(57)【要約】オーディオ信号（ｘ）の符号化（１）は、複数の連続したセグメントの各々について、サンプリングされた信号値のそれぞれの組を提供するステップを有する。前記サンプリングされた信号値は分析され（１３０）、前記複数の連続したセグメントの各々について１つ又は複数の正弦波成分が生成される。正弦波成分は、複数の連続したセグメント間でリンクされる。正弦波コード（ＣＳ）は、前記複数の連続したセグメントの各々についてのリンクされた正弦波成分のトラックを有する。前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントに正弦波成分の周波数及び振幅を有する一方で、選択されたトラックは、前記開始セグメントの位相が含まれないことのインジケータを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を符合化する方法において、
複数の連続したセグメントの各々について、サンプリングされた信号値のそれぞれの組を提供するステップと、
前記サンプリングされた信号値を分析して、前記複数の連続したセグメントの各々について１つ又は複数の正弦波成分を生成するステップと、
複数の連続したセグメント間で正弦波成分をリンクするステップと、
前記複数の連続したセグメントの各々について、リンクされた正弦波成分のトラックを有する正弦波コードを生成するステップであって、前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントの正弦波成分の周波数及び振幅を有し、選択されたトラックは前記開始セグメントの位相を含まない、ステップと、
前記正弦波コードを含む符合化されたオーディオストリームを生成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、前記開始セグメントの位相が含まれないことのインジケータを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、長さが、５つのセグメント未満である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、長さが、４０ｍｓ未満である、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、オーディオ信号の非音的成分を表す、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、前記オーディオ信号の有声時間間隔の成分を表す、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記選択されたトラックは、前記オーディオ信号の雑音が多い間隔の成分を表す、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記トラックのそれぞれは、当該トラックの次の継続セグメントの各正弦波成分の周波数及び振幅差を有する、方法。
【請求項９】
オーディオストリームを復号する方法において、
複数の連続したセグメントの各々についてのリンクされた正弦波成分のトラックを有する正弦波コードを含む符合化されたオーディオストリームを読み取るステップであって、前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントの正弦波成分の周波数及び振幅を有し、選択されたトラックは前記開始セグメントの位相を含まない、ステップと、
前記選択されたトラックのためにランダムな開始位相を生成するステップと、
複数の連続したセグメントに亘って正弦波成分を復元することを含む、前記正弦波コードを使用して前記オーディオ信号を合成するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記生成するステップは、前記選択されたトラックの各正弦波成分のためにランダム位相を生成することを有する、方法。
【請求項１１】
オーディオ信号の複数の連続したセグメントの各々についてのサンプリングされた信号値のそれぞれの組を処理するように構成されたオーディオコーダにおいて、
前記サンプリングされた信号値を分析して、前記複数の連続したセグメントの各々について１つ又は複数の正弦波成分を生成するように構成された解析器と、
複数の連続したセグメント間で正弦波成分をリンクするように構成されたリンカーと、
前記複数の連続したセグメントの各々について、リンクされた正弦波成分のトラックを有する正弦波コードを生成するように構成された部品であって、前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントの正弦波成分の周波数及び振幅を有し、選択されたトラックは前記開始セグメントの位相を含まない、部品と、
前記正弦波コードを含む符合化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生成器と、
を有するオーディオコーダ。
【請求項１２】
複数の連続したセグメントの各々についてのリンクされた正弦波成分のトラックを有する正弦波コードを含む符合化されたオーディオストリームを読み取るための手段であって、前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントの正弦波成分の周波数及び振幅を有し、選択されたトラックは前記開始セグメントの位相を含まない、手段と、
前記選択されたトラックのためにランダムな開始位相を生成するように構成された位相発生器と、
複数の連続したセグメントに亘って正弦波成分を復元することを含む、前記正弦波コードを使用して前記オーディオ信号を合成する合成器と、
