
出されるようになっており、これらフローティング係数
がそれぞれ対応する上述の各正規化回路に伝送されるこ
とで、正規化が行われる。なお、各出力端子2,3,4から
の出力は例えばマルチプレクサ等を介して出力されて伝
送されるようになる。
This difference data sf is sent to the vector quantization circuit 29,
The vector quantization circuit 29 performs the above-described vector quantization of the difference data sf. That is, in the vector quantization processing by the vector quantization circuit 29,
For example, a code vector closest to (similar to) a vector constituted by five pieces of difference data sf is selected, and an identification code corresponding to the code vector is obtained as a vector quantization output. Accordingly, the identification code is output from the output terminal 3 of this embodiment. Further, in the vector quantization circuit 29, a floating coefficient corresponding to the selected code vector is also read, and these floating coefficients are transmitted to the corresponding normalization circuits, respectively, so that Normalization is performed. The output from each of the output terminals 2, 3, and 4 is output and transmitted via, for example, a multiplexer or the like.

また上記差分に関しては、例えば第4図の(a)と
(b)に示すように、直線近似により得られる直線が、
それぞれ傾きの異なる直線SH,SLであったとしても、該
直線SH,SLに基づいて得られる差分同士は互いに相似と
なる。該相似の差分のベクトル量子化の際には、同じコ
ードブックを使うことができるようになるため、コード
ブックを小さくでき、中心値(直線の中心値)の方へま
わすことができるようになる。換言すれば、異なる中心
値に対してより多くの同じ差分が対応できるためコード
ブックを小さくすることができる。
Regarding the difference, for example, as shown in (a) and (b) of FIG.
Even if the straight lines S H and S L have different slopes, the differences obtained based on the straight lines S H and S L are similar to each other. At the time of vector quantization of the similar difference, the same codebook can be used, so that the codebook can be made smaller and can be turned to the center value (center value of a straight line). . In other words, the codebook can be made smaller because more same differences can correspond to different center values.

なお、上記差分を得る方法としては、上記複数ブロッ
クのフローティング係数の平均値を求め、この平均値を
上記複数ブロックのフローティング係数から減算するこ
とも考え得る。このような平均値による差分のベクトル
量子化を平均値除去ベクトル量子化(mean-subtract V
Q)と呼ぶ。しかし、この平均値除去ベクトル量子化で
は、上記第4図の(a)と(b)のような場合に、差分
のコードブックを共通化することができないため、本実
施例装置のベクトル量子化回路29でのコードブックより
も大きなコードブックが必要となる。換言すれば、上記
ベクトル量子化回路29では、上記平均値除去ベクトル量
子化での平均値側(mean側,中心値)の次元を1つ上げ
たベクトル量子化であると考えることができる。
As a method for obtaining the difference, it is also conceivable to obtain an average value of the floating coefficients of the plurality of blocks and subtract the average value from the floating coefficients of the plurality of blocks. The vector quantization of the difference based on the average value is defined as the average value removal vector quantization (mean-subtract V
Q). However, in the mean value removal vector quantization, the codebook of the difference cannot be shared in the cases of (a) and (b) of FIG. A codebook larger than the codebook in the circuit 29 is required. In other words, the vector quantization circuit 29 can be considered to be a vector quantization in which the dimension on the average side (mean side, center value) in the average value removal vector quantization is increased by one.

