JPH0229254B2 - Shingodensohoshiki - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はPCM（パルス符号変調）を用いた信号
伝送に係り、特に差分PCMすなわちDPCM
（differential PCM）に好適な信号伝送方式に関
するものである。

［発明の技術的背景］ 効率のよいPCM符号化方式としてDPCMが知
られている。通常のPCM符号化がオーデイオ信
号等のアナログ原信号を時々刻々とサンプリング
した値をデイジタルデータすなわちPCM符号と
して伝送するのに対し、DPCMは直前の値との
差分すなわち２サンプル間の差分だけをデイジタ
ルデータとして伝送するものである。

第１図にDPCM符号化を用いた伝送システム
の一例を示す。

この第１図のシステムでは差分をとるのにアナ
ログ値の状態で差分をとらずにデイジタル値で差
分をとつている。すなわち、アナログ原信号例え
ばオーデイオ信号はＡ／Ｄ（アナログ−デイジタ
ル）変換器１で例えば15ビツトのデイジタルデー
タに変換されレジスタ等を用いた遅延回路２で１
サンプル分遅延されたデータとともに差分器３に
与えられ、両者の差分データすなわちDPCM符
号が例えば16ビツトで伝送系に送出される。ここ
で、伝送系とは単なる接続線や変／復調系を介在
した通信回線（電波、光等を媒体とする場合もあ
る）等の伝送路の他、記録／再生系（記録媒体が
いわば伝送媒体となる）などを含むいわゆる広義
の伝送系を指す。伝送系にて伝送されたこの場合
16ビツトの差分データは加算器４に与えられる遅
延回路５で１サンプル分遅延された前回の加算器
４出力と加算され累計（積分）されて例えば15ビ
ツトのデータとしてＤ／Ａ（デイジタル−アナロ
グ）変換器６に与えられ、アナログオーデイオ信
号が出力される。

DPCM符号化の特徴は時間的に隣接する２サ
ンプル間の差分データを伝送することにより、伝
送するデイジタルデータの値を平均的に小さくす
ることができる点にある。

第２図にアナログ原信号S₀を通常PCMで伝送
する場合のデータとなる値DpとDPCMで伝送す
る場合のデータとなる値Ddとの関係を示す。Ts
はサンプリング間隔である。同図より信号周期に
対して短かい（適正な）サンプリング間隔Tsと
しているかぎり伝送データが平均的に小さな値と
なることは容易に理解し得る。特に、図示のよう
なアナログ原信号の周波数がサンプリング周波数
に比して充分に低い場合には差分データDdは非
常に小さな値となる。

したがつて、例えばある音楽信号を伝送すると
き、伝送されるデイジタルデータのとる値の確率
は、第３図に示すようにDPCMの場合０に近い
ほど顕著に高くなる傾向がある。これに対し通常
のPCMの場合は０近傍への集中傾向は極めて低
い。この第３図からもDPCMの場合伝送データ
値が平均的に小さくなることがわかる。すなわ
ち、16ビツトのPCM符号であつてもこれを
DPCMで伝送するようにすれば通常は８ビツト
〜10ビツト程度で大部分のデータが正しく伝送で
き、かなり良好な伝送が行える。

しかしながら、このようなDPCM符号化では
伝送データ値が平均的には小さくなるものの、ま
れに発生する最大レベルデータはPCMとほぼ同
じデータ値（レベル）となる点に問題がある。

すなわち、DPCMの特徴は(イ)伝送データの平
均的レベルは非常に小さいこと、(ロ)伝送データの
最大レベルは普通のPCMの２倍であるがその出
現確率な非常に低いことの２点にある。

このように平均的レベルが小さく大レベル信号
の出現確率の低いデータを有効に伝送する方式と
して、原データに比して少ない所定ビツト数で通
常の伝送を行い、この所定ビツト数で表現できる
範囲を越える大レベル信号は有効ビツト上位の上
記所定ビツト数のみを伝送データとして下位ビツ
トは切捨てて伝送することが考えられる。この場
合切捨てた下位ビツトについては、切捨てたビツ
ト数のみを受信側に伝送（切捨ビツトの内容は送
らない）すれば、受信側で正しい桁数に戻すこと
ができ、ほぼ正しい再生が行える。現実的には複
数のサンプルからなるデータブロツク毎にブロツ
ク内のサンプルのうち最大レベル値を検出し、そ
れに応じて該ブロツク内のデータを桁シフトして
上位所定ビツト数のデータを主伝送データとする
とともに上記桁シフト情報を切捨てビツト数に対
応するスケール情報として、これら主伝送データ
とスケール情報を伝送する。このようにすれば、
多数のサンプルデータからなるデータブロツク毎
に１個ずつのスケール情報を伝送するだけでほぼ
充分な情報伝送が可能となる。

このような方式を具体的な一例について詳細に
説明する。ここで説明する例は通常のPCM伝送
において上記方式により伝送データのビツト数を
低減するものであり、第４図に構成を示す。

