JPH08505739A - 多チャンネルのデジタル信号を送信及び／又は記憶する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多チャンネルのデジタル信号を送信及び／又は記憶するための方法が開示される。この方法は、特に、３／２立体音の５つのチャンネルの送信ならびに２つのステレオチャンネル及び３つの付加的コメンタリチャンネルの送信に適している。このようにして、例えば、多言語オーディオ信号を有するテレビ番組を送信することが可能である。この方法は、送信されるデータの低減により、わずか３８４kbit/sのビット速度が送信に必要とされるだけであるという点で他から区別される。データの低減は、Ｋ個の入力チャンネルがセグメントで、Ｎ＜Ｋ個の仮想スペクトルデータチャンネルにイメージングされ、心理音響学の原理を考慮に入れながらスペクトルデータチャンネルが量子化され、符号化され、送信され、そしてＫ個の出力チャンネルが、Ｎ＜Ｋ個のスペクトルデータチャンネルからやはり送信されたリストの助けを借りて、送信されたビットストリームから再生されることにより、達成される。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 多チャンネルのデジタル信号を送信及び／又は記憶する方法技術分野 本発明は、請求の範囲第１項の前提部による多チャンネルのデジタル信号を送 信及び／又は記憶する方法に関する。背景技術 デジタル信号、特にオーディオ信号が、周波数コード化されて送信される方法 は、例えば、ＰＣＴ公報ＷＯ８８／０１８１１及びＷＯ８９／０８３５７から公 知である。 １チャンネル及び２チャンネル送信の場合、標準化委員会である国際標準化機 構（ＩＳＯ）の動画エキスパートグループ（ＭＰＥＧ）は、オーディオ信号のコ ード化及び送信されるビットストリームのための規格ISO 11172-3を設定した。 該符号化法においては、最小の品質ロスで人間の聴覚の性質を利用しながら、 送信されるべきデータの量を低減可能にする心理音響モデルが用いられている。 本明細書中でより一層明らかにされない全ての用語の説明については、前記公 報及び前記規格が明示的に参照される。 更なるに国際規格の開発においては、中でも、多チャンネル送信におけるデー タの低減の作業が目下 行われている。科学出版物”MUSICAM-Surround：AUniversal Multi-Channel Cod ing System Compatiblewith ISO 11172-3”，93rd AES convention，1992，San Franciscoによると、５チャンネルまでの送信法が提案されている。例えば、２ つのステレオチャンネルと１つの中心チャンネル及び２つの側部チャンネル（３ ／２ステレオ）、あるいは２つのステレオチャンネル及び３つのコメンタリチャ ンネルが送信可能である。 さらに、空間的知覚に関しては、重要でないステレオ信号の各部がただ１チャ ンネルだけで送信されると云う点で、更なるデータ整理が達成されている。さら に、モノチャンネルから対応するラウドスピーカに伝達される信号の強度の尺度 を表す尺度係数が送信される。この方法により、より低いオーディオ享受を伴う 人工物（artefacts）が特に低周波数範囲で生成される。 さらに、符号化のための各チャンネル用のいわゆるチャンネル内マスキング閾 値を決定するのではなく、チャンネル内マスキング効果を考慮に入れながら、む しろ全てのチャンネル用の共通の閾値を与えることにより、送信されるデータ量 を低減することが提案されている。しかし、共通のマスキング閾値を用いると、 ラウドスピーカの近くで、干渉性符号化ノイズが知覚されうると云う結果を招く 。発明の開示 本発明の目的は、送信されるべきデータ量をさらに 低減し、送信される信号の主観的に感知されうる外乱を招かないことを可能にす る、多チャンネルのデジタル信号を送信及び／又は記憶する方法を提供すること である。 この目的は、請求項第１項の特徴を有する方法により、解決される。 本発明によれば、異なるチャンネルの信号は、まずスペクトル値に変換される 。次に、異なるチャンネルの対応するセグメントのスペクトル値を用いて、どの チャンネルにおいて、類似のスペクトル部分が発生するかが決定される。 異なるチャンネルからのセグメントを結合する場合に、接続コーティングによ り生じる干渉は、可聴閾値以下であるか人工物（artefacts）が発生するかが調 べられる。もし、人工物（artefacts）が予期されないのならば、結合が許可さ れる。このようにして、Ｋ個の入力チャンネルは、スペクトルデータチャンネル （送信スペクトルチャンネル）上にセグメントでイメージングされる。元の入力 チャンネルが異なっていれば異なっているほど、一層異なったスペクトルデータ チャンネルが、信号情報を送信するために使用されなければならない。