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2021-01-28 16:01:32|
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本发明涉及在声音信号的编码技术等信号处理技术中对来自声音信号的频谱的样本串进行量化以及编码的技术。
背景技术：
以往，在对时间序列信号等的样本串进行压缩编码的情况下，推断该样本串的分散等，并基于此而适当地分配比特数。由此，以较少的码量进行解码信号的失真小那样的效率高的压缩编码。作为对语音信号、音频信号等声音信号的样本串进行压缩编码的现有技术，有非专利文献1的技术。
图1是非专利文献1的编码装置的功能构成图。非专利文献1的编码装置包含：频域转换部10，其按照规定时间区间的每一帧将输入的声音信号的样本序列转换为频谱序列x0，x1，…，xn-1(n是频域的序列的样本数，并且是正整数)；比特分配部14，其从频谱序列x0，x1，…，xn-1获得基于向各样本分配的比特数b0，b1，…，bn-1的序列即比特分配序列b0，b1，…，bn-1、和该比特分配序列b0，b1，…，bn-1所对应的规定比特数的比特分配码cb；量化宽度取得部11，其使用基于频谱序列x0，x1，…，xn-1的序列的能量等而获得量化宽度s和该量化宽度s所对应的码即规定比特数的量化宽度码cq；量化部12，其获得将频谱序列x0，x1，…，xn-1的各样本除以量化宽度s而得的结果的整数部分的序列即量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1；整数编码部15，其根据与该样本对应的比特分配序列b0，b1，…，bn-1的值，对量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1的各样本分配比特数，并按照每个样本编码而获得信号码cx；以及复用部16，其将比特分配码cb、信号码cx、以及量化宽度码cq复用，获得编码装置的输出码。
图2是非专利文献1的解码装置的功能构成图。非专利文献1的解码装置包含：复用分离部20，获得编码装置输出的输出码作为输入码，将输入码所含的量化宽度码cq输出到逆量化部24，将输入码所含的比特分配码cb输出到比特分配解码部21，将输入码所含的信号码cx输出到整数解码部22；比特分配解码部21，其获得比特分配码cb所对应的比特分配序列b0，b1，…，bn-1；整数解码部22，其按照与比特分配序列b0，b1，…，bn-1的各值相应的每个比特数将信号码cx解码而获得量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1的各样本的值；逆量化部24，其将量化宽度码cq解码而获得量化宽度s，获得对量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1的各样本的值乘以量化宽度s而得的值的序列作为解码频谱序列xd0，xd1，…，xdn-1；以及时域转换部25，其将解码频谱序列xd0，xd1，…，xdn-1转换为时域的声音信号的样本串即输出信号。
现有技术文献
非专利文献1：r.zelinskiandp.noll，"adaptivetransformcodingofspeechsignals，"inieeetransactionsonacoustics，speech，andsignalprocessing，vol.25、no.4，pp.299-309，aug1977.
技术实现要素：
发明将要解决的课题
根据非专利文献1的编码装置与解码装置，虽然能够在比特率较高的条件下将失真抑制为较小而压缩，但频谱每一样本仅被分配整数值的比特数，因此有在比特率低的条件下压缩的效率降低、对于向样本序列分配的平均比特数的解码样本序列的失真变大这一课题。
本发明的目的在于，即使在比特率较低的条件下，也能够进行效率高的比特数的分配，并进行将失真抑制为较小的编码以及解码。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，本发明的一方式的编码装置按照规定时间区间的每一帧对频谱序列进行编码，其中，该编码装置包含：量化部，其将频谱序列的各频谱值除以量化值s而获得作为整数值所形成的序列的量化频谱序列；整数转换部，其按照规定的规则分别以多个(p个)汇集量化频谱序列所含的量化频谱而获得n′组整数值所形成的组，关于n′组整数值所形成的组的各个，通过双射(bijective)转换而获得一个整数值，从而获得n′个整合量化频谱所形成的整合量化频谱序列；以及整数编码部，其对整合量化频谱序列所含的n'个整合量化频谱分别以比特分配序列所含的n′个比特分配值进行编码，并获得整数码，编码装置还包含：编码对象推断部，其从频谱序列通过与整数转换部的转换相同的转换、或者使整数转换部的转换的转换前后的值的大小关系近似的转换，获得n′个推断整合频谱所形成的推断整合频谱序列；比特分配部，其从推断整合频谱序列获得比特分配序列和比特分配序列所对应的比特分配码；以及量化宽度取得部，其从推断整合频谱序列与比特分配序列获得量化宽度s。
发明效果
根据本发明，即使在比特率较低的条件下，也能够进行效率高的比特数的分配，并进行将失真抑制为较小的编码以及解码。
附图说明
图1是例示以往的编码装置的功能构成的图。
图2是例示以往的解码装置的功能构成的图。
图3是例示第一实施方式的编码装置的功能构成的图。
图4是例示第一实施方式的编码方法的处理流程的图。
图5是例示第一实施方式的解码装置的功能构成的图。
图6是例示第一实施方式的解码方法的处理流程的图。
图7是例示第一实施方式的变形例的编码装置的功能构成的图。
图8是例示第一实施方式的变形例的编码方法的处理流程的图。
图9是例示第二实施方式的编码装置的功能构成的图。
图10是例示第二实施方式的编码方法的处理流程的图。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明的实施方式。另外，对附图中具有相同功能的构成部标注相同的编号，并省略重复说明。
文中使用的记号“^”“～”虽然是本来应记载在紧后边的字符的正上方的记号，但是由于文本记法的限制，记载在该字符的紧前方。在数式中，这些记号记载在原本的位置，即字符的正上方。
在本发明中，在编码装置中，对于各样本为整数值的量化频谱序列，将多个量化频谱整合为一个整数值，对于整合后的整数值进行比特分配，从而在实质上实现对于整合前的量化频谱序列所含的各样本的细微且高效的比特数的分配。
在量化频谱的整合中，使用将多个整数值可逆地转换为一个整数值的双射(bijective)转换，在解码装置中通过将一个整数值转换为多个整数值的逆转换，使整数值分离，从而获得量化频谱序列。
