JP2016026318A - Mdctベース複素予測ステレオ符号化 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複素予測符号化によりエンコードされた、2つの入力チャンネルを表す第1の周波数領域表示を有する入力ステレオ信号から出力ステレオ信号を求める復号方法は、第1の入力チャンネルの第2の周波数領域表示を計算するアップミキシングステップと、第1の入力チャンネルの第1と第2の周波数領域表示と、第2の入力チャンネルの第1の周波数領域表示と、複素予測係数とに基づいて、出力チャンネルを計算するアップミキシングステップとを有する。本方法は、入力チャンネルに独立な帯域幅制限を適用するステップを有する。
【選択図】図15
Description
ダウンミックス信号(M)と残差信号(D)の第1の周波数領域表示に基づいて、前記ステレオ信号を生成するように構成されたアップミックス段階であって、各第1の周波数領域表示は多次元空間の第1の副空間で表された対応する信号のスペクトルコンテンツを表す第1のスペクトル成分を有するアップミックス段階を有し、前記アップミックス段階は、
前記ダウンミックス信号の第1の周波数領域表示に基づき、前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールであって、前記第2の周波数領域表示は、前記第1の副空間に含まれない多次元空間の一部を含む、前記多次元空間の第2の副空間で表された信号のスペクトルコンテンツを表す第2のスペクトル成分を有する、モジュールと、
前記ビットストリーム信号にエンコードされた前記ダウンミックス信号の第1と第2の周波数領域表示と、前記残差信号の第1の周波数領域表示と、複素予測係数(α)とに基づいてサイド信号(S)を計算する重み付け加算器とを有するアップミックス段階と、
前記ダウンミックス信号と前記サイド信号の第1の周波数領域表示に基づいて、前記ステレオ信号を計算する和・差段階を有し、
前記アップミックス段階は、さらに、前記ダウンミックス信号と残差信号が前記和・差段階に直接供給されるパススルーモードで動作可能である。
複素予測ステレオ符号化によりビットストリーム信号によりステレオ信号をエンコードするエンコーダシステムであって、
複素予測係数を推定する推定器と、
(a)前記ステレオ信号を、前記複素予測係数の値により決定される関係を有するダウンミックス信号と残差信号の周波数領域表示に変換するように動作可能な符号化段階と、
前記符号化段階と推定器から出力を受け取り、これを前記ビットストリーム信号にエンコードするマルチプレクサとを有する。
・前記第1のスペクトル成分から第1の中間成分を求め、
・インパルス応答の少なくとも一部により前記第1のスペクトル成分の結合を構成して第2の中間成分を求め、
・前記第2の中間成分から第2のスペクトル成分を求めるように構成されている。
この手順により、米国特許第6,980,933B2号に、特にコラム8乃至28に、特に式41に詳細に記載されているように、第1の周波数領域表示から直接第2の周波数領域表示を計算することができる。当業者は気づくように、例えば、異なる変換が続く逆変換とは反対に、計算は、時間領域によっては実行されない。
・(信号を変化させない)パススルー段階として、または和・差変換として選択的に動作可能なスイッチ;
・周波数・時間変換を行う逆変換段階;及び
・直接(または同時)符号化した信号を、または複素予測により符号化された信号を、逆変換段階に入力するセレクタ装置。
当業者が気づくように、デコーダの側にこのようなフレキシビリティがあるので、エンコーダは、従来の直接または同時符号化と、複素予測符号化とを選択する自由度を有する。よって、この実施形態は、従来の直接L/Rステレオ符号化や同時M/Sステレオ符号化の音質レベルを越えられない場合には、少なくとも、同じレベルを維持することを保証できる。よって、本実施形態によるデコーダは、関連技術に対して上位集合(superset)であるとみなすことができる。
・パススルー段階として、または和・差段階として動作できるスイッチ;
・サイド信号の時間領域表示を計算するさらなる逆変換段階;
・逆変換段階を、(好ましくは、複素予測符号化により生成されたステレオ信号を復号する場合のように、スイッチがアクティブ化されパスフィルタとして機能するときに、)アップミックスの上流にあり、かつスイッチの下流にあるポイントに接続されたさらなる和・差段階に、または(好ましくは、直接符号化されたステレオ信号を復号する場合のように、スイッチがアクティブ化され、和・差段階として機能するときに、)スイッチからのダウンミックス信号と、重み付け加算器からのサイド信号との組み合わせに、接続するセレクタ装置。
