JPH0256120A - Ｄｐｃｍ符号化器 - 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〕 本発明は音声や音楽等の信号の帯域圧縮に用いられる符
号化技術に関する。

〔従来の技術〕

従来のＤＰＣＭ符号化および復号化方式は第４図のブロ
ック図のように示される。

つまり、ＤＰＣＭ符号化器２１は、入力端子１、減算器
２、量子化器３、逆量子化器４、加算器５、予測器６お
よび送信端子７から構成され、ＤＰＣＭ復号化器２２は
、受信端子１１、逆量子化器１２、加算器１３、予測器
１４および出力端子１５から構成される。

時刻ｊにおける入力信号Ｘｊが入力端子１からＤＰＣＭ
符号化器２１に入力されると、減算器２により人力信号
ＸＪと入力信号の予測値Ｘｐｊの予測誤差信号Ｅ、が計
算され、予測誤差信号Ｅｊとして量子化器３へ入力され
る。量子化器３は量子化ステップ幅Δを用いて誤差信号
Ｅ、をＮビットの符号ｎ、に変換し、送信端子７から出
力すると同時に逆量子化器４へ入力する。逆量子化器４
では量子化ステップ幅Δを用いて出力符号ｎ、よりＬビ
ットの予測誤差信号Ｅ　ｑｊを再生する。加算器５では
、再生された予測誤差信号Ｅｑｊと予測器７の出力Ｘ　
ｐｊを加算し復号信号Ｙｊを再生する。この後、予測器
６では誤差信号Ｅ　ａｊのパワー、つまり、（Ｅ、、）
”を最小化するように係数を修正し、火種本時刻ｊ＋１
の入力信号の予測値Ｘ　ｐ　（ｊ＊　Ｉ）を求める。従
って、Ｘｊ倍信号同一ビットで符号化する場合と比較す
れば、Ｅ９Ｊ信号はＸｊ倍信号比べてダイナミック・レ
ンジが小さい分だけ量子化器３によって発生する誤差も
小さくなり、精度良く符号化できることになる。

一方、復号化器２２では、受信された出力符号ｎｊが受
信端子１１から入力され、逆量子化器１２では量子化ス
テップ幅Δを用いて予測誤差信号Ｅ　ｑｊを再生する。

再生された予測誤差信号Ｅ　ｑｊと予測器１４の出力Ｘ
ｐｊは加算器１３により加算され、復号信号Ｙｊを合成
して出力端子１５へ出力し、かつ火種本時刻の入力信号
の予測値を求めるために予測器１４へ入力する。予測器
１４では再生された予測誤差信号Ｅ　ｑｉのパワー、つ
まり、（Ｅｑ＝）　”を最小化するように係数を修正し
、火種本時刻の入力信号の予測値Ｘｐｆｊ。１．を求め
る。

符号化器２１と復号化器２２では、逆量子化器４と逆量
子化器１２および予測器６と予測器１４の内部状態は伝
送誤りが生じなければ一致しており、符号化器２１のＥ
　ｑｊ、　Ｙｊｇ　Ｘｐｊの値と復号化器２２のＥｑｊ
、Ｙｊ　、Ｘｐｊの値とは一致する。

このため、符号化器２１と復号化器２２が距離的に離れ
て設けられていても入力端子１に加わる入力信号Ｘ、と
出力端子１５から出力されるＹ、はほとんど同一の値を
取ることになる。

以上において、ＤＰＣＭ符号化器２１および復号化器２
２における量子化器３および逆量子化器４．１２に使用
される量子化テーブルは固定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来の量子化器および逆量子化器における量
子化テーブルは固定されているため、入力信号レベルの
変動が大きい場合、予測信号と入力信号との誤差信号レ
ベルが量子化可能な領域を越えて過負荷となり、Ｓ／Ｎ
Ｇが劣化することがあるという課題を有していた。

本発明の目的は簡易な方法で、上述のＳ　／　Ｎ　。

の劣化を小さくすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

このために本発明は、量子化器および逆量子化器は、正
側、負側とも量子化レベル数が等しい第１の量子化テー
ブルと、全体の量子化レベル数は第１の量子化テーブル
と等しいが一方の極性の側に第１の量子化テーブルと比
べて量子化レベル数を余分に多くとり、余分に多くとっ
たレベル数だけ反対極性側の量子化レベル数を少なくし
た正負２種類の第２および第３の量子化テーブルとを有
し、さらに、予測信号を入力とし、この予測信号の極性
とレベルの絶対値を検出し、この絶対値がある閾値以上
の場合に、予測信号の極性とは反対極性側の量子化レベ
ル数が多い量子化テーブルを選択し、絶対値がこの閾値
未満の場合には、正側。

