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WO2006011367A1 - オーディオ信号符号化装置および復号化装置 - Google Patents

オーディオ信号符号化装置および復号化装置 Download PDF

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WO2006011367A1
WO2006011367A1 PCT/JP2005/012941 JP2005012941W WO2006011367A1 WO 2006011367 A1 WO2006011367 A1 WO 2006011367A1 JP 2005012941 W JP2005012941 W JP 2005012941W WO 2006011367 A1 WO2006011367 A1 WO 2006011367A1
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WO
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energy
channel
ratio
audio signal
decoding
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2005/012941
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazuhiro Iida
Mineo Tsushima
Yoshiaki Takagi
Naoya Tanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of WO2006011367A1 publication Critical patent/WO2006011367A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/008—Multichannel audio signal coding or decoding using interchannel correlation to reduce redundancy, e.g. joint-stereo, intensity-coding or matrixing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S3/00—Systems employing more than two channels, e.g. quadraphonic

Definitions

  • the present invention relates to an audio signal encoding apparatus and decoding apparatus.
  • Conventional audio signal encoding methods and decoding methods include ISO / IEC international standard methods, commonly known MPEG methods, and the like as well-known methods.
  • ISO / IEC 13818-7 commonly known as MPEG2 AAC (Advanced Audio Coding)
  • MPEG2 AAC Advanced Audio Coding
  • Non-Patent Document 1 ISO / IEC 14496-3: 2001 AMD2 "Parametric Coding for High Quality Audio
  • Patent Document 1 US Published Patent US2003 / 0035553 "Backwards- compatible Perceptual Coding of Spatial Cues
  • Patent Document 2 US Published Patent US2003 / 0219130 "Coherence-based Audio Coding and Synthesis"
  • an audio signal encoding device is an audio signal encoding device that encodes a multi-channel audio signal, and is a listener of the multi-channel audio signal.
  • Energy sum calculation means for calculating the sum of the energy of the channel signals existing on the front side and the sum of the energy of the channel signals existing on the back side of the listener, the energy sum on the front side, and the energy on the back side It is characterized by comprising energy ratio calculating means for calculating the ratio to the sum, and energy ratio sign means for signing the calculated ratio of the energy sum.
  • the energy ratio sign means may quantize the sign of the energy sum according to a discrimination characteristic related to a sense of wrapping.
  • the discrimination feature indicates that the discrimination performance is the highest when the difference between the energy sum on the front side and the energy sum on the back side is within a predetermined range.
  • the ratio sign means that the difference between the energy sums on the front side and the back side is the smallest! / ⁇ is quantized so that the quantization accuracy is highest, and the number of bits decreases as the energy sum difference increases. Quantization may be performed.
  • the audio signal decoding apparatus of the present invention decodes a code sequence representing a multi-channel audio signal to output a multi-channel audio signal having an auditory wrapping feeling.
  • Audio signal decoding means for generating a multi-channel audio signal by decoding a code string, the signal decoding device By decoding the code string, the ratio between the energy sum of the channel signal existing on the front side of the listener and the energy sum of the channel signal existing on the back side of the listener is decoded.
  • Energy ratio decoding means, and energy distribution means for distributing energy to the front side channel and the back side channel according to the ratio of the decoded energy sum.
  • a down-mix signal that does not read and process the auxiliary information at the time of decoding. If only the part is decoded, even a speaker or headphone having a 2-channel signal playback system can be played back with a low computational complexity and high sound quality.
  • FIG. 1 is a diagram showing a processing flow of an encoding device and a decoding device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a listener and a sound source indicated by channel information.
  • FIG. 3 is a diagram showing a coding method that changes the quantization accuracy of the front and rear energy ratios based on human auditory characteristics.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an encoding device and a decoding device each including the energy ratio encoding unit and the energy distribution unit shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a processing flow of audio signal encoding apparatus 100 and decoding apparatus 110 of the present embodiment.
  • this embodiment it does not matter what encoding method is used to encode and decode the audio signal of each channel! It will be described later as an example.
  • This encoding device 100 is an encoding device that encodes the energy ratio between the front and rear of the multi-channel signal in order to restore the wrapping feeling due to the multi-channel signal in the decoding device 110.
  • the energy ratio sign 400 is provided.
  • Energy ratio The signal key unit 400 also includes a front channel energy calculation unit 101, a rear channel energy calculation unit 102, a front rear energy ratio calculation unit 103, and an energy quantization code unit 104.
  • the code key sequence 109 is a signal encoded by the code key device 100.
  • the decoding device 110 calculates the energy ratio between the front and rear of the multi-channel signal from the code string 109 output by the coding device 100, and outputs each decoded channel.
  • This is a decoding device that distributes energy so that the original signal is wrapped by the signal, and includes an energy distribution unit 410.
  • the energy distribution unit 410 includes an energy decoding / inverse quantization unit 105, a front / rear energy calculation unit 106, a front channel energy distribution unit 107, and a rear channel energy distribution unit 108.
  • Figure 2 shows the relationship between the listener and sound source indicated by the channel information.
  • L front L channel
  • R front R channel
  • C center channel
  • BR back R channel
  • LF E Low Frequency Effect
  • the front channel signals (L, R, C) are input to the front channel energy calculation unit 101.
  • the front channel energy calculation unit 101 calculates the energy of each of the front channel signals (L, R, C) and calculates the total energy of the front channel signal.
  • the rear channel signals (BL, BR) are input to the rear channel energy calculation unit 102.
  • the rear channel energy calculation unit 102 calculates the energy of each of the rear channel signals (BL, BR) and outputs the rear channel signal. Calculate the total energy. Since the processes of the front channel energy calculation unit 101 and the rear channel energy calculation unit 102 are a part of the audio encoding method, the processes are generally performed at specified time intervals. In other words, energy is calculated at each time interval.
  • the front channel energy and the rear channel energy are input to the front-rear energy ratio calculation unit 103.
  • the front-rear energy ratio calculation unit 103 calculates the energy ratio between the front channel energy and the rear channel energy.
