マルチチャネル・オーディオ信号の空間合成
本発明は、和信号を空間的に合成して少なくとも２つの出力信号を得るための方法であって、前記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化によるパラメトリック符号化により出力される方法において、当該方法は、前記和信号を無相関化して、無相関信号（ｄ）を得るステップ（Ｄｅｃｏｒｒ．）と、係数が前記空間パラメータ（Ｒ，Ｉ）に依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために前記和信号に適用すると共に前記無相関信号に適用するステップ（Ｓｙｎｔｈ．）とを含み、少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、前記合成マトリックスの係数は、該合成マトリックスを適用する前記ステップにより得られる前記出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数（ｑ）を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャネル・オーディオ信号の符号化(coding)／復号化(decoding)の分野に関する。
更に詳しくは、本発明は、マルチチャネル・オーディオ信号のパラメトリック符号化／復号化に関する。
【０００２】
このタイプの符号化／復号化は、復号化の際に聴取者の空間認知(spatial perception)が再構築されるような、空間パラメータの抽出に基づいている。
【０００３】
このような符号化技術は、英語表現で「ＢＣＣ(Binaural Cue Coding)」として知られ、それは、一方では、聴覚上の空間インデックス(auditory spatialization indices)を抽出(extract)して符号化することを目的とし、他方では、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリクス化から生じるモノラルまたはステレオ信号を符号化することを目的とする。
【０００４】
このパラメトリック・アプローチは、低スループットの符号化である。この符号化アプローチの主要な利益は、既に存在するブロードキャストシステムと符号化フォーマットを用いて得られる圧縮フォーマットのレトロ・コンパチビリティ(retrocompatibility)を保証しながら、マルチチャネル・デジタルオーディオ信号を圧縮するための従来の処理手順よりも良好な圧縮率を可能にすることである。
【０００５】
従って、本発明は、更に詳しくは、低減された数の送信チャネルに基づく３Ｄ音場(sound scene)の空間復号化(spatial decoding)に関する。
【背景技術】
【０００６】
ＭＰＥＧ標準ISO/IEC 23003-1:2007の文書、および、Breebaart,J.、Hotho,G.、Koppens,J.、Schuijers,E.、Oomen,W.、van de Par,S.らによる、「Journal of the Audio Engineering Society 55-5(2007)331-351」における“Background, concept, and architecture for the recent MPEG surround standard on multichannel audio compression”と題された文書に記載されているＭＰＥＧサラウンド標準は、マルチチャネル・オーディオ信号を符号化／復号化するための特定の構成について述べている。
【０００７】
図１は、このような符号化／復号化システムを示し、このシステムでは、符号化器(encoder)１００は、オリジナルのマルチチャネル信号Ｓのチャネルを（１１０で）マトリクス化(matrixing)することにより和信号(sum signal)ＳＳを構成（英語表現では“ダウンミックス(downmix)”）し、そして、パラメータ抽出モジュール１２０を介して、上記オリジナルのマルチチャネル信号の空間コンテンツを特性化するパラメータＰの縮小されたセットを供給する。
【０００８】
復号器１５０では、マルチチャネル信号は、合成モジュール１６０により再構成（ＳＳ’）され、この合成モジュール１６０は、送信される上記パラメータＰ及び上記和信号を一度に同時に取り入れる。
【０００９】
上記和信号は、低減された数のチャネルを含む。これらのチャネルは、送信(transmission)または記憶(storage)の前に従来のオーディオ符号化器によって符号化されてもよい。典型的には、上記和信号は、２つのチャネルを含み、従来のステレオ放送との互換性を有する。従って、送信または記憶の前に、この和信号は、従来の任意のステレオ符号化器によって符号化することができる。そして、符号化された信号は、空間データ(spatial data)を無視しつつ上記和信号を再構成する対応の復号化器を備えた装置との互換性を有する。
【００１０】
ＭＰＥＧサラウンド標準は、空間データを表すための特定の構成を採用し、符号化器は、それぞれが低減された数のチャネルに関する空間パラメータを抽出することを可能にする低減された数の基本符号化ブロックに基づいて構成されたツリー状符号化構造に依存している。次のような２つの基本的タイプの符号化ブロックが存在する。
− ＴＴＯ(英語表現では、“Two To One”)ブロック。それは、２つのチャネル間の空間パラメータを抽出して、これら２つのチャネルに基づいてモノラルの和信号を構成することを可能にする。
− ＴＴＴ（英語表現では、“Three To Two”）ブロック。それは、３つのチャネル間の空間パラメータを抽出して、これら３つのチャネルに基づいて２つのチャネルを含む和信号を構成することを可能にする。
【００１１】
図２は、６チャネル（Ｌ，Ｒ，Ｃ，ＬＦＥ，Ｌｓ，Ｒｓ）を含む５．１マルチチャネル信号に基づくモノラル信号Ｓを得るための、ＴＴＯブロック（ＴＴＯ０，ＴＴＯ１，ＴＴＯ２，ＴＴＯ３，ＴＴＯ４）を用いた符号化ツリーまたは符号化構成の第１の例を示す。
【００１２】
図３は、５．１信号に基づくステレオ信号ＳｌおよびＳｒを得るための、ＴＴＯブロックとＴＴＴブロックとを一度に同時に用いた第２の典型的な符号化構成を示す。
【００１３】
従って、受信されるモノラルまたはステレオ信号の復号化は、図２および図３に示されるものに対して対称的な復号化ツリーを用いることにより実施される。
【００１４】
よって、図２のツリーにより符号化された信号の復号化のために、復号化は、一連の再構成ステップとしてとらえられてもよい。
【００１５】
この場合、第１の復号化ステップは、ブロックＴＴＯ０により抽出された空間パラメータと和信号に基づいてブロックＴＴＯ０の入力信号に対応する信号を再構成することにあり、そして、次のステップは、前のステップで再構成された信号と、ブロックＴＴＯ１により抽出された空間パラメータとに基づいてブロックＴＴＯ１の入力信号に対応する信号を再構成することにあり、その後、復号化は、符号化されたマルチチャネル信号の全てのチャネルが再構成されるまで同様に繰り返される。実際には、復号化器は、モノラルの和信号から、より小さいサイズの種々のＴＴＯおよびＴＴＴブロックのマトリックスの組合せにより再構成される６チャネルへ直接的にパス(pass)することを可能とするマトリックスを構成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、ＴＴＯブロックを復号化するためのＭＰＥＧサラウンド標準で採用される技術は、反対位相(phase opposition)のチャネルを含むマルチチャネル信号の符号化について極めて不利な制限を課す。
【００１７】
この復号化技術は、２００３年１０月３０日付けでＷＯ０３／０９０２０６Ａ１の番号で発行された、“signal synthesizing”と題された特許出願（出願人：Koninklijke Philips Electronics N.V.、発明者：Dirk J.Breebaart）において更に詳細に述べられている。
【００１８】
この技術は、図４を参照して示されるように、無相関信号(decorrelated signal)ｄを得るために和信号ｓをフィルタリングすることにより、４１０で無相関ステップを実施することにある。従って、得られた無相関信号および和信号は、その後、特定の空間パラメータに適合する２つの信号ｌおよびｒを生成するために、空間パラメータＲおよびＩに応じて、合成マトリックスＭにより合成モジュール４２０で処理される。ここで、パラメータＲおよびＩは、それぞれ、マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比(energy ratio)と、マルチチャネル信号のチャネルについてのチャネル間相関(interchannel correlation)インデックスである。
【００１９】
信号ｓおよびｄのマトリックス化(matrixing)は、次の関係に従って実施される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、このマトリックス化は上述した制限を呈し、それは、この手順を、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル・オーディオ信号の符号化に適したものとしない。
【００２２】
特に、このような技術は、チャネル間で反対位相を含む楽音信号(ambiophonic signals)の復号化には向かない。
【００２３】
実際には、チャネル間相関Ｉは負(negative)であり、とりわけ、それが−１に近い場合には、信号ｌおよびｒを合成するために使用される無相関信号の比率が極めて重要になり、或る典型的なケースでは、使用される和信号ｓの量を明確に超える。最も問題のあるケースでは、０ｄＢのレベルのチャネル間差(interchannel difference)について、即ちＲ＝１について、チャネル間相関Ｉは−１になる傾向を示す場合、混合マトリックスは次のマトリックスになる傾向を示すことに注目されたい。
