JPS5999830A - デジタル音声信号伝送方法および装置 - 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】 本発明は、デジタル音声信号をビット誤りのある通信路
および伝送媒体を介して再生するにあたつて、ビット誤
りによる雑音量を低減するようにしたデジタル音声伝送
方式に関するものである。

一般にアナログ量を祝号化しデジタル量に変換する場合
、量子化ステップが全レベルで均一であるＬＬ　Ｈ符号
化方式と、量子化ステップが信号レベルにより均一でな
い圧伸符号化方式（非直線符号化、ｆ１式）との２つに
分けられる。さらに圧伸符号化方式には、圧伸に関する
情報を毎サンプリングごとに送るド［時圧伸勾・号化方
式と、−定の時間間隔ごとに上伸の↑ｆｉｆ報を送る準
瞬時圧伸符号化方式第１図ないし第、？図Ｌ　、これら
各符号化方式について、入出力レベルと量子化レベルと
の関係を示す。

直線符号化方式は、第１図の／クビット泊線句υ・化の
例に見られるように、入出力レベルとｋｌ子什レベルと
は全レベルにおいて線形の関係にある。

この方式では７Ｈ（子化ステップが均一であるから、圧
伸符号化方式のように、信号レベルの大きな変動により
量ｆ化ステップが変化して、量子化雑音が聴感−Ｌ目立
つ息づき現象を起すこともなく、純粋な高品質の音声か
得られる。

瞬時圧伸符号化方式は第２図鴬り５＝示す／り→／Ｊピ
ッ）［時圧伸の例のように、入出力レベルが小さいとき
は量子化ステップを小さくシ、逆に入出力レベルが大き
いときは量子化ステップを大きくして符号化する方式で
ある。・二の方式では、入出力レベルに応じて量ト化ス
テップは数段階に分かれるので、入出力レベルとｈ）予
信レベルとの関係は折線となる。信号のレベルが大きい
場合には、Ｒｋ子化ステップが大きくても、聴感上、量
子化雑音は気にならないという性質を利用して伝送ビッ
ト数を直線ね号化方式よりも減らすことができる。

第、！図に示す／ノビソトの瞬時圧伸方式の例では、Ｊ
ビット多い／！７ビツトの直線符号化方式に近い音質が
得られる。

準瞬時圧伸符号化方式は、第３図に示ず／クー＋１０ビ
ット準討時圧伸の例のように入出力レベルと量子化レベ
ルとの関係は、量子化ステップの異なる、Ｓつに分かれ
たスケール匈■〜■で表わされる。

これら５つのスケールの中で、使用すべきスケールを決
定するために番よ、一定の期間の中での最大の入出力レ
ベルを表わせるスラー−ルを選択する。

準瞬時圧伸符号化方式を実施する準一時圧伸符号器の一
例の借成を第り図に示ず。この例では、ザンブリュ・グ
周波数を３コＫＥｙ、とじ、伸延器／において、？コザ
ンブル（／　ｍｓ　）だけデ・−夕信号入力を伸延さゼ
ると共に、スラール選択回路コでは３．２サンプルの期
間の中で使用するスケールを決定し、そのスラー／Ｉ／
を表わすレンジビット？１ｌＪ−サンプルの期間ニア回
だ番：Ｉ出力し゛Ｃ伝送する。このレンジビット出力に
応じて選択されたレンジで、圧縮回路３において／４’
　−）　７０ビツトの圧縮が行なわれ、そのＩＴ：。

線出力を遅延器ｌで３．２サンプル遅延させてがら化け
出力として伝送する。このように圧伸の情報であるレン
ジビットは毎サンプＡ・ごとに送らス、一定期間に７回
伝送するのみでよいから、圧伸情報の伝送ｆｆｌを非常
に少なくできる。したがって、第３図の／＜７→／θビ
ット準瞬時圧伸の例では直線符号化方式の／ダビットに
相当する入出力レベルを１０ビツトの量子化レベルで表
わしており、圧伸情報を除けば、伝送ビット数をｌビッ
ト減らすことができる。ここで、３つのスケールを表わ
すためにはレンジビットとしては３ビット必要なので、
［Ｅ伸情報を含む正確な伝送ビット数はｌサンプル当り
約／θ。ｌビットである。このように準瞬時圧伸符号化
方式は伝送容量に制限がある場合にすぐれた方式である
。

