JPS63108819A - 音声圧縮方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 且！じ辷腎 本発明は、音声圧縮方式に関する。

丈來挟夏 例えば、高速デジタル回線を用いて音声信号を伝送した
り、音声応答装置のために音声信号を蓄積および合成す
るなど音声信号をデジタル処理するとき、この音声信号
をなんらかの方法でデジタル信号に変換する必要がある
。

基本的には音声信号は周波数帯域が０．３〜３．４ＫＨ
ｚのアナログ信号であり、これをデジタル信号に変換す
るには、例えばサンプリング周波数８ＫＨｚで分解能が
８ビツトのアナログ／デジタル変換器で変換すればよい
（ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｓ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）符号化）。

そして、このデジタル信号を元の音声信号に戻すには、
サンプリング周波数８ＫＨｚで分解能が８ビツトのデジ
タル／アナログ変換器でアナログ信号に変換し、さらに
ローパスフィルタを通して波形整形してやればよい。こ
のとき、アナログｌデジタル変換器およびデジタル／ア
ナログ変換器の分解能（すなわちＰＣＭ符号のビット幅
）が大きいほど再生した音声の品質が高い。

ところで、このようなＰＣＭ符号化された音声信号は１
秒あたりのビット速度（データ速度；以下ビットレート
という）が６４Ｋｂｐｓとなり、このように高いビット
レートの音声信号を伝送するには非常に高速な伝送路を
必要とし、また、かかる音声信号を蓄積するためには厖
大な記憶容量のメモリを必要とする。そこで、従来から
、音声信号のビットレートを低減するための種々の提案
がなされている。

その１つに、時系列的に隣接するＰＣＭ符号の差分を形
成する差分ＰＣＭ符号化方式がある。この差分ＰＣＭ符
号化方式は、音声波形の相関性に基づく冗長性を利用し
たものであり、隣接したサンプル間の限られた範囲に含
まれることから、１サンプルあたりのビット数を低減す
ることができる。この差分ＰＣＭ符号化方式をさらに進
めた適応差分ＰＣＭ符号化方式の１つである、ＣＣＩＴ
Ｙ（国際電信電話諮問委員会）勧告による適応差分ＰＣ
Ｍ方式（ＡＤＰＣＭｆ）では。

３２Ｋｂｐｓのビットレートを実現している。

この他には、音声信号の非安在性と線形予測可能性を利
用したＡＰＣ−ＡＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃ
ｔｉｏｎ　Ｃｏ−ｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ　Ｂｉｔ　Ａ１１ｏｃａｔｉｏｎ）方式、または、音
声分析合成手法によるＬＳＰ（Ｌｉｎｅ　Ｓｐｅｃｔｒ
ｕｍＰａｉｒ）方式などがある。

しかしながら、このようなＡＤＰＣＭｆ方式、ＡＰＣ−
ＡＢ方式およびＬＳＰ方式は、符号化および復号化の処
理が非常に複雑であり、それらを実現するための装置は
非常に高価なものとなるという不都合がある。

一方、放送衛星用の高品位なＰＣＭ音声伝送方式の１つ
に準瞬時圧伸方式がある。この準瞬時圧伸方式は、ＰＣ
Ｍ符号化された音声データを時系列に所定数ごとのブロ
ックに分割し、おのおののブロックにおける信号絶対値
の最大値に対応した最上位桁をあらわすスケールデータ
を識別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータを
符号データに整形するものであり、比較的符号化処理が
簡単で、かつ、容易に１サンプルのビット数を低減する
ことが可能である。しかしながら、このような準瞬時圧
伸方式は、効率的には充分なものではなを）。

そこで、この準瞬時圧伸方式の効率を改善する手法とし
てｒ差分ＰＣＭ方式と準瞬時圧伸との結合」が考えられ
るが、一般に単に準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用し
ただけでは、圧縮時の欠落ビットが伝送誤差を生じ、受
信側の積分器で誤差が累積して受信不能となる。

次にこの点について説明する。

いま準瞬時圧伸を差分Ｐ側方式に適用した符号化方式に
よって、第９図（ａ）に示したような音声信号を符号化
することを考える。まず、差分ＰＣＭ符号化のためにこ
の音声信号を例えば８ＫＨｚのサンプリング周波数でサ
ンプリングしてサンプル間の差分値を形成する。ここで
は、隣接するサンプル間の差分値を符号付の８ビツトの
データすなわち２の補数表現の８ビツトデータであられ
す、そして、準瞬時圧伸のための条件は、８サンプルで
１ブロツクを構成し、伝送データは１サンプルあたり３
ビツトとする。また、スケールデータは３ビツトである
。

ここで、８つのサンプル＃１〜＃８における差分値が第
１０図（ａ）のように得られたものとする。このブロッ
ク内において差分値の絶対値が最大になるものは、サン
プル＃１であり、したがって、このときのスケール位置
ＰＯ５は、このサンプル＃１のビットバタンの最上位桁
であるビット４となり、スケール位置ｐｏｓの値は（１
００）１になる。

これにより、各サンプルの伝送ビット（伝送データ；す
なわち符号データ）は、このスケール位置ＰＯ８よりも
１つ上位桁で、符号値をあらわすビット５（サインビッ
ト）から３ビツトのデータ、すなわち、ビット５，４．
３のデータとなる。

したがって、このブロックでは、最初にスケール位置Ｐ
Ｏ８を、それに続いてサンプル＃１−＃８の伝送ビット
を順次連続して配置して構成した伝送データ（符号デー
タ）は、同図（ｂ）に示したようなものとなる。

このような符号データを復号するとき、まず。

ｌブロック分の符号データを３ビツトずつに分解し、そ
の最初の３ビツトの値からスケール位［ＰＯ５を識別す
る。そして、後続する３ビツトの符号データを８ビツト
のデータに伸張するときには、スケール位１ｔｐｏｓよ
りも１つ上位桁に符号データのＭＳＢ　（最上位ビット
）を一致させ、そのＭＳＢよりも上位桁の各桁には符号
ビットの値をセットし、そのＬＳＢ　（最下位ビット）
よりも下位桁の各桁には０をセットする。

