JPS6345138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 音声信号を符号化し、デジタル符号として伝送
あるいは記録再生する場合に、データ量をなるべ
く少なくするための手段としては、従来、信号振
幅を対数圧縮したり、あるいは差分をとつたり、
もしくはデルタ変調するなどの諸方式が採用され
ていたことは周知のとおりであるが、前記した周
知の各手段ではそれらの何れのものにおいても、
サンプリング定理に従い、信号の標本値を得る際
の標本化周期を、符号化の対象とされている信号
の最高周波数の２倍の周波数値の逆数以下となる
ように定めて、いわゆる折返し歪が生じないよう
にするための配慮がなされてはいても、連続した
値をとり得るアナログ信号を、有限個の離散的な
数値を示すデジタル信号に変換している前記した
周知の各手段においては、振幅量子化時に原理的
にいわゆる量子化歪が発生し、この量子化歪が復
原されたアナログ信号の周波数帯域内に分布する
ために、復原されたアナログ信号の品質が劣化し
たものとなることも周知のとおりである。

すなわち、データ量を減少させるための前記の
従来法は、ビツトの減少を振幅方向に求めていた
ために、量子化歪によつて復原されたアナログ信
号の品質が劣化したものとなつていたのである。

本出願人会社では、データ量の圧縮を大巾なも
のとする場合に、ビツトの減少を振幅方向に求め
ないで、それをむしろ時間軸の方向に求め、信号
の符号化に当りサンプリング定理に従つた一定の
標本化周期によるサンプリングを行うことを止め
て、標本値から得られる波形と原信号の波形との
相違の度合いが一定比以下となるように波形近似
を行なつて、大巾なデータ量の圧縮を達成しうる
音声信号の近似圧縮方式を提案（公昭60−37660
号公報参照）しており、その既提案方式の実施に
よりある程度の効果を挙げ得ているのであるが、
前記した既提案方式では、特公昭60−37660号公
報の第２頁３欄第15行乃至第18行に記載のよう
に、標本化周期は信号波形の細かい山谷に基づい
て定められているのではなく、信号波形のいずれ
の積分値に基づいて定められるように、すなわ
ち、先の標本値から得られる波形と原信号の波形
との波形の異なる度合いが一定比以下となるよう
に波形近似が行われるような態様で標本化周期が
定められていて、信号の波形の細かい山谷に基づ
いて標本化周期が定められるもではなかつたため
に、信号における細かい波形の再生の点で不充分
であるという傾向が認められた。

本発明は、前記した既提案のものにおける欠点
を解消させ、より良好に信号の波形に応じて標本
化され、従つて原信号波形に近い復原信号が得ら
れるような交流信号のデジタル符号化装置を提供
することを目的としてなされたものであり、以
下、添付図面を参照して本発明の交流信号のデジ
タル符号化装置の具体的な内容を詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の交流信号のデジタル符号化
装置の一例構成態様を含んで構成された記録再生
装置のブロツク図であつて、この第１図におい
て、MICはマイクロホン、LPFr，LPFpは低域
濾波器ADCはAD変換器、CCTは例えばマイク
ロコンピユータを含んで構成されている制御回
路、M₁は第１の記憶装置（第１のメモリ）、M₂
は第２の記憶装置（第２のメモリ）、DACはDA
変換器、CPは補間回路、SPはスピーカであり、
また、OPは操作部であつて、操作部OPにおける
Brは記録釦、Bpは再生釦、Bsは停止釦である。

第２図は、本発明の交流信号のデジタル符号化
装置により交流信号が符号化された際に、交流信
号の時間軸上での変化の状態と対応してどのよう
に標本化周期が変化しているものとなされるもの
であるのかを図示説明するための波形図であつ
て、この第２図においてSaは符号化の対象とさ
れている交流信号であり、また、図中の０―０線
は交流軸線を示している。

第２図において、t₁，t₂，t₃…は、交流信号Sa
が次々に交流軸線０―０を切る時間位置、すなわ
ち、交流信号Saにおける次々のゼロ点の時間位
置であり、また、T₁₂，T₂₃，T₃₄…などは、前記
した交流信号Saにおける相次ぐゼロ点の時間位
置t₁，t₂…における相隣るものの時間々隔（以
下、ゼロ点間隔と記載されることもある）を示し
ている。

さて、交流信号Saにおける次々のゼロ点の時
間位置の相隣るものの時間々隔T₁₂，T₂₃，T₃₄…
は、交流信号が一定の周波数（または一定の繰返
し周波数）を有する正弦波信号（または、デユー
テイサイクルが50％の矩形波）の場合には、その
交流信号の周期の1/2と対応する一定の時間値を
示すが、音声信号の場合には信号内容と対応して
第２図中のT₁₂，T₂₃，T₃₄…のように時間値が変
化しているものとなつている。

