JPS64857B2 - - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
- H03M3/04—Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM]
- H03M3/042—Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM] with adaptable step size, e.g. adaptive differential pulse code modulation [ADPCM]
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
Description
本発明は音声信号等の帯域圧縮つまり、いわゆ
る低ビツトレート符号化のために用いられる適応
差分PCM符号化及び復号化方法に関する。
従来の適応差分PCM符号化・復号化方法に関
しては1980年4月IEEE発行の“Proceedings of
IEEE”488頁〜525頁に詳しく、また、伝送路ビ
ツト誤りに強い特性を持たせた適応差分PCM符
号化・復号化に関しては1982年5月IEEE発行の
“Proceedings of ICASSP'82”960頁〜963頁に
詳しい。以下前記第2の文献に基づいて従来技術
を述べる。
第1図は従来の適応差分PCM符号化及び復号
化方法を示したもので、入力信号端子1、減算器
2、量子化器3、逆量子化器4、加算器5、予測
器6および符号出力端子7からなる適応差分
PCM符号化器と、符号入力端子8、逆量子化器
9、加算器10、予測器11および出力端子12
からなる適応差分PCM復号化器を示している。
量子化器3は入力信号がMビツト長で表示され
ている場合、出力信号としてMより小さいNビツ
ト長出力信号を得る回路で、入力信号を2N−1個
の閾値を用いて判定し、判定結果をNビツトで出
力するものである。つまり、ある標本時刻jでの
量子化幅を△j、この時の入力信号xjが
nj・△jxj<(nj+1)・△j,
nj∈{0,±1,±2,
…±(2m-1−1),−2N-1}, (1)
N:割当量子化ビツト数
であれば、出力信号はnjであり、次の標本時刻
(j+1)での量子化幅△j+1は量子化器入力信号
レベルに応じて次式を用いて圧伸させる。
△j+1=△〓j・M(nj) (2)
ただし、ここでM(nj)はnjにより一意的に定
まる乗数であり、8kHzで標本化された音声信号
を4ビツト(m=4)に符号化する場合に用いら
れる乗数の一例を表1に示す。
The present invention relates to an adaptive differential PCM encoding and decoding method used for band compression of audio signals, that is, so-called low bit rate encoding. Regarding conventional adaptive differential PCM encoding/decoding methods, see “Proceedings of
IEEE, pages 488-525, and adaptive differential PCM encoding/decoding with characteristics that are resistant to transmission line bit errors, see "Proceedings of ICASSP'82," published by IEEE May 1982, pages 960-- Details can be found on page 963.The conventional technology will be described below based on the above-mentioned second document.Figure 1 shows the conventional adaptive differential PCM encoding and decoding method. Adaptive difference consisting of a quantizer 3, an inverse quantizer 4, an adder 5, a predictor 6 and a code output terminal 7
PCM encoder, code input terminal 8, dequantizer 9, adder 10, predictor 11 and output terminal 12
shows an adaptive differential PCM decoder consisting of The quantizer 3 is a circuit that obtains an output signal with a length of N bits smaller than M when the input signal is expressed with a length of M bits, and judges the input signal using 2 N -1 thresholds. The determination result is output in N bits. In other words, if the quantization width at a certain sample time j is △ j , the input signal x j at this time is n j・△ j x j <(n j +1)・△ j , n j ∈{0, ±1, ± 2, ...±(2 m-1 -1), -2 N-1 }, (1) If N is the allocated number of quantization bits, the output signal is n j and at the next sampling time (j+1) The quantization width Δj +1 is companded using the following equation according to the quantizer input signal level. △ j+1 = △〓 j・M(n j ) (2) Here, M(n j ) is a multiplier uniquely determined by n j , and the audio signal sampled at 8kHz is converted into 4 bits ( Table 1 shows an example of the multipliers used when encoding with m=4).
【表】【table】
【表】
式(2)においてβは1より小さい正定数に定めて
おけば、予測器が時不変フイルタである限りは△
〓jの演算が過去の量子化幅をリークさせる作用が
あるため伝送路ビツト誤りに対して強くなる事が
知られており、詳しくは1975年IEEE発行の
「Transactions on Communications」第1362頁
〜第1365頁を参照されたい。逆量子化器4及び9
は前記量子化器3のNビツト出力信号、および伝
送されて来たNビツト量子化器出力信号が入力さ
れると、前記閾値に対応してMビツトの再生入力
信号を出力するもので
xj=nj△j+0.5△j (3)
により伝送信号を逆量子化する。予測器6および
11の伝達関数は同一で、これをP(Z)とする
と、
P(Z)=k
〓i=1
aj iZ-i (4)
となる。ここで{aj i|i=1,…,k}は時刻j
の予測係数と呼ばれており時刻jにおける予測器
入力信号をxj,逆量子化器出力信号をejとすれ
ば、ej 2を最小とする様に各係数を変化させる。
つまり、各係数は
aj+1 i=(1−δ)aj i+g・e^j・x^j-i (5)
として時々刻々変化するものである。ここでδ及
びgは1より小の正定数である。
以下第1図に従つて従来の適応差分PCM符号
化、復号化方法を述べる。時刻jにおける入力信
号標本値xjが端子1から適応差分PCM符号化器
に入力されると、減算器2により入力信号xjと予
測器6の出力信号x^jの差が計算され、誤差信号ej
として量子化器3へ入力される。量子化器3は前
述した様にejをNビツトの符号njに変換し、端子
7から出力されると同時に逆量子化器4へ入力さ
れる。逆量子化器4ではnjよりMビツトの誤差信
号e^jを再生する。再生された誤差信号e^jと予測器
6の出力x〓jは加算器5により加え合せられ量子化
入力信号e^jを再生する。この後、量子化器3、逆
量子化器4の量子化幅及び予測器6の係数は前述
した様に次の入力信号の符号化を行なうために修
正される。前述したように予測器の係数修正は誤
差信号e^jのパワー、つまりe^2 jを最小化する様に修
正されるため、ej信号はxj信号に比べダイナミツ
ク・レンジが小さくなり、同一ビツトで符号化す
る事を考えれば小さくなつた分だけ量子化器3に
よつて発生する誤差も小さくなり、精度よく符号
化できる事になる。
一方従来形の復号器では、受信された量子化符
号njが端子8から入力され、逆量子化器9により
再生誤差信号e^jを発生する。このe^jと予測器11
の出力x^jは加算器10により加算されx^jを合成し
て、出力端子12へ出力し、かつ予測器11へ次
の標本時刻の予測を行なうために加える。復号器
側でも量子化符号njもしくは誤差信号e^jより、逆
量子化器の量子化幅を時々刻々変化させ、かつx^j
とx〓jの差、つまり、e^jのパワーを最小化する様に
予測器11の係数を変化させる。
符号化器と復号化器では、逆量子化器4,9お
よび予測器6,11の内部状態が一致しておれ
ば、符号化器/復号化器のe^j,x^j,x〓jの値は一致
する。このため符号器と復号器が距離的に離れて
設けられていても端子1に加わる入力信号xjと端
子12から出力されるx^jはほとんど同一の値を取
ることになる。ところで、符号器の端子7から復
号器の端子8までの間は伝送路となるが、伝送路
には熱雑音等によりビツト誤りが発生する可能性
がある。この場合復号器が不安定状態に陥つて復
帰できない事が多い。これは以下の様に説明でき
る。
復号器の逆量子化器9の出力e^jより出力端子1
2までの伝達関数D(Z)を、予測器11の伝達
関数として式(4)を用いて求めると、
となる。aj iは前述した様にe^jより計算される値で
あり、伝送路ビツト誤りが発生すると復号化器の
予測器の予測係数の修正値は符号化器の予測器の
予測係数とは異なる値となる。式(6)は予測係数に
より決定される極をK個持つており、上記の伝送
路ビツト誤りの結果極の位置がZ平面上で単位円
外に出てしまうことがある。この様な状況になる
と復号器は発振状態となり、再び正しい動作には
もどれない。(前記第2の文献参照)
前記第2の文献ではこの不安定状態を除くた
め、式(6)を以下の様に式展開して、適応的に動く
極を、除いた伝達関数を持つ適応差分PCM符号
化及び復号化器を実現した。
ここで係数{a^i}は固定定数であり{bj i}が適
応係数である。(1+M
〓i=1
bj iZ-i)の項は式(6)を(1
+k
〓i=1
aiZ-i)で割つた答を(M+1)項でうち切
つたものである。固定係数{a^i}を音声の平均的
な性質にあつた値に選べば上記のうち切り誤差も
小さく、符号化品質の劣化はほとんどない。ここ
で、音声の平均的な性質にあつた固定係数{a^i}
の求め方は、前記第1の文献の498頁に詳しい。
式(7)に基いた従来方式の適応差分PCM符号化
及び復号化回路を第2図に示す。第2図は入力端
子1、減算器21,22、量子化器3、逆量子化
器4、加算器51,52、適応フイルタ61、固
定フイルタ62、出力端子7からなる符号器と、
入力端子8、逆量子化器9、加算器101,10
2、適応フイルタ111、固定フイルタ112、
出力端子12からなる復号器からなる。固定フイ
ルタ62および112は、式(7)で使用された固定
予測係数{a^j}を用いて以下の伝送関数を持つ。
P2(Z)=k
〓i=1
a^iZ-i (8)
また、適応フイルタ61,111は以下の伝送
関数を持つ。
P1(Z)=M
〓i=1
bj iZ-i (9)
ただし、適応係数は各々以下の様に修正され、
これはej信号のパワーを最小化する方向に修正さ
れる事が第2の文献に述べられている。
bj+1 i=(1−δ)bj i+ge^j-ie^j (10)
いま、端子1から入力信号xjが入力されると、
減算器21で固定フイルタ62の出力x〓jと差が取
られyjとなり、減算器22へ入力される。減算器
22ではyjから適応フイルタの出力y〓jを減算し、
量子化器3に加えられる。量子化器3はejを量子
化し、符号njを出力端子7から出力するとともに
逆量子化器4に加えられ、量子化された誤差信号
e^jを得る。e^jは適応フイルタ61に入力され、次
の標本時刻でのフイルタ演算に使用されるととも
に、適応フイルタ61の出力y〓jを加算器51によ
り加えられ、y^jとして加算器52へ伝えられる。
加算器52ではy^jとx〓jが加算され入力信号xjの量
子化信号x^jを再生し、次の標本時刻でのフイルタ
演算に使用される。このため、固定フイルタ62
の出力が入力信号の平均的なふるまいに適したも
のであれば第1の誤差信号yjの振幅レベルが減少
し、この信号から適応フイルタ61の出力を減じ
られた第2の誤差信号ejはさらにレベルの低い信
号となる。一般的に言つて第1図の適応予測器
6、は再生量子化入力値から次の入力信号値を予
測するのに対して、第2図の適応フイルタ61、
は誤差信号から次の入力信号を予測することにな
り能力的には第2図の適応フイルタ61、の方が
低いが、固定フイルタ62が平均的な入力信号の
性質に関する信号を発生しているため、第2図の
符号化器も全体としては第1図の符号器と比べ遜
色ない符号化が可能である。
次に第2図の復号化器の動作を説明する。入力
端子8から量子化符号が入力されると逆量子化器
9は量子化された誤差信号e^jを再生し、適応フイ
ルタ111に入力し、次の標本時刻の適応フイル
タ演算に用い、かつ、加算器101により適応フ
イルタ111の出力y〓jと加算されy^jを再生する。
y^jは固定フイルタ112の出力x〓jと加算器102
により加算され量子化された符号器側入力信号x^j
を再生し、出力端子12及び固定フイルタ112
へ供給される。適応フイルタ111と固定フイル
タ112の伝達関数P1(Z)及びP2(Z)は式(8)
および式(9)に示す通りであり、逆量子化器9の出
力から出力端子12までの伝達関数D(Z)は
D(Z)=1+P1(Z)/1−P2(Z) (11)
となるため、式(7)と一致し、適応的に動く極をZ
平面上で持たないため、伝送路ビツト誤りが発生
しても安定な動作を期待できる。
しかしながら、この方法では復号化器は伝送路
ビツト誤りに対して強くなる反面、入力信号が音
声の平均的な性質から著しく異なつた性質を持つ
信号に対しては式(7)の切り捨て誤差が大きくな
り、符号化効率が劣化した。つまり、この様な入
力信号に対しては、第2図の第1の誤差信号yjが
入力信号xjよりレベルが大きくなる事があつた。
このことは前記第2の文献の962頁図6に示され
た入力周波数対S/N比のグラフを見ても明らか
であり、音声の平均的性質として高周波成分が少
ないため、高周波域でのS/Nの劣化が著しいこ
とがうかがえる。さらに音声帯域信号として重要
な信号にデータモデム信号があるが、この信号の
性質は著しく音声信号と異なり、このため固定予
測係数も大幅に異なり、データモデム信号に対し
てビツト誤り率が高くなるなどの不都合を生じ
た。
本発明の目的は伝送路ビツト誤りに対して不安
定とならず、かつ、音声及び、その他の信号に対
する符号化特性の良いADPCM方法およびその回
路を提供する事にある。
第1の発明の方法は、入力信号は、各々統計的
性質が異なる2つの信号源から得られる信号を標
本時刻毎にデイジタル化した信号であり、符号化
