(57)【要約】      （修正有）【課題】カスケードフィルタバンクにおいて近接するサブバンド間のエイリアシングを削減する方法および装置を提供する。【解決手段】エイリアス削減フィルタバンクは、第一ステージフィルタバンクのＭ１サブバンドからの一連のＭ２サブバンドからの信号をフィルタリングし、加える。次に続く分析フィルタバンクによりエイリアス削減ステージ後に高周波解像度が得られる。これらのサブバンドの信号は最初にエイリアス削減フィルタバンクに供給され、エイリアシングを減じる。第一ステージフィルタバンクがＭ１バンドを有する変調均一フィルタバンクであり、エイリアス削減のステージがＭ２バンドを有し、エイリアスキャンセルが可能となる場合、エイリアス削減フィルタバンクは、Ｍ１／Ｍ２のサンプリングレート比率により基準化された周波数を有するが、第一ステージの合成フィルタバンクと類似する周波数応答を有していなくてはならない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケードフィルタバンクにおいて近接するサブバンド間のエイリアシングを低減させる方法であって、
信号をフィルタリングして、第一のフィルタバンクにおける複数のサブバンドを用い複数の周波数コンポーネントを生成するステップと、
該第１のフィルタバンクにおける該サブバンドの出力のところでエイリアス削減フィルタバンクを用いて該周波数コンポーネントを加えるステップと、
第２のフィルタバンクにおける複数のサブバンドを用いて該加えられた周波数コンポーネントをフィルターするステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エイリアス削減フィルタバンクの振幅応答は第一のフィルタバンクの合成フィルタバンクの振幅応答とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エイリアス削減フィルタバンクの位相特性が、第一のフィルタバンクの合成フィルタバンクの振幅応答とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第一のフィルタバンクにおける複数のサブバンドがＭ１バンドから成り、前記エイリアス削減フィルタバンクがＭ２バンドを有し、かつ前記エイリアス削減フィルタバンクが、Ｍ１／Ｍ２の比率で基準化された、前記第一のフィルタバンクにおける合成フィルタバンクの周波性応答とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エイリアス削減フィルタバンクがコサイン変調フィルタバンクであり、Ｍ１／Ｍ２番目のサブストラクチャごとにのみ含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
カスケードフィルタバンクであって、
信号を複数の周波数コンポーネントにフィルタするための複数のサブバンドから成る第１のフィルタバンクと、
該第１のフィルタバンクの出力のところに配置され、該周波数コンポーネントを加えるエイリアス削減フィルタバンクと、
該エイリアス削減フィルタに接続され、該エイリアス削減フィルタバンクにより生成された周波数コンポーネントをフィルタするための複数のサブバンドと、を備えることを特徴とするカスケードフィルタバンク。
【請求項７】
前記エイリアス削減フィルタバンクが、第一のフィルタバンクの合成フィルタバンクの振幅応答とほぼ等しいことを特徴とする請求項６に記載のカスケードフィルタバンク。
【請求項８】
前記エイリアス削減フィルタバンクの位相特性が、第一のフィルタバンクの合成フィルタバンクの振幅応答にほぼ等しいことを特徴とする請求項６に記載のカスケードフィルタバンク。
【請求項９】
前記第一のフィルタバンクにおける複数のサブバンドが、Ｍ１バンドから成り、前記エイリアス削減フィルタバンクがＭ２バンドを有し、かつ前記エイリアス削減フィルタバンクが、Ｍ１／Ｍ２の比率で基準化された、前記第一のフィルタバンクにおける合成フィルタバンクの周波性応答とほぼ等しいことを特徴とする請求項６に記載のカスケードフィルタバンク。
【請求項１０】
