(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化された基準信号であって複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号と基準信号に多重されたパラメータであって前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータとを互いに分離する分離手段と、
分離された基準信号を復号する復号手段と、
復号された基準信号と分離されたパラメータとから、前記複数チャネルの信号を生成する生成手段と、
を有するマルチチャネル信号復号装置であって、
前記生成手段は、
前記パラメータに基づいて、前記複数チャネルの信号の各々に対して第一の電力スペクトルを推定し、前記基準信号に対して第二の電力スペクトルを推定する電力スペクトル推定手段と、
前記第一の電力スペクトルおよび前記第二の電力スペクトルに基づいて、前記復号された基準信号の倍率を、前記複数チャネルの各々に対応付けて算出する倍率算出手段と、を有し、
算出された倍率を前記復号された基準信号に乗算して前記複数チャネルの信号を生成する、
マルチチャネル信号復号装置。
【請求項２】
前記分離手段は、
線形予測符号化の係数およびゲインを含むパラメータを基準信号から分離し、
前記電力スペクトル推定手段は、
前記係数および前記ゲインに基づいて、前記第一の電力スペクトルを推定する、
請求項１記載のマルチチャネル信号復号装置。
【請求項３】
前記分離手段は、
ピッチ周期を含むパラメータを基準信号から分離し、
前記電力スペクトル推定手段は、
前記ピッチ周期に基づいて、前記第一の電力スペクトルを推定する、
請求項１記載のマルチチャネル信号復号装置。
【請求項４】
前記生成手段は、
前記分離されたパラメータに対応する信号の各フレームを有音信号または無音信号として分類する分類手段を有し、
前記電力スペクトル推定手段は、
フレームが無音信号として分類された場合、前記係数および前記ゲインを用いて、前記第一の電力スペクトルを推定する一方、
フレームが有音信号として分類された場合、前記係数、前記ゲインおよび前記ピッチ周期を用いて、前記第一の電力スペクトルを推定する、
請求項３記載のマルチチャネル信号復号装置。
【請求項５】
前記分類手段は、
前記ピッチ周期に基づいて、信号の分類を行う、
請求項４記載のマルチチャネル信号復号装置。
【請求項６】
符号化された基準信号であって複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号と基準信号に多重されたパラメータであって前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータとを互いに分離する分離ステップと、
分離された基準信号を復号する復号ステップと、
復号された基準信号と分離されたパラメータとから、前記複数チャネルの信号を生成する生成ステップと、
を有するマルチチャネル信号復号方法であって、
前記生成ステップは、
前記パラメータに基づいて、前記複数チャネルの信号の各々に対して第一の電力スペクトルを推定し、前記基準信号に対して第二の電力スペクトルを推定する電力スペクトル推定ステップと、
前記第一の電力スペクトルおよび前記第二の電力スペクトルに基づいて、前記復号された基準信号の倍率を、前記複数チャネルの各々に対応付けて算出する倍率算出ステップと、を有し、
算出された倍率を前記復号された基準信号に乗算して前記複数チャネルの信号を生成する、
マルチチャネル信号復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャネル信号符号化装置およびマルチチャネル信号復号装置に関し、特に、マルチチャネルの音声信号またはオーディオ信号を伝送するシステムにて使用されるマルチチャネル信号符号化装置およびマルチチャネル信号復号装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵の音声コーデックは、音声のモノラル表現のみを符号化する。一般に、そのようなモノラルコーデックは、信号が例えば人間の発声など単一ソースから得られるような通信機器（例えば、携帯電話、テレコンファレンス機器など）において用いられる。以前は、送信帯域幅やＤＳＰ（Digital Signal Processor）の処理速度に制限があったため、そのようなモノラル信号でも十分であったが、技術が進歩し帯域幅が改善されてきたことにより、音声の品質は、より重要な考慮すべきファクタとなった。この結果、モノラルの音声に関する短所が顕在化してきた。例えば、空間的な情報（例えば、サウンドイメージング、発話者の位置など）が提供されないことが、モノラル音声の短所として挙げられる。発話者の位置特定が有用となるアプリケーションの一例としては、同時に複数の発話者が存在する状況の下で発話者の位置を識別できるような、高品質のマルチスピーカテレコンファレンス機器が挙げられる。空間的情報の提供は、マルチチャネルの信号で音声を表現することによって、実現される。また、それは可能な限り低いビットレートで実現されることが好ましい。
