JP2903986B2

JP2903986B2 - 波形合成方法及びその装置

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Publication number: JP2903986B2
Application number: JP5345684A
Authority: JP
Inventors: 浩志磯野
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH07182000A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波形符号化方式の一種
であるＡＤＰＣＭ（Adaptive DifferentialPulse Code
Modulation）方式を用いた波形合成装置に関し、特に、
読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に格納される差分値デー
タの冗長性を削減した波形合成方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の波形合成装置において採用されて
いるＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code M
odulation）方式と、乗算器を用いずに波形の合成処理
を行なうテーブル参照法について図面を参照して以下に
説明する。次に、テーブル参照法におけるテーブル容量
の削減法について図面を参照して説明する。

【０００３】従来の波形合成方式の説明で参照する図面
についてあらかじめ簡単に説明する。図５は従来のテー
ブル参照法によるＡＤＰＣＭ波形合成装置のブロック
図、図６は量子化テーブルの説明図、図７は３ビットＰ
ＣＭ波形の説明図、図８（ａ）は４ビットＰＣＭ波形の
説明図、図８（ｂ）は５ビットＰＣＭ波形の説明図、図
９はＤＰＣＭ方式の説明図、図１０はＡＤＰＣＭ波形の
説明図、図１１は３ビットのＡＤＰＣＭ方式の量子化係
数ｋの説明図、図１２は２〜５ビット時における量子化
係数ｋの説明図である。

【０００４】ディジタルコードで波形信号を扱う場合、
まず図７に示すように、アナログ信号波形をある周期で
サンプリングし、各サンプル値に対して量子化し、量子
化値に対応した符号に置き換える方式をＰＣＭ（Pulse
Code Modulation）という。一般的にはＡ／Ｄコンバー
タの出力値がＰＣＭコードである。

【０００５】図７において斜線を施した部分が量子化に
よる誤差であり、この誤差を量子化誤差という。

【０００６】このＰＣＭ符号化方式において、アナログ
信号に対して忠実に符号化を試みようとすると、例えば
図８（ａ），（ｂ）に示すように符合ビット数が多く必
要となり情報量が増える。

【０００７】ＰＣＭ方式の音質改善並びに情報量削減と
して考案された方式が、次に説明するＤＰＣＭ（Differ
ential Pulse Code Modulation）である。

【０００８】ＰＣＭ方式では、波形の振幅範囲（フルス
ケール）に対してビット全てを割り当てることにより、
波形の符号化を行っていた。この方式では、良質な波形
を合成するには、分解能を高めるために符号ビット数を
多くしなければならなかった。

【０００９】そこで波形信号の相関性を利用し、図９に
示すように、現在の波形信号と一つ前にサンプルリング
された波形信号との差分値に対してＰＣＭ符号化を行う
ものがＤＰＣＭである。

【００１０】すなわち、同じビット数であれば、差分値
に対して割り当てた方がより良質な波形を合成すること
が出来る。また逆に、同程度の音質で良ければＤＰＣＭ
符号ビットを少なくすることができ、このため波形デー
タの情報圧縮が可能となる。

【００１１】ＤＰＣＭ方式においては、差分値に対する
ＰＣＭであるため、量子化のための量子化幅は一定であ
り、急激な波形信号の振幅変化や余りにも緩慢な波形信
号の場合は、歪みや雑音となって現れる。

【００１２】そこで、ＤＰＣＭ方式に対して適応符号化
の考え方を導入してより高能率に波形信号を符号化した
ものが、次に説明するＡＤＰＣＭ（Adaptive Different
ialPulse Code Modulation）方式である。

【００１３】ＡＤＰＣＭ方式は、差分信号値の量子化幅
Δ_iを前のサンプル値の結果から定める方法である。す
なわち、前のサンプルの量子化幅をΔ_i-1とすると、次
のサンプル量子化幅は次式(1)で定められる。式(1)にお
いて、係数ｋの値は、前サンプルの振幅値の関数として
定められる。

【００１４】Δ_i＝ｋ・Δ_i-1 …(1)

【００１５】簡単な例を用いて具体的に説明する。図１
１に３ビットで量子化を行う場合の係数ｋの与え方の一
例を示す。

【００１６】３ビットで量子化する場合、最上位の１桁
は符号ビットとして割り当てられるため、振幅の絶対値
を下位２ビットに割り当てる。そしてこの２ビットの振
幅値の中で、図１１に矢印で示す値の半値に相当する振
幅値以上のコードに符号化された場合は、次のサンプル
の量子化幅が大きくなるように上式(1)の係数ｋの値を
１より大きくする。

【００１７】逆に、半値に相当する振幅値よりも小さな
振幅値であったら、前の量子化幅よりも減少させるた
め、上式(1)の係数ｋの値を１より小さくする。

【００１８】なお、当然のことであるが、量子化幅Δの
最小値と最大値を予め定めておき、量子化幅Δが必要以
上に小さくなったり、逆に大きくなったりすることがな
いように制御しなければならない。

【００１９】これは、基本的には、適応化された量子化
幅Δによる量子化結果が、その絶対値において常に許容
レベルの中央付近にあるようにして、オーバーロード歪
みの状態（許容レベルの上限に近づく状態）、及び、粒
状ノイズ状態（許容レベルの下限に近づく状態）等に陥
ることがないように制御するものである。

