JPH0146879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、交流信号の符号化装置、及び交流信
号の符号化及び復号化装置に関する。 人間の音声から取出された電気信号は特性が極
めて複雑であり、300Hzを下回る周波数から3kHz
を上回る周波数にわたる有意な成分及び広いダイ
ナミツク・レンジを有する。かかる音声の波形は
パルス・コード変調、デルタ変調またはボコーダ
の使用のような既知の方法によつてデイジタル化
される。これらの技術は、L.S.Moye著、論文題
名“Digital Transmission of Speach at Low
Bit Rates”（雑誌名Electrical Communication、
第47巻、第４号、西暦1972年）に記述されてい
る。 音声波形が最初にクリツプされるとき元の波形
のゼロ交差に対応するゼロ交差を有する方形波に
変換され、クリツプされた波形は音声に逆変換さ
れた時明瞭性があるが、大きな歪みを生じること
が知られている。無数にクリツプされた音声の明
瞭度及び自然らしさの双方の改善の努力がなさ
れ、音声波形はクリツピングの前に微分が行なわ
れる。これによつて高い明瞭度の音声を生じる
が、生成された方形波のゼロ交差の数が非常に増
大する。 音声の無数のクリツピングから生じる方形波の
記録または伝送は、その振幅が全く任意であるの
で、かかる波形の連続するゼロ交差の間の時間間
隔のシーケンスを信号化することによつて行なわ
れる。かかる時間間隔は、各時間間隔の持続時間
を表わす数に変換されている（英国特許第
1282641号明細書、英国特許第1296199号明細書、
及び前者の特許明細書に相当する米国特許第
2684829号明細書参照）が、ゼロ交差の間の時間
間隔のシーケンスから音声を再構成することは容
易なことであるが、満足のいくものではない。こ
のように、再構成された音声は貧弱な品質であ
り、再構成された音声波形のなお更に重大な品質
の低下を生起させないようにするためには、連続
する時間間隔を非常に正確に再生しなければなら
ないことが知られている。このように、夫々特定
された数は、多数の２進数を必要とし、音声を特
定するのに毎秒あたり約1000余数の代表的な平均
形状を許容しているが、音声波形を表現するのに
必要な２進レート（ビツト／秒）は、デイジタル
符号化の従来の方法と同程度であり、生成音声の
品質は一層貧弱である。 符号化の前に微分して音声の品質を改善する意
図は、一層多くのゼロ交差、つまり、平均して毎
秒あたり約1500ないし2000を必要とする結果とな
る。従つて、毎秒一層多くの数が音声を特定する
のに必要となる。改善された音声の品質は、一層
高いビツト・レートを必要とする。 この技術の変形例は米国特許第3510640号明細
書に記載されている。そこには、リアル・ゼロば
かりでなく複素ゼロを表示する信号が説明されて
いる。 持続時間間隔を特定するのに必要な異なる数の
組を低減する非線形符号化の技術が知られている
（前述の特許明細書を参照）が、これらの技術を
用いたとしても、音声の品質が相対的に貧弱な割
にはビツト・レートが高い。 波形、特に音声波形の解析は、英国特許
1155422号明細書の主題であり、この解析は単位
時間におけるゼロ交差数及び転向数（すなわち最
大値及び最小値の数）を測定することに基づいて
いる。米国特許3278685号明細書にも同様の技術
が記載されている。 信号を伝送するのに必要な帯域幅を減少させる
方法は米国特許3784754号明細書に説明されてい
る。そこでは、一つの極性のみの半サイクルが符
号化されて伝送され、そして符号化された信号を
受容した時に全波形が再構成される。 本発明の目的は、音声を復号化する際の音声の
品質の低下を招来することなく符号化する情報量
を低減し得る交流信号の符号化装置を提供するこ
とにある。 本発明の他の目的は、音声を復号化する際の音
声の品質の低下を招来することなく符号化する情
報量を低減し得ると共にその符号化した信号を復
号化し得る交流信号の符号化及び復号化装置を提
供することにある。 本発明によれば、前記目的は、供給される交流
信号の時間に関する分割区間を規定すると共に前
記交流信号の隣接した２つのゼロ交差間の時間間
隔を示す第１信号を発生させる第１の発生手段
と、前記ゼロ交差間における前記交流信号の極値
の数を示す第２信号を発生させる第２の発生手段
と、前記交流信号の種々の隣接したゼロ交差間の
時間間隔と前記ゼロ交差間における前記交流信号
の種々の極値の数との組合せの夫々に対して予め
決められた情報を記憶した記憶手段と、前記発生
した第１信号及び前記発生した第２信号に基づい
て前記記憶手段から前記情報を読取る読取り手段
と、前記時間に関する分割区間の夫々における最
大極大値の平均値に関する振幅情報を発生する振
幅発生手段と、前記読取られた情報に前記振幅情
報を挿入する挿入手段とを含む交流信号の符号化
装置によつて達成される。 本発明によれば、前記他の目的は、供給される
交流信号の時間に関する分割区間を規定すると共
に前記交流信号の隣接した２つのゼロ交差間の時
間間隔を示す第１信号を発生させる第１の発生手
段と、前記ゼロ交差間における前記交流信号の極
値の数を示す第２信号を発生させる第２の発生手
段と、前記交流信号の種々の隣接したゼロ交差間
の時間間隔と前記ゼロ交差間における前記交流信
号の種々の極値の数との組合せの夫々に対して予
め決められた第１の情報を記憶した第１の記憶手
段と、前記発生した第１信号及び前記発生した第
２信号に基づいて前記第１の記憶手段から前記第
１の情報を読取る第１の読取り手段と、前記時間
に関する分割区間の夫々における最大極大値の平
均値に関する振幅情報を発生する振幅発生手段
と、前記読取られた第１の情報に前記振幅情報を
挿入する挿入手段と、前記第１の情報に対して予
め決められた第２の情報であつて、復号化される
べき交流信号の隣接するゼロ交差間の時間間隔を
示す第３信号と前記復号化されるべき交流信号の
前記ゼロ交差間における極値の数を示す第４信号
とからなる第２の情報を記憶した第２の記憶手段
