JP2001255892A - ステレオ信号符号化方法 - Google Patents
ステレオ信号符号化方法Info
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Abstract
量が少ない場合でも、品質の劣化を小さくする。 【解決手段】 左、右信号L,Sの和、差ベクトルM,
Sを求め(12)、これらをその平均振幅σM ,σSで
正規化してM^,S^を作り(14L,14R)、σM
2 /σS 2 >T(Tは例えば1.5)か否かを判定し
(31)、T以下であれば量子化ひずみDの計算時の重
み係数σM′=σM r 、σS′=σS r (r=0.7)と
し(32)、T以上であれば、σM′=σM 、σS′=0
としV(=M^,S^)をσM′,σS′を用いてDが最
小になる再生ベクトルVj (=Mj′,Sj′)を決定す
る。σM 2 /σS 2 <TでσM ,σS を振幅符号σ
^M ,σ^S とし、σM 2 /σS 2 >Tでσ^M =
σM 、σ^S =0とする。
Description
どの2チャネルステレオ信号を、和の信号と差の信号に
変換してできるだけ少ない情報量でディジタル符号化す
るステレオ信号符号化方法に関する。
類似しており、独立していることは少ない。そこで和の
信号のパワーは差の信号のパワーより大きく、これにあ
わせた情報割り当てや量子化を行うことで量子化ひずみ
を小さくできる。図7に従来のステレオ信号の符号化方
法を示す。入力端子11L,11Rよりのディジタル化
されたステレオの左信号L、右信号Rは和差変換部12
で和信号ベクトルM(=L+R)と差信号ベクトルS
(=L−R)に変換し、振幅符号化部13L,13Rで
それぞれ和信号ベクトルM、差信号ベクトルSの各パワ
ーを求め、その各パワーの平方根を量子化して振幅符号
σ^M ,σ^S を求め、これらσ^M ,σ^S をそれぞ
れ逆量子化して平均振幅値σM ,σS を求め、これら平
均振幅値σM ,σS で和信号ベクトルM、差信号ベクト
ルSを正規化部14L,14Rにおいて割ることで、正
規化し、正規化和信号ベクトルM^、正規化差信号ベク
トルS^を作る。すなわち次式を計算する。
作り、ベクトル量子化部15でベクトル量子化する。す
なわち符号帳16のなかから量子化ひずみ(量子化誤差
又はベクトル間距離とも云う)Dが最小となる再生ベク
トルVj′(=Mj′,Sj′)を、歪計算、ベクトル選
択部17により選択し、その選択した再生ベクトル
Vj′のインデックスjを波形符号とする。
が十分大きいときにはM^,S^両方のひずみDは次の
ようになる。 D=σM 2 ‖M^−Mj′‖2 +σS 2 ‖S^−Sj′‖2 (3) つまりこの式(3)を歪計算、ベクトル選択部17で計
算して、量子化ひずみDが最小になるように符号帳16
からVj′を選択する。なお、jを決定したあとで、D
をさらに小さくするためにσM とσS を決定しなおすこ
ともある。前記決定したjと、振幅符号化部14L,1
4Rでそれぞれ求めた振幅符号σ^M ,σ^S をマルチ
プレクサ18で多重化して符号化出力とする。
る復号器を図8を参照して説明する。入力端子21から
の多重化符号はデマルチプレクサ22で形状符号のイン
デックスjと、振幅符号σ^M とσ^S に分離され、イ
ンデックスjは逆量子化部23で符号帳からベクトルV
j (=Mj′,Sj′)が取出され、また逆量子化部24
M,24Sでそれぞれσ^M ,σ^S が振幅値σM ,σ
S に逆量子化され、逆正規化部25M,25Sでそれぞ
れMj′,Sj′に対し、σM ,σS が乗算され、これら
乗算値σM Mj′とσS Sj′が和差逆変換部26でその