＜第一实施方式＞
本发明的第一实施方式的系统包含编码装置以及解码装置。编码装置对以规定的时间长度的帧为单位输入的时域的声音信号进行编码而得到码并输出。编码装置输出的码被输入到解码装置。解码装置对输入的码进行解码而输出帧单位的时域的声音信号。向编码装置输入的声音信号例如是用麦克风将语音、音乐等声音拾音并进行ad转换而获得的语音信号或者音频信号。另外，解码装置输出的声音信号例如被进行da转换，用扬声器再现，从而能够被收听。
《编码装置》
参照图3以及图4，对第一实施方式的编码装置的处理流程进行说明。如图3所例示，第一实施方式的编码装置100包含频域转换部10、量化宽度取得部11、量化部12、整数转换部13、比特分配部14、整数编码部15、以及复用部16。第一实施方式的编码装置100通过执行图4所示的各步骤的处理而实现第一实施方式的编码方法。输入到编码装置100的时域的声音信号被输入到频域转换部10。编码装置100在各部进行以规定的时间长度的帧为单位的处理。
另外，也可以构成为，将频域的声音信号而并非时域的声音信号向编码装置100输入。在采用该构成的情况下，编码装置100中可以不包含频域转换部10，只要将规定的时间长度的帧单位的频域的声音信号输入到量化部12与量化宽度取得部11即可。
[频域转换部10]
输入到编码装置100的时域的声音信号被向频域转换部10输入。频域转换部10以规定的时间长度的帧为单位，通过例如改进的离散余弦变换(mdct)等将输入的时域的声音信号转换为频域的n点的频谱序列x0，x1，…，xn-1并输出(步骤s10)。n是正整数，例如是预先确定的值，并且n＝32等。另外，对x以下标方式附加的下标为从频率低的频谱起依次标注的编号。作为向频域的转换方法，也可以使用不是mdct的各种公知的转换方法等(例如离散傅立叶转换、短时间傅立叶转换等)。
频域转换部10将通过转换而得的频谱序列x0，x1，…，xn-1向量化部12与量化宽度取得部11输出。另外，频域转换部10也可以为了听觉性加权而对通过转换而得的频谱序列实施滤波器处理、压伸处理，并将滤波器处理后、压伸处理后的序列作为频谱序列x0，x1，…，xn-1输出。
[量化宽度取得部11]
量化宽度取得部11被输入频域转换部10所输出的频谱序列x0，x1，…，xn-1。量化宽度取得部11输出用于对输入的频谱序列x0，x1，…，xn-1进行除法运算的值即量化宽度s和该量化宽度s所对应的量化宽度码cq(步骤s11)。量化宽度取得部11通过以往的方法，例如在预先准备好的量化宽度的候选之中，将最接近于与所输入的频谱序列x0，x1，…，xn-1的能量、振幅的最大值成比例那样的值的量化宽度作为该帧下的量化宽度s而决定等，获得量化宽度s，并将获得的量化宽度s向量化部12输出。
量化宽度取得部11获得与所决定的量化宽度s对应的码，并将获得的码作为量化宽度码cq向复用部16输出。
[量化部12]
量化部12被输入频域转换部10所输出的频谱序列x0，x1，…，xn-1、以及量化宽度取得部11所输出的量化宽度s。量化部12获得将输入的频谱序列x0，x1，…，xn-1的各频谱值除以量化宽度s的结果的整数部分的值所形成的序列即量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1，并向整数转换部13输出(步骤s12)。
[整数转换部13]
整数转换部13被输入量化部12所输出的量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1。整数转换部13将p设为2以上的整数，另外，将n'设为p与n'的积成为n的正整数，从输入的量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1按照规定的规则获得n'组p个整数值所形成的整数组，对于各个整数组通过双射转换而获得作为一个整数值的整合量化频谱，将获得的n'个整数值(即，整合量化频谱)所形成的序列即整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1向比特分配部14以及整数编码部15输出(步骤s13)。
作为对于各个整数组通过双射转换而获得一个整数值的方法，能够使用对于各个整数组通过可以代数表现的双射转换而获得一个整数值的方法、对于各个整数组参照映射表格而获得一个整数值的方法、对于各个整数组通过预先确定的规则而获得一个整数值的方法等。另外，也可以获得一个非负整数值作为一个整数值。另外，后述的比特分配部14、整数编码部15、解码装置200的比特分配解码部21、整数解码部22等的说明与整数转换部13获得一个非负整数值作为一个整数值的构成对应。
作为对于各个整数组通过可以代数表现的双射转换而获得一个非负整数值的方法，例如在构成整数组的整数值为x1、x2这两个(即，p＝2)的情况下，使用通过式(1)获得一个非负整数值y的方法。
[式1]
其中，关于整数i＝1、2，x′i是满足关于整数值xi的以下的式(2)的非负整数值。
[式2]
另外，也可以采用如下方法：关于构成整数组的各整数值x1、x2的各个，通过式(2)获得非负整数值x′1、x′2，根据获得的非负整数值x′1、x'2所形成的组，通过式(1)获得非负整数值y，还可以采用通过合并了式(1)与式(2)的转换式等从整数组直接获得非负整数值y的方法。
另外，例如在构成整数组的整数值为x1，x2，…，xm这m个(即p＝m，其中m是2以上的整数)的情况下，使用通过式(3)获得一个非负整数值y的方法。
[式3]
y＝fm(x′1，x′2，…，x′m)…(3)
其中，关于整数i＝1，2，…，m，x′i设为满足关于整数值xi的上述的式(2)的非负整数值，fm′(x′1，x′2，…，x′m′)为以m′个变量所形成的序列(变量序列)x′1，x′2，…，x′m′为输入并以一个变量为输出的递归函数，将m′个变量x′1，x′2，…，x′m′的最大值设为x′max，将获取最大值的变量的个数设为k，将获取最大值的k个变量各自的变量序列内的编号分别设为m1，m2，…，mk，将从变量序列x′1，x′2，…，x′m′中去除获取最大值的变量的m′-k个变量所形成的序列设为～x′1，～x′2，…，～x′m′-k，将f0设为0，将m′ck设为从m′个中选择k个的组合数，则如式(4)那样表示。
[式4]
获得n'组整数组的规定的规则只要是例如将输入的量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1内的邻接的p个整数值彼此设为整数组的规则，即，将^x0至^xp-1，^xp至^x2p-1，···，^xn-p至^xn-1分别设为整数组的规则等预先确定而预先存储于编码装置100与解码装置200的规则，则可以是任意的规则。