側においては、前記入力信号から予測信号を引き
去つて得られる残差信号を量子化し、量子化され
た残差信号の量子化符号を伝送するとともに、前
記量子化された残差信号と前記予測信号を加えて
局部復号信号を生成し、2つの時不変予測関数
FP1(Z),FP2(Z)は各々前記2つの信号源の
平均的性質により定まり、かつ係数αを0から1
の間で変化させたときに、1/{1−αFP1(Z)
−(1−α)FP2(Z)}がZ平面上の単位円内に
のみ極をもつ予測関数であり、前記局部復号信号
から前記2つの時不変予測により得られる2つの
予測値を係数α,(1−α)で重みづけすること
により前記予測信号を得るとともに、前記FP1
(Z),FP2(Z)の入力と出力との距離を各々求
め、αが乗ぜられる方の時不変予測で得られた距
離が他方の距離より小さいときはαを増加させ、
そうでないときはαを減少させ、かつ0≦α≦1
となるように制御し、復号化側においては、伝送
されてきた量子化符号を逆量子化して復号化側量
子化残差信号を得、この量子化残差信号と復号化
側予測信号とを加算して復号信号を得るととも
に、この復号信号から前記FP1(Z),FP2(Z)
により得られる2つの予測値を送信側と同一の規
則にもとづいて重みづけして前記復号化側予測信
号を生成することを特徴としている。
本第1の発明の方法では予測器の伝達関数P
(Z)は式(4)で示される様なK個の変数{aj i|i
=1,2,…k}による時変フイルタを用いるの
ではなく、代表的な2種類の入力信号の統計的な
平均特性で定まる時不変予測フイルタFP1(Z),
FP2(Z)を用いて
P(Z)=αFP1(Z)+(1−α)FP2(Z) (12)
として用いる。例えば電話信号等を扱う場合は
FP1(Z)として平均的な音声信号に合わせたフ
イルタを、FP2(Z)には平均的なデータモデム
信号に合わせたフイルタを用意して、音声入力時
にはα1、データ信号入力時にはα0となる
様に制御すれば、低域通過形音声信号にも帯域通
過形データ信号にも高い忠実度で符号化可能な
ADPCM方式が実現できる。
ここで式(12)の様に予測器伝達関数を定めた場合
に問題となる点が2つある。第1は式(12)を用いた
場合の復号器伝達関数D(Z)は
となり、αが変動した場合式(14)が単位円内だ
けの極を持つか否かという問題で、一般には
1/1−FP1(Z),1/1−FP2(Z)(15)
が単位円の内部に極を持つていても式(14)は単
位円外に極を持つ可能性があり、この様な極が単
位円外に来る場合は復号器は伝送路ビツト誤りに
より発振状態に陥いる。この問題に関してはαの
変動範囲を0から1までとし、式(14)において
αを0から1まで変化させた場合のルートローカ
ス(根軌跡)を求め、このルートローカスが単位
円外に出る様な場合は{ci}もしくは{di}を修
正してルートローカスが単位円内になる様にす
る。この様にすれば、たとえ伝送路ビツト誤りが
発生して符号器/復号器の内部状態が不一致とな
り、大きなエラーを復号器が発生しても、このエ
ラーは極が単位円内にある復号器伝達関数のおか
げで、時間とともに指数関数的に減少する。さら
に、伝送路ビツト誤りによりαの修正量が符号器
と復号器で異なつても、極がZ平面上を自由に動
く式(14)を用いる本方式では極のとりうる位置
がルートローカス上のみであるため、大幅な伝達
関数の歪みは生じない。
第2の問題は、αの修正方法である。式(4)の様
な形式のものであれば、変数はタツプ出力信号に
乗ぜられる係数であり、タツプ出力信号は信号空
間における直交基底を構成しているため、各変数
同志は独立変数として取り扱える。このため、式
(5)で示した様に、残差信号のエネルギーを最小と
する様に各変数を独立に操作しても最適解が得ら
れる。しかし、式(12)を用いる場合は変数は1個の
みであり、かつ、独立基底ではないFP1(Z),
FP2(Z)の双方に関連して定まるものである。
このため、より効率的なαの修正アルゴリズムが
必要となる。この点に関しては本発明では以下の
様な方法で修正を行なう。時不変予測フイルタ
FP1,FP2の入力信号は局部復号信号もしくは復
号信号x^jであるから、ADPCM符号器への入力信
号とほぼ等しいと考えられる。一方、FP1,FP2
は過去K個の復号信号より現在の入力信号xjを
各々2種類の異なつた性質を持つ信号と見なして
予測しており、これをx(1) jおよびx(2) jとする。よつ
て、例えばFP1に適合した入力信号が入力されて
いる時はx(1) jはxjのよい予測を与え、逆にFP2に
適合した入力信号が入力されている時はx(2) jはx^j
のよい予測を与えている筈である。よつてよい予
測を与えている時不変予測フイルタの効果を大き
くする様にαを修正するには、時刻jでのαの値
をαjとすれば、式(5)に準じて、
αj+1=(1−δ)αj+gSgn(‖x(2) j−x^j‖−‖
x(1) j−x^j‖)(16)
但し、δ,gは1より小の正定数
Sgn(・)は符号関数
‖・‖はノルム
とすればよい。1例としてノルムに絶対値を用い
ると、
{|x(2) j−x^j||x(1) j−x^j|の時αj+1=(
1−δ)αj+g
{|x(2) j−x^j||x(1) j−x^j|の時αj+1=(
1−δ)αj+g
|x(2) j−x^j|<|x(1) j−x^j|の時αj+1=(1−δ
)αj−g}(17)
となり正しい結果を与えている。
また、修正方法はノルムの小さい方の係数を大
きくする様にすればよいのであるから、式(16)
の代りに以下の式を用いても同様の効果が期待で
きよう。
αj+1=1+βj+1
αj+1=1+βj+1
βj+1=(1−δ)βj+g/2{1−Sgn(‖x(2) j−x^
j‖−‖x(1) j−x^j‖)}(18)
以上の様に本方法に従えば伝送路ビツト誤りに
強く、かつ、予め性質のわかつている異なつた性
質の信号に対しても効率よい符号化が可能である
ことが理解されよう。
第2の発明のADPCMの方法は、入力信号は、
各々統計的性質が異なる2つの信号源から得られ
る信号を標本時刻毎にデイジタル化した信号であ
り、符号化側においては、前記入力信号から第1
の予測信号と第2の予測信号とを引き去つて得ら
れる残差信号を量子化し、量子化された残差信号
の量子化符号を伝送するとともに、前記量子化残
差信号と第1の予測信号と第2の予測信号とを加
算して局部復号信号を得、適応予測関数AP(Z)
は{1+AP(Z)}が極を有せず適応的に動く零
点のみをもつ適応予測関数であり、前記量子化さ
れた残差信号からこの適応予測により、前記第1
の予測信号を生成し、2つの時不変予測関数FP1
(Z),FP2(Z)は各々前記2つの信号源の平均
的性質により定まり、かつ係数αを0から1の間
で変化させたときに、1/{1−αFP1(Z)−(1
−α)FP2(Z)}がZ平面上の単位円内にのみ極
をもつ予測関数であり、前記局部復号信号から前
記2つの時不変予測により得られる2つの予測値
を係数α,(1−α)で重みづけすることにより
前記第2の予測信号を得るとともに、前記FP1
(Z),FP2(Z)の入力と出力との距離を各々求
め、αが乗ぜられる方の時不変予測で得られた距
離が他方の距離より小さいときはαを増加させ、
そうでないときはαを減少させ、かつ0≦α≦1
となるように制御し、復号化側においては、伝送
されてきた量子化符号を逆量子化して復号化側量
子化残差信号を得、この量子化残差信号と第1の
復号化側予測信号と第2の復号化側予測信号とを
加算して復号信号を得るとともに、前記復号化側
残差信号から符号化側と同一の適応予測を用いて
前記第1の復号化側予測信号を生成し、前記復号
信号から前記FP1(Z),FP2(Z)により得られ
る2つの予測値を送信側と同一の規則にもとづい
て重みづけして前記第2の復号化側予測信号を生
成することを特徴としている。
本第2の発明の方法では従来の方法において、
復号器伝達関数D(Z)を式(7)の様に固定極と適
応零点に展開したため、伝送路ビツト誤りに関し
ては強くなつたものの、入力信号の性質が、固定
極となる時不変予測フイルタの特性とは大幅に異
なる場合には劣化を生じていた欠点を、第1の発
明で明らかにした2つの時不変予測フイルタの線
形結合係数を変動させて極の位置を変えるフイル
タと適応零点にD(Z)を展開して改良したもの
であり、式(7)に対応した次式を実現するものであ
る。
αjの修正及びbj iの修正方法は各々式(16)およ
び式(17)に示す方法が適用できる。この方法を
電話信号に適用し、{ci}を音声用時不変フイル
タ係数{di)はデータモデム用時不変フイルタ係
数に選定しておけば音声信号入力時はαjがほぼ1
となり、データモデム信号入力時はαjがほぼ0と
なるため、適応ゼロ点は音声もしくはデータ信号
の統計的な平均からのずれを補正するだけの働き
でよくなり、より高品質な符号化が期待できると
ともに、伝送路ビツト誤りに対して強い性質を保
証できる。また、従来方式程度の品質の符号化で
よいのであれば、Mの値を小さくでき、ADPCM
方式の複雑さも軽減できよう。
第3の発明のADPCMの方法は、入力信号は、
各々統計的性質が異なる2つの信号源から得られ
る信号を標本時刻毎にデイジタル化した信号であ
り、符号化側においては、前記入力信号から予測
信号を引き去つて得られる残差信号を量子化し、
量子化された残差信号の量子化符号を伝送する際
に、前時刻に伝送された量子化符号と前時刻に用
いられた量子化幅をもとにして定められる第1の
量子化幅と、第1の量子化幅の時間平均値より定
まる第2の量子化幅に、各々α,(1−α)の係
数を乗じて加算した値を現時刻の量子化幅とし、
前記量子化された残差信号と前記予測信号を加え
て局部復号信号を生成し、2つの時不変予測関数
FP1(Z),FP2(Z)は各々前記2つの信号源の
平均的性質により定まり、かつ係数αを0から1
の間で変化させたときに、1/{1−αFP1(Z)
−(1−α)FP2(Z)}がZ平面上の単位円内に
のみ極をもつ予測関数であり、前記局部復号信号
から前記2つの時不変予測により得られる2つの
予測値を前記係数α,(1−α)で重みづけする
ことにより前記予測信号を得るとともに、前記
FP1(Z),FP2(Z)の入力と出力との距離を
各々求め、αが乗ぜられる方の時不変予測で得ら
れた距離が他方の距離より小さいときはαを増加
させ、そうでないときはαを減少させ、かつ0≦
α≦1となるように制御し、復号化側において
は、伝送されてきた量子化符号を、符号化側と同
一の規則にもとづいて生成された量子化幅により
逆量子化して復号側量子化残差信号を得、この量
子化残差信号と復号化側予測信号とを加算して復
号信号を得るとともに、この復号信号から前記
FP1(Z),FP2(Z)により得られる2つの予測
値を送信側と同一の規則にもとづいて重みづけし
て前記復号化側予測信号を生成することを特徴と
している。
本第3の発明の方法は第1の発明の方法に量子
化幅の制御を付加したもので、特に音声とデータ
モデム信号の伝送が混在する通信路などに適した
方法である。予測方法は式(12),(13),(16)に示
す通りである。FP1を音声用時不変予測フイル
タ、FP2をデータモデム用時不変予測フイルタと
仮定すると、FP1,FP2は各々音声およびデータ
モデムの予測性に注目した冗長性を入力信号から
取り去る事を考慮したものであるが、さらにこれ
に加えて音声とデータモデムの振幅分布に注目し
てこの冗長性の効果も利用しようとしたものが本
発明である。
音声の振幅分布はラプラス分布していると考え
られ(1978年Prentice―Hall,Inc,発行の
Digital Processing of Speech Signals P176参
照)標準偏差値の3倍以上の振幅のものが出現す
る事もめずらしくない。このため、適応量子化を
行なうためには量子化幅を式(2)の様な形で修正
し、表1に示す様な大幅な量子化幅の変化を起こ
させる必要があつた。一方データモデム信号の振
幅は音声信号ほど変動は激しくなく、むしろ式(2)
による量子化幅の修正を行なう事はモデム信号に
取つては不必要に量子化幅が大きくなつたり小さ
くなつたりする。この様な応用には、式(2)で得ら
れる量子化幅を平滑化して用いる方が有利であ
る。このため、αjが1に近い時(音声信号入力
時)には式(2)が、αjが0に近い時(データモデム
信号入力時)には式(2)の平滑化した量子化幅を与
えるが好ましい。よつて、時刻j+1での量子化
幅△OPT j+1は平滑化した量子化幅△AV j+1と△j+1より次
の様にして与える。
△OPT j+1=αj+1△j+1+(1−αj+1)△AV j+1
△j+1=(△OPT j)〓M(nj)
△AV j+1=(1−δ)△AV j+g△j (20)
以上の様に本発明に従えば、音声信号が入力さ
れた場合は音声用時不変予測フイルタFP1と式2
に準じた量子化幅を用いて符号化でき、また、デ
ータモデム信号が入力された場合はデータ用時不
変予測フイルタFP2と平滑化された量子化幅を用
いて符号化できるため双方の入力信号に対してよ
り高品質な符号化が期待できる。
また量子化幅の制御に用いる変数αjは予測器の
切換信号と共用できるため、量子化幅だけを独立
に制御する様な方法と比べ、簡単であり、効果は
同程度と考えられる。
第4の発明のADPCMの方法は、入力信号は、
各々統計的性質が異なる2つの信号源から得られ
る信号を標本時刻毎にデイジタル化した信号であ
り、符号化側においては、前記入力信号から第1
の予測信号と第2の予測信号とを引き去つて得ら
れる残差信号を量子化し、量子化された残差信号
の量子化符号を伝送する際に、前時刻に伝送され
た量子化符号と前時刻に用いられた量子化幅をも
とにして定められる第1の量子化幅と、第1の量
子化幅の時間平均値より定まる第2の量子化幅
に、各々α,(1−α)の係数を乗じて加算した
値を現時刻の量子化幅とし、前記量子化された残
差信号と第1の予測信号と第2の予測信号とを加
算して局部復号信号を得、適応予測関数AP(Z)
は{1+AP(Z)}が極を有せず適応的に動く零
点のみをもつ適応予測関数であり、前記量子化さ
れた残差信号からこの適応予測により、前記第1
の予測信号を生成し、2つの時不変予測関数FP1
(Z),FP2(Z)は各々前記2つの信号源の平均
的性質により定まり、かつ係数αを0から1の間
で変化させたときに、1/{1−αFP1(Z)−(1
−α)FP2(Z)}がZ平面上の単位円内にのみ極
をもつ予測関数であり、前記局部復号信号から前
記2つの時不変予測により得られる2つの予測値
を係数α,(1−α)で重みづけすることにより
前記第2の予測信号を得るとともに、前記FP1
(Z),FP2(Z)の入力と出力との距離を各々求
め、αが乗ぜられる方の時不変予測で得られた距
離が他方の距離より小さいときはαを増加させ、
そうでないときはαを減少させ、かつ0≦α≦1
となるように制御し、復号化側においては、伝送
されてきた量子化符号を符号化側と同一の規則に
もとづいて生成された量子化幅により逆量子化し
て復号化側量子化残差信号を得、この量子化残差
信号と第1の復号化側予測信号と第2の復号化側
予測信号とを加算して復号信号を得るとともに、
前記復号化側残差信号から符号化側と同一の適応
予測を用いて前記第1の復号化側予測信号を生成
し、前記復号信号から前記FP1(Z),FP2(Z)
により得られる2つの予測値を送信側と同一の規
則にもとづいて重みづけして前記第2の復号化側
予測信号を生成することを特徴としている。
本第4の発明の方法は第2の発明の方法に量子
化幅の制御(式(20))を加えたもので、この方
法も音声とデータモデム信号の伝送が混在する通
信路に適した方法である。この方法では予測方法
は式(12),式(13),式(16)に示す通りであり、
FP1を音声用時不変予測フイルタ、FP2をデータ
モデム用時不変予測フイルタとし、量子化幅は式
(20)に従う。このため、音声信号が入力される
と、αjの値が1に近くなり、量子化幅は式(20)
より式(2)に準じたラプラス分布する音声信号に有
利な決定法を用い、また、式(16)より時不変フ
イルタFP1により音声の平均的な特性を予測、か
つ適応フイルタによる平均特性と現在の入力信号
との補正とが行なわれて、高品質符号化が期待で
