JP5220254B2 - 広帯域オーディオ伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、伝送信号を、低周波数帯域を有する信号と高周波数帯域を有する信号とに分割する分波器と、低周波数帯域を有する信号から低周波数帯域を有する符号化された信号を発生させ、低周波数帯域を有する符号化された信号を第１の伝送チャネルによって受信器に送信するよう構成される第１の符号化装置と、高周波数帯域を有する信号から高周波数帯域を有する符号化された信号を発生させ、高周波数帯域を有する符号化された信号を第２の伝送チャネルによって送信器から受信器に送信するよう構成される第２の符号化装置とを含む送信器と、低周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて低周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第１の復号器と、雑音信号源から入来する雑音信号を使用し高周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて高周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第２の復号器と、低周波数帯域を有する再構成された信号と高周波数帯域を有する再構成された信号とを組み合わせるコンバイナとを含む受信器とを有する伝送システムに関する。

本発明は更に、上述されたような種類の伝送システムに使用されるべき送信器、受信器、符号化装置、復号器、及び符号化方法及び復号化方法に関する。

このような伝送システムは、ＥＰ０６４８０２４Ａｌから公知である。この特許文書には、入力信号がフィルタバンクによってスペクトル部分に分割されるオーディオ信号用の伝送システムが記載される。これらのスペクトル部分はそれぞれの符号化装置、副符号化器によってそれぞれ符号化される。副符号化器では、信号の包絡線が決められ、この包絡線は多数の基準包絡線と比較される。上記包絡線に最も良好に対応する基準包絡線の識別符号が受信器に送信される。

受信器内では、復号器は識別符号に基づいて信号を再構成し、この宿号の包絡線は受信した基準包絡線に対応し、その後に包絡線は雑音源から入来する雑音信号によって増大され、その結果、入力信号の再構成されたスペクトル部分が得られる。続いてこれらの再構成されたスペクトル部分は組み合わされ、従って入力信号が再構成される。

このような伝送システムの不利点は、送信器内において、符号化装置はフィルタバンクによって入力信号をスペクトル部分に分割し、受信器内においてコンバイナに支援されてスペクトル部分を組み合わせるためにかなりの計算量を有することが必要であることである。

本発明は、必要な計算量が減少される冒頭部に記載されたような伝送システムを提供することを目的とする。

このために、本発明の伝送システムでは、第２の符号化装置は、予測係数を決め、受信器に予測係数を送信する分析手段を含み、第２の復号器は、予測係数によって制御されるＬＰＣ合成フィルタによって、高周波数帯域を有する信号を再構成する際に雑音信号源から入来する雑音信号にフィルタを施すよう構成されることを特徴とする。

入力信号は２つの部分に分割され、それにより２つの周波数帯域のそれぞれに対し最適な符号化を選択することが可能である。第１の符号化装置は、関連の有効ビットレートでの低周波数帯域を有する信号に対し効果的である既知の符号化を使用する。このような信号に対し低域通過フィルタが十分である。第２の符号化装置は線形予測符号化（ＬＰＣ）を使用し、高周波数帯域を有する信号を効率的な方法で符号化する。ＬＰＣ符号化の特性によって、高域通過フィルタが十分であり、ダウンサンプリングを行う必要がない。高域通過フィルタ及び低域通過フィルタは共にほとんど計算量を必要とせず、更にダウンサンプラは省かれるので、全体としての要求される計算量は減少する。

高周波数帯域における人間の聴覚システムはかなり正確ではないので、従って、高周波数帯域を有する信号を再構成する際に、白色雑音を信号源としてとらえ、続いて信号源をＬＰＣ合成フィルタによってフィルタにかけ、それにより、人間の聴覚システムに対するスペクトルがもともとの信号と十分に一致する信号が得られる。高周波数帯域は、別々に処理されるべき小さな周波数帯域に再分割されることが阻止されるので、要求される計算量は減少する。

本発明の伝送システムの実施例は、送信器内の第２の符号化装置は、高周波数帯域を有する信号に基づいて増幅符号を発生させるよう構成され、受信器内の第２の復号器は、高周波数帯域を有する信号の再構成の際に増幅符号を使用するよう構成されることを特徴とする。

符号化装置が増幅符号を決定し、復号器はその増幅符号によって再構成された信号を増幅するので、必要とされる予測係数の数は減少し、それにより、予測係数を決定することは単純化され、少ない計算量が必要とされる。

