JP2005532580A - 優先順位を定めるピクセル伝送方法に従ってオーディオ信号を伝送する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、優先順位を定めるピクセル伝送の方法に従って、送信器と少なくとも１つの受信器との間でオーディオ信号を伝送する方法に関する。まず、オーディオ信号が、ｎ個の周波数成分に分解される。分解されたオーディオ信号が複数のフィールドを備えた２次元のアレイに記憶されるが、それは次元としての周波数と時間を有し、更に、フィールド内に記入すべき値としての振幅を有する。その後、アレイの個々のフィールドと、このフィールドに隣接する少なくとも２つのフィールドから、グループが形成されて、個々のグループに優先順位が付与されるが、その場合に各グループの優先順位は、グループ値の振幅が大きいほど、及び／又は、それぞれのグループにおける各値の振幅差が大きいほど、及び／又は、それぞれグループが実際の時間に近くなるほど、高くなる。そして、各グループがその優先順位の順序で受信器へ伝送される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１におけるおいて書きに記載された、優先順位を定めるピクセル伝送方法に従ってオーディオ信号を伝送する方法に関する。

現在、オーディオ信号を圧縮して伝送するための、多数の異なる方法が存在している。大体において、次の方法が存在している。

−例えば、４４ｋＨｚの代わりに３ｋＨｚにするような、サンプリングレートを削減する方法と、
−例えば、ＩＳＤＮ伝送のような、サンプリング値を非線形に伝送する方法と、
−例えば、ＭＩＤＩあるいは音声模擬のように、予め格納されている音響シーケンスを利用する方法と、
−伝送エラーを補正するためにマルコフモデルを使用する方法である。

これらの既知方法の共通性は、伝送率が低くなっても、満足できる音声理解度が存在することにある。これは、大体において、平均値形成によって達成される。しかし、サンプリングレートが低い場合、ソースの異なる音声が受信側では同じように響く音声をもたらすので、例えば、正常な会話においては認識可能な、音声変動は、もはや伝送されない。それにより通信品質に著しい制限が生じる。

優先順位を定められたピクセル伝送による画像データ又はビデオデータの圧縮及び解凍方法が、ドイツ特許出願ＤＥ１０１１３８８０．６（ＰＣＴ／ＤＥ０２／００９８７に相当）とＤＥ１０１５２６１２．１（ＰＣＴ／ＤＥ０２／００９９５に相当）に記載されている。これらの方法においては、例えば、個々の画素（ピクセル）のアレイからなる、デジタルの画像データ又はビデオデータが処理され、その場合に各ピクセルは、ピクセルの色情報又は輝度情報を記述する、時間的に変化するピクセル値を有している。この発明によれば、各ピクセル乃至各ピクセルグループに優先順位が割り当てられ、各ピクセルはその優先順位に従って優先順位のアレイ内に格納される。このアレイは、各時点で、優先順位に従って分類されたピクセル値を有している。優先順位に応じて、これらのピクセルと優先順位の計算のために利用されるピクセル値も、伝送乃至格納される。ピクセルは、その隣接するピクセルに対する差が極めて大きい場合に、高い優先順位を得る。再構築するためには、それぞれ実際のピクセル値が、ディスプレイ上に表示される。まだ伝送されていないピクセルが、すでに伝送されたピクセルから計算される。この方法は、原理的に、オーディオ信号の伝送にも使用される。

本発明の課題は、伝送帯域幅が狭い場合でもできるだけ損失なしで作動する、オーディオ信号を伝送する方法を提供することである。

この課題は、本発明によれば、特許請求の範囲に記載の請求項１の特徴によって解決される。

本発明によれば、オーディオ信号は、まずｎ個のスペクトル成分に分解される。分解されたオーディオ信号は複数のフィールドを備えた２次元のアレイに記憶されるが、それは次元として周波数と時間を有し、更に、そのフィールド内に記入すべき値としての振幅を有する。その後、アレイの各個々のフィールドとそのフィールドに隣接する少なくとも２つのフィールドからグループが形成されて、個々のグループに優先順位が割り当てられるが、その場合、グループの優先順位は、それぞれグループ値の振幅が大きいほど、及び／又は、それぞれのグループの値の振幅差が大きいほど、及び／又は、グループが実際の時間に近くなるほど、高く選定される。そしてグループが、その優先順位の順序で受信器へ伝送される。

