JP3088964B2 - 振動波の符号化方法、復号化方法、及び振動波の符号化装置、復号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音声などの振動波
に他のデータを合成して符号化するための符号化方法及
び復号化方法と、その方法を実施する符号化装置及び復
号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、振動波の一つである音声を伝
送又は蓄積するための符号化技術として、音声の瞬時振
幅値を符号化することを目的とした波形符号化方式があ
り、その一つとして、差分予測符号化方式がある。

【０００３】この差分予測符号化方式では、定期的なサ
ンプリングにより得た音声の瞬時振幅値を表す信号を入
力信号として順次入力し、その信号を入力する毎に、過
去の入力信号から今回の入力信号の予測値を求めると共
に、その予測値と今回の入力信号の値との差分を量子化
して符号化する、といった手順で音声を符号化する。

【０００４】また、音声を再生する際には、符号化され
た符号化信号を順次入力する毎に、その入力した符号化
信号を逆量子化して該符号化信号の表す差分を求めると
共に、既に生成した音声の瞬時振幅値を表す再生信号か
ら今回の再生信号の予測値を求め、その予測値と今回逆
量子化して求めた差分とを加算して、今回入力した符号
化信号に対応する再生信号を生成することにより、音声
波形を復元する。

【０００５】そして、このような差分予測符号化方式の
代表的なものとしては、線形パルス符号化（ＰＣＭ：Pu
lse Code Modulation ）方式に対し近接相関に基づいた
適応予測と適応量子化とを行う手法を組み入れた、適応
差分ＰＣＭ（ＡＤＰＣＭ：Adaptive Differential PCM
）符号化方式が知られている。尚、このＡＤＰＣＭ符
号化方式は、ＣＣＩＴＴ（国際電信電話諮問委員会）に
よりＧ．７２１やＧ．７２６などの符号化手順として標
準化されており、現在の通信分野において広く採用され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、音声情報と
文字情報（テキスト情報）などの他の情報とを併送しよ
うとした場合、一般的には、送信に必要となる帯域幅が
増大して通信効率が悪くなる。

【０００７】そこで、この問題を解決するために、本発
明者は、音声の冗長性に着目して、音声符号（音声を符
号化した符号化信号）中に他の情報を構成するデータを
埋め込むことで音声情報に他の情報を合成し、その合成
後の信号を伝送することを考えた。

【０００８】しかしながら、ただ単に他のデータを埋め
込んだのでは、その埋め込み位置を第３者に判別され易
く、合成した他の情報を不正に解読されてしまう可能性
が高くなってしまう。しかも、音声を再生した際に、上
記埋め込んだ他のデータがノイズとなって、再生音質を
劣化させてしまう。

【０００９】そして、このような問題は、例えばセンサ
や計測器などから出力されるアナログ信号といった音声
以外の振動波を符号化する際に、文字情報などの他の情
報を合成しようとした場合についても全く同様である。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、音
声などの振動波を符号化する際に他のデータを密かに合
成することのできる振動波の符号化方法、及びその符号
化方法により生成された符号化信号から振動波と他のデ
ータを確実に再生することのできる振動波の復号化方法
と、それらの方法を実施する振動波の符号化装置及び復
号化装置とを、提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段、及び発明の効果】本発明
の振動波の符号化方法では、振動波の瞬時振幅値を表す
信号を入力信号として順次入力する毎に、過去の入力信
号から今回の入力信号の予測値を求めると共に、その予
測値と今回の入力信号の値との差分を量子化して符号化
する。

【００１１】つまり、ＡＤＰＣＭに代表される差分予測
符号化方式により振動波を符号化するのであるが、その
符号化を行う際に、以下の手順により、符号化信号中に
他の情報を構成するデータを埋め込むことで、振動波の
情報に他の情報を合成する。まず、入力信号の予測値が
連続して同じ正負極性となった回数（即ち、予測値が正
の値又は負の値で連続した連続回数）を計測すると共
に、予測値の正負極性が今回値と前回値とで変化したと
きに、予測値の正負極性が前回変化してから今回変化す
るまでに計測した前記回数が所定範囲内であるか否かを
判定する。

【００１２】そして、前記回数が所定範囲内であると判
定する毎に、振動波に合成すべき他の二値データを読み
出し、今回求めた前記差分を符号化してなる符号化信号
の所定ビットを、前記読み出した二値データに応じて、
その二値データが「０」である場合に前記所定ビットが
予め定められた特定の論理値となり、また、読み出した
二値データが「１」である場合に前記所定ビットが前記
特定の論理値とは反対の論理値となるように操作するこ
とで、符号化信号に前記読み出した二値データを合成す
る。

【００１３】具体例を挙げて説明すると、合成する二値
データが「０」である場合に、符号化信号の所定ビット
が特定の論理値としての「０」ならば、そのビットを修
正せずにそのままとし、所定ビットが「１」ならば、そ
のビットを「０」に修正する。また、合成する二値デー
タが「１」である場合に、符号化信号の所定ビットが
「１」ならば、そのビットを修正せずにそのままとし、
所定ビットが「０」ならば、そのビットを「１」に修正
する。

【００１４】尚、この例は、特定の論理値を「０」とし
た場合のものであるが、特定の論理値を「１」としたな
らば、上記例とは逆に、合成する二値データが「０」で
ある場合に、符号化信号の所定ビットを「１」となるよ
うに操作し、合成する二値データが「１」である場合
に、符号化信号の所定ビットを「０」となるように操作
すれば良い。

【００１５】即ち、本発明の振動波の符号化方法では、
振動波を差分予測符号化方式によって符号化する際に、
今回予測した入力信号の予測値が前回予測した入力信号
の予測値に対して正から負へ或いは負から正へと極性変
化し、且つ、予測値の正負極性が前回変化してから今回
変化するまでに求めた予測値の数（換言すれば、入力信
号の数であり、延いては、符号化対象である振動波の極
性変化の時間間隔）が所定範囲内である、という合成条
件が成立したときに、今回の入力信号に対応する符号化
信号の所定ビットを操作することで、そのビットに他の
情報の二値データを合成する（埋め込む）ようにしてい
る。

【００１６】このため、本発明の符号化方法によれば、
振動波を符号化する際に他のデータを密かに合成するこ
とができると共に、他のデータを合成したことによる再
生波形への影響を小さく抑えることができる。つまり、
計測器などから出力されるアナログ信号や音声の波形は
不規則な振動をするため、上記合成条件が成立する頻度
は不規則になる。よって、第３者が本発明の符号化方法
によって生成された信号を時系列的に見た場合には、そ
の信号の何れのビット位置に他のデータが埋め込まれて
いるのかを特定できなくなる。しかも、本発明の符号化
方法では、入力信号の予測値が極性変化したときに符号
化信号へ他のデータを埋め込むようにしており、そのと
きの入力信号が表す振動波の振幅値は小さいものである
ため、他のデータを合成することによる量子化誤差が小
さくなって、再生波形への影響を小さく抑えることがで
きるのである。

【００１７】ところで、他の二値データを合成するため
に操作する符号化信号の所定ビットとして、その符号化
信号の最下位ビットを用いれば、一層大きな効果を得る
ことができる。つまり、予測値と入力信号との差分を符
号化した符号化信号の最下位ビットは、再生波形に対す
る影響度が最も小さいため、この最下位ビットを利用し
て他のデータを合成するようにすれば、他のデータを合
成したことによる再生波形に対する影響を最小限に抑え
ることができるからである。

【００１８】一方、上記の符号化方法により生成された
符号化信号からは、次に述べる本発明の復号化方法によ
って、振動波を復元しつつ前述の如く合成された二値デ
ータを分離することができる。まず、本発明の復号化方
法では、上記の符号化方法により生成された符号化信号
を順次入力する毎に、その入力した符号化信号を逆量子
化して該符号化信号の表す差分を求めると共に、既に生
成した振動波の瞬時振幅値を表す再生信号から今回の再
生信号の予測値を求め、その予測値と今回逆量子化して
求めた前記差分とを加算して、今回入力した符号化信号
に対応する再生信号を生成することにより、振動波を復
元する。つまり、差分予測符号化方式の復号化手順によ
って、振動波の瞬時振幅値を表す再生信号を順次生成す
る。