これにより、同図（Ｃ）に示したデータが、復号後のデ
ータとして得られる。このデータと、符号化前のデータ
とを比較すると、復号データでは伝送ビットよりも下位
桁の情報（直流成分）が欠落していることがわかる（第
９図（ｂ）参照）、すなわち、情報に欠落ビットを生じ
ている。

このような復号データに基づいて音声信号を再生すると
、第９図（Ｃ）に一点鎖線で示したように、欠落ビット
分の誤差が蓄積して負の直流シフトを生じ、同図に破線
で示した元の波形よりも右下がりの波形となり、その結
果、適正に情輔を伝送することができない。

このような問題を解決する１つの方法として、「欠落・
ビットのアキュムレーションによる差分圧伸ＰＣＭ（Ｄ
Ｃ−ＰＣＭ）Ｊ（高橋ほか、電子通信学会論文誌’８４
／１０　Ｖｏｌ、Ｊ６７−Ｂ　Ｎｏ、１０）が提案され
ている。

しかしながら、この方法は１５ビット程度の差分データ
を８ビット程度に圧縮する場合に有効であり、８ビツト
の差分データを３ビット程度に圧縮するような低ビツト
レートの符号化方式には適用できない。

すなわち、このような低ビツトレートの場合にはブロッ
ク間において音声波形の振幅が大幅に変化したときなど
ブロック間でスケール位置が大幅に変動することがあり
、そのためにアキュムレーションされている誤差信号の
方が伝送すべき有効なデータよりも大きな値となること
がある。かかる場合には、伝送すべきデータが誤差信号
に埋もれてしまい、適正なデータ伝送を実現できない。

本出願人は、上述した従来技術の不都合を解決するため
、先に、低ビツトレートで、簡単な処理により、高品質
な音声を再現できる音声符号化方式を提供した。

第１１図は、本出願人が先に提案した音声符号化装置の
一例を説明するための図で、この例は、差分ＰＣＭ符号
化方式に準瞬時圧伸を適用したものであり、準瞬時圧伸
を施したさいにもとまるブロック化した圧縮差分データ
を順次復号し、原信号と比較することで圧縮ビット数内
で誤差の少ない差分データとなるようにサンプル点毎に
補正している。またこの例では、８ＫＨｚのサンプリン
グ周波数で音声信号をサンプリングしてサンプル間の差
分値を２の補数表現の８ビツトデータであられし、′８
サンプルで準瞬時圧伸のための１ブロツクを構成し、伝
送データは１サンプルあたり３ビツト、および、スケー
ルデータは３ピクトとする。

同図において、入力音声信号ＳＳは、ローパスフィルタ
１によって帯域制限されたのちにアナログ／デジタル変
換器２に加えられて８ビツトのデジタル信号口Ｓに変換
される。このアナログ／デジタル変換器２は、サンプリ
ング周波数が８ＫＨｚで直線量子化するものである。

デジタル信号ＤＳは、１ブロツクをなす８サンプル分の
記憶容量をもつバッファ３に蓄積され、このバッファ３
に蓄積されたデジタル信号ＤＳｄは、差分データを形成
するための加減算器４のプラス入力端に加えられている
。

この加減算器４から出力される９ビツトの差分データＤ
Ｄｓは、最大値制限回路５によって８ビツトの差分デー
タＤＤに変換される。このようにして差分データの最大
値を制限したのは、次のような理由による。

すなわち、差分データＤＤｓをそのまま準瞬時圧縮した
場合、突発的に大きな差分データを含むブロックにおい
てはそれに対応とた大きなスケール値が設定され、その
ために他の小さな差分データに対する準瞬時圧縮後のデ
ータの追従性が悪化する。その結果、復元した音声信号
が、聴覚上、ギクシャクした感じを与える。そこで、こ
のように差分データの最大値をある程度に制限すること
により、このような聴覚上の問題を解決することができ
る。

この差分データＤＯは、８サンプル分の記憶容量をもつ
バッファ６、準瞬時圧縮のためのスケール値を設定する
ためのスケール値設定部７および加算器８の一入力端に
加えられている。

この加算器８の出力はレジスタ９に加えられ、このレジ
スタ９の出力は加減算器４のマイナス入力端、加算器８
の低入力端、および、８サンプル分の記憶容量をもつバ
ッファｌＯに加えられている。

このようにして、最大値制限回路５によって８ビツトに
制限された差分データＤＯの積算値が加算器８によって
形成され、このデータが差分データｔｌＤｓを形成する
ための直前のサンプルのデータとして用いられている。

バッファ６の記憶データは、サンプル毎に準瞬時圧縮符
号化する準瞬時圧縮部１１に加えられている。

スケール値設定部７は、最大値制限回路５から出力され
る差分データＤＤの連続する８サンプルのうち、最も絶
対値の大きいものを識別し、そのビットパタンの最上位
桁を判別してそのビット位置を３ビツトのスケールデー
タＤＫで出力する。このスケールデータＤＫは、準瞬時
圧縮部１１、準瞬時圧縮部１１から出力される圧縮差分
データＤＣを最適なデータに変換するための最適化処理
部１２、ｌブロック分のデータを所定の信号形式に整形
するためのマルチプレクサ１３の一入力端、および、最
適化された圧縮差分データを伸張するための準瞬時伸張
部１４に加えられている。

またバッファ１０の記憶データは、レジスタ９から出力
される差分データＤＤを積算して形成された復号データ
であり、符号化の対象である元の音声信号（以下原信号
という）として最適化処理部１２に加えられている。

準瞬時圧縮部１１は、バッファ６から加えられる８ビツ
トの差分データＤＤについて、おのおののサンプル毎に
、スケール値設定部７から加えられるスケールデータＤ
Ｋがあられすスケール位置よりも１ビツト上位桁をＭＳ
Ｂとする３ビツトのデータを抜きだしてそれを圧縮差分
データＤＣとして最適化処理部１２に出力する。

最適化処理部１２は、準瞬時圧縮部１１から加えられる
１ブロツク分の圧縮差分データＤＣを順次復号し、バッ
ファ１０から加えられる原信号と比較することにより、
圧縮ビット数内で誤差の少ない差分データとなるように
サンプル点毎に圧縮差分データＤＣを補正し、これを最
適化差分データＤＣｏとしてマルチプレクサ１３の低入
力端および準瞬時伸張部１４に加えている。