周波数帯域は決定されることが可能である。

本発明を図面を参照することによって更に説明する。

図１に本発明の伝送システムを示す。

入力信号は送信器１の入力１９を介し到達する。分波器７は入力信号を、低周波数帯域を有し、第１の符号化器９によって処理される信号と、高周波数帯域を有し、第２の符号化器１１によって処理される信号とに分割する。第２の符号化器１１はＬＰＣ符号化器２及び信号強度計器４を使用する。符号化器１１は、高周波数帯域を有する信号の予測係数を決めるＬＰＣ符号化器である。符号化された信号は第１の符号化器９及び第２の符号化器１１の出力に現れ、伝送チャネル３によって受信器５に送信される。受信器５内では、低周波数帯域を有する符号化された信号は第１の復号器１３によって処理され、高周波数帯域を有する符号化された信号は第２の復号器１５によって処理され、この復号器１５では雑音信号源６、ＬＰＣ合成フィルタ８、及び増幅器１０が使用される。低周波数帯域を有する復号化された信号と高周波数帯域を有する復号化された信号はコンバイナ１７によって組み合わされ受信器５の出力２１において利用可能な出力信号にされる。

図２は、本発明の送信器の実施例を示す。

入力信号は送信器１の入力１９を介し到達する。入力信号は２つのスペクトル部分に分割され、即ち、入力信号が低域通過フィルタ２７によって処理されることによって得られる低周波数帯域を有する信号と、低域通過フィルタ２７からの低周波数帯域を有する信号と遅延素子２５によって遅延される入力信号との差を決定することによって得られる高周波数帯域を有する信号とに分割される。差の信号は、減算器２９によって決められる。低域通過フィルタ２７は、線形位相特徴を有することが重要である。これは、例えば、低域通過フィルタとして８１の長さを有する有限インパルス応答フィルタを使用し、それによりフィルタを通された信号は４０サンプルで遅延されることにより達成される。音声に対しては、０乃至３．４ｋＨｚの通過帯域周波数と４乃至８ｋＨｚの拒絶帯（stop band）とが選択される。遅延素子２５は、有限インパルス応答フィルタ内で生じた遅延を補償するよう使用され、それにより減算器２９において利用可能である信号は正しい位相関係を有する。

差の信号は次に信号強度計器３１に与えられ、信号強度計器３１は差の信号の信号強度を測定し、この測定結果に応じて増幅符号を発生させる。この信号強度は、高周波数帯域を有する信号の０．５．．．１０ｍｓの長さを有するサブフレームに対し決められる。

ハミング窓（Hamming Window）ｈによって、信号強度は以下の式に基づいて決められる。

ただし、ｓは５ｍｓのサブフレームであり、ｉはフレーム内の位置である。１つのフレーム内において４つの信号強度が計算される。従ってｉ＝１，２，３，４である。

量子化の為に、４つの信号強度は対数定義域に変換される。
ｌ_ｉ＝１０ｌｏｇ_１０Ｐｉ ただしｉ＝１，２，３，４
第１の信号強度ｌ_１は４つのビットによって量子化されるのに対し、残りの３つの信号強度ｌ_２乃至ｌ_４は、３つのビットで前に量子化された信号と相対的に区別をつけて量子化される。

ｌ_１の値は、固定された範囲、例えば１６ビットの信号に対し−１０乃至６０ｄＢの範囲に制限され、４ビットで量子化され、その結果、量子化された信号強度

［外１］

と指数

［外２］

とが得られる。残りの信号強度は差別的に量子化される：

この差別的な量子化Δ_ｉは、例えば−６乃至＋６ｄＢｍの範囲に制限される。この差別的な量子化を表す指数は

［外３］

である。量子化された信号強度

［外４］

は、Δ_ｉ＋１を計算することができるよう決められるべきである：

増幅符号は指数

［外５］

を含む。

復号器は同様の方法で量子化された信号強度を決める。

差の信号は更に、ＬＰＣ符号化器３３に与えられる。ＬＰＣ符号化器３３はＬＰＣ分析に支援されて差の信号の予測符号を決定する。差の信号に低周波数帯域は無いので、信号のダウンサンプリングは必要ではない。高周波数帯域を有する信号がＬＰＣ合成フィルタによって再構成されると、十分に低い振幅レベルを有する周波数特徴が自発的に低周波数帯域内で発生する。６次のＬＰＣ分析に支援されて、６つのＬＰＣ係数を、高周波数帯域を有する信号の１５ｍｓのセグメントに対し決定することが可能である。これらの６つのＬＰＣ係数を決定するために、セグメントの平均値が決められ、セグメント内のサンプルから差し引かれ、その後、２４０ドットハミング窓関数が適用される。続いて、レヴィンソン−ダービン再帰が窓信号の自己相関関数に適用される。鋭い共鳴を防ぐために、０．９８である拡張係数を使用することが可能である帯域幅拡張が使用される。

