(57)【要約】オーディオ信号ｘの符号化が提供され、この符号化では、該信号の正弦波成分の周波数変動に関するインジケータａi，Ｐlkは、正弦波コーダ１３のトラッキングアルゴリズムで使用される。この正弦波コーダ１３では、連続するセグメントからの適切な正弦波に関する正弦波パラメータが連結される。ワープファクタ又は多項式を用いたフィッテングのようなインジケータを採用することで、より精度の高いトラッキングを得ることができる。結果として、更に効率的に正弦波を得ることができる。さらに、改善された位相の連続性により、良好なオーディオ品質を得ることができる。
2005506582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号をエンコードする方法であって、
複数の連続するセグメントのそれぞれについて、サンプリングされた信号値からなるそれぞれの組を供給するステップと、
該複数の連続するセグメントのそれぞれについて１以上の正弦波成分を生成するため、該サンプリングされた信号値を分析するステップと、
該複数の連続的なセグメントのそれぞれのうちの該正弦波成分の周波数変動に関するインジケータを提供するステップと、
それぞれのインジケータが該当する正弦波成分の周波数差に従い、複数の連続するセグメントにわたり正弦波成分を連結するステップと、
該複数の連続するセグメントのそれぞれについて、連結された正弦波成分からなる軌跡を有する正弦波コードを生成するステップと、
該正弦波コードを含むエンコードされたオーディオストリームを生成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
該インジケータは、該オーディオ信号のそれぞれのセグメントに関連する少なくとも１つのワープファクタを有し、前記連結するステップは、該周波数差を決定するために、関連される次のセグメントの正弦波成分の周波数パラメータに該ワープファクタを適用するステップを有する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
該インジケータは、多項式であり、前記連結するステップは、
セグメントのそれぞれの軌跡について、ある軌跡に関する複数の最後の周波数パラメータをフィットするための該多項式を生成するステップと、該軌跡の周波数パラメータの次の値の予測値を生成するために該多項式を外挿するステップと、該予測値と該正弦波成分の周波数パラメータとの間の周波数差に従い、該軌跡における次のセグメントの正弦波成分を連結するステップとを有する、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
該最後の周波数パラメータの最大の数は５である、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記連結するステップは、セグメントのそれぞれの軌跡について、ある軌跡に関する複数の最後の振幅パラメータをフィットするための第二の多項式を生成するステップと、該軌跡の振幅パラメータの次の値の予測値を生成するために該第二の多項式を外挿するステップと、該周波数の予測値と該正弦波成分の周波数パラメータとの間の周波数差、及び該振幅の予測値と該正弦波成分の振幅パラメータとの間の振幅差に従い、該軌跡における次のセグメントの正弦波成分を連結するステップとをさらに有する、
請求項３記載の方法。
【請求項６】
該最後の振幅パラメータの最大の数は４である、
請求項６記載の方法。
【請求項７】
前記連結するステップは、セグメントのそれぞれの軌跡について、ある軌跡に関する複数の最後の位相パラメータをフィットするための第二の多項式を生成するステップと、該軌跡の位相パラメータの次の値の予測値を生成するために該第二の多項式を外挿するステップと、該周波数の予測値と該正弦波成分の周波数パラメータとの間の周波数差、及び該位相の予測値と該正弦波成分の位相パラメータとの間の位相差に従い、該軌跡における次のセグメントの正弦波成分を連結するステップとをさらに有する、
請求項３記載の方法。
【請求項８】
該最後の位相パラメータの最大の数は３である、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記分析するステップは、該１以上の正弦波成分を生成するために、ワープファクタを利用するステップを有する、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
それぞれの軌跡は、ある軌跡の開始セグメントにおける正弦波成分の周波数、振幅及び位相、及び該軌跡に関する次の連続するセグメントにおけるそれぞれの正弦波成分の周波数差及び振幅差を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該周波数差は、それぞれのインジケータが該当する連結された正弦波成分のセグメントの境界での周波数差を含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
該正弦波コードは、該ワープファクタを含む、
請求項２記載の方法。
【請求項１３】
該オーディオ信号における過渡信号の成分の位置を推定するステップと、
形状パラメータ及び位置パラメータを有する形状関数を該過渡信号に適合させるステップと、
該形状関数を表す位置パラメータと形状パラメータとを該オーディオストリームに含めるステップと、
をさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
雑音成分のターゲットスペクトルを近似する周波数応答を有するフィルタのフィルタパラメータを決定することで、該オーディオ信号の該雑音成分をモデル化するステップと、
