JPS6058614B2 - Dpcm−pcm変換装置 - Google Patents

Dpcm−pcm変換装置

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JPS6058614B2
JPS6058614B2 JP2793378A JP2793378A JPS6058614B2 JP S6058614 B2 JPS6058614 B2 JP S6058614B2 JP 2793378 A JP2793378 A JP 2793378A JP 2793378 A JP2793378 A JP 2793378A JP S6058614 B2 JPS6058614 B2 JP S6058614B2
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dpcm
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英世 村上
正彦 松下
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はディジタル信号処理によつて、PCM符号化
信号(以下PCM信号と記す)とDPCM符号化信号(
以下DPCM信号と記す)との相互変換が繰返される伝
送系に使用され、特にその伝送系において変換雑音が少
いように考慮されたDPCM−PCM変換装置に関する
ものである。
従来のPCM/DPCM変換回路はPCMデコーダとD
PCMコータとの機能を、PCM/DPCM変換回路は
DPCMデコーダとPCMコータとの機能をディジタル
処理でシミユレートしてそれぞれ変換を行なつていた。
従つてPCM信号とDPCM信号とを相互に変換(PC
M/DPCM変換と記す)する回数を重ねると変換に伴
う雑音が相加する。表1に多段変換雑音が相加する場合
を示す。この表から理解されるように直線PCMとDP
CMとの変換の場合はPCM量子化ステップΔ2とDP
CM量子化ステップΔDとの関係がΔP〉ΔoでDPC
M過負荷時に多段変換雑音が相加する。
また非直線PCMとDPCMとの変換の場合は、PCM
量子化ステップΔP,p″とPCM量子化ステップΔo
との関係がΔ,″〉Δo〉Δ2の時と、Δ,〉ΔoでD
PCM過負荷の時に多段変換雑音が相加する。第1図に
従来変換回路を示す。この図は非直線PCMまたは直線
PCM<5DPCMとの相互変換の場合であり、PCM
及びDPCM符号化方式の各サンプリング周波数はFs
(Hz)(サンプリング周期1/Fs=Ts)とする。
PCM/DPCM変換は第1図aに示すように、入力端
子1から入力したPCM信号はPCM復号回路2によつ
てそのPCM圧伸特性に従つて(入力PCM信号が直線
PCMの場合は不用てある)直線PCM信号Xに変換さ
れ、ディジタル差分回路3で予測回路5の出力値Yを差
し引かれる。その差信号ZはDPCM量子化回路4で量
子化されて信号7としてディジタル加算回路6と、DP
CM復号化回路8とに出力される。加算回路6はこの信
号7と予測出力Yとを加算してその和信号wを遅延記憶
回路7に出力する。回路7は和信号Wを時間Tsだけ遅
延記憶して次の標本時間に予測回路5に出力し、予測回
路5は和信号wにもとづいて次の入力標本値を予測する
。DPCM復号化回路8は信号7をDPCM符号化して
出力端子9に出力する。PCM/DPCM変換回路は以
上の動作Ts周期で繰返す。また第1図bに示すDPC
M/PCM変換回路も以下の動作をTs周期て繰返す。
ます入力端子10から入力したDPCM信号をDPCM
復号化回路11で復号し、この復号信号Aをディジタル
加算回路12に出力する。加算回路12は信号Aと予測
回路13からの予測信号Bとを加算してその加算信号C
を直線PCM/PCM変換回路15及び遅延記憶回路1
4に出力する。回路14は信号Cを次の標本周期まで遅
延記憶して予測回路13に加える。予測回路13は次の
標本周期に加算信号Cに基ついて次の予測値を出力する
。変換回路15は加算信号CをDPCM符号化して出力
