JPH01151329A - デジタルデータの伝送装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はデジタルデータの伝送装置に関する。

〔発明の機要〕

この発明は、デジタルデータの伝送装置において、予測
残差と予測誤差とのずれに対するリミッタを、負帰還ル
ープの外側における出力ラインに設けることにより、安
定な信号処理が行われるようにしたものである。

〔従来の技術〕

例えば、８ミリビデオにおいては、オプションの機能と
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、再生時、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、
再止時、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。

第２図は、この八〇ＰＣＨによる伝送システムの一例を
示し、この例においては、入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ブロツクとし、こ
の１ブロツクごとに予測フィルタの予測係数を最適値に
制御する場合である。そして、このとき、人力データの
１サンプルごとにビット圧縮した生データを出力すると
ともに、１ブロツクごとにそのビット圧縮に関する補助
データを出力する。

すなわち、第２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ＰＣＭ音声系に通用される場
合であれば、エンコーダ（１０）は記録系に設けられ、
デコーダ（４０）は再生糸に設けられるとともに、伝送
系（３０）は、エラー訂正の処理回路１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（１０）において、デジタルデータ
Ｘｔが、１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、入力データＸｔは、ア
ナログのオーディオ信号がリニアにＡ／Ｄ変換されたＰ
ＣＭ信号であり、例えば、サンプリング周波数は４８ｋ
Ｈｚ　、　量子化ビット数は１６ビツトである。また、
データＸｔは、第３図に示すように、−１≦Ｘｔ＜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１ブロツク期間の遅延時間を有する（
このため、厳密には、端子（１１）の入力値をＸｔとす
れば、遅延回路（１３）の出力はＸ　ｔ−１２１１とな
るが、煩雑になるので、車にＸｔと記す）。

また、予測フィルタ（１９）からデータＸｔに対する予
測値ヌｔが取り出され、この値５ｅｔが減算回路（１４
）に供給されて減算回路（１４）からは、値Ｘｔとヌｔ
との差Ｄｔ Ｄｔ≠Ｘｔ−父ｔ が取り出される。この値Ｄｔは、入力値Ｘｔに対する予
測値父りの誤差（予測残差）である、したがって、値Ｄ
ｔは、理想的には、Ｄｔ　＝０であり、−数的にも小さ
な値なので、値Ｄｔの語長が例えば１６ビツトであると
しても、例えば、Ｄｔ−“ｏ、ｏｏｏ・・・・０１１０
１１”のように、そのＭＳＢ側のかなりのビットは、す
べて“０”になり（符号ビットを除く）、残るＬＳＢ側
の数ビットが、値Ｘｔとヌｔとの差に対応して“０′ま
たは“１”となる。また、値Ｄｔが大きい値となったと
きには、下位ビットは無視できる。

そこで、この値ａｔが、利得制御回路（１５）に供給さ
れてＧ（＠（Ｇ≧１）されることにより正規化された値
Ｄｔ　ＬＧとされ、この値Ｇ−Ｄｔが後述するリミッタ
（１５６）を通じて再量子化回路（１６）に供給されて
例えば４ビツトの値ｔ５ｔ−Ｇに再量子化される。

さらに、この値１５ｔ−ｃが利得制御回路（１’／）に
供給されてｌ／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ｅｔｔとされ、この
値ｆ５ｔが加算回路（１８）に供給されるとともに、フ
ィルタ（１９）からの予測値ヌｔが加算回路（１８）に
供給されて加算回路（１８）からは、値ｔ５ｔと父【と
の和父り 父を冨ヌを十１５ｔ 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、値ヌＬは、値Ｘｔに対する予測値であり、値
５ｔは、その予測時における誤差Ｄｔのド位ビットを切
り捨てた、あるいはまるめた値であるから、これら値ヌ
ｔと５ｔとの和である値父りは、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５？、ｔ
は、次のサンプル時点の人力値Ｘｔ＋ｔ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−Ｃ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ｆ５ｔ−Ｇが利得
制御回路（４１）により　１／Ｇ倍されて値ｂｔとされ
、この値ｔ５ｔ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、入力データＸｔの下位ビ
ットが丸められたデータ父ｔ、すなわち、入力データＸ
ｔにほぼ等しいデジタルデータ２ｔが取り出される。

さらに、フィルタ（１９）　、　　（４３）における予
測係数を１ブロツクごとに最適値とするため、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、
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ａ１〜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）に供給されて所定の重みづけが行われてから
自己相関回路（２２）に供給されて相関係数が算出され
、この係数が予測係数回路（２３）に供給されてデータ
Ｘｔの１ブロツクごとに第４次までの予測係数α１〜α
４が算出される。

