JPS58179896A

JPS58179896A - 適応性予測形差分符号化方法

Info

Publication number: JPS58179896A
Application number: JP57063032A
Authority: JP
Inventors: 愛甲　進一; 力男丸田; 隆夫西谷
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1983-10-21
Also published as: JPS6042480B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に差分符号化で用い
る予測益の予測係数を適応的に変えて符号化を行なう適
応予測形差分符号化方法および装置に関するものである
。

音声信号のように相関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がなシうまく予也
＋＋−ｊることかできるため、予１ｓＩ１１１４差イ＾
号電力は入力信号電力に比べてかなシ小さくなる。差分
符号化方法はこのような性質を用いて、予６１１１誤差
信号だけを比較的少数のビット数で符号化することによ
っ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ィルタによってなさする。予
測フィルタの特性は入力信号の平均的なスペクトル、例
えば音声信号を符号化する際には平均的な音声のスペク
トルにあわせておけは、比較的正確な予測値を得ること
かできる。しかし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ィルタの特性を変える方法、具体
的に１えは予測フィ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、いわ
ゆる適応予測形差分符号化方法がある。この方法を用い
れば予測フィルタの係数を固定とした場合よりも、より
正確な予測がなされ、その結果、予測勝差信号を一層小
さくできるために、艷に高能率な符号化が可能となるう以上述べたように差分符号化における予測を適応形とす
れは、固定形予測を用いたときよりもより高能率な符号
化を実現できるが、予測フィルタ係数を常に変化させる
ようにした結果、固定形予側を用いるときには生じかい
予測フィルタの安定性の問題が生じてしまう。すなわち
、適応形予測フィルタの係数を修正した際にたまたまそ
の係数が予測フィルタが発振をおこすような値となると
、予測フィルタの発振によシ入力信号とは無関係な予測
値が出力されることになシ、正常な予測ができなくなっ
てしまう、また別の場合には予測フィルタを帰還ループ
に含む符号器自体が一つの再帰形フィルタを構成して発
振してしまうこともある。

このような不安定状態を生じないようＫするためＫは予
測フィルタの係数が、予測フィルタや符号器を不安定と
する係数にならないように制御しながら予測係数を修正
すればよいが、これを行なうためＫは不安定状態を生じ
る予測係数を予め全て知っておく必要がある。この不安
定状態を生じる予測係数は、予測フィルタの次数が低い
ときに祉比教的簡単に求められるが、この場合は少なく
、次数が高い場合が多く、次数が高くなると組合せ数が
増加し、その発見が著しく難しくなると共に係数の修正
アルゴリズムも複雑となってしまう。

更に予測誤差信号の量子化を行なう量子化器で生じる非
線形性の影響をも加味して考えると、前述のような符号
器自体の不安定状態を生じる予測係数を求めることは不
可能に近いといってもよい。

〈発明の概要〉この発明は適応予測差分符号化における以上のような不
安定性の間趣ＫＩ！み、比較的簡単でかつ効果的な不安
定防止機能を具備した適応予差分符号化方法及び装置を
提供することを目的とするものである。

この発明では適応予測差分符号化が正常に動△ 作しているときは入力信号Ｘｊと局部復号信号Ｘｊの値
゛とがｔｔ　ｘ等しくなるが、予測フィルタが発振した
ルして符号器が不安定となると入力信号Ｘｊ△ と局部復号信号Ｘｊの値とが大きく異なることに着目し
、入力信号ｘｊと局部復号信号Ｘｊとの差を求め、この
差信号のレベルがあるしきい値よりも大きくなシ、明ら
かに符号器が不安定となったと判断できるときＫは予測
係数を符号器が安定となるような値にリセットすること
によシ符号器を安定状態に復帰させるものである。