この場合、送信側は例えばオーデイオ信号から
なる入力アナログ信号をＡ／Ｄコンバータ７で充
分なビツト数例えば15ビツトのデイジタル予備変
換データに予定時間間隔で変換した後、デイジタ
ルレベル検出手段８でデイジタル的に予定期間内
の最大レベルまたはそれにほぼ相当するレベルを
検出し、例えば４ビツトのスケール情報データを
得、そしてデータ圧縮部を構成するデイジタルレ
ベル可変制御手段９では上記スケール情報データ
に基づいて上記Ａ／Ｄコンバータ７の出力予備変
換データをデイジタル的にレベルコントロールし
てデータ圧縮し例えば８ビツトの主データを得
て、この主データと上記スケール情報データとを
合成手段１０にて多数の主データに１個のスケー
ル情報データが対応するようにして伝送系に送出
する。一方、受信側は分離手段１１で伝送系から
受信した伝送信号から主データとスケール情報デ
ータとを分離抽出し、データ伸長部を構成するデ
イジタルレベル可変制御手段１２で上記主データ
を上記スケール情報データに基づいて送信側とは
逆の制御特性でデイジタル的なレベル可変制御
（データ伸長）を行ないＤ／Ａコンバータ１３で
アナログ化して出力アナログ信号を得る。

そして、上記デイジタルレベル検出手段８にお
けるデイジタルレベル検出は、予備交換データ中
の有効ビツト数、すなわち有効ビツトのうち符号
ビツトを除いたものの最上位のビツト位置、を検
出することにより行ない、上記デイジタルレベル
可変制御手段９におけるデイジタルレベル可変制
御は上記最上位有効ビツト位置にほぼ対応するビ
ツト位置部分を上記予備変換データより取り出し
て主データを作ることにより行なう。

例えば第５図ａ〜ｃに示すように15ビツトの予
備変換データ中斜線を施した部分が有効ビツトで
あるとすれば、同図ａの場合有効ビツトが予備交
換データのうち６ビツトを占有しており、８ビツ
トの主データをとるには、下位８ビツトをそのま
ま主データとすればよい。このとき主データをと
る位置は下位８ビツトであるので、予備変換デー
タから何らビツトシフトを行なわずに下位８ビツ
トのみをそのまま取り出したことに相当し、この
ときの制御レベルすなわちスケール情報は上記シ
フト量「０」となる。この例からもわかるように
シフト量は０ビツトが最小であるので有効ビツト
数が８以下のときはスケール情報は一律に「０」
を選定する。また同図ｂの場合有効ビツト数が９
ビツトであるので、図から明らかなように主デー
タの取出し位置は上位（左）へ１ビツトシフトす
ることになりスケール情報は「１」となつて主デ
ータとして８ビツトをとれば最下位有効ビツトす
なわち予備変換データのLSB（最下位ビツト）は
無視され、この部分は誤差となる。（このとき主
データ８ビツトの取出し位置に対して予備変換デ
ータを下位（右）に１ビツトシフトして下位１ビ
ツトを切捨てたと考えることもできる。）同図ｃ
の場合は有効ビツト数が15ビツトであり、スケー
ル情報は「７」となり、この場合は予備変換デー
タの下位７ビツトが無視される。すなわち、この
場合スケール情報は切捨てビツト数に対応する。
このようにして有効ビツト数が多い場合に無視さ
れ切捨てられる有効ビツト数は誤差となるが、主
データの値に対して充分に小さな値である。この
場合、スケール情報のレベルは最大８（＝２の３
乗）種類であるのでスケール情報データは３ビツ
トで済む。現実にはスケール情報データは多数の
予備変換データ毎に１つのデータを対応させるの
で、予め対応する多数の予備変換データ中の最大
値を測定あるいは予測するなどしてスケール情報
を検出設定し、該対応する多数の予備変換データ
について共通のスケール情報（シフト量）とし、
このスケール情報を上記多数の予備変換データ毎
に検出更新する。

なお、上述では主データは予備変換データから
ビツトシフトにより取り出したデータのみで構成
したが、これは取扱うアナログ信号が正負の一方
のみの単極性の信号で予備変換データ中に符号
（極性）ビツトが含まれない場合、または符号ビ
ツトが含まれていてもそれを伝送する必要がない
場合である。これに対し入力アナログ信号がオー
デイオ信号のように正、負両方の混在する双極性
の信号では予備変換データ自体に符号ビツトまた
はそれに相当するビツトが通常少なくともMSB
（最上位ビツト）として含まれ、これも実質的に
は重要な有効ビツトであるので、この符号ビツト
１ビツトと上記ビツトシフトにより得られるデー
タとを主データとすることはもちろんである。す
なわち主データが８ビツトの場合そのうちの１ビ
ツトを符号ビツトとするので、この符号ビツトと
ビツトシフトにより得られる７ビツトのデータで
主データを構成する。

ところで、このようにした場合、受信側のデイ
ジタルレベル可変制御手段９では伝送信号から分
離された主データを同様に分離されたスケール情
報データの示すシフト量でビツトシフトして予備
変換データと等しいビツト数の再生データを得る
ことになる。すなわち第５図ａに示した例の場合
は８ビツトの主データをそのまま下位８ビツトと
して用いてもとの予備変換データと等しい15ビツ
トの再生データを得る。同図ｂの例では同様に８
ビツトの主データを上位（左）に１ビツトシフト
して下位に１ビツトの付加データを加え15ビツト
の再生データを作り同図ｃの例では８ビツトの主
データを上位に７ビツトシフトして下位に７ビツ
トの付加データを加え15ビツトの再生データを作
る。ここで、下位に付加するデータは０データま
たは平均値データ等予め一義的に定めたデータを
用いる。すなわち、例えば15ビツトの予備変換デ
ータが第６図ａのようなデータであつたとする。
これに基づいて８ビツトの主データを送信する場
合（ここでは符号ビツトは考慮しない場合を考え
ている）、図示のように有効ビツトの上位８ビツ
トが主データとして抽出され、下位４ビツトが切
捨てられる。受信側では上記主データを受け、予
備変換データ中の上記８ビツトの主データを取り
出したビツト位置に応じたスケール情報に従つて
上記主データをビツトシフトして15ビツトの主デ
ータを作る。このとき、基本的には第６図ｂに示
すように“0000”なるシフトしたビツト数に対応
する０データを付加する。また、平均的に原デー
タとの誤差を少なくするためには、該当ビツト数
で表現し得るデータの平均値にほぼ対応する値、
例えば第６図ｃに示すように“0111”などの平均
値データを付加データとすることが有効である。
付加データとしてはこれら０データや平均値デー
タ以外のデータであつても、ビツト数毎に一定の
値であれば実用上問題はない場合が多い。なお、
これら付加データとして０データ以外の値をとる
場合には原データすなわち予備変換データの下位
ビツトの示す値と上記付加データとの差が実質的
な切捨データであることはいうまでもない。

