JPH0748697B2 - 信号のディジタル・ブロック・コ−ド化方法 - Google Patents

信号のディジタル・ブロック・コ−ド化方法

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JPH0748697B2
JPH0748697B2 JP62179281A JP17928187A JPH0748697B2 JP H0748697 B2 JPH0748697 B2 JP H0748697B2 JP 62179281 A JP62179281 A JP 62179281A JP 17928187 A JP17928187 A JP 17928187A JP H0748697 B2 JPH0748697 B2 JP H0748697B2
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クラウド・ゲランド
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インタ−ナショナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−ション
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は音声コード化技術、さらに具体的には音声信号
の多重速度コード化技術に関する。
B.従来技術 ビット資源の動的割当て（DAB）に関連するサブ・バン
ド（部分帯域）コード化は音声信号をディジタルにコー
ド化するための効果的方法であることがわかっている。
このコード化方法は文献及び特許に広く説明されてい
る。その中で米国特許第4142071号,1980年４月デンバー
で開催されたIEEE ICASS上で発表されたC.ギャランド及
びD.エステバン著の論文「16Kbpsリアル・タイムQMFサ
ブ・バンド・コーダの具体化」（the article“16Kbps
Real Time QMF Sub Band Coder Implementation in IEE
E ICASSP,Denver,April 1980,by C.Galand and D.Esteb
an）及び米国オクラホマ州、ツルサ（Tulsa）で開催さ
れた1978年IEEE国際会議で発表されたD.エステバン及び
C.グランド著の論文「32Kbpsの、CCITTに適合可能な分
割バンド・コード化」（the article“32Kbps CCITT co
mpatible Split Band Coding“presentated by D.Esteb
an and C.Grand at the 1978 IEEE International Conf
erence held in Tulsa,OKlahoma）があげられる。
このコード化方法に従えば、原音声帯域の少なくとも一
部はいくつかのサブ・バンドに分割され、その内容はそ
れぞれのエネルギ量にもとづいてサブ・バンド全部につ
いて、量子化資源の動的共用によって量子化される。さ
らに上記の方法にブロック圧伸パルス・コード変調（BC
PCM）を適用することによって固定長連続音声セグメン
ト（例えば16ミリ秒長）について量子化資源の動的割当
てが可能になる。換言すると、サブ・バンド量子化資源
の分配はセグメント速度で、即ち16ミリ秒毎に繰り返さ
れるだけでもよい。量子化資源とは通常上述の文献に開
示されている量子化ビットを意味する。
さらにBCPCMについての詳細な情報に関しては、スイス
国チューリッヒで開催されたディジタル通信についての
国際セミナーで発表された「PCM及びデルタ変調の進
歩：音声信号のブロック圧伸コード化」と題する講演に
関するA.クロアシールによる論文（the article by A.C
roisier relating to lecture given at the Internati
onal Seminar on Digital Communication,in Zurich,Sw
itzerland,and,entitled,Progress in PCM and Delta M
odulation;Block Companded Coding of Speech Signa
l"）を参照されたい。要するに,16ミリ秒長の音声信号
を表わすＮ個のサンプルよりなるブロック毎に、ブロッ
クの最大サンプルがコード化の限界の外側に来ないよう
に，スケール因子Ｃを選択し，次にＮ個のサンプルより
なるブロックがこの因子に基づいて再量子化される。
分割バンド・コーダでは、この再量子化は各サブ・バン
ド中で別個に遂行され、量子化資源はそのエネルギ量に
従って、サブ・バンド全体について動的に割当てられ
る。BCPCMは処理されるべき信号のエネルギに関連する
情報が必要なコード化方法に特に適している。それは容
易に利用出来るBCPCMパラメータ、即ちいわゆるスケー
ル因子または特性Ｃを使用してエネルギーをうまく近似
できるからである。
