JPH06169289A - 圧縮データ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、本来の圧縮データの持っていたサ
ンプリング周波数とは異なるサンプリング周波数で再生
し、出力することで全体の回路規模を小さくすることの
できる圧縮データ再生装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明の圧縮データ再生装置は、第１のサン
プリング周波数でサンプリングされた時系列データを時
間／周波数変換及び圧縮して得られた圧縮データを入力
して、当該圧縮データを周波数／時間変換する際に、前
記第１のサンプリング周波数と異なる第２のサンプリン
グ周波数の時系列データを再生することを要旨とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば伝送の際、圧縮
された圧縮データを小規模の回路構成で再生することの
できる圧縮データ再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、伝送媒体の限られた伝送容量で多
量のデータ、特に音声や映像データを伝送するために、
その音声或いは映像の品質をできるだけ損なわずにデー
タ量のみを圧縮し、伝送する技術が開発されてきた。

【０００３】その基本的な圧縮方法は、時系列サンプリ
ングデータを一旦、時間／周波数変換によって周波数サ
ンプリングデータに変換し、この周波数サンプリングデ
ータの冗長性を取り除きデータ圧縮するもので、この時
間／周波数変換の方法には全周波数帯域を多くの帯域通
過フィルタで分割するサブバンドフィルタ群を用いるも
の、フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｔ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｎ）を基礎とする直交変換方式等が
ある。

【０００４】その代表的な例としてはＩＳＯ（Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｒｇａｎｉ
ｚａｔｉｏｎ）の下部組織ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐ
ｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）で審議、答
申されたＭＰＥＧ１方式がある。これは委員会答申案、
ＣＤ−１１１７２として１９９２年３月にまとめられた
ものである。

【０００５】このＭＰＥＧ方式について、特に音声を対
象とする場合を例に、図９を参照して説明する。まず、
エンコーダ側において、１６ビットのＰＣＭ信号はマッ
ピング部１０１のサブバンド分析フィルタにより３２サ
ブバンドに分割され、周波数サンプルに変換され、量子
化・コーディング部１０３及び音響心理モデル部１０５
に出力される。この処理に並行して音響心理モデル部１
０５において、入力信号がＦＦＴ分析され、マスキング
効果を基礎とする音響心理モデルが計算され、先の３２
サブバンドのそれぞれについてマスキング効果により音
響心理的に知覚されない最大のノイズレベルが出力され
る。

【０００６】各サブバンドの出力の信号レベルと許容さ
れるノイズレベルとから、各サブバンド毎に、割当てる
ビット数を決め、この割当てられたビット数に応じて実
際に周波数サンプルのビット数を削り、データ量の圧縮
を行う。この圧縮されたデータは一定のフォーマットに
従い伝送媒体を通じデコーダ側に伝送される。

【０００７】一方、デコーダ側の復調装置では、まずフ
レームアンパック部１１１において受信データからフォ
ーマットされたデータ列から各種データが分離され、再
生部１１３で周波数サンプルが再生され、さらに逆マッ
ピング部１１５のサブバンド合成フィルタにより当初の
時系列データが再生される。

【０００８】ところで、圧縮サンプリングデータから再
生された時系列データは元々の時系列データと比べて圧
縮されたことによる誤差が発生する。この誤差はノイズ
の付加と解釈され、それは音響心理モデルの計算におい
て人間の耳のマスキング効果により知覚されないレベル
と評価されるものであり、それ故に音響的には劣化はな
い、或いは非常に小さいものとされるとの原理にたって
いる。このような方法によれば、例えばサンプリング周
波数４８ｋＨｚ、１６ビットの７０８ｋｂｉｔ／ｓｅｃ
のＰＣＭ信号を１２８ｋｂｉｔ／ｓｅｃに約１／５．５
に圧縮してもほとんど劣化の知覚されない高音質が得ら
れると言われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような時間／周波
数変換及びその逆変換処理は、これら変換処理の間にデ
ータ圧縮等の操作が行われることがなければ、完全にも
とのデータに戻ることが補償されており、これを基礎に
上述したサンプリング周波数はもとより、各々のサンプ
ル値も完全に再現されるものである。また、データ圧縮
復調システムでは元々の時系列データとできるだけ同じ
時系列データを再生することを目的としているので、当
然再生サンプリング周波数も元々のサンプリング周波数
と同じになる。