マルチプレクサ１３は、第１２図に示したように。

スケール値設定部７から出力されたスケールデータ囲を
先頭に配置し、それに続いて各サンプルの最適化差分デ
ータＤＣｏを順次配置して構成した信号を、１ブロツク
分の符号化データＤＬとして形成して次段装置（例えば
データ伝送装置、あるいは、データ記憶装置等）に出力
する。

準瞬時伸張部１４は、スケール値設定部７から加えられ
るスケールデータＤＫが示している桁よりも１つ上位桁
にＭＳＢが一致すやように、最適化処理部１２から出力
される３ビツトの最適化差分データＤＣ。

を配置するとともに、それよりも上位桁には最適化差分
データＤＣｏの符号データの値を配置し、下位桁には０
を配置して８ビツトの復号データＤＢを形成するもので
あり、その復号データＤＥは積分部１５に加えられる。

積分部１５は、準瞬時伸張部１４から出力される復号デ
ータＤＦ、を積算し、符号化データＤＬを実際に復号化
処理して復元したときの復元データＳＤを形成し、この
復元データＳＤをレジスタ９に出力している。レジスタ
９では、この復元データＳＤを、１つのブロックの処理
を終了して次のブロックの処理を開始する直前で取り込
む。

これにより、準瞬時圧伸に特有な欠落ビットによる誤差
の累積を１次のブロックの最初のサンプルデータを形成
するときに解消することができ。

その結果、より正確な符号化データＤＬを形成すること
ができる。

このようにして、本実施例では、最適化処理部１２によ
って元の音声信号により追従するように圧縮差分データ
ＤＣを補正するとともに、積分部１５で形成した復元デ
ータＳＤによってブロック内の累積誤差を次のブロック
に反映させているので、準瞬時圧伸による低ビツトレー
トの音声符号化処理をより精度よく実現することができ
る。

次に、最適化処理部１２が実行する圧縮差分データの最
適化処理について説明する。

いま、第１３図（ａ）に示したような音声波形を符号化
することを考える。サンプル＃Ｏを基準としてサンプル
＃１ｊ２．＃３の差分をそれぞれ８ビツトで形成したと
き、この場合の差分の絶対値はサンプル＃１が最大にな
る。したがって、このときの３ビツトの圧縮差分データ
はこのサンプル＃１を基準に形成され、スケール値はそ
のビットバタンの最上位桁の桁位置となる。

さて、圧縮差分データを３ビツトであられした場合、表
現できるデータはスケール値よりも１ビツト下位桁の量
子化幅のものであり、したがって、おのおののサンプル
＄１４２．＃３の値は、この量子化幅で表現可能なデー
タに置換される１例えば、サンプル＃１の圧縮差分デー
タはこの表現できるデータのうち実際の値ｐＨよりも下
の値Ｐ１２（＝（０１０）ｓ：ただしこの場合ＬＳＢは
スケール位置よりも１ビツト下位桁、以下同じ）になる
。

ところで、この量子化幅で表現できるデータのうち、Ｐ
Ｉ３よりも１つ大きな値Ｐ１３（＝（０１１）、）に対
応したデータの方がよりサンプル１１の実際の値ｐＨに
近い、したがって、この値Ｐ１３をサンプル＃１の圧縮
差分データとすれば、復号化したときの音声信号（復号
値）の誤差を小さくすることができる。

すなわち、このときの復号値の誤差は、最大でもこの圧
縮差分データの量子化幅の１／２に抑えることができる
。

同様に、サンプル１２．＃３について考えると、その復
号値が符号化前の信号の値（サンプル＃２では値Ｐ２１
．サンプル＃３では値Ｐ３１）に最も近くなる圧縮差分
データを選択すればよい。

すなわち、この場合、サンプル＃２については、値Ｐ２
１よりも小さい値Ｐ２２に基づいた復号値に較べて値Ｐ
２１よりも大きい値Ｐ２３に基づいた復号値の方がより
値Ｐ２１に近いので、サンプル＃１の復号値である値Ｐ
１３と値Ｐ２３との差分（＝（０１０）、）を圧縮差分
データに設定する。またサンプル＃３については、値Ｐ
３１が圧縮差分データであられし得る復号値に一致する
ので、サンプル＃２の復号値である値Ｐ２３と値Ｐ３１
との差分（＝（０１０）、）を圧縮差分データに設定す
る。

このようにして、元の音声信号に対する追従性が向上し
た圧縮差分データを形成することができる。そのための
処理である最適化差分ビットルーチンの一例を第１４図
（ａ）、（ｂ）に示す。

まず、準瞬時圧縮部１１から圧縮差分データ（ＯＣ）を
入力しく処理１０１）、その圧縮差分データｄの値が、
圧縮ビット数（この場合は３ビツト）であられすことの
できる正の最大値ＭＡＸ（＝（０１１）、）より大きい
か、あるいは、負の最大値＊ｘＮ（＝（ｔｏｏ）、）よ
り小さいかを判別しく判断１０２．１０３）　１判断１
０２の結果がｙＥｓになるときには圧縮差分データｄに
値ＭＡＸを代入しく処理１０４）、判断１０３の結果が
ＹＥＳになるときに圧縮差分データｄに値ＭＩＮを代入
する（処理１０５）。

次に、圧縮差分データｄよりもＬＳＢ（＝（００１）ハ
だけ小さな値ｄｍと圧縮差分データｄよりもＬＳＢだけ
大きな値ｄＰを形成しく処理１０６，１０７）、値ｄｌ
ｌが値ＭＩＮよりも小さくなった場合には値ｄ＋ａに値
ＭＩＮを代入しく判断１０８．処理１０９）、値ｄｐが
値ＷＡＸよりも大きくなった場合には値ｄｐに値ＭＡＸ
を代入する（判断１１０゜処理１１１）。