端子16に出力する。以上PCM/DPCM変換回路の
動作と、DPCM/PCM変換回路の動作とを説明した
次にPCM/DPCM変換した後、DPCM/PCM変
換をし、更にPCM/DPCM変換を行なうと変換雑音
が相加することを示す。まずPCM量子化ステップを標
本値がX1の場合Δ2とし、PCM量子化回路4のDP
CM量子化特性は直線としてそのPCM量子化ステップ
Δ。とする第2図にその構成図を示し、第1図aに示し
たPCM/DPCM変換回路17の出力側に第1図bに
示したDPCM/PCM変換回路18が接続され、更に
その出力側に第1図aで示したPCM/DPCM変換回
路19が接続される。
入力端子1に入力したPCM信号は変換回路17にて変
換され、その出力端子9にDPCM信号として出力され
る。この出力されたDPCM信号は変換回路18に入力
されてPCM信号に変換され、端子16に出力される。
こ9PCM信号を再びDPCM信号に変換するため端子
1″を通して変換回路19に入力し、その出力端子9″
にDPCM信号を得る。以上の動作をTs周期で繰返す
。変換回路19において第1図aの各部と対応する部分
には同一番号にダツシユ1″ョを付けて示してあり、ま
た対応する信号は同一符号に添年RlJを付けて示して
ある。第2図に示す回路を多段に接続すると1段目変換
雑音に2段目以後の変換雑音が相加する場合を表1に示
す。
表1に示す変換雑音が相加する場合#1,#2,#3に
ついて示す。ただし、遅延記憶回路7,14,7″の各
記憶内容の初期値は同一と仮定する。(従つてY=B=
Y1である)。1) 直線PCM.(5DPCMとの相
互変換#1 Δ2〉ΔoかつDPCM過負荷の場合第3
図に、第2図に示す回路内の信号を示す。
入力端子1に加えられたPCM信号は復号回路2を介し
て直線PCM信号Xになり、差回路3に加えられる。こ
のときの予測値はY1予測誤差はZであるから、とヂる
この予測誤差Zは正の過負荷レベルlを越えている。(
DPCM過負荷)したがつてZを量子化した値jはただ
しlδDl〉ΔD/2 となる。
このとき局部復号信号Wはである。
次のDPCM/PCM変換回路18では1を符号化した
信号を受信し、DPCM復号化回路11を介して信号A
に復元する。従つてである。
また仮定よりとなる。
この和信号CをPCM量子化した信号X1はとする。
2段目PCM/DPCM変換回路19はこのPCM量子
化された信号X1を入力して、DPCM信号を出力する
予測値はY1で、その予測誤差は乙である。仮定よりで
ある。このとき式(6),(7),(8),(9),(
10よりただし1ΔD−δp1くΔD/2とタリぅ乙を
量ヂ焦した乙は となる。
このときW1はとなる。
式(2)に示すように1段目PCM/DPCM変換回路
17内てDPCM量子化を行ない、これに伴いPCM/
DPCM変換雑音が生じ、また式(11)(12)に示
すように2段目PCM/DPCM変換回路19内て再び
DPCM量子化を行い、これに伴つて再びPCM/DP
CM変換雑音が生じる。
これ等1段目PCM/DPCM変換雑音に2段目変換雑
音が相加している。また次の標本化周期(Ts)後では
W1〜Wのため1段目、2段目のPCM/DPCM予測
値が異なり、このために1段目、2段目で各々DPCM
量子化を行なうことになり、変換雑音lが相加するよう
になる。■) 非直線PCM(5DPCMとの相互変換
#2 Δ9″〉Δo〉Δ9かつDPCM非過負荷この場
合の第2図に示した回路内信号を、第4図に示す。
入力端子1に加えられたPCM信号はPCM復号回路2
を介して直線PCM信号xになり差回路3に加えられる
。このときの予測値はY1予測誤差はZであるから、と
なる。
この予測誤差は非過負荷であるからとする。このときで
ある。
また次のDPCM/PCM変換回路18では、jを符号
化した信号を受信し、DPCM復号化回路11を介して
信号Aに復元する。従つてである!また仮定よりである
このときCはとなる。
このCをPCM量子化した信号X1はとする。次の2段
目PCM/DPCM変換回路19はこのPCM量子化さ
れた信号X1を入力して、DPCM信号を出力する。予
