JPH03504185A - 高分解能アナログ‐ディジタル‐アナログ変換方法および装置 - 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】 高分解能アナログ−ディジタル−アナログ変換方法および装置技術分野 本発明は、アナログ信号をディジタル形態に符号化し、またディジタル信号を再 びアナログ形態に復号するための方法および関連する装置に関し、信号の符号化 および復号は、オーディオ信号を符号化および復号するため使用される時、信号 の有効なダイナミック・レンジを最大にする方法において行われる。

１員■歪 アナログ信号のディジタル・符号化は、「線形」変換と呼ばれるものにより通常 行われ、これにおいては符号化されるべきアナログ値と等価の単純な直接の２進 数値が生成される。

例えば、８ビツトのディジタル・システムは、全ての入力アナログ信号値をこの 入力アナログ値と直線的に関連する２５６の値の１つに符号化する。入力アナロ グ信号のその２進数表現への変換は、アナログ信号を符号化されるこのアナログ 信号の最も高い周波数成分の速度の少なくとも２倍に等しい速度でサンプリング して、サンプリングされたアナログ値を最も近いされ、各サンプルにおける表現 は関連するアナログ値と正確には対応し得ない。例えば、もし符号化システムが ８ビツトのシステムであるならば、取り得る値は僅かに２５６個即ちＯ乃至２５ ５であり、より具体的には２進数表現において、ｏｏｏｏｏｏｏｏ乃至１１１１ １１１１である。もしサンプリングされた入力アナログ値が例えば１２８．４３ ８であるとすれば、この値は最も近い２進数値、例えば１００００００即ち１２ ８テ表現サレヨウ。０．４３８ノ差１ｔ、しばしば「量子化誤差」あるいは「量 子化雑音」と呼ばれる誤差である。変換されるアナログ信号がオーディオ信号で あるならば、この誤差は、信号が再びそのアナログ形態へ復号される時ノイズと して聞こえる。アナログ信号が大きい時、この誤差は信号値全体のほんの僅かな 部分を表わす。しかし、この信号が小さい時は、この誤差は遥かに重大なものと なる。実際に、量子化雑音より小さい信号は完全に失われ得る。例え大きな信号 の場合でも、低い周波数が大半を占めるならば、量子化雑音はマスクされないこ とになる。

この問題に対する解決法は、商標ｒｃＯＭＤＡｃＪの下にＰｒｅｃｉｓｉｏｎ　 １ｌｏｎｏｌｉｔｈｉｃｓ社により製造されるものの如き非線形ディジタル・エ ンコーダ／デコーダを使用することであった。

ＣＯＭＤＡＣエンコーダ／デコーダの作動原理は、信号の振幅に応じたステップ ・サイズを作ることである。その結果、小さな信号の場合は、量子化雑音は小さ く、従ってそれほど問題にならない。同時に、大きな信号に対する量子化雑音は これに対応して大きいが、オーディオ信号の場合には大きな信号自体により「マ スク」される。前記ＣＯＭＤＡＣ装置の性能はある用途には受は入れ得るもので あるが、一般的な試みは高忠実度のオーディオ用途には不十分である。

本願の発明者による１９８７年３月１９日出願の関連する米国特許出願第０２７ ．７４７４号Ｆオーディオ・ディジタル／アナログ符号化および復号」において は、量子化雑音を低減させるためのシステムおよび方法が開示され、これにおい ては入力アナログ信号が最初にプリエンファシスされてその高い周波数成分を強 調する。次いで、信号のサンプルが取られて非線形的に符号化され、サンプル分 解能よりも低い分解能を持つサンプルの一連のディジタル表現を生じる。次いで 、サンプルと対応する低い分解能のディジタル表現間の差が得られ、符号化に先 立ち次のサンプルと組合わされる。符号化された信号は、次に相補的方法で復号 され、アナログ形態に変換され、その後相補的デエンファシス・ステップが続き 元の入力信号に非常に近似する出力アナログ信号を生じる。このシステムはたし かに改善であるが、これも依然としである状況においては顕著な量子化雑音を呈 する。

及肌葛鷹１ 従って、本発明の目的は、従来の装置のダイナミック・レンジを越えると同時に 、量子化雑音の聞き取り得る影響を最小限度に抑える、ディジタル／アナログ・ 符号化および復号のための方法および関連する装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、有効かつ経済的な方法で改善された性能を提供する、ディ ジタル／アナログ符号化および復号のための方法および装置を提供することにあ る。

本発明の更に別の目的は、特にオーディオ信号の符号化および復号のためのもの であり、コンパクト・ディスク品質と両立性があり、かつ厳しい要件を持つ人間 に受は入れられ得るレベルまでノイズを低減する方法および装置を提供すること にある。