さらに、時間割当て音声内挿システム（TASI）に対する
サブ・バンド・コーダの適用についてはヨーロッパ特許
出願第85-820号に提案されている。この方法は埋込まれ
たビット・ストリームにための新らしいTASI技法を含
む。この目的のために、SBC音声圧縮器の出力は埋込ま
れたビット・ストリームとして配列される、即ちその出
力は動的速度変換のためにビットの削除及び挿入を受け
る。この性質はディジタル通信ネットワークにとっては
かなり重要である。それはビット・ストリームをタンデ
ム化もしくは追出すことなく、任意のオーバロード点で
ビット・ストリームにフラッグを付けることができるか
らである。
他方、レベルの動的割当て（DAL）を伴うサブ・バンド
・コード化は、特に低ビット速度の場合に、ビットの動
的割当て（DAB）を伴うSBCよりも著しい改良を達成する
ことが示されている。このような技法については、1986
年７月11日付けのヨーロッパ特許出願第861094985号に
開示されている。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、レベルの動的割当て及び多重速度動作
を伴うサブ・バンド・コード化方法を与えることにあ
る。
本発明の他の目的は、量子化レベル資源の最適な動的割
当てによる多重速度音声コード化方法を与えることにあ
る。
本発明のさらに他の目的は、多重速度環境において量子
化レベルの動的割当てにより広帯域ディジタル・リンク
上にいくつかの電話線を集中させる方法を与えることに
ある。
D.問題点を解決するための手段 好ましい実施例は、フランス特許第7713-995号に示され
る分割帯域音声コーダを参照して説明されるが、本発明
はいわゆる音声励起予測コーダ（VEPC）におけるように
上記帯域の一部に（例えば、信号基本帯域に）信号帯域
分割がなされる任意のコーダに適用され、さらに音声信
号以外の処理に向けられたコーダにも適用される。本発
明は伝送に関連しない、例えば記憶もしくは他の処理の
ような応用に意図された多重速度方法にも適用される。
E.実施例 E1.コード化の原理 第１図はＬ個の音声ポートのコード化のための動作及び
広バンド・ディジタル・リンク上でのコード化音声記号
の多重化原理を示す。
Ｌ個の入力音波ポートの各々はＰ個のサブ・バンドに分
割されるものとする。サブ・バンド信号は次のように表
わされる。
ｓ（i,j;k′） ここで、ｉ＝サブ・バンド・インデックス ｉ＝1,‥‥,P ｊ＝サンプル・インデックス ｊ＝1,‥‥,N ｋ′＝ポート・インデックス ｋ′＝1,‥‥Ｌ 各ポート入力ｋ′（ｋ′＝1,‥‥,L）はサブ・バンド・
コーダ（SBC）によって処理され，その出力が多重速度
ビット・ストリームｂ（ｋ′;n）になる。ここでｎは埋
込まれたサブ・ストリームに関する時間インデックスで
ある。Ｌ個のビット流はポート・アクティビィティ・コ
ントローラによって処理される。各ポートに割当てられ
たビット速度はポートの相対アクティビティに従って適
応的に計算される。次に各ポートを表わすビット・スト
リームには計算されたビット速度に従って、フラッグが
付され（調節され）、残りのビット・ストリームが多重
化され、広バンド・リンク上に伝送される。第１図のア
クティビティ・コントローラ兼マルチプレクサの機能は
上述の参考文献を含む現存の技術文献に十分に説明され
た機能である。従って、ここではコーダ自体に焦点をし
ぼって説明する。
さらに正確には、次のことが可能な音声信号を処理する
装置について説明する。
（１）各ポートについて、１組のビット速度に対応する
最良のサブ・バンド・レベルの割当てを得ることができ
る。
（２）予定のレベルに従って音声信号をサブ・バンドに
ついてコード化し、埋込まれた多重速度ビット・ストリ
ームもしくはフレーム中のコード化サンプルを多重化す
ることができる。
各ポートによって与えられる多重速度ビット・ストリー
ムは次により、大きい多重化ビット・ストリームに挿入
され、これは最終的には広バンド・リンク上に送られ
る。この目的のために、ポート・アクティビティ・コン
トローラ兼マルチプレクサ（MPX）は各ｂ（ｋ′;n）ス
トリームを、広バンド・リンク上に多重化する前に、そ
の中に含まれる相対的エネルギ及び選択された１組の速
度に従って、再整形する。
E2 サブ・バンドのコーダ／デコーダ 第2A及び第2B図はレベルの動的割当てによって多重速度
モードで動作するサブ・バンド・コーダ／デコーダのブ
ロック図を表わす。コーダの入力は例えば8KHzでサンプ
ルされる音声信号Ｓ（ｎ）であり、コーダの出力はデコ
ーダへと送られる多重速度ビット流ｂ（ｎ）の出力であ
る。デコーダの出力は原音声信号のレプリカＳ（ｎ）で
ある。
多重速度サブ・バンド・コーダは速度Ｒ（１）、Ｒ
（２）、‥‥,R（ｋ）、‥‥、Ｒ（Ｋ）で動作する。こ
こでＲ（１）＜Ｒ（２）＜‥‥＜Ｒ（Ｋ）である。従っ
て、伝送されるビット・ストリームは最高ビット速度Ｒ
（Ｋ）に対応するフレームになるように配列される。こ
こでサブ・フレームは種々の他の速度（第３図）に対応
