JPWO2008016098A1 - ステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置およびこれらの方法 - Google Patents

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Abstract

ビットレートを削減することができるステレオ音声符号化装置等を開示する。この装置において、ステレオ音声符号化部（１０３）は、Ｌチャネル信号と、Ｒチャネル信号とに対してＬＰＣ分析を行い、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数とを得、ＬＰＣ係数適応フィルタ（１０５）は、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小とするＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求め、ＬＰＣ係数再構築部（１０６）は、ＬチャネルＬＰＣ係数と、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いてＲチャネルＬＰＣ係数を再構築してＲチャネル再構築ＬＰＣ係数を得、ルート算出部（１０７）は、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を示す多項式のルートを算出し、選択部（１０８）は、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性に基づき、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータ、またはＲチャネルＬＰＣ係数を選択して出力する。

Description

本発明は、移動体通信システムまたはインターネットプロトコル（ＩＰ：Internet Protocol）を用いたパケット通信システム等において、ステレオ音声信号の符号化／復号を行う際に用いられるステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、及びこれらの方法に関する。
移動体通信システムまたはＩＰを用いたパケット通信システム等において、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のディジタル信号処理速度の向上と帯域幅の拡大により高ビットレートの伝送が可能となってきている。伝送レートのさらなる高速化が進めば、複数チャネルを伝送するだけの帯域（広帯域）を確保できるようになるため、モノラル方式が主流の音声通信においても、ステレオ方式による通信（ステレオ通信）が普及することが期待される。広帯域のステレオ通信では、より自然なサウンド環境に関する情報を符号化することができ、ヘッドフォンあるいはスピーカーで再生すると、聴取者が知覚する空間イメージが生まれる。
ステレオ音声信号の符号化方法として、ステレオ音声信号を構成する複数のチャネル信号を独立に符号化して伝送する非パラメトリックな方法がある。例えば、音声符号化方法として、ＣＥＬＰ符号化などの線形予測符号化（ＬＰＣ：Lｉnear Prediction Coefficient）方法が一般的に使用されており、ステレオ音声信号のＣＥＬＰ符号化においては、ステレオ音声信号を構成する左チャネルおよび右チャネル各々のＬＰＣ係数を求め、求められたＬＰＣ係数を量子化して復号器側に伝送する（例えば非特許文献１参照）。
Guylain Roy and Peter Kabal著、「Wideband CELP Speech Coding at 16 kbits/sec」 in Proc．ICASSP’91、Toronto Canada、１９９１年５月、ｐ．１７−２０
しかし、ステレオ音声信号を構成する複数のチャネル、例えば、左、右チャネルの信号は近似しており、振幅および時間遅延のみにおいて相違するだけである。すなわち、チャネル信号間は相互相関が強く、左チャネルの符号化パラメータと、右チャネルの符号化パラメータとは重複の情報を含み、冗長性を表す。例えば、近似する左、右チャネル信号に対してＣＥＬＰ符号化を行って得られる両チャネルのＬＰＣ係数は、相互相関性が高く冗長性が高いため、ビットレートの浪費の原因となる。
そこで、ステレオ音声信号の符号化においては、複数チャネルの符号化パラメータに含まれている冗長性を取り除き、ビットレートを減少させる方法、すなわち、パラメトリックな符号化方法が考えられる。ＣＥＬＰ符号化においては、左チャネルと右チャネルとの相互相関性に起因する、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数との冗長性を取り除くことにより、ステレオ音声符号化のビットレートをさらに低減することが考えられる。
本発明の目的は、ＣＥＬＰ符号化において、左チャネルと右チャネルとの相互相関性に起因する、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている冗長性を除去し、ステレオ音声符号化のビットレートを低減することができるステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、およびこれらの方法を提供することである。
本発明のステレオ音声符号化装置は、ステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号に対してそれぞれＬＰＣ分析を行い、第１チャネルＬＰＣ係数と第２チャネルＬＰＣ係数とを得るＬＰＣ分析手段と、前記第１チャネルＬＰＣ係数と、前記第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めるＬＰＣ係数適応フィルタと、前記第１チャネルＬＰＣ係数と前記第２チャネルＬＰＣ係数と前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いて、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報を得る関連情報決定手段と、を具備する構成を採る。
本発明のステレオ音声復号装置は、受信したビットストリームから、符号化装置においてステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号を用いて生成された、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報とを得る分離手段と、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであるか第２チャネルＬＰＣ係数であるかを判別し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータである場合には、前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて、前記第１チャネルＬＰＣ係数をフィルタリングし、得られる第２チャネル再構築ＬＰＣ係数を出力し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記第２チャネルＬＰＣ係数である場合には、前記第２チャネルＬＰＣ係数を出力する第２チャネルＬＰＣ係数決定手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、ステレオ音声のＣＥＬＰ符号化において、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めて伝送することにより、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている重複な情報を送ることを回避することができる。従って、伝送される符号化情報の冗長性を除去し、ステレオ音声符号化のビットレートを低減することができる。
本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るＬＰＣ係数適応フィルタを構成する適応フィルタの構成および動作を説明するための図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置におけるステレオ音声符号化処理の手順の一例を示すフロー図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号装置におけるステレオ音声復号処理の手順の一例を示すフロー図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置に入力されるステレオ音声信号の一例を示す図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声信号に対してＬＰＣ分析を行って得られるＬＰＣ係数を示す図 本発明の一実施の形態に係る直接ＬＰＣ分析を行って生成されるＬＰＣ係数と、適応フィルタを用いて再構築される再構築ＬＰＣ係数との比較を示す図
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、ステレオ音声信号が左（Ｌ）チャネル信号および右（Ｒ）チャネル信号からなる場合を例にとって説明する。
モノラル信号生成部１０１は、入力されるＬチャネル信号とＲチャネル信号とを用いて、例えば、下記の式（１）に従ってモノラル信号（Ｍ）を生成し、モノラル信号符号化部１０２に出力する。
Figure 2008016098
 この式において、ｎは時間軸上における信号のサンプル番号を示し、Ｌ(ｎ)はＬチャネル信号を、Ｒ(ｎ)はＲチャネル信号を、Ｍ(ｎ)は生成されるモノラル信号を示す。
モノラル信号符号化部１０２は、モノラル信号生成部１０１から入力されるモノラル信号に対してＡＭＲ−ＷＢ(Adaptive MultiRate - WideBand)などの音声符号化処理を行い、得られるモノラル信号符号化パラメータを多重部１１０に出力し、また、符号化の過程において得られるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)をステレオ音声符号化部１０３に出力する。
ステレオ音声符号化部１０３は、Ｌチャネル信号と、Ｒチャネル信号と、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)とを用いて、モノラル信号からＬチャネル信号およびＲチャネル信号を予測するＬチャネル予測パラメータおよびＲチャネル予測パラメータそれぞれを算出し、多重部１１０に出力する。また、ステレオ音声符号化部１０３は、Ｌチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い得られるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５および第１量子化部１０４に出力する。また、ステレオ音声符号化部１０３は、Ｒチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い得られるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５および選択部１０８に出力する。なお、ステレオ音声符号化部１０３の詳細については後述する。
第１量子化部１０４は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）に対して量子化を行い、得られるＬチャネル量子化パラメータを多重部１１０に出力する。
ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）およびＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をそれぞれ入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差(ＭＳＥ：Mean Square Error）が最小となるような、適応フィルタパラメータを求める。ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５において求められた適応フィルタパラメータを以下、「ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータ」と称す。ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、求められたＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＬＰＣ係数再構築部１０６および選択部１０８に出力する。
ＬＰＣ係数再構築部１０６は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータによってフィルタリングし、ＲチャネルＬＰＣ係数を再構築する。ＬＰＣ係数再構築部１０６は、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）をルート算出部１０７に出力する。
