(57)【要約】本発明は、オーディオ符号器及びオーディオ復号器、並びにオーディオを符号化する方法及びオーディオを復号化する方法に関する。好ましい符号器実施例では、オーディオ信号を確定符号器手段によって符号化して第１の符号化信号部分を生成する。オーディオ信号のスペクトルは、励起パターン（すなわち、人間の聴覚系に対応するスペクトル値）によって第２の符号化信号部分として判定され、表される。マスキング曲線も、励起パターンに基づいて抽出され、よって、ビット・レートの点で符号化効率が向上する。好ましい復号器では、第１の符号化信号部分が確定復号器手段によって復号化される。雑音生成器は、第２の信号部分（すなわち、元のオーディオ信号の励起パターン）とともに、復号化された第１の信号部分を用いて雑音信号を生成する。雑音信号を次いで第１の復号化信号に付加して出力オーディオ信号を生成する。復号器側では、マスキング曲線も、第２の符号化信号部分（すなわち、励起パターン）に基づいて抽出される。雑音信号は、元のオーディオ信号にほぼ同一の励起パターンを出力オーディオ信号が表すように生成される。よって、高い知覚品質のオーディオが得られる一方、符号化信号はスケーラブルである。第１の信号部分の符号化及び復号化間で考えられる偏差が、復号器側での雑音生成器によって補償されるからである。好ましい実施例では、符号化手段は、正弦波符号器を備える。
2008510197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を符号化するよう適合させたオーディオ符号器であって、
第１の符号化信号部分に前記オーディオ信号を符号化するよう適合させた符号器手段と、前記オーディオ信号の励起パターンの表現を計算し、第２の符号化信号部分としてそれを供給するよう適合させた計算手段であって、前記励起パターンの前記表現に基づいてマスキング曲線の表現を計算し、前記マスキング曲線の前記表現を前記符号器手段に供給して符号化効率を最適化するよう更に適合させた計算手段とを備えるオーディオ符号器。
【請求項２】
請求項１記載のオーディオ符号器であって、前記オーディオ符号器手段は、パラメータ符号器、変換符号器、波形符号器、レギュラー・パルス励起符号器、及び符号帳励起線形予測符号器を有する群から選択される確定信号タイプの符号器を備えるオーディオ符号器。
【請求項３】
請求項１記載のオーディオ符号器であって、前記第２の符号化信号部分として供給する前に前記励起パターンの前記表現の量子化バージョンを生成する手段を備えるオーディオ符号器。
【請求項４】
請求項１記載のオーディオ符号器であって、フレーム内差分符号化及びセグメント間差分符号化を有する群から選択される符号化手法によって前記第２の符号化信号部分を符号化するよう適合させた手段を備えるオーディオ符号器。
【請求項５】
符号化オーディオ信号からオーディオ信号を再生成するよう適合させたオーディオ復号器であって、
第２の符号化オーディオ信号部分から前記オーディオ信号の励起パターンの表現を生成するよう適合させた手段と、
第１の復号化信号部分を第１の符号化信号部分から生成するよう適合させた復号器手段と、
第２の復号化信号部分を、前記オーディオ信号の前記励起パターンにほぼ等しい励起パターンを前記第１の復号化信号部分及び前記第２の復号化信号部分の和が表すように生成するよう適合させた信号生成器手段とを備えるオーディオ復号器。
【請求項６】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記第１の復号化信号部分及び前記第２の復号化信号部分の和として前記オーディオ信号の表現を生成するよう適合させた合計手段を更に備えるオーディオ復号器。
【請求項７】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記信号生成器手段は、反復手法を用いることによって前記オーディオ信号の前記励起パターンの前記表現に基づいて前記第２の復号化信号部分を生成するための手段を備えるオーディオ復号器。
【請求項８】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記信号生成器手段は、前記第１の復号化信号部分の前記励起パターンの前記表現を前記オーディオ信号の前記励起パターンから減算することを行うよう適合させたオーディオ復号器。
【請求項９】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記信号生成器手段が雑音生成器を備えるオーディオ復号器。
【請求項１０】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記信号生成器手段がスペクトル帯域複製手段を備えるオーディオ復号器。
【請求項１１】
請求項5記載のオーディオ復号器であって、前記オーディオ復号器手段は、パラメータ復号器、変換復号器、波形復号器、レギュラー・パルス励起符号器、及び符号帳励起線形予測符号器を有する群から選択される確定信号タイプの復号器を備えるオーディオ復号器。