する。この配列体は第２図の装置３中で計算されたレベ
ル割当てに従って、マルチプレクサ中（第2A図中の装置
５）で形成される。
類似の問題はすでにレベル割当てではなく量子化ビット
の動的な割当てに関連して考慮され、解決されている。
上述の参考文献から、ビット資源の多重速度割当ては、
最高の速度にビットを適切に割当て次にこの割当てをビ
ット毎に減少して、より低いビット速度の割当てを得て
いる。
この方法のすべての速度について、最適及び整数レベル
割当てになるようなレベルの多重速度割当てへの適用
は、すべての速度レベルが偶数であり（最低レベルだけ
が奇数であり得る）、最大のビット速度レベルが、 の整数倍に制限されるならば達成される。
このことはDAL方法に関連して上記文献の多重速度技術
を適用する際に大きな欠点になる。
この知見及びDAL割当てがDAB割当てよりも低速度では、
はるかに効率的であるという事実に基づいて、新しい異
なる方法をDALを伴う多重速度のために与えて、上述の
欠点を避けることが必要である。
本発明の１つの目的は、考慮されるべきビット速度Ｒ
（１）、‥‥、Ｒ（Ｋ）の各々について、サブ・バンド
の量子化レベルの分布を適応することによって、再構成
音声信号Ｓ（ｎ）中の歪を最小にし、埋込まれるビット
・ストリームの有する制約に従わせることにある。
最後の点は、速度Ｒ（Ｋ）に対応するフレーム（第3A
図）が与えられたとして（フレームはＫ個のセクション
SR（１）、SR（２）、‥‥、SR（Ｋ）を含む）、第3A図
のSR（Ｋ）とラベルされた部分が脱落すると、音声を速
度Ｒ（Ｋ−１）に圧縮したものに対応する短いフレーム
（第3B図）を生じ、これがこの速度で達成される最良の
コード化を示すことを意味する。同じように、第3A図の
SR（Ｋ）及びSR（Ｋ−１）とラベルの付された部分が脱
落すると、音声を速度Ｒ（Ｋ−２）に圧縮したものに対
応する短かいフレーム（第3C図）が生じ、これはこの速
度で達成可能な最良コードを表わす。このようにしてす
べての予じめ規定された速度が最小の速度Ｒ（１）に迄
下げられる。
サブ・バンド・コーディングの利点は、ビット資源（量
子化レベル）を必要な個所でより多くコーディングでき
ることである。換言すれば、各サブ・バンドはバンド・
エネルギに関して多数の量子化レベルで個別にコード化
される。１つのサンプルをコード化するために必要な全
サブバンドの総量子化レベルは予め決められたビット速
度Ｒ（ビット／サブバンド・サンプリング周期）に従っ
て一定値に決められる。
式（１）は次のようにして誘導される。サブ・バンドの
エネルギはそのサブ・バンド内の最大信号値（特性値）
の自乗に１次的に比例することを利用して、サブ・バン
ドのスペクトラム振幅に比例したレベル割り当てを行
い、量子化雑音エネルギを最小にする。前述のエステバ
ン及びギャランドの論文に示されるように、 ｌ（i;R）＝A.C（ｉ） ｉ＝1,・・・・,p 上側の式を下側の式に代入することにより、式（１）が
得られる。
式（１）はｉ番目（ｉ＝１、・・・・、ｐ）のバンドに
割り当てられる量子化レベルの最適数を表すが、これは
整数ではない。
式（２）は式（１）から誘導され、他のサブ・バンド・
エネルギ及び全てのサブ・バンドの量子化のビット速度
を考慮して各サブ・バンドの最適量子化レベル数を与え
るものである。式（２）は基本速度Ｒ（１）に対して式
（１）を書き、次いでＲ（ｋ）に対して次式を書くこと
により得られる。
但しｉ＝1,・・・・,p Ｒ（１）＜Ｒ（２）＜・・・＜Ｒ（Ｋ） 式（１）及び（２）は動的割り当て（DAL）アルゴリズ
ムに対する初期値として使用される。値ｌ（i;R
（ｋ））は整数ではない。DALアルゴリズム各サブ・バ
ンドに割り当てられるレベルの整数値Ｌ（i;R（ｋ））
を計算するものである。
ビット速度Ｒ（１）、‥‥,R（Ｋ）について、レベルの
多重速度割当てのために第2A図の装置（３）に使用され
るアルゴリズムは次のように要約される。
先ず、サブ・バンドのエネルギ量にもとづき、DALアル
ゴリズムを使用して、最小速度Ｒ（１）のための量子化
レベルの数ｌ（i;R（１））を計算する。例えば、上述
の参考文献に述べられた通り、第ｉ番目のサブ・バンド
のエネルギＥ（ｉ）は２のＣ（ｉ）乗に比例するものと
考えて、次の式を使用する。
ｉ＝1,・・・・,p ここで 次にｌ（i;R（ｋ））を式（２）を使用して、ｋ＝2,‥
‥,K及びｉ＝1,‥‥,Pの場合について、計算する。
次にｌ（i;R（ｋ））に従って、サブ・バンド・サンプ
ルＳ（i,j）を量子化する。
SR（Ｋ）はビット速度Ｒ（Ｋ−１）からＲ（Ｋ）に至る
際に付加されるべきコード化フレームの１部である。多
重速度コード化の目的はＫ個のセクションを有するコー
ド化フレームを作って上位セクションを落としてビット
速度を減少し、より重要な情報を下位セクション（Ｒ
（１）,R（２），・・・）でコード化することであり、
付加されたセクションは改良されたコード化を行うため
のレベル資源を与える。
