JP2012145954A - Multichannel signal coding method, encoder using the same, program by the method and recording medium therefor - 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すると共に、それら2つの残差信号を重み付き減算し、減算結果を符号化している。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、逆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
と表すことができる。ただし、a0 L=1, a0 R=1とする。これまでの方法では、予測係数ai L,
ai RはNサンプルのフレーム毎に次式
It can be expressed as. However, it is assumed that a 0 L = 1 and a 0 R = 1. In the previous method, the prediction coefficients a i L ,
a i R is the following formula for each frame of N samples.
で表されるそれぞれのチャネルの残差信号エネルギーを一例とする基準値を最小にするように決められていた。ここで求められた基準値の小さいチャネルを親チャネル(引くチャネル)、大きいチャネルを子チャネル(引かれるチャネル)として減算処理 It was determined to minimize the reference value taking the residual signal energy of each channel as an example. Subtraction processing with the channel with the smaller reference value determined here as the parent channel (subtracted channel) and the larger channel as the child channel (subtracted channel)
を行って重み付き差分信号を求め、これを子チャネルの残差信号の代わりに符号化対象と
する。この方法によって、残差信号そのものを符号化の対象とする場合よりも、子チャネルの基準値を減少させることにより、符号量を減少させていた。ここで、重み係数γは、例えば、減算処理後のエネルギー
To obtain a weighted difference signal, which is used as an encoding target instead of the residual signal of the child channel. With this method, the code amount is reduced by reducing the reference value of the child channel, compared to the case where the residual signal itself is the target of encoding. Here, the weighting factor γ is, for example, energy after subtraction processing
として求める。 Asking.
非特許文献1に記述されている従来技術での、具体的な手順を図2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。
A specific procedure in the prior art described in
線形予測分析部11Rは入力された親チャネル原信号xR(n)を従来の線形予測分析方法
(レビンソン・ダービン等)により線形予測分析し、予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)を得
る。変換部12Rは予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)をPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)に変換する。量子化部13Rは入力されたPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)を切捨て切り上げ
量子化し、量子化済PARCOR係数^ki R(i=1, 2, …, PR)を出力する。逆変換部14R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)に逆変換する。線形予測フィルタ21R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原信号xR(n)を次式
The linear
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。残差符号化部22Rは
予測残差eR(n)を例えばエントロピー符号化し残差符号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)を例えばエントロピー符号化し係数符号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。符号の合成は、単に符号の結合でよい。
To obtain a prediction residual e R (n). However, ^ a 0 R = 1. The
線形予測分析部31Lは入力された子チャネル原信号xL(n)を従来の線形予測分析方法
(レビンソン・ダービン等)により線形予測分析し、予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)を得
る。変換部32Lは予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)をPARCOR係数ki L(i=1, 2, …, PL)に変換する。量子化部33Lは入力されたPARCOR係数ki L(i=1, 2, …, PL)を量子化し、量子
化済PARCOR係数^ki L(i=1, 2, …, PL)を出力する。逆変換部34Lは入力された量子化済PARCOR係数^ki L(i=1, 2, …, PL)を量子化済予測係数^ai L(i=1, 2, …, PL)に逆変換する。線形予測フィルタ41Lは量子化済予測係数^ai L(i=1, 2, …, PL)をフィルタ係数として、入力された親チャネル原信号xL(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
残差符号化部42Lは予測残差eL(n)を符号化し残差符号Ce Lを出力する。係数符号化部43Lは量子化済PARCOR係数^ki L(i=1, 2, …, PL)を符号化し係数符号Ck Lを出力する。符
号合成部44Lは残差符号Ce Lと係数符号Ck Lを合成し、通常子チャネル合成符号Cg Lを出
力する。
The
重み計算部51は予測残差eR(n)と予測残差eL(n)を用いて以下の式から重み係数γを求める。
The
重み量子化部52は重み係数γを量子化し、量子化済重み係数^γを得る。重み付き減算
処理部53は、予測残差eR(n)と予測残差eL(n)と量子化済重み係数^γを用いて以下の式
より、差信号~eM(n)を得る。
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。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と係数符号化部43Lで求めた係数符号Ck Lを合成し、減
算子チャネル合成符号Cg Mを出力する。
The
符号量比較部71は、通常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、少ないほうを子チャネル符号として出力する。これが従来法である。
The code
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例えば式(3), (4)で表される線形予測残差のエネルギーが小さくなるように求めた線形予測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(10)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。 In the prior art, even when the input is two or more channels, the linear prediction coefficient calculated so that the energy of the linear prediction residual expressed by, for example, equations (3) and (4) becomes small for each channel. Was doing linear predictive analysis. However, the energy of the residual difference signal shown in Equation (10), 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.
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。 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.
この発明の一態様によれば、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チャネル線形予測係数と第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と上記第1チャネル残差信号の差分の基準値が最小となるように第2チャネル線形予測係数を求め、その第2チャネル線形予測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チャネル線形予測係数に対応する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チャネル線形予測係数に対応する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、
上記第2チャネル信号を線形予測分析して第2チャネル第2線形予測係数と第2チャネル第2残差信号とを生成する第2チャネル線形予測分析ステップと、
上記第2チャネル第2残差信号と上記第2チャネル第2線形予測係数に対応するPARCOR係数とを符号化して第2チャネル第2符号を出力する第2チャネル第2符号化ステップと、
上記第2チャネル線形予測係数に対応するPARCOR係数の少なくとも1つの絶対値が所定値以上の場合は上記第2チャネル第2符号を出力し、そうでない場合は上記第2チャネル符号を出力する符号選択ステップと、
を含む。
According to one aspect of 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 linear prediction coefficient and a first channel residual signal;
The second channel linear prediction coefficient so that the reference value of the difference between the residual signal and the first channel residual signal from the signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as the second channel, is minimized. 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 the second channel linear prediction 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 PARCOR coefficient corresponding to the first channel linear prediction coefficient and the first channel residual signal are encoded to output a first channel code, and at least the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient and the residual difference are output. An encoding step of encoding a signal and outputting a second channel code;
A second channel linear prediction analysis step of generating a second channel second linear prediction coefficient and a second channel second residual signal by performing a linear prediction analysis on the second channel signal;
A second channel second encoding step of encoding the second channel second residual signal and the PARCOR coefficient corresponding to the second channel second linear prediction coefficient and outputting a second channel second code;
Code selection for outputting the second channel second code if at least one absolute value of the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient is equal to or greater than a predetermined value, and outputting the second channel code otherwise. Steps,
including.