【００２０】参考の為、図１２に、各ビット数に対する
ＡＤＰＣＭの量子化係数ｋの一例を示す。

【００２１】以上、波形符号化について説明したが、こ
のようにして符号化された信号を、符号化処理と逆の動
作に従い復号化することにより波形合成が行なわれる。
復号化における量子化係数ｋとしては、符号化処理で用
いた値と同じ値が用いられる。

【００２２】次に図５と図６を参照して、テーブル参照
法のアルゴリズムについて説明する。

【００２３】図５は従来のテーブル参照法によるＡＤＰ
ＣＭ波形合成装置のブロック図であり、図６は量子化テ
ーブルの説明図である。

【００２４】図５に示す従来例は、テーブル参照法によ
り４ビットＡＤＰＣＭ方式の波形合成を行なう基本的な
構成を備えた波形合成装置である。

【００２５】図５において、１０３はＡＤＰＣＭ復号に
用いる加算器、１０５は適応制御器、１０９は波形符号
データを格納する波形符号データＲＯＭ、１０８は波形
符号データＲＯＭ１０９から読み出した値を保持する符
号レジスタ、１１０，１１１，１１２はそれぞれ復号作
業に用いるレジスタ、５０１は復号に用いる差分値をあ
らかじめ格納しておく量子化テーブル、１０４は量子化
テーブル５０１を指示する量子化幅ポインタを表わして
いる。

【００２６】上式(1)の量子化幅Δの演算において、量
子化係数ｋの乗算処理を行わなくて済むテーブル参照法
として、例えば、本発明者が先の出願（特願平３−１１
５２１０号；特開平４−３４３４００号公報）において
提案した方法がある。

【００２７】このテーブル参照法について簡単に説明す
る。テーブル参照アルゴリズムの基本原理は、１．２５
という値は下記に示すように、そのべき乗の値が量子化
係数に近似していることを利用するものである。

【００２８】

【表１】

【００２９】すなわち、図６に示すように、ある量子化
幅（差分値データ）に対して、これを１．２５倍づつ乗
じた値を表としてＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶
媒体に全て格納しておくことにより、これを読み出し累
算することで波形合成を行う。

【００３０】量子化テーブルは２次元の表として構成さ
れ、縦方向は振幅情報に対応しておりＡＤＰＣＭ符号に
よりその位置が指定され、また横方向には上記の通り
１．２５倍づつ増加する差分値データが格納されてお
り、量子化幅ポインタ１０４によりその位置が指定され
る。

【００３１】図５を参照して従来のテーブル参照法によ
るＡＤＰＣＭ波形合成装置の動作を説明する。

【００３２】波形符号データＲＯＭ１０９から読み出さ
れた符号化データは、符号レジスタ１０８に格納され
る。符号化レジスタ１０８に格納された値は、振幅情報
としてそのまま量子化テーブル５０１の差分値検索に利
用される。

【００３３】さらに、符号化データは適応制御器１０５
に入力され、所定の適応アルゴリズムにより量子化幅ポ
インタ１０４の制御が行なわれる。

【００３４】量子化幅ポインタ１０４の制御として、例
えば、振幅情報の絶対値が大きい場合には、ポインタを
右へ２乃至４程度ずらすことにより、量子化係数ｋに所
定の近似倍率を乗じたことと等価な制御が行なわれる。
逆に振幅情報の絶対値が小さい場合には、ポインタを左
へ２乃至４程度ずらすことにより、量子化係数ｋを所定
の近似倍率で除したことと等価となる。

【００３５】量子化テーブル５０１の差分値データは、
量子化幅ポインタ１０４と符号レジスタ１０８で指示さ
れて読み出され、レジスタ１１２に格納される。レジス
タ１１２に格納された差分値データは、１つ前の合成波
形データが格納されているレジスタ１１１の内容と加算
器１０３で加算され、加算器１０３の出力が新たな合成
波形としてレジスタ１１０に格納され、外部に出力され
る。出力された合成波形は、同時に次の合成のためにレ
ジスタ１１１に格納される。

【００３６】以後、波形符号データＲＯＭ１０９から新
たな符号データを読み出し、上記動作を繰り返す。

【００３７】次に、このテーブル参照法において、差分
値データが格納される量子化テーブルの容量削減法につ
いて、本発明者が先の出願、例えば特願平４−２５５８
９９号等で提案した２つの先行例に基づいて説明する。

【００３８】図１３は量子化テーブルの容量を削減する
第１の先行例の構成を示すブロック図、図１４はこの先
行例の量子化テーブルの構成を示す図である。この先行
例は４ビットＡＤＰＣＭ方式の波形合成を示したもので
ある。

【００３９】図１３に示すように、ＡＤＰＣＭ波形合成
装置は、ＡＤＰＣＭ波形合成で用いる差分値データを格
納する量子化テーブル１３０１と、シフタ１０２と、差
分値データの累算に用いる加算器１０３と、量子化幅ポ
インタ１０４と、適応制御器１３０５と、３進アップダ
ウンカウンタ１０６と、アップダウンカウンタ１０７
と、ＡＤＰＣＭ符号を格納する符号レジスタ１０８と、
波形符号データＲＯＭ１０９と差分値の累算処理に用い
るレジスタ１１０，１１１，１１２から成る。

【００４０】図１４に示す量子化テーブルについてその
構成と原理を以下に説明する。

【００４１】図１４の量子化テーブル、縦方向にはＡＤ
ＰＣＭ符号に対応した差分値の振幅レベルの異なるもの
を格納しておく。

【００４２】図１４において、振幅レベルの最も上側に
は正の最大差分値振幅を格納し、順次下側に向かうにし
たがって差分値の振幅レベルの小さいものとなるように
配置しておく。そして、中央付近が最も振幅レベルの小
さな正の差分値振幅レベルの値になるようにする。

