JP6982113B2 - 二次元または三次元音場のアンビソニックス表現の一連のフレームをエンコードおよびデコードする方法および装置 - Google Patents
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Description
アンビソニックスの理論は1960年代以来オーディオ制作および消費のために使われてきたが、現在に至るまで、用途はほとんど一次または二次のコンテンツに限定されていた。いくつかのディストリビューション・フォーマットが使われてきた。特に次のものである。
2005年ごろ、DirAC(directional audio coding[方向性オーディオ符号化])技術が開発された。これは、シーンを時間および周波数毎の一つの優勢な音オブジェクトと環境音に分解するためのターゲットに関するシーン解析に基づく。シーン解析は音場の瞬時強度ベクトルの評価に基づく。シーンの二つの部分が、直接音がどこからくるかについての位置情報とともに伝送される。受信機では、時間‐周波数ペイン毎の単一の優勢な音源がベクトル・ベースの振幅パニング(VBAP: vector based amplitude panning)を使って再生される。さらに、相関解除された(de-correlated)環境音が、副情報(side information)として伝送された比に従って生成される。DirAC処理は図1に描かれている。ここで、入力信号はBフォーマットをもつ。DirAcは、単一源+環境信号モデルを用いたパラメトリック符号化の具体的な方法と解釈することができる。伝送の品質は、モデルの想定がその特定の圧縮されたオーディオ・シーンについて成り立つかどうかに強く依存する。さらに、音解析段階における直接音および/または環境音の何らかの誤った検出は、デコードされたオーディオ・シーンの再生の品質に影響しうる。今日まで、DirACは一次のアンビソニックス・コンテンツについてしか記述されていない。
2000年代終わりに、HOA信号の知覚的および可逆的〔損失のない〕圧縮が提案されている。
圧縮は、階層的な仕方で作用する。ある係数の潜在的な相互相関のために解析される近傍は、同じ時刻におけるおよび先行する諸時刻における同じ次数までのみの係数を含む。そのため、圧縮はビットストリーム・レベルでスケーラブルである。
より最近、B. Cheng、Ch. Ritz、I. Burnettが「空間的スクイーズ(spatial squeezing)」技術を開発した:非特許文献4〜6。
非特許文献7において、空間的音情報を全球の部分空間に制約する、たとえば上半球または球のさらに小さな部分だけをカバーするよう制約することが提案された。究極的には、完全なシーンは、球上のいくつかのそのような制約された「セクタ」から構成されることができる。それらのセクタは、ターゲット・オーディオ・シーンを集めるために特定の諸位置に回転される。これは、複雑なオーディオ・シーンの一種の混合次数組成を創り出す。知覚符号化は言及されていない。
波動場合成(WFS: wave-field synthesis)システムにおいて再生されるよう意図されたコンテンツを記述および伝送するための「古典的」アプローチは、オーディオ・シーンの個々の音オブジェクトのパラメトリック符号化によるものである。各音オブジェクトは、オーディオ・ストリーム(モノ、ステレオまたは別の何か)にフル・オーディオ・シーン内でのその音オブジェクトの役割、すなわち最も重要なのはそのオブジェクトの位置、についてのメタ情報を加えたものからなる。このオブジェクト指向パラダイムは、ヨーロッパのCARROUSOの過程においてWFS再生のために洗練された。非特許文献8参照。
一部の研究者は、アンビソニックス信号をいくつかの離散的音オブジェクトと組み合わせることを提案している。その動機は、アンビソニックス表現を介してうまく局在化できない環境音および音オブジェクトを取り込み、いくつかの離散的な、よく定位された音オブジェクトをパラメトリック・アプローチを介して追加することである。シーンのオブジェクト指向部分については、純粋にパラメトリックな表現(前節参照)についてと同様の符号化機構が使用される。すなわち、それらの個々の音オブジェクトは典型的にはモノ・サウンド・トラックならびに位置および潜在的な動きについての情報とともに現れる。MPEG-4 AudioBIFS規格へのアンビソニックス再生の導入を参照。該規格では、生のアンビソニックスおよびオブジェクト・ストリームをいかにして(AudioBIFS)レンダリング・エンジンに伝送するかが、オーディオ・シーンの制作者に任されている。これは、MPEG-4において定義されるいかなるオーディオ・コーデックも、アンビソニックス係数を直接エンコードするために使用できるということを意味している。
オブジェクト指向アプローチを使う代わりに、波動場符号化はWFS(wave field synthesis[波動場合成])システムのすでにレンダリングされたスピーカー信号を伝送する。エンコーダは、特定の組のスピーカーへのレンダリングすべてを実行する。多次元空間‐時間から周波数への変換は、スピーカーの曲線の窓処理された(windowed)、準線形な(quasi-linear)セグメントについて実行される。周波数係数(時間周波数および空間周波数両方について)は、何らかの音響心理学モデルを用いてエンコードされる。