【請求項１２】
請求項５記載のオーディオ復号器であって、前記オーディオ信号の前記励起パターンの前記表現に相当するマスキング曲線の表現を計算し、前記マスキング曲線の前記表現を前記復号器手段に供給するオーディオ復号器。
【請求項１３】
オーディオ信号を符号化する方法であって、
前記オーディオ信号の励起パターンの表現を計算する工程と、
前記励起パターンの前記表現に基づいてマスキング曲線の表現を計算する工程と、
前記マスキング曲線を利用することによって第１の符号化信号部分に、符号化手法によって前記オーディオ信号を符号化する工程と、
前記オーディオ信号の前記励起パターンの前記表現を備える第２の符号化信号部分を供給する工程とを備える方法。
【請求項１４】
符号化されたオーディオ信号からオーディオ信号を再生成する方法であって、
第２の符号化信号部分から前記オーディオ信号の励起パターンの表現を生成する工程と、
前記励起パターンの前記表現からマスキング曲線の表現を生成する工程と、
復号化手法によって第１の符号化信号部分を第１の復号化信号部分に復号化する工程と、
第２の復号化信号部分を、前記オーディオ信号の前記励起パターンにほぼ等しい励起パターンを前記第１の復号化信号部分及び前記第２の復号化信号部分の和が表すように前記励起パターンの前記表現に基づいて生成する工程とを備える方法。
【請求項１５】
オーディオ信号を表す符号化オーディオ信号であって、
第１の符号化信号部分を備える第１の部分と、
前記オーディオ信号の励起パターンの表現を備える第２の部分とを備える符号化オーディオ信号。
【請求項１６】
請求項１５記載の符号化オーディオ信号を表すデータを備える記憶媒体。
【請求項１７】
請求項１記載のオーディオ符号器を備える装置。
【請求項１８】
請求項５記載のオーディオ復号器を備える装置。
【請求項１９】
請求項１３記載の方法によってオーディオ信号を符号化するよう適合させたコンピュータ読み取り可能プログラム・コード。
【請求項２０】
請求項１４記載の方法によって符号化オーディオ信号を復号化するよう適合させたコンピュータ読み取り可能プログラム・コード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号符号化の分野に関する。特に、本発明は、低ビット・レートに適合させた効率的なオーディオ符号化に関する。より具体的には、本発明は、スケーラブルなオーディオ符号化に関する。本発明は、符号器、復号器、符号化する方法及び復号化する方法、符号化オーディオ信号、前述の符号化信号を表すデータを備える記憶媒体及び伝送媒体、並びに、符号器及び／又は復号器を備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低ビット・レート・オーディオ符号化においては、確定タイプの符号器（正弦波符号器や波形符号器など）によってオーディオ信号のスペクトル全体をモデリングするには、利用可能ビット・レートが低すぎる場合が多い。この課題を解決するために２つの手法が用いられてきた。
【０００３】
一手法によれば、モデリング対象の信号の帯域幅は、制限された帯域幅を確定符号器によってモデリングするうえで利用可能ビット・レートが十分であるように制限される。この手法の欠点は、必要な帯域幅制限が事実上、オーディオ品質における低下であることである。
【０００４】
第２の手法によれば、帯域幅全体がモデリングされる。信号の一部は、利用可能ビット・レートの大部分を用いて確定符号器によってモデリングされ、オーディオ信号の残りの部分は雑音によってモデリングされる。このことは多くの場合、妥当な結果をもたらす。元のオーディオ信号の知覚された帯域幅及び音色がほぼ維持されるからである。しかし、前述の第２の手法に関しては、課題は、雑音信号をどのようにして生成するかを判定することである。
【０００５】
正弦波符号器を確定符号器として用いる場合、残差信号（すなわち、各オーディオ・セグメント内の正弦波成分を減算した後に残った信号）を、雑音パラメータの推定の基礎として用いる。多くの高度な符号器は、特定のアーチファクト（雑音符号器のスペクトル分解能が劣悪であることによる、復号化信号の、雑音が過度に多い音質や、低周波アーチファクトなど）を解決するために雑音パラメータ推定の前に残差信号を生成する。前述の手法に関する例は、国際公開第２００４０４９３１１号パンフレットに開示されている。
【０００６】
波形符号器（例えば、変換符号器）を用いる場合、この符号器は、どのオーディオ帯域を変換符号器によってモデリングすべきでないか、又はモデリングすることが可能でないかを決定する。前述の省かれた帯域に関する情報は次いで、雑音を適宜、復号器が生成することを可能にするように送信される。
【０００７】
