(57)【要約】狭帯域オーディオ信号は、信号を広帯域信号へと処理するための認識可能な歪みとして表わされる情報を含む。広帯域オーディオ信号を狭帯域信号へと処理する方法では、第１のスペクトル部分は狭帯域信号中で変えられずに維持され、残るスペクトル部分を復元するのに利用可能な情報は、第１のスペクトル部分を認識可能な方法で、望ましくは透かしとして歪ませることにより望ましくは知覚的に不可聴に埋め込まれる。広帯域オーディオ信号を狭帯域信号へ符号化する符号化器及び狭帯域オーディオ信号を復号化する復号化器が開示され、また、広帯域オーディオ信号を狭帯域伝送路を通じて伝送するシステム、広帯域オーディオ信号を記憶媒体上に記憶し記憶部から広帯域信号を検索するシステム、及び狭帯域オーディオ信号を担持する記憶媒体が開示される。
2005506584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号へと処理するのに利用可能な情報を有する狭帯域オーディオ信号であって、
前記情報は認識可能な歪みとして前記狭帯域オーディオ信号中に含まれる、狭帯域オーディオ信号。
【請求項２】
前記情報は、望ましくは知覚的に不可聴に、透かしとして前記狭帯域オーディオ信号に埋め込まれる、請求項１記載の狭帯域オーディオ信号。
【請求項３】
広帯域オーディオ信号を前記広帯域オーディオ信号と略同じ情報を有する狭帯域オーディオ信号へと処理する方法であって、前記広帯域オーディオ信号のうちの前記標準化された周波数限界内にある第１のスペクトル部分は前記狭帯域オーディオ信号中で略変化されずに維持され、前記広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分を復元するのに利用可能な復元情報が前記第１のスペクトル部分に埋め込まれ、
前記復元情報は、前記狭帯域オーディオ信号の取得のために認識可能なように前記第１のスペクトル部分を歪ませることにより前記第１の部分に埋め込まれることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記復元情報は、前記復元情報をペイロードとして持っている透かしとして前記第１のスペクトル部分に埋め込まれる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記透かしは、
前記第１のスペクトル部分及び前記残るスペクトル部分をディジタル形式で与えること、
前記第１のスペクトル部分をフレームへと編成すること、
前記フレームをフーリエ変換すること、
前記透かしに従ってフーリエ係数を変更すること、及び、
時間領域の透かしのあるフレームを取得するために前記変更されたフーリエ係数を逆フーリエ変換することによって、
前記第１のスペクトル部分に埋め込まれる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記狭帯域オーディオ信号は、望ましくは前記狭帯域オーディオ信号を伝送路を通じて送信した後、又はこれを記憶媒体上に記憶した後に、広帯域オーディオ信号へと再び処理される、請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
広帯域オーディオ信号を、前記広帯域オーディオ信号と略同じ情報を有する狭帯域オーディオ信号へと符号化する符号化器であって、
前記狭帯域オーディオ信号から、標準化された周波数限界内にある第１のスペクトル部分を抽出するフィルタと、
前記広帯域オーディオ信号又は前記広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分から、前記広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分を復元するのに利用可能な復元情報を抽出する情報発生回路と、
前記狭帯域オーディオ信号の取得のために、望ましくは前記復元情報をペイロードとして持っている透かしの形で、前記復元情報を前記第１のスペクトル部分の中に埋め込む埋込器とを有することを特徴とする、符号化器。
【請求項８】
前記情報発生回路は、
前記第１のスペクトル部分を前記広帯域オーディオ信号の周波数限界に略対応する周波数限界を有する外挿されたオーディオ信号へ外挿する外挿器と、
前記外挿されたオーディオ信号を、前記広帯域オーディオ信号又は前記残るスペクトル部分と比較し、前記比較に基づいて前記復元情報を与える比較器とを有する、請求項７記載の符号化器。
【請求項９】
狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号へと処理するのに利用可能な復元情報を含む狭帯域オーディオ信号を復号化する復号化器であって、
前記復元情報を抽出する抽出器と、
前記復元情報を用いて１つ又はそれ以上のスペクトルオーディオ信号部分を復元し、前記対応する広帯域オーディオ信号の取得のために前記スペクトルオーディオ信号部分を前記狭帯域オーディオ信号とマージする復元回路を有することを特徴とする、復号化器。
【請求項１０】
前記復元回路は、
前記狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号の周波数限界に略対応する周波数限界を有する外挿されたオーディオ信号へと外挿する外挿器と、
