JPH05276051A - 音声・音響可変レート伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音声・音響符号化伝送装置における符号化伝
送品質を一定にする。 【構成】 帯域分割した音声・音響信号の各帯域毎に、
量子化器１９、２２、逆量子化器２０、２２、及びスケ
−ルファクタ更新部２１、２４からなる複数の量子化部
１７、１８と、スケールファクタ算出器２５と、スケ−
ルファクタとスケ−ルファクタしきい値からビット配分
を算出するビット配分制御部３と、そのビット配分制御
部３からの配分情報をもとに量子化部を切換える切換え
器１６を具備する。ビット配分制御部３では、スケ−ル
ファクタしきい値を設定し、スケ−ルファクタとの比較
を行い、その結果より符号化するビット数を決定する。
符号化ビット数の決定を各帯域で独自に行い、伝送レ−
トは可変となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声・音響信号の適応
差分ＰＣＭ符号化（ＡＤＰＣＭ符号化）伝送を可変レ−
トにて行うものである。

【０００２】

【従来の技術】信号の符号化伝送には、固定レ−トによ
るものと可変レ−トによるものがある。また固定レ−ト
においても、帯域分割合成フィルタ等により信号帯域を
幾つかに分割したとき、各サブ帯域へ配分するビット数
を固定にする固定配分と可変にする適応配分がある。音
声・音響信号は一般にスペクトルの偏りがあるため、こ
の様に帯域を幾つかに分割して、スペクトルの強い帯域
に多くのビット数を配分することは有効である。時間と
共に変動するスペクトルの平均的な値から配分ビットを
割り出し、常にそのビット配分で符号化を行うものを固
定配分と呼び、スペクトルの時間変動に応じて、そのス
ペクトルに最も合うビット配分を選んでいくものを適応
配分と呼ぶ。従来技術として、２分割による固定レ−ト
適応配分を説明する。図８にブロック図を示す。詳細は
次の参考文献による。 参考文献名：「ステレオHiFiオ−ディオ符号化方式の一
検討」電子情報通信学会、ディジタル信号処理研究専門
委員会、第３回ディジタル信号処理シンポジュウム、第
１９５頁〜第１９７頁。

【０００３】図８において、音声・音響信号は帯域分割
フィルタ部７０により分割される。この例では２分割で
ある。分割された信号は、各ＡＤＰＣＭ符号化部７１
ａ、７１ｂで符号化される。符号化されたデ−タは、マ
ルチプレクサ部７３で各帯域合わせて伝送路７４に送出
される。符号化に用いるビット数の合計は一定で、伝送
レ−トは固定となる。参考文献の場合、計８ビットであ
り、低域と高域のビット数を６／２、５／３、４／４な
る３種類に切換えている。この切換えを判断する部分が
ビット配分制御部７２である。ビット配分制御部では、
各帯域のスケ−ルファクタを比較してビット配分の切換
えを行う。参考文献では、以下のようにしている。 ΔＬ／ΔＨ ＜ ２ ： ４／４ビット ２ ≦ ΔＬ／ΔＨ ＜ ８ ： ５／３ ８ ≦ ΔＬ／ΔＨ ： ６／２ ただし、ΔＬは低域のスケ−ルファクタ、ΔＨは高域の
スケ−ルファクタ。ＡＤＰＣＭ符号化部７１ａ、７１ｂ
では、エンベデット方式を採用している。低域では６ビ
ット、高域では４ビットにて量子化を行い、マルチプレ
クサ部７３に送る。マルチプレクサ部７３ではビット配
分制御部７２の情報をもとにビットを削り、６／２、５
／３、４／４ビットとする。