前述の方法には、復号器側で生成されることになる雑音信号について最終決定を符号器側で既に行わなければならないという欠点がある。よって、信号が符号化されると、復号器の確定部分のパラメータ又はデータが変更されることが禁止される。このことは、例えば、符号化信号の送信中に、又は、特定層の情報が廃棄される圧縮オーディオ・ファイルの高速再スケーリング中に起こり得る。このことが行われた場合、その結果は、復号器側で、生成された雑音信号が、確定復号器部分からの生成信号に一致せず、可聴性がかなり高いアーチファクトが生じ得る。すなわち、前述の原理による雑音符号化は、スケーラブルでないが、それは、雑音パラメータが推定された後の、確定信号に対する修正が可能でないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、スケーラブルな符号化を提供する（すなわち、生成復号化信号のかなり可聴性が高いアーチファクトなしで、復号化前に符号化信号を修正することを可能にする）方法、並びにオーディオ符号器及び復号器を提供することであることが分かり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の局面によれば、この目的は、オーディオ信号を符号化するよう適合させたオーディオ符号器を提供することによって満たされる。このオーディオ符号器は、
第１の符号化信号部分にオーディオ信号を符号化するよう適合させた符号器手段と、
オーディオ信号の励起パターンの表現を計算し、第２の符号化信号部分としてそれを供給するよう適合させた計算手段であって、励起パターンの表現に基づいてマスキング曲線の表現を計算し、マスキング曲線の表現を符号器手段に供給して符号化効率を最適化するよう更に適合させた計算手段とを備える。
【００１０】
「励起パターン」の語は、人間の聴覚系における聴覚フィルタにわたるスペクトル・エネルギ分布とみなす（［１］（実施例の説明の部分の最後にある参考文献リストを参照）も参照のこと）。励起パターンは、オーディオ信号に対する人間の基底板又は聴神経の応答の表現である。この応答は、フィルタ・バンク（例えば、並列の40個の聴覚フィルタを有する）によってモデリングすることが可能である。よって、聴覚フィルタの周波数帯の信号レベルにそれぞれが関する40個の値を備える励起パターンの表現は、人間の聴覚系の適切なモデルとみなされる。よって、オーディオ信号の励起パターンは、オーディオ信号のパラメータ・スペクトル記述である。聴覚フィルタ形状のスペクトルの重なりによって関係付けられている（例えば、４０の）値の表現により、励起パターンを備えることは、例えば、差分符号化を用いる場合に、符号化オーディオ信号に備える対象のデータの量の点で非常に低コストである。例えば目標周波数範囲に応じて、励起パターンは、40個の値未満（３０個の値など、20個の値など、又は更に少ない値）によって表すことができる。
【００１１】
オーディオ信号に関する「マスキング曲線」は、オーディオ信号を人間の聴覚系への入力とすれば、人間の聴覚閾値のスペクトル表現とみなされる。符号化精度に関しては、元の信号に付加されることが考えられる、生成された歪み又は雑音が、マスキング曲線を超えない限り、知覚可能でないという情報をマスキング曲線が符号器手段に備えるのでこのことは重要である。よって、知覚可能でない、元の信号の細部に対する不必要なビット割り当てがないようにして、例えば、正弦波振幅又は変換係数の符号化を（例えば、マスキング曲線に対して信号成分を符号化することによって）行うことが可能である。これによって、マスキング曲線表現は、符号器手段の符号化効率の向上の一助となる。
【００１２】
第１の局面によるオーディオ符号器は、第２の符号化信号部分を備えること（すなわち、符号器の出力ビット・ストリーム内に元のオーディオ信号の励起パターンを備えること）によって、スケーラブルな符号化信号を提供する。よって、符号化信号を受信する復号器には、元の信号の励起パターンに関する情報が備えられるので、適切な信号（例えば、雑音）を第１の復号化信号部分に付加して、元の信号の励起パターンにほぼ同じ励起パターンを表す結果信号を生成することが可能である。その結果、再生信号の、知覚される音色は元の信号に似たものになり、よって、音質全体に関する重要なパラメータが保証される。
【００１３】
知覚的には、元の励起パターンを再生成することは、適切な知覚目標である。励起パターンが、種々の聴覚フィルタにわたるエネルギ分布を表し、そういうものとして、元のスペクトル・エンベロープを適切に再構成するために必要なスペクトル・エンベロープ情報より多くも少なくもないスペクトル・エンベロープ情報を備える。しかし、励起パターンは、知覚的に適切な情報全てを有している訳でない。オーディオ信号の時間的構造は一般に、励起パターン内に捕捉されるものでない。この時間的情報が知覚的に適切である限り、これが符号器手段によってモデリングされ、そういうものとして、第１の符号化信号部分に備えられる。しかし、励起パターン符号器は、時間的情報を２つのやり方で符号化することも可能である。まず、励起パラメータの定期的な更新による。第２に、第１の復号化信号部分に付加する対象の信号を変調するのに必要な時間的情報を有する時間エンベロープを用いることによる。
