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JP3449715B2 - 多次元音場のための符号器・復号器 - Google Patents

多次元音場のための符号器・復号器

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Publication number
JP3449715B2
JP3449715B2 JP50447492A JP50447492A JP3449715B2 JP 3449715 B2 JP3449715 B2 JP 3449715B2 JP 50447492 A JP50447492 A JP 50447492A JP 50447492 A JP50447492 A JP 50447492A JP 3449715 B2 JP3449715 B2 JP 3449715B2
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JP
Japan
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signal
subband
channel
combined
signals
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JP50447492A
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デイビス、マーク・フランクリン
トッド、クレイグ・キャンベル
ドルビー、レー・ミルトン
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Dolby Laboratories Licensing Corp
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Dolby Laboratories Licensing Corp
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Publication date
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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、概して、人に聴取されることを意図する、
多次元音場の録音、伝送、及び再生に関する。特に、本
発明は、このような音場を表す信号の高忠実度符号化及
び復号に関し、そこでは、符号化された信号は合成オー
ディオ・情報信号及びステアリング制御信号（方向制御
信号）で伝え得る。
背景技術 Ａ 高忠実度再生の目標 録音又は伝送される音声の高忠実度再生の目標は、別
の時間又は空間において「原」音場の忠実な表現を提示
（再生）することである。音場は、時間と空間の関数で
ある音圧の集合体であると定義される。したがって、高
忠実度再生では、原音場に存在した音響的圧力を聴取者
の周りで再生成することが試みられる。
理想的には、原音場及び再生音場間の差が聴取不可能
であるか若しくは聴取不可能ではないとしても、少なく
とも殆どの聴取者にとって相対的に認識できないことで
ある。忠実度の一般的な尺度は、「音質」及び「音の定
位」の２つである。
音質には、周波数範囲（帯域幅）、周波数範囲全体を
通して相対的振幅レベルの精度（音色）、音の振幅レベ
ルの範囲（ダイナミック・レンジ）、高調波の振幅及び
位相の精度（ひずみレベル）及び原音に存在しない不要
音及び人工音の振幅レベル及び周波数（雑音）のよう
な、再生特性が含まれる。音質の殆どの面は測定器によ
る測定では感知可能であるが、実際のシステムでは、
「原」音からの一定の測定可能な変位は、人の聴感シス
テム（心理音響効果）の特性で、聴取不能若しくは認識
不能にされる。
音場定位は、空間的な忠実度の１尺度である。音源の
見掛けの方向、即ち、方位角（アジマス）と高低角の両
方及び音源の距離を補足（保持）することは、時には角
定位及び奥行定位としてそれぞれ知られている。オーケ
ストラやその他の一定の録音の場合には、このような定
位で演奏者及びその楽器の実際の物理的配置を聴取者に
伝えることが意図される。他の録音、特にスタジオ内で
制作されるマルチトラック録音では、角指向性及び奥行
は演奏者及びその楽器の「現実」の配置とは全く無関係
であり、定位は単に聴取者に対して伝えられるべき総合
的な芸術的印象の一部にしか過ぎない。何れにしても、
高忠実度マルチチャンネル再生システムの１目的は、そ
れが現実であれ合成であれ、進行している音場の空間的
な面を再生することである。音質に関してと同様に、実
際のシステムにおける一定条件の下では、測定可能な定
位の変化は、人の聴感特性のために聴取不可能か若しく
は相対的に看過し得る。
定位で、原録音に存在している印象を伝えることを意
図する録音に関してさえも、制作者（プロデューサ）
は、マイクロフォンの配置、音のミキシング及び録音に
対する各種の考え方に基づいて選択を行わなければなら
ず、その各々が互いに異なった音場のとらえ方（捕捉）
に帰着する。芸術的、技術的な判断及び好みによっても
たらされる変化を除いては、音場のとらえ方は、精々原
音場に近似するものとなる、その理由は録音、伝送、再
生装置及び技術面に内在する技術的及び実際的制約のた
めである。
音場制作者にとって利用可能な数々の決定、調整及び
組合せは、当業者にとっては明白である。制作者として
は、再生システムと共に録音又は伝送される信号を開発
し、それが音質及び音場定位面で特定の特性を有する音
場を聴取者に提供し得るものであることを認識すること
で十分である。聴取者に提供される音場は、制作者が意
図する理想的音場にぴったりと近似するか若しくは再生
装置及び音響再生環境等多くの要因に依存してそれから
逸脱し得る。
全部ではないとしても殆どの場合において、音場制作
者は比較的よく定められたシステムで作業を行い、そこ
には既知の再生、即ち、提示上の構成及び環境が存在す
る。例えば、２・チャンネルステレオ録音は、一般的
に、ステレオ又はモノラルの何れかの再生又は提示シス
テムによって再生、即ち、提示されることが期待され
る。通常録音は、殆どの聴取者にとって良好に聞こえる
ように適正化される。聴取者は、非常に単純なものから
非常に洗練されたものまで広範な種類のステレオ又はモ
ノラルの再生機器を所有する。別の例として、映画用の
サラウンド音響を有するステレオ録音は、映画館が左、
中央、右、低音及びサラウンド（環境）チャンネルを再
生する周知の一般的標準装置又は、その代わりに、古典
的「既成の」モノラル音響再生装置を備えることを見込
んで制作される。このような録音物は、家庭聴取環境で
も同様に演奏されることを期待して制作され、そこでは
１個の小型スピーカを備えるテレビ受像機から、映画館
サラウンド音響体験を正確に模写する比較的洗練された
家庭用サラウンド音響システムにわたる装置で演奏され
る。
伝送又は再生のために捕捉される音場は、或る時点で
１以上の電気信号によって表現される。通常このような
信号は、音場捕捉（「捕捉チャンネル」）時点、音場伝
送又は録音（「伝送チャンネル」）時点及び音場演奏
（「演奏チャンネル」）時点で１以上のチャンネルを構
成する。或る限度内でこれらのチャンネル数が増大する
につれて複雑な音場を再生する能力が増大するが、実際
的な要件でこのようなチャンネル数には制約が課され
る。
初期の録音及び再生システムは、単一の伝送及び演奏
チャンネルに依存した。その後、マルチチャンネルシス
テムが実用され、その中で音楽用で最も人気のあるもの
は、継続的に２つ伝送及び演奏チャンネルから成るステ
レオシステムであった。映画及び家庭用ビデオの音響シ
ステムでは、一般的に４以上の演奏チャンネルが用いら
れる。伝送チャンネル数を低減させるためにオーディオ
マトリックス化のような技術が、特に、映画用光学サウ
ンドトラック及び家庭ビデオ用２トラック媒体の４つの
提示（演奏）チャンネル用のオーディオ情報を伝える伝
送チャンネルで用いられてきた。このようなマトリック
ス化技術で、４つの伝送チャンネルで伝えられる４つの
提示チャンネルから生成される音場の近似再生が可能に
なる。しかし、現存のマトリックス技術では、たとえマ
トリックス化された音響信号の復元でマトリックス増強
回路が用いられても、再生音場、特に提示チャンネル間
の分離に関する劣化に帰着する。
したがって、そうすることによる非能率にもかかわら
ず、空間的忠実度の所望水準を達成するために、録音及
び伝送過程全体を通して多数の伝送チャンネルを維持す
ることが時には必要となる。
上述の選択以外にも、１以上のチャンネルによる音場
の演奏には、追加的な芸術上及び技術上の選択を要す
る。音場制作者は、幾つの捕捉チャンネルを用いるか及
び音場を捕捉チャンネル上にどのように「対応させる」
かについて選択し得る。音場伝送者は、伝送チャンネル
の数を選択し、記録又は伝送のためにオーディオ情報を
どのように符号化するかを選択し得る。聴取者は、演奏
チャンネルの数を選択するか若しくは聴取者の再生装置
によって選択が指定されて、例えば、２チャンネルステ
レオ形式で記録される音場が、単一モノラルチャンネル
システムを通して再生若しくは演奏されることが必要に
なり得る。同様に聴取者は、各チャンネルを再生する変
換器又はスピーカを聴取環境のどこに配置するか若しく
は音声スペクトルの一部を増強又はカットし又は残響又
はアンビエンス（音の広がり）を付加することによって
音声を「増強」又は改変するかどうかを選択してもよ
い。映画館内のような場合には聴取者には殆ど制御手段
はない。
しかしシステムが一旦設定されて作動されると、シス
テムで用いられるチャンネル数は聴取者の関心の対象と
なるべきではない。聴取者の注意は音声システムのこの
ような技術的詳細によって聴覚的にそそられるべきでは
なく、それは聴取者がカラーテレビジョンでは前可視ス
ペクトルよりはむしろ３色のみが用いられることを視覚
的に知っていること以上のなにものでもない。
所望の音場及び実際に再生される音場間にしばしば偏
差が生じる理由は、高忠実度再生を達成するのに必要な
情報の総量を最少化しようとする要求のためである。既
に述べた通りその１例は、２トラックの媒体で４チャン
ネルの音声情報を伝えるためにマトリックスを用いるこ
とである。しかし、オーディオ業界の作業者間には、音
場を表現するのに必要な情報の総量を伝送及び録音過程
で更に低減させる一方で、同時に原音場をより正確に保
持したいという要求がある。必要な情報量を低減させる
ことによって、狭い帯域幅又は雑音の多い伝送路若しく
は小記憶容量の記録媒体のような、低減された情報容量
を有する伝送チャンネルで信号を伝えることができる。
理想的には、低減された情報要件を有するこのような装
置は、当初意図された音場と聴覚的に区別できないか、
或いは殆ど区別できない音場再生を可能にすべきであ
る。
Ｂ 情報低減技術 時には、種々の技術によって検知可能なオーディオ品
質を低下させることなく情報要件を低減させることがで
きる。例えば、オーディオ圧縮やダイナミックレンジ低
減を施されたアナログ信号では、圧縮されていないこの
ような信号に比べて課される伝送情報容量要件が低減さ
れる。より少ない二進ビットで符号化されるデジタル信
号では、信号を表すためにより多いビット数を用いてコ
ード化される信号に比べて、課される伝送情報容量要件
は低減される。勿論、聴感上のオーディオ品質を低下さ
せることなく実現できる低減量には限度がある。以下の
節では、デジタル技術に特有な制限につき論じるが、ア
ナログ技術でも同様に相当する考慮要件が適用されこと
を認識すべきである。
デジタル信号に対するビット要件は、各デジタル化さ
れた信号サンプルを表すのに用いられるビット数及びデ
ジタル化された信号サンプル数に比例する。所与の信号
区分に対するサンプル数は、一般にサンプリングレート
によって設定される。
最小サンプリングレートはナイキスト理論で支配され
る。ナイキスト理論では、サンプル間の間隔が信号の最
高周波数成分の周期の半分未満の時にのみ、信号が別々
のサンプルから正確に復元できると考える。サンプリン
グレートがこのナイキストレートよりも低い時には、高
い周波数成分は低い周波数成分として誤って表される。
この低い周波数成分が真の成分に対する「エイリアス
（誤差成分）」である。
デジタル化された信号サンプルの各々を表すために利
用可能なビットの数によって、符号化信号サンプルによ
る信号表現の精度が設定される。ビットレートが低いこ
とは、各サンプルを表現するのにより少ないビットの数
しか利用可能でないことを意味する。したがって、ビッ
トレートが低いことは、量子化上の不正確さが増し、量
子化誤差がより大きくなることを意味する。多くの用途
において、量子化誤差は量子化雑音として現れ、もしこ
の誤差が有意の大きさになれば、量子化雑音で符号化信
号の本質的な品質が低下する。
幾つかの先行技術では、種々の心理音響効果を利用す
ることによって聴取可能な品質を低下させずに情報要件
を低減することを求めている。人の耳は、中心周波数の
関数として変化する可変中心周波数及び帯域幅を有す
る、高度に非対象に調整されたフィルタの周波数分析特
性と類似の特性を示す。別個の音を検出し、その方向を
解明する人の耳の能力はこれらの音の間の周波数の差が
増加するにつれて一般的に増加するが、耳の分解能は、
上述のフィルタの帯域幅未満の周波数差に対しては実質
的に一定の状態に留まる。したがって、人の耳の周波数
分解能及び方向感知能力は、音声スペクトル全体にわた
ってこれらのフィルタの帯域幅に従って変化する。この
ような聴覚上のフィルタの有効帯域幅を「臨界帯域」と
呼ぶ。臨界帯域内の支配的な、即ち、優勢な信号は、た
とえ異なった見掛けの方向を有する信号であっても、当
該臨界帯域外の周波数が他の信号を隠蔽するよりも、臨
界帯域内の任意の他の信号の可聴性を隠蔽する可能性が
ある。これについては、「オーディオ・エンジニアリン
グ・ハンドブック」（Audio Engineering Handbook,K.B
lair Benson ed.,McGraw−Hill,San Francisco,1988,pa
ges1.40−1.42and4.8−4.10）参照。
信号記録、伝送及び再生技術では、有用な信号帯域
が、耳の臨界帯域に近似する帯域幅を有する周波数帯域
に分割され、そこでは広帯域技術よりも音響心理効果を
うまく利用することができる。臨界帯域技術は、フィル
タバンクを用いて信号帯域幅を分割し、各フィルタ帯域