きる。またデータモデム信号が入力された場合は
αjがゼロ近くの値となり、量子化幅は式(20)よ
り式(2)で得られる量子化幅を平滑化した△AVが選
択され、変動の少いモデム信号の量子化に都合良
くなるとともに、式(20)よりまた時不変予測フ
イルタはFP2が選択され、かつ、適応フイルタに
より平均的なモデム信号特性と現在の入力モデム
信号の特性の差が補正されるため、高品質なモデ
ム信号の符号化が可能となる。さらに、量子化幅
の制御パラメータαjを時不変予測の切換パラメー
タと共通にしているため、制御部の複雑さは軽減
できる。
次に本第4の発明のADPCMの方法を実現する
回路について述べる。本第4の発明のADPCMの
方法を実現する回路は、標本時刻毎に入力される
入力信号から予測信号を引き去り残差信号を発生
する減算器と前記減算器からの残差信号を適応的
に変化する量子化幅で量子化し、量子化符号を発
生する量子化器と、前記量子化器出力から量子化
残差信号を再生する逆量子化器と、前記逆量子化
器出力の量子化残差信号と前記予測信号を加算し
局部復号信号を発生する加算器と、前記加算器出
力の局部復号信号から次の標本時刻における予測
信号を発生する予測器からなるADPCM回路の予
測器において適応量子化幅の決定部を、現在使用
中の量子化幅を瞬時的に入力信号に適応させて得
られる量子化幅に前記予測器で用いる後述する係
数αを乗じ、この結果に、前記瞬時的に入力信号
に適応させて得られる量子化幅を時間平滑化して
得られる量子化輻に(1−α)を乗じて加算した
ものを次の標本時刻での量子化幅とする手段で構
成し、かつ、前記予測器の構成を、前記量子化さ
れた残差信号から次の標本時刻に入力される信号
を適応的に発生する適応フイルタと、前記量子化
された残差信号に前記予測信号を加えて局部復号
信号もしくは復号信号を出力する加算器と、レベ
ル変動の激しい入力信号の性質に合わせて前記局
部復号信号もしくは復号信号から入力信号を予測
する第1の時不変予測フイルタとレベル変動の激
しくない入力信号の性質に合わせて前記局部復号
信号もしくは復号信号から入力信号を予測する第
2の時不変予測フイルタと、前記第1の時不変予
測フイルタの出力に前記量子化幅決定部で用いた
変数αを乗ずる第1の乗算器と、前記第2の時不
変予測フイルタの出力に変数(1−α)を乗ずる
第2乗算器と、前記第1の乗算器および第2の乗
算器出力を加算し予測値を出力する加算器とから
なり、量子化幅決定部と予測器で共通に使用され
る変数αの制御を、αの値を0から1までの範囲
で、αを乗ずる時不変予測フイルタで得られた距
離が他方の距離より小さい時にはαを増加させ、
αを乗ずる時不変予測フイルタで得られた距離が
他方の距離より大きい時にはαを減少させる様に
制御する手段とからなる事を特徴としている。
第3図の回路は第4の発明のADPCMの方法を
実施する回路に直接対応しているが、第3図の回
路の部分から量子化幅の制御部を除くと第2の発
明のADPCMの方法を実施する回路に対応し、ま
た、第3図の回路の部分から、量子化された残差
信号より入力信号を適応的に推測する適応フイル
タを除くと第3の発明のADPCMの方法を実施す
る回路に対応し、また、第3図の回路の部分か
ら、量子化幅の制御部および適応フイルタの部分
を除くと第1の発明のADPCMの方法を実施する
回路に対応する事は容易に理解されよう。このた
め、以下では最も複雑な第4の発明のADPCMの
方法を実施する回路について詳述する。
以下図面を参照しながら説明する。
第3図は入力端子1、減算器21,22、量子
化器3、逆量子化器4、加算器51,52、適応
フイルタ61、固定フイルタ63,64、乗算器
65,66、加算器67、減算器81,82、ノ
ルム演算回路83,84、比較器85、低域フイ
ルタ86、減算器87、乗数発生回路90、乗算
器91、レジスタ92、低域フイルタ93、β乗
回路94、乗算器95,96、加算器97、出力
端子7から構成されており、減算器21,22、
量子化器3、逆量子化器4、加算器51,52お
よび適応フイルタ61は第2図の対応する番号の
回路と同一である。ノルム演算回路83,84は
この回路への入力信号の絶対値を出力するもので
ある。また乗数発生回路90は表1(第13頁)に
示した乗数を発生するもので、詳細は後述する。
β乗回路は入力信号をβ乗するもので、この回路
の詳細も後述する。比較回路85は2つの入力信
号の大小に応じて±gを発生する回路である。
以下時不変予測フイルタ64を音声に適した予
測係数{ci}を持つたK次フイルタとし、時不変
予測フイルタ63をデータに適した予測係数
{di}を持つたK次フイルタとし、かつ適応フイ
ルタ61は時刻jにおける係数を{bj i}とするM
次時変フイルタとして説明する。
以下入力端子1にxjが入力される時刻jの動作
について説明する。この時、時不変予測フイルタ
64および63の出力は各々加算器52の過去K
個の出力信号x^j-iを用いてk
〓i=1
cix^j-i,k
〓i=1
dix^j-iとな
つており、乗算器66では低域フイルタ86の出
力であるαjを時不変フイルタ64の出力に乗ずる
ためαjk
〓i=1
cix^j-iが得られ、また乗算器65では低
域フイルタ86の出力信号αjを減算器87により
1から引いた値(1−αj)と時不変フイルタ63
の出力信号を乗ずるため(1−αj)k
〓i=1
dix^j-iが得
られている。このため、加算器67の出力信号は
αjk
〓i=1
cix^j-i+(1−αj)k
〓i=1
dix^j-iとなり、さらに後述
する様にαjは音声信号入力時には1に近く、デー
タモデム信号入力時には0に近くするため、減算
器21では入力信号xjが音声信号かデータモデム
信号かに応じて音声/データモデム信号の平均特
性に適した時不変予測信号をxjから引き去る。こ
のため減算器21の出力信号は音声信号/データ
モデム信号に拘わらず、入力信号が時間的に平均
特性から変動しているためにまだまだ高レベルの
信号を含んでおり、この信号から適応フイルタ6
1により時間的に特性を変えて量子化残差信号e^j
よりM
〓i=1
bj ie^j-iとして推測される信号を減算器22
で引き去り残差信号ejを発生する。この残差信号
e^jは量子化器3で加算器97の出力である量子化
幅△OPT jを用いて符号化され出力端子7から出力
される。さらに符号化された量子化残差信号njは
逆量子化器4により、加算器97の出力である量
子化幅△OPT jを用いて量子化残差信号e^jを発生す
る。この量子化残差信号e^jは適応フイルタ61に
入力されて次の標本時刻における推測値を得るた
めに用いられるとともに、加算器51で現在の推
測値を加え、かつ、加算器52により、加算器6
7の出力予測値を加えて局部復号信号x^jを発生
し、時不変予測フイルタ63および64に加え次
の標本時刻における予測値を得るために用いる。
さらに局部復号信号x^jは現時刻での時不変予測
フイルタ64,63の出力信号x(1) j,x(2) jと各々減
算器82,81で差を取られ、x(1) j−x^j,x(2) j−x^j
となり、これ等の信号はノルム回路84,85で
絶対値を取られ各々|x(1) j−x^j|,|x(2) j−x^j|と
なり、比較器85に入力される。
比較器85では
|x(1) j−x^j||x(2) j−x^j| の時 −1
|x(1) j−x^j|<|x(2) j−x^j| の時 +1
を発生するため、数式的には符号関数Sgnを用い
て
Sgn(|x(2) j−x^j|−|x(1) j−x^j|)
を発生するものと考えてよい。この出力は低域フ
イルタ86に通される。低域フイルタが1次フイ
ルタである場合は詳細は後述するが低域フイルタ
の演算は入力信号に利得gを乗じ、この信号と、
一標本時刻前の低域フイルタ出力信号に1より小
さい係数(1−δ)を乗じて加算することで実現
できるため、次の標本時刻での低域フイルタ86
の出力信号αj+1は
αj+1=(1−δ)αj+gSgn
(|x(2) j−x^j|−|x(1) j−x^j|)
となり、式(16)に一致する。このため、この回
路を用いれば音声信号入力時にはαj=1の近くの
値となりデータモデム信号入力時にはαj=0の近
くの値となる事が第1の発明のADPCMの方法で
詳述した様に理解されよう。
さらに、量子化器3および逆量子化器4で用い
た加算器97の出力である量子化幅△OPT jはβ乗
回路94により(△OTP j)〓となり、乗算器91では
この値と乗数発生回路90により得られる乗数M
(nj)が乗ぜられ、(△OPT j)〓M(nj)となつて、次
の標本時刻でレシスタ92に△j+1として格納さ
れる。現在の時刻においてはレジスタ92には△
jが蓄えられているため、低域フイルタ93では、
低域フイルタ86と同様、現在の出力値△AV jを用
いて次の標本時刻における出力値を
△AV j+1=(1−δ)△AV j+g△j
として計算する。このため、標本時刻j+1にお
いては、レジスタ92の出力△j+1に乗算器96
でαj+1を乗じられた値αj+1△j+1と、低域フイルタ
93の出力△AV j+1に乗算器95で(1−αj+1)を乗
ぜられた値(1−αj+1)△AV j+1とを加算器97で加
え合わせ、出力として
△OPT j+1=αj+1△j+1+(1−αj+1)△AV j+1
を得る。これは式(20)と一致し、時不変予測フ
イルタ64を音声用に、時不変予測フイルタ63
をデータモデム用に選択しておけば、第3の発明
のADPCMの方法の所で詳述した様にデータモデ
ム信号の符号化が高品質に行なわれる。
また、本発明のADPCM復号回路を第4図に示
す。第4図はADPCM符号入力端子8、逆量子化
器9、適応フイルタ111、加算器101,10
2、出力端子12、時不変予測フイルタ113,
114、減算器122,121、ノルム計算回路
123,124、比較器125、低域フイルタ1
26、減算器127、乗算器115,116、加
算器117、乗数発生回路130、乗算器13
1、レジスタ132、低域フイルタ133、乗算
器136,137、加算器138およびβ乗回路
134から構成されている。ここで逆量子化器
9、乗数回路130、乗算器131、レジスタ1
32、低域フイルタ133、乗算器136,13
7、加算器138、β乗回路134は第3図の逆
量子化器4、乗数回路90、乗算器91、レジス
タ92、低域フイルタ93、乗算器96,95、
加算器97、β乗回路94に各々対応し、また、
第4図の適応フイルタ111、加算器101,1
02、時不変予測フイルタ113,114、減算
器121,122、ノルム回路124,123、
比較回路125、低域フイルタ126、減算器1
27、乗算器116,115、加算器117は第
3図の適応フイルタ61、加算器51,52、時
不変予測フイルタ64,63、減算器82,8
1、ノルム回路84,83、比較回路85、低域
フイルタ86、減算器87、乗算器66,65、
加算器67に対応する。
いま端子8にADPCM符号njが入力されると、
逆量子化器9は加算器138の出力である△OPT j
を用いて量子化残差信号e^jを発生し、この信号に
適応フイルム111の出力を加算器101で加
え、かつ、加算器117の出力である時不変予測
フイルタによる予測値を加算器102で加えて復
号信号x^jを得、出力端子12に出力する。時不変
予測フイルタ113および114の出力は低域フ
イルタ126の出力であるαjと、減算器127の
出力である(1−αj)を各々乗算器116,11
7で乗ぜられて加算器117で加え合わせられる
ため、予測値は
αjk
〓i=1
cix^j-i+(1−αj)k
〓i=1
dix^j-i
で求められる。よつて出力端子12で得られる信
号x^jは適応フイルタ111が発生する推測値M
〓i=1
bj i
e^j-iとe^jを加えて次の様に得られる。
x^j=e^j+M
〓i=1
bj ie^j-i+αjk
〓i=1
cixj-i+(1−αj)k
〓i=1
dix^j-i
これよりe^jからxjまでの伝達関数を上式のZ変
換により求めると、
(1−αjk
〓i=1
ciZ-i−(1−αj)k
〓i=1
diZ-i×X(Z)=(1+M
〓i=1
bj iZ-i)E(Z)
よつて
となり、式(19)と一致する。このため、この予
測方法は伝送路ビツト誤りに強く、高品質な符号
化を可能にする事が理解されよう。αjの制御は減
算器122,121、ノルム回路124,12
3、比較回路125、低域フイルタ126の部分
で行なわれるが、この部分は第3図の減算器8
2,81、ノルム回路84,83、比較回路8
5、低域フイルタ86の部分と一致するため、符
号化回路の部分で説明した通り式(16)と一致す
る操作を行なう事になり、音声とデータ信号の双
方に対して高品質な符号化が可能となる。一方逆
量子化器9で用いられる量子化幅△OPT jの修正に
関する回路である乗数回路130、乗算回路13
1、レジスタ132、低域フイルタ133、乗算
器136,137、加算器138、β乗回路13
4は第3図における乗数回路90、乗算器91、
レジスタ92、低域フイルタ93、乗算器96,
95、加算器97、β乗回路94の部分と一致す
るため、符号化回路の部分で説明した通り式
(20)と一致する修正方法を行なうため、データ
モデム信号の符号化が高品質に行なえる様にな
る。
次に乗数発生回路90,130の構成方法につ
いて述べる。この回路はnjが与えられた時一意的
に表1に示す値M(nj)を出力する回路である。
このため、第5図の様な回路で構成できる。第5
図は入力端子200、絶対値回路201、読出専
用メモリ202、出力端子203から構成されて
おり、読出専用メモリにはアドレス0から7まで
に、アドレスをnjとした時のM(nj)の値を格納
しておく。絶対値回路はADPCM符号が極性絶対
値表示の場合は極性ビツトを省略するだけであ
る。よつて端子200にnjが入力されると絶対値
回路201で|nj|となり、|nj|で読出専用メ
モリ202をアクセスするとM(nj)を端子20
3から出力できる。また、β乗回路94および1
34の回路も読出専用メモリで実現できる。い
ま、量子化幅を9ビツト表現しているものとすれ
ば、512語容量の読出専用メモリを用意し、アド
レスn(0n<512)の語にn〓を格納しておけば
よい。
低域フイルタの構成はフイルタ次数を1次とし
た場合第6図の構成となる。第6図は入力端子3
00、乗算器301、加算器302、レジスタ3
03、乗算器304、出力端子305から構成さ
れており、この様な回路が低域フイルタとなる理
由はPrentice Hall,Inc,1975年発行のTheory
and Applications of Digital Signal
Processingに詳しい。いま、乗算器301の係数
をg、乗算器304の係数を(1−δ)とし、時
刻jでの入力をAj、出力をBjとすれば、次の標
本時刻(j+1)ではBjはレジスタ303に蓄
えられ、乗算器304で(1−δ)倍され、この
結果に入力信号Aj+iを乗算器301でg倍し、加
算器302で加え入まれた値が出力端子305に
Bj+1として出力されるため
Bj+1=(1−δ)Bj+gAj+1
という演算式で表現できる。このため、この形式
をADPCM回路の量子化幅の平滑化およびαjの平
滑化の説明に用いて来た。
以上見て来たように本発明のADPCM回路を用
いれば、音声信号とデータモデム信号の様に特性
の大幅に異なつた信号に対しても、伝送路ビツト
誤りに強い性質を保存したままで高品質な符号化
が可能である。
なお、説明の都合上、量子化の平滑化用低域フ
イルタと、αjの平滑化用低域フイルタの特性を双
方ともgと(1−δ)という同一パラメータで設
定したため、同一の特性を持つ事になつている
が、双方のフイルタの特性を変えたものも本発明
のうちであり、また、低域フイルタはすべて1次
巡回形フイルタを用いているが、高次巡回形フイ
ルタでも高次非巡回形フイルタでも本発明の本質
を変えないため本発明のうちである。さらに、ノ
ルム回路83,84,123,124はすべて絶
対値ノルムを用いているが、絶対値以外のノル
ム、例えば2乗ノルムや2乗平滑ノルム等を用い
