JPS6251541B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6251541B2
JPS6251541B2 JP3283880A JP3283880A JPS6251541B2 JP S6251541 B2 JPS6251541 B2 JP S6251541B2 JP 3283880 A JP3283880 A JP 3283880A JP 3283880 A JP3283880 A JP 3283880A JP S6251541 B2 JPS6251541 B2 JP S6251541B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adaptive
value
prediction means
prediction
gain
Prior art date
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Expired
Application number
JP3283880A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56129443A (en
Inventor
Kazunori Ozawa
Kazuo Ochiai
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP3283880A priority Critical patent/JPS56129443A/en
Publication of JPS56129443A publication Critical patent/JPS56129443A/en
Publication of JPS6251541B2 publication Critical patent/JPS6251541B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/04Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM]
    • H03M3/042Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM] with adaptable step size, e.g. adaptive differential pulse code modulation [ADPCM]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば音声帯域信号の帯域圧縮伝送
に適用され、適応型量子化器及び適応型予測器を
備えた適応型差分PCM(ADPCM)方法及びそれ
に使用する装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an adaptive differential PCM (ADPCM) method that is applied to, for example, band compression transmission of voice band signals and is equipped with an adaptive quantizer and an adaptive predictor, and an apparatus used therefor. It is.

音声信号波形を低い伝送ビツト容量で符号化伝
送するための方式として、音声信号波形をナイキ
ストレイトでサンプリングした際にそのサンプル
値間に相関があることを利用するものである。即
ち現時刻より1サンプル時刻以上前に伝送された
信号系列を用いて現時刻の信号を予測し、現時刻
の信号から予測値を差し引いた残基、即ち予測残
差を量子化し、符号化して伝送する差分PCM方
式、いわゆるDPCM(Differential Pulse Code
Modulation)方式が知られている。
As a method for encoding and transmitting an audio signal waveform with a low transmission bit capacity, it utilizes the fact that there is a correlation between the sample values when the audio signal waveform is sampled at the Nyquist rate. In other words, the signal at the current time is predicted using a signal sequence transmitted at least one sample time before the current time, and the residue obtained by subtracting the predicted value from the signal at the current time, that is, the prediction residual, is quantized and encoded. Differential PCM method for transmission, so-called DPCM (Differential Pulse Code)
Modulation method is known.

更に伝送ビツト容量を下げる方法として、量子
化器における量子化ステツプサイズを、量子化器
の入力信号に従い適応的に変化させるようにした
適応型量子化器と、予測器における予測係数値を
予測残差が常に最小となるように適応的に変化さ
せるようにした適応型予測器とをもつADPCM
(Adaptive DPCM)方式が知られている。この
ADPCM方式における適応型予測器は予測係数の
修正法により2つに分けられる。
Furthermore, as a method to reduce the transmission bit capacity, an adaptive quantizer is used in which the quantization step size in the quantizer is adaptively changed according to the input signal of the quantizer, and a prediction coefficient value in the predictor is changed in a predicted residual manner. ADPCM with an adaptive predictor that changes adaptively so that the difference is always minimized
(Adaptive DPCM) method is known. this
The adaptive predictor in the ADPCM method can be divided into two types depending on the method of modifying the prediction coefficients.

そのひとつはフオワード(forward)型適応型
予測器と呼ばれ、一定時間長の入力信号を用いて
自己相関関数を計算し、この自己相関関数を用い
て一定時間毎に予測残差が最小となるような予測
係数値を計算するものである。その詳細について
は例えばビー・エス・アタール(B.S.Atal)氏ら
による米国雑誌ベル システムズ テクニカル
ジヤーナル、1970年10月号(B.S.T.J.、
October1970、PP、1973−1986)掲載の“アダプ
テイブ プリデイクテイブ コーデイング オブ
スピーチ シグナルズ”(“Adaptive
Predictive Coding of Speech、Signals.”)と題
した文献1等に述べられている。
One of them is called a forward adaptive predictor, which calculates an autocorrelation function using an input signal of a certain time length, and uses this autocorrelation function to minimize the prediction residual at a certain time interval. It calculates the predicted coefficient value. For details, see the American magazine Bell Systems Technical by BSAtal et al.
Journal, October 1970 issue (BSTJ,
“Adaptive Predictive Coding of Speech Signals” (October 1970, PP, 1973-1986)
Predictive Coding of Speech, Signals.''

もうひとつはバツクワード(backward)型適
応型予測器と呼ばれ、量子化された予測残差と予
測器の入力値とを用いて予測残差を最小とするよ
うに逐次的に予測係数値を修正するものである。
その詳細については、例えばデイー・エル・コー
ン(D.L.Cohn)氏らによる米国雑誌“アイ・イ
ー・イー・イー トランザクシヨンズ オン コ
ミユニケーシヨンズ1975年9月号”(IEEE
Transactions on Communications、
September1975、PP.935−941)掲載の“ザ レ
ジデユアル エンコーダー アン イムプルーブ
ド エーデイピーシーエム システム フオー
スピーチ デイジイタイゼイシヨン”(“The
Residual Encoder−An Improved ADPCM
System for Speech Digitization”)と題した文
献2等に述べられている。
The other type is called a backward adaptive predictor, which uses the quantized prediction residual and the input value of the predictor to sequentially modify the prediction coefficient values to minimize the prediction residual. It is something to do.
For details, see the American magazine “IEE Transactions on Communications September 1975” (IEEE
Transactions on Communications;
September 1975, pp.935-941) “The Residential Encoder
Speech Digestification” (“The
Residual Encoder−An Improved ADPCM
It is described in document 2 entitled "System for Speech Digitization").

