(57)【要約】【課題】  音質劣化を防ぐことができる符号化装置及び方法、並びにプログラムを提供する。【解決手段】  補正係数算出部１５は、正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて正規化係数の補正係数を決定し、量子化部１８は、補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する。これにより、符号化の精度を保つことができ、音質劣化を防ぐことができる。【選択図】  図３
2010175633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算出部と、
上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定部と、
上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正部と、
上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化部と、
上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化部と
を備える符号化装置。
【請求項２】
上記補正係数決定部は、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルのエネルギーに急峻な変化がある場合、予め定められた固定値を補正係数とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルのエネルギーのＮフレームの標準偏差が、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルのエネルギーのＮフレーム移動平均値よりも大きい場合、上記予め定められた固定値を補正係数とする請求項２記載の符号化装置。
【請求項４】
上記補正係数決定部は、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルのエネルギー総和に基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する請求項１記載の符号化装置。
【請求項５】
上記補正係数決定部は、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルのエネルギーのＮフレーム移動平均値に基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する請求項１記載の符号化装置。
【請求項６】
上記補正係数決定部は、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルの最大値のＮフレーム移動平均値に基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】
オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算工程と、
上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定工程と、
上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正工程と、
上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化工程と、
上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化工程と
を有する符号化方法。
【請求項８】
オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算工程と、
上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定工程と、
上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正工程と、
上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化工程と、
上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化工程と
を情報処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号の符号化装置及び方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高音質かつ高効率なオーディオ信号の符号化技術が、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ規格の音声トラック等に採用されている。また、符号化技術は、半導体メモリ、ＨＤＤ（Hard disk drive）などを利用した携帯オーディオプレイヤー、インターネットを介した音楽配信、家庭内ＬＡＮ（Local Area Network）におけるホームサーバへの楽曲蓄積などに広く利用され、その重要性も増している。
【０００３】
これらの符号化技術では、フィルタバンクによって周波数成分に変換された入力信号を、人間の聴覚の周波数分解能に基づいて設定される分割周波数帯域ごとにまとめ、量子化時に分割周波数帯域毎の正規化係数を聴覚分析の結果より決定する。そして、正規化係数と量子化スペクトルの組み合わせで周波数成分を表現することで情報量を削減している。この正規化係数は、実際には分割帯域毎の量子化粗さの調整を行う変数であり、正規化係数が１変化することによって、量子化粗さは１ステップ分変化することになる。
【０００４】