と、前記読取られた第１の情報に基づいて、前記
第２の記憶手段から前記第２の情報を読取る第２
の読取り手段と、前記読取られた第２の情報か
ら、前記第３信号に対応するゼロ交差間の時間間
隔と前記第４信号に対応するゼロ交差間の波形と
を有しており、前記復号化されるべき交流信号の
時間に関する分割区間を発生させる第３の発生手
段とからなることを特徴とするを含む交流信号の
符号化及び復号化装置によつて達成される。 本発明の交流信号の符号化装置によれば、交流
信号の時間に関する分割区間を規定すると共に交
流信号の隣接した２つのゼロ交差間の時間間隔を
示す第１信号、前記ゼロ交差間における交流信号
の極値の数を示す第２信号及び極大値の平均値に
関する振幅情報の極めて検出し易い信号によつて
交流信号の符号化を行い得るので、極めて高速に
当該符号化を行い得、これにより読取り手段にお
いてほとんど時間遅れなしに記憶手段からの情報
を得ることができる。加えて、第１信号、第２信
号及び振幅情報は交流信号を最も特徴づける情報
に属するが故に、この第１信号、第２信号及び振
幅情報によつて交流信号を符号化した場合には、
交流信号を複号化する際の交流信号の品質の低下
をほとんど招来することがない。加えて交流信号
の振幅情報を符号化すべき情報に挿入するが故に
交流信号の復号化の際の交流信号の品質を向上し
得る情報を生成し得る。 本発明の交流信号の符号化及び復号化装置によ
れば、本発明の交流信号の符号化装置による効果
に加えてその符号化した信号を復号化し、加えて
交流信号の振幅情報を符号化すべき情報に挿入す
るが故に交流信号の復号化の際の交流信号の品質
を向上し得る。 本発明においては、交流信号は符号化する情報
量を低減するために符号化される。本発明では、
交流信号の２つの特徴、例えば時間に関する分割
区間、すなわち細分割の時間間隔及び細分割にお
ける形状を符号化する。各細分割の時間間隔に関
する第１信号及び形状に関する第２信号に基づい
て、交流信号に関して予め決められた情報が記憶
手段から読取り手段によつて読取られる。また、
当該情報に基づいて、復号化されるべき細分割の
時間間隔を示す第３信号と当該細分割の第４信号
が他の記憶手段から他の読取り手段によつて読取
られ、第３信号と第４信号に対応する細分割が生
成される。 音声波形の細分割は、以下に採用されるよう
に、音声波形の交流信号成分（一定成分を有して
もよく、又有しないでもよい）が細分割のいずれ
の一つにおいても３つを越えるゼロ交差を有しな
い限り系統的に規定され。細分割は、以下に記述
されるように、交流信号の半サイクルの倍数か分
数からなる。しかしながら、好ましい具体例にお
いては、各細分割は隣接するゼロ交差の間、すな
わち単一の半サイクルからなる。 また、以下に詳説されるように、細分割は系統
的に規定される、例えば、それらはゼロ交差に関
して規定されてもよく、代わりに、ゼロ交差以外
のデータに関して規定されてもよい。実際上は、
データは通常固定であるが、それは所定の方法で
可変としてもよい。また、細分割は、所定の最大
値及び最小値（例えば、これらはゼロ交差の次に
来る）に関して規定されてもよく、以下に説明さ
れるように、１つ以上の特徴から引き出される補
間ゼロのような点の間に関して規定されてもよ
い。実際上は、細分割が、ゼロ交差に続く最初の
極大値（以下に説明される）と次のゼロ交差に続
く最初の極小値との間にわたる時は、細分割の時
間間隔は約３つのゼロ交差か又はほぼ２つの半サ
イクルに及ぶ。 任意の電気信号が実際には帯域幅制限を受け、
また、各細分割が、周期時間について前記規定の
制限を受けるので、各細分割の波形形状は、第２
信号の値によつて記述されることと理解されてい
た。従つて、第２信号を限定された所定のセツト
から取出す。以下に記述するように、帯域幅制限
を用いるとき、所定の信号の有用なセツトは非常
に少ししか得られない。 ゼロ交差の数が３つを越えると第２信号の組の
大きさが再構成に対応し管理しきれないほどに増
大するので、細分割の周期時間はゼロ交差の数が
３つ以下となるように制限される。 音声の合成がどれ程に満足できるか否かはこの
発明の使用の仕方にかかつていることは理解され
よう。ある状況下では、例えば、再構成された音
声から話し手を識別する必要はなく、再構成され
た音声が理解できれば十分であり、他の状況下で
は、例えば公衆に供された電話には一層高い基準
が要求される。音声以外の他の種類の信号の場
合、他の基準はその状況に依存させるのが適して
いる。 好ましくは、各第１信号（細分割の時間間隔を
示す）は半サイクルの時間間隔に関連し、各第２
信号（細分割の形状を示す）は、以下に定義され
るような事象の数に関連する。 本明細書においては、“事象”とは、例えば所
定の型の複素ゼロ（以下に詳述する）のような、
識別すべき出来事、又は、最大値、最小値あるい
は湾曲点に関連して識別される複素ゼロを意味す
る。また“事象”は、特定の値に符号化される信
号によつて達成されるのと同等に扱われる、 便宜上、この明細書及び特許請求の範囲では、
最小値及び最大値、極小値及び極大値の２種類に
ついて記述し、先ず振幅最大値及び振幅最小値
は、極性でなく振幅の基準に基づいて、最大値及
び最小値に属するものとし、次に、極大値及び極
小値は、大きさではなく絶対値による。 この明細書及び特許請求の範囲では、信号の
“半サイクル”の用語は、所定の基準値の信号を
連続的に越えるか又は越えないの間の時間間隔を
意味し、前記所定の基準値は、時間ごとのその信
号の値であり、必ずしもゼロではない。基準値は
常に一定であるが所定の方法で変化しもてよい。
基準値がゼロであるときまたは基準値がゼロにオ
フセツトされるとき、半サイクルの周期時間は、
符号化される信号によつてリアル・ゼロ（RZ）
の間の時間間隔を測定して正確に決められてもよ
く、また、半サイクルの周期時間は、例えば、正
半サイクルの最初の極大値と続く負半サイクルの
最初の極小値との間またはその逆の間の時間間隔
を測定して近似的に決められてもよく、これらの
極大値及び極小値は疑似ゼロ（PZ）として知ら