古典的な多チャンネル圧縮から始まって、種々のスピーカー・シナリオに対応できる普遍的オーディオ・コーデックの概念も考えられてきた。固定したチャンネル割り当ておよび関係をもつたとえばmp3サラウンドまたはMPEGサラウンドとは対照的に、空間的手がかりの表現は、特定の入力スピーカー配位とは独立であるよう設計される。非特許文献11、12、13参照。
・音響心理学的マスキング効果をよりよく利用する;
・よりわかりやすく、実装しやすい
・空間的オーディオ・シーンの典型的な組成により好適である;
・既存のアプローチよりもよい相関解除属性。
・フレームのO=(N+1)2個の入力HOA係数を、球上の基準点の規則的な分布を表すO個の空間領域信号に変換し、ここで、Nは前記HOA係数の次数であり、前記空間領域信号のそれぞれは空間中の関連する方向から来る平面波の集合を表し;
・知覚エンコード・ステップまたは段階を使って前記空間領域信号の一つ一つをエンコードし、符号化誤差が聞いてわからないよう選択されたエンコード・パラメータを使用し;
・フレームの、結果として得られるビットストリームを、統合ビットストリームに多重化することを含む。
・受領された統合ビットストリームを多重分離してO=(N+1)2個のエンコードされた空間領域信号にし;
・選択されたエンコード型に対応する知覚的デコード・ステップまたは段階を使って、かつエンコード・パラメータにマッチするデコード・パラメータを使って、前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つをデコードして、対応するデコードされた空間領域信号にし、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表し;
・前記デコードされた空間領域信号をフレームのO個の出力HOA係数に変換することを含み、Nは前記HOA係数の次数である。
・フレームのO=(N+1)2個の入力HOA係数を、球上の基準点の規則的な分布を表すO個の空間領域信号に変換するよう適応されている変換手段であって、Nは前記HOA係数の次数であり、前記空間領域信号のそれぞれは空間中の関連する方向から来る平面波の集合を表す、手段と;
・知覚エンコード・ステップまたは段階を使って前記空間領域信号の一つ一つをエンコードするよう適応された手段であって、符号化誤差が聞いてわからないよう選択されたエンコード・パラメータを使用する、手段と;
・フレームの結果として得られるビットストリームを統合ビットストリームに多重化するよう適応された手段とを有する。
・受領された統合ビットストリームを多重分離してO=(N+1)2個のエンコードされた空間領域信号にするよう適応された手段と;
・選択されたエンコード型に対応する知覚的デコード・ステップまたは段階を使って、かつエンコード・パラメータにマッチするデコード・パラメータを使って、前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つをデコードして、対応するデコードされた空間領域信号にする手段であって、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表す、手段と;
・前記デコードされた空間領域信号をフレームのO個の出力HOA係数に変換するよう適応された変換手段であって、Nは前記HOA係数の次数である、手段とを有する。
図8の実施形態では、最小限のビットレート制御が想定されている。すべての個々の知覚的コーデックは同一のデータ・レートで走るものと期待される。上述したように、代わりに、完全な空間的オーディオ・シーンを考慮に入れる、より洗練されたビットレートを使うことによってかなりの改善が得られる。より具体的には、時間‐周波数マスキングおよび空間的マスキング特性の組み合わせが鍵となる役割を演ずる。これの空間的次元について、マスキング現象は、空間周波数ではなく、聴取者との関係における音イベントの絶対的な角位置の関数である(この理解は〈波動場符号化〉の節で述べた非特許文献10の理解とは異なることを注意しておく)。マスクする側〔マスカー(masker)〕とマスクされる側〔マスキー(maskee)〕のモノディー呈示(monodic presentation)に比べての空間的呈示のために観察されるマスキング閾値の間の差は、両耳間マスキング・レベル差(BMLD: Binaural Masking Level Difference)と呼ばれる。非特許文献16の3.2.2節参照。一般に、BMLDは、信号組成、空間的位置、周波数範囲のようないくつかのパラメータに依存する。空間的呈示におけるマスキング閾値は、モノディー呈示についてより、約20dB程度まで低いことができる。したがって、空間的領域を横断するマスキング閾値の利用はこのことを考慮に入れる。
〔態様1〕
HOA係数と記される二次元または三次元の音場の高次アンビソニックス表現の一連のフレームをエンコードする方法であって:
