JPH07504300A - 音響的又は光学的信号を伝達及び／又は記憶する際の周波数クロストークを減少させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 音響的又は光学的信号を伝達及び／又は記憶する際の周波数クロストークを減少 させる方法技術分野 本発明は音響的信号を伝達及び／又は記憶する際の周波数クロストークを減少さ せる方法に関するものである。

デジタル化された音響信号の伝達及び／又は記憶は、知覚可能な質損失を受ける ことなく、伝達すべきデータ量を減少させることに成功するほど、好ましいもの となる。音響信号のデータを減少させるために、デジタル化されたデータの周波 数領域への変換又は種々の周波数帯域への分割を用いて作業を行う多数の方法が 知られている。

従来の技術 種々の部分帯域への分割はフィルタバンクによって１段階で、又は互いに連続し て接続された２つあるいはそれ以上のフィルタバンクによって多段階で行うこト カでき、その場合に後段に接続されたフィルタバンクの代わりに変換を用いるこ とも可能である。このように処理されたデータは、信号統計学と音響心理学を用 いてデータの伝達と復元後に入力信号に対して人間の耳で知覚できる差異ができ るだけ発生しないようにデータ量を削減する削減処理を受ける。標準化に関する 国際組織のデジタルオーディオ信号のデータ削減処理の標準化に対する提案にお いては、信号スペクトルを部分帯域に分割するためにハイブリッドフィルタバン クが使用される。データの分析バンクは２つの段階からなっている。まず入力信 号のスペクトルがたとえば、ヌスバウマー（Ｈ，Ｊ、Ｎｕｓｓｂａｕｍｅｒ）　 、ヴＪ−’／テルリ（Ｍ、Ｖｅｔｔｅｒｌｉ）の［計算型有効ＱＭＦフィルタバ ンク（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ＱＭＦ　Ｆｉｌ ｔｅｒ　Ｂａｎｋｓ）　ＪＩ　ＥＥＥ手続ＩＣＡＳＳＰ１９８４年第１１．３゜ １〜４頁に記載されているような多相フィルタバンクによって３２の部分帯域に 分解される。

次にこの部分帯域の各々が後段に接続されたＴＤＡＣフィルタバンクによって再 度１２の帯域に分割される。この種のＴＤＡＣフィルタバンクはプリンセン（Ｊ 、　Ｐ、　Ｐｒ１ｎｃｅｎ）、ジョンソン（＾、　Ｗ、　Ｊｏｈｎｓｏｎ）及び プロドレイ（Ａ、Ｂ、Ｂｒｏｄｌｅｙ）の「Ｂｕｂｂａｎｄ／Ｔｒａｎｓｆｏｒ ｍＣｏｄｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｂａｎｋ　Ｄｅｓｉｇｎｓ　Ｂａ ５ｅｄ　ｏｎ　ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ　Ａｌｉａｓｉｎｇ　Ｃａｎｃｅｌｌａｔ ｉｏｎＪ　Ｉ　ＣＡ　Ｓ　Ｓ　Ｐ手続°８７第５０．　１．　１〜４頁に記載さ れている。

データ削減方法においてシリアルに配置された分離段を使用するための前提は、 良好な帯域分離であって、それによって入力信号のスペクトル要素はできるだけ １つの部分帯域信号にしか影響を与えず、かつそれによって部分帯域において発 生する量子化エラーは出力信号における該当する周波数領域にしか影響を与えな い。

従ってシステム全体の部分帯域フィルタはできるだけ高い遮断領域減衰を持たな ければならない。しかしフィルタ又は変換段をシリアル配置することによって、 不十分な遮断領域減衰がもたらされる。というのはそれぞれ多数の部分帯域が先 行の分離段の移行領域へ入るからである。それによって該当する周波数特性にお いて通過領域外部の信号の明かな増大がもたらされる。

従って該当する周波数領域における入力信号のスペクトル要素が分離段の通過後 にクロストークの形式で部分帯域信号に影響を与える。それに応じてこの部分帯 域の１つにおける量子化エラーが部分帯域信号の合成後にそれぞれの部分帯域外 部の周波数領域にも影響を与える。

