JPH0774649A

JPH0774649A - 可変ディジタル符号化レートによる量子化装置

Info

Publication number: JPH0774649A
Application number: JP3042889A
Authority: JP
Inventors: Alain Charbonnier; シャルボニエールアラン; Jean P Petit; ピエール・ペティジャン
Original assignee: France Telecom SA; Centre National dEtudes des Telecommunications CNET
Current assignee: Orange SA; France Telecom R&D SA
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1995-03-17
Also published as: DE69101508T2; EP0444993A1; DE69101508D1; US5124701A; FR2658676A1; FR2658676B1; EP0444993B1

Abstract

(57)【要約】【目的】音声や楽音などの複雑なアナログ信号とディ
ジタル信号とにおける量子化および逆量子化操作を簡単
な構成によって行なう。【構成】この装置は、確率密度が所定のラプラス変換
式で表される振幅信号について、振幅信号及び符号信号
を評価するオペレータ、振幅信号とディジタルコード数
値Ｎを結合させるオペレータ、およびしきい値が所定の
関係によって決定される固定量子化しきい値を用いた量
子化手段を含む量子化オペレータを具備する。さらに、
この装置は、逆量子化手段、標準コード化振幅信号とデ
ィジタルコード数値Ｎと加算によって結合してコード化
振幅信号を発生するオペレータ、および、コード化振幅
信号と符号信号とを結合してディジタル信号に対応した
再編成ディジタル信号を発生するオペレータを含む逆量
子化オペレータを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アナログ信号からデ
ィジタル信号への変換およびその逆変換に用いて好適な
可変自在なディジタル符号化レートによる量子化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】アナログ信号のディジタル変換のための
手順には、サンプルの量子化操作によって、上記アナロ
グ信号をサンプリングするための操作が含まれている。
サンプリング技術において、一般的な方法によって実行
されるサンプリング操作、すなわち、サンプルを繰返し
量子化することによるサンプリング操作は、量子化操作
によるしきい値の数値で、このサンプルの値を比較する
ことによって、それぞれのサンプルに対応するディジタ
ル・コード値を生じさせることに意味がある。

【０００３】上述した変換手順では、オリジナルのアナ
ログ信号に戻すことのために、ディジタル信号をデコー
ドするための手順も行なわれる。このデコード手順で
は、各ディジタル・コード値からサンプル値を戻す逆量
子化操作が用いられる。複数のディジタル・コード値ま
たは複数のディジタル・コードのセットは、ディジタル
・コード信号を形成する。オリジナルのアナログ信号
は、上記サンプル値をフィルタリングすることによって
得られる。そして、量子化オペレータおよび逆量子化オ
ペレータによって形成される構成体は、量子化装置とし
て示される。

【０００４】上述した量子化装置に関して、コード値ま
たはディジタル・コードの数量は、本質的な特性であ
る。実際、逆量子化オペレータによって形成されたディ
ジタル・コードまたはコード値は、通常、ビット情報に
よって表現される。それぞれのサンプルを表すために用
いられ、サンプリング周波数によって増加するビット数
は、これらサンプルのディジタル変換のためのビット・
レート（bit rate)を形成する。

【０００５】この量子化操作は、既にディジタル化され
たサンプルへも適用される。この操作では、サンプルを
変換するために用いられるディジタル・コード値の数が
減少する。以下に述べる説明では、上述した量子化操作
および逆量子化操作が既にディジタル化されたサンプル
に対して適用された場合について考察する。

【０００６】従来の量子化装置では、量子化を行なうオ
ペレータは、符号Ｎによって表されるディジタル・コー
ドの数（ビット数）Ｎ、Ｎ−１の値および符号ｘ_iによ
って特徴付けられる。ここで、添字ｉは、量子化開始の
順番を表す。習慣的に、ｉは、ｘ_iの最大値に対する１
からｘ_iの最小値に対するＮ−１へ変化する。これらの
関係は、ｘ_N-1＜ｘ_N-2＜．．．．．．＜ｘ₂＜ｘ₁と表す
ことができる。

【０００７】与えられたサンプルｘに対して、量子化オ
ペレータの出力の符号化された量子化信号Ｉは、次のよ
うに表される。ｉｆｘ＜ｘＮ−１Ｉ＝Ｎ−１ｉｆｘ_i＋１＜ｘ＜ｘ_i Ｉ＝ｉｉｆｘ１＜ｘＩ＝０

【０００８】すなわち、もし、サンプルｘがサンプルｘ
_N-1より小さければ、量子化信号Ｉは、Ｎ−１となる。
また、もし、サンプルｘがサンプルｘ_i+1より大きく、
サンプルｘ_iより小さければ、量子化信号Ｉは、ｉとな
る。そして、もし、サンプルｘがｘ₁より大きければ、
量子化信号Ｉは、０となる。逆量子化オペレータは、そ
れぞれのコード値または符号化された量子化信号を用い
て、符号ｙ_iで表される量子化レベルによって符号化さ
れた量子化信号Ｉをデコード化する。また、量子化信号
Ｉに対する量子化レベル数は、前述した値である０から
Ｎ−１をとるため、数値Ｎに等しくなる。

【０００９】逆量子化オペレータの出力に供給された信
号ｙは、以前に定義された符号化された量子化信号Ｉに
対して、ｙ＝ｙ_iという関係によって与えられる。出力
信号ｙ_iは、元の信号の重要な振幅範囲に関して、量子
化信号Ｉに従うコードに１対１に（相互に）関係してい
る。

【００１０】上述した量子化装置にとって、量子化オペ
レータの入力と逆量子化オペレータの出力との間の差信
号ｙ−ｘは、量子化ノイズと言われる。量子化ノイズの
電力は、量子化装置によって導かれる歪量である。量子
化オペレータおよび逆量子化オペレータの通常の計算に
は、信号ｘの確率強度を考慮に入れて、量子化のパラメ
ータであるしきい値ｘ_iまたはレベルｙ_iを決定すること
が含まれる。これは、量子化ノイズを最小にするためで
ある。Ｎの異なる値に対してのパラメータであるｘ_iお
よびｙ_iの値、ディジタル・コード数および量子化レベ
ル数のさらに完全な調査としては、ジョエル・マックス
（Joel Max）による参考文献、”Quantizing for minim
um distortion（最小ノイズのための量子化）”があ
る。

【００１１】この参考文献は、ＩＲＥｔｒａｎｓ．
Ｉｎｆｏｒｍ．ＴｈｅｏｒｙのｖｏｌＩＩ−６，ｐ
ｐ７−１２，Ｍａｒｃｈ１９６０に記載されている。
なお、一定でない確率密度関数の場合には、パラメータ
ｘ_iおよびｙ_iの正確な表現は、先の文献からは得られな
い。また、符号化された値の数値Ｎのそれぞれの値に対
しては、パラメータの与えられたセットに一致する。

【００１２】最近、音声および楽音の可変レート符号化
に対するアルゴリズムが研究されている。楽音および音
声は、ラプラス関数に非常に深く関係している不定な確
率強度ｐ（ｘ）を有しているため、上記アルゴリズムに
基づく符号化システムの構成として、いくつかの不定な
量子化オペレータの使用が要求される。すなわち、パラ
メータｘ_iおよびｙ_iのいくつかのセットが必要とされ
る。一方においては、異なるレートでの信号の符号化、
および他方においては、異なる特性の分割量子化が必要
とされる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の量子化装置では、例えば、符号化のアルゴリズム
は、１９８６年の６月のＣＣＩＴＴの勧告Ｇ７２２に記
載されている。このアルゴリズムでは、４０Ｈｚ〜７ｋ
Ｈｚの周波数帯の楽音信号のサンプルを、４８，５６ま
たは６４Ｋｂｉｔ／ｓｅｃ．のビットレートで符号化し
ている。この符号化のアルゴリズムを用いるには、符号
化を果すために、４つの異なる逆量子化オペレータが必
要とされる。また、量子化オペレータの数は、特に、か
わら状に重ねる符号化技術の導入においては、符号化を
果すために減らされる。

