(57)【要約】【課題】パラメータの変動を抑えることで圧縮率の高い符号・復号を行うことができる可変長フレームの符号化方法を提供する。【解決手段】複数のフレームを組み合わせ、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより符号化ユニットを生成する可変長フレームの符号化方法であって、オーディオ信号の周期を分析し、サンプリング周波数より細かい単位で複数の周期長を決定し、フレーム長の候補を検出する周期検出ステップと、決定した周期長に基づきウインドウを生成するウインドウ生成ステップと、前記ウインドウ生成ステップにより生成したウインドウをかけて、複数のフレームのパラメータを分析するパラメータ生成ステップと、前記周期検出ステップで検出したフレーム長の候補のうち、最も符号化ユニットの符号量が少なくなるフレーム長を選択して符号化ユニットを生成する符号化ユニット生成ステップを有する。【選択図】  図１
2008185615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフレームを組み合わせ、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより符号化ユニットを生成する可変長フレームの符号化方法であって、
オーディオ信号の周期を分析し、サンプリング周波数より細かい単位で複数の周期長を決定し、フレーム長の候補を検出する周期検出ステップと、
前記決定した周期長に基づきウインドウを生成するウインドウ生成ステップと、
前記ウインドウ生成ステップにより生成したウインドウをかけて、複数のフレームのパラメータを分析するパラメータ生成ステップと、
前記周期検出ステップで検出したフレーム長の候補のうち、最も符号化ユニットの符号量が少なくなるフレーム長を選択して符号化ユニットを生成する符号化ユニット生成ステップとを有することを特徴とする可変長フレームの符号化方法。
【請求項２】
ビットストリームを入力し、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより各フレームの波形素片を復号化する波形素片復号ステップと、
前記各フレームの周期情報を復号化する周期復号ステップと、
前記波形素片復号ステップで復号化された波形素片の位相を変化させる位相シフトステップと、
前記周期復号ステップで復号化された周期情報に基づき、ウインドウを生成し、前記復号化された波形素片にウインドウをかけるウインドウ生成ステップと、
前記ウインドウ生成ステップによりウインドウをかけた前記復号化された波形素片を前記周期情報から計算された時間位置に加算する波形合成ステップとを有することを特徴とする可変長フレームの復号化方法。
【請求項３】
外部より与えられた再生速度パラメータによって計算される一定の確率で、前記ウインドウをかけた前記復号化された波形素片を重複再生、又は削除をすることにより再生速度を制御する再生速度制御ステップを有することを特徴とする請求項２に記載の可変長フレームの復号化方法。
【請求項４】
複数のフレームを組み合わせ、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより符号化ユニットを生成する可変長フレームを符号化するコンピュータプログラムであって、
オーディオ信号の周期を分析し、サンプリング周波数より細かい単位で複数の周期長を決定し、フレーム長の候補を検出する周期検出ステップと、
前記決定した周期長に基づきウインドウを生成するウインドウ生成ステップと、
前記ウインドウ生成ステップにより生成したウインドウをかけて、複数のフレームのパラメータを分析するパラメータ生成ステップと、
前記周期検出ステップで検出したフレーム長の候補のうち、最も符号化ユニットの符号量が少なくなるフレーム長を選択して符号化ユニットを生成する符号化ユニット生成ステップとをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項５】
ビットストリームを入力し、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより各フレームの波形素片を復号化する波形素片復号ステップと、
前記各フレームの周期情報を復号化する周期復号ステップと、
前記波形素片復号ステップで復号化された波形素片の位相を変化させる位相シフトステップと、
前記周期復号ステップで復号化された周期情報に基づき、ウインドウを生成し、前記復号化された波形素片にウインドウをかけるウインドウ生成ステップと、
前記ウインドウ生成ステップによりウインドウをかけた前記復号化された波形素片を前記周期情報から計算された時間位置に加算する波形合成ステップとをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項６】
複数のフレームを組み合わせ、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより符号化ユニットを生成する可変長フレームの符号化装置であって、
