JP4610087B2 - 損失のない符号化・復号へのマトリックス改良 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はデジタル信号の流れ、特に、多重チャンネル信号のミキシングに関するデジタルオーディオストリームの符号化及び復号に関する。
【０００２】
【発明の背景】
損失のない圧縮は、現在デジタルオーディオ信号を記憶又は伝えるのに要するデータレートを低減させる確立された手段である。多重チャンネル信号のデータレートを低減させる一方法は、優勢な情報が伝達されるチャンネルのいくつかに集中されると同時に他のチャンネルは比較的僅かな情報を伝えるようにマトリクス化を用いることである。例えば、もし中央サウンドイメージを伝えるとすれば、２チャンネルオーディオは左右チャンネルで殆ど同一波形を持ち得るであろう。その場合には２チャンネルの和及び差を符号化するのがより有効である。このプロセスはＷＯ−Ａ９６/３７０４８にある程度詳説され、それには完全に反転可能な方法若しくは損失のない方法でマトリックス化を達成するために縦続された基本マトリックス量子化器を用いることが含まれる。
【０００３】
ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に開示されたプロセス（方法）では、一般的な家庭聴取により適したスピーカ供給量を表わすマトリックス化されたデジタル信号を得るために多重チャンネルデジタル原信号にマトリックスを用いるマトリックス量子化器の利用も考えている。これらのマトリックス化された信号はDVDのようなキャリヤー上に記録され、通常のプレーヤーで各マトリックス化された信号がスピーカに簡単に供給されるであろう。しかし、上級プレーヤーではマトリックス量子化器の効果を反転させ、したがって原デジタル信号を正確に再構成してそれを代替的方法で再生するようにすることが出来る。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
DVDオーディオの商業的用途では、損失のない圧縮を用いた伝達システムでマトリックス化された信号及び原信号の双方を与え得るように上記2つの概念を組合せる要求がある。この用途では必要とされるマトリックス化された信号は２チャンネルを有するが原信号は３チャンネル以上を有し、従って、多重信号が回復され得るためには追加の情報が与えられなければならない。しかし、追加情報は、２チャンネルマトリックス化信号のみを復号せんと欲するデコーダに計算上の過負荷(オーバーヘッド)を課すべきではない。
【０００５】
現在、デジタルオーディオはしばしば２４ビットで伝達され、Motorola５６０００シリーズのようなオーディオ用にデザインされたポピュラーなデジタル信号処理（DSP）チップまた容易に２４ビットワードを処理する。しかし、ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に記載される処理は、原信号より広いワード幅を要する総数を発生させ得る。倍精度計算を用いることは極端に高価なので、実質的な処理が可能であると同時に増大されたワード幅を要しない方法が求められる。
【０００６】
最後に、損失のない再生を与えるように設計された装置を購入している消費者は、回復される信号が実際に損失がないことを再確認することを望むであろう。従来の符号化された流れ（ストリーム）内のパリテイー(奇偶性)及びCRC検査は、ストリーム内のデータ崩壊に起因する誤差は示すが、エンコーダ及びデコーダ間のマトリックス化又は他のアルゴリズム不適合に起因する誤差をあばくことはない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１面によると、2つサブストリームに分割されるストリームが与えられる。第１サブストリームはマトリックス化によって得られるダウンミックス信号、即ち、ミックスダウンされた信号に関連すると共に原多重チャンネルデジタル信号より少ないチャンネルを含む情報を与え、第2サブストリームは原多重デジタル信号がデコーダによって損失なしに回復され得るようにさせる追加の情報を与える。両サブストリームが損失のない圧縮を用いて伝達される状況では、ダウンミックス信号のみを復号するデコーダは第1サブストリームのみを復元することを要し、従って多重チャンネルデジタル信号を復号するのに要するより少ない計算資源を用い得る。
【０００８】
この第1面の変形では、第1サブストリームは複数のサブストリームで置き換えられ、複数の異なったマトリックス化された表現が選択され得る。しかし、最後のサブストリームは完全な原多重デジタル信号が損失なく再生され得るようにさせる追加の情報を再び含むであろう。
【０００９】
第1面の望ましい実行においてエンコーダは、縦続された1つ又はそれ以上の基本マトリックス量子化器を用いてダウンミックス信号を供給する。各量子化器はｎＸｎマトリックスを実行し、ダウンミックスに要するｍチャンネルの選択がそれに続く。
【００１０】
多重チャンネルデコーダは両ストリームから信号をとり、原多重チャンネル信号を回復するために縦続された逆基本マトリックスを用いる。第1サブストリームからの各チャンネルが初めに配置されるように、縦続されたデコーダへの入力であるチャンネルを配列することは自然であると考えられ得る。しかしこれはデコーダのカスケード（縦続）の出力において不正確なチャンネル配列に帰着し得るので、エンコーダによってチャンネル入替えが特定されると共に正しいチャンネル順序を回復するためにデコーダによって実行されるのが望ましい。
【００１１】
マトリックス化以内の切捨て又は丸めはすべてディザーを用いて計算すべきである。この場合には、損失のない符号化のために、ディザー信号がエンコーダによってなされる計算を逆にし、従って原信号を損失なしに回復し得るようにするためにそれがデコーダで利用され得るようにしなければならない。ディザーは、ＷＯ-Ａ９６/３７０４８で認識されるように「自動ディザー」方法を用いて計算され得る。しかし、損失のない圧縮計画の状況では、デコーダにそのディザープロセスをエンコーダによって用いられたもと同期することを可能にする符号化されたストリームにディザー種を与えることによって自動ディザーは避けられ得る。
【００１２】
それ故に本発明の第２面によると、符号化されたビットストリームにディザー種を含む損失のない圧縮システムが与えられる。ディザー種は、デコーダの擬似乱数順序発生器をエンコーダの機能的に同一の発生器と同期させるのに用いられる。
【００１３】
本発明の重要な用途では、ダウンミックスは２つのチャンネルを有し、２つの基本マトリックス量子化器を原多重デジタル信号に用いることによって最も便利に得られる。本発明の第２面を実行する実施形態では、ディザーは各量子化器によって必要とされ、さらに異なったディザーが２つの量子化器に与えられるべきであると共に各ディザーに対する望ましい確率分布関数（ＰＤＦ）は三角形のものである。そのような２つの三角形のＰＤＦ（ＴＰＤＦ）ディザー（ここでは「ダイヤモンドディザー」と呼ぶ）信号を供給する有効な方法は、２つの独立三角形ＰＤＦ（ＲＰＤＦ）信号を加算及び減算することである。より多くのチャンネルに対するさらなる詳細及び一般化については、Ｒ．Ｗannakerの「多重チャンネルディザー信号の効率的発生」（AES 103rd Convention, New York, 1997,rprint no. 4553）を見よ。
【００１４】
従って、第２面の望ましい実施形態のエンコーダは、２つの独立ＲＰＤＦディザー信号を供給するために単一順序発生器を用い、２チャンネルダウンミックスを得るために用いられる２つの基本マトリックス量子化器によって必要とされるディザーを与えるためにこれらの信号の和及び差が用いられる。
【００１５】
ＷＯ-Ａ９６/３７０４８は、損失のない圧縮システム内で基本マトリック量子化器を用いることを記載し、我々は第１面の望ましい実施例につき既に言及している。それもまたダウンミックス信号に必要な情報を別々のサブストリームに配置するために基本マトリックス量子化器を用いる。
【００１６】
従って、本発明の第３面では限定されていない基本マトリックス量子化器を含むエンコーダ及びデコーダが与えられ、係数からなるマトリックスとして特定されるダウンミックスを受取る論理を有するエンコーダは、ダウンミックスを供給するためにいくつかの基本マトリックス量子化器を割当て、データレートを低減させるマトリクス化を与えるためにさらなる数を選択的に割当てる。エンコーダは用いられる基本マトリックス量子化器の仕様を含むストリームを供給し、選択的にディザーの追加を含み得る。望ましい実施例では、ディザーは２つのＲＰＤＦディザー順序(シーケンス)として発生され、エンコーダは各ディザーシーケンスにつき係数を特定する。第１基本マトリックス量子化器の場合には同一標識の２つの係数を特定することによって、また第２基本マトリックス量子化器の場合には反対標識の２つの係数を特定することによってダイヤモンドディザーはこのように入手され得る。
【００１７】
第３面の主要な実施例では、ダウンミックス信号が第１サブストリームで直接伝達されるように基本マトリックスが選択される。しかし、これはいくつかの理由で最適でないかもしれない。ｎチャンネルの多重チャンネルサブスペース（部分空間）をｎ次元ベクトルスペースと考えると、線形ダウンミックスのゼロでない出力に帰着する信号はサブスペースを形成するであろう。もしダウンミックスがｍチャンネルを有するならば、サブスペースもまた通常ｍ次元からなるであろう。それでは第１サブストリームの信号はｍ次元サブスペースを最適に伝え、その伝達されるチャンネルがダウンミックスチャンネルのマトリックス化された表現にされることを要するかもしれない。従って、たとえダウンミックス信号のみを回復するように設計されたデコーダによっても通常マトリックス化装置が必要となる。
【００１８】
オーディオ信号は通常多くて２４ビットで、Meridian Lossless Packing（Ｒ）（ＭＬＰ）のような損失のない再生システムで伝えられ、原入力が２４ビットを超えなかったので、出力が２４ビットを超えないことが保証される。ＭＬＰ(子午線無損失パッキング)の説明は読出し専用ディスク用ＤＶＤ仕様書から得られる。即ち、Audio Specifications, Packed PCM, MLP Reference Information, Version 1.0, March 1999及び WO-A 96/37048から得られる。ダウンミックスの場合には、出力レベルはデコーダのマトリックスによって定められる。原則として出力が２４ビットワードによって限定される飽和閾値を決して超え得ないようにマトリックス係数を尺度化できる。しかし実際にはこれは受け入れることができない低出力レベルに帰着する。さらにエンコーダでダウンミックス信号を制限又はクリップ(切取る)することは受け入れられない。これは再構成される多重チャンネル信号に影響を与えることなく行なうことはできず、それでは損失のない前提が失われる。飽和閾値を超える出力レベルは本明細書では「過負荷」と呼ばれる。もしラップラウンドを考慮するならば、ダウンミックス信号が時々過負荷になるのは、デジタル過負荷が極端に気になる場合を除けば、容認できると考えられる。ラップラウンドの結果についてはより詳細に以下に述べる。従って、本発明の第１面の望ましい実施例では、ダウンミックス信号を復号するデコーダは、過負荷の影響が気にならなくなるようにマトリック計算の後にクリッピング又は類似の制限装置を有する。
【００１９】
高品質オーディオでの２４ビットを慣例とする他の結果は、２４ビット内部ワード幅を有するＤＳＰ処理チップの有効性である。ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に開示されるような各基本マトリックス量子化器は、他チャンネルの大きさを加えることによって多重チャンネル信号の１チャンネルを変更する。そのような基本マトリックス量子化器はストレートスルー単一利得を有する。本発明の第４面は、変更されたチャンネルに対する利得係数を受取る基本マトリックス量子化器に備えると共にlsb_bypass として知られる追加のデータ路を有する。利得は過負荷を避けるために１未満の値に設定され得る。基本マトリックス量子化器の量子化された出力は、それではその入力より少ない情報を含み、残余の情報は利得係数を用いることによって発生される追加の最下位ビット（ＬＳＢｓ）に含まれている。これらのＬＳＢｓのいくつか又はすべてはlsb_bypassデータ路を通して別々に伝達される。±１/２の利得係数の場合には特にlsb_bypassを通して伝えられ得る単一ＬＳＢが発生される。
【００２０】
Lossless_check特性を与える本発明の第５面では、検査値がエンコーダへの多重チャンネル入力で計算されて符号化されたストリームで伝達される。デコーダは復号された出力からの同様な検査値を計算してそれをストリームで伝達される検査値と比較し、概して「無損失光」のような、再生が真に損失なしであることを示す、可視表示を聴取者に与えるようににさせる。本発明の第１面によるダウンミックスを有するストリームの場合には、当該ダウンミックスは原信号の損失のない再生ではない。それにもかかわらず、同期されたディザーが第２面によるデコーダに与えられると共にもしデコーダマトリックス化が、例えば、本発明の第３面によるマトリックス量子化器のように正確に説明されるならば、それではダウンミックス再生は完全に決定論的であり、エンコーダでシミュレートされ得ると同時にマスター製作技術者又はプロジューサによって試聴され得る。それ故に、エンコーダはシミュレートされたダウンミックスで検査値を計算し得ると共にこのワードはデコーダによって検査され得る。従って、試聴されたか若しくは符号化処理で試聴用に入手され得たものと同一ダウンミックスの損失のない再生が確認される。
【００２１】
例えば、「予備量子化器」を組入れたエンコーダは、それによって符号化に先立って原多重チャンネル信号を変えることができると共に検査値の計算について選択権を有する。同「予備量子化器」はP.G.Craven及びJ.R.Stuartの『損失のないカーネル（中枢部）を用いるカスケード可能な損失のあるデータ圧縮』（J.Audio Eng．Soc., Abstract March 1997, vol.45,no.5,p.404 preprint no. 4416、本明細書ではAES1997と呼ぶ）もしそれが原信号からの検査値を計算するならば、デコーダの「無損失光」のような損失のない再生の表示は変更されてしまっている部分の間は決して明るくならない。代替手段としては符号化処理の一部として試聴用に変更された信号を入手し得るようにし、変更された信号からの検査値を計算することである。これはダウンミックスの場合と矛盾しない。即ち、双方の状況において「無損失光」は符号化段階での試聴用に入手できた信号の損失のない再生を示す。
【００２２】
望ましい実施例では、検査値はすべてのチャンネルにつき計算されるパリテー検査ワードである。本発明の第１面を組入れた実施形態では、第１サブストリームは過負荷を避けるために用いられるクリッピングのようなあらゆる変更に先立ってシミュレートされたダウンミックスから計算されるパリテー検査ワードを含むが、一方第２サブストリームは完全な多重チャンネル信号から計算されるパリテー検査ワードを含む。パリテーを計算する前に、２つのチャンネルに影響を与える誤差が全く同じに検出される高確率を有するように各チャンネル値を表すワードはチャンネル数に等しいビット数だけ回転される。
【００２３】
本開示全体を通して、符号化されたストリームをＤＶＤのような記憶媒体に記録する符号化処理及びそのような記憶媒体からの符号化されたストリームを検索する復号処理に対してより特定の言及がなされる。しかし、本発明により実施されるエンコーダは、本質的にベースバンド又は超音波から紫外線周波数全体に亘る通信路等のあらゆる伝達（送信）媒体を用いて符号化されたストリームを送るのに用いられ得るか若しくは本質的に磁気及び光学技術等のあらゆる記録工業技術を用いて符号化されたストリームを記憶媒体に記録するために用いられ得る。同様に本発明により実行されるデコーダはそのような媒体から得られる符号化されたストリームを処理するのに用いられ得る。
【００２４】
【実施形態】
ダウンミックス符号化及び復号
「オーディオディスク用損失の無い符号化」（J.Audio Eng. Soc., September 1996, vol. 44, no. 9, pp. 706-720）及び国際特許出願WO-A９６/ ３７０４８は損失の無い圧縮に用いられる原理の幾つかの論議を含む。
【００２５】
損失の無い圧縮の商業的用途はDVDオーディオに用いることである。そこでは2つの種類のプレーヤーがある。即ち、典型的に「５．１」スピーカ配置を駆動するのに用いられる6つの出力を与える多重チャンネルプレーヤー及び２つの拡声器を有する聴取者又はヘッドホンを用いる携帯用の用途に対して2つの出力を与える２チャンネルプレーヤーがある。
【００２６】
従って、DVDオーディオは記録されたオーディオ信号を2度伝達する能力を有する。即ち、一度は多重チャンネル信号として、また再び2チャンネル信号として伝送する。しかし、信号を2度伝送することは演奏時間に関して逆の意味がある。多くの場合において原記録（録音）は多重チャンネル信号のみとして表現され、２チャンネル聴取者は多重チャンネルマスターから得られるダウンミックスを与えられる。
【００２７】
もし記録されたオーディオが従来のパルスコード変調（PCM）サンプルとして伝達されるならば、ディスクは多重チャンネル録音にプラスして、プレーヤーに多重チャンネル信号チャンネルの線形組合せとして2チャンネルダウンミックスを導出することを可能にする、ダウンミックス係数を有利に伝えることが出来る。例えば、２チャンネルL。及びR。からなるダウンミックスは、左前、右前、左環境、右環境、中央及び低周波効果チャンネルを含む多重チャンネルから計算され得るであろう。これらのチャンネルはマトリックス等式を用いてそれぞれLｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ，Ｃ及びLｆｅ で示される。
【００２８】
【式１】
【００２９】
しかし、プレーヤー内でのダウンミックスの計算は損失の無い圧縮が用いられる場合には魅力が少ない。上記マトリックス式が用いられ得る前に多重チャンネルの6つのチャンネル全てが復号されなければならず、この関係で６チャンネルを復号する計算上の過負荷が極端になる。
【００３０】
この問題の解決策が図1乃至3に示される。図1では、エンコーダに与えられる多重チャンネル信号は、この場合では６ｘ6マトリックスである「マトリックス１」に供給される。同マトリックスの出力ｍ０乃至ｍ５は２つのサブセットに｛ｍ０，ｍ１｝及び｛ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ５｝に分割される。これらの各サブセットは次いで「エンコーダ０」及び「エンコーダ１」によって「サブストリーム０」及び「サブストリーム１」と呼ばれる2つの独立したサブストリーム（副流れ）に符号化される。その後各サブストリームは、図に示されるように、FIFO（先入先出）バッファーを通してDVDのような媒体に供給される合成出力ストリームを生成するために「パケット化器（パケッタイザー）」内で組合 (結合) される。FIFOバッファーを用いる理由は米国特許6,023,233で論じられ、1998年９月フローレンスで開かれた高品質オーディオ符号化に関するAES第17回国際会議（ここではAES１９９８と称す）で提示された、M.A. Gerzon, J.R. Stuart, M.J. Law及びR. J. Wilsonの「MLP損失の無い圧縮システム」に例示されている。
【００３１】
図１のエンコーダによって符号化された多重チャンネル信号を演奏するためには、図２に示すようなデコーダが用いられる。このデコーダでは、「パケット解除器（デパケッタイザー）」が、図示の通り、伝達媒体又はDVDのような記憶媒体から符号化されたストリームを受取り、符号化されたストリームを解析分解して2つのサブストリームに分離する。各サブストリームは、信号ｍ０乃至 ｍ５を供給するためにFIFOバッファー及び「デコーダコア」を通して送られる。これらの信号は、原多重チャンネル信号を供給するためにその後マトリックス１の逆を通される。
【００３２】
2チャンネルダウンミックスを演奏するために図３に示すようなデコーダが用いられる。ここではサブストリーム０のみが保持されて各サブストリームが分離され、信号を供給するためにバッファーされると共に復号される。これらからマトリックス０は所望のL。及びR。を入手する、そこではこれを可能になるためにエンコーダがｍ０及びｍ１に正しい情報を配置していると仮定する。例えば、もし図1エンコーダのマトリックス１の頂部2列が上記２ｘ６マトリックスのもののようなダウンミックス係数を含むならば、信号ｍ０及びｍ１は必要とされるダウンミックス信号L。及びR。であろう。この場合には、図３のマトリックス０は冗長であり、同一マトリックスによって置換されるか若しくは除外される。
