JP2971715B2 - デジタル音声信号の伝送方法とデジタル音声信号の符号化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタル音声信
号の伝送方法と符号化方法に関し、特にＩＳＤＮにあっ
てリアルタイムでデジタル音声信号のデータを圧縮する
符号化方法とこの圧縮符号化信号を伝送する伝送方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル音声信号の符号化、およびそれ
に関連する音声信号のデジタル記録・伝送は既に実用に
供されている。例えば、デジタルコンパクトカセットに
よる録音に関して、藤本健文著「フィリップスＤＣＣシ
ステムのキイ・ポイント：サイコ・アクースチックＰＡ
ＳＣコードの特徴と詳細」株式会社アイエー出版、ラジ
オ技術誌、１９９１年，１２月，第１５６−１６１頁を
参照されたい。ここでは、高効率音声信号符号化（ＰＡ
ＳＣ：Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＡｄａｐｔｉｖｅＳｕｂｂ
ａｎｄ Ｃｏｒｄｉｎｇ）が使用されている。

【０００３】この符号化方法では、音声信号を先ずバン
ドパス・フィルタに導入し、この信号を例えば３２の等
間隔の帯域に分割する。ＤＣＣシステムでは、通常、標
本化周波数が４８ｋＨｚであるので７５０Ｈｚの帯域幅
が採用される。そして、各３２の帯域毎に１２個の入力
データが得られる毎に１つのユニットとして処理し、３
２＊１２の３８４個の入力データを、人間の可聴音声信
号レベルと音声感度に関する周波数依存性を加味して、
音声信号の量子化と符号化を行っている。

【０００４】周知のように、音声信号の検知に関して著
しい周波数依存性がある。つまり、周波数が０Ｈｚ付近
および約１５ｋＨｚ以上の音響信号（音圧）は人間の耳
に検知できない。そして、特に２〜５ｋＨｚで音響信号
の検知感度が高く、この点に着目してＰＡＳＣで音声の
受信品質を殆ど低下させることなく、音声信号の符号化
を効率化し高品質の音声信号の記録を可能にしている。

【０００５】他方、電電公社（ＮＴＴ）により既に１９
８６年に提唱されているＩＳＤＮ計画としての高度情報
通信システム（ＩＮＳ：Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｎｅ
ｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ）では、データの伝送速度は
６４ｋｂｐｓが使用されている。このような伝送速度
は、当然デジタル音声信号の伝送量に、上記ＤＣＣシス
テムより大きな制約、つまり伝送される単位時間当たり
のデータ量に制限を課すことになる。

【０００６】このようにデータ伝送量に制限のある系に
ＰＡＳＣのような符号化法を用いると、特に小さな実音
声信号には、単位音声信号あたりの符号化に割り当てら
れるビット数が少なくなり、量子化した信号をこの少な
いビット数に効率的に圧縮符号化するために、偶数のス
テップで音声信号を量子化している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、音声信
号を偶数のステップで量子化すると、「０」に近い値で
あっても、正負いずれかの値に量子化されるので、逆量
子化して再生したときの受信信号は、原信号と異なった
ものとなる。特に、ノイズとなる信号は、「０」に近い
値で頻発するので、ノイズが量子化と逆量子化によって
実音声と認識されることとなり、受信品質が低下する。

【０００８】この問題は、奇数のステップにより音声信
号を量子化することにより解決できるが、上述したよう
に、単位音声信号毎に奇数のステップで表された量子化
信号を整数ビットで符号化すると冗長となり、効率的な
圧縮符号化ができない。

【０００９】また、量子化する前に行う音声信号の正規
化は、３２の帯域毎にその時間軸方向の１２のデータの
内最大値である信号成分で、該帯域内の音声信号の信号
成分を割り算し、絶対値が「１」以下の正規化信号成分
を得ているが、最大値が突出した値であると、他の正規
化信号成分が著しく小さい値となり、量子化歪みが大き
く影響するものとなる。

【００１０】更に、上述のＰＡＳＣによるデータ伝送で
は、周波数帯域とこの周波数帯域に割り当てられた量子
化ビット数との関係を示すコーディング情報を圧縮符号
化された入力データとともに伝送しているが、データ伝
送量に制限のある伝送系を用いるときには、このコーデ
ィング情報を含めることによって伝送可能な総ビット数
が減少し、各データに割り当てられるビット数の減少に
より再生した音質が劣化する。

【００１１】この発明は、上述の問題に鑑み、奇数のス
テップで表された量子化信号を効率的に圧縮符号化する
ことができ、１つの入力データの信号成分が突出して高
いものとなっても、これにつられて他の信号成分が小さ
い値に正規化されることが無く、また、ＩＳＤＮのよう
なデータ伝送量にかなり制約がある伝送系を用いても、
各データに割り当てられるビット数が減少することがな
く、高品質の音声信号を保つことができるデジタル音声
信号の伝送方法とデジタル音声信号の符号化方法を提供
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１のデジタル音声
信号の伝送方法は、デジタル音声信号を送信する送信装
置側で、 （ａ） 所定標本化周波数のデジタル音声信号を狭帯域
多重デジタルフィルタに入力し、 （ｂ） 狭帯域多重デジタルフィルタで多重周波数帯域
に分離し、一定時間間隔の順次時間（Ｔ）で各周波数帯
域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を求め、 （ｃ） 各周波数帯域（Ｆ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））の絶対値の最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））を求め、（ｄ） 単位処理時間内に伝送可能な総ビット数と周波
数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））から、
各周波数帯域（Ｆ）単位で、該周波数帯域（Ｆ）の信号
成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を量子化する量子化ビット数を割り当
て、 （ｅ） 各周波数帯域（Ｆ）の各信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を正規化して正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））と
し、 （ｆ） 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を、その正規
信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））が属する周波数帯域（Ｆ）
に割り当てられた量子化ビット数の量子化信号（ＱＳ
（Ｆ，Ｔ））に変換し、 （ｇ） 各周波数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））を含むフレーム情報符号と、各周波数帯域
（Ｆ）の同一時間軸上の全ての量子化信号（ＱＳ（Ｆ，
Ｔ））を連続させた音声信号データ（ＤＴ（Ｆ））とか
らなるデータ信号を受信装置側へ送出し、送信装置から
送出されたデータ信号を受信する受信装置側で、 （ｈ） 受信したデータ信号から、フレーム情報符号に
含まれた時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））を復号化し、 （ｉ） 送信装置側の（ｄ）と同一処理過程で、単位処
理時間内に伝送可能な総ビット数と周波数帯域（Ｆ）の
時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））から、各周波数帯域
（Ｆ）に割り当てられた量子化ビット数を求め、 （ｊ） 音声信号データ（ＤＴ（Ｆ））を、各周波数帯
域（Ｆ）単位で、該周波数帯域（Ｆ）に割り当てられた
量子化ビット数毎に、該周波数帯域（Ｆ）の信号成分
（Ｓ（Ｆ，Ｔ））数に分割し、各周波数帯域（Ｆ）の同
一時間軸上の全ての量子化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））を取
り出し、逆量子化により逆正規化音声信号（ＴＮＳ
（Ｆ，Ｔ））を形成し、 （ｋ） 逆正規化音声信号（ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ））を逆正
規化して逆音声信号（ＴＳ（Ｆ，Ｔ））を求め、 （ｌ） 狭帯域多重逆デジタルフィルタにより、逆音声
信号（ＴＳ（Ｆ，Ｔ））から所望の標本化周波数のデジ
タル出力音声信号を求め、信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を量子
化する量子化ビット情報を含めずに、送信装置から受信
装置へデータ信号を送出することを特徴とする。

