JP2013167783A

JP2013167783A - 多チャネル音響システム、伝送装置、受信装置、伝送用プログラム、および受信用プログラム

Info

Publication number: JP2013167783A
Application number: JP2012031368A
Authority: JP
Inventors: Akio Ando; 彰男安藤
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-29

Abstract

【課題】多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減する。
【解決手段】本発明に係る多チャネル音響システムは、多チャネル音響方式に対応した伝送装置１及び受信装置２を備える多チャネル音響システムであって、伝送装置１は、原信号と復元信号との差分である量子化雑音信号を復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求め、符号化信号とモデルパラメータとを受信装置２に伝送し、受信装置２は、モデルパラメータに基づき量子化雑音信号を復元信号の関数としてモデル化して推定し、復元信号から推定した量子化雑音信号を除去する。
【選択図】図１

Description

この発明は、多チャネル音響システム、伝送装置、受信装置、伝送用プログラム、および受信用プログラムに関し、特に、多チャネル音響信号を行列変換した伝送信号に対して人間の聴覚特性に基づく符号化方式を適用する際に生じる量子化雑音の低減に関するものである。

社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）では、２２．２チャネル音響を伝送・符号化するために、既存のＡＡＣ（Advanced Audio Coding）符号化を用いる方式が標準化されている。ＡＡＣ方式は、人間の聴覚特性に基づき、ＣＤ（コンパクトディスク）の品質を保ったまま１／１０程度のビットレートで符号化可能な方式である（例えば、非特許文献１参照）。

２２．２チャネル音響の伝送・符号化を行う際に、伝送チャネル数を増やさずに従来の２チャネルステレオなどとの互換性を確保するためには、行列変換などの信号変換を行う必要がある。行列変換を用いた従来のＡＡＣ符号化について図６を用いて説明する。図６は、行列変換により２２.２チャネル音響信号である入力信号を２チャネルの伝送信号に変換してＡＡＣ伝送する処理の概要を示す図である。まず、送信ブロックでは、２２．２チャネルの原信号が行列変換され、例えば、基本信号および補助信号の２つのチャネルを含む伝送信号に変換される。ここで、基本信号とは、２２．２チャネル音響信号の主要な空間情報を表す８〜１０チャネルの信号であり、補助信号とは、基本信号を補完して元の２２．２チャネル音響信号を復元するための信号である。

次に、送信ブロックにおいては、基本信号および補助信号のＡＡＣ符号化がそれぞれ独立に行われる。ここで、ＡＡＣ符号化では、各伝送信号を周波数分析した後、顕著な周波数成分の検出を行い、この成分によって聞き取れなくなる（マスクされる）周波数成分の上限を表すマスキング曲線を算出し、マスキング曲線以下の周波数成分に対するビット割当てを削減するとともに、マスキング曲線以下に収まる量子化雑音を許容したビット割当てが行われる。

送信ブロックから受信ブロックにＡＡＣ符号化された伝送信号が伝送されると、受信ブロックでは、基本信号および補助信号に対しそれぞれ独立にＡＡＣ復号が行われ、逆行列変換により２２．２チャネル音響信号が復元される。

Marina Bosi, Richard E. Goldberg, "Introduction to Digital Audio Coding and Standards" Springer, 2002-12-31

ここで、従来のＡＡＣ符号化では、２２．２チャネル音響の入力信号をよりチャネル数の少ない伝送信号に変換して伝送する場合のように、行列変換を伴う信号の符号化に対する処理が検討されていない。

例えば、図６に示す従来のＡＡＣ符号化では、送信ブロックにおいて、行列変換後の伝送信号の各チャネル（基本信号および補助信号）が独立して処理される。即ち、複数の多チャネル音響信号が行列変換により混在している伝送信号に対して、行列変換後のチャネル毎に、個別にマスキング曲線に基づくビット割当て処理が行われることになる。このため、行列変換後のチャネルによっては、特定の成分が残されたり消去されなかったりする現象が起こり、本来はマスキングされて聴こえなかった量子化雑音が逆行列処理によって可聴化するという問題があった。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減可能な、多チャネル音響システム、伝送装置、受信装置、伝送用プログラム、および受信用プログラムを提供することである。

