(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビットストリームからオーディオ信号を復号するオーディオ復号装置であって、
前記ビットストリームは、狭帯域なオーディオ信号の符号化情報と前記狭帯域を広帯域に拡張する補助情報とを含み、
前記補助情報は、前記符号化情報の帯域より高い帯域の特徴を示す高域成分情報と、所定帯域に付加される正弦波信号を示す正弦波付加情報とを含み、
前記オーディオ復号装置は、
前記ビットストリームから前記符号化情報と前記補助情報とを分離するビットストリーム分離手段と、
分離された前記符号化情報から狭帯域なオーディオ信号を復号する復号手段と、
前記狭帯域なオーディオ信号を複数のサブバンド信号から構成される第１サブバンド信号に分割する分析サブバンドフィルタと、
分離された前記補助情報の正弦波付加情報に基づき、前記符号化情報の帯域より高い帯域の所定のサブバンドに付加する正弦波信号を生成する付加信号生成手段と、
前記正弦波信号の位相特性と振幅特性に基づき、前記所定のサブバンドの近傍サブバンドに生じるエイリアシング成分を抑圧するために前記近傍サブバンドに付加する補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記第１サブバンド信号と分離された前記補助情報の高域成分情報とから、前記符号化情報の帯域より高い帯域の複数のサブバンド信号から構成される第２サブバンド信号を生成し、前記正弦波信号と前記補正信号を前記第2サブバンド信号に付加する帯域拡張手段と、
前記第１サブバンド信号と前記第２サブバンド信号を合成して広帯域なオーディオ信号を得る実数演算の合成サブバンドフィルタとを備える、オーディオ復号装置。
【請求項２】
前記エイリアシング成分は、複素演算を行う合成サブバンドフィルタによる合成後には抑圧される成分を少なくとも含む、請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項３】
前記第１サブバンド信号は低域のサブバンド信号であり、前記第２サブバンド信号は高域のサブバンド信号である、請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項４】
前記補正信号生成手段により生成される補正信号は、前記正弦波信号が付加されるサブバンドに隣接するサブバンドに生じるエイリアシング成分の信号を抑圧する、請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項５】
前記補正信号生成手段により生成される補正信号の振幅は、前記正弦波信号の振幅に同期して調整される、請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項６】
前記正弦波信号はサブバンドKに付加され、周期Tの前記正弦波信号は、時間０で振幅S、時間1T/4で振幅０、時間2T/4で振幅-S、時間3T/4で振幅０と遷移し、
前記補正信号はサブバンドK-1と、サブバンドK+1にそれぞれ付加され、Alpha、Betaを定数とするとき、
サブバンドK-1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Alpha*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Beta*Sと遷移し、
サブバンドK+1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Beta*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Alpha*Sと遷移する、請求項４記載のオーディオ号装置。
【請求項７】
ビットストリームからオーディオ信号を復号するオーディオ復号方法であって、
前記ビットストリームは、狭帯域なオーディオ信号の符号化情報と前記狭帯域を広帯域に拡張する補助情報とを含み、
前記補助情報は、前記符号化情報の帯域より高い帯域の特徴を示す高域成分情報と、所定帯域に付加される正弦波信号を示す正弦波付加情報とを含み、
前記オーディオ復号方法は、
前記ビットストリームから前記符号化情報と前記補助情報とを分離するステップと、
分離された前記符号化情報から狭帯域なオーディオ信号を復号する復号ステップと、
前記狭帯域なオーディオ信号を複数のサブバンド信号から構成される第１サブバンド信号に分割するステップと、