ルート算出部１０７は、ＬＰＣ係数再構築部１０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を用いて、下記の式（２）が示す多項式の最大の根（ｚ領域のルート）を算出し、選択部１０８に出力する。
Figure 2008016098
 この式において、ｍはｍ＞０の整数であり、ＡＲ１(ｍ)はＡＲ１の要素を示し、ｐはＬＰＣフィル係数の次数を示す。
選択部１０８は、ルート算出部１０７から入力されるルートの値に基づき、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）または、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータのうち何れかをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択し、第２量子化部１０９に出力する。
具体的には、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の内側にある場合、すなわち、ルートの絶対値の最大値が１以下である場合、選択部１０８は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たすと判断し、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として第２量子化部１０９に出力する。ここで、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たすということは、ステレオ音声復号側においてこのＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて復号を行う場合、得られるステレオ音声の復号信号が所定の品質を満たすことができることを意味する。一般的に、ステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号とＲチャネル信号とは近似性が高いため、ステレオ音声符号化部１０３において求められるＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数との近似性も高く、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性は高くなる。この場合、選択部１０８は、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択する。ただし、ステレオ音声符号化装置１００に入力されるステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号とＲチャネル信号との近似性が低い場合等で、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の外側になる、すなわち、ルートの絶対値の最大値が１より大きくなる場合がある。かかる場合、選択部１０８は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たさないと判断し、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択する。選択部１０８において、ＲチャネルＬＰＣ係数が選択される場合は、ステレオ音声符号化装置１００がＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数とを独立に送信することとなる。
第２量子化部１０９は、選択部１０８から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報に対して量子化を行い、得られるＲチャネル量子化パラメータを多重部１１０に出力する。
多重部１１０は、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル信号符号化パラメータ、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、第１量子化部１０４から入力されるＬチャネル量子化パラメータ、および第２量子化部１０９から入力されるＲチャネル量子化パラメータを多重し、得られるビットストリームを送信する。
図２は、ステレオ音声符号化部１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
第１ＬＰＣ分析部１３１は、入力されるＬチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５に出力する。また、第１ＬＰＣ分析部１３１は、Ｌチャネル信号と、ＬチャネルＬＰＣ係数を用いてＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を生成し、第１チャネル予測部１３３に出力する。
第２ＬＰＣ分析部１３２は、入力されるＲチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、得られるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５に出力する。また、第２ＬＰＣ分析部１３２は、Ｒチャネル信号と、ＲチャネルＬＰＣ係数を用いてＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を生成し、第２チャネル予測部１３４に出力する。
第１チャネル予測部１３３は、適応フィルタからなり、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)、および第１ＬＰＣ分析部１３１から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）をそれぞれ入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような適応フィルタパラメータを求める。第１チャネル予測部１３３は、求められる適応フィルタパラメータを、モノラル信号からＬチャネル信号を予測するＬチャネル予測パラメータとして多重部１１０に出力する。
第２チャネル予測部１３４は、適応フィルタからなり、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)、および第２ＬＰＣ分析部１３２から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）それぞれを入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような適応フィルタパラメータを求める。第２チャネル予測部１３４は、求められる適応フィルタパラメータを、モノラル信号からＲチャネル信号を予測するＲチャネル予測パラメータとして多重部１１０に出力する。
図３は、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタの構成および動作を説明するための図である。この図において、ｎは時間軸上におけるサンプル番号を示す。Ｈ（ｚ）は、Ｈ（ｚ）＝ｂ０＋ｂ１（ｚ−１）＋ｂ２（ｚ−２）＋…＋ｂｋ（ｚ−ｋ）であり、適応フィルタ、例えばＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタのモデル（伝達関数）を示す。ここで、ｋは適応フィルタパラメータの次数を示し、ｂ＝［ｂ０，ｂ１，…，ｂｋ］は適応フィルタパラメータを示す。ｘ(ｎ)は適応フィルタの入力信号を示し、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の場合、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）を用いる。また、ｙ(ｎ)は適応フィルタの基準信号を示し、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の場合、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を用いる。
適応フィルタは、下記の式（３）に従って、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような、適応フィルタパラメータｂ＝［ｂ０，ｂ１，…，ｂｋ］を求めて出力する。
Figure 2008016098
 この式において、Ｅは統計的期待演算子(statistical expectation operator)を表し、ｅ(ｎ)は予測誤差を示す。
上記の式（３）における入力信号および基準信号として、それぞれＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）およびＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を用いて代入すると、下記の式（４）が得られる。
Figure 2008016098
 この式において、ｍはＬＰＣ係数の次数を示し、ｗｉはＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の適応フィルタパラメータを示し、ｑは適応フィルタパラメータｗｉの次数を示す。
第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタは、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタと同様な構成および動作を有する。なお、入力信号ｘ（ｎ）として、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)を用い、基準信号ｙ（ｎ）として、第１ＬＰＣ分析部１３１から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を用いる点において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタと相違する。
第２チャネル予測部１３４を構成する適応フィルタは、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５または第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタと同様な構成および動作を有する。なお、入力信号ｘ（ｎ）として、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)を用い、予測信号ｙ（ｎ）として、第２ＬＰＣ分析部１３２から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を用いる点において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５または第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタと相違する。
図４は、ステレオ音声符号化装置１００におけるステレオ音声符号化処理の手順の一例を示すフロー図である。
まず、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）１５１において、モノラル信号生成部１０１は、Ｌチャネル信号とＲチャネル信号とを用いてモノラル信号（Ｍ）を生成する。
次いで、ＳＴ１５２において、モノラル信号符号化部１０２は、モノラル信号（Ｍ）を符号化して、モノラル信号符号化パラメータ、およびモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）を生成する。
次いで、ＳＴ１５３において、第１ＬＰＣ分析部１３１は、Ｌチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）、およびＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を得る。
次いで、ＳＴ１５４において、第２ＬＰＣ分析部１３２は、Ｒチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）、およびＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を得る。
