JPH04323700A - 音声信号記録装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声信号を効率よく圧
縮して半導体メモリなどに記録する音声信号記録装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の音声記録装置が利用さ
れており、磁気記録が最も広く利用されている。一方、
近年の半導体技術の進歩により、半導体メモリが安価と
なり、音声信号の記憶装置にも利用されるようになって
きている。そして、この半導体メモリを利用した音声信
号記録装置は、アクセスを高速かつランダムに行うこと
ができ、また録音再生に機械的駆動機構が不要であるな
どの利点を有するため、留守番電話機などに広く利用さ
れている。

【０００３】しかし、半導体メモリは、磁気メモリに比
べ高価であり、ここに音声信号を記録する場合にはその
信号をなるべく圧縮することが望まれる。そして、半導
体メモリに記憶する信号は、デジタル信号であるため、
各種の符号化、量子化技術が利用され、アナログの音声
信号を単にデジタル信号に変換した場合に比べ、そのデ
ータ量を削減している。すなわち、従来よりＰＣＭや差
分ＰＣＭと量子化を組み合わす手法などがあり、音声信
号の圧縮が行われている。また、このようなＰＣＭ符号
化などにおいて、その量子化ビットの割付をデータ内容
に応じて変更するＡＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｂｉｔ　Ａ
ｌｏｃａｔｉｏｎ）なども知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧縮技術は、音声信号の振幅方向で符号圧縮を行うもの
であり、このためメモリの使用効率をさらに向上するた
めにはそのサンプリング周波数を低く設定することにな
る。そして、サンプリング周波数を低くした場合には、
記録したデータがとびとびとなり、再生した音声データ
に歪みが生ずることとなる。この歪みは、特に周波数の
高い領域において発生する。このため、この問題を解決
する符号化手段として、音声信号を複数の周波数帯域に
分割してそれぞれ符号化する手法であるＳＢＣ（Ｓｕｂ
　Ｂａｎｄ　Ｃｏｄｉｎｇ）が知られている。このＳＢ
Ｃでは、各帯域の符号を間引き手法によって共通のベー
スバンドに移転させ、必要なサンプリング速度を減少さ
せている。ところが、このＳＢＣによれば、各帯域を別
々に符号化するため、所要総ビット数が増加してしまう
という問題があり、音声信号の品質を落すことなしに、
効率の良い記録を行うことができなかった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、メモリの使用効率を向上
することができる音声信号記録装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る音声信号記
録装置は、入力されるデジタル音声信号を複数の周波数
帯域毎の信号に分割する周波数フィルタと、分割された
各周波数帯域の信号のパワーをそれぞれ計算するパワー
算出手段と、周波数帯域の信号のパワーに応じて、ビッ
ト数を割り当て、各帯域の信号を量子化する量子化手段
と、を有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】デジタル音声信号は、周波数フィルタによって
、複数の周波数帯域毎の信号に分離される。そして、こ
の分離された周波数帯域毎にパワーを計算し、この結果
に応じて、量子化の際の割当ビット数を決定する。この
ため、各帯域毎の割当ビット数を最適のものとでき、効
率的な符号化処理を行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。

【０００９】記録部の構成 マイクロフォンから入力されたり、他の機器から出力さ
れたアナログ信号をＰＣＭ符号化して得た被記録ＰＣＭ
音声信号は、２段（３つ）のＱＭＦフィルタ（帯域分割
フィルタ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより、４つの周波
数帯域の信号ａ１，ａ２，ａ３，ａ４に分割されるとと
もに、ベースバンドに低域変換される。このＱＭＦフィ
ルタサンプリング１０はそれぞれ被記録ＰＣＭ信号にお
けるサンプリング周波数の１／４の周波数で高域と低域
とに分け、サンプリング周波数の１／２にダウンサンプ
リングするものであり、この例ではこれを２段とするこ
とによって、４つの周波数帯域に分割している。

【００１０】これらの分割された信号ａ１〜ａ４は、そ
れぞれパワー計算部１２−１〜１２−４及びｎワードメ
モリ１４−１〜１４−４に入力される。ｎワードメモリ
１４は、１ワード毎のデータであるａ１〜ａ４をそれぞ
れｎ個ずつ記憶するものである。ここで、このｎは１フ
レームのデータ数であり、通常の場合１０ｍｓｅｃ程度
の信号量を１フレームとしている。なお、１フレームを
１０ｍｓｅｃ程度とするのは、人の声は一定の周期（ピ
ッチ周期）で強弱を繰り返すものであり、この周期が１
０ｍｓｅｃ程度の場合が多く、信号をこれに対応して区
切るのが好ましいからである。一方、パワー計算部１２
は、各帯域毎の信号ａ１〜ａ４の値からそれぞれの帯域
毎の電力ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を１フレーム毎に計算
すると共に、計算された電力ｐ１〜ｐ４を２２σｉ　の
形に量子化して出力する。ここで、σｉ　は整数であり
、ｉは帯域を表す変数（この例では１〜４）である。な
お、実際には、得られた電力を２進数で表し、最も左（
上位側）に１の立っているところを探し、それが右から
何ビット目であるかを調べ、この値から１を引き２で割
ることによってσｉ（σ１〜σ４）を求めている。

