JP3398457B2 - 量子化スケールファクタ生成方法、逆量子化スケールファクタ生成方法、適応量子化回路、適応逆量子化回路、符号化装置及び復号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は量子化スケールファク
タ生成方法、逆量子化スケールファクタ生成方法、適応
量子化回路、適応逆量子化回路、符号化装置及び復号化
装置に関し、例えば、ＡＤＰＣＭ（適応差分ＰＣＭ）符
号化方式に適用し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、音声信号や音響信号や、その他の
アナログ信号（例えば、モデム信号や、ファクシミリ信
号など）に対する高能率符号化方式が研究・開発されて
いる。

【０００３】そして、従来のＡＤＰＣＭ装置では、入力
信号と予測信号の差である予測残差信号に対してスケー
ルファクタで正規化を行い、その信号を量子化すること
で、量子化の際のオーバーフローやアンダーフローなど
の発生を避けていた。このスケールファクタが予測残差
信号のパワーを適切に反映していれば、量子化誤差を少
なくすることでき、復号側の再生信号の品質を向上させ
ることができていた。

【０００４】そして、最適なスケールファクタを決定す
る方法としては、例えば、文献１：『音声の高能率符号
化』、著者：中田和男、出版社：森北出版、のページ４
６〜５０などに一例が示されている。

【０００５】そして、未来の予測残差信号Ｄ（ｎ＋１）
に対する最適なスケールファクタｕ（ｕ＋１）は、現在
及び過去のサンプル値に対する最適なスケールファクタ
ｕ（ｎ）、ｕ（ｎ−１）、ｕ（ｎ−２）、・・・・、及
び量子化の結果Ｉ（ｎ）、Ｉ（ｎ−１）、Ｉ（ｎ−
２）、・・・・などから、隣接信号の相関を利用して決
定されるものである。

【０００６】更に、伝送誤りに対する耐性を考慮したス
ケールファクタの決定方法として、次の文献２に示され
ている手順による方法が従来提案されていた。文献２：
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ＣＯＭ−２３、１９７５年１１
月、ページ１３６２−１３６５、『Ａ ＲｏｂｕｓｔＡ
ｄａｐｔｉｖｅ Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ』、著者Ｄ．Ｊ．
Ｇｏｏｄｍａｎ ａｎｄ Ｒ．Ｍ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏ
ｎ、などに一例が示されていた。

【０００７】この文献２による方法は、現在（時刻
（ｎ））の予測残差信号Ｄ（ｎ）に対するスケールファ
クタをｕ（ｎ）、その量子化結果をＩ（ｎ）とする。こ
のときに、次（未来）のサンプル（時刻（ｎ＋１））の
予測残差信号Ｄ（ｎ＋１）に対する量子化の幅ｕ（ｎ＋
１）を次式（１）、（２）によって決定される。

【０００８】 ｙ（ｎ＋１）＝（１−δ）＊ｙ（ｎ）＋δ＊Ｗ（Ｉ（ｎ）） ……（１） ｕ（ｎ＋１）＝ｅｘｐ（ｙ（ｎ＋１）） ……（２） 尚ここで、ｙ（ｎ）（＝ｌｏｇ（ｕ（ｎ）））は、対数
スケールファクタであり、δはリーク係数でありこのδ
は１より小さい（δ＜１）、正の整数である。そして、
更新関数Ｗは信号の性質によって理論的又は実験的に決
められる値である。そして、更にこのＷはＡＤＰＣＭ符
号化出力信号Ｉ（ｎ）に対する数値処理によって得るこ
ともできるし、又はＩ（ｎ）に対して表の値で置き換え
て得ることもできる。そして、このＷを求める仕組み
は、ＡＤＰＣＭ符号化側と復号化側で共通して備える仕
組みである。

【０００９】上述のような方法では、Ｉ（ｎ）を更新関
数Ｗで変換し、１次の巡回形ローパスフィルタでフィル
タリングすることによって対数スケールファクタｙを得
ていた。ここで、リーク係数δが定数であるためこのフ
ィルタの特性は不変であった。即ち、上述の方法は固定
予測によって過去の信号から現在のスケールファクタｕ
を対数領域でｙとして得ていると解釈できるものであっ
た。

【００１０】また、ｙ（ｎ）の係数（１−δ）によって
適応化の過程において過去の影響が有限となるため、伝
送符号誤りがあったとしても符号化回路と復号化回路の
内部状態は一致するように収束するものである。

【００１１】上述のような手順によってスケールファク
タ算出方法を用いて、ある程度までは伝送誤りに対して
耐性を有し、良好な音声再生を行い得ることができた。
例えば、６４ｋｂｉｔ／ｓの伝送速度を持つμ則ＰＣＭ
による音声情報を半分の伝送速度３２ｋｂｉｔ／ｓで伝
送するような実現した場合に、ビット誤り率０．０１％
程度まではＭＯＳ３．５程度の主観評価を得ることもで
きていた。

