(57)【要約】  バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に高い量子化性能を実現するダウンミックス方法および符号化装置。符号化装置（１００）において、ダウンミックス部（１０１）が、Ｌ信号及びＲ信号に、係数α及びβをそれぞれ乗算して加算することにより、モノラル信号を生成する。Ｌ信号に対応する第１の符号化ターゲット信号は、乗算部（１０７）と加算部（１０９）とを用いて、前記モノラル信号に、バランス重み係数ｗＬを乗算して、Ｌ信号から減算することにより生成される。Ｒ信号に対応する第２の符号化ターゲット信号は、乗算部（１０８）と加算部（１１０）とを用いて、前記モノラル信号に、バランス重み係数ｗＲを乗算して、Ｒ信号から減算することにより生成される。
2010140350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス装置であって、
前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号の第１パワと前記第２信号の第２パワとを算出する第１パワ計算手段と、
前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号と前記第２信号との第１内積を算出する第１内積計算手段と、
前記第１パワ、前記第２パワ、前記第１内積、及び前記モノラル信号を算出するために前記第１信号及び前記第２信号にそれぞれ乗算される第１係数及び第２係数、を用いた第１演算式であり、且つ、前記第１信号に関する第１差分信号のパワと前記第２信号に関する第２差分信号のパワとの和で構成される第１コスト関数を変形して得られる前記第１演算式、を用いた繰り返し演算により、前記第１コスト関数を最小化する前記第１係数及び前記第２係数を算出する係数計算手段と、
前記第１信号及び前記第２信号に、前記第１係数及び前記第２係数をそれぞれ乗算して加算することにより、前記モノラル信号を生成するモノラル信号算出部と、
を具備するダウンミックス装置。
【請求項２】
前記係数計算手段は、
前記第１パワ、前記第２パワ、前記第１内積、前記第１係数、及び前記第２係数を用いた前記第２演算式であり、且つ、前記コスト関数を変形して得られる第２演算式、を用いて第３係数を算出する第１計算手段と、
前記第３係数を前記第１演算式に適用して前記第１係数及び前記第２係数を算出する第２計算手段と、を有し、
前記第１計算手段における前記第３係数の算出と、前記第２計算手段における前記第１係数及び前記第２係数の算出と、を所定回数だけ交互に繰り返す前記繰り返し演算により、最終的な前記第１係数及び前記第２係数を算出する、
請求項１に記載のダウンミックス装置。
【請求項３】
前記モノラル信号算出部は、
前記第１係数及び前記第２係数をスムージングし、前記第１係数及び前記第２係数の代わりに、スムージングされた前記第１係数及び前記第２係数を用いて前記モノラル信号を生成する、
請求項１に記載のダウンミックス装置。
【請求項４】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号にそれぞれ対応して生成される第１符号化ターゲット信号及び第２符号化ターゲット信号と、前記第１信号及び前記第２信号を用いて生成されるモノラル信号と、を符号化する符号化装置であって、
前記第１信号及び前記第２信号を用いたダウンミックス処理を行うことにより前記モノラル信号を生成する請求項１記載のダウンミックス装置と、
前記モノラル信号を符号化して第１符号を生成するとともに、前記第１符号を復号して復号化モノラル信号を生成するモノラル符号化手段と、
前記第１信号及び前記第２信号と、前記復号化モノラル信号と、を用いて、前記第１符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第１バランス重み係数、及び、前記第２符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第２バランス重み係数を生成する重み量子化手段と、
前記復号化モノラル信号に前記第１バランス重み係数を乗じた結果を前記第１信号から減じることにより前記第１符号化ターゲット信号を生成する第１ターゲット生成手段と、
前記復号化モノラル信号に前記第２バランス重み係数を乗じた結果を前記第２信号から減じることにより前記第２符号化ターゲット信号を生成する第２ターゲット生成手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項５】
前記重み量子化手段は、
前記第１信号及び前記第２信号と、前記復号化モノラル信号と、を用いて重み係数を生成し、前記重み係数を符号化して第２符号を生成するとともに、前記第２符号を復号して逆量子化重み係数を生成し、前記第１符号化ターゲット信号を生成するために前記復号化モノラル信号に乗算される前記第１バランス重み係数、及び、前記第２符号化ターゲット信号を生成するために前記復号化モノラル信号に乗算される前記第２バランス重み係数を、前記逆量子化重み係数を用いて生成する、
請求項４記載の符号化装置。
【請求項６】
前記重み量子化手段は、
前記第１信号と前記復号化モノラル信号との第２内積と、前記第２信号と前記復号化モノラル信号との第３内積と、前記復号化モノラル信号の第３パワと、をそれぞれ算出するとともに、前記第２内積、前記第３内積、及び前記第３パワを用いた第３演算式であり、且つ、前記第１信号に関する第３差分信号のパワと前記第２信号に関する第４差分信号のパワとの和で構成される第２コスト関数を変形して得られる前記第３演算式、を用いて、前記第２コスト関数を最小化する前記重み係数を算出する、
請求項５記載の符号化装置。
【請求項７】
前記第１バランス重み係数と前記第２バランス重み係数との和は、定数である、
請求項４に記載の符号化装置。
【請求項８】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス装置であって、
前記第１信号の要素同士の積と前記第２信号の要素同士の積との和を用いて設定される演算式を計算した結果を用いて前記モノラル信号を生成するモノラル信号生成手段を具備するダウンミックス装置。
【請求項９】
前記モノラル信号生成手段は、
前記第１信号の固定の番号の要素と前記第１信号の第１の番号の要素との積と、前記第２信号の前記固定の番号の要素と前記第２信号の前記第１の番号の要素との積と、の和を要素とする第３信号を算出するベクトル算出手段と、
前記第１信号の第２の番号の要素と前記第１信号の前記第１の番号の要素との積と、前記第２信号の前記第２の番号の要素と前記第２信号の前記第１の番号の要素との積と、の和を要素とするマトリクスを算出するマトリックス算出手段と、
前記マトリックスの逆行列を算出する逆行列算出手段と、
前記逆行列と前記第３信号とを乗じた結果を用いて前記モノラル信号を生成する乗算手段と、
を具備する、請求項８に記載のダウンミックス装置。
【請求項１０】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号にそれぞれ対応して生成される第１符号化ターゲット信号及び第２符号化ターゲット信号と、前記第１信号及び前記第２信号を用いて生成されるモノラル信号と、を符号化する符号化装置であって、
前記第１信号及び前記第２信号を用いたダウンミックス処理を行うことにより前記モノラル信号を生成する請求項８記載のダウンミックス装置と、
前記モノラル信号を符号化して第１符号を生成するとともに、前記第１符号を復号して復号化モノラル信号を生成するモノラル符号化手段と、
前記第１信号及び前記第２信号と、前記復号化モノラル信号と、を用いて、前記第１符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第１バランス重み係数、及び、前記第２符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第２バランス重み係数を生成する重み量子化手段と、
前記復号化モノラル信号に前記第１バランス重み係数を乗じた結果を前記第１信号から減じることにより前記第１符号化ターゲット信号を生成する第１ターゲット生成手段と、
前記復号化モノラル信号に前記第２バランス重み係数を乗じた結果を前記第２信号から減じることにより前記第２符号化ターゲット信号を生成する第２ターゲット生成手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項１１】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス方法であって、
