JPS60500194A - デジタルコ−ド変換器 - Google Patents

デジタルコ−ド変換器

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JPS60500194A
JPS60500194A JP59500159A JP50015984A JPS60500194A JP S60500194 A JPS60500194 A JP S60500194A JP 59500159 A JP59500159 A JP 59500159A JP 50015984 A JP50015984 A JP 50015984A JP S60500194 A JPS60500194 A JP S60500194A
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メドー,レイモンド ステヘン
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ウエスタ−ン エレクトリツク カムパニ−,インコ−ポレ−テツド
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    • H03M7/3044Conversion to or from differential modulation with several bits only, i.e. the difference between successive samples being coded by more than one bit, e.g. differential pulse code modulation [DPCM]
    • H03M7/3046Conversion to or from differential modulation with several bits only, i.e. the difference between successive samples being coded by more than one bit, e.g. differential pulse code modulation [DPCM] adaptive, e.g. adaptive differential pulse code modulation [ADPCM]

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

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】 デジタルコード変換器 技術分野 本発明はデジタルコード変換器、より詳細には複数のコード変換を含む通信チャ ネル内のひずみの累積の回避に関する。
発明の背景 過去数年間にわたって、音声の効率的な符号fヒに関する莫大な量の研究がなさ れている。発展の途上にあるデジタル電話網において最も重要な適用は64,0 00ビット/秒(b / s )パルス符号変調(PcM)信号(8ビツト/タ イムスロツト、8kHz反復)を公衆および私設の両方の電話網に対する他の符 号化アルゴリズムと変換する可能性である。目的は勿論、帯域圧縮を達成するこ とである。
入力音声および音声帯域データの混合に対しては、適応差分P CM (A D  P CM )が最も現実的なアプローチであるように見える。A D P C M符号器にょる32k b / sの速度での信号の符号化は、64 kb/s μ255P CMと主観的にほとんど等しいことが証明されている。しかし、あ る通信網においては、64 kb/s PCM−32kb / s A、DPC M−64kb/5−PCMの変換を複数回繰り返す必要がある。このような場合 は、デジタ(、Sl’ ) ル信号の量子化によるノイズおよびコード符号器内で使用されるデジタル信号の 値の切捨てによるノイズが原因して複数のPOM−ADP CM−P CMコー ド変換の結果ひずみが累積されるのを防ぐことが重要である。
この問題に対する解決策がムラカミ ヒデョ(Hidey。
〜Iurakami )によって、゛°低ノイズADPCM−ログPCMコード 変換器(A Low No i se ADPCM −Log PCM Cod eConverter )“°と題して、回路およびシステム手順に関する国際 シンポジュウム、1979 (1979Interna−1ional Sym posium on C1rcuit System Proceedings )、■gggカタログ番号79CH1421−7CAS。
969−970ページに紹介されている。しかし、ここで紹介されている装置は 均−ADPCM量子化器特性を想定し、不均一量子化器特性が採用される用途に おいてはひずみが発生することがある。さらに、切捨てノイズの問題には解決策 がない。
より最近では、複数のコード変換に起因するひずみの累積を回避するためにA  D P CM符号器内でADPCMコード語を修正する方法が採用されている。
これら周知の装置の一つの問題はひずみ累積防止アルゴリズムの一部がPCM− ADPOM符号器に含まれ、別の部分がA D P CM −P CM復号器に 含まれることである。もう一つの問題はデジタル信号を切捨てること、(3) つまり、処理に使用されるデジタル信号の小数部を排除することに起因するひず みに対する直接的な解決策がなされてないことである。この従来の装置において は、A D P CM量子化器倍率のある値がデジタル信号の切捨てに起因する ノイズを排除する目的で使用から除外される。しかし、この除外すべきADPC M量子化器倍率の値は経験的知決定しなくてはならず、これには多くの時間と手 順が要求される。さらに、どのような信号条件のもとでひずみが発生するのか今 だに知られてない。
