(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記低域サブバンド信号に基づきエネルギ補正係数を算出する補正係数抽出部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項２】
前記補正係数抽出部は、前記低域サブバンド信号の信号位相を算出し、前記信号位相に基づいてエネルギ補正係数を算出する請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項３】
前記補正係数抽出部は、前記低域サブバンド信号の実部のエネルギと前記低域サブバンド信号の信号エネルギとの比をエネルギ補正係数として算出する請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項４】
前記補正係数抽出部は、前記低域サブバンド信号の各サンプルの位相を平均化してエネルギ補正係数を算出する請求項１記載のオーディオ復号装置。
【請求項５】
前記補正係数抽出部は、前記周波数帯域毎に算出したエネルギ補正係数を平滑化する請求項１から４のいずれか１項記載のオーディオ復号装置。
【請求項６】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
予め定めたエネルギ補正係数を発生する補正係数発生部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項７】
前記補正係数発生部は、乱数を発生させ当該乱数をエネルギ補正係数とする請求項６記載のオーディオ復号装置。
【請求項８】
前記補正係数発生部は、周波数帯域ごとに予め定めたエネルギ補正係数を発生させる請求項６記載のオーディオ復号装置。
【請求項９】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号に基づきエネルギ補正係数を算出するステップと、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するステップと、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項１０】
前記補正目標エネルギの算出において、前記低域サブバンド信号の信号位相を算出し、前記信号位相に基づいてエネルギ補正係数を算出する請求項９記載のオーディオ復号方法。
【請求項１１】
前記補正目標エネルギの算出において、前記低域サブバンド信号の実部のエネルギと前記低域サブバンド信号の信号エネルギとの比をエネルギ補正係数として算出する請求項９記載のオーディオ復号方法。
【請求項１２】
前記補正目標エネルギの算出において、前記低域サブバンド信号の各サンプルの位相を平均化してエネルギ補正係数を算出する請求項９記載のオーディオ復号方法。
【請求項１３】
前記補正目標エネルギの算出において、前記周波数帯域毎に算出したエネルギ補正係数を平滑化する請求項９から１２のいずれか１項記載のオーディオ復号方法。
【請求項１４】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップ、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップ、
予め定めたエネルギ補正係数を発生するステップ、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するステップ、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成した復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項１５】
前記エネルギ補正係数の発生において、乱数を発生させ当該乱数をエネルギ補正係数とする請求項１４記載のオーディオ復号方法。
【請求項１６】
前記エネルギ補正係数の発生において、周波数帯域ごとに予め定めたエネルギ補正係数を発生させる請求項１４記載のオーディオ復号方法。
【請求項１７】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割処理と、
前記低域サブバンド信号に基づきエネルギ補正係数を算出する補正係数抽出処理と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１８】
前記補正係数抽出処理において、前記低域サブバンド信号の信号位相を算出し、前記信号位相によりエネルギ補正係数を算出する請求項１７記載のプログラム。
【請求項１９】
前記補正係数抽出処理において、前記低域サブバンド信号の実部のエネルギと前記低域サブバンド信号の信号エネルギとの比をエネルギ補正係数として算出する請求項１７記載のプログラム。
【請求項２０】
前記補正係数抽出処理において、前記低域サブバンド信号の各サンプルの位相を平均化してエネルギ補正係数を算出する請求項１７記載のプログラム。
【請求項２１】
前記補正係数抽出処理において、前記周波数帯域毎に算出したエネルギ補正係数を平滑化する請求項１７から２０のいずれか１項記載のプログラム。
【請求項２２】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
予め定めたエネルギ補正係数を発生する補正係数発生処理と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２３】
前記補正係数発生処理において、乱数を発生させ当該乱数をエネルギ補正係数とする請求項２２記載のプログラム。
【請求項２４】
前記補正係数発生処理において、周波数帯域ごとに予め定めたエネルギ補正係数を発生させる請求項２２記載のプログラム。
