JP3462066B2 - Adpcm圧縮装置、adpcm伸長装置及びadpcm圧縮伸長装置 - Google Patents
Adpcm圧縮装置、adpcm伸長装置及びadpcm圧縮伸長装置Info
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Description
tive Differential Pulse Code Modulation:適応差分P
CM)圧縮装置、ADPCM伸長装置及びADPCM圧
縮伸長装置に係り、特にディレイ用にデータをRAMに
蓄える際の圧縮及び伸長動作の構成に関する。
極小に抑えるために複数の予測器を動作させ、ある時間
内の予測誤差の比較により、予測器を切り換えながら圧
縮・伸長を行う方式が採用されている。
採用した場合、複数の予測器による予測値の演算や予測
誤差の算出、予測器間の予測誤差の比較等のために回路
規模が大きくなり、かつ予測器の切り換えの情報も記録
する必要があるため、圧縮の効率が下がるという問題が
あった。従って、回路規模が大きくなる傾向のものや、
回路規模をできるだけ小さく抑えながら許容できる品質
の圧縮・伸長を行う必要のある例えばオーディオ用のエ
コー生成システム等の用途には不向きであった。
るためになされたもので、その目的は、許容でき得る品
質を確保し且つ回路規模を小さく抑えることができるA
DPCM圧縮装置、ADPCM伸長装置及びADPCM
圧縮伸長装置を提供することである。
に、第1の発明の特徴は、入力信号と予測器で予測した
予測値との差分信号を量子化することにより圧縮して出
力するADPCM圧縮装置において、1時刻前の入力デ
ータをそのまま次の予測値として出力するか、或いは1
時刻前と2時刻前のデータを線形に外挿した値を予測値
として出力するかを、1時刻前の量子化器出力の値によ
り切り換える予測値切替手段を前記予測器に備えること
にある。
化器出力の値が最大値又は最小値のいずれでもない時、
即ち入力信号の傾斜が急でない区間、予測器は1時刻前
の入力データをそのまま次の予測値として出力し、この
予測値と入力信号との差分が量子化されて出力される。
又、1時刻前の量子化器出力の値が最大値又は最小値の
いずれかである時、即ち入力信号の変化が急な区間、1
時刻前と2時刻前のデータを線形に外挿した値を予測値
として出力し、この予測値と入力信号との差分が量子化
されて出力される。このような簡単な構成により、ある
程度以上の品質を確保しつつ、装置の回路規模を小さく
することができる。
化する際及び前記差分信号の量子化出力を逆量子化する
際に量子化ステップ幅を調整することにある。
波成分を減衰させるローパスフィルターを設けたことに
ある。
高周波成分を減衰されているため、隣り合うサンプル間
の変化幅の最大値が小さくなり、入力信号の変化に追従
できないために生じるノイズが抑制され、圧縮動作の品
質が確保される。
して得た再生信号に予測器で予測した予測値を加算して
伸長信号として、これを出力するADPCM伸長装置に
おいて、1時刻前の入力データをそのまま次の予測値と
して出力するか、或いは1時刻前と2時刻前のデータを
線形に外挿した値を予測値として出力するかを、1時刻
前の圧縮信号の値により切り換える予測値切替手段を前
記予測器に備えることにある。
逆量子化して得た1時刻前の再生信号の値が最大値又は
最小値のいずれでもない値をとった時、即ち入力信号の
傾斜が急でない区間、予測器は1時刻前の入力データを
そのまま次の予測値として出力し、この予測値と前記圧
縮信号を逆量子化して得た再生信号との加算値が出力さ
れる。又、1時刻前の量子化器出力の値が最大値又は最
小値のいずれかの値をとった時、即ち圧縮器入力信号の
変化が急な区間、1時刻前と2時刻前のデータを線形に
外挿した値を予測値として出力し、この予測値と前記圧
縮信号を逆量子化して得た再生信号との加算値が出力さ
れる。このような簡単な構成により、ある程度以上の品
質を確保しつつ、装置の回路規模を小さくすることがで
きる。
子化する際に逆量子化ステップ幅を調整することにあ
る。
予測した予測値との差分信号を量子化することにより圧
縮して出力し、又、圧縮信号を逆量子化して得た再生信
号に予測器により予測された予測値とを加算して伸長信
号とし、且つ圧縮伸長動作時に行われる信号の逆量子化
動作の逆量子化ステップ幅を調整する機能を有するAD
PCM圧縮伸長装置において、1時刻前の入力データを
そのまま次の予測値として出力するか、或いは1時刻前
と2時刻前のデータを線形に外挿した値を予測値として
出力するかを、1時刻前の量子化器出力の値により切り
換える圧縮用予測値切替手段と、1時刻前の入力データ
をそのまま次の予測値として出力するか、或いは1時刻
