JP2008209637A - Multichannel signal encoding method, encoding device using it, and program by same method, and recording medium for same program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチチャネルオーディオ信号の圧縮符号化方法、その装置、その方法をコンピュータで実施するプログラムとその記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a method for compressing and encoding a multi-channel audio signal, an apparatus therefor, a program for executing the method on a computer, and a recording medium therefor.
従来のマルチチャネル信号の圧縮符号化では非特許文献1に示されているように、それぞれのチャネルに閉じた線形予測残差信号の基準値(エネルギーなど)を最小化するように、例えばレビンソン・ダービン等により線形予測分析が行われ、分析により求められた線形予測係数aj(i=0, 1, …, P), (a0=1)を用いたフィルタを通して得られる残差信号に対して重み付き減算処理を行っていた。その符号化装置の概念を図1に示す。図1では左チャネル信号及び右チャネル信号がそれぞれ線形予測分析部10,30で線形予測分析されてそれぞれの残差信号が生成され、一方の残差信号を符号化部20で符号化すると共に、それら2つの残差信号を重み付き減算処理部50で重み付き減算し、減算結果の残差差分信号を符号化部60で符号化している。ただし、ここでの線形予測係数はPARCOR係数に変換されたり、量子化されたりしたものを、変換したものも含み、各チャネル毎にNサンプルのフレーム毎に処理されるとする。例えば、左チャネルの入力信号をxL(n)(n=1, 2, …, N)、残差信号をeL(n)(n=1, 2, …, N)、PL次の予測係数をai L(i=1, 2, …, PL)、右チャネルの入力信号をxR(n)(n=1, 2, …, N)、残差信号をeR(n)(n=1, 2, …, N)、PR次の予測係数をai R(i=1, 2, …, PR)とすると、それぞれのチャネルの残差信号は、
As shown in Non-Patent
各チャネルの基準値を最小化するPARCOR係数を求めるには、これまでは何れのチャネルも同様に例えば図2に示す周知の格子型フィルタを用いた処理が行なわれていた。図2ではマルチチャネルの任意の1つの入力信号を代表してX(n)と表し、P次までの係数を得るP段ST1, ST2, …, STPの格子型フィルタを示している。第i次のPARCOR係数kiを計算する第i段目STi(i=1, 2, …, P)の処理は、乗算部6Fi-1, 6Bi-1と、加算部7Fi-1, 7Bi-1と、サンプル遅延部8i-1と、PARCOR係数計算部5iとによって行なわれる。ただし、i=1段目ST1では、X(n)から直接PARCOR係数計算部51により係数k1を計算する。以下にPARCOR係数算出処理の具体的な例を説明する。
In order to obtain a PARCOR coefficient that minimizes the reference value of each channel, processing using a well-known lattice filter as shown in FIG. In FIG. 2, an arbitrary multi-channel input signal is represented by X (n), and a P-stage ST 1 , ST 2 ,..., ST P lattice type filter that obtains coefficients up to the P order is shown. . The processing of the i-th stage ST i (i = 1, 2,..., P) for calculating the i-th order PARCOR coefficient k i is performed by
第1次のPARCOR係数k1の算出:
まず、入力信号X(n)そのものを前向き0次予測誤差F0(n)及び後向き0次予測誤差B0(n)とする。サンプル遅延部80では、入力された後向き0次予測誤差B0(n)(n=1, 2, …, N)を1サンプル遅延させB0(n-1)を出力する。PARCOR係数計算部51は、入力された前向き0次予測誤差F0(n) (n=1, 2, …, N)と後向き0次予測誤差B0(n-1) (n=1, 2, …, N)とを用いて後述の式(6)又は式(7)から第1次のPARCOR係数k1を計算して出力する。
First-order PARCOR coefficient k 1 calculation:
First, let the input signal X (n) itself be a forward 0th order prediction error F 0 (n) and a backward 0th order prediction error B 0 (n). The sample delay unit 8 0, backward 0-order prediction error B 0 input (n) (n = 1, 2, ..., N) is a one-sample delay and outputs the B 0 (n-1). PARCOR coefficient calculating unit 5 1, the inputted forward 0-
第2次のPARCOR係数k2の算出:
上記算出した第1次のPARCOR係数k1を用いて、前向き1次予測誤差
F1(n)=F0(n)+k1B0(n-1)
及び後向き1次予測誤差
B1(n)=k1F0(n)+B0(n-1)
を求める。
Calculation of second order PARCOR coefficient k 2 :
Using the calculated first-order PARCOR coefficient k 1 , forward-looking first order prediction error
F 1 (n) = F 0 (n) + k 1 B 0 (n-1)
And backward primary prediction error
B 1 (n) = k 1 F 0 (n) + B 0 (n-1)
Ask for.
上記と同様に、サンプル遅延部81では入力された後向き1次予測誤差B1(n) (n=1, 2, …, N)を1サンプル遅延させB1(n-1)を出力する。PARCOR係数算出部52は、入力された前向き1次予測誤差F1(n) (n=1, 2, …, N)と後向き1次予測誤差B1(n-1) (n=1, 2, …, N)とを用いて後述の式(6)又は式(7)から第2次のPARCOR係数k2を出力する。
Similar to the above, sample delay unit 8 1 In retrospective 1 input
上記の第2次のPARCOR係数k2の算出と同様の処理をP次まで続ける。最終段では、次のように第P次のPARCOR係数が求められる。
第P次のPARCOR係数kPの算出:
サンプル遅延部8P-1では、入力された後向きP-1次予測誤差BP-1(n) (n=1, 2, …, N)を1サンプル遅延させてBP-1(n-1)を出力する。PARCOR係数算出部5Pは、入力された前向きP-1次予測誤差FP-1(n) (n=1, 2, …, N)と後向きP-1次予測誤差BP-1(n-1) (n=1, 2, …, N)とを用いて後述の式(6)又は式(7)から第P次のPARCOR係数kPを出力する。
The same processing as the calculation of the second-order PARCOR coefficient k 2 is continued until the P-th order. In the final stage, the P-th order PARCOR coefficient is obtained as follows.
