JPH01167899A - 音声符号化方式 - 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】 技術分野 本発明は、音声符号化方式、より詳細には、音声圧縮を
用いた音声蓄積方式、通信方式に応用可能な音声符号化
方式に関するものである。

皿米薮生 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１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８にＨｚ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、こ
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４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１時系列的に隣接するＰＣＭ符号の差分を形
成する差分ＰＣＭ（ＤＰＣＭ）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、す、隣接したサンプル間の限
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ＰＣ
Ｍ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方式では、３
２Ｋｈｐｓのビットレートを実現している。

この他には、音声信号の非安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、またハ、音
声分析合成手法によるし５Ｐ（Ｌｉｎｅ　５ｐｅｃｔｒ
ｕｔｎＰａｉｒ）方式などがある。

しかしながら、このような適応差分ＰＣＭ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。

一方、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れすスケールデータ
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、効率的には充分なものではな一箋。

そこで、この準瞬時圧伸方式の効率を改善する手法とし
てｒ差分ＰＣＭ方式と準瞬時圧伸との結合」が考えられ
るが、一般に単に準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用し
ただけでは、圧縮時の欠落ビットが伝送誤差を生じ、受
信側の積分器で誤差力１累積して受信不能となる。

次にこの点について説明する。

いま準瞬時圧伸を差分ＰＣＭ方式に適用した符号化方式
によって、第６図（ａ）に示したような音声信号を符号
化することを考える。まず、差分ＰＣＭ符号化のために
この音声信号を例えば８ＫＨｚのサンプリング周波数で
サンプリングしてサンプル間の差分値を形成する。ここ
では、隣接するサンプル間の差分値を符号付の８ビツト
のデータすなわち２の補数゛表現の８ビツトデータであ
られす。そして、準瞬時圧伸のための条件は、８サンプ
ルで１ブロツクを構成し、伝送データは１サンプルあた
り３ビツトとする。また、スケールデータは３ビツトで
ある。

ここで、８つのサンプル＃１〜＃８における差分値力１
第７図（ａ）のように得られたものとする。このブロッ
ク内において差分値の絶対値が最大になるものは、サン
プル＃１であり、したがって、このときのスケール位置
ＰＯ８は、このサンプル＃ｌのビットパタンの最上位桁
であるビット４となり、スケール位置ｐｏｓの値は（１
００）２になる。

これにより、各サンプルの伝送ビット（伝送データ；す
なわち符号データ）は、このスケール位置ＰＯ８よりも
１つ上位桁で、符号値をあられすビット５（サインビッ
ト）から３ビツトのデータ、すなわち、ビット５，４．
３のデータとなる。

したがって、このブロックでは、最初にスケール位置Ｐ
Ｏ８を、それに続いてサンプル＃１−＃８の伝送ビット
を順次連続して配置して構成した伝送データ（符号デー
タ）は、同図（ｂ）に示したようなものとなる。

このような符号データを復号するとき、まず、１ブロツ
ク分の符号データを３ビツトずつに分解し、その最初の
３ビツトの値からスケール位置ＰＯ８を識別する。そし
て、後続する３ビツトの符号データを８ビツトのデータ
に伸長するときには、スケール位置ＰＯ８よりも１つ上
位桁に符号データのＭＳＢ　（最上位ビット）を一致さ
せ、そのＭＳＢよりも上位桁の各桁には符号ビットの値
をセットし、そのＬＳＢ　（最下位ビット）よりも下位
桁の各桁にはＯをセットする。

これにより、同図（ｃ）に示したデータが、復号後のデ
ータとして得られる。このデータと、符号化前のデータ
とを比較すると、復号データカは伝送ビットよりも下位
桁の情報（直流成分）が欠落していることがわかる（第
６図（’ｂ）参照）。すなわち、情報に欠落ビットを生
じている。

このような復号データに基づいて音声信号を再生すると
、第６図（ｃ）に−点鎖線で示したように。

欠落ビット分の誤差が蓄積して負の直流シフトを生じ、
同図に破線で示した元の波形よりも右下がりの波形とな
り、その結果、適正に情報を伝送することができない。

このような問題を解決する１つの方法として、「欠落ビ
ットのアキュムレーションによる差分圧伸ＰＣＭ（ＤＣ
−ＰＣＭ）Ｊ（高橋ほか、電子通信学会論文誌’８４／
１０　Ｖｏｌ、Ｊ６７−Ｂ　Ｎｏ、１０）が提案されて
いる。

しかしながら、この方法は１５ビット程度の差分データ
を８ビット程度に圧縮する場合に有効であり、８ビツト
の差分データを３ビット程度に圧縮するような低ビツト
レートの符号化方式には適用できない。

すなわち、このような低ビツトレートの場合にはブロッ
ク間において音声波形の振幅が大幅に変化したときなど
ブロック間でスケール位置が大幅に変動することがあり
、そのためにアキュムレーションされている誤差信号の
方が伝送すべき有効なデータよりも大きな値となること
がある。かかる場合には、伝送すべきデータが誤差信号
に埋もれてしまい、適正なデータ伝送を実現できない。

