JPH0252280B2

JPH0252280B2 -

Info

Publication number: JPH0252280B2
Application number: JP56111977A
Authority: JP
Inventors: Takao Nishitani
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1990-11-13
Also published as: JPS5814194A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は音声信号等の帯域圧縮のために用いら
れる適応量子化・適応逆量子化方法およびその回
路に関する。適応量子化方法とは、入力信号の標本値を予め
定められたビツト数で表現する、いわゆる量子化
幅を適宜決定する方法であり、入力信号標本値を
少いビツト数で高精度に再現できる。このため、
この様な適応量子化方法及び逆量子化方法を音声
信号等のデイジタル伝送に応用すれば、１標本当
りの必要ビツト数を、適応機能のない量子化方法
及び逆量子化方法を用いた場合と比べて少くでき
るため、伝送情報量を低減でき、いわゆる帯域圧
縮が実現できる。従来の適応量子化及び適応逆量子化方法のう
ち、本発明に関係する瞬時適応量子化及び瞬時適
応逆量子化について次に詳細に説明する。瞬時適
応量子化の詳細は、1973年９月Bell研究所発行の
BSTJ誌第1119頁〜第1144頁の参照できるが、原
理は次の通りである。いま、ある標本時刻ｊでの
量子化幅を△_j、この時の入力信号x_jが n_j・△_jx_j＜（n_j＋１）△_j， n_jｅ｛０，±１，±２，……， ±（2^m-1−１），−2^m-1｝， (1) ｍ：割当量子化ビツト数であれば、出力信号はn_jであり、次の標本時刻で
の量子化幅を次のように決定する。 △_j+1＝△_j・Ｍ（n_j） (2) ただし、ここでＭ（n_j）はn_jにより一意的に定
まる乗数であり、8kHzで標本化された音声信号
を４ビツト（ｍ＝４）に符号化する場合に用いら
れる乗数の一例を表１に示す。

【表】この様に量子化幅を時々刻々変化させると、量
子化幅が一定値に固定されたときの出力信号が常
に０となるような小レベルの場合や出力信号が常
に過負荷を起こすような大レベルの場合にも、量
子化器のダイナミツク・レンジを大きくできる。
また、(2)式による適応量が入力信号によく追随し
ているならば(1)式により定められる量子化も精度
よく行なえる。このような量子化器を伝送装置に
応用する場合は、量子化され伝送された信号は受
信側でも(2)式の演算を行ない、各標本時刻での量
子化幅を再現して x_j＝n_j△_j＋0.5△_j (3) により伝送信号を逆量子化することによりほぼ入
力信号x_jと同じ大きさの信号x^_jを再現できる。
（送信側と受信側における量子化幅△_jは、初期値
△_pが等しくかつ伝送路に誤りがない状態（つま
りn_jが常に正しく伝送されている状態）が保証さ
れれば、送受両側で△_jに乗ずる乗数Ｍ（n_j）が一
致し、成立する。）上記の瞬時適応量子化方法は入力信号を精度よ
く少いビツト数で伝送するのに適しているが、初
期における量子化幅を送信側と受信側とで一致さ
せなければならないこと、また、通常の伝送路に
おいては回線の歪みや熱雑音により伝送路ビツト
誤りが発生することなどの理由により各標本時間
における送信側と受信側との量子化幅が一致しな
い。このような困難を克服する方法については
1975年IEEE発行の「Transactions on
Communications」第1362頁〜第1365頁に詳細さ
れているが、この方法は(2)式を次の(4)式で置き換
えたものである。 △_j+1＝△j〓・M′（ｎ） (4) ただし、βは１に近いが１より小の数であり、
M′（ｎ）はＭ（ｎ）と同様ｎにより一意的に定ま
る乗数であり、以下簡単化のためＭ（ｎ）と記す。
以上のように修正することにより得た時刻ｊでの
量子化値をn_jと表わすと、(4)式は次のように変形
できる。 △_j＋１＝Ｍ（n_j）・Ｍ（n_j-1）〓・Ｍ（n_j-2）〓²……・△_p〓^j (5) さらに、βを１より小さい数に設定したため、
β^kはｋが大きくなるに従い０に漸近する。以上の