を通過する信号を処理し、原信号の複製を逆フィルタバ
ンクを用いて再構成することから成る。このような技術
には、サブバンド符号化及び変換符号化の２つがある。
サブバンド及び変換コーダでは、特定の周波数帯域にお
いて伝送される情報を低減させることができる。この特
定の周波数帯域では、符号化された信号の本来的な品質
を低下させることなく、結果的に生じる不正確な符号化
又は雑音が、隣接スペクトル成分によって音響心理学的
に隠蔽される。
サブバンドコーダ（符号発生装置）では、アナログ又
はデジタル技術若しくはこれらの混成技術を用いること
ができる。サブバンドコーダのフィルタバンクは、デジ
タル帯域通過フィルタのバンク、又はアナログ帯域通過
フィルタのバンクによって実現することができる。
デジタル・フィルタ・サブバンドコーダに関しては、
入力信号は濾波の前にサンプリングされる。これらのサ
ンプルは、デジタル・フィルタ・バンクを通され、その
後下方サンプリングされてサブバンド信号が得られる。
各サブバンド信号は、入力信号スペクトルの一部を表す
サンプルから成る。
アナログ・フィルタ・サブバンドコーダに対しては、
入力信号は幾つかのアナログ信号に分けられ、各々がフ
ィルタ・バンク帯域ろ波フィルタ帯域幅に対応する帯域
幅を有する。これらのサブバンド・アナログ信号は、ア
ナログ形式で保存するか、若しくはサンプル化及び量子
化によってデジタル形式に変換することができる。
デジタル変換コーダは、デジタル帯域濾波フィルタの
バンクを実現する幾つかの時間・領域対周波数・領域変
換の何れによっても実現できる。サンプル化された入力
信号は、濾波の前に「信号サンプル・ブロック」に区分
される。１つ又はそれ以上の隣接する変換係数を一緒に
グループ化して、個々の変換係数帯域幅の合計である有
効帯域幅を有する、「サブバンド」を定めることができ
る。
以下の論議全体にわたって、「サブバンドコーダ」と
いう語は、有用な信号帯域幅部分に対して作動する、真
のサブバンドコーダ、変換コーダ及びその他の符号化技
術を指するものとする。「サブバンド」という語は、真
のサブバンドコーダ、変換コーダ及びその他の技術の何
れによっても実現され、これらの有用な信号帯域幅の部
分を指するものとする。「サブバンド・ブロック」とい
う用語は、所与の間隔又はブロック時間の間に有用な信
号帯域幅にわたるスペクトル・エネルギー表現を指すも
のとする。デジタル・フィルタ・バンクによって実施さ
れる真のサブバンドコーダに対し、サブバンド・ブロッ
クは、所与の時間間隔全体にわたる総てのサブバンドに
対するサンプルの組から成る。アナログ・バンクによっ
て実施される真のサブバンドコーダに対し、サブバンド
・ブロックは、時間間隔区分に対する総てのサブバンド
信号から成る。変換コーダに関して、サブバンド・ブロ
ックは、信号サンプル・ブロックに対応する総ての変換
係数の組から成る。
当発明者は、実際の目的に対し、信号が耳の臨界帯域
程度若しくはそれよりも狭い帯域幅を有するサブバンド
に一旦分割されると、サブバンド内の音は１つのスピー
カ又は演奏チャンネル若しくは２つのスピーカ又は演奏
チャンネル間の或る位置から到来するように聞こえ、そ
の後それ以外の場所から到来する同じサブバンド内のあ
らゆる音を耳は感知しないことを実験的に確認した。こ
の効果については、図１に概念的に示す。すなわち、聴
取者101は、たとえサブバンド内の音が実際には102乃至
110のスピーカから到来しても、このサブバンド内の音
がスピーカ102及び104の間の点111から到来しているも
のと感知する。
臨界帯域よりも実質的に広い周波数に分離されている
２つの音響的信号の各々がスピーカ又はヘッドフォン変
換器のような別々の演奏チャンネルによって再生される
時、聴取者はこれらの２つの信号の各々が別個の音源か
ら生じていることを感知することができる。しかし、２
信号間の周波数上での分離が臨界帯域内に縮小するにつ
れて、これらの信号が別個の音源から生じていることを
感知する聴取者の能力もまた下がる。
従って、１つの音場を表現する複数チャンネルのオー
ディオ信号を伝えるのに必要な情報容量は、このオーデ
ィオ信号チャンネルを耳の臨界帯域と実質的に同じか若
しくはそれよりも狭い帯域幅を有するサブバンドに分割
し、各サブバンドをスペクトル振幅と方向情報とから成
る合成信号として伝送又は録音し、再生又は提示時に各
サブバンドの振幅及び方向を保持する信号の組を生成す
ることによって低減させ得る。
追加的な技術を用いて、所与の信号再生の品質を達成
するのに必要な情報容量を更に低減させることができ
る。これらの各技術では、信号再生の精度を低下させる
こを犠牲にして低減を行う。１デジタル技術として、数
の浮動小数点表現がある。浮動小数点数では、整数表現
で可能な範囲よりも広い範囲の数値を表現することがで
きる。浮動小数点数は、仮数と指数から成る。別のデジ
タル技術として、ブロック浮動小数点表現である。この
技術を用いると、幾つかの量が単一の指数に関連する仮
数のグループ又はブロックとして表現される。これらの
浮動小数点技術の何れについても、指数は位取り（基準
化）因子又は総量子化水準と考えても良い。仮数は位取
り因子の対象又はより細かい量子化水準であると考えて
も良い。
発明の開示 本発明は、マルチチャンネル音声符号化・伝送システ
ムに向けられる。本システムでは、再生される音場は、
離散チャンネルシステムによって発生される音場と聴感
上区別できないか若しくは殆ど区別できない。また、本
システムは周知の４−２−４システムより聴感上優れて
いる。４−２−４システムは、復号面で向上されている
がこのような先行技術の離散・マトリックスシステムに
関連する実質的帯域幅を維持している。本発明により、
符号器は、再生されるべき音場を表す合成オーディオ情
報信号及び方向制御信号を生成し得る。合成オーディオ
情報信号では、その周波数スペクトルが好ましくは人の
耳の臨界帯域に比例した多数のサブバンドに分解され
る。方向制御信号は、サブバンドの各々に関連する成分
を含む。本発明は、アナログ又はデジタル技術若しくは
その混成技術を用て実施することができるが、本発明は
デジタル技術を用いて更に都合好く実施することが可能
であり、当明細書で開示される好ましい実施形態はデジ
タル実施例である。
耳の臨界帯域幅に対応する帯域幅を有するサブバンド
を使用することによって音響心理効果を一層大幅に利用
することが可能であるが、本発明の教示の応用はその様
に限定されないことを理解すべきである。これらの教示
を広帯域信号にも同様に適用できることは当業者には明
白であろう。したがって、以下の論議全体を通してサブ
バンドの呼称は、入力信号の有用帯域幅全体にわたる１
以上の周波数帯域と解釈すべきである。
本発明の第１の実施例では、コーダは複数の入力チャ
ンネルを受け取り、復号器において同数の出力チャンネ
ルを与える。符号化された情報は、各サブバンドについ
て各入力チャンネルに対する別々の表現、入力チャンネ
ルの幾つか又は総て対する総合表現を含み得る。総合表
現は、合成オーディオ情報信号と、成合成オーディオ情
報信号内のサブバンドの各々に対する入力チャンネルレ
ベルの近似値を表す方向制御信号とから成る。
図２は、第１実施例で集合的表現がどのようにして形
成されるかを説明する概念上の実例である。工程204及
び206から成るエンコーダ（符号器）が、複数の入力チ
ャンネル202から音場を表すサブバンド信号を受け取
る。工程204が、入力信号を合成オーディオ情報信号に
結合し、進路208に沿って合成信号を通す。工程206が、
入力チャンネルレベルを決定し、各チャンネルレベルを
表す方向制御信号を設定し、進路210に沿って方向制御
信号を通す。進路208及び210は本明細書では集合的に合
成チャンネルと呼ぶ。工程212から成るデコーダ（復号
器）が、進路208及び210から合成チャンネル信号を受け
取り、音場を提供する出力信号を出力チャンネル214に
沿って発生させるために合成チャンネルサブバンドを割
り当てる。
本発明の第２実施例ではエンコーダが、複数の入力チ
ャンネルから音場信号と、これらの入力チャンネルの各
々の定位特性とを受け取る。デコーダが、符号化された
信号と、各出力チャンネルに対する変換器の定位特性と
を受け取り、入力チャンネル信号によって表される音場
をできるだけ正確に再生するために、各出力チャンネル
に対して信号を与える。符号化された情報は、各サブバ
ンドにつき入力チャンネルの各々に対する別々の表現及
び入力チャンネルの幾つか又はすべてに対する集合的表
現又はそのいずれかを含み得る。集合的表現は、正味の
総合的音場レベルを表す合成オーディオ情報信号と、合
成オーディオ情報信号内のサブバンドの各々に対する音
場定位情報を含む方向制御信号とから成る。この音場定
位情報を当明細書では正味の方向ベクトルと呼ぶ。
図３は、第２の実施例で集合的表現がどのようにして
形成されるかを説明する概念上の実例である。工程304
及び306から成るデコーダが、複数の入力チャンネル302
から音場を表すサブバンド信号を受け取り、音場をどの
ようにこれらの各入力チャンネル上に対応させるかにつ
いての情報を進路303から受け取る。工程304では、入力
信号を合成オーディオ情報信号に結合し、進路308に沿
って合成信号を通す。工程306では、正味方向を決定
し、音場の正味の見掛け方向を表する方向制御信号を設
定し、進路310に沿って方向制御信号を通す。当明細書
では、進路308及び310を集合的に合成チャンネルと呼
ぶ。工程312から成る復号器では、出力チャンネル数及
び提供システム内の出力チャンネル変換器の空間的構成
に関する情報を進路313から受け取り、進路308及び310
から合成チャンネル信号を受け取り、音場を提供する出
力信号を出力チャンネル314に沿って発生させるために
合成チャンネルサブバンドを割り当てる。
第２実施例の符号化された信号は、マルチチャンネル
と所望の再生された音場との間の関係が既知であるとい
う条件で、第１実施例の符号化信号か得ることができ
る。一般に、音場が少なくとも３以上のチャンネルによ
ってを伝えられることを意図しているシステムの場合に
は、第１実施例の符号化信号は、第２実施例の符号化信
号から得ることはできない。これは、チャンネル振幅の
多くの組合わせで同一の正味方向ベクトルが生成され得
るからである。
第１及び第２実施例の実際的な適用では、エンコーダ
への情報は多重入力チャンネルである。しかし、第２実
施例の場合エンコーダは、所望の再生音場の定位特性に
関係する。従って、エンコーダは、入力チャンネル及び
これらの入力チャンネルを当該音場にどのように関係さ
せることが意図されているかについて定位情報を受け取
らなければならない。例えば、左、中央、右、左サラウ
ンド及び右サラウンドの再生を一般的に標準化されたス
ピーカ配列で行う５・チャンネル映画システムの場合正
味の方向ベクトルは、これらのスピーカ位置に適用する
ことを意図する５・チャンネル信号から得ることができ
る。再生又は提示環境に関する情報を受け取る、第２実
施例による復号器は、意図する５・チャンネル再生又は
提示若しくは異なった数のチャンネル、スピーカ位置を
用いる別の再生又は提示環境用に正味の方向ベクトルを
用いることができる。例えば、合成オーディオ情報信号
及び正味の方向ベクトルは、３・チャンネル用の左、中
央及び右チャンネル再生又は提示配列用に符号化し得
る。
これら両方の実施例に関して、再生、即ち、提示装置
によって生成される再生音場は、大多数の聴取者にとっ
て、同一数の別々の捕捉、伝送及び提示チャンネルを有
するシステムによって生成されるものと比べて聴感上区
別できないか或いは殆ど区別できないようなものである
べきである。
本発明は、多重入力チャンネルを発生させる特定の構
成又は音場を捕捉又は再生成する特定の構成用には全く
限定されない。第１又はＩ型実施例の場合、本発明はエ
ンコーダでの入力として、どのようにして得られても、
任意の組の多重入力チャンネルを受け入れ、復号器での
出力として多重入力チャンネル組に近似するものを提供
する。第２又はII型実施例の場合、本発明では、入力チ
ャンネルの制作者が音場を生成するためにどのように意
図したか、即ち、聴取者に関する入力チャンネルの方向
を定めるのに必要な情報を有する任意の組の多重入力チ
ャンネルをデコーダでの入力として受け入れ、再生又は
提示装置及び環境の各能力に釣り合った最良の音場を生
成する１組の提示チャンネルをデコーダでの出力として
提供する。
上で論じたように、本発明は、幾つかの技術の任意の
もので実施されるサブバンドデコーダに適用される。好
ましい実施例では、変換、特に、時間領域エイリアシン
グ相殺（Time Domain Aliasing Cancellation）（TDA
C）技術による時間領域対周波数領域変換を用いる。こ
れについては、音響、音声、信号処理に関するIEEE学会
誌報告1986年ASSP−34巻の1153ページから1161ページま
での、プリンセンとブラッドリーによる論文、「時間領
域エイリアシング相殺に基づく分析・合成フィルタバン
ク設計」（Princen and Bradley,“Analysis/Synthesis
Filter Bank Design Based on Time Domain Aliasing
Cancel−lation",IEEE Trans.on Acoust.,Speech,Signa
lProc.,vol.ASSP−34,1986,pp.1153−1161）を参照のこ
と。TADC変換を用いる変換エンコーダ・デコーダシステ
ムの１例は、国際特許出願発行番号WO 90/09022号に記
載されている。本明細書では参照によりこれを全面的に
援用する。
典型的な単一チャンネルサブバンド符号化では、図４
に示すように、入力信号をフィルタバンク1010によって
サブバンドに分割し、サブバンド情報をエンコーダ1030
によって量子化されたコード・ワードに変換し、量子化
コード・ワードをフォーマッタ（書式化装置）1040によ
って伝送又は記憶に適する形式にアセンブルすることか
ら成る。もしフィルタ・バンクがデジタル・フィルタ又
は離散変換によって実施されるのであれば、入力信号は
フィルタ・バンクによる濾波の前にサンプル化装置1000
によってサンプリングされて量子化される。もしフィル
タ・バンクがアナログ・フィルタによって実施されるの
であれば、サブバンド信号を、エンコーダ1030によるデ
ジタル符号化のためにサンプル化装置1020によってサン
プリングして量子化することができる。本発明は、マル
チチャンネル情報のためのエンコーダ1030に関する。
典型的な単一チャンネルのデジタル・サブバンド復号
