JP3143359B2 - 音声符号化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高能率の音声符号化方法
に関し、特に適応パルス符号変調（AdaptivePulse Code
Modulation、以下「ＡＰＣＭ」と称す。）方法、及び
適応差分パルス符号変調（Adaptive Differential Puls
e Code Modulation、以下「ＡＤＰＣＭ」と称す。）方
法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声の帯域圧縮方法として、ＡＤＰＣＭ
方法がある。この方法は音声の隣接標本間、例えば時間
ｔ₁と時間ｔ₂の音声データにおいて、時間ｔ₁に算出し
た予測値と時間ｔ₂における音声信号との差分をとり、
この差分を符号化してＡＤＰＣＭ符号とすることによっ
て音声を圧縮し、次にその符号を復号することによっ
て、差分信号の量子化値を得、その値を逐次加算するこ
とで通常のＰＣＭ符号形式の音声を再生する方法であ
る。また、ＡＤＰＣＭ方法は差分信号の量子化値を得る
際に必要となる量子化幅をＡＤＰＣＭ符号に応じて適宜
変化させていくことを特徴としている。

【０００３】図５は従来のＡＤＰＣＭ方法を実現するＡ
ＤＰＣＭ符号化装置４、及びＡＤＰＣＭ復号化装置５の
概略構成図であり、以下に各構成の機能を順次説明す
る。尚、以下で用いるｎは整数であるとする。

【０００４】第１加算器４１はＡＤＰＣＭ符号化装置４
に入力された信号ｘ_nと予測信号ｙ_nの差分ｄ_nを、数１

【０００５】

【数１】

【０００６】に従って求める。

【０００７】量子化器４２は第１加算器４１で求められ
た差分ｄ_nを数２、及び数３

【０００８】

【数２】

【０００９】

【数３】

【００１０】に従って適当な量子化幅Δ_nに基づいて、
量子化値ｑ_nを求める機能を有する。

【００１１】次に符号化器４３は量子化値ｑ_nを符号化
して符号Ｌ_n（尚、Ｌ_n＝Ａ_nとする。）をメモリ６に出
力する。

【００１２】また、第１量子化幅更新器４４は数４

【００１３】

【数４】

【００１４】に従って適応的に量子化幅を変更・更新
し、その量子化値Δ_n+1は次の量子化の際に用いるた
め、量子化器４２に送られる。

【００１５】ここで、表１は数４に用いられる乗数Ｍ
（Ｌ_n） と符号Ｌ_nの関係を表した表である。

【００１６】

【表１】

【００１７】一方、第２加算器４５は数５

【００１８】

【数５】

【００１９】に従って復号化信号ｗ_nを求め、この復号
化信号ｗ_nは第１予測器４６に送られる。

【００２０】第１予測器４６は復号化信号ｗ_nを１サン
プルだけ遅延させることによって次の予測信号ｙ_n+1を
求め、この予測信号ｙ_n+1は第１加算器４１に送られ、
この第１加算器４１以降の処理は上述の繰り返しであ
る。

【００２１】一方、ＡＤＰＣＭ復号化装置５の復号化器
５１は数６

【００２２】

【数６】

【００２３】に従って量子化値ｑ’_nを出力する。

【００２４】また、第２量子化幅更新５２はメモリ６の
符号Ｌ_nを読み出して、数７

【００２５】

【数７】

【００２６】に従って量子化幅Δ_nを変更・更新し、こ
の量子化幅Δ_n+1は復号化器５１に送られ、次の復号化
のために用いられる。尚、Ｍ（Ｌ_n）の値は表１に示す
通りである。

【００２７】第３加算器５３は数８

【００２８】

【数８】

【００２９】に従ってｗ’_nを求め、この復号化信号
ｗ’_nは第２予測器５４に送られる。

【００３０】第２予測器５４は復号化信号ｗ’_nを１サ
ンプルだけ遅延させて次の予測信号ｙ’_n+1を求め、こ
の予測信号ｙ’_n+1は第３加算器５３に送られる。

【００３１】次に図６は量子化幅Δ_nをＡＤＰＣＭ符号
に応じて変化させたときの量子化値ｑ_n、及び入力信号
ｘ_nと予測信号ｙ_nとの差分ｄ_nの関係を示した図であ
る。尚、図６中において、Ｔ＜Ｕであると仮定する。

