(57)【要約】【課題】元の音質及び音の空間的印象を保ち、かつ所用ビットレートも抑制することのできる、３次元音響符号化装置、３次元音響復号装置及びプログラムを提供する。【解決手段】３次元音響システムの信号を、３次元音響システムのチャネル数をダウンミックスした仮想音響システムの信号に割り当てるための重み係数を算出する重み係数算出部と１０３、前記仮想音響システムの信号を表す基本信号を、前記３次元音響システムの信号及び前記重み係数から算出する基本信号算出部１０４と、前記基本信号とともに線形演算によって前記３次元音響システムの信号を再現する補助信号を、前記３次元音響システムの信号及び前記重み係数から算出する補助信号算出部１０５と、基本信号及び補助信号を符号化する符号化部１０６と備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のチャネルによって構成される３次元音響システムの各チャネル信号を符号化する３次元音響符号化装置であって、
３次元音響システムの各チャネル信号について、前記３次元音響システムのチャネル数を所定の受音点を基準にして少ないチャネル数の仮想音響システムに変換して符号化する際に、該仮想音響システムの各チャネルに対応する信号を基本信号とし、前記基本信号から３次元音響システムの各チャネル信号への復元を補助する信号を補助信号とし、前記基本信号及び前記補助信号に用いる重み付けの情報を重み係数として規定しており、
前記３次元音響システムの各チャネル信号を入力する手段と、
前記仮想音響システムの各チャネルに近傍する前記３次元音響システムの各チャネルから選定された複数のチャネル信号を前記重み係数に従ってダウンミックスして、前記基本信号の各々を生成する手段と、
復号側で解凍すべき、前記３次元音響システムのチャネル数に相当する数の独立した方程式を構成するように、前記基本信号とは別に前記３次元音響システムのチャネル数と前記基本信号の数との差に相当する数の前記補助信号を生成する手段と、
前記基本信号及び前記補助信号を符号化する符号化手段とを備え、
復号側で前記重み係数、前記基本信号及び前記補助信号から前記３次元音響システムを復元できるようにしたことを特徴とする３次元音響符号化装置。
【請求項２】
前記受音点における前記３次元音響システムの音響インテンシティ及び音圧、並びに前記受音点における前記仮想システムの音響インテンシティ及び音圧が一致するように、前記重み係数を決定する重み係数算出手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の３次元音響符号化装置。
【請求項３】
前記符号化手段は、前記基本信号及び前記補助信号の各符号化ビット割り当てについて、前記基本信号に割り当てる割当て量を高くして符号化することを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の３次元音響符号化装置。
【請求項４】
多数のチャネルによって構成される３次元音響システムの各チャネル信号を復号する３次元音響復号装置であって、
請求項１に記載された符号化装置によって符号化された前記基本信号及び前記補助信号を復号する復号手段と、
前記復号手段によって復号した前記基本信号及び前記補助信号並びに前記重み係数から前記３次元音響システムの各チャネル信号を、前記方程式を解凍して復元する信号復元手段と、
を備えることを特徴とする３次元音響復号装置。
【請求項５】
請求項１に記載の３次元音響符号化装置として構成するコンピュータに、
（ａ）前記３次元音響システムの各チャネル信号を入力するステップと、
（ｂ）前記仮想音響システムの各チャネルに近傍する前記３次元音響システムの各チャネルから選定された複数のチャネル信号を前記重み係数に従ってダウンミックスして、前記基本信号の各々を生成するステップと、
（ｃ）復号側で解凍すべき、前記３次元音響システムのチャネル数に相当する数の独立した方程式を構成するように、前記基本信号とは別に前記３次元音響システムのチャネル数と前記基本信号の数との差に相当する数の前記補助信号を生成するステップと、
（ｄ）前記基本信号及び前記補助信号を符号化するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【請求項６】
請求項４に記載の３次元音響復号装置として構成するコンピュータに、
（ａ）請求項１に記載された符号化装置によって符号化された前記基本信号及び前記補助信号を復号するステップと、
