JP2676046B2 - ディジタル音声伝送方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は音声の信号系列を少ない情報量でディジタ
ル符号化する高能率情報圧縮音声符号化復号化装置と通
常のディジタル伝送装置とを混在して接続するディジタ
ル音伝送方式に関するものである。

「従来の技術」 ディジタル移動無線通信や音声蓄積サービスでは電波
や記憶媒体の効率的利用を図るために、高能率情報圧縮
音声符号化装置がよく用いられる。高能率情報圧縮音声
符号化復号化装置によって情報圧縮されて符号化された
音声信号を通常のディジタル回線を通して伝送するとき
には、通常のPCM符号化に変換して伝送する。例えば、
第４図に示すようにディジタル移動無線において移動機
で高能率に情報圧縮された音声波形の符号は基地局で復
号化され、各サンプル時点毎の波形をPCM符号で表して
伝送する。これは任意の相手の電話に対して通話を可能
とするための必要条件である。ところが、相手もまたデ
ィジタル移動無線の場合にはもう一度、情報圧縮符号化
を行う必要がある。すなわち、この場合には送り手の音
声は高能率情報圧縮符号化復号化装置を２回経由して、
受け手に届くことになる。一般に情報圧縮符号化では量
子化雑音によって音声波形に歪が生じる。入力となる信
号に雑音が少ない時にはこの歪が許容できるが、量子化
雑音が付加された音声を入力とすると、大きな劣化を伴
うことが多い。すなわち、情報圧縮符号化復号化を２回
繰り返すことで音声品質は大きく劣化するという問題が
あった。

この発明の目的は音声伝送システムを経由した音声の
品質に向上させるため、情報圧縮符号化復号化を１回に
とどめ、かつ任意の相手と通話ができるディジタル音声
伝送方式を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明のディジタル音声伝送方式は、入力された音
声信号を標準のPCM信号に符号化して、PCM伝送路に出力
するPCM符号器と、 入力された音声信号の圧縮符号を標準のPCM符号に復
号して上記PCM伝送路へ出力する高能率復号器と、 PCM伝送路より入力された標準のPCM符号を圧縮符号に
符号化して出力する高能率符号器と、 上記PCM伝送路より入力された標準のPCM符号を音声信
号に復号して出力するPCM復号器とを備えるディジタル
音声伝送方式において、 上記高能率復号器よりの復号PCM符号を上記PCM伝送路
のPCM伝送符号の上位ビットに埋め込むとともに、 上記高能率復号器に入力された上記圧縮符号を上記PC
M伝送符号の下位ビットに埋め込む手段と、 上記PCM伝送路より入力された符号がPCM伝送符号の下
位ビットに音声信号の圧縮符号が埋込まれていなければ
上記入力信号の全ビットを上記高能率符号器で符号化し
て出力とし、圧縮符号が埋込まれていれば上記入力信号
から上記下位ビットを分離し、上記高能率符号器の出力
とする符号分離手段と、を有する。

またPCM伝送符号の下位ビットに圧縮符号が含まれて
いることを、その圧縮符号に含まれる誤り訂正符号で識
別する手段を有する。

またPCM伝送符号の下位ビットを圧縮符号とみなして
復号し、対応するPCM伝送符号の上位側ビットによる波
形と比較することで下位ビットに圧縮符号が含まれてい
るか否かを判定する手段を有する。

またPCM伝送符号の下位ビットに圧縮符号が含まれて
いることを示す符号を、回線を確立した直後または無音
区間の間に、PCM伝送符号として送出する手段を有す
る。

「実施例」 第１図はこの発明の第１の実施例の音声伝送システム
の構成を示す。ここではPCM伝送符号は１サンプル当り
８ビット、8kHzサンプルで64kbit/sとし、高能率情報圧
縮符号化は誤り訂正用の冗長ビットも含めて8kbit/sと
する。

まずＡの音声をＢに伝送するとする。Ａの音声は移動
機の高能率符号器により高能率情報圧縮符号化され、そ
の圧縮符号（高能率符号）は変調器を経て基地局に送ら
れ、基地局では復調、復号化が行われる。この場合の復
号化は高能率符号（圧縮符号）を標準のPCM符号に変換
することである。

