JP4485067B2

JP4485067B2 - ソース符号化ディジタル信号の送信方法

Info

Publication number: JP4485067B2
Application number: JP2000592950A
Authority: JP
Inventors: ヨアヒムハゲナウアー，; トーマスストックハマー，; クリスチアンヴァイス，; ヴォルフガングデンク，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-12-29
Also published as: EP1147613B1; JP2002534894A; DE59912869D1; ATE311693T1; EP1147613A1; WO2000041315A1; US6851083B1; DE19860531C1

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、種々の重要性値をビット毎、符号毎、あるいはグループ毎に１つのチャネル経由でデータフレーム内に割当てるソース符号化ディジタル信号を送信する方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
本発明が適用する方法の応用分野は一般に、誤りが発生するチャネル上のディジタル符号化信号の送信や記憶である。このような信号の事例は特に音声、テキスト、画像、映像信号や測定信号である。後述のように、チャネルは伝送媒体、記憶媒体、あるいはこれらの媒体の組合せの考えられるすべての形態に関係する。
【０００３】
伝送媒体の事例は、一方で、“ローカルループ内の無線”システム（最終マイルをカバーする無線加入者接続）に加えて、移動ないしは、無線放送により実証されたように、有線によらない送信のエアーインタフェースである。他方で、伝送媒体は欠陥のない送信を保証できないあらゆる種類の有線システムを含む。一例として、ＩＰ（インタネットプロトコル）やＡＴＭ（非同期転送モード）の場合のプロトコル関連パケット損失について述べる。このパケット損失はガラスフィバーによる送信の場合にも発生し得るものである。このような種類のパケット損失は、例えば、バッファオーバフローや最大遅延条件の違反により発生することがある。ここでは記憶媒体を代表するものとしてディジタルデータの光学、磁気、あるいは光磁気記録についてのみ記述する。
【０００４】
伝送技術には、一般に、つまりソース符号化とチャネル符号化との間に１つの関連インタフェースがある。このインタフェースをソース符号化とチャネル符号化との間で選択するには多くの理由がある。一方で、情報理論によると、確定条件の下でこのインタフェースは簡単で且つ、重要である。理想的には、二値データはソース符号化プロセスの助けを借りて最適に作成され、その後でチャネル符号化工程およびその後の工程を通じて最適に送信される。他方で、このインタフェースは、独自の応用面と、独自でもある送信システム面と間を連係する。
【０００５】
標準化の面と実用化の面の両方から、このインタフェースは理想的に種々のタスクの境界を定めるのに適する。しかしながら、このインタフェースは一般にどの方法にせよ送信フォーマットを限定しない。それゆえ、パケット指向伝送によるパケット境界の完全性が保障されねばならず、一方で接続指向伝送が連続ビット列に基づくものであるという点で、パケット指向伝送と接続指向伝送との間の区別が追加されることになる。
【０００６】
ディジタル送信システムが柔軟で、同時に万能性であることがこのシステム成功の主な理由である。この種のシステムに新しいアプリケーションとサービスを組み入れることは、このアプリケーションとサービスの基礎データを二値形で符号化するので、容易で費用効果がある。下記のように、ソース符号化手順により送信と記憶に適するフォーマットに変換された信号につながるアプリケーションをとることになる。アプリケーションやサービスを強調するデータは必要な送信フォーマットを表示する、すなわち、データが例えば二値形に符号化されるという簡単な事実により送信へのアクセスが容易なアプリケーションとサービスが行われる。
【０００７】
しかしながら、任意のおよび全ての伝送媒体とアプリケーションが組合されるとすると、この簡単なインタフェースに限界が生じる。周囲の物理的条件は多くのチャネルが時間上で、および／あるいは位置により変わる伝送品質を実証することを意味し、これは、伝送媒体にとって必要な最小品質が保証されないことを意味し、その結果、情報は失われるか、取り違えた受信機に届くことになる。ある約定の遅延のみ可能で、あるいは、チャネル符号化システムが最悪の場合のシナリオで動作することができない多くのアプリケーションでは、このインタフェースはもはや理想的ではない。事実、ある場合に失われた情報は、それが受信機により正しく受信されるまで、繰返しの要請に応じて、繰り返し送信されることが可能である。しかし、遅延の要請、戻りチャネルの不在、あるいは不十分な記憶容量が度々、情報の繰返しを阻止する。このためにアプリケーションの劣化や故障さえも避けるように頑丈なソース符号化プロセスが必要とされる。
【０００８】
上記の懸念事項を持つ伝送媒体や記憶媒体について以下に簡単にその概要を述べる。
移動放送では、基地局からの距離、環境要因および移動（フェージングをもたらす）のために、位置による、および／あるいは時間経過での品質の変化は避けられない。戻りチャネルを持つことが可能であるとすると、これにより多くのアプリケーションに対して非許容遅延を作ることになり、さらにデータ速度や処理量が減ることになる。
【０００９】
同じく、無線放送では、放送アンテナからの距離や環境要因のために、位置による品質の変化は避けられない。受信機が移動式であれば、環境の変化や移動（Ｄｏｐｐｌｅｒ効果、信号散乱、フェージング）のために時間による変化も起こる。ここでは、無線放送は従来の無線のみを意味するのではなく、ページングシステムおよび全ての種類の単指向性無線サービスをも含むものである。
【００１０】
移動放送や無線放送に加えて、移動性を表示しないにもかかわらず送信用にエアーインタフェースを使用する無線バウンド、双方向無線系システムもある。事例には数ある中でローカルループシステム、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）等を含める。
【００１１】
さらに、静止無線バウンドシステムと移動無線システムの間に位置付けることのできる所謂、携帯システムもある。移動性に起因した外部かく乱を除いて、これらのシステムは例えば移動放送システムと同じ外部かく乱要因を受けてもいる。受信機が実際に移動性でないと、どの受信機も種々のチャネルを通じて送信局から信号を受信する。これは、全ての参入者に対する諸条件を同時に最適化できないことを意味する。
【００１２】
インターネットでは、混成ネットワーク、ブロッキングおよび限定記憶容量あるいはバッファが広範囲にわたる遅延や、種々の時間にネットワーク上の負荷に依存して広く変動するパケット損失をもたらす。基本的に、中継送信（ｒｅｐｅａｔ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）手順（戻りチャネル経由での繰返しの要請）が使用されるが、この手順は多くのリアルタイムアプリケーション（例えばインターネット電話方式）に対して非許容遅延をもたらすことがある。
【００１３】
パケット遅延やパケット損失はブロッキング、記憶限定、バッファ限定および混成伝送媒体のためにＡＴＭ網内で起こることもある。さらに、ここでも、中継送信（戻りチャネル経由による繰返しの要請）は、これに付随する遅延のために許容されない。
【００１４】
類似の品質劣化は他のネットワークや伝送媒体でも起こる可能性が在る。このようなネットワークや媒体の事例は衛星放送、二地点間無線システム、モデム伝送、衛星移動放送等である。
【００１５】
加えて、一貫してディジタルデータの記憶の高品質性が保証されないことがある。それは記憶媒体の構造による（不完全な記憶領域、磁化のフェーディング、半導体記憶素子の場合の漏れ電流、消耗）。ここで、位置関連故障（材料断層）と長期間の挙動も重要な役割を演じる時間関連故障の電位の間の区別をする必要がある。
【００１６】
次に、送信用にディジタル化される信号について概説する。しばしば、このような信号はその相関性により著しい冗長度を伴うことがある。これらの冗長度は大部分がソース符号化アルゴリズムを通じて除去される。しかし、このために、二値形に符号化されたビット列は上述の伝送誤差をより著しく受けやすくなる。