分離された前記補助情報の正弦波付加情報に基づき、前記符号化情報の帯域より高い帯域の所定のサブバンドに付加する正弦波信号を生成する付加信号生成ステップと、
前記正弦波信号の位相特性と振幅特性に基づき、前記所定のサブバンドの近傍サブバンドに生じるエイリアシング成分を抑圧するために前記近傍サブバンドに付加する補正信号を生成する補正信号生成ステップと、
前記第１サブバンド信号と分離された前記補助情報の高域成分情報とから、前記符号化情報の帯域より高い帯域の複数のサブバンド信号から構成される第２サブバンド信号を生成し、前記正弦波信号と前記補正信号を前記第2サブバンド信号に付加するステップと、
前記第１サブバンド信号と前記第２サブバンド信号を合成して広帯域なオーディオ信号を得る実数演算の合成ステップとを備える、オーディオ復号方法。
【請求項８】
前記エイリアシング成分は、複素演算を行う合成ステップによる合成後には抑圧される成分を少なくとも含む、請求項７記載のオーディオ復号方法。
【請求項９】
前記第１サブバンド信号は低域のサブバンド信号であり、前記第２サブバンド信号は高域のサブバンド信号である、請求項７記載のオーディオ復号方法。
【請求項１０】
前記補正信号生成ステップにより生成される補正信号は、前記正弦波信号が付加されるサブバンドに隣接するサブバンドに生じるエイリアシング成分の信号を抑圧する、請求項７記載のオーディオ復号方法。
【請求項１１】
前記補正信号生成ステップにより生成される補正信号の振幅は、前記正弦波信号の振幅に同期して調整される、請求項７記載のオーディオ復号方法。
【請求項１２】
前記正弦波信号はサブバンドKに付加され、周期Tの前記正弦波信号は、時間０で振幅S、時間1T/4で振幅０、時間2T/4で振幅-S、時間3T/4で振幅０と遷移し、
前記補正信号はサブバンドK-1と、サブバンドK+1にそれぞれ付加され、Alpha、Betaを定数とするとき、
サブバンドK-1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Alpha*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Beta*Sと遷移し、
サブバンドK+1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Beta*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Alpha*Sと遷移する、請求項１０記載のオーディオ復号方法。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか一項に記載の前記オーディオ復号化方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１４】
請求項７から１２のいずれか一項に記載の前記オーディオ復号化方法を、コンピュータに実行させるプログラムを記録した情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少ない情報の付加情報を付加することで、狭帯域なオーディオ信号から、広帯域なオーディオ信号を生成するオーディオ帯域拡張システムの復号化装置および復号化方法に関し、当該システムが低演算量をもって高音質な再生を与えるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ信号を少ない情報量で符号化し、その符号化列から逆にオーディオ信号を得るいわゆるオーディオ符号化技術が多く知られている。それら符号化方式の中でも、ＩＳＯ／ＩＥＣの国際標準規格であるＩＳ１３８１８−７（ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ）は、少ない情報量でも高音質な再生を可能にする、優れた方式として知られている。前記ＡＡＣは、近年、ＩＳ１４４９６−３（ＭＰＥＧ−４オーディオ）にも採用されている。ＡＡＣに代表されるオーディオ符号化方式は、時間領域の離散オーディオ信号を、ある一定の時間間隔ごとに時間領域の信号から周波数領域への信号へと変換し、変換された周波数情報を複数の周波数帯域に分割し、分割した各々の帯域ごとに適当な情報配分に基づいて量子化をおこない、符号化が行われる。一方、復号化は、符号化列から周波数情報を復元し、周波数情報から時間領域の信号へ変換をすることで再生音を得る。符号化に与えられる情報量が少なくなると（低ビットレートの場合）、符号化の過程において、分割した各々の帯域に配分される情報配分が減少し、結果的に情報配分が０となる帯域が生じる場合がある。この場合、復号化過程では、情報配分が０となった帯域の周波数成分の音がない再生音となる。一般に、人間の聴覚特性に基づいた処理によって情報配分をおこなう符号化をすると、１０ｋＨｚ程度以上の高い周波数の音に対する感度が、それより低い周波数よりも低いことなどから、高域成分への情報配分が欠落し、結果的に狭帯域な再生音を与えることになる。