【００１４】したがって、従来の量子化装置は、固定さ
れた量子化装置によって構成される。パラメータｘ_iお
よびｙ_iのセットによって固定された単一のデコード化
レートでのサンプルのコード化および符号化化を行なう
ためには、複数の量子化オペレータおよび逆量子化オペ
レータが必要とされるという問題が生じる。また、少な
くとも符号化レベルにおいて、不定レートの量子化装置
の使用の拡張のためには、異なるレートが固定された複
数の逆量子化装置が必要とされるという問題が生じる。

【００１５】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、音声を代表とするディジタル信号のような、複
数のビット・レートでディジタル信号の符号化およびデ
コード化するための１つの量子化オペレータおよび１つ
の逆量子化オペレータだけを用いた可変ディジタル符号
化レートによる量子化装置を提供をすることを目的とし
ている。

【００１６】さらに、この発明は、１つの量子化手順お
よび量子化しきい値パラメータｘ_iの１組が複数のビッ
ト・レートで、符号化とデコード化のために用いられる
可変ディジタル符号化レートによる量子化装置を提供す
ることを目的としている。他に、この発明は、同等の量
子化装置のコード数Ｎが１と最大値Ｎ_maxとの間を調整
可能な可変ディジタル符号化レートによる量子化装置を
提供することを目的としている。

【００１７】さらに、この発明は、他に、ラプラス法の
法則に従って変化する確率密度に対して、最適化され、
特に、本願発明に従う量子化装置のパラメータが、最適
化され、固定された量子化および逆量子化の組を用いた
従来の装置によって得られるパラメータと同等の動作を
有するために、音声および楽音の信号の符号化および符
号化化を調整する可変ディジタル符号化ルートによる量
子化装置を提供することを目的としている。

【００１８】他に、この発明は、周波数変換符号化のよ
うな、新しい楽音の符号化技術に用いることができ、時
間経過ともに変化する異なるビット・レートにおける多
くの信号成分の量子化および逆量子化を行なう可変ディ
ジタル符号化レートによる量子化装置を提供することを
目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明によれば、ディジタルコ
ードあるいは量子化レベルの数値Ｎ、ラプラス変換式ｐ
（ｘ）＝α／２ｅｘｐ（−｜ｘ｜）ただし、｜ｘ｜：対称的な動作間隔［−ｘｍａｍ、＋ｘ
ｍａｍ］に亘る信号の振幅で表される確率密度ｐ（ｘ）による振幅分布を有するデ
ィジタル信号に対する関数としての可変ディジタル符号
化レートによる量子化装置であって、量子化オペレータ
を備え、該量子化オペレータは、前記ディジタル信号か
ら振幅信号｜ｘ｜とサイン信号を演算するオペレータ
と、前記振幅信号｜ｘ｜とディジタルコードの数値Ｎを
項ＫＮ＝（３／ α）Ｌｏｇ（Ｎ＋１）を減じることに
よって結合させるとともに、ディジタルコードの数値Ｎ
の機能として正規にコード化された振幅信号を伝えるオ
ペレータと、しきい値Ｌｉの値が関係Ｌｉ＝（−３／α）Ｌｏｇ（２
ｉ＋１）ただし、ｉ：量子化しきい値の次数によって決定される固定量子化しきい値を用いるととも
に、前記正規に符号化された振幅信号を受け、符号化ビ
ットレートがディジタルコードの数値Ｎあるいは量子化
レベルの関数である符号化および量子化された振幅信号
を伝達するコード量子化手段と、を有することを特徴と
する量子化装置。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の量子化装置において、前記固定量子化しきい値は、
コードＮｍａｘの数値の最大の偶数値に対して（Ｎｍａ
ｘ／２）−１に等しいことを特徴とする。請求項３記載
の発明によれば、請求項１記載の量子化装置において、
与えられたコードの数値Ｎに対して量子化しきい値は、
関係ｘｉ＝（３／α）［Ｌｏｇ（Ｎ＋１）−Ｌｏｇ（２
ｉ＋１）］ただし、Ｎが偶数なら１≦ｉ≦Ｎ／２、Ｎが奇数なら１
≦ｉ≦（Ｎ−１）／２を実証することを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の発明によれば、ディジタル
コードの数値Ｎあるいはラプラス変換式ｐ（ｘ）＝α／
２ｅｘｐ（−｜ｘ｜）ただし、｜ｘ｜：対称的な動作間隔［−ｘｍ、＋ｘｍ］
に亘る信号の振幅で表される確率密度ｐ（ｘ）による振幅分布を有するデ
ィジタル信号から符号化され量子化された振幅信号の量
子化レベルの関数としての可変ディジタル符号化レート
による量子化装置であって、前記符号化され量子化され
た振幅信号は、Ｎ個のディジタルコードを有し、さら
に、逆量子化オペレータを備え、該逆量子化オペレータ
は、しきい値Γｉの値が関係Γｉ＝（−３／α）Ｌｏｇ（２
ｉ＋２）ただし、ｉ：逆量子化しきい値の次数によって決定される固定逆量子化しきい値を用いるとと
もに、前記符号化、量子化された振幅信号を受け、ディ
ジタルコードの数値Ｎあるいは量子化レベルの関数であ
る正規に符号化された振幅信号を伝達する逆量子化手段
と、前記正規化され符号化された振幅信号およびディジ
タルコードの数値Ｎあるいは量子化レベルを項ＫＮ＝−
（３／ α）Ｌｏｇ（Ｎ＋１）を加えることによって結
合させるとともに、ディジタルコードの数値Ｎあるいは
量子化レベルから独立した振幅信号｜ｙ｜を伝えるオペ
レータと、前記符号化された振幅信号｜ｙ｜とサイン信
号を結合するとともに、前記ディジタル信号に対応する
再生されたディジタル信号ｙを伝達するとオペレータと
を有することを特徴とする。

【００２２】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の量子化装置において、前記固定逆量子化しきい値
は、ディジタルコードＮｍａｘの数値の最大の偶数値に
対して（Ｎｍａｘ／２）に等しいことを特徴とする。請
求項６記載の発明によれば、請求項４記載の量子化装置
において、前記逆量子化手段の逆量子化しきい値は、関
係ｘｉ＝（３／α）［Ｌｏｇ（Ｎ＋１）−Ｌｏｇ（２ｉ
＋２）］ただし、Ｎが偶数なら１＜ｉ＜Ｎ／（２−１）、Ｎが奇
数なら１＜ｉ＜（Ｎ−１）／２を実証することを特徴とする。

【００２３】請求項７記載の発明によれば、請求項１記
載の量子化装置において、１＜Ｎ＜Ｎｍａｘの範囲で与
えられた量子化レベルのコードの数値Ｎに対して、前記
符号化、量子化された振幅信号は、次の関係Ｎが偶数ならＤ_N≦ＩＭ≦Ｄ_N＋Ｎ／（２−１）Ｎが奇数ならＤ_N≦ＩＭ≦Ｄ_N＋（Ｎ−１）／２ただし、Ｄ_Nは前記符号化、量子化された振幅信号の最
小値を実証することを特徴とする。

【００２４】請求項８記載の発明によれば、請求項１記
載の量子化装置において、コードＮO_PTの最適数値を越
える重合されたコードを支持する符号化、量子化された
振幅信号を発生するために、最低次数のビットは送信期
間中変更され、前記量子化手段は、さらに重合されたコ
ードを支持する符号化、量子化された振幅信号を発生す
るために、符号化、量子化された振幅信号を変更すると
ともに、該変更は、前記符号化、量子化された振幅信号
からコードＮ_OPTの最適数値に対応する量Ｄ_NOPTを減算
するオペレータモジュールを有することを特徴とする。

