JPH02268530A - 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】 五虚分互 本発明は、音声信号の符号化・復号化方式に関し、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】θえ揉 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、１０ｐ、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０両方式の特徴を合わせ持つため、低域信号で大帽
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Ｊ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　（パルス符号変調）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）、（この明細書中に記載されている発明は、特
開昭５９−２７８５０１号公報及び特開昭６０−１４７
９３８３号公報に相当している） これは、ＰＣＭ信号のようなディジタル信号を一部ワー
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、各ブロック毎にフ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。

■先の出願である特願昭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に生じる欠落ビットの補正
に関するものであり、その目的は、準瞬時圧伸方式に於
ける音質の向上であった。

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。この方式の手順は、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を検出
し、この最大値の最上位桁の位置をスケール値として識
別して、その位置を基準に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
するものである。また、再生時には先のスケールデータ
を基に符号データを伸張し音声信号を復号化するもので
ある。この場合、ブロック内の符号データのビット数は
予め決められている。このため、例えば、１６ビツトの
データを符号データ８ビツトに圧縮して伝送する場合、
ブロック内のデータの振幅が小さく、そのブロックの最
大値が５ビツトで表現される時には、ブロック内の各サ
ンプル点毎に３ビツトが情報をもたない不要な余りビッ
トとして伝送されることになる。従って、ビットの有効
利用がなされていないという欠点がある。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
ブロック毎に符号データのビット数をそのスケール値に
よって可変に設定することで、ビットの有効利用を図る
ものである。つまり、振幅の小さいブロックの場合には
、符号ビットを少なくして伝送し、高振幅ブロックの時
には、符号ビットを多くして伝送する。これによって、
全体としての伝送ビット数を増加させることなしに、音
声信号全体のＳ／Ｎを向上することができる０本方式は
、差分データに準瞬時圧伸を用いる方式にも同様に適応
することができ、ブロック毎の有効なビット割当てが図
れるとともに、音声信号全体としてのＳ／Ｎを向上させ
ることができる音声信号符号化・復号化方式を提供する
ことを目的としてなされたものである。

遭−一一戒。

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て伝送し、復号時には先の
スケールデータを基に符号データを伸張する音声符号化
・復号化方式において、ブロック内のデータを所定ビッ
ト数の符号データに整形する際にそのスケール値の値に
よって符号データのビット数（符号データ長または圧縮
ビット数）を可変にすること。

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
データを圧縮時に生じる欠落ビットを補正しながら符号
データに整形して伝送し、復号時には先のスケールデー
タを基に符号データを伸張して、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、ブロック内のデータを所定ビッ
ト数（符号データ長または圧縮ビット数）を可変に設定
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、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は符号データビット数決定部、
７は最適化処理部、８は準瞬時圧縮部、９はマルチプレ
クサである。

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１／２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ＰＣ
Ｍ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、高域のダイナミックレンジを
大きくする。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、３０サンプル中の絶対値の最大値を求めて、この最
大桁の位置をスケール値とする６次にこのスケール値を
符号データビット決定部６に加え、スケール値を基に符
号データビット数（符号データのビット数）を決定する
。スケール値と符号データのビット数を最適化処理部７
、および準瞬時圧縮部８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ては、準瞬時圧縮によって切
捨てられるビットの最大値（＝符号ビットの１／２ＬＳ
Ｂ）を各サンプル点に加え。

各サンプル点での誤差が最大でも符号ビットの１／２Ｌ
ＳＢ以下となるように補正する。準瞬時圧縮部８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
て音声データを符号データビット数に圧縮する。マルチ
プレクサ９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
ル点での符号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１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１図中、２１はＬＰＦ、２２
はＤ／Ａ変換器、２３はデエンファシス回路、２６は符
号データビット数決定部。

