(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重チャンネルオーディオ情報を処理する装置であって、
送信機であって、
前記多重チャンネルオーディオ情報から受信した１以上の情報の位相を、前記多重チャンネルオーディオ情報から受信した他の情報の位相と相対的に変化させて中間信号を発生させるものであって、相対的な位相変化は180度ではない、第１回路網装置412、512と、
前記第１回路網装置に応答して前記中間信号の周波数小帯域を表す小帯域信号を発生させる符号化装置402、502と、
前記小帯域信号を送信又は記憶に適した符号化された信号にアセンブルするフォーマット装置408、508とから成る送信機と、
受信機であって、
前記符号化された信号を受信し、該符号化された信号から回復された小帯域信号を引き出すデフォーマット装置302と、
１以上の小帯域において少なくとも２つの前記多重チャンネルオーディオ情報に相当する前記回復された小帯域信号を結合させる第２回路網装置312と、
前記第２回路網装置に応答して回復されたオーディオ情報を発生させる復号装置306とから成る受信機とから成る多重チャンネルオーディオ情報処理装置。
【請求項２】
前記第１回路網装置は、実質的に90度の相対的位相変化を起こさせる、請求項１の装置。
【請求項３】
前記第１回路網装置は、ヒルバート変換を用いる装置を含む、請求項１の装置。
【請求項４】
前記第１回路網装置は、前記多重チャンネルのすべてに相当する情報に位相変化を起こさせる装置を含む、請求項１又は２の装置。
【請求項５】
前記第２回路網装置は、実数値係数のみを有する符号化MPマトリックスのミキシング方程式に従って回復された小帯域信号を結合させる、請求項１乃至４のいずれか１つの装置。
【請求項６】
前記符号化装置は、帯域濾波フィルタバンクを用いることによって前記小帯域信号を発生させ、前記復号装置は、逆帯域濾波フィルタバンクを用いることによって前記回復されたオーディオ情報を発生させる、請求項１乃至５のいずれか１つの装置。
【請求項７】
前記符号化装置は、離散変換を用いることによって前記小帯域信号を発生させ、前記復号装置は、逆離散変換を用いることによって前記回復されたオーディオ情報を発生させる、請求項１乃至５のいずれか１つの装置。
【請求項８】
前記符号化装置は、心理音響原理に従って確立されたビット数を用いて前記小帯域信号を量子化する装置を含み、前記フォーマット装置は、配分指標を、量子化に用いたビット数を示す前記符号化された信号にアセンブルする、請求項１乃至７のいずれか１つの装置。
【請求項９】
前記送信機は、指標信号を受信する装置401、501をさらに含み、前記第１回路網と前記符号化装置とは、前記指標信号に応答してその作動特性を改変させる、請求項１乃至８のいずれか１つの装置。
【請求項１０】
前記指標信号は、オペレータが作動させた制御装置によって発生する、請求項９の装置。
【請求項１１】
前記受信機は、指標信号を受信する装置301をさらに含み、前記第２回路網と、前記復号装置とは、前記指標信号に応答してその作動特性を改変させる、請求項１乃至10のいずれか１つの装置。
【請求項１２】
前記指標信号は、オペレータが作動させた制御装置により、前記符号化された信号から導出された情報に応答して発生する、請求項11の装置。
【請求項１３】
多重チャンネルオーディオ情報を処理する送信機であって、
前記多重チャンネルオーディオ情報の周波数小帯域を表す小帯域信号を発生させる符号化装置と、
前記符号化装置に応答して１以上の該多重チャンネルオーディオ情報に相当する１以上の小帯域信号の位相を変化させることによって中間信号を発生させる回路網装置であって、前記位相は、前記多重チャンネルオーディオ情報の別のチャンネルに対応する小帯域信号の位相とは位相差があり、該位相差は180度ではない、回路網装置と、
前記中間信号を送信又は記憶に適した符号化された信号にアセンブルするフォーマット装置とから成る多重チャンネルオーディオ情報処理用送信機。
【請求項１４】
前記オーディオ情報は信号サンプルを含み、前記符号化装置は、前記多重チャンネルオーディオ信号にデジタルフィルタを適用することによって前記小帯域信号を発生させ、前記回路網装置は前記１つ又はそれ以上の小帯域信号にヒルバート変換を適用する、請求項13の受信機。
【請求項１５】
多重チャンネルオーディオ情報を処理する方法であって、
前記多重チャンネルオーディオ情報から受信した１以上の情報の位相を、前記多重チャンネルオーディオ情報から受信した他の情報の位相と相対的に変化させて第１中間信号を発生させるステップであって、相対的な位相変化は180度ではない、ステップと、
前記第１中間信号の周波数小帯域を表す小帯域信号を発生させるステップと、
前記小帯域信号を送信又は記憶に適した符号化された信号にアセンブルするステップとから成る多重チャンネルオーディオ情報処理方法。
【請求項１６】
前記中間信号を発生させることで、実質的に90度の相対的位相変化を起こさせる、請求項15の方法。
【請求項１７】
表示信号を受信し、前記表示信号に応答して前記小帯域信号、前記中間信号の発生を改変させるステップをさらに含む、請求項15又は16の方法。
【請求項１８】
多重チャンネルオーディオ情報を処理する装置であって、
送信機であって、
１以上の前記多重チャンネルオーディオ情報に応答する、90度の位相変化を起こさせる位相変化回路網412、415と、
前記位相変化回路網と結合される分割帯域コーダ402、502と、
前記分割帯域コーダと結合される多重送信装置408、508とから成る送信機と、
前記送信器によって送信された信号に応答する受信機であって、
逆多重送信装置202と、
前記逆多重送信装置と結合される分割帯域デコーダ206とから成る受信機とから成る多重チャンネルオーディオ情報処理装置。
【請求項１９】
前記受信器は実数値係数のみを有する符号化MPマトリックスと実質的に同じである前記分割帯域デコーダと結合されたマトリックス回路網をさらに含む、請求項18の装置。
【請求項２０】
