JP2004508598A - オーディオ信号圧縮 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オーディオ信号圧縮に関する。
【0002】
国際特許出願WO98/16014は、オーディオ信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置を開示する。このデータ圧縮装置は、オーディオ信号を受信する入力端末と、オーディオ信号をA/D変換してビットストリームを得る1−ビットA/D変換器と、ビットストリーム信号にロスレスデータ圧縮ステップを行い、データ圧縮されたビットストリーム信号を得るロスレスコーダと、データ圧縮されたビットストリーム信号を供給する出力端末とを含む。更に、データ圧縮装置を含む記録装置及び送信器装置が開示される。更に、データ圧縮装置により供給されるデータ圧縮されたビットストリーム信号をデータ伸張するデータ伸張装置と、データ伸張装置を有する再生装置及び受信器装置も開示される。
【0003】
本発明は、オーディオ圧縮の際の有利な圧縮利得推定を提供することを目的とする。このために、本発明は、独立項に記載するような圧縮利得を推定する方法及び装置、記録装置、及び、送信器を提供する。有利な実施例は、従属項に記載する。
【0004】
圧縮利得推定は、例えば、一篇の音楽といったオーディオ信号列のオーサリング及び/又は編集に使用することができる。圧縮利得推定は、圧縮符号化による圧縮比の適応制御といった信号処理パラメータの制御に使用して、記憶又は記録媒体上に格納又は記録可能なデータ量の迅速な推定を与えることにより、スーパオーディオコンパクトディスク(SACD)といった記録媒体の有限の最大記憶コンテンツ内に、例えば、一篇の音楽のコンテンツを記録することを可能にする。
【0005】
理論的には、このような推定を得るには、一篇の音楽といったオーディオ信号の一部に対する平均の実際の圧縮比又は符号化利得を、全体のオーディオ信号列に対する圧縮比の指示として使用することが考えられる。しかし、このような取り組み方法では、一篇の音楽の形である典型的なオーディオ信号列は、かなり短い時間の相関で、かなり広い圧縮比又は符号化利得の変動を有する。そのため、所望されるレベルの精度又は正確さを有する圧縮比推定を得るには、信号列の非常に多くの部分を使用しなければならない。計算時間の要件により、このような解決策は、実際には容認されないであろう。
【0006】
本発明の第1の面によると、得られる圧縮利得の有利な推定は、オーディオ信号の選択される周波数帯域に含まれる信号パワーを抽出し、その推定を、抽出される信号パワーとの相関により得る。本発明の第1の面は、圧縮比又は符号化利得の迅速な推定は、オーディオ信号の信号パワーと圧縮利得との間の相関を使用することにより入手可能であるという見識に基づいている。この面は、例えば、ダイレクトストリームデジタル形式の1ビットのビットストリーム信号をロスレスに圧縮する際に特に有利である。
【0007】
尚、標準的なPCM符号化から、得られる符号化利得は、信号パワーにおける構造(平らさ)の程度に直接関連することが周知である。しかし、本発明の上述の面では、信号パワー自体を使用し、構造は使用しない。
【0008】
以下において、本発明を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【0009】
ロスレスエンコーダを調べてみると、例えば、20kHzまでのオーディオ信号帯域自体では、圧縮比に対し比較的平らな応答曲線が、信号パワーの関数として存在し、信号パワーspに依存する圧縮利得cgのかなりスティープな応答は、オーディオ信号帯域外の信号帯域に対し得られることが示される。このことは、例えば、20乃至50kHzの信号帯域に対しての図1に示す。
【0010】
図2のブロック図に示す信号処理装置では、この際立った相関を使用して、ロスレス符号化により得られる圧縮比又は符号化利得の推定を得る。アナログでもデジタルであってもよい入力オーディオ信号は、信号プロセッサ1に供給され、ここでは、入力オーディオ信号は、パラメータ制御装置2により決定される少なくとも1つの可変処理パラメータに依存して処理される。図示する例では、制御装置2により生成される制御信号は、適応シグマデルタ変調器3の適応を制御し、変調器3は、1ビットのビットストリーム信号といったいわゆるDSD(ダイレクトストリームデジタル)形式のデータストリーム信号を形成し、これは、信号プロセッサ1からの出力信号としてロスレスエンコーダ4に供給される。エンコーダ4内で得られる圧縮利得は、信号プロセッサ1の制御に使用される可変パラメータの変動によって著しく影響を受け、これは、結果として、図2に示すDVDディスク5へのSACD記録といったような記録媒体によって記録又は格納され得るデータ量に強く影響を与え得る。「Audio signal processing」なる名称で本願と同一の優先日を有する本出願人の同時係属出願を参照されたい。
【0011】
