JPH07106978A

JPH07106978A - データ伝送におけるデジタル音声信号の符号化と復号化方法

Info

Publication number: JPH07106978A
Application number: JP27587393A
Authority: JP
Inventors: Hajime Obinata; 肇小日向
Original assignee: Abit Corp
Current assignee: Abit Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2971715B2

Abstract

(57)【要約】【目的】デジタル音声信号を所定の伝送路、例えば電
話回線で伝送する場合、リアルタイム処理の可能な範囲
で音声信号を圧縮符号化して送出し、受信側で圧縮され
た符号化信号を基に復号化して元の音声信号を再生する
ための、圧縮符号化および復号化の方法を提供する。【構成】所定の標本化速度で導入されたデジタル音声
入力信号４を狭帯域フィルタ１０に通して、Ｍ個に分割
された周波数帯域Ｆと継続するＮ個の処理時間Ｔに対し
て信号成分ＳＦ（Ｆ，Ｔ）、およびこの信号成分の時間
軸最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＦＭＡＸ
（Ｔ）を求めてＳＦ（Ｆ，Ｔ）を正規化する。正規化さ
れた音声信号ＮＳ（Ｆ，Ｔ）を予め保管された可聴音声
しきい値ＴＨ（Ｆ）と比較して、同一周波数帯域内で全
ての時間値での音声信号が可聴音声以下の場合、これ等
の音声信号を全て伝送しない。伝送しないこのデータ量
から伝送すべき音声信号のデータ量を大幅に低減して符
号化できる。復号化は上記の符号化の逆を行い音声信号
を再生できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、データ伝送における
デジタル音声信号の符号化と復号化方法に関し、特にＩ
ＳＤＮにあってリアルタイムでデジタル音声信号のデー
タを圧縮符号化方法とこの符号化信号を復号化する方法
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：ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｄａｐｔｉｖｅＳｕｂｂ
ａｎｄＣｏｄｉｎｇ）が使用されている。

【０００３】この符号化方式では、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、５１２個の入力データを用い、
これ等のデータを３２の帯域で求め、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：ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＮｅ
ｔｗｏｒｋＳｙｓｔｅｍ）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、粗い量子化を行
うことによって小さい信号が零となってしまうことが往
々起こり得る可能性がある。そのため、音が途切れた
り、あるいは小さな信号が連続的に流れている時、パル
ス性の付加的な信号が入力すると、小さな実音声信号が
消えたりする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、Ｉ
ＳＤＮのようなデータ伝送量にかなり制約があっても、
高品質の音声信号を保つことができ、それにもかかわら
ずリアルタイムで再生できるように、圧縮符号化された
音声信号データを効率的に圧縮符号化でき、同時にこの
圧縮符号化された音声信号を復号する方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、デジタル音声信号の伝送にあって下記処理過
程、ａ）所定標本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、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、ｂ）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、ｃ）各時間Ｔ内で信号成分Ｓ
（Ｆ，Ｔ）の最大値である周波数軸最大値ＦＭＡＸ
（Ｔ）を求め、ｄ）信号成分Ｓ（Ｆ，Ｔ）を時間軸最大
値ＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＦＭＡＸ（Ｔ）の小
さい方で割り算して正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）を求
め、ｅ）各周波数帯域Ｆで時間軸最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）
を可聴音声しきい値ＴＨ（Ｆ）と比較し、換算時間軸最
大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）として、前者が後者より小さい
時、あるいは等しい時、０の値を、また前者が後者より
大きい時、時間軸最大値ＴＭＡＸ（Ｆ）の値を使用し、
ｆ）前記換算時間軸最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ）が０の時、
その周波数帯域Ｆ内の全ての時間Ｔの信号の以後の伝送
を禁止し、ｇ）前記正規信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）をビッ
ト数のより少ない少なくとも１種の符号で量子化信号Ｑ
Ｓ（Ｆ，Ｔ）に変換し、ｈ）送出するデータとしてフレ
ーム同期信号ＳＹＮＣ，換算時間軸最大値ＣＴＭＡＸ
（Ｆ），周波数軸最大値ＦＭＡＸ（Ｔ）および誤り符号
ＣＲＣを順次配列したフレーム情報符号を形成し、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）を固有な音声信号データとして更に付加す
る、から成るデジタル音声信号の圧縮符号化方法によっ
て解決されている。