次いで、ＳＴ１５５において、第１チャネル予測部１３３は、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）とモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）との平均二乗誤差が最小となるようなＬチャネル予測パラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５６において、第２チャネル予測部１３４は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）とモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）との平均二乗誤差が最小となるようなＲチャネル予測パラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５７において、第１量子化部１０４は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）に対して量子化を行い、Ｌチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ１５８において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）とＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）との平均二乗誤差が最小となるようなＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５９において、ＬＰＣ係数再構築部１０６は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）およびＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて、ＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を生成する。
次いで、ＳＴ１６０において、ルート算出部１０７は、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を用いて、選択部１０８における選択処理用のルートを算出する。
次いで、ＳＴ１６１において、選択部１０８は、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の内側にあるか否か、すなわち最大ルートの絶対値が１より小さいか否かを判定する。
最大ルートの絶対値が１より小さいと判定される場合（ＳＴ１６１：ＹＥＳ）、選択部１０８は、ＳＴ１６２においてＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを第２量子化部１０９に出力する。一方、最大ルートの絶対値が１以上であると判定される場合（ＳＴ１６１：ＮＯ）、選択部１０８は、ＳＴ１６３においてＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を第２量子化部１０９に出力する。
次いで、ＳＴ１６４において、第２量子化部１０９は、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）、またはＬＰＣ係数適応フィルタパラメータに対して量子化を行い、Ｒチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ１６５において、多重部１１０は、モノラル信号符号化パラメータ、Ｌチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、Ｌチャネル量子化パラメータ、およびＲチャネル量子化パラメータを多重し、得られるビットストリームを送信する。
上記のように、ステレオ音声符号化装置１００は、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数との間の予測パラメータであるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータが式（２）による判定条件を満す場合、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをステレオ音声復号装置２００に送る。
図５は、ステレオ音声復号装置２００の主要な構成を示すブロック図である。
分離部２０１は、ステレオ音声符号化装置１００から送信されるビットストリームに対して分離処理を行い、得られるモノラル信号符号化パラメータをモノラル信号復号部２０２に出力し、Ｌチャネル予測パラメータ、およびＲチャネル予測パラメータをステレオ音声復号部２０７に出力し、Ｌチャネル量子化パラメータを第１逆量子化部２０３に出力し、Ｒチャネル量子化パラメータを第２逆量子化部２０４に出力する。
モノラル信号復号部２０２は、分離部２０１から入力されるモノラル信号符号化パラメータを用いてＡＭＲ−ＷＢなどの音声復号処理を行い、生成されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をステレオ音声復号部２０７に出力する。
第１逆量子化部２０３は、分離部２０１から入力されるＬチャネル量子化パラメータに対して逆量子化処理を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数をＬＰＣ係数再構築部２０６およびステレオ音声復号部２０７に出力する。また、第１逆量子化部２０３は、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さを求め、切替部２０５に出力する。
第２逆量子化部２０４は、分離部２０１から入力されるＲチャネル量子化パラメータに対して逆量子化を行い、得られるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報を切替部２０５に出力する。また、第２逆量子化部２０４は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さを求め、切替部２０５に出力する。
切替部２０５は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとを比較して比較結果に基づき、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の出力先をＬＰＣ係数再構築部２０６またはステレオ音声復号部２０７へ切り替える。具体的には、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとが同様である場合は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＲチャネルＬＰＣ係数であると判断し、ＲチャネルＬＰＣ係数をステレオ音声復号部２０７に出力する。一方、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとが異なる場合は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであると判断し、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＬＰＣ係数再構築部２０６に出力する。
ＬＰＣ係数再構築部２０６は、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数と、切替部２０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いてＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）をステレオ音声復号部２０７に出力する。
ステレオ音声復号部２０７は、分離部２０１から入力されるＬチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、モノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、およびＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を用いて、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号を再構築し、得られるＬチャネル信号（Ｌ’）およびＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。ここで、ステレオ音声復号部２０７に、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）が入力される場合、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）は入力されず、逆に、ステレオ音声復号部２０７に、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）が入力される場合、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）は入力されない。すなわち、ステレオ音声復号部２０７は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、またはＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を択一的に用いて、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号を再構築する。
図６は、ステレオ音声復号部２０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。
第２チャネル予測部２７１は、Ｒチャネル駆動音源信号を予測する方法として、モノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を、分離部２０１から入力されるＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、得られるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を第２ＬＰＣ合成部２７２に出力する。
第２ＬＰＣ合成部２７２は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、ＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）、および第２チャネル予測部２７１から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。ここで、第２ＬＰＣ合成部２７２は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、またはＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を択一的に用いる。すなわち、第２ＬＰＣ合成部２７２に切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）が入力される場合、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）は入力されず、逆に、第２ＬＰＣ合成部２７２にＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）が入力される場合、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）は入力されない。
第１チャネル予測部２７３は、分離部２０１から入力されるＬチャネル予測パラメータ、およびモノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を用いてＬチャネル駆動音源信号を予測し、生成されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を第１ＬＰＣ合成部２７４に出力する。
第１ＬＰＣ合成部２７４は、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）、および第１チャネル予測部２７３から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を用いてＬＰＣ合成を行い、生成されるＬチャネル信号（Ｌ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
図７は、ステレオ音声復号装置２００におけるステレオ音声復号処理の手順を示すフロー図である。
まず、ＳＴ２５１において、分離部２０１は、ステレオ音声符号化装置１００から送信されるビットストリームを用いて分離処理を行い、モノラル信号符号化パラメータ、Ｌチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、Ｌチャネル量子化パラメータ、およびＲチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ２５２において、モノラル信号復号部２０２は、モノラル信号符号化パラメータを用いてＡＭＲ−ＷＢなどの音声復号処理を行い、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を得る。
次いで、ＳＴ２５３において、第１逆量子化部２０３は、Ｌチャネル量子化パラメータに対して逆量子化処理を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数を得、また、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さを求める。