Calculation of Pth order PARCOR coefficient k P :
In the sample delay unit 8 P-1 , the input backward P-1 order prediction error B P-1 (n) (n = 1, 2,..., N) is delayed by one sample and B P-1 (n− 1) is output. The PARCOR coefficient calculation unit 5 P inputs the forward P-1 order prediction error F P-1 (n) (n = 1, 2,..., N) and the backward P-1 order prediction error B P-1 (n -1) A P-th order PARCOR coefficient k P is output from the following formula (6) or formula (7) using (n = 1, 2,..., N).
それぞれのPARCOR係数計算部5i(i=1, 2, …, P)では、Itakuraの式
従来技術では、Rチャネルの入力信号XR(n)に関して上記格子法においてX(n)の代わりにXR(n)とおいて、Lチャネルの入力信号XL(n)に関しても同様にX(n)の代わりにXL(n)とおいて各チャネルごとにPARCOR係数を求めていた。
非特許文献1に記述されている従来技術を用いた多チャネル信号の符号化処理の具体的な手順を図3を用いて説明する。ここでは親チャネルをRチャネル、子チャネルをLチャネルとする。
In the prior art, at the X R (n) in place of X (n) in the grid system with respect to the input signal of the R channel X R (n), the same applies to the input signal of the L channel X L (n) X ( Instead of n), X L (n) is used to obtain the PARCOR coefficient for each channel.
A specific procedure of multi-channel signal encoding processing using the conventional technique described in Non-Patent
線形予測分析部11Rは入力された親チャネル原信号xR(n)から格子法により1次から予め決めた右チャネルの次数であるPR次までのPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)を算出し、PARCOR係数列KR=(k1 R, k2 R, …, kPR R)として出力する。量子化部12RはPARCOR係数列KRを量子化し、量子化済PARCOR係数列^KR=(^k1 R, ^k2 R, …, ^kPR R)を出力する。変換部13Rは入力された量子化済PARCOR係数系列^KRを線形予測係数系列^ai R=(^a1 R, ^a2 R, …, ^aPR R)に変換して出力する。線形予測フィルタ14Rは線形予測係数系列^aRをフィルタ係数として、入力された親チャネル原信号xR(n)(n=1, 2, …, N)を次式
PARCOR coefficients of the
線形予測分析部31Lは入力された子チャネル信号xL(n)から格子法により1次から予め決めた左チャネルの次数であるPL次までのPARCOR係数k1 L, k2 L, …, kPL Lを算出し、PARCOR係数列KL=(k1 L, k2 L, …, kPL L)として出力する。量子化部32LはPARCOR係数系列KLを量子化し、量子化済PARCOR係数系列^KL=(^k1 L, ^k2 L, …, ^kPL L)を出力する。変換部33Lは入力された量子化済PARCOR係数系列^KLを線形予測係数系列^aL=(^a1 L, ^a2 L, …, ^aPL L)に変換して出力する。線形予測フィルタ34Lは線形予測係数系列^aL=(^a1 L, ^a2 L, …, ^aPL L)をフィルタ係数として、入力された子チャネル信号xL(n)(n=1, 2, …, N)を以下の式でフィルタリングし予測残差eL(n)を得る。ただし^a0 L=1とする。
The linear
重み計算部51は予測残差eR(n)と予測残差eL(n)を用いて次式(10)から重み係数γを求める。
符号量比較部68は、通常の子チャネル合成符号Cg Lと減算子チヤネル合成符号Cg Mの符号量を比較し、少ないほうをそれを表す符号と共に子チャネル符号として出力する。これが従来法である。
従来技術では、2チャネル以上の入力であっても、それぞれのチャネル毎に線形予測残差のエネルギーが小さくなるように求めたPARCOR係数を用いて線形予測分析を行っていた。しかしながら、子チャネルにおいて符号化の対象となる、式(11)に示した残差差分信号についてはエネルギーが最小となっているわけではなく、残差差分信号をエントロピー符号化した際の符号量は必ずしも少なくできず、効率の良い符号化を行っているとはいえなかった。
この発明の目的は、従来より効率のよい符号化が可能なマルチチャネル信号符号化方法、その装置、その方法によるプログラムとそれを記録する記録媒体を提供することである。
In the prior art, even when input is two or more channels, linear prediction analysis is performed using a PARCOR coefficient obtained so that the energy of the linear prediction residual is reduced for each channel. However, the energy of the residual difference signal shown in Equation (11), which is to be encoded in the child channel, is not minimum, and the amount of code when the residual difference signal is entropy encoded is It cannot always be reduced, and it cannot be said that efficient encoding is performed.
An object of the present invention is to provide a multi-channel signal encoding method capable of encoding more efficiently than before, an apparatus therefor, a program according to the method, and a recording medium for recording the program.
この発明によれば、複数サンプルで構成されるフレーム毎に入力された複数チャネルの信号に対応する符号を生成するマルチチャネル符号化方法は、
少なくとも1つのチャネル、以下第1チャネルと呼ぶ、の信号を線形予測分析して第1チャネルPARCOR係数と第1チャネル残差信号を生成する第1チャネル線形予測分析ステップと、
上記第1チャネル以外の少なくとも1つのチャネル、以下第2チャネルと呼ぶ、の信号からその残差信号が上記第1チャネル残差信号に近づくように第2チャネルPARCOR係数を相関格子法により求め、その第2チャネルPARCOR係数に基づいて上記第2チャネル信号の残差信号を第2チャネル残差信号として生成するチャネル間相関を利用した線形予測分析ステップと、
上記第1チャネル残差信号と上記第2チャネル残差信号間の重み付き減算処理により残差差分信号を生成する重み付き減算ステップと、
上記第1チャネルPARCOR係数と上記第1チャネル残差信号を符号化して第1チャネル符号を出力し、少なくとも上記第2チャネルPARCOR係数と上記残差差分信号を符号化して第2チャネル符号を出力する符号化ステップ、
とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, a multi-channel encoding method for generating a code corresponding to a signal of a plurality of channels input for each frame composed of a plurality of samples,
A first channel linear prediction analysis step of linearly predicting and analyzing a signal of at least one channel, hereinafter referred to as a first channel, to generate a first channel PARCOR coefficient and a first channel residual signal;
A second channel PARCOR coefficient is obtained by a correlation grid method so that the residual signal approaches the first channel residual signal from a signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as a second channel, A linear prediction analysis step using inter-channel correlation that generates a residual signal of the second channel signal as a second channel residual signal based on a second channel PARCOR coefficient;
A weighted subtraction step of generating a residual difference signal by a weighted subtraction process between the first channel residual signal and the second channel residual signal;
The first channel PARCOR coefficient and the first channel residual signal are encoded to output a first channel code, and at least the second channel PARCOR coefficient and the residual difference signal are encoded to output a second channel code. Encoding step,
It is characterized by including.
