JPH0378323A - 音声符号化装置 - Google Patents

音声符号化装置

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JPH0378323A
JPH0378323A JP21568989A JP21568989A JPH0378323A JP H0378323 A JPH0378323 A JP H0378323A JP 21568989 A JP21568989 A JP 21568989A JP 21568989 A JP21568989 A JP 21568989A JP H0378323 A JPH0378323 A JP H0378323A
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Kiyuuta Saitou
斎藤 久太
Hiroshi Fujitani
宏 藤谷
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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、音声の性質に応じて符号化速度を変化させ
ることにより、長時間の平均符号化速度が同じであれば
、従来の符号化方式すなわち固定速度符号化方式よりも
良い音声品質で通信を可能とする音声符号化装置に関す
るものである。
「従来の技術」 現在の音声通信で用いられている符号化方式は、主とし
て固定速度符号化方式であり、この方式は符号化速度が
時間的に見て常に一定であることを特徴としている。す
なわち、現在多用されているμLaw−PCMやADP
CMは64kbpsあるいは32kbpsの符号化速度
を有し、この値は時間的に変わることはない、現在の多
くの音声回線の通信速度7は一定であることを考慮すれ
ば、前記固定速度符号化方式は合理的な符号化方式と言
うことができる。一方、パケット通信網やATV (非
同期伝送)通信網では、回線もしくはチャンネルの通信
速度は常に一定であることは必要でなく、従来の通信網
での一定速度(固定速度)という制約がな(なる。
電話による通常の会話では、一方が話している間は、他
方は沈黙している(聴いている)ことから、統計的に見
て全通話時間に占める有効な音声区間の割合は40〜5
0%程度と言われている。
この沈黙している区間は相手に音声情報を送る必要はな
い、また、有音区間であっても、所定の音声品質を実現
するに必要な最小限の情報を送ることで十分である。最
小限の音声情報は、音声波形の性質、エネルギー、音声
品質の程度、あるいは使用する符号化方式に依存し、多
くの場合時間的に変動することが知られている。ATV
通信網などでは、音声の性格から見て固定速度符号化よ
りも符号化速度が時間的に変化する可変速度符号化の方
が音声品質あるいは通信効率上有利であり、このことは
理論的にも証明されている。
可変速度符号化方式としては、これまで提案された方式
の中で、現在の電話に適用可能な有力なものとしてへ〇
PC門−MQ (冨田他“ADPC?I−MQによる可
変レート音声符号器の実現゛電子情報通信学会技報DS
P88−26.1988年)およびEmbeddedA
DPCMによる方法(D、J、Good+man+ ”
Embedded DPCMfor variable
 bit rate transmissin″IEE
E Trans。
on ComJol、C0M−28,no、7.Jul
y 1980)がある。
第3図に示すADPCM−旧方式は、符号化ビット数2
.3.・・・、nに対応する複数のADPCM符号化回
路11を配置し、入力端子12よりの音声信号をこれら
複数のADPCM符号化回路11に入力して同時に符号
化を行うとともに、符号化ビット数判定回路13にて各
へ〇PCM符号化回路11の局部復号信号と入力音声信
号とを比較し、一定品質を満足し、かつ、符号化速度の
最も低いADPCI+符号化回路11の出力を選択多重
回路14で選択して音声符号出力端子15へ出力するこ
とで可変速度化するものである。この方式の特長は、複
数の速度の符号化処理を並列して行うために、そのなか
の一つのADPCM符号化回路を選択する段階ではすで
に符号化が終了しており、大きな符号化遅延がないこと
である。ただし、この方式でもADPCM符号化回路出
力の選択は1音声ブロツク(通常は10〜数百サンプル
)分の入力音声を評価した後でのみ可能であるから、■
音声ブロックに相当する遅延(数ミリ−数10ミリ秒)
は発生するが、それ以外の遅延は原理的にない、また、
後述するEs’beddedADPCMにあるようなE
mbedded符号化に特有の音声品質の劣化はない、
 ADPCM−MQの欠点は、複数のへ〇PCM符号化
回路を設置するために、ハードウェア量が増大する、ま
た異なるADPCM符号化回路を選択した場合、前のA
DPCM符号化回路の内部状態を現在のへ〇PCM符号
化回路に複写し、符号化処理の連続性を維持する必要が
ある0例えば第4図に示すように音声ブロックjが2ビ
ット符号化を行い、次の音声ブロックj+1がnビット
の符号化を行う場合、ブロックjからj+1の変り目で
2ビット符号化回路の演算処理による内部状態をnビッ
ト符号化回路に複写する必要がある。そのための複写メ
カニズムも必要となる。このためADPC)1−MOを
用いた符号化装置は構成が複雑となり、コスト増になる
欠点がある。
第5図には、E+*bedded ADPC1’l符号