は、図５に示すように、書式化コード・ワードをデフォ
ーマッタ（書式解除装置）1050によって逆アセンブル
し、サブバンド情報をデコーダ1060によって復元し、サ
ブバンド情報を逆フィルタ・バンク1080によって単一チ
ャンネル信号に合体することから成る。もし逆フィルタ
・バンクがアナログ・フィルタによって実施され、信号
がデジタル符号化されるのであれば、サブバンド情報は
逆フィルタ・バンクの濾波の前に変換装置1070によって
アナログ形式に変換される。もし逆フィルタ・バンクが
デジタル・フィルタ又は離散変換によって実施されるの
であれば、デジタル信号は変換装置1090によってアナロ
グ形式に変換される。本発明は、マルチチャンネルの情
報のためのデコーダ1060に関する。
本発明の符号化に関する教示により、サブバンド方向
制御（サブバンド・ステアリング）と呼ばれる工程で
は、合成オーディオ情報信号及び方向制御信号（ステア
リング制御信号）を形成するために特定のサブバンド内
の２以上のチャンネルからのスペクトル成分が結合され
る。図６はその概念を示す。多重入力チャンネルは、Ch
A、ChB、ChC、・・・ChZと標識づけられた水平の横帯
（バー）で表される。これらの入力チャンネルは、SB
0、SB1、・・・SBNと標識づけられた垂直コラムによっ
て表されるサブバンドに分割される。サブバンドは、入
力チャンネルの有用な帯域幅にわたり集合的に広がる。
別のチャンネルは、図６に「合成」と標識を付された水
平バーによって表されている合成チャンネルである。合
成チャンネルは、サブバンド・ステアリングを理解する
ために有用な理論的構成概念であり、合成オーディオ情
報信号とステアリング制御信号とから成る。
サブバンド・ステアリングで、多重入力チャンネルか
らのサブバンドのスペクトル成分が合成表現に結合され
る。例えば、図６を参照して、ChA乃至ChZに対するサブ
バンドSB1内のスペクトル成分は、スペクトル成分の単
一組のサブバンドに結合される。図６ではこのサブバン
ドの組は、合成チャンネルのサブバンドSB1内の交差線
領域で表現される。合成チャンネルのサブバンドによっ
て表現される個々のチャンネルのサブバンド・スペクト
ル成分の代わりに、サブバンドSB1に対する合成表現が
伝送若しくは記録され得る。
本発明の教示によれば、総てのサブバンドに方向制御
を行う必要はない。再び図６を参照して、例えば、サブ
バンドSB0内のChA乃至ChZに対するサブバンド・スペク
トル成分の方向制御は行わない。合成チャンネルは、こ
のサブバンドに関する如何なる合成表現も含まない。従
って、本発明の実施例では、音場を表するマルチチャン
ネルを離散チャンネル表現と合成チャンネル表現との混
成物に符号化することができる。「方向制御されたサブ
バンド」とは、そこでは２以上のチャンネルからのスペ
クトル成分が合成表現に結合されているサブバンドであ
る。すべての方向制御サブバンドの合成表現は、合成オ
ーディオ情報信号と方向制御信号とから成る「合成チャ
ンネル」である。合成チャンネルによって表されるチャ
ンネルは「方向制御されたチャンネル」である。
方向制御信号は、２つの方法の何れかで発生される。
図２に概念的に示される第１、即ち、Ｉ型の実施例で
は、すべての方向制御されたチャンネルからのスペクト
ル成分のレベルを伝える方向制御信号が発生される。図
３に概念的に示す第２、即ち、II型の実施例では、すべ
ての方向制御されたチャンネルからのスペクトル成分に
対する見掛けの方向又は正味の方向ベクトルを表す方向
制御信号が発生される。
同様に本発明の教示により、離散マルチチャンネルの
符号化では、適応的サブバンド・ステアリングを用いる
ことができる。特定の用途のために若干数の離散伝送チ
ャンネルが強く望まれる場合には、適応的ステアリング
で可能な時には何時でも離散チャンネルを伝送すること
ができる。適応的サブバンド・ステアリングでは、さも
なければ離散チャンネル用の符号化スペクトル成分を伝
送するのに必要な情報総量が伝送チャンネルの容量を超
える時には何時でも、所与のサブバンドのステアリング
を用い得る。従って、ステアリング工程は、さもなけれ
ば所望の水準の符号化精度を達成するのに不十分なチャ
ンネル容量を受け取る特定のサブバンドに対してのみ適
用される。ステアリングされたチャンネル内のサブバン
ドスペクトル成分よりはむしろスペクトル成分の合成表
現が符号化される。
さらに符号化に関する本発明の教示により、ステアリ
ング工程は、離散チャンネル情報として常に処理される
他のサブバンド内にスペクトル成分を有する一定のサブ
バンドに限定することができる。当業者は、選択された
サブバンドをサブバンドステアリングから除外するため
に異なった条件を用い得ることを理解すべきである。例
えば、高優先度チャンネル内の若干又はすべてのサブバ
ンドをサブバンドステアリングから除外し若しくは若干
又はすべてのチャンネル内の高優先度サブバンドをサブ
バンドステアリングから除外し得る。除外規準は、信号
内容及び符号化要件により固定又は適応的に選択し得る
ことも理解理解すべきである。ここで再び例を挙げる
と、互いに位相外れの優勢スペクトル成分を含むマルチ
チャンネルからのサブバンドは、適応的にステアリング
高低から除外できる。これはサブバンドのステアリング
で信号の聴取可能な損失が生成され得るからである。
更に符号化に関する本発明の教示により、位相外れの
スペクトル成分を有するステアリング・チャンネルに起
因する信号損失は、幾つかの補償案の何れかによって、
回避又は極少化することができる。１案では、合成チャ
ンネル内のスペクトル成分振幅に関する最小レベルが確
定される。別の案では、個々のチャンネル内のスペクト
ル成分の位相を合成チャンネルを形成する前に調整し、
副次的な情報を復号器に通して復号器で位相調整を逆転
させるようにする。
ディジタル符号化技法に関する本発明の教示により、
スペクトル成分を表す数値はコード・ワードに量子化さ
れ、可変数のビットがビットのプールからのコード・ワ
ードに適応的に割当てられる。このビット割当ては、現
存の信号内容のために、或るサブバンド内の量子化誤差
によって信号符号化が他のサブバンド中よりも大きく劣
化するかどうかに基づいて行なわれる。更に詳しく言う
と、量子化雑音が他のサブバンド中の雑音よりも一層聴
取可能と考えられるスペクトル成分に対してより多くの
ビットが割当てられる。
更にディジタル符号化に関する本発明の教示により、
量子化誤差の聴感上の影響は、スペクトル成分の量子化
誤差の統計的特性を変更することによって低減すること
ができる。１実施例においてかかる変更は、スペクトル
・エネルギーが僅かしかないか、若しくは全くないサブ
バンドに対しては行われない。
復号に関する本発明の教示により、符号化の際にサブ
バンドのステアリング（方向制御）が用いられる時には
何時でも、逆ステアリングにおいてステアリング制御信
号が用いられて、ステアリングの行われたチャンネルの
表現が合成チャンネルから復元される。Ｉ型の符号化に
関しては、複数のチャンネルの情報が復元され、各復元
チャンネルは入力チャンネルの１つずつに対応する。II
型の符号化に関しては、１つ又はそれ以上のチャンネル
が特定の表現系での表現のために生成される。II型の復
号器のためのチャンネルの数は、表現系の特性によって
支配されるので、必ずしも入力チャンネル数と等しくは
ない。
同様にディジタル復号技術に関する本発明の教示によ
り、符号化工程の間に用いられた工程と実質的に類似の
適応ビット割当て工程が行われて、各量子化コード・ワ
ードに対して割り当てられるビットの数が確定される。
この情報を用いてサブバンドのスペクトル成分が再構成
される。
更にディジタル復号に関する本発明の教示により、量
子化誤差は、スペクトル成分の再構成を統計的に増強す
ることによって低減される。１つの実施例においては、
かかる統計的増強は、スペクトル・エネルギーが僅かに
しかないか若しくは全くないサブバンドに対しては行わ
れない。
本発明とその好ましい実施例の種々の特徴について
は、以下の「発明を実施するための形態」及び添付の図
面中で詳しく説明する。
図面の簡単な説明 図１は、多重提示チャンネルにより再生される音場を
聴取していて、２つの提示チャンネルの間の点から音が
到来すると知覚している人を説明する概念図である。
図２は、サブバンド・ステアリングの第１又はＩ型の
実施例を説明する概念概略図である。
図３は、サブバンド・ステアリングの第２又はII型の
実施例を説明する概念概略図である。
図４は、サブバンドエンコーダの基本的構造を説明す
る機能概略図である。
図５は、サブバンドデコーダの基本的構造を説明する
機能概略図である。
図６は、サブバンド・ステアリングの仮想説明図であ
る。
図７は、本発明のサブバンド符号化に関連する基本的
構造を説明する機能概略図である。。
図８は、本発明のサブバンド復号に関連する基本的構
造を説明する機能概略図である。
図９は、５つの提示チャンネルを有する再生系の３次
元での仮想説明図である。
図10aは、切り捨てを行った実数値の３ビットの２の
補数の、ディジタル表現に固有の量子化の不正確さにつ
いての仮想説明図である。
図10bは、切り捨ての前に丸めを行った実数値の３ビ
ットの２の補数の、ディジタル表現に固有の量子化の不
正確さについての仮想説明図である。
表Ｉでは、本発明の好ましい実施例の１つで48kHzで
サンプル化される20kHz帯域幅信号のための512点のTDAC
変換に基づくエンコーダを用いるが、そのサブバンド量
子化の際に関連する、変換係数サブバンドのグループ
化、主及びサブバンド指数の構造及び係数割当要件を示
す。
発明の実施形態 本発明は、アナログ及びディジタルの種々の符号化技
術を用いて実施することができる。本発明はディジタル
技術を用いることによって一層都合良く実施されるの
で、当明細書で開示されている形態ははデジタル実施例
である。
デジタルの実施例では、適応ビット割当て技術を用い
ることができる。好ましい実施例についての以下の叙述
では、適応ビット割当て及びサブバンド・ステアリング
概念の両方を開示しているが、サブバンド・ステアリン
グのデジタルの実施例は、適応的でないビット割当て案
と共に用い得ることを理解すべきである。ここで開示さ
れているビット割当て工程はまた、サブバンド・ステア
リングなしのエンコーダ・デコーダシステム（系）でも
用いることができる。
以下で論議する好ましい実施例では、適応ビット割当
てを用いるデジタル実施に特に一層良く適合する適応的
ステアリング技術が開示されているが、サブバンド・ス
テアリングは非適応的に、すなわち、連続的に用い得る
ことを理解すべきである。サブバンド・ステアリングで
の変形については、以下で論議する。
Ｉ 本発明の好ましい実施例 サブバンド符号化に関する本発明の好ましい実施例の
基本的な構成は、図７に示されている。この好ましい実
施例において、Ｉ型のエンコーダとしての本発明は、各
々がCh1、Ch2、・・・ChNの標識が付される進路１の部
分としてチャンネルが表現されているマルチチャンネル
のサブバンドのスペクトル情報を粗く量子化する粗レベ
ル量子化装置100と、進路11から受け取られる粗量子化
情報に応答して各サブバンドが信号符号化品質の所与の
レベルを達成するのに必要なビットの最小数を見積もる
サブバンド割当てしきい値推定装置200と、進路13から
受け取られる粗量子化情報、進路46から受け取られるス
テアリング情報、及び進路35から受け取られる少なくと
も幾つかのチャンネルに共有されるビット・プール350
からの割当てに利用可能なビットの数に応答して、多数
のビットを種々のサブバンドに割り当てる適応ビット割
当て装置300と、進路21から受け取られる見積必要割当
てしきい値、進路31から受け取られるビット割当て情
報、及び進路12から受け取られる粗量子化情報とスペク
トル成分情報に応答して、選択されたサブバンドを合成
スペクトル情報にステアリングを行うステアリング制御
装置400と、進路41から45までの進路から受け取られる
ステアリング及びスペクトル情報を量子化コード・ワー
ドに量子化し、量子化されたコード・ワード、粗量子化
及びステアリング情報を進路51乃至54の進路に沿って渡
す量子化装置500とから成る。
この好ましい実施例において、II型のエンコーダとし
ての本発明は更に入力進路２を含み、それに沿ってステ
アリング制御装置400は各チャンネルの信号に関する定
位特性を描写する情報を受け取る。
サブバンド復号に関する本発明の好ましい実施例の基
本的な構成は、図８に示されている。この好ましい実施
例において、Ｉ型のデコーダとしての本発明は、進路58
から受け取られる粗量子化情報、進路59から受け取られ
るステアリング制御フラッグ及び進路65から受け取られ
るビット・プール650からの割当て可能なビットの数に
応答して、各コード・ワードに対して量子化間に割り当
てられるビット数を確定する適応ビット割当て計算装置
600と、進路55から受け取られるステアリング制御信号
を逆量子化し、進路56から受け取られる量子化コード・
ワード、進路57から受け取られる粗量子化情報及び進路
61から受け取られるビット割当て情報に応答して、スペ
クトル成分情報を復元し、進路62から受け取られるステ
アリング制御フラッグを進路74に沿って渡す逆量子化装
置700と、進路71から74までの進路から受け取られるス
テアリング及び合成スペクトル情報に応答して、ステア
リングの行われたサブバンドを再構成し、Ch1、Ch2、・
・・ChNの標識が付される各チャンネルが進路81の部分
として表現されているマルチチャンネルのサブバンドの
スペクトル情報に関するサブバンドの完全な１組を提供
する逆ステアリング制御装置800とから成る。
この好ましい実施例においてII型のデコーダとしての
本発明は、更に入力進路82を含み、それから逆ステアリ
ング制御装置800が出力チャンネルの数及び出力チャン
ネルに接続されるスピーカのようなトランスデューサ
（変換器）の位置を描写する情報を受け取る。
符号化及び復号に関する本発明の好ましい実施例につ
いては、以下の節で一層詳細に説明する。本発明に関す
る代替的な実施例と構成は、この論議全体にわたって示
される。
Ａ 粗レベル量子化装置 サブバンド符号化に関する本発明を説明する図７を参
照すると、粗レベル量子化装置100では、マルチチャン
ネルのサブバンド情報が進路１に沿って受け取られるこ
とが分かる。もしサブバンド・ブロックが離散フーリエ
変換（DFT）のような離散変換によって得られるなら、
各サブバンドは１以上の離散変換係数から成るであろ
う。表Ｉには、20kHz帯域幅信号に関する変換係数の１
