JP4180124B2 - 伝送システムにおけるデータの予測 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル情報信号を符号化された信号へ圧縮しパラメータ信号を発生するよう適応された適応符号化器と、
伝送媒体を通じた伝送のための伝送信号を獲得するために符号化された信号とパラメータ信号の表現とを組み合わせるよう適応された第１の信号組合せユニットとを含む、伝送媒体を通じてディジタル情報信号を伝送するための送信装置に関する。
本発明は更に、伝送信号を受信する受信装置、伝送媒体を通じてディジタル情報信号及びパラメータ信号の表現を伝送する方法、並びに、本発明による送信装置又は方法によって獲得される記録担体に関する。
冒頭の段落において定義される種類の送信及び受信装置は、１９９６年９月のJ.Audio Eng. Soc. 第４４巻、第９号、第７−６乃至７１９頁、及び、第１０３回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons Bruekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」より知られている。既知の送信装置は、ディジタル情報信号の送信のためにビットレートを効率的に減少することを意図する。このようにして得られた伝送信号は、符号化された形式のディジタル情報信号及びパラメータ信号の表現を含む。パラメータ信号は、符号化された形式のディジタル情報信号をディジタル情報信号へ復号化するために受信装置において必要とされるパラメータを含む。すると、既知の送信装置によって獲得される伝送信号は、ディジタル情報信号の伝送中、伝送媒体からより少ない容量を要求とする。パラメータ信号は符号化器の中に設けられる適応予測フィルタ又は確率テーブルに使用される係数を含みうる。これらの係数は伝送媒体を通じて伝送される。既知の受信装置では、伝送信号は元のディジタル情報信号の複製を発生するよう処理される。
本発明は、ディジタル情報の伝送のためのビットレートをより効率的に減少する送信及び／又は受信装置を提供することを目的とする。
このため、本発明による送信装置は、
パラメータ信号への近似である予測信号を得るための予測フィルタを含む装置と、
パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号とパラメータ信号とを組み合わせる第２の信号組合せユニットとを含むことを特徴とする。
本発明による受信装置は、
パラメータ信号を形成するようパラメータ信号の表現と予測信号とを組み合わせるための信号組合せユニットと、
パラメータ信号に対する近似である予測信号を得るための予測フィルタとを含むことを特徴とする。
本発明による方法は、
パラメータ信号の近似である予測信号を得る段階と、
パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号及びパラメータ信号を組み合わせる段階とを含むことを特徴とする。
本発明は信号を伝送するために必要とされるビット数が予測フィルタの使用によって減少されうるという従来技術の欠点を克服することを目的とする。このために、既知の送信装置はディジタル情報信号の効率的な圧縮のために予測フィルタを使用する。驚くべきことに、パラメータ信号に対する予測を用いることにより、パラメータの伝送に必要とされるビット数が減少することが分かった。
本発明の上述及び他の面を図１乃至５を参照して詳述する。
図１は本発明による送信装置の第１の実施例を示すブロック図である。
図２は本発明による送信装置の第２の実施例を示すブロック図である。
図３は本発明による受信装置の第２の実施例を示すブロック図である。
図４は記録装置の形状の送信装置を示すブロック図である。
図５は再生装置の形状の受信装置を示すブロック図である。
