JPH01160225A - 予測符号化によるデジタルデータの伝送方法 - 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〕 この発明は予測符号化によるデジタルデータの伝送方法
に関する。

（発明のｍ要） この発明は、予測符号化によるデジタルデータの伝送方
法において、入力データの語長が予測残差の語長以下と
なったときには、入力データをそのまま伝送することに
より、データの精度を落とさない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、オプシヨンの機能と
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。

第２図は、このＡＤＰＣＭによる伝送システムの一例を
示し、この例においては、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ｌブロッ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主データを出力すると
ともに、ｌフ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會轡糸に通用される場
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、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　、　＠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≦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１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とす
れば、遅延回路（１３）の出力はＸ　ｔ−ｘｔ　ｓ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
測値父ｔが取り出され、この値父ｔ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 ｌ）ｔ−ｘｔ−文【 が取り出される。この値Ｄｔは、人力値Ｘｔに対する予
測価ヌＬ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、−船釣にも小さな
値なので、値Ｄｔの倍長が例えば１６ビツトであるとし
ても、Ｄｔ≧０のときには、例えば、第３図に示すよう
に、そのＭＳＢ側のかなりのビットは、すべて“０”に
なり、ａｔ＜Ｏのときには、すべて“１１となるととも
に、残るＬＳＢ側の数ビットが、値Ｘｔと×ｔとの差に
対応して“Ｏ”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Ｄｔ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Ｄ
ｔ−Ｇとされ、この値Ｇ−Ｄｔが再量子化回路（１６）
に供給されて例えば４ビツトの値５ｔ−Ｇに再量子化さ
れる。

さらに、この値ｔ５ｔ−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６ｔとされ、この値ｅｔ
が加算回路（１８）に供給されるとともに、フィルタ（
１９）からの予測値父【が加算回路（１８）に供給され
て加算回路（１８）からは、値６ｔとヌｔとの和父を 父ｔり５？ｔ＋５ｔ 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ｔは、、値Ｘｔに対する予測値であり、
値６ｔは、その予測時における誤差Ｌ）ｔの下位ビット
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６ｔ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５＜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入力値Ｘｔ◆１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−Ｇ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ｅ；ｔ−ｃが利得
制御回路（４１）により　１／Ｇ倍されて値しｔとされ
、この値しくが加算回路（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、値ヌｔとなる
とともに、端子（４４）には、人力データＸｔにほぼ等
しいデジタルデータ父（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ブロッ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３次のフィルタとされるとともに、その第１次〜
第３次の係数ａ１〜ａ３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Ｘ（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ブロックごとに第３次までの予測係数として偏
自己相関係数（ＰＡＲＣＯＲ係数）ｋ１〜に３が算出さ
れ、この係数に１〜に３がフィルタ（１９）に供給され
るとともに、ラッチ（５１）を通じてフィルタ（４３）
に供給される。

さらに、遅延回路（１２）からのデータＸＬ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３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）からの予測係数に１〜に３がフィルタ（２４１）に
供給され、人力データＸｔに対する誤差Ｄｔの予測値（
予測誤差＞　５ｔを、ｌ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
ブロックごとに、そのブロック内における予測誤差ａｔ
　　＜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［５ｖｇａｘを検出するものである。

そして、この最大値１５ｓａｘ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　／　１５ｓａｘ 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、ｆ１
５ｍａｘは、６４個ある値ｔ５ｔの最大値であるから、
値Ｄｔ−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、生データであるデータ５ｔ−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
数に１〜に３及び利得データＧは、例えば１６ビツト１
２ビツト、　１２ビツト及び８ビツトで１ブロックごと
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＋１６ビツト＋１２ビット＋
１２ビット＋８ビット＝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ブロック期間のデ
ータ量は、 ■６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ビット≠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
予測係数を人力データＸｔにしたがって１ｉｋｙｌ！ｉ
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、予測残差Ｄｔを伝送する場合、この残差Ｌ）ｔ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ｔ５ｔ−Ｇは、ビット数が少なく、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、人力データＸｔの
絶対値が「０」に近いとき、その入力データＸｔに対し
て予測誤差Ｄｔを求め、この予測誤差Ｄｔを正規化及び
再量子化して伝送したのでは、デコーダ（４０）におい
てデータ父ｔをデコードしたとき、その誤差が大きくな
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。

（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、上述の数値例の場合、
あるブロックのすべてのλカデータＸｔが、 の場合には、それらのデータＸｔを１２ビツトだけ左シ
フトして １．０００≦ｔ５ｔ−ｃ≦０．１１１ とし、このデータ１５ｔ−Ｇ及びＧを伝送する。

