JPS6319918A - 音声復号化方式 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、準瞬時圧縮された符号化データを復号する音
声復号化方式に関する。

［従来技術］ 例えば、高速デジタル回線を用いて音声信号を伝送した
り、音声応答装置のために音声信号を蓄積および合成す
るなど音声信号をデジタル処理するとき、この音声信号
をなんらかの方法でデジタル信号に変換する必要がある
。

基本的には音声信号は周波数帯域が０．３〜３．４ＫＨ
ｚのアナログ信号であり、これをデジタル信号に変換す
るには１例えばサンプリング周波数８　Ｋ　！１　ｚで
分解能が８ビツトのアナログ／デジタル変換器で変換す
ればよい（ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）符号化）。

そして、このデジタル信号を元の音声信号に戻すには、
サンプリング周波数８にＨｚで分解能が８ビツトのデジ
タル／アナログ変換器でアナログ信号に変換し、さらに
ローパスフィルタを通して波形整形してやればよい、こ
のとき、アナログ／デジタル変換器およびデジタル／ア
ナログ変換器の分解能（すなわちＰＣＭ符号のビット幅
）が大きいほど再生した音声の品質が高い。

ところで、このようなＰＣＭ符号化された音声信号は１
秒あたりのビット速度（データ速度；以下ビットレート
という）が６　・ｉ　Ｋ　ｂ　ｐ　ｓとなり、このよう
に高いビットレートの音声信号を伝送するには非常に高
速な伝送路を必要とし、また、かかる音声信号を蓄積す
るためには厖大な記憶容量のメモリを必要とする。そこ
で、従来から、音声信号のビットレートを低減するため
の種々の提案がなされている。

その１つに、時系列的に隣接するＰＣＭ符号の差分を形
成する差分ＰＣＭ符号化方式がある。この差分ＰＣＭ符
号化方式は、音声波形の相関性に基づく冗長性を利用し
たものであり、９Ｉ接したサンプル間の値の変化が、多
くの場合ダイナミック・レンジの限られた範囲に含まれ
ることから、１サンプルあたりのビット数を低減するこ
とができる。この差分ＰＣＭ符号化方式をさらに進めた
適応差分ＰＣＭ符号化方式の１つである、ＣＣＩＴＴ（
国際電信電話諮問委貝会）勧告による適応差分ＰＣＭ方
式（ＡＤＰＣＭｆ）では。

３２Ｋｂｐｓのビットレートを実現している。

この他には、音声信号の非定在性と線形予測可能性を利
用したＡＰＣ−ＡＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃ
ｔｉｏｎ　Ｃｏ−ｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ　Ｂｉｔ　Ａ１１ｏｃａｔｉｏｎ）方式、または、音
声分析合成手法によるＬＳＰ（Ｌｉｎｅ　Ｓｐｅｃｔｒ
ｕｍＰａｉｒ）方式などがある。

しかしながら、このようなＡＤＰＣＭｆ方式、ＡＰＣ−
ＡＢ方式およびしＳＰ方式は、符号化および復号化の処
理が非常に複雑であり、それらを実現するための装置は
非常に高価なものとなるという不都合がある。

また、放送衛星用の高品位なＰＣＭ音声伝送方式の１つ
に準瞬時圧伸方式がある。この準瞬時圧伸方式は、ＰＣ
Ｍ符号化された音声データを時系列に所定数ごとのブロ
ックに分割し、おのおののブロックにおける信号絶対値
の最大値に対応した最上位桁をあらわすスケールデータ
を識別し、その最上位桁を含む所定ビット数のデータを
符号データに整形するものであり、比較的符号化処理が
簡単で、かつ、容易に１サンプルのビット数を低減する
ことが可能である。

しかしながら、このような準瞬時圧伸方式を低ビツトレ
ートの音声データに適用したとき、伝送されないビット
の影響が大きく、再生した音声信号の劣化が大きくなる
ことがあり、効率的には充分なものではないという不都
合を生じていた。

［目的］ 本発明は、上述した従来技術の不都合を解決するために
なされたものであり、低ビツトレートで、簡単な処理に
より、高品質な音声を再現できる音声復号化方式を提供
することを目的としている。

［構成］ 本発明は、準瞬時圧縮によって形成された符号データを
復号化するとき、符号データの欠落ビットの信号値の期
待値を加算することで、伝送されないビットのデータの
期待値を補償し、それによって、再生した音声信号の劣
化を抑制し、上記した目的を達成している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

まず、本発明の原理について説明する。

例えば、第１図（ａ）に実線で示したような波形の音声
信号をサンプリング周波数８ＫＨｚでサンプリングして
おのおののサンプルを８ビツトのデジタルデータ（ＰＣ
Ｍ符号）に変換し、このデジタルデータを準瞬時圧伸す
ることを考える。また、準瞬時圧伸の条件としては、１
ブロツクを構成するサンプルの数は８、おのおののサン
プルを４ビツトに圧縮し、またスケール値を３ビツトで
あられすものとする。なお、８ビツトのデジタルデータ
は、２の補数であられされたデジタルデータであり、最
上位桁がサインビット（正負を識別するための符号ビッ
ト）である。

