JPH0255868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

音声信号を符号化しデジタル信号として伝送あ
るいは記録再生する場合に、データ量をなるべく
少なくするための手段としては、従来、信号振幅
を対数圧縮したり、あるいは差分をとつたり、も
しくはデルタ変調をするなどの諸方式が採用され
て来ていることは周知のとおりであるが、これら
の従来の諸方式ではデータの減少を振幅方向に求
提案した。ところで、前記のデジタル符号化装置
は、信号の符号化を簡単に行なうことができる反
面、標本化間隔がランダムであるために、信号の
再生時にもとの信号からの誤差により生じる歪の
成分が再生周波数帯域内に含まれる場合に、それ
が除去できずに再生信号内に含まれるということ
が問題となつた。 すなわち、信号のゼロ点間隔毎に、そのゼロ点
間隔が略々等分されるような標本化間隔で信号を
符号化した場合には、ゼロ点間隔の長い信号部分
において当然に標本化周期が長くなるが、その標
本化周期の長い信号部分（標本化周波数の低い周
波数部分）と対応する再生信号が無歪となる周波
数帯域は、サンプリング定理から標本化周波数の
１／２以下の周波数帯域であるのに、再生系中に設
けられている低域濾波器の通過帯域は、符号化の
対象とされる信号において最もゼロ点間隔が短い
部分と対応して決定された標本化周期に基づいて
設定されているから、標本化周期の長い信号部分
と対応する再生信号における歪の成分が再生系中
に設けられている低域濾波器の通過帯域中に含ま
れてしまうことも起こるので、再生信号の歪がど
うしても多くなることが問題となる。 そこで、上記の問題点を解決するために本出願
人会社では、先に、符号化の対象とされる信号を
一定の時間長毎Tの信号（１フレームの信号）
とし、その１フレームの信号毎にゼロ点の個数
Zcを求め、１フレームの信号の期間における平
均のゼロ点間隔を定めることにより、圧縮度が高
い符号化を行ないながら、再生時に各１フレーム
の毎の再生信号における高調波成分が低域濾波器
によつて除去できるようにした記録再生装置を提
案（特願昭57−43649号明細書参照）した。 本発明は、前記した既提案の装置に比べてより
一層圧縮度の高い符号化が実現できるようにした
信号の符号化記憶再生装置を提供するものであ
り、以下、添付図面を参照しながら本発明の信号
の符号化記憶再生装置の具体的な内容を詳細に説
明する。 第１図は、本発明の信号の符号化記憶再生装置
の一例構成のブロツク図であつて、この第１図に
おいて、MICはマイクロホン、LPFは低域濾波
器、ADCはAD変換器、CGはクロツクパルス発
生器、CCTはマイクロコンピユータを含んで構
成された制御回路、OPは操作部であつて、Brは
記録釦、Bpは再生釦、Bs停止釦である。 また、第１図においてM₁は第１の記憶装置
（第１のメモリ）、M₂は第２の記憶装置（第２の
メモリ）、DAC₁，DAC₂はDA変換器、VLPFは
可変通過帯域型の低域濾波器、AMPは増幅器、
SPはスピーカである。 第２図は、符号化前の信号Saの波形例図であ
つて、第２図中の０−０線は参考のために示した
交流軸線である。第２図中に示す波形図におい
て、Tは信号Saを時間軸上で一定の時間長毎に
区切つた信号部分の時間長Tであり、前記した
時間長Tづつの各信号部分は、それぞれ１フレ
ームの信号と称せられるものである。本発明の信
号の符号化記憶装置において復号化の対象とされ
るデジタルデータは、各１フレームの信号におけ
る信号の時間軸上の変化の状態に応じて、各１フ
レームの信号について標本化周期が決定されてい
る如き符号化が施こされているものであるが、そ
の符号化の態様としては、１フレームの信号にお
けるゼロ点の個数と特定な関係を有するようにし
て各１フレーム毎の標本化周期が決定されるよう
になされている。 第２図示の信号Saにおいて、予め定められた