事柄より、送信側と受信側で初期値△_pが異なつ
ていた場合でも、時間の経過とともに△_p〓^jは△^o _p
（＝１）に漸近し、△_j+1は双方で同一の値を取る
ようになる。また、伝送路ビツト誤りが発生した
場合も同様に送受信側の量子化幅は等しくなる。
すなわち、時刻ｌに伝送路ビツト誤りが起きたと
すると、時刻ｌで発生する送信側と受信側での量
子化幅の不一致は、時刻ｌを改めて初期時刻と定
義し直し、初期値の不一致と考えれば上記伝送路
ビツト誤りによる量子化幅の不一致は時刻ととも
に送信側と受信側で等しくなることが理解されよ
う。しかしながら、従来の伝送ビツト誤りに強くし
たアルゴリズムでは、音声信号のようにダイナミ
ツク・レンジが60dBにも達する信号に対しては、
平均的な信号レベルにおいては問題にならない
が、大きな信号レベルや小さな信号レベルにおい
ては量子化精度の劣化を招くことになる。これ
は、式(2)と式(3)を比べると△ｊをβ乗するか否か
の違いであり、第１図の△ｊ対△〓_jのグラフを用
いれば以下のように容易に理解できる。ここで、
β＝１のグラフはβ乗しないことを意味し、Ｍ
（n_j）を乗ずる事を除けば式(2)の演算に対応する。また、β１のグラフはＭ（n_j）を乗ずること
を除けば式(4)の演算に対応する。いま、信号レベ
ルが定常的に高い場合を考える。この場合、第１
図で△_jが△_L付近に来ることが多いが、伝送路ビ
ツト誤りに対して強い性質を持たせたβ乗を行な
う方式では、β乗することにより△_Lが△′_Lまで
縮められる。（△_L−△′_L）の差は△_Lが大きくな
る程大きくなり、この効果は真に必要となる次の
量子化幅△_j+1を計算するにあたり、過負荷状態
を発生する要因となる。このため、信号レベルの
大きいものに対しては符号化精度を劣化させるこ
とになる。同様に信号レベルが定常的に低い場合
は第１図において△_jが△_M近傍に来ることが多
く、この場合△〓_jを行なうと△′_Mとなり、△_Mより
大きな値となる。このため、レベルの低い信号に
対しては、次の標本時刻での量子化幅を△〓_jを用
いて計算すると、量子化幅の適応性が劣化し、量
子化による信号標本値の桁落ちが生じ易くなり、
符号化精度を悪化させることになる。また、βの
値を１に近付けると、高レベルもしくは低レベル
の信号に対する符号化精度の劣化を小さくできる
が、伝送路ビツト誤りに対する送信側および受信
側の量子化幅の不一致が長時間解消されずに残る
ことになる。本発明の目的は伝送路ビツト誤りに対して短時
間で送信側および受信側の量子化幅の不一致を解
消しかつ高レベルおよび低レベル信号に対しても
符号化精度を高く保つ適応量子化・適応逆量子化
方法および回路を提供することにある。本発明の適応量子化および逆量子化方法は、量
子化基準値と現在の標本時刻における量子化幅お
よび量子化符号を用いて適応的に次の標本時刻に
おける量子化幅を決定しこの量子化幅を用いて適
応的に量子化および逆量子化を行なう適応量子化
および逆量子化方法において、複数の量子化基準
値を用いて次の標本時刻における量子化幅の候補
を複数個発生し、現在までに得られた量子化符号
から入力信号レベルを推定し、前記入力信号レベ
ルの推定値に応答して前記複数個の量子化幅候補
のうちの一つを選択し次の標本時刻での量子化幅
を決定するようにしたことを特徴としている。また、本発明の適応量子化器は、標本化時刻毎
に入力される量子化符号を逆量子化する逆量子化
回路と、前記逆量子化回路出力を被乗数とする乗
算器と、前記入力された量子化符号から出力信号
レベルを推測するレベル検出器と、複数個の異な
つた量子化基準値に対応して複数個の前記乗数値
を計算する係数予定値発生回路と、前記レベル検
出器の出力に応じ前記複数個の係数予定値発生回
路出力の１個を選択し次の標本時刻に前記乗算器
の乗数端子へ出力する手段とから構成されたこと
を特徴としている。さらに、本発明の適応逆量子化器は、標本化さ
れデイジタル化された入力信号を被除数とする除
算器と、前記除算器出力を量子化する量子化回路
と、前記量子化回路出力から入力信号レベルを推
測するレベル検出器と、複数個の異なつた量子化
基準値に対応して複数個の前記除数値を計算する
係数予定値発生回路と、前記レベル検出器の出力
に応じ前記複数個の係数予定値発生回路出力の一
個を選択し次の標本時刻に前記除算器の除数端子