２８は準瞬時伸張部、２９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２９によ
ってスケール値と圧縮データを分離する。次に符号デー
タビット決定部２６にスケール値を加えて符号データビ
ット数（圧縮データのビット数）を求める。この情報と
スケール値を準瞬時伸張部２８に加えて、スケール値の
値を基に符号データを伸張する。伸張したデータをエン
ファシス回路の逆特性を示すデエンファシス回路２３に
通し、高域を引下げる操作を行う、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図る
。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ための符号データビット数の決
定の様子は第３図（ａ）〜（ｃ）に示してあり、スケー
ル値の小さいブロックでは、符号データビット数を少な
くし、スケール値の大きいブロックでは符号データビッ
ト数を多く与えることで行う、まず１通常の準瞬時圧伸
処理で、スケール値と符号データビットの関係は第３図
（ａ）のようになる、実際にはスケール値が６以下の時
には、スケール値７が割当てられて、符号ビットとして
８ビツトが割当てられる。この例が第３図（ｂ）である
、ここで、第３図（ｂ）は、１６ビツト原データを８サ
ンプルを１ブロツクとして各サンプル当り８ビツトに圧
縮する場合の例である。

この第３図（ｂ）で最大値は５番目のサンプルであり、
この時のスケール値は４となる。しかし、この場合には
、スケール値として強制的に７が割当てられ、ブロック
の伝送形態は、スケール値を先頭に配置して第３図（ｃ
）の様になる。従って、斜線部のデータが情報を持たな
いのに伝送されることになる。本発明では、そのような
不要なビットの伝送を無くし、伝送レートの圧縮と全体
の音声品質の向上を図るものである。そのため、スケー
ル値の値を基準に符号データビット数を可変に設定する
。

本発明を達成する為の符号データビット数の割当ての様
子は、第４図（、）〜（ｃ）及び第５図（ａ）〜（ｃ）
に示してあり、スケール値を基準として、例えば第４図
（ａ）、第５図（ａ）の様に決める。第４図（ａ）のよ
うに割当てを決めると、第４図（ｂ）のデータは第４図
（Ｑ）のように伝送されることになり、スケール値が７
以上のブロックでは従来とビットレートは変わらないも
のの、それ以下のブロックでは各サンプル当り例えばス
ケール値が１の時には、６ビツト（８ビット−２ビツト
）削減されることになり、全体として伝送ビットレート
の低減が図れる。また、第５図（、）のよ、うなスケー
ル値７以上のブロックに於ける符号データビット数の割
当てを多くすると。

第５図（ｂ）のようなデータを圧縮し伝送する場合、欠
落ビットを減らすことができ、スケール値７以上のブロ
ックに於けるＳ／Ｎを向上させることができる。第５図
（ｃ）の例では、５番目のサンプルが最大であり、これ
を基準にスケール値が１０と決る。従来方式では、その
スケール値１゜を基に符号ビットを含めて８ビツトが伝
送される。

従って、切捨てビットは、下位ビットから３ビツトとな
る０水力式では、９ビツト伝送することになるから切捨
てビットは下位から２ビツトとなり、このブロックのＳ
／Ｎは、従来法に比べて向上することになる。

第６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、５４は積分部、５５は最大値制限回路
、５６はレジスタ、５７．５９はバッファ、５８は準瞬
時伸張部、６１はＬＰＦ、６２はＡ／Ｄ変換器、６３は
エンファシス回路、６４はバッファ、６５はスケール値
設定部、６６は符号データビット数決定部、６７は最適
化処理部、６８は準瞬時圧縮部、６９はマルチプレクサ
である。この実施例では差分のＰＣＭ信号に準瞬時圧伸
を施す方式に符号データビット数決定部６６を挿入して
いる６ 第６図において、入力音声は、ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）６１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６２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６３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３
０サンプル分の記憶容量をもつバッファ６４に蓄積する
。バッファ６４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５５に入力する。