前記外挿されたオーディオ信号の特徴を前記復元情報に基づいて変更する補正器とを有する、請求項９記載の復号化器。
【請求項１１】
狭帯域伝送路を通じて広帯域オーディオ信号を伝送するシステムであって、
前記広帯域オーディオ信号を狭帯域オーディオ信号へと処理するよう送信端に請求項７記載の符号化器を有し、前記狭帯域オーディオ信号を広帯域オーディオ信号へと再処理するよう受信端に請求項９記載の復号化器を有する、システム。
【請求項１２】
広帯域オーディオ信号を記憶媒体上に記憶し、記憶から前記広帯域オーディオ信号を取り出す、システムであって、
前記記憶の前に前記広帯域オーディオ信号を狭帯域オーディオ信号へと処理する請求項７記載の符号化器を有し、記憶からの取り出しの後に前記記憶された狭帯域オーディオ信号を広帯域オーディオ信号へと再処理する請求項９記載の復号化器とを有することを特徴とする、システム。
【請求項１３】
請求項１記載の狭帯域オーディオ信号を担持する記憶媒体。
【請求項１４】
請求項９記載の復号化器を有する再生装置。
【請求項１５】
請求項７記載の符号化器を有する送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電話回線網といった狭帯域基盤上で伝送に適した狭帯域オーディオ信号を与えるよう広帯域オーディオ信号を処理する方法に関連する。
【０００２】
ドイツ国特許出願第３４１８２９７号明細書により、狭帯域伝送路を通じた広帯域オーディオ信号の伝送方法が公知である。
【０００３】
広帯域オーディオ信号は、低周波数帯域及び高周波数帯域へ分割される。高周波数帯域は多数の副帯域へ分割され、各副帯域に対して瞬間的な信号電力値が決められる。これらの副帯域に亘る瞬間的な信号電力の分布は、これら電力値のうちの最大のものの大きさ及び残る副帯域の相対信号電力値を識別する乗算係数の形で与えられる。この情報は、通常の狭帯域伝送路を通じて低周波数帯域と共に伝送されるディジタルワードへと変換され、情報は、最も低い知覚可能な音のレベル以下のパイロット信号の形で低周波数周波数信号に埋め込まれている。
【０００４】
この方法の不利な点は、高周波数帯域の情報を含むパイロット信号は、信号電力分布のみに基づいて与えられるという点で、正確なはっきりした基準に基づいて定められたものではないことである。従って、場合によっては、開示された方法は、おそらくは異なる入力に対してほとんど同じ出力を与え、従って、誤った追加スペクトル成分を与え、このような場合は、狭帯域信号を改善させるのではなく悪化させてしまう。
【０００５】
シー・マッケルロイ（C.  McElroy）外、「７．２ｋｂ／ｓでの広帯域音声符号化（Wideband  Speech  Coding  in  7.2  kb/s）」、１９９３年ＩＥＥＥ音響、音声、信号処理に関する国際会議、１９９３年４月２７日〜３０日、（ＩＣＡＳＳＰ−９３）、米国ミネソタ州ミネアポリス、の文献から、広帯域音声信号を中ビットレート信号へと符号化する方法が公知である。
【０００６】
ここでも、広帯域信号は、低周波数帯域及び高周波数帯域へ分割される。これらの帯域は、夫々の符号化器を用いて夫々のビットストリームへと符号化され、低周波数帯域は公知のＣＥＬＰ（Code  Excited  Linear  Prediction）符号化器を用いて符号化され、高周波数帯域は２次の線形予測器及び非常に低いビットレートの利得形状ベクトル量子化器を用いて符号化される。
【０００７】
２つのビットストリームは、次に、特定の構文を用いてマージされる。結果として、７．２ｋｂ／ｓのビットレートを有するディジタル信号が得られる。この構文は、ビットストリームが高帯域及び低帯域信号へ夫々復号化される前にビットストリームを高帯域ビットストリーム及び低帯域ビットストリームへ分割し、次に所望の広帯域音声信号へマージするために遠隔端で使用されねばならない。
【０００８】
この方法の不利な点は、結果として得られるビットストリームが、電話中継線又は電話交換機といった既存の狭帯域ネットワークを通じて伝送されるのに適していないことである。
【０００９】
欧州特許第６５８，８７４号明細書により、狭帯域オーディオ信号の帯域幅を広げる方法及び回路が公知である。
【００１０】
この特許文献では、狭帯域オーディオ信号は短期スペクトル分析によって分析され、結果として得られるスペクトルは記憶されたスペクトルと比較され、結果として得られるスペクトルには結果としてのスペクトルに含まれないスペクトル成分が補足される。
【００１１】
結果として得られるスペクトル及び記憶されたスペクトルはいずれも線形予測法で符号化される（ＬＰＣ；Linear  Predictive  Coding）。記憶されたスペクトルは広帯域であり、狭帯域信号への補足として用いられるべきスペクトル成分を決定するためにすぐに用いられる。記憶されたスペクトルの大きさは、狭周波数帯域の記憶されたスペクトルと狭帯域オーディオ信号との間で最大の一致が達成されるよう調整される。
【００１２】
この方法及び回路は、記憶されたスペクトルから得られ狭帯域信号に加えられるスペクトル成分が正確なはっきりとした基準に基づいて作られるのではなく、分析されたスペクトルを有限数のスペクトルのみと比較することによって加えられるべきスペクトル成分が決まる点で不利である。従って、場合によっては、開示された方法及び回路は、おそらくは正しくない補足スペクトル成分を与え、狭帯域信号を改善するのではなく、むしろ悪化させることとなる。