【００１７】
音声は通信目的の双方向リンクで頻繁に実行される。それゆえ、最大遅延時間が厳しく制限され、中継送信は通常は不可能である。一般に、音声信号は多くの冗長度と心理音響的不適切さを伴う。大半の冗長度はソース符号化により除去され、このために次にシステムが誤りをより受けやすくなる。同じ事はオーディオ信号に対してもあてはまる。オーディオ信号が無線で送信されれば、中継パケットは不可能である。
【００１８】
映像は通常、空間内での相関性に関連して、多量の冗長度を含む。符号化後に、映像は事実上、冗長度がなくなるが、万一伝送誤りが起こると再構築されることがない。ビデオ画像では、空間内の相関性に加えて時間の相関性も在る。画像系列では、個々の画像は先行画像から予測される。誤りが発生すると、この誤りは一般に誤予測に基づいて持続する。
【００１９】
さらに、ここでは検討されない方法で符号化される信号、例えばテキスト、測定信号等の信号も高圧縮レベルのために非常に誤りを受けやすい。したがって、本発明による方法は多くの領域、組合せおよび変形において適用される。先ず、各信号は各個々の媒体を通じて送信される。次に、各個々の信号は混成媒体経由で送信される。三番目に、符号化信号は個々のあるいは混成（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）ネットワーク構造上で組合され（マルチメディア化され）、送信される。
【００２０】
現在までに、既述のチャネル経由による信号の伝送はチャネル上でビット誤り、パケット誤りやパケット損失の確率を最小にするような方法で解決してきた。これはチャネル符号化を行うことで起こる。しかし、この意図的に実行した冗長度に対して利用可能帯域幅のある部分を使用しなければならない。
【００２１】
しかしながら、チャネル符号化率の大きさは１つの限定したチャネル条件に対してのみ最適化される。このチャネル条件が既述の品質の変動の結果として変化する場合、その時には、この最適化整合はもはや作成されない。符号化率が余りに低いと（符号化率＝インフォビット／（インフォビット＋冗長性ビット））、すなわち冗長性が多すぎると、あまりにも多くの割合がこの冗長性のために使い果たされる。しかしアプリケーションのソース符号化に対してより多くのビットを割当てることにより品質は著しく改善されることになる。冗長性が全くない場合、ビット誤りとパケット誤りが発生することがある。このような場合に、アプリケーションはしばしば、ひどく品質劣化するか、あるいは完全に故障する。
【００２２】
さらに、データを上述のチャネル経由で送信するアプリケーションでは、チャネル符号化に要求（ｄｅｍａｎｄ）を置く。例えば、ビット列内である種の絶対必須情報目的用の冗長度の低い多くのアプリケーションおよび筋違い性の低い多くのアプリケーションでは、完全に無欠陥な送信を行う必要がある。この事例はモードビット、Ｈｕｆｆｍａｎ表、可変符号（ＶＬＣ）で符号化されたブロックのスタート、あるいは符号数、ブロック長等のような長さ情報であり、これは例えばソース符号化におけるように信号処理アルゴリズムの運用にとって最小の前提条件である。
【００２３】
先に述べた問題点を解決し、後の仕様条件を満たすために、符号化プロセスにおいて実行できる従来技術から潜在的な解決策が知られている。誤り防止ソース符号化では、ビット誤りやパケット損失の場合にも復号化の許容品質が維持されるように情報を符号化しなければならない。この品質はときに復号化の複雑さ（例えば、誤り認識量、変化する複雑さのチャネル符号の選択）に左右される。しかし、随伴する短所は圧縮効率に関する損失である。さらに、このような手順は常に、チャネルがひどく劣化する場合に主要な品質損失をともなう。
【００２４】
上述の問題点はチャネル符号化率をチャネル品質に動的に合わせることによって除去できる。しかし、このような機構を使用するには幾つかの前提条件が必須になる。特に、符号化を始める前にチャネル条件を送信機（ｓｅｎｄｅｒ）に伝えなければならない。つまり、チャネルはあまりに早く変化する必要はなく、戻りチャネルは利用できなければならないことになる。送信機が１つ以上の受信機を取扱っている場合、このシナリオは不可能である。
【００２５】
ソース符号にチャネル符号化を適用したり、あるいは共通のソースおよびチャネル符号化の手順を備える全手順は常にアプリケーションに対して非常に明確に設計され、チャネルに合致される。均一なインタフェースではこのような可能性はない。さらに、このような手順は一般に非常に複雑である。
【００２６】
アプリケーションを種々の階層レベルに分割し、不均一誤り保護システムを用いることによって、異なる重要性のレベルは特定モーメントでチャネル品質に対応して復号化できる。しかし、通常、全てのレーヤは明確に復号化されるに違いないので、このような受信機は非常に複雑になる。さらに、通常はほとんどレーヤはなく、あってもせいぜい二つであり、結果として種々の条件は限られた程度でのみ可能になる。さらに、有効な誤り検出システムは上部階層レーヤに対して必要である。レーヤの数が低いために、復号化中に誤りに対して十分に保護を行うためには、頑丈な誤り防止符号化は所謂、ベースレーヤでも通常は必要になる。
【００２７】
度々、自動繰返し要請（ＡＲＱｓ）は誤りの在るチャネル上でパケット損失が発生した場合に実行される。これに対して二つの非常な拘束性要件を満たす必要がある。一方では、繰返し要請はアプリケーションが必要とする最大遅延を超えてはならないし、他方で、双方向接続が確立されねばならない。さらに、送信側でのシグナリングオーバヘッドと容量の大きい記憶空間は別の限定要因である。
【００２８】
このような手順は、アプリオリ（a ｐｒｉｏｒｉ）情報を作成したり、誤り隠蔽の目的のために復号化において完全に除去されない冗長性を利用することによって復号化プロセスで改善される。しかし、このようなアルゴリズムは復号化時においてのみ常に実行され、このように符号化プロセスと関係がない。さらに、上述の基準量（ｍｅａｓｕｒｅ）の組合せが可能である。しかし、既述の問題点も発生する。
【００２９】
原理的に、既知の全手順は復号器インタフェースで符号誤り率やパケット損失確率の最小化を常に求めている。さらに、送信パケットは完全に失われるか、あるいは符号誤りは階層レベル内で均等に分布される。幾つかの階層レベルがある場合でも、１つのレベル内で誤り率の最小化を得ようと試みている。しかし、情報を失うことにより、データが解釈されないので、データは度々、無用化して、誤りになる。さらに、その後の情報の誤解釈が度々起こるので、情報が誤って復号化されると品質に関する損失ははるかに大きくある。
【００３０】
ＥＰ特許番号０，７９８，８８８では、ＧＳＭに密接に関係するプロセスが記述され、中でも特殊機能、つまりＧＳＭの改善“不良フレーム表示”と関係がある。この目的のために、データが階層レベルの構想内に組入れられる。これらの階層レベルの各々上で、誤り検出のために第二符号や類似の基準量（ｍａｓｕｒｅ）が実行され、ＣＲＣの周知の可能性のみを述べている。この符号やこの基準量は、伝送が成功か、あるいは各階層クラスの訂正を含めて、誤りがあるのかを判定するのに役立つ。次にある種のクラスの正しい、あるいは誤りのある復号化に関する情報は、改善不良フレーム表示に使用される品質基準量を決めるのに使用される。改善不良フレーム表示によって、音声品質の改善は、例えば誤り隠蔽により適切な基準量だけ得られる。
【００３１】
この手順では、唯１つの区分（ｄｉｖｉｓｉｏｎ）を少数の階層クラス化することは可能である。そうでないと誤り検出目的のために作成されたオーバヘッドにより、この手順の効率は失われることになる。誤り検出は常に効率を制限するＣＲＣのような第二符号を必要とし、それゆえに階層レベルを低い数に制限する。その上、唯１つの誤り検出動作はこの周知の手順で可能である。
【００３２】
また、全ての受信機に対して得られる解釈と品質は最弱受信機により確定される。さらに、ＥＰ特許番号０，７９８，８８８による手順は、例えば、ＣＲＣ符号、戻りチャネルの定常条件等から起こる率損失による制限を受ける。
【００３３】
ＪＰ９−２３２１４Ａ（日本特許公開平成９年第２３２１４号）は、テストパターンに基づく任意のモーメント（誤り率弁別器）で誤り率の確定に用いられる所謂ヘッダーに常に依存する手順を記述する。ＪＰ９−２３２１４Ａによる手順は、ヘッダーは各クラスに対して作成され送信されなければならないので、少数のクラスにとってのみ有効である。さらに、クラスの復号化は全関連ヘッダーが正しく復号化される場合にのみ可能である。