公知の方法においては、周波数クロストークによる出力信号の劣化に、コード化 する際にこの効果を考慮することによって対処する試みがなされている。しかし これは制限された範囲でしか可能ではなく、コード化処理の複雑さを増大させて しまう。

発明の説明 本発明の課題は、特に効果的であって、かつ後続するコード化とは関係なく作用 する、周波数クロストークを減少させる方法を提供することである。

この課題は、請求の範囲第１項に記載された特徴によって解決される。

互いに連続する段において分割が行われる、信号を周波数帯域に分割する所定の システムに関して、信号要素又は対応するクロストーク要素の位置と位相関係を めることができる。

本発明によれば、対応する信号要素又はクロストーク要素が発生する部分帯域の 信号は分割後に重み付けされた合計形成を受ける。それによって得られる重み付 けされた部分帯域信号が次にコード化され、伝達及び／又は記憶されて、デコー ド化される。重み付けされた合計形成によってもたらされる信号の変化を除去す るために、デコード化された部分帯域信号は合成前に重み付けされた合計形成と 逆の処理を受ける。

本発明の詳細な実施態様が請求の範囲従属項に記載されている。

請求の範囲第２項には、人力信号を偶数Ｍの部分帯域に分割し、部分帯域におけ るスペクトル成分を鏡像化させる先行のフィルタ段を使用する場合に効果を発揮 する付加的な処理ステップの特徴が記載されている。

その場合にこのフィルタ段のそれぞれ２番目の部分帯域の出力信号は補正処理を 受けてから、信号が後続の段へ供給される。

請求の範囲第３項によれば、補正は部分帯域信号を次の式（１，−１，１，−１ ，・・・）で乗算することによって行われ、この演算は部分帯域スペクトルの鏡 像化を取り消す。

重み付けされた合計形成とそれとは反対の演算に関する特に好ましい指示が請求 の範囲第４項と第５項に記載されている。

請求の範囲第６項によれば、合計形成のための重み付は係数が互いに連続して接 続された段の周波数特性に関して最適化される。その場合に請求の範囲第７項に よれば、後段に信号を偶数に分割するフィルタ段が接続されている場合に、重み 付は係数Ｃの値がＮ個の部分帯域のＮ／２によって決定される。

本発明の基本的な利点は、伝達の全周波数特性が公知の方法に比較して明らかに 改良されることにある。

本発明方法によれば、更に信号の改悪がもたらされることがない。たとえば部分 帯域信号をコード化及びデコード化なしで合成した場合に、全システムの入出力 特性は本方法によって影響を受けない。というのは逆の演算によって元の部分帯 域信号が誤りなしに再構築されるからである。

本発明方法は多面的に使用することができる。周波数クロストーク、の減少は使 用されるコード化方法とは無関係であるので、本方法は音響信号の伝達の際の使 用にも、光学信号の伝達の際の使用にも適している。

信号スペクトルを部分帯域に分割する際に、２つあるいはそれ以上の段を使用す ることができる。個々の段はフィルタバンク又は変換コード化によって実現する ことができる。

図面の簡単な説明 第１図ａは、部分帯域への入力信号のスペクトル分割を概略図示するものであり 、 第１図すは、部分帯域信号を出力信号に合成することを概略図示するものであり 、 第２図は、多相フィルタバンクの部分帯域Ｏと１の周波数特性の一部を示すもの である。

第３図は、本発明方法を使用しない場合の対応する部分帯域フィルタの周波数特 性の一部を示すものである。

第４図ａは、重み付けされた合成形成を概略図示するものである。

第４図すは、逆演算を概略図示するものである。

第５図は、本発明方法を使用した場合の対応する部分帯域フィルタの周波数特性 の一部を示すものである。

実施例方法 普遍性を制限することなく、理解を助けるために以下において２段階の方法を説 明し、その方法においては入力信号のスペクトルが多相フィルタバンクを用いて 偶数Ｍの部分帯域に分割され、この部分帯域のそれぞれが後段に接続されたＴＤ ＡＣフィルタバンク（Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ａｌｉａｓｉｎｇ　Ｃａｎｃｅ ｌｌａｔｉｏｎ）を用いて再度偶数Ｎの帯域に分割される。

