JPH01273427A - 差分パルス符号変調装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 この発明は、音声などを符号化して伝送するＤＰＣＭ装
置に係り、特に伝送回線障害により復号器出力に発生す
る歪の低減する差分パルス符号変調装置に関するもので
ある。

〔従来の技術） 第５図は従来の差分パルス符号変調（ＤＩｆｆｅｒｅｎ
ｔｌａｌ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ　：略称ＤＰＣＭ）装置（以下ＤＰＣＭ装置と呼ぶ）
の構成を示した構成図である。

図において（１）は入力信号（２）を出力ＤＰＣＭ符号
（３）に変換する符号器、（４）は入力ＤＰＣＭ符号　
（５）を出力信号　（６）に変換する復号器である。ま
た　（７）は入力信号　（２）から予測信号　（８）を
さしひいた誤差信号、　（９）はこの誤差信号（７）を
量子化して出力ＤＰＣＭ符号　（３）を作る量子化器、
（１０）は入力り、ＰＣＭ符号　（５）から量子化され
た値の誤差信号である量子化誤差信号（１１）を作る逆
量子化器、（１２）はこの量子化誤差信号（１１）と予
測信号　（８）を足しあわせて求まる復号信号、（１３
）は復号信号（１２）あるいは出力信号　（６）を入力
として予測信号　（８）を出力する予測器、（１４）は
ＤＰＣＭ符号を符号器（１）から復号器（４）に伝送す
る伝送路である。

従来のＤＰＣＭ装置は上記のように構成されており、例
えば第６図（ａ）に示すような波形の人力信号　（２）
のＸＩが符号器（１）に人力したとしてその動作を説明
する。なお、同図において横軸は時間ｔを縦軸は信号の
大きさを表わす。符号器（１）のして６１を求める。即
ち、 ８１　１”　　ｘｉ　　−ＸＩ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ｍ　　ｍ　　ｍ　　（１）である。

この結果、同図（ａ）に示す入力信号　（２）のＸｉと
予測信号　（８）のＸｉから、誤差信号　（７）のｅｌ
は同図（ｂ）に示すものとなる。この誤差信号　（７）
のｅｌを量子化し、これを符号化してデジタル信号であ
る出力ＤＰＣＭ符号（３）を出力するのが量子化器　（
９）である。この際、予測信号　（８）の×１が人力信
号　（２）の×１に近い値であればあるほど誤差信号　
（７）のｅｌは小さなものとなり、入力信号　（２）の
ｘＩに比較してその振幅を小さいものにすることが可能
である。ここで標本値当りのＤＰＣＭ符号ｙＩのビット
数をＫとすると、これがすなわち量子化ビット数であり
、量子化レベルの総数ＢはＢ＝２’　　　　　　　　・
・・・・・・・・　（２）で与えられる。また、この時
の量子化幅Ｓは量子化レベルの最大値を±Ｖとすると ２　■ Ｓ−・・・・・・・・・（３） で与えられる。但しこれは量子化幅Ｓを均一にとった場
合である。上記のようにＤＰＣＭ方式は人力信号よりも
振幅の小さな誤差信号を量子化すれば良いので、入力信
号（２）をそのまま量子化する通常のＰＣＭ方式に比べ
ると、同じ量子化幅Ｓで量子化するとすれば量子化レベ
ルの総数Ｂは少なくてよく、量子化ビット数ｋを減少さ
せる事が可能である。また逆に同じ量子化ビット数ｋを
用いるとすれば、量子化幅Ｓを小さくできるので量子化
歪を少なくする事が可能である。これがＤＰＣＭ方式の
特徴であり、入力信号　（２）と予測信号（８）との差
つまり誤差信号（７）を求めてこれを量子化及び符号化
して伝送するＰＣＭ方式であることから差分パルス符号
変調（ＤＩｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄ
ｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式と呼ばれる。

次のＤＰＣＭＰＣＭ符号逆１子化器（１０）に入力させ
るとその符号値から量子化誤差信号（１１）の８皿が出
力される。第６図（ｂ）　、　（Ｃ）に示すように誤差
信号　（７）のｅ、を量子化したものが量子化誤差信号
（１１）のｅ、であり、この信号は振幅方向に離散的な
値で表現されている。量子化誤差信号（１１）のｉｌｌ
と誤差信号　（７）の８１との差を量子化雑音ｑ１とい
い、ｅｌ　ｘ　６．　＋Ｑ＋　　　　　　＋１１１１−
ａ、−＊　（４）と表わされる。