只要是将邻接的p个整数值彼此设为整数组的规则，则整数转换部13从输入的量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1中的^x0至^xp-1所形成的整数组获得作为一个整数值的整合量化频谱^y0，从^xp至^x2p-1所形成的整数组获得作为一个整数值的整合量化频谱^y1，···，从^xn-p至^xn-1所形成的整数组获得作为一个整数值的整合量化频谱^yn’-1，并输出作为获得的整数值(即，整合量化频谱)所形成的序列的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1。
使上述的整数组为一个整数的转换的目的为，通过使量化频谱序列所含的多个样本为一个样本，从而在后级进行的整合量化频谱序列的编码中更细致地调节实质上分配到量化频谱序列的各值的平均比特数。例如若能以1比特对转换两个量化频谱值而得的一个整合量化频谱值进行编码，则两个量化频谱分别能够平均以1/2比特(二分之一比特)编码。此外，例如若能够以5比特对转换三个量化频谱值而得的一个整合量化频谱值进行编码，则三个量化频谱分别能够平均以5/3比特(三分之五比特)编码。即，如果对转换p个量化频谱值而得的整合量化频谱进行编码，则在该编码处理中对整合量化频谱分别进行以1比特单位下的分配比特数的调整，但是分别分配到量化频谱的平均比特数实质上能够以1/p比特单位(p分之一比特单位)调节，与分别向p个量化频谱分配比特数相比，能够进行更细致的比特分配。另外，之后将使上述的整数组转换为一个整数称作整数转换，将通过转换获得的整数称作转换后整数。
构成上述整数组的整数值的个数越多，越能够细致地调节实质上分配到量化频谱的平均比特数，但同时整数转换所需的运算量也增加。因而，就构成上述的整数组的整数值的个数p而言，只要考虑到这一点而通过预先的实验等预先确定并存储于编码装置100与解码装置200即可。另外，如上所述，n'为p与n'之积成为n的数，因此与p相同地预先存储于编码装置100与解码装置200即可。
[比特分配部14]
比特分配部14被输入整数转换部13所输出的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1。比特分配部14例如获得整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱所对应的比特分配值b0，b1，…，bn’-1所形成的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1和该比特分配序列所对应的比特分配码cb，将获得的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1向整数编码部15输出，将比特分配码cb复用部16输出(步骤s14)。
作为比特分配部14的一个例子，说明将后述的整数编码部15构成为获得表示整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱的2底对数值所形成的序列即整合量化对数频谱序列l0，l1，…，ln’-1的整数码cx的情况下的例子。预先在比特分配部14内的未图示的存储部中存储与由n'个整数构成的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的多个候选相关的，各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1、以各候选的各对数频谱包络值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1、以及各候选所对应的码所形成的组。即，在比特分配部14内的未图示的存储部中预先存储有多组对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选、该对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选所对应的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选、以及能够确定该对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选的码所形成的组。比特分配部14选择预先存储于该存储部的多组中的、被输入了频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1所对应的组，将该选择出的组的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选作为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1而输出，并获得该选择出的组的码作为比特分配码cb(表示比特分配的码)而输出。
例如比特分配部14分别对于存储于该存储部内的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选，求出所输入的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1中的各整合量化频谱值^yk除以频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选中的对应的各频谱包络值hck而得的比的序列的能量，输出能量成为最小的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选所对应的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选即比特分配序列b0，b1，…，bn’-1与比特分配码cb。
后述的整数编码部15对整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1进行编码而获得的信号码cx，由整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱的2底对数值所形成的序列即整合量化对数频谱序列l0，l1，…，ln’-1的各整合量化对数频谱值的位数的二进制数即码cx0，cx1，…，cxn’-1构成。这里，与被输入了比特分配部14所选择的组的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1对应指的是，比特分配部14所选择的组的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选与整合量化对数频谱序列l0，l1，…，ln’-1对应。因此，比特分配部14将选择出的组的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选作为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1而输出，将该选择的组的码作为比特分配码cb而输出。