【００２４】
【数２】
【００２５】
このマトリックスは、再構成された信号
【００２６】
【数３】
【００２７】
に対応し、それは、それらの表現に和信号を含んでおらず、無相関信号のみを使用している。従って、再構成された信号の波形は、信号ｓの影響を受ける無相関(decorrelation)に完全に依存するので、制御されない。
【００２８】
極端なケースにおける前述の例で示される再構成問題は、また、ＲおよびＩの他の値についても発生し、Ｉが−１に近いほど、いっそう顕著(marked)になる。従って、再構成されたチャネルの波形は、これらのケースでは、それがあたかもオリジナルの信号に対するもののようではなく、これにより、再構成された信号の量を不必要に制限しない。
【００２９】
この制限の影響は、信号が、−１に近いチャネル間相関を有する多数のチャネルを呈する場合、さらにいっそう顕著(marked)である。この場合、２よりも多いチャネルが、近い波形(close waveforms)を有するが、それらの幾つかは反対位相にある。
【００３０】
オリジナルのマルチチャネル信号の復元(restitution)期間で、近い波形を有するこれらの種々のチャネルの信号は、所望の音場を再構成することを可能にする建設的(constructive)および破壊的(destructive)な干渉(interference)を生成する復元ゾーンで相互に作用(interact)する。
【００３１】
復号化の後、チャネルの波形は、以前に示唆した問題のために著しく変形されるであろう。
【００３２】
さらに、復号化に含まれる各ＴＴＯブロック復号化器が異なる無相関フィルタを使用するので、波形の変形は、種々のチャネルについて同じにはならないであろう。
【００３３】
そして、再構成されたチャネルは、もはや、オリジナルの信号におけるように、復元期間での音場の再構成を可能とする干渉および近波形(close waveform)を有さず、そして、もはやオリジナルの信号におけるように現れない。このことは、一方では、音場の貧弱な空間再構成に終わり、他方では、可聴副作用(audible artifacts)の生成をもたらし、波形の違いは、知覚可能な雑音要素の生成を引き起こす。
【００３４】
本発明は、上記状況を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
この目的のため、本発明は、和信号を空間的に合成して少なくとも２つの信号を取得するための方法を提案するものであり、上記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化によるパラメトリック符号化により出力される。本方法は、
− 上記和信号を無相関化して無相関信号を得るステップと、
− 係数が上記空間パラメータに依存する合成マトリックスを、前記出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関信号に適用するステップと、
を含み、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、上記合成マトリックスの係数が、上記合成マトリックスを適用するステップにより得られる出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数(quantitative function)（ｑ）を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする。
【００３６】
従って、信号のそれぞれにおける無相関信号の量を取り入れることにより、その結果、信号を合成するステップにおいて、無相関信号のみが合成マトリックスに含まれる上述の典型的なケースを回避するすることが可能である。従って、本発明による本方法は、所定の値範囲にある空間パラメータがこのような状況を引き起こすケースを取り扱うことを可能にする。
【００３７】
特定の実施形態では、上記定量的関数(quantitative function)は、上記無相関信号に適用される合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同じ係数に適用される上記関数の値を増加させるような関数である。
【００３８】
このような定量的関数の最小化は、出力信号における入力信号の波形との良好な整合性(compliance)を保証することを可能にする合成マトリックスの係数を定義することを可能にする。
【００３９】
更に具体的かつ単純には、このような定量的関数は、無相関信号のエネルギー関数であってもよい。
【００４０】
この関数は、上述の特性と良好に適合する。
【００４１】
更に一般的方法では、上記定量的関数は、次のタイプのものである。
【００４２】
【数４】
【００４３】
ただし、ｐは１以上の整数である。
【００４４】
特定の実施形態において、上記空間パラメータは、マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比のパラメータ（Ｒ）と、マルチチャネル信号のチャネル間相関のパラメータ（Ｉ）であり、値範囲は、チャネル間相関パラメータが負である範囲である。
【００４５】
従って、本発明は、更に具体的には、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル信号について適合する。
【００４６】
従って、チャネル間相関パラメータの負の値について、またはこのパラメータの任意の値についてのみ実施されてもよい。
【００４７】
他の実施形態では、別の定量的関数は、空間パラメータの値範囲ごとに選択される。
【００４８】
そして、種々の合成マトリックスに与えることが望ましい相対有意差(relative significance)を変調(modulate)することが可能である。従って、パラメータの特定の範囲について、最新技術で定義されているようなマトリックスに有意な重みを与えることが可能であり、逆に言えば、他のパラメータ範囲について、本発明の要旨の範囲内で合成マトリックスに有意な重みを与えることが可能である。従って、或る動作範囲において既存のシステムとの互換性を保ち、特定の範囲においてシステムの品質を改善することが可能である。更に、種々の基準に従って得られる多数の合成マトリックスを用いる可能性は、全動作範囲についてシステムの全体的品質を最適化することを可能にする。
【００４９】
本発明は、また、少なくとも２つの出力信号を発生させる和信号を空間的に合成するための装置に関し、上記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化を実施するパラメトリック符号化装置によって出力される。本装置は、
− 上記和信号を無相関化して無相関信号を得るための手段（５１０）と、
− 係数が空間パラメータに依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関化された信号に適用するための手段（５２０）と、
を備え、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、上記合成マトリックスの係数が、上記合成マトリックスを適用するための手段により得られる出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数(quantitative function)を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする。
【００５０】
本発明は、上述したような合成装置を備えた復号化器に関する。
【００５１】
本発明は、また、上述したような復号化器を備えたマルチメディア機器を対象とする。
【００５２】
限定されるものではないが、このような機器は、例えば、携帯電話、電子手帳、またはデジタルコンテンツリーダ、コンピュータ、ラウンジデコーダ（“セット・トップ・ボックス”）であってもよい。
【００５３】
最後に、本発明は、プロセッサによって実行されたときに、上述したような本方法のステップを実行するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを対象とする。
【００５４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、単なる非制限的な例により与えられる以下の説明を読み進めるにつれて、よりいっそう明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】前述したような最新の従来技術によるパラメトリック符号化／復号化システムを示す図である。
【図２】５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおけるＭＰＥＧサラウンド標準による、前述したような符号化ツリーの例を示す図である。
【図３】５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおけるＭＰＥＧサラウンド標準による、前述したような符号化ツリーの例を示す図である。
【図４】前述したようなＴＴＯブロックについての復号化システムのステートを示す図である。
【図５】本発明による、ＴＴＯブロックの復号化のための合成装置を示す図である。
【図６】特定の実施形態によるＴＴＯブロックの復号化のための合成装置を示す図である。
【図７】本発明による、５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおける復号化器を示す図である。
【図８】本発明による、少なくとも１つの合成装置を備えたマルチメディア機器の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図５は、本発明の実施形態を示す。それは、ＴＴＯブロックの復号化のための合成装置（ＴＴＯ−１）を示す。この装置は、無相関モジュール(decorrelation module)５１０を備え、受信された信号ｓを無相関化(decorrelationg)するステップを実施する機能を有し、上記信号ｓは、マルチチャネル信号のマトリックス化による符号化で得られる和信号(sum signal)である。