器をもちいた可変速度符号化装置の構成を示す。通常の
八〇PCM(以下ノーマルADPf:?Iという)は、
正常な再生(復号化)音声を得るには符号器と復号器の
処理動作が同期していることが必要であり、従って符号
化された音声符号(へ〇PCM符号)の1ビツトでも伝
送時に喪失したり、あるいは故意に廃棄したりした場合
には前記した同期がくずれ、再生音声に大きな雑音が発
生したり、元の音声の再生自体が困難になる。しかしE
mbedded ADPCMは音声符号の下位部分のビ
ット(あらかじめ符号化時に手旨定した一つまたは複数
のビット)であれば、廃棄しても復号自体は正しく行え
る。たとえば、5ビツトのEmbedded ADPC
M符号の下位2ビツトを廃棄して3ビツトのみで伝送し
、復号時に下位ビットに0を挿入して復号しても符号器
と復号器の同期を取ることができ、復号エラーによる大
きな品質劣化はない。そのため、E+wbedded 
ADPCM符号器を用いて可変速度符号化を行うときに
は、例えば入力端子12よりの音声信号はE+mbed
ded ADPCM符号化回路16で量子化ビット数5
、コアビット数2の符号化処理を行い、■サンプル当た
り5ビツトの信号を出力し、この符号化と同時に符号化
ビット数判定回路17での評価を行い、その結果として
、一定の品質を満足しかつ最も低い符号化速度として3
ビツトが適当と判断した場合には符号化回路16の出力
符号である5ビツトのうち、下位2ビツトをビット廃棄
処理回路18で廃棄することで可変速度符号化を実現す
る。なおコアビットは予測器に入力する逆量子化ビット
で、量子化ビット数−コアピット数までの範囲でビット
ドロップが可能である。
明らかに、この方式の特長は、符号化回路は一つでよい
こと、またそのためにADPCM−MQにあるような、
異なる符号化回路を使う時にあった内部状態の複写メカ
ニズムは不要である。従ってADPCM−MQに比較し
て可変速度符号器の実現が容易である。
Bmbedded ADPCM符号器を用いた可変速度
符号化方式の最大の欠点は音声品質が低いことである。
つまり第6図に非Embedded符号(ノーマル^D
PCM)(A)と、Embedded ADPCM符号
(コアビット2)(B)と、Embedded ADP
CMをビットドロップした符号(C)とのセグメンタル
S/Nの比較の一例を示す0例えばドロップビット数が
2(24kb/S)のEs+bedded ADPCM
の品質はノーマルなADPCMならばほぼ2ビツト(1
6kb/s)でよいことをこの図は示している。
「発明が解決しようとする課題」 従来の可変速度符号化方式では、符号器の構成が複雑に
なり、経済性が損なわれるか、あるいは可変速度符号化
方式としての音声品質が不十分であるとの問題点があっ
た。
この発明はこのような問題点を解消するためになされた
ものであり、音声品質の向上と符号化装置の経済的実現
が可能な可変速度符号の音声符号化装置を提供すること
を目的とする。
「課題を解決するための手段」 この発明では、品質にすぐれたノーマルADPCM又は
Embedded ADPCMを符号化回路に用い、符
号化ビット数判定回路で音声ブロックが何ビットで符号
化すればよいかを判定し、その判定結果のビット数で音
声ブロックの符号化処理を行う、このため符号化ビア)
数判定回路で判定処理中はその音声ブロックはバッファ
に格納する。そのバッファからの音声ブロックの符号化
処理は共通データメモリから読み取った内部状態データ
を用いて行い、その処理の終了時にその時の内部状態デ
ータを共通データメモリに格納する。このように量子化
ビット数そのものを変えることにより符号化速度を変え
るため、Embedded符号によるビットドロップ法
よりもはるかに良い品質が実現できる。また複数の符号
化ビット数に対応した符号化回路が論理的には複数個必
要であるが、ADPCM−MQのように常にそれらを同
時に実行するのではなくいずれか一つの符号化処理をシ
リアルに実行するため、処理負荷を減すことが可能とな
り、その結果ハード量を減らせることもできる。またそ
のため符号化処理に必要な内部状態データも量子化ビッ
ト数が変わっても共通データメモリからそのまま継承で
きるため、ADPCM−MQのようなデータ、変数の複
写のメカニズムは必要としない。
「実施例」 以下、この発明の一実施例を第1図によって説明する。
符号化ビット数判定回路21は、入力音声サンプルをブ
ロック単位(継続時間は通常数ミリ−数10ミリ秒)に
処理することにより、所定の品質を満たし、かつ最もす
くないビット数の符号化回路を選択するための回路であ
り、音声ブロックあたりの電力、ADPC?I符号化方
式に特有な予測利得の計算などによりその音声ブロック
に対応した符号化ビット数を決定する。音声サンプルバ
ッファ22は、少なくとも1音声ブロツクの音声サンプ
ルを蓄積できる容量をもつバッファであり、この中の音
声サンプルは各ADPCM符号化回路23に供給される
。符号化部24は2〜nビツトの符号化ビットに対応し
た複数のADPCM符号化回路23と、これら符号化回
路23から共通にアクセスされる共通データメモリ25
とで構成される。これら符号化回路23は同時に動作す
ることはない。
すなわち、符号化ビット数判定回路21から指定された
符号化ビット数に対応した一つの符号化回路23のみが
動作する。複数の符号化回路23はそれぞれ一つのディ
ジタル音声信号処理プロセッサ(DSP)で構成しても
よいし、あるいはすべての符号化回路23を一つのDS