これら、？種類の符号化方式において、ビット誤りによ
る雑音について比較すると、直線および訳詩圧伸符号化
方式では、ビット誤りが起きた場合に、人出力レベルの
全範囲にわたり誤差が生じることになる。例えばＭＳＢ
（殻上位ビット）に近いビットが誤まると、大きな雑音
として聞こえる。

これに対して、鵡一時圧伸方式では、ビット誤りが起き
た場合にレンジビットが誤まらない限り、誤差は使用し
ているレンジの範囲に制限される。

したがって、入出力レベルが小さい場合には、ピッ）＆
りによる雑音も相対的に小さく制限される。

すなわら、準瞬時圧伸符号化方式はビット誤りによる雑
音を低減させることのできるすぐれた特徴を持つ。

そこで、本発明の目的は、準一時圧伸符号化方式の原理
の一部を適切に応用して、直線符号化方式および瞬時圧
伸符号化方式においても、ビット誤りによる雑音を低減
でさるようにしたデジタノシ音席稈送方式を提供するこ
とにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、音声信号をそ
の振幅に対応しまたデジタル信号に変換し−Ｃ伝送する
にあたり、前記’ｉｆ声信呼信号め所定の期間毎に区切
り、その期間に含まれる音声信号の振幅の最高値、また
は者高値と最低値を検出し、その検出出力に応じて、前
記音声信号のレベル範囲を特定し、その特定されたレベ
ル範囲を指示する指標信号を、当該レベル範囲において
変換されたデジタル信号に前記期間毎にイ（］１．７て
伝送することを特徴とするものである。

準肘時圧伸右号化方式のビット誤りによる鉢合を低減さ
せる原理は、レンジビラトラ一定期間ごとに伝送してビ
ット護りの生じる範囲を特定のスケールに制限すること
によって誤差を小ざくしていることを存する。

本発明では！＝記原理を直線および瞬時符号化方式に応
用し、ビット誤りによる雑音を低減させる効果を得る。

以下に回向を８照して本発明の詳細な説明する。

本発明の原理であるレンジの設定を第３−図について説
明する。ここでレンジと称するのは、入出力レベルをい
くつかの部分Ｃ４−分けた、特定のレベル範囲を意、味
するものとする。もしビット誤りが生じてもレンジで示
されたレベル範囲外であれば完全に抑圧され、起りによ
る誤差はそのスケール内に制限される。

ｌ〜ンジビット谷全発生せる回路構成の一例を第６図に
示す。ここでは、信号入力をＮサンプル遅延回路／／お
よび７．２を介して多重回路／３の一方の入力端子父に
データ信号として供給すると共に、データ信号人力遵最
犬レベルラッチ回路／りにも供給レ−（、Ｎ個のサンプ
ル期間中の音声信号の最大レベルを保持する。そしてこ
の最大レベルが納まるレンジをレンジ判定回路／！ｆで
判定し、その判定結果を表わすレンジビットを誤り訂正
ね号化回路／乙に供給し、ここでレンジビットに誤り訂
正の符号化を施してから、多重回路／３の他方の入力端
子に供給してデータ信号に多重し、その多重倍′；：５
．を伝送する。

受信側では、第７ツ・１に示すように、レンジビット抽
出回路、２／によりデータ信号入力からレンジビットを
抽出し、次いで誤り訂正・Ｌ〜出回路Ｉによりレンジビ
ットについでのＪ（りの訂正と検出１−　ｒｊ“なった
後、得られ１：レンジ高力を・レンジ制限回路３に供給
し、ここで化け入力に対する信号出力レベルをそのレン
ジの範囲に制限する。ここでは、ビット誤りにより生じ
る雑音も、このレンジの範囲内に抑圧されるので、雑音
が低減される。

