JP2004518350A - データストリームのロスレス伝送を保護する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

入力ディジタル信号のチェックサムを計算するための第１の計算手段（１２）を有する、ロスレス伝送について入力ディジタル信号を符号化する装置（１０）及びその方法に関する。更に、この装置は、ディジタルデータの符号化されたパケットにロスレス符号化するための符号化手段（１１）と、符号化信号を生成するために関連するチェックサムを符号化されたパケットに加える合成手段（１３）とを有する。他に関連して、符号化信号を受信するとともに、符号化されたパケット及び関連するチェックサムを抽出する抽出手段（２１）と、符号化されたパケットを入力ディジタル信号を有する復号されたパケットに復号する復号手段（２２）と、復号されたパケットのチェックサムを計算する第２の計算手段（２３）と、計算されたチェックサムが抽出されたチェックサムと一致する場合に出力信号として復号されたパケットを出力する出力手段（２４，２５）とを有する、符号化信号を復号するための装置（２０）及びその方法に関する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データストリームのロスレス伝送を保護するための方法及び装置に関する。より特定すると、本発明は、媒体を介するロスレス伝送の入力ディジタル信号を符号化する方法であって、少なくとも１つのパケットのディジタルデータを有する入力ディジタル信号を受信するステップと、少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号のチェックサムを計算するステップとを有する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法は、音声（スピーチ）信号のディジタル通信においてＣＲＣを用いるエラー検出方法を説明する、米国特許公報第５，３４１，３８４号から知られる。入力ディジタル信号から、チェックサム（ＣＲＣ）が計算されて信号に加えられる。そののち、この合成された信号が符号化され、通信媒体を介する伝送に関するエラー（誤り）訂正を可能にする。信号を受信した後、該信号が復号され、エラーについて検査され、チェックサムについて検査される。エラーが検出される場合、又はチェックサムのコントロールに失敗する場合、上記信号が、補間又はミュート（無音化）されるので、エラーが音声に復号されない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この既知の方法は、受信及び更なる処理について、エラー検出及びチェックサムのモニタリングが常時行われる必要があるという欠点をもつ。このことは、既知の方法において、最初にチェックサムが計算されて信号に加えられ、後続してエラー訂正コードが合成された信号全体について計算されるという事実に起因する。エラー検出及びチェックサムモニタリングを備えていない先行機種は、受信された信号を元の信号に適切に変換することが不可能である。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、ディジタルデータ信号を符号化及び復号化することによってデータストリームのロスレス伝送を保護し、入力ディジタル信号と等しくなる出力ディジタル信号を供給できるような方法及び装置であって、更に保護方式（スキーム）を用いていない従来のシステムとの下位互換性を可能にする方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の態様において、入力信号のパケットをディジタルデータの符号化されたパケットに符号化するステップと、符号化信号を生成するために関連するチェックサムを符号化されたパケットに加えるステップとを更に有する、前文に規定されたタイプの符号化方法を提供する。好適には、関連するチェックサムは、巡回冗長チェックサム（ＣＲＣ：Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋｓｕｍ）であり、別個のパケットとして符号化されたパケットに好適に加えられる。
【０００６】
本発明による上記方法は、データストリームのデータパケットにおいて含まれる全てのデータに関して、入力ディジタル信号から出力ディジタル信号まで全経路にわたる保護を提供する。この方法は、デコーダがチェックサムのモニタリングを備えているか否かにかかわらず、デコーダの出力信号がエンコーダの入力信号と等しくなることを確実にする。したがって、この方法は、チェックサムのモニタリングを使用していないオーディオ機器との下位互換性がある。
【０００７】