ここで、１つのブロックを形成する８つのサンプル＃１
〜＃８のデジタルデータがそれぞれ第１図（ｂ）に示し
たように得られたとする。

この８つのサンプルからなるブロックにおいて。

その絶対値が最大となるのはサンプル〃７のデータであ
るから、そのビットパタンの最上位桁の位置すなわちビ
ット４が準瞬時圧伸のスケール位ｇ　ｐｏｓに設定され
る。

そして、おのおののサンプル＃１〜＃８について、この
スケール位置よりも１桁上位桁のビット５から下位４桁
を伝送ビットすなわち符号データとして抜き出す。した
がって、符号データのＭＳＢ　（最上位桁）には、その
符号データの正負の区別をあらわすサインビット（符号
ビット）が位置する。

この結果、同図（Ｃ）に示したように、準瞬時圧伸によ
る符号化データが得られる。すなわち、先頭３ビツトに
はスケール位置ｐｏｓのデータが配置され、それに続い
てサンプルａｌｌ−１８において抜き出された４ビツト
の符号データが順次配置される。

この符号化データを復号して音声信号を再生するときは
、まず、先頭３ビツトの内容からスケール位置ｐｏｓを
識別する。

次に、後続するデータを４ビツトずつの符号データに順
次区切り、その符号データのＭＳＢが、さきに識別した
スケール位置ＰＯ８よりも１桁上位桁に位置するように
、８ビツトデータのなかに配置し、その符号データより
も上位桁にはその符号データ・のＭＳＢの内容（すなわ
ちサインビットの内容）を配置し、その符号データより
も下位桁には０を配置することで、８ビツトの音声デー
タを伸張する（同図（ｄ）参照）。

そして、この音声データをデジタル／アナログ変換して
ローパスフィルタで波形整形することで。

音声信号が再生される。

さて、このような準瞬時圧伸によれば、伝送ビットより
も下位桁のビットにはＯが挿入されて復号されるから、
この場合、復号された音声データ（以下復号音声データ
という）は、元の８ビツトの音声データ（以下原音声デ
ータという）から欠落した下位２ビット分だけ元の音声
データよりも量子化幅が大きくなる。

すなわち、原音声データの符号時における量子化特性が
、第２図（ａ）に実線で示したようなものであるのに対
し、復号音声データの量子化特性は同図に破線で示した
ようになる。

その結果、原音声データにおいて復号音声データの量子
化幅では表現できない部分のデータは、復号音声データ
においては、同図に矢印で示したようにより下のレベル
として表わされるから、復号音声データは原音声データ
に較べて全体的にマイナス方向にシフトした状態のデー
タとなる。

このため、復号音声データに基づいて再生した音声信号
は、第１図（ａ）に−点鎖線で示したように、その波形
が原音声に較べて負の方向に移動し、それによって、音
質が劣化する。

そこで本発明では、かかる音質の劣化を防止するために
、符号データの最下位桁の１７２の値すなわち欠落ビッ
トの信号値の期待値を加算して復号音声データを形成し
ている。

すなわち、上述した準瞬時圧伸によれば、伝送ビットの
下位桁のデータが欠落するが、この欠落ビットのデータ
の値は、例えば欠落ビットが２ビツトであるときには（
００）ｚ〜（１１）２のいずれかの値をとる。

したがって、この欠落ビットの期待値は（１０）２であ
り、この期待値を加算すれば、加算しないときと較べて
復号音声データを原音声データにより接近させることが
でき、再生した音声信号の音質を向上することができる
。すなわち、このときの復号音声データの量子化特性は
、第２図（ｂ）に破線で示したように改善される。

このようにして、符号化データを復号すると、第１図（
ｃ）の符号化データからは同図（ｅ）に示したような復
号音声データを得ることができ、この復号音声データに
基づく再生音声信号は、第１図（ａ）に破線で示したよ
うなものとなり、より原音声に接近したものとなる。

第３図は、本発明の一実施例にかかる音声符号化装置を
示している。この音声符号化装置における１ｇ！瞬時圧
伸の条件は、上述したものを用いている。

同図において、入力音声信号ＳＳは、ローパスフィルタ
１によって帯域制限されたのちに、サンプリング周波数
が８にＩｌｚのアナログ／デジタル変携器２に加えられ
て８ビツトのデジタル信号ＤＳに変換され、このデジタ
ル信号ＤＳは、８サンプル分の記憶容量をもつバッファ
メモリ３を介して準瞬時圧縮部４に加えられるとともし
こ、準瞬時圧縮のためのスケール値を設定するためのス
ケール値設定部５に加えられている。

スケール値設定部５は、デジタル信号Ｏ５の連続する８
サンプルのうち、最も絶対値の大きいものを識別し、そ
のビットパタンの最上位桁を判別してそのビット位置を
３ビツトのスケールデータＤＫで出力する。

