JPH06101707B2

JPH06101707B2 - 音声符号化複号化方式

Info

Publication number: JPH06101707B2
Application number: JP62259035A
Authority: JP
Inventors: 宏藤谷; 久太斎藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH01101745A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、音声符号化復号化方式に関し、詳しくは、高
能率の音声通信システムにおいて、パケットフロー制御
等でパケットの廃棄等が生じても音声を正しく復元でき
る符号化復号化方式に関する。

〔従来の技術〕

音声は、普通、約3KHzまでの伝送帯域を使用して送信さ
れるが、これを1/10以下の帯域に減少させることによ
り、通話できる回線の数を増加する方法（音声の狭帯域
伝送）が提供されている。

このように、音声は、元来、冗長度が大きいため、その
冗長度を抑圧して、より効率よく伝送することが可能で
あり、そのための方法として、音声の有音部分のみを送
出する方法も提案されている。

また、有音部分のみを抽出し、それをパケット伝送によ
り送信する方法も提案されている。

パケット伝送においては、受信できるバッファのデータ
量に限界があるため、送信されたパケットの量を制御す
る必要がある。この制御をフロー（流量）制御と呼ぶ。
バッファ制御方式によりフロー制御を行う場合、パケッ
ト端末は、受信シーケン番号を返送する時期を自端末の
バッファ量に応じて定めることにより、入力するパケッ
トの量を制御する。通信網においても、パケットの転送
を行うためのバッファが必要であるため、端末から入力
されるパケット数に見合ったバッファを設ける。そし
て、これらのバッファが一杯になるまでパケットを滞留
させるが、パケットの網内滞留数が網のバッファ容量を
越えると、データ送信端末に対して受信不可パケットを
送出して入力規制を行い、バッファに空きが生じたとき
に入力規制を解除する。

その場合に、伝送路のエラーやバッファのオーバフロー
等により、パケットの紛失や廃棄を生じることがあり、
そのときの再生時には伝送品質の劣化を引き起す。

また、網の輻輳時には、フロー制御のために、積極的に
パケットを廃棄する必要がある。その場合の欠落した音
声の再生方法として、欠落した音声の前後の音声区間か
ら最適なものを選択して、それを欠落部分に挿入する等
の方法が提案されている。しかし、この方法は、フロー
制御のように大きな頻度で欠落が発生した場合には、品
質の劣化が大きいため、あまり適当な方法ではない。

また、欠落した音声を回復するための別の方法として、
パケットイッタリーブ法がある。これは、Ｎ個の音声パ
ケット間で適当にサンプル値を入れ換えてから送出する
方法である。この方法では、パケットが１つ欠落して
も、音声が連続して欠落しないため、連続欠落よりも品
質の劣化は小さくてすむ。さらに、再生の際に、前後の
サンプル値を基に、適当な方法で補間すれば、品質の劣
化は殆んど無視することができる。

上記の方法は、フロー制御にも適用することができる。
例えば、Ｎ＝２として、偶数番目のサンプル値のパケッ
トと奇数番目のサンプル値のパケットに分け、フロー制
御時には、どちらか一方のパケットを廃棄する。再生側
では、１サンプル置きの音声データからそれぞれの間の
データを適当に補間して、再生すればよい。この方法を
用いることにより、50％の情報量削減が可能となるた
め、パケット廃棄しない場合に比べて品質の劣化は否定
できないものの、情報伝達に必要な最低の品質は保証で
きる。また、例えば、Ｎ＝４とすれば、25％の廃棄率に
することができるので、品質も50％廃棄の場合よりも向
上させることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述のインタリーブが可能となるのは、μ1awP
CM符号のように、符号化が現在入力しているサンプル値
だけで行うような符号の場合で、ADPCMのように、過去
のサンプル値を利用して符号化する方法では適用できな
い。すなわち、μ1awPCM等では、パケットが廃棄される
と、受信側で正しく再生できないのは、その欠落した部
分のみであって、受信したパケットは全て正しく復号す
ることができる。しかし、ADPCMのような差分符号化で
は、前の情報が欠落すると、その後のデータも影響を受
けるため、正しい符号を受信しても正しく復号できな
い。従って、ADPCMにおいては、１サンプル置きに符号
が抜けると、殆んど正しい復号は不可能となる。