  • the output of the front-rear energy ratio calculation unit 103 includes the absolute amount of energy obtained only by the energy ratio (the front energy itself or the rear energy itself, or the sum of the forward energy and the rear energy. ) Is also output.
  • the energy quantization code unit 104 quantizes the code sequence 109 using the energy ratio and the absolute amount of energy, which are the outputs of the front-rear energy ratio calculation unit 103, as inputs.
  • the quantization method and the sign key method are not particularly specified.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of encoding apparatus 100 and decoding apparatus 110 including energy ratio encoding section 400 and energy distribution section 410 shown in FIG.
  • Encoding apparatus 100 includes an energy ratio encoding unit 400, a downmixing unit 401, a frequency converting unit 402, a quantizing unit 403, an encoding unit 404, and a multiplexing unit 405.
  • Decoding apparatus 110 includes demultiplexing section 406, decoding section 407, inverse quantization section 408, inverse frequency conversion section 409, energy distribution section 410, and signal separation section 411.
  • the encoding device 100 will be described. In parallel with the fact that the energy ratio of the front and rear channels and the absolute amount of energy are quantized and signed in the energy ratio sign section 400, the downmix section 401, the frequency conversion section 402, the quantization section 403 Each channel signal is encoded by the encoding unit 404.
  • the front channel signal (L, R, C) and the rear channel signal (BL, BR) force are input to the down-mit- ter unit 401.
  • the downmix unit 401 generates a left downmix signal represented by (L + BL) Z2 from the front left channel signal L and the rear left channel signal BL. Further, a right downmix signal represented by (R + BR) / 2 is generated from the front right channel signal R and the rear right channel signal BR.
  • the center channel signal C remains unchanged.
  • the present invention is not limited to any downmitas method used here.
  • the signal from the downmix unit 401 is input to the frequency conversion unit 402.
  • the frequency converter 402 converts the signal for each channel into a frequency spectrum on the frequency axis, for example, by a predetermined number of samples.
  • the quantization unit 403 quantizes the frequency-converted signal of each channel.
  • the sign key unit 404 encodes the quantized transform coefficient.
  • Multiplexing section 405 multiplexes the encoded transform coefficients of each channel and the energy ratio encoded by energy ratio encoding section 400 and outputs code string 109.
  • the decoding apparatus 110 reproduces the energy of the signal of the front channel and the energy of the signal of the rear channel, with the code sequence 109 encoded by the encoding apparatus 100 as an input.
  • the energy decoding / dequantizing unit 105 of the energy distributing unit 410 reads the code sequence separated from the code sequence 109 by the demultiplexing unit 406 shown in FIG. Decodes the channel energy ratio and the absolute amount of energy (front energy itself or rear energy itself, or the sum of forward energy and backward energy).
  • the front / rear energy calculation unit 106 receives the energy ratio of the front channel and the rear channel and the absolute amount of energy, and outputs the energy sum of the front channel and the energy sum of the rear channel.
  • the energy sum of the front channel is input to the front channel energy distribution unit 107, and the energy sum of the rear channel is input to the rear channel energy distribution unit 108.
  • the demultiplexing unit 406 demultiplexes the code string representing the spectrum of the left channel, the right channel, and the center channel from the code string 109.
  • the decoding key unit 407 decodes a code string corresponding to each channel.
  • Inverse quantization section 408 performs inverse quantization on the decoded spectrum of each channel.
  • the inverse frequency converting unit 409 converts the left channel, right channel, and center channel signals represented by the frequency spectrum into signals represented by a function of time.
  • the signal separator 411 is a downmix converted to a function of time. Separate the signal into the original multi-channel signal.
  • the front left channel signal L and the rear left channel signal BL are separated from the left channel signal
  • the front right channel signal R and the rear right channel signal BR are separated from the right channel signal.
  • the front channel energy distribution unit 107 derives the energy of each of the L, R, and C channels according to the energy ratio between the front channels
  • the rear channel energy distribution unit 108 calculates the energy ratio between the rear channels. To derive the energy of each channel of BL and BR. By generating each channel signal according to the energy derived in this way, the wrapping feeling of the original signal by the multi-channel signal is restored.
  • the encoding apparatus 100 also includes a front channel energy calculation unit 101, a rear channel energy calculation unit 102, a front / back energy ratio calculation unit 103, and an energy quantization code unit 104.
  • the code key sequence 109 is a signal encoded by the code key device 100.
  • the decoding device 110 includes an energy decoding / inverse quantization unit 105, a front / back energy calculation unit 106, a front channel energy distribution unit 107, and a back channel energy distribution unit 108.
  • the encoding device 100 and the decoding device 110 focus on characteristics related to the feeling of wrapping, which is one of the spatial impressions of listeners when listening to multi-channel audio. , The role of reflections from behind the listener in spatial ⁇ mpression ", Masayu i orimoto, Kazuniro Iida, et.al, Applied Acoustics 2001, pp.1 09-124, etc.
  • the ratio between the sound source level of the sound source and the sound source level of the rear channel in other words, the ratio between the sound source level of the front channel and the energy level of the rear channel (in this embodiment, , Which is called FBR (Front Back Energy Ratio)) means that there is a possibility that a listener can be provided with a sufficient feeling of wrapping.
  • FBR Front Back Energy Ratio
  • the channels are L, R, C, and the rear channels are BL, BR.
  • a multi-channel system may have a larger number of channels or a smaller number of channels.
  • the front channel is the front channel
  • the rear channel is the rear channel. It can be handled in the same manner as this embodiment.
  • the front channel signals (L, R, C) are input to the front channel energy calculation unit 101, and the front channel energy calculation unit 101 calculates the total energy of the front channel signal.
  • the rear channel signals (BL, BR) are input to the rear channel energy calculation unit 102, and the rear channel energy calculation unit 102 calculates the total energy of the rear channel signals. Since the processes of the front channel energy calculation unit 101 and the rear channel energy calculation unit 102 are a part of the audio encoding method, the processes are generally performed at specified time intervals. In other words, energy is calculated for each time interval.