【００５７】
この無相関化ステップは、例えば、前述のＭＰＥＧサラウンド標準に記述されている。
【００５８】
この無相関化された信号ｄと上記和信号は、マトリックスＭ Ｍｉｎｑを用いた合成モジュール(synthesis module)５２０に取り込まれ、このマトリックスＭ Ｍｉｎｑの係数は、受信された空間パラメータ(spatialization parameters)ＲおよびＩに依存し、出力信号ｌおよびｒを生じさせる。
【００５９】
更に詳しくは、上記信号ｌおよびｒは、次式（３）のマトリックス化によって生成される。
【００６０】
【数５】
【００６１】
また、次の条件に適合する。
− 全エネルギーが保存され、即ち次式（４）が成り立つ。
ｈ１１２＋ｈ１２２＋ｈ２１２＋ｈ２２２＝１ （４）
− ｌとｒとの間のエネルギー比がＲに等しく、即ち次式（５）が成り立つ。
ｈ１１２＋ｈ１２２＝Ｒ（ｈ２１２＋ｈ２２２） （５）
− ｌとｒとの間の正規化された相互相関(intercorrelation)がＩに等しく、即ち次式（６）が成り立つ。
【００６２】
【数６】
【００６３】
最初の２つの条件を用いて、次式（７）を得る。
【００６４】
【数７】
【００６５】
従って、解は次式（８）の形式で記述される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
そして、第２の条件は、次式（９）のように記述されてもよい。
ｃｏｓ（ａ）ｃｏｓ（ｂ）＋ｓｉｎ（ａ）ｓｉｎ（ｂ）＝Ｉ （９）
即ち、ｃｏｓ（ａ−ｂ）＝Ｉである。
【００６８】
従って、問題に対するマトリックス解は、
【００６９】
【数９】
【００７０】
の形式でパラメータ化(parameterize)されたマトリックスのセットであり、次式（１０）のように表される。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
従って、αの２つの値があり得る。βの値は、ＲおよびＩに依存し、そして、負の値を含んで、相関値Ｉが何であろうとも、再構成された信号に導入される無相関信号ｄの量(quantity)を制限するために、本発明の実施形態に従って選択される。
【００７３】
従って、値βの選択は、信号の再構成のためのマトリックス化に取り込まれる無相関信号の量(quantity)に関する定量的関数(quantitative function)ｑを導入することにより形式化(formalize)されてもよい。
【００７４】
一般的方法では、定量的関数ｑは、無相関信号に適用される合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同じ係数に適用される関数ｑの値を増加させるような関数である。
【００７５】
従って、この定量的関数ｑは、次の条件を満たすような関数である。
− 全ての実数ｘ，ｘ’，ｙについて、｜ｘ’｜≧｜ｘ｜であれば、ｑ（ｘ’，ｙ）≧ｑ（ｘ，ｙ）である。
− 対称的に、全ての実数ｘ，ｙ，ｙ’について、｜ｙ’｜≧｜ｙ｜であれば、ｑ（ｘ，ｙ’）≧ｑ（ｘ，ｙ）である。
【００７６】
そして、固定されたＩおよびＲについて、βの値は、次式（１１）の関数を最小化することにより選択される。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
上述の条件に適合する多数の定量的関数が選択されてもよく、βについて満足のいく選択をなすことを可能にするであろう。
【００７９】
従って、例えば、関数ｑは、次式（１２）のようなタイプの関数である。
【００８０】
【数１２】
【００８１】
ここで、ｐは１以上の整数である。
【００８２】
特定の実施形態では、定量的関数ｑは無相関信号のエネルギー関数である。
【００８３】
従って、関数ｑは、次式（１３）のようである。
【００８４】
ｑ（ｘ，ｙ）＝ｘ２＋ｙ２ （１３）
【００８５】
従って、ここで述べる本発明の実施形態による、満足のいく再構成を保証するβの値は、再構成される信号における無相関信号ｄの全エネルギーを最小化するように選択される。
【００８６】
そして、次の数式（１４）を最小化するβを探す。
【００８７】
【数１３】
【００８８】
数式（１４）は、即ち、次式（１５）のようである。
【００８９】
【数１４】
【００９０】
これは、次式（１６）を最大化することになる。
【００９１】
【数１５】
【００９２】
ｇの導関数は、次式（１７）、（１８）のようになる。
【００９３】
【数１６】
【００９４】
それは、次式（１９）の場合にゼロになる。
【００９５】
【数１７】
【００９６】
従って、採用されるβの値は、次の式を満たす値であって実にｇの最大値に対応する値から選択される。
【００９７】
【数１８】
【００９８】
従って、図５は、ここではＴＴＯ−１と呼ばれる、ＴＴＯブロックを復号化するための合成装置を表し、この合成装置ＴＴＯ−１は、和信号を無相関化するためのモジュール５１０と、上記無相関化された信号および和信号に対して合成マトリックスを適用する機能を有する合成モジュール５２０とを備える。この合成マトリックスの係数は、上述したような無相関信号の量に関する定量的関数ｑを最小化するための基準に従って決定される。
【００９９】
また、図５は、本発明による空間合成方法のステップを示し、このステップにおいて、少なくとも２つの出力信号ｌおよびｒが和信号ｓに基づいて得られる。上記和信号は、マルチチャネル信号をマトリックス化し、また、空間パラメータを供給するにより、パラメトリック符号化から出力される。
【０１００】
上記合成装置により実施される本方法は、
− 和信号を無相関化して無相関信号を得るステップ（Ｄｅｃｏｒｒ．）と、
− 係数が空間パラメータ（Ｉ，Ｒ）に依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を上記無相関信号（ｄ）に適用すると共に上記和信号（ｓ）に適用して、上記出力信号を得るステップとを含む。
【０１０１】
この方法は、少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、合成マトリックスの係数が、合成マトリックスを適用するステップにおいて取り入れられる無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定されるような方法である。
【０１０２】
図５を参照して説明した上述の実施形態において、上記空間パラメータは、オリジナルのマルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比と、この同じ信号のチャネル間相関の大きさ(measure)を指定するパラメータである。
【０１０３】
また、パラメトリック符号化により出力される他の空間パラメータを選択することもできる。これらのパラメータは、例えば、マルチチャネル信号のチャネル間の位相シフトを指定するパラメータ、または、オーディオチャネルの一時的なエンベロープのパラメータであることができる。
【０１０４】
図６は、本発明の他の実施形態を示し、この実施形態では、受信される空間パラメータ、ここではチャネル間相関パラメータＩの少なくとも１つの値範囲に応じて、異なる合成マトリックスが選択される。
【０１０５】
図６に示される例は、２つのタイプの合成マトリックスを示す。
【０１０６】
第１の合成マトリックスＭは、例えば、ＭＰＥＧサラウンド標準における最新技術に述べられているものである。対応する合成モジュールは６３０で示されている。この合成マトリックスは、ここでは、パラメータＩが正の場合に、無相関信号ｄに適用されると共に和信号ｓに適用される。
【０１０７】
パラメータＩが負の場合、合成マトリックスＭ Ｍｉｎｑは、図５を参照して説明したものとなる。対応する合成モジュールは６２０で表されている。
【０１０８】
従って、この実施形態により実施される本方法は、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル信号を効率的に処理することを可能にする。
【０１０９】
このタイプのマルチチャネル信号は、例えば、両音(ambiphonic)タイプの信号である。実際に、このタイプの信号は、反対位相のチャネルを示す。両音のピックアップから生じる信号の特性要素(characteristic element)は、M.Gerzonによる、“Hierarchical System of Surround Sound Transmission for HDTV”または“Ambisonic Decoder for HDTV”と題された論文で説明されている。
【０１１０】
変形の実施形態では、多数の合成マトリックスが、空間パラメータの値の別の範囲について提供されてもよい。
【０１１１】
従って、受信されたパラメータの値に応じて種々の合成マトリックスに与えることが望ましい相対有意差(relative significance)を変調することが可能である。
【０１１２】
従って、例えば、パラメータの特定の範囲について最新技術で述べられるようなマトリックスＭに有意の重みを与えること、反対に、他のパラメータ範囲について本発明の趣旨内の合成マトリックスＭ Ｍｉｎｑに有意の重みを与えることが可能である。
【０１１３】
そして、或る動作範囲における既存のシステムとの互換性が保たれる。空間パラメータの特定の値範囲における合成の品質における改善がこの実施形態で提供される。
【０１１４】
更に、種々の基準に従って得られる多数の合成マトリックスの使用の可能性は、全動作範囲について合成の全体的品質を最適化することを可能にする。
【０１１５】
例えば、少なくとも１つの空間パラメータの値が低いか、或いは反対に有意であるかどうかに応じて、種々の合成マトリックスを使用することを可能にする。
【０１１６】
