(57)【要約】  次世代光ディスクフォーマットのための、ＰＣＭ信号から損失のないＤＳＤ信号への拡張を可能とする、オーディオ符号化方式。入力ＤＳＤ信号を符号化する方法が、対応のＰＣＭ信号を、ＤＳＤサンプリングレートまでアップサンプリングする工程を含む。その後、シグマデルタ変調器のランダムな開始条件を用いて、または同期パラメータを含めて、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループに関するループフィルタパラメータの組が生成される。これにより、ほとんど完全な信号をデコーダが再生成することが可能となるが、ビットが同一の入力ＤＳＤ信号を再生成できるようにするためには、依然として、補正信号が必要とされる。そこで、ループフィルタパラメータの組を用いて得られた、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、入力ＤＳＤ信号との差に基づいて、補正信号が生成される。補正信号は、低ビットのＰＣＭ信号に適用されるように適合化されてもよいし、アップサンプリングされたＰＣＭ信号に適用されるように適合化されてもよいし、出力ビットストリームに適用されるように適合化されてもよい。最後に、符号化されたループフィルタパラメータの組と、符号化された補正信号とを含む、拡張ビットストリームが生成される。デコーダは、既存の利用可能なＰＣＭ信号と、上記で述べた拡張ビットストリームとに基づいて、オリジナルのＤＳＤ信号を再生することができる。すなわち、既存の利用可能なＰＣＭ信号が、拡張ビットストリームと組み合わせて利用されるので、この符号化方式は、最小限の記憶容量のオーバーヘッドで、最高音質のオーディオを可能とする。追加のデータストリームのみが、たとえばＭＰＥＧストリームの一部として、ディスク上に記憶されればよいので、互換性の問題を生じさせずに、既存のシステムにＤＳＤ機能が追加される。
2008546014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対応のＰＣＭ信号に基づいて入力ＤＳＤ信号を符号化する方法であって、
１）前記ＰＣＭ信号を、前記入力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートまでアップサンプリングする工程、
２）シグマデルタ変調器のノイズ整形ループに関する、ループフィルタパラメータの組を生成する工程、
３）前記ループフィルタパラメータの組を用いて得られた、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、前記入力ＤＳＤ信号との差に基づいて、補正信号を生成する工程、および
４）符号化された前記ループフィルタパラメータの組と、符号化された前記補正信号とを含む、拡張ビットストリームを生成する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記工程２）が、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、前記入力ＤＳＤ信号との差を最小限に抑えるという基準に基づき、前記ループフィルタパラメータの組を最適化する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記工程３）は、前記補正信号が、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された前記信号と協働して、前記入力ＤＳＤ信号と同一のビットストリームを提供する信号となるように、前記補正信号を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記工程３）が、前記ＰＣＭ信号に適用されるよう適合化された補正信号を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記工程３）が、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号に適用されるよう適合化された補正信号を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記工程３）が、前記シグマデルタ変調器の内部状態に適用されるよう適合化された補正信号を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記工程３）が、前記シグマデルタ変調器の前記ノイズ整形ループと関連付けられて適用されるよう適合化された補正信号を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
ＰＣＭ信号および拡張ビットストリームに基づいて出力ＤＳＤ信号を生成する方法であって、
１）前記拡張ビットストリームを復号することにより、ループフィルタパラメータの組と、補正信号とを生成する工程、
２）前記ＰＣＭ信号を、前記出力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートまでアップサンプリングする工程、および
３）アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号を、前記ループフィルタパラメータの組を用いてシグマデルタ変調することにより得られたビットストリームに基づいて、前記出力ＤＳＤ信号を生成する工程を含み、