該フィルタパラメータを該オーディオストリームに含めるステップと、
をさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記供給するステップは、該サンプリングされた信号値を生成するために、第一のサンプリング周波数で該オーディオ信号をサンプリングするステップを有する、
請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記連結するステップは、セグメントの境界で正弦波成分の周波数差に従い、正弦波成分を連結する、
請求項１記載の方法。
【請求項１７】
オーディオストリームをデコードする方法であって、
複数の連続するセグメントのそれぞれについて、連結された正弦波成分からなる軌跡を有する正弦波コードを含むエンコードされたオーディオストリームを読み出すステップと、
該複数の連続するセグメントのそれぞれのうちの該正弦波成分の周波数変動に関するインジケータ及び該正弦波コードを利用して、それぞれのインジケータが該当する正弦波成分の周波数差に従い、複数の連続するセグメントにわたり正弦波成分を再構成することを含めて該オーディオ信号を合成するステップと、
を備える方法。
【請求項１８】
あるセグメントにおける正弦波成分の周波数、
たとえば開始周波数は、周波数差、及び該インジケータが該当する連結された正弦波成分の周波数から決定される、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
該インジケータは、それぞれのセグメントについて少なくとも１つのワープファクタを備える、
請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
あるセグメントにおける正弦波成分の位相は、ワープファクタが適用される連結された正弦波成分の位相から決定される、
請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
セグメントにおける該正弦波成分の位相は、式
【数１】
2005506582.tif 000013
に従い再構成され、ここで、Ｌはセグメントのサイズ（秒）であり、ｆiはセグメントＩにおける正弦波成分の周波数（ヘルツ）であり、Ｔはセグメント期間を秒で表す、
請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
該インジケータは、多項式であり、前記利用するステップは、
ある軌跡に関する複数の最後の周波数パラメータをフィットするための多項式を生成することで、セグメントのそれぞれの軌跡を合成するステップと、該軌跡の周波数パラメータの次の値の予測値を生成するために該多項式を外挿するステップと、該予測値と該正弦波成分の周波数パラメータとの間の周波数差に従い、該軌跡における次のセグメントの正弦波成分を決定するステップとを有する、
請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
オーディオ信号の複数の連続するセグメントのそれぞれについて、サンプリングされた信号値のそれぞれの組を処理するために構成されるオーディオコーダであって、
該複数の連続するセグメントのそれぞれについて、１以上の正弦波成分を生成するために、該サンプリングされた信号値を分析するためのアナライザと、
該複数の連続するセグメントのそれぞれのうちの該正弦波成分の周波数変動に関するインジケータを決定するためのコンポーネントと、
それぞれのインジケータが該当する正弦波成分に関する周波数差に従い、複数の連続するセグメントにわたり正弦波成分を連結するためのリンカと、
該複数の連続するセグメントにそれぞれについて、連結された正弦波成分からなる軌跡を有する正弦波コードを生成するためのコンポーネントと、
該正弦波コードを含むエンコードされたオーディオストリームを生成するためのビットストリームジェネレータと、
を備えるオーディオコーダ。
【請求項２４】
複数の連続するセグメントのそれぞれについて、連結された正弦波成分からなる軌跡を有する正弦波コードを含むエンコードされたオーディオストリームを読出すための手段と、
複数の連続するセグメントのそれぞれのうちの該正弦波成分の周波数の変動に関するインジケータ、及び該正弦波コードを利用して、それぞれのインジケータが該当する正弦波成分の周波数差に従い、複数の連続するセグメントにわたり正弦波成分を再構成することを含めて該オーディオ信号を合成するために構成されるシンセサイザと、
を備えるオーディオプレーヤ。
【請求項２５】
請求項２３記載のオーディオコーダと、請求項２４記載のオーディオプレーヤとを有するオーディオシステム。
【請求項２６】
オーディオ信号の少なくとも１つの成分を表す正弦波コードを含むオーディオストリームであって、
該正弦波コードは、連結された正弦波成分からなる軌跡を含み、該正弦波成分は、該オーディオ信号の複数の連続するセグメントのそれぞれのうちの該正弦波成分の周波数の変動に関するそれぞれのインジケータが該当する該正弦波成分の周波数差に従い、該複数の連続するセグメントにわたり連結される、
オーディオストリーム。
【請求項２７】
請求項２６記載のオーディオストリームが記憶される記憶媒体。