即ちこの発明によれば符号化すべきディジタル入力信号
とその入力信号に対する予測値との差を量子化し、その
量子化された信号を出力するとともに１前記量子化され
た差信号を逆量子化し、かつ適応予測手段によシ適応予
測にもとすき前記入力信号に対する予測値を得る適応予
測形差分符号化装置において、前記予測値と前記逆量子
化された再生差信号との加算によシ得られる局部復号信
号と前゛記入力信号とを互に減算手段で減算してこれら
の誤差信号を得、その誤差信号をレベル検出手段に入力
してその誤差信号のレベルを検出し、そのレベル検出手
段から出力される前記誤差信号のレベル情報により、前
記適応予測器の動作が正常であるか否かを判定手段で判
定し、異常と判定したときにのみ前記適応予測手段の予
測係数、必ｅＫ応じて前記レベル検出手段のレベル情報
をリセットする制御信号を前記判定手段から出力して前
記適応予測手段の動作を正常状態に戻す。

更に他の実施例においては前記入力信号のレベルを第２
レベル検出手段で検出し、この検出レベルも判定手段に
入力して、これらレベル検出手段から出力される各信号
レベル情報によシ、前記適応予測手段の動作が正常であ
るか否かを判定し、異常と判定したときにのみ前記適応
予測手段の予測係数、必要に応じて前記両レベル検出手
段のレベル情報をリセットするようにする。

〈従来技術〉この発明の詳細な説明する前に、従来の適応予測形差分
符号化装置について図面を用いて説明する。第１図は従
来の適応予測形差分符号化装置を示す。入力端子１００
を介して入力される１時刻のディジタル入力信号Ｘｊ及
び信号［１３１を介して適応フィルタ１３０から出力さ
れる予測値杓は減算器１１０に入力される。減算器１１
０がら信号Ｍｉｌｌを介して出力される予測誤差信号・
ｊは量子化器１２０により１ビット以上で符号化され、
その符号化結果Ｕｊが信号１ｉ）１２１を介して逆量子
化器１４０へ入力されると共に出力端子１６０を介して
出力される。逆量子化器１４０では入力され九符号化結
果Ｕｊに逆量子化を行ない、再生誤差信号・ｊを信号ｌ
５１４１を介して出力する。この再生誤差信号・ｊ′Ｋ
Ｖｉ、量子化によって生じる電子化雑音が含まれるため
、一般にｅｊとは一致しない。

再生差信号・ｊと予測信号Ｘｊは加算器１５，０により
加算され、局部復号信号Ｘｊが信号線１５１を△ 介して出力される。この局部復号信号Ｘｊは適応フィル
タ１３０に入力され、適応フィルタリングが施された後
、信号１ｆＩＡ１３１を介して予測値Ｘｊが出力される
。適応フィルタ１３０のフィルタ係数は逆量子化器１４
０から出力される再生誤差信△ 号ｅｊと局部復号信号Ｘｊを用いて修正される。代表的
な修正アルゴリズムとして次の２つがある。

こ＼でＡｊは１時刻における適応フィルター３０の１第１香目のフィルタ係数である。ｇは修正ゲインであり
、ｓｉｇｎ（交ｊ）は、交ｊが正のときは＋１、負のと
きは−１の値をとる。また簡易形の修正アルゴリズムと
して次式を用いてもよい。

こ＼でΔは予測誤差信号の実効値に近い正規化係数であ
る。（１１、（２）　、　（３）式のアルゴリズムはい
ずれも１時刻におけるフィルタ係数Ａｔに右辺第２項の
修正項を加えて新たにｊ＋１時刻のフィルタ係数を得る
ものであるっこの構成では再生誤差信号△ ６ｊから予測値Ｘｊが得られるまでの経路は１つの再帰
形適応フィルタを形成しているため上述のようにフィル
タ係数を修正した際に、たまたま新しいフィルタ係数が
前述の再帰形適応フィルタが発振する係数になってしま
ったυ、符号化装置の電源投入時のフィルタ係数が発振
をおこす値になっていたシすると、予測値Ｘｊは入力信
号とは無関係な発振信号となってしまい、正常な予測が
行かわれなく々シ、高品質な符号化ができなくなってし
まう。