信号スペクトルを分割する方法が第１図ａに図示されている。多相フィルタバン クが入力信号ｓ　（ｎ）のスペクトルをフィルタを用いてＭ個の部分帯域（Ｍ： 偶数）に分割する。部分帯域フィルタのバルスレスボ分帯域の中心周波数に一致 する周波数を有するコサイン関数で乗算することによって得られる。

フィルタの出力信号は係数Ｍでサンプリングダウンされるので（図では下方へ向 かう矢印で図示されている）、すべての部分帯域におけるサンプリング率の合計 は入力信号のサンプリング率と同一のままである。

奇数のインデックスを有する部分帯域はフィルタリングとサンプリングダウンの 後に、フィルタによってもたらされ、該当する部分帯域においてより大きい周波 数とより小さい周波数が取り違えられて生じることをもたらす鏡像化を取り消す ために、式（１，−１゜１、−１．・・・）で乗算される。Ｍ個の部分帯域信号 に関しては次の式が成立する。

このＭ個の部分帯域のそれぞれが後段に接続されたＴＤＡＣフィルタバンクを用 いて再度Ｎ個の帯域に分割される（Ｎ：偶数）。

ＴＤＡＣフィルタバンクのパルスレスポンスはマスターパルスレスポンスｈＴ（ 長さ２Ｎ）を対応するコサイン係数で乗算することによって生じる。ＭＸＮの部 分帯域信号について次の式が成立する。

それに従って互いに連続して配置されたフィルタ段は入力信号をＭｘＮの部分帯 域に分解する。

第１図すにはＭＸＮの部分帯域信号を出力信号に合成することが示されている。

第２図には、Ｍ＝３２の多相フイルタノくンクの互０に隣接する２つの部分帯域 フィルタの周波数特性力（部フィルタバンクの最初の２４部分帯域の周波数特性 力こわたって延びている。帯域フィルタ０の周波数特性Ｇよ実線で示され、帯域 フィルタ１の周波数特性（ま破線で示されている。帯域フィルタの周波数特性力 （重なり合に入るので、通過領域の外部にある、従って遮断領域における信号の 該当する部分帯域フィルりの周波数特性は著しく増大される。遮断領域におし） で周波数特性が過度に増大することによって、多相フイルタノくンクの移行領域 に入る周波数ｆを有する各スペクトル要素はそれぞれ全フイルタノ（ンクの２つ の部分帯域で発生し、すなわち周波数ｆにおける通過領域を有する部分素が、部 分帯域１＝ＮＸｋ＋ｍにお０て（よ信号成分として、かつ部分帯域領域ｊ＝ＮＸ ｋ　１　ｍｌこお０てはクロストーク要素として発生する。

ｆ、　ｆ。

更に、同一の周波数において該当する部分帯域に信号要素とクロストーク要素が ある。

全フィルタバンクの部分帯域における周波数特性のこの種の増大が第３図に図示 されている。この図は、周波数クロストークを減少させるために本発明方法を使 用しない場合の、部分帯域フィルタ９（実線）と全部分帯域フィルタ１４（破線 ）の周波数特性の一部を示している。全部分帯域フィルタ９における信号要素を もたらす入力信号が全部分帯域フィルタ１４内のクロストーク要素をもたらす。

逆に又、全部分帯域フィルタ１４における信号要素をもたらす入力信号が部分帯 域フィルタ９のクロストーク要素をもたらす。

後段に接続されたＴＤＡＣフィルタバンクを有する多相フィルタバンクの選択さ れた例について、位相関係を分析すると、Ｎが４の整数倍である場合に、−Ｎ／ 　２＜ｍ＜−１の場合に１８０°、そしてＱ＜ｍ＜Ｎ／２−１の場合に０°の信 号要素とクロストーク要素間の位相差が発生する。Ｎが２の整数倍でない場合に は、位相差は−Ｎ／２≦ｍ≦−１の場合にはＯｏそしてＯ≦ｍ≦Ｎ／２−ｉの場 合には１８０°である。

