JP2004520757A - 逆フィルタリング方法、合成フィルタリング方法、逆フィルタ装置、合成フィルタ装置、およびこのようなフィルタ装置を有する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計が類似している符号器装置と復号器装置とを提供すること。
【解決手段】入力信号に基づいて第一フィルタリングされた信号を生成し、かつ残余信号を得るために第一フィルタリングされた信号を入力信号に結合する、逆フィルタリング方法。この生成は、第二フィルタリングされた信号を、安定かつ因果的に生成することと、第二フィルタリングされた信号を、予測係数で増幅することと、バッファの入力信号に関連した第一信号を記憶している第二フィルタリングされた信号に基づいて、第一フィルタリングされた信号を得ることと、バッファから遅延信号を検索すること、である。更に、合成フィルタリング方法、逆フィルタ装置、および合成フィルタ装置が、提供される。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆フィルタリング方法に関する。本発明は、更に、合成フィルタリング方法に関する。本発明は、逆フィルタ装置、合成フィルタ、および、そのようなフィルタ装置を有する装置にも関する。本発明は、本発明による方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
「周波数ワープされた再帰型フィルタの実現」

信号処理８０、５４３〜５４８頁、２０００年）から、フィルタ装置は知られている。この

論文では、ワープされた線形予測（ＷＬＰ（ｗａｒｐｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ））符号器、およびＷＬＰ復号器が説明されている。このＷＬＰ符号器装置は、その単位遅延が、第１次の全域通過フィルタ（ａｌｌ−ｐａｓ ｆｉｌｔｅｒｓ）に置換られる、従来のＦＩＲフィルタを有する。
【０００３】
この

論文で知られている符号器装置の不利な点は、ＷＬＰ復号器装置は、更なる手段を用いなければ、無遅延のループ（ｄｅｌａｙ−ｆｒｅｅ ｌｏｏｐｓ）を含んでしまう点である。この

論文では、この問題に対する２つの解決法が説明されている。第一は、ＷＬＰ復号器装置を、無遅延のループを除去するように、適合化することができる方法である。第ニは、復号器の出力の算出と、フィルタ内部の状態の更新を、切り離すことができる方法である。これらの両方の解決法において、ＷＬＰ復号器装置は、ＷＬＰ符号器装置と異なっている。更に、符号器と復号器が相違するため、予測係数のようなＷＬＰ符号器装置のパラメータを、ＷＬＰ復号器に変換しなければならないが、これは、追加の処理を必要とし、かつ数の問題を伴う。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、設計上類似なものとすることが出来る、符号器装置と復号器装置とを提供することである。従って、本発明は、請求項１に記載の、逆フィルタリング方法を提供する。
【０００５】
これによって、この合成フィルタは、遅延が供給されるので、無遅延のループを含まない。従って、逆フィルタリングと合成フィルタリングを、実質的に類似させることが出来る。
【０００６】
更に、本発明は、請求項１７に記載の、合成フィルタリング方法を提供する。本発明は、更に、請求項１８に記載の逆フィルタ装置と、請求項１９に記載の合成フィルタ装置と、このようなフィルタ装置を有する装置と、を提供する。本発明は、本発明による方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムも提供する。
【０００７】
本発明の個別の実施例は、従属請求項に記載されている。本発明の更なる詳細、態様、および実施例は、添付の図面を参照して説明されるであろう。
【０００８】
【発明を実施するための形態】
本出願では、以下の用語を用いる。サンプルｘ（ｎ）とは、ある瞬間における信号の例のことである。セグメントとは、幾つかの連続するサンプル、例えば、ｘ（ｎ）， ｘ（ｎ＋１）・・・ｘ（ｎ＋ｊ−１）， ｘ（ｎ＋ｊ）のことである。本出願で、信号、サンプル、またはセグメントという用語の一つを用いる場合、これらの用語の種類の内の他の用語と読むことも出来る。伝達関数Ｈ（ｚ）とは、ｚ−領域において見られる、フィルタの入力信号と出力信号との関係のことである。（ｚ ＝ ｅｘｐ ^{−ｉ θ} の場合、ｉは、−１の平方根であり、Ｈ（ｚ）は、周波数領域の特性を生じる。）フィルタのインパルス応答は、ｎ（ｎは、時間の瞬間を示す）が０の場合、１の値を持つ信号であり、かつｎが０ではない場合、０の値を持つ信号であるインパルス信号に対するフィルタの応答である。遅延装置は、極めて厳密な意味ではフィルタ装置であるが、本出願では、フィルタ装置を、一つの遅延装置または複数の遅延装置しか有しない装置と理解すべきではない。しかしながら、少なくとも一つのフィルタ装置および一つ以上の遅延装置を含んでいる装置は、フィルタ装置であると理解すべきである。出力信号がいかなる「将来の」入力信号にも依存しない場合、すなわち、フィルタの出力が、現在の信号および／または前の信号にしか依存しない場合、フィルタは、因果的であると少なくとも理解すべきである。フィルタが、フィルタ入力に呈示される振幅が制限されたいかなる入力信号に対しても、振幅が制限された出力信号を示す場合、フィルタは、安定していると言える。
【０００９】
図１は、本発明による逆フィルタ装置１の実施例の、第一例のブロック線図である。逆フィルタ装置または符号器装置１が示されているこの例は、入力信号ｘを与えることができる入力ポート１１を有する。この入力ポートは、受信された入力信号ｘをフィルタリングし、かつ第一フィルタリングされた信号

