JP2523549B2 - Ａｄｐｃｍ符号化器およびａｄｐｃｍ符号化方法 - Google Patents
Ａｄｐｃｍ符号化器およびａｄｐｃｍ符号化方法Info
- Publication number
- JP2523549B2 JP2523549B2 JP61294812A JP29481286A JP2523549B2 JP 2523549 B2 JP2523549 B2 JP 2523549B2 JP 61294812 A JP61294812 A JP 61294812A JP 29481286 A JP29481286 A JP 29481286A JP 2523549 B2 JP2523549 B2 JP 2523549B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- difference
- quantizer
- signal
- scale factor
- inverse
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高能率符号化に係り、特にモデム信号等の符
号化に好適なADPCM符号化器およびADPCM符号化方法に関
する。
号化に好適なADPCM符号化器およびADPCM符号化方法に関
する。
従来、ADPCM符号方式で量子化器及び逆量子化器のス
テップサイズを入力振幅値に適応させて更新する適応量
子化法は、アイ．イー．イー．イー．トランザクション
ズ オン コミュニケーションズ（1974年８月）第1037
頁から第1045頁（IEEE Transactions on Communicat
ions、August 1974、pp1037〜1045）において論じられ
ている方法が用いられていた。
テップサイズを入力振幅値に適応させて更新する適応量
子化法は、アイ．イー．イー．イー．トランザクション
ズ オン コミュニケーションズ（1974年８月）第1037
頁から第1045頁（IEEE Transactions on Communicat
ions、August 1974、pp1037〜1045）において論じられ
ている方法が用いられていた。
上記従来技術では、各量子化値に対応してある定数を
定めておき、現サンプル時の量子化ステップにその時の
量子化に対応した定数を乗じて、次のサンプルの量子化
ステップとしている。
定めておき、現サンプル時の量子化ステップにその時の
量子化に対応した定数を乗じて、次のサンプルの量子化
ステップとしている。
すなわち、時刻Ｋにおける量子化器の出力をIK、この
時の量子化器の入力振幅値と量子化の大きさとを適応さ
せるためのスケールファクタをXKとすると時刻Ｋ＋１に
おけるスケールファクタXK+1は、 XK+1＝Ｍ（IK）・XKγ ……（１） 又は、 log KK+1＝γlog XK＋log M（IK） ……（２） で更新される。ただし、γはリーク係数（０＜γ＜
１）、 はスケールファクタ更新定数で、2Nは出力レベル数であ
る。
時の量子化器の入力振幅値と量子化の大きさとを適応さ
せるためのスケールファクタをXKとすると時刻Ｋ＋１に
おけるスケールファクタXK+1は、 XK+1＝Ｍ（IK）・XKγ ……（１） 又は、 log KK+1＝γlog XK＋log M（IK） ……（２） で更新される。ただし、γはリーク係数（０＜γ＜
１）、 はスケールファクタ更新定数で、2Nは出力レベル数であ
る。
従って平衡状態におけるスケールファクタの平衡値を
、量子化値|IK|＝ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の出現確率をPi
（）とすると、 という平衡方程式が成立することになる。
、量子化値|IK|＝ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の出現確率をPi
（）とすると、 という平衡方程式が成立することになる。
従来のADPCM符号化方式は、上記方程式が満足される
ように量子化器のステップサイズの適応化がなされてい
た。
ように量子化器のステップサイズの適応化がなされてい
た。
なお、このような従来のAPCM符号化方式に関する文献
としては、例えば、アイ．イー．イー．イー．イー．グ
ローバル テレコミュニケーションズ コンファレンス
