JPS6323426A

JPS6323426A - 音声符号化方式

Info

Publication number: JPS6323426A
Application number: JP16567386A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Suzuki; 政光鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1988-01-30

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】［技術分野］本発明は、音声符号化方式に関する。

［従来技術］例えば、高速デジタル回線を用いて音声信号を伝送した
り、音声応答装置のために音声信号を蓄積および合成す
るなど音声信号をデジタル処理するとき、この音声信号
をなんらかの方法でデジタル信号に変換する必要がある
。

基本的には音声信号は周波数帯域が０．３〜３．４ＫＨ
ｚのアナログ信号であり、これをデジタル信号に変換す
るには、例えばサンプリング周波数８ＫＨｚで分解能が
８ビツトのアナログ／デジタル変換器で変換すればよい
（ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）符号化）。

そして、このデジタル信号を元の音声信号に戻すには、
サンプリング周波数８ＫＨｚで分解能が８ビツトのデジ
タル／アナログ変換器でアナログ信号に変換し、さらに
ローパスフィルタを通して波形整形してやればよいにの
とき、アナログ／デジタル変換器およびデジタル／アナ
ログ変換器の分解能（すなわちＰＣＭ符号のビット幅）
が大きいほど再生した音声の品質が高い。

ところで、このようなＰＣＭ符号化された音声信号は１
秒あたりのビット速度（データ速度；以下ビットレート
という）が６４Ｋｂｐｓとなり、このように高いビット
レートの音声信号を伝送するには非常に高速な伝送路を
必要とし、また、かかる音声信号を蓄積するためには厖
大な記憶容量のメモリを必要とする。そこで、従来から
、音声信号のビットレートを低減するための種々の提案
がなされている。

その１つに、時系列的に隣接するＰＣＭ符号の差分を形
成する差分Ｐ蔀符号化方式がある。この差分ＰＣＭ符号
化方式は、音声波形の相関性に基づく冗長性を利用した
ものであり、隣接したサンプル間の値の変化が、多くの
場合ダイナミック・レンジの限られた範囲に含まれるこ
とから、１サンプルあたりのビット数を低減することが
できる。この差分ＰＣＭ符号化方式をさらに進めた適応
差分ＰＣＭ符号化方式の１つである、ＣＣＩＴＴ　（国
際電信電話諮問委員会）勧告による適応差分ＰＣＭ方式
（ＡＤＰＣＭｆ）では、３２Ｋｂｐｓのビットレートを
実現している。

この他には、音声信号の非定在性と線形予測可能性を利
用したＡＰＣ−ＡＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃ
ｔｉｏｎ　Ｃｏ−ｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ　Ｂｉｔ　Ａ１１ｏｃａｔｉｏｎ）方式、または、音
声分析合成手法によるＬＳＰ（Ｌｉｎｅ　Ｓｐｅｃｔｒ
ｕｍＰａｉｒ）方式などがある。

しかしながら、このようなＡＤＰＣＭｆ方式、ＡＰＣ−
ＡＢ方式およびＬＳＰ方式は、符号化および復号化の処
理が非常に複雑であり、それらを実現するための装置は
非常に高価なものとなるという不都合がある。

また、放送衛星用の高品位なＰＣＭ音声伝送方式の１つ
に準瞬時圧伸方式がある。この準瞬時圧伸方式は、ＰＣ
Ｍ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あらわすスケールデータ
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ものであり、比較的符号化処理が
簡単で、かつ、容易に１サンプルのビット数を低減する
ことが可能である。

しかしながら、このような準瞬時圧伸方式は、符号化効
率が良好ではないという不都合を生じていた。

［目的］本発明は、上述した従来技術の不都合を解決するだめに
なされたものであり、低ビツトレートで、簡単な処理に
より、高品質な音声を再現できる音声復号化方式を提供
することを目的としている。

［構成］本発明は、準瞬時圧縮によって符号データを形成すると
き、そのブロックのスケール値に対応して当該ブロック
における符号データのビット数を設定しており、したが
って、振幅の小さい音声信号にはビット数の少ない符号
データを割り当てるようにして、上記した目的を達成し
ている。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

まず、本発明の原理について説明する。

例えば、音声信号をサンプリング周波数８ＫＨｚでサン
プリングしておのおののサンプルを８ビツトのデジタル
データ（ＰＣＭ符号）に変換し、このデジタルデータを
準瞬時圧伸することを考える。また、準瞬時圧伸の条件
としては、１ブロツクを構成するサンプルの数は８、お
のおののサンプルを４ビツトに圧縮し、またスケール値
を３ビツトであられすものとする。なお、８ビツトのデ
ジタルデータは、２の補数であられされたデジタルデー
タであり、最上位桁がサインビット（正負を識別するた
めの符号ビット）である。