【００１９】ここで、本発明の復号化方法では、このよ
うな復号化を行う際に、再生信号の予測値が連続して同
じ正負極性となった回数を計測すると共に、予測値の正
負極性が今回値と前回値とで変化したときに、予測値の
正負極性が前回変化してから今回変化するまでに計測し
た前記回数が所定範囲内であるか否かを判定する。

【００２０】そして、前記回数が所定範囲内であると判
定した場合に、今回入力した符号化信号の所定ビットが
特定の論理値であれば、その所定ビットに「０」である
二値データが合成されていると判断し、逆に、今回入力
した符号化信号の所定ビットが前記特定の論理値とは反
対の論理値であれば、その所定ビットに「１」である二
値データが合成されていると判断して、入力した符号化
信号から他の二値データを分離する。

【００２１】例えば、前述した具体例のように特定の論
理値を「０」として設定した場合には、今回入力した符
号化信号の所定ビットが「０」であれば、そのビットに
「０」である二値データが合成されていると判断し、今
回入力した符号化信号の所定ビットが「１」であれば、
そのビットに「１」である二値データが合成されている
と判断して、符号化信号から他の二値データを分離する
のである。

【００２２】尚、特定の論理値を「１」として設定した
場合には、上記例とは逆に、今回入力した符号化信号の
所定ビットが「０」であれば、そのビットに「１」であ
る二値データが合成されていると判断し、今回入力した
符号化信号の所定ビットが「１」であれば、そのビット
に「０」である二値データが合成されていると判断し
て、符号化信号から他の二値データを分離することがで
きる。

【００２３】また、当然のことながら、前述したように
符号化信号の最下位ビットを用いて他の二値データを合
成する場合には、復号時には、その最下位ビットの論理
値に応じて他の二値データを分離すれば良い。そして、
このような復号化方法によれば、本発明の符号化方法に
より生成された符号化信号から、振動波と他のデータを
確実に再生することができる。

【００２４】一方、本発明の符号化方法を実施する装置
としては、請求項４に記載の振動波の符号化装置があ
る。即ち、請求項４に記載の符号化装置は、振動波の瞬
時振幅値を表す信号を入力信号として順次入力する毎
に、過去の入力信号から今回の入力信号の予測値を求め
ると共に、その予測値と今回の入力信号の値との差分を
量子化して符号化し、その符号化後の符号化信号を出力
するように構成されている。

【００２５】ここで特に、合成データ設定手段が、符号
化信号に合成すべき他の二値データを用意する。また、
合成条件判定手段が、入力信号の予測値が連続して同じ
正負極性となった回数を計測すると共に、予測値の正負
極性が今回値と前回値とで変化したときに、予測値の正
負極性が前回変化してから今回変化するまでに計測した
前記回数が所定範囲内であるか否かを判定する。

【００２６】そして、この合成条件判定手段によって前
記回数が所定範囲内であると判定される毎に、合成手段
が、合成データ設定手段により用意された二値データを
読み出し、今回求められた前記差分を符号化してなる符
号化信号の所定ビットを、前記読み出した二値データに
応じて、その二値データが「０」である場合に前記所定
ビットが予め定められた特定の論理値となり、また、読
み出した二値データが「１」である場合に前記所定ビッ
トが前記特定の論理値とは反対の論理値となるように操
作することで、符号化信号に前記読み出した二値データ
を合成する。

【００２７】このような振動波の符号化装置によれば、
本発明の符号化方法を実施して、振動波を符号化する際
に他のデータを密かに合成することができると共に、他
のデータを合成したことによる再生波形への影響を小さ
く抑えることができる。そして特に、他の二値データを
合成するために合成手段によって操作される符号化信号
の所定ビットとして、請求項５に記載の如く、符号化信
号の最下位ビットを用いれば、前述したように、他のデ
ータを合成したことによる再生波形に対する影響を最小
限に抑えることができる。

【００２８】一方更に、本発明の復号化方法を実施する
装置としては、請求項６に記載の振動波の復号化装置が
ある。即ち、請求項６に記載の復号化装置は、請求項４
又は請求項５に記載の符号化装置により生成された符号
化信号を順次入力する毎に、その入力した符号化信号を
逆量子化して該符号化信号の表す差分を求めると共に、
既に生成した振動波の瞬時振幅値を表す再生信号から今
回の再生信号の予測値を求め、その予測値と今回逆量子
化して求めた前記差分とを加算して、今回入力した符号
化信号に対応する再生信号を出力するように構成されて
いる。

【００２９】ここで特に、分離条件判定手段が、再生信
号の予測値が連続して同じ正負極性となった回数を計測
すると共に、予測値の正負極性が今回値と前回値とで変
化したときに、予測値の正負極性が前回変化してから今
回変化するまでに計測した前記回数が所定範囲内である
か否かを判定する。

【００３０】そして、この分離条件判定手段により前記
回数が所定範囲内であると判定された場合に、分離手段
が、今回入力された符号化信号の所定ビットが特定の論
理値であれば、その所定ビットに「０」である二値デー
タが合成されていると判断し、逆に、今回入力された符
号化信号の所定ビットが前記特定の論理値とは反対の論
理値であれば、その所定ビットに「１」である二値デー
タが合成されていると判断して、入力された符号化信号
から他の二値データを分離する。更に、データ出力手段
が、分離手段により分離された二値データを出力する。

【００３１】このような振動波の復号化装置によれば、
前述した符号化装置によって生成された符号化信号か
ら、振動波と他のデータを確実に再生することができ
る。そして、例えば、本発明の符号化装置と復号化装置
を所謂ＰＨＳなどのデジタル電話機に音声符号化／復号
化用の装置として組み込むと共に、その電話機に文字の
入力装置と表示装置を設け、更に、符号化装置の合成デ
ータ設定手段が、上記入力装置から入力された文字のテ
キストデータを音声符号に合成すべき他の二値データと
して用意し、また、復号化装置のデータ出力手段により
出力される二値データ（この場合にはテキストデータ）
から文字を再生して上記表示装置に表示させる表示制御
手段を設けるようにすれば、当該電話機を用いた通話者
は、音声と文章との両方で意志の疎通を行うことができ
るようになる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。尚、本発明の実施形態は、下記
のものに何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲
に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでも
ない。

【００３３】まず図１は、実施形態のデジタル電話機
（以下、単に、電話機という）１の構成を表すブロック
図である。尚、本実施形態は、ＣＣＩＴＴによりＧ．７
２１符号化手順として標準化された３２ｋｂ／ｓＡＤＰ
ＣＭ符号化方式により、音声の符号化・復号化及び伝送
を行う携帯型のデジタル電話機に本発明を適用したもの
である。また、以下の説明において、他の電話機３と
は、図１にて（）内に符号を付しているように、図１に
示す電話機１と全く同様に構成された電話機である。

【００３４】図１に示すように、本実施形態の電話機１
は、音声を入力して所定時間毎（本実施形態では、８ｋ
Ｈｚ：０．１２５ｍｓ毎）にサンプリングすることによ
り、その音声波形の瞬時振幅値を表すデジタル音声信号
ｓを順次出力する音声入力装置５と、文字を入力するた
めの多数の入力キーを有すると共に、その入力キーによ
って入力された文字に対応するテキストデータのビット
系列ｔを順次記憶する文字入力装置７と、音声入力装置
５からのデジタル音声信号ｓを順次入力して、そのデジ
タル音声信号ｓをＡＤＰＣＭ符号化方式により符号化す
ると共に、その符号化した符号化信号に文字入力装置７
に記憶されたビット系列ｔを合成して、伝送符号ｉt と
して出力する符号化装置９と、符号化装置９から出力さ
れる伝送符号ｉt を無線変調してアンテナ１１から送信
すると共に、他の電話機３から図示されない中継局を経
由して送信されて来た無線信号をアンテナ１１を介して
受信し、その受信信号を復調して上記他の電話機３から
の伝送符号ｉr を出力する送受信装置１３と、を備えて
いる。