【００２５】請求項９記載の発明によれば、請求項４記
載の量子化装置において、ディジタルコードＮ_OPTの最
適数値を越える重合されたコードを支持する符号化、量
子化された振幅信号を受けるために、変更された低い次
数ビットの数値ｂを有し、前記逆量子化手段は、さらに
前記固定逆量子化レベルを有する逆量子化オペレータの
上流側に、変更ビットｂをマスクするとともに、前記固
定逆量子化レベルを有する逆量子化オペレータの入力に
供給される再記憶された符号化、量子化された振幅信号
を発生するために、重合されたコードを支持する符号
化、量子化された振幅信号のビットをシフトさせるモジ
ュールを有することを特徴とする。

【００２６】請求項１０記載の発明によれば、請求項９
記載の逆量子化装置において、前記マスキング／シフテ
ィングモジュールは、重合されたコードを支持する符号
化、量子化された振幅信号の低い次数のビットｂについ
ての与えられた値のビットをマスクされた符号量子化信
号を発生させるように書込む素子と、２倍のマスクされ
た符号量子化信号を発生させる前記マスクされた符号量
子化信号を１ビットだけシフトさせる素子と、第１の値
（２のｂ乗）、（ただしｂは効率的にマスクされたビッ
ト数を表す）、および値（２のｂ乗）＋２ＤＢ_OPTを有
する符号訂正信号を発生させるために、最適な送信を保
証する低い次数ビットの最適数ｂ_OPTに対応する第２の
値２ＤＮ_OP_Tを加える第１の加算素子と、前記逆量子化
オペレータの入力に供給される再記憶された符号化、量
子化された振幅信号を発生するために、前記２倍のマス
クされた符号量子化信号および第１の加算素子によって
伝えられた前記符号訂正信号を加える第２の加算素子
と、を有することを特徴とする。

【００２７】

【作用】この発明によれば、ラプラス法に基づく確率密
度ｐ（ｘ）＝（α／２）・ｅｘｐ（-α｜ｘ｜）に従う
振幅分布を伴う、ディジタル・コード数値Ｎまたはディ
ジタル信号の量子化レベルの関数としての可変可能なデ
ィジタル符号化レートを有する。ここで、｜ｘ｜は、
（後述する）対称的な操作インターバル［−ｘｍ、，＋
ｘｍ］に関する信号の振幅を表している。この量子化装
置は、振幅信号およびディジタル信号の符号を算出する
ための手段を有する量子化オペレータと、振幅信号およ
びディジタル・コード数値Ｎを結合するための手段を有
する量子化オペレータとを備える。

【００２８】ディジタル・コード数値Ｎは、ディジタル
・コード数値Ｎの関数として、正規化されたコードの振
幅信号を記述している式、すなわち、ＫＮ＝−３・Ｌｏ
ｇ（Ｎ＋１）／αという式の減算結果によって求められ
る。固定された量子化しきい値を有する量子化では、該
しきい値Ｌｉの値は、Ｌｉ＝−３・Ｌｏｇ（２ｉ＋１）
／αという関係によって定義される。ここで、上記ｉ
は、量子化レベルの順位を示している。この量子化装置
では、ディジタル・コードの数量Ｎ、または量子化レベ
ルに従って、所定のコーディング・ビット・レートで正
規化され、かつ、符号化された量子化振幅信号を授受
し、更に、コード化された量子化振幅信号を送出する。

【００２９】可変自在なコード化レートを有する量子化
装置は、ディジタル・コード数値Ｎまたはコード化され
た量子化振幅信号（ＩＭ）の量子化レベルの関数として
注目に値する。上記量子化振幅信号ＩＭは、ラプラス法
ｐ（ｘ）＝（α／２）・ｅｘｐ（−α｜ｘ｜）に従う振
幅分布を有するディジタル信号（ｘ）から得られる。こ
こで、｜ｘ｜は、所定の振幅インターバル［−ｘｍ、，
＋ｘｍ］に関するディジタル信号の振幅を表している。
また、コード化された量子化振幅信号（Ｉｍ）は、Ｎ個
のディジタル・コードからなる。

【００３０】この発明によれば、固定された逆量子化レ
ベルΓｉを有する逆量子化オペレータを備える逆量子化
オペレータを具備する。上記逆量子化レベルΓｉは、Γ
ｉ＝３・Ｌｏｇ（２ｉ＋２）／αなる関係によって得ら
れる。ここで、ｉは逆量子化レベルの順位を示してい
る。固定されたレベルを有する逆量子化オペレータは、
コード化された量子化振幅信号（ＩＭ）を授受し、ディ
ジタル・コードまたは量子化レベルの数値Ｎの関数とし
ての正規化され、かつ、デコード化された振幅信号を出
力する。

【００３１】また、上述した結合する手段は、ＫＮ＝３
・Ｌｏｇ（Ｎ＋１）／αの加算によって、正規化され、
かつ、デコード化された振幅信号と、ディジタル・コー
ドまたは量子化レベルの数値Ｎとを結合し、ディジタル
・コードまたは量子化レベルの数値Ｎから独立したデコ
ード化された振幅信号｜ｙ｜を出力する。デコード化さ
れた振幅信号｜ｙ｜および符号信号（Ｉｓ）を結合する
手段は、ディジタル信号ｘに一致する再構成されたディ
ジタル信号ｙを提供する。この発明による可変ディジタ
ル符号化レートによる量子化装置は、特に、音声および
楽音の伝達のために、これらディジタル化された信号の
コード化およびデコード化における分野に適用される。

【００３２】

【実施例】次に図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。図１および図２は、この発明の可変自在な
ディジタル符号化レートを用いた量子化装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。一般に、入力信号ｘ
は、ディジタル信号の形態をとり、この発明による可変
ディジタル符号化レートによる符号化、さらに、デコー
ド化手順のための信号である。

【００３３】上記ディジタルの入力信号ｘは、ラプラス
法の確率密度ｐ（ｘ）に従う振幅分布を有する信号に相
当する。この確率密度ｐ（ｘ）は、ｐ（ｘ）＝α／２・
ｅ^-|x^|となる。上述した法則において、上記係数は一定
の値であり、｜ｘ｜は、［−ｘ_max，ｘ_max］の間の対称
的な動作間に渡って信号の振幅を表す。

【００３４】特に、ディジタルの入力信号ｘは、該入力
信号ｘの周波数スペクトラムを考慮した適当なサンプリ
ング周波数によってサンプリングされた信号に一致する
ということに注目する。これらのサンプルは、その振幅
と符号に従ってディジタル信号の型式にディジタル化さ
れる。図１に示すように、本願の可変ディジタル符号化
レートによる量子化装置は、量子化オペレータ１を備え
ており、可変可能なレートによるディジタル符号化を行
なう。

【００３５】この量子化装置は、図１に示されているよ
うに、さらに、演算オペレータ１０を備えている。この
演算オペレータ１０は、ディジタル振幅信号｜ｘ｜およ
び符号信号ＩＳを出力する。この振幅信号｜ｘ｜および
符号信号ＩＳは、各々、前述したディジタルの入力信号
ｘの振幅値および符号値を表している。演算オペレータ
１０は、入力信号ｘの振幅を表すワードに加えて、該入
力信号ｘの符号信号ＩＳを形成するために、符号ビット
を抽出することができる通常のディジタル回路によって
構成されている。