ここで、１つのブロックを形成する８つのサンプル＃１
〜＃８のデジタルデータがそれぞれ第１図（ａ）に示し
たように得られたとする。

この８つのサンプルからなるブロックにおいて。

その絶対値が最大となるのはサンプルＩ７のデータであ
るから、そのビットパタンの最上位桁よりも１桁上位桁
の位置すなわちビット６が準瞬時圧伸のスケール位置Ｐ
Ｏ８に設定される。

そして、おのおののサンプル＃１〜＃８について、この
スケール位置のビット６から下位４桁を伝送ビットすな
わち符号データとして抜き出す。したがって、符号デー
タのＭＳＢ　（最上位桁）には、その符号データの正負
の区別をあらわすサインビット（符号ビット）が位置す
る。

この結果、同図（ｂ）に示したように、準瞬時圧伸によ
る符号化データが得られる。すなわち、先頭３ビットに
はスケール位置ＰＯ８のデータが配置され、それに続い
てサンプル＃１−＃８において抜き出された４ビツトの
符号データが順次配置される。

この符号化データを復号して音声信号を再生するときは
、まず、先頭３ビツトの内容からスケール位置ＰＯ５ｔ
ｉ−識別する。

次に、後続するデニタを４ビツトずつの符号データに順
次区切り、その符号データのＭＳＢが、さきに識別した
スケール位置ＰＯ８の桁に位置するように、８ビツトデ
ータのなかに配置し、その符号データよりも上位桁には
その符号データのＭＳＢの内容（すなわちサインビット
の内容）を配置し、その符号データよりも下位桁にはＯ
を配置することで、８ビツトの音声データを伸張する（
同図（ｃ）参照）。

そして、この音声データをデジタル／アナログ変換して
ローパスフィルタで波形整形することで、音声信号が再
生される。

さて、このような準瞬時圧伸によれば、元の音声信号の
振幅のいかんにかかわらず１サンプル４ビツトの伝送ビ
ットを抽出して、これを符号データとしているので１例
えば、スケール位置がビット２やビット１になる場合な
どでは、有効な桁以上のビット数のデータが符号データ
とされる。そのため、準瞬時圧伸による符号化効率はあ
まり良好ではない。

そこで、本発明では、スケール位置が下位桁にあるとき
には符号データのビット数を小さくし、また、スケール
位置が上位桁にあるときには符号データのビット数を大
きくすることによって、がかる不都合を解消している。

このスケール位置と符号データのビット数との関係の一
例を次の表に示す。

表ここで、スケール位置がビット０になるのは、当該ブロ
ックの音声データが全て正の振幅値をとり、かつ、振幅
の最大値が１の場合である。他のスケール位置について
は、上述と同様の方法によって設定される。

このようにして、スケール位置が下位桁にあるときには
少ないビット数が符号データに割り当てられるので、振
幅の小さい区間の音声データの圧縮率が大幅に向上する
。

一般に、音声信号は、単語間や単語内で振幅が非常に小
さくなる区間を生じ、またかかる区間の持続期間も割合
と長いので、このように、振幅の小さい区間の音声デー
タの圧縮率が向上すると、音声データの全体的な圧縮率
が大きく向上し、したがって、本発明の効果は非常に大
きい。

第２図は、本発明の一実施例にかかる音声符号化装置を
示している。この音声符号化装置における符号化の条件
は、上述したものを用いている。

同図において、入力音声信号ＳＳは、ローパスフィルタ
１によって帯域制限されたのちに、サンプリング周波数
が８ＫＨｚのアナログ／デジタル変換器２に加えられて
８ビツトのデジタル信号ＤＳに変換さ九、このデジタル
信号ＤＳは、８サンプル分の記憶容量をもつバッファメ
モリ３を介して符号化圧縮する圧縮部４に加えられると
ともに、準瞬時圧縮のためのスケール値を設定するため
のスケール値設定部５に加えられている。

スケール値設定部５は、デジタル信号ＤＳの連続する８
サンプルのうち、最も絶対値の大きいものを識別し、そ
のビットパタンの最上位桁を判別してそれよりも１桁上
位桁のビット位置を３ビツトのスケールデータＤＫで出
力する。ただし、８つのサンプルのデジタル信号ＤＳが
全て正の値で、かつ、最大値が１の場合には、スケール
位置をビットＯとし、これに対応したスケールデータＤ
Ｋを出力する。

このスケールデータＤには、圧縮部４．符号ビット数設
定部６および１ブロック分のデータを所定の信号形式に
整形するためのデータ合成部７の一入刃端に加えられて
いる。

圧縮部４は、バッファメモリ３から加えられる８ビット
のデジタル信号ＤＳについて、おのおののサンプル毎に
、スケール値設定部５から加えられるスケールデータＤ
Ｋがあられすスケール位置をＭＳＢ（最上位桁）とし、
かつ、符号ビット数設定部６から加えられるビット数デ
ータＢＤに対応したビット数のデータを抜き出し、これ
を圧縮データＤＣとしてデータ合成部７に出力している
。