本出願人は、上述した従来技術の不都合を解決するため
、先に、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符号化方式を提供した。

第８図は、本出願人が先に提案した音声符号化装置の一
例を説明するための図で、この例は、差分ＰＣＭ符号化
方式に準瞬時圧伸を適用したものであり、準瞬時圧伸を
施したさいにもとまるブロック化した圧縮差分データを
順次復号し、原信号と比較することで圧縮ビット数内で
誤差の少ない差分データとなるようにサンプル点毎に補
正している。またこの例では、８ＫＨｚのサンプリング
周波数で音声信号をサンプリングしてサンプル間の差分
値を２の補数表現の８ビツトデータであられし、８サン
プルで準瞬時圧伸のための１ブロツクを構成し、伝送デ
ータは１サンプルあたり３ビツト、および、スケールデ
ータは３ビツトとする。

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
される。このアナログ／デジタル変換器２は、サンプリ
ング周波数が８ＫＨｚで直線量子化するものである。

デジタル信号ＤＳは、１ブロツクをなす８サンプル分の
記憶容量をもつバッファ３に蓄積され、このバッファ３
に蓄積されたデジタル信号ＤＳｄは、差分データを形成
するための加減算器４のプラス入力端に加えられている
。

この加減算器４から出力される９ビツトの差分データＤ
Ｄｓは、最大値制限回路５によって８ビツトの差分デー
タＤＤに変換される。このようにして差分データの最大
値を制限したのは、次のような理由による。

すなわち、差分データＤＤｓをそのまま準瞬時圧縮した
場合、突発的に大きな差分データを含むブロックにおい
てはそれに対応とだ大きなスケール値が設定され、その
ために他の小さな差分データに対する準瞬時圧縮後のデ
ータの追従性が悪化する。その結果、復元した音声信号
が、聴覚上、ギクシャクした感じを与える。そこで、こ
のように差分データの最大値をある程度に制限すること
により、このような聴覚上の問題を解決することができ
る。

この差分データＤＤは、８サンプル分の記憶容量をもつ
バッファ６、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７および加算器８の一入力端に
加えられている。

この加算器８の出力はレジスタ９に加えられ、このレジ
スタ９の出力は加減算器４のマイナス入力端、加算器８
の値入力端、および、８サンプル分の記憶容量をもつバ
ッファ１０に加えられている。

このようにして、最大値制限回路５によって８ビツトに
制限された差分データＤＤの積算値が加算器８によって
形成され、このデータが差分データＤＤｓを形成するた
めの直前のサンプルのデータとして用いられている。

バッファ６の記憶データは、サンプル毎に準瞬時圧縮符
号化する準瞬時圧縮部１１に加えられている。

スケール値設定部７は、最大値制限回路５から出力され
る差分データＤＤ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。このスケールデータＤＫは、準瞬時
圧縮部１１．　＊瞬時圧縮部１１から出力される圧縮差
分データＯＣを最適なデータに変換するための最適化処
理部１２、■ブロン９分のデータを所定の信号形式に整
形するための、マルチプレクサ１３の一入力端、および
、最適化された圧縮差分データを伸長するための準瞬時
伸長部１４に加えられている。

またバッファ１０の記憶データは、レジスタ９がら出力
される差分データＤＤを積算して形成された復号データ
であり、符号化の対象である元の音声信号（以下原信号
という）として最適化処理部１２に加えられている。

準瞬時圧縮部１１は、バッファ６から加えられる８ビツ
トの差分データＤＤについて、おのおののサンプル毎に
、スケール値設定部７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よりも１ビツト上位桁をＭＳ
Ｂとする３ビツトのデータを抜きだしてそれを圧縮差分
データＤＣとして最適化処理部１２に出力する。

最適化処理部１２は、準瞬時圧縮部１１から加えられる
１ブロック分の圧縮差分データＤＣを順次復号し、バッ
ファ１０から加えられる原信号と比較することにより、
圧縮ビット数内で誤差の少ない差分データとなるように
サンプル点毎に圧縮差分データＯＣを補正し、これを最
適化差分データＤＣｏとしてマルチプレクサ１３の値入
力端および準瞬時伸長部１４に加えている。

マルチプレクサ１３は、第９図に示したように、スケー
ル値設定部７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最適化差分データ
ＤＣｏ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ＯＬ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
。

準瞬時伸長部１４は、スケール値設定部７から加えられ
るスケールデータＤにが示し工いる桁よりも１つ上位桁
にＭＳＢが一致するように、最適化処理部１２から出力
される３ビツトの最適化差分データＤＣ。

を配置するとともに、それよりも上位桁には最適化差分
データＤＣｏの符号データの値を配置し、下位桁には０
を配置して８ビツトの復号データＤＥを形成するもので
あり、その復号データＤＨは積分部１５に加えられる。

積分部１５は、準瞬時伸長部１４から出力される復号デ
ータＤＢを積算し、符号化データＤＬを実際に復号化処
理して復元したときの復元データＳＤを形成し、この復
元データＳＤをレジスタ９に出力している。レジスタ９
では、この復元データＳＤを、１つのブロックの処理を
終了して次のブロックの処理を開始する直前で取り込む
。