を有するオーディオプレーヤ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のオーディオコーダ及び請求項１２に記載のオーディオプレーヤを有するオーディオシステム。
【請求項１４】
少なくともオーディオ信号の成分を表す正弦波コードを有するオーディオストリームにおいて、前記コードは前記複数の連続したセグメント間でリンクされる正弦波成分のトラックを有し、前記トラックのそれぞれは、トラックの開始セグメントの正弦波成分の周波数及び振幅を有し、選択されたトラックは前記開始セグメントの位相を含まない、オーディオストリーム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のオーディオストリームが記憶された記憶媒体。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリック符号化方式、特に正弦波コーダが、国際特許出願第ＷＯ００／７９５１９−Ａ１号（整理番号ＰＨＮ０１７５０２）及びＰＣＴ特許出願第ＩＢ０２／０１２９７（整理番号ＰＨＮＬ０１０２５２）において説明されている。このコーダでは、オーディオセグメント又はフレームが、正弦波コーダによって、振幅、周波数及び位相パラメータによって表される多くの正弦波を用いてモデル化される。セグメントの正弦波が推定されたら、トラッキングアルゴリズムが開始される。このアルゴリズムは、正弦波をセグメントごとに互いにリンクさせるよう試みる。このように、連続したセグメントからの適当な正弦波からの正弦波パラメータがリンクされ、いわゆるトラックが得られる。リンクの基準は、２つの連続したセグメントの周波数に基づくが、更に、振幅及び／又は位相情報も用いられることができる。この情報は、リンクされるべき正弦波を決定する費用関数において組み合わせられる。このように、トラッキングアルゴリズムは、特定の時間インスタンスで開始し、複数の時間セグメントに亘って或る時間の間発展し、そして停止するような正弦波トラックを生じさせる。
【０００３】
この方式においては、正弦波トラックのために、初期位相が送信され、このトラック中の他の正弦波の位相は、この初期位相及びこれら他の正弦波の周波数から取得される。正弦波の振幅及び周波数は、前の正弦波とは異なって符合化されることもできる。更に、非常に短いトラックは、除去されることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、トラッキングに起因して、正弦波コーダのビットレートは、相当に低下されうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、請求項１に記載のオーディオ信号を符合化する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の好適な実施例（図１）において、エンコーダは、国際特許出願公開第０１／６９５９３−Ａ１号（整理番号ＰＨＮＬ０００１２０）に説明される種類の正弦波コーダである。このコーダ及びその対応するデコーダの動作は、よく説明されており、ここでは、本発明に関連する部分の説明のみが与えられる。
【０００７】
前の場合及び好適な実施例の両方において、オーディオコーダ１は、入力オーディオ信号を特定のサンプリング周波数でサンプリングし、結果として、オーディオ信号のデジタル表示ｘ（ｔ）が得られる。次にコーダ１は、サンプリングされた入力信号を３つの成分、即ち、過渡信号成分、持続決定的成分及び持続確率的成分に分離する。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を有する。オーディオコーダは、随意に、利得圧縮機構（ＧＣ）１２を有する。
【０００８】
過渡コーダ１１は、過渡検出器（ＴＤ）１１０、過渡解析器（ＴＡ）１１１及び過渡合成器（ＴＳ）１１２を有する。まず、信号ｘ（ｔ）が過渡検出器１１０に入る。この検出器１１０は、過渡信号成分が存在するか、及び、当該信号成分の位置を推定する。この情報は、過渡解析器１１１に供給される。過渡信号成分の位置が決定された場合、過渡解析器１１１は、該過渡信号成分（の主要部分）を抽出するよう試みる。該解析器は形状関数を、好ましくは推定された開始位置で始まる信号セグメントと整合し、例えば（少）数の正弦波成分を利用して該形状関数の下の内容を決定する。この情報は、過渡コードＣＴに含まされる。過渡コードＣＴを生成するためのより詳細な情報は、国際特許出願第０１／６９５９３−Ａ１号に与えられる。
【０００９】
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、結果として信号ｘ１が得られる。ＧＣ  １２が省略された場合は、ｘ１＝ｘ２となる。
【００１０】
信号ｘ２は、正弦波コーダ１３に供給されて、正弦波解析器（１３０）において解析され、該解析器は（決定的）正弦波成分を決定する。従って、過渡解析器の存在は望ましいが、これは必須なわけではなく、本発明は、このような解析器無しでも実現可能であることが分かるであろう。いずれにせよ、正弦波コーディングの結果は正弦波コードＣＳであり、例示的な正弦波コードＣＳの従来型の生成を示すより詳細な例は、国際特許出願公開第００／７９５１９−Ａ１号において与えられる。
【００１１】
しかし、要するに、このような正弦波コーダは、入力信号ｘ２を、１つのフレームセグメントから次のフレームセグメントにリンクされる正弦波成分のトラックとして、符合化する。従来技術においては、トラックは、最初に、所与のセグメントで始まる正弦波についての開始周波数、開始振幅及び開始位相によって表される（発生（birth））。