上記第2チャネル信号を線形予測分析して第2チャネル第2線形予測係数と第2チャネル第2残差信号とを生成する第2チャネル線形予測分析ステップと、
上記第2チャネル第2残差信号と上記第2チャネル第2線形予測係数に対応するPARCOR係数とを符号化して第2チャネル第2符号を出力する第2チャネル第2符号化ステップと、
上記第2チャネル線形予測係数に対応するPARCOR係数の少なくとも1つの絶対値が所定値以上の場合は上記第2チャネル第2符号を出力し、そうでない場合は上記第2チャネル符号を出力する符号選択ステップと、
を含む。
A second channel linear prediction analysis step of generating a second channel second linear prediction coefficient and a second channel second residual signal by performing a linear prediction analysis on the second channel signal;
A second channel second encoding step of encoding the second channel second residual signal and the PARCOR coefficient corresponding to the second channel second linear prediction coefficient and outputting a second channel second code;
Code selection for outputting the second channel second code if at least one absolute value of the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient is equal to or greater than a predetermined value, and outputting the second channel code otherwise. Steps,
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線形予測係数を決めるので、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 linear prediction 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. Thus, 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、合計の基準値(言い換えれば実際に符号化される信号の基準値)、例えば親チャネルの残差信号エネルギー基準と、減算処理後の子チャネル残差信号エネルギー基準の合計
Principle of the Invention According to the present invention, a total reference value (in other words, a reference value of an actually encoded signal), for example, a residual signal energy reference of a parent channel and a child channel residual signal energy reference after subtraction processing. Sum of
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線形予測係数を決める。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似るように線形予測係数を計算すればよい。 Is determined to be a linear prediction coefficient for obtaining a child channel residual signal. That is, the linear prediction coefficient may be calculated so that the child channel residual signal resembles the parent channel residual signal.
子チャネルの線形予測係数の計算方法例
親チャネルの残差信号と子チャネルの残差信号とを用いて子チャネルの重み付き残差信号を求める処理は、実際には式(5)又は(10)に示した1タップの減算処理ではなく複数タップの減算処理が行われることもあるが(特許文献1)、ここでは分かりやすく説明にするため1タップの減算処理を用いる。また、説明のため、減算処理の親となるRチャネルの線形予測係数は固定のままとし、チャネル数も2とする。そしてLチャネルを減算処理の子チャネルとし、Lチャネルの線形予測係数を本発明で採用した新たな手法で計算する。このような条件のもとでは、サンプル数がNのときの2チャネル合計のエネルギーは、
The process for obtaining the weighted residual signal child channel using the residual signal of the residual signal and the child channels Calculation examples parent channel of the linear prediction coefficients of the child channels, in practice the formula (5) or (10 ) May be performed instead of the one-tap subtraction process shown in FIG. 1 (Patent Document 1), but here a one-tap subtraction process is used for easy understanding. For the sake of explanation, it is assumed that the linear prediction coefficient of the R channel that is the parent of the subtraction process remains fixed and the number of channels is also two. Then, the L channel is used as a child channel of the subtraction process, and the linear prediction coefficient of the L channel is calculated by the new method adopted in the present invention. Under such conditions, the total energy of the two channels when the number of samples is N is
である。ここで、重み係数γは前述のように減算処理後のエネルギーが最小となるように、 It is. Here, as described above, the weight coefficient γ is such that the energy after the subtraction process is minimized, as described above.
となる。本発明では、この式(13)が最小となるように、式(13)の各次数の線形予測係数での偏微分∂Etotal/∂ai Lが0となる線形予測係数を求める(ただし、i=1, 2, …, PL)。式(13)を子チャネル側の予測係数ai Lで偏微分すると式(13)中のERの項は0とな
るので、結局第2項と第3項の和が最小となるような線形予測係数を求めることになる。即ち、式(11)において子チャネル残差信号eL(n)を親チャネル残差信号eR(n)に近づけるような線形予測係数を決めることになる。ここで、子チャネル信号の自己相関R(τ)と、親
チャネルの残差信号と子チャネル信号間の相互相関C(τ)を次式
It becomes. In the present invention, so that this equation (13) is minimized, obtaining the linear prediction coefficient partial differential ∂E total / ∂a i L becomes zero in a linear prediction coefficients of each order of equation (13) (where , I = 1, 2,…, P L ). If partial differentiation of equation (13) with the prediction coefficient a i L on the child channel side, the term of E R in equation (13) is 0, so that the sum of the second term and the third term is minimized. A linear prediction coefficient is obtained. That is, a linear prediction coefficient is determined so as to make the child channel residual signal e L (n) close to the parent channel residual signal e R (n) in equation (11). Here, the autocorrelation R (τ) of the child channel signal and the cross-correlation C (τ) between the residual signal of the parent channel and the child channel signal are expressed as follows:
で表し、式(13)を最小化する線形予測係数ak Lを決めるために、式(13)を係数ai L(i=1, 2, …, PL)で偏微分すると、 In order to determine the linear prediction coefficient a k L that minimizes the equation (13), the equation (13) is partially differentiated by the coefficients a i L (i = 1, 2,…, P L ),
となる。∂Etotal/∂ai L=0(i=1, 2, …, PL)及びa0 L=1とおくと、 It becomes. ∂E total / ∂a i L = 0 (i = 1, 2,…, P L ) and a 0 L = 1
となる。式(17)を線形予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)に関して解くと、 It becomes. Solving Equation (17) with respect to the linear prediction coefficients a i L (i = 1, 2,…, P L )
となる。式(18)を解くことにより、Etotalが最小となる子チャネルの線形予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)を求めることができる。この方程式の型はコレスキー分解などの周知のアルゴリズムを用いて解くことができる。 It becomes. By solving equation (18), it is possible to obtain the linear prediction coefficients a i L (i = 1, 2,..., P L ) of the child channel that minimizes E total . This equation type can be solved using well-known algorithms such as Cholesky decomposition.
式(18)の行列の各要素に入っている相互相関C(τ)の項がこの発明により導入されたも
のであり、これに対し各チャネルごとに残差信号エネルギーが最小となるように予測係数を決める従来の方法ではこのような相互相関C(τ)の項は入らず、自己相関R(τ)の項のみで表される。このようにして決められた線形予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)を使って式(
7)により子チャネル信号の残差信号を求め、更に式(9)の重み係数γを求めて式(10)の重み付き減算処理を行うことにより従来より圧縮効率の高い符号化が可能となる。なお、親チャネルの線形予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)は従来と同様に、親チャネル信号の残差信号エネルギー、即ち式(4)を最小化するように決めればよい。
The term of the cross-correlation C (τ) contained in each element of the matrix of equation (18) is introduced by the present invention, and on the other hand, prediction is made so that the residual signal energy is minimized for each channel. The conventional method for determining the coefficient does not include such a term of the cross-correlation C (τ), and is expressed only by the term of the autocorrelation R (τ). Using the linear prediction coefficient a i L (i = 1, 2,…, P L ) determined in this way,
7) Obtaining the residual signal of the child channel signal, obtaining the weighting coefficient γ of equation (9), and performing weighted subtraction processing of equation (10) enables encoding with higher compression efficiency than in the past. . Note that the linear channel prediction coefficient a i R (i = 1, 2,..., P R ) is determined so as to minimize the residual signal energy of the parent channel signal, that is, Equation (4), as in the past. That's fine.
