JPS637042A - 符号化伝送装置 - 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】 〔概　要〕 本発明は、音声又は画像信号の符号化において、符号化
対象となる信号の情報量の冗長度に応じて符号化情報ビ
ットの有効利用を図るために、各フレーム毎に入力信号
と再生信号のＳ／Ｎ又はノイズレベルを評価関数として
複数の適応予測符号化部内の各量子化器の量子化ビット
をそれらの符号化部間で切り換えて可変ビット速度（レ
ート）で符号化することを可能としたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、符号化伝送装置に関し、特に音声又は画像信
号等の情報量可変符号化伝送装置に関するものである。

音声信号、画像信号等の高能率伝送化は、音声信号等の
高能率符号化伝送・音声蓄積応答サービス等、広範な領
域で適用されている。音声信号の符号化伝送では、パケ
ット化伝送等、許容伝送量に応じて符号化情報量を制御
できる方式が求められている。また、−方では、音声蓄
積応答システム等において高い再生音声品質を保ちつつ
情報の圧縮を行うために、無音時を含む情報発生量の少
ない部分は少ない情報量を割り当て、情報発生量の多い
部分には符号化情報量を多く割り当て、有効な情報量の
割り当て符号化方式が求められている。

〔従来の技術〕

第３図は本願出願人が既に昭和６０年６月２８日付けで
出願した特願昭６０−１４２３０７号に開示した符号化
伝送装置を示すもので、複数の適応予測符号化部１−１
〜１−にと、量子化誤差電力算出部２０と、最適量子化
決定部２１と、選択部２２と、多重化部２３と、で構成
され、各適応予測符号化部は量子化器Ｑｉ　　（＋＝１
．２・・・ｋ）と、逆量子化器Ｑｉ−夏（ｉ−１，２・
・・ｋ）と、零予測器Ｈｚと、極予測器Ｈｐと、種々の
加算器５ｉａ＝ｓｉｄ　（ｉ＝１．２　・ｋ　）と、か
ら成っている。

現入力音声信号Ｘ　（ｎ）は加算器Ｓｉａにおいて各予
測値Ｘ　’　１（ｎ）と比較され、その残差信号Ｅｉ（
ｎ）が量子化ＩＱ　Ｑ　ｉで量子化されて残差信号の量
子化値目（ｎ）とされ、受信側に伝送される。逆量子化
器Ｑｉ−’（ｎ）は量子化値１ｔ（ｎ）を逆量子化して
残差を復元した値Ｅｉ’（ｎ）を出力する。予測器Ｈ２
−Ｈｐは復元値Ｅｉ　　“（ｎ）に基づいて現時点の入
力を予測した上記の予測値Ｘ″ｉ　（ｎ）を発生する。

この場合、量子化器及び逆量子化器の量子化ステップ更
新速度Ｍｉ（Ｉ（ｎ））（ｉ　＝　１．２−ｋ　）は各
適応予測符号化部毎に異なっており、残差Ｅ　ｉ　（ｎ
）とその逆量子化値Ｅ１　“（ｎ）との量子化誤差信号
ｅ、＝Ｅｉ（ｎ）　−Ｅｉ　　’　（ｎ）を基に量子化
誤差電力を量子化誤差電力算出部２０でそれぞれ算出し
、そのうちの最小のものを最適量子化決定部２１で決定
して当該適応予測符号化部を選択部２２で選択し、多重
化部２３で選択部２２からの信号１ｏｐｔ　（ｎ）と決
定部２１からの信号Ｍ　ｏ　ｐ　ｔとを多重化するもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕 このような符号化伝送装置はそれ自体有効なものである
が、量子化器及び逆量子化器における量子化ビット数は
固定されており符号化伝送速度は一定であった。従って
、情報源の発生情報量に応じて符号化伝送速度を可変に
して符号化情報ビットの有効利用が図られないとともに
、パケット化伝送等において伝送許容情報量が可変とな
る場合に許容情報量内で符号化することが出来ないとい
う問題点があった。