另外，也可以仅将各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1、和以各候选的各对数频谱包络值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1中的某一方存储于存储部，由比特分配部14计算另一方。
[整数编码部15]
整数编码部15被输入整数转换部13所输出的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1、以及比特分配部14所输出的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1。整数编码部15将整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各值以获得其所对应的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1的各比特分配值的比特数的码的方式编码，获得整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各值所对应的码cx0，cx1，…，cxn’-1，将合并了所获得的码cx0，cx1，…，cxn’-1全部的信号码cx向复用部16输出(步骤s15)。
整数编码部15例如获得由二进制数表示整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱值的码，将获得的各码收敛到比特分配序列b0，b1，…，bn’-1所示的各比特数而作为码cx0，cx1，…，cxn’-1，获得合并了码cx0，cx1，…，cxn’-1全部的信号码cx并输出。即，整数编码部15例如在比特分配序列b0，b1，…，bn’-1中的比特分配值bk为5时，进行获得由5位的二进制数表示所输入的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1中的对应的整合量化频谱值^yk的码作为码cxk这一编码处理。
[复用部16]
复用部16接收量化宽度取得部11所输出的量化宽度码cq、比特分配部14所输出的比特分配码cb、以及整数编码部15所输出的信号码cx，并输出将包含所有这些码的输出码，例如量化宽度码cq、比特分配码cb、以及信号码cx相接合而得的输出码(步骤s16)。
《解码装置》
参照图5以及图6，对第一实施方式的解码装置的处理流程进行说明。如图5所例示，第一实施方式的解码装置200包含复用分离部20、比特分配解码部21、整数解码部22、整数逆转换部23、逆量化部24、时域转换部25。第一实施方式的解码装置200通过执行图6所示的各步骤的处理，实现第一实施方式的解码方法。解码装置200被输入编码装置100所输出的码。即，编码装置100所输出的输出码作为输入码而输入到解码装置200。输入到解码装置200的输入码向复用分离部20输入。解码装置200在各部进行以规定的时间长度的帧为单位的处理。
[复用分离部20]
输入到解码装置200的输入码被向复用分离部20输入。复用分离部20按照每帧接收输入码，将输入码分离，将输入码所含的比特分配码cb向比特分配解码部21输出，将输入码所含的量化宽度码cq向逆量化部24输出，将输入码所含的信号码cx向整数解码部22输出(步骤s20)。
[比特分配解码部21]
在比特分配解码部21内的未图示的存储部中，预先对于与对应的编码装置100的比特分配部14的未图示的存储部中存储的相同的n'个整数所构成的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的多个候选，存储各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1和各序列所对应的码所形成的组。即，在比特分配解码部21内的未图示的存储部中预先存储有多组对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选和能够确定该对数频谱包络序列lc0，lc1，…，cln’-1的候选的码所形成的组。比特分配解码部21被输入复用分离部20所输出的比特分配码cb。比特分配解码部21从存储部获得所输入的比特分配码cb所对应的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选，并将获得的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选作为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1而获得，并将获得的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1向整数解码部22输出(步骤s21)。即，比特分配解码部21选择预先存储于该存储部的多个组中的、码与比特分配码cb对应的组，并获得该选择出的组的对数频谱包络序列的候选作为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1，并将获得的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1向整数解码部22输出。
另外，在对应的编码装置100的比特分配部14的未图示的存储部中，将各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1和以各候选的各对数频谱包络值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1中的至少某一个存储于存储部，但由于在解码装置200的比特分配解码部21中不使用频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1，因此无需存储频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1，只要存储对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1与各序列所对应的码所形成的组即可。