本発明によるマルチチャネル符号化の基本的手順
図3はこの発明によるマルチチャネル信号の基本的な符号化処理手順の例を示す。
Basic Procedure of Multi-Channel Coding According to the Present Invention FIG. 3 shows an example of a basic encoding processing procedure of a multi-channel signal according to the present invention.
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。まず、親チャネル信号の残差信号を例えば式(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に対し、子チャネル残差信号との差分信号の基準値、例えばエネルギーが最小となるように子チャネル用の線形予測係数を決める(ステップS2)。これは、具体的には式(18)を解くことによって得られる。得られた予測係数を使って子チャネル信号の残差信号を生成する(ステップS3)。親チャネル残差信号と子チャネル残差信号の重み付き減算処理により残差差分信号を生成する(ステップS4)。親チャネルの予測係数、親チャネル残差信号、子チャネル予測係数、残差差分信号、重み係数をそれぞれ符号化する(ステップS5)。
In the present invention, when a multi-channel input signal is encoded, it may be determined in advance which channel signal is input as a parent channel signal or a child channel signal, or is determined by this encoding apparatus. (See
実施例1
図4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2の従来技術の構成と異なる点は、図2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54Mが設けられ、残差符号化部42L、符号合成部44L、符号量比較部71に対応するものが設けられていないことである。また、図2における子チャネルの変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、線形予測フィルタ41L、係数符号化部43Lは、それぞれ図4における同様の構成部55M〜58M,64Mに置き換えられている。
Example 1
FIG. 4 shows a block diagram of an encoding apparatus when the present invention is applied to encoding of a stereo signal. 2 is different from the configuration of the prior art in FIG. 2 in that a linear
図4における線形予測分析部11R、変換部12R、量子化部13R、逆変換部14R、線形予測フィルタ21Rを含む構成は、請求項18における第1チャネル線形予測分析手段に対応する。図4におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析部54M、変換部55M、量子化部56M、逆変換部57M、線形予測フィルタ58Mを含む構成は、請求項18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4における重み計算部51、重み量子化部52、重み付き減算処理部53を含む構成は、請求項18における重み付き減算手段に対応する。図4における残差符号化部22R、係数符号化部23R、符号合成部24Rを含む構成は、請求項18における第1チャネル符号化手段に対応する。図4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を含む構成は、請求項18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下の各実施例においても当てはまる。
The configuration including the linear
あるフレーム(Nサンプル)の右チャネルの原信号をxR(n)(n=1, 2, …, N)、左チャネルの原信号を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。 The right channel original signal of a frame (N samples) is x R (n) (n = 1, 2,..., N), and the left channel original signal is x L (n) (n = 1, 2,. N). Here, the right channel is a parent channel and the left channel is a child channel.
線形予測分析部11Rは入力された親チャネル信号xR(n)を従来の線形予測分析方法(
レビンソン・ダービン等)により線形予測分析し、予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)を得る。変換部12Rは予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)をPARCOR係数ki R(i=1, 2, …, PR)に変換する。量子化部13R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。逆変換部14R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)に逆変換する。線形予測フィルタ21R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原信号xR(n)を次式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 linear
The prediction coefficient a i R (i = 1, 2,..., P R ) is obtained by performing linear prediction analysis using Levinson Durbin et al.
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。
The
チャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mは以下のStep1からStep3を行う。
Step1:入力された子チャネル信号xL(n)より式(14)を用いてPM次までの自己相関R(τ)(τ=0, 1, …, PM)を計算する。
Step2:入力された子チャネル信号xL(n)と予測残差eR(n)より式(15)を用いてPM次までの
相互相関C(τ)(τ=0, 1, …, PM)を計算する。
Step3:Step1で得られたR(τ)(τ=0, 1, …, PM)とStep2で得られたC(τ)(τ=0, 1, …, PM)を用いて、次式により相互相関を考慮した予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を求める。
The linear
Step1: Child-channel signal is input x L (n) from using equation (14) P M autocorrelation up next R (τ) (τ = 0 , 1, ..., P M) is calculated.
Step2: correlation of the input child channel signal x L (n) and the prediction residuals e R (n) using Equation (15) to P M The following C (τ) (τ = 0 , 1, ..., P M ) is calculated.
Step 3: Using R (τ) (τ = 0, 1,…, P M ) obtained in
変換部55Mは予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)をPARCOR係数ki M(i=1, 2, …, PM)に変
換する。量子化部56M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。逆変換部57M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)に逆変換する。線形予測フィルタ58M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
重み計算部51は親チャネルの予測残差eR(n)と相互相関を考慮した予測残差eM(n)を用いて以下の式から重み係数γを求める。
The
重み量子化部52は重み係数γを量子化し、量子化済重み係数^γを得る。重み付き減算
処理部53は、予測残差eR(n)、eM(n)と量子化済重み係数^γを用いて以下の式より、残
差差分信号~eM(n)を得る。
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
この発明において、相互相関を考慮して線形予測係数を求めるとは、式(18’)において行列及び逆行列の中の少なくともいずれか1つの要素に相互相関C(τ)が導入されている
ということである。式(18’)において、相互相関C(τ)の小さいものは0に近似しても良
い。例えば相互相関C(0), C(1), C(2)は大きい値となることが期待される場合は、C(1)2,
C(1)C(2), C(2)2, C(0)C(1), C(0)C(2)等を含む項をそのまま残し、それ以外の相互相関を含む項を0としても良い。
In the present invention, obtaining the linear prediction coefficient in consideration of the cross-correlation means that the cross-correlation C (τ) is introduced into at least one element of the matrix and the inverse matrix in the equation (18 ′). That is. In the equation (18 ′), one having a small cross-correlation C (τ) may be approximated to zero. For example, if the cross-correlation C (0), C (1), C (2) is expected to be large, C (1) 2 ,
C (1) C (2), C (2) 2 , C (0) C (1), C (0) C (2), etc. It is also good.
変形実施例1
重み付き減算処理部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(11)において複数タップ(j=-1, 0, 1)の重み付き減算処理後の信号、
Modified Example 1
As processing of the weighted
や時間差(サンプル数間隔τ)を考慮した複数タップの重み付き減算処理後の信号、 And the signal after weighted subtraction with multiple taps taking into account the time difference (sample number interval τ),
が最小となるように予測係数を求めてもよい。 The prediction coefficient may be obtained so that is minimized.
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.
変形実施例2
式(18')を以下のように変形して、共分散法のように解いてもよい。ただしここで、式(14)の自己相関を次式
Modified Example 2
Equation (18 ′) may be modified as follows and solved as in the covariance method. Where the autocorrelation of equation (14) is
この変形実施例2の方法によれば、演算量が実施例1の場合より大となるが、分析精度は高くなる利点がある。 According to the method of the second modified embodiment, the calculation amount is larger than that in the first embodiment, but there is an advantage that the analysis accuracy is increased.