最後に第3A〜3D図に従って、このようにして得たサブ・
バンド・サンプルを多重化する。ここで部分SR（ｋ）は
速度Ｒ（ｋ）ｋ＝1,‥‥,Kについて速度Ｒ（ｋ）で量子
化したサンプルを得るために追加のビットを含む。
多重速度フレームは又速度を表わすパラメータを含まな
ければならない。
ここで、第2A,2B図に戻って、サブ・バンド・コーダの
さらに詳細な動作について説明する。
入力信号Ｓ（ｎ）は、直角位相ミラー・フィルタ（QM
F）（第2A図の装置１）のバンクの使用によってＰ個の
サブ・バンドに分割される。その原理は1977年５月に米
国ハートフォード市で開催されたIEEE ICASSPで発表さ
れた「直角位相ミラー・フィルタの分割帯域コード化へ
の応用」と題するD.エステバン及びC.グランドによる論
文に説明されている。次に、各サブ・バンド信号はブロ
ック伸縮PCM量子化器（BCPCM）（装置４）によって量子
化される。量子化器パラメータはサンプルのブロック毎
に更新され、音声フォルマントの周波数、及びエネルギ
の短期変動が取り入れられる。Ｓ（i,j）は第ｉ番目の
サブ・バンドの第ｊ番目のサンプルを示し、ブロックの
持続時間はＮ個のサブ・バンドのサンプルに対応する。
実際に値はＰ＝８及びＮ＝16である。
次にいわゆるマクロ・サンプルを説明する。第ｋ番目の
マクロ・サンプルは同じ時刻ｔで生ずるサンプルＳ（i,
t）（ｉ＝1,‥‥,P）の集合を表わすものとする。
各サブ・バンド・サンプルＳ（i,j）（ｉ＝1,‥‥,P及
びｊ＝1,‥‥,n）の場合について、特性決定器（装置
２）によって、いわゆるサブ・バンド特製Ｃ（ｉ）を決
定する。
ｃ（ｉ）＝Max（|S（i,j）｜） （３） ｊ＝１‥‥Ｎ サブ・バンド特性Ｃ（ｉ）、（ｉ＝1,‥‥,P）は次にビ
ット数を減少した状態で装置２に記録される。そのコー
ド化は上述の参考文献、例えばデンバーで発表されたIE
EE ICASSPの論文中に説明されていて、４ビットで容易
に達成できる。４ビットでコード化された特性Ｃ（ｉ）
は、マルチプレクサ装置５中で多重化され、ｂ（ｎ）中
に含まれて、最終的に送信される。同じＣ（ｉ）に相継
いでコード化及びデコード化動作を行うと、実際にはＣ
（ｉ）値が僅かに変更される。装置２のＣ（ｉ）出力は
この差異を表言しなければならない。しかしながら、こ
こでは記法を明確にするために、考慮中の用語について
は異なる記号を使用しない。
多重サブ・バンド・コーダでは全速度の動作は８個の４
ビット符号特性Ｃ（ｉ）、（ｉ＝1,P）を含む共通のオ
ーバーヘッド（OV）を含む。これ等のビットは第３図に
示されたように、ｂ（ｎ）多重速度フレームの１番目の
セクションSR（１）（理論的ビット速度Ｒ（０）に対応
する）へ挿入される。この同じ知見はVEPC型のコーダに
適用され、Ｒ（０）は符号化PARCOR系数及び他の高周波
エネルギを表わすデータを含むように形成される。
この結果、速度Ｒ（ｋ）におけるサブ・バンド・サンプ
ルの量子化のために使用されるビット速度ｒ（ｋ）は次
式によって与えられる。
ｒ（ｋ）＝Ｒ（ｋ）−Ｒ（０） （４） ｋ＝1,‥‥,K 上述のように、レベルの割当てはｒ（１）＝Ｒ（１）−
Ｒ（０）を含む、考えられる最低のビット速度で計算さ
れる。
装置２によって与えられるデコードされた特性Ｃ（ｉ）
は装置３によって局所的に使用され、最小の速度Ｒ
（１）で使用されるレベルの割当てを与える。雑音の量
子化のための全信号は各サブ・バンドのレベル数１
（ｉ）（ｉ＝1,‥‥,P）が次式に従って決定されるとき
に最小になることが証明出来る。
ここで である。
式（５）から誘導されるｌ（i;R（１））は一般に整数
でなく、さらに量子化器の許容範囲を越えることがあ
る。従ってｌ（i;R（１））は調節もしくは打切り、も
しくは丸めて整数Ｌ（i;R（１））にしなければならな
い。
丸めは最後のＬ（ｉ）値が次の制約を満足するように行
われなければならない。
PRODは，考えている項の積である。最適割当て分布を満
足し、積の制約（ｂ）を満足する整数Ｌ（ｉ）の組を得
るために、対応する複雑さが極めて少ない特に魅力的な
次の手順を使用する。
この手順は前に寄与した値を全体的な重み付け比に取り
入れて、反復的に整数の所望の最終値を計算することよ
り成る。
E3.本発明の方法の流れ図 本発明の方法は２段階より成り、第４図−第６図の流れ
図に示されている。
第４図はＬ（i;（Ｒ（１））に割当てられるべき、整数
の最適値を決定すべきアルゴリズムの基本的原理を示
し、次の段階を含む。
段階1: 本発明は最初の段階の目的は範囲の外側に割当てられる
サブ・バンドを破棄し、ａで記された割当て比を計算す
ることにより式（５）に従って、最適10進レベルの割当
てｌ（i;（Ｒ（１））を決定することにある。即ち、 最初にｌ（i;（Ｒ（１））のための最適10進値を計算す
る。
次に予定の値N1にN1よりも小さくもしくはN1に等しい任
意のｌ（ｉ）をセットし、予定の値のN2に、N2よりも大
きな任意のｌ（ｉ）をセットする。このようなセットさ
