JP3886482B2 - 多チャネル符号化方法、復号方法、これらの装置、プログラムおよびその記録媒体 - Google Patents

Description

この発明はステレオ音響信号や人体の脈波信号、脳波信号などの生体信号などの多チャネルの信号を記録、伝送するために符号化する方法、その符号を復号する方法、これらの装置、そのプログラム、その記録媒体に関するものである。

従来の音響信号符号化ではステレオ信号に関する相関を用いた符号化が多く検討されている。例えば５チャネルのマルチチャネル符号化でも２チャネルごとの対にして、ステレオ信号の符号化に還元する方法が知られている。原音に対して、チャネル間での差分や重みつき差分信号によってチャネル間の信号の類似性を利用した圧縮符号化もよく使われるが、効率が小さい場合が多い。
従来において、時間領域の信号を圧縮符号化する方法として予測符号化方法が知られている。

この従来の予測符号化方法を図９を参照して説明する。符号化側では図９Ａに示すように、入力端子１１からの時系列ディジタル信号はフレーム分割部１２で所定サンプル数ごとのフレームに分割される。各フレームごとにディジタル信号は線形予測分析部１３で線形予測分析されて予測係数が計算される。この予測係数は通常は線形予測分析部１３内の量子化部１３ａで量子化される。
この量子化された予測係数とそのフレームのディジタル信号とが線形予測部１４に入力されて、ディジタル信号に対して時間方向に線形予測して各サンプルごとに予測値が求められる。この線形予測は自己回帰型前方予測である。この予測値が入力ディジタル信号の対応サンプルから減算部１５で減算されて予測誤差信号が生成される。線形予測部１４及び減算部１５は予測誤差生成部１６を構成している。

予測誤差生成部１６からの予測誤差信号は誤差符号化部１７でハフマン符号化や算術符号化などのエントロピー符号化が行われて誤差符号として出力される。線形予測分析部１３よりの量子化された予測係数は係数符号化部１８でエントロピー符号化又はベクトル量子化されて符号化され、係数符号として出力される。スカラー量子化されたまま出力されることもある。
復号側では図９Ｂに示すように、入力された誤差符号は誤差復号部２１で誤差符号化部１７の符号化方法と対応した復号方法により復号されて予測誤差信号が生成される。また入力された係数符号は係数復号部２２で係数符号化部１８の符号化方法と対応した復号方法により復号されて予測係数が生成される。復号された予測誤差信号と予測係数とが予測合成部２３に入力されて予測合成されてディジタル信号が再生され、フレーム合成部２４で各フレームのディジタル信号が順次連結されて出力端子２５へ出力される。予測合成部２３では再生されるディジタル信号と、復号された予測係数が回帰型線形予測部２６に入力されて予測値が生成され、その予測値と、復号された予測誤差信号とが加算部２７で加算されてディジタル信号が再生される。

この発明の目的はステレオ音響信号や生体信号などのチャネル間に相関がある多チャネル信号を、原信号自体ではなく原信号から得られた信号、又は原信号を処理した信号などのチャネル間相関と、時間領域の予測符号化とを利用して圧縮効率の高い符号化方法、その復号方法、これらの装置、そのプログラムおよび記録媒体を提供することにある。

この発明の符号化方法は以下の形態がある。
（１）多チャネルディジタル信号に対してそれぞれ時間方向に線形予測を行って予測誤差信号を求め、これら予測誤差信号をそれぞれ符号化し、
上記線形予測の際に用いた予測係数の少なくとも１つを基準として、それ以外の予測係数との差分又は重みつき差分予測係数を求め、
上記少なくとも１つの基準の予測係数、および上記差分予測係数を符号化する。
（２）多チャネルディジタル信号の少なくとも１つを基準信号として線形予測分析を行って少なくとも予測係数を求め、
上記多チャネルディジタル信号のそれぞれに対し、上記少なくとも予測係数を用いて時間方向の線形予測を行って、予測誤差信号を求め、これら予測誤差信号をそれぞれ符号化し、上記予測係数を符号化する。

（３）上記(１）又は(２）項において、上記予測誤差信号の符号化は、その少なくとも１つを基準信号として、そのまま符号化し、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号とそれ以外の予測誤差信号とのチャネル間での重みつき差分により差分誤差信号を作成し、
この差分誤差信号を符号化し、
その差分誤差信号の作成に用いた重みを符号化する。
（４）多チャネルディジタル信号に対し、それぞれ時間方向に線形予測を行って、予測誤差信号を求め、これら予測誤差信号の少なくとも１つを基準予測誤差信号とし、この少なくとも１つの予測誤差信号を符号化し、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号とそれ以外の予測誤差信号とのチャネル間での重みつき差分より差分誤差信号を作成し、
その重みつき差分誤差信号を符号化し、
上記差分誤差信号作成に用いた重みを符号化し、
上記各線形予測を行った際に用いた各予測係数を符号化する。

（５）多チャネルディジタル信号を少なくとも上記（１）〜（４）項の多チャネル符号化方法の複数の方法により符号化し、
これら符号化中の最も圧縮効率が高い符号化符号を選択し、
その選択した符号化方法を示す補助符号を生成し、
この補助符号と上記選択した符号化符号を出力する。
この発明の復号方法は以下の形態がある。
（１）複数の誤差符号を復号して複数の予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの基準係数符号より少なくとも１つの基準予測係数を求め、
少なくとも１つの差分係数符号を復号して少なくとも１つの差分予測係数を求め、
上記少なくとも１つの基準予測係数と上記少なくとも１つの差分予測係数とを加算又は重みつき加算して少なくとも１つの予測係数を求め、
上記複数の各予測誤差信号とその対応するチャネルの上記少なくとも１つの基準予測係数又は上記少なくとも１つの予測係数とをそれぞれ用いて予測合成してそれぞれ各チャネルのディジタル信号を生成する。