ところで、上記第４図に示した例のような方式
は通常のPCMすなわちPCM符号データをそのま
ま伝送するときには利用できるが、DPCMには
そのまま適用するのは困難であり望ましくない。

その主たる理由は、第１図に示したように
DPCMの受信には受信データの累計・積分動作
による復号が必要であり、送信側における切捨て
によつて生じた誤差が受信側で加算累計され、大
きな誤差となつてしまうからである。

このため、DPCMで伝送データの平均レベル
を低下させても、現実の伝送データのビツト数を
減らすことができないばかりか、ビツト数が多く
なつてしまうことすらあつた。

なお、例えばADPCM（adaptive DPCM〜適
応差分PCM）のように送受の間で予め一定の法
則を定めて受信側のレベル分解能を低下させなが
ら非線形な送受を行なつて伝送ビツト数を下げる
ことも考えられるが、このようなADPCM等はあ
まり高精度とはいえず、受信側において良好な再
生ができないばかりでなく装置が複雑になるなど
多くの問題をかかえていた。

これに対し、DPCMによる伝送データの平均
レベルの低減効果を活かして、少ないビツト数で
高精度の伝送を可能とする伝送方式として次のよ
うな方式が考えられる。

すなわち、PCM符号データをDPCMデータに
逐次変換する第１の処理と、上記DPCM符号デ
ータに基づき、該DPCM符号データの大きさを
検定し予め定められた数のサンプルを１ブロツク
として該データブロツク内の最大データが送れる
ように、上位有効ビツトを優先して逐次選定した
ビツト位置より該DPCM符号データよりもデー
タ長の短かい予定ビツト数の（送信）主データを
取出すとともに、上記ビツト位置をスケール情報
として取出す第２の処理と、上記主データを得る
際に実質的に切捨てられた下位データがある場合
には該切捨データを上記第１の処理で変換された
後続のDPCM符号データに加算して上記第１の
処理で得たDPCM符号データに代えて上記第２
の処理に供する第３の処理と、これら第１〜第３
の処理の結果上記第２の処理で得られた主データ
とスケール情報とを伝送系に送出する第４の処理
と、この第４の処理で送信される送信データを受
信し該受信データに基づき受信スケール情報に応
じたビツトシフトを用いて受信主データを
DPCMデータに変換してDPCM符号の復号復調
を行う第５の処理とを行なう方式である。

ところで、このような方式において、送信側の
上記第２、第３の処理の中心となるデータ圧縮部
では、具体的には例えばアキユムレータを次のよ
うに動作させる。

すなわち、例えば16ビツトの入力DPCM符号
データは前回の送信主データの抽出により抽出・
伝送されずにアキユムレータに残つた下位残余デ
ータ（すなわち切捨データ）と加算され、この加
算後のデータの上位有効ビツト部分例えば８ビツ
トが抽出され主データとして伝送される。この結
果再びアキユムレータには下位残余データが残
る。ここで、上記主データを取出すビツト位置
（上位有効ビツト位置）は同一データブロツク内
では同一であり、このビツト位置を示す情報がス
ケール値としてブロツク毎に伝送される。

この場合、入力DPCM符号データがアキユム
レータ内の下位残余データと加算された結果、主
データの伝送ビツト範囲を越える桁上りを生じ、
オーバフローしてしまうことがある。入力
DPCM符号データの有効桁数はアキユムレータ
での加算が行われる前にブロツク単位で予め調べ
られ、ブロツク内の最大値と伝送主データの桁数
との差がスケール値（≧０）となつているので、
上記オーバフローが生ずると有効ビツト中最も重
要な上位ビツトが伝送されず大きなエラーを生じ
てしまう。

第７図を参照して、DPCM符号に2′sコンプリ
メントを用い且つスケール値が６で一定の場合に
おける一例を説明する。

前回の主データ抽出により、アキユムレータに
残つている下位残余データが第７図ａに示すよう
に“110000”なるデータである状態で、同図ｂの
ように“0001111111011101”なるDPCM符号デ
ータが入力された場合、アキユムレータで両者が
加算され、同図ｃに示すように
“0010000000001101”なるデータが得られる。ス
ケール値は６であるので、この場合の伝送主デー
タは同図ｄに示すように“10000000”となる。こ
の場合、原データでは最上位の符号ビツトが、デ
ータが正であるにもかかわらず上述の桁の桁上り
により正を示す“０”でなく負を示す“１”とな
り、大きな誤りとなつてしまう。