前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号の第１パワと前記第２信号の第２パワとを算出する第１パワ計算ステップと、
前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号と前記第２信号との第１内積を算出する第１内積計算ステップと、
前記第１パワ、前記第２パワ、前記第１内積、及び、前記モノラル信号を算出するために前記第１信号及び前記第２信号にそれぞれ乗算される第１係数及び第２係数、を用いた第１演算式であり、且つ、前記第１信号に関する第１差分信号のパワと前記第２信号に関する第２差分信号のパワとの和で構成される第１コスト関数を変形して得られる前記第１演算式、を用いた繰り返し演算により、前記第１コスト関数を最小化する前記第１係数及び前記第２係数を算出する係数計算ステップと、
前記第１信号及び前記第２信号に、前記第１係数及び前記第２係数をそれぞれ乗算して加算することにより、前記モノラル信号を生成するモノラル信号算出ステップと、
を有するダウンミックス方法。
【請求項１２】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス方法であって、
前記第１信号の要素同士の積と前記第２信号の要素同士の積との和を用いて設定される演算式を計算した結果を用いて前記モノラル信号を生成する、ダウンミックス方法。
【請求項１３】
ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号にそれぞれ対応して生成される第１符号化ターゲット信号及び第２符号化ターゲット信号と、前記第１信号及び前記第２信号を用いて生成されるモノラル信号と、を符号化する符号化方法であって、
請求項１１に記載のダウンミックス方法により、前記第１信号及び前記第２信号を用いて前記モノラル信号を生成するダウンミックスステップと、
前記モノラル信号を符号化して第１符号を生成するとともに、前記第１符号を復号して復号化モノラル信号を生成するモノラル符号化ステップと、
前記第１信号及び前記第２信号と、前記復号化モノラル信号と、を用いて、前記第１符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第１バランス重み係数、及び、前記第２符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第２バランス重み係数を生成する重み量子化ステップと、
前記復号化モノラル信号に前記第１バランス重み係数を乗じた結果を前記第１信号から減じることにより前記第１符号化ターゲット信号を生成する第１ターゲット生成ステップと、
前記復号化モノラル信号に前記第２バランス重み係数を乗じた結果を前記第２信号から減じることにより前記第２符号化ターゲット信号を生成する第２ターゲット生成ステップと、
を有する符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダウンミックス装置、符号化装置、及びこれらの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信においては伝送帯域の有効利用のために音声や画像のディジタル情報の圧縮符号化が必須である。その中でも携帯電話で広く利用されている音声コーデック（符号化／復号）技術において、更に良い音質を得るべく、圧縮率の高い従来の高効率符号化に対する要求が強まっている。【０００３】
また、近年では多層構造を持つスケーラブルコーデックの標準化がＩＴＵ−Ｔ(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)やＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）で検討されており、より効率的で高品質の音声コーデックが求められている。また、近年では、音声コーデックの際に、１６ｋｂｐｓ〜３２ｋｂｐｓの高いビットレートが設定されるようになり、また、音楽に対する品質や臨場感（マルチチャネル、ステレオ音響）のニーズを満たすものが求められるようになってきた。【０００４】
ステレオ音響信号を低ビットレートで符号化する方式として、インテンシティステレオ方式が知られている。インテンシティステレオ方式では、モノラル信号（以下「Ｍ信号」と記載する）にスケーリング係数を乗じることにより、左チャネル信号（以下「Ｌ信号」と記載する）と右チャネル信号（以下「Ｒ信号」と記載する）とが生成される。このような生成手法は、振幅パニング（amplitude panning）とも呼ばれる。【０００５】
振幅パニングの最も基本的な手法は、時間領域におけるＭ信号に振幅パニング用の利得係数（つまり、バランス重み係数）を乗じることにより、Ｌ信号及びＲ信号を求めるものである（例えば、非特許文献１）。【０００６】
また、別な手法として、Ｍ信号の周波数成分ごと又は周波数グループごとにバランス重み係数を乗じることにより、Ｌ信号及びＲ信号を求めるものもある（例えば、非特許文献２）。【０００７】
バランス重み係数をパラメトリックステレオの符号化パラメータとして符号化することによりステレオ信号の符号化を実現することができる（例えば、特許文献１及び特許文献２）。バランス重み係数は、特許文献１においてはバランスパラメータとして、特許文献２においてはＩＬＤ（レベル差）として、それぞれ説明されている。【０００８】
このインテンシティステレオの考え方は、他の符号化技術にも応用され、ＩＳＯ／ＩＥＣにおけるＭＰＥＧ−２及びＭＰＥＧ−４の標準方式“ＡＡＣ(Advanced Audio Codec)”として広く使用されている（例えば、非特許文献３参照）。【０００９】
ところで、上記した従来の音響信号の符号化技術においては、次の方法によって効率的な符号化が行われている。すなわち、ダウンミックスによって形成されたＭ信号は、まず、コア符号化器で符号化される。そして、コア符号化器で得られた符号化後のＭ信号のスペクトルにバランス重み係数を乗じることによって得られた結果を、Ｌ信号のスペクトル及びＲ信号のスペクトルのそれぞれから減算する。ここにインテンシティステレオの技術が用いられており、Ｌ信号及びＲ信号から、その主成分が除かれることにより、冗長性が十分に取り除かれる。そして、主成分が除かれたＬ信号及びＲ信号は、さらに符号化される。【００１０】
この従来の音響信号の符号化技術におけるダウンミックスでは、Ｌ信号とＲ信号との平均をとる処理（つまり、Ｌ信号とＲ信号とを加算した結果に０．５を乗じる処理）が用いられる。この平均処理は、標準方式を含む殆どの音響コーデックにおけるダウンミックスで用いられている。なお、従来、もっとも単純な統合処理である平均処理がダウンミックスで用いられているのは、モノラル信号が単なる中間信号ではなく、それ自身もユーザーが楽しむ対象であると捉えられていることに起因する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００４−５３５１４５号公報
【特許文献２】特表２００５−５３３２７１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】V.Pulkki and M.Karjalainen，“Localization of amplitude-panned virtual sources I: Stereophonic panning”，Journal of the Audio Engineering Society，Vol.49，No.9，2001年9月，pp.739-752
【非特許文献２】B.Cheng，C.Ritz and I.Burnett，“Principles and analysis of the squeezing approach to low bit rate spatial audio coding”，proc.IEEE ICASSP2007，pp.I-13-I-16，2007年4月
【非特許文献３】ISO/IEC 14496-3:1999(E) “MPEG-2”, P232、Fig.B.13
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記したように、単純な平均処理を含むダウンミックスで形成されたモノラル信号を用いて主成分の除去を行う場合には、十分な量子化性能が発揮されない問題がある。これは、従来のダウンミックス方法が、ステレオ音声信号に対する高品質な符号化に最適化されていないためである。【００１４】
