(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
− 第一フィルタリングされた信号を、入力信号に基づいて生成し(I〜VI)、
− 残余信号を得るために、当該第一フィルタリングされた信号を当該入力信号に結合し(VII)、
当該生成(I〜VI)が、
− 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を、安定かつ因果的に生成し(III〜V)、
− 少なくとも時間または信号に依存する増幅率を、
0004443118.tif 000035
で定義されるP、Qから
0004443118.tif 000036
（増幅率をα、*を複素数の共役、s'を第二フィルタリング前の信号、kを第二フィルタ数、nを１以上かつk以下の数）
の解により定め、
− 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つを、前記定めた増幅率で増幅し、
− 当該第一フィルタリングされた信号を当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号に基づいて得(VI)、
− 当該入力信号に関連する第一信号をバッファに記憶し(I)、
− 当該バッファから遅延信号を検索する(II)、
逆フィルタリング方法。
【請求項２】
当該入力に関連する第一信号をバッファに当該記憶することと、当該バッファから遅延信号を検索することとが、当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成の前に実行され、かつ、
当該第一信号が、当該入力信号であり、
当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号が、当該遅延信号に基づいて生成される、
請求項1に記載の逆フィルタリング方法。
【請求項３】
当該入力に関連する第一信号をバッファに当該記憶することと、当該バッファから遅延信号を検索することとが、少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成の後に実行される、請求項1に記載の逆フィルタリング方法。
【請求項４】
当該バッファから検索される信号が、当該入力信号の直前に入力された信号である、請求項1から請求項3の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項５】
第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの非線形フィルタリング・ステップを有する、請求項1から請求項4の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項６】
少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの再帰型フィルタリング・ステップを有する、請求項1から請求項4の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項７】
当該逆フィルタリング方法が、人間の聴覚システムと同等の時間-周波数分解能を有する、請求項1から請求項6の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項８】
少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つの全域通過フィルタリング・ステップを有する、請求項6または請求項7に記載の逆フィルタリング方法。
【請求項９】
少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つのラグエレ・フィルタリング・ステップを有する、請求項1から請求項8の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１０】
少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、少なくとも一つのカウツ・フィルタリング・ステップを有する、請求項1から請求項9の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１１】
少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の当該生成が、ガンマトーン・フィルタリングを有する、請求項1から請求項10の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１２】
当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに対する行列演算を更に行う、請求項1から請求項11の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１３】
当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つの当該増幅が、当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに、予測フィルタリング方法によって得られる予測係数を乗算することを有する、請求項1から請求項12の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１４】
当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つの当該増幅が、当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つに、適応パルス符号変調方法によって得られる予測係数を乗算することを有する、請求項1から請求項13の何れかに記載の逆フィルタリング方法。
【請求項１５】