本発明の第１実施例を第ｇ図に示す。この例は本発明を
／／−ピッＬ直線符号化方式に適用し７．二ものであり
、レンジは全入出力レベル範囲（フルスケール）の／／
Ωｎの（ｎ＋／）レンジ（本例ではｎ−θ、／、、２．
．？、　ｌＩの５レンジ）に分けている。

このようなレンジビットを発生させる構成の一例を第ｑ
ＩＪに示す。ここではサンプリング周波数は４１ｇ　Ｋ
Ｕｚの揚台であり、タｇサンプル期間（／ｍ１１）の中
で最大レベルをラッチし、そのラッチされたレベル範囲
外てこの期間のレンジを選定する。コノ例では、ステレ
オなどの二チャンネルを構成しており、Ｌ側およぶＲ’
ｊ舅の各データ信号入力を各チャンネルにおける何サン
プル遅延器Ｊ／　Ｌと３．２Ｌおよび３／　Ｒと３．２
Ｒを介して多重回路３３に供給すると共に、最大レベル
ラッチ回路３７／Ｌおよび３’７−Ｒにもそれぞれ／Ｊ
％給する。最大レベルラッチ回路３９　Ｌおよび３’＋
Ｒで（ま、ぞれぞＪＬＳｔＩ＆サンプル中での最大レベ
ル荀保持し、それらラッチ出力をレンジ判定回路３．！
ｉＬおよび、？、ｔ　Ｒに供給して、その最大レベルの
納まるレンジをＩＪ定覆る。このようにして判定された
一チャンネルのレンジビットをハミング回路３Ａに供給
して、ハミング（７＋　３）符号により符号化し、以て
誤りに対して強力な保護を施万−０次いで、その符号化
出力を多重■１路３３に供給し、ここで両チャンネルの
データ信号にハミング符号化レンジビットＰ多重して取
り出し、伝送する。

この第１実施例におけるレンジは、全入出力レベル範囲
の／／−４”（ｎ：　０．／、、２．＋？−）で設定さ
れており、入出力レベルが小さくなるほど、レンジは集
中し、その範囲は狭くなる。この方式は次の３つの理由
から通常の音声信号の伝送には有効である。

（１）音声信号の瞬時値の確率分布は、一般に、負の指
数分布で表わされる。すなわち、信号レベルが大きくな
るごとにその発生確率は低くなる。

（２）　　音声を収録する場合、通常はコθ〜ＪＯｄＢ
のピークマージンを設定するので、信号レベルの多くは
低いレベルに集中している。

（３）雑音は信号レベルが小さい場合、信号にマスクさ
れず、聴感上検知されやすい性質がある。

以上の理由により、信号レベルが小さい部分でレンジを
狭く分けた方が、雑音低減の点で効果が一層大きい。

次に、受信側におけ・る雑音抑圧回路の構成の一例を示
す。まず、データ入力信号の課り訂正と検出を第１誤り
訂正検出回路ｑ／で行なってから、レンジビット抽出回
路グーによりレンジビットを抽出する。その抽出レンジ
ビットに対して、レンジビット誤り訂正・検出回路Ｑに
おいてレンジビット自身の誤り訂正・検出を行う。次に
、この回路ダ３からの正しいレンジ出力をレンジ制限回
路４１１に供給し、回路１ｉｆ／からの正しいデータ信
号の信号レベルをそのレンジの範囲内に制限する。それ
により、ビット練りによる雑音は抑圧され、雑音低減効
果が生じる。

この方式のもう７つの利点は、レンジビットの情報から
上位７〜ｇビットを確定できる可能性があり、レンジ制
限回路件からの出力を第−誤り訂正・検出回路９．８′
に供給することにＪ：つて、残りの下位ビットに対し再
度訳り訂正・検出を行ってデータ信号出力を得ることに
よって、誤り訂正効果を一層挙げることができることで
ある。