これにより、準瞬時圧伸に特有な欠落ビットによる誤差
の累積を、次のブロックの最初のサンプルデータな形成
するときに解消することができ。

その結果、より正確な符号化データＤＬを形成すること
ができる。

このようにして１本実施例では、最適化処理部１２によ
って元の音声信号により追従するように圧縮差分データ
ＤＣを補正するとともに、積分部１５で形成した復元デ
ータＳＤによってブロック内の累積誤差を次のブロック
に反映させているので、準瞬時圧伸による低ビツトレー
トの音声符号化処理をより精度よく実現することができ
る。

次に、最適化処理部１２が実行する圧縮差分データの最
適化処理について説明する。

いま、第１１図（ａ）に示したような音声波形を符号化
することを考える。サンプル＃０を基準としてサンプル
＃１，１２．１３の差分をそれぞれ８ビツトで形成した
とき、この場合の差分の絶対値はサンプル＃１が最大に
なる。したがって、このときの３ビツトの圧縮差分デー
タはこのサンプルｔ１を基準に形成され、スケール値は
そのビットパタンの最上位桁の桁位置となる。

さて、圧縮差分データを３ビツトであられした場合、表
現できるデータはスケール値よりも１ビツト下位桁の量
子化幅のものであり、したがって、おのおののサンプル
＃１．＃２．＃３の値は、この量子化幅で表現可能なデ
ータに置換される。例えば、サンプル＃ｌの圧縮差分デ
ータはこの表現できるデータのうち実際の値ｐＨよりも
下の値Ｐ１２（＝（０１０）２　；ただしこの場合ＬＳ
Ｂはスケール位置よりも１ビツト下位桁。以下同じ）に
なる。

ところで、この量子化幅で表現できるデータのうち、Ｐ
Ｉ３よりも１つ大きな値Ｐ１３（＝（０１１）ｌＩ）に
対応したデータの方がよりサンプル＃１の実際の値ｐｔ
ｔに近い。したがって、この値Ｐ１３をサンプル＃１の
圧縮差分データとすれば、復号化したときの音声信号（
復号値）の誤差を小さくすることができる。

すなわち、このときの復号値の誤差は、最大でもこの圧
縮差分データの量子化幅の１７２に抑えることができる
。

同様に、サンプル＃２Ｊ３について考えると、その復号
値が符号化前の信号の値（サンプル＃２では値Ｐ２１、
サンプル＃３では値Ｐ３１）に最も近くなる圧縮差分デ
ータを選択すればよい。

すなわち、この場合、サンプル＃２については、値Ｐ２
１よりも小さい値Ｐ２２に基づいた復号値に較べて値Ｐ
２１よりも大きい値Ｐ２３に基づいた復号値の方がより
値Ｐ２１に近いので、サンプル＃１の復号値である値Ｐ
１３と値Ｐ２３との差分（＝（０１０）２）を圧縮差分
データに設定する。またサンプル＃３については、値Ｐ
３１が圧縮差分データであられし得る復号値に一致する
ので、サンプル＃２の復号値である値Ｐ２３と値Ｐ３１
との差分（＝（０１０）２）を圧縮差分データに設定す
る。

このようにして、元の音声信号に対する追従性が向上し
た圧縮差分データを形成することができる。そのための
処理である最適化差分ビットルーチンの一例を第１１図
（ａ）　、　　（ｂ−）に示す。

まず、準瞬時圧縮部１１から圧縮差分データ（ＤＣ）を
入力しく処理１０１）、その圧縮差分データｄの値が、
圧縮ビット数（この場合は３ビツト）であられすことの
できる正の最大値ＭＡＸ（＝（０１１）、）より大きい
か、あるいは、負の最大値ＭＩＮ（＝（１００）、）よ
り小さいかを判別しく判断１０２．１０３）、判断１０
２の結果がＹＥＳになるときには圧縮差分データｄに値
ＭＡＸを代入しく処理１０４）、判断１０３の結果がＹ
ＥＳになるときに圧縮差分データｄに値ＭＩＮを代入す
る（処理１０５）。

次に、圧縮差分データｄよりもＬＳＢ　（＝　（ｏｏ　
１）２　）だけ小さな値ｄｍと圧縮差分データｄよりも
ＬＳＢだけ大きな値ｄｐを形成しく処理１０６．１０７
）、値ｄｍが値にＩＮよりも小さくなった場合には値ｄ
ａに値ＭＩＮを代入しく判断１０８．処理１０９）、値
ｄｐが値ＭＡＸよりも大きくなった場合には値ｄｐに値
ＭＡＸを代入する（判断１１０゜処理１１１）。　　　
・ このようにして値ｄｐ、ｄｍを形成すると、スケールデ
ータＤＫに基づいて値ｄ、ｄｐ、ｄａを準瞬時伸長した
ときの８ビツトの値ｄｄ、ｄｄｐ、ｄｄｍを算出する（
処理１１２）。そして、この値ｄｄ、ｄｄｐ、ｄｄｍを
それぞれ１サンプル前のデータの復号値ｄａｏを加算し
、おのおのの値ｄ、ｄｐ、ｄ＋ｍに対応したローカル復
号値ｄａ、’ｄａｐ。