【０００９】更に、上記の課題は、この発明により、デ
ジタル音声信号の伝送にあって上の処理過程によって求
めた圧縮符号化データ信号を受信して、復号化するのに
下記処理過程、ｉ）受信したデータブロック中のフレー
ム同期信号ＳＹＮＣから、次に続くデータにより換算時
間軸最大値ＣＴＭＡＸ（Ｆ），周波数軸最大値ＦＭＡＸ
（Ｔ）を復号化し、ｊ）デーテブロック中の誤り符号Ｃ
ＲＣからデータの誤りを調べ、誤りのないデータ信号を
取り出し、ｋ）音声信号に付属する固有のデータをデー
タブロックから取り出し、復号化により逆正規化音声信
号ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ）を形成し、ｌ）換算時間軸最大値Ｃ
ＴＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＦＭＡＸ（Ｔ）の小さ
い方の値を前記逆正規化音声信号ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ）に乗
算して、逆音声信号（Ｆ，Ｔ）を求め、ｍ）狭帯域デジ
タル逆フィルタにより、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る、
を実行する圧縮音声信号の復号化方法によって解決され
ている。

【００１０】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。

【００１１】

【作用】この発明によれば、本発明者が既に提案してい
る極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。この発明の一つの実施例の場合では、前記フィル
タが０〜１５ｋＨｚの間で５１２個に分割された周波数
帯域を設けているため、個々のフィルタの帯域幅は２９
Ｈｚである。特に、この発明で使用するフィルタでは、
個々の帯域分割フィルタの作用が隣接した帯域にしか及
ばないため、極めたシャープカットな狭い帯域フィルタ
を実現している。従って、音声信号を非常に高い分解能
で分解できる。更に、この発明によれば、同一周波数帯
域内で異なる時間の複数個の音声信号成分を処理する。
実際には、周波数帯域の数が多いため、ＰＣＭ音声信号
の量子化を相当粗くしても、歪みが狭い帯域内でのみ発
生するため、再生された音声信号の品質を悪化させな
い。

【００１２】上に述べたＰＡＳＣで使用しているよう
に、可聴音声しきい値の信号レベル曲線と検知音圧の周
波数依存性を計算に入れると、非可聴音声信号の信号処
理を省略することができる。このことは、伝送量に制限
のあるＩＳＤＮでの音声信号の伝送で伝送すべき情報量
を有効に確保できる。こうして、可聴音声信号の品質を
低下させることなく、音声信号を特徴付ける信号データ
量を相当圧縮することができる。この発明では、圧縮さ
れた符号化音声信号を復号化して、再生しているが、そ
の手順を符号化方法の逆を行うもので、符号化の時と類
似の演算ルーチンを使用することができる。

【００１３】

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

【００１４】図１に示すように、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、ＭｘＮ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＝５１２Ｎ＝１０である。また、信号の処理で使用するビット数は１６ビ
ット以上である。

【００１５】次に、これ等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に付いて求める。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．

【００１６】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、正規化された信号成分
ＮＳ（Ｆ，Ｔ）とする。つまり、

【００１７】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信号成分ＮＳ（Ｆ，Ｔ）を求
め、これ等をバッファ２２に納める。

【００１８】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）より小さい
のであれば、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の処理時間Ｎの全てにわたって以後の信号情報の
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、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。

【００１９】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ＮＳ（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）の値が大きいもの関しては、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。この実施例
では、値が０以外のＣＴＭＡＸ（Ｆ）を更に３種のグル
ープに分類する。つまり、値が大、中、小に分類し、デ
ータ圧縮時に対応するデータにそれぞれ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
数としてを規定する。

【００２０】更に、この発明の実施例によれば、４ビッ
トの圧縮データと２．４ビットの圧縮データの数を１：
２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、例えばこの実施例の場合、６
４ｋｂｐｓ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ＮＳ（Ｆ，Ｔ）の総ビット
数）によって、ＡＬＯＣ（Ｆ）＝Ｏ，ＡＬＯＣ（Ｆ）＝
１およびＡＬＯＣ（Ｆ）＝２に対応するデータ数を計算
で求めることができる。

