JP2691189B2 - 符号復号器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号およびモデム（データ）信号を伝
送可能とする符号復号器に関するものである。 （従来の技術） 従来、音声信号等を16kb/s以下の低ビットレートでデ
ィジタル符号化する符号復号器として、種々のものが提
案されており、音声品質を向上するために符号化アルゴ
リズムを音声信号の性質に合わせて最適化した方式が用
いられている。このため、音声信号とは性質が異なるモ
デム信号を伝送する場合、十分な特性が得られず、ファ
クシミリ（FAX）伝送には適用できないという欠点があ
った。 一例として、適応予測、帯域分割、適応ビット配分等
を利用したAPC−AB方式（特願昭54−042858あるいは特
願昭56−177564参照）について以下に説明する。 従来方式の符号器構成を第１図に、復号器構成を第２
図に示す。符号器１では、入力端子11からの標本化され
た音声信号などの入力信号を周波数変換部12および13に
おいて複数の周波数帯域に分割した後にサンプリング変
換し、各分割された帯域信号ごとに予測符号器18および
19において適応予測符号化する。このとき、符号化フレ
ーム単位で各帯域信号間の予測残差電力の割合を検出し
て上記予測符号化における量子化器の量子化レベル数
（ビット数）を適応的に変化して予測残差信号の量子化
誤差電力が少なくなるようにする。また、さらに各分割
帯域における予測残差電力の時間的局在性を検出し、そ
れに応じて量子化器の量子化レベル数を適応的に変化し
て予測残差信号の量子化誤差電力が少なくなるようにす
る。このため、各帯域信号をパーコール分析部14および
15に供給し、予測係数、残差信号および残差電力を得
る。さらに、ピッチ抽出部16においてピッチ周期を抽出
し、これらを情報量割当て部17に供給する。情報量割当
て部17においては、１フレーム内のサンプル当りの平均
ビット数が予め指定された値になるように各サンプル単
位の残差信号量子化ビット数を算出する。従って、平均
ビット数の設定変更により、任意のビットレート（伝送
情報量）を実現可能である。残差信号符号化情報は上記
予測係数等のサイド情報と共に多重化部20において多重
化され、伝送路に送出される。 復号器２では、多重分離部21においてサイド情報と残
差信号符号化情報を分離し、演算部24において量子化ビ
ット数を算出し、逆量子化器22および23により符号器に
おける予測符号器18および19の出力に相当する信号を再
生する。これらは予測復号器25および26に入力され、そ
の出力信号は周波数変換部27および28において原帯域信
号に変換された後、加算器29において加算されて再生信
号が得られる。 （発明が解決しようとする問題点） このように、従来方式においては帯域分割を行うた
め、分割点の周波数近辺における位相特性上の歪が大き
くなる。このため、位相変化に鈍感な聴覚特性を利用し
た音声信号伝送には問題が生じないが、位相・振幅情報
が重要なモデム信号の伝送は困難であるという欠点があ
った。 本発明は、入力信号が音声あるいはモデム信号かによ
って符号化アルゴリズムを切り換え、両者に対する伝送
特性を向上することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、第１のアルゴリズムを有する音声信号符号
化手段と、第２のアルゴリズムを有するモデム信号符号
化手段と、フレーム単位で両アルゴリズムを切り換える
手段と、フレーム毎に符号化アルゴリズムを識別するた
めの情報（１ビット）を付加する手段を設け、モデム信
号伝送開始を示す一定周波数のトーン信号入力を検出し
た場合にモデム用アルゴリズムに切り換え、一定長の無
音信号区間を検出した場合に音声用アルゴリズムに切り
戻し、それ以外は前のフレームと同一アルゴリズムを用
いることを特徴とし、フレーム単位に符号化アルゴリズ
ムを音声およびモデム信号で切り換える点で異なってい
る。 （実施例） 本発明の実施例を以下に示す。第３図は本発明による
符号器構成を示したものであり、第１図と同一の部分に
ついては同一番号を付与した。トーン信号検出部31はモ
デム信号伝送開始を示す2100Hzのトーン信号入力を検出
する回路であり、帯域通過フィルタおよびレベル検出器
等により構成される。32および34は切り換えスイッチ、
33はモデム信号用符号化回路である。 通常、遅延時間の大きい回線においてはハイブリッド
回路で発生する回り込み（エコー）を抑止するためのエ
コーキャンセラが設置される。しかし、モデム信号を利
用したFAX伝送等においては、エコーキャンセラが不要
であることから通信開始の際にエコーキャンセラの動作
を停止するためのトーン信号を送ることになっている。
そのときの周波数、レベル、等の規格についてはCCITT
において勧告化（G.164）されている。すなわち、周波
数が2100±21Hzで、レベルが−12±6dBm0の信号が2.6〜
４秒間伝送される。従って、通過域周波数を上記の値に