[整数解码部22]
整数解码部22被输入复用分离部20所输出的信号码cx以及比特分配解码部21所输出的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1。整数解码部22将信号码cx分为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1的各比特分配值所示的比特数的码cx0，cx1，…，cxn’-1，将码cx0，cx1，…，cxn’-1分别解码而获得解码整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1，将获得的解码整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1向整数逆转换部23输出(步骤s22)。
整数解码部22例如获得以各码cx0，cx1，…，cxn’-1所表示的二进制数为各解码整合量化频谱值的解码整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1并输出。即，整数解码部22例如在比特分配序列b0，b1，…，bn’-1中的比特分配值bk为5时，进行获得以输入的信号码cx中的对应的5比特的码cxk为5位的二进制数的值作为解码整合量化频谱值^yk这一解码处理。
[整数逆转换部23]
整数逆转换部23被输入整数解码部22所输出的解码整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1。整数逆转换部23对于输入的解码整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1所含的整数值分别进行第一实施方式的编码装置100的整数转换部13所进行的转换和逆转换而获得n'组p个整数值所形成的整数组，从获得的n'组的整数组按照与第一实施方式的编码装置100的整数转换部13所进行的规则对应的规则而获得解码量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1并输出(步骤s23)。
在第一实施方式的编码装置100的整数转换部13进行了基于式(1)与式(2)的转换的情况下，整数逆转换部23通过如下处理，获得整数值x1、x2：作为与式(1)与式(2)的转换相反的转换，通过式(5)从一个非负整数值y获得两个非负整数值x'1、x'2，对于整数i＝1、2从非负整数值x'i通过以下的式(6)获得有正负号的整数值xi。
[式5]
otherwise
这里，式(5)的
[式6]
另外，在第一实施方式的编码装置100的整数转换部13进行基于式(3)与式(2)的转换的情况下，作为与式(3)与式(2)的转换相反的转换，整数逆转换部23使用通过如下处理而获得整数值x1，x2，…，xm的转换：通过式(7)从一个非负整数值y获得m个非负整数值x'1，x'2，…，x'm，对于整数i＝1，2，…，m，从非负整数值x'i通过上述的式(6)获得有正负号的整数值xi。
[式7]
其中，fm'-1(y)是以一个变量作为输入而输出m'个变量的递归函数，使用不超过y的最大的m'次平方根
[式8]
[式9]
[式10]
由
[式11]
[式12]
另外，f0-1(y)指的是什么都不输出的函数。
[逆量化部24]
逆量化部24被输入复用分离部20所输出的量化宽度码cq和整数逆转换部23所输出的解码量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1。逆量化部24对输入的量化宽度码cq进行解码而获得量化宽度s。另外，逆量化部24获得将输入的解码量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1的各解码量化频谱值和通过解码而得的量化宽度s相乘而得的值的序列即解码频谱序列xd0，xd1，…，xdn-1，并向时域转换部25输出(步骤s24)。
[时域转换部25]
时域转换部25被输入逆量化部24所输出的解码频谱序列xd0，xd1，…，xdn-1。时域转换部25按照每帧而使用编码装置100的频域转换部10所进行的向频域的转换方法所对应的向时域的转换方法、例如逆mdct，将解码频谱序列xd0，xd1，…，xdn-1转换为时域的信号而获得帧单位的声音信号(解码声音信号)并输出(步骤s25)。
另外，在编码装置100的频域转换部10中，在对于通过转换而得的频谱序列实施用于听觉性加权的滤波器处理、压伸处理的情况下，时域转换部25输出将对解码频谱序列进行了与这些处理对应的逆滤波器处理、逆压伸处理后的序列转换为时域的信号而得的解码声音信号。
另外，也可以构成为，解码装置200输出频域的解码声音信号而并非时域的解码声音信号。在该构成的情况下，解码装置200中也可以不包含时域转换部25，只要将逆量化部24所得的帧单位的解码频谱序列按照时间区间的顺序连结而作为频域的解码声音信号输出即可。
＜第一实施方式的变形例＞
在第一实施方式的编码装置100中，利用整数编码部15，对使用在将频谱序列x0，x1，…，xn-1量化之前获得的量化宽度s进行量化(除法运算)然后进行整数转换从而获得的整合量化频谱序列进行编码，获得了信号码cx。在第一实施方式的编码装置100中，整数编码部15获得由二进制数表示各整合量化频谱值^yk的码，因此根据整合量化频谱值^yk，有获得的码的比特数超过比特分配值bk、即所设想的上限比特数的情况。在该情况下，在对应的解码装置200中不能正确地解码，因此可以通过在编码装置中增大量化宽度而进行量化以及编码，从而减少整数编码部获得的码的比特数而避免超过比特分配值bk，但若量化宽度过大，则量化变得过度粗糙，导致解码信号的精度降低。换句话说，编码装置使用在整数编码部获得的码的比特数不超过比特分配值时的最小的量化宽度较好。因此，第一实施方式的变形例的编码装置101在各帧中反复进行量化、整数转换以及编码，并每次都调节量化宽度而更新，从而获得最佳的量化宽度。
参照图7以及图8，对第一实施方式的变形例的编码装置101的处理流程进行说明。如图7所例示，第一实施方式的变形例的编码装置101在第一实施方式的编码装置100的构成的基础上具备量化宽度更新部17，如图8所例示，反复进行量化部12、整数转换部13、比特分配部14、以及量化宽度更新部17中的处理。以下，仅对与第一实施方式的编码装置100的不同点进行说明。
[变形例的量化宽度取得部11]
变形例的量化宽度取得部11与第一实施方式的量化宽度取得部11相同地获得量化宽度s，将获得的量化宽度s向量化部12以及量化宽度更新部17输出。该量化宽度s成为在量化部12的处理中使用的量化宽度的初始值(步骤s11)。