てもよく、この様なものも本発明の一部である。[Table] If β is set as a positive constant smaller than 1 in equation (2), as long as the predictor is a time-invariant filter, △
〓 It is known that the calculation of j has the effect of leaking the past quantization width, making it resistant to bit errors in the transmission path. See page 1365. Inverse quantizers 4 and 9
When the N-bit output signal of the quantizer 3 and the transmitted N-bit quantizer output signal are inputted, x j outputs an M-bit reproduced input signal corresponding to the threshold value. =n j △ j +0.5△ j (3) The transmission signal is dequantized. The transfer functions of predictors 6 and 11 are the same, and if this is P(Z), then P(Z)= k 〓 i=1 a j i Z -i (4). Here, {a j i |i=1,...,k} is time j
If the predictor input signal at time j is x j and the inverse quantizer output signal is e j , each coefficient is changed so that e j 2 is minimized.
In other words, each coefficient changes from moment to moment as a j+1 i = (1-δ)a j i +g・e^ j・x^ ji (5). Here, δ and g are positive constants smaller than 1. A conventional adaptive differential PCM encoding and decoding method will be described below with reference to FIG. When the input signal sample value x j at time j is input to the adaptive differential PCM encoder from terminal 1, the subtracter 2 calculates the difference between the input signal x j and the output signal x^ j of the predictor 6, and the error signal e j
The signal is input to the quantizer 3 as a signal. As described above, the quantizer 3 converts e j into an N-bit code n j , which is output from the terminal 7 and simultaneously input to the inverse quantizer 4. The inverse quantizer 4 reproduces an M-bit error signal e^ j from nj . The reproduced error signal e^ j and the output x〓 j of the predictor 6 are added by the adder 5 to reproduce the quantized input signal e^ j . Thereafter, the quantization widths of the quantizer 3 and the inverse quantizer 4 and the coefficients of the predictor 6 are modified in order to encode the next input signal as described above. As mentioned above, the coefficients of the predictor are modified to minimize the power of the error signal e^ j , that is, e^ 2 j , so the e j signal has a smaller dynamic range than the x j signal, Considering that the same bits are used for encoding, the error generated by the quantizer 3 becomes smaller as the bit size becomes smaller, and more accurate encoding can be achieved. On the other hand, in a conventional decoder, the received quantized code n j is inputted from a terminal 8 and an inverse quantizer 9 generates a reproduced error signal e^ j . This e^ j and predictor 11
The outputs x^ j of are added by the adder 10 to synthesize x^ j , output to the output terminal 12, and added to the predictor 11 for predicting the next sample time. On the decoder side, the quantization width of the inverse quantizer is changed moment by moment based on the quantization code n j or the error signal e^ j , and x^ j
The coefficients of the predictor 11 are changed so as to minimize the difference between and x〓 j , that is, the power of e^ j . In the encoder and decoder, if the internal states of the inverse quantizers 4 and 9 and the predictors 6 and 11 match, e^ j , x^ j , x〓 of the encoder/decoder The values of j match. Therefore, even if the encoder and decoder are provided at a distance, the input signal x j applied to terminal 1 and x^ j output from terminal 12 will take almost the same value. By the way, a transmission line is formed between the terminal 7 of the encoder and the terminal 8 of the decoder, and there is a possibility that bit errors may occur in the transmission line due to thermal noise or the like. In this case, the decoder often falls into an unstable state and cannot recover. This can be explained as follows. Output terminal 1 from the output e^ j of the inverse quantizer 9 of the decoder
When the transfer function D(Z) up to 2 is obtained using equation (4) as the transfer function of the predictor 11, becomes. As mentioned above, a j i is a value calculated from e^ j , and when a transmission path bit error occurs, the correction value of the prediction coefficient of the predictor of the decoder is different from the prediction coefficient of the predictor of the encoder. The values will be different. Equation (6) has K poles determined by the prediction coefficients, and as a result of the above transmission line bit error, the position of the pole may move outside the unit circle on the Z plane. In such a situation, the decoder enters an oscillation state and cannot return to normal operation again. (Refer to the second document above) In order to eliminate this unstable state, the second document expands equation (6) as shown below to create an adaptive model with a transfer function that excludes the poles that move adaptively. A differential PCM encoder and decoder is realized. Here, the coefficient {a^ i } is a fixed constant and {b j i } is an adaptive coefficient. The term (1+ M 〓 i=1 b j i Z -i ) transforms equation (6) into (1
+ k 〓 i=1 a i Z -i ) is divided by the (M+1) term. If the fixed coefficient {a^ i } is selected to a value that suits the average nature of speech, the above-mentioned truncation error will be small, and there will be almost no deterioration in encoding quality. Here, a fixed coefficient {a^ i } that matches the average nature of the voice
The method for determining is detailed on page 498 of the above-mentioned first document. FIG. 2 shows a conventional adaptive differential PCM encoding and decoding circuit based on equation (7). FIG. 2 shows an encoder consisting of an input terminal 1, subtracters 21 and 22, a quantizer 3, an inverse quantizer 4, adders 51 and 52, an adaptive filter 61, a fixed filter 62, and an output terminal 7,
Input terminal 8, inverse quantizer 9, adders 101, 10
2, adaptive filter 111, fixed filter 112,
It consists of a decoder with an output terminal 12. Fixed filters 62 and 112 have the following transfer functions with the fixed prediction coefficients {a^ j } used in equation (7). P2(Z)= k 〓 i=1 a^ i Z -i (8) Furthermore, the adaptive filters 61 and 111 have the following transmission function. P1(Z)= M 〓 i=1 b j i Z -i (9) However, each adaptation coefficient is modified as follows,
The second document states that this is modified to minimize the power of the e j signal. b j+1 i = (1-δ)b j i +ge^ ji e^ j (10) Now, when input signal x j is input from terminal 1,
The subtracter 21 takes the difference from the output x〓 j of the fixed filter 62 to obtain y j , which is input to the subtracter 22. The subtracter 22 subtracts the output y〓 j of the adaptive filter from y j ,
It is added to quantizer 3. The quantizer 3 quantizes e j and outputs the code n j from the output terminal 7, and also adds it to the inverse quantizer 4, which generates a quantized error signal.
get e^ j . e^ j is input to the adaptive filter 61 and used for filter calculation at the next sampling time, and the output y〓 j of the adaptive filter 61 is added by the adder 51 and transmitted as y^ j to the adder 52. It will be done.