更に、本発明は、本発明による符号化方法により得られた符号化信号を復号する方法であって、符号化された信号を受信するステップと、受信された符号化信号から符号化されたパケット及び関連するチェックサムを抽出するステップと、符号化されたパケットを入力ディジタル信号を有する復号されたパケットに復号するステップと、復号されたパケットのチェックサムを計算するステップと、この計算されたチェックサムが抽出されたチェックサムと一致する場合、復号されたパケットを出力信号として出力するステップとを有する、復号方法を提供する。この復号方法は、データストリームのロスレス伝送における終端間保護を提供する。この終端間保護により、デコーダのインプリメンテーション（ハードウェア又はソフトウェアのインプリメンテーション）を検査することが可能になる。インプリメンテーションが正しくない場合、出力信号はもたらされない。
【０００８】
本発明の復号方法の他の実施例において、上記復号方法は、媒体を介するロスレス伝送を可能にするために、チャネル符号化の更なるステップを有する。更に、この復号方法は、媒体を介するロスレス伝送を可能にするために、符号化信号を受信するステップより先にチャネル復号の他のステップを有する。チャネル符号化／復号化ステップが、上述されたものと同じ結果を伴う不完全なデータパケットにつながるであろう不完全なエラー訂正を実行する可能性がある。この復号方法は、このような不完全なチャネル復号を検出する。
【０００９】
好適には、上記復号方法は、計算されたチェックサムと、抽出されたチェックサムとが等しくない場合、復号されたパケットを補間又はミュートする更なるステップを有する。復号ステップにおけるエラーは、不完全なデータパケットの原因となる可能性があり、かかる不完全なデータパケットは、オーディオ用途において出力処理システム（出力ゲート又はラウドスピーカ）のダメージにつながり、又はリスナにとってヒアリングのダメージ又は厄介なことさえも引き起こす可能性がある。本発明は、不完全なパケットを検出し、後続して補間又はミュートすることを可能にし、それによってデータストリーム符号化及び復号化のよりロバストな方法を提供するものである。
【００１０】
他の態様において、本発明は、媒体を介するロスレス伝送のために少なくとも１つのパケットのディジタルデータを有する入力ディジタル信号を符号化する装置であって、米国特許公報第５，３４１，３８４号から既知であるような、少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号のチェックサムを計算するために第１の計算手段を有する装置を提供する。本発明によると、この装置は、更に、少なくとも１つのパケットをディジタルデータの符号化されたパケットにロスレス符号化するための符号化手段と、関連するチェックサムを前記符号化されたパケットに加えて符号化信号を生成する符号化手段及び前記計算手段に接続される合成（コンポジション）手段とを有する。好適には、このチェックサムは巡回冗長チェックサム（ＣＲＣ）であり、関連するチェックサムが、別個のパケットとして符号化されたパケットに好適に加えられる。
【００１１】
符号化装置と関連する装置は、本発明による符号化装置から得られる符号化信号を復号する復号装置であって、符号化信号を受信するとともに、この受信された符号化信号から符号化されたパケット及び関連するチェックサムを抽出する抽出手段と、入力ディジタル信号を有する復号されたパケットに前記符号化されたパケットを復号するように前記抽出手段に接続される復号手段と、この復号されたパケットのチェックサムを計算するために前記復号手段に接続される第２の計算手段と、前記抽出手段、前記第２の計算手段、及び計算されたチェックサムが抽出されたチェックサムと一致する場合、復号されたパケットを出力信号として出力する前記復号手段に接続される出力手段と、を有する復号装置である。
【００１２】
好適には、上記出力手段は、更に、計算されたチェックサムと、抽出されたチェックサムとが等しくない場合、復号されたパケットを補間又はミュートする。
【００１３】
他の実施例において、符号化装置は、更に、合成手段に接続されるチャネル符号化手段を有するとともに、媒体を介するロスレス伝送を可能にする。また、復号装置は、更に、抽出手段に接続されるチャネル復号手段を有し、このチャネル復号手段が、媒体を介するロスレス伝送を可能にする。
【００１４】
符号化及び復号装置は、上述の本発明による該方法に匹敵する利点を提供する。
【００１５】
更に他の態様において、本発明は、本発明による符号化方法により得られた、少なくとも第１のタイプのパケットと、第２のタイプのパケットとを有する信号に関し、また本発明による信号を有する記憶媒体に関する。
【００１６】
本発明は、添付の図面を参照して、本発明の複数の例示的な実施例を用いて、以下により詳細に説明されるであろう。