【００３４】
さらに、この周知の手順では、階層クラスは常に固定ブロックサイズを持ち、情報とチェックサムとの関係はヘッダー内で符号化され送信されなければならない。例えば、ヘッダーが正しく復号化されないと、その長さが周知であっても全体としてクラスに関係するものはなにもない。
【００３５】
また、この周知の手順では、オペレーションは最悪の場合に明確に適合しなければならない。達成可能な品質は最悪の場合によってこのように限定される。これは、実際に可能なクラスの限定数により、伝搬のポテンシャルは制限されることである。それゆえ、改良は少しの階調においてのみ可能である。しかし、階調の数は階層レベルの数により規定される。
【００３６】
この周知の手順で、第二の方法は、誤り率弁別器用のテストパターン、誤り検出符号や類似の基準量を用いて、データの正しさを判定するために常に必要である。ＪＰ９−２３２１４Ａによる手順では、誤り率弁別器はテストパターンの送信中にチャネル上の誤り率を確定し、この確定誤り率に基づいて階層データの選択を制御するために本質的にテストパターンと協働で使用される。しかし、送信中の誤り率は適当な階層クラスのデータが無欠陥であるかどうかを決定論的に言明しないが、この階層クラスに対して期待される誤り率に関する表示を統計的観察結果により与えるのみである。
【００３７】
クラス境界と関連チャネル符号化率に関する情報のみを含むヘッダーでも、高い冗長度のチャネル符号で保護される。その理由は、これらのヘッダーの正しい復号化がＪＰ９−２３２１４Ａの特許公報に概説された手順の適用範囲に対する不可欠な前提条件である。受信機の品質の種々の構成要素の場合には、個々のクラスやそれらの境界に対する誤り保護の確定は再び繰返されねばならず、そこから当然の結果として、この周知の手順では適応性はない。
【発明の説明】
【００３８】
それゆえ、本発明の課題は、チャネル上で誤りのある符号化信号の送信あるいは、記憶についての定性的に改良された方法を提供し、本質的に新しいインタフェースを形成することである。
【００３９】
本発明によれば、１つのチャネル経由でデータフレーム内に時系変化重要性レベルをビット毎、符号毎、あるいはグループ毎に割当てるソース符号化ディジタル信号の伝送方法に関係するもので、チャネル符号化の前に発生するソース符号化中に送信側で、各データフレームに対して情報の全量を所望する時系変化重要性の多くの情報サブユニットに、云いかえると、ビット毎、符号毎、あるいはグループ内に所謂階層クラスに分割する。また受信側で任意モーメントでチャネル品質の機能として、利用可能な階層データから選択が行われ、受信側で全ての受信データフレームのチャネル復号化の後に、情報サブユニットのサブセットで、任意モーメントでのチャネルの品質、および／あるいは与えられた復号化の複雑さ、および／あるいは有効な受信機の複雑さに依存するサブセットが正しく復号化されるように、且つ、復号化データの正しい部分が誤り訂正符号の復号化手順の特性から確定されるように誤り検出および探索と誤り訂正の両方を可能にする単一符号でチャネル符号化され、その結果、ソース信号の再構築に対して、送信情報サブユニットの正しく復号化されたサブセットのみが使用され、アプリケーションに伝えられる。
【００４０】
本発明は一般に、上述のようにデータの品質重み付けが適用できる任意信号に対して適用可能である。
【００４１】
本発明の方法では、被送信信号のあらゆる考えられる組合せとチャネルのあらゆる考えられる組み合わせに対して任意モーメントのチャネル条件に自ら適応し、
したがって、そのチャネル条件に対応して、ある種の品質の受け入れを可能にする方法を提供するという独特の利点があり、ソース符号化とチャネル符号化の間の簡単なインタフェースを保証するものである。
【００４２】
本発明による方法の別の利点と実施例は、この方法の独特の有利な潜在的応用例に加えて、請求項１に直接的、あるいは間接的に関連する諸請求項において説明される。
【００４３】
本発明による方法とこの方法のサンプル応用例を下記に詳細に説明する。本文に加えて五つの図面を示す。
【発明の実施例】
【００４４】
第２図に示すように、本発明により形成されたソース符号化とチャネル符号化の間のインタフェースは、上記説明と第１図に示すように、今までに使用されたものとは対照をなすものである。したがって、ビットパケットは完全に損なわれることはなく、また、符号誤りは無作為に分布されない。すなわち、大きさが任意モーメントのチャネル品質および／あるいは復号化の複雑さにより確定されるサブセットで、情報のこのサブセットがアプリケーションに伝えられ、この部分は正しいものであると考える。
【００４５】
本発明によれば、情報のサブセットで、大きさがチャネル品質および／あるいは復号化の複雑さにより変化するサブセットを受信機に復号化させる手段を符号化に対して作る。復号化の複雑さはこのように基準化され、チャネルの条件に合う流れが可能になる。
【００４６】
受信側の品質は一般的に大抵の場合にあらゆる追加的に有効な情報サブユニットにより改良されるが、少しの改良である。最小可能情報サブユニットは１ビットである。アプリケーションの符号化作業はアプリケーションの復号化作業に対する情報サブユニットの重要性により整理される。
【００４７】
この重要性は下記のようにソース重要性情報（ＳｏｕｒｃｅＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ），ＳＳＩと呼ばれる。したがって、全ての完全情報ブロックでは、どれくらいの最大重要情報サブユニットがこの完全ブロックに対して上手く復号化されたかをアプリケーションの復号器は受信機のインタフェースで伝えられる。
【００４８】
周知の方法とは対照的に、本発明による方法では、種々のチャネル品質を有する多くの受信機への送信を保証することは可能であり、各個々の受信機は、その受信機の独特の状態（チャネル品質、復号化の複雑さ等）により、個々に時系変化する基準（ｓｃａｌｅ）上で無欠陥の個々の情報を受信する。さらに、受信品質はチャネル品質に対して非常に正確に調整される。最悪の受信状態においてもある基本情報を復号化することができるような方法で符号化を実行する限り、受信機のスペクトル全体をカバーする。
【００４９】
このように、主要な設計基準はもはやパケット損失率、パケット誤り確率や符号誤り確率の最小化ではなく、代りに、本発明によればソース符号化にとって最も重要な情報のサブユニットの最大可能部分から欠陥をなくすことである。
【００５０】
ソース符号化の目的は今では、情報を種々の重要性レベルの可能な限り多くのサブユニットへの、最も好ましくは個々のビットへの分割と同時の最良可能圧縮（過去の方法の場合のように）でもある。インタフェースは簡単なままで、仕事（ｔａｓｋ）は再度、個別に標準化され、情報理論により、実施して処理できるが、今では独創的な原理と一緒に処理される。
【００５１】
例えば、単一完全情報ブロック内のオーダリングは、最大ソース重要性情報を有する情報サブユニットが初めにあり、減少ＳＳＩの情報サブユニットがより終端に向かうように配列される。例えば、情報サブユニットの解釈が別の情報サブユニットの正確さに依存するならば、この依存サブユニットはブロックのさらに端部の方の符号化段に移るべきである。本発明による方法では、誤り検出は、送信ブロック内の第一誤りの位置（第２図では、これは位置ｉである）が可能な限り遠くの後ろに（ｆａｒｂａｃｋ）位置決めされるように設計される。
【００５２】
これは、例えば可変符号レートにより達成されて有利になり、このレートはブロックの長さに沿って最大値（最低冗長度）にまで増加する。レートの変化する符号の例は特定のレート互換符号内で破壊された（ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ）畳込み符号である。復号化の目的に対して、任意複雑性（復号化情報供給源）の適応逐次復号器が使用でき、あるフレーム深さまで復号化する。ソース信号はこれらの無傷データから再構築される。優れたチャネルでは、復号化情報供給源は全く役立たなくなることはなく、ソースは完全に再構築される。チャネルが劣化すると、その後、復号化情報供給源はフレームの端部に届く前に全く役立たなくなる。フレームの無傷部分は、復号器（ｄｅｃｏｄｅｒ）がフレーム内で停止する場所、あるいは、他の適切な位置基準（復号化情報供給源の消耗、メトリックスの変化等）から確定される。その後、品質は少し減少するが、データフレームのこの無欠陥部分のあるソースの部分的再構築がある。