変形実施例3
図4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。その変形実施例を図5に示す。この変形実施例は、図4の構成に対し、図2と同様の線形予測分
析部31L、変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、線形予測フィルタ41Lが追加され(これらを含む構成は請求項19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)、左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21R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式(4)、(3)により計算し、小さい方のチャネルの入力信号を親チャネル信号、大きい方のチャネルの入力信号を子チャネル信号と決定し、それに従って入力切替部2を切り替え制御する。以下の処理は図4と同様である。なお、比較部45Lによる比較は、残差信号のエネルギーの比較を行う場合を示したが、絶対値の和や符号量の比較を用いてもよい。
Modified Example 3
In the example of FIG. 4, the case where the parent-child relationship has been determined has been described as an example. However, each prediction residual may be obtained once and the analysis may be performed using the smaller energy as the parent channel. A modified embodiment is shown in FIG. In this modified example, a linear
変形実施例4
図4の実施例において得られる符号の符号量と、図4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6に示すように再度符号化を行い、図4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7に示すように、図4(又は図6)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4(又は図6)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。
Modified example 4
The code amount obtained in the embodiment of FIG. 4 and the right channel signal x R (n) in FIG. 4 as the input of the child channel and the left channel signal x L (n) as the input of the parent channel (ie, the parent-child relationship) It is also possible to perform the encoding again as shown in FIG. 6 and output the smaller one compared to the code amount in the case of FIG. For example, as shown in FIG. 7, the encoding device shown in the configuration of FIG. 4 (or FIG. 6) is the encoding unit 3 of this modified example, and 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4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。
First, the
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6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4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6の処理においてM2に変えてある。また図4における記号γはγ2に変えてある。図6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。
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。
The code amount of the code C g R + C g M held in the
この方法によれば、右チャネル残差信号のエネルギーと右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。 According to this method, it is possible to perform encoding with higher efficiency than in the case of determining the parent channel and the child channel by comparing the energy of the right channel residual signal and the right channel residual signal energy.
変形実施例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4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8に示す。この変形実施例は、図4の実施例に対し、図2と同様の線形予測分析部31L、変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、線形予測フィルタ41L、残差符号化部42L、係数符号化部43L、符号合成部44L、符号量比較部71が追加され、図2の場合と同様の処理を行なう。
Modified Example 5
For the child channel, C g L obtained by combining the coefficient code C k L and the residual code C e L obtained by performing normal linear prediction analysis, and C g M obtained in the embodiment of FIG. It is also possible to output the smaller code amount by comparing them in the code amount comparison unit. A modified embodiment is shown in FIG. This modified embodiment is similar to the embodiment of FIG. 4 in that the linear
図8おける線形予測分析部31L、変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、
線形予測フィルタ41Lを含む構成は、請求項21における第2チャネル線形予測分析手段に対応する。図8における残差符号化部42L、係数符号化部43L、符号合成部44Lを含む構成は、請求項21における第2チャネル第2符号化手段に対応する。
The linear
The configuration including the
符号合成部44L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。
The combined code C g L from the
変形実施例6
図4の実施例において、変換部55M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、それらの係数を逆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58Mの動作が不安定になる場合がある。そこで、図8の変形実施例において、符号量比較部71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、変換部55M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9に示す。図9の変形実施事例は、図8の変形実施例において符号量比較部71の代わりに符号選択部72を設けたものである。
Modified Example 6
In the embodiment of FIG. 4, if there is a PARCOR coefficient k i M generated by the
図9おける線形予測分析部31L、変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、線形予測フィルタ41Lを含む構成は、請求項22における第2チャネル線形予測分析手段に対応する。図9における残差符号化部42L、係数符号化部43L、符号合成部44Lを含む構成は、請求項22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72は変換部55M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56M,逆変換部57M,線形予測フィルタ58M、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。
PARCOR coefficient P M pieces obtained
Of the at least any one of the absolute value the threshold value (e.g. 1) similar to the above case of the conventional composite code C g L coefficients, otherwise outputs a composite code C g M as a child channel code. When the former is selected, the
近似による実施例1
図10は図4の実施例におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mによる式(18')の計算を、前のフレームの重み係数γ0を用いて次式により近似計算する場合の実施例を示す。
Example 1 by approximation
FIG. 10 shows an implementation in the case where the calculation of the equation (18 ′) by the linear
この近似式から、線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を求める。 From this approximate expression, linear prediction coefficients a i M (i = 1, 2,..., P M ) are obtained.
図10を用いて図4と異なる部分について説明する。図10は図4に対し更に重み係数保持部73が設けられたものである。重み係数保持部73には前のフレームの重み係数γが暫定重み係数γ0として保持されている。チャネル間相関を利用した線形予測分析部M
54は以下のStep1からStep3を行う。
Step1:入力された子チャネル信号xL(n)より式(14)を用いて自己相関R(τ)をτ=0, 1, …
, PMについてそれぞれ計算する。
Step2:入力された子チャネル信号xL(n)と予測残差eR(n)より式(15)を用いて相互相関C(
τ)をτ=0, 1, …, PMについてそれぞれ計算する。
Step3:暫定重み係数γ0とStep1で得られたR(τ)(τ=0, 1, …, PM)とStep2で得られたC(τ)(τ=0, 1, …, PM)を用いて、式(28)から予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を求める。
後の処理は図4と同様である。この実施例によれば、図4の場合に比べて処理量を減らすことができる。なお、前フレームの重み係数として破線で示すように前フレームの量子化済重み係数^γを暫定重み係数γ0として使用してもよい。
A different part from FIG. 4 is demonstrated using FIG. 10 further includes a weight
54 performs the
Step1: From the input child channel signal x L (n), autocorrelation R (τ) is set to τ = 0, 1,… using equation (14)
, P M respectively.
Step 2: From the input child channel signal x L (n) and the prediction residual e R (n), using equation (15), the cross-correlation C (
The τ) τ = 0, 1, ..., are respectively calculated for P M.
Step3: Provisional weighting factor γ 0 and R (τ) (τ = 0, 1,…, P M ) obtained in
The subsequent processing is the same as in FIG. According to this embodiment, the processing amount can be reduced as compared with the case of FIG. Note that the quantized weight coefficient ^ γ of the previous frame may be used as the temporary weight coefficient γ 0 as indicated by a broken line as the weight coefficient of the previous frame.
近似による実施例1の変形例1
図11は、暫定重み係数γ0として前のフレームのものを用いずに、一度、親チャネル
信号xR(n)と子チャネル信号xL(n)に対し式(1), (2)による通常の線形予測を行って得られる残差信号から暫定重み係数γ0を求める場合の実施例を示す。
In FIG. 11, the provisional weighting coefficient γ 0 is not based on that of the previous frame, but once with respect to the parent channel signal x R (n) and the child channel signal x L (n) according to the equations (1) and (2). An embodiment in the case where the provisional weight coefficient γ 0 is obtained from a residual signal obtained by performing normal linear prediction will be described.