（ｂ）前記復号手段によって復号した前記基本信号及び前記補助信号並びに前記重み係数から前記３次元音響システムの各チャネル信号を、前記方程式を解凍して復元するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数のチャネルによって構成される３次元音響システムの信号を符号化する符号化装置・符号化プログラム、３次元音響信号を復号する復号装置・復号プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音響信号の符号化方式として、低ビットレートの符号化では、ＭＰ３に基づく方式が知られている。これらは、元の信号を２ｃｈにダウンミックスした信号と、ダウンミックス信号から元の信号を復元するためのパラメータを備えたパラメトリックな符号化方式である。
【０００３】
また、ＣＤ（コンパクトディスク）の品質を保ったまま符号化する方式として、ＡＡＣ（Adovanced Audio Coding）方式が知られている。２０１１年からの高度ＢＳ放送では、２２．２チャネル音響を符号化・伝送するために、既存のＡＡＣ符号化を用いる方式が標準化される予定である。さらに、ＡＡＣ方式を改良し、絶対可聴閾値の設定を可変とする技法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４３９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＭＰ３に基づく方式は、３次元音響を２ｃｈにダウンミックスした時点で、音の空間印象が劣化するだけでなく、パラメトリック方式の特徴として、伝送レートは圧縮できるが音質も劣化するという問題があった。
【０００６】
また、ＡＡＣ方式に基づく方式は、従来の２次元オーディオ符号化に基づくものであるため、２２．２チャネル音響のような３次元音響を符号化する場合には、高い圧縮率を実現することができないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、元の音質だけでなく、元の音の空間的印象も保ちながら、かつ所用ビットレートも抑制することのできる、新たな３次元音響符号化装置、３次元音響復号装置、符号化プログラム及び復号プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る３次元音響符号化装置は、多数のチャネルによって構成される３次元音響システムの各チャネル信号を符号化する３次元音響符号化装置であって、３次元音響システムの各チャネル信号について、前記３次元音響システムのチャネル数を所定の受音点を基準にして少ないチャネル数の仮想音響システムに変換して符号化する際に、該仮想音響システムの各チャネルに対応する信号を基本信号とし、前記基本信号から３次元音響システムの各チャネル信号への復元を補助する信号を補助信号とし、前記基本信号及び前記補助信号に用いる重み付けの情報を重み係数として規定しており、前記３次元音響システムの各チャネル信号を入力する手段と、前記仮想音響システムの各チャネルに近傍する前記３次元音響システムの各チャネルから選定された複数のチャネル信号を前記重み係数に従ってダウンミックスして、前記基本信号の各々を生成する手段と、復号側で解凍すべき、前記３次元音響システムのチャネル数に相当する数の独立した方程式を構成するように、前記基本信号とは別に前記３次元音響システムのチャネル数と前記基本信号の数との差に相当する数の前記補助信号を生成する手段と、前記基本信号及び前記補助信号を符号化する符号化手段とを備え、復号側で前記重み係数、前記基本信号及び前記補助信号から前記３次元音響システムを復元できるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る３次元音響符号化装置において、前記受音点における前記３次元音響システムの音響インテンシティ及び音圧、並びに前記受音点における前記仮想システムの音響インテンシティ及び音圧が一致するように、前記重み係数を決定する重み係数算出手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る３次元音響符号化装置において、前記符号化手段は、前記基本信号及び前記補助信号の各符号化ビット割り当てについて、前記基本信号に割り当てる割当て量を高くして符号化することを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記課題を解決するため、本発明に係る３次元音響復号装置は、請求項１に記載された符号化装置によって符号化された前記基本信号及び前記補助信号を復号する復号手段と、前記復号手段によって復号した前記基本信号及び前記補助信号並びに前記重み係数から前記３次元音響システムの各チャネル信号を、前記方程式を解凍して復元する信号復元手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに、上述の課題を解決するために、本発明は請求項１に記載の３次元音響符号化装置として構成するコンピュータに、（ａ）前記３次元音響システムの各チャネル信号を入力するステップと、（ｂ）前記仮想音響システムの各チャネルに近傍する前記３次元音響システムの各チャネルから選定された複数のチャネル信号を前記重み係数に従ってダウンミックスして、前記基本信号の各々を生成するステップと、（ｃ）復号側で解凍すべき、前記３次元音響システムのチャネル数に相当する数の独立した方程式を構成するように、前記基本信号とは別に前記３次元音響システムのチャネル数と前記基本信号の数との差に相当する数の前記補助信号を生成するステップと、（ｄ）前記基本信号及び前記補助信号を符号化するステップと、を実行させるためのプログラムとしても特徴付けられる。
【００１３】
また、上述の課題を解決するために、本発明は、請求項４に記載の３次元音響復号装置として構成するコンピュータに、（ａ）請求項１に記載された符号化装置によって符号化された前記基本信号及び前記補助信号を復号するステップと、（ｂ）前記復号手段によって復号した前記基本信号及び前記補助信号並びに前記重み係数から前記３次元音響システムの各チャネル信号を、前記方程式を解凍して復元するステップと、を実行させるためのプログラムとしても特徴付けられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、３次元音響信号を、基本信号と補助信号とに分離し、基本信号のみでも受音点での音響物理量を再現できるため、補助信号に対するビットレートを削減することにより、元の音質だけでなく、元の音の空間的印象も保ちながら、かつ所用ビットレートも抑制して伝送することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による一実施例の３次元音響符号化装置の構成図である。
【図２】本発明による一実施例の３次元音響復号装置の構成図である。
【図３】本発明による一実施例の３次元音響システムをダウンミックスした仮想音響システムのスピーカ配置例を示す図である。
【図４】本発明による一実施例の、３次元音響システム信号の仮想音響システム信号への割り当てを説明する図である。
【図５】本発明による一実施例の３次元音響符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明による一実施例の３次元音響復号装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明による３次元音響符号化装置及び３次元音響復号装置を用いたシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ある方向から到来する音は、音圧や粒子速度などの音響物理量で表される。これらの物理量のうち、音響インテンシティは、単位面積を通過する音響エネルギーと、その方向性を表すベクトル量として知られており、音源方向の推定などの分野で、その有効性が示されている。
【００１７】
３次元音響システムで音を再生した場合に対して、受聴点（受音点）で観測した音響インテンシティや音圧を等しく保ちつつ、チャネル数を減らすことができれば、チャネル数を減らしたことによる音の空間的印象の劣化を抑えることができる。しかし、このようにしてチャネル数を減らしても、チャネル数を減らす段階で設定した受聴点とはずれた位置で、再生音を聴いた場合には、その音の空間的な印象が劣化してしまう。そこで、３次元音響信号を高品質に伝送する場合には、特定の受聴点で音響インテンシティなどの音響物理量を一定に保ちながら少ないチャネル数に変換した信号（以下、「基本信号」という）の他に、再生時に空間的印象を再現するための信号（以下、「補助信号」という）が必要となる。
【００１８】
本発明は、このように、３次元音響信号を、基本信号と補助信号とに分けて伝送することを特徴とする方式である。また、３次元音響信号を上記のような基本信号と補助信号とに分けることができれば、符号化（量子化）する際に、基本信号に重点的にビットを割り当て、補助信号への割り当てを少なくすることにより、元の音の空間的印象を保ったままビットレートを圧縮することが可能となる。
【００１９】
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の３次元音響符号化装置及び３次元音響復号装置について説明する。
【００２０】
［３次元音響符号化装置及び３次元音響復号装置の構成］