れている。また、半サイクルの周期時間は、正半
サイクルの最後の極大値と続く負半サイクルの最
初の極小値との間またはその逆の間の補間によつ
て見出されるゼロの間の時間間隔を測定して決め
られてもよく、これらのゼロは補間ゼロ（IZ）と
して知られている。PZ及びIZは以下に記述され
る。 前述の定義によれば、極大値及び極小値は、絶
対値の信号値によるので、負半サイクルの最初の
極小値は、その半サイクルの最初の絶対振幅最大
値となる。 前述のことから明らかなように、長さ、形状ま
たは事象の数を決めるのに、半サイクルは、RZ
の間で決められる必要がないが、例えば、RZの
間で生起する信号波形の連続する部分の対応する
ポイント間で決められてもよい。 さらに、前述の用語“半サイクル”の定義から
注目すべきことは、信号がその基準値に対して完
全な正または完全な負であるとき、すなわち、信
号が半サイクル間で基準値と交差しないとき、半
サイクルは信号が最初に基準値に達する時刻と次
に基準値に達する時刻との間に延びる。 連続する一対の第１信号及び第２信号は、符号
化される信号の連続する半サイクルから取出され
る。符号化される信号の連続する半サイクルが少
なくとも時々グループで生起するとき、そのグル
ープで半サイクルは実質的に同じであり、また半
サイクルの同じ列があるクラスタでその半サイク
ルは生起し、本発明は、各グループまたはクラス
タのすべての半サイクルでないが少なくとも１つ
の半サイクル（必ずしも同じ半サイクルでない）
から第１信号及び第２信号を取出すことを含む。 第１信号及び第２信号からなる各１次記号から
情報としての２次記号（前述の如く第２信号とは
区別される）が符号化される。 ここに、各２次記号はマツプ表を使用して１次
記号によつて選択されるものである。１次記号は
２次記号を特別に定義する必要はない。実際上あ
る２次記号は、第１信号及び／又は第２信号が近
接した関連値を有しているグループにおける１次
記号から選択されてもよい。 本発明の装置は、任意の可変波形を構成する交
流信号に適用されるが、本発明は音声及び他の音
信号を表わす電気信号を符号化するのに特に有利
である。有効に符号化される波形の他の例は、ソ
ナー、レーダ、医療機器のトランスジユーサと他
の機器のトランスジユーサによつて発生される波
形、及び、遠隔センサによつて発生される波形を
含み、そこで、簡単なコードは受信した１信号の
意義を認識するのに有用である。 明らかに、これらの波形は所定の基準値を含む
交流信号成分を有さなければならず、また除外又
は無視される直接又は一定の成分を有してもよ
く、有さなくてもよい。 各第１信号及び／または各第２信号は、複数の
副信号から成つてもよく、各副信号は、それぞれ
第１信号及び／又は第２信号の特徴づけに寄与す
る。 符号化される信号は、例えば、単一または複数
の積分または微分による音声を表わす１信号のよ
うな別の信号から取出される。 本発明のいくつかの好ましい具体例から得られ
る利点について以下に詳述する。 本発明を用いると、音声は毎秒あたり約1000記
号（シンボル）によつて適当に表現され、そこ
で、各記号は１つの半サイクルに関連する第１信
号及び第２信号から成る１対で表わされる。これ
によつて、例えば、前述した複数の特許明細書の
技術に必要な毎秒あたりの符号化記号の数を低減
でき、また、前述したL.S.Moye著による論文の
従来の直接波形符号化構成のいづれより必要な毎
秒あたりの符号化記号の数を少なくできる。 さらに、半サイクルごとに第１信号及び第２信
号を発生して符号化される音声波形から生じる記
号は非常に冗長性があり、音声の明瞭度を損失す
ることなく、更に単位時間あたり平均記号数を低
減するために多くの割合が削除される。これによ
つて、音声は毎秒あたりの約300記号によつて適
当に表現される。 音声を符号化するのに符号化記号数を低減化す
るのが重要であることを考慮すれば、音声の毎秒
あたりストアされる符号化記号数が非常に低減さ
れるのでこの特徴は記録に対して有利である。有
線または無線による伝送では、符号化記号数の低
減化は、狭帯域幅が従来のシステムより伝送に必
要とされることを意味する。 記号は小さなメモリにストアされ、必要な音声
に従い、復号のために呼出されるので、小さな数
の符号化記号数への音声信号の低減化は音声用シ
ンセサイザを単純化し得る。他の音は、また、同
様な方法で経済的に合成される。 本発明に従つて符号化される音声は、所望なら
ば、再構成の前に修正され得る。例えば、所定の
記号を複写して、音声の周期時間はそのピツチま
たは自然らしさを変えずに伸長し得る。第４番目
毎の記号は、例えば、符号化波形の再構成の前に
複写され、ピツチを変えずに話す速度を約25％低
減する。同様に、第４番目毎の記号を抑制して周
期的に記号を抑制してピツチを実質上変えずに再
度25％だけ音声速度を増分する。 再構成される波形の各半サイクルの周期時間
は、音声のピツチを変えるために、符号化される
波形に関連して組織的に変えられる。この変化
は、前述したように、記号をオミツトする同じ時
に実行されるならば、話す見掛け速度を変えず
に、音声のピツチを変えることが可能である。こ
の技術はヘリウム音声の明瞭度を増大するために
ヘリウム音声を処理する用途、音声信号のスペク
トル成分を翻訳する用途、及び少し耳の遠い人が
用いる装置の音声の振幅を成形する用途、などに
好都合である。 本発明に従つて符号化される音声は符号化及び
再構成の他の既知の方法よりノイズまた干渉によ
る悪化に対して顕著な抵抗を示す。 音声及び音声状の音は、例えばコンピユータに
よつて自動的識別を容易にする符号化形式または
デイジタル形式に変換されもてよい。 本発明の装置は、サンプル値が採取された時の
アナログ信号の瞬時の振幅を示す一連のデイジタ
ル信号にアナログ入力信号を変換するパルスコー
ド変調回路として知られるＡ／Ｄ変換器を含む。
このＡ／Ｄ変換器からの極性ビツトは、RZの発
生時の極性ビツトの値の変化によつて指示され
る。 各々１サンプルをストアできる少なくとも２つ
のストアが、１サンプル及び直前のサンプル双方
をストアするようにＡ／Ｄ変換器の出力に結合さ