れたｌ（ｉ）は次に残りの動作から破棄される。N1の代
表的な値は１もしくは２に等しい。
段階2: 第２段階は、NR個のまだ割当ての終っていないサブ・バ
ンドのために、サブ・バンド毎に最終の整数の割当て値
Ｌ（i;R（１））（ｉ＝1,・・・・,NR）を直接計算する
反復手順である。
サブ・バンドを走査して最小のエネルギを有する最大の
参照番号ｉを有するサブ・バンドを探知する。サブ・バ
ンドは一般に周波数（ｉ）が増加する順序に配列されて
いる。
整数値Ｌ（ｉ）を探知したサブ・バンドに割当てる。
残ったサブ・バンドを探知するテストを行い、残ったサ
ブ・バンドについて、段階２の処理を繰返す。
Ｌ（i;R（１））を設定するための上述の処理の好まし
い実施例の詳細な流れ図は第５図及び第６図に示されて
いる。
第５図には上述の段階１を遂行する１次レベルの割当て
を具体化する流れ図が示されている。
段階１（１次割当て） この段階は次のように要約できる。
・ｌ（i;R（１））を式（７）にもとづいて計算する。
式（７）は式（５）と等価であるが計算回数が減ってい
る。
・ｌ（i;R（１））≦N1ならば、Ｌ（i;R（１））＝N1
に、及びａ＝ａ・ｌ（i;R（１））/N1にする。
・（N1＝１の時奇数の割当て、２の時偶数の割当て） これ等のテストをｉ＝1,‥‥,Pについて実行する。パラ
メータ“a"は１に初期設定されている。“a"はこれ等の
最終的割当て（Ｌ（i;R（１））の各々について更新さ
れ、この結果を段階２の他のサブ・バンドに関して取入
れる。
註:l（i;R（１））の計算式（７）は演算数を減らすよ
うに構成されている。
ここで （logは２を底とする対数である。） 第６図には未だ処理されていないサブ・バンドのための
アルゴリズムが示されている。
段階２（未だ処理されていないサブ・バンドのためのア
ルゴリズム） 最高の優先順位のサブ・バンドの割当ては次のエネルギ
の観点から割当てられる。
１）最小のエネルギの減少方向（Ｃ（ｉ）min） ２）ｉが増大する方向（周波数max） 最初の優先順位はアルゴリズムが制約６を満足すること
を保証する。
次に未だ割当てられていないNRサブ・バンドの各々につ
いて、整数の最終値を計算する。
定数ｇ＝ａから出発して （１）Ｌ（i;R（１））＝Int（g.l（i;R（１）） 一般の場合、（もしくはＬ（i;R（１））＝ 2Int（g.l（i;R（１））＋１）/2）−１奇数の場合） （２）ｇ＝ｇ×ｌ（i;R（１））/L（i;R（１）） ここでInt（ｘ）は（ｘ）の打切られた値を示す。
パラメータ“a"のように、パラメータｇは割当ての終っ
ていないサブ・バンドのさらに割当てのための先行する
割当てに加えて、各時刻ｉにおいて新らしい固定最終割
当てＬ（i;R（１））を取入れる。
註：このアルゴリズムによって得られる奇レベルの割当
ては、サブ・バンド中の音声の統計（中間段量子化器）
によって偶レベルの場合よりも良好な結果を与えること
ができる。
レベルの割当てＬ（i;R（１））（ｉ＝1,‥‥,P）を上
述のアルゴリズムを使用することによつて最低のビット
速度Ｒ（１）が計算されると、システムは式２から誘導
した式（８）を使用して、ｋ＝2,‥‥,K及びｉ＝1,‥
‥,Pの場合について、Ｌ（i;R（ｋ））を計算する。
式（８）を速度ｋ＝２‥‥Ｋに適用して、 ただし、ｉ＝1,‥‥,P及びｋ＝2,‥‥,K マクロ・サンプル（MS）当りのビットの数で表現される
考察中のビット速度がサブ・バンドの数Ｐの整数倍だ
け、互に異なる場合には、式（９）は整数個のビットを
Ｌ（i;R（ｋ−１））に加えるだけであり、これにより
Ｌ（i;R（ｋ））が与えられる。
もし、マクロサンプル（MS）当りのビツトで表わされた
考察しているビット速度Ｒ（ｋ），（ｋ＝1,‥‥,K）が
互にサブ・バンドの数Ｐの整数倍だけ違わない時には、
Ｌ（i;R（ｋ））、ｋ＝2,‥‥,K及びｉ＝1,‥‥,Pの計
算は異なる方法で遂行されなければならない。
この場合、（Ｒ（ｋ）−Ｒ（ｋ−１））が整数であるの
で、常に次のような整数ｍ（ｋ）を見つけることが可能
である。即ち、 はｋ＝2,‥‥,Kの場合について整数である。
次に値ｍ（ｋ）、（ｋ＝2,‥‥,K）は次の式に従って，
ビット速度をインクレメントするのに使用される。
L(i;R(2))=L(i;R(1)・2(R(2)-R(1))/m(2) （10） ここでｉ＝1,‥‥,m（２） L(i;R(3))=L(i;R(2)・2(R(3)-R(2))/m(3) （11） ここでｉ＝ｍ（２）＋1,‥‥,m（２）＋ｍ（３）（mod
p） 同じようにして最後に、 Ｌ（i;R（Ｋ））＝Ｌ（i;R（Ｋ−１）×２
(R(K)-R(K-1))/m(K) （12） ここでｉ＝ｍ（Ｋ−１）＋1,‥‥,m（Ｋ−１）＋ｍ
（Ｋ）（modp） ここで（modp）は評価モジュロｐを示す。例えば、ｐ＝
８及びｍ（２）＝５及びｍ（３）＝６ならば、最初の式
はｉ＝1,‥‥,5について評価され、第２の式はｉ＝6,‥
‥,11（mod8）、即ちｉ＝６乃至８について、及びｉ＝