【００１０】ところで、このデータ圧縮再生システムの
出力を各種アプリケーションに応用する場合、本来のサ
ンプリング周波数を異なるサンプリング周波数に変換す
ることが必要になる場合がある。例えば、デジタル・ア
ナログ変換器（Ｄ／Ａ）に接続する場合、最近のＤ／Ａ
変換器はアナログ回路の軽減、或いは音質の向上のため
にオーバサンプリング型Ｄ／Ａ変換器が用いられてい
る。このＤ／Ａ変換器は入力信号のサンプリング周波数
をデジタルフィルタを用いて２倍、４倍、或いは８倍に
上げるものである。このデジタルフィルタは増加する新
しいサンプリング点のサンプリング値を得るために必要
で、一般には数百タップのＦＩＲ（有限長インパルスレ
スポンス）フィルタが用いられる。

【００１１】図１０は図９の逆マッピング部１１５とそ
の出力にサンプリング周波数変換器を接続した例を示
す。この例におけるフィルタは元々のサンプリング周波
数の半分の周波数成分より高周波成分を減衰させる急峻
な特性の低域通過フィルタを必要とする。またこのフィ
ルタを動作させるためにはサンプリング周波数の２５６
倍、或いは３８４倍等のシステムロックを必要とする。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、出力データのサンプリング周波数を本来その圧縮デ
ータの持っていたサンプリング周波数と異なるサンプリ
ング周波数で出力することで全体の回路規模を小さくす
ることのできる圧縮データ再生復調装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、第１のサンプリング周波数でサンプリングさ
れた時系列データを時間／周波数変換及び圧縮して得ら
れた圧縮データを入力して、当該時系列データを再生す
る圧縮データ再生装置において、入力される圧縮データ
を周波数／時間変換する際に、前記第１のサンプリング
周波数と異なる第２のサンプリング周波数の時系列デー
タを再生することを要旨とする。

【００１４】

【作用】本発明の圧縮データ再生装置は、第１のサンプ
リング周波数でサンプリングされた時系列データを時間
／周波数変換及び圧縮して得られた圧縮データを入力し
て、前記第１のサンプリング周波数と異なる第２のサン
プリング周波数の時系列データを再生することから、デ
ータの劣化を招来し、かつ回路規模を大きくするサンプ
リング周波数変換フィルタを必要としない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る圧縮デー
タ再生装置の一実施例を詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る圧縮データ再生装置
の要部の構成を示したブロック図である。図１におい
て、逆マッピング部１は、乗算加算器１ａと係数発生器
１ｂによって構成され、またサンプリング周波数変換器
３と接続されている。さらに、乗算加算器１ａは、具体
的には例えば図２に示すように乗算器５ａ、５ｂ、…、
５ｎと加算器７ａ、７ｂ、…、７（ｎ−１）によって構
成されている。

【００１７】本発明の特徴である元々のサンプリング周
波数と異なるサンプリング周波数の時系列データは、周
波数／時間変換（逆マッピング）部１において得られ
る。また、本実施例では２倍のサンプリング周波数を得
る方法を示す。図１の入力(k)は周波数サンプリング値
であり、乗加算器１ａ及び係数発生器１ｂにより逆マッ
ピング演算を行う。

【００１８】この構成ついて、図２により具体的に示
す。図２において、周波数成分Ｘ(k)はブロック単位で
リフレッシュされる。係数発生器からはＣ（ｋ，ｔ）が
各周波数成分に対し、サンプリング周期でｔ＝０から順
次１ブロックの大きさ、ここでは（２Ｎ−１）まで与え
られる。各周波数成分と係数との乗算結果は加算され出
力ｘ（ｔ）が得られる。周波数成分のサンプリング値は
図３（ａ）に示す様に周波数軸上に並んでいる。もちろ
ん時間／周波数変換において、一定の時間長ブロック毎
に変換される為、周波数成分の存在する周波数軸上の位
置は一定の間隔に制限される。周波数成分は基本的には
サンプリング周波数の１／２（ナイキスト周波数）まで
存在するが圧縮アルゴリズムに依っては一定の周波数に
制限されている場合もある。