このような不都合が発生するためには、(a)正の
入力データであつて１”が７個以上連続して存在
すること、(b)アキユムレータの内容（すなわち前
回の下位残余データ）と入力データの下位桁との
加算結果が伝送主データを取り出している伝送ビ
ツト位置以上に桁上りすること、の２つの条件が
共に満される必要がある。したがつて、その発生
確率は一般的にいつておよそ２の９乗＝512回に
１回程度という低いものではあるが好ましいこと
はない。

そして、スケール値が直前のデータブロツクか
ら大幅に下つた場合には上述とほぼ同様のオーバ
フローの発生があり、この種のオーバフローの発
生確率は非常に高くなる。

第８図を参照してこの種のオバーフローの発生
について詳述する。この場合、DPCM符号はや
はり2′sコンプリメントとし、スケール値が６か
ら１に変化するものとする。

前回の主データ抽出によりアキユムレータに残
つている下位残余データが第８図ａに示すように
“110000”なるデータである状態で、スケール値
が６から１に変り、同時に同図ｂのように
“0000000011011101”なる入力データが与えられ
た場合、アキユムレータで両者が加算され、同図
ｃに示すような“0000000100001101”なるデータ
が得られる。スケール値は“１”となつているの
でこの場合の伝送主データは同図ｄに示すように
“10000110”となつて、やはり最上位の符号ビツ
トが桁上りにより負を意味する“１”となつてし
まう。

このようなケースの発生する確率は一般的には
２の４乗＝16回に１回程度と非常に高く大きな問
題となる。

このように、上述のようなデータ圧縮を行なつ
た場合のエラーの発生は実用上大きな問題とな
る。

［発明の目的］ 本発明の目的とするところは、PCM符号デー
タを少ないビツト数で精度より伝送して、しかも
伝送データのオーバフローエラーの発生確率を効
果的に低減化し、伝送精度を一層高め得る信号伝
送方式を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、上記伝送主データとして、上記デー
タブロツクの最初のデータのみを他のデータより
多いビツト数に設定し、上位ビツトを余分に伝送
することにより、上記オーバフローエラーの発生
を防止することを特徴としている。

［発明の実施例］ まず、本発明の原理について説明する。

伝送主データに対するオーバフローが最も多く
生じるのは先に述べたようにスケール値がデータ
の絶対値の減少方向に変化したときである。すな
わち、伝送主データとして原データ（予備変換デ
ータ）の上位を伝送していた状態から下位を伝送
する状態に変化したときである。このような場合
には、上述したアキユムレータに残つていたデー
タ内容が伝送データに比べて充分に小さいとはい
えなくなり、両者を加算することによつてオーバ
フローが発生する確率が極めて高くなる。ところ
が、ここで注目すべきことは、このようにオーバ
フローの発生確率が高いのは常にデータブロツク
の最初のデータであり、データブロツク中の２番
目以下のデータについては通常の非常に低い発生
確率でしかない、という点である。

したがつて、本発明方式の第１の実施例は各デ
ータブロツクの最初の伝送主データのみを他の伝
送主データよりも例えば１ビツト大きいビツト長
として伝送するものである。

例えば、伝送主データのビツト長が基本的に８
ビツトで構成されている場合においてはデータブ
ロツクの最初の伝送主データのみを９ビツトで伝
送する。先に説明した第８図の場合のようにアキ
ユムレータ内に残つた下位残余データと新たな
（後続の）原データとの加算により伝送データ内
にオーバフローが生じた場合、これを８ビツトで
伝送したのでは、例えば2′sコンプリメント等の
場合、正の値が負になるほど大きな誤りとなる。
これに対して、本実施例ではデータプロツクの最
初だけ１ビツト多く９ビツトで伝送するので、８
ビツトでは正のデータでありながらオーバフロー
によつて“10000110”と負の値として送られてし
まうデータも、正しく“010000110”とデータの
頭に正を示す“０”が付加されたデータとして伝
送される。

このように、ブロツクの最初の伝送主データの
み他の伝送主データより伝送ビツト長を長くすれ
ば、他の（ブロツクの最初ではない）データは短
いビツト長で良い。これが本発明の特徴である。

ここで、何故このように最初の伝送主データの
みビツト長を長くする必要があるのかということ
について、具体的な一例を示す第９図を参照して
詳細に説明する。

下位残余データが累積された結果としてアキユ
ムレータに残つているデータが第９図ａに示すよ
うに“011001”であるとする。このときスケール
値は６である。ここで同図ｂに示すように原デー
タであるDPCM符号データ“0001101001010010”
が与えられると、両者が加算されて同図ｃに示す
ような“0001101001101011”なるデータを得る。
このとき依然としてスケール値は６であるので、
同図ｄに示す“01101001”なるデータが主データ
として伝送される。したがつてアキユムレータに
は同図ｅに示す“101011”なるデータが残る。こ
の状態でそのデータブロツクが終了し、次のデー
タブロツクの最初に、同図ｆに示す
“0000000011011010”なるデータが与えられ、同
時にスケール値が１に変化したとする。この場
合、アキユムレータで加算された結果は同図ｇに
示すように“0000000100000101”となり、伝送主
データとして８ビツトのデータを取出すならば、
“10000010”が伝送主データとなつて2′sコンプリ
メント等では極性が逆転し大きなエラーとなる
が、本実施例ではこのとき、伝送主データとして
９ビツトのデータを取出し伝送するので、同図ｈ
に示す“010000010”が伝送データとなる。そし
て、スケール値が１であるのでアキユムレータに
は同図ｉに示す“１”なるデータが下位残余デー
タとして残る。