【００１１】そして、パワー計算部１２において得られ
たパワーｐ１〜ｐ４はそれぞれ対応する正規化部１６−
１〜１６−４に供給される。この正規化部１６−１〜１
６−４は、ｎワードメモリ１４から出力されるデータａ
１〜ａ４を各帯域におけるデータのパワーが１となるよ
うに正規化される。実際には、各帯域の信号ａ１〜ａ４
をその帯域の量子化された電力の平方根（つまり２σ）
で割ることによって正規化する。ここで、ｎワードメモ
リ１４において、１フレーム分のデータを蓄積するため
、そのフレームについて計算されたパワーに基づいて、
正規化を行うことができる。そして、この正規化された
データｂ１〜ｂ４が量子化部２２−１〜２２−４に供給
される。

【００１２】一方、パワー計算部１２−１〜１２−４に
おいて得られた各帯域毎のパワーｐ１〜ｐ４は割当ビッ
ト算出部２０に供給される。そして、この割当ビット算
出部２０は、次のようにして各帯域毎の割り当てビット
数ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４を算出する。

【００１３】 　　Ｒｉ＝Ｒａｖ−Ｗｉ＋σｉ　−Σｗｊ　σｊ　（ｊ
＝１〜Ｎ）　　Ｗｉ＝（１／２）ｌｏｇ２　（ｗｉΠｗ
ｊ−ｗｊ　）（ｊ＝１〜Ｎ）ここで、Ｒａｖは、１サン
プル当りの平均ビットレート、Ｒｉは各帯域の１サンプ
ル当りに割当てるビット数、ｗｉはｉバンドの帯域幅比
率であり、Ｗｉは定数である。

【００１４】そして、この例では、ｗｉ＝１／４である
ため、上式は、 Ｒｉ＝Ｒａｖ＋σｉ　−（σ１＋σ２＋σ３＋σ４）／
４（なお、ｗｉΠｗｊ−ｗｊ　＝１／４｛（１／４）−
１／４＊（１／４）−１／４＊（１／４）−１／４＊（
１／４）−１／４｝＝（１／４）＊４＝１であるため、
Ｗｉは０である。） となる。そこで、割当ビット算出部２０は、このように
して得た計算結果に基づき、４つの帯域毎のビット数ｍ
１〜ｍ４を決定し、量子化部２２−１〜２２−４に供給
する。このため、各量子化部２２−１〜２２−４は、割
当てられたビット数に応じて、入力されるデータを圧縮
しこれをメモリ記憶用の圧縮データｃ１〜ｃ４として出
力する。また、各帯域毎のパワーｐ１〜ｐ４も複合化の
際に割当ビット数を判定するために必要であり、これも
出力する。

【００１５】メモリにおけるデータフォーマット次に、
メモリに記録再生される信号のデータフォーマットにつ
いて図２に基づいて説明する。上述のように、記録部か
らは、各帯域毎にｐ１，ｃ１、ｐ２，ｃ２、ｐ３，ｃ３
、ｐ４，ｃ４が出力される。そして、１フレームのデー
タはｎワードからなっている。一方、パワーｐ１〜ｐ４
は、１フレーム毎に決定されるものであり、１フレーム
のデータについては、各帯域毎の割当ビットは同一であ
る。従って、１フレームのデータのエントリー０に当る
ｍビットについてｍ／４ビットずつのデータとしてｐ１
〜ｐ４のデータが記録される。そして、次の１〜ｎの各
エントリーには、ｃ１〜ｃ４のデータがそれぞれ記憶さ
れる。このｃ１〜ｃ４のデータは、上述のように１ワー
ド毎に計算されたものであり、これがｎ個記録されるこ
ととなる。従って、１フレームは、ｎ＋１ワードで構成
されることとなる。そして、次のフレームについては、
そのフレームについて求められたｐ１〜ｐ４が記録され
ると共に、このｐ１〜ｐ４に基づいて決定された割当ビ
ットに対応してｃ１〜ｃ４がｎワード分記録される。

【００１６】再生側の構成 次に、上述のようにして記録されたデータの再生につい
て図３に基づいて説明する。メモリから読み出されたｃ
１〜ｃ４のデータは、復号化部４０−１〜４０−４に供
給される。一方、フレーム毎に計算されて記録されてい
たパワーについてのデータｐ１〜ｐ４は、割当ビット算
出部５０に供給される。この割当ビット算出部５０は、
上述の割当ビット算出部２０と全く同様の演算によって
割当ビット数ｍ１〜ｍ４を算出しこれをそれぞれ復号化
部４０−１〜４０−４に供給する。従って、これら復号
化部４０−１〜４０−４は、割当ビット数に従い、入力
されたデータｃ１〜ｃ４を逆量子化し、量子化前のデー
タｂ１〜ｂ４に復帰する。そして、このデータｂ１〜ｂ
４は、パワー復帰部６０−１〜６０−４に供給される。 このパワーの復帰部６０−１〜６０−４には、それぞれ
読み出されたパワーｐ１〜ｐ４が供給されており、この
パワーｐ１〜ｐ４をデータｂ１〜ｂ４にそれぞれ乗算す
ることによってデータａ１〜ａ４をそれぞれ再生する。 そして、これらのデータａ１〜ａ４はそれぞれＱＭＦフ
ィルター７０ａ，７０ｂ，７０ｃによって２段階で統合
され再生ＰＣＭ信号となる。