ところで、従来、アナログ信号を標本化量子化
してデジタル信号とする際には、第２図中の交流
軸線０―０線上に示した一定の時間々隔Tpを有
するサンプリングパルスPsによつて交流信号Sa
がサンプリングされていることは周知のとおりで
あつて、従来法による第２図中の交流信号Saを
例とした場合でも、明らかなように、次々のゼロ
点間隔において標本抽出される標本値の個数は、
ゼロ点間隔が長いところ程多くなつているが、本
発明では、交流信号における次々のゼロ点間隔の
長短に拘わらずに、各ゼロ点間隔においてそれぞ
れ略々一定個数の標本が抽出された状態のものと
して交流信号が符号化されるようにし、データ量
の減少が達成されるようにしたのである。

すなわち、本発明では、交流信号Saにおける
次々のゼロ点間隔について、それぞれのものを予
め定められた数Ｎ（ただし、Ｎは２以上の整数で、
予め定められた数）で等分したときにそれぞれ得
られる時間値が、それぞれのゼロ点間隔と対応す
る信号部分からの標本値を得るための標本化周期
となるようにして、データ量を減少させることの
できる交流信号のデジタル符号化装置が構成でき
るようにしたのであるが、本発明の実施に当つ
て、各ゼロ点間隔をＮ等分するのに、Ｎを２とす
るのか、あるいは３とするのか、もしくは４以上
とするのかは再生信号に求められる忠実度の程
度、符号化装置のコストなどを勘案して適当に定
められるべきことはいうまでもない。

本発明の交流信号のデジタル符号化装置におい
ては、デジタル符号化の対象とされる交流信号に
おける時間軸上で相次ぐゼロ点を検出し、また、
時間軸上で相隣るゼロ点の時間々隔、すなわちゼ
ロ点間隔を計測し、前記の計測されたゼロ点間隔
をＮ等分（ただし、Ｎは２以上の整数で予め定め
られた数）した時間値を標本化周期としてそのゼ
ロ点間隔と対応する信号部分から（Ｎ−１）個の
標本値が得られるようにするものであるから、装
置の構成は前記の各動作が良好に行なわれるもの
でありさえすれば、大部分の動作がアナログ信号
処理によつて行なわれるように構成されても、あ
るいは、略々全動作がデジタル信号処理によつて
行なわれるように構成されていてもよいが、装置
の略々全動作がデジタル信号処理によつて行なわ
れるように構成された方が装置の構成が簡単化で
きるので、第１図に示す記録再生装置中のデジタ
ル信号符号化装置部分は、それの動作の略々全動
作がデジタル信号処理によつて行なわれるような
構成例のものとして示されている。

次に、第１図のブロツク図を参照して本発明の
交流信号のデジタル符号化装置を含めて、第１図
示の記録再生装置の構成や動作などについて説明
する。

第１図におけるマイクロホンMICは音波を電
気信号（音声信号）に変換して低域濾波器LPFr
に与える。第１図示の例では信号源がマイクロホ
ンMICであるとなされているが、信号源が他の
音声信号の発生器であつてもよいことは当然であ
る。前記した低域濾波器LPFrは、以下の実施例
の説明ではそれの遮断周波数が4KHzであるとさ
れている。

低域濾波器LPFrによつて4KHz以下の周波数帯
域となされた音声信号は、AD変換器ADCによつ
て所定のビツト数（以下の説明では８ビツト）の
デジタル信号に変換される。以下の説明におい
て、AD変換器ADCは、それの標本化周波数（サ
ンプリング周波数）が8KHzであるとされており、
AD変換器ADCでは、それに入力された音声信号
を、常に１／8000秒の標本化周期で標本化し、そ
れぞれの標本の振幅値を量子化して、それぞれ８
ビツトのデジタル信号に変換する。

AD変換器ADCから出力されたデジタル信号
は、マイクロコンピユータを含んで構成されてい
る制御回路CCTの制御の下に所定の信号処理が
施こされることによりデータ量が減少されたデジ
タル信号となされるが、その信号処理動作は第１
図示の構成の装置では、制御回路CCT、第１の
記憶装置M₁（第１のメモリM₁）、第２の記憶装置
M₂（第２のメモリM₂）などによつて行なわれる。
以下の説明において、前記の第１のメモリM₁は
256バイトのメモリであるとされ、また、第２の
メモリM₂は64Kバイトのメモリであるとされて
いる。