【００１３】請求項１の発明は、本発明者が既に提案し
ている狭帯域の多重デジタルフィルタを使用している
（これに関しては特許出願準備中）。このフィルタは高
速デジタル演算が可能であるため、リアルタイムでデジ
タル音声信号（ＰＣＭ）の伝送処理を行う場合に特に適
している。デジタル音声信号は、この狭帯域多重デジタ
ルフィルタにより、時間軸と周波数軸によってマトリッ
クス状に分割された複数の信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）が求め
られる。

【００１４】このマトリックス状の信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を時間軸に沿って比較し、周波数帯域（Ｆ）毎の
時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））を求め、単位処理時間
内に伝送可能な総ビット数とこの時間軸最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））の大きさから、各周波数帯域（Ｆ）単位で、
信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を量子化する量子化ビット数
が割り当てられる。

【００１５】時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））の小さい
値である周波数帯域（Ｆ）においては、全ての信号成分
（Ｓ（Ｆ，Ｔ））が更に小さい値であるので、少ない量
子化ビット数を割り当てても、音声信号の品質を低下さ
せることがない。時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））が可
聴音声しきい値（ＴＦ（Ｆ））未満など、極めて小さい
値である周波数帯域（Ｆ）については、量子化ビット数
を「０」ビットと割り当てることができる。「０」ビッ
トが割り当てられた信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｎ））は、量子
化などの処理を行わないので、全体の処理速度が高速化
し、また、これらの信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を伝送し
ないので、伝送する信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の量子化
に、より多くのビットを割り当てることができる。

【００１６】時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））により、
その周波数帯域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を量
子化する量子化ビット数が割り当てられるので、時間軸
最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））が比較的大きい周波数帯域
（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））には、多くのビット
を割り当てることができる。

【００１７】送出するデータ信号には、時間軸最大値
（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、周波数帯域（Ｆ）毎に量子化さ
れた量子化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））を連続させた音声信
号データ（ＤＴ（Ｆ））が含まれるだけで、量子化ビッ
ト数を表す量子化ビット情報は伝送されないので、各正
規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））の量子化に、より多くの
ビットを配分することができる。受信装置側では、単位
処理時間内に転送可能な総ビット数と復号化した時間軸
最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））とから、送信装置側と同様の
処理によって、各周波数帯域（Ｆ）に割り当てられた量
子化ビット数を求めることができる。従って、量子化ビ
ット情報を伝送しなくても、符号化されたデジタル音声
信号を復号化することができる。

【００１８】請求項２のデジタル音声信号の符号化方法
は、所定標本化周波数のデジタル音声信号を狭帯域多重
デジタルフィルタに入力し、狭帯域多重デジタルフィル
タで多重周波数帯域に分離し、一定時間間隔の順次時間
（Ｔ）で各周波数帯域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を求め、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化し
て正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、正規信号成分
（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子化信号（ＱＳ
（Ｆ，Ｔ））とするデジタル音声信号の符号化方法であ
って、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の正規化は、各周波
数帯域（Ｆ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶対値の
最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、各時
間（Ｔ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶対値の最大
値である周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））を求め、各
信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））毎に該周波数帯域（Ｆ）の時
間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、該時間（Ｔ）の周波
数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））を比較し、時間軸最大値
（ＴＭＡＸ（Ｆ））と周波数軸最大値（ＦＭＡＸ
（Ｔ））のいずれか値が小さい方で、該信号成分（Ｓ
（Ｆ，Ｔ））を割り算して正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，
Ｔ））とすることを特徴とする。

【００１９】請求項２の発明は、各信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））毎に該周波数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））と、該時間（Ｔ）の周波数軸最大値（ＦＭＡ
Ｘ（Ｔ））を比較し、時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））
と周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））のいずれか値が小
さい方で、該信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を割り算して正
規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とするので、時間軸最大
値（ＴＭＡＸ（Ｆ））または周波数軸最大値（ＦＭＡＸ
（Ｔ））の一方のみで正規化する場合に比べて、正規信
号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、少なくとも同一若しくはこれ
より大きい値となる。また、いずれかの最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））（ＦＭＡＸ（Ｔ））が突出した大きな値とな
っても、他方で正規化するので、正規化信号成分が著し
く小さい値となることがない。

【００２０】請求項３のデジタル音声信号の符号化方法
は、所定標本化周波数のデジタル音声信号を狭帯域多重
デジタルフィルタに入力し、狭帯域多重デジタルフィル
タで多重周波数帯域に分離し、一定時間間隔の順次時間
（Ｔ）で各周波数帯域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を求め、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化し
て正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、正規信号成分
（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子化信号（ＱＳ
（Ｆ，Ｔ））とするデジタル音声信号の符号化方法であ
って、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の正規化は、多重周
波数帯域を複数の副周波数帯域（ＦＢ）に分割し、副周
波数帯域（ＦＢ）内で、信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶
対値の最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））
と、各時間（Ｔ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶対
値の最大値である副周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，
Ｔ））を求め、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））毎に該周波
数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、該
時間（Ｔ）の副周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，
Ｔ））を比較し、時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と副
周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ））のいずれか値
が小さい方で、該信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を割り算し
て正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とすることを特徴と
する。

【００２１】請求項３の発明は、各信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））毎に該周波数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））と、該時間（Ｔ）の副周波数軸最大値（ＦＭ
ＡＸ（ＦＢ，Ｔ））を比較し、時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））と副周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ））
のいずれか値が小さい方で、該信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を割り算して正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））と
するので、時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））または副周
波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ））の一方のみで正
規化する場合に比べて、正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）
は、少なくとも同一若しくはこれより大きい値となる。
音声信号は、周波数によって大きく異なる可聴特性を有
するので、時間（Ｔ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の最
大値を、周波数帯域（Ｆ）を更に数分割した副周波数
（ＦＢ）単位で求めることによって、伝送する音質の品
質を更に忠実に再現できる。

【００２２】請求項４のデジタル音声信号の符号化方法
は、所定標本化周波数のデジタル音声信号を狭帯域多重
デジタルフィルタに入力し、狭帯域多重デジタルフィル
タで多重周波数帯域に分離し、一定時間間隔の順次時間
（Ｔ）で各周波数帯域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，
Ｔ））を求め、各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化し
て正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、正規信号成分
（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子化信号とする
デジタル音声信号の符号化方法であって、正規信号成分
（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））の圧縮符号化は、正規信号成分（Ｎ
Ｓ（Ｆ，Ｔ））を中心を０とした奇数のステップｒで表
し、ステップｒで表したＰ個の量子化信号（ＱＳ（Ｆ，
Ｔ））を連続させてＰ桁のｒ進で表し、ｒ進を２進に変
換して、Ｐ個の量子化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ）をまとめて
Ｑビットの量子化信号に圧縮符号化することを特徴とす
る。