もし、極 端な場合、あるセグメントにおける全てのチャンネルが実質上同じであれば、単 一のスペクトルデータチャンネルで十分であるかも知れない、特にスペクトルの 上側の部分に付いては。スペクトルセグメントの振幅は、各尺度係数により制御 することが可能である。 必要なスペクトルデータチャンネルのＮＴＳＣの数（送信スペクトルチャンネ ル数）は、可変であり、入力即ち出力チャンネルより少ないか多くて同数Ｋであ ってよい。 復号器内でＮＴＳＣスペクトルデータチャンネルからのＫ個の出力チャンネル の結合を制御することができるためには、情報データ（SEGMENT DATA）のリスト が（低減された）信号データに加えて送信される。このリストは、出力チャンネ ルのスペクトル値が、スペクトルデータチャンネルの側からどのようにして結合 されるかを記述するものである。 本発明の有利な態様及び更なる展開は、従属項に記載されている。 請求項第２項によれば、出力チャンネルのセグメントを再構成するのに必要な 制御コマンドは、結合されて情報ブロック（SEGMENT INFO）になる。このブロッ クには、セグメントの長さ（SEG LENGTH）、スペクトルデータチャンネルの選択 （TSC SELECT）、そして尺度係数（scf）のためのフィールドが含まれている。 特殊なスペクトルデータチャンネル（TSC NUM）の符号化されたスペクトルデー タ（TSC DATA）は、再構成マトリックスを決定する各尺度係数（sfc）を用いて 、復号器中で復号される。 出力信号のセグメントを再構成する情報は、請求項第３項によれば、並べられ てリスト（SEGMENT LIST)を構成する。 請求項第４項よれば、個別の出力チャンネルのセグ メントのリストは、全体リスト（SEGMENT DATA）を構成する。かくして、左チャ ンネル（LEFT CHANNEL）、右チャンネル（RIGHT CHANNEL）、中心チャンネル（C ENTER CHANNEL）及び更なるチャンネルのリストが全体リストに列挙される。 請求項第５項に記載されているように、本発明の有利な態様によれば、各チャ ンネルは、マルチチャンネル音を形成する。例えば、３／２立体音の５チャンネ ルが送信される。２つのステレオチャンネルに加えて、中心チャンネル、左サイ ドチャンネル（LS CHANNNEL）及び右サイドチャンネル（RS CHANNEL）が送信さ れる。送信されるチャンネルは、逆変換ににより、３／２立体音の５つの対応す るラウドスピーカにあわせて、時間領域へ変換される。 請求項第６項記載のもう一つの態様においては、従来の２つのステレオチャン ネルに加えて、幾つかのさらなるコメンタリチャンネル（commentary channels ）が送信される。これらのチャンネルにおいては、例えば、ＨＤＴＶ（高品位テ レビ）においては、オーディオ信号は異なる言語で送信可能である。視聴者は、 その場合、所与のテレビ映像用に所望の言語を選ぶことができる。言語は、該２ つのステレオチャンネルにダイナミックに付加される。 請求項第７項によれば、スペクトルデータチャンネルの送信は、規格ＩＳＯ１ １１７２−３と互換の方法により行われる。この規格の３つの層の全ては、スペ クトルデータチャンネルの送信の基礎を形成すること ができる。 請求項第８項によれば、符号化中、共通の尺度係数により調整されたスペクト ル値のグループは、かくして尺度係数帯域に属し、もしこの尺度係数帯域がどの 情報ブロック（SEGMENT INF0）でも必要とされなければ、送信されない。この場 合、各スペクトル値は、出力チャンネルを再構成するのに必要とされない。もし 、ＩＳＯ規格の固定された縮尺帯部分が利用されれば有利である。 未使用の尺度係数帯域の信号化は、請求項第９項によれば、暗黙に行われてお り、それによると、この信号化に合わせてさらに送信すべき情報はないと云うこ とを意味する。 請求項第１０項によれば、送信されるべきチャンネルの線形の結合も、本発明 の方法により形成可能である。これにより、スペクトル値が各個別のチャンネル において互いに強く類似していればデータ量の更なる低減をもたらされる。出力 チャンネルの信号は、この場合、再構成されたスペクトル値の線形の結合により 形成される。 請求項第１１項によれば、全てのチャンネルから符号化されたデータを送信す るのに必要なビット速度は、３８４kbit/sを超過することはない。このようにし て、ＩＳＯ規格の層＝の最大ビット速度に対する要求が満たされる。 本発明の必須の利点は、送信されるデータ量の明確の低減が、音質における可 聴の損失なしに、少数の仮 想スペクトルチャンネル上での入力チャンネルのイメージングにより達成される 。このようにして、特に高い空間的解像度で、オーディオ信号が送信される。こ のことは、多くの聴衆が入った大きな室内において特に有利である。 さらに、各個別のユーザにとって、所望の情報を選択できる幾つかのチャンネ ルが利用可能になる。例えば、テレビの番組用に、同時に数カ国語でオーディオ チャンネルを送信でき、視聴者は、所望のものを選択することができる。 