【００１２】このＭＯＳ３．５のデータについては、例
えば、文献３：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、１９８８年、ペ
ージ４００〜４０７、『ＨＩＧＨ−ＰＥＲＦＯＭＡＮＣ
Ｅ ＡＤＰＣＭ ＣＯＤＥＣＦＯＲ ＶＯＩＣＥ ＡＮ
Ｄ ＶＯＩＣＥＢＡＮＮＤ ＤＡＴＡ ＡＮＤ ＩＴＳ
ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＣＭＥ』のＦｉｇ
３を参考とすることができる。

【００１３】尚、このＭＯＳとは、Ｍｅａｎ Ｏｐｉｎ
ｉｏｎ Ｓｃｏｒｅの略であり、平均オピニオン値と呼
んでいるものである。この平均オピニオン値とは、通話
の満足性の観点から被測定系の総合的な品質を表した評
価尺度である。そして、この評価を例えば、レベル１
（非常に悪い）からレベル５（非常に良い）までで表す
ものである。

【００１４】そして、上述のＭＯＳについての、一般的
な解説は例えば、文献４：電子情報通信学会誌１９９２
年２月、『通信の品質（１）、音声品質の主観評価』の
ページ１８５に示されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、無線伝送路などの伝送誤りが比較的に高い率で起き
得る伝送系へ、上述のＡＤＰＣＭ方式を適用すると、受
信側の再生信号には針状の波形の歪みが生じていた。こ
れは、例えば、無線伝送路におけるマルチパスやフェー
ジング（例えば、周波数選択性フェージング）や、局間
信号の干渉や、符号間干渉、その他の要因によるものと
考えられる。

【００１６】このような針状の雑音は、僅かなＳ／Ｎの
変化に対しも主観評価に大きく影響を与え、聴取され易
いことが報告されており、通話品質を著しく劣化させて
いた。

【００１７】従って、例えば、無線伝送路などにおける
伝送誤り率が高い系へ従来のＡＤＰＣＭ符号化方式をそ
のまま適用することは困難であった。

【００１８】以上のようなことから、伝送路の符号誤り
率が悪い場合でも強い耐性で良好な再生信号を再生し得
る仕組みの提供が要請されていた。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで、（１）入力信号
（例えば、ＰＣＭ信号）から適応量子化を行って適応量
子化信号を得るために用いられるファクタであって、量
子化ステップをスケーリングするための量子化用スケー
ルファクタを上記適応量子化信号から求める量子化スケ
ールファクタ生成方法において、この発明は、入力原信
号と予測信号との差分である残差信号（若しくは誤差信
号）の大きさに対応した更新信号であって、サンプリン
グごとに得られる適応量子化信号から上記更新信号を生
成する。

【００２０】そして、この更新信号から適応フィルタ手
段によって上記量子化用スケールファクタを生成するも
のであって、前（例えば、前回又はそれ以前）に求めた
量子化用スケールファクタから上記適応フィルタ手段の
フィルタ係数を更新し、新たな量子化用スケールファク
タを求めることで上述の課題を解決しようとするもので
ある。

【００２１】また、（２）適応量子化信号から適応逆量
子化を行って量子化信号を得るために用いられるファク
タであって、逆量子化ステップをスケーリングするため
の逆量子化用スケールファクタを上記適応量子化信号か
ら求める逆量子化スケールファクタ生成方法において、
この発明は、上記適応量子化信号から上記更新信号を生
成し、この更新信号から適応フィルタ手段によって上記
量子化用スケールファクタを生成するものであって、前
（例えば、前回又はそれ以前）に求めた量子化用スケー
ルファクタから上記適応フィルタ手段のフィルタ係数を
更新し、新たな量子化用スケールファクタを求めるもの
であって、量子化用スケールファクタ生成方法と同じよ
うな仕組みで生成することで上述の課題を解決しようと
するものである。

【００２２】更に、（３）入力信号（例えば、ＰＣＭ信
号）から量子化スケールファクタを用いて適応量子化を
行って適応量子化信号を得る適応量子化器と、上記適応
量子化信号から上記量子化用スケールファクタを求める
量子化スケールファクタ生成回路とを備えた適応量子化
回路において、この発明の量子化スケールファクタ生成
回路は、入力原信号と予測信号との差分である残差信号
（若しくは誤差信号）の大きさに対応した更新信号であ
って、サンプリングごとに得られる適応量子化信号に対
して上記更新信号を生成する更新信号生成手段と、この
更新信号から上記量子化用スケールファクタを生成する
適応フィルタ手段と、前に求めた量子化用スケールファ
クタから上記適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新さ
せる係数更新手段とを備える。

