JPH01167900A - 音声圧縮及び復号方式 - 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】 五生公互 本発明は、音声圧縮及び復号方式に係り、例えば、音声
蓄積方式１通信方式等に応用可能なものである。

従来技術 例えば、高速デジタル回線を用いて音声信号を伝送した
り、音声応答装置のために音声信号を蓄積および合成す
るなど音声信号をデジタル処理するとき、この音声信号
をなんらかの方法でデジタル信号に変換する必要がある
。

基本的には音声信号は周波数帯域が０．３〜３．４ＫＨ
ｚのアナログ信号であり、これをデジタル信号に変換す
るには、例えばサンプリング周波数８ＫＨｚで分解能が
８ビツトのアナログ／デジタル変換器で変換すればよい
（ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）符号化）。

そして、このデジタル信号を元の音声信号に戻すには、
サンプリング周波数８　Ｋ　）Ｉ　ｚで分解能が８ビツ
トのデジタル／アナログ変換器でアナログ信号に変換し
、さらにローパスフィルタを通して波形整形してやれば
よい。このとき、アナログ／デジタル変換器およびデジ
タル／アナログ変換器の分解能（すなわちＰＣＭ符号の
ビット幅）が大きいほど再生した音声の品質が高い。

ところで、このようなＰＣＭ符号化された音声信号は１
秒あたりのビット速ｒＬ（データ速度；以下ビットレー
トという）が６４Ｋｂｐｓとなり、このように高いビッ
トレートの音声信号を伝送するには非常に高速な伝送路
を必要とし、また、かかる音声信号を蓄積するためには
厖大な記憶容置のメモリを必要とする。そこで、従来か
ら、音声信号のビットレートを低減するための種々の提
案がなされている。

その１つに、時系列的に隣接するＰＣＭ符号の差分を形
成する差分ＰＣＭ（ＤＰＣＭ）符号化方式がある。この
差分ＰＣＭ符号化方式は、音声波形の相関性に基づく冗
長性を利用したものであり、隣接したサンプル間の限ら
れた範囲に含まれることから、■サンプルあたりのピッ
１〜数を低減することができる。

この差分ＰＣＭ符号化方式をさらに進めた適応差分ＰＣ
Ｍ符号化方式の１つである、ＣＣＩＴＴ（国際電信電話
諮問委員会）勧告による適応差分ＰＣＭ方式では、３２
にｂｐｓのビットレー１−を実現している。

この他には、音声信号の非安在性と線形予測可能性を利
用したＡＰＣ−ＡＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃ
ｔｉｏｎ　Ｃｏ−ｄｉｎｇｗｉｔｈ　Ａｄａｐｔｉｖｅ
　Ｂｉｔ　Ａ１１ｏｃａｔｉｏｎ）方式、または、音声
分析合成手法によるＬＳＰ（Ｌｉｎｅ　Ｓｐｅｃｔｒｕ
ｍＰａｉｒ）方式などがある。

しかしながら、このような適応差分ＰＣＭ方式、ＡＰＣ
−ＡＢ方式およびＬＳＰ方式は、符号化および復号化の
処理が非常に複雑であり、それらを実現するための装置
は非常に高価なものとなるという不都合がある。

一方、放送衛星用の高品位なＰＣＭ音声伝送方式の１つ
に準瞬時圧伸方式がある。この準瞬時圧伸方式は、ＰＣ
Ｍ符号化された音声データを時系列に所定数ごとのブロ
ックに分割し、おのおののブロックにおける信号絶対値
の最大値に対応した最上位桁をあられすスケールデータ
を識別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータを
符号データに整形するものであり、比較的符号化処理が
簡単で、かつ、容易に１サンプルのビット数を低減する
ことが可能である。しかしながら、このような準瞬時圧
伸方式は、効率的には充分なものではない。

そこで、この準瞬時圧伸方式の効率を改善する手法とし
てｒ差分ＰＣＭ方式と準瞬時圧伸との結合」が考えられ
るが、一般に単に準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用し
ただけでは、圧縮時の欠落ビットが伝送誤差を生じ、受
信側の積分器で誤差が累積して受信不能となる。

次にこの点について説明する。

いま準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用した符号化方式
によって、第７図（ａ）に示したような音声信号を符号
化することを考える。まず、差分ＰＣＭ符号化のために
この音声信号を例えば８ＫＨｚのサンプリング周波数で
サンプリングしてサンプル間の差分値を形成する。ここ
では、隣接するサンプル間の差分値を符号材の８ビツト
のデータすなオ）ち２の補数表現の８ビツトデータであ
られす。そしで、準瞬時圧伸のための条件は、８サンプ
ルで１ブロツクを構成し、伝送データは１サンプルあた
り３ビツトとする。また、スケールデータは３ビツトで
ある。

ここで、８つのサンプル＃１〜〃８における差分値が第
８図（ａ）のように得られたものとする。このブロック
内において差分値の絶対値が最大になるものは、サンプ
ル＃１であり、したがって、このときのスケール位ｇｐ
ｏｓは、このサンプル＃１のビットパタンの最上位桁で
あるビット４となり、スケール位置ｐｏｓの値は（１０
０）２になる。

これにより、各サンプルの伝送ビット（伝送データ；す
なわち符号データ）は、このスケール位置ＰＯ８よりも
１つ上位桁で、符号値をあられすビット５（サインビッ
ト）から３ビツトのデータ、すなわち、ビット５，４．
３のデータとなる。

したがって、このブロックでは、最初にスケール位置Ｐ
Ｏ８を、それに続いてサンプル＃１〜＃８の伝送ビット
を順次連続して配置して構成した伝送データ（符号デー
タ）は、同図（ｂ）に示したようなものとなる。