[变形例的量化部12]
变形例的量化部12使用频域转换部10所输出的频谱序列x0，x1，…，xn-1、以及量化宽度取得部11或者量化宽度更新部17所输出的量化宽度s，与第一实施方式的量化部12相同地获得将输入的频谱序列x0，x1，…，xn-1的各频谱值除以量化宽度s的结果的整数部分的值所形成的序列即量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1，并向整数转换部13输出(步骤s12)。这里，量化部12在各帧中初次执行时使用的量化宽度s是量化宽度取得部11获得的量化宽度s，即量化宽度的初始值。另外，量化部12在第二次以后执行时使用的量化宽度s是量化宽度更新部17获得的量化宽度s，即量化宽度的更新值。
[变形例的比特分配部14]
变形例的比特分配部14首先通过与第一实施方式的比特分配部14相同的处理，获得所输入的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱所对应的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1和该比特分配序列所对应的比特分配码cb(步骤s14－1)。
比特分配部14接下来判定整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各值是否为能够以分别被分配的比特数即b0，b1，…，bn’-1比特来表现的值的范围内(步骤s14－2)。具体而言，判定整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1中的各整合量化频谱的2底对数值之中、是否超过比特分配序列b0，b1，…，bn’-1中的对应的比特分配值的2底对数值连一个都没有。比特分配部14在判定为整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1中的各整合量化频谱的2底对数值之中、超过比特分配序列b0，b1，…，bn’-1中的对应的比特分配值的2底对数值连一个都没有，即判定为整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各值为能够以分别被分配的比特数即b0，b1，…，bn’-1比特来表现的值的范围内，且量化宽度的更新次数为预先确定的次数以上的情况下(步骤s14－2的yes)，输出比特分配序列b0，b1，…，bn’-1，并且对复用部16输出比特分配码cb，对量化宽度更新部17输出将量化宽度更新部17获得的量化宽度所对应的码即量化宽度码cq向复用部16输出的指示信号(步骤s14－3)。比特分配部14在除此以外的情况下，对于量化宽度更新部17，获得从整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各2底对数值减去分别对应的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1的值而得的值的序列中的最大值作为最大不足比特数b，并向量化宽度更新部17输出(步骤s14－2的否(no))。另外，整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各2底对数值是整数编码部15对整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各值进行编码从而获得的码的比特数。
[量化宽度更新部17]
量化宽度更新部17接收比特分配部14所输出的最大不足比特数b，在b为正的情况下，换句话说是应分配到整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的比特数不足的情况下，将量化宽度s的值更新为较大的值，在b为负的情况下，换句话说是应分配到整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的比特数剩余的情况下，将量化宽度s的值更新为较小的值，而且，将量化宽度的更新次数递增，将更新后的量化宽度s的值(量化宽度s的更新值)向量化部12输出(步骤s17－1)。
另外，量化宽度更新部17被输入了在从比特分配部14将量化宽度码cq向复用部16输出的指示信号的情况下，获得量化宽度s所对应的码，将获得的码作为量化宽度码cq而向复用部16输出(步骤s17－2)。
＜第二实施方式＞
根据上述第一实施方式的变形例的编码装置101，在量化宽度更新部17中，在整数编码部15中反复求出能够用以比特分配部14确定的比特数来表现整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的量化宽度之中的最小的值并决定量化宽度的值，从而能够进行量化失真较小的编码。但是在这种情况下，需要进行多次量化部12、比特分配部14、以及整数转换部13的处理，存在需要很多运算量的可能性。需要进行多次量化部12、比特分配部14、以及整数转换部13的处理是因为，如果不由量化部12将频谱序列x0，x1，…，xn-1量化，则不会获得将该量化后的整数值的序列即量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1转换而得的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1。因此，第二实施方式的编码装置使用在量化前，推断向整数编码部输入并获得的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的形状、换句话说是整合量化频谱序列的大致的大小关系的编码对象推断部，在比特分配部进行比特分配的同时由量化宽度取得部决定量化宽度，从而无需多次进行比特分配部、整数转换部的处理就会决定适当的量化宽度的值。
本发明的第二实施方式的系统与第一实施方式的系统相同地包含编码装置与解码装置。但是，仅编码装置与第一实施方式不同，解码装置与第一实施方式相同。
《编码装置》
参照图9以及图10，对第二实施方式的编码装置的处理流程进行说明。如图9所例示，第二实施方式的编码装置102包含频域转换部10、编码对象推断部18、量化宽度取得部11、量化部12、整数转换部13、比特分配部14、整数编码部15、以及复用部16。图9的第二实施方式的编码装置102与图3的第一实施方式的编码装置100的不同点为，具备编码对象推断部18，频域转换部10也向编码对象推断部18输出频谱序列，比特分配部14进行使编码对象推断部18的输出为输入的动作，量化宽度取得部11进行使编码对象推断部18、以及比特分配部14的输出为输入的动作。第二实施方式的编码装置102的其他构成，即量化部12、整数转换部13、整数编码部15的动作与第一实施方式的编码装置100相同。以下，仅对与第一实施方式的编码装置100的不同点进行说明。