を出力することができる、フィルタ構成１３に接続されている。入力ポート１１とフィルタ構成１３の両方は、残留信号ｒを得るために第一フィルタリングされた信号

と入力信号ｘとを結合することができる、第一結合器装置１２に接続されている。
【００１０】
フィルタ構成１３は、入力ポート１１に接続されているバッファまたはメモリ装置１３１と、この装置１３１の出力に接続されている複数の第二フィルタ装置１３２とを有する。ここに示されている例では、第二フィルタ装置１３２は、単一入力複数出力（ＳＩＭＯ（ｓｉｎｇｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ））フィルタ装置１３０を形成している。第二フィルタ装置１３２は、第二結合器装置１３４に更に接続されている増幅器装置１３３にも、接続されている。結合器装置１３４は、出力により第一結合器装置１２に接続されている。
【００１１】
本出願では遅延装置とも呼ばれるバッファまたはメモリ装置１３１は、受信された入力サンプルｘ（ｎ）を記憶し、かつサンプルｕ（ｎ）を生成する。このサンプルｕ（ｎ）は、入力信号の前のサンプルｘ（ｎ−ｊ）である（ｊは、装置の遅延を表し、かつｊは、ゼロより大きい）。従って、前の入力信号ｕのサンプルｕ（ｎ）は、入力信号ｘのサンプルｘ（ｎ−ｊ）に等しい（ｊは、遅延装置１３１の遅延を表し、かつｊは、ゼロ以上である）。第ニフィルタ装置１３２は、信号ｕに基づいて、第ニフィルタリングされた信号ｙ_１， ｙ_２，・・・， ｙ_ｋを生成する。この第ニフィルタ装置は、安定していて、かつ因果的である。従って、ＳＩＭＯフィルタ装置１３０も同様に、安定していて、かつ因果的である。本実施例では、ＳＩＭＯフィルタ装置１３０は、第ニフィルタ装置１３２しか有していない。しかしながら、ＳＩＭＯフィルタ装置は、一つ以上の遅延装置、または第ニフィルタ装置１３２に並列な直接フィードスルー（ｄｉｒｅｃｔ ｆｅｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）さえ含んでいても良い。
【００１２】
増幅器装置１３３は、第ニフィルタリングされた各々の信号ｙ_１， ｙ_２，・・・， ｙ_ｋを、増幅率または乗算率α_１，α_２，・・・，α_Ｋで、増幅または乗算する。これ以降、この増幅率α_１，α_２，・・・，α_Ｋを、予測係数α_１，α_２，・・・，α_Ｋと呼ぶことにするが、この予測係数は、時間によって異なり、または信号に依存する。従って、第ニフィルタリングされた信号は、第ニ結合器装置１３４によって、荷重された和として結合される。
【００１３】
第ニ結合器装置１３４の出力は、各々のサンプル

が、このように入力信号ｘの前のサンプルｘ（ｎ−ｊ）に基づいている（ｊは、ゼロより大きい）、第一フィルタリングされた信号

である。第ニ結合器装置１３４は、第一フィルタリングされた信号

を出力し、およびこの第一フィルタリングされた信号

を、第一結合器装置１２に与える。第一結合器装置１２は、入力信号ｘを第一フィルタリングされた信号

に結合して、残余信号ｒを得る。
【００１４】
遅延装置１３１のために、無遅延のループは、フィルタ構成１３に存在しない。このことにより、逆フィルタと合成フィルタの両方を、同じ設計にする、すなわち、これらのフィルタを、互いに相補性を有するようにすることができる。例えば、図１の本発明による逆フィルタの例と、図２の本発明による合成フィルタの例は、互いに相補性を有する。また、例えば、フィルタが特定の周波数領域に同調するように、伝達関数Ｈ_ｋの（ゲイン、ポール、およびゼロのような）パラメータを選択することによって、第ニフィルタを、安定し、かつ因果的であるいかなる適切な種類のフィルタとすることも出来るので、第ニフィルタの伝達関数Ｈ_ｋを適切な方法で選択することによって、フィルタ構成の時間−周波数分解能を、予め調整することができる。
【００１５】
遅延と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能、すなわち、フィルタおよび／または増幅器を、遅延の前に配置することができる。この場合、遅延は、第一フィルタリングされた信号