第２図は従来の適応予測形差分符号器の別の例である。

基本的な動作は第１図で説明したものと同様であるので
省略するが、異なる点は適応フィルタ２３０への入力が
再生誤差信号・ｊであることである。このような構成に
すると再生誤差信号ｅｊから予測＠ｘ３までの経過は非
再帰形適応フィルタとなり、第１図で説明したような発
振は生じないが、符号器自体が１つの再帰形フィルタを
構成するため、やはシ予測係数の値によって符号器自体
が不安定となる場合が生じてしまう。

枦、３図は従来の適応予測形差分符号器のさらに別の例
である。この構成は第１図とｔｇＱ図とで示した符号器
を組み合わせたものになっている。即ち、予測値Ｘｊは
イぎ力線１４１を介して得られる再生誤差信号ｅｊを入
力とする第１の適応フィルタ２３０から出力される第１
の予測値Ｘｊ己、信号酬１５１を介して得られる局部復
号信号Ｑｊを人力とする第２のフィルタ３５０から出力
される第２の予測値ｘｊｚとの加算によシ求められる。

この場合にも前述したように予測係数の値によっては予
測フィルタが発振したり、符号器自体が不安定となって
しまう。

以上、従来の適応予測差分符号化装置の代表的な３つの
例について説明したが、いずれの場合でも適応フィルタ
の係数の値によっては不安定状態を生じ、適応予測動作
がうまく行なわれなく々るという欠点を持っている。こ
の欠点を取り除くための１つの方法には予測係数を監視
して不安定状態を生じるよう々係数に々らないように係
数漬に制限を設ける方法が考えられるが、予測フィルタ
の次数が増したシ、量子化器１２０のもつ非線形性が加
わった場合には不安定状態をひきおこす予測係数の値を
求めるのが非常に困難となり、このような方法を用いる
のは得策ではない。

く第１実施例〉この発明を図面を用いて更に詳細に説明する。

第４図社この発明の一つの実施例を示す。図中破線で囲
った部分４００は第１図で示した適応予測形差分符号器
と同じ構成であシ、その動作もはソ同じであるため説明
を省略する。減算器４７０には信号線４０１と信号線４
５１を介して入力信号Ｘ」と局部復号信号Ｘｊがそれぞ
れ入力され、その差は信号＠４８１を介して判定回路４
９０に入力される。通常、適応予測差分符号化が正常に
行なわれているときには入力信号Ｘｊと局部復号信号仝
ｊとは非常に近い値となる。しかし前述したように適応
フィルタ１３０の係数が修正された結果、適応フィルタ
１３０が発振したシして符号器が不安定となると、入力
信号Ｘｊと局部復号信号ｘｊとは大きく異なった値とな
ってしまう。従って信号線４７１を介して出力される差
信号レベルを、監視することによって符号器が安定か、
不安定かを判鼠することが可能である。この判定機能を
果すのが判定回路４９０である。即ち、判定回路４９０
で＃ｉ信号線４７１を介して入力される差信号レベルが
あるしきい値をこえたときに拡符号器が不安定となった
と判定し、信号線４９１を介して適応フィルタ１３０の
フィルタ係数を、符号器を安定とする値にリセットする
と共にレベル検出器４８０の出力を零にリセットするた
めの制御信号を信号線４９１を介して出力し、符号器を
安定状態に復帰させる。

この実施例でＦｉ図中に破線で囲んだ部分４００に第１
図で示した符号器を用いたが、これだけに限らず例えば
鰺、２図、第３図で示したものを用いることもできる。

即ち、従来形の適応予測形差分符号器における入力信号
Ｘｊを信号線４０１を介して入力し、局部復号信号Ｘｊ
を信号線４５１を介して入力すると共に、判定回路４９
０から信号線４９１を介して出力されるリセット信号を
適応フィルタに与えてやりさえすれば、簡単に符号器を
不安定状態から安定状態に回復させることができる。

