JPH0229255B2 - Shingodensohoshiki - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はPCM（パルス符号変調）を用いた信号
伝送に係り、特に差分PCMすなわちDPCM
（differential PCM）に好適な信号伝送方式に関
するものである。

〔発明の技術的背景〕

効率のよいPCM符号化方式としてDPCMが知
られている。通常のPCM符号化がオーデイオ信
号等のアナログ原信号を時々刻々とサンプリング
した値をデイジタルデータすなわちPCM符号と
して伝送するのに対し、DPCMは直前の値との
差分すなわち２サンプル間の差分だけをデイジタ
ルデータとして伝送するものである。

第１図にDPCM符号化を用いた伝送システム
の一例を示す。

この第１図のシステムでは差分をとるのにアナ
ログ値の状態で差分をとらずにデイジタル値で差
分をとつている。すなわち、アナログ原信号例え
ばオーデイオ信号はＡ／Ｄ（アナログ−デイジタ
ル）変換器１で例えば15ビツトのデイジタルデー
タに変換され、レジスタ等を用いた遅延回路２で
１サンプル分遅延されたデータとともに差分器３
に与えられて、両者の差分データすなわち
DPCM符号が例えば16ビツトで伝送系に送出さ
れる。ここで、伝送系とは単なる接続線や変／復
調系を介在した通信回線（電波、光等を媒体とす
る場合もある）等の伝送路の他、記録／再生系
（記録媒体がいわば伝送媒体となる）などをも含
むいわゆる広義の伝送系を指す。伝送系にて伝送
されたこの場合16ビツトの差分データは加算器４
に与えられ遅延回路５で１サンプル分遅延された
前回の加算器４出力と加算され累計（積分）され
て例えば15ビツトのデータとしてＤ／Ａ（デイジ
タル−アナログ）変換器６に与えられ、アナログ
オーデイオ信号が出力される。

DPCM符号化においては時間的に隣接する２
サンプル間の差分データを伝送することにより、
伝送データ値が平均的には小さくなるが、まれに
発生する最大レベルデータはPCMとほぼ同じデ
ータ値（レベル）となる。

すなわち、DPCMの特徴は(イ)伝送データの平
均的レベルは非常に小さいこと、(ロ)伝送データの
最大レベルは普通のPCMの２倍であるがその出
現確率は非常に低いことの２点にある。

このように平均的レベルが小さく大レベル信号
の出現確率の低いデータを有効に伝送する方式と
して、原データに比して少ない所定ビツト数で通
常の伝送を行い、この所定ビツト数で表現できる
範囲を越える大レベル信号は有効ビツト上位の上
記所定ビツト数のみを伝送データとし下位ビツト
は切捨てて伝送することが考えられる。この場合
切捨てた下位ビツトについては、切捨てたビツト
数のみを受信側に伝送（切捨ビツトの内容は送ら
ない）すれば、受信側で正しい桁数に戻すことが
でき、ほぼ正しい再生が行える。現実的には複数
のサンプルからなるデータブロツク毎にブロツク
内のサンプルのうちの最大レベル値を検出し、そ
れに応じて該ブロツク内のデータを桁シフトして
上位所定ビツト数のデータを主伝送データとする
とともに上記桁シフト情報を切捨てビツト数に対
応するスケール情報として、これら主伝送データ
とスケール情報を伝送する。このようにすれば、
多数のサンプルデータからなるデータブロツク毎
に１個ずつのスケール情報を伝送するだけでほぼ
充分な情報伝送が可能となる。

このような方式を具体的な一例について詳細に
説明する。ここで説明する例は通常のPCM伝送
において上記方式により伝送データのビツト数を
低減するものであり、第２図に構成を示す。

この場合、送信側は例えばオーデイオ信号から
なる入力アナログ信号をＡ／Ｄコンバータ７で充
分なビツト数例えば15ビツトのデイジタル予備変
換データに予定時間間隔で変換した後、デイジタ
ルレベル検出手段８でデイジタル的に予定期間内
の最大レベルまたはそれにほぼ相当するレベルを
検出し、例えば４ビツトのスケール情報データを
得、そしてデータ圧縮部を構成するテイジタルレ
ベル可変制御手段９では上記スケール情報データ
に基づいて上記Ａ／Ｄコンバータ７の出力予備変
換データをデイジタル的にレベルコントロールし
てデータ圧縮し例えば８ビツトの主データを得
て、この主データと上記スケール情報データとを
合成手段１０にて多数の主データに１個のスケー
ル情報データが対応するようにして伝送系に送出
する。一方、受信側は分離手段１１で伝送系から
受信した伝送信号から主データとスケール情報デ
ータとを分離抽出し、データ伸長部を構成するデ
イジタルレベル可変制御手段１２で上記主データ
を上記スケール情報データに基づいて送信側とは
逆の制御特性でデイジタル的なレベル可変制御
（データ伸長）を行ないＤ／Ａコンバータ１３で
アナログ化して出力アナログ信号を得る。

そして、上記デイジタルレベル検出手段８にお
けるデイジタルレベル検出は、予備変換データ中
の有効ビツト数、すなわち有効ビツトのうち符号
ビツトを除いたものの最上位のビツト位置、を検
出することにより行ない、上記デイジタルレベル
可変制御手段９におけるデイジタルレベル可変制
御は上記最上位有効ビツト位置にほぼ対応するビ
ツト位置部分を上記予備変換データより取り出し
て主データを作ることにより行なう。

