JPH0773217B2 - Ａｄｐｃｍ符号化復号化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号および音声帯域データ信号を逐次適
応予測し、情報量を圧縮する符号化復号化回路（以下AD
PCM CODECという）の構成に関するものである。

（従来の技術） 第２図は、従来のADPCM CODECの一構成例を示すブロッ
ク図である。ADPCM CODECは、符号器207、復号器214か
ら成り、符号器207は、入力端200に入力された信号Ｓ
（ｋ）（信号はすべて標本化された離散値系列であり、
添字ｋは時刻ｋを表わす）と予測信号（ｋ）との差分
信号ｅ（ｋ）を適応量子化器201で量子化し、出力端206
に伝送符号Ｉ（ｋ）を出力する。さらに、適応逆量子化
器202により逆量子化し再成差分信号（ｋ）を得る。
適応予測器205は適応零形予測器203、適応極形予測器20
4から成り、（ｋ）から予測値（ｋ）を算出する。
復号器214の構成は、適応量子化器201を除き、符号器20
7と同様な構成であり、動作も同様である。

このような系において、適応予測器205は重要な役割を
果し、精度の良い予測をすることが、系の性能向上につ
ながる。入力信号Ｓ（ｋ）を、音声信号及び音声帯域デ
ータ信号とした場合、信号帯域の上限・下限が規定さ
れ、この帯域内の信号を予測するように予測器を最適に
設計することができ、予測精度、及び、安定性の向上を
計れる。

このようなADPCM CODECは例は、CCITT STUDY GROUP XVI
II,1983年11月21〜25日、Question 7/XVIII,「32Kbit/s
ADAPTIVE DIFFERENTIALPULSE CODE MODULATION」に詳
しく述べられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようなADPCM CODECでは特性が一定
しないという問題点があり、その一つの原因はその離散
的入力信号における直流（以下DCと記す）オフセット成
分の有無大小に関係あることをつきとめた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、離散的入力信号に対して、逐次予測信号を発
生し、両信号の差分信号を量子化し符号化するADPCM CO
DECにおいて、離散的入力信号からそのDCオフセット成
分を除去するようにしたものである。

（作用） ADPCM CODECは過去の時系列の履歴から次時刻の信号を
逐次予測し、符号化するものであり、DCオフセットを伴
う入力信号の場合、時系列全てにDCオフセットが付加さ
れている為、入力信号とDCオフセットの量が相対的に小
さな値であっても、ADPCM CODECの系はDCオフセットを
予測すべく系を適応的に変化させる。

ところが、入力信号は帯域が制限されており、直流成分
は帯域外の信号である。したがって、帯域外の信号をも
予測するように適応化するので、ADPCM CODECは帯域内
の信号に対しての予測精度が損われ、系として特性が劣
化する。

本発明では、DCオフセット除去回路を設け、入力信号に
オフセットがある場合にはそれを除去する。

第３図は入力信号として正弦波を用い、正弦波のレベル
を変化させた時、ADPCM CODECのS/Nが変化する様子を示
しており、DCオフセットを伴う入力信号に対する特性
（点線）がDCオフセットのない入力信号に対する特性
（実線）より劣化しているのが分る。また同図にCCITT
規格も示してある。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、信
号予測の考え方に基づいて、除去すべきDCオフセット成
分を発生させようとするものである。離散的入力信号Ｓ
（ｋ）のDCオフセットの周波性成分は直流成分であり、
またオフセットの振幅値さえ検出できればDCオフセット
を予測できるので、今、最も単純なDCオフセット予測器
を考えた場合、１つの乗算器を用い、その入力を固定値
Ｄとし、乗算係数を制御することによってDCオフセット
予測値dc（ｋ）を得ることができる。

乗算係数Ｃ（ｋ）はオフセットの振幅値となるように制
御する。そこで、この係数Ｃ（ｋ）の制御方法として、
オフセット除去後の入力信号Ｓ′（ｋ）のパワーを関数
として、最小二乗法を適用すると、 ｛Ｓ′（ｋ）｝復号＝｛Ｓ（ｋ）−dc（ｋ）｝^２…第
１式 第１式を係数Ｃ（ｋ）で偏微分すると したがって、係数Ｃ（ｋ）の制御は、第２式の符号関数
sgnを取り、 Ｃ（ｋ＋１） ＝（１−δ）Ｃ（ｋ）＋α・sgn（Ｓ′（ｋ）） …第３
式 δ：緩和係数 α：加速度係数 と表わすことができる。

また、固定値Ｄを“1"とした場合には、dc（ｋ）＝Ｃ
（ｋ）となる。制御変数は、Ｓ′（ｋ）の再生値である
′（ｋ）を用い、 dc（ｋ＋１） ＝（１−δ）dc（ｋ）＋α・sgn（′（ｋ）） …第
４式 となる。第４式のsgn関数としては、３値化した を用いる。