設定した帯域通過フィルタおよびレベル検出器を用いる
ことにより、これを検出することが可能である。 本発明は、このトーン信号を利用することによりモデ
ム信号伝送開始を検出回路31によって検出し、切り換え
スイッチ33および34によって符号化アルゴリズムを音声
用の符号化回路１からモデム信号用の符号化回路33に切
り換えるものである。なお、符号器においてトーン信号
を検出した場合、その時点あるいは直後のフレームから
符号化アルゴリズムをモデム用に切り換えると共に符号
化回路33ではアルゴリズム識別情報をモデム用の値に設
定する。 また、モデム信号伝送が終了した時点でアルゴリズム
を音声信号用に切り戻すためのタイミングを得る方式と
して、一定時間以上の無音信号区間を検出する方式を用
いる。すなわち、FAX通信等の場合、データ伝送中はキ
ャリア信号がほぼ連続的である（断続するときもある
が、信号断の時間は短い）ため、一定時間以上（例えば
100ms以上の間）継続して信号レベルが低い（例えば−3
5dBm0以下）場合はモデム信号伝送終了と判断すること
が可能である。このときの域値レベル、判定時間等につ
いては、前記CCITT勧告（G.164）におけるエコーキャン
セラの動作停止解除に関する規格に基づいて設計可能で
ある。 本発明を用いた場合の伝送路上のデータフォーマット
を第４図に示す。１フレームはフレーム同期情報41、ア
ルゴリズム識別情報42および音声符号化情報43（あるい
はモデム信号符号化情報44）から構成される。音声符号
化情報は、予測符号化方式の場合、残差信号符号化情報
とサイド情報（予測係数、等）からなる。アルゴリズム
識別情報42をフレーム毎に伝送するため、復号器におい
て伝送路誤り等によって符号化アルゴリズム切り換えタ
イミングを逸しても次のフレームで切り換えることがで
き、符号復号器間のアルゴリズム不一致が継続すること
はない。 第５図は本発明による復号器構成を示したものであ
る。51はフレーム同期回路から成るアルゴリズム識別情
報検出器であり、フレーム同期回路によってアルゴリズ
ム識別情報位置を抽出し、フレーム内の符号化情報が音
声用符号化アルゴリズムで符号化されたものであるか、
モデム用アルゴリズムで符号化されたものであるかを判
別し、復号器の切り換えスイッチ52および54を制御す
る。53はモデム信号用復号化回路（第３図の33に対応し
て逆の動作を行う回路）である。 なお、スイッチ32および54を省略し、音声およびモデ
ム用の符号化処理を並行して行い、符号器では符号化出
力の選択、復号器では復号信号の選択を行う構成とする
ことも可能である。 次に、モデム信号用符号復号化回路（33および53）の
構成について説明する。 （ｉ） モデム用アルゴリズムとしてパラメータ最適化
した構成を用いる例。 従来例で説明したAPC−AB方式では帯域分割を用い
ているため、音声信号の符号化品質は向上可能である
が、モデム信号伝送特性が大きく劣化する。従って、モ
デム信号に対しては帯域分割を行わずに直接予測符号化
を行えば伝送特性改善が可能である。すなわち、符号器
については第１図における帯域分割および帯域間のビッ
ト割当てを省略し、第６図に示すように予測残差電力の
時間的局在性のみを検出し、それに応じて量子化器の量
子化レベル数を適応的に変化する構成とする。また、復
号器もこれに対応して第７図に示す構成とする。本構成
は処理内容が音声用と共通しているため、ディジタル信
号処理用プロセッサ等により実現する場合に音声および
モデム用の両アルゴリズムを同一チップ内に搭載するこ
とが容易となる。 モデム信号の伝送帯域は3.2kHzまでであるため、サ
ンプリング周波数は6.4kHzでよい。通常の符号復号器で
はサンプリング周波数が8kHzであるため、サンプリング
変換（ダウンサンプリング）を行うことにより、ビット
レートを低減することが可能である。換言すれば同一ビ
ットレートではサンプル数当りの量子化ビット数を増加
し伝送特性を向上することができる。例えば、ADPCM
（適応差分予測符号化）方式では、8kHzサンプリングの
場合２ビット量子化では16kb/sとなるが、6.4kHzサンプ
リングの場合は12.8kb/sとなるため、フレーム同期、ア
ルゴリズム識別情報等を含めても16kb/sに納めることが
できる。第８図はこの場合の符号器構成例を示したもの
であり、サンプリング変換は符号器で入力信号を3.2kHz
の遮断周波数を有する低域通過ディジタルフィルタ81に
通して間引いた後、ADPCM符号器82で符号化を行う。復
号器では同様に第９図に示すようにADPCM復号器83によ
り復号した後、3.2kHzの遮断周波数を有する低域通過フ
ィルタ84に通して補間する構成とする。 なお、ADPCMアルゴリズムにはCCITT勧告（G.721）に
記載されているように予測係数を適応的に逐次更新する
方法と、固定係数を用いる方式があるが、モデム信号に
ついては適応予測よりモデム信号に最適化した固定係数
を用いる方が良好な特性が得られる。また、ADPCMでは
