JPS6314524A

JPS6314524A - 音声符号化方法

Info

Publication number: JPS6314524A
Application number: JP15800886A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Uchiyama; 博喜内山; Wasaku Yamada; 山田　和作
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-01-21
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2652371B2

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】［技術分野］本発明は、音声符号化方式に関する。

［従来技術］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　、４Ｋ
Ｈｚ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１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ｌデジタル変換器で変換すればよ
い（ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉ
ｏｎ）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／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値の変化が、多く
の場合ダイナミック・レンジの限られた範囲に含まれる
ことから、ｌ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、ＣＣＩＴＹ　（
国際電信電話諮問委員会）勧告による適応差分ＰＣＭ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、音声信号の非定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い。

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ＰＣＮ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６次にこの点について説明する。

いま準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用した符号化方式
によって、第１１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
１２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ｘ１であり、したがって、このときのスケール位置
ＰＯ８は、このサンプル＃１のビットパタンの最上位桁
であるビット４となり、スケール位置ｐｏｓの値は（１
００）２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＠ｐ
ｏｓ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、１ブロツ
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＠ＰＯ３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［ＰＯ３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
１１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１１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、適正に情報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。

［目的］本発明は、上述した従来技術の不都合を解決するために
なされたものであり、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
化方式を提供することを目的としている。

［構成］本発明は、準瞬時圧伸のさいにもとまる圧縮データをそ
の量子化ビット内で原信号に最も近くなるように補正す
ることで、上記した目的を達成している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる音声符号化装置を
示している。この実施例は、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。またこの実施例では、８　Ｋ　Ｈｚ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ビツトとする。

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Ｏ３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
てはそれに対応し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ＤＤ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
の他入力端、および、８サンプル分の記憶容量をもつバ
ッファ１０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ＤＤ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ＤＤｓ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プロ２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がら出力
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ブロッ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の他入
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２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ＤＫ
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ブロッ
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が一致するように、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ＤＨ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ＤＥを積算し、符号化データＯＬ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、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３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１０を基準としてサンプル＃
ＩＪ２．＃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＃ｌを基準に形成され、スケール値はその
ビットパ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１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、したがうて、おのおののサンプル
＃１，１２Ｊ３の値は、この量子化幅で表現可能なデー
タに置換される０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Ｐ１１よりも
下の値Ｐ１２（＝（０１０）２；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）２）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１７２に抑えることができる
。

同様に、サンプル＄２．＃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Ｉ２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
１１と値Ｐ２３との差分（＝（１１０）２）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Ｉ２の復号値である値Ｐ２３と値Ｐ３１
との差分（”（００１）ｚ）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４図（
ａ）、（ｂ）に示す。

まず、準瞬時圧縮部１１から圧縮差分データｄ　（ＤＣ
）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）２）より大
きいか。

あるいは、負の最大値ＭＩＮ（＝（１００）２）より小
さいかを判別しく判断１０２，１０３）、判断１０２の
結果がＹＥＳになるときには圧縮差分データｄに値ＭＡ
Ｘを代入しく処理１０４）　、判断１０３の結果がＹＥ
Ｓ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・−タｄよりもＬＳＢ（＝（００１）
Ｚ）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
ｄｍが値ＷＩＮよりも小さくなった場合には値ｄＩＩに
値ＭＩＮを代入しく判断１０８、処理１０９）、値ｄｐ
が値ＭＡＸよりも大きくなった場合には値ｄＰに値ＭＡ
Ｘを代入する（判断１１０、処理１１１）。

このようにして値ｄｐ、ｄＩｏを形成すると、スケール
データＤＫに基づいて値ｄ、ｄｐ、ｄｓを準瞬時伸張し
たときの８ビツトの値ｄｄ　、　ｄｄｐ　、　ｄｄｍを
算出する（処理１１２）。そして、この値ｄｄ、ｄｄｐ
、ｄｄｍにそれぞれ１サンプル前のデータの復号値ｄａ
ｏ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ｄａ、ｄａｐ。

ｄａｍ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Ｄａ、Ｏｐ、Ｄｍ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ｏｐ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ＯＣｏとして出力する（処理ｔｔｇ）。