上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る多チャネル音響システムは、多チャネル音響方式に対応した伝送装置及び受信装置を備える多チャネル音響システムであって、前記伝送装置は、前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを前記受信装置に伝送する伝送部と、を備え、前記受信装置は、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを受信する受信部と、前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する量子化雑音信号生成部と、前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去する合成部と、を備える。

また、本発明に係る多チャネル音響システムは、多チャネル音響方式に対応した伝送装置及び受信装置を備える多チャネル音響システムであって、前記伝送装置は、前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを前記受信装置に伝送する伝送部と、を備え、前記受信装置は、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを受信する受信部と、前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する原信号生成部と、を備える。

また、前記モデル生成部は、周波数帯域毎に前記モデル化して前記モデルパラメータを求める、ことが好ましい。

また、前記モデル生成部は、前記周波数帯域毎に、前記モデル化の要否を判定する、ことが好ましい。

また、前記モデル生成部は、前記モデル化を多項式で行い、前記周波数帯域毎に前記多項式の次数を決定する、ことが好ましい。

また、前記モデル生成部は、高い周波数帯域ほど次数が低くなるように、前記多項式の次数を決定する、ことが好ましい。

また、本発明に係る伝送装置は、多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送する伝送部と、を備える。

また、本発明に係る受信装置は、多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信する受信部と、前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する量子化雑音信号生成部と、前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去する合成部と、を備える。

また、本発明に係る伝送用プログラムは、多チャネル音響方式に対応した伝送装置に、前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換するステップと、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成するステップと、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成するステップと、前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるステップと、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送するステップと、を実行させる。

また、本発明に係る受信用プログラムは、多チャネル音響方式に対応した受信装置に、前記多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信するステップと、前記符号化信号を復号して復号信号を生成するステップと、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成するステップと、前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定するステップと、前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去するステップと、を実行させる。

また、本発明に係る伝送装置は、多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送する伝送部と、を備える。

また、本発明に係る受信装置は、多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信する受信部と、前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する原信号生成部と、を備える。

また、本発明に係る伝送用プログラムは、多チャネル音響方式に対応した伝送装置に、前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換するステップと、前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成するステップと、前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成するステップと、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるステップと、前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送するステップと、を実行させる。

また、本発明に係る受信用プログラムは、多チャネル音響方式に対応した受信装置に、前記多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信するステップと、前記符号化信号を復号して復号信号を生成するステップと、前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成するステップと、前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定するステップと、を実行させる。

本発明に係る多チャネル音響システム、伝送装置、受信装置、伝送用プログラム、および受信用プログラムによれば、多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減することが可能となる。

第１の実施形態に係る伝送装置の機能ブロック図である。第１の実施形態に係る受信装置の機能ブロック図である。第２の実施形態に係る伝送装置の機能ブロック図である。第２の実施形態に係る受信装置の機能ブロック図である。第１の実施形態に係る多チャネル音響システムの実験結果の一例を示す図である。行列変換を用いた従来のＡＡＣ符号化の概要を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。ここで、以下の説明においては、多チャネル音響方式として、スーパーハイビジョン用の音響方式である２２．２チャネル音響を例に説明を行うが、本発明は２２．２チャネル音響のみに限定されるものではない点に留意されたい。

本発明の実施形態に係る多チャネル音響システムは、２２．２チャネル音響信号を行列変換及び符号化して伝送する伝送装置１と、伝送装置１からの信号を復号及び逆行列変換して２２．２チャネル音響信号を復元する受信装置２とから構成される。伝送装置１は、例えば２２．２チャネル音響信号を伝送する放送局の放送用設備であり、受信装置２は、例えばテレビ、携帯電話、タブレット端末など２２．２チャネル音響信号を受信して視聴するための機器である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態において、伝送装置１及び受信装置２は、２２．２チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音信号について、当該量子化雑音信号を表すモデルの基礎的な情報を予め共有している。例えば、伝送装置１及び受信装置２は、量子化雑音信号を表すモデルとして、Ｍ次の多項式を用いるといった情報を予め共有している。伝送装置１は、符号化した伝送信号に加え、量子化雑音信号のモデルパラメータ（例えば多項式の係数）を送信することにより、受信装置２は、モデルパラメータを反映させたモデルより量子化雑音信号を推定し、復号した２２．２チャネル音響信号から量子化雑音信号の影響を除去することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る伝送装置１の機能ブロック図である。伝送装置１は、音響信号入力部１１と、行列変換部１２と、符号化部１３と、復元用復号部１５及び復元用逆行列変換部１６を含む復元部１４と、量子化雑音モデル生成部１７と、伝送部１８とを備える。