  • the energy of the front channel is Ef
  • the energy of the rear channel is Eb.
  • the energies of the front channel signals (L, R, C) are LE, RE, and CE
  • the front-rear energy ratio calculation unit 103 calculates the energy ratio FBR (see equation (1)) between the front channel energy and the rear channel energy.
  • FBR 10 1og (Ef / Eb) (1)
  • the output of the front-rear energy ratio calculation unit 103 includes the absolute amount of energy obtained by the above-mentioned energy ratio alone (the front energy Ef itself, or the rear energy Eb itself, or the front energy and the rear energy.
  • the added value Ef + Eb) is also output.
  • the energy quantization code unit 104 receives the energy ratio (FBR), which is the output of the front-rear energy ratio calculation unit 103, and the absolute amount of energy, and inputs the quantity.
  • the code string 109 is generated by the child.
  • the energy ratio (FBR) is a value that is strongly related to the listener's audibility characteristics related to the “wrapping feeling”, during quantization, in the range that is sensitively perceived by human auditory characteristics.
  • FIG. 3 is a diagram showing a coding method that changes the quantization accuracy of the front and rear energy ratios based on human auditory characteristics.
  • the horizontal axis represents the front-to-back energy ratio (Ef / Eb), and the internal vertical line represents the density of the quantization accuracy.
  • Ef / Eb front-to-back energy ratio
  • the internal vertical line represents the density of the quantization accuracy.
  • Ef I Eb 1
  • the difference between the energy values before and after is most easily perceived.
  • the energy values of the front and back are different from each other originally, even if the original energy is slightly deviated, it is not perceived by the human ear. Therefore, when the front / rear energy ratio (Ef / Eb) is close to “1”, fine quantization is performed for the energy ratio, and coarser quantization is performed as the distance from “1” is increased.
  • the decoding apparatus 110 reproduces the energy of the signal of the front channel and the energy of the signal of the rear channel, with the code sequence 109 encoded by the encoding apparatus 100 as an input.
  • the code sequence 109 is read by the energy decoding / inverse quantization unit 105, and the energy ratio (FBR) of the front channel and the back channel and the absolute amount of energy ( The forward energy itself Ef, or the backward energy itself Eb, or the sum of the forward energy and the backward energy Ef + Eb) is decoded.
  • the front-rear energy calculation unit 106 receives the energy ratio (FBR) of the front channel and the rear channel and the absolute amount of energy, and calculates the energy sum Ef of the front channel and the rear channel. Output the energy sum Eb.
  • the energy sum Ef of the front channel is input to the front channel energy distribution unit 107, and the energy sum Eb of the rear channel is input to the rear channel energy distribution unit 108.
  • the front channel energy distribution unit 107 derives the energy of each of the channels L, R, and C according to the energy ratio between the front channels, and the rear channel energy distribution unit 108 determines the BL according to the energy ratio between the rear channels.
  • the energy of each channel is derived.
  • the method for decoding the energy ratio between the front channels and the energy ratio between the rear channels is not particularly defined in the present application. In general, decryption is performed based on separately available information.
  • the audio signal encoding device 100 and the decoding device 110 configured in this way are used, it is easy to maintain the characteristic of "envelopment" when listening to the multi-channel of the listener, and there are few It is possible to provide a comfortable sound field even when multi-channel playback is performed by forming a code sequence with information.
  • the encoding method and decoding method for each channel signal described in the above embodiment are merely examples, and are used in the audio signal encoding device and the decoding device of the present invention.
  • the encoding method and decoding method for each channel signal are not limited to this.
  • a 5-channel multi-channel signal was downmixed into 3 channels, the left channel, the right channel, and the center channel, but the left channel, the right channel, and the center channel were encoded.
  • the signal may be downmixed to a monaural signal to be encoded and decoded.
  • the audio signal decoding method and encoding method of the present invention can be applied to all applications to which the audio encoding method and decoding method have been applied.
  • Code stream which is a bit stream encoded with audio code, is currently used for transmission of broadcast contents, applications that are recorded and played back on storage media such as DVDs and SD cards, and communication devices represented by mobile phones. This is used when transmitting AV content to the Internet. In addition, when transmitting audio signals as electronic data exchanged over the Internet. It is useful.