【００３３】
本発明の区別され得る特徴は、全体を通して損失が無く、図2のデコーダから得られる信号は、多重チャンネル出力信号が図１のエンコーダに与えられる入力信号とビット毎に同一であるようにされることである。従って、もしあるならば、エンコーダ及びデコーダの各コアは無損失でなけばならずマトリックス1及びその逆も又無損失であることが求められる。損失の無いエンコーダ及びデコーダコアは無損失符号化に備える任意の方法で本質的に実施され得るが、望ましい実施形態ではこれらの処理はＷＯ−Ａ ９６/３７０４８に開示された処理に従って実施される。マトリックス１実施上考慮すべきことは以下に更に詳説される。
【００３４】
損失の無い符号化のこの区別され得る特徴は、原多重チャンネル信号の無損失回復を可能にすると共に、さもなければ原多重チャンネル信号のみを伝達するのに要するものと本質的に同一の記憶空間及び帯域幅を用いて原信号のマトリックス化された表現又はダウンミックスの簡単な回復を可能にする形で、ＤＶＤ又はその他の媒体で符号化されたストリームを回復させることを可能にする。実際の実施形態では、ダウンミックスを反転させるためにデコーダによって必要とされるか符号化されたストリームによって伝えられる追加の情報の理由及びダウンミックスを符号化するのに用いられるＰＭＱｓは符号化プロセスを最適化させるために利用できないという事実の理由で、ダウンミックスを組み入れた損失無く圧縮された信号に要する記憶空間又は帯域幅は、圧縮された多重チャンネル信号のみによって必要とされるものより非常に僅かしか高くなり得ない。
【００３５】
損失無くマトリックス化を行う一方法は、縦続接続（カスケード）された基本マトリックス量子化器(ＰＭＱｓ)を用いることであり、それは"基本マトリックス“としてＷＯ−Ａ ９６/３７０４８に開示される。これらのＰＭＱｓは、反転可能な方法で他のチャンネルから得られる信号値を用いて1つのチャンネルの信号を変更するのに用いられるマトリックスである。特に、ＷＯ−Ａ ９６/３７０４８は、逆順序の各量子化器の効果を反転することによっていかにして損失の無い逆マトリックス化がなされ得るかにつき開示している。これは図４ａ及び４ｂに例示され、それぞれエンコーダ用に縦続接続された2つのＰＭＱｓ及び逆順序の2つの逆ＰＱＭｓを示す。特に、２つの基本量子化器しかない簡単な状況では、信号Ｓ１、Ｓ2、Ｓ3及びＳ４は、Lｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ等のような原チャンネル、変更された信号Ｓ１’及びＳ2’は、L。及びR。又は 信号 ｍ０及びｍ１で識別され得る。
【００３６】
原信号のビット毎の逐次再構成を立証するために、図４ｂの量子化器Ｑ２には図４ａの量子化器Ｑ２と同一信号が供給される。これらは同一と想定されるので同一出力ｑ２を生成する。図４ａではＳ２’はＳ２’はＳ２’＝−ｑ２として形成され、一方図４ｂでは回復Ｓ２＝Ｓ２’＋ｑ２を行う。Ｓ２がこのように回復されると、図４ｂの量子化器Ｑ１には図４ａの量子化器Ｑ１と同一信号が供給され、信号Ｓ１がＳ２と同一の方法で回復される。
【００３７】
量子化器Ｑ１及びＱ２は、変更された信号Ｓ１’及びＳ2’のワード長が入力信号Ｓ１及びＳ2のそれを越えるのを防止し、情報内容が増加されないようにするために必要とされる。
【００３８】
図４は簡単のために４チャンネルしか示していないが、この原理がどのようにして任意の数のチャンネルに拡張されかつどのようにして多数のＰＭＱｓカスケードで用いられ得るかは理解され得るであろう。各ＰＭＱは１つのオーディオチャンネルのみを改変し、図４では最初の２チャンネルのみが改変される。実際に、任意の又はすべてのチャンネルが変更可能であり、その順序の制限はなく、また所与のチャンネルが２回以上変更されることを禁止することもない。２チャンネルダウンミックスの場合には少なくとも最初の２チャンネルにつき変更されるのが普通であろう。
【００３９】
図４の各ＰＭＱは、それが改変するチャンネルに対して１の利得を有するのが理解されるであろう。そのようなＰＭＱｓのカスケード（縦続接続）からはもっとも一般的なマトリックスを合成することは出来ない。即ち、ＷＯ−Ａ ９６/３７０４８では、セットは１に等しい決定子を有するマトリックスに限定されると説明されている。一般的な場合には、単位の大きさを有する決定子を得るためにダウンミックス等式を尺度化(換算)することが必要である。例えば、先に示したダウンミックス等式の場合には、エンコーダのマトリックス１は下式を実行するように４/３に拡大されるべきである。
【００４０】
【式２】
一方２チャンネルデコーダのマトリックス０は下式の逆換算を実行する。
【００４１】
【式３】
【００４２】
マトリックス０がＰＭＱｓのカスケードとして実行され得ないことは明らかである。その決定子が単位の大きさを持たないのがその理由である。原信号の無損失再構成を与えるためにはマトリックス０は不要なのでこれは問題にならない。２チャンネルデコーダが、損失無く２チャンネル原信号を復号するＰＭＱｓの厳密なカスケードとしてか若しくはダウンミックス用途のより一般的なマトリックスとして、マトリックス０を実行可能にするアーキテクチャーは図８に示され、以下に説明される。
【００４３】
マトリックス０を形成するＰＭＱｓ用の係数を計算するために以下の手順が採用される。例えば、検討された上記の場合にダウンミックス係数は下式で与えられる。
【００４４】
【式４】
ｊ＝１乃至６に対する計算結果は下式で与えられる。
【００４５】
【式５】
【式６】
ｊ＝３乃至６に対する計算結果は下式で与えられる。
【００４６】
【式７】
ｉ，ｊに対する図４ａ及び４ｂの係数ｍ_ｃｏｅｆｆは下式で与えられる。
【００４７】
ｍ_ｃｏｅｆｆ［ｉ，ｊ］＝−ｃｏｅｆｆｉ．ｊ
ここでは、図４ａの減算のために負符号が生じる。
【００４８】
図２の多重チャンネルデコーダでは、デコーダと同一値 ｍ_ｃｏｅｆｆ［ｉ，ｊ］を用いて、図４ｂにように逆マトリックス１が実行され得るが、図示のようにPMQsの順序が反転されかつ各符号化PMQの減算が加算に置換される。この場合には入力 ｍ０乃至 ｍ５は２つのサブストリームから得られることに注目せよ。
【００４９】
これまで記載された本発明は特に圧縮の関係で関連性があるが、それは圧縮システムに限定されず一般的に用いられ得る。また、上記原理は２つのサブストリームに限定されない。 例えば、２つのサブストリームを用いて損失無く９チャンネル信号が伝えられ得る。そこでは、６チャンネルダウンミックスを復号するのに要する情報が最初の２つのサブストリームで伝えられ、２チャンネルダウンミックス（６チャンネルの線形組合せとして）を復号するのに要する情報が第１ストリームのみで伝えられる。
【００５０】
現商業的用途では、Lｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ及びLｆｅの形でダウンミックス信号L。及びR。を限定するマトリックスは、概して上記例におけるようにLｆ及びＲｆを乗算する最大係数を有するであろう。しかし、優勢な係数は他信号の幾つかを乗算し得るのでこの状況は保証され得ない。もしLｆ及びＲｆの係数が実際に小さいならば、改変するチャンネルに対してPMQが単位利得を有するとの要件は、１つ又はそれ以上の他のチャンネルがそれに従って拡張されなければならないので問題が導入される。この問題を処理するためにもし上記のような単純な尺度化が用いられるならば、その結果としてマトリックスの他の係数が単位を越えて過負荷又は他の問題が発生し得る。
【００５１】
この問題はエンコーダチャンネルの順序交換、即ち入替えによって処理され得る。そこでは、例えば、 そのL。の係数が最大の「第１」チャンネルが順序（シーケンス）の初めに、またそのR。の係数が最大の「第２」チャンネルが順序の２番目に来られ得るようにされる。この例では、第１及び第２チャンネルが同一ではないと想定される。通常この再順序付は、その係数が実質的に単位を越えない２つのPMQを用いることによってエンコーダでL。及びR。に比例するマトリックス化された信号ｍ０及びｍ１を供給することを可能にする。
【００５２】
エンコーダのこのような入替えで、図２の多重チャンネルデコーダは、正しい順序で信号を再生するために逆入替えを要するであろう。出力チャンネルの再マッピングは、符号化されたストリームのｃｈ_ａｓｓｉｇｎによって指示されるように、MLPデコーダにおいて与えられる。デコーダが入れ替えを用いる場合には、適切な再マッピングを特定することによって逆入替えを加えるようにそれはデコーダに指示し得る。
【００５３】
もしマトリックス化の前にデコーダが入替えを用いるならば、逆入替えがデコーダのマトリックス化前に加えられる。他の可能性は、もし入替えがエンコーダでマトリックス化の後で加えられるならば、マトリックス化の前にデコーダで入替えが加えられるであろう。さらに、もしマトリックスの係数も同様に入れ替えられるならば、マトリックス化の前にMLPストリームのデコーダが入替えを用いることが可能であろう。
【００５４】
確かに起こりそうもないが、上記概説した計画で処理し得ないダウンミックス仕様があり得る。一可能性は、L。及びR。が、同一又は殆ど同一の係数を有するか若しくは、言い換えると、ダウンミックスがモノラル又は殆どモノラルであり得ることである。この状況では上記手順は不充分である。それはｃｏｅｆｆ２，１の式の分母がゼロ又は殆どゼロになり、大きな係数及び過負荷の高確率に帰着するからである。この問題は異なったｍ０及びｍ１を選ぶことによって解決される。ベクトル空間の要素としての信号に関しては、概して信号L。及びR。は６次元のユークリッドベクトル空間の２次元サブスペースに跨るか若しくは概して多重チャンネル信号のチャンネルが正規直交基準を形成するｎ次元ユークリッドベクトル空間に跨る。もしL。及びR。が再構成されるべきならば信号 ｍ０及びｍ１はこの空間を股がなければならない。ｍ０及びｍ１がL。及びR。によって跨れるサブ空間で互いに直交又は殆ど直交するように選択するのが合理的である。入力チャンネルの形でｍ０を決定してしまうと、これらのチャンネルはマトリックスに先立って入替えられ、そのｍ０の係数が最大であるか又は実質的に最大であるチャンネルが最初に来るようにされ得る。次いでPMQが上記により計算され、第１に伝達されるチャンネルが所望のｍ０の換算されたものになるようにされる。その後ｍ１ の換算版を供給するようにPMQを計算することを要する。再び、係数の大きさを最少化するためには先立つ入替えが望ましいであろう。マトリックス化されるべき信号のこの入替えは、マトリックス計算の当業者には周知の「部分旋廻（パーシャルピボティング）」の処理に類似しており、ここではこれ以上説明しない。最初に、ｍ０及びｍ１が任意の換算で与えられ得る。次いでマトリックスダウンミックスを、原チャンネルの形でｍ０及びｍ１を与えるマトリックスで置換することによって係数決定の上記手順が用いられ得る。この手順によって決定された係数は次いでｍ０及びｍ１の実際の尺度化を決定するであろう。
【００５５】
L。及びR。が同一信号であるか又は互いに尺度化されたものである退化した場合には、L。及びR。によって跨れるサブスペースは１次元のものであろう。この場合ｍ０はサブスペース内で任意に選ばれ、ｍ１はｍ０に直交するが、サブスペースの外部から選ばれ得る。２チャンネルデコーダのマトリックス０は、それではｍ０の変換版としてL。及びR。を再構成してｍ１を無視するであろう。
【００５６】
MLP無損失システムではマトリックス０の係数は、第１ストリーム、即ち、サブストリーム０で伝達され、マトリックス１の係数は全体が第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１で伝達されが、これらの係数の幾つかは第１サブストリームから復号された信号を乗算するのに用いられる。
【００５７】
データレート低減と組合ったダウンミックス符号化
マトリックス化を用いる損失の無いエンコーダはWO-A９６/３７０４８で広範に論じられ、そこではマトリックス化の目的は伝達されるチャンネル間の相関を低減させ、それによって伝達されるデータレートを低減させることである。ダウンミックスが上記のように符号化されるべき場合には、マトリックス化はダウンミックス要件によって部分的に特定されるが、仕様にはかなりの自由度が依然として残る。
【００５８】
第１に、ｍ。及びｍ１の選択に当たりそれらがほぼ直交されるという条件はなおL。及びR。によって跨れるサブスペース内の任意の回転を可能にする。この自由度は第１サブストリーム、即ち、サブストリーム０を最小化するために用いられ得る。例えば、２つ又はそれ以上のチャンネルの任意の信号によってとられるデータレートを最小化する、WO-A９６/３７０４８で論じられる方法を用いて最小化され得る。
【００５９】
第２に、例えば６チャンネルの多重チャンネル信号を想定すると、ダウンミックスを供給するために変更されない４つのチャンネルのマトリックス化はそれでもなお完全に特定されない。再び、WO-A９６/３７０４８に記載された方法は、第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１を符号化するのに要するデータレートを最少化するために用いられ得る。PMQ実施の場合には、ダウンミックスを得るために２つのPMQが用いられると共に任意の他の４チャンネル信号に対するのと同一方法で残りの４つのチャンネルのデータレートを最小化するために任意の残りのPMQが用いられ得る。MLP圧縮システムでは、合計で６個のPMQが入手可能であり、このタスクに４つが割当てられ得る。
【００６０】
ディザー
現在オーディオ愛好家仲間ではオーディオ信号の再生に影響するあらゆる量子化がディザーを用いて行なわれることは極度に重要であると考えられる。概して、信号にはそれが量子化器に通される前に小さな擬似乱数のディザー値が信号に加えられる。例えば、S.P. Lipshitz、R.A. Wannamaker及びJ.Vanderkooyの「量子化及びディザー:理論的概説」（J.Audio Eng. Soc., May1992, vol.40, pp. 355-375）を参照せよ。
【００６１】
基本マトリックス量子化器は本質的に量子化を行なう。損失のない符号化及び復号の場合にはディザーがないことは問題にならない。それはデコーダの無損失マトリックス化がエンコーダで行なわれたマトリックス化を正確に反転し、量子化の影響を全く含まないからである。しかし、上記のようにダウンミックス供給にあたりマトリックス０はマトリックス１の影響を反転せず、ダウンミックスが両マトリックスからの量子化の影響を含むであろう。
【００６２】
良好なダウンミックスにさせるためには両マトリックスによってディザーが加えられなければならない。しかし、エンコーダのマトリックス１にディザーを加えることは伝達される信号に影響を与え、それによって多重チャンネル信号の復号が影響を受ける。従って、損失のない復号に対しては多重チャンネルデコーダの逆マトリックス１が符号化マトリックス化のディザーの影響を補償しなければならない。
【００６３】
図５ａ及び５ｂはディザーを含む基本マトリックス量子化器の相補的対を示し、この場合には３チャンネル信号に対するものである。２つのマトリックス量子化器は、信号ｑ１が図５ａの量子化器で減算され、一方図５ｂの量子化器で加算され点のみで異なる。箱マークされたディザーが双方共に同一であるとすれば、図５ｂのPMQは図５ａのPMQの作動を元に戻さないことは容易に理解されるであろう。従って、図１に示すエンコーダでは、マトリックス１が図５ａに示すPMQのカスケードでありように構成され、また図２之多重チャンネルでコーダでは逆マトリックス１が図５ｂに示すようにPMQの逆順序にされたカスケードであるように構成され得る。これは多重チャンネル信号が損失無しに再構成されることを保証する。
【００６４】
最良品質のダウンミックスを再生するためには、エンコーダのマトリックス１及びデコーダのマトリックス０の双方につきディザーに対する従来の要件が満たされなければならない。従って、例えば、エンコーダにおいては図５ａ及び５ｂのディザー発生器は、量子化器Qの２つの量子化段階に等しいピーク対ピーク振幅を有するTPDFディザーを有利に供給できるであろう。もしエンコーダの最初から２つのPMQがダウンミックス信号を供給するならば、それでは以降のPMQにディザーを追加する必要はない。
【００６５】
マトリックス０は異なった型のマトリックスで良いが、それにもかかわらずそれは量子化に先立って、ワード長を増加させる計算を含み、各量子化の前にディザーを加えるのが普通である。
【００６６】
図５ａ及び５ｂの符号化及び復号量子化器での同一ディザー要件は、時々ストリーム内で疑似乱数順序発生器の状態を伝える「シード（種）」を記録するエンコーダ及びシードを読んでそれによってそれ自身の発生器を同期させるデコーダによって満たされ得る。
【００６７】
ＭＬＰの順序発生器は２３ビット環状シフト（送り）レジスタで、下式を用いて疑似乱数２進順序（ＰＲＢＳ）を発生させる。
【００６８】
【００６９】
したがってストリームのシードは２３ビット長である。シフトレジスタは各サンプル期間につき１６ビットだけ送られる。これは直角ＰＤＦを有する新しい１６ビット疑似乱数の数が各信号サンプルにつき発生されことを可能にする。しかし、ＴＰＤＦディザーが望ましいので、１６ビットは８ビットディザーサンプルに分割される。これらの８ビットサンプルはそれぞれ直角ＰＤＦを持つが、さらに２つの三角ＰＤＦを有する非相関ディザーサンプルを供給するためにこれらの２つのサンプルを加算及び減算する選択権を有する。このプロセスは「ダイヤモンドディザー」として知られ、上記引用したＷannamaker 文献AES reprint no．4553に説明されている。エンコーダは、ダウンミックス信号を供給２つのPMQにディザーを加えるためにこれらの2つの三角PDFサンプルを用いることが出来る。
【００７０】
オーディオ愛好家の斟酌は、ダウンミックス信号を回復するためにマトリックス０に加えられるディザーがエンコーダの対応するプロセスと同期されることは必要としない。実際、同一ディザーが加えられるか若しくはマトリックス０においてマトリックス1で用いられるディザーと相関するいかなるディザーを用いることも望ましくない。MLPではダウンミックスデコーダは多重チャンネルデコーダと同一アルゴリズムを用いてディザーを発生するが、シードが異なるのでディザーは異なる。即ち、マトリックス０用ディザーはサブストリーム０で伝えられが、マトリックス１用のシードはサブストリーム1で伝えられる。
【００７１】
MLPではマトリックス０の量子化及び計算はマトリックス１に対すると丁度同じように正確に特定され、またディザーでも同様にエンコーダによって制御され、デコーダはデコーダによって復号されるL。及びR。信号につき、最後のビットまで正確な知識を有する。
【００７２】
この点については以下でさらに触れる。
【００７３】
ダウンミックスの飽和
デジタルチャンネルで扱い得る最大レベルでオーディオ信号を符号化することはしばしば商業的に重要であると考えられる。ライブ音楽のピークは殆ど制御されなくても良く、もし生信号のピークが過負荷を生じさせないならば平均レベルはデジタルクリッピングの十分下方に保たれなければならない。しかし、職業的録音技師は、クリッパー及びリミッターのような、波形変更用の手段を十分備えており、それはチャンネルを極めて十分に変調する「制御された信号」を生成するのを可能にすると同時にピークによる過負荷がないことを保証する。
【００７４】
デジタル過負荷がラップアラウンド（文字次行送り）効果によって生じる極端に不快な人工物に帰着し得ることは理解されるであろう。例えば、従来の２の補数２４ビットオーディオでは最大正値は７ｆｆｆｆｆ１6進法で表される。この数値を１量子化レベルだけ増加させる素朴な試みは８０００００１6進数に帰着し、それは最大負偏位と解釈される。従って、小さな過負荷は大きな高周波エネルギー含有量を有する本格的規模の過渡変化を発生させ、それは極端に不快でしばしばツイータの焼損を起こす。
【００７５】
DVDマスター製作の関係で、制御された多重チャンネルマスターが生成されて無損失符号化用に与えられることが想定される。言い換えると、多重チャンネル信号生成上のあらゆる過負荷問題が既に扱われてきたと想定される。残されたタスクは受け入れられ得るL。R。ダウンミックスを生成することである。
【００７６】
図３の２チャンネルデコーダの出力における過負荷は、マトリックス０の係数を十分に定率削減することによって避けられ得る。しかしそのような定率削減には２つの問題がある。第１に必要とされる定率削減の大きさは全プログラム資料が検査されてしまうまで未知であり、それはマスター製作段階で不都合である。第２に、そのような尺度化は商業的標準により受け入れられない程度に静かな（地味な）ダウンミックスに帰着するかもしれない。これは先立って行なわれる多重チャンネル信号のクリッピング又はリミッティング（振幅制限）が、多重チャンネル信号から得られるダウンミックスのピーク対平均比率の抑制には必ずしも効果的でないからである。
