(57)【要約】所与のオーディオ信号を圧縮する際に得られる圧縮利得を推定する方法は、所与のオーディオ信号の選択される周波数帯域における信号パワーを抽出し、抽出された信号パワーとの相関により圧縮利得の推定を得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与のオーディオ信号を圧縮する際に得られる圧縮利得を推定する方法であって、
上記所与のオーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出する段階と、
上記抽出された信号パワーとの相関により上記圧縮利得の推定を得る段階とを含む方法。
【請求項２】
上記オーディオ信号は、１ビットの雑音整形されたデジタル信号である請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記圧縮はロスレス方式である請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記選択された周波数帯域は、２０ｋＨｚ以上である請求項１記載の方法。
【請求項５】
上記選択された周波数帯域は、２０乃至５０ｋＨｚである請求項４記載の方法。
【請求項６】
オーディオ信号を記録媒体に記録する方法であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る段階と、
上記圧縮されたオーディオ信号を上記記録媒体に記録する段階とを含み、
上記方法は更に、
上記オーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出し、上記抽出された信号パワーとの相関により圧縮利得の推定を得ることにより、上記圧縮段階において得られる圧縮利得を推定する段階と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮段階を制御する段階とを含む方法。
【請求項７】
上記圧縮段階は、上記オーディオ信号を、上記推定された圧縮利得に応答して適応雑音整形変調することにより、デジタル信号に変換する段階を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
オーディオ信号を送信する方法であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る段階と、
上記圧縮されたオーディオ信号を、伝送媒体を介し送信する段階とを含み、
上記方法は更に、
上記オーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出し、上記抽出された信号パワーとの相関により圧縮利得の推定を得ることにより、上記圧縮段階において得られる圧縮利得を推定する段階と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮段階を制御する段階とを含む方法。
【請求項９】
所与のオーディオ信号を圧縮する際に得られる圧縮利得を推定する装置であって、
上記所与のオーディオ信号の選択された周波数帯域における信号パワーを抽出する手段と、
上記抽出された信号パワーとの相関により上記圧縮利得の推定を得る手段とを含む装置。
【請求項１０】
オーディオ信号を記録媒体に記録する記録装置であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る手段と、
上記圧縮されたオーディオ信号を上記記録媒体に記録する手段とを含み、
上記記録装置は更に、
上記圧縮の際に得られる圧縮利得を推定する請求項９記載の装置と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮を制御する手段とを含む装置。
【請求項１１】
オーディオ信号を送信する送信器であって、
上記オーディオ信号を圧縮し、圧縮されたオーディオ信号を得る手段と、
上記圧縮されたオーディオ信号を、伝送媒体を介し送信する手段とを含み、
上記送信器は更に、
上記圧縮の際に得られる圧縮利得を推定する請求項９記載の装置と、
上記推定された圧縮利得に依存して上記圧縮を制御する手段とを含む送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号圧縮に関する。
【０００２】
国際特許出願ＷＯ９８／１６０１４は、オーディオ信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置を開示する。このデータ圧縮装置は、オーディオ信号を受信する入力端末と、オーディオ信号をＡ／Ｄ変換してビットストリームを得る１−ビットＡ／Ｄ変換器と、ビットストリーム信号にロスレスデータ圧縮ステップを行い、データ圧縮されたビットストリーム信号を得るロスレスコーダと、データ圧縮されたビットストリーム信号を供給する出力端末とを含む。更に、データ圧縮装置を含む記録装置及び送信器装置が開示される。更に、データ圧縮装置により供給されるデータ圧縮されたビットストリーム信号をデータ伸張するデータ伸張装置と、データ伸張装置を有する再生装置及び受信器装置も開示される。
【０００３】
本発明は、オーディオ圧縮の際の有利な圧縮利得推定を提供することを目的とする。このために、本発明は、独立項に記載するような圧縮利得を推定する方法及び装置、記録装置、及び、送信器を提供する。有利な実施例は、従属項に記載する。