音響信号入力部１１は、入力される２２．２チャネル音響信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル形式の音響信号を、原信号として行列変換部１２及び量子化雑音モデル生成部１７に出力する。

行列変換部１２は、２２．２チャネル音響信号である原信号を行列変換により原信号よりチャネル数の少ない伝送信号に変換する。例えば、行列変換部１２は、２２．２チャネル音響信号を、８．１チャネルの基本信号を含むチャネルと、１４．１チャネルの基本信号とを含むチャネルとの計２チャネルの伝送信号に行列変換する。行列変換部１２は、行列変換後の伝送信号を符号化部１３に出力する。なお、ここでいう行列変換とは、２２．２チャネル音響信号である原信号を原信号よりチャネル数の少ない伝送信号に変換する信号変換全般を含むものである。

符号化部１３は、チャネル毎に伝送信号を符号化した符号化信号を生成し、符号化信号を伝送部１８及び復元部１４に出力する。符号化部１３は、例えば人間の聴覚特性に応じた符号化方式であるＡＡＣ符号化により伝送信号の符号化（ビット割当）を行う。

復元部１４は、復元用復号部１５及び復元用逆行列変換部１６を備え、符号化信号の復号及び逆行列変換を行い原信号の復元信号を生成する。具体的には、復元用復号部１５は、符号化信号を復号して復号信号を生成し、復号信号を復元用逆行列変換部１６に出力する。復元用逆行列変換部１６は、復号信号に対して逆行列変換を行い原信号の復元信号を生成し、復元信号を量子化雑音モデル生成部１７に出力する。

量子化雑音モデル生成部１７は、音響信号入力部１１からの原信号及び復元部１４（復元用逆行列変換部１６）からの復元信号に基づき、原信号と復元信号との差分である量子化雑音信号を復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求める。

量子化雑音モデル生成部１７によるモデルパラメータの算出法として、以下に非線形推定による実施例を述べる。原信号をｓ（ｔ）、復元信号をｘ（ｔ）とすると、量子化雑音信号ｙ（ｔ）は式（１）により表される。

ここで、本実施形態では、量子化雑音信号ｙ（ｔ）を式（２）に示す多項式でモデル化する。

ここで、時間区間［０,Ｔ］上で、量子化雑音信号ｙ（ｔ）と式（２）によりモデル化した量子化雑音信号との差分を示す式（３）を最小化するモデルパラメータＡ_０、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３・・・を求める。

式（３）を各モデルパラメータＡ_ｉで偏微分して０と置くことにより、モデルパラメータＡ_ｉの推定式として式（４）、式（５）が得られる。

量子化雑音モデル生成部１７は、式（４）および式（５）で表される量子化雑音信号のモデルパラメータを伝送部１８に出力する。

伝送部１８は、符号化部１３からの符号化信号と、量子化雑音モデル生成部１７からのモデルパラメータとを受信装置２に送信する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る受信装置２の機能ブロック図である。受信装置２は、受信部２１と、復号部２２と、逆行列変換部２３と、量子化雑音信号生成部２４と、合成部２５と、音響信号出力部２６とを備える。