例えば第３図ａ〜ｃに示すように15ビツトの予
備変換データ中斜線を施した部分が有効ビツトで
あるとすれば、同図ａの場合有効ビツトが予備変
換データのうち６ビツトを占有しており、８ビツ
トの主データをとるには、下位８ビツトをそのま
ま主データとすればよい。このとき主データをと
る位置は下位８ビツトであるので、予備変換デー
タから何らビツトシフトを行なわずに下位８ビツ
トのみをそのまま取り出したことに相当し、この
ときの制御レベルすなわちスケール情報は上記シ
フト量「０」となる。この例からもわかるように
シフト量は０ビツトが最小であるので有効ビツト
数が８以下のときはスケール情報は一律に「０」
を選定する。また同図ｂの場合有効ビツト数が９
ビツトであるので、図から明らかなように主デー
タの取出し位置は上位（左）へ１ビツトシフトす
ることになりスケール情報は「１」となつて主デ
ータとして８ビツトをとれば最下位有効ビツトす
なわち予備変換データのLSB（最下位ビツト）は
無視され、この部分は誤差となる。（このとき主
データ８ビツトの取出し位置に対して予備変換デ
ータを下位（右）に１ビツトシフトして下位１ビ
ツトを切捨てたと考えることもできる。）同図ｃ
の場合は有効ビツト数が15ビツトであり、スケー
ル情報は「７」となり、この場合は予備変換デー
タの下位７ビツトが無視される。すなわち、この
場合スケール情報は切捨てビツト数に対応する。
このようにして有効ビツト数が多い場合に無視さ
れ切捨てられる有効ビツトは誤差となるが、主デ
ータの値に対して充分に小さな値である。この場
合、スケール情報のレベルは最大８（＝２の３乗）
種類であるのでスケール情報データは３ビツトで
済む。現実にはスケール情報データは多数の予備
変換データ毎に１つのデータを対応させるので、
予め対応する多数の予備変換データ中の最大値を
測定あるいは予測するなどしてスケール情報を検
出設定し、該対応する多数の予備変換データにつ
いて共通のスケール情報（シフト量）とし、この
スケール情報を上記多数の予備変換データ毎に検
出更新する。

なお、上述では主データは予備変換データから
ビツトシフトにより取り出したデータのみで構成
したが、これは取扱うアナログ信号が正負の一方
のみの単極性の信号で予備変換データ中に符号
（極性）ビツトが含まれない場合、または符号ビ
ツトが含まれていてもそれを伝送する必要がない
場合である。これに対し入力アナログ信号がオー
デイオ信号のように正、負両方の混在する双極性
の信号では予備変換データ自体に符号ビツトまた
はそれに相当するビツトが通常少なくともMSB
（最上位ビツト）として含まれ、これも実質的に
は重要な有効ビツトであるので、この符号ビツト
１ビツトと上記ビツトシフトにより得られるデー
タとを主データとすることはもちろんである。す
なわち主データが８ビツトの場合そのうちの１ビ
ツトを符号ビツトとするので、この符号ビツトと
ビツトシフトにより得られる７ビツトのデータで
主データを構成する。

ところで、このようにした場合、受信側のデイ
ジタルレベル可変制御手段９では伝送信号から分
離された主データを同様に分離されたスケール情
報データの示すシフト量でビツトシフトして予備
変換データと等しいビツト数の再生データを得る
ことになる。すなわち第３図ａに示した例の場合
は８ビツトの主データをそのまま下位８ビツトと
して用いてもとの予備変換データと等しい15ビツ
トの再生データを得る。同図ｂの例では同様に８
ビツトの主データを上位（左）に１ビツトシフト
して下位に１ビツトの付加データを加え15ビツト
の再生データを作り同図ｃの例では８ビツトの主
データを上位に７ビツトシフトして下位に７ビツ
トの付加データを加え15ビツトの再生データを作
る。ここで、下位に付加するデータは０データま
たは平均値データなど予め一義的に定めたデータ
を用いる。すなわち、例えば15ビツトの予備変換
データが第４図ａのようなデータであつたとす
る。これに基づいて８ビツトの主データを送信す
る場合（ここでは符号ビツトは考慮しない場合を
考えている）、図示のように有効ビツトの上位８
ビツトが主データとして抽出され、下位４ビツト
が切捨てられる。受信側では上記主データを受
け、予備変換データ中の上記８ビツトの主データ
を取り出したビツト位置に応じたスケール情報に
従つて上記主データをビツトシフトして15ビツト
の主データを作る。このとき、基本的には第４図
ｂに示すように“0000”などシフトしたビツト数
に対応する０データを付加する。また、平均的に
原データとの誤差を少なくするためには、該当ビ
ツト数で表現し得るデータの平均値にほぼ対応す
る値、例えば第４図ｃに示すように“0111”など
の平均値データを付加データとすることが有効で
ある。付加データとしてはこれら０データや平均
値データ以外のデータであつても、ビツト数毎に
一定の値であれば実用上問題はない場合が多い。
なお、これら付加データとして０データ以外の値
をとる場合には原データすなわち予備変換データ
の下位ビツトの示す値と上記付加データとの差が
実質的な切捨データであることはいうまでもな
い。

ところで、上記第２図に示した例のような方式
は通常のPCMすなわちPCM符号データをそのま
ま伝送するときには利用できるが、DPCMには
そのまま適用するのは困難であり望ましくない。

その主たる理由は、第１図に示したように
DPCMの受信には受信データの累計・積分動作
による復号が必要であり、送信側における切捨て
によつて生じた誤差が受信側で加算累計され、大
きな誤差となつてしまうからである。

このため、DPCMで伝送データの平均レベル
を低下させても、現実の伝送データのビツト数を
減らすことができないばかりか、ビツト数が多く
なつてしまうことすらあつた。

なお、例えばADPCM（adaptive DPCM〜適
応差分PCM）のように送受の間で予め一定の法
則を定めて受信側のレベル分解能を低下させなが
ら非線形な送受を行なつて伝送ビツト数を下げる
ことも考えられるが、このようなADPCM等はあ
まり高精度とはいえず、受信側において良好な再
生ができないばかりでなく装置が複雑になるなど
多くの問題をかかえていた。