従って、更なる音質の向上のために、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に高い量子化性能を実現するダウンミックス方法が望まれている。【００１５】
本発明の目的は、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に高い量子化性能を実現するダウンミックス装置、符号化装置、及びこれらの方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のダウンミックス装置は、ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス装置であって、前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号の第１パワと前記第２信号の第２パワとを算出する第１パワ計算手段と、前記第１信号及び前記第２信号を入力して前記第１信号と前記第２信号との第１内積を算出する第１内積計算手段と、前記第１パワ、前記第２パワ、前記第１内積、及び前記モノラル信号を算出するために前記第１信号及び前記第２信号にそれぞれ乗算される第１係数及び第２係数、を用いた第１演算式であり、且つ、前記第１信号に関する第１差分信号のパワと前記第２信号に関する第２差分信号のパワとの和で構成される第１コスト関数を変形して得られる前記第１演算式、を用いた繰り返し演算により、前記第１コスト関数を最小化する前記第１係数及び前記第２係数を算出する係数計算手段と、前記第１信号及び前記第２信号に、前記第１係数及び前記第２係数をそれぞれ乗算して加算することにより、前記モノラル信号を生成するモノラル信号算出部と、を具備する。【００１７】
本発明のダウンミックス装置は、ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス装置であって、前記第１信号の要素同士の積と前記第２信号の要素同士の積との和を用いて設定される演算式を計算した結果を用いて前記モノラル信号を生成するモノラル信号生成手段を具備する。【００１８】
本発明の符号化装置は、ステレオ信号を構成する第１信号及び第２信号にそれぞれ対応して生成される第１符号化ターゲット信号及び第２符号化ターゲット信号と、前記第１信号及び前記第２信号を用いて生成されるモノラル信号と、を符号化する符号化装置であって、前記第１信号及び前記第２信号を用いたダウンミックス処理を行うことにより前記モノラル信号を生成する上記いずれかのダウンミックス装置と、前記モノラル信号を符号化して第１符号を生成するとともに、前記第１符号を復号して復号化モノラル信号を生成するモノラル符号化手段と、前記第１信号及び前記第２信号と、前記復号化モノラル信号と、を用いて、前記第１符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第１バランス重み係数、及び、前記第２符号化ターゲット信号を生成するために用いられる第２バランス重み係数を生成する重み量子化手段と、前記復号化モノラル信号に前記第１バランス重み係数を乗じた結果を前記第１信号から減じることにより前記第１符号化ターゲット信号を生成する第１ターゲット生成手段と、前記復号化モノラル信号に前記第２バランス重み係数を乗じた結果を前記第２信号から減じることにより前記第２符号化ターゲット信号を生成する第２ターゲット生成手段と、を具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に高い量子化性能を実現するダウンミックス装置、符号化装置、及びこれらの方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るダウンミックス部の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る係数計算部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態に係る、ダウンミックス部においてダウンミックスを行うことによりモノラル信号を生成する方法を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態１に係る重み量子化部の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２に係るダウンミックス方法の説明に供する図
【図７】本発明の実施の形態２に係るダウンミックス部の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２に係る整合部における加算処理の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置１００の構成を示すブロック図である。符号化装置１００は、ステレオ信号をスケーラブル（多層構造）で符号化するものであり、Ｍ信号をコア符号化器で符号化し、更に復号することにより生成した復号信号を用いて、周波数領域でステレオ信号を符号化する。また、符号化装置１００は、バランス調整処理（つまり、パニング）及び主成分の除去処理を利用して、符号化及び復号化を行う。なお、本発明は主にダウンミックスに関わるものであるので、復号装置についての記載は省略されている。
【００２３】
符号化装置１００は、ステレオ信号を入力としている。ステレオ信号は、聞く人の左耳と右耳とに異なる音響信号を入れることによって、臨場感のある音響を楽しめるようになっている。従って、コンテンツが音響信号である場合、最もシンプルなステレオ信号は、Ｌ信号及びＲ信号の２チャンネル信号である。
【００２４】
より詳細には、図１において、符号化装置１００は、ダウンミックス部１０１と、コア符号化器１０２と、修正離散コサイン変換（以下、「ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）」と記載する）部１０３，１０４，１０５と、重み量子化部１０６と、乗算部１０７，１０８と、加算部１０９，１１０と、符号化器１１１，１１２と、多重化部１１３とから主に構成される。
【００２５】
ダウンミックス部１０１は、Ｌ信号及びＲ信号を入力とする。そして、ダウンミックス部１０１は、入力したＬ信号及びＲ信号を「所定のダウンミックス方法」によってダウンミックスすることにより、Ｍ信号を得る。この「所定のダウンミックス方法」及びダウンミックス部１０１の具体的な構成については、後に詳しく説明する。ここで、Ｌ信号、Ｒ信号、及びＭ信号は、すべてベクトルで表される。
【００２６】
コア符号化器１０２は、ダウンミックス部１０１で得られたＭ信号を符号化し、得られた符号化結果を多重化部１１３へ出力する。また、コア符号化器１０２は、その符号化結果をさらに復号する。この復号結果（つまり、復号化Ｍ信号）は、ＭＤＣＴ部１０４へ出力される。なお、ＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction coding）の様なタイムドメインの符号化を前提とする場合には、符号化処理の前にダウンサンプリングが行われても良く、また、復号化処理の後にアップサンプリングが行われても良い。
【００２７】
ＭＤＣＴ部１０３は、Ｌ信号を入力とし、入力したＬ信号に対して離散コサイン変換を行うことにより、時間領域（タイムドメイン）の信号から周波数領域（フリケンシードメイン）の信号（周波数スペクトル）へ変換する。そして、ＭＤＣＴ部１０３は、変換後の信号（つまり、周波数領域Ｌ信号）を重み量子化部１０６及び加算部１０９へ出力する。
【００２８】
ＭＤＣＴ部１０４は、コア符号化器１０２から出力された復号化Ｍ信号に対して離散コサイン変換を行うことにより、時間領域（タイムドメイン）の信号から周波数領域（フリケンシードメイン）の信号（周波数スペクトル）へ変換する。そして、ＭＤＣＴ部１０４は、変換後の信号（つまり、周波数領域復号化Ｍ信号）を重み量子化部１０６、乗算部１０７、及び乗算部１０８へ出力する。
【００２９】
ＭＤＣＴ部１０５は、Ｒ信号を入力とし、入力したＲ信号に対して離散コサイン変換を行うことにより、時間領域（タイムドメイン）の信号から周波数領域（フリケンシードメイン）の信号（周波数スペクトル）へ変換する。そして、ＭＤＣＴ部１０５は、変換後の信号（つまり、周波数領域Ｒ信号）を重み量子化部１０６及び加算部１１０へ出力する。
【００３０】