図11の構成の図10と異なる部分について説明する。図11では図10に設けられていた重み係数保持部73の代わりに重み計算部50が設けられる。図11には更に、線形予測分析部31L、変換部32L、量子化部33L、逆変換部34L、線形予測フィルタ41Lが追加されている。
A different part from FIG. 10 of the structure of FIG. 11 is demonstrated. In FIG. 11, a
線形予測分析部31Lは入力された子チャネル信号xL(n)を従来の線形予測分析方法(
レビンソン・ダービン等)により線形予測分析し、予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)を得る
。変換部32Lは予測係数ai L(i=1, 2, …, PL)をPARCOR係数ki L(i=1, 2, …, PL)に変換する。量子化部33Lは入力されたPARCOR係数ki L(i=1, 2, …, PL)を量子化し、量子化
済PARCOR係数^ki L(i=1, 2, …, PL)を出力する。逆変換部34Lは入力された量子化済PARCOR係数^ki L(i=1, 2, …, PL)を量子化済予測係数^ai L(i=1, 2, …, PL)に逆変換する。線形予測フィルタ41Lは量子化済予測係数^ai L(i=1, 2, …, PL)をフィルタ係数として、入力された親チャネル信号xL(n)を以下の式でフィルタリングし予測残差eL(n)を得る。ただし^a0 L=1とする。
The linear
The prediction coefficient a i L (i = 1, 2,..., P L ) is obtained by performing a linear prediction analysis using Levinson Durbin et al. The
重み計算部50は予測残差信号eR(n)とeL(n)を用いて以下の式から暫定重み係数γ0を
求める。
The
チャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mでは、この暫定重み係数γ0を用いて
前述の近似による実施例1と同様の処理(Step1からStep3)を行うことで、予測係数を求める。後の処理は図4や図10と同様である。
The linear
図11の実施例によれば、子チャネル信号から通常の線形予測分析により予測残差を求め、更にそれを使って重み係数を計算する処理を行うので、処理量が大となり、処理時間も長くなるが、図10の場合に比べてより適正な値の暫定重み係数γ0を決めることがで
きるので、チャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mでの分析精度を高めることができる。
According to the embodiment of FIG. 11, since the prediction residual is obtained from the child channel signal by the normal linear prediction analysis and the weighting coefficient is calculated using the prediction residual, the processing amount is increased and the processing time is also increased. However, since the provisional weighting coefficient γ 0 having a more appropriate value can be determined as compared with the case of FIG. 10, the analysis accuracy in the linear
近似による実施例1の変形例2
図10の実施例においては、重み係数γを重み計算部51で式(21)により計算したが、重み係数を固定値γ0としてもよい。その場合の実施例を図12に示す。この実施例では
、図10における重み計算部51は省略され、重み係数保持部73に予め固定値γ0が重
み係数として保持されている。この重み係数γ0がチャネル間相関を利用した線形予測分
析部54Mと重み量子化部52に与えられる。チャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mは、この固定の重み係数γ0を使って式(28)により線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を計算する。重み付き減算処理部53では、式(22)における重み係数^γの代わりに固
定の量子化重み係数^γ0を使って減算処理を行なう。重み符号化部62Mは、量子化重み係数^γ0を符号化する。
In the embodiment of FIG. 10, has been calculated by the equation (21) a weight coefficient gamma by the
図12の実施例において、固定の重み係数γ0の値が復号化側に予め知られていれば、
重み符号化部62Mは不要である。更に、重み係数γ0の値をγ0=1に固定した場合は、チャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mは式(28)においてγ0=1として線形予測係数を計算し、重み付き減算処理部53は式(22)において重み係数^γ=1として減算を行えばよい。従って、重み係数保持部、73、重み量子化部52、重み符号化部62Mは不要である。
In the embodiment of FIG. 12, if the value of the fixed weight coefficient γ 0 is known in advance to the decoding side,
The
近似による実施例2
図13に示す近似相関による実施例は、相互相関の近似として子チャネルの信号xL(n)
に対して親チャネルの残差信号eR(n)を用いて次式
Example 2 by approximation
In the embodiment based on the approximate correlation shown in FIG. 13, the child channel signal x L (n)
For the parent channel residual signal e R (n)
のように重み付き減算処理を行う。このような前処理を行った信号~xM(n)を線形予測分析して得られる予測係数を用いて、子チャネル信号xL(n)から予測残差信号を求める。ここ
での暫定重み係数γ0は前のフレームの重み係数γである。
The weighted subtraction process is performed as follows. A prediction residual signal is obtained from the child channel signal x L (n) using a prediction coefficient obtained by performing linear prediction analysis on the signal ~ x M (n) subjected to such preprocessing. The provisional weighting coefficient γ 0 here is the weighting coefficient γ of the previous frame.
図13の実施例の構成は、図10の実施例におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mを、相関近似部54M1と線形予測分析部54M2からなるチャネル間の近似相関を利用した線形予測分析部54Mにより置き換えたものである。
The configuration of the embodiment of FIG. 13 is the same as the linear
重み係数保持部73には前のフレームの重み係数γが暫定重み係数γ0として保持され
ている。相関近似部54M1は、子チャネルの信号xL(n)と親チャネルの残差信号eR(n)と暫定重み係数γ0を用いて、式(31)より、差信号^xM(n)を出力する。暫定重み係数γ0は、前フレームにおいて式(21)により重み係数γとして計算される。式(21)の分子は式(15)においてτ=0の場合の相互相関C(0)に相当する。従って、式(31)を使用するこの実施例は、現フレームの相互相関C(0)の代わりに前フレームの相互相関C(0)を使用する、即ち前フレームの相互相関で近似しているといえる。線形予測分析部54M2は入力された差信号^xM(n)を従来の線形予測分析方法(レビンソン・ダービン等)により線形予測分析し、予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を得る。後の処理は図4と同様である。
The weighting
この実施例によれば、式(18’)または式(27)または式(28)を解く必要がないので高速な処理が可能になる。この実施例は、図4〜9の各実施例に適用してもよい。 According to this embodiment, since it is not necessary to solve the equation (18 '), the equation (27), or the equation (28), high-speed processing is possible. This embodiment may be applied to each of the embodiments shown in FIGS.