前記工程２）および前記工程３）の少なくとも一方と関連付けて、前記補正信号を適用する処理をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
対応のＰＣＭ信号に基づいて入力ＤＳＤ信号を符号化するように構成されたオーディオエンコーダであって、
−  前記入力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートを有する、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号を生成するための、アップサンプリングユニット、
−  アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号に基づいてビットストリーム信号を生成する、ループフィルタパラメータの組を有するシグマデルタ変調器、
−  前記ビットストリーム信号と前記入力ＤＳＤ信号との差に基づいて、補正信号を生成する補正信号生成器、および
−  前記ループフィルタパラメータの組と、前記補正信号とを符号化し、該符号化された信号を、拡張ビットストリームに含める符号化手段を含むことを特徴とするオーディオエンコーダ。
【請求項１０】
ＰＣＭ信号および拡張ビットストリーム信号に基づいて出力ＤＳＤ信号を生成するように構成されたオーディオデコーダであって、
−  前記拡張ビットストリーム信号を復号し、該復号に応答して、ループフィルタパラメータの組と、補正信号とを生成するデコーダ、
−  前記出力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートを有する、アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号を生成するための、アップサンプリングユニット、
−  アップサンプリングされた前記ＰＣＭ信号に応答して、前記ループフィルタパラメータの組を用いて、ビットストリーム信号を生成するシグマデルタ変調器、
−  前記補正信号を適用し、生成された前記ビットストリームに基づいて前記出力ＤＳＤ信号を生成する出力生成器、および
−  前記アップサンプリングユニットと、前記シグマデルタ変調器と、前記出力生成器との少なくとも１つに、前記補正信号を適用する信号補正器を含むことを特徴とするオーディオデコーダ。
【請求項１１】
請求項９記載のエンコーダを含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のデコーダを含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
ＰＣＭ信号、および
シグマデルタ変調器に関する符号化されたループフィルタパラメータの組と、符号化された補正信号とを含む、拡張ビットストリームを含むことを特徴とする符号化されたオーディオ信号。
【請求項１４】
請求項１３記載の符号化されたオーディオ信号が記憶されていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質オーディオ符号化の分野に関するものである。本発明は特に、ダイレクトストリームデジタル（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｄｉｇｉｔａｌ；ＤＳＤ）オーディオデータ、すなわちビットストリームオーディオデータの符号化の分野に関するものである。本発明は、ＤＳＤ信号を符号化ならびに復号する方法、ＤＳＤ信号用のエンコーダならびにデコーダ、符号化されたＤＳＤ信号、およびＤＳＤ信号エンコーダを含む装置ならびにＤＳＤデコーダを含む装置を包含する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤ−ＤＶＤおよびブルーレイディスクという新たな光ディスクフォーマットの立上げと共に、高解像度ビデオが導入される。この高品質ビデオと共に、より高い音質のＰＣＭオーディオも利用可能とされる。この変化を顕著に示すこととしては、ＤＴＳ＋＋ロスレスオーディオが必須フォーマットとして含められたことが挙げられる。フィリップス／ソニーのスーパーオーディオＣＤで使用されているオーディオフォーマットである、ＤＳＤによりもたらされる最高音質のオーディオは、いまだ上記の規格の一部ではない。これらの新たなフォーマットのディスク容量は大きいが、オーディオデータが利用可能なスペースは限られている。
【０００３】
欧州特許出願公開ＥＰ０８９０９４９Ａ２号は、入力ビットストリーム信号すなわちＤＳＤ信号を受信し、間引きフィルタを用いた対応のＰＣＭ信号、および入力ビットストリームと生成されたＰＣＭ信号がビットストリーム変換された信号から生成されたビットストリームとの差に基づく残差データ信号を生成することができる、デジタルオーディオ処理システムを開示している。このビットストリーム変換は、欧州特許出願公開ＥＰ０８９０９４９Ａ２号の図３に示されたシグマデルタ変調器３３により行われる。生成されたＰＣＭ信号と、符号化された残差データ信号とに基づいて、ビットストリーム信号すなわちＤＳＤ信号を再生することができる。したがって、記録側と再生側との間に介在する記憶媒体は、入力ビットストリーム信号を再生するために、生成されたＰＣＭ信号と、符号化された残差データ信号とのみを記憶すればよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、欧州特許出願公開ＥＰ０８９０９４９Ａ２号に開示されているシステムは、多くの欠点を有している。たとえば、シグマデルタ変調器３３が、入力ビットストリーム信号を生成するために用いられているオリジナルのシグマデルタ変調器とは異なる場合、生成されるビットストリームは、入力ビットストリームと非常に異なるものとなるかもしれない。そのため、残差データ信号は、良好な圧縮ができない、かなり大きくほとんどランダムな信号となる。その結果、残差データ信号は、大きな記憶容量を必要とする。