【００２３】そして、この適応量子化器は、更新された
量子化用スケールファクタを用いて適応量子化を行うこ
とで、上述の課題を解決するものである。

【００２４】更にまた、（４）適応量子化信号から逆量
子化スケールファクタを用いて適応逆量子化を行って量
子化信号を得る適応逆量子化器と、上記適応量子化信号
から逆量子化スケールファクタを求める逆量子化スケー
ルファクタ生成回路とを備えた適応逆量子化回路におい
て、この発明は、逆量子化スケールファクタ生成回路
は、適応量子化信号から更新信号を生成する更新信号生
成手段と、この更新信号から上記逆量子化用スケールフ
ァクタを生成する適応フィルタ手段と、前に求めた逆量
子化用スケールファクタから上記適応フィルタ手段のフ
ィルタ係数を更新させる係数更新手段とを備える。

【００２５】そして、適応逆量子化器は、更新された逆
量子化用スケールファクタを用いて適応逆量子化を行う
もので、上述の量子化スケールファクタ生成回路と同じ
ような仕組みで構成することで上述の課題を解決するも
のである。

【００２６】尚、上述の更新信号生成手段は、残差信号
の大きいレベルに対する適応量子化信号には大きい値の
更新信号を与え、残差信号の小さいレベルに対する適応
量子化信号には小さい値の更新信号を与えることが好ま
しい。

【００２７】（５）そして、上述の構成の適応量子化回
路と符号化回路とを備えて符号化装置に適用することが
好ましい。尚、この符号化器は、入力信号（例えば、ア
ナログ信号）に対して直線符号化（例えば、直線Ａ／Ｄ
変換など）を行い上記適応量子化回路に与える直線符号
化回路、又は入力非線形信号（例えば、ＬｏｇＰＣＭ信
号）を線形信号（例えば、ＰＣＭ信号）に変換し上記適
応量子化回路に与える信号変換回路のいずれかを備える
ことが好ましい。

【００２８】（６）更に、上述の構成の適応逆量子化回
路と復号化回路とを備えて復号化装置に適用することが
好ましい。尚、この復号化回路は、適応逆量子化器で得
られた量子化信号に対して直線復号化（例えば、直線Ｄ
／Ａ変換など）を行う直線復号化回路、又は適応逆量子
化器で得られた量子化信号に対して線形信号（例えば、
ＰＣＭ信号）から非線形信号（例えば、ＬｏｇＰＣＭ信
号）への信号変換を行う信号変換回路のいずれかを備え
ることが好ましい。

【００２９】

【作用】この発明によれば、残差信号の大きさに応じて
更新信号が更新され、この更新信号を適応フィルタ手段
でフィルタンリングを行い、量子化用及び逆量子化用の
スケールファクタを同じ仕組みで生成するものであっ
て、このスケールファクタによって残差信号が修正され
ると共に、前のスケールファクタをもとに適応フィルタ
手段の係数も逐次（サンプリングごとに）更新される。

【００３０】つまり、適応フィルタ手段の特性が更新さ
れる。つまり、スケールファクタの大きさによって係数
更新が逐次制御される。そして、適応量子化回路への入
力信号の大きさに応じて量子化用又は逆量子化用のスケ
ールファクタの変動を抑制させたり、鋭敏に変化させる
することもできる。

【００３１】例えば、適応量子化回路への入力信号のパ
ワーが比較的に大きい場合、残差信号は大きな値をと
り、スケールファクタも大きな値をとる。そして、この
スケールファクタに対応して、適応フィルタ手段で例え
ばローパスフィルタの係数を、通過帯域が狭くなるよう
に制御される。このためスケールファクタは緩やかに変
動することとなり、入力信号のパワーの速い変動を反映
しにくくなる。この速い変動が抑制されたスケールファ
クタを用いることによって、伝送路での符号誤りがあっ
たとしても、大きな誤差が抑制され、品質を劣化させて
いた針状の波形歪みを低減させることもできる。

【００３２】一方、適応量子化回路への入力信号のパワ
ーが比較的に小さい場合は、残差信号は小さな値をと
り、スケールファクタも小さな値をとる。このときにス
ケールファクタの変動を抑制すると量子化誤差による雑
音（オーバフロー雑音）が多くなる。そこで、スケール
ファクタの値に対応して適応フィルタ手段を、例えば、
ローパスフィルタとして形成し通過帯域が広くなるよう
に係数更新が制御される。これによってスケールファク
タは鋭敏に変動し、量子化による雑音を減少させること
ができ得る。

【００３３】以上のような仕組みによって、スケールフ
ァクタが大きいときは、スケールラクタの変動を抑制す
ることによって、伝送路の符号誤りによる再生信号に生
じる針状の波形歪みを低減させことができる。また、ス
ケールファクタが小さい場合は、スケールファクタの変
動を鋭敏にさせることで、例えばオーバーロード雑音な
どを低減させることができる。