適応型量子化器もやはり量子化ステツプサイズ
の修正法により2つに分けられる。ひとつはフオ
ワード(forward)型適応型量子化器と呼ばれ、
一定時間長の入力信号を基にして一定時間毎に量
子化ステツプサイズを計算するものである。その
詳細については、例えばピー・ノル(P.Noll)氏
による米国雑誌“ベル システムズ テクニカル
ジヤーナル1975年11月号”(B.S.T.J.、
November1975、PP.1597−1614)に掲載の“ア
コンパラテイブ スタデイ オブ ベアリアス
クオンタイゼイシヨン スキームズ フオー
スピーチ エンコーデイング(“A
Comparative Study of Various Quantization
Schemes for Speech Encoding.”)と題した文
献3等に述べられている。
Adaptive quantizers are also divided into two types depending on the method of modifying the quantization step size. One is called a forward adaptive quantizer,
The quantization step size is calculated at fixed time intervals based on an input signal of a fixed time length. For details, see the American magazine "Bell Systems Technical Journal November 1975 issue" by P. Noll (BSTJ,
“A Comparative Study of Barely Quantization Schemes” published in November 1975, pp. 1597-1614)
Speech encoding (“A
Comparative Study of Various Quantization
This is described in document 3 entitled "Schemes for Speech Encoding."

もうひとつはバツクワード(backward)型適
応型量子化器と呼ばれ、現時刻の量子化ステツプ
サイズと適応型量子化器出力レベルとを基にして
次のサンプル時刻における量子化ステツプサイズ
を決定するものである。その詳細については、例
えばエヌ・エス・ジヤイアント(N.S.
JAYANT)氏による米国雑誌ベル システムズ
テクニカル ジヤーナル1973年9月号(B.S.T.
J.、September1973、PP.1119−1144)掲載の
“アダプテイブ クオンタイゼイシヨン ウイズ
アワンワード メモリ”(“Adaptive
Quantization With a One−Word Memory.”)
と題した文献4等に述べられている。
The other type is called a backward adaptive quantizer, which determines the quantization step size at the next sample time based on the quantization step size at the current time and the adaptive quantizer output level. It is. For details, please refer to NS Giant (NS
Bell Systems Technical Journal September 1973 issue (BST
J., September 1973, pp. 1119-1144), “Adaptive Quantization with One Word Memory”
Quantization With a One-Word Memory.”)
This is described in the document 4 entitled, etc.

この発明は以上説明したきたADPCM方式のう
ち、特にバツクワード型適応型予測器とバツクワ
ード型適応型量子化器とを用いたADPCM方式に
関するものであるので、この方式の基本構成及び
従来実施されてきたその態様について更に詳細に
図面を用いて説明する。
Of the ADPCM methods described above, the present invention particularly relates to an ADPCM method using a backward adaptive predictor and a backward adaptive quantizer, and therefore the present invention relates to the basic configuration of this method and the conventionally implemented ADPCM method. This aspect will be explained in more detail using the drawings.

なお以下の説明では説明をより詳細にし、かつ
判り易くするために、前記バツクワード型適応型
予測器を適応型予測器とバツクワード型予測係数
値修正回路とに分け、前記バツクワード型適応型
量子化器を適応型量子化器とパツクワード型量子
化ステツプサイズ修正回路とに分けて説明する。
In the following description, in order to make the explanation more detailed and easier to understand, the backward type adaptive predictor is divided into an adaptive predictor and a backward prediction coefficient value correction circuit, and the backward type adaptive quantizer is divided into an adaptive predictor and a backward prediction coefficient value correction circuit. The adaptive quantizer and the packed word quantization step size correction circuit will be explained separately.

第1図は、バツクワード型適応型予測器とバツ
クワード型適応型量子化器とを用いた従来の
ADPCM方式についての一例を示したものであ
る。第1図において、送信側11では減算器12
で入力端子13からの入力信号xjから適応型予
測器14の出力である予測値x^jを差し引き、予
測残差ejを得る。予測残差ejは適応型量子化器
15により量子化され、量子化出力レベルlj
得る。符号器16によりその量子化出力レベルl
jは符号qjに変換されて伝送路17へ伝送され
る。又、量子化出力レベルljは適応型逆量子化
器18により逆量子化され、信号e^jを得る。信
号e^jは加算器19により適応型予測器14の出
力予測値x^jと加算され、局部復号信号x〓jを得
る。局部復号信号x〓jは適応型予測器14に入力
されることにより予測器出力値すなわち予測値x^
を得る。
Figure 1 shows a conventional method using a backward adaptive predictor and a backward adaptive quantizer.
This shows an example of the ADPCM method. In FIG. 1, on the transmitting side 11, a subtracter 12
Then, the predicted value x^ j , which is the output of the adaptive predictor 14, is subtracted from the input signal xj from the input terminal 13 to obtain the predicted residual ej . The prediction residual e j is quantized by the adaptive quantizer 15 to obtain a quantization output level l j . The encoder 16 outputs its quantized output level l
j is converted into a code q j and transmitted to the transmission line 17. Further, the quantized output level l j is dequantized by an adaptive dequantizer 18 to obtain a signal e^ j . The signal e^ j is added to the output predicted value x^ j of the adaptive predictor 14 by an adder 19 to obtain a locally decoded signal x〓j . The local decoded signal x〓 j is input to the adaptive predictor 14 to obtain the predictor output value, that is, the predicted value x^
get j .