【００１３】
ミキエル・ヴァン・デル・ヴェーン（Michiel  van  der  Veen）外による、「Robust,  Multi  Functional  and  High-Quality  Audio  Watermarking  Technology」、第１１０回オーディオエンジニアリング協会会議議事録、２００１年５月１２日〜１５日、オランダ国アムステルダムの文献から、ペイロードを持っている透かしをオーディオ信号へ埋込み、かかる透かしのペイロードの存在を検出し、ペイロードを抽出する方法が知られている。
【００１４】
上記の文献では、画像及びビデオの透かしに用いられる既存の技術に基づき、ロバストな、多機能の、高質なオーディオ透かし技術が記載されている。埋込アルゴリズムは、フーリエ係数の大きさが僅かに変更される周波数領域で動作する。透かし検出は、透かしの存在だけでなく、そのペイロードも検出される相互相関技術によって行われる。
【００１５】
実験では、上記の文献に開示された特定の透かしについて、客観的なオーディオ品質測度と主観的なオーディオ品質測度がかなり良く相関することが示された。知覚されるオーディオ品質及びロバストさの組み合わされた分析は、特定の透かしパラメータが異なる用途に対して最適化されうることを示す。これらは、複製管理（限られた情報容量、高いロバストさ、及び非常に高いオーディオ品質）からブロードキャスト監視（中〜大情報容量、中位のロバストさ、中〜高オーディオ品質）までの多様性がある。
【００１６】
本発明は、広帯域オーディオ信号の狭帯域オーディオ信号への質の高い符号化、及び、対応する復号化、並びに、必要な処理を行なう機器といった関連する装置を提供することを目的とする。
【００１７】
狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号へと処理するのに利用可能な情報を有する狭帯域オーディオ信号では、この目的は、当該情報が認識可能な歪みとして狭帯域オーディオ信号中に存在することによって達成される。
【００１８】
本発明の実施例による信号を用いた実験では、広帯域オーディオ信号の中に、対応する狭帯域オーディオ信号の帯域幅の外に含まれる情報は、狭帯域オーディオ信号のかなり小さい歪みに埋め込まれうることが示された。
【００１９】
実験は更に、歪みとして狭帯域オーディオ信号に埋め込まれた情報の信頼性の高い抽出は、信頼性の高い方法での相互相関法により可能であることを示した。
【００２０】
望ましくは、符号化された狭帯域オーディオ信号は、例えば、１）狭帯域オーディオ信号が既存の狭帯域基盤（インフラストラクチャ）を通じて伝送可能であり、広帯域情報の質の低下又は損失なしに既存の狭帯域機器によって記録可能及び／又は記憶可能であるよう、並びに、２）狭帯域オーディオ信号が、信号の狭帯域内容の顕著な質の低下なしに既存の狭帯域機器によって形成される狭帯域の形で受信可能及び再生可能であるよう、既存の狭帯域機器及び基盤と互換性がある。
【００２１】
このようにして歪んだ狭帯域オーディオ信号は、電話接続といった狭帯域信号基盤と互換性があるようにされてもよく、なぜならば狭帯域オーディオ信号中の帯域幅は当該基盤中を影響を受けずに通るからである。
【００２２】
狭帯域オーディオ信号は、記憶媒体に記憶される場合、対応する広帯域オーディオ信号よりも小さい空間を占め、従って広帯域オーディオ信号の圧縮された形となり、記憶空間を節約する。
【００２３】
このような記憶され圧縮された信号が従来の狭帯域機器によって容易に読み取り可能とされ、従って例えばオーディオ信号用の新規な記憶媒体が導入されたときの逆互換性を確実とすることが有利である。
【００２４】
情報は、望ましくは知覚的に不可聴に、透かしとして狭帯域オーディオ信号に埋め込まれることが望ましい。これにより、オーディオ信号に透かしを付すために利用可能な回路及び方法は狭帯域オーディオ信号を生成するときに使用されうる。
【００２５】
広帯域オーディオ信号を広帯域オーディオ信号と略同じ情報を有する狭帯域オーディオ信号へと処理する方法では、広帯域オーディオ信号のうちの標準化された周波数限界内にある第１のスペクトル部分は狭帯域オーディオ信号中で略変化されずに維持され、広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分を復元するのに利用可能な復元情報が第１のスペクトル部分に、望ましくは不可聴に埋め込まれ、本発明の目的は、復元情報が、狭帯域オーディオ信号の取得のために認識可能なように第１のスペクトル部分を歪ませることにより第１の部分に埋め込まれることによって達成される。
【００２６】
本発明の実施例での実験は、対応する狭帯域オーディオ信号の帯域幅の外の広帯域オーディオ信号中に含まれる情報は、狭帯域オーディオ信号のかなり小さい歪みに埋め込まれうることを示した。
【００２７】
本質的に、広帯域オーディオ信号の完全なオーディオ情報内容は、狭帯域オーディオ信号中に含まれてもよい。
【００２８】
実験は更に、不可聴に近い又は知覚的に不可聴な認識可能な歪みは、広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分の信頼性のある質の高い復元を可能とするのに十分な量の情報を含むようにされうる。
【００２９】