このようにして値ｄｐ、ｄａを形成すると、スケールデ
ータＤＫに基づいて値ｃｔ、ｄｐｔｄ■を準瞬時伸張し
たときの８ビツトの値ｄｄ、ｄｄｐ、ｄｄ飄を算出する
（処理１１２）、そして、この値ｄｄ、ｄｄｐ、ｄｄ■
をそれぞれ１サンプル前のデータの復号値ｄａｏを加算
し、おのおのの値ｄ、ｄｐ、ｄａに対応したローカル復
号値ｄ　ａ　ｔ　ｄ　ａ　ｐ　ｖｄａｍを形成する（処
理１１３）、なお処理１１２および１１３でローカル復
号処理を実現しており、そのために、直前のサンプルの
復号値ｄａｏを記憶しておく。

次に、当該サンプルに対応した原信号の値ｄａｉをバッ
ファ１０から読み込み、この原信号の値ｄａｉと、おの
おののローカル復号値ｄａ、ｄａｐ、ｄａｍとの差の絶
対値ＤａｅＤＰｗＤｍを算出しく処理１１４）、原信号
の値ｄａｉがローカル復号値ｄａよりも大きいかどうか
を調べる（判断１１５）。

この判断１１５の結果がＹＥＳになるときには、絶対値
Ｄａが絶対値Ｄｐよりも大きいかどうかを調べ（判断１
１６）、この判断１１６の結果がＹＥＳになるときには
、値ｄに値ｄＰを代入しく処理１１７）処理１０６へと
戻り、判断１１６の結果がＮＯになるときには、値ｄを
最適化差分データＤＣｏとして出力する（処理１１８）
。

また判断１１５の結果がＮＯになるときには、絶対値Ｄ
ａが絶対値ｏｐよりも大きいかどうかを調べ（判断１１
９）、この判断１１９の結果がＹＥＳになるときには、
値ｄに値ｄ肩を代入しく処理１２０）処理１０６へと戻
り、判断１１９の結判がＮＯになるときには処理１１８
を実行する。

すなわち、第１３図（ｂ）の左側に示したように、原信
号の値ｄａｉが復号値ｄａよりも復号値ｄａｐに近いと
きには、圧縮差分データｄをＬＳＢだけ大きい値ｄｐに
更新して、その値を最適化差分データＤＣｏとして出力
する。また、その反対に原信号の値ｄａｉが復号値ｄａ
よりも復号値ｄａ園に近いときには、圧縮差分データｄ
をＬＳＢだけ小さい値６層に更新して、その値を最適化
差分データＤＣｏとして出力する。なお、１回の処理で
最適な値が得られなかった場合には、この処理を繰り返
し実行する。

このようにして、準瞬時圧伸で得られた圧縮差分データ
に圧縮ビットのＬＳＢを加算、減算する操作をサンプル
点毎に繰り返し行ない、復号値と原信号との誤差を少な
くするように差分データを補正している。

なお、バッファ１０に原信号として記憶するデータとし
ては、最大値制限回路５に入力される前のバッファ３の
出力データを用いることもできる。

したがって、例えば第１５図（ａ）に示したような音声
信号（第９図（ａ）と同じ）をこのような最適化差分ビ
ットルーチンを用いた準瞬時圧縮によって符号化するこ
とを考える。

まず、この音声信号の８つのサンプル＃１〜＃８におけ
る差分値が第１６図（ａ）のように得られ、したがって
、このときのスケール位置ＰＯ８は、サンプル１１のビ
ットバタンの最上位桁であるビット４となり、スケール
位ｉｔ　ｐｏｓの値は（１００）、になる、これにより
、準瞬時圧縮部１１によって形成される圧縮差分データ
ＤＣは、おのおののサンプル＃１〜Ｉ８について、それ
ぞれ第１６図（ｂ）に示したものとなる。

そして、この圧縮差分データＤＣは、おのおののサンプ
ル＃１−＃８について、それぞれ上述の最適化差分ビッ
トルーチンにより第１６図（ｅ）に示したような最適化
差分データＤＣｏにそれぞれ補正される。

その結果、後述する音声復号化装置では、この最適化差
分データＤＣｏのおのおののサンプル＄１−１８の値が
第１６図（ｄ）に示したように８ビツトの差分データに
伸張され、この差分データに基づいて、音声信号が第１
５図（ｃ）に実線で示したように復号される。ここで、
上述した圧縮差分データＤＣをそのまま符号化データに
用いた場合の再生された音声信号を第１５図（ｃ）に一
点鎖線で示す。

これらの比較かられかるように、最適化差分データＤＣ
ｏに基づいて再生された音声信号は、第１５図（ｃ）に
破線で示した符号化前の音声信号にまとわりつくような
ものとなり、符号化前の音声信号に対する追従性が大き
く向上している。

第１７図は、音声復号化装置の一例を示してい　。

るが、この音声復号化装置は、上述した音声符号化装置
によって符号化された符号化データＤＬを復号して音声
信号を出力するものである。

同図において９例えばデータ受信装置あるいはデータ記
憶装置等の前段装置（図示時）から出力された符号化デ
ータＤＬは、デマルチプレクサｚ１に加えられ、おのお
ののブロック毎に、先頭の３ビツトがスケール値ＳＣと
して識別されて準瞬時伸張部２２のスケール値入力端に
加えられ、それ以外のコードデータ（圧縮差分データ）
は、準瞬時伸張部２２のコードデータ入力端に加えられ
る。

準瞬時伸張部２２は、加えられるコードデータを３ビツ
トずつに区切るとともに、８ビツトデータにおいて入力
したスケールデータＳＣに対応したビット位置にその３
ビツトのデータを配置し、そのコードデータよりも上位
桁には符号ビットの内容を、下位桁には０を配置して８
ビツトデータ（第１６図（ｄ）参照）に伸張し、この８
ビツトデータを積分部２３に出力する。

積分部２３は、順次入力される８ビツトデータを積算し
て音声信号の各サンプルにおける信号値を形成し、これ
をデジタルｌアナログ変換器２４に出力する。

デジタルｌアナログ変換器２４は、受入した信号値を８
ＫＨｚの変換周波数で対応するアナログ信号（レベル信
号）に変換し、これをローパスフィルタ２５に出力する
。このアナログ信号は、ローパスフィルタ２５によって
波形整形されたのち、再生音声信号として次段装置（例
えば音声出力装置等）に出力される。

