JPH07501190A - 複数の依存し合うチャネルのデジタル信号を伝達及び／又は記憶する際にデータを減少させる方法 - 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 複数の依存し合うチャネルのデジタル信号を伝達及び／又は記憶する際にデータ を減少させる方法技術分野 本発明は請求の範囲第１項乃至第８項の序文に記載の複数の依存し合うチャネル のデジタル信号を伝達及び／又は記憶する際にデータを減少させる方法に関する ものである。

例えばオーディオ信号が周波数コード化されて伝達される方法は、例えばＰＣＴ 公開公報ＷＯ３８１０１８１１及びＷＯ８９１０８３５７から知られテいる。こ こでは詳しく説明しない概念を説明するためにこれらの刊行物が明らかに参照さ れている。

デジタルのオーディオ信号をデータを減少させてコード化する公知の多数の方法 は周波数領域において信号をコード化し、時間領域からなる信号を周波数領域に （スペクトル値に）変換するために、適当なイメージ技術、例えばｒＦＦＴＪ、 ｒＤＣＴＪ、「ＭＤＣＴ」、「多相フィルタバンク」あるいは「ハイブリッドフ ィルタバンク」を利用している。

この方法によれば、信号の冗長性と人間の耳の特性に関する無関連性を高度に利 用することができる。

複数のチャネルの信号を伝達する際に信号が互いに独立していない場合には、伝 達すべきデータ量を更に減少させることができる。この条件は例えば４チヤネル のステレオ音のオーディオ信号のチャネルにおける信号において満たされる。

従来の技術 ステレオ・オーディオ信号の２つのチャネル間の冗長性／無関連性を利用する方 法は刊行物、ジョンストン（Ｊ、　Ｄ、　Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）の「広帯域ステレ オ信号の知覚のある変換コーディング（Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ　Ｔｒａｎｓｆｏ ｒｍ　Ｃｏｄ−ｉｎｇ　ｏｆ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　５ｔｅｒｅｏ　Ｓｉｇｎａｌ ｓ）　Ｊ　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ１９８９年第１９９３から１９９６頁に記載されてい る。このいわゆるＭＳコード化（センター／サイド・コード化）においては、左 と右のチャネルの代わりにステレオ信号の合計（センター）及び差（サイド）が コード化される。それによって伝達すべきデータの量の削減が行われる。

２つのステレオチャネルの信号の依存性は、刊行物「ステレオのデジタルオーデ ィオ信号のサブバンド・コーディング（Ｓｕｂｂａｎｄ　Ｃｏｄｉｎｇ　ｏｆ　 ＳｔｅｒｅｏｐｈｏｎｉｅＤｉｇｉｔａｌ　Ａｕｄｉｏ　Ｓｉｇｎａｌｓ）　Ｊ 　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　１９９１年、第３６０１から３６０４頁に知られた強度ステ レオ方法も利用している。この方法においてはモノ信号と信号の左／右分布に関 する付加的な情報が伝達される。

２つの方法によって信号の合成が好ましいものでない場合には激しいノイズが発 生する。例えばＭＳコード化において左と右のチャネルにおける信号合成が著し く異なるため、チャネルに存在する信号によってはカバーできない欠点を生じる 。従って例えば右のチャネルにのみ含まれる大きなサキソフオン信号は左のチャ ネルではノイズを発生し、それはカバーされず、従ってはっきりと知覚される。

強度ステレオ方法を使用すると、左と右のチャネルが著しく異なるスペクトル組 成を有する場合には、立体的音響感が失われる。

従って公知の方法は、望ましくない信号合成が予測されない場合、又はデータ量 の削減のためにノイズを許容しうる場合にのみ使用することができる。

本発明の説明 本発明の課題は、種々のチャネルにおける信号の依存性が利用され、かつ伝達信 号の主観的に知覚可能なノイズをもたらすことのない、多数の依存し合うチャネ ルのデジタル信号を伝達及び／又は記憶する際にデータを減少させる方法を提供 することである。

本発明によるこの課題の解決は、請求の範囲第１項及び第８項に記載されている 。

本発明によれば、種々のチャネルの信号はまずスペクトル領域へ移される。次に チャネルの対応するブロックに属するスペクトル値から、信号間のスペクトル間 隔の尺度を示す量が定められる。この量が小さいほど、対応するブロックのスペ クトル値は類似する。この量が所定のしきい値を下回った場合には、信号のコー ド化はもはや個々のチャネルで別々にではなく、共通のコード化が行われる。

