(57)【要約】【課題】符号化処理時に特定の周波数帯域に歪みが集中することを回避できるようにして、結果的に符号化音声の聴感特性の品質劣化を抑制できるオーディオ符号化装置を提供することにある。【解決手段】フレーム内を聴覚特性に基づいて周波数領域で分割されたスケールファクタバンド毎に、最適なスケールファクタを決定するスケールファクタ決定ツール３を有するオーディオ符号化装置が開示されている。スケールファクタ決定ツール３は、所定の基準値を満たすスケールファクタバンドがフレーム内で分散されるように処理する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を所定の符号化方式で符号化処理する符号化手段と、
前記符号化手段により符号化処理されたオーディオ信号の各スケールファクタバンド毎にスケールファクタを決定するときに、所定の基準値を満たすスケールファクタバンドがフレーム内で分散されるように処理するスケールファクタ決定手段と
を具備したことを特徴とするオーディオ符号化装置。
【請求項２】
前記スケールファクタ決定手段は、所定の基準値を満たさないスケールファクタバンドがフレーム内の特定の周波数帯域に集中的に発生することを回避するように、前記スケールファクタを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ符号化装置。
【請求項３】
前記スケールファクタ決定手段は、時間的に先行する先行フレームにおいて、スケールファクタを決定したスケールファクタバンドの情報を保存する手段を有し、
前記保存情報から前記先行フレームで所定の基準値を満たさないスケールファクタバンドを選択し、次のフレームにおいて当該バンドに対して所定の基準値を満たすように優先的にスケールファクタを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ符号化装置。
【請求項４】
オーディオ信号を所定の符号化方式で符号化処理するオーディオ符号化方法であって、
フレーム単位でオーディオ信号を符号化処理するステップと、
符号化処理されたオーディオ信号に対して、所定の基準値を満たすスケールファクタバンドがフレーム内で分散されるように各スケールファクタバンド毎にスケールファクタを決定するステップと
を具備したことを特徴とするオーディオ符号化方法。
【請求項５】
前記決定ステップは、所定の基準値を満たさないスケールファクタバンドがフレーム内の特定の周波数帯域に集中的に発生することを回避するように、前記スケールファクタを決定するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のオーディオ符号化方法。
【請求項６】
オーディオ信号を所定の符号化方式で符号化処理するオーディオ符号化方法であって、
フレーム単位でオーディオ信号を符号化処理するステップと、
符号化処理されたオーディオ信号に対して、所定の基準値を満たすスケールファクタバンドがフレーム内で分散されるように各スケールファクタバンド毎にスケールファクタを設定するステップと、
前記設定ステップでスケールファクタを設定したスケールファクタバンドの情報を保存するステップと、
時間的に先行する先行フレームにおいて、前記保存ステップにより保存された所定の基準値を満たさないスケールファクタバンドを選択するステップと、
前記先行フレームの次のフレームにおいて、前記選択ステップにより選択されたスケールファクタバンドに対して所定の基準値を満たすように優先的にスケールファクタを決定するステップと
を具備したことを特徴とするオーディオ符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には音声または音楽などのオーディオ信号の符号化技術に関し、特に、スケールファクタの決定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音声や音楽などのオーディオ信号をディジタル信号に変換し、録音又は再生を行なうディジタル・オーディオ装置が普及している。このようなディジタル・オーディオ装置では、ディジタル・オーディオ信号を圧縮するためのオーディオ符号化技術は、特に再生品質を左右する要素技術である。
【０００３】
通常のオーディオ符号化処理を実行する装置（ＤＳＰなどのプロセッサとソフトウェアがメイン要素）は、フレーム単位のオーディオ信号（例えばＰＣＭ信号氏）に対して、聴覚特性に基づいて周波数領域で分割されたスケールファクタバンド（ＳＦＢ）において、当該各ＳＦＢ毎にエンコード処理（符号化処理）を実行する。ＳＦＢは、フレーム内のオーディオ信号における聴覚特性に基づいて周波数領域で分割された区間を意味する。
【０００４】
