JPH0356022B2 - - Google Patents

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JPH0356022B2
JPH0356022B2 JP57063034A JP6303482A JPH0356022B2 JP H0356022 B2 JPH0356022 B2 JP H0356022B2 JP 57063034 A JP57063034 A JP 57063034A JP 6303482 A JP6303482 A JP 6303482A JP H0356022 B2 JPH0356022 B2 JP H0356022B2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/04Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM]
    • H03M3/042Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM] with adaptable step size, e.g. adaptive differential pulse code modulation [ADPCM]

Description

【発明の詳細な説明】 <発明の背景> この発明は音声信号のように相関性の強い信号
の高能率符号化に用いられる差分符号化の中で、
とくに適応量子化器あるいは、適応予測器を用い
るところの適応差分符号化に対応する適応差分復
号化方法及び装置に関するものである。
音声信号のように相関性の強い信号においては
ある時刻の信号の標本値を過去の標本値を用いて
かなりうまく予測することができるため、予測誤
差信号電力は入力信号電力に比べてかなり小さく
なる。差分符号化方法はこのような性質を用いて
予測誤差信号だけを比較的少数のビツトを用いて
符号化することによつて高能率な符号化を実現す
るものである。この差分符号化における予測は予
測フイルタによつてなされる。
この予測フイルタの特性は入力信号の平均的ス
ペクトル、例えば音声信号を符号化する場合には
平均的な音声のスペクトルにあわせておけば比較
的正確な予測値を得ることができる。またより正
確な予測値を得る方法としては、信号に応じて予
測フイルタの特性を変える方法、具体的に言えば
予測フイルタの係数を予測誤差が最小となるよう
に適宜修正しながら符号化を行なうところの、所
謂る適応予測を用いる方法もある。また、入力信
号の、ダイナミツクレンジを広くするためには予
測誤差信号の量子化を行なう量子化器のステツプ
サイズを入力信号の大きさに応じて適応的に変え
る適応量子化器を用いればよい。このように差分
符号化における量子化器や予測器を適応形とする
適応差分符号化方法を用いることにより広いダイ
ナミツクレンジにわたつてより高能率な符号化が
可能となる。
しかしながら、上述したような適応差分符号化
方法においては次のような問題点が生じる。即
ち、適応符号化に対応して必ず必要となる適応復
号化における適応量子化器や適応予測器の適応動
作は適応差分符号器から送られてくる適応情報、
例えば符号化結果に従つて行なわれるため、万一
この適応情報が符号器の故障や符号器と復号器と
を結ぶ信号線の不通等により毎時刻同一となる
と、復号器における適応動作は一定方向に進んで
しまう。その結果、例えば量子化器のステツプサ
イズが毎回拡大されて、通常なり得ないような大
きな値になつてみたり、毎時刻同一の修正がなさ
れる予測係数によつて予測器の特性が非常に大き
な利得をもつたりして、その結果、出力信号に非
常に大きな直流信号や発振信号が現われるという
不都合が生じることがある。
<発明の概要> この発明は上述のような適応差分復号化におけ
る欠点に鑑み、適応差分復号器に入力される符号
化結果が、適応差分符号器の故障や、適応差分符
号器と適応差分復号器とを結ぶ信号線の不通、瞬
断等によつて長時間にわたつて同一の値、たとえ
ば常に、“1”、あるいは“0”となつても適応差
分復号器の出力信号に大きな直流信号や発振信号
等を生じたりすることのない適応差分復号化方法
及び装置を提供することを目的とする。
この発明の一実施例によれば、符号化すべきデ
イジタル入力信号とその入力信号に対する予測値
との差を適応量子化し、その適応量子化された差
信号を符号化結果として出力すると共に前記適応
量子化された差信号を適応逆量子化して前記入力
信号に対する予測値を得る適応差分符号化に対応
する適応差分復号化装置において、前記符号化結
果を逆量子化器に入力として適応逆量子化により
再生差信号を求め、その再生差信号と予測値とを
加算器に入力して復号信号を出力し、その復号信
号又は前記再生差信号を予測器に入力して、前記