【０００５】
欧州特許出願公開ＥＰ０８９０９４９Ａ２号に開示されているシステムでは、オリジナルのシグマデルタ変調器に対してシグマデルタ変調器３３が数多くの条件を満たす場合、具体的には、両シグマデルタ変調器が同一のトポロジ、同一のオーダー、同一のループフィルタ係数を有し、同一の入力を受信し、同一の内部状態（すなわち、同一状態で起動し、初期化中において同一の入力を受信する）を有する場合には、残差データ信号は少量の記憶容量しか必要としない。実用的な使用形態では、オリジナルのシグマデルタ変調器や、受信器に送信される状態が既知であるとは考えられないので、かかる条件は満たされない。したがって、実際上は、欧州特許出願公開ＥＰ０８９０９４９Ａ２号のシステムは、大きな記憶容量を必要とする残差データ信号を生成する。
【０００６】
本発明の１つの目的としては、必要とされる余分な記憶スペースが最小限であるような、対応のＰＣＭ信号を用いてＤＳＤ信号を損失なく符号化することのできる符号化方法およびエンコーダを、提供することが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、本発明は、対応のＰＣＭ信号に基づいて入力ＤＳＤ信号を符号化する方法であって、
１）ＰＣＭ信号を、入力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートまでアップサンプリングする工程、
２）シグマデルタ変調器のノイズ整形ループに関する、ループフィルタパラメータの組を生成する工程、
３）上記のループフィルタパラメータの組を用いて得られた、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、入力ＤＳＤ信号との差に基づいて、補正信号を生成する工程、および
４）符号化された上記のループフィルタパラメータの組と、符号化された上記の補正信号とを含む、拡張ビットストリームを生成する工程を含む方法が提供される。
【０００８】
ここで、「対応のＰＣＭ信号」とは、たとえば標準的なＣＤまたはＤＶＤ規格で規定されているような低いサンプリングレートのＰＣＭ信号であって、入力ＤＳＤ信号から生成されているか、少なくとも入力ＤＳＤ信号と密接な関係を有するＰＣＭ信号であると理解されたい。
【０００９】
また、「ループフィルタパラメータの組」とは、ループフィルタ係数および初期化パラメータ（すなわち開始条件）を含むものであると理解されたい。このループフィルタ係数および初期化パラメータに応じて、デコーダは、自己のシグマデルタ変調器を設定することができ、したがって、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号を再生成することができる。ループフィルタパラメータは、１）ループフィルタ係数とループフィルタの初期状態すなわち初期条件とに関し、ランダムであるが既知の値を設定したものであってもよいし（すなわち、同期化されていないケース）、あるいは、２）ループフィルタ係数とループフィルタの初期状態すなわち初期条件とに関し、特別に決められた値を設定したものであってもよい（すなわち、同期化されているケース）。
【００１０】
同期化されていないケースでは、ループフィルタ係数を全くのランダムな係数とすることはできないが、当業者であれば、ほとんど無限の数の有効な組を導出することができよう。ループフィルタの初期条件に関しては、可能な条件の数はさらに多いが、やはり当業者であれば、機能するシステムを提供するためにはどのように初期状態を選択すべきかが分かるであろう。
【００１１】
上記の符号化方法は、既存の対応の低ビットレートＰＣＭ信号と、最小限の追加の記憶スペースしか必要としない拡張ビットストリームとを利用して、符号化された損失のないＤＳＤオーディオ信号を付与する可能性を提供するので、有利である。したがって、この方法は、利用可能な記憶スペースが限られた光記憶媒体上に、マルチフォーマットのオーディオデータを記憶する形態に関連した使用に有利である。
【００１２】
上記の方法の工程２）によれば、シグマデルタ変調器のループフィルタパラメータ（たとえばループフィルタ係数および初期状態）が、拡張ビットストリーム内に含められ、したがってデコーダ側において利用可能とされる。そのため、シグマデルタ変調器が、入力ＤＳＤ信号とアップサンプリングされたＰＣＭ信号とに基づいて、ほぼ正しいビットストリーム（すなわち、入力ＤＳＤ信号とほぼ同一のビットストリーム）を出力するように、これらのループフィルタパラメータを選択または最適化することが可能である。
【００１３】
補正信号すなわちエラー信号は、最終的に、ほぼ正しいビットストリームと入力ＤＳＤ信号との差に基づいて抽出される。シグマデルタ変調器の出力（すなわちほぼ正しいビットストリーム）と入力ＤＳＤ信号との差が最小限となることを保証するように、エンコーダ側においてループフィルタパラメータを選択または最適化することが可能であるので、ほぼ正しいビットストリームから、ビットが同一の入力ＤＳＤ信号を再生成するのに、少量の補正しか必要としない。そのため、補正信号または補正ビットストリームも、たとえばほとんどの時間は「０」であるような最小限のものとなり、したがって工程４）において補正信号を高圧縮することができる。