【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及び復号化に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリック符号化スキーム、特に正弦波コーダ（sinusoidal  coder）は、特許協力条約に基づく特許出願WO  00/79519-A1（代理人参照番号017502）、及び2001年4月18日に提出された欧州特許出願第01201404.9号（代理人参照番号PHNL010252）に記載されている。このコーダでは、オーディオセグメント又はフレームは、振幅、周波数及び位相パラメータで表される多数の正弦波を使用する正弦波コーダによりモデル化される。あるセグメントの正弦波が推定されると、トラッキングアルゴリズムが始動される。このアルゴリズムは、セグメントとセグメントの間に基づいて、正弦波を互いに連結することを試みる。このように、連続したセグメントからの適切な正弦波による正弦波パラメータは、いわゆる軌跡を得るために連結される。連結する基準は、２つの連続するセグメントの周波数に基づいているが、また、振幅情報及び／又は位相情報も使用される。この情報は、連結すべき正弦波を決定する費用関数（cost  function）において結合される。このように、トラッキングアルゴリズムは、正弦波の軌跡を生じ、この軌跡は、特定の時間の瞬間で開始し、複数の時間セグメントにわたる所定の時間の間に発展して、その後に停止する。
【０００３】
これらの軌跡を構築することで、効率的な符号化が可能となる。たとえば、正弦波の軌跡について、初期位相のみが転送される必要がある。この軌跡における他の正弦波の位相は、この初期位相及び他の正弦波の周波数から得られる。ある正弦波の振幅及び周波数は、前の正弦波に関して異なってエンコードされる。さらに、非常に短い軌跡は除かれる。かかるように、このトラッキングのため、正弦波コーダのビットレートは、大幅に低減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、効率的に符号化するためにトラッキングは重要である。しかし、正しいトラッキングが行われることが重要である。正弦波が誤って連結された場合、これにより、ビットレートが不必要に増加されるか、又は再構成の品質を低下する可能性がある。
【０００５】
しかし、１０〜２０ｍｓのオーダにおけるセグメント長での正弦波周波数は、固定されておらず、これにより、正弦波モデルの妥当性が低下することが知られている。たとえば、ピッチで連続的に増加する調波信号を考える。あるセグメントでの基本周波数の平均周波数を推定するため、単一の正弦波が使用される場合、この正弦波がサンプリングされた信号から引かれるとき、この正弦波は、残余の調波周波数を残す場合がある。この残余の調波周波数は、正弦波コーダがある高周波の調波にフィットすることを試みるものである。次いで、これら「ゴースト」の調波は、トラッキングアルゴリズムで適合されて、最終的なエンコードされた信号に含まれる場合がある。この最終的なエンコードされた信号は、デコードされたとき、該信号をエンコードするために必要なビットレートよりも高いビットレートを要求するだけでなく、ある歪みを含む場合がある。
【０００６】
特許協力条約に基づく出願WO  00/74039、及びR.J.Sluijter,  A.J.E.  Janssenによる“A  time  warper  for  speech  signals”  IEEE  Workshop  on  Speech  Coding,  Porvoo,  Finland,  June  20-23  1999,  pp.150-152では、オーディオセグメントの固定を強化するためのタイムワーパー（time  warper）が開示されている。
【０００７】
Sluijter等は、あるセグメントのワープパラメータａを得るための方法を開示している。Ｔがセグメント期間を秒で表し、ｔが実時間を表し、及びτがワープされた時間を表あいて、以下の式
【数１】
2005506582.tif 000003
で示されるワープ関数でセグメントをワープすることで、タイムワーパーは、そのセグメント期間を変えることなしに、時間につれて線形に進展する周波数変動の一部を取り除く。
【０００８】
Sluijter等により提案されるタイムワーパーを適用することで、周波数が固定されないこと関する問題が緩和され、正弦波コーダは、ワープされたセグメントで、より信頼できる周波数の推定ができる。また、Sluijter等は、ビットストリームでワープファクタを転送することを開示しており、これにより、ワープファクタは、デコーダでワープされた正弦波を合成することに使用される場合がある。
【０００９】
Sluijter等により提供される改良の例として、基本周波数が急速に変化する場合に、ある調波信号が使用される。図４は、ワープが全然使用されないとき、トラッキングの結果を示している。線は軌跡の連続を示しており、円は軌跡の開始又は終了を表しており、星は単一の点を示している。図からわかるように、より高い周波数（２０００−６０００Ｈｚ）では、大部分について失われており、すなわち誤っている。結果として、誤った軌跡が作成されている。分析の間隔は、更新の間隔を８ｍｓとして、３２．７ｍｓの長さを有している（通常、エンコードされた信号の合成の間、セグメントのオーバラップが使用され、５０％のオーバラップが使用される場合、セグメントの長さは１６ｍｓである）。かかる長い分析間隔では周波数が固定されないため、正弦波コーダは、高周波数を良好に推定することができない。
【００１０】
図５に見られるように、Sluijterに従ってタイムワープされたセグメントに関する推定を行うことで、全ての周波数が正しく推定される。しかし、図５には、ある瞬間では、誤った軌跡が作成されることが示されている。
【００１１】