従って、この変形の実施形態においては、相関インデックスＩの正の値については最新技術で述べられるようなマトリックスＭが使用され、相関インデックスＩの負の値についてはマトリックスＭ Ｍｉｎｑが使用されるように、２つの合成マトリックスが使用される。
【０１１７】
また、例えば、次のような種々の動作範囲を規定することも可能である。
・ Ｉ＞０について、マトリックスＭｉｎｔｅｒ＝Ｍが使用される。
・ ０≧Ｉ＞−０．２５について、２つのマトリックスの補間Ｍｉｎｔｅｒ＝αＭ＋１（１−α）ＭＭｉｎｑが使用される。
・ −０．２５≧Ｉ＞−１について、マトリックスＭｉｎｔｅｒ＝ＭＭｉｎｑが使用される。
【０１１８】
図５または図６に示されるこのタイプの装置ＴＴＯ−１は、例えば、デジタル信号復号化器に統合される。このようなタイプの復号化器は、例えば、図７を参照して説明される。
【０１１９】
この図に示される復号化器は、典型的には、５．１タイプのマルチチャネル信号を復号化するために提供される。従って、この復号化器は、受信した信号Ｓに基づいて、６チャネル（Ｌ，Ｒ，Ｃ，ＬＦＥ，Ｌｓ，Ｒｓ）からなるマルチチャネル信号を得るための本発明による複数の装置ＴＴＯ−１（ＴＴＯ０−１，ＴＴＯ１−１，ＴＴＯ２−１，ＴＴＯ３−１，ＴＴＯ４−１）を備える。
【０１２０】
この複数の合成装置からなる復号化モジュール７３０は、全く明白に、オリジナルのマルチチャネル信号について使用された符号化ツリーに従って異なる方法で構成されることができる。
【０１２１】
図７に示されるような復号化器は、復号化器から生じる一時的和信号Ｓのサブバンドベースの周波数信号への変換（またはダウンミックス(downmix)）を実施する機能を有する分析モジュールＱＭＦ（英語表現では、“Quadrature Mirror Filter”）を備える。そして、この周波数バンドベース(band-based)の信号は、復号化モジュール７３０の入力として供給される。上記復号化モジュールからの出力に関し、処理された信号は、ＱＭＦ合成モジュール７２０に入力され、このＱＭＦ合成モジュール７２０は、逆変換を実施して、得られたマルチチャネル信号をテンポラル・ドメイン(temporal domain)に戻す機能を有する。
【０１２２】
これらのＱＭＦ分析およびＱＭＦ合成モジュールは、例えば、ＭＰＥＧサラウンド標準に記載されているようなものであることができる。
【０１２３】
図７に示されるような復号化器は、オリジナルのマルチチャネル信号のパラメトリック符号化から生じる空間パラメータＰを符号化器から受信する。
【０１２４】
典型的には、これらのパラメータは、チャネル間エネルギー比のパラメータ、チャネル間相関値の大きさのパラメータ、または、チャネル間位相シフト、または最後に、一時的エンベロープのパラメータであってもよい。
【０１２５】
この復号化器７００は、ラウンジデコーダ即ち“セット・トップ・ボックス”、コンピュータまたは他の携帯電話、デジタルコンテンツリーダ、パーソナル電子手帳などのようなマルチメディア機器に統合されてもよい。
【０１２６】
図８は、このようなマルチメディア機器の例を示し、それは、とりわけ、例えば、通信ネットワークにより、または、マルチチャネル・サウンドピックアップにより、圧縮されたマルチチャネル・サウンド信号を受信する機能を有する入力モジュールＥを備える。
【０１２７】
これらのマルチチャネル信号は、オリジナルの信号のマトリックス化により和信号Ｓおよび空間パラメータＰを発生させるパラメトリック符号化手順により圧縮されている。この符号化は、代替のモードで、マルチメディア機器に備えられることができる。
【０１２８】
この機器は、ここではストレージ及び／又はワークメモリＭＥＭを備えたメモリブロックＢＭと協調動作するプロセッサＰＲＯＣによるハードウェア用語で表された本発明による１又は２以上の合成装置を備える。
【０１２９】
メモリブロックは、有利には、コンピュータプログラムを含み、このコンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されたときに本発明の要旨内の本方法のステップを実行するためのコード命令を含み、とりわけ、受信された和信号を無相関化して無相関信号を得るステップと、係数が空間パラメータに依存する合成マトリックスを、少なくとも２つの出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関信号に適用するステップとを含む。上記合成マトリックスは、少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、その係数が、上記合成マトリックスを適用するステップにおいて取り込まれる無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定される。
【０１３０】
典型的には、図５の記載は、このようなコンピュータプログラムのアルゴリズムのステップを採用する。また、上記コンピュータプログラムは、装置のリーダにより読み取り可能に又は機器のメモリ空間へのダウンロード可能なようにサポートするメモリ上に格納されることができる。
【０１３１】
従って、メモリブロックは、上述したように規定されるような合成マトリックスの係数を含む。
【０１３２】
このメモリブロックは、図６を参照して述べたような本発明の他の実施形態では、受信した空間パラメータの値範囲に応じて無相関信号に適用されると共に和信号に適用される多数の合成マトリックスを規定する係数を含むことができる。
【０１３３】
同様に、機器のプロセッサは、また、図７を参照して説明したような復号化器の分析および合成のステップの実行のための命令を含むことができる。
【０１３４】
説明したようなマルチメディア機器は、また、ラウドスピーカのタイプの復元手段により、または、このマルチチャネル信号を送信する機能を有する通信手段により、再構成されたマルチチャネル信号Ｓ’を配信するための出力Ｓを備える。
【符号の説明】
【０１３５】
５１０：無相関モジュール
５２０：合成モジュール
６２０：合成モジュール
６３０：合成モジュール
７００：復号化器
７１０：ＱＭＦ分析モジュール
７２０：ＱＭＦ合成モジュール
７３０：復号化モジュール
８００：マルチメディア機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャネル・オーディオ信号の符号化(coding)／復号化(decoding)の分野に関する。
更に詳しくは、本発明は、マルチチャネル・オーディオ信号のパラメトリック符号化／復号化に関する。
【０００２】
このタイプの符号化／復号化は、復号化の際に聴取者の空間認知(spatial perception)が再構築されるような、空間パラメータの抽出に基づいている。
【０００３】
このような符号化技術は、英語表現で「ＢＣＣ(Binaural Cue Coding)」として知られ、それは、一方では、聴覚上の空間インデックス(auditory spatialization indices)を抽出(extract)して符号化することを目的とし、他方では、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリクス化から生じるモノラルまたはステレオ信号を符号化することを目的とする。
【０００４】
このパラメトリック・アプローチは、低スループットの符号化である。この符号化アプローチの主要な利益は、既に存在するブロードキャストシステムと符号化フォーマットを用いて得られる圧縮フォーマットのレトロ・コンパチビリティ(retrocompatibility)を保証しながら、マルチチャネル・デジタルオーディオ信号を圧縮するための従来の処理手順よりも良好な圧縮率を可能にすることである。
【０００５】
従って、本発明は、更に詳しくは、低減された数の送信チャネルに基づく３Ｄ音場(sound scene)の空間復号化(spatial decoding)に関する。
【背景技術】
【０００６】
ＭＰＥＧ標準ISO/IEC 23003-1:2007の文書、および、Breebaart,J.、Hotho,G.、Koppens,J.、Schuijers,E.、Oomen,W.、van de Par,S.らによる、「Journal of the Audio Engineering Society 55-5(2007)331-351」における“Background, concept, and architecture for the recent MPEG surround standard on multichannel audio compression”と題された文書に記載されているＭＰＥＧサラウンド標準は、マルチチャネル・オーディオ信号を符号化／復号化するための特定の構成について述べている。
【０００７】
図１は、このような符号化／復号化システムを示し、このシステムでは、符号化器(encoder)１００は、オリジナルのマルチチャネル信号Ｓのチャネルを（１１０で）マトリクス化(matrixing)することにより和信号(sum signal)ＳＳを構成（英語表現では“ダウンミックス(downmix)”）し、そして、パラメータ抽出モジュール１２０を介して、上記オリジナルのマルチチャネル信号の空間コンテンツを特性化するパラメータＰの縮小されたセットを供給する。
【０００８】
復号器１５０では、マルチチャネル信号は、合成モジュール１６０により再構成（ＳＳ’）され、この合成モジュール１６０は、送信される上記パラメータＰ及び上記和信号を一度に同時に取り入れる。
【０００９】
上記和信号は、低減された数のチャネルを含む。これらのチャネルは、送信(transmission)または記憶(storage)の前に従来のオーディオ符号化器によって符号化されてもよい。典型的には、上記和信号は、２つのチャネルを含み、従来のステレオ放送との互換性を有する。従って、送信または記憶の前に、この和信号は、従来の任意のステレオ符号化器によって符号化することができる。そして、符号化された信号は、空間データ(spatial data)を無視しつつ上記和信号を再構成する対応の復号化器を備えた装置との互換性を有する。
