JPH047857B2 - - Google Patents

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、例えば
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、かつ適応予測
により前記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め求められた
予測値とを加算器に入力して復号信号を得、その
復号信号又は前記再生差信号を適応予測器に入力
して予測係数を修正して次の予測値を出力し、更
に前記予測係数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
積回路に入力して復号出力を得る。

〈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x_j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e_j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U_j−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e_jの符号化がおこな
われ、その符号化結果U_j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。例えば入力
信号e_j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１１７
の出力である。例えば量子化器１１４の符号化結
果U_jがU²であつたときには、逆量子化器１１７
の出力はS2とる。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U_jに応じて適
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U_j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、U_j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-1／_o 〓ⁱ⁼¹ （X_j-i）² (2) Cⁱ _j+1＝Cⁱ _j＋ｇ・e^_j・Sign（X^_j-1）／_o 〓ⁱ⁼¹ ｜X_j-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＋g¹・（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U¹ _j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^¹ _jが信号線１６３を介して出力されて加算器１６
４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〓¹ _jと再生差信号e^¹ _jとが加算され、復号信号x^¹
_j
が信号線１６６を介して出力される。この復号信
号x^¹ _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-i／_o 〓ⁱ⁼¹ （e_j-i）² (5) Cⁱ _j+1＝Cⁱ _j＋ｇ・e^_j・Sign（X^_j-i）／_o 〓ⁱ⁼¹ ｜e_j-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１
６０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。従つて
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１６
０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。

〈実施例〉 第５図はこの発明の適応差分復号化装置の実施
例を示す。図中破線で囲つた部分５００は第１図
に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へ
の入力は予測フイルタ１６７で用いられるフイル
タ係数である。これは適応予測で用いられる予測
係数の修正アルゴリズムとして前述したような式
(2)，(3)あるいは(4)を用いた場合に、復号化装置に
入力端子１６１を介して送られてくる符号化結果
U¹ _jが毎時刻同一の値となると、予測係数の修正
項が毎時刻ほぼ同じ値となり、予測係数の値が通
常とり得ないような値となつてしまう点に着目し
て、判定回路５５０の入力を予測係数としたもの
である。予測係数の修正項が毎時刻同一の値にな
つているか否かが判定回路５５０で判定される。
予測係数の修正項が毎時刻同一の値であると判定
されたときには判定回路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U¹ _j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U¹ _j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^¹ _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^¹ _jにもあらわれてし
まう。

送られて来る符号化結果U¹ _j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U¹ _jは毎時刻いろ
いろな値をとり、予測係数の修正項の値もある範
囲内で変化する。そこでこの実施例では予測フイ
ルタ１６７から出力される予測係数の修正項が判
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
“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^¹ _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U¹ _jが毎時刻同一の値をと
つて、予測係数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^¹ _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１６０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３図、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なつてもよい。

【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、かつ適応予測により前記予測値を得る
   適応差分符号化方法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予測係数を修正
   して次の予測値を求めると共に、前記予測係数を
   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、それ以外のときには前記
   出力信号を前記復号信号とすることを特徴とする
   適応差分復号化方法。 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からフイル
   ター係数を修正すると共に適応予測により前記予
   測値を得る適応予測器とからなる適応差分符号化
   装置に対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を出力する
   適応逆量子化器と、前記再生差信号と予測値とを
   入力と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により予測係数を修
   正して次の予測値を出力する適応予測器と、前記
   予測係数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
   する論理回路とからなる適応差分復号化装置。