符号ビット数設定部６は、スケールデータＤＫに対応し
て、符号データとして抜き出すビット数を判別し、その
判別結果をビット数データＢＤとして圧縮部４に出力す
る。

すなわち、スケールデータＤＫがビット７〜ビツト５を
あられしているときには４ビツトと、スケールデータＤ
Ｋがビット４〜ビツト２をあられしているときには３ビ
ツトと、スケールデータＤＫがビット１をあられしてい
るときには２ビツトと、そして、スケールデータＤＫが
ビット０をあられしているときには１ビツトと、それぞ
れのブロックにおいて抜き出すビット数を判別し、それ
をあらわすビット数データＢＤを形成して出力する。

これにより、圧縮部４は、スケールデータＤＫがビット
７をあられしているときにはビット７〜ビツト４の４ビ
ツトのデータを、スケールデータＤＫがビット６をあら
れしているときにはビット６〜ビツト３の４ビツトのデ
ータを、スケールデータＤＫがビット５をあられしてい
るときにはビット５〜ビツト２の４ビツトのデータを、
スケールデータＤＫがビット４をあられしているときに
はビット４〜ビツト２の３ビツトのデータを、スケール
データＤＫがビット３をあられしているときにはビット
３〜ビツト１の３ビツトのデータを、スケールデータＤ
Ｋがビット２をあられしているときにはビット２〜ビツ
トＯの３ビツトのデータを、スケールデータＤＫがビッ
ト１をあられしているときにはビット１とビット０の２
ビツトのデータを、そして、スケールデータＤＫがビッ
ト０をあられしているときにはビット０のデータを。

おのおののサンプルのデジタル信号ＤＳから抜き出して
そのサンプルに対応した符号データＤＣを形成する。

データ合成部７は、第４図に示したように、スケール値
設定部５から出力されたスケールデータＤＫを先頭に配
置し、それに続いて各サンプルの圧縮データＤＣ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
ＤＬとして形成して次段装置（例えばデータ伝送装置あ
るいはデータ記憶装置等）に出力する。また、データ合
成部７は、スケールデータＤＫの値に基づいて１ブロッ
ク分の符号化データＤＬの長さを識別している。

すなわち、この場合、スケールデータＤＫがビット７〜
ビツト５をあられしているときには１ブロック分の符号
化データＤＬの長さは３５（＝３＋２．８）ビットとな
り、スケールデータＤＫがビット４〜ビツト２をあられ
しているときには１ブロック分の符号化データＤＬの長
さは２７（＝３＋３．９）ビットとなり、スケールデー
タＤＫがビット１をあられしているときには符号化デー
タＤＬの長さは１９（＝３＋２．８）ビットとなり、ス
ケールデータＤＫがビット０をあられしているときには
符号化データＯＬの長さは１．１（＝３＋２．８）ビッ
トなる。

このようにして、入力された音声信号ＳＳが圧縮され、
符号化データＤＬとして出力される。

第４図は、本発明の一実施例にかかる音声復号化装置の
一例を示している。この音声復号化装置は、上述した音
声符号化装置によって符号化された符号化データＤＬを
復号して音声信号を出力するものである。

同図において、例えばデータ受信装置あるいはデータ記
憶装置等の前段装置（図示略）から出力された符号化デ
ータＤＬは、記憶袋Ｗ１１に一旦記憶され、読出回路１
２から出力される続出信号ＡＤによって順次読み出され
てデータ切出部１３に加えられている。

読出回路１２は、１サンプルが４ビツトからなる符号化
データＤＬを適切に復号化できるタイミングで読出信号
ＡＤを更新して符号化データをＤＬを読み出すとともに
、後述するバッファメモリ１６から加えられている停止
信号ＳＴが立ち上げられている期間は読出信号ＡＤの更
新を行なわず、符号化データＤＬの読み出しを一時的に
停止する。

データ切出部１３は、読出回路１２から加えられる符号
化データＤＬのうち、おのおののブロックの先頭の３ビ
ツトのデータを識別し、これをスケールデータＳＤとし
てスケール値判別部１４に出力する。

スケール値判別部１４は、受入したスケールデータＳＤ
に基づいてスケール値ＳＣおよび１つの符号データを構
成するビット数を判別し、そのスケール値ＳＣを伸張部
１５に出力するとともに、その判別したビット数をあら
わすビット数データＢＮをデータ切出部１３および伸張
部１５に出力する。

これにより、データ切出部１３は、符号化データＯＬの
うちスケールデータＳＤに後続するデータを、ビット数
データＢＮのビット数ずつに区切って、おのおののサン
プルの符号データＣＤを形成し、これを伸張部１５に順
次出力する。