共通のコード化は、伝達すべきデータの量を削減する公知の方法に従って行われ る。

所定のしきい値を上回った場合には、種々のチャネルの信号の共通のコード化は 行われない。従って伝達されたデータの質のために一時的に付加的なデータ減少 が行われない。

本発明の他の実施例が請求の範囲従属項に記載されている。

請求の範囲第２項によれば、スペクトル間隔をめるために、１つのブロックに属 する必ずしもすべてのスペクトル値が使用されるわけではない。むしろスペクト ル間隔は周波数領域部分に基づいて定められるので、ブロック毎にスペクトル間 隔の複数の値がめられる。従ってこの方法はスペクトル間隔の変化に迅速に反応 する。

請求の範囲第３項によれば、本発明方法は２つの音響的ステレオチャネルからの 信号に特に効果的に使用することができる。その場合について、スペクトル間隔 の尺度を示す量を定めるための好ましい規則が記載されている。

スペクトルエネルギに規格化されたスペクトル間隔ＳＤ／ＳＥがしきい値定数Ｃ より下にある場合には、両チャネルの共通のコード化のためのスペクトル的類似 性が充分であることが保証される。その場合には音響心理学に従って定めるべき ２つのチャネルのためのマスキングしきい値も類似しているので、共通コード化 の場合に発生する欠陥を両チャネルにおいて効果的にマスキングすることができ る。

スペクトル間隔を定める他の規則が請求の範囲第４項に記載されている。

しきい値定数Ｃは経験に定められ、かつ請求の範囲第５項に記載するように好ま しくは０．５と１の間である。

共通のコード化の特に好ましい実施例が請求の範囲第６項及び第７項に記載され ている。請求の範囲第６項に記載するように、共通のコード化は公知のセンター ／サイド・コード化によって行われる。この方法は好ましくは、ビットレートが 低い場合に最高の品質に重きをおく場合に使用される。もっと簡単な方法は請求 の範囲第７項記載の強度ステレオコード化を使用する。

独立請求項である請求の範囲第８項においては、本発明による課題を解決する他 の方法が記載されている。

種々のチャネルの対応する周波数領域部分のスペクトル値に基づいて、これら周 波数領域部分のスペクトルエネルギの尺度を示す量が定められる。

種々のチャネルのこのスペクトルエネルギはすべてのチャネルの全スペクトルエ ネルギと比較される。

周波数領域部分においてスペクトルエネルギがこの周波数領域部分におけるすべ てのチャネルの全スペクトルエネルギの所定の分数値以下になるチャネルにおい ては、該当するスペクトル値に値０が対応付けられる。この方法は特に、伝達に 使用されるビット数が伝達すべきスペクトル値に適合される場合に効果的である 。その場合には所望のデータ節約が生じる。なぜならゼロは特に低いビット数で 伝達できるからである。

請求の範囲第９項によれば、本方法が個々のスペクトル値に使用される。それに よって個々のチャネルにおいて極端に狭い周波数ラインを伝達前に全スペクトル から切除することができ、どのような場合でもマスキングの音響心理学的効果に よって知覚できないこととなる。

請求の範囲第１０項に記載された方法においては、ステレオ信号のマトリクス化 によって形成される２つの可聴チャネルからなる信号が伝達される。この方法は 、請求の範囲第１１項に記載のマトリクス化によってセンター／サイド・コード 化がもたらされる場合に、特に効果的に作用する。特に両チャネルのスペクトル 類似性が大きいことを特徴とするステレオ信号の場合には、センター／サイド・ コード化によりセンターチャネルとサイドチャネルに異なるスペクトルエネルギ が発生する。この場合には主観的に知覚可能なノイズを発生させることなしに、 サイドチャネル内では周波数コード化された小さい値をゼロで置き換えることが できる。しかしこの方法はサイドチャネルがセンターチャネルに比較して充分に 高いスペクトルエネルギを有する場合には、センターチャネルにも使用すること ができる。

ゼロにセットされるスペクトル値を選択する好ましい規則が請求の範囲第１２項 と第１３項に記載されている。請求の範囲第１２項によれば、個々のスペクトル 値はスペクトルエネルギをめるために使用され、請求の範囲第１３項に記載の方 法はスペクトル値のペアを用いて作用する。この方法は、伝達のために隣接し合 うスペクトル値の各ペアが共通にコード化される２次元コード化が選択される場 合に効果的に使用することができる。もちろん上述の規則を多次元コード化方法 に拡大することも可能である。