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）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）とを有するとともに、係数回路（２
３）からの予測係数α１〜α４がフィルタ（２４１）に
供給され、入力データＸｔに対する誤差Ｄｔの予測値（
予測誤差＞　Ｖｔを、１サンプルごとに生成するもので
ある。また、検出回路（２５）は、入力データＸｔの１
ブロツクごとに、そのブロック内における予測誤差ｔ５
ｔ　（これは６４個ある）のうち、絶対値が最大である
予測誤差の絶対値ｊ５１１ａｘを検出するものである。

そして、この最大値５ｖａａｘが正規化利得算出回路（
２６）に供給されて正規化時の利得Ｇのデータ、Ｇ　”
　ｂ　／　ｔ５ｍａｘ ｂは、０＜ｂ＜１の安全係数で、 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。この場合、値ｔ
５ｍａχは、６４個ある値１５ｔの最大値であるから、
値１）ｔ−Ｇは、−１≦Ｄｔ−Ｇ＜１に正規化される。

なお、エンコーダ（１０）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１５ｔ−Ｇは、例えば４ビツトで１
サンプルごとに伝送され、補助データである予測係数α
１〜α嶋及びデータＧは、例えば各８ビツト及び１６ビ
ツトで１ブロツクごとに伝送されるので、ｌ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＋１６ビツ
ト＝３０４ビット となる。そして、データ圧縮を行わない場合における１
ブロツ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、 ３０４ビツト／　１０２４ビツト＝　２９．７％に圧縮
されて伝送されたことになる。

こうして、このシステムによれば、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、
特にこのシステムによれば、係数及び演算の語長に制限
があっても、予測フィルタ（１９）　、　　（４３）の
予測係数を入力データＸｔにしたがって最適値に制御し
ているので、デコードされたデータｂｔ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、予測残差Ｄｔを伝送する場合、この残差Ｄｔを再
量子化によりビット数を少なくするとともに、その再量
子化の前に正規化を行っているので、伝送されるデータ
ｆ５ｔ−Ｇは、ビット数が少なべ、かつ、誤差の少ない
データとなる。

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〔発明が解決しよう
とする問題点〕 ところで、上述のシステムにおいて、常にＤｔ＝ｉ５ｔ
であれば、何も問題は生じないが、実際には、フィルタ
（１９）　、　　（２４１）の人力の違いなどのため、
値Ｖｔと５ｉｔとの間には、誤差があり、ＤＬ＃ｉ５ｔ
となることがある。

そして、利得制御回路（１５）により正規化された値Ｄ
ｔ　−Ｇは、 Ｄ　ｔ　−Ｇ−Ｄ　ｔ−ｂ／　５ｍａｘ＝Ｄｔ　−ｂ／
（ｔ５ｔの最大値） であるから、ｂ−１とすれば、値Ｄｔ、５ｔの誤差によ
りＤｔ＞１５ｔとなったとき、値Ｄｔ　−Ｇが正規化の
範囲一１≦Ｄｔ−Ｇ＜１からオーバーフローしてしまう
ことがある。

このため、算出回路（２６）において安全係数すが設定
されるとともに、例えばｂ−０，９とされて値Ｄｔ−Ｇ
が正規化の範囲を越えないようにされている。

しかし、このようにしても、オーディオ信号の種類によ
っては、値Ｄｔ　−Ｇが正規化の範囲を越えてしまうこ
とがある。そうかといって、安全係数すを小さくして値
Ｄｔ−Ｇが絶対に、あるいは余裕をもって正規化の範囲
を越えないようにすると、値Ｄｔ・Ｇが一様に小さな値
となるので、再量子化回路（１６）における再量子化時
の誤差が大きくなってしまう。

そこで、実際のシステムにおいては、回路（１５）（１
６）との間にリミッタ（１５６）が設けられ、値Ｌ）ｔ
　−Ｇが正規化の範囲を越えないようにされている。す
なわち、このようにすれば、安全係数すを「１」に近く
することができ、例えばｂ−０，９とすることができ、
したがって、再量子化回路（１６）に供給される値Ｄｔ
−Ｇは、正規化の範囲からオーバーフローしない範囲で
一様に大きな値となるので、再量子化による誤差が小さ
くなる。

ところが、このように回路（１５）と（１６）との間に
リミッタ（１５６）を設けると、これは負帰還ループ内
に、非直線要素が入ることになるので、糸が不安定にな
ったり、ときには発振したりしてしまう。