従って、先行技術の装置はある用途においては十分に機能するが、他の用途にお いても機能するという確証はない。
発明の要約 本発明はデジタル信号を第2のコードがら牙1のコードに変換する復号器内に第 2がら第1のコードに変換されたサンプルをいわゆる°“試し伝送“することに よってそのサンプルに対する複合ノイズ値を得る装置を含むことによって複数回 のデジタルコード変換によるひずみの累積の可能性を防止する。この複合ノイズ 値はサンプルを量子化することに起因するノイズ要素と符号器内で使用されるデ ジタル信号の切捨てに起因するノイズ要素の両方を含む。複合ノイズ値が次の第 1から第2コードへの符号器が終局的に第2がら第1へのコードへの復号器′i でよって受信されたのと同一の第2のコードサンプルを生成するか評価される。
次の符号器が該復号器によって受信されたのと異なる第2のサンプルを生成する と判定された場合は、該復号器によって生成された第1のコードのサンプルの値 が次の符号器が該復号器によって受信されたのと同一の第2のコードサンプル値 を生成するように調節される。
一つの実施態様においては、該複合ノイズ値が該復号器によって受信でれる該第 2のコードサンプルによって決定される第2のコードの量子化器範囲判定レベル の限界内にない場合、いわゆる再構成第1コード線形サンプル値が調節される、 この調節値は該再構成第1コードサンプルが入る該対応する第1コードサンプル 量子化器範囲並びに使用される第2コード量子化器特性との関連によって決定さ れる所定の調節倍率に依存する。牙2コードサンプルが最も正あるいは最も負の 第2コード量子化器範囲、つまり飽和状態にある場合、所定の第1の調節倍率が 使用され、第2コードサンプルが飽和状態にない場合、所定の第2の調節倍率が 使用される。
もう一つの実施態様において、該再構成第1コードサンプルの第1コード形成が 該複合ノイズ値が該復号器によって受信される該第2コードサンプルによって決 定される該第2コード量子化器判定レベルの限界内にない場合、牙1コード量子 化器範囲の一段上あるいは下に調節される。その調節が第1コード量子化器範囲 の一段上に調節されるか、第1コード量子化器範囲の一段下に調節されるかは、 それぞれ該第2コードサンプルが正あるいは負の飽和状態;・′こあるか否か、 あるいは該複合ノイズ値がそれぞれ該復号器によって受信された第2コードサン プル量子化器範囲に対する上限判定レベルより上ないしこれに等しいか、あるい は下限判定レベル以下であるか否かに依存するっ図面の簡単な説明 第1図は本発明の一つの実施態様を含むコード変換器の略ブロック図を示し: 第2図および第3図は第1図に示す本発明の該実施態様の復号器の動作を説明す るフローチャートを示し;第4図は第1図および第6図に示す符号器の動作を説 明するフローチャートを示し; 第6図は本発明のもう一つの実施態様を含むコード変換器の略ブロック図を示し ;そして オフ図および第8図は第6図に示す本発明の実施態様の復号器の動作を説明する フローチャートを示す。
第1図は本発明の一つの特徴を含む復号器100および符号器101の簡略ブロ ック図を示す。復号器100は第2のコード、例えばn−ビット差分PCM(6 ) の入力サンプルI n (k)を受信し、これを牙1のコード、例えば非線形μ 255PCλ丁に復号する、第1のコードのサンプルF (k)は伝送設備10 2を介して次の符号器101に伝送される。符号器101は第1のコードのサン プルv/(k)を第2のコードのサンプルIn+1(k) に変換する。説明上 、4−ビット差分P Cλ1人力信号n = 4 )を仮定する。この4−ビッ ト差分信号は後述する適応差分P CM (A D P CM )符号化アルゴ リ゛ズムと一体となって、低速データおよびトーン信号は勿論のこと音声および 高速音声帯域データ(例えば、4800 b / s )に対する非常に信頼性 の高い伝送を提供する。しかし、本発明はこの4−ビット差分伝送に限定される ものでなく、nは他の任意の数、例えばn = 2 、 n = 3.n =  5 、その他であり得る。入力PCMサンプルが常に符号化音声を表わす場合、 2−ビット差分PCM信号(つまり、n−2)は多くの用途に適する。
説明を簡単にするため、最初に第1図のADPCMについて述べる。
PCM入カ入力サンプルk)は逆P CM復号器10に供給され該復号器はこの PCMサンプル、例えば、非線形μ255 P CMを周知の方法によって多ビ ツト線形P CMサンプルY(k)に変換する。この多ビット(例えば、13− 16ビツト)線形PCMサンプルY (k)は代数差分回路11に送られる。サ ンプルF(k)はPCMに限定されるものでなく、パルス振幅変調(P A M  )サンプルであっても良い。勿論、他の非線形信号、例えば、A−規定PCM 信号も最初にその対応するPCMに変換することが必要である。この変換は当技 術において周知であり、本発明の部分を構成するものでない。
適応予測器12は線形サンプルy(+c)の予測あるいは概算である予測サンプ ル概算9 (k)を提供する。
差分(−)入力および加算器18の入力に送られる。
従って、差分回路11はその出力の所にそれへの2つの人力の代数差である差分 信号e(k)、つま勺、C(k)−Y (k ) −Y (k) を送る。適応 予測器は周知の技術である。