測値はY1で、その予測誤差は乙である。仮定よりてあ
る。
また乙は式(22)よりただし り2回のDPCM量子化行なわれている。
従つて変換雑音が相加している。#3 Δ,〉Δoかつ
DPCM過負荷、非直線PCM#1と同様の過程で多段
変換雑音が生じ、また#1で述べたことはPCMが直線
、非直線にかかわらず言える。
従つてこの場合の説明は省略する。以上述べたように従
来のPCM−DPCM変換回路では表1に示したように
#1,#2,#3の場合に多段変換雑音が相加する欠点
があつた。
この発明はこれらの欠点を除去するために、DPCM/
PCM変換回路内のPCM量子化特性を入力信号に応じ
て変化させることにより変換を繰返しても変換雑音が相
加されないDPCM−PCM変換装置を提供することに
ある。第5図はこの発明による変換装置の実施例を示し
、第1図b中の対応するものには同番号を付けてある。
この発明ては直線PCM/PCM変換回路15の代りに
PCM量子化符号化回路20を設ける。このPCM量子
化符号化回路20はTs周期毎に入力端子10と加算回
路12とから入力され、これ等入力信号に従つてその量
子化特性を変えて加算出力信号CをPCM量子化符号化
して出力端子16に出力する。第9図にPCM量子化符
号化回路20の回路構成例を示す。
入力端子22から加算回路12の加算出力Cが量子化回
路24へ供給され、量子化回路24は量子化出力q(c
)=dを加算器30へ出力し、またその量子化ステップ
Δp=eと、q(c)−C〉0またはq(C)−C=0
またはq(C)−C〈0かを示す信号γとを補正信号発
生回路26へ出力し、かつ回路24はeと、C≧0のと
き、q(C)より1量子化レベル大きい所の量子化ステ
ップ、Cく0のときq(c)より1量子化レベル小さい
所のPCM量子化ステップfを切換制御信号発生回路2
7に出力する。一方入力端子10からのDPCM信号は
DPCM過負荷検出器25に入力され、正、負の過負荷
、非過負荷を示す信号mが補正信号発生回路26に出力
される。この補正信号発生回路は入力された信号M,e
,γより、mが正の過負荷を示し、かつγがq(c)−
C〈0を示す場合ΔPを、mが負の過負荷を示しかつγ
がq(C)−C〉0を示す場合−ΔPをそれぞれ加算器
30に入力して量子化出力dに加え、つまり信号rと信
号mとから過負荷状態を強調するような量子化出力q(
c)を検出し、これを所定値たけ補正し、その補正出力
、つまり加算回路30の加算出力jは切換回路32の一
方の入力とされる。端子22からの加算出力Cは量子化
回路28及び29にもそれぞれ供給され、回路28では
C+Δo/2を量子化してq(C+Δ。/2)=hを、
回路29はC−ΔD/2を量子化してq(C−Δo/2
)=iをそれぞれ比較器31へ出力する。比較器31に
は端子22からの加算出力Cも入力さ^、h<51の内
Cとの差の小さい方pを切換回路32の他方の入力pと
して出力する。切換回路32は回路27からの制御信号
gにより制御され、信号J,pの何れか一方をPCM量
子化符号化回路20の出力lとして出力端子16へ出力
する。Δ2″〉Δo〉Δ2の場合、切換信号発生回路2
7はΔ2″〉Δo〉Δ2てあることを検出し、切換回路
32を比較器31側に接続する信号gを発生する。
比較器31では量子化回路28,29で量子化されたq
(C+Δo/2)=H..q(C−Δo/2)=iの内
信号Cとの差が小さい方を出力するため、その出力がP
CM量子化符号化出力eとして端子16に出力される。
次にΔP″〉ΔD〉Δpでない場合は切換信号発生回路
27でΔ,″〉Δo〉Δ,でないことが検出され、その
出力gにより切換回路32は加算器30側へ接続される
一方PCM過負荷検出器25で入力されたDPCM信号
Dが正の過負荷、負の過負荷、非過負荷の何れかである
か検出され、この信号mと、量子化出力q(c)=dが
加算信号Cと等しいか、大きいか小さいかを示す信号γ
と、量子化ステップΔPとから、補正信号発生回路26
はγがq(C)−Cく0を示しかつmが正のDPCM過
負荷を示す場合Δ,を、γがg(c)−C〉0を示しか
