JP2958726B2 - 反復性をもつサンプル化アナログ信号をコード化しデコードするための装置 - Google Patents
反復性をもつサンプル化アナログ信号をコード化しデコードするための装置Info
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Description
されたアナログ信号をコード化する装置、特に、該サン
プル化された信号(以下にサンプル化信号とすることが
ある)がそれぞれ所定のサンプル数を含む連続するセグ
メントに分割され;該セグメントに対して短期予測分析
がなされて該短期予測分析で決定された係数が伝送され
ると共に短期予測フィルターにも供給され;該フィルタ
ーの出力で得られる残差信号に対して変換がなされて該
残差信号内にある情報がコード化されて伝送される上記
装置に関する。
た信号をデコード化する装置、特に、該残差信号から変
換されている受け取った情報信号が、受け取った短期予
測分析係数と共に逆短期予測フィルターに供給され;該
フィルターの出力に、該サンプル化アナログ信号を再構
築する一連のサンプルが出される上記装置に関する。
る概念は方法の発明にも適用されうるものであり、以下
の説明では方法として言及されることがある。また用語
「予測」は「予報」と、用語「多重化」は「掛け算」と
記されることがある。
に一貫性のあるアナログ信号は、それぞれ特定の持続時
間をもつ連続セグメント上の多数の異なる変換をなすこ
とによって、サンプリング後、有効にコード化されるこ
とが知られている。この目的のための公知変換の1つ
は、線形予報コード化(LPC)であり、L.R.ラビ
ナー、R.W.シェーファー「話信号のデジタル処理」
プレティス・ホール、第8章に説明されている。すなわ
ち、LPCは特定の持続時間(話信号の場合には、例え
ば20ms)をもつ信号セグメントに対して使われ、短
期コード化として考えられている。また、短期予報(S
TP)ばかりでなく、長期予報(LTP)をも利用し、
これら2つの技術を組み合わせることにより、非常に有
効なコード化が達成される。LTPの原理は、P.ベリ
ー他「ヨーロッパ無線電話ネットワークのための話コー
ダー・デコーダー」周波数、42巻、No.2−3、1
988年、85〜93頁に記載され、改善されたLTP
原理はオランダ特許出願第9001985号明細書に記
載されている。
よって再生された話の質を損うことなく、STP原理適
用後に残る残差信号内の人間の耳に関する情報を、非常
に有効に、すなわち少数のビット/秒で送信するための
方法を提供することにある。
残差信号を周波数領域に変換し;該変換において得られ
る少なくとも多数の周波数成分の振幅を結合し、好まし
くはこの結合は結合信号に関連する周波数が線形バーク
・スケール上で等間隔に位置するようなされ;そして、
該結合信号を表す信号が伝送されることを特徴とするも
のである。
における元の振幅が受信される結合振幅値から再生さ
れ、LTP分析の結果として送られる情報が該振幅に関
する位相値を計算するために使われ、振幅とともに、こ
の計算された位相値が時間領域に変換されることを特徴
とするものである。
うにコードされる。ということは、人間の耳に検知でき
るデコード信号における差異に関係のある情報のみが送
られることを意味している。
のではなく、位相関係を検知できるだけであるため、受
信端で元の位相関係を再生できるなら、コード化すべき
残差信号から位相情報を送る必要は原理的にないという
公知の事実のために用いられる。
周波数帯をもつ多数のフィルターからなる鎖として機能
するが、そのフィルターはいわゆる臨界帯またはバーク
(Bark)と呼ばれる異なる帯域をもち、その臨界帯
の帯域幅は高周波数に対してよりも低周波数に対して狭
いという知見を利用している。この知見によって形成さ
れる周波数スケールは線形バーク・スケールと呼ばれ
る。バーク・スケールの原理をさらに詳しく知るために
は、B.スカーフ、S.ブース「刺激・生理学・閾値」
認識と人間行動ハンドブック、14章、1〜43頁、1
986年がよい。
情報を送信する原理はすでに前から知られている。例え
ば、P.チャン他「話コード化のためのフーリエ変換ベ
クトル量子化」IEEE通信会報、COM35、No.