（1984年）第774頁から第777頁（IEEE Global Teleco
mmunications Conference（1984）pp774−777）等が挙
げられる。
としては、例えば、アイ．イー．イー．イー．イー．グ
ローバル テレコミュニケーションズ コンファレンス
（1984年）第774頁から第777頁（IEEE Global Teleco
mmunications Conference（1984）pp774−777）等が挙
げられる。
上記従来技術では、スケールファクタの適応化が量子
化値の出現確率に影響を与え、量子化値の出現確率は入
力信号のレベルによって変化するレベル依存性を有す
る。即ち（３）式において右辺の（１−γ）log は入
力信号のレベルに応じて変化するのに対し、左辺の は入力信号のレベルによらず一定の値をとるから、結局 が入力信号のレベルに応じて変化することになる。
化値の出現確率に影響を与え、量子化値の出現確率は入
力信号のレベルによって変化するレベル依存性を有す
る。即ち（３）式において右辺の（１−γ）log は入
力信号のレベルに応じて変化するのに対し、左辺の は入力信号のレベルによらず一定の値をとるから、結局 が入力信号のレベルに応じて変化することになる。
量子化器のステップサイズの比率は入力信号の特定の
分布に対して量子化歪が最小となるように定められてい
るため、従来技術では入力信号のレベル変動により量子
化値の出現確率がこの分布からばずれると、量子化歪が
増加するという問題があった。
分布に対して量子化歪が最小となるように定められてい
るため、従来技術では入力信号のレベル変動により量子
化値の出現確率がこの分布からばずれると、量子化歪が
増加するという問題があった。
本発明の目的は、量子化値の出現確率によって生じる
レベル依存性の問題に対し、改良を行ない任意の許容入
力レベルにおいて、より好適な量子化特性が得られるAD
PCM符号化器およびADPCM符号化方法を提供することにあ
る。
レベル依存性の問題に対し、改良を行ない任意の許容入
力レベルにおいて、より好適な量子化特性が得られるAD
PCM符号化器およびADPCM符号化方法を提供することにあ
る。
上記目的は、入力信号の平均入力レベルより、スケー
ルファクター更新定数を発生させ、スケールファクター
を更新して、量子化器及び逆量子化器の適応化を行う事
により達成される。
ルファクター更新定数を発生させ、スケールファクター
を更新して、量子化器及び逆量子化器の適応化を行う事
により達成される。
前記平均入力レベルは、比例関係にある平均逆量子化
差分信号レベル＜log DQK＞で表すことができる。＜log
DQK＞は、log M（IK）を更新量とする瞬時スケールフ
ァクタの短時間平均＜ZUK＞と、IK復号値の平均＜DQLNK
＞を加える事により求める。すなわち、 ＜log DQK＞＝＜ZUK＞＋＜DQLNK＞ ＜log DQK＞は、DQの分布の平均値にほぼ等しく、DQKの
分布は、入力信号の統計的性質と、予測器の能力により
決定され、この分布が決まると＜log DQK＞は、ほぼ決
まる。スケールファクターXKの更新を log XK+1＝γlog XK＋log f（＜log DQK＞） 但し、ｆ（ ）はある関数 とすると、平衡方程式は、 ＜log f（log DQK＞）＞＝（１−γ）log となり、DQKの分布によって、左辺が決まり、右辺が決
まるため、該平衡方程式が再びフィードバックしてDQK
の分布に影響を与える事はない。
差分信号レベル＜log DQK＞で表すことができる。＜log
DQK＞は、log M（IK）を更新量とする瞬時スケールフ
ァクタの短時間平均＜ZUK＞と、IK復号値の平均＜DQLNK
＞を加える事により求める。すなわち、 ＜log DQK＞＝＜ZUK＞＋＜DQLNK＞ ＜log DQK＞は、DQの分布の平均値にほぼ等しく、DQKの
分布は、入力信号の統計的性質と、予測器の能力により
決定され、この分布が決まると＜log DQK＞は、ほぼ決
まる。スケールファクターXKの更新を log XK+1＝γlog XK＋log f（＜log DQK＞） 但し、ｆ（ ）はある関数 とすると、平衡方程式は、 ＜log f（log DQK＞）＞＝（１−γ）log となり、DQKの分布によって、左辺が決まり、右辺が決
まるため、該平衡方程式が再びフィードバックしてDQK