和σM Mj′+σS Sj′=Lと差σM Mj′−σS Sj′
=Rが計算されて左信号ベクトルLと右信号ベクトルR
との再生信号が得られる。
jを決定すると、Sの量子化ひずみを求める際の重みσ
S が小さいために選択されたS′そのものの値も小さく
なる場合があり、左右の差の小さい信号が再生され、ス
テレオ感が損なわれる。また差信号の量子化ひずみが著
しく小さくなっても、全体としての量子化ひずみDが小
さいベクトルVj′(=Mj′,Sj′)を決定する必要
から実際のS^と大きく異なる、Sj′を選択してしま
うことがあり、この場合は、量子化雑音が大きくなる。
そこで、量子化ひずみDの計算に用いる重み付け係数を
σS ,σM ではなく、これらに対し、1以下の定数(た
とえば0.7)のrをべき乗した値σM r とσS r を使
い、σM r とσS r との差がσM とσSとの差より小
さくしていた。
場合は、式(4)のようにすると、和の信号、差の信号
ともに量子化雑音が大きくなり、品質が低下した。
テレオ信号の二つのチャネルの信号が非常に似ている場
合には情報量が少なくても、再生信号の品質の低下を抑
える符号化方法を提供することである。
オ信号の第1チャネル信号と第2チャネル信号とが非常
に類似しているとき、または情報量が少ないときに、適
応的に第1、第2チャネルの和の信号のみを強調し、第
1、第2チャネルの差の信号を抑えることで、ステレオ
感のバランスを考慮した総合的な品質の改善を行う。
た符号器を示し、図7と対応する部分に同一符号を付け
てある。以下においては1フレームについての処理を説
明する。なお1フレームは例えば20〜30mS、10
24サンプルであり、ベクトル量子化は1フレームを分
割して、10〜20サンプル程度のベクトルについて行
われる。
12で和信号ベクトルM(=L+R)と差信号ベクトル
S(=L−R)に変換され、振幅符号化部13L,13
Rで、MとSの各パワーをそれぞれ求め、その平方根を
量子化し、更に逆量子化後の平方根値、つまり平均振幅
値σM ,σS を求め、これらσM ,σS でMとSを正規
化部14L,14Rにおいて割ることで、正規化し、以
下のようにM^とS^を作る。
^)を作り、ベクトル量子化部15で量子化ひずみDが
最小となるように再生ベクトルVj′(=Mj′,
Sj′)を選択する。ここまでの処理の枠組みは従来の
符号器と同じである。この実施例では、再生ベクトルを
選択する時の距離尺度、つまり量子化ひずみDを適応的
に制御する。この処理は判定、重み算出、振幅符号変更
の3つのステップから構成する。最も単純な判定例とし
てはこのときの量子化する情報量(ビット数)が十分大
きく、例えば各サンプル当り2ビット以上であり、Mと
Sのエネルギー差が一定値Tより小さいとき、すなわ
ち、σM 2 /σS 2 <Tのときには、ベクトル量子化の
ひずみDの計算に用いる重み係数σM′とσS′として、
1以下の定数(たとえば0.7)のrを使って、σM r
とσS r を使う。また出力する振幅符号σ^M とσ^S
は正規化部14L,14Rで用いた平均振幅σM ,σS
をそのまま用いる。すなわち 重み係数: σM′=σM r ,σS′=σS r (7) 振幅符号: σ^M=σM ,σ^S =σS (8) とする。
差信号ベクトルの量子化ひずみに対する重みを0とす
る。同時に出力する振幅符号σ^S も0とする。すなわ
ち、 重み係数: σM′=σM ,σS′=0 (9) 振幅符号: σ^M =σM ,σ^S =0 (10) とする。
号化部13L,13Rよりそれぞれ平均振幅σM ,σS
を入力して、σM 2 ,σS 2 を計算し、その比σM 2 /
σS 2 が所定値T以上か否かを判定する。Tとしては
