JPH0336826A

JPH0336826A - 信号伝送装置

Info

Publication number: JPH0336826A
Application number: JP17116989A
Authority: JP
Inventors: Naoto Iwahashi; 直人岩橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1991-02-18

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、例えばディジタル音声信号を圧縮して伝送す
るデータ圧縮信号伝送装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、入力信号を複数の帯域に分割し、人力信号の
スペクトラム包絡綿を検出してこれに褪づく線形予測係
数を算出し、スペクトラ１．包絡線に基づき各帯域の信
号状態を検出して各帯域の信号の量子化に最適な量子化
係数を算出し、この量子化係数に応じて各帯域の信号の
量子化を行い、量子化された各帯域の信号と線形予測係
数とを伝送することにより、分割イ１）減数を増やして
も伝送ピントレートを上げずに信号を伝送することがで
きる信号伝送装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

音声の伝送５記録を行う場合には、人間の聴覚特性を利
用して音声波形の高能率符号化を行う手法がある。その
−例として、音声信号を複数（２〜１６程度）の周波数
帯域に分別して符号化する一！ＩＦ域分割符号化（サブ
・ハンド・コーディング：５ＢＣ）の手法が存在してい
る。

一般に、上記帯域分割符号化は、第３図Ｇこ示ずような
信号伝送装置で行われる。この第３図において、入力端
子１０に伊給されたディジタルの音声信号は、先ず、符
号器２０の周波数分Ｘｌ’ｌフィルタ（例えばＱＭ　Ｆ
　：　ｑｕａｒｄｒａＬｕｒｅ　ｍ１ｒｒｏｒ　ｆｉｌ
ｔｅｒｌ−％のミラーフィルタ）群２１．〜２１ｎで、
ｕ＋ｆ域通過及び低域変険が行われる。すなわち、当該
周波数分δリフィルタ群２１．〜２１ｆｉにおいては、
帯域通過フィルタ（バントパスフィルタ：ＢＰＦ）で４
１）域分割された後、その各々の信号は低域通過フィル
タを通されてｉｉ！ｌ過脩域の中心周波数たけ下に周波
数シフト（低域変換）され、これらの信号が量子化器２
４．〜２４７で適当な標本化同波数でダウンサンプリン
グされている。このようにして再量子化されることによ
りデータの圧縮がなされた各信号がマルチプレクサ２６
を介して端子２７から出力され、伝送路を介して復号器
３０の端子３８に伝送されて、当該端子３８からデマル
チプレクサ３９を介して逆量子化器３４１〜３４ｎで復
号化された後、周波数変＋！！！！器３２．〜３２゜で
時間軸上の各・ｎ）域の信号に変換され、加算器３６を
通り復号音声信号として端子４０から出力されている。

ここで、上記符％　ｉ！ｉｉ　２０による信号のデータ
圧縮処理にあたっては、データ圧縮により生ずるノイズ
が復号音声信号に与える影響を少なくするように、各帯
域に里子化ビットを適応的に割り当てることにより品質
の向上を図っている。また、復号器３０側でもピント割
り当て情報をなんらかの方法で獲得して復号を行ってい
る。

従来、上述のピント８１１り当て情報を得るためには、
各帯域の信号とは別に、補助情報（サイドインフォメー
ション）として各帯域のエネルギ値情報を伝送する等の
方法が取られていた。すなわらこの方法では、上記符号
器２０の各周波数分割フィルタ群２１１〜２１．、で帯
域分割された各信号からエネルギ検出手段２３１〜２３
．で各帯域の信男のエネルギ値が計算され、該計算値に
基づいて量子化係数算出手段２５で、各帯域の信号の量
子化に最適な量子化係数として最適ビ・ノド割り当てと
量子化ステップ計算が行われ、この結果を用いて量子化
；Ｔｉ２４．〜２４１で各帯域の信号が再里子化されて
いる。更に、この量子化係数算出手段２５の出力信号す
なわち補助情報が復号２３３０の５ｉ子化係数算出手段
３５に送られ、当ＨＫ　ｆｆｉ子化係数算出手段３５か
らの情報が送量・子化器３４、〜３４．．に伝送され、
ここで上述の量子化２３２４〜２４ｆｉとは逆の処理が
なされて信号の復号化が行われる。