これらの目的は、本発明において、一連のより高次の（１６ビツトの如き）入力 ディジタル信号における信号に対して予測される値を生成し、この予測される値 を入力信号と比較して両者間の差を表わす差分量を得、またこの差分量を符号化 変換により更に低次のディジタル形態（８ビツトの如き）へ符号化することによ り達成される。符号化された差分量は、符号化変換と実質的に相補的である復号 変換によりより高次のフォーマットに再び復号される。次いで、次の一連の入力 信号に対して新しい符号化変換を選択し、この新しい符号化変換の分解能は復号 した詐りの差分量の絶対値の関数である。最後に、復号された差分量は、処理さ れた詐りの入力信号の予測される値と組合わせて元の入力信号を実質的に復元す る。

望ましい実施態様においては、一連の符号化変換は離散的な検索表（ルックアッ プ・テーブル）の形態において提供される。この変換は、一般に、低い差分量に 対して高い分解能と、高い差分量に対して実質的に低い分解能を持つ。高い分解 能の変換が提供される差分量のレンジは、テーブル毎に逓増的に増大されると同 時に、高い分解能レンジ内の絶対分解能はテーブル毎に逓減する。

このように、符号化および復号はほとんど常に高い分解能領域内で起生じ、有効 分解能は実際の信号カーその予測される値に近付くにつれて逓増する。

同じ復号部が、相互に追跡するようエンコーダおよびデコーダに設けられる。こ のエンコーダおよびデコーダもまた、適正なトラッキングを保証するため周知の 方法で初期化される。更なる精度は、入力信号の実際値をエンコーダの復号装置 により出力される値と比較して、比較された信号間の差を表わす残留信号を生成 することによって達成される。次いで、この残留信号は、この信号に対する差分 量を得る際に次の入力信号と組合わされる。予測される信号値は、その時と直前 の入力信号に対する復号値の単純な線形射影により、あるいはより複雑な計算に よって得ることができる。

本発明のこれ以上の特徴および利点については、当業者は添付図面に関して望ま しい実施態様の以降の詳細な記述から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１（ａ）図および第１（ｂ）図は、本発明の符号化および復号部をそれぞれ示 すブロック図、 第２図は本発明により得られるディジタル変換のレンジを示す簡単なグラフ、 第３図は第２図の原点に近い異なる尺度の拡大図、第４（ａ）図および第４（ｂ ）図は線形変換の符号化／復号精度を本発明に対する典型的な変換の符号化／復 号精度と比較するチャート、 第５図はマイクロプロセッサ・システムによる本発明の構成を示すブロック図、 第６（ａ）図、第６（ｂ）図、第６（ｃ）図および第６（ｄ）図は第５図のマイ クロプロセッサ・システムの各部分の概略図、 第７（ａ）図乃至第７（ｃ）図は第６図乃至第６（ｄ）図のシステムを作動させ るソース・コード、および第８図は差分量がシステムのその時の高分解能レンジ を越えるかどうかに従ってシステムの異なる応答を示すブロック本発明の望まし い実施態様は、符号化および復号のための選択された非線形ディジタル検索表を 使用して、ディジタル予測法および量子化雑音・スペクトル・シフトが誤差の繰 り越しにより行われる。これは、１６ビツトのディジタル信号の如きより高次の ディジタル・フォーマットを、８ビツトのディジタル信号の如きより低次のディ ジタル・フォーマットに符号化し、次いでこの低次の信号から高次の１６ビツト 入力信号を復元するために使用される。

これは、第１（ａ）図および第１（ｂ）図のブロック図に機能的に示したディジ タル・システムの完全な使用により行われることが望ましい。例示の目的のため 、本発明については、高分解能の１６ビツト線形表示データ・ストリームの８ビ ット符号化データ・ストリームへの符号化、およびその後の信号の１６ビツト高 分解能データ・ストリームへの再度の復号に関して記述される。結果として得ら れるディジタル信号は、従来の１６ビフトの線形ディジタル−アナログ・コンバ ータにより出力アナログ信号への変換に適している。

１６ビツト信号を８ビツト・フォーマットへ変換するエンコーダは第１（ａ）図 に示されるが、８ビット信号を再び１６ビツトへ変換するデコーダは第１（ｂ） 図に示される。

第１（ａ）図は、符号化部と、破線４により囲まれた復号部との両方を含む。エ ンコーダ内部の復号部４は、第１（ｂ）図のデコーダと整合して、エンコーダお よびデコーダが相互に適正に追跡することを保証する。

符号化および復号プロセスは多数の変数を使用し、その３つがこのプロセスの開 始前にセットされねばならない。

この目的のため、初期化回路６および８がそれぞれエンコーダおよびデコーダに 設けられる。この３つの変数は、残差（Ｒ）と予測（Ｐ）とテーブル（Ｔ）であ る。Ｒは、デコーダから与えられる最後に復号された高分解能のディジタル値と 、符号化前の同じ高分解能のディジタル値との間の差である。Ｐは、次の入力信 号の値のシステムの予測であり、Ｔは、次のサンプルの検索にどの組の符号化お よび復号変換テーブルを使用するかをシステムに知らせる数であり、このテーブ ルについては以下において更に詳細に論議する。システムを初期化するためＲが ゼロにセットされるが、Ｐは１６ビツト・システムにおいては３２．７６７の如 き中間の値ヘセットされる。Ｔは、最も高い中心部の分解能を持つテーブルヘセ ットされる。