1.5程度、またはそれ以上の値、3〜5がよいことが
実験的に確認されたが、対象情報、割当てビット数など
により好ましい値が決められる。σM 2 /σS 2>Tと判
定されると、重み算出部32で入力された平均振幅
σM,σS をrのべき乗した値σM′=σM r 、σS′=
σS r を算出し、これらベクトル量子化部15へ供給
し、また振幅符号変更部33において、σM ,σS の量
子化符号を振幅符号σ^M ,σ^S として出力する。一
方、判定部31でσM 2/σS 2 ≦Tと判定されると、
重み算出部32で、σM′=σM 、σS′=0としてベク
トル量子化部15へ供給し、振幅符号変更部33におい
て、σM の量子化符号を振幅符号σ^M とし、振幅符号
σ^S =0として出力する。ベクトル量子化部15では
入力された重み係数σM′,σS′を用いて量子化ひずみ
Dを次式により計算してひずみDが最小となる再生ベク
トルV′(=Mj′,Sj′)を求める。
と右信号ベクトルの波形類似度が所定値以下であれば、
この実施例ではひずみDの計算の重み係数として式
(7)の値が用いられ、和成分の重み係数と差成分の重
み係数との差が緩和され、差成分の重み係数が小さいた
めに、S′そのものが小さくなり、左右の差の小さい信
号が再生され、ステレオ感がなくなるおそれがない。な
おσM 2 /σ S 2 <Tの場合は、σM′=σM 、σS′=
σS としてもよい。
≧Tの場合、つまり左信号ベクトルと右信号ベクトルの
波形類似度が所定値以上であれば、量子化ひずみDの計
算に用いる重み係数として式(9)が用いられ、式(1
1)中の右辺2項目、つまり差信号ベクトルS^に対す
る量子化歪(量子化誤差)を0として無視し、和信号ベ
クトルM^に対する量子化歪(量子化誤差)のみを最小
化するように符号化され、ステレオ感はなくなるが、差
信号ベクトルS^と全く異なるベクトルSj が選択さ
れ、大きな量子化雑音が発生するようなおそれはない。
クトルの波形類似度が所定値以上であれば、つまりσM
2 /σS 2 ≧Tであれば差信号ベクトルS^に対する量
子化ひずみ計算の重み係数σS′を0とし、差信号ベク
トルS^に対する量子化ひずみを無視したが、この量子
化ひずみをσM 2 /σS 2 が大きくなるに従って大きく
軽視するようにしてもよい。例えば図2Aに示すよう
に、σM 2 /σS 2 が1以下では、r=0.7程度の1
以下の一定値とし、1を超えるとrが比較的急に増加
し、1.5程度でr=1とし、3程度でr=4とする。
この場合はσM 2/σS 2 が大きくなる程σM′=σM
r とσS′=σS r との差が著しく大きくなりそれだけ
M^に対する量子化ひずみが重要視され、S^に対する
量子化ひずみが軽視され、逐にはS^に対する量子化ひ
ずみは実質的には無視される状態になる。
一符号を付けて示すように演算部35でσM 2 /σS 2
の演算を行い、重み算出部32で、予め用意した図2A
に示す特性のテーブルをσM 2 /σS 2 により参照し
て、rを求め、そのrでσM′=σM r 、σM σS′=
σS r を演算すればよい。図2A中に破線で示すように
σM 2 /σS 2 が1以下でσM 2 /σS 2 が小さくなる
に従ってrが小さくなるようにしてもよい。
(例えば1.5)以下でr=0.7などの1以下の一定
とし、σM 2 /σS 2 がT以上でr=4などの比較的大
きな一定値としてもよい。この場合も左信号ベクトルと
右信号ベクトルの波形類似度が所定値以上であれば、σ
M 2 /σS 2 >Tとなり、r=4となり、σM′=
σM 4 、σS′=σS 4 となり、M^に対する量子化ひず
みに対し、S^に対する量子化ひずみは0とされない