従って、この問題点を解決するための本発明の目的は、
発生情報量に応じて圧伸するため伝送速度を可変にでき
る符号化伝送装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は上記の目的を達成するための本発明の符号化伝
送装置の原理を示した図で、２−１．２−２、・・・２
−には各々が量子化ビット数の異なる適応量子化器及び
逆量子化器を有する複数の適応予測符号化部、３はフレ
ーム毎に入力信号と各予測符号化部の再生出力信号との
間でＳ／Ｎ又はノイズレベルの評価関数値を計算すると
ともに許容符号化伝送速度に応じて決定される所定Ｓ／
ＮＬ。

きい値又はノイズレベルしきい値に応じて適応予測符号
化部２−１．２−２、・・・２−にの量子化出力を選択
して伝送速度を制御する伝送速度制御部、４は各フレー
ム毎に適応予測符号化部２−１．２−２、・・・２−ｋ
を切り換える際に再生出力のデータ不連続を回避するた
めに、選択された適応予測符号化部の量子化ステップサ
イズ及び適応予測パラメータをこれ以外の適応予測符号
化部に複写制御を行うパラメータ複写制御部である。

また、伝送速度制御部３では、入力信号電力が無音状態
に対応するしきい値より低い場合には、量子化ビット数
をＯに設定する。

〔作　用〕

本発明を示す第１図において、適応予測符号化部２−１
．２−２、・・・２−にはフレーム毎にそれぞれ例えば
ｌビットからにビットの適応量子化器及び逆量子化器を
有し、伝送速度制御部３が各量子化器による再生出力信
号Ｘ１　“（ｎ）　、Ｘ２　　°（ｎ）　、−Ｘｋ’　
（ｎ）と入力音声信号Ｘ　（ｎ）とのＳ／Ｎ又はノイズ
レベルの評価関数値をフレーム毎に計算するとともに許
容符号化伝送速度に応じて決定される所定Ｓ／Ｎしきい
値又はノイズレベルしきい値に応じて適応予測符号化部
２−１．２−２、・２−　ｋの量子化出力Ｉ＋（ｎ）、
Ｉｔ（ｎ）、・Ｉ−（ｎ）を選択することにより伝送速
度を制御する。

即ち、求めたＳ／Ｎ評価関数値又はノイズレベル評価関
数値及び各々のしきい値に応じて各フレームの符号化に
は何ビットで符号化するのが適当かを決定し、符号化に
必要な情報量の多い信号の変化の激しい部分には、より
多（の符号化ビットを割り当て、少ない符号化ビットで
も音声品質が保たれる部分には符号化ビットを少なく割
り当てる。

入力信号電力が無音状態に等しい場合には量子化ビット
数はＯに設定される。

パラメータ複写制御部４はフレーム毎に適応予測符号化
部を切り換える際に再生出力のデータ不連続を回避する
ために、選択された適応予測符号化部の量子化ステップ
サイズΔｌ及び適応予測パラメータＰＩ　、Ｐ、　、・
・・Ｐｋをこれ以外の適応予測符号化部に複写制御を行
う。

〔実施例〕

以下、本願発明の詳細な説明する。

第２図は、第１図に概念的に示した本発明の符号化伝送
装置の実施例を示すもので、各適応予測符号化部２−１
．２−２、・・・２−にの構成は、第３図の適応予測符
号化部１−１、■−２、・・・１−にの場合と同様に、
量子化器Ｑ　１　、逆量子化器Ｑ！−’、零予測器１４
　ｚ、極予測器Ｈｐ、加算器Ｓｉａ、　５ｉｃｓ　Ｓｉ
ｄを有するが、量子化誤差電力発生のための加算器Ｓｉ
ｂは用いられていない。各適応予測符号化部は、加算器
Ｓｉｃから再生出力信号Ｘｉ　（ｎ）を発生している。