【００２３】請求項４の発明は、正規信号ＮＳ（Ｆ，
Ｔ）を「０」を中心とした奇数のステップで量子化する
ので、「０」に近い値の正規信号ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、量
子化と逆量子化を行っても「０」となり、原信号に近似
した受信信号が得られる。

【００２４】Ｐ個の量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を連続さ
せてＰ桁のｒ進で表し、ｒ進を２進に変換してＱビット
の量子化信号とするので、１つの正規信号成分（ＮＳ
（Ｆ，Ｔ）））あたりの量子化ビット数をＱ／Ｐビット
とすることができる。この量子化ビット数は、整数ビッ
ト数に限らないので、奇数のステップ数ｒで量子化して
も、効率的に圧縮符号化することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下では、図面に示す好適実施の
形態に基づき、この発明の内容をより詳しく説明する。

【００２６】図１に示すように、送信装置側では、記号
４で示す所定の標本化周波数のデジタル音声入力信号
（ＰＣＭ信号）をこの発明で使用する極狭帯域多重フィ
ルタ１０に導入する。このフィルタにより可聴周波数帯
域をＭ等分した狭い帯域内の信号成分を取り出せる。こ
の周波数分割処理をＮ回にわたり実行して、結局、Ｍ＊
Ｎ個の信号成分 Ｓ（Ｆ，Ｔ）； ０＜Ｆ≦Ｍ， ０＜Ｔ≦Ｎ をバッファ１２に収納する。収納された信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）は図示のように周波数帯域の指数Ｆと時間軸
の指数Ｔで指定される行列状の配置で表すことができ
る。この実施例では、使用する分割帯域数Ｍと処理時間
Ｎは、 Ｍ＝５１２ Ｎ＝１０ である。又、信号の処理で使用するビット数は、１６ビ
ット以上である。

【００２７】次に、これらの周波数分割された信号成分
Ｓ（Ｆ，Ｔ）を処理過程２０で正規化するため、先ず信
号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）の絶対値の周波数帯域軸と時間軸に
関する最大値ＦＭＡＸ（Ｔ）とＴＭＡＸ（Ｆ）を各処理
時間Ｔと各周波数帯域Ｆについて求める。つまり、 ＦＭＡＸ（Ｔ）＝ＭＡＸ｛｜Ｓ（Ｆ，Ｔ）｜；Ｆ＝１〜
Ｍ｝，Ｔ＝１，２・・・Ｎ， ＴＭＡＸ（Ｆ）＝ＭＡＸ｛｜Ｓ（Ｆ，Ｔ）｜；Ｔ＝１〜
Ｎ｝，Ｆ＝１，２・・・Ｍ．

【００２８】次いで、周波数帯域Ｆと時間軸Ｔで指定さ
れる信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）に対して、周波数帯域Ｆ内の
信号成分の最大値ＦＭＡＸ（Ｔ）と時間軸Ｔ内の信号成
分の最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）の小さい方で信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）を割り算したものを、正規化された正規信号
成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）とする。つまり、ＴＭＡＸ（Ｆ）≦
ＦＭＡＸ（Ｔ）のとき、ＮＳ（Ｆ，Ｔ）＝Ｓ（Ｆ，Ｔ）
／ＴＭＡＸ（Ｆ）、ＴＭＡＸ（Ｆ）＞ＦＭＡＸ（Ｔ）の
とき、ＮＳ（Ｆ，Ｔ）＝Ｓ（Ｆ，Ｔ）／ＦＭＡＸ（Ｔ）
である。

【００２９】周波数帯域Ｆと時間軸Ｔの全ての範囲に対
し、このように正規化した正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）
を求め、これ等をバッファ２２に納める。

【００３０】ここで、音声信号の可聴周波数特性を加味
して、データの圧縮の準備を行う。これには、先ずビッ
ト配分決定処理部５５で、処理装置の所定箇所５０に予
め保管されていて、転送路７４を介して導入される可聴
音声しきい値の周波数特性の離散値ＴＨ（Ｆ）； Ｆ＝
１，２・・・Ｍと、記号７０で示す転送路によって導入
される各周波数帯域Ｆ内の最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）とを全
ての周波数帯域Ｆにわたって比較する。もし、ＴＭＡＸ
（Ｆ）が可聴音声しきい値の周波数特性の離散値ＴＨ
（Ｆ）未満であれば、この帯域Ｆの音声信号を聴きとる
ことができないとして、後で更に詳しく説明するよう
に、周波数帯域Ｆ内の処理時間Ｔの全ての信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）のデータ伝送を行わない処理を指定するた
め、新たな時間軸に関する最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）とし
てこの値を０とする。また、そうでない場合、そのまま
の値ＴＭＡＸ（Ｆ）を使用する。換言すれば、ＴＭＡＸ
（Ｆ）≧ＴＨ（Ｆ）のとき、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ）、ＴＭＡＸ（Ｆ）＜ＴＨ（Ｆ）のとき、ＣＴＭ
ＡＸ（Ｆ）＝０と変換される。これは図２の符号化ビッ
ト配分決定処理ルーチンの前半部（ステップＳ１０）に
示してある。

【００３１】更に、図２の符号化ビット配分決定処理ル
ーチンの後半部（ステップＳ１１〜Ｓ１５）には、伝送
するデータを圧縮する前の準備処理が示してある。ここ
では、上に述べたように、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝０での周
波数帯域Ｆ内の信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）は全て伝送されな
いので、それだけ実際に伝送するデータ量に余裕ができ
る。加えて、この発明による実施例では、ビット数１６
以上であった初期音声信号Ｓ（Ｆ，Ｔ）またはＮＳ
（Ｆ，Ｔ）が通常１．６ビットに圧縮されるが、ＣＴＭ
ＡＸ（Ｆ）の値が大きいものに関しては、更に配分可能
な総配分ビット数を各信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）に配分する
ことによって、その周波数帯域Ｆ内の全てのデータのビ
ット数を更に大きくして、つまり分解能をもっと高めた
信号の圧縮を行う。この配分方法を決定する為に本実施
の形態では、値が０以外のＣＴＭＡＸ（Ｆ）内の信号成
分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を互いに異なるビット数が割り当てられ
る３種のビット配分グループに分類する。つまり、ＣＴ
ＭＡＸ（Ｆ）の値によって大、中、小のビット配分グル
ープに分類し、データ圧縮時に対応するビット配分グル
ープの信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）あたり、それぞれ４，２．
４，および１．６ビットを割り当てる。このビット配分
を示す指数として ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０ （１．６ビット配分（３ステッ
プ））、 ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１ （２．４ビット配分（５ステッ
プ））、 ＡＬＯＣ（Ｆ）＝２ （４ビット配分（１５ステッ
プ））を規定する。尚、カッコ内に示すステップは、量
子化のステップ数ｒを示すものである。