【００３５】そして更に、電話機１は、送受信装置１３
から出力される他の電話機３からの伝送符号ｉr を順次
入力し、その伝送符号ｉr をＡＤＰＣＭ符号化方式によ
り復号してデジタル音声信号ｓp を出力すると共に、上
記伝送符号ｉr からテキストデータのビット系列ｔ’を
抽出して出力する復号化装置１５と、復号化装置１５か
ら出力されるデジタル音声信号ｓp から、音声を再生し
て出力する音声出力装置１７と、復号化装置１５から出
力されるビット系列ｔ’から、文字を再生して表示する
表示装置１９と、を備えている。

【００３６】次に、符号化装置９及び復号化装置１５に
ついて説明する。尚、図２，図４〜図６及び以下の説明
において、()内のｋは、音声入力装置５によるサンプリ
ングの順番を示す順序ラベルであり、()内のｘは、文字
入力装置７に記憶されたビット系列ｔの順番を示す順序
ラベルである。よって、例えば、「ｓ(k) 」は、音声波
形の瞬時振幅値を表すデジタル音声信号ｓのうちのｋ番
目の信号を表し、また、「ｔ(x) 」は、文字入力装置７
に記憶されたビット系列ｔのうちのｘ番目のビットを表
している。

【００３７】まず、符号化装置９は、図２に示すよう
に、音声入力装置５からのデジタル音声信号（以下、入
力音声信号という）ｓ(k) を線形ＰＣＭ信号ｓl(k)に変
換して出力する線形ＰＣＭ変換器（Converter ）２１
と、今回の入力音声信号ｓ(k) に対応する線形ＰＣＭ信
号ｓl(k)の予測値ｓe(k)を求めて出力する適応予測器
（Predictor ）２３と、線形ＰＣＭ変換器２１からの線
形ＰＣＭ信号ｓl(k)の値と適応予測器２３からの予測値
ｓe(k)との差分ｄ(k) を出力する加算器２５と、加算器
２５からの差分ｄ(k) を量子化関数Ｑに基づき４ビット
で量子化して符号化し、その符号化後の符号化信号ｉ
(k) を出力する適応量子化器２７と、後述する合成手順
に従って、適応量子化器２７から出力された符号化信号
ｉ(k) をそのまま、或いは、その符号化信号ｉ(k) に文
字入力装置７に記憶されたテキストデータのビットｔ
(x) を合成して、送受信装置１３へ伝送符号ｉt(k)とし
て出力するデータ合成器（Emb ）２９と、を備えてい
る。

【００３８】そして更に、符号化装置９は、適応予測器
２３が次回の入力音声信号ｓ(k+1)に対応する線形ＰＣ
Ｍ信号ｓl(k+1)の予測値ｓe(k+1)を求めるのに必要な情
報を生成する処理部として、データ合成器２９から今回
出力された伝送符号ｉt(k)を逆量子化関数Ｑ^-1に基づき
逆量子化して、逆量子化差分ｄq(k)を出力する適応逆量
子化器３１と、その逆量子化差分ｄq(k)と伝送符号ｉt
(k)から、適応予測器２３で予測値ｓe(k+1)の算出に用
いられる２次全極型予測係数ａi，［i＝１，２］及び６
次全零型予測係数ｂj，［j＝１〜６］を求めると共に、
適応量子化器２７及び適応逆量子化器３１の量子化関数
Ｑ，Ｑ^-1で次回に用いられる適応量子化パラメータｙ(k
+1) を求める適応制御器（Adaptive controller ）３３
と、適応逆量子化器３１からの逆量子化差分ｄq(k)に適
応予測器２３からの今回の予測値ｓe(k)を加算して、適
応予測器２３へ予測値ｓe(k+1)の算出に用いられる再構
成信号ｓr(k)として出力する加算器３５と、を備えてい
る。

【００３９】尚、適応量子化パラメータｙは、適応量子
化器２７及び適応逆量子化器３１で量子化／逆量子化を
行う際の、量子化ステップ（刻み幅）を決定するための
パラメータであり、過去に出力された伝送符号ｉt に適
応して設定される。つまり、本実施形態の電話機１に備
えられた符号化装置９は、ＣＣＩＴＴによりＧ．７２１
符号化手順として標準化された３２ｋｂ／ｓＡＤＰＣＭ
符号化方式（以下、標準ＡＤＰＣＭ方式という）の通常
の符号化装置に対して、データ合成器２９が追加されて
いる点が異なっている。そして、標準ＡＤＰＣＭ方式の
通常の符号化装置では、適応量子化器２７から出力され
る符号化信号ｉ(k) が、そのまま伝送符号ｉt(k)として
送受信装置１３へ出力されると共に、適応逆量子化器３
１と適応制御器３３とに入力されるのであるが、本実施
形態の符号化装置９では、追加されたデータ合成器２９
から出力される伝送符号ｉt(k)が、送受信装置１３へ出
力されると共に、適応逆量子化器３１と適応制御器３３
とに入力されている。

【００４０】そして、符号化装置９におけるデータ合成
器２９以外の各部によって実現される符号化の手順につ
いては、標準ＡＤＰＣＭ方式と全く同じであり、例え
ば、文献「小澤一範著：ディジタル移動通信のための高
能率音声符号化技術；株式会社トリケップス」や、文献
「安田 浩著：マルチメディア符号化の国際標準；丸善
株式会社」などに記載されているため、ここでは予測値
ｓe(k)を求める手順について簡単に説明する。

【００４１】まず、ｋ番目の予測値ｓe(k)は、適応予測
器２３により、２次全極型予測係数ａi(k)：i ＝１，２
を用いて下記の式１から求められる。

【００４２】

【数１】

【００４３】尚、ｓez(k) は、全零型予測値を表し、ま
た、ｓr(k-i)は、予測値ｓe(k-i)と逆量子化差分（逆量
子化残差値とも呼ばれる）ｄq(k-i)との和で表され、夫
々、下記の式２と式３によって求められる。

【００４４】

【数２】

【００４５】

【数３】ｓr(k-i) ＝ ｓe(k-i)＋ｄq(k-i) …式３ そして、２次全極型予測係数ａ1(k)，ａ2(k)は、適応制
御器３３により、下記の式４及び式５により求められて
更新される。

【００４６】

【数４】 ａ1(k) ＝ （１−２^-8）ａ1(k-1) ＋（３×２^-8）sgn［ｐ(k)］sgn［ｐ(k-1)］ …式４

【００４７】

【数５】 ａ2(k) ＝ （１−２^-7）ａ2(k-1) ＋２^-7｛sgn［ｐ(k)］sgn［ｐ(k-2)］ −ｆ［ａ1(k-1)］sgn［ｐ(k)］sgn［ｐ(k-1)］｝ …式５ ここに、関数sgn［］ は、［］内の変数値が正のとき＋
１で、負のとき−１となる。また、ｐ(k) は、全零型予
測値ｓez(k) に逆量子化差分ｄq(k-i)を加えたものであ
り、下記の式６によって求められる。

【００４８】

【数６】ｐ(k) ＝ ｄq(k)＋ｓez(k) …式６ また、式５内の関数ｆ［］は、経験的な関数であり、次
の式７によって表される。

【００４９】

【数７】

【００５０】ただし、各係数の更新範囲は、次の式８及
び式９のように限定される。

【００５１】

【数８】｜ａ2｜ ≦ ０．７５ …式８

【００５２】

【数９】｜ａ1｜ ≦ １−２^-4−ａ2(k) …式９ 一方、６次全零型予測係数ｂj(k)：j ＝１，２，３…，
６は、適応制御器３３により、下記の式１０により求め
られて更新される。

【００５３】

【数１０】 ｂj(k) ＝ （１−２^-8）ｂj(k-1) ＋２^-7sgn［ｄq(k)］sgn［ｄq(k-j)］ …式１０ このように、符号化装置９では、音声の瞬時振幅値を表
す入力音声信号ｓ(k)を入力する毎に、過去の入力音声
信号から今回の入力音声信号ｓ(k) の予測値ｓe(k)を求
め、その予測値ｓe(k)と今回の入力音声信号ｓ(k) の値
との差分ｄ(k)を量子化して符号化する、といった標準
ＡＤＰＣＭ方式の手順で音声を符号化している。