このような帯域分割符号化においては、人間の聴覚特性
に対応じてノイズシェイピング等を考慮することができ
るため、各帯域の信号状態に対応じて割り当てられる量
子化係数は、音声のエネルギが偏って大きい帯域や、明
瞭度等の主観的品質への貢献の大きい帯域により多くの
情報を割り当てることができる。この量子化係数で上記
各帯域の信号の量子化及び逆量子化が行われ、これによ
り、量子化雑音の聴覚的な妨害の程度を小さくでき、全
体としてピント数が低減できる。また、該−！ＩＦ域分
＆ｌ＋符号化を行うことで量子化雑音が分割された帯域
にのみ発生し、他の帯域に影響を与えない。なお、上述
のようにエネルギ値情報を補助情報として送る方法では
、各帯域の信号のエネルギ値が同時に各帯域の信号の量
子化ステンプ幅（正規化ファクタ）としても用いられる
等の長所がある。

［発明が解決しようとする課題］このような帯域分割符号化の特徴をより強調するために
分割帯域数を増加させることが望まれるが、分割帯域数
が増加するにしたがって、伝送しなければならないエネ
ルギ値情報が多くなり、補助情報のデータ量が増加して
しまうという欠点がある。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たものであり、分割帯域数を増やしても伝送ビットレー
トを上げずに高品質の音声データを伝送できる圧縮音声
データの信号伝送装置を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解法するための手段〕本発明に係る信号伝送装置は、第１図に示すように、人
力信号を複数の帯域に分割する複数のフィルタである周
波数分割フィルタｊ！ｒ　２１、〜２Ｉ、。

と、上記人力信号のスペクトラム包絡線を検出し、この
包絡線情報に基づく線形予測係数を算出する線形予測係
数算出手段２９と、上記スペクトラム包絡線に基づき、
各帯域の信号状態を検出し、各４ｊｒｆ域の信号の量子
化にＲ通な量子化係数を算出する量子化係数算出手段６
５と、上記量子化係数算出手段６５からの係数に応じて
各帯域の信号の量子化を行う量子化器２４．〜２４゜と
、量子化された各帯域の信号と上記線形予測係数情報と
を伝送する伝送手段であるマルチプレクサ２６及びデマ
ルチプレクサ３９とを有することにより上記課題を解決
している。

ここで、上記量子化係数とは、最適ビット割り当てと量
子化ステップ幅を求める際の情報である。

また、線形予測係数をそのまま送る代わりに、符号化を
施していわゆるＰＡＲＣＯＲ（部分自己相関）係数、Ｌ
ＳＰ（線スペクトル対）係数を伝送することも含む。

（作用〕本発明によれば、補助情報として入力信号のスペクトラ
ム包餡に相当するフィルタ特性のフィルタの線形子爪１
１係数を伝送しており、この線形予測係数に基づいて各
・；ｊン域の信号の最適な量子化状態（里子化係数）を
求めて量子化及び逆量子化が行われる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図は、本発明一実施例の信号伝送装置の概略構成を
示すブロソクＩ８７回路図である。この信号伝送装置は
、音声の伝送、記録を行う場合に、人間の聴覚特性を利
用して音声波形の高能率符号化を行ういわゆる帯域分割
符号化（サブ・バンド・コーディング：５ＢＣ）の手法
を用いているものである。

すなわちこの第１図において、入力端子ＩＯに供給され
た入力信号であるディジタルの音声信号は、先ず、当該
音声信号を複数の帯域に分割する複数のフィルタである
周波数分割フィルタ（例えばＱＭＦ等のミラーフィルタ
）群２１１〜２＋。