【００７７】
符号化段階でダウンミックスを調節するのは不可能である。その理由はこれがｍ０及びｍ１の伝達(送信)を変更させ、それでは多重チャンネル信号の回復が無損失でなくなるためであろう。
【００７８】
従って、本発明はデジタル出力で扱い得るより大きい振幅のダウンミックス信号を内部的に発生させる能力を有するダウンミックスデコーダに備えると共に不快な影響なくダウンミックス信号の過負荷が扱えるように最終出力の前にリミッター又はクリッパーを内蔵するデコーダに備える。
【００７９】
MLPでは、出力ワード幅は２４ビットに特定され、大抵の内部信号路も同様に、各PMQ間の路を含めて、２４ビット幅に特定される。しかし、デコーダの最終PMQ後に、符号化されたストリーム内で時々運ばれる“output_shift”情報によって特定される可変数ビットだけ左又は右に送るシフター（送り装置）が与えられる。もし入力と、２４ビットを超えるビットを要するダウンミックスに帰着するダウンミックス仕様とがエンコーダに与えられるならば、エンコーダはマトリックス化以内での過負荷を避けるために当該ダウンミックス仕様を定率削減させる。この定率削減は２の冪によってなされ、“output_shift”情報の正の左送りを特定することによって正しい振幅がデコーダで回復され得るようにされる。デコーダのシフターはこのように正しい振幅のダウンミックス信号を発生させ、それは２４ビット出力にとって大き過ぎるかもしれない。従って、先に述べた望ましくないラップラウンド影響を避けるためにシフターと出力間にクリッパーが配置される。クリッパーは多くのDSPチップで与えられる便宜を用いて好都合に実施され、それによってアッキュムレータ（累算器）の数値は「飽和計算」を用いてメモリに記憶され得る。
【００８０】
もしストリームの“ch_assign情報に依存してアッキュムレータが記憶されるメモリ位置を計算し得るならば、この場合には付加的な相乗効果が生じる。これはデコーダで求められるチャンネルの逆入れ替えを、別々の作動として実行させることなく達成させる。
【００８１】
LSBバイパス
もし入力信号が全２４ビット範囲を用いるならば、図４及び５によりPMQを用いてチャンネルを改変する試みは、２４ビット範囲を超える信号につながるかもしれない。損失のない符号化及び復号にとって内在的であるこの増大した範囲は、図６のアーキテクチャーを用いることによって２４ビット計算を用いるプロセッサにさえも経済的に収容され得る。
【００８２】
図６ａは、その左側にシフターを組入れるPMQを示す。信号路は概して２４ビット幅と想定されるが、S1から量子化された信号ｑを減算した後では、加算用の頭上空間（空き高）を可能にする２５ビットデータ路が与えられる。次いで信号は算術的に１ビットだけ右に送られ、ワードの底から送られるLSB（最下位ビット）が主出力S1’から別に出力される。S１’は残りの２４高順序ビットを含む。
【００８３】
このように送り出されたLSBは勿論信号で運ばれる。信号S1、S2及びS3を復号するために信号S1’、S2及びS3と共にLSBは図６ｂの右側示す逆PMQに与えられるべきである。ここでLSBはS１’に追加され、その結果が１ビットだけ左に送られ、別に運ばれるLSBが送られたワードのLSBになるようにされ、それによって被量子化信号ｑが追加される２５ビット信号を与える。この加算の結果は、S1が２４ビット信号であるとの想定で、図６ａに示すPMQへの入力として供給された信号S1の損失のない再生のおかげで２４ビットの幅だけに止まる。
【００８４】
図６ａの右側及び図６ｂの左側に示すと通り、LSBが別に運ばれるようにバイパス路があるとの前提では、２つの相補PMQ間に２４ビット幅の損失のない処理及び損失のない逆処理路をさらに挿入することが可能である。例えば、MLPエンコーダの部分構成図が図７ａに、またそれに対応するデコーダが図７ｂに示される。脱相関器及びエントロピーコーダーが図７ａのマトリックスの後に続く。従がって、この例では図６ａに示す「損失のない処理」はこれらの項目を含む。同様に、図７ｂを参照すると、図６ｂに示す「逆損失のない処理」はエントロピーでコーダ及び再相関器を含み得る。図７ａ及び７ｂに示す通り、この処理に亘ってバイパスされたLSBを保持し、それを記憶しかつ符号化されたサブストリーム又はストリームからそれを回復するために注意が払われる。
【００８５】
時にはMLPのマトリックス化は過負荷の原因とはならない。しかし、概して信号振幅を低減させるように設計される脱相関器は、特殊のサンプルにつき振幅を増加させ、それによって過負荷問題に遭遇する。この場合には図６ａに示す型のPMQは、当該信号の振幅を低減させ、従がってさらなる処理のために約６ｄＢの頭上空間を与えるために用いられ得る。PMQがこの目的のためにのみ用いられる場合には図６に示す係数は０に設定され得る。
【００８６】
PMQから２つ以上のビットが送り出され、バイパス信号として伝達され得るように図６の構成が一般化され得ることは明らかであろう。これがMLPでなされることはない。
【００８７】
図６ａに示す処理は無損失であり、それに対応する図６ｂに示す逆無損失処理もまたぬ損失である。従がって、この処理を入れ子（次々に高次ルーチンに組込む）することが可能である。例えば、図６ａの右側に示す「無損失処理」は図６ａの左側に示す種類のPMQを含むことが可能で、この入れ子にされたPMQ符号化効果は、図６ｂの左側に示す「逆無損失処理」に図６ｂの右側に示す種類のPMQを含ませることによって反転され得る。この場合にはバイパスされるLSBは各段階で発生され、２つのバイパスされたLSBが任意のさらなる処理のために四方に運ばれなければならない。
【００８８】
MLPエンコーダではカスケード（縦続接続）された6個までのPMQがあり、その任意のもの又はすべてがバイパスされるLSBを与えるように構成され得る。各バイパスされたLSBは異なったPMQから来るが、異なったチャンネルから来る必要性はなく、エンコーダは時々１チャンネルに２つ又はそれ以上のそのようなPMQを割当てるように選択し、このようにして当該チャンネルに対して１２ｄＢ又はそれ以上の追加の頭上スペースを得ることができる。
【００８９】
図６ａ及び６ｂに示すものと同等の効果を有するトポロジー（接続形態）の変形がある。図６ａの信号ｑの減算及び図６ｂの信号ｑの加算は相互交換され得る。減算は、係数の符号を反転させることにより、もし用いられているならディザー符号を反転させることによって、また必要なら量子化器Ｑを調整することによって、例えば、下方に丸める量子化器を上方に丸めるものと置換することによって避けられる。他の変形物は、ＷＯ−Ａ９6/３７０４８の図２３ａに示すように、側鎖の代わりに量子化器Ｑを順方向路に配置し、再び下方又は上方に丸める量子化器の選択に注意することである。図６ｂでは、S１’信号及びLSBの送りが共にS１’信号の左送りとして代わりに実施され、それによって０のLSBを生成し、次いで別に伝達されるLSBを加えるようにすることができる。この場合には別に伝達されるLSBの追加は、量子化された信号ｑの追加と組み合うか又はそれ以降に実施され得る。MLPに対する実施形態での追加は２４ビット数を生成すべきである。
【００９０】
図８はMLPに対して特定されたデコーダPMQを示し、そこでは第２チャンネルS2が変更され、３つのチャンネルS1、S2及びS3を回復するように構成される。これは上記変形物のいくつかを組入れ、さらに左送りを実行するために一般的乗算を用いる。エンコーダーは各係数値を特定してそれらをストリームに含める。このように、信号S２’ を１ビットだけ左に送るためにエンコーダは係数ｍ_coeff［２,２］を+２と等しく設定し得る。ＭＬＰは範囲［−２,＋２］の１６ビットの係数を用いる。従がって、この場合には復号ＰＭＱは信号を反転させ、補償するためにエンコーダも同様に信号を反転させなければならない。
【００９１】
先に述べた通り、加算及び減算によって２つのＴＰＤＦディザー信号を供給するために２つの相関していないＲＰＤＦディザー信号を有することは有利である。ＭＬＰマトリックス化では、順序発生器から得られる２つの８ビットＲＰＤＦディザー信号は２４ビットに符号拡張され、それらが２つの余分なチャンネルであるかのように扱われる。これらのディザーチャンネルは決してＰＭＱｓによっては変更されない。図８のディザーは以下のように与えられることが理解されるであろう。
【００９２】
ｍ_coeff［２，４］ディザー０ ＋ ｍ_coeff［２，５］ディザー１
このディザーは、図６ｂのディザーとして確認されるものと同一である。もしｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］が同一大きさを有するならば、ディザーは所望の三角ＰＤＦを有するであろう。従がって、もし、ダウンミックスを供給するために２つのＰＭＱｓが用いられるならば、エンコーダは、ｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］を、一方のＰＭＱでは同一符号で特定し、他方のＰＭＱでは反対符号で特定し、従って、既に述べた「ダイヤモンドディザー」方法によって相関のないＴＰＤＦディザー信号を供給する。
【００９３】
もし我々が図８での入力信号を２４ビット整数と考えるならば、乗算器からの出力値は２進点後は概して１４ビットを有するであろう。それは２進点後では係数ｍ_coeff［２，ｊ］が１４ビットに及ぶからである。当面我々は、量子化器ＱＳＳが２４ビットの整数値に量子化すると想定する。この場合には、もし２つの８ビットＲＰＤＦディザー値が２４ビットワードディザー０及びディザー１の形で正確に正当化されるならば、ｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］に対する正しい大きさは２−８である。
【００９４】
もし、ダウンミックス信号に影響を与えることなくストリームのビットレートを低減させるために追加のＰＭＱｓが用いられるならば、エンコーダでディザーを用いないことが普通であり、従ってＰＭＱのディザーチャンネルを乗算するのに用いられるｍ_coeff［２，ｊ］値は０であろう。これは、すべてのＰＭＱｓにディザー能力を含めないことによって節約がなされることを示唆する。しかし、この節約はＭＬＰ実施形態ではなされない、その理由は実際の実施形態の規則正しい構成から実現される利点は一対の付加的乗算の費用より遥かに重要だからである。
【００９５】
ＭＬＰでは図８によりカスケードされたＰＭＱｓがマトリックス０及びマトリックス１の双方に用いられる。マトリックス１の場合には、チャンネルの係数が変更されるのが通常であり、例示された場合ではｍ_coeff［２，２］は、ＬＳＢバイパスが用いられる場合には値-２を有し、ＬＳＢバイパスが用いられない場合には＋１又は-１のいずれかを有するのが普通である。この選択はエンコーダによってなされ、係数はデコーダによって用いられるようにストリームに含まれる。
【００９６】
ダウンミックスを再生するために２チャンネルデコーダが用いられる場合には、L。及びR。を与えるためにマトリックス０はｍ０及びｍ１信号のマトリックス化、尺度化を与える。再びデコーダの規則性及びエンコーダに対する柔軟性が図８のアーキテクチャを一様に採用する理由である。
【００９７】
マトリックス０では、変更されるチャンネルの尺度化（定率換算）は、尺度化に貢献するディザー係数を除くすべての係数を尺度化することによって達成され得る。もし定率拡大を要するならば、求める尺度化が［-２，２］の利用可能な係数範囲を超える可能性があるか若しくはマトリックス化以内で信号過負荷が起こる可能性がある。これは２の冪だけ尺度化を低減させ、次いで所望のレベルを回復するために最終の「出力シフト」を用いることによって扱われ得る。
【００９８】
ダウンミックスを有するＭＬＰでは、ダウンミックスデコーダは損失のない再生を試みないので、バイパスされたＬＳＢｓを第１ストリーム、即ち、サブストリーム０で運ぶのが通常である。第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１は多重チャンネルデコーダのマトリックス化に求められるすべての情報を伝え、それは各係数、ディザーシード及びサブストリーム０で運ばれるチャンネルから脱落されたＬＳＢｓを含むバイパスされるＬＳＢｓを含む。
【００９９】
上記論議に影響しない図８の一特性は、量子化器ＱＳＳは２の冪であるステップサイズまで量子化することが可能であり、従って切頭点をＬＳＢより１つ又はそれ以上のビット上方に設けることである。この便宜性は、２４ビットワードの最少ビットを用いない入力信号の扱いを最適化するために含まれる。ＭＬＰではＬＳＢバイパス特性は量子化ステップサイズが１に設定される時にのみ用いられる。
【０１００】
ストリーム完全性及び無損失検査
損失のある符号化システムは概して入力信号の正確な再構成でない出力を供給する。完全性検査、例えば、周期的冗長性検査（ＣＲＣ）又はパリテー検査は、伝送誤差にフラッグが付けられ得るように符号化された信号に限定されるべきである。入力信号及びその最終再構成物との間の関係については幾分未知であり、損失のある符号化及び復号プロセスに内在する損失の双方によると共に多分符号化プロセッサとは異なる復号プロセッサの計算作用によって生じるプラットフォーム関連誤差によって影響される。
【０１０１】
ＭＬＰでは、「損失のない検査」値として知られるパリティーワードが入力信号の各区分につき計算され、符号化されたストリームに含まれる。デコーダは類似のパリティーワードを計算し、もしこの計算したワードがストリームに含まれるワードと適合しないならば、誤差が起こっていることを指示することが期待される。損失のある符号化システムで可能な検査とは異なり、損失のない符号化システムでなされる検査は、アルゴリズム、プラットフォーム関連不一致及び伝送誤差以内の過負荷又は他のアルゴリズムに起因する不首尾を示すことができる。
【０１０２】
望ましい実施形態では、プレーヤーがそのような誤差を使用者に知らせることが可能である。例えば、２つの検査ワードが一致すると「無損失」光が点灯され、さもなければ消灯され得る。不首尾は瞬間的なので使用者がそれを認識する時間があるように、例えば、信号不首尾の受信と同時に２秒間で光が消滅されうるようにパルス拡張回路が用いられ得る。
【０１０３】
MLPでは損失のない検査値は、典型的に１２８０ワード区分以内のすべてのチャンネル及びすべてのサンプルにつき計算される８ビットパリティーワードである。この区分はMLP仕様の形で２つの連続「再スタートポイント（再開始点）」間にすべてのサンプルを含む。MLPは２４ビットワードを想定するので、パリティーは当然２４ビットワードとして計算されるが、このパリティーワードは３つのオクテット又はバイトに分割され、損失のない検査値を供給するためにこれらが共に排他的論理和がとられる。パリティーを計算する前に、各２４ビット信号ワードはそのチャンネル数と等しいビット数だけ回転される。この回転は、２つのチャンネルに同等に影響を与える誤差がさもなければ検出されない問題を回避する。
【０１０４】
代替実施例は、８ビットパリティーオクテットを生成するために各チャンネルの各区分以内のすべてのオクテットのパリティーをとり、それらを共に排他的理論和する前に各パリティーオクテットをそのチャンネル数だけ回転させることである。これは２４ビットワード長をもたないプロセッサについてはより経済的であり得る。
【０１０５】
単一サブストリームを有するMLPでは、損失のない検査値は損失なく再生される原信号に関する。MLPがダウンミックスを伝送しているとき第2サブストリームは原信号に関する損失のない検査値を伝送し、これは多重チャンネルでコーダによって検査されるであろう。
【０１０６】
このダウンミックスの場合では第１サブストリームもまた損失のない検査値を伝送するが、これはダウンミックスのみに関する。ダウンミックス出力は原信号の損失のない再生ではないが、それはマトリックス０の量子化が正確な仕様及びディザーの正確な仕様のおかげで決定され得る。それ故に、エンコーダはデコーダによって再生されるダウンミックスを決定し、このシミュレートされたダウンミックスから「損失のない検査」値を計算し得る。DVDオーディオマスター製作に関連して、エンコーダは試聴のために利用できるシミュレートされたダウンミックスを作るべきであることが意図され、それゆえに聴取者は、このプレーヤーで回復される信号がマスター製作技師又は録音プロデユーサによって聴取された信号とビット毎に同一であることが保証され得る。
【０１０７】
過負荷の場合には例外が発生し、それは既に述べたように通常プレーヤーのクリッピング又はリミッティングによって扱われる。クリッピング又はリミッティングの作用が正確に限定されないので損失のない検査値は任意の飽和又はリミッティングの直前の信号から計算される。既に述べた通り最終のPMQ後デコーダがシフターを内蔵し、飽和計算を用いてアキュムレータをメモリへ記憶することによってクリッピングを実行しうるMLPでは、損失のない検査がアキュムレータの数値から直接計算され得るので、それによってそれは飽和により影響されない。
【０１０８】
時には、図９に示す通り、伝送されるデータレートを低減させるために損失のないエンコーダが予備量子化器に続いて設けられ得る。予備量子化に関する追加の情報は既に引用した上記AES１９９７及びAES１９９８文献から入手し得る。これらの状況では予備量子化によって受取られる原信号の再生は無損失ではないが、予備量子化された信号の再生は無損失であろう。再び、このプレーヤーで回復される信号は、マスター製作段階で試聴されたか又は少なくとも試聴用に入手可能であった信号とビット毎に同一であることが聴取者に保証され得るように、予備量子化された信号は試聴のために利用可能にされ、また損失のない検査値は予備量子化された信号から計算されるべきである。
【０１０９】
エンコーダーマトリックス選択計画
２チャンネルダウンミックスを符号化するために信号ｍ０及びｍ１はダウンミックスチャンネルL。及びR。によって跨れるサブスペース内になければならない。この規準内にはかなりの柔軟性があるが、ある選択では他のものより良い。エンコーダは、いくつかの理由によってｍ０及びｍ１が殆ど線形になるように選択することは避けるべきである。第１に、それではマトリックス０が多分大きな形成を有すると共に回復されたダウンミックスは雑音気味であろう。第２に、マトリックス１に含まれるPMQを決定する各式を解くに当たり、エンコーダは多分許容範囲より大きい係数を発生させるであろう。第３に、信号のマトリックス化は損失のない圧縮に対するデータレートに影響を与え、互いに極く類似する信号を別々に伝送するのは非能率である。
【０１１０】
既に注記したように、これら問題の最悪のものを避ける一方法は、ｍ０及びｍ１が互いに直交するように選択することである。即ち、ｍ０及びｍ１は列が互いに直交するマトリックスによっテ入力信号で限定される。この規準もなお幾らかの柔軟性を残し、例えば、それはL。に比例してｍ０をとることによって解決され得る。例えば、以下のダウンミックス仕様を考究せよ。
【０１１１】
【式８】
ここではL。に貢献する最大係数はLｆのものであり、それは０．７５と等しい値を有する。それゆえに、我々が１/０．７５＝１．３３３によって尺度化されたL。と等しいｍ０を発生させれば、下式が得られる、同式は第１チャンネルを無変更で放置するPMQによって実行され得る。
【０１１２】
【式９】
【０１１３】
信号ｍ１はL。及びR。の線形結合でなければならない。L。に直交し従ってｍ０にも直交する線形結合は、ｍ１（unscaled）＝R。−λL。によって与えられる。ここでλは下式で表され、同式のシンボルは２つのベクトルのスカラー又はドット積を示す。
【０１１４】
【式１０】
結果的に得られる値は、ダウンミックスマトリックス内の列ベクトルのドット積を取ることと同等である。もし、ダウンマトリックスを示すためにダウンミックスを用いるならば、スカラーλは下式で表される。同式ではdownmix１はマトリックスの第１列ベクトルを示し、downmix２はマトリックスの第２列ベクトルを示す。
【０１１５】
【式１１】
上記例からのダウンマトリックス（λ＝０．１８４９）を用いて下式がえられる。
【０１１６】
【式１２】
ｍ１を発生させる第２PMQは、第１チャンネルがLｆよりはむしろｍ０である、第１PMQによって供給される信号を受取る。それ故にｍ１はｍ０、Rｆ等によって下式のように再表現されなければならない。
【０１１７】
【式１３】
ここで最大係数、０．８０００は第４入力チャンネルR５と乗算される。それゆえに、既に述べたように、第２及び第４入力チャンネルを交換するために入替えを用い、かくしてR５
を第２位置に移し、下式で示すようにｍ１がマトリックス出力の第２位置に現れるようにさせる。
【０１１８】
【式１４】
最後に下式の通り、R５の係数が１になるように尺度化する。
【０１１９】
【式１５】
これは現在第２PMQによって実行される正しい形を示す。
【０１２０】