次に、第３図に示すフローチヤートを参照し
て、第１図示の記録再生装置における操作部OP
の記録釦Brが操作されることによつて順次に行
なわれる信号の符号化について説明する。

操作部OPの記録釦Brが操作されることによつ
て、プログラムがスタート（第３図中の「はじ
め」）すると、ステツプ(1)で制御回路CCTに設け
られているゼロ点間隔の計測のための８ビツトの
カウンタがリセツトされる。ステツプ(2)でAD変
換器ADCからの次々の８ビツト（１バイト）の
デジタル信号を256バイトの第１のメモリM₁に記
憶し、また、第１のメモリM₁に前記の１バイト
のデジタル信号が記憶される度毎に、ゼロ点間隔
の計測のための８ビツトのカウンタを１づつカウ
ントアツプする。

ステツプ(3)で、第１のメモリM₁に記憶した１
バイトのデジタル信号が示すもとの交流信号の振
幅値がゼロか否かを判定し、ゼロでないと判定さ
れた場合はステツプ(2)に戻り、また、ゼロと判定
された場合はステツプ(4)に進む（なお、交流信号
をデジタル符号化する本発明装置においては、処
理の対象にしている信号は交流信号であつて、直
流信号は処理の対象にしておらず、信号処理に当
つて処理の対象にされている交流信号の最低周波
数に対応する周期よりも長期にわたつてゼロが続
くということは生じないことは勿論である）。

ステツプ(4)では、ゼロ点間隔の計測のための８
ビツトのカウンタの計数値によつて示されている
ゼロ点間隔をＮ個に等分（ただし、Ｎは２以上の
整数の内から予め定められた数）させうるような
（Ｎ−１）個の分割点にそれぞれ対応しているよ
うな数値を得る（例えば、ゼロ点間隔を示す計数
値がＡであつたとしたときに、Ｎが２、Ｎが３、
Ｎが４の場合に、ステツプ(4)で得る数値は、Ｎが
２の場合にはＡ／２、Ｎが３の場合にはＡ／３、2A／３
、 Ｎが４の場合にはＡ／４、2A／４、3A／４である。一般 に、ゼロ点間隔がＡである時に、ステツプ(4)で得
る数値は、Ａ／Ｎ、2A／Ｎ…（Ｎ−１）Ａ／Ｎで示され
る ような（Ｎ−１）個のものとなる。なお、前記の
個数は、｛（Ｎ−１）Ａ｝／Ｎの計算を行つた結果
として得られる商として求められるが、前記の計
算により剰余が生じる場合は略々等分の個数（Ｎ
−１）が求められるようにされるべきことは勿論
である｝。以下の説明では簡単のために、Ｎが２
の場合を例にとつて記載されている。

ステツプ(5)で、ゼロ点間隔の計測のための８ビ
ツトのカウンタの計数値の1/2と対応する第１の
メモリM₁のアドレス位置における第１のメモリ
M₁の振幅値のデータを読み出し、その振幅値の
データと、前記したゼロ点間隔の計測のための８
ビツトのカウンタの計数値の1/2の数値とを組に
して、64Kバイトの第２のメモリM₂へ記憶する
（前記した第１のメモリM₁から読出した振幅値の
データと、ゼロ点間隔の時間値を示しているゼロ
点間隔の計測のための８ビツトのカウンタの計数
値とを組にして、64Kバイトの第２のメモリM₂
から読出した振幅値のデータと組にして用いられ
るべき前記のカウンタの計数値は、それが小さな
数値である程、所要ビツト数が少なくて済むとい
う利点があるから、以下の説明では、第１のメモ
リM₁から読出した振幅値のデータと組にして用
いるべき数値が、ゼロ点間隔の計測のための８ビ
ツトのカウンタの計数値の1/2の数値の場合につ
いて記載されている）。

ステツプ(6)で、ゼロ点間隔の計測のための８ビ
ツトのカウンタをリセツトして計数値を０とし、
また、第２のメモリM₂に記憶されるデータ組の
個数を計数するために設けられている15ビツトの
カウンタを、第２のメモリM₂に対して新たなデ
ータ組が記憶される度毎に１づつカウンタアツプ
してステツプ(7)に進む。

ステツプ(7)では、第２のメモリM₂がフルカウ
ントになつたか否か、あるいは操作部ORにおけ
る停止釦Bsが押されているか否かを判定し、第
２のメモリM₂がフルカウントになつた状態、ま
たは停止釦Bsが押されている状態を検出したと
きはプログラムが終了し、そうでなければステツ
プ(2)に戻る。

