JPH01205638A - Method for quantizing multiple vectors and its device - Google Patents
Method for quantizing multiple vectors and its deviceInfo
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- JPH01205638A JPH01205638A JP63249450A JP24945088A JPH01205638A JP H01205638 A JPH01205638 A JP H01205638A JP 63249450 A JP63249450 A JP 63249450A JP 24945088 A JP24945088 A JP 24945088A JP H01205638 A JPH01205638 A JP H01205638A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は音声や画像などの信号系列を少ない情報量で符
号化する方法に係り、特に伝送する符号に誤りが生ずる
場合に効果のある多重ベクトル量子化方法及び装置に関
する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method of encoding signal sequences such as audio and images with a small amount of information, and is particularly effective in multiplexing when errors occur in transmitted codes. The present invention relates to a vector quantization method and apparatus.
信号系列の情報圧縮を行って符号化する強力な方法とし
て、ベクトル量子化法が知られている。Vector quantization is known as a powerful method for compressing and encoding information in a signal sequence.
これは符号化しようとする離散化された信号サンプル値
をあらかじめ決めた複数個ずつまとめてそれぞれベクト
ルとし、各ベクトルを予め作成しておいた符号帳の中の
代表ベクトルと照合し、最も歪が小さくなるような代表
ベクトルの番号を出力符号とするものである。This is done by grouping a predetermined number of discretized signal sample values to be encoded into vectors, comparing each vector with a representative vector in a codebook created in advance, and finding the most distorted signal sample value. The number of the representative vector that becomes smaller is used as the output code.
第1図はその概略構成を示したもので、21と23は符
号帳、22は符号器、24は復号器である。各記号は次
の如き意味を有している。FIG. 1 shows a schematic configuration thereof, in which 21 and 23 are codebooks, 22 is an encoder, and 24 is a decoder. Each symbol has the following meaning.
U :入力ベクトル
u(i) :入力ベクトルUの第i要素i=0.1.・
・・、に−1
に:ベクトルの次元数
r:符号の伝送率〔ビット/サンプル〕b:量子化伝送
符号(krビット)
Z:符号長
zl :符号帳Zのもつ1番目の代表ベクトルz (i
ll :代表ベクトル2.の第i要素M:符号帳Zの
もつ代表ベクトルZjの数(M=2”)
1=0.1.・・・1M−1
do =量子化歪
符号帳21.23はそれぞれM=2”個の代表ベクトル
z 、 (j!−0,1,・=、 M l)を持っ
ている。送信側では、各入力ベクトルUに対して、符号
器22が符号帳21を参照し、M−2”aの(([ベク
トルZjのそれぞれと入力ベクトルUとの距離の2乗で
表わされた歪d、をすべで計算し歪d、が最小となる代
表ベクトルを選択して、該代表ベクトルの番号2をkr
ビット長の伝送符号すとして送出する。歪d、は次式(
1)で計算する。U: Input vector u(i): i-th element of input vector U i=0.1.・
..., ni-1 ni: Number of vector dimensions r: Code transmission rate [bits/sample] b: Quantized transmission code (kr bits) Z: Code length zl: First representative vector z of codebook Z (i
ll: Representative vector 2. i-th element M: number of representative vectors Zj of codebook Z (M=2") 1=0.1...1M-1 do = quantization distortion codebook 21.23 each has M=2" It has representative vectors z, (j!-0, 1, . . . =, M l). On the transmitting side, for each input vector U, the encoder 22 refers to the codebook 21 and calculates M-2''a (([expressed as the square of the distance between each of the vectors Zj and the input vector U). Calculate all the distortions d, select the representative vector with the minimum distortion d, and set the number 2 of the representative vector to kr
It is sent as a bit-length transmission code. The strain d, is the following formula (
Calculate using 1).
dj=l u−z 1 1”
受信側では、受信した伝送符号b(代表ベクトルの番号
)に基づき、復号器24が符号帳23を参照し、該伝送
符号すに対応する代表ベクトルを選択して出力する。dj=l u−z 1 1” On the receiving side, based on the received transmission code b (representative vector number), the decoder 24 refers to the codebook 23 and selects the representative vector corresponding to the transmission code b. and output it.
この量子化法には、伝送路で誤りが生じると、代表ベク
トルの番号とその代表ベクトルの値には距離の関係が全
く存在しないため、入力ベクトルと全く異ったベクトル
が再生されてしまうという本質的欠点がある。With this quantization method, if an error occurs in the transmission path, there is no distance relationship between the representative vector number and the value of that representative vector, so a vector that is completely different from the input vector will be reproduced. There are essential flaws.
これを防ぐため、従来は誤り訂正符号を使って、すなわ
ち伝送符号に冗長性をもたせることで誤り率を低く抑え
る必要があった。この場合、例えば情報ビットの5割の
冗長ビットを使って、実質的に符号誤り率を大幅に低減
することができる。しかしながら、符号誤りがまったく
ない場合でも、やはり同じ量の冗長ビットを必要とする
。すなわち、伝送する全情報量が同一のもとでは、誤り
が生しないときでも情報ピントには2/3シか割り当て
られず、量子化歪が大きくなる。実用的には符号誤り率
は時間的に変動し、その状況に合わせて伝送符号の形態
を変更することは難しいため、誤りのないときが誤りの
多いときのどちらかの性能を大きく犠牲にする必要があ
った。従って、一定情報量のもとて歪を小さくする用途
には誤り訂正符号は必ずしも有効ではなかった。また、
第1図に示す従来の符号器22のベクトル量子化におけ
る距離計算(量子化歪dの計算)のためにはM=2に′
個の代表ベクトル2.を記憶しておくメモリ容量の符号
帳21を必要とし、またそのM個のすべてについてそれ
ぞれ歪dを計算する必要があるので、その演算量や符号
帳21の記憶容量はベクトル当りの情報量krの指数関
数で増大するという問題があった。In order to prevent this, conventionally it has been necessary to keep the error rate low by using an error correction code, that is, by providing redundancy to the transmission code. In this case, by using, for example, 50% of the information bits as redundant bits, it is possible to substantially reduce the bit error rate. However, even if there are no code errors, the same amount of redundant bits is still required. That is, when the total amount of information to be transmitted is the same, even when no error occurs, only ⅔ of the information is allocated to the information focus, resulting in large quantization distortion. In practice, the code error rate fluctuates over time, and it is difficult to change the form of the transmission code to suit the situation, so the performance will be greatly sacrificed when there are no errors or when there are many errors. There was a need. Therefore, error correction codes have not always been effective for reducing distortion with a constant amount of information. Also,
For distance calculation (calculation of quantization distortion d) in vector quantization of the conventional encoder 22 shown in FIG.
representative vectors 2. It is necessary to have a codebook 21 with a memory capacity to store , and also to calculate the distortion d for each of the M pieces. The problem was that it increased with an exponential function.
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明の目的は
、音声や画像などの信号系列の情報を圧縮して符号化す
る際に、符号誤りが生じても、復号信号にあまり大きな
歪を生じず、しかも符号化に必要な演算量及び/又は記
憶装置の容量の少ないベクトル量子化法及び装置を提供
することにある。[Means and effects for solving the problem] An object of the present invention is to prevent large distortions from being caused in the decoded signal even if a code error occurs when compressing and encoding information on signal sequences such as audio and images. It is an object of the present invention to provide a vector quantization method and device that does not cause the above problem and requires less calculation amount and/or storage capacity for encoding.
この発明によれば、入力の信号系列を複数サンプル毎に
まとめて1つのベクトルとし、各ベクトルを単位として
量子化を行う符号化法において、複数の系統の符号帳を
設け、各入力ベクトルに対して、該入力ベクトルと各符
号帳の代表ベクトルの平均ベクトルとの歪が最小になる
ように各系統の符号帳から代表ベクトルを1個ずつ求め
、該求めた各代表ベクトルの番号を多重化して出力する
。According to the present invention, in a coding method in which an input signal sequence is combined into one vector for each plurality of samples and quantization is performed using each vector as a unit, codebooks of plural systems are provided, and each input vector is Then, one representative vector is obtained from the codebook of each system so that the distortion between the input vector and the average vector of the representative vectors of each codebook is minimized, and the numbers of each of the obtained representative vectors are multiplexed. Output.
このように、複数の符号帳を使ってベクトル量子化を行
い、伝送符号を複数に分割することによって、従来のベ
クトル量子化と比較して符号誤りのない場合は量子化歪
が少し大きくなるが、符号誤りが生じた場合にはそれに
よる歪の増大を小さく抑えることができる。In this way, by performing vector quantization using multiple codebooks and dividing the transmission code into multiple parts, the quantization distortion becomes slightly larger when there are no code errors compared to conventional vector quantization. , when a code error occurs, the increase in distortion due to it can be suppressed to a small level.
第2図は本発明の一実施例のベクトル量子化装置1(1
0を伝送システムに使用した場合の概略構成を示したも
ので、11と12およびI5と16はそれぞれ符号帳、
13は符号器、14は多重化器、17は復号器、18は
出力ベクトル化器である。即ち、本実施例は2系統の符
号帳を設けた場合を示している。ここで、符号帳11.
15をX系統、符号帳12.16をY系統とする。以下
の説明で使用する記号を次のように定義する。FIG. 2 shows a vector quantization device 1 (1
0 is used in the transmission system, 11 and 12 and I5 and 16 are codebooks, respectively.
13 is an encoder, 14 is a multiplexer, 17 is a decoder, and 18 is an output vectorizer. That is, this embodiment shows a case where two systems of codebooks are provided. Here, codebook 11.
15 is the X system, and codebook 12.16 is the Y system. The symbols used in the following explanation are defined as follows.
U :入力ベクトル
に:ベクトルの次元数、即ち入力ベクトルを構成するサ
ンプル数
r:伝送率(ビット/サンプル)
b=量子化伝送符号(krビット)
X、Y:符号帳
x(i、j) :符号帳Xからの代表出力ベクトルχj
の第i要素
y(i、m) ’符号帳Yからの代表出力ベクトルym
の第i要素
u(i):入力ベクトルUの第i要素、即ち第iサンプ
ル値
N:各符号帳X、Yの代表ベクトル数
(=2に一/す
i:o、1.・・・、に−1
、l:0,1,…,N−L
m:Q、1,…,N−1
本実施例の場合、各符号帳11.12は2 kr/Z個
の代表ベクトルを持っており、受信側の符号帳15.1
6もぞれぞれ2kP/1個の代表ベクトルを持つことに
なる。各系統の符号帳11と12.15と16は量子化
しようとする入力と統計的に同一の学習サンプルを用い
て、学習で代表出力点を決定することで作成しておく。U: To the input vector: Number of dimensions of the vector, that is, the number of samples that make up the input vector r: Transmission rate (bits/sample) b = Quantized transmission code (kr bits) X, Y: Codebook x (i, j) : Representative output vector χj from codebook X
i-th element y(i, m) 'representative output vector ym from codebook Y
i-th element u(i): i-th element of input vector U, i.e., i-th sample value N: number of representative vectors of each codebook X, Y (= 1/2 i: o, 1... , ni-1, l: 0, 1,..., N-L m: Q, 1,..., N-1 In the case of this embodiment, each codebook 11.12 has 2 kr/Z representative vectors. The codebook on the receiving side is 15.1.
6 each have 2kP/1 representative vector. Codebooks 11, 12, 15, and 16 of each system are created by determining representative output points through learning using learning samples that are statistically the same as the input to be quantized.