近似による実施例2の変形例
図14に示すように、図11の実施例におけるチャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mを図13の実施例で使用した近似相関を利用した線形予測分析部54Mと置き換えてもよい。動作の説明は省略する。この実施例は、図4〜9の各実施例に適用してもよい。
Modified Example of Second Embodiment by Approximation As shown in FIG. 14, the linear
近似による実施例3
図4などのチャネル間相関を利用した線形予測分析部54Mにおいては、基準値として式(11)中に示される親チャネル残差信号と子チャネル残差信号の差分信号のフレーム内エネルギー{~eL(n)}2が最小となるように子チャネル信号の線形予測係数を決めていたが、
基準値として次式
Example 3 by approximation
In the linear
The following formula as a reference value
のように差分信号の絶対値(振幅値)の和を使うことが考えられる。しかしながらその場合、残差信号は予測係数の1次関数なので、その絶対値を式(16)のように予測係数で微分すると一定値となるか、原点で微分不可となり、残差差分信号の絶対値をそのまま微分する方法では基準値Jの最小値を決めることができない。そこで、例えば絶対値の関数を次式 It is conceivable to use the sum of absolute values (amplitude values) of difference signals as shown in FIG. However, in that case, the residual signal is a linear function of the prediction coefficient, so if the absolute value is differentiated by the prediction coefficient as in equation (16), it becomes a constant value or cannot be differentiated at the origin, and the absolute value of the residual difference signal The minimum value of the reference value J cannot be determined by the method of differentiating the value as it is. So, for example, the absolute value function
のように連続関数で近似する。ここでδは定数であり、qとしては計算が簡単なように例えばq=2とする。従って、 Approximate with a continuous function. Here, δ is a constant, and q is, for example, q = 2 for easy calculation. Therefore,
となる。式(34)から(en M-γen R)がδより十分に大きいときは、E(en M)=2(en M-γen R)と近似できる。(en M-γen R)がδより小さいときは、式(35)から(en M-γen R)の微分が1次関数2(en M-γen R)で近似できるから(en M-γen R)は2次関数で近似できる。なお、重み係数γ
としては、図12の近似による実施例2と同様に前フレームの重み係数を使用してもよいし、あるいは式(6)により計算した重み係数を使用してもよい。
It becomes. When the equation (34) (e n M -γe n R) sufficiently larger than δ can be approximated as E (e n M) = 2 (e n M -γe n R). When (e n M -γe n R) is less than δ, since can be approximated by equation (35) from (e n M -γe n R) of the differential is a linear function 2 (e n M -γe n R ) (e n M −γe n R ) can be approximated by a quadratic function. The weighting factor γ
As in the second embodiment based on the approximation in FIG. 12, the weighting factor of the previous frame may be used, or the weighting factor calculated by the equation (6) may be used.
このように近似した差分信号絶対値による基準値としてのフレーム全体の総和J(符号量に対応)は The sum J (corresponding to the code amount) of the entire frame as a reference value based on the difference signal absolute value thus approximated is
により計算できる。近似した差分信号絶対値を最小にするためには次式のように式(37)についての予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)による偏微分を0とおいて解けばよい。 Can be calculated by In order to minimize the approximate absolute value of the differential signal, solve the problem by setting the partial differentiation with respect to the prediction coefficient a i M (i = 1, 2,…, P M ) to 0 as shown in the following equation (37). Good.
暫定残差差分信号(en M-γen R)は、式(1)と同様に予測係数ai Mの関数である。即ち、dJ/dai M=0となるi=1, 2, …, PMのai MについてPM個の連立方程式を解けばよい。 The provisional residual difference signal (e n M −γe n R ) is a function of the prediction coefficient a i M as in the equation (1). That is, it is only necessary to solve P M simultaneous equations for a i M of i = 1, 2,..., P M where dJ / da i M = 0.
この実施例によれば、処理時間はかかるが、圧縮率の向上が期待でき、従って、符号量の削減が期待できる。この実施例は、図4〜9の各実施例に適用してもよい。 According to this embodiment, although processing time is required, an improvement in compression rate can be expected, and therefore a reduction in code amount can be expected. This embodiment may be applied to each of the embodiments shown in FIGS.
近似による実施例3の変形例
上述の近似による実施例3において、式(38)を0とおかず、最急降下法(勾配降下法)を用いて予測係数を求めることもできる。即ち、入力子チャネル信号xL(n)と、親チャネ
ル残差信号en Rと、暫定重み係数γとを使って、以下の処理により求める。
Step1:通常の線形予測分析を用いて子チャネル信号から予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を求める。ここで、係数ベクトルを
Modified Example of Example 3 by Approximation In Example 3 by the above-described approximation, the prediction coefficient can also be obtained using the steepest descent method (gradient descent method) without setting Equation (38) to 0. That is, it is obtained by the following process using the input child channel signal x L (n), the parent channel residual signal e n R, and the provisional weight coefficient γ.
Step 1: Obtain prediction coefficients a i M (i = 1, 2,..., P M ) from child channel signals using normal linear prediction analysis. Where the coefficient vector is
と表すことにする。
Step2:前式(38)により勾配
It will be expressed as
Step2: Gradient according to equation (38)
を求める。
Step3:予測係数を次式
Ask for.
Step3: Prediction coefficient is
により更新する。α(n)は勾配ベクトルの反対方向へ動く距離を決め、刻み幅、あるいは
学習係数と呼ばれる。
Step4:更新された予測係数Wを使って残差信号en Mを求め、式(32)の絶対値和Jを計算する。
Step5:|W(n)−W(n-1)|が所定値以下になったか判定することによりJが収束したかを
判定し、収束していなければ、W(n-1)←W(n)としてStep2に戻り再び処理を繰り返し、
収束していればW(n)を予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)として出力する。
Update with α (n) determines the distance of movement in the opposite direction of the gradient vector and is called step size or learning coefficient.
Step 4: The residual signal e n M is obtained using the updated prediction coefficient W, and the absolute value sum J of Equation (32) is calculated.
Step 5: Determine whether J has converged by judging whether | W (n) -W (n-1) | is below a predetermined value. If not, W (n-1) ← W ( n) return to
If converged, W (n) is output as a prediction coefficient a i M (i = 1, 2,..., P M ).
この変形例は、図4〜9の各実施例に適用してもよい。基準値を最小にする予測係数を求める方法は、他にもニュートン法、準ニュートン法、遺伝的アルゴリズムなどを用いても可能である。 This modification may be applied to each of the embodiments shown in FIGS. In addition, Newton's method, quasi-Newton's method, genetic algorithm, etc. can be used as a method for obtaining a prediction coefficient that minimizes the reference value.
その他の変形
前述の各実施例においては、例えば線形予測分析部11Rで求めた予測係数ai Rを変換
部12RでPARCOR係数ki Rに変換した場合を示したが、これら線形予測分析部と変換部の
代わりにチャネル信号から直接PARCOR係数を求めるPARCOR係数算出部と置き換えてもよい。他の線形予測部と変換部の組についても同様である。
Other Modifications In the above-described embodiments, for example, the case where the prediction coefficient a i R obtained by the linear
上述した各実施例は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。
Each of the above-described embodiments has shown the case of a two-channel signal. However, when there are more channels than two channels, as shown in
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。 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8による方法により市販の音楽コンパクトディスク38曲をロスレス符号化した場合の平均圧縮率を比較したものである。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 ratio when lossless encoding is performed on 38 commercially available music compact discs using the conventional method and the method according to FIG. 8 of the present invention. It is shown that the compression rate (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.