に出力する手段とから構成されたことを特徴とす
る。次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。まず、本発明の適応量子化および逆量子化方法
を第２図を参照して説明する。本発明の原理は式(2)または式(4)に対応する次の
標本時刻での量子化幅を次の様に定義することに
ある。 △_Siを△_S1に決定するか△_S2に決定するかは、適
応量子化器出力から入力信号の信号レベルを計算
し、入力信号レベルに近くなる△_Siを用いる。このため、第１図に対応した△_jから△_j+1を求
めるにあたり伝送路ビツト誤りに対して強くする
操作、（△_j／△_Si）〓△_Siをグラフにすると第２図が
得られる。第２図では△_S1＜△_S2と仮定して記し
ており、かつ、第１図に対応する△〓_jも破線で示
している。第２図から明らかなように（△_j／△_S
_ｉ）〓△_Siのグラフでは、従来の方式では△〓_jのグラ
フ
が1.0で△¹ _jのグラフと交叉していたものが、△_S1
と△_S2の２箇所に交点を平行移動させた２本のグ
ラフになる。２つのグラフのうち、いずれか一方
を用いることになるが、この選択は標本時刻毎に
変化するものではなく、入力信号の短時間エネル
ギー（複数標本値を用いて計算したエネルギー）
により決定されるため高信号レベルの入力信号に
対しては△_S2を通るグラフを用いて、また低信号
レベルの入力信号に対しては△_S1を通るグラフを
用いて次の標本時刻での量子化幅を決定する。例
えば、高レベル信号が定常的に入力されている場
合を考えると、第２図△_L近辺の△_jが発生する確
率が高い。次の標本時刻での量子化幅を決定する
第２図の△_j対△_j+1／Ｍのグラフを用いて△_j＝△
_Ｌを求めると、新しい方法では△_L″、従来の方法
では△_L′となる。明らかに△_L″の方が△_L′より△¹ _L
に近く、このため、新しい方法では高レベル入力
信号に対しても過負荷状態になりにくい量子化が
実現できる。低レベル信号に対しては新方式では
△_S1で△¹ _jと交わるグラフを用いて、△_j+1／Ｍを
計算するため、高レベル信号の場合と同様この場
合も従来の方法と比べ大幅な改善が期待できる。
新方式では△_j＝1.0の近辺において従来方式より
次の標本時刻での量子化幅の適応性が劣化する
が、劣化の度合は△_j＝△_Lにおいて改善された値
と比べると遥かに小さく、入力信号が音声のよう
に、個人差や、同一人であつてもその時々で音声
レベルの変化が激しい信号であれば、新方式の適
応量子化の方が広い入力信号レベルに対し精度よ
く量子化できることになる。新しい量子化方法も伝送路ビツト誤りに強いこ
とは次のようにして理解できる。いま第２図の△
_Ｓ２において△¹ _jと交わるグラフを用いて次の標本
時刻での量子化幅を決定していたものとし、この
状態で伝送路ビツト誤りが発生したとする。これ
以降においても、第２図の同じグラフを用いて次
からの標本時刻での量子化幅を決定する場合は、
式(5)と同様式(6)は時刻ｊ＋ｌでは △_j+l＝Ｍ（n_j+l）……Ｍ（n_j+1）〓^l-2Ｍ（
n_j）〓^l-1（△_j／△_S2）〓^l△_S2(7) と表現でき、△_jが送信側および受信側で異つて
いても（△_j／△_S2）〓^lの項から明らかなように標本時刻毎に１に近づいて行き、送受両側で同一の量子
化幅を持つようになる。次に伝送路ビツト誤りが、瞬時的に発生する量
子化幅の不一致のみならず、入力信号のエネルギ
ー・レベル計算にも影響を与え、このため次の標
本時刻から第２図の△_S1において△¹ _jと交わるグ
ラフを用いて量子化幅を決定することとなつた場
合を考えよう。この場合、次からの標本時刻での
伝送信号に誤りを生じないと仮定しても送信側と
受信側での量子化幅決定には次の差が発生する。（△_j／△_S1）〓△_S1Ｍ（n_j）／（△_j／△_S2）〓△_S2Ｍ（n_j）＝（△_S2／△_S1）〓＝（△_S1／△_S2）^1-〓 (8) 前述したようにβは１に近い数値が与えられる
ため式(8)は１に近い数値となる。つまり送信側と
受信側での量子化幅の差は微々たるもので信号エ
ネルギーの計算には第２図の異なつたグラフを用
いて量子化幅の変更を行なつたとしても大差は現
われない。このため真の入力信号レベルが第２図