重み量子化部１０６は、ＭＤＣＴ部１０３から出力された周波数領域Ｌ信号、ＭＤＣＴ部１０４から出力された周波数領域復号化Ｍ信号、及びＭＤＣＴ部１０５から出力された周波数領域Ｒ信号を用いて、バランス調整に使用するバランス重み係数を算出する。さらに、重み量子化部１０６は、算出したバランス重み係数を符号化する。符号化されたバランス重み係数は、多重化部１１３へ出力される。さらに、重み量子化部１０６は、符号化されたバランス重み係数を復号（つまり、逆量子化）し、これを用いて逆量子化バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）を算出する。逆量子化バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）は、それぞれ乗算部１０７，１０８に出力される。なお、重み量子化部１０６の具体的な構成については、後で詳しく説明する。
【００３１】
乗算部１０７は、ＭＤＣＴ部１０４から出力された周波数領域復号化Ｍ信号に、重み量子化部１０６から出力された逆量子化バランス重み係数ｗＬを乗じて得られた乗算結果を、加算部１０９へ出力する。
【００３２】
乗算部１０８は、ＭＤＣＴ部１０４から出力された周波数領域復号化Ｍ信号に、重み量子化部１０６から出力された逆量子化バランス重み係数ｗＲを乗じて得られた乗算結果を、加算部１１０へ出力する。
【００３３】
加算部１０９は、ＭＤＣＴ部１０３から出力された周波数領域Ｌ信号から、乗算部１０７から出力された乗算結果を減じることにより、符号化のターゲットとなるＬ信号（以下、「ターゲットＬ信号」と呼ぶ）を生成する。
【００３４】
加算部１１０は、ＭＤＣＴ部１０５から出力された周波数領域Ｒ信号から、乗算部１０８から出力された乗算結果を減じることにより、符号化のターゲットとなるＲ信号（以下、「ターゲットＲ信号」と呼ぶ）を生成する。
【００３５】
なお、以下においては、簡単のために、周波数領域Ｌ信号、周波数領域復号化Ｍ信号、及び周波数領域Ｒ信号を、単に、Ｌ信号、復号化Ｍ信号、及びＲ信号と記載することもある。また、逆量子化バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）は、異なる表記のバランス重み係数を逆量子化し、それを用いて算出されることもあるため、以下においては、逆量子化バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）を、単に、バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）と記載する。
【００３６】
上記した加算部１１０及び加算部１０９における計算は、次の式（１）で表される。
【数１】
2010140350.tif 000003
【００３７】
上記した式（１）で表されるアルゴリズムは、Ｌ信号及びＲ信号に対する主成分の除去処理に相当する。バランス重み係数は、それぞれ復号化Ｍ信号とＬ信号との類似性、及び、復号化Ｍ信号とＲ信号との類似性を表している。従って、バランス重み係数それぞれを復号化Ｍ信号に乗じた結果を、対応するＬ信号及びＲ信号からそれぞれ減ずることによって得られるターゲットＬ信号及びターゲットＲ信号は、復号化Ｍ信号との冗長性が省かれたものとなる。この結果として、ターゲットＬ信号及びターゲットＲ信号のパワが小さくなるので、ターゲットＬ信号及びターゲットＲ信号を、低ビットレートで高能率に符号化することができる。ただし、バランス重み係数の量子化ターゲットは、Ｌ信号とＲ信号とのパワ比を使用する方法、又は、Ｌ信号と復号化Ｍ信号との相関分析及びＲ信号と復号化Ｍ信号との相関分析を使用する方法により得られる。また、コスト関数を求めることにより、量子化ターゲットを求めずに、バランス重み係数を量子化する方法もある。
【００３８】
ここでは、効率的な量子化を行うために、２つのバランス重み係数は、２つを加算すると定数になるという制限を加える。ここではこの定数を２．０とし、ｗＬ＋ｗＲ＝２となる。この制限により、バランス重み係数は、スカラ量子化によって少ないビット数で量子化できる。
【００３９】
符号化器１１１は、加算部１０９から出力されたターゲットＬ信号を符号化し、得られた符号結果を多重化部１１３へ出力する。
【００４０】
符号化器１１２は、加算部１１０から出力されたターゲットＲ信号を符号化し、得られた符号結果を多重化部１１３へ出力する。
【００４１】
多重化部１１３は、コア符号化器１０２、重み量子化部１０６、符号化器１１１、及び符号化器１１２から出力された符号結果を多重化し、多重化後のビットストリームを出力する。多重化後のビットストリームは、受信側へ伝送される。
【００４２】
次に、ダウンミックス部１０１におけるダウンミックス方法を詳細に説明する。
【００４３】
本実施の形態では、次の式（２）で示される方法でダウンミックスが行われ、Ｍ信号が算出される。
【数２】
2010140350.tif 000004
【００４４】
ここで、α，βは、ダウンミックスのためにＬ信号及びＲ信号に乗ずる係数（以下、ダウンミックス係数と記載する）であり、ｉはインデクスである。ダウンミックス係数α，βは、符号化装置１００の後段で行われる、バランス重み係数（ｗＬ，ｗＲ）を用いたバランス調整処理及び主成分の除去処理において、最も差分信号が小さくなるように、その値が決定される。当然、ダウンミックスの前にＭ信号を符号化することはできないので、Ｍ信号の符号化歪が０になるとの仮定の上で決定される。ここで、２つのバランス重み係数ｗＬ，ｗＲを１つのバランス重み係数ωを用いて表すこととし、ｗＬ＋ｗＲ＝２の関係を用いて、ｗＬ＝ω，ｗＲ＝２−ωとする。以上の条件に基づいて、コスト関数は、次の式（３）のように、Ｌ信号に関する差分信号のパワとＲ信号に関する差分信号のパワとの和で表される。
【数３】
2010140350.tif 000005
【００４５】
そこで、このバランス重み係数ωが理想値である場合のダウンミックス係数α、βを求める。
【００４６】
まず、式（２）を式（３）に代入すると、次の式（４）が得られる。
【数４】
2010140350.tif 000006
【００４７】
式（４）のコスト関数を見てわかるように、バランス重み係数ωとダウンミックス係数α，βとが乗算されている。従って、バランス重み係数及びダウンミックス係数の最適値の計算は、それぞれを独立に最適化する処理を繰り返すことによって行われる。バランス重み係数及びダウンミックス係数の両者とも、オーダーが２次であるので、すべての係数の変化に関わる極値は１つである。従って、繰り返し演算により、バランス重み係数及びダウンミックス係数を最適化することができる。
【００４８】
最初に、ダウンミックス係数α，βの初期値として、いずれも０．５を設定しておく。
【００４９】
まず、バランス重み係数ωで式（４）のコスト関数を偏微分すると、次の式（５）が得られる。
【数５】
2010140350.tif 000007
【００５０】
よって、ωに関する極値を求めるために式（５）の左辺を０とすれば、バランス重み係数ωは、次の式（６）で表される。
【数６】
2010140350.tif 000008
【００５１】
ここで、ダウンミックス係数α，βの両方に、初期値として上記の０．５を代入すると、バランス重み係数ω（＝ｗＬ），２−ω（＝ｗＲ）は、次の式（７）で表される。
【数７】
2010140350.tif 000009
【００５２】
式（７）を見てわかるように、α，βが初期値の場合、最適のバランス重み係数は、パワ値を用いて求めることができる。
【００５３】
次に、式（４）のコスト関数をダウンミックス係数α，βで偏微分すると、次の式（８）が得られる。
【数８】
2010140350.tif 000010
【００５４】
α，βに関する極値を求めるために式（８）における両式の左辺を０とすると、α，βを変数とする２元１次連立方程式となる。この２元１次連立方程式は、式（７）のωを代入し、さらにＬ信号のパワ値、Ｒ信号のパワ値、及びＬ信号とＲ信号との内積を求めて代入して逆行列計算を使うことによって、簡単に解くことができる。このようにして得られたα，βの値を式（６）に代入し、さらにＬ信号のパワ値、Ｒ信号のパワ値、及びＬ信号とＲ信号との内積を代入すれば、新たなωの値を求めることができる。そして、この新たなωの値を、式（８）の左辺を０としたα，βの２元１次連立方程式に代入し、さらにＬ信号のパワ値、Ｒ信号のパワ値、及びＬ信号とＲ信号との内積を代入して、これを解くことにより、新たなα，βの値を求めることができる。
【００５５】
以上のようにして、ωとα，βとを交互に代入しながら交互に求めることにより、全ての変数は最適値に収束する。すなわち、この繰り返し演算により、最適なダウンミックス係数α，βを求めることができる。
【００５６】