【００５４】そして、このような符号化装置９におい
て、予測値ｓe は、図３にて点線で示すように、同図の
実線で示す実際の音声波形に忠実に追従することとな
り、予測値ｓe の正負極性の変化（即ち、正の値から負
の値への変化、及び、負の値から正の値への変化）は、
音声波形の振幅値が小さい箇所付近に現れる。

【００５５】よって、予測値ｓe の正負極性が変化する
箇所にテキストデータのビットｔ(x) を埋め込めば、ビ
ットｔ(x) の埋め込みによる量子化誤差を小さくでき、
延いては、再生音声への影響を小さく抑えることができ
る。また、音声波形は不規則な振動をするため、予測値
ｓe の正負極性の変化箇所は不特定に分布する。

【００５６】そこで、本実施形態の符号化装置９では、
音声を符号化する際に、データ合成器２９が、以下の
［Ｇ−１］〜［Ｇ−４］からなる合成手順により、伝送
符号ｉt(k)中にテキストデータのビットｔ(x) を埋め込
む（合成する）ようにしている。

【００５７】［Ｇ−１］：まず、データ合成器２９は、
適応予測器２３から出力される予測値ｓe が連続して同
じ正負極性となった回数（即ち、予測値ｓe が正の値又
は負の値で連続した連続回数であり、以下、この回数を
予測符号ランレングスｌseという）を計測する。

【００５８】［Ｇ−２］：そして、予測値ｓe の正負極
性が今回値と前回値とで変化したときに、予測値ｓe の
正負極性が前回変化してから今回変化するまでに計測し
た予測符号ランレングスｌseが、下記の式１１に示す如
く、予め設定された下限値ｋmin から上限値ｋmax まで
の範囲内であるか否かを判定する。

【００５９】

【数１１】ｋmin ≦ ｌse ≦ ｋmax …式１１ ［Ｇ−３］：上記［Ｇ−２］の判定にて、予測符号ラン
レングスｌseが下限値ｋmin から上限値ｋmax までの範
囲内であると判定すると、合成条件が成立したと判断し
て、文字入力装置７からテキストデータのビットｔ(x)
を読み出す。

【００６０】そして、下記の［表１］に示す如く、読み
出したビットｔ(x) が「０」である場合に、適応量子化
器２７から今回出力されている符号化信号ｉ(k) の最下
位ビットｉlsb(k)が「０」ならば、その最下位ビットｉ
lsb(k)を変化させずにそのままとし、最下位ビットｉls
b(k)が「１」ならば、その最下位ビットｉlsb(k)を
「０」に置き換える。また、読み出したビットｔ(x) が
「１」である場合に、適応量子化器２７から今回出力さ
れている符号化信号ｉ(k) の最下位ビットｉlsb(k)が
「１」ならば、その最下位ビットｉlsb(k)を変化させず
にそのままとし、最下位ビットｉlsb(k)が「０」なら
ば、その最下位ビットｉlsb(k)を「１」に置き換える。

【００６１】

【表１】

【００６２】そして、このようにテキストデータのビッ
トｔ(x) に応じて最下位ビットｉlsb(k)を操作した符号
化信号ｉ(k) を、伝送符号ｉt(k)として出力する。 ［Ｇ−４］：一方、予測値ｓe の正負極性が今回値と前
回値とで変化していない場合、或いは、上記［Ｇ−２］
の判定にて、予測符号ランレングスｌseが下限値ｋmin
から上限値ｋmax までの範囲内ではないと判定した場合
には、合成条件が成立していないと判断して、適応量子
化器２７から出力された符号化信号ｉ(k) をそのまま、
伝送符号ｉt(k)として出力する。

【００６３】ここで、符号化装置９の動作内容をまとめ
ると、図４に示すフローチャートのようになる。図４に
示すように、符号化装置９では、まず、音声入力装置５
からｋ番目の入力音声信号ｓ(k) を入力し、線形ＰＣＭ
変換器２１により、その入力音声信号ｓ(k) を線形ＰＣ
Ｍ信号ｓl(k)に変換すると共に（Ｓ１００）、適応予測
器２３により、今回の線形ＰＣＭ信号ｓl(k)の予測値ｓ
e(k)を求め（Ｓ１１０）、更に、加算器２５により、線
形ＰＣＭ信号ｓl(k)の値と予測値ｓe(k)との差分ｄ(k)
を求める（Ｓ１２０）。そして、適応量子化器２７によ
り、上記Ｓ１２０で求めた差分ｄ(k) を、適応制御器３
３にて求められている適応量子化パラメータｙ(k)に応
じた量子化関数Ｑによって量子化及び符号化して、符号
化信号ｉ(k) を生成する（Ｓ１３０）。

【００６４】次に、データ合成器２９がＳ１４０〜Ｓ２
００の処理を行うことで、伝送符号ｉt(k)を出力する。
即ち、まず、今回求めた予測値ｓe(k)の正負極性と前回
求めた予測値ｓe(k-1)の正負極性とが一致しているか否
かを判定し（Ｓ１４０）、両正負極性が一致しているな
らば（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、予測符号ランレングスｌse
を１インクリメントする（Ｓ１５０）。そして、上記Ｓ
１３０で生成した符号化信号ｉ(k) を、そのまま伝送符
号ｉt(k)として送受信装置１３へ出力する（Ｓ２０
０）。

【００６５】すると、その伝送符号ｉt(k)は、送受信装
置１３により無線変調されてアンテナ１１から送信され
る。一方、今回求めた予測値ｓe(k)の正負極性と前回求
めた予測値ｓe(k-1)の正負極性とが一致していなければ
（Ｓ１４０：ＮＯ）、現在までに計測した予測符号ラン
レングスｌseが、予め設定された下限値ｋmin から上限
値ｋmax までの範囲内であるか否かを判定し（Ｓ１６
０）、その範囲内でなければ（Ｓ１６０：ＮＯ）、予測
符号ランレングスｌseの値を、「１」に初期化する（Ｓ
１７０）。そして、この場合にも、上記Ｓ１３０で生成
した符号化信号ｉ(k) を、そのまま伝送符号ｉt(k)とし
て送受信装置１３へ出力する（Ｓ２００）。

【００６６】これに対して、今回求めた予測値ｓe(k)の
正負極性と前回求めた予測値ｓe(k-1)の正負極性とが一
致しておらず（Ｓ１４０：ＮＯ）、且つ、現在までに計
測した予測符号ランレングスｌseが下限値ｋmin から上
限値ｋmax までの範囲内であった場合には（Ｓ１６０：
ＹＥＳ）、合成条件が成立したと判断して、文字入力装
置７からテキストデータのｘ番目のビットｔ(x) を読み
出すと共に、前述した［表１］に基づく［Ｇ−３］の手
順により、上記Ｓ１３０で生成した符号化信号ｉ(k) の
最下位ビットｉlsb(k)を操作して、符号化信号ｉ(k) に
上記読み出したビットｔ(x) を合成する（Ｓ１８０）。

【００６７】そして、次回に読み出すテキストデータの
ビットを更新するために、順序ラベルｘを１インクリメ
ントし（Ｓ１９０）、更に、予測符号ランレングスｌse
の値を「１」に初期化した後（Ｓ１７０）、上記Ｓ１８
０でビットｔ(x) を合成した符号化信号ｉ(k) を、伝送
符号ｉt(k)として送受信装置１３へ出力する（Ｓ２０
０）。

【００６８】このように今回の伝送符号ｉt(k)の出力が
終了すると、適応逆量子化器３１により、今回の伝送信
号ｉt(k)を、適応制御器３３にて求められている適応量
子化パラメータｙ(k) に応じた逆量子化関数Ｑ^-1によっ
て逆量子化して、逆量子化差分ｄq(k)を求める（Ｓ２１
０）。そして更に、適応制御器３３により、今回の逆量
子化差分ｄq(k)と伝送符号ｉt(k)から、適応予測器２３
で次の予測値ｓe(k+1)の算出に用いられる２次全極型予
測係数ａi(k+1)及び６次全零型予測係数ｂj(k+1)を求め
ると共に、適応量子化器２７及び適応逆量子化器３１で
次回に用いられる適応量子化パラメータｙ(k+1) を求め
る（Ｓ２２０）。