の分布に影響を与える事はない。
また、＜ZUK＞、＜DQLNK＞は、いづれもIKより計算す
る値であるので、ロバスト性を有し、回線エラー等が生
じても、その影響によって発振等の不安定な現象を起こ
す事が無い。
る値であるので、ロバスト性を有し、回線エラー等が生
じても、その影響によって発振等の不安定な現象を起こ
す事が無い。
以下図面を参照して、本発明の一実施例について説明
する。第１図は、本発明を開示する基本ブロック図であ
り、第２図は該ブロック図の中で特に本発明に係わる量
子化、逆量子化、適応化のブロック図を詳細に説明した
ものである。
する。第１図は、本発明を開示する基本ブロック図であ
り、第２図は該ブロック図の中で特に本発明に係わる量
子化、逆量子化、適応化のブロック図を詳細に説明した
ものである。
第１図において、符号１は線形入力信号、符号２は差
回路、符号３は差信号、符号４は量子化器、符号５は出
力量子化器、符号６は逆量子化器、符号７は逆量子化差
信号、符号８は適応化器、符号９は再生回路、符号10は
予測器である。符号11は複合器への入力量子化信号、符
号12は逆量子化器、符号13は適応化器、符号14は再生回
路、符号15は予測器、符号16は再生された線形出力信号
である。
回路、符号３は差信号、符号４は量子化器、符号５は出
力量子化器、符号６は逆量子化器、符号７は逆量子化差
信号、符号８は適応化器、符号９は再生回路、符号10は
予測器である。符号11は複合器への入力量子化信号、符
号12は逆量子化器、符号13は適応化器、符号14は再生回
路、符号15は予測器、符号16は再生された線形出力信号
である。
次に動作について説明する。線形入力信号１は予測器
10の出力と差回路２において差分をとられ差信号３
（DK）を出力する。DKは適応化器８によって適応的に制
御される量子化器４において量子化され、出力量子化信
号５（IK）を出力する。IKは逆量子化器６において逆量
子化され、逆量子化差信号７（DQK）が出力される。再
生回路９において前記予測器10の出力と逆量子化差信号
７の和がとられ、その結果が予測器10へ入力されて次の
時刻の入力信号の予測が行なわれる。一方、IKと逆量子
化器６においてIKから計算される復号値をもとに適応化
器８は適応化を行なう。
10の出力と差回路２において差分をとられ差信号３
（DK）を出力する。DKは適応化器８によって適応的に制
御される量子化器４において量子化され、出力量子化信
号５（IK）を出力する。IKは逆量子化器６において逆量
子化され、逆量子化差信号７（DQK）が出力される。再
生回路９において前記予測器10の出力と逆量子化差信号
７の和がとられ、その結果が予測器10へ入力されて次の
時刻の入力信号の予測が行なわれる。一方、IKと逆量子
化器６においてIKから計算される復号値をもとに適応化
器８は適応化を行なう。
一方、復号器側では伝送路を介して送信されてきた入
力量子化信号11を逆量子化回路12で逆量子化し、再生回
路14で予測器15の予測出力を加算して、線形出力信号16
を再生する。線形出力信号16はまた、予測器15へフィー
ドバックされ、これに基づいて次の時刻の出力信号の予
測が行われる。また、上記逆量子化器の適応化は、入力
量子化信号11と逆量子化回路12において入力量子化信号
11から計算される復号値をもとにして行なわれる。ちな
みに、符号器の逆量子化器６、適応化器８、和回路９、
予測器10と復号器の逆量子化器12、和回路14、適応化器
13、予測器15は全く同じ動作をする様に構成されてい
る。
力量子化信号11を逆量子化回路12で逆量子化し、再生回
路14で予測器15の予測出力を加算して、線形出力信号16
を再生する。線形出力信号16はまた、予測器15へフィー
ドバックされ、これに基づいて次の時刻の出力信号の予
測が行われる。また、上記逆量子化器の適応化は、入力
量子化信号11と逆量子化回路12において入力量子化信号
11から計算される復号値をもとにして行なわれる。ちな
みに、符号器の逆量子化器６、適応化器８、和回路９、
予測器10と復号器の逆量子化器12、和回路14、適応化器
13、予測器15は全く同じ動作をする様に構成されてい
る。
第２図は、第１図のブロックの内量子化器４、逆量子
化器６、適応化器８の一実施例で、符号21は対数変換
器、符号22は差回路、符号23は量子化器、符号24は逆量
