JP2001527734A - 伝送システムにおけるデータの予測 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 伝送媒体を通じてディジタル情報信号を送信するための送信器が開示される。ディジタル情報信号は符号化されたデータ及び係数データへ圧縮される。係数データは予測され、予測信号を生成する。係数データ及び予測信号はデータ信号へ組み合わされる。符号化されたデータ及びデータ信号は共に伝送媒体を通じて伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】 伝送システムにおけるデータの予測 本発明は、ディジタル情報信号を符号化された信号へ圧縮しパラメータ信号を 発生するよう適応された適応符号化器と、 伝送媒体を通じた伝送のための伝送信号を獲得するために符号化された信号と パラメータ信号の表現とを組み合わせるよう適応された第１の信号組合せユニッ トとを含む、伝送媒体を通じてディジタル情報信号を伝送するための送信装置に 関する。 本発明は更に、伝送信号を受信する受信装置、伝送媒体を通じてディジタル情 報信号及びパラメータ信号の表現を伝送する方法、並びに、本発明による送信装 置又は方法によって獲得される記録担体に関する。 冒頭の段落において定義される種類の送信及び受信装置は、１９９６年９月の J.Audio Eng．Soc．第４４巻、第９号、第７−６乃至７１９頁、及び、第１０３ 回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons Bru ekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」より知ら れている。既知の送信装置は、ディジタル情報信号の送信のためにビットレート を効率的に減少することを意図する。このようにして得られた伝送信号は、符号 化された形式のディジタル情報信号及びパラメータ信号の表現を含む。パラメー タ信号は、符号化された形式のディジタル情報信号をディジタル情報信号へ復号 化するために受信装置において必要とされるパラメータを含む。すると、既知の 送信装置によって獲得される伝送信号は、ディジタル情報信号の伝送中、伝送媒 体からより少ない容量を要求とする。パラメータ信号は符号化器の中に設けられ る適応予測フィルタ又は確率テーブルに使用される 係数を含みうる。これらの係数は伝送媒体を通じて伝送される。既知の受信装置 では、伝送信号は元のディジタル情報信号の複製を発生するよう処理される。 本発明は、ディジタル情報の伝送のためのビットレートをより効率的に減少す る送信及び／又は受信装置を提供することを目的とする。 このため、本発明による送信装置は、 パラメータ信号への近似である予測信号を得るための予測フィルタを含む装置 と、 パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号とパラメータ信号とを組み合わ せる第２の信号組合せユニットとを含むことを特徴とする。 本発明による受信装置は、 パラメータ信号を形成するようパラメータ信号の表現と予測信号とを組み合わ せるための信号組合せユニットと、 パラメータ信号に対する近似である予測信号を得るための予測フィルタとを含 むことを特徴とする。 本発明による方法は、 パラメータ信号の近似である予測信号を得る段階と、 パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号及びパラメータ信号を組み合わ せる段階とを含むことを特徴とする。 本発明は信号を伝送するために必要とされるビット数が予測フィルタの使用に よって減少されうるという従来技術の欠点を克服することを目的とする。このた めに、既知の送信装置はディジタル情報信号の効率的な圧縮のために予測フィル タを使用する。驚くべきことに、パラメータ信号に対する予測を用いることによ り、パラメータの伝送に必要とされるビット数が減少することか分かった。 本発明の上述及び他の面を図１乃至５を参照して詳述する。 図１は本発明による送信装置の第１の実施例を示すブロック図である。 図２は本発明による送信装置の第２の実施例を示すブロック図である。 図３は本発明による受信装置の第２の実施例を示すブロック図である。 図４は記録装置の形状の送信装置を示すブロック図である。 図５は再生装置の形状の受信装置を示すブロック図である。 図１は本発明による送信装置の実施例を示す図である。送信器は、ディジタル 音声信号といったディジタル情報信号を受信する入力端子２を有する。