本発明の実施例によると、DSD形式のビットストリーム信号の信号パワーと、圧縮利得との間の図1に示すような相関は、符号化利得の迅速且つ正確な推定を与えるよう使用される。図示するように、信号パワーは、信号プロセッサ1からの出力に接続される抽出及び相関装置6により、ビットストリーム信号から抽出され、圧縮比又は符号化利得推定は、入力制御信号としてパラメータ制御装置2に供給される。
【0012】
図示するように、パラメータ制御される信号プロセッサ1の構成素子は、一般的に、適応シグマデルタ変調器3である。幾つかの取り組み方法が、シグマデルタ変調器の構造の適応又は変更を行うために使用可能である。例えば、異なるオーダを有するシグマデルタ変調器の構造間でシフトする、又は、変調器の高周波雑音において構造を形成するといった取り組み方法がある。
【0013】
従って、第3のオーダの、第5のオーダの、又は、第7のオーダの変調器構造間でシフトすることにより、圧縮比は、一般的に、第3のオーダの構造に対する約3.7から、第7のオーダの構造に対するたった2.3又はそれ以下に亘る範囲で得られ、このことは、エンコーダ4からの圧縮されたビットストリーム信号のデータ量を、例えば、DVDディスク5といった記録媒体の限られた記録又は記憶容量にフィットするよう整形するために使用される。
【0014】
図3は、図2に示す信号プロセッサ1に使用する第5のオーダのシグマデルタ変調器の好適なトポロジーを示す。図示するトポロジーは、多数の共振器構造に基づいており、共振器R1、R2、…、R5のフィードバックループにおける係数c1、c2、…、c5が、ループフィルタの極(又は、雑音伝達関数のゼロ)を決定する。図示するトポロジーは第5のオーダの変調器に対するものであるが、同一のトポロジーを、単にもう1つの共振器構造を付加することにより第7のオーダの変調器に使用してもよい。
【0015】
シグマデルタ変調器の通常の設計では、極は通常オーディオ帯域内に配置される。しかし、本発明では、少なくとも1つの極を、オーディオ帯域外に配置し、シグマデルタスペクトルの高周波部(それ以外は略平らである)に追加の構造を形成することが好適である。
【0016】
従って、シグマデルタ変調器の標準設計では、極は、一般的に8.7、15.7、及び、19.5IkHzに配置されるが、本発明では、最後の極は、20kHz領域から高い周波数領域、例えば、300kHz以上の周波数にシフトすることが好適であり、これは、圧縮利得のかなりの増加につながる。このことは、信号対雑音のパフォーマンスを僅かに低下させる場合があるが、これは、通常は、全く容認可能であり、というのは、余分の雑音は、人間の耳にはあまり聞こえない高い周波帯域に発生するからである。
【0017】
極位置を、20kHz領域から高周波にシフトすることは、現行の変調器構造に、例えば、低域通過ループフィルタに並列して、別個の追加の帯域通過フィルタを付加することにより達成される。2次バターワース(Butterworth)帯域通過フィルタを上述したような並列フィルタとして使用することにより、かなりの圧縮利得の増加が実現され、変調器は大きい入力に対し依然として安定し、オーディオ帯域における信号対雑音のパフォーマンスは依然として変更されていない変調器と比べても実質的に変化しない。
【0018】
異なるシグマデルタ変調器構造間でシフトすることは、ビットストリーム信号の一部の周波数帯域における信号パワーと、圧縮比又は符号化利得との間の関係に変動をもたらす場合があり、従って、圧縮比推定のための基礎として使用する相関に影響を与える場合があるという事実を考慮することにより、相関を固定するために最初にキャリブレーション処理を行うことが有利である。
【0019】
この目的のため、固定シグマデルタ変調器が、ロスレスエンコーダ4前の最終処理装置として組込まれる。これは、図2中、破線のブロック7に示す。従って、信号パワーは、固定シグマデルタ変調器7からロスレスエンコーダ4に供給される信号から抽出されることが好適である。
【0020】
図2に示す上述の信号プロセッサの実施例では、適応シグマデルタ変調器を使用して、ビットストリーム信号の信号パワーから得られる相関に応答して圧縮比又は符号化利得を適応する又は変更するが、固定或いは適応型のシグマデルタ変調器前で、信号プロセッサにおける帯域幅制限低域通過フィルタの組み込みの信号レベルを減少するといった他のアプローチも、別個に又は組合わせて使用してもよい。
【0021】
更に、本発明の実施例による方法を実行する信号処理装置は、後続の圧縮符号化において得られる圧縮比の推定を、例えば、オーディオ信号列の、純粋な評価、フォーマッティング、オーサリング、及び/又は編集のためのスタジオ環境に別個で使用可能である限りは、それ自体が圧縮符号化手段を含む必要はない。
【0022】