子化器、符号25、符号30は和回路、符号26は逆対数変換
器、符号27は瞬時スケールファクタ計算機、符号28、29
は平均化回路、符号31はある関数ｆ（ ）、符号32はリ
ーク積分器である。第２図において、対数変換器21、差
回路22、量子化器23は第１図の量子化器４に対応し、逆
量子化器24、和回路25、逆対数変換器26は第１図の逆量
子化器６に対応し、瞬時スケールファクタ計算機27、平
均化回路28、29、和回路30、関数ｆ（ ）31、リーク積
分器32は第１図の適応化器８に対応する。
化器６、適応化器８の一実施例で、符号21は対数変換
器、符号22は差回路、符号23は量子化器、符号24は逆量
子化器、符号25、符号30は和回路、符号26は逆対数変換
器、符号27は瞬時スケールファクタ計算機、符号28、29
は平均化回路、符号31はある関数ｆ（ ）、符号32はリ
ーク積分器である。第２図において、対数変換器21、差
回路22、量子化器23は第１図の量子化器４に対応し、逆
量子化器24、和回路25、逆対数変換器26は第１図の逆量
子化器６に対応し、瞬時スケールファクタ計算機27、平
均化回路28、29、和回路30、関数ｆ（ ）31、リーク積
分器32は第１図の適応化器８に対応する。
次に動作について説明する。差信号３（DK）は、対数
変換器21で対数変換器（log DK）され、差回路22でスケ
ーリング（log DK−log XK）、量子化器23で量子化さ
れ、量子化値IKが出力される。一方、該量子化値と、差
回路22でスケーリングに使用された定数（スケールファ
クターlog XK）を入力として回路27で例えば、 log XUK+1＝（１−2-n1）log XK＋2-n1log M（IK） なる演算を行ない、瞬時スケールファクター（log X
UK）を更新し、該計算値を平均値計算器28で平均化し、
log XUKの平均値ZUKを算出する。ZUKを算出する方法と
しては、 1.算術平均を求める 2.リーク積分を行なう ZUK-1＝（１−2-n2）ZUK＋2-n2log XUK （n2は定数、n2＞０） 等であり、今回は、２を採用した。
変換器21で対数変換器（log DK）され、差回路22でスケ
ーリング（log DK−log XK）、量子化器23で量子化さ
れ、量子化値IKが出力される。一方、該量子化値と、差
回路22でスケーリングに使用された定数（スケールファ
クターlog XK）を入力として回路27で例えば、 log XUK+1＝（１−2-n1）log XK＋2-n1log M（IK） なる演算を行ない、瞬時スケールファクター（log X
UK）を更新し、該計算値を平均値計算器28で平均化し、
log XUKの平均値ZUKを算出する。ZUKを算出する方法と
しては、 1.算術平均を求める 2.リーク積分を行なう ZUK-1＝（１−2-n2）ZUK＋2-n2log XUK （n2は定数、n2＞０） 等であり、今回は、２を採用した。
また、前記量子化値IKを逆量子化器24で復号化し、復
号値（DQLN）を平均値計算器29で平均化し、平均値ZDK
を算出する。ZDKを算出する方法は、上記ZUKを算出する
のと同じ方法で、 ZDK+1＝（１−2-n3）ZDK＋2-n3（DQLN） （但し、n3は定数、n3＞０） とした。ZUKとZDKをもとに、和回路30で、 JK＝ZUK＋ZDK なる演算を行なう。このJKは、現差分信号の平均レベル
を示している。
号値（DQLN）を平均値計算器29で平均化し、平均値ZDK
を算出する。ZDKを算出する方法は、上記ZUKを算出する
のと同じ方法で、 ZDK+1＝（１−2-n3）ZDK＋2-n3（DQLN） （但し、n3は定数、n3＞０） とした。ZUKとZDKをもとに、和回路30で、 JK＝ZUK＋ZDK なる演算を行なう。このJKは、現差分信号の平均レベル
を示している。
次に、上記JKを回路31である数値に変換され、この出
力をリーク積分器32でリーク積分し、次の時刻のスケー
ルファクター値を算出する。すなわち、 log XK+1＝（１−2-n4）log XK+1＋2-n4（ｆ（ ）） （但し、n4は定数、n4＞０） 第３図に回路31のｆ（ ）の一例を示す。符号35は乗
算回路、符号36は和回路であり、下式を実現したもので
ある。
力をリーク積分器32でリーク積分し、次の時刻のスケー