上述のように、本実施例の適応変換符号化を適用した
高能率符号化装置においては、ブロック毎に正規化する
際に必要とされるパラメータデータ(フローティング係
数)の量子化の際に、複数のブロックのフローティング
係数(パラメータデータ)の最小二乗演算による直線近
似で得られる直線の成分(傾き,オフセット値)基づい
たデータと、上記複数のフローティング係数との差分を
ベクトル量子化しており、当該ベクトル量子化の識別コ
ードをフローティング係数の量子化出力として伝送する
ようにしているため、スカラ量子化等を行う場合と比較
して、伝送ビットレートが大幅に低減されることにな
る。また、各フローティング係数をストレートにベクト
ル量子化する場合に比べて、コードブックを小さくする
ことができ、演算量を少なくすることができるようにな
る。すなわち、ベクトルを階層的に表現するため、同じ
分解能とした時の複雑さ(complexity)がストレートな
ベクトル量子化よりも減らせる。更に、例えば直線の中
心値を更にベクトル量子化すると、より長い区間での相
関が使用できるのでストレートなベクトル量子化よりも
性能が向上する。すなわち例えば1つの周波数フレーム
内の全ての相関が利用できる。また更に、単純な平均値
除去ベクトル量子化に比べ2つのコンポーネント(差分
のベクトルと直線)がよりインディペンデントな関係に
なるため、コードブック構造化による性能劣化が少なく
なる。その他、差分のベクトルの分布がよりランダムに
なるので異なる帯域間でコードブックを共通化すること
による悪影響が少なくなり、異なる帯域間でも差分のコ
ードブックの共通化が可能となる。
As described above, in the high-efficiency encoding apparatus to which the adaptive transform encoding according to the present embodiment is applied, when quantizing parameter data (floating coefficients) required when normalizing each block, a plurality of The difference between the data based on the straight line component (slope, offset value) obtained by the linear approximation by the least square operation of the floating coefficient (parameter data) of the block and the plurality of floating coefficients is vector-quantized. Since the identification code for quantization is transmitted as the quantization output of the floating coefficient, the transmission bit rate is greatly reduced as compared with the case where scalar quantization or the like is performed. Also, the codebook can be made smaller and the amount of calculation can be reduced as compared with the case where each floating coefficient is directly vector-quantized. That is, since the vectors are expressed hierarchically, the complexity at the same resolution can be reduced as compared with the straight vector quantization. Further, for example, if the center value of the straight line is further vector-quantized, the performance can be improved as compared with the straight vector quantization because the correlation in a longer section can be used. That is, for example, all correlations in one frequency frame can be used. Furthermore, since the two components (the difference vector and the straight line) have a more independent relationship than the simple mean value removal vector quantization, performance degradation due to codebook structuring is reduced. In addition, since the distribution of the difference vector becomes more random, the adverse effect of sharing the codebook between different bands is reduced, and the difference codebook can be shared between different bands.

ここで、一般に、上述の最小二乗法としては、(1)
式を満たすa,bを求めるような演算が行われる。ただ
し、以下の各式においては、第5図に示すような波形W
上の点(xi,yi)と、y=ax+bの直線上の点(xi,ax
i+b)とを用いて説明している。
Here, in general, the above-mentioned least square method includes (1)
An operation is performed to find a and b that satisfy the expression. However, in each of the following equations, the waveform W as shown in FIG.
Points (x i, y i) above and, y = ax + straight line of points of b (x i, ax
i + b).

この(1)式において、a,bで偏微分して、 (2)式より、 (3)式より、 (5)式より、 これを(4)式へ代入して整理すると、 これにより直線の成分が求められる。 In this equation (1), partial differentiation is performed with respect to a and b. From equation (2), From equation (3), From equation (5), Substituting this into equation (4) and rearranging it, As a result, a linear component is obtained.

ここで、y=ax+bのxに、(xL+xR)/2を代入
し、中心値y0を求めこれをオフセット値とする。ただ
しxLは直線の左端のx座標値、xRは直線の右端のx座
標値である。すなわち、直線のy切片を伝送するのでは
なく、直線の中心(x=(xL+xR)/2)に於けるyの
値をy切片の代わりに使用する(傾きと1点で直線は定
義される)。
Here, (x L + x R ) / 2 is substituted for x of y = ax + b, and a center value y 0 is obtained and set as an offset value. However x L at the left end of the x-coordinate values of the straight line, x R is x-coordinate value of the right end of the straight line. That is, instead of transmitting the linear y-intercept, the center of the straight line (x = (x L + x R) / 2) values of at y is used instead of the y-intercept (the straight line slope and one point Defined).