（２）複数の誤差符号を復号して複数の予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの係数符号より少なくとも１つの予測係数を求め、
上記複数の予測誤差信号と上記少なくとも１つの予測係数と各対応チャネルのものをそれぞれ用いて予測合成して複数チャネルのディジタル信号を生成する。
（３）少なくとも１つの誤差符号を復号して少なくとも１つの基準予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの差分誤差符号を復号して少なくとも１つの差分誤差信号を求め、
少なくとも１つの重み符号より少なくとも１つの重み係数を求め、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号を上記少なくとも１つの重み係数の対応チャネルのもので重み付けて上記少なくとも１つの差分誤差信号の対応チャネルのものと加算して予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの係数符号より少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測係数を求め、
上記少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測係数と上記少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測誤差信号との対応チャネルのものをそれぞれ用いて予測合成してチャネルディジタル信号を求める。

（４）少なくとも１つの基準誤差符号を復号して少なくとも１つの基準予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの差分誤差符号を復号して少なくとも１つの差分誤差信号を求め、
少なくとも１つの重み符号より少なくとも１つの重み係数を求め、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号を上記少なくとも１つの重み係数の対応チャネルのもので重み付けて上記少なくとも１つの差分誤差信号の対応チャネルのものと加算してそれぞれ予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの基準係数符号より少なくとも１つの基準予測係数を求め、
少なくとも１つの差分係数符号を復号して少なくとも１つの差分係数を求め、
上記少なくとも１つの基準予測係数と上記少なくとも１つの差分係数の対応チャネルのものとを加算又は重みつき加算して少なくとも１つの予測係数を求め、
上記少なくとも１つの基準及び上記少なくとも１つの予測係数と上記少なくとも１つの基準及び上記少なくとも１つの予測誤差信号との各対応チャネルのものとをそれぞれ用いて予測合成してそれぞれチャネルディジタル信号を求める。

（５）少なくとも１つの基準誤差符号を復号して少なくとも１つの基準予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの差分誤差符号を復号して少なくとも１つの差分誤差信号を求め、
少なくとも１つの重み符号より少なくとも１つの重み係数を求め、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号を上記少なくとも１つの重み係数の対応チャネルのもので重み付けして上記少なくとも１つの差分誤差信号の対応チャネルのものと加算して少なくとも１つの予測誤差信号を求め、
少なくとも１つの予測係数符号より少なくとも１つの予測係数を求め、
上記少なくとも１つの基準及び上記少なくとも１つの予測誤差信号各１つと上記少なくとも１つの予測係数のいずれかとを用いてそれぞれ予測合成してそれぞれチャネルディジタル信号を求める。
（６）補助符号を復号して選択情報を求め、
上記選択情報に応じて、多チャネル信号符号を、上記（１）〜（５）項の多チャネル復号方法のいずれかにより復号する。

この発明の符号化装置は以下の形態がある。
（１）複数のチャネルの各ディジタル信号が入力され、それぞれを線形予測分析して複数の予測係数を生成する複数の線形予測分析部と、
上記複数のディジタル信号及び上記複数の予測係数のそれぞれ対応チャネルのものが入力され、それぞれ時間方向に線形予測を行い複数の予測誤差信号を生成する複数の予測誤差生成部と、
上記複数の予測誤差信号が入力されそれぞれを符号化する複数の誤差符号化部と、
上記複数の予測係数の少なくとも１つが基準として、それ以外の少なくとも１つの予測係数とが入力され、これら基準予測係数とそれ以外の予測係数との差又は重みつき差を差分係数として生成する少なくとも１つの減算部と、
上記少なくとも１つの基準の予測係数が入力され、それを符号化する少なくとも１つの符号化部と、
上記少なくとも１つの差分係数が入力され、これを符号化する少なくとも１つの差分係数符号化部とを具備する。

（２）入力された複数チャネルの各ディジタル信号の少なくとも１つを基準信号として線形予測分析を行って少なくとも１つの予測係数を生成する線形予測分析部と、
上記ディジタル信号の少なくとも２つに対し上記少なくとも１つの予測係数の１つによりそれぞれ時間方向に線形予測を行って、少なくとも２つの予測誤差信号を生成する少なくとも２つの予測誤差生成部と、
上記少なくとも２つの予測誤差信号が入力され、それぞれを符号化する少なくとも２つの誤差符号化部と、
上記予測係数が入力され、これを符号化する係数符号化部とを具備する。

（３）複数チャネルの各ディジタル信号が入力され、それぞれ線形予測分析して予測係数をそれぞれ生成する複数の線形予測分析部と、
上記複数のディジタル信号と上記複数の予測係数の各対応チャネルのものがそれぞれ入力され、これらにより時間方向に線形予測を行って、予測誤差信号をそれぞれ生成する複数の予測誤差生成部と、
上記複数の予測誤差信号の少なくとも１つを基準とし、これとそれ以外の少なくとも１つの予測誤差信号の各１つとがそれぞれ入力され、それぞれ両予測誤差信号のチャネル間での重みつき差分により差分誤差信号をそれぞれ生成する複数の重みつき減算部と、
上記少なくとも１つの差分誤差信号が入力され、それぞれ符号化する少なくとも１つの差分誤差符号化部と、
上記少なくとも１つの差分誤差信号の作成に用いた重みが入力され、これを符号化する少なくとも１つの重み符号化部と、
上記複数の予測係数がそれぞれ入力され、それぞれ符号化する複数の係数符号化部と、
上記基準信号とした少なくとも１つの予測誤差信号が入力され、これを符号化する少なくとも１つの誤差符号化部とを具備する。