【０００３】
ＡＡＣ方式を用いても、９６ｋｂｐｓ程度のビットレートの情報量を与えれば、４４．１ｋＨｚのステレオ信号を１６ｋＨｚ程度の帯域をもって符号化することが可能であるが、半分の４８ｋｂｐｓ程度のビットレートの情報量で符号化をおこなうと、音質を維持して量子化し符号化できる帯域は、たかだか１０ｋＨｚ程度に減少する。４８ｋｂｐｓ程度の低ビットレートの符号化による再生音は狭帯域ゆえ、聴感上、こもった感じを受ける。
【０００４】
このような狭帯域な再生音を与える符号化列に、少しの情報量付加によって、広帯域な再生を可能とする方法として、たとえば、ＥＴＳＩ（European Telecommunication Standards Institute）が勧告する「Digital Radio Mondiale(DRM); System Specification」（ＥＴＳＩ  ＴＳ  １０１  ９８０）に記載がある。
同様の技術は、例えば、ＡＥＳ（Audio Engineering Society） convention paper ５５５３、５５５９、５５６０(112th Convention 2002,May 10-13 Munich,Germany)に記載があり、ＳＢＲ(Spectral Band Replication)と呼ばれている。
【０００５】
図２は、ＳＢＲによる帯域拡張をおこなうデコーダーの一例を示す図である。入力ビットストリーム２０６は、ビットストリーム分離手段２０１において、低域成分情報２０７、高域成分情報２０８、および正弦波付加情報２０９に分離される。低域成分情報２０７は、例えばＭＰＥＧ−４  ＡＡＣ等の符号化方式を用いて符号化された情報であり、低域復号手段２０２において復号され、低域成分を表す時間信号が生成される。生成された低域成分を表す時間信号は、分析フィルタバンク２０３において複数（Ｍ個）のサブバンドに分割され、帯域拡張手段２０４に入力される。帯域拡張手段２０４は、低域成分を表す低域サブバンド信号を高域のサブバンドにコピーすることによって、帯域制限によって失われた高域成分を補償する。ここで、帯域拡張手段２０４に入力される高域成分情報２０８には、補償される高域サブバンドに対するゲイン情報が含まれており、生成された高域サブバンドごとにゲインが調整される。また、正弦波付加情報２０９にしたがって、付加信号生成手段２１１が、各高域サブバンドに対して、ゲイン制御された正弦波が加算されるように、注入信号２１２を生成する。帯域拡張手段２０４において生成された高域サブバンド信号は、低域サブバンド信号と共に合成フィルタバンク２０５に入力されて帯域合成され、出力信号２１０が生成される。このとき、合成フィルタバンク側のサブバンド数は、分析フィルタ側のサブバンド数と一致していなくても良い。例えば、図２においてＮ＝２Ｍの関係が成り立つとすれば、出力信号のサンプリング周波数は、分析フィルタバンクに入力される時間信号のサンプリング周波数に対して２倍となる。
【０００６】
上記の構成では、高域成分情報２０８もしくは正弦波付加情報２０９に含まれる情報は、ゲイン制御に関わる情報のみであるので、スペクトル情報を含む低域成分情報２０７と比較して非常に少ない情報量しか必要としない。したがって、低ビットレートにおいて広帯域の信号を符号化するのに適した方法である。
【０００７】
図２の合成フィルタバンク２０５は、各サブバンドに対し、実数部の入力と虚数部の入力を受け、複素演算を行うフィルタで構成されている。
【０００８】
しかしながら、上記構成の帯域拡張をおこなうデコーダーは、複素演算の分析フィルタバンクと合成フィルタバンクの２つのフィルタを有することで、デコード時の演算量が多い。たとえば、ＬＳＩなどでデコード装置を作成した場合においては、その消費電力が大きくなり、電源容量により再生時間が少なくなるという問題がある。合成フィルタバンクの出力のうち、我々が受聴する信号は実数の信号であることから、演算量の削減を目的として、合成フィルタバンクを実数のフィルタバンクで構成する手法が取られる。しかしながら、この場合は、演算量は削減されるが、複素演算の合成フィルタバンクを用いた場合と同様の正弦波付加方法を用いると、純粋な正弦波信号が加算されるのではなく、再生音に意図した結果が得られないという問題が生じる。