ＭＰＥＧ−１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩ（ＭＰ３）やＭＰＥＧ−２ ＡＡＣでは、この分割周波数帯域をスケールファクタバンド（ＳＦＢ）と呼び、正規化係数をスケールファクタと呼称する。
【０００５】
また、これらの変換符号化方式では、符号化単位である１フレーム全体の量子化粗さを制御することによって符号量を制御している。多くの変換符号化方式では、量子化粗さは、ある基数の整数乗幅でステップ状に制御されており、この整数を量子化ステップと呼ぶ。ＭＰＥＧオーディオ規格では、フレーム全体の量子化粗さを設定する量子化ステップを「グローバルゲイン」もしくは「コモンスケールファクタ」と呼称している。
【０００６】
また、前述のスケールファクタは量子化ステップとの相対値で表現することによって、これらの変数の符号に必要な情報量を削減している。例えば、ＭＰ３やＡＡＣでは、これらの変数が１変化することによって、実際の量子化粗さは２の３／１６乗分変化する。
【０００７】
変換符号化方式の量子化処理では、スケールファクタを制御して聴覚演算の結果を反映して量子化誤差がマスクされるように量子化歪みを制御すると同時に、量子化ステップを制御してフレーム全体の量子化粗さを適宜調整することによってフレーム全体の符号量制御を行う。これらの量子化粗さを決める二種類の数値は、符号化品質に重大な影響を及ぼすため、慎重かつ正確に、この二つの制御を同時に効率よく行うことが求められる。
【０００８】
ＭＰＥＧ−１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩの規格書(ISO/IEC 11172-3)やＭＰＥＧ−２ ＡＡＣの規格書(ISO/IEC 13818-7)では、量子化時にスケールファクタとグローバルゲインを適宜制御する方法が紹介されている。そこでは、歪み制御ループ（アウターループ）と符号量制御ループ（インナーループ）の二重ループによって繰り返し処理を行う方法が紹介されている。
【０００９】
しかし、この二重ループの構成では、グローバルゲインとスケールファクタが１刻みの制御しか行われないこともあり、処理が収束するまでにスペクトル量子化とビット計算が幾度となく延々と繰り返されることになる。
【００１０】
さらに、歪み制御ループでは逆量子化後に量子化誤差の計算を行っているが、この処理にも計算量がかかってしまう。そのため、この二重ループが収束するまでには膨大な処理量がかかってしまう。
【００１１】
この問題を解決するために、二重ループの繰り返し回数を削減することによって、処理量を削減しようとする様々な試みがなされている。例えば、聴覚分析によって求められるＳＦＢ毎の許容誤差エネルギーを用いることによって、スケールファクタをスペクトル量子化に先行して適宜計算することにより、二重ループの外側の歪み制御ループを取り除き、処理量を削減することが考えられる。
【００１２】
許容誤差エネルギーに基づくスケールファクタの算出方法については、詳細に述べないが、例えば、ＭＰＥＧ−１／２ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩにおけるｂ番目のＳＦＢのスケールファクタ（scalefactor[b]）は、次式で求めることができる。
【００１３】
【数１】
2010175633.tif 000003
【００１４】
ただし、式（１）においてｘmin[b]は、ｂ番目のＳＦＢの許容誤差エネルギーであり、スペクトルエネルギーをenergy[b]、信号対マスク比をＳＭＲ[b]、帯域幅をｂｗ[b]とすると、このｘmin[b]は次式によって求められる。
【００１５】
【数２】
2010175633.tif 000004
【００１６】
また、式（１）の計算結果 need_q[b]は、量子化誤差のenergyをｘmin[b]以内に収めるために必要な量子化ステップ サイズの見積もり値を表している。また、式（１）におけるα、βは、任意係数であるが、need_q[b]の見積もり精度を高めるために、適宜チューニングする必要がある。α、βは、例えば、以下のような値が想定される。
【００１７】
【数３】
2010175633.tif 000005
【００１８】
また、式（２）において、first_global_gainは、スケールファクタが全ＳＦＢで０の時のグローバルゲインであり、式（２）の計算結果 need_sfac[b]は、need_q[b]から求まるスケールファクタの値を表す。need_sfac[b]は、ＭＰＥＧ−１／２ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩの規格上で決められた制限範囲を超える場合があるので、適宜制限内に収めるようにする必要がある。その制限内に収める処理を表したのが式（３）である。なお、clip()は、スケールファクタを規格上の範囲内に収める処理を表す。
【００１９】
しかし、前記二重ループあるいは前記（１）（２）（３）式による方法等により求められたスケールファクタを適用すると、処理量は削減できるが、音質に影響を与える場合がある。符号化対象の音源や符号化するビットレートによりスケールファクタを与えると音質が向上する場合もあれば、逆に低下する場合もある。
【００２０】
音質が低下する原因としてまず考えられるのが、ビットレートを低くすると、メインデータ（入力信号の周波数成分を量子化した値を可逆符号化したデータ）に使用できるｂｉｔ量が減ることの影響が考えられる。例えば、ＭＰＥＧ−１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩにおいて３２ｋｂｐｓ以下の低ビットレートにおいてはスケールファクタ伝送に使うｂｉｔ量が使用可能なｂｉｔ量全体の５０％以上を占める場合があり、その影響は無視できない。
【００２１】
このｂｉｔ量が足りない場合にスケールファクタを与えると音質が低下する問題を解決するための技術として、例えば特許文献１には、ビットレート、サンプリング周波数、チャネル数をパラメータとした係数を乗ずることにより、スケールファクタを補正する方法が開示されている。スケールファクタの補正係数は、（５）式により決定されている。