こゝでバツクワード型量子化ステツプサイズ修
正回路21が設けられ、これは例えば前期文献4
に示されている修正方法が適用される。その場合
は適応型量子化器15における量子化出力レベル
jを用いて次式に従い量子化ステツプサイズを
修正する。
Here, a backward type quantization step size correction circuit 21 is provided, which is described in, for example, the previous document 4.
The correction method shown in is applied. In that case, the quantization output level l j of the adaptive quantizer 15 is used to modify the quantization step size according to the following equation.

j+1=△j・M(lj)+C (1) (1)式において、△jは時刻jにおける量子化ス
テツプサイズを、M(lj)は量子化出力レベル
jに対応して決まる係数を、Cは量子化ステツ
プサイズの下限を決定する定数をそれぞれ表わ
す。
j+1 = △ j・M(l j )+C (1) In equation (1), △ j corresponds to the quantization step size at time j, and M(l j ) corresponds to the quantization output level l j . C represents a constant that determines the lower limit of the quantization step size.

バツクワード型予測係数値修正回路22が設け
られ、この回路22により施す予測係数値の修正
方法としてこの例では学習的同定法を用いた。そ
の詳細については、例えばジエー・ナグモ(J.
Nagumo)氏らによる米国雑誌“アイ・イー・イ
ー・イー トランザクシヨンズ オートマテイツ
ク コントロール1967年6月号(IEEE
Transactions Automatic Control、June1976、
PP.282−287”)に掲載の“アラーニング メソ
ード フオー システム アイデンテイフイケー
シヨン”(“A Learning Method for System
Identification.”)と題した文献5等に述べられて
いる。即ち次式に従い予測係数値の修正を行な
う。
A backward prediction coefficient value modification circuit 22 is provided, and in this example, a learning identification method is used as a method for modifying the prediction coefficient values by this circuit 22. For details, see, for example, J. Nagumo (J.
IEEE Transactions Automation Control June 1967 issue (IEEE
Transactions Automatic Control, June1976,
“A Learning Method for System Identification” published in “PP.282-287”)
In other words, the prediction coefficient value is corrected according to the following equation.

(2)式において、aj iは時刻jにおける(i=
1、2、……、N)番目の予測係数値を表わし、
Nは適応型予測器14における予測次数を表わ
す。又、gは0.1程度の微小量に選ぶ。しかし一
般に回線に発生する雑音に起因する伝送符誤りの
影響を時間的に減衰させる目的では、例えば前記
文献2に示されているように前記(2)式のかわりに
次式が用いられる。
In equation (2), a j i is (i=
1, 2, ..., N)-th prediction coefficient value,
N represents the prediction order in the adaptive predictor 14. Also, g is selected to be a minute amount of about 0.1. However, in general, for the purpose of temporally attenuating the influence of transmission code errors caused by noise occurring in a line, the following equation is used instead of the equation (2), as shown in the above-mentioned document 2, for example.

こゝでδは1未満の微小量であり、伝送符号誤
りの影響を1/δで定まる時定数で時間と共に減
衰させる働きをする。その他の記号は前記(2)式と
同様である。
Here, δ is a minute amount less than 1, and serves to attenuate the influence of transmission code errors over time with a time constant determined by 1/δ. Other symbols are the same as in formula (2) above.

受信側20では伝送路17より受信した符号q
jを復号器23に入力して信号ljを得る。信号lj
は適応型逆量子化器24に入力され、信号e^j
得る。信号e^jは加算器25により適応型予測器
26の出力値x^jと加算され、再生信号x〓jが得ら
れて出力端子27へ供給される。こゝで受信側に
おけるバツクワード型予測係数値修正回路28及
びバツクワード型量子化ステツプサイズ修正回路
29はそれぞれ送信側におけるバツクワード型予
測係数値修正回路22及びバツクワード型量子化
ステツプサイズ修正回路21と同一の動作を行な
い、前者は例えば前記(3)式に従い予測係数値を修
正し、後者は例えば前記(1)式に従い量子化ステツ
プサイズを修正する。
On the receiving side 20, the code q received from the transmission path 17
j is input to the decoder 23 to obtain a signal l j . signal l j
is input to the adaptive inverse quantizer 24 to obtain the signal e^ j . The signal e^ j is added to the output value x^ j of the adaptive predictor 26 by the adder 25, and a reproduced signal x〓j is obtained and supplied to the output terminal 27. Here, the backward prediction coefficient value modification circuit 28 and the backward quantization step size modification circuit 29 on the receiving side are the same as the backward prediction coefficient value modification circuit 22 and the backward quantization step size modification circuit 21 on the transmission side, respectively. The former modifies the prediction coefficient value according to the above equation (3), and the latter modifies the quantization step size according to the above equation (1), for example.

以上説明してきた従来のバツクワード型適応型
量子化器とバツクワード型適応型予測器とをもつ
ADPCM方式(以下バツクワード型ADPCM方式
と記す)は、フオワード型適応型量子化器とバツ
クワード型適応型予測器とをもつADPCM方式
(以下フオワード型ADPCM方式と記す)と比較
して装置構成が簡単で量子化ステツプサイズ及び
予測器予測係数値を伝送する必要がないために伝
送ビツト量の増加はないという利点がある。しか
し、次に説明するように伝送符号誤りに対して敏
感で影響を受けやすいという欠点があつた。
It has the conventional backward adaptive quantizer and backward adaptive predictor described above.
The ADPCM method (hereinafter referred to as the backward type ADPCM method) has a simpler device configuration than the ADPCM method (hereinafter referred to as the forward type ADPCM method) which has a forward type adaptive quantizer and a backward type adaptive predictor. There is an advantage that the amount of transmitted bits does not increase because there is no need to transmit the quantization step size and the predictor prediction coefficient values. However, as will be explained below, it has the disadvantage of being sensitive to transmission code errors.