少なくとも、
− 出力信号を決定するために、第一フィルタリングされた信号を入力信号に結合し(VIII)、
− 当該出力信号から、第一フィルタリングされた信号を生成し(I〜VI)、
当該生成が、
− 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を、安定かつ因果的に生成し(III〜V)、
− 少なくとも時間または信号に依存する増幅率を、
0004443118.tif 000037
で定義されるP、Qから
0004443118.tif 000038
（増幅率をα、*を複素数の共役、s'を第二フィルタリング前の信号、kを第二フィルタ数、nを１以上かつk以下の数）
の解により定め、
− 当該第二フィルタリングされた信号の少なくとも一つを、前記定めた増幅率で増幅し、
− 当該第一フィルタリングされた信号を、当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号に基づいて得(VI)、
− 当該入力信号に関連する第一信号をバッファに記憶し(I)、
− 当該バッファから遅延信号を検索する(II)、
合成フィルタリング方法。
【請求項１６】
少なくとも、
− 入力信号を受信するための入力ポートと、
− 第一フィルタリングされた信号を当該入力信号に結合することによって残余信号を計算するための、当該入力ポートに接続された第一結合器装置と、
− 当該入力信号に基づいて第一フィルタリングされた信号を生成し、かつ当該第一フィルタリングされた信号を当該第一結合器装置に与えるための、当該入力ポートと当該第一結合器装置に接続されたフィルタ構成と、
を有し、当該フィルタ装置が、更に、
− 当該残余信号を出力するために、当該第一結合器装置に接続された出力ポート、
を有し、当該フィルタ構成が、
− 第一信号を記憶し、かつ遅延信号を生成するために接続されたバッファ装置と、
− 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を当該入力信号に基づいて生成するために、当該バッファ装置と当該第一接続器装置に通信で接続されている、少なくとも一つの安定していてかつ因果的な第二フィルタ装置と、
− 少なくとも時間または信号に依存する増幅率を、
0004443118.tif 000039
で定義されるP、Qから
0004443118.tif 000040
（増幅率をα、*を複素数の共役、s'を第二フィルタリング前の信号、kを第二フィルタ数、nを１以上かつk以下の数）
の解により定め、少なくとも一つの第二フィルタ装置の前記出力に接続されている、前記定めた増幅率を有する、少なくとも一つの増幅器装置と、
−当該少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号から当該第一フィルタリングされた信号を得るために、当該少なくとも一つの増幅器装置の少なくとも一つに接続されている第二接続器装置と、
を有する、逆フィルタ装置。
【請求項１７】
少なくとも、
− 入力信号を受信するための入力ポートと、
− 当該入力信号を第一フィルタリングされた信号に結合し、こうすることによって出力信号を得るための第一結合器装置と、
− 当該出力信号に基づいて第一フィルタリングされた信号を生成し、かつ当該第一フィルタリングされた信号を当該第一結合器装置に与えるために、当該入力ポートと当該第一結合器装置に接続されたフィルタ構成と、
を有する合成フィルタ装置であって、
当該合成フィルタ装置が、当該残余信号を出力するために、当該第一結合器装置に接続されている出力ポートを更に有し、
当該フィルタ構成が、
− 第一信号を記憶し、かつ遅延信号を生成するためのバッファ装置と、
− 少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号を当該入力信号に基づいて生成するために、当該バッファ装置と当該第一結合器装置に通信で接続されている、少なくとも一つの安定しかつ因果的な第二フィルタ装置と、
− 少なくとも時間または信号に依存する増幅率を、
0004443118.tif 000041
で定義されるP、Qから
0004443118.tif 000042
（増幅率をα、*を複素数の共役、s'を第二フィルタリング前の信号、kを第二フィルタ数、nを１以上かつk以下の数）
の解により定め、少なくとも一つの第二フィルタ装置の前記出力に接続されている、前記定めた増幅率を有する、少なくとも一つの増幅器装置と、
− 当該少なくとも一つのフィルタリングされた信号から、当該第一フィルタリングされた信号を得るために、当該少なくとも一つの増幅器装置の少なくとも一つに接続されている、第二接続器装置と、
を有する、合成フィルタ装置。
【請求項１８】
入力信号受信機手段と、
符号化された信号を送信するための送信機手段と、
前記入力信号受信機手段と前記送信機手段とに接続された、請求項16に記載のフィルタ装置と、
を有するデータ送信装置。
【請求項１９】
データコンテナ装置のためのホルダー手段と、
前記データコンテナ装置にデータを書き込むための書き込み手段と、
入力信号受信機手段と、
前記入力信号受信機手段と前記書き込み手段とに接続された、請求項16に記載のフィルタ装置と、
を有する、データコンテナ装置にデータを記憶するためのデータ記憶装置。
【請求項２０】
入力信号受信機手段と、
データ処理手段と、
前記入力信号受信機手段と前記データ処理手段とに通信で接続されている、請求項17に記載のフィルタ装置と、
を有するデータ処理装置。
【請求項２１】
データ入力手段と、
視聴覚出力手段と、
請求項17に記載のフィルタ装置と、
を有する視聴覚装置。
【請求項２２】
視聴覚入力手段と、
データ出力手段と、
請求項16に記載のフィルタ装置と、
を有する視聴覚レコーダ装置。
【請求項２３】
請求項1から請求項15の何れかに記載の方法によってフィルタリングされた信号を表すデータを含む、データコンテナ装置。