これは、ある周波数のグループが１つのセグメントについて一旦推定されると、トラッキングアルゴリズムは、連続するセグメントでの正弦波成分の周波数変動を考慮することなしに、これらの周波数のグループを次のセグメントの周波数のグループと連結することを試みるためである。図６（ａ）に示されるように、セグメントｋについて周波数ｆkが推定され、この場合、ワープファクタａ1が決定される（図６（ａ）及び図６（ｂ）では、ワープファクタａ1，ａ2は、周波数の傾斜の角度、しかし実際には、ａ／Ｔに等しい周波数の導関数（傾き）として示されている）。同時に、セグメントｋ＋１について、周波数ｆk+1(1)及びｆk+1(2)が推定され、この場合、ワープファクタａ2が決定される。あるセグメントから次のセグメントへの正弦波の連結において、周波数変動が考慮されない場合、この例では、ｆkがｆk+1(2)よりはむしろｆk+1(1)に連結される可能性が高い。これは、周波数差δ1がδ2よりも小さいことによる。
本発明は、この問題を緩和することを試みるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、オーディオ信号をエンコードする方法が提供される。本方法は、請求項１に記載されるステップを有している。
【００１３】
本発明の第一の実施の形態は、正弦波コーダのトラッキングアルゴリズムにおいてタイムワーパーを使用する方法を提供する。ワープファクタを利用することで、より正確な軌跡が得られる。結果として、より効率的に正弦波がエンコードされる。さらに、改善された位相の連続により、良好なオーディオ品質が得られる。
【００１４】
第一の実施の形態では、ワープファクタを決定するためのSluijter等において開示された方法が利用される。好ましくは、トラッキングアルゴリズムにおいて、式（１）のワープファクタが利用される。ワープファクタは、時間につれて線形に進展する周波数変動を示すため、このワープファクタは、周波数の方向を示すために使用される。したがって、このファクタにより、トラッキングアルゴリズムが改善される。
【００１５】
本発明の第二の実施の形態では、正弦波成分を連結することは、ある軌跡に関する多数の最後の周波数パラメータをフィットするための多項式を生成すること、及び該軌跡に関する周波数パラメータの次の値の推定値を生成するために該多項式を外挿することに基づいている。この軌跡におけるその後のセグメントの正弦波成分は、該推定値と該正弦波成分の周波数パラメータとの間の周波数差に従って連結されるか、又は連結されない。
【００１６】
多項式によりフィッティングを行う第二の実施の形態が、ワープファクタに基づいた第一の実施の形態に対して有する効果は、信号モデルに関して仮定をしない点であり、すなわち、第二の実施の形態は、全ての軌跡又は少なくとも隣接する軌跡のグループが同じやり方で変化することを仮定していない。したがって、オーディオ信号が２つの主要なオーディオ成分を含んでいる場合、一方は周波数において減少し、他方は周波数において増加する。この両者は連続して追跡される。このことは、第一の実施の形態ではあり得ないケースである。
より正確な追跡を行うことで、符号化効率が増加され、良好な位相の連続性（phase  continuation）が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適な実施の形態を示す図１において、エンコーダは、特許協力条約に基づく特許出願WO  01/69593-A1（代理人参照番号PHNL000120）に記載されるタイプの正弦波コーダである。ここでは、このコーダの動作及びその対応するデコーダの動作は、好適に説明されており、本実施の形態では、本発明に関連する説明のみが説明される。
【００１８】
先のケース及び好適な実施の形態の両者において、オーディオコーダ１は、オーディオ入力信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、その結果、該オーディオ入力信号のデジタル表現ｘ（ｔ）を得る。次いで、このコーダ１は、サンプリングされた入力信号を３つの成分に分離する。これらは、過渡信号成分（transient  signal  component）、持続した決定論的な成分（sustained  deterministic  component）、及び持続した確率論的な成分（sustained  stochastic  component）である。オーディオコーダ１は、過渡コーダ１１、正弦波コーダ１３及び雑音コーダ１４を有している。オーディオコーダは、利得圧縮メカニズム（ＧＣ）１２を選択的に有している。
【００１９】
過渡コーダ１１は、過渡検出器（ＴＤ）１１０、過渡分析器（ＴＡ）１１１及び過渡合成器（ＴＳ）１１２を有している。はじめに、信号ｘ（ｔ）は、過渡検出器１１０に入力する。この検出器１１０は、過渡信号成分が存在するかを予測し、及びその位置を予測する。この情報は、過渡分析器１１１に供給される。過渡信号成分の位置が決定された場合、過渡分析器１１１は、過渡信号成分（の主要な部分）を抽出することを試みる。過渡分析器１１１は、形状関数を、好ましくは予測された開始位置で開始する信号のセグメントに適合させ、たとえば、複数（少数）の正弦波成分を利用することで、該形状関数の下にある内容を決定する。この情報は、過渡コードＣＴに含まれ、この過渡コードＣＴの生成に関する更に詳細な情報は、WO  01/69593-A1に提供されている。
【００２０】
過渡コードＣＴは、過渡合成器１１２に供給される。合成された過渡信号成分は、減算器１６において入力信号ｘ（ｔ）から減算され、その結果、信号ｘ１を得る。ＧＣ１２が省略される場合、ｘ１＝ｘ２である。
【００２１】