ｄａｍを形成する（処理１１３）、なお処理１１２およ
び１１３でローカル復号処理を実現しており、そのため
に、直前のサンプルの復号値ｄａｏを記憶しておく。

次に、当該サンプルに対応した原信号の値ｄａｉをバッ
ファ１０から読み込み、この原信号の値ｄａｔと、おの
おののローカル復号値ｄａ、ｄａｐ、ｄａ−との差の絶
対値Ｄａ、Ｄｐ、Ｄｎ＋を算出しく処理１１４）、原信
号の値ｄａｔがローカル復号値ｄａよりも大きいかどう
かを調べる（判断１１５）。

この判断１１５の結果がＹＥＳになるときには、絶対値
Ｄａが絶対値ｏｐよりも大きいかどうかを調べ（判断１
１６）、この判断１１６の結果がＹＥＳになるときには
、値ｄに値ｄｐを代入しく処理１１７）処理１０６へと
戻り、判断１１６の結果がＮＯになるときには、値ｄを
最適化差分データＤＣｏとして出力する（処理１１８）
。

また判断１１５の結果がＮＯになるときには、絶対値Ｄ
ａが絶対値ｏｐよりも大きいかどうかを調べ（判断１１
９）、この判断１１９の結果がＹＥＳになるときには、
値ｄに値ｄ１１を代入しく処理１２０）処理１０６へと
戻り、判断１１９の結判がＮＯになるときには処理１１
８を実行する。

すなわち、第１０図（ｂ）の左側に示したように、原信
号の値ｄａｉが復号値ｄａよりも復号値ｄａρに近いと
きには、圧縮差分データｄをＬＳＢだけ大きい値ｄｐに
更新して、その値を最適化差分データＤＣＯとして出力
する。また、その反対に原信号の値ｄａｉが復号値ｄａ
よりも復号値ｄａｍに近いときには、圧縮差分データｄ
　ｔ−ＬＳＢだけ小さい値ｄｍに更新して、その値を最
適化差分データＤＣｏとして出力する。なお、１回の処
理で最適な値が得られなかった場合には、この処理を繰
り返し実行する。

このようにして、準瞬時圧伸で得られた圧縮差分データ
に圧縮ビットのＬＳＢを加算、減算する操作をサンプル
点毎に繰り返し行ない、復号値と原信号との誤差を少な
くするように差分データを補正している。

なお、バッファ１０に原信号として記憶するデータとし
ては、最大値制限回路５に入力される前のバッファ３の
出力データを用いることもできる。

したがって、例えば第１２図（ａ）に示したような音声
信号（第６図（ａ）と同じ）をこのような最適化差分ビ
ットルーチンを用いた準瞬時圧縮によって符号化するこ
とを考える。

まず、この音声信号の８つのサンプル＃１−＃８におけ
る差分値が第１３図（ａ）のように得られ、したがって
、このときのスケール値＠　ｐｏｓは、サンプル＃１０
ビットパタンの最上位桁であるビット４となり、スケー
ル値［ＰＱＳの値は（１００）、になる。これにより、
準瞬時圧縮部１１によって形成される圧縮差分データＯ
Ｃは、おのおののサンプル＃１〜１８について、それぞ
れ第１３図（ｂ）に示したものとなる。

そして、この圧縮差分データＤＣは、おのおののサンプ
ルＩ１１〜＃８について、それぞれ上述の最適化差分ビ
ットルーチンにより第１３図（ｃ）に示したような最適
化差分データＤＣｏにそれぞれ補正される。

その結果、後述する音声復号化装置では、この最適化差
分データＤＣｏのおのおののサンプル＃１−Ｊ１８の値
が第１３図（ｄ）に示したように８ビツトの差分データ
に伸長され、この差分データに基づいて。

音声信号が第１２図（ｃ）に実線で示したように復号さ
れる。ここで、上述した圧縮差分データＤＣをそのまま
符号化データに用いた場合の再生された音声信号を第１
２図（ｃ）に−点鎖線で示す。

これらの比較かられかるように、最適化差分データＤＣ
ｏに基づいて再生された音声信号は、第１２図（ｃ）に
破線で示した符号化前の音声信号にまとわりつくような
ものとなり、符号化前の音声信号に対する追従性が大き
く向上している。

第１４図は、音声復号化装置の一例を示しているが、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０し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、デマルチプレクサ２１に加えられ、
おのおののブロック毎に、先頭の３ビツトがスケール値
ＳＣとして識別されて準瞬時伸長部２２のスケール値入
力端に加えられ、それ以外のコードデータ（圧縮差分デ
ータ）は、準瞬時伸長部２２のコードデータ入力端に加
えられる。

準瞬時伸長部２２は、加えられるコードデータを３ビツ
トずつに区切るとともに、８ビツトデータにおいて入力
したスケールデータＳＣに対応したビット位置にその３
ビツトのデータを配置し、そのコードデータよりも上位
桁には符号ビットの内容を、下位桁には０を配置して８
ビツトデータ（第１４図（ｄ）参照）に伸長し、この８
ビツトデータを積分部２３に出力する。