このスケールデータＤＫは、準瞬時圧縮部４および１ブ
ロック分のデータを所定の信号形式に整形するためのマ
ルチプレクサ６の一入力端に加えられている。

準瞬時圧縮部４は、バッファメモリ３から加えられる８
ビツトのデジタル信号Ｏ５について、おのおののサンプ
ル毎に、スケール値設定部５から加えられるスケールデ
ータＤＫがあらわすスケール位置よりも１ビツト上位桁
をＭＳＢとする３ビツトのデータを抜き出し、これを圧
縮データＤＣとしてマルチプレクサ６に出力している。

マルチプレクサ６は、第４図に示したように、スケール
値設定部５から出力されたスケールデータＤにを先頭に
配置し、それに続いて各サンプルの圧縮データＤＣを順
次配置して構成した信号を、１ブロック分の符号化デー
タＤＬとして形成して次段装置（例えばデータ伝送装置
あるいはデータ記憶装置等）に出力する。

このようにして、入力された音声信号ＳＳが準瞬時圧縮
され、符号化データＤＬとして出力される。

第５図は、本発明の一実施例にかかる音声復号化装置の
一例を示している。この音声復号化装置は、上述した音
声符号化装置によって符号化された符号化データＤＬを
上述した復号化処理によって復号して音声信号を出力す
るものである。

同図において、例えばデータ受信装置あるいはデータ記
憶装置等の前段装置（図示路）から出力された符号化デ
ータＤＬは、デマルチプレクサ１１に加えられ、おのお
ののブロック毎に、先頭の３ビツトがスケール値ＳＣと
して識別されて準瞬時伸張部１２のスケール値入力端に
加えられ、それ以外のコードデータ（圧縮データ）は、
準瞬時伸張部１２のコードデータ入力端に加えられる。

準瞬時伸張部１２は、加えられるコードデータを４ビツ
トずつに区切るとともに、入力したスケールデータＳＣ
に対応した８ピツトデータにおけるビット位置にその４
ビツトのデータを配置し、そのコードデータよりも上位
桁には符号ビットの内容を、１桁下位桁には１を、さら
に下位桁には０をそれぞれ配置して８ビツトの復号音声
データを復号し、この復号音声データをデジタル／アナ
ログ変換器１３に出力する。

デジタル／アナログ変換器１３は、受入した信号値を８
ＫＨｚの変換周波数で対応するアナログ信号（レベル信
号）に変換し、これをローパスフィルタ１４に出力する
。このアナログ信号は、ローパスフィルタ１４によって
波形整形されたのち、再生音声信号として次段装置（例
えば音声出力装置等）に出力される。

このように１本発明にかかる符号化データを復号するた
めの音声復号化装置の構成は、非常に簡単なものとなる
。したがって、例えば、汎用の８ビツトマイクロプロセ
ツサを用いてこの音声復号化装置を実現することもでき
、コストを極く小さく抑えることができる。

なお、上述した実施例におけるビット数等の各種定数は
一例であり、適宜な値を設定することができる。

［効果コ 以上説明したように、本発明によれば、準瞬時圧縮によ
って形成された符号データを復号化するとき、符号デー
タの最下位桁よりも１桁下位桁に１を加算することで、
伝送されないビットのデータの期待値を補償し、それに
よって、再生した音声信号の劣化を抑制しているので、
低ビツトレートで、簡単な処理により、高品質な音声を
再現できるという優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）−（ｅ）は本発明の詳細な説明図、第２図
（ａ）、（ｂ）は本発明の詳細な説明するための信号配
置図、第３図は本発明の一実施例にかかる音声符号化装
置を示したブロック図、第４図は符号化データの一例を
示した信号配置図、第５図は本発明にかかる音声復号化
装置を示したブロック図である。 １．１４・・・ローパスフィルタ、２・・・アナログ／
デジタル変換器、３・・・バッファメモリ、４・・・準
瞬時圧縮部、５・・・スケール値設定部、６・・・マル
チプレクサ、１１・・・デマルチプレクサ、１２・・・
準瞬時伸張部、１３・・・デジタル／アナログ変換器。 ７・′１・ 代理人　弁理士　　紋　１）　誠　　１第１図 （ａ） 第１図 （ｂ）　　　　　　　　　　（ｃ） 第１図 （ｅ） Ｏ５ 壷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＰＣＭ符号化された音声データを時系列に所定数ごと
   に区切って形成したおのおののブロックにおける信号値
   の絶対値の最大値に対応した最上位桁をあらわすスケー
   ルデータと、おのおのの音声データからその最上位桁を
   含む所定ビット数のデータを抽出して形成した圧縮符号
   データを順次配置してなる準瞬時圧縮データを復号する
   音声復号化方式において、上記スケールデータがあらわ
   す最上位桁におのおのの符号データの最上位桁を一致さ
   せた状態で復号後の所定ビット数のデータにその符号デ
   ータを配置するとともに、その符号データよりも上位桁
   には当該符号データの最上位桁の内容を配置し、当該符
   号データの最下位桁が位置する桁の１桁下位置に１を配
   置し、それよりも下位桁には０を配置することを特徴と
   する音声復号化方式。