JPS6251542B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6251542B2
JPS6251542B2 JP3366980A JP3366980A JPS6251542B2 JP S6251542 B2 JPS6251542 B2 JP S6251542B2 JP 3366980 A JP3366980 A JP 3366980A JP 3366980 A JP3366980 A JP 3366980A JP S6251542 B2 JPS6251542 B2 JP S6251542B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adaptive
value
prediction
quantization
backward
Prior art date
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Expired
Application number
JP3366980A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56129444A (en
Inventor
Kazunori Ozawa
Taku Arazeki
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP3366980A priority Critical patent/JPS56129444A/en
Publication of JPS56129444A publication Critical patent/JPS56129444A/en
Publication of JPS6251542B2 publication Critical patent/JPS6251542B2/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差、すなわち予
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。又、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。
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 residual after subtracting the predicted value from the signal at the current time, that is, the prediction residual, is quantized, encoded, and transmitted. Differential PCM
method, so-called DPCM (Differential Pulse Code)
Modulation method is known. In addition, as a method to further reduce the transmission bit capacity, we use an adaptive quantizer in which the quantization step size in the quantizer is adaptively changed according to the quantizer input signal, and a prediction coefficient value in the predictor as a prediction residual. ADPCM (Adaptive
DPCM) method is known. The adaptive predictor in this ADPCM method can be divided into two types depending on the prediction coefficient correction method.

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・アヌール(B.S.Atal)氏らに
よる米国残誌ベル 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 type 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 more information,
For example, in the US journal Bell Systems Technical 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
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.1594−1614)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。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。
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 e.g. P. Noll.
"Bell Systems Technical Journal November 1975 issue" (BSTJ,
November 1975, pp. 1594-1614)
Quantization Schemes for Speech Encoding (“A Comparative
Study of Various Quantization Schemes for
The other type is called a backward adaptive quantizer, which uses the current quantization step size and adaptive quantizer output level. The quantization step size at the next sample time is determined based on .For details, see, for example, the American magazine Bell Systems Technical Journal by N.S. No. (BSTJ, September 1973, PP, 1119-1144)
“Adaptive Quantization”
With a One-Word Memory” (“Adaptive
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てきた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, this invention particularly relates to the ADPCM method using a backward adaptive predictor and a backward adaptive quantizer, and therefore it is necessary to understand the basic configuration of this method and the conventional 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バツクワード型量子
化ステツプサイズ修正回路とに分けて説明する。
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A
DPCM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を得
る。符号器16によりその量子化出力レベルlj
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。
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 backward quantization step size correction circuit will be explained separately.
FIG. 1 shows a conventional A using a backward adaptive predictor and a backward adaptive quantizer.
This shows an example of the DPCM method.
In FIG. 1, on the transmitting side 11, a subtracter 12 subtracts the predicted value x^ j , which is the output of the adaptive predictor 14, from the input signal xj from the input terminal 13 to obtain a prediction residual ej . The prediction residual e j is the adaptive quantizer 15
is quantized to obtain a quantized output level l j . The quantized output level l j of the encoder 16
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
June1976PP.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 value by this circuit 22. For details, see, for example, J. Nagumo (J.
IEEE Transactions Automation Control June 1967 issue (IEEE
Transactions Automatic Control
“A Learning Method for System Identification” published in “June 1976PP.282-287”)
System Identification."). In other words, the prediction coefficient values are corrected according to the following equation.

(2)式において、aj iは時刻jにおけるi(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。
In equation (2), a j i is i at time j (i=
1, 2, . . . , N)-th prediction coefficient values, where N represents the prediction order in the adaptive predictor 14. Also, g is selected to be a minute amount of about 0.1.

しかし、一般に回線に発生する雑音に起因する
伝送符号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 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。その他の信号は前記(2)式と
同様である。
However, for the purpose of temporally attenuating the influence of transmission code errors caused by noise generally generated in a line, for example, as shown in the above-mentioned document 2,
The following equation is used instead of equation (2) 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 signals are the same as those in equation (2) above.