この発明の復号装置は以下の形態がある。
（１）少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測誤差符号がそれぞれ入力され、それぞれを復号して少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測誤差信号を生成する少なくとも１つの誤差復号部と、
少なくとも１つの基準係数符号が入力され、少なくとも１つの基準予測係数を出力する手段と、
少なくとも１つの差分係数符号が入力され、それを復号して少なくとも１つの差分予測係数を生成する少なくとも１つの差分係数復号部と、
上記少なくとも１つの基準予測係数の１つと上記少なくとも１つの差分予測係数の１つとが入力され、これら両者をそれぞれ加算又は重みつき加算して予測係数を生成する少なくとも１つの加算部と、
上記少なくとも１つの基準予測誤差信号と少なくとも１つの基準予測係数の各対応チャネルのもの及び上記少なくとも１つの予測誤差信号と上記少なくとも１つの予測係数の各対応チャネルのものがそれぞれ入力され、それぞれその信号と係数を用いて予測合成してそれぞれディジタル信号をそれぞれ生成する複数の予測合成部とを具備する。

（２）少なくとも２つの誤差符号が入力され、それぞれを復号して少なくとも１つの予測誤差信号を生成する少なくとも１つの誤差復号部と、
少なくとも１つの係数符号が入力され、少なくとも１つの予測係数を出力する手段と、
上記少なくとも２つの予測誤差信号の各１つと上記少なくとも１つの予測係数の１つとがそれぞれ入力され、両者をそれぞれ用いて予測合成してチャネルディジタル信号をそれぞれ生成する少なくとも２つの予測合成部とを具備する。
（３）少なくとも１つの予測誤差符号が入力され、これを復号して少なくとも１つの基準予測誤差信号を生成する少なくとも１つの誤差復号部と、
少なくとも１つの差分誤差符号が入力され、それを復号して少なくとも１つの差分誤差信号を生成する少なくとも１つの差分誤差復号部と、
少なくとも１つの重み符号が入力され、少なくとも１つの重み係数として出力する手段と、
上記少なくとも１つの基準誤差信号と、上記少なくとも１つの重み係数、上記少なくとも１つの差分誤差信号の各対応チャネルのものの１つが入力され、その基準予測誤差信号とその差分誤差信号を重みつき加算してそれぞれ予測誤差信号を生成する少なくとも１つの重みつき加算部と、
少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの係数符号が入力され、それぞれ少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測係数を出力する手段と、
上記少なくとも１つの基準の１つ及び少なくとも１つの予測係数の１つと上記少なくとも１つの基準及び少なくとも１つの予測誤差信号の対応チャネルのものとがそれぞれ入力され、それぞれ各１つの係数と各１つの信号を用いて予測合成してディジタル信号をそれぞれ生成する複数の予測合成部とを具備する。

この発明のプログラムは前記この発明の符号化方法（１）〜（５）のいずれかの各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
この発明の復号プログラムは前記この発明の復号方法（１）〜（６）のいずれかの各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

この発明によれば、予測係数や予測誤差などの原信号を処理した信号や原信号から得られた信号などのチャネル間相関と予測符号化を組み合わせることにより原信号自体の差分や重みつき差分を利用する場合より圧縮効率が高い場合が多い。

この発明は、ステレオ信号や多チャネル生体信号などのチャネル間に相関がある２チャネル以上の多チャネル信号に適用でき、また全体のチャネルを複数のチャネル群に分割し（各群中のチャネル数は同一でなくてもよい）、各群にそれぞれ基準チャネルを１つ設定するなど複数の基準チャネルを設定することもできるが、以下ではステレオの左信号と右信号の２チャネル信号を例とし、かつ基準チャネルを１つとしてこの発明の実施形態を説明する。
［実施形態１］
この発明の実施形態１は予測係数のチャネル間の相関を利用するもので、多チャネル信号の各予測係数の適当な１つを基準予測係数（基準チャネルの予測係数）に選び、これとそれ以外の予測係数との差分又は重みつき差分係数をそれぞれ求めて、その差分係数を符号化して出力し、また基準予測係数を符号化して出力する。

符号化
図１にこの発明の実施形態１を適用した符号化装置の機能構成を示す。
ステレオの左信号（以下第１チャネル信号という）と右信号（以下第２チャネル信号という）が入力端子１１₁ と１１₂ から時系列ディジタル信号として入力され、それぞれフレーム分割部１２₁ ，１２₂ で所定サンプル数ごとのフレームに分割される。この１フレームのサンプル数は、ステレオ信号に対して従来行われている予測符号化方法で用いられているサンプル数と同程度にすればよい。
これらフレーム分割部１２₁ ，１２₂ でそれぞれ分割された第１、第２チャネル信号は各フレームごとにそれぞれ線形予測分析部１３₁ ，１３₂ で線形予測係数が計算され、量子化部１３ａ₁ ，１３ａ₂ で量子化される（以下量子化された線形予測係数を単に予測係数という）。線形予測分析部１３₁ ，１３₂ よりの第１、第２予測係数を用いて対応フレーム内の第１、第２チャネル信号に対して時間方向の線形予測を行って各サンプルごとの予測値を線形予測部１４₁ ，１４₂ で生成する。第１、第２チャネル信号の各サンプルから対応予測値が減算部１５₁ ，１５₂ でそれぞれ減算されて第１、第２予測誤差信号が生成される。線形予測部１４₁ ，１４₂ と減算部１５₁ ，１５₂ とでそれぞれ予測誤差生成部１６₁ ，１６₂ が構成される。線形予測部１４₁ ，１４₂ ではそれぞれ自己回帰型前方予測方法が用いられる。第１、第２予測誤差信号は誤差符号化部１７₁ ，１７₂ でそれぞれ例えばエントロピー符号化され、第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2として出力される。

この実施形態１では各チャネルの予測係数の１つを適当に選んで基準予測係数とし、その基準予測係数と、これ以外の各予測係数との差分又は重みつき差分係数をそれぞれ生成する。この例では第１予測係数を基準予測係数とし、これと第２予測係数との差分又は重みつき差分係数を減算部３１で生成し、この差分係数を差分係数符号化部３２で例えばエントロピー符号化により差分係数符号Ｃ_DCを生成する。基準予測係数は係数符号化部１８でスカラー量子化し、必要に応じてこれをエントロピー符号化などにより更に圧縮し、あるいはベクトル量子化して、係数符号Ｃ_C を生成する。合成部３３により第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2、係数符号Ｃ_C 、差分係数符号Ｃ_DCをフレームごとに組とし、必要に応じてパケットとして出力する。