れてもよい。この装置は、振幅最大値及び／また
は振幅最小値の生起を検出するためにその２つの
ストレージによつて保持されるサンプルを比較す
る比較器、及び検出された振幅最大値及び振幅最
小値の数を計数するカウンタを備えてもよい。 この装置は、また、他のカウンタに結合される
クロツク・パルス発生器、及びカウンタ及び他の
カウンタからデータを読出し、Ａ／Ｄ変換器から
の極性ビツトが符号を変えるたびにリセツトする
装置を備えてもよい。直列または並列のこれらの
カウンタからの出力は、このように、一連の第１
信号及び第２信号を形成する。 各正半サイクルにおける最初の極大値及び各負
半サイクルにおける最初の極小値を検出するため
に、２つのストアの内容を比較することによつ
て、符号化されるべき波形においてPZを検出す
る手段が設けられてもよい。ここに、最初の極大
値及び最初の極小値は、すべに述べた極性を有す
る半サイクルに対するPZである。また、各正半
サイクルにおける最後の極大値と、各負半サイク
ルにおける最初の極小値を検出し、IZを決定する
ために当該極大値と当該極小値との間を補間する
ことによつてIZを検出する手段が設けられてもよ
い。さらに、半サイクルの長さ、及び各半サイク
ルにおいて発生する事象の数の決定時に、RZ，
PZ及びIZの間でなされる選択を行なう手段が設
けられてもよい。 前述したように、第２信号を発生すべく計数さ
れる事象は、多くの異なる形式、例えば、振幅最
大値、振幅最小値、または湾曲点をとれるが、振
幅最大値及び振幅最小値を含む別の有用な一般形
式は複素ゼロ（CPZ）である。CPZ及びRZにつ
いて、波形の特定法を説明する。任意の“全体関
数”（“Distribution of Zeros of Entire
Functions”B.J.Levin著、第５巻、Translations
of Mathematical Monographs，Providence
RI，American Mathematical Society，1964；
“Towards ａ Unified Theory of Modulation
“H.B.Volecker著、Pt.1 Proc.IEEE、第54巻、
ページ340―353，1966年３月及びPt.2Proc.
IEEE、ページ735―755，1966年５月；及び“On
Sampling the Zeros of Bandwidth Limited
Signals“F.E.Bond C.R.Cahn共著、IRE
Transactions on Infromation Theory、第IT―
４巻、ページ110―113，1958年９月）は、その
RZ及びそのCPZの位置によつて正確に特定され
るが、この情報からの元の全体関数の再構成は複
雑な過程となる。更に、時間関数としてRZを位
置づけることは相対的に簡単な過程であるが、一
般的に、CPZは物理的に検出できない。また連続
関数の情報からすべてのCPZを識別して位置づけ
る実際的な方法は知られていない。微分によつて
CPZの所定の割合をRZに変換し、微分を繰り返
して、結局すべてのCPZをRZに変換する。しか
しながら、微分の回数は或る状態では無限である
ため、微分の過程によつてすべてのCPZをRZに
変換することは実際的でない。同様に、微分を繰
返して完全にRZ信号に変換した後、元の波形は
多数の積分動作、ときには無数のかかる動作によ
つて理論的に回復される。 実際には、微分の繰返しはノイズを生じるた
め、やつかいな変換があり、信号の帯域特性のず
れは簡単に分裂し、さらに、単位時間当たりの符
号化信号数及び帯域幅の維持が重要である用途で
は、微分によつて単位時間当たりのゼロ交差数を
増分させ、それから伝送のためにその単位時間当
たりの符号化信号数を増大させる。 帯域幅制限音声、及び他の多くの情報担持波
形、及び／または自然に生起する波形は、全体関
数とみなしてもよい。 本発明は、例えば微分によつて比較的に簡単に
取出される波形のすべてのCPZのセツトのサブセ
ツトの位置と共に波形のすべてのRZの位置を識
別することによつて有効に作用する。このCPZの
サブセツトは、派生複素ゼロ（DCPZ）と称す
る。 符号化される信号のRZとDCPZの位置を決め
ること、及びDCPZが識別された方法の情報によ
つて、元の関数に密に近似させる再構成は可能で
あり、かなり実際的である。 振幅最大値、振幅最小値、及び湾曲点について
この明細書で記述してきたが、他の特徴と関連し
たCPZが識別され、信号を符号化するときに“事
象”として用いられることが理解できよう。 特に多くの帯域制限波形及び音声に対して、符
号化記号を形成するためにRZがそれらの関連の
DCPZによつてグループ化されるとき、非常に柔
軟で経済的かつ確固たる記号が得られる。その符
号化記号は、ひずみ、量子化エラー、及び補間エ
ラーに対して非常な許容性がある。また適宜な再
構成は、連続するRZの間の細分割の時間間隔、
及び各細分割に関連するDCPZの数から成る符号
化記号によつてなされてもよい。ここで、細分割
内のDCPZの正確な位置はそれ程重要ではない。 さらに、音声信号の場合、このコードを用い
て、IZの位置は、特定のDCPZ、例えば、極大値
及びこれに続く極小値の位置から簡単に補間され
てもよい。 或る場合は、連続するPZの位置は、他の特定
のDCPZ、例えば２つの連続する極大値の位置と
一致するようにみなしてもよい。この手法は、例
えば、高い背景ノイズによつて音声波形のRZの
位置を乱す状態の下には好都合である。IZ及び
PZは明瞭度を損失せずに用いられる。 前述したように、帯域制限信号の細分割の形状
は、事象を計数して得られる第２信号のような一
定数の第２信号によつて記述され、このように、
かかる第２信号は所定のセツトを形成する（第１
信号は、また、同様な理由のため所定のセツトを
形成する）。細分割の形状は、勿論、CPZの数に
関連する以外の他の多くの方法、例えば、フーリ
エ解析またはハダマード（Hadamard）変換によ
つて解析される。フーリエ解析の簡単な例では、
１細分割の振幅サンプルは、この細分割に等しい