差分信号e(k)は動的ロッキング量子化器(DLQ)の人力に結合される。D LQは倍率Δ(k)の16レベル(n−4に対する)不均−ADPCM量子化器 14から構成される。不拘−ADPCM量子化器特性の一例を第5図に示す。し かし、本発明はA D P CM量子化器特性の特定のタイプに依存するもので はない。
当業者にとっては周知のごとく、A D P CM量子化器14は所望の量子化 を遂行するばかりでなく、人力信号のPCM符号化を行なう。つまシ、量子化お よび符(8) 最北が同時に一度に遂行される。4−ビット出力サンプルIn+1(k) は差 分サンプルe (k)の量子化および差分P CM符号化でれた形式を表わす。
この量子化構成は周知の技術である。
4−ビット差分PCM出力In+1(k) は逆ADP CM量子化器(QAD POM)−’ 15に送られるが、該装置は各称が示すように基本的にA D  P CM量子化器14の逆の動作を遂行する。つまり、逆A D P CM量子 化器15は4−ビット差分PCM信号In+1(k)を受信しその出力に信号e q(k) を提供する。このeq(k)信号は差分信号e(k)の量子化された 形式である。信号eq(k)はADPCMQ適合回路16の人力および切捨て装 置17に結合される。切捨て装置17はデジタル信号eq(k)をビットの有限 数に制限するのに使用される。この例においては、信号eq(k)は整数eq’ (k) に制限されるc、eq(k)の小数部が切捨てられる。後述するごとく 、この切捨ては復号器100からのPCM出力サンプルF(k)にノイズを与え 、A D P CM符号器101内に生成されるA D P CMサンプルI  n + 1 (k)にひずみを与えることがある。切捨て済信号eq’(k)は 加算器18の1つの入力に供給きれる。適応予測器12Y (k)もまた加算器 18の1つの入力およびA D P OM量子化器14に結合される1、加算器 18はeq“ (k)信号とY(k)信号を加算してその出力の所に線形P C M形式の再構成信号Yr (k)を生成する。。再構成信号Yr (k)は適応 予測器に送られるが、該適応予測器はこれに応答して次の線形P CMサンプル Y(k)との比較のだめの次の予測サンプルを生成する。適応予測器12は再構 成信号サンプルおよび先の少しのサン△ △ プルを使用して予測Y (k)を得るが、該予測Y(k)は、m個の入力サンプ ル(例えば、m−4)の重みつき合計である。
ADPCM Q適合回路16は量子化差分信号eq(k)および4−ビット出力 jn+1(k)を受信してこれらから適応倍率△(k)を展開する。この適応倍 率(k)は次にADPCM量子化器14および逆量子化器15に送られる。この 適応倍率はそれぞれ量子化器14および逆量子化器15QADPCMおよび(Q ADPCM)−の係数として人力差分信号e(k)のパワーをマツチするのに使 用される。ADPCMQ適合回路16は適応倍率△(k)の適合の速度を制御す る。前述の出願第343,355号に説明されるごとく、高速の適合は人力線形 PCM信号が音声を表わすときに提供され、低速(殆ど一定)の適合は人力PC M符号化音声帯域データあるいはトーンに対して提供きれる。
4−ビット差P CMサンプルIn+1 (k)は符号(10) 器101から、典型的な時分割多重様式にて、デジタル伝送設備を介して復号器 100に類似する次のADP CM復号器の入力に送信される。
本発明の一部を構成する復号器100はA D P CM人力サンプルIn+1 (k)を受信するが、該サンプルは逆A D P CM量子化器115および出 力調節装置119に送られる。逆ADPCM量子化器115はADPCM逆量子 化器15と同一構造であシ、その出力に量子化差分信号eq’(k)を提供する 。ここでも、前と同様、eq(k)は差分信号e (k)の量子化された形式を 表わす。復号器100および符号器101内の信号に対して同一の記号が与えら れているが、これら信号は伝送エラーその他によって若干異なる。この量子化差 分信号eq(k)はADPCMQ適合回路116の入力および切捨て装置117 に結合される。
切捨て装置117は切捨て装置17と同一構造であシ、デジタル信号eq(k) をビットの有限数に制限するのに使用される。この例においては、信号eq(k )は整数eq’(k)に制限される。つま、!L eq(k)の小数部が切捨て られる。この切捨てはPC’M出力サンプすF(k)にノイズを与え、次のPC M−ADPCM符号器、例えば符号器101にひずみを与えることがある。この 人力差分POMサンプルIn(k)もまたADPO1’vlQ適合回路116の 入力および出力(11) 調節装置119に結合される。回路116は符号器100のA D P CM適 合回路16と同一構造である。
ADPCM Q適合回路116の出力は量子化器適応倍率△(k)であシ、該出 力は符号器101に関して述べたのと同一の目的で逆ADPCM量子化器115 に送られるとともに、出力調節装置119に送られる。
A D P CM量子化器115およびADPCMQ適合回路116は通勤的ロ ッキング量子化器D L Q ’を形成し、 eq(k)の生成機能を遂行する 。適応予測器サンプルは加算器118の別の入力および出力調節装置119に結 合される。適応予測器112は符号器101の適応予測器12と同一である。加 算器118(k)に加算し再構成信号Yr(k)を生成するが、該再構成信号は 元のPCMサンプルv′(k)の近似量子化線形形式である。再構成信号Yr( k)は適合予測器112の人力および出力調節装置119に送られる。