オーディオ信号の周期を分析し、サンプリング周波数より細かい単位で複数の周期長を決定し、フレーム長の候補を検出する周期検出手段と、
前記決定した周期長に基づきウインドウを生成するウインドウ生成手段と、
前記ウインドウ生成手段により生成したウインドウをかけて、複数のフレームのパラメータを分析するパラメータ生成手段と、
前記周期検出手段で検出したフレーム長の候補のうち、最も符号化ユニットの符号量が少なくなるフレーム長を選択して符号化ユニットを生成する符号化ユニット生成手段とを有することを特徴とする可変長フレームの符号化装置。
【請求項７】
ビットストリームを入力し、基本パラメータとパラメータの予測情報とにより各フレームの波形素片を復号化する波形素片復号手段と、
前記各フレームの周期情報を復号化する周期復号手段と、
前記波形素片復号手段で復号化された波形素片の位相を変化させる位相シフト手段と、
前記周期復号手段で復号化された周期情報に基づき、ウインドウを生成し、前記復号化された波形素片にウインドウをかけるウインドウ生成手段と、
前記ウインドウ生成手段によりウインドウをかけた前記復号化された波形素片を前記周期情報から計算された時間位置に加算する波形合成手段とを有することを特徴とする可変長フレームの復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声・オーディオにおける可変長フレームの符号化方法、及び復号化方法に関し、パラメータを安定化させて圧縮率の向上を図り、また再生時の時間軸伸張・圧縮を行うことができるものである。
【背景技術】
【０００２】
音の符号化には音声符号化と波形符号化の２種類がある。音声符号化は、パラメータ化する際、人間の感覚に近い特性をもち、高圧縮率でパラメータの変形により声色や発声速度を変えたりすることが容易である。その反面、音質面では波形符号化よりも劣る。波形符号化は、高圧縮率ではないが波形そのものを残そうとするため音質がよい。その反面、パラメータが人間の感覚とは離れているものが多いので音の変形が苦手である。音声符号化方式には、予め定めた一定の周期の分析フレームごとに入力信号を分析してパラメータを求める手段をもち、予め定めた複数個の連続するフレームを線形近似や区分的最適関数近似を行う方法が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−３６８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来は固定のウインドウ幅で分析するのが普通であり、この場合、同じ波形でもウインドウをかける位置により位相の影響を受け、求められるパラメータが変動してしまうという問題が生じる。特に、波形符号化の際に使われるパラメータ抽出方式ではこのウインドウの位置による変動が大きかった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、パラメータを分析するときにウインドウをオーディオ波形の位相に同期させ、パラメータの位相による変動を排除することを目的とする。また、パラメータの位相による変動が排除できれば、純粋に音の違いだけを取り扱うことができ、圧縮効果を上げることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数のフレームを組み合わせ、基本パラメータとパラメータ予測情報により符号化ユニットを生成する可変長フレームの符号化方法であって、オーディオ信号の周期を分析し、サンプリング周波数より細かい単位で複数の周期長を決めフレーム長の候補を検出する周期検出ステップと、分析した周期長に基づきウインドウを生成しウインドウをかけるステップと、複数のフレームのパラメータを分析するステップと、前記周期検出ステップで検出したフレーム長の候補のうち、最も符号化ユニットの符号量が少なくなるフレーム長を選択し符号化ユニットを生成するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、パラメータの位相による変動が排除でき、純粋に音の違いだけを取り扱うことができ、圧縮効果を上げることができる。また、周期を基本としてパラメータを求めているので、ところどころ、その周期成分を繰り返すことで再生速度を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は第１の実施形態に係る可変長フレームの音声・オーディオ符号化器（可変長フレームの符号化装置）の構成の一例を示すブロック図である。
【０００９】
図１において、１００は、符号化器入力オーディオ信号（入力オーディオ信号）であり、１０１は、符号化器入力オーディオ信号１００の周期を検出する周期検出部（周期検出手段）である。１０２は周期検出部１０１の周期情報に従いウインドウを生成するウインドウ生成部（ウインドウ生成手段）である。１０３はウインドウ生成部１０２で生成された符号時ウインドウであり、１０４は符号化器入力オーディオ信号１００の特徴パラメータを求めるパラメータ生成部（パラメータ生成手段）である。
【００１０】