【請求項２４】
− 符号器装置と、
− 当該符号器装置に通信で接続されている復号器装置と、
を有し、
当該符号器装置が、請求項16に記載の少なくとも一つの逆フィルタ装置を有し、かつ、
当該復号器装置が、請求項17に記載の少なくとも一つの合成フィルタ装置を有する、符号化システム。
【請求項２５】
請求項1から請求項15の何れかに記載の方法のステップを実行するためのコード部分を含んでいるコンピュータプログラム。
【請求項２６】
請求項25に記載のコンピュータプログラムを表すデータを含んでいるデータキャリア装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆フィルタリング方法に関する。本発明は、更に、合成フィルタリング方法に関する。本発明は、逆フィルタ装置、合成フィルタ、および、そのようなフィルタ装置を有する装置にも関する。本発明は、本発明による方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
「周波数ワープされた再帰型フィルタの実現」
0004443118.tif 000002
信号処理80、543〜548頁、2000年）から、フィルタ装置は知られている。この
0004443118.tif 000003
論文では、ワープされた線形予測(WLP(warped linear prediction))符号器、およびWLP復号器が説明されている。このWLP符号器装置は、その単位遅延が、第1次の全域通過フィルタ(all-pas filters)に置換られる、従来のFIRフィルタを有する。
【０００３】
この
0004443118.tif 000004
論文で知られている符号器装置の不利な点は、WLP復号器装置は、更なる手段を用いなければ、無遅延のループ(delay-free loops)を含んでしまう点である。この
0004443118.tif 000005
論文では、この問題に対する2つの解決法が説明されている。第一は、WLP復号器装置を、無遅延のループを除去するように、適合化することができる方法である。第ニは、復号器の出力の算出と、フィルタ内部の状態の更新を、切り離すことができる方法である。これらの両方の解決法において、WLP復号器装置は、WLP符号器装置と異なっている。更に、符号器と復号器が相違するため、予測係数のようなWLP符号器装置のパラメータを、WLP復号器に変換しなければならないが、これは、追加の処理を必要とし、かつ数の問題を伴う。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、設計上類似なものとすることが出来る、符号器装置と復号器装置とを提供することである。従って、本発明は、請求項1に記載の、逆フィルタリング方法を提供する。
【０００５】
これによって、この合成フィルタは、遅延が供給されるので、無遅延のループを含まない。従って、逆フィルタリングと合成フィルタリングを、実質的に類似させることが出来る。
【０００６】
更に、本発明は、請求項17に記載の、合成フィルタリング方法を提供する。本発明は、更に、請求項18に記載の逆フィルタ装置と、請求項19に記載の合成フィルタ装置と、このようなフィルタ装置を有する装置と、を提供する。本発明は、本発明による方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムも提供する。
【０００７】
本発明の個別の実施例は、従属請求項に記載されている。本発明の更なる詳細、態様、および実施例は、添付の図面を参照して説明されるであろう。
【０００８】
【発明を実施するための形態】
本出願では、以下の用語を用いる。サンプルx(n)とは、ある瞬間における信号の例のことである。セグメントとは、幾つかの連続するサンプル、例えば、x(n), x(n+1)・・・x(n+j-1), x(n+j)のことである。本出願で、信号、サンプル、またはセグメントという用語の一つを用いる場合、これらの用語の種類の内の他の用語と読むことも出来る。伝達関数H(z)とは、z-領域において見られる、フィルタの入力信号と出力信号との関係のことである。（z = exp-iθの場合、iは、-1の平方根であり、H(z)は、周波数領域の特性を生じる。）フィルタのインパルス応答は、n(nは、時間の瞬間を示す）が0の場合、1の値を持つ信号であり、かつnが0ではない場合、0の値を持つ信号であるインパルス信号に対するフィルタの応答である。遅延装置は、極めて厳密な意味ではフィルタ装置であるが、本出願では、フィルタ装置を、一つの遅延装置または複数の遅延装置しか有しない装置と理解すべきではない。しかしながら、少なくとも一つのフィルタ装置および一つ以上の遅延装置を含んでいる装置は、フィルタ装置であると理解すべきである。出力信号がいかなる「将来の」入力信号にも依存しない場合、すなわち、フィルタの出力が、現在の信号および／または前の信号にしか依存しない場合、フィルタは、因果的であると少なくとも理解すべきである。フィルタが、フィルタ入力に呈示される振幅が制限されたいかなる入力信号に対しても、振幅が制限された出力信号を示す場合、フィルタは、安定していると言える。
【０００９】
図1は、本発明による逆フィルタ装置1の実施例の、第一例のブロック線図である。逆フィルタ装置または符号器装置1が示されているこの例は、入力信号xを与えることができる入力ポート11を有する。この入力ポートは、受信された入力信号xをフィルタリングし、かつ第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000006
を出力することができる、フィルタ構成13に接続されている。入力ポート11とフィルタ構成13の両方は、残留信号rを得るために第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000007
