(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号のデータ処理のためのデータ処理装置において、
前記オーディオ信号を受信するための入力手段と；
前記オーディオ信号に対し変換を実行して１ビットのビットストリーム信号を得るためのシグマ−デルタ変調器手段を含む変換手段と；
前記１ビットのビットストリーム又は残留ビットストリーム信号に対して予測ステップを実行して、予測ビットストリーム信号を得るための予測手段と；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して、残留ビットストリーム信号を得るための信号結合手段と；
前記残留ビットストリーム信号を供給するための出力手段と；
を有して成ることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ処理装置において、前記オーディオ信号はアナログオーディオ信号であり、且つ前記変換手段は、前記アナログオーディオ信号に対し１ビットＡ／Ｄ変換を実行して前記ビットストリーム信号を得るためのＡ／Ｄ変換手段を含むことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ処理装置において、前記Ａ／Ｄ変換手段はシグマーデルタ変調器であることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載のデータ処理装置において、ｎ及びｍを０より大きい整数とするときに、前記予測手段は、前記ビットストリーム信号中のｎ個の連続するビットからｍ個の予測ビットを予測するための予測ユニットを含んで成り、前記ｍ個の予測ビットは、前記ビットストリーム信号中の前記ｎ個の連続するビットに続く前記ビットストリーム信号中のｍ個の連続するビットの予測値であることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のデータ処理装置において、前記信号結合手段は、前記ｍ個の予測ビットを前記ビットストリーム信号中の前記ｍ個の連続するビットと結合して前記残留ビットストリーム信号のｍ個の連続するビットを得るべく構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載のデータ処理装置において、前記信号結合手段はＥＸＯＲゲートを含むことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項７】
請求項４、５又は６に記載のデータ処理装置において、前記予測手段は、前記ビットストリーム信号からのｎビットのシーケンスに応答してｍ個の予測ビットを供給するための変換表を含むことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のデータ処理装置において、ｍ1及びｍ2を相互に等しくない整数とするとき、前記変換表はビットストリーム信号のｎビットの第１シーケンスに対しｍ1個の予測ビットを供給し、且つビットストリーム信号のｎビットの第２シーケンスに対しｍ2個の予測ビットを供給するように構成され、前記ｎビットの第１シーケンスと前記ｎビットの第２シーケンスとは互いに等しくないことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項９】
請求項４又は８に記載のデータ処理装置において、前記予測手段は、前記ビットストリーム信号の一部について、前記ビットストリーム信号のｎ個の連続するビットの所定シーケンスに続くｍビットのシーケンスであって、前記所定シーケンスの発生後の生起確率が最も高いｍビットのシーケンスを特定するための計算手段と；前記ｍビットのシーケンスを、ｍ個の予測ビットとして、前記ｎビットの所定シーケンスに割り当てるための割当て手段と；を有することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１０】
オーディオ信号のデータ処理のためのデータ処理方法において、
該データ処理方法は：
オーディオ信号を受信するステップと；
前記オーディオ信号に対して変換を実行して１ビットのビットストリーム信号を得るステップであって、シグマ−デルタ変調ステップを含むステップと；
前記１ビットのビットストリーム信号又は残留ビットストリーム信号に対して予測ステップを実行して、予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して残留信号を得るステップと；
前記残留信号を供給するステップと
を有して成ることを特徴とするデータ処理方法。
【請求項１１】
請求項１ないし９のうちのいずれか１項に記載のデータ処理装置を具えた、伝送媒体を経由してオーディオ信号を伝送するための送信機において、
前記残留ビットストリーム信号をデータ圧縮して、データ圧縮された残留ビットストリーム信号を得るためのデータ圧縮手段と；
前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を前記伝送媒体に与えるための伝送手段と；
を更に有して成ることを特徴とする送信機。
【請求項１２】
請求項７又は８に記載のデータ処理装置を具えた、請求項１１に記載の送信機において、前記伝送手段は更に、変換表を表す補助情報を前記伝送媒体に与えるべく構成されていることを特徴とする送信機。
【請求項１３】
請求項１１に記載の送信機において、前記残留ビットストリーム信号を前記伝送媒体に与える前に、前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を誤り訂正符号化及び／又はチャネル符号化するための誤り訂正符号化手段及び／又はチャネル符号化手段を更に具えていることを特徴とする送信機。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のうちのいずれか１項に記載の送信機において、前記送信機はオーディオ信号を記録担体上に記録するための機器の形態であり、前記伝送手段は、前記残留ビットストリーム信号を前記記録担体上のトラックに書き込むための書き込み手段の形態であることを特徴とする送信機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の送信機において、前記記録担体は光学的又は磁気的記録担体であることを特徴とする送信機。
【請求項１６】
残留ビットストリーム信号をデータ処理して元のオーディオ信号のレプリカを得るためのデータ処理装置において、
前記残留ビットストリーム信号を受信するための入力手段と；
前記残留ビットストリーム信号を予測ビットストリーム信号と結合して、再変換されたビットストリーム信号を得るための信号結合手段と；
前記再変換されたビットストリーム信号又は残留ビットストリーム信号に対して予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るための予測手段と；
前記再変換されたビットストリーム信号に対しＤ／Ａ変換を実行して、前記元のオーディオ信号のレプリカを得るためのＤ／Ａ変換手段と；
前記元のオーディオ信号のレプリカを供給するための出力手段と；
を有して成ることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のデータ処理装置において、ｎ及びｍを０より大きい整数とするとき、前記予測手段は、前記再変換されたビットストリーム信号中のｎ個の連続ビットからｍ個の予測ビットを予測するための予測ユニットを有し、前記ｍ個の予測ビットは、前記再変換されたビットストリーム信号中の前記ｎ個の連続ビットに続く前記再変換されたビットストリーム信号中の前記ｍ個の連続ビットの予測値であることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のデータ処理装置において、前記信号結合手段は、前記ｍ個の予測ビットを前記残留ビットストリーム信号中のｍ個のビットと結合して、前記再変換されたビットストリーム信号中の前記ｍ個の連続ビットを得るべく構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のデータ処理装置において、前記信号結合手段はＥＸＯＲゲートを有することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２０】
請求項１７、１８又は１９に記載のデータ処理装置において、前記予測手段は、前記再変換されたビットストリーム信号からのｎビットのシーケンスに応じてｍ個の予測ビットを供給するための変換表を有することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のデータ処理装置において、上記変換表は、ｍ1及びｍ2を相互に等しくない整数とするとき、前記再変換されたビットストリーム信号のｎビットの第１シーケンスに対してｍ1個の予測ビットを供給し、前記再変換されたビットストリーム信号のｎビットの第２シーケンスに対してｍ2個の予測ビットを供給すべく構成され、前記ｎビットの第１シーケンスと前記ｎビットの第２シーケンスとは互いに等しくないことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２２】
残留ビットストリーム信号をデータ処理して元のオーディオ信号のレプリカを得るためのデータ処理方法において：
前記残留ビットストリーム信号を受信するステップと；
前記残留ビットストリーム信号を予測ビットストリーム信号と結合して、再変換されたビットストリーム信号を得るステップと；