負側とも量子化レベル数が等しい量子化テーブルを選択
する制御信号を量子化器および逆量子化器に対して出力
する量子化テーブル選択器を備えたものである。

〔作　用〕

本発明の原理は、第２図に示すように、例えば入力信号
！（ｔ）に対する予測信号Ｘ、（ｔ）の極性（ＳＩＧＮ
）が正であり、かつ、その絶対値レベルがある閾値以上
の場合に、予測誤差信号Ｅ（ｔ）＝−Ｉ（ｔ）　−Ｘ、
　（ｔ）の極性が負の時（ｔ　＝ｔ２）には、そのＥ（
ｔ）が取り得るダイナミック・レンジＤ２は、Ｅ（ｔ）
の正の時（例えばｔ＝ｔｌＯ時）のダイナミック・レン
ジＤＩに比べて大きい。そこで、その予測誤差信号の量
子化にあたり、予測誤差信号レベルが取り得るダイナミ
ック・レンジが大きい時（Ｄ２）には、その予測信号の
極性（ＳＩＧＮ）とは反対極性の側（図の場合は負の側
）に量子化レベル数を多くとり、予測信号の極性の側（
正側）の量子化レベル数をその分少なくした量子化テー
ブルを選び、量子化器の過負荷レベルを上げることによ
り、過負荷によるＳ／Ｎ、の劣化を小さくさせるもので
ある。

なお、図において、Ｅ（ｔｌ）（＝　Ｉ　（ｔｌ）−Ｘ
、　（ｔｌ））　、　　Ｅ（ｔ２）（＝　Ｉ　（ｔ２）
−Ｘｐ（ｔ２））は、予測誤差信号Ｅ（ｔ）のｔ＝　ｔ
ｌ、　ｔ＝　ｔ２における各値、Ｄｉ。

Ｄ２は入力信号Ｉ（ｔ）の取り得るダイナミック・レン
ジ、１．は入力信号１　（ｔ）が取り得る最大有限値で
ある。

また、予測信号ｘｐ　（ｔ）の絶対値レベルがある閾値
以下の場合には、正負とも量子化レベル数が等しい量子
化テーブルを選択し、小レベル信号入力時のＳ／Ｎ、の
劣化を小さくさせるものである。

但し、一方の極性（ＳＩＧＮ）の側に量子化レベル数を
多く取り、それとは反対極性側の量子化レベル数をその
分少なくした量子化テーブルを選択した場合、その量子
化ビットパターンのＭＳＢが有する極性（ＳＩＧＮ）の
意味を無視し、入力信号レベル対量子化ビットパターン
を固定的なテーブルとする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して以下に詳述する。

第１図は本発明の一実施例による適応型量子化器を用い
たＤＰＣＭ符号化器であり、同図において、ＤＰＣＭ符
号化器は、入力端子１、減算器２、量子化器３、逆量子
化器４、加算器５、予測器６、量子化テーブル選択器７
、送信端子８から構成されている。

量子化器３は、入力信号がＬビット長で表示されている
場合、出力信号としてＬより小さいＮビット長の出力符
号を得る回路で、入力信号を２Ｎ１個の閾値を用いて判
定し、判定結果をＮビットで出力するものである。量子
化器の１例として、ある標本時間ｊにおける量子化ステ
ップ幅をΔ、人力信号をＸ４とおけば、 ｎｊ　　・Δ＜ＸＪ＜　（ｎｊ＋１）　　・Δ　・・・
■であれば、出力信号はｎｊとする。ここでｎ、は、０
〜（２’−’−１）の整数である。

逆量子化器４は量子化器３のＮビットの出力符号が入力
されると、前記閾値に対してＬビットの信号を再生する
ものである。上述の量子化器３に対応する逆量子化器４
は、 ＥＱｊ＝（ｎ、＋０．５）Δ　・・・■により符号を逆
量子化する。

量子化ステップ幅Δは固定されている。予測器６は、現
標本時刻以前のに個の復号信号Ｙ、から火種本時刻の入
力信号Ｘ　ｐｊを予測するもので、Ｘｐｊ　（Ｚ）　＝
ΣＡ　ｉＪ’　Ｙｊ−Ｉ”　’■である。ここで、Ａｉ
４は時刻ｊの予測係数と呼ばれており、時刻ｊにおける
逆量子化器の出力信号をＥｑｊとすれば、（Ｅｑｊ）　
”を最小とするように各係数を変化させる。つまり、各
予測係数Ａ８、は、予測係数の忘却係数をδ、修・正係
数をｇとおけば、Ａｉｆｊ。、）＝（１−δ）・Ａｉｊ
＋σ・Ｅ　ｑｊ−Ｙ　＝−＋・・■ として時々刻々変化するものである。

このような構成において、時刻ｊにおける入力信号ＸＪ
が入力端子１からＤＰＣＭ符号化器に入力されると、減
算器２により入力信号Ｘ、と入力信号の予測値Ｘｐｊの
予測誤差信号Ｅｊが計算され、予測誤差信号Ｅ、として
量子化器３へ入力される。