積分部２３は、順次入力される８ビツトデータを積算し
て音声信号の各サンプルにおける信号値を形成し、これ
をデジタル／アナログ変換器２４に出力する。

デジタル／アナログ変換器２４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２５に出力する
。このアナログ信号は、ローパスフィルタ２５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を復号するための音声復号
化装置の構成は、非常に簡単なものとなり、したがって
、例えば、汎用の８ビツトマイクロプロセツサを用いて
この音声復号化装置を実現することもでき、コストを極
く小さく抑えることができる。

ところで、準瞬時圧伸においては、１つのブロック内に
おいて信号値の絶対値が最大になるビットパタンに基づ
いてスケール位置を設定しているので、例えば、そのブ
ロックにおいて突発的に大きな値をとるサンプルがあっ
た場合、その大きな値に対応したスケール値が設定され
るため、他の小さい値に対する符号化データの追従性が
悪くなり、聴覚上好ましくないという不都合を生じるこ
とがある。

次に、このような不都合を解消できるようにした例につ
いて説明する。

さて、上述した不都合を解消するには、そのブロックに
おいて最も誤差の少ない符号化データを形成すればよく
、そのためには適切なスケール位置（値）を設定すれば
よい。

そこで、最初に設定したスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときと、そのスケール位置よりも１桁上位桁を
スケール位置に設定した場合にそのスケール位置に基づ
いて準瞬時圧縮したときと。

その最初のスケール位置よりも１桁下位桁をスケール位
置に設定した場合にそのスケール位置に基づいて準瞬時
圧縮したときとで、おのおののサンプルにおいて復号値
と符号化前の音声信号の値との誤差を算出してそれらに
基づいてそれぞれのスケール位置での評価値を形成し、
この評価値に基づき、それらのスケール位置のもののう
ち最も良好なものを選択するようにしている。なお、こ
の評価値としては、おのおののサンプルにおける元の音
声信号と復号値との差の絶対値の総和や、その差を自乗
した値の総和または平方根（誤差パワー）を用いること
ができる。

すなわち、例えば第１５図（ｃ）に示したような音声信
号があったとき、この音声信号の各サンプル＃１〜＃８
のうち差分値が最も大きいサンプル＃１に基づいてスケ
ール値が決定され、その状態が同図であるとする。

これに対し、スケール値を１つ小さくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階小さくなるので同図（ｂ）の
状態になり、スケール値を１つ大きくした場合にはサン
プル値の量子化幅が１段階大きくなるので同図（ｃ）の
状態となる。

また、おのおのの状態で、上述した最適化差分ビットル
ーチンによる最適化処理を実行したとき。

各サンプルにおける符号ビットは、次の表のようになる
。

人 ここでは、第１５図（ａ）の場合のスケール値を、５Ｃ
−１はＳＣａよりもｌだけ小さい同図（ｂ）の場合のス
ケール値を、ＳＣ１はＳＣｏよりもｌだけ大きい同図（
ｃ）の場合のスケール値をそれぞれ示している。

このようにスケール値を変更すると、当然のことながら
元の音声信号と復号値との差の総和あるいは誤差パワー
は、そのブロックにおける音声信号の変化に対応してい
ずれか１つのスケール値のものが最小となり、その最小
となるものが当該ブロックにおいて音声信号に対する追
従性が最良である。

例えば、実験によれば統計的にみて、スケール値ＳＣｏ
のものの誤差パワーが最も小さくなるのはブロック総数
のうち６０％程度であり、スケール値ＳＣ−，のものの
誤差パワーが最も小さくなるのはブロック総数のうち３
０％程度であり、スケール値ＳＣ１のものの誤差パワー
が最も小さくなるのはブロック総数のうち１０％程度で
ある。

このようにして、ブロック毎に使用するスケール値を選
択することで、再生した音声信号の音質（聴覚上の）が
向上する。

第１６図は、上述のごとき点を考慮した音声符号化装置
の一例を示す図で、同図において第１３図と同一部分に
は同一符号を付し、相当する部分にはそれと同一符号に
サフィクスを付加してその説明を省略する。またこの装
置は、準瞬時圧縮の１ブロック単位に作動する。

同図において、スケール値設定部７ａは、最大値制限回
路５から出力される差分データＤＤの連続する８サンプ
ルからなるブロックでスケール値を判別するとともに、
そのスケール値よりも１つ大きな値および１つ小さな値
を形成し、それぞれスケールデータＤＫｏ、ＤＫ１．Ｄ
Ｋ−１として出力する。これらのスケールデータＤＫ、
　、ＤＫｌ、ＤＫ−１は、上述したスケール値ＳＣ，、
ＳＣ１，５Ｃ−０にそれぞれ相当する。

スケールデータＤＫｎは、準瞬時圧縮部１１．、最適化
処理部１２゜、準瞬時伸長部１４．およびセレクタ３１
の一入力端に加えられ、スケールデータＤＫ、は、準瞬
時圧縮部１１０．最適化処理部１２１、準瞬時伸長部１
４１およびセレクタ３１の他入力端に加えられ、スケー
ルデータＤＫ−１は、準瞬時圧縮部１１−い最適化処理
部１２−１、準瞬時伸長部１４−１およびセレクタ３１
のさらに他の入力端に加えられている。