伝送速度制御回路３は、各適応予測符号化部２−１．２
−２、・・・２−ｋからの再生出力信号Ｘ１（ｎ）と入
力信号Ｘ　（ｎ）　とからフレーム毎にＳ／Ｎ又はノイ
ズレベル評価関数値を算出する評価関数値算出部１１と
、伝送路からの許容伝送量情報を受けてしきい値Ｓ／Ｎ
ｔｈ又はノイズレベルしきい値Ｎｔｈを設定するととも
に無音状態に対応する電力しきい値ｐｔｈも設定するし
きい値調整回路１２と、算出されたＳ／Ｎ評価関数値又
はノイズレベル評価関数値をしきい値調整回路１２から
のしきい値Ｓ／Ｎｔｈ又はＮｔｈと比較する比較器１３
と、比較器１３での比較結果により最適な量子化ビット
数を決定する量子化ビット数決定部１４と、この量子化
ビット数決定部１４で決定された量子化ビット数に対応
する適応予測符号化部の量子化され、た残差信号Ｉｔ（
η）を選択する選択部１５、及び選択された残差信号ｌ
１（ｎ）と量子化ビット数を示す補助情報とを多重化す
る多重化部１６と、を有している。

伝送速度制御回路３は、また、入力信号Ｘ　（ｎ）から
その電力を算出する電力算出部１７と、無音伝送路状態
に対応するしきい値ｐｔｈと電力算出部１７の出力とを
比較して０ビット量子化指示信号を発生する比較器１８
と、をも含んでおり、量子化ビット数決定部１４はその
Ｏビット量子化指示信号によってθビット信号を出力す
る。

尚、フレーム間でのデータの不連続を避けるためパラメ
ータの複写制御部４が設けられている。

次に、第２図に示した本発明の実施例の動作を説明する
。

まず、本実施例における基本的な考え方を明らかにする
と、量子化ビット数の異なる適応量子化器を有する複数
の適応予測符号化部を並列に動作させ、各適応予測符号
化部の局部復号信号の音声品質を評価する。

この評価結果を、しきい値と比較し条件を満足している
符号化部のうちで最も量子化ビット数の少ないものを選
択する。全ての符号化部が、このしきい値を満足してい
ない場合には、最も再生音声品質の良い量子化ビット数
を選択する。また、フレーム毎に無音検出を行い、無音
区間はＯビットの量子化を指示して残差信号を符号化し
ないことで圧縮効果を上げようとするものである。

このような処理をフレーム毎に行って符号化速度を切り
替えるが、フレーム境界での不連続を回避するために選
択された符号化部の量子化ステップサイズ・予測係数・
タップデータを他の符号化部に複写することも行う。

具体的には、適応予測符号化部２−１．２−２、・・・
２−ｋにおいて、適応量子化器Ｑｉ及び逆量子化器Ｑｌ
伺の量子化ビット数がそれぞれ異なっている（量子化器
と逆量子化器との量子化ビット数は同じ）。即ち、例え
ば、適応予測符号化部Ｑ１とＱｌ−１は１ビツト、Ｑ２
とＱ２−１は２ビツト、・・・ＱｋとＱｋ−１はにビッ
トの量子化を実現するので、それぞれの量子化ステップ
サイズ更新速度Ｍ＋（１＋（ｎ））、Ｍｚ（Ｉｔ（ｎ）
）、−Ｍｋ（Ｉｋ（ｎ））が対応して異なっており、従
って、１ビツトの量子化器Ｑ１の場合、出力コードが２
通り、２ビツトの量子化器Ｑ２の場合は４通り、そして
にビットの量子化器Ｑｋの場合、２に通りあるため、そ
れぞれ更新速度Ｍ＋（１＋（ｎ））、Ｍｚ（５（ｎ））
、−Ｍｋ（ｌｋ（ｎ））も２．４、・・・２Ｉ１通り存
在することになる。