望ましい実施態様においてはオーディオ信号であるアナログ入力信号は、アナロ グ・ソース１０によりアナログ／ディジタル変換器１２へ与えられ、この変換器 はこの信号をアナログ・サンプル当たり１６ビツトの如き高次のディジタル・フ ォーマットに変換する。ブロック１４においては、前の信号サンプルから計算さ れた残差がその時の１６ビツト・ワードに加えられる。次いで、その時の信号に 対する予測値がブロック１６において差し引かれ、予測値が生成される方法は以 下に論述する。

ブロック１６における減算ステップの結果は、差分量と呼ばれる。この差分量は 、非線形エンコーダ素子１８に与えられ、この素子は、１組の検索表２０から選 択された変換検索表に従って、１６ビツトの差分量を低次の８ビツト・ディジタ ル・フォーマットへ符号化する。所要数の差分検索表を設けることができ、１６ ／８ビツト・システムの場合は、３２個の異なる検索表が妥当な数である。

結果として得る８ビツトの符号化された差分量は、エンコーダ内部の復号部４お よびデコーダの双方へ与えられる。信号は伝送チャンネルを介して送られるか、 あるいは後の復号のため記憶装置２２に格納される。復号部４内では、８ビツト の差分量が８／１６ビツト・デコーダ２４により再び１６ビツト信号へ変換され る。使用される復号変換は、１組の復号検索変換テーブル３６から与えられ、こ のテーブルは符号化検索表２０に対し相補的である。復号部・子２４からの復号 された差分量は、次に選択ブロック２８へ送られ、このブロックが次の入力信号 に対する適正な相補的な符号化／復号検索表を選択する。以下に更に詳細に説明 するように、復号された差分量の値と対応する高分解能レンジを持つ検索表が選 択され、その結果符号化および復号の分解能が異なる各信号毎に最適化される。

復号された差分量はまた加算回路３０へ与えられ、この加算回路は前の信号から その時の信号について予測された量を加算する。線３２上のこの素子の出力は通 常、元の１６ビツト入力ディジタル信号と等しいかあるいは非常に近い。この出 力は、予測器３４において、次の入力信号の１６ビツト値を予測するため使用さ れる。一実施例においては、この予測器３４は簡単な線形射影を用い、これにお いては次の信号の値がその時の信号値の２倍から前の信号の値を差し引くことに より予測される。他の更に複雑な予測機能も必要に応じて使用することができる 。次の入力信号に対する予測値は、加算回路３０および減算器１６の双方に与え られる。

符号化および復号機能の双方に対する最適化された分解能の故に、線３２上の出 力信号は、元の入力信号と非常に近似している筈である。更なる精度が、線３２ 上の出力をこれが得られた実際の入力信号と比較し、差（残差）を用いて後続の 信号の処理を調整することによって得ることができる。これは残差計算要素３６ により行われ、この要素は（前のサンプルからの残差の加算の後に）線３２上の 出力を元の入力信号から差し引く。

この差は再び符号化部へ送られ、ここでブロック１４における次の入力信号に加 算される。

第１（ｂ）図のデコーダは、エンコーダ内部の復号部４と同じものである要素を 使用する。８ビツトの符号化差分量が受取られ、再びデコーダ要素２４Ｄにより １６ビツト・フォーマットヘマップされ、この要素は復号要素２４により使用さ れるものと、１組のテーブル２６Ｄからの同じ検索表が与えられる。１６ビツト の復号された差分量は、テーブル・セレクタ２８Ｄにより使用されてテーブル・ セレクタ２８と同じように次の入力信号に対する検索表を選択する。同じ差分量 信号はまた加算器３００へ与えられ、その出力は予測回路３４Ｄにより使用され て次の１６ビツト入力信号の値を予測し、また予測された値を加算回路３０Ｄへ 供給する。線３２Ｄ上の最後の出力はアナログ／ディジタル・コンバータ３８へ 与えられ、これはこの信号をこれまで得られたものより高い精度でアナログ入力 １０を追跡するアナログ出力４０に変換する。第１（ｂ）図に示されたデコーダ の構造および作動はエンコーダ内部の復号部４のそれと整合しているため、同じ 復号テーブルが使用され、２つのシステムが同じ方法で初期化され、エンコーダ およびデコーダが正確に追跡することになる。

第２図は、本発明により使用可能な符号化および復号の変換タイプを示す１組の グラフである。前述の如く実際には３２のテーブルが１６／８ビツトのシステム において使用されるが、４つの変換テーブルしか示されない。また、実際にはセ グメントは湾曲しているが、図示を容易にするため変換は直線のセグメントから なるものとして示される。