１乃至３につて評価される。
このようにして、各サブ・バンドは速度／レベルがＬ
（i;R（１））からＬ（i;R（Ｋ））に更新される時に追
加のビットを次々と受取る。ｍ（ｋ）を誘導するにはＲ
（ｋ）の知見を得ることだけが必要であるから、同じア
ルゴリズムを使用して、追加の情報を伝送することな
く、受信器で復号できる。
しかしながら実際には、ビット速度Ｒ（ｋ）をマクロ・
サンプル当りのビットの数で表現した時に、サブ・バン
ド番号ｐの整数倍だけ異なるように画定する方が容易で
ある。次に、速度Ｒ（ｋ）がｐの整数倍だけ互に異なる
場合を考える。
一度、サブ・バンドｉ＝2,‥‥,Pに割当てられるべき、
レベルの数の最適整数値を決定すると、サブ・バンド信
号Ｓ（i,j）は次のように量子化される。
サンプルＳ（i,j）のブロックが（ｉ＝1,‥‥,P），
（ｊ＝1,‥‥,N）について、速度／レベルＬ（i;R
（ｋ））が（ｋ＝1,‥‥,K）について与えられると、最
初の目的はこれらのサンプルの量子化されたもの即ちS1
（i,j）を速度／レベルＬ（i;R（１））で、S2（i,j）
を速度／レベルＬ（i;R（ｋ））で、SK（i,j）を速度／
レベルＬ（i;R（Ｋ））で量子化することにある。
第２の目的はS1（i,j）と組合さるべき、インクレメン
ト値T2（i,j）、T3（i,j），‥‥,TK（i,j）を決定し
て、夫々S2（i,j），S3（i,j），‥‥,SK（i,j）を回復
することにある。これ等のインクレメント値はさらに受
信さるべきフレーム中の種々部分中に多重化され、多重
速度構造（第３図）が構成される。
E4.サンプルの異なるインクレメント値への分割 第７図は量子化サンプルSK（i,j）を異なるインクレメ
ント値に分割する方法を示す。
この値の決定に使用する技術のブロック図を第８図に示
す。
先ず、サブ・バンド・サンプルＳ（i,j）を最高の速度
Ｌ（i;R（Ｋ））で量子化する。量子化器の出力SK（i,
j）を次のようにして得る。Ｌ（i;R（Ｋ））を１に等し
くないものとして、量子化器段の寸法QK（ｉ）を各サブ
・バンドｉ（ｉ＝1,‥‥,P）の各々について次のように
評価する。
QK（ｉ）＝２×Ｃ（ｉ）/L（i;R（Ｋ）） （13） 次に、サブ・バンドのサンプルＳ（i,j）を次のように
量子化する。
SK（i,j）＝Int（Ｓ（i,j）/QK（ｉ）） （14） ｊ＝1,‥‥,P ｊ＝1,‥‥,N （註：この説明でSK及びTK、ｋ＝1,‥‥,Kは夫々SK及び
TKと等価である。これ等の等価記号の使用によって、例
えばＳ（ｋ−１）（i,j）もしくはＴ（ｋ−１）（i,j）
のようなまぎらわしい記号の使用が避けられる。
これ等のサンプルは次の第８図に示された速度減速装置
によって処理され、順次次のサンプルを得る。
SK-1（i,j）、ｋ＝Ｋ−１乃至１及びTK（i,j）,k＝K,‥
‥,2 SK-1（i,j）＝Int（Ｓ（i,j）/DELT（i,k）） （16） ただしＬ（i;R（ｋ−１））が偶数のとき， SK-1（i,j）＝Int（0.5＋SK（i,j）/DELT（i,k）） （1
7） ただしＬ（i;R（ｋ−１））は奇数 TK（i,j）＝SK（i,j）−SK-1（i,j）×DELT（i,k） （1
8） ｉ＝1,‥‥,P ｊ＝1,‥‥,N 式（15）及び（18）はインクレメント値Tk（i,j），
（ｋ＝K,‥‥,2）が整数個のビット値、（Ｒ（ｋ）−Ｒ
（ｋ−１））/Pでコード化されることを示している。こ
れ等のビットは多重速度フレームの対応部分中にパック
される。さらに正確には、Tk（i,j）はすべてのサブ・
バンド（ｉ＝1,‥‥,P）、フレームの部分SR（ｋ）中の
すべてのサンプル間隔についてグループ化される（第３
図参照）。
値S1（i,j）は速度Ｒ（１）におけるサンプルＳ（i,j）
の量子化を表わし、定義によって２のべき乗でない非整
数でコード化される。第３図に示したフレームの部分SR
（１）はすべてのサブ・バンド（ｉ＝1,‥‥,P）のすべ
てのための値S1（i,j）及び考慮されているブロックの
すべてのサンプル間隔（ｊ＝1,‥‥,N）についての値S1
（i,j）を含む。
このパッキングは第９図に示されたアルゴリズムを具体
化する装置中で、同じマクロ・サンプル（即ちＰ個のサ
ブ・バンドについて同じ時間について得たサンプル群）
に関連するサブ・バンドのサンプルをグループにするこ
とによって達成される。
この装置はｒ（１）−ビット・ワードMS（ｊ）中のマイ
クロ・サンプルＳ（i,j）（ｉ−1,‥‥,P）のパックを
可能とする。ブロックのすべてのマクロ・サンプルのパ
ッキングはＮワードのMS（ｊ）（ｊ＝1,‥‥,N）を生
じ、これ等は多重速度フレーム（第３図）の部分SR
（１）中に多重化される。
受信端で、多重速度フレームは、おそらく切捨てられた
状態で受信される。多重速度フレームは伝送中、即ち受
信器の位置もしくはコーダ及びデコーダ管のどこかで速
度Ｒ（ｍ）、（１＜ｍ＜＝Ｋ）で切捨てられる。
ここで問題はフレームの受取った部分に依然存在する速