このような符号データを復号するとき、まず。

ｌブロック分の符号データを３ビツトずつに分解し、そ
の最初の３ビツトの値からスケール位置ＰＯ８を識別す
る。そして、後続する３ビツトの符号データを８ビツト
のデータに伸長す、るときには、スケール値１ｐｏｓよ
りも１つ上位桁に符号データのＭＳＢ　（最上位ビット
）を一致させ、そのＭＳＢよりも上位桁の各桁には符号
ビットの値をセットし、そのＬＳＢ（最・下位ビット）
よりも下位桁の各桁にはＯをセットする。

これにより、同図（ｃ）に示したデータが、復号後のデ
ータとして得られる。このデータと、符号化前のデータ
とを比較すると、復号データでは伝送ビットよりも下位
桁の情報（直流成分）が欠落していることがわかる（第
７図（ｂ）参照）、すなわち、情報に欠落ビットを生じ
ている。

このような復号データに基づいて音声信号を再生すると
、第７図（ｃ）に−点鎖線で示したように、欠落ビット
分の誤差が蓄積して負の直流シフトを生じ、同図に破線
で示した元の波形よりも右下がりの波形となり、その結
果、適正に情報を伝送することができない。

このような問題を解決する１つの方法として、「欠落ビ
ットのアキュムレーションによる差分圧伸ＰＣＭ　（Ｄ
Ｃ−ＰＣＭ）　Ｊ　（高橋ほか、電子通信学会論文誌’
８４／１０　Ｖｏｌ、Ｊ６７　　Ｂ　Ｎｏ、ｌＯ）が提
案されている。

しかしながら、この方法は１５ビット程度の差分データ
を８ビット程度に圧縮する場合に有効であり、８ビツト
の差分データを３ビット程度に圧縮するような低ビツト
レートの符号化方式には適用できない。

すなわち、このような低ビツトレートの場合にはブロッ
ク間において音声波形の振幅が大幅に変化したときなど
ブロック間でスケール位置が大幅に変動することがあり
、そのためにアキュムレーションされている誤差信号の
方が伝送すべき有効なデータよりも大きな値となること
がある。かかる場合には、伝送すべきデータが誤差信号
に埋もれてしまい、適正なデータ伝送を実現できない。

本出願人は、上述した従来技術の不都合を解決するため
、先に、低ビツトレートで、簡単な処理により、高品質
な音声を再現できる音声符号化方式を提供した。

第９図は、本出願人が先に提案した音声符号化装置の一
例を説明するための図で、この例は、差分ＰＣＭ符号化
方式に準瞬時圧伸を適用したものであり、準瞬時圧伸を
施したさいにもとまるブロック化した圧縮差分データを
順次復号し、原信号と比較することで圧縮ビット数内で
誤差の少ない差分データとなるようにサンプル点毎に補
正している。またこの例では、８　Ｋ　Ｈｚのサンプリ
ング周波数で音声信号をサンプリングしてサンプル間の
差分値を２の補数表現の８ビツトデータであられし、８
サンプルで準瞬時圧伸のための１ブロツクを構成し、伝
送データは１サンプルあたり３ビツト、および、スケー
ルデータは３ビツトとする。

同図において、入力音声信号ＳＳは、ローパスフィルタ
１によって帯域制限されたのちにアナログ／デジタル変
換器２に加えられて８ビツトのデジタル信号ＤＳに変換
される。このアナログ／デジタル変換器２は、サンプリ
ング周波数が８ＫＨｚで直線量子化するものである。

デジタル信号ＤＳは、１ブロツクをなす８サンプル分の
記憶容量をもつバッファ３に蓄積され、このバッファ３
に蓄積されたデジタル信号ＤＳｄは、差分データを形成
するための加減算器４のプラス入力端に加えられている
。

この加減算器４から出力される９ビツトの差分データＤ
Ｄｓは、最大値制限回路５によって８ビツトの差分デー
タＤＤに変換される。このようにして差分データの最大
値を制限したのは、次のような理由による。

すなわち、差分データＤＤｓをそのまま準瞬時圧縮した
場合、突発的に大きな差分データを含むブロックにおい
てはそれに対応とた大きなスケール値が設定され、その
ために他の小さな差分データに対する準瞬時圧縮後のデ
ータの追従性が悪化する。その結果、復元した音声信号
が、聴覚上、ギクシャクした感じを与える。そこで、こ
のように差分データの最大値をある程度に制限すること
により、このような聴覚上の問題を解決することができ
る。

この差分データＤＤは、８サンプル分の記憶容量をもつ
バッファ６、準瞬時圧縮のためのスケール値を設定する
ためのスケール値設定部７および加算器８の一入力端に
加えられている。

この加算器８の出力はレジスタ９に加えられ、このレジ
スタ９の出力は加減算器４のマイナス入力端、加算器８
の他入力端、および、８サンプル分の記憶容量をもつバ
ッファ１０に加えられている。

このようにして、最大値制限回路５によって８ビツトに
制限された差分データＤＤの積算値が加算器８によって
形成され、このデータが差分データＤＤｓを形成するた
めの直前のサンプルのデータとして用いられている。

バッファ６の記憶データは、サンプル毎に準瞬時圧縮符
号化する準瞬時圧縮部１１に加えられている。

スケール値設定部７は、最大値制限回路５から出力され
る差分データＤＯの連続する８サンプルのうち、最も絶
対値の大きいものを識別し、そのビットパタンの最上位
桁を判別してそのビット位置を３ビツトのスケールデー
タロにで出力する。このスケールデータＤには、準瞬時
圧縮部１１、準瞬時圧縮部１１から出力される圧縮差分
データＤＣを最適なデータに変換するための最適化処理
部１２．１ブロック分のデータを所定の信号形式に整形
するための”マルチプレクサ１３の一入力端、および、
最適化された圧縮差分データを伸長するための準瞬時伸
長部１４に加えられている。

またバッファ１０の記憶データは、レジスタ９から出力
される差分データＤＤを積算して形成された復号データ
であり、符号化の対象である元の音声信号（以下原信号
という）として最適化処理部１２に加えられている。