破線４２により示される線形変換システムの場合は、１６ビツトおよび８ビツト のワード間にマツピングするための全体的な作動レンジにわたり一貫したスケー ルが存在する。これは、原点を通る単純な直線である。本発明において使用され る典型的な圧縮伸長カーブは、カーブ４４．４６．４８．５０で示される。

これらのカーブは、原点の近くで直線的なカーブ４２よりも高い分解能、および 原点から離れたところで比較的低い分解能を有する。分解能は、如何なる点にお いてもカーブの勾配によって決定され、より小さな勾配はより高い分解能を示す 。

より小さな勾配は、与えられた８ビツト・ワードに対し、復号において選択し得 る１６ビツト・ワードは少なくなる。カーブ４４は、原点付近では最も高い分解 能を持つが、その勾配が上を向（までの高分解能の領域は最も小さくなる。差分 量の小さな値は限定された高分解能領域内に存在するため、このような小さな値 については変換カー１４６が選択されることになるであろう。この変換カーブは 、原点付近ではやや低い分解能を持つが、依然として直線状の変換カーブ４２よ り遥かに高く、その高分解能領域はカーブ４４におけるよりも大きな８ビツト差 分量の値まで延びている。カーブ４６は、カーブ４４の高分解能ａ城の僅かに外 側の差分量となるように選択される。

同様に、変換カーブ４８は、原点付近でカーブ４６よりもやや低い分解能を持ち ながらより大きな高分解能領域を有するが、カーブ５０はカーブ４８よりも低い 分解能でありながら高分解能の大きいレンジを有する。後者のこれら２つのカー ブは、次の低いカーブの高い分解能レンジのやや外側にある差分量となるように 選択されることになる。特定の差分量に対する変換カーブは、このように、その 高分解能レンジが差分量を包含するもこの差分量を太き（越えて延びないように 選択されることになる。このように、最適に近い分解能が特定の差分量に対して 選択することができる。

差分量は、どれだけ実際の入力信号がこの信号に対する予測値と異なるかの指標 である。より大きな差分量の値は、典型的には非常に速く変化する入力信号を伴 い、この大きな値を包含する延びた高分解能領域を持つ変換テーブルと釣り合わ される。−万人力信号がより予測し得るものである時、差分量は非常に小さなも のとなり、これと対応してより限定された高分解能領域を持つ変換カーブが選択 される。

第３図は、第２図の一部を拡大したものであり原点の近（のスケールを縦方向に 延長している。最も高い分解能の変換カー１４４においては、１の８ビツト値は （直線状変換の場合の２５６の１６ビツト値とは対照的に）１の１６ビツト値と 対応する如くに示される。本例においては、８ビツトの符号化差分量の１６ビツ ト符号化値への正確なマツピングが生じることになる。

変換カーブ４６はこの分解能の半分を有し、各８ビツト値は２つの１６ビツト値 と対応している。この２つのあり得る１６ビツト値のどれが元の１６ビツト信号 と対応するかは符号化の前には判らないため、小さな曖昧性と誤差の可能性が存 在する。これは、熱論、線形システムにおけるよりも遥かに小さく、ここで曖昧 性は２５６：１である。

カーブ４８および５０は、８／１６ビツト復号における１：３および１：４の、 原点付近の僅かに小さな分解能を表わしている。このように、線形変換の場合よ りも依然として遥かに小さいが、これらのカーブに対する曖昧性および誤差の可 能性はやや大きい。

変換カーブ４４〜５０は原点からある距離においては非常に低い分解能領域を有 するが、妥当な予測機能により高い分解能領域において大部分の変換が生じるこ とになる。このため、変換カーブ４４〜５０の各々における平均分解能はカーブ 全体にわたり２５６：１であるが、動作においては実際の分解能は遥かに高くな る。このことは、第４（ａ）図乃至第４（ｂ）図において表形式で示される。１ ６ビツト・ワードを８ビツトのフォーマットへ符号化するため、次いで再び１６ ビツトへ復号するため線形変換カーブを使用することは、第４（ａ）図で示され ている。１乃至２５６からの値を持つ全ての１６ビツト・ワードは１の８ビツト ・ワードへ符号化され、２５７乃至５１２からの値を持つ全ての１６ビツト・ワ ードは２の８ビツト値へ符号化されることになる。１の８ビツト値の復号におい て、あり得る２５６個の１６ビツト・ワードのどれが正しいものであるかは判ら ないであろう。従って、線形変換によれば、１２８の１６ビツト中間値の任意の 選択が典型的になされる。

同様な任意の中間値が他の８ビツト値に対して選択され、６４の平均１６ビツト 復号誤差（１２８とレンジ１乃至２５６におけるあり得る各１６ビツト値との間 の平均差）を生じる。