第１図の実施例は、このような考え方に基づくものであ
り、101〜103は加算器、300は適応予測器APをもった従
来のADPCM CODECと同様のADPCM従来系、405,412はDCオ
フセット予測器である。DCオフセット予測器405,412
は、それぞれサンプル遅延器400,410、加算器401,408、
緩和係数乗算器402,409、加速度係数乗算器403,407、符
号発生器404,406からなり、第４式に対応した機能を果
し、信号Ｓ′（ｋ）の再生信号′（ｋ）を入力として
DCオフセット予測値dc（ｋ）を発生する。

符号化側では、ADPCM従来系から信号ｅ（ｋ）の再生信
号（ｋ）を受け、加算器102で信号Ｓ′（ｋ）の再生
信号′（ｋ）を発生させ、DCオフセット予測器405でD
Cオフセット予測値dc（ｋ）を発生させ、加算器101で
入力信号Ｓ（ｋ）からこの予測値dc（ｋ）を減算除去
し、ADPCM従来系にオフセットのない入力信号Ｓ′
（ｋ）を与える。

復号化側では、ADPCM従来系から信号Ｓ′（ｋ）の再生
信号′（ｋ）を受け、DCオフセット予測器412でDCオ
フセット予測値dc（ｋ）を発生させ、加算器103で両
者を加算重畳し、入力信号Ｓ（ｋ）の再生信号（ｋ）
を得る。

第４図は、本発明の第２実施例のブロック図であって、
ADPCM従来系310として固定極予測器FPをもつ従来のADPC
M CODECを採用したものであり、この場合、符号化側に
おいても信号Ｓ′（ｋ）の再生信号′（ｋ）がADPCM
系で作成されるため、第１図の加算器102に相当するも
のが不要となる。

なお、第１図あるいは第４図で示したADPCM従来系とし
ては、適応零形予測器と固定極形予測器とをもつ従来の
ADPCM CODEC、適応零形予測器と適応極形予測器と固定
極形予測器とをもつ従来のADPCM CODEC、その他の従来
からあるADPCM CODECを採用することができる。

また、DCオフセット予測値dc（ｋ）の算出を評価関数
として′（ｋ）を用いて第４式のように行ったが、AD
PCM従来系がDCオフセットを予測しないことを考慮する
と、DCオフセット成分は差分信号ｅ（ｋ）の再生信号
（ｋ）にも含まれるので、この信号（ｋ）を評価関数
としても同等の効果を有し、他のDCオフセット成分を含
む信号を評価関数として用いることもできる。

（ｋ）を用いると、 dc（ｋ＋１） ＝（１−δ）dc（ｋ）＋α・sgn（（ｋ）） …第６
式 となり、第１図あるいは第４図におけるDCオフセット予
測器405,412の入力を、信号′（ｋ）に代えて信号
（ｋ）を用いることによって実現できる。

第５図は本発明の第３実施例を示すブロック図であり、
やはり信号予測の考え方に基づいたものであるが、固定
値を入力とするのでなく入力信号Ｓ（ｋ）の再生信号
（ｋ）を積分して得た積分信号Ｐ（ｋ）を乗算器入力と
して構成したものであり、DCオフセット変動が大きいこ
とが予測されるシステムにおいて有用である。

積分信号Ｐ（ｋ）を入力とした場合、積分信号Ｐ
（ｋ）、乗算係数Ｃ（ｋ）、及びDCオフセット予測値
dc（ｋ）は第７式〜第９式で表わすことができる。

Ｐ（ｋ＋１） ＝（１−δ_０）Ｐ（ｋ）＋δ_０・sgn（（ｋ）） …第
７式 Ｃ（ｋ＋１）＝（１−δ_１）Ｃ（ｋ） ＋α・sgn（（ｋ））・sgn（Ｐ（ｋ＋１））…第８式 dc（ｋ＋１）＝Ｃ（ｋ＋１）・Ｐ（ｋ＋１）…第９式 第５図のDCオフセット予測器500（550）は、第７式〜第
９式で表わせられる関数を満すように機能するものであ
り、符号発生器501,507（551,557）、緩和係数乗算器50
2,504,510,512（552,554,560,562）、加算器503,511（5
53,561）、サンプル遅延器505,513（555,563）、乗算器
506,508（556,558）によって構成したものである。なお
第５図において、符号化側の104は再生信号（ｋ）を
作るための加算器である。