【０００３】
音声符号化に比べてオーディオ符号化では、マルチチャネルの符号化がより一般的に行われている。オーディオ符号化におけるマルチチャネル符号化では、チャネル間の相互相関冗長性を利用することがある。例えばステレオ（換言すれば、チャネル数が２つ）のオーディオ信号では、相互相関冗長性は、ジョイントステレオ符号化の概念を用いて実現される。ジョイントステレオとは、ミドルサイド（ＭＳ）ステレオのモードおよびインテンシティ（Ｉ）ステレオのモードを組み合わせたステレオ技術である。これらのモードを組み合わせて用いることでより良いデータ圧縮率を達成し、符号化ビットレートを低減している。
【０００４】
ところが、ＭＳステレオでは、低ビットレートで符号化がなされる場合に、エイリアジング歪みが生じやすく、また、信号のステレオイメージングも影響を受ける。また、Ｉステレオは、人間の聴覚系統の周波数成分の分解能が低下する高周波域では有効であるが、低周波域では必ずしも有効ではない。大抵の音声コーデックは、線形予測の一種を用いて人間の声道をパラメータでモデル化することによって機能するもの（パラメトリック符号化）と考えられるので、ジョイントステレオ符号化を音声コーデックに適用することは適切ではない。
【０００５】
一方、オーディオ符号化に比べて音声符号化では、マルチチャネル符号化についての十分な検討はなされていない。音声コーデックにおいて、マルチチャネルの信号を符号化する従来の装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが挙げられる。この文献に開示された技術の基本的な考え方は、パラメータを用いて音声信号を表現することである。より具体的には、使用帯域が複数の周波数帯（サブバンドと呼ばれる）に分割され、パラメータがサブバンド毎に計算される。計算されるパラメータの例としては、チャネル間レベル差、つまり、左（Ｌ）チャネルと右（Ｒ）チャネルとの間の電力比が挙げられる。チャネル間レベル差は、復号側でスペクトル係数を修正するのに用いられる。
【特許文献１】国際公開第０３／０９０２０８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の装置においては、各サブバンドにおいて一つのチャネル間レベル差が求められる。したがって、あるサブバンド内の全てのスペクトル係数に対し同一のチャネル間レベル差が変更係数として適用される。すなわち、サブバンド内で共通のパラメータを用いるため、復号側においてレベル調整をきめ細かく行うことができないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、低ビットレートで高品質の音声を実現することができるマルチチャネル信号符号化装置およびマルチチャネル信号復号装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のマルチチャネル信号符号化装置は、複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号を生成する生成手段と、生成された基準信号を符号化する符号化手段と、前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータを抽出する抽出手段と、符号化された基準信号と抽出されたパラメータとを互いに多重する多重手段と、を有する構成を採る。
【０００９】
本発明のマルチチャネル信号復号装置は、符号化された基準信号であって複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号と基準信号に多重されたパラメータであって前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータとを互いに分離する分離手段と、分離された基準信号を復号する復号手段と、復号された基準信号と分離されたパラメータとから、前記複数チャネルの信号を生成する生成手段と、を有する構成を採る。
【００１０】
本発明のマルチチャネル信号伝送システムは、符号化された基準信号であって複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号と前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータとを互いに多重する多重手段と、多重された基準信号とパラメータとを互いに分離する分離手段と、を有する構成を採る。
【００１１】
本発明のマルチチャネル信号符号化方法は、複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号を生成する生成ステップと、生成された基準信号を符号化する符号化ステップと、前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータを抽出する抽出ステップと、符号化された基準信号と抽出されたパラメータとを互いに多重する多重ステップと、を有するようにした。
【００１２】