10、1059〜1068頁に載っている。
用いて変換した後、振幅情報を送ることについては何も
言及していない。
図、図2はデコーディング・ユニットのブロック図であ
る。マイク1から運ばれるアナログ信号は、ローパス・
フィルター2によって帯域幅を制限され、アナログデジ
タル・コンバーター3において、アナログ信号を表す一
連の振幅と時分割サンプルに変換される。コンバーター
3の出力信号は短期分析ユニット4の入力と短期予報フ
ィルター5の入力に供給される。これらユニット4とフ
ィルター5は例えば160サンプルのセグメントに短期
予報を送り、分析ユニット4は量子化されコード化され
てデコーダー・ユニット(図2)に送られる短期予報フ
ィルター係数の形で出力信号を供給する。ユニット4と
フィルター5の構造と機能は当業者にはよく知られてお
り、本発明にとってそれ以上の重要性をもたないので、
これ以上の説明は省く。
ト6に送られる。このユニット6において、例えばオラ
ンダ特許出願9001985号に記載されているような
方法で、160サンプルのセグメント毎に2回、LTP
分析がなされる。そのようなLTP分析において、コー
ド化すベき信号セグメントに対し、特定のサーチ戦略に
従って、特定接続時間をもつ先行信号のセグメントとで
きるだけよく似たセグメントにサーチがなされ、発見さ
れたセグメントの初期とコード化すべきセグメントの初
期との間に置かれたサンプルの数Dを表す形で信号が送
られる。
と呼ばれる。本発明によればこの残差信号のコード化さ
れての伝送は、知覚されうる情報のみが伝送されるよう
行なわれる。この目的のため該残差信号中で160サン
プルよりなるセグメントは、回路7において30サンプ
ルよりなる8のサブセグメントに分割される。これはま
ず供給されたセグメントを20のサンプルよりなる8の
サブセグメントに分割し、次いでこれらの先端に、先行
するサブセグメントの終端10サンプルをつけた完成す
る。これはまた各セグメントで終端10サンプルは、
(後続するセグメントの最初のサブセグメントを完成す
るため)貯えられなければならないことを示す。次い
で、30サンプルよりなる各サブセグメントは回路8に
おいて窓関数(例えば余弦関数)により多重化される。
窓関数の選択は、各サンプル毎にサブセグメントの重な
り部分において2つの多重化因子の2乗の和が同一であ
るよう選択される。2乗に対してこの条件でなければな
らない理由とは、窓関数による多重化が、コーディング
・ユニット及びデコーディング・ユニットの両方で生じ
るからである。窓処理されたサブセグメントに対して回
路9で離散フーリエ変換(DFT)がなされ、16の異
なる周波数成分が各サブセグメントに対して得られる。
0から15までのこれら16成分のうち、1から13ま
での成分の振幅Aが回路10で計算される。成分0,1
4,15は話通信用に選ばれた300〜3,400Hz
の周波数帯の外側にあるので無視できる。もしもっと広
い、または狭い周波数帯が適切であれば、考慮すべき振
幅成分の数はそれに応じて調整し得る。前記13の成分
から始めて、4つのいわゆるバーク振幅成分が回路11
で計算される。これらは、線形バーク・スケールに等間
隔に置かれた周波数に結びついた振幅である。バーク振
幅成分B1〜B4は、たとえば、DFT振幅A1〜A
13から次式で計算できる。
バーク振幅成分から回路12でスケーリング値として計
算される。
幅がより効率的にコード化できるという利点をもつ。G
の値は回路13で量子化され、デコーディング・ユニッ
トに送られる。スケール・ファクターGが計算されれ
ば、全バーク成分は回路14で量子化ゲイン・ファクタ
ーGによって分割される。分割の結果は回路15で量子
化され、コード化されて、デコーディング・ユニットに
送られる。
2,13,14は省くことができ、バーク振幅成分に対
する4つの計算値は回路15での量子化後、直接送られ
得る。
ド後、4つのスケール化バーク振幅成分は、回路17で
デコードされたゲイン・ファクターGとマルチプライヤ
ー18で掛け算される結果、再生バーク振幅成分B1〜
B4が得られる。スケーリング・ファイターがコーディ
ング・ユニットで使われていなければ、これはもちろん
適用できない。回路19で、周波数領域の振幅A1〜A