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ｄＩＩｌを代入しく処理１２０）処理１０６へ
と戻り。

判断１１９の結果がＮＯになるときには処理１１８を実
行する。

すなわち、第３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ｄρ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ｄａｍに近いときには、圧縮差分データｄを
ＬＳＢだけ小さい値ｄｆｆｌに更新して、その値を最適
化差分データＤＣｏとして出方する６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１、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５図（ａ）に示したような音声信
号（第１１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６図（ａ）のように得られ、したがって、
このときのスケール値１ｔＰＯ５は、サンプル＃１のビ
ットパタンの最上位桁であるビット４となり、スケール
位置ＰＯ８の値は（１００）ｚ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−＃８について、それぞれ
第６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＃１−１８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６図（Ｃ）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１１−１８の値が
第６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５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５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。

なお、上述した最適化差分ビットルーチン以外で、上述
したような圧縮差分データの最適化処理を実現すること
ができる０例えば、スケール値を決定した後には、おの
おののサンプルについて、そのスケール値に対応した量
子化幅でとりうる復号値のうち最もサンプリング値に近
いものを順次選択し、その復号値に対応した圧縮差分デ
ータを形成することで、圧縮差分データを最適化するこ
とができる。

第７図は１本発明の一実施例にががる音声復号化装置の
一例を示している。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ＯＬを
復号して音声信号を出方するものである。

同図において１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（図示路）から出方された符号化デ
ータＤＬは、デマルチプレクサ２１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、そのコートデータよりも上位
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６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／アナログ変換器２４に出力する。

デジタル／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、本発明にかかる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る
。したがって、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パタンに基づ
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、＠党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、本発明にかかる
他の実施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、本実施例では、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、例えば第８図（ａ）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Ｉ１１〜＃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。

嚢ここで、　ＳＣｏは第８図（ａ）の場合のスケール値を
、ＳＣ−１はＳＣｏよりも１だけ小さい同図（ｂ）の場
合のスケール値を、ＳＣ１はＳＣｏ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
５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、発明者等の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ＳＣ−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ＳＣＩ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。

このようにして、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。

この実施例にかかる音声符号化装置の一例を第９図に示
す。なお、同図において第１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フィック
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ＤＫｏ、ＤＫｚ、Ｄ
Ｋ−ｔとして出力する。これらのスケールデータＤＫｏ
、ＤＫ１．ＤＫ−ｔは、上述したスケール値５ＣＩＩ、
ＳＣＩ、５Ｃ−１にそれぞれ相当する。

スケールデータＤＫｏは、準瞬時圧縮部１１ｏ、最適化
処理部１２ｏ、準瞬時伸張部１４ｏ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ＤＫ１は、準瞬
時圧縮部１１１、最適化処理部１２１、準瞬時伸張部１
４１およびセレクタ３１の他入力端に加えられ、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１４−１およびセレクタ３
１のさらに他の入力端に加えられている。

準瞬時圧縮部１１ｏはスケールデータＤＫｏ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１２ｏはこの圧縮差分データＤＣｏ
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ＤＣｏｎを形成し、この最適化差分データＤ
Ｃｏｏは準瞬時伸張部１４ｏ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ＤＣｏｎをスケールデータＤＫｏ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ＤＥａは積分部１５０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１１１はスケールデータＤＫＩ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Ｄ
Ｃ１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ＤＣｏ１を形成し、この最適化差分デー
タＤＣｏ１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。ｉ！！瞬時伸張部１４１は入力
される最適化差分データＤＣｏ　１をスケールデータＤ
Ｋ１を基準として８ビツトデータのデータＤＥＩに伸張
し、このデータＤＥｔは積分部１５１によって積算され
て復号され、その復号値ＳＤｚ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−１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−１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−１を基準として８ビツ
トデータのデータＩ）Ｅ−１に伸張し、このデータＤＥ
−１は積分部１５−１によって積算されて復号され、そ
の復号値５Ｄ−１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−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１２０，１２１．１２−１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５Ｃｏ（スケールデータＤＫｏ）に
対応した最適化差分データＤＣｏｏを復号したときの復
号値ＳＤｏ、スケール値５Ｃｒ（スケールデータＤＫ１
）に対応した最適化差分データＤＣｏ　１を復号したと
きの復号値ＳＤ１、および、スケール値ＳＣ−１（スケ
ールデータＤＫ−１）に対応した最適化差分データＤＣ
ｏ−＋を復号したときの復号値５Ｄ−１が、サンプル毎
にそれぞれ加えられる。