【００５３】
本発明による方法はさらに、ソース制御チャネル符号化、チャネル復号化および逐次復号化を用いて改善される。下記に、本発明による方法の好都合なサンプル実施例を説明する。
【００５４】
本発明による方法は、ＪＰＥＧ静止画（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｉｃＥｘｐｅｒｔＧｒｏｕｐ；静止画の圧縮用標準規格）の伝送に便利に使用される。このサンプル実施例に関して、ＪＰＥＧ静止画圧縮標準規格の種々のモードに関する情報は下記に与えられ、既述の新しいインタフェースを利用して可能性のある簡単な新規な部分を説明する。
【００５５】
ＪＰＥＧは、グレーレベルに情報のみを含む８×８画素ブロックの配列のＤＣＴ（離散余弦変換）系符号化に基づく。カラー画像は本質的に、この画像を構成する三つの独立グレースケール画像から成る。それゆえ、画像のＪＰＥＧ符号化は三つのグレースケールの符号化、したがって、８×８画素ブロック（簡略のために下記ではブロックと呼ぶことにする）の符号化に対応する。
【００５６】
これらのブロックの各１つはＤＣＴにより６４個の直交ベース信号に変換される。結果として生じた６４ＤＣＴ係数の全体はローカルスペクトルを記述する。その上、ＤＣとＡＣの間の区別もなされる。ＤＣは被符号化ブロックの等しい部分を述べ、ＡＣは高周波数の時系変化係数を記述する。
【００５７】
ベースラインモードでは、人間の目の心理的光学特性に適合する係数の量子化がある。この量子化は符号化に損失を与える原因であるが、データレートは非常に圧縮される。ランレングス符号化やＨｕｆｆｍａｎｎ符号化を用いることによって、残留する冗長性は量子化係数から除去される。しかし、その局部周波数に左右されて、各ブロックは種々のビット数で表示される。これらのブロックは今、順次に整列され、送信される。
【００５８】
画像の初めに、画像の大きさ、使用するＨｕｆｆｍａｎ表および量子化器、あるいは他の特定情報のような追加制御情報を挿入する。送信誤りが発生すると、Ｈｕｆｆｍａｎｎ符号化およびランレングス符号化のために画像は通常は完全に破壊され、残留ビットは役立たなくなり、解釈不足のために正しく割当てられなくなる。送信誤りが検出されないと、誤りのある解釈が原因で復号誤りに続くデータが画像品質をしばしば、許容できない程度に減らす人為構造を作ることになる。
【００５９】
ビット列（１７×０ビット）に発生しない系列を伴う画像内の現位置を符号化した規則的な同期化マーカを導入することによって、送信誤りの後に今では周知であるこの点で少なくとも復号化を続けることは可能である。しかし、ビットおよび再同期化情報の明確な系列も符号化されなければならないので、少数の同期化マーカは誤りに対する抵抗をかろうじて増やすことになり、多数のマーカ（例えば全てのブロックの後）は急激にオーバヘッドを増やすことになる。さらに、品質をひどく減少させる誤りデータがしばしば表示される。
【００６０】
別のモードでは、ＪＰＥＧは階層的符号化の可能性を示す。ここで、オリジナル画像は２の倍数で両次元でサブサンプリングされる。次に縮小サイズの画像は最初に述べた方法（ＤＣＴ，量子化およびエントロピー符号化）で符号化され、再び伸張される。この低解像度の画像は今、予測の基礎として使用される。次のサイズに比例する微分画像が作成され、この微分画像がベースラインモードの方法により再び符号化される。これが数回繰返される。
【００６１】
異なる解像度のレベルは今、その重要性によって順次に送信される。これにより重要性がおよそ確定され、解像度レーヤの数は通常、小さく保持される。圧縮効率は下がるが、それは許容範囲内に留まる。ビット数は再度レベル内で広く変化する。
【００６２】
別のモードでは、ＪＰＥＧはプログレッシブ符号化を可能にする。ＤＣＴおよび量子化がベースラインモードの場合と同じ方法で使用される。しかし、個々の画像成分は単一パスでは順次に配列されないが、数パスで配列される。最初のパスで、低周波数の係数の符号化のみが行われ、または、恐らく、これらのＰＣＭ符号化係数の最大有効ビットの符号化も行われる。
【００６３】
それ以上にパスをすると、量子化により与えられた画像品質に対応する品質が達成されるまでさらに微細調整が行われれる。しかし、冗長性符号化（Ｈｕｆｆｍａｎおよびランレングス符号化）が不足するために、全体の効率が不十分（低圧縮）である。さらに、受信機は量子化ＤＣＴ表示で画像を完成させるのに記憶機構を必要とする。
【００６４】
無線領域の送信は一般にデータフレーム利用であり、また、受信機は本質的に正しいチャネル評価および復号化のために、これらのフレームへの同期化を行う必要があり（同期受信）、パケット境界が完全になるものと一般に考えられる。このようなパケットのサイズは数百ビット（例えば、ＧＳＭで１１４ビット）から数千ビット（例えば、ＤＶＢで１５０４ビット）にまで変化する。一般的に、これらのパケットは送信用に利用され、より大きなパケットをアプリケーションへの適用を可能にするために、パケットの束形成も可能である（例えば、ＧＳＭで；４×１１４＝４５６ビット）。
【００６５】
これらのパケットはチャネル符号化により保護された情報フレームを送信するのに使用されている。過去には、パケット損失率、パケット誤り確率や、ビット誤り確率を最小にする試みが行われたが、その試みは既述の欠点により最適でないと分かる。とりわけ、チャネルが時間の変動および／あるいは位置の変動を受ける場合には。
【００６６】
伝送チャネルは今や符号誤りや消去を作成する任意の考えられるチャネルで構成できる。事例として、インターリービングを用いて個々の消去、無線チャネル、移動無線チャネルおよび他のものに広がるインターネット上のパケット損失がある。
伝送系により利用されるパケットはソース符号化情報やチャネル符号化冗長度に対して使用される。一般に、冗長度は情報パケット上で均等に分布されるので、符号誤りはソース符号化パケット内のどこかに等しく分布して無作為に現れることもある。これに関係するものは第１図を参照にする。
【００６７】
ＪＰＥＧ事例により、これを詳細にここで説明する。時間によるプロセスの表示を明確にするために、動きＪＰＥＧを出発点にし、云いかえると、個々の画像の系列を送るので、それを映像とする。ＪＰＥＧベースラインモードでは、符号化ビット列は対応フレーム内に配置され、送信される。符号誤りが任意の送信フレーム内で起こると、可変長符号化のために、データの残部を割当てることがもはや可能ではないので、画像の残り部分は一般に損なわれる。画像の系列では、次の画像に再同期化し、出発符合の検索後にそれを復号化することのみが可能である。このようなフレームのソース符号化は品質を破局的なものにする。
【００６８】
既定数のブロックの後に明確な再同期化マーカを用いて、復号化をより素早く再出発できる。しかし、誤りのある送信フレームの後で、次のマーカまでブロックは損なわれる。ブロック当たり１マーカはオーバヘッドの不均衡な増加を引起し、どの場合にも誤りブロックはまだ失われる。ＪＰＥＧでは、例えば、誤り検出および、特に誤り位置に対するＣＲＣｓ（巡回冗長検査）のような明確な機構はない。
【００６９】
しかし、誤りが実際に、無効符号語ないしは、不正確に設定された再同期マーカによりしばしば検出される間、誤り検出は通常はビット列内の後の点でのみ発生する。このように誤り位置探知（ｌｏｃａｔｉｏｎ）は可能ではなく、誤り表示を避けるために二つの再同期マーカ間の全てのデータを廃棄する。しかし、誤り表示と、それによる品質の低下を避けるために、チャネル符号化端上の送信システムによる誤り検出から利点を得ることができる。しかし、その後で送信フレームがアプリケーションに対して損なわれる。
【００７０】
適切なチャネル符号化が種々の方法で実施される。第３図による冗長性プロファイル（云いかえると、冗長度がフレームの初めから端へと減少する）は非常に広範囲のアプリケーションに最も適している。小さなメモリ付きパンクチュアド畳込み符号により符号化されると、ビタビ復号化はその方法で符号化したフレームに対して相対的に非常に適している。しかし、さらに、復号化誤りの位置探索を可能にするために、ＣＲＣｓは誤り検出のためにビット列内に注入されなければならない。
【００７１】
しかし、より好適なのは同一冗長性プロファイル、同一帯域幅仕様および同一復号化複雑さのある大きなメモリ付きの畳込み符号であり、例えばスタック、すなわちＦａｎｏアルゴリズムにより順次に復号化される。この方法では、復号器内の誤り位置探索は復号器の特性に基づいて可能である。ＣＲＣｓによる誤り位置探索は不要である。さらに、完全ブロックの是非を言明するのみである注入ＣＲＣとは逆に、予測度合いが１ビットの位置探索は可能である。これに関しては第２図を参照する。