13(周波数スケールで等間隔)は、次式で計算され
る。
Tによって、コーダーで考えた13周波数成分を時間領
域に戻すことができるように、振幅および位相が必要で
ある。
間隔DからなるLTP情報の助けを借りて、次のように
して求められる。
残差の120の最新サンプルが各場合とも貯えられてい
る。回路24で、現在のサブセグメントからDだけ離れ
たところにある過去のサブセグメントが決定され、この
サブセグメントは、コーダーの回路8で使われたと同一
の窓関数によって回路25で掛け算される。次に、回路
26でこのサブセグメントにDFTが適用された後、1
3成分の位相が回路27で計算される。こうして決定さ
れた位相と、すでに計算された振幅とを使って、IDF
Tが回路20でなされ、A0,A14,A15,A16
の振幅がゼロにセットされる。
グメントの再生が利用できるが、コーダーでなされた窓
関数によって変形されている。したがって、再生サブセ
グメントは回路21で窓関数によって再び掛け算され
る。窓関数と2回掛け合わされたサブセグメントの初め
の10サンプルの場合には、窓関数と2回掛け合わさ
れ、このために貯えられている前のセグメントの終りの
10サンプルが回路22で加えられる。この結果、合成
の10サンプルにおける掛け算要素の和は1に等しい。
は貯えられる。初めの20サンプルは、STP残差のセ
グメントの再生の一部をなす。8サブセグメントが再生
され結合された後、STP残差の完全再生セグメントが
得られ、STP分析がコーディング・ユニットでなされ
たセグメントよりも過去の10サンプルに置かれる。
自身知られた方法でフィルター回路28で、逆STPフ
ィルターリングがこのセグメントになされ、このとき先
行セグメントからのフィルター係数が初めの10サンプ
ルに対して使われる。
ログ・コンバーター29においてアナログ信号に変換さ
れる。このアナログ信号はローパス・フィルター30を
経てスピーカー31に送られる。このスピーカーはマイ
ク1に与えられた話信号を高忠実に再生し、本発明に従
う方法によって少数のビットでコード化された話信号を
送ることができる。
を得るため、回路23と24の間に回路23′を設け
て、デコーダーが受けるDの値にさらに多数の操作を与
えさせることができる。これらは次の3つの連続操作で
ある。
ら、そして現在のDがその傾向の許容範囲の外にはずれ
ているなら、現在のDはその傾向の範囲内にある値とお
き代えられる。連続値の列における傾向を決定し、その
傾向から外れる信号に対する値のおき代えを決定するア
ルゴリズムは、それ自身、当業者によく知られている。
挿法によって前記アルゴリズムの助けを借りながら、D
の2つの連続値D1,D2の間で計算される。例えば、
次のようにして行なわれる。
ング・ユニットで決定されるので、補挿法が実行され
る。補挿法を使わなければ、4つの連続サブセグメント
のデコーディングが同一の値のDについて行われる。コ
ーディング・ユニットの信号に基本的な規則性がなけれ
ば、4つのサブセグメントの間、規則性がデコーダー内
に誤って与えられよう。この問題は補挿法によって克服
される。
号のくり返し間隔は一般にゆっくりと変化する。補挿法
により、Dの値の変化はデコーダーにおいて平滑な性質
をもつ。
によってDの値を等しくさせ、補挿法を行った後、計算
された間隔Dが、信号内にある現実のくり返し間隔Dと
できるだけよく一致する。しかし、間隔Dが30よりも
小さければ、積が最小30になるように選ばれた整数と
Dが掛け合わされる。現在のセグメントに対して30未
満の間隔でサブセグメントの全サンプルがまだ再生され
ておらず、位相を計算することに使えないため、これは
必要である。
られる理由は、信号の基本的規則性が30未満の多数の
サンプルを取り巻けば、実際のくり返し間隔の互いに等
しくない倍数である値を、デコードされた間隔Dがとる
ことを妨げる。その結果、等化アルゴリズムは傾向を検
出する機会をもたなくなる。
1実施例のブロック図である。
の1実施例のブロック図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 反復性をもつアナログ信号をコード化す
る装置であって、 量子化されサンプル化されたアナログ信号に対して短期