【００３２】更に、この発明の実施の形態によれば、４
ビットの圧縮データに対する２．４ビットの圧縮データ
の数を少なくとも２倍以上に配分する。このような規則
を適用すると、最終的に伝送するデータ出力速度、例え
ばこの実施の形態の場合、６４ｋｂｐｓと、入力された
音声信号の特性から伝送しなくても良いデータ量（上に
述べたＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝０での周波数帯域Ｆ内の信号
成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）に割り当てられるはずであった総ビッ
ト数）によって、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０，ＡＬＯＣ（Ｆ）
＝１およびＡＬＯＣ（Ｆ）＝２に対応するデータ数（正
規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）の数）を計算で求めることが
できる。このビット配分グループ毎の正規信号成分ＮＳ
（Ｆ，Ｔ）の数は、周波数帯域（Ｆ）単位で求め、この
算出方法を図２のステップＳ１１、ステップＳ１２で説
明する。

【００３３】ステップＳ１１では、伝送データ出力速度
から定まるバッハァ２２の単位処理時間内の余裕分ビッ
ト数ＳＢＩＴとして ＳＢＩＴ＝Ｍ＊Ｎバッファに与えられる総ビット数−Ｍ＊１６ が与えられる。ここで、単位処理時間とは、バッファ２
２に記憶された全ての正規信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を１単
位として伝送するのに要する時間であり、Ｍ＊Ｎバッフ
ァに与えられる総ビット数とは、バッファ２２に一時記
憶される総ビット数であって、伝送速度から単位処理時
間に伝送できる総ビット数である。また、右辺の最後の
項はバッファ２２に記憶されるＭ（＝５１２）＊Ｎ（＝
１０）個の全ての正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）が取り合
えず全て１．６ビットであるとみなすものである。つま
り、ＳＢＩＴは、全ての信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を伝送す
るものとして、正規化信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）あたりに
１．６ビットを割り当てて量子化した場合に、伝送速度
から更に余分に伝送できるビット数を表しているもので
ある。

【００３４】ステップＳ１１に示すように、総配分ビッ
ト数は、このＳＢＩＴに、伝送されない信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）に上記により割り当てられるはずであったビ
ット数（１．６＊Ｎ＊Ｐ（ＰはステップＳ１０で求めた
ＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝０の帯域数））を加えたビット数と
なる。つまり、総配分ビット数は、伝送速度から単位処
理時間内に伝送できる総ビット数から、伝送される全て
の正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）に最小割り当てビット数
である１．６ビットを割り当てたと仮定したときの総ビ
ット数（１．６＊Ｎ＊（Ｍ−Ｐ））を減じたものとして
求めることもできる。

【００３５】ステップＳ１１では、この総配分ビット数
を４０で割り算して整数商Ｑと余りＲを求める。ＡＬＯ
Ｃ（Ｆ）＝２で表される周波数帯域（Ｆ）には、正規信
号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）あたりで（４−１．６）ビットが
配分されるので、１周波数帯域（Ｆ）では、（４−１．
６）＊Ｎすなわち、２４ビットが配分される。同様にＡ
ＬＯＣ（Ｆ）＝１で表される周波数帯域（Ｆ）には、正
規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）あたりで（２．４−１．６）
ビットが配分されるので、１周波数帯域（Ｆ）では、
（２．４−１．６）＊Ｎすなわち、８ビットが配分され
る。ビット配分グループは周波数帯域（Ｆ）単位で特定
され、また上述のようにＡＬＯＣ（Ｆ）＝１の周波数帯
域（Ｆ）の数は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１の少なくとも２倍
以上としているので、一つの周波数帯域（Ｆ）をＡＬＯ
Ｃ（Ｆ）＝２とするのに、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１の周波数
帯域（Ｆ）を少なくとも２つ特定する必要があり、これ
らの３つの周波数に配分される総ビット数は、前記から
２４＋８＊２すなわち４０である。つまり、ステップＳ
１２にしめすように、総配分ビット数を４０で割り算し
た整数商Ｑは、４ビットを割り当てる周波数帯域（Ｆ）
の数ｋ_４０を示す。

【００３６】また、２．４ビットを割り当てる周波数帯
域（Ｆ）の数ｋ_２４は、少なくともｋ_４０＊２すなわち
Ｑ＊２であるが、総配分ビット数を４０で割り算した余
りＲの中から８ビットをとれれば、２．４ビットを割り
当てる周波数帯域（Ｆ）とできるので、ステップＳ１２
に示すように、ｋ_２４は、２＊Ｑ＋ＩＮＴ（Ｒ／８）で
求められる。

【００３７】次いで、ステップＳ１３、Ｓ１４およびＳ
１５により最終的に各周波数帯域（Ｆ）毎にビット配分
を指示する指数ＡＬＯＣ（Ｆ）が指定される。ステップ
Ｓ１３では、とりあえず全ての周波数帯域（Ｆ）をＡＬ
ＯＣ（Ｆ）＝０とする。

【００３８】ステップＳ１４では、各周波数帯域（Ｆ）
の時間軸最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）を比較して、大きい順に
ｋ_２４＋ｋ_４０個の周波数帯域（Ｆ）を選び、選択した
周波数帯域（Ｆ）をＡＬＯＣ（Ｆ）＝１とする。すなわ
ち、このときにＡＬＯＣ（Ｆ）＝１に置き換えられなか
った周波数帯域（Ｆ）の正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）
は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０で表されるビット配分グループ
に属する。

【００３９】更に、ステップＳ１５で、時間軸最大値Ｔ
ＭＡＸ（Ｆ）の大きい順にｋ_４０個の周波数帯域（Ｆ）
を選び、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝２とする。このとき、ＡＬＯ
Ｃ（Ｆ）＝２に置き換えられなかった周波数帯域（Ｆ）
の正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１
で表されるビット配分グループに属する。従って、各周
波数帯域（Ｆ）は、時間軸最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）の大き
い順に３種類のビット配分グループに分けられる。

【００４０】図２の符号化ビット配分決定処理の次に
は、第一量子化処理部３０（図１）で正規化された正規
信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）が先に述べたステップ数ｒで量
子化される。これは、図３に示す手順で行われる。ビッ
ト配分決定処理部５５から転送路７６を介して導入され
た各周波数帯域Ｆのビット配分を指示する指数ＡＬＯＣ
（Ｆ）をステップＳ２０で判定し、その指数ＡＬＯＣ
（Ｆ）の値に応じて係数ＰＰＸの値を指定する。すなわ
ち、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０で量子化ステップ数ｒが３であ
るビット配分グループである場合にはＰＰＸ＝２、ＡＬ
ＯＣ（Ｆ）＝１で量子化ステップ数ｒが５であるビット
配分グループである場合にはＰＰＸ＝４、ＡＬＯＣ
（Ｆ）＝２で量子化ステップ数ｒが１５であるビット配
分グループである場合にはＰＰＸ＝１４である。

【００４１】ステップＳ２１は、正規信号成分ＮＳ
（Ｆ，Ｔ）を、ビット配分グループ毎に特定された奇数
のステップ数ｒで「０」を中心とした量子化信号（ＱＳ
（Ｆ，Ｔ））に量子化するものである。