度Ｒ（１）におけるコード化値S1（i,j）及びインクレ
メント値Tk（i,j）、（ｋ＝2,‥‥,m）によって、復号
値Sm（i,j）を得ることである。
この動作は次のように達成される。
最初、４ビット・コード化特性Ｃ（ｉ）、（ｉ＝1,‥
‥,P）が（第2B図の６で）受取ったフレームからデマル
チプレクスされ、復号化（７で）される。
デコード値Ｃ（ｉ）は送信器の位置で遂行されたのと同
じようにして（式（７）及び（９））、レベル割当てＬ
（i;R（ｋ）），（ｉ＝1,‥‥,P）を誘導するのに使用
される。
次にフレームの部分SR（１）が処理されて、Nr（１）ビ
ットのワードMS（ｊ）（ｊ＝1,‥‥,N）が誘導される。
これ等のワードMS（ｊ）の各々は第10図に示されたアル
ゴリズムを具体化する装置によって処理され、各々速度
Ｌ（i;R（１））でコード化されたＰ個のサブ・バンド
のサンプルS1（i,j），（ｉ＝1,‥‥,P）を誘導する。
フレームの部分SR（２），‥‥,SR（ｍ）は処理されて
インクレメント値Tk（i,j），（ｋ＝2,‥‥,m）が誘導
される。これ等のインクレメント値Tk（i,j）は、定義
により、整数のビット数でコード化されるので、この誘
導はＬ（i;R（ｋ）），（ｋ＝2,‥‥,m）が与えられた
ものとして、シフト動作によって容易に具体化される。
例えば、Ｌ（i;R（ｋ））＝８及びＬ（i;R（ｋ−１））
＝２、従ってTk（i,j）は２ビット・シフトによりフレ
ームから抽出される。
次にサブ・バンド・サンプルの逆量子化が行われる。次
に問題は、速度（Ｒ（１）のコード化値S1（i,j）及び
インクレメント値Tk（i,j），（ｋ＝2,‥‥,m）を与え
た時に、サンプルＳ（i,j）のデコード値Sm（i,j）を得
ることにある。
サンプルS1（i,j）の高い速度Ｒ（２），‥‥,R（ｍ）
への更新（加速）が第11図に示されたアルゴリズムに従
って次のように動作する装置中で順次具体化される。
DELT（i;k）＝Ｌ（i;R（ｋ））/L（i;R（ｋ−１））（1
9） SK（i,j）＝TK（i,i）＋SK-1（i,j）×DELT（i,k） （2
0） この式はｋ＝2,‥‥,mの場合について評価される。ここ
でｍはその伝送中にフレームの切捨て順序（もしあれ
ば）を示す。一度速度Ｌ（i;R（ｍ））でコード化され
たサンプルSm（i,j）が再構成されると、次のように逆
量子化が遂行される。
先ず、速度Ｌ（i;R（ｍ））に対応するサブ・バンド量
子化器段の寸法Qm（ｉ）（ｉ＝1,‥‥,P）が次式に従っ
て計算される。
Qm（ｉ）＝２×ｃ（ｉ）/L（i;R（ｍ）） （21） 再構成されたサブ・バンド・サンプルＳ（i,j）（ｉ＝
1,‥‥,P）及び（ｊ＝1,‥‥,N）は次のように決定され
る。
Ｓ（i,j）＝Qm（ｉ）（Sm（i,j）＋0.5） ただしＬ（i;R（ｍ））が偶で、１に等しくない時 Ｓ（i,i）＝Qm（ｉ）×（Sm（i,j） （22） ただしＬ（i;R（ｍ））が奇で、１に等しくない時 Ｓ（i,j）＝０ ただしＬ（i;R（ｍ））＝１の時 上述の技法を説明するために、例えば速度Ｌ（i;R
（ｋ））（ｋ＝1,‥‥,3）で量子化さるべき特性Ｃ
（ｉ）を有するサブ・バンドに関与するサブ・バンド・
サンプルの量子化、速度減速及び更新（加速）につい
て、次の数値応用例の場合を考える。
Ｓ（i,j） ＝ 777 Ｃ（ｉ） ＝1200（デコードした時の値） Ｌ（i;R（１）） ＝ 3 Ｌ（i;R（２）） ＝ 12 Ｌ（i;R（３）） ＝ 24 式（13）及至（18）から、 Q3（ｉ）＝2400/24＝100 S3（i,j）＝Int（777/100）＝７ 次の表は、この特定の例についての決定レベル（DL）、
送信レベル（TL）、再構成レベル（RL）を表わす。これ
等のレベルは次のように解釈される。２つの決定レベル
間の任意のサンプルはこれ等の決定レベルより成る送信
レベル上でコード化され、対応する再構成レベルによっ
て再構成される。例として、偶数次の量子化器の場合
は、送信されるべきレベルは決定レベルと同じであり、
他方、奇数次の量子化器の場合は再構成レベルと同じで
ある。
各速度における量子化サンプルの再構成のための式（1
9）及び（20）は前の値によってチェックされる。
DELT（i;2）＝４ DELT（i;3）＝２ S2（i,j）＝T2（i,j）＋S1（i,j）×DELT（i;2） S3（i,j）＝T3（i,j）＋S2（i,j）×DELT（i;3） 次に復合したサンプルが式21及び22に従って、３つの速
度について計算される。
第１図に戻って、一度各ポート・コーダが信号を記録す
ると、これには多速度フレームが与えられ、このフレー
ム中に配列され、アクティビティ・コントローラ及びマ
ルチプレクサが広帯域リンク上に送られるべきスーパー
・フレームが用意される。各ポート・コーダは多重速度
ビット・ストリームはｂ（1;n）、ｂ（2;n）,b（3;
n）、‥‥,b（L;n）によって示される。次に考えている
ポートに対して与えられている相対エネルギに基づい
て、速度Ｒ（１）、Ｒ（２）、‥‥、Ｒ（Ｋ）の間で選
