(57)【要約】符号器（４００）における信号（ｓ(n)）を符号化して、対応する符号化ビットストリーム（x(n)；STP）を生成する方法を開示している。上記方法は、(a)信号(s(n))を、その主な正弦成分及び過渡成分を判定するよう処理して、対応する成分パラメータを生成する工程と、(b)信号(s(n))を、正弦成分及び過渡成分をそこから除去することによって処理して、残差信号（r(n)）を生成する工程と、(c)スペクトル表現（PSD）を判定するよう残差信号(r(n))を処理し、それからスペクトル拡大尺度（SBM）を判定する工程と、(d)残差信号(r(n))からスペクトル・エンベロープ・パラメータを線形予測によって判定する工程と、(e)成分パラメータを、スペクトル・エンベロープ・パラメータ及びスペクトル拡大尺度と合成して符号化ビットストリームを生成する工程とを備える。上記方法は、復号化する対象のビットストリームが前述のスペクトル拡大にかけられない場合に生じる雑音を削減することができる。
2008519990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号器における信号を符号化して、対応する符号化ビットストリームを生成する方法であって、
(a)前記信号を、その主な正弦成分及び過渡成分を判定するよう処理して、対応する成分パラメータを生成する工程と、
(b)前記信号を、前記判定された正弦成分及び過渡成分をそこから除去することによって処理して残差信号を生成する工程と、
(c）スペクトル表現を判定するよう前記残差信号を処理し、スペクトル拡大尺度をそこから判定する工程と、
(d)前記残差信号からスペクトル・エンベロープ・パラメータを線形予測によって判定する工程と、
(e)前記スペクトル・エンベロープ・パラメータ及び前記スペクトル拡大尺度を前記成分パラメータと合成して前記符号化ビットストリームを生成する工程とを備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、工程(c）において判定される前記スペクトル拡大尺度は、前記スペクトル拡大尺度が前記符号化ビットストリームに備えられていない場合に生じる過剰雑音を少なくとも削減するよう作用可能である方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記スペクトル拡大尺度は、前記残差信号からフレーム単位で判定される方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記スペクトル拡大尺度は、前記残差信号において識別される顕著なトーンの数に応じて判定される方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、前記残差信号において識別される顕著なトーンの数が所定の閾値よりも少ない場合に比較的軽度のスペクトル拡大を施し、前記残差信号において識別される顕著なトーンの数が前記所定の閾値以上の場合に比較的重度のスペクトル拡大を施す方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、前記所定の閾値は３つの顕著なトーンに対応する方法。
【請求項７】
請求項３記載の方法であって、１つ又は複数の顕著なトーンが、バーク尺度を施すことによって判定される方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、顕著なトーンを、その電力スペクトル密度成分が、その近傍内の成分の振幅を、閾値を超える値だけ超える振幅を有する場合に識別するよう前記バーク尺度を施すことによって判定される方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記閾値は、5乃至15ｄBの範囲にあり、より好ましくは実質的に７ｄＢである方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、前記残差信号を複数の周波数帯にフィルタリングする工程と、前記複数の周波数帯の相対平均スペクトル電力密度に応じて前記スペクトル拡大尺度を判定する工程とを更に備える方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、前記スペクトル拡大尺度は、前記複数の周波数帯の前記相対平均スペクトル電力密度が周波数の増加とともに減衰することに応じて、スペクトル拡大が全くないことか、非常に小さいスペクトル拡大に対応する方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の方法であって、工程(c)における前記スペクトル拡大尺度は、前記複数の周波数帯の前記相対平均スペクトル電力密度が周波数の増加とともに増加することに応じて、かなりのスペクトル拡大に対応する値に達する方法。