第１、第２予測係数としてＰＡＲＣＯＲ係数、ＬＳＰなどのスカラー量子化を使うと、第１、第２予測係数が類似すると、次数ｐの１番目〜ｐ番目の各係数値と比較して減算部３１よりの各対応する差分係数値が小さくなり、差分係数符号化部３２における圧縮率が高くなる。

復号
図１に示した符号化装置と対応する復号装置、つまり実施形態１を適用した復号装置の機能構成を図２に示す。
分離部３４に入力された復号されるべき符号は１フレーム分の符号の組ごとに第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2と係数符号Ｃ_C と、差分係数符号Ｃ_DCとに分離される。第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2はそれぞれ誤差復号部２１₁ ，２１₂ で図１中の誤差符号化部１７₁ ，１７₂ で用いた符号化方法と対応した復号方法を用いてそれぞれ第１、第２予測誤差信号に復号される。係数符号Ｃ_C は係数復号部２２で、図１中の係数符号化部１８で用いた符号化方法と対応した復号方法を用いて予測係数に復号される。
この予測係数が対応する符号化装置で決めた基準予測係数である。従ってこの例では第１誤差符号Ｃ_E1と係数符号Ｃ_C が１つのチャネル信号に対する符号化結果であり、係数復号部２２よりの予測係数と第１予測誤差信号とを用いて予測合成部２３₁ で線形予測合成が行われ、第１チャネル信号が再生される。

差分係数符号Ｃ_DCは図１中の差分係数符号化部３２で用いた符号化方法と対応した復号方法により差分係数復号部３５で差分係数として復号される。この差分係数と予測係数（基準予測係数）とが加算部３６で加算又は重みつき加算されて第２予測係数が得られる。この第２予測係数と第２予測誤差信号が予測合成部２３₂ で線形予測合成されて、第２チャネル信号が再生される。再生されたフレームごとの第１、第２チャネル信号はフレーム合成部２４₁ ，２４₂ で順次連結されて出力端子２５₁ ，２５₂ に出力される。予測合成部２３₁ ，２３₂ は図９中の予測合成部２３と同様に、それぞれ線形予測部２６₁ ，２６₂ と加算部２７₁ ，２７₂ により構成される。

［実施形態２］
この発明の実施形態２も多チャネル信号の各予測係数のチャネル間の相関を利用したものであり、適当に選んだ１つのチャネル信号についてのみ線形予測分析を行って予測係数を求め、その予測係数を用いて、多チャネル信号の各チャネル信号に対して時間方向に線形予測を行う。
符号化
図３に実施形態２を適用した符号化装置の機能構成を図１と対応する部分に同一参照番号を付けて示し、重複説明は省略する（この点は以下も同様である）。この実施形態２では第１、第２チャネル信号中の任意の１つ、この例では第１チャネル信号を選び、その第１チャネル信号（基準チャネル信号）のみが線形予測分析部１３で線形予測分析されて予測係数が求められる。この予測係数を用いて、第１、第２チャネル信号に対し、時間方向の線形予測が予測誤差生成部１６₁ ，１６₂ 内の各線形予測部１４₁ ，１４₂ で行われ、その第１、第２予測誤差信号が予測誤差生成部１６₁ ，１６₂ から出力される。

第１、第２予測誤差信号は誤差符号化部１７₁ ，１７₂ でそれぞれ第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2に符号化される。線形予測分析部１３よりの予測係数は係数符号化部１８で係数符号Ｃ_C として符号化される。第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2、係数符号Ｃ_C は合成部３３に入力される。
この場合、基準チャネル信号以外のチャネル信号（この例では第２チャネル信号）の予測誤差信号（第２予測誤差信号）の振幅は、第２チャネル信号から分析された本来の予測係数を使う場合より大きくなる。しかし、第１、第２チャネル信号の各予測係数が近ければ、第２予測誤差信号の振幅はそれ程大きくならず、第２チャネル信号の予測係数に対する係数符号Ｃ_C2を省略でき、全体としての情報量を小さくすることができる。
復号
図４に図３の符号化装置に対応した復号装置、つまり実施形態２を適用した復号装置を図２と対応する部分に同一参照符号を付けて示す。第１、第２誤差符号Ｃ_E1，Ｃ_E2と係数符号Ｃ_C が分離部３４に入力され、誤差復号部２１₁ ，２１₂ により復号された第１、第２予測誤差信号は、係数復号部２２よりの復号された予測係数を用いて、予測合成部２３₁ ，２３₂ でそれぞれ線形予測合成されて、第１、第２チャネル信号が再生される。

［実施形態３］
この発明の実施形態３は多チャネル信号の各予測誤差信号のチャネル間相関を利用するもので、多チャネルの予測誤差信号中の適当な１つを基準とし、この基準予測誤差信号（基準チャネルの予測誤差信号）と、これ以外の予測誤差信号との重みつき差分信号を生成し、この重みつき差分信号を符号化し、またその重みつき差分信号の生成に用いた重み係数を符号化する。
符号化
図５にこの実施形態３を適用した符号化装置の機能構成を示す。図１に示した例と同様に第１、第２チャネル信号についてそれぞれ第１、第２予測誤差信号を生成し、その生成に用いた第１、第２予測係数をそれぞれ第１、第２係数符号Ｃ_C1，Ｃ_C2に符号化する。