[第二实施方式的频域转换部10]
第二实施方式的频域转换部10进行与第一实施方式的编码装置100的频域转换部10相同的动作，但仅输出目的地不同。频域转换部10以帧为单位，将输入到编码装置102的时域的声音信号转换为频域的n点的频谱序列x0，x1，…，xn-1而向量化部12、以及编码对象推断部18输出(步骤s10)。与第一实施方式相同，n由预先确定的正数p与n′的积表示。
[编码对象推断部18]
编码对象推断部18被输入频域转换部10所输出的频谱序列x0，x1，…，xn-1。编码对象推断部18从输入的频谱序列x0，x1，…，xn-1按照与整数转换部13相同的规则获得n′组p个整数值所形成的整数组，对于各个整数组通过与整数转换部13所进行的双射转换相同的转换或者使该转换前后的值的大小关系近似的转换，获得作为一个整数值的推断整合频谱，将获得的n′个整数值(即，推断整合频谱)所形成的序列即推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1向比特分配部14、以及量化宽度取得部11输出(步骤s18)。在进行与整数转换部13所进行的相同的转换的情况下，例如作为对于各个整数组通过可以代数表现的双射转换而获得一个整数值的方法，例如使用与整数转换部13相同的基于式(1)与式(2)的转换、基于式(2)至式(4)的转换。另外，式(1)、式(4)的第一项、换句话说是使输入为p次方的项的值占主导地位，在取得量化宽度时，重要的是求出整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的形状、即对量化频谱序列^x0，^x1，…，^xn-1进行整数转换而得的整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1中的整合量化频谱的值的大小关系，因此在整数转换部13进行基于式(1)与式(2)的转换的情况下，编码对象推断部18中的转换虽然不是双射，但也可以作为使整数转换部13所进行的转换的转换前后的值的大小关系近似的转换，取代式(1)而使用仅将式(1)的右边作为第一项的式子。同样，在整数转换部13进行基于式(2)至式(4)的转换的情况下，编码对象推断部18中的转换也可以作为使整数转换部13所进行的转换的转换前后的值的大小关系近似的转换，取代式(4)而使用仅将式(4)的右边作为第一项的式子。
如此，编码对象推断部18对频谱序列x0，x1，…，xn-1进行与整数转换部13相同的转换、或者使整数转换部13所进行的转换的转换前后的值的大小关系近似的转换而获得推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1，从而推断整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的形状，并作为比特的分配和适当的量化宽度的值的推断线索。
[第二实施方式的比特分配部14]
第二实施方式的比特分配部14被输入编码对象推断部18所输出的推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1。比特分配部14例如获得推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1的各推断整合频谱所对应的比特分配值b0，b1，…，bn’-1所形成的序列即比特分配序列b0，b1，…，bn’-1和该比特分配序列所对应的比特分配码cb，将获得的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1向整数编码部15与量化宽度取得部11输出，将比特分配码cb向复用部16输出(步骤s14)。
作为比特分配部14的一个例子，与第一实施方式相同，说明将整数编码部15构成为获得表示整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱的2底对数值所形成的序列即整合量化对数频谱序列l0，l1，…，ln’-1的整数码cx的情况下的例子。
在比特分配部14内的未图示的存储部中预先存储与由n'个整数构成的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的多个候选相关的，各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1、以各候选的各对数频谱包络值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1、以及各候选所对应的码所形成的组。即，在比特分配部14内的未图示的存储部中预先存储有多组对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选、该对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选所对应的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选、以及能够确定该对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选的码所形成的组。比特分配部14选择预先存储于该存储部的多组中的、被输入了频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选的推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1所对应的组，将该选择出的组的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选作为比特分配序列b0，b1，…，bn’-1输出，并获得该选择出的组的码作为比特分配码cb(表示比特分配的码)而输出。
例如比特分配部14分别对于存储于该存储部内的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选，求出所输入的推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1中的各推断整合频谱值～yk除以频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选中的对应的各频谱包络值hck而得的比的序列的能量，输出能量成为最小的频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1的候选所对应的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1的候选即比特分配序列b0，b1，…，bn’-1与比特分配码cb。