周期時間の半サイクルを有する基本正弦波及びそ
の基本正弦波の高調波のサンプルに対応して、乗
算される。得られた積は、基本正弦波ごとにまた
はその高調波ごとに合計され、最大合計に達した
基本正弦波またはその高調波は、その細分割の形
状の特性となる。その基本正弦波及びそれらの高
調波の各々は、所定の信号の１グループのうちの
１信号によつて表わされ、適当な信号は、細分割
の形状に従つて第２信号として選択される。ハダ
マード変換は、フーリエ解析に用いられる正弦波
乗算信号が矩形波形によつて置換されることを主
として除いて前述した過程と同様に、一般に良く
知られている。 第１信号及び第２信号に対応する１次信号を伝
送する装置は、また、カウンタからの記号を低減
数の２次記号に変換するためにプログラマブル・
リードオンリメモリ（PROM）のような低減マ
ツピング論理装置を備えてもよい。その低減マツ
ピング論理装置を用いて、伝送のために必要なビ
ツトの数を２つ低減できる。 先ず、隣接の値を有する多数の１次記号は、低
減マツピング論理装置に送られるとき、同じ２次
記号を発生するようにグループ化される。例え
ば、音声周波数スペクトルの高い部分で、Ｘ，
Ｙ、及びＺによつて現わされる３つの１次記号の
すべては、単一の２次記号Y′によつて表わされ
てもよい。半サイクルの周期時間が長くなる音声
周波数スペクトルの低い部分で、１次記号の大き
なグループが同じ２次記号によつて表わされても
よい。 次に、入力信号は帯域幅制限を受けるので細分
割の周期時間を表わす部分記号の所定の数だけが
生起する。例えば、音声波形では、例えば毎秒あ
たり20000サンプルの所定のサンプリング・レー
トで300Hzないし3kHzの制限を受け、所定量より
長い半サイクルの周期時間が適当に生起する。音
声の高調波の内容はよく知られ、また事象の数を
表わすこれらの部分記号はきびしく制限される。
すなわち、これらの記号は所定のセツトの第２信
号に対応する。これらの部分記号の各々の他に半
サイクルの周期時間を表わす所定数の部分記号で
生起することがわかつた。 その結果、低減マツピング論理装置は、線型的
に符号化されるとき、５ビツト数によつて表わさ
れる27またはより少数の２次記号（これらは記号
のアルフアベツトとして記述される）を含む必要
があることがわかつた。 これらの点については、英語の音声に適用する
が、少なくとも他の西欧言語にも当てはまるもの
と考えられる。また、それらはもつと広範囲の言
語に適用してもよい。 ヘリウム音声の処理のような帯域幅低減が重要
でない用途には、低減マツピング論理装置を必要
としないが、例えば“拡張マツピング”を有効に
用いるとき、暗号化のような他の用途に低減マツ
ピング論理装置の用途を変更できる。拡張マツピ
ングでは、最初のｎ個の１次記号は２次記号X₁
の第１のセツトから選択される記号によつてマツ
プされ、その次のｎ個の１次記号は２次記号X₂
の第２のセツトから選択される記号によつて表現
されるなどという具合で、１次記号の第ｎ番目の
セツトはX_o個の２次記号X_oのセツトによつて表
わされ、所定のまたは擬似乱数の方法で元のアル
フアベツトのｎ倍拡張を生じる。 記号をオミツトする可能性を記述してきたこの
方法では、別の帯域幅低減は、例えば、第２番目
毎の記号、または第３番目毎の記号、または、第
２番目毎の記号と第３番目毎の記号をオミツトし
て、組織的な基準に基づいて記号をオミツトする
逐次低減論理装置のこの発明に従う装置によつて
遂行される。或いは、逐次低減論理装置は、すべ
ての記号または幾つかの記号を認識し、それか
ら、検出された記号に従つて１以上の連続する記
号をオミツトする。例えば、元のサンプルの３つ
の内の少なくとも１つないし元のサンプルの８つ
のうちの１つが保有されるとき、これらの採るべ
き策の最初のものは再構成について明瞭度を低減
させないが、反復再構成プロセスを採るとき、極
端になると再構成された音声は音楽的特性とな
る。別の採るべき策では、所定の記号が反復クラ
スタの長い列に生起することが知られている。こ
れらの記号のうちの１つが伝送され、例えば、そ
の次の７つの記号が取除かれるとき、一層自然な
再構成は、前述した１記号が検出されるたびに、
そのクラスタから８つの代表的記号の列を再生す
ることによつて可能となる。 帯域幅の別の低減は、異なる数のビツトを有す
る３次記号として２次記号を符号化する非線形エ
ントロピー符号化論理装置を用いて遂行されても
よく、最頻発生起２次記号は、短い３次記号によ
つて置換され、また、その逆もまた同じである。
適当なコードはHuffmanコードとして知られ、
“Ａ Method for the Construction of
Mimmun Redundancy Codes”，Proc.IRE、第
40巻、ベージ1089〜1101，1972年９月、Dauid
A.Huffman著に記述されている。Huffmanコー
ドとは別なエントロピー・コードもまた利用して
もよい。 本発明に従つて符号化される信号から再構成さ
れる波形の品質は、例えば、振幅、パツキング
（すなわち、波形形状）、または周波数比を特定す
る、エンベロープ情報を含めて改善される。１具
体例では、符号化される信号の振幅を表わす記号
は、符号化信号の特定の時間間隔に含められる。
所定数の２次記号を発生するたびに、かかる信号
は、Ａ／Ｄ変換器によつて送られる情報から取出
され、これらの記号によつて表わされるサンプル
の平均ピーク振幅を表わす。 本発明による復号化装置は、例えばPROMの
復号マツプ論理回路からなり、それは２次記号又
は３次記号を受容し、半サイクルの周期時間およ
び半サイクルにおける事象の数を夫々示す第１信
号及び第２信号を表示する第１の出力接続路及び
第２の出力接続路に出力信号を供する。復号マツ
プ論理回路は無声を特定する信号を供し、及び／
又は振幅、パツキング又は周波数比情報のような
エンベロープ情報をこれらの情報が符号化された
信号になる場合に供する。 再構成論理回路はPROMの形態で供されても
よい。１つの配置において、再構成論理回路は、
４つの異なるレベル、すなわち比較的高い正レベ