このような量子化ビット数の異なる各適応予測符号化部
の局部復号信号、即ち再生出力信号Ｘｉ°（ｎ）の音声
品質の尺度（各符号化部がどのくらい良い再生音を与え
るかの評価尺度）として、例えばフレーム内Ｓ／Ｎとフ
レーム内ノイズレベルの２通りが考えられる。

まず、フレーム内Ｓ／Ｎを評価関数とする場合、入力信
号Ｘ　（ｎ）と再生出力信号Ｘｉ’（ｎ）とのＳ／Ｎ評
価関数ＳＮｉは次の（１１式で表される。“５Ｎｉ＝　
　１１０１ｏ＋ｏ（Σ（Ｘ（１）−Ｘ　’　（ｎ））”
／ΣＸ（ｉ）”）　　（１）また、フレーム内ノイズレ
ベルの評価関数Ｎ２は次の（２）式で表される。

ＮＬ＝　１１０１ｏ＋ｏ（１／にΣ（Ｘ（ｉ）−Ｘ　　
’　（ｎ））”　　　　　　（２）これらの評価関数の
値に対しては、伝送路側からの許容伝送量情報に基づき
しきい値調整回路１２がしきい値５Ｎｔｈ又はＮｔｈを
設定する。

今、Ｓ／Ｎを評価関数とした場合、算出部１１でフレー
ム毎に各適応予測符号化部の再生出力信号Ｘ＋　　’　
（ｎ）　、Ｘｚ　　”　（ｎ）　、−Ｘｋ”　（ｎ）と
入力音声信号Ｘ　（ｎ）とから評価関数ＳＮＩ、ＳＮ２
、・・・ＳＮｋを算出してしきい値５Ｎｔｈと比較器１
３で比較する。比較器１３は上記の評価関数のうちしき
い値５Ｎｔｈより大きい値を与えているもののうち、量
子化ビット数が最も少ないものを最適な量子化ビット数
ｌとして選定して符号化伝送速度を最小にするように量
子化ビット数決定部１４に指示する。逆に評価関数ＳＮ
Ｉ、ＳＮ２、・・・ＳＮｋが全てしきい値５Ｎｔｈより
小さい場合は、そのうちの最小のものを最適な量子化ビ
ット数ｌとして選定し符号化伝送速度を最大にするよう
に量子化ビット数決定部１４に指示する。

これはノイズレベルＮを評価関数とした場合も同様に実
行される。

また、入力信号電力算出部１７で算出された入力信号電
力を、無音状態に対応してしきい値調整回路１２で設定
されたしきい値ｐｔｈと比較し、フレーム内の入力信号
電力Ｐｉｎが小さい場合は符号化伝送を行う必要がない
として、“０”ビットの量子化を量子化ピント数決定部
１４に指示する。

以上のようにしてフレーム毎の量子化ビット数を決定し
、その結果に従って該当する適応予測符号化部の量子化
出力を選択部１５で選択し、量子化ビット数決定部１４
からの量子化ビット数を示す補助情報と多重化部１６で
多重化する。

尚、フレーム間でのデータの不連続を避けるため、本出
願人が「高能率符号化伝送装置」と題して昭和６１年４
月９日付けで出願した特願昭６１−８００６３月で開示
したようにパラメータの複写制御を行う必要がある。即
ち、量子化ビット数決定部】４から選択部１５に送るべ
き量子化ビット数ｌに全ての適応予測符号化部を合わせ
る複写制御を行う。即ち、各適応予測符号化部において
、量子化器及び逆量子化器に量子化ステップサイズΔ１
２　（ｎ）を複写し、零予測器及び極予測器にそれぞれ
１１ｚ１．、ｌｌｐＨを複写する。