前記受信器は前記逆多重送信装置と前記分割帯域デコーダとの間に設けられるマトリックス回路網をさらに含み、前記マトリックス回路網は、実数値係数のみを有する符号化MPマトリックスと実質的に同じである、請求項18の装置。
【請求項２１】
前記分割帯域コーダは、帯域濾波フィルタバンクを含み、前記分割帯域デコーダは、逆帯域濾波フィルタバンクを含む、請求項18乃至20のいずれか１つの装置。
【請求項２２】
前記分割帯域コーダは、離散変換を用い、前記分割帯域デコーダは、逆離散変換を用いる、請求項18乃至20のいずれか１つの装置。
【請求項２３】
前記分割帯域エンコーダは、心理音響原理に従って確立されたビット数を用いて符号化された分割帯域信号を量子化し、前記多重送信装置は、前記符号化された分割帯域信号を有する前記ビット数の配分指標を多重化する、請求項18乃至22のいずれか１つの装置。
【請求項２４】
前記マトリックス回路網と前記分割帯域デコーダとは、前記多重送信装置によって生成され、及び／又は、受信入力端子によって受信される信号に応答して作動特性を改変させる、請求項18乃至23のいずれか１つの装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、概して多重チャンネル符号化及び復号装置及び方法に関する。特に本発明は、離散多重チャンネル信号を伝達するシステムにおいて、マトリックスデコーダ及び離散多重チャンネルデコーダの双方と両立する信号の符号化につき規定する。
背  景
オーディオ信号処理分野においては、多重チャンネルオーディオ情報を有効に伝えることができるシステムを規定することには多大の関心がある。２以上のチャンネルを有するシステムは魅力的である。なぜならば、同システムは、１チャンネルのみしかないシステムよりも、より現実的に３次元音場を表すことができるからである。ある限界内において、３次元音場を正確に再生できる能力は、チャンネル数が増加するにつれて増大する。例えば、映画再生システムの中には、映画のサウンドトラックを再生するために４チャンネル以上を用いるものもある。将来のシステムに対する現映画標準は、５つの全帯域幅チャンネル及び低周波効果用の６つの狭帯域幅チャンネルを含む。４チャンネル以上のサウンドトラックは、光学ディスクのみならずビデオカセットテープで伝えられることが期待されている。高級テレビ（ATV）及び高精細度テレビ（HDTV）用に提案された標準は、同様に類似のオーディオシステム仕様を含む。
１及び２チャンネル媒体
３以上のチャンネルを有するシステムの次元的な優位性にもかかわらず、最も普通の再生システムは１又は２チャンネルを有するにすぎない。３以上のチャンネルを有する再生システムはそれ程一般的ではない。その理由は、同システムが、比較的高価であると共に３チャンネル以上の高品質オーディオ情報を伝える利用できる媒体が極めて少ないからである。映画サウンドトラック、ラジオ・テレビ放送信号、磁気テープ及びレコード等の最も一般的な媒体は、通常１チャンネルフォーマット又は２チャンネルフォーマットを与える。
マトリックス符号化は、２チャンネル媒体制限にもかかわらず、３チャンネル以上の再生チャンネルを与えるために一般的に用いられる技術である。この技術によると、幾つかの『原チャンネル』からの信号は、１又は２『伝送チャンネル』で伝えられる信号に結合される。次いで同結合された信号は、幾つかの『表現チャンネル』で再生される信号に復号される。本記載を通じて伝送される符号化された信号につき言及しているが、同記載は次に用いるために記憶された符号化信号にも適用されることを理解されたい。また、送信機及び受信機への言及は、適切なら、エンコーダ及びデコーダへの言及をも含むものと理解されたい。
原チャンネル信号が結合される方法は、符号化マトリックスによって規定される。符号化マトリックスは、送信チャンネル信号が従来の１及び２チャンネル再生システムと両立するように設計される。
例えば、映画サウンドトラックにおいては、４−２−４符号化・復号マトリックスは、一般的に左（Ｌ）、右（Ｒ）、中央（Ｃ）及び環境（Ｓ）と呼ばれる４つの原チャンネル信号を、左全（Lt）及び右全（Rt）と呼ばれる２トラックの映画サウンドトラックによって伝えられる２つの送信チャンネル信号に結合する。Lt・Rt信号はマトリックス復号され、４つの表現チャンネルで再生されるＬ′、Ｒ′、Ｃ′及びＳ′と呼ばれる４つの信号を回復するようにされる。ダッシュ（′）は、逆マトリックスによって発生する回復された信号が、原チャンネルから受信した情報と同一でないことを示す。多くの映画サウンドトラック用途で用いられる特定のマトリックスは、MP・マトリックスと呼ばれる。
MP・マトリックスによって符号化された２つのLt・Rt信号は、１及び２チャンネル再生システムと両立する。１チャンネルシステムにおいては、２つの映画サウンドトラックは自動的に１つの信号に光学結合される。同信号は、直接モノラル表現チャンネルに送ることができる。２チャンネルシステムにおいては、Lt・Rt信号は直接２つの左・右表現チャンネルに送ることができる。いずれのシステムにおいても、サウンドトラックから回復された信号は、原チャンネル信号を同一再生システムで再生することによって生成されたであろう音場と極めて類似した音場を発生させる。
例えば、たとえ僅かに異なったマトリックスが用いられても、ラジオ及びテレビ放送では類似の両立性が与えられる。多くの放送用途において４−２−４符号化・復号マトリックスは、４つの原チャンネルを和（Lt＋Rt）チャンネル及び差（Lt−Rt）チャンネルに結合される。１チャンネル受信機は、１チャンネル再生と両立する和チャンネルのみを検波（検出）する。２チャンネル受信機は、Lt・Rt信号が回復できるように両チャンネルを検波する。上述の通りLt・Rt信号は、２チャンネル再生と両立すると共に４つのチャンネルに逆マトリックスすることができる。いずれのシステムにおいても、結果的に生じる音場は、原チャンネル信号を同一再生システムで再生することによって生成されたであろう音場と極めて類似している。
