JPH09507631A - 差分コーディング原理を用いる送信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 会話及び音楽信号を送信する送信システムで入力信号は時間領域コーダ（４）によりコーダ（１１）にコード化される。時間領域コーダ（４）の出力信号は時間領域デコーダ（８）によりデコードされ、斯くの如くデコードされた信号は減算回路（１０）により入力信号から減算される。コーディングの質を改善するために差分信号は周波数領域コーダ（１２）によりコード化され、時間領域コーダ（４）及び周波数領域コーダ（１２）の出力信号はマルチプレクサ（１４）で結合され、受信機に伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】 差分コーディング原理を用いる送信システム 本発明は入力信号から第一のコード化された信号を得る第一のコーダと、第一 のコード化された信号からデコードされた信号を得るデコーダと、入力信号とデ コードされた信号との間の差信号を決定する決定手段と、差信号から少なくとも 第二のコード化された信号を得る少なくとも第二のコーダと、第一及び第二のデ コーダを含む受信機への送信信号によりコード化された第一及び第二の信号を送 信する送信手段とを含む送信機からなる送信システムに関する。 加えて本発明はそのような送信システム内で用いられる送信機、受信機、コー ダ、デコーダ及び、送信、コーディング、デコーディングの方法に関する。 上記の送信システムはＤ．Ｓｉｎｈａ，Ａ．Ｈ．Ｔｅｗｆｉｋによる文献、Ｉ ＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ ｇ Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１２，１９９３年１２月、「Ｌｏｗ Ｂｉｔ Ｒａｔ ｅ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎ ｇ Ａｄａｐｔｅｄ Ｗａｖｅｌｅｔｓ」に記載される。 そのような送信システムは制限された送信容量のチャンネルにより例えば会話 又は音楽信号を送信するために用いられる。 そのようなチャンネルの第一の例は移動局及び固定基地局との間の無線チャン ネルである。このチャンネルの利用可能な送信容量は制限される。何故ならばこ のチャンネルは非常に多くの使用者により使用されているからである。第二の例 は例えばＲＯＭのような磁気的、光学的、又は他の記録媒体を用いる記録チャン ネルである。この場合には容量はまたしばしば制限される。 該文献から知られている送信システムの送信機では入力信号は第 一のコーダによりコード化される信号に変換される。コード化された信号は送信 機内で対応するデコーダによりデコードされた信号に変換される、コーディング の質を改善するために入力信号とデコードされた信号との間の差が決定され、こ の差信号は第二のコーダにより第二のコード化された信号に変換される。２つの コード化された信号は受信機に送信され、そこでそれらは第一のデコードされた 信号及び第二のデコードされた信号に変換される。結合手段により２つのデコー ドされた信号を結合することにより、再構成された信号が得られる。 従来技術の送信システムでは第二のコーダは適応ウエーブレット（ｗａｖｅｌ ｅｔ）変換コーダである。そのようなコーダはかなり複雑である。その上にプリ エコー信号がウエーブレット変換により生じ、このエコーは送信システムの知覚 上の品質に有害に影響する。 本発明の目的は改良により送信品質を劣化させることなくその複雑さが従来技 術の送信システムと比較して顕著に減少する本発明による送信システムを提供す ることにある。 この目的に対して本発明は少なくとも一つのコーダは周波数領域コーダであり 、受信機内の少なくとも一つのデコーダは周波数領域デコーダであり、受信機は 周波数領域デコーダから由来するデコードされた信号と他のデコーダから由来す るデコードされた信号とを再構成された信号に結合する結合手段からなることを 特徴とする。 ウエーブレット変換コーダに対する周波数領域コーダの置き換えは複雑さを減 少する。