ル、比較的低い正レベル、比較的低い負のレベル
及び比較的高い負レベルにおいて一定周期時間の
方形パルスを供してもよい。操作上において、再
構成論理回路は各半サイクルの間すべて正又はす
べて負の隣接パルスを供する。ここに、パルスの
数は半サイクルの周期時間を示す部分記号に等し
いか比例しており、パルスのレベルは、等しい振
幅信号の等しい数によつて示される夫々の事象よ
うな所定の理論体系によつて決定される。一方、
次の事象は、異なつたレベルの同数の記号によつ
て表示される。 特に、事象が振幅最小値であるとき、一層小さ
いレベルは一層大きなレベルの半分となり、一層
小さいレベル・パルスによつて表わされる大きさ
最小値の各々は、等しい数の高いレベル・パルス
によつて先行及び後行される。このサンプル矩形
波形は、最適でないが明瞭である。音声の品質の
有効な改善は、例えば、音声信号の既知の統計的
特性にその再構成過程を一層接近させて遂行され
る。このように、音声信号のスペクトル成分の振
幅分布が周波数の増大につれて下るので、音声の
品質の改善は、(a)長い半サイクルと関連した信号
が短い半サイクルと関連した信号より大きな振幅
で再構成されるように１次記号の関数に再構成信
号の振幅を形成して、また(b)大きな振幅信号が小
さい振幅信号より小さい最大値／最小値比を有す
る最大値パルス幅を最小値パルス幅に調整して、
得られる。 例えば、再構成について所定の記号の振幅最大
値がＰであるとき、最小値はＰ―ユニツトにな
る。最大値／最小値比の変化は可能であり、その
最適条件は、各特定の用途ごとに異なる。 符号化の際、記号がオミツトされたとき、この
発明の装置は、随意に、再構成論理装置、逐次挿
入論理装置の一部として含めてもよい。 逐次挿入論理装置は、例えば、組織的な線形基
準に基づいて記号が取除かれたとき、直線の半サ
イクルと同じ波形を有する半サイクルを挿入し
て、低減論理の反転を実行する代わりに、検出さ
れた１記号に従つて記号が取除かれるとき、逐次
挿入論理装置は、最初の記号列を検出すると、元
の記号の長い列が再構成されるように、取除かれ
た記号に従つて、半サイクルを発生するように構
成される。 本発明の種々な付加的特徴は、本発明の装置の
修正として記述されてきたけれども、アナログ相
似付加法の特徴が、本発明に用いられることが理
解されよう。 マイクロコンピユータ及びマイクロプロセツサ
を含むコンピユータが、本発明の装置に用いられ
てもよく、本発明の装置の一部またはすべては１
つのコンピユータによつて構成されてもよい。デ
イジタル・コンピユータが用いられるとき、Ａ／
Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器が、また、一般に必要
とされる。 本願発明の具体例のいくつかを添付図面を参照
しつつ以下に説明する。 第１図において、例えば、マイクロホーンの出
力に結合される増幅器からの可聴信号を構成する
交流信号は、前処理回路１０に送られ、そこで、
可聴信号は帯域波され、小さいが十分な波動が
次の回路に対して適当なレベルに増幅されるよう
に一定音量に増幅される。その入力信号が広いダ
イナミツク・レンジを有する場合、一定音量の増
幅は重要である。 回路１０では、また、例えば低周波ノイズは微
分によつて低減され、ま高周波ノイズは積分によ
つて低減されるので、入力信号はノイズの状態に
よつて微分または積分される。更に、以下に説明
するように、ノイズが無音の期間に現われるとき
生起する多数のゼロ交差を取除く目的のために直
流信号が加えられる。また、回路１０は、次の１
以上の既知の処理、すなわち、信号圧伸、スペク
トル整形、周波数移相、及びスペクトル反転を実
行する。 回路１０からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１１
に送られる。変換器１１は、例えば従来のパル
ス・コード変調（PCM）エンコーダであつても
よく、3kHz音声帯域幅に対して、例えば毎秒あ
たり約20000サンプルを発生するために、クロツ
ク・パルス発生器２１によつて駆動される。ここ
に、各サンプルは10ビツト数として符号化され
る。 変換器１１は、一般に、ナイキスト・サンプリ
ング・レートより数倍早いレートの発生器２１に
よつて駆動される。ここでは、ナイキスト・サン
プリング・レートの２倍ないし10倍の係数が代表
的である。このように、その最高周波数は、２な
いし10サンプリングによつそれぞれ符号化され、
入力波形の有意義であり必要な寄力を損失させな
い。半サイクルの周期時間は、変換器１１からの
操作数またはサンプリングの数によつて測定さ
れ、かかる周期時間が測定される時間量の各々
は、１つの半サイクルで数回生起する。このよう
に、毎秒あたり20000サンプルの場合、各時間量
は１秒の1/20000に等しくなる。 変換器１１からの出力は、３つの論理回路、す
なわち、第１の発生手段としてのゼロ論理回路１
２、第２の発生手段としての事象論理回路１３、
及び振幅発生手段としてのエンベロープ論理回路
１４に送られる。 回路１２はリアル・ゼロ（RZ）の間の時間間
隔を決めるとき、カウンタがクロツクパルスを計
数に用いられ、変換器１１からの極性ビツトによ
つて符号を変えるたびに、このカウンタは続出さ
れかつゼロにリセツトされる。このように、前述
した第１信号が取出される。 回路１２についての更に詳細は、第７図に関連
して、以下に記述される。 前述したように、所定の条件の下に、補間ゼロ
（IZ）または疑似ゼロ（PZ）の間の時間間隔を測
定することによつて、半サイクルの周期時間を決
定できることは有用である。この理由のために、
回路１２は、また、かかるゼロが生起する時を決
定する。IZは、RZの前の最後の極大値と、RZの
後の最初の極小値（すなわち、最初の絶対振幅最
大値）との間を補間して得られる。 ３種類のゼロの間の差は第２図に例示され、第
２図は回路１０に生じる任意の前処理の後であつ
てＡ／Ｄ変換の前の音声波形を表わすことを意図
した任意の波形を示す。この波形のRZは勿論、
ポイント２２であり、PZはポイント２３によつ