と入力信号xとを結合することができる、第一結合器装置12に接続されている。
【００１０】
フィルタ構成13は、入力ポート11に接続されているバッファまたはメモリ装置131と、この装置131の出力に接続されている複数の第二フィルタ装置132とを有する。ここに示されている例では、第二フィルタ装置132は、単一入力複数出力（SIMO(single input multiple output))フィルタ装置130を形成している。第二フィルタ装置132は、第二結合器装置134に更に接続されている増幅器装置133にも、接続されている。結合器装置134は、出力により第一結合器装置12に接続されている。
【００１１】
本出願では遅延装置とも呼ばれるバッファまたはメモリ装置131は、受信された入力サンプルx(n)を記憶し、かつサンプルu(n)を生成する。このサンプルu(n)は、入力信号の前のサンプルx(n-j)である（jは、装置の遅延を表し、かつjは、ゼロより大きい）。従って、前の入力信号uのサンプルu(n)は、入力信号xのサンプルx(n-j)に等しい（jは、遅延装置131の遅延を表し、かつjは、ゼロ以上である）。第ニフィルタ装置132は、信号uに基づいて、第ニフィルタリングされた信号y1, y2,・・・, ykを生成する。この第ニフィルタ装置は、安定していて、かつ因果的である。従って、SIMOフィルタ装置130も同様に、安定していて、かつ因果的である。本実施例では、SIMOフィルタ装置130は、第ニフィルタ装置132しか有していない。しかしながら、SIMOフィルタ装置は、一つ以上の遅延装置、または第ニフィルタ装置132に並列な直接フィードスルー(direct feed through)さえ含んでいても良い。
【００１２】
増幅器装置133は、第ニフィルタリングされた各々の信号y1, y2,・・・, ykを、増幅率または乗算率α1,α2,・・・,αKで、増幅または乗算する。これ以降、この増幅率α1,α2,・・・,αKを、予測係数α1,α2,・・・,αKと呼ぶことにするが、この予測係数は、時間によって異なり、または信号に依存する。従って、第ニフィルタリングされた信号は、第ニ結合器装置134によって、荷重された和として結合される。
【００１３】
第ニ結合器装置134の出力は、各々のサンプル
0004443118.tif 000008
が、このように入力信号xの前のサンプルx(n-j)に基づいている（jは、ゼロより大きい）、第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000009
である。第ニ結合器装置134は、第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000010
を出力し、およびこの第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000011
を、第一結合器装置12に与える。第一結合器装置12は、入力信号xを第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000012
に結合して、残余信号rを得る。
【００１４】
遅延装置131のために、無遅延のループは、フィルタ構成13に存在しない。このことにより、逆フィルタと合成フィルタの両方を、同じ設計にする、すなわち、これらのフィルタを、互いに相補性を有するようにすることができる。例えば、図1の本発明による逆フィルタの例と、図2の本発明による合成フィルタの例は、互いに相補性を有する。また、例えば、フィルタが特定の周波数領域に同調するように、伝達関数Hkの（ゲイン、ポール、およびゼロのような）パラメータを選択することによって、第ニフィルタを、安定し、かつ因果的であるいかなる適切な種類のフィルタとすることも出来るので、第ニフィルタの伝達関数Hkを適切な方法で選択することによって、フィルタ構成の時間-周波数分解能を、予め調整することができる。
【００１５】
遅延と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能、すなわち、フィルタおよび／または増幅器を、遅延の前に配置することができる。この場合、遅延は、第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000013
を記憶し、かつ残余信号rを得るために次に入力信号xに結合される、前の第一フィルタリングされた信号を生成する。数学的に表現すると、遅延装置131と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能である。しかしながら、遅延装置と、フィルタおよび／または増幅器との相対的な位置とは関係なく、フィルタは、遅延装置と第一結合器装置に、通信で接続されている。
【００１６】
更に、逆フィルタで使用されるパラメータを、例えば、図2の例における対応する合成フィルタにおいて使用することができる。このことにより、予測係数を再算出するための手段を用いずに合成フィルタを実施することができるので、合成フィルタを安価にすることができる。次いで、逆フィルタの設定を、例えば、独立したデータチャンネルを介して、または信号rと結合させて、合成フィルタに送信することができる。
【００１７】
図2は、実質的に図1の逆フィルタ装置の逆である、合成フィルタ装置または復号器装置2である。合成フィルタ装置2は、第一結合器装置22に接続されている入力ポート21を有する。結合器装置22は、更に合成フィルタ装置2のフィルタ構成23と出力24に接続されている。入力21に、入力信号rを与えることができる。入力信号rは、次いで第一結合器装置22によって受信され、かつフィルタ構成23からの第一フィルタリングされた信号に結合され、この結果出力信号xが得られる。入力信号rが、図1の逆フィルタ装置1からの残余信号rである場合、出力信号xは、逆フィルタ装置の入力信号xに実質的に類似している。
【００１８】