【００７２】
結果として、送信フレームフォーマットへの調整不足のために、例えば、最大重要情報は送信フレームの中央部に位置することことも起こる。
【００７３】
これらの説明を始めに考慮して、下記のように長さＮの送信フレームを形成する。送信後に、上記記述により設計した方法は、無傷であると見なされる長さＴ_ｉの部分フレームをＮに戻す。長さＴ_ｉは、完全フレームｉの送信が発生する任意瞬間でのチャネル状態と、その瞬間の復号化の複雑さに左右される。本発明による方法は、送信システムにおいて既述のインタフェースを形成する。このアプリケーションは対応符号化を適切に行うものである。
【００７４】
階層ＪＰＥＧ符号化の場合、重要性の配列順序は一般にフレームフォーマットに調整されない。階層符号化レベルはビット列内で順次に続き、それらの重要性の機能として、先ずベースレベルと次に他のレベルの二値表示を配置する。結果として、送信誤りが、後に続くレベルが予測をする最低解像度のレベル内でとりわけ発生する場合に、ベースラインモードと同じ問題が起こる。
【００７５】
プログレッシブモードでは、符号化は重要性の機能としてビット列内で行われるが、各個々のビットは品質の増加をもたらすことになる。これらの種類の符号化はソース符号化およびチャネル符号化の独創的方法に好適である。しかし、送信のフレームフォーマットへの調整（ｔｕｎｉｎｇ）はない。
【００７６】
その上、全てのチャネル状態に対して最初の誤りの位置が可能な限りフレームの端の方に押され、全ての受信状態に対しても置かれるように時間上や空間内で変化する送信状態を扱うことができる誤り保護は今までに周知されていない。
【００７７】
フレームの始めに最大有効レベルやビットを常に置き、この送信フレームのフォーマットへの再配置により、階層符号化およびプログレッシブ符号化の双方に階調（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）を持つことは可能になる。しかし、階層符号化では、レベル（通常は二つ）内に離散階調のみがあり、プログレッシブ符号化では１フレーム内の全てのビットは追加情報を運ぶことができる。
【００７８】
しかし、初期フレーム内でプログレッシブ復号化に必要な情報項目が損なわれた場合、後のフレーム内の復号化はもはや全く可能ではない。追加の情報ももはや完全に利用されることもない。これらの既述の種類の符号化では、完全な処理に対して全体の画像は記憶される必要があるので、受信機にとって記憶量を増やすことも必要となる。
【００７９】
このようにフレームの初めから端へと重要性が減少するソース符号化を見出すことは必要である。その上、この情報から連続データフレームは予測をするが、この情報が不十分な受信状態の下でさえ正しく復号化されることを保証されない場合に、種々のフレーム内で送信されるデータ間には依存性はないに違いない。この絶対必要な情報はソース情報の階調をできるだけ粗くするために比較的少なめに維持されるべきである。
【００８０】
それゆえ、ＪＰＥＧベースラインモードに基づく符号化が考慮される。個々の画素ブロックの各１つｊは符号化形式で存在し、Ｈｕｆｆｍａｎ表は微分符号化ＤＣと結果としてランレングス符号化されるＡＣの両方に対して周知である。下記のように、ローカルスペクトル内の非零係数の発生が生じる。この係数の前の零係数の大きさ、数、およびこれがブロック内の最終係数であるかどうかを示すフラッグ（ｆｌａｇ）を符号内で分類する。
【００８１】
個々の係数はランレングス符号化され、Ｈｕｆｆｍａｎｎ符号化される。送信フレームの個々のブロック間のＤＣは微分符号化され、その上、ビットレートを減らす。これらのデータに基づいて、送信のフレームフォーマットへの調整（ｔｕｎｉｎｇ）をここで説明する。送信システムのフレーム長Ｎが符号器に周知であると仮定する。重み付けのあるブロックをフレームフォーマット内に詰め込み、それらを次に対応して再び復号化する手順を下記に述べる。
【００８２】
１．Ｊ_ｉ−１までの全ブロックが先行ｉ−１フレーム内で既に送信されているとする。すなわち、次の被送信ブロックはＪ_ｉである。Ｊ_ｉはこのように送信フレームｉまでのＪＰＥＧブロックの累積数である。このブロックＪ_ｉでは、ＤＣの微分符号化は逆になり、再符号化される。
【００８３】
２．できる限り多くの符号化ブロックＡ_ｉ＝Ｊ_ｉ＋１―Ｊ_ｉが一定長さＮ_ｉ＝Ｎの送信フレームｉ内にパックされる。このフレームｉ内のブロックＡ_ｉの数は個々のブロックの長さＬ_ｊに左右される。さらに、追加のフィールドはこの送信フレーム内部にブロックの数Ａ_ｉを限定する符号化形態で送信される。このフィールドは、画像内の相対的なアドレスの種類を示すもので、全ての送信フレームに到達することを保証された情報の唯一のアイテムである。そうでないと、画像内のブロックの割当て（ａｓｓｉｇｍｅｎｔ）が失われるからである。最大２^Ｍのブロックが送信フレーム内にパックされるために、このフィールドはビットの長さＭ_ｉ＝Ｍである。それゆえ、次の式を使うことになる。
【数１】

【００８４】
３．送信フレームは必ずしも十分にパックされる必要はない。なぜならば、フレームｉ内の長さＬ_ｊの全体はたぶん、Ｎよりも小さいからである。それゆえ、パッドビットのある最も簡単な場合に残りのビットは補充されねばならない。［翻訳者注記：ここでドイツ語に誤りがあるが、このことは何かを意味するに違いない］。量子化や類似のものにより損なわれた微分画像の部分の符号化送信のような改良方法も可能である。
【００８５】
４．ステップ２の後で、Ａ_ｉブロックがフレームｉ内で送信されることがこれまでに確定された。最大重要情報がブロックの初めに置かれ、重要性の減少とともに符号化ブロック内のデータが次々とフレーム内に配列されるように情報が配列される。フレームの後部の情報は前部分の情報ビットの系列の情報なしには復号化されることがない。符号誤りは致命的な結果である。次のステップでは、データの配置が示される。
【００８６】
５．先ず、ブロックの数を含むビットフィールドがフレームの初めに書込まれる。
【００８７】
６．次に、第一ブロックの予測されない符号化ＤＣが続き、その後に、残りブロックの差動的符号化ＤＣｓがくる。
【００８８】
７．次に、全てのブロックからの第一ランレングスおよびＨｕｆｆｍａｎｎ符号化イベントが常に最初に書込まれるようにＨｕｆｆｍａｎｎ符号化ＡＣｓが続く。その後、ブロックがイベントをもはや持たなくなる、つまり、ブロック符号の終端に達するまで、全てのブロックの第二イベントが続く。その点で、ビット列に書込まれるイベントはもはやない。これは、最終ブロックがフレーム内に完全に書込まれるまで続く。残りデータは、品質を改善するのに便宜的に使用されるのであるが、符号量子化誤りの部分や類似情報により、パッドビットで補充される。
【００８９】
８．このフレームは完全な形で送信レベルに通され、既述の方法で誤り保護を備える。この点で、チャネル符号化および復号化に関するさらに詳細なものはない。ソース復号器は全てのフレームに対してチャネル符号器により正確であると断言された長さＴ_ｉの部分フレームを受信する（第２図）。このフレームの残り部分はソース復号化には使用されない。
【００９０】
９．パケットのこの受信部分に基づいて、ソース復号化がここで実行され、フレーム内に含まれるブロックの数が最初に復号化される。次に、全ＤＣｓは復号化され、最後に、部分ブロックの終端に達するまでＡＣイベントが復号化される。この終端はチャネル符号器が正しく復号化されるビット位置により示される。それゆえ、少なくとも低周波数係数が復号化される。もはや復号化されない高周波数係数は逆ＤＣＴの前に“０”に設定される。最後に、ブロックは逆ＤＣＴにより再構築される。人間の目は高周波数部分に対して感度が低いので、高スペクトル部分がないことで、多くの問題を生じることがない。したがって、符号化画像の品質は部分フレームＴ_ｉの長さに依存し、基本的品質は常に達成される。完全な不調に陥ることは不可能である。
【００９１】
異なる方法で符号化し、類似のおそらく複雑性の少ない方法でデータを分類することは可能であるが、効果は少ない。その上、既述の重み付けをもたらす別の符号化が考えられるが、ここでは検討しない。
【００９２】
本発明による方法は、ＧＳＭ（移動体通信用のグローバルシステム）による音声伝送用に使用される。ＧＳＭは今日では世界規模のシステムであり、移動加入者間の音声通信に主に使用される。ここでは、相対的に頑丈な誤り防止音声符号化と不均等誤り保護を用いた。
