JPS6042480B2 - 適応性予測形差分符号化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は音声信号のように相関性の強い信号の高能
率符号化に用いられる差分符号化、特に差分符号化で用
いる予測器の予測係数を適応的に変えて符号化を行なう
適応予測形差分符号化方法に”関するものである。

音声信号のように相関の強い信号においてはある時刻
の信号の標本値を過去の標本値を用いてかなりうまく予
測することができるため、予測誤差信号電力は入力信号
電力に比べてかなり小さくなる。

差分符号化方法はこのような性質を用いて、予測誤差信
号だけを比較的少数のビット数で符号化することによつ
て高能率な符号化を実現するものである。この差分符号
化における予測は予測フィルタによつてなされる。予測
フィルタの特性は入力信号の平均的なスペクトル、例え
ば音声信号を符号化する際には平均的な音声のスペクト
ルにあわせておけば、比較的正確な予測値を得ることが
できる。しかしより正確な予測値を得る方法としては、
信号に応じて予測フィルタの特性を変える方法、具体的
に言えば予測フィルタの係数を予測誤差が最小となるよ
うに適宜修正しながら符号化を行なうところの、いわゆ
る適応予測形差分符号化方法がある。この方法を用いれ
ば予測フィルタの係数を固定とした場合よりも、より正
確な予測がなされ、その結果、予測誤差信号を一層小さ
くできるために、更に高能率な符号化が可能となる。以
上述べたように差分符号化における予測を適応形とすれ
ば、固定形予測を用いたときよりもより高能率な符号化
を実現できるが、予測フィルタ係数を常に変化させるよ
うにした結果、固定形予測を用いるときには生じない予
測フィルタの安定性の問題が生じてしまう。

すなわち、適応形予測フィルタの係数を修正した際にた
またまその係数が予測フィルタが発振をおこすような値
となると、予測フィルタの発振により入力信号とは無関
係な予測値が出力されることになり、正常な予測ができ
なくなつてしまう。また別の場合には予測フィルタを帰
還ループに含む符号器自体が一つの再帰形フィルタを構
成して発振してしまうこともある。このような不安定状
態を生じないようにするためには予測フィルタの係数が
、予測フィルタや符号器を不安定とする係数にならない
ように制御しながら予測係数を修正すればよいが、これ
を行なうためには不宮定状態を生じる予測係数を予め全
て知つておく必要がある。

この不安定状態を生じる予測係数は、予測フィルタの次
数が低いときには比較的簡単に求められるが、この場合
は少なく、次数が高い場合が多く、次数が高くなると組
合せ数が増加し、その発見が著しく難しくなると共に係
数の修正アルゴリズムも複雑となつてしまう。更に予測
誤差信号の量子化を行なう量子化器て生しる非線形性の
影響をも加味して考えると、前述のような符号器自体の
不安定状態を生じる予測係数を求めることは不可能に近
いといつてもよい。発明の（既要 この発明は適応予測差分符号化における以上のような不
安定性の問題に鑑み、比較的簡単でかつ効果的な不安定
防止機能を具備した適応形差分符号化方法を提供するこ
とを目的とするものてある。

この発明では適応予測差分符号器が正常に動作している
ときは入力信号Ｘ，と局部復号信号ぐ，の値とがほＳ゛
等しくなるが、予測フィルタが発振したりして符号器が
不安定となると入力信号Ｘ，と局部復号信号の党，の値
とが大きく異なることに着目し、入力信号ぐ，と局部復
号信号Ｘ，との差を求め、この差信号のレベルがあるし
きい値よりも大きくなり、明らかに符号器が不安定とな
つたと判断できるときには予測係数を符号器が安定とな
るような値にリセットすることにより符号器を安定状態
に復帰させるものである。