【００４２】この量子化を図４と図５で詳述する。図４
（ａ）に示すようにＡＬＯＣ（Ｆ）＝０である場合に
は、正規化により絶対値が１以下とされた正規化信号成
分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、ＰＰＸ＝２を乗じて１を加えるこ
とによって、−１から＋３までの範囲のいずれかの実数
となる。ＩＮＴ（Ｘ）は、Ｘを超えない最大整数値を意
味するので、結局ＩＮＴ［〔ＮＳ（Ｆ，Ｔ）＊ＰＰＸ＋
１〕÷２］で表される量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）は、図
５に示すように−１から＋１までの「０」を中心とした
３ステップで表される。また、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１であ
る場合には、正規化信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、ＰＰＸ
＝４を乗じて１を加えることによって、−３から＋５ま
での範囲のいずれかの実数となる。従って、ＩＮＴ
［〔ＮＳ（Ｆ，Ｔ）＊ＰＰＸ＋１〕÷２］で表される量
子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）は、図５のように−２から＋２
までの「０」を中心とした５ステップで表される。同様
に、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝２である場合には、ＰＰＸが１４
であるから、ＮＳ（Ｆ，Ｔ）＊ＰＰＸ＋１は、−１３か
ら＋１５の範囲の実数であり、量子化信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ）は、図５のように−７から＋７までの「０」を中心
とした１５ステップで表される。

【００４３】このように量子化された量子化信号ＱＳ
（Ｆ，Ｔ）は、バッファ３２に収納される。

【００４４】第二量子化処理部６０（図１）には、各周
波数帯域中の最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）と各時間軸内の最
大値ＦＭＡＸ（Ｔ）がそれぞれ転送路７８および７２を
介して導入され、ここで６ビット対数量子化される（２
ｄＢステップ）。これ等の対数量子化された値をそれぞ
れＱＴＭＡＸ（Ｆ）とＱＦＭＡＸ（Ｔ）とする。

【００４５】最後に、量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ），ＱＴ
ＭＡＸ（Ｆ）とＱＦＭＡＸ（Ｔ）を出力伝送路に送り出
す出力信号８にするには、データ符号化処理部４０（図
１）でこれらの量子化信号を符号化し、処理時間毎にブ
ロック化されたフレーム信号（フレーム情報信号と圧縮
された音声信号）にする。

【００４６】図６に示すように、先ずステップＳ３０に
よりフレームの頭に同期信号ＳＹＮＣ（８ビット）を付
ける。次いでステップＳ３１でＱＴＭＡＸ（Ｆ）を送り
出し、ステップＳ３２でＱＦＭＡＸ（Ｔ）を送り出す。
更に、巡回符号ＣＲＣ（７ビット）を付加してフレーム
情報の符号を完成させる。

【００４７】次に、圧縮された音声信号は、図７に示す
データ処理化処理により、前記のフレーム情報に続くフ
リーフォーマット区間に後置される。この場合、データ
符号化処理部４０には、量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）の他
に、転送路７７を介してビット配分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）
も導入されている。これは、ビット配分指数ＡＬＯＣ
（Ｆ）で指示されるビット数で量子化信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ）を表すためである。従って、この指数ＡＬＯＣ
（Ｆ）を先ずステップＳ４０で判定する。

【００４８】１．６ビットの場合（ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０
の時）には、ステップＳ４１とステップＳ４４で、それ
ぞれ３ステップで表した５個の量子化信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ）を連続させて５桁の３進で表し、これを２進に変換
して、５個の量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を８ビットの量
子化信号に圧縮符号化するものである。すなわち、同図
に示すように時間軸Ｔが１〜５までの５個の量子化信号
ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を一つの３進表示値ＳＤ０として、時間
軸Ｔが６〜１０までの５個の量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）
をもう一つの３進表示値ＳＤ１としてそれぞれ表し、ス
テップＳ４４でそれぞれ８ビットにして送り出す。各量
子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）に１を加えるのは、３ステップ
で−１から＋１の整数値で表示される量子化信号ＱＳ
（Ｆ，Ｔ）を０または正の整数値に置き換えて、３進表
示化するためである。このようにして、５個の正規化信
号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を８ビットの量子化信号とすること
ができるので、量子化ビット数は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０
で指示される１．６ビットとなる。

【００４９】又、２．４ビットの場合（ＡＬＯＣ（Ｆ）
＝１の時）には、ステップＳ４２で、それぞれ５ステッ
プで表した５個の量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を連続させ
て５桁の５進で表し、これをステップＳ４５で２進に変
換した１２ビットの量子化信号に圧縮符号化するもので
ある。図示のように時間軸の１〜５までのデータを一つ
の５進表示値ＳＤ０として、時間軸の６〜１０までのデ
ータをもう一つの５進表示値ＳＤ０とするもので、各量
子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）は、−２から＋２までの整数値
であるため、＋２を加えて、０または正の整数値に置き
換えて、５進表示化する。従って、５個の正規化信号成
分Ｓ（Ｆ，Ｔ）は、５ステップで量子化された後、１２
ビットの量子化信号となるので、量子化ビット数は、Ａ
ＬＯＣ（Ｆ）＝１で指示される２．４ビットとなる。

【００５０】同様に、４ビットの場合（ＡＬＯＣ（Ｆ）
＝２の時）には、ステップＳ４３で対応する周波数帯域
（Ｆ）内の各時間Ｔの量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）に７を
加算して０または正の整数とし、４ビットの量子化信号
ＱＳ（Ｆ，Ｔ）として送り出す。従って、ＡＬＯＣ
（Ｆ）＝２のビット配分グループに属する周波数帯域
（Ｆ）の各正規信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）は、１５ステップ
で量子化された後、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝２で指示される４
ビットの量子化信号となる。

【００５１】上の説明した信号符号化処理では、多数の
帯域にわたる演算を行った、特に周波数軸の最大値ＦＭ
ＡＸ（Ｔ）はＭ＝５１２の範囲で調べた。しかし、音声
は周波数によって大きく異なる可聴特性を有するので、
この最大値も更に数分割した周波数範囲内で求めると、
伝送する音声の品質をより忠実に表現できる。この実施
の形態でＭ＝５１２を使用する場合、８分割すると実験
的に再生された音声の品質が最も良好であった。このよ
うな分割処理は、正規化処理部２０、量子化処理部３０
およびデータ符号化処理部４０の全ての処理に対して実
行する必要がある。

【００５２】このようにして作成されたＭ＝５１２，Ｎ
＝１０および周波数帯域分割数ＫＢ＝８の場合の圧縮デ
ータを図８（ａ）に示す。ここでは、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）
がＦ＝３で０になっているため、周波数帯域のデータＤ
Ｔ（Ｆ）の内ＤＴ（３）は送っていないことに注意され
たい。その外、周波数帯域を８に分割しているため、周
波数軸の最大値はＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ）として表されて
いる。この場合、分割指数ＦＢ＝１，２，・・・・８で
ある。同図に示すように、この実施の形態では、最大値
ＣＴＭＡＸ（Ｆ）と各時間軸内の最大値ＦＭＡＸ（Ｆ
Ｂ，Ｔ）は、対数量子化されずに、そのまま各６ビット
の同期信号ＳＹＮＣ（８ビット）に続くフレーム情報の
符号となる。