実験は驚くべきことに複雑さのこの顕著な減少は送信品質のどのような 気づきうる損失も引き起こさないことを示した。そのような周波数領域コーダは 例えば離散的フーリエ変換、離散的コサイン変換又はサブバンドフィルターに基 づいている。人間の聴覚システムの心理聴覚的な性質はまたそれに用いられる。 本発明の実施例は第一のコーダは時間領域コーダであり、第二のコーダは周波 数領域コーダであり、第一のデコーダは時間領域デ コーダであり、第二のデコーダは周波数領域デコーダであることを特徴とする。 時間領域コーダの例はパルスコード変調、微分パルスコード変調、適応微分パル スコード変調、デルタ変調、適用デルタ変調、ベクトル量子化を用いるコーダで ある。周波数領域コーダの前に置かれる時間領域コーダは好ましい結果を生ずる ことがわかった。 送信品質は線形予測時間領域コーダを用いることにより更に改善される。その ようなコーダの例はＣＥＬＰコーダである。 本発明は類似の要素は類似の符号で示される以下の図を参照してより詳細に説 明される。 図１は本発明による送信システムを示す。 図２は図１に示される送信システムで送信機２に対する実施例を示す。 図３は図１に示される送信システムで受信機１８に対する実施例を示す。 図１に示される送信システムでは入力信号はコーディングシステム１１の入力 、即ち時間領域コーダ４である第一のコーダの入力に印加される。入力信号は遅 延要素６の入力に付加的に印加される。時間領域コーダ４の出力はマルチプレク サ１４の第一の入力及び時間領域デコーダ８であるデコーダの入力に接続される 。 遅延要素６の出力は差信号を決定する決定手段の第一の入力に接続され、この 決定手段は減算回路１０である。時間領域デコーダ８の出力は減算回路１０の第 二の入力に接続される。減算回路１０の出力は第二のコーダの入力に接続され、 これは周波数領域コーダ１２である。周波数領域コーダ１２の出力はマルチプレ クサ１４第二の入力に接続される。同様に送信機２の出力を形成するマルチプレ クサ１４の出力は送信チャンネル１６に接続される。 送信チャンネル１６の出力は受信機１８内のデマルチプレクサ２０の入力に接 続される。デマルチプレクサ２０の第一の出力は第一 のデコーダ、即ち時間領域のデコーダ２４の入力であるデコーディングシステム ２１の第一の入力に接続される。時間領域デコーダ２４の出力は遅延要素２６の 入力に接続される。遅延要素２６の出力は加算回路２８である結合手段の第一の 入力に接続される。デマルチプレクサ２０の第二の出力はデコーディングシステ ム２１の第二の入力に接続され、これは第二のデコーダ即ち周波数領域デコーダ ２２の入力である。周波数領域デコーダ２２の出力は加算回路２８の第二の入力 に接続される。加算回路２８の出力は受信機１８の出力を形成する。 図１に示される送信システムでは入力信号は時間領域コーダ４によりコード化 された信号に変換される。第一のコード化された信号は時間領域デコーダ８によ りデコードされた信号に変換される。減算回路１０は入力信号と時間領域デコー ダ８の出力信号との間の差を決定する。この差信号は時間領域コーダ４と時間領 域デコーダ８との組合せにより形成されたコーディングエラーに対する対策であ る。遅延要素６は入力信号の遅延が時間領域コーダ４と時間領域デコーダ８との 組合せにより生じた遅延に等しくなるよう存在する。時間領域コーダ４の適切な 実施は例えばＣＣＩＴＴ勧告Ｇ．７２８””Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｓｐｅｅｃｈ ａｔ １６ ｋｂｉｔ／ｓ ｕｓｉｎｇ ｌｏｗ ｄｅｌａｙ ｃｏｄｅ ｅ ｘｃｉｔｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ”に記載される。このコー ダは「合成による解析」の原理に基づく。 このベクトル量子化ではコード化される入力信号はコード化される信号の多数 の信号サンプルの連続する部分内に変換される。コードブックに記憶される多数 のコードブックワードに対して、合成された信号部分は合成フィルターで形成さ れる。入力信号の現在の部分と合成された信号部分との間の差は知覚的に重み付 けられたフィルターによりフィルターされる。