後述するごとく、調節装置119は、結果としてのPCMコードサンプルのいわ ゆる試し伝送が次のPCM−ADPCM符号器101が復号器100によって受 信されたADPCMコードサンプルIn (k)と異々るA D P CMコー ドサンプルIn+1 (k)を生成(12) することを示す場合は、本発明の特徴に従って、必要に応じて、再構成信号Yr (k)の調節を遂行する機構を持つ。この目的のために、出力調節装置119は 試し伝送の結果から複合ノイズ値α(k)を生成するが、該α(k)はサンプル I 、n (k )に対する上限d IU(In (k)、]および下限c+B 、(In(k))ADPCM量子化器範囲判定レベルに対して評価される(第5 図)。この複合ノイズ値α(k)がIn(k)に対するA D P CM量子化 器判定レベルの限界セット内にない場合は、再構成信号Yr (k)の値が入る 対応するPCM量子化器範囲並びにADPCMサンプルIn(k)が飽和状態に あるか、つまシ最も負ないし最も正のA D P C! M量子器範囲にあるか 、あるいはその複合ノイズ値α(k)がIn (k)に対するその上限ADPC M量子化器判定レベルに等しいか、それ以上ないしIn(k)に対するその下限 A D P CM量子化器判定レベル以下であるかに依存する値だけ調節される 。これは次の符号器101が復号器100によって受信きれたのと同一のADP CM量子化器範囲を取シ、In+1 (k)がIn(k)と等しくなることを確 保する。修正再構成信号Yr(k)は次にPCM出力量子器1?0によってPC M量子化され、チャネル102を介して次のAD P CM符号器101に伝送 される。
量子化ノイズおよび切捨てノイズの両方を含む、この複合ノイズ値α(k)は再 構成信号Yr(k)の試し伝送の結果、つまJYr(k)をPCM量子化した後 にこの値を符号器内でPCM復号することによって得られだY(k)に相当する 値と復号器100内の予測概算値や(k)との差として定義される。っまシ、と 定義される。
第1図の復号器100および符号器101のブロック図は説明の便宜上のもので あシ、実際、この例では復号器100および符号器101はデジタル信号プロセ ッサ(DSP)、つまシ信号処理用プログラマブル集積回路内に実現される。当 技術で周知の各種デジタル信号処理装置の任意のものをこの目的に使用すること が可能である。これらDSP装置の一つはベルシステム テクニカル ジャーナ ル(The Be目 SystemTechnical Journal )  Vol、 60. No、 7. Part 2.19819月号の幾つかの論 文に紹介されておシ、ウェスタンエレクトリック社(Western Elec tric Company ) によって製造される。
従って、本発明の特徴を含む復号器100はDSP装置をプログラムすることに よって実現される。本発明の特徴に従う復号器100の動作について第2図およ び牙6図のデジタルプログラム フローチャートを参照に説明する。牙2図およ び第3図はA−AおよびB−Bにて接続されることによって、デジタルサンプル In (k)を第2のコード、例えば4−ビットADPCMから牙1のコード、 例えば、μ255PCMのデジタルサンプルVI(k)に変換するだめのプログ ラムルーチンのフローチャートを形成する。DSPは201を介して初期化され る。その後、周知の方法に(k)が計算される。動作ブロック203および20 4は4−ビット差分P CMサンプルIn(k)の受信および復号、およびIn (k)の逆AD PCM量子化形式、つまり差分信号e (k)の量子化形式e q(k)の生成あるいは°゛発発見例関する。動作ブロック205はeq(k) のデジタル値の切捨てを行なう。つまり、eq(k)のビットが整数部に制限さ れ、小数部を切捨てることによってeq’(k)が得られる。動作ブロック20 6は加算器118によって再構成信号Yr(k)の計算を行なう。つまシ、Yr (k)−eq’(k)/′\ +)・(k)を実行する。動作ブロック116によって、周知の方法にて量子化 倍率△(k)が更新される。ブロック208にて適応予測器112の係数が更新 される。
次に動作ブロック209において、複合ノイズ値α(15) (k)が計算される。前述したごとく、この複合ノイズ値は、本発明の特徴に従 って、復号器100の出力修正装置119内で線形再構成信号Yr(k)の試し 伝送をすることによって実行でれる。つまシ、Yr(k)がPCM量子化、例え ば、μ255 P CMに変換され、つぎに、公式(1)つまシα(k ) − Y (k )−動作ブロック210はIn (k)が入るA D P CM量子 化器範囲の上限および下限判定レベル、つまシ、それぞれa lUt: In  (k))およびa 1〔In (k) :1を疑似する(第5図参照)。
条件分岐点211は、本発明の特徴に従って、動作ブロック209によって計算 された複合ノイズ値α(k)を評価して、これがADPCM量子化器範囲In( k)内にあるか判定する。つまシ、複合ノイズ値α(k)がIn (k)に対す るその下限A D P q M量子化器範囲判定レベルに等しいないしそれ以上 であシ、またIn(k)に対するその上限A、 D P CM量子化器判定レベ ル以下であるか判定される。この判定の結果がYESである場合は、再構成信号 Yr (k)の値は調節する必要がなく、動作ブロック212はYr(k)−Y r(k)にセットする。この後、制御が動作ブロック261に渡される。しかし 、ステップ211の判定の結果がNoである場合は、符号器101が復号器(1 6ノ 100によって受信されたADPCMサンプルInに等しい出力A D P C MサンプルIn+1 (k)を生成するようにするために再構成信号Yr (k )を調節する必要があシ、制御が動作ブロック214に渡される。