【００６９】そして、次回の処理に備えて順序ラベルｋ
を１インクリメントした後（Ｓ２３０）、通話スイッチ
（図示省略）のオン／オフ状態などに基づき通信終了か
否かを判定し（Ｓ２４０）、通信終了でなければ（Ｓ２
４０：ＮＯ）、Ｓ１００以降の動作を繰り返し、また、
通信終了であれば（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、当該符号化装
置９の動作を終了する。

【００７０】尚、本実施形態では、文字入力装置７が合
成データ設定手段に相当している。そして、データ合成
器２９が行う図４のＳ１４０〜Ｓ１７０の動作（即ち、
前述した［Ｇ−１］及び［Ｇ−２］の動作）が、合成条
件判定手段としての動作に相当しており、また、データ
合成器２９が行う図４のＳ１８０及びＳ１９０の動作
（即ち、前述した［Ｇ−３］の動作）が、合成手段とし
ての動作に相当している。一方、復号化装置１５には、
他の電話機３に設けられた符号化装置９から前述の如く
出力された伝送符号ｉt が、アンテナ１１及び送受信装
置１３を介して、伝送符号ｉr として順次入力される。
そして、復号化装置１５は、その伝送符号ｉr を標準Ａ
ＤＰＣＭ方式により復号してデジタル音声信号ｓp を出
力すると共に、上記伝送符号ｉr からテキストデータの
ビット系列ｔ’を抽出して出力する。

【００７１】このため、復号化装置１５は、図５に示す
ように、送受信装置１３からの伝送符号ｉr(k)を、符号
化装置９側の適応逆量子化器３１と同じ逆量子化関数Ｑ
^-1に基づき逆量子化して、逆量子化差分ｄq(k)を出力す
る適応逆量子化器４１と、過去の再構成信号ｓr と逆量
子化差分ｄq から今回の再構成信号ｓr(k)の予測値ｓe
(k)を求めて出力する適応予測器（Predictor ）４３
と、適応逆量子化器４１からの逆量子化差分ｄq(k)に適
応予測器４３からの予測値ｓe(k)を加算して、今回の伝
送符号ｉr(k)に対応する再構成信号ｓr(k)として出力す
る加算器４５と、を備えている。

【００７２】更に、復号化装置１５は、加算器４５から
の再構成信号ｓr(k)に対し、符号化装置９側の線形ＰＣ
Ｍ変換器２１とは逆の変換を行って、デジタル音声信号
ｓp(k)を出力する逆線形ＰＣＭ変換器（逆Converter ）
４７と、適応逆量子化器４１から出力される逆量子化差
分ｄq(k)と今回の伝送符号ｉr(k)から、適応予測器４３
で次回の予測値ｓe(k+1)の算出に用いられる２次全極型
予測係数ａi，［i＝１，２］及び６次全零型予測係数ｂ
j，［j＝１〜６］を求めると共に、適応逆量子化器４１
の逆量子化関数Ｑ^-1で次回に用いられる適応量子化パラ
メータｙ(k+1)を求める適応制御器（Adaptive controll
er ）４９と、後述する分離手順に従って、伝送符号ｉr
(k)に合成されたテキストデータのビットｔ’(x) を抽
出し、その抽出したビットｔ’(x) を表示装置１９に順
次出力するデータ分離器（Emb^-1）５１と、を備えてい
る。

【００７３】この復号化装置１５では、適応逆量子化器
４１、適応予測器４３、加算器４５、及び適応制御器４
９により、符号化装置９側の適応逆量子化器３１、適応
予測器２３、加算器３５、及び適応制御器３３からなる
部分と全く同じ処理ブロックが構成されている。そし
て、適応予測器４３及び適応制御器４９が、符号化装置
９側の適応予測器２３及び適応制御器３３と全く同様に
動作することにより、前述した式１〜式１０に基づき、
再構成信号ｓr(k)の予測値ｓe(k)が求められ、その予測
値ｓe(k)と適応逆量子化器４１からの逆量子化差分ｄq
(k)とが加算器４５により加算されて、伝送符号ｉr(k)
に対応する線形ＰＣＭ信号形式の再構成信号ｓr(k)が再
生される。

【００７４】そして更に、その再構成信号ｓr(k)が、符
号化装置９側の線形ＰＣＭ変換器２１に対応して設けら
れた逆線形ＰＣＭ変換器４７により、通常のデジタル音
声信号ｓp(k)に変換されて、音声出力装置１７へ出力さ
れる。つまり、復号化装置１５では、データ分離器５１
以外からなる部分により、伝送符号ｉr(k)を入力する毎
に、その伝送符号ｉr(k)を逆量子化してその伝送符号ｉ
r(k)の表す差分ｄ(k) を求めると共に、既に生成した再
構成信号ｓr から今回の再構成信号ｓr(k)の予測値ｓe
(k)を求め、その予測値ｓe(k)と今回逆量子化して求め
た差分ｄ(k) とを加算して、今回入力した伝送符号ｉr
(k)に対応する再構成信号ｓr(k)を生成し、更に、その
再構成信号ｓr(k)を音声再生用のデジタル音声信号ｓp
に変換する、といった標準ＡＤＰＣＭ方式の通常の復号
化装置が構成されている。

【００７５】換言すれば、本実施形態の復号化装置１５
は、標準ＡＤＰＣＭ方式の通常の復号化装置に対して、
符号化装置９側のデータ合成器２９に対応したデータ分
離器５１を追加して設けている点のみが異なっている。
そして、符号化装置９では、データ分離器５１が、以下
の［Ｂ−１］〜［Ｂ−４］からなる分離手順により、伝
送符号ｉr からテキストデータのビット系列ｔ’を分離
・抽出して出力する。

【００７６】［Ｂ−１］：まず、データ分離器５１は、
適応予測器４３から出力される予測値ｓe が連続して同
じ正負極性となった回数（予測符号ランレングスｌse）
を計測する。 ［Ｂ−２］：そして、予測値ｓe の正負極性が今回値と
前回値とで変化したときに、予測値ｓe の正負極性が前
回変化してから今回変化するまでに計測した予測符号ラ
ンレングスｌseが、符号化装置９側のデータ合成器２９
で設定されているのと同じ下限値ｋmin から上限値ｋma
x までの範囲内であるか否かを判定する。

【００７７】［Ｂ−３］：上記［Ｂ−２］の判定にて、
予測符号ランレングスｌseが下限値ｋmin から上限値ｋ
max までの範囲内であると判定すると、分離条件が成立
したと判断して、今回入力した伝送符号ｉr(k)からテキ
ストデータのビットｔ’(x)を抽出する。

【００７８】即ち、今回入力した伝送符号ｉr(k)の最下
位ビットｉlsb(k)が「０」であれば、その最下位ビット
ｉlsb(k)に「０」であるビットｔ’(x) が合成されてい
ると判断して記憶し、また、今回入力した伝送符号ｉr
(k)の最下位ビットｉlsb(k)が「１」であれば、その最
下位ビットｉlsb(k)に「１」であるビットｔ’(x) が合
成されていると判断して記憶する。そして、このように
記憶したテキストデータのビットｔ’(x) を、表示装置
１９へ出力する。

【００７９】［Ｂ−４］：一方、予測値ｓe の正負極性
が今回値と前回値とで変化していない場合、或いは、上
記［Ｂ−２］の判定にて、予測符号ランレングスｌseが
下限値ｋmin から上限値ｋmax までの範囲内ではないと
判定した場合には、分離条件が成立していない（つま
り、今回入力した伝送符号ｉr(k)にはテキストデータの
ビットｔ’(x) が合成されていない）と判断して、何も
処理を行わない。

【００８０】ここで、復号化装置１５の動作内容をまと
めると、図６に示すフローチャートのようになる。図６
に示すように、復号化装置１５では、まず、送受信装置
１３からｋ番目の伝送符号ｉr(k)を入力すると共に（Ｓ
３００）、適応予測器４３により、今回の再構成信号ｓ
r(k)の予測値ｓe(k)を求める（Ｓ３１０）。