Pで実現することも可能である。また、DSPではなく
、布線論理を用いた符号化回路23でもよい。共通デー
タメモリ25は、これら複数の符号化回路23から共通
にアクセスできるよう共通のメモリ・アドレス空間にも
うけられる。
次に動作を説明する。入力端子12からの入力音声サン
プルは符号化ビット数判定回路21に入力されると共に
、音声サンプルバッファ22に入力される。第2図に示
すように、符号化ビット数の判定は音声ブロック単位に
行われる。音声ブロックは一つまたはそれ以上の連続し
た音声サンプルから成り、かつ音声ブロック長(そのブ
ロック内の音声サンプル数)は固定である必要はな(、
時間的に変動してもよい。その音声ブロックjの全サン
プルが入力した時点で、そのサンプルの演算処理結果を
もとに符号化ビット数判定回路21で最適な量子化ビッ
ト数を決める。次にその量子化ビット数の符号化回路2
3を起動し、バッファ22に格納されている音声サンプ
ルjに対しその符号化を行う。符号化処理に際しては、
前ブロンクj−1の符号化処理による内部状態のデータ
が共通メモリ25に格納されているため、そのデータを
使用して符号化を行う、その符号化処理が終了するとそ
の符号化出力を何ビットで符号化したかを示す情報を付
けて出力端子26より伝送路27へ送出すると共にその
符号化処理が終了した時の内部状態データを共通データ
メモリ25に格納する。従って量子化ビット数が変わっ
て異なる符号化回路が起動されても、その直前の入力サ
ンプル値系列のデータを使って継続的に予測差分化が可
能となる。実際に回路化する場合は、この量子化ビット
数によって異なる複数個の符号化回路は物理的には1つ
のみで実現することも可能で、量子化ビット数の指定に
従って異なる量子比表(差分量と量子化値との対応表)
をアクセスすればよい。
受信側では伝送路27より受信端子28を介して受信回
路29に受信した符号化信号を音声ブロックごとに何ビ
ットで符号化したかの情報を受は取り、そのビット数に
従って復号化部31内の復号化回路32を起動し、符号
化処理と同様に共通データメモリ33を参照しながら処
理を行えばよい、このとき符号化レートの情報の送出法
は、適用する通信方式に依存して決めれば良い。たとえ
ばパケット通信の場合は、一つの音声ブロックを一つの
パケットにし、パケットヘッダに符号化レートの情報を
載せればよい。なお第2図から理解されるように符号化
に要する遅延時間は音声ブロック長+符号化時間である
。
「発明の効果」 このようにして、この発明によれば音声の可変速度符号
化を簡易に実現することができ、しかも良い品質が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一例を適用した可変速度符号化伝送
方式を示すブロック図、第2図はこの発明による符号化
の遅延時間を示す図、第3図は従来のADPC?I−M
[1方式を示すブロック図、第4図は第3図において符
号化回路を変える時に変数値(内部状態データ)を複写
する必要があることを説明する図、第5図は従来のEm
bedded ADPCM符号を用いてビットドロップ
による可変ビットレートを実現する構成を示すブロック
図、第6図は各種ADPC?1符号のビットレートに対
するセグメンタルSN比を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)音声信号の信号列を受信して、その信号列を1サ
    ンプル当たり何ビットで符号化すれば最適かを固定時間
    長あるいは可変時間長の信号列(音声ブロックと呼ぶ)
    ごとに判定する符号化ビット数判定回路と、上記時間長
    分の信号列を格納するバッファと、そのバッファの信号
    列を上記符号化ビット数判定回路で指定した符号化ビッ
    ト数で符号化する符号化部とを具備する音声符号化装置
    において、 上記符号化部は、複数個の符号化ビット数にそれぞれ対
    応した符号化処理を行う複数個の符号化処理手段と、そ
    れらが共通にアクセスするデータメモリとを持ち、その
    複数個の符号化処理手段のうち上記符号化ビット数判定
    回路で判定された符号化ビット数と対応するものが上記
    バッファより入力する音声ブロックに対し符号化処理を
    実行し、その実行に際しては上記共通データメモリから
    読み取った内部状態データを用いて処理するとともに、
    処理の終了に際してはその時の内部状態データを上記共
    通データメモリに格納し、その符号化出力と何ビットで
    符号化したかを表す情報とを送出することを特徴とする
    音声符号化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63167526A (ja) * 1986-12-22 1988-07-11 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン データ圧縮装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63167526A (ja) * 1986-12-22 1988-07-11 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン データ圧縮装置

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