【００４３】また、中央より下の値は負の差分値振幅レ
ベルを格納しておく。最も下側は負の最大差分値振幅を
格納し、順次上側に向かうにしたがって差分値の振幅レ
ベルの小さいものとなるように配置しておく。中央付近
が最も振幅レベルの小さな負の差分値振幅レベルの値に
なるように配置しておく。

【００４４】図１４に示した量子化テーブルの横方向
（行）には、ある適当な量子化幅の振幅セットを基準
に、その１．２５倍、さらに１．２５倍（基準の量子化
幅からみて約１．６倍）、さらに１．２５倍（基準の量
子化幅からみて約２倍）といった具合いに１．２５倍づ
つべき乗倍された構成になっている。

【００４５】ところで、ある適当な量子化幅からみて約
２倍（＝１．２５³）となるということは、この量子化
幅の値を呼び出し１ビットディジタルデータとしてシフ
ト演算してやれば２倍したデータを読み出したことと等
価であり、全ての差分値を保有する必要がなくなる。

【００４６】また、逆に、シフト演算を逆方向に行なう
ことにより、１／２（＝１．２５^-3）とすることも可能
である。むしろ、ある適当な量子化幅セットからシフト
演算により除算する方が、精度良く波形合成することが
出来る。

【００４７】すなわち、ある適当な量子化幅セットとし
て、最大振幅セットの量子化幅とその近傍を選択してお
けば良質な波形合成が実現できることを意味する。

【００４８】より詳細に説明すると、（１．２５）^-1倍
を３回繰り返すと、約１／２倍の量子化幅となるため、
最大の量子化幅の値と、その１／１．２５倍の値と、１
／（１．２５）²倍の計３種類の値を備えるだけで、図
１４に示した実際には実装されていない仮想量子化テー
ブル１及び仮想量子化テーブル２に相当する部分の差分
値データは、図示右側の量子化テーブルの差分値データ
を読み出すと同時にシフト演算することにより容易に生
成できる。これが第１の先行例の基本原理である。

【００４９】図１３を参照して、第１の先行例の動作に
ついて以下に説明する。

【００５０】波形合成処理を行うときの初期状態として
は、シフタ１０２、３進アップダウンカウンタ１０６、
アップダウンカウンタ１０７は、最小量子化幅の振幅セ
ットを指し示すような、シフト演算状態に初期設定され
ているものとする。

【００５１】波形符号データＲＯＭ１０９から読み出さ
れた符号化データは、符号レジスタ１０８に格納され
る。符号レジスタ１０８に格納された４ビット符号化デ
ータは、振幅情報としてそのまま量子化テーブル１３０
１の差分値検索に利用される。

【００５２】さらに、符号化データは適応制御器１３０
５に入力され、所定の適応アルゴリズムにより量子化幅
ポインタ１０４の制御がなされる。例えば、振幅情報の
絶対値が大きい場合には、ポインタを右へ２〜４程度ず
らすことで量子化係数ｋに所定の近似倍率を乗じたこと
と等価となる。逆に振幅情報の絶対値が小さい場合は、
ポインタを左へ２〜４程度ずらすことで量子化係数ｋを
所定の近似倍率で除したことと等価となる。

【００５３】適応制御器１３０５は、３進アップダウン
カウンタ１０６に対してアップまたはダウンの制御とそ
の量を与える。

【００５４】３進アップダウンカウンタ１０６は、０，
１，２，０，１，２，…といった具合にアップし、逆に
２，１，０，２，１，０，…といった具合にダウンす
る。３進アップダウンカウンタ１０６は、２から０に変
化するときにアップダウンカウンタ１０７にアップ要求
を出力し、逆に０から２に変化するときにアップダウン
カウンタ１０７にダウン要求を出力する。

【００５５】アップダウンカウンタ１０７は、３進アッ
プダウンカウンタ１０６からのアップ要求又はダウン要
求に応じてアップ又はダウン動作を行う。

【００５６】量子化テーブル１３０１の差分値データ
は、量子化幅ポインタ１０４と符号レジスタ１０８によ
り指示されて読み出され、シフタ１０２は、読み出した
差分値データに対して、アップダウンカウンタ１０７と
３進アップダウンカウンタ１０６の出力に従いシフト演
算処理を施した後にレジスタ１１２に格納する。

【００５７】シフタ１０２によりシフト演算され、レジ
スタ１１２に格納された差分値データは、１つ前の合成
波形データが格納されているレジスタ１１１の内容と加
算器１０３で加算され、新たな合成波形としてレジスタ
１１０に格納されて出力される。同時に合成波形は、次
の合成のためにレジスタ１１１に格納される。

【００５８】以降、波形符号データＲＯＭ１０９から新
たな符号データを読み出し、上記動作を繰り返す。

【００５９】次に、量子化テーブルの容量を削減する第
２の先行例について図面を参照して説明する。

【００６０】図１５は第２の先行例を示すブロック図で
あり、図１６は先行例２の量子化テーブルを示す図であ
る。

【００６１】第２の先行例は、前記第１の先行例と同様
４ビットＡＤＰＣＭ方式の波形合成である。

【００６２】前記の第１先行例においては、量子化テー
ブルの値を正側と負側にそれぞれ同じ絶対値レベルの差
分値を２つ備えていたが、第２の先行例では、符号ビッ
トを備えることにより、差分値の振幅レベルを正側及び
負側で兼用し、その符号により加減算することで前記の
第１の先行例と比べ、量子化テーブル容量を半分に低減
してＡＤＰＣＭ波形合成を実現している。