・フレームのO=(N+1)2個の入力HOA係数を、球上の基準点の規則的な分布を表すO個の空間領域信号に変換し、ここで、Nは前記HOA係数の次数であり、前記空間領域信号のそれぞれは空間中の関連する方向から来る平面波の集合を表し;
・知覚的エンコード・ステップまたは段階を使って前記空間領域信号の一つ一つをエンコードし、符号化誤差が聞いてわからないよう選択されたエンコード・パラメータを使用し;
・フレームの、結果として得られるビットストリームを、統合ビットストリームに多重化することを含む、
方法。
〔態様2〕
前記エンコードにおいて使用されるマスキングは時間‐周波数マスキングおよび空間的マスキングの組み合わせである、態様1記載の方法。
〔態様3〕
前記変換は平面波分解である、態様1または2記載の方法。
〔態様4〕
前記知覚的エンコードはMPEG-1オーディオ・レイヤーIIIまたはAACまたはドルビーAC-3規格に対応する、態様1記載の方法。
〔態様5〕
空間的に別個の方向からの符号化誤差のマスク解除を防止するために、非最適な聴取位置についての音伝搬に起因する方向依存の減衰および遅延が、前記エンコードにおいて適用されるマスキング閾値を計算するために考慮に入れられる、態様1記載の方法。
〔態様6〕
前記エンコード・ステップまたは段階において使用される個々のマスキング閾値は、そのそれぞれを、両耳間マスキング・レベル差BMLDを考慮に入れる空間広がり関数と組み合わせることによって変更され、これらの個々のマスキング閾値の最大のものが形成され、すべての音方向についての統合マスキング閾値が得られる、態様1記載の方法。
〔態様7〕
別個の音オブジェクトが個々にエンコードされる、態様1記載の方法。
〔態様8〕
HOA係数と記される二次元または三次元の音場の高次アンビソニックス表現の一連のフレームをエンコードする装置であって:
・フレームのO=(N+1)2個の入力HOA係数を、球上の基準点の規則的な分布を表すO個の空間領域信号に変換するよう適応されている変換手段であって、Nは前記HOA係数の次数であり、前記空間領域信号のそれぞれは空間中の関連する方向から来る平面波の集合を表す、手段と;
・知覚的エンコード・ステップまたは段階を使って前記空間領域信号の一つ一つをエンコードするよう適応された手段であって、符号化誤差が聞いてわからないよう選択されたエンコード・パラメータを使用する、手段と;
・フレームの、結果として得られるビットストリームを統合ビットストリームに多重化するよう適応された手段とを有する、
装置。
〔態様9〕
前記エンコードにおいて使用されるマスキングは時間‐周波数マスキングおよび空間的マスキングの組み合わせである、態様8記載の装置。
〔態様10〕
前記変換は平面波分解である、態様8または9記載の装置。
〔態様11〕
前記知覚的エンコードはMPEG-1オーディオ・レイヤーIIIまたはAACまたはドルビーAC-3規格に対応する、態様8記載の装置。
〔態様12〕
空間的に別個の方向からの符号化誤差のマスク解除を防止するために、非最適な聴取位置についての音伝搬に起因する方向依存の減衰および遅延が、前記エンコードにおいて適用されるマスキング閾値を計算するために考慮に入れられる、態様8記載の装置。
〔態様13〕
前記エンコード・ステップまたは段階において使用される個々のマスキング閾値は、そのそれぞれを、両耳間マスキング・レベル差BMLDを考慮に入れる空間広がり関数と組み合わせることによって変更され、これらの個々のマスキング閾値の最大のものが形成され、すべての音方向についての統合マスキング閾値が得られる、態様8記載の装置。
〔態様14〕
別個の音オブジェクトが個々にエンコードされる、態様8記載の装置。
〔態様15〕
態様1に従ってエンコードされた二次元または三次元の音場のエンコードされた高次アンビソニックス表現の一連のフレームをデコードする方法であって:
・受領された統合ビットストリームを多重分離してO=(N+1)2個のエンコードされた空間領域信号にし;
・選択されたエンコード型に対応する知覚的デコード・ステップまたは段階を使って、かつエンコード・パラメータにマッチするデコード・パラメータを使って、前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つをデコードして、対応するデコードされた空間領域信号にし、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表し;
・前記デコードされた空間領域信号をフレームのO個の出力HOA係数に変換することを含み、Nは前記HOA係数の次数である、
方法。
〔態様16〕
前記知覚的デコードはMPEG-1オーディオ・レイヤーIIIまたはAACまたはドルビーAC-3規格に対応する、態様15記載の方法。
〔態様17〕
空間的に別個の方向からの符号化誤差のマスク解除を防止するために、非最適な聴取位置についての音伝搬に起因する方向依存の減衰および遅延が、前記デコードにおいて適用されるマスキング閾値を計算するために考慮に入れられる、態様15記載の方法。
〔態様18〕