受信側20では、伝送路17より受信した符号
jを復号器23に入力して信号ljを得る。信号
jは適応型逆量子化器24に入力され、信号e^j
を得る。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
られた出力端子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 j received from the transmission line 17 is input to a decoder 23 to obtain a signal l j . The signal l j is input to the adaptive inverse quantizer 24, and the signal e^ j
get. The signal e^ j is added to the output value x^ j of the adaptive predictor 26 by the adder 25, and is supplied to the output terminal 27 from which the reproduced signal x〓j is obtained. Here, the backward prediction coefficient value correction circuit 28 on the receiving side
and backward type quantization step size correction circuit 29 respectively perform the same operations as the backward type prediction coefficient value correction circuit 22 and backward type quantization step size correction circuit 21 on the transmitting side, and the former performs the same operation as, for example, according to the above equation (3). The prediction coefficient value is modified, and the latter modifies the quantization step size, for example, according to equation (1) above.

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、フオー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、伝送付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 coding 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. The disadvantage is that it takes a considerable amount of time for the predicted coefficient values to completely match, although the attenuation is achieved.

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
イー・ジエイ・グツトマン(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、特願昭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 DJGOODMAN.
American magazine “I.E.E. Transactions on Comiunications” by Mr.
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 Japanese Patent Application No. 53-123255 (Reference 7). A backward ADPCM method using a backward adaptive quantifier and a backward adaptive predictor will be explained with reference to the drawings.

第2図は文献6によるバツクワート型適応型量
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とにわけて記し、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1
6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 type ADPCM system that uses a backward type adaptive quantizer according to Reference 6 and a backward type adaptive predictor according to Reference 7 and is less susceptible to transmission code errors. In the figure, the backward adaptive quantizer is shown as an adaptive quantizer 15 and a backward quantization step size correction circuit 21, and the backward adaptive predictor is shown as an adaptive predictor 14 and a backward quantization step size correction circuit 21. It is described separately from the numerical value correction circuit 22. In addition, in the figure, a subtracter 12 and an encoder 1
6, 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21)、
受信側(構成要素番号29)共に同一の動作も行な
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 FIG. 2, the backward quantization step size correction circuit is on the transmitting side (component number 21),
The receiving side (component number 29) also 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
同じ種類に属する下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 uses the same type of equation as described in Document 7. Correct the prediction coefficient value according to the following formula.

上式において、aj i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)式の右辺第2項においてg以外の
部分は予測器14の入力信号e^jを正規化したも
のである。(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 j i 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). In the second term on the right side of equation (6), the portion other than g is the normalized input signal e^ j of the predictor 14. According to equation (6), even if a transmission code error occurs at time j and the values of the output e ^ (According to equation (6), N time)
If the time period elapses, 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14、受信側20共に次
式で示す動作を行なう。
The adaptive predictor performs the operation shown in the following equation on both the transmitter side 14 and the receiver side 20.

上式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 equation, x^ j is the output value of the adaptive predictor, and N represents the number of prediction 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かいという利点があつ
た。
Therefore, compared to the ADPCM method shown in FIG. 1, the backward ADPCM method with the configuration shown in FIG. 2 has the advantage of greatly improved resilience against transmission code errors and extremely short recovery time. Ta.

しかしながら第2図で述べたバツクワード型
ADPCM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。
However, the backward type described in Figure 2
The use of the ADPCM method has the drawback of deteriorating 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.

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。
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低いシンボ
ル誤り率を得ることができるバツクワード型
ADPCM方式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 enable high-quality transmission of audio signals with a device configuration comparable to that of the conventional ADPCM method.
A backward type that can obtain an extremely low symbol error rate for data modem signals.
Our objective is to provide an ADPCM method and equipment for use with it.

この発明によれば送信側で非巡回型フイルタに
より構成される適応型予測器を用いるADPCM方
法において、適応型予測器の入力値を正規化する
がその際に適応型予測器の出力値を加味して行な
う。この正規化された値にもとづいて予測系数値
の修正を行なう。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
バツクワード型ADPCM方式と比較して、データ
モデム信号に対しても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であるという
効果がある。
According to the present invention, in an ADPCM method using an adaptive predictor configured with an acyclic filter on the transmitting side, the input value of the adaptive predictor is normalized, but the output value of the adaptive predictor is taken into account. Let's do it. The prediction system numerical values are corrected based on this normalized value. Compared to the backward ADPCM method with the configuration shown in FIG. 2, the backward ADPCM method according to the configuration of the present invention can obtain an extremely low symbol error rate even for data modem signals, and is capable of high-quality transmission. There is an effect.