前と2時刻前のデータを線形に外挿した値を予測値とし
て出力するかを、1時刻前の圧縮信号の値により切り換
える伸長用予測値切替手段と、前記圧縮、伸長の動作を
決定付ける演算データを圧縮の際に格納する記憶装置の
特定のアドレス情報を検出して待避させておき、伸長時
に異常状態に装置が陥った時に前記待避させておいた演
算データを読み込むことにより、前記異常状態から装置
を復帰させる復帰手段とを備えることにある。
に逆量子化する際に、前記逆量子化ステップ幅調整機能
は、同じデータに対しては同じ動作をするが、伸長時に
外乱などにより演算データが異常な値になってしまう
と、同じデータに対しても圧縮時と動作が異なってしま
い、伸長時に圧縮前のデータを再生できなくなってしま
う。しかし、上記のように、前記圧縮、伸長動作を決定
付ける演算データを例えば一定時間置きに圧縮の際に格
納する記憶装置の特定のアドレス情報を検出して待避さ
せておき、上記のような異常が生じた場合、前記待避デ
ータを用いて伸長動作を開始すれば、円滑に圧縮前のデ
ータが再生される。
に基づいて説明する。図1は本発明のADPCM圧縮伸
長装置を用いたエコー生成システムの一実施の形態を示
したブロック図である。LPF(Low Pass Filter;低域
通過フィルタ)11はA/D変換器12での折り返しを
防ぐと共に、ADPCMエンコーダ13での傾斜過負荷
を抑制するために挿入されている。入力されたアナログ
信号はLPF11を通過した後、A/D変換器12によ
りデジタル信号に変換されて、ADPCMエンコーダ
(圧縮器)13に入力される。
た圧縮データはRAM14に格納される。RAM14内
の圧縮データはADPCMデコーダ(伸長器)15によ
り伸長されて、D/A変換器16によりアナログデータ
に変換され、LPF17で量子化ノイズの高周波成分を
除去されて出力される。
13の構成例を示したブロック図である。入力信号(エ
ンコーダ入力)は減算器21により予測器25の予測信
号と減算され、その差分が量子化器22に入力されて、
量子化される。量子化信号は予測器25に直接入力され
ると共に、逆量子化器24により逆量子化されて予測器
25に入力される。量子化器22と逆量子化器24は量
子化ステップ調整器23により動作時の量子化ステップ
幅が調整される。
る。音声信号などのアナログ信号はLPF11を通って
A/D変換器12により12ビットのデジタル信号に変
換されてからADPCMエンコーダ13により4ビット
に瞬時圧縮された後、RAM14に格納される。RAM
14に格納された4ビットの圧縮データはADPCMデ
コーダ15により12ビットのデータに伸長された後、
D/A変換器16により12ビットでアナログ信号に変
換されてからLPF17を通して外部に出力される。
3の動作について図2を参照して説明する。予測器25
は補正前の予測信号p(k)としてp”(k−1)…
(1)と2p”(k−1)−p”(k−2)…(2)の
いずれを減算器21に出力するかを1時刻前の圧縮デー
タq(k−1)のみによって切り換える。但し、p”
(k−1)は過去の1サンプルの値から予測を与えるも
ので、2p”(k−1)−p”(k−2)は過去2サン
プルの値からの線形外挿による予測を与える。即ち、予
測器25は1時刻前の圧縮データq(k−1)が4ビッ
ト(2の補数表示)の最大値”0111”か最小値”1
000”の場合には2p”(k−1)−p”(k−2)
を出力し、それ以外の場合はp”(k−1)を出力す
る。
(1)式または(2)式により次の予測値を求め、伸長
時(図6に詳述する)にはRAMから読み込んできた圧
縮データを量子化ステップ幅に乗じて予測値に加えて伸
長データとし、圧縮データから(1)式または(2)式
により、次の予測値を求める。量子化ステップ幅は圧縮
データにより選択される係数を乗じて更新される。
21は時刻kにおけるエンコーダ入力デジタル信号s
(k)と予測器25の出力p(k)の差分d(k)=s
(k)−p(k)を計算し、その結果を量子化器22に
出力する。量子化器22は差分信号d(k)を量子化ス
テップ調整器23から出力される量子化ステップΔ
(k)で量子化する。量子化ステップ調整器23は量子
化器22の出力q(k)により係数α{q(k)}を選
択し、時刻(k+l)での処理のためにΔ(k+l)=
Δ(k)×α{q(k)}として量子化ステップ幅Δ
(k)を更新する。逆量子化器24は量子化器22の出
力q(k)とその量子化に用いた量子化ステップΔ
(k)を用いてd”(k)=Δ(k)×q(k)として
差分信号d(k)の再生信号であるd”(k)を生成
し、これを予測器25に出力する。
力q(k−1)により複数の予測値の中からーつを選択
してp(k)として出力し、エンコード後に逆量子化器