現在の量子化レベルに対応して次の量子化幅を更新する
（定数を乗じる）が、このときの量子化幅更新速度につ
いてもモデム信号に対しては遅くする（１に近い定数を
用いる）方がよい。 （ii） モデム用アルゴリズムとしてモデム復調・変調
アルゴリズムを用いる例。 低ビットレート符号化方式の場合、32kb/sではADPCM
アルゴリズム等を用いるにより9600b/sまで伝送可能で
あるが、16kb/sでは4800b/s以上の伝送は困難である。
しかし、モデム信号復調器と同一のアルゴリズムを用い
れば、例えば9600b/sモデム信号の場合、9600b/sのディ
ジタルデータに変換できるため、16kb/s内に収容して伝
送可能となる。また、復号器においてはモデム変調器と
同一のアルゴリズムを用いることにより元の入力信号を
完全再生することができる。 モデム信号は元々、ディジタルデータ信号をアナログ
信号に変調して送信し、受信側で復調してディジタルデ
ータとして再生するものであるため、伝送路途中におい
て一旦復調器と変調器を経由させ、符号器で復調器出力
を符号化情報として伝送して復号器で変調器により変調
出力すれば、入力のデータ情報量と同一の符号化情報量
で伝送できることに着目した方式である。 このときの符号器構成を第10図に示す。101はモデム
信号復調器、102は多重化回路である。符号器ではモデ
ム信号入力の場合、復調器101において変調前のディジ
タルデータに復元し、多重化回路102においてフレーム
単位にアルゴリズム識別情報およびフレーム同期情報を
付加する。また、復号器構成を第11図に示す。111は多
重分離回路、112は変調器である。復号器では多重分離
回路111において１フレーム分のディジタルデータを抽
出し、モデム変調器112に入力して変調信号を得る。こ
の構成では、入力されるモデム信号の種類によって変復
調アルゴリズムを変更する必要があるが、通常用いられ
るG III FAXにおいてはCCITT勧告V.29方式が用いられる
ため、これに固定することが可能である。 （発明の効果） 以上、説明したように本発明によれば入力信号が音声
あるいはモデム信号かによって符号化アルゴリズムを各
々に最適化したものに切り換えるため、両者に対する伝
送特性を向上できるという効果がある。また、アルゴリ
ズム識別情報をフレーム毎に伝送するため、伝送路誤り
等によって符号復号器間のアルゴリズム不一致が発生し
ても直後のフレームで切り換えることができ、アルゴリ
ズム不一致が継続することがないという利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は従来の符号器および復号器、第３
図は本発明による符号器、第４図は符号化データフォー
マット、第５図は本発明による復号器、第６図はモデム
用符号化回路、第７図はモデム用復号化回路の例を示し
たもの、第８図は別のモデム用符号化回路、第９図は別
のモデム用復号化回路、第10図は符号器の更に別の実施
例、第11図は復号器の更に別の実施例である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一定サンプル数の信号を１フレームとして、送信す
   べき信号を該フレーム毎に所定のビット数で符号化し符
   号化情報を出力する符号化部と、受信した信号を該フレ
   ーム毎に所定のビット数で復号し復号信号を出力する復
   号化部とを備えたフレーム処理形符号復号器において、 前記符号化部は、音声信号の符号化に適したアルゴリズ
   ムを有する音声信号符号化手段と、アナログのモデム信
   号をディジタル信号に復調するモデム信号符号化手段
   と、所定周波数のトーン信号入力を検出するトーン信号
   入力検出手段と、所定長さの無音信号区間を検出する無
   音信号区間手段と、前記トーン信号入力検出手段によっ
   て所定周波数のトーン信号入力を検出した場合は前記モ
   デム信号符号化手段を符号化処理を行なう手段として１
   フレーム単位で選択し、前記無音信号区間手段によって
   所定長さの無音信号区間を検出した場合は前記音声信号
   符号化手段を符号化処理を行なう手段として１フレーム
   単位で選択する切り換え手段と、フレーム毎に該フレー
   ムについて選択された符号化処理を行なう手段を識別す
   るための識別情報を符号化情報に付加する手段とを備え
   ており、 前記復号化部は、音声信号の符号化に適したアルゴリズ
   ムを有する音声信号符号化手段で符号化された信号を音
   声信号に復号する音声信号復号手段と、ディジタルのモ
   デム信号をアナログ信号に変調するモデム信号復号手段
   と、受信した符号化情報にフレーム毎に付加されている
   識別情報を検出する識別情報検出手段と、該識別情報検
   出手段の検出した識別情報に基づいて、前記音声信号復
   号手段及び前記モデム信号復号手段のどちらか一方を復
   号処理を行なう手段として１フレーム単位で選択する切
   り換え手段とを備えていることを特徴とする符号復号
   器。