択される速度に調節されなくてはならない。例えば、サ
ブ・バンド・エネルギの内容を表わすパラメータとして
Ｃ（ｉ）のアクティビティを利用して、ポート全体の速
度分布を最適化して、最適に広帯域リンク率Ncに適合さ
せることができる。
第12図はフレーム・セクションを有する打切られている
全速度フレームｂ（ｋ′;n）を表わす。速度Ncで広バン
ド・リンク上に多重化する前に個々のポート・フレーム
は速度Ｒ（１）,R（２），‥‥,R（Ｋ）の間から選択さ
れるｋ′個のポート速度Ｎ（ｋ′）に合うように打切ら
れなくてはならない。
各ポートｋ′の場合に、エネルギ関連情報Ｗ′（ｋ′）
が次の計算によって誘導される。
Ｗ′（ｋ′）＝log（Max C（i,k′）） （24） ｉ＝i,‥‥,P ただし、ｋ′＝1,2,‥‥,Lである。
次にポート・ビット速度Ｎ（ｋ′）が誘導される。
ただしＷ″（ｋ′）＝Ｗ′（ｋ′）／＜Ｗ′（ｋ′）＞ ここで＜Ｗ′（ｋ′）＞は音節の時間長（例えば0.5及
至２秒）程度の相対的に長い期間についてＷ′（ｋ′）
の平均値である。その上、越えてはならない閾値がＷ′
（ｋ′）に割当てられる。実際に式（１）は直接速度Ｒ
（１）,R（２），‥‥,R（Ｋ）の組の内部の速度を与え
ない。
アクティビティ・コントローラは従ってＮ（ｋ′）を打
切って最も近いＲ（ｋ）値にするように構成される。
F.発明の効果 以上説明したように、本発明に従って、レベルの動的割
当て及び多重速度操作を伴うサブ・バンド・コード化方
法が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明をＬ個の音声ポートに応用した原理図で
ある。第2A及び第2B図は本発明を使用した、コーダ／デ
コーダのブロック図である。第3A,B,C及びＤ図は多重速
度操作を示す図である。第４図、第５図及び第６図は本
発明の流れ図である。第７図はインクレメンタル値TK
（i,j）速度Ｌ（i;R（Ｋ））に量子化されたサブ・バン
ド・サンプルSk（i,j）の分割のためのフレームを示し
た図である。第８図は速度減速装置のためのアルゴリズ
ムを示す流れ図である。第９図は速度Ｒ（１）のサブ・
バンド・サンプルのパッキングのための流れ図である。
第10図は速度Ｒ（１）のサブ・バンド・サンプルのアン
パッキングのための流れ図である。第11図はサンプルS1
（i,j）をより高い速度に更新するアルゴリズムの流れ
図である。第12図は多重ポート・システムに適用される
フレーム動作を示す図である。 １……QMFフレーム・バンク、２……特性決定コーダ／
デコーダ、３……動的割当てレベル、４……BCPCM量子
化器、５……マルチプレクサ、６……デマルチプレク
サ、７……特性デコーダ、８……レベルの動的割当て装
置、９……動的BCPCM量子化器、10……QMFフィルタ・バ
ンク。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】信号のバンドをｐ個のサブ・バンドに分割
    して、これからサブ・バンド信号のサンプルＳ（i,j）
    を誘導し（但しｉ＝１、・・・・、ｐはサブ・バンド・
    インデックス、ｊ＝１、・・・・、ＮはＮ個のサンプル
    のブロック内のサンプル・インデックス）、相対的なサ
    ブ・バンド・エネルギ量Ｅ（ｉ）に最適にかつ動的に調
    節された量子化レベルを有するブロック量子化器によっ
    てＳ（i,j）を再量子化し、再量子化したサブ・バンド
    ・サンプルを多重速度Ｒ（１）、Ｒ（２）、・・・・Ｒ
    （Ｋ）（Ｒ（１）＜Ｒ（２）＜・・・・Ｒ（ｋ））でデ
    ィジタル的にブロック・コード化し、コード化した信号
    をＫ個のセクションを含む多重速度フレームに埋め込ん
    で多重化する方法であって、 （ａ）最低速度Ｒ（１）に対するレベル数ｌ（i,R
    （１））を次式に基づいて計算し、 但しｉ＝1,・・・・,p （ｂ）以降の速度に対するレベル数 ｌ（i;R）（ｋ））を次式により誘導し、 但しｋ＝2,・・・・,K ｉ＝1,・・・・,P （ｃ）サブ・バンドのサンプルＳ（i,j）を最高速度Ｒ
    （Ｋ）に対し計算したレベル数に調節した量子化段階で
    量子化し， （ｄ）コード化したサブ・バンドのサンプルＳ（i,j）
    をＫ個のセクションSR（ｋ）を含む多重速度フレーム中
    に多重化する（ここでセクションSR（ｋ）（但しｋ＝1,
    ・・・・,K）は速度Ｒ（ｋ）で量子化したサンプルを得
    るために速度Ｒ（ｋ−１）で量子化したサンプルに付加
    されるべきサンプル・ビットを含む）、 信号のディジタル・ブロック・コード化方法。
JP62179281A 1986-10-30 1987-07-20 信号のディジタル・ブロック・コ−ド化方法 Expired - Lifetime JPH0748697B2 (ja)

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