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Abstract

　マルチチャンネルのオーディオ信号が混入され符号化された符号列から、マルチチャネルの信号列を聴感上、違和感のないように簡便に分離して取り出すことが課題となっている。 　マルチチャネル信号の受聴に関しては、包まれ感という特性が重要であり、その特性を損なわないように弁別特性にあわせて符号化を構成する。包まれ感は、人間の耳より前にあるチャンネル（Ｌ、Ｃ、Ｒ）の信号のエネルギーの和Ｅｆと、耳より後ろにあるチャンネル（ＢＬ、ＢＲ）の信号のエネルギーの和Ｅｂとの比Ｅｆ／Ｅｂで表される。本発明のオーディオ信号符号化装置では、マルチチャンネルの信号が混入され符号化された符号列に包まれ感を表す前後のエネルギー比Ｅｆ／Ｅｂを多重化しておくので、臨場感のあるマルチチャネルのオーディオ信号を復号化することができる。                                                                                 

Description

明 細 書
オーディオ信号符号化装置および復号化装置
技術分野
[0001] 本発明は、オーディオ信号の符号ィ匕装置および復号ィ匕装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来のオーディオ信号符号化方法、および、復号化方法としては、公知なものとし て ISO/IECの国際標準方式、通称 MPEG方式などが挙げられる。現在、幅広い応用 を持ち、低ビットレート時でも高音質な符号ィ匕方式として、 ISO/IEC 13818— 7、通 称 MPEG2 AAC (Advanced Audio Coding)などがあげられる。本方式の拡張規格も 複数規格化が現在なされている。その一つとして、空間音響情報 (Spatial Cue Inform ation)もしくは、聴覚的音響情報 (Binaural Cue)と呼ばれる情報を利用する技術がある 。このような技術の例としては、 ISO国際標準規格である MPEG- 4 Audio (ISO/IEC 14 496- 3)において定められたパラメトリックステレオ (Parametric Stereo)方式がある（例え ば、非特許文献 1参照)。また、別の方式も提案されている (例えば、特許文献 1、特 許文献 2参照)。
非特許文献 1 : ISO/IEC 14496-3:2001 AMD2 "Parametric Coding for High Quality Audio
特許文献 1 :米国公開特許 US2003/0035553 "Backwards- compatible Perceptual Cod ing of Spatial Cues
特許文献 2 :米国公開特許 US2003/0219130 "Coherence- based Audio Coding and S ynthesis"
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながら、従来のオーディオ信号符号化方法、および、復号化方法では、例え ば背景技術に記載の AACなどでは、マルチチャネルの信号を符号ィ匕する際に、チ ヤンネル間の相関を十分に生力しきれていないため、低ビットレートイ匕することが困難 であった。チャンネル間の相関を用いて符号ィ匕を実施する場合においても、人間の 音源の包まれ感などに関する知覚特性をもちいることで得られる符号ィ匕効率の向上 などの効果を、十分に量子化と符号化に活かしきれて 、な 、と 、う課題があった。
[0004] また従来の方法では、マルチチャネルの信号を符号ィ匕したものを復号ィ匕する際に、 2つのスピーカやヘッドホンなどで再生する場合において、一度、すべてのチャンネ ルを復号化し、その後、ダウンミクスなどの方法を用いて、 2つのスピーカやヘッドホン で再生すべきオーディオ信号を加算により生成しなければならな力つた。このことは 2 つのスピーカやヘッドホンで再生する場合に、多くの計算量や計算用のバッファを要 し、それを実装する DSPなどの計算手段の消費電力やコストを高める原因となった。 課題を解決するための手段
[0005] 上記課題を解決するため、本発明のオーディオ信号符号化装置は、マルチチヤネ ルのオーディオ信号を符号ィ匕するオーディオ信号符号ィ匕装置であって、マルチチヤ ネルのオーディオ信号のうち、リスナーのフロント側に存在するチャンネルの信号の エネルギー和、および、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のエネルギ 一和を算出するエネルギー和算出手段と、フロント側の前記エネルギー和と、バック 側の前記エネルギー和との比を算出するエネルギー比算出手段と、算出された前記 エネルギー和の比を符号ィ匕するエネルギー比符号ィ匕手段とを備えることを特徴とす る。
[0006] また、前記エネルギー比符号ィ匕手段は、前記エネルギー和の比を、聴覚上の包ま れ感に関する弁別特性に応じて量子化し、符号ィ匕するとしてもよい。
[0007] さらに、前記弁別特¾は、フロント側の前記エネルギー和と、バック側の前記エネノレ ギー和との差が所定範囲内である場合に、弁別性能が最も高いことを示し、前記ェ ネルギー比符号ィ匕手段は、フロント側とバック側とのエネルギー和の差が最も小さ!/ヽ とき最も量子化精度が高くなるよう量子化し、前記エネルギー和の差が大きくなるほど ビット数が少なくなるよう量子化を行なうとしてもよい。
[0008] 本発明のオーディオ信号復号化装置は、マルチチャネルのオーディオ信号を表す 符号ィ匕列を復号ィ匕することによって、聴覚上の包まれ感を有するマルチチャネルォ 一ディォ信号を出力するオーディオ信号復号化装置であって、符号列を復号化する ことによって、マルチチャネルオーディオ信号を生成するオーディオ信号復号ィ匕手段 と、前記符号列を復号ィ匕することによって、リスナーのフロント側に存在するチャンネ ルの信号のエネルギー和と、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のエネ ルギー和との比を復号ィ匕するエネルギー比復号ィ匕手段と、復号化された前記エネル ギー和の比に従って、前記フロント側チャンネルと前記バック側チャンネルとにエネ ルギーを分配するエネルギー分配手段とを備えることを特徴とする。
発明の効果
[0009] 以上説明したように、本発明のオーディオ信号符号化方法、および、復号化方法で は、混入された複数の信号列から、複数の信号列に分離する場合において、人間の 音源の包まれ感などに関する知覚特性をもちいて、非常に小さな補助情報を生成す ることで、聴感上、違和感がない程度に信号の分離を達成することが可能となる。