ルファクター値を算出する。すなわち、 log XK+1＝（１−2-n4）log XK+1＋2-n4（ｆ（ ）） （但し、n4は定数、n4＞０） 第３図に回路31のｆ（ ）の一例を示す。符号35は乗
算回路、符号36は和回路であり、下式を実現したもので
ある。
ｆ（Ｊ）＝αＪ＋β ここでαは差信号レベルと所望のスケールファクタ値
との比例関数、βはオフセット定数である。
との比例関数、βはオフセット定数である。
一方、前記スケールファクタlog XKと復号値DQLNを和
回路25で加算し、逆対数変換器26で該加算結果を逆対数
変換する事で、逆量子化差信号DQKを出力させる。
回路25で加算し、逆対数変換器26で該加算結果を逆対数
変換する事で、逆量子化差信号DQKを出力させる。
以上、本実施例によれば、瞬時スケールファクターの
平均値と、復号値の平均とから、予測残差信号の平均レ
ベルを求め、該平均レベルよりスケールファクターが決
定されるので、スケールファクターの適応化により量子
化値の出現確率への影響は少なくなり、好適な量子化特
性が任意の許容入力レベルにおいて達成される効果があ
る。
平均値と、復号値の平均とから、予測残差信号の平均レ
ベルを求め、該平均レベルよりスケールファクターが決
定されるので、スケールファクターの適応化により量子
化値の出現確率への影響は少なくなり、好適な量子化特
性が任意の許容入力レベルにおいて達成される効果があ
る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、任意の許容入力レベルにおいて好適
な量子化特性が達成される効果がある。
な量子化特性が達成される効果がある。
第１図は本発明の一実施例の基本構成図、第２図は第１
図の中の量子化、逆量子化、適応化の部分の詳細なブロ
ック図、第３図は、第２図の中の関数ｆ（ ）の一実施
例のブロック図である。 １……線形入力信号、２、22……差回路、 ３……差信号、４……量子化器、 ５……量子化値、６、12……逆量子化器、 ７……逆量子化差信号、８、13……適応化器、 ９、14、30、25……和回路、 10、15……予測器、21……対数変換器、 23……量子化器、24……逆量子化器、 26……逆対数変換器、 27……瞬時スケールファクター計算器、 31……関数ｆ（ ）、 28、29……平均値計算器、 32……リーク積分器。
図の中の量子化、逆量子化、適応化の部分の詳細なブロ
ック図、第３図は、第２図の中の関数ｆ（ ）の一実施
例のブロック図である。 １……線形入力信号、２、22……差回路、 ３……差信号、４……量子化器、 ５……量子化値、６、12……逆量子化器、 ７……逆量子化差信号、８、13……適応化器、 ９、14、30、25……和回路、 10、15……予測器、21……対数変換器、 23……量子化器、24……逆量子化器、 26……逆対数変換器、 27……瞬時スケールファクター計算器、 31……関数ｆ（ ）、 28、29……平均値計算器、 32……リーク積分器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−46210（ＪＰ，Ａ) 電子通信学会技術研究報告、86〔278〕 （昭61−12−17）ｐ．13−18 ＣＣＩＴＴ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔ ｉｏｎ Ｇ721
Claims (3)
- 【請求項１】入力信号から次の入力信号を予測する予測
器と、該予測器から出力された予測信号と次の入力信号
との差をとる差回路と、該差回路から出力された差信号
を量子化する量子化器と、該量子化器から出力された量
子化信号を受けて逆量子化を行い逆量子化差信号を出力
する逆量子化器と、該逆量子化器から出力された逆量子
化差信号と前記予測器より出力された予測信号との和を
とる再生回路と、前記量子化器の量子化ステップサイズ
を制御する適応化器とを備え、該適応化器が前記量子化
器から出力された量子化信号より瞬時スケールファクタ
を計算し該瞬時スケールファクタの平均値を求める手段
と、前記逆量子化器から出力された逆量子化差信号の平
均レベルを求める手段と、前記瞬時スケールファクタの
平均値と前記逆量子化差信号の平均レベルとから適応化
スケールファクタを決定する手段とを有することを特徴
とするADPCM符号化器。 - 【請求項２】前記適応化スケールファクタを決定する手
