JPS62101127A - Adaptive quantization device - Google Patents

Adaptive quantization device

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Publication number
JPS62101127A
JPS62101127A JP23959485A JP23959485A JPS62101127A JP S62101127 A JPS62101127 A JP S62101127A JP 23959485 A JP23959485 A JP 23959485A JP 23959485 A JP23959485 A JP 23959485A JP S62101127 A JPS62101127 A JP S62101127A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
quantizer
value
adaptive
input signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP23959485A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Shinada
品田 重男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS62101127A publication Critical patent/JPS62101127A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To minimize the quantization distortion by applying a proper robust adaptive quantization independently on an input signal level through the control of a leakage coefficient by the input signal level. CONSTITUTION:The input signal d(k) inputted from an input terminal 1 is subject to logarithmic conversion at first by a logarithmic converter 2 into log2d(k), the result is subject to scaling by a subtractor 3 by an adaptive parameter y(k) to obtain Log2d(k)-y(k), the result is quantized by quantizer 4 and goes to a quantized output value I(k), which is outputted from an output terminal 5. An averaging circuit 8 supplies arithmetic means <y>(k) of the y(k) at a sampling section NT, a leakage coefficient controller 9 supplies reciprocal of output <y>(k) of the circuit 8 to obtain a leakage coefficient, then the result is subtract from a value 1 to output 1-beta(k). A multiplier 10 uses the value and an output from a delay device 7 to output (1-beta(k)y(k)), which is inputted to an adder 11 and a limiter 12 limits the variation width of the value y(k).

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は適応差分PCM、(以下、ADPCMという)
符号化等に用いるロバスト型適応量子化器に係り、特に
、音声帯域データやトーン信号等のゆらぎの小さい信号
を量子化するのに好適な適応量子化器に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention is an adaptive differential PCM (hereinafter referred to as ADPCM).
The present invention relates to a robust adaptive quantizer used for encoding, etc., and particularly to an adaptive quantizer suitable for quantizing signals with small fluctuations such as voice band data and tone signals.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

ロバスト型適応量子化器は、特公表59−500077
号公報、特開昭59−70329号公報やアイ イー 
イー イー トランザクション オン コミュニケーシ
ョンズ(圧EE 1’1iANSAC丁JPNs O〜
COMMUNCATIONS)1975年11月号13
62頁に開示されており、また、国際″重信電話諮問委
員会CCITTにおいてもG721として勧告されてい
る。
The robust adaptive quantizer is published in Japanese Patent Publication No. 59-500077.
No. 59-70329, IE
EE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
COMMUNCATIONS) November 1975 issue 13
It is disclosed on page 62, and has also been recommended as G721 by the International Telephone Consultative Committee CCITT.

ロバスト型適応量子化器の適応パラメータは人力信号の
レベルに応じて増減し、量子化器の人力信号(適応後の
信号)のダイナミックレンジが。
The adaptive parameter of the robust adaptive quantizer increases or decreases depending on the level of the human signal, and the dynamic range of the human signal (signal after adaptation) of the quantizer increases.

量子化器のレンジに入るように適応化する。この適応パ
ラメータは入力レベルに比例する様に動くので、固定リ
ーク係数によるリーク量は人力信号レベルに依存する。
Adapt to fit within the range of the quantizer. Since this adaptive parameter moves in proportion to the input level, the amount of leakage due to the fixed leakage coefficient depends on the human input signal level.

一方、適応パラメータ更新の為の適応量は量子化器出力
により定まるが、量子化器は、ある人力信号分布に対し
て最も斌子化誤差が小さくなるように設計されているの
で、最適な場合の量子化器出力信号の分布は人力信号の
分布に一致する。従って、最も)よ子化歪の小さい時の
適応(更新)量のこの分布に対する期待値は、ある一定
量になり、人力信号のレベルには依存しない。
On the other hand, the adaptation amount for updating the adaptive parameters is determined by the quantizer output, but since the quantizer is designed to minimize the nesting error for a certain human signal distribution, the optimal case is The distribution of the quantizer output signal matches the distribution of the human signal. Therefore, the expected value for this distribution of the amount of adaptation (update) when the resonant distortion is the smallest is a certain constant amount and does not depend on the level of the human input signal.