【００３４】上述の適応量子化回路と符号化回路とを備
えた符号化装置を送信側に設け、上述の適応逆量子化回
路と復号化回路とを備えた復号化装置を受信側に備える
ことで送信側と受信側との間の伝送路において、雑音な
どの影響による符号誤りを受けても受信側の再生信号に
波形歪みやオーバロード雑音などが起きないようにさせ
ることができる。

【００３５】

【実施例】次にこの発明をＡＤＰＣＭ符号化装置及びＡ
ＤＰＣＭ復号化装置に適用した場合の好適な一実施例を
図面を用いて説明する。

【００３６】『符号化装置の構成』：図１は一実施例の
ＡＤＰＣＭ符号化装置の機能構成図である。この図１に
おいて、ＡＤＰＣＭ符号化装置２０はアナログ／デジタ
ル変換（Ａ／Ｄ）器２９と、適応量子化器（Ｑ）２２
と、差分器２１と、適応逆量子化器（ＩＱ）２３と、加
算器２４と、適応予測器（ＡＰ）２５と、量子化スケー
ルファクタ適応部２７とから構成されている。

【００３７】そして、特徴的な構成の量子化スケールフ
ァクタ適応部２７は、更新関数変換器２７１と、対数ス
ケールファクタ算出器２７２と、係数適応器２７３とか
ら構成されている。

【００３８】そして、アナログ信号（例えば、音声信号
や音響信号など）が、直線符号化器である、Ａ／Ｄ変換
器２９に与えられると例えば、サンプリング周波数８ｋ
Ｈｚ程度でサンプリングを行い、そして例えば直線符号
化を行い１サンプリング信号に対して１６ビットで符号
化を行って、この線形デジタル信号（ＰＣＭ信号）を出
力する。この離散的な線形デジタル信号は、差分器２１
に与えられ、ここで予測信号Ｓｅとの差分を求め、この
差分信号を予測誤差（予測残差）信号Ｄとして適応量子
化器（Ｑ）２２に与える。

【００３９】そして、図１の適応量子化器（Ｑ）２２
は、対数スケールファクタｙ（ｎ）を使用して、２
^ｙ（ｎ）＝ｕとし、更に、Ｄ／ｕを求めて予測残差信号
Ｄの正規化を行う。そして、この正規化された予測誤差
信号Ｄは、予め決められたテーブルに従って例えば、１
５レベルに量子化され、４ビットのＡＤＰＣＭ符号Ｉを
出力する。この信号Ｉは伝送路へ出力される。

【００４０】そして、このＡＤＰＣＭ符号Ｉは次の時刻
の予測信号Ｓｅ及び対数スケールファクタｙ（ｎ）を求
めるために、量子化スケールファクタ適応部２７と適応
逆量子化器（ＩＱ）２３とに与えられる。そして、適応
逆量子化器（ＩＱ）２３はＡＤＰＣＭ符号Ｉから、予め
決められたテーブルに従って逆量子化を行い、更にスケ
ールファクタｕ（＝２^ｙ（ｎ））を乗算して再生予測残
差信号Ｄｑを出力する。この再生予測残差信号Ｄｑは加
算器２４に与えられ、予測信号Ｓｅとの加算を行い、こ
の加算結果を再生信号Ｓｑとして適応予測器（ＡＰ）２
５に与える。

【００４１】そして、図１の適応予測器（ＡＰ）２５
は、主に適応デジタルフィルタで構成され、このフィル
タ係数は再生信号Ｓｑの相関に従って逐次制御される。
そして、フィルタの構成法や係数の制御方法として、例
えば、適応零点１０次、適応極４次、固定極１６次のト
ランスバーサル形で構成し、このフィルタ係数を例え
ば、簡易グラジェント法によって更新するものとする。

【００４２】更にこの適応予測器（ＡＰ）２５において
は、適応デジタルフィルタの極を常に監視し、安定領域
（ｚ平面上の単位円内）を逸脱したと判定される場合に
は、フィルタ係数を更新しないようにするものである。

【００４３】一方、量子化スケールファクタ適応部２７
の更新関数変換器２７１は、ＡＤＰＣＭ符号Ｉから更新
関数Ｗを求めるものである。具体的には、予め用意され
ている変換テーブルＴＢ１（図３に示している。）を用
いてＷを出力する。この変換テーブルＴＢ１は、例え
ば、正規化残差信号の大きい振幅レベルに対応するＡＤ
ＰＣＭ符号Ｉに対しては、Ｗを大きな値を持つように設
定してある。

【００４４】また、この変換テーブルＴＢ１は、更に正
規化残差信号の小さい振幅レベルに対応するＡＤＰＣＭ
符号Ｉに対してはＷを小さな値を持つように設定してあ
る。この図３の変換テーブルの数値は、具体的には信号
の性質や、ＡＤＰＣＭ符号Ｉのビット数やサンプリング
周波数などの要素から判断して、理論的又は実験的に決
定することが好ましい。