【００２２】
【数４】
2010175633.tif 000006
【００２３】
ここで、定数は例えば０．１５という値が想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００６−２２０７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、ｂｉｔ量が足りている場合、例えばＭＰＥＧ−１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩにおいて１２８ｋｂｐｓ程度のビットレートでｂｉｔ量が確保されている場合においても、スケールファクタを適用することで音質が低下する場合がある。つまり、ｂｉｔ量以外にもスケールファクタを適用することで音質が低下する要因がある。例えば、規格上の制限などにより、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢが存在する状況では、特許文献１の方法のみではスケールファクタの補正が十分でない場合があった。
【００２６】
本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたものであり、音質劣化を防ぐことができる符号化装置及び方法、並びにプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係る符号化装置は、オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算出部と、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定部と、上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正部と、上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化部と、上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化部とを備える。
【００２８】
また、本発明に係る符号化方法は、オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算工程と、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定工程と、上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正工程と、上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化工程と、上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化工程とを有する。
【００２９】
また、本発明に係るプログラムは、オーディオ信号が時間周波数変換され、所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するための正規化係数を算出する正規化係数算工程と、上記正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて上記正規化係数の補正係数を決定する補正係数決定工程と、上記算出された正規化係数を上記補正係数により補正する補正工程と、上記補正された補正後正規化係数を用いて上記所定の周波数帯域毎に分割された周波数スペクトルを正規化する正規化工程と、上記正規化された周波数スペクトルを上記補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化する量子化工程とを情報処理装置に実行させる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、正規化係数が零である周波数帯域に属する周波数スペクトルに基づいて正規化係数の補正係数を決定し、補正後正規化係数の相対値で示される量子化ステップサイズで量子化するため、符号化の精度を保つことができ、音質劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】スケールファクタと量子化ステップサイズとの関係を示す図である。
【図２】スケールファクタを制限した際のスケールファクタと量子化ステップサイズとの関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図４】補正係数を決定するための処理例１を示すフローチャートである。
【図５】補正係数を決定するための処理例２を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、以下の順番で説明を行う。
１．発明の概要                  図１、図２
２．全体構成                    図３
３．補正係数の決定処理例１      図４
４．補正係数の決定処理例２      図５
５．音質客観評価
【００３３】
［１．発明の概要］
本実施の形態の具体例として示す符号化装置は、次の（１)、（２)を満たす状況で発生する音質劣化を防ぐものである。
（１）スケールファクタが適用されることで、ｂｉｔ量調整のためにグローバルゲインの値が大きい
（２）本来非零であることが期待されるにもかかわらず、スケールファクタ値が０のＳＦＢ（スケールファクタバンド）が存在する
【００３４】