【００１４】
ループフィルタパラメータ（たとえば初期化パラメータおよびループフィルタ係数）を選択する別の方法は、初期化パラメータをランダムに選択する方法である。この方法でも、フィルタ係数および初期化パラメータが拡張ビットストリームに含まれており、したがってデコーダに対して利用可能とされている限りは、デコーダ側における出力ＤＳＤ信号を、入力ＤＳＤ信号とビットが同一のものとすることが可能である。
【００１５】
拡張ビットストリームに含められるループフィルタパラメータはまた、極めて少ないデータ量で表すことができ、これらのパラメータは低い周波数で更新される必要しかないので、拡張ビットストリーム全体を、ＰＣＭ信号を表すのと比較して低いビットレートを用いて表すことができる。
【００１６】
総合的に、本発明の第１の側面に係る方法は、ＰＣＭ信号自体の記憶容量と比較して最小限の追加の記憶容量しか必要としない、拡張ビットストリームの追加により、損失のないＤＳＤオーディオ音質を提供する。
【００１７】
加えて、上記の方法は、ＰＣＭ信号を使用してＤＳＤオーディオ音質を提供するという手法に基づいているので、ＤＳＤオーディオ音質を、後方互換性と組み合わせることが可能である。たとえば、上記の符号化方法は、記憶媒体（たとえばＤＶＤディスク）上へのＤＳＤオーディオ信号の記憶に好適である。そのようなＤＶＤディスクは、ＤＳＤ性能を有さない従来型のＤＶＤプレーヤーでも依然として再生可能である。これは、かかる従来型のＤＶＤプレーヤーは、ＰＣＭ信号のみを使用するからである。一方、たとえばスーパーオーディオＣＤを再生できるプレーヤーのようなＤＳＤ機器は、追加された低ビットレートのＤＳＤ拡張ビットストリームの恩恵を受け、ＰＣＭ信号に基づいて、オリジナルのＤＳＤ品質を再生成することができる。拡張ビットストリームは、たとえばＭＰＥＧストリームの一部とされてもよい。
【００１８】
好ましい実施形態では、上記の方法は、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、入力ＤＳＤ信号との差を最小限に抑えるという基準に基づき、ループフィルタパラメータの組を最適化する工程を含む。この最適化の目的は、シグマデルタ変調器の出力ビットストリームが、入力ＤＳＤ信号に可能な限り近いものとなるよう保証することである。これにより、補正信号は、小さなエラーしか補正する必要がないので、高圧縮を可能とする特性を有し、追加のデータレートを少ししか必要としない。
【００１９】
上記の工程３）は、補正信号が、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と協働して、入力ＤＳＤ信号と同一のビットストリームを提供する信号となるように、補正信号を生成する工程を含むものとされることが好ましい。これにより、デコーダ側において、ＰＣＭ信号と拡張ビットストリームとを用いて、入力ＤＳＤ信号とビットが同一の信号を再生成することが可能となる。
【００２０】
上記の工程３）で生成される補正信号は、ＰＣＭ信号の入力から、シグマデルタ変調器からの出力ビットストリームまでの信号経路中の、種々の異なる位置において適用されるように適合化され得る。当然ながら、デコーダ側における入力ＤＳＤ信号の再生成を可能とするためには、補正信号は、符号化時に意図された信号経路中の位置と同一の位置で適用されるべきである。補正信号は、ＰＣＭ信号に、すなわちアップサンプリングされる前のＰＣＭ信号に適用されるよう適合化されてもよい。あるいは、補正信号は、アップサンプリングされたＰＣＭ信号に適用されるよう適合化されてもよい。別の変更形態では、補正信号は、シグマデルタ変調器と関連付けられて適用されるよう適合化されてもよい。ここで、補正信号は、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループの内部および外部のいずれで適用されるように適合化されてもよい。さらに別の変更形態では、補正信号は、シグマデルタ変調器の内部状態に適用されるよう適合化されてもよい。
【００２１】
ループフィルタパラメータの組が、特別に導出された値でない値で初期化されるケース（同期化されていないケース）では、アップサンプリングされたＰＣＭ信号に適用される補正信号を生成することが好ましい。
【００２２】
１つより多くの補正信号が生成されて、拡張ビットストリーム内に含められてもよい。たとえば、上記で述べた可能な補正信号の２つ以上の組合せといったような、信号経路中の異なる位置に適用される複数の補正信号が生成され、拡張ビットストリーム内に含められてもよい。工程３）は、全体としてそれらの信号を表すのに必要とされる記憶容量が最小限に抑えられるような、上記で述べた可能な補正信号の２つ以上の組合せを導出することを目的とした、最適化処理を含んでいてもよい。かかるオプション的な最適化処理を行う理由は、いくつかの特定の入力ＤＳＤ信号に対しては、１つのみの補正信号を使用するよりも、信号経路中の異なる位置で適用されるように適合化された２つ以上の補正信号の組合せを使用した方が、必要とされるビットレートが低いかもしれないためである。
【００２３】
補正信号は、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、入力ＤＳＤ信号との差に基づいたものであってもよい。最も好ましくは、アップサンプリングされたＰＣＭ信号がシグマデルタ変調された信号と、入力ＤＳＤ信号との差が、ゼロになることを保証するように、補正信号が導出される。