復元情報は、復元情報をペイロードとして持っている透かしとして第１のスペクトル部分に埋め込まれることが望ましい。
【００３０】
これにより、オーディオ信号に透かしを付すのに利用可能な回路及び方法は、本発明の方法を実行するときに用いられ得る。
【００３１】
この透かしは、
第１のスペクトル部分及び残るスペクトル部分をディジタル形式で与えること、
第１のスペクトル部分をフレームへと編成すること、
各フレームを周波数領域へ変換し、フレームをフーリエ変換すること、
透かしに従ってフーリエ係数を変更すること、及び、
周波数領域の透かしのあるフレームを取得するために変更されたフーリエ係数を逆フーリエ変換すること、及び、
望ましくは周波数領域の透かしが付されたフレームを時間領域へ変換することによって、
第１のスペクトル部分に埋め込まれることが望ましい。
【００３２】
この透かし埋込法の利用は、復元情報を含む所望のペイロードを担持することが可能なロバストな透かしを与えることが分かった。
【００３３】
望ましい実施例では、狭帯域オーディオ信号は、望ましくは狭帯域オーディオ信号を伝送路を通じて送信した後、又はこれを記憶媒体上に記憶した後に、広帯域オーディオ信号へと再び処理される。
【００３４】
このようにして、本発明によれば、既存の狭帯域基盤を変更することなく既存の狭帯域基盤を通じて質の高いオーディオ信号が容易に伝送されうるという利点がある。
【００３５】
広帯域オーディオ信号を、広帯域オーディオ信号と略同じ情報を有する狭帯域オーディオ信号へと符号化する符号化器では、本発明の目的は、符号化器が、
狭帯域オーディオ信号から、標準化された周波数限界内にある第１のスペクトル部分を抽出するフィルタと、
広帯域オーディオ信号又は広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分から、広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分を復元するのに利用可能な復元情報を抽出する情報発生回路と、
狭帯域オーディオ信号の取得のために、望ましくは復元情報をペイロードとして持っている透かしの形で、復元情報を第１のスペクトル部分の中に埋め込む埋込器とを有することによって達成される。
【００３６】
これらの方法により、符号化器は、広帯域オーディオ信号の略全部の情報及びスペクトル内容を含む狭帯域オーディオ信号を発生することが可能となり、狭帯域オーディオ信号は狭帯域信号基盤と互換性がある。
【００３７】
望ましい実施例では、情報発生回路は、
第１のスペクトル部分を広帯域オーディオ信号の周波数限界に略対応する周波数限界を有する外挿されたオーディオ信号へ外挿する外挿器と、
外挿されたオーディオ信号を、広帯域オーディオ信号と比較し、比較に基づいて復元情報を与える比較器とを有する。
【００３８】
このようにして、抽出された第１のスペクトル部分は、やや単純な形の信号処理によって広帯域オーディオ信号へと再処理される。従って、与えられる外挿された（広帯域）オーディオ信号は、所望の質のレベルを満たさないが、適度な量の信号処理電力を用いて与えられる。
【００３９】
この外挿されたオーディオ信号は、元の広帯域オーディオ信号に対して決定的であるため、狭帯域オーディオ信号と共に伝送される必要はなく、広帯域オーディオ信号と外挿されたオーディオ信号の間の差のみが第１のスペクトル部分に埋め込まれる必要がある。このようにして、埋込器に対する処理電力要件は低下されうる。
【００４０】
狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号へと処理するのに利用可能な復元情報を含む狭帯域オーディオ信号を復号化する復号化器では、本発明の目的は、
望ましくは透かしの形で存在する復元情報を抽出する透かし抽出機である、復元情報を抽出する抽出器と、
復元情報を用いて１つ又はそれ以上のスペクトルオーディオ信号部分を復元し、対応する広帯域オーディオ信号の取得のためにスペクトルオーディオ信号部分を狭帯域オーディオ信号とマージする復元回路を有することを特徴とする、復号化器によって達成される。
【００４１】
これらの手段により、復号化器は、元の広帯域オーディオ信号を非常に忠実に復元することが可能となり、復元された広帯域オーディオ信号は、元の広帯域オーディオ信号の略全部の情報及びスペクトル内容を含む。
【００４２】
望ましい実施例では、復元回路は、
狭帯域オーディオ信号を対応する広帯域オーディオ信号の周波数限界に略対応する周波数限界を有する外挿されたオーディオ信号へと外挿する外挿器と、
望ましくは外挿器に組み込まれる、外挿されたオーディオ信号の特徴を復元情報に基づいて変更する補正器とを有する。
【００４３】
このようにして、外挿は、適度な量の信号処理電力を用いて元の広帯域オーディオ信号の残るスペクトル部分のかなりの部分を与える。従って、広帯域オーディオ信号と外挿されたオーディオ信号の間の差のみが、第１のスペクトル部分に埋め込まれた認識可能な歪みから復元される必要がある。このようにして、外挿器に対する処理電力要件は低下されうる。
【００４４】
狭帯域伝送路を通じて広帯域オーディオ信号を伝送するシステムでは、本発明の目的は、広帯域オーディオ信号を狭帯域オーディオ信号へと処理するよう送信端に本発明による符号化器を有し、狭帯域オーディオ信号を広帯域オーディオ信号へと再処理するよう受信端に本発明による復号化器を有するシステムによって達成される。