信号サンプルの２乗和は知覚的に 重み付けられたフィルターの出力信号サンプルの部分から計算され る。 合成された信号の計算は入力信号と合成された信号との間の差の形態で、知覚 重み付けされたフィルターでフィルターし、２乗和の計算をするが、利用可能な １２８コードブックワードのそれぞれに対して影響され、一方でスケーリング係 数は８つの値を仮定するよう決定される。これらのコードブックワードから最小 ２乗和を導くコードブックワードが選択される。 解析フィルターの伝達関数は現在の部分に先立つ４つの合成された信号部分で の連続する信号サンプル間の関係の近似の線形予測の手段により決定される。コ ード化された信号は選択されたコードブックワードのコードブック指標からなる 。予測パラメータは伝達される必要はないことが観察される。合成による解析コ ーダは既にデコーダを含む故に別のデコーダ８は必要ないが、利用可能なコーダ ４で既に発生した差信号を得るために充分である。遅延要素６及び減算回路１０ はどちらも必要ない。 減算回路１０の出力上の差信号は周波数領域コーダ１２により第二のコード化 された信号に変換される。時間領域コーダ４及び周波数領域コーダ１２のパラメ ータはどのコーダも所望の送信レートに対するコーディングの質の比の最大値を 形成する特定のコーダに対して処理される信号を受けるよう相互に調整される。 例えは時間領域コーダはより低い周波数に対して特に好ましい結果を形成する一 方で、例えば心理聴覚マスク効果に用いられるサブバンドコーダのような周波数 領域コーダはより高い周波数に対して好ましい結果を形成する。 マルチプレクサ１４は第一及び第二のコード化された信号を結合し、結合され た信号が受信機１８に送信されるようにする。 受信機１８ではマルチプレクサは受信された結合された信号から第一と第二の コード化された信号を作る。第一のコード化された信号は時間領域デコーダ２４ により第一のデコードされた信号に変換 される一方で、周波数領域デコーダ２２は第二のコード化された信号を差信号を 表す第二のデコード化された信号に変換する。第一のデコードされた信号に関し て加算回路２８は差信号を第一のデコードされた信号へ加算する。遅延要素２６ は第一のデコードされた信号と差信号とを同様の遅延にするために存在する。 図２に示される送信機では入力信号はコーダ５１内のフィルター手段３０の入 力に印加される。フィルター手段３０の第一の出力は線形予測を用いるベクトル 量子化器３６である第一のコーダの入力に接続される（ＬＰＣ：線形予測コーデ ィング）。フィルター手段３０の第一の出力上の出力信号は入力信号の０−４ｋ Ｈｚからの周波数範囲を有するスペクトル部分を表し、この入力信号は２４ｋＨ ｚの最大周波数範囲を有し、これは４８ｋＨｚのサンプリングレートででサンプ ルされる。時間領域コーダ３６の出力はその出力信号に対する第一のコード化さ れた信号を搬送するが、この場合はマルチプレクサ５２により形成される送信手 段の第一の入力に接続される。時間領域コーダ３６の第二の出力はその出力信号 に対する差信号を搬送するが、サブバンドフィルター３８の入力に接続される。 サブバンドフィルター３８の６つの出力は周波数領域コーダの６つの入力に接続 され、これはここではサブバンドコーダ５０により形成される。 フィルター手段３０の５つの更なる出力はそれぞれ遅延要素３３、３５、３７ 、３９、４１の入力に接続される。遅延要素３３、３５、３７、３９、４１はそ れぞれ各専用サブバンドフィルター４０、４２、４４、４６、４８に接続される 。各サブバンドフィルター３８、４０、４２、４４、４６、４８の６つの出力は サブバンドコーダ５０の６つの入力に接続される。その出力信号に対して第二の コード化された信号を搬送するサブバンドコーダ５０の出力はマルチプレクサ５ ２の第二の入力に接続される。 図２に示される送信機２の入力信号はフィルター手段３０により それぞれが４ｋＨｚの帯域幅を有する多くのスペクトル部分に分割される。０− ４ｋＨｚからのスペクトル部分は時間領域コーダ３６により第一のコード化され た信号に変換される。時間領域コーダ３６の適切な実施は既に図１を参照して説 明されている。