【００１９】今、２倍のサンプリング周波数に変換する
ため図３（ｂ）の様に周波数軸上にマッピングする。２
倍のサンプリング周波数であり、ナイキスト周波数は２
倍となる。しかし、時間ブロック長は、絶対時間は変わ
らないが、時間サンプリング点数は２倍となるため周波
数軸上の周波数サンプリング点間隔は一致する。それ
故、２倍のサンプリング周波数となっても本来のサンプ
リング周波数のときの時系列データと同じ時系列データ
を得るためには、図３に示すように両者の周波数軸上の
同じ周波数位置にマッピングすればよい。これを数式で
表せば次のようになる。

【００２０】

【数１】

【数２】 ここでｘ（ｔ）は出力時系列データを表し、ｔは時間パ
ラメータであるＸ（ｋ）は周波数サンプリングデータで
ｋは周波数パラメータである。Ｃは周波数／時間変換係
数で２次元の係数マトリックスである。ｘ_k （ｔ）＝Ｘ
（ｋ）＊Ｃ（ｋ，ｔ）は周波数成分Ｘ（ｋ）が時間ｔに
寄与する成分を表す。Ｘ_k （ｔ）のｔを０から（Ｍ−
１）まで動かせば、周波数成分Ｘ（ｋ）が生起する１変
換ブロック内の時間波形となる。第（２）式では周波数
成分Ｘ（ｋ）はＸ（２ｋ）とて呼び換えられる。係数マ
トリックスＣａは時間パラメータが０から（２Ｍ−１）
まで２倍に拡大したことにより、時間方向に２倍のマト
リックスとなる。

【００２１】このように演算回数は確かに２倍になる
が、本来のサンプリング周波数の時系列データに較べ全
く劣化のない２倍サンプリング周波数の時系列データが
得られる。

【００２２】係数マトリックスは時間／周波数変換、周
波数／時間変換に何を用いるかで決まる。例えばＤＣＴ
（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）を用いた場合について示すと、 Ｃ（ｋ，ｔ）＝ｃｏｓ（π・ｋ（ｔ＋１／２）／Ｎ） ｔ＝０，…，Ｎ−１ （３） Ｃａ（ｋ，ｔ）＝ｃｏｓ（π・ｋ（ｔ＋１／２）／２Ｎ） ｔ＝０，…，２Ｎ−１ （４） となる。

【００２３】図４及び図５はそれぞれ本来のサンプリン
グ周波数の場合と、２倍のサンプリング周波数の場合の
実際の波形を示す。各周波数成分の時系列波形Ｘ
_k （ｔ）とその加算で出力時系列波形ｘ（ｔ）が得られ
ることを示している。サブバンドフィルタバンクを用い
る場合、係数マトリックスは各バンドフィルタのインパ
ルスレスポンスで構成される。それ故、係数Ｃ及びＣａ
には同じバンドフィルタのサンプリング周波数ｆｓと２
ｆｓでのインパルスレスポンスを持ってくればよい。図
６（ａ）、（ｂ）にはあるバンドフィルタの例を示す。

【００２４】ここではサンプリング周波数を元々のサン
プリング周波数の整数倍に選択する場合だけでなく非整
数であっても可能であることはＣａ（ｋ，ｔ）の式から
も明かである。

【００２５】一方、サンプリング周波数を下げる場合に
ついて図７（ａ），（ｂ）に記す。サンプリング周波数
ｆｓを新しいｆｓａに下げるとき、その時間ブロック長
を絶対時間が同じで、すなわちブロック内の時間サンプ
ル数がｆｓａ／ｆｓに比例して少なくなれば、その周波
数軸上の周波数サンプルの間隔は同じとなるため、先程
と同様に新しい周波数軸にマッピングする事が可能であ
る。新しい周波数軸ではナイキスト周波数が下がるため
元々の周波数サンプルのうちこのナイキスト周波数を越
えるものについてはマッピングしない。