すなわち、バツクワード型適応型量子化器にお
いては伝送符号誤りが生じた場合に送・受信側の
量子化ステツプサイズが不一致となり、量子化ス
テツプサイズが予め定められたステツプサイズの
上限、または前記(1)式に示したステツプサイズ下
限値に到達するまで送受信側の量子化ステツプサ
イズが一致せず、伝送符号誤りの影響から回復す
るまでに時間を要するという欠点があつた。
In other words, in a backward adaptive quantizer, when a transmission code error occurs, the quantization step sizes on the transmitting and receiving sides become inconsistent, and the quantization step size becomes the predetermined upper limit of the step size or the above (1). The disadvantage is that the quantization step sizes on the transmitting and receiving sides do not match until the lower limit of the step size shown in equation (2) is reached, and it takes time to recover from the effects of transmission code errors.

また、バツクワード型適応型予測器においては
伝送符号誤りが生じた場合に送・受信側の予測係
数値が不一致となつてしまい、伝送符号誤りの影
響は1/δで定められた時定数で時間的に減衰は
するが予測係数値が完全に一致するまではかなり
の時間を必要とするという欠点があつた。
In addition, in the backward type adaptive predictor, when a transmission code error occurs, the prediction coefficient values on the transmitting and receiving sides become inconsistent, and the influence of the transmission code error changes over time with a time constant determined by 1/δ. However, the disadvantage is that it takes a considerable amount of time until the predicted coefficient values completely match.

近年、上記欠点を改善し伝送符号誤りに対して
ある程度の強さを持たせた方式が現われてきた。
そのバツクワード型適応型量子化器の一例はデ
イ・ジエイ・グツドマン(D.J GOODMAN)氏
らによる米国雑誌“アイ・イー・イー・イー・ト
ランザクシヨンズ・オン・コミユニケーシヨンズ
1975年11月号”(IEEE Transactions on
Communications November1975 PP.1362−
1365)掲載の“ア ラバスト アダプテイブクオ
ンタイザー”(”A Robust Adaptive
Quantizer”)と題した文献6等に述べられてい
る。また、バツクワード型適応型予測器の一例と
しては、特開昭53−123255号(文献7)があげら
れる。これら文献に示されているバツクワード型
適応型量子化器とバツクワード型適応型予測器と
を用いたバツクワード型ADPCM方式について図
面を用いて説明する。
In recent years, systems have appeared that improve the above-mentioned drawbacks and have a certain degree of robustness against transmission code errors.
An example of a backward adaptive quantizer is the one published by DJ GOODMAN and others in the American magazine “IEE Transactions on Comics.
November 1975 issue” (IEEE Transactions on
Communications November1975 PP.1362−
1365) “A Robust Adaptive Quantizer”
In addition, an example of a backward type adaptive predictor is JP-A-53-123255 (Reference 7). A backward ADPCM method using a backward adaptive quantizer and a backward adaptive predictor will be explained with reference to the drawings.

第2図は文献6によるバツクワード型適応型量
子化器と文献7によるバツクワード型適応型予測
器とを用いた伝送符号誤りの影響を受けにくいバ
ツクワード型ADPCM方式のブロツク図の一例で
ある。図ではバツクワード型適応型量子化器を適
応型量子化器15とバツクワード型量子化ステツ
プサイズ修正回路21とにわけて配し、バツクワ
ード型適応型予測器を適応型予測器14とバツク
ワード型予測係数値修正回路22とにわけて記し
た。また、図において減算器12及び符号器16
及び復号器23及び加算器25は、第1図におけ
る同一番号の構成要素と同一動作を行なう。
FIG. 2 is an example of a block diagram of a backward ADPCM system that uses a backward adaptive quantizer according to Document 6 and a backward adaptive predictor according to Document 7 and is less susceptible to transmission code errors. In the figure, the backward adaptive quantizer is divided into the adaptive quantizer 15 and the backward quantization step size correction circuit 21, and the backward adaptive predictor is divided into the adaptive predictor 14 and the backward quantization step size correction circuit 21. It is described separately from the numerical value correction circuit 22. Also, in the figure, a subtracter 12 and an encoder 16
The decoder 23 and adder 25 perform the same operations as the components with the same numbers in FIG.

第2図において、バツクワード型量子化ステツ
プサイズ修正回路は送信側(構成要素番号2
1)、受信側(構成要素番号29)共に同一の動
作を行なう。この量子化ステツプサイズの修正方
法として前記文献6に述べられたアルゴリズムを
用いる。そのアルゴリズムを次式に示す。
In Figure 2, the backward quantization step size correction circuit is on the transmitting side (component number 2).
1), the receiving side (component number 29) performs the same operation. As a method for correcting this quantization step size, the algorithm described in the above-mentioned document 6 is used. The algorithm is shown in the following equation.

j+1=(M(lj)・△j)〓 (4) (4)式において、△jはj時刻の量子化ステツプ
サイズであり、M(lj)は量子化出力レベルlj
に対応して決まる係数、βは1より小さな正定数
である。このアルゴリズムが伝送符号誤りの影響
を受けにくいことは前記文献6に詳細に述べられ
ているのでこゝでは説明を省略する。
j+1 = (M(l j )・△ j ) (4) In equation (4), △ j is the quantization step size at time j, and M (l j ) is the quantization output level l j
The coefficient β determined corresponding to is a positive constant smaller than 1. The fact that this algorithm is not easily affected by transmission code errors is described in detail in the above-mentioned document 6, so the explanation will be omitted here.