上記例は、エンコーダによって採用され得るいくつかの計画の１つを示す。より簡単な計画は、上記のようにｍ０を計算し、そこで尺度化は別として、Lｆの係数が０になるようにL０の比例部分λをR。から減算することによってｍ１を限定することである。この特殊な例では、原ダウンミックス仕様の希薄さはλ＝０で満たされる下式の状態に帰着する。
【０１２１】
【式１６】
第１係数の０値は、第２PMQを計算するとき第１PMQの効果を考慮する必要性を避ける。即ち、何らの変更も行うことなく上記式のLｆに対してｍ０が置換され得る。既に説明したような尺度化及び入替えを用いることによって、第２ＰＭＱによって実行される正しい形の下式が得られる。
【０１２２】
【式１７】
【０１２３】
上記簡略化された手順では直交性は達成されないが、例えば、Ｌ。及びＲ。それ自体が殆ど線形依存するとすれば、殆ど線形依存するｍ０及びｍ１の発生を防止することができる。Ｌ。及びＲ。が実際に線形依存している可能性（即ち、それらが相互の尺度化されたものである）は、特殊の場合として試験かつ取扱われなければならない。
【０１２４】
その代わりに、さらに進んだエンコーダでは上記直交性条件は、信号ｍ０及びｍ１の相互相関がほぼゼロになるべきであるという条件によって置換えられ得る。この条件はλの適切な選択によって満たされ得る。ゼロ相互相関の条件はｍ１のエネルギーを最小化し、周波数依存性が無い場合これは伝送されるデータレートを最小化するのに有効であろう。ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８に説明されているように、スペクトル変化存在下のデータレートはエネルギーよりも情報内容により多く依存する。典型的なオーディオ信号では、エネルギー及び相互相関は、帯域幅が小さいために殆ど情報内容を持たない大きな低周波信号によって支配されるであろう。従って、相互相関を計算する前に、典型的に高周波数を強調するスペクトル加重を用いるのがよりよい。理想的にはスペクトル加重は信号それ自体に適応されるであろうが、最適又はそれに近い加重を決めるのは複雑であり、実際には固定加重で十分であろう。例えば、ｚ変換が（１−ｚ−１）２であるデジタルフィルタは、オーディオ帯域の低及び中間周波数部分全体に亘ってオクターブ１２ｄＢで上昇する応答を有し、これは概して大きな低周波数信号による不適当な支配を抑制するのに十分である。
【０１２５】
ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８では伝送される信号の好ましい方向は、周波数依存性のないときには信号の相関マトリックスであったマトリックスの固有ベクトルであると開示されている。そのような選択は伝送される信号間のゼロ相関につながるであろう。しかし、固有ベクトルの計算は時間がかかり、ゼロ相関が減算によって簡単に達成される上記概説された手順は、固有ベクトル計算から結果的に得られるものから理論的には殆ど変わらないデータレートにつながるものである。
【０１２６】
伝送される信号の方向を選択する上記手順は同様に一般的に用いられる。即ち、ダウンミックスを計算しないエンコーダ又は一度ダウンミックスが引出されてしまっている残りのチャンネルの処理にも用いられ得る。
【０１２７】
伝送されるチャンネルのベクトル方向が１個ずつ選ばれる手順について以下に述べる。第１チャンネルが選択され、他のチャンネルがそれから減じられ、減じられた後に残留する信号のエネルギーを最小化するように係数が選択される。基本マトリックス量子化器は減算を実行し、出力信号を供給する。次いで他の入力チャンネルが選択され、再びＰＭＱによって他チャンネルが減じられる。ＰＭＱは次ぎの出力信号を供給し、そこでのエネルギーが最少になるように係数の選択を完了させる。同プロセスは全入力チャンネルが処理されてしまうか、入手可能な全ＰＭＱが用いられてしまうか若しくはさらなるマトリックス変換を用いる価値がないと考えられるまで反復される。ＰＭＱによって変更されなかったさらなる入力チャンネルは無変更で出力に送られる。
【０１２８】
この手順に関する改良は、エントロピーの何らかの量、若しくはエネルギーを単純に最小化するよりはむしろ信号の情報内容を最少にするように減算を選択することであろう。ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８では、エントロピーは全周波数に亘るスペクトルの全対数をとることによって評価されており、この規準に関して各最小化につきを計算することは完全に可能であろう。スペクトル的に加重されたエネルギーの最小化は計算的には集約性がより低い代替案であり、信号に依存して適切なスペクトル加重を計算する各種の方法がある。なお経済的なのは、例えば、ｚ変換（１−ｚ−１）２を有するデジタルフィルタによって与えられるような、固定周波数加重を用いることであろう。
【０１２９】
上記プロセスがベクトルの直交セットを供給するGram-Schmidt直交化を用いることに幾分類似していることは、数値計算マトリックス代数技術の当業者によって理解されるであろう。減算を考慮するとき既に処理されてしまっている各ベクトルを含めることは、それらがまだ処理されていないベクトルに直交する構成によるものなので、類推により不要と考えられる。しかしダウンミックスが符号化されているときは概してこれは事実ではなく、またエネルギーよりはむしろエントロピーの最小化であるとすれば事実ではない。従って、概して各ＰＭＱは既に処理されてしまっている信号及びこれから処理されるべき入力チャンネルの双方を減算するであろう。
【０１３０】
これまで変更のためにチャンネルが選択される順序は任意と考えられてきた。多くの場合において順序は最終データレートには殆ど影響しないが、それは実質的に減算での係数のサイズに影響し得る。ＭＬＰは係数を最大値２に制限しているので、この考察は重要である。もし最小化がエネルギー又は固定スペクトル加重を有するエネルギーについてであれば、これは計算的に極端に速く、試験的に任意に選択し、もし係数が大きすぎるならばそれを拒否して別のものを試験することが完全に可能である。他の発見的研究は、エネルギー又はスペクトル的に加重されたエネルギーが最少のチャンネルを変更のために選択することである。
【０１３１】
もし、ＰＭＱが図８のように実行されるならば、変更されるチャンネルにつき＋１若しくは-１の係数を選ぶのが普通であろう。もし、減算で過負荷信号が発生されるならば、係数は低減され得る。ＭＬＰでは、上記のバイパス方法を用いてそれを-０．５に低減させるのが普通であろう。これは通常十分な追加の頭上スペース６ｄＢを与えるであろう。もしそうでないならば、幾つかの可能性がある。現在考えられているマトリックス変換は変更又は放棄され得る。即ち、入力チャンネルは変更無しで伝送され得る。又は、もし別のＰＭＱが利用可能ならば、それもまたＬＳＢバイパス作動用に構成され、考慮されているチャンネルに割当てられ、さらに６ｄＢ増加された頭上空間が可能になり得る。追加のＰＭＱは減算を実行するＰＭＱに先立って用られるであろう。単に信号振幅を低減させるのに要する追加のＰＭＱは、通常ＭＬＰでは-０．５の係数を変更中のチャンネルに用い、さもなければゼロ係数を有するであろう。
【０１３２】
２つ又は３つのＰＭＱがチャンネル処理に必要とされる特殊の場合は、ダウンミックス仕様が実質的に幾つかの同一大きさの係数を持つところである。例えば、上記例でｍ０を供給するＰＭＱは１未満のすべての係数を有するが、係数の絶対サイズの和が２.６２７の場合である。このように、ｍ０を供給するＰＭＱが、たとえＬＳＢバイパスを用い、チャンネルを０．５だけ尺度化するとしても、ファクター１．３１３の信号サイズの増加がなお可能である。これが起こるのは、所与のサンプル周期で、もし入力チャンネルが同時に全変調を達成し、各々がＰＭＱのその係数と同一符号を有するか、若しくはもし各々がその係数と反対の符号を有するときである。過負荷は、ｍ０を供給するＰＭＱに先立ってＬＳＢバイパスを実行する追加のＰＭＱを割当てることによって避けられ得る。
【０１３３】
簡単のために、上記記載はエンコーダによって実行されるＰＭＱのみにつき言及している。エンコーダで用いる各ＰＭＱにつき、それは損失のないデコーダによってマトリックス１で用いられるべき対応するＰＭＱを特定しなければならないことが理解されるであろう。ＬＳＢバイパスの場合には変更中のチャンネルに-１．５の係数を用いるエンコーダＰＭＱは、そのチャンネルに-０．２の係数を用いるデコーダＰＭＱを意味する。ダウンミックスの場合エンコーダは、ｍ０及びにｍ１になされた選択に依存してダウンミクス０の係数を特定しなければならない。さらに、もしチャンネルが尺度化されてしまっているならば、チャンネルを乗算する後続のダウンミックス係数を計算するに当たり換算係数を考慮しなければならない。
【０１３４】
混合レート内容の符号化
ＤＶＤオーディオ仕様は２つのサンプリング周波数を用いてディスクで運ばれるべき録音物を考慮する。例えば、前方チャンネルＬｆ、Ｒｆは９６ｋＨｚサンプリングレートで符号化され得るが、その一方でデータレートを低減させるために他のチャンネルは４８ｋＨｚで符号化され得る。しかし、第１サブストリームでのダウンミックス情報の同時伝送についての前記記載では、チャンネルはすべて同時に、特に同一サンプリングレートでサンプリングされると想定される。
【０１３５】
P.G. Graven、M.J. Law及びStuartの「IIR予測フィルタを用いる損失のない圧縮」（J. Audio. Eng.Soc., Abstract, March 1997, vol. 45 no. 5, p. 404 preprint no. 4415）は、損失のない圧縮を用いるときデータを節約するためにサンプリングレートを下げる必要はないと説明している。信号の帯域幅を制限することで十分である。それは、無損失エンコーダは自動的に信号の情報内容の低下に応答してそれをより低いビットレートに符号化するからである。
【０１３６】
アップサンプリングされた信号は内在的に制限された帯域幅を有する。例えば、９６ｋＨｚでサンプリングされた信号は殆ど４８ｋＨｚに及ぶ周波数を再生する能力を有するが、そのような信号は、もしそれが４８ｋＨｚサンプリング信号をアップサンプリングすることによって得られるならば、２４ｋＨｚを超えると非常に小さいエネルギーを有するであろう。従って、もし「混合されたレート」の資料に無損失圧縮が用いられるならば、データレートに著しい悪影響無しにあらゆるチャンネルをアップサンプリングし得る。即ち、符号化前に、例えば、４８ｋＨｚより低いレートで与えられるあらゆるチャンネルは、例えば、９６ｋＨｚの同一サンプリングレートで符号化されるようにされる。この統一されたサンプルレートは本発明を実施するのに要するマトリックス操作を可能にする。
【０１３７】
アップサンプリングは、「デジタル信号処理」文献では「内挿法」としても知られ、それを行なう技術はよく知られている。図１０はこの特性を含むようにされたエンコーダを示す。濾波が遅延を要するので、アップサンプリングを要しないチャンネルＬｆおよびＲｆには補償遅延が与えられる。
【０１３８】
内挿濾波は概して無損失ではないが、望ましい実施形態では図１０の「アップサンプル」フィルタは「半帯域フィルタ」として知られる型のものである。内挿に用いられると、半帯域フィルタは、入力サンプリング点の２倍のサンプリング点を有する出力を供給する。偶数番号の出力点は入力点に対応しかつ入力値と同一のサンプル値を含み、一方奇数番号の出力点は各入力値間の中間点にありかつ内挿された値を含む。
【０１３９】
ストリームがこのように符号化されると、プレーヤーは２つの選択権を有する。それはすべてのチャンネルが元々９６ｋＨｚでサンプリングされたかのようにストリームを演奏し、このように偶数および奇数サンプルの異なった起源を無視し得る。その代わりにプレーヤーは、元々４８ｋＨｚでエンコーダに与えられたチャンネルの場合に偶数サンプルのみを選択し得る。この場合にはプレーヤーはエンコーダに与えられた被混合レート内容の無損失再構成を入手し得る。これを可能にするために符号化されたストリームはどのチャンネルが元々より低いサンプリングレートで与えられたかの仕様およびどのサンプルが偶数および奇数と見なされるかの指示を含まなければならない。後者は、ストリームがブロック内のサンプル数が常に偶数であるブロックを含むかどうかを意味する。ＤＶＤオーディオでは、「アクセスユニット」および「プレゼンテーションユニット」がそのような構成を与える。
【０１４０】
ＤＶＤオーディオ仕様は同様に８８．２ｋＨｚおよび４４．１ｋＨｚでの混合レート内容を規定する。上記混合レート符号化特性はこの場合に対しても同様に用いられ得る。
【０１４１】
実施
本発明の各種の面を実施するのに要する機能は、離散論理構成素子、1つ又はそれ以上のＡＳＩＣ、プログラム制御プロセッサ等広範な方法で実施される構成要素（素子）によって実行され得る。これらの構成要素が実行される方法は決定的ではない。例えば、本発明のこれらの面を実施するのに要する操作は装置によって実行され得る。同装置はデジタル情報、同情報を記憶するランダムアクセスメモリ、1つ又はそれ以上の命令プログラムを記録する媒体および命令プログラムを実行するプロセッサから成る。命令プログラムは、各種の読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気テープ、磁気ディスク、光学ディスク等各種の機械読取可能な媒体又は他の製造製品によって記録され得るか若しくは超音速から紫外線周波数までのスペクトル全体に及ぶベースバンド又は変調通信路によって伝達され得る。
【０１４２】
符号化および復号処理並びに装置の各種特性につき以上説明されてきた。これらの特性が別々に実行され得るところでは、これらの特性によって与えられる各種利点から利益を得るために、これらの特性があらゆる組合せで合体され得ると考えられることを理解すべきである。請求の範囲は各種の特性を独立して限定しているが、全請求の範囲は互いに結合され得ると共に本開示はそのようなすべての組合せを含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
以下添付図面を参照して本発明の各例につき説明する。
【図１】 マトリックスを含む損失のない６チャンネルエンコーダの外観を示す。同マトリックスはマトリックス化されたチャンネルを2つのサブストリームに符号化するのに用いられ、同サブストリームは次いで単一ストリームにパッケージされてDVDに記録される。
【図２】 原６チャンネルの損失のない再構成を与えるために図1のエンコーダによって生成された2つのサブストリームを復号する多重チャンネルデコーダを示す。
【図３】 2チャンネルダウンミックスを供給するためにのみ第1サブストリームを復号する2チャンネルデコーダを示す。
【図４】 図４ａは4チャンネル信号の2チャンネルを変更する縦続された2つの基本マトリックス量子化器を示す。図４bは図４ａの処理を反転するよう構成された類似の縦続された2つの基本マトリックス量子化器を示す。
【図５】 図５ａはディザーを組み入れた基本マトリックス量子化器を示す。図５ｂはディザーを組み入れた基本マトリックス量子化器を示す。
【図６】 図６ａは「LSBバイパス」の便宜及びさらなる損失のない処理の場合にバイパスされたものの独立した伝達を与えるために変更された基本マトリックス量子化器を示す。図６ｂは図６aと相補的であり、さらなる損失のない処理の場合にバイパスされたLSBの単独の伝達及バイパスされたLSBを集積して原信号を再構成する基本マトリックス量子化器を示す。
【図７】 図７ａはLSBバイパスを有するKLPエンコーダの一実施形態の部分的構成図である。図7bは図７ａのエンコーダと相補であるデコーダの一実施形態を示す。
【図８】 MLPデコーダの一実施形態で用いられるように特定された基本マトリックス量子化器を示す。
【図９】 試聴用の出力及び予備量子化された出力から計算された「無損失検査」値を有する予備量子化器に先行する損失のないエンコーダを示す。
【図１０】 ４８ｋHz及び９６kHzにおいて混合レートの信号サンプルを符号化する、アップサンプラーによって先行される損失のないエンコーダを含む装置を示す。
【産業上の利用分野】
本発明はデジタル信号の流れ、特に、多重チャンネル信号のミキシングに関するデジタルオーディオストリームの符号化及び復号に関する。
【０００２】
【発明の背景】
損失のない圧縮は、現在デジタルオーディオ信号を記憶又は伝えるのに要するデータレートを低減させる確立された手段である。多重チャンネル信号のデータレートを低減させる一方法は、優勢な情報が伝達されるチャンネルのいくつかに集中されると同時に他のチャンネルは比較的僅かな情報を伝えるようにマトリクス化を用いることである。例えば、もし中央サウンドイメージを伝えるとすれば、２チャンネルオーディオは左右チャンネルで殆ど同一波形を持ち得るであろう。その場合には２チャンネルの和及び差を符号化するのがより有効である。このプロセスはＷＯ−Ａ９６/３７０４８にある程度詳説され、それには完全に反転可能な方法若しくは損失のない方法でマトリックス化を達成するために縦続された基本マトリックス量子化器を用いることが含まれる。
【０００３】
ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に開示されたプロセス（方法）では、一般的な家庭聴取により適したスピーカ供給量を表わすマトリックス化されたデジタル信号を得るために多重チャンネルデジタル原信号にマトリックスを用いるマトリックス量子化器の利用も考えている。これらのマトリックス化された信号はDVDのようなキャリヤー上に記録され、通常のプレーヤーで各マトリックス化された信号がスピーカに簡単に供給されるであろう。しかし、上級プレーヤーではマトリックス量子化器の効果を反転させ、したがって原デジタル信号を正確に再構成してそれを代替的方法で再生するようにすることが出来る。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
DVDオーディオの商業的用途では、損失のない圧縮を用いた伝達システムでマトリックス化された信号及び原信号の双方を与え得るように上記2つの概念を組合せる要求がある。この用途では必要とされるマトリックス化された信号は２チャンネルを有するが原信号は３チャンネル以上を有し、従って、多重信号が回復され得るためには追加の情報が与えられなければならない。しかし、追加情報は、２チャンネルマトリックス化信号のみを復号せんと欲するデコーダに計算上の過負荷(オーバーヘッド)を課すべきではない。
【０００５】
現在、デジタルオーディオはしばしば２４ビットで伝達され、Motorola５６０００シリーズのようなオーディオ用にデザインされたポピュラーなデジタル信号処理（DSP）チップまた容易に２４ビットワードを処理する。しかし、ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に記載される処理は、原信号より広いワード幅を要する総数を発生させ得る。倍精度計算を用いることは極端に高価なので、実質的な処理が可能であると同時に増大されたワード幅を要しない方法が求められる。
【０００６】
最後に、損失のない再生を与えるように設計された装置を購入している消費者は、回復される信号が実際に損失がないことを再確認することを望むであろう。従来の符号化された流れ（ストリーム）内のパリテイー(奇偶性)及びCRC検査は、ストリーム内のデータ崩壊に起因する誤差は示すが、エンコーダ及びデコーダ間のマトリックス化又は他のアルゴリズム不適合に起因する誤差をあばくことはない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１面によると、2つサブストリームに分割されるストリームが与えられる。第１サブストリームはマトリックス化によって得られるダウンミックス信号、即ち、ミックスダウンされた信号に関連すると共に原多重チャンネルデジタル信号より少ないチャンネルを含む情報を与え、第2サブストリームは原多重デジタル信号がデコーダによって損失なしに回復され得るようにさせる追加の情報を与える。両サブストリームが損失のない圧縮を用いて伝達される状況では、ダウンミックス信号のみを復号するデコーダは第1サブストリームのみを復元することを要し、従って多重チャンネルデジタル信号を復号するのに要するより少ない計算資源を用い得る。
【０００８】
この第1面の変形では、第1サブストリームは複数のサブストリームで置き換えられ、複数の異なったマトリックス化された表現が選択され得る。しかし、最後のサブストリームは完全な原多重デジタル信号が損失なく再生され得るようにさせる追加の情報を再び含むであろう。
【０００９】
第1面の望ましい実行においてエンコーダは、縦続された1つ又はそれ以上の基本マトリックス量子化器を用いてダウンミックス信号を供給する。各量子化器はｎＸｎマトリックスを実行し、ダウンミックスに要するｍチャンネルの選択がそれに続く。
【００１０】