汀１２図の右号器を用いる場合は第２図に点線で示すよ
うに局部復号信号χｊを作る必要がある。

〈第２実施例〉第５図はこの発明の他の実施例を示す。図中破線で囲っ
た部分４００は第１図で示した適応予測形差分符号器と
同じ構成であり、その動作も＃よソ同じであるため説明
を省略する。減算器４７０には信号紬４０１と信号線４
５１とをそれぞれ介し△ て入力信号Ｘｊと局部復号信号Ｘｊ　とｙｊｌ入力され
、その差信号は信号線４７１を介してレベル検出器４８
０に入力される。第４図に示した実施例で説明したよう
にレベル検出器４８０から出力される差信号レベルに基
づいて、符号器の安定、不安定を判定することができる
が、入力信号ｘｊのダイナミックレンジが広いときには
符号器が安定であって本人力信号レベルが高くなったり
、周波数が高くなったシするとそれにつれて信号線４７
１を介して得られる差信号のレベルも高くなるため、こ
の原因でこの差信号レベルが、符号器が不安定であると
判定される値にまで高くなることがあると、符号器の安
定、不安定が正しく判定できなくなる。

そこで符号器の安定、不安定を判定するためのｖｅ素と
して、入力信号Ｘｊと局部復号信号Ｘｊとの差だけでは
なく、入力信号Ｘｊの信号レベルをも用いるようにした
ことがこの第２実施例の特長である。即ち、入力イロ号
Ｘｊのレベルをレベル検出器５８０で検出して信号線５
８１を通じて判定回路４９０へ入力させ、人力信号Ｘｊ
のレベルがある程度低いにも拘らず、入力信号Ｘｊと局
部復号信号ｘｊとの差信号レベルが大きい場合にのみ符
号器が不安定であると判定して判定回路４９０から適応
フィルタ１３０のフィルタ係数をリセットすると共にレ
ベル検出器５８０とレベル検出器４８０とのそれぞれの
出力をもリセットする制御信号が信号１４９１を介して
出力される。

このようにすると入力信号レベルが大きいときには符号
器が不安定となっても判定回路４９０からは前述のリセ
ット信号が出力されずに符号器が不安定のままになって
しま５が、入力信号Ｘ」か名声信号のようなときには約
０．５秒程度ごとに無音区間が生じるため、その時点で
入力信号レベルが下が夛符号器の安定、不安定を判定す
ることができるため、たとえ入力信号レベルが高いとき
に符号器が不安定となっても短時間の後に安定状態に回
復させることができる。また、と＼では人力信号Ｘｊと
局部復号信号ｘｊとの差信号レベルに対して１つのしき
い値を設けるようにしたが、このしきい値を入力信号Ｘ
ｊのレベルに応じて変えることもできる。Ｅｌｆち、入
力信号レベルが高くなるにつれてこのしきい′値も高く
してやれば符号器の入力レベルにかかわらずに符号器の
不安定状態を検出してすみやかに安定状態に回復させる
ことができる。更にこの実施例では第５図の中で破線で
囲った部分４００に第１図で示した符号器を用いたが、
これだけに限らず例えば第２図、第３図で示したものを
用いることもできる。即ち従来形の適応予測形差分符号
器における入力信号Ｘｊを信号線４０１を介して入力し
、局部復号信号Ｘｊを信号線４５１を介して入力すると
共に判定回路４９０から信号線４９１を介して出力され
るリセット信号を適応フィルタに与えてやりさえすれば
よい。

以上説明したようにこの発明は従来の適応予測形差分符
号化装置で生じていた予測フィルタの発振や符号器自体
の不安定動作を簡単な方法で検出し、自動的に安定状態
へ回復させる機能を具備した適応予測形差分行号化装置
を提供するものであり、極めて有用なものである。なお
上述の各種処理を電子計算機により行わせてもよい。