即ちこの発明によれば符号化すべきディジタル入力信号
とその入力信号に対する予測値との差を量子化し、その
量子化された信号を出力するとともに、前記量子化され
た差信号を逆量子化し、かつ適応予測手段により適応予
測にもとずき前記入力信号に対する予測値を得る適応予
測形差分符号化装置において、前記予測値と前記量子化
された再生差信号との加算により得られる局部復号信号
と前記入力信号とを互に減算手段て減算してこれらの誤
差信号を得、その誤差信号をレベル検出手段に入力して
その誤差信号のレベルを検出し、そのレベル検出手段か
ら出力される前記誤差信号のレベル情報により、前記適
応予測器の動作が正常てあるか否かを判定手段で判定し
、異常と判定したときにのみ前記適応予測手段の予測係
数、必要に応じて前記レベル検出手段レベル情報をリセ
ットする制御信号を前記判定手段から出力して前記適応
予測手段の動作を正常状態に戻す。

更に他の実施例においては前記入力信号のレベルを第２
レベル検出手段で検出し、この検出レベルも判定手段に
入力して、これらレベル検出手段から出力される各信号
レベル情報により、前記適応予測手段の動作が正常であ
るか否かを判定し、異常と判定したときにのみ前記適応
予測手段の予測係数、必要に応じて前記両レベル検出手
段のレベル情報をリセットするようにする。

従来技術 この発明の詳細な説明する前に、従来の適応予測形差分
符号化装置について図面を用いて説明する。

第１図は従来の適応予測形差分符号化装置を示す。入力
端子１００を介して入力されるｊ時刻のディジタル入力
信号Ｘ，及び信号線１３１を介して適応フィルタ１３０
から出力される予測値文，は減算器１１０に入力される
。減算器１１０から信号線１１１を介して出力される予
測誤差信号Ｅ，は量子化器１２０により１ビット以上て
符号化され、その符号化結果Ｕ，が信号線１２１を介し
て逆量子化器１４０へ入力されると共に出力端子１６０
を介して出力される。逆量子化器１４０では入力された
符号化結果Ｕ，に逆量子化を行ない、再生誤差信号含ｊ
を信号線１４１を介して出力する。この再生誤差信号含
ｊには量子化によつて生じる量子化雑音が含まれるため
、一般に号ｅとは一致しない。再生差信号含，と予測信
号幻は加算器１５０により加算され、局部復号信号Ｘ，
が信号線１５１を介して出力される。

この局部復号信号◇。は適応フィルタ１３０に入力され
、適応フィルタリングが施された後、信号線１３１を介
して予測値マが出力される。適応フィルタ１３０のフィ
ルタ係数は逆量子化器１４−０から出力される再生誤差
信号含ｊと局部復号信号Ｘｊを用いて修正される。代表
的な修正アルゴリズムとして次の２つがある。こ）でＡ
１はｊ時刻における適応フィルタ１３０の第１番目のフ
ィルタ係数である。

ｇは修正ゲインであり、Ｓｉｇｒｌ（Ｘｊ）はＸ，が正
のときは＋１、負のときは−１の値をとる。また簡易形
の修正アルゴリズムとして次式を用いてもよい。こ）で
Δは予測誤差信号の実効値に近い正規化係数てある。（
１）、（２）、（３）式のアルゴリズムはいずれもｊ時
刻におけるフィルタ係数Ａ１に右辺第２項の修正項を加
えて新たにｊ＋１時刻のフィルタ係数を得るものてある
。この構成では再生誤差信号舎，から予測値文が得られ
るまでの経路は１つの再帰形適応フィルタを形成してい
ため上述のようにフィルタ係数を修正した際に、たまた
ま新しいフィルタ係数が前述の再帰形適応フィルタが発
振する係数になつてしまつたり、符号化装置の電源投入
時のフィルタ係数が発振をおこす値になつていたりする
と、予測値Ｘ３は入力信号とは無関係な発振信号となつ
てしまい、正常な予測が行なわれなくなり、高品質な符
号化ができなくなつてしまう。第２図は従来の適応予測
形差分符号器の別の例てある。