ところで、最近では、音声の冗長度抑圧方法として、有
音部分のみを送る方法だけでなく、符号化自体のアルゴ
リズムで冗長度を抑圧した低ビットレート符号化を用い
る傾向にある。

しかし、そのような高能率符号化の場合には、上述のよ
うにパケット廃棄が生じると、その後は正しい復号がで
きなくなり、その結果、フロー制御時にパケット廃棄が
できなくなるという問題が生じていた。

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、ADPC
M符号のように高能率符号により音声パケットを伝送す
る場合、フロー制御等のためにパケットを廃棄したとき
にも、正しく復号化できる音声符号化復号化方式を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の音声符号化復号化方
式は、音声をμlawPCM符号,AlawPCM符号のうちの１つか
ら、さらに冗長度を圧縮した高能率符号化して伝送する
音声通信システムにおいて、Ｎ個の高能率符号化回路を
備えた送信装置と、該高能率符号化回路に対応したＮ個
の高能率復号回路を備えた受信装置とからなり、該送信
装置は、μlawPCM符号,AlawPCM符号およびリニアのPCM
符号のうちの１つのサンプル値系列を入力し、該サンプ
ル値系列をＮサンプル置きに取り出したＮ個の系列、す
なわち入力系列の１番目、Ｎ＋１番目、2N＋１番目・・
・のサンプル値よりなる系列、２番目、Ｎ＋２番目、2N
＋２番目、・・・のサンプル値よりなる系列、・・・Ｎ
番目、2N番目、3N番目、・・・・のサンプル値よりなる
系列のＮ個の系列に振り分ける手段と、該Ｎ個の系列を
それぞれ独立に高能率符号化する手段と、Ｎ種類の符号
化出力をパケット化して回線に送出する手段とを有し、
かつ上記受信装置は、受信した信号をＮ個のサンプル値
系列に振り分ける手段と、振り分けられたＮ種類のサン
プル値系列を独立に高能率符号の復号化処理を行う手段
と、Ｎ個の復号系列を合成して元のＮ個のサンプル系列
に振り分ける前のμlawPCM符号,AlawPCM符号およびリニ
アのPCM符号系列のうちの１つを復元する手段とを有
し、受信装置は、受信すべきＮ種類のサンプル値系列の
うち、廃棄されたか、受信不可能な欠落のサンプル値系
列を識別し、受信したサンプル値系列に対しては、上記
復号化処理を行う手段により復号し、欠落したサンプル
値系列に対しては、上記復号結果を基にして補間処理を
行い、該復号結果と補間処理結果とを合成して、元のサ
ンプル値系列を復元することを特徴としている。

〔作用〕

本発明においては、ADPCMの符号化の前に、Ｎ個置きに
抽出したＮ種類のサンプル値系列に分けて、それぞれを
独立してADPCM符号化し、受信側ではそれぞれに対応し
て独立にADPCMの復号を行うのである。

すなわち、ADPCM符号のような予測差分符号化では、符
号化時の符号化回路の内部状態とそれを復号するときの
復号回路の内部状態とが同期していないと、正しい復号
ができない。従って、符号が伝送時に１サンプル抜ける
と、その後の符号を復号する時には、その符号が符号化
された時の内部状態と異なるために正しい復号ができな
いわけである。そこで、本発明においては、ADPCMの符
号化後に音声サンプルをドロッピングするのではなく、
符号化の前にドロッピングすることが基本原理である。

〔実施例〕

以下、本発明の原理および実施例を、図面により詳細に
説明する。

第２図は、ADPCM符号による音声パケット通信システム
の一例を示すブロック図である。

第２図において、１はμlawPCM化された入力音声、２は
パケット送信装置、３はパケット網、４はパケット受信
装置、５はμlawPCM化された出力音声である。送信装置
２において、６は信号処理演算のために、μlawPCMをリ
ニアPCM符号に変換する回路、７は音声検出処理回路で
あり、有音だけをパケット化して送出する場合に必要と
なる。８は伝達すべき音声符号をADPCM符号化する回
路、９はADPCM化された符号をパケットにまとめて送出
する回路である。また、受信装置４において、10はパケ
ットを受信して、ヘッダ内容を解読し、これを分解する
回路、11は遅延時間のゆらぎを吸収し、一定化する回
路、12はADPCMの復号回路である。