準瞬時圧縮部１１．はスケールデータＤに。に基づきバ
ッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣｏを形成
し、最適化処理部１２．はこの圧縮差分データＤＣ，に
上述した最適化差分ビットルーチンを適用して最適化差
分データＤＣｏｏを形成し、この最適化差分データＤＣ
ｏ、は準瞬時伸長部１４ｎおよびセレクタ３ｚの一入力
端に加えられる。準瞬時伸長部１４゜は入力される最適
化差分データＤＣｏ、をスケールデータＤＫｏを基準と
して８ビツトデータのデータＤＥ。

に伸長し、このデータＤＥｏは積分部１５゜によって積
算されて復号され、その復号値ＳＤ、は比較部３３の一
入力端およびセレクタ３４の一入力端に加えられている
。

また、準瞬時圧縮部１１１はスケールデータＤＫ、に基
づきバッファ６の出力データから圧縮差分データＤＣ１
を形成し、最適化処理部１２１はこの圧縮差分データＤ
Ｃ１に上述した最適化差分ビットルーチンを適用して最
適化差分データＤＣｏ、を形成し、この最適化差分デー
タＤＣ０１は準瞬時伸長部１４．およびセレクタ３２の
一入力端に加えられる。準瞬時伸長部１４□は入力され
る最適化差分データＤＣｏ１をスケールデータＤに、を
基準として８ビツトデータのデータＤＥ、に伸長し、こ
のデータＤＢ、は積分部１５．によって積算されて復号
され、その復号値ＳＤ１は比較部３３の一入力端および
セレクタ３４の一入力端に加えられている。

同様に、準瞬時圧縮部１１−０はスケールデータＤＫ−
，に基づきバッファ６の出力データから圧縮差分データ
ＤＣ−□を形成し、最適化処理部１２−１はこの圧縮差
分データＤＣ−０に上述した最適化差分ビットルーチン
を適用して最適化差分データＤＣｏ　−ｔを形成し、こ
の最適化差分データＤＣｏ−１は準瞬時伸長部１４−０
およびセレクタ３２の一入力端に加えられる。

準瞬時伸長部１４−□は入力される最適化差分データＤ
Ｃｏ−１をスケールデータＤＫ−１を基準として８ビツ
トデータのデータＤＥ−１に伸長し、このデータＤＨ−
，は精分部１５−□によって積算されて復号され、その
復号値５Ｏ−１は比較部３３の一入力端およびセレクタ
３４の一入力端に加えられている。

また、最大値制限回路５から出力される差分データＤＤ
は、バッファ１０ａによって１ブロック分が蓄積され、
このバッファ１０ａの出力は積分部１５ａによって順次
積算されて圧縮されていない音声信号（すなわち原信号
）が形成され、それに対応したデータＳＤａが最適化処
理部１２ｎ、１２．．１２’−、および比較部３３に加
えられている。

このように、比較部３３には、原信号に対応したデータ
ＳＤａ、スケール値ＳＣ，（スケールデータＤＫｏ）に
対応した最適化差分データＤＣｏｏを復号したときの復
号値ＳＯｏ、スケール値５Ｃ１（スケールデータＤＫ、
）に対応した最適化差分データＤＣｏ、を復号したとき
の復号値ＳＤいおよび、スケール値５Ｃ−１（スケール
データＤＫ−，）に対応した最適化差分データＤＣｏ−
，を復号したときの復号値５Ｄ−４が、サンプル毎にそ
れぞれ加えられる。

比較部３３は、データＳＤａと復号値ＳＤＩ、、ＳＤ１
．ＳＤ−。

に基づき、それらの復号値ＳＤ、　、ＳＤｌ、５Ｄ−１
におけるデータＳＤａからの誤差をそれぞれのサンプル
毎に形成し、ｌブロックにおける誤差パワーをおのおの
の復号値ＳＤｏ、ＳＤ、　、５Ｄ−３について算出し、
それらの中で最小値をとるものを判別する。

そして、復号値ＳＤｏについての誤差パワーが最小にな
るときには、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ
０を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとと
もにセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ、を
選択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセ
レクタ３４によって符号値ＳＤ、を選択し、これをレジ
スタ９に取り込ませるデータとする。

また、復号値ＳＤ１についての誤差パワーが最小になる
ときは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ、を
選択してこれをマルチプレクサ１３に出力するとともに
セレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ１を選択
してこれをマルチプレクサ１３に出力する。またセレク
タ３４によって符号値ＳＤ、を選択し、これをレジスタ
９に取り込ませるデータとする。

同様に、復号値５Ｄ−１についての誤差パワーが最小に
なるときは、セレクタ３１によってスケールデータＤＫ
−１を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力すると
ともにセレクタ３２によって最適化差分データＤＣｏ−
１を選択してこれをマルチプレクサ１３に出力する。ま
たセレクタ３４によって符号値５Ｄ−４を選択し、これ
をレジスタ９に取り込ませるデータとする。