動作ブロック214は再構成信号yr (b)が入るμ255PCM量子化器範 囲DサイズM(k)を決定する。つまシ、M−μ(Yr (k))を計算する。
M(k)は、本発明の特徴に従って、以下のプログラムステップにて調節倍率グ とともに、再構成信号Yr(k)の調節が過多あるいは過小になシそれぞれ再構 成信号の過修正あるいは修正不足を起こでないようにするために使用される。つ まシ複合ノイズを補正するための再構成信号Yr(k)の調節が結果としての修 正再構成信号Yr(k)がYr (k)が入る範囲に隣接しないP CM量子化 器範囲に入るようになるほど大きなものであってはならない。M (k )はま た調節倍率θとともに、In(k)が最大ADPOM量子化器範囲I I’tl AXあるいは最少ADPC〜I量子化器範囲I MINにある場合、導入される 量子化器ノイズの量を最低限にするために使用される。調節倍率グおよびθの値 の選択について次に述べる。
条件分岐点215はIn(k)が最大A D P CM量子化器範囲I MAX であるか判定する。この例では、■huxは第5図のA D P CM量子化器 範囲7である。こL 1 7 ) q寺表昭GO−500194(6)の判定の 結果がYESである場合、In (k)は飽和状態、つまシ最大A D P C hi量子化器範囲であシ、動作ブロック216は、本発明の特徴に従って、再構 成信号Yr(k)の調節を倍率θ・M(k)によって実行し、修正再構成信号Y r(k)、つまりYr (k)−Yr(k)十〇・M(k)を得る。ここで、こ の例ではθは0.6である。その後、制御が動作ブロック216に渡される。ス テップ215の判定結果がNQである場合は、条件分岐点217はIn (k) が最少ADPCM量子化器範囲、あるいは負の飽和状態であるか判定する。この 場合、I MINは第5図のADPCM量子化器範囲一8である。ステップ21 7の結果がYESである場合は、In(k)は負の飽和状態であシ、動作ブロッ ク218は本発明の特徴に従って、再構成信号Yr (k)を、倍率θ・M ( k )だけ調節すYr (k)−=Yr (k)−θ−M(k )を得る。ここ でも正あるいは負の飽和状態にちるYr (k)の調節が過ぎ、好ましくない追 加の量子化ノイズが導入されないようにすべきである。この追加の量子化ノイズ は正の飽和に対する上限A D P CM判定レベル、つまりステップ7が+■ であシ、負の飽和に対する下限ADPCM判定レベル、つまシステップ−8が一 ■であることよシ起こる。その後、制御は動作ブロック213(18) に渡される。
ステップ217の判定結果がNOである場合、条件分岐点219は対応する複合 ノイズ値α(k)がIn(k)に対する上限A D P CM量子化器判定レベ ルに等しいないしそれ以上であるか、つまシ、α(k)〉dl (In (k) ) であるか判定する。ステップ219の結果がYESである場合、動作ブロッ ク220は、本発明の特徴に従って、再構成信号Y(k)の値を倍が再構成信号 Y r (k )が入る範囲の上側に隣接するP CM量子化器範囲に入るよう にされる。その後、制御は動作ブロック213に渡される。
本発明の特徴に従っての再構成信号Y r (k )の調節は対応するP Ch ■符号最北号F(k)が適切なPCM量子化器範囲に入シ、符号器101が最終 的に復号器100によって受信されたIn(k)と等しいADP CMサンプル In+1(k)を生成するようにする。
動作ブロック216は修正再構成信号Yr (k)をPCM量子化することによ ってP CMサンプルF(k)を得て、次の符号器への送信あるいは所望の用途 に共するためこれを出力する。この例においては、μ255PCM量子化が行な われる。その後、復号器100は(19) 動作ブロック222が次のA D P CMサンプルIn(k)を受信するのを 待つ。次に制御が動作ブロック202に戻され、A D P OM−P CM復 号器プロセスが繰り返される。
要約すると、復号器100内にステップ209から221が含まれ、本発明の特 徴に従って、次のADPCM符号器101が終局的に復号器100によって受信 されだADPC!MサンプルIn(k)と等しいADPCMサンプルIn+1( k)を生成するようになされる。これは再構成信号Yr(k)の°゛試し°’P (1!M伝送をすることによって複合ノイズ値α(k)を得て次に、これをA、  D P CMサンプルIn(k)に対する上限および下限ADPCM量子化器 判定レベルに対してこれを比較することによって達成される。この複合ノイズ値 が判定レベル以内にない場合は、この再構成信号Yr(k)が符号器101が復 号器100によって受信されたA D P CMサンプルと等しいADPCMサ ンプルを生成するように調節される。この調節値は再構成信号Yr (k)の入 るPCM量子化器範囲のサイズM (k ) 、およびIn(k)か飽和状態に あるときは第1の即定調節倍率θそしてIn(k)が飽和状態でないときは第2 の即定調節倍率グに依存する。次に、必要に応じて、再構成信号Yr (k)が この調節(20) る。