ディジタ ル情報信号は、アナログ／ディジタル変換器においてアナログ形式のディジタル 情報信号をディジタル情報信号へ変換することによって獲得されてもよい。入力 端子２は、符号化器６の入力４に結合される。符号化器６は入力４へ印加される ディジタル信号を符号化器６の第１の出力８へ印加されるべき符号化された信号 へ変換するよう適応される。符号化器６は、更にパラメータ信号を発生し、これ を第２の出力１０へ印加するよう適応される。パラメータ信号は、例えば、符号 化器６の中に含まれる適応予測フィルタの中で使用されるフィルタ係数、又は符 号化器６の中に含まれる算術符号化器の中で使用されるために設けられる真理値 表の中の値を含みうる。両方の種類のパラメータを使用する送信装置は、第１０ ３回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons B ruekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」より知 られている。 予測フィルタ１４は、符号化器６の出力１０に結合される入力１２を有する。 予測フィルタは従来技術により周知である。信号組合せユニット１８は、符号化 器６の出力１０に結合される第１の入力１６及び予測フィルタ１４の出力２２に 結合される第２の入力２０、 並びに、出力２４を有する。信号組合せユニットは、入力１６及び２０で受信さ れた信号と、出力２４に印加されるべき残差信号を組み合わせるよう適応される 。本例では、信号組合せユニット１８は、第１の入力１６で受信された信号から 第２の入力２０で受信された信号を差し引く減算器回路の形状をとる。 回路ブロック３４は、入力３６で受信された残差信号を処理し、これを出力３ ８へ印加する。処理は、出力における信号の変更されていない伝達でありうる。 他の実施例では、回路ブロックはエントロピー符号化器を含みうる。エントロピ ー符号化器は、出力３８へ印加されるべき圧縮された信号を形成するよう入力３ ６において受信される信号を圧縮する。 第２の信号組合せユニット２６は、符号化器６の出力８に結合される第１の入 力２８と、回路ブロック３４の出力３８に結合される第２の入力３０と、出力３ ２とを有する。第２の信号組合せユニットは、伝送媒体ＴＲＭを通じて伝送され るべき伝送信号を形成するために、第１の入力及び第２の入力で受信される信号 を組み合わせるよう適応される。 上述の送信装置は、以下のように動作する。ディジタル情報信号は、入力端子 ２へ印加され、符号化器６へ供給される。ディジタル情報信号は連続するブロッ クを含む。符号化器６は、ディジタル情報信号を符号化された信号へ変換する。 符号化された信号は、符号化器の出力８へ印加される。符号化器６は、係数選択 手段を含む。係数選択手段は、ディジタル情報信号の連続するブロックの夫々か ら、例えば符号化器に含まれる適応予測フィルタ又は算術符号化器のための確率 テーブルの中でどの係数又はパラメータが使用されるべきかを得る。選択された パラメータは出力１０へ伝達される。予測フィルタ１４は、パラメータから予測 信号を得る。続いて、第１の信号組合せユニット１８は、パラメータ信号を表わ す残差信号を形成するよう、係数からこの予測信号を減算する。パラメータの予 測を形成し、残差信号を獲得するためにこのパラメータからこの予測を減算する ことにより、振幅範囲は減少する。予測フィルタ１４の第１の伝達関数は、例え ば、Ｈ（ｚ）＝２ｚ^-1−ｚ^-2でありうる。予測フィルタの第２の伝達関数は、例 えば、Ｈ（ｚ）＝３ｚ^-1−３ｚ^-2＋ｚ^-3でありうる。予測フィルタの伝達関数Ｈ （ｚ）＝９／８ｚ^-1+５／８ｚ^-2−６／８ｚ^-3は、よい圧縮率と、ハードウエア における実施が比較的簡単な倍率との組み合わせを与える。時々、パラメータ信 号は高周波リプルを有する。この場合、伝達関数Ｈ（ｚ）＝−ｚ^-1を有する予測 フィルタの使用は、振幅範囲において所望の減少を有する残差信号を生ずる。回 路ブロック３４が信号を変更せずに出力３８へ伝達すれば、残差信号の振幅範囲 の減少により、残差信号を伝送するために必要とされるビット数は、パラメータ 信号を伝送するのに必要とされる数よりも少ない。回路ブロック３４がエントロ ピー符号化器を含む場合、残差信号の再生に必要なビットの数は、更に減少され うる。エントロピー符号化器は、例えば従来技術で既知のＲｉｃｅ符号化器であ りうる。エントロピー符号化器は、圧縮された信号を形成するよう残差信号を圧 縮する。圧縮された信号の伝送のために必要とされるビット数は、残差信号の伝 送のために必要とされるビット数よりも少ない。