コード化された信号は時間領域コーダ３６内に存在する時間領域 デコーダ６７によりデコードされた信号に変換される。その上差信号は時間領域 コーダ３６内で決定される。時間領域コーダ３６の第二の出力は時間領域コーダ のコーディング誤差を表す差信号を搬送する。 入力信号の更なるスペクトル部分はフィルター手段３０の出力上のサブバンド 信号により表される。４ｋＨｚの帯域幅を有するこれらのサブバンド信号は遅延 要素３３、３５、３７、３９で遅延され、それによりこれらのサブバンド信号は 時間領域コーダ３６により処理される第一のサブバンド信号と同様の遅延となる 。斯くして得られた各サブバンド信号はフィルター３８、４０、４２、４４、４ ６、４８により６６７Ｈｚの帯域幅を有する６つの更なるサブバンド信号に変換 される。時間領域コーダ３６及び減算回路３４の付加はサブバンドコーダ５０に より時間領域コーダ３６のどのようなコーディング誤差も記録することを可能と し、同じ物を受信機に送信可能にする。これらの対策は送信品質の向上を実現可 能とする。合成による解析時間領域デコーダで利用可能な時間領域デコーダが既 に存在する故に要求される付加的な複雑さは少ない。フィルター手段３０の出力 上のサブバンド信号は特定のサブバンド内のパスバンド信号を表すベースバンド 信号であることが観察される。このベースバンド表現はサブバンド当たりに要求 されるサンプルの数は特定のサブバンドの最大周波数によってではなく、その特 定のサブバンドの帯域幅により決定されるという利点を有する。４８ｋＨｚサン プリングレートを有する信号に対するサブバンドコーダ６４の適切な実施はＤｒ ａｆｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ Ｄ ＩＳ １１１７２”Ｉｎｆｏｒｍａｔ ｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔ ｕｒｅｓ ａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ａｕｄｉｏ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａ ｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉａ ｕｐ ｔｏ ａｂｏｕｔ １．５Ｍｂｉｔ／ ｓ”，ｓｅｃｔｉｏｎ ３，ｐａｇｅｓ １７４−３３７から知られている。入 力上のサブバンド信号は量子化の手段によりデジタル信号に変換される。サブバ ンド信号は異なるサブバンドに対して異なりうる多くのレベルで量子化される。 各サブバンドに対して用いられる量子化レベルの実際の数は特定のサブバンド信 号の電力（ｐｏｗｅｒ）及び隣接するサブバンドのサブバンド信号の電力に依存 する。強い信号の近くの弱い信号が聞こえないという人間の聴覚システムの特性 が用いられる。結果としてそのような弱い信号を強い信号より顕著に少ない量子 レベルで量子化することが可能である。種々のサブバンド信号の電力に基づきち ょうど知覚しうるノイズレベルは各サブバンドに対して計算される。各サブバン ド信号に対して要求される量子化レベルの数はこのノイズレベルから計算される 。第二のコード化された信号は異なる量子化されたサブバンド信号及び各サブバ ンドの量子化レベルの数についての情報からなる。上記のコーダは０から２４ｋ Ｈｚからの周波数を有する信号をコーディングするよう配置される。０−４ｋＨ ｚからのスペクトル部分は時間領域コーダによりコード化される故にこのスペク トル領域内にあるサブバンドは比較的少ない振幅を有するコーディングエラー信 号のみを含む。結果としてわずか数ビットがこれらのサブバンドに対して割り当 てられるだけであり、それにより付加的な送信容量はこのコーディングエラー信 号を送信するのにほとんど必要ない。 マルチプレクサ５２は第一のコード化された信号と第二のコード化された信号 とを単一の信号に結合する。 図３に示される受信機１８では信号はデマルチプレクサ６０の入力に印加され る。出力信号に対して第一のコード化された信号を搬 送するデマルチプレクサ６０の第一の出力は時間領域デコーダ７６に接続される 。