を記憶し、かつ残余信号ｒを得るために次に入力信号ｘに結合される、前の第一フィルタリングされた信号を生成する。数学的に表現すると、遅延装置１３１と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能である。しかしながら、遅延装置と、フィルタおよび／または増幅器との相対的な位置とは関係なく、フィルタは、遅延装置と第一結合器装置に、通信で接続されている。
【００１６】
更に、逆フィルタで使用されるパラメータを、例えば、図２の例における対応する合成フィルタにおいて使用することができる。このことにより、予測係数を再算出するための手段を用いずに合成フィルタを実施することができるので、合成フィルタを安価にすることができる。次いで、逆フィルタの設定を、例えば、独立したデータチャンネルを介して、または信号ｒと結合させて、合成フィルタに送信することができる。
【００１７】
図２は、実質的に図１の逆フィルタ装置の逆である、合成フィルタ装置または復号器装置２である。合成フィルタ装置２は、第一結合器装置２２に接続されている入力ポート２１を有する。結合器装置２２は、更に合成フィルタ装置２のフィルタ構成２３と出力２４に接続されている。入力２１に、入力信号ｒを与えることができる。入力信号ｒは、次いで第一結合器装置２２によって受信され、かつフィルタ構成２３からの第一フィルタリングされた信号に結合され、この結果出力信号ｘが得られる。入力信号ｒが、図１の逆フィルタ装置１からの残余信号ｒである場合、出力信号ｘは、逆フィルタ装置の入力信号ｘに実質的に類似している。
【００１８】
フィルタ構成２３は、出力ポート２４に接続されている（バッファ装置またはメモリ装置とも呼ばれる）遅延装置２３１と、複数の第ニフィルタ装置２３２とを有する。第ニフィルタ装置２３２は、第ニ結合器装置２３４に接続された増幅器装置２３３に接続されている。第ニ結合器装置２３４は、出力によって、第一結合器装置１２に接続されている。
【００１９】
遅延装置２３１は、出力サンプルｘ（ｎ）を記憶し、かつ前に記憶された出力サンプルｘ（ｎ−ｊ）（ｊは、ゼロより大きい）を生成する。第ニフィルタ装置２３２は、前に記憶された出力信号に基づいて、第ニフィルタリングされた信号を生成する。増幅器装置２３３は、第ニフィルタリングされた各々の信号に、予測係数α_１， α_２，・・・， α_Ｋを乗算する。従って、第ニフィルタリングされた信号は、第ニ結合器装置２３４によって、荷重された和として結合される。第ニ結合器装置２３４の出力は、各々のサンプル

が、このように出力信号ｘの前のサンプルｘ（ｎ−ｊ）（ｊは、０より大）に基づいている関係のもとでの、第一フィルタリングされた信号

である。第ニ結合器装置２３４は、第一フィルタリングされた信号

を出力し、かつ第一フィルタリングされた信号

を、第一結合器装置１に与える。第一結合器装置２２は、入力信号ｒを第一フィルタリングされた信号

に結合し、かつ出力信号ｘを得る。
【００２０】
フィルタ構成２３内の遅延装置のため、無遅延のループは、このフィルタ構成の中には存在しない。このために、合成フィルタが、簡単な態様で逆フィルタに対し相補性を有するようにすることができる。遅延と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能、すなわち、フィルタおよび／または増幅器を、遅延の前に配置することができる。数学的に表現すると、遅延装置と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能である。
【００２１】
図１と図２の例では、第ニフィルタ装置は、遅延装置またはバッファ装置に、並列に接続されている。従って、第ニフィルタリングされた各々の信号の各々のサンプルは、遅延装置またはバッファ装置への入力信号の前のサンプルに基づいている。第ニフィルタ装置を、カスケード状に接続しても良い。この場合、ｋ番目の第ニフィルタリングされた信号ｙ_ｋは、ｋ−１番目の第ニフィルタリングされた信号ｙ_ｋ−１に基づいている。
【００２２】
本発明による装置において、遅延装置は、必要ないかなる遅延も有することができる。この遅延は、前の信号が、バッファで受信される信号の直前にあること、すなわち、遅延が単一の遅延であることが好ましい。
【００２３】
図３は、本発明による逆フィルタリング方法のフローチャートである。ステップＩ〜ＶＩにおいては、入力サンプルｘ（ｎ）が受信され、かつ第一フィルタリングされたサンプル

が、生成される。ステップＶＩの後、第一フィルタリングされたサンプル

と入力サンプルｘ（ｎ）は、結合され、これによって、残余サンプルｒ（ｎ）が、第一結合ステップＶＩＩで得られる。ここに示されている例では、ステップＶＩＩの結合は、減算方法であるが、入力信号とフィルタリングされた信号との間の類似性の尺度となる残余信号が得られる限り、同様に異なる演算を行うことができる。その後、次の入力サンプルが受信され、かつステップＩ〜ＶＩＩが再度実行される。
【００２４】
ステップＩ〜ＶＩにおいて第一フィルタリングされたサンプル

の生成は、記憶ステップＩで開始される。記憶ステップＩでは、入力サンプルｘ（ｎ）が受信され、かつこの入力サンプルｘ（ｎ）は、バッファに記憶される。ステップＩＩでは、前の入力サンプルｕ（ｎ）が、バッファから検索される。この例では、前の入力サンプルｕ（ｎ）は、直前の入力サンプルである。一つ以上の前の他のサンプルを使用することも、同様に可能である。直前のサンプルのみを使用することによって、バッファをできるだけ小さくすることができる。ステップＩＩＩでは、カウンタ値ｋは、次の値ｋ＋１になるように調整される。ステップＩＩＩの後、第ニフィルタリング・ステップＩＶが、実施される。第ニフィルタリング・ステップでは、フィルタリング方法が、前の入力サンプルｕ（ｎ）に対して実行され、この結果、第二フィルタリングされたサンプルｙ_ｋ（ｎ）が得られる。ステップＶでは、カウンタ値ｋは、幾つかの予め定められた数Ｋと比較される。Ｋは、実行すべき第ニフィルタリング・ステップの総数を示している。カウンタ値ｋが、予め定められた数Ｋに類似していない場合、ステップＩＩ〜Ｖが再度実行される。カウンタ値ｋが、予め定められた数Ｋに類似している場合、第ニフィルタリングされた信号ｙ_１（ｎ）， ｙ_２（ｎ），・・・， ｙ_ｋ（ｎ）が、ある荷重係数α_ｋに結合され、これによって、第一フィルタリングされたサンプル