６つのＬＰＣ係数は、ベクトル量子化の為にラインスペクトル周波数（ＬＳＦ）ω〔ｎ〕（ｎ＝０，１，２．．．，５）に変換される。量子化されるＬＳＦは、量子化誤差に対する量子化されるＬＳＦの感度に基づく。この感度は、近傍のＬＳＦとの間の距離が減少すると増加する。

これは、重み関数Φを使用することにより使用される。

１０２４の所定の６次のＬＳＦベクトルを含む単一の符号表ｃは、ベクトル量子化器に対し使用され、ＬＳＦベクトルはＬＢＧアルゴリズムを符号表に対し行うことによって得られる。

符号表ｃの各素子ｊに対し、以下の距離の関数（distance function）が評価される。：

最短距離を有する符号表の素子の指数が選択される。このＬＳＦ符号表の指数は復号器に送信される。

低域通過フィルタ２７から入来する低周波数帯域を有する信号は、ダウンサンプラ３７によってダウンサンプリングされ、狭周波数帯符号化器３９に与えられる。狭周波数帯符号化器３９は、例えばＩＴＵのＧ．７２９又はＧ．７２８に記載されるような低周波数帯域を有する信号に対し最適化された通常の符号化器である。狭周波数帯符号化器３９の種類又は動作は本発明の実施に重要ではない。狭周波数帯符号化器３９は、信号強度計器３１から入来する増幅符号及びＬＰＣ符号化器３３から入来する符号化された信号と共に、符号化された信号を発生させ、更なる処理の為に送信器１の出力２３において利用可能となる。

図３は、本発明の受信器の実施例を示す。

伝送チャネルの入力４８を介し到着する符号化された信号は、狭周波数帯復号器４１及び復号器４７に与えられ、各復号器は符号化された信号を処理し、更に処理のための増幅符号を処理する。

狭周波数帯復号器４１によって、低周波数帯域を有する符号化された信号から低周波数帯域を有する再構成された信号が回収され、その後にアップサンプラ４３によってアップサンプリングが行われる。復号化又はアップサンプリングの際に発生する可能性のある高周波数帯域の所望しない信号を阻止するために、アップサンプリングされた後、再構成された信号は低域通過フィルタ４５によってフィルタが施される。低域通過フィルタ４５は、送信器内の低域通過フィルタ２７と匹敵することが可能な周波数特徴を有する。

高周波数帯域を有する符号化された信号及び増幅符号は、復号器４７によって、再構成された信号の周波数特徴及び信号強度を適応することが可能であるＬＰＣ合成フィルタ５５及び増幅器５３用の制御信号に変換される。

雑音源４９は、白色雑音信号を発生する。白色雑音信号は、８０サンプルの長さの雑音セグメントを含み、これは、均一なランダムパルス分布を有するランダムパルス発生器によって発生される。この雑音信号は、３５００Ｈｚの遮断周波数を有する６次の無限インパルス応答高域通過フィルタ５１によって処理され、それにより高周波数帯域を有する信号の周波数帯域に匹敵する周波数帯域を有するフィルタが施された雑音信号が得られる。

高域通過フィルタ５１から入来するフィルタが施された雑音信号の振幅スペクトルは、ＬＰＣ合成フィルタ５５によって高周波数帯域を有する信号の振幅スペクトルに適応される。ＬＰＣフィルタ５５を設定するために必要なＬＰＣパラメータは、受信したＬＰＣ符号表の指数に支援されて符号表から正しいＬＳＦを選択し、これらのＬＳＦをＬＰＣパラメータに変換することにより得られる。

ＬＰＣ合成フィルタによって高周波数帯域を有する信号に再構成する際に、十分に低い振幅レベルを有する振幅スペクトルは自発的に低周波数帯域に発生する。

ＬＰＣ合成フィルタ５５から入来するフィルタが施された雑音信号は、受信した増幅符号内の指数に設定される増幅器５３によって増幅される。これにより、高周波数帯域を有する再構成された信号の信号強度が、高周波数帯域を有する信号の信号強度に適応することが達成される。信号強度は、受信した指数

［外６］

（ｉ＝１，．．．．．，４）によって増幅符号内に示される。この指数は復号化され、次に対数定義域から線形定義域に変換される：

フィルタが施された雑音信号は５ｍｓのサブフレームに再分割される。各サブフレームｓ’に対し信号強度が決められる：

ただし、ｈはハミング窓である。

サブフレームＩに対する基準倍率ｇｉは以下のように決められる。

雑音信号のセグメントは基準倍率がかけられ、つまり、基準倍率ｇｉによって増幅され、オーバラップと共に組み合わされ高周波数の再構成された信号を形成する。

高周波数帯域を有する信号と低周波数帯域を有する信号の再構成の際に様々な信号遅延が発生することが可能であるので、増幅器５３から入来する信号を遅延させるための遅延素子５９が設けられる。低周波数帯域を有する信号が、高周波数帯域を有する信号より少ない遅延を有する場合、遅延素子５９は低域通過フィルタ４５とコンバイナ５７との問に挿入されることもある。