受信部２１は、伝送装置１から符号化信号とモデルパラメータとを受信し、符号化信号を復号部２２に出力し、モデルパラメータを量子化雑音信号生成部２４に出力する。

復号部２２は、符号化信号を復号して復号信号を生成し、復号信号を逆行列変換部２３に出力する。

逆行列変換部２３は、復号信号を逆行列変換して２２．２チャネル音響信号の復元信号を生成し、復元信号を量子化雑音信号生成部２４及び合成部２５に出力する。

量子化雑音信号生成部２４は、モデルパラメータに基づき、符号化により生じる量子化雑音信号を復元信号の関数としてモデル化して推定する。具体的には、量子化雑音信号生成部２４は、伝送装置１から受信した式（４）及び式（５）で表されるモデルパラメータにより、量子化雑音信号を式（６）により推定し、推定した量子化雑音信号を合成部２５に出力する。なお、Ｍは予め設定された多項式の次数である。

合成部２５は、逆行列変換部２３からの復元信号及び量子化雑音信号生成部２４が推定した量子化雑音信号に基づき、復元信号から量子化雑音信号を除去した２２．２チャネル音響方式の再生用信号を生成する。具体的には、合成部２５は、式（７）により、再生用信号を合成する。

音響信号出力部２６は、スピーカなどの報知装置を通じて、再生用信号を視聴者に音として出力する。

このように、本実施形態によれば、伝送装置１は、原信号と復元信号との差分である量子化雑音信号を復元信号の関数としてモデル化し、モデルパラメータを受信装置２に伝送する。受信装置２は、モデルパラメータに基づき量子化雑音信号を推定し、復元信号から推定した量子化雑音信号を除去する。このため、多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減することが可能となる。特に、例えば、スーパーハイビジョン用の２２．２チャネル音響信号を伝送する場合において、伝送信号の最初の２チャネル信号として２チャネルステレオ信号を伝送し、最初の６チャネル信号から５．１チャネル信号を復元可能とすることにより、２チャネルあるいは５．１チャネル用受像機の回路規模を縮小可能とする場合においても、高品質かつ１／１０程度のビットレートで符号化・伝送することが可能となる。また、例えば、スーパーハイビジョン用の２２．２チャネル音響信号を、主要な空間情報を表す８〜１０チャネルの基本信号と、元の信号を復元するための補助信号に分離して伝送し、主要な空間情報に対しては高いビットレートを割当て、補助信号に対してはビットレートを抑制するような場合に対しても、量子化雑音の少ない符号化・伝送が可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態において、伝送装置１及び受信装置２は、２２．２チャネル音響方式の原信号について、当該原信号を表すモデルの基礎的な情報を予め共有している。例えば、伝送装置１及び受信装置２は、原信号を表すモデルとして、Ｍ次の多項式を用いるといった情報を予め共有している。伝送装置１は、符号化した２２．２チャネル音響信号に加え、原信号のモデルパラメータ（例えば多項式の係数）を送信することにより、受信装置２は、モデルパラメータを反映させたモデルより原信号を推定することが可能となる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る伝送装置１の機能ブロック図である。第２の実施形態に係る伝送装置１は、第１の実施形態に係る伝送装置１の量子化雑音モデル生成部１７を、原信号モデル生成部１９に置き換えて構成されたものである。第１の実施形態と同じ参照符号で示す機能ブロックについては、第１の実施形態と同様の動作をするものであり、重複する説明は省略する。

原信号モデル生成部１９は、音響信号入力部１１からの原信号及び復元部１４（復元用逆行列変換部１６）からの復元信号に基づき、原信号を復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求める。

原信号モデル生成部１９によるモデルパラメータの算出法として、以下に非線形推定による実施例を述べる。原信号をｓ（ｔ）、復元信号をｘ（ｔ）とし、本実施形態では、原信号ｓ（ｔ）を式（８）に示す多項式でモデル化する。

ここで、時間区間［０,Ｔ］上で、原信号ｓ（ｔ）と式（８）によりモデル化した原信号との差分を示す式（９）を最小化するモデルパラメータＡ_０、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３・・・を求める。

式（９）を各モデルパラメータＡ_ｉで偏微分して０と置くことにより、モデルパラメータＡ_ｉの推定式として式（１０）、式（１１）が得られる。

原信号モデル生成部１９は、式（１０）および式（１１）で表される原信号のモデルパラメータを伝送部１８に出力する。

伝送部１８は、符号化部１３からの符号化信号と、原信号モデル生成部１９からのモデルパラメータとを受信装置２に送信する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る受信装置２の機能ブロック図である。第２の実施形態に係る受信装置２は、第１の実施形態に係る受信装置２の量子化雑音信号生成部２４及び合成部２５を原信号生成部２７に置き換えて構成されたものである。第１の実施形態と同じ参照符号で示す機能ブロックについては、第１の実施形態と同様の動作をするものであり、重複する説明は省略する。