24から再生差分信号d”(k)を受け取り、p”
(k)=p(k)+d”(k)として予測値を補正す
る。
ある。加算器41は時刻kにおいて1時刻前の再生差分
信号d”(k−1)と1時刻前の予測器出力p”(k−
1)とを加算し、予測値をpl(k)=p”(k−1)
+d”(k−1)として補正し、これをレジスタ42に
格納する。レジスタ42は1時刻前の予測値を格納し、
レジスタ43は2時刻前の予測値を格納する。掛算器4
4はレジスタ42の内容を2倍して加算器45に出力す
る。加算器45はレジスタ43の内容と掛算器44の出
力を加算して、セレクタ47の一方の入力端子IN1に
入力する。このセレクタ47の他方の入力端子IN0に
はレジスタ42の内容が入力される。
(k−1)と“0111”,“1000”を比較してど
ちらかと等しい時には“l”を、どちらとも等しくない
場合には“0”をセレクタ47のS端子に出力する。こ
れにより、セレクタ47はS端子に“l”が入力された
場合IN1端子の入力信号、即ち2p”(K−1)−
p”(K−2)を選択して出力し、S端子に“0”が入
力された場合、IN0端子の入力信号、即ちp”(K−
1)を選択して出力する。
したフローチャートである。予測器25はステップ40
1にて、逆量子化器24から入力された再生信号の1時
刻前の信号q(k−1)が最大値か、最小値かを判定
し、そのいずれかであった場合はステップ402に進
み、そうでない場合はステップ403に進む。
合、補正前の予測信号p(k)として、2p”(k−
1)−p”(k−2)を減算器21に出力する。また、
ステップ403に進んだ場合、補正前の予測信号p
(k)として、p”(k−1)を減算器21に出力す
る。その後、予測器25はステップ404にて、レジス
タ42の内容をレジスタ43に移した後、加算器41の
加算結果を図3に示したレジスタ42に格納して、レジ
スタの内容を更新する。次のステップ405〜408は
ステップ401〜404の繰り返しである。
る特性図である。図5(A)は予測器25が1時刻前の
入力をそのまま次の予測値とする動作を示し、図5
(B)は1時刻前と2時刻前のデータを線形に外挿する
動作を示し、図5(C)は本実施の形態の予測器25の
動作を示している。図5(A)では傾斜が急な区間xが
続くと予測誤差の大きな状態が続き、量子化ステップ幅
が拡大しやすい。図5(B)では傾きが急激に変化する
点yで予測誤差が非常に大きくなる。図5(C)では図
5(A)の方法では追従できないポイントが生じると、
即ち、エンコード値q(k−1)と“0111(最大
値)”,“1000(最小値)”のいずれかになった時
点で、予測器25は予測信号p(k)として、2p”
(k−1)−p”(k−2)を出力して予測誤差を縮小
するので、図5(A)の方法よりも追従性と予測誤差の
点で有利であり、図5(B)の方法で大きな予測誤差を
生じる急激に傾きが変化するポイントでは、予測器25
は予測信号p(k)として、p”(k−1)を出力して
図5(B)の方法よりも予測誤差の拡大を抑制すること
ができる。
5の構成例を示したブロック図である。逆量子化器32
はデコーダの入力信号であるq(n)と量子化ステップ
調整器33からの量子化ステップΔ(n)を用いてd”
(n)=Δ(n)×q(n)としてエンコード時の差分
信号を再生し、これを加算器31と予測器34に出力す
る。加算器31は時刻nにおける逆量子化器32の出力
d”(n)と予測器34の出力p(n)を加算してデコ
ーダ出力s”(n)を生成して、これを出力する。
(n)により係数α{q(n)}を選択し、時刻n+l
での処理のためにΔ(n+1)=Δ(n)×α{q
(n)}として量子化ステップ幅Δnを更新する。予測
器34はデコーダ入力q(n)により2個の予測値の中
からーつを選択してp(n)として出力し、エンコード
後に逆量子化器32から再生差分信号d”(n)を受け
取り、p”(n)=p(n)+d”(n)として予測値
を補正して、これを加算器31に出力する。
成例と同様で、その動作処理手順もも図4に示したフロ
ーチャートに示した手順と同様である。これにより、予
測器34は予測器25が有する動作と同じで、図6
(C)に示したように1時刻前のデコーダ入力q(n)
が最大か最小の時、2p”(n−1)−p”(n−2)
を加算器31に出力し、それ以外の時はp”(n−1)
を加算器31に出力する。
を持った予測法を適切に切り換えながら使用することに
より予測器25、34の精度を高めることができ、AD
PCMエンコーダ13、ADPCMデコーダ15の圧
縮、伸長動作の品質を向上させることができる。また、
1時刻前の圧縮データのみより前記予測法の切り換えを
行うことにより、予測器25、34の出力の切り換え情