比較部３３は、データＳＤａと復号値ＳＤｏ、ＳＤｘ、
５Ｄ−ｔに基づき、それらの復号値ＳＤ０，５０１，５
Ｄ−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５０１１，５０１，５Ｄ−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ＳＤｏ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ＤＫｏ
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ＤＣｏｎ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ＳＤＩ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ＤＫｌ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しこよって最適化差分データＤＣ０１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ＳＤｚ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−１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
−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−
１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−１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１Ｏ図に
示す。

まず、データＳＤａおよび復号値ＳＤｎ、ＳＤｔ、５Ｄ
−ｘ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５００．ＳＤＩ、５Ｄ−１におのおの対応した誤差
パワＲＭＳＯ，ＲＭＳＩ、ＲＭＳ−１をそれぞれ算出す
る（処理２０２）。

ＲＭＳｋ＝（Σ（ＳＤａａ−５Ｄｖｉ）２）１′”ここ
で、ｋ＝０．１．−１、コはブロック内におけるサンプ
ル番号、ＳＤａ　＝はブロック内のおのおののサンプル
におけるデータ、　５Ｄｉｊ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、いずれの誤差パワＲＭＳ口、ＲＭＳ１１ＲＭＳ
−ｘが最も小さいかを識別しく判断２０３．２０４．２
０５）、最小の誤差パワＲＭＳＩＩ、ＲＭＳＩ、ＲＭＳ
−１に対応したスケールデータＤＫｏ、ＤＫ１．ＤＫ−
ｔと最適化差分データＤＣｏｏ。

ＤＣｏ　１　、　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［１ｌＳＤｌ、５Ｄ−１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
ＳＤｏ　、ＳＤｌ、５Ｄ−ｚとの差の総和等を用いるこ
とができる。

また、この実施例によって形成された符号化データＤＬ
を復号化する音声復号化装置は、第７図と同一のものを
用いることができる。

ところで、以上説明した各実施例においては、差分ＰＣ
Ｍ符号について準瞬時圧伸を適用する場合について述べ
たが、本発明は、　ＰＣＭ符号について準瞬時圧伸を適
用する場合についても、同様にして適用することができ
る。