【０００９】
よって、本発明では、このような従来の問題を鑑みてなされたものであって、実数演算のフィルタバンクを用いて帯域拡張システムを低演算で作成した場合において、複素演算時の合成フィルタバンクに対して注入しようとした付加的な正弦波生成の信号に、若干の変更を加えることで、本来意図した再生を補償する復号化装置および方法を提供するものである。
【００１０】
【非特許文献１】「Digital Radio Mondiale(DRM); System Specification」（ＥＴＳＩ  ＴＳ  １０１  ９８０）
【非特許文献２】ＡＥＳ（Audio Engineering Society） convention paper ５５５３、５５５９、５５６０(112th Convention 2002,May 10-13 Munich,Germany)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ビットストリームからオーディオ信号を復号するオーディオ復号装置であって、
前記ビットストリームは、狭帯域なオーディオ信号の符号化情報と前記狭帯域を広帯域に拡張する補助情報とを含み、
前記補助情報は、前記符号化情報の帯域より高い帯域の特徴を示す高域成分情報と、所定帯域に付加される正弦波信号を示す正弦波付加情報とを含み、
前記オーディオ復号装置は、
前記ビットストリームから前記符号化情報と前記補助情報とを分離するビットストリーム分離手段と、
分離された前記符号化情報から狭帯域なオーディオ信号を復号する復号手段と、
前記狭帯域なオーディオ信号を複数のサブバンド信号から構成される第１サブバンド信号に分割する分析サブバンドフィルタと、
分離された前記補助情報の正弦波付加情報に基づき、前記符号化情報の帯域より高い帯域の所定のサブバンドに付加する正弦波信号を生成する付加信号生成手段と、
前記正弦波信号の位相特性と振幅特性に基づき、前記所定のサブバンドの近傍サブバンドに生じるエイリアシング成分を抑圧するために前記近傍サブバンドに付加する補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記第１サブバンド信号と分離された前記補助情報の高域成分情報とから、前記符号化情報の帯域より高い帯域の複数のサブバンド信号から構成される第２サブバンド信号を生成し、前記正弦波信号と前記補正信号を前記第2サブバンド信号に付加する帯域拡張手段と、
前記第１サブバンド信号と前記第２サブバンド信号を合成して広帯域なオーディオ信号を得る実数演算の合成サブバンドフィルタ
からなることを特徴とし、低演算量でありながら、低ビットレートで高音質なオーディオ再生を可能とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低演算な実数演算により実現される合成フィルタバンクを用いる場合において、正弦波付加を行うサブバンドの低域もしくは高域サブバンドに対して、補正を目的とした信号を注入することによって、正弦波付加に伴う余分なスペクトルの生成を抑制し、所望の正弦波信号のみを注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１３は、本発明の原理を示す、ブロック図である。音楽などのオーディオ信号は、低域周波数帯成分と高域周波数帯成分を含む。低域周波数帯成分についてはオーディオ信号の符号化情報が送られてくるが、高域周波数帯成分についてはトーン付加情報（正弦波付加情報）とゲイン情報が送られてくる。受信側では、低域周波数帯成分については、オーディオ信号を復号化するが、高域周波数帯成分については、低域周波数帯成分をコピーし、トーン付加情報とゲイン情報を用いて加工し、擬似的なオーディオ信号を合成する。擬似的なオーディオ信号を合成する場合、位相の情報と振幅の情報が必要となり、合成のための演算は、複素数演算となる。複素数演算は実数部と虚数部の演算がが必要であるため、演算工程が複雑となり、処理時間も長くなる。この発明は、演算工程を軽減するため、実数部のみを用いて演算を行うようにした。ところがあるサブバンドにおいて、実数部だけを用いて演算を行えば、そのサブバンドに隣接する上側のサブバンドと下側のサブバンドに不必要な信号が発生する。この不必要な信号をキャンセルするための補正信号を、トーン付加情報に含まれる位相情報、振幅情報、タイミング情報を用いて生成する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態におけるオーディオ復号化装置および方法について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に基づく、ＳＢＲによる帯域拡張を行う復号化装置を示す構成図である。