フィルタ構成23は、出力ポート24に接続されている（バッファ装置またはメモリ装置とも呼ばれる）遅延装置231と、複数の第ニフィルタ装置232とを有する。第ニフィルタ装置232は、第ニ結合器装置234に接続された増幅器装置233に接続されている。第ニ結合器装置234は、出力によって、第一結合器装置12に接続されている。
【００１９】
遅延装置231は、出力サンプルx(n)を記憶し、かつ前に記憶された出力サンプルx(n-j)（jは、ゼロより大きい）を生成する。第ニフィルタ装置232は、前に記憶された出力信号に基づいて、第ニフィルタリングされた信号を生成する。増幅器装置233は、第ニフィルタリングされた各々の信号に、予測係数α1, α2,・・・, αKを乗算する。従って、第ニフィルタリングされた信号は、第ニ結合器装置234によって、荷重された和として結合される。第ニ結合器装置234の出力は、各々のサンプル
0004443118.tif 000014
が、このように出力信号xの前のサンプルx(n-j)（jは、0より大）に基づいている関係のもとでの、第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000015
である。第ニ結合器装置234は、第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000016
を出力し、かつ第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000017
を、第一結合器装置1に与える。第一結合器装置22は、入力信号rを第一フィルタリングされた信号
0004443118.tif 000018
に結合し、かつ出力信号xを得る。
【００２０】
フィルタ構成23内の遅延装置のため、無遅延のループは、このフィルタ構成の中には存在しない。このために、合成フィルタが、簡単な態様で逆フィルタに対し相補性を有するようにすることができる。遅延と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能、すなわち、フィルタおよび／または増幅器を、遅延の前に配置することができる。数学的に表現すると、遅延装置と、フィルタおよび／または増幅器は、置換可能である。
【００２１】
図1と図2の例では、第ニフィルタ装置は、遅延装置またはバッファ装置に、並列に接続されている。従って、第ニフィルタリングされた各々の信号の各々のサンプルは、遅延装置またはバッファ装置への入力信号の前のサンプルに基づいている。第ニフィルタ装置を、カスケード状に接続しても良い。この場合、k番目の第ニフィルタリングされた信号ykは、k-1番目の第ニフィルタリングされた信号yk-1に基づいている。
【００２２】
本発明による装置において、遅延装置は、必要ないかなる遅延も有することができる。この遅延は、前の信号が、バッファで受信される信号の直前にあること、すなわち、遅延が単一の遅延であることが好ましい。
【００２３】
図3は、本発明による逆フィルタリング方法のフローチャートである。ステップI〜VIにおいては、入力サンプルx(n)が受信され、かつ第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000019
が、生成される。ステップVIの後、第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000020
と入力サンプルx(n)は、結合され、これによって、残余サンプルr(n)が、第一結合ステップVIIで得られる。ここに示されている例では、ステップVIIの結合は、減算方法であるが、入力信号とフィルタリングされた信号との間の類似性の尺度となる残余信号が得られる限り、同様に異なる演算を行うことができる。その後、次の入力サンプルが受信され、かつステップI〜VIIが再度実行される。
【００２４】
ステップI〜VIにおいて第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000021
の生成は、記憶ステップIで開始される。記憶ステップIでは、入力サンプルx(n)が受信され、かつこの入力サンプルx(n)は、バッファに記憶される。ステップIIでは、前の入力サンプルu(n)が、バッファから検索される。この例では、前の入力サンプルu(n)は、直前の入力サンプルである。一つ以上の前の他のサンプルを使用することも、同様に可能である。直前のサンプルのみを使用することによって、バッファをできるだけ小さくすることができる。ステップIIIでは、カウンタ値kは、次の値k+1になるように調整される。ステップIIIの後、第ニフィルタリング・ステップIVが、実施される。第ニフィルタリング・ステップでは、フィルタリング方法が、前の入力サンプルu(n)に対して実行され、この結果、第二フィルタリングされたサンプルyk(n)が得られる。ステップVでは、カウンタ値kは、幾つかの予め定められた数Kと比較される。Kは、実行すべき第ニフィルタリング・ステップの総数を示している。カウンタ値kが、予め定められた数Kに類似していない場合、ステップII〜Vが再度実行される。カウンタ値kが、予め定められた数Kに類似している場合、第ニフィルタリングされた信号y1(n), y2(n),・・・, yk(n)が、ある荷重係数αkに結合され、これによって、第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000022
が、得られる。
【００２５】
図4は、本発明による合成フィルタリング方法の例のフローチャートである。図4のフローチャートによって表されている合成フィルタリング方法を、例えば、図2の合成フィルタ装置によって行うことができる。
【００２６】