が、得られる。
【００２５】
図４は、本発明による合成フィルタリング方法の例のフローチャートである。図４のフローチャートによって表されている合成フィルタリング方法を、例えば、図２の合成フィルタ装置によって行うことができる。
【００２６】
ステップＩＩでは、サンプルｕ（ｎ）が、バッファから検索される。サンプルｕ（ｎ）は、前の出力サンプルｘ（ｎ−１）である。ステップＩＩＩでは、カウンタ値ｋが、次の値ｋ＋１となるように調整される。ステップＩＩＩの後、第ニフィルタリング・ステップＩＶが、実行される。第ニフィルタリング・ステップでは、ある種のフィルタリング方法が、前の入力サンプルｕ（ｎ）に対して実行され、この結果、第二フィルタリングされたサンプルｙ_ｋ（ｎ）が発生する。ステップＶでは、カウンタ値ｋが、実行すべき第ニフィルタリング・ステップの総数を示す、ある予め定められた数Ｋと比較される。カウンタ値ｋが、予め定められた数Ｋに類似していない場合、ステップＩＩ〜Ｖが、再度実行される。カウンタ値ｋが、予め定められた数Ｋに類似している場合、第ニフィルタリングされたサンプルｙ_１（ｎ），ｙ_２（ｎ），・・・，ｙ_ｋ（ｎ）は、ステップＶＩで、ある荷重係数ａｋと結合され、これによって、第一フィルタリングされたサンプル

が、得られる。第一結合ステップＶＩＩＩでは、入力サンプルｒ（ｎ）は、第一フィルタリングされたサンプル

に結合され、これによって、出力サンプルｘ（ｎ）が、得られる。その後、この出力サンプルｘ（ｎ）は、バッファに記憶され、かつこの手順が繰り返される。
【００２７】
本発明による方法または装置では、第ニフィルタリング・ステップまたは第ニフィルタ装置は、これらが安定し、かつ因果的である限り、個別の実施に適した任意の種類とすることが出来る。更に、本発明による方法または装置は、他に、一つ以上の遅延または直接フィードスルーを含む、少なくとも一つのフィルタとすることも出来る。
【００２８】
第ニフィルタリング・ステップまたはフィルタ装置は、例えば、再帰型フィルタリング・ステップまたは無限インパルス応答（ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ））フィルタリング・ステップ、または再帰型フィルタリング装置または無限インパルス応答装置とすることが出来る。ＩＩＲ方法の場合、出力信号を得るために、出力信号の遅延サンプルおよび／または荷重サンプルも使用する。更に、第ニフィルタ装置の少なくとも１つは、非線形フィルタ装置とすることが出来る。
【００２９】
第ニフィルタリング装置または第二フィルタ装置を、すなわち、人間の聴覚システムと同等の時間−周波数分解能を持たせることによって、音響心理学的（ｐｓｙｃｈｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｌｙ）に機能させることができる。例えば、少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の第ニフィルタリングまたは生成は、伝達関数、

を有する、全域通過フィルタリングとすることが出来る。この式（１）では、ｚ^−１は、遅延装置を表し、ｋは、１とＫとの間の正の整数である第ニフィルタリング・ステップの数を表し、Ｋは、第ニフィルタまたは第二フィルタリング・ステップの総数を表し、かつλは、０と１との間の絶対値を有する定数を表す。パラメータλを、例えば、フィルタが、人間の聴覚システムと同等の時間−周波数分解能を有するように、選択することができる。
【００３０】
音響心理学的に機能するフィルタリングは、数学的なアルゴリズム、

と記述される伝達関数Ｈ_ｋ（ｚ）を有する、ラグエレ・フィルタリング（Ｌａｇｕｅｒｒｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）とすることも出来る。
【００３１】
この方程式（２）では、ｋは、再帰型フィルタリング・ステップの数を表し、ｚ−１は、遅延を表し、かつｌは、０と１との間の絶対値を有するパラメータである。
【００３２】
第ニフィルタリングを、数学的なアルゴリズム、

によって記述される伝達関数Ｈ_ｋ（ｚ）を有する、カウツ・フィルタリング（Ｋａｕｔｚ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）として実行することもできる。
【００３３】
方程式（３）では、ｋは、再帰型フィルタリング・ステップの数を表し、ｚ^−１は、遅延演算を表し、かつλ_ｍは、０と１との間の絶対値を有するパラメータであり、かつ