つmが負のDPCM過負荷を示す場合−ΔPを、γとm
とがそれ以外の場合は0を出力する。従つてDPCMが
正の過負荷でq(C)−Cく0の場合はq(c)+Δ2
が、DPCMが負の過負荷でq(c)−C〉0の場合は
q(C)−Δ,が、それ以外の場合はq(C)がPCM
量子化符号化回路20の出力として端子16に得られる
。従来回路による多段接続回路構成(第2図)に対応す
る多段接続回路を構成第6図に対応する部分に同一符号
を付けて示す。
この例はPCM/DPCM変換回路17及び19間のD
PCM/PCM変換回路21は第5図に示した回路が使
用される。入力端子1から入力したPCM信号はPCM
/DPCM変換回路17によつてDPCM信号に変換さ
れて出力端子9より出力される。そのDPCM信号はD
PCM/PCM変換回路21に加えられ、この回路21
によつてPCM信号に変換されて、出力端子16から出
力される。その出力されたPCM信号はPCM/DPC
M変換回路19に入力されて再びDPCM信号に変換さ
れて出力端子9″より出力される。以上の動作でTs周
期で繰返す。次にこの実施例の改造PCM量子化関数と
多段接続回路構成における雑音相加持性について、表1
に示すI)直線PCMとDPCMとの相互変換(#1)
、■)非直線PCM.5DPCMとの相互変換(#2,
#3)の各場合に分けて述べる。1) 直線PCM.l
5DPCMとの相互変換(Δ2〉 Δの場合)従来のP
CM量子化関数をQPl改造PCM量子化関数Q,とす
る。
このとき入力端子10から入力する信号(DPCM信号
でDと記す)が最大振幅値を示す信号以外はPCM量子
化符号化回路20において従来通りの量子化を行ない、
最大振幅値を示す信号の場合には以下に述べるように加
算回路12からの入力信号CをPCM量子化して出力す
る。定義1:Qp (1)入力信号Dが最大振幅値を示さない場合”(2)
Dが正の最大振幅値を示す場合(1)Q,(C)−C≧
0ならばQp(C)=Qp(C)(11)Qp(c)−
C〈0ならばQp(C)より1量子化ステップだけ大き
な量子化レベルQp″(c)に量子化する。
?゜つてD−ふ正の最大振幅値を示す場合は常にとなる
(3)Dが負の最大振幅値を示す場合 (i)Qp(C)−C≦0ならばQp(c)=Qp(c
)(Ii)Qp(C)−C〉0ならばQp(C)より1
量子化ステップだけ小さな量子化レベルQp″(C)に
量子化する。
Qp(c)=Qp″(c) したがつてDが負の最大振幅値を示す場合はとなる。
上述のPCM量子化特性Qpを持つたDPCM/PCM
変換回路21を用いて、第6図に示す多段接続回路構成
における雑音相加持性について述べる。
#1 Δ2〉Δ。
かつDPCM過負荷の場合第6図に示した回路内の信号
を第7図に示す。入力端子1に加えられたPCM信号は
直線PCM信号Xとされて差回路3に加えられる。この
ときこの1段目PCM/DPCM変換回路17は従来回
路と同一であるから、式(1),(2),(3)は成立
つ。次のDPCM/PCM変換回路21では、従来回路
と異なる部分はPCM量子化符号化回路20だけてある
。従つて式(4),(5),(6)は成立する。次に式
(6)で示されるCをPCM量子化するが、回路20の
PCM量子化関数はQpであるから、CをPCM量子化
した信号X1はである。
今、Dは正のDPCM過負荷であることを示しているの
で、である。
−2段目PCM/DPCM変換回路19はこのPCM
量子化された信号X1を入力してDPCM信号を出力す
る。
予測値はY1てその予測誤差はZ1である。仮定より、
てある。4は式(6),(7)″,(8Y,(9)″,
0aよりと夕るュjは最大量子化レベルであるからとな
る。
このときW,はDPCM変換回路17,19におけるD
PCM量子化信号は同一となる。
また式(6),(13)″によりW=C=W1となり遅
延記憶回路7,14,7″の内容は一致する。従つてT
s周期後の予測値も一致する。また以上より2段目PC
M/DPCM変換では変換雑音は生じないことが言える
。■) 非直線PCM.l5DPCMとの相互変換この