この発明ではさらに符号統合部で復号化されたPCM符
号の最下位ビットを高能率符号（圧縮符号）で置き換え
る。例えば高能率情報圧縮符号化で、20ミリ秒を１フレ
ームとして160ビットをまとめて処理する場合を第２図
に示す。通常の復号器では160サンプルの音声波形の値
に対応する各８ビットのPCM符号が出力される。このう
ち、160サンプルの値の各符号の最下位１ビットを高能
率符号（圧縮符号）で置き換える。この場合の高能率情
報圧縮符号化では同じ音声波形を記述するのにPCMの丁
度1/8のビット数ですむので、最下位の１ビットだけで
丁度表わされることになる。

さて、PCM符号の受け取り先については通常の電話
と、送り手と同じ高能率情報圧縮符号化復号化を行う移
動電話との２つのケースを考える必要がある。まず通常
の一般電話の場合にはPCM符号をそのままアナログ値と
して使う。この場合、最下位ビットに高能率符号（圧縮
符号）が埋め込まれているので、７ビットPCMで符号化
した音声程度に量子化雑音が増加することになる。ただ
し、８ビットPCMと７ビットPCMの品質の差は僅かであ
る。また高能率情報圧縮符号化復号化装置を経由するこ
とで６ビットPCM程度の品質になることからPCM符号の１
ビットの損失は殆ど無視できる。

次に受け取り先が高能率情報圧縮符号化復号化を行う
移動電話の場合には、下位ビットに埋め込まれた高能率
符号（圧縮符号）を符号分離部で分離してそのまま変調
して移動機に伝送する。ただし、受け取り先の基地局で
は受け取ったPCM符号が高能率情報圧縮符号化の符号が
埋め込まれたものであるか、通常の電話からのPCM符号
であるかを識別する必要がある。すなわち、通常のPCM
符号であれば高能率符号器を通して高能率符号（圧縮符
号）を求める必要がある。また高能率符号が埋め込まれ
たものであればより品質の劣化が累積せずにかつ少ない
遅延で移動機に伝送できる。

下位ビットに高能率符号（圧縮符号）が埋め込まれて
いるかどうかを識別する方法としては、１）誤り訂正符
号を用いる方法、２）最下位ビットを高能率符号（圧縮
符号）と見なして復号化してPCM符号と比較する方法、
３）音声の無音区間または回線の確立した直後に特別な
信号を付加する方法などが考えられる。

誤り訂正符号を用いる方法は、移動無線の伝送で生ず
る符号誤りを訂正する目的の冗長符号をそのまま流用す
ればよい。すなわち、送り側の基地局の高能率符号の復
号器で誤りを訂正し、次に符号器と同じようにその誤り
訂正された高能率符号（圧縮符号）に誤り訂正の冗長ビ
ットを付加してPCM符号の下位ビットに埋め込む。PCMの
伝送路では殆ど誤りが生じないので、下位ビットの符号
はそのまま受け取り側の基地局に届く。ここの符号分離
部で分離した最下位ビット系列について誤り訂正の操作
を行う。もし最下位ビットに高能率符号（圧縮符号）が
埋め込まれているならば、符号誤りがないと判定され
る。すなわち冗長ビットが符号ビットと正しく対応付け
られていることになる。

もし、PCM符号が一般のアナログ信号を表現しただけ
の場合には符号ビットに相当する部分と冗長ビットに相
当する最下位ビットには特別の関係はなく、殆どの場
合、誤りが生じていると判定される。通常のPCM符号で
も偶然に符号ビットと冗長ビットに相当する符号が誤り
訂正の関係になることはあるが、この確率は非常に小さ
い。さらに複数フレーム連続して符号誤りがないと判定
した場合には高能率符号（圧縮符号）が埋め込まれてい
ると判定すればこの誤りは実用上避けることができる。

第２の判定法の、最下位ビットを高能率符号（圧縮符
号）とみなして復号化し、PCM符号化する方法では誤り
訂正符号は必要としない。この方法では、もし、高能率
符号（圧縮符号）が埋め込まれている場合には復号化さ
れた音声がそのフレームのPCM符号で表わされる符号と
最下位ビットを除いて一致するはずである。ただし、高
能率情報圧縮符号化では現在のフレームより前のフレー
ムの結果を内部状態として保持し、その結果に依存して
現在のフレームの復号値が決まることが多く、現在のフ
レームだけでは必ずしも判定できないことがある。ま
た、この方法でも通常のPCM符号系列の最下位ビットか
ら復号した波形がPCM符号と一致する可能性は０ではな
いが、実用上ほとんど無視して差し支えない。