したがって、マルチプレクサ１３からは、そのブロック
において最も誤差パワーが小さくなる符号化データＯＬ
が出力される。

比較部３３が実行する比較ルーチンの一例を第１７図に
示す。まず、データＳＤａおよび復号値ＳＤ０．ＳＤ、
。

ＳＤ−、をサンプル毎に入力するとともに（処理２０１
）、それらの入力したデータに基づき、次式を演算して
、復号値ＳＤ、　、ＳＤ、　、ＳＤ−、におのおの対応
した誤差パワＰＭＳｎ、ＰＭＳ１．ＰＭＳ−１をそれぞ
れ算出する（処理２０２）。

２ＭＳｋ＝（Σ（ＳＤａｊ−３Ｄｋ、ｉ）”）１ハｊ＝
１ ここで、ｋ＝０．１．−１、ｊはブロック内におけるサ
ンプル番号、５Ｄａｊはブロック内のおのおののサンプ
ルにおけるデータ、５Ｄｋｊはブロック内のおのおのの
サンプルにおける符号値ＳＤｋをあられす。

そして、いずれの誤差パワーＲＭＳ、　、ＲＭＳｌ、Ｒ
ＭＳ−□が最も小さいかを識別しく判断２０３，２０４
，２０５）、最小の誤差パワーＲＭＳｎ、ＲＭＳ１．Ｒ
ＭＳ−□に対応したスケールデータＤＫ、　、ＤＫ、　
、０Ｋ−１と最適化差分データＤＣｏｎ　ｅＤＣｏ、　
、ＤＣｏ−０をそれぞれ選択する（処理２０６，２０７
，２０８）。

なお、この比較ルーチンにおいて、おのおのの復号値Ｓ
Ｄｏ、ＳＤ、　、５Ｄ−１とデータＳＤａとの誤差に基
づいた評価値としては、上述した誤差パワー以外に、例
えば、おのおののサンプルにおけるデータＳＤａと復号
値ＳＤ、　、ＳＤ、　、ＳＤ−、との差の総和等を用い
ることができる。

而して、上記音声圧縮符号化方式は、差分ｐｃＭ音声符
号化に準瞬時圧伸を適用し、その伝送ビットを補正して
自然な音声信号の圧縮を行うものであり、前後の標本値
の平均との残差を符号化するが、この残差が１つ大きい
とそこでスケール値が決定されるため、他の標本値では
スケール値が大きすぎ音質劣化の原因となっていた。

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、
特に、低ビツトレートで音質劣化の少ない音声符号化方
式を提供することを目的としてなされたものである。

構　　　成 本発明は、上記目的を達成するために、音声波形符号化
方式において、音声波形が極値でありがつ前後のサンプ
ル点の平均からの差分を１　／　ｎ（ｎは整数）とした
場合も極値である場合、差分を１　／　ｎとして極値を
小さくすることにより、符号化を行うこと、或いは、Ｐ
ＣＭ符号化された音声データをブロックに分割し、前後
のサンプルの平均値との残差の絶対値の最大値からスケ
ール値を決め、所定ビット数に圧縮する音声符号化方式
において、そのサンプルが極値でありかつその残差を１
　／　ｎとした場合も極値である場合、残差を１　／　
ｎとして、符号化を行うことを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例に基いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための電気回路
図で、図中、４１は乗算器（加減算器）、４２は極値判
別回路、４３．４４はレジスタ、４５はローカル復号部
で、その他第８図に示した従来技術と同様の作用をする
部分には第８図の場合と同一の参照番号を付し、その詳
細な説明は省略する。

第１図において、レジスタ４３．レジスタ４４には、そ
れぞれ２サンプル前と１サンプル前のローカル復号値が
入る。復号部では実際に符号化した値から１フレームの
終わりの２サンプルを復号し、その復号値を１フレーム
終了時にレジスタ４３、レジスタ４４に与える。レジス
タ４３の出力の２サンプル前のローカル復号値と、入力
信号は足し合わされ、次に１／２される。従って、入力
のサンプルと２サンプル前の値の平均をとったことにな
る。この平均からレジスタ４４の出力である１サンプル
前のローカル復号値を引いた値を順次適応差分ビットに
よる圧縮を行う。而して、前後の標本値の平均との残差
を符号化する場合、ブロック内で一番大きな残差によっ
てスケール値が決定される。他の残差に比べ、１つ非常
に大きな残差をもつ場合、その残差を小さくすることで
、より最適なスケール値が求められる。

第１図において、まず前後のサンプル点の平均との残差
をとリスケール値を決定するが、このとき極値判別回路
４２でそのサンプル点が極値をもち、かつ、その残差を
１７２としても極値となる場合、残差を１７２とする。

第２図（ａ）では残差を１／２としても極値となるため
残差を１／２とするが、第２図（ｂ）では、極値となら
ないためそのままとする。このようにして得られた残差
について前述の従来の最適差分ビット伝送方式で符号化
を行う。