準瞬時圧縮部１１は、バッファ６から加えられる８ビツ
トの差分データＤＤについて、おのおののサンプル毎に
、スケール値設定部７から加えられるスケールデータＤ
Ｋがあられすスケール位置よりも１ビツト上位桁をＭＳ
Ｂとする３ビツトのデータを抜きだしてそれを圧縮差分
データＤＣとして最適化処理部１２に出力する。

最適化処理部１２は、準瞬時圧縮部１１から加えられる
１ブロック分の圧縮差分データＤＣを順次復号し、バッ
ファ１０から加えられる原信号と比較することにより、
圧縮ビット数内で誤差の少ない差分データとなるように
サンプル点毎に圧縮差分データＤＣを補正し、これを最
適化差分データＤＣｏとしてマルチプレクサ１３の他入
力端および準瞬時伸長部１４に加えている。

マルチプレクサ１３は、第１０図に示したように、スケ
ール値設定部７から出力されたスケールデータＤＫを先
頭に配置し、それに続いて各サンプルの最適化差分デー
タＤＣｏを順次配置して構成した信号を、１ブロック分
の符号化データＤＬとして形成して次段装置（例えばデ
ータ伝送装置、あるいは、データ記憶装置等）に出力す
る。

準瞬時伸長部１４は、スケール値設定部７から加えられ
るスケールデータＤＫが示している桁よりも１つ上位桁
にＭＳＢが一致するように、最適化処理部１２から出力
される３ビツトの最適化差分データＤＣ。

を配置するとともに、それよりも上位桁には最適化差分
データＤＣｏの符号データの値を配置し、下位桁にはＯ
を配置して８ビツトの復号データＤＥを形成するもので
あり、その復号データＤＥは積分部１５に加えられる。

積分部１５は、準瞬時伸長部１４から出力される復号デ
ータＤＨを積算し、符号化データＯＬを実際に復号化処
理して復元したときの復元データＳＤを形成し、この復
元データＳＤをレジスタ９に出力している。レジスタ９
では、この復元データＳＤを、１つのブロックの処理を
終了して次のブロックの処理を開始する直前で取り込む
。

これにより、準瞬時圧伸に特有な欠落ビットによる誤差
の累積を、次のブロックの最初のサンプルデータを形成
するときに解消することができ、その結果、より正確な
符号化データＤＬを形成することができる。

このようにして、本実施例では、最適化処理部１２によ
って元の音声信号により追従するように圧縮差分データ
ＤＣを補正するとともに、積分部１５で形成した復元デ
ータＳＤによってブロック内の累積誤差を次のブロック
に反映させているので、準瞬時圧伸による低ビツトレー
トの音声符号化処理をより精度よく実現することができ
る。

次に、最適化処理部１２が実行する圧縮差分データの最
適化処理について説明する。

いま、第１１図（ａ）に示したような音声波形を符号化
することを考える。サンプル＃Ｏを基準としてサンプル
＃１．＃２．＃３の差分をそれぞれ８ビツトで形成した
とき、この場合の差分の絶対値はサンプル＃１が最大に
なる。したがって、このときの３ビツトの圧縮差分デー
タはこのサンプル＃ｌを基準に形成され、スケール値は
そのビットパタンの最上位桁の桁位置となる。

さて、圧縮差分データを３ビツトであられした場合、表
現できるデータはスケール値よりも１ビツト下位桁の量
子化幅のものであり、したがって、おのおののサンプル
＃１．＃２．＃３の値は、この量子化幅で表現可能なデ
ータに置換される。例えば、サンプル＃１の°圧縮差分
データはこの表現できるデータのうち実際の値ｐＨより
も下の値Ｐ１２（＝（０１０）、　：ただしこの場合Ｌ
ＳＢはスケール位置よりも１ビツト下位桁、以下同じ）
になる。

ところで、この量子化幅で表現できるデータのうち、Ｐ
Ｉ３よりも１つ大きな値Ｐ１３（＝（０１１）２）に対
応したデータの方がよりサンプル＃１の実際の値ｐＨに
近い。したがって、この値Ｐ１３をサンプル＃ｌの圧縮
差分データとすれば、復号化したときの音声信号（復号
値）の誤差を小さくすることができる。

すなわち、このときの復号値の誤差は、最大でもこの圧
縮差分データの量子化幅の１／２に抑えることができる
。

同様に、サンプル＃２４３について考えると、その復号
値が符号化前の信号の値（サンプル＃２では値Ｐ２１、
サンプル１３では値Ｐ３１）に最も近くなる圧縮差分デ
ータを選択すればよい。

すなわち、この場合、サンプル＃２については、値Ｐ２
１よりも小さい値Ｐ２２に基づいた復号値に較べて値Ｐ
２１よりも大きい値Ｐ２３に基づいた復号値の方がより
値Ｐ２１に近いので、サンプル＃１の復号値である値Ｐ
１３と値Ｐ２３との差分（＝（０１０）、）を圧縮差分
データに設定する。またサンプル＃３については、値Ｐ
３１が圧縮差分データであられし得る復号値に一致する
ので、サンプル＃２の復号値である値Ｐ２３と値Ｐ３１
どの差分（＝＜０１０）、）を圧縮差分データに設定す
る。

このようにして、元の音声信号に対する追従性が向上し
た圧縮差分データを形成することができる。そのための
処理である最適化差分ビットルーチンの一例を第１２図
（ａ）、、（ｂ）に示す。

まず、準瞬時圧縮部１１から圧縮差分データ（ＤＣ）を
入力しく処理１０１）、その圧縮差分データｄの値が、
圧縮ビット数（この場合は３ビツト）であられすことの
できる正の最大値ＭＡｘ（＝（ｏｔｔ）ｚ）より大きい
か。