対照的に、非常に高い分解能の変換間の４４の結果が第４（ｂ）図に示されてい る。原点付近で８ビツトと１６ビツト間の１＝１のマツピングが存在するため、 唯１つのあり得る１６ビツトの復号ワードが各８ビット符号化ワードと対応する 。従って、原点付近の平均誤差はゼロとなる。対照的に、カーブの反対側端部に 対しては、例えば、１０００個の連続する１６ビツト値が１つの８ビツト値へ符 号化される。従って、８ビツト・ワードを再び１６ビツト・フォーマットへ復号 する際１０００：１の曖昧性が存在する。このように、この領域における平均誤 差は２５０となり、これは線形変換における平均誤差より遥かに大きい。

しかし、大部分の変換は高い分解能領域において生じることになるため、実際の 平均誤差は線形変換におけるよりも遥かに小さくなる。

本発明によれば、符号化され復号される次の値が生じることが予期される領域に わたり可能な限り高い分解能を有する変換検索表が選択される。これは、前に復 号された差分量の大きさを検索することにより行われる。もしこの予測が正確で あり、従って復号される差分量が小さければ、原点付近の非常に高い分解能が使 用されることになる。一方、もし差分量が大きければ、符号化される次の差分量 の可能レンジまで延長する比較的高い分解能の領域を持つテーブルが使用され、 復号される値は必然的に平均でやや小さな精度となる。

望ましい実施態様における各符号化／復号サイクルにおいて使用されるテーブル は、復号ブロック２４および２４Ｄ（第１（ａ）図および第１（ｂ）図）から出 力される復号された差分量の大きさから決定される。もしその大きさがその時の 変換テーブルの高い分解能レンジの外側にある差分量が生じるならば、その高い 分解能レンジがこのより大きな差分量まで延長する新しいテーブルが次のサイク ルに対して選択される。

単純な手によるエントリを含む符号化および復号マツピング・テーブルを形成す るため、種々のアルゴリズムが使用できる。

テーブルの設計における指針原理は、結果として生じる量子化雑音を最小に抑え るように平均マツピング誤差を最小限度に抑えることである。符号化テーブルの 設計を調べる１つの方法は、２５６個の８ビット符号化値が特定の差分量値の発 生の確率に従って分散されるべきことである。もし予測器の機能が正確であるこ とが予期されるならば、はとんどのサンプルが原点付近に該当することになり、 また原点付近の８ビット復号値の密度が高くなる筈である。一方、もし差分量に 対して考えられる６５．５３６の全ての１６ビ・ソト値が等しく類似しているな らば、２５６個の符号化８ビツト値が直線状に分散される筈である。ある意味で は、符号化検索表の形態は、入力信号とこの入力信号に対する予測値との間の予 測される差の確率分布の典型である。テーブル形態の設計に際して種々の雑音基 準を使用することができ、また複雑なシステムにおいては、確率分布および（ま たは）予測器のアルゴリズムが経験により変化するに伴い、テーブルを変更する ことさえできる。しかし、基本的な原理は同じままである。

ブロック２６および２６Ｄにおける復号テーブルは、ブロック２０の符号化テー ブルから非常に簡単に決定することができる。

特定の８ビツト値に対しては、全ての１６ビツト値の符号化テーブルにおける８ ビツト値に対するマ・ソピングの平均が、同じ８ビツト値に対する復号テーブル の１６ビ・ソト出力として取られる。このため、復号テーブルは、符号化テーブ ルにより一義的に決定され、実質的にこれと相補的である。

第５図は、マイクロプロセッサを用いる符号化および復号の両機能の実現を示す ブロック図である。入力アナログ信号は、サンプル−保持回路５４のサンプリン グ速度の半分より小さな周波数のみをこの回路５４へ送るアンチエイリアシング （Ａ−Ａ）フィルタ５２へ送られる。回路５４からのサンプルされたアナログ出 力は、アナログ−ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）５６により高分解能の線形 ディジタル表示に変換される。ＡＤＣ５６の出力はマイクロプロセッサ５８によ りアクセスされ、このマイクロプロセッサは第１（ａ）図のブロック図のフロー チャートに示されるステップのシーケンスを実施する。読出し専用メモリー（Ｒ ＯＭ）６０はプログラムを含むが、ＲＯＭ６２は上記の符号化／復号マツピング ・テーブルを含む。マイクロプロセッサ５８はレジスタ形態のオンボード・ラン ダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）を有し、これはまた符号化アルゴリズムの 実行において使用されるメモリーを提供する。

このマイクロプロセッサは、データ・チャンネルまたはディジタル記憶装置２２ のいずれかに対して、差分量の符号化８ビツト表示を出力する。タイミング回路 ６４はサンプリング−保持、アナログ−ディジタル変換、符号化プロセス、およ びデータ出力プロセスを関連付ける。エンコーダ全体が、破線１内に囲まれて示 されている。

