JPH01141426A - 予測符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ　発明の概要 Ｃ従来の技術 Ｄ　発明が解決しようとする問題点 Ｅ　問題点を解決するための手段（第１図）Ｆ　作用 Ｇ　実施例 Ｇｓ第１の実施例 Ｈ発明の効果 Ａ　産業上の利用分野 この発明は予測符号化装置に関する。

Ｂ　発明のａ要 この発明は、予測符号化装置において、予測フィルタの
次数を信号に応じて変更することにより、適切な符号化
が行われるようにしたものである。

Ｃ従来の技術 例えば、８ミリビデオにおいては、オブシ日ンの機能と
して、記録時、オーディオ信号をＰＣＭ信号にデジタル
化し、このＰＣＭ信号を、テープのオーバースキャン区
間に記録し、再往時、その逆の処理を行うことによりも
とのオーディオ信号を得ることが認められている。

この場合、ＰＣＭ信号のサンプリング周波数及び量子化
ビット数を多くすれば、より優れた特性でオーディオ信
号を記録再生できるが、そのようにすると、記録再生す
べきビット数が多くなり、記録再生できなくなってしま
う。

そこで、記録時、ＰＣＭ信号のビット数の圧縮を行い、
再生時、そのビット数の伸張を行うことにより、テープ
上のビット数が少なくても優れた記録再生特性が得られ
るようにすることが考えられている。

そして、そのようなビット圧縮・伸張の方法としてＡＤ
ＰＣＭと呼ばれる方法がある。

文献：［音声情報処理の基礎」オーム社発行特願昭６１
−２９９２８５号の明細書及び図面Ｄ　発明が解決しよ
うとする問題点 ところが、ＡＤＰＣＭにおいては、予測フィルタを必要
とし、このとき、そのフィルタの係数及び演算の倍長が
制限されるので、フィルタの最適な次数は信号により異
なり、その次数を固定しておくと、たとえ十分な次数で
あっても、不適切な処理が行われてしまう、すなわち、
フィルタの次数が最適値からはずれていると、それが少
なくても多くても、信号の処理結果が劣ってしまう。

この発明は、このような問題点を解決しようとするもの
である。

Ｅ　問題点を解決するための手段 このため、この発明においては、デジタルデータを、予
測フィルタを使用してデータ圧縮する予測符号化装置に
おいて、上記予測フィルタは、次数がｎ次（ｎ≧１）の
パーコール係数を使用するフィルタとされ、上記デジタ
ルデータの所蔵のサンプル数を１ブロックとしたその各
ブロックにおいて、上記ｎ次のうちの各人ごとに、上記
デジタルデータの予測残差の飯大値を求める手段と、こ
の各人ごとに求めた予測残差の最大値のうちの最小値を
与える次数を検出する手段とを有し、゛この検出された
次数よりも高次のパーコール係数をＯとし、このパーコ
ール係数を上記予測フィルタに供給してこの予測フィル
タの次数を最通化した予測符号化装置とするものである
。

Ｆ　作用 信号にしたがってフィルタの次数が最適値に制御される
。

Ｇ　実施例 第１図に示す例においては、人力データの連続する６４
サンプルごとに、その６４サンプルを１ブロックとし、
この１ブロックごとに予測フィルタの次数を最適値に制
御する場合である。そして、このとき、入力データの１
サンプルごとにビット圧縮した主データを出力するとと
もに、１ブロックごとにそのビット圧縮に関する補助デ
ータを出力−Ｊ’る。

すなわち、第１図において、（１０）はエンコーダ、（
３０）は信号伝送系、（４０）はデコーダを示し、例え
ば、８ミリビデオにおけるＰＣＭ１ｙ４１糸に通用され
る場合であれば、エンコーダ（１０）は記録糸に設けら
れ、デコーダ（４０）は肉生糸に設けられるとともに、
伝送系（３０）は、エラー貧１正の処理回路９回転磁気
ヘッドなどを含むものである。

そして、エンコーダ（ｌＯ）において、デジタルデータ
Ｘｔが、ｌサンプルごとに並列に入力端子（１１）から
遅延回路（１２）　、　　（１３）を通じて減算回路（
１４）に供給される。この場合、人力データＸ【は、ア
ナログのオーディオ信号からＡＩＤ変換されたＰＣＭ信
号であり、例えば、サンプリング周波数は４８ｋＨｚ　
、　量子化ビット数は１６ビツトである。また、データ
Ｘｔは、−１≦Ｘｉ＜１の固定小数点で表現されている
とともに、２の補数で表現されているものとする（他の
値についても同様）。