エントロピー符号化器は、パラ メータ信号に依存してビット数の減少を与えるか又は与えない。同様に、パラメ ータ信号のビットを最も減少させることは、エントロピー符号化器を含むが予測 フィルタを含まない送信装置によって達成されうることが可能である。 第２の信号組合せユニット２６では、入力において受信される信号は伝送信号 を形成するよう組み合わされる。ディジタル情報信号は、以下説明される関連す る受信装置によってこの伝送信号から再構成されうる。上述の送信装置によるデ ィジタル情報信号の送信では、予測フィルタ１４を含まない装置による送信より も低いビットレートが得られる。伝送媒体の所望の帯域幅はビットレートの線形 関数であるため、本発明による送信装置はディジタル情報信号の送信のためによ り小さな帯域幅を必要とする。換言すれば、本発明による送信装置は、固定帯域 幅を有する伝送媒体を通じて、時間単位当たりにより多くの情報を送信しうる。 第２の信号組合せユニット２６は、従来の技術より既知であるため詳述しない。 伝送媒体は、伝送チャネル又は、磁気記録担体又は光学記録担体といった記録 担体でありうる。伝送信号は、伝送媒体ＴＲＭを通じて受信装置へ伝送される。 図２は、本発明による送信装置の第２の実施例を示す図である。第１の実施例 との差異は、予測フィルタ１４の入力１２が異なる様式で符号化器６の出力１０ に結合されることである。このため、装置は第３の信号組合せユニット４０を含 む。第１の入力４２は、第１の信号組合せユニット１８の出力２４へ結合される 。第２の入力４４は、予測フィルタ１４の出力２２へ結合される。第３の信号組 合せユニットは、第１の入力４２及び第２の入力４４へ印加される信号を１つの 信号へ組み合わせ、これを出力４６へ印加するよう適応される。第３の信号組合 せユニット４０の出力４６は、予測フィルタ１４の入力１２へ結合される。本例 では、信号組合せユニットは、２つの入力において受信される信号を相互に加算 するための加算器信号組合せユニットの形状をとる。第１の実施例の機能と、第 ２の実施例の機能は同じである。 図３は伝送信号を受信するための受信装置の実施例を示す図である。受信装置 は、受信された伝送信号から元の信号の複製を得る。 伝送信号ＴＲＭは、分離（デマルチプレックス）ユニット６２の入力６０にお いて受信される。分離ユニット６２は、伝送信号ＴＲＭから符号化された信号と パラメータ信号の表現とを得る。符号化された信号は第１の入力６４へ印加され る。パラメータ信号の表現は、第２の出力６６へ印加される。 分離ユニット６２の第１の出力６４は、適応復号化器７０の入力 ７２へ結合される。適応復号化器７０は、入力７２において受信された信号を、 第２の入力７６において受信された係数に依存して、ディジタル情報信号の複製 へ拡張する。複製は、復号化器７０の出力７４へ印加される。復号化器は、第１ ０３回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons Bruekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」に記 載されるように実現される。出力７４は受信装置の出力端子９０へ結合される。 回路ブロック９２は、出力６６へ結合される入力９４を有し、入力９４におい て受信される信号を処理し、処理された信号を出力９６へ印加するよう適応され る。処理は、出力９６における信号の変更されない伝達でありうる。他の実施例 では、回路ブロック９２はエントロピー復号化器を含みうる。エントロピー復号 化器は、出力９６へ印加されるべき拡張された信号を形成するよう、入力９４に おいて受信される信号を拡張する。エントロピー復号化器は、Ｒｉｃｅ復号化器 の形状をとりうる。 信号組み合わせ回路８２は、回路ブロック９２の出力９６に結合される第１の 入力８４と、予測フィルタ７８の出力８０に結合される第２の入力８６と、出力 ８８とを有する。信号組み合わせ回路８２は、出力８８へ印加されるパラメータ 信号を形成するよう、第１の入力８４において受信される信号を第２の入力８６ において受信される信号と組み合わせるよう適応される。信号組合せユニット８ ２は、第２の入力８６において受信された信号を第１の入力８４において受信さ れた信号と加算する加算器回路の形状をとりうる。総和信号は出力８８へ印加さ れる。予測フィルタ７８の構成は、伝送信号を送信した送信装置において使用さ れる予測フィルタ１４と全く同一である。 図３に示される受信装置は、以下のように動作する。