望ましい実施態様においては、ＡＤＣ５６が入力アナログ・サンプルを１６ビツ ト分解能に量子化するが、符号化プロセスは、チャンネル２２に対して８ビツト の分解能サンプルを出力しながら、この信号の音質を保持することができる。こ のように、符号化アナログ信号を送出するため必要なチャンネル容量は半分に節 減される。例えば、本発明は、消去可能なプログラマブル読出し専用メモリー（ ＥＰＲＯＭ）に格納するためディジタル・オーディオ情報を符号化するのに使用 されている。この形態のデータ格納は非常に信頼性が高いが非常に高価であり、 この用途への本発明の使用はディジタル・オーディオ情報を格納するため必要な ＥＰＲＯＭの数を半分に節減することができ、これによりオーディオ品質を失う ことなくこのようなシステムのコストを著しく低減することができる。

符号化された差分量は、チャンネルあるいはデータ記憶装置２２からデコーダ２ におけるマイクロプロセッサ６６へ送られる。

ＲＯＭ６８は復号プロセスのためのプログラムを保持し、ＲＯＭ７０は復号検索 変換テーブルを保持している。マイクロプロセッサ６６は、オンボードで、変換 プロセスにおいて使用されるレジスタ形態の少量のＲＡＭを有する。マイクロプ ロセッサ６６は、ＤＡＣ３８に対して、符号化されたアナログ信号の再形成され た高分解能のディジタル表示を出力する。ＤＡＣａ８の出方はデグリッチャ（ｄ ｅｇｌｉｔｃｈｅｒ）回路７２へ送られ、この回路は実質的に、次の値がセット 中ＤＡＣ３８からの最後のサンプル出力を保持するサンプル−保持回路である。

タイミング回路７４は、チャンネルからのデータの入力、復号プロセス、ＤＡＣ プロセスおよびこのデグリッチ十回路の作動を関連付ける。

デグリッチ十回路７２の出力は、後置フィルタ７６により濾波されて、エンコー ダにおけるアンチエイリアシング・フィルタ５２により通されるものを越える全 ての周波数成分を除去する。

このフィルタはまた、Ｓｉｎ　ｘ／ｘ開日同日周波数損失よびエンコーダのアン チエイリアシング・フィルタ５２に誘起されるプリエンファシスを補償スル。

第６（ａ）図乃至第６（ｄ）図は、エンコーダ内部の復号部４およびデコーダ２ の双方に使用される上記のデコーダの実際の構成の概略図である。この回路は、 ６８０００マイクロプロセツサＣＰＵ７８を使用する。ＲＯＭ素子８０および８ ２は、第５図からのＲＯＭ６８および７０のプログラムおよびマツピング・テー ブルを提供する。データ・ゲート８４は、チャンネルからの８ビツトの符号化デ ータ・ワードをマイクロプロセッサ７８へ指向するが、データ・ゲート８８およ び９０は復号された１６ビツト・データ・ワードをＤＡＣ３８へ指向する。ゲー ト８６は、サンプル信号をマイクロプロセッサ７８へ送って変換プロセスを開始 するため有効データの存在を表示する。データ・バス・ボート・セレクタ９２は マイクロプロセッサにより制御され、どの入力または出力デバイスが活動状態に あるかを判定する。

次に第６（ｂ）図において、インバータ９４および関連するクリスタル９６がシ ステムのマスター・クロックを形成し、またカウンター・チップ９８と共に、タ イミング回路を構成する。

制御人力１００および１０２は、システムがリセットされることを許容する。休 止制御部１０４は、クロックが作動禁止されることを許容し、これによりシステ ムの作動を休止させる。

第６（Ｃ）図においては、第５図のデグリッチ十回路７２が増幅器１０６および 関連する回路により構成されている。入力１０８は、有効データの着信を信号す る。後置フィルタ７６は第６（ｄ）図に示され、増幅器１１０〜１２８および関 連する回路からなっている。

本システムの望ましい実施態様の作動のための完全なソースコードが第７図に示 されている。これは、標準的な６８０００のアセンブリ言語で書かれ、自明であ る。符号化および復号プロセスはまた、ＩＢＭ　　ＡＴバーンナル・コンピュー タの如き周知の汎用コンピュータを用いて実施することができる。

アルゴリズムは、ＣまたはＲＡＳＩＣの如き便利なプログラミング言語を用いて 定義される。符号化されるディジタル・データはコンピュータのメモリー、通常 はハードディスクに格納される。この場合、ディジタル表示は単にプログラムに より作動されるデータ・ファイルとして取扱われ、符号化アルゴリズムの出力が 別のデータ・ファイルを生成する。

これは、第６（ａ）図乃至第６（ｄ）図に示されるものの如きデコーダの構成に より、あるいはデコーダとして作動するコンピュータにより、以後の復号のため のＥＰＲＯＭ（７）如き中間記憶媒体上にロードされる圧縮された記憶媒体であ る。

次に第８図において、検索表の選択の望ましい方法のフロー図が示される。各符 号化／復号サイクルにおいて使用されるべきテーブルは、第１図の復号要素２４ および２４Ｄからの復号された差分量の大きさを検索することにより決定される 。