Claims (24)
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チャネル線形予測係数と第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と上記第1チャネル残差信号の差分の基準値が最小となるように第2チャネル線形予測係数を求め、その第2チャネル線形予測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チャネル線形予測係数に対応する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チャネル線形予測係数に対応する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、
上記第2チャネル信号を線形予測分析して第2チャネル第2線形予測係数と第2チャネル第2残差信号とを生成する第2チャネル線形予測分析ステップと、
上記第2チャネル第2残差信号と上記第2チャネル第2線形予測係数に対応するPARCOR係数とを符号化して第2チャネル第2符号を出力する第2チャネル第2符号化ステップと、
上記第2チャネル線形予測係数に対応するPARCOR係数の少なくとも1つの絶対値が所定値以上の場合は上記第2チャネル第2符号を出力し、そうでない場合は上記第2チャネル符号を出力する符号選択ステップと、
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 linear prediction coefficient and a first channel residual signal;
The second channel linear prediction coefficient so that the reference value of the difference between the residual signal and the first channel residual signal from the signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as the second channel, is minimized. 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 the second channel linear prediction 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 PARCOR coefficient corresponding to the first channel linear prediction coefficient and the first channel residual signal are encoded to output a first channel code, and at least the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient and the residual difference are output. An encoding step of encoding a signal and outputting a second channel code;
A second channel linear prediction analysis step of generating a second channel second linear prediction coefficient and a second channel second residual signal by performing a linear prediction analysis on the second channel signal;
A second channel second encoding step of encoding the second channel second residual signal and the PARCOR coefficient corresponding to the second channel second linear prediction coefficient and outputting a second channel second code;
Code selection for outputting the second channel second code if at least one absolute value of the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient is equal to or greater than a predetermined value, and outputting the second channel code otherwise. Steps,
A multi-channel signal encoding method comprising:
により生成し、ただしa0 R=1とし、
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析ステップは、τを0からPMまでの整数とし、上記第2チャネル信号xL(n)の自己相関R(τ)と、上記第1チャネル残差信号eR(n)と上記第2チャネル信号xL(n)間の相互相関C(τ)を次式
で表すと、PM次の上記第2チャネル線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を次式
により計算し、上記第2チャネル残差信号eM(n)を上記第2チャネル信号xL(n)と上記第2チャネル線形予測係数ai Mから計算するステップであり、
上記重み付き減算ステップは、重み係数γを
により計算する重み計算ステップと、上記第2チャネル残差信号eM(n)と上記重み係数γに基づいて重み付けした上記第1チャネル残差信号γeR(n)との差分を上記残差差分信号~eM(n)として計算する重み付き減算処理ステップ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。 5. The multi-channel signal encoding method according to claim 4, wherein the first channel linear prediction analysis step includes the PR- order first channel linear prediction coefficient a i R (i) from the first channel signal x R (n). = 1, 2,…, P R ), and the first channel residual signal is
Where a 0 R = 1 and
In the linear prediction analysis step using the inter-channel correlation, τ is an integer from 0 to P M , the autocorrelation R (τ) of the second channel signal x L (n), and the first channel residual signal The cross-correlation C (τ) between e R (n) and the second channel signal x L (n) is
The following equation when, P M following the second channel linear prediction coefficients a i M (i = 1, 2, ..., P M) are expressed in
And calculating the second channel residual signal e M (n) from the second channel signal x L (n) and the second channel linear prediction coefficient a i M ,
In the weighted subtraction step, the weight coefficient γ is
And the difference between the second channel residual signal e M (n) and the first channel residual signal γe R (n) weighted based on the weighting factor γ as the residual difference. A multi-channel signal encoding method comprising a weighted subtraction step of calculating as signal ~ e M (n).
により生成し、ただしa0 R=1とし、
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析ステップは、τを0からPMまでの整数とし、上記第2チャネル信号をxL(n)とし、上記第2チャネル信号xL(n)の自己相関R(τ)と、上記第1チャネル残差信号eR(n)と上記第2チャネル信号xL(n)間の相互相関C(τ)を次式
で表すと、PM次の上記第2チャネル線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を次式
により計算し、上記第2チャネル残差信号eM(n)を上記第2チャネル信号xL(n)と上記第2チャネル線形予測係数ai Mから計算するステップであり、
上記重み付き減算ステップは、重み係数γを
により計算する重み計算ステップと、上記第2チャネル残差信号eM(n)と上記重み係数γに基づいて重み付けした上記第1チャネル残差信号γeR(n)との差分を上記残差差分信号~eM(n)として計算する重み付き減算処理ステップ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。 5. The multi-channel signal encoding method according to claim 4, wherein the first channel linear prediction analysis step includes a PR order linear prediction coefficient a i R (i = 1, 2) from the first channel signal x R (n). , ..., P R ), and the first channel residual signal is
Where a 0 R = 1 and
Linear prediction analysis step using the correlation between the channels, and an integer of τ from 0 to P M, the second channel signal and x L (n), the autocorrelation of the second channel signal x L (n) R (τ) and the cross-correlation C (τ) between the first channel residual signal e R (n) and the second channel signal x L (n) are expressed as follows:
The following equation when, P M following the second channel linear prediction coefficients a i M (i = 1, 2, ..., P M) are expressed in
And calculating the second channel residual signal e M (n) from the second channel signal x L (n) and the second channel linear prediction coefficient a i M ,
In the weighted subtraction step, the weight coefficient γ is
And the difference between the second channel residual signal e M (n) and the first channel residual signal γe R (n) weighted based on the weighting factor γ as the residual difference. A multi-channel signal encoding method comprising a weighted subtraction step of calculating as signal ~ e M (n).
により生成し、ただしa0 R=1とし、
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析ステップは、τを0からPMまでの整数とし、上記第2チャネル信号xL(n)の自己相関R(τ)と、上記第1チャネル残差信号eR(n)と上記第2チャネル信号xL(n)間の相互相関C(τ)を次式
で表すと、前フレームの重み係数を暫定重み係数γ0として使ってPM次の上記第2チャネ
ル線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を次式
により計算し、上記第2チャネル残差信号eM(n)を上記第2チャネル信号xL(n)と上記第2チャネル線形予測係数ai Mから計算するステップであり、
上記重み付き減算ステップは、重み係数γを
により計算する重み計算ステップと、上記第2チャネル残差信号eM(n)と上記重み係数γに基づいて重み付けした上記第1チャネル残差信号γeR(n)との差分を上記残差差分信号~eM(n)として計算する重み付き減算処理ステップ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。 5. The multi-channel signal encoding method according to claim 4, wherein the first channel linear prediction analysis step includes the PR- order first channel linear prediction coefficient a i R (i) from the first channel signal x R (n). = 1, 2,…, P R ), and the first channel residual signal is
Where a 0 R = 1 and
In the linear prediction analysis step using the inter-channel correlation, τ is an integer from 0 to P M , the autocorrelation R (τ) of the second channel signal x L (n), and the first channel residual signal The cross-correlation C (τ) between e R (n) and the second channel signal x L (n) is
The following equation when, P M following the second channel linear prediction coefficients by using a weighting factor as a provisional weighting coefficient gamma 0 of the previous frame a i M (i = 1, 2, ..., P M) are expressed in
And calculating the second channel residual signal e M (n) from the second channel signal x L (n) and the second channel linear prediction coefficient a i M ,
In the weighted subtraction step, the weight coefficient γ is
And the difference between the second channel residual signal e M (n) and the first channel residual signal γe R (n) weighted based on the weighting factor γ as the residual difference. A multi-channel signal encoding method comprising a weighted subtraction step of calculating as signal ~ e M (n).