【請求項１３】
入力信号を符号化して、対応する符号化ビットストリームを生成する符号器であって、前記ビットストリームが、前記スペクトル拡大尺度を明示的に有する、請求項１記載の方法によって動作可能な符号器。
【請求項１４】
請求項１記載の方法によって生成される符号化ビットストリームを復号化するよう動作可能な復号器であって、前記ビットストリームが、関連したスペクトル拡大尺度を明示的に有する復号器。
【請求項１５】
信号処理システムであって、
(a)入力信号を符号化して、対応する符号化ビットストリームを生成する、請求項１３記載の符号器と、
(b)前記符号化ビットストリームを受信し、前記ビットストリームを復号化して前記入力信号の表現を再生する、請求項１４記載の復号器とを備える信号処理システム。
【請求項１６】
請求項１記載の方法によって生成される符号化ビットストリームを備える符号化データであって、関連したスペクトル拡大尺度を明示的に有する符号化データ。
【請求項１７】
データ担体上に記録された、請求項１６記載の符号化データ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号符号化の方法に（例えば、パラメトリック符号器及びハイブリッド（パラメトリック／波形）符号器を用いた信号符号化の方法に）関する。更に、本発明は、前述の信号符号化方法を実行するよう動作可能な装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、Atal及びSchroederによる、刊行されている技術論文「Predictive  Coding  of  Speech  Signals  and  Subjective  Error  Criteria,  IEEE  Transactions  on  Acoustics,  Speech,  and  Signal  Processing,  Vol.  ASSP-27,  no.  3,  June  1979」に開示されているような予測符号化手法が知られている。前述の論文において、予測符号化手法が、符号化信号内に生じるr.m.s（２乗平均平方根）誤差を削減しようとするものであることが開示されている。しかし、人間の耳が、符号化された信号のスペクトルに対するそのスペクトル形状にかかわらず、r.m.s.誤差に基づいて信号歪みを知覚するものでないことが実際に明らかになっている。発話音声のフォルマント領域に存在している雑音が音声信号自体によって少なくとも部分的にマスクされていることが最近の音声マスキング理論によって分かっている。その結果、音声符号器において生じる知覚雑音の大部分は、信号レベルが比較的低い周波数領域から得られる。上記刊行物では、音声信号のフォルマント及びピッチ関連の冗長構造の、それに量子化を施す前の効率的な除去の組み合わせ、及び音声信号による量子化器雑音の効果的なマスキングによって再生音声品質の向上を得ることが可能であることが提案されている。特に、別の周波数における量子化器の雑音を増加させることを犠牲にしてしか、一周波数において音声信号を処理する場合に量子化器の雑音における削減を得ることが可能でなく、符号器内の知覚雑音の大部分を、信号レベルが比較的低い周波数領域から得るので、雑音が音声信号によって事実上マスキングされやすい可能性があるフォルマント領域において雑音を増加させながら前述の領域における雑音を削減するようフィルタを施すことが可能であることが前述の刊行物に開示されている。前述の量子化雑音に適切なスペクトル形状、及び、よって、最善のエラー隠蔽を達成する通常のやり方は、記号γによって通常表されるいわゆるスペクトル拡大係数を用いることである。係数γは、特定の伝達関数をF(z)からF(z/γ)に適合させる場合に適用可能である。更に、上記係数は最近では、一定に保たれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、雑音復号化中に生じやすい過剰雑音の問題を少なくとも部分的に解決する信号符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の局面によれば、符号器において信号（s(n)）を符号化して、対応する符号化ビットストリーム（x(n)；STP）を生成する方法が提供される。この方法は、
(a)  信号（S(n)）を、その主な正弦成分及び過渡成分を判定するよう処理して、対応する成分パラメータ（SiP,  TrP）を生成する工程と、