が、著しく軽視され、V(=M^,S^)のベクトル量
子化は主としてM^に対する量子化ひずみが最小となる
ようにして求まる。
σS 2 の連続関数とした場合であり、図2Bは階段関数
とした場合である。このように、重み係数σM′,σS′
を決定した場合は、出力する振幅符号のσ^S としてσ
S を符号化したものを用いると復号器で良好な再生をす
ることができない。つまりrが大きい程、σ^S を小さ
くする必要がある。このようにS^に対する量子化ひず
みを軽視した場合における振幅符号σ^S の調整は次の
ようにすればよい。
ちV(=M^,S^)に対するベクトル量子化の結果を
使って、出力する振幅符号σ^M,σ^Sを、ベクトル量
子化ひずみ分が最小となるように再計算する。量子化ひ
ずみDを書き換えると D=‖σM M^−σ^M Mj′‖2 +‖σS S^−σ^S Sj′‖2 (12) となり、これを最小とするσ^M ,σ^S は、上記式の
両辺をσ^M ,σ^S で偏微分した結果を0として、以
下のように決定できる。ただしTはベクトルの転置で、
AT BはAとBの内積で、‖A‖2 =AT Aである。
量子化インデックスjを逆量子化部37で符号帳16を
参照して再生したVj (=Mj′,Sj′)と、正規化部
14L,14RからのM^,S^と、振幅符号化部13
L,13RからのσM ,σS を入力して、式(13)、
式(14)を計算し、その結果σ^M ,σ^S を符号化
して振幅符号σ^M ,σ^S として出力する。
クスjを決定した後で振幅を決めなおす処理自体はすで
に知られている。この発明の形状符号化における量子化
ひずみDの計算における重み係数の変更と、この振幅再
調整と組み合わせると、重み係数が小さく与えられたS
^に対するひずみが大きく、ベクトルの方向を含めたS
^とS′の差が大きいため、これの内積S^T S′は小
さくなり、式(14)で求まる差信号ベクトルの振幅σ
^S の値は自動的に0に近くなり、Mの成分の利得がひ
ずみ最小基準で最適化される。
ベクトルRとの波形の類似度としてパワー比σM 2 /σ
S 2 を求めたが、左信号ベクトルLと右信号ベクトルR
との内積を原信号のエネルギーで正規化した値LT R/
√(|L|2 |R|2 )を用いてもよい。この値が大き
い程、波形類似度が大きいことになる。更に上述の各例
で求めた符号化出力j、σ^M ,σ^S を図8に示した
従来の復号器に入力すれば、ステレオ信号再生すること
ができることは容易に理解されよう。
左信号L、右信号Rをフレーム単位に分割し(S1)、
和信号ベクトルMと差信号ベクトルSを生成し(S
2)、Mの平均振幅σM ,Sの平均性幅σS を求め(S
3)、σM ,σS でM,Sをそれぞれ正規化して、正規
化和信号ベクトルM^、正規化差信号ベクトルS^を作
り(S4)、左信号ベクトルLと右信号ベクトルRの波
形類似度をパワー比σM 2/σS 2 又は正規化内積LT
R/√(|L|2 |R|2 )により求め(S5)、この
類似度が所定値以上か否かを調べ(S6)、所定値以上
であれば、S^に対する量子化ひずみの計算における重
み係数を小とする(S7)。次にM^,S^をベクトル
量子化してインデックスjを求め(S8)、必要に応じ
てσM ,σSを再計算してその結果を振幅符号化してσ
^M ,σ^S を求め(S9)、j,σ^M ,σ^S を符
号化出力とする(S10)。
予め作った後、フレーム分割し、更にベクトル単位でス
テップS3以後を実行してもよい。上述ではステレオ信
号を時間領域のベクトルを量子化したが、周波数領域に
変換したベクトルを用いてもよい。その実施例を図5
に、図3と対応する部分に同一符号を付けて示す。入力
端子11L,11Rよりの左信号、右信号はそれぞれ直