The adder 52 adds y^ j and x〓j to reproduce the quantized signal x^ j of the input signal xj , which is used for filter operation at the next sampling time. For this reason, the fixed filter 62
If the output of is suitable for the average behavior of the input signal, the amplitude level of the first error signal y j decreases, and the second error signal e j is obtained by subtracting the output of the adaptive filter 61 from this signal. becomes an even lower level signal. Generally speaking, the adaptive predictor 6 in FIG. 1 predicts the next input signal value from the reproduced quantized input value, whereas the adaptive filter 61 in FIG.
predicts the next input signal from the error signal, and the adaptive filter 61 shown in FIG. Therefore, the encoder shown in FIG. 2 can perform encoding as good as the encoder shown in FIG. 1 as a whole. Next, the operation of the decoder shown in FIG. 2 will be explained. When the quantization code is input from the input terminal 8, the inverse quantizer 9 reproduces the quantized error signal e^ j , inputs it to the adaptive filter 111, and uses it for the adaptive filter operation at the next sampling time, and , is added to the output y〓 j of the adaptive filter 111 by the adder 101 to reproduce y^ j .
y^ j is the output x〓 j of the fixed filter 112 and the adder 102
The encoder side input signal x^ j which is added and quantized by
, output terminal 12 and fixed filter 112
supplied to The transfer functions P1 (Z) and P2 (Z) of the adaptive filter 111 and fixed filter 112 are expressed by formula (8)
and as shown in equation (9), and the transfer function D(Z) from the output of the inverse quantizer 9 to the output terminal 12 is D(Z)=1+P1(Z)/1−P2(Z) (11) Therefore, it is consistent with Equation (7), and the adaptively moving pole is Z
Since it is not held on a flat surface, stable operation can be expected even if transmission line bit errors occur. However, although this method makes the decoder more resistant to bit errors in the transmission path, the truncation error in equation (7) becomes large when the input signal has characteristics significantly different from the average characteristics of speech. As a result, the encoding efficiency deteriorated. That is, for such an input signal, the level of the first error signal y j in FIG. 2 was sometimes higher than that of the input signal x j .
This is clear from the graph of input frequency vs. S/N ratio shown in Figure 6 on page 962 of the second document, and since the average nature of speech is that there are few high frequency components, It can be seen that the S/N ratio has significantly deteriorated. Furthermore, a data modem signal is an important voice band signal, but the characteristics of this signal are significantly different from voice signals, so the fixed prediction coefficients are also significantly different, and the bit error rate is higher than that of the data modem signal. This caused some inconvenience. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ADPCM method and a circuit thereof that do not become unstable due to transmission line bit errors and have good encoding characteristics for audio and other signals. In the method of the first invention, the input signal is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources each having different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, a predicted signal is generated from the input signal. quantizes the residual signal obtained by subtracting the quantized residual signal, transmits the quantization code of the quantized residual signal, and generates a locally decoded signal by adding the quantized residual signal and the predicted signal. , two time-invariant prediction functions
FP1(Z) and FP2(Z) are each determined by the average properties of the two signal sources, and the coefficient α is set from 0 to 1.
When changing between 1/{1−αFP1(Z)
-(1-α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are expressed as coefficient α , (1-α) to obtain the predicted signal, and the FP1
Find the distance between the input and output of (Z) and FP2 (Z), and if the distance obtained by the time-invariant prediction that is multiplied by α is smaller than the other distance, increase α,
If not, decrease α and 0≦α≦1
On the decoding side, the transmitted quantization code is dequantized to obtain a decoding side quantization residual signal, and this quantization residual signal and the decoding side predicted signal are A decoded signal is obtained by adding the signals, and from this decoded signal, the above-mentioned FP1 (Z) and FP2 (Z)
The decoding side prediction signal is generated by weighting the two predicted values obtained by the above based on the same rules as the transmission side. In the method of the first invention, the transfer function P of the predictor is
(Z) is K variables as shown in equation (4) {a j i | i
=1, 2,...k}, but instead use a time-invariant prediction filter FP1(Z), which is determined by the statistical average characteristics of two typical input signals.
Using FP2(Z) P(Z)=αFP1(Z)+(1−α)FP2(Z) (12) used as For example, when dealing with telephone signals etc.
For FP1 (Z), prepare a filter that matches the average audio signal, and for FP2 (Z), prepare a filter that matches the average data modem signal, so that α1 is used for audio input and α0 is used for data signal input. If controlled, both low-pass audio signals and band-pass data signals can be encoded with high fidelity.
ADPCM method can be realized. There are two problems when determining the predictor transfer function as shown in equation (12). First, when using equation (12), the decoder transfer function D(Z) is Therefore, when α changes, the question is whether equation (14) has poles only within the unit circle, and in general, 1/1-FP1(Z), 1/1-FP2(Z) (15) Even if there is a pole inside the unit circle, equation (14) may have a pole outside the unit circle, and if such a pole is outside the unit circle, the decoder will be in an oscillation state due to a transmission line bit error. fall into. Regarding this problem, we set the variation range of α from 0 to 1, find the root locus when α is varied from 0 to 1 in equation (14), and find the root locus that moves outside the unit circle. If so, modify {c i } or {d i } so that the root locus is within the unit circle. In this way, even if a transmission line bit error occurs and the internal states of the encoder/decoder become inconsistent and the decoder generates a large error, this error will be absorbed by the decoder whose poles are within the unit circle. Due to the transfer function, it decreases exponentially over time. Furthermore, even if the amount of correction of α differs between the encoder and decoder due to bit errors in the transmission path, in this method, which uses equation (14) in which the poles can move freely on the Z plane, the possible positions of the poles are only on the root locus. Therefore, no significant distortion of the transfer function occurs. The second problem is how to correct α. If the format is as shown in equation (4), the variables are coefficients that are multiplied by the tap output signal, and the tap output signals form an orthogonal basis in the signal space, so each variable can be treated as an independent variable. . For this reason, the formula
As shown in (5), an optimal solution can be obtained even if each variable is operated independently to minimize the energy of the residual signal. However, when using equation (12), there is only one variable, and FP1(Z), which is not an independent basis,
It is determined in relation to both FP2(Z).
Therefore, a more efficient α correction algorithm is required. Regarding this point, the present invention corrects this in the following manner. Time-invariant prediction filter
Since the input signals of FP1 and FP2 are locally decoded signals or decoded signals x^ j , they are considered to be approximately equal to the input signals to the ADPCM encoder. On the other hand, FP1, FP2
predicts the current input signal x j from the past K decoded signals by considering each signal to have two different characteristics, and these are designated x (1) j and x (2) j . Therefore, for example, when an input signal compatible with FP1 is input, x (1) j gives a good prediction of x j , and conversely, when an input signal compatible with FP2 is input, x (2) j is x^ j
It should give a good prediction. In order to modify α so as to increase the effect of the time-invariant prediction filter that gives a better prediction, if the value of α at time j is α j , then according to equation (5), α j +1 = (1−δ)α j +gSgn(‖x (2) j −x^ j ‖−‖
x (1) j −x^ j ‖) (16) However, δ and g are positive constants smaller than 1, Sgn(・) is a sign function, and ‖・‖ can be the norm. As an example , if we use the absolute value for the norm, then α j+1 = (
1−δ) α j +g {|x (2) j −x^ j ||x (1) j −x^ j | then α j+1 = (
1−δ) α j +g |x (2) j −x^ j |<|x (1) j −x^ j | When α j+1 = (1−δ
)α j −g}(17), which gives the correct result. Also, since the correction method is to increase the coefficient with the smaller norm, Equation (16)
A similar effect can be expected by using the following formula instead of . α j+1 =1+β j+1 α j+1 =1+β j+1 β j+1 =(1−δ)β j +g/2{1−Sgn(‖x (2) j −x^
j ‖ − ‖ It will be understood that efficient encoding is possible. In the ADPCM method of the second invention, the input signal is
This is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources each having different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the first
The residual signal obtained by subtracting the predicted signal and the second predicted signal is quantized, the quantization code of the quantized residual signal is transmitted, and the quantized residual signal and the first predicted signal are transmitted. The locally decoded signal is obtained by adding the signal and the second prediction signal, and the adaptive prediction function AP(Z)
is an adaptive prediction function in which {1+AP(Z)} has no poles and only adaptively moving zero points, and by this adaptive prediction from the quantized residual signal, the first
generate a prediction signal of two time-invariant prediction functions FP1
(Z) and FP2(Z) are each determined by the average properties of the two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1, 1/{1−αFP1(Z)−(1
−α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are expressed by coefficients α, (1 −α) to obtain the second predicted signal, and the FP1
Find the distance between the input and output of (Z) and FP2 (Z), and if the distance obtained by the time-invariant prediction that is multiplied by α is smaller than the other distance, increase α,
If not, decrease α and 0≦α≦1
On the decoding side, the transmitted quantization code is dequantized to obtain a decoding side quantization residual signal, and this quantization residual signal and the first decoding side prediction are A decoded signal is obtained by adding the signal and a second decoding side prediction signal, and the first decoding side prediction signal is obtained from the decoding side residual signal using the same adaptive prediction as the encoding side. and weighting the two predicted values obtained from the decoded signal by the FP1 (Z) and FP2 (Z) based on the same rules as the transmitting side to generate the second decoding side predicted signal. It is characterized by In the method of the second invention, in the conventional method,
Since the decoder transfer function D(Z) is expanded into fixed poles and adaptive zeros as shown in Equation (7), the transmission line bit errors are strengthened, but the nature of the input signal is a time-invariant prediction filter with fixed poles. The disadvantage of causing deterioration when the characteristics are significantly different from the characteristics of It is an expansion and improvement of D(Z), and realizes the following equation corresponding to equation (7). The methods shown in equations (16) and (17) can be applied to correct α j and b j i , respectively. If this method is applied to telephone signals and {c i } is selected as the time-invariant filter coefficient for voice, {d i ) is the time-invariant filter coefficient for data modem, α j will be approximately 1 when a voice signal is input.
Since α j is almost 0 when a data modem signal is input, the adaptive zero point only needs to correct the deviation from the statistical average of the voice or data signal, resulting in higher quality encoding. This is promising and can guarantee robustness against transmission path bit errors. In addition, if encoding with the same quality as the conventional method is sufficient, the value of M can be reduced, and ADPCM
The complexity of the method could also be reduced. In the ADPCM method of the third invention, the input signal is
This is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources with different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the residual signal obtained by subtracting the predicted signal from the input signal is quantized. ,
When transmitting the quantization code of the quantized residual signal, a first quantization width is determined based on the quantization code transmitted at the previous time and the quantization width used at the previous time. , the second quantization width determined from the time average value of the first quantization width is multiplied by coefficients α and (1−α), respectively, and the sum is set as the quantization width at the current time,
adding the quantized residual signal and the prediction signal to generate a locally decoded signal, and generating two time-invariant prediction functions;
FP1(Z) and FP2(Z) are each determined by the average properties of the two signal sources, and the coefficient α is set from 0 to 1.