特定のグループ化が示されている。この表は、512点変
換と48kHzの入力信号サンプリング・レートとに基づい
ている。サブバンドは、大まかに耳の臨界帯域に対応し
ている。他のサブバンドグループ化、サンプリング・レ
ート及び変換長も、本発明の範囲を逸脱せずに用いるこ
とができる。
本発明の好ましい１実施例における粗レベル量子化装
置では、ブロック浮動小数点形式で表されるようなスペ
クトル成分に対する指数を設定することによって、スペ
クトル成分が粗く量子化される。多くの形式が可能では
あるが、本発明のために考えられる形式は、サブバンド
のグループに対する主指数、各サブバンドに対する１ブ
ロック指数及び各サブバンド内の各スペクトル成分に対
する１仮数とから成る。
仮数は、２の補数の形式で表わされる符号付き整数・
値表現として表わされる。２の補数の形式では、仮数の
最上位ビットは符号（記号）ビットである。次の最上位
ビットでは、データが表わされ、本明細書ではこれが最
上位データ・ビットと呼ばれる。０の値を有する符号ビ
ットは非負数を指し、逆に非０値を有する符号ビットは
負数を指す。正の非０仮数はその最上位データ・ビット
が非０である時に、「正規化された」と言われる。負の
値を有する非０仮数は、その最上位データ・ビットが０
である時に正規化される。正規化された仮数は、数値量
に対する有意ビットの最大数が仮数の制限されたビット
長内にあることを保証する。
指数は非記号（符号）化整数であり、その数値は、正
規化された仮数を表現された数値量の真値に変換するの
に要する右シフト（桁移動）の数と等しい。粗レベル量
子化装置では、各サブバンド中の最大スペクトル成分を
見出し、それを正規化するのに必要な左桁移動の数を決
定することによってサブバンド指数が計算される。ブロ
ック浮動小数点表現では１仮数のブロックに関して１指
数が用いられるので、ブロック中の幾つかの仮数は正規
化されないことがあり得る。ブロック中で最大の大きさ
を有する量に対する仮数は、それが小さ過ぎなければ正
規化される。即ち、指数は、正規化された量をその真値
に変換するのに必要な右桁移動数を表わすことができ
る。しかし、仮数が正規化されたかどうかに拘わらず、
ブロック内の各整数・値仮数が右桁移動されなければな
らない回数を常に表し、浮動小数点量の真値を得るよう
にされる。
主指数は、ブロック浮動小数点表現のダイナミック・
レンジを増大させるために用いられる非記号化２ビット
整数である。各主指数は、主指数に関連するサブバンド
グループ内のサブバンド指数がより低いレベルの信号を
順応させるために調節されてしまったかどうかを指す。
表Ｉを参照すると、主指数MXP0は、サブバンド０乃至16
を表わすことが分かる。主指数MXP1は、サブバンド17乃
至38のより高いサブバンドを表わす。本発明の好ましい
１実施例において、もしグループ中の総てのサブバンド
指数が２又はそれより大きければ、そのグループに対す
る主指数は１に設定され、そのグループに対する総ての
サブバンド指数は２まで低減される。もしグループ中の
総てのサブバンド指数が４又はそれより大きければ、そ
のグループに対する主指数は２に設定され、そのグルー
プに対するサブバンド指数は４まで低減される。もしグ
ループの中の総てのサブバンド指数が６又はそれより大
きければ、そのグループに対する主指数は３に設定さ
れ、そのグループに対するサブバンド指数は６まで低減
される。例えば、主指数が１に設定されている時には、
それによって、そのグループの中の総てのサブバンド内
の正規化された総ての仮数は、サブバンド指数値で指示
される桁数よりも２桁左に移動される。主指数が０であ
る時には、そのグループ中の各サブバンド指数は、その
サブバンド中の正規化された各仮数に対する左桁移動数
と等しい。これらの主指数では、十分なダイナミック・
レンジを考慮する一方で、より短いサブバンド指数を用
いることが可能になる。ここで述べた方法で用いられる
２・ビットの主指数に関連する４ビットのサブバンド指
数は、各関連する仮数のダイナミック・レンジは約126d
Bだけ拡張する。
主指数の値を反映させるために上述のように低減若し
くは調整されたサブバンド指数は、「バイアスされた」
と言われる。したがって、「バイアスされていない」指
数の値は、関連する正規化仮数をその真値に変換するの
に必要な右桁移動数を表わす。このバイアス操作は、以
下で論議する量子化装置500によって行われる。好まし
い実施例の以下での論議全体を通して、「指数」、「サ
ブバンド指数」及びその他の類似の術語は、逆の意味で
あることが明確に表明されない限り、バイアスされてい
ない指数を指す。
本発明の代替的な実施例において、スペクトル成分
は、線形の乗法位取り因子を有する１組の位取りされた
値のような他の形式に符号化することができる。また、
その他の浮動小数点形式を用いることもできる。粗レベ
ル量子化工程の本質は、浮動小数点指数のようなサブバ
ンド内容の粗い尺度と、それに対応する、浮動小数点仮
数のような、そのサブバンド内のスペクトル成分の精細
な尺度とを誘導することである。
本発明の１実施例において粗レベル量子化装置では、
サブバンド指数が、進路11に沿ってサブバンド割当てし
きい値推定装置200と、進路13に沿って適応ビット割当
て装置300とに渡され、指数及び非正規化仮数が、進路1
2に沿ってステアリング制御装置400に渡される。
Ｂ サブバンド割当てしきい値推定装置 図７を参照すると、サブバンド割当てしきい値推定装
置200では、信号再生品質の所望の水準を達成するため
に各サブバンドを量子化するのに必要なビット数が見積
もられる。この推定は、進路11から受け取られる、粗レ
ベル量子化装置100によって生成されるサブバンド内容
の粗い尺度に応答して行われる。本発明の１実施例にお
いて、この粗い尺度はサブバンドのブロック浮動小数点
指数の組である。
この推定工程は、所望の信号再生品質の特性及び程度
に密接に関係しているので、多数の推定案を用いること
ができる。１つの好ましい実施例においては、音響心理
的隠蔽しきい値を用いてマルチチャンネル広帯域オーデ
ィオのコンパクトディスク並みの再生が低ビットレート
で達成される。この実施例においては、音響心理的隠蔽
を達成するのに各サブバンドで必要なビット割当ては、
サブバンド指数と、表Ｉに示される「ステアリングしき
い値」とから見積もられる。このステアリングしきい値
は、サブバンド中の各スペクトル成分が、周波数の中心
をこのサブバンド中に置く単一の正弦波信号の隠蔽しき
い値以下に量子化雑音を維持するのに必要なビットの数
に基づいている。これらの値は控え目な数値である。何
故ならば、音楽のような広帯域オーディオ信号は通常、
多くのスペクトル成分を含むので、かかる信号によって
生成される隠蔽効果は単一の正弦波の場合におけるより
も一層大きいからである。必要な割当てを見積もるため
に用いられる式は、以下の通りである。
ここで、 Ｅ＝割当て推定 Ｆ＝−0.4375（経験的に確定された推定因子） THj＝サブバンドｊに対するステアリングしきい値
（表Ｉ参照） Xj＝サブバンドｊに対する指数の値 Ｃ 適応ビット割当て装置 図７に示す適応ビット割当て装置300では、チャンネ
ル内のスペクトル成分に対して変数のビットが割り当て
られる。本発明の実施例の１つにおいては、総てのチャ
ンネル中の総てのスペクトル成分は、総てのチャンネル
に共有されるビット・プール350から割り当てられるビ
ットによってのみ量子化される。
変換コーダに対する本発明の好ましい１実施例では、
最低周波数の変換係数を適応ビット割当て工程から除外
し、これらに対して固定数のビットを割り当てる。もし
最低周波数の変換係数が適応ビット割当て工程中に含ま
れるなら、サブバンドのブロック長に比べて周期の長い
低周波数のスペクトル成分が入力信号に含まれる時には
何時でも、変換コーダでは、サブバンドのブロック・レ
ートに等しい周波数で聴取可能な量子化雑音が生成され
る。48kHzの信号サンプル・レートを有する512点変換を
仮定すると、これのサブバンドのブロック・レートは9
3.7kHz（又は48kHz/512）である。
支配的な理由は、最低周波数の変換係数によって表現
される信号の部分は往々にして聴取不可能であるという
ことである。適応ビット割当て工程では、各量子化信号
のスペクトル成分によってそれ自身の量子化雑音は或る
程度隠蔽されるが、各量子化信号のスペクトル成分が往
々にして聴取不可能であることに起因して、量子化され
た最低周波数の変換係数によってそれ自身の量子化雑音
が必ずしも隠蔽されるとは限らないと仮定している。
本発明のもう１つの実施例でもまた、適応ビット割当
て工程から最低の振幅のスペクトル成分を除外する。ブ
ロック浮動小数点案を用いる上述の１つの好ましい実施
例においては、適応ビット割当てから除外される最低振
幅スペクトル成分は、バイアスされたサブバンド指数値
15を有するサブバンド内の仮数によって表現される成分
である。
割当て技術ではこの他の多くの変形が可能である。ビ
ット割当てをチャンネルの優先度に基づかせることがで
きる。例えば、チャンネルを、チャンネルのグループの
各々がそれ自身のビット・プールを持ち、プール規模が
関連するチャンネルの優先度に比例する、１つ又はそれ
以上のグループに分割することができる。更に、かかる
グループを１つのチャンネルのみで構成することができ
る。これに加えて、幾つかの、若しくは総てのチャンネ
ルから選択されたサブバンドを適応ビット割当て工程か
ら除外し、これらに単純に固定数のビットを割り当てる
ことができる。
本発明の好ましい実施例の１つで用いられる割当て工
程は、スペクトル成分の振幅値に基づいている。この割
当て工程を、尖頭値の振幅、二乗平均値（RMS）の振
幅、又は信号レベルのその他の関数に基づかせることが
できる。
この割当て工程を、サブバンドの内容の粗い位取りの
みに基づかせることができる。本発明の好ましい実施例
の１つでは、この粗い位取りは、図７に示されているよ
うに、進路13から受け取られるサブバンド指数である。
論議を容易にするために、この好ましい実施例を用いて
以下の文節の割当て工程を描写する。
この割当て工程では、総てのチャンネルの中の総ての
サブバンドに関して、最初に最大のサブバンド指数の値
に等しいXMAXが、それから最小の先頭値のサブバンド・
スペクトル成分の振幅が確定される。この状況及び以下
の論議において、「総ての」と言う語は、共通ビット・
プールからビットを割り当てる適応割当て工程に関与す
るサブバンド及びチャンネルのみに与えられる。
次の段階では、割当て工程によって、総てのサブバン
ド中のスペクトル成分に対する「相対的割当て」が行わ
れる。各サブバンドｊに関して、値Rjが、XMAXと各サブ
バンドの指数Xjとの間の差を取り、この差を４で除し、
商を切り捨て、値の表から得られる割当て基盤因子Bjを
加えることによって計算される。本発明の好ましい実施
例の１つに対するかかる表の値は、表Ｉの割当て基盤と
標識付けられている欄に示されている。
概念的には、表Ｉに示されている割当て基盤因子によ
って、総ての成分が等しい振幅の各サブバンドの中のス
ペクトル成分の１つを有する広帯域信号に対する、理想
的なビット割当てが表現される。相対的割当て工程によ
って、より大きな成分を有するサブバンド、すなわちよ
り小さなサブバンド指数を有するサブバンドに対して、
より多くのビットが割り当てられる。サブバンド指数に
よって表現される振幅の24dBの増加ごとに、１つの追加
ビットがスペクトル成分に対して割り当てられる。
上で論議した浮動小数点表現を用いる本発明の好まし
い実施例の１つにおいて、スペクトル成分の仮数を正規
化するのに必要な各追加の移項によって、約6dBのスペ
クトル振幅の減少が表現される。例えば、01012に等し
い浮動小数点指数を有する正規化されたスペクトル成分
の振幅は、01102に等しい指数を有する正規化された成
分の振幅よりも約6dB大きい。２つのサブバンド成分の
値の間の４の差異は、これら２つの成分のそれぞれのス
ペクトル成分の振幅では約24dBの差に等しい。
例えば、サブバンドＺに対するサブバンド指数よりも
４少ない値をサブバンド指数が持つサブバンドＹの中の
総てのスペクトル成分には、サブバンドＺの中のスペク
トル成分に対して割り当てられるビットよりも１ビット
多く割り当てられる。もし指数間の差異が８であれば、
２つの追加ビットが割り当てられる。
相対的割当てが完了した後、総合的な割当てに対して
調整が行われて、割り当てられたビットの合計数が割当
てに利用可能な総数に等しいことが保証される。割当て
調整では、割当てに利用可能な総数を取り、相対的割当
てで割り当てられたビットの総数を減じ、この差を適応
ビット割当てに関与する総てのスペクトル成分の数で除
し、その商を至近の最小数に丸め、この結果を各スペク
トル成分に対する相対的割当て数値に加えることによ
り、調整値Ａが確定される。調整値Ａは、適応割当て可
能なビットよりも相対的割当てに指定されるビットが少
ないか多いかによって、それぞれ正、若しくは負の何れ
の数にもなることに留意のこと。
各スペクトル成分に対して割り当てられるビットの数
は、代数的な合計、Rj＋Ａに等しい。これについては、
式2a及び2bを参照のこと。すなわち、 ここで、 Ａ＝割当て調整 Bj＝割当て基盤因子（表Ｉ参照） Ｍ＝総てのサブバンドの中のスペクトル成分の数 Nj＝総てのチャンネルを横切るサブバンドｊの中のス
ペクトル成分の数 Rj＝サブバンドｊの中の各スペクトル成分に対する相
対的割当て SB＝サブバンドの数 Ｔ＝適応割当てに利用可能なビットの数 Xj＝サブバンドｊに対する指数の値 Xmax＝総てのチャンネルを横切る最大のサブバンド指
数の値 FLOOR［ｘ］によって、ｘよりも大きくない最大の整
数が得られ、また、INT［ｘ］によって、ｘの整数部分
が得られる。
一般的に、割当て調整後に幾つかのビットが残る。何
故ならば、式2bの中のFLOOR関数によってサブバンド当
たりの半端なビットがビット・プールに戻されるからで
ある。これらの残りのビットを、幾つかの方法の何れか
によって割り当てることができる。例えば、これらを、
総てのチャンネルを横切るスペクトル成分に対して、最
低の周波数の成分から始めて総ての残りのビットが指定
されるまで、高い周波数の成分へと進めて指定すること
によって、割り当てることができる。もし特定のチャン
ネルの中の信号に高い優先度が与えられるならば、残り
のビットを高優先度チャンネルの中のスペクトル成分に
対して割り当てることができる。もしエンコーダ系が可
変長符号化信号で作動することができるならば、残りの