【００１７】
本発明は、スーパーオーディオコンパクトディスク（ＳＡＣＤ）に関するディジタルオーディオ信号のコード化及び復号プロセスを説明することによって、より詳細に説明されるであろう。
【００１８】
サウンド信号は、例えばスーパーオーディオコンパクトディスクの技術に用いられるダイレクトストリームディジタル（ＤＳＤ）規格を用いて、ディジタル信号にコンバートされる。ＤＳＤ信号は、１ビットのオーディオ信号であり、複数の多重化（マルチプレックス）オーディオチャネルを有し、各々のオーディオチャネルが１つのラウドスピーカ用である。現在、オーディオ信号の数は、２つ（通常のステレオ）から６つ（ＩＴＵ−Ｒ ＢＳ．７７５ ５−チャネルサラウンドセットアップに加えて、付加的な低域拡張ラウドスピーカ）までの範囲にありうる。
【００１９】
ディジタル信号は、オーディオヘッダ及び複数の（多重化）データパケットを有しうる複数のセクタを有しており、ここではオーディオヘッダが、セクタのデータパケットと、セクタで開始するフレームとの情報を有する。各々のデータパケットは、オーディオデータ、補助データ、オーディオ情報データ又はパディングデータを有してもよい。整数のパケットは、７５分の１秒の時間長をもつ多重化フレームを形成し、ここで時間コードは、分、秒及びフレームで示される。
【００２０】
スーパーオーディオＣＤ（ＳＡＣＤ）規格が開発されるのに従って、ダイレクトストリームトランスファー（ＤＳＴ）と呼ばれるロスレスコード化の技法が、（例えばＳＡＣＤに）記憶される前にＤＳＤ信号を符号化するのに使用されている。このロスレスコード化の技法は、１９９７年９月２６日から２９日に開催された第１０３回ＡＥＳのＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎで提出されたＦ．Ｂｒｕｅｋｅｒｓらの “Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ １−ｂｉｔ ａｕｄｉｏ ｓｉｇｎａｌｓ”のｐｒｅｐｒｉｎｔ ４５６３（Ｉ−６）に説明されている。このロスレスコード化の技法により、とりわけ、より多くのデータが媒体に記憶されることができるような、データの圧縮及びディジタル信号のダイナミックレンジを改善することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、エンコーダ装置１０及びデコーダ装置２０を有する、本発明の実施例の概略図を示す。この概略図においては、単に本発明に関連する構成要素のみが示され且つ説明されており、（ＳＡＣＤレコーダ及びプレーヤのような）実際のシステムに見られる他の構成要素は、分かりやすくするために省かれている。
【００２２】
ＤＳＤ信号は、ＳＡＣＤ又はＤＶＤディスクのような伝送ライン又は記録媒体などの転送（トランスポート）媒体１５を介する伝送（トランスミッション）及び符号化のためにエンコーダ装置１０に入力される。デコーダ装置２０は、転送媒体１５から符号化信号を受信し、この符号化信号を復号し、復号された信号を出力装置３０に出力する。かかる出力装置３０は、当業者には既知の方法で、この出力信号を更に処理してオーディオ信号を生成する。
【００２３】
復元された出力信号が崩れている場合、すなわちエンコーダ装置１０の入力信号と比較してエラーを含む場合、出力装置３０、又は出力段階若しくはラウドスピーカのような該装置の一部分にダメージを与えている可能性があるという結果をもたらしうる。更に、崩れた出力信号は、オーディオ信号に変換されたとき、人間のヒアリング（聴取）にとって有害になりうる。
【００２４】
エンコーダ装置１０は、ＤＳＴエンコーダ装置１１を有し、かかるＤＳＴエンコーダ装置１１が、入力ＤＳＤ信号を受信し、各々のＤＳＤ信号オーディオパケットに関してＤＳＴ符号化機能を果たす。更に、エンコーダ装置１０は、チェックサム計算エレメント１２を有し、かかるチェックサム計算エレメント１２も入力ＤＳＤ信号を受信する。ＤＳＴ符号化と同期させて、チェックサム計算エレメント１２は、ＤＳＤ信号オーディオパケットから、（ＣＲＣ：巡回冗長チェックサムのような）チェックサムを計算する。ＤＳＴエンコーダエレメント１１及びチェックサム計算エレメント１２の出力信号は、合成（コンビネーション）エレメント１３において合成される。
【００２５】
実施例において、チェックサム計算エレメント１２は、好適には、以下の数式により、ＤＳＤ信号オーディオパケットのチェックサム（ＣＲＣ（ｘ））を計算する。
【数１】

ここで、
【数２】

及び Ｇ（ｘ）＝ｘ^３２＋ｘ^３１＋ｘ^４＋１
【００２６】