本発明の第２実施例を第１／図に示す。この例では、レ
ンジの分割点を全入出力レベルの等分点ｎ／Ｓ（ｎ：／
、２，３．ダ・・・、Ｓ：分割数、すなわちレンジ数）
に設定している。かかるレンジの分割方式は、信号レベ
ルの瞬時値の確率分布が信号レベルの小さい部分に集中
していない場合に特に有効である。例えば、音声信号が
アナログ領域で既に圧縮されており、小信号レベルが増
幅されている場合がある。特に、アナログ信号における
雑音低減効果装置ではこのような圧縮を行なっている。

また、音声収録の際にリミッタなどを用いた場合にも平
均信号レベルは高くなる。このように、レンジの設定を
全入出力レベル範囲に均等に配分するのが有効となる場
合もある。

この方式による受信側の雑音を抑圧する回路の構成の一
例を第７．２図に示す。ここで、データ係号入力をレン
ジビット抽出回路Ｓ／に供給してレンジビット？抽出し
、そのレンジビット出力をレンジビット誤り訂正・検出
回路タコに供給し、ここでレンジビットの誤ｖＩＴ正・
検出を行う。他方、データ信号入力を上位３ビツト抽出
回路Ｓ３にも供給してそのデータ信号の上位３ビツトを
抽出する。これらレンジビットと信号の上位３ビツトと
を比較回路３ｔｌに供給して両者を比較する。そして信
号のレベルがレンジビットで示されるレベル範囲を越え
ている場合には、データ信号補間回路Ｓりに通して得た
補間信号をスイッチ５６により造択してデータ信号出力
とする。逆に、データ信号のレベルがレンジビットで示
されるレベルの範囲内であれば、そのままのデータ信号
入力をスイッチ５６で選択してデータ信号出力とする。

このようにすると、ビット誤りによる雑音は、レンジビ
ットで示されるレベル範「汀に制限され、雑音を低減す
ることができる。

本発明の第３実施（・」を第７３図に示す。この例では
、レベルの分割点を全入出力レベルの等分点に設定して
おり、分割点間も１つのレンジとしている０丁なわちＳ
ｎ／　ＳＯｍ／　Ｓ（ｎ　：　／　ｐ　−２ｔ　Ｊ　・
”　ｐｍ：０．／、２・・・、ｓ：分割数）の全ての組
合わせをレンジとして区別している。

先に示した第１および第コ実施例の場合には、信号レベ
ルが大きいと、広いレベル範囲のレンジを用いることに
なり、雑音も相対的に大きくなる。

しかし、この第３実施例では、信号レベルが大きくとも
、信号のレベル変動が小さければ、狭いレベル範囲のレ
ンジを用いることができ、ビット誤りにより生じる誤差
は狭いレベル範囲に制限されるので、雑２音をざらに減
らすことができる。音声信号は、通常、低い周波数で振
幅の大きい基本波に高い周波数で振Φ１．１の小さい高
調波成分が加わって形成されていることが多い。したが
って、この例のようにレンジを多くの区間に分割してマ
ルチレンジとすることにより、音申信号の雑音低減効果
をさらに増すことができる。

この方式における受信側の雑音抑圧回路の楯７成の一例
を第１ダ図に示す。ここで、データ信号入力をレンジビ
ット抽出回路乙ｌに供給してレンジビットを抽出Ｔる。

その抽出レンジビットをレンジビット「Ｉり訂正・検出
回路６２に供給してレンジビットの腔り訂正・検出ひ行
う。他方、データ信号入力を−に１位３ビツト抽出回路
６３に供給して、そのデータ信号中の」ユリ３ビットを
ＪｉｌＪ出する。上述したレンジビットで示される上位
レベルおよび下位レベルとデータ信号の上位３ビツトを
それぞれ上位および下位レベル比較回路＆４ｔおよび６
ｊ−を供給して、それぞれ、レンジビット中の−Ｆ位リ
レベル信号中の上位３ビツト、およびレンジビット中の
下位レベルと信号中の上位３ビツトを比較する。これら
比較回路評および６．３′の比較出力をオアゲー）　４
Ａ　ｆ介してスイッチ乙γの制御端子に供給し、データ
信号のレベルがレンジビットで示される上下のレベル範
囲を越えている場合には、データ信号を補間回路６ｇに
通して得た補間信号をスイッチＡ７により選択する。逆
に、データ信号のレベルが上下のレベル範囲内にあれば
、そのままの信号分スィッチ６７で選択する。このよう
にすると、ビット誤りによる雑音は、レンジビットで示
される上下のレベル範囲に制限され、雑音は効果的に減
ることになる。この例では、レンジの数が増えるため、
レンジビット数も増えるが、たかだかｌ−コピ゛ント程
度の増加であって、全体の伝送ビット数から考えると極
くわずかの増加にすぎない。