【０００４】ＡＤＰＣＭ符号化部７１ａ、７１ｂの内部
では、ビット削除部（図示せず）で各々２ビット削り、
低域４ビット高域２ビットで予測動作を行うため、マル
チプレクサ部でビットを削ってもＡＤＰＣＭ符号化器７
１ａ、７１ｂの内部の動作に影響はない。また受信側で
も同様な動作を行うため、送受信間の不整合は起こらな
い。また、この部分では、エンベデット方式の他に低域
で６、５、４ビット、高域で４、３、２ビットのＡＤＰ
ＣＭ符号化部を持ち、適応的に選択切換えていく方式も
ある。受信側では、伝送されてきたデ−タをデマルチプ
レクサ部７５で各帯域に分配する。これは受信側ビット
配分制御部部７６の情報によるが、このビット配分制御
部は送信側と同様の動作を行う。分配されたデ−タは、
各ＡＤＰＣＭ復号部７７ａ、７７ｂで復号され、帯域合
成フィルタ部７８で帯域合成され出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような固定レ−ト
適応配分法は、信号の特性に合わせてビット配分を変え
ていくため、ビット配分を固定とするより柔軟に符号化
できる。しかし、音声・音響信号には無音部（ここでは
量子化されるべき残差信号は小さい）、極端に強い部分
（残差信号大きい）、音の強弱、色調の変化の激しい部
分（予測が出来ないため残差信号大きい）などがあり、
これらを同じビット数で符号化することは非効率的であ
る。残差信号の大きさに合わせて符号化のビット数を変
えていくことは、より柔軟で合理的である。本発明は、
可変レ−トにて ＡＤＰＣＭ符号化伝送を行う装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、音声・音響信
号を複数の帯域信号に分割する帯域分割手段を具備し、
また、各帯域毎に独立に、量子化器、逆量子化器、及び
スケ−ルファクタ更新器からなる量子化部と、スケール
ファクタ算出部と、スケ−ルファクタとスケ−ルファク
タしきい値からビット配分を算出するビット配分制御部
と、そのビット配分制御部からの配分情報をもとに量子
化部を切換える切換え器とを具備する。

【０００７】

【作用】本発明では、各帯域毎にスケ−ルファクタしき
い値を設定し、スケ−ルファクタとの比較を行い、その
結果より符号化するビット数を決定する。符号化ビット
数の決定を各帯域で独自に行い、合計ビット数の制限は
なしとし、伝送レ−トは可変となる。各帯域に用意した
複数の量子化部を、ビット配分の配分情報により切換え
る。

【０００８】

【実施例】図２に本発明の一実施例のブロック図を示
す。これは帯域を２分割したものである。図２におい
て、音声・音響信号Ｓ１は帯域分割フィルタ部１により
帯域分割される。この場合、２分割である。分割された
信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは、各ＡＤＰＣＭ符号化部２ａ、２
ｂで符号化される。符号化ビット数はビット配分制御部
３ａ、３ｂで決定される。ビット配分制御部３ａ、３ｂ
は各帯域独立している。符号化されたデ−タＳ３ａ、Ｓ
３ｂは、マルチプレクサ部４で各帯域合わせて伝送路５
に送出される。受信側では、デマルチプレクサ部６で受
信デ−タＳ４を各帯域に分配する。これはビット配分制
御部８の情報によるものであるが、送信側と同じ動作を
するため送受信間の不整合は生じない。各帯域に分割さ
れたデ−タＳ５ａ、Ｓ５ｂは、各々のＡＤＰＣＭ復号部
７ａ、７ｂで復号され、その復号信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂは
帯域合成フィルタ部９で帯域合成され出力Ｓ７される。

【０００９】図１に、図２における送信側の主要部（１
つの帯域に対応したもの）の詳細ブロック図を示す。図
１は、簡略化のために、１つの帯域に関して４ビットと
３ビットの２つの量子化部とを備えた構成にしている
が、実用的には、各帯域の特性や要求品質、伝送レ−ト
等を考慮して装備し、信号の弱い帯域では例えば２〜５
ビットの５つの量子化部で符号化を行い、信号の強い帯
域では例えば４〜１０ビットの６つの量子化部を用いて
符号化を行う。図１において、１５は減算器、１６は切
換え器、１７は４ビットの量子化部、１８は３ビット量
子化部であり、量子化部１７は、量子化器１９、逆量子
化器２０、及びスケ−ルファクタ更新部２１からなり、
量子化部１８は、量子化器２２、逆量子化器２３、及び
スケールファクタ更新部２４からなる。また、２５はス
ケ−ルファクタ算出部、２６は予測部であり、それらは
両量子化部１７、１８に共通となる。

【００１０】図３に、図２における受信側の主要部（１
つの帯域に対応したもの）の詳細ブロック図を示す。図
３において、３０は切換え器、３１は４ビットの量子化
部、３２は３ビット量子化部であり、量子化部３１は、
逆量子化器３３、及びスケ−ルファクタ更新部３４から
なり、量子化部３２は、逆量子化器３５、及びスケール
ファクター更新部３６からなる。また、３７はスケ−ル
ファクタ算出部、３８は予測部であり、それらは両量子
化部３１、３２に共通となる。