【００９３】
全ての有効加入者に対して、４５６ビットのフレームを２０ｍｓ毎に作成する。２０ｍｓ内に保護音声フレームを送信する。しかし、移動チャネルの特殊な特性により、受信信号の一定の変動は避けられない。一方、フェーディング効果は信号に短時間の中断を引起し、他方で、シェーディング効果と送信アンテナまでの距離により信号レベルに大きな差が生じる。
【００９４】
送信音声フレームの符号化は、低レベルでの複雑性と信号トラヒックを維持するために、全ての加入者に対し、また時間的に常に同じである。云いかえると、各個々の加入者に対して行う送信状態への調整が不要である。それゆえ、不均等な誤り保護（二つの保護クラスへの分割、誤り検出付きクラスと付かないクラス、および非保護クラス）にもかかわらず、深いフェーディングディップ、シェーディング効果、厳しいインタフェースや物理的な長距離の場合に全体的な不調（ｆａｉｌｕｒｅ）が起こる。
【００９５】
音声信号の品質は、部分信号‐雑音比ＳＮＲ_ＳＥＧにより通常は客観的に評価されるが、しかし、誤りがブロック内のどこで発生するかに非常に左右される。ここで、良し悪しの境界は２６０ビットの長さの音声ブロック内の特定のビット位置で設定されない。復号化されるビットが多ければ多いほど、品質が良くなるという法則である。ＧＳＭチャネル符号化システムはこれらの原理に基づいて設計されていないので、したがって最適ではないけれども。それゆえ、説明した原理によるソース符号化方法の設計により、ＧＳＭシステムのさらなる定性的改善が可能になる。
【００９６】
この目的には特に、符号化のために非常に大きなメモリにより畳込み符号を使い、またブロックの初めから終りへと減少するレートプロファイルを持つ誤り保護システムが好適である。
【００９７】
逐次符号器により、第一誤りの位置を推定できる復号化が可能である。ここに、情報の部分が正しく復号化されると考えられ、この部分のサイズはその瞬間でのチャネル状態および／あるいは復号化の複雑性に左右される。さらに、この復号器により、信号品質は復号化の複雑性に左右されるようになる。電池に貯えた小量の電力により低複雑性の復号化が許容品質を達成できる。
【００９８】
既に述べたように、新し種類の音声符号器を導入することによって、インタフェースの所望の特性を良く利用することも可能になり、その品質をさらに改善することが可能になる。ＡＣＥＬＰ法等の符号ブロックから最大有効データ、例えばモードビットが入ることが当然のこととされ、チャネル符号化システムの適当な設計が説明した符号化および復号化を用いて修正される。復号器では、次に、さらなる複雑性（例えば、より多量の電力消費）によってより優れた品質を達成する可能性がある。
【００９９】
本発明による方法はＡＴＭ（非同期転送モード）による映像伝送にも利用される。ＡＴＭは種々の用途、例えば、映像電話方式、テレビ会議、標準テレビジョンや高精細ＴＶに利用される。
【０１００】
ＡＴＭ網の帯域幅を最適に利用するために、統計的多重化送信を利用するが、これにより全ての用途が可変ビットレートを持てることになる。平均して、これは、全ての用途が一定ビットレートで送信されなければならなかった場合よりも優れた品質を達成できる。しかし、ビットレート全体が伝送媒体から利用可能な全ビットレートよりも高いなら、伝送回線が妨害されるから、パケット損失が生じる。
【０１０１】
しかしながら、個々の用途（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）全ての最大ビットレートの全体に基づいてシステムを設計するならば情報資源を無駄にすることになる。このような場合に、次に、平均して利用可能なビットレートのかなりの部分は使用されない、つまり、アプリケーションは何時でもその最大ビットレートを必要とするものではない。実際に、この部分は情報の送信に使用できる。
【０１０２】
しかしながら、上述の方法では、このような回線の妨害にもかかわらずに許容品質が復号化される。情報サブユニットに対し種々の重み付けをもつソース符号化方法とインターリービング方法によって、平均してかなり高い品質が達成される。このインターリービングを用いて、パケット損失は個々のイレージャ（消失チャネル）に変換される。
【０１０３】
例えば、このチャネル符号化は高メモリの符号とブロック内部で減少するレートプロファイルにより実行される。復号化は逐次復号器で行う。一般的に高データレートなので、インターリービングは遅延に関して大きな制約を示さない。受信品質も逐次復号器内の復号化の複雑性の増加により改善される。
【０１０４】
統計的多重送信を利用したり、パケット損失を受ける他のネットワーク、例えばインターネットでは、類似の方法を利用できる。
【０１０５】
本発明による方法もテレビジョン放送に利用できる。この場合に、信号は種々の場所に置かれた幾つかの受信機に供給される。受信機はこのように種々の受信状態にある。云いかえれば、受信機は種々の信号‐雑音比（ＳＮＲ）持つことになる。
【０１０６】
周辺ゾーンの利用者、つまり送信機から遠く離れた利用者にも良い品質を提供できるために、チャネル符号化の比較的高い部分を使わなければならない。送信機に近接して置かれた他の多くの利用者に対しては、このシステムはオーバサイズになる。離散レーヤ（通常は二つ）に階層符号化を用いることにより、階調を得ることが可能であり、次に離散クラス（通常は二つ）間のみの弁別を行う。
【０１０７】
記述した方法により、これの利用によりチャネル復号化とソース符号化の間のインタフェースでの誤り位置は当該受信機の場所に左右されるもので（受信機の場所がフレーム内の特定ビット位置で生じる第一ビット誤りの確率の分布を決める限り）、本発明により、グラニュラー階調を位置の関数として得ることは可能である。その結果、全利用者上で平均して品質が増加する。
【０１０８】
本発明による方法は所謂ＰＣＭ送信にも利用される。ＰＣＭ送信は非常に単純で、非常に広く分布したソース符号化方法である。ＰＣＭ送信では、そのアナログないしは、ディジタルサンプル値で表示される信号は所定のワード幅で量子化され、これらの量子化サンプル値が二値形態で符号化されて送信される。ここで、二値符号化は通常、このワード幅で表示される最大二値数が最大量子化レベルに割当てられるように選択される。
【０１０９】
最高二値重要性（最大有効ビット、ＭＳＢ）を持つビット位置での伝送誤りはこのように復号および送信サンプル値に非常に大きな差をもたらし、一方で、最小有効ビット位置（ＬＳＢ）でのビット誤りは非常に小さく、ときには無視できる偏差になる。ＰＣＭ符号化の構造により、結果的に、符号化データの重み付けはこのように既に絶対的に存在する。
【０１１０】
本発明による方法を用いて、このデータの絶対優先重み付けが利用される。任意の規定最大復号化遅延に対し、大きなブロックは幾つかのＰＣＭ符号化サンプル値と共に組合されて形成される。これらの組合せブロックのデータは個々のビット位置の重み付けにより再配置され、ＭＳＢｓがブロックの初めに配置され、その後に他のビットがそれらの重要性の減少に対応してそこからブロックの終りに続く。このブロックでは、次に、例えば階段状に減少するレートプロファイルで、ＭＳＢｓへの強い保護と、ＬＳＢｓへの弱い保護を保証するレートプロファイルが設計される。
【０１１１】
任意のチャネルでは、この種の符号化は良好なチャネル状態において情報全てを正しく復号化することを保証する。送信状態が劣る場合には、より重要ビットロケーションの少なくとも正しい受信が保証され、これは原理的に低いワード幅の量子化の保証に等しい。
【０１１２】
これは、例えば、高メモリの畳込み符号で逐次復号化アルゴリズムを使用することで達成され、その上、第一復号化誤りの位置に関する情報を供給できる。ＰＣＭ符号化データに基づくアプリケーションのアプリケーション復号器はこの誤り位置情報を効果的に利用できる。
【０１１３】
ＰＣＭ符号化は測定信号の送信に使用されることもある。目盛の読み表示は上述の周知方法により二値形に量子化および符号化され、その後で評価場所に送信される。このような状態で、本発明による方法は大容量の測定信号伝送にも適用可能である。上述の方法全ては直接に伝えられ、標準方法による伝送よりも優れた伝送が可能である。たとえＰＣＭ符号化測定信号が高い干渉妨害を受けるチャネル上で送信されなければならないとしても。
【０１１４】