この調節の値はサンプルIn(k)が最大ADPCM量子化器範囲あるいは 最少A D P CM量子化器範囲であるか否かに依存し、最高あるいは最少A D’PCM量子化器範囲のいずれでもない場合は、複合ノイズ値α(k)がIn  (k)に対するその上限A D P cM量子化器判定レしルa+U(In( k):lより太きいないしこれに等しいか、あるいはIn(k)に対するその下 限A D P CM量子化器判定レベルdlL(In(k)〕以乍であるかに依 存する。こうして、In(k)が最も正あるいは負のA D P CM量子化器 範囲、つまシ、飽和状態でない場合は、再構成信号値Yr(k)は複合ノイズ値 α(k)がサンプルIn(k)に対するその上限判定レベルd+U(In(k) )に等しいかそれ以上である場合はグ・M (k )だけ減少され、α(k)が サンプルIn (k)に対するその下限判定レベルdIL(工n (k))以下 である場合はハM、(k)だけ増加される。従って、複合ノイズα(k)が再構 成信号Yr(k)を適切な範囲よシ次に高いあるいは次に低いP CM量子化器 範囲に入れさせるようなときは、それぞれこの値が減少あるいは増加され、修正 再構成信号Yr (k)が適切なP CM量子化器範囲に入るようにされる。本 発明の特徴に従っての再構成信号Yr(k)が入るPCM量子化器範囲のサイズ M(k)の使用によって再構成信号Yr (k)が過大(21) 浄書(内容)こ変更なし) でも過小でもない値だけ調節され、これによって過修正あるいは修正不足の可能 性が克服される。同様に、In(k)が最も正あるいは最も負・のADPCM量 了化器範囲、つまり飽和状態にある場合は、再構成信号値Yr(k)は、それぞ れθ・M (k )だけ増加あるいは減少される。
前述したごとく、本発明の特徴に従って、調節倍率φおよびθが使用されること によって再構成信号Yr(k)が過調節あるいは調節不足にならないようにされ 、こうして次のPCM−ADPCM復号器100によって受信されるADPCM サンプルInに等しいADPCMサンプルIn+1(k)e生成するようにされ る。従って、調節倍率φの値は使用されるADPCM量子化器特性、特にこの特 性のエラー境界に依存する。負ノスロープエラー境界は−1であることが知られ ている。正のスロープエラー境界γは以下の式、つまり によって定義される。
調節倍率φに対する最悪の事態は複合ノイズによって再構成信号Yr(k)がY  (k)以外の弦のPCM量子化器範囲に入る場合に生じる。従って、φに対す (22) る最大値は弦境界での量子化器範囲のサイズの比(几)によって決定される。つ まυ、 と定義される。ここで、M、(k)はその弦境界の下側の弦に対する範囲のサイ ズであシ、Mh(k)はその上側の弦に対する範囲のサイズである。μm規定P CMに関しては量子化器範囲のサイズは1つの弦から次の上側の弦にわたること が知られている。従って、調節倍率グの値はR−0,5の上限から切捨てノイズ に起因する量子化エラー特性のス牛ニーを補正するための小畑な値を差し引いた 値を持つ。正のスロープエラー2よび負のスロープエラー境界はPCM量子化エ ラー特性に重ねられることによって、符号器101が復号器100によって受信 されるAD PCMサンプルIn(k)と等しいA D P CMサンプルIn +1(k)を生成するために再構成信号Yr(k)を適当なP CM量子化器範 囲に入るように調節するだめの調節倍率グの最小値を定義する。調節倍率グに対 する最小値は、再構成信号Yr (k)が入るPCM量子化器範囲内のPCMエ ラー特性を横断する正スローエラー境界によって形成きれるエラー境界部の水平 軸上への投影(v)(23) とp c br量子化器範囲のサイズM(k)の比、つま勺OMIN = v  / M (k )によって決定される。従って、当業者によって次式が成立する ことが容易に理解できよう。
一つの例においては、正スロープエラー境界スロープγは概ね2/3である。従 って、オ(6)式より再構成信号Yr (k)を正しく修正するのに必要な調節 倍率グに対する最少値は0.2であることが理解できる。
しかし、有限演算効果、つtB量子化エラー信号eq(k)の切捨てから生じる 対応するPCMエラー特性のス牛ニーを考慮し、ダに対して少し大きな値、ここ ではダー6が採用きれる。調節倍率グの値が0.5、つまシ対応するPCM量子 化器範囲のM(k)のサイズの2分の1に接近することに注意されたい。しかし 、調節倍率2の値は結果としての修正再構成信号Yr(k)が入るPCM量子化 器範囲に隣接しないPCM量子化器範囲に入るほどに大きくはない。ここでもμ m規定PCMに対してはダは0.3の値をとる。
第4図はデジタル信号を;1l−1のコード、例えば、μm規定PCMから第2 のコード、例えば4−ビットAD P CMに変換するためのプログラムルーチ ンのフローチャート、つまシ符号器101の動作を示す。DSPは401を介し て初期化される。動作ブロック402△ 内で予測器サンプル概算Y(k)が計算される。動作ブロック406は受信サン プルF(k)を復号してこれを線形PCM形式、っ−!、シY(k)に変換する 。動動作ブロック405において、差分信号e(k)が、例えば第5図の不拘− ADPCM量子化器特性に従ってADPC’Mに量子化され、4−ビット差分P  CM出力サンプルIn+1(k)が得られる。動作ブロック406はIn+1 (k’)を逆A、 D P CM量子化することによって、eq’(k)の値を 検出し、次に、この4−ビット差分PCMサンプルIn+i (k)を出力する 。動作ブロック405はeq(k)、の切捨てを行ないeq“(k)を得る。つ まシ、eq(k)のデジタル値が整数部に制限され、小数部が切捨てられる。動 作ブロック408は線形PCM形式である再構成信号Yr△ (k)の計算、つまI)Yr (k)−eq’ (k) +Y(k)を実行する 。最後に、動作ブロック410において、適応予測器係数が更新される。ステッ プ410が完了すると、符号器101はブロック411において次のP CM入 カサンプルyt (k)を待つ。次に制御が動作ブロック402に渡され、P  CM −A D P CM符号器プロセスが繰り返される。