【００３６】また、図１に示すように、量子化装置は、
振幅信号｜ｘ｜とディジタル・コード数Ｎとを結合する
ための結合オペレータ１１を備えている。この数値Ｎ
は、上述したように、ディジタル・コードのビット数に
相当しており、振幅信号｜ｘ｜が与えられた重要な範囲
に表されることによって評価する（後述する）。結合オ
ペレータ１１は、実際には、振幅信号｜ｘ｜から式ＫＮ
＝３・Ｌｏｇ（Ｎ＋１）／αの関係によって与えられる
項ＫＮを減じる。

【００３７】また、結合オペレータ１１は、図１に示す
ように、ディジタル・コード数Ｎの関数として、標準化
され、かつ、符号化された振幅信号（以下、標準符号化
振幅信号という）Ｒを出力する。また、この目的のため
に、上記結合オペレータ１１は、変換テーブル１１０を
有し、この変換テーブル１１０は、コード数Ｎから上記
関係が成立つ項ＫＮを出力する。さらに、この結合オペ
レータ１１は、図１に示すように、減算器１１１を備え
ている。この減算器１１１の正側の入力端には、振幅信
号｜ｘ｜が供給されており、また、符号（−）で示す負
側の入力端には、上記項ＫＮが供給されている。この減
算器１１１は、標準符号化振幅信号Ｒを出力する。

【００３８】また、図１において、この発明による可変
ディジタル符号化レートを有する量子化装置は、固定さ
れた量子化しきい値を有する量子化器１２を備えてい
る。この量子化器１２は、上記結合オペレータ１１によ
って出力された標準化符号化振幅信号Ｒを授受する。上
記固定量子化しきい値を有する量子化器１２は、特に本
願の優位な特徴の１つによれば、Ｌｉ＝−３・Ｌｏｇ
（２ｉ＋１）／αとう関係によって定義される値を量子
化レベルＬｉを有する。

【００３９】上記関係において、符号ｉは、量子化器１
２の量子化しきい値の順番を示している。この量子化器
１２は、図１に符号ＩＭで示される、符号化された量子
化振幅信号を出力する。この量子化器１２の符号化レー
トは、ディジタル・コード数Ｎまたは量子化レベルに依
存する。また、図１に示す量子化器の動作の間、振幅信
号｜ｘ｜の量子化は、振幅信号｜ｘ｜を符号化するため
に用いられるコード数Ｎが如何なるものであっても、量
子化器１２によって効果的に行なわれる。この時、量子
化器１２は、ディジタル・コード数Ｎの関数として、標
準符号化振幅信号Ｒを用いる。また、振幅信号｜ｘ｜
は、量子化器１２によって量子化されるために、コード
数Ｎおよび符号化レートに応じた関数として最適化され
ている。

【００４０】この量子化装置の有利な特徴によれば、図
１に示すように、固定しきい値量子化器１２の固定しき
い値数は、コード数Ｎの偶数値の最大値Ｎ_maxに対し
て、Ｎ_ma_x／２−１に等しい。また、振幅信号｜ｘ｜を
コーディングするためのコード数Ｎは、１とＮ_maxとの
間の値をとる。これによって、符号化が単純化され、コ
ード数はそれ自身、偶数値となる。一方、偶数値でない
コード数は除外される。また、この量子化装置の優位な
特徴によれば、与えられたコード数Ｎに対して、上述し
たように、図１に示す量子化装置の量子化しきい値、す
なわち量子化オペレータ１の量子化しきい値は、ｘ_i＝
３・（Ｌｏｇ（Ｎ＋１）−Ｌｏｇ（２ｉ＋１））の関係
となる。上記関係によって与えられた量子化オペレータ
１の量子化しきい値は、もし、数値Ｎが偶数ならば、１
≦ｉ≦Ｎ／２となり、もし、数値Ｎが偶数でなければ、
１≦ｉ≦（Ｎ−１）／２となる。

【００４１】当然、この本願の可変ディジタル符号化レ
ートによる量子化装置は、図２に示すように、量子化オ
ペレータを有しており、また、図２に示す逆量子化オペ
レータと組合される。これら量子化装置を構成する２つ
のオペレータは、多くの通常状況において、例えば、デ
ィジタル・データ伝送路を介して、かなりの距離（数百
キロメータ）を有した離れた場所に設置される。あるい
は、例えば、電話機のような装置を構成するために、同
じ装置内に組込まれて接続をとる場合もある。

【００４２】図２に示すように、本願の可変ディジタル
符号化レートによる量子化装置は、符号化された量子化
振幅信号ＩＭをデコードするため、可変ディジタルデコ
ードレートでデコードする逆量子化オペレータ２を備え
ている。上記量子化振幅信号ＩＭは、Ｎビットのディジ
タル・コードからなり、上述した状態を満足するディジ
タル信号ｘに基づいて、図１に示す量子化装置によって
出力される。また、図２に示すように、逆量子化オペレ
ータ２は、固定された量子化レベルΓｉを有する逆量子
化器２０を備えている。この逆量子化器２０は、入力端
において、符号化された量子化振幅信号ＩＭを授受す
る。

【００４３】また、本願による量子化装置の優位な特徴
によれば、上記逆量子化レベルΓｉは、Γｉ＝−３・Ｌ
ｏｇ（２ｉ＋２）／αなる関係をとる。この関係におい
て、符号ｉは、逆量子化器２０の逆量子化レベルの順番
を示す。この逆量子化器２０は、標準化された符号化振
幅信号ＩＭＤＮを、ディジタル・コード数Ｎまたは量子
化レベルの関数として出力する。一般に、固定量子化レ
ベルによる逆量子化器２０は、各コードまたは符号化さ
れた量子化信号ＩＭのコード値のために、該逆量子化動
作において、上記与えられた逆量子化レベルΓｉに対し
て、ディジタル化されたサンプル値ｉを発生する。上記
逆量子化動作は、図２に示す量子化器１の固定量子化し
きい値量子化器１２によって行なわれる量子化動作に対
応している。

【００４４】したがって、図２に示すように、逆量子化
オペレータ２は、ＫＮ＝３・Ｌｏｇ（Ｎ＋１）／αで示
される項の加算によって、標準化されたデコード振幅信
号ＩＭＤＮとディジタル・コード数Ｎまたは量子化レベ
ルとを結合するための結合オペレータ２１を備えてい
る。結合オペレータ２１は、ディジタルコード数Ｎまた
は量子化レベルと独立したデコードされた振幅信号｜ｙ
｜を出力する。このため、結合オペレータ２１は、図２
に示すように、変換テーブル２１０を備えており、入力
端で授受したコードの数Ｎを表す信号に基づいて上記項
ＫＮを出力する。この変換テーブル２１０は、図２に示
す量子化オペレータ１の結合オペレータ１１における変
換テーブル１１０と同様のものであり、例えば、上述し
た入力値Ｎに従って、予め計算された項ＫＮの値を出力
するメモリ回路によって構成されている。

【００４５】さらに、同図２に示すように、逆量子化オ
ペレータ２は、逆量子化オペレータ２へ伝送路を介して
量子化オペレータ１から伝搬された符号信号ＩＳとデコ
ードされた振幅信号｜ｙ｜とを結合するために、符号結
合オペレータ２２を備えている。デコードされた振幅信
号および符号信号ＩＳを結合するための符号結合オペレ
ータ２２は、元のディジタル信号ｘと同等の信号を出力
するために、ディジタル信号ｙを再構成する。デコード
された振幅信号ｙと符号信号ＩＳとを結合するための符
号結合オペレータ２２は、ディジタル回路によって構成
される。このディジタル回路は、再構成されたディジタ
ル信号ｙを表す符号が付けられたワード（一単位のデー
タ）を発生するために、符号化された振幅信号｜ｙ｜お
よび符号信号ＩＳを表す連続したビット列を出力する。