多重チャンネルデコーダは両ストリームから信号をとり、原多重チャンネル信号を回復するために縦続された逆基本マトリックスを用いる。第1サブストリームからの各チャンネルが初めに配置されるように、縦続されたデコーダへの入力であるチャンネルを配列することは自然であると考えられ得る。しかしこれはデコーダのカスケード（縦続）の出力において不正確なチャンネル配列に帰着し得るので、エンコーダによってチャンネル入替えが特定されると共に正しいチャンネル順序を回復するためにデコーダによって実行されるのが望ましい。
【００１１】
マトリックス化以内の切捨て又は丸めはすべてディザーを用いて計算すべきである。この場合には、損失のない符号化のために、ディザー信号がエンコーダによってなされる計算を逆にし、従って原信号を損失なしに回復し得るようにするためにそれがデコーダで利用され得るようにしなければならない。ディザーは、ＷＯ-Ａ９６/３７０４８で認識されるように「自動ディザー」方法を用いて計算され得る。しかし、損失のない圧縮計画の状況では、デコーダにそのディザープロセスをエンコーダによって用いられたもと同期することを可能にする符号化されたストリームにディザー種を与えることによって自動ディザーは避けられ得る。
【００１２】
それ故に本発明の第２面によると、符号化されたビットストリームにディザー種を含む損失のない圧縮システムが与えられる。ディザー種は、デコーダの擬似乱数順序発生器をエンコーダの機能的に同一の発生器と同期させるのに用いられる。
【００１３】
本発明の重要な用途では、ダウンミックスは２つのチャンネルを有し、２つの基本マトリックス量子化器を原多重デジタル信号に用いることによって最も便利に得られる。本発明の第２面を実行する実施形態では、ディザーは各量子化器によって必要とされ、さらに異なったディザーが２つの量子化器に与えられるべきであると共に各ディザーに対する望ましい確率分布関数（ＰＤＦ）は三角形のものである。そのような２つの三角形のＰＤＦ（ＴＰＤＦ）ディザー（ここでは「ダイヤモンドディザー」と呼ぶ）信号を供給する有効な方法は、２つの独立三角形ＰＤＦ（ＲＰＤＦ）信号を加算及び減算することである。より多くのチャンネルに対するさらなる詳細及び一般化については、Ｒ．Ｗannakerの「多重チャンネルディザー信号の効率的発生」（AES 103rd Convention, New York, 1997,rprint no. 4553）を見よ。
【００１４】
従って、第２面の望ましい実施形態のエンコーダは、２つの独立ＲＰＤＦディザー信号を供給するために単一順序発生器を用い、２チャンネルダウンミックスを得るために用いられる２つの基本マトリックス量子化器によって必要とされるディザーを与えるためにこれらの信号の和及び差が用いられる。
【００１５】
ＷＯ-Ａ９６/３７０４８は、損失のない圧縮システム内で基本マトリック量子化器を用いることを記載し、我々は第１面の望ましい実施例につき既に言及している。それもまたダウンミックス信号に必要な情報を別々のサブストリームに配置するために基本マトリックス量子化器を用いる。
【００１６】
従って、本発明の第３面では限定されていない基本マトリックス量子化器を含むエンコーダ及びデコーダが与えられ、係数からなるマトリックスとして特定されるダウンミックスを受取る論理を有するエンコーダは、ダウンミックスを供給するためにいくつかの基本マトリックス量子化器を割当て、データレートを低減させるマトリクス化を与えるためにさらなる数を選択的に割当てる。エンコーダは用いられる基本マトリックス量子化器の仕様を含むストリームを供給し、選択的にディザーの追加を含み得る。望ましい実施例では、ディザーは２つのＲＰＤＦディザー順序(シーケンス)として発生され、エンコーダは各ディザーシーケンスにつき係数を特定する。第１基本マトリックス量子化器の場合には同一標識の２つの係数を特定することによって、また第２基本マトリックス量子化器の場合には反対標識の２つの係数を特定することによってダイヤモンドディザーはこのように入手され得る。
【００１７】
第３面の主要な実施例では、ダウンミックス信号が第１サブストリームで直接伝達されるように基本マトリックスが選択される。しかし、これはいくつかの理由で最適でないかもしれない。ｎチャンネルの多重チャンネルサブスペース（部分空間）をｎ次元ベクトルスペースと考えると、線形ダウンミックスのゼロでない出力に帰着する信号はサブスペースを形成するであろう。もしダウンミックスがｍチャンネルを有するならば、サブスペースもまた通常ｍ次元からなるであろう。それでは第１サブストリームの信号はｍ次元サブスペースを最適に伝え、その伝達されるチャンネルがダウンミックスチャンネルのマトリックス化された表現にされることを要するかもしれない。従って、たとえダウンミックス信号のみを回復するように設計されたデコーダによっても通常マトリックス化装置が必要となる。
【００１８】
オーディオ信号は通常多くて２４ビットで、Meridian Lossless Packing（Ｒ）（ＭＬＰ）のような損失のない再生システムで伝えられ、原入力が２４ビットを超えなかったので、出力が２４ビットを超えないことが保証される。ＭＬＰ(子午線無損失パッキング)の説明は読出し専用ディスク用ＤＶＤ仕様書から得られる。即ち、Audio Specifications, Packed PCM, MLP Reference Information, Version 1.0, March 1999及び WO-A 96/37048から得られる。ダウンミックスの場合には、出力レベルはデコーダのマトリックスによって定められる。原則として出力が２４ビットワードによって限定される飽和閾値を決して超え得ないようにマトリックス係数を尺度化できる。しかし実際にはこれは受け入れることができない低出力レベルに帰着する。さらにエンコーダでダウンミックス信号を制限又はクリップ(切取る)することは受け入れられない。これは再構成される多重チャンネル信号に影響を与えることなく行なうことはできず、それでは損失のない前提が失われる。飽和閾値を超える出力レベルは本明細書では「過負荷」と呼ばれる。もしラップラウンドを考慮するならば、ダウンミックス信号が時々過負荷になるのは、デジタル過負荷が極端に気になる場合を除けば、容認できると考えられる。ラップラウンドの結果についてはより詳細に以下に述べる。従って、本発明の第１面の望ましい実施例では、ダウンミックス信号を復号するデコーダは、過負荷の影響が気にならなくなるようにマトリック計算の後にクリッピング又は類似の制限装置を有する。
【００１９】
高品質オーディオでの２４ビットを慣例とする他の結果は、２４ビット内部ワード幅を有するＤＳＰ処理チップの有効性である。ＷＯ−Ａ９６/３７０４８に開示されるような各基本マトリックス量子化器は、他チャンネルの大きさを加えることによって多重チャンネル信号の１チャンネルを変更する。そのような基本マトリックス量子化器はストレートスルー単一利得を有する。本発明の第４面は、変更されたチャンネルに対する利得係数を受取る基本マトリックス量子化器に備えると共にlsb_bypass として知られる追加のデータ路を有する。利得は過負荷を避けるために１未満の値に設定され得る。基本マトリックス量子化器の量子化された出力は、それではその入力より少ない情報を含み、残余の情報は利得係数を用いることによって発生される追加の最下位ビット（ＬＳＢｓ）に含まれている。これらのＬＳＢｓのいくつか又はすべてはlsb_bypassデータ路を通して別々に伝達される。±１/２の利得係数の場合には特にlsb_bypassを通して伝えられ得る単一ＬＳＢが発生される。
【００２０】
Lossless_check特性を与える本発明の第５面では、検査値がエンコーダへの多重チャンネル入力で計算されて符号化されたストリームで伝達される。デコーダは復号された出力からの同様な検査値を計算してそれをストリームで伝達される検査値と比較し、概して「無損失光」のような、再生が真に損失なしであることを示す、可視表示を聴取者に与えるようににさせる。本発明の第１面によるダウンミックスを有するストリームの場合には、当該ダウンミックスは原信号の損失のない再生ではない。それにもかかわらず、同期されたディザーが第２面によるデコーダに与えられると共にもしデコーダマトリックス化が、例えば、本発明の第３面によるマトリックス量子化器のように正確に説明されるならば、それではダウンミックス再生は完全に決定論的であり、エンコーダでシミュレートされ得ると同時にマスター製作技術者又はプロジューサによって試聴され得る。それ故に、エンコーダはシミュレートされたダウンミックスで検査値を計算し得ると共にこのワードはデコーダによって検査され得る。従って、試聴されたか若しくは符号化処理で試聴用に入手され得たものと同一ダウンミックスの損失のない再生が確認される。
【００２１】
例えば、「予備量子化器」を組入れたエンコーダは、それによって符号化に先立って原多重チャンネル信号を変えることができると共に検査値の計算について選択権を有する。同「予備量子化器」はP.G.Craven及びJ.R.Stuartの『損失のないカーネル（中枢部）を用いるカスケード可能な損失のあるデータ圧縮』（J.Audio Eng．Soc., Abstract March 1997, vol.45,no.5,p.404 preprint no. 4416、本明細書ではAES1997と呼ぶ）もしそれが原信号からの検査値を計算するならば、デコーダの「無損失光」のような損失のない再生の表示は変更されてしまっている部分の間は決して明るくならない。代替手段としては符号化処理の一部として試聴用に変更された信号を入手し得るようにし、変更された信号からの検査値を計算することである。これはダウンミックスの場合と矛盾しない。即ち、双方の状況において「無損失光」は符号化段階での試聴用に入手できた信号の損失のない再生を示す。
【００２２】
望ましい実施例では、検査値はすべてのチャンネルにつき計算されるパリテー検査ワードである。本発明の第１面を組入れた実施形態では、第１サブストリームは過負荷を避けるために用いられるクリッピングのようなあらゆる変更に先立ってシミュレートされたダウンミックスから計算されるパリテー検査ワードを含むが、一方第２サブストリームは完全な多重チャンネル信号から計算されるパリテー検査ワードを含む。パリテーを計算する前に、２つのチャンネルに影響を与える誤差が全く同じに検出される高確率を有するように各チャンネル値を表すワードはチャンネル数に等しいビット数だけ回転される。
【００２３】
本開示全体を通して、符号化されたストリームをＤＶＤのような記憶媒体に記録する符号化処理及びそのような記憶媒体からの符号化されたストリームを検索する復号処理に対してより特定の言及がなされる。しかし、本発明により実施されるエンコーダは、本質的にベースバンド又は超音波から紫外線周波数全体に亘る通信路等のあらゆる伝達（送信）媒体を用いて符号化されたストリームを送るのに用いられ得るか若しくは本質的に磁気及び光学技術等のあらゆる記録工業技術を用いて符号化されたストリームを記憶媒体に記録するために用いられ得る。同様に本発明により実行されるデコーダはそのような媒体から得られる符号化されたストリームを処理するのに用いられ得る。
【００２４】
【実施形態】
ダウンミックス符号化及び復号
「オーディオディスク用損失の無い符号化」（J.Audio Eng. Soc., September 1996, vol. 44, no. 9, pp. 706-720）及び国際特許出願WO-A９６/ ３７０４８は損失の無い圧縮に用いられる原理の幾つかの論議を含む。
【００２５】
損失の無い圧縮の商業的用途はDVDオーディオに用いることである。そこでは2つの種類のプレーヤーがある。即ち、典型的に「５．１」スピーカ配置を駆動するのに用いられる6つの出力を与える多重チャンネルプレーヤー及び２つの拡声器を有する聴取者又はヘッドホンを用いる携帯用の用途に対して2つの出力を与える２チャンネルプレーヤーがある。
【００２６】
従って、DVDオーディオは記録されたオーディオ信号を2度伝達する能力を有する。即ち、一度は多重チャンネル信号として、また再び2チャンネル信号として伝送する。しかし、信号を2度伝送することは演奏時間に関して逆の意味がある。多くの場合において原記録（録音）は多重チャンネル信号のみとして表現され、２チャンネル聴取者は多重チャンネルマスターから得られるダウンミックスを与えられる。
【００２７】
もし記録されたオーディオが従来のパルスコード変調（PCM）サンプルとして伝達されるならば、ディスクは多重チャンネル録音にプラスして、プレーヤーに多重チャンネル信号チャンネルの線形組合せとして2チャンネルダウンミックスを導出することを可能にする、ダウンミックス係数を有利に伝えることが出来る。例えば、２チャンネルL。及びR。からなるダウンミックスは、左前、右前、左環境、右環境、中央及び低周波効果チャンネルを含む多重チャンネルから計算され得るであろう。これらのチャンネルはマトリックス等式を用いてそれぞれLｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ，Ｃ及びLｆｅ で示される。
【００２８】
【式１】
しかし、プレーヤー内でのダウンミックスの計算は損失の無い圧縮が用いられる場合には魅力が少ない。上記マトリックス式が用いられ得る前に多重チャンネルの6つのチャンネル全てが復号されなければならず、この関係で６チャンネルを復号する計算上の過負荷が極端になる。
【００３０】
この問題の解決策が図1乃至3に示される。図1では、エンコーダに与えられる多重チャンネル信号は、この場合では６ｘ6マトリックスである「マトリックス１」に供給される。同マトリックスの出力ｍ０乃至ｍ５は２つのサブセットに｛ｍ０，ｍ１｝及び｛ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ５｝に分割される。これらの各サブセットは次いで「エンコーダ０」及び「エンコーダ１」によって「サブストリーム０」及び「サブストリーム１」と呼ばれる2つの独立したサブストリーム（副流れ）に符号化される。その後各サブストリームは、図に示されるように、FIFO（先入先出）バッファーを通してDVDのような媒体に供給される合成出力ストリームを生成するために「パケット化器（パケッタイザー）」内で組合 (結合) される。FIFOバッファーを用いる理由は米国特許6,023,233で論じられ、1998年９月フローレンスで開かれた高品質オーディオ符号化に関するAES第17回国際会議（ここではAES１９９８と称す）で提示された、M.A. Gerzon, J.R. Stuart, M.J. Law及びR. J. Wilsonの「MLP損失の無い圧縮システム」に例示されている。
【００３１】
図１のエンコーダによって符号化された多重チャンネル信号を演奏するためには、図２に示すようなデコーダが用いられる。このデコーダでは、「パケット解除器（デパケッタイザー）」が、図示の通り、伝達媒体又はDVDのような記憶媒体から符号化されたストリームを受取り、符号化されたストリームを解析分解して2つのサブストリームに分離する。各サブストリームは、信号ｍ０乃至 ｍ５を供給するためにFIFOバッファー及び「デコーダコア」を通して送られる。これらの信号は、原多重チャンネル信号を供給するためにその後マトリックス１の逆を通される。
【００３２】
2チャンネルダウンミックスを演奏するために図３に示すようなデコーダが用いられる。ここではサブストリーム０のみが保持されて各サブストリームが分離され、信号を供給するためにバッファーされると共に復号される。これらからマトリックス０は所望のL。及びR。を入手する、そこではこれを可能になるためにエンコーダがｍ０及びｍ１に正しい情報を配置していると仮定する。例えば、もし図1エンコーダのマトリックス１の頂部2列が上記２ｘ６マトリックスのもののようなダウンミックス係数を含むならば、信号ｍ０及びｍ１は必要とされるダウンミックス信号L。及びR。であろう。この場合には、図３のマトリックス０は冗長であり、同一マトリックスによって置換されるか若しくは除外される。
【００３３】
本発明の区別され得る特徴は、全体を通して損失が無く、図2のデコーダから得られる信号は、多重チャンネル出力信号が図１のエンコーダに与えられる入力信号とビット毎に同一であるようにされることである。従って、もしあるならば、エンコーダ及びデコーダの各コアは無損失でなけばならずマトリックス1及びその逆も又無損失であることが求められる。損失の無いエンコーダ及びデコーダコアは無損失符号化に備える任意の方法で本質的に実施され得るが、望ましい実施形態ではこれらの処理はＷＯ−Ａ ９６/３７０４８に開示された処理に従って実施される。マトリックス１実施上考慮すべきことは以下に更に詳説される。
【００３４】
損失の無い符号化のこの区別され得る特徴は、原多重チャンネル信号の無損失回復を可能にすると共に、さもなければ原多重チャンネル信号のみを伝達するのに要するものと本質的に同一の記憶空間及び帯域幅を用いて原信号のマトリックス化された表現又はダウンミックスの簡単な回復を可能にする形で、ＤＶＤ又はその他の媒体で符号化されたストリームを回復させることを可能にする。実際の実施形態では、ダウンミックスを反転させるためにデコーダによって必要とされるか符号化されたストリームによって伝えられる追加の情報の理由及びダウンミックスを符号化するのに用いられるＰＭＱｓは符号化プロセスを最適化させるために利用できないという事実の理由で、ダウンミックスを組み入れた損失無く圧縮された信号に要する記憶空間又は帯域幅は、圧縮された多重チャンネル信号のみによって必要とされるものより非常に僅かしか高くなり得ない。
【００３５】
損失無くマトリックス化を行う一方法は、縦続接続（カスケード）された基本マトリックス量子化器(ＰＭＱｓ)を用いることであり、それは"基本マトリックス“としてＷＯ−Ａ ９６/３７０４８に開示される。これらのＰＭＱｓは、反転可能な方法で他のチャンネルから得られる信号値を用いて1つのチャンネルの信号を変更するのに用いられるマトリックスである。特に、ＷＯ−Ａ ９６/３７０４８は、逆順序の各量子化器の効果を反転することによっていかにして損失の無い逆マトリックス化がなされ得るかにつき開示している。これは図４ａ及び４ｂに例示され、それぞれエンコーダ用に縦続接続された2つのＰＭＱｓ及び逆順序の2つの逆ＰＱＭｓを示す。特に、２つの基本量子化器しかない簡単な状況では、信号Ｓ１、Ｓ2、Ｓ3及びＳ４は、Lｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ等のような原チャンネル、変更された信号Ｓ１’及びＳ2’は、L。及びR。又は 信号 ｍ０及びｍ１で識別され得る。
【００３６】
原信号のビット毎の逐次再構成を立証するために、図４ｂの量子化器Ｑ２には図４ａの量子化器Ｑ２と同一信号が供給される。これらは同一と想定されるので同一出力ｑ２を生成する。図４ａではＳ２’はＳ２’はＳ２’＝−ｑ２として形成され、一方図４ｂでは回復Ｓ２＝Ｓ２’＋ｑ２を行う。Ｓ２がこのように回復されると、図４ｂの量子化器Ｑ１には図４ａの量子化器Ｑ１と同一信号が供給され、信号Ｓ１がＳ２と同一の方法で回復される。
【００３７】
量子化器Ｑ１及びＱ２は、変更された信号Ｓ１’及びＳ2’のワード長が入力信号Ｓ１及びＳ2のそれを越えるのを防止し、情報内容が増加されないようにするために必要とされる。
【００３８】
図４は簡単のために４チャンネルしか示していないが、この原理がどのようにして任意の数のチャンネルに拡張されかつどのようにして多数のＰＭＱｓカスケードで用いられ得るかは理解され得るであろう。各ＰＭＱは１つのオーディオチャンネルのみを改変し、図４では最初の２チャンネルのみが改変される。実際に、任意の又はすべてのチャンネルが変更可能であり、その順序の制限はなく、また所与のチャンネルが２回以上変更されることを禁止することもない。２チャンネルダウンミックスの場合には少なくとも最初の２チャンネルにつき変更されるのが普通であろう。
【００３９】
図４の各ＰＭＱは、それが改変するチャンネルに対して１の利得を有するのが理解されるであろう。そのようなＰＭＱｓのカスケード（縦続接続）からはもっとも一般的なマトリックスを合成することは出来ない。即ち、ＷＯ−Ａ ９６/３７０４８では、セットは１に等しい決定子を有するマトリックスに限定されると説明されている。一般的な場合には、単位の大きさを有する決定子を得るためにダウンミックス等式を尺度化(換算)することが必要である。例えば、先に示したダウンミックス等式の場合には、エンコーダのマトリックス１は下式を実行するように４/３に拡大されるべきである。
【００４０】
【式２】
【００４１】
【式３】
マトリックス０がＰＭＱｓのカスケードとして実行され得ないことは明らかである。その決定子が単位の大きさを持たないのがその理由である。原信号の無損失再構成を与えるためにはマトリックス０は不要なのでこれは問題にならない。２チャンネルデコーダが、損失無く２チャンネル原信号を復号するＰＭＱｓの厳密なカスケードとしてか若しくはダウンミックス用途のより一般的なマトリックスとして、マトリックス０を実行可能にするアーキテクチャーは図８に示され、以下に説明される。
【００４３】
マトリックス０を形成するＰＭＱｓ用の係数を計算するために以下の手順が採用される。例えば、検討された上記の場合にダウンミックス係数は下式で与えられる。