第6図は本発明の他の実施態様を含む符号器の略ブロック図を示す。符号器10 1は第1図に示す符号器101と同一の構造を持ち、第4図に示すフローチャー トに従って動作する。従って、第6図の符号器101の要素には牙1図の符号器 101と同一の番号が与えられており、ここでは詳細な説明を繰シ返すことを避 ける。
第6図の復号器600は第1図の復号器100と類似のものである。復号器6o oの要素は第1図の復号器100と同一であシ、同一の番号が付与されており、 再度説明することを避ける。復号器600と復号器100が異なる点は、出力調 節装置119(第1図)が削除されており、PCM出力量子化器6o1(第6図 )が本発明の特徴に従って、PCMサンプルF(k)の量子化器範囲を次の符号 器101が最終的に復号器600によって受信されたA D P CMサンプル In(k)と等しいADPC〜1サンプルIn−+−1(k)を生成するように 制御調節するだめの装置を含むことである。復号器101内で実行きれるのと同 様に、必要に応じてPCM出力量子化器601内において、ADPOMサンプル In (k)に対する複合ノイズ値α(k)(26) を評価することによってP−CMサンプルV/(k)の調節が行なわれる。この 目的を達成するため、受信されたA、 D P C! MサンプルIn(k)’ 、量子化器倍率△(△ k)、予測器概算Y(k)および再構成信号Yr(k)がPCM出力量子化器6 01に供給される。量子化器601はADPCMサンプルIn (k)に対する 複合ノイズ値α(k)を生成するが、この値がサンプルIn(k)に対する上限 dIU〔In (k))および下限d+L(Iバ(k’))ADPCM量子化器 範囲判定レベルと比較される。複合ノイズ値α(k)がIn(k)に対する上限 および下限A D P CM量子化器判定レベルの限界セット内にない場合は、 サンプルF(k)に対するPCM範囲が調節される。この調節は、ADPCMサ ンプルIn(k)が正の飽和状態、負の飽和状態にあるか否か、並びに複合ノイ ズ値α(k)がサンプルIn(k)に対する上限dlU(In (k):lに等 しいないしそれ以上あるか、あるいは下限ADPCM量子化器判定レベルdlU (In(k))以下であるか否かによってP CM量子化器範囲の一段上あるい は下に調節される。
第6図の復号器600および符号器101のブロック図は説明のだめの便宜上の ものであシ、実際この例においては、復号器600および符号器101はデジタ ル信号プロセッサ(DSP)、つまシ信号処理用プ(27フ ログラマブル集積回路内に実現される。当技術で周知の各種デジタル信号処理装 置の任意のものをこの目的に使用することが可能である。これらDSP装置の一 つは前述したごとくウェスタン エレクトリック社(Western Elec tric Company ) によって製造される。
従って、本発明の特徴を含む復号器600はDSP装置をプログラムすることに よって実現される。本発明の特徴に従う復号器600の動作についてオフ図およ び第8図のデジタルプログラム フローチャートを参照に説明する。オフ図およ び第8図ねC−CおよびD−Dにて接続されることによって、デジタルサンプル In(k)を第2のコード、例えば4−ビットA、 DP CMから第1のフー ド、例えばμ255 P CMのデジタルサンプルVI(k)に変換するだめの プログラムルーチンのフローチャートを形成する。復号器600は第2図および 第6図のフローチャートで説明される動作を持つ復号器100と類似するもので あシ、オフ図および第8図のフローチャートのステップは牙2図および第3図の ステップと同一であり、また同一の番号が付与されているためここで再度詳細な 説明をすることは避ける。ステップ201からステップ210は第2図のそれと 同一である。動作ブロック801はステップ206において生成された再構成信 号Yr(k)をPCM量子化することによってPCMサンプルV/((28) k)を得る。条件分岐点211は、第6図のそれと同様に複合ノイズ値α(k) をIn (k)に対する上限および下限A D P CM範囲判定レベルに対し て比較する。つまシ、複合ノイズ値α(k)がIn(k)に対するその下限AD PCM量子化器範囲判定レベル旧し(In (k))に等しいないしそれ以上で あシ、またIn(k)に対するその上限A D P CM量子化器判定レベルa  IU (I n (k) )以下であるか判定される。