適応型予測器については、第1図における適応
型予測器が受信側で巡回型(Recursive)フイル
タを構成しているのに比べて、第2図においては
再生信号x〓jを適応型予測器26へ帰還すること
なくこの予測器26には適応型逆量子化器24の
出力を供給して非巡回型(Nonrecursive)フイ
ルタを構成しているので伝送符号誤りの影響を受
けにくくなつている。また第2図におけるバツク
ワード型予測係数値修正回路は送信側(構成要素
番号22)、受信側(構成要素番号28)共に同
一動作を行ない、前記文献7に述べられている式
と同じ種類に属する次式に従つて予測係数値を修
正する。
Regarding the adaptive predictor, compared to the adaptive predictor in FIG. 1 which configures a recursive filter on the receiving side, the adaptive predictor in FIG. Since the output of the adaptive inverse quantizer 24 is supplied to the predictor 26 without being fed back to the predictor 26 to form a nonrecursive filter, it is less susceptible to transmission code errors. In addition, the backward prediction coefficient value correction circuit in FIG. 2 performs the same operation on both the transmitting side (component number 22) and the receiving side (component number 28), and belongs to the same type as the formula described in Document 7. Modify the prediction coefficient value according to the following equation.

上式においては、ai jはj時刻におけるi番目
の予測器係数値を表わす。Nは適応型予測器の予
測タツプ数である。δ及びgは(3)式におけるもの
と同一である。(6)式によれば、j時刻に伝送符号
誤りが生じ、送、受信側における適応型逆量子化
器の出力e^jの値が異なり、予測係数値が異なつ
ても、予測タツプ数に等しい時刻、(6)式によれば
N時刻だけ経過すれば、(6)式の右辺第2項におけ
る伝送符号誤りの影響は0となる。
In the above equation, a i j represents the i-th predictor coefficient value at time j. N is the number of prediction taps of the adaptive predictor. δ and g are the same as in equation (3). According to equation (6), even if a transmission code error occurs at time j, the output e^ j of the adaptive inverse quantizer on the transmitting and receiving sides is different, and the prediction coefficient values are different, the number of predicted taps is According to equation (6), if the same time has elapsed, the influence of the transmission code error on the second term on the right side of equation (6) becomes zero.

適応型予測器は送信側124受信側26共に次
式で示す動作を行なう。
The adaptive predictor operates on both the transmitter side 124 and the receiver side 26 as shown in the following equation.

上式でx^jは、適応型予測器出力値であり、N
は予測タツプ数を表わす。
In the above formula, x^ j is the adaptive predictor output value, and N
represents the predicted number of taps.

従つて第2図に示した構成によるバツクワード
型ADPCM方式は第1図に示したADPCM方式と
比較して伝送符号誤りに対する回復力を大幅に改
善し、回復時間が非常に短いという利点があつ
た。
Therefore, compared to the ADPCM system shown in Figure 1, the backward ADPCM system with the configuration shown in Figure 2 has the advantage of greatly improved resilience against transmission code errors and extremely short recovery time. .

しかしながら第2図で述べたバツクワード型
ADMPM方式を用いるとデータモデム信号に対し
てシンボル誤り率を劣化させるという欠点があつ
た。これはバツクワード型予測係数値修正回路に
おける予測係数値修正アルゴリズム(前記(6)式)
に起因するものであると考えられる。一般的に言
つて符号化復号化に起因する入力信号波形の短時
間的な劣化は、人間対人間間の通信である音声通
信においてはほとんど品質劣化の要因とはならな
い。しかしながら機械対機械間の通信であるデー
タ通信等においては前記短時間的劣化に対しても
非常に敏感であり、容易に品質劣化を起こしやす
い。一般に符号化復号化を施した場合にデータ信
号が劣化する度合いを評価する尺度としてシンボ
ル誤り率(symbol error rate)が用いられてお
り、この値が非常に悪いと受信側では元のデータ
信号を復調することが不可能となつてしまう。
However, the backward type described in Figure 2
The use of the ADMPM method has the drawback of degrading the symbol error rate for data modem signals. This is the prediction coefficient value correction algorithm (formula (6) above) in the backward prediction coefficient value correction circuit.
This is thought to be due to. Generally speaking, short-term deterioration of the input signal waveform due to encoding and decoding hardly causes quality deterioration in voice communication, which is communication between humans. However, data communication, which is machine-to-machine communication, is extremely sensitive to the short-term deterioration and is easily susceptible to quality deterioration. Generally, the symbol error rate is used as a measure to evaluate the degree to which a data signal deteriorates when encoding and decoding is performed.If this value is very bad, the receiving side will It becomes impossible to demodulate.

この発明の目的は、従来のADPCM方式と同程
度の装置構成で音声信号の高品質伝送が可能でか
つデータモデム信号に対して極めて近いシンボル
誤り率を得ることができるバツクワード型
ADPCM方法及びそれに使用する装置を提供する
ことにある。
The purpose of this invention is to use a backward type system that can transmit high-quality voice signals with the same equipment configuration as the conventional ADPCM system, and that can obtain a symbol error rate extremely close to that of data modem signals.
The purpose of the present invention is to provide an ADPCM method and a device used therefor.

この発明によればADPCM方法において、適応
型予測器における予測器利得を計算し、その予測
器利得を予め定められた値と比較し、その予測器
利得がその予め定められた値をこえた時刻に適応
型予測器における予測係数値の修正速度を小さく
させるかあるいは停止させるようにする。この発
明の構成によるバツクワード型ADPCM方法は、
第2図に示した構成による従来型ADPCM方式と
比較して、伝送符号誤りがない場合にデータモデ
ム信号に対して極めて低いシンボル誤り率を得る
ことができるという効果がある。更にこの発明の
構成によるバツクワード型ADPCM方法は、伝送
符号誤りがあつたとしても誤りによる影響からの
回復時間が非常に短いという効果がある。
According to the present invention, in the ADPCM method, a predictor gain in an adaptive predictor is calculated, the predictor gain is compared with a predetermined value, and the time when the predictor gain exceeds the predetermined value is determined. In this case, the speed at which the prediction coefficient values are modified in the adaptive predictor is reduced or stopped. The backward type ADPCM method according to the configuration of this invention is as follows:
Compared to the conventional ADPCM system having the configuration shown in FIG. 2, this method has the advantage that an extremely low symbol error rate can be obtained for data modem signals when there is no transmission code error. Furthermore, the backward type ADPCM method according to the configuration of the present invention has the advantage that even if a transmission code error occurs, the recovery time from the influence of the error is extremely short.