[0010] また、あら力じめ混入された信号力 マルチチャンネル信号のダウンミクス信号であ るように構成しておけば、復号時においては、補助情報を読み取って信号処理する ことなぐダウンミクス信号部だけを復号すれば、 2チャンネル信号の再生系を有する スピーカやヘッドホンにおいても、低演算量で高音質な再生が可能となる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1は、本実施の形態の符号化装置および復号化装置の処理の流れを示す図 である。
[図 2]図 2は、チャンネル情報が示すリスナーと音源の関係を表す図である。
[図 3]図 3は、人間の聴覚特性に基づいて、前後のエネルギー比の量子化精度を変 える符号ィ匕方法を示す図である。
[図 4]図 4は、図 1に示したエネルギー比符号ィ匕部とエネルギー分配部とを備えた符 号化装置および復号化装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
[0012] 100 符号化装置
101 前方チャンネルエネルギー算出部
102 後方チャンネルエネルギー算出部
103 前方後方エネルギー比算出部
104 エネルギー量子化符号ィ匕部 105 エネルギー復号化逆量子化部
106 前方後方エネルギー算出部
107 前方チャンネルエネルギー分配部
108 後方チャンネルエネルギー分配部
109 符号化列
110 復号化装置
400 エネルギー比符号ィ匕部
401 ダウンミクス部
402 周波数変換部
403 量子化部
404 符号化部
405 多重化部
406 逆多重化部
407 復号化部
408 逆量子化部
409 逆周波数変換部
410 エネルギー分配部
411 信号分離部
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
[0014] (実施の形態）
図 1は、本実施の形態のオーディオ信号符号化装置 100、および、復号化装置 11 0の処理の流れを模式的に示した図である。なお、本実施の形態では各チャンネル のオーディオ信号がどのような符号ィ匕方式によって符号ィ匕および復号ィ匕されるかは 問題ではな!、ので、後に一例にっ 、て説明する。
[0015] この符号ィ匕装置 100は、復号ィ匕装置 110においてマルチチャネル信号による包ま れ感を復元するために、マルチチャネル信号の前方と後方とのエネルギー比を符号 化する符号ィ匕装置であって、エネルギー比符号ィ匕部 400を備える。エネルギー比符 号ィ匕部 400は、前方チャンネルエネルギー算出部 101、後方チャンネルエネルギー 算出部 102、前方後方エネルギー比算出部 103、エネルギー量子化符号ィ匕部 104 力もなる。符号ィ匕列 109は符号ィ匕装置 100で符号化された信号である。
[0016] また、この復号ィ匕装置 110は、符号ィ匕装置 100によって出力された符号列 109から 、マルチチャネル信号の前方と後方とのエネルギー比を算出し、復号化された各チヤ ンネルの信号により、原信号の包まれ感が復元されるよう、エネルギーを分配する復 号化装置であって、エネルギー分配部 410を備える。エネルギー分配部 410は、ェ ネルギー復号ィ匕逆量子化部 105、前方後方エネルギー算出部 106、前方チャンネ ルエネルギー分配部 107、後方チャンネルエネルギー分配部 108からなる。
[0017] まず簡単に符号ィ匕装置 100から説明する。図 2は、チャンネル情報が示すリスナー と音源の関係を表す図である。マルチチャンネルのオーディオ信号の受聴システム において、例えば図 2に示すような 5チャンネル信号を扱うものを想定した場合、リス ナ一が正面を向 、て着座してリスナーの正面方向に対して、耳より前方にあるフロン ト Lチャンネル（L)、フロント Rチャンネル (R)、センターチャンネル（C)と、耳より後方 にあるバック Lチャンネル（BL)、バック Rチャンネル（BR)とに大別して以降の処理を 実施する。耳より前方にあるチャンネルを前方チャンネル、耳より後方にあるチャンネ ルを後方チャンネルと呼ぶことにする。簡単のために 5チャンネルのシステムにつ!/ヽ て説明をする力 リスナーの耳より前方と後方のチャンネルに大別して処理をすると いう意味において、他のチャンネル数のシステムでもよい。一般に低域信号を扱う LF E (Low Frequency Effect)チャンネルは、リスナーの前方（または後方）においても、 人間の聴覚特性において、その方向性は知覚されるものではないので、前方 (また は後方)チャンネルと区別しな 、。
[0018] 再び図 1に戻って、前方チャンネル信号（L、 R、 C)は、前方チャンネルエネルギー 算出部 101に入力される。前方チャンネルエネルギー算出部 101は、前方チャンネ ル信号（L、 R、 C)それぞれのエネルギーを算出した上、前方チャンネル信号のエネ ルギー総和を算出する。また、後方チャンネル信号 (BL, BR)は、後方チャンネルェ ネルギー算出部 102に入力される。後方チャンネルエネルギー算出部 102は、後方 チャンネル信号（BL, BR)それぞれのエネルギーを算出し、後方チャンネル信号の エネルギー総和を算出する。これら前方チャンネルエネルギー算出部 101、および 後方チャンネルエネルギー算出部 102の処理はオーディオ符号ィ匕方法の一部であ るので、一般的に規定の時間間隔で処理を実施する。つまり、時間間隔ごとのエネ ルギー算出となる。
[0019] 次に前方チャンネルエネルギー、および、後方チャンネルエネルギーは、前方後方 エネルギー比算出部 103に入力される。前方後方エネルギー比算出部 103では、前 方チャンネルエネルギーと後方チャンネルエネルギーのエネルギー比を算出する。 あわせて、前方後方エネルギー比算出部 103の出力としては、前記のエネルギー比 だけでなぐエネルギーの絶対量 (前方エネルギーそのもの、もしくは、後方エネルギ 一そのもの、もくしは、前方エネルギーと後方エネルギーの加算値)も出力する。エネ ルギー量子化符号ィ匕部 104では、前方後方エネルギー比算出部 103の出力である 、前記のエネルギー比とエネルギーの絶対量とを入力として、量子化し符号列 109を 生成する。ここでは量子化方法および符号ィ匕方法にっ 、ては特に規定しな 、。
[0020] 図 4は、図 1に示したエネルギー比符号ィ匕部 400とエネルギー分配部 410とを備え た符号ィ匕装置 100および復号ィ匕装置 110の全体の構成を示すブロック図である。符 号化装置 100は、エネルギー比符号ィ匕部 400、ダウンミクス部 401、周波数変換部 4 02、量子化部 403、符号化部 404および多重化部 405を備える。復号化装置 110 は、逆多重化部 406、復号化部 407、逆量子化部 408、逆周波数変換部 409、エネ ルギ一分配部 410および信号分離部 411を備える。