【００２１】ステップＳ１１では、伝送データ出力速度
から決まるバッファ２２の１処理時間内の余裕分ビット
数ＳＢＩＴとしてＳＢＩＴ＝ＭｘＮバッファに与えられる総ビット数−Ｎ
ｘ１６が与えられる。ここで、右辺の最後の項は時間軸Ｎ（＝
１０）個のデータが取り合えず全て１．６ビットである
と見なして計算する。ＳＢＩＴにＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝０
による非伝送分のデータ１６×Ｐ（ＰはステップＳ１０
で求めたＣＴＭＡＸ（Ｆ）＝０の帯域数）を加算した数
は、ＣＴＭＡＸ（Ｆ）≠０の全てのデータを１．６ビッ
トで処理する場合、未だ使用可能な残りの総ビット数で
ある。ステップＳ１１では、残りの総ビット数を４０で
割り算して整数商Ｑと余りＲを求める（４０は先に述べ
た４ビットデータと２．４ビットデータの１：２配分と
帯域内のデータ数＝１０から決まる）。これにより、ス
テップＳ１２で２．４ビットを割り当てる帯域Ｆの数と
してｋ_２４および４ビットを割り当てる帯域Ｆの数とし
てｋ_４０が求まる。次いで、ステップＳ１３，Ｓ１４お
よびＳ１５により最終的にビット配分を指示する指数Ａ
ＬＯＣ（Ｆ）が全て指定される。

【００２２】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）で正規化された信号
ＮＳ（Ｆ，Ｔ）が先に述べた粗いビット数に量子化され
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の値を指定し、ステップＳ２１でバッ
ファ２２にある信号ＮＳ（Ｆ，Ｔ）を再量子化する。こ
こで、Ｉｎｔ（Ｘ）はＸを越えない最大整数値を意味
し、＞＞は１ビット右シフトを行い、２で割って余りを
切り捨てることを意味する。最後の処理は、信号の正負
のビット配分を０信号レベルに対して対称にするために
行う（図４参照）。このように量子化された信号ＱＳ
（Ｆ，Ｔ）はバッファ３２に収納される。

【００２３】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。

【００２４】最後に、量子化された信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ），ＱＴＭＡＸ（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）でこれ等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。

【００２５】図５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。

【００２６】次に、圧縮された音声信号は、図６に示す
データ符号化処理により、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、量子化した音声信号ＱＳ（Ｆ，
Ｔ）の外に、転送路７７を介してビット配分指数ＡＬＯ
Ｃ（Ｆ）も導入されている。この指数ＡＬＯＣ（Ｆ）を
先ずステップＳ４０で判定する。１．６ビットの場合
（ＡＬＯＣ（０）の時）、ステップＳ４１で図示のよう
に時間軸の１〜５までのデータを一つの３進表示値ＳＤ
０として、時間軸の６〜１０までのデータをもう一つの
３進表示値ＳＤ１として、ステップＳ４４でそれぞれ８
ビットにして送り出す。また、２．４ビットの場合（Ａ
ＬＯＣ（１）の時）には、ステップＳ４２で図示のよう
に時間軸の１〜５までのデータを一つの５進表示値ＳＤ
０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として、ステップＳ４５でそれぞれ１
２ビットにして送り出す。あるいは、４ビットの場合
（ＡＬＯＣ（２）の時）には、ステップＳ４３で対応す
る周波数帯域Ｆ内の各時間でのデータに７を加算して４
ビットにして送り出す。

【００２７】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
例で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。

【００２８】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＝８の場合の圧縮データ
を図７ａ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ＤＴ（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Ｆ（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。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
軸上の全てのデータを一組にして形成されている。この
データＤＴ（Ｆ）内の１．６，２，４および４ビットの
データ配置を図７ｂに示す。

【００２９】次に、或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７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。

【００３０】図８には、上で図１〜７を参照して説明し
た圧縮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
あっても良い、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７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１
１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。

【００３１】復号化部４１では、先ず時間軸最大値ＱＴ
ＭＡＸ（Ｆ）と周波数軸最大値ＱＦＭＡＸ（Ｔ）（図９
のステップＳ６０）を受信し、図９のステップＳ６１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、ＴＭＡＸ（Ｆ），ＦＭＡＸ（Ｔ）でＣＲ
Ｃ符号を作成してＣＲＣＲとして、送信されたＣＲＣ符
号がＣＲＣＲと一致している否かを判定する。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。こうして、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（Ｔ）が定まる。