【０００４】
圧縮利得推定は、例えば、一篇の音楽といったオーディオ信号列のオーサリング及び／又は編集に使用することができる。圧縮利得推定は、圧縮符号化による圧縮比の適応制御といった信号処理パラメータの制御に使用して、記憶又は記録媒体上に格納又は記録可能なデータ量の迅速な推定を与えることにより、スーパオーディオコンパクトディスク（ＳＡＣＤ）といった記録媒体の有限の最大記憶コンテンツ内に、例えば、一篇の音楽のコンテンツを記録することを可能にする。
【０００５】
理論的には、このような推定を得るには、一篇の音楽といったオーディオ信号の一部に対する平均の実際の圧縮比又は符号化利得を、全体のオーディオ信号列に対する圧縮比の指示として使用することが考えられる。しかし、このような取り組み方法では、一篇の音楽の形である典型的なオーディオ信号列は、かなり短い時間の相関で、かなり広い圧縮比又は符号化利得の変動を有する。そのため、所望されるレベルの精度又は正確さを有する圧縮比推定を得るには、信号列の非常に多くの部分を使用しなければならない。計算時間の要件により、このような解決策は、実際には容認されないであろう。
【０００６】
本発明の第１の面によると、得られる圧縮利得の有利な推定は、オーディオ信号の選択される周波数帯域に含まれる信号パワーを抽出し、その推定を、抽出される信号パワーとの相関により得る。本発明の第１の面は、圧縮比又は符号化利得の迅速な推定は、オーディオ信号の信号パワーと圧縮利得との間の相関を使用することにより入手可能であるという見識に基づいている。この面は、例えば、ダイレクトストリームデジタル形式の１ビットのビットストリーム信号をロスレスに圧縮する際に特に有利である。
【０００７】
尚、標準的なＰＣＭ符号化から、得られる符号化利得は、信号パワーにおける構造（平らさ）の程度に直接関連することが周知である。しかし、本発明の上述の面では、信号パワー自体を使用し、構造は使用しない。
【０００８】
以下において、本発明を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
ロスレスエンコーダを調べてみると、例えば、２０ｋＨｚまでのオーディオ信号帯域自体では、圧縮比に対し比較的平らな応答曲線が、信号パワーの関数として存在し、信号パワーｓｐに依存する圧縮利得ｃｇのかなりスティープな応答は、オーディオ信号帯域外の信号帯域に対し得られることが示される。このことは、例えば、２０乃至５０ｋＨｚの信号帯域に対しての図１に示す。
【００１０】
図２のブロック図に示す信号処理装置では、この際立った相関を使用して、ロスレス符号化により得られる圧縮比又は符号化利得の推定を得る。アナログでもデジタルであってもよい入力オーディオ信号は、信号プロセッサ１に供給され、ここでは、入力オーディオ信号は、パラメータ制御装置２により決定される少なくとも１つの可変処理パラメータに依存して処理される。図示する例では、制御装置２により生成される制御信号は、適応シグマデルタ変調器３の適応を制御し、変調器３は、１ビットのビットストリーム信号といったいわゆるＤＳＤ（ダイレクトストリームデジタル）形式のデータストリーム信号を形成し、これは、信号プロセッサ１からの出力信号としてロスレスエンコーダ４に供給される。エンコーダ４内で得られる圧縮利得は、信号プロセッサ１の制御に使用される可変パラメータの変動によって著しく影響を受け、これは、結果として、図２に示すＤＶＤディスク５へのＳＡＣＤ記録といったような記録媒体によって記録又は格納され得るデータ量に強く影響を与え得る。「Ａｕｄｉｏ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」なる名称で本願と同一の優先日を有する本出願人の同時係属出願を参照されたい。
【００１１】
本発明の実施例によると、ＤＳＤ形式のビットストリーム信号の信号パワーと、圧縮利得との間の図１に示すような相関は、符号化利得の迅速且つ正確な推定を与えるよう使用される。図示するように、信号パワーは、信号プロセッサ１からの出力に接続される抽出及び相関装置６により、ビットストリーム信号から抽出され、圧縮比又は符号化利得推定は、入力制御信号としてパラメータ制御装置２に供給される。
【００１２】
図示するように、パラメータ制御される信号プロセッサ１の構成素子は、一般的に、適応シグマデルタ変調器３である。幾つかの取り組み方法が、シグマデルタ変調器の構造の適応又は変更を行うために使用可能である。例えば、異なるオーダを有するシグマデルタ変調器の構造間でシフトする、又は、変調器の高周波雑音において構造を形成するといった取り組み方法がある。
【００１３】
従って、第３のオーダの、第５のオーダの、又は、第７のオーダの変調器構造間でシフトすることにより、圧縮比は、一般的に、第３のオーダの構造に対する約３．７から、第７のオーダの構造に対するたった２．３又はそれ以下に亘る範囲で得られ、このことは、エンコーダ４からの圧縮されたビットストリーム信号のデータ量を、例えば、ＤＶＤディスク５といった記録媒体の限られた記録又は記憶容量にフィットするよう整形するために使用される。
【００１４】