【請求項２５】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを予め定められたエネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項２６】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して生成される信号のエネルギ補正係数を出力するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記エネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項２７】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示と予め定められたエネルギ補正係数とを用いて補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項２８】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームに含まれる指示と予め定められたエネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項２９】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギ（R）を予め定めたエネルギ補正係数（a）により補正した補正目標エネルギ（aR）と前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギ（Er）とが等しくなるように振幅補正する際に、目標エネルギ（R）に代えて前記信号エネルギ（Er）を前記エネルギ補正係数の逆数（1/a）により補正し、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されるオーディオ復号装置。
【請求項３０】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを予め定められたエネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するステップと、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項３１】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して生成される信号のエネルギ補正係数を出力するステップと、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記エネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項３２】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記高域ビットストリームの指示と予め定められたエネルギ補正係数とを用いて補正目標エネルギを算出するステップと、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項３３】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームに含まれる指示と予め定められたエネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項３４】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するステップと、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成するステップと、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するステップと、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギ（R）を予め定めたエネルギ補正係数（a）により補正した補正目標エネルギ（aR）と前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギ（Er）とが等しくなるように振幅補正する際に、目標エネルギ（R）に代えて前記信号エネルギ（Er）を前記エネルギ補正係数の逆数（1/a）により補正して高域サブバンド信号を生成するステップと、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るステップとを備えたオーディオ復号方法。
【請求項３５】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを予め定められたエネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項３６】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して生成される信号のエネルギ補正係数を出力するエネルギ補正処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記エネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項３７】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームの指示と予め定められたエネルギ補正係数とを用いて補正目標エネルギを算出するエネルギ補正処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項３８】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームに含まれる指示と予め定められたエネルギ補正係数を用いて振幅補正を行い、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項３９】
ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギ（R）を予め定めたエネルギ補正係数（a）により補正した補正目標エネルギ（aR）と前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギ(Er)とが等しくなるように振幅補正する際に、目標エネルギ（R）に代えて前記信号エネルギ（Er）を前記エネルギ補正係数の逆数（1/a）により補正し、高域サブバンド信号を生成する帯域拡張処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理とをコンピュータに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
本発明は、符号化されたオーディオ信号を復号するためのオーディオ復号装置および復号方法に関する。
背景技術