【００４５】
これらの手段により、広帯域オーディオ信号を伝送するための完全なシステムは、当該の伝送路を狭帯域から広帯域状態へ向上させる必要なしに確立される。従って、新しいシステムは、伝送路全体の送信端及び受信端にインストールされるだけでよい。
【００４６】
本発明の実施例によれば、このような新しいインストールは、例えば電話回線を通じたラジオ番組の高品質伝送用といった１つ又は幾つかの伝送のためにインストールされうる点で、又は公衆電話網に接続された電話機又は移動電話機といった装置へ組み込まれうる点で、永久的でないことが望ましく、従って同じ設備を有する遠隔装置に接続されたときは向上された伝送品質を加入者に与える。
【００４７】
狭帯域オーディオ信号は、広帯域オーディオ信号と比較して、記憶媒体中でより小さい記憶空間を占めるため、オーディオ信号の記憶用の任意の記憶媒体の有効容量はかなり増加される。
【００４８】
本発明の実施例による記憶及び検索のためのシステムは、もちろんこのような記憶媒体を用いて提供されねばならないが、記憶媒体の容量とは関係なくこのようなシステムはただ１つ設けられればよいため、より大きい容量を有する記憶媒体に対しては経済的な利益は大きくなる。
【００４９】
記憶用の狭帯域オーディオ信号又は第１のスペクトル部分のために伝送用とは異なる周波数限界を用いることは、本発明の及び特許請求の範囲の範囲内のことである。
【００５０】
伝送の目的では、狭帯域オーディオ信号には望ましくは伝送路と同じ周波数限界が与えられ、それにより第１のスペクトル部分に埋め込まれるべき情報の量が減少される。
【００５１】
しかしながら、記憶の目的では、本発明の記憶システムを用いた所望の再生の質のレベルのために最大の圧縮比を与える本発明の狭帯域オーディオ信号の周波数限界は、必ずしも伝送用の望ましい周波数限界と同じである必要はない。
【００５２】
以下、本発明について、実施例により、また、図面を参照して詳述する。
【００５３】
図１中、広帯域オーディオ信号１は、入力端子に与えられる。信号は、２つのフィルタ、即ち帯域通過フィルタ２及び帯域阻止フィルタ３の入力へ送られる。帯域通過フィルタ２は、広帯域オーディオ信号の第１のスペクトル部分を通し、この部分は狭帯域オーディオ信号４を構成する。帯域通過フィルタ２の周波数限界又は遮断周波数は、それぞれ、例えば３００Ｈｚ及び３．４ｋＨｚである。狭帯域オーディオ信号４は、フィルタ２の周波数限界に対応する周波数限界を有する。
【００５４】
望ましくは、帯域阻止フィルタ３の周波数限界又は遮断周波数は、帯域通過フィルタ２のものに対応する。ここで、帯域阻止フィルタ３は、広帯域オーディオ信号１のうちの狭帯域オーディオ信号４に含まれていない残るスペクトル部分５を通す。
【００５５】
広帯域オーディオ信号１は、例えば、２０又は１００Ｈｚから１０又は２０ｋＨｚの範囲の全帯域幅オーディオ信号であってもよい。その場合、帯域阻止フィルタ３は、帯域通過フィルタ２と同じ遮断周波数、例えば３００Ｈｚ及び３．４ｋＨｚを有することとなる。すると、残るスペクトル部分５は、２０又は１００Ｈｚから３００Ｈｚ、及び、３．４ｋＨｚから１０又は２０ｋＨｚの周波数帯域によって構成される。
【００５６】
広帯域オーディオ信号１は、例えば３００Ｈｚ乃至８ｋＨｚの周波数を含む中帯域音声信号であってもよく、その場合、残るスペクトル部分５は３．４ｋＨｚ乃至８ｋＨｚの周波数帯域となり、帯域阻止フィルタ３は、３．４ｋＨｚ高域通過フィルタによって置き換えられる。
【００５７】
残るスペクトル部分５は、情報発生器又は情報発生回路６によって処理される。この回路６は、情報７を適切なフォーマットで残るスペクトル部分５の内容上で埋込器８へ伝える。本発明によれば、この情報７は、残るスペクトル部分５を復元する基礎に適しているが、望ましくは残るスペクトル部分５自体よりの少量の情報を構成する。
【００５８】
埋込器８は、第１のスペクトル部分４の情報７を当該の部分４の周波数範囲を高めることなく、望ましくは知覚的に不可聴に埋め込み、埋込器８の出力は、このように帯域通過フィルタ２の遮断周波数に対応する周波数限界を有する狭帯域オーディオ信号９を構成する。
【００５９】
このような埋め込みについての幾つかの利用可能な方法があり、１つの望ましい方法は、情報７が透かしの「ペイロード」として埋め込まれる透かし付け（watermarking）である。
【００６０】
図１中の符号化器の１つの目的は、全情報７が信号９から明確に復元可能であるよう情報７が第１のスペクトル部分に埋め込まれるようにし、同時に、狭帯域オーディオ信号９中のこの埋め込まれた情報が、聞こえることがなく、或いは、少なくとも狭帯域オーディオ信号９を聴いている人を明らかに邪魔することのないことが確実とされることである。
【００６１】
狭帯域オーディオ信号９は、帯域通過フィルタ２の周波数限界の外側の周波数を含まないため、狭帯域オーディオ信号を処理するよう設計された任意の基盤によって容易に処理可能又は伝送可能である。帯域通過フィルタ２の、従って狭帯域オーディオ信号９の周波数限界がそれぞれ３００Ｈｚ及び３．４ｋＨｚである上述の例では、狭帯域オーディオ信号９は、例えば顕著なスペクトル低下なしに公衆電話システムを通じて伝送されうる。
【００６２】