【００８１】そして次に、データ分離器５１がＳ３２０
〜Ｓ３７０の処理を行う。即ち、まず、今回求めた予測
値ｓe(k)の正負極性と前回求めた予測値ｓe(k-1)の正負
極性とが一致しているか否かを判定し（Ｓ３２０）、両
正負極性が一致しているならば（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、
予測符号ランレングスｌseを１インクリメントする（Ｓ
３３０）。

【００８２】一方、今回求めた予測値ｓe(k)の正負極性
と前回求めた予測値ｓe(k-1)の正負極性とが一致してい
なければ（Ｓ３２０：ＮＯ）、現在までに計測した予測
符号ランレングスｌseが、予め設定された下限値ｋmin
から上限値ｋmax までの範囲内であるか否かを判定し
（Ｓ３４０）、その範囲内でなければ（Ｓ３４０：Ｎ
Ｏ）、予測符号ランレングスｌseの値を、「１」に初期
化する（Ｓ３５０）。

【００８３】これに対して、今回求めた予測値ｓe(k)の
正負極性と前回求めた予測値ｓe(k-1)の正負極性とが一
致しておらず（Ｓ３２０：ＮＯ）、且つ、現在までに計
測した予測符号ランレングスｌseが下限値ｋmin から上
限値ｋmax までの範囲内であった場合には（Ｓ３４０：
ＹＥＳ）、分離条件が成立したと判断して、前述した
［Ｂ−３］の手順により、今回入力した伝送符号ｉr(k)
からテキストデータのビットを抽出し、その抽出したビ
ットをｘ番目のビットｔ’(x) として、表示装置１９へ
出力する（Ｓ３６０）。

【００８４】そして、次回にビット抽出を行った場合に
備えて、テキストデータのビットを識別するための順序
ラベルｘを１インクリメントし（Ｓ３７０）、また、予
測符号ランレングスｌseの値を「１」に初期化する（Ｓ
３５０）。例えば、Ｓ３７０では、今回抽出したビット
がテキストデータの４番目のビットｔ’(4) であった場
合には、順序ラベルｘを「５」に更新して、次回に抽出
したビットを５番目のビットｔ’(5) として出力できる
ようにしておくのである。

【００８５】このようなデータ分離器５１による処理
（Ｓ３２０〜Ｓ３７０）が終了すると、次に、Ｓ３００
で今回入力した伝送符号ｉr(k)を、適応逆量子化器４１
により、適応制御器４９にて求められている適応量子化
パラメータｙ(k) に応じた逆量子化関数Ｑ^-1によって逆
量子化して、逆量子化差分ｄq(k)を求める（Ｓ３８
０）。

【００８６】そして、加算器４５により、Ｓ３８０で求
めた逆量子化差分ｄq(k)とＳ３１０で求めた予測値ｓe
(k)とを加算して、今回の伝送符号ｉr(k)に対応する再
構成信号ｓr(k)を求め（Ｓ３９０）、その再構成信号ｓ
r(k)を、逆線形ＰＣＭ変換器４７によりデジタル音声信
号ｓp(k)に変換して、音声出力装置１７へ出力する（Ｓ
４００）。

【００８７】そして更に、適応制御器４９により、今回
の伝送符号ｉr(k)とＳ３８０で求めた逆量子化差分ｄq
(k)から、適応予測器４３で次の予測値ｓe(k+1)の算出
に用いられる２次全極型予測係数ａi(k+1)及び６次全零
型予測係数ｂj(k+1)を求めると共に、適応逆量子化器４
１で次回に用いられる適応量子化パラメータｙ(k+1) を
求める（Ｓ４１０）。

【００８８】その後、次回の処理に備えて順序ラベルｋ
を１インクリメントし（Ｓ４２０）、更に、通話スイッ
チ（図示省略）のオン／オフ状態などに基づき通信終了
か否かを判定する（Ｓ４３０）。そして、通信終了でな
ければ（Ｓ４３０：ＮＯ）、Ｓ３００以降の動作を繰り
返し、また、通信終了であれば（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、
当該復号化装置１５の動作を終了する。

【００８９】従って、復号化装置１５では、送受信装置
１３から伝送符号ｉr(k)が入力される毎に、逆線形ＰＣ
Ｍ変換器４７から音声出力装置１７へ、伝送符号ｉr(k)
を復号してなるデジタル音声信号ｓp(k)が出力され、ま
た、上記Ｓ３２０〜Ｓ３５０の動作で判定される分離条
件が成立する毎に、データ分離器５１から表示装置１９
へテキストデータのビットｔ’(x) が出力される。

【００９０】そして、本実施形態の電話機１において、
音声出力装置１７は、逆線形ＰＣＭ変換器４７から順次
出力されるデジタル音声信号ｓp(k)に応じて音声を再生
して出力する。また、表示装置１９は、データ分離器５
１から順次出力されるビットｔ’(x) を記憶し、その記
憶したビットの系列から所定のタイミングで文字を再生
して表示する。

【００９１】尚、本実施形態では、データ分離器５１が
行う図６のＳ３２０〜Ｓ３５０の動作（即ち、前述した
［Ｂ−１］及び［Ｂ−２］の動作）が、分離条件判定手
段としての動作に相当しており、また、データ分離器５
１が行う図６のＳ３６０及びＳ３７０の動作（即ち、前
述した［Ｂ−３］の動作）が、分離手段及びデータ出力
手段としての動作に相当している。

【００９２】以上詳述したように、本実施形態の電話機
１に備えられた符号化装置９では、音声波形を標準ＡＤ
ＰＣＭ方式によって符号化する際に、今回の入力音声信
号ｓ(k) に対応する線形ＰＣＭ信号ｓl(k)の予測値ｓe
(k)が、前回予測した予測値ｓe(k-1)に対して正から負
へ或いは負から正へと極性変化し、且つ、予測値ｓe の
正負極性が前回変化してから今回変化するまでに求めた
予測値ｓe の数（即ち、本実施形態でいう予測符号ラン
レングスｌseであり、延いては、符号化対象である音声
波形の極性変化の時間間隔）が予め設定された下限値ｋ
min から上限値ｋmax までの範囲内である、という合成
条件が成立したときに、今回の入力音声信号ｓ(k) に対
応する符号化信号ｉ(k) の最下位ビットｉlsb(k)を［表
１］の如く操作することで、その最下位ビットｉlsb(k)
に、テキストデータのビットｔ(x)を合成する（埋め込
む）ようにしている。

【００９３】このため、本実施形態の符号化装置９によ
れば、音声を符号化する際にテキストデータを密かに合
成することができると共に、テキストデータを合成した
ことによる再生音声への影響を極めて小さく抑えること
ができる。つまり、音声波形は図３に示したように不規
則な振動をするため、上記合成条件が成立する頻度は不
規則になる。よって、第３者が当該符号化装置９によっ
て生成された伝送符号ｉt を時系列的に見た場合には、
何れのビット位置にテキストデータのビットｔが埋め込
まれているのかを特定できなくなる。また、予測値ｓe
が極性変化したときの符号化信号ｉ(k) へテキストデー
タのビットｔ(x) を埋め込むようにしており、そのとき
の入力音声信号ｓ(k) が表す音声の振幅値は小さいもの
である。しかも、符号化信号ｉ(k) のビットのうち、再
生音声に対する影響度が最も低い最下位ビットｉlsb(k)
を操作して、テキストデータのビットｔ(x) を合成して
いる。よって、テキストデータのビットｔ(x) を合成す
ることによる量子化誤差が極めて小さくなって、再生音
声への影響を最小限に抑えることができるのである。

【００９４】また更に、本実施形態の符号化装置９で
は、データ合成器２９から出力される伝送符号ｉt を、
適応逆量子化器３１と適応制御器３３とに入力するよう
にしており、この構成により、テキストデータのビット
を埋め込んだ後の伝送符号ｉtを用いて各処理ブロック
の適応化がなされるようにしている。

【００９５】このため、テキストデータのビットを埋め
込んだことによる影響が蓄積せず、送信側と受信側と
で、適応化係数（２次全極型予測係数ａi 及び６次全零
型予測係数ｂj ）の不一致が生じないという利点があ
る。一方、このような符号化装置９に対応する本実施形
態の復号化装置１５では、他の電話機３の符号化装置９
によって生成された伝送符号ｉr を標準ＡＤＰＣＭ方式
によって復号することにより、音声の瞬時振幅値を表す
デジタル音声信号ｓp を順次生成するのであるが、この
ような復号化を行う際に、符号化装置９側の合成条件と
全く同じ分離条件が成立したか否かを判定し、分離条件
が成立した場合に、今回入力した伝送符号ｉr(k)の最下
位ビットｉlsb(k)に着目して、その伝送符号ｉr(k)から
テキストデータのビットｔ(x) を分離・抽出するように
している。