のいずれのグラフを用いて次の量子化幅を決定す
るかを判断する閾値付近から僅かに一方へずれる
と、送信側及び受信側のエネルギー計算結果は双
方とも第２図の同一グラフを使用するよう判定を
下す。この時点を初期時点と考えれば、送信側及
び受信側でのこれまでの量子化幅の差は式(7)と同
様の式に従つて新しい標本化時刻毎に解消される
ことになる。送信側および受信側での量子化幅
を、第２図の異なつたグラフを用いて修正するこ
とになる時間は短時間ではあるか送信側での量子
化幅は一致しない。しかし、式(8)からも明らかな
ように、両者の量子化幅の差は微々たるものであ
り、この結果送信信号x_jと受信信号ｘ＾_jの差も小
さく、大きな劣化は生じない。第１の発明の方法では式(6)を実現するにあた
り、△_S1を用いて△_j+1を計算する部分と、△_S2を
用いて△_j+1を計算する部分を並列に設け、量子
化符号n_jから入力信号レベルを推測してどちらか
の△_j+1を次の標本時刻の量子化幅として採用し
ている。また、第２の発明の方法では式(6)を実現するに
あたり量子化符号n_jから入力信号レベルを推測し
て、△_S1と△_S2のいずれか一方を選択してから△_j
_＋１を決定している。以上の様に新しい適応量子化および適応逆量子
化の方法を用いれば、従来と同程度の伝送路ビツ
ト誤りに対する強靭さを持ち、かつ、精度の高い
量子化・逆量子化が行なえる。本発明の説明を２つの量子化幅基準値を用いて
説明したが、２つ以上の量子化幅基準値を用いる
場合も容易に類推できる。また、本発明の適応量子化方法を差分符号化方
式等に応用した場合も同様の効果が期待できる。次に本発明の適応量子化器を第３図を参照して
説明する。第３図に示す適応量子化器は、標本化されたデ
イジタル化された入力信号を被除数とする除算器
２と、この除算器２の出力を量子化する量子化回
路３と、この量子化回路３の出力から入力信号レ
ベルを推測するレベル検出器７と、複数個の異な
つた量子化基準値に対応して、複数個の除算値を
計算する係数予定値発生回路５および６と、レベ
ル検出器７の出力に応じ、複数個の係数予定値発
生回路５および６の出力の一個を選択し、次の標
本時刻に除算器２の除数端子へ出力する手段とか
ら構成されている。第３図のうち、除算器２は
RCA社1979年８月発行の「COS／MOS
Memories，Microprocessors and Support
Systems」140頁〜150頁記載の除算器で構成でき
る。また、量子化回路３の詳細は後述するがデイ
ジタル化された入力信号に対し、複数個の閾値を
設け（例えば2^m−１）、ｍ（入力ビツト数より少）
ビツトで表わされる出力信号に変換するものであ
る。第１の係数予定値発生回路５および第２の係
数予定値回路６の構造の詳細は後述するが同一の
回路が利用でき、現在の量子化幅△_j′、現在の出
力符号n_jおよびそれぞれ入力端子９および１０に
加えられた各々の量子化幅基準値△_S1および△_S2
を用いて、各々独立に次の標本時刻における量子
化幅に対応する係数を発生する。また、レベル検
出器７の詳細も後述するが、n_jから入力信号x_jの
短時間エネルギーを計算するものである。選択回
路８は1981年日本テキサスインスツルメンツ株
式会社発行の「The Bipolar Digital Integrated
Circuits Data Book」の７−169〜７−175頁に
記載のICで構成できる。いま、ある時刻ｊに於て、入力端子１にx_jが加
えられ、選択回路８の出力に現在の量子化幅△_j
が出力されているとすれば除算器２の出力には
x_j／△_jが出力される。量子化回路３により n_jx_j／△_j＜（n_j＋１） (9) となるｍビツトの符号n_jが端子４より出力され
る。このとき式(9)は n_j・ｊ＝x_j＜（n_j＋１）△_j (10) となり式(1)と一致する。量子化回路３の出力n_j、
選択回路８の出力△_j、量子化幅基準信号入力端
子９からの入力信号△_S1より係数予定値発生回路
５では（△_j／△_S1）〓△_S1Ｍ（n_j） (11) を計算し出力する。同様に量子化器３の出力n_j選
択回路８の出力△_j、量子化幅基準信号入力端子
１０からの入力信号△_S2より第２の係数予定値発
生回路６では（△_j／△_S2）〓△_S2Ｍ（n_j） (12) を計算し出力する。また、量子化器３の出力n_jは