この実施形態３では第１、第２予測誤差信号の１つ、この例では第１予測誤差信号を選んで基準予測誤差信号とし、この基準予測誤差信号は誤差符号化部１７で誤差符号Ｃ_E に符号化するが、基準予測誤差信号以外のもの、この例では第２予測誤差信号は基準予測誤差信号に対する重みつき差分誤差信号が、重みつき減算部４１で生成される。重みつき減算部４１内では基準予測誤差信号と第２予測誤差信号とから重み計算部４１ａで重み係数が計算され、重み係数は重み符号化部４１ｂでスカラー量子化され、その量子化された重み係数ｗ（重み符号Ｃ_w ）が基準予測誤差信号に乗算部４１ｃで乗算され、その乗算結果が第２予測誤差信号から引算部４１ｄで差し引かれて差分誤差信号として出力される。

重み計算部４１ａの重み係数ｗの計算は例えば次のように行う。基準となるチャネルのフレーム内の予測誤差信号をＸ（ｘ（０），…，ｘ（Ｎ−１））とし、第２チャネルの予測誤差信号をＹ（ｙ（０），…，ｙ（Ｎ−１））とする。Ｎはフレーム内のサンプル数である。基準予測誤差信号Ｘに重み係数ｗ′を乗算した値を第２予測誤差信号Ｙを差し引いた値の２乗、つまり引き算部４１ｃの差分誤差信号のパワーを式（１）に示すようにｄとし、
ｄ＝‖Ｙ−ｗ′Ｘ‖² （１）
最適な重み係数ｗ′を式（２）、式（３）の計算により求める。

ｗ′＝Ｘ₀ ^TＹ₀ ／Ｘ₀ ^TＸ₀ （２）
Ｘ₀ ^TＹ₀ ＝Σ_i=0 ^N-1ｘ（ｉ）ｙ（ｉ） （３）
Ｘ₀ ^TＸ₀ ＝Σ_i=0 ^N-1ｘ（ｉ）²
求めた重み係数ｗ′を重み符号化部４１ｂでスカラー量子化して重み係数ｗを得る。
このようにして生成された差分誤差信号が差分誤差符号化部４２で差分誤差符号Ｃ_DEとして例えばエントロピー符号化方法により符号化される。また重みつき減算部４１で用いた重み係数ｗ、つまり重み符号化部４１ｂの出力は重み符号Ｃ_w として出力される。誤差符号Ｃ_E と、第１、第２係数符号Ｃ_C1，Ｃ_C2と、差分誤差符号Ｃ_DEと、重み符号Ｃ_w とが合成部３３に入力される。

基準予測誤差信号と第２予測誤差信号との相関が大きければ、差分誤差信号は、第２予測誤差信号より振幅が可成り小さくなり、差分誤差符号Ｃ_DEと重み符号Ｃ_w との和は第２誤差符号Ｃ_E2より情報量が小さくなり、全体としての圧縮効率も高くなる。
重み計算部４１ａでの重み係数ｗは第２予測誤差信号の基準予測誤差信号の対応サンプルとの相関を利用したが、基準予測誤差信号の対応サンプルのみならず、その両隣接サンプルなど両側の近いサンプルとの相関も利用し、３タップの重み係数ｗ_-1，ｗ₀ ，ｗ₁ を用いてもよい。この場合は最適な３タップの係数ｗ_-1，ｗ₀ ，ｗ₁ は式（４）、式（５）を最小化する正規方程式の解ｗ′_-1，ｗ′₀ ，ｗ′₁ を重み計算部４１ａで求め、それぞれをスカラー量子化すればよい。

ｄ＝Σ_i=1 ^N-2［ｙ（ｉ）−Σ_j=-1 ¹（ｗ′_j ｘ（ｉ−ｊ））］² （４）

重みつき減算部４１の機能構成は例えば図６に示すように、基準予測誤差信号Ｘ（ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｎ−１））と第２予測誤差信号Ｙ（ｙ（１），ｙ（２），…，ｙ（Ｎ−１））が重み計算部４１ａに入力されて、式（４）の重み係数ｗ′_-1 ，ｗ′₀ ，ｗ′₁ を最小化する式（５）の正規方程式の解として計算され、ｗ′_-1 ，ｗ′₀ ，ｗ′₁ がそれぞれスカラー量子化されて重み係数ｗ_-1 ，ｗ₀ ，ｗ₁ とされる。基準予測誤差信号ｘは１サンプル遅延回路Ｄの２個直列回路に入力され、その入力と各遅延回路Ｄの出力とはそれぞれ重み係数ｗ_-1 ，ｗ₀ ，ｗ₁ がそれぞれ乗算された後、加算されて乗算部４１ｃの出力とされ、これが引き算部４１ｄで第２予測誤差信号ｙから引き算されて差分誤差信号が得られる。この重み係数ｗ_-1 ，ｗ₀ ，ｗ₁ はベクトル量子化して重み符号Ｃ_w としてもよい。

復号
図５に示した符号化装置と対応する、実施形態３を適用した復号装置の機能構成を図７に示す。誤差符号Ｃ_E と、係数符号Ｃ_C1 ，Ｃ_C2と、差分誤差符号Ｃ_DEと、重み符号Ｃ_w とに分離部３４で分離され、図５中の基準予測誤差信号を符号化した誤差符号化部１７の符号化方法と対応する復号方法を用いて、誤差符号Ｃ_E が誤差復号部２１で復号されて基準予測誤差信号が生成される。この例では基準予測誤差信号は第１チャネルに対するものとされた場合である。係数符号Ｃ_C1 ，Ｃ_C2が、図５中の係数符号化部１８₁ ，１８₂ で用いられた符号化方法と対応する復号方法により、係数復号部２２₁ ，２２₂ でそれぞれ第１、第２予測係数として復号される。第１チャネルが基準予測誤差信号とされているから、復号された基準予測誤差信号が、第１チャネルの復号された第１予測係数を用いて予測合成部２３₁ で線形予測合成されて第１（基準）チャネル信号が再生される。