ただし、実際に実装されるアルゴリズムにおいては、計算回数の上限値を決めて、計算回数が上限に達したときに算出された値を最適値として用いることにより、計算量の上限値を抑えるという工夫が必要である。
【００５７】
次に、以上のようなダウンミックス方法を実行するダウンミックス部１０１の具体的な構成の一例を、図２及び図３を用いて説明する。
【００５８】
図２は、図１における符号化装置１００のダウンミックス部１０１の内部構成を示すブロック図である。ダウンミックス部１０１は、主に、パワ計算部２０１、２０２と、内積計算部２０３と、係数計算部２０４と、Ｍ信号算出部２０５と、により構成される。
【００５９】
パワ計算部２０１は、Ｌ信号を入力し、Ｌ信号のパワ｜Ｌ｜２を算出する。パワ計算部２０２は、Ｒ信号を入力し、Ｒ信号のパワ｜Ｒ｜２を算出する。
【００６０】
内積計算部２０３は、Ｌ信号とＲ信号とを入力し、それぞれのベクトルの要素を相互に乗じて総和をとることにより、Ｌ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）を算出する。
【００６１】
係数計算部２０４は、パワ計算部２０１で算出されたＬ信号のパワ｜Ｌ｜２と、パワ計算部２０２で算出されたＲ信号のパワ｜Ｒ｜２と、内積計算部２０３で算出されたＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）と、を用いて、バランス重み係数ω及びダウンミックス係数α，βを算出する。算出方法は、上述したとおりである。係数計算部２０４の具体的な内部構成については後述する。
【００６２】
Ｍ信号算出部２０５は、Ｌ信号、Ｒ信号、及び、係数計算部２０４で算出されたα，βを式（２）に適用して、Ｍ信号を算出し、コア符号化器１０２へ出力する。
【００６３】
図３は、図２におけるダウンミックス部１０１の係数計算部２０４の内部構成を示すブロック図である。係数計算部２０４は、ω計算部３０１と、α／β計算部３０２と、係数格納部３０３と、により構成される。これらω計算部３０１、α／β計算部３０２、及び係数格納部３０３により、上述の繰り返し演算が実行され、最終的に最適なω，α，βの値が算出される。
【００６４】
ω計算部３０１は、パワ計算部２０１において算出されたＬ信号のパワ｜Ｌ｜２と、パワ計算部２０２において算出されたＲ信号のパワ｜Ｒ｜２と、内積計算部２０３において算出されたＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）と、を入力するとともに、α，βの値を係数格納部３０３から入力し、これらを式（６）に適用することにより、ωを算出する。
【００６５】
α／β計算部３０２は、パワ計算部２０１において算出されたＬ信号のパワ｜Ｌ｜２と、パワ計算部２０２で算出されたＲ信号のパワ｜Ｒ｜２と、内積計算部２０３で算出されたＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）と、を入力するとともに、ω計算部３０１で算出されたωの値を入力し、これらを式（８）の左辺を０としたα，βの２元１次連立方程式に適用して解くことにより、α，βを算出する。ここで得られたα，βは、上記繰り返し演算に用いられるため、繰り返しの回数をｊで表し、α，βをαｊ，βｊと表す。上述したように、計算回数の上限値を決めて、計算回数が上限に達したときに算出された値を最適値とする必要があるので、ここでは繰り返しの上限値をｊ＝Thとする。
【００６６】
係数格納部３０３は、予めα，βの初期値としてα０，β０を格納しておく。上述の例では、α０＝０．５、β０＝０．５である。さらに、係数格納部３０３は、α／β格納部３０２においてαｊ，βｊが算出されるごとに、算出されたαｊ，βｊの値を入力して格納する。格納の仕方は、繰り返しの回数分を格納できるようにしても良いし、あるいは、最低限の回数分（例えば１回分）だけ格納できるようにして、αｊ，βｊが算出されるごとに、格納されている値を逐次更新するようにしても良い。
【００６７】
ここで、α／β計算部３０２は、繰り返しの回数が１≦ｊ＜Thの場合には、上述のように、αｊ，βｊの値を係数格納部３０３へ出力し、繰り返しの回数が上限値ｊ＝Thに達した場合には、α＝αTh，β＝βThの値を、Ｍ信号算出部２０５へ出力する。また、ω計算部３０１は、係数格納部３０３にαｊ，βｊの値が格納される度に、係数格納部３０３からαｊ，βｊの値を取り出して、ωの値を算出する。
【００６８】
Ｍ信号算出部２０５は、Ｌ信号及びＲ信号を入力するとともに、係数計算部２０４において算出されたダウンミックス係数α，βを入力し、これらを式（２）に適用することにより、ダウンミックスされたＭ信号を算出する。このダウンミックスされたＭ信号は、コア符号化器１０２へ出力される。
【００６９】
次に、以上のようなダウンミックス方法をダウンミックス部１０１において実行するためのフローを、図４を用いて説明する。
【００７０】
図４は、ダウンミックス部１０１においてダウンミックスを実行することによりモノラル信号を生成するフロー図を示す。
【００７１】
まず、ダウンミックス部１０１においては、最初に初期値設定として、ｊ＝０、α０＝０．５、β０＝０．５が、予め係数格納部３０３に設定される（ステップＳＴ４０１）。
【００７２】
次に、パワ計算部２０１，２０２及び内積計算部２０３において、入力されたＬ信号及びＲ信号を用いた、パワ計算及び内積計算が実行されることにより、Ｌ信号のパワ｜Ｌ｜２、Ｒ信号のパワ｜Ｒ｜２、及びＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）が算出される（ステップＳＴ４０２）。
【００７３】
次に、ω計算部３０１において、パワ計算部２０１，２０２及び内積計算部２０３において算出された、Ｌ信号のパワ｜Ｌ｜２、Ｒ信号のパワ｜Ｒ｜２、及びＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）と、ステップＳＴ４０１で設定した初期値α０＝０．５、β０＝０．５とが、式（６）に適用されることにより、バランス重み係数ωの値が算出される（ステップＳＴ４０３）。
【００７４】
次に、α／β計算部３０２において、パワ計算部２０１，２０２及び内積計算部２０３において算出された、Ｌ信号のパワ｜Ｌ｜２、Ｒ信号のパワ｜Ｒ｜２、及びＬ信号とＲ信号との内積（ＬＲ）と、ステップＳＴ４０３で算出されたωの値とが、式（８）の左辺を０としたα，βの２元１次連立方程式に適用され、この２元１次連立方程式が解かれることにより、αｊ，βｊの値が算出される（ステップＳＴ４０４）。
【００７５】
次に、α／β計算部３０２において、繰り返し演算の計算回数ｊが予め設定した上限値ｊ＝Thであるか否かが判定される（ステップＳＴ４０５）。そして、計算回数が１≦ｊ＜Thの場合（ＳＴ４０５：ＮＯ）には、計算回数ｊの値に１が加算され（ステップＳＴ４０６）、フローはＳＴ４０３に戻る。一方、計算回数がｊ＝Thに達した場合（ＳＴ４０５：ＹＥＳ）には、α＝αTh、β＝βThは、最適値であるとみなされ、Ｍ信号算出部２０５へ出力される。
【００７６】
次に、Ｍ信号算出部２０５において、Ｌ信号及びＲ信号と、ＳＴ４０４で算出されたα＝αTh、β＝βThとが、式（２）に適用されることにより、モノラル信号（Ｍ信号）が算出される（ステップＳＴ４０７）。
【００７７】
以上が、本発明による、Ｌ信号及びＲ信号を用いてＭ信号を生成するダウンミックス方法である。
【００７８】
次に、重み量子化部１０６の具体的な構成の一例を、図５を用いて説明する。
【００７９】
図５は、図１における符号化装置１００の重み量子化部１０６の内部構成を示すブロック図である。重み量子化部１０６は、主に、内積計算部５０１，５０２と、パワ計算部５０３と、係数計算部５０４と、係数符号化部５０５と、係数復号部５０６と、により構成される。
【００８０】
内積計算部５０１は、ＭＤＣＴ部１０３，１０４から出力された、周波数領域Ｌ信号と復号化Ｍ信号とを入力し、それぞれのベクトルの要素を相互に乗じて総和をとることにより、Ｌ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｌ）を算出する。
【００８１】
内積計算部５０２は、ＭＤＣＴ部１０５，１０４から出力された、周波数領域Ｒ信号と復号化Ｍ信号とを入力し、それぞれのベクトルの要素を相互に乗じて総和をとることにより、Ｒ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｒ）を算出する。
【００８２】
パワ計算部５０３は、ＭＤＣＴ部１０４から出力された周波数領域Ｍ信号を入力し、このＭ信号のパワ｜Ｍ＾｜２を算出する。
【００８３】