前記デコード・ステップまたは段階において使用される個々のマスキング閾値は、そのそれぞれを、両耳間マスキング・レベル差BMLDを考慮に入れる空間広がり関数と組み合わせることによって変更され、これらの個々のマスキング閾値の最大のものが形成され、すべての音方向についての統合マスキング閾値が得られる、態様15記載の方法。
〔態様19〕
別個の音オブジェクトが個々にデコードされる、態様15記載の方法。
〔態様20〕
態様1に従ってエンコードされた二次元または三次元の音場のエンコードされた高次アンビソニックス表現の一連のフレームをデコードする装置であって:
・受領された統合ビットストリームを多重分離してO=(N+1)2個のエンコードされた空間領域信号にするよう適応された手段と;
・選択されたエンコード型に対応する知覚的デコード・ステップまたは段階を使って、かつエンコード・パラメータにマッチするデコード・パラメータを使って、前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つをデコードして、対応するデコードされた空間領域信号にするよう適応された手段であって、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表す、手段と;
・前記デコードされた空間領域信号をフレームのO個の出力HOA係数に変換するよう適応された変換手段であって、Nは前記HOA係数の次数である、手段とを有する、
装置。
〔態様21〕
前記知覚的デコードはMPEG-1オーディオ・レイヤーIIIまたはAACまたはドルビーAC-3規格に対応する、態様20記載の装置。
〔態様22〕
空間的に別個の方向からの符号化誤差のマスク解除を防止するために、非最適な聴取位置についての音伝搬に起因する方向依存の減衰および遅延が、前記デコードにおいて適用されるマスキング閾値を計算するために考慮に入れられる、態様20記載の装置。
〔態様23〕
前記デコード・ステップまたは段階において使用される個々のマスキング閾値は、そのそれぞれを、両耳間マスキング・レベル差BMLDを考慮に入れる空間広がり関数と組み合わせることによって変更され、これらの個々のマスキング閾値の最大のものが形成され、すべての音方向についての統合マスキング閾値が得られる、態様20記載の装置。
〔態様24〕
別個の音オブジェクトが個々にデコードされる、態様20記載の装置。
Claims (4)
- 二次元または三次元音場のエンコードされた高次アンビソニックス(HOA)表現をデコードする方法であって:
・前記エンコードされたHOA表現を含むビットストリームを受領する段階であって、前記ビットストリームはO個のエンコードされた空間領域信号を含む、段階と;
・前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つを知覚的デコードして、対応するデコードされた空間領域信号にする段階であって、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表す、段階と;
・フレームの前記デコードされた空間領域信号を該フレームのO個のHOA係数に変換する段階とを含む、
方法。 - 二次元または三次元音場のエンコードされた高次アンビソニックス(HOA)表現をデコードする装置であって、当該装置は:
・前記エンコードされたHOA表現を含むビットストリームを受領するよう構成されたプロセッサを有しており、前記ビットストリームはO個のエンコードされた空間領域信号を含み、前記プロセッサはさらに、前記エンコードされた空間領域信号の一つ一つを知覚的デコードして、対応するデコードされた空間領域信号にするよう構成されており、前記デコードされた空間領域信号は球上の基準点の規則的な分布を表し、前記プロセッサはさらに、フレームの前記デコードされた空間領域信号を該フレームのO個のHOA係数に変換するよう構成されている、
装置。 - 二次元または三次元の音場の高次アンビソニックス(HOA)表現をエンコードする方法であって、当該エンコードする方法は:
・前記HOA表現のフレームのO個のHOA係数を空間領域信号に変換する段階であって、前記空間領域信号は球上の基準点の分布を表す、段階と;
・前記空間領域信号の一つ一つを知覚的エンコードして、対応するエンコードされた空間領域信号にする段階と;
・前記O個のエンコードされた空間領域信号を含むビットストリームを出力する段階とを含む、
方法。 - 二次元または三次元の音場の高次アンビソニックス(HOA)表現をエンコードする装置であって、当該装置は:
・前記HOA表現のフレームのO個のHOA係数を空間領域信号に変換するよう構成されたプロセッサを有しており、前記空間領域信号は球上の基準点の分布を表し、前記プロセッサはさらに、前記空間領域信号の一つ一つを知覚的エンコードして、対応するエンコードされた空間領域信号にするよう構成されており、前記プロセッサはさらに、前記O個のエンコードされた空間領域信号を含むビットストリームを出力するよう構成されている、
装置。
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