JPH0278334A - プロセッサを用いた圧縮伸長通信装置 - 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】 背景技術 本発明は通信装置に関し、特にディジタルシグナルプロ
セッサを用いて実現される結合圧縮伸長装置（Ｌｌｎｃ
ｏｍｐｅｘ）に関する。

本発明は米国特許箱４，２７１，４９９号の改良である
。

結合圧縮伸長装置は、１９６０年代の初めから既に知ら
れている。基本的には、結合圧縮伸長装置は高周波ラジ
オ通信ネットワークにおいて用いられてケーブル及び人
工衛星システムに匹敵する品質及び安定性の基準を改善
するものである。結合圧縮伸長装置の基本原理は以下の
通りである。まず、到来する音声信号が音声通路及び制
御通路に分配される。制御通路においては入力音声レベ
ルのエンベロープが検知され、この検知レベルに比例し
た信号が生成される。音声通路に設けられた圧縮回路は
制御通路からの信号を用いて音節毎に検出した音声レベ
ルに応じてそのゲインを調整してほぼ一定の圧縮振幅を
有する出力音声信号を得る。

制御通路信号は対数信号に変換されて電圧対デシベル変
換のために補償されこの対数信号は電圧制御発信器に供
給され、この電圧制御発振器は対応する音声毎になされ
た圧縮量に応じた出力周波数を生ずる。圧縮音声信号及
び制御周波数信号は組み合わされて増幅され送信器へ入
力される。受信側において、音声成分及び制御周波数成
分を含む復調信号は周波数分離されて音声通路及び制御
信号通路に分配される。制御信号周波数は検知されて対
数−直線（リニア）回路を経て音声エンベロープレベル
信号を得る。次いで、この信号は音声通路に設けられた
伸長回路に供給され、この伸長回路は圧縮された音声信
号を基の音声入力信号レベルにまで増幅する。

従来は、結合圧縮伸長装置はアナログ回路であった。こ
のようなアナログ装置は大型でありかつ高価であり、し
かも操作者による定期的な調整を必要とするものである
。さらに、アナログ回路はもともと複雑であり、温度変
化に対して或いは振動に対しても正確に作動するように
設計されねばならずさらに厳しいパラメーター制限をも
充足して他のユニットとの両立性を得なければならない
。

そこで、デジタル圧縮伸長装置が上記した米国特許にお
いて既に開示されている。このディジタル圧縮伸長装置
において圧縮器の減衰特性はディジタル制御信号によっ
て駆動されるディジタル回路によって提供される。電圧
制御発振器はディジタル制御信号によって変化せしめら
れ、正弦波出力制御信号を生ずる。

圧縮器及び制御周波数発振器を制御するディジタル制御
信号は入力音声信号の検出振幅を表わすディジタル信号
から得られる。

上記米国特許によって開示されたディジタル圧縮伸長装
置は従来のアナログ装置に対して大きく改良され、良好
なＳ／Ｎ比調整の不必要さ及び作動温度範囲の拡がりが
得られる。しかし乍ら、濾波エンベロープ検知、制御ト
ーン発生及び信号混合のための種々のアナログ回路を必
要としそのようなアナログ回路はノイズによって影響さ
れ易く電力消費も大きく大型であり安定性に欠けるとい
う不具合があった； 発明の概要 そこで、本発明の目的は圧縮伸長装置の安定性、融通性
及びｍ頼性を増すことにある。