係数計算部５０４は、内積計算部５０１，５０２においてそれぞれ算出された、Ｌ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｌ）及びＲ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｒ）と、パワ計算部５０３において算出されたＭ信号のパワ｜Ｍ＾｜２と、を入力し、これらを用いてバランス重み係数ωを算出する。ここでのバランス重み係数ωの算出方法については、後述する。
【００８４】
係数符号化部５０５は、係数計算部５０４において算出されたバランス重み係数ωを符号化する。符号化されたバランス重み係数（すなわち、バランス重み係数に関する符号）は、多重化部１１３及び係数復号部５０６へ出力される。
【００８５】
係数復号部５０６は、係数符号化部５０５において符号化されたバランス重み係数を復号（すなわち、逆量子化）し、逆量子化されたバランス重み係数ω’を生成する。上述のように、ｗＬ＋ｗＲ＝２の関係から、ｗＬ＝ω’，ｗＲ＝２−ω’と表すことができるので、係数復号部５０６は、逆量子化されたバランス重み係数ω’を用いて、２つのバランス重み係数ｗＬ，ｗＲを算出する。
【００８６】
算出されたバランス重み係数ｗＬ，ｗＲは、それぞれ乗算部１０７，１０８へ出力され、バランス調整処理及び主成分の除去処理に用いられる。
【００８７】
ここで、係数計算部５０４におけるバランス重み係数ωの算出方法について、簡単に説明する。ここでのバランス重み係数ωの算出方法においても、ダウンミックス部１０１におけるバランス重み係数の算出方法と同様に、コスト関数Ｅが最小となるように、バランス重み係数ωが決定される。
【００８８】
まず、コスト関数Ｅは、式（３）と同様に表すことができる。ただし、重み量子化部１０６に入力されるＬ信号、Ｒ信号、及びＭ信号は、周波数変換後の信号である。また、Ｍ信号は復号化されたＭ信号であるので、式（２）において用いたＭをＭ＾に置き換えることにより、コスト関数Ｅは、次の式（９）のように、Ｌ信号に関する差分信号のパワとＲ信号に関する差分信号のパワとの和で与えられる。
【数９】
2010140350.tif 000011
【００８９】
式（９）において、バランス重み係数ωにより式（９）を偏微分すると、次の式（１０）が得られる。
【数１０】
2010140350.tif 000012
【００９０】
よって、式（１０）の左辺を０とすることにより、バランス重み係数ωは、次の式（１１）で表される。
【数１１】
2010140350.tif 000013
【００９１】
したがって、内積計算部５０１，５０２においてそれぞれ算出された、Ｌ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｌ）及びＲ信号とＭ信号との内積（Ｍ＾Ｒ）と、パワ計算部５０３において算出されたＭ信号のパワ｜Ｍ＾｜２とを、式（１１）に適用することにより、最適なバランス重み係数ωを算出することができる。
【００９２】
以上のように、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた、ダウンミックス方法及び符号化装置の構成により、最適な係数が設定されるので、高い量子化性能を実現することができる。
【００９３】
ただし、ダウンミックス係数α，βの値がベクトル毎に激しく変動するような場合には、得られるＭ信号が不連続な音になる可能性があるので、α，βに対してスムージングを行っても良い。これにより、得られるＭ信号が不連続な音になることを抑えることができる。たとえばこのスムージングの方法としては、算出されたα，βを用いて、次の式（１２）によってスムージングを行うことができる。そして、式（１２）によって得られるα＾，β＾をダウンミックスに用いることができる。
【数１２】
2010140350.tif 000014
【００９４】
スムージングの効果を得るためには、上記した加速係数ηは、０．１〜０．３程度の定数とすれば良い。なお、この加速係数は、定数とする以外にも、ダウンミックス係数α，βの変動に応じて変化させる方法もある。すなわち、α，βの変動が大きい場合には加速係数ηを小さくし、逆にα，βの変動が小さい場合には加速係数ηを大きくする。これにより、スムージングの効果を得ながら、変動が小さい場合にはすばやく最適化できる。スムージングは、α，βの変動量を一定にするという方法をとっても、同様の効果が得られる。
【００９５】
また、ダウンミックスを行いながらスムージングを行っても良い。これは、次の式（１３）で表されるアルゴリズムによって実現できる。
【数１３】
2010140350.tif 000015
【００９６】
式（１３）で用いられる加速係数λは、式（１２）で用いられる加速係数ηよりも小さくて良く、具体的には、０．０１〜０．０５程度で十分なスムージング性能を得ることができる。
【００９７】
なお、式（６）のωをそのまま式（８）に代入すれば、変数をα，βのみにすることができるが、式が複雑になり過ぎる（つまり、分数式で分母分子が高次になる）ので、解くことが難解になる。これに対して、本実施の形態で説明した方法では、逐次計算を必要とするが、複雑な計算により解を求めなくて良いという利点がある。
【００９８】
以上のようにして求められた、αとβ、あるいはα＾とβ＾を、式（２）に用いてダウンミックスすることにより、Ｍ信号を求める。この方法によれば、次の効果が得られる。すなわち、第１に、バランス調整処理と主成分の除去処理とを前提としたダウンミックスを行うことができる。第２に、主成分除去後のＬ信号のパワとＲ信号のパワとの和を最小化することができるので、符号化性能を向上することができ、結果として、より良好な音質を得ることができる。第３に、バランス重み係数に総和の制限をつけることによって、必要になるスケーリングの値は、ダウンミックス時にＭ信号に含まれてしまう。この結果、復号化Ｍ信号について考慮せずに、バランス重み係数の一方であるωのみを符号化すれば良いので、少ないビット数での量子化が可能になる。
【００９９】
ここで、対比技術として従来のダウンミックス方法について簡単に説明する。従来のダウンミックスでは、次の式（１４）によってＭ信号が求められている。
【数１４】
2010140350.tif 000016
【０１００】
この従来のダウンミックス方法と本実施の形態で説明したダウンミックス方法とを比較すると、定性的には、重み（ダウンミックス係数）をあらかじめ０．５と固定することによって平均がとられる従来のダウンミックス方法よりも、本実施の形態のダウンミックス方法の方が、重みに対するＬ信号及びＲ信号のパワによる影響が大きい。すなわち、式（８）を見てわかるように、よりパワの大きい信号のダウンミックス係数が大きくなる傾向がある。Ｍ信号においてパワの大きい信号成分の割合が高くなることによって、その成分に対してより多くのビットが配分される。この結果として、パワの大きい方の信号の誤差が減少するので、結果的に誤差の総和が少なくなる。
【０１０１】
また、上記した従来のダウンミックス方法において、本実施の形態で説明したダウンミックス方法と同様の、２つのバランス重み係数の和が定数になるという制限を加えると、従来のダウンミックス方法の符号化性能が悪いので、スケーリング成分の量子化が必要となる。しかしながら、本実施の形態で説明したダウンミックス方法では、上記したように、スケーリング成分の量子化が不要になる利点がある。
【０１０２】
以上のように本実施の形態によれば、ステレオ信号を構成するＬ信号及びＲ信号を入力とする符号化装置１００において、ダウンミックス部１０１が、Ｌ信号及びＲ信号に、係数α及びβをそれぞれ乗算した乗算結果を加算することにより、モノラル信号（Ｍ信号）を生成する。そして、乗算部１０７と加算部１０９とを用いて、前記モノラル信号に、バランス重み係数ｗＬを乗算して、Ｌ信号から減算することにより、Ｌ信号に対応する第１の符号化ターゲット信号としてターゲットＬ信号を生成し、同様に、乗算部１０８と加算部１１０とを用いて、前記モノラル信号に、バランス重み係数ｗＲを乗算して、Ｒ信号から減算することにより、Ｒ信号に対応する第２の符号化ターゲット信号としてターゲットＲ信号を生成する。ダウンミックス係数α、βは、バランス重み係数ｗＬ及びｗＲとともに、下記式（１５）で表されるコスト関数Ｅを最小化するように算出される。
【数１５】
2010140350.tif 000017
【０１０３】
ここで、Ｅは、コスト関数であり、Ｌは、Ｌ信号であり、Ｒは、Ｒ信号であり、Ｍは、モノラル信号である。
【０１０４】