出力信号に対して第一のデコードされた信号を搬送する時間領域デコーダ７６ の出力は遅延要素７８の入力に接続される。遅延要素７８の出力は加算回路８０ の第一の入力に接続される。加算回路８０の出力は結合手段８２の第一の入力に 接続される。デマルチプレクサ６０の第二の出力はこの場合にはサブバンドデコ ーダ６２である周波数領域デコーダの入力に結合される。それらの出力信号に対 する再構成された信号を搬送し、その再構成された信号は入力信号の更なるスペ クトル部分を表すサブバンドデコーダ６２の出力の数はそれぞれ結合手段６４、 ６６、６８、７０、７２、７４の入力に接続される。結合手段７４の出力は加算 回路８０の第二の入力に接続される。結合手段６４、６６、６８、７０、７２の 出力は結合手段８２の関連する入力に接続される。再構成された入力信号は結合 手段８２の出力上で利用可能である。 受信機では受信された信号はデマルチプレクサ６０により第一と第二のコード 化された信号に分解される。第一のコード化された信号は時間領域デコーダ７６ により第一の再構成された信号に変換される。時間領域デコーダ７６の適切な実 施は該ＣＣＩＴＴ勧告Ｇ．７２８に記載される。 第二のコード化された信号はサブバンドデコーダ６２によりサブバンドデコー ダ６２の出力で得られる多数のデコードされたサブバンド信号に変換される。よ り低い６つのサブバンドの出力信号は結合手段７４により０−４ｋＨｚからの帯 域幅を有するサブバンド信号に変換され、このサブバンド信号は差信号を表す。 この差信号は加算回路８０により遅延要素７８の出力上のデコードされた信号に 加算される。サブバンドデコーダ６２の出力上の６つの隣接するサブバンド信号 の群は結合手段６４、６６、６８、７０、７２で４ｋＨｚの帯域幅を有するサブ バンド信号に結合される。結合手段６４、６６、６８、７０、７２の出力信号及 び加算回路８０の出力信号は 結合手段８２で再構成された信号に結合される。 サブバンドデコーダ７２の入力上のこれらのサブバンド信号は特定のサブバン ドの帯域通過フィルターを表すベースバンド信号であることがわかる。このベー スバンド表現はサブバンド当たりに要求されるサンプル画素の特定のサブバンド により決定され、その特定のサブバンドの最大周波数により決定されないという 利点を有する。結合手段８８はサブバンド信号を所望のサブバンド周波数に変換 し、それからそれらをデコードされた信号と共に再構成された入力信号に結合す る。サブバンドコーダ５０内及びサブバンドコーダ６２内の全てのサブバンドの 帯域幅は全て同じである。この帯域幅を等化することにより、サブバンドデコー ダは異なるバンド幅を有するサブバンドを用いるデコーダより著しく簡単である 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入力信号から第一のコード化された信号を得る第一のコーダと、第一のコ ード化された信号からデコードされた信号を得るデコーダと、入力信号とデコー ドされた信号との間の差信号を決定する決定手段と、差信号から少なくとも第二 のコード化された信号を得る少なくとも第二のコーダと、第一及び第二のデコー ダを含む受信機への送信信号によりコード化された第一及び第二の信号を送信す る送信手段とを含む送信機からなる送信システムであって、少なくとも一つのコ ーダは周波数領域コーダであり、受信機内の少なくとも一つのデコーダは周波数 領域デコーダであり、受信機は周波数領域デコーダに由来するデコードされた信 号と他のデコーダに由来するデコードされた信号とを再構成された信号に結合す る結合手段とからなることを特徴とする送信システム。 ２． 第一のコーダは時間領域コーダであり、第二のコーダは周波数領域コーダ であり、第一のデコーダは時間領域デコーダであり、第二のデコーダは周波数領 域デコーダであることを特徴とする請求項１記載の送信システム。 ３． 時間領域コーダは線形予測手段からなることを特徴とする請求項１又は２ 記載の送信システム。 ４． 周波数領域コーダはサブバンドコーダからなり、周波数領域デコーダはサ ブバンドデコーダからなることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一 項記載の送信システム。 ５． 