以上の実施例で示したように＼レンジビットをも伝送す
ると、ビット誤りによる雑音を低減することができる。

その効果は信号の性質やレンジビットの伝送間隔などに
より変わるが、量子化ビットの上位３ビツトに変化を与
える程度の信号ピーク値がほとんど出現しなかったと仮
定すると、レンジビラトラ送らなかった場合に較べて、
計算上、／ｌ　ｄＢＢ１０雑音改善効果が得られる。

以上から門らかなように、本発明を実施することにより
、ビット誤りのある通信路および伝送媒体を通して音声
信号を伝送する場合に、一定期間中の信号の存在するレ
ベル範囲を示すレンジビットを、要すれば、このレンジ
ビットに対してｌｉ）訂正効果の大きい符号化を施して
、伝送し、ビット誤りによる雑音を、そのレンジ内に制
限することにより、雑音を低減する効果を挙げることが
できる。

第１の実施例では、レンジを全入出力レベル範囲の／／
、２”　（ｎ　：　０．／、２．Ｊ＝）と定めているの
で、信号レベルが小さいほどレンジが狭くナリ、従ッテ
、信号レベルが小さい場合にビットｙ４りによる雑音は
急に少なくなる。この方式は音声信号が小さいレベルに
集中している性質を使っており、通常の音声信号に対し
て雑音低減効果が大きい。

第２の実施例では、レンジを全入出力レベル範囲のｎ／
Ｓ（ｎ：ｌ、２，３ＰＩＩ・・・、Ｓ：分割数）とし、
レンジが全入出力レベルの範囲に等配分されているので
、音声信号が既に圧縮されているなど、信号レベルが小
さいレベルに集中していない場合の雑音低減に適してい
る。

第３の実施例では、さらにレンジを各区間ごとにも分割
しており、信号レベルが大きくても一定期間中の信号の
変動が小さければ、雑音をその狭いレンジ内に制限でき
る。本例は、第１および第コの実施例に較べ、信号レベ
ルの高い部分では、雑音低減効果がある。