本発明によれば、子チャネル残差信号が親チャネル残差信号に近づくように子チャネルのPARCOR係数を決めるので、残差差分信号の基準値を従来より小さくすることが可能であり、従って、子チャネルの符号量が少ない、より効率の良い符号化が可能となる。 According to the present invention, since the PARCOR coefficient of the child channel is determined so that the child channel residual signal approaches the parent channel residual signal, it is possible to make the reference value of the residual difference signal smaller than that in the prior art. It is possible to perform more efficient coding with a small code amount of the child channel.
発明の原理
この発明によれば、親チャネル残債信号と子チャネル残差信号の重みつき減算により生成される残差差分信号に必要な符号量を減らすため、合計の基準値(子チャネルの、減算処理後の前向き及び後向き予測誤差のエネルギーの合計)が最小となるように、子チャネル残差信号を求めるためのPARCOR係数を決める。つまり、子チャネルの残差信号が親チャネルの残差信号に近づくようにPARCOR係数を計算する。
ここでは、例として親チャネルは従来の方法によりPARCOR係数と残差信号を求め、子チャネルの残差信号が親チャネルの残差信号に近づくように子チャネルのPARCOR係数を決める方法を説明する。言い換えれば、残差差分信号eM(n)のフレーム当りのエネルギーを最小化するように子チャネルのPARCOR係数を決める。
Principle of the Invention According to the present invention, in order to reduce the amount of code required for the residual difference signal generated by weighted subtraction of the parent channel residual signal and the child channel residual signal, the total reference value (child channel, The PARCOR coefficient for determining the child channel residual signal is determined so that the sum of the energy of the forward and backward prediction errors after the subtraction process is minimized. That is, the PARCOR coefficient is calculated so that the residual signal of the child channel approaches the residual signal of the parent channel.
Here, as an example, a method will be described in which a parent channel obtains a PARCOR coefficient and a residual signal by a conventional method, and determines the PARCOR coefficient of the child channel so that the residual signal of the child channel approaches the residual signal of the parent channel. In other words, the PARCOR coefficient of the child channel is determined so as to minimize the energy per frame of the residual difference signal e M (n).
相関格子法1
親チャネルの残差信号eM(n)に子チャネルの残差信号が似るように子チャネル信号xL(n)の線形予測分析でPARCOR係数を格子法により決める第1の方法を図4を参照して説明する。この実施例では、図2に示した従来の格子法において、1次からP-1次までは従来の格子法を用いてPARCOR係数を算出し、最終段のP次についてのみ従来と異なる方法でPARCOR係数を算出する。従って、図4には初段と最終段のみを示してある。ここでは、子チャネル信号xL(n)が格子法処理の初段に与えられる。格子法処理の最終段には、従来法にはない、重み係数計算部9Wとゲイン部9Xが設けられており、PARCOR係数計算部5Pは親チャネルの残差信号eM(n)を利用してPARCOR係数kPを計算する点が従来と異なる。
FIG. 4 shows a first method for determining the PARCOR coefficient by the lattice method in the linear prediction analysis of the child channel signal x L (n) so that the residual signal of the child channel resembles the residual signal e M (n) of the parent channel. The description will be given with reference. In this embodiment, in the conventional lattice method shown in FIG. 2, the PARCOR coefficient is calculated from the first order to the P-1 order using the conventional lattice method, and only the P order of the final stage is different from the conventional method. Calculate the PARCOR coefficient. Therefore, FIG. 4 shows only the first stage and the last stage. Here, the child channel signal x L (n) is given to the first stage of the lattice method processing. The final stage of the grid method processing is not in the conventional method, and the
重み付き係数計算部9Wは、加算部7FP-1からの前向きP-1次予測誤差FP-1(n)(n=1, 2, …, N)と、サンプル遅延部8P-1からの後向きP-1次予測誤差BP-1(n-1)と、親チャネル残差信号eR(n)とを使って次式(12)から重み係数gを算出する。
あるいは、次式(13)のように、重み係数gをこれら2つの規格化相互相関の相乗平均で表してもよい。
上述のように式(12)又は(13)で表される重み係数gは親チャネル残差信号eR(n)と前向き予測誤差FP-1(n)との相互相関と、親チャネル残差信号eR(n)と後向き予測誤差BP-1(n-1)との相互相関によって表されており、従って、式(14), (15)又は(16)で表されるこの発明によるPARCOR係数を算出する格子法は、親チャネル残差信号と、前向き及び後向き予測誤差との相互相関に基づいた表現となっており、この発明によるPARCOR係数演算処理方法を相関格子法と呼ぶことにする。 As described above, the weighting factor g expressed by the equation (12) or (13) is the cross-correlation between the parent channel residual signal e R (n) and the forward prediction error F P-1 (n), and the parent channel residual. This invention is represented by the cross-correlation between the difference signal e R (n) and the backward prediction error B P-1 (n-1), and is therefore represented by the formula (14), (15) or (16) The grid method for calculating the PARCOR coefficient according to is based on the cross-correlation between the parent channel residual signal and the forward and backward prediction errors. The PARCOR coefficient calculation processing method according to the present invention is called the correlation grid method. To.