このように、スケール値が６から１へと急に小
さくなつた場合には、それ以前のアキユムレータ
の内容（第９図ｅ）は与えられる原データ（第９
図ｆ）に比して充分に小さくはないため、加算結
果（第９図ｇ）は所定のスケール値１からオーバ
フローしている。このため、与えられたスケール
値１にしたがつてもしも８ビツトの主データを取
出し（アキユムレータに１ビツト残してその上位
８ビツトを取出し）伝送すると、伝送主データの
最上位ビツトが“１”となり負のデータとなつて
しまうが、このときの伝送主データを９ビツトと
することによりこのような誤りは効果的に防止で
きる。すなわち、ブロツクの最初のみ９ビツトと
すれば以後はアキユムレータ内の桁数はスケール
値に対応する１桁であり、伝送主データに比しア
キユムレータ内のデータは充分に小さくなり、し
たがつてオーバフローはほとんど生じなくなる。
このようにオーバフローの発生確率が低下すれ
ば、ここには示していない種々の手段により対策
することができる。

このようにした場合における伝送量の増大は、
１ブロツクについて１ビツト増加するだけである
ので、極めて僅かである。

例えば１ブロツクが32サンプルで構成されてい
る場合には、１ブロツクの伝送データ量は、本発
明を適用しない場合は、８ビツト×32＋３ビツト
（スケール情報）＝259ビツトであり、本実施例で
は１ビツト増えて260ビツトとなる。したがつて、
伝送量の増大率は１ブロツクあたり0.4％にもな
らず、事実上問題になることはない。

なお、上述ではスケール値が６から１に変化す
る場合について説明したが、上述と同様のケース
で、データの減少方向についてのスケール値の最
大変化量がこれより大きい場合には、ブロツクの
最初のデータのビツト長の増大量を上述より大き
くする必要が生ずる。

例えば、スケール値が６から０に変化した場合
にはブロツクの最初の伝送主データを他の伝送主
データよりも２ビツト多く10ビツトとしなければ
ならない。すなわち第１０図に示すように16ビツ
トの原データからスケール値６で８ビツトのデー
タが取出されて伝送されていたブロツクの最後に
アキユムレータに残されるデータは最大８ビツト
であり、このデータが次のブロツクの最初の原デ
ータと加算されて桁上がりが生じた場合、2′sコ
ンプリメントの極性情報はLSBから10ビツト目
より上位に現われる。したがつて、この状態でス
ケール値が０となつた場合、伝送主データを10ビ
ツトとしなければ上記極性情報が送れないことに
なる。

このように、ブロツクの最初の主データの伝送
ビツト数の増加量は２ビツト必要な場合もある
し、３ビツト必要となる場合も生じ得る。しかし
ながら、この値は原データと伝送主データのビツ
ト数により定まるものであり、したがつて設計に
よつて１ビツトの増加にとどまるようにすること
もできるし、２ビツト以上の値に設定することも
できる。

また、上述では原データであるDPCM符号デ
ータが2′sコンプリメントで伝送される場合につ
いて説明したが、原データの符号が通常のバイナ
リコードである場合も、その他の符号である場合
も上述と実質的に変わることはない。

なお、上述では単にデータブロツクの最初の伝
送主データのビツト数を増加させるものとして説
明したが、オーバフローが生ずるのはスケール値
が減少するとき、つまり原データの絶対値が減少
する方向にスケール値が変化するときがほとんど
であるので、スケール値の変化方向によつて上述
の伝送主データのビツト数の増加を制御するよう
にしてもよい。

すなわち、基本的には全てのデータブロツクに
ついて最初の伝送主データのビツト数を増加させ
るだけでも実際上充分な効果が得られるが、この
場合本来不要な伝送ビツト数の増加を相当量含む
ことにより、伝送効率の点で好ましくない場合も
ある。そこで、オーバフローの生じにくい方向へ
のスケール値の変化時には、伝送ビツトの増加を
制限し、伝送ビツトの増加量を０としたり他の場
合より少なくしたりすれば、より効率の良いデー
タの伝送が可能となる。

次に、このような本発明方式の具体的な実施の
一態様を示す第２の実施例について説明する。こ
の実施例では、上述したスケール値の変化方向に
関連した伝送ビツトの増加量の制御を行なつてお
り、スケール値がデータの絶対値の減少方向へ変
化するときにのみ伝送ビツト数の増加処理を行な
うようにしている。

第１１図は本実施例の送信側の構成を、第１２
図は本実施例の受信側の構成をそれぞれ示すもの
である。

第１１図において、第１図と同様の部分には同
符号を付してその詳細な説明を省略する。

すなわち、１はオーデイオ信号等のアナログ原
信号入力をデイジタルデータに変換するＡ／Ｄ変
換器、２はＡ／Ｄ変換されたPCM符号データを
１サンプル分遅延するサンプル遅延回路、３は
PCM符号データの連続する２サンプル間の差分
をとる差分器であり、差分器３の出力として例え
ば16ビツトのDPCM符号データが得られる。１
４は例えばメモリを用いて構成されるブロツク遅
延回路であり、差分器３から出力されるDPCM
符号データを１データブロツク分遅延させる。１
５はスケール決定回路であり、差分器３から出力
されるDPCM符号データ１ブロツク分の全デー
タから各データブロツク内のサンプルデータの絶
対値の最大値を検出して、その検出値をもとにブ
ロツク毎のスケール値を設定し、該設定スケール
値を例えば桁シフト不要の場合を含めて４ビツト
のデータとして出力する。