【００１５】
入力ビットストリーム２０６は、ビットストリーム分離手段１０１において、低域成分情報１０７、高域成分情報１０８、および正弦波付加情報１０９に分離される。低域成分情報１０７は、例えばＭＰＥＧ−４  ＡＡＣ等の符号化方式を用いて符号化された情報であり、低域復号手段１０２において復号され、低域成分を表す時間信号が生成される。生成された低域成分を表す時間信号は、分析フィルタバンク１０３において複数（Ｍ個）のサブバンドに分割され、帯域拡張手段１０４に入力される。帯域拡張手段１０４は、低域成分を表す低域サブバンド信号を高域のサブバンドにコピーすることによって、帯域制限によって失われた高域成分を補償する。ここで、帯域拡張手段１０４に入力される高域成分情報１０８には、補償される高域サブバンドに対するゲイン情報が含まれており、生成された高域サブバンドごとにゲインが調整される。また、正弦波付加情報（トーン情報とも言う）１０９にしたがって、付加信号生成手段１１１が、各高域サブバンドに対して、ゲイン制御された正弦波が加算されるように、注入信号１１２を生成する。帯域拡張手段１０４において生成された高域サブバンド信号は、低域サブバンド信号と共に合成フィルタバンク1０５に入力されて帯域合成され、出力信号1１０が生成される。このとき、合成フィルタバンク側のサブバンド数は、分析フィルタ側のサブバンド数と一致していなくても良い。例えば、図1においてＮ＝２Ｍの関係が成り立つとすれば、出力信号のサンプリング周波数は、分析フィルタバンクに入力される時間信号のサンプリング周波数に対して２倍となる。
【００１６】
入力ビットストリーム１０６には、オーディオ信号の狭帯域な符号化情報（すなわち低域成分情報１０７）と、狭帯域を広帯域に拡張する補助情報（すなわち高域成分情報１０８と正弦波付加情報１０９）を含む。
【００１７】
図１に示す復号化装置の合成フィルタバンク１０５は、実数演算のフィルタで構成される。なお、実数演算を行うことができる複素演算のフィルタを用いても良いことは言うまでもない。
【００１８】
更に図１に示す復号化装置には、補正信号生成手段１１４が設けられ、正弦波信号を付加する際に生じる差分を補正する補正注入信号１１３を生成する。
【００１９】
入力ビットストリーム１０６は、ビットストリーム分離手段１０１において、低域成分情報１０７、高域成分情報１０８、正弦波付加情報１０９に分離される。低域成分情報１０７は、たとえばＭＰＥＧ−４  ＡＡＣや、ＭＰＥＧ−１オーディオ、ＭＰＥＧ−２オーディオの符号化列などであり、対応する復号化機能を有する低域復号手段１０２によって、復号され、低域成分を表す時間信号が生成される。生成された低域成分を表す時間信号は、分析フィルタバンク１０３によって、複数（たとえばＭ個）の第１サブバンド信号Ｓ１に分割され、帯域拡張手段１０４へ入力される。分析フィルタバンク１０３および後述の合成フィルタバンク１０５はポリフェーズフィルタバンクやＭＤＣＴ変換などによって構成される。帯域分割をおこなうフィルタバンクは当業者には公知の技術である。
【００２０】
帯域拡張手段１０４では、低域の信号成分に相当する分析フィルタバンク１０３からの第１サブバンド信号Ｓ１はそのまま出力されると共に合成部にも送られる。帯域拡張手段１０４の合成部では、第１サブバンド信号Ｓ１を受け、高域成分情報１０８、注入信号１１２、補正注入信号１１３を用いて、複数の第２サブバンド信号Ｓ２を合成する。第２サブバンド信号群Ｓ２は、第１サブバンド信号群Ｓ１よりも、高い周波数帯域にある。高域成分情報１０８には、第１サブバンド信号Ｓ１のいずれをコピーして、第２サブバンド信号Ｓ２のいずれを生成するかを示す情報や、コピーした第１サブバンド信号Ｓ１をどれだけ増幅するかを示すゲイン調整情報が含まれる。
【００２１】
正弦波付加情報１０９が無い場合や、実際に正弦波付加情報１０９によって生成される信号が無い場合は、このまま帯域拡張手段１０４からの出力である帯域拡張されたサブバンド信号は、Ｍと同じかそれより大きいＮ個のサブバンド合成フィルタを有する合成フィルタバンク１０５によって、帯域合成され、広帯域な出力信号１１０を生成する。
【００２２】