低域通過フィルタ４５から入来する低周波数帯域を有する再構成された信号と、遅延素子５９から入来する高周波数帯域を有する再構成された信号は、コンバイナ５７によって組み合わされ、受信器の出力２１において利用可能である出力信号にされる。低周波数帯域を有する再構成された信号と高周波数帯域を有する再構成された信号の周波数特徴はほとんど重ならないので、２つの再構成された信号を単純に加算することによって完全な周波数帯域を有する出力信号を得ることが可能である。

本発明の伝送システムを示す図である。 本発明の送信器を示す図である。 本発明の受信器を示す図である。

Claims (6)

1. 伝送信号を、低周波数帯域を有する信号と高周波数帯域を有する信号とに分割する分波器と、上記低周波数帯域を有する信号から低周波数帯域を有する符号化された信号を発生させ、上記低周波数帯域を有する符号化された信号を第１の伝送チャネルによって受信器に送信するよう構成される第１の符号化装置と、上記高周波数帯域を有する信号から高周波数帯域を有する符号化された信号を発生させ、上記高周波数帯域を有する符号化された信号を第２の伝送チャネルによって送信器から上記受信器に送信するよう構成される第２の符号化装置とを含む送信器と、
   上記低周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて低周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第１の復号器と、雑音信号源から入来する雑音信号を使用し上記高周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて高周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第２の復号器と、上記低周波数帯域を有する再構成された信号と上記高周波数帯域を有する再構成された信号とを組み合わせるコンバイナとを含む受信器とを有する伝送システムであって、
   上記第２の符号化装置は、予測係数を決め、上記受信器に上記予測係数を送信する分析手段を有し、
   上記第２の復号器は、上記予測係数によって制御されるＬＰＣ合成フィルタによって、上記高周波数帯域を有する信号を再構成する際に上記雑音信号源から入来する上記雑音信号にフィルタを施すよう構成され、
   上記雑音信号源は、ランダム白色雑音源であり、上記雑音信号は、白色雑音信号であることを特徴とする伝送システム。
   
2. 上記送信器内の上記第２の符号化装置は、上記高周波数帯域を有する信号に基づいて増幅符号を発生させるよう構成され、
   上記受信器内の上記第２の復号器は、上記高周波数帯域を有する信号の再構成の際に上記増幅符号を使用するよう構成されることを特徴とする請求項１記載の伝送システム。
   
3. 上記受信器は上記低周波数帯域を有する信号を処理するだけであるよう構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の伝送システム。
   
4. 低周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて低周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第１の復号器と、雑音信号源から入来する雑音信号を使用し高周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて高周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第２の復号器と、上記低周波数帯域を有する再構成された信号と上記高周波数帯域を有する再構成された信号とを組み合わせるコンバイナとを含む受信器であって、
   上記第２の復号器は、予測係数によって制御されるＬＰＣ合成フィルタによって、高周波数帯域を有する信号を再構成する際に上記雑音信号源から入来する上記雑音信号にフィルタを施すよう構成され、
   上記雑音信号源は、ランダム白色雑音源であり、上記雑音信号は、白色雑音信号であることを特徴とする受信器。
   
5. 低周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて低周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第１の復号器と、雑音信号源から入来する雑音信号を使用し高周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて高周波数帯域を有する再構成された信号を形成する第２の復号器と、上記低周波数帯域を有する再構成された信号と上記高周波数帯域を有する再構成された信号とを組み合わせるコンバイナとを含む復号化装置であって、
   上記第２の復号器は、予測係数によって制御されるＬＰＣ合成フィルタによって、高周波数帯域を有する信号を再構成する際に上記雑音信号源から入来する上記雑音信号にフィルタを施すよう構成され、
   上記雑音信号源は、ランダム白色雑音源であり、上記雑音信号は、白色雑音信号であることを特徴とする復号化装置。
   
6. 低周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて低周波数帯域を有する再構成された信号を形成し、雑音信号源から入来する雑音信号を使用し高周波数帯域を有する符号化された信号に基づいて高周波数帯域を有する再構成された信号を形成し、上記低周波数帯域を有する再構成された信号と上記高周波数帯域を有する再構成された信号とを組み合わせる、符号化された信号の復号化方法であって、
   予測係数によって制御されるＬＰＣ合成フィルタによって、高周波数帯域を有する信号を再構成する際に上記雑音信号源から入来する上記雑音信号にフィルタを施し、
   上記雑音信号源は、ランダム白色雑音源であり、上記雑音信号は、白色雑音信号であることを特徴とする方法。
   
   

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