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。

〔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、相関性を有するアナロ
グ信号からＡ／Ｄｉ換されたデジタルデータが減算回路
に供給され、この減算回路の出力が、第１の利得制御回
路及び再量子化回路に順次供給され、この再量子化回路
の出力が、第２の利得制御回路及び第１の予測フィルタ
を有する負帰還ラインを通じて上記減算回路に供給され
て上記減算回路の出力として予測残差が取り出され、第
２の予測フィルタにより上記デジタルデータから予測誤
差が形成され、この予測誤差にしたがって、上記第１及
び第２の利得制御回路の利得が、上記デジタルデータの
所定のサンプル数ごとに制御され、上記再量子化回路の
出力がデコーダ側に送出されるとともに、上記負帰還ラ
インのループ外における、上記再量子化回路から上記デ
コーダ側に送出される出力の信号ラインに、上記予測残
差と上記予測誤差との差に対するリミッタが設けられた
デジタルデータの伝送装置とするものである。

〔作用〕

値Ｄｔ−Ｇはそのまま再量子化され、その再量子化によ
る誤差が小さくなるとともに、系が不安定になったり、
発振したりすることがなくなる。

〔実施例〕

第１図において、回路（１５）〜（１７）は、これらの
回路が扱うデータのオーバーフローを認め、これに対処
する構成とされ、このため、例えば、符号ビットと小数
点との間に、オーバーフロー用の予備ビットが用意され
る。

そして、利得制御回路（１５）からの値Ｄｔ−Ｇが、そ
のまま再量子化回路（１６）に供給され、値Ｄｔ−Ｇは
、そのオーバーフローの有無にかかわらず、不要な下位
ビット、例えば、デコーダ（４０）に送出するデータ５
ｔ−Ｇが１サンプルにつき４ビツトとすれば、小数点以
下第４ビツト目以下の下位ビン十がマスクされて切り捨
てられるとともに、残るビットはそのままとされ、これ
が再量子化された値ｆ５ｔ−Ｇとして取り出される。

そして、この値５ｔ−Ｇが利得制御回路（１７）に供給
され、制御回路（１７）からは値６ｔが取り出される。

したがって、この値Ｉ５ｔは、値１）ｔ・Ｇのオーバー
フローにかかわらず、値Ｄｔと同じオーダーで、下位ビ
ットを切り捨てた値となり、５ｔ＝Ｄｔである。

また、再量子化回路（１６）からの値ｆ５ｔ−Ｇが、リ
ミッタ（６１）に供給されて値Ｄｔ−Ｇがオーバーフロ
ーしていないときには、符号ビット及び小数点以下の例
えば３ビツトの計４ビットがそのまま出力され、値１）
ｔ−Ｇがオーバーフローしているときには、その４ビツ
トで表現できる正または負の最大値にリミットされて出
力される。そして、このリミッタ出力が、伝送系（３０
）へと送出される。

〔発明の効果〕

こうして、この発明によれば、データｔ＞ｔ−ｃが送出
されるが、この場合、特にこの発明によれば、回路（１
４）〜（１９）による負帰還ループの中に・非直線要素
であるリミッタが入らないので、糸が不安定になること
がなく、発振を起こすこともない。

また、値Ｄｔ−Ｇのオーバーフローを認めているので・
安全係数ｂｔ−ｂ＝０．９のように「１」に近くでき、
したがって、値Ｄｔ−Ｇの平均値を大きくできるので、
再量子化による誤差を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１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】 相関性を有するアナログ信号からＡ／Ｄ変換されたデジ
   タルデータが減算回路に供給され、この減算回路の出力
   が、第１の利得制御回路及び再量子化回路に順次供給さ
   れ、 この再量子化回路の出力が、第２の利得制御回路及び第
   １の予測フィルタを有する負帰還ラインを通じて上記減
   算回路に供給されて上記減算回路の出力として予測残差
   が取り出され、 第２の予測フィルタにより上記デジタルデータから予測
   誤差が形成され、 この予測誤差にしたがって、上記第１及び第２の利得制
   御回路の利得が、上記デジタルデータの所定のサンプル
   数ごとに制御され、 上記再量子化回路の出力がデコーダ側に送出されるとと
   もに、 上記負帰還ラインのループ外における、上記再量子化回
   路から上記デコーダ側に送出される出力の信号ラインに
   、上記予測残差と上記予測誤差との差に対するリミッタ
   が設けられたデジタルデータの伝送装置。