なお、上述した各実施例における各種定数は、本発明を
実施する上での一例を示したものであり、それらに限る
ことはない。

［効果］以上説明したように、本発明によれば、準瞬時圧伸のさ
いにもとまる圧縮データをその量子化ビット内で原信号
に最も近くなるように補正しているので、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と
いう優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる音声符号化装置を示
したブロック図、第２図は符号化データの信号形式を例
示した信号配置図、第３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５図は最適化処理の効果の説明図、第６
図（ａ）−（ｄ）は最適化の様子を示した信号配置図、
第７図は本発明の一実施例にかかる音声復号化装置の一
例を示したブロック図、第８図（ａ）−（ｃ）は本発明
の他の実施例の原理の説明図、第９図は本発明の他の実
施例にかかる音声符号化装置を示したブロック図、第１
０図は比較ルーチンの一例を示したフローチャート、第
１１図は従来技術の説明図、第１２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、３，６，１０，１０ａ・・・バッファ
、４・・・加減算器、５・・・最大値制限回路、７，７
ａ・・・スケール値設定部、８・・・加算器、９・・・
レジスタ、１１、ｌｌｏ、ｌｌｘ、１１−ｔ・・・準瞬
時圧縮部、１２．１２０，１２１．１２−１・・・最適
化処理部、１３・・・マルチプレクサ、１４，１４０，
１４１．１４−１．２２・・・準瞬時伸張部、１５．１
５ｏ、１５ｘ、１５−ｔ、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。、／−□、、４−　　　　　　　　　　＋７０・ノフ（ｂ）ａｐＣＢ＋　　　−二ａｍ−−−１−ｏ−−−−−！５己（ぜａｍ−一→− 第４図（ａ）　（Ｍ軍り匿Ｓ］丁１０１［Ｆ］第４図（ｂ）第５図（ａ）（第６図弓７図第８図（ａ）（ｂ）第８図（Ｃ）　　　　′ 第１０図第１１図（ａ）１第１２図手続補正書（帥）昭和６１年１０月６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＰＣＭ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して上記音声データを圧縮
する音声符号化方式において、上記符号データの復号値
と当該符号データに対応した上記音声データとの誤差が
最も小さくなるように当該符号データを補正することを
特徴とする音声符号化方式。
（２）ＰＣＭ符号化された音声データのうち隣接するサ
ンプル間で直前サンプルとの差分値を形成してその差分
値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差分値の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
て上記音声データを圧縮する音声符号化方式において、
上記符号データの復号値と当該符号データに対応した上
記音声データとの誤差が最も小さくなるように当該符号
データを補正するとともに、後続するブロックの最初の
サンプルの差分値を算出するときには当該ブロックの最
後のサンプルの復号値を基準とすることを特徴とする音
声符号化方式。
（３）特許請求の範囲第２項記載において、前記差分値
は、その絶対値の最大値が制限されることを特徴とする
音声符号化方式。
（４）ＰＣＭ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して上記音声データを圧縮
する音声符号化方式において、上記最上位桁およびこの
最上位桁にそれぞれに隣接する桁に対応した複数のスケ
ールデータにそれぞれ基づいて上記符号データを整形し
複数の符号データ系列を形成するとともに、おのおのの
符号データ系列を構成する個別の符号データに対応する
復号値と当該符号データに対応した上記音声データとの
誤差が最も小さくなるように当該符号データを補正して
上記複数の符号データ系列をそれぞれ補正し、それらの
補正された符号データ系列のうちブロック内における誤
差が最も小さくなる符号データ系列を当該ブロックの符
号データ系列として選択することを特徴とする音声符号
化方式。
（５）特許請求の範囲第４項記載において、前記誤差は
、おのおのの符号データ系列のブロック内における誤差
パワであることを特徴とする音声符号化方式。
（６）特許請求の範囲第４項記載において、前記誤差は
、おのおのの符号データ系列のブロック内の各サンプル
における誤差の絶対値の総和であることを特徴とする音
声符号化方式。
（７）ＰＣＭ符号化された音声データのうち隣接するサ
ンプル間で直前サンプルとの差分値を形成してその差分
値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差分値の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
て上記音声データを圧縮する音声符号化方式において、
上記最上位桁およびこの最上位桁にそれぞれに隣接する
桁に対応した複数のスケールデータにそれぞれ基づいて
上記符号データを整形し複数の符号データ系列を形成す
るとともに、おのおのの符号データ系列を構成する個別
の符号データに対応する復号値と当該符号データに対応
した上記音声データとの誤差が最も小さくなるように当
該符号データを補正して上記複数の符号データ系列をそ
れぞれ補正し、それらの補正された符号データ系列のう
ちブロック内における誤差パワが最も小さくなる符号デ
ータ系列を当該ブロックの符号データ系列として選択し
、後続するブロックの最初のサンプルの差分値を算出す
るときには当該ブロックで選択した符号データ系列の最
後のサンプルの復号値を基準とすることを特徴とする音
声符号化方式。
（８）特許請求の範囲第７項記載において、前記誤差は
、おのおのの符号データ系列のブロック内における誤差
パワであることを特徴とする音声符号化方式。
（９）特許請求の範囲第７項記載において、前記誤差は
、おのおのの符号データ系列のブロック内の各サンプル
における誤差の絶対値の総和であることを特徴とする音
声符号化方式。
（１０）特許請求の範囲第７項記載において、前記差分
値は、その絶対値の最大値が制限されることを特徴とす
る音声符号化方式。