ステップIIでは、サンプルu(n)が、バッファから検索される。サンプルu(n)は、前の出力サンプルx(n-1)である。ステップIIIでは、カウンタ値kが、次の値k+1となるように調整される。ステップIIIの後、第ニフィルタリング・ステップIVが、実行される。第ニフィルタリング・ステップでは、ある種のフィルタリング方法が、前の入力サンプルu(n)に対して実行され、この結果、第二フィルタリングされたサンプルyk(n)が発生する。ステップVでは、カウンタ値kが、実行すべき第ニフィルタリング・ステップの総数を示す、ある予め定められた数Kと比較される。カウンタ値kが、予め定められた数Kに類似していない場合、ステップII〜Vが、再度実行される。カウンタ値kが、予め定められた数Kに類似している場合、第ニフィルタリングされたサンプルy1(n),y2(n),・・・,yk(n)は、ステップVIで、ある荷重係数akと結合され、これによって、第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000023
が、得られる。第一結合ステップVIIIでは、入力サンプルr(n)は、第一フィルタリングされたサンプル
0004443118.tif 000024
に結合され、これによって、出力サンプルx(n)が、得られる。その後、この出力サンプルx(n)は、バッファに記憶され、かつこの手順が繰り返される。
【００２７】
本発明による方法または装置では、第ニフィルタリング・ステップまたは第ニフィルタ装置は、これらが安定し、かつ因果的である限り、個別の実施に適した任意の種類とすることが出来る。更に、本発明による方法または装置は、他に、一つ以上の遅延または直接フィードスルーを含む、少なくとも一つのフィルタとすることも出来る。
【００２８】
第ニフィルタリング・ステップまたはフィルタ装置は、例えば、再帰型フィルタリング・ステップまたは無限インパルス応答(IIR(Infinite Impulse Response))フィルタリング・ステップ、または再帰型フィルタリング装置または無限インパルス応答装置とすることが出来る。IIR方法の場合、出力信号を得るために、出力信号の遅延サンプルおよび／または荷重サンプルも使用する。更に、第ニフィルタ装置の少なくとも1つは、非線形フィルタ装置とすることが出来る。
【００２９】
第ニフィルタリング装置または第二フィルタ装置を、すなわち、人間の聴覚システムと同等の時間-周波数分解能を持たせることによって、音響心理学的(psycho-acoustically)に機能させることができる。例えば、少なくとも一つの第二フィルタリングされた信号の第ニフィルタリングまたは生成は、伝達関数、
0004443118.tif 000025
を有する、全域通過フィルタリングとすることが出来る。この式(1)では、z-1は、遅延装置を表し、kは、1とKとの間の正の整数である第ニフィルタリング・ステップの数を表し、Kは、第ニフィルタまたは第二フィルタリング・ステップの総数を表し、かつλは、0と1との間の絶対値を有する定数を表す。パラメータλを、例えば、フィルタが、人間の聴覚システムと同等の時間-周波数分解能を有するように、選択することができる。
【００３０】
音響心理学的に機能するフィルタリングは、数学的なアルゴリズム、
0004443118.tif 000026
と記述される伝達関数Hk(z)を有する、ラグエレ・フィルタリング(Laguerre filtering)とすることも出来る。
【００３１】
この方程式(2)では、kは、再帰型フィルタリング・ステップの数を表し、z-1は、遅延を表し、かつlは、0と1との間の絶対値を有するパラメータである。
【００３２】
第ニフィルタリングを、数学的なアルゴリズム、
0004443118.tif 000027
によって記述される伝達関数Hk(z)を有する、カウツ・フィルタリング(Kautz filtering)として実行することもできる。
【００３３】
方程式(3)では、kは、再帰型フィルタリング・ステップの数を表し、z-1は、遅延演算を表し、かつλmは、0と1との間の絶対値を有するパラメータであり、かつ
0004443118.tif 000028
は、λmの複素共役値である。
【００３４】
第ニフィルタリングは、例えば、「時間領域のレベル依存聴覚フィルタ(A time domain, level dependent auditory filter)」（T. Irinoその他、 J. Acoust. Soc. Am., 101巻、412〜419頁、1997年）で知られている、ガンマトーン・フィルタリング(Gamma-tone filtering)、またはガンマトーン・フィルタリングのデジタル手法とすることも出来る。一般的に、ガンマトーン・フィルタは、
0004443118.tif 000029
によって定義される衝撃応答hkを有する、連続時間フィルタである。式中、パラメータは、関連する音響心理学的なデータに従って調整されている。この方程式では、
0004443118.tif 000030
項は、統計的なガンマ分布を表し、ωkは、コサイン-項の周波数またはトーンを表し、tは、時間を表し、かつΦkは、位相を表す。
【００３５】
第ニフィルタリングの後、行列演算のような、ある追加の処理を実行することができる。従って、フィルタリングと行列演算の結合された伝達関数を、数学的なアルゴリズム、
0004443118.tif 000031
によって表すことができる。式中、アルゴリズムHk(z)は、第ニフィルタと行列の結合された伝達関数を表し、kは、フィルタリング・ステップの数を表し、cknは、行列の位置k,nにおける行列要素の値を表し、Gn(z)は、第ニフィルタnの伝達関数を表す。方程式(5)では、フィルタGn(z)は、例えば、方程式(2)によって定義されるLaguerreフィルタ、または方程式(3)によって定義されるKautzフィルタとすることが出来る。
【００３６】
例えば、第ニフィルタリングされた信号y1, y2,・・・, ykに、フーリエ行列(Fourier matrix)を乗算する事が出来る。この場合、方程式(5)の行列値cknを、