前記リーク量とこの適応量とが等しいときに平衡状態に
なり、適応パラメータはある平衡値を中心に適応化を行
なう訳であるから、一方が入力レベルに依存し、他方が
入力レベルに依存しないという事実は、入力信号レベル
によって、平衡状態における量子化器人力信号分布(適
応後信号の分布)が最適分布からずれ、量子化歪が増大
することを意味する。つまり、従来のロバスト型適応量
子化器の量子化歪は入力信号レベルに依存し、場合によ
っては過負荷になる虞がある。
An equilibrium state occurs when the leakage amount and this adaptation amount are equal, and the adaptation parameters are adapted around a certain equilibrium value, so one depends on the input level and the other does not depend on the input level. This fact means that the quantizer's manual signal distribution (distribution of the signal after adaptation) in the equilibrium state deviates from the optimal distribution depending on the input signal level, and quantization distortion increases. In other words, the quantization distortion of the conventional robust adaptive quantizer depends on the input signal level, and there is a risk of overload in some cases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、入力信号のレベルによらず、良好な量
子化特性を有するロバスト型適応量子化器を提供する事
にある。
An object of the present invention is to provide a robust adaptive quantizer that has good quantization characteristics regardless of the level of an input signal.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

従来のロバスト型適応量子化器の不具合は、リーク係数
が入力信号レベルと無関係に固定されているのが原因と
なっている。そこで本発明のロバスト型適応量子化器で
は、適応パラメータをある区間に亘って平均し、該平均
値によりリーク係数を制御し、適応パラメータのリーク
量が入力信号のレベルに依存しないように、即ちレベル
が大きい時にはリーク係数を小さく、レベルが小さい時
はリーク係数を大きくする。
The problem with conventional robust adaptive quantizers is that the leakage coefficient is fixed regardless of the input signal level. Therefore, in the robust adaptive quantizer of the present invention, the adaptive parameters are averaged over a certain interval, and the leak coefficient is controlled by the average value, so that the leakage amount of the adaptive parameters does not depend on the level of the input signal. When the level is high, the leak coefficient is made small, and when the level is small, the leak coefficient is made large.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は適応量子化器のブロック図で、入力端子1.対
数変換器2.減算器3.量子化器4.出力端子5.適応
址発生器6.遅延器7.平均化回路8.リーク係数制御
器91乗算器10.加算器11゜リミッタ12から成る
。入力端子1から入力した入力信号d(k)(kはサン
プリング処理時刻kTを示す。
FIG. 1 is a block diagram of an adaptive quantizer, with input terminals 1. Logarithmic converter 2. Subtractor 3. Quantizer 4. Output terminal 5. Adaptive power generator 6. Delay device 7. Averaging circuit 8. Leak coefficient controller 91 multiplier 10. It consists of an adder 11 and a limiter 12. Input signal d(k) input from input terminal 1 (k indicates sampling processing time kT).

Tはサンプリング時間)は、まず対数変換器2で対数変
換されてLogtd(k)となり、次に適応パラメータ
y (k)により減算器3でスケーリングされLogl
d(k)  y (k)となり、更に量子化器4で量子
化され、量子化出力値I(k)となって出力端子5から
出力される。
T is the sampling time) is first logarithmically transformed by the logarithmic converter 2 to become Logtd(k), and then scaled by the subtracter 3 using the adaptive parameter y(k) to become Logl
d(k) y (k), which is further quantized by the quantizer 4 and outputted from the output terminal 5 as a quantized output value I(k).

適応斌発生器6は、量子化出力値I (k)がら適応j
d L ogt M (1)を発生し、これを加算器1
1に加える。
The adaptive bin generator 6 adaptively j
d L ogt M (1) and adder 1
Add to 1.

平均化回路8は、第2図に示すように、N−1個の遅延
器13と加算器14、及び乗算器15がら成り。
As shown in FIG. 2, the averaging circuit 8 includes N-1 delay devices 13, an adder 14, and a multiplier 15.

あるサンプリング区間NTでのy(k)の算術平均値<
y>(k)を次式(1)によりとる。
Arithmetic mean value of y(k) in a certain sampling interval NT<
y>(k) is determined by the following equation (1).