μlawPCM化された音声１を送信装置２に入力すると、伸
張回路６では、μlawPCM化された音声をリニアPCM符号
に変換する。リニアPCM符号は次段の有音検出処理回路
７で有音だけが抽出され、ADPCM符号化回路８でADPCM符
号に変換される。ADPCM符号は、パケット化回路９にお
いてパケット化され、パケット網３に送出される。

パケット網３から送信されたパケットは、受信装置４の
パケット分解回路10において、ヘッダの内容が解読され
た後、分解される。分解されたパケットは、遅延ゆらぎ
制御回路11で遅延時間のゆらぎが吸収され、ADPCM復号
回路12で復号される。

第３図は、第２図における再生音声の復号状況説明図で
ある。

第２図に示す音声パケット通信システムにおいて、途中
でパケットが廃棄された場合には、受信装置で正しい復
号できないことを示している。

（ａ）はパケット廃棄をしない場合の再生出力信号波形
であり、（ｂ）はパケット廃棄した場合の再生出力信号
波形であり、（ｃ）は（ａ）の波形と（ｂ）の波形の差
に相当する誤差信号波形である。

パケット廃棄しないときには、復号回路12でADPCM復号
することにより、第３図（ａ）のように、正しく復号さ
れた波形が出力される。しかし、（ｂ）のように破線の
部分だけパケット廃棄を行うと、ADPCM符号を復号して
も、廃棄した部分だけ抜けてしまい、かつそれだけでな
く、廃棄後の波形も正しく復号されていないことが、
（ｃ）から明らかとなる。すなわち、（ａ）−（ｂ）の
誤差信号波形（ｃ）は、パケット廃棄の部分のみなら
ず、それ以後の部分まで波形が現われてしまう。このこ
とは、廃棄部分以降は全部正しく復号されないことを意
味している。

第４図は、従来におけるμlawPCMの場合のインタリーブ
方式の説明図である。

ここでは、２つのパケット間でのインタリーブの例を示
している。

第４図において、13はパケット送信装置、14はパケット
受信装置、３はパケット網である。パケット送信装置13
において、15は有音検出回路であって、必要な場合に
は、演算のためのリニア符号への伸張機能をも含んでい
る。16は奇数番目のサンプル値をパケット化する回路、
17は偶数番目のサンプル値をパケット化する回路であ
る。また、パケット受信装置14において、18はパケット
を受信、分解する回路、19は奇数パケットと偶数パケッ
トとのサンプル値を相互に挿入して、元の音声系列に合
成する回路、20はパケットが廃棄された場合に、抜けた
サンプル値を補間する回路である。

第５図は、第４図に示す通信システムにおける通信例を
説明する図である。（ａ）は送信する前の音声波形、
（ｂ）は奇数番目のサンプル値を取り出したもので、こ
れが奇数パケットとして送出される。（ｃ）は同じく偶
数番目のサンプル値を取り出したもので、これが偶数パ
ケットとして送出される。（ｄ）は例えば、偶数パケッ
トが廃棄された場合に補間処理して出力した波形であ
る。

第５図（ａ）に示すように、音声波形をμlawPCM化する
場合、１パケット当り８個のサンプル値を取り出す。奇
数番目のサンプル値のみを取り出すと、（ｂ）に示すよ
うに、1,3,5,7,……の系列となり、偶数番目のサンプル
値のみを取り出すと、（ｃ）に示すように、2,4,6,8,・
・・・の系列となる。

いま、偶数番目のサンプル値が廃棄された場合には、第
５図（ｄ）の×印の系列のみとなるので、○印で示すよ
うに、前後の中間値で補間して挿入する。

このように、パケット廃棄されても、連続して欠落しな
いために、品質劣化は少ない。しかし、この方式はμla
wPCMに対して有効であって、これをADPCMに適用する
と、復号回路に入力される符号が一定間隔ごとに欠落す
るため、復号時に生じる再生誤差が収束しないうちに、
また次の欠落部分の再生誤差が生じ、正しい復号が不可
能となる。