上記方法を実現する技術的により複雑な方法ステップは、送信されるビットス トリームを提供する符号器において行われる。復号器は、到着するビットストリ ームの情報を単に順次処理するのみであり、符号器よりもかなり単純な構成にな っている。したがって、本発明は、数個の符号器においてはより高度の複雑さを 必要とするが、ユーザ用により多数必要とされる復号器は、複雑さが増大するこ とはまずない。発明を実施する最良の形態 本発明は、下記において、好適な態様を用いて一層明らかにされる。 好適な態様は、国際標準化機構の動画エキスパートグループ（ＭＰＥＧ）の規 格ISO 11172-3に基づいている。この規格を、以後ＭＰＥＧ−１と呼ぶ。その概 念は、全体の発明性を有する観念を限定する意図なく、規格の層＝に限定するも のである。規格ＭＰＥＧ−１ ／層＝におけるように、プログラム言語Ｃと類似の数学的演算がが用いられる。 フィルタバンクの助けにより、時間領域からの５個の入力チャンネルの信号が 、周波数領域においてサブ帯域（Ｓｂ）でイメージングされ、入力信号は、より 少なくサンプル化されたスペクトル値に分解される。 心理音響学において公知の規則性を利用して、可聴閾値以上にある人工物（ar tefacts）を生じることなく、異なるチャンネルのどのセグメントを結合するこ とができるかに付いて演算がなされる。 入力チャンネルの周波数値は、個別に又はリニアな結合として量子化され、符 号化される。これは、量子化から来るエラーが可聴閾値以下にあるという条件で 発生する。 次に、送信されるビットストリームを結合させる。それには、スペクトルデー タチャンネルの量子化され、符号化された周波数値ならびに補助情報が含まれて いる。これらは、尺度係数、ビット割り当て、テーブルの情報、及び現在のブロ ックで用いられている他のパラメータからなり、リストは、スペクトルデータチ ャンネルの復号化された周波数値がどのようにして他の出力チャンネルを再構成 するために結合されるかを示している。 これらのリストは、補助情報として、ＭＰＥＧ１により、ビットストリームに 添付される。 この延長（MPEG2 extension data）は、下記のように表示される。 MPEG2 extension data）（） signalling byte（）： NTSC； ；3 bit uimsbf SEGMENT DATA（）； for （i=3；i＜=NTSC； i＋＋） ；first two channels TSC DATA（i）； 信号化バイト（signalling byte）という用語は、幾つのそしてどの入力即ち 出力チャンネルが用いられるかを示す。それは、モノチャンネル、ステレオチャ ンネル、中心チャンネル、又は補助チャンネル、などが送信されるかどうかを示 す。 NTSCは、必要とされるスペクトルデータチャンネルの数を示す。 SEGMENT DATAは、出力チャンネルの再構成用のリストを記述し、個別のチャン ネル（SEGMENT LIST）の再構成用のリストを含む。 SEGMENT DATA（） for（i=0;i＜NTSC；i＋＋） ，reset used sb-map for（sb=0；sb＜21；sb＋＋） used sb map ｉ sb ＝0； SEGMENT LIST（LEFT CHANNEL）； SEGEMENT LIST（RIGHT CHANNEL）； if（center on） SEGMENT LIST（CENTER CHANNEL）； if（stereo surround） ；stereo surround SEGMENT LIST（LS CHANNEL）； SEGMENGT LIST（RS CHANNEL）； if（mono surround） ；mono surround SEGMENT LIST（MS CHANNEL）； for（i=0；i＜no of commentary chan； i＋＋） SEGMENT LIST（C0M CHANNEL ｉ ）； 機能used sb mapは、共通の尺度係数により調整されたスペクトルデータチャ ンネルのスペクトル値を含む尺度係数帯域が使用されているかどうかを示す。も し、その様な尺度係数帯域がどの情報ブロック（SEGMENT INFO）によっても使用 されていなければ、対応するスペクトル値は送信されない。 特殊なチャンネル（SEGMENT LIST）の再構成用のリストには、セグメント長さ （SEG LENGTH）、尺度係数のサイズ（scalefac size）、尺度係数（scf）及びス ペクトルデータチャンネルの選択（TSC SELECT）についての情報が含まれている 。 