て表わされ、連続するポイント２３の間のだいた
いの時間間隔は連続するポイント２２の間の時間
間隔に等しい。IZの１形式はポイント２４で例示
され、RZの前の最後の極大値２５とRZの後の最
初の極小値２３との間の直線のIZ／PC論理の数
理モデルを構成すれば理解し易い。直線が時間軸
と交差する点はIZの一形式である。 事象論理回路１３は、１つの半サイクルの極大
値及び／または極小値の数を識別すると共に計数
する。極小値の数だけを必要とする場合、回路１
３は極大値と極小値の計数値から１を減算し、そ
れから２によつて割算する。あるいは、回路１３
は直接的に極小値に計数してもよい。このよう
に、前述した第２信号が取出される。 極大値または極小値が生起するとき、近くの連
続するサンプルは、そのサンプルをデイジタル化
する時に生じる。ノイズまたは不確実の要因によ
つて、前のサンプルより大きくなるかまたは小さ
くなる。この理由のために、回路１３は、実際に
極大値または極小値が生起した時刻を決定する変
動論理回路を備える。事象論理回路１３について
の詳細は、第７図に関連して以下に記述される。 エンベロープ論理回路１４は、振幅情報、及び
パツキング情報（または周波数比情報）を含む信
号を取出す。振幅情報を得るために、回路１４
は、多数の連続する時間符号化サンプルにわたつ
て、入力波形のピーク値の平均を計算する。これ
は、その用途によつて、多くは20〜30の時間符号
化サンプルの程度、または少なくとも１もしくは
２の時間符号化サンプルの程度にわたつて平均化
されてもよい。 回路１４は、RZの時間間隔内に複素ゼロ
（CPZ）をパツクする方法についてのコード情報
を計算する。これによつて、受信機での一層有効
な再構成を容易にさせる。このコード情報は、或
る記号または記号のグループに必要とされるだけ
である。パツキング情報の需要の例として、伝送
されるコードが、２つの派生複素ゼロ（DCPZ）
が共に密にパツクされていること、または２つの
DCPZが広い間隔に置かれていることを指示する
とき、２つだけのDCPZを共なつた長いRZの時
間間隔は、一層現実的に再構成される。 ゼロ論理回路１２及び事象論理回路１３からの
信号は記憶手段としてのマツプ・コード論理回路
１５に送られ、回路１５は、例えばプログラマブ
ル・リードオンリメモリ（PROM）であつても
よい。回路１５は、回路１２及び１３で発生した
第１信号及び第２信号からなる１次記号に基づい
てアルフアベツトを示す２次記号を出力する。す
でに記述したように、前処理回路１０からの出力
信号が、例えば300Hzと3kHzとの間の信号に帯域
幅制限を受けるとき生成される１次記号の数は制
限される。更に、１次記号はグループ化され、各
グループの記号は同じ２次記号によつて表現さ
れ、そのグループは非線形方法で選択される。か
かるグループの構成はすでに記述され、この方法
では、無線受信機３１の出力におけるアルフアベ
ツトを示す２次記号は、復号の際に明瞭度を損失
せずに、容易に27個に低減されることを記述して
きた。回路１５の入力組合わせ１次記号と出力
（２次記号）の例は、表１に示す通りである。

【表】

【表】 最初の欄は各半サイクルの周期時間であり、そ
れらはグループ化されかつ同じ記号を用いて符号
化される長さを示す。その値の欄の各々は極小値
の数がヘツドに記載され、ヘツドの下の欄にアル
フアベツトの１キヤラクタを表わす２次記号の数
１〜27が記載されている。例えば、１つの極小値
を伴つた周期時間量21の半サイクルは13と符号を
付けられる。表１では、前述した所定の第２信号
の組は、最初の欄以外の欄のヘツドにおいて０か
ら５の６つの数によつて現わされる。 表１の情報PROMに入力する方法は、ルツク
アツプ・テーブルをPROMに入力するに慣れた
人には明白である。この明細書で記述された回路
１５に適したPROM又は他のPROMは、512×８
ビツトPROMであるINTEL2704及び8704を含
む。これらのデイバイスの使用について、製造者
のデータブツクに十分に記述されている。一般
に、PROMは×ビツト・アドレスを受容し、ｙ
ビツト出力を出力するようにプログラムされ、入
力及び／または出力は並列または直列であつても
よい。特に前述したデイバイスは、９ビツト・ア
ドレスを用い、８ビツト出力を出力する。実際に
は、表１の最初の欄の数と極小値を表わす列の数
との組合わせは、２進形式のPROMの入力側で
要求に応じなければならないPROMへの可能な
入力信号である。このように、PROMは、各可
能な入力信号ごとに、２進形式の出力記号を発生
するようにプログラムされ、その記号は表１のア
ルフアベツトの２進化形式の出力記号である。表
１のスペースの部分は帯域制限によつて記号が記
されていないが、PROMは、それにも拘わらず、
入力組合わせを生じた誤りワーキングに基因する
場合、そのスペースの左の記号でプログラムされ
る。例えば、極小値が１つ以上で周期時間量が10
の半サイクルは６と符号を付けられる。無音は記
号27（表１に示されていない）として符号を付け
られ、周期時間量41から約64の半サイクルが生起
するとき、それは記号27として符号を付けられ
る。周期時間量が64より長い場合、計数は第７図
と関連して説明されるように周期時間量は64と設
定される。 第３図の波形は音声波形であるが、ノイズ信号
が生じる無音の時間間隔２６を含む。 そのノイズ信号は多数のゼロ交差を有するの
で、ゼロ論理回路１２及び事象論理回路１３のカ
ウンタによつて計数され、その結果、適切でない
符号化信号を発生する。第３図の水平軸２７は前
処理回路１０の入力での波形と関連するが、一点
鎖線で表わされる水平軸２８は、回路１０の直流
信号を加えた後の前述の波形に対応する。これに
より、ゼロ交差が回路１０からの出力信号の時間
間隔２６で生じないことがわかるであろう。この
ように、回路１２の計数が所定の周期時間より長
い時間間隔を測定したとき、それは無音の時間間
隔が生起したとみなす。 ２次記号の大部分は、複号の際の明瞭度を損失
させずに、伝送する前に削除されてもよい。この
技術はまたすでに記述され、短かい半サイクルを