【００４６】図２に示すように、逆量子化オペレータ２
の特徴によれば、逆量子化器２０の固定レベルによる逆
量子化レベルの数は、ディジタルコードＮ_maxの偶数番
目の最大値に対して、Ｎ_max／２に等しい。また、この
発明による量子化装置の特徴によれば、逆量子化オペレ
ータ２の逆量子化レベルは、ｙ_i＝３・（Ｌｏｇ（Ｎ＋
１）−Ｌｏｇ（２ｉ＋２））の関係を満足する値をと
る。ここで、符号ｉは、逆量子化レベルの順番を示して
おり、もし、Ｎが偶数ならば、１≦ｉ≦Ｎ／２−１とな
り、もし、Ｎが偶数でなければ、１≦ｉ≦（Ｎ−１）／
２となる。

【００４７】このため、量子化オペレータ１の固定量子
化器１２の量子化しきい値レベルＬｉに対しては、固定
逆量子化器２０の逆量子化レベルΓｉが相当する。ま
た、量子化オペレータ１の量子化しきい値レベルｘ_iに
対しては、コード数Ｎまたは量子化レベル数Ｎの関数と
して、逆量子化オペレータ２の逆量子化レベルｙ_iが相
当する。また、上述したコード数Ｎまたは量子化レベル
数Ｎのために、この数値Ｎは、値１と最大値Ｎ_maxとの
間の値、１＜Ｎ＜Ｎ_maxをとり、符号化された量子化振
幅信号ＩＭは、数値Ｎが偶数の時には、Ｄ_N≦ＩＭ≦Ｄ_N
＋Ｎ／２−１となり、数値Ｎが奇数の時には、Ｄ_N≦Ｉ
Ｍ≦Ｄ_N＋（Ｎ−１）／２となる。

【００４８】このような関係において、項Ｄ_Nは量子化
振幅信号ＩＭの最小値を表す。この量子化振幅信号ＩＭ
は信号ｘの値に対してコード値または特別なコードを形
成する。本願による可変ディジタル符号化レートによる
量子化装置の量子化オペレータ１および逆量子化オペレ
ータ２のパラメータ値の調整は、図３を参照することに
よって与えられる。図３は、一般の量子化装置の特性を
示す特性図である。量子化装置は、その特性が量子化ノ
イズ、量子化しきい値ｘ_iに相当する異なる逆量子化レ
ベルｙ_iを最小にするように最適化されている。上記逆
量子化レベルｙ_iが異なるのは、量子化ノイズの発生源
によるものである。

【００４９】上述のようにして定義された量子化装置の
入力端における入力信号ｘの確率密度ｐ（ｘ）、量子化
しきい値ｘ_iの数Ｎと逆量子化レベルｙ_iの数Ｎ、および
量子化インターバル値ｉは、量子化しきい値ｘ_i＋１と
ｘ_iとの間の値になる。また、量子化装置の特性関数
は、符号μ（ｘ）で示されている。量子化装置の特性関
数は、原点０に対して対称である。また、ｉ番目のＮ個
の量子化インターバルは、］−∞ ｘ_n-1］、［ｘ_n-1
ｘ_n-2］、……［ｘ₂ ｘ₁］、［ｘ₁ ＋∞］によって定義
される。ただし、上記符号ｉは、０からＮ−１の間の値
をとる。

【００５０】また、上記特性関数は、ｘ₁とｘ_n-1との間
のｘ軸の上方に、Ｎ−１個の量子化しきい値に相当する
符号μ（ｘ）で参照されるＮ−１個の点を生成する。こ
のような定義によれば、上記関数が点対称であるため、
固定しきい値量子化に対する符号μ（ｘ_n-1）は、−１
となり、μ（ｘ_n）は、＋１となる。この特性関数
は、］−∞ ｘ_n-1］、［ｘ_n-1 ｘ₁］、［ｘ₁ ＋∞
［からなる３つのパートを有する。

【００５１】量子化しきい値における上記特性関数上の
要素［ｘ_n-1 ｘ₁］は、Ｎ−２個の量子化インターバル
を含む要素［−１＋１］に一致する。この関係を次式
に示す。

【数１】 ◎

【数２】 ◎

【００５２】量子化インターバルの大きな数値に対し
て、各々の量子化インターバル上の確率密度ｐ（ｘ）
は、一定であると見なされる。また、ｉ番目の量子化イ
ンターバルに対する最適な逆量子化レベルｙ_iは、次式
のような関係になる。

【数３】 ◎また、各量子化インターバル上の直線化された特性関
数は、次式のように表される。

【数４】 ◎

【００５３】次に、量子化要素［ｘ_N-1 ｘ₁］に対して
の量子化ノイズの電力は、次式に示される。

【数５】 ◎

【数６】 ◎次に、量子化要素］−∞ ｘ_N-1］および［ｘ₁ ＋∞
［について考えてみると、全体の量子化ノイズは、数７
に示す関係によって与えられる。また、量子化要素［ｘ
₁ ＋∞］および［−∞ ｘ_N-1］の全量子化ノイズに対
する分布も、同様に次式に示される。

【００５４】

【数７】 ◎

【００５５】量子化部におけるパラメータ、すなわち、
量子化しきいレベルｘ_iと逆量子化レベルｙ_iの計算（算
出）とは、上式で定義される量子化ノイズＱの最小パワ
ーを作ることである。θ_iを

【数８】 ◎とすれば、量子化ノイズのパワーは、次のように書け
る。

【数９】 ◎パラメータθ_iとｘ_iは、特徴関数の対称性という理由
を考慮すれば、次の制約関係によって関連付けられる。

【数１０】 ◎

【数１１】 ◎上述の関係（１０）および（１１）を考慮すれば、制
約関係は次のように表される。

【数１２】 ◎

【数１３】 ◎

【００５６】問題は量子化ノイズパワーを最小にするこ
とであるから、制約の最適化の問題に対してＱは減少さ
れる。Ｑ（０_i，ｘ₁，ｙ₀）を解くためのラグランジェ
の法則による分解は、次式の微分の消去のために得られ
る。Ｊ＝Ｑ（θ_i，ｘ₁，ｙ₀）−βＦ（θ_i，ｘ₁）そして、θ_i、ｙ_i、およびｘ₀に関するＪの偏微分（部
分ドリフト）の消去を次のように連続的に得る。

【数１４】 ◎

【数１５】 ◎

【数１６】 ◎

【数１７】 ◎

【数１８】 ◎

【００５７】量子化間隔［ｘ_i＋₁、ｘ_i］に亘って線形
化された特徴関数μ（ｘ）では、ｘに関する特徴関数の
ドリフトの表現は関係（１６）から得られ、積分によっ
て特徴関数μ（ｘ）は次の関係を実証する。

【数１９】 ◎

【００５８】次いで、上記関係（１９）および前記関係
（２）、（４）から量子化しきいレベルｘ_iと逆量子化
レベルｙ_iの値が演算され、その後、それぞれ関係が次
のように実証される。

【数２０】 ◎

【数２１】 ◎

【００５９】与えられたディジタル入力信号の確率密度
ｐ（ｘ）のために、関係（１１）、（１７）および（１
８）は量子化しきい値の境界ｘ_iおよびを量子化しきい
レベルｙ₀を決定することを可能にする。関係（２０）
および（２１）は他の量子化しきい値およびレベルの演
算を許容する。前述したようにラプラス関数によって与
えられる確率密度ｐ（ｘ）のために、スピーチあるいは
音信号に関する限りの特筆すべき値はパラメータαがα
＝√２というである。関係（１１）における確率密度の
表現による置き換えは、以下の値Ｃ１によって与えられ
る。