合成エレメント１３は、ディジタルデータストリームにおいて別個のパケットとしてチェックサムを加える。好適には、チェックサムがオーディオ情報パケットに含まれ、かかるオーディオ情報パケットは、同じ多重化フレームの符号化されたオーディオパケットに含まれている。付加的なオーディオ情報パケットにチェックサムを含むことは、信号が、チェックサム情報を抽出するようにされていない復号装置との下位互換性があるという利点を有する。
【００２７】
デコーダ装置２０は、転送媒体１５からの符号化信号を復元するとともに、符号化信号の多重化フレームからオーディオパケット及び関連するオーディオ情報パケットを抽出する、抽出手段２１を有する。抽出されたオーディオパケットは、ＤＳＴデコーダ２２へ入力され、かかるＤＳＴデコーダ２２が、ＤＳＴ符号化された情報を、元のＤＳＤフォーマットのディジタル入力信号に復号する。そののち、復号された信号パケットは、この復号された信号に関するチェックサム計算装置２３に入力され、その結果として計算されたチェックサムが、比較器（コンパレータ）２４において抽出されたチェックサムと比較される。比較器２４は、スイッチ又はゲート２５を制御しており、かかるゲート２５は、抽出されたチェックサムと計算されたチェックサムとが一致する場合、復号されたオーディオパケットが出力装置３０への出力になることを可能にする。抽出されたチェックサムと計算されたチェックサムとが不一致の場合、ゲート２５は、（不完全な）パケットを出力しないようにするので、それによって、デコーダ装置２０の出力信号を用いる出力装置又は機器３０の出力段階又はラウドスピーカに対するダメージを防止する。好適には、デコーダ装置２０の出力信号を用いる出力機器３０は、特定のパケットがブロックされる場合、出力信号をミュート又は補間する。他の選択肢として、このミュート又は補間機能は、スイッチ又はゲート２５において実施されてもよい。
【００２８】
符号化信号は、転送媒体１５（例えば、インターネット、又は（スーパーオーディオ）コンパクトディスク記憶装置などの伝送ライン）を介して、デコーダ装置２０に伝送される。この転送媒体１５は、簡略な伝送ライン又は記憶エレメントでありうる。別の実施例において、転送媒体１５は、符号化信号にエラーを発生させうる媒体１８である。エラーの訂正を可能にするために、転送媒体１５は、チャネルコード化エレメント１６と、上記媒体１８によって発生されたエラー検出及びエラーの訂正を可能にするためのチャネル復号化エレメント１７とを有する。このようにして、チャネルコード化エレメント１６と、チャネル復号化エレメント１７と、（エラー発生）媒体１８とが、エラーのない転送媒体１５を形成する。しかしながら、チャネル符号化／復号化エレメント１６，１７によって（適切に）検出及び／又は訂正されないエラーが、前記媒体１８によって符号化信号に発生されることは依然として起こり得る。本発明による実施例において、チェックサムを用いることにより、出力ディジタル信号が、入力ディジタル信号と正確に一致するか否かを検出することが可能になる。このことは、更にデコーダの適正な動作を検出することを可能にする。デコーダが誤ってインプリメントされる場合、異常な出力信号がもたらされるだろう。更に、例えばエージングから生じるデコーダの部品の不具合もありうる。その場合、デコーダはもはや適正に動作しないだろう。その結果として、出力信号がもはや元の信号と一致しないだろう。したがって、ダメージを被ったラウドスピーカ、又はリスナの耳に対するダメージのような出力機器３０の出力段階へのダメージにつながりうるようなエラーの発生が防止される。
【００２９】
上述された例証的な実施例において、説明されたディジタル入力信号は、ＳＡＣＤ又はＤＶＤ記録及び再生に用いられるＤＳＤ信号である。当業者にとって、本発明は、データが何を表わすかとは無関係に、データのロスレス伝送の全領域に関して用いられうることは明らかであろう。既述されたオーディオデータのほかに、該データはパルスコード変調（ＰＣＭ）データを有してもよく、かかるデータの伝送は、本発明によって、全データ又はデータの一部分のみ（例えば最上位ビット）について保護されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による符号化及び復号装置の概略図を示す。
【図２】本発明に使用されるロスレス伝送媒体の概略図を示す。

Claims (18)

1. 媒体を介するロスレス伝送の入力ディジタル信号を符号化する方法であって、
   少なくとも１つのパケットのディジタルデータを有する前記入力ディジタル信号を受信するステップと、
   前記少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号のチェックサムを計算するステップと、
   を有する符号化方法において、
   前記少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号を、符号化されたパケットのディジタルデータに符号化するステップと、