図１は、スケールファクタバンドと量子化ステップサイズとの関係を示す図である。この図１を参照して、上記（１）、（２）を満たす状況で音質劣化が起こることについて説明する。本来、スケールファクタ値が非零であることが期待されるＳＦＢにおいては、グローバルゲイン以下の細かい量子化ステップサイズで量子化されることが期待されている。しかし、スケールファクタ値が０の場合、グローバルゲインと等しい量子化ステップサイズで量子化される。グローバルゲインと等しい大きい値の、粗い量子化ステップサイズで量子化してしまうと、許容値を超える量子化誤差が発生してしまい、結果音質劣化を招くことになってしまう。
【００３５】
本来、非零であることが期待されるにもかかわらず、スケールファクタ値が０になってしまう理由には以下のようなことが挙げられる。
・符号化方法の規格上の制限
・スケールファクタを求める方法に問題（見積もり精度が甘い、特殊な音源への対応が十分でない）
・スケールファクタを求める方法は正しくても、計算時の誤差や符号化装置、符号化システムの性能上の制約（例えば処理量削減のため処理を途中で打ち切らなくてはならないなど）
【００３６】
例えば、ＭＰＥＧ−１／２ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩ（ＭＰ３）においては、符号化方法の規格上、最高域のＳＦＢのスケールファクタ値は常に０であることが定められ、最高域のＳＦＢのスケールファクタ情報は伝送されない（復号側では値０であるとみなして復号する）。つまり、ＭＰ３では、最高域のＳＦＢは常にグローバルゲインと等しい量子化ステップサイズで量子化され、他のＳＦＢに大きなスケールファクタ値が適用される。したがって、グローバルゲインが大きくなった場合、最高域のＳＦＢでは量子化誤差が大きくなってしまい、最高域のＳＦＢの影響が大きい場合には、音質劣化を招くことになる。
【００３７】
そこで、本実施の形態における符号化装置は、上記（１)、（２）を満たす状況で発生する音質劣化を防ぐために、スケールファクタ値が０である成分（ＳＦＢ）からスケールファクタを制限する係数の値を決定する。例えば図２に示すように、スケールファクタ値が０である高域成分のエネルギーが大の場合、スケールファクタに０≦Ａ＜１の係数を掛けてスケールファクタを制限する。これにより、グローバルゲインの増加量が小さくなるので、最高域のＳＦＢでもある程度精度を保つことができる。なお、高域成分のエネルギーが小の場合、Ａ＝１にしてスケールファクタを制限せずに量子化を行う。
【００３８】
［２．全体構成］
次に、上述した符号化装置の具体的な構成について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図である。この符号化装置は、心理聴覚モデル部１１と、フィルタバンク部１２と、スケールファクタ算出部１３と、補正係数判定指標算出部１４と、補正係数算出部１５と、スケールファクタ補正部１６と、スケーリング部１７と、量子化部１８と、符号化部１９と、フォーマッタ２０とを備える。
【００３９】
心理聴覚モデル部１１は、実際に符号化する時に用いるブロック長を判定して、ブロック長情報をフィルタバンク部１２へ出力する。また、心理聴覚モデル部１１は、ＳＭＲ（Signal to Mask Ratio）を算出し、スケールファクタ算出部１３に出力する。
【００４０】
フィルタバンク部１２は、オーディオ入力信号を、心理聴覚モデル部１１から出力されるブロック長情報に従って直交変換する。また、フィルタバンク部１２は、上記直交変換により得られた周波数変換係数（周波数スペクトル）を出力する。
【００４１】
スケールファクタ算出部１３は、心理聴覚モデル部１１から入力されるＳＭＲとフィルタバンク部１２から入力される周波数変換係数から補正前のスケールファクタ（正規化係数）を決定し、スケールファクタ補正部１６に出力する。スケールファクタは、周波数スペクトルの量子化ステップサイズを、量子化誤差が許容量子化誤差を超えないように決定するために用いられ、このスケールファクタは、量子化ステップサイズの相対値で示される。
【００４２】
また、許容誤差エネルギーに基づくスケールファクタの算出方法は、例えば、ＭＰＥＧ−１／２ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩにおけるｂ番目のＳＦＢのスケールファクタをscalefactor[b]として、次式で求めることができる。
【００４３】
【数５】
2010175633.tif 000007
【００４４】
補正係数判定指標算出部１４は、フィルタバンク部１２から入力される周波数変換係数からスケールファクタを補正する係数を決めるための判定指標を算出する。例えば、規格上の制限などにより、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢに属する周波数スペクトルのエネルギー総和のＮフレーム移動平均を判定指標として計算し、補正係数算出部１５に出力する。また、判定指標は、補正係数の判定指標はＳＦＢに属する周波数変換係数のエネルギーの総和のＮフレーム移動平均に限定されるものではなく、例えば、ＳＦＢに属する周波数変換係数の（単純な）総和のＮフレーム移動平均値や、ＳＦＢに属する周波数変換係数の代表値（例えば最大値）のＮフレーム移動平均値を採用してもよい。
【００４５】
補正係数算出部１５は、補正係数判定指標算出部１４より出力された判定指標に基づき、スケールファクタを補正する係数を決定し、スケールファクタ補正部１６に出力する。
【００４６】
スケールファクタ補正部１６は、スケールファクタ算出部１３により決定された補正前のスケールファクタ値を受け取り、補正係数算出部１５により決定された補正係数を用いて補正スケールファクタを求めて、スケーリング部１７に出力する。
【００４７】
スケーリング部１７は、スケールファクタ補正部１６より出力されたスケールファクタを用いてフィルタバンク部１２から出力される周波数変換係数をスケーリングする。そして、スケーリング部１７は、上記のスケーリング後の周波数変換係数を量子化部１８へ出力する。
【００４８】