【００６３】図１５に示すように、ＡＤＰＣＭ波形合成
装置は、ＡＤＰＣＭ波形合成で用いる差分値データを格
納した量子化テーブル１５０１と、シフタ１０２と、差
分値データの累算に用いる加減算器３０３と、量子化幅
ポインタ１０４と、適応制御器１５０５と、３進アップ
ダウンカウンタ１０６と、アップダウンカウンタ１０７
と、ＡＤＰＣＭ符号を格納する符号レジスタ３０８と、
波形符号データＲＯＭ１０９と、差分値の累算処理に用
いるレジスタ１１０，１１１，１１２とから成る。

【００６４】図１６に示す量子化テーブルについて、そ
の構成と原理について以下に説明する。

【００６５】図１６に示す量子化テーブルは、縦方向に
はＡＤＰＣＭ符号に対応した差分値の振幅レベルの異な
るものを格納しておく。振幅レベルは、図１６におい
て、最も上側は正負兼用の最大差分値振幅を格納し、順
次下側に向かうにしたがって差分値の振幅レベルの小さ
いものとなるように配置しておく。最も下側が最も振幅
レベルの小さな正負兼用の差分値振幅レベルの値とされ
る。

【００６６】図１６に示す量子化テーブルは、横方向に
は、図１４の第１の先行例で説明したように、差分値デ
ータとして、最大の量子化幅の値と、その１／１．２５
倍の値と、１／（１．２５）²倍の３種類の値のみを備
え、図１６の破線で示した、実際には実装されていない
仮想量子化テーブル１及び仮想量子化テーブル２に相当
する部分の差分値データは、実際に実装された右側の量
子化テーブルの差分値データを読み出すと同時にシフト
演算することにより容易に生成できる。

【００６７】図１５を参照して、第２の先行例の動作を
説明する。

【００６８】波形合成処理を行うときの初期状態として
は、シフタ１０２、３進アップダウンカウンタ１０６、
アップダウンカウンタ１０７は、最小量子化幅の振幅セ
ットを指し示すように、初期設定されているものとす
る。

【００６９】波形符号データＲＯＭ１０９から読み出さ
れた符号化データは、符号レジスタ３０８に格納され
る。符号化レジスタ３０８に格納された符号化データ
は、下位３ビットの振幅情報部分と最上位ビットの符号
部分に分けられ、振幅情報部分はそのまま量子化テーブ
ル１５０１の差分値検索に利用される。

【００７０】さらに、符号化データの振幅部分は適応制
御器１５０５に入力され、所定の適応アルゴリズムによ
り量子化幅ポインタ１０４の制御がなされる。量子化幅
ポインタ１０４の制御は前記第１の先行例と同様である
ため、説明は省略する。

【００７１】適応制御器１５０５は３進アップダウンカ
ウンタ１０６に対してアップまたはダウンの制御とその
量を与える。アップダウンカウンタ１０７は、前述の通
り、３進アップダウンカウンタ１０６からの要求に応じ
てアップダウンを行う。

【００７２】量子化テーブル１５０１の差分値データ
は、量子化幅ポインタ１０４と符号レジスタ１０８で指
示されて読み出され、シフタ１０２に格納される。シフ
タ１０２では、アップダウンカウンタ１０７と３進アッ
プダウンカウンタ１０６の指示により読み出した差分値
データに対してシフト演算処理を施した後に、その出力
をレジスタ１１２に格納する。

【００７３】シフタ１０２でシフト演算されレジスタ１
１２に格納された差分値データは、１つ前の合成波形デ
ータが格納されているレジスタ１１１の内容と加減算器
３０３により加算又は減算され、新たな合成波形として
レジスタ１１０に格納され出力される。出力合成波形
は、次の合成のためにレジスタ１１１に格納される。

【００７４】加減算器３０３における加算又は減算の選
択は、符号レジスタ３０８の符号部分の値により決定さ
れる。

【００７５】以降、波形符号データＲＯＭ１０９から新
たな符号データを読み出し、上記動作を繰り返す。

【００７６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
ＡＤＰＣＭ方式を用いた波形合成装置は、量子化係数の
乗算処理のための乗算回路削減のために、乗算結果つま
り差分値データを備え、乗算をテーブル参照で置き換え
たものであるが、差分値を記憶するための大規模な記憶
媒体の容量を有する。

【００７７】従って、本発明は前記問題点を解消し、テ
ーブル参照法のＡＤＰＣＭの復号に用いる差分値用のメ
モリを更に削減し、ハードウェア資源の削減をはかるＡ
ＤＰＣＭ波形合成方法及び装置を提供することを目的と
する。

【００７８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ＡＤＰＣＭ符号の復号動作中に差分値テ
ーブルを参照することにより波形信号を合成する方法に
おいて、前記差分値テーブルに振幅方向に差分値を間引
きした形態で格納し、前記差分値テーブルにおいて振幅
方向に間引かれた差分値については、該間引かれた差分
値に前記差分値テーブルにおいて振幅方向で直近の差分
値に、前記差分値テーブルの振幅レベルでの最小値を累
算して求め、振幅レベルの補間を行うことにより波形を
合成することを特徴とする波形合成方法を提供する。