あるいは、負の最大値ＭＩＮ（＝（１００）２）より小
さいかを判別しく判断１０２．１０３）、判断１０２の
結果がＹＥＳになるときには圧縮差分データｄに値ＭＡ
Ｘを代入しく処理１０４）、判断１０３の結果がＹＥＳ
になるときに圧縮差分データｄに値ＭＩＮを代入する（
処理１０５）。

次に、圧縮差分データｄよりもＬＳＢ（＝（００１）、
）だけ小さな値ｄｍと圧縮差分データｄよりもＬＳＦ３
だけ大きな値ｄρを形成しく処理１０６．１０７）、値
ｄｍが値阿ＩＮよりも小さくなった場合には値ｄｎ＋に
値にＩＮを代入しく判断１０８．処理１０９）、値ｄｐ
が値ＭＡＸよりも大きくなった場合には値ｄρに値ＭＡ
Ｘを代入する（判断１１０゜処理１１１）。

このようにして値ｄｐ、ｄｎ＋を形成すると、スケール
データＤＫに基づいて値ｄ、ｄρ、ｄｍを準瞬時伸長し
たときの８ビツトの値ｄｄ　、　ｄｄρ、ｄｄｍを算出
する（処理１１２）。そして、この値ｄｄ、ｄｄｐ、ｄ
ｄｍをそれぞれｌサンプル前のデータの復号値ｄａｏを
加算し、おのおのの値ｄ、ｄρ、ｄｍに対応したローカ
ル復号値ｄａ＊ｄａｐ＋ｄａｍを形成する（処理１１３
）。なお処理１１２および１１３でローカル復号処理を
実現しており、そのために、直前のサンプルの復号値ｄ
ａｏを記憶しておく。

次に、当該サンプルに対応した原信号の値ｄａｔをバッ
ファ１０から読み込み、この原信号の値ｄａｉと、おの
おののローカル復号値ｄａ、ｄａｐ、ｄａｍとの差の絶
対値Ｄａ、Ｄｐ、Ｄｍを算出しく処理１１４）、原信号
の値ｄａｊがローカル復号値ｄａよりも大きいかどうか
を調べる（判断１１５）。

この判断１１５の結果がＹＥＳになるときには、絶対値
Ｄａが絶対値Ｄρよりも大きいかどうかを調べ（判断１
１６）、この判断１１６の結果がＹＥＳになるときには
、値ｄに値ｄｐを代入しく処理１１７）処理１０６へと
戻り、判断１１６の結果がＮＯになるときには、値ｄを
最適化差分データＤＣｏとして出力する（処理１１８）
。

また判断１１５の結果がＮＯになるときには、絶対値Ｄ
ａが絶対値ＤＰよりも大きいかどうかを調べ（判断１１
９）、この判断１１９の結果がＹＥＳになるときには、
値ｄに値ｄｍを代入しく処理１２０）処理１０６へと戻
り、判断１１９の結判がＮｏになるときには処理１１８
を実行する。

すなわち、第１１図（ｂ）の左側に示したように、原信
号の値ｄａｉが復号値ｄａよりも復号値ｄａｐに近いと
きには、圧縮差分データｄ　３　ＬＳＢだけ大きい値ｄ
Ｐに更新して、その値を最適化差分データＤＣｏとして
出力する。また、その反対に原信号の値ｄａｉが復号値
ｄａよりも復号値ｄａｍに近いときには、圧縮差分デー
タｄをＬＳＢだけ小さい値ｄｍに更新して、その値を最
適化差分データＤＣｏとして出力する。なお、１回の処
理で最適な値が得られなかった場合には、この処理を繰
り返し実行する。

このようにして、準瞬時圧伸で得られた圧縮差分データ
に圧縮ビットのＬＳＢを加算、減算する操作をサンプル
点毎に繰り返し行ない、復号値と原信号との誤差を少な
くするように差分データを補正している。

なお、バッファ１０に原信号として記憶するデータとし
ては、最大値制限回路５に入力される前のバッファ３の
出力データを用いることもできる。

したがって、例えば第１３図（ａ）に示したような音声
信号（第７図（ａ）と同じ）をこのような最適化差分ビ
ットルーチンを用いた準瞬時圧縮によって符号化するこ
とを考える。

まず、この音声信号の８つのサンプル＃１〜＃８におけ
る差分値が第１４図（ａ）のように得られ、したがって
、このときのスケール位置ＰＯ８は、サンプル＃１のビ
ットパタンの最上位桁であるビット４となり、スケール
位置ＰＯ８の値は（１００）２になる。これにより、準
瞬時圧縮部１１によって形成される圧縮差分データＤＣ
は、おのおののサンプル＃１〜＃８について、それぞれ
第１４図（ｂ）に示したものとなる。

そして、この圧縮差分データｏＣは、おのおののサンプ
ル＃１〜＃８について、それぞれ上述の最適化差分ビッ
トルーチンにより第１４図（ｃ）に示したような最適化
差分データＤＣｏにそれぞれ補正される。

その結果、後述する音声復号化装置では、この最適化差
分データＤＣｏのおのおののサンプル＃１−５８の値が
第１４図（ｄ）に示したように８ビツトの差分データに
伸長され、この差分データに基づいて、音声信号が第１
３図（ｃ）に実線で示したように復号される。ここで、
上述した圧縮差分データＤＣをそのまま符号化データに
用いた場合の再生された音声信号を第１３図（Ｃ）に−
点鎖線で示す。

これらの比較かられかるように、最適化差分データＤＣ
ｏに基づいて再生された音声信号は、第１３図（Ｃ）に
破線で示した符号化前の音声信号にまとわりつくような
ものとなり、符号化前の音声信号に対する追従性が大き
く向上している。

第１５図は、音声復号化装置の一例を示しているが、こ
の音声復号化装置は、上述した音声符号化装置によって
符号化された符号化データＤＬを復号して音声信号を出
力するものである。