本実施の形態１では、合成フィルタバンク１０５を実数演算のフィルタバンクとする。すなわち、合成フィルタバンク１０５は、虚数部の入力を含まず、実数部の入力のみを含ませ、実数部の演算によって実現されるフィルタで構成する。これにより、合成フィルタバンク１０５は、複素演算によって実現されるフィルタよりも、簡略化され、演算速度も速くなる。
【００２３】
正弦波付加情報１０９がある場合は、正弦波付加情報１０９は、付加信号生成手段１１１に入力され、注入信号１１２を生成し、帯域拡張手段１０４の出力信号に加算される。同時に、正弦波付加情報１０９は、補正信号生成手段１１４にも入力され、補正注入信号１１３を生成し、帯域拡張手段１０４の出力信号に同じく加算される。帯域拡張手段１０４からの出力信号は、合成フィルタバンク１０５に入力される。合成フィルタバンク１０５は、正弦波付加情報１０９に基づく加算信号の有無に関わらず、出力信号１１０を出力する。
【００２４】
正弦波付加情報１０９に基づく注入信号１１２および補正注入信号１１３の生成について、図３および図４を用いて、さらに詳しく説明する。
【００２５】
図３は、発明の基本原理を説明するためのオーディオ復号化方式における付加信号生成手段１１１を示しており、図４は、本発明の実施の形態１における付加信号生成手段１１１および補正信号生成手段１１４を示している。
【００２６】
まず、図３を用いて付加信号生成手段１１１について説明する。正弦波付加情報１０９に含まれる情報は、何番目の合成フィルタバンクに正弦波を注入するかを表す注入サブバンド番号情報、いかなる位相から始まる正弦波を注入するかを表す位相情報、いかなる時間から始まる正弦波を注入するかを表すタイミング情報、いかなる振幅の正弦波を注入するかを表す振幅情報である。
【００２７】
注入サブバンド情報抽出手段４０６では、前記注入サブバンド番号情報を抽出する。位相情報抽出手段４０２では、前記正弦波付加情報１０９に前記位相情報が含まれる場合は当該情報に基づき、いかなる位相から始まる正弦波を注入するか決定する。前記正弦波付加情報１０９に前記位相情報が含まれない場合には、位相情報抽出手段４０２では、過去の時間フレームとの位相の連続性を考慮していかなる位相から始まる正弦波を注入するか決定する。
【００２８】
振幅抽出手段４０３では、前記振幅情報を抽出する。タイミング抽出手段４０４では、合成フィルタバンクに正弦波を注入する際に、いつの時刻から正弦波の注入を開始し、いつの時刻まで注入するかを表すタイミング情報を抽出する。
【００２９】
位相情報抽出手段４０２、振幅抽出手段４０３、およびタイミング抽出手段４０４からの情報をもとにして、正弦波生成手段４０５では、注入すべき正弦波（トーン信号）を作成する。なお、作成する正弦波の周波数は、例えば、サブバンドの中心周波数の他、中心周波数からあらかじめ定められたオフセット値によって示される周波数などを、設定することができる。さらに、注入するサブバンドのサブバンド番号に応じて予め設定しておいても良い。例えば、サブバンド番号の偶奇により、注入するサブバンドの上限周波数または下限周波数の正弦波を作成しても良い。以下の説明では、当該サブバンドの中心周波数の正弦波を作成する、すなわち、サブバンド信号上では周期が４サンプルの周期信号を作成するものとして説明する。正弦波注入手段４０７では、注入サブバンド情報抽出手段４０６で得られた番号の合成フィルタのサブバンドに対して、正弦波生成手段４０５で得られた正弦波を注入する。正弦波注入手段４０７からの出力信号を注入信号１１２とする。
【００３０】
ここで、図６の表に示すように、サブバンドＫに対して振幅がＳで、周期が４の複素信号の注入信号を考える。表中の（ａ，ｂ）で表現される値は、ａ＋ｊｂの複素数信号を意味し、ｊは虚数単位である。図６のサブバンドＫに対する注入信号を図５を用いて説明すると、実数部と虚数部の関係から、注入信号は図５において、５０１、５０２、５０３、５０４と遷移していく周期信号であることが分かる。
【００３１】
合成フィルタバンクが、本発明と異なり、複素数を入力として、複素演算によって実現されるフィルタである場合は、このような注入信号に対して、得られる復号化システムの出力信号は、単一周波数のスペクトルとなり、いわゆる純粋な正弦波が注入されたことになる。しかしながら、本発明にかかる合成フィルタバンクのように、実数部のみを入力として、実数演算によって実現されるフィルタで構成した場合は、図６の虚数部を除いた図７で示される実数信号をサブバンドＫに注入することになる。このような注入信号に対して、実数部のみを入力とする合成フィルタによって実現される復号システムの出力には、図９に示されるような単一周波数のスペクトル（注入された正弦波のスペクトル９０２）と、その上下の帯域に意図しないスペクトル（余分なスペクトル９０３）が現れてしまう。これは、実数演算の合成フィルタにおいては、フィルタ特性による隣接サブバンドへのスペクトルリークが上手く打ち消されず、エイリアシング成分として現れるためである。