相関格子法1の変形例1
上記相関格子法1では、格子法による処理の最終段であるP次のPARCOR係数kPについてのみ従来とは異なる方法で計算を行なったが、上記相関格子法1のP時と同様の方法によるPARCOR係数の算出を前段において実施して1次からP次までの全次数のPARCOR係数k1, k2, …, kPを求めてもよい。あるいは、任意の段、例えば11≦Pとし、1次から10次までのPARCOR係数の算出に上記相関格子法1のP次と同様の方法を採用し、11次からP次までは従来法によるPARCOR係数の算出を行なってもよい。要するに、1つ以上の任意の次数のPARCOR係数の算出を、上記相関格子法1のP次と同様の方法で行なえば、この発明による最低限の効果は得られる。
In the
相関格子法1の変形例2
相関格子法1の変形例1において、図5に示すように任意の段(第i段)において図4と同様に重み係数計算部9Wi-1により前向き及び後向き予測誤差Fi-1(n), Bi-1(n-1)と親チャネル残差信号eR(n)から式(12)により重み係数gを求め、その重み係数gによりゲイン部9Xi-1で残差信号eR(n)に重み付けを行い、この重み付き残差信号g´eR(n)を使ってPARCOR係数計算部5iにより式(14), (15)又は(16)においてPの代わりにiとしてPARCOR係数kiを求める。更に、図5の点線枠で示す、乗算部6Fi, 6Bi、加算部7Fi, 7Biを含む予測誤差算出部EEに極性反転部9Yiを設け、重み付き残差信号g´eR(n)に対し極性反転部9Yiでg´eR(n)の極性を反転して加算部7Biに与えることにより、次段に用いる前向きi次予測誤差Fi(n)及び後向きi次予測誤差Bi(n)を得る。即ち、前向きi次予測誤差Fi(n)及び後向きi次予測誤差Bi(n)は次式により求めることになる。
Fi(n)=Fi-1(n)+ki´Bi-1(n-1)−g´eR(n) (17)
Bi(n)=ki´Fi(n)+Bi-1(n-1)−g´eR(n) (18)
In the first modification of the
F i (n) = F i-1 (n) + k i ' B i-1 (n-1)-g'e R (n) (17)
B i (n) = k i ' F i (n) + B i-1 (n-1)-g'e R (n) (18)
相関格子法2
この相関格子法2では、図4の相関格子法1と同様に1次からP-1次までは従来の格子法を用いてPARCOR係数を算出するが、最終段のP次については異なる方法でPARCOR係数を算出する。以下、図6を参照して図4の相関格子法1と異なる部分についてのみ説明する。この相関格子法2は、図4の相関格子法1において、重み計算部9Wとゲイン部9Xを省略し、親チャネル残差信号eR(n)をそのままPARCOR係数計算部5Pに与えてPARCOR係数kPを計算している。
In this
PARCOR係数計算部5Pは、加算部7FP-1からの前向きP-1次予測誤差FP-1(n)(n=1, 2, …, N)と、サンプル遅延部8P-1からの後向きP-1次予測誤差BP-1(n-1) (n=1, 2, …, N)と、親チャネル残差信号eR(n)とから次式(19)によりPARCOR係数kPを算出する。
上記式(19)と式(14)を比較すると、式(19)においては、式(14)における前向き予測誤差FP-1(n)及び後ろ向き予測誤差BP-1(n-1)のそれぞれに対し親チャネル残差信号eR(n)の重み付き減算を行わず、分子においては前向き予測誤差FP-1(n)と親チャネル残差信号eR(n)間の相互相関と、後ろ向き予測誤差BP-1(n-1)と親チャネル残差信号eR(n)間の相互相関の積を親チャネル残差信号エネルギーで規格化して減算している。また、分母においては、前向き予測誤差FP-1(n)と親チャネル残差信号eR(n)間の相互相関と、後ろ向き予測誤差BP-1(n-1)と親チャネル残差信号eR(n)間の相互相関の2乗和を親チャネル残差信号エネルギーで規格化して減算している。 Comparing the above equation (19) and equation (14), in equation (19), the forward prediction error F P-1 (n) and the backward prediction error B P-1 (n-1) in equation (14) The weighted subtraction of the parent channel residual signal e R (n) is not performed for each, and in the numerator, the cross-correlation between the forward prediction error F P-1 (n) and the parent channel residual signal e R (n) The product of the cross-correlation between the backward prediction error B P-1 (n-1) and the parent channel residual signal e R (n) is normalized by the parent channel residual signal energy and subtracted. In the denominator, the cross-correlation between the forward prediction error F P-1 (n) and the parent channel residual signal e R (n), the backward prediction error B P-1 (n-1) and the parent channel residual The sum of squares of the cross-correlation between the signals e R (n) is normalized by the parent channel residual signal energy and subtracted.
式(19)の分母における前向き予測誤差FP-1(n)を共通に含む項の差分が、式(14)の分母における前向き予測誤差FP-1(n)と親チャネル残差信号eR(n)間の重み付き減算に対応し、式(19)の分母における後ろ向き予測誤差BP-1(n-1)を共通に含む項の差分が、式(14)の分母における後ろ向き予測誤差BP-1(n-1)と親チャネル残差信号eR(n)間の重み付き減算に対応する。式(19)においても、分母のFP-1(n)を共通に含む項とBP-1(n-1)を共通に含む項を重み付き平均してPARCOR係数kPを求めてもよい。 Difference term including forward prediction error F P-1 in the denominator of equation (19) to (n) in common, forward prediction error F P-1 (n) as the parent channel residual signal e in the denominator of formula (14) Corresponding to the weighted subtraction between R (n), the difference in terms that commonly include the backward prediction error B P-1 (n-1) in the denominator of Equation (19) is the backward prediction in the denominator of Equation (14). This corresponds to weighted subtraction between the error B P-1 (n-1) and the parent channel residual signal e R (n). In Equation (19), the PARCOR coefficient k P can also be obtained by weighted averaging the terms that commonly include the denominator F P-1 (n) and the terms that commonly include B P-1 (n-1). Good.
相関格子法2の変形例1
図6に示した相関格子法2では、格子法による処理の最終段であるP次のPARCOR係数kPについてのみ従来と異なる方法で算出したが、上記相関格子法2のP次と同様の方法によるPARCOR係数の算出を全段において実施して1次からP次までの全次数のPARCOR係数k1, k2, …, kPを求めてもよい。あるいは、任意の段、例えば11≦Pとし、1次から10次までのPARCOR係数の算出に上記相関格子法1のP次と同様の方法を採用し、11次からP次までは従来法によるPARCOR係数の算出を行なってもよい。要するに、1つ以上の任意の次数のPARCOR係数の算出を、上記相関格子法1のP次と同様の方法で行なえば、この発明による最低限の効果は得られる。
In the
相関格子法2の変形例2
図5に示した相関格子法1の変形例2と同様に、相関格子法2の変形例1においても任意の段のPARCOR係数kiを求めた後、図5の点線枠で示す予測誤差算出部EEの構成を採用し、次の段に用いる前向きi次予測誤差Fi(n)及び後向きi次予測誤差Bi(n)を式(17), (18)により求めてもよい。
Similar to the modified example 2 of the correlated
上述の各相関格子法及びその変形例においては、いずれも各処理段STiにおける後ろ向き予測誤差Bi(n-1)はその処理段に至る各段で遅延を受けている。そこで、その遅延量に合わせて後ろ向き予測誤差Bi(n-1)との演算にかかわる親チャネル残差信号eR(n)も遅延を与えて演算を行ってもよい。 In each of the above-described correlation grid methods and variations thereof, the backward prediction error B i (n−1) at each processing stage ST i is delayed at each stage leading to that processing stage. Therefore, the parent channel residual signal e R (n) related to the calculation with the backward prediction error B i (n−1) may be calculated in accordance with the delay amount with a delay.