低ビットレートで高音質に符号化可能なオーディオ符号化・復号方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣの国際標準方式であるＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）が広く知られている。このＭＰＥＧ−２  ＡＡＣに代表される従来のオーディオ符号化復号方式では、まず、時間領域のＰＣＭ信号を複数サンプルまとめて１フレームとし、これをＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）などの写像変換により周波数領域信号へと変換する。そして、この周波数領域信号を量子化およびハフマン符号化してビットストリームを形成する。量子化においては人間の聴覚特性を考慮して、周波数領域信号の中で知覚されやすい周波数成分については量子化精度を高く、そうでない周波数成分については量子化精度を低くすることにより、限られた符号量で高い音質を実現する。例えば、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは９６ｋｂｐｓ程度のビットレートでＣＤと同等音質（４４．１ｋＨｚサンプリング、ステレオ）を実現できる。
これより低いビットレート、例えば４８ｋｂｐｓ程度のビットレートで４４．１ｋＨｚサンプリングのステレオオーディオ信号を符号化しようとする場合、聴覚的に重要度が低い高域周波数成分を符号化対象から外す（量子化値を零とする）ことで限られたビットレートでの主観的音質が最高となるようにする。しかしながらこの場合、高域周波数成分が符号化されていないために音質が劣化し、一般的にはこもった感じの音となってしまう。
このような低ビットレートでの音質劣化を解決する技術として帯域拡張技術が注目を集めている。帯域拡張技術では、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣなどの方式で低ビットレートに符号化した低域ビットストリームに、僅かな符号量（一般に数ｋｐｂｓ程度）の補助情報である高域ビットストリームを付加してビットストリームを構成する。オーディオ復号装置（デコーダ）では、まず、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣなどの復号方法で低域ビットストリームを復号して、高域周波数成分が含まれていない低域オーディオ信号を得る。そして、帯域拡張技術により、高域ビットストリームが示す補助情報に従った加工を低域オーディオ信号に施して高域周波数成分を生成する。こうして得られた高域周波数成分と、低域ビットストリームを復号して得られた低域オーディオ信号を合成して高域周波数成分を含む復号オーディオ信号を得る。
帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置の一例として、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ復号装置にＳＢＲと呼ばれる帯域拡張技術を組み合わせた例が、下記の文献１の５．６節に記述されている。ここに記述されているような帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置を図１に示す。
文献１：「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｒａｄｉｏ  Ｍｏｎｄｉａｌｅ（ＤＲＭ）；Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」（ＥＴＳＩ  ＴＳ  １０１  ９８０  Ｖ１．１．１）、２００１年９月発行、ｐ．４２−５７
図１に示す従来のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部４０２、複素帯域拡張部４０３、複素サブバンド合成部４０４から構成される。
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と複素帯域拡張部４０３へ出力する。ビットストリームには低域信号がＭＰＥＧ−２  ＡＡＣなどの符号化方式で符号化されている低域ビットストリームと、複素帯域拡張部が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは複素帯域拡張部４０３へ出力される。
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部４０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２  ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
複素サブバンド分割部４０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。複素サブバンド分割フィルタについては、例えば、従来から広く知られている３２バンド複素ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）フィルタバンクなどを用いることができる。この場合、３２サブバンドに帯域分割された複素数の低域信号（低域サブバンド信号）が複素帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの計算式は以下のようになる。
0003579047.tif 000002
ここで、x(n)は低域オーディオ信号を表し、Xk(m)kはバンド目の低域サブバンド信号を表し、h(n)は分析用低域通過フィルタを表す。本例ではK1＝64である。
複素帯域拡張部４０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号から高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部４０４へ出力する。複素帯域拡張部４０３は、図２に示すように複素高域生成部５００と複素振幅調整部５０１から構成される。複素帯域拡張部４０３は入力端子５０２を介して高域ビットストリームを入力し、入力端子５０４を介して低域サブバンド信号を入力し、出力端子５０３を介して高域サブバンド信号を出力する。
複素高域生成部５００は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を高域サブバンドへと複写する。また、この複写の際には高域ビットストリームが指定する信号加工を施す場合もある。例えば、周波数が低い順にサブバンド０からサブバンド６３まで６４個のサブバンドを仮定し、低域サブバンド信号としてサブバンド０からサブバンド１９までの複素数のサブバンド信号が入力端子５０４を介して供給されているとする。また高域ビットストリームには、サブバンドＡ（Ａ＞１９）をどの低域サブバンド（サブバンド０から１９）から信号を複写して生成するかを表す複写情報、および、複写の際に施す信号加工方法（フィルタリングなどあらかじめ定められた数種類の手段から選択して用いられる）を示す信号加工情報が含まれているとする。複素高域生成部５００では、高域のサブバンドの複素信号（複写加工サブバンド信号と名付ける）を複写情報が示す低域のサブバンドの複素信号と同一とする。さらに、音質向上のために信号加工情報が何らかの信号加工の必要性を表している場合は、複写加工サブバンド信号に信号加工情報が示す信号加工を施す。このようにして生成された複写加工サブバンド信号は複素振幅調整部５０１に出力される。