【００４５】この図３においては、変換テーブルＴＢ１
は、ＡＤＰＣＭ符号Ｉの絶対値０〜７に対して、Ｗを−
１５．９６８、−１０．９３７６、−７．１８７２、−
６．２５２８、−４．５３１２、８．２８１６、３１．
２５１２、８１．２４８としている。

【００４６】このようにして与えられたＷの値は、対数
スケールファクタ算出器２７２に与えられる。この対数
スケールファクタ算出器２７２は、主に１次の巡回形の
デジタルローパスフィルタで構成され、このフィルタで
対数スケールファクタｙ（ｎ）を生成する。そして、こ
のフィルタのフィルタ係数は、係数適応器２７３から与
えられるリーク係数δ（ｎ）によって設定される。

【００４７】次のサンプル時刻に対する対数スケールフ
ァクタｙ（ｎ＋１）は、次の式（３）によって求められ
る。 ｙ（ｎ＋１）＝［１−δ（ｎ）］＊ｙ（ｎ）＋δ（ｎ）＊Ｗ（Ｉ（ｎ）） ……（３） 尚ここで、δ（ｎ）は０＜δ（ｎ）＜１とし、このδ
（ｎ）は係数適応器２７３によって逐次更新制御され
る。そして、この更新された対数スケールファクタｙ
（ｎ＋１）は適応量子化器（Ｑ）２２に与えられる。

【００４８】そして、図１の係数適応器２７３は係数δ
（ｎ）を対数スケールファクタｙ（ｎ）の単調減少関数
として更新制御を行う。例えば、係数δ（ｎ）を次の式
（４）で表す関数として更新制御を行うものである。

【００４９】係数δ（ｎ）＝２^Ａ Ａ＝−（ａ＊（ｙ（ｎ）−ｙｍｉｎ）／（ｙｍａｘ−ｙｍｉｎ）＋ｂ） ……（４） ここで、ａ、ｂは予め決められた正の定数であり、ｙｍ
ｉｎ、ｙｍａｘはｙ（ｎ）の最大値、最小値である。そ
して、この一実施例では、ａを４とし、ｂを６とした。
このような設定によると、ｙ（ｎ）が最小値から最大値
に増加するにつれて係数δ（ｎ）は２^−６から２^−１０
へと減少する。このように係数δ（ｎ）を更新制御する
ことによって、１次の巡回形ローパスフィルタの通過帯
域が、スケールファクタに対応して制御される。

【００５０】『復号化装置の構成』：図２は一実施例の
ＡＤＰＣＭ復号化装置の機能構成図である。この図２に
おいて、ＡＤＰＣＭ復号化装置６０は、適応逆量子化回
路（ＩＱ）６３と、加算器６４と、適応予測器（ＡＰ）
６５と、逆量子化スケールファクタ適応部６７と、Ｄ／
Ａ変換器６９とから構成されている。更に、逆量子化ス
ケールファクタ適応部６７は、更新関数変換器６７１
と、対数スケールファクタ算出器６７２と、係数適応器
６７３とから構成されている。

【００５１】入力されたＡＤＰＣＭ符号Ｉは、適応逆量
子化回路（ＩＱ）６３と更新関数変換器６７１とに与え
られる。そして、適応逆量子化器（ＩＱ）６３は、予め
決められたテーブルに従って、更に対数スケールファク
タｙ（ｎ）を使用して２^{ｙ（ ｎ）}＝ｕから予測誤差信号
Ｄを求め、加算器６４に与える。

【００５２】一方、逆量子化スケールファクタ適応部６
７は、上述のＡＤＰＣＭ符号化装置２０の量子化スケー
ルファクタ適応部２７と同様な構成である。従って、更
新関数変換器６７１は、上述の更新関数変換器２７１と
同様に例えば、テーブルＴＢ１（図３）を備えて、入力
されたＡＤＰＣＭ符号Ｉから更新関数Ｗを出力するもの
である。

【００５３】そして、対数スケールファクタ算出器６７
２も上述の対数スケールファクタ算出器２７２と同様
に、主に１次の巡回形のデジタルローパスフィルタで構
成され、このフィルタで対数スケールファクタｙ（ｎ）
を生成する。そして、このフィルタのフィルタ係数は、
係数適応器６７３から与えられるリーク係数δ（ｎ）に
よって設定される。そして、サンプル時刻に対する対数
スケールファクタｙ（ｎ＋１）は、上述の式（３）によ
って求められる。そして、δ（ｎ）は係数適応器２７３
によって逐次更新制御される。そして、この更新された
対数スケールファクタｙ（ｎ＋１）は適応逆量子化器
（ＩＱ）６３に与えられる。

【００５４】そして、図２の係数適応器６７３は係数δ
（ｎ）を対数スケールファクタｙ（ｎ）の単調減少関数
として更新制御を行う。例えば、係数δ（ｎ）を上述の
式（４）で表す関数として更新制御を行うものである。