【００２４】
好ましくは、入力ＤＳＤ信号は、上記の符号化方法への適用前に、フレームに分割される（たとえば、１／７５秒、３７６３２ＤＳＤサンプル）。
【００２５】
上記の工程４）は、ループフィルタパラメータを拡張ビットストリーム内に含める処理を包含するので、デコーダ側において、選択されたループフィルタパラメータを知ることができる。これら選択されたループフィルタパラメータは、最適化されたものであってもよいし、（多かれ少なかれ）ランダムに選択されたものであってもよい。また、ＰＣＭ信号は、たとえば既存のＤＶＤ規格により要求されるようにしてＤＶＤディスク上に記憶されるので、ＰＣＭ信号も入手可能である。したがって、デコーダ側で入手可能なループフィルタパラメータおよび補正信号を用いれば、入力ＤＳＤ信号を、同一ビットで再生成することが可能である。
【００２６】
上記の符号化方法はさらに、ＰＣＭ信号および拡張ビットストリームを、記憶媒体上に保存する工程を含んでいてもよい。
【００２７】
本発明の第２の側面によれば、本発明は、ＰＣＭ信号および拡張ビットストリームに基づいて出力ＤＳＤ信号を生成する方法であって、
１）拡張ビットストリームを復号することにより、ループフィルタパラメータの組と、補正信号とを生成する工程、
２）ＰＣＭ信号を、出力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートまでアップサンプリングする工程、および
３）アップサンプリングされた上記のＰＣＭ信号を、上記のループフィルタパラメータの組を用いてシグマデルタ変調することにより得られたビットストリームに基づいて、出力ＤＳＤ信号を生成する工程を含み、
上記の工程２）および工程３）の少なくとも一方と関連付けて、上記の補正信号を適用する処理をさらに含むことを特徴とする方法を提供する。
【００２８】
この第２の側面は、上記の第１の側面の方法に従って生成されたようなＰＣＭ信号および拡張ビットストリームに基づいて、ＤＳＤ信号を生成する方法を規定したものであるので、上記の第１の側面に関して述べた利点、機能および実施形態は、第２の側面に係る復号方法にも当てはまる。当然ながら、補正信号は、符号化方法により意図された適用方法に従って適用されるべきである。したがって、補正信号については、上記で第１の側面に関連して挙げたのと同様の可能性が存在する。すなわち、補正信号は、（低レートの）ＰＣＭ信号に適用されてもよいし、アップサンプリングされた信号に適用されてもよいし、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループ内で適用されてもよいし、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループ外で適用されてもよいし、シグマデルタ変調器の内部状態に適用されてもよいし、シグマデルタ変調器からの出力ビットストリームに適用されてもよい。加えて、ＰＣＭ信号のアップサンプリングは、たとえば、符号化プロセスにおいて使用されたのと同じフィルタを用いて実行されるべきである。
【００２９】
本発明の第３の側面によれば、本発明は、対応のＰＣＭ信号に基づいて入力ＤＳＤ信号を符号化するように構成されたオーディオエンコーダであって、
−  入力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートを有する、アップサンプリングされたＰＣＭ信号を生成するための、アップサンプリングユニット、
−  アップサンプリングされた上記のＰＣＭ信号に基づいてビットストリーム信号を生成する、ループフィルタパラメータの組を有するシグマデルタ変調器、
−  上記のビットストリーム信号と上記の入力ＤＳＤ信号との差に基づいて、補正信号を生成する補正信号生成器、および
−  上記のループフィルタパラメータの組と、上記の補正信号とを符号化し、それら符号化された信号を、拡張ビットストリームに含める符号化手段を含むことを特徴とするオーディオエンコーダを提供する。
【００３０】
この第３の側面は、本質的に、上記の第１の側面で規定された方法を実行するために適合化されたオーディオエンコーダを規定しているので、上記の第１の側面に関して述べた利点、機能および実施形態は、第３の側面にも当てはまる。したがって、このエンコーダは、ループフィルタパラメータの組を最適化する最適化手段を含んでいてもよく、補正信号生成器は、（低レートの）ＰＣＭ信号、アップサンプリングされた信号、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループ内、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループ外、シグマデルタ変調器の内部状態、またはシグマデルタ変調器からの出力ビットストリームに適用される補正信号を生成するように適合化されてもよい。また、これらの補正信号の選択肢のうち、２つ以上の補正信号の組合せを用いてもよい。
【００３１】
上記のエンコーダは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せのいずれを用いて実装されてもよい。好ましくは、エンコーダは、たとえば信号プロセッサ等の計算手段を含むものとされる。
【００３２】
本発明の第４の側面によれば、本発明は、ＰＣＭ信号および拡張ビットストリーム信号に基づいて出力ＤＳＤ信号を生成するように構成されたオーディオデコーダであって、