【００７９】また、本発明は、前記差分値テーブルの横
方向には、振幅レベルに対応した最大基準値とその近傍
のいくつかの値のみを格納し、これらの値を用いて波形
を合成することを特徴とする波形合成方法を提供する。

【００８０】さらに、本発明は、前記差分値テーブルの
差分値を振幅の正側と負側で兼用するようにしたことを
特徴とする波形合成方法を提供する。

【００８１】そして、本発明は、第２の視点として、Ａ
ＤＰＣＭ符号から波形信号を合成する波形合成装置にお
いて、ＡＤＰＣＭ符号を記憶する記憶手段と、前記記憶
手段からＡＤＰＣＭ符号を読み出す読み出し手段と、Ａ
ＤＰＣＭ方式の復号化で用いる量子化係数と量子化幅を
乗算した差分値を格納する差分値記憶手段であって、振
幅方向に差分値が間引きされて格納された差分値記憶手
段と、前記差分値記憶手段における振幅レベルの最小の
値を指示する最小値ポインタと、前記記憶手段から読み
出されたＡＤＰＣＭ符号を格納する符号レジスタと、前
記差分値記憶手段を指示する振幅情報として前記最小値
ポインタと前記符号レジスタの所定のビット出力のいず
れか一方を出力する選択手段と、前記差分値記憶手段の
内容を指し示す量子化幅ポインタと、前記ＡＤＰＣＭ符
号に応じて所定の適応アルゴリズムに従い前記量子化幅
ポインタの移動量を決定する適応制御手段と、前記量子
化幅ポインタの移動量を巡回させる巡回手段と、前記巡
回させる回数をカウントする計数手段と、前記計数手段
の値により読み出した差分値に対してシフト演算を行う
シフト演算手段と、前記シフト演算手段により新しく求
められた差分値に対して前の復号信号と累算する累算手
段と、を備えたことを特徴とする波形合成装置を提供す
る。

【００８２】また、本発明の波形合成装置においては、
前記差分値記憶手段が、横方向に振幅レベルに対応した
最大基準値とその近傍のいくつかの値を記憶することを
特徴としている。

【００８３】さらに、本発明の波形合成装置において
は、前記差分値手段が、振幅方向の正側と負側で差分値
を共用して記憶し、前記累算手段が、前記ＡＤＰＣＭ符
号の極性に応じて加算又は減算を行なうことを特徴とし
ている。

【００８４】

【発明の概要】本発明は、振幅レベルを間引きした差分
値用メモリと、その番地を巡回式に指し示すカウンタ
と、巡回した回数を計数するカウンタと、該２つのカウ
ンタの値により差分値に対してシフト演算するシフト演
算手段と、差分値用メモリの最小値を指示する最小値ポ
インタを備え、復号時に振幅レベルの補間を行なうこと
により、差分値用のメモリの容量の削減、及びハードウ
ェア資源の削減を達成している。

【００８５】また、本発明においては、差分値用メモリ
は最大基準値とその近傍の値のみを備え、メモリ容量の
削減を達成している。

【００８６】さらに、本発明においては、差分値用メモ
リは振幅レベルの正側と負側で差分値を共用することに
よりメモリ容量の更なる低減を達成している。

【００８７】

【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。

【００８８】

【実施例１】図１は本発明の第１実施例１の構成を示す
ブロック図であり、図２は本発明の第１の実施例の量子
化テーブルを示す説明図である。本実施例は、４ビット
ＡＤＰＣＭ方式の波形合成である。

【００８９】図１に示すように、本実施例に係る４ビッ
トＡＤＰＣＭ波形合成装置は、ＡＤＰＣＭ波形合成で用
いる差分値データを格納した量子化テーブル１０１と、
シフタ１０２と、差分値データの累算に用いる加算器１
０３と、量子化幅ポインタ１０４と、適応制御器１３０
５と、３進アップダウンカウンタ１０６と、アップダウ
ンカウンタ１０７と、ＡＤＰＣＭ符号を格納する符号レ
ジスタ１０８と、波形符号データＲＯＭ１０９と、差分
値の累算処理に用いるレジスタ１１０〜１１２と、セレ
クタ１１３と、最小値ポインタ１１４から成る。

【００９０】図２を参照して、本実施例に係る量子化テ
ーブルの構成と原理について説明する。

【００９１】図２に示すように、量子化テーブルは、縦
方向にはＡＤＰＣＭ符号に対応した差分値の振幅レベル
の異なるものを格納しておく。振幅レベルは図２におい
て、最も上側は正の最大差分値振幅を格納し、順次下側
に向かうにしたがって差分値の振幅レベルの小さいもの
となるように配置しておく。中央付近が最も振幅レベル
の小さな正の差分値振幅レベルの値になるようにする。

【００９２】中央より下の値は負の差分値振幅レベルを
格納しておく。最も下側は負の最大差分値振幅を格納
し、順次上側に向かうにしたがって差分値の振幅レベル
の小さいものとなるように配置しておく。中央付近が最
も振幅レベルの小さな負の差分値振幅レベルの値になる
ように配置しておく。

【００９３】図２において、量子化テーブルの黒塗りし
た領域はデータを間引きされた状態を示している。従っ
て実際には黒塗りの量子化テーブル部分は実装されてい
ない。