前記エイリアス削減フィルタバンクが、コサイン変調フィルタバンクであり、Ｍ１／Ｍ２番目のサブストラクチャごとにのみ含むことを特徴とする請求項６に記載のカスケードフィルタバンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にカスケードフィルタバンクに関するものであり、さらに詳しくいうと、カスケードフィルタバンクにおけるエイリアシングを削減する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は次に記載する米国特許出願に関連するものである。すなわち、米国特許出願における発明の名称、「分離無関係性削減および冗長削減を用いる音声信号の知覚コーディング」(“Perceptual Coding of Audio Signal Using Separated Irrelevancy Resolution and Redundancy Reduction”)（代理人登録番号Ｅｄｌｅｒ  １−４）、米国特許出願における発明の名称、「知覚オーディオコーダにおいてマスクされたしきい値を表す方法および装置」(“Method and Apparatus for Representing Masked Threshold in a Perceptual Audio Coder”) （代理人登録番号Ｅｄｌｅｒ  ２−２−６）、米国特許出願における発明の名称、「異なるスペクトル／時間解像度により無関係性削減と冗長削減を実行するカスケードフィルタバンクを用いる音声信号の知覚コーディング」(“Perceptual Coding of Audio Signals Using Cascaded Filterbanks for Performing Irrelevancy Reduction and Redundancy Reduction With Different Spectral/Temporal Resolution”) （代理人登録番号Ｅｄｌｅｒ  ３−４）、および、米国特許出願における発明の名称、「ノイズ状信号コンポーネントを検出する方法および装置」(“Method and Apparatus for Detecting Noise-Like Signal Components”) （代理人登録番号Ｆｉｎｋ  Ｆａｌｌｅｒ  ３）であり、これらは同時期に請求権申請がなされ、本発明の譲受人に譲渡されたものであり、ここに参考までに記載を行う。
【０００３】
信号圧縮アプリケーションにおいて、非均等バンド分割によるフィルタバンクはしばしば最大コード利得を得ることが望まれる。音声コーディングアプリケーションにおいて、例えば、バンド分割は、信号が検出された後の量子化雑音の時間と周波数形状がどのように音響心理学可聴しきい値にマッチされるかも決定する。例えば、参考までに引用すると、Ｄ．  Ｓｉｎｈａ等により、１９９８年、ＣＲＣプレス（デジタルオーディオ、セクション４２、４２−１から４２−１８）に発表された「知覚オーディオコーダ」（“Perceptual Audio Coder”) を参照にされたい。
【０００４】
このような非均等バンド分割を得るために木構造がしばしば使われる。例えば、木構造は、Ｍ．ＶｅｔｔｅｒｌｉとＪ．Ｋｏｖａｃｅｖｉｃにより、１９９５年、Ｐｒｅｎｔｉｃｅホールに発表された「ウェーブレットおよびサブバンドコーディング」（“Wavelets and Subband Coding”）に記載がなされているようなウェーブレット変換を実行するであろう。ここで、図１に示すように、低周波バンド１２０のような１つあるいはそれ以上の周波数バンド１２０、１３０が、追加のサブバンド１４０−１から１４０−３にさらに分割される。他のアプローチとして、１９９７年、Ｈ．Ｓ．Ｍａｌｖａｒにより、アコースティクス、スピーチ、および信号処理に関する国際コンファレンス（ドイツ、ミュンヘン）２４２１−２４２４において発表された「削減されたブロッキングおよびリンギングアーティファクトによるコーディング変換のためのラップされた陪直交変換」（“Lapped Biorthogonal Transform for Transform Coding with Reduced Blocking and Ringing Artifacts”）に記載がなされているように、均一フィルタバンクを用いていくつかのサブバンドを１つのより広いバンドに合わせてバンド幅を増やす。他のアプローチでは、１９９５年、Ｊ．ＰｒｉｎｃｅｎとＪ．Ｄ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎにより、ＩＣＡＳＳＰ（ミシガン州、デトロイト）３０７１−３０７４において発表された「信号適用フィルタバンクによる音声コーディング」（“Audio Coding with Signal Adaptive Filterbanks”)に記載がなされているように、遷移フィルタを用いていくつかの異なる均一フィルタバンクを合わせる。