同図において、例えばデータ受信装置あるいはデータ記
憶装置等の前段装置（図示略）から出力された符号化デ
ータＯＬは、デマルチプレクサ２１に加えられ、おのお
ののブロック毎に、先頭の３ビツトがスケール値ＳＣと
して識別されて準瞬時伸長部２２のスケール値入力端に
加えられ、それ以外のコードデータ（圧縮差分データ）
は、準瞬時伸長部２２のコードデータ入力端に加えられ
る。

準瞬時伸長部２２は、加えられるコードデータを３ビツ
トずつに区切るとともに、８ビツトデータにおいて入力
したスケールデータＳＣに対応したビット位置にその３
ビツトのデータを配置し、そのコードデータよりも上位
桁には符号ビットの内容を、下位桁にはＯを配置して８
ビツトデータ（第１４図（ｄ）参照）に伸長し、この８
ビツトデータを積分部２３に出力する。

積分部２３は、順次入力される８ビツトデータを積算し
て音声信号の各サンプルにおける信号値を形成し、これ
をデジタル／アナログ変換器２４に出力する。

デジタル／アナログ変換器２４は、受入した信号値を８
ＫＨｚの変換周波数で対応するアナログ信号（レベル信
号）に変換し、これをローパスフィルタ２５に出力する
。このアナログ信号は、ローパスフィルタ２５によって
波形整形されたのち、再生音声４８号として次段装置（
例えば音声出力装置等）に出力される。

このようにして符号化データを復号するための音声復号
化装置の構成は、非常に簡単なものとなり、したがって
、例えば、汎用の８ビツトマイクロプロセツサを用いて
この音声復号化装置を実現することもでき、コストを極
く小さく抑えることができる。

ところで、準瞬時圧伸においては、１つのブロック内に
おいて信号値の絶対値が最大になるビットパタンに基づ
いてスケール位置を設定しているので１例えば、そのブ
ロックにおいて突発的に大きな値をとるサンプルがあっ
た場合、その大きな値に対応したスケール値が設定され
るため、他の小さい値に対する符号化データの追従性が
悪くなり、聴党上好ましくないという不都合を生じるこ
とがある。

次に、このような不都合を解消できるようにした例につ
いて説明する。

さて、上述した不都合を解消するには、そのブロックに
おいて最も誤差の少ない符号化データを形成すればよく
、そのためには適切なスケール位置（値）を設定すれば
よい。

そこで、最初に設定したスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときと、そのスケール位置よりも１桁上位桁を
スケール位置に設定した場合にそのスケール位置に基づ
いて準瞬時圧縮したときと。

その最初のスケール位置よりも１桁下位桁をスケール位
置に設定した場合にそのスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときとで、おのおののサンプルにおいて復号値
と符号化前の音声信号の値との誤差を算出してそれらに
基づいてそれぞれのスケール位置での評価値を形成し、
この評価、値に基づき、それらのスケール位置のものの
うち最も良好なものを選択するようにしている。なお、
この評価値としては、おのおののサンプルにおける元の
音声信号と復号値との差の絶対値の総和や、その差を自
乗した値の総和または平方根（誤差パワー）を用いるこ
とができる。

すなわち、例えば第１６図（ｃ）に示したような音声信
号があったとき、この音声信号の各サンプル＃１〜＃８
のうち差分値が最も大きいサンプル＃１に基づいてスケ
ール値が決定され、その状態が同図であるとする。

これに対し、スケール値を１つ小さくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階小さくなるので同図（ｂ）の
状態になり、スケール値を１つ大きくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階大きくなるので同図（ｃ）の
状態となる。

また、おのおのの状態で、上述した最適化差分ビットル
ーチンによる最適化処理を実行したとき、各サンプルに
おける符号ビットは１次の表のようになる。

人 ここでは、第１６図（ａ）の場合のスケール値を、ＳＣ
−、はＳＣｎよりも１だけ小さい同図（ｂ）の場合のス
ケール値を、ＳＣ，はＳＣ，よりも１だけ大きい同図（
ｃ）の場合のスケール値をそれぞれ示している。

このようにスケール値を変更すると、当然のことながら
元の音声信号と復号値との差の総和あるいは誤差パワー
は、そのブロックにおける音声信号の変化に対応してい
ずれか１″″）のスケール値のものが最小となり、その
最小となるものが当該ブロックにおいて音声信号に対す
る追従性が最良である。

例えば、実験によれば統計的にみて、スケール値Ｓ００
のものの誤差パワーが最も小さくなるのはブロック総数
のうち６０％程度であり、スケール値５Ｃ−１のものの
誤差パワーが最も小さくなるのはブロック総数のうち３
０％程度であり、スケール値ＳＣ４のものの誤差パワー
が最も小さくなるのはブロック総数のうち１０％程度で
ある。

このようにして、ブロック毎に使用するスケール値を選
択することで、再生した音声信号の音質（聴覚上の）が
向上する。

第１７図は、上述のごとき点を考慮した音声符号化装置
の一例を示す図で、同図において第９図と同一部分には
同一符号を付し、相当する部分にはそれと同一符号にサ
フイクスを付加してその説明を省略する。またこの装置
は、準瞬時圧縮の１ブロック単位に作動する。

同図において、スケール値設定部７ａは、最大値制限回
路５から出力される差分データＤＤの連続する８サンプ
ルからなるブロックでスケール値を判別するとともに、
そのスケール値よりも１つ大きな値および１つ小さな値
を形成し、それぞれスケールデータＤＫ、　、ＤＫｌ、
ＤＫ−１として出力する。これらのスケールデータＤＫ
、、Ｄに１．ＤＫ−、は、上述したスケール値ＳＣ，、
ＳＣ，、ＳＣ−、にそれぞれ相当する。