信号レベル検出器７において、選択回路８の出力
信号△_jを乗ぜられ入力信号を再現してそのエネ
ルギーを計算する。信号レベル検出器７はエネル
ギー計算値が予め定められた値（例えば（△_S1＋
△_S2）／２）より大となると、選択回路８の選択
端子Ｓに信号を加え、次の標本時刻で第２の係数
予定値発生回路６の出力を選択回路８の出力に伝
え、一方エネルギー計算値が前記の予め定められ
た値より小であれば次の標本時刻で第１の係数予
定値発生回路５の出力を選択回路８の出力に伝え
るように制御する。第３図に示した適応量子化回
路が伝送路ビツト誤りに強く、高精度の量子化が
行なえる理由は、量子化回路３の出力が式(1)と等
しい式(10)で表わされること、次の標本時刻におけ
る量子化幅の決定を式(6)と等しい第１の係数予定
値発生回路５の出力である式(11)および第２の係
数予定値発生回路６の出力である式(12)により実
現していることおよび前述の本発明の原理の部分
で詳述した事柄より明確であろう。次に第３図で使用した量子化回路３の構成につ
いて述べる。以下では簡単のために４ビツト相当
の入力信号を出力信号２ビツトに量子化する場合
を述べる。量子化回路３は読出専用メモリ
（ROM）が利用でき、例えば、1979年Signetics
社発行の「Signetics Bipolar＆MOS Memory
Data Manual」66頁〜69頁記載のROMで構成で
きる。４ビツトの入力信号はROMのアドレス入
力端子の下位４ビツトに供給され、２ビツトの出
力信号をROMの出力端子の下位２ビツトから出
力するものとすると、量子化回路３を構成するた
めのROMの内容は表２のようになる。ただし、
アドレスに加えられる入力信号は、信号値として
はLSBから２ビツト目と３ビツト目の間に小数
点があるものと仮定しており、量子化回路出力は
これを整数値に切り捨てるものとして考えてい
る。

【表】第３図の係数予定値発生回路５および６の構造
を第４図に示す。第４図において、係数予定値発
生回路５および６は、量子化符号入力端子１１、
量子化幅基準入力端子１２、現在の量子化幅入力
端子１３、乗数発生回路１４、除算器１５、β乗
演算回路１６、乗算器１７および１８、出力端子
１９とから構成されている。除算器１５は第３図
の除算器２と同一構成を有している。除算器１７
および１８の各々は1978年TRW社発行の「LSI
Multipliers data sheet」に記載の乗算器で構成
できる。また、乗数発生回路１４は第３図の量子
化回路３に利用したROMが利用でき、この場
合、アドレスは入力信号n_jをそのまま接続し、ア
ドレスn_jの内容は表１に示したＭ（n_j）の値に設
定する。さらに、β乗演算回路も前述のROMが
利用できる。この場合入力信号は小数も許容され
るため、数値表現をｍビツトで表わし、LSBか
らｌビツト目に小数点がある形式とすれば、入力
信号に2lを乗じて整数とした数値のアドレスに、
入力信号をβ乗した値を格納すればよい。いま、時刻ｊでの量子化幅△_jが端子１３から
入力され、量子化幅基準信号△_Sが端子１２から
入力された場合、除算器１５では△_j／△_Sが演算
され出力される。この信号はβ乗演算回路１６に
加えられ、出力として（△_j／△_S）〓となつた信号
を得る。この信号は乗算器１７により端子１２か
ら加えられた△_Sと乗ぜられ（△_j／△_S）〓△_Sとな
る。一方、端子１１から入力された量子化符号n_j
は乗数発生回路１４に入力され、Ｍ（n_j）となり、
乗算器１８に与えられる。乗算器１８では、この
信号と乗算器１７の出力信号とが乗ぜられ、この
結果、出力端子１９には（△_j／△_S）〓△_S・Ｍ（n_j）
が出力される。第５図は、第３図に使用されたレベル検出器７
のブロツク図である。図において、レベル検出回
路７は、量子化符号入力端子２０、量子化幅入力
端子２１、逆量子化回路２２、乗算器２３および
２４、デイジタル低域フイルタ２５、比較器２
６、比較基準値入力端子２７、出力端子２８とか
ら構成されている。第５図において、乗算器２３
および２４は第４図の乗算器１７および１８と同
一のハードウエアが利用できる。また、デイジタ
ル低域フイルタ２５の構成の詳細は、1975年
Prentice−Hall，Inc，Englewood Cliffs，NeW