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
を記した構成要素は、第2図と同一の動作をす
る。従つてバツクワード型量子化ステツプサイズ
修正回路(送信側21、受信側29)は、前記(4)
式に従い量子化ステツプサイズを修正する。
FIG. 3 shows an embodiment of the ADPCM method according to the present invention. Components in FIG. 3 labeled with the same numbers as in FIG. 2 operate in the same way as in FIG. 2. Therefore, the backward quantization step size correction circuit (transmitting side 21, receiving side 29) performs the above-mentioned (4).
Modify the quantization step size according to the formula.

次に、この実施例において第2図における構成
要素と異なるところのこの発明に関する構成要素
について説明する。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。適応型逆量
子化器18の出力値e^jと加算器31の出力値x〓j
をバツクワード型予測係数値値修正回路22に入
力する。バツクワード型予測係数値修正回路22
は、前記e^jとx〓jとを用いて次式に従い予測係数
値を修正する。
Next, components related to the present invention that are different from the components shown in FIG. 2 in this embodiment will be explained. On the transmitting side 11, an adder 31 is used to calculate the input value e^ j and the output value x^ j of the adaptive predictor 14.
and obtain the adder output x〓 j . The output value e^ j of the adaptive inverse quantizer 18 and the output value x〓 j of the adder 31
is input to the backward prediction coefficient value correction circuit 22. Backward type prediction coefficient value correction circuit 22
corrects the prediction coefficient value according to the following equation using the above e^ j and x〓 j .

この式において、aj iはjサンプル時刻におけ
るi番目の予測係数値を表わす。gは1未満の十
分小さい正定数であり、δは前記(3)式における同
一記号と同じ働きをする。Nは適応型予測器15
の予測次数を表わす。この(8)式と(6)式とを比較す
れば理解されるように、この発明ではe^jに対す
正規化操作を出力値x^jを加味し、つまりx〓jを加
えて行つている。
In this equation, a j i represents the i-th prediction coefficient value at j sample time. g is a sufficiently small positive constant less than 1, and δ has the same function as the same symbol in equation (3) above. N is the adaptive predictor 15
represents the predicted order of As can be understood by comparing equations (8) and (6), in this invention, the normalization operation for e^ j is performed by adding the output value x^ j , that is, by adding x〓 j . It's on.

今、前記(8)式により表わされる予測係数値が入
力信号に適した値に非常に近づいたとすると、適
応型予測器14の出力値x^jは、入力サンプル値
jに非常に近くなる。従つて入力サンプル値xj
と適応型予測器出力値x^jとの差信号であるej
小さくなり、よつて適応型逆量子化器18の出力
値e^jの値も小さくなる。言いかえれば、前記xj
とe^jとの比がかなり大きくなる。加算器31の
出力値x〓jは前記e^jとx^jとを加算したものであ

から前記入力サンプル値xjに近いものと考える
ことができる。従つて前記x〓jと前記e^jとの比は
かなり大きくなる。ゆえに前記(8)式において考え
てみれば右辺第2項の値はかなり小さくなること
は明らかである。このことはバツクワード型予測
係数値修正回路22における予測係数値を前記(8)
式に従つて修正することによつて、予測係数値が
入力信号に適した値に近づいた場合に、予測係数
値の修正をほとんど進まなくすることができるこ
とを示ている。
Now, if the prediction coefficient value expressed by the above equation (8) is very close to the value suitable for the input signal, the output value x^ j of the adaptive predictor 14 will be very close to the input sample value x j . Therefore, the input sample value x j
e j which is the difference signal between the output value x j of the adaptive predictor and the adaptive predictor output value x j becomes small, and therefore the value of the output value e j of the adaptive inverse quantizer 18 also becomes small. In other words, the x j
The ratio between and e^ j becomes considerably large. Since the output value x〓 j of the adder 31 is the sum of the above-mentioned e^ j and x^ j , it can be considered to be close to the above-mentioned input sample value xj . Therefore, the ratio between x〓 j and e^ j becomes considerably large. Therefore, if we consider the above equation (8), it is clear that the value of the second term on the right side is considerably small. This means that the prediction coefficient value in the backward prediction coefficient value correction circuit 22 is
It is shown that by modifying according to the formula, when the predictive coefficient value approaches a value suitable for the input signal, the modification of the predictive coefficient value can be made almost impossible.