時間長Tに有する各１フレームの信号は、通常、
時間長T内において交流軸線０−０線に対して
複数回交叉している状態、すなわち、時間長T
内に複数個のゼロ点を有しているものとなつてい
るが、各１フレームの信号におけるゼロ点の個数
は、各１フレーム中の信号の周波数成分がどうで
あるのかに従つて異なつており、また、場合によ
つては交流軸線０−０に対する交叉がない期間も
ある。例えば、第２図に示す波形Saについて説
明すると、時刻t₁からt₂までの１フレームの信号
ではゼロ点が８個であり、時刻t₂からt₃までの１
フレームの信号ではゼロ点が４個であり、時刻t₃
から時刻t₄までの１フレームの信号ではゼロ点が
なく、時刻t₄から時刻t₅までの１フレームの信号
ではゼロ点が３個、時刻t₅から時刻t₆までの１フ
レームの信号では信号が交流軸線と交叉して生じ
るゼロ点がない、というように時間軸上の相次ぐ
１フレームの信号について、ゼロ点の個数がそれ
ぞれ異なつていることが判かる。 さて、既提案においては信号Saにおける予め
定められた一定の時間長Tの信号部分、すなわ
ち、各１フレームの信号毎に、１フレームの信号
中に存在するゼロ点の個数と関連する数で時間長
が等分されるような標本化周期Tcにより、その
１フレームの信号についての標本値列が得られる
ような符号化を行なつてデータ量の減少を達成す
るのに時間軸上で相次ぐ１フレームの信号のゼロ
点の個数をZcとした時に各１フレームの信号に
ついて、時間長Tが（Zc×Ｋ）等分されるよう
な標本化周期で、各１フレームの信号からの標本
値列が得られるようにして、データ量が減少され
た状態での記録再生を行なつているのであるが、
１フレームの信号が例えば第２図中の時刻t₃から
t₄までのように直流信号の場合や、第２図中の時
刻t₅からt₆までのように、無信号期間のような場
合には無駄な符号化が行なわれてしまうことにな
る。 そこで、本発明では１フレームの信号がすべて
同一の標本値をもつような場合に、その標本値の
１個とその標本値の繰返しを表わす符号とによつ
てデータを構成し、再生時には標本値の繰返しを
表わす符号が存在する１フレームの信号につい
て、標本値を標本値の個数だけ繰返して利用する
ようにして、圧縮度の高い符号化を実現できるよ
うにしたのであり、信号が音声信号のように無音
時間の多い信号の場合には特に有効に圧縮度の高
い符号化が行なわれ得るのであり、本発明におい
ては１フレームの信号のゼロ点の個数をZcとし
た時に、各フレームの信号について時間長Tが
｛（Zc＋１）Ｋ｝等分されるような標本化周期Tc
で各１フレームの信号からの標本値列が得れるよ
うにし、また、１フレームの信号内における標本
化周期Tc毎の標本値がすべて同一か否かを判断
し、１フレームの信号内における標本化周期Tc
毎の標本値がすべて同一の場合には、１個の標本
値とその標本値の繰返しを表わす符号とを組合わ
せたデータを得るようにしており、標本化周期
Tcと、１フレームの信号内の標本数Ｎと、１フ
レームの信号内における標本化周期Tc毎の標本
値または１個の標本値とその標本値の繰返しを表
わす符号とを組合わせたデータと、各フレームを
区別するために付したフレーム番号とを組にした
データを次々の１フレーム毎に作り、それを順次
に記憶装置に記憶させ、再生に際しては前記の記
憶装置から読出した次々のフレーム毎のデータを
DA変換して信号の再生を行なうようにしている
のである。 次に、第１図のブロツク図を参照して、前記し
た符号化動作について説明する。 第１図に示すマイクロホンMICは音波を電気
信号（音声信号）に変換して低域濾波器LPFに
与える。第１図示の記録再生装置では、信号源と
してマイクロホンMICが用いられているが、信
号源が他の形態の音声信号の発生器、あるいは他
の信号の発生器であつてもよい。 低域濾波器LPFは、以下の実施例の説明では、