複素高域生成部５００における信号加工の一例として、音声符号化で一般に良く知られる線形予測逆フィルタを用いることができる。一般に、線形予測逆フィルタのフィルタ係数は入力信号を線形予測することにより算出でき、当該フィルタ係数を用いた前記線形予測逆フィルタは入力信号のスペクトル特性を白色化するように動作することが知られている。このような線形予測逆フィルタを信号加工として用いる理由は、高域サブバンド信号のスペクトル特性を、複写元の低域サブバンド信号のスペクトル特性よりも平坦化するためである。例えば、音声信号などの場合、低域サブバンド信号を高域サブバンド信号のスペクトル特性を比較すると、高域サブバンド信号のスペクトル特性は低域サブバンド信号のスペクトル特性よりも平坦であることが多いため、このような平坦化処理を備えることにより、高品質な帯域拡張技術が実現できる。
複素振幅調整部５０１は、入力された複写加工サブバンド信号の振幅に対して、高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。つまり、符号化側における入力信号の高域成分の信号エネルギ（目標エネルギと名付ける）と、帯域拡張部４０３が生成する信号の高域信号エネルギが等価となるような振幅補正を複写加工サブバンド信号に対して施す。そのために、高域ビットストリームには目標エネルギを表す情報が含まれている。生成された高域サブバンド信号は出力端子５０３へ出力される。なお、高域ビットストリームに記載される目標エネルギは、例えば、サブバンド毎にフレーム単位で算出されていると考えることができる。また、入力信号の時間及び周波数方向の特性を考慮して、時間方向にはフレームをさらに分割した時間単位で、周波数方向には複数のサブバンドをまとめたバンド単位で算出しても良い。時間方向のフレームをさらに分割した時間単位で算出する場合には、エネルギの時間変化をより詳細に表すことができる。複数のサブバンドをまとめたバンド単位で算出する場合には、目標エネルギを符号化するのに必要なビット数を削減することができる。ここで、目標エネルギの算出で利用する時間及び周波数方向の分割単位は時間周波数グリッドとし、その情報は高域ビットストリームに記載される。
また、複素振幅調整部５０１の他の実施例として、複写加工サブバンド信号に加えて付加信号を用いて高域サブバンド信号を生成することができる。この場合、高域サブバンド信号のエネルギが目標となるように、複写加工サブバンド信号の振幅と付加信号の振幅とが調整される。付加信号の例としては、雑音信号あるいはトーン信号が挙げられる。複写加工サブバンド信号と付加信号の振幅調整用のゲインは、例えば、複写加工サブバンド信号と付加信号とのうちどちらか一方を、生成後の高域サブバンド信号の主成分とし、他の一方を副成分とした上で以下のように算出される。複写加工サブバンド信号を主成分とする場合は、
Ｇmain＝sqrt（Ｒ／Ｅ／（１＋Ｑ））
Ｇsub＝sqrt（Ｒ×Ｑ／Ｎ／（１＋Ｑ））
ここで、Ｇmainは主成分の振幅調整用ゲインであり、Ｇsubは副成分の振幅調整用ゲインであり、ＥとＮは、それぞれ、複写加工サブバンド信号と付加信号のエネルギを表す。なお、付加信号のエネルギが１に正規化されている場合はＮ＝１である。また、Ｒは目標エネルギを表し、Ｑは主成分と副成分のエネルギ比を表し、ＲとＱは高域ビットストリームに記載されているものとする。なお、sqrt（）は平方根である。一方、付加信号を主成分とする場合は、
Ｇmain＝sqrt（Ｒ／Ｎ（１＋Ｑ））
Ｇsub＝sqrt（Ｒ×Ｑ／Ｅ／（１＋Ｑ））
となる。以上のように算出した振幅調整用ゲインを用いて、複写加工サブバンド信号と付加信号を重み付け加算することにより高域サブバンド信号は算出できる。
ここで、複素振幅調整部５０１における振幅調整の動作および効果を、図３を用いて詳細に説明する。符号化側における入力信号の高域成分の信号位相（図中、位相Ａ）と、前記低域サブバンド信号から導出した高域サブバンド信号の信号位相（図中、位相Ｂ）とは図３に示すように全く異なるが、前記高域サブバンド信号は、その信号エネルギが目標エネルギと同一となるように振幅調整されているため、聴感的な音質劣化を抑えることができる。これは人の聴覚が信号の位相変動よりもエネルギ変動により敏感であるためである。
複素サブバンド合成部４０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号を複素サブバンド合成フィルタによって帯域合成する。この帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。複素サブバンド合成フィルタは、複素サブバンド分割部４０２で用いられている複素サブバンドフィルタに対応したものが用いられる。つまり、ある信号を複素サブバンド分割フィルタで帯域分割し、これを複素サブバンド合成フィルタで帯域合成すると元の信号（複素サブバンド分割フィルタの入力信号）が完全に再構成できるように選ばれる。例えば、複素サブバンド合成フィルタとして式４０２．１に示したような３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンク（Ｋ1＝６４）が用いられている場合、下記の式４０４．１を用いることができる。
0003579047.tif 000003
ここで、ｆ(ｎ)は合成用低域通過フィルタを表す。本例ではＫ2＝64である。
また、帯域拡張技術によって低域復号部１０１が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数よりも複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数が高い場合は、複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号の低域部（ダウンサンプリングした結果）が低域復号部１０１が出力するオーディオ信号と等しくなるように選ばれる。複素サブバンド合成部４０４では６４バンド複素ＱＭＦ合成フィルタバンク（式４０４．１においてＫ2＝１２８）を用いることができる。なお、この場合、低域側３２バンドには３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの出力が信号値として用いられる。