例えば、式(12), (13), (19)において、ΣBP-1(n-1)×eR(n)の代わりに
マルチチャネル信号符号化の基本構成と処理手順
図7はこの発明によるマルチチャネル信号の符号化を、左右2チャネルの信号に適用した場合の符号化装置の基本的な機能構成を示し、その処理手順を図8に示す。この発明では、マルチチャネル入力信号を符号化する場合、どのチャネル信号が親チャネル信号、また子チャネル信号として入力されるか予め決められている場合もあるし、あるいは、この符号化装置において決める場合もある(親子の決め方の詳細は非特許文献1参照)。例えばここでは右チャネル信号が親チャネル信号として入力され、左チャネル信号が子チャネル信号として入力されたとする。
このマルチチャネル信号符号化装置は、親チャネル用の線形予測分析手段10と、親チャネル符号化手段20と、チャネル間相関を利用した線形予測分析手段40と、重み付き減算処理手段50と、差分符号化手段60とから構成されている。
The encoding of the multi-channel signal encoding basic configuration and
The multi-channel signal encoding apparatus includes a parent channel linear
まず、線形予測分析手段10において、親チャネル信号xR(n)を入力信号として図2で示した従来の格子法によりPARCOR係数列KRを求め、それに基づいて更に、親チャネル残差信号eR(n)を例えば式(2)により求める(ステップS1)。得られた親チャネル残差信号eR(n)に対し、次にチャネル間相関を利用した線形予測分析手段40により、子チャネル残差信号が近づくように子チャネル用のPARCOR係数列KMを決める(ステップS2)。これは、具体的には図4乃至6で説明したこの発明による相関格子法によってPARCOR系数列を決めることであり、これにより親チャネル残差信号と、子チャネル信号の前向き及び後向き予測誤差との間のエネルギー差が小さくなるようにしている。 First, in the linear prediction analysis means 10, the PARCOR coefficient sequence K R is obtained by the conventional lattice method shown in FIG. 2 using the parent channel signal x R (n) as an input signal, and further based on the PARCOR coefficient sequence K e R (n) is obtained by, for example, equation (2) (step S1). The parent channel residual signal e R (n) thus obtained is subjected to a PARCOR coefficient sequence K M for the child channel so that the child channel residual signal approaches by the linear prediction analysis means 40 using the inter-channel correlation. Determine (step S2). Specifically, this is to determine the PARCOR series by the correlation grid method according to the present invention described with reference to FIGS. 4 to 6, whereby the parent channel residual signal and the forward and backward prediction errors of the child channel signal are determined. The energy difference between them is made small.
チャネル間相関を利用した線形予測分析手段40は更に、得られた子チャネル用PARCOR係数列KMを使って子チャネル信号の残差信号eM(n)を生成する(ステップS3)。次に、重み付き減算処理手段50は、親チャネル残差信号eR(n)と子チャネル残差信号eM(n)の重み付き減算処理により残差差分信号~eM(n)を生成する(ステップS4)。次に、親チャネル符号化手段20により親チャネルのPARCOR係数列KRと親チャネル残差信号eR(n)を符号化すると共に、差分符号化手段60により子チャネルのPARCOR係数列KM、残差差分信号~eM(n)、重み係数γをそれぞれ符号化する(ステップS5)。
The linear prediction analysis means 40 using the inter-channel correlation further generates a residual signal e M (n) of the child channel signal using the obtained child channel PARCOR coefficient sequence K M (step S3). Then, weighted
実施例1
図9はこの発明をステレオ信号の符号化に適用した場合の符号化装置のブロック図を示す。図3の従来技術の構成と異なる点は、図3における子チャネル線形予測分析部31Lの代わりにチャネル間相関を利用した線形予測分析部41Mが設けられ、残差符号化部65L、符号合成部67L、符号量比較部68に対応するものが設けられていないことである。また、図3における量子化部32L、変換部33L、線形予測フィルタ34L、係数符号化部66Lは、それぞれ図9における同様の構成部42M〜44M,64Mに置き換えられている。
Example 1
FIG. 9 shows a block diagram of an encoding apparatus when the present invention is applied to encoding of a stereo signal. 3 is different from the configuration of the prior art in FIG. 3 in that a linear
図9における線形予測分析部11R、量子化部12R、変換部13R、線形予測フィルタ14Rを含む構成10は、請求項9における第1チャネル線形予測分析手段に対応する。図9におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析部41M、量子化部42M、変換部43M、線形予測フィルタ44Mを含む構成40は、請求項9におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析手段に対応する。図9における重み計算部51、重み量子化部52、重み付き減算部53を含む構成50は、請求項9における重み付き減算手段に対応する。図9における残差符号化部22R、係数符号化部23R、符号合成部24Rを含む構成20は、請求項9における第1チャネル符号化手段に対応する。図9における残差符号化部61M、重み符号化部62M、符号合成部63M、係数符号化部64を含む構成60は、請求項9における第2チャネル符号化手段に対応する。これらの対応関係は以降の各実施例においても当てはまる。
The
あるフレーム(Nサンプル)の右チャネルの信号をxR(n)(n=1, 2, …, N)、左チャネルの信号をxL(n)(n=1, 2, …, N)とする。ここでは、右チャネルを親チャネル、左チャネルを子チャネルとする。
線形予測分析部11Rは入力された親チャネル信号xR(n)から従来の格子法によりPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)を生成する。量子化部12Rは入力されたPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)を量子化し、量子化済PARCOR係数^ki R(i=1, 2, …, PR)を出力する。変換部13Rは入力された量子化済PARCOR係数^ki R(i=1, 2, …, PR)を量子化済予測係数^ai R(i=1, 2, …, PR)に変換する。線形予測フィルタ14Rは量子化済予測係数^ai R(i=1, 2, …, PR)をフィルタ係数として、入力された親チャネル信号xR(n)を前述の式(8)でフィルタリングし予測残差eR(n)を得る。ただし^a0 R=1とする。
The right channel signal of a frame (N samples) is x R (n) (n = 1, 2,…, N), and the left channel signal is x L (n) (n = 1, 2,…, N). And Here, the right channel is a parent channel and the left channel is a child channel.