【数２２】 ◎

【００６０】同様に、関係（１８）における確率密度ｐ
（ｘ）は量子化レベルの境界ｙ₀の演算を次のように許
容する。

【数２３】 ◎次に、関係（１７）、（２２）および（２３）から量
子化レベルの値の境界ｘiの演算が行われ、以下のよう
にｘ_iが与えられる。

【数２４】 ◎

【００６１】ｘ_i＞０における特徴関数μ（ｘ）の演算
は、上記確率密度の式および前述した関係（１９）およ
び（２２）から行われる。得られる。特徴関数μ（ｘ）
は次のように書ける。

【数２５】 ◎量子化レベルおよびｘ_i＞０における後者ｘ_iの値は上
記の関係（２）、（２５）および次の関係（２６）を実
証する量子化しきい値から確率される。

【数２６】 ◎同様に、ｙ_i＞０における逆量子化レベルｙ_iは前述の
関係（２）、（４）、（２５）および次の関係（２７）
を実証する逆量子化レベルから演算される。

【数２７】 ◎特に、前記逆量子化レベルｙ_iの式はｉ＝０におい
て、前に演算された値ｙ₀のよい近似値を演算すること
を可能にする。

【００６２】本発明による可変ディジタル符号化レート
による量子化装置のより詳細な記述および重合されたコ
ードの適用については、図４および図５によって明らか
になるであろう。これらの図において、同一番号は図１
および図２の場合と同一の素子を表す。重合コードの技
術は、デコーディングのために、送信されたコードＩの
裁断による量子化オペレータあるいはコーダーの量子化
手段から引出された一連の逆量子化手段を含み、回想さ
せるものである。したがって、仮にＮ_minがコードおよ
びレベルの最小値であれば、逆量子化手段のレベルの数
はＮ_min・２^kとなる。

【００６３】コードおよびレベルの最小値Ｎ_minが偶数
の場合は、２Ｎ_minコード量子化手段からコードＩの裁
断によるＮ_minコード量子化手段への通過は量子化間隔
のナンバリングによって訂正され、この量子化間隔は量
子化される信号の最も高い振幅のためにＩ＝０によって
開始する。非均一な信号の量子化の場合、例えばラプラ
ス変換の方式に従う振幅確率密度のための信号ｘのよう
なディジタル信号の場合、既に演算された特徴関数μ
（ｘ）は、μ（ｘ）の値あるいは関係（２）に基づくｉ
の値に対する操作による均一な量子化のために以下のよ
うに同様に適用される方法を許容する。したがって、最
適な量子化の特徴関数はＮ_OPTコードを有する最適量子
化されたノイズＱ_OPTを持って確率される。そのため、
異なる均一量子化手段はμ軸あるいはｉ軸に沿って引き
出すことができ、これらは、例えば２ｘＮ_OPTあるいは
４ｘＮ_OPTコードによる、もしくは２、４又はこれらの
コード数よりも大きくコードＮ_OPTの最適数より小さい
間隔にグループ化されることによる特徴関数［μ（ｘ_i
＋₁）、μ（ｘ_i）］における量子化間隔の分割による量
子化しきい値の順を表す。軸ｘ、例えば、パラメータｘ
_iおよびｙ_iに沿う量子化手段のしきい値およびレベルは
特徴関数μ（ｘ）による均一な量子化の逆像として決定
される。しかしながら、これは量子化器Ｑ_OPTのみが最
適であることが明らかになる。

【００６４】本発明による可変ディジタル符号化レート
による量子化装置では、このような装置が重合コード技
術に用いられる符号化（コード化）、複号化に使用され
る場合、図４、図５に示すように、マスクされた低い側
のビット数の各値ｂのための特別の固定逆量子化レベル
についての逆量子化器に使用される従来装置との比較で
は、本発明の装置では逆量子化オペレータであるにもか
かわらず、ビットレートの制約に従う最大コード数にお
ける符号化を許容する量子化オペレータを使用する。こ
れは、固定量子化レベルおよび単一の逆量子化器にのみ
使用されるとともに、最適な送信動作に対応するマスク
ビット数に相当するｂ＝ｂ_OPTのための形状のコードＮ
_OPT数の制御を可能にする。

【００６５】図４に示すように、符号量子化振幅信号
Ｉ’ＭがコードＮ_OPTの最適数にわたって重合コードの
使用に対して発生する場合、量子化オペレータ１はさら
にコード送信期間中、符号量子化振幅信号Ｉ’Ｍの低い
側のビットを変更するオペレータモジュール１３を有す
る。オペレータモジュール１３は先に述べた量子化オペ
レータ１とカスケード接続される、あるいはこれに関連
して単純化される。図４に示すような本発明に従う量子
化装置の有利な特徴によると、低い側のビットｂが送信
期間中に変更される量Ｉ’Ｍの演算は、固定しきい量子
化器１２によって配られた符号量子化信号ＩＭからコー
ド数Ｎ_OPTに対応する量Ｄ_NOPTを引くという減算を伴う
オペレータモジュール１３によって行われる。量子化の
量Ｄ_NOPTは好ましくはコード数Ｎ_OPTのためのコードＩ
Ｍの最小値に等しく選択するのがよい。したがって、符
号化において量子化オペレータ１はディジタル信号ｘの
入力および最適値Ｎ_OPTにおけるコード数を持つととも
に、サイン信号ＩＳの出力および符号量子化振幅信号に
対応する符号量子化振幅信号Ｉ’Ｍを持つものとして理
解される。したがって、前記量の減算は送信システムに
よる低い側のビットの変更が量Ｉ’Ｍについて行われる
ことを示している。

【００６６】一般的な場合として、重合コードの欠落、
１およびＮ_OPTｍａｘ間の与えられたコード数Ｎ_OPTの値
のために、図１に示すような量子化オペレータの動作に
ついては符号量子化振幅信号ＩＭが次の関係を実証す
る。

【数２８】 ◎図４から分るように、オペレータモジュール１３は有
利的に減算器１３０を有し、これは固定量子化しきい量
子化器１２によって配られた符号量子化振幅信号ＩＭを
正の入力端に受けるとともに、変換テーブル１３１を介
して配られた量ＤN_OPT自身を最適なコード数の値Ｎ_OPT
の入力として負の減算入力端に受ける。減算器１３０は
重合コードに適用された符号量子化信号Ｉ’Ｍを配る。
さらに、図５に示すように、低い側のビットに変更され
た数ｂを有するディジタルコードＮO_PTの最適数にわた
って重合コードに使用される符号量子化振幅信号を受け
る量子化装置は、逆量子化オペレータ２の他に、固定逆
量子化レベルを有する逆量子化器２０の上流側に、変更
されたビットｂをマスクするとともに、重合コードに従
って符号量子化振幅信号のビットをシフトさせるモジュ
ール２３を備えている。マスキングモジュール２３で
は、固定逆量子化レベルを有する逆量子化器２９の入力
に適用される再記憶された符号量子化振幅信号Ｉ’’_M
を発生させることができる。したがって、図５に示すよ
うな逆量子化オペレータ２はサイン信号ＩＳ、非有効ｂ
となる低い側のビット数である符号量子化振幅信号Ｉ’
_M’および量子化器Ｎ_OPTの最適コード数を入力として持
つ。一方、逆量子化オペレータ２は図４に示す量子化オ
ペレータのディジタル入力信号ｘに対応する再記憶信号
ｙを伝える。