すなわち、 Ｎ：入力データＸｔのビット数、上述ではＮ−１６゜ ｎ；データ１５ｔ−Ｇに対する伝送系（３ｏ）のビット
数、上述では、ｎ−４゜ としたとき、任意のブロックのすべての入力データＸｔ
について、データＸｔの上位（Ｎ−ｎ＋１）ビットがす
べて“１”または“０”のときには、データＸｔの下位
ｎビットを（Ｎ−ｎ）ビットだけ左シフトし、そのシフ
ト結果をデータｔ５ｔ−Ｇとしてデコーダ（４０）に伝
送するとともに、データＧとして値２Ｎ−ＩＩを伝送す
る。また、このとき、ｋ１〜ｋａ−ｒＯＪとする。

〔作用〕

入力データＸｔが１０」に近いときには、このデータＸ
ｔの有効なビットがそのまま伝送される。

〔実施例〕

第１図において、端子（１１）からの人力データＸｔが
検出回路（６１）に供給されてデータＸｔの１ブロック
ごとに、そのブロックにおけるデータＸｔのすべてが（
１）式の範囲内にあるかどうかが検出され、その検出信
号Ｓｄが回路（２３）。

（２６）に供給される。そして、信号Ｓｄが、１ブロッ
クのデータＸｔのうちの１つでも（＋）式の範囲を越え
たことを示しているときには、回路（２３）　、　　（
２６）において、第２図で説明したようにして値に１〜
に３．Ｇが形成され、したがって、今までどおりのデー
タ圧縮がおこなわてデータｆ５ｔ・Ｇ、に１〜ｋｉ、Ｇ
がデコーダ（４０）に伝送される。

しかし、検出信号Ｓｄが、１ブロックのすべてのデータ
Ｘｔが（り式の範囲内であることを示しているときには
、係数回路（２３）及び算出回路（２６）からの値に１
〜ｋｇ＊　Ｇが、ｋｚ　　−ｋ３　　−ＯＧ＝２”−”
　　＝２　　五ノとされ、これら値に１〜ｋａ、Ｇが、
予測フィルタ（２４１）　、　　（１９）及び利得制御
回路（１５）。

（１７）に供給されるとともに、ラッチ（５１）　。

（５２）を通じてフィルタフ４３）及び利得制御回路（
４１）に供給される。

したがって、エンコーダ（１０）においては、フィルタ
（１９）の係数ａ１〜ａ３は、ａ１〜ａ３＝に、〜に３
−０にセットされてｇｔ＝ｏとなり−Ｄｔ−Ｘｔとなる
。

さらに、このとき、ｃ　ｗ　２１２であるから、データ
Ｄｔ−Ｇは、データＤｔ　　（−Ｘｔ）の下位４ビツト
が、符号ピットル小数点以下第３ビットにシフトされた
値となる（小数点以下第３ビツトよりも下位ビットはす
べて“０″）。

そして、データＤｉ−Ｇの有意なビット数と、再量子化
回路（１６）の出力データｂ【・Ｇのビット数は、とも
に４ビツトで等しいので、ｔ５ｔ−Ｇ−Ｄｔ−Ｇとなる
とともに、このデータ１５ｔ−Ｇがデコーダ（４０）へ
と伝送される。

したがって、利得制御回路（４１）の出力６ｔは、５ｔ
−Ｄｔとなるとともに、このとき、フィルタ（４３）に
おいてａｌ　〜ａ３＝に１〜ｋｉ　−０であるからｇｔ
＝ｏであり、したがって、父ｔ−Ｄｔとなり、さらに、
ｔ＋ｔ＝ｘｔであるから父Ｌ　＝Ｄｔとなる。つまり、
出力データ父ｔは入力データＸｔに等しい。

〔発明の効果〕

こうして、この発明によれば、任意のブロックについて
、そのブロックのすべての入力データＸＬが（ｉ）式の
範囲内にあるときには、予測残差Ｄｔを伝送する代わり
に、入力データＸｔを伝送しているので、端子（４４）
に得られるデータ父ｔはデータＸｔそのものとなり、誤
差を生じることがない。

しかも、その場合、検出回路（６１）の検出出力Ｓｄに
より、予測係数に１〜に３及び利得データＧを所定値に
制御するだけでよいので、簡単である。

【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】 相関性を有するデジタルデータからその１サンプル分ご
   とに予測残差が求められ、 上記デジタルデータの所定のサンプル分ごとに１ブロッ
   クとされ、 この１ブロックごとに上記予測残差を求めるためのパラ
   メータが求められ、 上記予測残差及び上記パラメータが伝送されるとともに
   、 上記デジタルデータの値が、上記予測残差のビット数で
   表現できる範囲内にあるかどうかを検出し、 その検出出力により、上記デジタルデータの値が、上記
   予測残差のビット数で表現できる範囲内のときには、上
   記予測残差及び上記パラメータに代えて上記デジタルデ
   ータ及びこのデジタルデータであることを示すデータを
   伝送するようにした予測符号化によるデジタルデータの
   伝送方法。