交変換部41L,41Rで離散コサイン変換などにより
周波数領域の係数に変換され、これら周波数領域の係数
は和差変換部12で周波数領域の和係数ベクトルMと差
係数ベクトルSとに変換される。これら和係数ベクトル
M、差係数ベクトルSはそれぞれスペクトル概形計算部
42L,42Rでそれぞれ、例えば小帯域ごとの代表振
幅よりなるスケールファクタがスペクトル概形(包絡)
として求められ、かつこれらの和係数ベクトルM、差係
数ベクトルSの各平均振幅を求め、これら平均振幅およ
びスペクトル包絡EM ,ES により、和係数ベクトル
M、差係数ベクトルSがスペクトル包絡正規化部43
L,43Rでそれぞれ割算されて正規化され、M/EM
=M^、S/ES =S^が求められる。
5に入力されEM 2 /ES 2 が演算され、その演算結果
に応じて重み算出部32で先に述べたと同様な手法の何
れかにより、重み係数EM′,ES′が算出され、これら
がベクトル量子化部15へ供給され、M^,S^がベク
トル量子化され、インデックスjが出力される。インデ
ックスjは逆量子化部37で逆量子化され、その逆量子
化ベクトルVj (=M j′,Sj′)とM^,S^と、E
M ,ES とが振幅再計算符号化部36に入力され、スペ
クトル包絡EM ,ES が再計算され、その結果が符号化
され、E^M ,E^S として出力される。
和信号と差信号とに変換し、これら和信号、差信号をそ
れぞれ直交変換して周波数領域の係数とされ、これらを
分割して和係数ベクトルM、差係数ベクトルSとしても
よい。上述では形状符号化にベクトル量子化を用い、そ
の重み係数を制御して、量子化ひずみを制御したが、ベ
クトルM,Sに対し、適応ビット割当て量子化における
ビット割当てを、左信号ベクトルと右信号ベクトルの類
似度に応じて制御してもよい。例えば図6に示すよう
に、正規化された和ベクトルM^、差ベクトルS^はそ
れぞれ量子化部45M,45Sに入力される。一方、平
均振幅値σM ,σ S は判定部31に入力され、パワー
比σM 2 /σS 2 がT以上か否かが判定され、T以下で
あればビット割当部46でlog2 σM ,log2 σS
が計算され、これらの計算結果に応じたビット割当情報
IbM,IbSが量子化部45M,45Sにそれぞれ供給さ
れ、量子化部45M,45Sではその入力されたビット
割当情報IbM,IbSの符号化ビット数となるように、M
^,S^をそれぞれ1サンプルごとのスカラ量子化、あ
るいはベクトル量子化され、それぞれの形状符号がマル
チプレクサ18へ出力される。なおIbM+IbSは一定値
Ib とされる。
ビット割当部46はIbM=Ib とし、つまり全ビットを
量子化部45Mに割当て、量子化部45Sにはビットを
割当てない、従ってS^は量子化されず量子化部45S
の出力がゼロとなる。振幅符号変更部33では、σM 2
/σS 2 がT以上か否かに応じて、図1で説明したよう
に振幅符号が変更されてσ^M ,σ^S が出力される。
この適応ビット割当量子化においても、和ベクトルMと
差ベクトルSとの波形類似度に応じて、類似度が高い
程、量子化部45Sに割当てるビット数が少なくなるよ
うにしてもよい。この場合、量子化部45Sに対するビ
ット割当てが少ない程、振幅符号σ^Sの再生振幅が小
さくなるように振幅符号σ^M,σ^Sを再調整するとよ
い。
に最良な再生信号が得られるように、例えば符号帳の各
ベクトルMj′,Sj′を聴覚的に変形したものを用いる
など聴覚重み付け量子化をしてもよい。また上述でもス
テレオ信号の左信号と右信号の符号化にこの発明を適用
したがステレオ信号の前方信号と後方信号などの符号化
にも適用できる。
レオ信号の第1チャネル信号と第2チャネル信号とが著