【００１０】
ＭＰＥＧサラウンド標準は、空間データを表すための特定の構成を採用し、符号化器は、それぞれが低減された数のチャネルに関する空間パラメータを抽出することを可能にする低減された数の基本符号化ブロックに基づいて構成されたツリー状符号化構造に依存している。次のような２つの基本的タイプの符号化ブロックが存在する。
− ＴＴＯ(英語表現では、“Two To One”)ブロック。それは、２つのチャネル間の空間パラメータを抽出して、これら２つのチャネルに基づいてモノラルの和信号を構成することを可能にする。
− ＴＴＴ（英語表現では、“Three To Two”）ブロック。それは、３つのチャネル間の空間パラメータを抽出して、これら３つのチャネルに基づいて２つのチャネルを含む和信号を構成することを可能にする。
【００１１】
図２は、６チャネル（Ｌ，Ｒ，Ｃ，ＬＦＥ，Ｌｓ，Ｒｓ）を含む５．１マルチチャネル信号に基づくモノラル信号Ｓを得るための、ＴＴＯブロック（ＴＴＯ０，ＴＴＯ１，ＴＴＯ２，ＴＴＯ３，ＴＴＯ４）を用いた符号化ツリーまたは符号化構成の第１の例を示す。
【００１２】
図３は、５．１信号に基づくステレオ信号ＳｌおよびＳｒを得るための、ＴＴＯブロックとＴＴＴブロックとを一度に同時に用いた第２の典型的な符号化構成を示す。
【００１３】
従って、受信されるモノラルまたはステレオ信号の復号化は、図２および図３に示されるものに対して対称的な復号化ツリーを用いることにより実施される。
【００１４】
よって、図２のツリーにより符号化された信号の復号化のために、復号化は、一連の再構成ステップとしてとらえられてもよい。
【００１５】
この場合、第１の復号化ステップは、ブロックＴＴＯ０により抽出された空間パラメータと和信号に基づいてブロックＴＴＯ０の入力信号に対応する信号を再構成することにあり、そして、次のステップは、前のステップで再構成された信号と、ブロックＴＴＯ１により抽出された空間パラメータとに基づいてブロックＴＴＯ１の入力信号に対応する信号を再構成することにあり、その後、復号化は、符号化されたマルチチャネル信号の全てのチャネルが再構成されるまで同様に繰り返される。実際には、復号化器は、モノラルの和信号から、より小さいサイズの種々のＴＴＯおよびＴＴＴブロックのマトリックスの組合せにより再構成される６チャネルへ直接的にパス(pass)することを可能とするマトリックスを構成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、ＴＴＯブロックを復号化するためのＭＰＥＧサラウンド標準で採用される技術は、反対位相(phase opposition)のチャネルを含むマルチチャネル信号の符号化について極めて不利な制限を課す。
【００１７】
この復号化技術は、２００３年１０月３０日付けでＷＯ０３／０９０２０６Ａ１の番号で発行された、“signal synthesizing”と題された特許出願（出願人：Koninklijke Philips Electronics N.V.、発明者：Dirk J.Breebaart）において更に詳細に述べられている。
【００１８】
この技術は、図４を参照して示されるように、無相関信号(decorrelated signal)ｄを得るために和信号ｓをフィルタリングすることにより、４１０で無相関ステップを実施することにある。従って、得られた無相関信号および和信号は、その後、特定の空間パラメータに適合する２つの信号ｌおよびｒを生成するために、空間パラメータＲおよびＩに応じて、合成マトリックスＭにより合成モジュール４２０で処理される。ここで、パラメータＲおよびＩは、それぞれ、マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比(energy ratio)と、マルチチャネル信号のチャネルについてのチャネル間相関(interchannel correlation)インデックスである。
【００１９】
信号ｓおよびｄのマトリックス化(matrixing)は、次の関係に従って実施される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、このマトリックス化は上述した制限を呈し、それは、この手順を、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル・オーディオ信号の符号化に適したものとしない。
【００２２】
特に、このような技術は、チャネル間で反対位相を含む楽音信号(ambiophonic signals)の復号化には向かない。
【００２３】
実際には、チャネル間相関Ｉは負(negative)であり、とりわけ、それが−１に近い場合には、信号ｌおよびｒを合成するために使用される無相関信号の比率が極めて重要になり、或る典型的なケースでは、使用される和信号ｓの量を明確に超える。最も問題のあるケースでは、０ｄＢのレベルのチャネル間差(interchannel difference)について、即ちＲ＝１について、チャネル間相関Ｉは−１になる傾向を示す場合、混合マトリックスは次のマトリックスになる傾向を示すことに注目されたい。
【００２４】
【数２】
【００２５】
このマトリックスは、再構成された信号
【００２６】
【数３】
【００２７】
に対応し、それは、それらの表現に和信号を含んでおらず、無相関信号のみを使用している。従って、再構成された信号の波形は、信号ｓの影響を受ける無相関(decorrelation)に完全に依存するので、制御されない。
【００２８】
極端なケースにおける前述の例で示される再構成問題は、また、ＲおよびＩの他の値についても発生し、Ｉが−１に近いほど、いっそう顕著(marked)になる。従って、再構成されたチャネルの波形は、これらのケースでは、それがあたかもオリジナルの信号に対するもののようではなく、これにより、再構成された信号の量を不必要に制限しない。
【００２９】
この制限の影響は、信号が、−１に近いチャネル間相関を有する多数のチャネルを呈する場合、さらにいっそう顕著(marked)である。この場合、２よりも多いチャネルが、近い波形(close waveforms)を有するが、それらの幾つかは反対位相にある。
【００３０】
オリジナルのマルチチャネル信号の復元(restitution)期間で、近い波形を有するこれらの種々のチャネルの信号は、所望の音場を再構成することを可能にする建設的(constructive)および破壊的(destructive)な干渉(interference)を生成する復元ゾーンで相互に作用(interact)する。
【００３１】
復号化の後、チャネルの波形は、以前に示唆した問題のために著しく変形されるであろう。
【００３２】
さらに、復号化に含まれる各ＴＴＯブロック復号化器が異なる無相関フィルタを使用するので、波形の変形は、種々のチャネルについて同じにはならないであろう。
【００３３】
そして、再構成されたチャネルは、もはや、オリジナルの信号におけるように、復元期間での音場の再構成を可能とする干渉および近波形(close waveform)を有さず、そして、もはやオリジナルの信号におけるように現れない。このことは、一方では、音場の貧弱な空間再構成に終わり、他方では、可聴副作用(audible artifacts)の生成をもたらし、波形の違いは、知覚可能な雑音要素の生成を引き起こす。
【００３４】
本発明は、上記状況を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
この目的のため、本発明は、和信号を空間的に合成して少なくとも２つの信号を取得するための方法を提案するものであり、上記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化によるパラメトリック符号化により出力される。本方法は、
− 上記和信号を無相関化して無相関信号を得るステップと、
− 係数が上記空間パラメータに依存する合成マトリックスを、前記出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関信号に適用するステップと、
を含み、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、上記合成マトリックスの係数が、上記合成マトリックスを適用するステップにより得られる出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数(quantitative function)（ｑ）を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする。
【００３６】
従って、信号のそれぞれにおける無相関信号の量を取り入れることにより、その結果、信号を合成するステップにおいて、無相関信号のみが合成マトリックスに含まれる上述の典型的なケースを回避するすることが可能である。従って、本発明による本方法は、所定の値範囲にある空間パラメータがこのような状況を引き起こすケースを取り扱うことを可能にする。
【００３７】
特定の実施形態では、上記定量的関数(quantitative function)は、上記無相関信号に適用される合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同じ係数に適用される上記関数の値を増加させるような関数である。
【００３８】
このような定量的関数の最小化は、出力信号における入力信号の波形との良好な整合性(compliance)を保証することを可能にする合成マトリックスの係数を定義することを可能にする。
【００３９】
更に具体的かつ単純には、このような定量的関数は、無相関信号のエネルギー関数であってもよい。
【００４０】
この関数は、上述の特性と良好に適合する。
【００４１】
更に一般的方法では、上記定量的関数は、次のタイプのものである。
【００４２】
【数４】
【００４３】
ただし、ｐは１以上の整数である。