その方法は後で説明する。または学習サンプルから抽出
したベクトルを代表出力ベクトルとする。The method will be explained later. Alternatively, a vector extracted from a learning sample is used as a representative output vector.
送信側のベクトル量子化装置では、一つの入力ベクトル
Uに対して、符号器13は2個の符号長比 12を参照
し、量子化伝送符号すに割当てられた情報31に−rビ
ットの172ずつでそれぞれベクトル量子化を行う、つ
まり、各系統の量子化符号す、、b、のビット数はそれ
ぞれに−r/2で表わされる。多重化器14は、この各
系統の量子化符号す、、b、を多重化し、即ち、k−r
ビットで表わされたベクトル量子化符号b=bXb。In the vector quantization device on the transmitting side, for one input vector U, the encoder 13 refers to two code length ratios of 12, and adds -r bits of 172 to the information 31 assigned to the quantized transmission code. In other words, the number of bits of each system's quantization code (a, b) is expressed as -r/2. The multiplexer 14 multiplexes the quantization codes of each system, i.e., k-r.
Vector quantization code b=bXb expressed in bits.
とし、受信側2(10に伝送する。受信側2(10では
、復号器17は伝送符号すに含まれる各系統の符9b、
、b、に基づいてそれぞれ符号帳15゜16を参照し、
各系統の出力ベクトルx、yを得る。ベクトル結合器1
8は、各系統の出力ベクトルx、yの算術平均を求め、
最終的な出力ベクトルとする。and transmits it to the receiving side 2 (10). On the receiving side 2 (10), the decoder 17 decodes the code 9b,
, b, respectively with reference to the codebook 15°16,
Obtain the output vectors x and y of each system. Vector combiner 1
8, find the arithmetic mean of the output vectors x and y of each system,
Let it be the final output vector.
第3図にこの発明のベクトル量子化装置1(10の具体
的構成例を示す。X系統の符号帳11の各欄は代表ベク
トルxj とそのベクトル番号j(即ち量子化符号す、
)からなる。同様に、Y系統の符号帳12の各欄も代表
ベクトルymとそのベクトル番号m(量子化符号by)
からなる。FIG. 3 shows a specific configuration example of the vector quantization device 1 (10) of the present invention. Each column of the codebook 11 of the
). Similarly, each column of the Y system codebook 12 also includes a representative vector ym and its vector number m (quantization code by).
Consisting of
第2図に示した如く、各系統の符号帳11.12の代表
出力ベクトルxj、y+mの個数は21+r/!であり
、従ワて、ベクトル番号j、m(1系統分の量子化符号
す、、b、)はkr/2ビット構成をとる0便宜上、第
3図では、ベクトル番号j9mをそれぞれ4ビツトで示
している。As shown in FIG. 2, the number of representative output vectors xj, y+m of codebook 11.12 of each system is 21+r/! Therefore, the vector numbers j and m (quantization codes for one system, b,) have a kr/2 bit structure.For convenience, in FIG. It shows.
符号器13は機能的に平均ベクトル計算部131.2乗
距離計算部132及び最小距離決定部133に分けるこ
とができる。The encoder 13 can be functionally divided into an average vector calculation section 131, a square distance calculation section 132, and a minimum distance determination section 133.
平均ベクトル計算部131は、X系統の符号帳11の各
代表ベクトルxj とY系統の符号帳12の各代表ベク
トルymとのすべての組合せについて、順次、その平均
ベクトルvj、。The average vector calculation unit 131 sequentially calculates the average vector vj, for all combinations of each representative vector xj of the codebook 11 of the X system and each representative vector ym of the codebook 12 of the Y system.
vJ++a−(xj+ym)/2 (2)を求め
る。2乗距離計算部132は、2乗距離により表わされ
る入力ベクトルUと上記平均ベクトルWj、、の歪d
j+s
dj++* = l u−y Jllm l ”=
l u−(x j + y m ) / 2 l
” (31をすべての(Jllm)の組合せについて求
める。j。Find vJ++a-(xj+ym)/2 (2). The square distance calculation unit 132 calculates the distortion d between the input vector U and the average vector Wj, represented by the square distance.
j+s dj++* = l u−y Jllm l ”=
l u-(x j + y m ) / 2 l
” (Find 31 for all combinations of (Jllm).j.
mの値はそれぞれN個あるので全部でN2個のdj、、
を計算することになる。第1図においてM−N!となる
ことは明らかである。Since there are N values for each m, there are a total of N2 dj,,
will be calculated. In FIG. 1, M−N! It is clear that
最小距離決定部133は、各系統の代表ペクト1Ltx
j、VNの各組合せと共に、当該組合せに対応する入力
ベクトルUと平均ベクトルvJ、。The minimum distance determining unit 133 determines the representative pect 1Ltx of each system.
j, VN, and the input vector U and average vector vJ corresponding to the combination.
との歪d41.を順次入力して、線束dj、sが最小値
をとる組合せの代表出力ベクトル” J + V 11
を決定する。そして、この決定した代表出力ベクトルx
j、ymに基づいて各系統の符号帳11゜12を参照し
、そのベクトル番号J、m−1−量子化符号bヨ+
bVとして出力する。Distortion d41. are input sequentially, and the representative output vector of the combination in which the flux dj, s takes the minimum value is ``J + V 11
Determine. Then, this determined representative output vector x
The codebook 11゜12 of each system is referred to based on j, ym, and the vector number J, m-1 - quantization code b yo +
Output as bV.
各系統のベクトル番号j、m(量子化符号す、。Vector numbers j, m (quantization code) of each system.
by)は多重化器14で多重化され、入力ベクトルUに
対する本来のベクトル量子化符号すが得られる。第3図
では、XおよびY系統の各ベクトル番号(量子化符号)
b、=1111.b、=ooo tについて“1111
(1001”の如く時間多重化されることを示している
。時間多重の代りに周波数多重やその他のダイパーシテ
ィ技術を使ってもよい。by) is multiplexed by the multiplexer 14, and the original vector quantization code for the input vector U is obtained. In Figure 3, each vector number (quantization code) of the X and Y systems
b,=1111. “1111 for b, = ooo t
(1001'' indicates time multiplexing. Instead of time multiplexing, frequency multiplexing or other diversity techniques may be used.
以上の説明から明らかなように第3図に示すこの発明の
2つの符号帳を用いた場合のベクトル量子化装置におい
ては入力ベクトルUに対し2個の符号帳x、Yからそれ
ぞれ1つずつ代表ベクトルxj、ymを選び、その平均
と(x j +y+a)/2と入力ベクトルの歪dが最
小となるようなjlmを決定するので、選択された代表
ベクトルxj とy−は互いに近い距離のものが選ばれ
る確率が非常に高い、従ってこれらの量子化符号す、=
L b、x(ilが多重化(結合)され、ベクトル量
子化符号b=Jmとして伝送された場合、第2図の受信
側において受信した符号すの前半(j)又は後半(m)
のいずれか一方に1ビツトの誤りが含まれていたとして
も、他方が正しければそれらの復号ベクトルX、 yの
一方は正しいものであり、従って復号平均出力ベクトル
(x+y)/2も送信側の入力ベクトルUとかけ離れた
ものとなることはない、つまり伝送誤りによる復号ベク
トルの歪がそれだけ小さくなる。また第2図及び第3図
で説明したこの発明の実施例ではN = 21r/i個
の代表ベクトルを記憶する符号帳を2個使うので全体で
2N個の代表ベクトルを記憶するメモリがあればよい。As is clear from the above description, in the vector quantization device using the two codebooks of the present invention shown in FIG. Vectors xj and ym are selected, and jlm is determined such that their average, (x j +y+a)/2, and distortion d of the input vector are minimized, so the selected representative vectors xj and y- are close to each other. has a very high probability of being selected, so these quantization codes, =
When L b, x (il) is multiplexed (combined) and transmitted as a vector quantization code b = Jm, the first half (j) or the second half (m) of the code received on the receiving side in Fig. 2
Even if either one of them contains a 1-bit error, if the other is correct, one of these decoded vectors It does not become far different from the input vector U, that is, the distortion of the decoded vector due to transmission errors becomes smaller accordingly. Furthermore, in the embodiment of the present invention explained in FIGS. 2 and 3, two codebooks are used to store N = 21r/i representative vectors, so if there is a memory that can store a total of 2N representative vectors, good.
これに対し第1図に示す従来技術のベクトル量子化では
M=21″−N2個の代表ベクトルを記憶するメモリを
必要とする。In contrast, the prior art vector quantization shown in FIG. 1 requires a memory to store M=21''-N2 representative vectors.
式(3)で示した2乗距離d 11jの計算は更に詳し
く表現すると次式(4)のようになる。ただし式を見や
すくするため以下の説明ではすべてx/2.y/2をそ
れぞれx、 yで置き換えである。The calculation of the squared distance d 11j shown in equation (3) can be expressed in more detail as shown in equation (4) below. However, in order to make the equations easier to read, all explanations below are based on x/2. Replace y/2 with x and y, respectively.
弐(4)にもとづいて歪d j+aを計算する場合の第
3図における平均ベクトル計算部131.2乗距離計算
部132の構成を符号帳11.12とともに第4図に示
す。入力ベクトルUに対しX符号帳11及びY符号帳1
2から1つずつ代表ベクトルxj、ymを読出し、これ
らのベクトルの対応する1番目の要素u(i)、 x(
i、j)、 y(i、m)から加算器31によりu(i
) x(i、J) y(i、翔)を計算し、その加
算出力を2乗累積加算器32で2乗し累積加算する。こ
のような2回の加算(減算)と1回の2乗累積加算の計
3回の演算がベクトルの要素i−〇からi=に−1まで
のに偏行われ、その結果前記選択した代表ベクトルxj
とymの組に対する歪d59.が得られる。代表ベク
トルxjとymの組合せはN2個あり、それらのすべて
についてそれぞれ歪d j+6を求めてその中で最小(
7)d、、、を与えル(j、m)を決めるためには3
kN”回の演算量を必要とし、これは第1図の従来のベ
クトル量子化装置を必要とする演算量(式(1)におけ
る−回の減算と一回の2乗累積加算をi=0からi=に
−1まで行うことをN2回実行)よりかえって増加する
。即ち第4図のこの発明の実施例では符号帳11.12
に必要な全メモリ容量は第1図のものより著しく小さい
が、必要な演算量は増加する欠点がある。この点を改善
した実施例を第5図を参照に次に説明する。FIG. 4 shows the configuration of the average vector calculation section 131 and the squared distance calculation section 132 in FIG. 3 when calculating the distortion d j+a based on 2(4), together with the codebook 11.12. X codebook 11 and Y codebook 1 for input vector U
The representative vectors xj, ym are read out one by one from 2, and the corresponding first elements of these vectors u(i), x(
i, j), y(i, m) by the adder 31 to u(i
) x(i, J) y(i, Sho), and the summed output is squared by a square accumulator 32 and cumulatively added. A total of three operations such as two additions (subtractions) and one square cumulative addition are performed on vector elements i-〇 to i=-1, and as a result, the selected representative vector xj
Distortion d59 for the pair of and ym. is obtained. There are N2 combinations of representative vectors xj and ym, and by finding the distortion dj+6 for all of them, the minimum (
7) To determine le (j, m) given d, , 3
kN'' times of calculations, which is equivalent to the amount of calculations required by the conventional vector quantization device shown in FIG. (from i= to −1 is executed N2 times).In other words, in the embodiment of the present invention shown in FIG.