Jersey発行の“Theory and Application of
Digital Signal Processing”の第306頁Fig.510を
参照できる。比較器２６は1981年日本テキサス・
インスツルメンツ株式会社発行の「The Bipolar
Digital Integrated Circuits Data Book」の第
15−220頁から第15−221頁記載のICで構成でき
る。逆量子化回路２２は第３図の量子化回路３と
同じROMが利用でき、表２に対応する逆量子化
回路のROM内容を現す表を表３に示す。ただ
し、ROMの内容はLSBから２ビツト目と３ビツ
ト目に小数点がある。この結果n_jの入力に対し
（n_j＋１／２）が出力され、式(3)を△_jで除した値
を再現する。

【表】いま、第５図において入力端子２０に量子化符
号n_jが入力された場合を考える。量子化符号n_jは
逆量子化回路２２により数値表現精度（ビツト
数）を高められ、この信号は乗算器２３により、
端子２１から加えられた量子化幅△_jが乗ぜられ
入力信号x_jを再現する。この再現された信号x_jは
乗算器２４により２乗され、低域通過フイルタ２
５により以前から入力されている｛x² _i，ｉ＝０，
１，……ｊ｝の直流分が抽出される。この様に入
力信号の２乗値に低域フイルタを通した出力は、
その信号の短時間的なエネルギーを表わしてい
る。このフイルタ２５の出力信号は比較器２６に
より比較規基値と比較され、フイルタ出力信号の
方が基準値より大の時は“１”が、また反対に小
のときは“０”が出力端子２８に現われる。以上のように、本発明に従えば伝送路ビツト誤
りに強く、高精度に量子符号化が可能な適応量子
化器が実現できる。本発明の説明に用いた第３図の固定量子化回路
３は表２に従つて、式(1)を満足する直線量子化回
路を実現するものであるが、入力信号の性質が予
め定まつている場合、非直線量子化回路の使用に
より量子化精度をさらに向上できる。この場合、
表２のROMの内容に於て、連続して同じ内容と
なるデータの個数を変えれば非直線量子化が可能
である。このような変更を行なつても、前述した
本発明の原理から明らかなように、本発明の利点
である伝送路ビツト誤りに強く、高精度に量子化
するという性質は失なわれない。このため、この
ような変更も本発明の一部である。本発明の説明に用いた第４図の係数予定値発生
回路は、xβを直接ROMを用いて実行したが、こ
の演算をｘ＝１の近辺でテーラー展開して、最初
の数項を用いた近似で実現する方法も本発明のう
ちである。例えば、最初の２項を用いてxβをテ
ーラー展開すれば xβ＝１＋βx (13) であるから、式(6)の演算は次のように簡単化され
る。 △_j+1＝Ｍ（ｎ）△_Si｛１＋β△_j／△_Si｝＝Ｍ（ｎ）（△_Si＋β△_j） (14) この様な式変形を行なつた形式の係数発生器で
あつても、本発明の利点である伝送路ビツト誤り
に強く、高精度に量子化するという性質は保存さ
れる。本発明に用いた第５図のレベル検出器は、量子
化符号n_jを逆量子化回路を用いて入力信号を再生
してエネルギー計算を行なつたが、信号レベルが
大きくなるにつれ量子化回路が過負荷になり易
く、また、信号レベルが小さくなるにつれ桁落ち
が起り易くなることは、適応量子化回路に於ても
短時間的には発生しているため、量子化符号n_jを
直ちに２乗し、低域フイルタに通す方法も可能で
ある。この場合、第５図の逆量子化回路２２、乗
算器２３および端子２１が省略される。また、信
号を２乗して低域フイルタに通すかわりに、信号
の絶対値を低域フイルタに通してエネルギー計算
をする方法も可能である。上記の種々の変更に関
しても、本発明の利点である伝送路ビツト誤りに
強く、高精度に量子化するという性質は変わらな
い。なお、第３図に示した係数予定値発生回路５お
よび６は一方の計算値が選択回路８を介して除算
器２に与えられているとき、他方は使用されない
ため、時分割で１個の係数予定値発生回路でも実
現できる。このためには、レベル検出器７の出力
で△_S1もしくは△_S2を選択する選択回路（構造は
選択回路８と同じ）を介して１個の係数予定値発
生回路の量子化幅基準値入力端子に加えかつこの
係数予定値発生回路出力を直ちに除算器２へ伝え
ればよい。上記説明は２つの量子化幅基準値△_S1および△