本発明の他の目的はディジタル圧縮伸長装置におけるノ
イズ発生及び電力消費の減少をなすことである。

本発明によればプロセッサを用いた圧縮伸長通信装置が
提供され、この圧縮伸長装置においては圧縮及び伸長動
作がプログラマブルディジタル信号プロセッサによって
なされこのディジタル信号プロセッサはＡ／Ｄコンバー
タを含み、このＡ／Ｄコンバータはディジタル信号プロ
セッサ手段によって入力アナログオーディオ信号を圧縮
さるべき並列データディジタル信号に変換する。このデ
ィジタル信号プロセッサはディジタル信号を濾波して所
定周波数以上の成分を除去し、濾波されたディジタル信
号の位相を９０″移相せしめ、この濾波されたディジタ
ル信号に移相されたディジタル信号を加えて複合信号を
得、複合信号からのオーディオ信号の振幅を演算し、演
算された振幅を平均してオーディオ信号の音節レートを
近似し、平均振幅を表わす周波数を有するディジタル制
御トーン信号を生成し、平均振幅の逆数の量をディジタ
ル信号に乗算して圧縮ディジタル信号を生成し、この圧
縮ディジタル信号とディジタルトーン信号とを出力する
。この出力信号はＤ／Ａコンバータに供給され、圧縮デ
ィジタル信号及びディジタルトーン信号とをアナログ信
号に変換し伝送手段による伝送に供する。伸長動作はア
ナログ信号含有データ及び変調伸長制御成分の入力に応
答してＡ／ｐコンバータによって生成された並列データ
ディジタル信号のデータ成分及び伸長制御成分を分離し
、所定周波数成分を変調制御成分に乗算して変調制御成
分を得、復調制御成分に基づくデータ成分の圧縮ファク
ターを表わす値を計算し計算された圧縮ファクターに基
づいて伸長ファクターを演算し、該伸長ファクターをデ
ータ成分に乗算して伸長データ信号を得てこの伸長デー
タ信号を出力する。Ｄ／Ａコンバータが該伸張データ信
号をオーディオ周波数アナログ信号に変換するために設
けられる。

実施例 第１図は本発明による圧縮伸張通信装置の一実施例を示
すブロック図である。Ａ／Ｄインターフェース１０は１
６ビットオーディオ周波数Ａ／Ｄコンバータチップであ
り、これは通常の５ＫＨｚアンチーアリエイジング（Ａ
ｎｔｉ−Ａｌｌａｓｌｎｇ　）フィルター、直列−並列
コンバータ、毎秒１１にサンプルのサンプルレートでサ
ンプリングするためのクロツタ周波数分周／カウンタを
含む。デュアルディジタルシグナルプロセッサ２０は２
つの多目的ディジタルシグナルプロセッサチップからな
り各ディジタルシグナルプロセッサは１６ビットマルチ
ブライヤアキユムレータ、ローカルメモリ、及び内部シ
ーケンス／ロジック制御回路からなっている。２つのシ
グナルプロセッサは１つのプロセッサだけでは十分な処
理速度が得られないから用いられているのである。デュ
アルオートメモリ３０は第１シグナルプロセツサがプロ
グラムの前半を実行しその中間結果を第２チツプに当該
メモリを介して供給するために用いられている。第２プ
ロセツサは、ついで、プログラムの後半を実行する。Ｄ
／Ａインターフェース４０は１６ビットオーディオ周波
数Ｄ／Ａコンバータチップであり、このチップは通常の
再構成（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）フィルター及
び並列−直列データコンバータからなる。コネクタ５０
はプラグ、ソケット及びワイヤからなり、データ信号及
び制御信号を外部装置との間で中継する。圧縮及び伸長
動作を実行するハードウェアは上述した通りであり、こ
れらの動作はプロセッサ・チップ内にプログラムされた
ソフトウェアによって実行することができる。第２図は
第１図の装置のアナログインターフェース部の構成を詳
細に示している。インターフェース１０はＡ／Ｄコンバ
ータ１１の直列出力ビットを並列フォーマットに変換す
るための２つのタップを有するシフトレジスタ１２、カ
ウンタ１３及び毎秒１１にサンプルレートによってサン
プリングするための１１ＫＨｚのクロックをコンバータ
１１に提供するフリップ・フロップ１４からなる。内部
クロック１６はシグナルプロセッサチップを駆動するに
用いる２０ＭＨｚマスタークロック信号を送出する。第
３図は本発明による圧縮伸長装置のデュアルディジタル
シグナルプロセッサを示す図であり、この図において第
１プロセツサ２１はＡ／Ｄインターフェース１０からデ
ータバスＡＤを経たデータを受は取る。プロセッサ２１
はプログラムＲＯＭ２３及び２４に記憶されたプログラ
ムの第１部分を実行しデータバスＡＤを経てプロセッサ
間メモリ３０にその結果を提供する。第２プロセツサ２
２はメモリ３０にアクセスしてデータバスＢＤを経て中
間結果を受は取る。プロセッサ２２はＲＯＭ２５及び２
６に蓄積されたプログラムの第２部分を実行しそして最
終結果をデータバスＢＤを介してＤ／Ａインターフェー
ス４０に供給する。外部制御信号は入力端子ＣＩＯから
Ｃ１０までの入力端子から制御バッファ２７を経てプロ
セッサ２１に供給される。ｍ４図はプロセッサ間メモリ
３０の構造を図示している。プロセッサ２１はＲＡＭ３
１にデータを書き込む一方プロセッサ２２はＲＡＭ３１
からデータを読み取る故２：１マルチプレクサ３２が設
けられ各プロセッサがアドレスバスＡＡ及びＢＡを介し
てＲＡＭ３１にアクセスできるようにしている。データ
バスＡＤ及びＢＤは三状態バッファ３３を経てメモリ３
０に接続されて同一時間において単一のバスがＲＡＭ３
１に接続されるようにしてバス競合を回避している。