Although the total memory capacity required for this is significantly smaller than that of FIG. 1, it has the drawback of increasing the amount of computation required. An embodiment that improves this point will be described next with reference to FIG.
式(4)を展開すると次式(5)のようになる。When formula (4) is expanded, it becomes the following formula (5).
展開した式(5)の第1項は代表ベクトルの選択(j、
n+)に無関係である。従って歪d4,1が最小となる
ベクトル符号の組合せ(Jlll)を決定するのにu”
(i)を計算する必要はない。そこで式(5)の代りに
次式(7)で定義されるd’j+l)が最小となる符号
の組合せ(j、m)を決めればよい。The first term of the expanded equation (5) is the selection of the representative vector (j,
n+). Therefore, to determine the vector code combination (Jllll) that minimizes distortion d4,1, u”
There is no need to calculate (i). Therefore, instead of formula (5), the combination of codes (j, m) that minimizes d'j+l) defined by the following formula (7) may be determined.
+F(j、m) (7)式(7)にお
いて第2項P (j 、 m)は式(6)で定義される
ように入力ベクトルUとは無関係であり、符号帳X、
Yから選んだ代表ベクトルxj、ymだけから計算でき
る。従ってあらかじめすべての(j、m)の組合せ(N
z個の組合せ)について式(6)のF (j 、 m
)を計算した結果をメモリに記憶しておき、式(7)に
よりd′1.ヨを計算する時に対応するF(j。+F(j, m) (7) In equation (7), the second term P (j, m) is unrelated to the input vector U as defined in equation (6), and the codebook
It can be calculated only from representative vectors xj and ym selected from Y. Therefore, all (j, m) combinations (N
F (j, m
) is stored in memory, and d′1. When calculating yo, the corresponding F(j.
11)を読出して使えば式(7)の演算量を少くできる
。11) can be read and used to reduce the amount of calculation in equation (7).
第5図は第3図の実施例における平均ベクトル計算部1
31.2乗距離計算部132、符号帳11゜12を式(
7)にもとすいて構成する例である。上述のように式(
6)によりあらかじめすべての組合せ(j。FIG. 5 shows the average vector calculation unit 1 in the embodiment shown in FIG.
31. The square distance calculation unit 132 and the codebook 11°12 are calculated using the formula (
7) This is an example of a basic configuration. As mentioned above, the expression (
6), all combinations (j.
m)について計算したF (J + a+)の値を記憶
したテーブルメモリ33が設けられている。式(力の第
1項はベクトルUとxj の内積とベクトルUとymO
内積との和であり、それぞれ内積演算器34.35とよ
り計算される。内積計算結果はそれぞれスカラー値とし
て加算器35に与えられて、テーブルメモリ33から読
出された対応するF(j。A table memory 33 is provided that stores the value of F (J + a+) calculated for m). Equation (the first term of force is the inner product of vectors U and xj and vectors U and ymO
This is the sum with the inner product, and is calculated by inner product calculators 34 and 35, respectively. The inner product calculation results are each given to the adder 35 as a scalar value, and the corresponding F(j) is read out from the table memory 33.
m)の値と加算される。加算器36の出力は式(7)に
よるd′j1.の計算結果となっている。この第5図の
実施例では内積演算器34.35による内積の演算が2
kN回、加算器36によるスカラ加減算が2N”回とな
る。また必要な記憶装置の記憶容量は符号帳1鳳 12
の2kNとテーブルメモIJ33のNzである。m). The output of the adder 36 is d'j1. according to equation (7). This is the calculation result. In the embodiment shown in FIG. 5, the calculation of the inner product by the inner product calculator 34.35 is 2
kN times, and the scalar addition/subtraction by the adder 36 is 2N'' times.The storage capacity of the required storage device is 1 codebook 12 times.
2kN and Nz of table memo IJ33.
表1は前記した第1図の従来技術によるベクトル量子化
装置とこの発明による第4及び5図の実施例のそれぞれ
に必要な記憶装置の容量と演算量をに=16.N=16
として計算して示しである。Table 1 shows the storage capacity and calculation amount required for the vector quantization device according to the prior art shown in FIG. 1 and the embodiments shown in FIGS. 4 and 5 according to the present invention, respectively. N=16
It is calculated and shown as follows.
表 ■
に=16. N=に
以上の説明において量子化歪d□、あるいはd ′j+
fiを表わすものとして2乗距離を使った実施例を示し
た。これらは音声符号化においてスペクトル包絡パラメ
ータをLSPパラメータや対数断面積関数に変換してベ
クトル量子化するときなどに応用できる。しかし、音声
の波形信号あるいは予測残差信号を高能率に量子化する
ためには周波数領域で適応的重み付き距離計算をする必
要がある。その場合の距離尺度は次のように表わされ・
・・・・・(8)
j =0・ N−1,m=o・ N−1ここで−(i)
はベクトル加重Wの第1番目の要素を表わし、u(i)
が変わる度に変わるが、dの最小値を求める間u(i)
とともに固定である。なおw(i)がu (i)に関わ
らず固定であれば容易に2乗距離の場合に帰着できる。Table ■ = 16. In the above explanation, quantization distortion d□ or d ′j+
An example is shown in which the squared distance is used to represent fi. These can be applied when converting spectral envelope parameters into LSP parameters or logarithmic cross section functions and vector quantizing them in speech encoding. However, in order to quantize the audio waveform signal or the prediction residual signal with high efficiency, it is necessary to perform adaptive weighted distance calculation in the frequency domain. In that case, the distance scale is expressed as follows:
・・・・・・(8) j = 0・N−1, m=o・N−1 where −(i)
represents the first element of vector weight W, and u(i)
It changes every time d changes, but while finding the minimum value of d, u(i)
It is fixed with. Note that if w(i) is fixed regardless of u(i), it can easily be reduced to the case of a squared distance.
式(8)を展開して、歪の最小決定を寄与しない第1項
を省略し、第2項と第3項のみを残したものをd”とす
ると
J−0,1s・、 N −1,m=o、L、・、 N
−IP(i+j+s)−(x(i、j)+y(i、s)
) ” −(10式〇〇(7)F(i、j、m)
のすべての要素をあらかじめ計算して記憶しておくため
には(6)式の場合と異なり、kN”個の要素をもつメ
モリが必要である。更に次式(11)で定義する式(9
)の第2項を計算するためにkN”個の内積演算が必要
である。Expanding equation (8), omitting the first term that does not contribute to determining the minimum distortion, and leaving only the second and third terms as d'', J-0,1s・, N-1 , m=o, L, ., N
−IP(i+j+s)−(x(i,j)+y(i,s)
) ” −(Formula 10〇〇(7)F(i, j, m)
In order to calculate and store all the elements in advance, a memory with kN'' elements is required, unlike the case of equation (6).Furthermore, in order to calculate and store all the elements of
) kN'' dot product operations are required to calculate the second term of ).
式(9)の第1項を計算するために、予め次式〇21で
定義される5(i)をi=0.1・・・、kについて1
回だけ計算しておく。In order to calculate the first term of equation (9), 5(i) defined by the following equation 21 is set in advance by 1 for i=0.1..., k
Calculate only times.
5(1) = −2w(i)u(i)
02)さらに5(i)についてN要素の内積を2
回行い、次式03)、 04)で定義されるG、Hを求
める。5(1) = −2w(i)u(i)
02) Furthermore, for 5(i), the inner product of N elements is 2
G and H defined by the following equations 03) and 04) are obtained.
これだけの準備の結果、(9)式のd ”j+lIは次
のスカラ演算で求まる。As a result of this preparation, d''j+lI in equation (9) can be found by the following scalar operation.
d”j+s =G(j)+[!(m)+E(j、m)
Qω第3図の実施例において上述の計算を実
行する構成を第6図に示す。テーブルメモリ33には弐
Omによって与えられるkN2個のF(i、j、、m)
の値をあらかしめ計算して書込んである。ベクトル量子
化装置には入力ベクトルUとともに加重ベクトルWが入
力され乗算器37によりそれらのベクトルの対応する第
1要素が弐〇2)のように計算される。d”j+s =G(j)+[!(m)+E(j,m)
FIG. 6 shows a configuration for performing the above calculation in the embodiment of FIG. 3. The table memory 33 stores kN2 F(i, j,, m) given by Om.
The value of is roughly calculated and written. The weight vector W is input together with the input vector U to the vector quantization device, and the corresponding first elements of these vectors are calculated by the multiplier 37 as shown in 202).
これによって得られた加重入力ベクトル5(i)(i=
0. 1.・・・k−1)は内積演算器34.35にそ
れぞれ与えられ、符号帳11.12から読出された代表
ベクトルxj、ymとそれぞれ弐0り。The weighted input vector 5(i) (i=
0. 1. . . k-1) are given to inner product calculators 34 and 35, respectively, and are separated from representative vectors xj and ym read from codebook 11 and 12, respectively.
(b)で示す内積がとられる。一方加重ベクトルWは(
j 、 m)に対応してテーブルメモリ33から読出さ
れたベクトルF(1+J+■)(i=0.1.・・・k
−1)と内積演算器38により式θ0で示す内積が計算
される。内積演算器34,35.38からの内積計算結
果は加算器36に与えられて弐〇つのスカラー加算が行
われ、入力ベクトル貝をjlmに符号化した場合の歪に
対応する値d ”j+sが得られる。The inner product shown in (b) is taken. On the other hand, the weight vector W is (
j, m) read from the table memory 33 corresponding to vector F(1+J+■)(i=0.1...k
-1) and the inner product calculator 38 calculates the inner product represented by equation θ0. The inner product calculation results from the inner product calculators 34, 35, and 38 are fed to the adder 36, where two scalar additions are performed, and the value d''j+s corresponding to the distortion when the input vector shell is encoded into jlm is can get.
第6図の実施例において必要な演算器と記憶容量を表■
に示す0表■には比較のため第1図に対応した式(1)
及び第4図に対応した式(4)にそれぞれ式(8)と同
様に重みWを加えた場合のベクトル量子化演算に必要な
演算量とメモリ容量も示しであるが、これらは上述の説
明と同様にして容易に求められるのでその説明を省略す
る。Table 1 shows the arithmetic units and storage capacity required for the embodiment shown in Figure 6.
For comparison, formula (1) corresponding to Figure 1 is included in Table 0 shown in Figure 1.
The calculation amount and memory capacity required for the vector quantization operation when the weight W is added to the equation (4) corresponding to FIG. Since it can be easily obtained in the same way as , its explanation will be omitted.
k=16. N=16
重み付き距離の場合には、■と比較して■、■はそれぞ
れ演算量か、記憶容量のどちらかが増えてしまうが、■
と■を組み合せれば演算量と記憶容量の双方を■の場合
より少なくできる。すなわち、(9)式のF(i+j+
m)の一部のみをテーブルとして持てばよい。テーブル
をもつ割合をλ(0くλ〈1)とすると、演算量は2N
” +に+2kN+(3−2,、t)kN”となり、記
憶容flu;t2kN+λkN”となる。λを適当に選
ぶことにより与えられた設計条件を満すように演算量と
記憶容量を互いに融通し合うことが可能である。k=16. In the case of weighted distance, N = 16, compared to ■, the calculation amount or storage capacity increases for ■ and ■, respectively, but ■
By combining and ■, both the amount of calculation and storage capacity can be reduced compared to the case of ■. That is, F(i+j+
It is sufficient to have only a part of m) as a table. If the proportion of tables is λ (0 × λ<1), the amount of calculation is 2N
``+2kN+(3-2,,t)kN'', and the storage capacity becomes t2kN+λkN''.By appropriately selecting λ, the amount of computation and storage capacity can be mutually accommodated to satisfy the given design conditions. It is possible to meet each other.