−  拡張ビットストリーム信号を復号し、その複合に応答して、ループフィルタパラメータの組と、補正信号とを生成するデコーダ、
−  出力ＤＳＤ信号のサンプリングレートに等しいサンプリングレートを有する、アップサンプリングされたＰＣＭ信号を生成するための、アップサンプリングユニット、
−  上記のアップサンプリングされたＰＣＭ信号に応答して、上記のループフィルタパラメータの組を用いて、ビットストリーム信号を生成するシグマデルタ変調器、
−  上記の補正信号を適用し、上記の生成されたビットストリームに基づいて出力ＤＳＤ信号を生成する出力生成器、および
−  上記のアップサンプリングユニットと、シグマデルタ変調器と、出力生成器との少なくとも１つに、上記の補正信号を適用する信号補正器を含むことを特徴とするオーディオデコーダを提供する。
【００３３】
この第４の側面は、本質的に、上記の第２の側面で規定された方法を実行するために適合化されたオーディオデコーダを規定しているので、上記の第２の側面に関して述べた利点、機能および実施形態は、第４の側面にも当てはまる。上記のデコーダは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せのいずれを用いて実装されてもよい。好ましくは、デコーダは、たとえば信号プロセッサ等の計算手段を含むものとされる。
【００３４】
本発明の第５の側面によれば、本発明は、上記の第３の側面に従うエンコーダを含む装置を提供する。この装置は、オーディオ／ビデオ装置であってもよく、たとえばＤＶＤレコーダー、ＤＶＤハードディスクレコーダー、サラウンドサウンド装置、ＨＤ−ＤＶＤレコーダー、ブルーレイディスクレコーダー等であってもよい。
【００３５】
本発明の第６の側面によれば、本発明は、上記の第４の側面に従うデコーダを含む装置を提供する。この装置は、オーディオ装置であってもよく、たとえばスーパーオーディオＣＤプレーヤー、ＤＶＤプレーヤーおよびレコーダー、ＤＶＤハードディスクレコーダー、ＨＤ−ＤＶＤプレーヤーおよびレコーダー、ブルーレイディスクプレーヤーおよびレコーダー、サラウンドサウンド装置等であってもよい。
【００３６】
本発明の第７の側面によれば、本発明は、
ＰＣＭ信号、および
シグマデルタ変調器に関する符号化されたループフィルタパラメータの組と、符号化された補正信号とを含む、拡張ビットストリームを含むことを特徴とする、符号化されたオーディオ信号を提供する。
【００３７】
かかる符号化されたオーディオ信号の利点は、上記の第１の側面に関する説明から明らかである。上記の第７の側面に従う符号化されたオーディオ信号は、比較的限られた記憶容量でＤＳＤ音質を記憶することを可能とするので、記憶媒体上への記憶によく適している。同じ理由で、上記の符号化されたオーディオ信号は、比較的低いデータレートでのＤＳＤ音質の送信を可能とするので、たとえばインターネットを介しての送信に適している。拡張ビットストリームは、ＭＰＥＧレイヤーの一部とされてもよい。
【００３８】
本発明の第８の側面によれば、本発明は、上記の第７の側面に従う符号化されたオーディオ信号が記憶されている記憶媒体を提供する。この記憶媒体は、ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、メモリスティック、メモリチップ等とされ得る。
【００３９】
本発明のさらなる側面によれば、本発明は、上記の第１の側面に従う方法を実行するように構成された、コンピュータにより実行可能なプログラムコードを提供する。さらに、本発明は、上記の第２の側面に従う方法を実行するように構成された、コンピュータにより実行可能なプログラムコードを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。本発明には、様々な変更形態が存在するところ、いくつかの特定の実施形態を、例として図面に示し、以下で詳細に説明する。しかしながら、本発明を、以下で開示される特定の形態に限定する意図ではない点を理解されたい。そうではなく、本発明は、特許請求の範囲で規定される本発明の精神および技術的範囲に包含されるものであれば、すべての変更形態および等価形態をカバーするものである。
【００４１】
図１は、本発明に従うエンコーダＥＮＣおよびデコーダＤＥＣと、エンコーダＥＮＣからの符号化された信号を中間的に保存するための光ディスク等の記憶媒体ＳＭとの、ブロック図を示している。エンコーダＥＮＣは、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤと、対応のＰＣＭ信号ＰＣＭ（たとえばＤＴＳ信号）とを受け取り、それに応答して拡張ビットストリームＥＢＳを生成するように構成されている。この拡張ビットストリームＥＢＳは、デコーダＤＥＣが、ＰＣＭ信号ＰＣＭから入力ＤＳＤ信号を再生成することを可能とするものである。拡張ビットストリームＥＢＳは、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループのループフィルタパラメータＬＦＰの組と、補正信号ＣＳとを含んでいる。ループフィルタパラメータＬＦＰと補正信号ＣＳとは共に、符号化された形態で拡張ビットストリームＥＢＳに含まれていることが好ましい。補正信号ＣＳは、たとえば、ランレングス符号化、ＬＺＷまたは算術的な符号化を用いて符号化され得る。
【００４２】