このオーディオ符号化処理には、各ＳＦＢ毎にスケールファクタ（ＳＦ）と呼ばれるパラメータを決定するＳＦ決定処理が含まれる。スケールファクタは、各ＳＦＢ毎にゲインを設定するためのゲイン情報であり、心理聴覚モデルに基づいて決定された閾値をクリアするための基準値（信号／マスク比：ＳＭＲ）を満たすように決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
オーディオ符号化処理では、フレーム内の各ＳＦＢ毎にスケールファクタ（ＳＦ）と呼ばれるパラメータを決定するＳＦ決定処理は、再生時の聴感特性を左右する重要なプロセスである。ＳＦ決定処理では、フレームの各ＳＦＢ毎に所定の基準値を満たすスケールファクタを選択する最適化が要求される。
【０００６】
ところで、ディジタル・オーディオ処理系では、情報量の低減化である低ビットレート化が望ましい。しかしながら、低ビットレートでは、必ずしも全てのＳＦＢで基準値を満たすスケールファクタを決定できないことがある。この場合、一般的には、低周波数帯域のＳＦＢで基準値を満たす事を優先させて、高周波数帯域のＳＦＢでは基準値を満たさないフレームが多くなる傾向がある。このようなフレームが多くなると、オーディオ信号の高周波数帯域の歪みが顕著になり、符号化信号を再生したときの聴感特性が劣化する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、オーディオ符号化処理時に特定の周波数帯域に歪みが集中することを回避できるようにして、結果的に符号化信号の聴感特性の品質劣化を抑制することが可能なオーディオ符号化装置又はその方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、オーディオ符号化方式において、フレーム内を聴覚特性に基づいて周波数領域で分割されたスケールファクタバンド（ＳＦＢ）毎に、最適なスケールファクタを決定する手段に関する。これにより、特に低ビットレートにおける符号化音声の聴感上の品質劣化を、有効に抑制することができる。
【０００９】
本発明の観点に従ったオーディオ符号化装置は、オーディオ信号を所定の符号化方式で符号化処理する符号化手段と、符号化手段により符号化処理されたオーディオ信号の各スケールファクタバンド毎にスケールファクタを決定するときに、所定の基準値を満たすスケールファクタバンドがフレーム内で分散されるように処理するスケールファクタ決定手段とを備えたものである。
【００１０】
このような構成のオーディオ符号化装置であれば、フレーム内で基準値を満たさないＳＦＢを分散させることにより、特定の周波数帯域に歪みが集中することを回避することができる。従って、特に低ビットレートで符号化した音声符号化データを復号化して再生するときに、例えば高周波数帯域の歪みの集中により聴感上の音声品質が劣化することを抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（オーディオ符号化装置の構成）
同実施形態のオーディオ符号化装置は、図１に示すように、時間／周波数変換ツール１、オーディオ符号化ツール２、スケールファクタ決定ツール３、量子化ツール４を含むソフトウェアツール及びそれらのツールを実行するプロセッサ（ＣＰＵ）から構成されている。
【００１３】
時間／周波数変換ツール１は、例えばＰＣＭ（ｐｕｌｓｅ　ｃｏｄｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である入力オーディオ信号の時間領域を周波数領域のスペクトル信号に変換する。オーディオ符号化ツール２は、チャネル相関や、フィルタリング等のオーディオ符号化処理で使用する各種のツールを含む。
【００１４】
スケールファクタ決定ツール（ＳＦ決定ツール）３は、符号化処理されたオーディオ信号の各スケールファクタバンド（ＳＦＢ）毎にスケールファクタを決定する。ＳＦＢは、フレーム内を聴覚特性に基づいて分割された周波数領域の区間を意味する。量子化ツール４は、ＳＦ決定ツール３の処理を経たオーディオ信号に対する量子化を実行して符号化信号を出力する。
【００１５】
（オーディオ符号化装置の動作）
まず、入力されたオーディオＰＣＭ信号は、時間／周波数変換ツール１により、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。変換された周波数領域のスペクトル信号は、オーディオ符号化ツール２で各種符号化処理が行われる。オーディオ符号化ツール２には、Ｍ／Ｓステレオ、インテンシティステレオなどのチャネル相関ツールや、ＴＮＳ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ｓｈａｐｉｎｇ）ツール等が含まれる。オーディオ符号化ツール２で符号化処理（圧縮・加工）されたスペクトル信号は、ＳＦ決定ツール３に入力される。このＳＦ決定ツール３によりスケールファクタが決定されたオーディオ符号化信号は、量子化ツール４で量子化されて出力される。