差分誤差符号Ｃ_DEが、図５中の差分誤差符号化部４２の符号化方法と対応する復号方法を用いて差分誤差復号部４４で復号されて差分誤差信号が生成される。また重み符号Ｃ_w が、図５中の重み符号化部４１ｂの符号化方法と対応した復号方法により重み復号部４５で重み係数ｗとして復号される。重み符号Ｃ_w がスカラー量子化重み係数自体の場合は重み復号部４５は省略される。重みつき加算部４６で復号された基準予測誤差信号が復号された重み係数ｗと乗算され、その結果と復号された差分誤差信号と加算されて第２予測誤差信号が生成される。

この第２予測誤差信号が復号された第２予測係数を用いて予測合成部２３₂ で線形予測合成されて第２チャネル信号が再生される。
符号化装置中の重みつき減算部４１が、図６に示した場合は、重み復号部４５で重み係数ｗ_-1 ，ｗ₀ ，ｗ₁ が復号され、この重み係数が、図６中に示した乗算部４１ｃと同様構成の乗算部により復号された基準予測誤差信号に対する乗算が行われて、復号された差分誤差信号が生成される。
［実施形態４］
この発明の実施形態４は実施形態１〜３の組み合せ、つまり予測係数のチャネル間相関と、予測誤差信号のチャネル間相関とを利用し、圧縮率を更に高めるものである。

（１）図１中に破線で示すように、多チャネル予測誤差信号の１つ、この例で図５の場合と同様に、第１チャネルの予測誤差信号を基準予測誤差信号とし、これとそれ以外の予測誤差信号、この例では第２予測誤差信号との重みつき減算が重みつき減算部４１で行われて差分誤差信号が生成され、これが誤差符号化部１７₂ の代りに差分誤差符号化部４２で差分誤差符号Ｃ_DEに符号化されて第２誤差符号Ｃ_E2の代りに出力される。また重みつき減算部４１で用いた重み係数が重み符号Ｃ_w として符号化される。重みつき減算部４１は図５中に示したものや図６に示したものなどが用いられる。第２予測誤差信号は重みつき減算部４１と差分誤差符号化部４２で符号化されたことになる。

これと対応する復号装置は図２中に破線で示すように、第２誤差符号Ｃ_E2の代りに差分誤差符号Ｃ_DEが差分誤差復号部４４で復号されて差分誤差信号が生成され、重み復号部４５で重み符号Ｃ_w が重み係数として復号され、重みつき加算部４６でこの重み係数に誤差復号部２２からの基準予測誤差信号が重み付けられて復号された差分誤差信号と加算され、第２予測誤差信号が生成される。第２予測誤差信号は差分誤差復号部４４と重みつき加算部４６により復号されたことになる。
（２）図３中に破線で示すように、第１予測誤差信号が基準予測誤差信号とされ、第２予測誤差信号との重みつき減算が重みつき減算部４１で行われて差分誤差信号が生成され、その差分誤差信号が誤差符号化部１７₂ の代りに差分誤差符号化部４２で差分誤差符号Ｃ_D5として符号化されて出力される。また重みつき減算部４１で用いた重み係数が重み符号Ｃ_w として符号化される。

この符号化装置と対応する復号装置では図４中に破線で示すように第１誤差符号Ｃ_E2の代りに差分誤差符号Ｃ_DEが、誤差復号部２１の代りに差分誤差復号部４４で復号されて差分誤差信号が生成され、重み符号Ｃ_w が重み復号部４５で重み係数として復号され、重みつき加算部４６で、この重み係数により、誤差復号部２１₁ からの基準予測誤差信号としての第１予測誤差信号が重みつけられて復号された差分誤差信号と加算され、第２予測誤差信号が生成される。
これら予測係数のチャネル間相関と、予測誤差信号のチャネル間相関とを利用する場合、その基準とするチャネルは、予測係数と予測誤差信号とで異ならせてもよい。また全チャネルを複数に分割する場合は予測係数と予測誤差信号とでその分割のやり方が異なっていてもよく、予測係数と予測誤差信号の一方については分割をしなくてもよい。

［実施形態５］
この発明の実施形態５は各種予測符号化方法中の最も望ましいものを選択する。つまり例えば実施形態１〜４中の２つ以上のそれぞれについて符号化を行い、その符号化結果の情報量が最も小さい符号化方法により符号化した符号の組を出力する。
また予測係数については、各チャネルに対しそのまま用いる場合（実施形態３）、１つの予測係数ですべてのチャネルに対し兼用する場合（実施形態２）、差分予測係数を用いる場合（実施形態３）がある。
予測誤差信号については、各チャネルに対しそのまま用いる場合（実施形態１、２）、差分予測誤差信号を用いる場合（実施形態３）がある。
基準をいずれのチャネルにするかの場合がある。これらの各場合の組み合せ中の最も望ましい方法を選択することにより圧縮効率を更に上げることができる。

その実施例を図８を参照して説明する。ここで予測係数、又は／及び予測誤差信号について基準チャネルを１つ設定する符号化方法を第１モードと、予測係数及び予測誤差信号のそれぞれについて基準チャネルを各１つ設定する符号化方法を第２モードとする。つまり第１モードは、ａ予測係数はそのままとし、差分予測誤差信号を用いる（実施形態３）、ｂ差分予測係数とし、予測誤差信号はそのまま用いる（実施形態１）、ｃ予測係数を１つで兼用し、予測誤差信号はそのまま用いる（実施形態２）場合であり、第２モードは、ｄ差分予測係数と差分予測誤差信号を用いる（図１）、ｅ予測係数を１つで兼用し、差分予測誤差信号を用いる（図３）。

ステップＳ１で全てのチャネルとも予測係数、予測誤差信号をそのまま用い、つまり従来のチャネルごとの予測符号化方法により符号化し、その結果を記憶部に記憶する。
ステップＳ２で第１モードの１つを設定し、ステップＳ３で基準チャネルを設定し、ステップＳ４でその設定した第１モードの符号化方法で符号化し、その結果を記憶部に記憶し、ステップＳ５で基準チャネルに設定していないチャネルがあるかの判断を行い、あればステップＳ３に戻って未設定のチャネルの１つを基準チャネルに設定する。
ステップＳ５で未設定のチャネルがなければステップＳ６で未設定の第１モードがあるかを調べ、あればステップＳ２に戻って、未設定の第１モードの１つを設定する。ステップＳ６で未設定の第１モードがなければステップＳ７で第２モードの一方を設定する。