リーク係数制御器9は、第3図に示すように、逆算器I
6と乗算器17と減算器18で構成され、まず逆算器1
6で平均化回路8の出力<y>(k)の逆数をとってβ
りを乗算することによりリーク係数;β(k)=βり・
 (< y > (k))−’ ・・・(2)を求め、
次にこれを値1がら減算することにより1−β(k)を
出力する。ここで、βはある定数(0<βく1)であり
、夕は量子化器4が最適な量子化を行なっている時の適
応パラメータy (k)の平衡中心値である。例えば今
、量子化器4が4ビツト量子化器で、あるガウス分布に
対して最適に設計されているとすると、その分布密度関
数は次式となる6 (平均=0.分散=、?) ここで量子化器は、第4図に示すように、人力X≧Oに
対して なる量子化を行ない、x < Oに対しては、原点に対
して対称な)よ子化を行なうものとする。この時の量子
化出力値1(k)の確率をP(i)(i=o〜7)とす
ると; P (i)= (II(k)l= iとなる確率)  
・・・(4)表わされ、9は; Σ P (i、 i ) LogM (i)==βタ 
   ・・・(5)i=0 により定まる。
The leak coefficient controller 9 includes an inverter I as shown in FIG.
6, a multiplier 17, and a subtracter 18.
6, take the reciprocal of the output <y>(k) of the averaging circuit 8 and get β
By multiplying by , the leakage coefficient; β (k) = β
(< y >(k))-'...(2) is calculated,
Next, by subtracting this from the value 1, 1-β(k) is output. Here, β is a certain constant (0<β×1), and y is the equilibrium center value of the adaptive parameter y (k) when the quantizer 4 is performing optimal quantization. For example, if the quantizer 4 is a 4-bit quantizer and is optimally designed for a certain Gaussian distribution, its distribution density function is as follows6 (mean=0.variance=,?) Here, as shown in Fig. 4, the quantizer performs quantization when X≧O, and performs quantization (symmetrical with respect to the origin) when x < O. do. If the probability of the quantized output value 1(k) at this time is P(i) (i = o ~ 7); P (i) = (probability that II(k)l = i)
...(4) Represented, 9 is; Σ P (i, i) LogM (i)==βta
...(5) Determined by i=0.

リーク係数制御器9から1−β(k)が出力されると1
乗算器10はこの値と遅延器7の出力値とから(1−β
(k) y (k))を出力して加算器11に入力する
。この結果、加算器11は次式(6)の演算を行なう。
When 1-β(k) is output from the leak coefficient controller 9, 1
The multiplier 10 calculates (1-β) from this value and the output value of the delay device 7.
(k) y (k)) is output and input to the adder 11. As a result, the adder 11 performs the calculation of the following equation (6).

y (k+1)= (1−β(k) y (k) + 
L Ogz M (i)   ・・・(6)尚、リミッ
タ12はy (k)の値の変動幅を制限するものである
y (k+1)= (1-β(k) y (k) +
L Ogz M (i) (6) Note that the limiter 12 limits the range of variation in the value of y (k).

今、<y>(k)=アとする。このような場合は、入力
信号が音声帯域データやトーン信号のようなゆらぎが小
さい信号の、ある入力レベルにおいて成立する。この時
は、第(2)式によりβ(k)=βとなるため、これを
第(6)式に代入するとβy (k)” L og2M
 (i)となる。従って、平衡状態における適応パラメ
ータのリーク量の期待値β< y (k)>は; β< y (k)> = < L Ogz M (i)
 >=ΣP (i) ・L og、 M (i)i=Q となる。これと第(5)式により; β< y (k)> =βタ       ・・・(7
)が成り立つ。つまり、入力信号が第5図実線Iで示す
ようなガウス分布の場合、P(i)=P(i)、#)と
なり、量子化器4は最適な量子化を行なっていることに
なる。尚、P (i)はI(k)=iとなる確率がある
Now, let <y>(k)=a. In such a case, this is true at a certain input level when the input signal is a signal with small fluctuations, such as audio band data or a tone signal. In this case, β(k)=β according to equation (2), so by substituting this into equation (6), βy (k)” L og2M
(i). Therefore, the expected value β < y (k)> of the leakage amount of the adaptive parameter in the equilibrium state is; β < y (k)> = < L Ogz M (i)
>=ΣP (i) ・Log, M (i)i=Q. Based on this and equation (5); β< y (k)> = βta...(7
) holds true. That is, when the input signal has a Gaussian distribution as shown by the solid line I in FIG. 5, P(i)=P(i), #), and the quantizer 4 performs optimal quantization. Note that P (i) has a probability that I(k)=i.

ところが、このレベルより大きな人力信号が入ってきた
とし、その平衡状態を考える。即ち、<y>(k)>ア になったとする。この時の平衡状態でのリーク敏が、β
(k)=βであるならば、期待値はβ<y> (k)=
 (1−β)<y>(k)で表わされる。一方、第(6
)式によれば。
However, suppose that a human signal larger than this level comes in, and consider its equilibrium state. That is, let us assume that <y>(k)>a. At this time, the leak sensitivity in the equilibrium state is β
If (k)=β, the expected value is β<y> (k)=
It is expressed as (1-β)<y>(k). On the other hand, the 6th
) According to Eq.

β<y> (k)= <LogM(i)>=Σ P (
i) L og M (i)i=0 〉Σ P (i、 i ) LogM (i)・・・(
8)i:。
β<y>(k)=<LogM(i)>=Σ P (
i) Log M (i) i=0 〉Σ P (i, i) LogM (i)...(
8) i:.

となる。つまり、 (P(i))二 ≠ (P (i、 2 ))’。becomes. In other words, (P(i))2≠(P(i, 2))'.

1=O1=0 となり、量子化器4は最適な量子化を行なっていないこ
とを意味する。
1=O1=0, which means that the quantizer 4 is not performing optimal quantization.