これに対し、DPCMによる伝送データの平均
レベルの低減効果を活かして、少ないビツト数で
高精度の伝送を可能とする伝送方式として次のよ
うな方式が考えられる。

すなわち、PCM符号データをDPCMデータに
逐次変換する第１の処理と、上記DPCM符号デ
ータに基づき、該DPCM符号データの大きさを
検定し予め定められた数のサンプルを１ブロツク
として該データブロツク内の最大データが送れる
ように、上位有効ビツトを優先して逐次選定した
ビツト位置より該DPCM符号データよりもデー
タ長の短かい予定ビツト数の（送信）主データを
取出すとともに、上記ビツト位置をスケール情報
として取出す第２の処理と、上記主データを得る
際に実質的に切捨てられた下位データがある場合
には該切捨データを上記第１の処理で変換された
後続のDPCM符号データに加算して上記第１の
処理で得たDPCM符号データに代えて上記第２
の処理に供する第３の処理と、これら第１〜第３
の処理の結果上記第２の処理で得られた主データ
とスケール情報とを伝送系に送出する第４の処理
と、この第４の処理で送信された送信データを受
信し該受信データに基づき受信スケール情報に応
じたビツトシフトを用いて受信主データを
DPCMデータに変換してDPCM符号の復号復調
を行う第５の処理とを行なう方式である。

ところで、このような方式において、送信側の
上記第２、第３の処理の中心となるデータ圧縮部
では、具体的には例えばアキユムレータを次のよ
うに動作させる。

すなわち、例えば16ビツトの入力DPCM符号
データは前回の送信主データの抽出により抽出・
伝送されずにアキユムレータに残つた下位残余デ
ータ（すなわち切捨データ）と加算され、この加
算後のデータの上位有効ビツト部分例えば８ビツ
トが抽出され主データとして伝送される。この結
果再びアキユムレータには下位残余データが残
る。ここで、上記主データを取出すビツト位置
（上位有効ビツト位置）は同一データブロツク内
では同一であり、このビツト位置を示す情報がス
ケール値としてブロツク毎に伝送される。

この場合、入力DPCM符号データがアキユム
レータ内の下位残余データと加算された結果、主
データの伝送ビツト範囲を越える桁上りを生じ、
オーバフローしてしまうことがある。入力
DPCM符号データの有効桁数はアキユムレータ
での加算が行われる前にブロツク単位で予め調べ
られ、ブロツク内の最大値と伝送主データの桁数
との差がスケール値（≧０）となつているので、
上記オーバフローが生ずると有効ビツト中最も重
要な上位ビツトが伝送されず大きなエラーを生じ
てしまう。

第５図を参照して、DPCM符号に2′sコンプリ
メントを用い且つスケール値が６で一定の場合に
おける一例を説明する。

前回の主データ抽出により、アキユムレータに
残つている下位残余データが第５図ａに示すよう
に“110000”なるデータである状態で、同図ｂの
ように“0001111111011101”なるDPCM符号デ
ータが入力された場合、アキユムレータで両者が
加算され、同図ｃに示すように
“0010000000001101”なるデータが得られる。ス
ケール値は６であるので、この場合の伝送主デー
タは同図ｄに示すように“10000000”となる。こ
の場合、原データでは最上位の符号ビツトが、デ
ータが正であるにもかかわらず上述の桁上りによ
り正を示す“０”でなく負を示す“１”となり、
大きな誤りとなつてしまう。

このような不都合が発生するためには、(a)正の
入力データであつて“１”が７個以上連続して存
在すること、(b)アキユムレータの内容（すなわち
前回の下位残余データ）と入力データの下位桁と
の加算結果が伝送主データを取り出している伝送
ビツト位置以上に桁上りすること、の２つの条件
が共に満される必要がある。したがつて、その発
生確率は一般的にいつておよそ２の９乗＝512回
に１回程度という低いものではあるが好ましいこ
とではない。

そして、スケール値が直前のデータブロツクか
ら大幅に下つた場合には上述とほぼ同様のオーバ
フローの発生があり、この種のオーバフローの発
生確率は非常に高くなる。

第６図を参照してこの種のオーバフローの発生
について詳述する。この場合、DPCM符号はや
はり2′sコンプリメントとし、スケール値が６か
ら１に変化するものとする。

前回の主データ抽出によりアキユムレータに残
つている下位残余データが第６図ａに示すように
“110000”なるデータである状態で、スケール値
が６から１に変り、同時に同図ｂのように
“0000000011011101”なる入力データが与えられ
た場合、アキユムレータで両者が加算され。同図
ｃに示すような“0000000100001101”なるデータ
が得られる。スケール値は“１”となつているの
でこの場合の伝送主データは同図ｄに示すように
“10000110”となつて、やはり最上位の符号ビツ
トが桁上りにより負を意味する“１”となつてし
まう。

このようなケースの発生する確率は一般的には
２の４乗＝16回に１回程度と非常に高く大きな問
題となる。

このように、上述のようなデータ圧縮を採用し
た信号伝送に際し、伝送主データにオーバフロー
が生じた場合には、正のデータが負のデータとな
るなど、送受間で大きな誤りを生じてしまう。

上述したような、桁落ち部である下位残余デー
タ（上述のアキユムレータの内容）を原データと
加算した場合に生ずるオーバフローエラー（伝送
主データの最上位桁への桁上がりの発生）を防止
する方法はいくつか考えられる。しかしながら、
このように送受間の誤差の発生を防止し、データ
の累計値が送受間で狂わないようにすると、それ
に伴つて別の問題が新たに生じてくる。

例えば、上述のオーバフローが発生することと
なる場合には、新たな原データとアキユムレータ
内の下位残余データとの加算を行なわずに、桁落
ち部のみをアキユムレータに加算累計しておく、
という方法が考えられる。