上記量子化誤差信号（１１）のｅＩに予測信号　（８）
のＸｉを足しあわせて復号信号（１２）及び出力信号（
６）のｘ、が求まる。即ち、 となる。この信号Ｘｉが元の入力信号　（２）のＸＩに
相＝Ｘ１＋ｅＩ＋ｑＩ 冨Ｘ＋＋ｑｓ　　　　　　　・・・・・・・・・　（Ｂ
）となり、量子化雑音ｑ１を含んだものになっている。

第５図（ｄ）に予測信号　（８）のＸｉと出力信号（６
）のＸｉ、復号信号（１２）の×１の波形を示した。

ところで予測信号　（８）のｘ、は−数的に線形予測に
より求められる。以下にその一例を述べる。いまこの装
置の系において全ての信号が標本化されたものであり、
従って、時間的に離散化された信号を扱う系であるとす
る。時刻ｉにおける人力信号の標本値Ｘｉの予測値Ｘｉ
は、復号信号（１２）のｘ、のである。ここでａＪ（Ｊ
−１，２，・・・Ｎ）は予測係数と呼ばれる。第５図に
示すように符号器（１）の一部は復号器（４）と同一の
構成であり、これを局部復号器とも呼ぶ、この局部復号
器と復号器（４）とは全く同一の動作を行なうので、伝
送路（１４）上での伝送誤りさえ無ければ、符号器（１
）と復号器（４）における量子化誤差信号（１１）、予
測信号　（８）、復号信号（１２）′ＥＬび出力信号　
（６）は一致した値となる。

従って符号器（１）おにける予測信号　（８）と復号器
（４）における予測信号　（８）とは一致しているので
、この予測信号　（８）を伝送せずとも入力信号（２）
と予測信号　（８）との差である量子化誤差信号（１１
）のみを量子化及び符号化して伝送するだけで復号器（
４）において符号器（１）の入力信号　（２）に相当す
る出力信号　（６）が得られるのである。

また、このＤＰＣＭ方式を改良したものとして適応型差
分パルス符号変調（Ａｄａｐｔｌｖｅ　Ｄｉｆｆａｒｅ
ｎ−ｔｉａｌ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔ
ｉｏｎ　：以下ＡＤＰＣＭと省略）方式というのがある
が、これは第５図において量子化器　（９）と逆量子化
器（ｌＯ）、或は予測器（１３）のいずれか一方もしく
は両方が、入力信号（２）の状態に応じて適応制御され
ている場合である。例えば、量子化器　（９）及び逆量
子化器（１０）が適応型の場合には、誤差信号ｆｉｌの
振幅の変化に応。

じて量子化幅Ｓを変化させて、振幅の分布が広くても量
子化雑音がなるべく小さくなるように制御するものであ
り、また、予測器（１３）が適応型の場合、前記　（７
）式における予測係数ａ」を変化させて、常に予測信号
　（８）のｘｌが入力信号　（２）の×１に近い値にな
るように制御して、量子化誤差信号（１１）のｆｉｌを
小さくしようとするものである。これも広い意味でのＤ
ＰＣＭ方式と言える。

ここで、先述したとおり、ＤＰＣＭ装置では伝送路（１
４）上での誤りがないことを前提として構成されている
ので、伝送誤りが発生すると、符号器（１）における量
子化誤差信号（１１）の値と復号器（４）における量子
化誤差信号（１１）の値に相違を生じる。これにより他
の信号や内部の変数にも不一致を生じ、結果として復号
器（４）の出力信号　（６）のＸｉに量子化雑音ｑ１以
外の歪が発生する。この符号器（１）と復号器（４）と
の内部状態の不一致は誤りが発生した時点から以降も影
響を与えてしまう、そこでこの影響が無限に続いたり、
誤りが発生するたびに累積されてゆくことがないように
信号の処理を行なう。これにより誤りが発生してから有
限の時間で影響が無視できる状態となり、符号器（１）
と復号器（４）の内部状態が一致するようになっている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の差分パルス符号変調装置は以上のように構成され
ているので、単発的な伝送誤りに対しては対処している
ものの、伝送路（回線）上の障害発生などにより連続的
な誤りが復号器に入力した場合、復号器の内部状態と符
号器のそれとに著しい相違を生じ、その結果復号器の出
力に障害発生中、或は回線が復旧して正常な動作に好打
する段階で著しい歪を生じてしまうという課題があった
。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、回線の障害等の回線異常で伝送誤りが連続して発生
した場合にも、異常発生中に復号器の出力に著しい歪が
生じない差分パルス符号変調装置を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る差分パルス符号変調装置は、装置内に伝
送路の異常を回線異常検出器にて検出し、この検出結果
に基づき、回線異常状態では復号器の符号化信号の出力
をスイッチ回路にて阻止するものである。