で１１シ域通過及び低域変換が行われる。これらの信号
が量子化器２４＋〜２４．でダウンサンプリングされ、
再量子化（データ圧縮）された各信号が伝送手段である
マルチプレクサ２６及びデマルチプレクサ３９を介した
後、逆量子化及び周波数変換が行われて加算器３６に供
給されている。以上の説明は、前述した第３図と同様で
あるため、構成及び動作等は第３図と対応する箇所に同
し指示符号を付して説明を省略する。

また、符号器２０及び復号器３０では、後述するように
線形予測係数算出手段２９とスペクトラム包絡再生手段
３７からのスペクトラム包絡線情報が量子化係数算出手
段６５．７５に伝送され、これら量子化係数算出手段６
５．７５が上記スペクトラム包絡線情報に基づき各帯域
の信号状態を検出して各帯域の信号の量子化に最適なビ
ット割り当て情報及び量子化ステップ幅としての里子化
係数を算出している。

このような帯域分割符号化においては、間通同様に、各
４１シ域の信号状態に対応じて割り当てられる量子化係
数は、ａ声のエネルギが偏って大きい帯域や、明瞭度等
の主観的品質への貢献の大きい帯域により多くの情報を
割り当てることができる。

また、量子化雑音の聴覚的な妨害の程度を小さくでき全
体としてビット数が低減できると共に、量子化雑音が分
割された帯域にのみ発生して他の帯域に影響を与えない
。

ここで、上記符号器２０による信号のデータ圧縮処理に
あたっては、データ圧縮により生ずるノイズが復号音声
信号に与える影響を少なくするように、各帯域に量子化
ビット数を適応的に割り当てている。前述した第３図の
装置では、ビ・７１割り当て情報を得るために、各柑域
の信号とは別に補助情報として各帯域の信号のエネルギ
値情報を伝送する方７去が取られているが、本発明実施
例においては、音声信号のスペクトラム包に′ＰＩ線を
検出し、この包絡線情報に基づく線形予測係数そのもの
（いわゆるＬＰＣ係数）を上記補助情報として伝送して
いる。すなわち、音声信号のスペクトラム慴、絡にトｎ
当する周波数特性のフィルタを特定するパラメータとし
て例えばＬ　ｌ）　Ｃ係数を伝送している。具体的には
、線形予測係数算出手段２９により、第２図に示すよう
な周波数軸上の音声信号のスペクＩ・ラム包絡線を検出
し、該包絡線情報に基づくフィルタのパラメータ（線形
予測係数）を算出して、この線形予測係数が補助情報と
して上記各４）ＦＪ３１１ｉの信号と共ｔこ符号器２０
から復号２Ｚ３０へ伝送されている。この時、上記音声
信号は、例えばハント８１〜バントＢ８のように複数帯
域に分割され、上述したように音声信号のスペクトラム
包絡線情報に基づいて各帯域毎の信号状態が検出されて
、各柑域毎に最適な量子化がなされている。また、復号
器３０側ではスペクトラム包絡再生手段３７で、上述し
た線形予測係数算出とは逆の方法で上記線形予測係数か
らスペクトラム包縮線が再生されている。

ところで、上述の帯域分割する際のフィルタのスペクト
ル特性は、ある程度次数を多くしたほうが音声のスペク
トラム包絡により近づけることができる。しかし、上記
フィルタのパラメータとして伝送できるビット数を制限
すると、フィルタのスペクトル特性は音声のスペクトル
特１生と若干異なってくることになる。本発明実施例装
置においては、従来の信号伝送装置のような伝送ピント
レート９．６　ｋｂｐｓ　−１６ｋｂｐｓ程度の低ピノ
トレードであっても、上述のようなフィルタパラメータ
を補助情報として用いることで、音声信号のピント数を
犠牲にすることのない（すなわち音声劣化が問題となら
ない）適当なビット数を該補助情報に割り当てることが
可能となった。すなわち、例え分割帯域数が多い場合で
も、フィルタのパラメータに割り当てるビ・ント数をそ
れほど多くする必要がなくなり、従来の信号伝送装置の
ように伝送する；ｍ助情ｔａのデータ量が多くなってデ
ータ圧縮効率が劣化するようなことはない。