当業者は気づくように、これはエンコーダに、従来の直接又は同時符号化と、複素予測符号化との間を選択する自由度を与え、すなわち直接又は同時ステレオ符号化と少なくとも等しい音質レベルを保証できる。
・ステレオ信号をミッドチャンネルとサイドチャンネルに変換する和・差段階;
・サイドチャンネルの周波数領域表示と、ミッドチャンネルの複素値(すなわち、オーバーサンプリングされた)周波数領域表示とを提供する変換段階;及び
・複素予測係数を重みとして用いる、残差信号を計算する重み付け加算器。
ここで、推定器は、残差信号を受け取り、場合によってはフィードバック制御形式で、残差信号のパワーまたは平均パワーを低減または最小化する複素予測係数を決定する。しかし、好ましくは、推定器は、符号化するステレオ信号を受け取り、それに基づいて予測係数を決定する。サイドチャンネルのクリティカルサンプリングされた周波数領域表示を用いることは、計算の経済性の観点から有利である。この実施形態では、サイドチャンネルは複素数との乗算をされないからである。好適にも、変換段階は、並列に構成されたMDCT段階とMDST段階とを含み得る。両者は、ミッドチャンネルの時間領域表示を入力として有する。このように、ミッドチャンネルのオーバーサンプリングされた周波数領域表示と、サイドチャンネルのクリティカルサンプリングされた周波数領域表示とを生成する。
図2は、概略的なブロック図の形式で、少なくとも1つの複素予測係数値α=αR+iαIを有するビットストリームを復号する復号システムを示す。ステレオ信号のMDCT表現はダウンミックスMチャンネルと残差Dチャンネルを有する。予測係数の実部とαRと虚部αIは量子化され、及び/または同時符号化(coded jointly)されている。しかし、好ましくは、実部と虚部は独立かつ均一に、一般的にはステップサイズ0.1(無次元数)で、量子化される。MPEG標準によると、複素予測係数に用いる周波数帯域の解像度は、スケールファクタ帯域(sfb、すなわち同じMDCT量子化ステップサイズと量子化範囲を用いる一群のMDCTライン)の解像度と同じである必要はない。特に、予測係数の周波数帯域解像度は、バークスケール(Bark scale)のように音響心理学的に妥当なものである。デマルチプレクサ201は、供給されるビットストリームから、これらのMDCT表現と予測係数(図示した制御情報の一部)を取り出すように構成されている。実際、ビットストリームには、それを予測モードと非予測モードのどちらで復号するかという命令やTNS情報などの、複素予測係数以上の制御情報がエンコードされているTNS情報は、デコーダシステムのTNS(合成)フィルタにより使われるTNSパラメータの値を含む。両チャンネルなどの複数のTNSフィルタに同じ一組のTNSパラメータを用いる場合、パラメータの組のアイデンティティを示すビットの形式でこの情報を受け取る方が、二組のパラメータを別々に受け取るよりも、経済的である。例えば、2つのオプションの音響心理学的評価に基づき、TNSをアップミックス段階の前または後に適用するかの情報も含まれうる。さらに、制御情報はダウンミックス信号と残差信号の個別に制限された帯域幅を示す。各チャンネルに対して、帯域幅制限より上の周波数帯域は復号されず、ゼロに設定される。場合によっては、最も高い周波数帯域のエネルギーコンテンツは小さいので、量子化されたときにすでにゼロになっている。通常のプラクティス(MPEG標準のmax_sfbパラメータを参照)では、ダウンミックス信号と残差信号の両方に、同じ帯域幅制限を用いなければならない。しかし、残差信号は、ダウンミックス信号よりも大幅に、低周波数帯域に局限されたエネルギーコンテンツを有する。そのため、残差信号に専用の帯域幅上限を課すことにより、音質を大幅に損なわずに、ビットレートの削減が可能である。例えば、これは、ビットストリームにエンコードされた、ダウンミックス信号用と残差信号用の2つの独立なmax_sfbパラメータにより調節される。
次のパラグラフでさらに説明するように、デコーダシステムは第2のスイッチングアセンブリ205を含む。両スイッチングアセンブリ203、205は、この実施形態及びこれから説明する実施形態におけるその他のほとんどのスイッチやスイッチングアセンブリのように、周波数選択的に動作可能である。これにより、例えば、関連技術として知られているように、周波数依存のL/RまたはM/S復号などの非常に様々な復号モードの復号が可能になる。よって、本発明によるデコーダは、関連技術に対して上位集合(superset)であるとみなすことができる。