この時、y0の値は隣接するベクトル間で強い相関を
持つので複数のy0を集めて更にベクトル量子化(スカ
ラ量子化でも可)を行うことは効果的である。傾きは別
途量子化(ベクトル量子化或いはスカラ量子化等)を行
う。該傾きとオフセット値との組合せの中から上記二乗
誤差のΣ値(そのベクトル内での)が最も小さくなるも
のが選択される。
At this time, the value of y 0 is performing the so having a strong correlation between adjacent vector further vector quantization to collect multiple y 0 (Yes in scalar quantization) is effective. The inclination is separately quantized (vector quantization, scalar quantization, or the like). The combination in which the 誤差 value of the square error (in the vector) is the smallest is selected from the combination of the inclination and the offset value.

本発明は、上述した第1図の実施例のように、入力信
号を高速フーリエ変換して処理するいわゆる適応変換符
号化の他に、例えば帯域分割符号化を行う装置にも適用
することができる。すなわち、本実施例の帯域分割符号
化を行う高能率符号化装置に供給された入力ディジタル
データは、例えばバンドパスフィルタ(BPF)で帯域通
過及び低域変換処理が行われることで、時間軸の入力デ
ィジタルデ一夕が各BPFの通過帯域で帯域分割され、そ
の各々の信号は各通過帯域の中心周波数だけ下に周波数
シフト(低域変換)されて周波数軸方向でブロック化さ
れる。なお、本実施例においても、BPFによる分割時に
は前述同様に入力ディジタルデータをいわゆる臨界帯域
幅(クリティカルバンド)に分割することができる。し
たがって、本実施例の場合には、これら各BPFのブロッ
クデータからは、上述同様に、パラメータが算出され、
複数のパラメータデータの直線近似に基づいたデータと
上記複数のパラメータデータの差分をベクトル量子化し
て伝送するようになる。本発明を該帯域分割符号化を適
用した装置においても、上述同様の効果を得ることがで
きるようになる。
The present invention can be applied to, for example, a device that performs band division coding, in addition to so-called adaptive transform coding in which an input signal is processed by fast Fourier transform as in the embodiment of FIG. 1 described above. . That is, the input digital data supplied to the high-efficiency coding apparatus that performs band division coding according to the present embodiment is subjected to band-pass and low-band conversion processing by, for example, a band-pass filter (BPF), so that the time-base The input digital data is band-divided in the pass band of each BPF, and each signal is frequency-shifted (low-frequency conversion) down by the center frequency of each pass band and blocked in the frequency axis direction. In the present embodiment, the input digital data can also be divided into a so-called critical bandwidth (critical band) at the time of division by the BPF as described above. Therefore, in the case of the present embodiment, parameters are calculated from the block data of each of these BPFs as described above,
The difference between the data based on the linear approximation of the plurality of parameter data and the plurality of parameter data is vector-quantized and transmitted. The same effect as described above can be obtained in a device to which the present invention is applied with the band division coding.