前記再変換されたビットストリーム信号又は残留ビットストリーム信号に対する予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記再変換されたビットストリーム信号にＤ／Ａ変換を実行して、前記元のオーディオ信号のレプリカを得るステップと；
前記元のオーディオ信号のレプリカを供給するステップと；
を具えていることを特徴とするデータ処理方法。
【請求項２３】
請求項１６ないし２１のうちのいずれか１項に記載のデータ処理装置を具えた、伝送媒体を経由してオーディオ信号を受信するための受信機において、
データ圧縮された残留ビットストリーム信号を前記伝送媒体から受信するための受信手段と；
データ圧縮された残留ビットストリーム信号に対するデータ伸張ステップを実行して、前記残留ビットストリーム信号を得るための伸張手段と
を更に具えていることを特徴とする受信機。
【請求項２４】
請求項２０又は２１に記載のデータ処理装置を含む請求項２３に記載の受信機において、前記受信手段は更に、変換表を表す補助情報を前記伝送媒体から受信すべく構成されていることを特徴とする受信機。
【請求項２５】
請求項２３に記載の受信機において、前記伝送媒体から受信した信号を、チャネル復号化及び／又は誤り訂正復号化して前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を得るためのチャネル複合化手段及び／又は誤り訂正復号化手段を更に具えていることを特徴とする受信機。
【請求項２６】
請求項２３ないし２５のうちのいずれか１項に記載の受信機において、前記受信機は、記録担体からのオーディオ信号を再生するための機器の形態であり、前記受信手段は、前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を前記記録担体のトラックから読み取るための読み取り手段の形態であることを特徴とする受信機。
【請求項２７】
ビットストリーム信号をデータ処理するためのデータ処理装置において、
１ビットのビットストリーム信号を受信するための入力手段と；
信号に対し予測ステップを実行して、予測ビットストリーム信号を得るための予測手段と；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して残留ピットストリーム信号を得るための信号結合手段と；
前記残留ビットストリーム信号をデータ圧縮するためのデータ圧縮手段であって、前記データ圧縮手段は、確率信号に応答して前記残留ビットストリーム信号をエントロピー符号化して、データ圧縮された残留ビットストリーム信号を得るエントロピー符号化器の形態であり、
前記データ処理装置が更に、前記予測手段からの前記確率信号を特定する確率信号特定手段と；
前記データ圧縮された残留ピットストリーム信号を供給するための出力手段と
を具えていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載データ処理装置において、
前記予測手段はその入力に供給されるビットストリーム信号に対して予測フイルタ操作を実行して多値出力信号を得るための予測フイルタ手段と；前記多値出力信号に対して量子化ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るための量子化手段とを具え、
前記確率信号特定手段は、前記確率信号を前記値出力信号から導出すべく構成されていることを特徴とするデータ処理装置
【請求項２９】
ビットストリーム信号をデータ処理するためのデータ処理方法において：
１ビットのビットストリーム信号を受信するステップと；
信号に対し予測ステップを実行して予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して残留ビットストリーム信号を得るステップと；
確率信号に応答して、前記残留ビットストリーム信号をエントロピー符号化することによって前記残留ビットストリーム信号をデータ圧縮して、データ圧縮された残留ビットストリーム信号を得るステップであって、前記確率信号を特定するサブステップを更に具えたステップと；
前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を供給するステップと
を具えていることを特徴とするデータ処理方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載のデータ処理方法において、前記予測ステップは、前記ビットストリーム信号に対し予測フイルタ操作を実行して前記多値出力信号を得るサブスティックと、前記多値出力信号に量子化ステップを実行して前記された予測ビットストリーム信号を得るサブステップとを具え、前記確率信号を特定するサブステップは、前記確率
信号を前記多値出力信号から導出することを含むことを特徴とするデータ処理方法。
【請求項３１】
ビットストリーム信号をデータ処理するためのデータ処理装置において、１ビットのビットストリーム信号を受信するための入力手段と；
信号に対し予測ステップを実行して予測ビットストリーム信号を得るための予測手段と；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して、
残留ビットストリーム信号を得るための信号結合手段と、
前記残留ビットストリーム信号を供給するための出力手段とを具え、
ｎを１より大きい整数とし、前記予測手段が、その入力に供給される前記ビットストリーム信号に対して積分操作を実行して疑似オーディオ信号を得るための積分手段と、前記積分手段によって生成された前記疑似オーディオ信号の最後のｎ個のサンプルから外挿サンプルを導出するための外挿手段と、前記外挿サンプルと、前記積分手段によって生成された前記オーディオ信号の最後のサンプルとから、前記予測ビットストリーム信号の次のビット値を導出するための導出手段とを具えていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３２】
ビットストリーム信号をデータ処理するためのデータ処理方法において：
１ビットのビットストリーム信号を受信するステップと；
信号に対して予測ステップを実行して予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記ビットストリーム信号と前記予測ビットストリーム信号とを結合して残留信号を得るステップと；
前記残留信号を供給するステップとを具え、
前記上記予測ステップは：
受信した前記ビットストリーム信号に対し積分操作を実行して、疑似オーディオ信号を得るサブステップ；
ｎを１より大きい整数とし、前記積分するサブステップで生成された前記疑似オーディオ信号の最後のｎ個のサンプルから外挿サンプルを導出するサブステップと；
前記外挿サンプルと、前記積分するサブステップで生成された前記疑似オーディオ信号の最後のサンプルとから、前記予測ビットストリーム信号の次のビット値を導出するサブステップと
を具えていることを特徴とするデータ処理方法。
【請求項３３】
データ圧縮された残留ビットストリーム信号をデータ処理して、ビットストリーム信号のレプリカを得るためのデータ処理装青において、
前記データ圧縮された残留ピットストリーム信号を受信するための入力手段と；
確率信号に応答して、前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号をエントロピー復号化して前記残留ビットストリーム信号のレプリカを得るためのエントロピー複合化器の形態のデータ伸張手段と；
前記確率信号を供給する手段と・
前記残留ビットストリーム信号と予測ビットストリーム信号とを結合して、再変換されたビットストリーム信号を得るための信号結合手段と；
信号に対し予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号得るための予測手段と；
前記再変換されたビットストリーム信号を供給する出力手段と
を具えていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３４】
データ圧縮された残留ビットストリーム信号をデータ処理してビットストリーム信号のレプリカそ得るためのデータ処理方法において：
前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号を受信するステップと；
前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号をデータ伸張して前記残留ビットストリーム信号のレプリカを得るステップであって、確率信号に応答して前記データ圧縮された残留ビットストリーム信号に対しエントロピー復号化ステップを実行するサブステップ、及び上記確率信号を供給するサブステップを含むステップと；
前記残留ビットストリーム信号と予測ビットストリーム信号とを結合して再変換されたビットストリーム信号を得るステップと；
信号に対し予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記再変換されたビットストリーム信号を供給するステップと；
を具えていることを特徴とするデータ処理方法。
【請求項３５】
残留ピットストリーム信号をデータ処理して、ビットストリーム信号のレプリカを得るためのデータ処理装置において、
前記残留ビットストリーム信号を受信するための入力手段と；
前記残留ビットストリーム信号を予測ビットストリーム信号と結合して、再変換されたビットストリーム信号を得るための信号結合手段と；
信号に対して予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るための予測手段と；
前記再変換されたビットストリーム信号を供給するための出力手段と：
を具え、
前記予測手段は、