The linear
残差符号化部22Rは予測残差eR(n)を符号化し残差符号Ce Rを出力する。係数符号化部23Rは量子化済PARCOR係数^ki R(i=1, 2, …, PR)を符号化し係数符号Ck Rを出力する。符号合成部24Rは残差符号Ce Rと係数符号Ck Rを合成し、親チャネル合成符号Cg Rを出力する。
チャネル間相関を利用した線形予測分析部41Mは子チャネル信号xL(n)に対し、親チャネル残差信号eR(n)を使って前述の図4〜6で説明したこの発明による相関格子法のいずれかによりPM次までのPARCOR係数ki M(i=1, 2, …, PM)を計算する。
The
The linear
量子化部42Mは入力されたPARCOR係数ki M(i=1, 2, …, PM)を量子化し、量子化済PARCOR係数^ki M(i=1, 2, …, PM)を出力する。変換部43Mは入力された量子化済PARCOR係数^ki M(i=1, 2, …, PM)を量子化済予測係数^ai M(i=1, 2, …, PM)に変換する。線形予測フィルタ44Mは量子化済予測係数^ai M(i=1, 2, …, PM)をフィルタ係数として、入力された子チャネル信号xL(n)を以下の式でフィルタリングし予測残差eM(n)を得る。ただし^a0 M=1とする。
The
残差符号化部61Mは残差差分信号~eM(n)を符号化し残差符号Ce Mを出力する。係数符号化部64Mは量子化済PARCOR係数^ki M(i=1, 2, …, PM)を符号化し係数符号Ck Mを出力する。重み符号化部62Mは量子化済重み係数^γを符号化し重み符号Cw Mを出力する。符号合成部63Mは残差符号Ce Mと重み符号Cw Mと係数符号Ck Mを合成し、子チャネル合成符号Cg Mを出力する。
The
このように、この発明においては相互相関を利用した線形予測分析部41Mにより、子チャネル信号xL(n)からPL次までのPARCOR係数を求める際に、任意の少なくとも1段において親チャネル残差信号eR(n)と、子チャネル信号xL(n)の前向き予測誤差及び後向き予測誤差との重み付き差分のエネルギーが少なくなるようにPARCOR係数を決めているので、それだけ子チャネル残差信号が親チャネル残差信号に似ることになり、式(22)による重み付き減算により生成された残差差分信号の符号化に必要な符号量が少なくなる。
As described above, in the present invention, when the PARCOR coefficients from the child channel signal x L (n) to the P L order are obtained by the linear
実施例2
前述した図3の従来技術において、重み付き減算部53の処理としては、例えば、複数タップの重み付き減算処理や時間差を考慮した複数タップの重み付き減算処理を行うことが知られている(特許文献1)。この発明においても、式(22)の代わりに複数タップ(j=-1, 0, 1)の重み付き減算処理を、
In the prior art of FIG. 3 described above, as the processing of the
このように複数タップの重み付き減算処理によれば、子チャネル残差信号を親チャネル残差信号により近づけるように制御することができるので、それだけ符号量を減らすことができる。例えば、左右チャネル信号の音源位置が中央から一方の側にずれている場合でも、音源から2つのマイクロホンへの到達時間差に応じたタップ位置での重みを制御できるので、その結果符号の圧縮率を向上させることができる。 As described above, according to the weighted subtraction process with a plurality of taps, the child channel residual signal can be controlled to be closer to the parent channel residual signal, so that the code amount can be reduced accordingly. For example, even when the sound source position of the left and right channel signals is shifted from the center to one side, the weight at the tap position according to the arrival time difference from the sound source to the two microphones can be controlled, so that the code compression rate can be reduced. Can be improved.
実施例3
図9の実施例では、親子関係が決定済みの場合を例として挙げたが、一度それぞれの予測残差を求めて、エネルギーの小さい方を親チャネルとして分析を行ってもよい。その実施例を図10に示す。この実施例は、図9の構成に対し、図3と同様の線形予測分析部31L、量子化部32L、変換部33L、線形予測フィルタ34Lを含む子チャネル線形予測分析手段が追加され(これらを含む構成は請求項10における第2チャネル第2線形予測分析手段に対応する)、子チャネル信号に対し同様の処理を行なって残差信号eL(n)を得る。更に、比較部45Lと入力切替部2が設けられる。親チャネル側の線形予測フィルタ14Rからの残差信号eR(n)のエネルギーと子チャネル残差信号eL(n)のエネルギーを例えば次式
Example 3
In the example of FIG. 9, the case where the parent-child relationship has been determined has been described as an example, but each prediction residual may be obtained once and the analysis with the smaller energy as the parent channel may be performed. An example thereof is shown in FIG. In this embodiment, a child channel linear prediction analysis unit including a linear
実施例4
図9の実施例において得られる符号の符号量と、図9における右チャネル信号xR(n)を子チャネルの入力とし、左チャネル信号xL(n)を親チャネルの入力として(即ち親子関係を逆にして)図11に示すように再度符号化を行い、図9の場合の符号量と比較しての少ない方を出力としてもよい。例えば、図12に示すように、図9(又は図11)の構成で示される符号化装置をこの変形実施例の符号化部3とし、符号化部3の入力側に入力切替部2を設け、出力側に選択出力部4を設ける。選択出力部4には符号化部3を構成する図9(又は図11)の符号合成部24R,63Mからの符号の組を保持する記憶部4A,4Bと、それらの記憶部4A,4Bに保持された符号の組の符号量を計算し、どちらが小であるか判定する符号量比較部4Cと、小さいと判定されたほうの符号の組を選択出力する選択部4Dとが設けられている。
Example 4
The code amount obtained in the embodiment of FIG. 9 and the right channel signal x R (n) in FIG. 9 as the input of the child channel and the left channel signal x L (n) as the input of the parent channel (that is, the parent-child relationship) It is also possible to perform the encoding again as shown in FIG. 11 and to output the smaller one compared with the code amount in the case of FIG. For example, as shown in FIG. 12, the encoding device shown in the configuration of FIG. 9 (or FIG. 11) is the
まず、入力切替部2により右チャネル信号を親チャネル信号、左チャネル信号を子チャネル信号として符号化部3に入力し、図9に示すように符号化処理を行なう。出力符号Cg R, Cg Mは例えば記憶部4Aに保持する。
次に、入力切替部2を切り替えて右チャネル信号を親チャネル信号、右チャネル信号を子チャネル信号として符号化部3に入力し、図11に示すように符号化処理(LとRを逆にした処理)を行なう。図9における信号または符号を表す記号に使用されているMは図11の処理においてM2に変えてある。また図9における記号γはγ2に変えてある。図11の符号化処理による出力符号Cg L, Cg M2は記憶部4Bに保持される。