なお、上述した実施例のパラメータはフローティング
係数であったが、上記パラメータはこのフローティング
係数に限らず、例えば、ブロック毎の割当てビット数を
示すビットアロケーション情報をも上記パラメータとす
ることができる。したがって、ベクトル量子化の際に
は、上述したようなフローティング係数の差分データの
ベクトル量子化のみならず、上記ビットアロケーション
情報或いは差分データをもベクトル量子化するような構
成とすることも可能である。この場合も、伝送ビットレ
ートを低減することができる。
Although the parameter of the above-described embodiment is a floating coefficient, the parameter is not limited to the floating coefficient. For example, bit allocation information indicating the number of bits allocated to each block can be used as the parameter. Therefore, at the time of vector quantization, not only the above-described vector quantization of the floating coefficient difference data but also the above-described bit allocation information or the difference data may be configured to be vector-quantized. . Also in this case, the transmission bit rate can be reduced.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のデイジタルデータの高能率符号化装置及び方
法においては、複数のパラメータデータの直線近似に基
づいたデータと、複数のパラメータデータとの差分をベ
クトル量子化して伝送するようにしたことにより、ベク
トル量子化の演算量を少なくすることが可能となり、か
つパラメータの伝送ビット数を大幅に減少させることが
可能となる。
In the high-efficiency digital data encoding apparatus and method of the present invention, data based on linear approximation of a plurality of parameter data and a difference between the plurality of parameter data are vector-quantized and transmitted, so that the vector The amount of operation for quantization can be reduced, and the number of transmission bits for parameters can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明実施例の適応変換符号化を適用したディ
ジタルデータの高能率符号化装置の概略構成を示すブロ
ック回路図、第2図はフローティング係数を示す図、第
3図はフローティング係数の差分データを示す図、第4
図は差分データのベクトルの相似を示す図、第5図は最
小二乗演算を説明するための図、第6図は適応変換符号
化を説明するための図、第7図は帯域分割符号化を説明
するための図である。 131〜1325……ブロック化回路 151〜1525……正規化回路 161〜1625,27……量子化回路 17……合成回路 20……パラメータ演算処理部 241〜2425……フローティング係数演算回路 26……最小二乗演算回路 281〜2825……引算器 29……ベクトル量子化回路
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a schematic configuration of a digital data high-efficiency coding apparatus to which adaptive transform coding according to an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a diagram showing floating coefficients, and FIG. Diagram showing difference data, fourth
FIG. 5 is a diagram showing the similarity of the vector of the difference data, FIG. 5 is a diagram for explaining the least squares operation, FIG. 6 is a diagram for explaining the adaptive transform coding, and FIG. 7 is a diagram for explaining the band division coding. It is a figure for explaining. 13 1 to 13 25 … Blocking circuit 15 1 to 15 25 … Normalization circuit 16 1 to 16 25 , 27… Quantization circuit 17… Synthesis circuit 20… Parameter operation processing unit 24 1 to 24 25 … … Floating coefficient operation circuit 26 …… Least square operation circuit 28 1 to 28 25 …… Subtractor 29 …… Vector quantization circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 7/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03M 7/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ディジタルデータをブロック化するブロッ
ク化手段と、 各ブロック毎に符号化に必要なパラメータを算出するパ
ラメータ算出手段と、 複数ブロックのパラメータの直線近似に基づいたデータ
を算出する直線近似データ算出手段と、 上記複数のパラメータデータと上記直線近似に基づいた
データの差分を求める差分データ算出手段と、 上記差分データをベクトル量子化するベクトル量子化手
段と、 当該パラメータに基づいて各ブロックデータをブロック
符号化する符号化手段とを有してなる ことを特徴とするディジタルデータの高能率符号化装
置。
1. Blocking means for blocking digital data, parameter calculating means for calculating parameters required for encoding for each block, and linear approximation for calculating data based on linear approximation of parameters of a plurality of blocks. Data calculation means, difference data calculation means for calculating a difference between the plurality of parameter data and data based on the linear approximation, vector quantization means for vector-quantizing the difference data, and block data based on the parameters And a coding means for performing block coding on the digital data.
【請求項2】ディジタルデータをブロック化してブロッ
クデータを生成し、 各ブロック毎に符号化に必要なパラメータデータを算出
し、 複数ブロックのパラメータデータの直線近似に基づいた
データを算出し、 上記複数のパラメータデータと上記直線近似に基づいた
データの差分を求め、 上記差分データをベクトル量子化し、 当該パラメータに基づいて各ブロックデータをブロック
符号化する ことを特徴とするディジタルデータの高能率符号化方
法。
2. A method for generating block data by dividing digital data into blocks, calculating parameter data required for encoding for each block, calculating data based on a linear approximation of parameter data of a plurality of blocks, A high-efficiency encoding method for digital data, wherein a difference between the parameter data of the digital data and the linear approximation is obtained, the differential data is vector-quantized, and each block data is block-coded based on the parameter. .
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