その入力に供給される信号に対し積分操作を実行して疑似オーディオ信号を得るための積分手段と；
ｎを１より大きい整数とし、前記積分手段によって生成された前記疑似オーディオ信号の最後のｎ個のサンプルから外挿サンプルを導出するための外挿手段と；
前記外挿サンプルと、前記積分手段によって生成された前記疑似オーディオ信号の最後のサンプルとから、前記予測ビットストリーム信号の次のビット値を導出するための導出手段と
を具えていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３６】
残留ビットストリーム信号をデータ処理して、ビットストリーム信号のレプリカを得るためのデータ処理方法において：
前記残留ビットストリーム信号を受信するステップと；
前記残留ビットストリーム信号と予測ビットストリーム信号とを結合して、再変換されたビットストリーム信号を得るステップと；
信号に予測ステップを実行して前記予測ビットストリーム信号を得るステップと；
前記再変換されたビットストリーム信号を供給するステップと
を具え、
前記予側ステップは：
前記ビットストリーム信号に対して積分演算を実行して疑似オーディオ信号を得るサブステップと；
ｎを１より大きい整数とし、前記積分サブステップにおいて生成された最後のｎ個のサンプルから外挿サンプルを導出するサブステップと；
前記外挿サンプルと、前記積分サブステップにおいて生成された前記疑似オーディオ信号の最後のサンプルとから、前記予測ビットストリーム信号の次のビット値を導出するサブステップと
を具えていることを特徴とするデータ処理方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、オーディオ信号のデータ処理のためのデータ処理装置、データ処理方法、上記データ処理装置を有する送信機、記録装置の形式の送信機、記録担体、入力信号をオーディオ信号のレプリカに再変換するための第２データ処理装置、上記第２データ処理装置を有する受信機、再生装置の形をした受信機、及びデータ圧縮された残留ビットストリーム信号を有する伝送信号、に関する。
オーディオ信号のデータ処理は、その分野においては周知である。この点に関し、本明細書の末尾にある関連資料リストに資料（D1）として掲げたヨーロッパ特許出願第EP-A 402,973号を参照文献として引用する。本文献は、オーディオ信号が例えば44.1kHzのような特定のサンプリング周波数によってA/D変換されて、オーディオ信号の例えば24ビット幅のワードに変形された結果として生じるサンプルが副帯域（subband）分割フイルタに供給される副帯域符号器を記述している。副帯域分割フイルタは、広帯域ディジタルオーディオ信号を複数の相対的に狭帯域の副帯域信号に分割する。心理音響（psycho acoustic）モデルを使用してマスクされるしきい値が得られ、副帯域信号のサンプルのブロックは、上記のマスクされたしきい値に応じて、副帯域信号の各ブロックに対しサンプル毎に特定のビット数で連続的に量子化され、その結果として、伝送されるオーディオ信号の顕著なデータ圧縮が達成される。実行されるデータ圧縮は、オーディオ信号中の聴取できない（inaudible）コンポーネントを「捨て去る」ことに基づき、従って損失方式の圧縮法である。文献D1に記述のデータ圧縮は、むしろインテリジェント・データ圧縮法であり、ハードウエア又はソフトウエアで実現されるときに、かなりの数のゲートと命令を必要とするので高価になる。さらに、これに続く拡大装置もまた、ハードウエア又はソフトウエアで実現されるときに、かなりの数のゲート又は命令を必要とする。
本発明は、比較的簡単な方法で、無損失の符号器によりデータが圧縮されることが可能となるオーディオ信号を処理するためのデータ処理装置の供給を目的とする。更に本発明は、処理されたビットストリーム信号をオーディオ信号のレプリカに再変換するための、対応するデータ処理装置を供給することを目的とする。
本発明によるデータ処理装置は、
-  オーディオ信号を受信するための入力手段と；
-  １ビットのビットストリーム信号を得るように、オーディオ信号に対し変換を実行するためのシグマ―デルタ変調器手段を含む変換手段と；
-  予測されたビットストリーム信号を得るように、信号に対して予測ステップを実行するための予測手段と；
-  残留ビットストリーム信号を得るように、ビットストリーム信号と予測されたビットストリーム信号とを結合させるための信号結合手段と；
-  残留ビットストリーム信号を供給するための出力手段と；
を有して成る。
本発明は、下記の認識に基づく。ビットストリーム信号はかなりの量の容量を占める。これを例示するために：光学的オーディオディスクの新規規格に対する現在の提案において、該ディスクはfs＝44.1kHzとするとき64fsによりサンプルされる２チャネルのビットストリームに変換されたオーディオ信号を有する。これは現在のCDオーディオディスクに較べて４倍の高速になる。本明細書の末尾にある関連資料リストに資料（D7）として掲げた本件と同一出願人によるヨーロッパ特許出願No.96202807.2において論議されているように、例えば固定ハフマン（Huffuman）テーブル符号化のような低複雑度の無損失符号化アルゴリズムが、この容量をある程度少なくすることが可能である。また、例えばLempel-Zivのような一層精巧で一層複雑なアルゴリズムを使用して、一層高度の無損失圧縮比の得られることが、実験により明らかにされている。
主として、オーディオ／音声の符号化において、線形予測は強力な手段であることが知られている。量子化の前に、オーディオ／音声の信号から冗長性を除去することにより、量子化後の信号のエントロピーを顕著に減少させられる。予測装置の入力及び出力の信号は、浮動小数点又はマルチビット表現である。
ビットストリーム信号の無損失符号化において、特に復調器側でのアルゴリズムの複雑度が重要である。しかし一般的に、無損失符号化アルゴリズムの性能はその複雑度に密接な関係がある。
本発明によれば、予測はビットストリーム信号に対して使用される。換言すれば、「０」又は「１」のいずれかと云うただ２個の異なる表示シンボルを持つ信号に対して使用される。これは、最低限度の複雑度を追加するだけで無損失圧縮性能を向上するという利点を有する。
実験によれば、結果的に生じる信号の統計に対して第３次の予測が相当な効果を持つことが明らかにされている。予測を用いて、データ圧縮に先立つ前処理ステップとして「１」ビットの確率を50％から約20％に減少させることが出来る。その効果として、本発明による装置の出力が、簡単なハフマン符号化又はランレングス符号化により利用できる「０」の長い列を有することになる。
オーディオ信号はアナログ形又はディジタル形で適用することが出来る。本発明によれば、アナログオーディオを１ビットA/D変換器（ビットストリーム変換器又はシグマ―デルタ変調器とも呼ばれる）により変換するとき、A/D変換されるオーディオ信号は、一般的に44.1kHz又は48kHzの倍数の周波数によりサンプルされる。１ビットA/D変換器の出力信号は、ビットストリーム信号と名付けられる２値信号である。オーディオ信号が例えば44.1kHzでサンプルされるディジタルの形式で供給されるとき、サンプルは例えばサンプル毎に16ビットで表現されるが、このディジタル・オーディオ信号は、再びこの44.1kHz（又は48kHz）というサンプリング周波数の倍数の周波数でオーバサンプリングされ（oversampled）、１ビットのビットストリーム信号になる。
オーディオ信号を１ビットのビットストリーム信号に変換することは多くの長所を有する。ビットストリーム信号変換は、高品質の符号化法であり、高品質の復号又は一層簡単な復号回路という一層の有利さを伴う低品質の復号の可能性を持つ。この点に関しては、本明細書の末尾にある関連資料リストに資料（D2）として掲げたJ.J.van der Kamによる‘A digital decimating filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals’及び関連資料リストに資料（D3）として掲げたKirk C.H.Chaoその他による‘A higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters’を参考文献として引用する。
１ビットD/A変換器は、一例としてビットストリーム・オーディオ信号をアナログ・オーディオ信号に再変換するためにCDプレーヤで使用される。しかしCDディスクに記録される信号は、ディスクに記録前にデータが圧縮されているものではない。
１ビットA/D変換器の結果として生じるビットストリーム信号が、大雑把にいえば「雑音類似の」周波数スペクトラムを持つランダム信号であることは、その分野ではよく知られている。このようなタイプの信号をデータ圧縮することは困難である。
しかし驚くべきことに、データ圧縮に先立って予測ステップを適用することは確立されている、例えば、無損失符号器の使用により、１ビットA/D変換器からのビットストリーム信号は雑音の多い特性をもつにも拘わらず、顕著なデータ削減が可能である。
本発明のこれらのまたその他の態様が、下記の図面の説明に記述の実施例を参照して明確にされ、且つ解明されるであろう。ここで：
図１は、データ処理装置の実施例を示す図であり、
図２は、図１の装置に使用の予測ユニットの実施例の一部を示す図であり、
図３は、データ処理装置に組み込まれる予測ユニットと信号結合ユニットとの実施例を示す図であり、
図４は、記録キャリアに残留ビットストリーム信号を記録するための記録装置に組み込まれる図１のデータ処理装置を示す図であり、
図５は、残留ビットストリーム信号を伝送媒体を経由して伝送するための伝送装置に組み込まれるデータ処理装置を示す図であり、