第3図はこの発明によるADPCM方法の一実施
例を示す。第3図の構成要素で第2図と同一番号
の構成要素は、第2図と同一の動作を行なうもの
とする。バツクワード型量子化ステツプサイズ修
正回路は送信側21、受信側29共に同一動作を
行ない、前記(4)式に従つて量子化ステツプサイズ
を修正する。バツクワード型予測係数値修正回路
は、送信側22、受信側28共に同一動作を行な
い、予測係数値修正法に関しては、前記(6)式に基
づいて修正を行なう。
FIG. 3 shows an embodiment of the ADPCM method according to the present invention. Components in FIG. 3 having the same numbers as in FIG. 2 perform the same operations as in FIG. 2. The backward type quantization step size correction circuit performs the same operation on both the transmitter side 21 and the receiver side 29, and corrects the quantization step size according to equation (4) above. The backward prediction coefficient value correction circuit performs the same operation on both the transmitting side 22 and the receiving side 28, and the prediction coefficient value correction method is based on the above equation (6).

次にこの実施例おいて第2図における構成要素
以外に付加されたこの発明に関する構成要素の説
明を行なう。送信側11では、加算器31を用い
て適応型予測器14の入力値e^jと出力値x^jとを
加算して加算器出力x〓jを得る。積和回路32は
この加算出力x〓jが入力され、2乗のリーク積分
値Xを出力する。積和回路32は例えば第4図に
示すように構成される。即ち入力、こゝでは(x〓
j−iが入力されて加算回路33を通じて出力
されると共にその出力は1サンプル時刻遅延回路
34を通じ、更に係数回路35でリーク積分に関
するリーク量が乗算されて加算回路33に帰還さ
れる。また積和回路32の動作は次式と等価とな
る。
Next, in this embodiment, components related to the present invention added to the components shown in FIG. 2 will be explained. On the transmitting side 11, an adder 31 is used to add the input value e^ j and the output value x^ j of the adaptive predictor 14 to obtain an adder output x〓j . The product-sum circuit 32 receives this addition output x〓 j and outputs a squared leakage integral value X. The product-sum circuit 32 is configured as shown in FIG. 4, for example. That is, the input, here (x〓
j-i ) 2 is input and output through the adder circuit 33, and its output is passed through the 1-sample time delay circuit 34, further multiplied by the leakage amount related to the leakage integral in the coefficient circuit 35, and fed back to the adder circuit 33. Further, the operation of the product-sum circuit 32 is equivalent to the following equation.

この式でρはリーク積分に関するリーク量で
1よりも十分小さい非負の定数である。
In this equation, ρ 1 is a leakage amount related to leakage integration, and is a non-negative constant that is sufficiently smaller than 1.

一方、第3図において積和回路36に適応型逆
量子化器18の出力値e^jが入力され、これより
2乗リーク積分値Yを出力する。積和回路36は
第4図と同様に構成される。この積和回路36の
動作は次式と等価となる動作を行なう。
On the other hand, in FIG. 3, the output value e^ j of the adaptive inverse quantizer 18 is input to the product-sum circuit 36, which outputs the squared leak integral value Y. The product-sum circuit 36 is constructed in the same manner as shown in FIG. The operation of this product-sum circuit 36 is equivalent to the following equation.

上式でρはリーク積分に関するリーク量で1
よりも十分小さい非負の定数である。
In the above formula, ρ 2 is the leakage amount related to the leakage integral, which is 1
is a non-negative constant that is sufficiently smaller than .

判別回路37は入力Xと入力Yとの比をとり、
予測利得と対応したものを求め、その比の値と、
適応型予測器が平均的にとり得る予測利得に等し
い予め定められた値とを毎サンプル時刻ごとに比
較し、前記比の値が予め定められた値を越えた時
刻に、判別回路37はバツクワード型適応型予測
係数値修正回路22に対して判別信号Zを出力す
る。予測係数値修正回路22は、判別信号Zを入
力したサンプル時刻においては、前記予測係数値
修正式(6)式におけるgの値を、そのサンプル時刻
よりも1サンプル時刻過去に使用したgの値より
も小さな予め定められた値かあるいは0にセツト
し、予測係数値の修正を行う。一方、前記判別信
号Zを入力しなかつたサンプル時刻においては、
前記(6)式に従い予測係数値を修正する。
The discrimination circuit 37 takes the ratio of input X and input Y,
Find the value corresponding to the predicted gain, and calculate the value of the ratio,
The discrimination circuit 37 compares a predetermined value equal to the average prediction gain that the adaptive predictor can take at every sample time, and at a time when the ratio value exceeds the predetermined value, the discrimination circuit 37 A determination signal Z is output to the adaptive prediction coefficient value correction circuit 22. At the sample time when the discrimination signal Z is input, the prediction coefficient value correction circuit 22 changes the value of g in the prediction coefficient value correction formula (6) to the value of g used one sample time earlier than the sample time. The prediction coefficient value is corrected by setting it to a predetermined value smaller than or to 0. On the other hand, at the sample time when the discrimination signal Z was not input,
The prediction coefficient value is corrected according to equation (6) above.