ここで、最大値制限回路は、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１次に１ブロック分の差分
データをバッファ５９に格納すると同時にスケール値設
定部６５に出力する。スケール値設定部６５では、３０
サンプル中の絶対値の最大値を求めてこの最大値の最大
桁を示すビットの位置を検出し、これをスケール値とす
る０次に、このスケール値を符号データビット決定部６
６に加えて符号データビットを決定し、この値とスケー
ル値を準瞬時圧縮部６８および最適化処理部６７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
データに補うために、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。準瞬時圧縮部６８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８ビツトに圧縮する。マルチプレクサ６
９は、スケール値設定部６５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７図は、本発明による音声信号復号化方式の他の実施
例を示すもので、図中、７１はＬＰＦ、７２はＤ／Ａ変
換部、７３はデエンファシス回路、７４は積分部、７６
は符号データビット数決定部、７８は準瞬時伸張部５７
９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７９によってスケール値と圧縮デ
ータを分離し、スケール値を符号データビット数決定部
７６に加えて符号データビット数を求め、この値とスケ
ール値を準瞬時伸張部７８に加えることで符号データを
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７３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７２に通した後、ロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）７１に出力する。アナログ信
号は、ローパスフィルタ７１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。ここで、符号データビット決定部７６は、
例えば前述の第４図、第５図のように定める。

羞−一米 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
値の最大値を検出し、この最大値の最上位桁の位置をス
ケール値として識別して、その位置を基準に最上位桁を
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準瞬時圧縮法は、ブロック内の符
号データビット数が予め決められているため、スケール
値が符号データビット数に比べて小さい場合、情報をも
たない不要な余りビットを伝送することになり、ビット
の有効利用がなされていなかった。

本発明では、ブロック毎に符号データのビット数をその
スケール値によって可変に設定することで、ビットの有
効利用を図るものである。つまり、振幅の小さいブロッ
クの場合には、符号ビットを少なくして伝送し、高振幅
ブロックの時には、符号ビットを多くして伝送するもの
である。この符号データビット数の割当てをスケール値
情報を基に各種設定することで、従来方式と同じＳ／Ｎ
で伝送ビットレートを低減することが可能となり、また
全体としての伝送ビット数をさほど増加させることなし
に、音声信号全体のＳ／Ｎを向上することができる。

（２）請求項２に対応する効果 差分データに準瞬時圧伸を用いる方式に符号データビッ
ト数決定部を挿入することで、上記請求項１と同様の効
果を与えることができる。つまり、スケール値に対応し
た符号データビット数を設定することで、ブロック毎の
有効なビット割当てが図れるとともに、音声信号全体と
してのＳ／Ｎを向上させることができる。

【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１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（ａ）〜（ｃ）は、符号データビット数の決定の様
子を示す図、第４図（ａ）〜（ｃ）及び第５図（ａ）〜
（ｃ）は、符号データビット数の割当ての様子を示す図
、第６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７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、６，２６・・・符号データビット数決定
部、７・・・最適化処理部、８・・・準瞬時圧縮部、９
・・・マルチプレクサ、２２・・・Ｄ／Ａ変換部、２３
・・・デエンファシス回路、２８・・・４ＩＷ１４時伸
張部、２９・・・デマルチプレクサ。 特許出願人　　株式会社　リコー 第 図 第 図 第３図 （ａ） スケール値情報 ロ工Ｉ回 情報のない不用なビット 第４図 （ａ） （Ｃ） スケール値情報 ０ＩＩ■ 第５図 （ａ） （ｂ） ７”ケー′°イ０口【 （Ｃ） スケール値情報 ｎ　わ９８７６５４３２１

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て伝送し、復
   号時には先のスケールデータを基に符号データを伸張す
   る音声符号化・復号化方式において、ブロック内のデー
   タを所定ビット数の符号データに整形する際にそのスケ
   ール値の値によって符号データのビット数を可変にする
   ことを特徴とする音声信号符号化・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圧
   縮時に生じる欠落ビットを補正しながら符号データに整
   形して伝送し、復号時には先のスケールデータを基に符
   号データを伸張して、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、ブロック内のデータを所定ビット数を可変
   に設定することを特徴とする音声信号符号化・復号化方
   式。