この位相差によって、重み付けされた合計又は部分の減少が可能になる。

第４図ａには、重み付は係数Ｃとそれから導き出された係数ｄ　による重み付け された合計形成の演算が概略図示されている。

第４図すには重み付けされた合計形成と逆の演算が概略図示されている。

多相フィルタの構造が同形であることによって定めり要素ができるだけ強く減少 されるように最適化される。

第５図には部分帯域フィルタ９と１４の周波数特性の一部が図示されている。

第３図に比べて阻止特性が著しく改良されていることが明らかである。この例の 場合の最適化された重み３２の部分帯域をそれぞれ他の１８帯域に分割するＴＤ ＡＣフィルタバンクを有する同一の多相フィルタバンクの組合せのための最適化 された重み付は係数本発明方法を用いて修正されたフィルタバンクの出力信号は 、改良された周波数特性を有する全フィルタバンクの部分帯域信号に相当する。

というのはもたらされる部分帯域フィルタの遮断領域減衰は重み付は係数Ｃを適 当に選択することによって最適化されるからである。

Ｆｉｇ、　１ Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　３ Ｆｉ９．４ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成。、、、４月□８ −

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）信号が周波数帯域に分割され、コード化され、伝達及び／又は記憶され、デ コード化され、かつ部分帯域からなる信号が再び１つの信号に合成され、信号ス ペクトルの部分帯域への分割が互いに連続して接続された段において行われる、 デジタル化された音響あるいは光学信号を伝達及び／又は記憶する場合の周波数 クロストークを減少させる方法において、特定周波数のスペクトル要素が信号要 素として発生する部分帯域（ｉ）とこのスペクトル要素が遮断領域においてクロ ストーク要素として発生する部分帯域（ｊ）からの対応する部分帯域信号（ｘｉ ，ｘｊ）がコード化される前に重み付けされた合計形成を受け、かつ 部分帯域信号がデコード化の後に重み付けされた合計形成とは逆の演算を受ける ことを特徴とするデジタル化された音響又は光学信号を伝達及び／又は記憶する 場合の周波数クロストークを減少させる方法。 ２）入力信号を偶数Ｍの部分帯域に分割し、かつ部分帯域におけるスペクトル成 分の鏡像化をもたらす先行のフィルタ又は変換段を使用する場合に、この段にお いて、ひとつおきの部分帯域の出力信号が後続の段に入力される前に補正演算を 受けることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３）補正演算が、奇数の部分帯域の出力信号の場合にはそれぞれ第２の値が−１ で乗算され、偶数の部分帯域の出力信号はそのままになるように行われることを 特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。 ４）部分帯域ｉにおける重み付けされた信号ｙｉが次の規則に従って得られ： ▲数式、化学式、表等があります▼，▲数式、化学式、表等があります▼▲数式 、化学式、表等があります▼ として ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ その場合にＸｉは部分帯域ｉの部分帯域信号であり、Ｃｍは重み付け係数を示し 、ｄｍは記載の規則によって重み付け係数Ｃｍから定められる係数であることを 特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の方法。 ５）逆の演算が次の式に従って実施され：▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ その場合に、Ｘｉ′は逆の演算の実施後の部分帯域ｉの部分帯域信号であり、ｙ ｉ′はコード化及びデコード化後の部分帯域ｉの重み付けされた部分帯域信号で あることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の 方法。 ６）合計形成のための重み付け係数ｃｍが互いに連続して接続された段の周波数 応答に関して最適化されることを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載 の方法。 ７）合計形成に使用すべき重み付け係数ｃｍの数が、後続する段から発生される 部分帯域の数の半分の大きさであることを特徴とする請求の範囲第４項から第６ 項までのいずれか１項に記載の方法。