受信側20においては、積和回路38は送信側
の積和回路32と同一の動作を行ない、積和回路
39及び判別回路41はそれぞれ送信側の積和回
路36及び判別回路37と同一の動作を行なう。
従つて判別回路41は信号X及び信号Yを入力し
判別信号Zを出力する。バツクワード型予測係数
値修正回路28は送信側11におけるバツクワー
ド型予測係数値修正回路22と同一の動作を行な
う。
On the receiving side 20, the product-sum circuit 38 performs the same operation as the product-sum circuit 32 on the transmitting side, and the product-sum circuit 39 and the discrimination circuit 41 operate the same as the product-sum circuit 36 and the discrimination circuit 37 on the transmitting side, respectively. Do this.
Therefore, the discrimination circuit 41 receives the signal X and the signal Y and outputs the discrimination signal Z. The backward prediction coefficient value correction circuit 28 performs the same operation as the backward prediction coefficient value correction circuit 22 on the transmitting side 11.

この実施例の構成によれば、バツクワード型予
測係数値修正回路において入力信号に適した予測
係数値が求まつた場合には、適応型予測器におけ
る予測利得が予め定められた平均的予測利得の値
を上まわるので、この時刻を判別回路で判別する
ことによつて前記予測係数値修正回路における修
正速度を小さくさせるかあるいは停止させること
が可能となる。従つて入力信号に適した予測係数
値が求まつた場合には、それ以上の修正をほとん
ど行なわれなくなる。
According to the configuration of this embodiment, when a prediction coefficient value suitable for the input signal is found in the backward prediction coefficient value correction circuit, the prediction gain in the adaptive predictor is equal to or less than the predetermined average prediction gain. By determining this time using the determination circuit, it is possible to reduce or stop the correction speed in the prediction coefficient value correction circuit. Therefore, once a prediction coefficient value suitable for the input signal is determined, no further correction is performed.

以上の説明では予測係数値の修正を遅らせる方
法として前記(6)式第2項におけるgの値を小さく
するか、或いは0にする方法をとつたが、(6)式第
1項におけるδの値を大きくすることによつても
同様の効果が得られる。
In the above explanation, the method of delaying the correction of the prediction coefficient value was to reduce the value of g in the second term of equation (6), or to set it to 0, but the value of δ in the first term of equation (6) was A similar effect can be obtained by increasing the value.

第3図に示した実施例の構成をとることによつ
て、伝送誤りがない場合にデータモデム信号に対
して極めて低いシンボル誤り率を得ることができ
高品質伝送が可能となる。また、バツクワード型
適応型量子化器とバツクワード型適応型予測器と
に伝送符号誤りの影響を受けにくい方式を用いて
いるので伝送符号誤りの影響からの回復時間が短
いという効果がある。
By adopting the configuration of the embodiment shown in FIG. 3, an extremely low symbol error rate can be obtained for data modem signals in the absence of transmission errors, and high quality transmission can be achieved. Furthermore, since the backward adaptive quantizer and the backward adaptive predictor use a system that is less susceptible to the effects of transmission code errors, there is an effect that the recovery time from the effects of transmission code errors is short.

以上で説明した実施例においては、前記(8)、(9)
式においてX及びYをそれぞれx〓j 及びe^j
リーク積分値としたが、|x〓j|及び|e^j|のリ
ーク積分値としてもよい。このようにすることに
よつてx〓j及びe^jの2乗を計算する必要がなくな
るので演算量を大幅に減らすことができるという
利点がある。
In the embodiment described above, the above (8) and (9)
In the equation, X and Y are the leakage integral values of x〓 j 2 and e^ j 2, respectively, but they may also be the leakage integral values of |x〓 j | and |e^ j |. By doing so, there is no need to calculate the squares of x〓 j and e^ j , so there is an advantage that the amount of calculation can be significantly reduced.

この実施例においてはバツクワード型適応型予
測器として第2図で示した適応型予測器を用いた
が、第1図で示した適応型予測器を用いてもよ
い。また第3図に示した各部の機能をマイクロコ
ンピユータを用いてプログラム処理により行わせ
てもよい。
In this embodiment, the adaptive predictor shown in FIG. 2 is used as the backward adaptive predictor, but the adaptive predictor shown in FIG. 1 may also be used. Further, the functions of each part shown in FIG. 3 may be performed by program processing using a microcomputer.