SEGMENT LIST（） sb=0； for（i=0； ｉ； i++） SEG LENGTH i ； ；4 bit uimsbf if（SEG LENGTH ｉ==0）break； TSC SELECT ｉ； ；3 bit uimsbf if（SEG LENGTH ｉ== 15） sign=+1； len＝SEG LENGTH i-1； else if（SEG LENGTH ｉ == 14） sign=-1； len＝SEG LENGTH i-1； ｅlse sign＝ 0； len＝SEG LENGTH ｉ； if（TSC SELECT i ；=0） scalefac size； ；4 bit，bslbf for（1=0； 1＜len； 1++） scf ｉ sb+1； ；0..4 bits used sb map TSC SELECT sb+1=1； ；mark uses SBs if（!sign） sb+=len； 好ましい態様においては、値１４及び１５は、再構成されたスペクトル値の線 形の結合を形成するのにと っておかれる。その様な場合は、SEG LENGTH==15が付加され、SEG LENGTH==14が 減算される。 スペクトルデータチャンネルからのデータ用のビットストリームは、MPEG-１/ 層＝の場合の主要データのビットストリームに対応している： TSC DATA（TSC NUM） part2 3 1ength； ；see MPEG-1/audio scalefac compress； global gain； block type； big values； table select 3 ； countltable select； region count 2 ； for（sb=0；sb＜21＞；sb++） if（used sb map TSC NUM sb） Huffmancodesection TSC NUM sb ； 用いられた記号は、下記を表す： ++ 増加 == 同一 = 割り当て演算子 ! 論理的否定 bslbf ビットストリング、左ビット第１ ch チャンネル sb サブ帯域 uimsbf 符号なし整数、最上位ビット第１

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月２７日 【補正内容】 言語信号の周波数スペクトルの部分に対応する幾つかの数値を発生させ、次い でそれらを符号化する言語信号符号化装置は、EP 0 176 243 A2から公知である 。符号化された値は、次に、そのエネルギーの等価物に応じてビットコンバータ により変換され、発生されられたビットに変換された値の数は、一定のままであ るが、変化するビット割り当てを有する値の選択は、可変である。 発明の開示 本発明の目的は、送信されるべきデータ量をさらに低減し、送信される信号の 主観的に感知されうる外乱を招かないことを可能にする、多チャンネルのデジタ ル信号を送信及び／又は記憶する方法を提供することである。 この目的は、請求項第１項の特徴を有する方法により、解決される。 本発明によれば、異なるチャンネルの信号は、まずスペクトル値に変換される 。次に、異なるチャンネルの対応するセグメントのスペクトル値を用いて、どの チャンネルにおいて、類似のスペクトル部分が発生するかが決定される。 異なるチャンネルからのセグメントを結合する場合に、接続コーディングによ り生じる干渉は、可聴閾値以下であるか人工物（artefacts）が発生するかが調 べられる。もし、人工物（artefacts）が予期されないのならば、結合が許可さ れる。このようにして、Ｋ個の 入力チャンネルは、スペクトルデータチャンネル（送信スペクトルチャンネル） 上にセグメントでイメージングされる。 “スペクトルデータチャンネル”という用語は、符号化されたオーディオ信号 を時間領域の信号スペクトルの全領域又は部分に変換して戻すために必要とされ る各補助信号を含む全てのスペクトル符号化オーディオデータと解されるべきで ある。 元の入力チャンネルが異なっていれば異なっているほど、一層異なったスペク トルデータチャンネルが、信号情報を送信するために使用されなければならない 。もし、極端な場合、あるセグメントにおける全てのチャンネルが実質上同じで あれば、単一のスペクトルデータチャンネルで十分であるかも知れない、特にス ぺクトルの上側の部分に付いては。スペクトルセグメントの振幅は、各尺度係数 により制御することが可能である。 請求の範囲 １．時間領域からの信号のサンプル値をブロックでスペクトル値として周波数領 域中に送信する、Ｋ個の入力チャンネルからのデジタル信号を送信し及び／又は 記憶する方法であって、前記スペクトル値は、符号化され、送信され及び／又は 記憶され、そして、次に復号されて時間領域のＫ個の出力チャンネルに送信戻し されるビットストリームに結合され、可変数のスペクトルデータチャンネルTSC が、個別の入力チャンネルのブロックのスペクトル情報に応じてコーディング中 にセグメントで形成され、セグメントあたりのスペクトルデータチャンネルのNT SCの数が、入力即ち出力チャンネルの数Ｋより少ないか同一であり、該NTSCの数 及び前記スペクトルデータチャンネルの構造がビットストリームに含まれ、該ビ ットストリームの送信に続いて、前記Ｋ個の出力チャンネルは、送信されたスぺ クトルデータチャンネル（TSC）からこの情報（SEGMENT