〔作用〕

この発明における差分パルス符号変調装置は、復号器の
入力となる伝送路上に異常が発生した場合、回線異常検
出器がこれを検出して復号器の出力を阻止する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。第１図は基本的な構成を示す構成図であり、同図にお
いて本実施例に係る差分パルス符号変調装置は、前記従
来装置の構成である（１）〜（１４）を上記従来装置と
全く同一のものとし、この構成に、復号器（りに入力す
る入力ＤＰＣＭ符号（５）を受は回線の異常を検出する
回線異常検出器（１５）と、該回線異常検出器（１５）
にて検出された回線異常を伝達する回線異常検出信号（
１Ｂ）が人力された場合に逆量子化器（１０）の逆量子
化誤差信号（１１）の出力を阻止するスイッチ回路（１
６）とを追加して構成されている。

次に、第２図は第１図における回線異常検出器（１５）
の内部構成を示す構成図である。　（５）、（１５）、
（１６）は第１図と全く同一のものであり、（１７）は
入力ＤＰＣＭ符号　（５）が特別な値であるかどうかを
検出する符号異常検出回路、（１８）はカウンタ回路（
１９）にカウンタ制御信号（２０）を与えるカウンタ制
御回路、（２１）はカウンタ回路（１９）からのカウン
ト値（２２）と閾値設定回路（２３）によって与えられ
る閾値（２４）との大小の判定を行う比較回路である。

次に動作を説明する。上記のように構成されたＤＰＣＭ
装置において、動作中に伝送路（１４）の上で障害が発
生したものとする。サンプリング周期（ある標本点から
次の標本点までの時間）ごとに符号器（１）から復号器
（４）に伝送されるＤＰＣＭ符号のビット数をｋ　（ｋ
＞Ｏ）とすれば、この時に個のビットは全て１あるいは
０のどちらかになフてしまうのが普通である。そこで標
本値（サンプル）毎に、ｋ個のビットが全て１であるか
或は全てＯであるかどうかを検査して、いずれかの条件
に合致すれば符号異常検出回路（１７）が有意の信号を
出力する。この信号を入力としてカウンタ回路（１９）
を制御するのがカウンタ制御回路（１８）である、この
カウンタ制御回路（１８）は、通常の動作においてカウ
ントがリセットされた状態になるようにカウンタ回路（
１９）を制御しているが、符号異常検出回路（１７）か
ら有意の信号が与えられるとカウンタ回路（１９）がカ
ウントを始め、この信号が発生している間がカウントを
続けてゆくように制御を行なう、そして、符号異常検出
回路（１７）からの信号が無くなった時点で再びカウン
トをリセットするものである。ここでカウンタ回路（１
９）は、カウントを許可されてカウントを続行した場合
、もしもカウント値（２２）が最大値になったときには
ここでカウントを停、止し、カウントがＯに戻らないも
のとする。カウンタ回路（１９）からのカウント値（２
２）と閾値設定回路（２３）によって設定されるある閾
値（２４）との大小を比較して判定するのが比較回路（
２１）である。

上記のように、入力ＤＰＣＭ符号（５）のに個のビット
が全て１、或は全て０の時にカウンタはカウントを進め
てゆくのであるが、差分パルス符号変調装置或は伝送路
（１４）が正常な場合にも、人力信号の状態によっては
符号そのものが全て１或は全て０の符号になり、ある程
度これが連続することもあり得る。そこでカウント値に
閾値を設け、この閾値よりもカウント値（２２）が大き
くなった場合に、回線に異常が発生したと判断するため
に比較回路（２１）及び閾値設定回路（２３）を設けて
いる。