本発明による方法は移動オーディオ送信に使用される。この範疇に入る例として、ディジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システムを下記に検討する。既述の用途の場合のように、ここにもまた、本発明による方法を適用することによって品質の向上を達成する可能性がある。
【０１１５】
移動オーディオセクタへの応用では、原理的に同じ干渉機構は例えば、ＧＳＭシステムのように送信情報の歪みをもたらすものとして抑制されなければならない。受信振幅が当該受信機の位置に依存することは１つの寄与因子である。送信機への距離への依存には例えば、ある程度の自由空間の減衰があり、また、信号チャネル内のシェーディング現象からの効果がある。他方で、関係する利用者の移動性から、および他の利用者からの干渉がある。
【０１１６】
干渉効果は二つのグループに分割される。受信機の種々の位置から生じるもの、受信機の時間に対する移動性に起因するものである。全ての受信機への受信を可能にするために、標準方法を用いて、チャネル符号化システムは最悪受信状態の受信機に対して設計されなければならない。その結果、このシステムは良好な受信状態の受信機に対して、そのチャネル符号化で過剰設計される（冗長性をもたらす）。
【０１１７】
本発明による方法により、チャネル符号化システムは、良好な受信状態の受信機が最大量の情報を復号化でき、同時に受信状態の好ましくない受信機により、これらの“悪”受信機のためにデータレートを圧縮することなく、基本的な情報量の復号化ができるように設計される。
【０１１８】
第４図は、サンプルオーディオ時間領域信号から伝送用圧縮データ信号を作成するもので、心理的‐音響考察に基づく原理手順を示す。この目的のために、サンプル時間領域信号は時間／周波数領域変換され、そのサンプル値は心理‐音響考察に基づいて所定のワード幅で量子化される。
【０１１９】
ＰＣＭ送信によるのと類似方法で、ここにも重要性によるサンプリング値のビット列の配置が起こる。さらに、復号化にとって絶対的に不可欠なビット列内の情報のあるアイテム、例えば、符号ブック、増幅率等は保証訂正方法で復号化されることは確実である。
【０１２０】
この仕様は本発明による手順により満たされる。オーディオ用途の特定仕様に整合するレートプロファイルが設計される。この目的のために、再び、ブロックを形成し、この中では、復号化にとって絶対に不可決な情報をブロックの初めに配列し、ブロックの残りを重要性の関数として配列する。この配列に基づいて、レートがブロックの初めから終端へと減少するレートプロファイルが設計され、このプロファイルのパターンは絶対不可欠な情報が全受信機により正しく復号化されることを保証する。
【０１２１】
ここに、逐次アルゴリズムにより復号化される大メモリのある畳込み符号を利用できて有利になり、ある状況下で第一誤りの位置探知ができる。第一誤りの位置探知は、正しく復号化されていない残りのビットを、ある状況下で先行ブロック（潜伏場所）からの無作為データないしはデータと混同されることもあるデータ列からの系統的ビットで補充すべきかどうかの決定の可能性を品質の試験に基づいて示す。
【０１２２】
ここに、受信品質は逐次復号器の復号化複雑性により非常に簡単に効率的に基準化され、例えば、十分なパワーがあれば（例えば電池から）、復号器の復号化複雑性は高く設定されるので、対応受信機は良好な品質を復号化できる。無線放送の特性は、例えばブロックの形成から生じる遅延は無線放送のオーディオデータの受信にとって障害にはならないので、本発明による方法の使用に適する。
【０１２３】
記述したサンプル応用分野と同じく、移動オーディオの領域の用途の場合に、対応ソース符号化方法の調整によって本発明の方法の有効性がさらに高まり、誤り位置に関する新しいインタフェースの特性はさらに良好に利用される。
【０１２４】
本発明による方法はインターネット上のオーディオ放送の場合にも利用される。この領域は最近、ラジオ番組がインターネット上で放送され始めたので非常に重要になってきた。リアルオーディオプレーヤはその一例であり、インターネット上で多数のラジオ番組を受信できる。
【０１２５】
移動オーディオの場合に初めに記述したのと同じ方法で、遺伝的音声符号化アルゴリズムの適用によってオーディオ信号の圧縮もここに達成される。第５図は、この手順の原理を示す。サンプルオーディオ時間領域信号は時間／周波数領域変換され、周波数領域からのサンプル値の量子化は心理‐音響的考察に基づいて再び制御される。
【０１２６】
さらに圧縮を得るために、次に別の符号化手順を利用する。例えばさらなる圧縮を与えるために使用されるＨｕｆｆｍａｎ符号化のようなエントロピー符号化の形で利用される。しかし、用いる符号化は誤り伝播を非常に受け易い。つまり、復号化誤りにより一般に残りのデータが使用できなくなるか、さもないと誤った解釈のために品質を非常にひどく低下させることになる。さらに、誤り位置は関係する影響を避けるのに役立つので、本発明による方法を都合良く使用することが可能である。
【０１２７】
“インターネットチャネル”は上述の移動無線チャネルやエアーインタフェースとは明らかに異なる。なぜならば、データ送信は一般に非常に信頼性のある媒体上で、例えば、グラスファイバー線で行われ、このように事実上誤りなく行われるからである。このシステムはビット誤りの発生ではなく、パケット損失の確率によって制約される。アプリケーションにより必要とされる伝送レートの全量がネットワーク容量を超えるときにはいつでもパケット損失が発生し、結果として、このシステムにより作成されたバッファがオーバフローになるか、最大許容遅延を超える。
【０１２８】
インターネットによるＡＴＭ経由の画像送信に類似の方法では、統計的多重送信を引用する。多くのアプリケーションは物理的伝送媒体を共有し、全てのアプリケーションに対して同じデータレートを用いる。容量が充分にないと、ブロッケージが発生する。その結果、被送信データは緩和され、他の経路に沿って送信されなければならないことになる。
【０１２９】
このシナリオでは、パケット損失は二つの異なる方法で生じる。一方で、バッファがオーバフローし、次にデータが単に損なわれる。他方で、全てのアプリケーションは最大遅延時間を持ち、この遅延を超えると、既に受信したデータの復号化が始る。この時間後に届くパケットはもはや考慮されることはできず、それゆえ、失われたパケットと同じ方法で処理されなければならない。
【０１３０】
本発明による方法の長所を適用することによって、これらのパケット損失は下記のように処理される。すなわち、適切に設計されたインターリビングプロセスにより、パケット損失は統計的に独立した個別のイレージャ（ｅｒａｓｕｒｅｓ）に変換される。イレージャとは、アプリケーション復号器がデータビットがある位置から抜けることを知るが、その位置からどの値が送信されたのかを知らないことである。それゆえ、インターリビングの結果はパケット損失のあるインターネットチャネルを二値消失チャネルに少なくともある程度まで変換することになる。
【０１３１】
ブロックの初めから終端へと減少するレートプロファイルの長所を適用することによって、大きなメモリ付き畳込み符号を逐次復号化とともに使用する重み付き誤り保護を達成することは可能である。この畳込み符号はブロック内の第一復号化誤りの位置探知を可能にする。この情報は非常に重要である。なぜなら、第５図に示す任意のソース符号化によるプロセスは誤り伝播をもたらし、復号化信号の品質の著しい低下をもたらすからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソース符号化とチャネル符号化の間のこれまでの通例のインタフェースのブロック図。
【図２】上記との比較により、本発明により実行されたソース符号化とチャネル符号化の間のインタフェースのブロック図。
【図３】非平衡データを符号化する可能な冗長性プロファイル。
【図４】移動オーディオ送信の場合の事例で、心理音響考察に基づくサンプルオーディオ時間領域信号から送信用の圧縮データ信号を作成する手順の原理を示すブロック図。
【図５】移動オーディオ放送の事例で、心理音響考察に基づくサンプルオーディオ時間領域信号から送信用の二重圧縮データ信号を作成する手順の原理を示すブロック図。

Claims

送信機において符号化されたデジタル信号を送信するとともに受信機において該符号化されたデジタル信号を復号化する送受信方法であって、
送信機において、デジタル信号をソース符号化して、ソース符号化されたデジタル信号を複数の情報サブユニットに分割する工程と、
それぞれの情報サブユニットに、複数の異なる重要性のなかからいずれか１つの重要性を割り当てる工程と、