本発明のマルチチャネル信号復号方法は、符号化された基準信号であって複数チャネルの信号に対する一チャネルの基準信号と基準信号に多重されたパラメータであって前記複数チャネルの信号の各々の特性を示すパラメータとを互いに分離する分離ステップと、分離された基準信号を復号する復号ステップと、復号された基準信号と分離されたパラメータとから、前記複数チャネルの信号を生成する生成ステップと、を有するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低ビットレートで高品質の音声を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態に係るマルチチャネル信号伝送システムの構成を示すブロック図である。マルチチャネル信号伝送システム１は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）チャネルの信号を符号化するマルチチャネル信号符号化装置２と、Ｎチャネルの信号（以下「Ｎチャネル信号」と言う）を復号するマルチチャネル信号復号装置３と、マルチチャネル信号符号化装置２によって得られた信号をマルチチャネル信号復号装置３に伝送する伝送路４と、を有する。
【００１６】
マルチチャネル信号符号化装置２は、Ｎチャネル信号をダウンミックスしてモノラルの基準信号（以下「基準チャネル信号」と言う）を得るダウンミックス部１０と、基準チャネル信号を符号化する符号化部１１と、Ｎチャネル信号をそれぞれ分析し、Ｎチャネル信号の各々の特性を示すパラメータを抽出し、抽出されたパラメータのセットを取得する信号分析部１２と、符号化された基準チャネル信号および取得されたパラメータセットを互いに多重し、伝送路４を介してマルチチャネル信号復号装置３に送信するＭＵＸ部１３と、を有する。なお、基準チャネル信号は、マルチチャネル信号復号装置３で復号されることによりモノラルの信号（音声信号またはオーディオ信号）として出力される信号であるとともに、Ｎチャネル信号の復号を行う際に参照される信号でもある。
【００１７】
マルチチャネル符号化装置２において、信号分析部１２は、図２に示すように、Ｎチャネルにそれぞれ対応して設けられたＮ個のパラメータ抽出部２１を有する。パラメータ抽出部２１は、Ｎチャネル信号のそれぞれからパラメータを抽出する。なお、構成を明瞭化するために、図２には、１番目のチャネルに対応するパラメータ抽出部２１ａおよびＮ番目のチャネルに対応するパラメータ抽出部２１ｂのみが図示されている。
【００１８】
パラメータ抽出部２１は、図３に示すように、ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）番目のチャネルの信号を複数の周波数帯域（本実施の形態では、高域および低域を含む２つの周波数帯域）に分離するフィルタバンド分析部３１と、高域の信号成分に対してＬＰＣ（Linear Predictive Coding）分析を行ってＬＰＣ係数およびＬＰＣゲインを得るＬＰＣ分析部３２ａと、低域の信号成分に対してＬＰＣ分析を行ってＬＰＣ係数およびＬＰＣゲインを得るＬＰＣ分析部３２ｂと、高域の信号成分のピッチ周期を検出するピッチ検出部３３ａと、低域の信号成分のピッチ周期を検出するピッチ検出部３３ｂと、を有する。
【００１９】
再び図１を参照する。マルチチャネル信号復号装置３は、伝送路４を介してマルチチャネル信号符号化装置２から送信された信号を受信し、基準チャネル信号およびパラメータを互いに分離するＤＥＭＵＸ部１４と、分離された基準チャネル信号を復号する復号部１５と、復号された基準チャネル信号および分離されたパラメータを用いてＮチャネル信号
（以下、復号側に関しては、Ｎ個のチャネルの各々を「ターゲットチャネル」と言い、Ｎチャネル信号を「Ｎターゲットチャネル信号」と言う）を生成する信号合成部１６と、を有する。
【００２０】
信号合成部１６は、図４に示すように、復号された基準チャネル信号を処理して、基準チャネル信号の電力スペクトルおよび基準チャネル信号の周波数領域スペクトル値（以下、単に「スペクトル値」と言う）を取得する基準チャネル信号処理部４２と、Ｎターゲットチャネルにそれぞれ対応して設けられ、分離されたパラメータならびに取得された電力スペクトルおよびスペクトル値に基づいてＮターゲットチャネル信号をそれぞれ生成するＮ個のターゲットチャネル信号生成部４３と、を有する。なお、構成を明瞭化するために、図４には、１番目のターゲットチャネルに対応するターゲットチャネル信号生成部４３ａおよびＮ番目のターゲットチャネルに対応するターゲットチャネル信号生成部４３ｂのみが図示されている。
【００２１】
基準チャネル信号処理部４２は、図５に示すように、復号された基準チャネル信号を複数の周波数帯域（本実施の形態では、高域および低域を含む２つの周波数帯域）に分離して複数の信号成分を得るとともに、基準チャネル信号の特性を示すパラメータとして、高域の信号成分のＬＰＣ係数およびＬＰＣゲインならびに低域の信号成分のＬＰＣ係数およびＬＰＣゲインを取得するパラメータ抽出部５１と、高域および低域の各信号成分についてのパラメータに基づいてインパルス応答を構成するインパルス応答構成部５２ａ、５２ｂと、高域および低域の各信号成分について構成されたインパルス応答に対して電力演算を行い、高域および低域の各信号成分についての電力スペクトルを取得する電力演算部５３ａ、５３ｂと、高域および低域の各信号成分を周波数領域の信号に変換する変換部５４ａ、５４ｂと、を有する。