こうすることで、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に最適な係数が設定されるので、高い量子化性能を実現する符号化装置を実現することができる。
【０１０５】
（実施の形態２）
実施の形態２では、バランス調整と主成分除去とを利用して符号化・復号化を行う構成として、非特許文献３（P232、Fig.B.13）に示されている方法をより精度良く実行できる構成を示す。なお、実施の形態２に係る符号化装置の主要構成は実施の形態１と同様であるので、図１を用いて説明する。また、本実施の形態は、実施の形態１と同様に、ダウンミックスのみに関わるものであるので、復号装置についての説明は省略する。
【０１０６】
実施の形態２に係る符号化装置１００のダウンミックス部１０１は、入力したＬ信号及びＲ信号を「所定のダウンミックス方法」によってダウンミックスすることにより、Ｍ信号を得る。ただし、実施の形態２の「所定のダウンミックス方法」は実施の形態１と異なり、Ｍ信号は、Ｌ信号同士を乗じたものとＲ信号同士を乗じたものとの和を基本要素とする多元１次方程式を解くことによって求められる。この「所定のダウンミックス方法」及びダウンミックス部１０１の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【０１０７】
コア符号化器１０２から加算部１０９及び１１０までの処理は実施の形態１と基本的に同じなので、その説明を省略する。ただし、実施の形態１では、効率的な量子化を行うために２つの重み係数は加算したら２．０になるという制限（ｗＬ＋ｗＲ＝２，ｗＬ＝ω，ｗＲ＝２−ω）を与えていたが、実施の形態２ではより自由度を上げて分析を行うためにバランス重み係数の大きさに制限を設けない。
【０１０８】
次に、ダウンミックス部１０１におけるダウンミックス方法を詳細に説明する。
【０１０９】
まず、実施の形態２のダウンミックスアルゴリズムについて説明する。このアルゴリズムは、逆行列を精度良く計算できる場合に用いることができる。このアルゴリズムによれば、Ｍ信号に関し、実施の形態１よりも一般的な解を求めることができ、その解は、バランス調整と主成分除去とを前提とした場合、理論上最適になる。
【０１１０】
まず、バランス調整及び主成分除去による誤差（つまり、コスト関数）は、符号化前のＭ信号とバランス重み係数とによって、次の式（１６）のように表される。
【数１６】
2010140350.tif 000018
【０１１１】
ここで、バランス重み係数ωＬ（＝ｗＬ）とωＲ（＝ｗＲ）とが互いに独立で且つその値に制限がなく、また、Ｍ信号のパワ（つまり、｜Ｍ｜２）を１とする。これらの条件の下、式（１６）のコスト関数（歪の関数）を２つのバランス重み係数ωＬ，ωＲで偏微分することによって、２つの係数を求める。計算方法は、式（１７）に示す通りである。
【数１７】
2010140350.tif 000019
【０１１２】
式（１７）で得られたバランス重み係数ωＬ，ωＲを式（１６）のコスト関数に代入すると、次の式（１８）が得られる。なお、ｉはインデクスである。
【数１８】
2010140350.tif 000020
【０１１３】
そこで、Ｍ信号を求めるべく、式（１８）のコスト関数をＭ信号の要素で偏微分すると、次の式（１９）が得られる。なお、Ｉは偏微分するモノラル信号のインデックスである。
【数１９】
2010140350.tif 000021
【０１１４】
ここで、上記式（１９）は不定解を持つので一見解けない様に見える。しかし、Ｍ信号には｜Ｍ｜２＝１という条件があるが、式（１９）は、Ｍ信号のベクトルとしての大きさに依存しないので、１つの要素を任意に固定できる。そこで、Ｍ０＝１と仮定する。こうすることで、式（１９）から次の式（２０）が得られる。
【数２０】
2010140350.tif 000022
【０１１５】
したがって、式（２０）で表される多元１次連立方程式を解くことにより、パワ及び極性が定まっていないＭ信号のベクトルを求めることができる。具体的には、式（２０）におけるＬ信号同士を乗じた項Ｌｉ・ＬＩとＲ信号同士を乗じた項Ｒｉ・ＲＩとの和を要素とする正方行列の逆行列を求め、その逆行列を式（２０）の右辺に乗ずることによって、Ｍ信号のベクトルを求めることができる。そして、次の式（２１）、式（２２）の手順でパワの正規化を行うことにより、Ｍ信号が得られる。なお、ｊはインデクスである。
【数２１】
2010140350.tif 000023
【数２２】
2010140350.tif 000024
【０１１６】
以上のアルゴリズムにより、パワが「１．０」のモノラル信号の形状を求めることができる。なお、上記においては、ｉ＝０と固定したときにＭ０＝１と仮定したが、異なるｉの値を固定しても良い。例えば、ｉ＝２と固定した場合はＭ２＝１とし、式（２０）は０から始まり２番目の項を抜いた系列となる。
【０１１７】
そして、最後に、以下の手順によってモノラル信号のパワと極性とを調節することにより、実際に用いるモノラル信号が求められる。実施の形態２では、パワ及び極性の調節は、Ｌ信号及びＲ信号のそれぞれとパワ調整されたＭ信号との差が最小になるように行われる。すなわち、次の式（２３）のコスト関数Ｆが最小となる係数ａを求めればよい。
【数２３】
2010140350.tif 000025
【０１１８】
したがって、式（２３）を係数ａで偏微分した結果が０となることから、係数ａは、式（２４）によって求められる。
【数２４】
2010140350.tif 000026
【０１１９】
この係数ａを用いて、次の式（２５）、式（２６）の手順で、最終的なモノラル信号Ｍが求められる。
【数２５】
2010140350.tif 000027
【数２６】
2010140350.tif 000028
【０１２０】
以上で実施の形態２のダウンミックスアルゴリズムの説明を終える。
【０１２１】
次に、このアルゴリズムを用いてダウンミックスを行う方法について説明する。
【０１２２】
ここでは、モノラル信号の連続性を確保するために（つまり、隣り合ったモノラル信号同士の接続部分に異音感が発生しないように）、整合窓を使うことによりＭ信号を整合させる。例えば、３２０サンプルのＬ信号及びＲ信号から３２０サンプルのＭ信号を求める場合には、例えば前後２０サンプルずつ余分にモノラル信号の算出を行う。具体的には、図６に示すような台形の整合窓（以下、台形窓と記載）を、処理対象フレームの２０サンプル前から２０サンプル後まで切り出されたＬ信号及びＲ信号に乗じる。図６には１フレームが３２０サンプルの場合が示されており、この場合、切り出されたＬ信号及びＲ信号は３６０サンプルの信号として処理される。
【０１２３】
次に、以上のようなダウンミックス方法を実行するダウンミックス部１０１ａの具体的な構成の一例を、図７を用いて説明する。ダウンミックス部１０１ａは、図１における符号化装置１００において、実施の形態１のダウンミックス部１０１とは内部構成が異なるものである。
【０１２４】
図７は、実施の形態２に係る符号化装置１００のダウンミックス部１０１ａの内部構成を示すブロック図である。ダウンミックス部１０１ａは、主に、ベクトル計算部６０１と、マトリックス計算部６０２と、逆行列計算部６０３と、乗算部６０４と、調整部６０５と、整合部６０６と、により構成される。
【０１２５】
ベクトル計算部６０１は、切り出されたＬ信号及びＲ信号のサンプルを用いて、式（２０）の右辺のベクトルを、式（２７）のように求める。
【数２７】
2010140350.tif 000029
【０１２６】
マトリックス計算部６０２は、切り出されたＬ信号及びＲ信号のサンプルを用いて、式（２０）の左辺のマトリックス（正方行列）を、式（２８）のように求める。
【数２８】
2010140350.tif 000030
【０１２７】
そして、逆行列計算部６０３は、式（２８）のマトリックスの逆行列を求める。このマトリックスは正方行列なので、一般的なアルゴリズム（例えば、「最大ピボット法」など）で、逆行列を求めることができる。
【０１２８】
乗算部６０４は、逆行列計算部６０３で得られた逆行列と、ベクトル計算部６０１で得られたベクトルとを乗算することにより、パワ及び極性が定まっていないＭ信号のベクトルを求める。すなわち、ベクトル計算部６０１、マトリックス計算部６０２、逆行列計算部６０３、及び乗算部６０４は、Ｍ信号ベクトルの算出手段として機能している。
【０１２９】
調整部６０５は、パワの調整（つまり、式（２１）、式（２２）で表される調整）と、パワ及び極性の調整（つまり、式（２４）、式（２５）、式（２６）で表される調整）とを行い、Ｍ信号を求める。
【０１３０】
整合部６０６は、調整部６０５で得られた、複数の切り出されたＭ信号を重ねて加算し、Ｍ信号列を得る。図８は、整合部６０６における加算の様子を示す図である。