図６は、誤り訂正符号器及びチャネル符号器が更に供給される記録装置の別の実施例を示す図であり、
図７は、残留ビットストリーム信号を最初のオーディオ信号のレプリカに再変換するための他の一つのデータ処理装置の実施例を示す図であり、
図８は、図７の装置に組み込まれる信号結合ユニット及び予測ユニットの実施例を示す図であり、
図９は、記録キャリアからの残留ビットストリーム信号を再現するための再生装置に組み込まれる図７のデータ処理装置を示す図であり、また、
図10は、伝送媒体からの残留ビットストリーム信号を受信するための受信装置に組み込まれる図７のデータ処理装置を示す図であり、
図11は、チャネル復号器及び誤り訂正ユニットが更に供給される再生装置の別の実施例を示す図であり、
図12は、図１の装置中の予測ユニットの他の一つの実施例に対する変換テーブルの誘導を示す図であり、
図13は、データ処理装置の他の一つの実施例を示す図であり、
図14は、図13の装置により得られる残留ビットストリーム信号を最初のオーディオ信号のレプリカに再変換するためのデータ処理装置の実施例を示す図であり、
図15は、記録装置へのデータ圧縮ユニットの適用を示す図であり、
図16は、再生装置へのデータ伸張ユニットの適用を示す図であり、
図17Aは、図１の１ビットA/D変換器の出力信号の周波数スペクトルを示す図であり、また図17Bは、狭い周波数範囲での同一の出力信号の周波数スペクトルを示す図であり、
図18は、図１の装置の一変形を示す図であり、
図19は、算術符号器を持つデータ処理装置を示す図であり、
図20は、算術復号器を持つデータ処理装置を示す図である。
図１は、オーディオ信号の受信のための入力端子１を有する本発明によるデータ処理装置の実施例を示す。この例では、オーディオ信号はアナログ・オーディオ信号である。入力端子１はシグマ-デルタ変調器とも呼ばれる１ビットA/D変換器４の入力端子２に結合されている。１ビットA/D変換器４の出力６は予測ユニット10の入力端子８及び信号結合ユニット42の第１入力40に結合されている。予測ユニット10の出力12は信号結合ユニット42の第２入力44に結合され、信号結合ユニット42の出力48は出力端子14に結合されている。
１ビットA/D変換器４は、出力６に供給されるビットストリーム信号が得られるように、１ビットA/D変換をオーディオ信号に実施するのに適合している。この目的のために、A/D変換器４はＮ．fsに等しいサンプリング周波数を入力16を経由して受け取る。周波数fsは、例えば32kHz,44.1kHz又は48kHzに等しい周波数であり、また、Ｎは64のような大きい数である。オーディオ信号はA/D変換器４において、例えば2.8224MHz（64×44.1kHz）のサンプリング周波数でサンプルされる。従ってA/D変換器の出力６に現れるビットストリーム信号は、ビットレートとして2.8224MHzを持つ。
予測手段10は、その出力12に予測ビットストリーム信号が得られるように、その入力８に加えられるビットストリーム信号に対し予測ステップを実行するように適合されている。信号結合手段42は、その出力14に与えられる残留ビットストリーム信号が得られるように、入力40に加えられるビットストリーム信号と入力44に加えられる予測ビットストリーム信号を結合するように適合されている。
図17Aは2.8224MHzのサンプリング周波数でサンプルされる5kHz正弦曲線の形状の入力信号に対しA/D変換器４の出力６に現れるビットストリーム信号の周波数スペクトルを示す。従って、このスペクトルはOHzと1.4MHzの間の周波数を示す。図17Bはビットストリーム信号中に含まれる5kHz正弦曲線を一層明瞭に示すために図17Aに示されるスペクトルの一部分、即ち0Hzと100kHzの間の部分を示す。明瞭に見えることは、ビットストリーム信号の、特に高い周波数領域における、雑音に類似の特性であり、上記の残留信号が得られるようにビットストリーム信号の予測値（predicted version）とビットストリーム信号との連続的な信号の結合によって上記信号に対する予測ステップを実行することは、残留信号のエントロピーの減少が予測ユニットの一般的な目的にも関わらず、予測ユニットへの入力信号に比較して、残留信号のエントロピーのかなりの量の減少にはならないことを意味するように思われる。
これに反して、ビットストリーム信号の雑音に類似の特性にも拘わらず、予測ステップの実行によって残留ビットストリーム信号のエントロピーの顕著な減少が得られることが、調査によって明らかになった。
予測ユニット10はどのような形式でもよく、予測ユニット10の出力信号はビットストリーム信号の予測されたものであるようにフイルタの諸係数が選択される（又は導かれる）ところのFIRフイルタ又はIIRフイルタを有するであろう。
予測ユニット10の他の一つの実施例は、図２及び図３を参照して更に説明されるであろう。図２は予測ユニット10の入力８に結合する入力を持つ３ビット・シフトレジスタ20を有する予測ユニット10の一部分を示す。３個のクロックパルス（図示されていない）をシフトレジスタ20へ加えることにより、入力８に加えられるビットストリーム信号の３個の連続するビットx1,x2,x3はシフトレジスタ20へシフトされる。予測ユニット10の入力８に結合した入力24を持つ検出器22が存在する。検出器22は、ビットストリーム信号中の３個の連続するビットx1,x2,x3に直接続く次のビットx4のビット値を検出する。更に、特定の３ビットのビットシーケンスx1,x2,x3の次に「０」ビットが来る回数及び同じ３ビットのビットシーケンスの次に「１」が来る回数を計数するカウンタ26が存在する。このことが、３個のビットのすべての可能な組み合わせである８個の３ビットのビットシーケンスx1,x2,x3に対してなされる。
別の方法で説明しよう。３ビットのビットシーケンス‘100’がシフトレジスタ20に蓄積され、且つ検出器24は次のビットx4が「０」であることを検出すると仮定しよう。結果として、カラム28の数Ｎ4,0が１つ増やされる。シフトレジスタ20へ次のクロックパルスが加えられると、今シフトレジスタ20に蓄積される３ビットのワードは‘000’に等しくなる。次のビットx4が今「１」であると仮定しよう。その結果、カラム30の数Ｎ0,1が１つ増やされる。
この過程はビットストリーム信号のかなり大きな部分に対し続けられる。ビットストリーム信号のこの部分がこの方法で処理されたとき、ここではｉを０から７まで動く数とすると、カラム28及び29は数Ｎi,0及びＮi,1により満たされることになるが、これはカラム32に与えられるｉ番目の３ビットシーケンスに続く次のビットとして「０」ビット又は「１」ビットが発生した回数をそれぞれ示している。
次に、予測される２値数x4’は、カラム32中のｉ番目のビットシーケンスに対するＮi,0及びＮi,1の計数値を最高のものにした２値数（「０」又は「１」）を取り入れることにより、カラム32中の３ビットシーケンスx1,x2,x3のそれぞれに対してカラム28及び30中の数から導かれる。一例として、もしＮ4,0が78であり、Ｎ4,1が532であれば、３ビットのビットシーケンス‘100’の発生に対応する予測２値数x4’としては「１」が選ばれる。このようにして、カラム32及び34を含む変換表が作成され、シフトレジスタ20に蓄積される８個の可能な３ビットシーケンスのそれぞれに対し、それに対応する予測ビットx4’が発生される。３ビットのビットシーケンスｉに対し、Ｎi,0及びＮi,1に対する計数値が同じになった場合は、予測ビットの値としてランダムに２個の２値数「０」又は「１」のいずれを選んで良い。
各３ビットのビット組み合わせに対する２個の計数器が前記３ビットのビット組み合わせに続く「０」及び「１」の計数に使用されることに注目すべきである。これにも関わらず、３ビットのビット組み合わせに続く「０」の発生を加算し３ビットのビット組み合わせに続く「１」の発生に応じて減算できるただ１個の計数器を使用することも可能であろう。試験過程の終了時の計数値が試験過程の開始時より高ければ、予測ビットには「０」が選ばれるであろう。もし計数値が試験過程の開始時より低ければ、予測ビットには「１」が選ばれるであろう。
もし処理すべき信号が殆ど時間に無関係であれば、ビットストリーム信号の次の部分から変換表を導く時に、同一の予測値x4’が得られるであろう。そのような場合は、変換表を１度導くのみで十分である。各種の特性を持つビットストリーム信号に対しては、ビットストリーム信号の連続する部分から変換表を毎回毎に導き、その自分自身で導いた変換表を使用してビットストリームのその部分の予測をすることが要求されるであろう。
図３は、予測ユニット10の他の一つの洗練された変形を信号結合ユニット42と共に示す。予測ユニット10の入力８は信号結合ユニット42の第１入力40に結合されている。図２を参照して上記で説明した方法で導かれる変換表を含む変換手段26’の出力46は、信号結合ユニット42の第２入力に結合され、信号結合ユニット42の出力48はデータ処理装置の出力14に結合されている。信号結合ユニット42はEXORの形式とすることができるが、その結合ユニット４２はまた、EXNORのような異なる構造とすることもあろう。
シフトレジスタ20に蓄積される３ビットのビットシーケンスx1,x2,x3に対応して、変換ユニット26’はその出力46にビットx4’を供給する。このビットx4’はシフトレジスタ20及び結合ユニット42の入力に現れるビットx4の予測である。結合ユニット42は、残留ビットが得られるようにビットx4とビットx4’とを結合させる。（ここには図示されない）続くクロック信号により、シフトレジスタ20の入力に現れるビットx4はシフトレジスタ20に移され、新しい３ビットシーケンスがシフトレジスタ20に蓄積される。変換ユニット26’は、シフトレジスタ20に蓄積されたこの新しい３ビットのビットシーケンスに応じて新しい予測ビットx4’を発生する。信号結合ユニット42は、新しい残留ビットを得るために、この新しい予測ビットx4’をいま入力40に現れている新しいビットx4と結合させる。このような方法で、残留ビットストリーム信号が得られる。