上述した実施例は、本発明を例示するものであって、制限するものではないことを理解すべきである。当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替となる実施例を設計することが可能である。請求項において、括弧内に置かれる任意の参照符号は、その請求項を制限するものではない。「含む」という用語は、請求項に列挙される構成素子及び段階以外の構成素子及び段階の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の構成素子を含むハードウェア、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実施可能である。装置請求項において、幾つかの手段が列挙されるが、手段のうちのいくつかは、全く同一のハードウェアアイテムとして具現化されることが可能である。特定の手段が相互に異なる従属項において記載されるという事実は、これらの手段を有利に組合わせて使用することができないということを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】
圧縮利得とオーディオ信号の選択周波数帯域における信号パワーとの関係を示す図である。
【図2】
本発明の信号処理装置の実施例が組込まれるデジタルオーディオ信号記録又は送信チェーンを示す単純化されたブロック図である。
【図3】
図2に示す信号プロセッサに使用する第5のオーダのシグマデルタ変調器を示す単純化されたトポロジー図である。
Claims (11)
- 所与のオーディオ信号を圧縮する際に得られる圧縮利得を推定する方法であって、
上記所与のオーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出する段階と、
上記抽出された信号パワーとの相関により上記圧縮利得の推定を得る段階とを含む方法。 - 上記オーディオ信号は、1ビットの雑音整形されたデジタル信号である請求項1記載の方法。
- 上記圧縮はロスレス方式である請求項1記載の方法。
- 上記選択された周波数帯域は、20kHz以上である請求項1記載の方法。
- 上記選択された周波数帯域は、20乃至50kHzである請求項4記載の方法。
- オーディオ信号を記録媒体に記録する方法であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る段階と、
上記圧縮されたオーディオ信号を上記記録媒体に記録する段階とを含み、
上記方法は更に、
上記オーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出し、上記抽出された信号パワーとの相関により圧縮利得の推定を得ることにより、上記圧縮段階において得られる圧縮利得を推定する段階と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮段階を制御する段階とを含む方法。 - 上記圧縮段階は、上記オーディオ信号を、上記推定された圧縮利得に応答して適応雑音整形変調することにより、デジタル信号に変換する段階を含む請求項6記載の方法。
- オーディオ信号を送信する方法であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る段階と、
上記圧縮されたオーディオ信号を、伝送媒体を介し送信する段階とを含み、
上記方法は更に、
上記オーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出し、上記抽出された信号パワーとの相関により圧縮利得の推定を得ることにより、上記圧縮段階において得られる圧縮利得を推定する段階と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮段階を制御する段階とを含む方法。 - 所与のオーディオ信号を圧縮する際に得られる圧縮利得を推定する装置であって、
上記所与のオーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出する手段と、
上記抽出された信号パワーとの相関により上記圧縮利得の推定を得る手段とを含む装置。 - オーディオ信号を記録媒体に記録する記録装置であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る手段と、
上記圧縮されたオーディオ信号を上記記録媒体に記録する手段とを含み、
上記記録装置は更に、
上記圧縮の際に得られる圧縮利得を推定する請求項9記載の装置と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮を制御する手段とを含む装置。 - オーディオ信号を送信する送信器であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る手段と、
上記圧縮されたオーディオ信号を、伝送媒体を介し送信する手段とを含み、
上記送信器は更に、
上記圧縮の際に得られる圧縮利得を推定する請求項9記載の装置と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮を制御する手段とを含む送信器。
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