【００２２】
ターゲットチャネル信号生成部４３は、図６に示すように、ｎ番目のターゲットチャネルのパラメータを分離することで得られた複数の信号成分パラメータ（本実施の形態では、高域信号パラメータおよび低域信号パラメータ）に基づいて、ｎ番目のターゲットチャネル信号（以下「ｎターゲットチャネル信号」と言う）の高域成分および低域成分の各電力スペクトルを推定する電力推定部６１ａ、６１ｂと、ｎターゲットチャネル信号の高域成分および低域成分の各スペクトル値を生成するスペクトル生成部６２ａ、６２ｂと、ｎターゲットチャネル信号の高域成分および低域成分の各スペクトル値を時間領域の信号に逆変換する逆変換部６３ａ、６３ｂと、逆変換された高域成分および低域成分の各スペクトル値を合成するフィルタバンド合成部６５と、を有する。前述の電力演算部５３ａ、５３ｂおよび電力推定部６１ａ、６１ｂの組み合わせは電力スペクトル推定手段を構成する。
【００２３】
電力推定部６１（図６の電力推定部６１ａ、６１ｂは互いに同様の内部構成を有するため、ここでは電力推定部６１と総称する）は、図７に示すように、入力されたパラメータに対応するチャネルの信号についてフレーム毎に有音信号または無音信号のいずれかに分類する分類部７１と、無音信号に分類された信号のパラメータに基づいてインパルス応答を構成するインパルス応答構成部７２と、有音信号に分類された信号のパラメータに基づいて合成信号を取得する合成信号取得部７３と、構成されたインパルス応答を用いて電力演算を行い、ｎターゲットチャネル信号の電力スペクトルを得る電力演算部７４ａと、取得された合成信号を用いて電力演算を行い、ｎターゲットチャネル信号の電力スペクトルを得る電力演算部７４ｂと、を有する。
【００２４】
スペクトル生成部６２（図６のスペクトル生成部６２ａ、６２ｂは互いに同様の内部構成を有するため、ここではスペクトル生成部６２と総称する）は、図８に示すように、ｎターゲットチャネルに対して求められた電力スペクトルから基準チャネル信号に対して求
められた電力スペクトルを減算して電力スペクトル差を得る減算部８１と、電力スペクトル差に基づいて、基準チャネル信号のスペクトル値に乗算する倍率を算出する倍率算出部８２と、基準チャネル信号に倍率を乗算する倍率乗算部８３と、を有する。
【００２５】
電力演算部５３（図５の電力演算部５３ａ、５３ｂは互いに同様の内部構成を有するため、ここでは電力演算部５３と総称する）は、図９に示すように、対応するインパルス応答構成部５２ａまたは５３ｂからの入力信号を周波数領域の信号に変換する変換部９１と、変換された信号に対して対数演算を行う対数演算部９２と、対数演算結果に対して所定の係数を乗算する係数乗算部９３と、を有する。
【００２６】
次いで、上記構成を有するマルチチャネル信号伝送システムにおける動作について説明する。
【００２７】
Ｎチャネル信号C1〜CNは、ダウンミックス部１０で混合され、モノラルの基準チャネル信号Mとなる。基準チャネル信号Mは次の式（１）によって表される。なお、Ｎチャネル信号C1〜CNは、図示されないＡ／Ｄ変換部によってデジタルフォーマットに変換されているものとする。以下の一連のプロセスはフレーム毎に実行される。
【数１】
0004963962.tif 000002
【００２８】
基準チャネル信号Mは、既存または最新の音声符号化器またはオーディオ符号化器である符号化部１１で符号化され、モノラルビットストリームが得られる。同時に、信号分析部１２では、Ｎチャネル信号C1〜CNを分析して、各チャネル用の信号パラメータが抽出される。符号化部１１からの出力と信号分析１２からの信号パラメータは、ＭＵＸ部１３で多重され、１つのビットストリームとして送信される。
【００２９】
復号側では、このビットストリームは、ＤＥＭＵＸ部１４でモノラルビットストリームと信号パラメータとのそれぞれに分離される。モノラルビットストリームは、復号部１５で復号され、再構成された基準チャネル信号M'が得られる。復号部１５は、符号化側で用いられる符号化部１１の逆処理に対応する。復号されたモノラルの基準チャネル信号M'は、信号合成部１６において、各ターゲットチャネルの信号パラメータと合わせて参照信号として用いられ、各ターゲットチャネル信号C'1〜C'Nが、生成または合成される。
【００３０】
信号分析部１２において、各チャネル信号C1〜CNのパラメータpC1〜pCNが抽出される。図２において、各チャネル信号C1〜CNは、パラメータ抽出部２１にてフィルタリングおよび分析され、一連のパラメータpCnが得られる。例えば、チャネルC1がパラメータ抽出部２１ａで処理され、パラメータpC1が得られる。このプロセスは、Ｎ番目のチャネルが同様にパラメータ抽出部２１ｂで処理されパラメータpCNが得られるまで、全てのチャネルに対して実行される。各チャネルの全てのパラメータpCnは、符号化側で生成される信号パラメータを構成する。
【００３１】