原信号生成部２７は、モデルパラメータに基づき、原信号を復元信号の関数としてモデル化して推定する。具体的には、原信号生成部２７は、伝送装置１から受信した式（１０）及び式（１１）で表されるモデルパラメータにより、原信号を式（１２）により推定し、推定した原信号を再生用信号として音響信号出力部２６に出力する。なお、Ｍは予め設定された多項式の次数である。

このように、本実施形態によれば、伝送装置１は、原信号を復元信号の関数としてモデル化したモデルパラメータを受信装置２に伝送し、受信装置２は、モデルパラメータに基づき原信号を推定する。このため、量子化雑音のない原信号を直接推定できるため、多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減することが可能となる。

（実験例）
図５は、第１の実施形態に係る多チャネル音響システムの実験結果の一例を示す図である。本実験は、２２．２チャネル音響の原信号を行列変換により２チャネルの伝送信号に変換し、伝送信号をＡＡＣ符号化して伝送するものであり、０Ｈｚ〜２４ｋＨｚの帯域の信号を１ｋＨｚの等帯域幅で分割した２４種類の信号を原信号として実験を行っている。図５に示す帯域番号ｍは、（ｍ−１）ＫＨｚからｍＫＨｚまでの帯域の信号を示すものであって、例えば帯域番号３の原信号は、２ＫＨｚから３ＫＨｚまでの帯域の信号を示すものである。

本実験において、量子化雑音信号のモデル化には多項式近似を用い、多項式の次数（推定次数）を変化させ各原信号における量子化雑音の変化の評価を行った。量子化雑音の変化の評価には、量子化雑音の除去を行わない場合（即ち、多項式の次数が０である場合）を１、量子化雑音がない場合を０として正規化した正規化雑音エネルギーを用いた。即ち、正規化雑音エネルギーが１に近いほど量子化雑音の除去が進んでおらず、０に近いほど量子化雑音の除去が進んでいることを表す。

図５（ａ）は全チャネルの正規化雑音エネルギーの平均を示すものであり、図５（ｂ）は量子化雑音が顕著なチャネルの正規化雑音エネルギーを示すものである。図５（ａ）（ｂ）いずれも、例えば帯域番号１、３など、比較的周波数が低い帯域の原信号は、正規化雑音エネルギーが１に近い値となっている。これは、ＡＡＣ符号化においては、人間の聴覚に影響を与えやすい周波数帯では符号化が高精度に行われるため、発生する量子化雑音自体が少なく、結果的に、多項式の次数によらず、正規化雑音エネルギーの減少が抑えられるためである。一方、帯域番号６、９、１６など、比較的周波数が高い帯域の原信号では、多項式の次数に応じて正規化雑音エネルギーが減少している。これは、ＡＡＣ符号化においては、人間の聴覚に影響を与えにくい周波数帯では符号化の精度が低下するため、発生する量子化雑音が大きくなるが、多項式を用いたモデル化を行うことにより、正規化雑音エネルギーが減少していることを示すものである。

上記結果より、ＡＡＣ符号化など人間の聴覚特性に基づく符号化方式においては、量子化雑音モデル生成部１７は、量子化雑音信号のモデル化の要否を、原信号の周波数帯域毎に判定することが有効といえる。即ち、量子化雑音モデル生成部１７は、原信号のうち、符号化が高精度に行われる周波数帯域の原信号については、量子化雑音信号のモデル化を行わず、符号化の精度が低い周波数帯域の原信号についてのみ、量子化雑音信号のモデル化を行うように制御することが可能となる。かかる制御により、必要な周波数帯域についてのみ量子化雑音信号のモデル化が行うことができるため、計算負荷を低減させながら量子化雑音を効果的に除去することが可能となる。なお、第２の実施形態に係る原信号モデル生成部１９も、量子化雑音モデル生成部１７と同様の制御を行うことができることは言うまでもない。