信号ｘ２は、正弦波コーダ１３に供給され、この正弦波コーダ１３では、該信号ｘ２は、正弦波分析器（ＳＡ）１３０で分析される。この正弦波分析器１３０は、（決定論的な）正弦波成分を決定する。したがって、過渡分析器の存在が望まれる一方で、正弦波分析器１３０は必要とされず、かかる分析器なしで本発明を実施することができる。いずれの場合であっても、正弦波符号化の最終的な結果は、正弦波コードＣＳであり、典型的な正弦波コードＣＳの従来の生成を説明するより詳細な例は、特許協力条約に基づく特許出願WO  00/79519-A1（代理人参照番号N017502）に与えられている。
【００２２】
要するに、かかる正弦波コーダは、あるフレームのセグメントから次のフレームのセグメントに連結される正弦波成分の軌跡として、入力信号ｘ２をエンコードする。この軌跡は、ある所与のセグメントで始まる正弦波の開始周波数、開始振幅及び開始位相により、発生としてはじめに表される。その後、この軌跡は、周波数差、振幅差、及び可能であれば位相差（連続）により、この軌跡が終了（消滅）するセグメントまで、その後のセグメントで表現される。実際に、位相差を符号化することにおいてゲインは殆どないことが判定される場合がある。したがって、位相情報は、連続性のためにエンコードされる必要はなく、位相情報は、連続的な位相の再構成を使用して再生成される場合がある。
【００２３】
本発明の第一及び第二の実施の形態の両者において、あるセグメントから次のセグメントに軌跡がワープする範囲は、あるセグメントから次のセグメントに正弦波を連結するときに考慮される。本発明の第一の実施の形態では、軌跡を生成することにワープファクタを含めるため、正弦波コーダのトラッキングアルゴリズムの構成部分で使用される周波数が変更される必要がある。ワープが適用されない場合、フレームｋ及びフレームｋ＋１におけるそれぞれの周波数について、以下の式が評価される。
【数２】
2005506582.tif 000004
ここで、ｅ(.)は任意のマッピング関数であり、たとえば、ｅ(.)はＥＲＢにおける周波数であり、ｆはあるフレームにおける周波数を示している。したがって、図６（ａ）の例では、周波数ｆk+1(1)又はｆk+1(2)のどちらがｆkに連結されるかを判定するため、δ1及びδ2は、トラッキングアルゴリズムの費用関数に含まれる。このとき、どちらの周波数が連結されるかに従って、周波数差δ1又はδ2のうちの一方が転送される（また、振幅及び位相に関する情報を費用関数に含めることも知られているが、このことは、第一の実施の形態の目的に関連しない）。
【００２４】
第一の実施の形態では、次のように、正弦波コーダのトラッキングアルゴリズムでワープファクタが使用される。フレームｋ及びフレームｋ＋１の周波数は、以下のように、周波数
（外１）
2005506582.tif 000005
に変換される。
【００２５】
【数３】
2005506582.tif 000006
ここで、ａiは、フレームｉのワープファクタであり、Ｔはａが決定されるセグメントサイズ（たとえば、３２．７ｍｓ）であり、及びＬは周波数の更新間隔（たとえば、８ｍｓ）である。以下の第二の実施の形態から分かるように、本発明は、先の式、又はSluijter等により開示されたようなワープファクタを決定するための特定の方法に限定されるものではない。どちらも、Ｌ／２よりはむしろ、
（外２）
2005506582.tif 000007
を決定するためにＬ１が使用される場合があり、
（外３）
2005506582.tif 000008
を決定するためにＬ２が使用される場合があるように、要求される更新間隔が均等に分割されるものではない。この場合、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌである。
【００２６】
周波数
（外４）
2005506582.tif 000009
は、タイムワープファクタを考慮している。ここで、トラッキングアルゴリズムは、あるセグメントから次のセグメントへの周波数差を決定するとき、以下のように変更された式２を使用する。
【数４】
2005506582.tif 000010
【００２７】
これにより、たとえば、費用関数が間隔ｋ，ｋ＋１に適用されたとき、図６（ｂ）の周波数差δ3及びδ4が生成され、これにより、トラッキングアルゴリズムは、ｆkをｆk+1(1)よりはむしろｆk+2(1)と連結する可能性が非常に高くなる。トラッキングアルゴリズムの他の部分は、変更されないままである。
【００２８】
図４及び図５の例に関して、タイムワープファクタを含むトラッキングアルゴリズムを適用することで、図７に示される軌跡が得られる。このケースでは、誤った連結が作成されないこと示される。
【００２９】
第一の実施の形態では、セグメントからセグメントへの変更された周波数差を転送するためにビットレートを節約するために、ワープファクタが更に使用される。式２は、差Ｄf（及び符合ビット）を転送することで、周波数ｆkから周波数ｆk+1が得られることを示している。しかし、第一の実施の形態では、ワープファクタ及び符号ビットと共に、式４に従う周波数差が転送される。
【００３０】
図８は、８．６秒の期間で実際の音声信号から取得されたＤfの分布を示している。破線と点線からなるラインは、式２のＤfに関する分布である。実線からなるラインは、式４のＤfに関する分布を表しており、この分布では、ワープファクタが含まれる。この図からわかるように、この分布では、ワープファクタが使用されたときに更に鋭いピークが形成される。これは、（図６（ａ）に対する図６（ｂ）で例示されるように）一般に式４の周波数差を使用することで、連結された軌跡内でより小さな周波数差が生成されるためである。
【００３１】