DATA）の助けによりセ グメントで復号器中において結合される方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グリル ベアンハートゥ ドイツ連邦共和国 デー―91126 レッド ゥニッツヘムバッハ ヴァルドゥシュトラ ーセ １ (72)発明者 ブランデンブルグ カール−ハインツ ドイツ連邦共和国 デー―91054 エアラ ンゲン ハーグシュトラーセ 32 (72)発明者 サイツェル ディーテル ドイツ連邦共和国 デー―91054 エアラ ンゲン フンボルドゥシュトラーセ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．時間領域からの信号のサンプル値をブロックで（スペクトル値での）周波数 領域中に送信する、Ｋ個の入力チャンネルからのデジタル信号を送信し及び／又 は記憶する方法であって、前記スペクトル値は、符号化され、送信され及び／又 は記憶され、そして、次に復号されて時間領域のＫ個の出力チャンネルに送信戻 しされるビットストリームに結合され、可変数のスペクトルデータチャンネル（ TSC、送信されたスペクトルデータ）が、個別の入力チャンネルのブロックのス ペクトル情報に応じてコーディング中にセグメントで形成され、セグメントあた りのスペクトルデータチャンネルのNTSCの数（送信されたスペクトルチャンネル の数）が、入力即ち出力チャンネルの数Ｋより少ないか同一であり、該NTSCの数 及び前記スペクトルデータチャンネルの構造がビットストリームに含まれ、該ビ ットストリームの送信に続いて、前記Ｋ個の出力チャンネルは、送信されたスペ クトルデータチャンネル（TSC）からこの情報（SEGMENT DATA）の助けによりセ グメントで復号器中において結合される方法。 ２．出力チャンネルのセグメントの再構成の情報が、セグメントの長さ（SEG LE NGTH）用のフィールド、必要とされるスペクトルデータチャンネルの選択（TSC SELECT）用のフィールド、及び前記スペクトルデータチャンネル（TSC-DATA）の 符号化されたスペクトル値の振幅の再構成を前記復号器中で決定する一組の尺度 係数 （SCF）用のフィールドから成る情報ブロック（SEGMENT INFO）に結合されるこ とを特徴とする請求項第１項に記載の方法。 ３．特殊な出力チャンネルを前記スペクトルデータチャンネル（TSC DATA）の前 記スペクトル値から再構成するために、セグメントの情報（SEGMENT INFO）が整 列されてリスト（SEGMENT LIST）を形成されることを特徴とする請求項第１項又 は第２項に記載の方法。 ４．前記スペクトルデータチャンネルの前記スペクトル値から前記Ｋ個の出力チ ャンネルを再構成するために、個別の出力チャンネル（SEGMENT LIST）を再構成 するための情報が整列させられてリスト（SEGMENT DATA）を形成することを特徴 とする請求項第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の方法。 ５．前記入力即ち出力チャンネルはマルチチャンネル音を形成することを特徴と する請求項第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の方法。 ６．前記入力即ち出力チャンネルが一対のステレオチャンネルと他の付加的コメ ンタリチャンネルを形成することを特徴とする請求項第１項乃至第４項のいずれ か１項に記載の方法。 ７．前記スペクトルデータチャンネル（TSC）が、国際標準化機構、動画及び組 み合わされたオーディオのコーディングの規格IS0 11172-3と両立可能な方法に より符号化され、送信されることを特徴とする請求項第第１項乃至第６項のいず れか１項に記載の方法。 ８．スペクトル値の前記コーディングにおいて、共通 の尺度係数により調整されたスペクトル値のグループが結合される（尺度係数帯 域）コーディングが利用され、どの情報ブロック（SEGMENT INFO）においても使 用されない尺度係数帯域に属するスペクトル値が送信されないことを特徴とする 請求項第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の方法。 ９．使用されない尺度係数帯域の信号化が暗黙に行われることを特徴とする請求 項第８項に記載の方法。 １０．前記入力チャンネルのコーディング及び前記入力チャンネルの前記スペク トルデータチャンネル（TSC）上へのイメージングが、前記出力チャンネルの再 構成のために、再構成されたスペクトル値の線形の結合が異なるスペクトルデー タチャンネルから形成されるように行われることを特徴とする請求項第１項乃至 第９項のいずれか１項に記載の方法。 １１．全てのチャンネルの符号化されたデータを送信するビット速度が、３８４ kbit/sを超過しないことを特徴とする請求項第１項乃至第１０項のいずれか１項 に記載の方法。