[0021] まず、符号ィ匕装置 100について説明する。エネルギー比符号ィ匕部 400で前後のチ ヤンネルのエネルギー比、およびエネルギーの絶対量が量子化および符号ィ匕される のと並行して、ダウンミクス部 401、周波数変換部 402、量子化部 403、符号化部 40 4で各チャンネル信号が符号ィ匕される。
[0022] 前方チャンネル信号 (L、 R、 C)および後方チャンネル信号（BL, BR)力 ダウンミ タス部 401に入力される。ダウンミクス部 401は、前方左チャンネルの信号 Lと後方左 チャンネルの信号 BLとから、 (L + BL) Z2で表される左ダウンミクス信号を生成する 。また、前方右チャンネル信号 Rと後方右チャンネルの信号 BRとから、 (R + BR) /2 で表される右ダウンミクス信号を生成する。センターチャンネル信号 Cはそのままで、 3チャンネルの信号を出力する。なお、ここでは（L + BL)Z2および (R + BR)Z2と いうダウンミクスについて説明する力 ダウンミタスの方法については複数提案されて おり、いずれの方法を用いてもよい。また、ここではいずれのダウンミタスの方法を用 いたとしても、本発明を限定するものではない。ダウンミクス部 401からの信号は、周 波数変換部 402に入力される。周波数変換部 402は、チャンネルごとの信号を、例え ば、所定のサンプル数ずつ、周波数軸上の周波数スペクトルに変換する。量子化部 403は、周波数変換された各チャンネルの信号を量子化する。符号ィ匕部 404は、量 子化された変換係数を符号化する。多重化部 405は、符号化されたそれぞれのチヤ ンネルの変換係数およびエネルギー比符号ィ匕部 400で符号ィ匕されたエネルギー比 などを多重化して、符号列 109を出力する。
[0023] 次に復号ィ匕装置 110を説明する。前記の符号ィ匕装置 100で符号化された符号ィ匕 列 109を入力として、復号化装置 110では、前方チャンネルの信号のエネルギーと、 後方チャンネルの信号のエネルギーを再生する。
[0024] まず、エネルギー分配部 410のエネルギー復号化逆量子化部 105は、図 4に示し た逆多重化部 406によって符号ィ匕列 109から分離された符号列を読み取って、前方 チャンネルと後方チャンネルのエネルギー比とエネルギーの絶対量（前方エネルギ 一そのもの、もしくは、後方エネルギーそのもの、もくしは、前方エネルギーと後方ェ ネルギ一の加算値)を復号する。前方後方エネルギー算出部 106では、前記前方チ ヤンネルと後方チャンネルのエネルギー比とエネルギーの絶対量を受けて、前方チヤ ンネルのエネルギー和と、後方チャンネルのエネルギー和を出力する。前方チャンネ ルのエネルギー和は、前方チャンネルエネルギー分配部 107へ、後方チャンネルの エネルギー和は、後方チャンネルエネルギー分配部 108へそれぞれ入力される。
[0025] 一方、逆多重化部 406は、符号列 109から、左チャンネル、右チャンネルおよびセ ンターチヤンネルのスペクトルを表す符号列を逆多重化する。復号ィ匕部 407は、各チ ヤンネルに対応する符号列を復号化する。逆量子化部 408は、復号化された各チヤ ネルのスペクトルを逆量子化する。逆周波数変換部 409は、周波数スペクトルで表さ れた左チャンネル、右チャンネルおよびセンターチャンネルの信号を、時間の関数で 表される信号に変換する。信号分離部 411は、時間の関数に変換されたダウンミクス 信号を、元のマルチチャネル信号に分離する。すなわち、左チャンネル信号から前 方左チャンネル信号 Lおよび後方左チャンネル信号 BLを分離し、右チャンネル信号 カゝら前方右チャンネル信号 Rおよび後方右チャンネル信号 BRを分離する。このとき、 前方チャンネルエネルギー分配部 107では、前方チャンネル間でのエネルギー比率 に従って、 L, R, Cそれぞれのチャンネルのエネルギーを導出し、後方チャンネルェ ネルギー分配部 108では、後方チャンネル間でのエネルギー比率に従って、 BL、 B Rそれぞれのチャンネルのエネルギーを導出する。このように導出されたエネルギー に従って、各チャンネル信号が生成されることにより、原信号のマルチチャネル信号 による包まれ感が復元される。
[0026] 本発明の具体的な符号ィ匕方法について図 1を用いてさらに詳細に説明する。符号 化装置 100は、前方チャンネルエネルギー算出部 101、後方チャンネルエネルギー 算出部 102、前方後方エネルギー比算出部 103、エネルギー量子化符号ィ匕部 104 力もなる。符号ィ匕列 109は符号ィ匕装置 100で符号化された信号である。
[0027] また、この復号ィ匕装置 110は、エネルギー復号ィ匕逆量子化部 105、前方後方エネ ルギー算出部 106、前方チャンネルエネルギー分配部 107、後方チャンネルェネル ギー分配部 108からなる。
[0028] 符号ィ匕装置 100および復号ィ匕装置 110は、マルチチャンネルオーディオ受聴時の リスナーの空間的な印象のひとつである包まれ感に関する特性に着眼したものであり 、包まれ感に関して ίま、 The role of reflections from behind the listener in spatial ι mpression", Masayu i orimoto, Kazuniro Iida, et.al, Applied Acoustics 2001, pp.1 09-124などに記載があり、リスナーの受聴状況において、前方チャンネルの音源の レベルと、後方チャンネルの音源のレベルの比の保持が重要であることがのべられて いる。言い換えれば、前方チャンネルの音源と後方チャンネルのエネルギーレベル の比（本実施の开態では、 FBR (Front Back Energy Ratio)と称する。 )を保つことで 、リスナーに十分な包まれ感を提供できる可能性があることを意味する。
[0029] 簡単のために、取り扱うマルチチャンネルのオーディオ信号として、フロント左チヤ ンネル（L)、フロント右チャンネル（R)、フロントセンターチャンネル（C)、バック左チヤ ンネル（BL)、バック右チャンネル（BR)の 5チャンネルの場合を想定し、前方チャン ネルとして、 L, R, C、後方チャンネルとして、 BL、 BRとする。マルチチャンネルのシ ステムとして、さらに多いチャンネル数のものや、少ないチャンネル数のものも考えら れるが、リスナーに対して、前方に存在するチャンネルを前方チャンネル、後方に存 在するチャンネルを後方チャンネルとして、本実施の形態と同様に扱うことが可能で ある。