【００５３】また、フリーフォーマット区間の各データ
ＤＴ（Ｆ）は同一時間軸上の全ての量子化信号ＱＳ
（Ｆ，Ｔ）を一組にして形成されている。このデータＤ
Ｔ（Ｆ）の内１．６，２．４および４ビットのデータ配
置を図８（ｂ）に示す。

【００５４】次に、ある伝送回路を経由して導入され
た、あるいは何らかのデジタル信号読取装置によって検
出された、図８に示すフレーム信号配置を有するデジタ
ル音声信号を復号化して、元の音声信号に変換する処理
方法に付いて説明する。

【００５５】図９には、上で図１〜８を参照して説明し
た送信装置側の符号化方法によって得られたデジタル音
声信号９が、受信装置側のフレーム情報に対する復号化
部４１に導入される。この受信装置は、ＩＳＤＮ対応の
モデムであってもよい、あるいはデジタルコンパクトカ
セットの読取ヘッドから得られた検出信号を波形整形
し、図８に示すフレーム信号配置を有するデジタル音声
信号に整形したものでもよい。この受信信号を元の音声
信号に近い値にＴＳ（Ｆ，Ｔ）に戻し、更に狭帯域多重
フィルタ１１によって逆フィルタを行い、最終的にデジ
タル音声信号５を求める。この詳細を次に説明する。

【００５６】複合化部４１では、まず時間軸最大値ＱＴ
ＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＱＦＭＡＸ（Ｔ）（図１
０のステップＳ６０）を受信し、図１０のステップＳ６
１に示すように、巡回符号ＣＲＣを検出して、受信した
フレーム同期信号、ＣＴＭＡＸ（Ｆ），ＦＭＡＸ（Ｆ
Ｂ，Ｔ）でＣＲＣ符号を作成してＣＲＣＲとして、送信
しされたＣＲＣ符号がＣＲＣＲと一致しているか否かを
判定する。一致している場合には、そのまま次の過程に
進み、一致していない場合、そのフレームのデータを用
いた計算を実質上行わない。ＣＴＭＡＸ（Ｆ），ＦＭＡ
Ｘ（ＦＢ，Ｔ）が前述のように対数量子化されて伝送さ
れている場合には、対数量子化された受信時間軸最大値
ＱＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＱＦＭＡＸ（Ｔ）は
それぞれ転送路８６，８５を介して逆量子化処理部６１
に転送され、ここで両者の値が逆対数（指数関数）変換
されて、時間軸最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大
値ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ）が定まる。

【００５７】次いでビット配分決定処理部５６で音声デ
ータの転送を必要としないデータ区間の周波数帯域Ｆ
（ＴＭＡＸ（Ｆ）＝０の場合の帯域）と、このような周
波数帯域の総数Ｐを図１１のステップＳ５０で求める。
一方、送信側で設定した余裕分ビット数ＳＢＩＴは、前
述のように伝送系の伝送速度によって定まる定数である
ので、このＳＢＩＴを予め受信側でも記憶しておくもの
とすれば、送信側で決定した総配分ビット数は、ＳＢＩ
Ｔとこの伝送を行わなかった周波数帯域（Ｆ）の総数Ｐ
から、ＳＢＩＴ＋１．６＊Ｎ＊Ｐで求めることができ
る。従って、図２で説明した符号化の時と全く同じ計算
方法によって、ステップＳ５１とステップＳ５２からビ
ット配分グループのｋ_２４とｋ_４０の数を求めることが
できる。

【００５８】この場合、圧縮符号化のところで説明した
ように、同じビット配分、即ち通常の信号強度の周波数
帯域のデータを１．６ビットとして、信号強度のより強
い周波数帯域Ｆと更に強い周波数帯域Ｆのデータを１：
２以上の割合の４ビットと、２．４ビットに割り振る。
すなわち、ｋ_２４とｋ_４０の数と各周波数帯域（Ｆ）の
時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））とから、ステップＳ５
３乃至ステップＳ５５により、各周波数帯域（Ｆ）のビ
ット配分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）を求める。

【００５９】次いで、データ複合化処理部４３で、図１
２のように、ビット配分決定処理部５６から送られたビ
ット配分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）に基づき、データフリーフ
ォマット区間の時間軸上のデータＤＴ（Ｆ）から量子化
信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を求める。この処理は、図７の処理
の逆変換に相当する。この場合、 ＨＤＡＴＡ（０，Ｊ）＝３^４−Ｊ ＨＤＡＴＡ（１，Ｊ）＝５^４−Ｊ である。

【００６０】ある周波数帯域（Ｆ）について、ビット配
分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０であったとすると、Ｖ＝０と
なり、データＤＴ（Ｆ）を８ビット毎に区切り、この８
ビットデータをＲとする。ＣＫの初期値は０であり、従
ってＲ／ＨＤＡＴＡ（０，ＣＫ）は、８ビットのデータ
Ｒを３^４で割ることを意味し、その整数商がＱ余りがＲ
とされる。この整数商Ｑは、図７に示すステップＳ４１
の内の（ＱＳ（Ｆ，５）＋１）を示すものであり、０ま
たは正の整数であるからこの整数商Ｑから（−Ｖ−１）
すなわち１を引くことによって、０を中心とした３ステ
ップのＱＳ（Ｆ，５）を求める。同様にして、Ｊが１の
間にＣＫは、初期値０から４まで増し、ＱＳ（Ｆ，５）
からＱＳ（Ｆ，１）までが求められる。つまり、Ｒ／Ｈ
ＤＡＴＡ（０，ＣＫ）は、２進の８ビットデータＳＤ０
を３進に置き換えるものである。

【００６１】ＣＫが５以上となると、Ｊは、Ｊ＋５で６
とされ、同様の処理により次の８ビットデータＳＤ１が
Ｒとして受信され、Ｒ／ＨＤＡＴＡ（０，ＣＫ）で３進
に置き換えられることにより、ＱＳ（Ｆ，１０）からＱ
Ｓ（Ｆ，６）までが求められる。

【００６２】ある周波数帯域（Ｆ）について、ビット配
分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１であったとすると、Ｖ＝１と
なり、データＤＴ（Ｆ）を１２ビット毎に区切り、この
１２ビットデータをＲとする。Ｖが１となるので、Ｒ／
ＨＤＡＴＡ（Ｖ，ＣＫ）は、１２ビットのデータＲを５
^４−ＣＫで割ることを意味し、２進の１２ビットデータ
ＳＤ０が５進に置き換えられる。量子化信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ）は、この整数商Ｑから求められるが、前述と同様
に、（−Ｖ−１）すなわち２を引くことによって、０を
中心とした５ステップのＱＳ（Ｆ，Ｔ）が求められる。

【００６３】周波数帯域（Ｆ）のビット配分指数ＡＬＯ
Ｃ（Ｆ）が２の場合には、４ビット毎にデータＤＴ
（Ｆ）を区切れば、量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を抜き出
すことができるが、０を中心とした１５ステップで表さ
れた量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）とするために、この区切
られた４ビットデータＲから７を引く。