一般に、(LogM(i))−は 1=0 0>LogM(0)<LogM(1)<・=<LogM
(7)>O−(9)のように選ばれるので、<y>(k
)>りの場合のに子化器4への入力信号(適応後信号)
の分布は、第5図の破線Hのようになり、最適な場合か
らずれた状態で平衡状態になって過負荷がおこりやすく
なる。<y>(k)<りの場合も上記と同理で最適な状
態からずれ、量子化歪が増大する。
In general, (LogM(i))- is 1=0 0>LogM(0)<LogM(1)<・=<LogM
(7)>O−(9), so <y>(k
) > Input signal to childizer 4 (signal after adaptation)
The distribution becomes as indicated by the broken line H in FIG. 5, and an equilibrium state deviates from the optimal case is reached, making overload likely to occur. Also in the case of <y>(k)<, the state deviates from the optimum state and the quantization distortion increases due to the same principle as above.

しかるに、本実施例では、リーク係数β(k)を第(2
)式で表わすように設定しであるため、リーク量の平衡
状態での期待値は くβ(k) y (k)> = <βp (< y >
 (k)−’ y (k)>となり、音声帯域信号のよ
うなゆらぎの小さい場合は、<y>(k)がほぼ一定で
あるので、〈β(k) y (k)> =βり・ < 
y > (k)−1< y (k)>=βり=Σ P 
(i) LogM (i)i:0 となる。つまり、入力レベルに依存しないようになる。
However, in this embodiment, the leakage coefficient β(k) is
), the expected value of the leakage amount in an equilibrium state is β(k) y (k)> = <βp (< y >
(k)-' y (k)>, and in the case of a voice band signal with small fluctuations, <y>(k) is almost constant, so <β(k) y (k)> = β・<
y >(k)-1< y (k)>=βri=ΣP
(i) LogM (i)i:0. In other words, it becomes independent of the input level.

音声帯域データの場合、短時間分布は略ガウス型である
)1(が知られており、この場合は第(5)式%式%) となる。即ち、量子化器4は最適の状態で量子化を行な
う。
In the case of voice band data, it is known that the short-time distribution is approximately Gaussian-shaped. That is, the quantizer 4 performs quantization in an optimal state.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、リーク係数を人力信号レベルにより制
御するようにしたので1人力信号レベルによらずに最適
なロバスト型適応量子化を行なう事ができ、量子化歪を
最小にする効果がある。
According to the present invention, since the leak coefficient is controlled by the human signal level, optimal robust adaptive quantization can be performed regardless of the human signal level, which has the effect of minimizing quantization distortion. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る適応量子化器のブロッ
ク図、第2図は平均化回路の構成図、第3図はリーク係
数制御器の構成図、第4図は量子化器の特性グラフ、第
5図は人力信号の分布グラフである。 に入力端子、2:対数変換器、3:減算器、4 : ;
il量子化器、5:出力端子、6:適応量発生器、7:
遅延器、8:平均化回路、9:リーク係数制御器、lO
二乗算器、11:加算器、12:リミッタ、13:遅延
器、14:加算器、15:乗算器、16:逆算器、17
:乗算器、18:減算器。 代理人 弁理士   秋 本  正 実第1図 第 2 図
Fig. 1 is a block diagram of an adaptive quantizer according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of an averaging circuit, Fig. 3 is a block diagram of a leak coefficient controller, and Fig. 4 is a block diagram of a quantizer. The characteristic graph of FIG. 5 is a distribution graph of the human input signal. Input terminal, 2: Logarithmic converter, 3: Subtractor, 4: ;
il quantizer, 5: output terminal, 6: adaptive quantity generator, 7:
Delay device, 8: Averaging circuit, 9: Leak coefficient controller, lO
Square multiplier, 11: Adder, 12: Limiter, 13: Delay device, 14: Adder, 15: Multiplier, 16: Inverter, 17
: Multiplier, 18: Subtractor. Agent Patent Attorney Tadashi Akimoto Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 標本化時刻毎に入力するデジタル化された入力信号を量
子化するロバスト型適応量子化器において、適応パラメ
ータの平均値をあるサンプル区間とる手段と、ロバスト
化させるための適応パラメータのリーク係数を前記平均
値に基づいて制御する手段とを備えている事を特徴とす
る適応量子化器。
In a robust adaptive quantizer that quantizes a digitized input signal that is input at each sampling time, there is a means for taking the average value of an adaptive parameter in a certain sample period, and a leak coefficient of the adaptive parameter for making it robust. An adaptive quantizer comprising: means for controlling based on an average value.
JP23959485A 1985-10-28 1985-10-28 Adaptive quantization device Pending JPS62101127A (en)

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