JPH02268036A - 音声信号符号化・復号化方式 - 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】 Ｉ■ 本発明は、音声信号の符号化・復号化方式に関し１例え
ば、音声信号の記録再生装置、音声応答装置、衛星通信
の伝送方式に適用されるものである。

従】ｑ１胤 本発明は、準瞬時圧伸方式に関わるものであり、従来技
術としては以下の文献がある。

■「欠落ビットのアキュムレーションによる差分圧伸Ｐ
ＣＭＪ（高橋ほか、電子通信学会誌　′８４／１０　　
Ｖｏｌ、Ｊ６７−Ｂ　　Ｎｏ、１０　　ｐ。

１０３３〜１０３９） これは、新しいＰＣＭ伝送方式を提案するものである。

現在、放送衛星にはＰＣＭ音声伝送方式の１つとして準
瞬時圧伸方式が予定されているが、音質的に、あるいは
効率的に必ずしも十分なものとは言えない。そこで、こ
こに提案する方式は、差分ＰＣＭ方式でありながら準瞬
時圧伸が可能なものである。両方式の特徴を合わせ持つ
ため、低域信号で大幅な改善がされ、さらに高効率化も
可能となる。単に差分ＰＣＭと準瞬時圧伸を組み合わせ
ただけでは、圧縮時の欠落ビットに起因して、伝送ある
いは再生不能となるが、この問題を「欠落ビットのアキ
ュムレーション」という方法で解決したものである。

■特開昭６０−５４３８号公報、特開昭６０−７０８３
６号公報、特開昭６０−１６３５４６号公報、特開昭６
０−４１３３６号公報。

これらは、いずれもＰＣＭ（パルス符号変ｙＪ）を用い
た信号伝送方式に係り、特に差分ＰＣＭすなわちＤ　Ｐ
　ＣＭ　（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ＰＣＭ）や、準
瞬時圧伸ＰＣＭを用いた信号伝送方式に関するものであ
る。

■国際公開第８６０４１９８号明細書（ＷＯ８６１０４
１９８）、（なお、この明細書に記載されている発明の
内容は特開昭５９−２７８５０１号公報及び特開昭６０
−１４７９３８３号公報に記載のものに相当している）
。

これは、ＰＣＭ信号のようなディジタル信号を一定ワー
ド数毎にブロック化して伝送するディジタル信号伝送装
置に関し、特に、各ブロック毎にコンバンディング処理
を行って伝送ビットレートの低減を図ったディジタル信
号伝送装置に関するものである。

■先の出願である特顕昭６１−１５８００８号。

これは、ＰＣＭ符号化された音声データを時系列に所定
数ごとのブロックに分割し、おのおののブロックにおけ
る信号絶対値の最大値に対応した最上位桁を表すスケー
ルを識別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータ
を符号データに整形して上記音声データを圧縮する音声
符号化方式において、上記符号データの復号値と当該符
号データに対応した上記音声データとの誤差が最も小さ
くなるように当該符号データを補正することを特徴とす
る音声符号化方式に関するものである。

上記の従来技術は、ＰＣＭ信号または差分ＰＣＭ信号に
準瞬時圧伸方式を適用した際の欠落ビットの補正に関す
るものである。本発明は、その再生音の音質向上を目的
として、上述の音声符号化システムにディジタルフィル
タ（エンファシスフィルタ、デエンファシスフィルタ）
を挿入し音質の改善を行うものである。

音声信号を効率的に圧縮し伝送する方式の一つとして、
準瞬時圧伸方式、および差分ＰＣＭ信号に準瞬時圧伸を
施す方式がある。この方式は、音声を対象とする場合に
は音声品質にさほど問題はなかった。しかし、楽音を対
象とする場合、そのスペクトル成分は低域から高域まで
広がり、とくに高域のスペクトル成分が低域に比べて小
さいことから、上述の圧縮方式では、高域のダイナミッ
クレンジが取れず、音声品質が劣化するという問題があ
った。

且−一枚 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
ＰＣＭ符号化された音声の時系列データを所定数毎にブ
ロックに分割し、準瞬時圧伸処理を施す以前に音声信号
の周波数上での振幅変動を平滑化するためのディジタル
フィルタ（エンファシスフィルタ）を挿入し、復号化さ
れた音声信号に対しては、出力する際に前述のエンファ
シスフィルタの逆特性のフィルタ（デエンファシスフィ
ルタ）を挿入することで音質の向上を図る音声信号符号
化・復号化方式を提供することを目的とするものである
。