【００６７】図５に示すように、ビットをマスクおよび
シフトさせるモジュール２３は素子２３０を有し、この
素子２３０は、マスクされた符号量子化信号Ｉ’を発生
させるように重合コードに従う符号量子化振幅信号の低
い側のビットのｂに対して与えられたビットを書込む。
非制限的な例によると、与えられた値のビットは値０を
有し、読み出し／書込みのアドレス指定が可能なメモリ
によって形成された書込み素子を有する。さらに、ビッ
トのマスク／シフティングモジュール２３はマスクされ
た符号量子化信号Ｉ’のレベルで１ビットだけシフトさ
せる素子を有し、この素子は２倍の符号量子化信号２
Ｉ’を発生させる。ビットシフティング素子２３１は例
えば、レジスタあるいはシフトレジスタタイプのもので
構成される。また、第１の加算素子２３２は第１の値２
^bを合計するものとして設けられ、ここにｂは重合の符
号化の理由で効率的にマスクされたビット数を表す。こ
の値２bは例えば、変換テーブル２３４によって配られ
る。変換テーブル２３４は効率的にマスクされたビット
数の値ｂおよびコードＮ_OPTの数に対応する第２の値２
Ｄ_NOPTを受けるとともに、送信期間中、低い側のビット
の変更を許容する。第１の加算素子２３２は値２^b＋２
Ｄ_NOPTの符号化訂正信号ＩＣＣの発生を可能にする。

【００６８】マスク／シフティングモジュール２３は最
後に第２の加算素子２３３を有し、この素子は２倍の符
号量子化信号２Ｉ’と第１の加算素子２３２の合計を行
う。第２の加算素子２３３は逆量子化器２０の入力に適
用される符号量子化振幅信号Ｉ’’_Mの発生を可能にす
る。マスキング／シフトオペレータの下流側で図５に示
す量子化オペレータ２と同一構成のオペレータは、図２
に示す逆量子化オペレータ２の動作部分および先に記述
した符号量子化振幅信号Ｉ_Mのために構成された再記憶
された符号量子化振幅信号Ｉ’’_Mと同一である。した
がって、重合コード信号の場合には、量子化装置の構成
は２つの入力の値、コードＮ_OPTの数およびマスクビッ
トｂの数に頼ることになる。量子化装置の動作はマスク
ビットｂの数がマスクビットｂがｂ＝ｂ_OPTに等しくな
るように最適に実行され、この場合には量子化装置のコ
ード数が勿論Ｎ＝Ｎ_OPTに等しくなる。一般的には、量
子化装置のコード数はＮ＝２^(bOPT-b)ｘＮ_OPTである。

【００６９】また、量子化しきい値ｘ_iのパラメータお
よび図４および図５に示すような本発明による重合コー
ド信号のための量子化装置の逆量子化レベルｙ_iは以下
に述べるように演算され、重合コードの欠落状態で図１
および図２に示すような量子化装置に関連する先の演算
と同様である。送信システムによるマスクされたビット
の数ｂ＝０のためのコードの最大数はＮ＝２^(bOPT-b)ｘ
Ｎ_OPTに等しく、この最大数は量子化オペレータのレベ
ルで量子化装置のコード数に対応する。この量子化オペ
レータは量子化オペレータＱ_OPTの各間隔ｉ＋１ｉを２
^(bOPT-b)の量子化間隔に分割することによって得られ
る。

【００７０】量子化しきい値ｘ_iの値を与える関係（２
６）は次のように書ける。

【数２９】 ◎最適な量子化オペレータのための上述の量子化しきい
値ｘ_iは次のように書ける。

【数３０】 ◎０とｂｍａｘとの間の値ｂ、すなわち、０≦ｂ≦ｂｍ
ａｘに対して０のような与えられた値のビットによるコ
ードｉの低い側のビットのｂの置き換えは、実際上、そ
れぞれが２^(bOPT-b)ｘＮ_OPTのコードを有する量子化器
Ｑ_bによって値ｂｍａｘ＋１を得ることを可能にし、こ
の場合の後者の数は全体の値に対応させるために必要な
ものである。いま、Ｊがコードｉからｂのビットを減算
した結果得られたコードであるとすると、対応する各量
子化オペレータＱ_bのコードｊの量子化しきい値ｘｊ
は、値２^b・ｊだけのｉの置き換えによって関係（３
０）から引出され、次の関係を実証する。

【数３１】 ◎

【００７１】もちろん、この一連の量子化オペレータＱ
_bはｂ＝ｂ_OPTとするための最適な量子化オペレータＱ
_OPTを備えている。これにより、ｂをより悪化させる量
子化オペレータＱ_bの実行が値ｂ_OPTから分離されること
が明らかとなる。これらの量子化しきいレベルの値によ
ってさきに定義された量子化オペレータＱ_bのために、
量子化オペレータの量子化レベルｙ_iの値が得られ、再
びｉ＝２^b・ｊを伴う書込みによって例えば、量子化レ
ベルｙ_iの特徴関数、すなわちμ（ｙ_i）は、量子化間隔
［μ（ｘ_i＋₁）、μ（ｘ_i）］、例えば、関係（３１）
の中でｊをｊ＋１／２によって置き換えた間隔の中間と
なる。その後、逆量子化器Ｑ_bの逆量子化レベルｙ_iは次
の関係を実証する。

【数３２】 ◎本発明による重合コードを伴う可変ディジタル符号化
レートによる量子化装置は、次いで総合的に以下の値に
よって定義される。

【数３３】 ◎

【００７２】次のテーブルは、本発明による可変ディジ
タル符号化レートの量子化装置の動作を許容する。この
とき、本発明は、２から１２８まで変化する量子化レベ
ルあるいは偶数コードの数に対応する一組の固定された
最適な量子化器の動作に比べられる。そして、これらの
最適化された固定量子化器はこの記述の中で先に述べた
ジョエルマックスによって書かれた方法に従って定義さ
れる。同テーブルでは、コラム１は量子化レベルの数あ
るいはコードを表し、コラム２および３はそれぞれ最適
な量子化器および本発明による可変レート量子化器のた
めのノイズ比に対する信号をｄＢを表す。

【表１】 ◎上記テーブルは、本発明による可変レートの量子化装
置が定理的な最適値に非常に近接している動作を行わし
めることを示しており、全ての高い量子化レベルあるい
はコードの数に対してそれが可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、１つの量子化オペレータおよび１つの逆量子化オペ
レータだけを用いて、音声を代表とするようなディジタ
ル信号を、異なるビット・レートで符号化およびデコー
ド化ができるという利点が得られる。

【００７４】また、この発明によれば、１つの量子化手
順および量子化しきい値パラメータｘ_iの１組だけで、
可変可能な異なるビット・レートで、符号化とデコード
化ができるとう利点が得られる。また、この発明よれ
ば、同等の量子化装置のコード数Ｎが１と最大値Ｎ_max
との間を調整可能にできるという利点が得られる。

【００７５】また、この発明によれば、ラプラス法の法
則に従って変化する確率密度に対して、最適化され、特
に、本願発明に従う量子化装置のパラメータが、最適化
され、かつ、固定された量子化および逆量子化の組合せ
ることにより、従来の装置によって得られるパラメータ
と同等の動作し、音声および楽音の信号の符号化および
符号化ができるという利点が得られる。

【００７６】さらに、この発明によれば、周波数変換符
号化のような、新しい楽音の符号化技術に用いることが
でき、時間経過ともに変化する異なるビット・レートに
おける多くの信号成分の量子化および逆量子化を行なう
ことができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の量子化オペレータに相当す
る可変自在のレートを有する量子化装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示す量子化オペレータによって符号化化
された信号をデコードするための逆量子化オペレータに
相当する可変自在のレートを有する量子化装置の構成を
示すブロック図である。