0004443118.tif 000032
となるように選択することができる。
【００３７】
この方程式(6)では、wは、ある荷重関数を表し、iは、-1の平方根を表し、Kは、第ニフィルタのセクションの数を表す。
【００３８】
本発明によるフィルタ装置とフィルタリング方法を、線形の予測符号化(linear predictive coding)などのデータ圧縮用途に適用することができる。例えば、符号器装置と、この符号器装置に通信で接続されている復号器装置とを有する符号化システムの場合、この符号器装置は、本発明による逆フィルタ装置を有し、かつこの復号器装置は、本発明による合成フィルタ装置を有することができる。
【００３９】
予測フィルタ、または予測符号器または予測復号器の場合、予測係数α1, α2,・・・, αKを、以下の手順を用いて得ることができる。ここに示されている例では、予測係数は、フィルタ内にある信号に依存している。例えば、この予測係数は、（得られた）サンプルまたは信号の、平均二乗誤差の最小化のような、ある最適化手順に基づいて行うことが出来る。
【００４０】
時間の瞬間nにおけるαKを決定するために、n周辺の入力信号xの一部分、例えば、セグメントx(t)（t =｛n-M1, n-M1 +1, ・・・, n+M2｝, (M1, M2 > K) ）を選択する。次に、このセグメントx(t)は、ウィンドウ化されたセグメントsに対して、（例えば、ハニング窓によって）ウィンドウ化される。
【００４１】
従って、ウィンドウ化されたセグメントsを、新しいセグメントsに適合化させることができる。例えば、（後のステップで行う）行列反転での数の問題を避けるために、この信号にゼロを追加し、ある少量のノイズをこの信号に加え、または信号セグメントsを、他のセグメントに変換することも出来る。これを、例えば、音響心理学的な適切な信号を発生させるために行うことも出来る。この場合、その関連する時間信号を得るために、隠れた閾値を、セグメントsから計算し、かつ、逆フーリエ変換を隠れた閾値に適用することができる。
【００４２】
次に、オプションで適合化または構成された信号s’を、本発明によるフィルタリング方法またはフィルタ装置を使用して処理し、第ニフィルタリングされた信号ykを得る。次に、予測係数α1, α2,・・・, αKを、方程式、
0004443118.tif 000033
を解くことによって決定する。
【００４３】
この方程式(7)においては、αは、予測係数α= [α1, α2,・・・, αK]t を含むベクトルであり、かつQは、行列であり、かつPは、この要素が、
0004443118.tif 000034
によって定義されるベクトルである。
【００４４】
この方程式(8)においては、kとlは、1に等しいか、または1より大きいがKより小さいか、またはKに等しく、かつ*は、複素数の共役を示す。αを決定するために必要な行列反転に関連する数の問題を防ぐために、反転の前に、小さなオフセット行列εI（εは、少さな数を表し、かつIは、識別行列である）を行列Qに加えるような、公知の組織化技術を使用することができる。予測係数の決定を、任意の時間の瞬間nに行うことができる。しかしながら、実際には、係数を一定の時間間隔で決定することが出来る。補間技術によって、予測係数を、次いで他の時間の瞬間に対して決定することができる。
【００４５】
更に、本発明によるフィルタリング方法を、適応差分パルス符号変調(ADPCM(adaptive differential pulse code modulation))方法に適用することもできる。同様に、例えば、「データ圧縮概説」（第二版、Morgan Kaufmann著、10.5章、2000年）における従来技術で一般に知られているように、本発明によるフィルタ装置をADPCM装置に適用することもできる。
【００４６】
本発明によるフィルタ装置またはフィルタリング方法を、音声符号化または音声フィルタリングに適用することもできる。
【００４７】
本発明によるフィルタリング装置を、図5に示されているように、入力信号受信機手段21と送信器手段22とに接続された、本発明による予測符号器装置1を設けることができる、入力信号受信機手段21と符号化された信号を送信するための送信機手段22（例えば、アンテナ）とを有する（無線送信機またはコンピュータ・ネットワーク・ルータのような）多様な装置、例えば、データ送信装置20に適用することができる。このような装置の場合、符号化処理によりデータが圧縮されるため、狭い帯域幅を使用して大量のデータを送信することができる。
【００４８】
本発明による予測符号器装置1を、SACD、DVD、コンパクトディスク、またはコンピュータのハードディスクのようなデータコンテナ装置(data container device)31にデータを記憶するための、SACDバーナ、DVDバーナ、またはミニディスクレコーダのようなデータ記憶装置30に適用することも、同様に可能である。このような装置30は、図6に示されているように、データコンテナ装置31のためのホルダー手段32と、データをデータコンテナ装置31に書き込むための書き込み手段33と、入力信号受信機手段34（例えば、マイクロフォン）と、入力信号受信機手段34と書き込み手段33に接続された、本発明による予測符号器装置1と、を有する。このデータ記憶装置30は、公知のデータ記憶装置の問題点を解決する一方、より多くのデータをデータコンテナ装置31に記憶することができる。
【００４９】
図7に示されているように、DVD-romプレーヤのような入力信号受信機手段41と、本発明による、予測符号化された信号(prediction encoded signals)のための復号器装置1を有するデータ処理手段42と、を有するデータ処理装置40を提供することも、同様に可能である。このようなデータ処理装置40は、コンピュータまたはテレビ・セット−トップ・ボックスとすることが出来る。
【００５０】