ビットを、保存し、次のサブバンド・ブロックを量子化
するためにビット・プールに加えても良い。これ以外の
多くの変形が可能である。
１実施例においては、各スペクトル成分に割当てるこ
とができるビットの数にシーリング（最高限界）が課せ
られる。本発明の好ましい実施例に関して、このシーリ
ングの好ましい値は、変換係数当たり９ビットである。
本発明の好ましい実施例に関して上に述べたビット割
当て工程を、本発明から逸脱せずに改変することができ
る。ビットを、上で論議したように、サブバンドに対し
て24dBの振幅の増加当たり１ビットとは異なるレートで
割り当てることができる。更に、サブバンド周波数の関
数としての可変レート割当てを用いることができる。例
えば、1kHzから4kHzまでの範囲内に選ばれた或る周波数
の下の低い周波数のサブバンドに関して、式２の中の分
母に６の値を用いることによって、36dBの振幅の増加当
たり１ビットの相対的割当てを、感知される信号品質に
とってより低い周波数のスペクトル成分が非常に重要で
あるオーディオ用途のサブバンドの中のスペクトル成分
に対して割り当てることもできる。
適応ビット割当て要件に応答して適応する、適応サブ
バンド・ステアリング工程については、以下に記載す
る。もしエンコーダでかかるサブバンド・ステアリング
工程が用いられるならば、適応ビット割当て工程を再発
動してステアリングされていないサブバンド、及び合成
チャンネルの中のサブバンドに対してのみビットを割り
当てることができる。本発明の好ましい実施例の１つに
おいては、適応ビット割当て工程は、ステアリング制御
装置400から進路46に沿って受け取られるステアリング
制御フラッグ及び合成サブバンド指数と、進路13から受
け取られるステアリングされていないサブバンドに対す
る指数とに応答して発現する。
Ｄ ステアリング制御装置 １ 概説 サブバンド割当てしきい値推定装置200によって符号
化精度の所望の水準を達成するにはサブバンド・ブロッ
クを符号化するのに用い得る数よりも多くのビットが必
要であることが見積もられると何時でも、ステアリング
制御装置400によって１つ又はそれ以上のサブバンドに
ステアリングが行われて、サブバンド・ブロックを符号
化するのに必要なビットの数が低減される。この場合に
サブバンド・ステアリングなしでは、サブバンド・ブロ
ックの中の１つ又はそれ以上のスペクトル成分には、サ
ブバンド割当てしきい値推定装置によって必要であると
指示されるよりも少ないビットが割り当てられなければ
ならない。これにより、聴取可能な量子化雑音が生じ
る。十分な数のビットを総てのスペクトル成分に割り当
てるべく利用することが可能な時には、サブバンド・ス
テアリングは不要である。
サブバンド・ステアリング工程では、マルチチャンネ
ルからのサブバンドのスペクトル成分が組み合わされて
合成単一チャンネルのサブバンドが形成され、これによ
り、量子化され伝送されなければならないスペクトル成
分の数が低減される。ステアリングされたサブバンド中
の各チャンネルのスペクトル成分のレベルについての情
報を伝えるステアリング制御信号は、符号化された合成
チャンネルのスペクトル成分と共に通され、受信逆量子
化装置で各チャンネルに対するスペクトル成分が復元さ
れる得るようにする。一般的に、合成チャンネルから復
元されるスペクトル成分は、サブバンド・ステアリング
なしで受信装置によって離散チャンネルから復号される
スペクトル成分とは同一ではないことを理解すべきであ
る。しかし、多くの場合、サブバンド・ステアリング、
とりわけ以下で論議する適応サブバンド・ステアリング
用途では、復元された信号に感知可能な変化を生じさせ
ることはない。
ステアリングされていない離散チャンネルに対するサ
ブバンドを符号化するよりはむしろ合成チャンネルサブ
バンドを符号化することによって節約されるビットが、
他のサブバンドに割り当てるために適応ビット割当て工
程によって用いられ得る。
広帯域オーディオ信号の量子化に対する本発明の好ま
しい１実施例において、周波数が約1kHz乃至2kHz以内の
遮断周波数よりも低いスペクトル成分を含むサブバンド
は、ステアリングから除外される。特に、変換係数を表
Ｉに示すようなサブバンドにグループ化する変換・基準
実施形態に対しては、０乃至16のサブバンド番号はステ
アリングから除外される。高優先度のチャンネルからの
幾つか若しくは総てのサブバンドを除外するか若しくは
ステアリング工程の全チャンネル内のすべてのサブバン
ドを含む他の変形も可能であり、これらは本発明の範囲
を逸脱しない。以下の節において「総てのサブバンド」
及び「総てのチャンネル」という語は、ステアリング工
程に関与する総てのサブバンド及びチャンネルに対して
のみ用いる。
２ ステアリング工程の説明 ａ サブバンド選択 サブバンド・ステアリングが要求される時、ステアリ
ング工程の第１段階ではどのサブバンドにステアリング
を行うかが選択される。本発明の好ましい実施例の１つ
においては、ステアリングのために選択されるサブバン
ドに関連する情報は１組のステアリング制御フラッグと
して進路41に沿って渡される。ステアリング制御フラッ
グ及び合成サブバンド指数は、ビットの再割当てのため
に進路46に沿って適応ビット割当て装置300に渡され
る。
多くの選択案が可能であるが、一般的に、この選択は
以下の１以上のものに基づいて行われる。即ち、進路21
から受け取られる割当てしきい値情報、進路31から受け
取られるサブバンド・ステアリングなしで生じるか若し
くは生じた、実際のビット割当て情報進及び路12から受
け取られるスペクトル成分レベル情報に基づく。
１案では、さもなければ少なくともビットのしきい値
数を受け取らない総てのサブバンドが選択される。この
方法の変形では、符号化の不正確性による障害が最も少
ないサブバンドから始めて、さもなければ少なくともビ
ットのしきい値数を受け取らない総てのサブバンドが選
択される。例えば、最高周波数サブバンドでステアリン
グが開始され、他の総てのサブバンドに対するビット割
当工程を完了するのに十分なビットが得られるまで、周
波数と共に下方に進め得る。
別の案では、低優先度のチャンネルのみからサブバン
ドが選択される。或るマルチチャンネルオーディオ用途
では、聴取者の正面で提示することを意図する信号が一
定のチャンネルで伝えられ、聴取者の側面又は背面で提
示することを意図する信号が他のチャンネルで伝えられ
る。このような用途では、正面チャンネルには高優先度
が指定され、したがってこれらがサブバンド・ステアリ
ングに関与する最後のチャンネルとなる。勿論、上で論
議したように、ステアリング工程から高・優先度チャン
ネルを除外することもできる。
更にもう１つの案では、所与のサブバンド内で最大の
スペクトル成分を有するチャンネルとそのサブバンドに
関する他のすべてのチャンネルとの間のスペクトル成分
レベルの比率に基づいて、サブバンドが選択される。１
つの方法では、チャンネル間で最大の比率を有するサブ
バンドが、そのような比率を有するサブバンドは位相外
れの信号消去に起因する誤差の影響を受け難いという仮
定の下に、ステアリングのために最初に選択される。位
相外れの成分を有するサブバンドを、ステアリングから
適応的に除外することもできる。別のもう１つの方法で
は、小さな比率を有するサブバンドのステアリングは定
位の客観的尺度の点で最少の変化しか生じないという仮
定の下に、最大の比率を有するサブバンドがステアリン
グのために最後に選択される。
ｂ 合成サブバンド形成 ステアリング過程の第２段階では、合成チャンネルの
サブバンドが、ステアリングのために選択される個々の
ステアリングされたチャンネルのサブバンドのスペクト
ル成分を組み合わせることによって形成される。好まし
い１つの方法では、合成サブバンドの中の各スペクトル
成分値が、ステアリングされたチャンネルの中の対応す
るスペクトル成分値の平均値と等しく設定される。代替
的な方法では、ステアリングされたチャンネル中のスペ
クトル成分値についての他の線形の組合わせ、又は重み
付けられた合計を形成することができる。
この好ましい方法では、各合成サブバンド中のスペク
トル成分値が、ステアリングされたチャンネル中のスペ
クトル成分の振幅を大まかに誤って表現することがあ
る。例えば、１つのチャンネルだけが信号を伝える５チ
ャンネル系においては、合成サブバンドのスペクトル成
分はステアリングされた成分とは14dB（20 log105）も
差がある。もし適応ビット割当ての決定がサブバンド指
数値に基づいて行われるならば、ステアリングされてい
ないチャンネルに関するサブバンド指数と同じ方法で決
定される合成サブバンドに関するサブバンド指数によっ
て、適応ビット割当てが際立って悪い影響を受けること
がある。この問題を幾つかの技術の何れかを用いて解決
することができる。
第１の技術として、ビット割当決定を知らせるために
ステアリングされたチャンネルの総てにわたる各スペク
トル成分の実際の尖頭値を用いることができる。しか
し、この技術では対（相手）の復号器に渡されなければ
ならない副次的な情報量が増加する。第２の技術とし
て、合成サブバンドに関する指数を、ステアリングされ
たチャンネルにわたる最大のスペクトル成分を含むステ
アリングされたチャンネルの指数と等しく設定すること
ができるが、この技術では合成サブバンドのスペクトル
成分の正規化が妨げられることによって量子化雑音が増
加する。第３の技術として、すべての合成サブバンド中
の各スペクトル成分に対する相対的割当て（上の式2aを
参照）を１ビットまたはそれ以上増加させることができ
る。これは、ステアリングされていないサブバンド用の
表（例えば、表Ｉを参照）とは別の合成サブバンド用の
表を用いて割当規準因子Bjを確定するようにするか若し
くは予め確定される数又は適応数のビットの何れかを、
さもなければステアリングされないチャンネルのサブバ
ンドに割り当てられる、ビット数に加えることによって
達成される。
他方、この第３の技術では、ステアリングされたチャ
ンネルのサブバンドにわたるスペクトル情報がかなりの
程度均質な場合には、必要なビット数よりも多くのビッ
トを割り当てることができる。他方この技術では、サブ
バンド内の１つのチャンネルにしかスペクトル・エネル
ギーが含まれていない場合には、５又はそれ以上のチャ
ンネルを有するシステムに対して十分なビットを割り当
てることができない。しかし普通これは問題にはならな
い。何故ならば、そのようなサブバンドは、非適応的ス
テアリングが用いられない限り、滅多にステアリングさ
れないからである。したがって、この第３の技術は、聴
取試験で一般に良好な結果が得られかつその単純さのた
めに望ましい。
ステアリング用のサブバンドを選択する工程で位相外
れのスペクトル成分を有するチャンネルの選択が避けら
れない限り、ステアリングされたチャンネル中の対応す
るスペクトル成分の平均値から合成サブバンドのスペク
トル成分を形成する望ましい方法では、位相外れのスペ
クトル成分が減算的に組み合わされ、それによって提示
信号中に聴取可能な信号損失が生じるであろう。合成サ
ブバンドを生成する工程では、任意の位相外れ・補償案
のを組み入れることによってそのような信号損失を回避
することができる。
補償案についての以下の論議全体を通して、SUM
（ｋ）ｃの術語は各ｃチャンネル若しくは下式以内のス
ペクトル成分ｋの合計を表わすものとする。
ここで、 ｃ＝部分合計に含まれるチャンネル数 ｉ∈｛ステアリングされたチャンネルの組｝ SC（ｋ）ｉ＝チャンネルｉの中のスペクトル成分ｋの
振幅 したがって、SUM（ｋ）ｃは、「完全な」合計SUM（ｋ）
にステアリング工程に含まれるすべてのチャンネルから
のスペクトル成分が含まれるという点から、部分合計で
あるか、若しくは、 ここで、 CC＝ステアリング工程に含まれるチャンネルの数 第１の位相外れ補償案では、合成チャンネルのサブバ
ンド中の各平均スペクトル成分値が、対応する個々のス
ペクトル成分の最大値よりも実質的に小さくならないこ
とが保証される。もし、すべてのステアリングされたチ
ャンネルを横切る最大の大きさのスペクトル成分ｋであ
るSC（ｋ）MAXの絶対値の分数が、対応するスペクトル
成分SUM（ｋ）の合計の絶対値よりも大きければ、最大
の大きさのスペクトル成分の分数がスペクトル合計とし
て取られる。これは、以下のように表わし得る。
ここで、 Ｆ＝２乃至CCの範囲の因子、ステアリング工程に含ま
れるチャンネルの数である。
この案では、符号化信号を表現するのに必要なビット
数は増加しないが、対の復号器で再生される信号中に突
然な位相変化が発生されるようにされ得る。人の耳は約
2kHzよりも高いスペクトル成分における位相変化に対し
て比較的感度が低いが、この位相変化が同様に合成チャ
ンネル振幅内で聴取可能な突然の位相変化を生じさせる
場合にはそれらの変化は知覚され得る。
第２の位相外れ補償案では、もし位相反転のない相殺
に比べてそれ以下の相殺しか得られないと決定されるな
ら、チャンネルスペクトル成分の位相が合成チャンネル
内に結合される前にそれらのスペクトル成分の位相は反
転される。位相反転の使用は、各チャンネルに関する正
常な位相を回復できる、対の復号器に副次的情報として
渡される。
好ましい実施例の１つにおいて、位相外れ相殺の相対
量は、各チャンネルのスペクトル成分がそれに対応する
部分的な合計と組み合わされるので２つの暫定計算を行
うことによって決定される。第１の暫定計算は式3dに表
現されるが、これによって、ｃ番目のチャンネル中のス
ペクトル成分の各々を対応するスペクトル成分の部分合
計に加えることで形成される値の第１組の第１内積が確
定される。第２の暫定的計算は式3eに表現されるが、こ
れによって、ｃ番目のチャンネル中のスペクトル成分の
各々を対応するスペクトル成分の部分合計から減じるこ
とで形成される値の第２組の第２内積が確定される。こ
れらの内積は以下の計算を行うことにより確定される。
すなわち、 ここで、 IP1c＝第１のｃチャンネルに関する第１の内積 IP2c＝第１のｃチャンネルに関する第２の内積 ｋ∈｛すべてのステアリングされたサブバンドの中の
スペクトル成分の組｝ SM＝ステアリング工程に含まれるスペクトル成分の数 もし第２内積が第１内積よりも大きければ、第２内積
が新しい部分合計として取られ、ｃ番目のチャンネルの
位相が反転されているという指示が対の復号器に渡され
る。さもなければ、第１内積が新しい部分合計として取
られ、ｃ番目のチャンネルの位相が反転されてはいない
という指示が渡される。
この案では、チャンネル当たり１ビットの適度の増加
のみしか必要としないが、位相外れ相殺による多くの信