次いで、ＳＴ２５４において、第２逆量子化部２０４は、Ｒチャネル量子化パラメータに対して逆量子化処理を行い、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報を得、また、得られるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さを求める。
次いで、ＳＴ２５５において、切替部２０５は、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが同様であるか否かを判定する。
ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが同様であると判定される場合（ＳＴ２５５：ＹＥＳ）、切替部２０５は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＲチャネルＬＰＣ係数であると判断し、ＳＴ２５６においてＲチャネルＬＰＣ係数関連情報をステレオ音声復号部２０７内の第２ＬＰＣ合成部２７２に出力する。
次いで、ＳＴ２５７において、第２チャネル予測部２７１は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を得る。
次いで、ＳＴ２５８において、第２ＬＰＣ合成部２７２は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）と、ＲチャネルＬＰＣ係数とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。次いで、処理フローはＳＴ２６３に進む。
一方、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが異なると判定される場合（ＳＴ２５５：ＮＯ）、切替部２０５は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであると判断し、ＳＴ２５９においてＲチャネルＬＰＣ係数関連情報をＬＰＣ係数再構築部２０６に出力する。
次いで、ＳＴ２６０において、ＬＰＣ係数再構築部２０６は、ＬチャネルＬＰＣ係数をＬＰＣ係数適応フィルタリングパラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を得る。
次いで、ＳＴ２６１において、第２チャネル予測部２７１は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を得る。
次いで、ＳＴ２６２において、第２ＬＰＣ合成部２７２は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）と、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
次いで、ＳＴ２６３において、第１チャネル予測部２７３は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＬチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を得る。
次いで、ＳＴ２６４において、第１ＬＰＣ合成部２７４は、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）と、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＬチャネル信号（Ｌ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
図８、図９、および図１０は、本実施の形態に係るステレオ音声符号化方法によりビットレートが削減できる効果を示す図である。
図８は、ステレオ音声符号化装置１００に入力されるステレオ音声信号の一例を示す図である。図８において、横軸はステレオ音声信号のサンプル番号を示し、縦軸はステレオ音声信号の振幅を示す。図８Ａおよび図８Ｂそれぞれは、ステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号およびＲチャネル信号それぞれを示す図である。図８に示すように、Ｌチャネル信号の振幅と、Ｒチャネル信号の振幅とは相違するものの、Ｌチャネル信号の波形と、Ｒチャネル信号の波形とは近似性を表す。
図９は、図８に示したステレオ音声信号に対してＬＰＣ分析を行って得られるＬＰＣ係数を示す図である。図９において、横軸はＬＰＣ係数の次数番号を示し、縦軸はＬＰＣ係数の各次の値を示す。図９は、ＬＰＣ係数の次数が１６次である場合を例示している。図９Ａは、第１ＬＰＣ分析部１３１において生成されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）を示し、図９Ｂは、第２ＬＰＣ分析部１３２において生成されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を示す。図９に示すように、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）の値と、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）の値とは相違するものの、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）と、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）とは全体的に近似性を表す。
図１０は、直接ＬＰＣ分析を行って生成されるＲチャネルＬＰＣ係数と、適応フィルタを用いて再構築されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数との比較を示す図である。具体的には、実線は、第２ＬＰＣ分析部１３２において生成されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を示し、点線は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において再構築されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を示す。図１０に示すように、本実施の形態に係るステレオ音声符号化方法を用いる場合、再構築されるＬＰＣ係数と、ＬＰＣ分析を行って直接得られるＬＰＣ係数とは非常に近似している。すなわち、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性は高く、選択部１０８においてＲチャネルＬＰＣ係数よりもＬＰＣ係数適応フィルタパラメータが選択される確率がずっと高いため、ステレオ音声符号化装置１００のビットレートを削減することができる。
図１０においては、本実施の形態に係る第１ＬＰＣ分析部を構成する適応フィルタおよび第２ＬＰＣ分析部を構成する適応フィルタの次数が両方とも１６次であり、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタの次数が８次である場合を例示する。かかる場合、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数とを直接送信するのに３２ビットが必要であるのに対して、ＬチャネルＬＰＣ係数とＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを送信するのには２４ビットだけが必要であるため、符号化処理の品質を保ちつつ、２５％のビットレートを削減することができる。
このように、本実施の形態によれば、ステレオ音声符号化装置は、Ｌチャネル信号とＲチャネル信号との相互相関性を用い、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めてステレオ音声復号装置に送信する。すなわち、ＬチャネルＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている重複情報を送信することを回避し、送信される符号化情報の冗長性を取り除くことができ、ステレオ音声符号化のビットレートを削減することができる。
さらに、本実施の形態によれば、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いてＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を判定し、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性が所定のレベル以下である場合には、両チャネルのＬＰＣ係数それぞれを独立に送信するため、ステレオ音声復号信号の品質をさらに向上することができる。
なお、本実施の形態では、図５においては、モノラル信号復号部２０２における復号処理により得られたモノラル信号（Ｍ’）はステレオ音声復号装置２００の外部には出力されていないが、例えばＬチャネル復号信号（Ｌ’）またはＲチャネル復号信号（Ｒ’）の生成に失敗した場合に、モノラル信号（Ｍ’）をステレオ音声復号装置２００の外部に出力し、ステレオ音声復号装置２００の復号音声信号として用いても良い。
また、本実施の形態にかかるＬチャネル信号に対する一連の処理とＲチャネル信号に対する一連の処理を逆転させても良い。かかる場合、例えば、本実施の形態では、ＬチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の入力信号として、ＲチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の基準信号として用いられるのに対して、ＲチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の入力信号として、ＬチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の基準信号として用いられる。
また、本実施の形態では、ＬＰＣ係数を求めて量子化する場合を例にとって説明したが、ＬＰＣ係数と等価な他のパラメータ（例えばＬＳＰパラメータ）を求めて量子化しても良い。
また、本実施の形態では、図４及び図７において、ＹＥＳ／ＮＯの判断による分岐以外はシリアル的に各ステップの処理を行う例を示したが、順序の入れ替えや並列化が可能なステップもある。例えば、ＳＴ１５３とＳＴ１５４とは順序を逆にしても良く、あるいはＳＴ１５３の処理とＳＴ１５４の処理とを並列処理にしても良い。ＳＴ１５５及びＳＴ１５６の順序／並列化や、ＳＴ２５２とＳＴ２５３とＳＴ２５４との順序／並列化に関しても同様である。また、ＳＴ１５７の処理は、ＳＴ１５８〜ＳＴ１６４の処理の後でも良く、あるいは並列に処理しても良い。ＳＴ２５５〜ＳＴ２６２の処理とＳＴ２６３〜ＳＴ２６４の処理とに関しても同様である。
また、本発明に係るステレオ音声符号化装置およびステレオ音声復号装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置を提供することができる。
また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るステレオ音声符号化方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るステレオ音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
２００６年８月４日出願の特願２００６−２１３９６３の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明に係るステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、およびステレオ音声符号化方法は、移動通信端末におけるステレオ音声符号化等の用途に適用することができる。
本発明は、移動体通信システムまたはインターネットプロトコル（ＩＰ：Internet Protocol）を用いたパケット通信システム等において、ステレオ音声信号の符号化／復号を行う際に用いられるステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、及びこれらの方法に関する。
移動体通信システムまたはＩＰを用いたパケット通信システム等において、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のディジタル信号処理速度の向上と帯域幅の拡大により高ビットレートの伝送が可能となってきている。伝送レートのさらなる高速化が進めば、複数チャネルを伝送するだけの帯域（広帯域）を確保できるようになるため、モノラル方式が主流の音声通信においても、ステレオ方式による通信（ステレオ通信）が普及することが期待される。広帯域のステレオ通信では、より自然なサウンド環境に関する情報を符号化することができ、ヘッドフォンあるいはスピーカーで再生すると、聴取者が知覚する空間イメージが生まれる。