【００５５】そして、この一実施例では、ａを４とし、
ｂを６としていので、このような設定によると、ｙ
（ｎ）が最小値から最大値に増加するにつれて係数δ
（ｎ）は２^−６から２^−１０へと減少する。このように
係数δ（ｎ）を更新制御することによって、１次の巡回
形ローパスフィルタの通過帯域が、スケールファクタに
対応して制御される。

【００５６】このようにして得られた対数スケールファ
クタｙ（ｎ＋１）は適応逆量子化回路（ＩＱ）に与えら
れ、ここで、ＡＤＰＣＭ符号Ｉから予測残差信号Ｄを求
め、加算器６４に与える。そして、加算器６４は、適応
予測器（ＡＰ）からの予測信号Ｓｅと予測残差信号Ｄと
を加算して、加算結果Ｓｑを得る。この加算結果はデジ
タル再生信号Ｓｑである。このデジタル再生信号ＳはＤ
／Ａ変換器６９に与えられると共に、次の時刻の予測信
号Ｓｅを得るために適応予測器（ＡＰ）６５に与える。

【００５７】そして、適応予測器（ＡＰ）６５は上述の
適応予測器（ＡＰ）２５と同様な構成で実現されてい
て、予測信号Ｓｅを生成して加算器６４に与える。

【００５８】一方、Ｄ／Ａ変換器６９は、直線復号化器
として、デジタル再生信号Ｓｑから例えば直線Ｄ／Ａ変
換を行って再生アナログ信号を得るものである。

【００５９】以上のような動作によって、符号化装置２
０への入力信号のパワーが比較的に大きい場合には、予
測残差信号は大きな値をとり、スケールファクタｕも大
きい値を示す。そして、このスケールファクタｕに対応
してローパスフィルタの係数δ（ｎ）が、通過帯域が狭
くなるように制御される。このため、スケールファクタ
は緩やかな変動となり、入力信号のパワーの速い変動を
反映しにくくなる。そして、速い変動が抑制されたスケ
ールファクタｕを用いることによって、伝送路に符号誤
りがあったときでも大きな誤差が抑制され、復号化装置
６０の再生品質を劣化させる針状の波形歪みを低減させ
ることができる。

【００６０】一方、符号化装置２０への入力信号のパワ
ーが比較的に小さい場合には、予測残差信号は小さな値
をとり、スケールファクタｕも小さな値を示す。このと
きに、スケールファクタｕの変動を抑制すると量子化誤
差による雑音（オーバーロード雑音）が多く生じる。従
って、スケールファクタｕの値に対応してローパスフィ
ルタは通過帯域が広くなるように係数δ（ｎ）が制御さ
れる。これによって、スケールファクタｕは鋭敏に変動
し、量子化による雑音を減少させることができる。

【００６１】ここで、スケールファクタｕが小さい値を
とるときには伝送路の誤りによる雑音は、復号化装置６
０の再生信号の品質の劣化にはほとんど影響を与えない
と考えられる。

【００６２】（再生特性）： 図４はこの一実施例の
各部の波形図である。この図４において、伝送路の符号
誤り率を０．３％程度とした。そして、この図４（ｅ）
は伝送路におけるビット誤りのパターン８０５を表して
いる。そして、図４（ｃ）は従来の方法によるリーク係
数δを固定（δ＝２^−６）とした場合の再生信号８０３
の波形図である。図４（ｄ）は上記図４（ｃ）における
従来の方法による送受信間の対数スケールファクタの誤
差の波形８０４を表している。この図４（ｄ）から対数
スケールファクタの誤差が非常に大きいことを表してい
る。

【００６３】そして、図４（ａ）は、上述の一実施例に
よる再生信号８０１の波形図である。この図から従来の
波形図８０３に比べ針状の波形が抑制されていることが
表されている。そして、図４（ｂ）は、上記図４（ａ）
における送受信間の対数スケールファクタの誤差の波形
８０２を表している。この図から従来の対数スケールフ
ァクタの誤差の波形８０４に比べ非常に誤差が小さくな
っていることが表されている。

【００６４】（一実施例の効果）： 以上の一実施例
のＡＤＰＣＭ符号化装置と復号化装置とによれば、リー
ク係数をδ（ｎ）として前回の対数スケールファクタｙ
（ｎ−１）から最適に求めて更新し、この更新されたリ
ーク係数δ（ｎ）で対数スケールファクタ算出器２７２
の適応フィルタの係数更新を行うようにしたので、スケ
ールファクタが大きいときには、スケールファクタの変
動を抑制させることができ、伝送路での符号誤りによる
再生信号に生じていた針状の波形歪みを低減できた。更
に、スケールファクタが小さい場合にはスケールファク
タの変動を鋭敏（敏感）にさせることができ、オーバー
ロード雑音を低減することができた。