【００１４】
符号化ビット・ストリーム内に元のオーディオ信号の励起パターンを備えることには、別の利点として、符号器側でも復号器側でも元の信号の対応するマスキング曲線の表現を簡単に計算するために便利な情報を提供することがある。マスキング曲線が分かっていることは、第１の符号化信号の符号化効率の点で重要である。人間の聴覚系によるマスキングが理由で最終信号においてリスナによって知覚されないのでパラメータ値の特定部分を省くことが可能であるか否かを符号器が決定することを可能にする情報をマスキング曲線が備えているからである。好ましくは、マスキング曲線の表現は、符号器側での励起パターンの量子化表現に基づいて計算される。これによって、同一のマスキング曲線が符号器側及び復号器側において利用可能であることが保証される。
【００１５】
好ましくは、オ―ディオ符号器手段は、パラメータ符号器（例えば、正弦波符号器）、変換符号器、波形符号器、レギュラー・パルス励起符号器、及び符号帳励起線形予測符号器を有する群から選択される確定信号タイプの符号器を備える。
【００１６】
本発明の第２の局面は、符号化オーディオ信号からオーディオ信号を再生成するよう適合させたオーディオ復号器を提供する。オーディオ復号器は、
第２の符号化オーディオ信号部分からオーディオ信号の励起パターンの表現を生成するよう適合させた手段と、
第１の復号化信号部分を第１の符号化信号部分から生成するよう適合させた復号器手段と、
オーディオ信号の励起パターンにほぼ等しい励起パターンを第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分の和が表すように第２の復号化信号部分を生成するよう適合させた信号生成器手段とを備える。
【００１７】
知覚可能に元の信号に類似したスペクトル特性を有する復号化オーディオ信号を生成するために、元の信号の励起パターンが、復号化された第１の符号化信号部分の励起パターンと比較される。少なくとも結果信号が元のオーディオ信号に、励起パターンの点で類似するように、適切な信号を付加することにより、復号器によって補償される。よって、復号器は、符号器手段のちょうど逆である復号化手段を備えなくてよい。
【００１８】
好ましくは、復号器は、元のオーディオ信号の表現として第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分の和を供給する手段を備える。
【００１９】
好ましくは、復号器手段は、パラメータ復号器（例えば、正弦波符号器）、変換復号器、波形復号器、レギュラー・パルス励起符号器、及び符号帳励起線形予測符号器を有する群から選択される確定信号タイプの復号器を備える。
【００２０】
復号器手段は、符号器において用いられた元のオーディオ信号に基づいた、マスキング曲線の表現を利用することができる。このマスキング曲線は好都合に、第２の復号化信号部分から抽出される励起パターンの表現に基づいている。
【００２１】
信号生成器手段は、雑音生成器若しくはスペクトル帯域複製手段、又はその組み合わせを備え得る。好ましくは、信号生成器は、反復手法を用いることによって励起パターンの表現に基づいて第２の復号化信号部分を生成するための手段を備える。
【００２２】
第３の局面では、本発明は、オーディオ信号を符号化する方法を提供し、この方法は、
オーディオ信号の励起パターンの表現を計算する工程と、
励起パターンの表現に基づいてマスキング曲線の表現を計算する工程と、
マスキング曲線を利用することによって第１の符号化信号部分に、符号化手法によってオーディオ信号を符号化する工程と、
オーディオ信号の励起パターンの表現を備える第２の符号化信号部分を供給する工程とを備える。
【００２３】
同じ説明が第１の局面にもあてはまる。
【００２４】
第４の局面では、本発明は、符号化オーディオ信号からオーディオ信号を再生成する方法を提供する。この方法は、
第２の符号化信号部分からオーディオ信号の励起パターンの表現を生成する工程と、
励起パターンの表現からマスキング曲線の表現を生成する工程と、
復号化手法によって第１の符号化信号部分を第１の復号化信号部分に復号化する工程と、
オーディオ信号の励起パターンにほぼ等しい励起パターンを第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分の和が表すように励起パターンの表現に基づいて第２の復号化信号部分を生成する工程とを備える。
【００２５】
同じ説明が第２の局面にもあてはまる。
【００２６】
第５の局面では、本発明は、元のオーディオ信号を表す符号化オーディオ信号を提供する。符号化信号は、第１の符号化信号部分を備える第１の部分と、オーディオ信号の励起パターンの表現を備える第２の部分とを備える。
【００２７】