量子化器３は量子化ステップ幅Δを用いて誤差信号Ｅ、
をＮビットの符号ｎｊに変換し、送信端子９から出力す
ると同時に逆量子化器４へ入力する。

逆量子化器４では量子化ステプ幅Δを用いて出力符号ｎ
ｊよりＬビットの予測誤差信号ＥＱＪを再生する。

ここで、量子化器３および逆量子化器４で使用する量子
化テーブルは、第３図のような３種類のものが用意され
ている。すなわち、同図（ａ）　、　（ｂ）　。

（ｃ）の各グラフの横軸は予測誤差信号レベル、縦軸は
量子化レベル符号を表し、同図（ａ）は正負とも量子化
レベルが等しい第１の量子化テーブル、（ｂ）は正側の
量子化レベルがｒｌ　１１Ｊの分だけ１段多く、負側か
１段歩ない第２の量子化テーブル、（ｃ）は正側が１段
歩なく、負側がｒｏｌｌＪの分だけ１段多い第３の量子
化テーブルである。

そして、予測値Ｘ　ｐｊを入力とする量子化テーブル選
択器７の出力信号により量子化テーブルの選択が行われ
る。即ち、予測値Ｘ　ｐｊの極性（ＳＩＧＮ）とそのレ
ベルの絶対値を検出し、それがある閾値以上の場合に、
前記予測信号の極性（ＳＩＧＮ）とは反対極性側の量子
化レベル数が多い量子化テーブルを選択して、予測誤差
信号Ｅ、が取り得るダイナミックレンジをカバーできる
よう量子化器の過負荷レベルを上げることにより、過負
荷によるＳ／Ｎ、の劣化を小さくさせる。逆に、予測値
Ｘ９、の絶対値レベルがある閾値以下の場合には、正負
とも量子化レベル数が等しい量子化テーブルを選択し、
小レベル信号入力時のＳ／Ｎ、の劣化を小さくさせる。

このように選択した量子化テーブルを用いて、量子化器
３および逆量子化器４にて符号化、復号化が行われる。

逆量子化器４で再生された予測誤差信号Ｅ、Ｊは加算器
５へ出力され、予測器６の出力ＸｐＪを加算し復号信号
Ｙｊを再生する。予測器６では誤差信号Ｅ９ｊのパワー
、つまり、（Ｅ、、）　２を最小化するように式■に従
って係数を修正し、火種本時刻ｊ＋１の入力信号の予測
値Ｘ□１．１）を求める。

従って、ＸＪ倍信号同一ビットで符号化する場合と比較
すれば、Ｅｏ倍信号Ｘ、信号に比べてダイナミック・レ
ンジが小さい分だけ量子化器３によって発生する誤差も
小さ（なり、精度良く符号化できることになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来の差分符号化方式に
簡易な適応型量子化器を使用することにより、変動の大
きな入力信号に対して、量子化器が過負荷状態となるこ
とにより生ずるＳ　／　Ｎ　ｏの劣化を小さくすること
ができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表すブロック図、第２図は
本発明の詳細な説明するためのグラフ、第３図は上記実
施例における量子化テーブルの一例を示すグラフ、第４
図は従来のブロック図である。 １・・・入力端子、２・・・減算器、３・・・量子化器
、４・・・逆量子化器、５・・・加算器、６・・・予測
器、７・・・量子化テーブル選択器、８・・・送信端子
。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号から該入力信号の予測信号を減算し予測誤差信
   号を得る減算器と、この予測誤差信号を量子化する量子
   化器と、この量子化器から出力される量子化符号を伝送
   路側へ送信する送信端子と、前記量子化符号を入力とし
   前記予測誤差信号を再生する逆量子化器と、この逆量子
   化器出力の再生予測信号と前記予測信号とを加算し復号
   信号を得る加算器と、この復号信号を入力とし次の標本
   時刻の入力信号の予測信号を出力する予測器とから構成
   されるＤＰＣＭ符号化器において、 前記量子化器および前記逆量子化器は、正側、負側とも
   量子化レベル数が等しい第１の量子化テーブルと、全体
   の量子化レベル数は前記第１の量子化テーブルと等しい
   が一方の極性の側に前記第１の量子化テーブルと比べて
   量子化レベル数を余分に多くとり、余分に多くとったレ
   ベル数だけ反対極性側の量子化レベル数を少なくした正
   負２種類の第２および第３の量子化テーブルとの計３種
   類の量子化テーブルを有し、 前記予測信号を入力とし、この予測信号の極性とレベル
   の絶対値を検出し、この絶対値がある閾値以上の場合に
   、前記予測信号の極性とは反対極性側の量子化レベル数
   が多い量子化テーブルを選択し、前記絶対値が前記閾値
   未満の場合には、正側、負側とも量子化レベル数が等し
   い量子化テーブルを選択する制御信号を前記量子化器お
   よび前記逆量子化器に対して出力する量子化テーブル選
   択器を備えた、 ことを特徴とするＤＰＣＭ符号化器。