【００４４】
【式４】
【００４５】
【式５】
【００４６】
【式７】
【００４７】
ｍ_ｃｏｅｆｆ［ｉ，ｊ］＝−ｃｏｅｆｆｉ．ｊ
ここでは、図４ａの減算のために負符号が生じる。
【００４８】
図２の多重チャンネルデコーダでは、デコーダと同一値 ｍ_ｃｏｅｆｆ［ｉ，ｊ］を用いて、図４ｂにように逆マトリックス１が実行され得るが、図示のようにPMQsの順序が反転されかつ各符号化PMQの減算が加算に置換される。この場合には入力 ｍ０乃至 ｍ５は２つのサブストリームから得られることに注目せよ。
【００４９】
これまで記載された本発明は特に圧縮の関係で関連性があるが、それは圧縮システムに限定されず一般的に用いられ得る。また、上記原理は２つのサブストリームに限定されない。 例えば、２つのサブストリームを用いて損失無く９チャンネル信号が伝えられ得る。そこでは、６チャンネルダウンミックスを復号するのに要する情報が最初の２つのサブストリームで伝えられ、２チャンネルダウンミックス（６チャンネルの線形組合せとして）を復号するのに要する情報が第１ストリームのみで伝えられる。
【００５０】
現商業的用途では、Lｆ，Ｒｆ，Ｌｓ，Ｒｓ及びLｆｅの形でダウンミックス信号L。及びR。を限定するマトリックスは、概して上記例におけるようにLｆ及びＲｆを乗算する最大係数を有するであろう。しかし、優勢な係数は他信号の幾つかを乗算し得るのでこの状況は保証され得ない。もしLｆ及びＲｆの係数が実際に小さいならば、改変するチャンネルに対してPMQが単位利得を有するとの要件は、１つ又はそれ以上の他のチャンネルがそれに従って拡張されなければならないので問題が導入される。この問題を処理するためにもし上記のような単純な尺度化が用いられるならば、その結果としてマトリックスの他の係数が単位を越えて過負荷又は他の問題が発生し得る。
【００５１】
この問題はエンコーダチャンネルの順序交換、即ち入替えによって処理され得る。そこでは、例えば、 そのL。の係数が最大の「第１」チャンネルが順序（シーケンス）の初めに、またそのR。の係数が最大の「第２」チャンネルが順序の２番目に来られ得るようにされる。この例では、第１及び第２チャンネルが同一ではないと想定される。通常この再順序付は、その係数が実質的に単位を越えない２つのPMQを用いることによってエンコーダでL。及びR。に比例するマトリックス化された信号ｍ０及びｍ１を供給することを可能にする。
【００５２】
エンコーダのこのような入替えで、図２の多重チャンネルデコーダは、正しい順序で信号を再生するために逆入替えを要するであろう。出力チャンネルの再マッピングは、符号化されたストリームのｃｈ_ａｓｓｉｇｎによって指示されるように、MLPデコーダにおいて与えられる。デコーダが入れ替えを用いる場合には、適切な再マッピングを特定することによって逆入替えを加えるようにそれはデコーダに指示し得る。
【００５３】
もしマトリックス化の前にデコーダが入替えを用いるならば、逆入替えがデコーダのマトリックス化前に加えられる。他の可能性は、もし入替えがエンコーダでマトリックス化の後で加えられるならば、マトリックス化の前にデコーダで入替えが加えられるであろう。さらに、もしマトリックスの係数も同様に入れ替えられるならば、マトリックス化の前にMLPストリームのデコーダが入替えを用いることが可能であろう。
【００５４】
確かに起こりそうもないが、上記概説した計画で処理し得ないダウンミックス仕様があり得る。一可能性は、L。及びR。が、同一又は殆ど同一の係数を有するか若しくは、言い換えると、ダウンミックスがモノラル又は殆どモノラルであり得ることである。この状況では上記手順は不充分である。それはｃｏｅｆｆ２，１の式の分母がゼロ又は殆どゼロになり、大きな係数及び過負荷の高確率に帰着するからである。この問題は異なったｍ０及びｍ１を選ぶことによって解決される。ベクトル空間の要素としての信号に関しては、概して信号L。及びR。は６次元のユークリッドベクトル空間の２次元サブスペースに跨るか若しくは概して多重チャンネル信号のチャンネルが正規直交基準を形成するｎ次元ユークリッドベクトル空間に跨る。もしL。及びR。が再構成されるべきならば信号 ｍ０及びｍ１はこの空間を股がなければならない。ｍ０及びｍ１がL。及びR。によって跨れるサブ空間で互いに直交又は殆ど直交するように選択するのが合理的である。入力チャンネルの形でｍ０を決定してしまうと、これらのチャンネルはマトリックスに先立って入替えられ、そのｍ０の係数が最大であるか又は実質的に最大であるチャンネルが最初に来るようにされ得る。次いでPMQが上記により計算され、第１に伝達されるチャンネルが所望のｍ０の換算されたものになるようにされる。その後ｍ１ の換算版を供給するようにPMQを計算することを要する。再び、係数の大きさを最少化するためには先立つ入替えが望ましいであろう。マトリックス化されるべき信号のこの入替えは、マトリックス計算の当業者には周知の「部分旋廻（パーシャルピボティング）」の処理に類似しており、ここではこれ以上説明しない。最初に、ｍ０及びｍ１が任意の換算で与えられ得る。次いでマトリックスダウンミックスを、原チャンネルの形でｍ０及びｍ１を与えるマトリックスで置換することによって係数決定の上記手順が用いられ得る。この手順によって決定された係数は次いでｍ０及びｍ１の実際の尺度化を決定するであろう。
【００５５】
L。及びR。が同一信号であるか又は互いに尺度化されたものである退化した場合には、L。及びR。によって跨れるサブスペースは１次元のものであろう。この場合ｍ０はサブスペース内で任意に選ばれ、ｍ１はｍ０に直交するが、サブスペースの外部から選ばれ得る。２チャンネルデコーダのマトリックス０は、それではｍ０の変換版としてL。及びR。を再構成してｍ１を無視するであろう。
【００５６】
MLP無損失システムではマトリックス０の係数は、第１ストリーム、即ち、サブストリーム０で伝達され、マトリックス１の係数は全体が第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１で伝達されが、これらの係数の幾つかは第１サブストリームから復号された信号を乗算するのに用いられる。
【００５７】
データレート低減と組合ったダウンミックス符号化
マトリックス化を用いる損失の無いエンコーダはWO-A９６/３７０４８で広範に論じられ、そこではマトリックス化の目的は伝達されるチャンネル間の相関を低減させ、それによって伝達されるデータレートを低減させることである。ダウンミックスが上記のように符号化されるべき場合には、マトリックス化はダウンミックス要件によって部分的に特定されるが、仕様にはかなりの自由度が依然として残る。
【００５８】
第１に、ｍ。及びｍ１の選択に当たりそれらがほぼ直交されるという条件はなおL。及びR。によって跨れるサブスペース内の任意の回転を可能にする。この自由度は第１サブストリーム、即ち、サブストリーム０を最小化するために用いられ得る。例えば、２つ又はそれ以上のチャンネルの任意の信号によってとられるデータレートを最小化する、WO-A９６/３７０４８で論じられる方法を用いて最小化され得る。
【００５９】
第２に、例えば６チャンネルの多重チャンネル信号を想定すると、ダウンミックスを供給するために変更されない４つのチャンネルのマトリックス化はそれでもなお完全に特定されない。再び、WO-A９６/３７０４８に記載された方法は、第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１を符号化するのに要するデータレートを最少化するために用いられ得る。PMQ実施の場合には、ダウンミックスを得るために２つのPMQが用いられると共に任意の他の４チャンネル信号に対するのと同一方法で残りの４つのチャンネルのデータレートを最小化するために任意の残りのPMQが用いられ得る。MLP圧縮システムでは、合計で６個のPMQが入手可能であり、このタスクに４つが割当てられ得る。
【００６０】
ディザー
現在オーディオ愛好家仲間ではオーディオ信号の再生に影響するあらゆる量子化がディザーを用いて行なわれることは極度に重要であると考えられる。概して、信号にはそれが量子化器に通される前に小さな擬似乱数のディザー値が信号に加えられる。例えば、S.P. Lipshitz、R.A. Wannamaker及びJ.Vanderkooyの「量子化及びディザー:理論的概説」（J.Audio Eng. Soc., May1992, vol.40, pp. 355-375）を参照せよ。
【００６１】
基本マトリックス量子化器は本質的に量子化を行なう。損失のない符号化及び復号の場合にはディザーがないことは問題にならない。それはデコーダの無損失マトリックス化がエンコーダで行なわれたマトリックス化を正確に反転し、量子化の影響を全く含まないからである。しかし、上記のようにダウンミックス供給にあたりマトリックス０はマトリックス１の影響を反転せず、ダウンミックスが両マトリックスからの量子化の影響を含むであろう。
【００６２】
良好なダウンミックスにさせるためには両マトリックスによってディザーが加えられなければならない。しかし、エンコーダのマトリックス１にディザーを加えることは伝達される信号に影響を与え、それによって多重チャンネル信号の復号が影響を受ける。従って、損失のない復号に対しては多重チャンネルデコーダの逆マトリックス１が符号化マトリックス化のディザーの影響を補償しなければならない。
【００６３】
図５ａ及び５ｂはディザーを含む基本マトリックス量子化器の相補的対を示し、この場合には３チャンネル信号に対するものである。２つのマトリックス量子化器は、信号ｑ１が図５ａの量子化器で減算され、一方図５ｂの量子化器で加算され点のみで異なる。箱マークされたディザーが双方共に同一であるとすれば、図５ｂのPMQは図５ａのPMQの作動を元に戻さないことは容易に理解されるであろう。従って、図１に示すエンコーダでは、マトリックス１が図５ａに示すPMQのカスケードでありように構成され、また図２之多重チャンネルでコーダでは逆マトリックス１が図５ｂに示すようにPMQの逆順序にされたカスケードであるように構成され得る。これは多重チャンネル信号が損失無しに再構成されることを保証する。
【００６４】
最良品質のダウンミックスを再生するためには、エンコーダのマトリックス１及びデコーダのマトリックス０の双方につきディザーに対する従来の要件が満たされなければならない。従って、例えば、エンコーダにおいては図５ａ及び５ｂのディザー発生器は、量子化器Qの２つの量子化段階に等しいピーク対ピーク振幅を有するTPDFディザーを有利に供給できるであろう。もしエンコーダの最初から２つのPMQがダウンミックス信号を供給するならば、それでは以降のPMQにディザーを追加する必要はない。
【００６５】
マトリックス０は異なった型のマトリックスで良いが、それにもかかわらずそれは量子化に先立って、ワード長を増加させる計算を含み、各量子化の前にディザーを加えるのが普通である。
【００６６】
図５ａ及び５ｂの符号化及び復号量子化器での同一ディザー要件は、時々ストリーム内で疑似乱数順序発生器の状態を伝える「シード（種）」を記録するエンコーダ及びシードを読んでそれによってそれ自身の発生器を同期させるデコーダによって満たされ得る。
【００６７】
ＭＬＰの順序発生器は２３ビット環状シフト（送り）レジスタで、下式を用いて疑似乱数２進順序（ＰＲＢＳ）を発生させる。
【００６８】
したがってストリームのシードは２３ビット長である。シフトレジスタは各サンプル期間につき１６ビットだけ送られる。これは直角ＰＤＦを有する新しい１６ビット疑似乱数の数が各信号サンプルにつき発生されことを可能にする。しかし、ＴＰＤＦディザーが望ましいので、１６ビットは８ビットディザーサンプルに分割される。これらの８ビットサンプルはそれぞれ直角ＰＤＦを持つが、さらに２つの三角ＰＤＦを有する非相関ディザーサンプルを供給するためにこれらの２つのサンプルを加算及び減算する選択権を有する。このプロセスは「ダイヤモンドディザー」として知られ、上記引用したＷannamaker 文献AES reprint no．4553に説明されている。エンコーダは、ダウンミックス信号を供給２つのPMQにディザーを加えるためにこれらの2つの三角PDFサンプルを用いることが出来る。
【００７０】
オーディオ愛好家の斟酌は、ダウンミックス信号を回復するためにマトリックス０に加えられるディザーがエンコーダの対応するプロセスと同期されることは必要としない。実際、同一ディザーが加えられるか若しくはマトリックス０においてマトリックス1で用いられるディザーと相関するいかなるディザーを用いることも望ましくない。MLPではダウンミックスデコーダは多重チャンネルデコーダと同一アルゴリズムを用いてディザーを発生するが、シードが異なるのでディザーは異なる。即ち、マトリックス０用ディザーはサブストリーム０で伝えられが、マトリックス１用のシードはサブストリーム1で伝えられる。
【００７１】
MLPではマトリックス０の量子化及び計算はマトリックス１に対すると丁度同じように正確に特定され、またディザーでも同様にエンコーダによって制御され、デコーダはデコーダによって復号されるL。及びR。信号につき、最後のビットまで正確な知識を有する。
【００７２】
この点については以下でさらに触れる。
【００７３】
ダウンミックスの飽和
デジタルチャンネルで扱い得る最大レベルでオーディオ信号を符号化することはしばしば商業的に重要であると考えられる。ライブ音楽のピークは殆ど制御されなくても良く、もし生信号のピークが過負荷を生じさせないならば平均レベルはデジタルクリッピングの十分下方に保たれなければならない。しかし、職業的録音技師は、クリッパー及びリミッターのような、波形変更用の手段を十分備えており、それはチャンネルを極めて十分に変調する「制御された信号」を生成するのを可能にすると同時にピークによる過負荷がないことを保証する。
【００７４】
デジタル過負荷がラップアラウンド（文字次行送り）効果によって生じる極端に不快な人工物に帰着し得ることは理解されるであろう。例えば、従来の２の補数２４ビットオーディオでは最大正値は７ｆｆｆｆｆ１6進法で表される。この数値を１量子化レベルだけ増加させる素朴な試みは８０００００１6進数に帰着し、それは最大負偏位と解釈される。従って、小さな過負荷は大きな高周波エネルギー含有量を有する本格的規模の過渡変化を発生させ、それは極端に不快でしばしばツイータの焼損を起こす。
【００７５】
DVDマスター製作の関係で、制御された多重チャンネルマスターが生成されて無損失符号化用に与えられることが想定される。言い換えると、多重チャンネル信号生成上のあらゆる過負荷問題が既に扱われてきたと想定される。残されたタスクは受け入れられ得るL。R。ダウンミックスを生成することである。
【００７６】
図３の２チャンネルデコーダの出力における過負荷は、マトリックス０の係数を十分に定率削減することによって避けられ得る。しかしそのような定率削減には２つの問題がある。第１に必要とされる定率削減の大きさは全プログラム資料が検査されてしまうまで未知であり、それはマスター製作段階で不都合である。第２に、そのような尺度化は商業的標準により受け入れられない程度に静かな（地味な）ダウンミックスに帰着するかもしれない。これは先立って行なわれる多重チャンネル信号のクリッピング又はリミッティング（振幅制限）が、多重チャンネル信号から得られるダウンミックスのピーク対平均比率の抑制には必ずしも効果的でないからである。
【００７７】
符号化段階でダウンミックスを調節するのは不可能である。その理由はこれがｍ０及びｍ１の伝達(送信)を変更させ、それでは多重チャンネル信号の回復が無損失でなくなるためであろう。
【００７８】
従って、本発明はデジタル出力で扱い得るより大きい振幅のダウンミックス信号を内部的に発生させる能力を有するダウンミックスデコーダに備えると共に不快な影響なくダウンミックス信号の過負荷が扱えるように最終出力の前にリミッター又はクリッパーを内蔵するデコーダに備える。
【００７９】
MLPでは、出力ワード幅は２４ビットに特定され、大抵の内部信号路も同様に、各PMQ間の路を含めて、２４ビット幅に特定される。しかし、デコーダの最終PMQ後に、符号化されたストリーム内で時々運ばれる“output_shift”情報によって特定される可変数ビットだけ左又は右に送るシフター（送り装置）が与えられる。もし入力と、２４ビットを超えるビットを要するダウンミックスに帰着するダウンミックス仕様とがエンコーダに与えられるならば、エンコーダはマトリックス化以内での過負荷を避けるために当該ダウンミックス仕様を定率削減させる。この定率削減は２の冪によってなされ、“output_shift”情報の正の左送りを特定することによって正しい振幅がデコーダで回復され得るようにされる。デコーダのシフターはこのように正しい振幅のダウンミックス信号を発生させ、それは２４ビット出力にとって大き過ぎるかもしれない。従って、先に述べた望ましくないラップラウンド影響を避けるためにシフターと出力間にクリッパーが配置される。クリッパーは多くのDSPチップで与えられる便宜を用いて好都合に実施され、それによってアッキュムレータ（累算器）の数値は「飽和計算」を用いてメモリに記憶され得る。
【００８０】
もしストリームの“ch_assign情報に依存してアッキュムレータが記憶されるメモリ位置を計算し得るならば、この場合には付加的な相乗効果が生じる。これはデコーダで求められるチャンネルの逆入れ替えを、別々の作動として実行させることなく達成させる。
【００８１】
LSBバイパス
もし入力信号が全２４ビット範囲を用いるならば、図４及び５によりPMQを用いてチャンネルを改変する試みは、２４ビット範囲を超える信号につながるかもしれない。損失のない符号化及び復号にとって内在的であるこの増大した範囲は、図６のアーキテクチャーを用いることによって２４ビット計算を用いるプロセッサにさえも経済的に収容され得る。
【００８２】
図６ａは、その左側にシフターを組入れるPMQを示す。信号路は概して２４ビット幅と想定されるが、S1から量子化された信号ｑを減算した後では、加算用の頭上空間（空き高）を可能にする２５ビットデータ路が与えられる。次いで信号は算術的に１ビットだけ右に送られ、ワードの底から送られるLSB（最下位ビット）が主出力S1’から別に出力される。S１’は残りの２４高順序ビットを含む。
【００８３】
このように送り出されたLSBは勿論信号で運ばれる。信号S1、S2及びS3を復号するために信号S1’、S2及びS3と共にLSBは図６ｂの右側示す逆PMQに与えられるべきである。ここでLSBはS１’に追加され、その結果が１ビットだけ左に送られ、別に運ばれるLSBが送られたワードのLSBになるようにされ、それによって被量子化信号ｑが追加される２５ビット信号を与える。この加算の結果は、S1が２４ビット信号であるとの想定で、図６ａに示すPMQへの入力として供給された信号S1の損失のない再生のおかげで２４ビットの幅だけに止まる。
【００８４】
図６ａの右側及び図６ｂの左側に示すと通り、LSBが別に運ばれるようにバイパス路があるとの前提では、２つの相補PMQ間に２４ビット幅の損失のない処理及び損失のない逆処理路をさらに挿入することが可能である。例えば、MLPエンコーダの部分構成図が図７ａに、またそれに対応するデコーダが図７ｂに示される。脱相関器及びエントロピーコーダーが図７ａのマトリックスの後に続く。従がって、この例では図６ａに示す「損失のない処理」はこれらの項目を含む。同様に、図７ｂを参照すると、図６ｂに示す「逆損失のない処理」はエントロピーでコーダ及び再相関器を含み得る。図７ａ及び７ｂに示す通り、この処理に亘ってバイパスされたLSBを保持し、それを記憶しかつ符号化されたサブストリーム又はストリームからそれを回復するために注意が払われる。
【００８５】
時にはMLPのマトリックス化は過負荷の原因とはならない。しかし、概して信号振幅を低減させるように設計される脱相関器は、特殊のサンプルにつき振幅を増加させ、それによって過負荷問題に遭遇する。この場合には図６ａに示す型のPMQは、当該信号の振幅を低減させ、従がってさらなる処理のために約６ｄＢの頭上空間を与えるために用いられ得る。PMQがこの目的のためにのみ用いられる場合には図６に示す係数は０に設定され得る。
【００８６】
PMQから２つ以上のビットが送り出され、バイパス信号として伝達され得るように図６の構成が一般化され得ることは明らかであろう。これがMLPでなされることはない。
【００８７】
図６ａに示す処理は無損失であり、それに対応する図６ｂに示す逆無損失処理もまたぬ損失である。従がって、この処理を入れ子（次々に高次ルーチンに組込む）することが可能である。例えば、図６ａの右側に示す「無損失処理」は図６ａの左側に示す種類のPMQを含むことが可能で、この入れ子にされたPMQ符号化効果は、図６ｂの左側に示す「逆無損失処理」に図６ｂの右側に示す種類のPMQを含ませることによって反転され得る。この場合にはバイパスされるLSBは各段階で発生され、２つのバイパスされたLSBが任意のさらなる処理のために四方に運ばれなければならない。
【００８８】