【００９４】図２に示した量子化テーブルの横方向
（行）には、各振幅コードに対応して、図示右端に格納
された最大の量子化幅の差分値と、その１／１．２５倍
の値と、１／（１．２５）²倍の、計３種類の差分値デ
ータのみが格納されており、実際には実装されていない
仮想量子化テーブル１、又は仮想量子化テーブル２に相
当する部分の差分値データは、量子化テーブルから読み
出された差分値データを１ビット又２ビットシフト演算
することにより、容易に生成することができる。

【００９５】これは、前記第１の先行例で説明した通
り、量子化テーブルのある行において右端に格納された
最大の量子化幅の差分値の（１．２５）^-1倍を３回繰り
返すと、約１／２倍の量子化幅となるため、図２の仮想
量子化テーブル１のある振幅コードの、例えば右端の差
分値データを生成するには、対応する振幅コードの最大
の量子化幅の差分値データを量子化テーブルから読み出
し、これを１ビットシフトして１／２倍（＝１．２
５^-3）倍すればよい。

【００９６】図１を参照して本実施例の動作を以下に説
明する。

【００９７】波形合成処理を行うときの初期状態として
は、シフタ１０２、３進アップダウンカウンタ１０６、
アップダウンカウンタ１０７は、最小量子化幅の振幅セ
ットを指し示すように初期設定されているものとする。

【００９８】波形符号データＲＯＭ１０９から読み出さ
れた符号化データは、符号レジスタ１０８に格納され
る。符号レジスタ１０８に格納された符号データは、適
応制御器１０５に入力され、さらに量子化テーブル１０
１の振幅情報として、その上位３ビットがセレクタ１１
３に入力される。

【００９９】セレクタ１１３は最小値ポインタ１１４の
出力を他の入力とし、量子化テーブル１０１の差分値検
索を行なうため、適応制御器１０５の制御により、符号
レジスタ１０８から出力された上位３ビット又は最小値
ポインタ１１４の出力のいずれか一方を切替え出力す
る。

【０１００】符号化データを入力とする適応制御器１０
５は入力された符号化データに基づき、所定の適応アル
ゴリズムにより量子化幅ポインタ１０４の制御を行な
う。適応制御器１０５による量子化幅ポインタ１０４の
制御として、前記第１の先行例と同様、振幅情報の絶対
値が大きい場合には、量子化幅ポインタを右へ２乃至４
程度ずらすことで量子化係数ｋを所定の近似倍率で乗じ
たことと等価となり、逆に振幅情報の絶対値が小さい場
合には、量子化幅ポインタを左へ２乃至４程度ずらすこ
とで量子化係数ｋを所定の近似倍率で除したことと等価
となる。

【０１０１】適応制御器１０５は、３進アップダウンカ
ウンタ１０６に対してアップまたはダウンの制御とその
量を与える。なお、３進アップダウンカウンタ１０６の
動作は前記第１の先行例と同一であるため説明を省略す
る。アップダウンカウンタ１０７は、３進アップダウン
カウンタ１０６からの要求に応じてアップダウンを行
う。

【０１０２】量子化幅ポインタ１０４（横位置の指定）
と符号レジスタ１０８（縦位置の指定）で指示され、量
子化テーブル１０１から読み出された差分値データは、
シフタ１０２に格納される。

【０１０３】シフタ１０２では、アップダウンカウンタ
１０７と３進アップダウンカウンタ１０６の指示によ
り、差分値データに対してシフト演算処理を施した後、
その出力をレジスタ１１２に格納する。レジスタ１１２
に格納されたシフト演算済みの差分値データは、１つ前
の合成波形データが格納されたレジスタ１１１の内容と
加算器１０３で加算され、加算器１０３の出力が新たな
合成波形としてレジスタ１１０に格納されて出力され
る。出力波形は次の合成のためにレジスタ１１１に格納
される。

【０１０４】ここで、符号レジスタ１０８の最下位ビッ
トのデータが“１”である場合には、間引きされたテー
ブルがアクセスされるため、適応制御器１０５の制御に
よりセレクタ１１３が最小値ポインタ１１４側に切り替
えられ、最小値ポインタ１１４から量子化テーブル１０
１の振幅レベルの最小値が量子化テーブル１０１に設定
される。

【０１０５】最小値としては、正側の最小値と負側の最
小値があるが、適応制御器１０５の制御により正負の区
別が行なわれ、対応する極性の最小値のポインタ値が出
力される。

【０１０６】最小値ポインタ１１４で指示された差分値
が量子化テーブル１０１から出力され、さらに加算器１
０３とレジスタ１１０〜１１２により累算され、振幅レ
ベルの補間が行なわれて出力される。

【０１０７】なお、符号レジスタ１０８の最下位ビット
のデータが“０”の場合、対応する量子化テーブル１０
１は実装されているため、指示された差分値が読み出さ
れ、上記補間は行なわれない。

【０１０８】以降、波形符号データＲＯＭ１０９から新
たな符号データを読み出し、上記動作を繰り返す。

【０１０９】

【実施例２】図３は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図であり、図４は第２の実施例の量子化テーブルを示
す図である。本実施例は、前記実施例同様４ビットＡＤ
ＰＣＭ方式の波形合成である。

【０１１０】前記の第１の実施例においては、量子化テ
ーブルの値を正側と負側にそれぞれ同じ絶対値レベルの
差分値を２つ備えていたが、本実施例では、符号ビット
を備えることにより差分値の振幅レベルを正側及び負側
で兼用し、その符号により加算又は減算することで、前
記第１の実施例と比べ更に半分の量子化テーブル容量で
ＡＤＰＣＭ波形合成を実現している。