それの遮断周波数が3KHzであるとされている。
低域濾波器LPFによつて3KHz以下の周波数帯域
の信号になされた音声信号は、AD変換器ADCに
よつて所要のビツト数（以下の説明では８ビツ
ト）のデジタル信号となされて、マイクロコンピ
ユータを含んで構成されている制御回路CCTへ
与えられるが、前記したAD変換器ADCは、クロ
ツクパルスの発生器CGからの8KHzの繰返し周波
数のパルスによつてAD変換を行なつている。 AD変換器ADCから出力されたデジタル信号
は、入力された音声信号が常に一定の標本化周期
（説明例においては1/8000秒）で標本化され、そ
れが量子化された８ビツトのデジタル信号であ
り、それは制御回路CCTの制御の下に第１の記
憶装置M₁（第１のメモリM₁、あるいはバツフア
メモリM₁）へ順次に記憶される。前記したバツ
フアメモリM₁は以下の説明例では512バイトの記
憶容量を有しているものとされており、それは記
憶容量の半分づつの２つの部分に分けられて、そ
の２つの部分が交互にデータの書込みとデータの
読出しに使用される。 さて、第１図示の装置の符号化記録動作は、操
作部OPにおける記録釦Brが操作されることによ
つて、第３図に示すフローチヤートに示すような
プログラムに従つて行なわれるのであり、操作部
OPにおける記録釦Brが操作されて、プログラム
がスタート（第３図中の「はじめ」）すると、ス
テツプ(1)で制御回路CCTに設けられている９ビ
ツトの標本カウンタ、８ビツトのゼロ点カウン
タ、16ビツトのフレームカウンタなどがリセツト
される。 記録釦Brが操作される以前、すなわち、第３
図示のフローチヤートにおける「はじめ」の前に
おいても、第１図示の記録再生装置の制御回路
CCTは、クロツクパルスの発生器CGからのパル
スを受けることにより、ステツプ(10)の割込み動作
を行なつていて、AD変換器ADCからのデジタル
信号出力をバツフアメモリM₁に順次に記憶させ、
また９ビツトの標本カウンタをカウントアツプし
ている。 また、「はじめ」の以前において、９ビツトの
標本カウンタは、それがフルカウントに達する度
毎にリセツトを繰返えすようになされている。 ステツプ(2)でバツフアメモリM₁から記憶され
ていた標本値を読出すと共に、９ビツトの標本カ
ウンタを１だけカウントアツプする。 ステツプ(3)では、前記のステツプ(2)で読出した
標本値の符号が、その直前の標本値の符号と同一
かどうかをみて、符号の変化がなかつた時はゼロ
点ではないとしてステツプ(2)へ戻り、また符号の
変化があつた時にはステツプ(2)で読出した標本値
がゼロ点であるとしてステツプ(4)に進みステツプ
(4)では８ビツトのゼロ点カウンタを１だけカウン
トアツプする。 ステツプ(5)で、バツフアメモリM₁から順次に
読出した標本値の個数が256（または512）に達し
たかどうかを９ビツトの標本カウンタの計数値で
調べて、バツフアメモリM₁から読出した標本値
の個数が256に達したら（つまり、ステツプ(2)〜
(4)を256回繰返したら）、ステツプ(6)に進み、ま
た、バツフアメモリM₁から読出した標本値の個
数が256に達していなかつたら、ステツプ(2)に戻
る。 ここで、前記のようにバツフアメモリM₁から
読出された標本値の個数256は、第２図に示す信
号Saの時間長Tの１フレームの信号について、
AD変換器ADCが一定の標本化周期（1/8000秒）
で標本抽出を行なつて得た標本値の個数であつ
て、その個数256は１フレームの信号の時間長T
と対応しているものである。 ステツプ(6)で、８ビツトのゼロ点カウンタの計
数値Zcと、予め定められた数Ｋと、１フレーム
の信号の時間長Tを表わす数256とを用いて、そ
の１フレームの信号における標本値列を得るのに
必要とされる標本化周期Tcを計算すると共に、