結合ユニット42はEXORであると仮定するならば、残留信号は下記の特性を持っている。ビットx4とビットx4’とは同じもの、すなわち「０」又は「１」と仮定しよう。するとEXORで供給される残留ビットは「０」である。いま、ビットx4とビットx4’とは互いに同一でないと仮定しよう。その結果、EXORによって残留ビットとして「１」が発生させられる。こうして、残留信号への「１」の発生は、結合ユニット42の入力44に加えられる予測ビットストリーム信号と入力40に加えられるビットストリーム信号との間の誤りの測定となる。
図４は、図３に示す予測ユニットを含むことのできる図１に示すデータ処理装置を有する記録装置の実施例を示す。該記録装置は、データ圧縮残留ビットストリーム信号へ残留ビットストリーム信号をデータ圧縮するためのデータ圧縮ユニット150、及び記録担体52上のトラックに書き込むための書き込みユニット50を更に有する。現在の例では、記録担体52は磁気記録担体であり、書き込みユニット50は残留ビットストリーム信号を記録担体52に書き込むための少なくとも１個の磁気ヘッド54を有する。しかし、記録担体はCDディスク又はDVDディスクのような光学的記録担体でもよい。
図５は、図３に示す予測ユニットを含むであろう図１に示すデータ処理装置を有する、送信媒体TRMを経由してオーディオ信号を送信するための送信機の実施例を示す。該送信機は、データ圧縮ユニット150及びデータ圧縮残留ビットストリーム信号を送信媒体TRMへ加えるための送信ユニット60を更に有する。送信ユニット60はアンテナ62を有するであろう。
無線周波リンク又は記録担体のような伝送担体を経由する伝送は、一般的に伝送されるべきデータ圧縮残留信号に対して実行される誤り訂正符号化及びチャネル符号化を必要とする。図６は、図４の記録配置のためにデータ圧縮残留信号に対して実行される信号処理ステップを示す。従って、図６の記録配置は、その分野で周知の誤り訂正符号器56及びその分野でこれも周知のチャネル符号器58を有する。
適用分野によっては、ビットストリーム信号を処理するのに固定変換表の使用で十分であると上記に説明した。残留ビットストリーム信号の元のビットストリーム信号のレプリカへの再変換においても、固定変換表で十分である。ビットストリーム信号の連続する各部分で残留ビットストリーム信号を発生させるためにそれに対応する変換表を決定する必要がある時には、残留ビットストリーム信号を元のビットストリーム信号のレプリカへの再変換において問題の部分に対して同一の変換表の使用が要求されるであろう。そのような状況下では、受信と同時にに再変換が可能なように、各種の連続する部分に使用される変換表を表現する補足情報を残留信号と共に伝送することが要求されるであろう。
他の例として、図１の処理装置において、ただ２個の変換表の使用で足りるならば、そのような補足情報は２個の変換表の１個を選択するための選択情報に過ぎないであろう。対応する再変換装置は又２個の変換表を所有し、且つ残留ビットストリーム信号が元のビットストリーム信号のレプリカへ再変換されるように２個の変換表の１個を選択するための選択信号が使用されるであろう。
しかし、ビットストリーム信号の一部分に対し変換表を導いた時は、再変換装置へこの変換表に対応する補足情報を伝送することが絶対的には必要でないことに注意する必要がある。再変換装置は自体で変換表を発生させることが出来る。再変換装置の予測ユニットは、最初のうちは低い予測精度であろうが、送信装置に使用される変換表にほぼ同一の予測変換表を得るために自分自身で「学習」するであろう。
図７は、本発明による第２データ処理装置の実施例の概略図であって、この装置は残留ビットストリーム信号を元のビットストリーム信号のレプリカへ再変換することの出来るものである。該装置は図１のデータ処理装置により供給される残留ビットストリーム信号を受信するための入力端子70を持っている。入力端子70は、信号結合ユニット88の第１入力86に結合され、信号結合ユニット88は予測ユニット74の入力72及び１ビットD/A変換器80の入力78に結合されている出力88を持つ。予測ユニット74の出力98は信号結合ユニット88の第２入力に結合されている。D/A変換器80の出力82は出力端子84に結合されている。
図７の装置は、信号結合ユニット88の入力86へ供給されるその入力70を経由して残留ビットストリーム信号を受信する。信号結合ユニット88は、再変換されたビットストリーム信号を得ること及び該再変換されたビットストリーム信号をその出力76に供給することのために、その入力86を経由して受信する残留ビットストリーム信号をその入力101を経由して受信する予測ビットストリーム信号と結合する。予測ユニット74は、その出力98に上記の予測ビットストリーム信号を得るために、再変換ビットストリーム信号に対して予測ステップを実行する。D/A変換器ユニット80は、出力端子84に加えられる元のオーディオ信号のレプリカを得るために、再変換ビットストリーム信号に対してD/A変換を実施する。
予測ユニット74はどのような形式でもよく、予測ユニット74の出力信号はビットストリーム信号の予測値であるようにフイルタの係数が選択される（又は得られる）FIRフイルタ又はIIRフイルタを有する筈である。
予測ユニット74のもう一つの実施例は、図８を参照して更に説明されるであろう。予測ユニット74の入力72は、３ビットシフトレジスタ94の入力92に結合されている。シフトレジスタ94の３個のビット位置の３個の出力は変換ユニット96の対応する入力に結合されている。変換ユニット96は図２及び図３を参照して上記で論議し説明した変換表を有する。変換ユニット96の出力98は、信号結合ユニット88の第２入力101に結合されている。信号結合ユニット88はEXORの形式であることが出来るが、この結合ユニット88はEXNORのような異なる構成でもよい。もし図３の信号結合ユニット42がEXORであれば、元のビットストリーム信号のレプリカを再現するために、図８の信号結合ユニット88もまたEXORでなければならない。
シフトレジスタ94に蓄積される３ビットのビットシーケンスx1,x2,x3に応じて、変換ユニット96は図２及び図３を参照して上記に説明した方法でその出力98にビットx4’を供給する。ビットx4’は、結合ユニット88により次のクロックパルスで供給され、シフトレジスタ94の最右端の蓄積位置に新規のビットx3として蓄積されるビットx4の予測されたものである。結合ユニット88の入力86に現れる残留ビットは、元のビットストリーム信号中の元のビットx4のレプリカを得るために、予測ビットx4’と結合される。図１及び図３の装置において正しい予測がなされたことを意味する残留ビットが「０」の時は、残留ビットと予測ビットx4’の結合は、ビットx4’のビット値が結合ユニット88の出力90に現れる結果を生じる。図１及び図３の装置において間違った予測がなされたことを意味する残留ビットが「１」の時は、残留ビットと予測ビットx4’の結合は、ビットx4’のビット値の逆が結合ユニット88の出力90に現れる結果を生じる。両者の場合ともに、ビットx4の正しいレプリカは結合ユニット88の出力76に現れるであろう。
続くクロック信号（これは図示されていない）によって、シフトレジスタ94の入力に現れるビットx4はシフトレジスタ94へ移され、新しい３ビットのビットシーケンスがシフトレジスタ94に蓄積される。変換ユニット96はシフトレジスタ94に蓄積されるこの新しい３ビットのビットシーケンスに応じて新しい予測ビットx4’を発生する。信号結合ユニット88は、ビットストリーム信号中に次のビットx4のレプリカを得るために、この新しい予測ビットx4’を入力86に供給される残留ビットストリーム信号中の次の残留ビットと結合する。このようにして、ビットストリーム信号のレプリカが得られる。
図９は、再生装置に組み込まれた図７のデータ処理装置を示す。この再生装置は、元の残留ビットストリーム信号のレプリカを得るためにデータ圧縮残留ビットストリーム信号のデータ伸張のためのデータ伸張ユニット及び記録担体52上のトラックからデータ圧縮残留ビットストリーム信号を読み取るための読み取りユニット100を更に有する。この実例では、記録担体52は磁気記録担体であり、そのため、読み取りユニット100は記録担体52からデータ圧縮残留ビットストリーム信号を読み取るための少なくとも１個の磁気ヘッド102を有する。しかし、記録担体は、CDディスク又はDVDディスクのような光学的記録担体でもよい。
図10は、図７に示すデータ処理装置を有する、伝送媒体TRM経由でオーディオ信号を受信するための受信機の実施例を示す。該受信機は、データ伸張ユニット162及び伝送媒体TRMからのデータ圧縮残留ビットストリーム信号を受信するための受信ユニット105を更に有する。該受信ユニット105はアンテナ107を有する筈である。
既に説明されているように、無線周波リンク又は記録担体のような伝送媒体を経由する伝送は、対応するチャンネルの復号と誤り訂正が受信時に実行されるように、送信されるデータ圧縮残留信号に対して実行される誤り訂正符号化及びチャンネル符号化を一般的に要求する。図11は、図９の再生の配置のための読み取り手段100により受信する受信信号に対して実行されるチャネル復号及び誤り訂正の信号処理ステップを示す。従って、図11の再生の配置は、データ圧縮残留ビットストリーム信号のレプリカを得るために、その分野では周知のチャネル復号器110及びこれもまたその分野では周知の誤り訂正ユニット112を有する。