When changing between 1/{1−αFP1(Z)
−(1−α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are The predicted signal is obtained by weighting α, (1−α), and the
Find the distance between the input and output of FP1 (Z) and FP2 (Z), and if the distance obtained by the time-invariant prediction that is multiplied by α is smaller than the other distance, increase α, otherwise decreases α, and 0≦
Control is performed so that α≦1, and on the decoding side, the transmitted quantized code is dequantized using the quantization width generated based on the same rules as on the encoding side, and then quantized on the decoding side. Obtain a residual signal, add this quantized residual signal and the decoding side prediction signal to obtain a decoded signal, and from this decoded signal,
It is characterized in that the two predicted values obtained by FP1(Z) and FP2(Z) are weighted based on the same rules as the transmitting side to generate the decoding side predicted signal. The method of the third invention is the method of the first invention with the addition of quantization width control, and is particularly suitable for communication channels where voice and data modem signals are transmitted together. The prediction method is as shown in equations (12), (13), and (16). Assuming that FP1 is a time-invariant prediction filter for voice and FP2 is a time-invariant prediction filter for data modem, FP1 and FP2 are designed to remove redundancy from the input signal, focusing on the predictability of voice and data modem, respectively. However, in addition to this, the present invention attempts to take advantage of this redundancy effect by paying attention to the amplitude distribution of voice and data modems. The amplitude distribution of speech is thought to be Laplace distributed (Prentice-Hall, Inc., 1978, published by
(See Digital Processing of Speech Signals P176) It is not uncommon for signals with amplitudes that are three times the standard deviation value or more to appear. Therefore, in order to perform adaptive quantization, it was necessary to modify the quantization width as shown in equation (2) to cause a significant change in the quantization width as shown in Table 1. On the other hand, the amplitude of a data modem signal does not fluctuate as sharply as a voice signal, and in fact, it is expressed by equation (2).
Correcting the quantization width by using this method will unnecessarily increase or decrease the quantization width for modem signals. For such applications, it is advantageous to smooth the quantization width obtained by equation (2). Therefore, when α j is close to 1 (when an audio signal is input), Equation (2) is used, and when α j is close to 0 (when a data modem signal is input), the smoothed quantization of Equation (2) is applied. It is preferable to give width. Therefore, the quantization width ΔOPT j+1 at time j+1 is given from the smoothed quantization widths ΔAV j+1 and Δj+1 as follows. △ OPT j+1 = α j+1 △ j+1 + (1−α j+1 ) △ AV j+1 △ j+1 = (△ OPT j )〓M(n j ) △ AV j+1 = (1−δ)△ AV j +g△ j (20) According to the present invention as described above, when an audio signal is input, the audio time-invariant prediction filter FP1 and Equation 2
In addition, when a data modem signal is input, it can be encoded using a time-invariant prediction filter for data FP2 and a smoothed quantization width, so both input signals Higher quality encoding can be expected. Furthermore, since the variable α j used to control the quantization width can be shared with the switching signal of the predictor, this method is simpler than a method in which only the quantization width is controlled independently, and the effect is considered to be about the same. In the ADPCM method of the fourth invention, the input signal is
This is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources each having different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the first
When the residual signal obtained by subtracting the predicted signal and the second predicted signal is quantized and the quantized code of the quantized residual signal is transmitted, the quantized code transmitted at the previous time and the quantized code transmitted at the previous time are α, (1− α) The value obtained by multiplying and adding the coefficients is set as the quantization width at the current time, and the quantized residual signal, the first predicted signal, and the second predicted signal are added to obtain a locally decoded signal, Adaptive prediction function AP(Z)
is an adaptive prediction function in which {1+AP(Z)} has no poles and only adaptively moving zero points, and by this adaptive prediction from the quantized residual signal, the first
generate a prediction signal of two time-invariant prediction functions FP1
(Z) and FP2(Z) are each determined by the average properties of the two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1, 1/{1−αFP1(Z)−(1
−α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are expressed by coefficients α, (1 −α) to obtain the second predicted signal, and the FP1
Find the distance between the input and output of (Z) and FP2 (Z), and if the distance obtained by the time-invariant prediction that is multiplied by α is smaller than the other distance, increase α,
If not, decrease α and 0≦α≦1
On the decoding side, the transmitted quantization code is dequantized using the quantization width generated based on the same rules as on the encoding side, and the decoding side quantization residual signal is obtained. and add this quantized residual signal, a first decoding side prediction signal, and a second decoding side prediction signal to obtain a decoded signal, and
Generate the first decoding side prediction signal from the decoding side residual signal using the same adaptive prediction as the encoding side, and generate the FP1 (Z), FP2 (Z) from the decoded signal.
The second decoding side predicted signal is generated by weighting the two predicted values obtained by the above based on the same rules as the transmitting side. The method of the fourth invention is the method of the second invention with the addition of quantization width control (Equation (20)), and this method is also suitable for communication channels where voice and data modem signal transmissions are mixed. It's a method. In this method, the prediction method is as shown in equation (12), equation (13), and equation (16),
FP1 is a time-invariant prediction filter for voice, FP2 is a time-invariant prediction filter for data modem, and the quantization width follows equation (20). Therefore, when an audio signal is input, the value of α j becomes close to 1, and the quantization width is calculated using equation (20).
Using a decision method that is advantageous for speech signals with Laplace distribution according to equation (2), and predicting the average characteristics of speech using the time-invariant filter FP1 from equation (16), and predicting the average characteristics and current characteristics using the adaptive filter, Since the correction is performed with the input signal, high-quality encoding can be expected. In addition, when a data modem signal is input, α j becomes a value close to zero, and the quantization width is selected from Equation (20) as △ AV , which is the smoothed quantization width obtained from Equation (2). In addition to being convenient for quantization of small modem signals, FP2 is selected as the time-invariant prediction filter according to equation (20), and the adaptive filter calculates the difference between the average modem signal characteristics and the current input modem signal characteristics. is corrected, enabling high-quality modem signal encoding. Furthermore, since the quantization width control parameter α j is shared with the time-invariant prediction switching parameter, the complexity of the control unit can be reduced. Next, a circuit for realizing the ADPCM method of the fourth invention will be described. A circuit that realizes the ADPCM method of the fourth invention includes a subtracter that generates a residual signal by subtracting a predicted signal from an input signal input at each sample time, and a circuit that adaptively converts the residual signal from the subtracter into a quantizer that performs quantization with a varying quantization width and generates a quantization code; an inverse quantizer that reproduces a quantized residual signal from the output of the quantizer; and a quantized residual signal of the output of the inverse quantizer. In the predictor of the ADPCM circuit, which consists of an adder that adds the difference signal and the predicted signal to generate a locally decoded signal, and a predictor that generates the predicted signal at the next sampling time from the locally decoded signal of the output of the adder, an adaptive quantum The quantization width determination section is configured to instantaneously adapt the quantization width currently in use to the input signal, multiply the quantization width obtained by a coefficient α, which will be described later, and use this result to apply the instantaneous quantization width to the input signal. The quantization width obtained by adapting the input signal to the quantization width obtained by time smoothing is multiplied by (1-α) and added to the quantization width at the next sampling time. In addition, the configuration of the predictor includes an adaptive filter that adaptively generates a signal to be input at the next sample time from the quantized residual signal, and a predictive signal that is input to the quantized residual signal. In addition, an adder that outputs a locally decoded signal or a decoded signal, a first time-invariant prediction filter that predicts an input signal from the locally decoded signal or decoded signal in accordance with the nature of the input signal that has large level fluctuations, and a second time-invariant prediction filter that predicts an input signal from the locally decoded signal or the decoded signal in accordance with the nature of the input signal that is not intense; a first multiplier that multiplies the output of the second time-invariant prediction filter by a variable α, a second multiplier that multiplies the output of the second time-invariant prediction filter by a variable (1-α), and outputs of the first multiplier and the second multiplier. The variable α, which is commonly used by the quantization width determining unit and the predictor, is controlled by multiplying the value of α by α in the range of 0 to 1. When the distance obtained by the invariant prediction filter is smaller than the other distance, α is increased,
The present invention is characterized by comprising means for controlling α to decrease when the distance obtained by the time-invariant prediction filter multiplied by α is larger than the other distance. The circuit of FIG. 3 directly corresponds to the circuit implementing the ADPCM method of the fourth invention, but if the quantization width control section is removed from the circuit of FIG. Corresponding to the circuit that implements the method, the ADPCM method of the third invention can be achieved by removing the adaptive filter that adaptively estimates the input signal from the quantized residual signal from the circuit part of FIG. Corresponding to the circuit for implementing the ADPCM method of the first invention, it is also easy to correspond to the circuit for implementing the ADPCM method of the first invention by removing the quantization width control section and the adaptive filter section from the circuit part of FIG. be understood. Therefore, below, a circuit implementing the ADPCM method of the fourth invention, which is the most complicated, will be described in detail. This will be explained below with reference to the drawings. FIG. 3 shows input terminal 1, subtracters 21 and 22, quantizer 3, inverse quantizer 4, adders 51 and 52, adaptive filter 61, fixed filters 63 and 64, multipliers 65 and 66, and adder 67. , subtracters 81, 82, norm calculation circuits 83, 84, comparator 85, low-pass filter 86, subtracter 87, multiplier generation circuit 90, multiplier 91, register 92, low-pass filter 93, β-power circuit 94, multiplication It consists of subtractors 95, 96, adder 97, and output terminal 7, and subtracters 21, 22,
Quantizer 3, inverse quantizer 4, adders 51, 52, and adaptive filter 61 are the same as the correspondingly numbered circuits in FIG. The norm calculation circuits 83 and 84 output the absolute value of the input signal to this circuit. The multiplier generating circuit 90 generates the multipliers shown in Table 1 (page 13), and the details will be described later.
The β-th power circuit raises the input signal to the β-th power, and the details of this circuit will be described later. The comparison circuit 85 is a circuit that generates ±g depending on the magnitude of two input signals. Hereinafter, the time-invariant prediction filter 64 is a K-order filter having a prediction coefficient {c i } suitable for speech, the time-invariant prediction filter 63 is a K-order filter having a prediction coefficient {d i } suitable for data, and The adaptive filter 61 has a coefficient M whose coefficient at time j is {b j i }
This will be explained as a time-varying filter. The operation at time j when x j is input to input terminal 1 will be described below. At this time, the outputs of the time-invariant prediction filters 64 and 63 are the past K of the adder 52, respectively.
k 〓 i=1 c i x^ ji , k 〓 i=1 d i x^ ji using the output signals is multiplied by the output of the time-invariant filter 64 to obtain α jk 〓 i=1 c i x^ ji , and in the multiplier 65, the output signal α j of the low-pass filter 86 is subtracted from 1 by the subtractor 87 to obtain the value ( 1−α j ) and time-invariant filter 63
By multiplying the output signals of (1−α j ) k 〓 i=1 d i x^ ji is obtained. Therefore, the output signal of the adder 67 is α jk 〓 i=1 c i x^ ji + (1−α j ) k 〓 i=1 d i x^ ji , and as described later, α j is the audio signal Since it is close to 1 when inputting and close to 0 when inputting a data modem signal, the subtracter 21 uses a time-invariant prediction suitable for the average characteristics of the voice/data modem signal depending on whether the input signal x j is a voice signal or a data modem signal. Subtract the signal from x j . Therefore, regardless of whether the output signal is an audio signal/data modem signal, the output signal of the subtracter 21 still contains a high-level signal because the input signal fluctuates from the average characteristic over time, and from this signal, the adaptive filter 6
1, the quantized residual signal e^ j
The signal estimated as M 〓 i=1 b j i e^ ji is subtracted by the subtractor 22.
A subtracted residual signal e j is generated. This residual signal
e^ j is encoded by the quantizer 3 using the quantization width Δ OPT j which is the output of the adder 97, and is output from the output terminal 7. Furthermore, the encoded quantized residual signal n j is used by the inverse quantizer 4 to generate a quantized residual signal e^ j using the quantization width ΔOPT j that is the output of the adder 97. This quantized residual signal e^ j is input to the adaptive filter 61 and used to obtain the estimated value at the next sampling time, and the adder 51 adds the current estimated value, and the adder 52 adds the estimated value at the next sampling time. Adder 6
7 to generate a locally decoded signal x^ j , which is applied to time-invariant prediction filters 63 and 64 and used to obtain the predicted value at the next sample time. Furthermore, the difference between the local decoded signal x^ j and the output signals x (1) j and x (2) j of the time-invariant prediction filters 64 and 63 at the current time is taken by subtracters 82 and 81, respectively, and x (1) j −x^ j , x (2) j −x^ j
The absolute values of these signals are taken by the norm circuits 84 and 85 and become |x (1) j −x^ j |, |x (2) j −x^ j |, respectively, which are input to the comparator 85. Ru. In the comparator 85, −1 when |x (1) j −x^ j ||x ( 2) j −x ^ j | |<|x (2) j −x To generate +1 when ^ j |, mathematically we use the sign function Sgn to generate Sgn(|x (2) j −x^ j |−|x (1) j −x^ j |) You can think of it as a thing. This output is passed to a low pass filter 86. If the low-pass filter is a first-order filter, details will be described later, but the operation of the low-pass filter is to multiply the input signal by the gain g, and to combine this signal with
This can be achieved by multiplying the low-pass filter output signal one sample time before by a coefficient (1-δ) smaller than 1 and adding it.