【００１２】
本発明の好適な実施例において、開始位相は、トラックについて、当該トラックの長さの関数として選択的に符合化される。より詳しくは、開始位相は、長い存続期間のトラックについてのみ使用される。これはなぜなら、長い存続期間のトラックには、おそらく音的情報（tonal information）が符合化してあり、このような場合には、トラックの開始位相を送信することによって可能な限りトラックの音的特性を保存することが重要であると推定されるからである。短い存続期間のトラックは、非音的情報（non-tonal information）を符号化していると推定され、従って、開始位相をこのようなトラックと共に送信することは、実際には、トラックに音的特性を追加し、そのため、符号化されたビットストリームを再生するときに歪みの知覚を与えると推定される。
【００１３】
短いトラックについては開始位相を送信しないことによって、ビットレートの大幅な節減が起こり得ることが分かるであろう。なぜなら、短いトラックについての開始位相データのオーバヘッドは、より長いトラックについてよりも比例的に高いからである。
【００１４】
トラックが開始位相を必要とするのに十分長いか、又はこれに対応して、開始位相を必要としないのに十分短いか、を決定するための多くの代替基準がある。
【００１５】
最も単純な基準は絶対トラック長を選択することである。実験的に、４０ｍｓ未満のトラックが開始位相を必要としない一方で、これよりも長いトラックは、有利には、開始位相と共に送信されることが発見された。８ｍｓの更新間隔を有するエンコーダにおいては、これは、長さがセグメント５つ分未満のトラックは、開始位相を含むのではなく、該トラックによって開始位相が使用されないことのインジケータを含むことを意味する。（このようなインジケータを符合化することは、開始位相値と比較してより効率的であると推定される。）代替的に、エンコーダが、該エンコーダが作成する符合化された信号が互換デコーダによって復号されると推定する場合には、該エンコーダは、開始位相が使用されないという表示を含む必要はなく、デコーダに、開始位相のないトラックをどのように処理するかの決定を任せることができる。
【００１６】
代替基準は、トラックが存在している時間間隔が、有声か（voiced）又は非有声か（non-voiced）を決定することに基づく。時間間隔が有声であると決定されたら、この、事実上非音的である時間間隔は（従ってトラックも）、開始位相を含まないべきであり、非有声の時間間隔についてはその逆が成り立つ、と推定される。L.R.
Rabiner, M.J. Cheng, A.E. Rosenberg及びC.A.
McGonegalによる「A
Comparative Performance Study of Several Pitch Detection Algorithms」(IEEE
Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing、ＡＳＳＰ−２４巻、ページ３９９〜４１７、１９７６年１０月）は、このような決定を行う方法を開示し、この方法においては、このような方法を実現する成分をトラッキングアルゴリズム中に含めることによって、このトラッキングアルゴリズムは、音的時間間隔内に存在しているトラックについては開始位相情報を含む一方で、非音的時間間隔内に存在しているトラックについては、開始位相は、符合化されたビットストリームに含まれない。この基準は、音的時間間隔においては、トラックは非音的時間間隔におけるよりも長くなる傾向にあり、従って、トラックが開始位相を含むべきか否かの決定がなされる前に、トラックの最終的な長さが知られている必要はない、と仮定する。
【００１７】
時間間隔が音的オーディオ信号を表示するか又は非音的オーディオ信号を表示するかを決定する代替の方法は、以下に述べるように、信号の雑音成分のエネルギーレベルを調べることである。雑音エネルギーの正弦波成分エネルギーに対する比が所与の時間間隔の間所与の閾値を超えると分かったら、上記と同様に、オーディオ信号は非音的であり、開始位相情報は、トラックに含まれる必要はないと仮定されることができる。また、雑音エネルギーの正弦波成分エネルギーに対する比が所与の閾値を下回ったときについて、逆もまた同じである。再び、信号が音的であると決定される場合には、トラックは非音的信号におけるよりも長いと仮定される。
【００１８】
好適な実施例及び従来技術の両方において、トラックは、トラックが終了する（死亡）セグメントまで、周波数差及び振幅差によって（長いトラックについては更に位相差（継続）によって）連続したセグメントで表される。実際には、長いトラックについてさえ位相差を符号化することにはほとんど利得がないと決定され得る。従って、位相情報は、継続のために符号化される必要は全くなく、長いトラックのための位相情報は、継続的位相復元を用いて再生成されることができる。
【００１９】
従来技術と同様に、本発明の改善された正弦波コーダによって生成される正弦波コードＣＳから、正弦波合成器（ＳＳ）１３１によって正弦波信号成分が復元される。この信号は、減算器１７において正弦波コーダ１３への入力ｘ２から減算され、結果として（大きな）遷移信号成分及び（主な）決定的正弦波成分を含まない残存信号ｘ３が得られる。
【００２０】
残存信号ｘ３は、主に雑音を有すると推定され、好適な実施例の雑音解析器１４は、例えば国際特許出願第０１／８９０８６−Ａ１号に説明されるように、この雑音の表示である雑音コードＣＮを生じさせる。再び、このような解析器の使用は、本発明の実現のためには必須ではなく、このような使用に対しては補完的であることが分かるであろう。