この新しい方法は、大体において、シャノンの基礎に基づいている。従って、信号を２倍の周波数でサンプリングする場合には、その信号は損失なしで伝送される。これは、音が異なる振幅及び周波数の個々のサイン振動に分解可能であることを意味している。従って、音響信号は、振幅と位相を含む個々の周波数成分の伝送によって一義的となり、損失なしで再び形成される。その場合、特に、頻繁に出てくる音源、例えば楽器、人の声は、共振体からなり、その共振周波数は変化せず、ないしは、わずかしか変化しないことも、利用される。

本発明の好ましい実施の形態と更なる展開が、特許の範囲の従属請求項に記載されている。

本発明の実施の形態を、以下で説明する。その場合、特に、以前の特許出願ＤＥ１０１１３８８０．６とＤＥ１０１５２６１２．１の明細書及び図面も参照する。

まず、音が記録され、電気信号に変換されて、その周波数成分に分解される。これは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって、あるいは、ｎ個の個別の周波数選択的なフィルタによって行うことができる。ｎ個の個別フィルタが使用される場合には、各フィルタは単一周波数ないしは狭い周波数帯域のみを吸収する（人間の耳の中の繊毛と同様）。従って、各時点で、周波数と、この周波数における振幅が得られる。その場合に数ｎは、端末機器特性に応じて異なる値をとることができる。ｎが大きくなるほど、より良好にオーディオ信号が再現できる。従ってｎは、オーディオ伝送の品質をスケーリングすることのできるパラメータである。

この振幅値が、２次元アレイの各フィールドに一時的に記憶される。

その場合にアレイの第１の次元は時間軸に相当し、第２の次元は周波数に相当する。従って、特定の振幅値と位相を有する各サンプリング値は一義的に定められ、アレイの対応するフィールド内に虚数として格納することができる。従って、音声信号は、アレイ内で３つの音響的次元（パラメータ）で示される。すなわち、アレイの第１の次元として、例えば、ミリ秒（ｍｓ）の時間であって、知覚的には持続時間として見分けられるものと、アレイの第２の次元として、ヘルツ（Ｈｚ）である周波数であって、知覚的にはトーン高さとして見分けられるものと、アレイの該当するフィールドに数値として記憶される信号のエネルギー（乃至強度）であって、知覚的には音の大きさないしは強度として見分けられるものである。

出願ＤＥ１０１１３８８０．６とＤＥ１０１５２６１２．１との比較において、例えば、オーディオ信号の周波数は画像高さ、時間は画像幅、そして、振幅（強度）は色値に相当する。

画像／ビデオコード化におけるピクセルグループの優先順位づけの方法と同様に、隣接する値から各グループが形成されて、それらに優先順位がつけられる。各フィールドは、それ自体考察され、少なくとも１つ、しかし、好ましくは複数の隣接するフィールドと共にグループを形成する。各グループは、時間と周波数によって定められる位置値、その位置値における振幅値、及び予め定められた形式に応じた周辺の値の振幅値からなる（出願ＤＥ１０１１３８８０．６とＤＥ１０１５２６１２．１の図２を参照）。その場合、特に、実際の時間に近い、及び／又は、その振幅値が他のグループに比較して極めて大きい、及び／又は、グループ内部で振幅値が互いに著しく異なっているグループが、極めて高い優先順位を得る。ピクセルグループ値は、降順に分類されて、この順序で記憶され、ないしは伝送される。

アレイの幅（時間軸）は、好ましくは、制限された広がり（例えば５秒）しか持たず、すなわち、常に、例えば、５秒長さの信号部分のみが処理される。この時間（例えば５秒）の後に、アレイは後続の信号部分の各値で満たされる。