このようにして符号化データを復号するための音声復号
化装置の構成は、非常に簡単なものとなり、したがって
１例えば、汎用の８ビツトマイクロプロセツサを用いて
この音声復号化装置を実現することもでき、コストを極
く小さく抑えることができる。

ところで、準瞬時圧伸においては、１つのブロック内に
おいて信号値の絶対値が最大になるビットバタンに基づ
いてスケール位置を設定しているので、例えば、そのブ
ロックにおいて突発的に大きな値をとるサンプルがあっ
た場合、その大きな値に対応したスケール値が設定され
るため、他の小さい値に対する符号化データの追従性が
悪くなり、聴覚上好ましくないという不都合を生じるこ
とがある。

次に、このような不都合を解消できるようにした例につ
いて説明する。

さて、上述した不都合を解消するには、そのブロックに
おいて最も誤差の少ない符号化データを形成すればよく
、そのためには適切なスケール位置（値）を設定すれば
よい。

そこで、最初に設定したスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときと、そのスケール位置よりも１桁上位桁を
スケール位置に設定した場合にそのスケール位置に基づ
いて準瞬時圧縮したときと。

その最初のスケール位置よりも１桁下位桁をスケール位
置に設定した場合にそのスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときとで、おのおののサンプルにおいて復号値
と符号化前の音声信号の値との誤差を算出してそれらに
基づいてそれぞれのスケール位置での評価値を形成し、
この評価値に基づき、それらのスケール位置のもののう
ち最も良好なものを選択するようにしている。なお、こ
の評価値としては、おのおののサンプルにおける元の音
声信号と復号値との差の総和や、その差を自乗した値の
総和（誤差パワ）を用いることができる。

すなわち１例えば第１８図（ｃ）に示したような音声信
号があったとき、この音声信号の各サンプル＃１〜＃８
のうち差分値が最も大きいサンプル＃１に基づいてスケ
ール値が決定され、その状態が同図であるとする。

これに対し、スケール値を１つ小さくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階小さくなるので同図（ｂ）の
状態になり、スケール値を１つ大きくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階大きくなるので同図（Ｃ）の
状態となる。

また、おのおのの状態で、上述した最適化差分ビットル
ーチンによる最適化処理を実行したとき。

各サンプルにおける符号ビットは、次の表のようになる
。

糞 ここで、は第１８図（ａ）の場合のスケール値を。

５Ｃ−１はＳＣ０よりも１だけ小さい同図（ｂ）の場合
のスケール値を、ＳＣユはＳＣ０よりも１だけ大きい同
図（ｃ）の場合のスケール値をそれぞれ示している。

このようにスケール値を変更すると、当然のことながら
元の音声信号と復号値との差の総和あるいは誤差パワは
、そのブロックにおける音声信号の変化に対応していず
れか１つのスケール値のものが最小となり、その最小と
なるものが当該ブロックにおいて音声信号に対する追従
性が最良である。

例えば、実験によれば統計的にみて、スケール値ＳＣ，
のものの誤差パワが最も小さくなるのはブロック総数の
うち６０％程度であり、スケール値５Ｃ−１のものの誤
差パワが最も小さくなるのはブロック総数のうち３０％
程度であり、スケール値Ｓ０１のものの誤差パワが最も
小さくなるのはブロック総数のうち１０％程度である。

このよう楊して、ブロック毎に使用するスケール値を選
択することで、再生した音声信号の音質（聴覚上の）が
向上する。

第１９図は、上述のごとき点を考慮した音声符号化装置
の一例を示す図で、同図において第１１図と同一部分に
は同一符号を付し、相当する部分にはそれと同一符号に
サブイクスを付加してその説明を省略する。またこの装
置は、準瞬時圧縮の１ブロック単位に作動する。

同図において、スケール値設定部７ａは、最大値制限回
路５から出力される差分データＤＤの連続する８サンプ
ルからなるブロックでスケール値を判別するとともに、
そのスケール値よりも１つ大きな値および１つ小さな値
を形成し、それぞれスケールデータＤＫ、　、ＤＫｌ、
ＤＫ−１として出力する。これらのスケールデータＤＫ
、　、ＤＫ、　、ＤＫ−８は、上述したスケール値ｓｃ
、　、ｓｃ、　、５ｃ−１にそれぞれ相当する。

スケールデータＤＫ、は、準瞬時圧縮部１１１１、最適
化処理部１２い準瞬時伸張部１４゜およびセレクタ３１
の一入力端に加えられ、スケールデータＤＫ、は、準瞬
時圧縮部１１工、最適化処理部１２い準瞬時伸張部１４
１およびセレクタ３１の種入力端に加えられ、スケール
データＤＫ−１は、準瞬時圧縮部１１−１、最適化処理
部１２−１、準瞬時伸張部１４−□およびセレクタ３１
のさらに他の入力端に加えられている。

準瞬時圧縮部１１゜はスケールデータＤＫ、に基づきバ
ッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣ，を形成
し、最適化処理部１２゜はこの圧縮差分データＤＣ，に
上述した最適化差分ビットルーチンを適用して最適化差
分データＤＣｏＩ、を形成し、この最適化差分データＤ
Ｃｏｌｌは準瞬時伸張部１４Ｉｌおよびセレクタ３２の
一入力端に加えられる。準瞬時伸張部１４゜は入力され
る最適化差分データＤＣｏ、をスケールデータＤＫ６を
基準として８ビツトデータのデータＤＨ。

に伸張し、このデータＤＢ、は積分部１５゜によって積
算されて復号され、その復号値ＳＤ、は比較部３３の一
入力端およびセレクタ３４の一入力端に加えられている
。

また、準瞬時圧縮部１１．はスケールデータＤＫ、に基
づきバッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣ１
を形成、し、最適化処理部１２１はこの圧縮差分データ
ＤＣ１に上述した最適化差分ビットルーチンを適用して
最適化差分データＤＣｏ、を形成し、この最適化差分デ
ータＤＣｏユは準瞬時伸張部１４１およびセレクタ３２
の一入力端に加えられる。準瞬時伸張部１４．は入力さ
れる最適化差分データＤＣｏ、をスケールデータＤＫ１
を基準として８ビツトデータのデータＯＨ１に伸張し、
このデータＤＥ、は積分部１５．によって積算されて復
号され、その復号値ＳＤ１は比較部３３の一入力端およ
びセレクタ３４の一入力端に加えられている。