【００２６】上述してきたように、本実施例に依れば圧
縮されたデータの本来のサンプリング周波数と異なるサ
ンプリング周波数の時系列データを周波数／時間変換処
理から直接得ることができるとともに、本来のサンプリ
ング周波数の時系列データをサンプリング周波数変換フ
ィルタを通して異なるサンプリング周波数の時系列デー
タ得る方法に比較して劣化がほとんどなく（この場合、
周波数／周波数変換に関わる精度はサンプリング周波数
を替えても同程度であり故に、サンプリング周波数変換
フィルタを必要とする分、劣化が起こり得る）、また、
周波数変換フィルタの分回路規模が大きくなる。また、
サンプリング周波数変換フィルタの動作のためのｆｓの
数百倍の高速クロックの供給がいらなくなる。

【００２７】また、本来のサンプリング周波数が複数設
定されている場合にサンプリング周波数変換機能を有し
ておれば、出力サンプリング周波数を共通に設定するこ
とが可能となる。例えは、ｆｓ＝３２ｋＨｚとｆｓ＝４
８ｋＨｚの場合、それぞれ３倍、２倍のｆｓａ＝９６ｋ
Ｈｚとする場合である。この場合サンプリング周波数に
応じて出力サンプリングクロックを切り替える必要がな
い。例えば図８に示すように、圧縮データ再生器９とＰ
ＬＬ回路１１によって構成し、サンプリング周波数をＰ
ＬＬ等で生成するシステムにおいては、その都度、ＰＬ
Ｌの定数を切り替える等の必要がなく、回路が簡単にな
り、ひいてはコスト低減が可能となる。

【００２８】またサンプリング周波数を下げる場合、新
しいナイキスト周波数を越える成分が折り返し歪（エイ
リアジング歪）となるのを自動的に防ぐことができ、時
系列データのサンプリング周波数変換を行う場合に較
べ、エイリアシング歪除去のためのフィルタを必要とし
ない。また、演算回数も周波数／時間変換処理そのもの
の演算量も減少し且つ、上記、エイリアシングフィルタ
を必要とせず回路規模を下げることが出来、コストの低
減をはかることができる。

【００２９】尚、上記の実施例では音声データを対象と
するものに適用した場合を例にとって説明したが、本発
明はこれに限定されること無く、例えば画像情報等の適
宜の圧縮データの再生に適用することができる。

【００３０】上述してきたように、本発明は時間／周波
数変換、周波数／時間変換にＦＦＴ(Fast Fouriet Tran
sforn)、ＤＣＴ(Discrete Cosine Transform),ＭＤＣＴ
(Modified Discrete Cosine Transform)等の直交変換と
その逆変換を用いることができ、この時間／周波数変
換、周波数／時間変換にサブバンドフィルタ群を用いる
ことが好ましいのはいうまでもない。

【００３１】また、さらに複数のサンプリング周波数の
時系列データの圧縮データに対し同一サンプリング周波
数の時系列データとして再生するようにしても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧縮データ
再生装置は、本来の圧縮データの持っていたサンプリン
グ周波数とは異なるサンプリング周波数で再生し、出力
することで全体の回路規模を小さくすることのできるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の要部の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示した逆マッピング部の具体的な構成を
示す図である。

【図３】サンプリング周波数の変換を説明するための図
である。

【図４】本来のサンプリング周波数の場合を示す図であ
る。

【図５】図４に示すサンプリング周波数の２倍のサンプ
リング周波数の場合を示す図である。

【図６】バンドパスフィルタの特性図である。

【図７】サンプリング周波数を下げる場合を示す図であ
る。

【図８】サンプリング周波数をＰＬＬで生成するシステ
ムの構成を示すブロック図である。

【図９】従来のエンコーダ及びデコーダの基本的な構成
を示すブロック図である。

【図１０】従来の逆マッピング部にサンプリング周波数
変換部を接続した場合の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…逆マッピング部、１ａ…乗算加算器、１ｂ…係数発
生器、３…サンプリング周波数変換器、５…乗算器、７
…加算器、９…圧縮データ再生器、１１…ＰＬＬ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/13 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のサンプリング周波数でサンプリン
   グされた時系列データを時間／周波数変換及び圧縮して
   得られた圧縮データを入力して、当該時系列データを再
   生する圧縮データ再生装置において、 入力される圧縮データを周波数／時間変換する際に、前
   記第１のサンプリング周波数と異なる第２のサンプリン
   グ周波数の時系列データを再生することを特徴とする圧
   縮データ再生装置。