量子化部１８は、スケーリング部１６から出力された周波数変換係数を規定の式に従って、全ての周波数変換係数について量子化を行い、量子化後の周波数変換係数を符号化部１９へ出力する。
【００４９】
符号化部１９は、量子化部１８の出力を所定の符号化方式に従って圧縮符号化し、符号化後の周波数変換係数をフォーマッタ２０へ出力する。
【００５０】
フォーマッタ２０は、符号化部１９の出力とスケールファクタ補正部から出力されるスケールファクタを所定のフォーマットに従って多重化して、多重化の結果を、符号化オーディオ信号ビットストリームとして出力する。
【００５１】
このように本実施の形態における符号化装置は、スケールファクタが適用され、規格上の制限などにより、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢが存在する状況で、スケールファクタを補正する。具体的には、スケールファクタ値が０のＳＦＢの影響度によりスケールファクタを補正する係数を決め、その係数によりスケールファクタを補正する。
【００５２】
例えば、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢの影響度（例えばＳＦＢに属する周波数変換係数のエネルギーの総和）が大の場合、スケールファクタに０≦Ａ＜１となる補正係数Ａを乗ずることで、スケールファクタの値が小さくなるように補正する。スケールファクタの値が小さくなれば、グローバルゲインの値も小さくなる。したがって、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢでもある程度細かい量子化ステップサイズで量子化することになるため、符号化の精度を保つことができ、音質劣化を防ぐことができる。なお、Ａ＝０にしてスケールファクタを全て０にすることにより、ファーストグローバルゲインと同レベルの精度を保つようにしてもよい。
【００５３】
また、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢの影響度（例えばＳＦＢに属する周波数変換係数のエネルギーの総和）が小の場合、グローバルゲインが大きくなっても良いので、スケールファクタを補正しない（補正係数Ａの値を１にする）ようにする。そうすることで、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢ以外のＳＦＢで最適な量子化ステップサイズが与えられ、音質向上を図ることができる。
【００５４】
［３．補正係数の決定処理例１］
次に、上述した符号化装置の補正係数判定指標算出部１４及び補正係数算出部１５における補正係数の決定処理例について説明する。ここでは、規格上の制限により、本来非零であることが期待されるにもかかわらず、スケールファクタ値が０のＳＦＢが必ず存在する、ＭＰＥＧ−１／２ Ａｕｄｉｏ ＬａｙｅｒＩＩＩ (ＭＰ３)を例に挙げて説明する。また、補正係数判定の指標として、スケールファクタ値が０になってしまうＳＦＢの影響度を採用し、ＳＦＢの影響度は、ＳＦＢに属する周波数変換係数のエネルギーの総和のＮフレーム移動平均で計算することにする。Ｎの値は例えば３２とする。ＭＰ３においては最高域のＳＦＢのスケールファクタが常に０になるので、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値が補正係数判定指標になる。
【００５５】
図４は、補正係数の決定処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーを計算する。そして、処理フレーム数がＮフレーム以上かどうかの判断を行う(ステップＳ１２)。
【００５６】
ステップＳ１２において、処理フレーム数がＮフレーム以上ならば、ステップＳ１３に進み、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）を計算する。計算後はステップＳ１５の処理に進む。一方、処理フレーム数がＮフレームより小さい場合、平均が取れないので、ステップＳ１４に進み、補正係数には初期固定値（INITIAL_COEF）を与え、補正係数を求める処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ１５において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）と予め定めた下限値（LOWER_LIMIT）との比較を行う。E_N_avgがLOWER_LIMIT以下の場合は、ステップＳ１６に進み、最高域のＳＦＢの影響が小さいとして、スケールファクタに制限が掛からないように、補正係数の値を１．０にして、補正係数を求める処理を終了する。一方、E_N_avgがLOWER_LIMITより大きい場合はステップＳ１７の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ１７において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）と予め定めた上限値（UPPER_LIMIT）との比較を行う。E_N_avgがUPPER_LIMITより大きい場合は、ステップＳ１８に進み、最高域のＳＦＢの影響が非常に大きいとみなして、補正係数の値を０．０にして、全ＳＦＢのスケールファクタ値が０になるようにする。一方、E_N_avgがUPPER_LIMIT以下の場合はステップＳ１９の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１９において、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）がLOWER_LIMITより大きく、且つUPPER_LIMIT以下のある程度大きな値を持つ場合、補正係数算出部１５は、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）を変数としたlog関数により、補正係数を算出する。