【００３２】ここで、差分ｄ_nについてみると、“[”及
び“]”は境界値をその範囲に含み、“(”及び“)”は
境界値をその範囲に含まないものとすると、図６（ａ）
では差分ｄ_nの値が［０，Ｔ］の範囲にあるときはＴ／
２に、（Ｔ，２Ｔ］の範囲にあるときは３Ｔ／２に、・・
・・・、（３Ｔ，∞］の範囲にあるときは７Ｔ／２に量子
化している。

【００３３】また、［−Ｔ，０）の範囲にあるときは−
Ｔ／２に、［−２Ｔ，−Ｔ）の範囲にあるときは−３Ｔ
／２に、・・・・・、［−∞，−３Ｔ）の範囲にあるときは
−７Ｔ／２に量子化している。

【００３４】一方、図６（ｂ）でも同様に差分ｄ_nの値
が［０，Ｕ］の範囲にあるときはＵ／２に、（Ｕ，２
Ｕ］の範囲にあるときは３Ｕ／２に、・・・・・、（３Ｕ，
∞］の範囲にあるときは７Ｕ／２に量子化している。ま
た、［−Ｕ，０）の範囲にあるときは−Ｕ／２に、［−
２Ｕ，−Ｕ）の範囲にあるときは−３Ｕ／２に、・・・・
・、［−∞，−３Ｕ）の範囲にあるときは−７Ｕ／２に
量子化している。

【００３５】このように、差分ｄ_nが小さいときには量
子化幅を細かく設定し、逆に差分ｄ_nが大きいときには
図６（ｂ）のように量子化幅を粗く設定することによっ
て、効率良く量子化できる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記従来技
術では、差分ｄ_nの絶対値が大きい値から小さい値に急
激に変化した際には量子化幅は大きい値のままとなって
いるため、量子化値ｑ_nの絶対値の最小値はＵ／２（図
６（ｂ）参照。）と大きい値のため、|ｄ_n|≪（Ｕ／
２）の際に量子化誤差が増大することになる。

【００３７】また、上記従来技術では差分ｄ_nの値が０
の場合でも量子化すれば、Ｔ／２（図６（ａ）参照。）
となったり、またＵ／２（図６（ｂ）参照。）となり、
量子化値が０ではなくなってしまう。また、音声信号の
無音区間では差分ｄ_nの値が０になることが多く、量子
化誤差が増大するという欠点がある。

【００３８】一方、ＡＰＣＭ方法の場合、入力信号をそ
のまま差分ｄ_nとするものであるため、ＡＤＰＣＭ方法
と同様の欠点がある。

【００３９】そこで、本発明は上述の問題点に鑑み為さ
れたものであり、差分ｄ_nの絶対値が大きい値から小さ
い値に急激に変化して|ｄ_n|≪（Ｔ／２）、或るいは|ｄ
_n|≪（Ｕ／２）となった際の量子化誤差を軽減すると共
に、差分ｄ_nの値が０の場合の量子化誤差の発生を抑え
る、新規な音声符号化方法を提供するものである。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明の音声符号化方法
を実現する符号化装置では、音声の入力信号ｘ_nと該入
力信号ｘ_nの予測値ｙ_nとの差分ｄ_nを、量子化幅Δ_nに基
づいて量子化を行う量子化器と、該量子化器による量子
化値ｑ_nを符号Ｌ_nに符号化する符号化器と、該符号Ｌ_n
に基づいて、量子化幅Δ_nを更新し、この更新された量
子化幅Δ_n+1を上記量子化器に送る第１量子化幅更新器
と、上記量子化器による量子化値ｑ_n、及び入力信号の
予測値ｙ_nに基づいて、次の予測信号ｙ_n+1を求める第１
予測器と、を具備し、符号化装置で生成される符号Ｌ_n
のなかの１つ以上の符号Ｌ_nが復号化された際に、上記
差分ｄ_nの復号化値ｑ’_nが０になるように量子化を行う
ことを特徴とする。