同様に、準瞬時圧縮部１１−１はスケールデータＤＫ−
１に基づきバッファ６の出力データから圧縮差分データ
ＤＣ−１を形成し、最適化処理部１２−１はこの圧縮差
分データＤＣ−，に上述した最適化差分ビットルーチン
を適用して最適化差分データＤＣｏ−１を形成し、この
最適化差分データＤＣｏ−，は準瞬時伸張部１４−１お
よびセレクタ３２の一入力端に加えられる。

準瞬時伸張部１４−１は入力される最適化差分データＤ
Ｃｏ−１をスケールデータＤＫ−，を基準として８ビツ
トデータのデータＤＥ−，に伸張し、このデータＤＥ−
，は積分部１５−１によって積算されて復号され、その
復号値５Ｏ−０は比較部３３の一入力端およびセレクタ
３４の一入力端に加えられている。

また、最大値制限回路５から出力される差分データＤＤ
は、バッファ１０ａによって１ブロツク分が蓄積され、
このバッファ１０ａの出力は積分部１５ａによって順次
積算されて圧縮されていない音声信号（すなわち原信号
）が形成され、それに対応したデータＳＤａが最適化処
理部１２．．１２□１２−１および比較部３３に加えら
れている。

このように、比較部３３には、原信号に対応したデータ
ＳＤａ、スケール値ＳＣ，（スケールデータＤＫ、　）
に対応した最適化差分データＤＣｏ、を復号したときの
復号値ＳＤいスケール値５Ｃ１（スケールデータＤＫ、
）に対応した最適化差分データＤＣｏ□を復号したとき
の復号値ＳＤ１．および、スケール値５Ｃ−１（スケー
ルデータＤに−１）に対応した最適化差分データＤＣｏ
−，を復号したときの復号値ＳＤ−，が、サンプル毎に
それぞれ加えられる。

比較部３３番主１データＳＤａと復号値ＳＤ、　、ＳＤ
ｌ、ＳＤ−。

に基づき、それらの復号値ＳＤ、　、ＳＤ、　、５Ｄ−
１におけるデータＳＤａからの誤差をそれぞれのサンプ
ル毎に形成し、１ブロツクにおける誤差パワをおのおの
の復号値ＳＤ、　、ＳＤｌ、５Ｄ−１について算出し、
それらの中で最小値をとるものを判別する。

そして、復号値ＳＤ、についての誤差パワが最小になる
ときには、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ、
を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するととも
にセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ、を選
択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセレ
クタ３４によって符号値ＳＤ、を選択し、これをレジス
タ９に取り込ませるデータとする。

また、復号値ＳＤ１についての誤差パワが最小になると
きは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ、を選
択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとともにセ
レクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ１を選択し
てこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセレクタ
３４によって符号値ＳＤ１を選択し、これをレジスタ９
に取り込ませるデータとする。

同様に、復号値ＳＤ−，についての誤差パワが最小にな
るときは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ−
１を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとと
もにセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ−，
を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。また
セレクタ３４によって符号値５Ｄ−８を選択し、これを
レジスタ９に取り込ませるデータとする。

したがって、マルチプレクサ１３からは、そのブロック
において最も誤差パワが小さくなる符号化データＤＬが
出力される。

比較部３３が実行する比較ルーチンの一例を第１９図に
示す、まず、データＳＤａおよび復号値ＳＤ、　、ＳＤ
、。

ＳＤ−、をサンプル毎に入力するとともに（処理２０１
）、それらの入力したデータに基づき、次式を演算して
、復号値ＳＤ、　、ＳＤｌ、ＳＤ−、におのおの対応し
た誤差パワＰＭＳ１１．ＰＭＳ□、　ＰＭＳ−１をそれ
ぞれ算出する（処理２０２）。

２ＭＳｋ＝（Σ（ＳＤａｊ−ＳＤｋｊ）”）”ｊ＝１ ここで、ｋ＝ｏ、１．−１、ｊはブロック内におけるサ
ンプル番号、　５Ｄａｊはブロック内のおのおののサン
プルにおけるデータ、５Ｄｋｊはブロック内のおのおの
のサンプルにおける符号値ＳＤｋをあらわす。

そして、いずれの誤差パ’７　ＲＭＳ、　、ＲＭＳ、　
、ＲＭＳ−１が最も小さいかを識別しく判断２０３，２
０４，２０５）、最小の誤差パワＲＭＳ−＝ＲＭＳｔ−
ＲＭＳ−１に対応したスケールデータＤＫ、、ＤＫ１．
ＤＫ−１と最適化差分データＤＣｏ、　。

ＤＣｏｌ、ＤＣｏ−１をそれぞれ選択する（処理２０６
，２０７゜２０８）。

なお、この比較ルーチンにおいて、おのおのの復号値Ｓ
Ｄ、　、ＳＤ、　、ＳＤ−□とデータＳＤａとの誤差に
基づいた評価値としては、上述した誤差パワ以外に、例
えば、おのおののサンプルにおけるデータＳＤａと復号
値ＳＤ、　、ＳＤ、　、ＳＯ−、との差の総和等を用い
ることができる。しかしながら、上記音声圧縮符号化方
式においては、符号化に多くの処理を必要とし。

リアルタイムでの処理がむずかしいといった欠点がある
。

■−−五 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、低ビツトレートで自然な音声を符号化、復号化す
る音声圧縮方式の高速化を図ることを目的としてなされ
たものである。

豊−一双 本発明は、上記目的を達成するために、ＰＣＭ符号化さ
れた音声データの差分を取り、ブロック分割し、各ブロ
ックにおける絶対値の最大値に対応した最上位桁をあら
ｂすスケールデータを識別し、その最上位桁を含む所定
ビット数のデータを符号データに整形し、その符号デー
タから復元されるデータと原音声の誤差が小さくなる様
に補正する音声圧縮方式において、前記差分データに符
号データで有効な最も小さい値の１／２を加算して準瞬
時圧縮して補正することを特徴としたものである。以下
１本発明の実施例に基づいて説明する。