さらに、遅延回路（１２）　、　　（１３）は、主デー
タと、補助データとのタイミングを合わせるためのもの
であり、それぞれｌブロック期間の遅延時間を有する（
このため、厳密には、端子（１１）の人力値をＸｔとず
れば、遅延回路（１３）の出力はＸ　ｔ−１２ｇとなる
が、煩雑になるので、単にＸｔと記す）。

また、予測フィルタ（１９）からデータＸｔに対する予
測値×【が取り出され、この値ｇｔが減算回路（１４）
に供給されて減算回路（１４）からは、値Ｘｔと×１と
の差Ｄｉ υｔ−ｘｔ−ｘｔ が取り出される。この値Ｌ）ｔは、入力値Ｘｔに対する
予測値×【の誤差（予測残差）であり、したがって、理
想的には、Ｌ）ｔ−０である。

この場合、値０１は、一般的にも小さな値なので、値Ｄ
ｔの語長が例えば１６ビツトであるとしても（固定小数
点で表現されているため）、例えば、Ｄｉ−−０，００
０−−・−０１１０１１’″のように、そのＭＳＢ側の
かなりのビットは、すべて“０″′になり（符号ビット
を除り）、残るＬＳＢ側の数ビットが、値Ｘｔとヌｔと
の差に対応して１０”または“１１となる。

そこで、この値ＤＬが、利得制御回路（１５）に供給さ
れてＧ倍（Ｇ≧１）されることにより正規化された値Ｌ
）ｔ−Ｇとされ、この値Ｇ−Ｄｔが１鰺量子化回路（１
６）に供給されて例えば４ビツトの値１５【・Ｇに再量
子化される。

さらに、この値しく・Ｇが利得制御回路（１７）に供給
されて１／Ｇ倍され、したがって、値Ｄｔと同じオーダ
ーで、正規化されていない値ｔ５ｔとされ、この値５ｔ
が加算回路（１８）に供給されるとともに、フィルタ（
１９）からのす測値×Ｌが加算回路（１８）に供給され
て加算回路（１８）からは、値６ｔと×仁との和父を 父ｔ−ｘｔ＋ｏｔ が取り出され、この値父ｔがフィルタ（１９）に供給さ
れる。

この場合、値父ｔは、値Ｘｔに対する予測値であり、値
０１は、その予測時における誤差Ｄｔのト位ビットを切
り捨てた、あるいはまるめた値であるから、これら値×
ｔと５ｔとの和である値父ｔは、入力値Ｘｔにほぼ等し
い、そして、この値父ｔが、フィルタ（１９）に供給さ
れたのであるから、そのフィルタ出力である値父ｔは、
次のサンプル時点の人力値Ｘｔφ１を予測した値とする
ことができる。

そして、再量子化回路（１６）からの値ｔ５ｔ−ａが、
伝送系（３０）を通じてデコーダ（４０）に供給される
。

このデコーダ（４０）においては、値５ｔ−Ｇが利得制
御回路（４１）により　１／Ｇ倍されて値Ｏｔとされ、
この値５ｔが加算回路（４２）に供給され、その加算出
力が出力端子（４４）に取り出されるとともに、フィル
タ（１９）と同様に構成された予測フィルタ（４３）に
供給され、そのフィルタ出力が加算回路（４２）に供給
される。

したがって、フィルタ（４３）の出力が、値×ｔとなる
とともに、端子（４４）には、人力データＸｔの下位ビ
ットが丸められたデータ父ｔ、すなわち、人力データＸ
ｔにほぼ等しいデジタルデータ父ｔが取り出される。

さらに、フィルタ（１９）　、　　（４３）における次
数を最適値とするため、次のような回路が設けられる。

すなわち、予測フィルタ（１９）　、　　（４３）は、
パーコール係数（ＰＡＲＣＯＲ係数）を使用する例えば
４次のフィルタとされるとともに、その第１次〜第４次
の係数＝１１〜ａ４は、任意の値に変更できるようにさ
れる。