第１図は、本発明の一実施例を示す音声パケット通信シ
ステムのブロック図である。

第１図において、21は入力音声信号であり、例えば、μ
lawPCM波形である。22は入力波形を奇数番目のサンプル
と偶数番目のサンプルに分ける回路、23はADPCMの符号
化回路、24,25はそれぞれのADPCMの符号化出力をパケッ
ト化する回路、26は回路24,25の出力を多重化して網に
送出する回路である。３は、網である。次に、27はパケ
ットを受信し、奇数パケットと偶数パケットを振り分け
る回路、28はADPCMの復号回路、29は２つのADPCMの出力
を合成あるいは補間する回路である。

先ず、入力されるμlawPCM符号系列を、偶・奇サンプル
振り分け回路22において、偶数番目と奇数番目のサンプ
ル値系列に分ける。次に、それぞれを独立に、ADPCM符
号化回路23でADPCM符号化し、それぞれ適当なヘッダと
ともにパケット化回路24,25でパケット化し、送出回路2
6で多重化して回線に送出する。受信側では、受信回路2
7でパケットヘッダにより偶数番目と奇数番目のサンプ
ル値系列に分解し、ADPCM復号回路28においてそれぞれ
に対してADPCMの復号を行う。それらの復号出力を、合
成補間回路29において交互に合成し、元の音声サンプル
系列を再生する。

この場合に、フロー制御を行うときには、パケット送出
時、あるいは網内において、偶数パケットかあるいは奇
数パケットのいずれか一方を廃棄する。例えば、送出回
路26あるいは網３において、第１図のように奇数パケッ
トのみを廃棄する。受信側では、廃棄されない方のパケ
ットのみを復号し、その出力は従来のμlawPCMの符号を
１サンプル置きにドロッピングしたものと同じように考
えて、例えば、前後のサンプル値の中間値を取るような
補間処理を行い、再生する。すなわち、第５図（ｄ）に
示すように、前後の中間値で補間すればよい。

第１図には、各ブロックの上方または下方に、処理波形
が示されている。奇数パケットを廃棄した後、受信側で
は、偶数パケットと奇数パケットのそれぞれを復号し、
合成補間回路29において、奇数サンプル値のみを前後の
中間値で補間する。

なお、実施例では、入力音声波形としてμlawPCM符号で
説明したが、この他にAlawPCM符号の場合でも適用可能
である。また、実施例では、Ｎ＝２の場合、すなわち偶
数と奇数のサンプル値に分けて処理を行っているが、Ｎ
を任意の複数個にした場合にも適用可能である。

すなわち、Ｎ個の符号化回路からなる送信装置とそれに
対応するＮ個の復号回路からなる受信装置より構成され
たシステムであり、送信装置に、μlawPCM符号またはAl
awPCM符号のサンプル値系列を入力して、これらのサン
プル値系列をＮサンプル置きに取り出したＮ個の系列に
振り分ける。この結果、１番目、Ｎ＋１番目、2N＋１番
目、3N＋１番目、・・・・・、のサンプル値からなる系
列と、２番目、Ｎ＋２番目、2N＋２番目、3N＋２番目、
・・・・のサンプル値からなる系列と、・・・・Ｎ番
目、2N番目、3N番目、・・・のサンプル値からなる系列
とに分けられる。これらＮ個の系列が独立して符号化回
路に入力して符号化された後、Ｎ種類の符号化出力がパ
ケット化されて回線に送出される。

受信装置においては、受信した信号をＮ個のサンプル値
系列に振り分け、それぞれ独立に復号回路に入力させて
復号処理を行い、Ｎ個の復号系列を合成して元のＮ個の
サンプル系列に振り分ける前のμlawPCM符号またはAlaw
PCM符号またはリニアPCM符号の系列を復元する。

従って、この場合に、パケットフロー制御で欠落がある
ときには、Ｎ種類のサンプル値系列のうち受信できなか
った系列を識別し、欠落した系列については、復号結果
により補間処理を行い、補間結果と復号結果とを合成す
ることにより、元のサンプル値系列を復元する。