は、λ_ｍの複素共役値である。
【００３４】
第ニフィルタリングは、例えば、「時間領域のレベル依存聴覚フィルタ（Ａ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ， ｌｅｖｅｌ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｆｉｌｔｅｒ）」（Ｔ． Ｉｒｉｎｏその他、 Ｊ． Ａｃｏｕｓｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ．， １０１巻、４１２〜４１９頁、１９９７年）で知られている、ガンマトーン・フィルタリング（Ｇａｍｍａ−ｔｏｎｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）、またはガンマトーン・フィルタリングのデジタル手法とすることも出来る。一般的に、ガンマトーン・フィルタは、

によって定義される衝撃応答ｈ_ｋを有する、連続時間フィルタである。式中、パラメータは、関連する音響心理学的なデータに従って調整されている。この方程式では、

項は、統計的なガンマ分布を表し、ω _ｋ は、コサイン−項の周波数またはトーンを表し、ｔは、時間を表し、かつΦ _ｋ は、位相を表す。
【００３５】
第ニフィルタリングの後、行列演算のような、ある追加の処理を実行することができる。従って、フィルタリングと行列演算の結合された伝達関数を、数学的なアルゴリズム、

によって表すことができる。式中、アルゴリズムＨ_ｋ（ｚ）は、第ニフィルタと行列の結合された伝達関数を表し、ｋは、フィルタリング・ステップの数を表し、ｃ_ｋｎは、行列の位置ｋ，ｎにおける行列要素の値を表し、Ｇ_ｎ（ｚ）は、第ニフィルタｎの伝達関数を表す。方程式（５）では、フィルタＧ _ｎ （ｚ）は、例えば、方程式（２）によって定義されるＬａｇｕｅｒｒｅフィルタ、または方程式（３）によって定義されるＫａｕｔｚフィルタとすることが出来る。
【００３６】
例えば、第ニフィルタリングされた信号ｙ_１， ｙ_２，・・・， ｙ_ｋに、フーリエ行列（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｍａｔｒｉｘ）を乗算する事が出来る。この場合、方程式（５）の行列値ｃ_ｋｎを、

となるように選択することができる。
【００３７】
この方程式（６）では、ｗは、ある荷重関数を表し、ｉは、−１の平方根を表し、Ｋは、第ニフィルタのセクションの数を表す。
【００３８】
本発明によるフィルタ装置とフィルタリング方法を、線形の予測符号化（ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｄｉｎｇ）などのデータ圧縮用途に適用することができる。例えば、符号器装置と、この符号器装置に通信で接続されている復号器装置とを有する符号化システムの場合、この符号器装置は、本発明による逆フィルタ装置を有し、かつこの復号器装置は、本発明による合成フィルタ装置を有することができる。
【００３９】
予測フィルタ、または予測符号器または予測復号器の場合、予測係数α_１， α_２，・・・， α_Ｋを、以下の手順を用いて得ることができる。ここに示されている例では、予測係数は、フィルタ内にある信号に依存している。例えば、この予測係数は、（得られた）サンプルまたは信号の、平均二乗誤差の最小化のような、ある最適化手順に基づいて行うことが出来る。
【００４０】
時間の瞬間ｎにおけるα_Ｋを決定するために、ｎ周辺の入力信号ｘの一部分、例えば、セグメントｘ（ｔ）（ｔ ＝｛ｎ−Ｍ_１， ｎ−Ｍ_１ ＋１， ・・・， ｎ＋Ｍ_２｝， （Ｍ１， Ｍ２ ＞ Ｋ） ）を選択する。次に、このセグメントｘ（ｔ）は、ウィンドウ化されたセグメントｓに対して、（例えば、ハニング窓によって）ウィンドウ化される。
【００４１】
従って、ウィンドウ化されたセグメントｓを、新しいセグメントｓに適合化させることができる。例えば、（後のステップで行う）行列反転での数の問題を避けるために、この信号にゼロを追加し、ある少量のノイズをこの信号に加え、または信号セグメントｓを、他のセグメントに変換することも出来る。これを、例えば、音響心理学的な適切な信号を発生させるために行うことも出来る。この場合、その関連する時間信号を得るために、隠れた閾値を、セグメントｓから計算し、かつ、逆フーリエ変換を隠れた閾値に適用することができる。
【００４２】
次に、オプションで適合化または構成された信号ｓ’を、本発明によるフィルタリング方法またはフィルタ装置を使用して処理し、第ニフィルタリングされた信号ｙ_ｋを得る。次に、予測係数α_１， α_２，・・・， α_Ｋを、方程式、

を解くことによって決定する。
【００４３】
この方程式（７）においては、αは、予測係数α＝ ［α_１， α_２，・・・， α_Ｋ］_ｔ を含むベクトルであり、かつＱは、行列であり、かつＰは、この要素が、