図７は、本発明の３次元音響符号化装置及び３次元音響復号装置を用いたシステムの概略図である。本システムは３次元音響符号化装置１０と、送信装置１１と、受信装置１２と、３次元音響復号装置１３とを備える。３次元音響符号化装置１０は、３次元音響信号の符号化処理を行い、送信装置１１に出力する。送信装置１１は、３次元音響符号化装置１０から出力される信号を変調し、受信装置１２に送信する。受信装置１２は、送信装置１１から送信される信号を受信して復調し、３次元音響復号装置１３に出力する。３次元音響復号装置１３は、受信装置１２から出力される信号の復号処理を行う。
【００２１】
図１は、本発明の３次元音響符号化装置１０の構成図である。３次元音響符号化装置１０は、音響信号入力部１０１と、スピーカ位置情報記憶部１０２と、重み係数算出部１０３と、基本信号算出部１０４と、補助信号算出部１０５と、符号化部１０６と、多重化部１０７とを備える。
【００２２】
音響信号入力部１０１は、入力される元の３次元音響システムの各スピーカからの音響信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル形式の音響信号を基本信号算出部１０４に出力する。
【００２３】
スピーカ位置情報記憶部１０２は、３次元音響システムの各スピーカの極座標における位置情報ξ＝（σ,θ,φ）が予め記憶される。また、３次元音響システムのチャネル数をより少ないチャネル数にダウンミックスした時の３次元音響システム（以下、「仮想音響システム」という）の各スピーカの極座標における位置情報
2011002574.tif 000003
ｊ＝１,…,ｍ、も予め記憶される。
【００２４】
重み係数算出部１０３は、スピーカ位置情報記憶部１０２に記憶されたスピーカ位置情報に基づいて、基本信号及び補助信号に用いられる重み係数を算出し、基本信号算出部１０４に出力する。重み係数は、後述するように、３次元音響システムと仮想音響システムの音響インテンシティ及び音圧が等しくなるように定められる。
【００２５】
基本信号算出部１０４は、音響信号入力部１０１から出力される音響信号、及び重み係数算出部１０２から出力される重み係数から、基本信号の演算式に基づいて基本信号を算出し、補助信号算出部１０５及び符号化部１０６に出力する。基本信号の演算式については後述する。
【００２６】
補助信号算出部１０５は、音響信号入力部１０１から出力される音響信号、及び重み係数算出部１０２から出力される重み係数から、補助信号の演算式に基づいて補助信号を算出し、符号化部１０６に出力する。補助信号の演算式については後述する。
【００２７】
符号化部１０６は、基本信号算出部１０４で算出した基本信号、及び補助信号算出部１０５で算出した補助信号を量子化し、符号化する。符号化（量子化）する際には、基本信号にはビット数を多く、補助信号にはビット数を少なく割り当てる。なお、重み係数については、変数ではなく情報量が多くないため、符号化しなくてもよい。
【００２８】
多重化部１０７は、符号化部１０６で符号化した基本信号及び補助信号を多重化し、送信装置１１に出力する。なお、重み係数を多重化せずに予め伝送することや、基本信号及び補助信号の多重化処理を行わずに伝送することも可能である。
【００２９】
図２は、本発明の３次元音響復号装置１３の構成図である。３次元音響復号装置１３は、逆多重化部１３１と復号部１３２と信号復元部１３３とを備える。
【００３０】
逆多重化部１３１は、受信装置１２から出力される多重化信号を逆多重化し、基本信号及び補助信号を復号部１３２に出力する。なお、受信装置１２から出力される信号が多重化されていない場合には、逆多重化処理は不要である。
【００３１】
復号部１３２は、逆多重化部１３１から出力される基本信号及び補助信号についてそれぞれ復号処理をし、信号復元部１３３に出力する。
【００３２】
信号復元部１３３は、復号部１３２から出力される基本信号及び補助信号並びに重み係数から、３次元音響システムの音響信号ｓ(t)を算出する。
【００３３】
次に、重み係数算出部１０２における、重み係数の算出方法について説明する。
【００３４】
［重み係数算出方法］
響きを無視できる空間では、位置ξ＝（ξx ξy ξz）Ｔ上にある音源による、受音点ｒ＝（ｘｙｚ）Ｔ上の音圧のフーリエ変換p(r,ω)は、音源信号（音響信号）をｓ(t)とすると、式（１）で与えられる。ここに、Ｔはベクトル又は行列の転置を表す。
【００３５】
【数１】
2011002574.tif 000004
ここに、ｓ(ω)はｓ(t)のフーリエ変換、ｋ＝２π／λは、位相定数、波長定数、波数などと呼ばれる係数、λは音波の波長、Ｇは音源から単位距離の点での音圧と音源入力との比を表す定数である。
【００３６】
また、同じ点における音の粒子速度のフーリエ変換u(r,ω)は、式（２）で表される。
【００３７】
【数２】
2011002574.tif 000005