【００３２】次いで、ビット配分決定処理部５６で音声
データの伝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１０のステップＳ５０で求める。
そして、この総数Ｐからビット配分決定処理部５６で伝
送に使用された残りのビット数を、図２で説明した符号
化の時と全く同じ計算方法に基づき、つまり図１０のス
テップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４およびＳ５５に
より求める。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の割合の２ビットと、２．４ビットに割り振る。それ
等の対応するグループに対するビット配分を指示する指
数ＡＬＯＣ（Ｆ）と各ビットの周波数帯域の数とを決定
する。

【００３３】次いで、データ復号化処理部４３で、図１
１のように、ビット配分決定処理部５６から送られたビ
ット配分指示指数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
子化された圧縮符号化音声信号ＱＳ（Ｆ．Ｔ）を求め
る。この処理は、図６の処理の逆変換に相当する。この
場合、ＨＤＡＴＡ（０，Ｊ）＝３^４−ＪＨＤＡＴＡ（１，Ｊ）＝５^４−Ｊである。

【００３４】更に、図１２に示すように、フレーム内の
量子化された圧縮符号化音声信号成分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。これをバッ
ファ２３に納める。

【００３５】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、である。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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】この発明による圧縮されたデジタル音声信
号の復号化方法を、主としてＩＳＤＮの場合について説
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
きる信号の符号化圧縮方法およびそれに対する復号化方
法も可能である。

【００３９】更に、この発明は上記の実施例で使用した
パラメータＭ＝５１２，Ｎ＝１０，ＦＢ＝８の値、およ
びＡＬＯＣ（Ｆ）の種類＝３に限定されるものではな
く、２．４ビットと４ビットの比率も２：１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、ＣＴ
ＭＡＸ（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
い値の特性曲線ＴＨ（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。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、デジタル音声データを圧縮して符号化し、伝送回路
を介して受信後復号化する方法は、下記の事項により、
少ないデータ伝送量で音声信号を充分高品質に保持でき
る。即ち、（１）狭帯域デジタルフィルタで多数の帯域に信号を
分割することにより、各帯域内の信号を非常に粗く量子
化しても、量子化の歪みが狭い帯域内のみに発生するか
ら、聴感上の音質の劣化が少ない。（２）時間軸および周波数軸の最大値の小さい方の値
により、粗い量子化を行う前の信号を正規化しているた
め、どちらかの最大値のみによって正規化するよりも、
全体に正規化後の信号レベルが上昇し、粗い量子化の影
響が少なくなり、また時間軸および周波数軸の急激な変
化に対しても、正規化後の信号レベルが極端に小さくな
ることがなくなり、粗い量子化を行っても、音声が欠落
することがなくなった。（３）符号化ビット配分の指示値は受信側で時間軸最
大値より計算により再生できるため、伝送する必要がな
い。この処置により伝送データ量の大幅な増加が可能に
なっている。

【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】符号化ビット配分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】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５】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６】圧縮された音声データの符号化するサブルーチ
ンである。

【図７】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データブロック内での配置（ｂ）
を示す。

【図８】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９】受信時の符号誤りの検査と周波数軸最大値の受
信ルーチンの模式フローチャートである。