これにより、現フレームで最適と決定された適応符号化
部の当該フレームの終わりにおける量子化ステップサイ
ズと、次フレームで最適と決定される適応予測符号化部
の当該フレームの開始における量子化ステップサイズと
は常に一致することになり、フレームの境界における再
生信号の不連続は無くなる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の符号化伝送装置によれば、各適
応予測符号化部の音声品質の評価関数（Ｓ／Ｎ、ノイズ
レベル）を用いて許容伝送容量に応じて最適な量子化ビ
ット数を選定して符号伝送速度を制御したので、音声の
符号化において情報量の冗長度に応じて均一の再生品質
を与えることができ、圧縮効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る符号化伝送装置の原理ブロック図
、 第２図は本発明に係る符号化伝送装置の実施例を示す回
路図、 第３図は従来の符号化伝送装置を示すブロック図、であ
る。 第１図及び第２図において、 ２−１．２−２、・・・２−には適応予測符号化部、３
は伝送速度制御部、 ４はパラメータ複写部、 Ｑｌ、、Ｑ２、・・・Ｑｋは量子化器、Ｑｌ−’、Ｑ２
−’、・・・Ｑｋ−’は逆量子化器、１１ば評価関数値
算出部、 １２ばしきい値調整回路、 １３．１８は比較器、 １４は量子化ビット数決定部、 １５は選択部、 １６は多重化部、 １７は入力信号電力算出部、である。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々が量子化ビット数の異なる適応量子化器と逆
   量子化器とを有する複数の適応予測符号化部（２−１、
   ２−２、・・・２−ｋ）と、フレーム毎に入力信号と各
   予測符号化部の再生出力信号との間でＳ／Ｎ又はノイズ
   レベルの評価関数値を計算するとともに許容符号化伝送
   速度に応じて決定される所定しきい値に応じて前記適応
   予測符号化部の量子化出力を選択し伝送速度を制御する
   伝送速度制御部（３）と、各フレーム毎に前記適応予測
   符号化部を選択する際に再生出力のデータ不連続を回避
   するために、選択された適応予測符号化部の量子化ステ
   ップサイズ及び適応予測パラメータをこれ以外の適応予
   測符号化部に複写制御を行うパラメータ複写制御部（４
   ）と、 を備えたことを特徴とする符号化伝送装置。
2. （２）前記伝送速度制御回路（３）が、音声入力信号と
   各前記適応予測符号化部（２−１、２−２、２−ｋ）の
   再生出力信号とのフレーム内Ｓ／Ｎ評価関数値を算出す
   る算出部（１１）と、許容伝送量に応じたＳ／Ｎのしき
   い値を発生するしきい値調整回路（１２）と、前記Ｓ／
   Ｎしきい値と前記Ｓ／Ｎ評価関数値とを比較する比較器
   （１３）と、その比較結果において前記Ｓ／Ｎしきい値
   より大きい値を与えるＳ／Ｎ評価関数値のうちで量子化
   ビット数が最小のものを選定し、前記Ｓ／Ｎ評価関数値
   が全て前記Ｓ／Ｎしきい値より小さい場合は最大のもの
   を選定する量子化ビット数決定部（１４）と、前記決定
   部（１４）から出力される量子化ビット数を示す信号に
   よりその量子化ビット数に対応した適応予測符号化部を
   選択する選択部（１５）と、前記量子化ビット数を示す
   信号と選択された適応予測符号化部の量子化出力信号と
   を多重化する多重化部（１６）と、で構成されている特
   許請求の範囲第１項に記載の符号化伝送装置。
3. （３）前記伝送速度制御回路（３）が、音声入力信号と
   各前記適応予測符号化部（２−１、２−２、２−ｋ）の
   再生出力信号とのフレーム内ノイズレベル評価関数値を
   算出する算出部（１１）と、許容伝送量に応じたノイズ
   レベルのしきい値を発生するしきい値調整回路（１２）