(b)  信号(s(n))を、判定された正弦成分及び過渡成分をそこから除去することによって処理して、残差信号（r(n)）を生成する工程と、
(c)  スペクトル表現（PSD）を判定するよう残差信号（r(n)）を処理し、それからスペクトル拡大尺度を判定する工程と、
(d)  線形予測によってスペクトル・エンベロープ・パラメータを残差信号（r(n)）から判定する工程と、
(e)スペクトル・エンベロープ・パラメータ及びスペクトル拡大尺度を成分パラメータ（SiP,  TrP）と合成して符号化ビットストリームを生成する工程とを備える。
【０００５】
本発明は、スペクトル拡大が、残差信号において受ける顕著なトーンから生じる、後の復号器の雑音の問題を軽減することができるという利点を有する。
【０００６】
本願発明者は、
(a)ノイズ隠蔽のために音声符号化において施されるスペクトル拡大は意外に、（例えば、音楽信号の）パラメトリック・オーディオ符号化内の雑音符号化において用いることも可能であり、
(b)利用されるスペクトル拡大係数は信号依存性を有するものとし、
(c)前述の係数を信号に適合させる単純な機構が実現可能であることを認識している。
【０００７】
任意的には、スペクトル・エンベロープ・パラメータ及びスペクトル拡大尺度（SBM）をビット・ストリームに別個に、例えば、その相互に異なるデータ・フィールド内に備えることが可能である。あるいは、スペクトル・エンベロープ・パラメータ及びスペクトル拡大尺度（SBM）を、例えば、データ構造がより単純なビット・ストリームを供給するために、ビットストリームに合成することが可能である。
【０００８】
任意的には、上記方法では、工程（ｃ）において判定されるスペクトル拡大尺度（SBM）は、削減されない場合、スペクトル拡大尺度が符号化ビットストリームに備えられていない場合に生じる過剰雑音を少なくとも削減するよう作用可能である。
【０００９】
任意的には、上記方法では、スペクトル拡大尺度は、残差信号（r(n)）からフレーム単位で判定される。
【００１０】
任意的には、上記方法では、スペクトル拡大尺度（SBM）は、残差信号（r(n)）において識別される顕著なトーンの数に応じて判定される。意外にも、本願発明者は、施す対象のスペクトル拡大の度合いを判定するために単純な「経験則」手法を適用することが可能である（前述の「経験則」はそれによって、上記方法を実現することを計算的に簡単にする）ことを明らかにした。
【００１１】
より任意的には、上記方法において、残差信号(r(n))において識別される顕著なトーンの数が所定の閾値よりも少ない場合に比較的軽度のスペクトル拡大を施し、残差信号(r(n))において識別される顕著なトーンの数が所定の閾値以上の場合に比較的重度のスペクトル拡大を施す。施す対象のスペクトル拡大を判定するための前述の閾値を用いることによって、実際に上記方法を実現する場合に計算量を軽減しやすくなる。最も好ましくは、所定の閾値は３つの顕著なトーンに対応する。
【００１２】
任意的には、上記方法では、１つ又は複数の顕著なトーンが、バーク尺度を施すことによって判定される。バーク尺度が、過剰な計算を伴うことのない、顕著なトーンに対する効率的であり、かつ高信頼度の手法であることが本願発明者によって明らかになった。
より任意的には、上記方法において、閾値を超える値だけ、その近傍内の成分を振幅が超える成分をそのスペクトル表現（例えば、スペクトルや電力スペクトル密度）が有する場合に、バーク尺度を施して顕著なトーンを識別する。最も任意的には、上記方法では、閾値は、5乃至15dBの範囲にあり、より好ましくはほぼ７ｄＢである。
【００１３】
好都合なスペクトル拡大尺度はスペクトル拡大係数γである。係数γは、スペクトル拡大無し及び完全なスペクトル拡大（すなわち、スペクトル平滑化）それぞれに対応する１乃至0に及ぶ。スペクトル拡大尺度（ＳＢＭ）の適切な程度を判定する場合、本願発明者は、入力信号（s(n)）から得られる他の解析結果を用いることが可能であることを認識している。任意的には、上記方法は、残差信号(r(n))を複数の周波数帯にフィルタリングする工程と、複数の周波数帯の相対平均スペクトル電力表現（例えば、振幅スペクトルや電力密度）に応じてスペクトル拡大尺度（SBM）を判定する工程とを備える。周波数帯を用いることは、残差信号(r(n))のスペクトルが周波数とともに上昇するか又は低下するかを判定し、適切なスペクトル拡大尺度をそれから判定するのに有用である。
【００１４】
よって、任意的には、上記方法において、複数の周波数帯の相対平均振幅スペクトル又はスペクトル電力密度が周波数の増加とともに減衰することに応じて、工程(ｃ)におけるスペクトル拡大尺度が１の値に達する。逆に、上記方法において、工程(ｃ)におけるスペクトル拡大尺度は好ましくは、複数の周波数帯の相対平均スペクトル電力密度が周波数の増加とともに増加することに応じて、１の値からかなりはずれる。