【０１３１】
なお、図６においてＬ信号とＲ信号とは最初に台形窓で切り出されているので、整合部６０６は、調整部６０５で得られた複数のＭ信号をそのまま重ねて加算する。調整部６０５で得られるＭ信号の長さは３６０サンプルであり、整合部６０６で重ねて加算される部分の長さは前後４０サンプルずつである。したがって、Ｍ信号の列において１フレーム（＝３２０サンプル）分のＭ信号（図８の破線で示した部分）が得られる。以上でダウンミックス部１０１ａの詳細な説明を終える。
【０１３２】
なお、以上の説明では、台形窓を用いて整合しているが、代わりにサイン窓又は三角窓などを用いてもよい。本発明が窓の形状に依存しないからである。ただし、重なる部分の長さが大きくなるほど遅延時間が増えるので注意が必要である。
【０１３３】
以上のように得られたダウンミックス部１０１ａを、図１の符号化装置１００のダウンミックス部１０１に適用することにより、バランス重み係数を用いた復号Ｍ信号の差分によってより冗長性を除くことが出来、より効率的な符号化が出来る。
【０１３４】
なお、実施の形態１ではｗＬ＋ｗＲ＝２すなわちバランス重み係数の和が２という条件を設定したが、本実施の形態ではこの条件を設定していない。しかしながら、ダウンミックス時の重みの条件は違うものの、実際には、本実施の形態のダウンミックス部１０１ａを適用しても、バランス重み係数の和が２に近い値となるという傾向が確かめられている。したがって、本実施の形態においては、効率的な重みの符号化方法（少ないビット数で重みを符号化すること）を選択し、ダウンミックス部１０１ａをダウンミックス部１０１に適用する場合においても、図１の符号化装置１００の重み量子化部１０６は、従来の構成或いは実施の形態１と同じ構成とする。もちろん、本実施の形態におけるダウンミックス部１０１ａの構成に対して最適化された構成を有する重み量子化部を設定して適用することも可能である。
【０１３５】
以上のように本実施の形態によれば、ステレオ信号を構成するＬ信号（第１信号）及びＲ信号（第２信号）を用いて、符号化対象のモノラル信号を生成するダウンミックス装置（ダウンミックス部１０１ａ）において、第１信号の要素同士の積と第２信号の要素同士の積との和を用いて設定される演算式を計算した結果を用いてモノラル信号を生成する。
【０１３６】
具体的には、本実施の形態のダウンミックス装置（ダウンミックス部１０１ａ）は、前記第１信号の固定の番号の要素と前記第１信号の第１の番号の要素との積と、前記第２信号の前記固定の番号の要素と前記第２信号の前記第１の番号の要素との積と、の和を要素とする第３信号を算出するベクトル算出手段（ベクトル計算部６０１）と、前記第１信号の第２の番号の要素と前記第１信号の前記第１の番号の要素との積と、前記第２信号の前記第２の番号の要素と前記第２信号の前記第１の番号の要素との積と、の和を要素とするマトリックスを算出するマトリックス算出手段（マトリックス計算部６０２）と、前記マトリックスの逆行列を算出する逆行列算出手段（逆行列計算部６０３）と、前記逆行列と前記第３信号とを乗じた結果を用いて前記モノラル信号を生成する乗算手段と、を具備する。
【０１３７】
（他の実施の形態）
（１）上記各実施の形態においては、ステレオ信号の符号化の前にモノラル信号をコア符号化器で符号化するスケーラブル構成を例に挙げた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、コア符号化器を具備せず、ステレオ信号を符号化する符号化装置に対しても適用することができる。
【０１３８】
（２）上記各実施の形態においては、重み量子化部１０６で扱うモノラル信号として、復号化モノラル信号を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、「ダウンミックスしたモノラル信号」を用いても良い。
【０１３９】
（３）実施の形態１では、ＬとＲとのバランス重み係数の和を２．０に固定する場合について説明したが、この数値は他のどのような数値でも良いことは明らかである。例えば、ＬとＲとのバランス重み係数の和を１．０とするならば、バランス重み係数は２．０とした時の半分の値になり、Ｍ信号の大きさは倍になるというだけであり、符号器・復号器をそれに応じて調整すれば全く同じ性能が得られることは明らかである。
【０１４０】
（４）上記各実施の形態では、ダウンミックスを時間領域で行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、周波数領域でダウンミックスしたものを時間領域へ変換しても良い。本発明はダウンミックスがどの領域で行われたかには依存しないからである。
【０１４１】
（５）上記各実施の形態では、周波数領域への変換方法としてＭＤＣＴを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、「ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）」でも「ＦＦＴ（Fast Fourier transform）」でもこれに類したディジタル変換方式ならばどのような方式が用いられても良い。本発明が周波数変換方法に依存しないからである。
【０１４２】
（６）上記各実施の形態においては、符号化装置１００に入力される信号を、周波数領域の信号であるＬ信号とＲ信号として説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、符号化装置１００への入力信号であり、ステレオ信号を構成する第１の信号及び第２の信号は、時間領域の信号でも、周波数領域の信号でも、またそれらの部分区間でも良い。本発明は入力信号の性質に依存しないからである。
【０１４３】
（７）上記各実施の形態において得られる符号は、通信に用いられる場合は伝送され、蓄積に使われる場合は記録媒体（メモリ、ディスク、印刷コード、等）に格納される。本発明は符号の利用方法には依存しない。
【０１４４】
（８）上記各実施の形態では２チャンネルの場合について示したが、５．１ｃｈなどの多チャンネルの場合についても本発明が有効なのは明らかである。
【０１４５】
（９）上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１４６】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１４７】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【０１４８】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１４９】
２００９年６月２日出願の特願２００９−１３３３０８の日本出願および２００９年１０月９日出願の特願２００９−２３５４０９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明のダウンミックス装置、符号化装置、及びこれらの方法は、バランス重み係数によるバランス調整処理と主成分の除去処理とを組み合わせた場合に高い量子化性能を実現するものとして有用である。
【符号の説明】
【０１５１】
１００  符号化装置
１０１  ダウンミックス部
１０２  コア符号化器
１０３，１０４，１０５  ＭＤＣＴ部
１０６  重み量子化部
１０７，１０８，６０４  乗算部
１０９，１１０  加算部
１１１，１１２  符号化器
１１３  多重化部
２０１，２０２，５０３  パワ計算部
２０３，５０１，５０２  内積計算部
２０４，５０４  係数計算部
２０５  Ｍ信号算出部
３０１  ω計算部
３０２  α／β計算部
３０３  係数格納部
５０５  係数符号化部
５０６  係数復号部
６０１  ベクトル計算部
６０２  マトリックス計算部
６０３  逆行列計算部
６０５  調整部
６０６  整合部
【図１】
2010140350.tif 000031
【図２】
2010140350.tif 000032
【図３】
2010140350.tif 000033
【図４】
2010140350.tif 000034
【図５】
2010140350.tif 000035
【図６】
2010140350.tif 000036
【図７】
2010140350.tif 000037
【図８】
2010140350.tif 000038
【国際調査報告】
2010140350.tif 000039
2010140350.tif 000040
2010140350.tif 000041
2010140350.tif 000042