この場合、もしも次の原データにおいてアキユ
ムレータの内容の加算が可能となつた場合（加算
によるオーバフローの発生がない場合）には、意
図した通りの結果が得られるが、もしも、この原
データ（上記次の原データ）についても上記加算
が許されなかつた場合にはアキユムレータの内容
のみが増大してゆく。こうして、アキユムレータ
の内容が大きくなればなるほど、上記加算による
オーバフローの発生確率は増大し、遂には、アキ
ユムレータの内容を与えられる原データに加算す
ることが不可能になることさえ生ずる（この現象
は伝送主データのビツト数が３〜４ビツト等と小
さな値のときに生じ易い）。また、連続して何回
か加算を見送り、その後にやつと加算が可能とな
つたとしても時間的に大きく遅れてしまい、この
時点でアキユムレータの内容が伝送されたのでは
意味は薄く、むしろ事実上の弊害を生む危険すら
生じてくる。また、このようにアキユムレータの
内容が伝送ビツト中に桁上がりしているにもかか
わらず伝送を行なわず（加算を留保し）、且つ桁
落ち部つまり下位残余データの加算は行なつて、
しかもこのような状態が何時まで継続するか明確
でない場合に、予定した通りの処理を行なうハー
ドウエアを設計した場合には、ハードウエアが極
めて複雑化するおそれもある。

［発明の目的］ 本発明の目的とするところは、PCM符号デー
タを少ないビツト数で精度よく伝送するにあたつ
て、伝送データのオーバフローエラーの発生を充
分におさえ、伝送精度を一層高めて実用上も測定
上も充分な結果が得られて、しかもハードウエア
の複雑化等の新たな問題を生じることのない信号
伝送方式を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、予定時間毎のデータ群からなるデー
タブロツタ単位でPCM符号原データのブロツク
内最大値を検出し、該検出値に基づいてスケール
値を定め、該スケール値に対応するビツト位置か
ら予定ビツト数のデータを逐次取出し且つその下
位残余データを後続の原データに加算させた場合
に上記予定ビツト数のデータにオーバフローを生
じるか否かを判定し、オーバフローを生じないと
判定された場合は上記下位残余データを後続の原
データに累積的に加算させ、オーバフローを生じ
ると判定された場合は上記下位残余データを後続
の原データに累積的に加算させることなく、オー
バフローを生じない所定のデータに置換する処理
を行なつて、上記原データから該原データよりも
少ないビツト数である主データを得、この主デー
タと上記スケール値を示すスケール情報とを伝送
系で伝送し、これを受信して受信主データを受信
スケール情報に応じてビツトシフトして上記原デ
ータと等しいビツト数の再生データを得るように
することを特徴としている。

［発明の実施例］ 本発明の実施例の具体的な説明に先立ち、先ず
本発明の原理について説明する。

上述したPCM（上述ではDPCMの場合について
説明した）の圧縮伝送方式、すなわち送信側にお
いて圧縮データ伝送に対するアキユムレータ動作
による下位残余データの累積桁上げ補正を施して
PCM伝送を行う方式を採用した場合には（採用
しない場合に比し）次のようなメリツトがある。

(a) PCM符号化に伴つて発生する量子化ノイズ
が白色化するため、特にオーデイオ信号を対象
とする場合には元の量子化ノイズに比し聴感上
自然な（耳ざわりでない）ノイズとなり聞き易
くなる。ここで、ノイズの白色化について若干
説明する。PCM方式のように周期的なサンプ
リングによつてデータを得ている場合、サンプ
リングに同期した信号成分に対する量子化誤差
あるいはPCMデータを圧縮伝送する場合の圧
縮誤差により生ずるノイズ成分は、サンプリン
グに同期した周期性を持つ傾向がある。このよ
うにノイズが周期性を持つと、ノイズ成分に特
定の周波数成分が多く含まれることになり、再
生した場合に耳に付き易くなる。これに対し
て、圧縮誤差を累積して後続のデータに含ませ
ると、誤差分の周期性が崩れ、ノイズに含まれ
る周波数成分の偏りが減少して、ノイズが白色
化し、白色ノイズにより近いノイズとなる。聴
感上、ノイズは白色ノイズに近いほど耳につき
にくいので、上記方式を採用すると、圧縮誤差
によるノイズが一層耳につきにくくなる。

(b) 量子化ノイズの白色化により、量子化ノイズ
が高域周波数まで一様に分布するので、（エン
フアシスを行なつた場合）受信側のデイエンフ
アシス回路により測定上のＳ／Ｎも良くなる。

(c) 量子化ノイズの白色化により、THD（total
harmonic distortion〜全高調波歪み）が低下
する。

(d) DPCMにおいては、白色化されたノイズは
受信側の積分器によつて減衰するため、極めて
良好なＳ／Ｎが得られる。

(e) DPCMにおいては、差分データの個々の値
に誤差があつても、その累計値が狂うことなく
送信され受信されるから、受信側の積分器（累
計器）によつて正しいデータに近付き、良好な
THD特性を得ることができる。

(f) 受信データの累計値が伝送によつて変化しな
いので、DPCM符号を圧縮して伝送しても、
例えば受信側で直流成分が発生したり直流成分
が変動してノイズになつたりするなどという問
題を生じることがない。

これらのメリツトは上述したアキユムレータの
動作を瞬時的に停止させたり、アキユムレータの
処理論理を瞬時的に異ならせたりしたとしても、
それによつて急に消滅するようなものではない。
すなわち、上述したアキユムレータ処理による効
果はアキユムレータの停止する時間率、つまりア
キユムレータを停止させなければならない事態の
発生確率によつて変化するものであり、その確率
が小さければ仮にアキユムレータを瞬時的に止め
たとしても問題はなく、さらにアキユムレータの
処理論理を瞬間的に異ならせたとしても問題とは
ならない。（以下、アキユムレータの動作を停止
させることも含めてアキユムレータの処理論理を
上述と異ならせることを「アキユムレータの論理
を異ならせる」と表現することにする。） そこで、本発明では上述したように伝送データ
にオーバフローが発生することとなる場合にのみ
アキユムレータ論理を異ならせることにより、伝
送データのオーバフローを回避するようにする。