ステップＳ８で予測誤差信号に対する基準チャネルを設定し、ステップＳ９で予測係数に対する基準チャネルを設定し、ステップＳ１０で設定された第２モードの符号化方法で符号化し、その結果を記憶部に記憶する。
ステップＳ１１で予測係数に対する未設定の基準チャネルが有るかを調べ、あればステップＳ９で予測係数に対する未設定のチャネルを基準に設定し、ステップＳ１１で未設定のチャネルがなければステップＳ１２で予測誤差信号に対する基準チャネルとして設定していないチャネルが有るかを調べ、あれば、その１つをステップＳ８で設定し、なければ、ステップＳ１３で第２モードの両者の符号化が終了したかを調べ、終了していなければステップＳ１４で第２モードの他方を設定してステップＳ８に戻る。

ステップＳ１３で第２モードの２つの方法による符号化が終了すれば、ステップＳ１５で記憶部から、すべての符号化の結果を読み出し、その各情報量を計算し、ステップＳ１６でこれらの情報量の最小のものを選択し、ステップＳ１７でその選択したものと対応する符号化結果を出力符号とする。またその出力符号がいずれの符号化方法により符号化したかを表わす選択情報を補助符号として符号化して出力する。
上記情報量が少ない符号化方法を選択する符号化方法と対応する復号方法を適用した復号装置を図１０に示す。この例は図１、図３のそれぞれに示した各２つの符号化方法と、図５に示した符号化方法との５つの符号化方法のいずれかを用いて符号化する場合と対応したものである。

入力された１組の符号から補助符号と、多チャネル信号符号とに分離部５１で分離し、その分離された補助符号を補助復号部５２で復号して選択情報を得る。この選択情報により切替供給部５３を制御して、分離された多チャネル信号符号を復号部５４の第１〜第５機能部５４₁〜５４₅中の対応するものに供給して、その機能部により復号させる。第１〜第５機能部５４₁〜５４₅は図１、図３、図５に示した計５つの符号化方法とそれぞれ対応した図２、図４、図７に示す５つの復号方法によりそれぞれ復号するものである。これら第１〜第５機能部５４₁〜５４₅より復号された各第１、第２チャネルディジタル信号はそれぞれ出力端子２５_1，２５₂に出力される。第１〜第５機能部５４₁〜５４₅は分離して示しているが、例えば図２と図４からも直ちに理解されるように、予測合成部２３₁，２３₂、フレーム合成部２４₁、２４₂などは互いに兼用されるものである。
なお上述した各実施形態において、係数符号Ｃ_C ，Ｃ_C1 ，Ｃ_C2などはいずれもスカラー量子化された線形予測係数自体、これをエントロピー符号化あるいは、ベクトル量子化したものでもよい。従って、スカラー量子化されたままのものを係数符号として用いる場合は、係数符号化部は、例えば線形予測分析部１３₁ 内の量子化部１３ａ₁ が係数符号化部１８となり、また係数復号部２２、２２₁ ，２２₂などは省略される。係数符号より予測係数を得る（求める）手段とは係数符号をそのまま通過させる場合と、復号して係数符号を求める場合とがある。重み係数に対する重み符号についても同様である。

図８に示した処理において、必要に応じて一部のモードの方法を省略、あるいは一部について基準とするチャネルを固定にしたままなどの各種変更を行ってもよい。また、全体のチャネルを複数群に分割して、各群について基準チャネルを２つ設定する方法についても、図８中に示した各種符号化方法に加えて、情報量の最小のものを選択してもよい。
図１、図３、図６に示した符号化装置、図２、図４、図７、図１０に示した復号装置はそれぞれコンピュータにより機能させることができる。その場合は例えば、図１、図３、図６に示した符号化装置としてコンピュータを機能させるため符号化プログラムをＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスクなどの記録媒体から、あるいは通信回線を介してコンピュータにダウンロードし、そのプログラムを実行させればよい。

実施形態１の符号化装置の機能構成を示す図。 実施形態１の復号装置の機能構成を示す図。 実施形態２の符号化装置の機能構成を示す図。 実施形態２の復号装置の機能構成を示す図。 実施形態３の符号化装置の機能構成を示す図。 図５中の重みつき減算部４１の他の機能構成例を示す図。 実施形態３の復号装置の機能構成を示す図。 実施形態５の処理手順の例を示す流れ図。 従来の予測符号化、復号装置の機能構成を示す図。 実施形態５の復号装置の簡略機能構成例を示す図。

Claims (12)