パラメータ抽出は、各チャネル信号Cnに対して適用される。入力されたチャネル信号Cnは、フィルタバンド分析部３１で、低域信号Cn,lおよび高域信号Cn,hを生成することにより、低域と高域との２つの帯域に分離される。別の方法としては、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを用いて、信号を２つの帯域に分離する。低域信号Cn,lは、ＬＰＣ分析フィルタであるＬＰＣ分析部３２ａを用いて分析され、ＬＰＣパラメータが得られる。これらのパラメータは、ＬＰＣ係数ak,lおよびＬＰＣゲインGlである。音声符号化に一般に見られるピッチ周期検出アルゴリズムを用いるピッチ検出部３３ａでは、ピッチ周期Pp
lが得られる。高域信号Cn,hもまた、ＬＰＣ分析フィルタであるＬＰＣ分析部３２ｂおよびピッチ検出部３３ｂで分析され、もう１つのＬＰＣパラメータセットとして、ＬＰＣ係数ak,h、ＬＰＣゲインGhおよびピッチ周期Pphが得られる。これらのパラメータは、入力されたチャネル信号CnのパラメータpCnを構成する。また、パラメータ抽出部２１は、低域信号Cn,lおよび高域信号Cn,hを、信号合成部４２などでのプロセスで用いるためにオプショナルに出力しても良い。
【００３２】
信号パラメータつまりパラメータpC1〜pCnは、ＭＵＸ部１３で、符号化された基準チャネル信号Mと多重され、復号側に送られるビットストリームが形成される。
【００３３】
復号側においては、受信されたビットストリームが、ＤＥＭＵＸ部１４で、符号化されたモノラルビットストリームと信号パラメータとに分離される。符号化されたモノラルビットストリームは、復号部１５で復号され、基準チャネル信号M’が得られる。
【００３４】
信号合成部１６では、基準チャネル信号M’とモノラルビットストリームから分離されたパラメータpC1〜pCNとを用いて、Ｎ個のターゲットチャネル信号C'1〜C'Nが、生成または合成される。ターゲットチャネル信号C'1〜C'Nの生成において、基準チャネル信号処理部４２では、基準チャネル信号M'のスペクトル値および電力スペクトルが演算される必要がある。低域の電力スペクトルPM'lおよびスペクトル値SM'l、ならびに高域の電力スペクトルPM'hおよびスペクトル値SM'hが算出される。これらの算出結果は、ターゲットチャネル信号生成部４３において、パラメータpC1〜pCNとともに用いられ、Ｎターゲットチャネル信号C'1〜C'Nが生成または合成される。ターゲットチャネル信号C'1〜C'Nの生成については後述する。
【００３５】
図５には、前述の電力スペクトルおよびスペクトル値の演算方法についての好適な方法が示されている。入力信号すなわち基準チャネル信号M'は、パラメータ抽出部５１を経て、基準チャネル信号M'の特性を表わす信号パラメータが演算される。パラメータ抽出は、低域および高域の信号パラメータならびに低域および高域の信号値を返す。低域のためのパラメータは、ＬＰＣ係数alおよびＬＰＣゲインGlである。このパラメータ抽出方法は、パラメータ抽出部２１について説明した方法と同様であるが、パラメータ抽出部２１での処理対象がＮチャネル信号C1〜CNであるのに対してパラメータ抽出部５１での処理対象が基準チャネル信号M'である。よって、パラメータ抽出部２１およびパラメータ抽出部５１でそれぞれ抽出されるパラメータは、互いに異なる値になることもあれば同じ値になることもある。
【００３６】
また、高域に対しても同様のパラメータが、抽出される。それらは、ＬＰＣ係数ahおよびＬＰＣゲインGhである。低域の信号パラメータは、インパルス応答構成部５２ａにおいて、低域信号の信号特性を表わす低域インパルス応答hlを構成するために用いられる。そして、低域信号のインパルス応答hlは、電力演算部５３ａにおいて、低域電力スペクトルPM'lの推定値を演算するのに用いられる。低域信号M'lは、変換部５４ａで変換され、低域時間信号の周波数表現である低域スペクトル値SM'lが得られる。同様に、高域の信号パラメータは、インパルス応答構成部５２ｂにおいて、高域信号の信号特性を表わす高域インパルス応答hhを構成する。高域信号のインパルス応答hhも同様に、電力演算部５３ｂにおいて、高域電力スペクトルPM'hの推定値を演算するのに用いられる。高域信号M'hは、変換部５４ｂで変換され、高域時間信号の周波数表現である高域スペクトル値SM'hが得られる。
【００３７】
信号の電力スペクトルを演算する方法は、図９に示されている。本プロセスへの入力であるxは、実際の時間領域信号または関数のインパルス応答であり得る。すなわち、図９に図示された演算方法は、電力演算部５３だけでなく電力演算部７４ａ、７４ｂにも適用
することができる。入力信号xは、変換部９１において変換され、周波数領域における等価表現が得られる。これは、周波数成分またはスペクトル値Sxと呼ばれる。電力Pxを演算するために、対数演算部９２では、各々の絶対スペクトル値の対数値が式（２）により演算され、係数乗算部９３では、式（３）により係数「２０」が対数値に乗算される。演算されたスペクトル値Sxは、他のプロセスで用いるためにオプショナルな出力として返しても良い。
【数２】
0004963962.tif 000003
【数３】
0004963962.tif 000004
【００３８】