創−−−成− 本発明は、上記目的を達成するために、（１）ＰＣＭ符
号化された音声の時系列データを所定数毎のブロックに
分割し、おのおのブロックに於ける信号の絶対値の最大
値に対応した最上位桁を表すスケールを識別し、その最
上位桁を含む所定ビット数のデータを符号データに整形
して上記音声データを圧縮し、復号時には先のスケール
データを基に圧縮した音声データを伸張する音声符号化
復号化方式において、ＰＣＭ符号化された音声の時系列
データを所定数毎にブロックに分割する以前に音声信号
の周波数上での振幅変動を平滑化するためのディジタル
フィルタ（エンファシスフィルタ）を挿入し、復号化さ
れた音声信号に対しては、出力する際に前述のエンファ
シスフィルタの逆特性のフィルタ（デエンファシスフィ
ルタ）を挿入すること、或いは、（２）ＰＣＭ符号化さ
れた音声データのうち隣接サンプル間の差分値を計算し
、その差分値の時系列データを所定数毎のブロックに分
割し、おのおのブロックに於ける信号絶対値の最大値に
対応した最上位桁を表すスケールを識別し、その最上位
桁を含む所定ビット数のデータを符号データに整形する
際に、上記音声データを圧縮時に生じる欠落ビットを補
正しながら圧縮し、復号時には先のスケールデータを基
に圧縮した音声データを伸張し、順次隣接サンプルとの
和を計算することで元の音声信号を復号する音声符号化
・復号化方式において、ＰＣＭ符号化された音声の時系
列データを所定数毎にブロックに分割する以前に音声信
号の周波数上での振幅変動を平滑化するためのディジタ
ルフィルタ（エンファシスフィルタ）を挿入し、復号化
された音声信号に対しては、出力する際に前述のエンフ
ァシスフィルタの逆特性のフィルタ（デエンファシスフ
ィルタ）を挿入することを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明による音声信号符号化方式の一実施例
を説明するための構成図で１図中、１はＬＰＦ、２はＡ
／Ｄ変換器、３はエンファシス回路、４はバッファ、５
はスケール値設定部、６は最適化処理部、７は準瞬時圧
縮部、８はマルチプレクサ、バッファ４からマルチプレ
クサ８との間の回路で、準瞬時圧伸処理を行う。入力音
声は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１によってサンプリ
ング周波数の１７２以下に帯域制限されたのち。

Ａ／−Ｄ変換器２に加えられて１６ビツトのディジタル
信号に変換される（ＰＣＭ符号化）。このようにしてＰ
ＣＭ符号化されたデータをエンファシス回路３に通し、
音声信号の周波数上での振幅変動を平滑化する。具体的
には、高域の成分を持上げて、高域のダイナミックレン
ジを大きくしている。その後、このディジタル信号を例
えば３０サンプル分の記憶容量をもつバッファ４に蓄積
する。

バッファ４に蓄積されたデータをスケール値設定部５に
加え、３ｏサンプル中の絶対値の最大値を求めて、これ
をスケール値とする。このスケール値を最適化処理部６
、および準瞬時圧縮部７に加えて上記データを圧縮する
。ここでの最適化処理としでは、準瞬時圧縮によって切
捨てられるビットの最大値（＝圧縮ビットの１／２ＬＳ
Ｂ）を各サンプル点に加える等を行う。準瞬時圧縮部７
では、スケール値で示されるビット位置から符号ビット
も含めてデータを所定のピッ１〜数例えば４ビツトに圧
縮する。マルチプレクサ８は、スケール値設定部５から
出力されたスケール値の情報を先頭に配置し、それにつ
づいて各サンプル点での圧縮データを順次配置して構成
した信号を１ブロック分の符号化データとして形成し、
次段装置（例えば、伝送装置、データ記憶装置等）に出
力する。

第２図は、本発明による音声信号復号化方式の一実施例
を説明するための構成図で、図中、２１はＬＰＦ、２２
はＤ／Ａ変換器、２３はデエンファシス回路、２７は準
瞬時伸張部、２８はデマルチプレクサである。復号時に
は、１ブロツク毎にデマルチプレクサ２８によってスケ
ール値と圧縮データをエンファシス回路の逆特性を示す
デエンファシス回路２３に通す。具体的には、高域を弓
下げる操作を行う。これによって、もとの音声特性に戻
すとともに余分な雑音信号の軽減を行っている。つぎに
この信号をＤ／Ａ変換器２２に通した後、ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）２１に出力する。アナログ信号は、ロー
パスフィルタ２１によって波形整形された後再生音声信
号として次段装置（例えば音声出力装置）に出力される
。