【００４１】

【作用】本発明は上記手段を具備することにより、入力
信号ｘ_nや、入力信号ｘ_nとその入力信号ｘ_nの予測値ｙ_n
との差分ｄ_nの絶対値が大きい値から小さい値に急激に
変化した際には、量子化幅Δ_nは大きい値のままである
が、その時に入力信号ｘ_nや差分ｄ_nの復号化値が０にな
りえるよう量子化を行うことによって発生する量子化誤
差を軽減することができる。すなわち、|ｄ_n|≪（Δ_n／
２）の際には、差分ｄ_nの量子化値を０とすればよい。

【００４２】また、音声信号の無音区間に多くみられる
信号の値が０の場合も復号化値が０になりえる量子化を
行うことによって量子化誤差の発生を防ぐことができ
る。

【００４３】

【実施例】以下本発明の実施例を図１乃至図４に基づい
て説明する。

【００４４】図１は、本発明の音声符号化方法を実現す
るＡＤＰＣＭ符号化装置、及びＡＤＰＣＭ復号化装置の
概略構成図である。尚、以下で用いるｎは整数であると
する。

【００４５】まず、第１加算器１１はＡＤＰＣＭ符号化
装置に入力された信号ｘ_nと予測信号ｙ_nの差分ｄ_nを

【００４６】

【数９】

【００４７】に従って求める。

【００４８】次に、第２加算器１２は数１０

【００４９】

【数１０】

【００５０】に従って調整信号ｅ_nを求める。

【００５１】また、第２加算器１２は数１１

【００５２】

【数１１】

【００５３】に従って調整信号ｅ_nを求める。

【００５４】量子化器１３は数１２、及び数１３

【００５５】

【数１２】

【００５６】

【数１３】

【００５７】に従って量子化値ｑ_nを求める。

【００５８】符号化器１４は量子化値ｑ_nに従って、表
１のＬ_nを符号としてメモリ３に出力する（表１は従来
技術と同一であるので、ここでは割愛する。）。

【００５９】第１量子化幅更新器１５は数１４

【００６０】

【数１４】

【００６１】に従って適応的に量子化幅Δ_nを変更・更
新し、その量子化値Δ_n+1は次の量子化の際に用いられ
る。

【００６２】第３加算器１６は数１５

【００６３】

【数１５】

【００６４】に従って復号化信号ｗ_nを求め、この復号
化信号ｗ_nは第１予測器１７に送られる。

【００６５】第１予測器１７は復号化信号ｗ_nを１サン
プルだけ遅延させることによって次の予測信号ｙ_n+1を
求め、この予測信号ｙ_n+1は第１加算器１１に送られ
る。

【００６６】一方、ＡＤＰＣＭ復号化装置２の復号化器
２１は数１６

【００６７】

【数１６】

【００６８】に従って量子化値ｑ’_nを出力する。

【００６９】また、第２量子化幅更新２２はメモリ３の
符号Ｌ_nを読み出して、数１７

【００７０】

【数１７】

【００７１】に従って量子化幅Δ_nを変更・更新し、こ
の量子化幅Δ_n+1は復号化器２１に送られ、次の復号化
のために用いられる。尚、Ｍ（Ｌ_n）の値は表１に示す
通りである。

【００７２】第４加算器２３は数１８

【００７３】

【数１８】

【００７４】に従ってｗ’_nを求め、この復号化信号
ｗ’_nは第２予測器２４に送られる。

【００７５】第２予測器２４は復号化信号ｗ’_nを１サ
ンプルだけ遅延させることによって次の予測信号ｙ’
_n+1を求め、この予測信号ｙ’_n+1は第４加算器２３に送
られる。