によって定義されるベクトルである。
【００４４】
この方程式（８）においては、ｋとｌは、１に等しいか、または１より大きいがＫより小さいか、またはＫに等しく、かつ＊は、複素数の共役を示す。αを決定するために必要な行列反転に関連する数の問題を防ぐために、反転の前に、小さなオフセット行列εＩ（εは、少さな数を表し、かつＩは、識別行列である）を行列Ｑに加えるような、公知の組織化技術を使用することができる。予測係数の決定を、任意の時間の瞬間ｎに行うことができる。しかしながら、実際には、係数を一定の時間間隔で決定することが出来る。補間技術によって、予測係数を、次いで他の時間の瞬間に対して決定することができる。
【００４５】
更に、本発明によるフィルタリング方法を、適応差分パルス符号変調（ＡＤＰＣＭ（ａｄａｐｔｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｌｓｅ ｃｏｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））方法に適用することもできる。同様に、例えば、「データ圧縮概説」（第二版、Ｍｏｒｇａｎ Ｋａｕｆｍａｎｎ著、１０．５章、２０００年）における従来技術で一般に知られているように、本発明によるフィルタ装置をＡＤＰＣＭ装置に適用することもできる。
【００４６】
本発明によるフィルタ装置またはフィルタリング方法を、音声符号化または音声フィルタリングに適用することもできる。
【００４７】
本発明によるフィルタリング装置を、図５に示されているように、入力信号受信機手段２１と送信器手段２２とに接続された、本発明による予測符号器装置１を設けることができる、入力信号受信機手段２１と符号化された信号を送信するための送信機手段２２（例えば、アンテナ）とを有する（無線送信機またはコンピュータ・ネットワーク・ルータのような）多様な装置、例えば、データ送信装置２０に適用することができる。このような装置の場合、符号化処理によりデータが圧縮されるため、狭い帯域幅を使用して大量のデータを送信することができる。
【００４８】
本発明による予測符号器装置１を、ＳＡＣＤ、ＤＶＤ、コンパクトディスク、またはコンピュータのハードディスクのようなデータコンテナ装置（ｄａｔａ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）３１にデータを記憶するための、ＳＡＣＤバーナ、ＤＶＤバーナ、またはミニディスクレコーダのようなデータ記憶装置３０に適用することも、同様に可能である。このような装置３０は、図６に示されているように、データコンテナ装置３１のためのホルダー手段３２と、データをデータコンテナ装置３１に書き込むための書き込み手段３３と、入力信号受信機手段３４（例えば、マイクロフォン）と、入力信号受信機手段３４と書き込み手段３３に接続された、本発明による予測符号器装置１と、を有する。このデータ記憶装置３０は、公知のデータ記憶装置の問題点を解決する一方、より多くのデータをデータコンテナ装置３１に記憶することができる。
【００４９】
図７に示されているように、ＤＶＤ−ｒｏｍプレーヤのような入力信号受信機手段４１と、本発明による、予測符号化された信号（ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｅｎｃｏｄｅｄ ｓｉｇｎａｌｓ）のための復号器装置１を有するデータ処理手段４２と、を有するデータ処理装置４０を提供することも、同様に可能である。このようなデータ処理装置４０は、コンピュータまたはテレビ・セット−トップ・ボックスとすることが出来る。
【００５０】
図８に示されているように、オーディオＣＤプレーヤのようなデータ入力手段５１と、本発明による、予測符合化された信号のための復号器装置１を有する、スピーカのような音声出力手段５２と、を有するホームステレオまたは多重チャンネル・プレーヤのようなオーディオ装置５０を提供することも可能である。同様に、図９に示されているように、マイクロフォンのようなオーディオ入力手段６１と、データ出力手段６２と、を有する音声レコーダ装置６０に予測符号器装置１１を設け、このことにより、同じ量のデータ記憶空間を使用する一方で、より多くのデータを記録することができる。
【００５１】