   符号化信号を生成するために、前記関連するチェックサムを前記符号化されたパケットに加えるステップと、
   を更に有することを特徴とする、符号化方法。
2. 前記関連するチェックサムが、別個のパケットとして前記符号化されたパケットに加えられる、請求項１に記載の符号化方法。
3. 前記関連するチェックサムが巡回冗長チェックサムである、請求項１又は２に記載の符号化方法。
4. 前記媒体を介するロスレス伝送を可能にするために、チャネル符号化のステップを更に有する、請求項１，２又は３に記載の符号化方法。
5. 前記符号化信号を受信するステップと、
   前記受信された符号化信号から、前記符号化されたパケット及び関連するチェックサムを抽出するステップと、
   前記符号化されたパケットを、前記入力ディジタル信号を有する復号されたパケットに復号するステップと、
   前記復号されたパケットのチェックサムを計算するステップと、
   前記計算されたチェックサムが前記抽出されたチェックサムと一致する場合、前記復号されたパケットを出力信号として出力するステップと、
   を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の符号化方法によって得られた符号化信号の復号方法。
6. 前記計算されたチェックサムと前記抽出されたチェックサムとが等しくない場合、前記復号されたパケットを補間するステップを更に有する、請求項５に記載の復号方法。
7. 前記計算されたチェックサムと前記抽出されたチェックサムとが等しくない場合、前記復号されたパケットをミュートするステップを更に有する、請求項５に記載の復号方法。
8. 前記媒体を介するロスレス伝送を可能にするために、前記符号化信号を受信する前記ステップより先に、チャネル復号化のステップを更に有する、請求項４に従属する請求項５，６又は７に記載の復号方法。
9. 媒体を介するロスレス伝送について少なくとも１つのパケットのディジタルデータを有する入力ディジタル信号を符号化する装置であって、
   前記少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号のチェックサムを計算する第１の計算手段を有する、
   符号化装置において、
   前記少なくとも１つのパケットの入力ディジタル信号を、符号化されたパケットのディジタルデータにロスレス符号化する符号化手段と、
   前記関連するチェックサムを前記符号化されたパケットに加えて符号化信号を生成するように、前記第１の計算手段及び前記符号化手段に接続される合成手段と、
   を更に有することを特徴とする、符号化装置。
10. 前記合成手段が、前記関連するチェックサムを、別個のパケットとして前記符号化されたパケットに加える、請求項９に記載の符号化装置。
11. 前記第１の計算手段が、前記関連するチェックサムを巡回冗長チェックサムとして計算する、請求項９又は１０に記載の符号化装置。
12. 前記合成手段に接続されるチャネル符号化手段を更に有し、媒体を介するロスレス伝送を可能にする、請求項９，１０又は１１に記載の符号化装置。
13. 前記符号化信号を受信し、前記受信された符号化信号から前記符号化されたパケット及び関連するチェックサムを抽出する抽出手段と、
    前記符号化されたパケットを、前記入力ディジタル信号を有する復号されたパケットに復号するために、前記抽出手段に接続される復号手段と、
    前記復号されたパケットのチェックサムを計算するために、前記復号手段に接続される第２の計算手段と、
    計算されたチェックサムが抽出されたチェックサムと一致する場合、出力信号として前記復号されたパケットを出力するために、前記抽出手段と、前記第２の計算手段と、前記復号手段とに接続される出力手段と、
    を有する、請求項９乃至１２の何れか１項に記載の符号化装置から得られた符号化信号の復号装置。
14. 前記計算されたチェックサムと前記抽出されたチェックサムとが等しくない場合、前記出力手段は前記復号されたパケットを補間する、請求項１３に記載の復号装置。
15. 前記計算されたチェックサムと前記抽出されたチェックサムとが等しくない場合、前記出力手段は前記復号されたパケットをミュートする、請求項１３に記載の復号装置。
16. 前記抽出手段に接続されるとともに、媒体を介するロスレス伝送を可能にする、チャネル復号手段を更に有する、請求項１２に従属する請求項１３，１４又は１５に記載の復号装置。
17. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法によって得られた、少なくとも第１のタイプのパケット及び第２のタイプのパケットを有する信号。
18. 請求項１７に記載の信号を有する記憶媒体。