即ち、カウント値（２２）のｎ閾値をｎ、とすると、ｎ
＞ｎｔ　　　　　　−”−・・・・−（１０）となった
時に、比較回路（２１）は回線異常検出信号（１６）を
出力し、これによりスイッチ回路（１００）が復号器（
４）の出力をしゃ断する。また、回線が復旧した場合に
は、直ちにカウンタがリセットされて上記（１０）式の
条件を横たさなくなり、回線異常検出信号（１６）は停
止する。従って、上記のように構成された差分パルス符
号変調装置は伝送路（１４）に障害が発生しても、障害
の発生中及び復旧時の復号器（４）の出力に大きな歪を
発生することを抑制する０回線異常検出ｍ　＜１５）の
動作状態の一例を示したものが第３図のタイムチャート
である０図において（ａ）は符号異常検出回路（１７）
の出力波形を、（ｂ）はカウント値及び閾値、（Ｃ）は
回線異常検出信号（ｌδ）の波形を示したものであり、
全て横軸は時刻ｔを表わす。

図において、時刻ＡからＢまでは、装置およ回線の正常
な動作において、符号のそのものが全て１或は全て０の
状態が連続したものであり、時刻ＣからＦまでは回線の
障害等により全て１、或は全てＯのＤＰＣＭ符号が連続
したものとする。同図（ａ）に示すように時刻ＡからＢ
１及びＣからＦまでの間、符号異常検出回路（１７）は
信号を出力し、同図（ｂ）　に示すようにカウンタ回路
（１９）はこの間カウントを進、めでゆく、シかしなが
ら時刻ＡからＢの間では、カウント値が閾値以上になら
ず、比較回路（２１）から回線異常検出信号（１６）は
出力されない、これに対し、時刻ＣからＦまでの間では
、時刻りでカウント値が閾値を越えるので同図（ｃ）に
示すように回線異常検出信号（１６）が時刻りからＦま
での聞出力される。また、同図（ｂ）では時刻Ｅでカウ
ント値が最大値となりここでカウントが停止したことを
示している。この図からも判るようにカウンタ回路（１
９）の最大カウント値は上記（１０）式の条件を満足す
るもの、つまり閾値を越えるものであれば任意のものと
して良い。

第４図はこの発明の他の実施例を示すブロック図であっ
て、第４図において第１図と同一符号は同−又は相当部
分を示し、第１図の場合と同様に動作するので重複した
説明は省略する。　（１０１）は第１図の（１００）に
対応するスイッチ回路で、双投型のスイッチから構成さ
れ、信号線　（６）を信号線（１２）からしゃ断すると
き信号線　（６）を接地するよう動作する。第１図にお
いて信号線　（６）が開放される場合に対応し、第４図
においては信号線が接地され、誘導結合等によって信号
線　（６）に誘起される電圧を完全に接地して除去する
ことができる。

（発明の効果） この発明は以上説明したとおり、伝送された符号の異常
を回線異常検出器にて検出し、この検出結果により異常
が検出された場合に符号化された信号の出力をスイッチ
回路にて阻止する構成としたので、伝送路上の障害など
回線異常によってＤＰＣＭ符号が正常に伝送されない状
態となった場合、障害等の発生中及び復旧時に生ずる復
号器出力の歪を抑制するという非常に信頼性の高い差分
パルス符号変調装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による差分パルス符号変調
装置の基本的な構成を示す構成図、第２図は第１図にお
ける回線異常検出器の内部構成を示す構成図、第３図は
第２図に示す回線異常検出器の動作例を示すタイムチャ
ート、第４図はこの発明の他の実施例、を示す構成図、
第５図は従来の差分パルス符号変調装置を示す構成図、
第６図はＤＰＣＭ装置の原理を示す波形図ある。 （１５）は回線異常検出器、 （１７）は符号異常検出回路、 （１８）はカウンタ制御回路、 （１９）はカウンタ回路、 （２０）はカウンタ制御信号、 （２１）は比較回路、 （２２）はカウント値、 （２３）は閾値設定回路、 （２４）は閾値、 （１００）　、　（１０１）はスイッチ回路である。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音声等を符号化して伝送する差分パルス符号変調装置に
   おいて、前記差分パルス符号変調装置内に、前記伝送さ
   れた符号の異常を検出する符号異常検出回路と、この符
   号異常検出回路の出力を入力するカウンタ制御回路と、
   このカウンタ制御回路により制御されるカウンタ回路と
   、このカウンタ回路のカウント値の閾値が所定の設定値
   に設定される閾値設定回路と、前記カウント値と前記設
   定値との比較を行なうことにより回線の異常を検出する
   回線異常検出器と、回線異常検出時に同装置内の復号器
   の出力を阻止するスイッチ回路を備えたことを特徴とす
   る差分パルス符号変調装置。