２つの音場間の主要な差は、Ｓチャンネルに導入される相対的な位相偏移、すなわち、位相変化の結果である。以下に詳説するこの位相偏移は、従来の２チャンネル再生システムを通じて、他のチャンネル信号よりもより拡散した音像を持つＳチャンネル信号を再生できるようにする。この結果は、通常Ｓチャンネル信号を意図している。MPマトリックスLt・Rt信号と従来の２チャンネル再生との間の両立性は十分確立されている。すなわち、MPマトリックスで符号化されたサウンドトラックを有する数千の映画が、従来の２チャンネルシステムのみならずMPマトリックスデコーダで再生するために公開されてきた。
MPマトリックス符号化
MPマトリックスエンコーダにおいては、Ｌ及びＲチャンネル信号は無変化で通され、Ｃチャンネル信号は減衰されたレベルでLt及びRt信号に加算され、その音響パワー、すなわち、音響効果を維持するようにされる。アナログシステムにおいては、MPマトリックスエンコーダを通してＳチャンネル信号の帯域濾波、伝送誤差のシステム許容度を改良するための周波数整形及び位相偏移を行う。これらの種類の伝送路誤差はデジタルシステムでは避けられるので、デジタル用では濾波及び周波数整形は不要である。他のチャンネルに関して位相が±90度偏移された２つのＳチャンネル信号成分が発生する。前方チャンネルとＳチャンネルとが相関する可能性を下げるために位相偏移が適用される。この符号化は以下のように表すことができる。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.707・jS（1a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ−.707・jS（1b）
ここでjSは位相が90度偏移されたＳチャンネルを示す。
アナログ又はデジタル信号の位相を偏移させる典型的な方法は、Ｌ、Ｒ及びＣチャンネル信号を第１のタイプの全帯域フィルタを通過させ、Ｓチャンネル信号を第２のタイプの全帯域フィルタを通過させることである。これらの各フィルタは全周波数範囲に亘ってあらゆる角度の位相回転を導くことができるが、２つのフィルタ間の差分位相はほぼ90度に固定される。位相が−90度偏移された第2Sチャンネルは、他の位相偏移されたＳチャンネル成分を単に反転させることによって得られる。２つのＳチャンネル成分間の位相は180度離れ、Ｌ、Ｒ及びＣチャンネル信号からは±90度離れている。
デジタル信号において90度偏移を得る他の方法は、ヒルバート（Hilbert）変換を適用することである。デジタル信号処理の費用が低下するにつれて、Hilbert変換を実施する費用はますます魅力的になっている。追加される利点は、Ｓチャンネル信号を処理することを要するのみで、直接所望の90度位相関係が得られることである。上記の全帯域フィルタの可聴的な影響は通常無視できるが、システムの透明性を向上させるのでこれらの影響を除くことが望ましい。
従来の媒体及びシステム
将来のオーディオ符号化標準では、２チャンネルの媒体限界を取除くことが約束され、多重チャンネルオーディオ情報の伝送が大いに改良させる。『分割帯域』符号化は、単一及び多重チャンネル符号化用においてこのような媒体と共に容易に用いることができる技術である。分割帯域符号化技術では、低ビットレートで符号化された高品質信号を生成することが可能で、これは分析フィルタバンクを用いて原チャンネル信号を周波数小帯域信号に分割し、心理音響原理に従って各小帯域信号を適応量子化することによって行われる。原チャンネル信号のレプリカは、相補形合成フィルタバンクを用いることによって回復される。小帯域符号化及び変換符号化として知られる２つの分割帯域技術は、Tribolet及びCrochiereの『会話の周波数領域符号化』（IEEE Trans.Acoust.Speech,and Signal Proc.,vol ASSP−27,1979年10月512−30頁）に記載されている。小帯域符号化は、デジタル又はアナログフィルタを有するフィルタバンクを具体化してもよい。
多重チャンネル変換符号化の一例は、参照によりそのすべてを本明細書に組入れた、1992年７月23日発行のWIPO出版WO92/12607に記載されている。この開示によると、送信機は、多重原チャンネル信号を、効率的に伝送し得る符号化された信号に符号化する。すなわち、受信機は符号化された信号を多重表現チャンネル信号に復号する。映画サウンドトラック用の一実施態様において復号システムは、６つの表現チャンネルを与える。
２チャンネル受信機
現在の傾向では、HDTV又はATV放送チャンネル、コンパクトディスク及び磁気テープのような媒体は、５チャンネル以上のオーディオ情報を伝えることが示唆されている。それにもかかわらず、低コスト製品を提供するために製造業者は１又は２表現チャンネルのみを有する分割帯域受信機を作らんとしていることが予想される。例えば、ATV製造業者は、より複雑な再生システムに対してより高い費用を払うことを望まないテレビ視聴者には、低コストの２チャンネル受信機を提供し、その他の視聴者にはより多くのチャンネルを有する高コスト受信機を提供する可能性がある。
不幸にして、多くの高品質分割帯域符号化システムは、実施上コスト高になる。分割帯域送信機のコストは、原チャンネル数にほぼ比例する。多くの受信機の実施コストも同様に原チャンネル数に比例する。
幸いなことに、1992年７月23日発行のWIPO出版WO92/12608に記載された技術を用いることによって、分割帯域受信機の実施コストは、表現チャンネル数にほぼ比例する額に下げることができる。本出版は参照によりそのすべてを本明細書に組入れる。例えば、２チャンネル受信機を実施するコストは、６チャンネル受信機の約1/3に下げることができる。
２つの表現チャンネルのみを提供する受信機であっても、例えば、当該受信機が逆マトリックスに対して両立する信号を提供できることを前提とすれば、マトリックスデコーダを用いることによってある程度の４チャンネル再生が実現できる。しかし、特殊な規定がなされない限り、２チャンネル受信機はマトリックス復号とは両立しないＬ・Ｒチャンネル信号のみを与えるに過ぎない。両立するＬ・Ｒ信号を得るためには、若干の付加的処理が必要になる。
特に、MPマトリックスとの両立性が望ましい。なぜならば、それが映画サウンドトラックで広く用いられると共にビデオカセットテープで伝えられるサウンドトラックを符号化するのにますます用いられるからである。さらに、現存する消費者用受信機の多数がMPマトリックスデコーダを含んでいるので両立性は望ましい。マトリックスと両立する信号を提供するためのコストが低いことが好ましい。幾つかの方法につき以下に述べる。