【図１０】ビット配分決定ルーチンのフローチャートで
ある。

【図１１】データ復号化ルーチンのフローチャートであ
る。

【図１２】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Ｉ４０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ビット配分決定部５６ビット配分決定部６０量子化処理部ＩＩ６１逆量子化処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル音声信号の伝送にあって下記処
理過程、ａ）所定標本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、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、ｂ）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、ｃ）各時間（Ｔ）内で信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））の最大
値である周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））を求め、ｄ）信号成分（Ｓ（Ｆ，Ｔ））を時間軸最大値（ＴＭＡ
Ｘ（Ｆ））と周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））の小さ
い方で割り算して正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））を求
め、ｅ）各周波数帯域（Ｆ）で時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））を可聴音声しきい値（ＴＨ（Ｆ））と比較し、
換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））として、前者が
後者より小さい時、あるいは等しい時、０の値を、また
前者が後者より大きい時、時間軸最大値（ＴＭＡＸ
（Ｆ））の値を使用し、ｆ）前記換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））が０の
時、その周波数帯域（Ｆ）内の全ての時間（Ｔ）の信号
の以後の伝送を禁止し、ｇ）前記正規信号成分（ＮＳ（Ｆ，Ｔ））をビット数の
より少ない少なくとも１種の符号で量子化信号（ＱＳ
（Ｆ，Ｔ）に変換し、ｈ）送出するデータとしてフレーム同期信号（ＳＹＮ
Ｃ），換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ）），周波数
軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））および誤り符号（ＣＲＣ）
を順次配列してフレーム情報符号を形成し、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））を固有な音声信号データ（ＤＴ（Ｆ））として更
に付加する、から成ることを特徴とするデジタル音声信号の圧縮符号
化方法。
【請求項２】換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））
が０であるため、データ伝送に供されないデータ量と伝
送速度によって規定されるデータ伝送量と勘案して、時
間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））の値が大きい周波数帯
域（Ｆ）にビット数の大きい符号を配分して量子化信号
（ＱＳ（Ｆ，Ｔ）に変換することを特徴とする請求項１
に記載の圧縮符号化方法。
【請求項３】周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））およ
びこれに付属する周波数帯域にわたる正規化、量子化等
の演算は複数の副周波数帯域（ＦＢ）に分割して行われ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮符号
化方法。
【請求項４】換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））
と周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））は対数量子化され
た値で伝送されることを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載の圧縮符号化方法。
【請求項５】使用する周波数帯域の数は５１２，時間
軸データ数は１０，帯域分割数は８であり、換算時間軸
最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））と周波数軸最大値（ＦＭＡ
Ｘ（Ｔ））の対数符号化は６ビットの２ｄＢステップで
あり、圧縮されたデータの符号のビット数は１．６，
２．４および４ビットの３種であることを特徴とする請
求項４に記載の圧縮符号化方法。
【請求項６】デジタル音声信号の伝送にあって請求項
１により圧縮符号化されたデータ信号を受信して、復号
化するのに下記処理過程、ｉ）受信したデータブロック中のフレーム同期信号（Ｓ
ＹＮＣ）から、次に続くデータにより換算時間軸最大値
（ＣＴＭＡＸ（Ｆ）），周波数軸最大値（ＦＭＡＸ
（Ｔ））を復号化し、ｊ）デーテブロック中の誤り符号（ＣＲＣ）からデータ
の誤りを調べ、誤りのないデータ信号を取り出し、ｋ）音声信号に付属する固有のデータをデータブロック
から取り出し、復号化により逆正規化音声信号（ＴＮＳ
（Ｆ，Ｔ））を形成し、ｌ）換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））と周波数軸
最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））の小さい方の値を前記逆正規
化音声信号（ＴＮＳ（Ｆ，Ｔ））に乗算して、逆音声信
号（ＴＳ（Ｆ，Ｔ））を求め、ｍ）狭帯域デジタル逆フィルタにより、逆音声信号（Ｔ
Ｓ（Ｆ，Ｔ））から所望の標本化周波数のデジタル出力
音声信号を求める、を実行することを特徴とする圧縮符号化されたデジタル
音声信号の復号化方法。
【請求項７】前記逆正規化音声信号（ＴＮＳ（Ｆ，
Ｔ））の形成は、換算時間軸大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））
が０であるため、データ伝送に供されないデータ量と伝
送速度によって規定されるデータ伝送量と勘案して、時
間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））の値が大きい周波数帯
域（Ｆ）にビット数の大きい符号を配分して行われるこ
とを特徴とする請求項６に記載の復号化方法。
【請求項８】周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））およ
びこれに付属する周波数帯域にわたる正規化、量子化等
の演算は複数の副周波数帯域（ＦＢ）に分割して行われ
ることを特徴とする請求項６または７に記載の復号化方
法。
【請求項９】換算時間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））
と周波数軸最大値（ＦＭＡＸ（Ｔ））は受信した換算時
間軸最大値（ＣＴＭＡＸ（Ｆ））と周波数軸最大値（Ｆ
ＭＡＸ（Ｔ））を逆対数量子化することによって復号化
されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に
記載の復号化方法。
【請求項１０】使用する周波数帯域の数は５１２，時
間軸データ数は１０，帯域分割数は８であり、圧縮され
たデータの符号のビット数は１．６，２．４および４ビ
ットの３種であることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の復号化方法。