図１は本発明による送信装置の実施例を示す図である。送信器は、ディジタル音声信号といったディジタル情報信号を受信する入力端子２を有する。ディジタル情報信号は、アナログ／ディジタル変換器においてアナログ形式のディジタル情報信号をディジタル情報信号へ変換することによって獲得されてもよい。入力端子２は、符号化器６の入力４に結合される。符号化器６は入力４へ印加されるディジタル信号を符号化器６の第１の出力８へ印加されるべき符号化された信号へ変換するよう適応される。符号化器６は、更にパラメータ信号を発生し、これを第２の出力１０へ印加するよう適応される。パラメータ信号は、例えば、符号化器６の中に含まれる適応予測フィルタの中で使用されるフィルタ係数、又は符号化器６の中に含まれる算術符号化器の中で使用されるために設けられる真理値表の中の値を含みうる。両方の種類のパラメータを使用する送信装置は、第１０３回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons Bruekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」より知られている。
予測フィルタ１４は、符号化器６の出力１０に結合される入力１２を有する。予測フィルタは従来技術により周知である。信号組合せユニット１８は、符号化器６の出力１０に結合される第１の入力１６及び予測フィルタ１４の出力２２に結合される第２の入力２０、並びに、出力２４を有する。信号組合せユニットは、入力１６及び２０で受信された信号と、出力２４に印加されるべき残差信号を組み合わせるよう適応される。本例では、信号組合せユニット１８は、第１の入力１６で受信された信号から第２の入力２０で受信された信号を差し引く減算器回路の形状をとる。
回路ブロック３４は、入力３６で受信された残差信号を処理し、これを出力３８へ印加する。処理は、出力における信号の変更されていない伝達でありうる。他の実施例では、回路ブロックはエントロピー符号化器を含みうる。エントロピー符号化器は、出力３８へ印加されるべき圧縮された信号を形成するよう入力３６において受信される信号を圧縮する。
第２の信号組合せユニット２６は、符号化器６の出力８に結合される第１の入力２８と、回路ブロック３４の出力３８に結合される第２の入力３０と、出力３２とを有する。第２の信号組合せユニットは、伝送媒体ＴＲＭを通じて伝送されるべき伝送信号を形成するために、第１の入力及び第２の入力で受信される信号を組み合わせるよう適応される。
上述の送信装置は、以下のように動作する。ディジタル情報信号は、入力端子２へ印加され、符号化器６へ供給される。ディジタル情報信号は連続するブロックを含む。符号化器６は、ディジタル情報信号を符号化された信号へ変換する。符号化された信号は、符号化器の出力８へ印加される。符号化器６は、係数選択手段を含む。係数選択手段は、ディジタル情報信号の連続するブロックの夫々から、例えば符号化器に含まれる適応予測フィルタ又は算術符号化器のための確率テーブルの中でどの係数又はパラメータが使用されるべきかを得る。選択されたパラメータは出力１０へ伝達される。予測フィルタ１４は、パラメータから予測信号を得る。続いて、第１の信号組合せユニット１８は、パラメータ信号を表わす残差信号を形成するよう、係数からこの予測信号を減算する。パラメータの予測を形成し、残差信号を獲得するためにこのパラメータからこの予測を減算することにより、振幅範囲は減少する。予測フィルタ１４の第１の伝達関数は、例えば、Ｈ（ｚ）＝２ｚ^-1−ｚ^-2でありうる。予測フィルタの第２の伝達関数は、例えば、Ｈ（ｚ）＝３ｚ^-1−３ｚ^-2＋ｚ^-3でありうる。予測フィルタの伝達関数Ｈ（ｚ）＝９／８ｚ^-1＋５／８ｚ^-2−６／８ｚ^-3は、よい圧縮率と、ハードウエアにおける実施が比較的簡単な倍率との組み合わせを与える。時々、パラメータ信号は高周波リプルを有する。この場合、伝達関数Ｈ（ｚ）＝−ｚ^-1を有する予測フィルタの使用は、振幅範囲において所望の減少を有する残差信号を生ずる。回路ブロック３４が信号を変更せずに出力３８へ伝達すれば、残差信号の振幅範囲の減少により、残差信号を伝送するために必要とされるビット数は、パラメータ信号を伝送するのに必要とされる数よりも少ない。回路ブロック３４がエントロピー符号化器を含む場合、残差信号の再生に必要なビットの数は、更に減少されうる。エントロピー符号化器は、例えば従来技術で既知のＲｉｃｅ符号化器でありうる。エントロピー符号化器は、圧縮された信号を形成するよう残差信号を圧縮する。圧縮された信号の伝送のために必要とされるビット数は、残差信号の伝送のために必要とされるビット数よりも少ない。エントロピー符号化器は、パラメータ信号に依存してビット数の減少を与えるか又は与えない。同様に、パラメータ信号のビットを最も減少させることは、エントロピー符号化器を含むが予測フィルタを含まない送信装置によって達成されうることが可能である。