[0030] まず、前方チャンネル信号 (L、 R、 C)は、前方チャンネルエネルギー算出部 101に 入力され、前方チャンネルエネルギー算出部 101は、前方チャンネル信号のエネル ギー総和を算出する。また、後方チャンネル信号 (BL, BR)は、後方チャンネルエネ ルギー算出部 102に入力され、後方チャンネルエネルギー算出部 102は、後方チヤ ンネル信号のエネルギー総和を算出する。これら前方チャンネルエネルギー算出部 101、および後方チャンネルエネルギー算出部 102の処理はオーディオ符号ィ匕方法 の一部であるので、一般的に規定の時間間隔で処理を実施する。つまり、時間間隔 ごとのエネルギー算出となる。前方チャンネルのエネルギーを Ef、後方チャンネルの エネルギーを Ebとする。例えば、前方チャンネル信号（L、 R、 C)のそれぞれのエネ ルギーを LE、 RE、 CEとすると、前方チャンネル信号のエネルギー総和 Efは、 Ef= LE+RE + CEと表される。同様に、後方チャンネル信号（BL, BR)の各エネルギー を、 BLE、 BREとすると、後方チャンネル信号のエネルギー総和 Ebは、 Eb = BLE + BREと表される。
[0031] 次に前方チャンネルエネルギー Ef、および、後方チャンネルエネルギー Ebは、前 方後方エネルギー比算出部 103に入力される。前方後方エネルギー比算出部 103 では、前方チャンネルエネルギーと後方チャンネルエネルギーのエネルギー比 FBR ( (1)式参照)を算出する。
[0032] FBR = 10 1og( Ef / Eb ) (1)
あわせて、前方後方エネルギー比算出部 103の出力としては、前記のエネルギー 比だけでなぐエネルギーの絶対量 (前方エネルギー Efそのもの、もしくは、後方エネ ルギー Ebそのもの、もくしは、前方エネルギーと後方エネルギーの加算値 Ef + Eb)も 出力する。エネルギー量子化符号ィ匕部 104では、前方後方エネルギー比算出部 10 3の出力である、前記のエネルギー比 (FBR)とエネルギーの絶対量を入力として、量 子化し符号列 109を生成する。前述したように、エネルギー比 (FBR)はリスナーの「 包まれ感」に関する聴感特性に強く関連する値であるので、量子化の際には、人間 の聴覚特性上、鋭敏に感知される範囲ではエネルギー比 (FBR)を緻密に量子化し、 すなわち、小さい値の量子化ステップで量子化し、あまり感知されない範囲では粗く 量子化するようにすれば、符号ィ匕効率を高めることが出来る。図 3は、人間の聴覚特 性に基づ 、て、前後のエネルギー比の量子化精度を変える符号ィ匕方法を示す図で ある。同図において、横軸は前後のエネルギー比（Ef / Eb)を表しており、内部の縦 線は量子化精度の粗密を表している。同図に示すように、人間の聴覚特性からいうと 、前方向から聞こえる音のエネルギーと、後方向から聞こえる音のエネルギーとの差 は、前後のエネルギー値が同程度である場合に最も知覚されやすい。すなわち、 Ef I Eb= lのときに、前後のエネルギー値のずれが最も知覚されやすい。逆に、元々、 前後のエネルギー値がかけ離れて 、る場合には、本来の前後のエネルギーが少しぐ らいずれていても人間の耳には感知されない。従って、前後のエネルギー比（Ef / E b)が「1」に近いところでは、そのエネルギー比に対して緻密な量子化を行い、「1」か ら離れるに従って粗く量子化を行なう。
[0033] また、前方エネルギー Efそのものの値の保持や、後方エネルギー Ebのそのものの 値の保持以上に、エネルギー比 (FBR)の値の保持を目指した量子化および符号ィ匕 方法が望ま ヽ。ここでは量子化方法および符号化方法につ！ヽては特に規定しな ヽ
[0034] 次に復号ィ匕装置 110を説明する。前記の符号ィ匕装置 100で符号化された符号ィ匕 列 109を入力として、復号化装置 110では、前方チャンネルの信号のエネルギーと、 後方チャンネルの信号のエネルギーを再生する。
[0035] まず、符号ィ匕列 109は、エネルギー復号ィ匕逆量子化部 105にて、符号化列を読み 取って、前方チャンネルと後方チャンネルのエネルギー比（FBR)とエネルギーの絶 対量（前方エネルギーそのもの Ef、もしくは、後方エネルギーそのもの Eb、もくしは、 前方エネルギーと後方エネルギーの加算値 Ef+Eb)を復号する。前方後方エネル ギー算出部 106では、前記前方チャンネルと後方チャンネルのエネルギー比（FBR) とエネルギーの絶対量を受けて、前方チャンネルのエネルギー和 Efと、後方チャンネ ルのエネルギー和 Ebを出力する。前方チャンネルのエネルギー和 Efは、前方チャン ネルエネルギー分配部 107へ、後方チャンネルのエネルギー和 Ebは、後方チャンネ ルエネルギー分配部 108へそれぞれ入力される。前方チャンネルエネルギー分配部 107では、前方チャンネル間でのエネルギー比率に従って、 L, R, Cそれぞれのチ ヤンネルのエネルギーを導出し、後方チャンネルエネルギー分配部 108では、後方 チャンネル間でのエネルギー比率に従って、 BL、 BRそれぞれのチャンネルのエネ ルギーを導出する。前方チャンネル間でのエネルギー比率や、後方チャンネル間で のエネルギー比率の復号ィ匕方法については、本願では特に規定しない。別途入手 可能な情報に基づいて復号ィ匕するのが一般である。
[0036] このように構成されたオーディオ信号符号化装置 100および復号化装置 110を用 いれば、リスナーのマルチチャンネル受聴時の、「包まれ感」の特性を保持することが 容易であり、少ない情報で符号ィ匕列を構成し、マルチチャンネルを再生する際にも、 快適な音場を提供することが可能となる。
[0037] なお、上記実施の形態で説明した各チャンネル信号の符号化方法および復号ィ匕 方法は、単に一例を示したに過ぎず、本発明のオーディオ信号符号化装置および復 号ィ匕装置における各チャンネル信号の符号ィ匕方法および復号ィ匕方法は、これに限 定されない。例えば、上記の例では、 5チャンネルのマルチチャネル信号を、左チヤ ネル、右チャンネルおよびセンターチャンネルの 3チャンネルにダウンミックスして符 号化したが、左チャネル、右チャンネルおよびセンターチャンネルの 3チャンネルを、 さらにモノーラル信号にダウンミックスして、符号ィ匕および復号ィ匕するとしてもよい。 産業上の利用可能性
[0038] 本発明のオーディオ信号復号化方法、および、符号化方法は、従来からオーディ ォ符号ィ匕および復号ィ匕方法が適用されていたあらゆるアプリケーションにおいて、適 用可能である。