予測分析を実行し、そして該短期予測分析で決定された
係数を第1の出力に供給する手段、 サンプル化されたアナログ信号を受け、そしてセグメン
ト化された残差信号を生成する短期予測フィルター、 該セグメント化された残差信号をサブセグメントに分割
する手段、 該サブセグメントを時間領域から周波数領域へ変換し、
そしてサブセグメント毎に、周波数成分を得、且つ該周
波数成分は周波数領域に変換される際各周波数成分毎の
振幅を有するように構成した手段と、 多数の該振幅を結合していくつかの新しい周波数成分毎
の振幅を計算し、いくつかの新しい振幅の数は該多数の
振幅より少ないようにし、そして該、新しい周波数成分
の振幅を 第2の出力に供給する手段、 を含むことを特徴とする上記装置。 - 【請求項2】 セグメント化された残差信号のサブセグ
メントに対して長期予測分析を実行し、そして該長期予
測分析で決定された係数を第3の出力に供給する手段を
含む請求項1の装置。 - 【請求項3】 スケーリング値として利得関数を計算
し、該利得関数で新しい振幅のそれぞれを分割し、そし
て該利得関数を第4の出力に供給する手段を含む請求項
2の装置。 - 【請求項4】 サブセグメントのそれぞれを窓関数で多
重化する手段を含む請求項3の装置。 - 【請求項5】 新しい振幅を量子化する手段を含む請求
項4の装置。 - 【請求項6】 13の周波数成分の振幅A1−A13が
結合されて、4の新しい振幅B1−B4を式; に従って計算し、そして利得関数Gが式; に従って計算される請求項5の装置。 - 【請求項7】 コード化された信号をデコード化する装
置であって、 短期予測分析で決定された係数を受ける第1の入力、多数の周波数成分の振幅を結合することにより計算され
たいくつかの 新しい振幅を受ける第2の入力、長期予報分析において決定された位相値を受信する第3
の入力、 多数 の新しい振幅から幾つかの新しい周波数成分の振幅
であってかつ該新しい振幅の数は該幾つかの新しい周波
数成分の振幅よりも少ない周波数成分の振幅を計算する
手段、 該幾つかの新しい周波数成分の振幅を周波数領域から時
間領域へと変換して新しいサブセグメントとする逆変換
する手段、及び、 該第1の入力に結合されて該係数を受ける第1のフィル
ター入力をもち、該第3の入力の位相値と第2の入力の
いくつかの振幅を用いて逆変換する該逆変換手段に結合
されて該新しいサブセグメントを受ける第2のフィルタ
ー入力をもち、そして、サンプル化されたアナログ信号
を表す一連のサンプルを生成する逆短期予測フィルタ
ー、 を含むことを特徴とする上記装置。 - 【請求項8】 長期予測分析で決定された係数を受ける
第3の入力、 該第3の入力及び該逆変換手段に結合されており、現在
のサブセグメントに関してDサンプル離れた過去のサブ
セグメントを決定する手段、 決定されたサブセグメントを時間領域から周波数領域変
換する手段、及び、 変換され決定されたサブセグメントから位相を計算し、
そしてこれら位相を該逆変換手段に供給する手段を含む
請求項7の装置。 - 【請求項9】 スケーリング値として利得関数を受ける
第4の入力、及び、該受けた新しい振幅のそれぞれを該
利得関数で多重化する手段を含む請求項8の装置。 - 【請求項10】 新しいサブセグメントのそれぞれを窓
関数で多重化する手段、及び、決定されたサブセグメン
トのそれぞれを窓関数で多重化する手段を含む請求項9
の装置。 - 【請求項11】 該第2の入力に結合されて新しい振幅
をデコード化する手段を含む請求項10の装置。 - 【請求項12】 13の新しい周波数成分の振幅A’1
−A’13が4の新しい振幅B’1−B’4から式: に従って計算される請求項11の装置。 - 【請求項13】 所定のアルゴリズムに従ってDサンプ
ル離れた値を等化する手段を含む請求項8の装置。 - 【請求項14】 2の連続するD1及びD2サンプルの
値間のDサンプル離れた値に対する3の中間値I1,I
2及びI3を式: I1=0.75*D1+0.25*D2 I2=0.50*D1+0.50*D2 I3=0.25*D1+0.75*D2 に従って計算する手段を含む請求項8の装置。
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