更に詳細に説明すると、第２図において、Ａは音声信号
波形、Ｌは残差を示すが、第２図（ａ）では、残差りを
１／２としてもＰ点が極値となる（ａ（ｎ−１）、ａ（
ｎ＋１）よりも大）ため、この場合には残差を１　／　
２　（ａ　ｎ点をＰ点とする）とするが、第２図（ｂ）
の場合、残差りを１７２とすると、Ｐ点が極値とならな
い（Ｐ点はａ（ｎ＋１）より小）ため、この場合には、
ａｎ点はそのままとする。

而して、本発明によると、極値判別回路４２により、大
きな残差は１／２（なお１以上には、説明を簡明にする
ために、残差を１／２とする場合の例について説明した
が、必ずしも１／２にする必要はなく、任意所望の分数
（１／ｎ）にすることが可能である。）とするため音声
波形はなめらかになり、スケール値が大きすぎることも
なく、より最適な符号化を行うことができる。特に低ビ
ツト伝送のとき、大きな雑音を抑制することができ、高
い効果が得られる。

音声波形から説明をすると、 第３図は原音に対する通常の２ビット符号化（原音−適
応差分＋０．５＋スケール変化）による復号波形（太線
）である。

第４図は、原音に極値圧縮による処理を行った結果を示
す。

第５図は、原音に対する本実施例による２ビット符号化
（原音−極値圧縮＋適応差分＋０．５＋スケール変化）
による復号波形（太線）で、第３図に比べ、なめらかな
追従を行っていることがわかる。

また聴感上も第５図に示した復号４１号の方が優ってい
た。

効　　　果 以上の説明から明らかなように１本発明によると、音声
波形の急峻な山の部分を符号化の前になめらかにするこ
とにより、多少、高域成分が落ちるものの、符号化がよ
り最適になされるため、簡単なハードで品質の良い復号
波形を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための電気回路
図、第２図は、本発明の動作原理を説明するための図、
第３図乃至第５図は、従来技術による符号化処理と本発
明による符号化処理の結果を示す図、第６図は、従来技
術の説明図、第７図（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の符号
化復号化の状況を説明するための信号配置図、第８図乃
至第１７図は、本発明の先行技術を説明するための図で
、第８図は音声符号化装置を示したブロック線図、第９
図は符号化データの信号形式を例示した信号配置図、第
１０図（ａ）は最適化処理を説明するための波形図、同
図（ｂ）は最適化差分ビットルーチンの作用を説明する
ための信号配置図、第１１図（ａ）、（ｂ）は最適化差
分ビットルーチンの一例を示したフローチャート、第１
２図は最適化処理の効果の説明図、第１３図（ａ）〜（
ｄ）は最適化の様子を示した信号配置図、第１４図は音
声復号化装置の一例を示したブロック図、第１５図（ａ
）〜（ｃ）は他の音声符号化装置の例の原理を説明する
ための図、第１６図は他の実施例にかかる音声符号化装
置を示したブロック図、第１７図は比較ルーチンの一例
を示したフローチャートである。 １．２５・・・ローパスフィルタ、２・・・アナログ／
デジタル変換器、　　３．６．１０．１０゜、１０１．
１０−、．１０ａ、１０ｂ。 １０ｃ・・・バッファ、４・・・加減算器、５・・・最
大値制限回路、７，７ａ・・・スケール値設定部、８・
・・加算器。 ９・・・レジスタ、　１１，１１１１，１１１．１１−
１・・・準瞬時圧縮部。 １２．１２□１２．．１２−、・・・最適化処理部、１
３・・・マルチプレクサ、　１４，１４゜、　１４．　
、１４−１．２２・・・準瞬時伸長部。 １５．１５．．１５□、１５−、．１５ａ、２３−積分
部、１６・・・ビット割当て制御部、２６・・・復号部
、２７，２８・・・遅延回路、３１，３２，３４・・・
セレクタ、３３・・・比較部、３５・・・ビット割当て
制御ロジック、４１・・・乗算器、４２・・・極値判別
回路、４３．４４・・・レジスタ、４５・・・ローカル
復号部。 第２図 （０）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第３１１ｉ１
１ 第４図 第５図 第６図 第　７　　図 璃　９　図 ＣＡＬＸ 第１０図 （ａ） （ｂ） Ｍ　ＩＩ　図 第　１１　図 （ｂ） 第１２図 第　１３　　圀 第１４図 第　１５　図 （ａ） （ｂ） 廿０　　　　＝＋　　　　　：２　　　　≠３第　１５
　図 （Ｃ） Ｍ７７　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、音声波形が極値でありかつ前後のサンプル点の
   平均からの差分を１／ｎ（ｎは整数）とした場合も極値
   である場合、差分を１／ｎとして極値を小さくして符号
   化を行うことを特徴とする音声符号化方式。
2. （２）、ＰＣＭ符号化された音声データをブロックに分
   割し、前後のサンプルの平均値との残差の絶対値の最大
   値からスケール値を決め、所定ビット数に圧縮する音声
   符号化方式において、そのサンプルが極値でありかつそ
   の残差を１／ｎとした場合も極値である場合、残差を１
   ／ｎとして符号化を行うことを特徴とする音声符号化方
   式。