符号化信号は、標準的なディジタル・オーディオ形式による形式を有するディジタル電気信号であり得る。信号は、２つのオーディオ装置間の電気接続ケーブルを用いて送信することができる。しかし、符号化信号は、無線信号（無線周波数の搬送波を用いる風媒の信号など）、又は光ファイバを用いた送信に適合させた光信号であり得る。
【００２８】
第６の局面では、本発明は、第５の局面による、符号化オーディオ信号を表すデータを備える記憶媒体を提供する。記憶媒体は好ましくは、標準的なオーディオ・データ記憶媒体（DVD、DVD+r、DVD+rw、DVD-r、DVD-rw、CD、CD-r、CD-rw、読み書き可能CD、コンパクト・フラッシュ、メモリ・スティック等など）である。しかし、記憶媒体は、コンピュータ・データ記憶媒体（コンピュータ・ハード・ディスク、コンピュータ・メモリ、ソリッドステート装置、フロッピー（登録商標））でもあり得る。
【００２９】
第７の局面では、本発明は、第１の局面による、オーディオ符号器を備える装置を提供する。
【００３０】
第８の局面では、本発明は、第２の局面による、オーディオ復号器を備える装置を提供する。
【００３１】
第７の局面及び第８の局面による好ましい装置は、各種のテープ、ディスク、又はメモリ・ベースのオーディオ・レコーダ及びプレイヤ全てである。例えば、ポータブル・オーディオ装置、カーCDプレイヤ、DVDプレイヤ、コンピュータ用オーディオ・プロセッサ等。更に、携帯電話機に効果的であり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下では、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００３３】
本発明は、種々の修正及び代替的形態の対象となるが、特定の実施例を例として添付図面に示しており、本明細書において詳細に説明する。しかし、記載した特定の形態に本発明を限定することを意図するものでない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によって規定された本発明の趣旨及び範囲内に収まる修正、均等物及び代替全てを包含するものとする。
【実施例】
【００３４】
図１は、好ましいオーディオ符号器の原理を信号フローの点で示す構成図を示す。オーディオ入力信号INが符号器手段ENCに印加される。符号器手段ENCは第１の符号化信号部分を供給する。この第１の符号化信号部分は、ビット・ストリーム符号器BSEに印加される。ビット・ストリーム符号器BSEは、オーディオ符号器からの出力ビット・ストリームOUTに第１の符号化信号部分を供給する。好ましくは、符号器手段は、確定タイプの符号器（正弦波符号器や変換符号器など）を備える。正弦波符号器の場合、符号器は、正弦波によってモデリングする対象の、オーディオ入力信号INの部分を判定する。変換符号器の場合、符号器手段は、オーディオ入力信号INを表すための変換係数組を判定する。
【００３５】
図１の実施例では、オーディオ入力信号INのスペクトル表現は、その励起パターンによって表す。オーディオ入力信号INが、元の信号の励起パターンを計算するよう適合させた励起パターン計算手段EPCに印加される。好ましくは、４０個の値を用いて励起パターン（例えば、人間の聴覚系の臨界帯域のレベル）を表す。しかし、特定のアプリケーションの場合、例えば、完全な励起パターンからの３０個のパターンのみを用いるように聴覚フィルタの一部を除外することが好ましいことがあり得る。最低オーディオ周波数範囲が重要でないアプリケーション（移動電話など）では、最低周波数帯の一部を無視することができる。
【００３６】
好ましくは、励起パターンは、励起パターンにおける経時的な変動を追跡することが可能であるように入力信号の短いセグメントについて計算される。励起パターンは、ビット・ストリーム符号器BSEに印加され、よって、出力ビット・ストリームOUT内に備えられる。
【００３７】
オーディオ符号器は、励起パターン計算手段EPCによって計算される励起パターンを受信するよう適合させたマスキング曲線計算装置MCCを備える。励起パターンに基づいてマスキング曲線計算装置MCCによって計算されるマスキング曲線が、符号器手段ENCに印加される。符号器手段ENCは、人間の聴覚系によってマスキングされ、よって最終の信号内で知覚可能でないので符号化しなくてよい、オーディオ入力信号INの一部について符号器手段に、マスキング曲線によって伝えられるので、マスキング曲線に基づいてその符号化効率を向上させるよう適合させる。更に、第１の符号化信号部分のパラメータの符号化を、例えば、マスキング曲線に対して行い、それによって、不必要なビット割り当てがないようにすることが可能である。好ましくは、マスキング曲線は［２］によって計算される。マスキング曲線に関する更なる詳細は以下に表す。
【００３８】