なお、上述は符号の正負に存在する2′sコンプ
リメントを用いている場合を前提としており、ス
ケール値がサンプルデータの絶対値の最大値で決
められるものとして説明したが、他の符号を用い
る場合にはその符号に見合つた他の方式によつて
スケール値の検出を行なう必要が生ずる場合もあ
り得る。

１６はアキユムレータ部、１７はデータ圧縮回
路であり、これら両者により先に説明したデータ
圧縮部の機能を実現している。

すなわち、アキユムレータ部１６は上述したア
キユムレータ自体にほぼ相当する部分であり、例
えば16ビツトのフルアダーと８ビツトのホールド
レジスタを備えている。そして、上記フルアダー
の出力のうちスケール決定回路１５から与えられ
るスケール値に応じた下位数ビツト分、つまり上
記下位残余データ相当分をホールドする。上記フ
ルアダーはブロツク遅延回路１４から与えられる
DPCM符号データと上記ホールドレジスタに保
持された前回の下位残余データとを加算する。こ
のフルアダーの加算結果はそのままデータ圧縮回
路１７に与えられる。データ圧縮回路１７は圧縮
データを取出す部分であり、アキユムレータ部１
６のフルアダーから与えられる16ビツトのデータ
から、スケール決定回路１５から与えられるスケ
ール値に対応するビツト位置の予定ビツト数のデ
ータを取出す機能と、上記スケール値の変化を検
出して該スケール値が減少方向に変化したときに
のみ、そのブロツクの最初のデータについて上記
予定ビツト数（データ取出しのビツト数）を上位
桁側について増加させる機能とを有している。す
なわち、データ圧縮回路１７は、この場合、基本
的には８ビツトのデータを上記フルアダーの出力
から取出して伝送主データとするものとすれば、
スケール値が減少したときのブロツクの最初のデ
ータのみビツト数を上位側に増加させて例えば９
ビツト取出し、他の場合は上述の８ビツトを取出
して伝送主データとして出力する。

この８または９ビツトの伝送主データとスケー
ル決定回路１５から出力されるブロツク毎の４ビ
ツトのスケール情報データとが送信回路１８に供
給され、両データがパラレルデータからシリアル
データに変換されるとともに時分割的に多重化さ
れて直列的に伝送系に送出される。

また、１９はコントロールシーケンサ部であ
り、上記各部すなわちＡ／Ｄ変換器１、サンプル
遅延回路２、差分器３、ブロツク遅延回路１４、
スケール決定回路１５、アキユムレータ部１６、
データ圧縮回路１７および送信回路１８の各部を
それぞれ所定のタイミングで所定のごとく動作さ
せるため、各部に制御信号を与えている。なお、
データ圧縮回路１７でスケール値の減少が検出さ
れた際には、このデータ圧縮回路１７からコント
ロールシーケンサ部１９にその旨の信号が入力さ
れ、コントロールシーケンサ部１９から送信回路
に１８に対し伝送主データの１ビツト増加に対応
する制御指令が与えられる。

以上が本実施例における送信側の構成であり、
次に本実施例の受信側の構成を説明する。

第１２図において、２０は、伝送系から入力さ
れた伝送信号から、この場合、８または９ビツト
の主データと４ビツトのスケール情報データを分
離し且つ両データをそれぞれシリアルデータから
パラレルデータに変換するための受信回路であ
る。この受信回路２０は、スケール値が減少方向
に変化したことを検出して後述するコントロール
シーケンサ部に２７にその旨の信号を与える機能
と、該コントロールシーケンサ部２７からそれに
対応して返送される制御信号に応動して上述のス
ケール値変化時のビツト数の変化に応じた伝送主
データ分離のビツト数制御を行なう機能をも有し
ている。

２１はシフトクロツク発生部であり、受信回路
２０から入力されたスケール情報データに基づい
てシフトすべきビツト数に対応するシフトクロツ
クを出力する。２２は例えばシフトレジストを用
いたデータ伸長回路であり、受信回路２０から入
力された主データすなわち圧縮DPCM符号デー
タ（８ビツト）をシフトクロツク発生部２１から
与えられるシフトクロツクによつてこの場合上位
へビツトシフトし16ビツトのDPCM受信データ
に伸長する。なお、このデータ伸長に際し2′sコ
ンプリメントの符号で全体の動作が行なわれるよ
うに作られている場合には、シフトの回数に関連
し、主データ（圧縮DPCM符号）のMSBにある
極性符号と同じもの（０または１）がシフトレジ
スタの上位に連続して位置するように処理され
る。すなわち、このデータ伸張回路２２において
８ビツトの主データはそのデータの属するブロツ
クのスケール情報に応じたビツトシフトが施さ
れ、DPCM受信データに変換される。２３はこ
の場合16ビツトの全加算器からなる加算回路であ
り、第１図における加算器４に対応し、データ伸
長回路２２から出力されたDPCM受信データを
加算累計して15ビツトのPCM受信データとして
出力する。２４はデータホールドレジスタであ
り、第１図における遅延回路５にほぼ相当し１サ
ンプル前の加算回路２３の出力PCM受信データ
すなわち１サンプル前までの累計値を保持し、そ
のまま加算回路２３に入力して最新のデータ伸長
回路出力（DPCM受信データ）との加算に供す
る。２５は第１図のＤ／Ａ変換器６にほぼ相当す
るＤ／Ａ変換器であり、データホールドレジスタ
２４に保持された15ビツトのPCM受信データを
アナログ値に戻す。２６はＤ／Ａ変換器２５の出
力から不要な高周波成分を除去するローパスフイ
ルタであり、この出力としてオーデイオ信号等の
アナログ信号が得られる。