本発明の目的を達成するエンファシス回路、デエンファ
シス回路の周波数特性を第３図に示す。

このディジタルフィルタは、エンファシス時には、音声
信号の高域を上げ、デエンファシス時には、高域部を下
げる操作をする。この特性を示すディジタルフィルタは
、以下の潮干式で示す２次のディジタルフィルタで構成
可能であり、Ｚ変換を用いて各フィルタ係数（ａｏ＋　
ａ１＋　ａ　Ｋｌ　ｂｌｌ　ｂ２）を定めることができ
る。

’Ｊ　ｌ１＝ａｏ’Ｘｎ＋８．’ＸＨ−１”ａ２　”Ｘ
１ｌ−２”ｂ１’Ｙ　ａ−１”ｂ２°）’ｎ、ｚここで
、ｘｏは、時刻ｎの時の入力、ｙｆｉは出力である。な
お、この係数は、エンファシス、デエンファシス時で異
なる。

このディジタルフィルタの構成を第４図に示す。

なお、Ｄは１サンプルの遅延を示す。

第５図は、本発明による音声信号符号化方式の他の実施
例を示すもので、図中、４４は積分部、４５は最大値制
限回路、４６はレジスタ、４７゜４９はバッファ、５１
はＬＰＦ、５２はＡ／Ｄ変換器、５３はエンファシス回
路、５４はバッファ、５５はスケール値設定部、５６は
最適化処理部、５７は準瞬時圧縮部、５８はマルチプレ
クサである。バッファ５４からマルチプレクサ５８との
間の回路で準瞬時圧伸処理を行う。この実施例では差分
のＰＣＭ信号に準瞬時圧伸を施す方式においてエンファ
シス回路を挿入している。

なお、差分信号に準瞬時圧伸を施す手順については各種
あるが一実施例を示したものが第５図である。

入力音声は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１によって
サンプリング周波数の１／２以下に帯域制限されたのち
、Ａ／Ｄ変換器５２に加えられて１６ビツトのディジタ
ル信号に変換される（ＰＣＭ符号化）。このようにして
ＰＣＭ符号化されたデータをエンファシス回路５３に通
し、音声信号の周波数上での振幅変動を平滑化する。そ
の後、このディジタル信号を例えば３０サンプル分の記
憶容量をもつバッファ５４に蓄積する。バッファ５４に
蓄積されたデータを隣接するサンプル間毎に差分値を計
算し最大値制限回路４５に入力する。

ここで、最大値制限回路４５は、差分値のオーバーフロ
ーをなくすための制限回路である。次に、１ブロック分
の差分データをバッファ４９に格納すると同時にスケー
ル値設定部５５に出力する。

スケール値設定部５５では、３０サンプル中の絶対値の
最大値を求めてこれをスケール値とする。

このスケール値を準瞬時圧縮部５７および最適化処理部
５６に加えて上記データを圧縮、補正する。

ここでの最適化処理としては、準瞬時圧縮によって切捨
てられるビットを圧縮データに補う為に、例えば各サン
プル点毎に圧縮データをローカル復号し、原信号と比較
することで原信号との誤差が圧縮データの１／２ＬＳＢ
以下となるように補正する。ところで、準瞬時圧縮部５
７では、スケール値で示されるビット位置から符号ビッ
トも含めて差分データを所定のビット数例えば４ビツト
に圧縮する。マルチプレクサ５８は、スケール値設定部
５５から出力されたスケール値の情報を先頭に配置し、
それにつづいて各サンプル点での圧縮データを順次配置
して構成した信号を１ブロック分の符号化データとして
形成し、次段装置（例えば、伝送装置、データ記憶装置
等）に出力する。

第６図は、本発明による音声信号復号化の他の実施例を
示すもので、図中、６１はＬＰＦ、６２はＤ／Ａ変換部
、６３はデエンンアシス回路、６４は積分部、６７は準
瞬時伸張部、６８はデマルチプレクサである。この場合
もＡ／Ｄ変換器に出力する前にデエンファシス回路を挿
入している。

ここで、エンファシス回路、デエンファシス回路の特性
、構成は上記実施例のものと同じである。

復号時には、１ブロツク毎にデマルチプレクサ６８によ
ってスケール値と圧縮データを分離し、準瞬時伸張部６
７によりスケール値の値を基に圧縮データを伸張する。

伸張したデータを隣接サンプルに順次加算してもとの信
号にした後、エンファシス回路の逆特性を示すデエンフ
ァシス回路６３に通し、もとの音声特性に戻す。つぎに
この信号をＤ／Ａ変換器６２　に通した後、ローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ）６１　　に出力する。アナログ信号は
、ローパスフィルタ　６１によって波形整形された後再
生音声信号と　して次段装置（例えば音声出力装置）に
出力される。