スケールデータＤＫ、は、準瞬時圧縮部１１い最適化処
理部１２゜、準瞬時伸長部１４．およびセレクタ３１の
一入力端に加えられ、スケールデータＤＫ１は、準瞬時
圧縮部１１い最適化処理部１２１．準瞬時伸長部１４１
およびセレクタ３１の他入力端に加えられ、スケールデ
ータＤに−１は、準瞬時圧縮部１１−い最適化処理部１
２−１．準瞬時伸長部１４−１およびセレクタ３１のさ
らに他の入力端に加えられている。

準瞬時圧縮部１１．はスケールデータＤＫＩ、に基づき
バッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣｏを形
成し、最適化処理部１２゜はこの圧縮差分データＤＣ，
に上述した最適化差分ビットルーチンを適用して最適化
差分データＤＣｏ、を形成し、この最適化差分データＤ
Ｃｏ、は準瞬時伸長部１４゜およびセレクタ３２の一入
力端に加えられる。準瞬時伸長部１４ｎは入力される最
適化差分データＤＣｏｎをスケールデータＤＫｌｌを基
準として８ビツトデータのデータＤＥ。

に伸長し、このデータＤＥｎは積分部１５ｎによって積
算されて復号され、その復号値ＳＤｎは比較部３３の一
入力端およびセレクタ３４の一入力端に加えられている
。

また、準瞬時圧縮部１１１はスケールデータＤＫ、に基
づきバッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣ１
を形成し、最適化処理部１２１はこの圧縮差分データＤ
Ｃ，に上述した最適化差分ビットルーチンを適用して最
適化差分データＤＣｏ、を形成し、この最適化差分デー
タＤＣｏ、は準瞬時伸長部１４１およびセレクタ３２の
一入力端に加えられる。準瞬時伸長部１４１は入力され
る最適化差分データＤＣｏ、をスケールデータＤに１を
基準として８ビツトデータのデータＤＨ，に伸長し、こ
のデータＤＨ，は積分部１５．によって積算されて復号
され、その復号値ＳＤ、は比較部３３の一入力端および
セレクタ３４の一入力端に加えられている。

同様に、準瞬時圧縮部１１−１はスケールデータＤＫ−
，に基づきバッファ６の出力データから圧縮差分データ
ＤＣ−１を形成し、最適化処理部１２−１はこの圧縮差
分データ０Ｃ−１に上述した最適化差分ビットルーチン
を適用して最適化差分データＤＣｏ−，を形成し、この
最適化差分データＤＣｏ−１は準瞬時伸長部１４−１お
よびセレクタ３２の一入力端に加えられる。

準瞬時伸長部１４−０は入力される最適化差分データＤ
Ｃｏ−１をスケールデータＤＫ−，を基準として８ビツ
トデータのデータＤＥ−，に伸長し、このデータＤＥ−
１は積分部１５−１によって積算されて復号され、その
復号値ＳＤ−，は比較部３３の一入力端およびセレクタ
３４の一入力端に加えられている。

また、最大値制限回路５から出力される差分データＤＤ
は、バッファ１０ａによって１ブロック分が蓄積され、
このバッファ１０ａの出力は積分部１５ａによって順次
積算されて圧縮されていない音声信号（すなわち原信号
）が形成され、それに対応したデータＳＤａが最適化処
理部１２．．１２１，１２−１および比較部３３に加え
られている。

このように、比較部３３には、原信号に対応したデータ
５ＤＦＩ、スケール値ＳＣ，（スケールデータＤＫｎ）
に対応した最適化差分データＤＣｏ、を復号したときの
復号値ＳＤ０、スケール値５Ｃ１（スケールデータＤＫ
、　）に対応した最適化差分データＤＣＯ１を復号した
ときの復号値ＳＤいおよび、スケール値ＳＣ−，（スケ
ールデータＤＫ−ｔ）に対応した最適化差分データＤＣ
ｏ−１を復号したときの復号値５Ｄ−１が、サンプル毎
にそれぞれ加えられる。

比較部３３は、データＳＤａと復号値ＳＤｎ、ＳＤ、　
、５Ｏ−１に基づき、それらの復号値ＳＤｎ、ＳＤ１．
５Ｄ−１におけるデータＳＤａからの誤差をそれぞれの
サンプル毎に形成し、１ブロツクにおける誤差パワーを
おのおのの復号値ＳＤＩ、、ＳＤ、　、５Ｄ−１につい
て算出し、それらの中で最小値をとるものを判別する。

そして、復号値ＳＤｎについての誤差パワーが最小にな
るときには、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ
、を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとと
もにセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ、を
選択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセ
レクタ３４によって符号値ＳＯ□を選択し、これをレジ
スタ９に取り込ませるデータとする。

また、復号値ＳＤ、についての誤差パワーが最小になる
ときは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ、を
選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとともに
セレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ１を選択
してこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセレク
タ３４によって符号値ＳＤ、を選択し、これをレジスタ
９に取り込ませるデータとする。

同様に、復号値ＳＤ−，についての誤差パワーが最小に
なるときは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ
−１を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力すると
ともにセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ−
１を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。ま
たセレクタ３４によって符号値５Ｄ−１を選択し、これ
をレジスタ９に取り込ませるデータとする。

したがって、マルチプレクサ１３からは、そのブロック
において最も誤差パワーが小さくなる符号化データＤＬ
が出力される。

比較部３３が実行する比較ルーチンの一例を第１８図に
示す、まず、データＳＤａおよび復号値ＳＤｎ、ＳＤ、
。

ＳＤ−、をサンプル毎に入力するとともに（処理２０１
）、それらの入力したデータに基づき、次式を演算して
、復号値ＳＤ、　、ＳＤ、　、５Ｄ−１におのおの対応
した誤差パワＰＭＳ、　、ＰＭＳ、　、ＰＭＳ−、をそ
れぞれ算出する（処理２０２）。

２ＭＳｋ＝（Σ（ＳＤａｊ−３Ｄｋｊ）２）１ハｊ＝１ ここで、ｋ＝０．１．−１、ｊはブロック内におけるサ
ンプル番号、　５Ｄａｊはブロック内のおのおののサン
プルにおけるデータ、５Ｄｋｊはブロック内のおのおの
のサンプルにおける符号値ＳＤｋをあられす。