The output signal α j+1 of is α j+1 = (1−δ)α j +gSgn (|x (2) j −x^ j |−|x (1) j −x^ j |), and the formula ( 16). Therefore, if this circuit is used, when inputting an audio signal, α j = a value close to 1, and when inputting a data modem signal, α j = a value close to 0, as detailed in the ADPCM method of the first invention. I hope you understand. Further, the quantization width △ OPT j which is the output of the adder 97 used in the quantizer 3 and the inverse quantizer 4 is changed to (△ OTP j )〓 by the β power circuit 94, and the multiplier 91 uses this value and the multiplier Multiplier M obtained by generation circuit 90
(n j ) is multiplied to become ( ΔOPT j )〓M(n j ), which is stored in the register 92 as Δ j+1 at the next sample time. At the current time, the register 92 contains △
Since j is stored, in the low-pass filter 93,
Similar to the low-pass filter 86, the current output value ΔAV j is used to calculate the output value at the next sample time as ΔAV j+1 =(1−δ) ΔAV j + gΔj . Therefore, at sample time j+ 1 , the multiplier 96
The value α j +1 △ j+1 obtained by multiplying α j+1 by α j+1 and the value ( 1−α j+1 )△ AV j+1 are added together in an adder 97, and the output is △ OPT j+1 = α j+1 △ j+1 + (1−α j+1 )△ AV j+ Get 1 . This agrees with equation (20), and the time-invariant prediction filter 64 is used for voice and the time-invariant prediction filter 63 is used for voice.
is selected for the data modem, the data modem signal can be encoded with high quality as detailed in the ADPCM method of the third invention. Further, an ADPCM decoding circuit according to the present invention is shown in FIG. FIG. 4 shows an ADPCM code input terminal 8, an inverse quantizer 9, an adaptive filter 111, and adders 101 and 10.
2, output terminal 12, time-invariant prediction filter 113,
114, subtractor 122, 121, norm calculation circuit 123, 124, comparator 125, low-pass filter 1
26, subtracter 127, multipliers 115, 116, adder 117, multiplier generation circuit 130, multiplier 13
1, a register 132, a low-pass filter 133, multipliers 136, 137, an adder 138, and a β-power circuit 134. Here, inverse quantizer 9, multiplier circuit 130, multiplier 131, register 1
32, low-pass filter 133, multiplier 136, 13
7. The adder 138 and the β power circuit 134 are the inverse quantizer 4, multiplier circuit 90, multiplier 91, register 92, low-pass filter 93, multipliers 96, 95,
Corresponding to the adder 97 and the β-power circuit 94, respectively, and
Adaptive filter 111 and adder 101,1 in FIG.
02, time-invariant prediction filters 113, 114, subtracters 121, 122, norm circuits 124, 123,
Comparison circuit 125, low-pass filter 126, subtracter 1
27, multipliers 116, 115, and adder 117 are the adaptive filter 61 shown in FIG.
1, norm circuits 84, 83, comparison circuit 85, low-pass filter 86, subtractor 87, multiplier 66, 65,
Corresponds to adder 67. Now, when ADPCM code n j is input to terminal 8,
The inverse quantizer 9 is the output of the adder 138 △ OPT j
is used to generate a quantized residual signal e^ j , the output of the adaptive film 111 is added to this signal in the adder 101, and the predicted value by the time-invariant prediction filter, which is the output of the adder 117, is added to the signal in the adder 102. In addition, a decoded signal x^ j is obtained and outputted to the output terminal 12. The outputs of the time-invariant prediction filters 113 and 114 are the outputs of the low-pass filter 126, α j , and the outputs of the subtracter 127, (1−α j ), respectively.
7 and added in the adder 117, the predicted value is obtained by α jk 〓 i=1 c i x^ ji + (1−α j ) k 〓 i=1 d i x^ ji . Therefore, the signal x^ j obtained at the output terminal 12 is the estimated value M 〓 i=1 b j i
By adding e^ ji and e^ j , we get the following. x^ j =e^ j + M 〓 i=1 b j i e^ ji +α jk 〓 i=1 c i x ji + (1−α j ) k 〓 i=1 d i x^ ji From this e^ When the transfer function from j to x j is found by the Z transformation in the above formula, (1−α jk 〓 i=1 c i Z -i −(1−α j ) k 〓 i=1 d i Z -i × X(Z)=(1+ M 〓 i=1 b j i Z -i )E(Z) Yotsute , which matches Equation (19). Therefore, it will be understood that this prediction method is resistant to transmission path bit errors and enables high-quality encoding. α j is controlled by subtracters 122, 121, norm circuits 124, 12
3. This is done in the comparator circuit 125 and low-pass filter 126, but this part is performed by the subtracter 8 in FIG.
2, 81, norm circuit 84, 83, comparison circuit 8
5. Since it matches the part of the low-pass filter 86, the operation that matches equation (16) as explained in the coding circuit part is performed, and high-quality coding is achieved for both voice and data signals. becomes possible. On the other hand, a multiplier circuit 130 and a multiplication circuit 13 are circuits related to correction of the quantization width △ OPT j used in the inverse quantizer 9.
1, register 132, low-pass filter 133, multipliers 136, 137, adder 138, β-power circuit 13
4 is a multiplier circuit 90 and a multiplier 91 in FIG.
register 92, low-pass filter 93, multiplier 96,
95, the adder 97, and the β-power circuit 94, and as explained in the encoding circuit section, the modification method consistent with equation (20) is performed, so the data modem signal can be encoded with high quality. It will look like this. Next, a method of configuring the multiplier generating circuits 90 and 130 will be described. This circuit is a circuit that uniquely outputs the value M(n j ) shown in Table 1 when n j is given.
Therefore, it can be configured with a circuit as shown in FIG. Fifth
The figure is composed of an input terminal 200, an absolute value circuit 201, a read-only memory 202, and an output terminal 203 . Store the value of . The absolute value circuit simply omits the polarity bit when the ADPCM code is a polarity absolute value display. Therefore, when n j is input to the terminal 200, it becomes |n j | in the absolute value circuit 201, and when the read-only memory 202 is accessed with |n j |, M(n j ) is input to the terminal 200.
It can be output from 3. In addition, the β power circuit 94 and the
34 circuits can also be realized with read-only memory. Assuming that the quantization width is represented by 9 bits, it is sufficient to prepare a read-only memory with a capacity of 512 words and store n〓 in the word at address n (0n<512). The configuration of the low-pass filter is as shown in FIG. 6 when the filter order is set to 1st order. Figure 6 shows input terminal 3
00, multiplier 301, adder 302, register 3
03, a multiplier 304, and an output terminal 305.The reason why such a circuit becomes a low-pass filter is explained in Theory published by Prentice Hall, Inc., 1975.
and Applications of Digital Signal
Familiar with Processing. Now, if the coefficient of the multiplier 301 is g, the coefficient of the multiplier 304 is (1-δ), the input at time j is A j , and the output is B j , then at the next sample time (j+1), B j is stored in the register 303 and multiplied by (1-δ) by the multiplier 304. To this result, the input signal A j+i is multiplied by g in the multiplier 301, and the added value is added to the output terminal 305. to
Since it is output as B j+1 , it can be expressed by the arithmetic expression B j+1 = (1-δ)B j +gA j+1 . Therefore, this format has been used to explain the smoothing of the quantization width and the smoothing of α j in the ADPCM circuit. As we have seen above, if the ADPCM circuit of the present invention is used, it can handle signals with widely different characteristics, such as voice signals and data modem signals, while maintaining high resistance to transmission line bit errors. High-quality encoding is possible. For convenience of explanation, the characteristics of the smoothing low-pass filter for quantization and the low-pass filter for smoothing α j were both set with the same parameters g and (1-δ), so the same characteristics were set. However, in the present invention, the characteristics of both filters are changed.Furthermore, all low-pass filters use first-order cyclic filters, but high-order cyclic filters also have high-order cyclic filters. The following acyclic filter is also included in the present invention because it does not change the essence of the present invention. Further, although the norm circuits 83, 84, 123, and 124 all use an absolute value norm, they may also use a norm other than the absolute value, such as a square norm or a square smooth norm. It is part of the invention.
第1図は従来の基本的なADPCMの回路を示す
図、第2図は従来の基本的なADPCM回路を伝送
路ビツト誤りに強くした従来ADPCMの図、第3
図は本発明のADPCM符号化回路を示す図、第4
図は本発明のADPCM復号化回路を示す図、第5
図は第3図、第4図で用いられた回路を示す図、
第6図は第3図、第4図で用いられた回路を示す
図である。
第3図において、21,22,81,82,8
7…減算器、3…量子化器、4…逆量子化器、5
1,52,67,97…加算器、61…適応フイ
ルタ、63,64…時不変予測フイルタ、83,
84…ノルム回路、85…比較器、86,93…
低域フイルタ、65,66,95,96,91…
乗算器、90…乗数回路、92…レジスタ、94
…β乗回路である。第4図において、122,1
21,127…減算器、9…逆量子化器、10
1,102,138,117…加算器、111…
適応フイルタ、113,114…時不変予測フイ
ルタ、124,125…ノルム回路、123…比
較器、126,133…低域フイルタ、116,
115,136,137,131…乗算器、13
0…乗数回路、132…レジスタ、134…β乗
回路である。
Figure 1 is a diagram showing a conventional basic ADPCM circuit, Figure 2 is a diagram of a conventional ADPCM that is a conventional basic ADPCM circuit that is resistant to transmission line bit errors, and Figure 3
Figure 4 shows the ADPCM encoding circuit of the present invention.
Figure 5 shows the ADPCM decoding circuit of the present invention.
The figure shows the circuit used in Figures 3 and 4,
FIG. 6 is a diagram showing the circuit used in FIGS. 3 and 4. In Figure 3, 21, 22, 81, 82, 8
7...Subtractor, 3...Quantizer, 4...Dequantizer, 5
1, 52, 67, 97... Adder, 61... Adaptive filter, 63, 64... Time-invariant prediction filter, 83,
84...Norm circuit, 85...Comparator, 86, 93...
Low-pass filter, 65, 66, 95, 96, 91...
Multiplier, 90... Multiplier circuit, 92... Register, 94
...It is a β-th power circuit. In Figure 4, 122,1
21, 127...Subtractor, 9...Dequantizer, 10
1, 102, 138, 117...Adder, 111...
Adaptive filter, 113, 114... Time-invariant prediction filter, 124, 125... Norm circuit, 123... Comparator, 126, 133... Low-pass filter, 116,
115, 136, 137, 131...multiplier, 13
0...multiplier circuit, 132...register, 134...β power circuit.