【００１７】このように、本実施例によれば、入力され
る音声信号を４つ周波数帯域の信号に分割する。そして
、分割された１つ１つの周波数帯域の信号についてそれ
ぞれパワーを計算し、これに基づいて量子化ビット数の
割当を決定する。そして、この量子化ビット数について
は、１フレーム毎に切り換える。従って、量子化ビット
数を求めるためのパワー計算を正確なものとでき、最適
な量子化ビット数の割当を行うことができる。また、１
フレーム毎にパワーを記憶すれば良いため、パワー記憶
のための領域を節約できる。

【００１８】音声信号記録再生装置の全体構成次に、図
４に基づいて記録再生装置の全体構成を説明する。図に
おいて、アナログデジタル変換器ＡＤＣは、アナログの
被記録信号を被記録ＰＣＭ信号に変換する。そして、こ
のデータを高速信号処理装置ＤＳＰに供給する。また、
このＤＳＰからの再生ＰＣＭ信号は、デジタルアナログ
変換器ＤＡＣによってアナログの再生信号に変換される
。

【００１９】高速信号処理装置ＤＳＰは、被記録ＰＣＭ
信号を上述の図１に示す機能より、メモリ記録用のデー
タｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４及びｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４
に変換するものであり、１フレーム毎の被記録ＰＣＭ信
号に対し、上述のような符号化処理を行う。そして、符
号化されたデータｐ１〜ｐ４及びｃ１〜ｃ４は、マルチ
プレクサＭＰＸ、メモリインターフェースＭＥＭＩＦを
介し音声メモリＭＥＭに供給される。そして、この音声
メモリＭＥＭにおいて上述の図２に基づくフォーマット
による記録が行われる。一方、音声メモリＭＥＭより読
み出された再生データは、メモリインターフェースＭＥ
ＭＩＦ、マルチプレクサＭＰＸを介し高速信号処理装置
ＤＳＰに供給され、この高速信号処理装置ＤＳＰが上述
の図３に示す機能により再生ＰＣＭ信号を出力する。そ
して、この再生ＰＣＭ信号をＤＡＣによってアナログの
再生信号とする。

【００２０】ここで、これらの動作は動作モードコント
ローラＣＯＮによって制御される。すなわち、音声メモ
リＭＥＭに対する書込みの際には、モードコントローラ
ＣＯＮがメモリインターフェースＭＥＭＩＦを介し、制
御信号（メモリライトＭＷ）及び記録すべきメモリアド
レスを供給する。従って、メモリインターフェースＭＥ
ＭＩＦから音声メモリＭＥＭに供給される録音データが
所定のアドレスに上述のフォーマットに従って記録され
ることとなる。一方、再生データの読出しの場合には、
動作モードコントローラＣＯＮは、メモリインターフェ
ースＭＥＭＩＦを介し制御信号（メモリリードＭＲ）及
びリードすべきアドレスについての信号を供給する。従
って、音声メモリＭＥＭにおける該当アドレスのデータ
が再生データとしてデータバスに乗りメモリインターフ
ェースＭＥＭＩＦ、マルチプレクサＭＰＸを介し高速信
号処理装置ＤＳＰに供給される。そして、この高速信号
処理装置ＤＳＰによって上述の再生動作が行われる。こ
こで、これらメモリインターフェースＭＥＭＩＦ、マル
チプレクサＭＰＸ、高速信号処理装置ＤＳＰの動作もモ
ードコントローラＣＯＮによって制御される。このよう
にして、音声信号の記録再生が行われる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る音声
信号記録装置によれば、被記録音声信号を周波数帯域毎
に分けて符号化する。そして、この符号化の際の割当ビ
ット数を帯域毎のパワーの値によって決定する。そこで
、全体として効率的な符号化が行え、小さな容量のメモ
リを用いて、長時間の録音再生を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音声信号記録装置の実施例を示す
ブロック図。

【図２】同実施例における記録用データのフォーマット
図。

【図３】本実施例によって記録されたデータの最適に好
適な再生装置のブロック図。

【図４】本実施例が好適に適用される音声信号記録再生
装置のブロック図。

【符号の説明】

１２　　パワー計算部 １４　　ｎワードメモリ １６　　正規化部 ２０　　割当ビット算出部 ２２　　量子化部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力されるデジタル音声信号を複数の周波
   数帯域毎の信号に分割する周波数フィルタと、分割され
   た各周波数帯域の信号のパワーをそれぞれ計算するパワ
   ー算出手段と、周波数帯域の信号のパワーに応じて、ビ
   ット数を割り当て、各帯域の信号を量子化する量子化手
   段と、を有することを特徴とする音声信号記録装置。