また(10)式のF(i+j+m)を更に展開して、各
項を別々のテーブルにしてもつこともできる。この場合
、そのままでは演算量も記憶容量も■の場合より増えて
しまうが、x(i、j)・y(i、m)の積の項の計算
の一部または全部を省略して、d ”j++aの近似計
算を行うことができる。このとき、歪が最小になる符号
を必ずしも選択できないが、演算量と記憶容量を大幅に
削減できる。It is also possible to further expand F(i+j+m) in equation (10) and have each term in a separate table. In this case, the amount of calculations and storage capacity will increase compared to case (2) if left as is, but by omitting part or all of the calculation of the product term of x (i, j) · y (i, m), d It is possible to perform an approximate calculation of ``j++a.'' At this time, although it is not necessarily possible to select the code that minimizes distortion, the amount of calculation and storage capacity can be significantly reduced.
また距離尺度に07)式のように符号帳のベクトルの定
数倍の自由パラメータτを含む場合にも容易に適用でき
る。It can also be easily applied to the case where the distance measure includes a free parameter τ that is a constant times the vector of the codebook, as in equation 07).
j = O,−N −1、m= 0 ・・・・・−N
−1音声の残差信号を時間領域で量子化する際に次式に
示す歪尺度が従来よく使われる。この歪d。j = O, -N -1, m = 0...-N
When quantizing the residual signal of -1 speech in the time domain, the distortion scale shown in the following equation is conventionally often used. This distortion d.
の計算は1つの符号帳Z
f=0.1. ・・・1M−1
を使って行う。この歪尺度をこの発明のベクトル量子化
方法に適用した場合の歪dj、sは次式のように表わせ
る。The calculation is performed using one codebook Z f=0.1. ...1M-1 is used. When this distortion measure is applied to the vector quantization method of the present invention, the distortion dj,s can be expressed as follows.
ただしh (i 、 g)はたたみ込み積を行う行列H
のi行。However, h (i, g) is the matrix H that performs the convolution product
i line of
g列の要素を表わし、τは歪d13.が最小となるよう
に決められるパラメータである。represents the element of column g, and τ is the strain d13. This is a parameter determined so that .
式(3)、 (4)及び(5)の歪d11.%の定義は
符号誤りのないときの性能を反映させたものである。符
号誤りに対しさらに強くするために、次式θ′I)のよ
うな歪の定義も有効である。Distortion d11 in equations (3), (4) and (5). The definition of % reflects the performance when there are no code errors. In order to further strengthen against code errors, it is also effective to define distortion as in the following equation θ'I).
dj+m =771 u−N/ J+lI + ”
+(1+μ)(I u−x j M+l u−y
m l” l/4 −07)ここで、μはOから1ま
でのパラメータでμを1とすると式(3)の歪と等価で
μを小さくすると、各符号帳の冗長性が増し、2系統の
一方だけでも誤りがなければ歪を小さくできる。すなわ
ち、符号誤りに強くなる。dj+m=771 u-N/J+lI+”
+(1+μ)(I u−x j M+l u−y
m l” l/4 −07) Here, μ is a parameter from O to 1, and if μ is 1, it is equivalent to the distortion in equation (3), and if μ is decreased, the redundancy of each codebook increases, and 2 If only one of the systems has no errors, distortion can be reduced.In other words, it becomes resistant to code errors.
さらに伝送路符号誤りを考慮したとき、Uのxj とy
−に対する歪の定義として次式が考えられる。Furthermore, when considering transmission line code errors, xj and y of U
The following equation can be considered as a definition of distortion for -.
/21” q (f N)q (glm)ここでq
(f l J)はベクトルの番号jが伝送路でfに誤
る確率を示す。q(m1g)についても同様である。/21” q (f N) q (glm) here q
(f l J) indicates the probability that vector number j will be mistaken for f on the transmission path. The same applies to q(m1g).
これらの歪尺度は2乗距離がちとになっているが、前述
の重み付き2乗距離やその他の尺度に応用することも容
易である。さらにここでは複数の系統に情報を等分する
ことを前提にしているため、最終出力ベクトルは算術平
均で求められたが、系統毎に情報の配分が異なるときは
重み付き平均で求められる。例えば2系統で2乗距離を
使う場合、各系統の伝送率がr(x)、 r(y)とし
て、vj+li = (XJ・2む(X)+y、・
2むけゝ)/ (2!r (*) + 22r ly
l )とすればよい、これはχの歪の期待値が2−z
r軸+と近似できることに基づいている。Although these distortion measures are based on square distance, they can easily be applied to the weighted square distance described above or other measures. Furthermore, since this assumes that information is divided equally among multiple systems, the final output vector is determined by an arithmetic average, but if the distribution of information differs for each system, it is determined by a weighted average. For example, when using square distance for two systems, the transmission rate of each system is r(x), r(y), and vj+li = (XJ・2mu(X)+y,・
2 facing) / (2!r (*) + 22r ly
l ), which means that the expected value of the distortion of χ is 2−z
This is based on the fact that it can be approximated to the r-axis +.
第2〜6図で示したこの発明の実施例で使用する2つの
符号帳11.12の作成手順を第7図のフローチャート
を参照して次に説明する。このフローチャートは2個の
符号帳を交互に修正して歪を局所的に最小化する例であ
るが、2個以上の符号帳の作成にも容易に応用できる。The procedure for creating the two codebooks 11 and 12 used in the embodiment of the invention shown in FIGS. 2 to 6 will now be described with reference to the flowchart in FIG. 7. Although this flowchart is an example of alternatingly modifying two codebooks to locally minimize distortion, it can easily be applied to the creation of two or more codebooks.
ステップS7では学習サンプル系列から任意の位置で抽
出した連続に個のサンプルから成るベクトルを多数用意
し、これらを同じ数ずつ任意に2つに分けてそれぞれを
初期代表ベクトルとすることによって初期符号帳X、Y
を作る。または学習サンプルを用いて、通常のベクトル
量子化の学習で作成したベクトルのグループを符号帳X
とし、それの誤差の系列を学習サンプルとして作成した
ベクトルのグループを符号帳Yとしてもよい。In step S7, a large number of vectors consisting of consecutive samples extracted at arbitrary positions from the learning sample series are prepared, and these are arbitrarily divided into two of the same number, and each is used as an initial representative vector to create an initial codebook. X, Y
make. Or, using learning samples, group of vectors created by normal vector quantization learning is added to the codebook
The codebook Y may be a group of vectors created using the error sequence as a learning sample.
次にステップS、で代表ベクトル数よりも充分多い数の
学習ベクトルを入力ベクトルUとして、各入力ベクトル
に対し例えば式(3)による歪dをすべての代表ベクト
ルの組xj、y−について計算し、最も歪dの小さくな
る代表ベクトルの岨x j 、、y mを決定する。即
ち各入力ベクトルをこの発明の量子化法で量子化し、各
入力ベクトルUがどの代表ベクトルの組xJ、ymに帰
属するかを決定する。Next, in step S, using a sufficiently larger number of learning vectors than the number of representative vectors as input vectors U, for each input vector, for example, the distortion d according to equation (3) is calculated for all representative vector sets xj, y-. , x j , y m of the representative vector with the smallest distortion d is determined. That is, each input vector is quantized by the quantization method of the present invention, and it is determined to which set of representative vectors xJ, ym each input vector U belongs.
ステップS2ではステップStで計算した各入力ベクト
ルに対する最小の歪dの総和りを計算し、その値が閾(
5以下またはLの改善率が闇値以下であれば符号帳X、
Yは目的とする代表ベクトルで構成されていると判断し
、符号帳の学習を停止する。そうでなければ次のステッ
プS、に進み、まず符号帳Xの内容χjは固定したまま
符号帳Yの内容ymの改善を行う。In step S2, the sum of the minimum distortions d for each input vector calculated in step St is calculated, and the value is the threshold (
If it is less than 5 or the improvement rate of L is less than the dark value, codebook X,
It is determined that Y is composed of the desired representative vectors, and codebook learning is stopped. If not, the process proceeds to the next step S, and first, the content ym of the codebook Y is improved while the content χj of the codebook X is fixed.
即ち、ステップ5S−tではステップS1で決めた各入
力ベクトルUの帰属する代表ベクトルの&1l(xj、
y−)にもとづいて代表ベクトルyIlを変数ベクトル
とみなし、その変数ベクトルy11を帰属ベクトルの組
に含むすべての入力ベクトルUの歪の和を変数ベクトル
yI11で偏微分した式をOとおき、その方程式を変数
ベクトル量ymについて解いたベクトル値y、を新しい
代表ベクトルymとする0代表ベクトルy。That is, in step 5S-t, &1l(xj,
y−), the representative vector yIl is regarded as a variable vector, and the equation obtained by partially differentiating the sum of distortions of all input vectors U including the variable vector y11 in the set of belonging vectors with respect to the variable vector yI11 is denoted as O, and 0 representative vector y whose new representative vector ym is the vector value y obtained by solving the equation for the variable vector quantity ym.
を帰属ベクトルの組に含むすべての入力ベクトル2個(
Pは可変)をu@In u+st+ ・・・1 ’
@JL @pと表し、それらの帰属するベクトルの組を
(Xt++ym )、(xf冨、3’ am )+
(X f3+ 3’ J+・・・・・・(x、、、y
、)とするとylIはそれらの重心として結局次式で与
えられる。ただしfeは0からN−1までのいずれかの
値をとる。All two input vectors (
P is variable) u@In u+st+ ...1'
@JL @p and the set of vectors to which they belong is (Xt++ym), (xfmax, 3' am)+
(X f3+ 3' J+...(x,,,y
, ), then ylI is given as their center of gravity by the following equation. However, fe takes any value from 0 to N-1.
p 11−1
次にステップ5S−tで固定した符号帳Xと更新された
符号帳Yとを使ワてステップS1と同様に各入力ベクト
ルUに対して、Xに対する帰属はステップS、の状態に
固定したまま、Yに対する帰属を決定し、ステップ3−
3で符号帳Yの更新をステップS、−1と同様に行う。p 11-1 Next, using the codebook X fixed in step 5S-t and the codebook Y updated, for each input vector U, the assignment to Determine the attribution to Y while keeping it fixed, and proceed to step 3-
In step 3, the codebook Y is updated in the same manner as in step S, -1.
ステップS4で符号帳Xと更新された符号帳Yを使って
各入力ベクトルUの帰属する代表ベクトルの組(xj、
ys)をすべて決定する。In step S4, the set of representative vectors (xj,
ys).
ステップS4はステップS1と等価である。Step S4 is equivalent to step S1.