更に、復号器３０では、与えられたフィルタパラメータ
を用い、音声のスペクトル的な特徴であるホルマント（
例えば第２図に示すスペクトラム包絡棉のピーク部分）
を強調し聴感上の音質を向上させる働きをするポストフ
ィルタ５０を構成することが可能となる。なお、従来例
でポストフィルタを付加しようとすると、補助情報に従
来の情報（エネルギ値情報）に加えて上述したフィルタ
パラメータ等を伝送しなければならず、伝送データ量が
増加してしまうことになる。

また、上述の補助情報としての上記線形予測係数は、線
形予測符号化（ＬＰＧ）分析法により求められる係数と
して、例えばＭ次のＬＰＧのフィルタ特性Ｆ　（ｚ）の
係数を用いることができる。すなわら、第１式、Ｆ（ｌ−’）−ａｏ＋ａ　＋ｚ−’十−・−＋ａＨｚ−
Ｍ・・・・・（１）の係数８０〜８Ｍを用いることがで
きる。また、上記ＬＰＧにより求められる係数を直接伝
送する代わりに、より圧縮効率を高める目的で、線スペ
クトル対（ＬＳＰ）分析により求められる係数、ＰＡＲ
ＣＯＲ（部分自己相関）係数、或いはフィルタＯｄＢの
音声信号に相当するパマノーパラメータ等として伝送す
ることができる。例えば、第２図に示すバンドＢ２内の
エネルギを求める場合、本来ならば上記バンドＢ２内に
おける周波数特性ＩＩＩＩ線上で積分をしてＯｄＢパワ
ーを乗しることで求められる。しかし、この場合の計算
量は膨大なものとなるため、積分の代わりに帯域内の複
数ポイント（例えば３個のポイントＰ、、Ｐ２．Ｐ、）
のゲインの平均値を用いることで計算量を減らすことが
できる。

〔発明の効果〕

本発明の信号伝送装置においては、補助情報として人力
信号のスペクトラム包絡線情報に基づく線形予測係数を
符号化して伝送しているため、分割イｉＦ減数を増やし
ても伝送ピノトレー１・を上げずに信号を伝送すること
ができる。

そのため、伝送されて復ぢされた信号は、伝送ピントレ
ートが少なくても人力信号に近いスペクトラム包絡線を
有する信号となり、例えば斤声信号を伝送する場合には
、音質劣化が少ないものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の信号伝送装置の概略構成を示す
ブロック回路図、第２図は音声信号のスペクトラム包絡
線を示す特性図、第３図は従来の信号伝送装置の概略構
成を示すブロック回路図である。２０・・・・・・・符号器２１、〜２１．．・・周波数分別フィルタ群２４、〜２
４．．・・量子化器２つ・・・・・・・線形予測係数算出手段２６　・　・
　・　・　・３０　・　・　・　・　・３２１〜３２，１３４１〜３４１３６　・　・　・　・　・３７　・　・　・　・　・３　つ　・　・　・　・　・５０　・　・　・　・６５　７５　・　・マルチプレクサ火２；器周波数変換器逆量子化器・加算２Ｘスペクトラム包絡再生手段・デマルチプレクサ・ポストフィルタ量子化係数算出手段

Claims

【特許請求の範囲】　入力信号を複数の帯域に分割する複数のフィルタと、上記入力信号のスペクトラム包絡線を検出し、この包絡
線情報に基づく線形予測係数を算出する線形予測係数算
出手段と、上記スペクトラム包絡線に基づき、各帯域の信号状態を
検出し、各帯域の信号の量子化に最適な量子化係数を算
出する量子化係数算出手段と、上記量子化係数算出手段
からの係数に応じて各帯域の信号の量子化を行う量子化
手段と、量子化された各帯域の信号と上記線形予測係数情報とを
伝送する伝送手段とを有することを特徴とする信号伝送
装置。