【００１５】
本発明の第２の局面によれば、入力信号（s(n)）を符号化して、対応する符号化ビットストリームを生成する符号器を提供する。符号器は、本発明の第１の局面の方法によって動作可能である。
【００１６】
本発明の第３の局面によれば、ビットストリームがスペクトル拡大尺度（SBM）を明示的に備える、本発明の第１の局面の方法によって生成される符号化ビットストリームを復号化するよう動作可能な復号器を提供する。
【００１７】
本発明の第４の局面によれば、信号処理システムを提供する。信号処理システムは、
(a)入力信号(s(n))を符号化して、対応する符号化ビットストリームを生成する、本発明の第２の局面による符号器と、
(b)符号化ビットストリームを受信し、上記ビットストリームを復号化して入力信号(s(n))の表現を再生する、本発明の第３の局面による復号器とを備える。
【００１８】
本発明の第５の局面によれば、スペクトル拡大尺度を明示的に備える、本発明の第１の局面の方法によって生成される符号化ビットストリームを備える符号化データが提供される。任意的には、符号化データはデータ担体上に記録される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の範囲から逸脱することなくどのような組み合わせでも本発明の特徴を組み合わせることができるということが認識されよう。
【００２０】
本発明の実施例を、単に例として以下の添付図面を参照して次に説明する。
【実施例】
【００２１】
パラメトリック符号化及び波形符号化の組み合わせを用いてスケーラブル符号器を実現することが可能であることを本願発明者は認識している。パラメトリック符号化は好ましくは、正弦符号器（SSC）として（例えば、最近の標準的なMPEG-４（MPEG―４  SSC）において）実現される一方、波形符号化は好ましくは、規則的なパルス励起（RPE）に基づいた符号器として実現される。スケーラブル符号器の前述のハイブリッド構成は、広範囲の出力ビット・レートにわたって実際に動作し、最近の従来技術の符号器と同等の符号化品質を全ての出力ビット・レートにおいて表すことができる。
【００２２】
SSCの雑音符号化処理の一部として波形処理手法を施すことが実現可能であることを本願発明者は更に認識している。最近のMPEG-4  SSC符号器では、正弦信号解析段及び遷移信号解析段が利用されている。前述の段から出力される信号は、スペクトル・エンベロープ係数及び時間エンベロープ係数の形式でパラメトリック符号化されやすいSSC残差として知られている。前述の処理は通常、「雑音符号化」として表される。後の互換復号器では、前述のパラメータを用いて、局所的に生成される白色雑音を適切にシェーピングする。前述のパラメータ表現は、ビットレートの局面からは非常に効率的な符号化をもたらすが、SSC残差の特性をキャプチャして前述の符号器を高品質オーディオ信号の符号化に供用させるには十分に適合させられていないことが多い。
【００２３】
本願発明者は、前述のRPEを用いて、図１にアーキテクチャが略示された符号器における最近のMPEG-4SSC雑音符号化を補完することを検討してきている。符号器は、全体が１０によって示され、入力信号s(n)を符号化し、パラメトリック・データを備えるビットストリームを生成するよう動作可能である。パラメトリック・データには、過渡パラメータ（TrP）、正弦パラメータ（SiP）及び関連した雑音モデリング・パラメータ（STP、RPEP）がある。STPは「スペクトル・パラメータ及び時間パラメータ」の略であり、RPEPは、「RPEパラメータ」の略である。
【００２４】
符号器１０は、図示したように第１の加算装置４０及び第２の加算装置５０それぞれに結合された過渡解析器（TrA）２０及び正弦信号解析器（SSA）３０を有する。過渡解析器（TrA）２０及び正弦解析器（SSA）３０は、過渡パラメータTrP及び正弦パラメータSiPを生成するよう動作可能である。第１の出力及び第２の出力B1、B2を有しており、信号の成分を第１の0乃至5.5kHzの群及び第２の5.5乃至22kHzの群それぞれに分離する信号帯分離フィルタ（BDF）６０に、第２の加算装置５０からの出力信号ｒ（n）が入力される。前述の出力B1、B2は、前述の関連したパラメータSTP及びRPEPそれぞれを生成するために、規則的なパルス励起装置（RPE）８０及び雑音プロセッサ（NC）７０それぞれに結合される。
【００２５】