上述した従来のオーディオ復号装置では、演算量が大きい複素サブバンド分割部および複素サブバンド合成部を有する上、帯域拡張処理を複素数上で行うため必要演算量・装置規模が大きいという問題があった。
発明の開示
本発明の目的は、高音質を維持しつつ演算量を低減した帯域拡張技術、およびこれを用いたオーディオ復号装置、オーディオ復号方法およびオーディオ復号用プログラムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記低域サブバンド信号に基づきエネルギ補正係数を算出する補正係数抽出部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部とから構成されている。
また、本発明の他のオーディオ復号装置では、前記補正係数抽出部において、前記低域サブバンド信号の信号位相を算出し、前記信号位相によりエネルギ補正係数を算出するようにしてもよい。また、前記補正係数抽出部において、前記低域サブバンド信号の実部のエネルギと前記低域サブバンド信号の信号エネルギとの比をエネルギ補正係数として算出するようにしてもよい。さらに、前記補正係数抽出部において、前記低域サブバンド信号の各サンプルの位相を平均化してエネルギ補正係数を算出するようにしてもよい。さらに、前記補正係数抽出部において、前記周波数帯域毎に算出したエネルギ補正係数を平滑化するようにしてもよい。
また、本発明の他のオーディオ復号装置では、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の実数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成するサブバンド分割部と、
与め定めたエネルギ補正係数を発生する補正係数発生部と、
前記高域ビットストリームに記載される目標エネルギを前記エネルギ補正係数により補正し補正目標エネルギを算出するエネルギ補正部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して作成した信号の信号エネルギを前記補正目標エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する帯域拡張部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部とから構成されている。
また、本発明の他のオーディオ復号装置では、前記補正係数発生部において、乱数を発生させ当該乱数をエネルギ補正係数とするようにしてもよい。さらに、前記補正係数発生部において、周波数帯域ごとに予め定めたエネルギ補正係数を発生させるようにしてもよい。
本発明によるオーディオ復号装置は、高域成分の目標エネルギを補正するエネルギ補正部と、低域サブバンド信号からエネルギ補正係数を算出する補正係数算出部あるいは予め定めた方法でエネルギ補正係数を発生させる補正係数発生部を設けたことを特徴としている。帯域拡張処理を実数のみで実施する際に必要となる目標エネルギの補正処理を、これらの処理部が実行する。これにより、高音質を維持しつつ、複素サブバンド合成フィルタおよび複素帯域拡張部の代わりに、より演算量が少ない実数のサブバンド合成フィルタおよび帯域拡張部を用いることができ、必要演算量・装置規模を低減できるという効果が得られる。さらに、低域サブバンド信号を用いずにエネルギ補正係数を発生させる補正係数発生部を用いる場合には、サブバンド合成フィルタおよび帯域拡張部に加えて、演算量が少ない実数のサブバンド分割フィルタを用いることができ、より必要演算量・装置規模を低減できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
図２は、従来技術における複素帯域拡張部４０３の構成を示すブロック図である。
図３は、従来技術における振幅調整の動作を説明するための図である。
図４は、本発明における振幅調整の動作を説明するための図である。
図５は、エネルギ補正をしない場合の振幅調整の動作を説明するための図である。
図６は、本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
図７は、本発明の第２の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
図８は、本発明における帯域拡張部１０３の構成を示すブロック図である。
発明を実施するための最良な形態
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図６は本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部１０３、サブバンド合成部１０４、エネルギ補正部１０５、補正係数抽出部１０６とから構成される。
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と帯域拡張部１０３とエネルギ補正部１０５へ出力する。ビットストリームには低域信号が符号化されている低域ビットストリームと、帯域拡張部１０３が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは帯域拡張部１０３とエネルギ補正部１０５へ出力される。
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部１０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２  ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
複素サブバンド分割部１０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部１０３とサブバンド合成部１０４と補正係数抽出部１０６へ出力される。
補正係数抽出部１０６は、低域サブバンド信号から後述する手法でエネルギ補正係数を算出し、エネルギ補正部１０５へ出力する。
エネルギ補正部１０５は、高域ビットストリームに記載される高域成分の目標エネルギをエネルギ補正係数により補正した補正目標エネルギを算出し、帯域拡張部１０３へ出力する。
帯域拡張部１０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号と補正目標エネルギから高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部１０４へ出力する。