ステップSSでは符号帳Yの内容を固定したまま符号帳
Xの内容を改善する。即ち、ステップs4で決定した各
入力ベクトルUの帰属する代表ベクトルの組(xj、y
請)にもとづいてステップ5li−1で代表ベクトルx
jを変数ベクトルとみなし、その変数ベクトルχjを帰
属ベクトルの紐に含むすべての入力ベクトルUの歪の和
を変数ベクトルxjで偏微分した式を0とおき、その方
程式を変数ベクトルxjについて解いた値xjを新しい
代表ベクトルxJ とする0代表ベクトルxjを帰属ベ
クトルの組に含むすべての入力ベクトル9個(Qは可変
)をLIJI。In step SS, the contents of codebook X are improved while the contents of codebook Y are fixed. That is, the set of representative vectors (xj, y
In step 5li-1, the representative vector x
Regarding j as a variable vector, the equation obtained by partially differentiating the sum of distortions of all input vectors U that includes the variable vector χj in the string of belonging vectors with respect to the variable vector xj is set to 0, and the equation is solved for the variable vector xj. LIJI all nine input vectors (Q is variable) whose membership vector set includes the 0 representative vector xj with the value xj as the new representative vector xJ.
uJffi・・・uj、と表し、それらの帰属するベク
トルの組を()(j+ y*+)、 ()(J+
3’*g)・・・・、(X j 、)’ so)とする
とxj はそれらの重心として結局次式で与えられる。uJffi...uj, and the set of vectors to which they belong is expressed as ()(j+ y**), ()(J+
3'*g)..., (X j , )' so), xj is their center of gravity and is given by the following equation.
ただしg’eはOからN−1までのいずれかの値をとる
。However, g'e takes any value from O to N-1.
次にステップ5S−Zで更新した符号帳Xと固定した符
号帳Yを使って各入力ベクトルUに対し、Yに対する帰
属はステップS4の状態に固定したまま、Xに対する帰
属をすべて決定し、ステップ5S−3で再び符号帳Xの
更新をステップS、−1と同様にして行う。Next, in step 5S-Z, using the updated codebook In 5S-3, the codebook X is updated again in the same manner as in step S-1.
ステップStに戻って以下にステップ5t−5sと同様
の繰返し演算を行い、ステップS2で歪の総和りが闇値
以下あるいはDの改善率が闇値以下になったら符号帳X
、Yの更新を終了する。Returning to step St, repeat the calculations similar to steps 5t-5s below, and in step S2, if the total distortion is less than the dark value or the improvement rate of D is less than the dark value, the codebook
, Y ends.
上述においてステップ5x−t + 5s−i及び5
S−Z。In the above steps 5x-t + 5s-i and 5
S-Z.
5S−Sは省略してもよい。またステップ5s−z、5
ff−i及びss−!、5s−3を交互に繰り返しても
よい。5S-S may be omitted. Also steps 5s-z, 5
ff-i and ss-! , 5s-3 may be repeated alternately.
第8図は符号帳学習によって歪の減少する様子をSNR
で示したものである。図中第7図のフローチャートにお
けるステップの記号・、ム、◆。Figure 8 shows how the distortion decreases due to codebook learning.
This is shown in . In the flowchart of FIG. 7, the step symbols are ・,mu,◆.
Δ5◇はS+ 、 33−1 、5x−z 、 Ss−
+ 、 5s−tに対応する。ステップ33−1 +
33−2の組やステップ5S−1+ 5S−2の組
を何回か繰返しても歪が減少していくことにはかわりな
い。Δ5◇ is S+, 33-1, 5x-z, Ss-
+, corresponds to 5s-t. Step 33-1 +
Even if the set of steps 33-2 and the set of steps 5S-1+5S-2 are repeated several times, the distortion continues to decrease.
第9A、9B図は伝送符号誤りがあった場合の被害の範
囲を比較したもので、第9A図は第1図に示す従来の1
系統の量子化の場合、第9B図はこの発明による2系統
の量子化の場合である。誤りビットを丸でかこんで示し
である。一つの入力ベクトルに対して複数の系統の符号
帳と伝送符号を与えることにより、伝送符号の単位は分
割されるため、すべての系統に誤りが生じる確率は分割
しない通常の伝送符号の誤り率に比べて小さいものとな
る。いい替えれば、第9A、9B図にハツチングで示し
たように、2系統の場合、1ビツトの符号誤りの及ぼす
範囲は!系統の場合の半分になる。Figures 9A and 9B compare the range of damage caused when there is a transmission code error.
In the case of system quantization, FIG. 9B shows the case of two systems quantization according to the present invention. Error bits are shown in circles. By giving codebooks and transmission codes of multiple systems to one input vector, the unit of transmission code is divided, so the probability that an error will occur in all systems is equal to the error rate of a normal transmission code that is not divided. It will be small in comparison. In other words, as shown by the hatching in Figures 9A and 9B, in the case of two systems, the range affected by a 1-bit code error is! It will be half of that of the system.
第10図の無記憶のラプラス分布をもつ系列に対するr
=1の場合の性能を示す、ラプラス分布は音声信号を線
形予測の残差信号を模擬するものである0図中(a)は
本発明による2系統の量子化、(b)〜(e)は従来の
1系統の量子化である。横軸はビットの誤り率、縦軸は
SNRである。第10図から2系統の量子化は符号誤り
のない場合には、1系統の同じ次元数の量子化とほぼ同
等の性能をもち、符号誤りのある場合には優れることが
分かる。r for the series with memoryless Laplace distribution in Figure 10
In the figure, (a) shows two systems of quantization according to the present invention, and (b) to (e) show the performance when = 1. is the conventional one-system quantization. The horizontal axis is the bit error rate, and the vertical axis is the SNR. From FIG. 10, it can be seen that the two-system quantization has almost the same performance as the one-system quantization with the same number of dimensions when there is no code error, and is superior when there is a code error.
第11図は本発明による2系統の量子化を従来のベクト
ル量子化符号と誤り訂正符号を組合わせたものとを全情
報量一定のもとで比較したものである。ここでは訂正符
号として多重誤り訂正が可能な7種のBCH符号を用い
た。括弧内は左から全情報ビット、情報源のビット、誤
り訂正可能ビットを示す、これらの符号は何れも誤りの
ないときにも冗長ビットのために歪が大きくなることと
符号誤りが一定以上になると急速に歪が大きくなるとい
う難点があり、本発明の量子化のほうが優れている。FIG. 11 compares two systems of quantization according to the present invention with a combination of a conventional vector quantization code and an error correction code under the condition that the total amount of information is constant. Here, seven types of BCH codes capable of multiple error correction were used as correction codes. The numbers in parentheses indicate, from left to right, all information bits, information source bits, and error correctable bits. Even when there are no errors in any of these codes, distortion increases due to redundant bits, and code errors exceed a certain level. In this case, there is a problem that distortion increases rapidly, and the quantization of the present invention is superior.
この発明の2チャンネルのベクトル量子化を中帯域音声
符号化の有力な1手法である重み付きベクトル量子化に
よる変換符号化に応用した例を第12図に示す、入力デ
ィジタル音声信号Sを線形予測分析器41に与えて線形
予測のパラメータ(αi)をフィルタ係数として逆フィ
ルタ42に与え逆フィルタ42に音声信号Sを通して求
めた線形予測残差信号Rを得る。残差信号Rはコサイン
変換器43によりコサイン変換され、その0CT(離散
コサイン変換)係数を周波数軸上で並べ変えて複数の副
ベクトルに分割する。こうして得られたベクトルL1は
この発明による2チャンネル重み付きベクトル量子化装
置1(10によってスペクトル包絡の重みをつけてベク
トル量子化され波形情報Bとして伝送される。これと共
にピッチ周期ΔLや線形予測パラメータ(αi)及び信
号パワPからなる補助情報Aも符号化されて伝送される
。受信側の復号器2(10は符号帳15.16を参照し
て受信した波形情報符号Bから代表ベクトルの組xj、
ymを復号しそれらの平均を復号器17,18から出力
する。この平均ベクトルはコサイン逆変換器14に与え
られ残差信号R′が復号される。一方受信したパラメー
タの情報Aはパラメータ復号器45により復号され、そ
のうちの線形予測パラメータ(αi)はフィルタ係数と
して合成フィルタ46に与えられる。残差信号R′は合
成フィルタ46を通されて音声が合成される。Figure 12 shows an example in which the two-channel vector quantization of the present invention is applied to transform coding using weighted vector quantization, which is one of the most effective methods for medium-band speech coding. The linear prediction parameter (αi) is applied to the analyzer 41 and is applied to the inverse filter 42 as a filter coefficient, and the audio signal S is passed through the inverse filter 42 to obtain the linear prediction residual signal R. The residual signal R is cosine transformed by a cosine transformer 43, and its 0CT (discrete cosine transform) coefficients are rearranged on the frequency axis and divided into a plurality of subvectors. The vector L1 obtained in this way is vector quantized by the two-channel weighted vector quantizer 1 (10) according to the present invention with weighting of the spectral envelope and transmitted as waveform information B. Along with this, the pitch period ΔL and the linear prediction parameter Auxiliary information A consisting of (αi) and signal power P is also encoded and transmitted.Decoder 2 on the receiving side (10 refers to the codebook 15.16 and extracts a set of representative vectors from the received waveform information code B). xj,
ym is decoded and the average thereof is output from decoders 17 and 18. This average vector is applied to an inverse cosine transformer 14 and a residual signal R' is decoded. On the other hand, the received parameter information A is decoded by the parameter decoder 45, and the linear prediction parameter (αi) thereof is given to the synthesis filter 46 as a filter coefficient. The residual signal R' is passed through a synthesis filter 46 to synthesize speech.
2チヤンネルの量子化の符号帳11.12(及び15.
16)を作るためにまず長時間平均スペクトルの重みを
つけた全尺度でガウス乱数系列から学習する。このとき
作られたベクトルは周波数軸上の高域に対応する成分の
パワが殆ど0となり、復号化された音声の高域成分が欠
落する。これを緩和するために代表ベクトルを学習系列
のガウス乱数のなかで重み付き距離が最小となるベクト
ルに置き換える。Two-channel quantization codebook 11.12 (and 15.
16), we first learn from a Gaussian random number sequence with all scales weighted with long-term average spectra. In the vector created at this time, the power of the component corresponding to the high frequency range on the frequency axis becomes almost 0, and the high frequency component of the decoded voice is missing. To alleviate this problem, the representative vector is replaced with a vector with the minimum weighted distance among the Gaussian random numbers in the learning series.
第1図に示す従来の1チヤンネルベクトル量子化を使っ
た場合と比較して、第12図の伝送差における符号誤り
に対するSNRを第13図に示した。入力音声Sとして
男女性各1名の音声を異なる符号誤りバタンで繰り返し
用い、各SNRは約90秒の平均である。(a)以外は
すべて波形の量子化に通常の1チヤンネルのベクトル量
子化を用いている。全ての補助情報Bと(C)の場合の
波形情報に(31,21)の2重誤り訂正可能なりCH
符号で誤り訂正を行った。補助情報は全体の情報の20
%程度で、誤り訂正符号の冗長ビットによる波形歪の増
加は僅かであるのに対し、波形情報に誤りを生じたとき
は被害が大きいためである。FIG. 13 shows the SNR for the code error in the transmission difference shown in FIG. 12, compared to the case of using the conventional one-channel vector quantization shown in FIG. As the input speech S, voices of one male and one female are repeatedly used with different code error patterns, and each SNR is an average of about 90 seconds. In all cases except (a), normal one-channel vector quantization is used for waveform quantization. Double error correction of (31, 21) is possible in the waveform information for all auxiliary information B and (C) CH
Error correction was performed using codes. Supplementary information is 20% of the overall information.
This is because while the increase in waveform distortion due to the redundant bits of the error correction code is small, the damage is great when an error occurs in the waveform information.
第13図の結果から、2チヤンネルの量子化は誤りのな
い場合から0.3%程度の誤りに対し、他より波形歪を
小さくできることがわかる。From the results shown in FIG. 13, it can be seen that the two-channel quantization can reduce the waveform distortion compared to the other methods with respect to an error of about 0.3% from the case where there is no error.