ステレオ音声信号の符号化方法として、ステレオ音声信号を構成する複数のチャネル信号を独立に符号化して伝送する非パラメトリックな方法がある。例えば、音声符号化方法として、ＣＥＬＰ符号化などの線形予測符号化（ＬＰＣ：Lｉnear Prediction Coefficient）方法が一般的に使用されており、ステレオ音声信号のＣＥＬＰ符号化においては、ステレオ音声信号を構成する左チャネルおよび右チャネル各々のＬＰＣ係数を求め、求められたＬＰＣ係数を量子化して復号器側に伝送する（例えば非特許文献１参照）。
Guylain Roy and Peter Kabal著、「Wideband CELP Speech Coding at 16 kbits/sec」 in Proc．ICASSP’91、Toronto Canada、１９９１年５月、ｐ．１７−２０
しかし、ステレオ音声信号を構成する複数のチャネル、例えば、左、右チャネルの信号は近似しており、振幅および時間遅延のみにおいて相違するだけである。すなわち、チャネル信号間は相互相関が強く、左チャネルの符号化パラメータと、右チャネルの符号化パラメータとは重複の情報を含み、冗長性を表す。例えば、近似する左、右チャネル信号に対してＣＥＬＰ符号化を行って得られる両チャネルのＬＰＣ係数は、相互相関性が高く冗長性が高いため、ビットレートの浪費の原因となる。
そこで、ステレオ音声信号の符号化においては、複数チャネルの符号化パラメータに含まれている冗長性を取り除き、ビットレートを減少させる方法、すなわち、パラメトリックな符号化方法が考えられる。ＣＥＬＰ符号化においては、左チャネルと右チャネルとの相互相関性に起因する、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数との冗長性を取り除くことにより、ステレオ音声符号化のビットレートをさらに低減することが考えられる。
本発明の目的は、ＣＥＬＰ符号化において、左チャネルと右チャネルとの相互相関性に起因する、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている冗長性を除去し、ステレオ音声符号化のビットレートを低減することができるステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、およびこれらの方法を提供することである。
本発明のステレオ音声符号化装置は、ステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号に対してそれぞれＬＰＣ分析を行い、第１チャネルＬＰＣ係数と第２チャネルＬＰＣ係数とを得るＬＰＣ分析手段と、前記第１チャネルＬＰＣ係数と、前記第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めるＬＰＣ係数適応フィルタと、前記第１チャネルＬＰＣ係数と前記第２チャネルＬＰＣ係数と前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いて、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報を得る関連情報決定手段と、を具備する構成を採る。
本発明のステレオ音声復号装置は、受信したビットストリームから、符号化装置においてステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号を用いて生成された、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報とを得る分離手段と、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであるか第２チャネルＬＰＣ係数であるかを判別し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータである場合には、前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて、前記第１チャネルＬＰＣ係数をフィルタリングし、得られる第２チャネル再構築ＬＰＣ係数を出力し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記第２チャネルＬＰＣ係数である場合には、前記第２チャネルＬＰＣ係数を出力する第２チャネルＬＰＣ係数決定手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、ステレオ音声のＣＥＬＰ符号化において、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めて伝送することにより、左チャネルのＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている重複な情報を送ることを回避することができる。従って、伝送される符号化情報の冗長性を除去し、ステレオ音声符号化のビットレートを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、ステレオ音声信号が左（Ｌ）チャネル信号および右（Ｒ）チャネル信号からなる場合を例にとって説明する。
モノラル信号生成部１０１は、入力されるＬチャネル信号とＲチャネル信号とを用いて、例えば、下記の式（１）に従ってモノラル信号（Ｍ）を生成し、モノラル信号符号化部１０２に出力する。
Figure 2008016098
 この式において、ｎは時間軸上における信号のサンプル番号を示し、Ｌ(ｎ)はＬチャネル信号を、Ｒ(ｎ)はＲチャネル信号を、Ｍ(ｎ)は生成されるモノラル信号を示す。
モノラル信号符号化部１０２は、モノラル信号生成部１０１から入力されるモノラル信号に対してＡＭＲ−ＷＢ(Adaptive MultiRate - WideBand)などの音声符号化処理を行い、得られるモノラル信号符号化パラメータを多重部１１０に出力し、また、符号化の過程において得られるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)をステレオ音声符号化部１０３に出力する。
ステレオ音声符号化部１０３は、Ｌチャネル信号と、Ｒチャネル信号と、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)とを用いて、モノラル信号からＬチャネル信号およびＲチャネル信号を予測するＬチャネル予測パラメータおよびＲチャネル予測パラメータそれぞれを算出し、多重部１１０に出力する。また、ステレオ音声符号化部１０３は、Ｌチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い得られるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５および第１量子化部１０４に出力する。また、ステレオ音声符号化部１０３は、Ｒチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い得られるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５および選択部１０８に出力する。なお、ステレオ音声符号化部１０３の詳細については後述する。
第１量子化部１０４は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）に対して量子化を行い、得られるＬチャネル量子化パラメータを多重部１１０に出力する。
ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）およびＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をそれぞれ入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差(ＭＳＥ：Mean Square Error）が最小となるような、適応フィルタパラメータを求める。ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５において求められた適応フィルタパラメータを以下、「ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータ」と称す。ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、求められたＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＬＰＣ係数再構築部１０６および選択部１０８に出力する。
ＬＰＣ係数再構築部１０６は、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータによってフィルタリングし、ＲチャネルＬＰＣ係数を再構築する。ＬＰＣ係数再構築部１０６は、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）をルート算出部１０７に出力する。
ルート算出部１０７は、ＬＰＣ係数再構築部１０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を用いて、下記の式（２）が示す多項式の最大の根（ｚ領域のルート）を算出し、選択部１０８に出力する。
Figure 2008016098
 この式において、ｍはｍ＞０の整数であり、ＡＲ１(ｍ)はＡＲ１の要素を示し、ｐはＬＰＣフィル係数の次数を示す。
選択部１０８は、ルート算出部１０７から入力されるルートの値に基づき、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）または、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータのうち何れかをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択し、第２量子化部１０９に出力する。
具体的には、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の内側にある場合、すなわち、ルートの絶対値の最大値が１以下である場合、選択部１０８は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たすと判断し、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として第２量子化部１０９に出力する。ここで、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たすということは、ステレオ音声復号側においてこのＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて復号を行う場合、得られるステレオ音声の復号信号が所定の品質を満たすことができることを意味する。一般的に、ステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号とＲチャネル信号とは近似性が高いため、ステレオ音声符号化部１０３において求められるＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数との近似性も高く、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性は高くなる。この場合、選択部１０８は、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択する。ただし、ステレオ音声符号化装置１００に入力されるステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号とＲチャネル信号との近似性が低い場合等で、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の外側になる、すなわち、ルートの絶対値の最大値が１より大きくなる場合がある。かかる場合、選択部１０８は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数が所定の安定性を満たさないと判断し、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＲチャネルＬＰＣ係数関連情報として選択する。選択部１０８において、ＲチャネルＬＰＣ係数が選択される場合は、ステレオ音声符号化装置１００がＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数とを独立に送信することとなる。
第２量子化部１０９は、選択部１０８から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報に対して量子化を行い、得られるＲチャネル量子化パラメータを多重部１１０に出力する。
多重部１１０は、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル信号符号化パラメータ、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、第１量子化部１０４から入力されるＬチャネル量子化パラメータ、および第２量子化部１０９から入力されるＲチャネル量子化パラメータを多重し、得られるビットストリームを送信する。