本発明におけるアキユムレータ論理の異ならせ
方には種々の方式がある。

先ず第１の実施例を第７図を参照して説明す
る。

この第１の実施例は、第１回目のオーバフロー
に関してはアキユムレータ論理を積極的には異な
らせることなく、単に与えられる原データ（従前
の例におけるDPCM符号データ）とアキユムレ
ータに残された内容との加算を行なわないことで
対応する。そして、連続する２回目のオーバフロ
ーに関して異なるアキユムレータ論理を用いる。

すなわち、第７図の場合スケール値が「４」で
あり、アキユムレータの内容つまり累積された下
位残余データが同図ａに示すように“11011”に
なつていたとする。すなわちアキユムレータの内
容は５桁であるから、その最上位ビツトは次の原
データと加算され伝送データが取出されなければ
ならない。しかしながら、このとき与えられる原
データが例えば同図ｂのように
“0000011111111101”であると、上記アキユムレ
ータへの加算をすると伝送データにオーバフロー
を生ずることとなるため、該加算を行なわず、同
図ｃに示す与えられた原データの圧縮伝送桁位置
のデータ“01111111”をそのまま伝送データとす
る。そして、このときアキユムレータの論理につ
いては何等積極的に改変することなく、原データ
の（圧縮時の）桁落ち分“1101”が先のアキユム
レータの内容に加算されて同図ｄに示すように
“101000”なる値となる。このアキユムレータの
内容は６桁と大きな値となつている。さらに、次
の原データも同図ｅに示す“0000011111101010”
なる、オーバフローなしに加算することの不可能
な大きな値であつたとする。このように、伝送桁
へのオーバフローなしに加算することの不可能な
原データが、たまたま続けて与えられた場合に
は、アキユムレータへの原データの加算を行なわ
ず、同図ｆのように原データのスケール値によつ
て定められる伝送桁位置のデータ“01111110”を
伝送することは勿論のこと、アキユムレータ論理
を異ならせて例えば同図ｇのようにアキユムレー
タの内容を桁落ち分全ビツトを“１”とした
“1111”に置換するなどして、次回は必ず正常な
アキユムレータ論理にて処理できるようする。

このようにしても、８ビツトによる伝送精度を
何等損うことはなく、実質的に８ビツト以上の精
度を得るためのアキユムレータの機能が一瞬停止
するだけであつて、これによつてオーバフローと
いう極めて不都合な事態の発生を回避することが
できる。

なお、上述ではアキユムレータの論理を積極的
に異ならせるにあたり、桁落ち分の全ビツトに
“１”を入れたデータを本来の桁落ち分累積値に
代えてアキユムレータに保持させ、以後の処理に
供するようにしたが、以後の処理に供するための
アキユムレータの内容は、桁落ち分に対応する
（伝送ビツト内に桁上がりしていない）他の予め
設定した特定のビツトパターンとしてもよく、あ
るいはハードウエアの構成が簡略化できるように
その時点でアキユムレータ内で伝送ビツトに桁上
がりしている部分を除去したものとして（例え
ば、第７図ｄにおける上位の“10”を除去し
“1000”をアキユムレータの内容とする）もよい。

次に、第２の実施例を第８図を参照して説明す
る。

この第２の実施例は、伝送データへのオーバフ
ローなしにアキユムレータの内容に加算すること
の不可能な原データが与えられた場合には、加算
を取止めるとともに、直ちにアキユムレータ論理
を積極的に異ならせるものである。

すなわち、スケール値が「４」で、アキユムレ
ータの内容が第８図ａに示すように“11011”で
あるときに、同図ｂに示すように
“0000011111111101”なる原データが与えられた
とする。この場合、加算によりオーバフローが生
ずることとなるので、アキユムレータへの加算を
行なわずに、原データから直接同図ｃに示すよう
に“01111111”なる伝送データを取出し伝送する
とともに、直ちに同図ｄのようにアキユムレータ
の内容を“1111”に変更して以後の処理に供す
る。

なお、この場合、アキユムレータ内のデータを
桁落ち分全ビツトを“１”とする代りに、新たに
与えられた原データの桁落ち部を以後の処理のた
めにアキユムレータに残すデータとしてもよい。

上述では、基本的にアキユムレータの内容すな
わち累計桁落ちデータと与えられる原データとを
加算した結果よりスケール値に応じたビツト位置
のデータを抽出して伝送（主）データとするもの
として説明したが、原データの内伝送桁位置に該
当する部分を圧縮データとして一旦取出し、その
桁落ち分をアキユムレータに加算し、その結果ア
キユムレータにキヤリーすなわち桁上げが生じた
場合にのみこれを上記圧縮データに加算して、実
質的に上述と同様の伝送データを得るのを基本的
な処理論理とした場合にも上述とほぼ同様にして
本発明を実施することができる。

このような場合の実施例が本発明の第３の実施
例であり、第９図にその処理の詳細を示す。

すなわち、エンコードに際し、先ず、与えられ
た原データの桁落ち分データをアキユムレータの
内容に加算し、その結果をアキユムレータに格納
する。このときアキユムレータにキヤリーが生ず
るか否かが判定され、キヤリーが生じない場合に
は、原データの伝送桁位置に該当する（スケール
値に応じた桁位置の）圧縮８ビツトデータをその
まま伝送データとする。キヤリーが生じた場合に
は、このキヤリーを加算することによつて上記圧
縮８ビツトデータにオーバフローが生ずるか否か
が判定され、オーバフローを生じない場合は、上
記圧縮８ビツトデータにキヤリーを加算したデー
タを伝送データとする。上記キヤリー加算により
圧縮８ビツトデータにオーバフローを生ずる場合
の処理が、本発明特有の処理部分であり、この場
合、上記圧縮８ビツトデータをそのまま伝送デー
タとするとともに、アキユムレータの内容の修正
を行なつて以後の処理に供する。上記アキユムレ
ータ内容の修正処理としては、例えば第１および
第２の実施例に示したような種々の方式が適用で
きる。