【００３２】
よって、実数部のみを入力とする実数演算を用いる合成フィルタバンクにおいては、図３の構成の付加信号生成手段だけではなく、図４に示す補正信号生成手段１１４を加える構成にすることよって、図９に示される余分なスペクトルを除去することができる。
【００３３】
図４を用いて本発明にかかる付加信号生成手段１１１および補正信号生成手段１１４を説明する。図４において、正弦波付加情報４０１、位相情報抽出手段４０２、振幅抽出手段４０３、タイミング抽出手段４０４、正弦波生成手段４０５、注入サブバンド情報抽出手段４０６、正弦波注入手段４０７、および注入信号４０８は、先に説明した図３のものと同じである。補正サブバンド情報決定手段４０９と補正信号生成手段４１０が加わったことが異なる。
【００３４】
補正サブバンド情報決定手段４０９では、注入サブバンド情報抽出手段４０６で得られる何番目の合成フィルタバンクに正弦波を注入するかという情報をもとに、補正すべきサブバンドを指定する。補正すべきサブバンドは、正弦波を注入するサブバンドの近傍のサブバンドであり、高域サブバンドと低域サブバンドがある。補正すべき高域サブバンドと低域サブバンドは、使用する合成フィルタバンク１０５の特性によって異なるが、ここでは、正弦波を注入するサブバンドの隣接サブバンドを対象とする。たとえば、Ｋサブバンドに正弦波を注入する際には、Ｋ＋１サブバンドとＫ−１サブバンドがそれぞれ補正すべき高域サブバンドと低域サブバンドとなる。
【００３５】
補正信号発生手段４１０では、前記の補正サブバンドに対する余分なスペクトルを打ち消すような信号を、位相情報抽出手段４０２、振幅抽出手段４０３、およびタイミング抽出手段４０４の出力にもとづいて生成し、補正注入信号１１３として出力する。生成された補正注入信号１１３は、注入信号１１２と同様に合成フィルタバンク１０５への入力信号に加算される。補正注入信号１１３は、たとえば、図８の表に示すように、サブバンドＫ−１とサブバンドＫ＋１において、それぞれ振幅Ｓと位相に応じた信号となる。ここで、Alpha、Betaは使用する合成フィルタバンクの特性に従って求められる値であり、フィルタバンクの隣接サブバンドへのスペクトルリークの大きさ等を考慮して求められる。
【００３６】
図８より明らかなように、正弦波信号がサブバンドKに付加された場合、周期Tの正弦波信号は、時間０で振幅S、時間1T/4で振幅０、時間2T/4で振幅-S、時間3T/4で振幅０と遷移する。補正信号はサブバンドK-1と、サブバンドK+1にそれぞれ付加される。サブバンドK-1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Alpha*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Beta*Sと遷移する。サブバンドK+1に付加される補正信号は、時間０で振幅０、時間1T/4で振幅Beta*S、時間2T/4で振幅０、時間3T/4で振幅Alpha*Sと遷移する。
【００３７】
本実施の形態により注入された正弦波のスペクトルを図１０に示す。図１０においては、図９で観測された余分なスペクトル成分９０３が抑制されていることが分かる。
【００３８】
このように補正注入信号を導入すれば、正弦波注入を実数のフィルタバンクに対しておこなっても、余分なスペクトルが生成されず、所望なサブバンドに正弦波を少ない演算量で注入することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態の説明においては、サブバンドKに対して注入する正弦波信号として、例として図５の（ａ）に示すような、初期位相が０で、実数部か虚数部のいずれかが０となるような場合について述べたが、図５の（ｂ）に示すように、図５の（ａ）を位相δ回転させた場合においても適用することができる。その際の注入信号と補正注入信号の関係は、例えば図１１の表のように表すことができる。ここで、Ｓ、Ｐ、Ｑは使用する合成フィルタバンクの特性に従って求められる値であり、フィルタバンクの隣接サブバンドへのスペクトルリークの大きさ等を考慮して求められる。