ここで図２を参照するに、図１中の信号９といった符号化された狭帯域オーディオ信号２０が入力端子に与えられる。狭帯域オーディオ信号２０は、埋め込まれた情報２２が信号から抽出される抽出器２１へ送られる。この情報は、例えば図１中の情報７に対応し、望ましくは透かしとして情報２０の中に含まれる。このような埋め込まれた情報の抽出についての方法及び装置はそれ自体が知られている。
【００６３】
この情報２２に基づいて、残るスペクトル部分２４は復元器２３によって復元される。これらのスペクトル部分は、広帯域オーディオ信号２７を取得するためにマージ回路２６中で狭帯域オーディオ信号２０とマージされる。この信号２７は、例えば図１中の広帯域オーディオ信号に対応する。
【００６４】
図１の符号化器及び図２の復号化器は、例えば、また、望ましくは、電話回線といった狭帯域伝送路の送信端及び受信端で夫々作動される。
【００６５】
ここで、このような伝送路が送信される狭帯域オーディオ信号の質を維持するという点で、また、図１中の情報発生（６）及び埋め込み（７）とそれに続く図２の抽出（２１）及び復元（２３）は広帯域オーディオ信号１の残るスペクトル部分の質を維持する点で、この広帯域信号は、狭帯域伝送路を介して伝送され、特にスペクトルの質といった、かなりの質の低下なしに、上述のように再び復元されうる。
【００６６】
このような伝送路で用いられる変調及び復調の原理の選択は、本発明の狭帯域オーディオ信号の伝送可能性に影響を与えるものではない。
【００６７】
このような変調は、例えばＧＳＭ移動電話網又は従来のアナログ電話網の利用でありうる。前者の場合は、変調器は、送信端のＧＳＭ移動電話機であってもよく、復調器は受信端のＧＳＭ移動電話機であってもよい。伝送路に沿って、幾つかの種類の変調が使用されうる。
【００６８】
例えば、送信端の移動電話機にサービスを提供するＧＳＭ網の間の接続は、アナログ変調の従来の形を用いて従来の長距離アナログ電話網を通じて受信端の移動電話機にサービスを提供するＧＳＭ網に接続されうる。
【００６９】
このような既存の狭帯域基盤を通じた広帯域オーディオ信号の伝送は、大きな経済上の利益を与えることが明らかである。公衆電話システムは、標準化された狭帯域オーディオ信号についての殆ど全世界に行き渡った伝送システムを与える。このシステムを広帯域オーディオ信号の任意の伝送に用いることは、広帯域オーディオ信号のための専門化された伝送サービスを大部分の状況において不要とし、従って投資の節約となる。
【００７０】
本発明によれば、符号化された狭帯域オーディオ信号９、２０は、既存の従来の狭帯域オーディオ信号処理方法及び装置と直接的に互換性があることは、はっきりとした利点である。上述のように、埋め込まれた情報は、望ましくは、本発明の狭帯域オーディオ信号９、２０中で不可聴であり、又は少なくとも殆ど不可聴或いは知覚的に不可聴である。
【００７１】
このことは、狭帯域オーディオ信号９が、既存の狭帯域端末、即ち既存の狭帯域基盤につながれた任意の以前から知られている終端機器によって容易に再生可能又は受信可能であることを意味する。このような機器では、本発明の狭帯域オーディオ信号は、従来の信号として認識され扱われる。埋め込まれた情報は、このような機器に対しては役に立たないが、外乱も生じさせず、可聴であるとすればノイズとして現れる。
【００７２】
上述の本発明の符号化器及び復号化器の１つの有望な利用法は、電話機及び移動電話機を含む電話装置である。本発明の符号化器及び復号化器がこのような電話機内に構築された場合、広帯域音声コネクションは、このような機器が公衆電話網につながれたときに容易に可能である。
【００７３】
かかる電話機と従来の電話機との間で電話コネクションが確立される場合、コネクションはもちろん狭帯域である。従来の電話機は、埋め込まれた情報を非常に小さいノイズとして再生するかもしれず、また、情報２２（図２）が与えられず、従って狭帯域オーディオ信号には残るスペクトル部分２４がマージされないため、本発明の電話機は、従来の電話機からの狭帯域オーディオ信号をただ再生するだけかもしれないが、コネクションは問題なく成功する。
【００７４】
しかしながら、本発明による２つの電話機が互いにつながれるときは、続いて広帯域電話コネクションが与えられ、従って、電話加入者ははるかに高い信号の質を経験することとなる。このような向上されたコネクションの質は、例えば今でも成長している移動電話機市場に対して重要な競争要因となりうる。
【００７５】
送信側話者又は相手方がコメントを述べるときに放送局のスタジオ間を相互接続するといった専門終端機器もまた、本発明から利益をうけうる。今日では、このようなコネクションは、かなり低い伝送品質を生じさせる公衆電話網を介して行われることが多い。このような機器において本発明を用いることは、かなり改善された放送オーディオ品質を与える。
【００７６】
本発明の符号化器の１つの望ましい実施例を図３に示す。アナログ広帯域オーディオ信号４０は、Ａ／Ｄ変換器４１においてディジタル広帯域オーディオ信号へ変換され、続いて、２つのディジタルフィルタ４２、４３でフィルタリングされる。ディジタルフィルタ４３は、狭帯域オーディオ信号を構成する第１のスペクトル部分５１を与える帯域通過フィルタであり、ディジタルフィルタ４２は、広帯域オーディオ信号４０の残るスペクトル部分５２を与える帯域阻止フィルタ又は高域通過フィルタでありうる。