伸張部１５は、ビット数データＢＮによって１サンプル
分のデータとして認識したビット数の符号データＣＤを
、スケール値ＳＣに対応したビット位置にそのＭＳＢが
一致するように８ビツトのなかに配置し、その符号デー
タＣＤよりも上位桁には符号データＣＤのＭＳＢの内容
を、下位桁にはＯをそれぞれ配置して８ビツトの復号音
声データＤＥを復号し、この復号音声データＤＥをバッ
ファメモリ１６に出力する。

バッファメモリ１６は、１ブロック分の復号音声データ
ＤＥを蓄積するとともに、所定のタイミングでおのおの
のサンプルの復号音声デー力ＤＥをデジタル／アナログ
変換器１７に出力する。またバッファメモリ１６は、そ
の蓄積量がほぼ一杯になると読出回路１２に加えている
停止信号ＳＴを立ち上げて一時的に復号化処理を停止さ
せ、オーバフローするのを防止する。そして蓄積量がほ
ぼ０になると停止信号ＳＴを立ち下げて復号化処理を再
開させる。

このようにして、バッファメモリ１６により、データ切
出部１３から伸張部１５までの復号化処理とデジタル／
アナログ変換器１７の変換処理との処理速度の差を吸収
している。

デジタル／アナログ変換器１７は、受入した信号値を８
ＫＨｚの変換周波数で対応するアナログ信号（レベル信
号）に変換し、これをローパスフィルタ１８に出力する
。このアナログ信号は、ローパスフィルタ１８によって
波形整形されたのち、再生音声信号として次段装置（例
えば音声出力装置等）に出力される。

このようにして、符号化データＤＬに対応した音声信号
が再生される。

第５図は、音声復号化装置の他の例を示している。なお
、同図において第４図と同一部分には同一符号を付して
その説明を省略する。

この実施例では、まず、記憶装置１１から符号化データ
ＤＬを読み出すときには１ブロック分の符号化データＤ
Ｌの長さがわからないので、−旦読出回路１２によって
最長のブロックに対応した３５ビット分の符号化データ
ＤＬを読み出して、それを３５ビットの記憶容量をもつ
バッファメモリ２０に蓄積させ、このバッファメモリ２
０を介してデータ切出部１３に符号化データＤＬを出力
する。

そして、スケール値判別部１４によって１サンプルあた
りのビット数が判別され、ビット数データＢＮが出力さ
れると、このビット数データＢＮが加えられているアド
レス生成部２１によって次のブロックの符号化データＤ
Ｌの先頭アドレスまでのオフセット値ＡＤｓが形成され
、このオフセット値ＡＤｓを読出回路１２に出力する。

これにより、読出回路１２は次のブロックの符号化デー
タＤＬの先頭アドレスを判別し、それに対応した読出信
号ＡＤを出力して、次のブロックだめの符号化データＤ
Ｌを３５ビット分読み出す。

また、この実施例では、データ切出部１３からのサンプ
ル毎の符号データＣＤの出力タイミングは。

デジタル／アナログ変換器１７の変換速度に同期するよ
うに設定されている。

なお、上述した実施例におけるビット数等の各種定数は
一例であり、適宜な値を設定することができる。

［効果コ以上説明したように、本発明によれば、準瞬時圧縮によ
って符号データを形成するとき、そのブロックのスケー
ル値に対応して当該ブロックにおける符号データのビッ
ト数を設定しており、したがって、振幅の小さい音声信
号にはビット数の少ない符号データを割り当てるように
したので、低ビットレートで、簡単な処理により、高品
質な音声を再現できるという優れた効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は準瞬時圧伸を説明するための信
号配置図、第２図は本発明の一実施例にかかる音声符号
化装置を示したブロック図、第３図は符号化データの一
例を示した信号配置図、第４図は本発明にかかる音声復
号化装置の一例を示したブロック図、第５図は本発明に
かかる音声復号化装置の他の例を示したブロック図であ
る。１．１８・・・ローパスフィルタ、２・・・アナログ／
デジタル変換器、３，１６．２０・・・バッファメモリ
、４・・・圧縮部、５・・・スケール値設定部、６・・
・符号ビット数設定部、７・・・データ合成部、１１・
・・記憶装置。１２・・・読出回路、１３・・・データ切出部、１４・
・・スケール値判別部、１５・・・伸張部、１７・・・
デジタル／アナログ変換器、２１・・・アドレス生成部
。第１図（ａ）　　　　　（ｂ）第２図第３図りし

Claims

【特許請求の範囲】

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値
の絶対値の最大値に対応した最上位桁をあらわすスケー
ルデータを識別し、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、上記スケールデータに対応
して当該ブロックでの符号データのビット数を設定する
ことを特徴とする音声符号化方式。