基本的な動作は第１図て説明したものと同様であるので
省略するが、異なる点は適応フィルタ２３０への入力が
再生誤差信号含ｊであることである。このような構成に
すると再生誤差信号含，から予測値マｊまでの経過は非
再帰形適応フィルタとなり、第１図で説明したような発
振は生じないが、符号器自体が１つの再帰形フィルタを
構成するため、やはり予測係数の値によつて符号器自体
が不安定となる場合が生じてしまう。第３図は従来の適
応予測形差分符号器のさらに線で囲つた部分４００は第
１図て示した適応予測形差分符号器と同じ構成であり、
その動作もほｓ・同じであるため説明を省略する。

減算器４７０には信号線４０１と信号線４５１を介して
入力信号ぐ、と局部復号信号Ｘ，がそれぞれ入力され、
その−差は信号線４８１−を介して判定回路４９０に入
力される。−通常、適応予測差分符号化が正常に行なわ
れているときには入力信号◇，と局部復号信号Ｘ，とは
非常に近い値となる。しかし前述したように適応フィル
タ１３０の係数が修正された結果、適応フィルタ１３０
か発振したりして符号器が不安定となると、入力信号Ｘ
，と局部復号信号分４とは大きく異なつた値となつてし
まう。従つて信号線４７１を介して出力される差信号レ
ベルを監視することによつて符号器が安定か、不安定５
かを判定することが可能である。この判定機能を果すの
が判定回路４９０である。即ち、判定回路４９０では信
号線４７１を介して入力される差信号レベルがあるしき
い値をこえたときには符号器が不安定となつたと判定し
、信号線４９１を介して適応フィルタ１３０のフィルタ
係数を、符号器を安定とする値にリセットすると共にレ
ベル検出器４８０の出力を零にリセットするための制御
信号を信号線４９１を介して出力し、符号器を安定状態
に復帰させる。この実施例では図中に破線で囲んだ部分
４００に第１図で示した符号器を用いたが、これだけに
限らず例えば第２図、第３図で示したものを用いること
もできる。

即ち、従来形の適応予測形差分符号器における入力信号
Ｘ，を信号線４０１を介，して入力し、局部復号信号ぐ
４を信号線４５１を介して入力すると共に、判定回路４
９０から信号線４９１を介して出力されるリセット信号
を適応フィルタに与えてやりさえすれば、簡単に符号器
を不安定状態から安定状態に回復させることがで．”き
る。第２図の符号器を用いる場合は第２図に点線で示す
ように局部復号信号ぐ，を作る必要がある。第２実施例 第５図はこの発明の他の実施例を示す。

図中破，線て囲つた部分４００は第１図で示した適応予
測形差分符号器と同じ構成であり、その動作もほＳ゛同
じであるため説明を省略する。演算器４７０には信号線
４０１と信号線４５１とをそれぞれ介して入力信号Ｘ，
と局部復号信号ぐｊとが入力され、その差信号は信号線
４７１を介してレベル検出器４８０に入力される。第４
図に示した実施例で説明したようにレベル検出器４８０
から出力される差信号レベルに基づいて、符号器の安定
、不安定を判定することができるが、入力信号Ｘ，のダ
イナミックレンジが広いときには符号器が安定であつて
も入力信号レベルが高くなつたり、周波数が高くなつだ
りするとそれにつれて信号線４７１をノ介して得られる
差信号のレベルも高くなるため、この原因でこの差信号
レベルが、符号器が不安定であると判定される値にまで
高くなることがあると、符号器の安定、不安定が正しく
判定てきなくなる。そこで符号器の安定、不安定を判定
するための要素として、入力信号Ｘ、と局部復号信号ぐ
，との差だけではなく、入力信号Ｘ，の信号レベルをも
用いるようにしたことがこの第２実施例の特長である。