上記した説明では、説明の簡単化のために、信
号のゼロ点の判別について単に第１のメモリM₁
に記憶した振幅値が０か否かによつて行なうとだ
け記載したが、第１のメモリM₁に順次に記憶さ
れる振幅値は、AD変換器ADCにおける標本化周
期毎に得られた離散的なものであるから、常に必
らずしも交流信号のゼロ点が標本化されていると
は限らないから、第１のメモリM₁に順次に記憶
される振幅値を示す情報においてそれの極性が反
転した場合にそれが交流のゼロ点を示すものとす
るなどの判定手段が用いられる。

また、ステツプ(3)で、もとの交流信号の振幅値
がゼロであるとの判定が行なわれた場合に、ステ
ツプ(4)でゼロ点間隔の計測のための８ビツトのカ
ウンタの計数値から得る（Ｎ−１）個の数値の個
数が２以上、すなわち、Ｎが３以上の場合には、
ステツプ(5)において第１のメモリM₁から読出さ
れるべき振幅値のデータは、ゼロ点間隔の計測の
ための８ビツトのカウンタの計数値によつて示さ
れているゼロ間隔をＮ個に等分させうるような
（Ｎ−１）個の分割点にそれぞれ対応している数
値の個々の数値が格納されている第１のメモリ
M₁の各アドレス位置について順次に読出される
ものであり、前記のようにして読出されたそれら
の振幅値のデータは、それらの個別のもの毎にそ
れぞれゼロ点間隔と関連する数値とが組となされ
て第２のメモリM₂に記憶されるようになされる
のである。

これまでの説明から明らかなように、本発明の
交流信号のデジタル符号化装置では、交流信号に
おけるゼロ点間隔を予め定められた数Ｎ（ただし、
Ｎは２以上の整数で、予め定められた数）で等分
したときにそれぞれ得られる時間値が、それぞれ
のゼロ点間隔と対応する信号部分からの（Ｎ−
１）個の標本値を得るための標本化周期となるよ
うにして、データ量を減少させることができるよ
うにしたものであり、また、前記の（Ｎ−１）個
の標本値のそれぞれのものに対し、その標本値が
得られたゼロ点間隔の情報と関連する情報を加え
て、標本値とゼロ点間隔の情報とを組にしたもの
とし、それにより復号化が容易に行なわれ得るよ
うになされているのである。

次に、第１図示のブロツク図と、第４図示のフ
ローチヤートとを用いて、復号化について説明す
る。まず、記録再生装置における操作部OPの再
生釦Bpを操作して第４図のフローチヤートに示
すプログラムがスタートすると、ステツプ（1P）
で第２のメモリM₂へ記憶させるデータ組の個数
を計数するために設けられている15ビツトのカウ
ンタをリセツトしてステツプ（2P）に進む。前
記の15ビツトのカウンタは第２のメモリM₂から
１つのデータ組が読出される度毎に１づつカウン
トアツプする。

ステツプ（2P）では、第２のメモリM₂に記憶
された順序で、振幅値とゼロ点間隔に関連する情
報（ゼロ点間隔の計測のための８ビツトのカウン
タの計数値をＮ等分して得た数値…既述した説明
例では前記した８ビツトのカウンタの計数値の1/
２の数値）との組からなるデータ組を読出して
DA変換器DACに与え、ステツプ（3P）でDA変
換器DACでは、前記した振幅値をアナログ量の
振幅値liに変換すると共に、前記したゼロ点間隔
に関連する情報をアナログ量の電気量τiに変換し
てそれらを補間回路CPに与えるようにする。

第５図は補間回路CPの１例構成及び関連部分
の構成を示すブロツク図であつて、この第５図に
おいてDIVは割算器、INTは積分器であり、ま
た、DA変換器DACにおいて、Ｄ／Ａ１は第２の
メモリM₂から読出された振幅値をDA変換してア
ナログ量の振幅値li（第６図参照）を出力するDA
変換器、Ｄ／Ａ２は第２のメモリから読出された
ゼロ点間隔に関連する情報をアナログ量の電気量
τi（第６図参照）に変換して出力するDA変換器で
ある。

補間回路CPは、それの割算器DIVに対してDA
変換器Ｄ／Ａ１の出力信号liとDA変換器Ｄ／Ａ
２の出力信号τiとが与えられて、 Xi＝li／τi……(1) (1)式のような演算を行なつて、信号Xiを出力
する。割算器DIVからの出力信号Xiは積分器
INTによつて積分されて信号Yiとして出力され
る。