_Ｓ２を用いて説明したが、２つ以上の場合も同様に
実現できる。次に本発明の適応逆量子化回路を第６図を参照
して説明する。第６図に示す適応逆量子化回路
は、標本化時刻毎に入力される量子化符号を逆量
子化する逆量子化回路３１と、逆量子化回路３１
の出力を被乗数とする乗算器３６と、入力された
量子化符号から出力信号レベルを推測するレベル
検出器３４と、複数個の異なつた量子化基準値に
対応して、複数個の乗数値を計算する係数予定値
発生回路３２および３３と、レベル検出器３４の
出力に応じ、複数個の係数予定値発生回路出力の
一個を選択し、次の標本時刻に乗算器３６の乗数
端子へ出力する手段３５とから構成されている。
逆量子化回路３１は第５図の逆量子化回路２２と
同一構成を有している。第１の係数予定値発生回
路３２および第２の係数予定値発生回路３３は
各々第３図の係数予定値発生回路５および６と同
一構成を有し、第４図の回路が利用できる。レベ
ル検出器３４は第３図のレベル検出器７と同一で
あり、第５図に示す回路が利用できる。選択回路
３５は第３図の選択回路８と同一のものであり、
乗算器３６は第５図の乗算器２３と同一のもので
ある。いま端子３０に量子化符号n_jが入力されると、
逆量子化回路３１により、表現精度（ビツト数）
を高められた数値に変換し、この時刻における量
子化幅△_jを乗じられる。第５図の説明より、量
子化回路３１の出力は（n_j＋１／２）であつたか
ら、出力端子３９には（n_j＋１／２）△_jが出力
され、式(3)のｘ＾_jが出力されることになる。一方、係数予定値発生回路３２では、端子Ａよ
り入力された△_j、端子Ｂより入力されたn_j、端
子Ｃに入力された△_S1より、次の標本時刻で用い
るべき量子化幅を（△_j／△_S1）〓・△_S1・Ｍ（n_j）という演算により計算し、端子Ｄより出力する。
同様に係数予定値発生回路３３では端子Ａより入
力された△_j、端子Ｂに入力されたn_j、端子Ｃに
入力された△_jより、次の標本時刻で用いるべき
量子化幅を（△_j／△_S2）〓・△_S2・Ｍ（n_j）という演算により計算し、端子Ｄより出力する。また、レベル検出器３４では、量子化符号ｎと
量子化幅△_jより、x^_jを再現してx^_jのエネルギー
を計算し、その結果が予め定められた値より大き
いか小さいかが判定され、その判定結果が選択回
路３５に与えられる。選択回路３５では、次の標
本時刻に係数予定値発生回路３２または３３のい
ずれか一方の出力を端子Ｃに与え、真の量子化幅
とする。この様な構成による適応逆量子化回路が
伝送路ビツト誤りの影響に強くかつ高精度に逆量
子化できることは前記本発明の原理の説明の部分
に詳述している。なお、適応逆量子化回路におい
ても、適応量子化回路の構成において述べたよう
に、量子化回路３１の非線形逆量子化回路への変
更、係数予定値発生回路３２および３３におい
て、演算をテーラ展開近似による簡易方式にする
方法、レベル検出器３４の演算の簡素化などの変
更が適用できる。なお、第６図に示した係数予定値発生回路３２
および３３は一方の計算値が選択回路３５を介し
て乗算器３６へ与えられている時、他方の計算値
は使用されないため、時分割で１個の係数予定値
発生回路でも実現できる。このためにはレベル検
出器３４の出力により量子化幅基準値△_S1と△_S2
のうちのいずれか一方を選択する選択回路を設
け、この出力を直接乗算器３６へ伝えるようにす
ればよい。また、適応逆量子化回路も２つの量子化幅基準
を用いたが、２つ以上の量子化幅基準を用いる場
合も同様に実現できる。また、適応量子化および逆量子化は、他の種々
の帯域圧縮方式と組合せ利用できるが、このよう
な組合わせの利用においても本発明の原理を用い
るものは本発明の一部である。この様な組合せの
一例としては、予測器を用いて次標本の標本値を
予測し、入力信号と予測結果の差を量子化して伝
送する差分符号化があり、このような差分符号化
において本発明の原理を用いるものも本発明の一
部である。さらに、本発明の適応量子化および適応逆量子
化回路を信号処理用マイクロプロセツサのソフト
ウエアとして実現する場合も同様の効果が得ら
れ、本発明の一部である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の適応量子化および逆量子化方法