本発明によるエンコーダシステムを、図5を参照して説明する。図5は、複素予測符号化により、出力ビットストリームとして、左/右(L/R)ステレオ信号を符号化するエンコーダシステムを示すブロック図である。このエンコーダシステムは、信号の時間領域または周波数領域の表示を受け取り、これをダウンミックス段階と予測係数推定器の両方に供給する。予測係数の実部と虚部は、左右チャンネルのダウンミックス及び残差チャンネルへの変換を制御するために、ダウンミックス段階に供給される。次に、ダウンミックス及び残差チャンネルは、最終的マルチプレクサMUXに供給される。信号は、周波数領域表示としてエンコーダに供給されなかった場合、ダウンミックス段階またはマルチプレクサで、かかる表示に変換される。
本発明の第3と第4の態様の実施形態を図15と16に示す。図15は、ビットストリームをステレオ信号に復号する方法を示し、次のステップを有する:
1.ビットストリームを入力する。
2.ビットストリームを逆量子化し、それによりステレオ信号のダウンミックスチャンネルと残差チャンネルの第1の周波数領域表示を求める。
3.ダウンミックスチャンネルの第2の周波数領域表示を計算する。
4.チャンネルの3つの周波数領域表示に基づき、サイドチャンネル信号を計算する。
5.ステレオ信号を、好ましくは左/右形式のものを、サイドチャンネルとダウンミックスチャンネルに基づき計算する。
6.こうして求めたステレオ信号を出力する。
ステップ3乃至ステップ5は、アップミキシングのプロセスと考えてもよい。ステップ1から6はそれぞれ、本書類の前出の部分で開示したいずれかのデコーダシステムの対応する機能と同様であり、実装に関する詳細事項は同部分から読み取ることができる。
1.ステレオ信号を入力する。
2.ステレオ信号を第1周波数領域表示に変換する。
3.複素予測係数を決定する。
4.周波数領域表示をダウンミックスする。
5.ダウンミックスチャンネルと残差チャンネルを、複素予測係数とともにビットストリームとしてエンコードする。
6.ビットストリームを出力する。
ステップ1から5はそれぞれ、本書類の前出の部分で開示したいずれかのエンコーダシステムの対応する機能と同様であり、実装に関する詳細事項は同部分から読み取ることができる。
ここに開示した実施形態を実験的に評価した。このプロセスで得られた実験的資料の最も重要な部分を以下にまとめる。
(i)(時間フレームの)各MDSTスペクトルを、現在の、前の、及び次のMDCTスペクトルから2次元有限インパルス応答フィルタリングにより計算した。
(ii)USACステレオエンコーダからの音響心理学的モデルを用いた。
(iii)PSパラメータICC、CLD及びIPDの代わりに、複素予測係数αの実部と虚部が送信を送信した。実部と虚部は、別々に処理され、[−3.0, 3.0]の範囲に制限され、0.1のステップサイズを用いて量子化される。時間微分符号化し、最終的にUSACのスケールファクタコードブックを用いてハフマン符号化する。予測係数は1スケールファクタ帯域おきに更新され、周波数解像度がMPEGサラウンド(例えば、ISO/IEC23003−1参照)と同様になった。この量子化および符号化スキームにより、目標ビットレートが96kb/sの一般的な構成において、ステレオサイド情報の平均ビットレートが約2kb/sになった。
(iv)2ビットのms_mask_presentビットストリーム要素の取り得る値は3つしかないので、現在のUSACビットストリームを壊すことなく、ビットストリームフォーマットを修正した。複素予測を示す第4の値を用いることにより、ビットを無駄にせずに、基本的なミッド/サイド符号化のフォールバックモードを許した(これについては、本開示の前のサブセクションを参照されたい)。
本発明のさらなる実施形態は、上記の説明を読めば、当業者には明らかになるだろう。本明細書と図面は実施形態と実施例を開示しているが、本発明はこれらの具体的な例に制約されない。添付した特許請求の範囲で規定した本発明の範囲から逸脱することなく、多数の修正や変形をすることができる。
Claims (15)
- 複素予測ステレオ符号化によりステレオ信号を提供するデコーダシステムであって、