【０１１１】図３に示すように、本実施例の波形合成装
置は、ＡＤＰＣＭ波形合成で用いる差分値データを格納
した量子化テーブル３０１と、シフタ１０２と、差分値
データの累算に用いる加減算器３０３と、量子化幅ポイ
ンタ１０４と、適応制御器３０５と、３進アップダウン
カウンタ１０６と、アップダウンカウンタ１０７と、Ａ
ＤＰＣＭ符号を格納する符号レジスタ３０８と、波形符
号データＲＯＭ１０９と差分値の累算処理に用いるレジ
スタ１１０と、レジスタ１１１と、レジスタ１１２と、
セレクタ１１３と、最小値ポインタ３１４から構成され
る。

【０１１２】図４に示す量子化テーブルについて、その
構成と原理を以下に説明する。

【０１１３】図４に示す量子化テーブルは、縦方向には
ＡＤＰＣＭ符号に対応した差分値の振幅レベルの異なる
ものを格納しておく。振幅レベルは図４において、最も
上側は正負兼用の最大差分値振幅を格納し、順次下側に
向かうにしたがって差分値の振幅レベルの小さいものと
なるように配置しておく。最も下側が最も振幅レベルの
小さな正負兼用の差分値振幅レベルの値とされる。

【０１１４】図４において、量子化テーブルの黒塗りし
た領域はデータが間引きされた状態であることを示して
いる。従って実際には黒塗りの量子化テーブル部分は実
装されていない。

【０１１５】図４に示す量子化テーブルは、その横方向
には、前記第１の実施例で説明したように、差分値デー
タとして、最大の量子化幅の値とその１／１．２５倍の
値と１／（１．２５）²倍の３種類の値のみを備え、図
４の破線で示した、実際には実装されていない仮想量子
化テーブル１及び仮想量子化テーブル２に相当する部分
の差分値データは、実装された図示右側の量子化テーブ
ルの差分値データを読み出すと同時にシフト演算するこ
とにより容易に生成できる。

【０１１６】図３を参照して、本実施例の動作を説明す
る。

【０１１７】波形合成処理を行うときの初期状態として
は、シフタ１０２、３進アップダウンカウンタ１０６、
アップダウンカウンタ１０７は、最小量子化幅の振幅セ
ットを指し示すように、初期設定されているものとす
る。

【０１１８】波形符号データＲＯＭ１０９から読み出さ
れた符号化データは、符号レジスタ３０８に格納され
る。符号化レジスタ３０８に格納された符号化データ
は、下位３ビットの振幅情報部分と最上位ビットの符号
部分に分けられ、振幅情報部分はそのまま量子化テーブ
ル３０１の差分値検索に利用される。

【０１１９】さらに、符号化データの振幅部分は適応制
御器３０５に入力され、所定の適応アルゴリズムにより
量子化幅ポインタ１０４の制御がなされる。量子化幅ポ
インタ１０４の制御は前記第１の実施例と同様であるた
め、説明は省略する。

【０１２０】また、適応制御器３０５は３進アップダウ
ンカウンタ１０６に対してアップまたはダウンの制御と
その量を与える。なお、３進アップダウンカウンタ１０
６は、前記第１の先行例と同一であるため、その説明は
省略する。アップダウンカウンタ１０７は３進アップダ
ウンカウンタ１０６からの要求に応じてアップダウンを
行う。

【０１２１】量子化テーブル３０１の差分値データは、
量子化幅ポインタ１０４と符号レジスタ３０８で指示さ
れて読み出され、シフタ１０２に格納される。シフタ１
０２では、アップダウンカウンタ１０７と３進アップダ
ウンカウンタ１０６の指示により読み出した差分値デー
タに対してシフト演算処理を施した後に、その出力をレ
ジスタ１１２に格納する。

【０１２２】シフタ１０２でシフト演算されレジスタ１
１２に格納された差分値データは、１つ前の合成波形デ
ータが格納されているレジスタ１１１の内容と加減算器
３０３により加算又は減算され、加減算器３０３の出力
が新たな合成波形としてレジスタ１１０に格納されて出
力され、出力波形は次の合成のためにレジスタ１１１に
格納される。

【０１２３】加減算器３０３における加算又は減算の選
択は、符号レジスタ３０８の符号部分の値により決定さ
れる。

【０１２４】ここで、符号レジスタ３０８の最下位ビッ
トのデータが“１”である場合には、補間データとして
適応制御器３０５の制御により、セレクタ１１３は最小
値ポインタ３１４側に切り替え、最小値ポインタ３１４
から最小値のポインタ値が出力される。

【０１２５】最小値の差分値が量子化テーブル３０１か
ら出力され、さらに加算器３０３とレジスタ１１０〜１
１２により累算され、振幅レベルの補間がなされ出力さ
れる。

【０１２６】以降、波形符号データＲＯＭ１０９から新
たな符号データを読み出し、上記動作を繰り返す。

【０１２７】以上、本発明を上記第１、第２の実施例に
ついて説明したが、本発明は、上記実施態様にのみ限定
されるものではなく、本発明の原理に準ずる各種実施態
様を含むことは勿論である。例えば、上記実施例では、
本発明を、量子化テーブルのデータ数を１／２に間引い
た例について説明したが、他の間引き率においても間引
き率に応じたハードウェア資源の削減効果があることは
明白である。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＡＤＰ
ＣＭ符号を復号する過程で用いる量子化テーブルの振幅
方向の差分値データを間引いて格納し、冗長性を削減す
ることにより、先行例（特願平４−２５５８９９号）に
比べ、記憶容量を更に１／２に減少させ、ハードウェア
資源の削減を達成している。