また、２７はコントロールシーケンサ部であ
り、上記各部、すなわち受信回路２０、シフトク
ロツク発生部２１、データ伸長回路２２、データ
ホールドレジスタ２４等の各部をそれぞれ所定の
タイミングで所定のごとく動作させるため、各部
に制御信号を与えるとともに、上述した受信回路
２０の主データ分離に際してのビツト数の制御を
行なう。

次に上述した構成における動作について説明す
る。

まず送信側において、アナログ原信号（例えば
オーデイオ信号）はＡ／Ｄ変換器１でPCM符号
データ（15ビツト）に変換され、サンプル遅延回
路２で遅延された１サンプル前のデータとの差分
が差分器３で算出されDPCM符号データ（16ビ
ツト）に変換される。

このデータはスケール決定回路１５に与えら
れ、所定数のサンプルからなる１ブロツク分の
DPCM符号データから最大差分（差分には正負
があるので正確には差分の絶対値すなわち差が最
も大きな値）が求められて該最大差分に応じたス
ケール値（桁シフト情報）データ（４ビツト）が
このスケール決定回路１５から出力される。

このスケール決定回路１５の設定スケール値出
力はブロツク毎に更新され、１ブロツクの
DPCM符号データに共通のスケール値データと
なる。このスケール情報検出の時間ずれを補正す
るためブロツク遅延回路１４で１ブロツク分遅延
されたDPCM符号データがアキユムレータ部１
６およびデータ圧縮回路１７で逐次スケール値に
応じてデータ圧縮される。すなわち、アキユムレ
ータ部１６では、下位残余データが保持されてい
るホールドレジスタの内容とブロツク遅延回路１
４から出力されるDPCM符号データとがフルア
ダーで加算されるとともに、この加算結果の下位
残余データ相当分（すなわち、スケール値に対応
する下位数ビツトのデータ）が上記ホールドレジ
スタに保持され次のDPCM符号データとの加算
に供される。上記フルアダーの加算結果はそのま
まデータ圧縮回路１７に与えられる。データ圧縮
回路１７では、スケール決定回路１５から与えら
れるスケール値の変化が検出され、アキユムレー
タ部１６（のフルアダー）から与えられる16ビツ
トのデータから、上記スケール値が減少方向に変
化したときにはそのブロツクの最初について９ビ
ツト、他の場合には８ビツトのビツト数で、上記
スケール値に応じたビツト位置（この場合取り出
すデータのLSBに対応する位置を基準とする）
のデータが抽出される。

これは、実質的に先に述べたブロツク遅延回路
１４から出力されるDPCM符号データをスケー
ル決定回路１５から出力されるスケール値に応じ
た上位有効ビツトを通常の場合で８ビツト、スケ
ール値が減少方向に変化したときの最初のデータ
のみについては上位に１ビツト加えて９ビツト取
り出し主データとして出力するとともに、下位ビ
ツトの切捨てが行なわれたときはその切捨（下位
残余）データを残しておき、次のDPCM符号デ
ータに加算して同様のデータ圧縮、切捨データ加
算処理に供することに相当する。このため、主デ
ータで伝送されなかつた桁落ち切捨分の下位残余
データは次のDPCM符号データと加算され累積
されるので、実質的に後続の主データに含められ
る。この主データとスケール情報データが送信回
路１８を介して伝送系に送出される。なお、送信
回路１８における時分割合成に際しスケール情報
データを介挿するため必要に応じて主データ列を
時間軸圧縮するなどの処理を施してもよいことは
いうまでもない。

PCMが基準レベル例えば０レベルからの符号
を含む値を伝送するのに対し、DPCMはサンプ
ル間の差分を伝送するため、オーデイオ信号等の
周波数がサンプリング周期に比して非常に高い場
合には正のピーク値付近と負のピーク値付近の差
分がDPCM符号となる場合があり、このため
DPCM符号データの最大ビツト数はPCM符号デ
ータより１ビツト多く必要となる。したがつて上
述では15ビツトのPCM符号データから16ビツト
のDPCM符号データを得、これを８および９ビ
ツトの主データで伝送するためのスケール値は桁
シフト不要の場合を含めて９種となり、４ビツト
のスケール情報データとしている。

このようにして伝送系に送出された送信データ
を受信する受信側の動作について説明する。

伝送系から与えられる伝送信号はこの場合シリ
アル化され時分割多重化された圧縮DPCM符号
からなる８および９ビツトの主データとデータブ
ロツク毎のこの場合４ビツトのスケール情報デー
タで構成されている。この伝送信号が与えられる
受信回路２０では、受信信号からスケール情報デ
ータと主データとが分離されるとともにこれら両
データがパラレル化され、それぞれ出力される。
具体的にはこの受信回路２０とコントロールシー
ケンサ部２７の連携動作により、例えば、受信信
号からブロツク毎の（例えば、必要に応じて適宜
付加された同期データ等に基づいて）スケール情
報がまず分離抽出され、これよりスケール値の減
少方向への変化が検出される。そして、この減少
方向への変化が検出されたときはそのスケール情
報データに続く当該ブロツクの最初のデータとし
て９ビツト、そうでない場合は８ビツトずつが主
データとしてそのブロツクの期間、すなわち次の
スケール情報の分離抽出まで逐次抽出される。こ
れら受信主データと受信スケール情報データは受
信回路２０からそれぞれデータ伸長回路２２とシ
フトクロツク発生部２１に入力される。シフトク
ロツク発生部２１からは受信スケール情報データ
に対応するシフトクロツクが出力され、このシフ
トクロツクがデータ伸長回路２２に与えられ８ビ
ツトの受信主データに桁シフト（ビツトシフト）
が施され、且つ2′sコンプリメント符号の場合に
は上位ビツトが極性ビツトで埋められて、16ビツ
トのDPCM受信データに変換される。このとき
桁シフトにより生ずる下位の空白ビツトには例え
ば０データが付加される。このDPCM受信デー
タが加算回路２３に与えられ、データホールドレ
ジスタ２４に保持されている１サンプル前の加算
回路２３出力データと加算される。すなわち、こ
の加算回路２３の出力データはDPCM受信デー
タの累計（積分）値、つまり15ビツトのPCM受
信データである。このPCM受信データはデータ
ホールドレジスタ２４を介してＤ／Ａ変換器２５
で逐次Ｄ／Ａ変換され、さらにローパスフイルタ
２６で不要な高周波成分が除去されて例えばオー
デイオ信号のアナログ信号として出力される。