受信機ダウンミキシング
４チャンネルシステムの受信機は、任意のミキシング方程式によって４チャンネルをミキシング（混成・調整）することによってＬ・Ｒ形信号を発生させることができるが、厳密にはMPマトリックスと両立しない。一対の簡単な方程式は以下の通りである。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.707・Ｓ                （2a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ＋.707・Ｓ                （2b）
Ｃ及びＳチャンネル信号は、原音響パワー（効果）を保存するためにミキサ（調整装置）で減衰される。
Ｃチャンネルは、しばしば会話を伝えるために用いられ、聴取者前方における音の見掛けの方向を安定させるために用いることができる。通常は聴取者の後方で再生されるＳチャンネルは、しばしば雰囲気を与えるのに用いられ、いろいろなことが聴取者の回りで起こっているという幻想を作るために用いられる。
上記ミックスダウン、すなわち、圧縮形のミキシング方程式は、２チャンネル両立性ミキサを与えるが、Ｓチャンネルの復号に対する位相情報は与えない。さらに、Ｓチャンネルを意図する信号は、Ｃチャンネル信号と重複する音場に置かれ、会話の明瞭度を低下させる可能性がある。このために、Ｓチャンネル信号は、例えば、下式のように低いレベルでミックスすることができる。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.5・Ｓ                  （3a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ＋.5・Ｓ                  （3b）
しかし前式と同様に、これらのミックスダウン方程式は、適切なＳチャンネル復号に対する復号MPマトリックスによって必要とされる位相符号化を与えない。
簡単な変形では、Rt信号内にミックスされるＳチャンネル信号を反転させることによって多少の位相符号化を与える。この変形からは以下の式が生じる。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.707・Ｓ（4a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ−.707・Ｓ（4b）
この反転は、Ｓチャンネル復号のためにMPマトリックスによって用いられる180度位相偏移を作る。Ｓチャンネル信号がＬ・Ｒチャンネル信号によって伝えられる信号と相関しない場合には、Ｓチャンネルミキサは、前方チャンネルと特殊な建設的・破壊的な干渉を生じることはない。しかし、多くの用途においてＳチャンネル信号は前方チャンネル信号から得られる。その結果、Ｌ・Ｒ及びＳチャンネル信号は相関させられる。すなわち、結合される場合には、Lt信号においては建設的に加算され、Rt信号においては破壊的に相殺される。その結果生じる音場は左に向けて不均衡となり、前方・後方にパン（水平回転）される効果が、意図される中央を通るラインに沿うよりはむしろ左側を回る弧に沿って動くように見えるであろう。
他のミックスダウン方程式も考えられるが、それらはすべて、真にMPマトリックスと両立するLt・Rtチャンネル信号を生成することはできない。適切に符号化さえる場合Lt・Rt信号は、Ｓチャンネル信号を復号するのに用いることができる利得及び位相関係の双方を伝えられる。
多重チャンネル符号化システムにおいては、２つの方法でMPマトリックスと両立する信号を提供することができるが、それぞれ欠点がある。第１の方法は、受信機においてマトリックスと両立する信号を発生させ、第２の方法は、送信機においてマトリックスと両立する信号を発生させる。
受信機マトリックス符号化
第２方法によると、４チャンネル送信機は、４つの原チャンネル（L,R,C,S）をLt・Rt信号並びに『補助』信号Ａ及びＢに符号化するために４−４マトリックス及び位相偏移を用いる。４−４マトリックスエンコーダの例は以下の通りである。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.707・jS                （5a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ−.707・jS                （5b）
Ａ＝Ｃ                                    （5c）
Ｂ＝Ｓ                                    （5d）
ここでｊは、90度の位相偏移を示す。その他の多くの４−４マトリックスエンコーダが可能で、例えば、補助信号はＬ及びＲチャンネル信号でもよい。
符号化された信号は、MPマトリックスデコーダのみならず２チャンネル又は４チャンネル受信機と両立する。Lt・Rt信号は、MPマトリックスデコーダによって直接４表現チャンネル（Ｌ′,R′,C′,S′）に復号できる。Lt・Rt信号はまた、MPマトリックス両立性につき上述したものと同一の意味で１チャンネル及び２チャンネル再生とも両立する。
４チャンネル受信機は、４つの信号Lt、Rt、Ａ及びＢを受信し、４つの原チャンネルを回復させるために４−４マトリックスデコーダを用いる。上で示したエンコーダと両立する４−４マトリックスデコーダは以下の通りである。
Lt＝Ｌ−.707・Ａ−.707・jB                （6a）
Rt＝Ｒ−.707・Ａ＋.707・jB                （6b）
Ｃ＝Ａ                                    （6c）
Ｓ＝Ｂ                                    （6d）
補助信号を有する異なった両立性符号化の実施態様に関する付加的情報は、参照により本明細書に組入れた米国特許第4,577,305号を参照することにより得ることができる。