サブバンド合成部１０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号をサブバンド合成フィルタによって帯域合成する。帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。
このように構成される本発明のオーディオ復号装置と図１の従来のオーディオ復号装置の相違は、図１の複素サブバンド分割部４０２の替わりに図６では複素サブバンド分割部１０２があり、図１の複素サブバンド合成部４０４の替わりに図６ではサブバンド合成部１０４があり、図１の複素帯域拡張部４０３の替わりに図６では帯域拡張部１０３があり、また、本実施形態（図６）には補正係数抽出部１０６とエネルギ補正部１０５が追加されていることにある。他の処理部については、従来方式と同じであり当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な説明は省略する。以下では従来と手法が異なる複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部１０３、サブバンド合成部１０４、エネルギ補正部１０５、補正係数抽出部１０６について詳細に説明する。
まず、複素サブバンド分割部１０２とサブバンド合成部１０４について説明する。従来はサブバンド分割フィルタとして複素数のサブバンド信号を生成する式４０２．１のようなフィルタバンクを用いていた。また、これに対応する逆変換として式４０４．１のようなフィルタバンクをサブバンド合成フィルタとして用いていた。式４０４．１の出力、あるいは、式４０４．１の出力を式４０２．１の入力信号のサンプリング周波数にダウンサンプリングした信号は式４０２．１の入力と完全に一致する完全再構成性がある。高音質な復号オーディオ信号を得るためには、この完全再構成性の関係がサブバンド分割・合成フィルタに必要となる。
本実施形態においては、演算量を低減するために、従来の複素サブバンド合成部４０４で用いられている複素サブバンド合成フィルタを、実数のサブバンド合成フィルタに置き換えている。しかしながら、単にサブバンド合成フィルタを複素数から実数に変更してしまうと完全再構成性は失われ、音質が劣化する。
複素数のサブバンド分割フィルタと実数のサブバンド合成フィルタの間で完全再構成性を実現するためには、従来の複素サブバンド分割フィルタの出力に回転演算を施すと良いことが従来から広く知られている。この回転演算は複素数の実数軸と虚数軸を（π÷４）だけ回転させるものであり、一般的に良く知られたＤＦＴからＤＣＴを導出する手法と同じである。例えば、k０＝１／２の場合、式４０２．１の３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンクの計算式には、各サブバンドkに対して以下の回転演算（Ｋ＝Ｋ1）を施すと良い。
0003579047.tif 000004
なお、式１０２．１における３／４Ｋは１／４Ｋでも良い。
このように従来の複素サブバンド分割部４０２の後段に式１０２．１の回転演算を行う処理部を付加したものを複素サブバンド分割部１０２としても良いが、これらサブバンド分割フィルタと回転演算処理を合わせた処理と等価な演算をより少ない演算量で実現可能な下式を複素サブバンド分割部１０２で行うと良い。
0003579047.tif 000005
これに対応する実数のサブバンド合成フィルタとしては、式４０４．１に、下記の式１０４．１に示す変換を施し、実数部分のみを取り出した下記の式１０４．２をサブバンド合成部１０４で用いれば、完全再構成性を実現できるようになる。
0003579047.tif 000006
0003579047.tif 000007
ここで、Re[.]は複素サブバンド信号の実数部のみを取り出すことを表す。
次に帯域拡張部１０３について説明する。帯域拡張部１０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号と後述する補正目標エネルギから高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部１０４へ出力する。帯域拡張部１０３は、図８に示すように高域生成部３００と振幅調整部３０１と変換部３０５から構成される。帯域拡張部１０３は入力端子３０２を介して高域ビットストリームを入力し、入力端子３０４を介して低域サブバンド信号を入力し、入力端子３０６を介して補正目標エネルギを入力し、出力端子３０３を介して高域サブバンド信号を出力する。
変換部３０５は、入力端子３０４を介して入力した複素数の低域サブバンド信号から実部のみを取り出し、実数の低域サブバンド信号（以下、断りがない限り低域サブバンド信号は実数とする）に変換し高域生成部３００へ出力する。
高域生成部３００は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を高域サブバンドへと複写する。また、この複写の際には高域ビットストリームが指定する信号加工を施す場合もある。例えば、周波数が低い順にサブバンド０からサブバンド６３まで６４個のサブバンドを仮定し、低域サブバンド信号としてサブバンド０からサブバンド１９までの実数のサブバンド信号が変換部３０５から供給されているとする。また高域ビットストリームには、サブバンドＡ（Ａ＞１９）をどの低域サブバンド（サブバンド０から１９）から信号を複写して生成するかを表す複写情報、および、複写の際に施す信号加工方法（フィルタリングなどあらかじめ定められた数種類の手段から選択して用いられる）を示す信号加工情報が含まれているとする。高域生成部３００の処理は、高域のサブバンドの実数信号（複写加工サブバンド信号を名付ける）を複写情報が示す低域のサブバンドの実数信号と同一とする。さらに、音質向上のために信号加工情報が何らかの信号加工の必要性を表している場合は、複写加工サブバンド信号に信号加工情報が示す信号加工を施す。このようにして生成された複写加工サブバンド信号は振幅調整部３０１に出力される。
高域生成部３００における信号加工の一例として、従来技術の複素高域生成部５００と同様に線形予測逆フィルタを用いることができる。当該フィルタの効果は複素高域生成部５００と同様であるため説明を省略する。なお、高域生成処理において線形予測逆フィルタを用いる場合、実数信号上で動作する高域生成部３００は、複素信号上で動作する複素高域生成部５００に比べて、当該フィルタ係数算出に必要な演算量を削減できるという効果がある。