このより明確化された周波数差のプロファイル内で周波数差をエンコードするためのエントロピー符号化を使用することで、結果的に得られる信号は、より少ないビット数を要求するか、又は高品質となるかのいずれかである。これは、所与の符号化の量子化スキームについて、最も頻繁に使用されるシンボル、したがって最も圧縮されたシンボルで生じるより多くのシンボルが存在する筈であり、又は代替的に、より的を絞った量子化スキームは、同じビットレートについて良好な判別を生じる筈であることによる。
【００３２】
本発明の第二の実施の形態では、あるセグメントから次のセグメントに軌跡がワープする範囲は、軌跡毎に考慮される。ここで、図９（ａ）から図９（ｃ）を参照して、ここでは、ある信号の多数の時間セグメントにわたり、正弦波成分の周波数パラメータｆk-1(1)，ｆk-1(2)，ｆk(1)，ｆk(2)等が示されている。時間ｋ−１，ｋの２つのセグメントを考え、軌跡の形成は、通常、これらのセグメントのインタフェース（又は重なり）で見られる２つの正弦波成分の組のパラメータ間の類似性に基づいている。
【００３３】
他方で、第二の実施の形態は、時間セグメントｋ−１を含めて、該時間セグメントまで、多数のセグメントに沿って潜在的に延びる、軌跡の正弦波成分の周波数、並びに好ましくは振幅及び位相の進化を使用する。これにより、軌跡が連続する場合、時間セグメントｋについて存在しうる正弦波成分の周波数パラメータ、並びに好ましくは振幅及び位相パラメータの予測が行われる。
【００３４】
周波数の予測値、振幅の予測値、及び考えられる連続した位相の予測は、時間セグメントｋ−１まで、好ましくは形式ａ＋ｂｘ＋ｃｘ2＋ｄｘ3＋…からなる多項式を、軌跡に沿ったパラメータの組にフィットすることで得られる。セグメントｋ−１において周波数ｆk-1(1)をもつ成分を有する軌跡１のケースでは、このポイントを通過する多項式は、Ｐ1k-1と呼ばれ、軌跡２についても同様である。対応する多項式（図示せず）は、この成分の振幅及び位相パラメータにフィットされる場合がある。可能性のある後続する成分の周波数パラメータの推定値、並びに使用できるのであれば振幅及び位相パラメータの推定値は、時間セグメントｋで、それら多項式の値を計算することで得られる。軌跡１のケースでは、周波数の推定値はＥ1k-1と呼ばれ、軌跡２についても同様である。
【００３５】
次いで、軌跡の形成は、この予測されたパラメータ／推定されたパラメータの組と、時間セグメントｋで実際に抽出された成分のパラメータとの間の類似性に基づいている。この場合、周波数パラメータはｆk(1)及びｆk(2)である。これらの周波数パラメータが、周波数の推定値から許容値Ｔまでの範囲にある場合、関連される成分は、推定が行われる軌跡に連結される候補となる。
【００３６】
図９（ａ）の例では、軌跡１及び軌跡２について振幅及び／又は位相の推定値もまた成分ｆk(1)及びｆk(2)の振幅及び位相パラメータに適合し、これらの成分が軌跡１及び軌跡２にそれぞれ連結されることを仮定している。
【００３７】
ここで、図９（ｂ）に進み、ここでは、多項式Ｐ1k及びＰ2kは、セグメントｋ−１，ｋを含めて、該セグメントまでの周波数パラメータにフィットされ、推定値Ｅ1k及びＥ2kの組を供給している。このケースでは、トラッキングアルゴリズムは、前のセグメントについて推定値Ｅ1k-1及びＥ2k-1を得るために使用される軌跡１及び軌跡２の多項式Ｐ1k-1及びＰ2k-1の次数を拡げるか、又は、前の推定値について、ある軌跡の多項式の最大次数に到達した場合に、該軌跡について、推定値が基づいているセグメントが１だけ進められる。
【００３８】
第二の実施の形態に関する好適なバージョンでは、周波数パラメータにフィットされる多項式について最大次数４が使用され、振幅パラメータにフィットされる多項式について３が使用され、更に、位相パラメータにフィットされる多項式について２が使用される。
【００３９】
ここで、図９（ｃ）に進み、ここでは、周波数パラメータｆk+1（new）を有する新たな（new）成分がセグメントｋ＋１について存在している。ワープファクタに基づく第一の実施の形態では、全ての軌跡又は少なくとも隣接する軌跡からなるグループは、あるセグメントで同じやり方で進化することを仮定している。したがって、たとえば、ある軌跡があるセグメント内で開始する場合、この軌跡は、その周辺における軌跡と同じ程度にまでワープされることが仮定される。図９（ｃ）の例では、その後のセグメントｋ＋２において、新たな成分があるリンクを見つけない場合がある。この１つの成分のみを含む新たな軌跡は、余りに短い軌跡であると考えられ、最終的なビットストリームの生成において単に無視される。
【００４０】
しかし、第二の実施の形態では、異なる軌跡は、利用可能な限り、所与の軌跡の前の履歴にのみに従い、他の軌跡に関して自由に変化することが許容される場合がある。これは、新たな軌跡が隣接する変化している軌跡の周辺における周波数パラメータで開始する場合に、潜在的な問題を引き起こすものと考えられる。したがって、例では、ｆk+1(new)は、ｆk+2(1)に連結されるより可能性の高い候補ｆk+1(1)の代わりに、ｆk+2(1)に連結される場合がある。
【００４１】
しかし、第二の実施の形態における、新たな成分ｆk+1(new)のケースでは、トラッキングアルゴリズムは、振幅及び／位相の予測をも考慮する。これらの予測により、正しい連結が行われることが保証される。これは、たとえば、ｆk+2(1)がｆk+1(new)よりもｆk+1(1)と一致する可能性が更に高い場合があるためである。
【００４２】
第一の実施の形態の、δ4のような周波数差のみを転送する符号化のゲインは、第二の実施の形態に従い生成される軌跡のその後の周波数成分の間のδ5のような周波数差がビットストリームでエンコードされる場合には失われる場合がある。
【００４３】