符号器１０の動作では、先行する正弦解析段及び過渡解析段からの信号r(n)（SSC残差である）が、スペクトル・エンベロープ係数及び時間エンベロープ係数の形式でパラメトリック符号化される。フィルタ６０は信号r(n)をRPE装置８０の低周波成分、及び雑音プロセッサ７０の高周波成分に分離する。人間の聴覚は前述の低周波において最も感度が高い一方、従来の雑音モデリングを施して、MPEG-4
SSCにおいて利用されるものと同様に高周波成分を符号化するため、低周波成分にはRPE装置８０を用いる。便宜上、符号器１０の動作は、「SSC残差のRPE／雑音符号化」として表され、符号器１０は、「SSC-RPE符号器」として表される。最近の既知の符号化手法（MPEG-4  SSCなど）と比較して符号化品質におけるかなりの改善を符号器１０が表すことが、本願発明者によって実行された初期の実験によって明らかになっている。しかし、符号器１０は、MPEG-4  SSCと比較してその出力ビットレートが2-3kバイト／秒、増やされるという欠点を表す。オーディオ信号を符号化する場合、符号器１０は、出力データをx(n)において出力し、STPは、２６乃至２７kバイト／秒の範囲の合計ビット・レートで出力する。最近のMPEG-4  SSC符号化の通常の出力ビット・レートは、正弦成分及び過渡成分（TrP,  SiP）、並びに、SSC残差成分の符号化に6乃至７kバイト／秒の範囲のビット・レートを必要とするパラメータ（STP）の場合、実質的に17乃至18キロバイト/秒の範囲である。
【００２６】
本願提案の符号器の目的は、対応する最近のMPEG-4  SSC符号器に対して同様なビット・レートで、しかし高いオーディオ品質で動作することである。符号器１０では、出力B1にRPEを用いること（符号器１０内のRPE／雑音符号化）には、９乃至１０kバイト／秒の範囲（このうち、低周波帯のRPE符号化に６kバイト／秒が必要であり、対応する高周波帯に３乃至４kバイト／秒が必要である）を必要とする。符号器１０の場合、その中で処理される正弦信号成分は、RPE雑音成分よりも好適にビットレート削減に耐えることができることを本願発明者は認識している。よって、本願発明者は、RPE雑音成分の出力ビットレート９kバイト／秒と合成して最近のMPEG-4  SSC符号器と同等の２４kバイト／秒の合計出力ビット・レートをもたらすことができる１５kバイト／秒の出力ビット・レートを正弦信号成分の処理がもたらす符号器を実現するよう符号器１０を適合させることができている。
【００２７】
符号器１０におけるビットレートの前述の削減によって、RPE／雑音符号化する対象のSSC残差r(n)が、最近のMPEG-4  SSC符号器のSSC残差と比較して比較的多数のトーン成分を有しているという問題がもたらされる。符号器１０では、余分の低周波正弦波成分は通常、RPE装置８０内で補償される。しかし、雑音プロセッサ７０において通常処理される高周波正弦成分は、特に、人間の聴覚がなお非常に高感度である5.5乃至11kHzの周波数領域内に前述の正弦成分が備えられている場合に、符号化の問題をもたらす。前述の問題が生じるのは、雑音プロセッサ７０が、SSC残差r(n)内のトーン成分を高精度で表すのに十分なモデリング能力を有していないからである。本発明は、前述の高周波正弦成分をSSC残差信号が有する場合の知覚的に十分な雑音表現を判定するという課題に関する。
【００２８】
次に図２を参照すれば、SE１００及びTE１１０それぞれによって表される第１の処理動作及び第２の処理動作を行うよう動作可能な雑音プロセッサ７０を示す。第１の処理動作SE１００は、スペクトル・エンベロープの計算及び新たな白色化信号Rの生成に関する。更に、第２の処理動作TEは、信号Rの時間エンベロープの計算推定に関する。対応するスペクトル・パラメータPs及び時間パラメータPtそれぞれは、前述の通り、符号器１０から出力される。前述のパラメータPs、Ptは、スペクトル・シェーピング及び時間シェーピングされた局所生成白色雑音内のそこで用いる後の復号器において使用可能である。
【００２９】
雑音プロセッサ７０では、スペクトル・エンベロープの推定は、予測係数の形式で信号s(n)のスペクトル・エンベロープをキャプチャする線形予測を施すことによって達成される。前述の線形予測は実際は、比較的粗い。よって、実際には、入力信号s(n)内にクリアなトーンの成分が存在している場合、雑音プロセッサ７０は、信号s(n)を表すうえで用いるのに必要なものよりも幅が広いローブをパラメータで規定することによって前述のトーンを表す傾向にある。例えば、図３には、関連した周波数が左から右に行くにつれ増加する周波数ビンを表す横座標軸２００と、振幅をデシベル(dB)で表す縦座標軸２１０とを備えるグラフを示す。