標本数Ｎを計算する。 標本化周期＝Tc＝256／（Zc＋１）Ｋ 標本数＝256／Tc 次いで、ステツプ(7)では、バツフアメモリM₁
から、前記した標本化周期Tcが適用されて標本
値列が取り出されるべき１フレームの信号につい
て、前記した標本化周期Tc毎の標本値を順次に
読出すために、９ビツトの標本カウンタ（アドレ
スカウンタ）のTcおきの計数値をアドレス信号
としてバツフアメモリM₁から順次にＮ個の標本
値を読出し、読出されたＮ個の標本値がすべて同
一の値の場合には、１個の標本値にその標本値が
繰返えされることを表わす符号を付加したもの
と、16ビツトのフレームカウンタの計数値Fcが
示すフレーム番号と、標本数Ｎと、標本化周期
Tcとを組にしたデータを作り、それを第２の記
憶装置M₂（第２のメモリM₂）に記憶させてステ
ツプ(8)に進み、また、読出されたＮ個の標本値が
同一でないときはＮ個の標本値と、16ビツトのフ
レームカウンタの計数値Fcが示すフレーム番号
と、標本数Ｎと、標本化周期Tcとを組にしたデ
ータを作り、それを第２の記憶装置M₂（第２のメ
モリM₂）に記憶させてステツプ(8)に進む。 ステツプ(8)では、16ビツトのフレームカウンタ
を１だけカウントアツプする。 ステツプ(9)では、16ビツトのフレームカウンタ
がフルカウントになつているか、あるいは停止釦
Bsが操作されているかをみて、フレームカウン
タがフルカウントになつていたり、あるいは停止
釦Bsが操作されている状態であればおわりとな
り、そうでなければステツプ(2)に戻つて、上記の
各ステツプを繰返えす。 これまでの説明より明らかなように、第２のメ
モリM₂には各１フレームの信号について、標本
化周期Tcのデータと、標本数Ｎのデータと、標
本値列または１個の標本値とそれの繰返しを表わ
す符号と、フレーム番号Fc（フレームカウンタの
計数値Fc）などが組となつたデジタル信号が記
憶されるが、これは第１のメモリM₁（バツフアメ
モリM₁）に記憶されていたもとのデジタル信号
に比べて大巾にデータ量が減少されているものと
なつているのであり、記録時に行なわれた前述の
ような符号化により、データ量が減少され、小容
量のメモリによつて、長時間の音声信号の記録再
生を可能とする。 次に、前記にようにして第２のメモリM₂に記
憶された信号を読出して、音声信号を再生させる
場合について、第４図に示すフローチヤートをも
参照して説明する。 第１図示の装置における操作部OPの再生釦Bp
が操作されて、第４図示のプログラムがスタート
（第４図の「はじめ」）し、まずステツプ（1P）
でフレームカウンタ、標本カウンタがリセツトさ
れ、ステツプ（2P）で第２のメモリM₂から１フ
レームの信号内の標本数Ｎと標本化周期Tcのデ
ータ、標本値の繰返しを表わすデータなどを読出
し、次に、ステツプ（3P）では第２のメモリM₂
から標本値が記憶された順に１つづつ読出され
て、あるいは１つの標本値が所要回数だけ繰返し
読出されてDA変換器DAC₁へ与えられ、また、
標本化周期TcのデータがDA変換器DAC₂へ与え
られる。 ステツプ（4P）では、ステツプ（2P）〜
（5P）の一巡の所要時間が、標本化周期Tcの示す
時間長と一致するように時間待ちを行なう。 1/8000＝（Tc−１）（プログラムループ時間）＋
｛ステツプ（2P）、ステツプ（3P）、ステツプ
（5P）及びステツプ（4P）の固定部分｝の時間、 ステツプ（5P）では、Ｎ個の標本値の読出し
が終了したか否かを判定し、未だに終了していな
かつたならばステツプ（2P）へ戻り、終了して
いればステツプ（6P）へ進む。 ステツプ（6P）ではフレームカウンタがフル
カウントになつたか、あるいは停止釦Brが操作
されたかをみて、フレームカウンタがフルカウン
トになつていたり、あるいは停止釦Bsが操作さ
れた状態であればおわり、否であればステツプ
（2P）へ戻る。 前記したステツプ（4P）におけるDA変換器