これは、エンコーダで利用される多項式による予測の形式に関して、デコーダが気付いている必要がないという利点を有している。かかるように、本発明は、任意の特定の多項式の形式に限定されるものではないことがわかる。
【００４４】
しかし、多項式に基づいた第二の実施の形態では、類似の符号化のゲインが存在する。
ここで、エンコーダは、たとえば、δ6といった周波数差、並びに好ましくは振幅差及び／又は位相差を転送する。これらの周波数差、振幅差及び位相差は、このケースではＥ1k+1である推定値と、このケースではセグメントｋ＋２からのｆk+2(1)である連結された成分のパラメータとの間で決定される。次いで、デコーダは、セグメントｋ＋２の周波数差パラメータ、並びに振幅差パラメータ及び／又は位相差パラメータを利用する前に、時間セグメントｋ＋１まで既に受信された軌跡の多項式によるフィッティングを介して予測を行う（エンコーダにおける動作と同じ動作）。このケースでは、ワープファクタのような余分なファクタは送出される必要がないが、デコーダは、エンコーダで使用される多項式の形式を知っている必要がある。
【００４５】
したがって、第二の実施の形態の多項式は、第一の実施の形態の代替的なワープファクタを使用することよりも、より大きな自由度で、セグメントからセグメントへの成分パラメータのワープを含むことになる。
【００４６】
しかし、どの実施の形態が使用されるかに関らず、従来技術におけるように、本発明の改善された正弦波コーダで生成された正弦波コードＣＳから、正弦波合成器（ＳＳ）１３１により、正弦波信号成分が再構成される。この信号は、正弦波コーダ１３への入力ｘ２から減算器１７で減算され、結果的に、（大量の）過渡的な信号成分と（主要な）決定論的な正弦波成分を持たない残差信号ｘ３を得る。
【００４７】
この残差信号ｘ３は、雑音を主に含んでいるものと仮定されており、好適な実施の形態に雑音分析器１４は、たとえば、特許協力条約に基づく特許出願WO  01/89086-A1（代理人参照番号PHNL000287）に記載されるような、この雑音を表すノイズコードＣＮを生成する。さらに、かかる分析器の使用は、本発明の実現に対して本質的なものではないが、それにも拘らず、かかる使用に対して相補的である。
【００４８】
最後に、多重化器１５では、コードＣＴ、ＣＳ及びＣＮを含むオーディオストリームＡＳが構築される。オーディオストリームＡＳは、たとえば、データバス、アンテナシステム、記憶媒体等に供給される。
【００４９】
図２は、本発明に係るオーディオプレーヤ３を示している。オーディオストリームＡＳ’は、たとえば、図１に従うエンコーダにより生成され、データバス、アンテナシステム、記憶媒体等から得られる。オーディオストリームＡＳは、デマルチプレクサ３０で分割（逆多重化）され、コードＣＴ、ＣＳ及びＣＮが得られる。これらのコードは、過渡合成器３１、正弦波合成器３２及び雑音合成器３３にそれぞれ供給される。過渡コードＣＴから、過渡合成器３１において、過渡的な信号成分が計算される。過渡コードが形状関数を示す場合、受信されたパラメータに基づいて形状が計算される。さらに、正弦波成分の周波数及び振幅に基づいて、形状の内容が計算される。過渡コードＣＴがあるステップを示す場合、過渡が計算されない。全体の過渡信号ｙTは、全ての過渡の総和である。
【００５０】
正弦波コードＣＳは、所与のセグメントに関する正弦波の総和として表現される信号ｙSを生成するために使用される。第一の実施の形態に従うエンコーダが利用される場合、周波数をデコードするため、それぞれのセグメントのワープパラメータがデコーダ側で知られている必要がある。デコーダでは、発生している正弦波の位相、及び中間の正弦波の周波数から、正弦波の軌跡におけるある正弦波の位相が計算される。デコーダにおいてワープファクタが使用されないとき、フレームｋの位相φkは、以下のように計算される。
【数５】
2005506582.tif 000011
ここで、Ｌは周波数の更新間隔（秒）であり、ｆk及びｆk-1は、それぞれフレームｋ及びフレームｋ−１の周波数（Ｈｚ）である。ワープファクタを含むことで、位相は、以下のように計算される。
【数６】
2005506582.tif 000012
【００５１】
しかし、他の関数もまた、位相の近似値を供給することができ、本発明は、式６に限定されるものではない。いずれの場合であっても、かかる関数の使用は、ワープファクタを含むことで、連続した位相がオリジナルの位相と良好に適合することを意味している。
【００５２】
本発明の第二の実施の形態に係るエンコーダがビットストリームを生成するために利用される場合、δ5のような周波数差がビットストリームでエンコードされる場合には、信号を合成するために、従来のタイプのデコーダを使用することができる。これは、従来のタイプのデコーダは、正弦波コードの軌跡を生成するため、改善された連結手法が使用されていることを知る必要がないためである。
【００５３】
Sluijter等により開示されるようなエンコーダが、正弦波パラメータを良好に推定するためにワープを利用し、該ワープファクタをビットストリームに含んでいる場合、このワープファクタは、オリジナルの信号を良好に繰り返すため、ビットストリームの正弦波成分の合成において使用される。
【００５４】
しかし、先に説明されたように、第二の実施の形態に係るエンコーダがδ6のような周波数差をビットストリームに含んでいる場合、デコーダには、トラッキングアルゴリズムで使用される多項式を生成して、軌跡のその後の正弦波成分に関するその後の周波数、並びに振幅及び／又は位相パラメータを決定することが必要とされる。
【００５５】
同時に、ノイズコードＣＮは、雑音合成器ＮＳ３３に供給され、この雑音合成器ＮＳ３３は、主にフィルタであり、雑音のスペクトルを近似する周波数応答を有している。ＮＳ３３は、ノイズコードＣＮで白色雑音信号をフィルタリングすることで、再構成された雑音ｙＮを生成する。