第２の信号組合せユニット２６では、入力において受信される信号は伝送信号を形成するよう組み合わされる。ディジタル情報信号は、以下説明される関連する受信装置によってこの伝送信号から再構成されうる。上述の送信装置によるディジタル情報信号の送信では、予測フィルタ１４を含まない装置による送信よりも低いビットレートが得られる。伝送媒体の所望の帯域幅はビットレートの線形関数であるため、本発明による送信装置はディジタル情報信号の送信のためにより小さな帯域幅を必要とする。換言すれば、本発明による送信装置は、固定帯域幅を有する伝送媒体を通じて、時間単位当たりにより多くの情報を送信しうる。第２の信号組合せユニット２６は、従来の技術より既知であるため詳述しない。
伝送媒体は、伝送チャネル又は、磁気記録担体又は光学記録担体といった記録担体でありうる。伝送信号は、伝送媒体ＴＲＭを通じて受信装置へ伝送される。
図２は、本発明による送信装置の第２の実施例を示す図である。第１の実施例との差異は、予測フィルタ１４の入力１２が異なる様式で符号化器６の出力１０に結合されることである。このため、装置は第３の信号組合せユニット４０を含む。第１の入力４２は、第１の信号組合せユニット１８の出力２４へ結合される。第２の入力４４は、予測フィルタ１４の出力２２へ結合される。第３の信号組合せユニットは、第１の入力４２及び第２の入力４４へ印加される信号を１つの信号へ組み合わせ、これを出力４６へ印加するよう適応される。第３の信号組合せユニット４０の出力４６は、予測フィルタ１４の入力１２へ結合される。本例では、信号組合せユニットは、２つの入力において受信される信号を相互に加算するための加算器信号組合せユニットの形状をとる。第１の実施例の機能と、第２の実施例の機能は同じである。
図３は伝送信号を受信するための受信装置の実施例を示す図である。受信装置は、受信された伝送信号から元の信号の複製を得る。
伝送信号ＴＲＭは、分離（デマルチプレックス）ユニット６２の入力６０において受信される。分離ユニット６２は、伝送信号ＴＲＭから符号化された信号とパラメータ信号の表現とを得る。符号化された信号は第１の入力６４へ印加される。パラメータ信号の表現は、第２の出力６６へ印加される。
分離ユニット６２の第１の出力６４は、適応復号化器７０の入力７２へ結合される。適応復号化器７０は、入力７２において受信された信号を、第２の入力７６において受信された係数に依存して、ディジタル情報信号の複製へ拡張する。複製は、復号化器７０の出力７４へ印加される。復号化器は、第１０３回ＡＥＳ会議（米国ニューヨーク州）のＡＥＳプレプリント４５６３、Fons Bruekers外による「Improved Lossless Coding of 1-Bit Audio Signals」に記載されるように実現される。出力７４は受信装置の出力端子９０へ結合される。
回路ブロック９２は、出力６６へ結合される入力９４を有し、入力９４において受信される信号を処理し、処理された信号を出力９６へ印加するよう適応される。処理は、出力９６における信号の変更されない伝達でありうる。他の実施例では、回路ブロック９２はエントロピー復号化器を含みうる。エントロピー復号化器は、出力９６へ印加されるべき拡張された信号を形成するよう、入力９４において受信される信号を拡張する。エントロピー復号化器は、Ｒｉｃｅ復号化器の形状をとりうる。
信号組み合わせ回路８２は、回路ブロック９２の出力９６に結合される第１の入力８４と、予測フィルタ７８の出力８０に結合される第２の入力８６と、出力８８とを有する。信号組み合わせ回路８２は、出力８８へ印加されるパラメータ信号を形成するよう、第１の入力８４において受信される信号を第２の入力８６において受信される信号と組み合わせるよう適応される。信号組合せユニット８２は、第２の入力８６において受信された信号を第１の入力８４において受信された信号と加算する加算器回路の形状をとりうる。総和信号は出力８８へ印加される。予測フィルタ７８の構成は、伝送信号を送信した送信装置において使用される予測フィルタ１４と全く同一である。