第５図はＤ／Ａインターフェース４０の構造を示してい
る。データはデータバスＢＤを介して第２プロセツサ２
２からコンバータ４０の並列−直列シフトレジスタ４１
に供給される。Ｄ／Ａコンバータ４０はＤＡＣＣＬＫラ
インを経たｌｌＫＨ２クロック１６によって駆動される
。オーディオ周波数Ｄ／Ａコンバータ４０には直列デー
タをオーディオ周波数アナログ信号に変換しこれを出力
端子１１に出力する。

本発明による圧縮伸長装置の動作について第６図及び第
７図のフローチャートを参照して以下に説明する。まず
、伝送さるべき音声信号は、ステップＣ１において、１
６ビット並列ディジタル信号を通してＡ／Ｄインターフ
ェース１０からデータバスＡＤを介してプロセッサ２１
に供給される。

ステップＣ２において、プロセッサ２１はディジタル信
号を濾波して２７００Ｈｚまでの成分を通過し２８０口
ないし５５００Ｈｚの信号を除去する。ステップＣ３に
おいて、２５０Ｈｚまでの低周波のノイズ成分が除去さ
れる。これらの濾波ステップＣ２及びＣ３における上限
周波数はＡ／Ｄコンバータ１１における１１ＫＨｚのナ
イキストサンプリングレートによって決定される。ステ
ップＣ４において、中間結果がデータバスＡＤを経てプ
ロセッサ間メモリ３０に供給され、データバスＢを介し
てプロセッサ２２に中継される。ステップＣ６において
濾波されたディジタル音声データ信号はヒルバート（１
！１ｌｂｅｒｔ　）変換される。すなわち、音声周波数
は９０″移相されて同相及びクオドラチャ成分からなる
複合信号を生成してステップＣ７における音声エンベロ
ープの検知を可能にする。ステップＣ７における演算に
おいては音声データ信号の実数部及び虚数成分からピタ
ゴラスの大きさを演算し音声キャリア周波数を除去し音
声データの振幅エンベロープのみを次の処理のために残
す。振幅エンベロープは適当な音節レートによってサン
プリングされるべきであり、ステップＣ８において時間
的に平均される。ステップＣ９において圧縮ファクター
は逆数ルックアップテーブルから決定される。なんとな
れば入力音声が大となればなる程音声データ信号に与え
られるゲインは小さくしてほぼ一定の振幅の圧縮信号を
なければならないからである。ステップＣ５において、
当該音声データ信号はステップＣ６においてヒルバート
変換をされて遅延せしめられて次の処理ステップＣ７乃
至Ｃ９による処理を受ける。当該逆数成分はステップＣ
９において入力音声データ信号を減衰せしめるために用
いられる。ステップＣ１ｌにおいて、２８００Ｈｚ以上
の周波数成分は信号のアリエイジング（ａｌｌａｓｌｏ
ｇ）を回避しかつ等化せしめてサンプリング動作に備え
るべく減衰除去せしめられる。ステップＣ８と同様に、
ステップＣ１２はエンベロープの時間平均を演算して音
声データ信号の音節レートを近似する。振幅量はステッ
プ０１３において対数値に変換され制御トーン周波数シ
フトの電圧対デシベル要求を充足せしめる。次いでこの
演算値はステップＣ１４においてディジタル制御トーン
信号を生成するに用いられ、このディジタル制御トーン
信号の周波数は対数テーブル検索において演算された値
に比例し従って圧縮ファクターに対数的に関連する。最
後にステップＣ１５においてステップＣ１１から得られ
た圧縮ディジタル信号及びステップＣ１４において演算
されこれに対応するディジタル制御トーン信号はＤ／Ａ
コンバータ４２データバスＢＤを介して供給されアナロ
グ信号に変換されて伝送装置に入力される。