適用分野によっては、図１及び図３の装置においてビットストリーム信号を処理するに当たって、固定変換表の使用で足りることも上記で説明した。残留ビットストリーム信号を元のビットストリーム信号のレプリカに再変換するに当たっても、固定変換表で十分であり、そのため図７及び図８の処理装置へ補足情報を伝送する必要が無い。残留ビットストリーム信号を発生させるために、ビットストリーム信号の次に続く部分のそれぞれに対して、図１及び図３の装置においてそれに対応する変換表を決定する必要がある時には、図７及び図８の装置における残留ビットストリーム信号を元のビットストリーム信号のレプリカへの再変換において、問題の部分に対して同一の変換表の使用が要求されるであろう。そのような状況下では、受信に当たって再変換を可能にするため、残留信号と共に各種の続く部分に対して使用される変換表の代わりを勤める補足情報の伝送が要求されるであろう。一例として、この補足情報はこうして、図１及び図３の装置が記録装置に取り付けられ且つ図７及び図８の装置が図９及び図11の再生装置に組み込まれているような場合に記録担体52に記録され、且つ再生に当たって上記の記録担体から再生される必要がある。
もし図１の処理装置において、ただ２個の変換表を使用すれば十分と思われるならば、そのような補足信号は、２個の変換表から１個を選択するのみの選択信号に過ぎないであろう。対応する再変換装置も２個の変換表を有し、且つ選択信号は残留ビットストリーム信号を元のビットストリーム信号のレプリカに再変換するために２個の変換表から１個を選択するのに使用されるであろう。
上記の実施例は、ビットストリーム信号中の３個の連続ビット（x1,x2,x3）のシーケンスに続く１ビット（x4’）の予測を基にしている。一般的に、予測ユニットは、ビットストリーム信号中のｎ個の連続ビットからｍ個の予測ビットを予測することができ、上記のｍ個の予測ビットはビットストリーム信号中での上記のｎ個の連続ビットに続くビットストリーム信号中のｍ個の連続ビットの予測値であり、ｎ及びｍはゼロより大きい整数である。
図12は、ビットストリーム信号中の４個の連続ビットx1,x2,x3,x4のシーケンスから１個又は２個の予測ビットを予測することが出来る変換表を導く方法の例を示す。図12は、予測ユニット10’の入力８に結合する入力を持つ４ビット・シフトレジスタ20’を有する他の一つの予測ユニット10’の一部を示す。（ここには示されていない）４個のクロックパルスをシフトレジスタ20’に加えることによって、入力８に加えられるビットストリーム信号の４個の連続ビットx1,x2,x3,x4はシフトレジスタ20’へ移される。検出器22’は予測ユニット10’の入力８に結合される入力24を持って存在する。検出器22’はビットストリーム信号中の連続ビットx1,x2,x3,x4に直接に続く次の２個のビットx5,x6のビット値を検出する。更に、計数器26’’が存在し、特定の４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4に続く「０」ビットの回数、同じ特定の４ビットのビットシーケンスに続く「１」ビットの回数、同じ特定の４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4に続く２ビットのビットシーケンス‘00’の回数、同じ特定の４ビットのビットシーケンスに続く‘01’の回数、同じ特定の４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4に続く２ビットのビットシーケンス‘10’、及び同じ特定の４ビットのビットシーケンスに続く‘11’の回数を計数する。ここで２ビットのビット組み合わせ‘b1,b2’は、第２のビットb2がx6であるときに第１のビットb1がx5であることを表す、ということに留意しなければならない。
検出器22’が、２個のビットx5,x6が‘01’に等しいことを検出したと仮定しよう。その結果、計数器26’’はカラム28’中の計数値Ｎi,0に１を加算し、カラム30’中の計数値Ｎi,3に１を加算するが、ｉは０から15まで変化し、図12の表のカラム32’に与えられたｉ番目の４ビットのビットシーケンスに対応する。
次に、Ｐを必ずしも２に等しくはなく寧ろそれより大きい数とするとき、Ｐ個のクロックパルスを図12の装置に加えることにより、ビットストリーム信号の別の４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4が、シフトレジスタ20’に蓄積される。検出器22’は上記の４ビットのビットシーケンスに続くビットストリーム信号中の次の２個のビットx5,x6のビット値を検出する。この次の２個のビットが‘11’に等しいと仮定しよう。その結果として、計数器26’’はカラム29のＮi,1の計数を１つ増加させ、且つカラム31のＮi,5の計数を１つ増加させるが、ここでｉはシフトレジスタ20’に蓄積される４ビットのビットシーケンスに対応し、図12の表のカラム32’に与えられるｉ番目の４ビットのビットシーケンスと仮定される。
全ての16個の可能な４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4に対して、計数値Ｎi,0からＮi,5までが得られるように、この過程は複数回にわたり繰り返される。計数値Ｎi,0からＮi,5までは、カラム32’に与えられるｉ番目の４ビットシーケンスに続く１ビット及び２ビットの発生数を示す。
次に、カラム32’中の４ビットシーケンスx1,x2,x3,x4のそれぞれに対し、カラム28’,29，…から31に至るまでの計数値を基に予測２値の値x5’,又は予測２ビットの２値シーケンスx5’x6’のいずれかが導かれる。
カラム32’のｉ番目の４ビットのビットシーケンスに対する６個の計数値であるＮi,0からＮi,5までのうち、計数値Ｎi,0又はＮi,1が他の全てより相当に大きいと仮定しよう。そのような状況では、予測ビットx5’として、それぞれビット「０」又はビット「１」の選択が決定される。Ｎi,0とＮi,2は余り違いがなく、且つ他の４個の計数値より大きいと仮定しよう。そのような状況で、ｉ番目のビットシーケンスに対する予測ビットx5’,x6’として、ビットの組合せ‘00’を選択するように決定されるであろう。このようにして得られた変換表は、ビットストリーム信号中の特定の４ビットのビットシーケンスに続くビットの予測のための予測ビットとして１ビット値、又はビットストリーム信号中の他の特定の４ビットのビットシーケンスに続く２ビット語の予測のための２ビット予測語として２ビット２値語を有するであろうカラム33を有する。
図13は、図12を参照して説明されたもののような変換表の形式をした変換ユニット130を有するオーディオ信号のデータ処理のためのデータ処理装置の他の一つの実施例を概略図として示す。これは、カラム32’に与えられるように、特定の４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4の受信により特定の予測ビットx5’又は２個の特定の予測ビットx5’,x6’が変換ユニット130の出力131に発生されるように、変換表は図12に与えられるカラム32’及び33を有することを意味する。
図13の装置の動作は下記の通りである。シフトレジスタ20’に蓄積される特定の４ビットのビットストリーム信号に応じて、変換ユニット130は「１」に相当する１ビット語を発生する。これは、４ビットシーケンス‘0000’がシフトレジスタ20’に蓄積される場合である。カラム33は、図12の表のコラム33に示されるようにそのような４ビットシーケンスの受信により、図12の表のコラム32’に示されるように「１」ビットが予測される。予測されたビットx5’は、そこで入力40に現れるビットストリーム中の真実のビットx5と結合される結合ユニットの入力44へ供給される。次に、中央処理装置132で発生される１個のクロックパルスの受信によりビットx5がシフトレジスタ20’の最右端の蓄積位置に現在蓄積されるように、シフトレジスタ20’中の情報は左へ１個分移される。このビットは予測されたように「１」ビットであったと仮定しよう。
次に、変換ユニットは、図12の表の中のカラム32’及び33に見られるようにシフトレジスタ20’に蓄積される４ビットシーケンス‘0001’を２ビット語‘01’に変換し、この２ビット語は出力131に供給される。中央処理装置132は、２ビット予測語‘01’がビットストリーム信号中の実際のビットx5,x6と結合ユニット42において結合されるように、２個のクロックパルスを今発生する。２個のクロックパルスは又、シフトレジスタがx1及びx2で示されるシフトレジスタ20’内の位置に蓄積される値「０」及び「１」を持つように、シフトレジスタ20’内で左へ２個分移動する結果をもたらし、且つ上記の実際のビットx5およびx6は今シフトレジスタ20’内に新規のビットx3及びx4として蓄積される。このようにして、１ビットの予測により中央処理装置132は１個のクロックパルスを発生し、その後も引き続く予測ステップが実行されるが、２ビット語の予測により、中央処理装置132は続く予測ステップの実行前に２個のクロックパルスを発生する。
ビットストリーム信号の続く部分に対して、それに対応する変換表が、例えば図12を参照して上記に説明した方法で先ず導かれると仮定すれば、残留ビットストリーム信号の受信により再変換が可能となるように、変換表を残留ビットストリーム信号と共に送信することが望ましい。図13は予測ユニット26’’’と中央処理装置132の間の接続135を示す。この接続を経由して、図12を参照して記述する方法で得られる変換表は中央処理装置132へ供給され、引き続き、伝送手段を経由して残留ビットストリーム信号と共に伝送のために出力137に供給される。