符号器１０によって判定される推定スペクトル・エンベロープは２２０によって表される一方、実際の振幅スペクトルは２３０によって表される。図３のグラフは、ビン番号４１０におけるローブを示している。ビン番号４１０付近を中心とするエンベロープ内の対応する幅広ローブは、ビン番号４１０付近のクリアなトーンの成分をパラメータで表すのに必要な幅よりもかなり幅が広い。前述の幅の広がりが生じるのは、雑音プロセッサ７０が、粗いスペクトル・モデルを利用しているからである。後に、信号x(n)を再構成する復号器は、復号器において過剰雑音の知覚をもたらす幅広ローブに対応する雑音を生成し、それによって、そこで信号x(n)を忠実に再生しない。外挿によって、より多くの過剰雑音が復号器において生成される。より多くのトーン成分が、残差信号B2に備えられているからである。
【００３０】
後の復号器において生成される過剰雑音という前述の問題に対して考えられる解決策は、符号器１０において雑音プロセッサ７０に先行して正弦制動段を備えることである。前述の正弦制動段は、雑音プロセッサ７０によって行われる処理を容易にするという目的で正弦成分をSSC残差信号B2から抽出するよう動作可能である。この点で、前述のトーン成分を廃棄し、残差成分を高精度でモデリングすることによって、符号器１０がより高品質のオ―ディオ信号を処理することができるようにすることができることを本願発明者は意外にも明らかにしている。前述の廃棄は、従来行われているように雑音によってモデリングしようとするよりも好適であることが明らかになった。しかし、前述の解決策は、関連した計算量を伴って、符号器１０内に新たな処理エレメントを備えることを必要とする。やはり、意外に、前述の正弦成分制動と同様な結果を達成し、一般に低い度合いの計算量を有する合成SSC-RPE符号器に施しやすい符号化方法を施すことが可能であることを本願発明者は明らかにした。
【００３１】
図１に示す符号器１０の意味合いでは、本発明は、スペクトル・ピークが分からないようにするためのスペクトル拡大にパラメータが次いでかけられる予測係数によって粗くキャプチャされるSSC残差B2に存在している顕著なトーン成分に関する。前述の手法を用いることによって、SSC残差信号B2内のトーン成分によってもたらされる前述の問題を大きく軽減することが可能である。残差信号B2のスペクトル拡大の前述の修正が、図３において前述した信号に施されると、図４に示したような結果が達成可能である。図４では、左から右に行くにつれ周波数が増加する周波数ビンに対応する横座標軸３００、及び下から上に行くにつれ振幅が増加している縦座標軸３１０のスペクトル成分を含むグラフを示す。曲線３２０は、図３と同様に推定スペクトル・エンベロープを表すよう備えられている一方、曲線３３０は、0.945のスペクトル拡大係数を用いたスペクトル拡大を備えた場合に符号器１０によって生成される推定スペクトル・エンベロープを表すよう備えられている。スペクトル拡大によって、周波数ビン番号４１０における曲線３２０内のピークが目に見えて、分からないようになっていることが図４において分かる。前述のように分からないようにすることにより、周波数ピークのモデリングの精度が低下するが、後の復号器における雑音の削減という利点ももたらされる。復号器における雑音の削減は、復号器において周波数ピークに対応する信号を再生する際の精度の減少を犠牲にしながら、オーディオ信号（例えば、音楽信号）に関して主観的に好ましい。
【００３２】
符号器１０を適切に適合させることによって本発明を実現する場合、前述のスペクトル拡大を部分単位に施すことが有利であることが本願発明者によって明らかになった。すなわち、最近のMPEG-4  SSC復号器によって達成することが可能なオーディオ品質よりも優れたオーディオ品質を後の復号器において、特定の関連部分についてレンダリングする特定の拡大係数を見つけることが可能である。前述の比較では、何れの符号器１０も適切に修正され、MPEG-４  SSC符号器は、２４kバイト／秒の出力ビット・レートで動作する。更に、特定の部分がかなりのスペクトル拡大を必要とする一方、他の部分は、前述の拡大を必要としないはずである（MPEG-4  SSCと比較して主観的にエンハンスされた結果を提供するために）ことを音楽などのオーディオ信号の場合に、本願発明者は明らかにした。前述の手法は主観的な改良を実現するが、欠点もある。
(a)部分単位で符号器パラメータをチューニングすることは、計算的に冗長な処理であり、(b)部分単位で固定のスペクトル拡大係数を用いることは最適でない。オーディオ信号が動的に変動しているからである。これは、特定の部分がかなりのトーン成分を有している一方、その他の部分は有していないことを示唆している。
【００３３】