1. 多チャネルディジタル信号に対し、それぞれ時間方向に線形予測を行って、予測誤差信号を求め、これら予測誤差信号のうちの１つを基準予測誤差信号とし、この基準予測誤差信号をエントロピー符号化する予測誤差信号符号化過程と、
   上記基準予測誤差信号とそれ以外の予測誤差信号とのチャネル間での重みつき差分より差分誤差信号を作成する差分誤差信号作成過程と、
   上記作成された差分誤差信号をエントロピー符号化する差分誤差信号符号化過程と、
   上記差分誤差信号作成に用いた重みを符号化する重み符号化過程と、
   上記各線形予測を行った際に用いた各予測係数を符号化する予測係数符号化過程と、を有することを特徴とする多チャネル符号化方法。
2. 請求項１記載の多チャネル符号化方法において、
   上記差分誤差信号作成過程は、
   上記それ以外の予測誤差信号については、当該予測誤差信号と時間位置が同じ上記基準予測誤差信号と、当該予測誤差信号と時間位置が１サンプル後の上記基準予測誤差信号と、当該予測誤差信号と時間位置が１サンプル前の上記基準予測誤差信号との重み付け和と、当該予測誤差信号との差分を差分誤差信号として作成する過程である、ことを特徴とする多チャネル符号化方法。
3. 基準予測誤差符号をエントロピー復号して基準予測誤差信号を求める基準予測誤差信号生成過程と、
   他チャネルの差分誤差符号をエントロピー復号して上記他チャネルの差分誤差信号を求める差分誤差信号生成過程と、
   上記他チャネルの重み符号より上記他チャネルの重み係数を復号する重み係数復号過程と、
   上記基準予測誤差信号を上記他チャネルの重み係数で重み付けて上記他チャネルの差分誤差信号と加算して上記他チャネルの予測誤差信号を求める予測誤差信号生成過程と、
   基準係数符号より基準予測係数を、上記他チャネルの係数符号より上記他チャネルの予測係数を、それぞれ復号する予測係数復号過程と、
   基準チャネルについては、上記基準予測係数と上記基準予測誤差信号とを用いて予測合成して基準チャネルディジタル信号を求め、さらに、上記他チャネルについては、上記他チャネルの予測係数と上記他チャネルの予測誤差信号とを用いて予測合成して上記他チャネルのチャネルディジタル信号を求めるチャネルディジタル信号生成過程と、を有することを特徴とする多チャネル復号方法。
4. 請求項３記載の多チャネル復号方法において、
   上記重み係数復号過程は、上記他チャネルについて、３つの重み係数を復号する過程であり、
   上記予測誤差信号生成過程は、上記他チャネルの差分誤差信号については、当該差分誤差信号と時間位置が同じ上記基準予測誤差信号に当該基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該差分誤差信号より時間位置が１サンプル後の上記基準予測誤差信号に当該１サンプル後の基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該予測誤差信号より時間位置が１サンプル前の上記基準予測誤差信号に当該１サンプル前の基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該差分誤差信号と、を加算したものを予測誤差信号として求める過程である、ことを特徴とする多チャネル復号方法。
5. 入力された複数チャネルのディジタル信号を符号化する多チャネル符号化装置であって、
   チャネル毎の上記ディジタル信号を線形予測分析してチャネル毎の予測係数を生成するチャネル毎の線形予測分析部と、
   上記チャネル毎のディジタル信号と上記チャネル毎の予測係数により時間方向に線形予測を行って、チャネル毎の予測誤差信号を生成するチャネル毎の予測誤差生成部と、
   上記チャネル毎の予測誤差信号のうちの１つを基準予測誤差信号とし、上記基準予測誤差信号とそれ以外の予測誤差信号とが入力され、上記基準予測誤差信号と上記それ以外の予測誤差信号との重みつき差分により差分誤差信号を生成する重みつき減算部と、
   上記差分誤差信号が入力され、これをエントロピー符号化する差分誤差符号化部と、
   上記差分誤差信号の生成に用いた重みが入力され、これを符号化する重み符号化部と、
   上記チャネル毎の予測係数が入力され、これを符号化するチャネル毎の係数符号化部と、
   上記基準予測誤差信号が入力され、これをエントロピー符号化する誤差符号化部と、
   を具備する多チャネル符号化装置。
6. 請求項５記載の多チャネル符号化装置において、
   上記差分誤差符号化部は、
   上記基準予測誤差信号以外の予測誤差信号については、当該予測誤差信号と時間位置が同じ上記基準予測誤差信号と、当該予測誤差信号と時間位置が１サンプル後の上記基準予測誤差信号と、当該予測誤差信号と時間位置が１サンプル前の上記基準予測誤差信号との重み付け和と、当該予測誤差信号との差分を差分誤差信号として作成するものであることを特徴とする多チャネル符号化装置。
7. 基準予測誤差符号が入力され、これをエントロピー復号して基準予測誤差信号を生成する誤差復号部と、
   他チャネルの差分誤差符号が入力され、それをエントロピー復号して上記他チャネルの差分誤差信号を生成する差分誤差復号部と、
   上記他チャネルの重み符号が入力され、上記他チャネルの重み係数として出力する手段と、
   上記基準予測誤差信号と、上記他チャネルの重み係数、および上記他チャネルの差分誤差信号が入力され、その基準予測誤差信号と上記多チャネルの差分誤差信号を重みつき加算して上記多チャネルの予測誤差信号を生成する重みつき加算部と、
   基準係数符号及び上記他チャネルの係数符号が入力され、基準係数符号より基準予測係数を、上記他チャネルの係数符号より上記他チャネルの予測係数を出力する手段と、
   上記基準予測係数及び上記他チャネルの予測係数と上記基準予測誤差信号及び上記予測誤差信号とがそれぞれ入力され、上記基準予測係数と上記基準予測誤差信号を用いて、予測合成して、基準チャネルディジタル信号を生成し、上記他チャネルの予測係数と上記他チャネルの予測誤差信号を用いて、予測合成して、上記他チャネルのチャネルディジタル信号を生成するチャネル毎の予測合成部と、
   を具備する多チャネル復号装置。
8. 請求項７記載の多チャネル復号装置において、
   上記重み係数として出力する手段は、上記他チャネルについて、３つの重み係数を復号するものであり、
   上記重みつき加算部は、上記他チャネルの差分誤差信号については、当該差分誤差信号と時間位置が同じ上記基準予測誤差信号に当該基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該差分誤差信号より時間位置が１サンプル後の上記基準予測誤差信号に当該１サンプル後の基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該予測誤差信号より時間位置が１サンプル前の上記基準予測誤差信号に当該１サンプル前の基準予測誤差信号に対応する上記重み係数を乗算したものと、当該差分誤差信号と、を加算したものを予測誤差信号として求めるものであることを特徴とする多チャネル復号装置。
9. 請求項１又は２に記載した多チャネル符号化方法の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
10. 請求項３又は４に記載した多チャネル復号方法の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
11. 請求項９に記載したプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
12. 請求項１０に記載したプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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