また、端子（１１）からの入力データＸｔが、時間窓回
路（２１）及び自己相関回路（２２）に順次供給されて
所定の宙みづけなどが行われてから予測係数回路（２３
）に供給されてデータＸｔの１ブロックごとに第４次ま
でのパーコール係数に１〜に４が算出され、この係数ｋ
ｌ−に４がラッチ（２７）に供給される。

さらに、遅延回路（１２）からのデータＸｔが予測誤差
フィルタ（２４）に供給され、そのフィルタ出力がブロ
ック内最大値検出回路（２５）及び最小値検出回路（２
６）に順次供給され、その検出出力がラッチ（２７）に
供給される。

この場合、フィルタ（２４）は、予測フィルタ（１９）
と同様に構成された４次の予測フィルタ（２４１）と、
減算回路（２４２）とを有し、人力データＸｔに対する
＃！差Ｄｔの予測値（予測誤差）ｉ５ｔを生成するもの
である。また、検出回路（２５）。

（２６）は、人力データＸｔの１ブロックごとに、その
ブロックについてフィルタ（１９）の！Ｉｋ通次数を検
出するものである。そして、回路（２３）〜（２６）に
より第２図に承ずような処理が行われる。

なお、１ブロックは６４サンプルなので、必要に応じて
、ｔ＝１〜６４で表記する。すなわち、ｉ　係数回路（
２３）において、１ブロック６４サンプルノ入力データ
Ｘｔ　　（−Ｘｚ　＝Ｘｅ４）に対して、４次までのパ
ーコール次数に１〜に４が算出される。

ｉｉ　　フィルタ（２４）において、ｌサンプルの入力
データＸｔ　　（＝Ｘｔ）について、フィルタ（２４１
）の第１次〜第４次の係数ａｌ”’ａ４が、 ａ、３に１．ａ２〜ａ４１！０ とされて、つまり、フィルタ（２４）の次数が１次とさ
れて予測誤差ｔ５ｔｔ　（第２図のＸｔ＝ｘ１における
最上部の×印）が算出される。

ｉｉｉ　　同様に、 ａｘ　−ｋｔ　＋　　ａｘ　＝に２＋　　ａ３−ａ４−
０とされて、つまり、フィルタ（２４）の次数が２次と
されて予測誤差ｂｉｔｚ（Ｘｔ＝Ｘｔにおける第２番目
の×印）が算出される。

ｉｖ　　同様に、 ａｔ　〜ａ３＝ｋｌ〜に３＋　　８４−。

とされて、つまり、フィルタ（２４）の次数が３次とさ
れて予測系！！５ｔｉ　（Ｘ　Ｌ　−Ｘｔ　ニおける第
３番目の×印）が算出される。

Ｖ　さらに、同様に、 ａＩＮａ４−ｋｔ　Ｎｋ４ とされて、つまり、フィルタ（２４）の次数が４次とさ
れて予測誤差５ｔａ　（Ｘ　ｔ　−Ｘ　ｔにおける最下
部の×印）が算出される。

ｖｉ　　上記ｉｉ　＝　ｖ項の処理が、１ブロック６４
サンプルのデータＸｔ　　（＝Ｘ２〜ＸＧ４）について
、そのデータＸｔごとに順に行われる。したがって、誤
差データ（予測誤差）　　ｆ５ｔｔ〜１５ｔｎは、それ
ぞれ６４個ずつ得られることになる。

ｖｉ　　検出回路（２５）において、６４個の誤差デー
タｔ５ｔｚのうちで絶対値が最大の値ｔ５ｍａｘｔ　（
第２図の右端の最上部の０印）が取り出される。

ｉ　同様に、それぞれ６４個の誤差データ１５４２〜５
ｔ４のうちの各絶対値が最大の値５ｍａｘ２〜１５１Ｉ
ｌａｘ４（第２図のＯ印）がそれぞれ取り出される。

ｉｘ　　検出回路（２６）において、最大値１５ｓｅａ
ｘｔ〜１５ＩＩＩａｘ４のうちの最小値を与えているフ
ィルタ（２４）の次数ｎが検出される０例えば、値５）
Ｉａｘｘ　〜１５　ｍａｘ４のうち、値５５ａｘ３が最
小であれば、この値１５　ｌ１ａｘｚは、フィルタ（２
４）の次数ｎが３次のときの値であるからａｘ３となる
。