【００７６】上述の構成を具備するＡＤＰＣＭ符号化装
置１の動作説明を図２のフローチャートに従って説明す
る。

【００７７】ステップＳ１０では、入力信号ｘ_nから予
測信号ｙ_nを差し引き、その差分ｄ_nを求める。ステップ
Ｓ１１では、ステップＳ１０で求めた差分ｄ_nが正の数
か、又は負の数かを判定し、正の数である場合にはステ
ップＳ１２に進み、一方負の数である場合にはステップ
Ｓ１３に進む。

【００７８】ステップＳ１２では、ステップＳ１０で求
めた差分ｄ_nに量子化幅Δ_nの１／２を加えて調整信号ｅ
_nを求めた後、ステップＳ１４に進む。一方、ステップ
Ｓ１３では、ステップＳ１０で求めた差分ｄ_nに量子化
幅Δ_nの１／２を差し引いてｅ _nを求めた後、ステップＳ
１４に進む。

【００７９】ステップＳ１４では、数１２、及び数１３
に従って量子化、及び符号化を行った後、ステップＳ１
５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で求め
た符号Ｌ_n、及び量子化幅Δ_nに基づいて量子化幅Δ_nの
更新を行った後、ステップＳ１６に進む。

【００８０】最後にステップＳ１６では、予測値ｙ_n、
及び量子化値ｑ_nを使って次の予測値ｙ_n+1を求める。

【００８１】次に、図３は量子化幅Δ_nをＡＤＰＣＭ符
号に応じて変化させたときの量子化値ｑ_n、及び入力信
号ｘ_nと予測信号ｙ_nとの差分ｄ_nの関係を示した図であ
る。尚、Ｔ＜Ｕであると仮定する。

【００８２】ここで、従来技術と同様に差分ｄ_nについ
てみると、図３（ａ）では調整信号ｅ_nの値が（−０.５
Ｔ，０.５Ｔ］の範囲にあるときは０に、（０.５Ｔ，
１.５Ｔ］の範囲にあるときはＴに、・・・・・、（２.５
Ｔ，∞］の範囲にあるときは３Ｔに量子化されている。

【００８３】また、（−１.５Ｔ，−０.５Ｔ］の範囲に
あるときは−Ｔに、（−２.５Ｔ，−１.５Ｔ］の範囲に
あるときは−２Ｔに、・・・・・、［−∞，−３.５Ｔ］の範
囲にあるときは−４Ｔに量子化されている。

【００８４】一方、図３（ｂ）でも同様に調整信号ｅ_n
の値が（−０.５Ｕ，０.５Ｕ］の範囲にあるときは０
に、（０.５Ｕ，１.５Ｕ］の範囲にあるときは１Ｕに、
・・・・・、（２.５Ｕ，∞］の範囲にあるときは３Ｕに量子
化されている。

【００８５】また、（−１.５Ｕ，−０.５Ｕ］の範囲に
あるときは−Ｕに、（−２.５Ｕ，−１.５Ｕ］の範囲に
あるときは−２Ｕに、・・・・・、（−∞，−３.５Ｕ］の範
囲にあるときは−４Ｕに量子化されている。

【００８６】次に図４はＡＤＰＣＭ復号化装置２が行う
処理のフローチャートである。

【００８７】ステップＳ２０では、ＡＤＰＣＭ復号化装
置２の復号化器２１はメモリ３の符号Ｌ_nを読み出し
て、数１６に従って符号Ｌ_n、及び量子化幅Δ_nから量子
化値ｑ’_nを求め、ステップＳ２１に進む。ステップＳ
２１では、ステップＳ２０で求め た量子化値ｑ’_nを使
って次の予測信号ｙ’_n+1を求め、ステップＳ２２に進
む。最後にステップＳ２２で符号Ｌ_nに基づいて量子化
幅の更新を行う。

【００８８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では復号化信号が０になりえるように量子化することに
より、入力信号ｘ_n、或るいは入力信号ｘ_nとその入力信
号ｘ_nの予測値ｙ_nとの差分ｄ_nの絶対値が大きい値から
小さい値に急激に変化し、量子化幅Δ_nが大きい値のま
まであるときも、量子化値を０にすることで、従来発生
していた量子化誤差を減少させることができる。