ステップ2110判定結果がYESである場合は、PCMサンプルF(k)のP  OM量子化器範囲は調節される必要がなく、制御が動作ブロック804に渡さ れる。しかし、ステップ211の判定の結果がNOである場合は、符号器101 が復号器600によって受信されたA D P OMサンプルIn(k)に等し い出力ADPCMサンプルIn+1 (k)を生成するようにするためにPCM サンプルF(k)のP CM量子化器範囲を調節する必要がある。条件分岐点2 15はIn(k)が最大A D P CM量子化器範囲■〜IAXであるか判定 する。ステップ215の判定の結果がYESである場合、動作ブロック802は P’CMサンプル1(k)をPCM量子化器範囲の一段上に調節し、その後、制 御は動作ブロック804に渡される。ステップ215の判定結果がNOである場 合、条件分岐点217はIn(k)が最少A D P CM量子化器範囲I M INであるか判定する。ステップ217の結果がYESである場合、動作ブロッ ク806はPCMサンプル1(k)をPCM量子化器範囲の一段下に調節しその 後、制御全動作ブロック804に渡す。ステップ217の結果がNOである場合 は、条件分岐点219は複合ノイズ値α(k)がIn(k)に対する上限−A  D P CM量子化器判定レベルdlU(In (k))に等しいないしそれ以 上であるか判定する。ステップ219の結果がYESである場合、動作ブロック 803は、PCMサンプルW(k)をPCM量子化器範囲の一段下に調節し、そ の後、制御は動作ブロック804に渡される。ステップ219の結果がNOであ る場合は、動作ブロック802は、PCMサンプルF(k)をP OM量子化器 範囲の一段上に調節し、その後、制御は動作ブロック804に渡される。
動作ブロック804はP CMサンプル804を通信チャネル102に出力する 。その後、復号器600は動作ブロック222において次のADPCMサンプル In(k)が受信されるのを待つ。次に制御が動作ブロック202に戻され、A DPCM−PCM復号器プロセスが繰シ返される。
PCMサンプルF(k)の調節をDSP内でPCM量子化器601(第6図)で 実行することは困難であるが、線形再構成信号Yr(k)をDSP内で出力調( 30) 節装置119(第2図)で実行することは可能である。
前述の構成は本発明の実施態様の一例にすぎない。
当業者にとっては本発明の精神と範囲から逸脱することなく各種O変更が可能な ことは明らかである。事実、μ−規定P CMおよびADPCΔエコード体系を 使用することも可能である。ざらに、A D P CMおよびpcMのいずれも 不均一および均一量子化特性のいずれをも使用できる。
FIG、 2 FIG、 3 FIG、 7 FIG、θ 手 糸売 補 正 書(方式) %式% 1、事件の表示 PCT/US83101832 デジタルコード変換器 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 5、補正命令の日付 昭和59年11月22日発送日:昭和59年11月27日 6、補正の対象 明細書の翻訳文 別紙の通りタイプ印書により浄書した明細書(21頁)の翻訳文を1通提出致し ます。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 牙1のコードのデジタルサンプル(例えば、線形パルス符号変調)を第2 のコードのデジタルサンプル(例えば、適応パルス符号変調)に変換するための 復号器において、 該復号器内で第2のコードのサンプルを変換することによって得られた第1のコ ードの線形サンプルの代表を疑似的に試し伝送することによって複合ノイズ値( α(k))を得るだめの装置、 該複合ノイズ値を該第2のコードのサンプルの量子化器範囲(△(k))との関 係によって定義される所定の限界(d+U、d+L)と比較評価するだめの装置 、および 該複合ノイズ値が該所定の限界内に入らない場合、該第1のコードの線形サンプ ルの代表値を結果として得られる牙1のコードのサンプルが第1のコードの量子 化器範囲に入るように調節し、その結果、次の第1から第2のコードを得るため の符号器が該復号器内で変換された該第2のコードのサンプルと等しい第2のコ ードサンプルを生成するようにするだめの装置を含むことを特徴とする復号器。 2 請求の範囲第1項に記載の復号器において、該復号器が変換される該第2の コードのサンプルに対応する牙1のコードの予測概算サンプルを得るため(3z ) の装置を含み、また 該複合ノイズ値を得るだめの装置が 該第1のコードの線形サンプルの代表を第1のコードのサンプル形式に符号化す るだめの装置、該第1のコードのサンプル形式を第1のコードに復号するだめの 装置、および 該復号された第1のコードのサンプル形式と該対応する第1のコードの予測概算 との代数差を得るだめの装置を含むことを特徴とする復号器。 3、請求の範囲第1項に記載の復号器において、該比較評価装置が該第2のコー ドのサンプル量子化器範囲に応じて該規定限界である上側限界および下側限界を 得るだめの装置、および 該複合ノイズ値が該規定の上側限界および下側限界内にあるか否かを判定するだ めの装置を含むことを特徴とする復号器。 4、請求の範囲第1項に記載の復号器において、該第1のコードのサンプルの線 形代表が該第2のコードのサンプルを該第1のコードに変換した結果としての再 構成第1コード信号であり;また該調節装置が 該再構成信号が入る第1のコードの量子化器範囲のサイズを表わす値を得るだめ の装置、および該再構成信号の肢位を少なくとも1つの所定の調節倍率を掛けて 得られる該第1のコードの量子化器範囲のサイズに等しい第1の値だけ調節する ための装置を含むことを特徴とする復号器。
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