【０００５】
図１に示すカスケードフィルタバンク１００のようなカスケードフィルタバンクは、互いに続いた異なるフィルタバンク１１０、１６０を有し、異なる周波数と時間解像度を得る。カスケードフィルタバンク１００の問題は、フィルタは完全ではないため、各サブバンドフィルタ後のダウンサンプリングはエイリアシングとなることである。フィルタ通過バンド外のエネルギーを有する信号がフィルタの通過バンド内に「反映される」時にエイリアシングが生じる。
【０００６】
このミラー信号が次フィルタの通過バンド内にある場合、信号の減衰はカスケードの第一フィルタによってのみ決定される。これにより、コンバインされたフィルタバンクの周波数選択性はあまりよくない。図２は、第一ステージの全サブバンドが分割される場合、第一ステージで１２８バンド、かつ次のステージで８バンド、合計で１０２４バンドを有するカスケードから成るフィルタバンクのある特定のバンドの振幅反応２００を表したものである。振幅反応２００においてエイリアシングは、部分的に１０ｄＢ以下の減衰により、メインローブ以外に高ピーク時に現れる。比較のため、図３において所望する振幅反応３００を示しており、ここで１０２４バンド均一フィルタバンクの特定のバンドを示している。
【０００７】
ＭａｄｉｓｅｔｔｉおよびＤ．Ｂ．Ｗｉｌｌｉａｍｓにより、１９９７年、ＣＲＣプレス、ＩＥＥＥプレス（フロリダ州、Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ）に発表の「デジタル信号処理ハンドブック」（“Digital Signal Processing Handbook”）において記載されているように（参考までにここに引用する）、このタイプのエイリアシングを削減するアプローチがＭＰＥＧ−１／Ｌａｙｅｒ３オーディオコーダに取り込まれてきた。ＭＰＥＧ−１／Ｌａｙｅｒ３オーディオコーダは、第一ステージで３２バンド、第二ステージで６バンドあるいは１８バンド（変換可能）を有するカスケードフィルタを用いる。この特別のタイプのフィルタバンク用に、バタフライ状構造が第二ステージの出力時に使用され、近接バンド間のエイリアシングを削減する。例えば、参考までに記載すると、Ｂ．Ｅｄｌｅｒにより、１９９２年６月、エレクトロニクスレター第２８巻、Ｎｏ．１２の１１０４ページから１１０５ページに発表された「デシメーションによるカスケードフィルタバンクのサブバンドにおけるエイリアシング削減」(“Aliasing Reduction in Subbands of Cascaded Filter Banks with Decimation”)を参照にされたい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＰＥＧ−１／Ｌａｙｅｒ３オーディオコーダに取り込まれたエイリアス削減技術は近接するバンドにおけるエイリアシングを削減するよう働くが、１つの近接からだけのエイリアシング削減、かつ、特定のフィルタバンクのみのエイリアシング削減を行うにとどまる。ここで、近接するバンドのエイリアシングは１８０度の位相シフトを有する。よって、１近接バンドよりもさらに多くの近接するバンド間のエイリアシングを削減し、これに一定の位相関係が必要とされないような方法および装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般的に、カスケードフィルタバンクにおける近接サブバンド間のエイリアシングを削減するための方法および装置を開示する。本発明により、高周波解像度が一連のサブバンドより得られる。これらのサブバンドの信号は最初にエイリアス削減フィルタバンクに供給されエイリアシングを削減する。第一ステージフィルタバンクがＭ１バンドを有する変調均一フィルタバンクであり、かつ、エイリアス削減フィルタバンクがＭ２バンドを有し、エイリアスキャンセルが可能となる場合、エイリアス削減フィルタバンクは、サンプリングレートＭ１／Ｍ２の比率により基準化された周波数を有するが、第一ステージの合成フィルタバンクと同じ周波数応答を有していなくてはならない。エイリアス削減フィルタステージの後に、高周波解像度を得るために分析フィルタバンクが次に続く。