そして、いずれの誤差パワーＲＭＳａ、ＲＭＳ１．ＲＭ
Ｓ−１が最も小さいかを識別しく判断２０３，２０４，
２０５）、最小の誤差パワーＲＭＳ、　、ＲＭＳｌ、Ｒ
ＭＳ−、に対応したスケールデータロに、、ＤＫ、、Ｄ
Ｋ−、と最適化差分データＤＣｏｎ　ｔＤＣｏｌ、ＤＣ
ｏ−、をそれぞれ選択する（処理２０６．２０７．２０
８）。

なお、この比較ルーチンにおいて、おのおのの復号値ｓ
ｏ、　、ｓｏ、　、ｓｏ−、とデータＳＤａとの誤差に
基づいた評価値としては、上述した誤差パワー以外に、
例えば、おのおののサンプルにおけるデータＳＤａと復
号値ＳＤＩ、、ＳＤ１．ＳＤ−，との差の総和等を用い
ることができる。

而して、上記音声圧縮符号化方式は、差分ＰＣＭ音声符
号化に準瞬時圧伸を適用し、その伝送ビットを補正して
自然な音声信号の圧縮を行うものであり、入力信号と前
値との差分を量子化符号化するため、入力信号の急激な
変化では、その差分が大きすぎて追いつかず、過負荷雑
音が生じていた。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、低ビツトレートで音質劣化の少ない音声圧縮方式
及び復号方式を提供することを目的としてなされたもの
である。

構　　　成 本発明は、上記目的を達成するために、ＰＣＭ符号化さ
れた音声データをブロックに分割し、予測残差の絶対値
の最大値からスケール値を決め、所定ビット数に圧縮す
る音声圧縮方式において、その予測を前後のサンプルの
平均値とすること。

或いは、符号化データをスケール値によって伸長して差
分値を形成し、１サンプル前の復号値から差分値を引き
、それを２倍したものから２サンプル前の復号値をひい
た値を次の復号値とすることを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例に基いて説明する。

第２図は１本発明による符号化方式の動作原理を説明す
るための図で１図中、Ａは音声波形で、この音声波形Ａ
について、標本化、量子化を行い。

ある標本点での符号化は前後の標本値の平均と、その標
本値との差（ｄ（ｎ））を符号化することによって行う
。従って、符号化すべく求めたｄ（ｎ）は、と求められ
る。復号は（１）式を変形し、（２）式で求められる。

ａ（ｎ）＝２（ａ（ｎ−１）−ｄ（ｎ＋１））　−ａ（
ｎ−２）・・（２）通常、ｄ（ｎ）を符号化する際、符
号化ビット数が決められ、ある符号化幅をもつためｄ（
ｎ）の符号値から次のａ（ｎ＋１）をローカル復号を行
い順次符号化を行う。

次に上記の方式に適応差分ビットによる圧縮を施した例
を説明する。

第３図は、符号化の様子示す図で、図中、・−・は原信
号、ムームは符号化信号を示し、図示例の　　。

場合、符号化のビット数を２ビツトとする。まず。

入力信号は８ＫＨｚでサンプリングされて１２ビツト原
データとなる。

（１）、原信号をブロック毎に区切り（８サンプル／１
ブロツクとした）ブロック内で前後標本値の平均との差
をとる。

（２）、残差の中で最大値を探し、その値を表現できる
スケール値を決定する。

（３）、サンプル０．１はすでに符号化されているとす
る（ムで表示）、サンプル２の符号化は、まず、ＭＯと
Ａ２の平均Ｐ１を求める。予測残差は（Ｍｌ−ＰＬ）と
表現される。（Ｍｌ−ＰＬ）をスケール値で決定される
符号化幅で符号する。第３図では１マスが符号化の最小
１ビツトに相当するため（Ｍｌ−ＰＬ）はＱ２−１（符
号１１）と符号化する。

（４）、ＭＯ，Ｍｌ、Ｑ２を用いて、サンプル２のロー
カル復号値を求めるとＭ２となる。

（５）１次にサンプル３を符号化する時は、Ｍｌ。

Ｍ２．Ａ３から残差（Ｍ２−Ｐ２）を求め、Ｑ３と符号
化する。そしてＭｌ、Ｍ２．Ｑ３を用いてＭ３を求める
。

（６）、同様にしてサンプル４を符号化するが、この場
合、２ビット符号化とすると、符号が表現できるのは＋
１（０１）、０（００）、−１（１１）、−２（１０）
の４レベルであるため、最大値＋１（０１）を符号とす
る。ローカル復号値はＭ４となる。

また、残差の量子化レベルは第４図（ａ）に示すｍ　ｅ
ａｄ−ｔｒｅａｄ型で、２ビット符号化の場合、１゜０
、−１．−２となり正に１．負に２レベルとなる。そこ
で第４図（ｂ）に示すように、景子化幅の１／２を加算
し、ｍ　ｅａｄ−ｒｉｓｅｒ型の量子化特性とすること
で、音質を改善することができる。

第１図は、本発明による符号化処理の一実施例を説明す
るためのブロック線図で、図中、４１は乗算（加減算）
部、４２．４３はレジスタ、４４はローカル復号部で、
その他、第９図に示した従来技術と同様の作用をする部
分には第９図に示した従来技術と同様の作用をする部分
には第９図の場合と同一の参照番号を付し、その詳細な
説明は省略する。而して、この実施例は、上述のごとく
して求めたスケール値の値を＋１して、同様の符号化を
行い、その結果として得られる復号値と入力信号との誤
差パワーをブロック内で合計し、その誤差パワニが最小
となる符号値を選択するようにしたものであり、この場
合においても量子化特性をｍｅａｄ　ｒｉｓｅｒ型とす
ることで音質を改善することができる。