DAC₁，DAC₂へのデジタルデータの供給によつ
て、DA変換器DAC₁からは１フレームの信号内
における次々の標本値と対応するアナログ信号が
可変通過帯域型の低域濾波器VLPFへ入力信号と
して供給され、また、DA変換器DAC₂からは１
フレームの信号における標本値の標本化周期Tc
と対応するアナログ信号が可変通過帯域型の低域
濾波器VLPFへそれの制御信号として与えられ
る。 第５図は、DA変換器DAC₁，DAC₂の部分と可
変通過帯域型の低域濾波器VLPFの構成例とを示
すブロツク回路図であつて、可変通過帯域型の低
域濾波器VLPFは、それの遮断周波数の可変範囲
における高い方の遮断周波数が抵抗R₅，R₆とコ
ンデンサC₁，C₂によつて定められ、また、遮断
周波数の可変範囲における低い方の遮断周波数
は、抵抗R₆とR₇とコンデンサC₁，C₂とによつて
決められ、さらに、前記した遮断周波数の可変範
囲の中間の周波数値は、DA変換器DAC₂に入力
される標本化周期Tcのデータ入力によつて切換
えられるアナログスイツチASWと、それぞれ直
列に接続されている可変抵抗器R₂，R₃を可変し
て、標本化周期Tcのデータと対応してそれぞれ
所定の周波数値となるよう調整される。 標本化周期Tcと、標本化周期Tcに対応する標
本化周波数sと、低域濾波器の遮断周波数cとの
対応関係の一例を次の第１表に示す。

【表】 第５図に示されている可変通過帯域型の低域濾
波器VLPFは、DA変換器DAC₂に与えられた標
本化周期Tcのデータの値によつて、アナログス
イツチASWで選択された抵抗により増幅器A₁の
利得が変わり、それに従つてフオトカプラPC₁，
PC₂におけるフオトダイオードPd，Pdの発光量
が変化することによる感光抵抗体（例えばCdS）
VR，VRの抵抗値の変化によつて遮断周波数が
変わり、通過帯域が可変制御されるのである。な
お、第５図中において、R₁，R₄，R₅〜R₆は抵
抗、R₂，R₃は可変抵抗器、A₁，A₂は増幅器、
C₁，C₂はコンデンサ、PC₁，PC₂はフオトカプラ
である。 以上の説明から明らかなように、本発明の信号
の符号化記憶再生装置は、信号を所定の標本化周
期で標本化し量子化する手段と、前記の手段によ
つて得たデジタル信号を第１の記憶手段に記憶す
る手段と、予め定められた時間長Tの信号区間
を１フレームの信号とし、その１フレームの信号
中におけるゼロ点の個数Zcを計測する手段と、
前記した１フレームの信号の時間長Tを｛（ゼロ
点の個数の計数値Zc）＋１｝の数値で除して得た
商を、さらに予め定められた数で除して、標本化
周期Tcを得る手段と、前記した１フレームの信
号の時間長Tを標本化間隔Tcで除して１フレー
ムの信号内の標本数Ｎを得る手段と、１フレーム
の信号内における標本化周期Tc毎の標本値を得
る手段と、１フレームの信号内における標本化周
期Tc毎の標本値がすべて同一か否かを判別する
手段と、１フレームの信号内における標本化周期
Tc毎の標本値がすべて同一の場合には、１個の
標本値とその標本値の繰返しを表わす符号とを組
合わせたデータを得るようにする手段と、標本化
周期Tcと、１フレームの信号内の標本数Ｎと、
１フレームの信号内における標本化周期Tc毎の
標本値または１個の標本値とその標本値の繰返し
を表わす符号とを組合わせたデータと、各フレー
ムを区別するために付したフレーム番号とを組に
したデータを次々のフレーム毎に作り、それを順
次に第２の記憶手段に記憶させる手段と、第２の
記憶手段から読出した次々のフレーム毎のデータ
をDA変換して信号を再生する手段とからなる信
号の符号化記憶再生装置であつて、本発明装置で
は１フレームの信号がすべて同一の標本値を示す
ときは１個の標本値とそれの繰返しを表わす符号
とによつて標本値列のデータを構成するために、
データ量の圧縮が高度に行なわれ得るのであり、
特に無音期間の多い音声信号についてはデータ量