   と、前記ノイズレベルしきい値と前記ノイズレベル評価
   関数値とを比較する比較器（１３）と、その比較結果に
   おいて前記ノイズレベルしきい値より小さい値を与える
   ノイズレベル評価関数値のうちで量子化ビット数が最小
   のものを選定し、前記ノイズレベル評価関数値が全て前
   記ノイズレベルしきい値より大きい場合は最小のものを
   選定する量子化ビット数決定部（１４）と、前記決定部
   （１４）から出力される量子化ビット数を示す信号によ
   りその量子化ビット数に対応した適応予測符号化部を選
   択する選択部（１５）と、前記量子化ビット数を示す信
   号と選択された適応予測符号化部の量子化出力信号とを
   多重化する多重化部（１６）と、で構成されている特許
   請求の範囲第１項に記載の符号化伝送装置。
4. （４）前記伝送速度制御回路（３）が、音声入力信号と
   各前記適応予測符号化部（２−１、２−２、２−ｋ）の
   再生出力信号とのフレーム内Ｓ／Ｎ評価関数値を算出す
   る算出部（１１）と、許容伝送量に応じたＳ／Ｎのしき
   い値と無音状態に対応する電力しきい値とを発生するし
   きい値調整回路（１２）と、前記Ｓ／Ｎしきい値と前記
   Ｓ／Ｎ評価関数値とを比較する比較器（１３）と、その
   比較結果において前記Ｓ／Ｎしきい値より大きい値を与
   えるＳ／Ｎ評価関数値のうちで量子化ビット数が最小の
   ものを選定し、前記Ｓ／Ｎ評価関数値が全て前記Ｓ／Ｎ
   しきい値より小さい場合は最大のものを選定する量子化
   ビット数決定部（１４）と、入力信号電力算出部（１７
   ）と、前記無音状態に対応するしきい値と前記入力信号
   電力とを比較する比較器（１８）と、前記決定部（１４
   ）から出力される量子化ビット数を示す信号によりその
   量子化ビット数に対応した適応予測符号化部を選択する
   選択部（１５）と、前記量子化ビット数を示す信号と選
   択された適応予測符号化部の量子化出力信号とを多重化
   する多重化部（１６）と、で構成され、前記決定部（１
   ４）は、前記比較器（１８）において前記無音状態に対
   応するしきい値より入力信号電力の方が小さいと判定さ
   れたとき量子化ビット数を０に決定するものである特許
   請求の範囲第１項に記載の符号化伝送装置。
5. （５）前記伝送速度制御回路（３）が、音声入力信号と
   各前記適応予測符号化部（２−１、２−２、２−ｋ）の
   再生出力信号とのフレーム内ノイズレベル評価関数値を
   算出する算出部（１１）と、許容伝送量に応じたノイズ
   レベルのしきい値と無音状態に対応する電力しきい値と
   を発生するしきい値調整回路（１２）と、前記ノイズレ
   ベルしきい値と前記ノイズレベル評価関数値とを比較す
   る比較器（１３）と、その比較結果において前記ノイズ
   レベルしきい値より小さい値を与えるノイズレベル評価
   関数値のうちで量子化ビット数が最小のものを選定し、
   前記ノイズレベル評価関数値が全て前記ノイズレベルし
   きい値より大きい場合は最小のものを選定する量子化ビ
   ット数決定部（１４）と、入力信号電力算出部（１７）
   と、前記無音状態に対応するしきい値と前記入力信号電
   力とを比較する比較器（１８）と、前記決定部（１４）
   から出力される量子化ビット数を示す信号によりその量
   子化ビット数に対応した適応予測符号化部を選択する選
   択部（１５）と、前記量子化ビット数を示す信号と選択
   された適応予測符号化部の量子化出力信号とを多重化す
   る多重化部（１６）と、で構成され、前記決定部（１４
   ）は、前記比較器（１８）において前記無音状態に対応
   するしきい値より入力信号電力の方が小さいと判定され
   たとき量子化ビット数を０に決定するものである特許請
   求の範囲第１項に記載の符号化伝送装置。