の説明図、第２図は本発明の適応量子化および適
応逆量子化方法の説明図、第３図は本発明の適応
量子化器を示すブロツク図、第４図は第３図の一
部の詳細図、第５図は第３図の一部の詳細図およ
び第６図は本発明の適応逆量子化器を示すブロツ
ク図である。第３図において、２……除算器、３……量子化
回路、５，６……係数予定値発生回路、７……レ
ベル検出器、８……選択回路である。第６図にお
いて、３１……逆量子化回路、３２および３３…
…係数発生回路、３４……レベル検出器、３５…
…選択回路、３６……乗算器である。

Claims

【特許請求の範囲】１量子化基準値と現在の標本時刻における量子
化幅および量子化符号を用いて適応的に次の標本
時刻における量子化幅を決定しこの量子化幅を用
いて適応的に量子化および逆量子化を行なう適応
量子化および逆量子化方法において、複数の量子化基準値と現在の標本時刻における
量子化幅および量子化符号を用いて次の標本時刻
における量子化幅の候補を複数個発生し、現在までに得られた量子化符号から入力信号レ
ベルを推定し、前記入力信号レベルの推定値に応答して前記複
数個の量子化幅候補のうちの一つを選択し次の標
本時刻での量子化幅を決定するようにしたことを
特徴とする適応量子化および適応逆量子化方法。２量子化基準値と現在の標本時刻における量子
化幅および量子化符号を用いて適応的に次の標本
時刻における量子化幅を決定しこの量子化幅を用
いて適応的に量子化および逆量子化を行なう適応
量子化および逆量子化方法において、複数個の量子化基準値を準備し、現在までに得られた量子化符号から入力信号レ
ベルを推定し、前記入力信号レベルの推定値に応答して前記複
数個用意した量子化基準値のうちの一個を選択
し、前記選択された量子化基準値と前記現在の標本
時刻における量子化幅および量子化符号とから次
の標本時刻における量子化幅を決定するようにし
たことを特徴とする適応量子化および適応逆量子
化方法。３標本化されデイジタル化された入力信号を被
除数とし次の標本時刻における量子化幅を除数と
する除算器と、前記除算器出力を量子化する量子化回路と、前記量子化回路出力から入力信号レベルを推測
するレベル検出器と、複数個の異なつた量子化基準値に対応して次の
標本時刻における複数個の量子化幅の候補を発生
する係数予定値発生回路と、前記レベル検出器の出力に応じ前記複数個の係
数予定値発生回路出力の一個を選択し次の標本時
刻に前記除算器の前記除数として供給する手段と
から構成されたことを特徴とする適応量子化回
路。４標本化されデイジタル化された入力信号を被
除数とし、次の標本時刻における量子化幅を除数
とする除算器と、前記除算器出力を量子化する量子化回路と、前記量子化回路出力から入力信号レベルを推測
するレベル検出器と、予め定められた複数個の量子化基準予定値のう
ちから前記レベル検出器の出力値に応じて１個選
択し、量子化幅基準値とする手段と、前記選択された量子化基準値と前記現在の標本
時刻における量子化幅および量子化符号とから次
の標本時刻における量子化幅を決定し前記除算器
に除数として供給する手段とから構成されたこと
を特徴とする適応量子化回路。５標本化時刻毎に入力される量子化符号を逆量
子化する逆量子化回路と、前記逆量子化回路出力を被乗数とし、次の標本
時刻における量子化幅を乗数とする乗算器と、前記入力された量子化符号から出力信号レベル
を推測するレベル検出器と、複数個の異なつた量子化基準値に対応して複数
個の乗数値を計算する係数予定値発生回路と、前記レベル検出器の出力に応じ前記複数個の係
数予定値発生回路出力の一個を選択し次の標本時
刻に前記乗算器の乗数として供給する手段とから
構成されたことを特徴とする適応逆量子化回路。６標本化時刻毎に入力される量子化符号を逆量
子化する逆量子化回路と、前記逆量子化回路出力を被乗数とし、次の標本
時刻における量子化幅を乗数とする乗算器と、前記入力された量子化符号より出力信号レベル
を推測するレベル検出器と、予め定められた複数個の量子化基準予定値のう
ちから前記レベル検出器の出力値に応じて１個選
択し量子化幅基準値とする手段と、前記選択された量子化基準値と前記現在の標本
時刻における量子化幅および量子化符号とから次
の標本時刻における量子化幅を決定し前記乗算器
に前記乗数として供給する手段とから構成された
ことを特徴とする適応逆量子化回路。