第７図は本発明による圧縮伸長装置の受信機によって実
行される動作を示すフローチャートである。受信機にお
いて受信された圧縮アナログ信号はデータバスＡＤを経
てＡ／Ｄインターフェース１１に供給され、その結果得
られる１６ビット並列ディジタル信号はステップＥ１に
おいてプロセッサ２１に供給される。メイン音声周波数
信号は次いで、プロセッサ間メモリ３０に直接供給され
る。ステップＥにおいてディジタル信号は濾波されて２
８００ないし２９００Ｈｚ周波数の成分のみが残る。

この周波数帯域はディジタル制御トーン周波数を含んで
いる。ステップＥ３において受信したディジタル制御ト
ーン信号は２９００Ｈｚ正弦波と混合せしめられる。こ
の混合はディジタル制御トーン信号に２９００Ｈｚの正
弦波及び余弦波成分をディジタル的に乗算してベースバ
ンド制御トーンの複合成分を得ることにより行なわれる
。これらの成分はその振幅量及び位相を演算することに
よりベースバンド制御トーンの周波数に比例する位相を
増加信号を演算する。

第８図はリニア予想ステップＥ３の動作の詳細を示すフ
ローチャートである。２９００Ｈｚ信号はステップＥ３
　（１）においてヒルバート変換されてその信号の正弦
波成分を生成し、この正弦波成分はステップＥ３　（２
）において制御トーン信号に乗算せしめられ、従ってこ
の制御トーン信号は２９００Ｈｚキャリア信号において
変調せしめられる。

同相及びクオドラチャ成分は、次いで、ステップＥ３（
３）において低周波濾波されて制御トーン帯域における
クオドラチャベースバンド制御トーン変位（ｄｉｓｐｌ
ａｃｅｍｅｎｔ）信号のみが残る。ステップＥ３（４）
及びＥ３　（５）において２９００Ｈｚ信号の余弦波成
分について同様な動作が行なわれる。

ステップＥ３（６）において、単純直線予想コードが各
複合サンプルに対して次のサンプルの複合共役数を乗算
せしめる。すなわち （Ｒｅ　Ｉ＋ｊ　１ｍ１）Ｘ　（Ｒｅ２−ｊ　ｌｍ２）
−（ＲｅｌｘＲｅ２＋１ｍｌｘ１ｍ２） ＋ｊ　　（Ｒｅ２Ｘ１ｍｌ−ＲｅｌＸ１ｍ２）この乗算
は４つの連続するサンプル対に対して行なわれる。そし
て、各積ベクトルの角度はコン、トロールトーン変位周
波数に比例している。なんとなればこの角度はサンプル
からサンプルに至る変位の量を示しているからである。