First, the
Next, the
符号量比較部4Cにより記憶部4Aに保持されている符号Cg R+Cg Mと記憶部4Bに保持されている符号Cg L+Cg M2の符号量をそれぞれ計算し、符号量が少ないほうを選択出力部4Dにより選択し、選択した符号の組と、何れのチャネルが親チャネル(又は子チャネル)であるかを表す情報CCとを出力する。
この方法によれば、右チャネル残差信号のエネルギーと左チャネル残差信号エネルギーを比較して親チャネル、子チャネルを決定する場合より、より効率の高い符号化が可能となる。
The code amount of the code C g R + C g M held in the
According to this method, encoding can be performed more efficiently than when the parent channel and child channel are determined by comparing the energy of the right channel residual signal and the energy of the left channel residual signal.
実施例5
子チャネルに関しては、通常の線形予測分析を行って求めた係数符号Ck Lと残差符号Ce Lとを合成して得たCg Lと、図9の実施例で求めたCg Mの符号量を符号量比較部で比較して少ない方を出力しても良い。その変形実施例を図13に示す。この変形実施例は、図9の実施例に対し、図3と同様の線形予測分析部31L、量子化部32L、変換部33L、線形予測フィルタ34L、残差符号化部42L、係数符号化部65L、符号合成部66L、符号量比較部67が追加され、図3の場合と同様の処理を行なう。
図13おける線形予測分析部31L、量子化部32L、変換部33L、線形予測フィルタ34Lを含む構成は、請求項12における第2チャネル線形予測分析手段に対応する。図13における残差符号化部65L、係数符号化部66L、符号合成部67Lを含む構成は、請求項12における第2チャネル第2符号化手段に対応する。
符号合成部67Lからの合成符号Cg Lと符号合成部63Mからの合成符号Cg Mが符号量比較部71に与えられてそれらの符号量が比較され、少ない方の合成符号を選択してどちらを選択したかを表す情報と共に子チャネルの符号として出力する。この実施例によれば、減算処理を行わないほうが符号量が少ない場合には、通常の線形予測分析の結果を用いることになるので、従来法と比べて圧縮率が悪化することは常にない。
Example 5
For the child channel, C g L obtained by combining the coefficient code C k L obtained by performing the normal linear prediction analysis and the residual code C e L, and C g M obtained in the embodiment of FIG. The code amount may be compared by the code amount comparison unit and the smaller one may be output. A modified embodiment is shown in FIG. This modified embodiment is similar to the embodiment of FIG. 9 in that the same linear
The configuration including the linear
Combined code C g M from composite code C g L and the
実施例6
相関格子法に基づく式(14), (15), (16), (19)で計算されるPARCOR係数ki(i=1, 2, , P)の絶対値は原理的に1より大となることはないが、実際の演算処理においては、何らかの原因(例えばコンピュータによる数値演算における端数切捨てあるいは切り上げなど)により、まれに係数kiの絶対値が1より大となってしまうことがある。図9の実施例において、チャネル間相関を利用した線形予測分析部41Mにより生成されたPARCOR係数ki Mに絶対値が1以上のものがあると、それらの係数を変換して得た線形予測係数ai Mによる線形予測フィルタ44Mの動作が不安定になる問題がある。そこで、図13の変形実施例において、符号量比較部68で合成符号Cg LとCg Mの符号量を比較して少ない方を出力する代わりに、チャネル間相関を利用した線形予測分析部41Mで得られたPARCOR係数に依存してどちらを選択するかを決めてもよい。その例を図14に示す。図14の変形実施例は、図13の変形実施例において符号量比較部68の代わりに符号選択部69を設けたものである。
Example 6
In principle, the absolute value of PARCOR coefficient k i (i = 1, 2,, P) calculated by Eqs. (14), (15), (16), (19) based on the correlation grid method is greater than 1. In an actual calculation process, the absolute value of the coefficient k i may sometimes be larger than 1 due to some cause (for example, rounding down or rounding up in a numerical calculation by a computer). In the embodiment of FIG. 9, if there is a PARCOR coefficient k i M generated by the linear
図14おける線形予測分析部31L、量子化部32L、変換部33L、線形予測フィルタ34Lを含む構成は、請求項13における第2チャネル線形予測分析手段に対応する。図14における残差符号化部65L、係数符号化部66L、符号合成部67Lを含む構成は、請求項13における第2チャネル第2符号化手段に対応する。
The configuration including the linear
符号選択部69はチャネル間相関を利用した線形予測分析部41Mにより得られたPM個のPARCOR係数ki M(i=1, 2, …, PM)の、いずれか少なくとも1つの係数の絶対値が閾値(例えば1)以上の場合は従来と同様の合成符号Cg Lを、そうでない場合は合成符号Cg Mを子チャネル符号として出力する。前者を選択した場合は、量子化部42M,変換部43M,線形予測フィルタ44M、残差符号化部61M、重み符号化部62M、符号合成部63M、係数符号化部64M等の処理を行う必要がないので、処理量を減らすことができる。
上述した各実施例1〜6は2チャネル信号の場合を示したが、2チャネルよりチャネル数が多い場合は、非特許文献1に示されているように、例えば残差信号のエネルギーあるいは絶対値の和が小さくなるようなペアを決め、それぞれのペアについて上述した符号化を行なえばよい。その場合、1つまたは複数のチャネルについてはそれぞれ他のチャネルと重複して複数のペアを作ってもよいし、1つまたは複数のチャネルについてはそれぞれ単独で符号化してもよい。ロスレス符号化の場合は、親チャネルを表す符号も出力する。ただし、入力が2チャネルの場合には、重み係数符合の有無により親子関係が明示的なので、親チャネルを表す符号は省略してもよい。
上述したこの発明の各実施例による符号化方法は、コンピュータで実行可能なプログラムとして実施してもよい。また、そのプログラムを読み取り可能な記録媒体に記録しておき、コンピュータによりその記録媒体から読み出したプログラムを実行してもよい。
Each of the first to sixth embodiments described above shows the case of a two-channel signal. However, when there are more channels than two channels, as shown in
The encoding method according to each embodiment of the present invention described above may be implemented as a computer-executable program. Alternatively, the program may be recorded on a readable recording medium, and the program read from the recording medium may be executed by a computer.