分離ユニット６２は、入 力６０において受信された伝送信号を、符号化された 信号とパラメータ信号の表現とに分割する。パラメータ信号の表現は回路ブロッ ク９２へ印加され、回路ブロック９２は残差信号を形成するようこの信号を処理 する。残差信号及び予測信号は、信号組合せユニット８８の中でパラメータ信号 を形成するよう加算される。パラメータ信号は、予測フィルタ７８及び適応復号 化器７０へ印加される。予測フィルタ７８では、予測信号はパラメータ信号から 得られる。適応復号化器７０の中では、符号化された信号は、ディジタル情報信 号の複製へ変換される。適応復号化器の中の調整可能なパラメータは、入力７６ において受信される。調整可能なパラメータは、例えば、予測フィルタの係数又 は確率テーブルの値である。予測フィルタ及び復号化器は、従来技術より周知で ある。 送信装置の実施例に依存して、受信装置は、予測フィルタ７８のみ、又は予測 フィルタ７８及びエントロピー復号化器の形状の回路ブロック９２、又はエント ロピー復号化器の形状の回路ブロック９２のみを含む。 図４は、記録担体上にディジタル情報信号を記録する装置の形状の送信装置を 示す図である。図４中の回路ブロック５００は、図１のブロック図の代わりに示 される。図４中の入力端子２は図１中の入力端子２と全く同一であり、回路ブロ ック５００の出力３２は図１中の信号組合せユニット３０の出力３２と全く同一 である。記録装置は更に、誤り補正符号化器５０２と、チャネル符号化器５０４ と、記録担体５０８上に信号を書込むための書込み手段５０６とを含む。誤り補 正符号化器及びチャネル符号化器は、従来技術より周知である。記録担体５０８ は、磁気型でありうる。その場合、書込み手段５０６は、記録担体５０８上のト ラックに情報を書き込むよう適応される１つ以上の磁気ヘッド５１０を含む。他 の実施例では、記録担体５０８は光学情報担体である。すると、書込み手段５０ ６は記録担体５０８上のトラックに情報を書き込むための光学書込みヘッド５１ ０を含む。 図５は、記録担体からディジタル情報信号を再生する装置の形状の受信装置を 示す図である。図５中の回路ブロック６００は、図３のブロック図の代わりに示 される。回路ブロック６００の入力６０は図３中の分離ユニット６２の入力６０ と全く同一であり、図５中の出力端子９０は図３中の受信装置の出力端子９０と 全く同一である。再生装置は更に、読出し手段６０２と、チャネル復号化器６０ ６と、信号中の誤りを検出し、可能であれば補正する手段６０８とを含む。チャ ネル復号化器及び誤り検出／補正手段は、従来技術より周知である。読出し手段 は、記録担体５０８上に記録された信号を読み出し、読み出された信号をチャネ ル復号化器６０６へ印加するよう適応される。記録担体５０８は磁気型でありう る。その場合、読出し手段６０２は、記録担体５０８上のトラックから情報を読 み出すよう適応される１つ以上の磁気ヘッド６０４を含む。他の実施例では、記 録担体５０８は光学情報担体である。すると、読出し手段６０２は記録担体５０ ８上のトラックから情報を読み出すための光学読出しヘッド６０４を含む。 本発明による機器は、送信装置及び受信装置の両方を含みうる。図４及び図５ に示される機器の組み合わせは、ディジタル情報信号が記録担体上に記憶され、 後の時点において記録担体から記録されたディジタル情報信号を再生することを 可能とする機器を与える。他の可能性は、共に送信及び受信装置を含む２つの機 器が１つ以上の伝送媒体を通じて相互に通信することである。第１の機器は、そ の送信装置によって１つ以上の伝送媒体を通じて第２の機器へディジタル情報信 号を送信する。第２の機器は、受信装置によってこの信号を受信し、この信号を 出力において再生する。同様にして、第２の機器は、第２の伝送媒体を通じて第 ２の機器へディジタル情報信号を送信しうる。伝送媒体の物理的形式に依存して 、１つ以上の伝送媒体が使用される。 本発明は例として限られた数の実施例についてのみ説明されたが、 本発明はこれらの例にのみ制限されるものではないことが明らかとなろう。当業 者は請求項に定義される発明の範囲で様々な変更をなしうる。 本発明は更に任意の新しい特徴的な部分又は特徴的な部分の組み合わせに帰す る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ディジタル情報信号を符号化された信号へ圧縮しパラメータ信号を発生す るよう適応された適応符号化器と、 伝送媒体を通じた伝送のための伝送信号を獲得するために符号化された信号と パラメータ信号の表現とを組み合わせるよう適応された第１の信号組合せユニッ トとを含む、伝送媒体を通じてディジタル情報信号を伝送するための送信装置で あって、 パラメータ信号への近似である予測信号を得るための予測フィルタを含む装置 と、 パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号とパラメータ信号とを組み合わ せる第２の信号組合せユニットとを含むことを特徴とする送信装置。 ２． 適応符号化器は算術符号化器であることを特徴とする請求項１記載の送信 装置。 ３． 適応符号化器は適応予測フィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２ 記載の送信装置。 ４． パラメータ信号は適応符号化器の係数を含むことを特徴とする請求項１乃 至３のうちいずれか一項記載の送信装置。 ５． 記録担体上に伝送信号を記録する装置の形状をとり、誤り補正符号化器及 び／又はチャネル符号化器ユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至４のう ちいずれか一項記載の送信装置。 ６． 伝送媒体から伝送信号を受信する受信手段と、 伝送信号から符号化された信号とパラメータ信号の表現とを得る 分離手段と、 符号化された信号をパラメータ信号に依存してディジタル情報信号へ拡張する よう適応された適応復号化器とを含む、 符号化された信号とパラメータ信号の表現とを含む伝送信号を受信するための 受信装置であって、 パラメータ信号を形成するようパラメータ信号の表現と予測信号とを組み合わ せるための信号組合せユニットと、 パラメータ信号に対する近似である予測信号を得るための予測フィルタとを含 むことを特徴とする受信装置。 ７． 適応符号化器は算術符号化器であることを特徴とする請求項６記載の受信 装置。 ８． 適応符号化器は適応予測フィルタを含むことを特徴とする請求項６又は７ 記載の受信装置。 ９． 記録担体上に記録された伝送信号を再生する装置の形状をとり、チャネル 復号化器及び／又は誤り補正符号化器を含むことを特徴とする請求項６乃至８の うちいずれか一項記載の受信装置。 １０． 予測フィルタの伝達関数の次数は少なくとも２であることを特徴とする 請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。 １１． 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝２ｚ^-1−ｚ^-2を有することを特徴と する請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。 １２． 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝３ｚ^-1−３ｚ^-2＋ｚ^-3を有すること を特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記 載の受信装置。 １３． 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝９／８ｚ^-1＋５／８ｚ^-2−６／８ｚ^-3 を有することを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装 置。 １４． 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝−ｚ^-1を有することを特徴とする請 求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。 １５． ディジタル情報信号を受信する段階と、 ディジタル情報信号を符号化された信号及びパラメータ信号に圧縮する段階と 、 符号化された信号及びパラメータ信号の表現を伝送媒体を通じた伝送のための 伝送信号へ組み合わせる段階と、を含む伝送媒体を通じてディジタル情報信号及 びパラメータ信号の表現を伝送する方法であって、 上記方法は更に、 パラメータ信号の近似である予測信号を得る段階と、 パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号及びパラメータ信号を組み合わ せる段階とを含むことを特徴とする方法。 １６． 伝送信号は記録担体上に記憶される、請求項１５記載の方法。 １７． 請求項１５記載の方法又は請求項５記載の送信装置によって獲得される 記録担体であって、光学又は磁気記録媒体を含むことを特徴とする記録担体。 １８． 請求項５記載の送信装置及び請求項９記載の受信装置を含 む機器。