本願発明者はよって、フレーム単位で処理することができる前述のスペクトル拡大係数を自動的に調節する方法を利用するよう符号器１０を更に発展させている。よって、上記方法は、個々に信号B2に施されるフレーム毎に適切なスペクトル拡大係数を設定することができる。上記方法は、
(i)  雑音プロセッサ７０によって雑音符号化される対象の帯域におけるトーン成分の存在、及び
(ii)  信号B2のスペクトル形状全体
に応じてフレーム単位でスペクトル拡大係数を選択するよう動作可能である。
【００３４】
任意的には、上記方法は、表１に表すようなストラテジを利用するアルゴリズムを用いる。
【００３５】
【表１】
2008519990.tif 000003
よって、周波数とともに増加する（すなわち、上昇する）多数のトーン成分及び／そのスペクトル表現（PSD）（例えば、振幅スペクトルや電力スペクトル密度）を信号B2のフレームが有する場合、フレーム単位で最適であることが通常期待されるスペクトル拡大を表１による擾乱にかけて、施されるスペクトル拡大の度合いを増加させる。
【００３６】
本発明の実施例を次に、図５を参照して説明する。図５では、全体を４００によって示す符号器を示す。符号器４００は、図１の符号器１０と同様である（例外は、スペクトル拡大尺度（SBM）が判定される余分の装置４１０が備えられていることである）。この尺度（SBM）を雑音プロセッサ４７０において用いてスペクトル・エンベロープを適合させることができるか、又はビットストリーム内に備えることが可能である。図５では、帯域B1、B2は第１の周波数領域及び第２の周波数領域に対応する。第１の周波数領域は0乃至5.5kHzである一方、第２の周波数領域は5.5kHz乃至22kHzである。必要な場合、雑音プロセッサ４７０及びスペクトル拡大装置４１０は、単一のエンティティとして、例えば、計算ハードウェア上で実行可能なソフトウェアによって符号器１０、４００が実現される場合に修正ソフトウェアによって、実現することが可能である。出力B2におけるフィルタ６０からの信号出力は、前述の通り、フレーム単位で符号器４００において処理される。符号器４００において用いられる前述の処理は、B2信号の電力スペクトル密度（PSD）を判定し、それによって、その中のトーン成分の有無を推定する。PSD内の局所最大値は、特定のバーク範囲KB内のそれに対して関連した隣接成分を所定の閾値、超えた場合、装置４１０においてトーン成分として識別される。閾値は好間しくは、5乃至15ｄBの範囲であり、より好ましくは、7dBである。
【００３７】
雑音プロセッサ４７０の実現形態は、図６に表しており、図２に示す装置７０を適合させたものである。雑音プロセッサ４７０は、余分な装置４１０によって生成されるスペクトル拡大尺度（SBM）を用いるよう動作可能である。装置４１０において判定される電力スペクトル密度（PSD）は、表２に示すように４つの周波数サブバンドFB1乃至FB4に分割される。
【００３８】
【表２】
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B1に対応する、周波数帯FB1内の信号コンテンツは、フィルタ６０の動作のためにほぼ無視できる。実際に、周波数帯FB4に、知覚的に適切なトーン成分がほぼないことが明らかになっている。しかし、第２の周波数帯FB2のスペクトル・コンテンツが最も重要である。雑音を用いてモデリングする対象の帯域で心理音響学的に最も適切であるからである。前述の第２の周波数帯FB2のスペクトル情報、すなわちPSDを、余分な装置４１０において、ビットストリームを生成する際に用いるうえで適切な度合いのスペクトル拡大を判定するために用いることが本願発明者によって明らかになった。
【００３９】
実際には、前述のバーク尺度を利用した前述のトーン成分検出ルールを施すことによって第２の周波数帯FB2において見つかったトーン成分が３つよりも少ない場合、低スペクトル拡大係数が好ましくは用いられる、すなわち、スペクトル拡大がほとんどないことに対応する0.992のスペクトル拡大係数が利用される。逆に、3つ以上のトーン成分が第２の周波数帯FB2において識別された場合、重度のスペクトル拡大が施される、すなわち、かなりのスペクトル拡大に対応する、0.945のスペクトル拡大係数が利用される。前述の帯域幅及びγ値は、44.1kHzのサンプリング・レートの場合に考えられる設定である。その他のサンプリング・レートの場合、その他の値が、より適切であり得る。
【００４０】