号損失に対しては十分に補償することができる。補償の
増分を、位相変化を復号器に渡すのに用いられるビット
数を増加させることによって低減させることができる。
例えば、チャンネル当たり２ビットで、符号器によって
離散チャンネルの位相を90゜の増分で調整することが可
能になる。
位相調整を行う能力は部分的に、本発明で用いられる
フィルタ・バンクを実施することに依存している。位相
調整は、DFTのような複合値変換によって実施されるフ
ィルタ・バンクに対して容易に行うことができる。しか
し、TDAC変換によって実施されるフィルタ・バンクに対
しては、単純な形式以外の何れの位相調整も困難であ
る。
プリンセン及びブラッドリー（Princen and Bradle
y）によって叙述されている偶数積み重ねTDAC変換に対
しては、位相の90゜変化に類似する調整は、隣接のサブ
バンド・ブロック間でスペクトル成分を交換することに
よって達成することができる。更に詳しく言うと、この
TDAC変換は、改変DCT及び改変DSTを交互に適用すること
から成る。隣接のDCTブロック及びDSTブロックの間の変
換係数を交換することによって、位相の90゜変化が近似
されることになろう。
位相の変化が実際に90゜の変化であるかどうかは重要
ではない。重要なことは、スペクトル成分が、符号化工
程の間に、位相外れ相殺を回避し、しかもなお復号工程
で正常な再構成を可能にする或る方法で組み合わされる
ことである。TDAC符号器では、チャンネル当たり２ビッ
トを用いるだけで、対の復号器に対して、符号器でチャ
ンネルを組み合わせたのが以下の４つの方法の何れのも
のであるかについて指示することができる。これらの方
法は、（１）同一のサブバンド・ブロック内での位相変
換をしていない、（２）同一のサブバンド・ブロック内
での位相変換をしている、（３）位相変換をしていない
が、隣接サブバンド・ブロック間での交換をしている及
び（４）位相変換をしていて、隣接サブバンド・ブロッ
ク間での交換をしているの４通りである。対のTDAC復号
器で、この工程を反転してステアリングされたチャンネ
ルを適切に再構成することができる。
隣接サブバンド・ブロック間でスペクトル成分を交換
することは、そこで改変DCT及び改変DSTが同時に行われ
るTDACフィルタ・バンクに関連して用いられる本発明の
実施例において特に魅力的である。そのような実施例に
ついては、上で引用した国際特許出願第WO 90/09022号
に十分に叙述されている。
第３の位相外れ補償案は、内積の計算及びチャンネル
のスペクトル成分の位相調整がステアリング工程に含ま
れる各サブバンドに対して独立して行われる点を除い、
上述の第２の案と類似している。約2kHzより高いスペク
トル成分のみがステアリングに含まれる、表Ｉに示すよ
うな好ましい実施例においては、チャンネル当たり22個
のサブバンドがステアリング工程に含まれる。したがっ
て、88ビットの副次的情報が、５チャンネル系でサブバ
ンド位相反転情報を復号器に渡すために必要となる。
当業者にとっては、本発明の実施例でこれらの３つの
補償案を種々の組み合わせで用いることができることが
分かるであろう。
ｃ ステアリング制御信号の構成 ステアリング工程の第３段階では、ステアリングされ
たチャンネルのスペクトル成分を合成チャンネルから復
元するために受信機中で逆量子化工程で用いられるステ
アリング制御信号が構成される。これについては、多く
の方法が可能である。
本発明のＩ型実施例においては、ステアリング制御信
号によって、振幅から計算されるか若しくは、それに替
えて、すべてのステアリングされたチャンネルに対する
各サブバンド中のスペクトル成分のエネルギが表わされ
る。特定のサブバンドに対するチャンネルの「計算され
たレベル」は、尖頭値、平均値又はその他の線形の組み
合わせ、若しくはそのチャンネルに対するそのサブバン
ド内のスペクトル成分の重み付けられた合計から得るこ
とができる。合成サブバンドの平均の振幅から得られる
計算されたレベルは、微妙な「チュンチュンと囀るよう
な」音として発現する、対の復号器から得られる信号の
中の人工音を避けるために好ましい。
Ｉ型の１方法では、ステアリングされたチャンネルの
各々と合成チャンネルとの間の計算されたレベルの差を
表わす、ステアリングされたサブバンドの各々に対する
要素のベクトルが構成される。ステアリング制御信号ベ
クトルの各要素は１つのステアリングされたチャンネル
に対応し、これによって、合成チャンネルの計算された
レベルとこのステアリングされたチャンネルの計算され
たレベルとの間の差が表現される。
第２のＩ型方法では、ステアリングされたチャンネル
の各々の計算されたレベルの相対値を表わす、ステアリ
ングされたサブバンドの各々に対する因子のベクトルが
構成される。ステアリング制御信号ベクトルの各要素に
よって、ステアリングされたチャンネルの計算されたレ
ベルと合成チャンネルの計算されたレベルとの間の比率
が表現される。
この構成方法では、比率が決定されないか或いは過剰
に大きいことが保証されるべきである。そのような状態
は、互いに実質的に位相が外れている異なったチャンネ
ル中のスペクトル成分を表わす合成サブバンドに対して
生じる。上で言及したように、この状況は、そのような
位相外れ状態が存在する時にチャンネルをステアリング
工程から除外するか若しくは位相外れ補償案を用いるこ
とによって回避することができる。しかし、そのような
除外又は補償がない場合には、単純ではあるが適切な技
術によって、比率が決定されているなら、この因子は合
成サブバンドで表現されるチャンネルの数に等しい値に
制限され、比率が未決定ならばこの因子は０に設定され
る。すなわち、合成サブバンドの計算されたレベルは実
質的に０に等しくなる。
第３の好ましいＩ型の方法では、ステアリングされた
チャンネルの各々の計算されたレベルの絶対値又は非相
対値を表現する各ステアリングされたサブバンドに対す
る要素のベクトルが構成される。
本発明のII型の実施例においては、ステアリング制御
信号は、すべてのチャンネルにわたるサブバンドに対す
る音場定位を表現する、ステアリングされたサブバンド
の各々に対する１組の統計量から成る。この組中の要素
で、多次元音場の音源の見掛けの方向についての統計的
尺度が表現される。この組には、１つ又はそれ以上の方
向、標準的な変位及び方向に対しての音の分散について
可能な限り高次の統計的尺度を含めることができる。本
発明の実施例の１つにおいては、基本的な方法によっ
て、主要な空間的方向のみを表現するステアリングされ
たサブバンドの各々に対するベクトルが構成される。
この基本的方法の概念については、５つの表現チャン
ネルから成る仮想の再生系を示す図９を参照することに
よって一層良く理解できる。これらの仮想の表現チャン
ネルの各々は、入力チャンネルの１つずつに対応してい
るが、これによって、単体の球面体の表面に配置されて
いるスピーカが表現される。想定される聴取者は、この
球体の中心に位置する。チャンネルの１つはRFと標識付
けられている。聴取者に対するチャンネルRFの明瞭な方
向は、単位ベクトルDIによって表現される。
II型の符号化のこの基本的方法により、ステアリング
制御信号Vjでは、ステアリングされたサブバンドｊに対
する音場の主要な方向が表現される。デカルト座標が方
向に対しての好ましい表現ではあるが、極座標のような
別の表現を、本発明の趣旨から逸脱することなく用いる
ことができる。このステアリング制御信号は、以下のよ
うに表現できる。
ここで、 DIi＝チャンネルｉに対する方向単位ベクトル LIij＝チャンネルｉの中のサブバンドｊに対する、計
算されたレベル Ｓ＝ステアリングされたチャンネルの全数 Vj＝サブバンドｊに対するステアリング制御信号ベク
トル DI＝すべてのステアリングされたチャンネルに対する
方向単位ベクトル LIj＝すべてのステアリングされたチャンネル中のサ
ブバンドｊに対する計算されたレベル II型の実施例の１つの利点は、ステアリング制御信号
の符号化フォーマット及びビット要件がステアリング工
程に含まれるチャンネルの数について独立していること
である。他方符号化ステアリング工程では、復号ステア
リング工程において受信復号器系で用いられるスピーカ
の数及び位置が知らされなければならないのと同じよう
に、入力チャンネルの各々によって表現される音源に対
する数及び位置が知らされなければならない。それによ
って、原多次元音場定位特性が保存される。図７を参照
すると、本発明のII型の実施例で必要とされる各入力チ
ャンネルに対する方向ベクトルDIiが、通路２に沿って
ステアリング制御装置に与えられる。
適応的サブバンド・ステアリングを用いるII型の符号
器でも同様に、各入力チャンネルｉに対するベクトルDI
iを復号器に渡さなければならない。この情報は、復号
器で離散又はステアリングされていないチャンネルのサ
ブバンドを提示システムにに適する１組の信号に変換す
るために必要である。
このサブバンド・ステアリング工程の終結の時点で
は、ステアリングされていないチャンネルのサブバンド
及び合成チャンネルのサブバンド中のすべてのスペクト
ル成分には十分な情報容量が割り当てられて符号化雑音
が聴取不可能となることが保証される。このことは、本
発明のディジタル実施例に対しては、量子化雑音が聴取
不可能となるように十分なビット数が割り当てらること
に等しい。
Ｅ 量子化装置 量子化装置500では、次の伝送又は記憶に適する形式
にフォーマッテングするための、符号化信号の量子化表
現が準備される。量子化装置は、どのチャンネルがステ
アリングされたかを指示するステアリング制御フラッグ
が通路41に沿って受け取り、これらのステアリング制御
フラッグが通路51に沿って渡される。量子化装置は、通
路42から受け取るステアリング制御信号を量子化し、こ
の量子化された情報を通路52に沿って渡す。同様に量子
化装置は、通路43から受け取る粗量子化情報と、通路44
から受け取るスペクトル成分値とに応答して量子化スペ
クトル・コード・ワードを発生させ、この量子化コード
・ワードを通路54に沿って渡す。粗量子化情報もまた、
量子化され、通路53に沿って渡される。
量子化ステアリング制御信号のフォーマットは、ステ
アリング制御信号を構成するのに用いられる方法によっ
て変化する。本発明のＩ型の実施例においては、差レベ
ル、絶対値レベル又は相対レベルとして表されるステア
リング制御信号は、選ばれた、例えば、100dB範囲のダ
イナミック・レンジにわたるレベルを表わす８ビット数
のベクトルとして符号化することができる。これらの数
をルックアップ表の索引として用いることによって、各
８ビット数で0.39dB（100dB/256）の対数増分を表わす
ことができる。
本発明のII型の実施例に対しては、音場の方向ベクト
ルとして表現されるステアリング制御信号を、４ビット
の指数を共有する４ビットの仮数のブロックとして符号
化することができる。一般的に方向ベクトルの各次元に
対し１つの仮数が必要であるが、これは方向を表わすた
めに用いられる座標系に依存する。
量子化工程には多くの変形が可能である。上述ののブ
ロック浮動小数点表現を用いる本発明のディジタル変換
の実施例において量子化装置では、通路44からのスペク
トル成分の仮数が受け取られ、これらが通路43から受け
取られるサブバンド指数に応答して正規化され、これら
の正規化された仮数が、通路45から受け取られるビット
割当て情報に対応するビット長でコード・ワードに切頭
され、これらの量子化されたコード・ワードが通路54に
沿って渡される。通路43から受け取られるバイアスされ
ていないサブバンド指数は、これもまた通路43から受け
取られる主指数に従って調整されるか若しくはバイアス
される。バイアスされたサブバンド指数及び主指数は、
通路53に沿って渡される。
本発明の実施例の１つにおいては、量子化の前に雑音
様の信号を各スペクトル成分に加えることによって量子
化誤差の聴取可能な影響は低減させることができる。こ
の雑音状信号の振幅は、雑音状信号の平均振幅が予期さ
れる量子化誤差と整合するように、各スペクトル成分に
対してスペクトル成分に割り当てられるビットの数に従
って選ばれる。
例えば、スペクトル成分の仮数が８ビットの長さであ
る２の補数の表現を用いる系において、仮数を、二進法
の小数点の後に続く一連の７つの二進法の記号＃と、こ
の記号を表現する二進法の小数点の前の単一の二進法の
記号＃とである、＃．＃＃＃＃＃＃＃２によって表わす
ことができる。各記号＃は、０又は１の何れかの値を取
ることができる。例えば、８ビットの仮数0.11000002は
量0.7510を表わす。この仮数に３ビットが割り当てられ
たと仮定すると、量子化では、この８ビット・表現を３
ビットに切頭することによって形式＃．＃＃２のコード
・ワードが構成される。従って、量子化誤差の最小及び
最大の値はそれぞれ、0.00000002、及び0.00111112とな
る。この量子化誤差の聴感上の影響は、量子化される前
に雑音状信号を８ビットの仮数の各々に加えることによ
って低減させることができる。この雑音状信号は、最大
及び最小量子化誤差で境界づけられる範囲内で値を均質
に発生させる、擬似乱数発生器によって生成することが
できる。
この雑音状信号を発生させる工程は周期的に再初期化
される。再初期化は、符号化されたサブバンド・ブロッ
クに含まれる「リセット」フラッグで標識付けがなさ
れ、対の復号器は同フラグを用いて相補的工程を同期さ
せるようにすることができる。この雑音状信号の周期は
決定的ではないが、50ms乃至2sの範囲であることが好ま
しい。より短い周期では、工程で聴取可能な人工音を発
生させる可能性がある。より長い周期では、対の復号器
が初期化又は同期化消失後に初期化するのに要する時間
を増加させる。
１実施例においてリセット・フラッグは単一ビットで
ある。１代替的実施例においてリセット・フラッグは２
つ又はそれ以上のビットから成り、同フラグは、雑音状
信号を発生させる擬似乱数発生装置の組合せ（シード）
に用いられる数値表への索引を提供する。
サブバンド信号が存在しない状況では、雑音状信号
は、隣接サブバンド中のスペクトル成分で隠蔽されるこ
とがない限り、聴取可能となり得る。したがって、すで
に述べたよう名ブロック浮動小数点表現を用いる本発明
の実施例においては、大きな指数を有するサブバンド以
内の仮数に対して雑音状信号を発生させるためにこの工
程を用いないことが望ましいことがあり得る。
Ｆ 適応ビット割当て計算装置 サブバンドの復号に関して本発明を説明する図８を参
照すると、適応ビット割当て計算装置600は、通路58か