【図面の簡単な説明】

枦１図、第２図及び第３図はそれぞれ従来の適応予測形
差分符号化装置を示すブロック図、第４図及び第５図は
それぞれこの発明の実施例を示すブロック図でおる。１００：入力端子、１１０：減算器、１２０：量子化器
、１３０，２３０：適応フィルタ、＝　１４０：逆蒙子
化器、１５０：加算器、１６０：出力端子、３５０：フ
ィルタ、４００：従来の適応予迎ｊ形差分符号化器、４
７０：減算器、４８０．５８０ニレベル検出器、４９０
：判定回路。代　理　　人　　草　　野　　　　卓オ　１　図１フｎオ　３　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）符号化すべきディ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量子化し、その量子化された信
号を出力するとともに、前記量子化された差信号を逆量
子化し、かつ適応予測によシ前記入力信号に対する予測
値を得る適応予測形差分符号化方法において、前記予測
値と前記逆量子化された再生差信号との加算によシ得ら
れる局部復号信号と前記入力信号とを互に減することＫ
よシ誤差信号を得、その誤差信号のレベルを監視するこ
とによシ前記適応予測動作が正常であるか否かを判定し
、異常であると判定したときにのみ前記適応予測に用い
られる予測係数をリセットすることによシ適応予測動作
が正常となるようにすることを特徴とする適応予測形差
分符号化方法。
（２）符号化すべきディジタル入力信号から予測値を減
算する減算器と、その減算器から出力される差信号を量
子化する量子化器と、その量子化器の出力を入力とし逆
量子化を行なう逆量子化器と、その逆量子化器から出力
される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
して前記予世Ｉｊ値を出力すると共に、前記逆量子化器
の入力あるいは出力を用いて予測フィルタ係数を修正す
る適応予測器と、前記入力信号から前記局部復号信号を
減算する減算回路と、その減算回路から出力される誤差
信号を入力としてその誤差信号のレベルを検出するレベ
ル検出器と、そのレベル検出器から出力される前記誤差
信号のレベル情報によシ前記適応予６％Ｉｊ器の動作が
正常であるか否かを判定し、異常と判定したときにのみ
前記適応予測器の予測係数をリセットする制御信号を出
力して前記適応予測器の動作を正常状態に戻す判定回路
とを設けたことを特徴とする適応予測形差分符号化装置
。
（３）　　符号化すべきディジタル入力信号とその人カ
イ８号に対する予測値との差を量子化しいその量子化さ
れた信号を出力すると共に、前記量子化された差信号を
逆量子化し、適応予測によシ前記入カイＢ号に対する予
測仙を得る適応予測形差分符号化方法において、前記予
測値と前記逆舞子化烙れた再生差信号との加算によシ得
られる局部ａ号信号とを前記入力信号から減することに
より得られる誤差信号のレベルと、前記入力信号のレベ
ルを監視することによシ、前記適応予１１１割作が正常
であるか否かを判定し、異常であると判定したときのみ
前記適応予測に用いられる予測係数をリセットすること
によシ適応予測動作が安定となるようにすることを特徴
とする適応予測形差分符号化方法。
（４）符号化すべきディジタル入力信号から予測値を減
算する減算器と、その減算器から出力される差信号を量
子化するに子化器と、その量子化器の出力を入力とじ逆
量子化を行なう逆量子化器と、その逆量子化器から出力
される再生差信号と前記予測値とを入力とする加算回路
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
として前記予測値を出力すると共に、前記逆量子化器の
入力あるいは出力を用いて予測フィルタ係数を修正する
適応予測器と、前記入力信号を入力としてその入力信号
のレベルを検出する第１のレベル検出器と、前記入・カ
イ５号から前記局部復号信号を減算する減算回路と、そ
の減算回路から出力される誤差信号を入力としてその誤
差１８号のレベルを検出する本２のレベル検出器と、こ
れら第１のレベル検出器及び第２のレベル検出器から出
力される各信号レベル情報によシ、前記適応予測器の動
作が正常であるか否かを判定し、異常と判定したときに
のみ前記適応予測器の予測係数をリセットする制御信号
を出力して前記適応予測器の動作を正常状態に戻す判定
回路とを設けたことを特徴とする適応予測形差分符号化
装置。