により求める暫定重み係数計算ステップとを更に含み、
上記第1チャネル線形予測分析ステップは、上記第1チャネル信号xR(n)からPR次の上記第1チャネル線形予測係数ai R(i=1, 2, …, PR)を求め、さらに上記第1チャネル残差信号を次式
により生成し、ただしa0 R=1とし、
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析ステップは、τを0からPMまでの整数とし、上記第2チャネル信号xL(n)の自己相関R(τ)と、上記第1チャネル残差信号eR(n)と上記第2チャネル信号xL(n)間の相互相関C(τ)を次式
で表すと、上記暫定重み係数計算ステップにより計算された暫定重み係数γ0を使ってPM次の上記第2チャネル線形予測係数ai M(i=1, 2, …, PM)を次式
により計算し、上記第2チャネル残差信号eM(n)を上記第2チャネル信号xL(n)と上記第2チャネル線形予測係数ai Mから計算するステップであり、
上記重み付き減算ステップは、重み係数γを
により計算する重み計算ステップと、上記第2チャネル残差信号eM(n)と上記重み係数γに基づいて重み付けした上記第1チャネル残差信号γeR(n)との差分を上記残差差分信号~eM(n)として計算する重み付き減算処理ステップ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。 5. The multi-channel signal encoding method according to claim 4, wherein the second channel linearity is generated as a second channel second residual signal e L (n) only from the second channel signal x L (n). From the prediction analysis step, the provisional weighting coefficient γ 0 is calculated from the first channel residual signal e R (n) and the second channel residual signal e L (n) by the following equation:
A provisional weight coefficient calculation step obtained by:
The first channel linear predictive analysis step, the first channel signal x R (n) from P R following the first channel linear prediction coefficients a i R (i = 1, 2, ..., P R) sought, Further, the first channel residual signal is expressed as
Where a 0 R = 1 and
In the linear prediction analysis step using the inter-channel correlation, τ is an integer from 0 to P M , the autocorrelation R (τ) of the second channel signal x L (n), and the first channel residual signal The cross-correlation C (τ) between e R (n) and the second channel signal x L (n) is
, The second channel linear prediction coefficient a i M (i = 1, 2,..., P M ) of the P M order is calculated using the temporary weight coefficient γ 0 calculated in the provisional weight coefficient calculation step. formula
And calculating the second channel residual signal e M (n) from the second channel signal x L (n) and the second channel linear prediction coefficient a i M ,
In the weighted subtraction step, the weight coefficient γ is
And the difference between the second channel residual signal e M (n) and the first channel residual signal γe R (n) weighted based on the weighting factor γ as the residual difference. A multi-channel signal encoding method comprising a weighted subtraction step of calculating as signal ~ e M (n).
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析ステップは、相互相関の近似として上記暫定重み係数計算ステップで計算した上記暫定重み係数を使って上記第2チャネル信号を上記第1チャネル残差信号により重み付き減算処理して差信号を生成する相関近似ステップと、上記差信号を線形予測分析し、それによって得られる予測係数を上記第2チャネル線形予測係数として出力する差信号線形予測分析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。 The multi-channel signal encoding method according to any one of claims 1 to 3, wherein a second channel linear prediction analysis step for generating a residual signal as a second channel second residual signal from only the second channel signal; A provisional weighting factor calculating step for obtaining a provisional weighting factor from the first channel residual signal and the second channel residual signal;
In the linear prediction analysis step using the inter-channel correlation, the second channel signal is weighted by the first channel residual signal using the provisional weighting factor calculated in the provisional weighting factor calculation step as an approximation of cross-correlation. A correlation approximation step of generating a difference signal by subtraction processing, and a difference signal linear prediction analysis step of linearly predicting and analyzing the difference signal and outputting a prediction coefficient obtained thereby as the second channel linear prediction coefficient A multi-channel signal encoding method characterized by the above.
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チャネル線形予測係数と第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と上記第1チャネル残差信号の差分の基準値が最小となるように第2チャネル線形予測係数を求め、その第2チャネル線形予測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チャネル線形予測係数に対応する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チャネル線形予測係数に対応する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、
上記第2チャネル信号を線形予測分析して第2チャネル第2線形予測係数と第2チャネル第2残差信号とを生成する第2チャネル線形予測分析手段と、
上記第2チャネル第2残差信号と上記第2チャネル第2線形予測係数に対応するPARCOR係数とを符号化して第2チャネル第2符号を出力する第2チャネル第2符号化手段と、
上記第2チャネル線形予測係数に対応するPARCOR係数の少なくとも1つの絶対値が所定値以上の場合は上記第2チャネル第2符号を出力し、そうでない場合は上記第2チャネル符号を出力する符号選択手段と、
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 linearly predicting and analyzing a first channel signal of at least one channel, hereinafter referred to as a first channel, to generate a first channel linear prediction coefficient and a first channel residual signal;
The second channel linear prediction coefficient so that the reference value of the difference between the residual signal and the first channel residual signal from the signal of at least one channel other than the first channel, hereinafter referred to as the second channel, is minimized. 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 the second channel linear prediction 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 a PARCOR coefficient corresponding to the first channel linear prediction coefficient and the first channel residual signal and outputting a first channel code;
Second channel encoding means for encoding a PARCOR coefficient corresponding to at least the second channel linear prediction coefficient and the residual difference signal and outputting a second channel code;
Second channel linear prediction analysis means for generating a second channel second linear prediction coefficient and a second channel second residual signal by performing linear prediction analysis on the second channel signal;
Second channel second encoding means for encoding the second channel second residual signal and the PARCOR coefficient corresponding to the second channel second linear prediction coefficient and outputting a second channel second code;
Code selection for outputting the second channel second code if at least one absolute value of the PARCOR coefficient corresponding to the second channel linear prediction coefficient is equal to or greater than a predetermined value, and outputting the second channel code otherwise. Means,
A multi-channel signal encoding apparatus comprising:
上記チャネル間相関を利用した線形予測分析手段は、相互相関の近似として上記暫定重み係数計算手段からの上記暫定重み係数を使って上記第2チャネル信号を上記第1チャネル残差信号により重み付き減算処理して差信号を生成する相関近似部と、上記差信号を線形予測分析し、それによって得られる予測係数を上記第2チャネル線形予測係数として出力する差信号線形予測分析部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。 The multi-channel signal encoding device according to any one of claims 16 to 18, wherein a second channel linear prediction analysis unit that generates a residual signal as a second channel second residual signal from only the second channel signal; Provisional weight coefficient calculating means for obtaining a provisional weight coefficient from the first channel residual signal and the second channel residual signal;
The linear prediction analysis means using the inter-channel correlation uses the provisional weight coefficient from the provisional weight coefficient calculation means as an approximation of the cross-correlation to subtract the second channel signal by the first channel residual signal. A correlation approximation unit that generates a difference signal by processing, and a difference signal linear prediction analysis unit that performs linear prediction analysis of the difference signal and outputs a prediction coefficient obtained thereby as the second channel linear prediction coefficient. A characteristic multi-channel signal encoding apparatus.
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