図２は、好ましくは、符号化オーディオ信号を表す入力ビット・ストリームINを前述のオーディオ符号器から受信するために用いる、好ましいオーディオ復号器を示す。オーディオ復号器は、第１の符号化信号部分及び第２の符号化信号部分が生成されるように入力ビット・ストリームINから情報を取り出すよう適合させたビット・ストリーム復号器BSDを備える。
【００３９】
第１の符号化信号部分は復号器手段DECに印加される。復号器手段DECは好ましくは、確定タイプの復号器（正弦波復号器や変換復号器など）を備える。復号器手段DECは必然的に、第１の符号化信号部分を生成した符号器と同じタイプのものである。しかし、符号器において元々送信されたか、又は符号器において利用可能なビット・ストリーム／パラメータよりもダウンスケールされたバージョンのビット・ストリーム／パラメータが受信されることがあり得る。復号器手段ＤＥＣは、第１の符号化信号部分に応じて第１の復号化信号部分を生成する。
【００４０】
第２の符号化信号部分（すなわち、元のオーディオ信号の励起パターン）が信号生成器（この好ましい実施例では雑音モデリング装置ＮＭとして示す）に印加される。第１の復号化信号部分も雑音モデリング装置ＮＭに印加される。それに応じて、第２の復号化信号が生成される。雑音モデリング装置ＮＭは、第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分の和が元のオーディオ信号の表現を構成し、元のオーディオ信号の励起パターンからわずかしか逸脱しない励起パターンを表すように第２の復号化信号部分（すなわち、雑音信号）を生成するよう適合させる。この点における更なる詳細を以下に記載する。
【００４１】
第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分を合計手段ＳＵＭに印加する。合計手段ＳＵＭは、入力ビット・ストリームＩＮ内に受信される符号化オーディオ信号の復号化表現であり、よって、元のオーディオ信号の表現である出力信号ＯＵＴを生成するように第１の復号化信号部分及び第２の復号化信号部分を付加するよう適合させる。
【００４２】
オーディオ復号器は、第２の符号化信号部分（すなわち、元の信号励起パターン）を受信するよう適合させたマスキング曲線計算装置ＭＣＣを更に備える。これに応じて、マスキング曲線計算装置ＭＣＣは、元の励起パターンに基づいてマスキング曲線表現を復号器手段ＤＥＣに印加する。このマスキング曲線表現は、第１の符号化信号部分のパラメータの符号化が（例えば、マスキング曲線を用いて）行われた場合、復号器ＤＥＣによって、第１の符号化信号部分を復号化し、よって不必要なビット割り当てがないようにするために用いられる。
【００４３】
以下では、図１に示すオーディオ符号器の実施例の手法（符号化手段ＥＮＣが正弦波符号器である）を前提とする。正弦波符号器は、［３］に開示された正弦波解析手法に基づいているものとする。
【００４４】
オーディオ入力信号ＩＮの符号化による第１の工程は、励起パターンを推定することである。この推定は好ましくは、［２］に開示された知覚モデルに基づいている。［２］では、マスキング関数ｖ（fm）が、
【００４５】
【数１】
2008510197.tif 000003
によって表されることが分かる。ここで、fmは、マスキング曲線を計算する周波数、fはマスカのスペクトル内の成分の周波数、
【００４６】
【数２】
2008510197.tif 000004
は評価下のオーディオ・セグメントの実効持続時間、Homは、人間の外耳及び内耳において仮定されたフィルタリング、γiは、人間の聴覚フィルタ関数をモデリングするi番目のガンマトーン・フィルタの伝達関数、mは元のオーディオ入力信号のスペクトルである一方、Ca及びCsは較正定数である。
【００４７】
励起パターンは
【００４８】
【数３】
2008510197.tif 000005
の数量によって規定される。
【００４９】
この励起パターンは、聴覚フィルタ数を指定する指数iを有する。一般に、聴覚フィルタ数は、約４０個の値に制限することが可能であり、したがって、元の入力オーディオ信号のスペクトルの比較的低コストの表現が得られる。励起パラメータのそれぞれ（Ei)は、符号化が可能である状態になる前に量子化する必要がある。対数量子化が好ましい。好ましくは、0.5dBと5dBとの間のステップ・サイズを用いる。更に好ましくは、ステップ・サイズは約２ｄBである。結果の量子化パラメータをEqiと表す。
【００５０】
励起パターンが分かると、マスキング曲線も（式（１）（分母は、i番目の励起パターン・パラメータに等しい式を備え、分子は入力信号によって変わってくるものでない）から分かるように）分かる。よって、式（１）は、
【００５１】
【数４】
2008510197.tif 000006
に書き換えることが可能である。
【００５２】
好ましくは、量子化励起パラメータを、マスキング曲線の生成に用いる。復号器側で計算されるマスキング曲線は必然的に、第２の符号化信号部分において受信された量子化励起パラメータに基づいているので、符号器によって用いられるマスキング曲線は復号器によって用いられるマスキング曲線と同一になることがこれによって保証される。