Claims (1)
信号源から得られる信号を標本時刻毎にデイジタ
ル化した信号であり、符号化側においては、前記
入力信号から予測信号を引き去つて得られる残差
信号を量子化し、量子化された残差信号の量子化
符号を伝送するとともに、前記量子化された残差
信号と前記予測信号を加えて局部復号信号を生成
し、2つの時不変予測関数FP1(Z),FP2(Z)
は各々前記2つの信号源の平均的性質により定ま
り、かつ係数αを0から1の間で変化させたとき
に、1/{1−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)}
がZ平面上の単位円内にのみ極をもつ予測関数で
あり、前記局部復号信号から前記2つの時不変予
測により得られる2つの予測値を係数α,(1−
α)で重みづけすることにより前記予測信号を得
るとともに、前記FP1(Z),FP2(Z)の入力と
出力との距離を各々求め、αが乗ぜられる方の時
不変予測で得られた距離が他方の距離より小さい
ときはαを増加させ、そうでないときはαを減少
させ、かつ0≦α≦1となるように制御し、復号
化側においては、伝送されてきた量子化符号を逆
量子化して復号化側量子化残差信号を得、この量
子化残差信号と復号化側予測信号とを加算して復
号信号を得るとともに、この復号信号から前記
FP1(Z),FP2(Z)により得られる2つの予測
値を送信側と同一の規則にもとづいて重みづけし
て前記復号化側予測信号を生成することを特徴と
する時不変予測組合せ型ADPCM符号化復号化方
法。 2 入力信号は、各々統計的性質が異なる2つの
信号源から得られる信号を標本時刻毎にデイジタ
ル化した信号であり、符号化側においては、前記
入力信号から第1の予測信号と第2の予測信号と
を引き去つて得られる残差信号を量子化し、量子
化された残差信号の量子化符号を伝送するととも
に、前記量子化残差信号と第1の予測信号と第2
の予測信号とを加算して局部復号信号を得、適応
予測関数AP(Z)は{1+AP(Z)}が極を有せ
ず適応的に動く零点のみをもつ適応予測関数であ
り、前記量子化された残差信号からこの適応予測
により、前記第1の予測信号を生成し、2つの時
不変予測関数FP1(Z),FP2(Z)は各々前記2
つの信号源の平均的性質により定まり、かつ係数
αを0から1の間で変化させたときに、1/{1
−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)}がZ平面上の
単位円内にのみ極をもつ予測関数であり、前記局
部復号信号から前記2つの時不変予測により得ら
れる2つの予測値を係数α,(1−α)で重みづ
けすることにより前記第2の予測信号を得るとと
もに、前記FP1(Z),FP2(Z)の入力と出力と
の距離を各々求め、αが乗ぜられる方の時不変予
測で得られた距離が他方の距離より小さいときは
αを増加させ、そうでないときはαを減少させ、
かつ0≦α≦1となるように制御し、復号化側に
おいては、伝送されてきた量子化符号を逆量子化
して復号化側量子化残差信号を得、この量子化残
差信号と第1の復号化側予測信号と第2の復号化
側予測信号とを加算して復号信号を得るととも
に、前記復号化側残差信号から符号化側と同一の
適応予測を用いて前記第1の復号化側予測信号を
生成し、前記復号信号から前記FP1(Z),FP2
(Z)により得られる2つの予測値を送信側と同
一の規則にもとづいて重みづけして前記第2の復
号化側予測信号を生成することを特徴とする時不
変予測組合せ型ADPCM符号化復号化方法。 3 入力信号は、各々統計的性質が異なる2つの
信号源から得られる信号を標本時刻毎にデイジタ
ル化した信号であり、符号化側においては、前記
入力信号から予測信号を引き去つて得られる残差
信号を量子化し、量子化された残差信号の量子化
符号を伝送する際に、前時刻に伝送された量子化
符号と前時刻に用いられた量子化幅をもとにして
定められる第1の量子化幅と、第1の量子化幅の
時間平均値より定まる第2の量子化幅に、各々
α,(1−α)の係数を乗じて加算した値を現時
刻の量子化幅とし、前記量子化された残差信号と
前記予測信号を加えて局部復号信号を生成し、2
つの時不変予測関数FP1(Z),FP2(Z)は各々
前記2つの信号源の平均的性質により定まり、か
つ係数αを0から1の間で変化させたときに、
1/{1−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)}がZ
平面上の単位円内にのみ極をもつ予測関数であ
り、前記局部復号信号から前記2つの時不変予測
により得られる2つの予測値を前記係数α,(1
−α)で重みづけすることにより前記予測信号を
得るとともに、前記FP1(Z),FP2(Z)の入力
と出力との距離を各々求め、αが乗ぜられる方の
時不変予測で得られた距離が他方の距離より小さ
いときはαを増加させ、そうでないときはαを減
少させ、かつ0≦α≦1となるように制御し、復
号化側においては、伝送されてきた量子化符号
を、符号化側と同一の規則にもとづいて生成され
た量子化幅により逆量子化して復号化側量子化残
差信号を得、この量子化残差信号と復号化側予測
信号とを加算して復号信号を得るとともに、この
復号信号から前記FP1(Z),FP2(Z)により得
られる2つの予測値を送信側と同一の規則にもと
づいて重みづけして前記復号化側予測信号を生成
することを特徴とする時不変予測組合せ型
ADPCM符号化復号化方法。 4 入力信号は、各々統計的性質が異なる2つの
信号源から得られる信号を標本時刻毎にデイジタ
ル化した信号であり、符号化側においては、前記
入力信号から第1の予測信号と第2の予測信号と
を引き去つて得られる残差信号を量子化し、量子
化された残差信号の量子化符号を伝送する際に、
前時刻に伝送された量子化符号と前時刻に用いら
れた量子化幅をもとにして定められる第1の量子
化幅と、第1の量子化幅の時間平均値より定まる
第2の量子化幅に、各々α,(1−α)の係数を
乗じて加算した値を現時刻の量子化幅とし、前記
量子化された残差信号と第1の予測信号と第2の
予測信号とを加算して局部復号信号を得、適応予
測関数AP(Z)は{1+AP(Z)}が極を有せず
適応的に動く零点のみをもつ適応予測関数であ
り、前記量子化された残差信号からこの適応予測
により、前記第1の予測信号を生成し、2つの時
不変予測関数FP1(Z),FP2(Z)は各々前記2
つの信号源の平均的性質により定まり、かつ係数
αを0から1の間で変化させたときに、1/{1
−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)}がZ平面上の
単位円内にのみ極をもつ予測関数であり、前記局
部復号信号から前記2つの時不変予測により得ら
れる2つの予測値を係数α,(1−α)で重みづ
けすることにより前記第2の予測信号を得るとと
もに、前記FP1(Z),FP2(Z)の入力と出力と
の距離を各々求め、αが乗ぜられる方の時不変予
測で得られた距離が他方の距離より小さいときは
αを増加させ、そうでないときはαを減少させ、
かつ0≦α≦1となるように制御し、復号化側に
おいては、伝送されてきた量子化符号を符号化側
と同一の規則にもとづいて生成された量子化幅に
より逆量子化して復号化側量子化残差信号を得、
この量子化残差信号と第1の復号化側予測信号と
第2の復号化側予測信号とを加算して復号信号を
得るとともに、前記復号化側残差信号から符号化
側と同一の適応予測を用いて前記第1の復号化側
予測信号を生成し、前記復号信号から前記FP1
(Z),FP2(Z)により得られる2つの予測値を
送信側と同一の規則にもとづいて重みづけして前
記第2の復号化側予測信号を生成することを特徴
とする時不変予測組合せ型ADPCM符号化復号化
方法。[Claims] 1. The input signal is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources each having different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, a predicted signal is obtained from the input signal. quantizing the residual signal obtained by subtracting, transmitting a quantization code of the quantized residual signal, and adding the quantized residual signal and the prediction signal to generate a locally decoded signal, Two time-invariant prediction functions FP1(Z), FP2(Z)
are determined by the average properties of the two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1, 1/{1-αFP1(Z)-(1-α)FP2(Z)}
is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are expressed as coefficients α, (1−
The predicted signal is obtained by weighting with α), and the distance between the input and output of FP1 (Z) and FP2 (Z) is determined respectively, and the distance obtained by the time-invariant prediction that is multiplied by α is calculated. is smaller than the other distance, α is increased, otherwise α is decreased, and controlled so that 0≦α≦1. On the decoding side, the transmitted quantization code is reversed. Quantize to obtain a decoding side quantized residual signal, add this quantized residual signal and a decoding side prediction signal to obtain a decoded signal, and from this decoded signal,
A time-invariant prediction combination type ADPCM characterized in that the two predicted values obtained by FP1(Z) and FP2(Z) are weighted based on the same rules as the transmitting side to generate the decoding side predicted signal. Encoding/decoding method. 2. The input signal is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources with different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the first predicted signal and the second predicted signal are extracted from the input signal. A residual signal obtained by subtracting the predicted signal is quantized, a quantization code of the quantized residual signal is transmitted, and the quantized residual signal, the first predicted signal, and the second predicted signal are quantized.
The adaptive prediction function AP(Z) is an adaptive prediction function in which {1+AP(Z)} has no poles and only adaptively moving zero points. The first prediction signal is generated from the converted residual signal by this adaptive prediction, and the two time-invariant prediction functions FP1 (Z) and FP2 (Z) are
determined by the average properties of two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1,
−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two time-invariant predictions obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are The second predicted signal is obtained by weighting the predicted value with coefficients α and (1-α), and the distances between the input and output of FP1 (Z) and FP2 (Z) are determined, and α is If the distance obtained by the time-invariant prediction of the one to be multiplied is smaller than the other distance, increase α, otherwise decrease α,
and 0≦α≦1. On the decoding side, the transmitted quantization code is dequantized to obtain a decoding side quantization residual signal, and this quantization residual signal and the A decoded signal is obtained by adding the first decoding side prediction signal and the second decoding side prediction signal, and the first decoding side prediction signal is added using the same adaptive prediction as the encoding side from the decoding side residual signal. A decoding side prediction signal is generated, and the FP1 (Z) and FP2 are calculated from the decoded signal.
A time-invariant predictive combination type ADPCM encoding decoding characterized in that the two predicted values obtained by (Z) are weighted based on the same rules as the transmitting side to generate the second decoding side predicted signal. method. 3. The input signal is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources with different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the residual signal obtained by subtracting the predicted signal from the input signal is When quantizing the difference signal and transmitting the quantization code of the quantized residual signal, the quantization code is determined based on the quantization code transmitted at the previous time and the quantization width used at the previous time. The quantization width at the current time is the value obtained by multiplying the quantization width of 1 and the second quantization width determined by the time average value of the first quantization width by coefficients α and (1-α), respectively. and adding the quantized residual signal and the prediction signal to generate a locally decoded signal, 2
The two time-invariant prediction functions FP1(Z) and FP2(Z) are each determined by the average properties of the two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1,
1/{1-αFP1(Z)-(1-α)FP2(Z)} is Z
It is a prediction function that has a pole only within a unit circle on a plane, and the two predicted values obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are calculated by the coefficients α, (1
- α) to obtain the predicted signal, and also calculate the distances between the input and output of FP1 (Z) and FP2 (Z), respectively, and obtain the time-invariant prediction of the one multiplied by α. When the distance is smaller than the other distance, α is increased, otherwise α is decreased, and the control is performed so that 0≦α≦1. On the decoding side, the transmitted quantization code is , obtain a decoding side quantized residual signal by inverse quantization using a quantization width generated based on the same rules as the encoding side, and add this quantized residual signal and the decoding side predicted signal. A decoded signal is obtained, and the two predicted values obtained from the decoded signal by FP1 (Z) and FP2 (Z) are weighted based on the same rules as the transmitting side to generate the decoding side predicted signal. A time-invariant predictive combination type characterized by
ADPCM encoding/decoding method. 4. The input signal is a signal obtained by digitizing signals obtained from two signal sources each having different statistical properties at each sample time, and on the encoding side, the first predicted signal and the second predicted signal are extracted from the input signal. When quantizing the residual signal obtained by subtracting the predicted signal and transmitting the quantization code of the quantized residual signal,
A first quantization width determined based on the quantization code transmitted at the previous time and the quantization width used at the previous time, and a second quantization determined from the time average value of the first quantization width. The value obtained by multiplying the quantization width by coefficients α and (1−α), respectively, is set as the quantization width at the current time, and the quantized residual signal, the first predicted signal, and the second predicted signal are The adaptive prediction function AP(Z) is an adaptive prediction function in which {1+AP(Z)} has no poles and only adaptively moving zero points, and the above-mentioned quantized residual The first prediction signal is generated from the difference signal by this adaptive prediction, and the two time-invariant prediction functions FP1 (Z) and FP2 (Z) are
determined by the average properties of two signal sources, and when the coefficient α is varied between 0 and 1,
−αFP1(Z)−(1−α)FP2(Z)} is a prediction function that has a pole only within the unit circle on the Z plane, and the two time-invariant predictions obtained from the locally decoded signal by the two time-invariant predictions are The second predicted signal is obtained by weighting the predicted value with coefficients α and (1-α), and the distances between the input and output of FP1 (Z) and FP2 (Z) are determined, and α is If the distance obtained by the time-invariant prediction of the one to be multiplied is smaller than the other distance, increase α, otherwise decrease α,
and 0≦α≦1, and on the decoding side, the transmitted quantization code is dequantized using the quantization width generated based on the same rules as on the encoding side and decoded. Obtain the side quantized residual signal,
A decoded signal is obtained by adding this quantized residual signal, a first decoding side prediction signal, and a second decoding side prediction signal, and the same adaptation as the encoding side is obtained from the decoding side residual signal. generating the first decoding side prediction signal using prediction; and generating the FP1 from the decoded signal.
A time-invariant prediction combination characterized in that the second predicted signal on the decoding side is generated by weighting the two predicted values obtained by (Z) and FP2(Z) based on the same rules as on the transmitting side. Type ADPCM encoding/decoding method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18112782A JPS5970329A (en) | 1982-10-15 | 1982-10-15 | Method and circuit of time-unchanged forecasting combination type adpcm |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18112782A JPS5970329A (en) | 1982-10-15 | 1982-10-15 | Method and circuit of time-unchanged forecasting combination type adpcm |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5970329A JPS5970329A (en) | 1984-04-20 |
| JPS64857B2 true JPS64857B2 (en) | 1989-01-09 |
Family
ID=16095334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18112782A Granted JPS5970329A (en) | 1982-10-15 | 1982-10-15 | Method and circuit of time-unchanged forecasting combination type adpcm |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5970329A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2507431B2 (en) * | 1987-06-01 | 1996-06-12 | 株式会社日立製作所 | ADPCM encoding / decoding method |
-
1982
- 1982-10-15 JP JP18112782A patent/JPS5970329A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5970329A (en) | 1984-04-20 |
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