ゼロにセットされるスペクトル値を選択するための基準となるしきい値係数には 自由に設定可能な係数であって、経験的に最適化される。

請求の範囲第１４項によれば、異なる周波数領域について異なるしきい値係数が 定められる。それによって人間の聴覚の特性をよく考慮することができる。

デジタルのオーディオ信号を伝達する場合には、マスキングしきい値を算出する ために通常は音響心理学的モデルが使用される。マスキングしきい値は、音響信 号のどの成分が人間の耳で知覚できるかについての尺度を示すので、請求の範囲 第１５項によればしきい値係数がマスキングしきい値から導き出される。マスキ ングしきい値は時間的に変化する変量であって、しきい値係数に連続的に適合す る値である。この方法によれば、復号化された信号の知覚可能性に関して最適な データ削減が得られる。音素に関する特に重要な周波数領域においては、周波数 コード化された値の保守的（コンサーバティブ）な処理が行われ、重要でない領 域においてはスペクトルからラインが除去される。

本発明の大きな利点は、伝達方法の複雑さを余り増大させることなく、更なるデ ータ削減が得られることにある。本発明方法は使用されるコード化方法とは無関 係であるため、多面的に使用することができる。

本方法は送信側でわずかな個数で必要とされるコーグにおいて付加的な信号処理 を必要とするが、エンドユーザによって大量の個数で使用されるデコーダにおい ては必要としない。

図面の簡単な説明 本発明方法の実施例を図面を参照して以下で詳細に説明する。

第１図は本発明方法のブロック回路図であって、ａ）はコード化、ｂ）はデコー ド化を示している。

本発明を実施する方法 左のステレオチャネルＬと右のステレオチャネルＲの時間信号が分析フィルタバ ンクｌａ、ｌｂにおいて周波数領域に変換される。そのためにｒＦＦＴｊ、ｒＤ ｃＴＪ、ｒＭＤｃＴＪ、「多相フィルタバンク」、「ハイブリッドフィルタバン ク」など多数の公知の方法が提供されている。

周波数領域へ変換される信号には、両チャネルの共通のコード化を可能にするコ ード化マトリクス２が使用される。実施例においてはセンター／サイド・コード 化が使用される。

次のステージ３においては所定の周波数領域を消去することによってデータ減少 が行われる。サイドチャネルあるいはセンターチャネルにおいて、信号が比較的 小さいスペクトルエネルギを有する周波数領域で該当するスペクトル値がゼロに 設定される。次に２チヤネルオーデイオデータコーダ４、例えばエントロピーコ ードにおいて信号がコード化され、マルチプレクサを用いてビット電流に変換さ れる。

センター／サイドコード化、周波数領域の消去及びオーディオデータコード化を 制御するために、入力信号が更に分析される。ステージ６において音響心理学的 モデルを用いて、オーディオデータコード化４の決め手となるマスキングしきい 値が計算される。マスキングしきい値から、どのスペクトル領域のどのスペクト ル値をステージ３でゼロに設定するかに関する条件としてのしきい値係数も導き 出される。

ステージ５において、両チャネルの信号のスペクトル間隔を用いて、選択された 信号部分についてコード化マトリクス２を用いてセンター／サイド・コード化を 行うべきかどうかが定められる。選択された信号部分においてデータのスペクト ル類似性が非常にわずかである場合には、２ではセンター／サイド・コード化は 行われず、むしろ２つのチャネルが分離してコード化される。コードで形成され たビット電流は、第１ｂ図に示す構造を有するデコーダへ伝達される。

デコーダにおいてステージ７でビット電流がデコード化され、次にステージ８で センター／サイド・コード化された信号から左と右のチャネルの信号が形成され 、それか統合フィルタバンク９ａ、９ｂにおいて周波数領域から時間領域へ再変 換される。