更に、本発明を、図１０に示されるフロッピー（登録商標）ディスク７０のようなデータコンテナ装置に記憶されているデータに適用することができるが、このようなデータコンテナ装置は、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）またはスーパーオーディオＣＤ（ＳＡＣＤ（Ｓｕｐｅｒ Ａｕｄｉｏ ＣＤ））自体、またはそのようなＤＶＤまたはＳＡＣＤを製造するためのマスタまたはスタンパとすることが出来る。
【００５２】
本発明は、装置のここで開示された例の実施に限定されず、他の装置にも同様に適用することができる。特に、本発明は、物理装置に限定されず、より抽象的な種類の論理装置、または装置の機能を実行するソフトウェアにも適用することができる。さらに、これらの装置を、論理的には単一の装置とみなすこともできるが、幾つかの機器に物理的に分散させることもできる。また、別々の装置として論理的にみなされる装置を、単一の物理装置に集積化することもできる。例えば、バッファまたは遅延装置は、それが論理的に別々の装置としてみなされる可能性があるが、例えば、図１の各々の第二フィルタ装置１３２内で遅延装置を実行することによって、第二フィルタ装置に物理的に集積化することができる。逆フィルタまたは合成フィルタ装置自体を、単一の集積回路として実行することもできる。
【００５３】
本発明を、コンピュータシステムでの実行時に本発明による方法のステップを実行するためのコード部分、または汎用コンピュータシステムが、本発明によるフィルタ装置の関数を実行することを可能にするコード部分を、少なくとも含むコンピュータシステムで実行するためのコンピュータプログラムで実行することも出来る。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステムのメモリにロード可能な、コンピュータプログラムを表すデータが記憶されている、ＣＤ−ｒｏｍまたはディスケットのようなデータキャリヤで提供される場合がある。このデータキャリヤは、更に、本発明によるコンピュータプログラムを表す信号を送信する電話ケーブルまたは無線接続のような、データ接続とすることも出来る。
【００５４】
本明細書では、本発明は、本発明の実施例の個別の例を参照して説明されている。しかしながら、本明細書において、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の広い精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更と改変を行い得ることは、明らかであろう。従って、明細書と図面は、本発明を限定するものではなく、実例を説明するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による逆フィルタ装置の実施例の第一例のブロック線図である。
【図２】本発明による合成フィルタ装置の実施例の第一例のブロック線図である。
【図３】本発明による逆フィルタリング方法の実施例の第一例のフローチャートである。
【図４】本発明による合成フィルタリング方法の実施例の第一例のフローチャートである。
【図５】本発明による予測符号器装置が設けられたデータ通信装置のブロック線図である。
【図６】本発明による予測符号器装置が設けられたデータ記憶装置のブロック線図である。
【図７】本発明による予測復号器装置が設けられたデータ処理装置のブロック線図である。
【図８】本発明による予測復号器装置が設けられた視聴覚装置のブロック線図である。
【図９】本発明の予測復号器装置が設けられた視聴覚レコーダ装置のブロック線図である。
【図１０】本発明による予測符号化方法によって提供されるデータコンテナ装置のブロック線図である。
【符号の説明】
１…逆フィルタ装置
２…合成フィルタ装置
１１…入力ポート
１２…第一結合器装置
１３…フィルタ構成
１４…出力ポート
２０…データ送信装置
２１…入力ポート
２２…第一結合器装置
２３…フィルタ構成
２４…出力ポート
３０…データ記憶装置
３１…データコンテナ装置
３２…ホルダー手段
３３…書き込み手段
３４…入力信号受信機手段
４０…データ処理装置
４１…入力信号受信機手段
４２…データ処理手段
５０…オーディオ装置
５１…データ入力手段
５２…音声出力手段
６０…音声レコーダ装置
６１…オーディオ入力手段
６２…データ出力手段
７０…フロッピーディスク
１３０…ＳＩＭＯフィルタ装置
１３１…バッファまたはメモリ装置
１３２…第二フィルタ装置
１３３…増幅器装置
１３４…結合器装置
２３０…第二フィルタ装置
２３１…バッファ装置
２３２…第二フィルタ装置
２３３…増幅器装置
２３４…第二接続器装置