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

第1図はバツクワード型適応型量子化器とバツ
クワード型適応型予測器とをもつ従来バツクワー
ド型ADPCM方式の一例を示すブロツク図、第2
図は伝送符号誤りの影響を受けにくいバツクワー
ド型適応型量子化器及びバツクワード型適応型予
測器とをもつ伝送符号誤りの影響を受けにくいバ
ツクワード型ADPCM方式の一例を示すブロツク
図、第3図はこの発明によるADPCM方法の一実
施例を示すブロツク図、第4図は第1の実施例に
おけるリーク積分値回路の一例を示すブロツク図
である。 12:減算器、13:入力端子、15:適応型
量子化器、17:伝送路、18,24:適応型逆
量子化器、25:加算器、14,26:適応型予
測器、21,29:バツクワード型量子化ステツ
プサイズ修正回路、22,28:バツクワード型
予測係数値修正回路、16:符号器、23:復号
器、31:加算回路、32,36,38,39:
積和回路、37,41:判別回路。
Figure 1 is a block diagram showing an example of a conventional backward ADPCM system having a backward adaptive quantizer and a backward adaptive predictor.
The figure is a block diagram showing an example of a backward type ADPCM system that is less susceptible to transmission code errors and has a backward type adaptive quantizer and a backward type adaptive predictor that are less susceptible to transmission code errors. A block diagram showing an embodiment of the ADPCM method according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an example of a leak integral value circuit in the first embodiment. 12: Subtractor, 13: Input terminal, 15: Adaptive quantizer, 17: Transmission line, 18, 24: Adaptive inverse quantizer, 25: Adder, 14, 26: Adaptive predictor, 21, 29: Backward type quantization step size correction circuit, 22, 28: Backward type prediction coefficient value correction circuit, 16: Encoder, 23: Decoder, 31: Addition circuit, 32, 36, 38, 39:
Product-sum circuit, 37, 41: Discrimination circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 送信側では入力信号を適応的に予測する適応
型予測手段と、入力信号と前記適応型予測手段の
出力値との差を適応的に量子化する適応型量子化
手段とを用いて入力信号を量子化し、符号化して
伝送し、受信側では前記符号を受信し、前記適応
型量子化手段と逆特性を有する適応型逆量子化手
段と、前記送信側の適応型予測手段と同一の特性
を有する適応型予測手段とを用いて原信号を再生
する適応型差分PCM方式において、前記適応型
予測手段における予測手段の利得を計算する手段
と、前記予測手段の利得を予め定められた 値と比較し、かつ前記予測手段の利得が前記予め
定められた値をこえた時刻に前記適応型予測手段
における予測係数値の修正速度を小さくさせるか
あるいは停止させることを特徴とする適応型差分
PCM方法。 2 送信側において、入力信号を適応的に予測す
る適応型予測手段と、入力信号と前記適応型予測
手段の出力値との差を量子化する適応型量子化手
段と、前記適応型量子化手段の出力値を符号系列
に変換する符号器とを有し、予め定められたサン
プリング時刻に前記符号系列を伝送する適応型差
分PCM送信装置であつて、前記適応型予測手段
における予測手段利得を計算する利得計算手段
と、前記利得計算手段の計算値を入力し、前記計
算値を予め定められた値と比較する比較手段と、
前記比較手段の出力値を前記適応型予測手段に入
力し、前記利得計算手段における計算値が前記予
め定められた値をこえたサンプル時刻に前記適応
型予測手段における予測係数値の修正速度を小さ
くさせるかあるいは停止させる手段とを具備する
適応型差分PCM送信装置を備え、 受信側において、前記符号系列を受信し、前記
符号系列を復号器を用いて復号化し、前記復号器
出力値より、前記送信側の適応型量子化手段と逆
特性を有する適応型逆量子化手段と、前記送信側
の適応型予測手段と同一特性を有する適応型予測
手段とを用いて原信号を再生する適応型差分
PCM受信装置であつて、前記受信側の適応型予
測手段における予測手段の利得を計算する利得計
算手段と、その利得計算手段の計算値を入力し、
前記計算値を予め定められた値と比較する比較手
段と、その比較手段の出力値を前記受信側の適応
型予測手段に入力し、前記受信側の利得計算手段
における計算値が前記予め定められた値をこえた
サンプル時刻に前記受信側の適応型予測手段にお
ける予測係数値の修正速度を小さくさせるかある
いは停止させる手段とを具備する適応型差分
PCM受信装置を備える適応型差分PCM送受信装
置。
[Claims] 1. On the transmitting side, adaptive prediction means adaptively predicts an input signal, and adaptive quantization means adaptively quantizes the difference between the input signal and the output value of the adaptive prediction means. quantizes, encodes, and transmits the input signal using an adaptive inverse quantizer that receives the code on the receiving side and has characteristics opposite to that of the adaptive quantizer; In an adaptive differential PCM method for reproducing an original signal using adaptive prediction means having the same characteristics as the prediction means, means for calculating a gain of the prediction means in the adaptive prediction means; Comparison with a predetermined value, and at a time when the gain of the prediction means exceeds the predetermined value, the correction speed of the prediction coefficient value in the adaptive prediction means is reduced or stopped. adaptive differential
PCM method. 2. On the transmitting side, an adaptive prediction means for adaptively predicting an input signal, an adaptive quantization means for quantizing the difference between the input signal and an output value of the adaptive prediction means, and the adaptive quantization means. an adaptive differential PCM transmitting device, comprising: an encoder that converts an output value of the code into a code sequence, and transmits the code sequence at a predetermined sampling time, and calculates a prediction means gain in the adaptive prediction means. a gain calculating means for inputting the calculated value of the gain calculating means and comparing the calculated value with a predetermined value;
inputting the output value of the comparison means to the adaptive prediction means, and reducing the correction speed of the prediction coefficient value in the adaptive prediction means at a sample time when the calculated value in the gain calculation means exceeds the predetermined value; an adaptive differential PCM transmitting device comprising means for causing or stopping the code sequence, on the receiving side, the code sequence is received, the code sequence is decoded using a decoder, and the output value of the code sequence is determined from the output value of the decoder. Adaptive difference that reproduces the original signal using adaptive inverse quantization means having characteristics opposite to those of the adaptive quantization means on the transmission side, and adaptive prediction means having the same characteristics as the adaptive prediction means on the transmission side.
A PCM receiving device, wherein a gain calculation means for calculating a gain of a prediction means in the adaptive prediction means on the reception side and a calculated value of the gain calculation means are input,
a comparison means for comparing the calculated value with a predetermined value; an output value of the comparison means is inputted to the adaptive prediction means on the reception side; and means for reducing or stopping the correction speed of the prediction coefficient value in the adaptive prediction means on the receiving side at a sample time exceeding the value.
An adaptive differential PCM transmitter/receiver including a PCM receiver.
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US4437087A (en) * 1982-01-27 1984-03-13 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Adaptive differential PCM coding
CA1288867C (en) * 1985-06-20 1991-09-10 Tomoyoshi Takebayashi Adaptive differential pulse code modulation system
JP2562659B2 (en) * 1988-04-20 1996-12-11 三洋電機株式会社 ADPCM signal decoding device

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