第３の判定法では音声の無音区間を検出して、その区
間の符号または回線の確立した直後の符号に後続のPCM
符号系列に高能率符号（圧縮符号）が埋め込まれている
か否かを情報として書き込む。一連の通話では回線がつ
ながったまま送り側の電話が通常の電話から、移動電話
に変わることはないので、一回だけ確実に判定すればよ
い。

第３図はこの発明の第２の実施例を示すもので、音声
蓄積用途に用いる場合である。この例は基本的に第１の
実施例の移動機を記憶媒体に置き換えたものである。具
体的には、Ａの音声（メッセージ）記憶媒体から音声を
読み出すときに、一般の電話で聞き取る場合と、さらに
記憶方式が同一な別の記憶媒体Ｂに書き込む場合とを想
定している。この後者の場合が移動機から移動機に音声
を伝送する場合に対応する。この結果、第１の実施例と
同様に、この発明により高能率情報圧縮符号化復号化を
２回以上繰り返すことを避けることができて、品質の劣
化を防ぐことができる。

「発明の効果」 実施例で示したようにこの発明のディジタル音声伝送
方式を用いると、高能率情報圧縮音声符号化を２重に適
用する必要がなくなる。従って、例えばディジタル移動
無線において、移動機と移動機で通話を行っても、高能
率情報圧縮符号化装置に起因する歪の付加は１回ですむ
から、品質の劣化を少なくできる。また高能率情報圧縮
符号化に起因する遅延時間の増加も抑えることができ
る。

また移動機から通常の電話（公衆電話、家庭用電話）
への通話においてはPCM符号のビット数が減少すること
で僅かに品質が劣化する可能性があるが、もともと高能
率情報圧縮音声符号化装置で生ずる歪による劣化より十
分小さく、実用上の差はない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の伝送システムの構成
を示したブロック図、第２図はこの発明の第１の実施例
の送り側の基地局の符号統合部の処理を示した図、第３
図はこの発明を音声蓄積用途に用いる第２の実施例をブ
ロック図、第４図は従来の伝送方式を示すブロック図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−72408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−165444（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された音声信号を標準のPCM信号に符
   号化して、PCM伝送路に出力するPCM符号器と、 入力された音声信号の圧縮符号を標準のPCM符号に復号
   して上記PCM伝送路へ出力する高能率復号器と、 PCM伝送路より入力された標準のPCM符号を圧縮符号に符
   号化して出力する高能率符号器と、 上記PCM伝送路より入力された標準のPCM符号を音声信号
   に復号して出力するPCM復号器とを備えるディジタル音
   声伝送方式において、 上記高能率復号器よりの復号PCM符号を上記PCM伝送路の
   PCM伝送符号の上位ビットに埋め込むとともに、 上記高能率復号器に入力された上記圧縮符号を上記PCM
   伝送符号の下位ビットに埋め込む手段と、 を具備することを特徴とするディジタル音声伝送方式。
2. 【請求項２】上記PCM伝送路より入力された符号がPCM伝
   送符号の下位ビットに音声信号の圧縮符号が埋込まれて
   いなければ上記入力信号の全ビットを上記高能率符号器
   で符号化して出力し、圧縮符号が埋込まれていれば上記
   入力信号から上記下位ビットを分離し、上記高能率符号
   器の出力とする符号分離手段と、 を具備することを特徴とする請求項１記載のディジタル
   音声伝送方式。
3. 【請求項３】PCM伝送符号の下位ビットに圧縮符号が含
   まれていることを、その圧縮符号に含まれる誤り訂正符
   号で識別する手段を有することを特徴とする請求項２記
   載のディジタル音声伝送方式。
4. 【請求項４】PCM伝送符号の下位ビットを圧縮符号とみ
   なして復号し、対応するPCM伝送符号の上位側ビットに
   よる波形と比較することで下位ビットに圧縮符号が含ま
   れているか否かを判定する手段を有することを特徴とす
   る請求項２記載のディジタル音声伝送方式。
5. 【請求項５】PCM伝送符号の下位ビットに圧縮符号が含
   まれていることを示す符号を、回線を確立した直後また
   は無音区間の間に、PCM伝送符号として送出する手段を
   有することを特徴とする請求項２記載のディジタル音声
   伝送方式。