第６図は本発明の第４実施例を示すブロック図であり、
ｎ次フィルタ600,650を用いた例である。

第６図のｎ次フィルタ600,650の周波数特性を、第７図
に示すように、直流域で利得を有するようにすることに
より、DCオフセット成分検出でき、入力信号Ｓ（ｋ）の
DCオフセットを除去することができる。

第８図は本発明の第５実施例を示すブロック図であり、
ADPCM従来系300の前段に、第９図に示すように直流域に
損失をもつ、ｎ次フィルタ800をDCオフセット除去手段
として用いたものであり、直流分を再生する必要がない
場合に適用できるものである。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、従来のAD
PCM CODECの前段にDCオフセットを除去すべく、DCオフ
セット予測器を設けたので、DCオフセットのない信号及
びDCオフセットを伴う信号の両方に関して、優れた特性
を有するADPCM CODECを構成できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
従来のADPCM CODECのブロック図、第３図は本発明の作
用を説明するために示した図、第４図〜第６図はそれぞ
れ本発明の他の実施例のブロック図、第７図は第６図の
ｎ次フィルタの周波数特性図、第８図と第９図は本発明
の更に他の実施例を示すブロック図である。 101〜103……加算器、300,310……ADPCM従来器、400,41
0……サンプル遅延器、401,408……加算器、402,409…
…緩和係数乗算器、403,407……加速度係数乗算器、40
4,406……荷号発生器、405,412……DCオフセット予測
器、500,550……DCオフセット予測器、600,650……ｎ次
フィルタ、800……ｎ次フィルタ。

フロントページの続き (72)発明者 横田 潔 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−42622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194633（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−7346（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4860315（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開288281（ＥＰ，Ａ) ＩＣＡＳＳＰ’86 ＰＲＯＣＥＥＤＩＮ ＧＳ，Ｔｏｋｙｏ，７ｔｈ−11ｔｈ Ａｐ ｒｉｌ 1986，Ｖｏｌ．２／４，ｐａｇｅ ｓ 821−824，ＩＥＥＥ，Ｎｅｗ Ｙｏｒ ｋ，ＵＳ；Ａ．ＦＵＫＡＳＡＷＡ ｅｔ ａｌ．：“Ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ 32 ｋｂｉｔ／ｓ ＡＤＰＣＭ ｃｏｄｉｎｇ ｔｏ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｖｏｉ ｃｅｂａｎｄ ｄａｔａ" ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＮ ＳＥ ＬＥＣＴＥＤ ＡＲＥＡＳ ＩＮ ＣＯＭ ＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．６，Ｎ ｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ 1988，ｐａｇ ｅｓ 262−273，ＩＥＥＥ，Ｎｅｗ Ｙｏ ｒｋ，ＵＳ；Ｋ．ＨＯＳＯＤＡ ｅｔ ａ ｌ．：“Ａ 32 ｋｂｉｔ／ｓ ＡＤＰＣ Ｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｖｉｎｇ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏ ｒ ｂｏｔｈ ｖｏｉｃｅ ａｎｄ ９. ６ ｋｂｉｔ／ｓ ｍｏｄｅｍ ｓｉｇｎ ａｌｓ"

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】離散的入力信号Ｓ（ｋ）を入力としてその
   信号Ｓ（ｋ）の直流オフセット成分を除去した信号Ｓ′
   （ｋ）を出力するDCオフセット除去手段と、 当該除去手段の出力信号Ｓ′（ｋ）を入力として、逐次
   予測信号（ｋ）を発生し、両信号Ｓ′（ｋ），
   （ｋ）の差分信号ｅ（ｋ）を量子化及び符号化する符号
   化手段と、 を備えていることを特徴としたADPCM符号化復号化回
   路。
2. 【請求項２】前記オフセット除去手段が、 直流成分を除去した前記信号Ｓ′（ｋ）及び前記差分信
   号ｅ（ｋ）のいずれか一方もしくは双方の再生信号′
   （ｋ），（ｋ）に基づいて、前記離散的入力信号Ｓ
   （ｋ）の直流オフセット成分の予測値dc（ｋ）を発生
   する予測手段と、 前記離散的入力信号Ｓ（ｋ）から当該予測値dc（ｋ）
   を除去する手段と、 を含むことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のAD
   PCM符号化復号化回路。
3. 【請求項３】前記オフセット除去手段が、 直流成分を除去した前記信号Ｓ′（ｋ）を入力とするｎ
   次（但し、ｎは整数）の固定係数のフィルタと、 前記離散的入力信号Ｓ（ｋ）から当該フィルタの出力値
   を除去する手段と を含むことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のAD
   PCM符号化復号化回路。
4. 【請求項４】前記オフセット除去手段が、 直流成分に損失をもつフィルタであることを特徴とした
   特許請求の範囲第１項記載のADPCM符号化復号化回路。