ダウンミックス信号と残差信号の第1の周波数領域表示に基づいて、前記ステレオ信号を生成するように構成されたアップミックス段階であって、各第1の周波数領域表示は多次元空間の第1の副空間で表された対応する信号のスペクトルコンテンツを表す第1のスペクトル成分を有するアップミックス段階を有し、前記アップミックス段階は、
前記ダウンミックス信号の第1の周波数領域表示に基づき、前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールであって、前記第2の周波数領域表示は、前記第1の副空間に含まれない多次元空間の一部を含む、前記多次元空間の第2の副空間で表された信号のスペクトルコンテンツを表す第2のスペクトル成分を有する、モジュールと、
前記ビットストリーム信号にエンコードされた前記ダウンミックス信号の第1と第2の周波数領域表示と、前記残差信号の第1の周波数領域表示と、複素予測係数とに基づいてサイド信号を計算する重み付け加算器と、
前記ダウンミックス信号と前記サイド信号の第1の周波数領域表示に基づいて、前記ステレオ信号を計算する和・差段階を有するアップミックス段階とを有し、
前記アップミックス段階は前記ダウンミックス信号と残差信号に、独立の帯域幅制限を適用するように構成された、デコーダシステム。 - 適用される前記帯域幅制限は、各信号に対して、復号する最高周波数帯を示す2つのデータフィールドによりシグナリングされる。
請求項1に記載のデコーダシステム。 - 前記データフィールドのそれぞれが最大sfbの値として符号化されるMPEGビットストリームを受け取るように構成される、
請求項2に記載のデコーダシステム。 - ビットストリーム信号に基づいて、前記ダウンミックス信号と残差信号の前記第1の周波数領域表示を提供する、前記アップミックス段階の上流に配置された逆量子化段階をさらに有する、
請求項1ないし3いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記第1のスペクトル成分は前記第1の副空間で表された実数値を有し、
前記第2のスペクトル成分は前記第2の副空間で表された虚数値を有し、
任意的に、前記第1のスペクトル成分は、離散余弦変換DCT又は修正離散余弦変換MDCTのうち一方により求められ、
任意的に、前記第2のスペクトル成分は、離散正弦変換DST又は修正離散正弦変換MDSTのうち一方により求められる、
請求項1ないし3いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記アップミックス段階の上流に配置された少なくとも1つの時間的ノイズシェーピングTNSモジュールと、
前記アップミックス段階の下流に配置された少なくとも1つのさらなるTNSモジュールと、
(a)前記アップミックス段階の上流の前記TNSモジュール、または(b)前記アップミックス段階の下流にある前記さらなるTNSモジュールのうちいずれかを選択的にアクティブ化するセレクタ装置とを有する
請求項1ないし5いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記ダウンミックス信号は連続した時間フレームにパーティションされ、各時間フレームは複素予測係数の値に関連し、
前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールは、前記複素予測係数の虚部の絶対値が時間フレームの所定の許容値より小さいことに応じて、自身を非アクティブ化して、その時間フレームに対して出力を生成しないようにするように構成された、
請求項5に記載のデコーダシステム。 - 前記第1のスペクトル成分は変換係数の時間フレームに配置された変換係数であり、各ブロックは時間領域信号の時間セグメントへの変換の適用により生成され、
前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールは、
前記第1のスペクトル成分から第1の中間成分を求め、
インパルス応答の少なくとも一部分により前記第1のスペクトル成分の組み合わせを構成して、第2の中間成分を求め、
前記第2の中間成分から前記第2のスペクトル成分を求める、ように構成された、
請求項1ないし7いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールは、(a)第1のスペクトル成分の同時時間フレームと、
(b)第1のスペクトル成分の同時時間フレーム及び先行時間フレームと、