の大巾な減少が達成できることは勿論のこと、構
成の簡単な記録装置によつて、記録再生が良好に
行なわれるのであり、本発明により既述した従来
の問題点は良好に解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の符号化記憶装置を含んで構成
された記録再生装置の一実施態様のブロツク図、
第２図は説明用の波形例図、第３図及び第４図は
説明用のフローチヤート、第５図は可変通過帯域
型の低域濾波器及び、その関連部分のブロツク回
路図である。 MIC……マイクロホン、LPF……低域濾波器、
ADC……DA変換器、CG……クロツクパルス発
生器、CCT……マイクロコンピユータを含んで
構成された制御回路、OP……操作部、Br……記
録釦、Bp……再生釦、Bs……停止釦、M₁……第
１の記憶装置（バツフアメモリ）、M₂……第２の
記憶装置、DAC₁，DAC₂……DA……変換器、
VLPF……可変通過帯域型の低域濾波器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 信号を所定の標本化周期で標本化し量子化す
   る手段と、前記の手段によつて得たデジタル信号
   を第１の記憶手段に記憶する手段と、予め定めら
   れた時間長Tfの信号区間を１フレームの信号と
   し、その１フレームの信号中におけるゼロ点の個
   数Zcを計測する手段と、前記した１フレームの
   信号の時間長Tfを｛（ゼロ点の個数の計測値Zc）
   ＋１｝の数値で除して得た商を、さらに予め定め
   られた数で除して、標本化周期Tcを得る手段と、
   前記した１フレームの信号の時間長Tfを標本化
   間隔Tcで除して１フレームの信号内の標本数Ｎ
   を得る手段と、１フレームの信号内における標本
   化周期Tc毎の標本値を得る手段と、１フレーム
   の信号内における標本化周期Tc毎の標本値がす
   べて同一か否かを判別する手段と、１フレームの
   信号内における標本化周期Tc毎の標本値がすべ
   て同一の場合にはめていたために、量子化歪によ
   り再生信号の品質が劣化したものになるという問
   題があつた。 本出願人会社では、データ量の減少を大巾なも
   のとする場合に、ビツトの減少を振幅方向に求め
   ないでそれをむしろ時間軸の方向に求めて、標本
   値列から得られる波形と原信号の波形との相違の
   度合いが一定比以下となるように波形近似を行な
   つて、大巾なデータ量の減少が期待できるような
   音声信号の近似圧縮方式を提案（特開昭56−
   155998号公報参照）しており、ある程度の成果を
   挙げ得たが、この既提案の方式では標本化周期が
   先の標本値からの信号波形のずれに基づいて定め
   られ、信号の波形自体に基づいて定められるよう
   にはなされていなかつたために、信号における細
   かい波形の再生の点で不充分であるという傾向が
   認められた。 本出願人会社における前記の既提案における問
   題点を解決するために本出願人会社では、信号の
   ゼロ点間隔が略々等分されるような標本化間隔で
   信号が符号化されるようなデジタル符号化装置を
   １個の標本値と、その標本値の繰返しを表わす符
   号とを組合わせたデータを得るようにする手段
   と、標本化周期Tcと、１フレームの信号内の標
   本数Ｎと、１フレームの信号内における標本化周
   期Tc毎の標本値または１個の標本値とその標本
   値の繰返しを表わす符号とを組合わせたデータ
   と、各フレームを区別するために付したフレーム
   番号とを組にしたデータを次々のフレーム毎に作
   り、それを順次に第２の記憶手段に記憶させる手
   段と、第２の記憶手段から読出した次々のフレー
   ム毎のデータをDA変換して信号を再生する手段
   とからなる信号の符号化記憶再生装置。