しく類似している場合には差信号の量子化ひずみを軽視
又は無視し、主として和信号の量子化ひずみが小さくな
るように、形状符号化することにより、情報量が少ない
場合でも、量子化雑音を小さく、品質劣化を抑えること
ができる。この場合ステレオ感はなくなるが左右信号が
類似しており、もともとステレオ感はほとんど貢献して
いないので実害がない。なお、左右信号が類似していな
いときにはこの発明は自動的に作用しないので、ステレ
オ感と雑音感のバランスをとった設定に影響はない。
号化器の機能構成を示すブロック図。
示す図。
におけるステレオ符号化器の機能構成を示すブロック
図。
明の実施例におけるステレオ符号化器の機能構成を示す
ブロック図。
例におけるステレオ符号化器の機能構成を示すブロック
図。
Claims (7)
- 【請求項1】 ステレオの第1チャネル信号と第2チャ
ネル信号のベクトル単位での和の信号ベクトルMと、差
の信号ベクトルSを求め、これら和の信号ベクトルMと
差の信号ベクトルSとを量子化誤差が小さくなるように
形状符号化すると共に、上記和の信号ベクトルMおよび
差の信号ベクトルSの各振幅情報を符号化する方法にお
いて、 上記第1チャネル信号ベクトルと第2チャネル信号ベク
トルの波形の類似度を求め、 上記類似度が所定値より大きいか否かを判定し、 上記類似度が大きいと判定されると、上記形状符号化に
おいて、上記差の信号ベクトルSの量子化誤差を軽視ま
たは無視し、上記和の信号ベクトルMの量子化誤差を主
として最小化して形状符号化し、 かつ上記差の信号ベクトルSの振幅を小さくした符号化
符号とする、 ことを特徴とするステレオ信号符号化方法。 - 【請求項2】 上記和の信号ベクトルMおよび差の信号
ベクトルSのそれぞれの平均振幅σM およびσS を求
め、 上記平均振幅σM ,σS で上記和の信号ベクトルM、差
の信号ベクトルSをそれぞれ正規化し、その正規化され
た和の信号ベクトルM、差の信号ベクトルSに対し上記
形状符号化を行うことを特徴とする請求項1記載のステ
レオ信号符号化方法。 - 【請求項3】 上記形状符号化した後に、量子化誤差が
最小になるように上記振幅情報の符号化符号を再調整す
ることを特徴とする請求項1又は2記載のステレオ信号
符号化方法。 - 【請求項4】 上記和の信号ベクトルMおよび上記差の
信号ベクトルSの各パワーσM 2 およびσS 2 をそれぞ
れ求め、これらパワーの比σM 2 /σS 2 を上記波形の
類似度とすることを特徴とする請求項1乃至3の何れか
に記載のステレオ信号符号化方法。 - 【請求項5】 上記第1チャネル信号ベクトルと上記第
2チャネル信号ベクトルの内積をその原信号のエネルギ
ーで正規化し、その値を上記波形の類似度とすることを
特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のステレオ信
号符号化方法。 - 【請求項6】 上記第1チャネル信号および上記第2チ
ャネル信号をそれぞれ直交変換して、周波数領域の上記
第1チャネル信号ベクトルおよび上記第2チャネル信号
ベクトルを得ることを特徴とする請求項1乃至5の何れ
かに記載のステレオ信号符号化方法。 - 【請求項7】 上記第1チャネル信号と上記第2チャネ
ル信号との和信号と、差信号とを求め、これら和信号お
よび差信号をそれぞれ直交変換して、周波数領域の上記
和の信号ベクトルおよび上記差の信号ベクトルを得るこ
とを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のステレ
オ信号符号化方法。
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