【００６４】更に、図１３に示すように、フレーム内の
量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）から、図３のステップＳ１２
とは逆の処理により、正規化された音声信号ＴＮＳ
（Ｆ，Ｔ）を求める。すなわち、上記で求めた量子化信
号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を実数としたときに、絶対値が１以下
となるように、ビット配分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）によっ
て、割り算を行い、これをバッファ２３に納める。

【００６５】次に、正規化処理部２１で、逆量子化処理
部６１で求まり転送路８９と９０を介して導入された時
間軸最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＦＭＡＸ
（Ｔ）を用いて、正規化された音声信号ＴＮＳ（Ｆ，
Ｔ）を初期音声信号ＴＳ（Ｆ，Ｔ）に変換して、バッフ
ァ１３に納める。この場合の変換は、図１の正規化の逆
である。即ち、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）≦ＦＭＡＸ（Ｔ）のと
き、ＴＳ（Ｆ，Ｔ）＝ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ）＊ＣＴＭＡＸ
（Ｆ）、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）＞ＦＭＡＸ（Ｔ）のとき、Ｔ
Ｓ（Ｆ，Ｔ）＝ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ）＊ＦＭＡＸ（Ｔ）であ
る。

【００６６】なお、ここで言う正規化音声信号ＴＮＳ
（Ｆ，Ｔ）と初期音声信号ＴＳ（Ｆ，Ｔ）は、図１で示
した正規化音声信号ＮＳ（Ｆ，Ｔ）および初期音声信号
Ｓ（Ｆ，Ｔ）とは実質上異なる。何故ならば、図１の量
子化処理３０で、音声信号成分の強度がかなり粗いビッ
トの分解能で変換されたからである。この信号レベルの
粗さは、人の可聴能力を加味して決定されているので、
実際に音声に変換した場合、依然として高い品質の音声
として聴くことができる。

【００６７】最後に、バッファ１３の行列状の音声信号
ＴＳ（Ｆ，Ｔ）のブロックは、この発明による狭帯域の
多重帯域逆フィルタ１１を通過させて、記号５で示すデ
ジタル音声信号（ＰＣＭ）として取り出せる。この音声
信号を所定の記憶装置で記憶媒体に記憶しておくか、あ
るいは所定の音声変換装置（再生装置）の助けにより音
声として聴くことができる。

【００６８】なお、ＩＳＤＮで２Ｂチャンネルにそれぞ
れステレオの左右音声信号を送り出す場合、２Ｂチャン
ネルのスキューが補償されていないので、予めフレーム
の約半分の周期だけ送出時点をずらすことにより、スキ
ューのずれを吸収する。

【００６９】この発明による圧縮されたデジタル音声信
号の複合化方法を、主としてＩＳＤＮの場合のついて説
明した。しかし、この発明は単にＩＳＤＮだけでなく、
デジタルコンパクトカセットや磁気テープ等での再生に
も利用できる。これ等の場合には、単位時間当たりのデ
ータ量にＩＳＤＮの場合より余裕があるため、ビット配
分を更に増やし、細かいステップによる高音質を保持で
きる信号の符号か圧縮方法およびそれに対する複合化方
法も可能である。

【００７０】更に、この発明は上記の実施の形態で使用
したパラメータＭ＝５１２，Ｎ＝１０，ＫＢ＝８の値、
およびビット配分グループすなわちＡＬＯＣ（Ｆ）の種
類を３に限定するものではなく、２．４ビットと４ビッ
トの比率も２以上：１に限定するものではない。これ等
のパラメータは、必要に応じて、適宜選択して変更して
使用できる。３種の中の２種類のビットは、上記のよう
に各周波数帯域のＣＴＭＡＸ（Ｆ）の大きさの順で（即
ち相対的に）決めるのでなく、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）の値の
絶対値で評価することもできる。周知のように、分割周
波数ＦＢでの可聴音声しきい値の特性曲線ＴＨ（ＦＢ）
は周波数範囲に応じて相当異なる特性を示す。その場
合、分割周波数ＦＢでの可聴音声しきい値に特性曲線Ｔ
Ｈ（ＦＢ）に適当に重みを付けて前記絶対値を決定でき
る。このような操作は、実験的に決めるべきである。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））により、その
周波数帯域（Ｆ）の信号成分Ｓ（Ｆ，Ｎ）の量子化ビッ
ト数を割り当てるので、時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））が比較的大きい周波数帯域（Ｆ）の信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）には、多くのビットを割り当てることができ
る。

【００７２】また、送出するデータ信号には、時間軸最
大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、周波数帯域（Ｆ）毎に量子
化された量子化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））を連続させた音
声信号データ（ＤＴ（Ｆ））が含まれるだけで、量子化
ビット情報であるビット配分指数ＡＬＯＣ（Ｆ）を伝送
しないので、各正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）の量子化
に、より多くのビットを配分することができる。

【００７３】請求項２の発明によれば、時間軸最大値
（ＴＭＡＸ（Ｆ））または周波数軸最大値（ＦＭＡＸ
（Ｔ））の一方のみで正規化する場合に比べて、正規信
号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）は、少なくとも同一若しくはこれ
より大きい値となる。また、いずれかの最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））（ＦＭＡＸ（Ｔ））が突出した大きな値とな
っても、他方で正規化するので、正規化信号成分が著し
く小さい値となることがない。

【００７４】請求項３の発明によれば、音声信号は、周
波数によって大きく異なる可聴特性を有するので、時間
（Ｔ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の最大値を、周波数
帯域（Ｆ）を更に数分割した副周波数（ＦＢ）単位で求
めることによって、伝送する音質の品質を更に忠実に再
現できる。

【００７５】請求項４の発明によれば、奇数のステップ
により音声信号を量子化するので、量子化と逆量子化に
より「０」に近い小さいノイズが音声として認識される
ことが無い。奇数のステップで表された量子化信号を連
続させて整数ビットで表すので、効率的な圧縮符号化が
できる。

【００７６】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるデータ圧縮符号化処理の各過程
とそれに付属する信号を模式的に示す処理図である。

【図２】周波数帯域（Ｆ）毎に、ビット配分グループを
決定するためのサブルーチンのフローチャートである。

【図３】量子化を行うサブルーチンのフローチャートで
ある。

【図４】 （ａ）は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝０の （ｂ）は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝１の （ｃ）は、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝２の量子化の手順を説明す
る説明図である。

【図５】量子化により分解能を粗くした信号のビット配
置を示す図である。

【図６】データフレームの処理・データ情報を与えるた
めにデータ符号化を行うサブルーチンのフローチャート
である。

【図７】複数の量子化信号ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を連続させて
２進の量子化信号に変換するサブルーチンである。

【図８】伝送されるデータのフレーム内配置（ａ）と圧
縮された音声信号の１データブロックＤＴ（Ｆ）内での
配置（ｂ）を示す。

【図９】この発明による圧縮符号化音声データを復号化
する各過程とそれに付属する信号を模式的に示す処理図
である。

【図１０】受信時の符号誤りの検査と周波数軸最大値Ｆ
ＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ）と時間軸最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）の
受信ルーチンの模式フローチャートである。