図２は、ステレオ音声符号化部１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
第１ＬＰＣ分析部１３１は、入力されるＬチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５に出力する。また、第１ＬＰＣ分析部１３１は、Ｌチャネル信号と、ＬチャネルＬＰＣ係数を用いてＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を生成し、第１チャネル予測部１３３に出力する。
第２ＬＰＣ分析部１３２は、入力されるＲチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、得られるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）をＬＰＣ係数適応フィルタ１０５に出力する。また、第２ＬＰＣ分析部１３２は、Ｒチャネル信号と、ＲチャネルＬＰＣ係数を用いてＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を生成し、第２チャネル予測部１３４に出力する。
第１チャネル予測部１３３は、適応フィルタからなり、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)、および第１ＬＰＣ分析部１３１から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）をそれぞれ入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような適応フィルタパラメータを求める。第１チャネル予測部１３３は、求められる適応フィルタパラメータを、モノラル信号からＬチャネル信号を予測するＬチャネル予測パラメータとして多重部１１０に出力する。
第２チャネル予測部１３４は、適応フィルタからなり、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)、および第２ＬＰＣ分析部１３２から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）それぞれを入力信号および基準信号として用いて、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような適応フィルタパラメータを求める。第２チャネル予測部１３４は、求められる適応フィルタパラメータを、モノラル信号からＲチャネル信号を予測するＲチャネル予測パラメータとして多重部１１０に出力する。
図３は、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタの構成および動作を説明するための図である。この図において、ｎは時間軸上におけるサンプル番号を示す。Ｈ（ｚ）は、Ｈ（ｚ）＝ｂ０＋ｂ１（ｚ−１）＋ｂ２（ｚ−２）＋…＋ｂｋ（ｚ−ｋ）であり、適応フィルタ、例えばＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタのモデル（伝達関数）を示す。ここで、ｋは適応フィルタパラメータの次数を示し、ｂ＝［ｂ０，ｂ１，…，ｂｋ］は適応フィルタパラメータを示す。ｘ(ｎ)は適応フィルタの入力信号を示し、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の場合、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）を用いる。また、ｙ(ｎ)は適応フィルタの基準信号を示し、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の場合、ステレオ音声符号化部１０３から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を用いる。
適応フィルタは、下記の式（３）に従って、入力信号と基準信号との平均二乗誤差が最小となるような、適応フィルタパラメータｂ＝［ｂ０，ｂ１，…，ｂｋ］を求めて出力する。
Figure 2008016098
 この式において、Ｅは統計的期待演算子(statistical expectation operator)を表し、ｅ(ｎ)は予測誤差を示す。
上記の式（３）における入力信号および基準信号として、それぞれＬチャネルＬＰＣ係
数（ＡＬ）およびＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を用いて代入すると、下記の式（４）が得られる。
Figure 2008016098
 この式において、ｍはＬＰＣ係数の次数を示し、ｗｉはＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の適応フィルタパラメータを示し、ｑは適応フィルタパラメータｗｉの次数を示す。
第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタは、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタと同様な構成および動作を有する。なお、入力信号ｘ（ｎ）として、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)を用い、基準信号ｙ（ｎ）として、第１ＬＰＣ分析部１３１から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を用いる点において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタと相違する。
第２チャネル予測部１３４を構成する適応フィルタは、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５または第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタと同様な構成および動作を有する。なお、入力信号ｘ（ｎ）として、モノラル信号符号化部１０２から入力されるモノラル駆動音源信号(ｅｘｃＭ)を用い、予測信号ｙ（ｎ）として、第２ＬＰＣ分析部１３２から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を用いる点において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５または第１チャネル予測部１３３を構成する適応フィルタと相違する。
図４は、ステレオ音声符号化装置１００におけるステレオ音声符号化処理の手順の一例を示すフロー図である。
まず、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）１５１において、モノラル信号生成部１０１は、Ｌチャネル信号とＲチャネル信号とを用いてモノラル信号（Ｍ）を生成する。
次いで、ＳＴ１５２において、モノラル信号符号化部１０２は、モノラル信号（Ｍ）を符号化して、モノラル信号符号化パラメータ、およびモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）を生成する。
次いで、ＳＴ１５３において、第１ＬＰＣ分析部１３１は、Ｌチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）、およびＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）を得る。
次いで、ＳＴ１５４において、第２ＬＰＣ分析部１３２は、Ｒチャネル信号に対してＬＰＣ分析を行い、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）、およびＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）を得る。
次いで、ＳＴ１５５において、第１チャネル予測部１３３は、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ）とモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）との平均二乗誤差が最小となるようなＬチャネル予測パラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５６において、第２チャネル予測部１３４は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ）とモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ）との平均二乗誤差が最小となるようなＲチャネル予測パラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５７において、第１量子化部１０４は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）に対して量子化を行い、Ｌチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ１５８において、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）とＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）との平均二乗誤差が最小となるようなＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求める。
次いで、ＳＴ１５９において、ＬＰＣ係数再構築部１０６は、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）およびＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて、ＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を生成する。
次いで、ＳＴ１６０において、ルート算出部１０７は、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を用いて、選択部１０８における選択処理用のルートを算出する。
次いで、ＳＴ１６１において、選択部１０８は、ルート算出部１０７から入力されるルートの最大値が単位円の内側にあるか否か、すなわち最大ルートの絶対値が１より小さいか否かを判定する。
最大ルートの絶対値が１より小さいと判定される場合（ＳＴ１６１：ＹＥＳ）、選択部１０８は、ＳＴ１６２においてＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを第２量子化部１０９に出力する。一方、最大ルートの絶対値が１以上であると判定される場合（ＳＴ１６１：ＮＯ）、選択部１０８は、ＳＴ１６３においてＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を第２量子化部１０９に出力する。
次いで、ＳＴ１６４において、第２量子化部１０９は、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）、またはＬＰＣ係数適応フィルタパラメータに対して量子化を行い、Ｒチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ１６５において、多重部１１０は、モノラル信号符号化パラメータ、Ｌチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、Ｌチャネル量子化パラメータ、およびＲチャネル量子化パラメータを多重し、得られるビットストリームを送信する。
上記のように、ステレオ音声符号化装置１００は、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数との間の予測パラメータであるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータが式（２）による判定条件を満す場合、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをステレオ音声復号装置２００に送る。
図５は、ステレオ音声復号装置２００の主要な構成を示すブロック図である。
分離部２０１は、ステレオ音声符号化装置１００から送信されるビットストリームに対して分離処理を行い、得られるモノラル信号符号化パラメータをモノラル信号復号部２０２に出力し、Ｌチャネル予測パラメータ、およびＲチャネル予測パラメータをステレオ音声復号部２０７に出力し、Ｌチャネル量子化パラメータを第１逆量子化部２０３に出力し、Ｒチャネル量子化パラメータを第２逆量子化部２０４に出力する。
モノラル信号復号部２０２は、分離部２０１から入力されるモノラル信号符号化パラメータを用いてＡＭＲ−ＷＢなどの音声復号処理を行い、生成されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をステレオ音声復号部２０７に出力する。
第１逆量子化部２０３は、分離部２０１から入力されるＬチャネル量子化パラメータに