【００３８】
このとき、受音点ｒにおける時間平均音響インテンシティ（以下、単に「音響インテンシティ」という）は、式（３）で表される。音響インテンシティは、単位面積を通過する音のパワーの１周期にわたる平均を表す量である。
【００３９】
【数３】
2011002574.tif 000006
【００４０】
今、受音点ｒを原点とする極座標を利用し、音源位置ξの座標を（σ,θ,φ）とする。但し、σは原点からの距離、θは方位角、φは仰角である。このとき、式（３）は、式（４）表される。
【００４１】
【数４】
2011002574.tif 000007
従って、３次元音響システムを構成するスピーカの中から、１つを選んで、この位置をξとすると、式（４）は、このスピーカに、対応するチャネルの信号ｓ(ｔ)を入力したときに、受音点で観測される音響インテンシティを表すこととなる。
【００４２】
次に、３次元音響システムの信号を、受音点での音響インテンシティを保ちながら、より少ないチャネル数の仮想音響システムに変換する方法について述べる。仮想音響システムのスピーカの数をｍ個、スピーカの設置位置の極座標を
2011002574.tif 000008
j＝１，…，ｍ、スピーカの入力信号をｑj(ｔ)、j＝１，…，ｍとする。このとき、仮想音響システムのスピーカから３個のスピーカを選び、これらのスピーカの再生音によって、３次元音響システムのあるチャネルの音を再現する場合を考える。この場合の受音点における音響インテンシティは、式（５）で表される。
【００４３】
【数５】
2011002574.tif 000009
【００４４】
ここで、仮想音響システムのスピーカ入力信号ｑ(t)が、３次元音響システムのあるチャネルの音源信号（音響信号）ｓ(ｔ)と重み係数ｗとによって、式（６）で表されるとする。
【００４５】
【数６】
2011002574.tif 000010
【００４６】
すると、式（６）は、式（７）に変形される。
【００４７】
【数７】
2011002574.tif 000011
【００４８】
従って、もし、式（４）と式（７）の音響インテンシティが等しい場合には、３個のスピーカによって、３次元音響システムのスピーカ位置ξに、そのスピーカに対応するチャネル信号ｓ（t）の音像を定位させることが可能となる。本発明の実施例は、このような原理に基づいて、重み係数ｗを求めることにより、少ないチャネル数への変換を行うものである。
【００４９】
今、式（４）と式（７）の右辺を等しいとおくと、次式を得る。
【００５０】
【数８】
2011002574.tif 000012
この式は、ｗ1，ｗ2，ｗ3に関する２次の連立方程式であるため、このままでは解くことができない。そこで、それぞれの第１、２成分を、第３成分で除すことにより、式（９）を得る。
【００５１】
【数９】
2011002574.tif 000013
さらに、拘束条件として、式（１０）で表わされる受音点における音圧の一致を加える。
【００５２】
【数１０】
2011002574.tif 000014
【００５３】
式（１０）から、式（１１）の条件式が得られる。
【００５４】
【数１１】
2011002574.tif 000015
式（９）及び式（１１）より、式（１２）で表される線形連立方程式を得る。
【００５５】
【数１２】
2011002574.tif 000016
ここに、
2011002574.tif 000017
である。式（１２）の解は、式（１３）で表される。
【００５６】
【数１３】
2011002574.tif 000018
式（１３）によって求められる重み係数ｗ１〜ｗ３を用いることにより、３次元音響システムの1つのチャネル信号を、仮想音響システムの３個のスピーカによって形成することができるようになる。
【００５７】
次に、３次元音響システムの1つのチャネル信号を、仮想音響システムの４個のスピーカによって形成する方法について説明する。４個のスピーカを用いる場合、受音点における音響インテンシティは、式（７）と同様に、式（１４）で与えられる。
【００５８】
【数１４】
2011002574.tif 000019
式（１４）と式（４）が一致する条件から、式（９）と同様な式（１５）を得る。
【００５９】
【数１５】
2011002574.tif 000020
【００６０】
これに、式（１６）の音圧一致条件を加えても、まだ拘束条件が不足している。
【００６１】
【数１６】
2011002574.tif 000021
【００６２】
そこで、４番目のスピーカの利得を調整するための制御パラメータ（パンニング重み）ｇを導入する。この結果、次の連立方程式（１７）を得る。
【００６３】
【数１７】
2011002574.tif 000022
ここに、
