JPS63285059A - 符号復号器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号およびモデム（データ）信号を伝送
可能とする符号復号器に関するものである。

（従来の技術） 従来、音声信号等を１６ｋｂ／ｓ以下の低ビツトレート
でディジタル符号化する符号復号器として、種々のもの
が提案されておシ、音声品質を向上するために符号化ア
ルゴリズムを音声信号の性質に合わせて最適化した方式
が用いられている。とのため、音声信号とは性質が異な
るモデム信号を伝送する場合、十分な特性が得られず、
ファクシミ＋７　（ＦＡＸ）伝送には適用できないと−
う欠点があった。

−例として、適応予測、帯域分割、適応ビット配分等を
利用したＡＰＣ−ＡＢ方式（特願昭５４−０４２８５８
あるいは特願昭５６−１７７５６４参照）につ、いて以
下に説明する。

従来方式の符号器構成を第１図に、復号器構成を第２図
に示す。符号器１では、入力端子１１からの標本化され
た音声信号などの入力信号を周波数変換部１２および１
３において複数の周波数帯域に分割した後にサンプリン
グ変換し、各分割された帯域信号ごとに予測符号器１８
および１９において適応予測符号化する。このとき、符
号化フレーム単位で各帯域信号間の予測残差電力の割合
を検出して上記予測符号化における量子化器の量子化レ
ベル数（ビット数）を適応的に変化して予測残差信号の
量子化誤差電力が少なくなるようにする。また、さらに
各分割帯域における予測残差電力の時間的局在性を検出
し、それに応じて量子化器の量子化レベル数を適応的に
変化して予測残差信号の量子化誤差電力が少なくなるよ
うにする。このため、各帯域信号をパーコール分析部１
４および１５に供給し、予測係数、残差信号および残差
電力を得る。さらに、ピッチ抽出部１６においてピッチ
周期を抽出し、これらを情報量割当て部１７に供給する
。情報量割当て部１７においては、１フレーム内のサン
プル当シの平均ビット数が予め指定された値になるよう
に各サンプル単位の残差信号量子化ビット数を算出する
。従って、平均ビット数の設定変更により、任意のビッ
トレート（伝送情報量）を実現可能である。残差信号符
号化情報は上記予測係数等のサイド情報と共に多重化部
２０において多重化され、伝送路に送出される。

復号器２では、多重分離部２１においてサイド情報と残
差信号符号化情報を分離し、演算部２４において量子化
ビット数を算出し、逆量子化器２２および２３によ〕符
号器における予測符号器１８および１９の出力に相当す
る信号を再生する。これらは予測復号器２５および２６
に入力され、その出力信号は周波数変換部２７および２
８において原帯域信号に変換された後、加算器２９　に
おいて加算されて再生信号が得られる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来方式においては帯域分割を行うため、
分割点の周波数近辺における位相特性上の歪が大きくな
る。このため、位相変化に鈍感な聴覚特性を利用した音
声信号伝送には間Ｎが生じないが、位相・振幅情報が重
要なモデム信号の伝送は困難であるという欠点があった
。

本発明は、入力信号が音声あるいはモデム信号かによっ
て符号化アルゴリズムを切り換え、両者に対する伝送特
性を向上することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１のアルゴリズムを有する音声信号符号化
手段と、第２のアルゴリズムを有するモデム信号符号化
手段と、フレーム単位で両アルゴリズムを切り換える手
段と、フレーム毎に符号化アルゴリズムを識別するため
の情報（１ビツト）を付加する手段を設け、モデム信号
伝送開始を示す一定周波数のトーン信号入力を検出した
場合にモデム用アルゴリズムに切り換え、一定長の無音
信号区間を検出した場合に音声用アルゴリズムに切り戻
し、それ以外は前のフレームと同一アルゴリズムを用い
ることを特徴とし、フレーム単位に符号化アルゴリズム
を音声およびモデム信号で切り換える点で異なっている
。

（実施例） 本発明の実施例を以下に示す。第３図は本発明による符
号器構成を示したものであシ、第１図と同一の部分につ
いては同一番号を付与した。トーン信号検出部３１はモ
デム信号伝送開始を示す２１００Ｈｚのトーン信号入力
を検出する回路であり、帯域通過フィルタおよびレベル
検出器等により構成される。３２および３４は切り換え
スイッチ、３３はモデム信号用符号化回路である。

通常、遅延時間の大きい回線においてはハイブリッド回
路で発生する回り込み（エコー）を抑止するためのエコ
ーキャンセラが設置される。しかし、モデム信号を利用
したＦＡＸ伝送等においては、エコーキャンセラが不要
であることから通信開始の際にエコーキャンセラの動作
を停止するためのトーン信号を送ることになっている。