Yi＝∫Xidt……(2) 補間回路CPによる信号の補間は、補間の傾斜
θが、補間回路の動作説明用の特性図を示す第６
図中のli／τiに等しくなるようになされるのであ
る。そして補間の行なわれた信号は、折線近似に
よつてもとの交流信号に近似した波形のものとな
されうるのである。

第５図及び第６図を参照して説明した補間動作
による信号の補間を行なう時間、すなわち、ゼロ
点間隔の時間をＮ等分した時間を設けるために、
ステツプ（4P）ではステツプ（2P）、ステツプ
（3P）、ステツプ（4P）を経過する時間が、前記
したゼロ点間隔の時間をＮ等分した時間と等しく
なるようにプログラムデレイを作る。

ステツプ（5P）で振幅値を符号反転して出力
し、ステツプ（6P）では既述した（4P）の場合
と同様な態様でプログラムデレイを作る｛なお、
ステツプ（5P）において振幅値を符号反転して
出力するのは、ステツプ（2P）〜（4P）により、
第５図示の補間回路CPにおける出力yiが、第６
図中の角度θで上昇した後に、今度はステツプ
（5P）〜（7P）で角度−θで下降するために振幅
値の符号反転を行うのである｝。

ステツプ（7P）では、第２のメモリM₂から読
出されるデータ組の個数を計数する15ビツトのカ
ウンタがフルカウントとなつたか否か、あるいは
停止釦Bsが押されたか否かをみて、15ビツトの
カウンタがフルカウントの場合あるいは停止釦
Bsが操作されている場合には終了し、否であれ
ばステツプ（2P）へ戻り、次のデータ組を読み
出す。

第１図示の記録再生装置において、AD変換器
ADCにおける標本化周期が既述のの例のように
１／8000の場合に例えば、ゼロ点間隔の平均が計
数値４であつたとすると、ゼロ点間隔の平均は
0.5msとあるから、振幅値と、ゼロ点間隔に関連
する情報とについてそれぞれ１バイトを割当てて
記憶を行なうようにした場合には、第２のメモリ
M₂として64KバイトのメモリM₂を用いれば約16
秒間分の音声信号が記憶され、再生されることに
なる。なお、第１図示の装置において、補間回路
CPからの出力信号は、低域濾波器LPFpを通して
スピーカSPに与えられて再生音が得られる。

以上、詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明の交流信号のデジタル符号化装置で
は、交流信号におけるゼロ点の相隣るものの時
間々隔を略々Ｎ等分（ただし、Ｎは２以上の整数
で予め定められる数）した時間値を標本化周期と
する符号化が行なわれるので、信号波形を損なわ
ずにデータ量の減少を行うことができ、したがつ
て、既述した従来の問題点が良好に解消できるの
であり、また、振幅値のデータとゼロ点間隔と関
連するデータとを組にして用いることにより容易
に復号を行なつてもとの交流信号を復原できるの
であり、本発明装置によれば記憶容量の小さな記
憶装置を用いて長時間の記録再生を行なう記録再
生装置を容易に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の交流信号のデジタル符号化
装置の一例構成態様を含んで構成された記録再生
装置のブロツク図であり、また、第２図は説明用
の波形図、第３図及び第４図はフローチヤート、
第５図は補間回路の一例構成を示すブロツク図、
第６図は前記した(1)、(2)式に従つて動作する第５
図示の補間回路の動作説明用の特性図である。 MIC…マイクロホン、LPFr，LPFp…低域濾
波器、ADC…AD変換器、CCT…制御回路、M₁
…第１の記憶装置、M₂…第２の記憶装置、DAC
…DA変換器、CP…補間回路、OP…操作部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流信号のゼロ点を検出する手段と、交流信
   号における前記したゼロ点の相隣るものの時間々
   間隔を計測する手段と、前記の計測手段によつて
   得た計測値をＮ等分（ただし、Ｎは２以上の整数
   で、予め定められる数）した時間値と略々等しい
   時間値を標本化周期とする手段とからなる交流信
   号のデジタル符号化装置。 ２ 交流信号のゼロ点を検出する手段と、交流信
   号における前記したゼロ点の相隣るものの時間々
   間隔を計測する手段と、前記の計測手段によつて
   得た計測値をＮ等分（ただし、Ｎは２以上の整数
   で、予め定められる数）した時間値と略々等しい
   時間値を標本化周期とする手段と、前記したゼロ
   点の相隣るものの時間々隔を表わす数値及び前記
   した相隣るゼロ点の間におけるＮ等分された時間
   位置の標本値とを組とし、次々の組によりデジタ
   ルデータを構成させるようにする手段とからなる
   交流信号のデジタル符号化装置。