【図１１】ビット配分決定ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１２】データ復号化ルーチンのフローチャートであ
る。

【図１３】正規化音声信号成分を算出するルーチンのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

４ 入力音声信号（標本化されたＰＣＭ信号） ５ 出力音声信号 ８ 圧縮された出力音声符号化信号 ９ 圧縮された受信音声信号 １０ 狭帯域多重フィルタ １１ 狭帯域逆多重フィルタ ２０ 正規化処理部 ２１ 逆正規化処理部 ３０ 量子化処理部 ４０ データ符号化処理部 ４１ 最大値復号化部 ４３ データ復号化部 ５０ 可聴音声しきい特性曲線の数値用の保管部 ５５ ビット配分決定処理部 ５６ ビット配分決定処理部 ６０ 量子化処理部 ６１ 逆量子化処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03M 7/30 H04B 1/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル音声信号を送信する送信装置側
   で、 （ａ） 所定標本化周波数のデジタル音声信号を狭帯域
   多重デジタルフィルタに入力し、 （ｂ） 狭帯域多重デジタルフィルタで多重周波数帯域
   に分離し、一定時間間隔の順次時間（Ｔ）で各周波数帯
   域（Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を求め、 （ｃ） 各周波数帯域（Ｆ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，
   Ｔ））の絶対値の最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ
   （Ｆ））を求め、（ｄ） 単位処理時間内に伝送可能な総ビット数と周波
   数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））から、
   各周波数帯域（Ｆ）単位で、該周波数帯域（Ｆ）の信号
   成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を量子化する量子化ビット数を割り当
   て、 （ｅ） 各周波数帯域（Ｆ）の各信号成分（Ｓ（Ｆ，
   Ｔ））を正規化して正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））と
   し、 （ｆ） 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を、その正規
   信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））が属する周波数帯域（Ｆ）
   に割り当てられた量子化ビット数の量子化信号（ＱＳ
   （Ｆ，Ｔ））に変換し、 （ｇ） 各周波数帯域（Ｆ）の時間軸最大値（ＴＭＡＸ
   （Ｆ））を含むフレーム情報符号と、各周波数帯域
   （Ｆ）の同一時間軸上の全ての量子化信号（ＱＳ（Ｆ，
   Ｔ））を連続させた音声信号データ（ＤＴ（Ｆ））とか
   らなるデータ信号を受信装置側へ送出し、 送信装置から送出されたデータ信号を受信する受信装置
   側で、 （ｈ） 受信したデータ信号から、フレーム情報符号に
   含まれた時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））を復号化し、 （ｉ） 送信装置側の（ｄ）と同一処理過程で、単位処
   理時間内に伝送可能な総ビット数と周波数帯域（Ｆ）の
   時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））から、各周波数帯域
   （Ｆ）に割り当てられた量子化ビット数を求め、 （ｊ） 音声信号データ（ＤＴ（Ｆ））を、各周波数帯
   域（Ｆ）単位で、該周波 数帯域（Ｆ）に割り当てられた
   量子化ビット数毎に、該周波数帯域（Ｆ）の信号成分
   （Ｓ（Ｆ，Ｔ））数に分割し、各周波数帯域（Ｆ）の同
   一時間軸上の全ての量子化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））を取
   り出し、逆量子化により逆正規化音声信号（ＴＮＳ
   （Ｆ，Ｔ））を形成し、 （ｋ） 逆正規化音声信号（ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ））を逆正
   規化して逆音声信号（ＴＳ（Ｆ，Ｔ））を求め、 （ｌ） 狭帯域多重逆デジタルフィルタにより、逆音声
   信号（ＴＳ（Ｆ，Ｔ））から所望の標本化周波数のデジ
   タル出力音声信号を求め、 信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を量子化する量子化ビット情報を
   含めずに、送信装置から受信装置へデータ信号を送出す
   ることを特徴とするデジタル音声信号の伝送方法 。
2. 【請求項２】 所定標本化周波数のデジタル音声信号を
   狭帯域多重デジタルフィルタに入力し、 狭帯域多重デジタルフィルタで多重周波数帯域に分離
   し、一定時間間隔の順次時間（Ｔ）で各周波数帯域
   （Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を求め、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化して正規信号成分
   （ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子
   化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））とするデジタル音声信号の符
   号化方法であって、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の正規化は、 各周波数帯域（Ｆ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶
   対値の最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））
   と、各時間（Ｔ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の絶対
   値の最大値である周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））を
   求め、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））毎に該周波数帯域（Ｆ）の
   時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、該時間（Ｔ）の周
   波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））を比較し、 時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と周波数軸最大値（Ｆ
   ＭＡＸ（Ｔ））のいずれか値が小さい方で、該信号成分
   （Ｓ（Ｆ，Ｔ））を割り算して正規信号成分（ＮＳ
   （Ｆ，Ｔ））とすることを特徴とするデジタル音声信号
   の符号化方法。
3. 【請求項３】 所定標本化周波数のデジタル音声信号を
   狭帯域多重デジタルフィルタに入力し、 狭帯域多重デジタルフィルタで多重周波数帯域に分離
   し、一定時間間隔の順次時間（Ｔ）で各周波数帯域
   （Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を求め、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化して正規信号成分
   （ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子
   化信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ））とするデジタル音声信号の符
   号化方法であって、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の正規化は、 多重周波数帯域を複数の副周波数帯域（ＦＢ）に分割
   し、副周波数帯域（ＦＢ）内で、信号成分（Ｓ（Ｆ，
   Ｔ））の絶対値の最大値である時間軸最大値（ＴＭＡＸ
   （Ｆ））と、各時間（Ｔ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，
   Ｔ））の絶対値の最大値である副周波数軸最大値（ＦＭ
   ＡＸ（ＦＢ，Ｔ））を求め、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））毎に該周波数帯域（Ｆ）の
   時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と、該時間（Ｔ）の副
   周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ））を比較し、 時間軸最大値（ＴＭＡＸ（Ｆ））と副周波数軸最大値
   （ＦＭＡＸ（ＦＢ，Ｔ））のいずれか値が小さい方で、
   該信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を割り算して正規信号成分
   （ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とすることを特徴とするデジタル音
   声信号の符号化方法。
4. 【請求項４】 所定標本化周波数のデジタル音声信号を
   狭帯域多重デジタルフィルタに入力し、 狭帯域多重デジタルフィルタで多重周波数帯域に分離
   し、一定時間間隔の順次時間（Ｔ）で各周波数帯域
   （Ｆ）の信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を求め、 各信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を正規化して正規信号成分
   （ＮＳ（Ｆ，Ｔ））とし、 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を圧縮符号化して量子
   化信号とするデジタル音声信号の符号化方法であって、 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））の圧縮符号化は、 正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を中心を０とした奇数
   のステップｒで表し、ステップｒで表したＰ個の量子化
   信号（ＱＳ（Ｆ，Ｔ）を連続させてＰ桁のｒ進で表し、
   ｒ進を２進に変換して、Ｐ個の量子化信号（ＱＳ（Ｆ，
   Ｔ）をまとめてＱビットの量子化信号に圧縮符号化する
   ことを特徴とするデジタル音声信号の符号化方法。