図14は、図13の装置により供給される残留ビットストリーム信号の再変換のための対応する装置を示す。図14の装置は、信号結合ユニット88及びD/A変換器80が図７の信号結合ユニット及びD/A変換器とそれぞれ同一である意味で、図７及び図８の装置に非常に類似していることを示す。予測ユニット74’の入力72は４ビットのシフトレジスタ94’の入力92に結合されている。シフトレジスタ94’の４個のビット位置の４個の出力は変換ユニット96’の対応する入力に結合されている。変換ユニット96’は図12を参照して上記で論議し且つ説明した変換表を有する。変換ユニット96’の出力98は信号結合ユニット88の第２入力101に結合されている。
シフトレジスタ94’に蓄積される４ビットのビットシーケンスx1,x2,x3,x4に応じて、変換ユニット96’は、図12により説明した方法で、その出力98へ１ビットx5’又は２ビット語x5’,x6’を供給する。このx5’は変換表86’により与えられるビットx5の予測であり、次のクロックパルスにより結合ユニット88により供給され、且つシフトレジスタ94’の最右端の蓄積位置に新規のビットx4として蓄積されるであろう。結合ユニット88の入力86に現れる残留ビットは、元のビットストリーム信号中の元のビットx5のレプリカを得るために、中央処理装置140により発生されるクロックパルスにより予測ビットx5’と結合される。図13の装置において正しい予測がなされたことを意味する残留ビットが「０」の時は、残留ビットと予測ビットx5’との結合はビットx5’が正しいものとして結合ユニット88の出力90にビットx5として現れる結果となる。図13の装置において不正確な予測がなされたことを意味する残留ビットが「１」の時は、残留ビットと予測ビットx5’との結合はビットx5’の逆数が正しいものとして結合ユニット88の出力90にビットx5として現れる結果となる。両者ともに、ビットx5の正確なレプリカが結合ユニット88の出力76に現れるであろう。
２ビット予測x5’,x6’は変換表96’により発生される２ビット語x5,x6の予測であり、中央処理装置140の次の２個のクロックパルストと共に結合ユニット88により供給されシフトレジスタ94’の２個の最右端の蓄積位置に新規の２ビット語として蓄積されるであろう。結合ユニット88の入力86に現れる２個の残留ビットは、元のビットストリーム信号中の元の２ビット語x5,x6のレプリカを得るために予測２ビット語x5’,x6’と組み合わされる。図13の装置において正しい予測が実行されたことを意味する２個の残留ビットが‘0,0’の時は、残留ビットと予測ビットx5’,x6’との結合は２個のビットx5’,x6’が正しいものとして結合ユニット88の出力90にx5,x6として現れる結果となる。図13の装置において不正確な予測がビットx5,x6の両者に対して実行されたことを意味する２個の残留ビットが‘1,1’のときは、２個の残留ビットと予測ビットx5’,x6’の結合はビットx5’,x6’の逆数のビット値が正しいものとして結合ユニット88の出力90にx5,x6として現れる結果となる。２個の残留ビットの１個が「１」であり、他が「０」である時は、これは予測ビットの１個が間違っていて、２個の正確なビットx5,x6を得るために逆数にしなければならないことを意味する。全ての場合において、２ビット語x5,x6の正確なレプリカが結合ユニット88の出力76に現れるれであろう。
ビットストリーム信号に後続する部分に対して、対応する変換表が先ず図13の装置に、例えば図12を参照して上記に説明した方法で得られれば、図14の装置において残留ビットストリーム信号の受信と同時に再変換が可能なように本変換表を残留ビットストリーム信号と共に伝送することが望ましい。従って、図14は変換表の受信のための入力端子142を示す。入力端子142は、予測ユニット96’への接続144を持つ中央制御ユニット140に結合されている。この接続を経由して、変換表は予測ユニット96’に供給されることが出来る。
データ圧縮ステップが残留ビットストリーム信号に対して伝送に先立って実行されることは既に早い段階で説明されている。無損失符号器の使用によるデータ圧縮が実行されることが望ましい。無損失符号器は、無損失復調器によるデータ伸張後、元のオーディオ信号がほぼ無損失の方法で再構築される方法で、オーディオ信号のデータ圧縮が出来る利点を持っている。これは、圧縮−伸張後も殆ど情報の損失が無いことを意味する。無損失符号器は、可変長符号器の形式をとるであろう。可変長符号器はこの分野では周知である。そのような可変長符号器の例はHuffman符号器、算術符号器及びLempel-Ziv符号器である。これらに関し、本明細書の末尾にある関連資料リストに資料（D4）として掲げたD.A.Huffumanによる“A method for the construction of minimum-redundancy codes”，同じく資料（D5）として掲げたG.G.Langdonによる“An introduction to arithmetic coding”，及び同じく資料（D6）として掲げたJ.Ziv他による“A universal algorithm for sequential data compression”を参照文献として引用する。
図15は、図１の装置に無損失コーダのようなデータ圧縮ユニット150が続いている実施例を示す。データ圧縮残留ビットストリーム信号は光学的記録ユニット154の手段により光学的記録担体156上に記録される。
図16は光学的記録担体156からの対応する再生を示す。図16に示す装置は、データ圧縮残留ビットストリーム信号に対しデータ伸張ステップを実行する無損失復号器のようなデータ伸張ユニット162を有する。再生された残留ビットストリーム信号は図７の装置の入力70に供給される。
図１の実施例のもう一つの実施例は下記の通りである。この変形において、予測ユニット10は、信号結合ユニット42の出力と信号結合ユニット42の入力44の間に結合される。この変形において、ビットストリーム信号の予測値は、信号結合ユニット42により供給される残留信号から予測ユニットにより導かれる。この変形は図18に示されるが、図７に示される予測ユニット及び信号結合ユニットの回路構成と実際上同一である。
同様な方法で、図７の実施例の今一つの変形は下記の通りである。この変形において、予測ユニット74は信号結合ユニット88の入力端子70と入力101の間に結合されている。この変形において、ビットストリーム信号の予測値は、端子70を経由して処理装置へ供給される残留信号から予測ユニットにより導かれる。この変形は、図１に示される予測ユニット及び信号結合ユニットの回路構成に事実上同一である。
データ処理装置の一層の改良は、図１の予測ユニット10のような予測ユニットの特別な実施例により得られる。この特別な実施例においては、入力信号がビットストリーム信号中の「０」及び「１」を表すのに“−１”及び“＋１”という表現値を持つと言う考え方で、ビットストリーム信号を表す入力信号を積分する積算器を、予測ユニット10に設けてある。この積算器は全ての表現値を単純に積算し、その瞬時的な出力は受信した全ての“−１”及び“＋１”の累積合計値である。予測ユニットが実際に実行するのは、疑似（pseud）オーディオ信号を生成することであり、出力12に供給すべきビットストリーム信号に対する予測ビットはこの疑似オーディオ信号から下記の方法で得られる。
予測器は、積算器により発生される疑似オーディオ信号の最終のｎ個のサンプル値から疑似オーディオ信号の次のサンプルに対する予測値を導く。次に、生成された疑似オーディオ信号の最終サンプル値は次のサンプルの予測値と比較される。もし振幅軸に沿って眺めた時に、疑似オーディオ信号の最終サンプル値が次のサンプルの予測値より小さければ予測ビットストリーム信号中の次の予測ビットは“＋１”の値（又は、論理的に「１」）に対応すると決定し、且つ疑似オーディオ信号の最終サンプル値が次のサンプルの予測値より大きければ予測ビットストリーム信号中の次の予測ビットは“−１”の値（又は、論理的に「０」）に対応すると決定する。該予測ビットは予測ユニット10の出力に予測ビットストリーム信号として供給される。
次のサンプルの予測値は、疑似オーディオ信号の最終のｎ個（40に等しい）のサンプルを直線で近似して得ることが出来る。次のサンプル値を予測するために一層高度の近似手順（フイルタ技術）が同様に可能であることは理解されるであろう。そのような状況では、前記のように、その種のフイルタに対するフイルタ係数はフレーム・ベースの信号に対して導き、且つ受信側で対応する復号が可能なように伝送されるべきである。
もう一つ別のデータ処理装置を図19に示す。図19のデータ処理装置において、ビットストリーム信号は、信号結合ユニット42の入力44並びに予測フイルタ10’及び量子化装置Ｑを経由して信号結合ユニット42の入力44へ供給される。該装置は、更にエントロピー符号器154及び確率決定ユニット156を有するデータ圧縮ユニット150’が与えられている。現在の例では、エントロピー符号器154は、その入力192に与えられる確率値ｐに応じて残留ビットストリーム信号をデータ圧縮残留ビットストリーム信号へ符号化するための算術符号器の形式をしている。確率決定ユニット156は、結合ユニット42により供給される残留ビットストリーム信号中の１ビットが事前に決定された「１」のような論理値を持つ確率を示す確率値を決定する。図19においてｐで表示されるこの確率値は、算術符号器154中で残留ビットストリーム信号のデータ圧縮を可能とするように、算術符号器154に供給される。決定ユニット156は、この確率値を予測フイルタ10’の出力信号から決定する。これは、残留ビットストリーム信号を圧縮するに当たって、データ圧縮ユニット150における算術符号器を使用する時に、図４又は図15において予想するであろうものとは異なる。圧縮ユニット150において算術符号器を使用する時に、確率ユニット156は残留ビットストリーム信号自体から確率値を導く。しかし、図19の実施例において、確率決定ユニット156は予測フイルタ10’により発生される出力信号から確率値を導く。これは、高い圧縮率が算術符号器154によって得られると言う長所を持っている。算術符号器154は残留ビットストリーム信号をフレーム単位でデータ圧縮できる。