第１０図および第１１図に本発明を用いて具体
的に装置を構成した場合の実施例である本発明の
第４の実施例を示す。

第１０図は本実施例の送信側の構成を、第１１
図は本実施例の受信側の構成をそれぞれ示すもの
である。

第１０図において、第１図と同様の部分には同
符号を付してその詳細な説明を省略する。

すなわち、１はオーデイオ信号等のアナログ原
信号入力をデイジタルデータに変換するＡ／Ｄ変
換器、２はＡ／Ｄ変換されたPCM符号データを
１サンプル分遅延するサンプル遅延回路、３は
PCM符号データの連続する２サンプル間の差分
をとる差分器であり、差分器３の出力として例え
ば16ビツトのDPCM符号データが得られる。１
４は例えばメモリを用いて構成されるブロツク遅
延回路であり、差分器３から出力されるDPCM
符号データを１データブロツク分遅延させる。１
５はスケール検出回路であり、差分器３から出力
されるDPCM符号データ１ブロツク分の全デー
タから各データブロツク内のサンプルデータの絶
対値の最大値を検出して、その検出値をもとにブ
ロツク毎のスケール値を設定し、該設定スケール
値を例えば桁シフト不要の場合を含めて４ビツト
のデータとして出力する。

なお、上述は符号に正負の存在する2′sコンプ
リメントを用いている場合を前提としており、ス
ケール値がサンプルデータの絶対値の最大値で決
せられるものとして説明したが、他の符号を用い
る場合にはその符号に見合つた他の方式によつて
スケール値の検出を行なう必要が生ずる場合もあ
り得る。

１６はアキユムレータを備えた圧縮エンコー
ダ、１７はアキユムレータ補正回路であり、これ
ら両者により先に説明したデータ圧縮部の機能を
実現している。

すなわち、圧縮エンコーダ１６はアキユムレー
タを内蔵しており、次のように動作する。スケー
ル検出回路１５で検出設定されたスケール値に基
づき、ブロツク遅延回路１４から与えられるこの
場合16ビツトのDPCM符号データより該スケー
ル値に対応するビツト位置の８ビツト（伝送主デ
ータのビツト長）の圧縮データを取出し、これを
一旦保持するとともにアキユムレータ補正回路１
７に与える。同時に上記圧縮データを取出した際
の桁落ち部をアキユムレータに加算し伝送桁内へ
のキヤリーが生じた場合はそのキヤリー情報をア
キユムレータ補正回路１７に与える。そして、ア
キユムレータ補正回路１７から後述するアキユム
レータ補正パターンの入力がない場合には上記ア
キユムレータのキヤリーを上記圧縮データに加算
し伝送主データとして出力する。アキユムレータ
補正パターンの入力があつた場合には、そのアキ
ユムレータ補正パターンをその時点でアキユムレ
ータに保持されていた内容と置換えてアキユムレ
ータに保持させるとともにそのとき保持されてい
る圧縮データをそのまま伝送主データとして出力
する。

そしてアキユムレータ補正回路１７は次のよう
に動作する。圧縮エンコーダ１６から与えられる
圧縮データとアキユムレータのキヤリーそしてス
ケール検出回路１５から与えられるスケール値に
基づいて伝送主データにおけるオーバフローを生
ずる条件が成立しているか否かを検出する。該オ
ーバフロー条件が成立していないと判定された場
合はアキユムレータ補正回路１７は何もしない。
そして、該オーバフロー条件が成立すると判定さ
れた場合は、予め設定された桁落ち分のビツト数
のアキユムレータ補正パターンを圧縮エンコーダ
に１６に与える。

例えば圧縮エンコーダ１６で抽出された圧縮デ
ータが“01111111”であり、アキユムレータのキ
ヤリーもある場合には上述のオーバフローが発生
することとなるので、上記アキユムレータ補正パ
ターンが圧縮エンコーダ１６に与えられる。圧縮
エンコーダ１６では、そのアキユムレータ補正パ
ターンをその時点でアキユムレータに保持されて
いた内容と置換えてアキユムレータに保持させる
とともにそのとき保持されている圧縮データをそ
のまま伝送主データとして出力する。

この８ビツトの伝送主データとスケール検出回
路１５から出力されるブロツク毎の４ビツトのス
ケール情報データとが送信回路１８に供給され、
両データがパラレルデータからシリアルデータに
変換されるとともに時分割的に多重化されて直列
的に伝送系に送出される。

また、１９はコントロールシーケンサ部であ
り、内蔵したクロツクジエネレータのクロツク信
号に基づいて動作し、上記各部すなわちＡ／Ｄ変
換器１、サンプル遅延回路２、差分器３、ブロツ
ク遅延回路１４、スケール検出回路１５、圧縮エ
ンコーダ１６、アキユムレータ補正回路１７およ
び送信回路１８の各部をそれぞれ所定のタイミン
グで所定のごとく動作させるため、各部に制御信
号を与えている。

以上が本実施例における送信側の構成であり、
次に本実施例の受信側の構成を説明する。

第１１図において、２０は、伝送系から入力さ
れた伝送信号から、この場合、８ビツトの主デー
タと４ビツトのスケール情報データを分離し且つ
両データをそれぞれシリアルデータからパラレル
データに変換するための受信回路である。