こうして、拡張ビットストリームＥＢＳを、ＰＣＭ信号ＰＣＭと共に記憶媒体ＳＭ上に記憶することができ、これは、ＰＣＭ信号ＰＣＭのみを記憶する場合と比較して、わずかな追加の記憶容量しか必要としない。デコーダＤＥＣは、ＰＣＭ信号ＰＣＭおよび拡張ビットストリームＥＢＳに基づいて、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤと同一のビットである出力ＤＳＤ信号ＯＤＳＤを生成する。
【００４３】
エンコーダでは、１）ループフィルタパラメータＬＦＰを導出する工程、２）補正信号ＣＳを決定する工程、および３）最後にループフィルタパラメータＬＦＰと補正信号ＣＳとをパックし圧縮する工程が行われる。補正信号については、様々な選択肢が存在する。補正信号は、エンコーダＥＮＣによって、デコーダＤＥＣ内においてＰＣＭ信号ＰＣＭに適用される信号として、またはアップサンプリングされたＰＣＭ信号に適用される信号として、またはビット補正信号（すなわち、シグマデルタ変調器のノイズ整形ループ内または同ループ外において、中間的なビットストリームに加算される信号、もしくは中間的なビットストリームから差し引かれる信号）として、決定される。補正信号ＣＳは、好適な場合には、上記で述べた補正信号の任意の組合せといったような、複数の別個の補正信号を含んでいてもよい。これは、かかる形態が、所与の入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤに対して、必要な補正を記憶するための最も記憶効率のよい方法を提供することが示される場合もあるためである。したがって、符号化方法は、上記で述べたタイプの単一の補正信号の異なる選択肢、または上記で述べたタイプの補正信号のいくつかの組合せを比較することにより、補正信号ＣＳを最適化する工程を含んでいてもよい。
【００４４】
図２は、低いサンプリングレートを有する対応のＰＣＭ信号ＰＣＭに基づいて、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤを符号化するように構成された、エンコーダの１つの好ましい実施形態を示している。まず、アップサンプリングフィルタを用いて、ＰＣＭ信号ＰＣＭがアップサンプリングされた信号ＵＰＣＭが生成される。アップサンプリングされたＰＣＭ信号ＵＰＣＭは、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤのサンプリングレートまでアップサンプリングされている。次に、ループフィルタパラメータＬＦＰの組を持つノイズ整形ループを有するシグマデルタ変調器ＳＤＭ内において、アップサンプリングされたＰＣＭ信号ＵＰＣＭが、シグマデルタ変調される。ループフィルタパラメータＬＦＰの選択のため、様々な異なる方策が選択され得る。その後、アップサンプリングされたＰＣＭ信号ＵＰＣＭがシグマデルタ変調された信号から、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤが差し引かれ、エラー信号すなわち補正信号ＣＳを表すビットストリームが生成される。
【００４５】
対応する補正信号ＣＳと、シグマデルタ変調器ＳＤＭで使用されるループフィルタパラメータＬＦＰとが分かっていれば、デコーダは、アップサンプリングされたＰＣＭ信号ＵＰＣＭを、ループフィルタパラメータＬＦＰを用いてシグマデルタ変調し、そのシグマデルタ変調器の出力に補正信号を加算することにより、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤを再生成することができる。デコーダは、ＵＰＣＭ信号を生成するために、エンコーダで用いられたのと同一のアップサンプリングフィルタを使用すべきである。
【００４６】
図３は、シグマデルタ変調器のループフィルタＬＦに関し、ループフィルタ係数ＬＦＣおよび積分器同期パラメータＩＳＹＮＣが抽出される実施形態を示している。このプロセスへの入力信号は、入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤと、対応のＰＣＭ信号ＰＣＭとを含む。ＰＣＭ信号ＰＣＭは、オリジナルの損失のないＰＣＭ信号を得るべく、ＤＴＳおよびＤＴＳ＋＋データの解凍を行うことにより生成することができる。ここで、損失を伴って圧縮されたＰＣＭ信号（たとえばＡＣ３）の波形は、一般的にオリジナルのＰＣＭ信号の波形に類似しておらず、したがってこの方式への適性はより低い点に留意されたい。
【００４７】
低レートのＰＣＭ信号は、次いで、アップサンプリングフィルタにおいて、ＤＳＤサンプリングレートまでアップサンプリングされる。入力ＤＳＤ信号ＩＤＳＤを用いることにより、エラー信号Ｅが生成され、エラーの数＃Ｅを数えることができる。与えられた入力データを用いて、最も少ない数＃Ｅのエラーをもたらす設定（すなわちＬＦＣおよびＩＳＹＮＣ）が計算される。このステップに、最適なＰＣＭ補正信号の最適化処理を入れ込むことができる。最適な設定が導出されると、（ノイズ整形ループ内における補正のための）ビット補正信号は、図３に示したエラー信号に等しくなる。この信号は、正しく選択されたＰＣＭ補正信号、正しく選択されたＬＦＣおよび同期パラメータＩＳＹＮＣの下では、ゼロとなり得る点に留意されたい。
【００４８】