それぞれの情報サブユニットに割り当てられた重要性に応じて、データフレーム内において、最も重要性の高い情報サブユニットを先頭にして、データフレームの始点から終点に向けて、重要性が大きい順に、情報サブユニットを配列する工程と、
データフレーム内において重要性が大きい順に配列された情報サブユニットに割り当てられる重要性が大きいほど符号レートが小さくなる可変長符号を用いて、ソース符号化されたデジタル信号の情報サブユニットをチャネル符号化する工程と、
チャネル符号化された情報サブユニットを受信機に送信する工程と、
受信機において、符号レート、チャネル品質及び復号化の複雑さのなかの少なくとも１つによりその発生位置が影響を受けるデータフレーム内の第一誤りの位置により定められる正確な部分を復号化データから生成するために、受信機において採用される復号化方式を用いて、複数の情報サブユニットをチャネル復号化する工程と、
復号化方式の特性に基づいて、復号化データにおける正確な部分を決定する工程と、
復号化データにおける正確な部分のみを用いて、デジタル信号を再構築する工程とを有することを特徴とする送受信方法。
符号レートが、データフレームの長さ方向に沿って、１以下である最大値にまで増加することを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
チャネル符号化工程においてレート互換符号が用いられ、符号レートがデータフレームの長さ方向に沿って１以下である最大値にまで増加することを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
ソース符号化において、可変長符号が用いられることを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
ある情報サブユニットの解釈が別の情報サブユニットの正確さに依存する場合に、この依存する情報サブユニットはデータフレームにおいてさらに後方に配列されることを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
畳込み符号と組み合わされて所定の複雑さを有する適応逐次復号化方式及び大容量のメモリを使用し、
所定のフレーム位置まで情報サブユニットを復号化し、
所定のフレーム位置まで復号化されたフレームにおいて正確であると考えられる復号化部分に基づいて、当該復号化部分に係るオリジナルのデジタル信号を再構築することを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
オリジナルのデジタル信号において正確な再構築部分が、符号器が停止した位置、メトリクスの変化及び復号化情報資源の変化のなかの少なくとも１つに基づいて決定されることを特徴とする請求項６に記載の送受信方法。
スタックアルゴリズムに基づいて動作する復号器が用いられ、スタックの内容に基づいて、第一誤りの位置が特定されることを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
スタックの内容に基づいて、復号化されたそれぞれの情報サブユニットに対して信頼性情報が生成されることを特徴とする請求項８に記載の送受信方法。
逐次復号化アルゴリズムの特性に基づいて、復号化経路のそれぞれのサブ経路に対して信頼性情報が生成されることを特徴とする請求項８に記載の送受信方法。
符号器が停止した位置、メトリクスの変化及び復号化情報資源の変化のなかの少なくとも１つを検出することにより、第一誤りの位置を特定することを特徴とする請求項８に記載の送受信方法。
前記チャネル符号化工程及び前記チャネル復号化工程において、ソース制御チャネル符号化、チャネル復号化及び逐次復号化のなかの少なくとも１つが用いられることを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
インターリーブ方式を適用することで、パケット損失が発生するチャネルを消失チャネルに変換することを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
データフレームにより、デジタル音声、テキスト、音響、画像、映像及び測定信号のなかの少なくとも１つを送信することを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
データフレームにより、ＪＰＥＧ符号化静止画像を送信することを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームにより、ＧＳＭ経由で、音声データを送信することを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームにより、ＡＴＭ経由で、画像データを送信することを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームの送信にインターネットパケット伝送プロトコル（ＩＰ）が用いられ、インターリーブ方式を適用することで、遅れて到達するかあるいは到達しないパケットをイレージャに変換することを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームが、テレビジョン放送に使用されることを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームが、データのＰＣＭ送信に使用されることを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームが、移動オーディオ送信に使用されることを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
データフレームがインターネット経由でのオーディオ放送に使用され、インターリーブ方式を適用することで、遅れて到達するかあるいは到達しないパケットをイレージャに変換することを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
ソース符号化デジタル信号の送信が、チャネルを構成する記憶媒体にソース符号化デジタル信号を記憶することで実行されることを特徴とする請求項１４に記載の送受信方法。
送信機において符号化されたデジタル信号を送信するとともに受信機において該符号化されたデジタル信号を復号化する送受信方法であって、
送信機において、デジタル信号をソース符号化して、ソース符号化されたデジタル信号を複数の情報サブユニットに分割する工程と、
それぞれの情報サブユニットに、複数の異なる重要性のなかからいずれか１つの重要性を割り当てる工程と、
それぞれの情報サブユニットに割り当てられた重要性に応じて、データフレーム内において、データフレームの始点及び終点の双方からデータフレームの中央部に向かって、重要性が大きい順に、情報サブユニットを配列する工程と、
データフレーム内に配列された情報サブユニットに割り当てられる重要性が大きいほど符号レートが小さくなる可変長符号を用いて、ソース符号化されたデジタル信号の情報サブユニットをチャネル符号化する工程と、
チャネル符号化された情報サブユニットを受信機に送信する工程と、
受信機において、データフレームの始点及び終点の双方からデータフレームの中央部に向かって複数の情報サブユニットをチャネル復号化する工程とを有することを特徴とする送受信方法。
データフレームの一部分に、ＭＰＥＧ−４映像符号化の耐性の高い誤り防止モードが用いられることを特徴とする請求項２４に記載の送受信方法。
ある情報サブユニットの解釈が別の情報サブユニットの正確さに依存する場合に、この依存するサブユニットはデータフレームにおいてより中央部に配列されることを特徴とする請求項２４に記載の送受信方法。
前記チャネル符号化工程において可変冗長度符号が用いられ、該可変冗長度符号の符号レートがデータフレームの始点及び終点からデータフレームの中央部に向けて１以下である最大値にまで増加し、符号化されたデータフレームがデータフレームの始点及び終点から同時にあるいは順次に復号化されることを特徴とする請求項２４に記載の送受信方法。
前記チャネル符号化工程においてレート互換符号が用いられ、該レート互換符号の符号レートがデータフレームの始点及び終点からデータフレームの中央部に向けて１以下である最大値にまで増加し、符号化されたデータフレームがデータフレームの始点及び終点から同時にあるいは順次に復号化されることを特徴とする請求項２４に記載の送受信方法。