2011002574.tif 000023
である。式（１７）の解は、式（１８）で与えられる。
【００６４】
【数１８】
2011002574.tif 000024
式（１８）によって求められる重み係数ｗ1〜ｗ4を用いることにより、３次元音響システムの１つのチャネル信号を、４個のスピーカによって形成することができるようになる。
【００６５】
さらに、複数のパンニング重みを導入することにより、５個以上のスピーカで仮想音像を形成することができる。例えば、５個のスピーカを用いる場合には、２つの重みパラメータｇ１，ｇ２が必要であり、このときの式（１２）、式（１７）に対応する方程式は、式（１９）で表される。
【００６６】
【数１９】
2011002574.tif 000025
式（１９）を解けば、５個のスピーカに対するパンニング重みが得られる。
【００６７】
次に、基本信号算出部１０４によって、基本信号を算出する方法について説明する。
【００６８】
［基本信号算出方法］
上述の方法により、３次元音響システムのあるチャネル信号を、仮想音響システムの複数のチャネル信号に変換することができる。この方法を、３次元音響システムの各チャネル信号に適用し、得られた結果を重ね合わせることによって、３次元音響システムの信号を、仮想音響システムの基本信号に変換することができるようになる。基本信号は、上記算出例から分かるように、受音点における音響インテンシティと音圧の情報を保持している。
【００６９】
また、３次元音響システムの各チャネル信号を変換する際に、３次元音響システムの信号を、３次元音響システムのスピーカを囲む仮想音響システムのスピーカに対応するチャネルに分配する場合には、音の方向性が保たれたまま変換されるため、空間的印象を損なうことがない。
【００７０】
以下、一例として、３次元音響システムの２２．２ｃｈ信号を８ｃｈ信号に変換し、仮想音響システムの８ｃｈのスピーカから出力される信号を基本信号とする場合について説明する。なお、０．２ｃｈとして表現される２つのＬＦＥ（Low Frequency Effect）チャネルについては、三次元音響ではないため、０．２ｃｈを除く２２ｃｈを８ｃｈに変換するものとする。
【００７１】
図３は、２２チャネル音響信号のスピーカ位置と、これを８つのスピーカで再現する場合のスピーカ位置を示す図である。横軸は水平角、縦軸は仰角である。水平角は、受音位置から見て右側を原点とし、反時計方向に角度を示している。図中の白丸は２２ｃｈのスピーカ位置、黒丸は変換後の８ｃｈシステムのスピーカ位置、二重丸は変換前後のスピーカ位置が重なっている位置を示す。上述した重み係数を用いて、３次元音響システムの２２チャネル（ｃｈ１〜ｃｈ２２）の各信号を、仮想音響システムの８チャネル（ｎｃｈ１〜ｎｃｈ８）の複数の信号に近似的に割り当てることができる。
【００７２】
３次元音響システムの各チャネル信号は、３次元音響システムのチャネルに近傍する仮想音響システムの複数のチャネルに割り当てる。例えば、図４（ａ）に示すように、仮想音響システムのｃｈ_ａ，ｃｈ_ｂ，ｃｈ_ｃのスピーカの極座標位置をζa、ζb、ζcとしたとき、原点Ｏからζa、ζb、ζc方向にそれぞれ伸ばした線によって分けられた空間内の位置ξnに、３次元音響システムのｃｈ_ｎのスピーカが位置するとき、ｃｈ_ｎの信号を、ｃｈ_ａ，ｃｈ_ｂ，ｃｈ_ｃの信号に割り当てることができる。また、図４（ｂ）に示すように、同一平面上に、仮想音響システムのｃｈ_ａ，ｃｈ_ｂのスピーカと３次元音響システムのｃｈ_ｎのスピーカとが位置し、原点Ｏからζa、ζb方向にそれぞれ伸ばした線によって分けられた平面内にｃｈ_ｎのスピーカが位置するとき、ｃｈ_ｎの信号を、ｃｈ_ａ，ｃｈ_ｂの信号に割り当てることができる。また、３次元音響システムのｃｈ_ｎのスピーカ位置と同じ位置に、仮想音響システムのｃｈ_ａのスピーカが配置される場合には、ｃｈ_ｎの信号を、ｃｈ_ａの信号に割り当てる。
【００７３】
このようにして、３次元音響システムのｃｈ_ｉ（１≦ｉ≦２２）の信号を仮想音響システムのｃｈ_ｊ（１≦ｊ≦８）の信号に割り当てることができる。この例を、[表１]に示す。表１の左の列に、３次元音響システムの各チャネルを示す。表１の中央の列は、左の列に示された３次元音響システムのチャネルに近傍する仮想音響システムのチャネルであり、３次元音響システムのチャネル信号が重み係数に従って割り当てられる。表１の右の列は、３次元音響システムの各チャネルを仮想音響システムの各チャネルに割り当てる際に用いられる重み係数の値である。ここで、ｗj,iはｃｈ_ｉをｃｈ_ｊに割り当てる際の重み係数を表す。
【００７４】
【表１】
2011002574.tif 000026
【００７５】