【００４４】
特定の実施形態において、上記空間パラメータは、マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比のパラメータ（Ｒ）と、マルチチャネル信号のチャネル間相関のパラメータ（Ｉ）であり、値範囲は、チャネル間相関パラメータが負である範囲である。
【００４５】
従って、本発明は、更に具体的には、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル信号について適合する。
【００４６】
従って、チャネル間相関パラメータの負の値について、またはこのパラメータの任意の値についてのみ実施されてもよい。
【００４７】
他の実施形態では、別の定量的関数は、空間パラメータの値範囲ごとに選択される。
【００４８】
そして、種々の合成マトリックスに与えることが望ましい相対有意差(relative significance)を変調(modulate)することが可能である。従って、パラメータの特定の範囲について、最新技術で定義されているようなマトリックスに有意な重みを与えることが可能であり、逆に言えば、他のパラメータ範囲について、本発明の要旨の範囲内で合成マトリックスに有意な重みを与えることが可能である。従って、或る動作範囲において既存のシステムとの互換性を保ち、特定の範囲においてシステムの品質を改善することが可能である。更に、種々の基準に従って得られる多数の合成マトリックスを用いる可能性は、全動作範囲についてシステムの全体的品質を最適化することを可能にする。
【００４９】
本発明は、また、少なくとも２つの出力信号を発生させる和信号を空間的に合成するための装置に関し、上記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化を実施するパラメトリック符号化装置によって出力される。本装置は、
− 上記和信号を無相関化して無相関信号を得るための手段（５１０）と、
− 係数が空間パラメータに依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関化された信号に適用するための手段（５２０）と、
を備え、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、上記合成マトリックスの係数が、上記合成マトリックスを適用するための手段により得られる出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数(quantitative function)を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする。
【００５０】
本発明は、上述したような合成装置を備えた復号化器に関する。
【００５１】
本発明は、また、上述したような復号化器を備えたマルチメディア機器を対象とする。
【００５２】
限定されるものではないが、このような機器は、例えば、携帯電話、電子手帳、またはデジタルコンテンツリーダ、コンピュータ、ラウンジデコーダ（“セット・トップ・ボックス”）であってもよい。
【００５３】
最後に、本発明は、プロセッサによって実行されたときに、上述したような本方法のステップを実行するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを対象とする。
【００５４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、単なる非制限的な例により与えられる以下の説明を読み進めるにつれて、よりいっそう明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】前述したような最新の従来技術によるパラメトリック符号化／復号化システムを示す図である。
【図２】５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおけるＭＰＥＧサラウンド標準による、前述したような符号化ツリーの例を示す図である。
【図３】５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおけるＭＰＥＧサラウンド標準による、前述したような符号化ツリーの例を示す図である。
【図４】前述したようなＴＴＯブロックについての復号化システムのステートを示す図である。
【図５】本発明による、ＴＴＯブロックの復号化のための合成装置を示す図である。
【図６】特定の実施形態によるＴＴＯブロックの復号化のための合成装置を示す図である。
【図７】本発明による、５．１タイプのマルチチャネル信号のケースにおける復号化器を示す図である。
【図８】本発明による、少なくとも１つの合成装置を備えたマルチメディア機器の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図５は、本発明の実施形態を示す。それは、ＴＴＯブロックの復号化のための合成装置（ＴＴＯ−１）を示す。この装置は、無相関モジュール(decorrelation module)５１０を備え、受信された信号ｓを無相関化(decorrelationg)するステップを実施する機能を有し、上記信号ｓは、マルチチャネル信号のマトリックス化による符号化で得られる和信号(sum signal)である。
【００５７】
この無相関化ステップは、例えば、前述のＭＰＥＧサラウンド標準に記述されている。
【００５８】
この無相関化された信号ｄと上記和信号は、マトリックスＭ Ｍｉｎｑを用いた合成モジュール(synthesis module)５２０に取り込まれ、このマトリックスＭ Ｍｉｎｑの係数は、受信された空間パラメータ(spatialization parameters)ＲおよびＩに依存し、出力信号ｌおよびｒを生じさせる。
【００５９】
更に詳しくは、上記信号ｌおよびｒは、次式（３）のマトリックス化によって生成される。
【００６０】
【数５】
【００６１】
また、次の条件に適合する。
− 全エネルギーが保存され、即ち次式（４）が成り立つ。
ｈ１１２＋ｈ１２２＋ｈ２１２＋ｈ２２２＝１ （４）
− ｌとｒとの間のエネルギー比がＲに等しく、即ち次式（５）が成り立つ。
ｈ１１２＋ｈ１２２＝Ｒ（ｈ２１２＋ｈ２２２） （５）
− ｌとｒとの間の正規化された相互相関(intercorrelation)がＩに等しく、即ち次式（６）が成り立つ。
【００６２】
【数６】
【００６３】
最初の２つの条件を用いて、次式（７）を得る。
【００６４】
【数７】
【００６５】
従って、解は次式（８）の形式で記述される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
そして、第２の条件は、次式（９）のように記述されてもよい。
ｃｏｓ（ａ）ｃｏｓ（ｂ）＋ｓｉｎ（ａ）ｓｉｎ（ｂ）＝Ｉ （９）
即ち、ｃｏｓ（ａ−ｂ）＝Ｉである。
【００６８】
従って、問題に対するマトリックス解は、
【００６９】
【数９】
【００７０】
の形式でパラメータ化(parameterize)されたマトリックスのセットであり、次式（１０）のように表される。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
従って、αの２つの値があり得る。βの値は、ＲおよびＩに依存し、そして、負の値を含んで、相関値Ｉが何であろうとも、再構成された信号に導入される無相関信号ｄの量(quantity)を制限するために、本発明の実施形態に従って選択される。
【００７３】
従って、値βの選択は、信号の再構成のためのマトリックス化に取り込まれる無相関信号の量(quantity)に関する定量的関数(quantitative function)ｑを導入することにより形式化(formalize)されてもよい。
【００７４】
一般的方法では、定量的関数ｑは、無相関信号に適用される合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同じ係数に適用される関数ｑの値を増加させるような関数である。
【００７５】
従って、この定量的関数ｑは、次の条件を満たすような関数である。
− 全ての実数ｘ，ｘ’，ｙについて、｜ｘ’｜≧｜ｘ｜であれば、ｑ（ｘ’，ｙ）≧ｑ（ｘ，ｙ）である。
− 対称的に、全ての実数ｘ，ｙ，ｙ’について、｜ｙ’｜≧｜ｙ｜であれば、ｑ（ｘ，ｙ’）≧ｑ（ｘ，ｙ）である。
【００７６】
そして、固定されたＩおよびＲについて、βの値は、次式（１１）の関数を最小化することにより選択される。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
上述の条件に適合する多数の定量的関数が選択されてもよく、βについて満足のいく選択をなすことを可能にするであろう。
【００７９】
従って、例えば、関数ｑは、次式（１２）のようなタイプの関数である。
【００８０】
【数１２】
【００８１】
ここで、ｐは１以上の整数である。
【００８２】
特定の実施形態では、定量的関数ｑは無相関信号のエネルギー関数である。
【００８３】
従って、関数ｑは、次式（１３）のようである。
【００８４】
ｑ（ｘ，ｙ）＝ｘ２＋ｙ２ （１３）
【００８５】
従って、ここで述べる本発明の実施形態による、満足のいく再構成を保証するβの値は、再構成される信号における無相関信号ｄの全エネルギーを最小化するように選択される。
【００８６】
そして、次の数式（１４）を最小化するβを探す。
【００８７】
【数１３】
【００８８】
数式（１４）は、即ち、次式（１５）のようである。
【００８９】
【数１４】
【００９０】
これは、次式（１６）を最大化することになる。
【００９１】
【数１５】
【００９２】
ｇの導関数は、次式（１７）、（１８）のようになる。
【００９３】
【数１６】
【００９４】
それは、次式（１９）の場合にゼロになる。
【００９５】
【数１７】
【００９６】
従って、採用されるβの値は、次の式を満たす値であって実にｇの最大値に対応する値から選択される。
【００９７】
【数１８】