【０１２９】また、量子化テーブルを振幅方向に間引く
と共に、横方向の差分値データとしては、最大基準値と
その近傍の値の数個の値のみを格納することにより、量
子化テーブルの容量を大幅な低減を達成しながら、量子
化テーブルのビット精度を最良な状態に維持し、且つ高
音質の波形合成を実現するという効果を有する。

【０１３０】さらに、本発明によれば、量子化テーブル
の振幅方向の正負のデータについて一側のデータのみを
間引いて格納することにより、量子化テーブルの容量は
更に半減することになり、しかも、新たに付加する回路
は、符号化データの符号ビットに基づき加算又は減算を
行なう加減算器のみで済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例の量子化テーブルを示す図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図４】本発明の第２の実施例の量子化テーブルを示す
図である。

【図５】従来のテーブル参照法によるＡＤＰＣＭ波形合
成装置の構成を示すブロック図である。

【図６】従来の量子化テーブルを説明する図である。

【図７】３ビットＰＣＭ波形の説明図である。

【図８】（ａ）４ビットＰＣＭ波形の説明図である。（ｂ）５ビットＰＣＭ波形の説明図である。

【図９】ＤＰＣＭ方式の概念を説明するための説明図で
ある。

【図１０】ＡＤＰＣＭ方式の概念を説明するための説明
図である。

【図１１】３ビットのＡＤＰＣＭ方式の量子化係数ｋの
説明図である。

【図１２】２〜５ビット時における量子化係数ｋの説明
図である。

【図１３】量子化テーブルの容量を削減する第１の先行
例の構成を示すブロック図である。

【図１４】第１の先行例の量子化テーブルを示す図であ
る。

【図１５】量子化テーブルの容量を削減する第２の先行
例の構成を示すブロック図である。

【図１６】第２の先行例の量子化テーブルを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１量子化テーブル１０２シフタ１０３加算器１０４量子化幅ポインタ１０５適応制御器１０６３進アップダウンカウンタ１０７アップダウンカウンタ１０８符号レジスタ１０９波形符号データＲＯＭ１１０〜１１２レジスタ１１３セレクタ１１４最小値ポインタ３０１量子化テーブル３０３加減算器３０５適用制御器３０８符号レジスタ３１４最小値ポインタ５０１量子化テーブル１３０１量子化テーブル１３０５適応制御器１５０１量子化テーブル１５０５適応制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡＤＰＣＭ符号の復号動作中に差分値テー
ブルを参照することにより波形信号を合成する方法にお
いて、前記差分値テーブルに振幅方向に差分値を間引きした形
態で格納し、前記差分値テーブルにおいて振幅方向に間引かれた差分
値については、該間引かれた差分値に前記差分値テーブ
ルにおいて振幅方向で直近の差分値に、前記差分値テー
ブルの振幅レベルでの最小値を累算して求め、振幅レベ
ルの補間を行うことにより波形を合成することを特徴と
する波形合成方法。
【請求項２】前記差分値テーブルの横方向には、振幅レ
ベルに対応した最大基準値とその近傍のいくつかの値の
みを格納し、これらの値を用いて波形を合成することを
特徴とする請求項１記載の波形合成方法。
【請求項３】前記差分値テーブルの差分値を振幅の正側
と負側で兼用するようにしたことを特徴とする請求項１
又は２記載の波形合成方法。
【請求項４】ＡＤＰＣＭ符号から波形信号を合成する波
形合成装置において、ＡＤＰＣＭ符号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段からＡＤＰＣＭ符号を読み出す読み出し手
段と、ＡＤＰＣＭ方式の復号化で用いる量子化係数と量子化幅
を乗算した差分値を格納する差分値記憶手段であって、
振幅方向に差分値が間引きされて格納された差分値記憶
手段と、前記差分値記憶手段における振幅レベルの最小の値を指
示する最小値ポインタと、前記記憶手段から読み出されたＡＤＰＣＭ符号を格納す
る符号レジスタと、前記差分値記憶手段を指示する振幅情報として前記最小
値ポインタと前記符号レジスタの所定のビット出力のい
ずれか一方を出力する選択手段と、前記差分値記憶手段の内容を指し示す量子化幅ポインタ
と、前記ＡＤＰＣＭ符号に応じて所定の適応アルゴリズムに
従い前記量子化幅ポインタの移動量を決定する適応制御
手段と、前記量子化幅ポインタの移動量を巡回させる巡回手段
と、巡回させる回数をカウントする計数手段と、前記計数手段の値により読み出した差分値に対してシフ
ト演算を行うシフト演算手段と、前記シフト演算手段により新しく求められた差分値に対
して前の復号信号と累算する累算手段と、を備えたことを特徴とする波形合成装置。
【請求項５】前記差分値記憶手段が、横方向に振幅レベ
ルに対応した最大基準値とその近傍のいくつかの値を記
憶することを特徴とする請求項４記載の波形合成装置。
【請求項６】前記差分値手段が、振幅方向の正側と負側
で差分値を共用して記憶し、前記累算手段が、前記ＡＤ
ＰＣＭ符号の極性に応じて加算又は減算を行なうことを
特徴とする請求項５記載の波形合成装置。