入力信号xが式（４）によって表されるインパルス応答hである場合、変換部９１は伝達関数Hを返す。すなわち、Sx = Hである。伝達関数Hは、式（５）によって表すことができる。
【数４】
0004963962.tif 000005
【数５】
0004963962.tif 000006
【００３９】
そして、対数演算部９２で伝達関数Hの対数振幅を取り、係数乗算部９３で係数「２０」を乗算して、信号の電力スペクトルPxを推定することができる。この一連の演算は、式（６）で表すことができる。
【数６】
0004963962.tif 000007
【００４０】
つまり、信号の電力スペクトルは、ＬＰＣ係数aおよびゲインGから導出される信号の伝達関数から推定することができる。
【００４１】
ここで、図５を用いて説明した電力スペクトルおよびスペクトル値の演算方法の代替方法について説明する。図１０は、基準チャネル信号処理部４２の構成の変形例を示すブロック図である。図１０の基準チャネル信号処理部４２では、ＬＰＣパラメータを用いて信号スペクトルを推定する代わりに、信号の電力スペクトルの演算に実際の信号が用いられる。入力信号である基準チャネル信号M'は、フィルタバンド分析部１０１で低域信号M'lおよび高域信号M'hの２つの帯域に分離される。低域では、電力演算部１０２ａでの電力演算によって、電力スペクトルPM'lおよびスペクトル値SM'lが返され、高域では、電力演算部１０２ｂでの電力演算によって、電力スペクトルPM'hおよびスペクトル値SM'hが返される。
【００４２】
したがって、基準チャネル信号M'のスペクトル値SM'および電力スペクトルPM'は、図５または図１０のいずれかに示された方法を用いて推定される。すなわち、入力された基準チャネル信号M'のサンプルを式（７）によって時間周波数変換してスペクトル値SM'を得
る。
SM' = FT{M'}  …（７）
【００４３】
また、入力された基準チャネル信号M'のサンプルに対して式（８）の演算を行うことにより、周波数領域の信号の対数振幅平方を取る。これによって、電力スペクトルPM'が得られる。
【数７】
0004963962.tif 000008
【００４４】
なお、より好ましくは、入力されたサンプルがゼロかゼロでないかに応じて演算を切り替えるようにする。例えば、入力されたサンプルがゼロでない場合は、式（８）を用いた演算を実行する一方、入力されたサンプルがゼロの場合は、電力スペクトルPM'をゼロとする。
【００４５】
そして、ターゲットチャネル信号生成部４３では、図６に示すように、ｎターゲットチャネル信号C'nを生成する。ターゲットチャネル信号生成部４３への入力は、基準チャネル信号M'の低域電力スペクトルPM'lおよび高域電力スペクトルPM'h、低域信号スペクトル値SM'lおよび高域信号スペクトル値SM'h、ならびに、パラメータpCnである。パラメータpCnは、低域のパラメータpCn,lと高域のパラメータpCn,hとを含む。各帯域について、以下の演算が行われる。
【００４６】
まず、電力推定部６１ａ、６１ｂにて、ＬＰＣパラメータおよびピッチ周期を含むパラメータpCn,lおよびpCn,hを用いて、各帯域の電力スペクトルpCn,lおよびpCn,hが推定される。そして、スペクトル生成部６２ａ、６２ｂにて、演算された各域の電力スペクトルpCn,lおよびpCn,hは、基準チャネルのそれぞれの帯域の電力スペクトルPM'lおよびPM'hならびにスペクトル値SM'lおよびSM'hと合わせて用いられ、ｎ番目のターゲットチャネルの各帯域のスペクトル値Sn,lおよびSn,hが演算により生成される。生成されたスペクトル値Sn,lおよびSn,hは、逆変換部６３ａ、６３ｂで逆変換され、時間領域において対応する信号C'n,lおよびC'n,hが得られる。各帯域からの時間領域信号は、フィルタバンド合成部６５で合成され、時間領域の信号であるｎターゲットチャネル信号C'nが得られる。
【００４７】
ここで、前述の電力スペクトル推定について、図７を用いて詳述する。電力推定部６１に設けられた分類部７１では、入力されるパラメータに対応する信号の各フレームを、有声信号vまたは無声信号uvとして分類することができる。言い換えると、信号は定常または非定常のいずれかに分類される。分類部７１の有声／無声検出は、ピッチ周期Ppのピッチ周期値に基づく。つまり、ピッチ周期Ppがゼロでないならば、そのフレームは、有声信号vとして分類される。あるいは、ピッチ周期Ppがゼロでない場合、定常信号または準定常信号として分類される。一方、ピッチ周期Ppがゼロであるならば、そのフレームは、無声信号uvとして分類される。あるいは、ピッチ周期Ppがゼロの場合、非定常信号として分類される。ピッチ周期Ppを用いて有声／無声を表わすことにより、そのような表示のための余分の情報ビットを送る必要が無く、伝送する情報ビットの量を削減することができる。
【００４８】
無声信号として分類されたフレームに対しては、図５を参照しつつ説明したのと同様に、電力スペクトルPCnが、ＬＰＣ係数aおよびゲインGを用いて演算される。すなわち、インパルス応答構成部７２では、ＬＰＣ係数aおよびゲインGを用いてインパルス応答hが構成される。電力演算部７４ａでは、インパルス応答hを用いて電力スペクトルPCnが演算される。