【００２１】
最後に、マルチプレクサ１５で、コードＣＴ、ＣＳ及びＣＮを含むオーディオストリームＡＳが構成される。オーディオストリームＡＳは、例えばデータバス、アンテナシステム、記憶媒体等に供給される。
【００２２】
図２は、本発明によるオーディオプレーヤ３を示す。例えば図１によるエンコーダによって生成されるオーディオストリームＡＳ’は、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において多重分離され、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。過渡信号成分は、過渡合成器３１において過渡コードＣＴから計算される。過渡コードが形状関数を示す場合、形状は受信されたパラメータに基づいて計算される。更に、形状内容は、正弦波成分の周波数及び振幅に基づいて計算される。過渡コードＣＴがステップを示す場合、過渡は計算されない。合計過渡信号ｙＴは、全ての過渡の合計である。
【００２３】
正弦波コードＣＳが、信号ｙＳを生成するために用いられ、これは、所与のセグメントの正弦波の合計として説明される。デコーダにおいて、正弦波トラックの正弦波の位相は、２つの方法のうちの１つで決定される。トラックが開始位相を含む場合には、従来技術と同様に、位相は、生じる正弦波の位相及び中間正弦波の周波数から計算される。開始位相が提供されないという表示をトラックが含む好適な実施例において、デコーダは、トラックの全ての正弦波についてランダムな開始位相を生成して、トラックを前と同様にに合成する。（デコーダは、代替的に、生じる正弦波についてのみランダムな開始位相を計算してもよく、残りの位相は従来技術と同様に計算してもよい。）このような表示又は開始位相が提供されない場合には、デコーダは、トラックの正弦波のためのランダムな開始位相を作成することが必要とされると推定する。
【００２４】
本発明の１つの側面が、非音的オーディオフラグメントの非音性（non-tonality）を保存することであることは理解されるであろう。従って、本発明を利用するときには、エンコーダが、非音的オーディオフラグメントのためには非常に短いトラックを保存し、デコーダが、これらの短いトラックをランダムな開始位相で再生することが望ましい可能性がある。これは、非常に短いトラックがビットストリームのどこにも含まれない従来技術とは異なる。
【００２５】
同時に、雑音コードＣＮは、雑音のスペクトラムに近似した周波数応答を有する主にフィルタである雑音合成器ＮＳ３３に供給される。ＮＳ３３は、雑音コードＣＮによって白色雑音信号をフィルタすることによって復元された雑音ｙＮを生成する。
【００２６】
合計信号ｙ（ｔ）は、過渡信号ｙＴ並びにあらゆる振幅伸長（ｇ）と正弦波信号ｙＳ及びノイズ信号ｙＮの合計との積の合計を有する。オーディオプレーヤは、それぞれの信号の和を取るための２つの加算器３６及び３７を有する。
合計信号は出力ユニット３５に供給され、これは例えばスピーカである。
【００２７】
図３は、図１で示すオーディオコーダ１及び図２で示すオーディオプレーヤ３を有する本発明によるオーディオシステムを示す。このようなシステムは、再生及び記録機能を提供する。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を通じてオーディオプレーヤに供給され、この通信チャネルは、ワイヤレス接続、データ２０バス又は記憶媒体であってもよい。通信チャネル２が記憶媒体である場合には、記憶媒体はシステムに固定されていてもよく、又は、取り外し可能なディスク、メモリスティック等であってもよい。通信チャネル２は、オーディオシステムの一部であってもよいが、多くの場合オーディオシステムの外部にある。
【００２８】
本発明は、いかなる正弦波オーディオコーダにおいても用いられることができる。従って、本発明は、このようなコーダが使用されるどこにでも適用可能である。
【００２９】
上述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明しているのであり、当業者は、添付の請求項の範囲から離れることなく代替の実施例を設計することができることに注意されたい。請求項において、括弧内に配置されたいかなる引用符号も当該請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する（comprising）」なる用語は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別素子を有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実行されることができる。幾つかの手段を列挙している装置請求項において、複数のこれらの手段を、ハードウェアの全く同一のアイテムによって具体化することもできる。特定の手段が相互に異なる従属請求項において記載されているという事実のみでは、これらの手段の組合せが有利に用いられることができないということを示すことにはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるオーディオコーダの実施例を示す。
【図２】本発明によるオーディオプレーヤの実施例を示す。
【図３】本発明によ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１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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