図３は、図２に示す信号プロセッサ１に使用する第５のオーダのシグマデルタ変調器の好適なトポロジーを示す。図示するトポロジーは、多数の共振器構造に基づいており、共振器Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒ５のフィードバックループにおける係数ｃ１、ｃ２、…、ｃ５が、ループフィルタの極（又は、雑音伝達関数のゼロ）を決定する。図示するトポロジーは第５のオーダの変調器に対するものであるが、同一のトポロジーを、単にもう１つの共振器構造を付加することにより第７のオーダの変調器に使用してもよい。
【００１５】
シグマデルタ変調器の通常の設計では、極は通常オーディオ帯域内に配置される。しかし、本発明では、少なくとも１つの極を、オーディオ帯域外に配置し、シグマデルタスペクトルの高周波部（それ以外は略平らである）に追加の構造を形成することが好適である。
【００１６】
従って、シグマデルタ変調器の標準設計では、極は、一般的に８．７、１５．７、及び、１９．５ＩｋＨｚに配置されるが、本発明では、最後の極は、２０ｋＨｚ領域から高い周波数領域、例えば、３００ｋＨｚ以上の周波数にシフトすることが好適であり、これは、圧縮利得のかなりの増加につながる。このことは、信号対雑音のパフォーマンスを僅かに低下させる場合があるが、これは、通常は、全く容認可能であり、というのは、余分の雑音は、人間の耳にはあまり聞こえない高い周波帯域に発生するからである。
【００１７】
極位置を、２０ｋＨｚ領域から高周波にシフトすることは、現行の変調器構造に、例えば、低域通過ループフィルタに並列して、別個の追加の帯域通過フィルタを付加することにより達成される。２次バターワース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）帯域通過フィルタを上述したような並列フィルタとして使用することにより、かなりの圧縮利得の増加が実現され、変調器は大きい入力に対し依然として安定し、オーディオ帯域における信号対雑音のパフォーマンスは依然として変更されていない変調器と比べても実質的に変化しない。
【００１８】
異なるシグマデルタ変調器構造間でシフトすることは、ビットストリーム信号の一部の周波数帯域における信号パワーと、圧縮比又は符号化利得との間の関係に変動をもたらす場合があり、従って、圧縮比推定のための基礎として使用する相関に影響を与える場合があるという事実を考慮することにより、相関を固定するために最初にキャリブレーション処理を行うことが有利である。
【００１９】
この目的のため、固定シグマデルタ変調器が、ロスレスエンコーダ４前の最終処理装置として組込まれる。これは、図２中、破線のブロック７に示す。従って、信号パワーは、固定シグマデルタ変調器７からロスレスエンコーダ４に供給される信号から抽出されることが好適である。
【００２０】
図２に示す上述の信号プロセッサの実施例では、適応シグマデルタ変調器を使用して、ビットストリーム信号の信号パワーから得られる相関に応答して圧縮比又は符号化利得を適応する又は変更するが、固定或いは適応型のシグマデルタ変調器前で、信号プロセッサにおける帯域幅制限低域通過フィルタの組み込みの信号レベルを減少するといった他のアプローチも、別個に又は組合わせて使用してもよい。
【００２１】
更に、本発明の実施例による方法を実行する信号処理装置は、後続の圧縮符号化において得られる圧縮比の推定を、例えば、オーディオ信号列の、純粋な評価、フォーマッティング、オーサリング、及び／又は編集のためのスタジオ環境に別個で使用可能である限りは、それ自体が圧縮符号化手段を含む必要はない。
【００２２】
上述した実施例は、本発明を例示するものであって、制限するものではないことを理解すべきである。当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替となる実施例を設計することが可能である。請求項において、括弧内に置かれる任意の参照符号は、その請求項を制限するものではない。「含む」という用語は、請求項に列挙される構成素子及び段階以外の構成素子及び段階の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の構成素子を含むハードウェア、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実施可能である。装置請求項において、幾つかの手段が列挙されるが、手段のうちのいくつかは、全く同一のハードウェアアイテムとして具現化されることが可能である。特定の手段が相互に異なる従属項において記載されるという事実は、これらの手段を有利に組合わせて使用することができないということを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
圧縮利得とオーディオ信号の選択周波数帯域における信号パワーとの関係を示す図である。
【図２】
本発明の信号処理装置の実施例が組込まれるデジタルオーディオ信号記録又は送信チェーンを示す単純化されたブロック図である。
【図３】
図２に示す信号プロセッサに使用する第５のオーダのシグマデルタ変調器を示す単純化されたトポロジー図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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