そのときの周波数、レベル、等の規格についてはＣＣＩ
ＴＴにおいて勧告化（Ｇ、１６４）されている。

すなわち、周波数が２１００±２１Ｈｚで、レベルが一
１２±６ｄＢｍＯの信号が２．６〜４秒間伝送される。

従って、通過域周波数を上記の値に設定した帯域通過フ
ィルタおよびレベル検出器を用いることにより、これを
検出することが可能である。

本発明は、このトーン信号を利用することによりモデム
信号伝送開始を検出回路３１によって検出し、切り換え
スイッチ３３および３４によって符号化アルゴリズムを
音声用の符号化回路１からモデム信号用の符号化回路３
３に切り換えるものである。なお、符号器においてトー
ン信号を検出した場合、その時点あるいは直後のフレー
ムから符号化アルゴリズムをモデム用に切り換えると共
に符号化回路３３ではアルゴリズム識別情報をモデム用
の値に設定する。

また、モデム信号伝送が終了した時点でアルゴリズムを
音声信号用に切り戻すためのタイミングを得る方式とし
て、一定時間以上の無音信号区間を検出する方式を用い
る。すなわち、ＦＡＸ通信等の場合、データ伝送中はキ
ャリア信号がほぼ連続的である（断続するときもあるが
、信号断の時間は短い）ため、一定時間以上（例えば１
００ｍｇ以上の間）継続して信号レベルが低い（例えば
−３５ｄＢｍＯ以下）場合はモデム信号伝送終了と判断
することが可能である。このときの域値レベル、判定時
間等については、前記ＣＣＩＴＴ勧告（Ｇ。

１６４）におけるエコーキャンセラの動作停止解除に関
する規格に基づいて設計可能である。

本発明を用いた場合の伝送路上のデータフォーマットを
第４図に示す。１フレームはフレーム同期情報４１、ア
ルゴリズム識別情報４２および音声符号化情報４３（あ
るいはモデム信号符号化情報４４）から構成される。音
声符号化情報は、予測符号化方式の場合、残差信号符号
化情報とサイド情報（予測係数、等）からなる。アルゴ
リズム識別情報４２をフレーム毎に伝送するため、復号
器において伝送路誤シ等によって符号化アルゴリズム切
り換えタイミ、ングを逸しても次のフレームで切り換え
ることができ、符号復号器間のアルゴリズム不一致が継
続することはない。

第５図は本発明による復号器構成を示したものである。

５１はフレーム同期回路から成るアルゴリズム識別情報
検出器であり、フレーム同期回路によってアルゴリズム
識別情報位置を抽出し、フレーム内の符号化情報が音声
用符号化アルゴリズムで符号化されたものであるか、モ
デム用アルゴリズムで符号化されたものであるかを判別
し、復号器の切り換えスイッチ５２および５４を制御す
る。

５３はモデム信号用復号化回路（第３図の３３に対応し
て逆の動作を行う回路）である。

なお、スイッチ３２および５４を省略し、音声およびモ
デム用の符号化処理を並行して行い、符号器では符号化
出力の選択、復号器では復号信号の選択を行う構成とす
ることも可能である。

次に、モデム信号用符号復号化回路（３３および５３）
の構成について説明する。

中　モデム用アルゴリズムとしてパラメータ最適化した
構成を用いる例。

■　従来例で説明したＡＰＣ−ＡＢ方式では帯域分割を
用いているため、音声信号の符号化品質は向上可能であ
るが、モデム信号伝送特性が大きく劣化する。従って、
モデム信号に対しては帯域分割を行わずに直接予測符号
化を行えば伝送特性改善が可能である。すなわち、符号
器については第１図における帯域分割および帯域間のビ
ット割当てを省略し、第６図に示すように予測残差電力
の時間的局在性のみを検出し、それに応じて量子化器の
量子化レベル数を適応的に変化する構成とする。

また、復号器もこれに対応して第７図に示す構成とする
。本構成は処理内容が音声用と共通しているため、ディ
ジタル信号処理用プロセッサ等により実現する場合に音
声およびモデム用の両アルゴリズムを同一チップ内に搭
載することが容易となる。

■　モデム信号の伝送帯域は３．２ｋＨｚまでであるた
め、サンプタング周波数は６．４ｋＨｚでよい。通常の
符号復号器ではサンプリング周波数が８　ｋＨｚである
ため、サンプリング変換（ダウンサンプリング）を行う
ことにより、ビットレートを低減することが可能である
。換言すれば同一ビットレートではサンプル数当シの量
子化ピット数を増加し伝送特性を向上することができる
。例えば、ＡＤＰＣＭ　（適応差分予測符号化）方式で
は、ｆ３　ｋｆｌｙ、サンプリングの場合２ビツト量子
化では１６ｋｂ／ｓとなるが、６．４ｋＨｚ　サンプリ
ングの場合は１２．８ｋｂ／ｓ　となるため、フレーム
同期、アルゴリズム識別情報等を含めても１５ｋｂ／ｓ
　　に納めることができる。第８図はこの場合の符号器
構成例を示したものであシ、サンプリング変換は符号器
で入力信号を３．２ｋＨｚの遮断周波数を有する低域通
過ディジタルフィルタ８１に通して間引いた後、ＡＤＰ
ＣＭ符号器８２で符号化を行う。復号器では同様に第９
図に示すようにＡＤＰＣＭ復号器８３によシ復号した後
、３．２ｋＨｚの遮断周波数を有する低域通過フィルタ
８４に通して補間する構成とする。