表す記号のかなり多数のグループ、及び長い半サ
イクルを表わすおそらく１つ置きの記号の省略に
ついて前述された。第１図では、逐次低減論理回
路１６によつて、例えば表に基づいて、２次記
号を削除する。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給される交流信号の時間に関する分割区間
   を規定すると共に前記交流信号の隣接した２つの
   ゼロ交差間の時間間隔を示す第１信号を発生させ
   る第１の発生手段１２と、前記ゼロ交差間におけ
   る前記交流信号の極値の数を示す第２信号を発生
   させる第２の発生手段１３と、前記交流信号の
   種々の隣接したゼロ交差間の時間間隔と前記ゼロ
   交差間における前記交流信号の種々の極値の数と
   の組合わせの夫々に対して予め決められた情報を
   記憶した記憶手段１５と、前記発生した第１信号
   及び前記発生した第２信号に基づいて前記記憶手
   段から前記情報を読取る読取り手段１５，１６
   と、時間に関する分割区間の夫々における極大値
   の平均値に関する振幅情報を発生する振幅発生手
   段１４と、前記読取られた情報に前記振幅情報を
   挿入する挿入手段１７とを含む交流信号の符号化
   装置。 ２ 前記第１の発生手段が、前記ゼロ交差RZを
   検出する手段６３，６４を有する特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ３ 前記第１の発生手段が、前記交流信号の一つ
   の半サイクルにおける最後の第１の極値と前記一
   つの半サイクルの次の前記交流信号の他の半サイ
   クルの最初の第２の極値との間を補間することに
   よつて補間ゼロ交差IZを検出する手段を有する特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 前記第１の発生手段が、前記交流信号の一つ
   の半サイクルにおける最初の第１の極値PZに対
   応する時刻と前記一つの半サイクルにおける次の
   半サイクルにおける最初の第２の極値PZに対応
   する時刻とを検出する手段７２，７４，７５を有
   する特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 前記第１の極値が極大値からなり、前記第２
   の極値が極小値からなる特許請求の範囲第３項又
   は第４項に記載の装置。 ６ 前記読取り手段は、前記発生した第１信号及
   び前記発生した第２信号に基づいて前記記憶手段
   から前記情報に関連する他の信号を発生する手段
   １５を有する特許請求の範囲第１項から第５項の
   いずれか一項に記載の装置。 ７ 前記記憶手段は、前記第１信号と前記第２信
   号との組合わせの複数が前記第１信号に関連して
   グループ化されている特許請求の範囲第１項から
   第６項のいずれか一項に記載の装置。 ８ 前記読取り手段が、前記読取つた複数の情報
   の連続から所定数番目毎の情報のみを選択する情
   報低減手段１６を有する特許請求の範囲第１項か
   ら第７項のいずれか一項に記載の装置。 ９ 供給される交流信号の時間に関する分割区間
   を規定すると共に前記交流信号の隣接した２つの
   ゼロ交差間の時間間隔を示す第１信号を発生させ
   る第１の発生手段１２と、前記ゼロ交差間におけ
   る前記交流信号の極値の数を示す第２信号を発生
   させる第２の発生手段１３と、前記交流信号の
   種々の隣接したゼロ交差間の時間間隔と前記ゼロ
   交差間における前記交流信号の種々の極値の数と
   の組合わせの夫々に対して予め決められた第１の
   情報を記憶した第１の記憶手段１５と、前記発生
   した第１信号及び前記発生した第２信号に基づい
   て前記第１の記憶手段から前記第１の情報を読取
   る第１の読取り手段１５，１６と、時間に関する
   分割区間の夫々における極大値の平均値に関する
   振幅情報を発生する振幅発生手段１４と、前記読
   取られた第１の情報に前記振幅情報を挿入する挿
   入手段１７と、前記第１の情報に対して予め決め
   られた第２の情報であつて、復号化されるべき交
   流信号の隣接するゼロ交差間の時間間隔を示す第
   ３信号と前記復号化されるべき交流信号の前記ゼ
   ロ交差間における極値の数を示す第４信号とから
   なる第２の情報を記憶した第２の記憶手段４２
   と、前記読取られた第１の情報に基づいて、前記
   第２の記憶手段から前記第２の情報を読取る第２
   の読取り手段４０，４１と、前記読取られた第２
   の情報から、前記第３信号に対応するゼロ交差間
   の時間間隔と前記第４信号に対応するゼロ交差間
   の波形とを有しており、前記復号化されるべき交
   流信号の時間に関する分割区間を発生させる第３
   の発生手段４７とを含む交流信号の符号化及び復
   号化装置。 １０ 前記第１の発生手段が、前記ゼロ交差RZ
   を検出する手段６３，６４を有する特許請求の範
   囲第９項に記載の装置。 １１ 前記第１の発生手段が、前記交流信号の一
   つの半サイクルにおける最後の第１の極値と前記
   一つの半サイクルの次の前記交流信号の他の半サ
   イクルの最初の第２の極値との間を補間すること
   によつて補間ゼロ交差IZを検出する手段を有する
   特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １２ 前記第１の発生手段が、前記交流信号の一
   つの半サイクルにおける最初の第１の極値PZに
   対応する時刻と前記一つの半サイクルにおける次
   の半サイクルにおける最初の第２の極値PZに対
   応する時刻とを検出する手段７２，７４，７５を
   有する特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １３ 前記第１の極値が極大値からなり、前記第
   ２の極値が極小値からなる特許請求の範囲第１１
   項又は第１２項に記載の装置。