また、１０５はパラメータ生成部１０４で得られたパラメータから基本パラメータと基本以外のパラメータを求める予測情報を符号化ユニットとしてまとめる符号化ユニット生成部（符号化ユニット生成部）である。１０６は符号化ユニット生成部１０５で生成される符号化ユニットである。
また、１０７は符号化ユニット１０６をビットストリーム出力するビットストリーム生成部であり、１０８は符号化器出力ビットストリーム（ビットストリーム）である。
【００１１】
次に、本実施形態に係る符号化器の動作処理について説明する。
まず、符号化器入力オーディオ信号１００が周期検出部１０１に入力されると、周期の分析、周期の検出が行われる。周期の検出には、例えば、自己相関関数やケプストラム分析などの手法を用いることができる。ここで、周期の周期長はサンプリング周波数より細かい単位で決定するものとする。このとき候補となる周期Ｔが複数あるときは、それぞれの候補について記録する。
【００１２】
次に、ウインドウ生成部１０２において、検出した周期Ｔの候補に基づき、周期Ｔの長さと隣り合うウインドウとのオーバラップ分の長さを含めた符号時ウインドウ１０３を生成する。図１において、ウインドウがオーバラップする部分について、お互いに補完する形の符号時ウインドウ１０３の例を示す。なお、候補となる周期が複数ある場合は、生成されるウインドウも複数になる。
【００１３】
次に、パラメータ生成部１０４において、符号時ウインドウ１０３をかけ、線形予測やＤＣＴなどの特徴抽出処理を行ってパラメータを分析し、パラメータ化する。なお、候補となる周期が複数ある場合は、複数の組のパラメータが生成されるが、符号化ユニット内の過去に求めたパラメータ群の予測情報から予測し、最も誤差の少ないものを選ぶ。ここで、予測の方法として、一番簡単なのは単調な線形増加を前提としたものが挙げられる。ただし、この方法に限定するものではない。
【００１４】
パラメータ生成部１０４で求められたパラメータは、符号化ユニット生成部１０５に送られると同時に、周期検出部１０１から周期情報も符号化ユニット生成部１０５に送られる。ここで、予測をしても誤差が指定値よりも大きくなってしまう場合は、新しい符号化ユニットを生成することになり、符号化ユニット生成部１０５に符号化ユニット出力命令を送った後、通常どおりパラメータを送る。
【００１５】
符号化ユニット生成部１０５はパラメータ生成部１０４から送られるパラメータや周期検出部１０１から送られる周期情報を蓄積する。パラメータ生成部１０４より符号化ユニット出力命令を受け取った場合は、符号化ユニットの符号量が最も少なくなるフレーム長を選択して符号化ユニットを生成し、蓄積した情報をビットストリーム生成部１０７に送る。ビットストリーム生成部１０７は送られた情報をビットストリーム化し出力する。
【００１６】
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２は第２の実施形態に係る可変長フレームの音声・オーディオ復号化器の構成（可変長フレームの復号化装置）の一例を示すブロック図である。
【００１７】
図２において、２００は復号器入力ビットストリーム（ビットストリーム）であり、２０１はビットストリームパーザである。２０２は周期情報を復号化する周期復号部（周期復号手段）であり、２０３は周期復号部２０２によって復号化された周期情報からウインドウを生成するウインドウ生成部（ウインドウ生成手段）である。
【００１８】
また、２０４は生成された復号時ウインドウであり、２０５はパラメータから波形素片を求める波形素片復号部（波形素片復号手段）である。２０６は位相シフト部（位相シフト手段）であり、２０７は波形合成部（波形合成手段）であり、２０８は復号オーディオ信号である。
【００１９】
次に、本実施形態に係る復号化器の動作処理について説明する。
まず、復号器入力ビットストリーム２００がビットストリームパーザ２０１に入力されるとパージングが行われる。パージングされたもののうち１符号化ユニット分の周期情報については周期復号部２０２に送られ、１符号化ユニット分のパラメータやパラメータの予測情報は波形素片復号部２０５に送られる。
【００２０】
周期復号部２０２では、送られた１符号化ユニット分の周期情報から１符号化ユニット内の各フレームの周期情報を復号化する。ウインドウ生成部２０３では周期復号部２０２によって復号化された周期情報から復号時ウインドウ２０４を生成し、後述する復号化された波形素片にウインドウをかける。図２において、方形窓の復号時ウインドウ２０４の例を示す。
【００２１】
次に、波形素片復号部２０５では１符号化ユニット分のパラメータやパラメータの予測情報から１符号化ユニット内の各フレームの波形素片に復号化する。次に、位相シフト部２０６では、各波形素片を周期復号部２０２の周期情報により１サンプルよりも細かい単位で位相をシフトして変化させ、再生位置を調整する。
【００２２】
次に、波形合成部２０７は位相シフト部２０６で得られた波形素片をウインドウ生成部２０３で得られたウインドウを掛け合わせバッファに足しこんで波形を合成する。すなわち、波形合成部２０７は、ウインドウ生成部２０３によりウインドウをかけた復号化された波形素片を周期情報から計算された時間位置に加算して波形を合成する。
【００２３】
（第３の実施形態）