Claims (28)

1. 少なくとも、
   − 第一フィルタリングされた信号を、入力信号に基づいて生成し（Ｉ〜ＶＩ）、
   − 残余信号を得るために、当該第一フィルタリングされた信号を当該入力信号に結合し（ＶＩＩ）、
   当該生成（Ｉ〜ＶＩ）が、
   − 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を、安定かつ因果的に生成し（ＩＩＩ〜Ｖ）、
   − 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つを、少なくとも時間または信号に依存する増幅率で増幅し、
   − 当該第一フィルタリングされた信号を当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号に基づいて得（ＶＩ）、
   − 当該入力信号に関連する第一信号をバッファに記憶し（Ｉ）、
   − 当該バッファから遅延信号を検索する（ＩＩ）、
   逆フィルタリング方法。
2. 当該入力に関連する第一信号をバッファに当該記憶することと、当該バッファから遅延信号を検索することとが、当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成の前に実行され、かつ、
   当該第一信号が、当該入力信号であり、
   当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号が、当該遅延信号に基づいて生成される、
   請求項１に記載の逆フィルタリング方法。
3. 当該入力に関連する第一信号をバッファに当該記憶することと、当該バッファから遅延信号を検索することとが、少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成の後に実行され、かつ、
   当該第一信号が、当該第一フィルタリングされた信号であり、
   当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号が、当該入力信号に基づいて生成される、
   請求項１に記載の逆フィルタリング方法。
4. 当該前の入力信号が、当該入力信号の直前にある、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
5. 第一フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの非線形フィルタリング・ステップを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
6. 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの再帰型フィルタリング・ステップを有する、請求項１〜４の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
7. 当該逆フィルタリング方法が、前記人間の聴覚システムと同等の時間−周波数分解能を有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
8. 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの全域通過フィルタリング・ステップを有する、請求項６または請求項６， ７に記載の逆フィルタリング方法。
9. 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つのラグエレ・フィルタリング・ステップを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
10. 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つのカウツ・フィルタリング・ステップを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
11. 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、ガンマトーン・フィルタリングを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
12. 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに対する行列演算を更に行う、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
13. 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つの当該増幅が、当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに、予測フィルタリング方法によって得られる予測係数を乗算することを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
14. 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つの当該増幅が、当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに、適応パルス符号変調方法によって得られる予測係数を乗算することを有する、前記請求項の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
15. 少なくとも、
    − 出力信号を決定するために、第一フィルタリングされた信号を入力信号に結合し（ＶＩＩＩ）、
    − 当該出力信号から、第一フィルタリングされた信号を生成し（Ｉ〜ＶＩ）、
    当該生成が、
    − 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を、安定かつ因果的に生成し（ＩＩＩ〜Ｖ）、
    − 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つを、少なくとも時間または信号に依存する増幅定数で増幅し、
    − 当該第一フィルタリングされた信号を、当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号に基づいて得（ＶＩ）、
    − 当該入力信号に関連する第一信号をバッファに記憶し（Ｉ）、
    − 当該バッファから遅延信号を検索する（ＩＩ）、
    合成フィルタリング方法。
16. 少なくとも、
    − 入力信号を受信するための入力ポートと、
    − 第一フィルタリングされた信号を当該入力信号に結合することによって残余信号を計算するための、当該入力ポートに接続された第一結合器装置と、
    − 当該入力信号に基づいて第一フィルタリングされた信号を生成し、かつ当該第一フィルタリングされた信号を当該第一結合器装置に与えるための、当該入力ポートと当該第一結合器装置に接続されたフィルタ構成と、
    を有し、当該フィルタ装置が、更に、
    − 当該残余信号を出力するために、当該第一結合器装置に接続された出力ポート、
    を有し、当該フィルタ構成が、
    − 第一信号を記憶し、かつ遅延信号を生成するために接続されたバッファ装置と、
    − 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を当該入力信号に基づいて生成するために、当該バッファ装置と当該第一接続器装置に通信で接続されている、少なくとも一つの安定していてかつ因果的な第二フィルタ装置と、
    −少なくとも一つの第二フィルタ装置の前記出力に接続されている、少なくとも時間または信号に依存する増幅率を有する、少なくとも一つの増幅器装置と、
    −当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号から当該第一フィルタリングされた信号を得るために、当該少なくとも一つの増幅器装置の少なくとも一つに接続されている第二接続器装置と、
    を有する、逆フィルタ装置。
17. 少なくとも、
    − 入力信号を受信するための入力ポートと、
    − 当該入力信号を第一フィルタリングされた信号に結合し、こうすることによって出力信号を得るための第一結合器装置と、
    − 当該出力信号に基づいて第一フィルタリングされた信号を生成し、かつ当該第一フィルタリングされた信号を当該第一結合器装置に与えるために、当該入力ポートと当該第一結合器装置に接続されたフィルタ構成と、
    を有する合成フィルタ装置であって、
    当該合成フィルタ装置が、当該残余信号を出力するために、当該第一結合器装置に接続されている出力ポートを更に有し、
    当該フィルタ構成が、
    − 第一信号を記憶し、かつ遅延信号を生成するためのバッファ装置と、
    − 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を当該入力信号に基づいて生成するために、当該バッファ装置と当該第一結合器装置に通信で接続されている、少なくとも一つの安定しかつ因果的な第二フィルタ装置と、
    − 少なくとも一つの第二フィルタ装置の前記出力に接続されている、少なくとも時間または信号に依存する増幅定数を有する、少なくとも一つの増幅器装置と、
    − 当該少なくとも一つのフィルタリングされた信号から、当該第一フィルタリングされた信号を得るために、当該少なくとも一つの増幅器装置の少なくとも一つに接続されている、第二接続器装置と、
    を有する、合成フィルタ装置。
18. 入力信号受信機手段と、
    符号化された信号を送信するための送信機手段と、
    前記入力信号受信機手段と前記送信機手段とに接続された、請求項１６に記載のフィルタ装置と、
    を有するデータ送信装置。
19. データコンテナ装置のためのホルダー手段と、
    前記データコンテナ装置にデータを書き込むための書き込み手段と、
    入力信号受信機手段と、
    前記入力信号受信機手段と前記書き込み手段とに接続された、請求項１６に記載のフィルタ装置と、
    を有する、データコンテナ装置にデータを記憶するためのデータ記憶装置。
20. 入力信号受信機手段と、
    データ処理手段と、
    前記入力信号受信機手段と前記データ処理手段とに通信で接続されている、請求項１７に記載のフィルタ装置と、
    を有するデータ処理装置。
21. データ入力手段と、
    視聴覚出力手段と、
    請求項１７に記載のフィルタ装置と、
    を有する視聴覚装置。
22. 視聴覚入力手段と、
    データ出力手段と、
    請求項１６に記載のフィルタ装置と、
    を有する視聴覚レコーダ装置。
23. 前記請求項１〜１５の何れかに記載の方法によってフィルタリングされた信号を表すデータを含む、データコンテナ装置。
24. − 符号器装置と、
    − 当該符号器装置に通信で接続されている復号器装置と、
    を有し、
    当該符号器装置が、請求項１６に記載の少なくとも一つの逆フィルタ装置を有し、かつ、
    当該復号器装置が、請求項１７に記載の少なくとも一つの合成フィルタ装置を有する、符号化システム。
25. 請求項１〜１５の何れかに記載の方法のステップを実行するためのコード部分を含んでいるコンピュータプログラム。
26. 請求項２５に記載のコンピュータプログラムを表すデータを含んでいるデータキャリア装置。
27. 請求項１〜１５の何れかに記載の方法によって得られた少なくとも一つの信号を有する、データの流れ。
28. 当該第二フィルタリングされた信号の当該増幅に関連するデータを更に有する、請求項２７に記載のデータの流れ。

Images