[0039] オーディオ符号ィ匕されたビットストリームなる符号ィ匕列は、現在、放送コンテンツの 伝送、 DVDや SDカードなどの蓄積媒体に記録され再生される応用、携帯電話に代 表される通信機器に AVコンテンツを伝送する場合などに用いられている。また、イン ターネット上でやりとりされる電子データとして、オーディオ信号を伝送する場合にお いても有用である。

Claims

請求の範囲
[1] マルチチャネルのオーディオ信号を符号化するオーディオ信号符号化装置であつ て、
マルチチャネルのオーディオ信号のうち、リスナーのフロント側に存在するチャンネ ルの信号のエネルギー和、および、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号 のエネルギー和を算出するエネルギー和算出手段と、
フロント側の前記エネルギー和と、バック側の前記エネルギー和との比を算出する エネルギー比算出手段と、
算出された前記エネルギー和の比を符号ィ匕するエネルギー比符号ィ匕手段と を備えることを特徴とするオーディオ信号符号ィ匕装置。
[2] 前記エネルギー比符号ィ匕手段は、前記エネルギー和の比を、聴覚上の包まれ感に 関する弁別特性に応じて量子化し、符号化する
ことを特徴とする請求項 1記載のオーディオ信号符号ィ匕装置。
[3] 前記弁別特性は、フロント側の前記エネルギー和と、バック側の前記エネルギー和 との差が所定範囲内である場合に、弁別性能が最も高いことを示し、
前記エネルギー比符号ィ匕手段は、フロント側とバック側とのエネルギー和の差が最 も小さいとき最も量子化精度が高くなるよう量子化し、前記エネルギー和の差が大きく なるほどビット数が少なくなるよう量子化を行なう
ことを特徴とする請求項 2記載のオーディオ信号符号ィ匕装置。
[4] マルチチャネルのオーディオ信号を表す符号ィ匕列を復号ィ匕することによって、聴覚 上の包まれ感を有するマルチチャネルオーディオ信号を出力するオーディオ信号復 号化装置であって、
符号列を復号ィヒすることによって、マルチチャネルオーディオ信号を生成するォー ディォ信号復号化手段と、
前記符号列を復号ィ匕することによって、リスナーのフロント側に存在するチャンネル の信号のエネルギー和と、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のェネル ギー和との比を復号ィ匕するエネルギー比復号ィ匕手段と、
復号化された前記エネルギー和の比に従って、前記フロント側チャンネルと前記バ ック側チャンネルとにエネルギーを分配するエネルギー分配手段と
を備えることを特徴とするオーディオ信号復号ィ匕装置。
[5] マルチチャネルのオーディオ信号を符号ィ匕するオーディオ信号符号ィ匕方法であつ て、
マルチチャネルのオーディオ信号のうち、リスナーのフロント側に存在するチャンネ ルの信号のエネルギー和、および、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号 のエネノレギー和を算出し、
フロント側の前記エネルギー和と、バック側の前記エネルギー和との比を算出し、 算出された前記エネルギー和の比を符号ィ匕する
ことを特徴とするオーディオ信号符号ィ匕方法。
[6] マルチチャネルのオーディオ信号を表す符号ィ匕列を復号ィ匕することによって、聴覚 上の包まれ感を有するマルチチャネルオーディオ信号を出力するオーディオ信号復 号化方法であって、
符号列を復号ィ匕することによって、マルチチャネルオーディオ信号を生成し、 前記符号列を復号ィ匕することによって、リスナーのフロント側に存在するチャンネル の信号のエネルギー和と、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のェネル ギー和との比を復号ィ匕し、
復号化された前記エネルギー和の比に従って、前記フロント側チャンネルと前記バ ック側チャンネルとにエネルギーを分配する
ことを特徴とするオーディオ信号復号ィ匕方法。
[7] オーディオ信号符号化装置のためのプログラムであって、マルチチャネルのオーデ ィォ信号のうち、リスナーのフロント側に存在するチャンネルの信号のエネルギー和、 および、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のエネルギー和を算出する ステップと、フロント側の前記エネルギー和と、バック側の前記エネルギー和との比を 算出するステップと、算出された前記エネルギー和の比を符号ィ匕するステップとを含 む各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
[8] オーディオ信号復号ィ匕装置のためのプログラムであって、符号列を復号化すること によって、マルチチャネルオーディオ信号を生成するステップと、前記符号列を復号 化することによって、リスナーのフロント側に存在するチャンネルの信号のエネルギー 和と、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号のエネルギー和との比を復号 化するステップと、復号ィヒされた前記エネルギー和の比に従って、前記フロント側チ ヤンネルと前記バック側チャンネルとにエネルギーを分配するステップとを含む各ステ ップをコンピュータに実行させるプログラム。
[9] マルチチャネルのオーディオ信号のうち、リスナーのフロント側に存在するチャンネ ルの信号のエネルギー和、および、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号 のエネルギー和を算出するステップと、フロント側の前記エネルギー和と、バック側の 前記エネルギー和との比を算出するステップと、算出された前記エネルギー和の比 を符号ィ匕するステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させるプログラムが記 録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
[10] 符号列を復号ィ匕することによって、マルチチャネルオーディオ信号を生成するステ ップと、前記符号列を復号ィ匕することによって、リスナーのフロント側に存在するチヤ ンネルの信号のエネルギー和と、リスナーのバック側に存在するチャンネルの信号の エネルギー和との比を復号ィ匕するステップと、復号ィ匕された前記エネルギー和の比 に従って、前記フロント側チャンネルと前記バック側チャンネルとにエネルギーを分配 するステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させるプログラムが記録された コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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