ステップＥ３（７）においては、直角座標を積ベクトル
が直座標表示に変換され従ってその角度が位相増加信号
として得られる。ステップＥ４においてはこの位相増加
信号がデータバスＡＤを介してプロセッサ間メモリ３０
に供給される。ステップＥ５及びＥ６において、音声デ
ータ信号が濾波されて１５０　Ｈ２以下および２７ＱＱ
Ｈｚ以上の成分が除去される。

ステップＥ７において、この濾波された信号が濾波信号
の大きさによって定まるディジタル自動ゲイン制御ファ
クターに乗算せしめられる。この自動ボリューム制御は
圧縮信号の大きさを伸長回路の１６ビット固定点範囲に
納めるために必要である。

ステップＥ８において、位相増加信号は処理されて高周
波成分が除去され、圧縮信号の伸長を音節ベースにおい
て生ずるようにせしめる。ステップＥ９において対数位
相増加信号は対数−リニアルックアップテーブルを検索
することによって圧縮ファクターに逆比例するリニアゲ
インファクターに変換される。このディジタルゲインフ
ァクターすなわち伸長ファクターはステップＥ１０にお
いて圧縮及び等化せしめられた音声データ信号に加えら
れてもとの音声振幅レベルを再生する。伸長ディジタル
音声データ信号はＤ／Ａインターフェース４０にデータ
バスＢＤ公開して供給されオーディオ周波数音声信号に
変換され出力装置において出力される。