次に本発明を第12図の音声符号化の線形予測パラメー
タ(αi)の量子化に適用する場合について述べる。こ
こでは先ず線形予測係数(αi)をフィルタの安定性管
理が容易で、補間特性のよい、LSP (線スペクトル
対)パラメータに変換する(米国特許Nct43932
72)、その後、このパラメータについてベクトル部分
8ビツト、スカラ部分13ビットでベクトル・スカラ量
子化を行う、この時のベクトル部分に対応する8ビツト
の符号の一つずつを強制的に反転して復号した時のスペ
クトル歪 (LPCケプストラム距離)について通常の
ベクトル量子化と本発明の量子化を比較したものが第1
4図である。縦軸がケプストラム距離、横軸が符号中の
反転したビット位置を示し、0棒が通常のベクトル量子
化によるもの、縦縞棒がこの発明によるベクトル量子化
によるものである、スペクトル歪で評価したのはLSP
パラメータのような線形予測パラメータでの符号誤りは
直接、符号化音声の量子化歪として反映されるためであ
る。スペクトル歪は値が小さいほど劣化が少ないことを
示している。この図から、2チヤンネルに分ける本発明
の方がスペクトル歪に対する影響が少ないことが分かる
。′また誤りの無いときは通常のベクトル量子化のほう
が優れているがその差は僅かである。Next, a case will be described in which the present invention is applied to the quantization of the linear prediction parameter (αi) for speech encoding shown in FIG. Here, first, the linear prediction coefficient (αi) is converted into an LSP (line spectrum pair) parameter that facilitates filter stability management and has good interpolation characteristics (US Patent Nct43932).
72), then vector/scalar quantization is performed on this parameter using 8 bits for the vector part and 13 bits for the scalar part, and each of the 8 bits corresponding to the vector part at this time is forcibly inverted and decoded. The first comparison of the spectral distortion (LPC cepstral distance) between ordinary vector quantization and the quantization of the present invention when
This is Figure 4. The vertical axis shows the cepstrum distance, the horizontal axis shows the inverted bit position in the code, the 0 bar is the result of normal vector quantization, and the vertical striped bar is the result of vector quantization according to the present invention.Evaluated by spectral distortion. is LSP
This is because a code error in a linear prediction parameter such as a parameter is directly reflected as quantization distortion of encoded speech. The smaller the value of spectral distortion, the less deterioration it shows. From this figure, it can be seen that the present invention, which is divided into two channels, has less influence on spectral distortion. 'Furthermore, when there are no errors, ordinary vector quantization is better, but the difference is small.
以上説明したように、本発明のベクトル量子化法によれ
ば、複数の符号帳を使って一つの入力ベクトルに対して
複数系統で量子化するので量子化符号の単位が分割され
、その結果符号の伝送において分割されたすべての符号
に誤りが生じる確率は分割しない通常の量子化符号の伝
送誤り率に比べてきわめて小さいものとなる。云い替え
れば、1ピツトの符号誤りの及ぼす範囲が小さくなる。As explained above, according to the vector quantization method of the present invention, one input vector is quantized in multiple systems using multiple codebooks, so the unit of the quantization code is divided, and as a result, the The probability that errors will occur in all divided codes during transmission is extremely small compared to the transmission error rate of normal quantized codes that are not divided. In other words, the range affected by a one-pit code error becomes smaller.
従って復号ベクトルに及ぼす被害が軽減される。Therefore, damage to the decoded vector is reduced.
一方、符号誤りが無いときには、それぞれの系統の代表
ベクトルの平均が入力との歪を最小化するように出力符
号の組合せを決めるので、同一情報量の通常の1系統の
量子化とほぼ同等の性能を持つことが期待できる。On the other hand, when there is no code error, the combination of output codes is determined so that the average of the representative vectors of each system minimizes the distortion with the input, so it is almost equivalent to the normal quantization of one system with the same amount of information. It can be expected to have good performance.
更に、本発明の複数系統のベクトル量子化法は、この様
な符号誤りに対する利点のほかに、表■や表■に示すよ
うに符号帳の記憶容量を大幅に削減できることや量子化
のための探索の演算量を少な(できるという利点がある
。このほかに各符号帳で入力ベクトルの近傍だけに探索
候補を絞ることで、性能を殆んど低下させることなく、
演算量を削減することが可能である。Furthermore, in addition to the advantages of the multi-system vector quantization method of the present invention against code errors, the storage capacity of the codebook can be significantly reduced, as shown in Tables ■ and Table ■, and there are It has the advantage of reducing the amount of search calculations.In addition, by narrowing down the search candidates to only those in the vicinity of the input vector in each codebook, there is almost no deterioration in performance.
It is possible to reduce the amount of calculations.
従って、本発明の量子化法を音声波形の符号化や画像符
号化に用いることで、性能の向上が期待できる、特に伝
送路誤りがあり、かつ情報圧縮の必要な用途に存効であ
る。Therefore, by using the quantization method of the present invention for audio waveform encoding and image encoding, performance can be expected to improve, and it is particularly effective in applications where transmission path errors occur and information compression is required.
第1図は従来の1つの符号帳を使ってベクトル量子化を
行う送信側の符号化装置と受信側の復号装置を示すブロ
ック図、
第2図はこの発明のベクトル量子化装置とその復号装置
を示すブロック図、
第3図は第2図に示すこの発明のベクトル量子化装置の
詳しいブロック図、
第4図は第3図のベクトル量子化装置における2乗距離
計算を行うための構成を示すブロック図、第5図は第3
図の実施例における2乗距離計算を行う他の構成を示す
ブロック図、
第6図は第3図の実施例において重み付き2乗距離計算
を行う構成を示すブロック図、第7図はこの発明のベク
トル量子化装置に用いられる2つの符号帳を学習によっ
て作る手順を示すフローチャート、
第8図は第7図のフローチャートに従って学習を繰返し
た場合の符号帳の改善を示すグラフ、第9A、9B図は
従来のベクトル量子化法とこの発明のベクトル量子化法
において符号誤りの被害の範囲を比較した図、
第10図は符号誤り率に対するSNRについてこの発明
のベクトル量子化法と従来のベクトル量子化法を比較し
たグラフ
第11図はこの発明のベクトル量子化法の効果を更に従
来技術と比較したグラフ
第12図はこの発明のベクトル量子化法を音声残差波形
の周波数領域における重み付きベクトル量子化に適用し
た場合の伝送システムを示すブロック図、
第13図は第12図に示す位置システムの符号誤りに対
するSNRを従来のベクトル量子化を使った場合と比較
したグラフ、
第14図は第12図における線形予測パラメータの量子
化にこの発明を応用した場合の符号誤りに対するスペク
トラム歪を従来のベクトル量子化法を用いた場合と比較
したグラフを示す。
第1図
第2図
、、joo /2(10
第8図
くり返し数
にJ+る仮*C’)東i田
第10図
第11図
第13図
誤り率
第14図
反転されたビットの番号FIG. 1 is a block diagram showing a conventional transmitting-side encoding device and receiving-side decoding device that perform vector quantization using one codebook, and FIG. 2 is a vector quantization device and its decoding device according to the present invention. 3 is a detailed block diagram of the vector quantization device of the present invention shown in FIG. 2, and FIG. 4 shows the configuration for calculating squared distance in the vector quantization device of FIG. 3. Block diagram, Figure 5 is the 3rd
FIG. 6 is a block diagram showing another configuration for calculating a squared distance in the embodiment shown in FIG. 3; FIG. 7 is a block diagram showing a configuration for calculating a weighted squared distance in the embodiment shown in FIG. Flowchart showing the procedure for creating two codebooks used in the vector quantization device by learning, Figure 8 is a graph showing the improvement of the codebook when learning is repeated according to the flowchart in Figure 7, Figures 9A and 9B Figure 10 is a diagram comparing the range of damage caused by code errors between the conventional vector quantization method and the vector quantization method of the present invention. Figure 11 is a graph comparing the effects of the vector quantization method of this invention with the prior art. Fig. 13 is a graph comparing the SNR for code errors of the position system shown in Fig. 12 with that when conventional vector quantization is used; A graph comparing spectrum distortion with respect to code errors when the present invention is applied to the quantization of the linear prediction parameters shown in the figure compared to when a conventional vector quantization method is used is shown. Fig. 1 Fig. 2, joo /2 (10 Fig. 8 J + provisional *C') Fig. 10 Fig. 11 Fig. 13 Error rate Fig. 14 Number of inverted bits
Claims (35)
ルを有する複数の符号帳記憶手段と、入力ベクトルに対
し前記複数の符号帳記憶手段のそれぞれから1つずつ選
ばれた代表ベクトルの組の平均ベクトルと前記入力ベク
トルとの歪を計算することを複数の異なる組の代表ベク
トルについて実行する歪計算手段と、 それぞれの組の前記平均ベクトルの歪のうち最も小さい
歪を与える組がどれであるかを決定する最小歪決定手段
と、 決定された前記組の代表ベクトルをそれぞれ表わす符号
を多重化して出力する多重化手段、とを含む多重ベクト
ル量子化装置。(1) An average vector of a set of a plurality of codebook storage means each having a predetermined number of representative vectors, and a representative vector selected from each of the plurality of codebook storage means for the input vector. distortion calculation means for calculating the distortion between the input vector and the input vector for a plurality of different sets of representative vectors; A multi-vector quantization device comprising: minimum distortion determining means for determining; and multiplexing means for multiplexing and outputting codes representing the determined representative vectors of the set.
ぞれの前記符号を時間多重する手段である請求項1記載
の多重ベクトル量子化装置。(2) The multi-vector quantization device according to claim 1, wherein the multiplexing means is a means for time-multiplexing each of the codes representing the representative vector.
クトルの2乗距離を前記歪として計算する手段である請
求項1記載の多重ベクトル量子化装置。(3) The multi-vector quantization device according to claim 1, wherein the distortion calculation means is a means for calculating the square distance between the input vector and the average vector as the distortion.
クトルの重み付き2乗距離を前記歪として計算する手段
である請求項1記載の多重ベクトル量子化装置。(4) The multi-vector quantization device according to claim 1, wherein the distortion calculation means is a means for calculating a weighted squared distance between the input vector and the average vector as the distortion.
トルとの差のベクトルを演算する引算手段と、前記引算
手段によって演算された差のベクトルのそれぞれの要素
の2乗の和を演算して前記歪として出力する2乗加算手
段とを含む請求項1記載の多重ベクトル量子化装置。(5) The calculation means includes a subtraction means for calculating a vector of differences between the average vector and the input vector, and a sum of the squares of the respective elements of the difference vector calculated by the subtraction means. 2. The multi-vector quantization apparatus according to claim 1, further comprising square addition means for outputting the distortion as the distortion.
ら1つずつ選ばれた代表ベクトルの各組について、その
組の有するそれぞれの代表ベクトルの和のベクトルの各
要素の2乗和を前記組に対応して記憶した表メモリ手段
と、 前記入力ベクトルに対し前記複数の符号帳記憶手段のそ
れぞれから1つずつ選ばれた代表ベクトルと前記入力ベ
クトルとの内積をそれぞれ演算する内積演算手段と、 前記内積演算手段からのそれぞれの内積の和と前記表メ
モリから読出した前記選んだ組に対応する2乗和との差
を演算し前記歪として出力する減算手段とを含む請求項
1記載の多重ベクトル量子化装置。(6) The distortion calculation means calculates, for each set of representative vectors selected one from each of the plurality of codebooks, the square sum of each element of the vector of the sum of the respective representative vectors of the set. table memory means for storing data corresponding to the sets; and inner product calculation means for calculating the inner product of the input vector and a representative vector selected one by one from each of the plurality of codebook storage means for the input vector. , and subtracting means for calculating the difference between the sum of each inner product from the inner product calculating means and the sum of squares corresponding to the selected set read from the table memory and outputting the difference as the distortion. Multi-vector quantizer.