このように、ADPCM符号等は過去の入力データを利用し
て符号化するので、途中符号が抜けると、その後の符号
が正しく伝達されても、正しく復号ができない。そこ
で、本発明では、ADPCM符号の符号化後に音声サンプル
値を廃棄するのではなく、ADPCM符号化前にサンプル値
を廃棄することにより、復号を正しく行って、その後に
補間等により廃棄されたサンプル値を補正する。これに
より、フロー制御時にパケット廃棄することができるの
で、高能率符号による音声パケット伝送が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ADPCM符号のよ
うに高能率符号により音声パケット伝送する場合、フロ
ー制御等のためにパケットが廃棄されたときでも、正し
く復号できるので、品質劣化を小さくすることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す音声符号化復号化方式
を用いた通信システムのブロック図、第２図はADPCM符
号による音声パケット通信システムの一例を示すブロッ
ク図、第３図は第２図におけるパケット廃棄の場合の再
生音声波形図、第４図はμlawPCM符号を用いた場合のパ
ケットインタリーブの回路例を示す図、第５図は第４図
におけるパケット廃棄の場合のサンプル値抽出方法の説
明図である。 21:入力音声信号（μlawPCM波形）、22:入力波形を奇数
番目のサンプルと偶数番目のサンプルに分ける回路、2
3:ADPCM符号化回路、24,25:ADPCM符号化出力をパケット
化する回路、26:多重化して回線に送出する回路、27:パ
ケットを受信して、奇数パケットと偶数パケットを振り
分ける回路、28:ADPCMの復号回路、29:2つのADPCMの出
力を合成または補間する回路、2,13:パケット送信装
置、3:パケット網、4,14:パケット受信装置、5:μlawPC
M化された出力音声、6,15:信号処理演算のためにμlawP
CMをリニアのPCM符号に変換する回路、7:有音検出処理
回路、8:音声符号をADPCM符号化する回路、9:ADPCM符号
をパケット化して送出する回路、10,18:パケットを受信
し、解読・分解する回路、11:遅延時間ゆらぎを吸収し
て一定化する回路、12:ADPCMの復号回路、16:奇数番目
のサンプル値をパケット化する回路、17:偶数番目のサ
ンプル値をパケット化する回路、19:奇数パケットと偶
数パケットとのサンプル値を相互に挿入して元の音声系
列に合成する回路、20:抜けたサンプル値を補間する回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音声をμlawPCM符号,AlawPCM符号のうちの
１つから、さらに冗長度を圧縮した高能率符号化して伝
送する音声通信システムにおいて、Ｎ個の高能率符号化回路を備えた送信装置と、該高能率
符号化回路に対応したＮ個の高能率復号回路を備えた受
信装置とからなり、該送信装置は、μlawPCM符号,AlawP
CM符号およびリニアのPCM符号のうちの１つのサンプル
値系列を入力し、該サンプル値系列をＮサンプル置きに
取り出したＮ個の系列、すなわち入力系列の１番目、Ｎ
＋１番目、2N＋１番目・・・のサンプル値よりなる系
列、２番目、Ｎ＋２番目、2N＋２番目・・・のサンプル
値よりなる系列、・・・Ｎ番目、2N番目、3N番目・・・
のサンプル値よりなる系列のＮ個の系列に振り分ける手
段と、該Ｎ個の系列をそれぞれ独立に高能率符号化する
手段と、Ｎ種類の符号化出力をパケット化して回線に送
出する手段とを有し、かつ上記受信装置は、受信した信
号をＮ個のサンプル値系列に振り分ける手段と、振り分
けられたＮ種類のサンプル値系列を独立に高能率符号の
復号化処理を行う手段と、Ｎ個の復号系列を合成して元
のＮ個のサンプル系列に振り分ける前のμlawPCM符号,A
lawPCM符号およびリニアのPCM符号系列のうちの１つを
復元する手段とを有し、該受信装置は、受信すべきＮ種
類のサンプル値系列のうち、廃棄されたか、受信不可能
な欠落のサンプル値系列を識別し、受信したサンプル値
系列に対しては、上記復号化処理を行う手段により復号
し、欠落したサンプル値系列に対しては、上記復号結果
を基にして補間処理を行い、該復号結果と補間処理結果
とを合成して、元のサンプル値系列を復元することを特
徴とする音声符号化復号化方式。