この差分量は、差分量が得られたその時の検索表の高分解能レンジと比較される 。もしその時のテーブルの高分解能レンジの外側にある復号された差分量が現れ るならば、高分解能レンジが次のサイクルに対する差分量まで延びた状態で、新 しい検索表が選択される。線１３２上の信号はまた、カウンタ１３４を予め定め た初期カウント（望ましい実施態様における８）にセットする。その時のテーブ ルの高分解能レンジを越えない各差分量については、線１３６上に信号が生成さ れてカウンタ１３４を１だけ減分する。カウンタがゼロまで減分されると、次に 低い高分解能レンジ（およびこのレンジ内の次に高い絶対分解能）を持つ検索表 が選択され、タイミング・カウンタがその元のカウントにリセットされる。この 手順は、低い差分量がある期間にわたり受取られると同時に、およびアルゴリズ ムが大きな差分量の受取りに対する瞬間的な応答を保証すると、（原点に近い） より高い分解能に近付くテーブル選択機構の調時された変化を保証する。これら のテーブルは、全ての１６ビツト値をマンプして８ビツト値を出力し、また再び １６ビツト値を出力し、そのため過大負荷の問題が決して生じない。予期されな い高い差分量が受取られると、これはその時のテーブルの低い分解能領域に存在 する最も近い８ビツトの符号化値へ符号化される。しかし、すぐ次のサンプルの 場合は、この大きさの差分量まで延長するより大きな高分解能レンジを持つ新し いテーブルが選択されることになる。このように、低い分解能動作の期間は最小 量まで厳密に制限される。

本発明の特定の実施態様を示し記述したが、当業者には多数の変更および代替例 が着想されよう。従って、本発明は請求の範囲によってのみ限定されるべきもの である。

浄書（内容に変更なし） ；Ｃｏｄｅ　５ｅｃｔｉｏｎ ＯＲＧ　　　　５０　　　　　　　　；　　Ｖｅｃｔｏｒ　　Ａｒｅａ★　　　 ＤＣ，Ｂ　　”Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ　Ｎｕｏｐｔｉｘ工ｎ０．　１９８７”ＦＩ Ｇ、　７　Ｂ。