図４は、利用可能なＰＣＭストリームＰＣＭ（ＤＴＳ）および拡張ビットストリームＥＢＳから、ビットが同一のＤＳＤ信号を再生成することができる、デコーダの実施形態を示している。ＤＴＳ＋＋復号されたストリームの低レートＰＣＭ信号ＰＣＭ（ＤＴＳ＋＋）が入力され、ＤＳＤレートまでアップサンプリングされる。補正信号は、低レートＰＣＭ信号ＰＣＭ（ＤＴＳ＋＋）に適用されてもよいし、アップサンプリングされたＰＣＭ信号に適用されてもよいし、それら両方に適用されてもよい。アップサンプリングされたＰＣＭ信号は、同期を伴って、シグマデルタ変調器ＳＤＭに入力される。シグマデルタ変調器ＳＤＭは、自己のノイズ整形ループ内または同ループ外において、ビット補正を適用するように構成されていてもよい。すなわち、拡張ビットストリームＥＢＳから延びる４つの矢印により示されているように、全部で４種類の可能な補正信号が、拡張ビットストリームから取出可能である。ビットが同一の再構成を保証し、シグマデルタ変調器ＳＤＭの出力ＤＳＤ信号ＯＤＳＤが、符号化されたオリジナルのソースＤＳＤ信号のビットと同一になるよう保証するため、これらの補正信号の選択肢の任意の組合せを使用することができる。拡張ビットストリームＥＢＳの解凍処理は、図示されていない。
【００４９】
図５は、図３のエンコーダの実施形態でも示したようなビット補正の可能性および同期を伴う、シグマデルタ変調器を有するデコーダの実施形態を示している。シグマデルタ変調器は、多ビット入力信号ｎ−ｂｉｔを受け取り、１−ｂｉｔと示されたビットストリームを出力する。このシグマデルタ変調器は、ループフィルタ積分器と、ループフィルタ係数を設定するための入力ＬＦＣとの、同期を図るための入力ＩＳＹＮＣを有している。これら２つの入力信号ＩＳＹＮＣおよびＬＦＣは、低いレートにおいて更新される必要がある。さらに、シグマデルタ変調器は、ビット補正信号ＣＳを受け取る。このビット補正信号ＣＳは、図に示すように、２つの異なる位置において、具体的にはノイズ整形ループ内ＣＳ（ＩＬ）またはノイズ整形ループ外ＣＳ（ＯＬ）として適用され得る。信号は、ＤＳＤサンプリングレートで作動する。
【００５０】
この方式において極めて重要なのが、ループフィルタの同期パラメータＩＳＹＮＣの導出である。エンコーダの側においてソースＤＳＤ信号およびソースＰＣＭ信号が利用可能であるので、非常に高い精度で同期パラメータＩＳＹＮＣを計算することができる。フィリップスの米国特許ＵＳ６６０６０４３Ｂ２号には、任意のシグマデルタ変調器の積分器の状態を、ビットストリームに同期させる手法が開示されている。この思想を拡張して、より良好な同期のためのループフィルタ係数を取得することも可能である。低レートのＰＣＭ用およびアップサンプリングされたＰＣＭ用の補正信号も、類似の方式で導出することができる。
【００５１】
シグマデルタ変調器の同期が正しく取られれば、ＰＣＭ入力信号を基とする出力信号は、ソースＤＳＤとほとんど同一になる。すべてのビットが正しい訳ではないので、ＰＣＭ入力信号またはビットストリーム出力信号の補正が必要となるときもある。低レートのＰＣＭ信号のみに補正が適用された場合、出力信号は決して１００％正しいものとはならない。正しい同期と共にアップサンプリングされたＰＣＭ信号に補正が適用されると、出力信号が１００％正しいものとなることも可能である。低レートのＰＣＭ信号とアップサンプリングされたＰＣＭ信号との双方に補正を適用することにより、おそらくは、必要とされる記憶容量は、アップサンプリングされたＰＣＭ信号のみに補正を適用するときよりも少なくなる。
【００５２】
アップサンプリングされたＰＣＭ信号に補正を適用することにより、出力ビットを正しいものとすることが可能である。アップサンプリング信号に必要とされる変更は少ないので、この補正信号は圧縮可能である。低レートのＰＣＭ信号にも補正を適用することにより、アップサンプリングされたＰＣＭ信号に必要とされる補正をより少なくすることができ、したがって潜在的に全体として必要とされる記憶容量を減らすことが可能である。量子化されたビットを補正することにより、ノイズ整形ループ内においても同ループ外においても、補正を適用することが可能である。量子化された信号は１ビットであるので、ビット補正信号もまた１ビットの信号である。典型的には、ビット補正信号はゼロ（「０」）からなる。量子化された出力が正しくないときのみ、ビット補正信号は「１」を含む。この信号の特性のため、この信号は、圧縮された形態での効率的な記憶が可能である。最小サイズの補正信号を見つけ出すため、上記で述べた選択肢の任意の組合せを用いてよい。
【００５３】
本発明に係るエンコーダおよびデコーダを含むシステムは、ＰＣＭ信号をＤＳＤに拡張するシステムであると捉えることができる。これは、このシステムは、既存のＰＣＭ信号と少量の追加データ（すなわち拡張ビットストリーム）とに基づいてＤＳＤ音質を提供することが可能であるので、既存の記憶媒体上において損失のないＤＳＤ機能を可能とするためである。
【００５４】
特許請求の範囲中の参照符号は、単に読みやすさを高めるためのものである。これらの参照符号は、特許請求の範囲による技術的範囲をいかようにも限定するものではなく、単に例示の目的で含められているものと捉えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】記憶媒体上への中間的な信号記憶を伴う、好ましいエンコーダおよび好ましいデコーダのシステムを示した図
【図２】エンコーダの１つの実施形態を示した図
【図３】エンコーダの別の実施形態を示した図
【図４】デコーダの１つの実施形態を示した図
【図５】種々の異なる補正信号の選択肢を伴う、デコーダの１つの実施形態を示した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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