力された重みベクトルとを乗算し加重入力ベクトルを出
力する乗算手段と、 前記複数の符号帳のそれぞれから1つずつ選ばれた代表
ベクトルの各組について、その組の有するそれぞれの代
表ベクトルの互いに対応する要素の和の2乗を要素とす
る定数ベクトルを前記組に対応して記憶した表メモリ手
段と、 前記複数の符号帳記憶手段から選ばれた組の代表ベクト
ルと前記乗算手段からの前記加重入力ベクトルとの内積
をそれぞれ演算する第1内積演算手段と、 前記表メモリ手段から前記選ばれた組と対応して読出し
た前記定数ベクトルと前記重みベクトルとの内積を演算
する第2内積演算手段と、 前記第1及び第2内積演算手段からの内積の差を前記歪
として出力する加算手段とを含む請求項1記載の多重ベ
クトル量子化装置。(7) The distortion calculation means includes a multiplication means that multiplies the input vector by a correspondingly inputted weight vector and outputs a weighted input vector, and a representative vector selected from each of the plurality of codebooks. For each set, table memory means stores a constant vector whose elements are squares of sums of mutually corresponding elements of respective representative vectors of the set, corresponding to the set; and the plurality of codebook storage means. first inner product calculation means for calculating the inner product of the representative vector of the set selected from the group and the weighted input vector from the multiplication means; and the constant read out from the table memory means in correspondence with the selected set. 2. The multiple vector according to claim 1, comprising: second inner product calculating means for calculating an inner product of a vector and the weight vector; and addition means for outputting the difference between the inner products from the first and second inner product calculating means as the distortion. Quantizer.
のいずれか記載の多重ベクトル量子化装置。(8) Claims 1 to 7, wherein two codebooks are provided.
The multi-vector quantization device according to any one of .
記複数の符号帳記憶手段にはそれぞれに個の要素から成
るN個の代表ベクトルx_j,j=0,1,…,N−1
,を有するX符号帳と、それぞれがk個の要素から成る
N個の代表ベクトル,y_m、m−0,1,…,N−1
を有するY符号帳とがそれぞれ記憶されており、kは正
の整数、Nは2以上の整数である請求項1記載の多重ベ
クトル量子化装置。(9) Each input vector u consists of k elements, and the plurality of codebook storage means each store N representative vectors x_j, j=0, 1,...,N-1, each consisting of k elements.
, and N representative vectors each consisting of k elements, y_m, m-0,1,...,N-1
2. The multi-vector quantization device according to claim 1, wherein Y codebooks having Y codebooks are respectively stored, k is a positive integer, and N is an integer of 2 or more.
j,y_mの各第i要素をそれぞれu(i),x(i,
j)及びy(i,m)と表わすと、前記歪計算手段は選
択した組(j,m)の代表ベクトルx_j,y_mに対
し前記歪として次式 d′_j_,_m=▲数式、化学式、表等があります▼
−2u(i){x(i,j)+y(i,m)}+F(j
,m)……(イ) F(j,m)=▲数式、化学式、表等があります▼{x
(i,j)+y(i,m)}……(ロ)で規定される請
求項9記載の多重ベクトル量子化装置。(10) The input vector u and the representative vector x_
Let each i-th element of j, y_m be u(i), x(i,
j) and y(i, m), the distortion calculating means calculates the following equation as the distortion for the representative vector x_j, y_m of the selected set (j, m): d′_j_,_m=▲mathematical formula, chemical formula, There are tables etc.▼
-2u(i) {x(i,j)+y(i,m)}+F(j
, m)...(a) F(j, m)=▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼{x
(i, j)+y(i, m)}...(b) The multi-vector quantization device according to claim 9.
_mのすべての組合せ(j,m)について前記式(ロ)
のF(j,m)を計算した値を前記組合せ(j,m)に
対応させて記憶したテーブルメモリ手段を含み、前記歪
計算手段は前記選ばれた代表ベクトルの組(j,m)に
対応するF(j,m)の値を前記テーブルメモリ手段か
ら読出して式(イ)の計算を行う請求項10記載の多重
ベクトル量子化装置。(11) The distortion calculation means calculates the representative vector x_j, y
The above formula (b) for all combinations (j, m) of __m
includes table memory means for storing calculated values of F(j, m) in correspondence with the combination (j, m), and the distortion calculation means stores the calculated values of F(j, m) in the selected set of representative vectors (j, m). 11. The multi-vector quantization device according to claim 10, wherein the calculation of equation (a) is performed by reading out the corresponding value of F(j, m) from said table memory means.
u及び前記代表ベクトルx_j,y_mの各第i要素を
それぞれw(i),u(i),x(i,j)及びy(i
,m)と表わすと前記歪計算手段は選択した組(j,m
)の代表ベクトルx_j,y_m,に対し前記歪として
次式 d′_j_,_m=▲数式、化学式、表等があります▼
−2w(i)u(i){x(i,j)+y(i,m)}
+▲数式、化学式、表等があります▼w(i)F(i,
j,m)………(1)P(i,j,m)={x(i,j
)+y(i,m)}………(2)で規定される歪d′_
j_,_mを計算する手段である請求項9記載の多重ベ
クトル量子化装置。(12) The i-th elements of the input weight vector w, the input vector u, and the representative vectors x_j, y_m are respectively expressed as w(i), u(i), x(i, j), and y(i
, m), the distortion calculating means calculates the selected set (j, m).
) for the representative vector x_j, y_m, the following equation d'_j_,_m=▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
−2w(i)u(i) {x(i,j)+y(i,m)}
+▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼w(i)F(i,
j, m)……(1) P(i, j, m)={x(i, j
)+y(i,m)}......Distortion d'_ defined by (2)
The multi-vector quantization device according to claim 9, wherein the multi-vector quantization device is means for calculating j_,_m.
_j,y_mの組に対し前記式(ロ)で表わされる定数
ベクトルF(i,j,m)の計算の少くとも1部をあら
かじめ計算した値を記憶する表メモリを含む請求項12
記載の多重ベクトル量子化装置。(13) The distortion calculation means is configured to calculate the selected representative vector x.
Claim 12, further comprising a table memory for storing a value obtained by pre-computing at least a part of the calculation of the constant vector F(i, j, m) expressed by the formula (b) for the set of _j, y_m.
The described multi-vector quantizer.
れぞれの前記符号を周波数多重する手段である請求項1
記載の多重ベクトル量子化装置。(14) Claim 1, wherein the multiplexing means is means for frequency multiplexing each of the codes representing the representative vector.
The described multi-vector quantizer.
の入力ベクトルとし、各前記入力ベクトルを量子化する
多重ベクトル量子化方法におい、(a)それぞれがあら
かじめ決められた複数の代表ベクトルを有する複数の系
統の符号帳 のそれぞれから1つずつ代表ベクトルを選 ぶ工程と、 (b)選ばれた前記代表ベクトルの組の平均ベクトルと
前記入力ベクトルとの歪を計算す る工程と、 (c)工程(a)と(b)を前記複数の符号帳から選ん
だ複数の異る組の代表ベクトルについて繰 返し、それぞれ計算した歪のうち最小の歪 を与える代表ベクトルの組を決定する工程 と、 (d)前記決定した組の代表ベクトルを表わすそれぞれ
の符号を多重化して出力する工程、とを含む。(15) A multi-vector quantization method in which a plurality of samples of an input signal sequence are combined into one input vector, and each input vector is quantized, including: (a) a plurality of vectors each having a plurality of predetermined representative vectors; (b) calculating the distortion between the average vector of the set of selected representative vectors and the input vector; (c) step ( repeating a) and (b) for a plurality of different sets of representative vectors selected from the plurality of codebooks, and determining a set of representative vectors that gives the smallest distortion among the respective calculated distortions; (d) and multiplexing and outputting the respective codes representing the determined set of representative vectors.
ベクトルと前記平均ベクトルの2乗距離を計算する請求
項15記載の多重ベクトル量子化方法。(16) The multi-vector quantization method according to claim 15, wherein a square distance between the input vector and the average vector is calculated as the distortion in the step (b).
ベクトルと前記平均ベクトルとの重み付けされた2乗距
離を計算する請求項15記載の多重ベクトル量子化方法
。(17) The multi-vector quantization method according to claim 15, wherein a weighted squared distance between the input vector and the average vector is calculated as the distortion in the step (b).
前記複数の符号帳はそれぞれがk個の要素から成るN個
の代表ベクトルx_j,j=0,1,…,N−1、を有
するX符号帳と、それぞれがk個の要素から成るN個の
代表ベクトルy_m,m=0,1,…N−1、を有する
Y符号帳であり、kは正の整数、Nは2以上の整数であ
る請求項15記載の多重ベクトル量子化方法。(18) Each said input vector u consists of k elements,
The plurality of codebooks include an 16. The multi-vector quantization method according to claim 15, wherein the Y codebook has representative vectors y_m, m=0, 1, . . . N-1, where k is a positive integer and N is an integer of 2 or more.
j,y_m,の各第i要素をそれぞれu(i),x(i
,j)及びy(i,m)と表わすと、前記工程(b)は
選んだ組(j,m)の代表ベクトルx_j,y_mに対
し、前記歪を次式、 d′_j_,_m=▲数式、化学式、表等があります▼
−2u(i){x(i,j)+y(i,m)}+F(j
,m)……(イ) F(j,m)=▲数式、化学式、表等があります▼{x
(i,j)+y(i,m)}……(ロ)で規定される歪
d′_j_,_mとして計算する請求項18記載の多重
ベクトル量子化方法。(19) The input vector u and the representative vector x_
j, y_m, respectively, u(i), x(i
. Contains mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
-2u(i) {x(i,j)+y(i,m)}+F(j
, m)...(a) F(j, m)=▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼{x
The multi-vector quantization method according to claim 18, wherein the calculation is performed as distortions d'_j_,_m defined by (i,j)+y(i,m)}...(b).
数F(j,m)をすべての組(j,m)についてあらか
じめ、計算した値の表を用いて式(イ)で規定される歪
d′_j_,_mを計算する請求項19記載の多重ベク
トル量子化方法。(20) The step (b) is to calculate the constant F(j, m) defined by the above equation (b) using the equation (a) using a table of calculated values for all pairs (j, m) in advance. 20. The multi-vector quantization method according to claim 19, further comprising calculating the defined distortions d'_j_,_m.
表ベクトルx_j及びy_mのそれぞれとの内積を計算
し、それらの内積の和と、前記表から読出した前記定数
F(j,m)との差を前記歪d′_j_,_mとして計
算する請求項20記載の多重ベクトル量子化方法。(21) The step (b) calculates the inner product of the input vector u and each of the representative vectors x_j and y_m, and calculates the sum of these inner products and the constant F(j, m) read from the table. 21. The multi-vector quantization method according to claim 20, wherein the difference between d'_j_,_m is calculated as the distortion d'_j_,_m.