【００１０】
本発明のさらなる態様に基づいて、第一ステージ分析フィルタバンクの合成フィルタバンクは、Ｍ１／Ｍ２番目サブストラクチャごとにのみ保有することにより「間引きされる」ことが出来る。開示した一方法において、エイリアシングが削減された４バンド合成フィルタバンクから２バンドエイリアス削減フィルタが生成される。結果の２バンドフィルタバンクは、４バンドフィルタバンクと類似する周波数応答（スケーリングまで）を有することから、これによりエイリアス削減に使用出来る。
【００１１】
本発明のより完全な理解および本発明のさらなるフューチャと効果が、次に記載する発明の実施の形態、および図面を参照することによってより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】異なる周波数と時間解像度を得るため、互いに続いた異なるフィルタバンクを有する従来のカスケードフィルタバンクを示す図である。
【図２】従来のフィルタバンクの特定のバンドの振幅反応におけるエイリアシングを示す図である。
【図３】均一非カスケードフィルタバンクにおいてカスケードにすることからエイリアシングのない振幅反応を示す図である。
【図４】本発明によるカスケードフィルタバンクを示す図である。
【図５】図４のカスケードフィルタバンクにおける使用に適した４バンド分析フィルタバンクを示す図である。
【図６】エイリアシングが削減された４バンド合成フィルタバンクを示す図である。
【図７】本発明に基づいて、図６の４バンド合成フィルタバンクから生成した４バンド合成フィルタバンクを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図４は、本発明によるカスケードフィルタバンク４００を示したものである。本発明の１つのフューチャに基づいて、カスケードフィルタバンク４００は第一分析フィルタバンク４１０のエイリアス削減フィルタバンク４２０を含む。以下に詳細な記載を行うように、エイリアス削減フィルタバンク４２０は、適するフィルタ設計により異なるフィルタ間のエイリアシング構成要素をキャンセルし、かつ、合成フィルタバンクの出力ステージで全信号を加えることによりエイリアシングの削減を可能にする。
【００１４】
本発明による技術は、近接するサブバンド間のエイリアシングをキャンセルするか、あるいは削減することに使用可能である。一連のサブバンドから高周波解像度を得る目的で、エイリアシングを削減するためにエイリアス削減フィルタバンク４２０のようなエイリアス削減フィルタバンクにこれらのサブバンドの信号が最初に供給される。第一ステージフィルタバンク４１０がＭ１バンドを有する変調均一フィルタバンクであり、エイリアス削減フィルタバンク４２０がＭ２バンドを有し、エイリアスがキャンセルされる場合、サンプリングレートＭ１／Ｍ２の比率により基準化された周波数を有するが、エイリアス削減フィルタバンク４２０は第一ステージの合成フィルタバンク（図示せず）と同様の周波数応答を有していなくてはならない。言い換えると、第二ステージエイリアス削減フィルタバンク４２０は、第一ステージの合成のプロトタイプの低周波部分（図示せず）と同様の周波数応答を有する窓関数あるいはベースバンドプロトタイプフィルタを有していなくてはならない。エイリアシング削減のためのエイリアス削減フィルタバンク４２０の後に、図４に示すように高周波解像度を得るための分析フィルタバンク４３０が続く。
【００１５】
一般的に、エイリアス削減フィルタバンク４２０の振幅反応および位相は第一ステージフィルタバンク４１０における合成フィルタバンク（図示せず）の振幅反応に類似していなくてはならない。
【００１６】
参考までに引用すると、Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇの第４巻、Ｎｏ．３においてＧ．ＳｃｈｕｌｌｅｒとＴ．Ｋａｒｐにより発表された「任意システム遅延による変調フィルタバンク：効果的実行および時間変化ケース」（“Modulated  Filter Bank with Arbitrary System Delay: Efficient Implementation and the Time-Varying Case”）に記載がなされているように、コサイン変調フィルタバンクはゼロ遅延マトリクスおよび最大遅延マトリクスを用いる公式により表されることを注記する。これは、ネストされた２つのバンドサブストラクチャから成る構造となる。