なお、ＡＤＰＣＭアルゴリズムにはＣＣＩＴＴ勧告（Ｇ
、７２１　）に記載されているように予測係数を適応的
に逐次更新する方法と、固定係数を用いる方式があるが
、モデム信号については適応予測よシモデム信号に最適
化した固定係数を用いる方が良好な特性が得られる。ま
た、ＡＤＰＣＭでは現在の量子化レベルに対応して次の
量子化幅を更新する（定数を乗じる）か、このときの量
子化幅更新速度についてもモデム信号に対しては遅くす
る（１に近い定数を用いる）方がよい。

（ｉｉ）　　モデム用アルゴリズムとしてモデム復調・
変調アルゴリズムを用いる例。

低ビツトレート符号化方式の場合、３２ｋｂ／３ではＡ
ＤＰＣＭアルゴリズム等を用いるによシ９６００　ｂ／
ｓ　ｊで伝送可能であるが、１６ｋｂ／ｓ　　では４８
００ｂ／ｓ以上の伝送は困難である。し７かし、モデム
信号復調器と同一のアルゴリズムを用いれば、例えば９
６００ｂ／３モデム信号の場合、９６００ｂ　／ｓのデ
ィジタルデータに変換できるため、１６ｋｂ／ｓ内に収
容して伝送可能となる。また、復号器においてはモデム
変調器と同一のアルゴリズムを用いることにより元の入
力信号を完全再生することができる。

モデム信号は元々、ディジタルデータ信号をアナログ信
号に変調して送信し、受信側で復調してディジタルデー
タとして再生するものであるため、伝送路途中において
一旦復調器と変調器を経由させ、符号器で復調器出力を
符号化情報として伝送して復号器で変調器によシ変調出
力すれば、入力のデータ情報量と同一の符号化情報量で
伝送できることに着目した方式である。

このときの符号器構成を第１０図に示す。１０１はモデ
ム信号復調器、１０２は多重化回路である。

符号器ではモデム信号入力の場合、復調器１０１におい
て変調前のディジタルデータに復元し、多重化回路１０
２においてフレーム単位にアルゴリズム識別情報および
フレーム同期情報を付加する。また、復号器構成を第１
１図に示す。１】１は多重分離回路、１１２は変調器で
ある。復号器では多重分離回路１１１においてＩフレー
ム分のディジタルデータを抽出し、モデム変調器１１２
に入力して変調信号を得る。この構成では、入力される
モデム信号の種類によって変復調アルゴリズムを変更す
る必要があるが、通常用いられるＧ［［［ＦＡＸにおい
てはＣＣＩＴＴ勧告ｖ、勧告刃式が用いられるため、こ
れに固定することが可能である。

（発明の効果） 以上、説明したように本発明によれば入力信号が音声あ
るいはモデム信号かによって符号化アルゴリズムを各々
に最適化したものに切り換えるため、両者に対する伝送
特性を向上できるという効果がある。また、アルゴリズ
ム識別情報をフレーム毎に伝送するため、伝送路膜シ等
によって符号復号器間のアルゴリズム不一致が発生して
も直後のフレームで切り換えることができ、アルゴリズ
ム不一致が継続することがないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の符号器および復号器、第３
図は本発明による符号器、第４図は符号化データ７オー
マツト、第５図は本発明による復号器、第６図はモデム
用符号化回路、第７図はモデム用復号化回路の例を示し
たもの、第８図は別のモデム用符号化回路、第９図は別
のモデム用復号化回路、第１０図は符号器の更に別の実
施例、第１１図は復号器の更に別の実施例である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定サンプル数の入力信号を１フレームとして、
   該フレーム毎に所定のビット数で符号化を行うフレーム
   処理形符号復号器において、第１のアルゴリズムを有す
   る音声信号符号化手段と、第２のアルゴリズムを有する
   モデム信号符号化手段と、１フレーム単位で第１および
   第２のアルゴリズムを切り換える手段と、フレーム毎に
   該フレームの符号化に用いているアルゴリズムを識別す
   るための情報（１ビット）を付加する手段と、一定周波
   数のトーン信号入力を検出する手段と、一定長の無音信
   号区間を検出する手段とを有し、前記一定周波数のトー
   ン信号入力を検出した場合に第２のアルゴリズムに切り
   換え、前記一定長の無音信号区間を検出した場合に第１
   のアルゴリズムに切り戻し、一定周波数のトーン信号入
   力あるいは一定長の無音信号区間を検出しない場合は前
   のフレームと同一アルゴリズムを用いることを特徴とす
   る符号復号器。
2. （２）第２のアルゴリズムとしてモデム復調および変調
   アルゴリズムを用いたことを特徴とする特許請求範囲第
   １項記載の符号復号器。