第１図において、レジスタ４２．４３にはそれぞれ２サ
ンプル前と１サンプル前のローカル復号値が入る。復号
部１５では実際に符号化した値から１フレームの終わり
の２サンプルを復号し、その復号値を１フレーム終了時
にレジスタ４２．レジスタ４３に与える。レジスタ４２
の出力の２サンプル前のローカル復号値と入力信号は足
し合わされ、積算部４１において１７２される。従って
、入力のサンプルと２サンプル前の値の平均をとったこ
とになり、この平均からレジスタ４３の出力である１サ
ンプル前のローカル復号値を引いた値を順次、適応差分
ビットにより圧縮を行う。

第５図は、復号回路の一例を示す図で、図中。

第１５図に示した従来技術と同様な作用をする部分には
第１５図の場合と同一の参照番号を付し。

その詳細な説明は省略する。而して、第５図に示した復
号回路は、第１５図における積分部２３に代えて復号部
２６とし、この復号部に遅延回路２７．２８を具備して
いる点で第１５図に示した復号回路と相違しており、こ
の復号部では、１サンプル前と２サンプル前の復号値か
ら式（２）により復号を行っている。なお、量子化特性
は符号化時の量子化特性を同一とし、ｍｅａｄ−ｔｒｅ
ａｄ或いは、ｒｅａｄ−ｒｉｓｅｒ型とする。

第６図は、第１７図に示した従来技術に本発明を適用し
た場合の実施例を示す回路図であるが、図中、第１図に
示した回路と同様の作用をする部分には、第１図の場合
と同一の参照番号が付しである。而して、第６図におい
ては、スケール値を変えて符号化する部分は、すなわち
、第１７図の準瞬時圧縮部、最適化処理部、準瞬時伸長
部、積分部等ロジック５１〜５３としてまとめである６
なお、５４は比較ロジック、５５はセレクタである。

勿−一二艮 以上の説明から明らかなように、従来のＤＰＣＭでは、
入力信号の変化が激しいとき（急激な立上り或いは立下
り）には、追いつけず、過負荷雑音を生じるが１本発明
によれば急激な変化にも追従することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための電気回路
図、第２図乃至第４図は、本発明の動作原理を説明する
ための図、第５図は、本発明の他の実施例を説明するた
めのブロック図、第６図は、第５図に示した実施例の電
気回路図、第７図は、従来技術の説明図、第８図（ａ）
〜（ｃ）は、従来技術の符号化復号化の状況を説明する
ための信号配置図、第９図乃至第１８図は１本発明の先
行技術を説明するための図で、第９図は音声符号化装置
を示したブロック線図、第１０図は符号化デニタの信号
形式を例示した信号配置図、第１１図（ａ）は最適化処
理を説明するための波形図、同図（ｂ）は最適化差分ビ
ットルーチンの作用を説明するための信号配置図、第１
２図（ａ）、（ｂ）は最適化差分ビットルーチンの一例
を示したフローチャート。 第１３図は最適化処理の効果の説明図、第１４図（ａ）
〜（ｄ）は最適化の様子を示した信号配置図。 第１５図は音声復号化装置の一例を示したブロック図、
第１６図（ａ）〜（Ｑ）は他の音声符号化装置の例の原
理を説明するための図、第１７図は他の実施例にかかる
音声符号化装置を示したブロック図、第１８図は比較ル
ーチンの一例を示したフローチャートである。 １．２５・・・ローパスフィルタ、２・・・アナログ／
デジタル変換器、　　３．６．１０．１０ｎ、１０１．
１０−１．１０ａ、１０ｂ。 １０ｃ・・・バッファ、４・・・加減算器、５・・・最
大値制限回路、７．７ａ・・・スケール値設定部、８・
・・加算器。 ９・・・レジスタ、　１１，１１１，１１１．１１−、
・・・準瞬時圧縮部。 １２．１２ｎ、１２．．１２−、・・・最適化処理部、
１３・・・マルチプレクサ、　１４，１４ｏ、１４１，
１４−１．２２・・・準瞬時伸長部。 １５．１５ｎ、１５．１５−ｔｅ１５ａ、２３”・積分
部、１６・・・ビット割当て制御部、２６・・・復号部
、２７．２８・・・遅延回路、３１，３２．３４・・・
セレクタ、３３・・・比較部、３５・・・ビット割当て
制御ロジック、４１・・・乗算器、４２・・・レジスタ
、４４・・・ローカル復号部、５１〜５３・・・方式適
応ロジック、５４・・・比較ロジック、５５・・・セレ
クタ。 第２ｗＪ ｔＪ　３　図 第　４　図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５図 第７図 第８図 篤　１０　　’Ｆ ＯＬＸ 第　ＩＩ　　図 （δ） （ｂ） 第１２＠ 第　１２　　図 （ｂ） 第１３図 第１４図 第７５図 第１６図 （ａ） （ｂ） ＃　Ｏｚ　ｌ　　　　　：２　　　　　…３第１６図 （Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ＰＣＭ符号化された音声データをブロックに分
   割し、予測残差の絶対値の最大値からスケール値を決め
   、所定ビット数に圧縮する音声圧縮方式において、その
   予測を前後のサンプルの平均値とすることを特徴とする
   音声圧縮方式。
2. （２）、スケール値を±１した各スケール値に対して符
   号化を行い、ブロック内誤差パワーが最も小さくなる符
   号系列を選択することを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項に記載の音声圧縮方式。
3. （３）、符号化レベルを最小符号化幅の１／２を加算し
   た値とすることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   又は第（２）項に記載の音声圧縮方式。
4. （４）、符号化データをスケール値によって伸長して差
   分値を形成し、１サンプル前の復号値から差分値を引き
   、それを２倍したものから２サンプル前の復号値をひい
   た値を次の復号値とすることを特徴とする復号方式。