図15は従来の方法と、この発明の図7による方法により、さまざまな種類の音源ファイルについての平均圧縮率を比較したものである。音源は30秒のステレオ音源であり、48kHz/16bit(15ファイル)、48kHz/24bit(15ファイル)、96kHz/24bit(15ファイル)、192kHz/24bit(6ファイル)を使用した。図に示すように予測次数10,30,50のいずれの場合もこの発明による符号化の方が圧縮率(符号化後のデータ量/符号化前のデータ量)が小さくなっていることが示されている。 FIG. 15 compares the average compression rates for various types of sound source files by the conventional method and the method according to FIG. 7 of the present invention. The sound source was a stereo sound source of 30 seconds, and 48 kHz / 16 bit (15 files), 48 kHz / 24 bit (15 files), 96 kHz / 24 bit (15 files), and 192 kHz / 24 bit (6 files) were used. As shown in the figure, it is shown that the compression ratio (data amount after encoding / data amount before encoding) is smaller in the encoding according to the present invention in any of the prediction orders 10, 30, and 50. Has been.
Claims (17)
少なくとも1つのチャネル、以下第1チャネルと呼ぶ、の信号を線形予測分析して第1チャネルPARCOR係数と第1チャネル残差信号を生成する第1チャネル線形予測分析ステップと、
上記第1チャネル以外の少なくとも1つのチャネル、以下第2チャネルと呼ぶ、の信号からその残差信号が上記第1チャネル残差信号に近づくように第2チャネルPARCOR係数を相関格子法により求め、その第2チャネルPARCOR係数に基づいて上記第2チャネル信号の残差信号を第2チャネル残差信号として生成するチャネル間相関を利用した線形予測分析ステップと、
上記第1チャネル残差信号と上記第2チャネル残差信号間の重み付き減算処理により残差差分信号を生成する重み付き減算ステップと、
上記第1チャネルPARCOR係数と上記第1チャネル残差信号を符号化して第1チャネル符号を出力し、少なくとも上記第2チャネルPARCOR係数と上記残差差分信号を符号化して第2チャネル符号を出力する符号化ステップ、
とを含むことを特徴とするマルチチャネル信号符号化方法。 A multi-channel encoding method for generating a code corresponding to a signal of a plurality of channels input for each frame composed of a plurality of samples,
A first channel linear prediction analysis step of linearly predicting and analyzing a signal of at least one channel, hereinafter referred to as a first channel, to generate a first channel PARCOR coefficient and a first channel residual signal;
A second channel PARCOR coefficient is obtained by a correlation grid method so that the residual signal approaches the first channel residual signal from a signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as a second channel, A linear prediction analysis step using inter-channel correlation that generates a residual signal of the second channel signal as a second channel residual signal based on a second channel PARCOR coefficient;
A weighted subtraction step of generating a residual difference signal by a weighted subtraction process between the first channel residual signal and the second channel residual signal;
The first channel PARCOR coefficient and the first channel residual signal are encoded to output a first channel code, and at least the second channel PARCOR coefficient and the residual difference signal are encoded to output a second channel code. Encoding step,
And a multi-channel signal encoding method.
少なくとも1つのチャネル、以下第1チャネルと呼ぶ、の第1チャネル信号を線形予測分析して第1チャネルPARCOR係数と第1チャネル残差信号を生成する第1チャネル線形予測分析手段と、
上記第1チャネル以外の少なくとも1つのチャネル、以下第2チャネルと呼ぶ、の信号からその残差信号が上記第1チャネル残差信号に似るように第2チャネルPARCOR係数を相関格子法により求め、その第2チャネルPARCOR係数に基づいて上記第2チャネル信号の残差信号を第2チャネル残差信号として生成するチャネル間相関を利用した線形予測分析手段と、
上記第1チャネル残差信号と上記第2チャネル残差信号間の重み付き減算処理により残差差分信号を生成する重み付き減算手段と、
上記第1チャネルPARCOR係数と上記第1チャネル残差信号を符号化して第1チャネル符号を出力する第1チャネル符号化手段と、
少なくとも上記第2チャネルPARCOR係数と上記残差差分信号を符号化して第2チャネル符号を出力する第2チャネル符号化手段、
とを含むことを特徴とするマルチチャネル信号符号化装置。 A multi-channel encoding device that generates a code corresponding to a signal of a plurality of channels input for each frame composed of a plurality of samples,
First channel linear prediction analysis means for generating a first channel PARCOR coefficient and a first channel residual signal by performing a linear prediction analysis of a first channel signal of at least one channel, hereinafter referred to as a first channel;
A second channel PARCOR coefficient is obtained from a signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as a second channel, so that the residual signal resembles the first channel residual signal by a correlation lattice method, Linear prediction analysis means using inter-channel correlation for generating a residual signal of the second channel signal as a second channel residual signal based on a second channel PARCOR coefficient;
Weighted subtraction means for generating a residual difference signal by weighted subtraction processing between the first channel residual signal and the second channel residual signal;
First channel encoding means for encoding the first channel PARCOR coefficient and the first channel residual signal and outputting a first channel code;
Second channel encoding means for encoding at least the second channel PARCOR coefficient and the residual difference signal and outputting a second channel code;
A multi-channel signal encoding device.
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