【００９８】
従って、図５は、ここではＴＴＯ−１と呼ばれる、ＴＴＯブロックを復号化するための合成装置を表し、この合成装置ＴＴＯ−１は、和信号を無相関化するためのモジュール５１０と、上記無相関化された信号および和信号に対して合成マトリックスを適用する機能を有する合成モジュール５２０とを備える。この合成マトリックスの係数は、上述したような無相関信号の量に関する定量的関数ｑを最小化するための基準に従って決定される。
【００９９】
また、図５は、本発明による空間合成方法のステップを示し、このステップにおいて、少なくとも２つの出力信号ｌおよびｒが和信号ｓに基づいて得られる。上記和信号は、マルチチャネル信号をマトリックス化し、また、空間パラメータを供給するにより、パラメトリック符号化から出力される。
【０１００】
上記合成装置により実施される本方法は、
− 和信号を無相関化して無相関信号を得るステップ（Ｄｅｃｏｒｒ．）と、
− 係数が空間パラメータ（Ｉ，Ｒ）に依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を上記無相関信号（ｄ）に適用すると共に上記和信号（ｓ）に適用して、上記出力信号を得るステップとを含む。
【０１０１】
この方法は、少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、合成マトリックスの係数が、合成マトリックスを適用するステップにおいて取り入れられる無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定されるような方法である。
【０１０２】
図５を参照して説明した上述の実施形態において、上記空間パラメータは、オリジナルのマルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比と、この同じ信号のチャネル間相関の大きさ(measure)を指定するパラメータである。
【０１０３】
また、パラメトリック符号化により出力される他の空間パラメータを選択することもできる。これらのパラメータは、例えば、マルチチャネル信号のチャネル間の位相シフトを指定するパラメータ、または、オーディオチャネルの一時的なエンベロープのパラメータであることができる。
【０１０４】
図６は、本発明の他の実施形態を示し、この実施形態では、受信される空間パラメータ、ここではチャネル間相関パラメータＩの少なくとも１つの値範囲に応じて、異なる合成マトリックスが選択される。
【０１０５】
図６に示される例は、２つのタイプの合成マトリックスを示す。
【０１０６】
第１の合成マトリックスＭは、例えば、ＭＰＥＧサラウンド標準における最新技術に述べられているものである。対応する合成モジュールは６３０で示されている。この合成マトリックスは、ここでは、パラメータＩが正の場合に、無相関信号ｄに適用されると共に和信号ｓに適用される。
【０１０７】
パラメータＩが負の場合、合成マトリックスＭ Ｍｉｎｑは、図５を参照して説明したものとなる。対応する合成モジュールは６２０で表されている。
【０１０８】
従って、この実施形態により実施される本方法は、負のチャネル間相関を呈するマルチチャネル信号を効率的に処理することを可能にする。
【０１０９】
このタイプのマルチチャネル信号は、例えば、両音(ambiphonic)タイプの信号である。実際に、このタイプの信号は、反対位相のチャネルを示す。両音のピックアップから生じる信号の特性要素(characteristic element)は、M.Gerzonによる、“Hierarchical System of Surround Sound Transmission for HDTV”または“Ambisonic Decoder for HDTV”と題された論文で説明されている。
【０１１０】
変形の実施形態では、多数の合成マトリックスが、空間パラメータの値の別の範囲について提供されてもよい。
【０１１１】
従って、受信されたパラメータの値に応じて種々の合成マトリックスに与えることが望ましい相対有意差(relative significance)を変調することが可能である。
【０１１２】
従って、例えば、パラメータの特定の範囲について最新技術で述べられるようなマトリックスＭに有意の重みを与えること、反対に、他のパラメータ範囲について本発明の趣旨内の合成マトリックスＭ Ｍｉｎｑに有意の重みを与えることが可能である。
【０１１３】
そして、或る動作範囲における既存のシステムとの互換性が保たれる。空間パラメータの特定の値範囲における合成の品質における改善がこの実施形態で提供される。
【０１１４】
更に、種々の基準に従って得られる多数の合成マトリックスの使用の可能性は、全動作範囲について合成の全体的品質を最適化することを可能にする。
【０１１５】
例えば、少なくとも１つの空間パラメータの値が低いか、或いは反対に有意であるかどうかに応じて、種々の合成マトリックスを使用することを可能にする。
【０１１６】
従って、この変形の実施形態においては、相関インデックスＩの正の値については最新技術で述べられるようなマトリックスＭが使用され、相関インデックスＩの負の値についてはマトリックスＭ Ｍｉｎｑが使用されるように、２つの合成マトリックスが使用される。
【０１１７】
また、例えば、次のような種々の動作範囲を規定することも可能である。
・ Ｉ＞０について、マトリックスＭｉｎｔｅｒ＝Ｍが使用される。
・ ０≧Ｉ＞−０．２５について、２つのマトリックスの補間Ｍｉｎｔｅｒ＝αＭ＋１（１−α）ＭＭｉｎｑが使用される。
・ −０．２５≧Ｉ＞−１について、マトリックスＭｉｎｔｅｒ＝ＭＭｉｎｑが使用される。
【０１１８】
図５または図６に示されるこのタイプの装置ＴＴＯ−１は、例えば、デジタル信号復号化器に統合される。このようなタイプの復号化器は、例えば、図７を参照して説明される。
【０１１９】
この図に示される復号化器は、典型的には、５．１タイプのマルチチャネル信号を復号化するために提供される。従って、この復号化器は、受信した信号Ｓに基づいて、６チャネル（Ｌ，Ｒ，Ｃ，ＬＦＥ，Ｌｓ，Ｒｓ）からなるマルチチャネル信号を得るための本発明による複数の装置ＴＴＯ−１（ＴＴＯ０−１，ＴＴＯ１−１，ＴＴＯ２−１，ＴＴＯ３−１，ＴＴＯ４−１）を備える。
【０１２０】
この複数の合成装置からなる復号化モジュール７３０は、全く明白に、オリジナルのマルチチャネル信号について使用された符号化ツリーに従って異なる方法で構成されることができる。
【０１２１】
図７に示されるような復号化器は、復号化器から生じる一時的和信号Ｓのサブバンドベースの周波数信号への変換（またはダウンミックス(downmix)）を実施する機能を有する分析モジュールＱＭＦ（英語表現では、“Quadrature Mirror Filter”）を備える。そして、この周波数バンドベース(band-based)の信号は、復号化モジュール７３０の入力として供給される。上記復号化モジュールからの出力に関し、処理された信号は、ＱＭＦ合成モジュール７２０に入力され、このＱＭＦ合成モジュール７２０は、逆変換を実施して、得られたマルチチャネル信号をテンポラル・ドメイン(temporal domain)に戻す機能を有する。
【０１２２】
これらのＱＭＦ分析およびＱＭＦ合成モジュールは、例えば、ＭＰＥＧサラウンド標準に記載されているようなものであることができる。
【０１２３】
図７に示されるような復号化器は、オリジナルのマルチチャネル信号のパラメトリック符号化から生じる空間パラメータＰを符号化器から受信する。
【０１２４】
典型的には、これらのパラメータは、チャネル間エネルギー比のパラメータ、チャネル間相関値の大きさのパラメータ、または、チャネル間位相シフト、または最後に、一時的エンベロープのパラメータであってもよい。
【０１２５】
この復号化器７００は、ラウンジデコーダ即ち“セット・トップ・ボックス”、コンピュータまたは他の携帯電話、デジタルコンテンツリーダ、パーソナル電子手帳などのようなマルチメディア機器に統合されてもよい。
【０１２６】
図８は、このようなマルチメディア機器の例を示し、それは、とりわけ、例えば、通信ネットワークにより、または、マルチチャネル・サウンドピックアップにより、圧縮されたマルチチャネル・サウンド信号を受信する機能を有する入力モジュールＥを備える。
【０１２７】
これらのマルチチャネル信号は、オリジナルの信号のマトリックス化により和信号Ｓおよび空間パラメータＰを発生させるパラメトリック符号化手順により圧縮されている。この符号化は、代替のモードで、マルチメディア機器に備えられることができる。
【０１２８】
この機器は、ここではストレージ及び／又はワークメモリＭＥＭを備えたメモリブロックＢＭと協調動作するプロセッサＰＲＯＣによるハードウェア用語で表された本発明による１又は２以上の合成装置を備える。
【０１２９】
メモリブロックは、有利には、コンピュータプログラムを含み、このコンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されたときに本発明の要旨内の本方法のステップを実行するためのコード命令を含み、とりわけ、受信された和信号を無相関化して無相関信号を得るステップと、係数が空間パラメータに依存する合成マトリックスを、少なくとも２つの出力信号を得るために上記和信号に適用すると共に上記無相関信号に適用するステップとを含む。上記合成マトリックスは、少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、その係数が、上記合成マトリックスを適用するステップにおいて取り込まれる無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定される。
【０１３０】
典型的には、図５の記載は、このようなコンピュータプログラムのアルゴリズムのステップを採用する。また、上記コンピュータプログラムは、装置のリーダにより読み取り可能に又は機器のメモリ空間へのダウンロード可能なようにサポートするメモリ上に格納されることができる。