以下、本発明に係る第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図３において、３００は第１の実施形態の符号時ウインドウ１０３に対応する、本実施形態における符号時ウインドウであり、３０１は第２実施形態の復号時ウインドウ２０４に対応する、本実施形態における復号時ウインドウである。
【００２４】
本実施形態では図１の符号化時において符号時ウインドウ３００のウインドウを隣り合うフレームに対して重なるように設定する。これは、ウインドウが長めの方がパラメータが安定するためである。しかし、このままでは、復号時に重複分が余分に加算されてしまう。したがって、図２の復号時ウインドウのウインドウ形状を復号時ウインドウ３０１のように重複分をキャンセルするような形状にすればよい。
【００２５】
（第４の実施形態）
以下、本発明に係る第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
図４は第４の実施形態に係る可変長フレームの音声・オーディオ復号化器の構成の一例を示すブロック図である。図４において、２００から２０８は図２の構成と同様であり、説明を省略する。
【００２６】
４００は外部より与えられる再生速度パラメータである。
本実施形態では、再生時に外部より再生速度パラメータ（原音の何倍速）を入力し、復号化した周期情報に対して再生速度パラメータを乗算した周期になるように再生速度を調節する。すなわち、本実施形態は、外部より与えられた再生速度パラメータによって計算される一定の確率で、ウインドウをかけた復号化された波形素片を重複再生又は削除することにより再生速度を制御する再生速度制御手段を有する。
【００２７】
ここで、その例として再生速度パラメータ４００が１０／１１倍という指示で周期復号部２０２に入力されたとする。この場合平均して１０フレーム再生するところを１１フレーム再生すればよい。符号化ユニットのパラメータ変動の少ないフレーム間に平均フレーム速度が１１フレームになるように確率的に同じフレームを１フレーム繰り返すことで再生速度を遅くする。
【００２８】
次に、再生速度パラメータ４００が１０／９倍という指示で周期復号部２０２に入力されたとする。この場合平均して１０フレーム再生するところを９フレーム再生すればよい。符号化ユニットのパラメータ変動の少ないフレームを平均フレーム速度が９フレームになるように確率的に同じフレームを削除することで再生速度を速くする。
【００２９】
（ソフトウェアでの実施形態）
上述した本発明の実施形態における符号化方法及び復号化方法の各ステップ、並びに符号化装置及び復号化装置を構成する各手段は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
【００３０】
また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記録媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器からなるシステムに適用してもよい。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システムまたは装置に直接、または遠隔から供給する。そして、そのシステムまたは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【００３２】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。
【００３３】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【００３４】
さらに、その他の方法として、まず記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。そして、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第３の実施形態に係るウインドウの形状を示す図である。
【図４】第４の実施形態に係る復号化装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  符号化器入力オーディオ信号
１０１  周期検出部
１０２  ウインドウ生成部
１０３  符号時ウインドウ
１０４  パラメータ生成部
１０５  符号化ユニット生成部
１０６  符号化ユニット
１０７  ビットストリーム生成部
１０８  符号化器出力ビットストリーム
２００  復号器入力ビットストリーム
２０１  ビットストリームパーザ
２０２  周期復号部
２０３  ウインドウ生成部
２０４  復号時ウインドウ
２０５  波形素片復号部
２０６  位相シフト部
２０７  波形合成部
２０８  復号オーディオ信号
３００  符号時ウインドウ
３０１  複合時ウインドウ
４００  再生速度パラメータ
【図１】
2008185615.tif 000003
【図２】
2008185615.tif 000004
【図３】
2008185615.tif 000005
【図４】
2008185615.tif 000006