【００６５】従って、この一実施例のＡＤＰＣＭ符号化
装置と、復号化装置によれば、伝送路の符号誤り率が悪
い場合でも強い耐性で良好な再生信号を再生し得る。こ
れによって、例えば、無線伝送路などにおける符号誤り
率が悪い場合に非常に再生信号の品質を改善させること
ができるものと考えられる。

【００６６】（他の実施例）： （１）尚、以上の一
実施例の装置は、無線伝送路に適用するだけでなく、有
線伝送路や、音響伝送路などにも適用して効果があると
考えられる。

【００６７】（２）上述の一実施例では、対数スケール
ファクタ算出器２７２を１次の巡回型デジタルローパス
フィルタとして構成したが、他の構成として、例えば、
（ア）非巡回形で構成することもできるし、また、
（イ）高次の巡回形で構成することもできるし、また、
上記（ア）と（イ）との構成を組み合わせることでも、
上述のような効果を得ることもできる。

【００６８】（３）また、上述の一実施例の更新関数変
換器２７１、６７２では、テーブルを使用してＷを求め
たが、他に例えば、ＡＤＰＣＭ符号Ｉから所定のアルゴ
リズムをＤＳＰで求める構成をとることも好ましい。

【００６９】（４）更に、上述の一実施例では、直線符
号化回路（Ａ／Ｄ変換器２９）と直線復号化回路（Ｄ／
Ａ変換器６９）と備えたが、他に入力非線形信号（例え
ば、ＬｏｇＰＣＭ信号）を線形信号（ＰＣＭ信号）へ変
換する信号変換回路を備えて、線形信号に変換して、こ
のＰＣＭ信号を適応量子化器（Ｑ）６３に与え、復号化
側も再生信号Ｓｑに対して線形信号から非線形信号（例
えば、ＬｏｇＰＣＭ信号）への変換を行って出力するこ
とでも好ましい。

【００７０】（５）更にまた、入力信号を帯域分割し
て、この帯域ごとに上述のＡＤＰＣＭを行うことにも適
用することができ、この場合には、量子化スケールファ
クタ適応部をそれぞれの帯域に持つことで対応すること
もできる。

【００７１】（６）また、ＡＤＰＣＭだけでなく、他に
ＤＰＣＭやＡＤＭ（適応デルタ変調）やＣＡＤＭ（複合
ＡＤＭ）やＡＰＣ（適応予測符号化）などにも適用する
ことができる。

【００７２】（７）更に、入力信号としては、音声信
号、音響信号だけでなく、他にモデム信号や、ファクシ
ミリ信号などのアナログ信号などでも使用することがで
きる。

【００７３】（８）更にまた、上述の一実施例では、対
数スケールファクタｙ（ｎ）として、対数領域で求める
例を示したが、他に線形領域で求めて処理する場合は、
スケールファクタｕ（ｎ＋１）を直接求める次の式
（５）で処理方法を表すことができる。

【００７４】 ｕ（ｎ＋１）＝（ｕ（ｎ）^{［１−δ（ｎ）］}）＊（Ｍ（Ｉ（ｎ））^δ（ｎ）） Ｍ（Ｉ（ｎ））＝２^{（Ｗ（Ｉ（ｎ）））} ……（５） このような式（５）に対応するように量子化及び逆量子
化スケールファクタ算出器の適応フィルタと係数適応器
とを構成することで直接ｕ（ｎ＋１）を求め適応量子化
器と適応逆量子化器とで用いることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上述べた様にこの発明によれば、入力
信号と予測信号との差分である残差信号の大きさに対応
した更新信号であって、サンプリングごとに得られる適
応量子化信号から更新信号を生成し、この更新信号から
適応フィルタ手段によって上記量子化用スケールファク
タを生成するものであって、前に求めた量子化用スケー
ルファクタから適応フィルタ手段のフィルタ係数を更新
し、新たな量子化用スケールファクタを求めるようにし
ているので、このような方法を適応量子化回路や適応逆
量子化回路に適用することで、入力信号の大きさに応じ
て最適な量子化と逆量子化を行うことができ、伝送路で
の符号誤りが比較的に頻繁に起きるような場合でも受信
側での再生信号の品質を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のＡＤＰＣＭ符号化装置の
機能構成図である。

【図２】一実施例のＡＤＰＣＭ復号化装置の機能構成図
である。

【図３】一実施例の更新関数変換器で使用するテーブル
の説明図である。

【図４】一実施例の波形図である。

【符号の説明】

２０…ＡＤＰＣＭ符号化装置、２１…差分器、２２…、
適応量子化器（Ｑ）、２３、６３…適応逆量子化器（Ｉ
Ｑ）、２４、６４…加算器、２５、６５…適応予測器
（ＡＰ）、２７…量子化スケールファクタ適応部、２９
…Ａ／Ｄ変換器、４０…、５０…、６０…ＡＤＰＣＭ復
号化装置、６７…逆量子化スケールファクタ適応部、６
９…Ｄ／Ａ変換器、２７１、６７１…更新関数変換器、
２７２、６７２、…対数スケールファクタ算出器、２７
３、６７３…係数適応器。