即ち、入力信号Ｘ，のレベルをレベル検出器５８０で検
出して信号線５８１を通じて判定回路４９０へ入力させ
、入力信号Ｘｊのレベルがある程度低いにも拘らず、入
力信号Ｘ，と局部復号信号父ｊとの差信号レベルカ状き
い場合にのみ符号器が不安定てあると判定して判定回路
４９０から適応フィルタ１３０のフィルタ係数をリセッ
トすると共にレベル検出器５８０とレベル検出器４８０
とのそれぞれの出力をもリセットする制御信号が信号線
４９１を介して出力される。このうにすると入力信号レ
ベルが大きいときには符号器が不安定となつても判定回
路４９０からは前述のリセット信号が出力されずに符号
器が不安定のままになつてしまうが、入力信号Ｘ，が音
声信号のようなときには約０．聞２程度ごとに無音区間
が生じるため、その時点で入力信号レベルが下がり符号
器の安定、不安定を判定することがてきるため、たとえ
入力信号レベルが高いときに符号器が不安定となつても
短時間の後に安定状態に回復させることができる。

また、こ）では入力信号Ｘｊと局部復号信号父ｊとの差
信号レベルに対して１つのしきい値を設けるようにした
が、このしきい値を入力信号Ｘ，のレベルに応じて変え
ることもできる。即ち、入力信号レベルが高くなるにつ
れてこのしきい値も高くしてやれは符号器の入力レベル
にかかわらずに符号器の不安定状態を検出してすみやか
に安定状態に回復させることができる。更にこの実施例
では第５図の中で破線を囲つた部分４００に第１図で示
した符号器を用いたが、これだけに限らず例えば第２図
、第３図で示したものを用いることもできる。即ち従来
例の適応予測形差分符号器における入力信号Ｘｊを信号
線４０１を介して入力し、局部復号信号父ｊを信号線４
５１を介して入力すると共に判定回路４９０から信号線
４９１を介して出力されるリセット信号を適応フィルタ
に与えてやりさえすればよい。以上説明したようにこの
発明は従来の適応予測形差分符号化装置で生じていた予
測フィルタの発振や符号器自体の不安定動作を簡単な方
法て検出し、自動的に安定状態へ回復させる機能を具備
した適応予測形差分符号化方法を提供するものであり、
極めて有用なものである。

なお上述の各種処理を電子計算機により行わせてもよい
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ従来の適応予測形
差分符号化装置を示すブロック図、第４図及び第５図で
はそれぞれこの発明の実施例を示すブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 符号化すべきディジタル入力信号とその入力信号に
   対する予測値との差を量子化し、その量子化された信号
   を出力するとともに、前記量子化された差信号を逆量子
   化し、かつ適応予測により前記入力信号に対する予測値
   を得る適応予測形差分符号化方法において、前記予測値
   と前記逆量子化された再生差信号との加算により得られ
   る局部復号信号と前記入力信号とを互に減ずることによ
   り誤差信号を得、その誤差信号のレベルを監視すること
   により前記適応予測動作が正常であるか否かを判定し、
   異常であると判定したときのみ前記適応予測に用いられ
   る予測係数をリセットすることにより適応予測動作が正
   常となるようにすることを特徴とする適応予測形差分符
   号化方法。 ２ 符号化すべきディジタル入力信号とその入力信号に
   対する予測値との差を量子化し、その量子化された信号
   を出力すると共に、前記量子化された差信号を逆量子化
   し、適応予測により前記入力信号に対する予測値を得る
   適応予測形差分符号化方法において、前記予測値と前記
   逆量子化された再生差信号との加算により得られる局部
   復号信号とを前記入力信号から減ずることにより得られ
   る誤差信号のレベルと、前記入力信号のレベルを監視す
   ることにより、前記適応予測動作が正常であるか否かを
   判定し、異常であると判定したときのみ前記適応予測に
   用いられる予測係数をリセットすることにより適応予測
   動作が安定となるようにすることを特徴とする適応予測
   形差分符号化方法。