対して逆量子化処理を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数をＬＰＣ係数再構築部２０６およびステレオ音声復号部２０７に出力する。また、第１逆量子化部２０３は、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さを求め、切替部２０５に出力する。
第２逆量子化部２０４は、分離部２０１から入力されるＲチャネル量子化パラメータに対して逆量子化を行い、得られるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報を切替部２０５に出力する。また、第２逆量子化部２０４は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さを求め、切替部２０５に出力する。
切替部２０５は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとを比較して比較結果に基づき、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の出力先をＬＰＣ係数再構築部２０６またはステレオ音声復号部２０７へ切り替える。具体的には、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとが同様である場合は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＲチャネルＬＰＣ係数であると判断し、ＲチャネルＬＰＣ係数をステレオ音声復号部２０７に出力する。一方、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さと、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数の長さとが異なる場合は、第２逆量子化部２０４から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであると判断し、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータをＬＰＣ係数再構築部２０６に出力する。
ＬＰＣ係数再構築部２０６は、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数と、切替部２０５から入力されるＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いてＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）をステレオ音声復号部２０７に出力する。
ステレオ音声復号部２０７は、分離部２０１から入力されるＬチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、モノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、およびＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を用いて、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号を再構築し、得られるＬチャネル信号（Ｌ’）およびＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。ここで、ステレオ音声復号部２０７に、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）が入力される場合、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）は入力されず、逆に、ステレオ音声復号部２０７に、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）が入力される場合、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）は入力されない。すなわち、ステレオ音声復号部２０７は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、またはＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を択一的に用いて、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号を再構築する。
図６は、ステレオ音声復号部２０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。
第２チャネル予測部２７１は、Ｒチャネル駆動音源信号を予測する方法として、モノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を、分離部２０１から入力されるＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、得られるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を第２ＬＰＣ合成部２７２に出力する。
第２ＬＰＣ合成部２７２は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、ＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）、および第２チャネル予測部２７１から入力されるＲチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。ここで、第２ＬＰＣ合成部２７２は、切替部２０５から入力されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）、またはＬＰＣ係数再構築部２０６から入力されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を択一的に用いる。すなわち、第２ＬＰＣ合成部２７２に切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）が入力される場合、ＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）は入力されず、逆に、第２ＬＰＣ合成部２７２にＬＰＣ係数再構築部２０６からのＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）が入力される場合、切替部２０５からのＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ’）は入力されない。
第１チャネル予測部２７３は、分離部２０１から入力されるＬチャネル予測パラメータ、およびモノラル信号復号部２０２から入力されるモノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を用いてＬチャネル駆動音源信号を予測し、生成されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を第１ＬＰＣ合成部２７４に出力する。
第１ＬＰＣ合成部２７４は、第１逆量子化部２０３から入力されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）、および第１チャネル予測部２７３から入力されるＬチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を用いてＬＰＣ合成を行い、生成されるＬチャネル信号（Ｌ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
図７は、ステレオ音声復号装置２００におけるステレオ音声復号処理の手順を示すフロー図である。
まず、ＳＴ２５１において、分離部２０１は、ステレオ音声符号化装置１００から送信されるビットストリームを用いて分離処理を行い、モノラル信号符号化パラメータ、Ｌチャネル予測パラメータ、Ｒチャネル予測パラメータ、Ｌチャネル量子化パラメータ、およびＲチャネル量子化パラメータを得る。
次いで、ＳＴ２５２において、モノラル信号復号部２０２は、モノラル信号符号化パラメータを用いてＡＭＲ−ＷＢなどの音声復号処理を行い、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）を得る。
次いで、ＳＴ２５３において、第１逆量子化部２０３は、Ｌチャネル量子化パラメータに対して逆量子化処理を行い、得られるＬチャネルＬＰＣ係数を得、また、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さを求める。
次いで、ＳＴ２５４において、第２逆量子化部２０４は、Ｒチャネル量子化パラメータに対して逆量子化処理を行い、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報を得、また、得られるＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さを求める。
次いで、ＳＴ２５５において、切替部２０５は、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが同様であるか否かを判定する。
ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが同様であると判定される場合（ＳＴ２５５：ＹＥＳ）、切替部２０５は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＲチャネルＬＰＣ係数であると判断し、ＳＴ２５６においてＲチャネルＬＰＣ係数
関連情報をステレオ音声復号部２０７内の第２ＬＰＣ合成部２７２に出力する。
次いで、ＳＴ２５７において、第２チャネル予測部２７１は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を得る。
次いで、ＳＴ２５８において、第２ＬＰＣ合成部２７２は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）と、ＲチャネルＬＰＣ係数とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。次いで、処理フローはＳＴ２６３に進む。
一方、ＬチャネルＬＰＣ係数の長さと、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報の長さとが異なると判定される場合（ＳＴ２５５：ＮＯ）、切替部２０５は、ＲチャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであると判断し、ＳＴ２５９においてＲチャネルＬＰＣ係数関連情報をＬＰＣ係数再構築部２０６に出力する。
次いで、ＳＴ２６０において、ＬＰＣ係数再構築部２０６は、ＬチャネルＬＰＣ係数をＬＰＣ係数適応フィルタリングパラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）を得る。
次いで、ＳＴ２６１において、第２チャネル予測部２７１は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＲチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）を得る。
次いで、ＳＴ２６２において、第２ＬＰＣ合成部２７２は、Ｒチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＲ’）と、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ’’）とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＲチャネル信号（Ｒ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
次いで、ＳＴ２６３において、第１チャネル予測部２７３は、モノラル駆動音源信号（ｅｘｃＭ’）をＬチャネル予測パラメータによってフィルタリングし、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）を得る。
次いで、ＳＴ２６４において、第１ＬＰＣ合成部２７４は、Ｌチャネル駆動音源信号（ｅｘｃＬ’）と、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ’）とを用いてＬＰＣ合成を行い、得られるＬチャネル信号（Ｌ’）をステレオ音声復号信号として出力する。
図８、図９、および図１０は、本実施の形態に係るステレオ音声符号化方法によりビットレートが削減できる効果を示す図である。