場合はI)の場合と異なり、回路20のPCM量子化符
号化回路の量子化関数を以下のよノうに変える。
この郷合の量子化関数をQp″とする。定義■:Qp″ Cを量子化する場合、Qp(C+ΔD/2)、Qp(C
−Δo/2)のうちCとの差の絶対値が小さい・方をQ
p″(C)とする。
((≠j土=?÷) このとき、上述のPCM量子化特性を持つた”DPCM
/PCM変換回路21を用いて第6図に示す多段接続回
路構成における雑音相加持性について述べる。
#2 Δ2″〉Δo〉Δ9の場合 第6図に示す回路内の信号を第8図に示す。
入力端子1に加えられた信号はPCM復号回路2を介し
て直線PCM信号Xになり、差回路3に加えられる。こ
のときこの1段目PCM/DPCM変換回路は従来回路
と同一であるから式(10,(15),(16),(1
7)は成立つ。次のDPCM/PCM変換回路21は、
従来回路と異なる部分は回路20だけである。したがつ
て式(18),(19),(20)は成立する。次に(
20)で示されるCをPCM量子化するが、PCM量子
化符号化回路20のPCM量子化関数はQp″であるか
ら、Cを量子化した信号X1はである。このとき式(1
4),(15),(16),(17),(20)より、
であるから となる。
式06)より1δ。−ΔJ2(くΔ9冫?であるから、
Qp(C+ΔC./2)=X (31と
なり、であるから となる。
従つてX1はとなる。
従つて2段目PCM/DPCM変換回路19はこのPC
M量子化された信号X1を入力して、DPCM信号を出
力する。
予測値はY1で、その予測誤差は乙てある。仮定よりで
ある。
また乙はとなる。
従つてとなる。
従つてこの場合も式(38)より1段目、2段目PCM
/DPCM変換回路17,19におけるDPCM量子化
信号が同一になることがわかる。
また(20),(39)よりW=C=W1となる。この
ことから2段目PCM/DPCM変換回路19ては変換
雑音は生じてないことがわかる。またW=C=W1であ
るから、遅延記憶回路7,14,7″の内容は一致し、
Ts周期後の予測値も一致する。#3 Δ2〉Δoかつ
DPCM過負荷(非直線PCM)従来技術を述べた所で
この場合の多段変換相加雑音は#1の場合の過程で生じ
ることを述べた。
また、#1の場合における多段変換相加雑音は回路20
のPCM量子化関数をQpにすることによつて除去でき
る。定義■で定義されたQp″は#1におけるQpをも
とに定義したため、#1と同様な過程で生じる雑音は除
去できる。従つて定義■で定義されたPCM量子化特性
を持つDPCM−PCM変換回路21は#1と同時に#
3の場合の多段変換雑音を除去てきる。以上直線PCM
もしくは非直線PCM.l5DPCMとの相互変換回路
を2段に接続しても、1段目以上の雑音が相加しないこ
とを述べた。これは3段以上接続しても同様である。ま
た以上の例ではPCMは直線PCMもしくは非直線PC
Mと直線DPCMとの相互変換について述べたが、この
発明はDPCMがアタプテイブ量子化DPCMまたはア
ダプテイブ予演11DPCM等の場合でも適用できる。
以上説明したようにこの発明の変換装置によつてPCM
−DPCM相互変換を何度繰返し行なつても、その変換
雑音は一度PCM−DPCM相互変換を行つた時に生じ
る雑音だけで、変換回数が増えても変換雑音は増加しな
い。
このため数度PCM−DPCM相互変換を繰返す場合は
、変換雑音が小さくて済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来のPCM/DPCM変換回路、第1図b
は従来のDPCM/PCM変換回路、第2図は従来のP
CM/DPCM..DPCM/PCM,.PCM/DP
CM変換回路の直列接続構成図、第3図はΔ2〉ΔDの
場合の第2図に示した回路内信号図、第・4図はΔP″
〉ΔD〉ΔPの場合の第2図に示した回路内信号図、第
5図はこの発明のPCM/DPCM変換回路図、第6図
はこの発明による回路を用いたPCM/DPCM,.D
PCM/PCM..PCM/DPCM変換回路を直列に
接した場合の回路構成図、第7・図はΔP〉ΔDにおけ