受信側20において、バツクワード型予測係数
値修正回路28は、送信側11における予測係数
値修正回路22と同一の動作を行なう。すなわち
前記(8)式に従つて予測係数値の修正を行なう。
On the receiving side 20, the backward prediction coefficient value modification circuit 28 performs the same operation as the prediction coefficient value modification circuit 22 on the transmission side 11. That is, the prediction coefficient value is corrected according to the above equation (8).

以上で説明したようにこの実施例の構成をとる
ことによつて、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を、入力信号に適した値に
収束させることが可能となるという効果がある。
従つて、前記第2図で示した従来のバツクワード
型ADPCM方式において欠点があつた伝送符号誤
りがない場合のデータ信号シンボル誤り率の劣化
をなくし、極めて低いシンボル誤り率を得ること
ができ高品質伝送を行なうことができるという効
果がある。音声信号に対しても勿論高品質伝送可
能である。
As explained above, by adopting the configuration of this embodiment, it is possible to converge the prediction coefficient value in the backward prediction coefficient value correction circuit to a value suitable for the input signal.
Therefore, the deterioration of the data signal symbol error rate when there is no transmission code error, which was a drawback in the conventional backward ADPCM method shown in FIG. 2, is eliminated, and an extremely low symbol error rate can be obtained, resulting in high quality. This has the advantage that transmission can be performed. Of course, high quality transmission is also possible for audio signals.

更に、この実施例の構成によれば伝送符号誤り
の影響からの回復時間も短かいという効果があ
る。
Furthermore, the configuration of this embodiment has the effect of shortening the recovery time from the influence of transmission code errors.

また、この実施例における予測係数値修正式(8)
式を次に示すようにしてもよい。すなわち、 この式においてMは1以上の正定数である。
In addition, prediction coefficient value correction formula (8) in this example
The formula may be as shown below. That is, In this formula, M is a positive constant of 1 or more.