【００６０】
【数６】
2010175633.tif 000008
【００６１】
このような補正係数の決定処理において、各定数、INITIAL_COEF、LOWER_LIMIT、UPPER_LIMIT、C1、C2などは、音質評価などによって求めた適正な値にすることが望まれ、スケールファクタの求め方によって最適にチューニングする必要がある。例えば、ＭＰＥＧ１／２ ＬａｙｅｒＩＩＩにおいて、前記式（１）、前記式（３）、及び前記式（２）に補正係数Ａが入った以下の式（７）によりスケールファクタを求めることができる。
【００６２】
【数７】
2010175633.tif 000009
また、この（７）式により、スケールファクタを求める場合は、各定数は以下のような値が想定される。
【００６３】
【数８】
2010175633.tif 000010
【００６４】
このようにスケールファクタ値が零であるＳＦＢに属する周波数スペクトルに基づいてスケールファクタの補正係数を決定し、補正後スケールファクタの相対値で示される量子化ステップサイズで周波数スペクトルを量子化するため、符号化の精度を保つことができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００６５】
また、具体的には、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢの影響度（例えばSFBに属する周波数変換係数のenergyの総和）が大の場合、スケールファクタに０≦Ａ＜１となる補正係数Ａを乗ずることで、スケールファクタの値が小さくなるように補正する。スケールファクタの値が小さくなれば、グローバルゲインの値も小さくなり、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢでも、ある程度細かい量子化ステップサイズで量子化することになるので、符号化の精度を保つことができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００６６】
また、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢの影響度（例えばＳＦＢに属する周波数変換係数のエネルギーの総和）が小の場合、グローバルゲインが大きくなっても良いので、スケールファクタを補正しない（補正係数Ａの値を１にする）ようにする。そうすることで、スケールファクタ値が０で固定されるＳＦＢ以外のＳＦＢで最適な量子化ステップサイズが与えられ、音質向上を図ることができる。
【００６７】
［４．補正係数の決定処理例２］
次に、補正係数の決定処理の他の例について説明する。ここでは、最高域のＳＦＢのエネルギーの急峻な変化を示す、いわゆるattackが多い音源を例に挙げて説明する。attackが多い音源では、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）の大きさと音質が良くなる補正係数の値の間で相関性が崩れる場合がある。具体的には、最高域のＳＦＢのエネルギーの直近Ｎフレームの平均値（E_N_avg）がLOWER_LIMITより大きく、且つUPPER_LIMIT以下の、ある程度大きな値を持つ場合においては、attackの有り無しが問題になる場合がある。このため、この補正係数の決定処理例では、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）がLOWER_LIMITより大きく、且つUPPER_LIMIT以下のある程度大きな値を持つ場合において、attackが有る場合と無い場合とで異なる補正係数を算出する。なお、その他の処理については、図４に示すフローチャートと同様である。
【００６８】
図５は、補正係数の決定処理の他の例を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーを計算する。そして、処理フレーム数がＮフレーム以上かどうかの判断を行う(ステップＳ２２)。
【００６９】
ステップＳ２２において、処理フレーム数がＮフレーム以上ならば、ステップＳ２３に進み、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）を計算する。計算後はステップＳ２５の処理に進む。一方、処理フレーム数がＮフレームより小さい場合、平均が取れないので、ステップＳ２４に進み、補正係数には初期固定値（INITIAL_COEF）を与え、補正係数を求める処理を終了する。
【００７０】
ステップＳ２５において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）と予め定めた下限値（LOWER_LIMIT）との比較を行う。E_N_avgがLOWER_LIMIT以下の場合は、ステップＳ２６に進み、最高域のＳＦＢの影響が小さいとして、スケールファクタに制限が掛からないように、補正係数の値を１．０にして、補正係数を求める処理を終了する。一方、E_N_avgがLOWER_LIMITより大きい場合はステップＳ２７の処理に進む。
【００７１】
ステップＳ２７において、補正係数判定指標算出部１４は、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）と予め定めた上限値（UPPER_LIMIT）との比較を行う。E_N_avgがUPPER_LIMITより大きい場合は、ステップＳ２８に進み、最高域のＳＦＢの影響が非常に大きいとみなして、補正係数の値を０．０にして、全ＳＦＢのスケールファクタ値が０になるようにする。一方、E_N_avgがUPPER_LIMIT以下の場合はステップＳ２９の処理に進む。
【００７２】
ステップＳ２９において、補正係数判定指標算出部１４は、処理frame中でattackがあるかどうかの判定を行う。この判定は、例えば以下のように行うことができる。