今、３次元音響システムの２２ｃｈ信号をｓ1(t)〜ｓ22(t)、基本信号をｂ1(t)〜ｂ8(t)とすると、式（２０）が得られる。
【００７６】
【数２０】
2011002574.tif 000027
【００７７】
次に、補助信号算出部１４によって、補助信号ａ(t)を算出する方法について説明する。
【００７８】
基本信号ｂ(t)及び補助信号ａ(t)に関する式から３次元音響システムの信号を算出することができるようにするためには、基本信号数と補助信号数の合計を、３次元音響システムの信号数と等しくする必要がある。実施例では、３次元音響システムの信号数が２２で、基本信号数が８なので、補助信号として、基本信号と異なる信号が１４個必要となる。そして、線形演算によって、元の３次元信号が復元できるように、例えば、式（２１）に示す補助信号を採用する。重み係数ｗj,iは、基本信号で用いた重み係数と同じものが用いられる。
【００７９】
【数２１】
2011002574.tif 000028
【００８０】
式（２０）、式（２１）より、式の数が、３次元音響システムの信号数と等しいため、重み係数ｗj,iの情報を用いれば、式（２０）、式（２１）を連立することにより、元信号ｓ1(t)〜ｓ22(t)を算出することができる。従って、重み係数ｗj,i、基本信号ｂ1(t)〜ｂ8(t)及び補助信号ａ1(t)〜ａ14(t)を伝送することで、元信号ｓ1(t)〜ｓ22(t)を復元することができる。なお、係数ｗj,iは予め３次元音響復号装置１３に伝送しておいてもよい。
【００８１】
また、基本信号ｂ(t)のみで、受音点における音響インテンシティ及び音圧は復元されているので、補助信号ａ(t)に対するビット割り当てを少なくすることにより、効率的な符号化を実現することができるようになる。例えば、２０１１年からの高度ＢＳ放送で採用される予定のＡＡＣ符号化方式ではビットレートは約２Ｍｂｐｓであるが、本符号化装置を用いれば、音質を同程度に保ったまま、基本信号のビットレートを約２／３Ｍｂｐｓ、補助信号のビットレートを約１／３Ｍｂｐｓに低減することができる。
【００８２】
次に、本発明の３次元音響符号化装置１０及び３次元音響復号装置１３の動作について説明する。
【００８３】
［３次元音響符号化装置及び３次元音響復号装置の動作］
図５は、３次元音響符号化装置１０の動作を示すフローチャートである。ステップＳ５０１にて、スピーカ位置情報記憶部１０２は、３次元音響システムの各スピーカの極座標における位置情報と、仮想音響システムの各スピーカの極座標における位置情報とが予め記憶される。
【００８４】
ステップＳ５０２にて、重み係数算出部１０３は、スピーカ位置情報記憶部１０２に記憶されたスピーカ位置情報に基づいて、重み係数を算出する。重み係数は音響信号の入力前に決定される。また、基本信号を算出するための演算式、及び補助信号を算出するための演算式も、音響信号の入力前に決定される。
【００８５】
ステップＳ５０３にて、音響信号入力部１０１は、入力される３次元音響システムの各スピーカからの音響信号をＡ／Ｄ変換する。
【００８６】
ステップＳ５０４にて、基本信号算出部１０４は、ステップＳ５０３で得たデジタル形式の音響信号、及びステップＳ５０１で算出される重み係数から、基本信号の演算式に基づいて基本信号を算出する。
【００８７】
ステップＳ５０５にて、補助信号算出部１０５は、ステップＳ５０３で得たデジタル形式の音響信号、及びステップＳ５０１で算出される重み係数から、補助信号の演算式に基づいて補助信号を算出する。
【００８８】
ステップＳ５０６にて、符号化部１０６は、ステップＳ５０５で算出した基本信号、及びステップＳ５０５で算出した補助信号を符号化する。
【００８９】
ステップＳ５０７にて、多重化部１０７は、ステップＳ５０６で符号化した基本信号及び補助信号を多重化し、送信装置１１に出力する。
【００９０】
図６は、３次元音響復号装置１３の動作を示すフローチャートである。ステップＳ５０１にて、逆多重化部１３１は、受信装置１２から出力される多重化信号を逆多重化し、基本信号及び補助信号を抽出する。
【００９１】
ステップＳ６０２にて、復号部１３２は、ステップＳ６０１で逆多重化した基本信号及び補助信号について復号処理をする。
【００９２】
ステップＳ６０３にて、信号復元部１３３は、ステップＳ６０２で復号処理した基本信号及び補助信号、並びに重み係数から、３次元音響システムの音響信号ｓ(t)を算出する。
【００９３】
ここで、３次元音響符号化装置１０として機能させるために、コンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、音響信号入力部１０１と、スピーカ位置情報記憶部１０２と、重み係数算出部１０３と、基本信号算出部１０４と、補助信号算出部１０５と、符号化部１０６と、多重化部１０７とを機能させるための制御部を中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、少なくとも１つのメモリで構成される記憶部で実現できる。