段は、前記瞬時スケールファクタの平均値と前記逆量子
化差信号の平均レベルとに線形処理とリーク積分を施し
てし適応化スケールファクタを決定することを特徴とす
る特許請求の範囲の第１項記載のADPCM符号化器。 - 【請求項３】入力信号から次の入力信号を予測する予測
器と、該予測器から出力された予測信号と次の入力信号
との差をとる差回路と、該差回路から出力された差信号
を量子化する量子化器と、該量子化器から出力された量
子化信号を受けて逆量子化を行い逆量子化差信号を出力
する逆量子化器と、該逆量子化器から出力された逆量子
化差信号と前記予測器より出力された予測信号との和を
とる再生回路と、前記量子化器の量子化ステップサイズ
を制御する適応化器とを備えたADPCM符号化器におい
て、前記差回路から出力された差信号を量子化する毎
に、前記量子化器から出力された量子化信号より瞬時ス
ケールファクタを計算し該瞬時スケールファクタの平均
値を求め、前記逆量子化器から出力された逆量子化差信
号の平均レベルを求め、前記瞬時スケールファクタの平
均値と前記逆量子化差信号の平均レベルとから適応化ス
ケールファクタを決定し、前記差信号の量子化の際に前
記決定された適応化スケールファクタに基づいて量子化
することを特徴とするADPCM符号化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294812A JP2523549B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | Ａｄｐｃｍ符号化器およびａｄｐｃｍ符号化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294812A JP2523549B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | Ａｄｐｃｍ符号化器およびａｄｐｃｍ符号化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63148716A JPS63148716A (ja) | 1988-06-21 |
| JP2523549B2 true JP2523549B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=17812569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61294812A Expired - Lifetime JP2523549B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | Ａｄｐｃｍ符号化器およびａｄｐｃｍ符号化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523549B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3166218B2 (ja) * | 1991-08-08 | 2001-05-14 | カシオ計算機株式会社 | データ圧縮伸張装置およびそれを用いた電子楽器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5346210A (en) * | 1976-10-08 | 1978-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Sectional dpcm system |
-
1986
- 1986-12-12 JP JP61294812A patent/JP2523549B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＣＣＩＴＴＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＧ７２１ |
| 電子通信学会技術研究報告、８６〔２７８〕（昭６１−１２−１７）ｐ．１３−１８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63148716A (ja) | 1988-06-21 |
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