【００５３】
ビット・ストリーム符号器BSEによる励起パターン・パラメータEqiの符号化は、フレーム内差分符号化を用いることによって効率的に行うことが可能である。EΔqi=Eｑ(i+1)-Eqiと規定することによって、あまり変動しない適切な差分パラメータ組を得ることが可能であり、この場合、更なる時間差分符号化をフレームの一部に用いることができる。
【００５４】
正弦波符号器を備える符号器実施例では、入力オーディオ信号INの一部を正弦波によってモデリングする。正弦波パラメータは、マスキング曲線を用いることによって更に効果的に符号化することが可能である。マスキング曲線内に備えられる情報から恩恵を受ける方法はいくつか存在している。1つの方法は、正弦波振幅値全てをマスキング曲線によって除算することである。この変換を行うことによって、振幅パラメータのエントロピは減少する。振幅値の分布が、マスキング曲線の除算によってかなり圧縮されるからである。
【００５５】
このことから恩恵を受ける別の方法は、高速量子化手法（[４]に提案されている手法など）においてマスキング曲線を利用することである。あるいは、確定信号部分を符号化するために変換符号器を用いる場合、特定の手法（例えば、[５]を参照のこと）は、変換係数を符号化する前に、マスキング関数によって変換係数を重み付けする。復号器側では、逆変換が行われる。重み付け曲線によって事実上、変換係数のスケーリングを規定する補助情報を符号化する必要性がなくなる。
【００５６】
復号化処理は、励起パターン・パラメータの復号化から始まる。式（３）を用いれば、マスキング曲線を導き出すことが可能である。このマスキング曲線は、第１の符号化信号部分のその復号化において復号器手段DECに利用可能にされる。
【００５７】
雑音モデリング装置NMは、励起パターン及び第１の復号化信号部分に応じて雑音信号を生成する。第１の復号化信号部分と併せてこの雑音信号が、元のオーディオ信号に類似した励起パターンを有するように雑音信号を合成するために用いることが可能な種々のアルゴリズムが存在している。以下に、比較的少ない計算量で良好な結果をもたらす１つの方法を説明する。
【００５８】
解析及び合成のセグメントの長さをMとする。ここでMは偶数である。その場合、合成セグメントのスペクトル表現では、第１の1/2M個の複素数は完全な信号を規定する。時間領域信号は実数であることが知られているからである。1/2M個の数は、等価矩形帯域幅（ERB）（[６]において提案されているものなど）に比例する帯域幅を有するL個の雑音帯域に分割される。各雑音帯域のL個の開始位置はkjと表す。更に、kj+1は、最後の雑音帯域の（最終の位置＋１）である。
【００５９】
拡散行列Gは、
【００６０】
【数５】
2008510197.tif 000007
として規定される。
【００６１】
拡散行列は、各雑音帯域j内のエネルギを聴覚フィルタiにわたってどのように分散させるかを規定する。拡散行列に基づいて、後方拡散行列は、
【００６２】
【数６】
2008510197.tif 000008
として規定される。
【００６３】
次に、アルゴリズムは、i毎に元の信号の励起パターンEqiに
【００６４】
【数７】
2008510197.tif 000009
ができる限り近くなるように雑音帯域毎にエネルギ値Xjを求めようとする。Ediは第１の符号化信号部分の励起パターンであり、bi（bi≧１）は、復号器によって生成される余剰雑音につながり得る第１の符号化信号部分及び第２の符号化信号部分における量子化の影響を補償するよう適合させた係数である。biに対して好適な値は1.3であることが明らかになっている。しかし、選ばれた量子化手法及びiに依存し、小さいi（すなわち、低周波）に対して値が更に大きいことは、結果の向上につながり得る。bi=1の場合、補償は何ら行われない。
【００６５】
以下の６つの工程は、Xjの適切な解を求める好ましい反復手法を規定する。
工程１、j全てについてXjを初期化する。  Xj=１                    （７）
工程２
【００６６】
【数８】
2008510197.tif 000010
によって励起パターンを計算する
工程３
【００６７】
【数９】
2008510197.tif 000011
によって誤差を計算する
工程4
【００６８】
【数１０】
2008510197.tif 000012
によって誤差を伝播させる
工程５  Xj：=Xjcj                              （１１）
によって誤差を補正する
工程６  反復手法が終わっていなければ、工程２に戻る。
【００６９】
好ましくは、cj値全てが十分に１に近い状態になった後、又は、あるいは、固定数の反復後、反復工程が停止するようこの反復手法の停止基準を選ぶ。停止基準として後者が選ばれた場合、良好な品質の雑音信号を得るために合計20個の反復が十分であることが明らかになった。