【００９４】
また、そのようなコンピュータに、ＣＰＵによって所定のプログラムを実行させることにより、音響信号入力部１０１と、スピーカ位置情報記憶部１０２と、重み係数算出部１０３と、基本信号算出部１０４と、補助信号算出部１０５と、符号化部１０６と、多重化部１０７の有する機能を実現させることができる。更に、音響信号入力部１０１と、スピーカ位置情報記憶部１０２と、重み係数算出部１０３と、基本信号算出部１０４と、補助信号算出部１０５と、符号化部１０６と、多重化部１０７の有する機能を実現させるためのプログラムを、前述の記憶部（メモリ）の所定の領域に格納することができる。そのような記憶部は、コンピュータ内部のＲＡＭなどで構成させることができ、或いは又、外部記憶装置（例えば、ハードディスク）で構成させることもできる。また、そのようなプログラムは、３次元音響符号化装置１０としてのコンピュータで利用されるＯＳ上のソフトウェア（ＲＯＭ又は外部記憶装置に格納される）の一部で構成させることができる。
【００９５】
さらに、３次元音響符号化装置１０として機能させるコンピュータを、本発明の各構成要素としての手段として機能させるためのプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録することができる。
【００９６】
同様に、３次元音響復号装置１３として機能させるために、コンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、逆多重化部１３１と復号部１３２と信号復元部１３３とを機能させるための制御部を中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、少なくとも１つのメモリで構成される記憶部で実現できる。
【００９７】
また、そのようなコンピュータに、ＣＰＵによって所定のプログラムを実行させることにより、逆多重化部１３１と復号部１３２と信号復元部１３３の有する機能を実現させるためのプログラムを、前述の記憶部（メモリ）の所定の領域に格納することができる。そのような記憶部は、コンピュータ内部のＲＡＭなどで構成させることができ、或いは又、外部記憶装置（例えば、ハードディスク）で構成させることもできる。また、そのようなプログラムは、３次元音響復号装置１３としてのコンピュータで利用されるＯＳ上のソフトウェア（ＲＯＭ又は外部記憶装置に格納される）の一部で構成させることができる。
【００９８】
さらに、３次元音響復号装置１３として機能させるコンピュータを、本発明の各構成要素としての手段として機能させるためのプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録することができる。
【００９９】
上述の実施例は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、図３に示すダウンミックスを行って基本信号を算出する例を示したが、本発明において、ダウンミックス時のチャネル数、チャネル位置（スピーカ位置）を任意に設定することができる。
【０１００】
また、補助信号は、補助信号の数が、（３次元音響システムのチャネル数）−（基本信号の数）であり、かつ線形演算によって元の３次元音響信号を復元できるとう条件を満たす範囲内で任意に定めることができる。基本信号は加算演算により算出されることを考慮すれば、符号化効率を向上させるために、補助信号の演算式には減算する項が多く含まれるようにするのが好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
このように、本発明によれば、多数のチャネルによって構成される３次元音響システムの信号をより少ない信号にダウンミックスすることができるので、音響信号を符号化及び復号する任意の用途に有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１  音響信号入力部
１０２  スピーカ位置情報記憶部
１０３  重み係数算出部
１０４  基本信号算出部
１０５  補助信号算出部
１０６  符号化部
１０７  多重化部
１３１  逆多重化部
１３２  復号部
１３３  信号復元部
【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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