ルu及び前記代表ベクトルx_j,y_mの各第1要素
をそれぞれw(i),u(i),x(i,j)及びy(
i,m)と表わすと、前記工程(b)は選んだ組(j,
m)の代表ベクトルx_j,y_mに対し前記歪を次式 d′_j_,_m=▲数式、化学式、表等があります▼
−2w(i)u(i){x(i,j)+y(i,m)}
+▲数式、化学式、表等があります▼w(i)F(i,
j,m)……(イ)F(i,j,m)={x(i,j)
+y(i,m)}………(ロ)で規定される歪d′_j
_,_mを計算する請求項18記載の多重ベクトル量子
化方法。(22) The input weight vector w is obtained by dividing each first element of the input vector u and the representative vectors x_j, y_m into w(i), u(i), x(i, j), and y(
i, m), the step (b) is the selected set (j,
For the representative vectors x_j, y_m of
−2w(i)u(i) {x(i,j)+y(i,m)}
+▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼w(i)F(i,
j, m) ... (a) F (i, j, m) = {x (i, j)
+y(i,m)}……(b) Distortion d′_j
The multi-vector quantization method according to claim 18, wherein _, _m are calculated.
j,y_mの組に対し前記式(ロ)で規定される定数ベ
クトルF(i,j,m)の計算の少くとも1部をあらか
じめ計算した結果の表を用いて前記式(イ)で規定され
る歪d′_j_,_mを計算する請求項22記載の多重
ベクトル量子化方法。(23) The step (b) is the selected representative vector x_
The constant vector F (i, j, m) specified by the above equation (b) for the set of j, y_m is calculated in advance using a table of the results of at least a part of the calculation, and the constant vector F (i, j, m) is calculated in advance. 23. The multi-vector quantization method according to claim 22, further comprising calculating the distortions d'_j_,_m.
前記の入力ベクトルuと前記重みベクトルwの乗算をす
る工程と、その乗算結果と前記代表ベクトルx_j,及
びy_mのそれぞれとの内積を計算する工程とを含む請
求項22記載の多重ベクトル量子化方法。(24) The calculation of the formula (a) in the step (b) involves the step of multiplying the input vector u by the weight vector w, and the inner product of the multiplication result and each of the representative vectors x_j and y_m. 23. The multi-vector quantization method according to claim 22, comprising the step of calculating .
u及び前記代表ベクトルx_j,y_mの各第i要素を
それぞれw(i),u(i),x(i,j)及びy(i
,m)と表わすと、前記工程(b)は前記選んだ組(j
,m)の代表ベクトルx_j,y_mに対し前記歪を次
式 d_j_,_m=▲数式、化学式、表等があります▼w
(i){u(i)−τ・x(i,j)−τ・y(i,m
)}で規定される歪d_j_,_mとして計算し、τは
任意の正の定数である請求項18記載の多重ベクトル量
子化方法。(25) The i-th elements of the input weight vector w, the input vector u, and the representative vectors x_j, y_m are respectively expressed as w(i), u(i), x(i, j), and y(i
, m), the step (b) is the selected set (j
, m) for the representative vectors x_j, y_m of
(i) {u(i)−τ・x(i,j)−τ・y(i,m
)}, where τ is an arbitrary positive constant.
表ベクトルx_j,y_m,に対し前記歪を次式d_j
_,_m=μ|u−v_j_,_m|^2+(1−μ)
{|u−x_j|^2+|u−y_m|^2}/4 v_j_,_m=(x_j+y_m,)/2で規定され
る歪d_j_,_mを計算し、μは0≦μ≦1の任意の
定数である請求項18記載の多重ベクトル量子化方法。(26) In step (b), the distortion is expressed by the following equation d_j for the representative vectors x_j, y_m of the selected set (j, m).
_、_m=μ|u−v_j_,_m|^2+(1−μ)
{|u−x_j|^2+|u−y_m|^2}/4 Calculate the distortion d_j_,_m defined by v_j_,_m=(x_j+y_m,)/2, and μ is any arbitrary value of 0≦μ≦1. 19. The multi-vector quantization method according to claim 18, wherein the quantization method is a constant.
表ベクトルx_j,y_mに対し前記歪を次式▲数式、
化学式、表等があります▼で規定 される歪d_j_,_mを計算し、q(f|j)及びq
(g|m)は前記代表ベクトルx_j,y_mを表わす
前記符号j,mが伝送路でそれぞれf,gに誤る確率を
表わす請求項18記載の多重ベクトル量子化方法。(27) The step (b) calculates the distortion for the representative vectors x_j, y_m of the selected set (j, m) by the following formula ▲ Formula,
There are chemical formulas, tables, etc. Calculate the strain d_j_,_m specified by ▼, and calculate q(f|j) and q
19. The multi-vector quantization method according to claim 18, wherein (g|m) represents a probability that the codes j and m representing the representative vectors x_j and y_m will be mistaken as f and g, respectively, in a transmission path.
に任意に振分けて複数の初期符号 帳を作る工程と、 (ロ)前記所定数より充分多い数の学習ベクトルを入力
ベクトルとし、前記複数の初期符 号帳を使って順次前記多重ベクトル量子化 方法により量子化することにより各前記学 習ベクトルが帰属する前記代表ベクトルの 組を決定する工程と、 (ハ)前記複数の初期符号帳のうち任意の1つ以外の初
期符号帳の内容を固定し、前記1 つの初期符号帳の任意の1つの代表ベクト ルを変数ベクトルとみなし、その1つの代 表ベクトルを帰属ベクトルの組に含むすべ ての前記学習ベクトルのそれぞれの歪の和 を前記変数ベクトルで偏微分した式を0と おき、その式を前記変数ベクトルについて 解いたベクトル値を新しい代表ベクトルと して前記1つの代表ベクトルと入れ替える 工程と、 (ニ)前記工程(ハ)を前記1つの初期符号帳の他のす
べての代表ベクトルについてそれ ぞれ繰返し、それらを新しい代表ベクトル と入れ替えることによって前記1つの初期 符号帳の内容を更新する工程と、 (ホ)前記工程(ロ)、(ハ)及び(ニ)を前記複数の
初期符号帳の他のすべての初期符 号帳についてそれぞれ繰返し、それらの内 容を更新する工程、 とを含む請求項15記載の多重ベクトル量子化方法。(28) The step of creating a plurality of codebooks includes (a) a step of arbitrarily allocating a predetermined number of input sample vectors into a plurality of groups to create a plurality of initial codebooks; and (b) a number sufficiently larger than the predetermined number. a step of determining a set of representative vectors to which each of the learning vectors belongs by using the learning vectors as input vectors and sequentially quantizing them by the multi-vector quantization method using the plurality of initial codebooks; ) The contents of the initial codebooks other than any one of the plurality of initial codebooks are fixed, any one representative vector of the one initial codebook is regarded as a variable vector, and that one representative vector is assigned. The equation obtained by partially differentiating the sum of distortions of all the learning vectors included in the set of vectors with respect to the variable vector is set to 0, and the vector value obtained by solving that equation for the variable vector is set as a new representative vector. (d) repeating the step (c) for all other representative vectors of the one initial codebook and replacing them with new representative vectors, thereby changing the contents of the one initial codebook; and (e) repeating the steps (b), (c), and (d) for all other initial codebooks of the plurality of initial codebooks to update their contents. 16. The multi-vector quantization method according to claim 15.
、(ハ)及び(ニ)を同じ符号帳について複数回繰返す
工程を含む請求項28記載の多重ベクトル量子化方法。(29) The step of creating the plurality of codebooks is the step (b).
29. The multi-vector quantization method according to claim 28, further comprising the step of repeating , (c) and (d) a plurality of times for the same codebook.
、(ハ)、(ニ)及び(ホ)を複数回繰返す工程を含む
請求項28記載の多重ベクトル量子化方法。(30) The step of creating the plurality of codebooks is the step (b).
, (C), (D) and (E) a plurality of times.
ルを表わすそれぞれの前記符号を時間多重して出力する
工程である請求項15記載の多重ベクトル量子化方法。(31) The multi-vector quantization method according to claim 15, wherein the step (d) is a step of time-multiplexing and outputting each of the codes representing the determined set of representative vectors.
ルを表わすそれぞれの前記符号を周波数多重して出力す
る工程である請求項15記載の多重ベクトル量子化方法
。(32) The multi-vector quantization method according to claim 15, wherein the step (d) is a step of frequency multiplexing and outputting each of the codes representing the representative vectors of the determined set.
わす前記符号はそれぞれの前記代表ベクトルを表わす番
号である請求項31又は32記載の多重ベクトル量子化
方法。(33) The multi-vector quantization method according to claim 31 or 32, wherein the code representing each representative vector of the determined set is a number representing each representative vector.
^2^r^(^y^)y_m}/{2^2^r^(^x
^)+2^2^r^(^y^)}であり、r(x)及び
r(y)はそれぞれ前記代表ベクトルx_j,y_mを
表わす符号の伝送率である請求項18記載の多重ベクト
ル量子化方法。(34) The average vector is defined by the following equation. Weighted average vector v_j_,_m v_j_,_m={2^2^r^(^x^)x_j+2
^2^r^(^y^)y_m}/{2^2^r^(^x
^)+2^2^r^(^y^)}, and r(x) and r(y) are the transmission rates of codes representing the representative vectors x_j and y_m, respectively. method.
前記代表ベクトルx_j,y_mの各第g要素をそれぞ
れx(g,j),y(g,m)と表わすと、前記工程(
b)は前記選んだ組(j,m)の代表ベクトルx_j,
y_mに対し前記歪を次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で規定される歪d_j_,_mを計算し、h(i,g)
はたたみ込み積を行う行列のi行,g列の要素を表わし
、τは前記歪d_j_,_mを最小とするパラメータで
ある請求項18記載の多重ベクトル量子化方法。(35) If the i-th element of the input vector u is expressed as u(i), and the g-th elements of the representative vectors x_j, y_m are expressed as x(g, j), y(g, m), then the step (
b) is the representative vector x_j of the selected set (j, m),
For y_m, calculate the strain d_j_,_m defined by the following formula ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ and h(i, g)
19. The multi-vector quantization method according to claim 18, wherein τ represents an element in row i and column g of a matrix on which the convolution product is performed, and τ is a parameter that minimizes the distortions d_j_,_m.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249450A JPH0783316B2 (en) | 1987-10-30 | 1988-10-03 | Mass vector quantization method and apparatus thereof |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP27538887 | 1987-10-30 | ||
| JP62-275388 | 1987-10-30 | ||
| JP63249450A JPH0783316B2 (en) | 1987-10-30 | 1988-10-03 | Mass vector quantization method and apparatus thereof |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205638A true JPH01205638A (en) | 1989-08-18 |
| JPH0783316B2 JPH0783316B2 (en) | 1995-09-06 |
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| JP (1) | JPH0783316B2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02186835A (en) * | 1989-01-13 | 1990-07-23 | Mitsubishi Electric Corp | Signal encoder |
| US5636322A (en) * | 1993-09-13 | 1997-06-03 | Nec Corporation | Vector quantizer |
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| US8392178B2 (en) | 2009-01-06 | 2013-03-05 | Skype | Pitch lag vectors for speech encoding |
| US8655653B2 (en) | 2009-01-06 | 2014-02-18 | Skype | Speech coding by quantizing with random-noise signal |
| US10026411B2 (en) | 2009-01-06 | 2018-07-17 | Skype | Speech encoding utilizing independent manipulation of signal and noise spectrum |
| CN115600095A (en) * | 2022-09-15 | 2023-01-13 | 浙江大华技术股份有限公司(Cn) | Feature encoding method, decoding method and related equipment |
-
1988
- 1988-10-03 JP JP63249450A patent/JPH0783316B2/en not_active Expired - Fee Related
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