【００９６】よって、この復号化装置１５によれば、符
号化装置９により生成された伝送符号ｉr から、音声と
テキストデータ（文字）とを確実に再生することができ
る。そして、以上のような符号化装置９及び復号化装置
１５を備えた本実施形態の電話機１，３によれば、伝送
符号にテキストデータが埋め込まれた状態でも、受信者
に聴感的な違和感を与えない良好な音声を再生して、音
声出力装置１７から出力することができる。このため、
情報伝送のための帯域幅を増大せずに、音声とテキスト
データを併送することが可能となり、回線資源を有効利
用することができる。

【００９７】また、本実施形態の電話機１，３によれ
ば、通話中であっても伝送符号からテキストデータを取
り出して、そのテキストデータに対応した文字を表示装
置１９に表示することができる。このため、当該電話機
１，３を用いた通話者は、音声と文章との両方で意志の
疎通を行うことができるようになる。

【００９８】「実験結果」ここで、本実施形態の符号化
装置９及び復号化装置１５について、標準ＡＤＰＣＭ方
式に基づき実験システムを構成してシミュレーションを
実施した結果について説明する。

【００９９】まず、実験音声としては、下記の［表２］
に示すように、男性と女性の各々による日本語及び英語
の音声を用いた。また、音声源としては、ＦＭラジオな
らびに会話テープから各５秒を抽出したものを用いた。
このため、符号化する入力音声信号ｓ(k) のサンプル数
は各々４００００となっている。尚、［表２］及び後述
する［表３］，［表４］において、「Ｊｍ」は男性によ
る日本語の音声（日本語男声）を示し、「Ｊｗ」は女性
による日本語の音声（日本語女声）を示し、「Ｅｍ」は
男性による英語の音声（英語男声）を示し、「Ｅｗ」は
女性による英語の音声（英語女声）を示している。

【０１００】

【表２】

【０１０１】そして、音質の評価法としては、様々な方
法が提案されているが、本実験では客観的な評価尺度と
して最も基本的な、信号対量子化雑音比（ＳＮＲ：Sign
al-to-quantization Noise Ratio）を用いた。尚、ＳＮ
Ｒの評価式は、例えば、文献「小澤一範著：ディジタル
移動通信のための高能率音声符号化技術；株式会社トリ
ケップス」に記載されているように、入力音声（本実施
形態でいう入力音声信号）ｓ(n) とその量子化誤差ｅ
(n) を用いて、次の式１２で表すことができる。

【０１０２】

【数１２】

【０１０３】次に、［表２］に示した４種類の音声を用
いて実験した結果を示す。まず、前述した下限値ｋmin
と上限値ｋmax を、０〜９９までの範囲で１０刻みに変
化させたときの予測符号ランレングスｌseの出現度数
（即ち、合成条件及び分離条件が成立する回数）は、下
記の［表３］のようになった。

【０１０４】

【表３】

【０１０５】また、実験音声として英語男声Ｅｍを用
い、下限値ｋmin を０に設定して上限値ｋmax を変化さ
せた場合における合成データのバイト量（即ち、合成で
きるテキストデータのバイト量）は、図７に示すように
なった。［表３］及び図７の結果から明らかなように、
合成条件及び分離条件の決定要素である下限値ｋmin と
上限値ｋmax を適宜設定することにより、テキストデー
タを合成する時間的密度（単位時間当りに合成可能なテ
キストデータの量）を操作できることが分かる。但し、
高い密度でテキストデータの合成を行うと、第３者によ
る解読の可能性が高くなるため、合成条件（下限値ｋmi
n 及び上限値ｋmax ）は、密度と第３者による解読の可
能性とを考慮して設定すれば良い。

【０１０６】次に、英語男声Ｅｍを用いて、合成データ
のバイト量に対する必要ビット操作量（操作ビット量）
を調べた結果を図８に示す。この図８から、合成するテ
キストデータのビット量の約半分程度のビット操作で、
テキストデータの合成が可能であることが分かる。この
ことは、先に述べた［表１］の手順に従いテキストデー
タを合成している点から容易に推測できる。

【０１０７】次に、テキストデータの合成が音質に与え
る影響について考察する。英語男声Ｅｍを用いて、無作
為に抽出した伝送符号（本実施形態の適応量子化器２７
から出力される符号化信号ｉに相当）をランダム系列で
操作した場合と、本実施形態の方法により伝送符号を操
作した場合とで、再生音質の劣化状況を比較した結果
を、図９に示す。尚、図９において、「○」で示されて
いるのが前者の場合（非本実施形態の方法）であり、
「×」で示されているのが後者の場合（本実施形態の方
法）である。

【０１０８】この図９から明らかなように、同じビット
量を操作したとき、本実施形態の方法によれば音質に与
える影響が非常に小さいことが分かる。即ち、ＳＮＲは
テキストデータを合成していない状態で約３９ｄＢであ
るが、本実施形態の方法によれば、データの合成が可能
な箇所全てにテキストデータのビットを埋め込んだ場合
でも、ＳＮＲが約３６ｄＢとなって、良好な再生音質を
確保できることがわかる。また、先に述べたように、音
声の振幅値が小さい箇所において埋め込みが施されるた
め、聴感的に雑音としては感じられない。

【０１０９】更に、実際の再生音声波形の一部を観察し
た結果を図１０に示す。尚、図１０は、英語男声Ｅｍの
冒頭５００サンプルについて示したものであり、（ａ）
は、テキストデータを合成していない再生音声波形を示
し、（ｂ）は、本実施形態の方法によりテキストデータ
を最大限に合成した場合の再生音声波形を示し、（ｃ）
は、上記両再生音声波形の差分波形を示している。
（ｃ）では、（ａ），（ｂ）に対して、縦軸のレンジが
１０倍に拡大されている。

【０１１０】この図１０より、テキストデータを合成す
ることによる大きな影響は無いことが分かる。一方、
［表２］に示した４種類の実験音声Ｊｍ，Ｊｗ，Ｅｍ，
Ｅｗの各々について、データ合成密度が０の場合の再生
音質（つまり、テキストデータを合成していない場合の
再生音質）と、テキストデータを最大限に合成した場合
の再生音質とを、下記の［表４］に示す。

【０１１１】

【表４】

【０１１２】この［表４］より、本実施形態の方法によ
れば、テキストデータを大量に合成しても、良好な音質
を維持できることが分かる。 「その他」本実施形態の符号化装置９及び復号化装置１
５は、ＣＣＩＴＴによりＧ．７２１符号化手順として標
準化された３２ｋｂ／ｓＡＤＰＣＭ符号化方式に従っ
て、音声の符号化／復号化を行うものであったが、他の
差分予測符号化方式に対しても、同じ手法を適用するこ
とができる。

【０１１３】例えばＣＣＩＴＴによりＧ．７２６符号化
手順として標準化されたＡＤＰＣＭ符号化方式に適用す
る場合には、Ｇ．７２６符号化手順の符号化装置と復号
化装置に、夫々、本実施形態のデータ合成器２９とデー
タ分離器５１を追加すれば良いのである。

【０１１４】また、符号化装置９及び復号化装置１５
は、専用の論理回路によって構成しても良いし、マイク
ロコンピュータを用いて構成するようにしても良い。一
方、本実施形態の電話機１，３において、無線伝送路上
で伝送誤りが生じると、再生音質が劣化すると共に、合
成したテキストデータから文字を再生する際にも影響が
出る。

【０１１５】そこで、伝送符号ｉt にハミング符号や巡
回符号及びＢＣＨ符号といった誤り訂正符号を適用し、
伝送符号ｉt に誤りが生じても正しい符号を再現できる
ようにしても良い。そして更に、送信側と受信側とで、
定期的に内部状態を初期化するといった対策を施しても
良い。