【００１１】次にＡＤＰＣＭ符号化動作を図１と図４と
を用いて説明する。図４はＡＤＰＣＭ符号化動作を示す
フロ−チャ−トである。まず帯域信号Ｓ２が入力し（図
４のステップ４５）、減算器１５で予測信号との差をと
り、残差信号が算出される（図４のステップ４６）。こ
の残差信号を何ビットで量子化するかの配分情報をビッ
ト配分制御部３からもらい、切換え器１６で切換える
（図４のステップ４７）。ビット配分の配分情報が４ビ
ットであれば４ビットの量子化器１９で量子化し（図４
のステップ４８）、その結果をマルチプレクサ部４へ出
力する（図４のステップ５０）。配分情報が３ビットで
あれば３ビット量子化器２２で量子化し（図４のステッ
プ４９）出力する（図４のステップ５０）。量子化され
たデ−タＳ３は逆量子化器２０または２３で逆量子化さ
れ（図４のステップ５１または５２）、この量子化残差
信号をもとに予測器２６で予測動作が行われる（図４の
ステップ５３）。

【００１２】ここで量子化のビット数が変わったときに
予測動作がおかしくならないように、各量子化器１９、
２２の整合をとっておく。図６はこれを説明するための
量子化器特性説明図であり、３ビットの最大量子化値ｑ
（４）と４ビットの最大量子化値ｑ（８）及びｑ（７）
とに対する入力値（Ｓ２）の範囲をほぼ同じにしておく
ことにより、量子化ビット数が変化したとしても、前の
量子化器からスム−ズに移行できることになる。また量
子化されたデ−タＳ３をもとに、量子化部１７または１
８のスケ−ルファクタ更新部２１または２４において、
内蔵するスケールファクタテーブルを用いて対数領域で
のスケ−ルファクタの更新が行われる（図４のステップ
５４または５５）。ここでもスケ−ルファクタの値は、
３ビットに関する４個のスケールファクタが、４ビット
に関する８個のスケールファクタの１つ置きのものに、
ほぼ同じになるようにして、各量子化部１７、１８で整
合をとっておく。スケ−ルファクタの更新後、スケ−ル
ファクタ算出部２５で次サンプルに対する線形領域での
スケ−ルファクタを算出する（図４のステップ５６）。
このスケ−ルファクタは次サンプルの量子化ビット数が
３ビットでも４ビットでも用いられる。そして、このス
ケ−ルファクタを用いてビット配分制御部３で次サンプ
ルのビット配分が算出される（図４のステップ５７）。

【００１３】ここでスケ−ルファクタを用いたビット配
分算出について説明する。ビット配分を算出する要素の
条件として、残差信号と関連性があること（量子化され
る信号は残差信号であるため）、送受信間で同値をとる
パラメ−タであること、次サンプルを予測したものであ
る（受信側で、入ってきたデ−タ列のうち今回のサンプ
ルには何ビット配分されるか知る必要があるため）を考
慮し、これらの条件に合うものとしてスケ−ルファクタ
を採用し、量子化伝送における品質を一定に保つために
は量子化誤差を一定にするように制御することにした。

【００１４】今、スケ−ルファクタをΔとし量子化器の
値をｑ（ｉ）とすると、量子化誤差は、ほぼ ｑ（ｍａｘ）＊Δ／２の（量子化ビット数ー１）乗 で表せる。図５の３ビット量子化器の例では、 ｑ（４）＊Δ／４ となる。量子化器のビット数を変えても、量子化最大値
ｑ（ｍａｘ）をほぼ同じ値にしておけば量子化誤差は、 Δ／２の（量子化ビット数ー１）乗 に比例する。故にスケ−ルファクタが２倍になったとす
れば、ビット数を１増せば量子化誤差はほぼ一定にな
り、品質も一定となる。すなわち、スケ−ルファクタの
しきい値を決め、スケ−ルファクタ値がしきい値未満で
あれば最低ビット数の量子化器をあてる。図２の例では
３ビットである。スケ−ルファクタ値がしきい値以上で
あれば４ビットの量子化器をあてる。３つ以上の量子化
部を持っている場合は、しきい値の２倍未満、４倍未満
で振り分けを行う。