Ｆｉｇ、　１ ＋＋＋＋ｍ＋ａｉ＋＋　ＰＣＴ／ＤＥ　９２１００８６９国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）時間領域からの信号の走査値がブロック毎に周波数領域に（スペクトル値に ）変換され、スペクトル値がコード化され、伝達及び／又は記憶され、復号化さ れ、かつ時間領域のＮチャネルに再度伝達される、互いに依存するＮチャネルか らのデジタル信号を伝達及び／又は記憶する際にデータを減少させる方法におい て、 種々のチャネルの対応するブロックのスペクトル値から、種々のチャネルの信号 間のスペクトル間隔の尺度を示す量が定められ、設定可能なしきい値と比較され 、かつ しきい値を下回った場合には種々のチャネルからの信号の共通のコード化が行わ れることを特徴とする互いに依存するＮチャネルからのデジタル信号を伝達及び ／又は記憶する際にデータを減少させる方法。 ２）異なるチャネルの信号間のスペクトル間隔が信号の対応する周波数領域箇所 から定められることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３）２つの音響的ステレオチャネルからの信号が伝達され、信号を共通にコード 化するための条件が次の規則によって記述され、 ＳＤ／ＳＥ＜ｃ その場合にＳＤは右と左のステレオチャネルからの信号間のスペクトル間隔の尺 度であり、かつ次の規則によって形成され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ その場合にＬｉ乃至Ｒｉは左乃至右のステレオチャネルのブロック長さＩＢＬＥ Ｎで周波数コード化された係数であり、ｎは自由に選択化可能な規格、そしてｆ １とｆ２は考慮された周波数インターバルの添え字域であり、量ＬＲ＿ＲＡＴＩ Ｏは左のチャネルの右チャネルに対する信号の大きさの比を記述し、ＳＥはステ レオ信号のスペクトルエネルギを示し、かつ次の規則に従って形成され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ かつｃは０＜ｃ＜１を有する設定可能なしきい値定数であることを特徴とする請 求の範囲第１項あるいは第２項に記載の方法。 ４）スペクトル間隔ＳＤの尺度が次の規則▲数式、化学式、表等があります▼ によって形成されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５）しきい値定数ｃが０．５と１の間で選択されることを特徴とする請求の範囲 第３項あるいは第４項に記載の方法。 ６）共通のコード化がセンター／サイド・コード化によって行われ、かつ量ＬＲ ＿ＲＡＴＩＯ：＝１が設定されることを特徴とする請求の範囲第３項から第５項 までのいずれか１項に記載の方法。 ７）共通のコード化が強度ステレオコード化によって行われ、かつ量ＬＲ＿ＲＡ ＴＩ０について次の式、▲数式、化学式、表等があります▼ が成立することを特徴とする請求の範囲第３項から第５項までのいずれか１項に 記載の方法。 ８）請求の範囲第１項の序文に記載の方法において、種々のチャネルの対応する 周波数領域部分のスペクトル値から、この周波数領域部分のスペクトルエネルギ の尺度を示す量が定められ、 種々のチャネルのこの量がこの周波数領域部分におけるすべてのチャネルのスペ クトルエネルギと比較され、かつ 個々のチャネルのスペクトルエネルギがすべてのチャネルの全エネルギの設定可 能な分数部分より低くなる周波数領域において周波数領域部分の該当するスペク トル値がゼロに設定されることを特徴とする方法。 ９）スペクトルエネルギを定めるために、種々のチャネルからの個々のスペクト ル値が使用されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １０）ステレオ信号の左と右のチャネルの信号からマトリクス化によって形成さ れる、２つの音響チャネルからの信号が伝達されることを特徴とする請求の範囲 第８項に記載の方法。 １１）マトリクス化がセンター／サイドコード化であることを特徴とする請求の 範囲第１０項に記載の方法。 １２）差チャネル▲数式、化学式、表等があります▼）あるいは和チャネル▲数 式、化学式、表等があります▼）のスペクトル値Ｓｉが次の規則に従って値ゼロ によって代替され、▲数式、化学式、表等があります▼ である場合に、▲数式、化学式、表等があります▼が成立し、その場合にＬｉ乃 至Ｒｉは左乃至右のステレオチャネルのブロック長さＩＢＬＥＮで周波数コード 化された係数、ｎは自由に選択可能な規格、ｋは適当に選択されたしきい値係数 であり、ｉは０からブロック長さＩＢＬＥＮまで（専ら）連続することを特徴と する請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３）スペクトルエネルギを定めるためにペアのサンプリング値が使用され、差 チャネルあるいは和チャネルにおけるスペクトル値Ｓ２ｉ及びＳ２ｉ＋１が次の 規則に従って値ゼロによって代替され、 ▲数式、化学式、表等があります▼， である場合に、▲数式、化学式、表等があります▼及び▲数式、化学式、表等が あります▼が成立し、その場合に添え字ｉがゼロから半ブロック長さＩＢＬＥＮ （専ら）まで連続することを特徴とする請求の範囲第８項から第１１項までのい ずれか１項に記載の方法。 １４）しきい値係数ｋが異なる周波数領域において異なるように選択されること を特徴とする請求の範囲第１２項あるいは第１３項に記載の方法。 １５）スペクトル値をコード化する場合に、マスキングしきい値を計算する音響 心理学的モデルが使用され、かつしきい値係数ｋがこのマスキングしきい値から 適応的に導き出されることを特徴とする請求の範囲第１２項から第１４項までの いずれか１項に記載の方法。