図８は、ステレオ音声符号化装置１００に入力されるステレオ音声信号の一例を示す図である。図８において、横軸はステレオ音声信号のサンプル番号を示し、縦軸はステレオ音声信号の振幅を示す。図８Ａおよび図８Ｂそれぞれは、ステレオ音声信号を構成するＬチャネル信号およびＲチャネル信号それぞれを示す図である。図８に示すように、Ｌチャネル信号の振幅と、Ｒチャネル信号の振幅とは相違するものの、Ｌチャネル信号の波形と、Ｒチャネル信号の波形とは近似性を表す。
図９は、図８に示したステレオ音声信号に対してＬＰＣ分析を行って得られるＬＰＣ係数を示す図である。図９において、横軸はＬＰＣ係数の次数番号を示し、縦軸はＬＰＣ係数の各次の値を示す。図９は、ＬＰＣ係数の次数が１６次である場合を例示している。図９Ａは、第１ＬＰＣ分析部１３１において生成されるＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）を示
し、図９Ｂは、第２ＬＰＣ分析部１３２において生成されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を示す。図９に示すように、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）の値と、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）の値とは相違するものの、ＬチャネルＬＰＣ係数（ＡＬ）と、ＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）とは全体的に近似性を表す。
図１０は、直接ＬＰＣ分析を行って生成されるＲチャネルＬＰＣ係数と、適応フィルタを用いて再構築されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数との比較を示す図である。具体的には、実線は、第２ＬＰＣ分析部１３２において生成されるＲチャネルＬＰＣ係数（ＡＲ）を示し、点線は、ＬＰＣ係数再構築部１０６において再構築されるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数（ＡＲ１）を示す。図１０に示すように、本実施の形態に係るステレオ音声符号化方法を用いる場合、再構築されるＬＰＣ係数と、ＬＰＣ分析を行って直接得られるＬＰＣ係数とは非常に近似している。すなわち、ＬＰＣ係数再構築部１０６において得られたＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性は高く、選択部１０８においてＲチャネルＬＰＣ係数よりもＬＰＣ係数適応フィルタパラメータが選択される確率がずっと高いため、ステレオ音声符号化装置１００のビットレートを削減することができる。
図１０においては、本実施の形態に係る第１ＬＰＣ分析部を構成する適応フィルタおよび第２ＬＰＣ分析部を構成する適応フィルタの次数が両方とも１６次であり、ＬＰＣ係数適応フィルタ１０５を構成する適応フィルタの次数が８次である場合を例示する。かかる場合、ＬチャネルＬＰＣ係数とＲチャネルＬＰＣ係数とを直接送信するのに３２ビットが必要であるのに対して、ＬチャネルＬＰＣ係数とＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを送信するのには２４ビットだけが必要であるため、符号化処理の品質を保ちつつ、２５％のビットレートを削減することができる。
このように、本実施の形態によれば、ステレオ音声符号化装置は、Ｌチャネル信号とＲチャネル信号との相互相関性を用い、ＲチャネルＬＰＣ係数よりも情報量の少ないＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めてステレオ音声復号装置に送信する。すなわち、ＬチャネルＬＰＣ係数と右チャネルのＬＰＣ係数とに含まれている重複情報を送信することを回避し、送信される符号化情報の冗長性を取り除くことができ、ステレオ音声符号化のビットレートを削減することができる。
さらに、本実施の形態によれば、ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いてＲチャネルＬＰＣ係数を再構築し、得られるＲチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を判定し、Ｒチャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性が所定のレベル以下である場合には、両チャネルのＬＰＣ係数それぞれを独立に送信するため、ステレオ音声復号信号の品質をさらに向上することができる。
なお、本実施の形態では、図５においては、モノラル信号復号部２０２における復号処理により得られたモノラル信号（Ｍ’）はステレオ音声復号装置２００の外部には出力されていないが、例えばＬチャネル復号信号（Ｌ’）またはＲチャネル復号信号（Ｒ’）の生成に失敗した場合に、モノラル信号（Ｍ’）をステレオ音声復号装置２００の外部に出力し、ステレオ音声復号装置２００の復号音声信号として用いても良い。
また、本実施の形態にかかるＬチャネル信号に対する一連の処理とＲチャネル信号に対する一連の処理を逆転させても良い。かかる場合、例えば、本実施の形態では、ＬチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の入力信号として、ＲチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の基準信号として用いられるのに対して、ＲチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の入力信号として、ＬチャネルＬＰＣ係数がＬＰＣ係数適応フィルタ１０５の基準信号として用いられる。
また、本実施の形態では、ＬＰＣ係数を求めて量子化する場合を例にとって説明したが、ＬＰＣ係数と等価な他のパラメータ（例えばＬＳＰパラメータ）を求めて量子化しても良い。
また、本実施の形態では、図４及び図７において、ＹＥＳ／ＮＯの判断による分岐以外はシリアル的に各ステップの処理を行う例を示したが、順序の入れ替えや並列化が可能なステップもある。例えば、ＳＴ１５３とＳＴ１５４とは順序を逆にしても良く、あるいはＳＴ１５３の処理とＳＴ１５４の処理とを並列処理にしても良い。ＳＴ１５５及びＳＴ１５６の順序／並列化や、ＳＴ２５２とＳＴ２５３とＳＴ２５４との順序／並列化に関しても同様である。また、ＳＴ１５７の処理は、ＳＴ１５８〜ＳＴ１６４の処理の後でも良く、あるいは並列に処理しても良い。ＳＴ２５５〜ＳＴ２６２の処理とＳＴ２６３〜ＳＴ２６４の処理とに関しても同様である。
また、本発明に係るステレオ音声符号化装置およびステレオ音声復号装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置を提供することができる。
また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るステレオ音声符号化方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るステレオ音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
２００６年８月４日出願の特願２００６−２１３９６３の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明に係るステレオ音声符号化装置、ステレオ音声復号装置、およびステレオ音声符号化方法は、移動通信端末におけるステレオ音声符号化等の用途に適用することができる。
本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るＬＰＣ係数適応フィルタを構成する適応フィルタの構成および動作を説明するための図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置におけるステレオ音声符号化処理の手順の一例を示すフロー図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声復号装置におけるステレオ音声復号処理の手順の一例を示すフロー図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声符号化装置に入力されるステレオ音声信号の一例を示す図 本発明の一実施の形態に係るステレオ音声信号に対してＬＰＣ分析を行って得られるＬＰＣ係数を示す図 本発明の一実施の形態に係る直接ＬＰＣ分析を行って生成されるＬＰＣ係数と、適応フィルタを用いて再構築される再構築ＬＰＣ係数との比較を示す図

Claims (5)

  1. ステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号に対してそれぞれＬＰＣ分析を行い、第１チャネルＬＰＣ係数と第２チャネルＬＰＣ係数とを得るＬＰＣ分析手段と、
    前記第１チャネルＬＰＣ係数と、前記第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めるＬＰＣ係数適応フィルタと、
    前記第１チャネルＬＰＣ係数と前記第２チャネルＬＰＣ係数と前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いて、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報を得る関連情報決定手段と、
    を具備するステレオ音声符号化装置。
  2. 前記関連情報決定手段は、
    前記第１チャネルＬＰＣ係数を、前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータによってフィルタリングし、第２チャネル再構築ＬＰＣ係数を得るＬＰＣ係数再構築手段と、
    前記第２チャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を示す値を算出し、前記第２チャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を示す値を用いて、前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報とするか、あるいは、前記第２チャネルＬＰＣ係数を前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報とするか、を選択する選択手段と、
    を具備する請求項１記載のステレオ音声符号化装置。
  3. 前記選択手段は、
    前記第２チャネル再構築ＬＰＣ係数を用いて、式（１）
    Figure 2008016098
     に示す多項式のｚ領域におけるルートを、前記第２チャネル再構築ＬＰＣ係数の安定性を示す値として算出し、
    前記ルートの最大絶対値が１以下である場合、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報として前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを選択し、前記ルートの最大絶対値が１より大きい場合、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報として前記第２チャネルＬＰＣ係数を選択する、
    請求項２記載のステレオ音声符号化装置。
  4. 受信したビットストリームから、符号化装置においてステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号を用いて生成された、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報とを得る分離手段と、
    前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報がＬＰＣ係数適応フィルタパラメータであるか第２チャネルＬＰＣ係数であるかを判別し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータである場合には、前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを用いて、前記第１チャネルＬＰＣ係数をフィルタリングし、得られる第２チャネル再構築ＬＰＣ係数を出力し、前記第２チャネルＬＰＣ係数関連情報が前記第２チャネルＬＰＣ係数である場合には、前記第２チャネルＬＰＣ係数を出力する第２チャネルＬＰＣ係数決定手段と、
    を具備するステレオ音声復号装置。
  5. ステレオ音声を構成する第１チャネル信号および第２チャネル信号に対してそれぞれＬＰＣ分析を行い、第１チャネルＬＰＣ係数と、第２チャネルＬＰＣ係数とを得るステップと、
    前記第１チャネルＬＰＣ係数と、前記第２チャネルＬＰＣ係数との平均二乗誤差を最小化するＬＰＣ係数適応フィルタパラメータを求めるステップと、
    前記第１チャネルＬＰＣ係数と前記第２チャネルＬＰＣ係数と前記ＬＰＣ係数適応フィルタパラメータとを用いて、第２チャネルＬＰＣ係数関連情報を得るステップと、
    を具備するステレオ音声符号化方法。
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