【図３】本実施例の可変自在のレートを有する量子化装
置と同等な固定されたしきい値を有する量子化装置の特
性を表す関数μ（ｘ_i；ｙ_i）を示す特性図である。

【図４】本願発明の別の実施例における可変自在のレー
トを有する量子化装置の構成を示すブロック図である。

【図５】図４に示すような量子化オペレータから供給さ
れる重なり合ったコードによって符号化化されたデコー
ドされるべき信号に対して、より適応した逆量子化オペ
レータを一体化した可変自在のレートを有する量子化装
置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１量子化オペレータ２逆量子化オペレータ１０演算オペレータ１１，２１結合オペレータ１２固定しきい値量子化器２０逆量子化器２２符号結合オペレータ２３モジュール１１０，１３１，２１０，２３４変換テーブル１１１，１３０，２１１減算器２３０素子２３２，２３３加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタルコードあるいは量子化レベル
の数値Ｎ、ラプラス変換式ｐ（ｘ）＝α／２ｅｘｐ（−
｜ｘ｜）ただし、｜ｘ｜：対称的な動作間隔［−ｘｍａｍ、＋ｘ
ｍａｍ］に亘る信号の振幅で表される確率密度ｐ（ｘ）による振幅分布を有するデ
ィジタル信号に対する関数としての可変ディジタル符号
化レートによる量子化装置であって、量子化器を備え、該量子化器は、前記ディジタル信号から振幅信号｜ｘ｜とサイン信号を
演算するオペレータと、前記振幅信号｜ｘ｜とディジタルコードの数値Ｎを項Ｋ
Ｎ＝（３／ α）Ｌｏｇ（Ｎ＋１）を減じることによっ
て結合させるとともに、ディジタルコードの数値Ｎの機
能として正規にコード化された振幅信号を伝えるオペレ
ータと、しきい値Ｌｉの値が関係Ｌｉ＝（−３／α）Ｌｏｇ（２
ｉ＋１）ただし、ｉ：量子化しきい値の次数によって決定される固定量子化しきい値を用いるととも
に、前記正規に符号化された振幅信号を受け、符号化ビ
ットレートがディジタルコードの数値Ｎあるいは量子化
レベルの関数である符号化および量子化された振幅信号
を伝達するコード量子化手段と、を有することを特徴と
する量子化装置。
【請求項２】前記固定量子化しきい値は、コードＮｍ
ａｘの数値の最大の偶数値に対して（Ｎｍａｘ／２）−
１に等しいことを特徴とする請求項１記載の量子化装
置。
【請求項３】与えられたコードの数値Ｎに対して量子
化しきい値は、関係ｘｉ＝（３／α）［Ｌｏｇ（Ｎ＋１）−Ｌｏｇ（２ｉ＋１）］ただし、Ｎが偶数なら１≦ｉ≦Ｎ／２、Ｎが奇数なら１
≦ｉ≦（Ｎ−１）／２を実証することを特徴とする請求
項１記載の量子化装置。
【請求項４】ディジタルコードの数値Ｎあるいはラプ
ラス変換式ｐ（ｘ）＝α／２ｅｘｐ（−｜ｘ｜）ただし、｜ｘ｜：対称的な動作間隔［−ｘｍ、＋ｘｍ］
に亘る信号の振幅で表される確率密度ｐ（ｘ）による振幅分布を有するデ
ィジタル信号から符号化され量子化された振幅信号の量
子化レベルの関数としての可変ディジタル符号化レート
による量子化装置であって、前記符号化され量子化された振幅信号は、Ｎ個のディジ
タルコードを有し、さらに、逆量子化オペレータを備え、該逆量子化オペレータは、しきい値Γｉの値が関係Γｉ＝（−３／α）Ｌｏｇ（２
ｉ＋２）ただし、ｉ：逆量子化しきい値の次数によって決定される固定逆量子化しきい値を用いるとと
もに、前記符号化、量子化された振幅信号を受け、ディ
ジタルコードの数値Ｎあるいは量子化レベルの関数であ
る正規に符号化された振幅信号を伝達する逆量子化手段
と、前記正規化され符号化された振幅信号およびディジ
タルコードの数値Ｎあるいは量子化レベルを項ＫＮ＝−
（３／ α）Ｌｏｇ（Ｎ＋１）を加えることによって結
合させるとともに、ディジタルコードの数値Ｎあるいは
量子化レベルから独立した振幅信号｜ｙ｜を伝えるオペ
レータと、前記符号化された振幅信号｜ｙ｜とサイン信
号を結合するとともに、前記ディジタル信号に対応する
再生されたディジタル信号ｙを伝達するとオペレータと
を有することを特徴とする量子化装置。
【請求項５】前記固定逆量子化しきい値は、ディジタ
ルコードＮｍａｘの数値の最大の偶数値に対して（Ｎｍ
ａｘ／２）に等しいことを特徴とする請求項４記載の量
子化装置。
【請求項６】前記逆量子化手段の逆量子化しきい値
は、関係ｘｉ＝（３／α）［Ｌｏｇ（Ｎ＋１）−Ｌｏｇ
（２ｉ＋２）］ただし、Ｎが偶数なら１＜ｉ＜Ｎ／（２−１）、Ｎが奇
数なら１＜ｉ＜（Ｎ−１）／２を実証することを特徴とする請求項４記載の量子化装
置。
【請求項７】１＜Ｎ＜Ｎｍａｘの範囲で与えられた量
子化レベルのコードの数値Ｎに対して、前記符号化、量
子化された振幅信号は、次の関係Ｎが偶数ならＤ_N≦ＩＭ≦Ｄ_N＋Ｎ／（２−１）Ｎが奇数ならＤ_N≦ＩＭ≦Ｄ_N＋（Ｎ−１）／２ただし、Ｄ_Nは前記符号化、量子化された振幅信号の最
小値を実証することを特徴とする請求項１記載の量子化装
置。
【請求項８】コードＮ_OPTの最適数値を越える重合さ
れたコードを支持する符号化、量子化された振幅信号を
発生するために、最低次数のビットは送信期間中変更さ
れ、前記量子化手段は、さらに重合されたコードを支持する
符号化、量子化された振幅信号を発生するために、符号
化、量子化された振幅信号を変更するとともに、該変更
は、前記符号化、量子化された振幅信号からコードＮ
_OPTの最適数値に対応する量Ｄ_NOPTを減算するオペレー
タモジュールを有することを特徴とする請求項１記載の
量子化装置。
【請求項９】ディジタルコードＮ_OPTの最適数値を越
える重合されたコードを支持する符号化、量子化された
振幅信号を受けるために、変更された低い次数ビットの
数値ｂを有し、前記逆量子化手段は、さらに前記固定逆量子化レベルを
有する逆量子化オペレータの上流側に、変更ビットｂを
マスクするとともに、前記固定逆量子化レベルを有する
逆量子化オペレータの入力に供給される再記憶された符
号化、量子化された振幅信号を発生するために、重合さ
れたコードを支持する符号化、量子化された振幅信号の
ビットをシフトさせるモジュールを有することを特徴と
する請求項４記載の量子化装置。
【請求項１０】前記マスキング／シフティングモジュ
ールは、重合されたコードを支持する符号化、量子化された振幅
信号の低い次数のビットｂについての与えられた値のビ
ットをマスクされた符号量子化信号を発生させるように
書込む素子と、２倍のマスクされた符号量子化信号を発生させる前記マ
スクされた符号量子化信号を１ビットだけシフトさせる
素子と、第１の値（２のｂ乗）、（ただしｂは効率的にマスクさ
れたビット数を表す）、および値（２のｂ乗）＋２ＤＢ
_OPTを有する符号訂正信号を発生させるために、最適な
送信を保証する低い次数ビットの最適数ｂ_OPTに対応す
る第２の値２ＤＮ_OP_Tを加える第１の加算素子と、前記逆量子化オペレータの入力に供給される再記憶され
た符号化、量子化された振幅信号を発生するために、前
記２倍のマスクされた符号量子化信号および第１の加算
素子によって伝えられた前記符号訂正信号を加える第２
の加算素子と、を有することを特徴とする請求項９記載
の逆量子化装置。