【００４９】
有声信号として分類されたフレームに対しては、ＬＰＣ係数a、ゲインGおよびピッチ周期Ppが用いられる。合成信号取得部７３では、音声符号化の分野において一般に音声合成として知られる方法を用いて、合成信号s'が合成される。そして、電力演算部７４ｂでは、合成信号s'の電力スペクトルPCnが演算される。
【００５０】
インパルス応答のみを用いて電力スペクトルが推定された場合、その推定結果には電力スペクトルの包絡線のみが保持されることとなるので、通常は、その推定結果には電力スペクトルのピークは存在しない。しかし、特に音声信号の場合、電力スペクトルのピークは、出力信号において正確なピッチを保持するのに非常に重要である。本実施の形態では、有音区間に対する電力スペクトル推定においてピッチ周期Ppが用いられているので、電力スペクトル推定精度を向上することができる。
【００５１】
続いて、前述のスペクトル生成について詳述する。基準チャネルの電力スペクトルPM'およびターゲットチャネルの電力スペクトルPCnを得た後、減算部８１では、電力スペクトルPCnと基準チャネルの電力スペクトルPM'との電力スペクトル差DPが、式（９）により演算される。
DP = PCn - PM'  …（９）
【００５２】
なお、より好ましくは、入力された基準チャネル信号M'のサンプルがゼロかゼロでないかに応じて演算を切り替えるようにする。例えば、入力されたサンプルがゼロでない場合は、式（９）を用いた演算を実行する一方、入力されたサンプルがゼロの場合は、電力スペクトル差DPをゼロとする。
【００５３】
そして、電力スペクトル差Dpは、倍率算出部８２にて、スカラー値として式（１０）で示される倍率RCnに変換される。入力されたサンプルがゼロのとき、倍率RCnは「１」となる。
【数８】
0004963962.tif 000009
【００５４】
そして、倍率乗算部８３では、式（１１）により、基準チャネル信号M'のスペクトル値SM'を倍率RCnでスケーリングして、ターゲットチャネルのスペクトル値SCnを得る。
SCn = RCn x M'  …（１１）
【００５５】
そして、スペクトル値SCnのうち低域のスペクトル値Sn,lは逆変換部６３ａで時間領域の信号C'n,lに逆変換され、スペクトル値SCnのうち高域のスペクトル値Sn,hは逆変換部６３ｂで時間領域の信号C'n,hに逆変換される。信号C'n,lおよびC'n,hは、フィルタバンド合成部６５で合成され、ｎターゲットチャネル信号C'nが得られる。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、符号化側においては、Ｎチャネル信号に対するモノラルの基準チャネル信号MとＮチャネル信号の各々の特性を示す信号パラメータとをそれぞれ取得し互いに多重する。また、復号側においては、基準チャネル信号Mの復号によって得られる基準チャネル信号M'と信号パラメータとを互いに分離しそれらを用いてＮチャネル信号をＮターゲットチャネル信号として生成する。このため、符号化ビットレートを低減することができるとともに、復号側において、チャネル毎のエネルギー分布を近似する電力スペクトルPCnを推定することができ、近似されたチャネル毎のエネルギー分布と基準チャネル信号M'とから、原信号であるＮチャネル信号CnをＮターゲットチャネル信号C'nとして復元することができ、よって、低ビットレートで高品質の音声を実現することができる。また、システム全体としては、伝送路４を介して伝送する基準チャネル信号M'と信号パラメータとを互いに多重するため、低ビットレートで高品質な音声を表現する
信号を送信機側から受信機側に伝送することができ、低ビットレートで高品質な音声を実現することができる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、電力スペクトルPCnと電力スペクトルPM'とに基づいて、基準信号に乗算する倍率RCnをＮチャネルの各々に対応付けて算出するため、算出された倍率RCnを基準チャネル信号M'のスペクトル値SM'に乗算するだけでマルチチャネルの効果を得ることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、信号が低域および高域を含む２つの周波数帯域に分離されているが、各帯域の帯域幅は、等しい必要はない。適切な割当の一例では、低域を２〜４ｋＨｚに設定し、残りの帯域幅を高域に割り当てる。
【００５９】
また、本実施の形態では、各帯域について、パラメータつまりＬＰＣ係数、ＬＰＣゲインおよびピッチ周期を抽出している。各帯域の信号の特性によっては、帯域毎に異なる次数のＬＰＣフィルタを適用しても良い。この場合、ＬＰＣフィルタの次数も信号パラメータに含まれ得る。
【００６０】