また、上記の説明においては、正弦波を付加するサブバンドKに対して、隣接サブバンドＫ−１およびサブバンドＫ＋１に対して補正信号を注入したが、使用する合成フィルタの特性によっては、隣接サブバンドＫ−１およびサブバンドＫ＋１以外のサブバンドに対しても補正が必要である。その場合は、補正が必要となるそれぞれのサブバンドに対して補正信号を注入するように構成すればよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２における付加信号生成手段を示す構成図である。先に説明した図４に示される付加信号生成手段と異なる点は、正弦波生成手段４０５において算出された補間情報１２０１が補正信号発生手段４１０に入力され、前記補間情報１２０１に基づいて補正注入信号１１３が算出されるように構成されていることである。
【００４１】
本実施の形態１の正弦波生成手段４０５においては、振幅抽出手段４０３において抽出された現フレームの振幅情報のみに基づいて、生成する正弦波の振幅を調整するが、本実施の形態2の正弦波生成手段４０５は、近傍フレームの振幅情報を用いて振幅情報を補間し、補間された振幅情報に基づいて、生成する正弦波の振幅を調整する。このような処理を行うことによって、生成する正弦波の振幅を滑らかに変化させることができるので、出力信号の聴感的な音質を向上させることができる。この構成においては、生成される正弦波の振幅が補間によって変化するので、対応する補正注入信号についても同様に、振幅を調整しなければならない。従って、正弦波生成手段４０５において算出された補間情報を補正信号生成手段４１０に入力し、前記の補間によって変化する正弦波の振幅に同期して、補正注入信号１１３の振幅を調整するようにする。
【００４２】
このような構成とすることにより、生成される正弦波の振幅が補間される場合においても、正しい補正注入信号を算出することができ、余分なスペクトル成分を抑制することができる。
【００４３】
図１に示すオーディオ復号化装置の手順は、プログラミング言語を用い、ソフトウェアとして記述することができる。また、このように記述したソフトウェアは、情報記録媒体に記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のオーディオ復号化装置の構成の一例を示す図である。
【図２】従来のオーディオ復号化装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明するための付加信号生成手段の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における付加信号生成手段の一例を示す図である。
【図５】注入する複素信号の一例を示す図である。
【図６】図３の付加信号生成手段により生成される注入信号の一例を示す図である。
【図７】図３の付加信号生成手段により生成される注入信号の実数部のみを示した一例を示す図である。
【図８】図４の付加信号生成手段と補正信号生成手段により生成される注入信号と補正信号の一例を示す図である。
【図９】実数合成フィルタに実数部だけの正弦波注入を行った場合のスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】実数合成フィルタに実数部だけの正弦波注入と補正信号の注入を行った場合のスペクトルの一例を示す図である。
【図１１】図８の別の例を示す注入信号と補正信号の一例を示すである。
【図１２】本発明の実施の形態２における付加信号生成手段の一例を示す図である。
【図１３】本発明の原理をしめすブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  ビットストリーム分離手段
１０２  低域復号手段
１０３  分析フィルタバンク
１０４  帯域拡張手段
１０５  合成フィルタバンク
１０６  入力ビットストリーム
１０７  低域成分情報
１０８  高域成分情報
１０９  正弦波付加情報
１１０  出力信号
１１１  付加信号生成手段
１１２  注入信号
１１３  補正注入信号
１１４  補正信号生成手段
【要約】
低ビットレートにおいて、広帯域で高音質なオーディオ信号の復号を低演算にておこなう。合成フィルタバンクを実数で構成し、その際生じる正弦波注入にともなう意図しないスペクトルを抑圧する方法を提供する。正弦波を注入するサブバンドの隣接サブバンドに抑圧信号を注入することで実施する。このことにより、低演算でありながら、所望の正弦波注入を可能にできる。【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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