【００１７】
図５は４バンドフィルタバンク５００の例を示したものである。また、図６は、エイリアシングが削減された、一致する４バンド合成フィルタバンク６００を示したものである。Ｔ１はこの場合、サイズ４・４を有するＭ１・Ｍ１離散コサイン変換タイプ４であり、Ｔ１―１はこの場合、サイズ４・４を有するＭ１・Ｍ１逆離散コサイン変換タイプ４である。上記引用のＧ．ＳｃｈｕｌｌｅｒとＴ．Ｋａｒｐによる論文を参照にされたい。
【００１８】
最初に第一ステージフィルタが設計されると、エイリアシングが減じられたその一致する合成フィルタバンクの構造は、Ｍ１／Ｍ２番目サブストラクチャごとにのみ保有することにより「間引きされる」ことが出来る。例えば図７は、図６の４バンド合成フィルタバンク６００から生成した２バンドエイリアスリダクションフィルタ７００を示したものである。図７において、Ｔ２は２・２離散コサイン変換である。結果の２バンドフィルタバンクは同様の周波数応答を有することから（スケーリングまで）、エイリアス削減に使用出来る。
【００１９】
構造の値ｌは結果の窓関数あるいはフィルタバンクのベースバンドプロトタイプを決定する。このより小さいフィルタバンクは構造をダウンサンプリングすることから得られるため、その窓関数は一定の方法により第一ステージフィルタバンクの窓関数をダウンサンプリングすることによって得られる。サブストラクチャは、長さＭ１のブロック中央あたりで対称であることから、窓関数の結果のダウンサンプリングはアナログ方式で現れ、窓関数の長さＭ１のダウンサンプリング各インターバルは各インターバル中央あたりで対称である。例えば、第一ステージフィルタバンクは４バンド（Ｍ１は４に等しい）を有すると仮定すると、その窓関数は次のフォームを有する。
１，２，３，４，４，３，２，１
【００２０】
エイリアスキャンセルのための第二ステージは２バンドを有することである場合、第二ステージの窓関数は、次のように４サンプルの各ブロックにおける対称ダウンサンプリングから得られる。
２，３，３，２
【００２１】
構造的公式はエイリアシングが減じられた全てのコサイン変調フィルタバンクに有効であることから、このダウンサンプリングルールもまたこれらのタイプのフィルタバンクに有効である。言い換えると、フィルタバンクおよび窓関数が第一ステージ対し与えられると、この非均一対称ダウンサンプリングにより得られる窓関数は自動的に、エイリアシングが減じられたフィルタバンクとなる。かつ、第一ステージ後にそれはエイリアシングを削減する。
【００２２】
この方法を次の例により説明する。この例示における目的は、第一ステージにて１２８（均一）バンドの解像度と、最終ステージにおいて１０２４バンドの解像度を得ることである。図３は、カスケードにすることなく、均一１０２４バンドフィルタバンクの特定のバンドを拡大したものである。スタック化カスケードフィルタバンクにより、目的は最終ステージ後にこれに類似する周波数応答を得ることである。図２は、第一ステージにおいて１２８バンド、そして次ステージにおける各サブバンドにおいて次に続く８バンドを有する、従来のカスケードフィルタバンクであるが同一のチャネルを拡大したものである。エイリアシングはメインローブ以外に高ピーク時に容易に見られる。
【００２３】
エイリアシングを削減するため、１２８バンドエイリアス削減フィルタバンクの構造が「ダウンサンプルされ」て、８近接バンドを横断するエイリアシングを削減するために８バンドエイリアス削減フィルタバンクが得られる。このダウンサンプリングは、第一ステージにおいて１２８バンド分析フィルタバンクを有する構造となる。次に、第二ステージにおいてエイリアス削減のため８バンドエイリアス削減フィルタバンクが続き、次に最終ステージで６４バンド分析フィルタバンクが続く。この構造の全体エイリアス削減フィルタバンクは逆のステップをも含む。
【００２４】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく他の方法でも具体化できることは当業者にとって明らかである。
【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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