后述的整数编码部15对整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1进行编码而获得的信号码cx，合并了整合量化频谱序列^y0，^y1，…，^yn’-1的各整合量化频谱的2底对数值所形成的序列即整合量化对数频谱序列l0，l1，…，ln’-1的各整合量化对数频谱值的位数的二进制数即码cx0，cx1，…，cxn’-1。
另外，也可以仅将各候选的对数频谱包络序列lc0，lc1，…，lcn’-1和以各候选的各对数频谱包络值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列hc0，hc1，…，hcn’-1中的某一方存储于存储部，由比特分配部14计算另一方。
[第二实施方式的量化宽度取得部11]
第二实施方式的量化宽度取得部11被输入编码对象推断部18所输出的推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1和比特分配部14所输出的比特分配序列b0，b1，…，bn’-1。量化宽度取得部11从推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1和比特分配序列b0，b1，…，bn’-1获得量化宽度s和量化宽度s所对应的码即量化宽度码cq，将获得的量化宽度s向量化部12输出，将量化宽度码cq向复用部16输出(步骤s11)。
量化宽度取得部11从推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1和比特分配序列b0，b1，…，bn’-1例如如以下那样获得量化宽度s。量化宽度取得部11首先使用以比特分配序列b0，b1，…，bn’-1的各比特分配值为指数的2的幂乘的序列即频谱包络序列h0，h1，…，hn’-1的各值，对推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1的各值进行除法运算，获得除法运算结果的序列。除法运算结果的序列的各值的振幅表示推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1的各值分别以几倍脱离了能够由遵循比特分配序列b0，b1，…，bn’-1的比特分配来表现的值的范围。此外，如上述那样，整数转换部13中的整数转换由于使输入为p次方的项的值占主导地位，因此推断整合频谱序列～y0，～y1，…，～yn’-1的各推断整合频谱的值约成为使频谱序列x0，x1，…，xn-1的各频谱的值为p次方的程度的值。因而，量化宽度取得部11例如获得除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值，将获得的最大值的p次方根决定为量化宽度s。然后，量化宽度取得部11获得与所决定的量化宽度s对应的码，将获得的码作为量化宽度码cq向复用部16输出。
另外，也可以取代除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值的p次方根而使用比该值稍大的值。例如也可以将对除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值加上预先确定的正数而得的值的p次方根、或者对该最大值乘以预先确定的比1大的数而得的值的p次方根决定为量化宽度s。另外，也可以将对除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值的p次方根加上预先确定的正数而得的值、或者对除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值的p次方根乘以预先确定的比1大的数量而得的值决定为量化宽度s。即，量化宽度取得部11只要将除法运算结果的序列所含的各除法运算结果的振幅中的最大值的p次方根以上并且是该p次方根的附近的值决定为量化宽度s即可。
[第二实施方式的复用部16]
第二实施方式的复用部16接收量化宽度取得部11所输出的量化宽度码cq以及比特分配部14所输出的比特分配码cb、整数编码部15所输出的信号码cx，并输出包含所有这些码的输出码(例如将所有码相结合而获得的输出码)(步骤s16)。
以上，说明了本发明的实施方式，但具体构成并不限定于这些实施方式，即使在不脱离该发明的主旨的范围内存在适当设计的变更等，也当然包含在本发明中。在实施方式中说明的各种处理不仅可以按照记载的顺序以时间序列执行，也可以根据执行处理的装置的处理能力或者根据需要并行地或者单独地被执行。
[程序、记录介质]
在通过计算机实现在上述实施方式中说明的各装置中的各种处理功能的情况下，通过程序来记述各装置应具有的功能的处理内容。然后，通过由计算机执行该程序，在计算机上实现上述各装置中的各种处理功能。
记述了该处理内容的程序能够记录于可由计算机读取的记录介质中。作为可由计算机读取的记录介质，例如可以是磁记录装置、光盘、光磁记录介质、半导体存储器等任意的介质。
另外，该程序的流通例如通过对记录了该程序的dvd、cd-rom等移动式记录介质进行销售、转让、租借等来进行。而且，也可以构成为，将该程序储存于服务器计算机的存储装置，经由网络从服务器计算机向其他计算机传送该程序，从而使该程序流通。
执行这种程序的计算机例如首先将记录于移动式记录介质的程序或从服务器计算机传送的程序暂时储存于自身的存储装置。然后，在执行处理时，该计算机读取储存于自身的存储装置的程序，执行按照读取到的程序的处理。另外，作为该程序的另一执行方式，计算机也可以从移动式记录介质直接读取程序，执行按照该程序的处理，而且，也可以在每次从服务器计算机向该计算机传送程序时，依次执行按照接收到的程序的处理。另外，也可以构成为不进行程序从服务器计算机向该计算机的传送，仅通过该执行指示与结果取得来实现处理功能的、所谓的asp(applicationserviceprovider)型的服务，执行上述的处理。另外，本方式中的程序中包含供电子计算机的处理用的信息即基于程序的信息(虽然不是直接对计算机的指令，但是具有计算机的处理的性质的数据等)。
另外，在该方式中，设为通过在计算机上执行规定的程序来构成本装置，但也可以以硬件的方式实现这些处理内容的至少一部分。
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