以上説明したように、本発明ではピント誤りによる雑音
を低減する作用があるので、このことを利用して、本発
明な、ビット誤りのある伝送路を用いる放送および通信
の分野、あるいはビ゛ント誤りのある伝送媒体を用いる
し・コードやデ・−ブなどのパッケージメ゛）″′イア
などの分野にイｊ効に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線符号化方式による入・出力レベル対策予信
レベルの関係全示す特性図、ｎ、！図は７．７ビツトの
瞬時圧伸方式による入・出力レベルに対するｈ１子化レ
ベルの関係を示す特性図、第３図（、を準討時圧伸符号
化方式による入・出力レベル対量子化レベルの関係を示
す特性図、第９図は従来の準瞬時圧伸ｔ４号器の回路構
成例を示すブロック線図、第５図は本発明伝送方式にお
ける入・出力レベル対ｆＡ子化レベルの関係を示す特性
１月、第６図は本発明伝送方式の回路榴成例至示すブロ
ック線図、第７図は本発明伝送方式による受信側の雑音
抑圧の回路描成例配・示すブロック線図、第ｇ図は本発
明伝送方式による入・出力レベル対量子化レベルの具体
例を示す特性図、第９図は第ざ図によるレンジビットを
発生させるための回路構成例を示すブロック線図、第１
Ｏ図は第ｇ図によるレンジビットの伝送の受信側におり
る悦音抑圧回路の構成例を示すブロック線図、第１／図
は本発明伝送方式による入・出力レベル対怠子化レベル
の具体例を示す特性図、第７．２図は第１／図によるレ
ンジビットの伝送の受信側におりる雑音抑圧回路の構成
例を示すブロック線図、第１，７図は本発明方式による
入・出力レベル対量子化レベルの具体例を示１特性図、
第１４１図は第７３図によるレンジビットの伝送の受信
側における雑音抑圧回路の構成例を示４−ブロック線図
である。 ／・・・、７−リンプル遅延器、 −・・・スケール選択回路１ ．３・・・ビット圧縮回路、 り・・・３）刃ンブル遅延器、 ／／、／、）・・・Ｎサンプル遅延器、／３・・・多重
回路、 ／ＩＩ・・・最大レベルラッチ回路、 ／Ｓ・・・レンジ判定回路、 ／乙・・・誤り訂正・符号化回路１ ．２／・・・レンジビット抽出回路、 〃・・・誤り訂正・検出回路、 Ｊ３・・・レンジ制限回路、 Ｊ／Ｉ、、　、？／Ｒ，Ｊ２Ｌ、　、？、２Ｒ・・・何
ヤンブル遅延器、３３・・・多重回路、 Ｊ’、ＩＬ、３りＲ・・・最大レベルラッチ回路、３！
ｒＬ、、ＢＲ・・・レンジ判定回路、３乙・・・ハミン
グ回路、 ｌ／・・・第１誤り訂正・検出回路、 Ｑ・・・レンジビット抽出回路、 １３・・・レンジビット誤りＮＪ’　ｊＥ・検出回路、
ダク・・・レンジ制限回路、 りＳ・・・第−誤り訂正・検出回路１ ．１／−・・レンジビット抽出回路、 見・・・誤り訂正・検出回路、 り３・・・上位３ビツト抽出回路１ 、タグ・・・比較回路、 ３゛、（・・・補間回路、 Ｓ乙・・・スイッチ。 入・瓜カしくンレ 第２図 人・王カレベル ５１２１０２４２０４８　　　４０９６　　　　　　　
　　　８１９２人・水カレベ）し 第４図 第６図 １７５ 第７図 第９図 第８図 第１０図 第１２図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）音声信号をその振幅に対応したデジタル信号に変換
   して伝送するにあたり、前記音声信号を予め所定の期間
   毎に区切り、その期間に含まれる音声信号の振幅の最高
   値、または最高値と最低値企検出し、その検出出力に応
   じて、前記刊声信号のレベル範囲を特定し、その特定さ
   れたレベル範囲を指示する指標信号を、当該レベル範囲
   において変換されたデジタル信号に前記期間毎に付して
   伝送することを特徴とするデジタル音声信号伝送方式。 、２、特許請求の範囲第１項記載のデジタル音声信号伝
   送方式において、前記レベル範囲は前記音声信号の振幅
   の全入出力レベル範囲の／／コ０（ｎ：（７，／、２．
   ３・・・）で定められ、その各レベル範囲を示すレンジ
   ビットを前記デジタル信号と共に伝送することを特徴と
   するデジタル音声信号伝送方式。 ３）特許請求の範囲第１項記載のデジタル音声信号伝送
   方式において、前記レベル範囲は前記音声信号の振幅の
   全入出力レベル′５：Ｓ個に等分割した点ｎ　／　Ｓ　
   （ｎ　：　／　、　、２　、　、？　、　１１　・・・
   ）　”’Ｃ定められ、その各レベル範囲を示すレンジビ
   ットを前記デジタル信号と共に伝送することを特徴とす
   るデジタル音声信号伝送方式。 ４ｔ）　　特許請求の範囲第１項記載のデジタル音声信
   号伝送方式において、前記レベル範囲は前記音声信号の
   振幅の全入出力レベルを８個に等分割した点ｎ　／　Ｓ
   　（ｎ　：θｖ　’ｐ　２ｐ　””）とｒＱ／／Ｓ（ｍ
   ＝／、ｊ、、？、ダ・・・）との開を結ぶ全ての組合わ
   せで定められ、その各レベル範囲を示すレンジピッ）　
   ｌ−前記デジタル信号と共に伝送することを特徴とする
   デジタル音声信号伝送方式。