振幅調整部３０１は、高域ビットストリームに従い、入力された複写加工サブバンド信号の振幅を補正目標エネルギと等価となるように補正し、高域サブバンド信号を生成する。生成された高域サブバンド信号は出力端子３０３へ出力される。なお、高域ビットストリームに記載される目標エネルギは、従来例と同様に、例えば、サブバンド毎にフレーム単位で算出されていると考えても良いし、入力信号の時間及び周波数方向の特性を考慮して、時間方向にはフレームをさらに分割した時間単位で、周波数方向には複数のサブバンドをまとめたバンド単位で算出されていると考えても良い。時間方向のフレームをさらに分割した時間単位で算出する場合には、エネルギの時間変化をより詳細に表すことができる。複数のサブバンドをまとめたバンド単位で算出する場合には、目標エネルギを符号化するのに必要なビット数を削減することができる。ここで、目標エネルギの算出で利用する時間及び周波数方向の分割単位は時間周波数グリッドとし、その情報は高域ビットストリームに記載される。
また、振幅調整部３０１の他の実施例として、従来例と同様に、複写加工サブバンド信号に加えて付加信号を用いて高域サブバンド信号を生成する場合においても、高域サブバンド信号のエネルギが補正目標エネルギとなるように、複写加工サブバンド信号の振幅と付加信号の振幅とが調整される。付加信号の例としては、雑音信号あるいはトーン信号が挙げられる。複写加工サブバンド信号と付加信号の振幅調整用のゲインは、例えば、複写加工サブバンド信号と付加信号とのうちどちらか一方を、生成後の高域サブバンド信号の主成分とし、他の一方を副成分とした上で以下のように算出される。複写加工サブバンド信号を主成分とする場合は、
Ｇmain＝sqrt（ａ×Ｒ／Ｅr／（１＋Ｑ））
Ｇsub＝sqrt（ａ×Ｒ×Ｑ／Ｎr／（１＋Ｑ））
ここで、Ｇmainは主成分の振幅調整用ゲインであり、Ｇsubは副成分の振幅調整用ゲインであり、ＥrとＮrは、それぞれ、複写加工サブバンド信号と付加信号のエネルギを表す。なお、これらのエネルギの表記ＥrとＮrが従来例の説明時の表記Ｅ、Ｎと異なるのは、従来例においては複写加工サブバンド信号と付加信号が複素数信号であるのに対して、本発明では実数信号であることを区別するためである。付加信号のエネルギが１に正規化されている場合はＮr＝１である。また、Ｒは目標エネルギを表し、ａは後述する補正係数抽出部１０６で算出されるエネルギ補正係数を表す。したがって、ａ×Ｒは補正目標エネルギを表す。Ｑは主成分と副成分のエネルギ比を表し、ＲとＱは高域ビットストリームに記載されているものとする。なお、sqrt（）は平方根である。一方、付加信号を主成分とする場合は、Ｇmain、Ｇsubは下記の式により示される。
Ｇmain＝sqrt（ａ×Ｒ／Ｎr／（１＋Ｑ））
Ｇsub＝sqrt(ａ×Ｒ×Ｑ／Ｅr／（１＋Ｑ））
また、付加信号を主成分とする場合には、複素数の低域サブバンド信号に基づいて算出されたエネルギ補正係数ａの代わりに、エネルギ補正係数ａと同様の手法によって付加信号に基づいて算出されたエネルギ補正係数ｂを用いて、Ｇmain、Ｇsubを下記の式により示すようにしてもよい。
Ｇmain＝sqrt（ｂ×Ｒ／Ｎr／（１＋Ｑ））
Ｇsub＝sqrt（ｂ×Ｒ×Ｑ／Ｅr／（１＋Ｑ））
なお、付加信号として、記憶領域に予め格納されている信号を用いる場合には、エネルギ補正係数ｂについても予め算出しておき、定数とすることによって、エネルギ補正係数ｂの算出に関わる演算を省略することができる。以上のように算出した振幅調整用ゲインを用いて、複写加工サブバンド信号と付加信号を重み付け加算することにより高域サブバンド信号は算出できる。
ここで、振幅調整部３０１における振幅調整の動作および効果を、図４を用いて詳細に説明する。実数の高域サブバンド信号（図中、振幅調整後の高域成分の実部）は、その信号エネルギが、入力信号の高域成分の信号エネルギを表す目標エネルギを補正して得られた補正目標エネルギと同一となるように振幅調整される。ここで、図４に示すように補正目標エネルギが変換部３０５で変換される前の複素数の低域サブバンド信号の信号位相（図中、位相Ｂ）を考慮して算出されている場合、複素数の低域サブバンド信号から導出した仮想的な複素数の高域サブバンド信号を鑑みると、仮想的な複素数の高域サブバンド信号の信号エネルギは目標エネルギと等価になっている。なお、本例で利用する複素サブバンド分割部１０２とサブバンド合成部１０４とからなる分析合成系では、上述したようにサブバンド信号の実部のみを用いて、実部と虚部の両方を用いたときと同様に完全再構成が得られる。したがって、実数の高域サブバンド信号が補正目標エネルギと同一な信号エネルギになるように振幅調整されることにより、従来例と同様に、人の聴覚上重要なエネルギ変動は最小限に抑えられるため、聴感的な音質劣化を抑えることができる。一方、振幅調整処理において、補正目標エネルギではなく目標エネルギを用いて振幅調整した場合の例を図５に示す。図５に示すように実数の高域サブバンド信号が目標エネルギと同一な信号エネルギになるように振幅調整された場合、前記仮想的な複素数の高域サブバンド信号の信号エネルギは目標エネルギよりも大きくなってしまう。この結果、サブバンド合成部１０４で帯域合成されたオーディオ信号の高域成分は、符号化側の入力信号の高域成分よりも大きくなり、音質劣化の原因となる。
以上で帯域拡張部１０３の説明を終える。帯域拡張部１０３の処理を低演算量な実部のみの処理で実現するとともに高音質な復号信号を得るためには、上述したように振幅調整において補正目標エネルギを用いる必要があり、本実施形態では補正係数抽出部１０６とエネルギ補正部１０５において補正目標エネルギを算出する。
補正係数抽出部１０６は、入力された複素数の低域サブバンド信号に基づいてエネルギ補正係数を算出し、エネルギ補正部１０５へ出力する。エネルギ補正係数の算出は、複素数の低域サブバンド信号の信号位相を算出し、これをエネルギ補正係数とすることにより実施できる。例えば、複素数の信号サンプルから成る低域サブバンド信号のエネルギと、その実部のみから算出したエネルギとを算出し、これらエネルギの比をエネルギ補正係数とすることができる。あるいは、低域サブバンド信号を構成する複素数の各信号サンプル値の位相を算出し、これを平均化してエネルギ補正係数を算出することもできる。さらに、上述した手法では、帯域分割された周波数帯域毎にエネルギ補正係数が算出されるが、隣接する帯域のエネルギ補正係数と当該帯域のエネルギ補正係数を平滑化した係数を、当該帯域のエネルギ補正係数とすることもできる。また、予め定めた時定数と前フレームのエネルギ補正係数とを用いて現フレームのエネルギ補正係数を時間方向に平滑化することもできる。このようなエネルギ補正係数の平滑化を行うことにより、エネルギ補正係数の急激な変化を抑制することができ、結果として帯域拡張後のオーディオ信号の品質を向上させることができる。