予測値を出力し、更に前記適応逆量子化器から出
力される量子化ステツプサイズ情報を判定回路に
入力して前記符号化結果が毎時刻同一の値となつ
ているか否かを判定し、その判定回路の出力と前
記復号信号とを論理積回路ひ入力して復号出力と
する。
<従来装置> 次に図面を用いて先ず従来の適応差分符号化、
復号化方法について説明する。第1図は従来の適
応差分符号化装置及び復号化装置を示すブロツク
図である。第1図において破線で囲つた部分はそ
れぞれ適応差分符号化装置100およびそれに対
応する適応差分復号化装置160である。適応差
分符号化装置100において入力端子110から
j時刻に、符号化すべきデイジタル信号xjと信号
線112を介して得られる予測値x〓jとが減算器1
11に入力され、その差ejが信号線113を介し
て出力されて量子化器114に入力される。量子
化器114ではj時刻より前に信号線116を介
して出力された符号化結果Uj−i(但しiは1以
上の整数)に基づいて量子化ステツプサイズを変
えながら、入力された差信号ejの符号化がおこな
われ、その符号化結果Ujが信号線116を介し
て出力されて逆量子化器117に入力されると同
時に出力端子121を介して信号線150にも出
力される。
このときの量子化器114で用いる符号化ビツ
ト数は1ビツト以上であり、その量子化特性は例
えば第2図に示すようなものとなる。ただし第2
図では説明を簡単にするために符号化ビツト数を
3ビツトとした。入力は横軸であり、出力はUi
(i=±1、±2、±3、±4)である。たとえば入
力信号ejがT2とT3の間にあれば量子化器114
の出力はU3となる。また、縦軸は逆量子化器1
17の出力である。例えば量子化器114の符号
化結果UjがU2であつたときには、逆量子化器1
17の出力はS2となる。尚、このときの縦軸と
横軸の単位はΔであり、これが量子化ステツプサ
イズに相当する。このΔの値が符号化結果Uj
応じて適応的に変わるのが適応量子化及び適応逆
量子化の特長である。例えば符号化結果Ujの値
がU1、U-1、U2、U-2の中の1つであつたときに
は次の時刻におけるΔの値は縮小され、UjがU3
U-3、U4、U-4の中の1つであつたときはΔは拡
大される。
第1図において逆量子化器117から信号線1
18を介して出力される再生差信号e^jと、信号線
112を介して出力される予測値x〓jとは加算器1
19に入力され、局部復号信号x^jが出力されて予
測フイルタ115に入力される。この予測フイル
タ115では次式に従つて予測値x〓jが求められ
る。
x〓j=C1X^j-1+C2X^j-2+…+CnX^j-o (1) C1、C2、…、Cnは予測係数であり、X^j-oは時
刻j−nにおける局部復号信号である。ここで、
予測係数C1、C2、…、Cnを時刻とともに変えな
がら予測値を求めるのが適応予測である。そのと
きの係数修正アルゴリズムの代表的なものに次の
2つがある。
Ci j+1=Ci j+g・e^j・X^j-ioi=1 (Xj-i2 (2) Ci j+1=Ci j+g・e^j・Sign(X^j-i) /oi=1 |Xj-i| (3) (2)、(3)式においてCi j+1は時刻j+1のi番目の
フイルタ係数であり、gは修正ゲイン(利得)、
Sign(X^j-i)はX^j-iの極性が正のとき1.0負のとき
−1.0をとるものである。またこれらのアルゴリ
ズムの簡易形として Ci j+1=Ci j+g′・(e^j/Δ)・Sign(X^j-i) (4) がある。ここでΔは前述した適応量子化器で用い
られる量子化ステツプサイズである。以上の3つ
のアルゴリズムを示すそれぞれの式ではいずれも
右辺の第2項が予測係数に対する修正項となつて
いる。また、適応差分符号器100と適応差分復
号器160とを接続する信号線150にビツトエ
ラーが生じるような場合には、その影響が時間と
共に減衰するように(2)、(3)、(4)式における右辺の
第1項Ci jに(1−δ)を乗じたアルゴリズムが用
いられる。ここでδは1より小さい正の値であ
る。
次に適応差分復号器160の動作について説明
する。信号線150を介して入力される符号化結
果Uj′が前述した逆量子化器117と同じ動作を
する逆量子化器162に入力されて、再生差信号
e^j′が信号線163を介して出力されて加算器1
64に入力される。加算器164では、予測フイ
ルタ167から信号線165を介して出力される
予測値x〓j′と再生差信号e^j′とが加算され、復号信
号x^j′が信号線166を介して出力される。この
復号信号x^j′は出力端子168を介して出力され
ると共に予測フイルタ167に入力される。予測
フイルタ167の動作は符号器100において説
明した予測フイルタ115と同じであるので説明
は省略する。