【００５６】
全体の信号ｙ（ｔ）は、過渡信号ｙTの総和、並びに振幅の減圧ｇ（amplitude  decompression）と、正弦波信号ｙS及び雑音信号ｙNの総和との積の合計を含んでいる。オーディオプレーヤは、それぞれの信号を合計するための２つの加算器３６及び３７を有している。全体の信号は、出力ユニット３５に供給される。この出力ユニットは、たとえばスピーカである。
【００５７】
図３は、本発明に係るオーディオシステムを示しており、このオーディオシステムは、図１に示されるようなオーディオコーダ１と、図２に示されるようなオーディオプレーヤ３を有している。かかるシステムは、機能の再生及び記録を提供する。オーディオストリームＡＳは、オーディオコーダから通信チャネル２を通してオーディオプレーヤに供給される。この通信チャネル２は、無線接続、データバス又は記憶媒体である場合がある。通信チャネル２が記憶媒体であるケースでは、記憶媒体は、システムに固定されているか、或いは取り外し可能なディスク又はメモリスティック等である場合がある。通信チャネル２は、オーディオシステムの一部である場合があるが、オーディオシステムの外部に位置することもある。
【００５８】
第一の実施の形態では、セグメント当たり唯一のワープファクタを使用することが説明されている。しかし、フレーム当たり幾つかのワープファクタが使用される場合がある。たとえば、各周波数又は周波数のグループについて、個別のワープファクタが決定される場合がある。次いで、先の式において、それぞれの周波数について適切なワープファクタが使用される場合がある。
【００５９】
本発明は、任意の正弦波オーディオコーダで使用することができる。かかるように、本発明は、かかるコーダが利用される任意の位置で適用可能である。
【００６０】
また、本発明は、周波数の軌跡の組み合わせであるオブジェクトにも適用される。たとえば、正弦波コーダのなかには、１組の正弦波成分のうちで、それぞれが１組の調波をもつ１以上の基本周波数を識別するために配置されるものがある。符号化の効果は、かかる調波の複素数（harmonic  complexes）成分を転送することで得られる。この調波の複素数成分のそれぞれは、基本周波数に関連するパラメータを有しており、及びたとえば、その関連される調波に関連するスペクトル形状を有している。したがって、セグメントからセグメントにかかる複素数を連結するとき、それぞれのセグメントについて決定されるワープファクタ、又は多項式のフィッティングのいずれかをかかる複素数の成分に適用して、本発明に従って、これらの成分がどのように連結されるかを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るオーディオコーダの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係るオーディオプレーヤの実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に係るオーディオコーダ及びオーディオプレーヤを有するシステムを示す図である。
【図４】ワープが全く適用されないとき、オーディオコーダにより決定される軌跡を示す図である。
【図５】周波数推定においてワープが使用されるが、トラッキングにおいてワープが使用されないとき、オーディオコーダにより決定される軌跡を示す図である。
【図６ａ】従来技術のオーディオコーダにより決定される周波数及びワープを示す図である。
【図６ｂ】本発明の第一の実施の形態によるオーディオコーダにより決定される周波数及びワープを示す図である。
【図７】ワープファクタが周波数推定及びトラッキングの両者で使用されるとき、本発明の第一の実施の形態に係るオーディオコーダにより決定される軌跡を示す図である。
【図８】従来技術のオーディオコーダと本発明の第一の実施の形態に係るオーディオコーダの両者について、８．６秒の実際の音声信号から得られる周波数差（ｄＦ）の分布を示す図である。
【図９ａ】本発明の第二の実施の形態により形成される軌跡を示す図である。
【図９ｂ】本発明の第二の実施の形態により形成される軌跡を示す図である。
【図９ｃ】本発明の第二の実施の形態により形成される軌跡を示す図である。
【図４】
2005506582.tif 000014
【図５】
2005506582.tif 000015
【図６ａ】
2005506582.tif 000016
【図６ｂ】
2005506582.tif 000017
【図７】
2005506582.tif 000018
【図８】
2005506582.tif 000019
【図９ａ】
2005506582.tif 000020
【図９ｂ】
2005506582.tif 000021
【図９ｃ】
2005506582.tif 000022
【国際公開パンフレット】
2005506582.tif 000023
2005506582.tif 000024
2005506582.tif 000025
2005506582.tif 000026
2005506582.tif 000027
2005506582.tif 000028
2005506582.tif 000029
2005506582.tif 000030
2005506582.tif 000031
2005506582.tif 000032
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【国際調査報告】
2005506582.tif 000051
2005506582.tif 000052
2005506582.tif 000053