ｘｉ項及び前項で検出された係数に１〜に４及び値ｎが
ラッチ（２７）に供給され、パーコール係数に１〜に４
のうち、第１次以下のパーコール係数が有効とされ、第
１次より面次のパーコール係数は０とされてラッチされ
る。

例えば、ｎ−３であれば、係数に１〜に３はそのままと
され、ｋ４−０とされてラッチされる。

以上のようにして決定されたパーコール係数に１〜に４
が、フィルタ（１９）にその第１次〜第４次の係数ａ１
〜ａ４としてセントされるとともに、伝送系（３０）を
通じてデコーダ（４０）に供給され、ラッチ（５１）を
通じてフィルタ（４３）にその第１次〜第４次の係数ａ
ｌ〜ａ４としてセットされる。

また、検出回路（２６）からは、上記ｉｘ項における緻
大値ｉ５５ａｘｔ〜ｉ５　ｇ＊ａｘ４のうちの最小値、
今の例では、値ｂ■ａＸ３が取り出され、この最小値が
正規化利得算出回路（２８）に供給されて正規化時の利
得Ｇのデータ、今の例では、Ｇ　”　ｂ　・１　／　ｔ
５ｍａｘｘ（ｂは安全係数で、例えば、ｂ　−０，９）
に変換され、このデータＧが利得制御回路（１５）　、
　　（１７）に供給されるとともに、ラッチ（５２）を
通じて利得制御回路（４１）に供給される。したがって
、データＤｔ−Ｇは、−１≦Ｄｔ−Ｇ＜１に正規化され
る。

なお、エンコーダ（ｌＯ）から伝送系（３０）を通じて
デコーダ（４０）に伝送されるデータ量について考える
と、メインのデータ５【・Ｇは、例えば４ピツトで１サ
ンプルごとに伝送され、補助データであるパーコール係
数に１〜に４及びデータＧは、例えば８ビツトで１ブロ
ックごとに伝送されるので、１ブロック期間におけるデ
ータ量は、４ビット×６４サンプル分＋８ビット×４棟
＋８ビット＝２９６ビツト となる、そして、データ圧縮を行わない場合における１
ブロック期間のデータ量は、 １６ビツト×６４サンプル分 −１０２４ビツト である、したがって、データ量は、 ２９６ビｙ　）　／　１０２４ビット＆ｌ！２８．９％
に圧縮されて伝送されたことになる。

こうして、この発明によれば、デジタルオーディオデー
タのデータ圧縮を行うことができるが、この場合、特に
この発明によれば、係数及び演算路長に制限があうでも
、予測誤差ｔ５ｔの最大値７５　ｓａｘが熾小となる予
測フィルタ（１９）の次数を求めることにより、予測フ
ィルタ（１９）　、　　（４３）の次数を人力データＸ
ｔにしたがって！＆通値に制御しているので、デコード
されたデータｔ５ｔの圧縮により生じるエラーを最小に
することができる。

また、フィルタ（１９）　、　　（４３）の予測係数と
してパーコール係数を使用しているので、フィルタ（１
９）　、　　（４３）の最適次数を求めるとき、その算
出処理が簡単になる。すなわち、予測係数としては、α
パラメータなどもあるが、これらの予測係数は、例えば
第１次までの係数を求めたときのその第１次の係数と、
第４次までの係数を求めたときの第１次の係数とが異な
る値となるので、上述のように次数を変更する場合には
、そのたびにすべての係数を再計算する必要があり、係
数回路（２３）の構成が複雑になるとともに、処理速度
が低下してしまう。

しかし、この発明においては、予測係数としてパーコー
ル係数を使用しているとともに、このパーコール係数は
、例えば第１次までの係数を求めたときのその第１次の
係数と、第４次までの係数を求めたときの第１次の係数
とが等しいので、係数の計算は一度ですみ、高次側の係
数が不要なときには、これを０とするだけでよいので、
係数回路（２３）の構成が簡単になるとともに、処理速
度が向上してより多くの人力データＸｔを処理できる。