原チャンネル信号を回復させるために受信機は、マトリックス復号を行わなければならない。なぜならば、Ｌ・Ｒチャンネル信号よりはむしろLt・Rt信号が伝送されるからである。原チャンネルを回復させるために受信機によって必要とされる付加的処理は望ましくない。その理由は、実施上のコストが増大するからである。特に、Ｌ・Ｒチャンネル信号を正確に回復させるためにＢチャンネルの位相を90度だけ偏移させなければならないので、受信機はさらに位相偏移処理を行わなければならない。
この付加的処理はまた、２つの異なった機構の結果として符号化処理の透明性に悪影響を与える可能性がある。数字を丸める誤差のような計算誤差が、雑音状成分を信号内に注入する一機構である。第２の機構は心理音響効果に関する。概して、心理音響原理に基づく符号化では、信号のスペクトル成分によって丁度隠蔽されるように、符号化される信号の量子化雑音量を制御する。マトリックス復号では、量子化雑音の量は制御されているが、それを隠蔽するスペクトルエネルギを殆ど持たない１以上の信号が結果的に生じる可能性がある。この周知の作用は、『デコーダ不隠蔽』と呼ばれることがある。
３チャンネル以上の再生システムがますます利用できるようになり、より少ないマトリックスデコーダシステムが残るようになるにつれて、将来送信機マトリックス符号化はさらに魅力を失うであろう。
発明の開示
本発明の目的は多重チャンネル符号化装置を提供することにあり、同装置の表現チャンネル信号は、その原チャンネル信号と本質的に区別できず、同装置の出力信号は、MPマトリックスデコーダのような従来のマトリックスデコーダと両立するが、両立性を達成するために要する複雑性及び実施コストを最小にすることができる。表現チャンネル信号が原チャンネル信号と本質的に区別できないと言うことは、表現チャンネル信号に応答して再生装置によって発生する音場が、原チャンネル信号に応答して同一再生装置によって発生する音場と本質的に区別できない場合に当てはまる。
本発明の教示に基づく送信機の一実施態様においては、４つの原チャンネル信号が、小帯域信号に分割され、原チャンネルの１つの対する小帯域信号の位相が90度変えられ、結果的に生じる信号が符号化された信号にフォーマット化される。
本発明の教示に基づく受信機の一実施態様においては、４チャンネルの情報を表す小帯域信号が、符号化された信号から導出され、２つのチャンネルに対する小帯域信号が結合され、結果的に生じる信号は復号され、原チャンネルで伝えられた情報と本質的に区別できずかつマルチチャンネル再生装置及びMPマトリックスデコーダの双方と両立する信号を発生させるようにする。
本発明の教示に基づく他の受信機の一実施態様においては、２つのマトリックス符号化されたLt・Rt信号及び２つの補助信号が、符号化された信号から回復される。回復されたLt・Rt信号は、MPマトリックス復号に直接用いるか、若しくは多重チャンネル再生装置を意図する信号を発生させるために、補助信号と結合させることができる。回復された信号は、原チャンネル信号と本質的に区別できない。回復された信号は、原チャンネル信号と本質的に区別できずかつ多重チャンネル再生装置及びMPマトリックスデコーダの双方と両立する。
多くの変形が可能である。本発明を組入れた多重チャンネル符号化装置は、４チャンネルに限定されない。例えば、Ｌ・Ｒチャンネル信号は、相関した信号成分を伝えることが可能で、再生される場合には、従来の２チャンネル再生装置でよく知られているように中央像を作る。すなわち、従ってＣチャンネルは不要である。位相偏移は多くの方法を用いて行うことが可能で、例えば、原信号に２種類の全帯域フィルタを適用するか、若しくは位相偏移を必要とする原信号のみにHilbert変換を適用してもよい。MPマトリックスのような一定のエンコーダ・デコーダマトリックスに対しては90度位相偏移が理想的であるが、本発明は各種の角度の位相偏移を要する符号化に適用できることを理解すべきである。送信機は、選択的に符号化された信号に位相偏移の存在と、位相偏移の量とを示す指標、すなわち、表示を含めることが可能で、符号化された信号にこの様な指標が存在する場合には、受信機は選択的にマトリックスデコーダ両立性を与えてもよい。付加的な変形について以下に述べるが、その他の変形は当業者にとって明らかであろう。本明細書及び図面で述べた実施態様は、例として示したもので本発明の範囲を制限するものと解すべきではない。
【図面の簡単な説明】
図１は、多重チャンネル送信機の基本構造を示す構成図である。
図２は、多重チャンネル受信機の基本構造を示す構成図である。
図３は、本発明の各面を組入れることができる、多重チャンネル受信機の一実施態様の基本構造を示す構成図である。
図４は、本発明の各面を組入れることができる、多重チャンネル送信機の一実施態様の基本構造を示す構成図である。
図５は、本発明の各面を組入れることができる、多重チャンネル送信機の他の実施態様の基本構造を示す構成図である。
図６は、本発明の各面を組入れることができる、受信機の他の実施態様の基本構造を示す構成図である。
図７は、２つのMPマトリックスデコーダと両立する信号及び２つの補助信号を与える、４−４符号化マトリックスの一実施態様を示す構成図である。
発明実施モード
基本構成
多重チャンネル送信機の基本構成は図１に示す。エンコーダ102は、路100a−100dから４つの原チャンネル信号を受信する。各信号は、それぞれの信号分析プロセッサ104a−104dによって処理され、分析の結果は、それぞれの路に沿ってフォーマッタ108に送られる。フォーマッタ108は、処理された信号を伝送又は記憶に適した符号化された信号にアセンブルし、符号化された信号を伝送路110に沿って伝える。
多重チャンネル受信機の基本構成は図２に示す。デフォーマッタ202は、路200から符号化された信号を受信し、符号化された信号から、それぞれの路204a−204dに沿ってデコーダ206へ通す４つの信号を導出する。各導出された信号は、それぞれの信号合成プロセッサ208a−208dで処理され、合成の結果はそれぞれの表現チャンネル210a−210dに沿って送られる。