らの離散及び合成チャンネルの両方に対する粗量子化情
報、通路59に沿ったステアリング制御フラッグ及びビッ
ト・プール650からの通路65に沿った割当に利用可能な
ビット数を受け取る。ビット・プール650中のビットの
数は、復号器のビット・プール350中のビット数と等し
い。計算装置では、適応ビット割当て装置300で符号化
割当て工程の間に用いられる工程と実質的に同一の工程
を用いて、符号器で各スペクトル成分のコード・ワード
を量子化するのに用いられるビット数が決定される。こ
の情報は、入力される符号化信号を分析し、その中にあ
るスペクトル情報を解明するのに必要である。
Ｇ 逆量子化装置 逆量子化装置700では、量子化装置500で符号化工程の
間に用いられる工程が反転され、通路56から受け取られ
る量子化コード・ワードから、各スペクトル成分の近似
値を再構成するようにされる。上述のブロック浮動小数
点表現及び適応ビット割当て工程を用いる本発明の好ま
しい実施例においては、コード・ワードのビット長を定
めるビット割当て情報は、通路61から受け取られる。ス
ペクトル成分の仮数に対する非正規化表現は、通路57か
ら受け取られる主指数を含むサブバンド指数を用いて確
定される。バイアスされたサブバンド指数は、バイアス
されていない形式に調整され、通路72に沿って渡され
る。ステアリング制御信号が、符号化量子化工程で用い
られた工程とは逆の工程を用いて、通路55から受け取ら
れる量子化されたステアリング制御情報に応答して発生
される。通路62から受け取られるステアリング制御フラ
ッグは、通路74に沿って逆ステアリング制御装置に渡さ
れる。
符号化系における忠実度の１尺度は、復号又は出力さ
れるスペクトル成分の振幅が原入力スペクトル成分にど
れ程ぴったり類似するか若しくは「追従」するかという
ことである。一般的に、入力及び出力スペクトル成分間
の不一致量が約0.5dB以下であれば、多くの高忠実度用
途には十分である。
約0.5dB以内にスペクトル振幅を追従（追随）させる
ことは４ビット又はそれ以上のビットの量子化された２
の補数の表現に対しては可能であるが、そのような追従
性は、３ビット又はそれ以下のビットを用いる２の補数
の表現で符号化されるスペクトル成分に対しては保証す
ることができない。３ビットの２の補数によって、−４
から３までの８つの整数値を表現することができる。上
述の２の補数の浮動小数点表現を用いる本発明の実施例
の範囲内では、３ビットが割り当てられる仮数は８つの
整数値の１つに量子化される。図10aには、量子化関数
ｑ（ｘ）の位置づけ（対応づけ）効果が示されている。
例えば、0.7510若しくは0.112を含み、それ以上であっ
て1.0010未満の範囲内のスペクトル成分の仮数は、整数
値３に量子化される。−0.2510若しくは1.112を含み、
それ以上であって0.00未満の範囲内の仮数は、整数値−
１に量子化される。したがって、３に位置付けられる最
大の成分に対するスペクトル振幅追随性の不正確さは、
１程度になり、約33％又は3.2dBの誤差となる。相対的
量子化の不正確さは、より小さな振幅のスペクトル成分
に対しては更に一層大きくなる。
量子化の前に仮数が３ビットの精度に丸められるもう
１つの量子化関数が、図10bに示されている。しかしこ
の場合でも、量子化誤差は、最大のスペクトル振幅に対
しても依然６つの部分中の１程度若しくは約1.6dB程度
である。
本発明による復号器の実施例の１つにおいて、スペク
トル振幅の追随性を、当明細書で「統計的増強再構成
（statistically enhanced recontruction）」（SER）
と呼ぶ２つの技術の何れかを用いて正規化仮数を再構成
することによって、改善することができる。SERによっ
て、復号信号の本質的な品質は、ディジタル符号化系で
しばしば発現する高い周波数成分の「もろい」特性が軽
減されて、著しく改善される。
第１のSER技術（SER−１）では、各仮数を表現するの
に限られた数のビットしか利用可能でないために量子化
で失われてしまう各仮数の最下位ビットに対する代替物
が与えられる。例えば、仮数が８ビットの長さである２
の補数表現を用い、量子化仮数に対して３ビットが割り
当てられると仮定する系においては、SER−１なしでの
逆量子化によって＃．＃＃000002の形式の仮数が再構成
され、したがって、＃.00＃＃＃＃＃２の列によって量
子化誤差が表現される。SER−１では、この量子化誤差
は殆ど聴取可能ではなく、この誤差は統計的に音という
よりも雑音に近いと仮定する。雑音様の特性を呈するこ
との方が好ましい。何故ならば、付加的な雑音は付加的
な音よりも障害になることが少ないからである。SER−
１では、量子化誤差と同じ平均振幅を有する雑音様の信
号を生成することによって量子化誤差の値が再構成され
る。図10aに示されている量子化関数の場合に対して
は、SER−１を、0.00000002を含み0.00000002から、0.0
0111112を含み0.00111112までの期間内で均一に擬似乱
数を生成する関数によって実施することができる。図10
bに示されている量子化関数に対しては、SER−１を、1.
11100002又は−0.12510を含み1.11100002又は−0.12510
から、0.00100002又は＋0.12510を含まず0.00100002又
は＋0.12510までの期間内で均一に擬似乱数を生成する
関数によって実施することができる。当業者には、SER
−１を、異なる振幅と、異なる振幅確率濃度関数と、異
なるスペクトル形状とを具える雑音発生装置を含む雑音
発生装置を用いて実施できることを理解すべきである。
好ましい実施例の１つにおいて、SER−１技術は、合
成チャンネル及び離散チャンネルに対して適用される。
SER−１によって、以下で論考する逆ステアリングの前
に、合成チャンネルのサブバンドの中の仮数の再構成が
増強される。SER−１をまた、逆ステアリングで再構成
される離散チャンネルのサブバンドに対して適用するこ
ともできる。
上述の好ましいブロック浮動小数点表現以外の表現を
用いる本発明の代替的な実施例においては、SER−１
を、僅かな信号しかないか若しくは信号の全く存在しい
ないチャンネルの中のサブバンドに対して用いることは
望ましくない。何故ならば、このような用い方では、近
傍のサブバンドの中のスペクトル成分によって隠蔽され
ない限り聴取可能になり得る定常的な低レベルの雑音の
信号が生成されるからである。
第２のSER技術（SER−２）では、上で符号器に対して
述べた方法に対する相補的な方法で、量子化誤差が変更
される。符号化サブバンド・ブッロクの中の「リセッ
ト」フラッグに応答して、復号器によって、組み合わせ
の符号器の中で生成された雑音様の信号と同等の雑音様
の信号を生成する工程が再初期化される。この信号は、
量子化誤差の予期される振幅に釣り合うように位取りさ
れ、逆量子化の後に各スペクトル成分から控除される。
SER−２は、組み合わせの符号器の中で相補的工程が用
いられなかった状況では用いられない。
Ｈ 逆ステアリング制御装置 逆ステアリング制御装置800では、合成チャンネルの
離散チャンネル表現が、ステアリング制御信号と、ステ
アリング制御フラッグと、粗量子化レベルと、通路71か
ら74までから受け取られるスペクトル成分値とのそれぞ
れに応答して、再構成される。これもまた通路72及び73
から受け取られる、ステアリングされていないサブバン
ドに対する粗量子化レベル情報及びスペクトル成分は、
通路81に沿って逆フィルタ・バンクに渡される。
本発明の好ましい１実施例において、ステアリングさ
れたサブバンドは、進路74から受け取られるステアリン
グ制御フラッグによって識別される。合成チャンネルで
表現されるステアリングされたサブバンドの各々に関す
るスペクトル成分は、進路71から受け取られるステアリ
ング制御信号と、進路72から受け取られる合成チャンネ
ルのサブバンドの指数と、進路73から受け取られる合成
チャンネルのスペクトル成分とに応答して、生成され
る。概して、この再構成方法は、符号化過程中にステア
リング制御信号を生成するのに用いられる方法と逆の形
である。次の節では、上述の構成方法の各々のために用
いることのできる再構成方法について論考する。
差レベルのベクトルのステアリング制御信号を用いる
Ｉ型の実施例に対しては、再構成方法により、差レベル
のベクトルの対応する要素を対応する合成チャンネルの
スペクトル成分値に代数的に加えることによって、ステ
アリングされたチャンネルの各々に関するスペクトル成
分を発生させることができる。
相対レベルのベクトルのステアリング制御信号を用い
るＩ型の実施例に対しては、再構成方法により、相対レ
ベルのベクトル中の要素と、対応する合成チャンネルの
サブバンドのスペクトル成分値との積から、ステアリン
グされたチャンネルのサブバンドの各々に関するスペク
トル成分を発生させることができる。
絶対レベルのベクトルのステアリング制御信号を用い
るＩ型の実施例に対しては、再構成方法により、合成サ
ブバンドの中の各スペクトル成分に、絶対レベルのベク
トルの対応する要素に対する合成サブバンドの計算され
たレベルの比率から確定される因子を乗じることによっ
て、ステアリングされたチャンネルの各々に関するスペ
クトル成分を発生させることができる。合成チャンネル
のサブバンドの各々に関する計算されたレベルが符号化
信号中に含まれていない限り、逆ステアリング制御装置
では、符号器のステアリング制御装置においてステアリ
ングされたチャンネルのサブバンドの各々に対する計算
されたレベルを決定するのに用いられるのと同じ工程を
用いて、このレベルを引き出さなければならない。
しかし、この因子を確定するに当たって、再構成方法
では、合成サブバンドの計算されたレベルに対するステ
アリング制御情報の比率が未決定でないこと、或いは大
き過ぎないことを保証しなければならない。かかる状態
は、互いに実質的に位相外れになっている異なるチャン
ネル中のスペクトル成分を表現する合成サブバンドに対
して生じ得る。上で言及したように、この状況を、かか
る位相外れ状態が存在する時にチャンネルをステアリン
グ工程から除外するか或いは位相外れ補償案を用いるこ
とによって、回避することができる。しかし、かかる除
外又は補償を行わない際には、単純であるが十分な技術
によって、もし比率が決定されていれば、合成サブバン
ドによって表現されるチャンネルの数に等しい値に因子
を制限し、もし比率が決定されていなければ、因子を
０、すなわち、合成サブバンドの計算されたレベルを実
質的に０に等しくなるように設定する。
II型の実施例では、ステアリング制御信号の方向ベク
トル形式が用いられる。符号化信号の空間的特性を保存
するために、再構成方法では、提示チャンネルに供給さ
れる再構成されたステアリングされたチャンネルのサブ
バンドの振幅を調整するために復号の場所に設置される
スピーカの数と配置について考慮しなければならない。
各提示チャンネルｉに関する方向ベクトルDOiが、進路8
2に沿って逆ステアリング制御装置に与えられる。
好ましいII型の再構成方法の１つでは、ステアリング
されたチャンネルの各々に対するスペクトル成分が、ス
テアリング制御信号によって表されるサブバンドの空間
的な方向付けと、可能ならば離散特性とを伴う音場を得
られるように、合成チャンネルのスペクトル成分を１つ
又はそれ以上の提示チャンネルに対して配分することに
よって生成される。各スペクトル成分に対するこの配分
は、各提示チャンネルのサブバンドに対する計算された
レベルに比例する。
この提示系に式４を適用することによって、ステアリ
ング制御信号を以下のように表すことができる。
ここで、 DOi＝提示チャンネルｉに対する方向ベクトル LOij＝チャンネルｉの中のサブバンドｊに対する計算
されたレベル Ｓ＝ステアリングされたチャンネルの全数 Vj＝サブバンドｊに対するステアリング制御信号のベ
クトル DO＝すべてのステアリングされたチャンネルに対する
方向単位ベクトル LOj＝すべてのステアリングされたチャンネル中のサ
ブバンドｊに対し計算されたレベル 適応的ステアリングを用いるII型の符号器ではまた、
復号器に対してDIベクトルをも受け渡さなければならな
い。計算されたレベルの情報LIは、離散チャンネルのス
ペクトル成分から直接誘導することができる。したがっ
て、ステアリングされていないサブバンドの各々を、す
べてのチャンネルｊに対して以下の式で解くことによっ
て提示チャンネル上に位置付けすることができる。すな
わち、 LOj＝LIj・DI・DO-1 （６） ここで、 DO-1＝DOマトリックスの逆 計算されたレベルLOに課せられる１つの追加的な制約
は、提示系によって再生される音場の大きさは原音場の
大きさと等しくなければならないということである。更
に詳しく言うと、提示系によって再生される各サブバン
ドに対する音場の大きさ又は総合的レベルが原音場の中
のサブバンドのレベルと等しくなるように、各LOjベク
トルに限度が課せられるということである。II型の符号
器の好ましい実施例の１つでは、合成サブバンドｊのレ
ベルLjによって、この合成サブバンドで表されるステア
リングされたチャンネルのサブバンドに対する平均レベ
ルが表される若しくは以下の式で表される。
この合成サブバンドで表されるステアリングされたチャ
ンネルのすべてのサブバンドに対する総合的レベルは、
Ｓ・Ljである。
原音場の大きさ及び方向特性を保存するサブバンドｊ
の中の各チャンネルｉに対する出力レベルは、式５の右
側項を以下のように書き替えることによって得られるLO
ベクトルに対する調整から確定することができる。
Vj＝（LOj＋Qj）・DO （８） Qj・＝Kj・Φ（すべてのｊに対して） （９） ここで、 Qj＝LOjベクトルに対する望ましい調整 Kj＝Qjベクトルの長さ Φ＝以下に叙述するベクトル Φベクトルは正味方向を有しないが、その要素の絶対
値の合計は１である。Φベクトルによって、正味方向を
有しない音場を生成する所与の提示系の中の各チャンネ
ルに対する１組の計算されたレベルが提示される。この
Φベクトルは、線形方程式の制約下の系を解く技術によ
って誘導することができる。この例として、ニュー・ヨ
ーク、ケンブリッジ大学出版の1986年版の、プレスによ
る「数的処方、科学計算の技術」（Press,Numerical Re
cipes:The Art of Scientific Computing,New York:Cam
bridge University Press,1986）を参照のこと。したが
って、式９を以下のように書き替えて解くことによっ
て、各サブバンドｊに対するQjベクトルが得られる。