【００７７】
第１のスペクトル部分５１及び残るスペクトル部分５２は、情報発生器５５へ送られる。ここで、第１のスペクトル部分５１は、外挿器５３において疑似信号５７を形成するよう外挿される。疑似信号５７は、比較器５４中で残るスペクトル部分５２と比較され、比較器５４はその出力に差信号５６を与える。
【００７８】
図３の実施例の第１の変形例では、外挿器５３によって生ずる疑似信号５７は、広帯域オーディオ信号４０のうちの第１のスペクトル部分５１には含まれない周波数に対応する周波数を有する。即ち、疑似信号のスペクトルは、残るスペクトル部分５２のスペクトルに対応する。
【００７９】
外挿器は、比較的単純な回路であると理解されるべきである。このような回路は、以前から知られており、より高い質の、しかし通常はより悪い結果の広帯域オーディオ信号を取得するために狭帯域オーディオ信号を高めることが意図される。
【００８０】
疑似信号５７は、比較器５４中の残るスペクトル部分５２と比較され、上述の差信号が生成される。
【００８１】
この配置の目的は、第１のスペクトル部分に埋め込まれるべき情報の量を減少させることである。疑似信号５７が残るスペクトル部分５２の出来の悪い模倣であっても、差信号５６の情報の量が残るスペクトル部分５２中よりもかなり少ない程度には良い。
【００８２】
図３の実施例の第２の変形例では、外挿器５３によって生じた疑似信号５７は、広帯域オーディオ信号４０の全周波数スペクトルを含む。
【００８３】
この場合、疑似信号５７は、非常に広い帯域のオーディオ信号４０と比較され、従ってディジタルフィルタ４２は省かれる。この第２の変形例では、差信号５６は、必ずしも第１の変形例と同じではないが、それでもなお、残るスペクトル部分５２と疑似信号５７の対応するスペクトル部分との間の差を一般的に表す。
【００８４】
第１のスペクトル部分５１はまた、第１のスペクトル部分をフレームへと分割する分割回路又はフレーム器４４へ送られる。これらのフレーム４６は、埋込器４５へ送られる。
【００８５】
埋込器４５では、各フレームは、まず高速フーリエ変換回路４７中で時間領域から周波数領域へ変換される。フーリエ係数は、差信号５６に従って変更される変更器４８へ送られ、従って差信号５６中の情報を周波数領域中の第１のスペクトル部分へ埋め込む。
【００８６】
変更されたフーリエ係数は、変更された第１のスペクトル部分が周波数領域から時間領域へ戻るよう変換される逆フーリエ変換回路４９へ送られる。
【００８７】
結果として得られる時間領域信号５０は、フレームへ分割されること及びその中に差信号５６が埋め込まれていること以外は第１のスペクトル部分５１と同様である。
【００８８】
第１のスペクトル部分をフレームへ分割する段階は、まず、用いられる埋込原理のために本発明の復号化器のこの実施例に組み込まれる。しかしながら、ディジタルオーディオ信号の分割は、他の目的にも役立つ。
【００８９】
図３の実施例の第３の変形例では、情報発生器が省かれ、差信号５６の代わりに、残るスペクトル部分５２が埋込器に直接送られる。これにより符号化器はより簡単となるが、同時に埋め込まれるべき情報量をかなり大きくする。
【００９０】
変更器４８中、差信号５６又は残るスペクトル部分５２は夫々、バイナリワード（特定の「透かし」）の知られているシーケンスからサンプルを追加することによりフーリエ係数からフーリエ係数の絶対値への変更で表される。このシーケンスは、望ましくは、各フレーム４６中の信号サンプルの数に対応する多数のバイナリワードを有する。
【００９１】
各フレーム４６に対するこのサンプルのシーケンスは、望ましくは差信号５６又は残るスペクトル部分５２の値に夫々依存してシフトされ、この値は、ここでは実際には透かしサンプルのシーケンスのシフトの量で表わされる。
【００９２】
実験は、本発明により狭帯域オーディオ信号を生じさせるよう第１のスペクトル部分に埋め込まれた差信号は、信号が従来の狭帯域機器によって再生されるときは、狭帯域オーディオ信号５０を顕著な程度では悪化させないことを示した。
【００９３】
本発明の復号化器の１つの望ましい実施例を図４に示す。本発明によるディジタルのフレーム化された狭帯域オーディオ信号７０は、入力端子で受信され、本発明による全ての埋め込まれた情報が狭帯域オーディオ信号７０から抽出される抽出器７１へ送られる。
【００９４】
抽出器７１では、フレーム化された狭帯域オーディオ信号７０は離散フーリエ変換を受け、フーリエ係数は相互相関回路７３へ送られる。
【００９５】
図３の埋込器４５の望ましい実施例に対応するこの回路の望ましい実施例では、フーリエ係数と既知の透かし（図３中のバイナリワードのシーケンスと同じ）の間の相関が、埋込器４５中で用いられる透かしワードの循環的なシフトの各可能な値に対して定められる。
【００９６】
この相関は、循環的なシフトが埋め込みの際に用いられたシフトと同じであるときに有意な値をとり、このようにして、埋め込まれた値（「ペイロード」）は識別し、抽出される。この抽出は、図４中でペイロード抽出回路を表わすボックス７５によって示されている。差信号５６又は残るスペクトル部分５２に夫々対応する抽出されたペイロードは、図４中の端子７６に現れ、そこから、受信された狭帯域オーディオ信号７０と共に復元器７９へ供給される。
【００９７】