１. 最高域のＳＦＢのエネルギーの直近Ｎフレームの標準偏差（E_N_sd）を計算する（ステップＳ２９）。
２. E_N_sd > E_N_avgならエネルギーに急なバラつきが発生したと考えられるのでattack有りと判断し、ステップＳ３１に進む。
３. E_N_sd <= E_N_avgならattack無しと判断し、ステップＳ３２に進む。
【００７３】
ステップＳ３１において、補正係数算出部１５は、補正係数をある固定値（FIXED_COEF）に定め、処理を終了する。また、ステップＳ３２において、補正係数算出部１５は、補正係数を、E_N_avgを変数としたlog関数により求めて、処理を終了する。
【００７４】
このような補正係数の決定処理において、各定数、INITIAL_COEF、LOWER_LIMIT、UPPER_LIMIT、C1、C2などは、前記式（１）、前記式（３）、及び前記式（７）によりスケールファクタを求める場合、上記決定処理例１と同様の値が想定される。
【００７５】
また、attack有りの場合に補正係数として定めるステップＳ３１の固定値（FIEXED_VALUE）についても、適宜チューニングする必要があるが、前記式（１）、前記式（３）、及び前記式（７）によりスケールファクタを求める場合は以下の値が想定される。
【００７６】
【数９】
2010175633.tif 000011
【００７７】
このように最高域のＳＦＢのエネルギーの急峻な変化を示す、いわゆるattackが多い音源においては、補正係数に固定値を定めることで、最高域のＳＦＢのエネルギーのＮフレーム移動平均値（E_N_avg）の大きさと音質が良くなる補正係数の値の間で相関性が崩れるのを防ぐことができる。
【００７８】
［５．音質客観評価］
次に、ＭＰＥＧ１ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩ（ＭＰ３）のオーディオ信号に対して、以下の３つの処理を施した際の音質客観評価を行った。
１.スケールファクタを適用しない場合（全ＳＦＢでスケールファクタ値が０の場合）
２.補正なしのスケールファクタを適用した場合
３.attackを考慮して補正係数を求めて補正したスケールファクタを適用した場合（スケールファクタは前記式（１）、前記式（３）、及び前記式（７）を用いて求めた。）
【００７９】
ここで、音質客観評価は、ＩＴＵ−Ｔで規定された音響に対する音質客観評価指標ＰＥＡＱ(BS.1387勧告に対応) を測定可能なツールＯＰＥＲＡを用いて行った。ここでは、そのツールを用いて得られた評価値をｏｐｅｒａ評価値と呼称する。ｏｐｅｒａ評価値は、原音ＰＣＭデータと、原音ＰＣＭデータを符号化し、符号化結果を復号して得られるＰＣＭデータを比較して、両者の違いを１から−４の値で評価した値である。１に近いほど原音に近い。
【００８０】
表１は、最高域のエネルギーが強い音源（JPOP、2ch、Fs 44.1kHz、10秒データ）を原音ＰＣＭとし、上記３つの処理をそれぞれ施した際の音質客観評価である。この表１の結果から分かるようにスケールファクタを適用した場合、スケールファクタに補正を施すことで、特に、スケールファクタに補正を施さないのに比べて良好な音質を保つことができる。
【００８１】
【表１】
2010175633.tif 000012
【００８２】
また、表２は、最高域のエネルギーが弱い音源（クラシック、2ch、Fs 44.1kHz、10秒データ）を原音ＰＣＭとし、上記３つの処理をそれぞれ施した際の音質客観評価である。この表２の結果から分かるようにスケールファクタを適用した場合、スケールファクタに補正を施すことで、特に、スケールファクタを適用しないものに比べて良好な音質を保つことができる。
【００８３】
【表２】
2010175633.tif 000013
【００８４】
また、表３はattackが多い音源（カスタネット、2ch、Fs 44.1kHz、10秒データ）を原音ＰＣＭとし、上記３つの処理をそれぞれ施した際の音質客観評価である。この表３の結果から分かるようにスケールファクタを適用し、attackの有りの場合、スケールファクタの補正係数を固定値とすることで、特に、スケールファクタを適用しないものに比べて良好な音質を保つことができる。
【００８５】
【表３】
2010175633.tif 000014
【００８６】
これら表１〜表３の結果から明らかなように、本実施の形態によれば、最高域のエネルギーが強い音源、弱い音源、及びattackが多い音源においても、良好な客観評価値が得られ、優れた音質を保つことができる。
【００８７】
なお、上述した実施の形態では、符号化処理をハードウェアにより行うこととしたが、ソフトウェアにより行うこともできる。ソフトウェアにより行う場合は、そのソフトウェアを構成するプログラムが汎用コンピュータ等の情報処理装置にインストールされる。このプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、半導体メモリなどの記録媒体に一時的又永続的に格納（記録）され、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供される。また、インターネットなどのネットワークからのダウンロードにより提供される。
【符号の説明】
【００８８】
１１  心理聴覚モデル部、  １２  フィルタバンク部、  １３  スケールファクタ算出部、  １４  補正係数判定指標算出部、  １５  補正係数算出部、  １６  スケールファクタ補正部、  １７  スケーリング部、  １８  量子化部、  １９  符号化部、  ２０  フォーマッタ
【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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