る第6図に示した回路内の信号図、第8図はΔ2″〉Δ
o〉Δ2における第6図に示した回路内の信号図、第9
図はPCM量子化符号化回路20の構成例を示すブロッ
ク図である。 1・・・・・・入力信号端子、2・・・・・・PCM復
号回路、ノ3・・・・・・ディジタル差分回路、4・・
・・・ディジタルDPCM量子化回路、5・・・・・・
予測回路、6・・・・・・ディジタル加算回路、7・・
・・・・遅延記憶回路、8・・・DPCM符号化回路、
10・・・・・・入力端子、11・・・DPCM復号化
回路、12・・・・ディジタル加算回路、13・・・・
・予測回路、14・・・・・遅延記憶回路、15・・・
・・直線PCM/PCM変換回路、16・・・・・・出
力端子、17,19・・・・・・PCM/DPCM変換
ブロック、18,21・・・・・・DPCM/PCM変
換ブロック、20・・・・・PCM量子化符号化回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力端子から入力されたDPCM符号化信号を復号
    するDPCM復号化回路と、そのDPCM復号化回路か
    らの復号信号と予測信号とを加算する第1加算回路と、
    その第1加算回路の加算出力を遅延する遅延回路と、そ
    の遅延回路の出力に基づき上記予測信号を作成する予測
    回路と、上記第1加算回路の加算出力及び上記入力DP
    CM符号化信号を入力し、PCM符号化信号を出力端子
    に出力するPCM量子符号化回路とを具備し、上記PC
    M量子化符号化回路は上記第1加算回路の加算出力Cを
    量子化した量子化出力q(c)、量子化ステップΔP、
    加算出力Cと量子化出力q(c)との大小関係を示す信
    号及び加算出力Cが正の場合、上記量子化出力q(c)
    より1量子化レベル大きい所の量子化ステップ、一方加
    算出力Cが負の場合、上記量子化出力q(c)より1量
    子化レベル小さい所の量子化ステップΔP′を出力する
    第1量子化回路と、上記入力DPCM符号化が過負荷か
    否かを示す信号を出力するDPCM過負荷検出器と、そ
    のDPCM過負荷検出器の出力信号と、上記第1量子化
    回路からの上記大小関係を表示する信号とから過負荷状
    態を強調するような量子化出力q(c)を検出してこれ
    を所定値だけ補正する補正信号を出力する補正信号発生
    回路と、その補正信号発生回路の補正信号を上記第1量
    子化回路からの量子化出力q(c)に加算して補正する
    第2加算回路と、上記加算出力Cを入力し、その加算出
    力Cに対し、上記DPCM符号化信号の量子化ステップ
    ΔDの2分の1をそれぞれ加算、減算したものを量子化
    する第2、第3量子化回路と、これら第2、第3量子化
    回路の量子化出力と上記加算出力Cとを比較し、その加
    算出力Cに近い方の量子化出力を出力する比較器と、上
    記第1量子化回路からの量子化ステップΔP、ΔP′を
    入力し、ΔP′>ΔD>ΔPを検出して切換制御信号を
    発生する切換信号発生回路と、その切換信号発生回路か
    らの切換制御信号により上記比較器の量子化出力を上記
    出力端子へ出力し、その他は上記第2加算回路の出力を
    上記出力端子へ出力する切換回路とよりなるDPCM−
    PCM変換装置。
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JP2793378A Expired JPS6058614B2 (ja) 1978-03-11 1978-03-11 Dpcm−pcm変換装置

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JPS63177564U (ja) * 1987-05-08 1988-11-17

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