MLPエンコーダではカスケード（縦続接続）された6個までのPMQがあり、その任意のもの又はすべてがバイパスされるLSBを与えるように構成され得る。各バイパスされたLSBは異なったPMQから来るが、異なったチャンネルから来る必要性はなく、エンコーダは時々１チャンネルに２つ又はそれ以上のそのようなPMQを割当てるように選択し、このようにして当該チャンネルに対して１２ｄＢ又はそれ以上の追加の頭上スペースを得ることができる。
【００８９】
図６ａ及び６ｂに示すものと同等の効果を有するトポロジー（接続形態）の変形がある。図６ａの信号ｑの減算及び図６ｂの信号ｑの加算は相互交換され得る。減算は、係数の符号を反転させることにより、もし用いられているならディザー符号を反転させることによって、また必要なら量子化器Ｑを調整することによって、例えば、下方に丸める量子化器を上方に丸めるものと置換することによって避けられる。他の変形物は、ＷＯ−Ａ９6/３７０４８の図２３ａに示すように、側鎖の代わりに量子化器Ｑを順方向路に配置し、再び下方又は上方に丸める量子化器の選択に注意することである。図６ｂでは、S１’信号及びLSBの送りが共にS１’信号の左送りとして代わりに実施され、それによって０のLSBを生成し、次いで別に伝達されるLSBを加えるようにすることができる。この場合には別に伝達されるLSBの追加は、量子化された信号ｑの追加と組み合うか又はそれ以降に実施され得る。MLPに対する実施形態での追加は２４ビット数を生成すべきである。
【００９０】
図８はMLPに対して特定されたデコーダPMQを示し、そこでは第２チャンネルS2が変更され、３つのチャンネルS1、S2及びS3を回復するように構成される。これは上記変形物のいくつかを組入れ、さらに左送りを実行するために一般的乗算を用いる。エンコーダーは各係数値を特定してそれらをストリームに含める。このように、信号S２’ を１ビットだけ左に送るためにエンコーダは係数ｍ_coeff［２,２］を+２と等しく設定し得る。ＭＬＰは範囲［−２,＋２］の１６ビットの係数を用いる。従がって、この場合には復号ＰＭＱは信号を反転させ、補償するためにエンコーダも同様に信号を反転させなければならない。
【００９１】
先に述べた通り、加算及び減算によって２つのＴＰＤＦディザー信号を供給するために２つの相関していないＲＰＤＦディザー信号を有することは有利である。ＭＬＰマトリックス化では、順序発生器から得られる２つの８ビットＲＰＤＦディザー信号は２４ビットに符号拡張され、それらが２つの余分なチャンネルであるかのように扱われる。これらのディザーチャンネルは決してＰＭＱｓによっては変更されない。図８のディザーは以下のように与えられることが理解されるであろう。
【００９２】
ｍ_coeff［２，４］ディザー０ ＋ ｍ_coeff［２，５］ディザー１
このディザーは、図６ｂのディザーとして確認されるものと同一である。もしｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］が同一大きさを有するならば、ディザーは所望の三角ＰＤＦを有するであろう。従がって、もし、ダウンミックスを供給するために２つのＰＭＱｓが用いられるならば、エンコーダは、ｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］を、一方のＰＭＱでは同一符号で特定し、他方のＰＭＱでは反対符号で特定し、従って、既に述べた「ダイヤモンドディザー」方法によって相関のないＴＰＤＦディザー信号を供給する。
【００９３】
もし我々が図８での入力信号を２４ビット整数と考えるならば、乗算器からの出力値は２進点後は概して１４ビットを有するであろう。それは２進点後では係数ｍ_coeff［２，ｊ］が１４ビットに及ぶからである。当面我々は、量子化器ＱＳＳが２４ビットの整数値に量子化すると想定する。この場合には、もし２つの８ビットＲＰＤＦディザー値が２４ビットワードディザー０及びディザー１の形で正確に正当化されるならば、ｍ_coeff［２，４］及び ｍ_coeff［２，５］に対する正しい大きさは２−８である。
【００９４】
もし、ダウンミックス信号に影響を与えることなくストリームのビットレートを低減させるために追加のＰＭＱｓが用いられるならば、エンコーダでディザーを用いないことが普通であり、従ってＰＭＱのディザーチャンネルを乗算するのに用いられるｍ_coeff［２，ｊ］値は０であろう。これは、すべてのＰＭＱｓにディザー能力を含めないことによって節約がなされることを示唆する。しかし、この節約はＭＬＰ実施形態ではなされない、その理由は実際の実施形態の規則正しい構成から実現される利点は一対の付加的乗算の費用より遥かに重要だからである。
【００９５】
ＭＬＰでは図８によりカスケードされたＰＭＱｓがマトリックス０及びマトリックス１の双方に用いられる。マトリックス１の場合には、チャンネルの係数が変更されるのが通常であり、例示された場合ではｍ_coeff［２，２］は、ＬＳＢバイパスが用いられる場合には値-２を有し、ＬＳＢバイパスが用いられない場合には＋１又は-１のいずれかを有するのが普通である。この選択はエンコーダによってなされ、係数はデコーダによって用いられるようにストリームに含まれる。
【００９６】
ダウンミックスを再生するために２チャンネルデコーダが用いられる場合には、L。及びR。を与えるためにマトリックス０はｍ０及びｍ１信号のマトリックス化、尺度化を与える。再びデコーダの規則性及びエンコーダに対する柔軟性が図８のアーキテクチャを一様に採用する理由である。
【００９７】
マトリックス０では、変更されるチャンネルの尺度化（定率換算）は、尺度化に貢献するディザー係数を除くすべての係数を尺度化することによって達成され得る。もし定率拡大を要するならば、求める尺度化が［-２，２］の利用可能な係数範囲を超える可能性があるか若しくはマトリックス化以内で信号過負荷が起こる可能性がある。これは２の冪だけ尺度化を低減させ、次いで所望のレベルを回復するために最終の「出力シフト」を用いることによって扱われ得る。
【００９８】
ダウンミックスを有するＭＬＰでは、ダウンミックスデコーダは損失のない再生を試みないので、バイパスされたＬＳＢｓを第１ストリーム、即ち、サブストリーム０で運ぶのが通常である。第２サブストリーム、即ち、サブストリーム１は多重チャンネルデコーダのマトリックス化に求められるすべての情報を伝え、それは各係数、ディザーシード及びサブストリーム０で運ばれるチャンネルから脱落されたＬＳＢｓを含むバイパスされるＬＳＢｓを含む。
【００９９】
上記論議に影響しない図８の一特性は、量子化器ＱＳＳは２の冪であるステップサイズまで量子化することが可能であり、従って切頭点をＬＳＢより１つ又はそれ以上のビット上方に設けることである。この便宜性は、２４ビットワードの最少ビットを用いない入力信号の扱いを最適化するために含まれる。ＭＬＰではＬＳＢバイパス特性は量子化ステップサイズが１に設定される時にのみ用いられる。
【０１００】
ストリーム完全性及び無損失検査
損失のある符号化システムは概して入力信号の正確な再構成でない出力を供給する。完全性検査、例えば、周期的冗長性検査（ＣＲＣ）又はパリテー検査は、伝送誤差にフラッグが付けられ得るように符号化された信号に限定されるべきである。入力信号及びその最終再構成物との間の関係については幾分未知であり、損失のある符号化及び復号プロセスに内在する損失の双方によると共に多分符号化プロセッサとは異なる復号プロセッサの計算作用によって生じるプラットフォーム関連誤差によって影響される。
【０１０１】
ＭＬＰでは、「損失のない検査」値として知られるパリティーワードが入力信号の各区分につき計算され、符号化されたストリームに含まれる。デコーダは類似のパリティーワードを計算し、もしこの計算したワードがストリームに含まれるワードと適合しないならば、誤差が起こっていることを指示することが期待される。損失のある符号化システムで可能な検査とは異なり、損失のない符号化システムでなされる検査は、アルゴリズム、プラットフォーム関連不一致及び伝送誤差以内の過負荷又は他のアルゴリズムに起因する不首尾を示すことができる。
【０１０２】
望ましい実施形態では、プレーヤーがそのような誤差を使用者に知らせることが可能である。例えば、２つの検査ワードが一致すると「無損失」光が点灯され、さもなければ消灯され得る。不首尾は瞬間的なので使用者がそれを認識する時間があるように、例えば、信号不首尾の受信と同時に２秒間で光が消滅されうるようにパルス拡張回路が用いられ得る。
【０１０３】
MLPでは損失のない検査値は、典型的に１２８０ワード区分以内のすべてのチャンネル及びすべてのサンプルにつき計算される８ビットパリティーワードである。この区分はMLP仕様の形で２つの連続「再スタートポイント（再開始点）」間にすべてのサンプルを含む。MLPは２４ビットワードを想定するので、パリティーは当然２４ビットワードとして計算されるが、このパリティーワードは３つのオクテット又はバイトに分割され、損失のない検査値を供給するためにこれらが共に排他的論理和がとられる。パリティーを計算する前に、各２４ビット信号ワードはそのチャンネル数と等しいビット数だけ回転される。この回転は、２つのチャンネルに同等に影響を与える誤差がさもなければ検出されない問題を回避する。
【０１０４】
代替実施例は、８ビットパリティーオクテットを生成するために各チャンネルの各区分以内のすべてのオクテットのパリティーをとり、それらを共に排他的理論和する前に各パリティーオクテットをそのチャンネル数だけ回転させることである。これは２４ビットワード長をもたないプロセッサについてはより経済的であり得る。
【０１０５】
単一サブストリームを有するMLPでは、損失のない検査値は損失なく再生される原信号に関する。MLPがダウンミックスを伝送しているとき第2サブストリームは原信号に関する損失のない検査値を伝送し、これは多重チャンネルでコーダによって検査されるであろう。
【０１０６】
このダウンミックスの場合では第１サブストリームもまた損失のない検査値を伝送するが、これはダウンミックスのみに関する。ダウンミックス出力は原信号の損失のない再生ではないが、それはマトリックス０の量子化が正確な仕様及びディザーの正確な仕様のおかげで決定され得る。それ故に、エンコーダはデコーダによって再生されるダウンミックスを決定し、このシミュレートされたダウンミックスから「損失のない検査」値を計算し得る。DVDオーディオマスター製作に関連して、エンコーダは試聴のために利用できるシミュレートされたダウンミックスを作るべきであることが意図され、それゆえに聴取者は、このプレーヤーで回復される信号がマスター製作技師又は録音プロデユーサによって聴取された信号とビット毎に同一であることが保証され得る。
【０１０７】
過負荷の場合には例外が発生し、それは既に述べたように通常プレーヤーのクリッピング又はリミッティングによって扱われる。クリッピング又はリミッティングの作用が正確に限定されないので損失のない検査値は任意の飽和又はリミッティングの直前の信号から計算される。既に述べた通り最終のPMQ後デコーダがシフターを内蔵し、飽和計算を用いてアキュムレータをメモリへ記憶することによってクリッピングを実行しうるMLPでは、損失のない検査がアキュムレータの数値から直接計算され得るので、それによってそれは飽和により影響されない。
【０１０８】
時には、図９に示す通り、伝送されるデータレートを低減させるために損失のないエンコーダが予備量子化器に続いて設けられ得る。予備量子化に関する追加の情報は既に引用した上記AES１９９７及びAES１９９８文献から入手し得る。これらの状況では予備量子化によって受取られる原信号の再生は無損失ではないが、予備量子化された信号の再生は無損失であろう。再び、このプレーヤーで回復される信号は、マスター製作段階で試聴されたか又は少なくとも試聴用に入手可能であった信号とビット毎に同一であることが聴取者に保証され得るように、予備量子化された信号は試聴のために利用可能にされ、また損失のない検査値は予備量子化された信号から計算されるべきである。
【０１０９】
エンコーダーマトリックス選択計画
２チャンネルダウンミックスを符号化するために信号ｍ０及びｍ１はダウンミックスチャンネルL。及びR。によって跨れるサブスペース内になければならない。この規準内にはかなりの柔軟性があるが、ある選択では他のものより良い。エンコーダは、いくつかの理由によってｍ０及びｍ１が殆ど線形になるように選択することは避けるべきである。第１に、それではマトリックス０が多分大きな形成を有すると共に回復されたダウンミックスは雑音気味であろう。第２に、マトリックス１に含まれるPMQを決定する各式を解くに当たり、エンコーダは多分許容範囲より大きい係数を発生させるであろう。第３に、信号のマトリックス化は損失のない圧縮に対するデータレートに影響を与え、互いに極く類似する信号を別々に伝送するのは非能率である。
【０１１０】
既に注記したように、これら問題の最悪のものを避ける一方法は、ｍ０及びｍ１が互いに直交するように選択することである。即ち、ｍ０及びｍ１は列が互いに直交するマトリックスによっテ入力信号で限定される。この規準もなお幾らかの柔軟性を残し、例えば、それはL。に比例してｍ０をとることによって解決され得る。例えば、以下のダウンミックス仕様を考究せよ。
【０１１１】
【式８】
【０１１２】
【式９】
信号ｍ１はL。及びR。の線形結合でなければならない。L。に直交し従ってｍ０にも直交する線形結合は、ｍ１（unscaled）＝R。−λL。によって与えられる。ここでλは下式で表され、同式のシンボルは２つのベクトルのスカラー又はドット積を示す。
【０１１４】
【式１０】
【０１１５】
【式１１】
【０１１６】
【式１２】
【０１１７】
【式１３】
を第２位置に移し、下式で示すようにｍ１がマトリックス出力の第２位置に現れるようにさせる。
【０１１８】
【式１４】
【０１１９】
【式１５】
【０１２０】
上記例は、エンコーダによって採用され得るいくつかの計画の１つを示す。より簡単な計画は、上記のようにｍ０を計算し、そこで尺度化は別として、Lｆの係数が０になるようにL０の比例部分λをR。から減算することによってｍ１を限定することである。この特殊な例では、原ダウンミックス仕様の希薄さはλ＝０で満たされる下式の状態に帰着する。
【０１２１】
【式１６】
【０１２２】
【式１７】
上記簡略化された手順では直交性は達成されないが、例えば、Ｌ。及びＲ。それ自体が殆ど線形依存するとすれば、殆ど線形依存するｍ０及びｍ１の発生を防止することができる。Ｌ。及びＲ。が実際に線形依存している可能性（即ち、それらが相互の尺度化されたものである）は、特殊の場合として試験かつ取扱われなければならない。
【０１２４】
その代わりに、さらに進んだエンコーダでは上記直交性条件は、信号ｍ０及びｍ１の相互相関がほぼゼロになるべきであるという条件によって置換えられ得る。この条件はλの適切な選択によって満たされ得る。ゼロ相互相関の条件はｍ１のエネルギーを最小化し、周波数依存性が無い場合これは伝送されるデータレートを最小化するのに有効であろう。ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８に説明されているように、スペクトル変化存在下のデータレートはエネルギーよりも情報内容により多く依存する。典型的なオーディオ信号では、エネルギー及び相互相関は、帯域幅が小さいために殆ど情報内容を持たない大きな低周波信号によって支配されるであろう。従って、相互相関を計算する前に、典型的に高周波数を強調するスペクトル加重を用いるのがよりよい。理想的にはスペクトル加重は信号それ自体に適応されるであろうが、最適又はそれに近い加重を決めるのは複雑であり、実際には固定加重で十分であろう。例えば、ｚ変換が（１−ｚ−１）２であるデジタルフィルタは、オーディオ帯域の低及び中間周波数部分全体に亘ってオクターブ１２ｄＢで上昇する応答を有し、これは概して大きな低周波数信号による不適当な支配を抑制するのに十分である。
【０１２５】
ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８では伝送される信号の好ましい方向は、周波数依存性のないときには信号の相関マトリックスであったマトリックスの固有ベクトルであると開示されている。そのような選択は伝送される信号間のゼロ相関につながるであろう。しかし、固有ベクトルの計算は時間がかかり、ゼロ相関が減算によって簡単に達成される上記概説された手順は、固有ベクトル計算から結果的に得られるものから理論的には殆ど変わらないデータレートにつながるものである。
【０１２６】
伝送される信号の方向を選択する上記手順は同様に一般的に用いられる。即ち、ダウンミックスを計算しないエンコーダ又は一度ダウンミックスが引出されてしまっている残りのチャンネルの処理にも用いられ得る。
【０１２７】
伝送されるチャンネルのベクトル方向が１個ずつ選ばれる手順について以下に述べる。第１チャンネルが選択され、他のチャンネルがそれから減じられ、減じられた後に残留する信号のエネルギーを最小化するように係数が選択される。基本マトリックス量子化器は減算を実行し、出力信号を供給する。次いで他の入力チャンネルが選択され、再びＰＭＱによって他チャンネルが減じられる。ＰＭＱは次ぎの出力信号を供給し、そこでのエネルギーが最少になるように係数の選択を完了させる。同プロセスは全入力チャンネルが処理されてしまうか、入手可能な全ＰＭＱが用いられてしまうか若しくはさらなるマトリックス変換を用いる価値がないと考えられるまで反復される。ＰＭＱによって変更されなかったさらなる入力チャンネルは無変更で出力に送られる。
【０１２８】
この手順に関する改良は、エントロピーの何らかの量、若しくはエネルギーを単純に最小化するよりはむしろ信号の情報内容を最少にするように減算を選択することであろう。ＷＯ−Ａ ９６／３７０４８では、エントロピーは全周波数に亘るスペクトルの全対数をとることによって評価されており、この規準に関して各最小化につきを計算することは完全に可能であろう。スペクトル的に加重されたエネルギーの最小化は計算的には集約性がより低い代替案であり、信号に依存して適切なスペクトル加重を計算する各種の方法がある。なお経済的なのは、例えば、ｚ変換（１−ｚ−１）２を有するデジタルフィルタによって与えられるような、固定周波数加重を用いることであろう。
【０１２９】
上記プロセスがベクトルの直交セットを供給するGram-Schmidt直交化を用いることに幾分類似していることは、数値計算マトリックス代数技術の当業者によって理解されるであろう。減算を考慮するとき既に処理されてしまっている各ベクトルを含めることは、それらがまだ処理されていないベクトルに直交する構成によるものなので、類推により不要と考えられる。しかしダウンミックスが符号化されているときは概してこれは事実ではなく、またエネルギーよりはむしろエントロピーの最小化であるとすれば事実ではない。従って、概して各ＰＭＱは既に処理されてしまっている信号及びこれから処理されるべき入力チャンネルの双方を減算するであろう。
【０１３０】
これまで変更のためにチャンネルが選択される順序は任意と考えられてきた。多くの場合において順序は最終データレートには殆ど影響しないが、それは実質的に減算での係数のサイズに影響し得る。ＭＬＰは係数を最大値２に制限しているので、この考察は重要である。もし最小化がエネルギー又は固定スペクトル加重を有するエネルギーについてであれば、これは計算的に極端に速く、試験的に任意に選択し、もし係数が大きすぎるならばそれを拒否して別のものを試験することが完全に可能である。他の発見的研究は、エネルギー又はスペクトル的に加重されたエネルギーが最少のチャンネルを変更のために選択することである。
【０１３１】
もし、ＰＭＱが図８のように実行されるならば、変更されるチャンネルにつき＋１若しくは-１の係数を選ぶのが普通であろう。もし、減算で過負荷信号が発生されるならば、係数は低減され得る。ＭＬＰでは、上記のバイパス方法を用いてそれを-０．５に低減させるのが普通であろう。これは通常十分な追加の頭上スペース６ｄＢを与えるであろう。もしそうでないならば、幾つかの可能性がある。現在考えられているマトリックス変換は変更又は放棄され得る。即ち、入力チャンネルは変更無しで伝送され得る。又は、もし別のＰＭＱが利用可能ならば、それもまたＬＳＢバイパス作動用に構成され、考慮されているチャンネルに割当てられ、さらに６ｄＢ増加された頭上空間が可能になり得る。追加のＰＭＱは減算を実行するＰＭＱに先立って用られるであろう。単に信号振幅を低減させるのに要する追加のＰＭＱは、通常ＭＬＰでは-０．５の係数を変更中のチャンネルに用い、さもなければゼロ係数を有するであろう。
【０１３２】
２つ又は３つのＰＭＱがチャンネル処理に必要とされる特殊の場合は、ダウンミックス仕様が実質的に幾つかの同一大きさの係数を持つところである。例えば、上記例でｍ０を供給するＰＭＱは１未満のすべての係数を有するが、係数の絶対サイズの和が２.６２７の場合である。このように、ｍ０を供給するＰＭＱが、たとえＬＳＢバイパスを用い、チャンネルを０．５だけ尺度化するとしても、ファクター１．３１３の信号サイズの増加がなお可能である。これが起こるのは、所与のサンプル周期で、もし入力チャンネルが同時に全変調を達成し、各々がＰＭＱのその係数と同一符号を有するか、若しくはもし各々がその係数と反対の符号を有するときである。過負荷は、ｍ０を供給するＰＭＱに先立ってＬＳＢバイパスを実行する追加のＰＭＱを割当てることによって避けられ得る。