図３に示される受信装置は、以下のように動作する。分離ユニット６２は、入力６０において受信された伝送信号を、符号化された信号とパラメータ信号の表現とに分割する。パラメータ信号の表現は回路ブロック９２へ印加され、回路ブロック９２は残差信号を形成するようこの信号を処理する。残差信号及び予測信号は、信号組合せユニット８８の中でパラメータ信号を形成するよう加算される。パラメータ信号は、予測フィルタ７８及び適応復号化器７０へ印加される。予測フィルタ７８では、予測信号はパラメータ信号から得られる。適応復号化器７０の中では、符号化された信号は、ディジタル情報信号の複製へ変換される。適応復号化器の中の調整可能なパラメータは、入力７６において受信される。調整可能なパラメータは、例えば、予測フィルタの係数又は確率テーブルの値である。予測フィルタ及び復号化器は、従来技術より周知である。
送信装置の実施例に依存して、受信装置は、予測フィルタ７８のみ、又は予測フィルタ７８及びエントロピー復号化器の形状の回路ブロック９２、又はエントロピー復号化器の形状の回路ブロック９２のみを含む。
図４は、記録担体上にディジタル情報信号を記録する装置の形状の送信装置を示す図である。図４中の回路ブロック５００は、図１のブロック図の代わりに示される。図４中の入力端子２は図１中の入力端子２と全く同一であり、回路ブロック５００の出力３２は図１中の信号組合せユニット３０の出力３２と全く同一である。記録装置は更に、誤り補正符号化器５０２と、チャネル符号化器５０４と、記録担体５０８上に信号を書込むための書込み手段５０６とを含む。誤り補正符号化器及びチャネル符号化器は、従来技術より周知である。記録担体５０８は、磁気型でありうる。その場合、書込み手段５０６は、記録担体５０８上のトラックに情報を書き込むよう適応される１つ以上の磁気ヘッド５１０を含む。他の実施例では、記録担体５０８は光学情報担体である。すると、書込み手段５０６は記録担体５０８上のトラックに情報を書き込むための光学書込みヘッド５１０を含む。
図５は、記録担体からディジタル情報信号を再生する装置の形状の受信装置を示す図である。図５中の回路ブロック６００は、図３のブロック図の代わりに示される。回路ブロック６００の入力６０は図３中の分離ユニット６２の入力６０と全く同一であり、図５中の出力端子９０は図３中の受信装置の出力端子９０と全く同一である。再生装置は更に、読出し手段６０２と、チャネル復号化器６０６と、信号中の誤りを検出し、可能であれば補正する手段６０８とを含む。チャネル復号化器及び誤り検出／補正手段は、従来技術より周知である。読出し手段は、記録担体５０８上に記録された信号を読み出し、読み出された信号をチャネル復号化器６０６へ印加するよう適応される。記録担体５０８は磁気型でありうる。その場合、読出し手段６０２は、記録担体５０８上のトラックから情報を読み出すよう適応される１つ以上の磁気ヘッド６０４を含む。他の実施例では、記録担体５０８は光学情報担体である。すると、読出し手段６０２は記録担体５０８上のトラックから情報を読み出すための光学読出しヘッド６０４を含む。
本発明による機器は、送信装置及び受信装置の両方を含みうる。図４及び図５に示される機器の組み合わせは、ディジタル情報信号が記録担体上に記憶され、後の時点において記録担体から記録されたディジタル情報信号を再生することを可能とする機器を与える。他の可能性は、共に送信及び受信装置を含む２つの機器が１つ以上の伝送媒体を通じて相互に通信することである。第１の機器は、その送信装置によって１つ以上の伝送媒体を通じて第２の機器へディジタル情報信号を送信する。第２の機器は、受信装置によってこの信号を受信し、この信号を出力において再生する。同様にして、第２の機器は、第２の伝送媒体を通じて第２の機器へディジタル情報信号を送信しうる。伝送媒体の物理的形式に依存して、１つ以上の伝送媒体が使用される。
本発明は例として限られた数の実施例についてのみ説明されたが、本発明はこれらの例にのみ制限されるものではないことが明らかとなろう。当業者は請求項に定義される発明の範囲で様々な変更をなしうる。
本発明は更に任意の新しい特徴的な部分又は特徴的な部分の組み合わせに帰する。

Claims (18)

1. ディジタル情報信号を符号化された信号へ圧縮しパラメータ信号を発生するよう適応された適応符号化器と、
   伝送媒体を通じた伝送のための伝送信号を獲得するために符号化された信号とパラメータ信号の表現とを組み合わせるよう適応された第１の信号組合せユニットとを含む、伝送媒体を通じてディジタル情報信号を伝送するための送信装置であって、
   パラメータ信号への近似である予測信号を得るための予測フィルタを含む装置と、
   パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号とパラメータ信号とを組み合わせる第２の信号組合せユニットとを含むことを特徴とする送信装置。
2. 適応符号化器は算術符号化器であることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 適応符号化器は適応予測フィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の送信装置。
4. パラメータ信号は適応符号化器の係数を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の送信装置。
5. 記録担体上に伝送信号を記録する装置の形状をとり、誤り補正符号化器及び／又はチャネル符号化器ユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の送信装置。
6. 伝送媒体から伝送信号を受信する受信手段と、
   伝送信号から符号化された信号とパラメータ信号の表現とを得る分離手段と、
   符号化された信号をパラメータ信号に依存してディジタル情報信号へ拡張するよう適応された適応復号化器とを含む、
   符号化された信号とパラメータ信号の表現とを含む伝送信号を受信するための受信装置であって、
   パラメータ信号を形成するようパラメータ信号の表現と予測信号とを組み合わせるための信号組合せユニットと、
   パラメータ信号に対する近似である予測信号を得るための予測フィルタとを含むことを特徴とする受信装置。
7. 適応符号化器は算術符号化器であることを特徴とする請求項６記載の受信装置。
8. 適応符号化器は適応予測フィルタを含むことを特徴とする請求項６又は７記載の受信装置。
9. 記録担体上に記録された伝送信号を再生する装置の形状をとり、チャネル復号化器及び／又は誤り補正符号化器を含むことを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか一項記載の受信装置。
10. 予測フィルタの伝達関数の次数は少なくとも２であることを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。
11. 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝２ｚ^-1−ｚ^-2を有することを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。
12. 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝３ｚ^-1−３ｚ^-2＋ｚ^-3を有することを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。
13. 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝９／８ｚ^-1＋５／８ｚ^-2−６／８ｚ^-3を有することを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。
14. 予測フィルタは伝達関数Ｈ（ｚ）＝−ｚ^-1を有することを特徴とする請求項１記載の送信装置又は請求項６記載の受信装置。
15. ディジタル情報信号を受信する段階と、
    ディジタル情報信号を符号化された信号及びパラメータ信号に圧縮する段階と、
    符号化された信号及びパラメータ信号の表現を伝送媒体を通じた伝送のための伝送信号へ組み合わせる段階と、を含む伝送媒体を通じてディジタル情報信号及びパラメータ信号の表現を伝送する方法であって、
    上記方法は更に、
    パラメータ信号の近似である予測信号を得る段階と、
    パラメータ信号の表現を獲得するよう予測信号及びパラメータ信号を組み合わせる段階とを含むことを特徴とする方法。
16. 伝送信号は記録担体上に記憶される、請求項１５記載の方法。
17. 請求項１５記載の方法又は請求項５記載の送信装置によって獲得される記録担体であって、光学又は磁気記録媒体を含むことを特徴とする記録担体。
18. 請求項５記載の送信装置及び請求項９記載の受信装置を含む機器。

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