Qj＝Kj・Φ・DO-1 （10） Qjベクトルの方向は、両者とも既知のDO-1のマトリッ
クスとΦベクトルとの積によって確定される。
ベクトルの長さKjでは、望ましいレベルＳ・Ljと式
６、又は以下の式から得られる音場の総合的レベルとの
間の差が表される。
II 本発明の代替的実施例 Ａ サブバンドステアリング多重方向ベクトル 既に述べた通り、ステアリングされたサブバンドによ
って生成される音場の主要な方向を統計的に表すために
ステアリング制御信号を構成することができる。代替的
方法の１つでは、多重方向を表すステアリングされたサ
ブバンドの各々に対する１組の統計量が構成される。方
向の数は固定するか若しくは主要な方向と主要な方向か
ら生じるサブバンド信号の振幅との相違に適応的に基づ
かせることができる。
Ｂ ダイナミックレンジ及び利得調整 既に言及したように、本発明の好ましい実施例の１つ
では、100dBを超えるダイナミックレンジで信号を再生
する能力がある。しかし、幾つかの用途では、この全範
囲を使用することを欲しないか或いは使用することがで
きないことも珍しくはない。例えば、放送業者は信号対
雑音比を改善するために伝送信号のダイナミックレンジ
を圧縮することを望むかもしれず、高い周囲雑音を有す
る映画館の所有者はサウンドトラックの静かな声や音の
一節が聴取可能になるように映画サウンドトラックのレ
ベルを圧縮することを好むかもしれない。室内音響又は
提示系の特性を補償するために、チャンネルに選択的な
利得を持たせることも望まれるかもしれない。
在来の信号圧縮装置、信号伸長装置及び増幅器を用い
て、信号が符号化される前若しくは信号が復号された後
に信号のダイナミックレンジ及び利得を調整することは
可能ではあるが、このような変更は符号化後に符号器に
よって、復号前に復号器によって、サブバンド指数を変
更することによって行うことができる。
例えば、ダイナミックレンジを２対１に低減すること
は、各サブバンド指数を２で除すことによって達成でき
る。6dBの利得は、各サブバンド指数に１を加えること
によって実現できる。更に、このような調整は、多重帯
域等化器によって行われるものと類似の選択されたサブ
バンド、チャンネルに対して、選択されたチャンネル・
サブバンド指数にその様な変更を限定することによって
行うことができる。
符号化信号のダイナミックレンジに対して符号器でな
される調整は、もしこの調整特性が、対の復号器によっ
て事前に知られているか若しくは符号化信号内の副次・
情報を通して復号器に与えられるなら、復号器によって
逆にすることができる。
Ｃ 補助ブロック 本発明は多重チャンネル情報を符号化するのに用いる
ことが可能であり、同情報は多重チャンネル情報と関係
するとしないとにかかわらず、他の情報ブロックでイン
ターリーブされる。既に述べた通り、符号化された多重
チャンネル情報は、サブバンドブロックと呼ばれるブロ
ックに符号化される。インターリーブされる追加ブロッ
クは、当明細書では補助ブロックと呼ばれる。
補助ブロックは、サブバンドブロックに類似している
が、多重チャンネル情報を表すのに必要なサブバンドブ
ロックに加えて、符号器及び復号器によって処理できる
ブロックである。本発明の１実施例における各チャンネ
ルに対するサブバンドブロックレートは93.75Hz（毎秒
当たり48,000サンプル／ブロック当たり512サンプル）
である。93.75Hzを越えるレートでサブバンドブロック
を処理できる本発明のこの好ましい実施例により実行さ
れる符号化・復号系は、同様に補助ブロックをも処理す
る能力がある。他の実施例に対してはサブバンドレート
は異なる得る。
特別なキーを各ブロックに挿入して、どのブロックが
サブバンドブロックで、どのブロックが補助ブロックで
あるかを復号器で識別できるようにすることができる。
更に、異なった目的のために意図される補助ブロック
は、異なったキー数値で指定することができる。例え
ば、各ブロックの４ビットはサブバンドブロックタイプ
を識別することが可能である。即ち、サブバンドブロッ
ク対するブロックタイプ00002及び15の異なった補助ブ
ロックタイプを指定する00012乃至11112を識別できる。
その代わりに、各ブロックは、例えば、０から127ま
で増加し、その後に再び０に帰着する、例えば、７ビッ
トのブロック番号を含み得る。一定のブロック番号が補
助ブロックのために指定される案を設定することもでき
る。当業者にとっては、他の多くの変形が可能なことは
明白であろう。
例えば、映画フィルムの用途では、多重チャンネルオ
ーディオ情報を画像と同期させてフィルム上にディジタ
ル符号化するために本発明を用いることができる。符号
化信号をフィルムに固定するのに用いられる技術の選定
は、本明細書とは無関係で、本発明の範囲外である。標
準的なフィルム送り速度は毎秒当たり24画像フレームで
ある。従って、93.75Hzのサブバンド・ブロック・レー
トを実現するには画像フレーム当たり約3.9個のサブバ
ンドブロックが必要である。画像フレーム当たり3.9ブ
ロックを越えるブロック数の符号化では、補助ブロック
に用い得る余分な容量を与えられる。
もし各画像フレーム当たり４ブロックが符号化される
なら、96画像フレームを含む４秒のフィルム部分にも同
様に384個の符号化ブロックが含まれることになる。こ
の４秒の区分内では、オーディオ情報を表わすために37
5個のサブバンドブロックしか必要としない。残りの９
ブロック、即ち、補助ブロックは、オーディオ又は画像
情報に関連すると否とにかかわらず、あらゆる用途で用
いることができる。本発明の１実施例では、128ブロッ
クの各区分は、42サブバンドブロックの固定された列
と、１補助ブロックと、42サブバンドブロックと、１補
助ブロックと、41サブバンドブロック及び１補助ブロッ
クとから成る。当業者にとっては、代わりの固定列又は
適応的列が可能であり、また、画像フレーム当たり４以
外のサブバンドブロック数が符号化され得ることを理解
すべきである。
補助ブロックは、チャンネルの総数、適応割当てビッ
トプールの大きさ及び符号器によって仮定されるスピー
カシステムの空間的方向付けのような、復号器で必要な
符号化工程に関する一般的情報を伝え得る。これらの補
助ブロックを各リールの開始点において若しくはフィル
ム全体にわたって符号化し、リールの中間点における再
開始を単純化し若しくは符号器で用いられる適応的情報
を伝えるようにすることができる。
補助ブロックでは、映写機制御装置、フィルム編集情
報及びソフトウエア制御装置に負荷するための情報のよ
うな、フィルムに関係するその他の情報を伝えることが
できる。例えば、復号器で必要なプログラム又は表をフ
ィルム上に符号化し、フィルムが映写される時にこれら
を復号器のメモリに負荷することができる。従って、現
状及び将来の符号化案との両立性を具える復号器を達成
することができる。復号器中に依然として止まることを
要する唯一の機能は、ブロックの形式を識別し、補助ブ
ロックデータを復号器メモリ内に負荷する手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 500461158 ドルビー、レイ・ミルトン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94118、サン・フランシスコ、ジャクソ ン・ストリート 3340 (72)発明者 デイビス、マーク・フランクリン アメリカ合衆国、94044 カリフォルニ ア州パシフィカ、マンザニタ・ドライブ 1110 (72)発明者 トッド、クレイグ・キャンベル アメリカ合衆国、94941 カリフォルニ ア州ミル・バレー、デュラント・ウェイ 304 (72)発明者 ドルビー、レー・ミルトン アメリカ合衆国、94118 カリフォルニ ア州サン・フランシスコ、ジャクソン・ ストリート 3340

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各音声情報チャンネルに対して複数のサブ
    バンド信号（１）を発生させるために３次元音場を表わ
    す３つ又はそれ以上のオーディオ情報のチャンネを伝え
    る入力信号に１つ又はそれ以上のフィルタ又は１つ又は
    それ以上の変換を用いる装置（1010）と、 合成信号を発生させるためにサブバンド信号を結合させ
    る装置（400）であって、それぞれの周波数帯域内のサ
    ブバンド信号を結合させることによってそれぞれの合成
    信号が発生され、該音声情報チャンネルの少なくとも３
    つに対するサブバンド信号を結合させることによって少
    なくとも１つの合成信号が発生されと共に、 各それぞれの合成信号に対して定位制御信号を発生さ
    せ、該合成信号が当該それぞれの合成信号を発生させる
    ために結合される各それぞれのチャンネルの該サブバン
    ド信号のレベルを表わすようにする結合装置（400）
    と、 該合成信号及び合成信号に結合されない該サブバンド信
    号にビット数を割り当てかつそれらの信号を量子化する
    装置（300）と、 該符合化された情報及び該定位制御信号を表す情報を出
    力信号にアセンブルする装置（1040）とから成る音声情
    報符号化装置。
  2. 【請求項２】該符号化信号を発生させるために共通ビッ
    トプールから該ビットを割り当てる、請求項１の装置。
  3. 【請求項３】該合成信号を発生させるために結合される
    該サブバンド信号のレベルを制御することによって位相
    はずれ相殺効果を低減させる、請求項１の装置。
  4. 【請求項４】該合成信号を発生させるために結合される
    １つ又はそれ以上の該サブバンド信号の位相を調節する
    ことによって位相はずれ相殺効果を低減させる、請求項
    １の装置。
  5. 【請求項５】割り当てられる該ビット数が割当て限度未
    満か若しくはそれと等しくなるように、選択された音声
    情報チャンネルに対して１つ又はそれ以上のサブバンド
    信号がそれぞれの合成信号に結合されないようにする装
    置を含む、請求項１の装置。
  6. 【請求項６】割り当てられる該ビット数が割当て限度未
    満か若しくはそれと等しくなるように、周波数サブバン
    ド合成信号が発生される選択装置を含む、請求項１の装
    置。
  7. 【請求項７】それぞれの周波数サブバンドに対する該定
    位制御信号が、当該それぞれのサブバンドに対する合成
    信号を発生させるために結合されるサブバンド信号に対
    するレベルの減算的差又はレベルの乗算的比を伝える、
    請求項１の装置。
  8. 【請求項８】該定位制御信号が、１つの見掛の方向に相
    当する定位特性を伝える、請求項１の装置。
  9. 【請求項９】該定位制御信号が、複数の見掛の方向に相
    当する定位特性を伝える、請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】該音声情報チャンネルで表される音源の
    位置を表す入力構成信号を受け取る装置を含み、該入力
    構成信号に応答して該定位制御信号が発生され、音源の
    該位置を表す情報が該出力にアセンブルされる、請求項
    １の装置。
  11. 【請求項１１】該定位制御信号が、主方向及び該主方向
    から生じるサブバンド信号振幅の相違に基づく適応数の
    見掛の方向に対応する定位特性を伝える、請求項１の装
    置。
  12. 【請求項１２】３次元音場を表す３つ又はそれ以上の入
    力音声情報表現の符号化表現を伝える入力信号を復号す
    る装置であって、 符号化情報及び定位制御信号を得るために該入力信号を
    デスアセンブルする装置（1050）と、 合成信号及び合成信号内に結合されないサブバンド信号
    を得るために該符号化された情報にビット数を割り当て
    かつ該情報を量子化する装置（600,700）と、 該合成信号からサブバンド信号を発生させる装置（80
    0）であって、当該それぞれの合成信号を発生させるた
    めに結合されたそれぞれのチャンネルのサブバンド信号
    のレベルを表わすそれぞれの定位制御信号に応じて、サ
    ブバンド信号が当該それぞれのサブバンドに対するそれ
    ぞれの合成信号からのそれぞれの周波数サブバンド内で
    発生されるサブバンド信号発生装置（800）と、 該３元音場を表す３又はそれ以上の音声情報信号を発生
    させるために、該入力信号から得られかつ合成信号から
    発生される該サブバンド信号に１つ又はそれ以上の合成
    フィルタを用いる装置（1080）とから成る復号装置。
  13. 【請求項１３】該符号化された情報を逆量子化するため
    に共通ビットプールからの該ビットを割り当てる、請求
    項12の装置。
  14. 【請求項１４】該合成信号から発生される１つ又はそれ
    以上のサブバンド信号のレベルを調節することによって
    位相はずれ相殺効果を低減させるのに用いられる技術を
    相殺する、請求項12の装置。
  15. 【請求項１５】該合成信号から発生される１つ又はそれ
    以上のサブバンド信号のレベルを調節することによって
    位相はずれ相殺効果を低減させるのに用いられる技術を
    相殺する、請求項12の装置。
  16. 【請求項１６】それぞれの周波数サブバンドに対する該
    定位制御信号が、当該それぞれのサブバンドに対する合
    成信号を発生させるために結合されるサブバンド信号に
    対するレベルの減算的差又はレベルの乗算的比を伝え
    る、請求項12の装置。
  17. 【請求項１７】該定位制御信号が、１つの見掛の方向に
    相当する定位特性を伝える、請求項12の装置。
  18. 【請求項１８】該定位制御信号が、複数の見掛の方向に
    相当する定位特性を伝える、請求項12の装置。
  19. 【請求項１９】該音声情報入力チャンネルで表される音
    源の位置を表す入力構成信号を受け取る装置を含み、該
    サブバンド信号の該表現が該入力構成信号に応答して再
    構成される、請求項12の装置。
  20. 【請求項２０】提示システム内の該音声情報出力チャン
    ネルに対する出力変換器の位置を表す出力構成信号を受
    け取る装置を含み、該出力構成信号に応答して該サブバ
    ンド信号の該表現が再構成される、請求項12の装置。
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