入力信号から第一のコード化された信号を得る第一のコーダと、第一のコ ード化された信号からデコードされた信号を得るデコーダと、入力信号とデコー ドされた信号との間の差信号を決定する決定手段と、差信号から少なくとも第二 のコード化された信号を得る少なくとも第二のコーダと、コード化された第一及 び第二の信号を送信する送信手段とからなる送信機であって、少なくとも一つの コーダは周波数領域コーダであることを特徴とする送信機。 ６． 第一のコーダは時間領域コーダであり、第二のコーダは周波数領域コーダ であることを特徴とする請求項５記載の送信機。 ７． 第一及び第二のデコードされた信号から再構成された信号を得る第一と第 二のデコーダからなる受信機であって、周波数領域デコーダからデコードされた 信号と他のデコーダからデコードされた信号とを再構成された信号に結合する結 合手段を含むことを特徴とする受信機。 ８． 第一のデコーダは時間領域デコーダであり、第二のデコーダは周波数領域 デコーダであることを特徴とする請求項７記載の受信機。 ９． 入力信号から第一のコード化された信号を得る第一のコーダと、第一のコ ード化された信号からデコードされた信号を得るデコーダと、入力信号とデコー ドされた信号との間の差信号を決定する決定手段と、差信号から少なくとも第二 のコード化された信号を得る少なくとも第二のコーダとからなるコーディングシ ステムであって、少なくともいずれかのコーダは周波数領域コーダであることを 特徴とするコーディングシステム。 １０． 第一のコーダは時間領域コーダであり、第二のコーダは周波数領域コー ダであることを特徴とする請求項９記載のコーディングシステム。 １１． 第一及び第二のコードされた信号から再構成された信号を得る第一と第 二のデコーダからなるデコーディングシステムであって、少なくともいずれかの デコーダは周波数領域デコーダであり、周波数領域デコーダからデコードされた 信号と他のデコーダからデコードされた信号とを再構成された信号に結合する結 合手段からなることを特徴とするデコーディングシステム。 １２． 第一のデコーダは時間領域デコーダであり、第二のデコーダは周波数領 域デコーダであることを特徴とする請求項１１記載のデコーディングシステム。 １３． 入力信号から第一のコード化された信号を得、第一のコード化された信 号からデコードされた信号を得、入力信号とデコードされた信号との間の差信号 を決定し、差信号から少なくとも第二のコード化された信号を得、受信機への送 信チャンネルによりコード化された第一及び第二の信号を送信する方法であって 、少なくともいずれかのコード化された信号は周波数領域コーディングにより得 られ、周波数領域デコーディングにより得られたデコードされた信号と更なるデ コードされた信号とを再構成された信号に結合することを特徴とする入力信号を 送信する方法。 １４． 入力信号から第一のコード化された信号を得、第一のコード化された信 号からデコードされた信号を得、入力信号とデコードされた信号との間の差信号 を決定し、差信号から少なくとも第二のコード化された信号を得、コード化され た第一及び第二の信号を送信する方法であって、少なくともいずれかのコード化 された信号は周波数領域コーディングにより得られることを特徴とする入力信号 を送信する方法。 １５． 第一及び第二のコード化された信号を受信する方法であって、周波数領 域デコーディングから得られたデコードされた信号と更なるコード化された信号 とを再構成された信号に結合することを特徴とする方法。 １６． 入力信号から第一のコード化された信号を得、第一のコード化された信 号からデコードされた信号を得、入力信号とデコードされた信号との間の差信号 を決定し、差信号から少なくとも第二のコード化された信号を得る入力信号をコ ーディング方法であって、少なくともいずれかのコード化された信号は周波数領 域コーディングから得られることを特徴とするコーディング方法。 １７． 第一及び第二のコード化された信号から再構成された信号をデコーディ ングする方法であって、周波数領域デコーディングから得られたデコードされた 信号と更なるデコードされた信号とを再 構成された信号に結合することを特徴とするデコーディング方法。