【０１１６】また、音声と共に伝送するテキストを暗号
化してランダム系列として準備すれば、第３者に対する
秘匿性を極めて高くすることができる。尚、上記実施形
態では、本発明を電話機に適用したものであるため、符
号化装置９により生成された伝送符号ｉt を、即座に無
線変調して送信するようにしたが、伝送符号ｉt を所定
の記録媒体に記憶させておくようにしても良い。そし
て、この場合には、上記記録媒体から伝送符号ｉt を順
次読み出して、復号化装置１５により復号化すれば良
い。

【０１１７】また、上記実施形態の符号化装置９及び復
号化装置１５は、音声波形を符号化／復号化するもので
あったが、センサや計測器などから出力されるアナログ
信号といった音声以外の振動波を符号化／復号化するよ
うにしても良い。具体的には、上記アナログ信号を所定
時間毎にサンプリングして得たデジタル信号を、入力音
声信号ｓに代えて、符号化装置９の線形ＰＣＭ変換器２
１に入力させれば良い。

【０１１８】そして、このようにすれば、センサや計測
器から出力されるアナログ信号の振動波を符号化する際
に、テキストデータなどの他のデータを合成することが
でき、また、その符号化信号から他のデータを分離して
抽出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態のデジタル電話機の構成を表すブロ
ック図である。

【図２】 図１の符号化装置の構成を表すブロック図で
ある。

【図３】 実際の音声波形と予測値との関係を説明する
説明図である。

【図４】 符号化装置の動作内容を表すフローチャート
である。

【図５】 図１の復号化装置の構成を表すブロック図で
ある。

【図６】 復号化装置の動作内容を表すフローチャート
である。

【図７】 下限値ｋmin を０に設定して上限値ｋmax を
変化させた場合における合成データのバイト量を表すグ
ラフである。

【図８】 合成データのバイト量に対する必要ビット操
作量（操作ビット量）を表すグラフである。

【図９】 実施形態の効果を表すグラフである。

【図１０】 再生音声波形の観察結果を表すグラフであ
る。

【符号の説明】

１，３…デジタル電話機 ５…音声入力装置 ７…
文字入力装置 ９…符号化装置 １１…アンテナ １３…送受信装
置 １５…復号化装置 １７…音声出力装置 １９…表
示装置 ２１…線形ＰＣＭ変換器 ２３，４３…適応予測器 ２５，３５，４５…加算器 ２７…適応量子化器
２９…データ合成器 ３１，４１…適応逆量子化器 ３３，４９…適応制御
器 ４７…逆線形ＰＣＭ変換器 ５１…データ分離器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 11/00 - 11/06 G10L 19/00 - 19/14 H03M 7/30 - 7/38 H04B 14/00 - 14/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動波の瞬時振幅値を表す信号を入力信
   号として順次入力し、前記信号を入力する毎に、過去の
   入力信号から今回の入力信号の予測値を求めると共に、
   該予測値と今回の入力信号の値との差分を量子化して符
   号化する差分予測符号化方式により、前記振動波を符号
   化する振動波の符号化方法において、 前記入力信号の予測値が連続して同じ正負極性となった
   回数を計測すると共に、前記予測値の正負極性が今回値
   と前回値とで変化したときに、該正負極性が前回変化し
   てから今回変化するまでに計測した前記回数が所定範囲
   内であるか否かを判定し、 前記回数が所定範囲内であると判定する毎に、前記振動
   波に合成すべき他の二値データを読み出し、今回求めた
   前記差分を符号化してなる符号化信号の所定ビットを、
   前記読み出した二値データに応じて、該二値データが
   「０」である場合に前記所定ビットが予め定められた特
   定の論理値となり、前記二値データが「１」である場合
   に前記所定ビットが前記特定の論理値とは反対の論理値
   となるように操作することで、前記符号化信号に前記読
   み出した二値データを合成すること、 を特徴とする振動波の符号化方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動波の符号化方法に
   おいて、 前記所定ビットは、前記符号化信号の最下位ビットであ
   ること、 を特徴とする振動波の符号化方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の符号化方
   法により生成された符号化信号を順次入力し、前記符号
   化信号を入力する毎に、その符号化信号を逆量子化して
   該符号化信号の表す差分を求めると共に、既に生成した
   前記振動波の瞬時振幅値を表す再生信号から今回の再生
   信号の予測値を求め、該予測値と今回逆量子化して求め
   た前記差分とを加算して、今回入力した符号化信号に対
   応する再生信号を生成することにより、前記振動波を復
   元する振動波の復号化方法において、 前記再生信号の予測値が連続して同じ正負極性となった
   回数を計測すると共に、前記予測値の正負極性が今回値
   と前回値とで変化したときに、該正負極性が前回変化し
   てから今回変化するまでに計測した前記回数が所定範囲
   内であるか否かを判定し、 前記回数が所定範囲内であると判定した場合に、今回入
   力した前記符号化信号の前記所定ビットが前記特定の論
   理値であれば、当該所定ビットに「０」である二値デー
   タが合成されていると判断し、前記所定ビットが前記特
   定の論理値とは反対の論理値であれば、当該所定ビット
   に「１」である二値データが合成されていると判断し
   て、前記符号化信号から前記他の二値データを分離する
   こと、 を特徴とする振動波の復号化方法。
4. 【請求項４】 振動波の瞬時振幅値を表す信号を入力信
   号として順次入力し、前記信号を入力する毎に、過去の
   入力信号から今回の入力信号の予測値を求めると共に、
   該予測値と今回の入力信号の値との差分を量子化して符
   号化し、該符号化後の符号化信号を出力するように構成
   された振動波の符号化装置において、 前記符号化信号に合成すべき他の二値データを用意する
   合成データ設定手段と、 前記入力信号の予測値が連続して同じ正負極性となった
   回数を計測すると共に、前記予測値の正負極性が今回値
   と前回値とで変化したときに、該正負極性が前回変化し
   てから今回変化するまでに計測した前記回数が所定範囲
   内であるか否かを判定する合成条件判定手段と、 該合成条件判定手段により前記回数が所定範囲内である
   と判定される毎に、前記合成データ設定手段により用意
   された二値データを読み出し、今回求められた前記差分
   を符号化してなる符号化信号の所定ビットを、前記読み
   出した二値データに応じて、該二値データが「０」であ
   る場合に前記所定ビットが予め定められた特定の論理値
   となり、前記二値データが「１」である場合に前記所定
   ビットが前記特定の論理値とは反対の論理値となるよう
   に操作することで、前記符号化信号に前記読み出した二
   値データを合成する合成手段と、 を備えたことを特徴とする振動波の符号化装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の振動波の符号化装置に
   おいて、 前記合成手段により操作される前記符号化信号の所定ビ
   ットは、該符号化信号の最下位ビットであること、 を特徴とする振動波の符号化装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は請求項５に記載の符号化装
   置により生成された符号化信号を順次入力し、前記符号
   化信号を入力する毎に、その符号化信号を逆量子化して
   該符号化信号の表す差分を求めると共に、既に生成した
   前記振動波の瞬時振幅値を表す再生信号から今回の再生
   信号の予測値を求め、該予測値と今回逆量子化して求め
   た前記差分とを加算して、今回入力した符号化信号に対
   応する再生信号を出力するように構成された振動波の復
   号化装置において、 前記再生信号の予測値が連続して同じ正負極性となった
   回数を計測すると共に、前記予測値の正負極性が今回値
   と前回値とで変化したときに、該正負極性が前回変化し
   てから今回変化するまでに計測した前記回数が所定範囲
   内であるか否かを判定する分離条件判定手段と、 該分離条件判定手段により前記回数が所定範囲内である
   と判定された場合に、今回入力された前記符号化信号の
   前記所定ビットが前記特定の論理値であれば、当該所定
   ビットに「０」である二値データが合成されていると判
   断し、前記所定ビットが前記特定の論理値とは反対の論
   理値であれば、当該所定ビットに「１」である二値デー
   タが合成されていると判断して、前記符号化信号から前
   記他の二値データを分離する分離手段と、 該分離手段により分離された二値データを出力するデー
   タ出力手段と、 を備えたこと特徴とする振動波の復号化装置。