多重チャンネル符号化装置は、図１の構成に基づく送信機及び図２の構成に基づく受信機から構成できる。符号化装置の実施コストは、信号分析及び信号合成プロセッサの総数にほぼ比例する。既に述べた通り、低コスト受信機は、２チャンネルのみで実施できる。２チャンネル受信機の一実施態様は、デフォーマッタ202及びそれぞれ表現チャンネル210a及び210bに沿って出力信号を発生させる、信号合成プロセッサ208a及び208bを有するデコーダ206から成る。この２チャンネル実施態様の実施コストは、比較できる４チャンネル受信機の約半分であるが、MPマトリックスデコーダのようなマトリックスデコーダと両立する表現チャンネル信号を与えない。
マトリックス符号化
受信機
図３は、多重チャンネル受信機の他の実施態様の基本構成を示す。デフォーマッタ302は、路300から符号化された信号を受信し、符号化された信号から、それぞれの路303a−303dに沿って回路網312へ通す４つの信号を導出する。回路網312は、導出された信号を４つの中間信号に処理し、中間信号を、路304a−304dに沿ってデコーダ306へ送る。各中間信号はそれぞれの信号合成プロセッサ308a−308dによって処理され、合成の結果が、それぞれの表現チャンネル310a−310dに沿って送られる。信号路301及び313は、この実施態様では用いられず、記載は不要である。
他の実施態様においては、回路網312は、路301から受信する指標に応答してその処理を改変させる。例えば、オペレータが、スイッチによって回路網の処理を特定してもよい。
多重チャンネル符号化装置は、図１の構成に基づく送信機及び今述べたいずれかの実施態様に基づく受信機を含むことができる。２チャンネル受信機は、デフォーマッタ302、回路網312及びそれぞれ表現チャンネル310a及び310bに沿って出力信号を発生させる、信号合成プロセッサ308a及び308bを有するデコーダ306から成る。受信機は、上記方程式2a−4bにおけるような回路網312においてミキシング方程式を適用することによって、MPマトリックスデコーダに限定された両立性を与えることができる。この手段に内在する問題についても既に述べられている。
送信機
図４は、多重チャンネル送信機の他の実施態様の基本構成を示す。回路網412は、路400a−400dから４つの原チャンネル信号を受信して、同信号を処理して４つの中間信号とし、それぞれ路411a−411dに沿ってエンコーダ402へ送る。各中間信号は、それぞれの信号分析プロセッサ404a−404dによって処理され、分析結果がそれぞれの路406a−406dに沿ってフォーマッタ408へ送られる。フォーマッタ408は、処理された信号を伝送及び記憶に適した符号化された信号にアセンブルして、符号化された信号を伝送路410に沿って送る。信号路401及び413は、この実施態様では用いられておらず、記載する必要はない。
他の実施態様においては、回路網412は、路401から受信する指標に応答してその処理を改変させる。例えば、オペレータが、スイッチによって回路網の処理を特定してもよい。
多重チャンネル符号化装置は、今述べたいずれかの実施態様に基づく送信機及び図３に関して記載した任意の実施態様に基づく受信機から構成することができる。既に述べた通り、送信機は、回路網412において４−４符号化マトリックスを適応することによってMPマトリックスデコーダとの両立性を規定することができる。この実施態様においては、回路網412は、路400a−400dからＬ、Ｒ、Ｃ、Ｓチャンネル信号を受信し、同信号を、MPマトリックスと両立するLt・Rtチャンネル信号並びにＡ及びＢと呼ばれる２つの付加的補助チャンネル信号にマトリックスし、それらのすべてがそれぞれの路411a−411dに沿ってエンコーダ402に送られる。マトリックスによって発生された４チャンネル信号（Lt、Rt、Ａ、Ｂ）は、符号化された信号の形で受信機に送られる。式5a−5dは、適切な符号化マトリックスの一例を与える。この方法に内在する問題は既に述べられている。
送信機・受信機
図４による送信機の一実施態様において回路網412は、以下の符号化マトリックスに従ってLt・Rt及び補助チャンネル信号を符号化する。
Lt＝Ｌ＋.707・Ｃ＋.707・jS                （7a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ｃ−.707・jS                （7b）
Ａ＝Ｃ                                    （7c）
Ｂ＝jS                                    （7d）
図７は、この符号化マトリックスの一例である。路700bから受信されるＣチャンネル信号は、補助信号として路710bに沿って減衰器704へ送られ、そこで半分のパワーに減衰され、路703及び705に沿って送られる。Ｓチャンネル信号は路700dから受信され、プロセッサ702において位相が90度偏移される。位相偏移された信号は、補助信号として路710dに沿って減衰器706に送られ、そこで半分のパワーに減衰される。位相偏移されかつ減衰された路707に沿ってインバータ（逆変換器）へ送られ、そこで信号振幅を反転することによって180度の位相偏移が得られる。Ｌチャンネル信号は、路700aから受信され、減衰されたＣチャンネル信号及び位相偏移・減衰されたＳチャンネル信号と結合され、Lt信号として路710aに沿って送られる。Ｒチャンネル信号は路700cから受信され、減衰されたＣチャンネル信号及び位相偏移・減衰・反転されたＳ信号と結合され、Rt信号として路710cに沿って送られる。
図３による受信機の一実施態様においては、４チャンネル信号（Lt,Rt,A,B）は、路300から受信される符号化された信号から導出される。Lt・Rt信号は、マトリックス両立性がある。４つの原チャンネル信号は、以下の復号マトリックスに従って符号化された信号から回復される。
Lt＝Ｌ−.707・Ａ−.707・Ｂ                （8a）
Rt＝Ｒ−.707・Ａ＋.707・Ｂ                （8b）