復元器では、受信された狭帯域オーディオ信号７０は、外挿された疑似信号７４を供給する外挿器８０へ送られる。この疑似信号７４は、補正器８１へ供給され、抽出されたペイロード７６に基づいて修正される。疑似信号７４は、図３中の疑似信号５７に対応することが絶対に必要である。
【００９８】
図４の実施例の第１の変形例では、外挿器８０によって生じた疑似信号７４は、図３の符号化器の第１の変形例に対応するように、広帯域オーディオ信号４０の第１のスペクトル部分５１中に含まれない周波数に対応する周波数を有する。
【００９９】
この変形例では、ペイロード７６は、疑似信号７４に加えられる差信号を構成し、和信号８２は残るスペクトル部分５２に対応する。ここで、これらはマージ回路８３中で、受信された狭帯域オーディオ信号７０とマージされ、マージ回路８３からの出力信号８４は復元された広帯域オーディオ信号を構成する。
【０１００】
図３の符号化器の第２の変形例と共に用いられる図４の実施例の第２の変形例では、外挿器８０によって生じた疑似信号７４は元の広帯域オーディオ信号４０の周波数スペクトル全体を含む。
【０１０１】
その場合、ペイロード７６は、それでも、一般的には、残るスペクトル部分５２と疑似信号７４の対応するスペクトル部分の間の差を表わす。この差を疑似信号７４に加えることはまた、残るスペクトル部分５２に対応する和信号８２を生じさせ、これは、復元された広帯域オーディオ信号８４を得るよう、受信された狭帯域オーディオ信号７０とマージされる。
【０１０２】
図３の符号化器の第３の変形例に対応する図４の復号化器の第３の変形例では、ペイロードは、残るスペクトル部分５２全体に対応し、マージ回路８３へ直接送られる。この場合、復元器７９は省かれる。
【０１０３】
図３の符号化器の３つの変形例及び図４の復号化器の対応する各変形例は、広帯域オーディオ信号を狭帯域基盤上で伝送する本発明による符号化器・復号化器対の３つの変形例を構成する。広帯域オーディオ信号は送信側で符号化され、受信側で復号化される。
【０１０４】
狭帯域基盤は、伝送路である必要はないが、例えば記憶システムといった任意の狭帯域構造であり得る。その場合、広帯域オーディオ信号は、本発明により狭帯域オーディオ信号の形で記憶されえ、記憶部からの検索時に、図２及び図４に記載のように広帯域へ復号化される。ここで、広帯域オーディオ信号の効果的な圧縮が得られる。このようなシステムから得られる利益は、本願明細書の最初の部分で説明されている。
【０１０５】
任意の所望の再生品質レベルに対してより良い圧縮を与える第１のスペクトル部分のために周波数限界を設計することは本発明の範囲内のことである。
【０１０６】
同様に、本発明の狭帯域オーディオ信号は、対応する利益を与える任意の他の形の狭帯域オーディオ信号処理又は構造を受けうる。
【０１０７】
上述において第１のスペクトル部分へ復元情報を埋め込むための、信号の透かし技術から知られている埋め込み方法の使用を含む特別な方法について説明したが、復元された情報を第１のスペクトル部分への埋め込み、及びこの情報の続く抽出のために任意の方法を用いることは本発明の範囲内にある。
【０１０８】
上述のおいて広帯域オーディオ信号について一般的に説明したが、本発明を広帯域音声（ｓｐｅｅｃｈ）信号に適用することが特に有利であると考えられる。
【０１０９】
音声信号は、話されたメッセージの理解に必要な信号の不可欠な部分が、信号の良く定義されたスペクトル部分、即ち３００乃至３４００Ｈｚの周波数帯域に含まれるオーディオ信号を構成する。この帯域は、本発明を用いるときには変更なしに、それぞれ伝送又は記憶されうるのに対して、残るスペクトル部分は３００乃至３４００Ｈｚ周波数帯域と同じ忠実さで再生される必要はない。
【０１１０】
従って、残るスペクトル部分の再生は、音声信号を再生するときは、例えば音楽の場合よりも低い基準でなされうる。このように、本発明はより低いがなお許容可能な再生の質が使用されることを選択し、それにより処理電力を節約するのに用いられ得る。
【０１１１】
尚、上述の実施例は、本発明を制限するものではなく例示するものであって、当業者は特許請求の範囲を逸脱することなく多くの他の実施例を設計することが可能である。特許請求の範囲では、括弧内のいかなる参照符号も特許請求の範囲を制限するものと理解されるべきではない。「含む」又は「有する」の語は、特許請求の範囲に記載された要素又は段階以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウエアによって、また適当にプログラムされたコンピュータによって実現されうる。幾つかの手段を列挙した装置に関する請求項では、これらの手段のうちのいくつかはハードウエアの同一のアイテムによって具現化されうる。互いに異なる従属項に幾つかの手段が記載されているという事実は、これらの手段の組み合わせが利用され得ないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施例による符号化器の原理を示す図である。
【図２】本発明の実施例による復号化器の原理を示す図である。
【図３】図１中の符号化器の望ましい実施例を示す概略図である。
【図４】図２中の復号化器の望ましい実施例を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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