また、例えば、図５（ａ）では帯域番号１６の正規化雑音エネルギーは、次数が１の時点で大きく低減し、それ以降の次数においてあまり変化が見られないが、帯域番号６、９では、推定次数が１、３と高次になるにつれ、正規化雑音エネルギーが減少している。

上記結果より、量子化雑音信号を多項式によりモデル化する場合、量子化雑音モデル生成部１７は、周波数帯域毎に次数を決定することが有効といえる。即ち、量子化雑音モデル生成部１７は、高い次数でモデル化することが好ましい周波数帯域は高い次数で、低い次数でモデル化することが好ましい周波数帯域は低い次数でモデル化するという制御が可能となる。かかる制御により、周波数帯域の特性に合わせたモデル化が行うことができるため、計算負荷を低減させながら量子化雑音を効果的に除去することが可能となる。具体的には、上記結果より、量子化雑音モデル生成部１７は、高い周波数帯域では低い次数（例えば１次）で、低い周波数帯域では高い次数（例えば３次）でモデル化することにより、計算負荷を低減させながら量子化雑音を効果的に除去することが可能となる。なお、第２の実施形態に係る原信号モデル生成部１９も、量子化雑音モデル生成部１７と同様の制御を行うことができることは言うまでもない。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、図５において一例を示すとおり、上述した量子化雑音モデル及び原信号モデルに基づく量子化雑音の低減は、周波数帯域ごとに行うことも可能である。すなわち、伝送装置１は、原信号及び復元信号を帯域通過フィルタで複数の帯域に分割し、帯域毎に、量子化雑音モデルの場合は式（４）、式（５）により、原信号モデルの場合は式（１０）、式（１１）により、モデルパラメータを求めることができる。この場合、受信装置２でも、復元信号を複数の帯域に分割し、帯域ごとに、量子化雑音モデルの場合は式（７）により、原信号モデルの場合は推定した原信号モデルとして、雑音を除去した信号を求めれば良い。

また、量子化雑音モデル及び原信号モデルのモデルパラメータの計算に関する時間区間[０、Ｔ]を、時間窓関数により複数の時間区間に分割して、当該時間区間毎に量子化雑音を除去することも可能である。さらに、周波数帯域の分割と、時間区間の分割とを併用することが可能であることも言うまでもない。

また、上記実施形態では、量子化雑音モデル及び原信号モデルの一例として、多項式を用いたモデル化を記載したが、量子化雑音モデル及び原信号モデルには、ヴォルテラ級数など、他の任意の非線形関数を用いることが可能である。また、上記実施形態では、伝送装置１及び受信装置２は、量子化雑音モデル及び原信号モデルの基礎的な情報を予め共有しているとして説明を行ったが、例えば、伝送装置１及び受信装置２がそれぞれ複数のモデルパターンを保持しており、制御メッセージなどにより使用するモデルパターンに関する情報を適宜交換することも可能である。さらに、使用するモデルパターンを受信装置２が保持していない場合、伝送装置１は、使用する新たなモデルパターンに関する情報を制御メッセージなどにより通知することも可能である。

また、上記実施形態では、多チャネル音響方式の原信号を２２．２チャネル音響、行列変換後の伝送信号を２チャネルステレオ信号として説明を行ったが、本発明は、他の５．１チャネル音響、７．１チャネル音響など任意の多チャネル音響方式であって、符号化伝送に関し信号の行列変換を伴う処理全般に適応可能なことは言うまでもない。また、行列変換などの線形処理を伴う信号として、アンビソニックス等の音響信号に対しても適用可能である。

また、上記実施形態では、符号化方式としてＡＡＣを例に説明をしたが、本発明におけるＡＡＣ符号化とは、ＭＰＥＧ２−ＡＡＣ、ＭＰＥＧ４−ＡＡＣ、ＨＥ−ＡＡＣなど、ＡＡＣに関するあらゆるバージョンを包括するものである。また、本発明が対応可能な符号化はＡＡＣに限定されず、人間の聴覚特性に基づいて高品質に符号化する方式であれば、任意の符号化方式に対応可能である。