なお、上述した手法におけるエネルギの算出あるいは、信号サンプル値の位相の平均化は、従来の技術において説明した目標エネルギの時間周波数グリッドに合わせて、当該時間周波数グリッドに含まれる信号サンプルを用いて実施するようにしても良い。帯域拡張後のオーディオ信号の品質を向上させるためには、位相特性を正確に表すエネルギ補正係数を算出する必要があり、このためには、位相特性変化の少ない信号サンプルを用いてエネルギ補正係数を算出することが望ましい。一般的に、時間周波数グリッドは、当該グリッド内の信号の変化が小さくなるように設定される。したがって、時間周波数グリッドに合わせてエネルギ補正係数を算出することにより、位相特性を正確に表すエネルギ補正係数を算出することができ、結果として帯域拡張後のオーディオ信号の品質を向上させることができる。また、本手法は、時間方向あるいは周波数方向のいずれか一方のみについて信号の変化を考慮し、時間方向あるいは周波数方向のどちらか一方のグリッド境界のみによって区切られた範囲に含まれる信号サンプルを用いて実施することもできる。
エネルギ補正部１０５は、高域ビットストリームに記載される入力信号の高域成分の信号エネルギを表す目標エネルギを、補正係数抽出部１０６で算出したエネルギ補正係数により補正して補正目標エネルギを算出し、帯域拡張部１０３へ出力する。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図７を用いて詳細に説明する。
図７を参照すると、本発明の第２の実施の形態としてのオーディオ復号装置が示されている。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、サブバンド分割部２０２、帯域拡張部１０３、サブバンド合成部１０４、補正係数発生部２０６、エネルギ補正部１０５とから構成される。
本発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と比較して、複素サブバンド分割部１０２がサブバンド分割部２０２に置き換わり、補正係数抽出部１０６が補正係数発生部２０６に置き換わっているのみであり、他の部分については全く同一である。そこでサブバンド分割部２０２と補正係数発生部２０６について詳細に説明する。
サブバンド分割部２０２は、入力された低域オーディオ信号をサブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された実数の低域サブバンド信号は帯域拡張部１０３とサブバンド合成部１０４へ出力される。ここで、サブバンド分割部２０２で利用されるサブバンド分割フィルタは式１０２．２の実数の処理部のみから構成され、その出力信号は実数の低域サブバンド信号となる。したがって、帯域拡張部１０３に入力される低域サブバンド信号は実数であるため、変換部３０５においては入力した実数の低域サブバンド信号をそのまま高域生成部３００に出力する。
補正係数発生部２０６は、予め定めた手法でエネルギ補正係数を算出し、エネルギ補正部１０５へ出力する。エネルギ補正係数の算出方法としては、例えば、この補正係数発生部２０６において、乱数を発生させ当該乱数をエネルギ補正係数とすることができる。ここで、発生させる乱数は０から１に正規化される。第1の実施の形態において説明したように、実数の高域サブバンド信号が目標エネルギと同一な信号エネルギになるように振幅調整された場合、復号後のオーディオ信号の高域成分は目標エネルギよりも必ず大きくなってしまうが、０から１に正規化された乱数から導出したエネルギ補正係数を用いることにより、補正目標エネルギは目標エネルギよりも小さくなり得る。この結果、復号後のオーディオ信号の高域成分は目標エネルギよりも必ずしも大きくはならないため、音質改善効果が期待できる。また、周波数帯域ごとに予めエネルギ補正係数を定めておき、帯域拡張部１０３で実施される複写における複写元の周波数帯域および複写先の周波数帯域、あるいは、そのどちらか一方のみに応じて、エネルギ補正係数を発生させることもできる。この場合も予め定めたエネルギ補正係数は０から１の値とする。本手法を用いた場合、乱数を用いてエネルギ補正係数を算出する手法に比べて、人の聴覚特性などを利用でき、より音質改善効果を得る事ができる。なお、上記２手法を組み合わせて、周波数帯域ごとに乱数の最大値を定めておき、その範囲内に正規化された乱数をエネルギ補正係数とすることもできる。あるいは、周波数帯域ごとに平均値を予め定めておき、その平均値を中心とした乱数を発生させ、エネルギ補正係数を算出することもできる。さらに、周波数帯域毎に算出されたエネルギ補正係数に対して、隣接する帯域のエネルギ補正係数により平滑化を施した係数を、当該帯域のエネルギ補正係数とすることもできる。また、予め定めた時定数と前フレームのエネルギ補正係数とを用いて現フレームのエネルギ補正係数を時間方向に平滑化することもできる。
本発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と比較して、低域サブバンド信号の信号位相を考慮しないために復号オーディオ信号の品質は第１の実施の形態よりも低下するが、複素数の低域サブバンド信号を利用する必要がなくなり実数のサブバンド分割フィルタを用いることができるため、更なる低演算量化を実現できる。
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。
また、図には示されていないが、本実施形態のオーディオ復号装置は、上記で説明したオーディオ復号方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体を備えている。この記録媒体は磁気ディスク、半導体メモリまたはその他の記録媒体であってもよい。このプログラムは、記録媒体からオーディオ復号装置に読み込まれ、オーディオ復号装置の動作を制御する。具体的には、オーディオ復号装置内のＣＰＵがこのプログラムの制御によりオーディオ復号装置のハードウェア資源に特定の処理を行うように指示することにより上記の処理が実現される。
【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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