夏−一末 以上の説明から明らかなように、本発明によると以下の
ような効果がある。

（１）請求項１に対応する効果 ＰＣＭ信号に準瞬時圧伸を用いる本方式では、信号のダ
イナミックレンジはそのスケール値によって決められる
。このため、圧縮する信号の周波数帯域が狭く、信号の
ダイナミックレンジが小さい場合には、例えば音声を対
象とする場合には、音声品質にさほど問題はなかった。

しかし、楽音を対象とする場合、そのスペクトル成分は
低域から高域まで広がり、とくに高域のスペクトル成分
が低域に比べて小さいことから、上述の圧縮方式では、
高域のダイナミックレンジが取れず、音声品質が劣化す
るという問題があった。本発明では、ＰＣＭ符号化され
た音声の時系列データを所定数毎にブロックに分割し、
準瞬時圧伸処理を施す以前に音声信号の周波数上での振
幅変動を平滑化するディジタルフィルタ（エンファシス
フィルタ）を挿入し、低域から高域まで同一のレンジで
圧縮するものである。これにより、従来方式で得られな
い得られなかった高域のダイナミックレンジを得ること
ができる。さらに、復号時に、エンファシスフィルタの
逆特性を示すデエンファシスフィルタを挿入することで
、もとの音声特性に戻すと共に、伝送系等で加わった雑
音成分を低減することができる。以上のエンファシスフ
ィルタ、デエンファシスフィルタの２つの効果によって
、高品質な音声符号化・復号化が実現できる。

（２）請求項２に対応する効果 差分ＰＣＭ信号に準瞬時圧伸を用いるシステムにおいて
も、上記の請求項１に対応する効果で示したと同様に、
処理の前後に本発明のエンファシス回路、デエンファシ
ス回路を挿入することによって再生音声の品質を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による音声信号符号化方式の一実施例
を説明するための構成図、第２図は、本発明による音声
信号復号化方式の一実施例を説明するための構成図、第
３図は、エンファシス回路、デエンファシス回路の周波
数特性を示す図、第４図は、ディジタルフィルタの構成
を示す図、第５図は、本発明による音声信号符号化方式
の他の実施例を示す図、第６図は、本発明による音声信
号復号化方式の他の実施例を示す図である。 １．２１・・ＬＰＦ、２・・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・
エンファシス回路、４・・・バッファ、５・・・スケー
ル値設定部、６・・・最適化処理部、７・・・準瞬時圧
縮部、８・・・マルチプレクサ、２２・・Ｄ／Ａ変換部
、２３・・・デエンファシス回路、２７・・・準瞬時伸
張部、２８・・・デマルチプレクサ。 第１図 第２図 第 図 ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＰＣＭ符号化された音声の時系列データを所定数毎
   のブロックに分割し、おのおのブロックに於ける信号の
   絶対値の最大値に対応した最上位桁を表すスケールを識
   別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータを符号
   データに整形して上記音声データを圧縮し、復号時には
   先のスケールデータを基に圧縮した音声データを伸張す
   る音声符号化・復号化方式において、ＰＣＭ符号化され
   た音声の時系列データを所定数毎にブロックに分割する
   以前に音声信号の周波数上での振幅変動を平滑化するた
   めのディジタルフィルタを挿入し、復号化された音声信
   号に対しては、出力する際に前述のエンフアシスフィル
   タの逆特性のフィルタを挿入することを特徴とした音声
   信号符号化・復号化方式。 ２、ＰＣＭ符号化された音声データのうち隣接サンプル
   間の差分値を計算し、その差分値の時系列データを所定
   数毎のブロックに分割し、おのおのブロックに於ける信
   号絶対値の最大値に対応した最上位桁を表すスケールを
   識別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータを符
   号データに整形する際に、上記音声データを圧縮時に生
   じる欠落ビットを補正しながら圧縮し、復号時には先の
   スケールデータを基に圧縮した音声データを伸張し、順
   次隣接サンプルとの和を計算することで元の音声信号を
   復号する音声符号化・復号化方式において、ＰＣＭ符号
   化された音声の時系列データを所定数毎にブロックに分
   割する以前に音声信号の周波数上での振幅変動を平滑化
   するためのディジタルフィルタを挿入し、復号化された
   音声信号に対しては、出力する際に前述のエンファシス
   フィルタの逆特性のフィルタを挿入することを特徴とし
   た音声信号符号化・復号化方式。