２１はシフトクロツク発生部であり、受信回路
２０から入力されたスケール情報データに基づい
てシフトすべきビツト数に対応するシフトクロツ
クを出力する。２２は例えばシフトレジスタを用
いたデータ伸長回路であり、受信回路２０から入
力された主データすなわち圧縮DPCM符号デー
タ（８ビツト）をシフトクロツク発生部２１から
与えられるシフトクロツクによつてこの場合上位
へビツトシフトし16ビツトのDPCM受信データ
に伸長する。なお、このデータ伸長に際し2′sコ
ンプリメントの符号で全体の動作が行なわれるよ
うに作られている場合には、シフトの回数に関連
し、主データ（圧縮DPCM符号）のMSBにある
極性符号と同じもの（０または１）がシフトレジ
スタの上位に連続して位置するように処理され
る。すなわち、このデータ伸長回路２２において
８ビツトの主データはそのデータの属するブロツ
クのスケール情報に応じたビツトシフトが施さ
れ、DPCM受信データに変換される。２３はこ
の場合16ビツトの全加算器からなる加算回路であ
り、第１図における加算器４に対応し、データ伸
長回路２２から出力されたDPCM受信データを
加算累計して15ビツトのPCM受信データとして
出力する。２４はデータホールドレジスタであ
り、第１図における遅延回路５にほぼ相当し１サ
ンプル前の加算回路２３の出力PCM受信データ
すなわち１サンプル前までの累計値を保持し、そ
のまま加算回路２３に入力して最新のデータ伸長
回路出力（DPCM受信データ）との加算に供す
る。なお、この加算による積分系は完全積分器の
構成を用いるよりも、不完全積分器の構成を用い
た方が好ましい場合が多い。何故ならば、本発明
のようなアキユムレータ内容の修正を行なうと、
それによつて生ずる僅かな直流誤差が積分加算系
の中にいつまでも残つてしまうからである。この
ような不都合を解消するためには加算回路２３へ
のフイードバツク系（データホールドレジスタ２
４からの）利得を『１』よりもやや小さくして不
完全積分とすればよい。２５は第１図のＤ／Ａ変
換器６にほぼ相当するＤ／Ａ変換器であり、デー
タホールドレジスタ２４に保持された15ビツトの
PCM受信データをアナログ値に戻す。２６は
Ｄ／Ａ変換器２５の出力から不要な高周波成分を
除去するローパスフイルタであり、この出力とし
てオーデイオ信号等のアナログ信号が得られる。

また、２７はコントロールシーケンサ部であ
り、上記各部、すなわち受信回路２０、シフトク
ロツク発生部２１、データ伸長回路２２、データ
ホールドレジスタ２４等の各部をそれぞれ所定の
タイミングで所定のごとく動作させるため、各部
に制御信号を与えるとともに、上述した受信回路
２０の主データ分離に際してのビツト数の制御を
行なう。

次に上述した構成における動作について説明す
る。

まず送信側において、アナログ原信号（例えば
オーデイオ信号）はＡ／Ｄ変換器１でPCM符号
データ（15ビツト）に変換され、サンプル遅延回
路２で遅延された１サンプル前のデータとの差分
が差分器３で算出されDPCM符号データ（16ビ
ツト）に変換される。

このデータはスケール検出回路１５に与えら
れ、所定数のサンプルからなる１ブロツク分の
DPCM符号データから最大差分（差分には正負
があるので正確には差分の絶対値すなわち差が最
も大きな値）が求められて該最大差分に応じたス
ケール値（桁シフト情報）データ（４ビツト）が
このスケール検出回路１５から出力される。

このスケール検出回路１５の設定スケール値出
力はブロツク毎に更新され、１ブロツクの
DPCM符号データに共通のスケール値データと
なる。このスケール情報検出の時間ずれを補正す
るためブロツク遅延回路１４で１ブロツク分遅延
されたDPCM符号データが圧縮エンコーダ１６
およびアキユムレータ補正回路１７で逐次スケー
ル値に応じてデータ圧縮される。

すなわち、圧縮エンコーダ１６では、ブロツク
遅延回路１４で１ブロツク分遅延されたDPCM
符号データの伝送桁相当分、すなわちスケール検
出回路１５で設定されたスケール値に対応する桁
位置の伝送ビツト長部分のデータである圧縮デー
タが抽出されるとともにこのときの下位桁落ち分
がアキユムレータに加算される。上記圧縮データ
とアキユムレータのキヤリー情報はアキユムレー
タ補正回路１７に与えられ、これら圧縮データお
よびキヤリー情報により伝送桁におけるオーバフ
ローが生ずると判定された場合にのみ、予め設定
されたアキユムレータ補正パターンがアキユムレ
ータ補正回路１７から圧縮エンコーダ１６に与え
られる。圧縮エンコーダ１６は、アキユムレータ
補正パターンが与えられると、そのアキユムレー
タ補正パターンをその時点でアキユムレータに保
持されていた内容と置換えてアキユムレータに格
納するとともにそのとき保持されている圧縮デー
タをそのまま伝送主データとして出力する。アキ
ユムレータ補正パターンが与えられない場合、圧
縮エンコーダ１６は、アキユムレータの伝送桁内
へのキヤリーがあるときはそのキヤリーを圧縮デ
ータに加算して伝送主データとし、該キヤリーの
ないときは圧縮データをそのまま伝送主データと
して、それぞれ出力する。

この主データとスケール情報データが送信回路
１８を介して伝送系に送出される。なお、送信回
路１８における時分割合成に際しスケール情報デ
ータを介挿するため必要に応じて主データ列を時
間軸圧縮するなどの処理を施してもよいことはい
うまでもない。

PCMが基準レベル例えば０レベルからの符号
を含む値を伝送するのに対し、DPCMはサンプ
ル間の差分を伝送するため、オーデイオ信号等の
周波数がサンプリング周期に比して非常に高い場
合には正のピーク値付近と負のピーク値付近の差
分がDPCM符号となる場合があり、このため
DPCM符号データの最大ビツト数はPCM符号デ
ータより１ビツト多く必要となる。したがつて上
述では15ビツトのPCM符号データから16ビツト
のDPCM符号データを得、これを８および９ビ
ツトの主データで伝送するためのスケール値は桁
シフト不要の場合を含めて９種となり、４ビツト
のスケール情報データとしている。