第3図は従来の適応差分符号化装置及び復号化
装置の他の例である。基本的な動作は第1図に示
したものと同じであるので対応する部分に同一符
号を付けて説明を省略するが、異なる点は、予測
フイルタ315の入力信号が逆量子化器117か
らの再生差信号e^jであることである。前述した予
測係数の修正アルゴリズムを示す式(2)、(3)及び(4)
に対応して、この場合の修正アルゴリズムは次の
(5)、(6)及び(7)式になる。
Ci j+1=Ci j+g・e^j・e^j-ioi=1 (ej-i2 (5) Ci j+1=Ci j+g・e^j・Sign(X^j-i) /oi=1 |ej-i| (6) Ci j+1=Ci j+g′・(e^j/Δ)・Sign(e^j-i) (7) 第4図は従来の適応差分符号化装置及び復号化
装置の更に別の例である。この例は第1図に示し
た装置で用いられた予測フイルタと、第3図に示
した装置で用いられた予測フイルタとを組合せた
ものである。予測値x〓jは予測フイルタ315から
信号線414を介して出力される第1の予測値
x〓j1と予測フイルタ115から出力される第2の
予測値x〓j2とが加算器412により加算されるこ
とによつて求められる。尚、ここでは予測フイル
タ315,115、及び367,167は適応フ
イルタとしているが、予測フイルタ115,16
7を固定係数の予測フイルタとし、予測フイルタ
315,367を適応フイルタとすることもで
き、またこの逆の組合せを用いることも当然可能
である。
以上、3つの従来の適応差分符号化、復号化装
置について説明したが、いずれの場合にも復号器
160における適応動作は符号器100から送ら
れてくる符号化結果を用いて行なつている。した
がつて符号器100の故障や、符号化結果が送ら
れてくる信号線150の不通や瞬断によつて復号
器160への入力信号が固定の値になつてしまう
と前述した適応逆量子化器の量子化ステツプサイ
ズや、適応フイルタの予測係数の修正が一定方向
にばかりになされ、その結果、量子化ステツプサ
イズが非常に大きくなつてしまい、再生差信号が
過大な直流信号となつたり、適応予測フイルタの
フイルタ係数が適応フイルタを不安定とするよう
な係数となつたりして、その結果、適応差分復号
化装置160から出力される復号信号が大きな直
流信号となつたり、発振信号となつたりして聞き
手に不快感や、驚きを生じさせる等の不都合が生
じてしまう。
この発明はこのような不都合を生じない適応差
分復号化装置を提供する。
<第1実施例> 次にこの発明を図面を用いて詳しく説明する。
第5図はこの発明の適応差分復号化装置の一実施
例を示すブロツク図である。図中、破線で囲つた
部分500は第1図で示した従来の適応差分復号
化装置160と同じ構成であり、その動作も同じ
であるので説明を省略する。新たに追加された回
路は判定回路550と論理積回路560とであ
る。判定回路550には逆量子化器162から信
号線521を介して出力される量子化ステツプサ
イズが入力され、この量子化ステツプサイズの大
きさに従つて、入力端子161から入力される符
号化結果Uj′が毎時刻同一の値になつているか否
かが判定される。符号化結果Uj′が毎時刻同一の
値であると判定されたときには信号線551を介
して判定回路550から“0”が出力され、それ
以外のときには“1”が出力される。
例えば第2図を用いて説明した3ビツトの量子
化特性をもつ適応量子化を用いた場合には符号器
から送られてくる符号化結果Uj′がU1、U-1
U2、U-2の中の値であつた場合には量子化ステツ
プサイズΔが縮小されるが、U3、U-3、U4、U-4
の中の値のときには量子化ステツプサイズΔが拡
大される。従つてもし、送られて来た符号化結果
Uj′がU3、U-3、U4、U-4の中の1つの値に固定
されてしまうと量子化ステツプサイズは毎時刻拡
大されてしまい、その結果信号線163を介して
出力される再生差信号e^j′も同様に拡大され、非
常に大きな値となつてしまい、更にその影響は信
号線166を介して出力される復号信号X^j′にも
あらわれてしまう。
送られて来る符号化結果Uj′がこのように毎時
刻同一の値となるのは送信側の符号化装置が動作
しなかつたり、符号化装置と復号化装置とを結ぶ
信号線150が不通、あるいは瞬断したときであ
り、正常動作時には符号化結果Uj′は毎時刻いろ
いろな値をとり、量子化ステツプサイズΔの値も
ある範囲内で変化する。そこでこの実施例では逆
量子化器162から信号線521を介して出力さ
れる量子化ステツプが判定回路550に入力さ
れ、その値が正常時にはとり得ないような値であ
ると判定されるときには信号線551を介して
“0”が出力され、それ以外のときは“1”が出
力される。
論理積回路560には復号信号X^j′と判定回路
550から出力される“1”あるいは“0”が入