このようにして、送信側で切捨部つまり桁落ち
部を累積して以後の送信データに反映させた送信
データを受信して有効な復合復調を行なうことが
できるため、８ビツトの主データを受信するだけ
で実質的に９ビツト以上での受信に相当する精度
が実現される。

上述のように、送信側でのデータ圧縮に際して
のスケール値の変動に伴なうオーバフローの発生
を極めて効果的に防止することができ、少ないビ
ツト数で伝送可能な高効率PCMを有効に実現す
ることができる。

なお、上述では特に説明していないがオーバフ
ローの発生確率が低くなれば、種々の方法によつ
て、得られるデータを訂正あるいは補正するなど
実質的にオーバフローの影響を受けないように対
策することが可能である。

なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例に
のみ限定されることなく、その要旨を変更しない
範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、アキユムレータ部１６とデータ圧縮回
路１７で構成される部分の機能を他の構成、例え
ば桁落ち部の累積加算による伝送主データへの桁
上げ情報検出と、原データ（予備変換データ）か
らの伝送データの抽出とをそれぞれ異なる部分で
並列的に行なうようにするなどしてもよい。要は
ブロツクの最初の伝送主データのみ伝送ビツト数
を増やしてオーバフローを防ぎ、伝送を行なうよ
うにすればよい。

また、上述におけるデイジタル処理機能の一部
または全部をコンピユータを用いて実現してもよ
い。

さらに、スケール情報は、主データ取出しのビ
ツト位置の基準を逆に（上位８桁を基準に）設定
し、第５図ａをスケール情報「７」、同図ｂを
「６」、同図ｃを「０」として、２進符号化するな
どしてもよい。

なお、本発明をステレオオーデイオ信号の伝送
に用いる場合に左右両チヤンネルの伝送データを
交互に伝送して時分割多重化を図ることなど通常
のデイジタルオーデイオ技術等で行われている
種々の技術を併用しても良いことはもちろんであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、DPCM符号データを少ない
ビツト数で精度よく伝送して、しかもデータ圧縮
時のオーバフローエラーの発生を効果的に防止
し、エラー補償をも容易にして伝送精度を一層高
め得る信号伝送方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はDPCMの一例を説明するためのシス
テムブロツク図、第２図および第３図は通常の
PCMとDPCMの相違を説明するための図、第４
図はPCMにおけるデータ圧縮の一例を示すシス
テムブロツク図、第５図および第６図は同例を説
明するための図、第７図および第８図は同例にお
けるオーバフローエラーの発生を説明するための
図、第９図は本発明の第１の実施例の原理を説明
するための図、第１０図は同実施例における伝送
主データのビツト数増加量を説明するための図、
第１１図および第１２図は本発明の第２の実施例
におけるそれぞれ送信側および受信側の構成を示
すブロツク図である。 １……Ａ／Ｄ変換器、２……サンプル遅延回
路、３……差分器、１４……ブロツク遅延回路、
１５……スケール決定回路、１６……アキユムレ
ータ部、１７……データ圧縮回路、１８……送信
回路、２０……受信回路、２１……シフトクロツ
ク発生部、２２……データ伸長回路、２３……加
算回路、２４……データホールドレジスタ、２５
……Ｄ／Ａ変換器、２６……ローパスフイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予定時間毎のデータ群からなるデータブロツ
   ク単位でDPCM符号原データのブロツク内最大
   値を検出し、該検出値に基づいてスケール値を定
   め、該スケール値に対応するビツト位置から予定
   ビツト数のデータを逐次取出し且つその下位残余
   データを累積的に後続の原データに加算させて、
   上記原データから該原データよりも少ないビツト
   数である主データを得、この主データと上記スケ
   ール値を示すスケール情報とを伝送系で伝送し、
   これを受信して受信主データを受信スケール情報
   に応じてビツトシフトして上記原データと等しい
   ビツト数の再生データを得る信号伝送方式におい
   て、上記伝送主データは、上記データブロツクの
   最初のデータのみを他のデータよりビツト数を多
   く設定し、上位ビツトを余分に伝送するようにし
   たことを特徴とする信号伝送方式。 ２ データブロツクの最初のデータのみを他のデ
   ータよりビツト数を多く設定し、上位ビツトを余
   分に伝送するのは、スケール値がデータの絶対値
   の減少方向に変化する場合にのみ実施し、他の場
   合には伝送主データのビツト数を変化させないよ
   うにすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の信号伝送方式。