【０１３１】
従って、メモリブロックは、上述したように規定されるような合成マトリックスの係数を含む。
【０１３２】
このメモリブロックは、図６を参照して述べたような本発明の他の実施形態では、受信した空間パラメータの値範囲に応じて無相関信号に適用されると共に和信号に適用される多数の合成マトリックスを規定する係数を含むことができる。
【０１３３】
同様に、機器のプロセッサは、また、図７を参照して説明したような復号化器の分析および合成のステップの実行のための命令を含むことができる。
【０１３４】
説明したようなマルチメディア機器は、また、ラウドスピーカのタイプの復元手段により、または、このマルチチャネル信号を送信する機能を有する通信手段により、再構成されたマルチチャネル信号Ｓ’を配信するための出力Ｓを備える。
【符号の説明】
【０１３５】
５１０：無相関モジュール
５２０：合成モジュール
６２０：合成モジュール
６３０：合成モジュール
７００：復号化器
７１０：ＱＭＦ分析モジュール
７２０：ＱＭＦ合成モジュール
７３０：復号化モジュール
８００：マルチメディア機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
和信号を空間的に合成して少なくとも２つの出力信号を得るための方法であって、前記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化によるパラメトリック符号化により出力されるものである方法において、
当該方法は、
− 前記和信号を無相関化して、無相関信号（ｄ）を得るステップ（Ｄｅｃｏｒｒ．）と、
− 係数が前記空間パラメータ（Ｒ，Ｉ）に依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために前記和信号に適用すると共に前記無相関信号に適用するステップ（Ｓｙｎｔｈ．）と、
を含み、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、前記合成マトリックスの係数は、該合成マトリックスを適用する前記ステップにより得られる前記出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数（ｑ）を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記定量的関数は、前記無相関信号に適用される前記合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同一の係数に適用される前記関数の値を増加させるような関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記定量的関数は、前記無相関信号のエネルギー関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記定量的関数は、下式のタイプの関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【数１】
但し、ｐは１以上の整数である。
【請求項５】
前記空間パラメータは、前記マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比のパラメータ（Ｒ）と、前記マルチチャネル信号のチャネル間相関のパラメータ（Ｉ）であり、値範囲は、前記チャネル間相関パラメータが負である範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記空間パラメータの値範囲ごとに、異なる定量的関数が選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
空間的に和信号を合成して少なくとも２つの出力信号を発生させるための装置であって、前記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化を実施するパラメトリック符号化装置により出力されるものである装置において、
当該装置は、
− 前記和信号を無相関化して無相関信号を得るための手段（５１０）と、
− 係数が前記空間パラメータに依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために前記和信号に適用すると共に前記無相関信号に適用するための手段（５２０）と、
を備え、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、前記合成マトリックスの係数は、該合成マトリックスを適用するための前記手段により得られる前記出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載された少なくとも１つの合成装置を備えたデジタルオーディオ信号復号化器。
【請求項９】
請求項８に記載された復号化器を備えたマルチメディア機器。
【請求項１０】
プロセッサによって実行されると、請求項１ないし６の何れか１項記載の方法のステップを実行するためのコード命令を含むコンピュータプログラム。
【請求項１】
和信号を空間的に合成して少なくとも２つの出力信号を得るための方法であって、前記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化によるパラメトリック符号化により出力されるものである方法において、
当該方法は、
− 前記和信号を無相関化して、無相関信号（ｄ）を得るステップ（Ｄｅｃｏｒｒ．）と、
− 係数が前記空間パラメータ（Ｒ，Ｉ）に依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために前記和信号に適用すると共に前記無相関信号に適用するステップ（Ｓｙｎｔｈ．）と、
を含み、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、前記合成マトリックスの係数は、該合成マトリックスを適用する前記ステップにより得られる前記出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数（ｑ）を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記定量的関数は、前記無相関信号に適用される前記合成マトリックスの係数の絶対値における増加が、これらの同一の係数に適用される前記関数の値を増加させるような関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記定量的関数は、前記無相関信号のエネルギー関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記定量的関数は、下式のタイプの関数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【数１】
但し、ｐは１以上の整数である。
【請求項５】
前記空間パラメータは、前記マルチチャネル信号のチャネル間のエネルギー比のパラメータ（Ｒ）と、前記マルチチャネル信号のチャネル間相関のパラメータ（Ｉ）であり、値範囲は、前記チャネル間相関パラメータが負である範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記空間パラメータの値範囲ごとに、異なる定量的関数が選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
空間的に和信号を合成して少なくとも２つの出力信号を発生させるための装置であって、前記和信号は、空間パラメータと一緒に、オリジナルのマルチチャネル信号のマトリックス化を実施するパラメトリック符号化装置により出力されるものである装置において、
当該装置は、
− 前記和信号を無相関化して無相関信号を得るための手段（５１０）と、
− 係数が前記空間パラメータに依存する合成マトリックス（Ｍ Ｍｉｎｑ）を、前記出力信号を得るために前記和信号に適用すると共に前記無相関信号に適用するための手段（５２０）と、
を備え、
少なくとも１つの空間パラメータの少なくとも１つの値範囲について、前記合成マトリックスの係数は、該合成マトリックスを適用するための前記手段により得られる前記出力信号のそれぞれにおける無相関信号の量に関する定量的関数を最小化するための基準に従って決定されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載された少なくとも１つの合成装置を備えたデジタルオーディオ信号復号化器。
【請求項９】
請求項８に記載された復号化器を備えたマルチメディア機器。
【請求項１０】
プロセッサによって実行されると、請求項１ないし６の何れか１項記載の方法のステップを実行するためのコード命令を含むコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１１−５２５９９９（Ｐ２０１１−５２５９９９Ａ）
【公表日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１５５４３（Ｐ２０１１−５１５５４３）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００９／０５１１４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００４１５５
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス・テレコム (290)
【公表日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００９／０５１１４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００４１５５
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス・テレコム (290)
[ Back to top ]