図8に示されているように、オーディオCDプレーヤのようなデータ入力手段51と、本発明による、予測符合化された信号のための復号器装置1を有する、スピーカのような音声出力手段52と、を有するホームステレオまたは多重チャンネル・プレーヤのようなオーディオ装置50を提供することも可能である。同様に、図9に示されているように、マイクロフォンのようなオーディオ入力手段61と、データ出力手段62と、を有する音声レコーダ装置60に予測符号器装置11を設け、このことにより、同じ量のデータ記憶空間を使用する一方で、より多くのデータを記録することができる。
【００５１】
更に、本発明を、図10に示されるフロッピー（登録商標）ディスク70のようなデータコンテナ装置に記憶されているデータに適用することができるが、このようなデータコンテナ装置は、例えば、DVD(Digital Versatile Disc)またはスーパーオーディオCD(SACD(Super Audio CD))自体、またはそのようなDVDまたはSACDを製造するためのマスタまたはスタンパとすることが出来る。
【００５２】
本発明は、装置のここで開示された例の実施に限定されず、他の装置にも同様に適用することができる。特に、本発明は、物理装置に限定されず、より抽象的な種類の論理装置、または装置の機能を実行するソフトウェアにも適用することができる。さらに、これらの装置を、論理的には単一の装置とみなすこともできるが、幾つかの機器に物理的に分散させることもできる。また、別々の装置として論理的にみなされる装置を、単一の物理装置に集積化することもできる。例えば、バッファまたは遅延装置は、それが論理的に別々の装置としてみなされる可能性があるが、例えば、図1の各々の第二フィルタ装置132内で遅延装置を実行することによって、第二フィルタ装置に物理的に集積化することができる。逆フィルタまたは合成フィルタ装置自体を、単一の集積回路として実行することもできる。
【００５３】
本発明を、コンピュータシステムでの実行時に本発明による方法のステップを実行するためのコード部分、または汎用コンピュータシステムが、本発明によるフィルタ装置の関数を実行することを可能にするコード部分を、少なくとも含むコンピュータシステムで実行するためのコンピュータプログラムで実行することも出来る。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステムのメモリにロード可能な、コンピュータプログラムを表すデータが記憶されている、CD-romまたはディスケットのようなデータキャリヤで提供される場合がある。このデータキャリヤは、更に、本発明によるコンピュータプログラムを表す信号を送信する電話ケーブルまたは無線接続のような、データ接続とすることも出来る。
【００５４】
本明細書では、本発明は、本発明の実施例の個別の例を参照して説明されている。しかしながら、本明細書において、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の広い精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更と改変を行い得ることは、明らかであろう。従って、明細書と図面は、本発明を限定するものではなく、実例を説明するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による逆フィルタ装置の実施例の第一例のブロック線図である。
【図２】  本発明による合成フィルタ装置の実施例の第一例のブロック線図である。
【図３】  本発明による逆フィルタリング方法の実施例の第一例のフローチャートである。
【図４】  本発明による合成フィルタリング方法の実施例の第一例のフローチャートである。
【図５】  本発明による予測符号器装置が設けられたデータ通信装置のブロック線図である。
【図６】  本発明による予測符号器装置が設けられたデータ記憶装置のブロック線図である。
【図７】  本発明による予測復号器装置が設けられたデータ処理装置のブロック線図である。
【図８】  本発明による予測復号器装置が設けられた視聴覚装置のブロック線図である。
【図９】  本発明の予測復号器装置が設けられた視聴覚レコーダ装置のブロック線図である。
【図１０】  本発明による予測符号化方法によって提供されるデータコンテナ装置のブロック線図である。
【符号の説明】
1…逆フィルタ装置
2…合成フィルタ装置
11…入力ポート
12…第一結合器装置
13…フィルタ構成
14…出力ポート
20…データ送信装置
21…入力ポート
22…第一結合器装置
23…フィルタ構成
24…出力ポート
30…データ記憶装置
31…データコンテナ装置
32…ホルダー手段
33…書き込み手段
34…入力信号受信機手段
40…データ処理装置
41…入力信号受信機手段
42…データ処理手段
50…オーディオ装置
51…データ入力手段
52…音声出力手段
60…音声レコーダ装置
61…オーディオ入力手段
62…データ出力手段
70…フロッピーディスク
130…SIMOフィルタ装置
131…バッファまたはメモリ装置
132…第二フィルタ装置
133…増幅器装置
134…結合器装置
230…第二フィルタ装置
231…バッファ装置
232…第二フィルタ装置
233…増幅器装置
234…第二接続器装置
【図１】
0004443118.tif 000043
【図２】
0004443118.tif 000044
【図３】
0004443118.tif 000045
【図４】
0004443118.tif 000046
【図５】
0004443118.tif 000047
【図６】
0004443118.tif 000048
【図７】
0004443118.tif 000049
【図８】
0004443118.tif 000050
【図９】
0004443118.tif 000051
【図１０】
0004443118.tif 000052