更に(10)式における(x〓j-1のM個の和を
(x〓j-iのリーク積分で表わしてもよい。この
ようにすることにより伝送符号誤りの影響からの
回復時間はさらに短かくなるものと思われる。更
に(10)式右辺第2項における分母の計算式をx〓j-i
の2乗の和のみとすることも可能である。また、
さらにx〓j-iの2乗のかわりに|x〓j-i|を用いて
もよい。このようにすることにより演算量を大幅
に減らすことが可能となる。なお上述において各
部の一部又は全部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動作させてもよい。
Furthermore, the sum of M pieces of (x〓 j-1 ) 2 in equation (10) may be expressed as a leakage integral of (x〓 ji ) 2 . By doing so, it is believed that the recovery time from the effects of transmission code errors will be further shortened. Furthermore, the calculation formula for the denominator in the second term on the right side of equation (10) is x〓 ji
It is also possible to use only the sum of the squares of . Also,
Furthermore, |x〓 ji | may be used instead of the square of x〓 ji . By doing so, it becomes possible to significantly reduce the amount of calculations. In the above description, a part or all of each section may be operated 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方法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。
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 method 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. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the ADPCM method according to the present invention. 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.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 送信側では非巡回型フイルタ形式の適応型予
測手段を用いて入力信号を適応的に予測し、前記
入力信号と前記適応型予測手段の出力値との差を
適応型量子化手段により適応的に量子化し、符号
化して伝送すると共に適応型逆量子化手段で逆量
子化して前記適応型予測手段に入力し、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により前記受信
符号を逆量子化し、非巡回型フイルタ形式の前記
送信側適応型予測手段と同一動作を行う適応型予
測手段を用いて原信号を再生する適応型差分
PCM方法において、前記逆量子化の結果と前記
適応型予測手段の出力値とを加算し、その加算値
の自乗と、前記逆量子化の結果の自乗とを加算
し、その加算した値に逆比例する値を修正項とし
て予測係数値の修正を行うことを特徴とする適応
型差分PCM方法。 2 送信側において、入力信号を非巡回型フイル
タ形式の適応型予測手段を用いて適応的に予測
し、前記入力信号と前記適応型予測手段の出力値
との差を適応型量子化手段を用いて適応的に量子
化し、前記適応型量子化手段の出力値を符号系列
に変換し、得られた前記符号系列を予め定められ
たサンプリング時刻に伝送すると共に前記適応型
量子化手段の出力値を適応型逆量子化手段で逆量
子化して前記適応型予測手段に入力する適応型差
分PCM送信装置であつて、前記適応型予測手段
の出力値と前記送信側の適応型逆量子化手段の出
力とを加算し、その加算値の自乗と、前記送信側
の適応型逆量子化手段の逆量子化の結果の自乗と
を加算し、その加算値に逆比例する値を修正項と
して予測係数値の修正を行う予測係数値修正手段
を有する適応型差分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、前記復号器の
出力値を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を用いて逆量子化
し、前記逆量子化結果より非巡回型フイルタによ
り構成され、前記送信側の適応型予測手段と同一
動作を行う適応型予測手段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の出力値と前記受信側の適
応型逆量子化手段の結果とを加算し、その加算値
の自乗と前記受信側の逆量子化の結果の自乗とを
加算し、その加算値に逆比例する値を修正項とし
て前記受信側の適応型予測手段の予測係数値を修
正する予測係数値修正手段を有する適応型差分
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, an input signal is adaptively predicted using an acyclic filter type adaptive prediction means, and the difference between the input signal and the output value of the adaptive prediction means is adaptively predicted. The quantization means adaptively quantizes, encodes and transmits the code, and the adaptive inverse quantization means dequantizes the code and inputs it to the adaptive prediction means, and the receiving side receives the code and performs the adaptive quantization. The received code is dequantized by an adaptive dequantization means having a characteristic opposite to that of the transmission means, and the original signal is reproduced using an adaptive prediction means that performs the same operation as the transmission side adaptive prediction means in the form of an acyclic filter. adaptive differential
In the PCM method, the result of the inverse quantization and the output value of the adaptive prediction means are added, the square of the added value and the square of the result of the inverse quantization are added, and the added value is inversely An adaptive differential PCM method characterized by correcting prediction coefficient values using a proportional value as a correction term. 2. On the transmitting side, the input signal is adaptively predicted using an adaptive prediction means in the form of an acyclic filter, and the difference between the input signal and the output value of the adaptive prediction means is calculated using an adaptive quantization means. and converting the output value of the adaptive quantization means into a code sequence, transmitting the obtained code sequence at a predetermined sampling time, and converting the output value of the adaptive quantization means into a code sequence. An adaptive differential PCM transmitter that dequantizes the resultant data by an adaptive dequantization means and inputs the resultant to the adaptive prediction means, the output value of the adaptive prediction means and the output of the adaptive dequantization means on the transmitting side. , and add the square of the added value and the square of the result of dequantization by the adaptive dequantization means on the transmission side, and calculate the prediction coefficient value using a value inversely proportional to the added value as a correction term. an adaptive differential PCM transmitting device having predictive coefficient value modification means for modifying the prediction coefficient value, the receiving side receives the code sequence, decodes the code sequence using a decoder, and converts the output value of the decoder into the Inverse quantization is performed using adaptive inverse quantization means having characteristics opposite to those of the adaptive quantization means on the transmitting side, and based on the result of the inverse quantization, an acyclic filter is configured, which is the same as the adaptive predicting means on the transmitting side. An adaptive differential PCM receiving device that reproduces an original signal using an adaptive prediction means that operates, the output value of the adaptive prediction means on the reception side and the result of the adaptive dequantization means on the reception side. , the square of the added value and the square of the result of inverse quantization on the receiving side are added, and a value inversely proportional to the added value is used as a correction term to calculate the prediction coefficient value of the adaptive prediction means on the receiving side. Adaptive difference with prediction coefficient value correction means to correct
An adaptive differential PCM transmitter/receiver including a PCM receiver.
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