本発明は、上述のごとき本出願人が先に提案した音声圧
縮符号化方式を高速化するために、同一の符号データを
高速に算出するようにしたものであり、特に、第１１図
に示した準瞬時圧縮部、最適化処理部、準瞬時伸張部を
改良して高速化を図ったものである。

前述のように、第１２図には、１ブロツクを８サンプル
とした例を、第１３図に、その音声波形を示すが、＃１
サンプルのデータｐＨは、ＰｌｌとＰＩ３を比べた場合
Ｐ１３に近いのでＰＩ３を選ぶ、これは、一点鎖線で示
したＰＩ３とＰｌｌの中間点よりｐＨがＰｌｌ。

ＰＩ３のどちらに近いかを判断している。これは、Ｐｌ
ｌに量子比重の最小値（以下ＬＳＢと呼ぶ）の１７２を
加えて準瞬時圧縮を行うと判断部を持たなくても符号デ
ータを得られることを意味している。この計算の様子（
Ａ／Ｄ変換を８ビツトで行い、３ビツトへ圧縮）を第８
図に示す、第８図（ａ）は、音声データをＡ／Ｄ変換し
たデータを、（ｂ）はスケール値を求めるため、（ａ）
のデータの差分を示す、なお、　１１の前はＯとする。

ここで、このブロック内の各データの絶対値の最大は、
＃１であり。

スケール値はｂ４である０図ではＰＯＳでスケール値を
示している。（Ｃ）は、（ａ）の音声データと、一つ前
のデータを符号、復号して得られるローカル復号の値（
ｇ）との差分を示す、また、（ｇ）の＃ｌの前は０とす
る。（ｄ）は（ｃ）にＬＳＢの１７２　（ｂ、がスケー
ル値であるからＬＳＢはす、となりＬＳＢの１／２の値
は０００００１００）を加算したものであり、これを準
瞬時圧縮したものが（ｅ）である、さらに（ｅ）をもと
に復号したものが（ｆ）であり、（ｆ）を積分した復号
音声データが（ｇ）である。

第１図は、本発明の一実施例を説明するためのブロック
線図で１図中、４０は加算部、４１は制御部を示し、そ
の低溶１１図に示した先行技術と同様の作用をする部分
には第１１図の場合と同一の参照番号が付しである。而
して１本発明において、音声波形ＳＳは、ＬＰＦＩを通
し、Ａ／Ｄ変換器２でサンプリング周波数の１７２以下
に帯域圧縮してからＡ／Ｄ変換器２でＡ／Ｄ変換されて
量子化され、このＡ／Ｄ変換されたデータＤＳをバッフ
ァ３に蓄える。バッファ３から１ブロツク分のデータを
最大値制限回路５を通って差分をとり、スケール値設定
部７ヘデータを送る。スケール値設定部７では各差分デ
ータの絶対値をとり。

その最大値から有効最大桁すなわちスケール値を求める
。バッファ３に蓄えたデータと積分部１５でローカル復
号したデータの差分をとり、１／２ＬＳＢ加算器４０に
データを送る。１／２ＬＳＢ加算器４０では、スケール
値に基づいて伝送ビットの最下位（Ｌ　Ｓ　Ｂ）の１／
２の値を加算する。

ただし、加算することによりスケール値を越えてしまう
場合は、伝送できる最大の値をとる。この１／２ＬＳＢ
加算されたデータを、準瞬時圧縮部１１では、下位ビッ
トを切り捨てたデータをローカル復号用の積分部１５に
送り、伝送するデータをマルチプレクサ１３へ送る。マ
ルチプレクサ１３では、スケール値とデータをまとめて
出力する。

制御部４１は、スケール値を求める動作と符号化を行う
動作を切り替えている。スケール値を求める場合は、積
分部１５、マルチプレクサ１３の出力の動作を止め、レ
ジスタ９の入力を加算器に切り替え、スケール値設定部
７の動作をアクティブにする。符号化を行うときは、積
分部１５．マルチプレクサ１３の出力の動作をアクティ
ブにしてレジスタ９の入力を積分部１５の出力に切り替
え。

スケール値設定部７では、動作を止めスケール値の出力
を保持する。また、１つのブロックの終りに、ローカル
復号のデータをスケール値設定部の差分を取るレジスタ
に送る。

第２図は１本発明の他の実施例を説明するためのブロッ
ク線図で２図中、第１図に示した実施例と同様の作用を
する部分には第１図の場合と同一の参照番号が付しであ
る。而して、この実施例と第１図に示した実施例との相
違は、Ａ／Ｄ変換されたデータを、スケール値を求める
間バッファ３に入れて符号化を行なっている点にある。

この結果、第１図に示した実施例に加算器４２．４３と
最大値制限回路４４を付加することにより制御部をなく
すことができ、かつ、リアルタイム処理ができる。

第３図は、本発明の他の実施例を説明するためのブロッ
ク線図で、この実施例は、第１９図に示した先行技術を
第１図に示した実施例に対応する方式で改良したもので
、各部の動作は第１図及び第１９図の動作と同じである
が、この実施例は、ブロック毎にスケール値に−１，Ｏ
，＋１加えたスケール値を用い一番原音に近いものを送
出するようにしたものである。１ブロツクの動作を終了
すると、比較部３３で選ばれたスケール値の積分部のデ
ータを他の２つの積分部へ送るようにしている。

第４図は１本発明の更に他の実施例を説明するためのブ
ロック線図で、この実施例は、第１９図に示した先行技
術を第２図に示した実施例に対応する方式で改良したも
ので、各部の動作は第２図及び第１９図の動作と同じで
あり、この実施例は。

ブロック毎にスケール値に−１，Ｏ，＋１加えたスケー
ル値を用い一番原音に近いものを送出するようにしたも
のである。１ブロツクの動作を終了すると、比較部で選
ばれたスケール値の積分部のデータを他の２つの積分部
へデータを送る。