施されるスペクトル拡大は好ましくは、PSDの全体形状にも依存させる。例えば、周波数の増加とともに成分振幅が増加するＰＳＤを装置４１０において処理される信号が有する場合に符号器４００からの出力ビットストリームを復号化する後の復号器においてより大きな過剰雑音問題がもたらされることを本願発明者は認識している。その結果、符号器４００の雑音プロセッサ７０と装置４１０との組み合わせによって、より重度のスペクトル拡大が、例えば、第３の周波数帯ＦＢ３のＰＳＤの平均が第２の周波数帯ＦＢ２のＰＳＤの平均よりも大きいことが明らかになった場合に、スペクトル拡大係数を0.92に設定することによって施される。
【００４１】
図７では、表２を参照して前述したようなスペクトル拡大を施す符号器４００を図示している。上記図示は、時間を表しており、左から右に行くにつれてフレーム番号昇順に表す横座標軸５００を有するグラフに関する。グラフは、１のスペクトル拡大係数が、スペクトル拡大がほぼないことに対応するスペクトル拡大係数を表す縦座標軸５１０を更に有する。一方、0.92のスペクトル拡大係数は、かなりのスペクトル拡大に対応する。曲線５２０、５３０は、スザンヌ・ベガ及びオーケストラそれぞれによって演奏される音楽の一部の、符号器400内の符号化に対応する。曲線５２０はスザンヌ・ベガの声に対応する一方、曲線５３０はオーケストラに対応する。曲線５２０は、その最高レベル0.992に概ね設定されたそのスペクトル拡大係数を有する一方、曲線５３０は、0.945のスペクトル拡大係数値を呈するよう周波数調節される。曲線５２０は曲線５３０とは異なる。音声／歌唱は高周波成分をめったに有しない一方、楽器（例えば、トランペットやヴァイオリン）は多くの場合、複雑なオーバトーン／高調波系列を生成する。上記部分を処理する場合に本発明によるスペクトル拡大を符号器４００が施さない場合、後の復号器において過剰雑音がもたらされることになる。
【００４２】
前述の本発明の実施例を、特許請求の範囲記載の本発明の範囲から逸脱することなく修正することができることが認識されよう。
【００４３】
関連した互換復号器と組み合わせた符号器４００は、品質及び対応するビットレートを漸増的に増加させるよう連続した情報レイヤが生成される階層に配置することが可能である。前述の実現形態では、元の予測係数、及び各レイヤに関連したスペクトル拡大係数がビットストリーム内に備えられる。その結果、最高の復号化品質を達成するものとする場合に、元の予測係数組、及び最高レイヤに関連したスペクトル拡大係数情報を用いて復号器において、信号s(n)の再生に最も適切なスペクトル係数組を計算することが可能である。
【００４４】
本発明によって適合させた符号器４００は、音楽を符号化するために、ハイ・フィデリティ・オーディオ機器に用いることができる。更に、符号器４００は、ビデオ番組コンテンツとともに用いることができる。更に、符号器４００は、電気通信システム、及び、家電製品（テレビジョン受像機、パソコンや電子書籍など）において用いることができる。
【００４５】
特許請求の範囲では、括弧内にある数字や他の記号は特許請求の範囲の理解を支援するために備えられており、いかなるやり方においても特許請求の範囲を限定することを意図するものでない。
【００４６】
「comprise」、「include」、「incorporate」、「contain」、「is」や「have」などの表現は、本明細書記載及びその関連クレームを解釈する場合に非限定的に解されるものとする、すなわち、明記されていないその他のアイテムや構成部分の存在も可能にするよう解されるものとする。単一形への言及も、複数形への言及として解されるべきであり、逆も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】RPEに基づいた補完MPEG-4 SSC雑音符号化に基づいた符号器アーキテクチャを略示した図である。
【図２】アーキテクチャを図１に示す符号器の雑音符号器として動作可能な雑音プロセッサを略示した図である。
【図３】スペクトル拡大を施さない、信号B2のスペクトル及びその推定スペクトル・エンベロープのグラフである。
【図４】図３の推定スペクトル・エンベロープに施される、本発明において利用されるスペクトル拡大を示す図である。
【図５】符号器の形態の、本発明の実施例を示す図である。
【図６】本発明による雑音符号器を示す図である。
【図７】図５の符号器によって処理される別々の２つのオーディオ信号の判定されたスペクトル拡大係数の例を示す。
【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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【国際調査報告】
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