図19の装置の動作は下記の通りである。予測フイルタ10’は、多ビット出力信号を得るためにビットストリーム信号に対し予測フイルタリングを実現する。多ビット出力信号は、例えば＋３と−３との間の範囲内で複数のレベルを持つ。量子化装置Ｑは多ビット出力信号を受信し、且つ、もし多ビット出力信号が正の値ならばビット「１」の論理値を与え、もし多ビット出力信号が負の値ならばビット「０」の論理値を与えることにより、ビットストリーム信号をその信号から発生する。更に、多ビット出力信号の値の範囲内の複数の部分間隔（subintervals）のそれぞれに対し残留信号中の対応するビットが例えば「１」ビットであるのは、どのような確率であるかが決定される。これは、多ビット出力信号が特定の時間間隔内に入るとき、その特定の時間間隔中の残留ビットストリーム信号に発生する「１」及び「０」の数を計数することにより実現できる。このようにして多ビット出力信号中の各種の値に対して得られた確率は、算術符号器154へ確率信号ｐとして続いて供給される。データ圧縮残留ビットストリーム信号は、伝送媒体TRMを経由しての伝送のために算術符号器154により出力線158へ供給される。
図20は伝送媒体TRMを経由して受信するデータ圧縮残留ビットストリーム信号の復号のための対応するデータ処理装置を示す。図20のデータ処理装置は入力172を経由してデータ圧縮残留ビットストリーム信号を受信するエントロピー復号器172を有する。この実例では、エントロピー復号器172は、出力178に供給される元の残留ビットストリーム信号のレプリカを発生するように、入力176に供給される確率信号ｐの影響下でデータ圧縮ビットストリーム信号に対して算術復号ステップを実行する算術復号器の形式をしている。該レプリカは信号結合ユニット88の入力86に加えられる。信号結合ユニット88は更に入力101を経由してビットストリーム信号の予測値を受信し、且つその出力76に元のビットストリーム信号のレプリカを発生する。出力76は予測フイルタ74’及び量子化装置Ｑを経由して信号結合ユニット88の入力101に結合している。予測フイルタ74’及び量子化装置Ｑの動作は図19の予測フイルタ10’及び量子化装置Ｑの動作と同じである、換言すれば、予測フイルタ74’は入力72を経由して受信する入力信号からフイルタ係数を導く。他の一つの実施例においては、下記に説明するように、予測フイルタ74’は図19の符号器から伝送媒体TRMを経由して受信する補足情報からフイルタ係数を受信する。
更に、確率供給ユニット180が算術復号器172に確率信号ｐを供給するために存在する。確率信号ｐは各種の方法で得られる。一つの方法は、図19において確率決定ユニット156が予測フイルタ10’から確率信号ｐを決定するのと同じ方法で、確率信号ｐを予測フイルタ74’から導くことである。そのような状況では、図20の供給ユニット180は図19の決定ユニット156と同一であることができて、且つ供給ユニット180は予測フイルタ74’の出力に結合する入力を持っている。確率信号ｐを発生する他の一つの方法は、下記に説明するように、伝送媒体TRMを経由して受信する補足情報を使用する方法である。
補足情報は、図20の装置へ伝送するための図19の装置により発生できる。そのような補足情報は、フイルタ74’の正しいフイルタ特性を設定するためにフイルタ74’へ伝送される、フレーム毎に決定されるフイルタ10’のための、フイルタ係数を含むことが出来る。更に、図19の装置は、予測フイルタ10’の多ビット出力信号の確率信号ｐへの変換を記述するパラメータを発生できる。そのようなパラメータも又、図20の装置において確率信号ｐの再生が可能なように、補足情報に含まれ、且つ供給ユニット180へ送信される。
図19及び図20の上記の実施例では、確率信号ｐが予測フイルタ10’及び74’からのそれぞれの多ビット出力信号から得られる方法を説明している。しかし、算術符号器は、異なる方法で予測信号を導くデータ処理装置に対しても適用が可能であることに注意しなければならない。この点に関し、予測ユニット10が図２および図12に開示するような形式である図１に示す実施例を参照する。いま、確率信号ｐを導く他の方法が求められている。図２および図12に示される予測ユニットの実施例において、確率信号ｐは検出器22及び検出器22’中にそれぞれ得られる計数から導くことが出来る。
図19の実施例に使用されるエントロピー符号器は、データ圧縮残留ビットストリーム信号を得るために確率信号を使用して残留ビットストリーム信号を符号化するのに適合している。そのようなエントロピー復号器の一つは上記の算術符号器である。そのようなエントロピー復号器の他の一つのタイプは、例えば既知の有限状態（finite state）符号器である。図20の実施例に使用されているエントロピー復号器は、残留ビットストリーム信号の複写を得るためにデータ圧縮残留ビットストリーム信号を確率信号を使用して復調される。
本発明は好適実施例を参照して記述されているが、これらは限定的な例ではないことを理解されるべきである。従って、各種の変形は、請求項に定義されるように、本発明の範囲から離れることなく、その分野の当業者には明確になるであろう。オーディオ信号が、44.1kHzでサンプルされ且つサンプルが例えば16ビットで表されるようなディジタル形式で供給される時にA/D変換手段は予測ユニット10へ供給される１ビットのビットストリーム信号を得るためにディジタルオーディオ信号を例えば64×44.1kHzの周波数でオーバサンプルするように適合されている。
更に、図12に示し記述するもののような変換表に関し、下記が言える。変換表を導く階程において、例えば、ビットシーケンス‘0,0,0,0’及び‘0,0,1,0’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘0,0,0,1’及び‘0,0,1,1’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘0,1,0,0’及び‘0,1,1,0’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘1,0,0,0’及び‘1,0,1,0’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘1,1,0,0’及び‘1,1,1,0’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘1,0,0,1’及び‘1,0,1,1’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘1,1,0,1’及び‘1,1,1,1’の計数値が同一予測ビットになり、ビットシーケンス‘0,1,0,1’及び‘0,1,1,1’の計数値が同一予測ビットになるということが発生するかもしれない。この状態では、ビットx3は実は無関心ビット（don't care bit）であって、予測ビットx4又はx4,X5はビットの組み合わせx1,x2,x4のみから予測すべきである。
更に本発明は全ての新規の特徴又は特徴の組合せの中に存在する。
関連資料リスト
（D1）ヨーロッパ特許出願第EP-A 402,973号（特願平2-141693号に相当）
（D2）J.J.van der Kamによる‘A digital decimating filter for analog-to-digital conversion of hi-fi audio signals’,Philips Techn.Rev.誌42,no.6/7,April 1986,pp.230-8所載
（D3）Kirk C.H.Chao他による‘A higher order topology for interpolative modulators for oversampling A/D converters’，IEEE Trans.on Circuits and Systems誌Vol.37,no.3,March 1990,pp.309-18所載
（D4）D.A.Huffumanによる‘A method for the construction of minimum-redundancy codes’，Proc.of the IRE誌Vol.40（10）,September 1952.所載
（D5）G.G.Langdonによる‘An introduction to arithmetic coding’，IBM J.Res.Develop.誌Vol.28（2）,March 1984.所載
（D6）J.Ziv他による‘A universal algorithm for sequential data compression’,IEEE Trans.on Inform.Theory誌Vol.IT-23,1977.所載
（D7）ヨーロッパ特許出願第96202807.2号，出願日1996年10月10日
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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