Ｓ６：　　　ＢＲＡ、Ｓ　ＬＯＯＰ　　　　　　　；　Ｇｏ　ｆｏｒ　ｎｅｘｔ 　ｓａｍｐｌｅＥＮＤ　　　ＳＴＡＲＴ 手続補正書 １．事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１０４４１４ ２、発明の名称 高分解能アナログ−ディジタル−アナログ変換方法および装置３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 氏　名　ベアード、テリー・ディー ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正の対象 （１）図面翻訳文 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．比較的高次のディジタル・フォーマットにおける一連の入力ディジタル信号 を一連の比較的低次のディジタル信号へ符号化し、次いで低次の信号から元の入 力ディジタル信号を復元する方法であって、 前記一連の信号における１つの入力信号に対する予測値を生成し、 前記予測値を前記入力信号と比較して両者の間の差を表わす差分量を得、 前記差分量を符号化変換により比較的低次のディジタル・フォーマットに符号化 し、 前記符号化変換に対して実質的に相補的な復号変換により、該符号化された差分 量を前記比較的高次のフォーマットに復号し、 前記一連の信号の次の入力信号に対する符号化変換を選択し、前記符号化変換の 分解能が、復号した許りの前記差分量の絶対値の関数であり、 前記予測値を前記復号した差分量の値と比較して前記元の入力信号を実質的に復 元する ことを含む方法。 ２．前記選択された符号化変換が、低い差分量のレンジにわたり一般的に高い分 解能と、比較的高い差分量に対する実質的に低い分解能とを有し、前記高い分解 能レンジ内の絶対分解能がレンジの増加と共に低減する請求の範囲第１項記載の 方法。 ３．前記符号化および復号変換が、棺桶的な組の検索表から選択され、符号化変 換のための連続する検索表が、逓増的に大きくなる高い分解能レンジと、該高い 分解能レンジ内の逓増的に小さくなる低い絶対分解能を持つ請求の範囲第２項記 載の方法。 ４．その時の検索表の高い分解能レンジを越える差分量の増加に対しては増加す る高い分解能レンジを有する符号化検索表が選択されるが、差分量におけるこの ような増加が存在しない時は、選択された符号化検索表の高い分解能レンジは、 複数の連続する入力信号にわたりある周期で予め定めた減分だけ低減する請求の 範囲第３項記載の方法。 ５．前記予測値を生成し、符号化された差分量を復号し、前記予測値を前記復号 した差分量の値に加算するステップが、符号化ステーションおよび復号ステーシ ョンの双方において行われ、該復号した差分量が、符号化ステーションにおいて 用いられて次の入力信号に対する符号化変換を選択し、また復号ステーションに おいて用いられて棺桶的な復号変換を選択し、前記予測値と前記復号した差分量 との組合わせが符号化ステーションにおいて用いられて少なくとも１つ以降の入 力信号に対する予測値を生成し、また復号ステーションにおいて用いられて前記 符号化ステーションにおけると実質的に同じ予測値を生成しかつ前記入力信号を 復元し、これにより前記符号化および復号ステーションの相補的な符号化、復号 および追跡を維持する請求の範囲第１項記載の方法。 ６．前記次の入力信号の予測値をその実際の値と比較して、比較された信号間の 差を表わす残差の信号を生成し、該残差の信号を、前記次の入力信号に対する差 分量を求める際、該次の入力信号と比較するステップを更に含む請求の範囲第５ 記載の方法。 ７．比較的高い分解能フォーマットにおける一連の入力ディジタル信号を一連の 比較的低次のディジタル信号に符号化し、次いで該比較的低次の信号から元の入 力信号を復元する装置であって、 （ａ）符号化部と復号部とからなるエンコーダを設け、（１）該符号化部が、 （ｉ）前記入力信号からの１つの入力信号の予測値を比較して両者間の差を表わ す差分量を得る手段（１６）と、（ｉｉ）前記差分量を比較的低次のディジタル ・フォーマットへ符号化するための複数の符号化変換を行う手段（２０）とを設 け、該符号化変換は低い差分量の各レンジにわたる一般に高い分解能と、高い差 分量の各レンジにわたる実質的に低い分解能とを有し、連続的な変換の該高い分 解能レンジは逓増し、各高い分解能レンジ内の連続的な変換の絶対分解能は逓減 し、 （ｉｉｉ）前記差分量を前記符号化変換の選択された１つにより符号化する手段 （１８）とを含み、（２）前記復号部は、 （ｉ）前記符号化した差分量を前記の比較的高次なディジタル・フォーマットへ 復号するため、前記符号化変換と相補的な複数の復号変換を行う手段（２６）と 、（ｉｉ）前記符号化した差分量を、前記符号化ステーションにおいて用いられ る符号化変換と相補的な前記復号変換の１つにより復号する手段（２４）と、 （ｉｉｉ）前記復号した差分量に応答して、前記復号した差分量と対応する高い 分解能レンジを有する、次の入力信号に対する符号化変換と相補的な復号変換と を選択する手段（２８）と、 （ｉｖ）前記入力信号の予測値を前記復号した差分量と組合わせて出力信号を生 じる手段（３０）と、（ｖ）該出力信号から次の入力信号の値を予測する手段（ ３４）と、 （ｖｉ）前記次の復号した差分量と組合わせるため、前記予測値を符号化ステー ションにおける前記比較手段と、前記復号部における前記組合わせ手段とに与え る手段とを含み、 （ｂ）更にデコーダを設け、該デコーダは、（ｉ）前記エンコーダの復号部の復 号変換と実質的に同じ複数の復号変換を行う手段（２６Ｄ）と、（ｉｉ）前記エ ンコーダの復号部において用いられる復号変換と実質的に同じ復号変換により該 エンコーダからの前記符号化した差分量を復号する手段（２４Ｄ）と、（ｉｉｉ ）前記デコーダにおける復号した差分量に応答して、前記エンコーダの復号部に より選択される復号変換と実質的に同じ次の入力信号に対する復号変換を選択す る手段（２８Ｄ）と、 （ｉｖ）前記入力信号の予測値を前記復号した差分量と組合わせて、該入力信号 を復元しかつ前記エンコーダの復号部からの出力信号と実質的に等しい出力信号 を生じる手段（３０Ｄ）と、 （ｖ）前記出力信号に応答して、前記エンコーダの復号部により予測される値と 実質的に等しい次の入力信号の予測値を計算する手段（３４Ｄ）と、 （ｖｉ）次の復号した差分量と組合わせるため、前記デコーダの予測値を前記デ コーダにおける前記組合わせ手段に対して与える手段とを含む、 装置。 ８．前記符号化変換が１組の検索表（２０）に格納され、前記エンコーダの復号 部および前記デコーダに対する復号変換が、前記符号化検索表（２０）と実質的 に相補的な各組の検索表（２６、２６Ｄ）に格納される請求の範囲第７項記載の 装置。 ９．符号化変換を選択する前記手段（２８）が、復号した差分量における増加に 対し増加した高い分解能レンジを持つが、このような差分量の増加が存在しない 場合は、複数の連続する入力信号にわたり周期的速度で予め定めた減分で低減さ れる高い分解能レンジを有する符号化検索表を選択する符号化検索表選択手段を 含む請求の範囲第８項記載の装置。 １０．前記エンコーダが更に、前記次の入力信号の予測値をその実際の値と比較 して、比較された信号間の差を表わす残差の信号を生成する手段（３６）と、前 記次の入力信号に対する差分量を求める際、前記残差の信号を該次の入力信号と 組合わせる手段（１４）とを更に含む請求の範囲第７項記載の方法。