Ｃ＝AC                                    （8c）
Ｓ＝−jB                                  （8d）
図７に示す各基本成分は、この復号マトリックスに加えてここで述べた他の符号化・復号マトリックスを実施するために適切な方法で結合することができる。
例えば、分割帯域符号化装置では、位相偏移を除くすべての復号マトリックス操作は、合成濾波に先立って周波数領域において安価に行うことができる。例えば、変換符号化システムにおいては、２つの各信号内でそれぞれの変換係数を加えるか又は差し引くによって、２つのデジタル信号を結合することができる。デジタルサブバンド（小帯域）符号化システムにおいては、それぞれの小帯域信号内で対応するサンプルを加えるか又は差し引くによって、周波数領域において信号を結合することができる。これは、１チャンネル、２チャンネル又は３チャンネル（L,R,C）受信機が、原チャンネル数よりはむしろ表現チャンネル数にほぼ比例するコストで実施できることを意味する。
Ｓチャンネル信号を回復させるのに必要な位相偏移は、他のマトリックス操作よりさらに高価な操作であるが、Ｓチャンネル信号を正確に回復させる必要がない限りそれを行う必要はない。しかし、多くの用途において、Ｓチャンネル信号における90度位相偏移は概して聴取できない。
図５による送信機の一実施態様においては、回路網512が路500dから受信するＳチャンネル信号の位相を偏移させる。符号化部502は、路511からの位相偏移されたＳチャンネル信号と、それぞれの路500a−500cからの他の３つの原チャンネル（L,R,C）とを受信し、それぞれの信号分析プロセッサ504a−504dによって各信号を処理し、信号分析の結果をそれぞれの路506a−506dに沿ってフォーマッタ508へ送る。フォーマッタ508は、処理された信号を伝送又は記憶に適した符号化された信号にアセンブルし、符号化された信号を送信路510に沿って送る。路501及び513は、この実施態様では用いられず、記載する必要はない。以下の式が符号化マトリックスを表す。
Ｌ＝Ｌ                                    （9a）
Ｒ＝Ｒ                                    （9b）
Ａ＝Ｃ                                    （9c）
Ｂ＝jS                                    （9d）
他の実施態様においては、回路網512は、路501から受信する指標に応答してその処理特性を改変する。例えば、回路網512は、オペレータ作動の制御装置に応答して位相偏移の量を調節することができる。
図２による一実施態様においては、路300から符号化された信号の形で４チャンネル信号（L,R,A,B）が受信される。Ｂ信号の90度位相偏移を除いて、受信される信号は、原４チャンネル信号の各々と正確に対応する。しかし、上記の通り、一般的にこの位相偏移は多くの用途において聴取されない。Ｓチャンネルを正確に回復させなければならない場合には、図３による受信機の実施態様で、回路網312において必要とされる位相偏移を行うことができる。
もし復号MPマトリックス両立性信号が所望なら、回路網312において以下の符号化マトリックスを適用することによって、図３に示す構成による２チャンネル受信機で同信号を得ることができる。
Lt＝Ｌ＋.707・Ａ＋.707・Ｂ               （10a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ａ−.707・Ｂ               （10b）
図６による受信機の実施態様は、多重チャンネル両立性信号及び復号マトリックス両立性信号を提供できる。デフォーマッタ602は、路600から符号化された信号を受信し、符号化された信号から４つの信号を導出し、導出された信号をそれぞれの路604a−604dに沿ってデコーダ606及び回路網612へ送る。それぞれの信号合成プロセッサ608a−608dは、４つの導出された信号を処理し、それぞれの路610a−610dに沿って結果を伝える。回路網612は、４つの導出された信号に符号化マトリックス方程式10a−10bを適用して２つの中間信号を発生させ、中間信号をそれぞれの路614a−614bに沿って伝える。信号路613は、この実施態様では用いられず、記載する必要はない。
他の実施態様において指標、すなわち、表示は、符号化された信号から導出され、路613に沿って送られる。複合部606と、回路網612とは、路613から受信した指標に応答して処理特性を改変させる。例えば、指標は、４チャンネル出力又は２チャンネルマトリックス両立出力のどちらを与えるべきかを特定することができる。
ある実施態様においては、路614a−614bに沿って伝えられる信号は、マトリックス両立性を必要するLt・Rt信号ではない。概して、これらのLt・Rt信号を得るためには信号合成処理が必要である。この信号合成処理は、図６には示してないプロセッサで行うか、又は図６には示してない信号路を用いてデコーダ606内の任意の２つのプロセッサ608a−608dによって行うことができる。信号プロセッサへの信号路の設計は、例えば、路613から受信する指標に応答して行うか、若しくは図６には示してない路に沿ったオペレータの要請に応答して行うことができる。
図３及び６に示す構成による受信機の各種の実施態様は、式10a−10bとは僅かに異なる以下のミキシング式を有する符号化マトリックスを用いることができる。
Lt＝Ｌ＋.707・Ａ＋.707・Ｂ−ｘ・Ｒ（11a）
Rt＝Ｒ＋.707・Ａ−.707・Ｂ−ｘ・Ｌ（11b）
マトリックス符号化は音場像を損なう傾向がある。多重離散チャンネル信号によって発生する音場と比較して、マトリックス符号化及び復号を受けた多重チャンネル信号によって発生する信号は、場の中央に向けてグループ化するように見える。マトリックス処理は、音場の空間的な幅を低下させる傾向がある。部分的にこの効果に対抗するために、11a−11bに示すミキシング方程式は、Ｌ・Ｒチャンネル信号に共通の信号成分レベルを低下させる。低下量はｘ係数の値によって制御される。典型的な値は、0.25である。ある実施態様においてこの係数は、符号化された信号で受信される指標に応答して、若しくはオペレータが作動させる制御装置によって受信機において発生する指標に応答して調節される。