上記したことから明らかなように本発明の範囲内におい
て種々の変形をなすことが可能であり、かかる変形は当
業者にとって自明のことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による実施例のディジタル圧縮伸長装
置を示すブロック図、第２図は、第１図の装置のＡ／Ｄ
コンバータ１０を詳細に示すブロック図、第３図は、第
１図の装置のデュアルディジタルシグナルプロセッサ２
０を示すブロック図、第４図は、第１図のプロセッサ間
メモリ３０を示すブロック図、第５図は、第１図の装置
のＤ／Ａコンバータの詳細を示すブロック図、第６図及
び第７図は、信号圧縮及び伸長のためのデュアルディジ
タルシグナルプロセッサ２０の動作を示すフローチャー
ト、第８図は、第７図のリニア予想ステップＥ３を示す
フローチャートである。 代理人　　弁理士　藤　村　元　彦 ＦＩ６．６−　　（−イ客号ＦＬ　享りｒｉｃ、；ｒ　
　（信号伸長）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮器及び伸長器を含む圧縮伸長伝送装置であっ
   て、 前記圧縮器は、アナログオーディオ信号を並列データデ
   ィジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと；前記ディ
   ジタル信号を圧縮するディジタルシグナルプロセッサで
   あって、前記ディジタル信号を濾波して所定周波数以上
   の高周波成分を除去するステップと、当該濾波後のディ
   ジタル信号の位相を９０°移相せしめるステップと、当
   該濾波後のディジタル信号に移相ディジタル信号を加え
   て複合信号を得るステップと、前記複合信号からオーデ
   ィオ信号の大きさを演算するステップと、当該大きさを
   時間平均して前記オーディオ信号の音節レート（ｓｙｌ
   ｌａｂｉｃ　ｒａｔｅ）を近似するステップと、当該時
   間平均値を表わす周波数を有するディジタル制御トーン
   信号を生成するステップと、当該時間平均値に逆比例す
   る量を前記ディジタル信号に乗算して圧縮ファクタを含
   む圧縮ディジタル信号を生成するステップと、当該乗算
   後のディジタル信号を濾波して前記所定周波数以上の成
   分を除去するステップと、前記圧縮ディジタル信号及び
   ディジタル制御トーン信号を出力するステップとを実行
   するディジタルシグナルプロセッサと；前記圧縮ディジ
   タル信号及びディジタル制御トーン信号を伝送手段によ
   る伝送のための組み合わせアナログ信号に変換するＤ／
   Ａコンバータと；からなり、 前記伸長器は圧縮データ成分及び変調伸長制御成分を含
   む圧縮アナログ信号を並列データディジタル信号に変換
   するＡ／Ｄコンバータと；前記圧縮データ成分を伸長す
   るディジタルシグナルプロセッサであって、前記圧縮デ
   ータ成分と伸長制御成分とを分離するステップと、前記
   伸長制御成分に所定周波数を乗算して復調制御成分を得
   るステップと、前記復調制御成分に基づいてデータ成分
   の圧縮ファクタを表わす値を演算するステップと、前記
   圧縮ファクタの演算値に基づいて伸長ファクタを演算す
   るステップと該伸長ファクタを前記データ成分に乗算す
   ることにより伸長されたデータ信号を得るステップと、
   該伸長データ信号を出力するステップとを実行するシグ
   ナルプロセッサと；該伸長データ信号をオーディオ周波
   数アナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと；からな
   り、前記復調制御成分を得るステップは、前記伸長制御
   成分の連続するサンプル値に前記所定周波数成分を乗算
   して複数の複合信号を得るステップと、前記複合信号に
   連続する複合信号の複合共役数を乗算して積を得るステ
   ップと、前記積を極座標表示に変換して極座標表示の積
   の角度を前記復調制御成分とするステップとからなるこ
   とを特徴とする伝送装置。
2. （２）前記並列データディジタル信号は１６ビット並列
   ディジタル信号であることを特徴とする請求項１記載の
   伝送装置。
3. （３）前記Ａ／Ｄコンバータは適当なサンプルレートに
   て前記オーディオ信号をサンプリングする手段を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧縮器。
4. （４）前記ディジタルシグナルプロセッサは、複数のデ
   ィジタルシグナルプロセッサユニット間にデータを転送
   するプロセッサ間メモリを含むことを特徴とする請求項
   １記載の圧縮器。
5. （５）前記オーディオ信号は音声信号であることを特徴
   とする請求項１記載の圧縮器。
6. （６）圧縮伸長伝送装置の伸長器であって、データ成分
   及び変調された伸長制御成分とを含む圧縮アナログ信号
   を並列データディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバー
   タと； 前記ディジタル信号のデータ成分を伸長するディジタル
   シグナルプロセッサと； 該伸長されたデータ信号をオーディオ周波数アナログ信
   号に変換するＤ／Ａコンバータとからなり； 前記ディジタルシグナルプロセッサは、前記ディジタル
   信号の前記圧縮データ成分及び伸長制御成分を分離する
   ステップと、 前記変調された伸長制御成分に所定周波数を乗算して復
   調された制御成分を得るステップと、当該復調された制
   御成分に基づいてデータ成分の圧縮ファクタを表わす値
   を演算するステップと、当該圧縮ファクタに基づいて伸
   長ファクタを演算するステップと、 前記データ成分に前記伸長ファクタを乗算して伸長され
   たデータ信号を得るステップと、前記伸長されたデータ
   信号を出力するステップとからなるステップを実行し、 前記乗算ステップは、前記伸長制御成分の連続するサン
   プルに前記所定周波数成分を乗算して複数の複合信号を
   得るステップと、前記複合信号にこれの共役数を乗算し
   て積を得るステップと、前記積を極座標変換して得られ
   る極座標表示積の角度を前記復調制御成分として得るス
   テップとからなることを特徴とする伸長器。
7. （７）前記圧縮データ成分は、音声の音節を表わすこと
   を特徴とする請求項６記載の伸長器。
8. （８）前記並列データディジタル信号は１６ビット並列
   データ信号からなることを特徴とする請求項６記載の伸
   長器。
9. （９）前記Ａ／Ｄコンバータは、前記圧縮アナログ信号
   を適当なレートでサンプリングすることを特徴とする請
   求項６記載の伸長器。
10. （１０）前記ディジタルシグナルプロセッサは複数のデ
    ィジタルシグナルプロセッサユニットと、前記ディジタ
    ルシグナルプロセッサユニット間のデータ変換をなすプ
    ロセッサ間メモリとからなることを特徴とする請求項６
    記載の伸長器。