なお、本発明は、伝送装置１および受信装置２が有するプロセッサに同等の処理（ステップ）を実行させるプログラムとしても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。例えば、伝送装置１および受信装置２は、各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを記憶部（図示せず）に格納しておき、中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって当該プログラムを読み出して実行することができる。

本発明によれば、多チャネル音響方式の原信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に生じる量子化雑音を低減することが可能になるという有用性がある。

１音響信号入力部
１２行列変換部
１３符号化部
１４復元部
１５復元用復号部
１６復元用逆行列変換部
１７量子化雑音モデル生成部（モデル生成部）
１８伝送部
１９原信号モデル生成部（モデル生成部）
２受信装置
２１受信部
２２復号部
２３逆行列変換部
２４量子化雑音信号生成部
２５合成部
２６音響信号出力部
２７原信号生成部

Claims

多チャネル音響方式に対応した伝送装置及び受信装置を備える多チャネル音響システムであって、
前記伝送装置は、
前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、
前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを前記受信装置に伝送する伝送部と、を備え、
前記受信装置は、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを受信する受信部と、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、
前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する量子化雑音信号生成部と、
前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去する合成部と、を備える多チャネル音響システム。
多チャネル音響方式に対応した伝送装置及び受信装置を備える多チャネル音響システムであって、
前記伝送装置は、
前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、
前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを前記受信装置に伝送する伝送部と、を備え、
前記受信装置は、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを受信する受信部と、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、
前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する原信号生成部と、を備える多チャネル音響システム。
前記モデル生成部は、周波数帯域毎に前記モデル化して前記モデルパラメータを求める、請求項１又は２に記載の多チャネル音響システム。
前記モデル生成部は、前記周波数帯域毎に、前記モデル化の要否を判定する、請求項３に記載の多チャネル音響システム。
前記モデル生成部は、前記モデル化を多項式で行い、前記周波数帯域毎に前記多項式の次数を決定する、請求項３又は４に記載の多チャネル音響システム。
前記モデル生成部は、高い周波数帯域ほど次数が低くなるように、前記多項式の次数を決定する、請求項５に記載の多チャネル音響システム。
多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、
前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送する伝送部と、を備える伝送装置。
多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信する受信部と、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、
前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する量子化雑音信号生成部と、
前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去する合成部と、を備える受信装置。
多チャネル音響方式に対応した伝送装置に、
前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換するステップと、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成するステップと、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成するステップと、
前記原信号と前記復元信号との差分である量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるステップと、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送するステップと、を実行させるための伝送用プログラム。
多チャネル音響方式に対応した受信装置に、
前記多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信するステップと、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成するステップと、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成するステップと、
前記モデルパラメータに基づき、前記量子化雑音信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定するステップと、
前記復元信号から推定した前記量子化雑音信号を除去するステップと、を実行させるための受信用プログラム。
多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成する符号化部と、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成する復元部と、
前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるモデル生成部と、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送する伝送部と、を備える伝送装置。
多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信する受信部と、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成する復号部と、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成する逆行列変換部と、
前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定する原信号生成部と、を備える受信装置。
多チャネル音響方式に対応した伝送装置に、
前記多チャネル音響方式の原信号を行列変換により原信号より少ないチャネルの伝送信号に変換するステップと、
前記伝送信号を符号化した符号化信号を生成するステップと、
前記符号化信号の復号及び逆行列変換を行い前記原信号の復元信号を生成するステップと、
前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化してモデルパラメータを求めるステップと、
前記符号化信号と、前記モデルパラメータとを伝送するステップと、を実行させるための伝送用プログラム。
多チャネル音響方式に対応した受信装置に、
前記多チャネル音響方式の原信号より少ないチャネルに行列変換された伝送信号を符号化した符号化信号と、符号化により生じる量子化雑音信号をモデル化するモデルパラメータとを受信するステップと、
前記符号化信号を復号して復号信号を生成するステップと、
前記復号信号を逆行列変換して復元信号を生成するステップと、
前記モデルパラメータに基づき、前記原信号を前記復元信号の関数としてモデル化して推定するステップと、を実行させるための受信用プログラム。