報を記録する必要がなくなり、圧縮効率が向上すると共
に、構成が簡単なため、小さな回路規模で、ADPCM
圧縮及び伸長装置を構成することができる。
装置を用いたエコー生成システムにおいても、簡略なシ
ステムでエコーの効果を得るためのディレイ生成や、ポ
ータブルオーディオ機器のシヨックプルーフ機能のため
のデータ圧縮等を行うことができ、エコー生成システム
を小型安価に製造することができると共に、このエコー
生成システムを搭載したオーディオ機器も小型安価に製
造することができる。
より、周波数の高い成分を減衰させてADPCMエンコ
ーダ13に入力することで、隣り合うサンプル間の変化
幅の最大値を小さくでき、入力信号の変化に追従できな
いために生じるノイズを抑制し、量子化ステップ幅の過
度の拡大を防ぐことで量子化ノイズを抑えることがで
き、許容でき得る品質を確保し且つ回路規模を小さく抑
えることができる。
Mデコーダ15の予測器25、34や量子化ステップ幅
調整器23、33は同じデータに対しては同じ動作をす
るが、ADPCMデコーダ13において外乱などにより
演算データが異常な値になってしまった場合、この異常
が生じた後は、同じデータに対しても圧縮時と動作が異
なってしまい、ADPCMデコーダ15により圧縮前の
データを再生できなくなってしまう。そこでADPCM
エンコーダ13、ADPCMデコーダ15の動作を決定
付ける演算値を一定時間おきに圧縮時に例えば量子化ス
テップ調整器23のレジスタ231等に待避させる構成
とし、ADPCMデコーダ15はこれを伸長時に読み込
み、このデータに基づいて伸長動作を開始することによ
り、異常から確実に復帰することができる。
れば、1時刻前の圧縮データのみより前記予測法の切り
換えを行うことにより、許容でき得る品質を確保し且つ
回路規模を小さく抑えることができる。
コー生成システムの一実施の形態を示したブロック図で
ある。
示したブロック図である。
図である。
チャートである。
る特性図である。
したブロック図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 入力信号と予測器で予測した予測値との
差分信号を量子化することにより圧縮して出力するAD
PCM圧縮装置において、 1時刻前の入力データをそのまま次の予測値として出力
するか、或いは1時刻前と2時刻前のデータを線形に外
挿した値を予測値として出力するかを、1時刻前の量子
化器出力の値により切り換える予測値切替手段を前記予
測器に備えることを特徴とするADPCM圧縮装置。 - 【請求項2】 前記差分信号を量子化する際及び前記差
分信号の量子化出力を逆量子化する際に量子化ステップ
幅を調整することを特徴とする請求項1記載のADPC
M圧縮装置。 - 【請求項3】 前記入力信号の高周波成分を減衰させる
ローパスフィルターを設けたことを特徴とする請求項1
又は2記載のADPCM圧縮装置。 - 【請求項4】 圧縮信号を逆量子化して得た再生差分信
号に予測器で予測した予測値を加算して伸長信号とし、
これを出力するADPCM伸長装置において、 1時刻前の入力データをそのまま次の予測値として出力
するか、或いは1時刻前と2時刻前のデータを線形に外
挿した値を予測値として出力するかを、1時刻前の圧縮
信号の値により切り換える予測値切替手段を前記予測器
に備えることを特徴とするADPCM伸長装置。 - 【請求項5】 前記圧縮信号を逆量子化する際に逆量子
化ステップ幅を調整することを特徴とする請求項4記載
のADPCM伸長装置。 - 【請求項6】 入力信号と予測器で予測した予測値との
差分信号を量子化することにより圧縮して出力し、又、
圧縮信号を逆量子化して得た再生信号に予測器により予
測された予測値とを加算して伸長信号として出力するA
DPCM圧縮伸長装置において、 1時刻前の入力データをそのまま次の予測値として出力
するか、或いは1時刻前と2時刻前のデータを線形に外
挿した値を予測値として出力するかを、1時刻前の量子
化器出力の値により切り換える圧縮用予測値切替手段
と、 1時刻前の入力データをそのまま次の予測値として出力
するか、或いは1時刻前と2時刻前のデータを線形に外
挿した値を予測値として出力するかを、1時刻前の圧縮
信号の値により切り換える伸長用予測値切替手段と、 前記圧縮、伸長の動作を決定付ける演算データを圧縮の
際に格納する記憶装置の特定のアドレス情報を検出して
待避させておき、伸長時に異常状態に装置が陥った時に
前記待避させておいた演算データを読み込むことによ
り、前記異常状態から装置を復帰させる復帰手段とを備
えることを特徴とするADPCM圧縮伸長装置。
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