【００８９】また、入力信号ｘ_nや差分ｄ_nが０の場合も
量子化した値が０になり量子化誤差が発生しなくなると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声符号化方法を実現するＡＤＰＣＭ
符号化装置、及びＡＤＰＣＭ復号化装置の概略構成図で
ある。

【図２】本発明の音声符号化方法のＡＤＰＣＭ符号化装
置のフローチャートである。

【図３】本発明の音声符号化方法に用いている最適量子
化の概念図である。

【図４】本発明の音声符号化方法のＡＤＰＣＭ復号化装
置のフローチャートである。

【図５】従来のＡＤＰＣＭ方法のブロック図である。

【図６】量子化幅Δ_nをＡＤＰＣＭ符号に応じて変化さ
せたときの量子化値ｑ_n、及び入力信号ｘ_nと予測信号ｙ
_nとの差分ｄ_nの関係を示した図である。

【符号の説明】

１ ・・・ ＡＤＰＣＭ符号化装置 １３ ・・・ 量子化器 １４ ・・・ 符号化器 １５ ・・・ 第１量子化幅更新器 １７ ・・・ 第１予測器 ２ ・・・ ＡＤＰＣＭ復号化装置 ２１ ・・・ 復号化器 ２２ ・・・ 第２量子化幅更新器 ２４ ・・・ 第２予測器 ３ ・・・ メモリ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 3/04 H03M 7/36

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号ｘ _n の量子化値ｑ _n を量子化器で
   求め、該量子化値ｑ _n を符号化器で符号化するＡＰＣＭ
   符号化方法であって、 ＡＰＣＭ符号化装置へ入力された音声の入力信号ｘ _n の
   量子化器による量子化の際、入力信号ｘ _n ≧０の場合、
   調整信号ｅ _n ＝ｘ _n ＋Δ _n ／２の量子化値ｑ _n を求め、また
   入力信号 ｘ _n ＜０の場合、調整信号ｅ _n ＝ｘ _n −Δ _n ／２
   の量子化値ｑ _n を求める第１ステップと、 第１ステップによる量子化値ｑ _n を符号化し、符号Ｌ _n を
   求める第２ステップと、 第２ステップによる符号Ｌ _n に基づいて量子化幅Δ _n+1 を
   算出し、その量子化幅Δ _n+1 を上記量子化器に送る第３
   ステップと、 上記量子化幅Δ _n+1 で調整信号ｅ _n+1 の量子化値ｑ _n+1 を
   求める第４ステップと、 からなることを特徴とする音声符号化方法。
2. 【請求項２】 入力信号ｘ _n と該入力信号ｘ _n の予測値ｙ
   _n との差分ｄ _n の量子化値ｑ _n を量子化器で求め、該量子
   化値ｑ _n を符号化器で符号化するＡＤＰＣＭ符号化方法
   であって、 ＡＤＰＣＭ符号化装置へ入力された音声の入力信号ｘ _n
   と該入力信号ｘ _n の予測値ｙ _n との差分ｄ _n を量子化器に
   よる量子化の際、差分ｄ _n ≧０の場合、調整信号ｅ _n ＝ｄ
   _n ＋Δ _n ／２の量子化値ｑ _n を求め、また差分ｄ _n ＜０の場
   合、調整信号ｅ _n ＝ｄ _n −Δ _n ／２の量子化値ｑ _n を求める
   第１ステップと、 第１ステップによる量子化値ｑ _n を符号化し、符号Ｌ _n を
   求める第２ステップと、 第２ステップによる符号Ｌ _n に基づいて量子化幅Δ _n+1 を
   算出し、その量子化幅Δ _n+1 を上記量子化器に送る第３
   ステップと、 上記量子化値ｑ _n 、及び予測値ｙ _n に基づいて、次の予測
   信号ｙ _n+1 を求める第４ステップと、 上記量子化幅Δ _n+1 で調整信号ｅ _n+1 の量子化値ｑ _n+1 を
   求める第５ステップと、 からなることを特徴とする音声符号化方法。