【００１５】次にビット配分制御動作を図１と図５とを
用いて説明する。図５はビット配分制御動作を示すフロ
−チャ−トである。初期設定として、スケ−ルファクタ
しきい値△ｔｈ、最低配分ビット数ＩＢmｉn 、最高配
分ビット数ＩＢｍａｘ を決める（図５のステップ６
０）。ＩＢmｉn 、ＩＢｍａｘ は、その帯域で持ってい
る量子化器により決まり、△ｔｈは品質・伝送レ−ト等
を考慮して決める。まず、スケ−ルファクタ△が入力す
る（図５のステップ６１）。そして、配分ビットＩＢを
最低配分ビット数ＩＢmｉn とする（図５のステップ６
２）。もしスケ−ルファクタ△がスケ−ルファクタしき
い値△ｔｈ未満であれば（図５のステップ６３）、その
配分ビットＩＢすなわち最低配分ビット数ＩＢmｉnを配
分情報として出力する（図６のステップ６７）。

【００１６】他方、スケ−ルファクタしきい値△ｔｈ以
上であれば、スケ−ルファクタ△を１/２倍し（図６の
ステップ６４）、配分ビットＩＢを１増して（図５のス
テップ６５）、スケ−ルファクタしきい値△ｔｈとの比
較を行う（図５のステップ６３）。そして、このスケ−
ルファクタ△の１/２倍とスケ−ルファクタしきい値△
ｔｈとの比較とを、スケ−ルファクタしきい値△ｔｈ未
満になるまで繰り返す。そして、もし、配分ビットＩＢ
が、最高配分ビット数ＩＢｍａｘ 以上であれば（図５
のステップ６６）、最高配分ビットＩＢｍａｘ を配分
情報として出力する（図５のステップ６７）。ビット配
分制御部３による配分情報は、切換え器１６、３０に行
くともにマルチプレクサ部４、デマルチプレクサ部６に
行き、伝送デ−タの組み立てまたは分解使用される。但
し、配分情報自体は伝送しない。

【００１７】図７に、音楽を可変レ−トで符号化した場
合のビット配分実験例を示す。図７において、上の帯域
には４〜１０ビットの量子化器を割り当て、下の帯域は
２〜５ビットとした。グラフの前後の無音部では最低ビ
ット（４ビット及び２ビット）で符号化を行い、信号の
強いところでは最高ビットで符号化を行っている。この
ように、信号の特性に合わせて符号化が行われているこ
とがわかる。なお、図７の各値は、３８４個のサンプル
の平均であるため非整数となっている。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、スケールファクタの大きさに応じて、伝送データ
のビット数を可変にしているため、信号の特性に合わせ
て符号化が行われ、効率的な符号化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２における送信側の主要部（１つの帯域に対
応した）の詳細ブロック図

【図２】本発明の一実施例を示すブロック図

【図３】図１における受信側の主要部（１つの帯域に対
応した）の詳細ブロック図

【図４】図１におけるＡＤＰＣＭ符号化動作のフロ−チ
ャ−ト

【図５】図１におけるビット配分制御動作のフロ−チャ
−ト

【図６】図１における量子化器の特性説明図

【図７】図２の実施例による、ビット配分実験例の説明
図

【図８】従来技術の説明図

【符号の説明】

３ ビット配分制御部 １５ 減算器 １６ 切換え器 １７ ４ビットの量子化部 １８ ３ビット量子化部 １９ 量子化器 ２０ 逆量子化器 ２１ スケ−ルファクタ更新部 ２２ 量子化器 ２３ 逆量子化器 ２４ スケールファクタ更新部 ２５ スケ−ルファクタ算出部 ２６ 予測部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声・音響信号を複数の帯域信号に分割
   する帯域分割手段を有し、 量子化器、逆量子化器、及びスケ−ルファクタ更新器か
   らなる量子化部を各帯域毎に複数有し、 次のサンプル時刻のスケールファクタを計算するスケ−
   ルファクタ算出部、及び予測部とを、各帯域毎に有し、 スケ−ルファクタとスケ−ルファクタしきい値からビッ
   ト配分を算出するビット配分制御部を各帯域毎に有し、 そのビット配分制御部からの配分情報をもとに前記量子
   化部を切換える切換え器を各帯域毎に有する、 ことを特徴とする音声・音響可変レート伝送装置。