上述した優先順位づけパラメータ（振幅と、時間的に近い値と、隣接する値に対する振幅差）に従って、個々のグループの値が受信器内で受信される。

受信器において、グループは再び対応するアレイへ記入される。特許出願ＤＥ１０１１３８８０．６とＤＥ１０１５２６１２．１に従って、その後、伝送されたグループから再び３次元のスペクトル表示を形成することができる。それぞれ多くのグループが受信されればされるほど、再構築はより正確になる。まだ伝送されていないアレイ値は、すでに伝送されたアレイ値から補間を用いて計算される。このようにして形成されたアレイから、その後受信器内で対応するオーディオ信号が生成されて、それをその後音に変換することができる。

オーディオ信号を合成するために、例えば、ｎ個の周波数ジェネレータを使用することができ、それらの信号が出力信号に加算される。ｎ個のジェネレータのこのような並列構造によって、良好なスケーラビリティが与えられる。更に、並列処理によってクロックレートが著しく減少されるので、より少ないエネルギー消費によってモバイル端末器の再生時間が増大される。並列に使用するために、例えば単純な構造のＦＰＧＡ又はＡＳＩＣを利用することができる。

上述した方法は、オーディオ信号に限定されるものではない。本方法は、特に、複数のセンサ（音センサ、光センサ、触覚センサなど）が使用され、それらのセンサが連続的に信号を測定し、その後、その信号を（ｎ次の）アレイ内に表示できるところでは、どこでも効果的に使用することができる。

従来のシステムに対する利点は、高い圧縮率の場合においてもフレキシブルに使用できることにある。異なるソースから供給を受けるアレイを利用することによって、自動的に異なるソースの同期化が得られる。該当する同期化は、従来の方法においては、特別なプロトコル乃至措置によって保証しなければならない。特に長い到達時間を有するビデオ伝送、例えば、音と画像が異なるチャネルを介して伝送されるサテライト接続においては、しばしば音声に対する唇の同期エラーが発生する。それを、上述した方法によってある程度除去することができる。

音声、画像及びビデオ伝送において、優先順位づけされたピクセルグループ伝送の同じ基本原理を利用することができるので、実装の際に著しいシナージー効果を利用することができる。さらに、このようにして、音声と画像の間で単純な同期化が行われる。更に、画像解像とオーディオ解像の間で任意にスケーリングすることができる。

この新しい方法に基づく個々のオーディオ伝送を考えると、音声においては、より自然な再生が得られる。というのは、各人にとって典型的な周波数成分（周波数グループ）は最高の優先順位をもって、従って損失なしで伝送されるからである。

本発明に係わるオーディオ信号を伝送する方法等は、画像信号等と共にオーディオ信号等を伝送するのに好適に用いられる。

Claims (7)

1. 優先順位を定めるピクセル伝送方法に従って送信器と少なくとも１つの受信器との間でオーディオ信号を伝送する方法において、
   ａ）オーディオ信号をｎ個のスペクトル成分に分解する工程と、
   ｂ）分解されたオーディオ信号を複数のフィールドを備えた２次元アレイに記憶する工程であって、次元として周波数と時間を有し、更に、フィールドにそれぞれ記入すべき値として振幅を有するものと、
   ｃ）アレイの各個々のフィールドとこのフィールドに隣接する少なくとも２つのフィールドから、グループを形成する工程と、
   ｄ）個々のグループに優先順位をつけるが、その場合に個々のグループの優先順位は、それぞれグループ値の振幅が大きくなるほど、及び／又は、それぞれのグループにおける各値の振幅差が大きくなるほど、及び／又は、それぞれのグループが実際の時間に近いほど、高くなる工程と、
   ｅ）それらのグループをその優先順位の順序において受信器へ伝送する工程とを具備することを特徴とするオーディオ信号を伝送する方法。
2. 全オーディオ信号が、オーディオデータファイルとして存在し、全体として処理され、伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. オーディオ信号の一部のみが、処理され、伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. オーディオ信号が、ＦＦＴを用いてそのスペクトル成分に分解されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. オーディオ信号が、ｎ個の周波数フィルタによってそのスペクトル成分に分解されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
6. 受信器内で、その優先順位に従って伝送されたグループが、対応するアレイに対応づけられ、その場合にアレイにまだ伝送されていない値が、すでに存在している値から補間によって計算されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 受信器内の存在値と計算値から、電気信号が形成されて、オーディオ信号に変換されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。