フロントページの続き (72)発明者 深沢 敦司 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−324900（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−174322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−300300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263831（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−131038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 19/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号から適応量子化を行って適応量
   子化信号を得るために用いられるファクタであって、量
   子化ステップをスケーリングするための量子化用スケー
   ルファクタを上記適応量子化信号から求める量子化スケ
   ールファクタ生成方法において、 入力信号と予測信号との差分である残差信号の大きさに
   対応した更新信号であって、サンプリングごとに得られ
   る適応量子化信号から上記更新信号を生成し、 この更新信号から適応フィルタ手段によって上記量子化
   用スケールファクタを生成するものであって、前に求め
   た量子化用スケールファクタから上記適応フィルタ手段
   のフィルタ係数を更新し、新たな量子化用スケールファ
   クタを求めることを特徴とした量子化スケールファクタ
   生成方法。
2. 【請求項２】 適応量子化信号から適応逆量子化を行っ
   て量子化信号を得るために用いられるファクタであっ
   て、逆量子化ステップをスケーリングするための逆量子
   化用スケールファクタを上記適応量子化信号から求める
   逆量子化スケールファクタ生成方法において、 上記適応量子化信号から上記更新信号を生成し、 この更新信号から適応フィルタ手段によって上記量子化
   用スケールファクタを生成するものであって、前に求め
   た量子化用スケールファクタから上記適応フィルタ手段
   のフィルタ係数を更新し、新たな量子化用スケールファ
   クタを求めることを特徴とした逆量子化スケールファク
   タ生成方法。
3. 【請求項３】 入力信号から量子化スケールファクタを
   用いて適応量子化を行って適応量子化信号を得る適応量
   子化器と、上記適応量子化信号から上記量子化用スケー
   ルファクタを求める量子化スケールファクタ生成回路と
   を備えた適応量子化回路において、 上記量子化スケールファクタ生成回路は、入力信号と予
   測信号との差分である残差信号の大きさに対応した更新
   信号であって、サンプリングごとに得られる適応量子化
   信号に対して上記更新信号を生成する更新信号生成手段
   と、 この更新信号から上記量子化用スケールファクタを生成
   する適応フィルタ手段と、 前に求めた量子化用スケールファクタから上記適応フィ
   ルタ手段のフィルタ係数を更新させる係数更新手段とを
   備え、 上記適応量子化器は、更新された量子化用スケールファ
   クタを用いて適応量子化を行うことを特徴とする適応量
   子化回路。
4. 【請求項４】 上記請求項３に記載の適応量子化回路に
   おいて、 上記更新信号生成手段は、 残差信号の大きいレベルに対する適応量子化信号には大
   きい値の更新信号を与え、残差信号の小さいレベルに対
   する適応量子化信号には小さい値の更新信号を与えるこ
   とを特徴とした適応量子化回路。
5. 【請求項５】 適応量子化信号から逆量子化スケールフ
   ァクタを用いて適応逆量子化を行って量子化信号を得る
   適応逆量子化器と、上記適応量子化信号から逆量子化ス
   ケールファクタを求める逆量子化スケールファクタ生成
   回路とを備えた適応逆量子化回路において、 上記逆量子化スケールファクタ生成回路は、 上記適応量子化信号から更新信号を生成する更新信号生
   成手段と、 この更新信号から上記逆量子化用スケールファクタを生
   成する適応フィルタ手段と、 前に求めた逆量子化用スケールファクタから上記適応フ
   ィルタ手段のフィルタ係数を更新させる係数更新手段と
   を備え、 上記適応逆量子化器は、更新された逆量子化用スケール
   ファクタを用いて適応逆量子化を行うことを特徴とする
   適応逆量子化回路。
6. 【請求項６】 上記請求項５に記載の適応逆量子化回路
   において、 上記更新信号生成手段は、 残差信号の大きいレベルに対する適応量子化信号には大
   きい値の更新信号を与え、残差信号の小さいレベルに対
   する適応量子化信号には小さい値の更新信号を与えるこ
   とを特徴とした適応逆量子化回路。
7. 【請求項７】 請求項３又は４に記載の上記適応量子化
   回路を備え、更に入力信号に対して直線符号化を行い上
   記適応量子化回路に与える直線符号化回路、又は入力非
   線形信号を線形信号に変換し上記適応量子化回路に与え
   る信号変換回路のいずれかを備えたことを特徴とした符
   号化装置。
8. 【請求項８】 請求項５又は６に記載の上記適応逆量子
   化回路を備え、更に適応逆量子化器で得られた量子化信
   号に対して直線復号化を行う直線復号化回路、又は適応
   逆量子化器で得られた量子化信号に対して線形信号から
   非線形信号への信号変換を行う信号変換回路のいずれか
   を備えたことを特徴とした復号化装置。