適応処理
図４による送信機のさらに他の実施態様において回路網412は、原チャンネル信号で検出（検波）される各種の信号特性に応答するか若しくは路401から受信される指標に応答してその処理を改変することができる。例えば、心理音響に基づく送信機・エンコーダ内の回路網412は、Ｌ又はＲチャンネル信号のいずれかにおいてスペクトルエネルギが殆どないか若しくは全くないことを発見することに応答してマトリックス符号化を適応的に止めることができる。相補形適応受信機と協同して、デコーダ不隠蔽を避けることができる。実際に用いられる回路網処理の指標は、路413に沿ってフォーマッタ408へ伝えられ、そこで指標が符号化された信号にアセンブルされる。
さらにエンコーダ402は、路413から受信される指標に応答してその処理を改変することができる。例えば、指標はどのチャンネルを処理すべきかをエンコーダ402へ知らせることができる。
図５による送信機の実施態様では、図４に示した実施態様につき今述べたものと類似の方法でその処理を改変することができる。
図３による受信機のさらに別な実施態様においてデフォーマッタ302は、符号化された信号から符号化された信号を与えるために用いられる回路網処理の指標を導出する。回路網312と、デコーダ306とは、路313から受信する指標に応答してそれぞれの処理を改変する。例えば、符号化された信号から導出される指標は、幾つかの式のどれを用いるべきかを回路網312に知らせるか、若しくはどのチャンネルを処理すべきかをデコーダ306に知らせることができる。
分割帯域符号化実施
送信機
分割帯域符号化技術を用いる送信機の一実施態様において各信号分析プロセッサ104a−104dは、分析フィルタバンク及び適応量子化器から成る。分析フィルタバンクは、それぞれの原チャンネル信号の周波数小帯域を表す小帯域信号を発生させ、適応量子化器は、心理音響原理に応じて配分されるビット数を用いて小帯域信号を量子化する。分析フィルタバンク及び適応量子化器の実施上の詳細は、本発明の実施にとって決定的ではない。多くの異なった実施手段を用いることができる。例えば、小帯域コーダ及び変換コーダの実施手段は、それぞれ米国特許第4,896,362及び5,109,417号により完全に記載されている。同特許のすべては参照により本明細書に組み入れる。
分割帯域符号化技術を用いる他の実施態様においては、各信号分析プロセッサ104a−104dは、小帯域信号を発生させる分析フィルタバンクから成り、エンコーダ102は、心理音響原理によるすべての合成フィルタバンクによって発生する小帯信号を共に量子化する適応量子化器から成る。すべてのチャンネルにつき小帯域情報を共に量子化することによって、各種のチャンネル間隠蔽効果は、より容易に利用することができる。実施手段の詳細は、本発明にとって決定的ではない。多くの実施手段を用いることができる。例えば、クロス（交差）チャンネル符号化の実施手段は、上記のWIPO出版WO92/12607号及び米国特許第4,555,649号及びヨーロッパ特許第EPO,402,973号により詳しく開示されている。同特許のすべては参照により本明細書に組み入れる。
これらの実施態様は、図４及び５に示す構成にも同様に適用できる。
受信機
分割帯域符号化技術を用いる一実施態様において各信号合成プロセッサ208a−208dは、逆量子化器及び合成フィルタバンクから成る。逆量子化器は、情報を量子化するために送信機によって用いられるものと同一のビット数を用いてそれぞれの中間信号を小帯域信号に逆量子化し、合成フィルタバンクは、小帯域信号に応答してそれぞれの表現チャンネル210a−210dに沿って表現信号を発生させる。合成フィルタバンク及び逆量子化器の実施手段の詳細は、本発明の実施上決定的ではない。多くの異なった実施手段を用いることができる。
これらの実施手段はまた、図３及び６に示す構成にも適用される。
選択された小帯域
分割帯域符号化装置において符号化又は復号マトリックス結合操作は、周波数領域において安価に実施できる。さらに、これらの操作は選択された小帯域に制限することができる。例えば、送信機及び受信機から成る分割帯域符号化装置において送信機は、符号化マトリックスを適応的に選択された小帯域に適用し、符号化された信号で当該選択の指標を伝える。マトリックス符号化は、個別的に原チャンネル信号のすべてを符号化するためにさもなければ利用できるものより多くのビットが必要となる時間間隔に亘り、原チャンネル信号を符号化するために必要なビット数を減らすための手段として用いることができる。符号化された信号から導出された指標に応答して４チャンネル受信機は、適切な小帯域に復号マトリックスを適用することができる。例えば、送信機の一実施態様は、マトリックス符号化機能がエンコーダ402とフォーマッタ408との中間に設けられる点で図４に示すものとは異る。
この方法で符号化される送信された信号は、同様に小帯域選択の指標に応答しない２チャンネル受信機に対してもある程度の両立性を与えることができる。符号化された信号から得られた２つの表現チャンネル信号は、例えば、低周波小帯域においてＬ・Ｒチャンネル信号のスペクトルエネルギを伝えると共に高周波数においてLt・Rt信号のスペクトルエネルギを伝えるであろう。
代わりの実施態様
本発明の各種の面を例示する上記実施態様は、特にＬ、Ｒ、Ｃ及びＳチャンネルを有する４チャンネルシステムにつき言及している。マトリックス符号化及び復号の記載は特にMPマトリックスに言及している。しかし、本発明は特定数のチャンネル又は特定の符号化・復号に限定されるものではない。これらの実施態様は、例としてのみ記載されたものである。本発明の範囲は以下の請求の範囲を参照することによって理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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