【００７０】
エネルギ値Xjが次に、エネルギ帯域j毎に
【００７１】
【数１１】
2008510197.tif 000013
であるように雑音信号Wのスペクトル表現に適用される。
【００７２】
逆離散フーリエ変換を用いてこの信号を時間領域に変換する。第１の復号化信号部分にすぐに、雑音信号の最終の構成を付加することを可能にするためのスケーリング、ウィンドウイング及びオーバーラップ・アッドがこの次に続く。
【００７３】
正弦波符号器を用いて第１の符号化信号部分を生成する前述の実施例は、セグメント長M=２０４８、及びセグメント間の５０％のオーバーラップを用いて44.1kHzのサンプリング周波数においてテストされている。励起パターン・パラメータのフレーム内差分符号化のみを用いる場合、励起パターン（すなわち、第２の符号化信号部分）を表すうえで９乃至１０kbpsのビット・レートが必要である。
【００７４】
正弦波符号器／復号器との組み合わせ（一般に、正弦波復号器からの確定信号部分と雑音がうまく一体化される）で、良好なオーディオ品質を得ることが可能である。雑音モデルはスケーラブルであることが明らかになった。正弦波復号器に用いられた正弦波の数に無関係に、同じ励起パターンを送信することが可能であり、正弦波信号部分を補完するために、適切な雑音信号を復号器側において生成することが可能である。
【００７５】
本発明による符号器及び復号器は、ディジタル信号プロセッサによって単一のチップ上で実現することができる。チップは次いで、オーディオ装置などの装置に内蔵することができる。あるいは、符号器及び復号器は、アプリケーション装置の主信号プロセッサ上で実行するアルゴリズムのみによって実現することができる。
【００７６】
ビット・レートの点での符号化効率に加えて、前述の符号化方法は、符号器によって行われる対象の計算負荷に対してもやはり高効率を提供する。
【００７７】
参照文献リスト
[1]B.C.J.  Moore  「An  Introduction  to  the  Psychology  of  Hearing.  Academic  Press,  London,  1995」
[2]S.  van  de  Par、A.  Kohlrausch、G.  Charestan、R.Heusdens  「A  new  psychoacoustical  masking  model  for  audio  coding  applications.  IEEE  Int.  Conf.  Acoust.,  Speech  and  Signal  Process.,  Orlando,  USA,  2002,  pp.  1805-1808」
[3]R.  Heusdens、R.  Vafin及びW.B.  Kleijn  「Sinusoidal  modeling  using  psychoacoustic-adaptive  matching  pursuits.  IEEE  Signal  Processing  Letters,  9(8):  pp.  262-  265,  August  2002」
[4]R.  Vafin  及びW.B.  Kleijn  「Entropy-constrained  polar  quantisation:  Theory  and  an  application  to  audio  coding.  IEEE  Int.  Conf.  Acoust.,  Speech  and  Signal  Process.,  Orlando,  Florida,  USA,  2002」
[5]B.  Edler  及びG.  Schuller  「Audio  coding  using  a  psychoacoustic  pre-  and  post-  filter.  IEEE  Int.  Conf  Acoust.,  Speech  and  Signal  Process.,  Vol.  2,  pp.  881-884,  2000」
[6]B.R.  Glasberg及びB.C.J.  Moore  「Derivation  of  auditory  filter  shapes  from  notched-noise  data.  Hearing  Research,  47:  pp.  103-138,  1990」
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】好ましいオーディオ符号器の構成図である。
【図２】対応するオーディオ復号器の構成図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2008510197.tif 000017
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