【０１３３】
簡単のために、上記記載はエンコーダによって実行されるＰＭＱのみにつき言及している。エンコーダで用いる各ＰＭＱにつき、それは損失のないデコーダによってマトリックス１で用いられるべき対応するＰＭＱを特定しなければならないことが理解されるであろう。ＬＳＢバイパスの場合には変更中のチャンネルに-１．５の係数を用いるエンコーダＰＭＱは、そのチャンネルに-０．２の係数を用いるデコーダＰＭＱを意味する。ダウンミックスの場合エンコーダは、ｍ０及びにｍ１になされた選択に依存してダウンミクス０の係数を特定しなければならない。さらに、もしチャンネルが尺度化されてしまっているならば、チャンネルを乗算する後続のダウンミックス係数を計算するに当たり換算係数を考慮しなければならない。
【０１３４】
混合レート内容の符号化
ＤＶＤオーディオ仕様は２つのサンプリング周波数を用いてディスクで運ばれるべき録音物を考慮する。例えば、前方チャンネルＬｆ、Ｒｆは９６ｋＨｚサンプリングレートで符号化され得るが、その一方でデータレートを低減させるために他のチャンネルは４８ｋＨｚで符号化され得る。しかし、第１サブストリームでのダウンミックス情報の同時伝送についての前記記載では、チャンネルはすべて同時に、特に同一サンプリングレートでサンプリングされると想定される。
【０１３５】
P.G. Graven、M.J. Law及びStuartの「IIR予測フィルタを用いる損失のない圧縮」（J. Audio. Eng.Soc., Abstract, March 1997, vol. 45 no. 5, p. 404 preprint no. 4415）は、損失のない圧縮を用いるときデータを節約するためにサンプリングレートを下げる必要はないと説明している。信号の帯域幅を制限することで十分である。それは、無損失エンコーダは自動的に信号の情報内容の低下に応答してそれをより低いビットレートに符号化するからである。
【０１３６】
アップサンプリングされた信号は内在的に制限された帯域幅を有する。例えば、９６ｋＨｚでサンプリングされた信号は殆ど４８ｋＨｚに及ぶ周波数を再生する能力を有するが、そのような信号は、もしそれが４８ｋＨｚサンプリング信号をアップサンプリングすることによって得られるならば、２４ｋＨｚを超えると非常に小さいエネルギーを有するであろう。従って、もし「混合されたレート」の資料に無損失圧縮が用いられるならば、データレートに著しい悪影響無しにあらゆるチャンネルをアップサンプリングし得る。即ち、符号化前に、例えば、４８ｋＨｚより低いレートで与えられるあらゆるチャンネルは、例えば、９６ｋＨｚの同一サンプリングレートで符号化されるようにされる。この統一されたサンプルレートは本発明を実施するのに要するマトリックス操作を可能にする。
【０１３７】
アップサンプリングは、「デジタル信号処理」文献では「内挿法」としても知られ、それを行なう技術はよく知られている。図１０はこの特性を含むようにされたエンコーダを示す。濾波が遅延を要するので、アップサンプリングを要しないチャンネルＬｆおよびＲｆには補償遅延が与えられる。
【０１３８】
内挿濾波は概して無損失ではないが、望ましい実施形態では図１０の「アップサンプル」フィルタは「半帯域フィルタ」として知られる型のものである。内挿に用いられると、半帯域フィルタは、入力サンプリング点の２倍のサンプリング点を有する出力を供給する。偶数番号の出力点は入力点に対応しかつ入力値と同一のサンプル値を含み、一方奇数番号の出力点は各入力値間の中間点にありかつ内挿された値を含む。
【０１３９】
ストリームがこのように符号化されると、プレーヤーは２つの選択権を有する。それはすべてのチャンネルが元々９６ｋＨｚでサンプリングされたかのようにストリームを演奏し、このように偶数および奇数サンプルの異なった起源を無視し得る。その代わりにプレーヤーは、元々４８ｋＨｚでエンコーダに与えられたチャンネルの場合に偶数サンプルのみを選択し得る。この場合にはプレーヤーはエンコーダに与えられた被混合レート内容の無損失再構成を入手し得る。これを可能にするために符号化されたストリームはどのチャンネルが元々より低いサンプリングレートで与えられたかの仕様およびどのサンプルが偶数および奇数と見なされるかの指示を含まなければならない。後者は、ストリームがブロック内のサンプル数が常に偶数であるブロックを含むかどうかを意味する。ＤＶＤオーディオでは、「アクセスユニット」および「プレゼンテーションユニット」がそのような構成を与える。
【０１４０】
ＤＶＤオーディオ仕様は同様に８８．２ｋＨｚおよび４４．１ｋＨｚでの混合レート内容を規定する。上記混合レート符号化特性はこの場合に対しても同様に用いられ得る。
【０１４１】
実施
本発明の各種の面を実施するのに要する機能は、離散論理構成素子、1つ又はそれ以上のＡＳＩＣ、プログラム制御プロセッサ等広範な方法で実施される構成要素（素子）によって実行され得る。これらの構成要素が実行される方法は決定的ではない。例えば、本発明のこれらの面を実施するのに要する操作は装置によって実行され得る。同装置はデジタル情報、同情報を記憶するランダムアクセスメモリ、1つ又はそれ以上の命令プログラムを記録する媒体および命令プログラムを実行するプロセッサから成る。命令プログラムは、各種の読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気テープ、磁気ディスク、光学ディスク等各種の機械読取可能な媒体又は他の製造製品によって記録され得るか若しくは超音速から紫外線周波数までのスペクトル全体に及ぶベースバンド又は変調通信路によって伝達され得る。
【０１４２】
符号化および復号処理並びに装置の各種特性につき以上説明されてきた。これらの特性が別々に実行され得るところでは、これらの特性によって与えられる各種利点から利益を得るために、これらの特性があらゆる組合せで合体され得ると考えられることを理解すべきである。請求の範囲は各種の特性を独立して限定しているが、全請求の範囲は互いに結合され得ると共に本開示はそのようなすべての組合せを含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
以下添付図面を参照して本発明の各例につき説明する。
【図１】 マトリックスを含む損失のない６チャンネルエンコーダの外観を示す。同マトリックスはマトリックス化されたチャンネルを2つのサブストリームに符号化するのに用いられ、同サブストリームは次いで単一ストリームにパッケージされてDVDに記録される。
【図２】 原６チャンネルの損失のない再構成を与えるために図1のエンコーダによって生成された2つのサブストリームを復号する多重チャンネルデコーダを示す。
【図３】 2チャンネルダウンミックスを供給するためにのみ第1サブストリームを復号する2チャンネルデコーダを示す。
【図４】 図４ａは4チャンネル信号の2チャンネルを変更する縦続された2つの基本マトリックス量子化器を示す。図４bは図４ａの処理を反転するよう構成された類似の縦続された2つの基本マトリックス量子化器を示す。
【図５】 図５ａはディザーを組み入れた基本マトリックス量子化器を示す。図５ｂはディザーを組み入れた基本マトリックス量子化器を示す。
【図６】 図６ａは「LSBバイパス」の便宜及びさらなる損失のない処理の場合にバイパスされたものの独立した伝達を与えるために変更された基本マトリックス量子化器を示す。図６ｂは図６aと相補的であり、さらなる損失のない処理の場合にバイパスされたLSBの単独の伝達及バイパスされたLSBを集積して原信号を再構成する基本マトリックス量子化器を示す。
【図７】 図７ａはLSBバイパスを有するKLPエンコーダの一実施形態の部分的構成図である。図7bは図７ａのエンコーダと相補であるデコーダの一実施形態を示す。
【図８】 MLPデコーダの一実施形態で用いられるように特定された基本マトリックス量子化器を示す。
【図９】 試聴用の出力及び予備量子化された出力から計算された「無損失検査」値を有する予備量子化器に先行する損失のないエンコーダを示す。
【図１０】 ４８ｋHz及び９６kHzにおいて混合レートの信号サンプルを符号化する、アップサンプラーによって先行される損失のないエンコーダを含む装置を示す。
Claims (30)
- Ｎ個の入力チャンネル信号を取得するステップと、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換するステップと、
前記入力チャンネル信号から導き出したチャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のデコーディング出力チャンネル信号を順序づけするステップと、
を具備するデコーディング方法。 - 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの後に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの前に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記入力チャンネル信号は、左前方、右前方、左環境、右環境、中央及び低周波効果チャンネルを表すことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに対応する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に前記入力チャンネル信号から取得した利得係数を乗算するステップと、
前記乗算がなされた第１のチャンネル信号と前記入力チャンネル信号から取得した１以上の最下位ビットとを結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。 - Ｎ個の符号化された入力チャンネル信号を取得するステップと、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換するステップと、
チャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のエンコーディング出力チャンネル信号を順序づけするステップと、
前記エンコーディング出力チャンネル信号と前記チャンネル順序づけ情報とを表す情報を伝達する複数のサブストリームを生成するステップであって、第１のサブストリームは、前記マトリックス出力チャンネル信号の精密なサブセットを表しダウンミックス仕様を含有することを特徴とするステップと、
を具備するエンコーディング方法。 - 前記ダウンミックス仕様から前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記ダウンミックス仕様中の最大の係数を有するチャンネル信号が前記第１のサブストリーム中に表された第１のチャンネル信号になるように順序づけられた、前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記第２のサブストリームが損失無く圧縮されるような修正を、前記複数のサブストリーム中の第２のサブストリーム中に表されたチャンネル信号に行うために、前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の基本マトリックス量子化器を適用することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに応答する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に利得係数を乗算するステップと、
前記利得係数と、前記第１のチャンネル信号に乗算演算を行った結果生じた、前記第１のチャンネルに配置されたビット数を越えた１以上の最下位ビットとを含めるために複数のサブストリームを生成するステップと、
を具備することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。 - 命令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であって、該命令プログラムをコンピュータに実行させることにより、該コンピュータに、
Ｎ個の入力チャンネル信号を取得するステップと、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換するステップと、
前記入力チャンネル信号から導き出したチャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のデコーディング出力チャンネル信号を順序づけするステップと、
を具備するデコーディング方法を実行させることができることを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの後に行われることを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの前に行われることを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記入力チャンネル信号は、左前方、右前方、左環境、右環境、中央及び低周波効果チャンネルを表すことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに対応する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に前記入力チャンネル信号から取得した利得係数を乗算するステップと、
前記乗算がなされた第１のチャンネル信号と前記入力チャンネル信号から取得した１以上の最下位ビットとを結合するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 命令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であって、該命令プログラムをコンピュータに実行させることにより、該コンピュータに、
Ｎ個の符号化された入力チャンネル信号を取得するステップと、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換するステップと、
チャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のエンコーディング出力チャンネル信号を順序づけするステップと、
前記エンコーディング出力チャンネル信号と前記チャンネル順序づけ情報とを表す情報を伝達する複数のサブストリームを生成するステップであって、第１のサブストリームは、前記マトリックス出力チャンネル信号の精密なサブセットを表しダウンミックス仕様を含有することを特徴とするステップと、
を具備するエンコーディング方法を実行させることができることを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記エンコーディング方法は、前記ダウンミックス仕様から前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記エンコーディング方法は、前記ダウンミックス仕様中の最大の係数を有するチャンネル信号が前記第１のサブストリーム中に表された第１のチャンネル信号になるように順序づけられた、前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記エンコーディング方法は、前記第２のサブストリームが損失無く圧縮されるような修正を、前記複数のサブストリーム中の第２のサブストリーム中に表されたチャンネル信号に行うために、前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の基本マトリックス量子化器を適用することを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに応答する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に利得係数を乗算するステップと、
前記利得係数と、前記第１のチャンネル信号に乗算演算を行った結果生じた、前記第１のチャンネルに配置されたビット数を越えた１以上の最下位ビットとを含めるために複数のサブストリームを生成するステップと、
を具備することを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか１項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - Ｎ個の入力チャンネル信号を取得する手段と、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換する手段と、
前記入力チャンネル信号から導き出したチャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のデコーディング出力チャンネル信号を順序づけする手段と、
を具備する装置。 - 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの後に行われることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
- 前記順序づけするステップは、前記変換するステップの前に行われることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
- 前記入力チャンネル信号は、左前方、右前方、左環境、右環境、中央及び低周波効果チャンネルを表すことを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいずれか１項に記載の装置。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに対応する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、前記装置は、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に前記入力チャンネル信号から取得した利得係数を乗算する手段と、
前記乗算がなされた第１のチャンネル信号と前記入力チャンネル信号から取得した１以上の最下位ビットとを結合する手段と、
を具備することを特徴とする請求項２１乃至請求項２４のいずれか１項に記載の装置。 - Ｎ個の符号化された入力チャンネル信号を取得する手段と、
Ｎ個のマトリックス出力チャンネル信号を出力するために、縦続接続された基本マトリックス量子化器として実行されるマトリックスにより前記入力チャンネル信号を変換する手段と、
チャンネル順序づけ情報に応答して、前記マトリックス出力チャンネル信号に対応するＮ個のエンコーディング出力チャンネル信号を順序づけする手段と、
前記エンコーディング出力チャンネル信号と前記チャンネル順序づけ情報とを表す情報を伝達する複数のサブストリームを生成するステップであって、第１のサブストリームは、前記マトリックス出力チャンネル信号の精密なサブセットを表しダウンミックス仕様を含有することを特徴とする手段と、
を具備する装置。 - 前記ダウンミックス仕様から前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
- 前記ダウンミックス仕様中の最大の係数を有するチャンネル信号が前記第１のサブストリーム中に表された第１のチャンネル信号になるように順序づけられた、前記チャンネル順序づけ情報を導き出すことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
- 前記第２のサブストリームが損失無く圧縮されるような修正を、前記複数のサブストリーム中の第２のサブストリーム中に表されたチャンネル信号に行うために、前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の基本マトリックス量子化器を適用することを特徴とする請求項２６乃至請求項２８のいずれか１項に記載の装置。
- 前記縦続接続された基本マトリックス量子化器中の１つの基本マトリックス量子化器は、前記入力チャンネル信号の１つに応答する第１のチャンネル信号を処理する第１の基本マトリックス量子化器であり、前記装置は、
前記第１の基本マトリックス量子化器において、前記第１のチャンネル信号に利得係数を乗算する手段と、
前記利得係数と、前記第１のチャンネル信号に乗算演算を行った結果生じた、前記第１のチャンネルに配置されたビット数を越えた１以上の最下位ビットとを含めるために複数のサブストリームを生成する手段と、
を具備することを特徴とする請求項２６乃至請求項２９のいずれか１項に記載の装置。
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