第３図は、最大値検出回路（２５）の構成を簡略化して
示すもので、（２５１）〜（２５４）はラッチ、（２５
５）〜（２５８）は比較回路である。

すなわち、まず、フィルタ（２４１）の次数が１次とさ
れて（上記ｉｉ項）フィルタ（２４）から予測誤差デー
タ（絶対値）５ｔ１が取り出され、このデータｆ５　ｔ
　ｔが、比較回路（２５５）に供給されるとともに、ラ
ッチ（２５１）から予測Ｗ４！！！データ１５ｉｘが取
り出され、このデータｂ目が比較回路（２５５）に供給
されてデータ１５ｔｔ＋　１５ｔｔが大小比較され、５
ｔｓ≦ｂ口のときには、何も行われないが、１５ｔｔ〉
Ｅ）ｉｔのときには、その比較出力に基づいてそのデー
タｔ５ｔｘがラッチ（２５１＞にラッチされ、これが新
しいデータＴ６ｔｔとしてラッチ（２５１）に保持され
る。したがって、ラッチ（２５１）には、ブロックごと
に、データｂｉｔｔのうち、最大の値のデータ５ｉ　ｗ
ａｘｓが得られることになる（上記ｖｉ項）。

同様にして、ラッチ（２５２）〜（２５４）には、ブロ
ックごとに、データ５ｉｔｚ〜ｊ５ｔ４のうち、それぞ
れ最大の値のデータ１５　ｍａｘ２〜５　ｓａｘ４が得
られることになる（上記情項）。

そして、これらデータ１５ｍａｘｘ　〜ｉ５ｍａｘ４が
、検出回路（２６）に供給されてこれらデータのうちの
最小値を与えている次数ｎが検出され（上記ｉｘ項）、
この値ｎがラッチ（２７）に供給されるとともに（上記
Ｘ項）、この最小値が利得算出回路（２８）に供給され
る。

なお、上述において、フィルタ（１９）　、　　（４３
）　。

（２４１）の係数ａ１〜ａ４を変更できるようにするに
は、これら係数ａ１〜ａ４を決定する回路を、メモリな
いしレジスタとするとともに、これに係数に１〜に４を
ロードすればよい。

また、検出回路（２５）などの処理は、マイクロコンピ
ュータ及びソフトウェアによっても実行できる。

Ｈ発明の効果 この発明によれば、係数及び演算語長に制限があっても
、予測誤差ｉ５ｔの最大値ｉ５ａ＋ａχが饅小となる予
測フィルタ（１９）の次数を求めることにより、予測フ
ィルタ（１９）　、　　（４３）の次数を入力データＸ
ｔにしたがってＭｋ通値に制御しているので、デコード
されたデータ６ｔの圧縮により生じるエラーを最小にす
ることができる。

また、フィルタ（１９）　、　　（４３）の予測係数と
してパーコール係数を使用しているので、フィルタ（１
９）　、　　（４３）の最適次数を求めるとき、その算
出処理が簡単になる。すなわち、予測係数としては、α
パラメータなどもあるが、これらの予測係数は、例えば
第１次までの係数を求めたときのその第１次の係数と、
第４次までの係数を求めたときの第１次の係数とが異な
る値となるので、上述のように次数を変更する場合には
、そのたびにすべての係数を再計算する必要があり、係
数回路（２３）の構成が複雑になるとともに、処理速度
が低下してしまう。

しかし、この発明においては、予測係数としてパーコー
ル係数を使用しているとともに、このパーコール係数は
、例えば第１次までの係数を求めたときのその第１次の
係数と、第４次までの係数を求めたときの第１次の係数
とが等しいので、係数の社葬は一度ですみ、高次側の係
数が不要なときには、これを０とするだけでよいので、
係数回路（２３）の構成が簡単になるとともに、処理速
度が向上してより多くの人力データＸｔを処理できる。

【図面の簡単な説明】

ｇＡ１図はこの発明の一例の系統図、第２図、第３図は
その説明のための図である。 （ｌＯ）はエンコーダ、（３０）は信号伝送系、（４０
）はデコーダである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 デジタルデータを、予測フィルタを使用してデータ圧縮
   する予測符号化装置において、 上記予測フィルタは、次数がｎ次（ｎ≧１）のパーコー
   ル係数を使用するフィルタとされ、上記デジタルデータ
   の所定のサンプル数を１ブロックとしたその各ブロック
   において、上記ｎ次のうちの各次ごとに、上記デジタル
   データの予測残差の最大値を求める手段と、 この各次ごとに求めた予測残差の最大値のうちの最小値
   を与える次数を検出する手段とを有し、この検出された
   次数よりも高次のパーコール係数を０とし、 このパーコール係数を上記予測フィルタに供給してこの
   予測フィルタの次数を最通化した予測符号化装置。