(c)第1のスペクトル成分の同時時間フレーム、先行時間フレーム、及び後続時間フレームとのうちの1つに基づいて第2のスペクトル成分の各時間フレームを求めるように構成された、
請求項8に記載のデコーダシステム。 - 前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールは、少なくとも2つの時間的に隣接した、及び/又は周波数的に隣接した第1のスペクトル成分の組み合わせにより決定された近似的な第2のスペクトル成分を有する近似的第2のスペクトル表示を計算するように構成されている、
請求項1ないし9いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記ステレオ信号は時間領域で表され、デコーダシステムはさらに、
(a)パススルー段階、又は(b)和・差段階のいずれかとして機能でき、それにより直接及び同時符号化ステレオ入力信号の間を切り替えられる、前記逆量子化段階と前記アップミックス段階の間に配置されたスイッチングアセンブリと、
前記ステレオ信号の時間領域表示を計算するように構成された逆変換段階と、
前記逆変換段階の上流に配置され、これを、(a)複素予測により求めたステレオ信号が前記逆変換段階に供給される、前記アップミックス段階の下流のポイントに、又は(b)直接ステレオ符号化により求めたステレオ信号が前記逆変換段階に供給される、前記スイッチングアセンブリの下流であり、かつ前記アップミックス段階の上流であるポイントのいずれかに選択的に接続するように構成されたセレクタ装置とを有する、
請求項1ないし10いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するモジュールは、
前記多次元空間の第1の副空間における各信号の第1の周波数領域表示に基づき、前記ダウンミックス信号及び/又は彩度信号の時間領域の表示を計算する逆変換段階と、
前記信号の時間領域表示に基づき各信号の第2の周波数領域表示を計算する変換段階とを有し、
好ましくは、前記逆変換段階は逆修正離散余弦変換MDCTを行い、前記変換段階は修正離散余弦変換MDSTを行う、
請求項1ないし11いずれか一項に記載のデコーダシステム。 - 前記ステレオ信号は時間領域で表され、デコーダシステムはさらに、
(a)同時ステレオ符号化に用いるパススルー段階、又は(b)直接ステレオ符号化に用いる和・差段階のいずれかとして機能できる、前記逆量子化段階と前記アップミックス段階の間に配置されたスイッチングアセンブリと、
前記サイド信号の時間領域表示を計算する、前記アップミックス段階に配置されたさらなる逆変換段階と、
(a)前記スイッチングアセンブリの下流かつ前記アップミックス段階の上流のポイントに接続されたさらなる和・差段階、または(b)前記スイッチングアセンブリから得られるダウンミックス信号と前記重み付け加算器から得られるサイド信号のいずれかに選択的に接続されるように構成された、前記逆変換段階の上流に配置されたセレクタ装置とを有する、
請求項12に記載のデコーダシステム。 - 複素予測ステレオ符号化により入力ステレオ信号を出力ステレオ信号にアップミックスする復号方法であって、
前記入力ステレオ信号は、ダウンミックスチャンネルと残差チャンネルの第1の周波数領域表示と、複素予測係数とを含み、
前記第1の周波数領域表示の各々は、多次元空間の第1の副空間で表された対応する信号のスペクトルコンテンツを表す第1のスペクトル成分を有し、
前記方法は、アップミックス段階により実行され、
前記ダウンミックスチャンネルの第1の周波数領域表示に基づき、前記ダウンミックス信号の第2の周波数領域表示を計算するサブステップであって、前記第2の周波数領域表示は、前記第1の副空間に含まれない多次元空間の一部を含む、前記多次元空間の第2の副空間で表された信号のスペクトルコンテンツを表す第2のスペクトル成分を有する、ステップと、
前記ダウンミックス信号の第1と第2の周波数領域表示と、前記残差チャンネルの第1の周波数領域表示と、前記複素予測係数とに基づいて、サイドチャンネルを計算するステップと、を有し、
前記ダウンミックス信号と残差信号には、独立の帯域幅制限を適用する、復号方法。 - 汎用コンピュータにより実行されたとき、請求項14に記載の方法を実行する命令を格納したコンピュータ読み取り可能媒体を有するコンピュータプログラム製品。
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