このようにして伝送系に送出された送信データ
を受信する受信側の動作について説明する。

伝送系から与えられる伝送信号はこの場合シリ
アル化され時分割多重化された圧縮DPCM符号
からなる８ビツトの主データとデータブロツク毎
のこの場合４ビツトのスケール情報データで構成
されている。この伝送信号が与えられる受信回路
２０では、受信信号からスケール情報データと主
データとが分離されるとともにこれら両データが
パラレル化され、それぞれ出力される。具体的に
は例えば、受信信号からブロツク毎の（例えば、
必要に応じて適宜付加された同期データ等に基づ
いて）スケール情報がまず分離抽出され、そのス
ケール情報データに続く８ビツトずつのデータが
主データとしてそのブロツクの期間、すなわち次
のスケール情報の分離抽出まで逐次抽出される。
これら受信主データと受信スケール情報データは
受信回路２０からそれぞれデータ伸長回路２２と
シフトクロツク発生部２１に入力される。シフト
クロツク発生部２１からは受信スケール情報デー
タに対応するシフトクロツクが出力され、このシ
フトクロツクがデータ伸長回路２２に与えられ８
ビツトの受信主データに桁シフト（ビツトシフ
ト）が施され、且つ2′sコンプリメント符号の場
合には上位ビツトが極性ビツトで埋められて、16
ビツトのDPCM受信データに変換される。この
とき桁シフトにより生ずる下位の空白ビツトには
例えば０データが付加される。このDPCM受信
データが加算回路２３に与えられ、データホール
ドレジスタ２４に保持されている１サンプル前の
加算回路２３出力データと加算される。すなわ
ち、この加算回路２３の出力データはDPCM受
信データの累計（積分）値、つまり15ビツトの
PCM受信データである。このPCM受信データは
データホールドレジスタ２４を介してＤ／Ａ変換
器２５で逐次Ｄ／Ａ変換され、さらにローパスフ
イルタ２６で不要な高周波成分が除去されて例え
ばオーデイオ信号等のアナログ信号として出力さ
れる。

このようにして、送信側で切捨部つまり桁落ち
部を累積して以後の送信データにほぼ反映させた
送信データを送信し、受信側でこれを受信して有
効な復号復調を行なうことができるため、８ビツ
トの主データを伝送するだけで実質的に９ビツト
以上での受信に相当する精度が実現される。

上述のように、データ圧縮に際して、アキユム
レータの内容と圧縮データとの加算などによつ
て、桁落ち分の累積処理を行なうことに起因し、
例えば伝送データが2′コンプリメントの場合は極
性が反転するなどという、極めて好ましくないオ
ーバフローが発生することを、アキユムレータの
論理を一時的に異ならせることによつて、極めて
効果的に且つ完全にしかもハードウエアの複雑化
を要することなく防止することができ、少ないビ
ツト数で伝送可能な高効率PCM伝送を有効に実
現することができる。

なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例に
のみ限定されることなく、その要旨を変更しない
範囲内で種々変形して実施することができる。

また、上述におけるデイジタル処理機能の一部
または全部をこれと等価な他の構成と置換えた
り、コンピユータを用いて実現するようにしたり
してもよい。

さらに、スケール情報は、主データ取出しのビ
ツト位置の基準を逆に（上位８桁を基準に）設定
し、第５図ａをスケール情報「７」、同図ｂを
「６」、同図ｃを「０」として、２進符号化するな
どしてもよい。

なお、本発明をステレオオーデイオ信号の伝送
に用いる場合に左右両チヤンネルの伝送データを
交互に伝送して時分割多重化を図ることなど通常
のデイジタルオーデイオ技術等で行われている
種々の技術を併用しても良いことはもちろんであ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、PCM符号データを少ないビ
ツト数で精度よく伝送するにあたつて、伝送デー
タのオーバフローエラーの発生を充分におさえ、
伝送精度を一層高めて実用上も測定上も充分な結
果が得られて、しかもハードウエアの複雑化等の
新たな問題を生じることのない信号伝送方式を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は差分PCMの一例を説明するためのシ
ステムブロツク図、第２図はPCMにおけるデー
タ圧縮の一例を示すシステムブロツク図、第３図
および第４図は同例を説明するための図、第５図
および第６図は同例におけるオーバフローエラー
の発生を説明するための図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明の第１および第２の実施例の原
理を説明するための図、第９図は本発明の第３の
実施例における処理のフローチヤート、第１０図
および第１１図は本発明の第４の実施例における
それぞれ送信側および受信側の構成を示すブロツ
ク図である。 １……Ａ／Ｄ変換器、２……サンプル遅延回
路、３……差分器、１４……ブロツク遅延回路、
１５……スケール検出回路、１６……圧縮エンコ
ーダ、１７……アキユムレータ補正回路、１８…
…送信回路、２０……受信回路、２１……シフト
クロツク発生部、２２……データ伸長回路、２３
……加算回路、２４……データホールドレジス
タ、２５……Ｄ／Ａ変換器、２６……ローパスフ
イルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予定時間毎のデータ群からなるデータブロツ
   ク単位でDPCM符号原データのブロツク内最大
   値を検出し、該検出値に基づいてスケール値を定
   め、該スケール値に対応するビツト位置から予定
   ビツト数のデータを逐次取出し且つその下位残余
   データを後続の原データに加算させた場合に上記
   予定ビツト数のデータにオーバフローを生じるか
   否かを判定し、オーバフローを生じないと判定さ
   れた場合は上記下位残余データを後続の原データ
   に累積的に加算させ、オーバフローを生じると判
   定された場合は上記下位残余データを後続の原デ
   ータに累積的に加算させることなく、オーバフロ
   ーを生じない所定のデータに置換する処理を行な
   つて、上記原データから該原データよりも少ない
   ビツト数である主データを得、この主データと上
   記スケール値を示すスケール情報とを伝送系で伝
   送し、これを受信して受信主データを受信スケー
   ル情報に応じてビツトシフトして上記原データと
   等しいビツト数の再生データを得ることを特徴と
   する信号伝送方式。 ２ 下位残余データを所定のデータに置換する処
   理は、下位残余データを予定値に置換えて以後の
   処理に供するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の信号伝送方式。 ３ 下位残余データを所定のデータに置換する処
   理は、従前の下位残余データをクリアし与えられ
   た原データの下位残余データ桁分を以後の処理に
   供するものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の信号伝送方式。