力され、その論理積が出力端子168に出力され
る。従つて符号化結果Uj′が毎時刻同一の値をと
つて、量子化ステツプが通常取り得ないような値
になつたときには、復号装置160の出力は零と
され、それ以外のときは復号信号X^j′が出力され
る。このようにして符号化装置100が動作しな
かつたり符号化装置と復号化装置とを結ぶ信号線
150が不通、あるいは瞬断して送られてくる符
号化結果が毎時刻同一値となつても復号化装置1
60の出力が非常に大きな直流信号や発振信号に
なることはない。
尚、以上説明した実施例では第5図、第6図の
中で破線で囲つた部分500に第1図における適
応差分復号化装置160と同一のものを用いた
が、この場合に限らず、第4図に示した適応差分
復号化装置160を用いてもよい。
以上説明したように、この発明は適応差分符号
化装置の故障や、通信回線の不通、瞬断等により
適応差分復号化装置に入力される符号化結果が毎
時刻同一の値となつても適応差分復号化装置から
は非常に大きな直流信号や発振信号が出力された
りすることのない適応差分復号化装置を実現でき
る極めて有用なものである。なお上述において各
種処理を電子計算機によつて行つてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3図および第4図はそれぞれ従来の
適応差分符号化装置と適応差分復号化装置の例を
示すブロツク図、第2図は量子化器の量子化特性
を示す図、第5図はこの発明の実施例を示すブロ
ツク図である。 100:適応差分符号化装置、110:入力端
子、111:減算器、114:量子化器、11
5:予測フイルタ、117:逆量子化器、11
9:加算器、121:出力端子、160:適応差
分復号化装置、161:入力端子、162:逆量
子化器、164:加算器、167:予測フイル
タ、168:出力端子、500:従来の適応差分
復号化装置、550:判定回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 符号化すべきデイジタル入力信号とその入力
    信号に対する予測値との差を適応量子化し、その
    適応量子化された差信号を符号化結果として出力
    すると共に前記適応量子化された差信号を適応逆
    量子化し、その適応逆量子化した値に基づき前記
    入力信号に対する予測値を得る適応差分符号化に
    対応する適応差分復号化方法において、前記符号
    化結果を入力とし、適応逆量子化により再生差信
    号を求め、その再生差信号と予め求められた予測
    値との和をとつて前記デイジタル入力信号に対す
    る復号信号を求めた後、前記再生差信号および前
    記復号信号から次の予測値を求めると共に、前記
    適応逆量子化において得られる量子化ステツプ情
    報を監視することにより、前記符号化結果が毎時
    刻同一の値となつているか否かを判定し、前記符
    号化結果が毎時刻同一の値であると判定されたと
    きには出力信号を零としそれ以外のときは前記出
    力信号を前記復号信号とすることを特徴とする適
    応差分復合化方法。 2 符号化すべきデイジタル入力信号とその入力
    信号に対する予測値との差を求める減算器と、そ
    の減算器から出力される差信号を入力とし、前記
    差信号の大きさに応じて適応的に量子化ステツプ
    サイズを変えて量子化を行なつた結果を符号化結
    果として出力する適応量子化器と、その適応量子
    化器の出力を入力とし適応逆量子化により再生差
    信号が出力される適応逆量子化器と、前記再生差
    信号と前記予測値とを入力とする加算器から出力
    される局部復号信号又は前記再生差信号を入力と
    して、前記予測値が出力される予測器とからなる
    適応差分符号化装置に対応する適応差分復号化装
    置として、前記適応量子化器から出力される前記
    符号化結果を入力として適応逆量子化により再生
    差信号が出力される前記適応逆量子化器と、前記
    再生差信号と予測値とを入力して復号信号を出力
    する加算器と、前記復号信号および前記再生差信
    号が入力されて、前記予測値を出力する予測器
    と、前記適応逆量子化器から出力される量子化ス
    テツプサイズ情報を入力として前記符号化結果が
    毎時刻同一の値となつているか否かを判定する判
    定回路と、その判定回路の出力と前記復号信号と
    を入力とし論理積を求め前記適応差分復号装置の
    出力とする論理積回路とからなる適応差分復号化
    装置。
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