上述のように１本発明によると、低ビツトレートで高音
質な音声圧縮符号化を高速で行うことができるが、更に
、本発明によると処理が簡単であるため、ＣＰＵを用い
てソフト処理が可能である。

第５図は、上記ソフト処理を行う場合の全体構成図で、
図中、５０はマイク、５１はり、Ｐ、Ｆ、。

５２はＡ／Ｄ変換器、５３はデータバス、５４はＣＰＵ
％５５はＲＯＭ、５６はＲＡＭ、５７はＤ／Ａ変換器、
５８はり、Ｐ、Ｆ、、５９はスピーカで、第６図は、全
体のフローチャート、第７図は、圧縮処理のフローチャ
ートで、本発明に係るデータ圧縮処理は上述のごとくし
てＲＯＭ、ＲＡＭを用いてＣＰＵ内で行われる。

夏−−ｉ 以上の説明から明らかなように、本発明によると、低ビ
ツトレートで高音質な音声圧縮符号化を高速で行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ためのブロック線図、第５図乃至第７図は、ソフトウェ
アで実行する場合の構成図及びフローチャート、第８図
は１本発明による準瞬時圧縮の動作原理を説明するため
の図、第９図は、従来技術の説明図、第１０図（ａ）〜
（ｃ）は、従来技術の符号化復号化の状況を説明するた
めの信号配置図、第１１図乃至第２０図は１本発明の先
行技術を説明するための図で、第１１図は音声符号化装
置を示したブロック図、第１２図は符号化データの信号
形式を例示した信号配置図、第１３図（ａ）は最適化処
理を説明するための波形図、同図（ｂ）は最適化差分ビ
ットルーチンの作用を説明するための信号配置図、第１
４図（ａ）。 （ｂ）は最適化差分ビットルーチンの一例を示したフロ
ーチャート、第１５図は最適化処理の効果の説明図、第
１６図（ａ）〜（ｄ）は最適化の様子を示した信号配置
図、第１７図は音声復号化装置の一例を示したブロック
図、第１８図（ａ）〜（ｃ）は他の例の原理の説明図、
第１９図は他の実施例にかかる音声符号化装置を示した
ブロック図、第２０図は比較ルーチンの一例を示したブ
ローチヤードである。 １．２５・・・ローパスフィルタ、２・・・アナログ／
デジタル変換器、　　３．６．１０，１０．．１０１，
１０−８，１０ａ、１０ｂ。 １０ｃ・・・バッファ、４・・・加減算器、５・・・最
大値制限回路、７．７ａ・・・スケール値設定部、８・
・・加算器。 ９・・・レジスタ、　１１，１１．．１１．．１１−２
・・・準瞬時圧縮部。 １２．１２．．１２工、１２−□・・・最適化処理部、
１３・・・マルチプレクサ、　１４，１４゜、１４８，
１４−１．２２・・・準瞬時伸張部。 １５、１５゜、１５．．１５−、．１５ａ、２３・・・
積分部、２１・・・デマルチプレクサ、２４・・・デジ
タル／アナログ変換器。 ３１．３２，３４・・・セレクタ、３３・・・比較部。 ４０・・・１／２　Ｌ、Ｓ、Ｂ加算器、４１・・・制御
器、４２゜４３・・・加算器、４４・・・最大値制限回
路。 ｉ、ｌＩ− 第９図 第１０図 （ａ） （ｂ） 第＋４　ｌＸＪ 第　＋４　１ｍ （ｂ） ！　　１５　　図 第１６　”１ １　１７　　ｔｉｌｌ ′第旧図 （ａ） （ｂ） ＃Ｏ＠ｌ　　１２　　ヰ３ 第１８図 （Ｃ） 第２０図 手続補正書（自発） 昭和６１年１２月１７日 特許庁長官　　　黒　１）明　雄　　殿２、発明の名称 音声圧縮方式 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 オオタ　り　ナカマゴメ 住所　　東京都大田区中馬込１丁目３番６号氏名（名称
）　　（６７４）株式会社リコー代表者　　浜　　１）
　　広 ４、代理人 住　所　　　　〒２３１　横浜市中区不老町１−２−７
６、補正の対象 （１）、明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容 （１）、同第４頁第１９行目に記載の［（ＡＤＰＣＭｆ
）」をｒ　（ＡＤＰＣＭ）　Ｊに補正する。 （２）、同第５頁第６行目に記載の「このようなＡＤＰ
ＣＮｆ方式、」を「このようなＡＤＰＣＭ方式、」に補
正する。 （３）、第１３図（ａ）を別紙の通り補正する。 第１３図 （Ｇ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＰＣＭ符号化された音声データの差分を取り、ブ
   ロックに分割し、各ブロックにおける絶対値の最大値に
   対応した最上位桁をあらわすスケールデータを識別し、
   その最上位桁を含む所定ビット数のデータを符号データ
   に整形し、その符号データから復号されるデータと原音
   声の誤差が小さくなるように補正する音声圧縮方式にお
   いて、前記差分データに符号データで有効な最も小さい
   値の１／２を加算して準瞬時圧縮して補正することを特
   徴とする音声圧縮方式。
2. （２）各ブロックの最初の差分を取る場合、前ブロック
   の最後の復号データを用いて差分を取ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の音声圧縮方式。
3. （３）スケールデータを基に符号化されたデータから復
   号したデータと次の原音声との差分を取ることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載の音声圧縮方式。
4. （４）スケールデータを予め＋１、０、−１の３種類に
   ついて符号化し、復号したデータが原音声に最も近い符
   号データを採用することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項に記載の音声圧縮方式。
5. （５）各ブロックの終りで符号データを採用した符号方
   式内の復号部の値を他の復号部へ転送することを特徴と
   する特許請求の範囲第（４）項に記載の音声圧縮方式。
6. （６）各ブロックの最初の差分を取る場合、前ブロック
   の最後の復号データを用いて差分を取ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（４）項又は第（５）項に記載の音
   声圧縮方式。
7. （７）スケールデータを基に符号化されたデータから復
   号したデータと、次の原音声の差分を取ることを特徴と
   する特許請求の範囲第（４）項又は第（５）項に記載の
   音声圧縮方式。