また、電力スペクトルP（PM'またはPCn）の包絡線は、全極フィルタの伝達関数H(z)をプロットすることにより得られる。図１１Ａおよび図１１Ｂは、電力スペクトルの包絡線の２つの例を示す図である。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、点線は、実際の信号の電力スペクトルを表し、実線は、前述の推定方法によって推定された電力スペクトルの包絡線を表している。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態では、マルチチャネルシステムのためのビットレートの低減を実現することができる。各ターゲットチャネルのために符号化ビットストリームを送る代わりに、各チャネルの信号パラメータのみが付加的情報として送られる。これらの信号パラメータを格納するのに用いられるビットは、通常は、同一信号を符号化したものを格納するのに用いられるビットに比べて少ない。
【００６２】
また、本実施の形態では、信号を２つの帯域に分離する。これにより、信号パラメータは、各帯域の信号特性に適合するように調整することができるので、復元される信号に対する、より良い制御を提供することができる。そのようなパラメータの１つは、ＬＰＣフィルタ次数であり、より高いフィルタ次数を低域信号に、より低いフィルタ次数を高域信号に適用することができる。別の可能性としては、より高いフィルタ次数を準周期的または定常の帯域に用い、より低いフィルタ次数を非定常信号に分類される帯域に用いることができる。また、正確な電力スペクトル推定は、復元される信号における改善に繋がるため、ピッチ周期をパラメータに導入することは、定常（有声）信号に対する電力スペクトルの推定を改善するのにも役立つ。
【００６３】
大抵の音声コーデックが、ＬＰＣ分析を用いるように、本実施の形態も、ＬＰＣの概念を用いて信号パラメータを生成するので、本実施の形態はとりわけ、音声信号タイプのシステムに適する。したがって、本実施の形態のマルチチャネル信号伝送システム１は、各発話者が各々のマイクまたはチャネルを使用するような、多数参加型のマルチチャネルテレコンファレンスシステムなどのアプリケーションに適している。本実施の形態のマルチチャネル信号復号装置３は、基準チャネル信号M'およびＮターゲットチャネル信号C'1〜C'N）のどちらも出力することができるので、これらのうちいずれかを選択する手段と選択された方の信号を音波として出力する出力手段とがこの装置またはこのシステムに設けられた場合、さらなる利点がある。すなわち、受信側の聴衆は、同時に全ての発話者の発言をダウンミクスした信号（つまり基準チャネル信号M'）または特定の発話者の発言のみを表現した信号（つまりＮチャネル信号のいずれかC'n）のどちらかを選択的に聴くことが
できる。
【００６４】
なお、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チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
【００６５】
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。
【００６６】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。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良い。
【００６７】
さらには、半導体技術の進歩又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良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００６８】
本明細書は、２００４年８月２６日出願の特願２００４−２４７４０４に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のマルチチャネル信号符号化装置およびマルチチャネル信号復号装置は、マルチチャネルの音声信号またはオーディオ信号を伝送するシステムなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマルチチャネル信号伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態に係る信号分析部の構成を示すブロック図
【図３】本実施の形態に係るパラメータ抽出部の構成を示すブロック図
【図４】本実施の形態に係る信号合成部の構成を示すブロック図
【図５】本実施の形態に係る基準チャネル信号処理部の構成を示すブロック図
【図６】本実施の形態に係るターゲットチャネル信号生成部の構成を示すブロック図
【図７】本実施の形態に係るターゲットチャネル信号生成部における電力推定部の構成を示すブロック図
【図８】本実施の形態に係るスペクトル生成部の構成を示すブロック図
【図９】本実施の形態に係る基準チャネル信号処理部における電力演算部の構成を示すブロック図
【図１０】本実施の形態に係る基準チャネル信号処理部の構成の変形例を示すブロック図
【図１１Ａ】本実施の形態に係る電力スペクトルの包絡線の例を示す図
【図１１Ｂ】本実施の形態に係る電力スペクトルの包絡線の他の例を示す図
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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