【００１６】
（ＳＦ決定動作）
以下、ＳＦ決定ツール３によるスケールファクタの決定動作を説明する。
【００１７】
ＳＦ決定ツール３は、符号化処理されたオーディオ信号の各ＳＦＢ毎にスケールファクタを決定する。ＳＦＢは、フレームにおいて、聴覚特性に基づいて周波数領域で分割された区間を意味する。また、スケールファクタとは、各ＳＦＢ毎に設定されるゲインを示すゲイン情報であり、心理聴覚モデルに基づいて決定された閾値をクリアするための基準値（信号／マスク比：ＳＭＲ）を満たすように決定される。
【００１８】
ここで、ＳＦ決定ツール３に入力されるスペクトル信号は、図２（Ａ）に示すように、１フレームが複数のＳＦＢに分割されている。図２（Ａ）において、「ｓｆｂ　Ｍ」とは、便宜上、各ＳＦＢに付けたコードであり、Ｍが大きくなるほど高周波数領域のＳＦＢであることを示す。また、分割される帯域幅の広さは、聴感特性に基づいて、知覚されやすいＳＦＢ（例えばｓｆｂ１）の帯域幅は狭く、知覚されにくいＳＦＢの帯域幅は広く区切られている。
【００１９】
ＳＦ決定ツール３は、各ＳＦＢ毎に１つのスケールファクタ（ゲイン情報）を決定する。ここで、スケールファクタを決定する際に、心理聴覚モデルに基づいて決定された閾値をクリアする事を基準としており、全てのＳＦＢで当該基準値を満たす事を目標としている。しかしながら、低ビットートでの符号化処理では、入力されたオーディオ信号の情報量に対して、利用できるビット数が少なくなるため、全てのＳＦＢで基準値を満たす事は難しくなってくる。この基準値を満たせなかったＳＦＢの周波数帯域の信号は歪みが大きくなり、符号化音声の品質劣化を招くことになる。特に、基準値が満たされないＳＦＢが１フレーム内の特定の周波数帯域で集中的に発生したり、または、複数フレームの同一周波数帯域で連続的に発生すれば、人間の耳に知覚されやすくなる。
【００２０】
そこで、同実施形態のＳＦ決定ツール３は、周波数帯域の信号歪みを抑制（知覚されにくくする）するために、基準値を満たさないＳＦＢを分散させるようにスケールファクタを決定する。即ち、図２（Ｂ）に示すように、１フレーム内で、基準値を満たさないＳＦＢを、全ての周波数帯域に分散させる。図２（Ｂ）において、各ＳＦＢに付けられた丸印は基準値を満たしている事を意味し、×印は基準値を満たしていない事を意味する。ＳＦ決定ツール３は、基準値を満たしているＳＦＢの情報（スケールファクタであるゲイン情報）を保存し、次のフレーム以降の符号化処理に利用する。
【００２１】
具体的には、図３（Ａ）に示すように、フレーム（ｉ）に対して、ＳＦ決定ツール３は、各ＳＦＢ毎にＳＦ（ゲイン情報）を設定する。ここで、前記のように、１フレーム（ｉ）内で、基準値を満たさないＳＦＢ（×印）を分散させる。ＳＦ決定ツール３は、基準値を満たしているＳＦＢの情報（ゲイン情報）を保存する。
【００２２】
次に、ＳＦ決定ツール３は、次のフレーム（ｉ＋１）に対して、各ＳＦＢ毎にＳＦを設定する。ここで、ＳＦ決定ツール３は、保存している前のフレーム（ｉ）でのＳＦＢ情報を使用して、フレーム（ｉ＋１）の分散を実行する。即ち、フレーム（ｉ＋１）において、フレーム（ｉ）で基準値を満たさないＳＦＢ（例えばｓｆｂ２）と同一のＳＦＢで、優先的に基準値を満たすようなスケールファクタを設定する。
【００２３】
更に、ＳＦ決定ツール３は、次のフレーム（ｉ＋２）に対して、各ＳＦＢ毎にＳＦを設定する。ＳＦ決定ツール３は、保存している前のフレーム（ｉ＋１）でのＳＦＢ情報を使用して、フレーム（ｉ＋２）の分散を実行する。即ち、フレーム（ｉ＋２）において、フレーム（ｉ＋１）で基準値を満たさないＳＦＢ（例えばｓｆｂ４）と同一のＳＦＢで、優先的に基準値を満たすようなスケールファクタを設定する。以下、同様に、フレーム（ｉ＋３）以降も、過去のフレームで基準を満たしていないＳＦＢで、基準を満たすスケールファクタを優先的に選択して設定する。そして、該当するＳＦＢが存在しなくなった場合には、最後に基準を満たしてから最も間隔の空いているＳＦＢから優先的に基準を満たすスケールファクタを選択して設定する。
【００２４】
以下、図４から図６を参照して、同実施形態のＳＦ決定動作を定量的に説明する。
【００２５】
まず、ＳＦ決定ツール３は、第１フレーム（ｉ＝１とする）に対して、各ＳＦＢ毎にＳＦパラメータを設定する（ステップＳ１，Ｓ２）。ここで、ＳＦパラメータを、図４に示すように、「ｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］　（１＜ｊ＜Ｍ）」と表現する。なお、初期値は０である。
【００２６】
ＳＦ決定ツール３は、図５（Ａ）に示すように、第１フレームで基準値を満たすＳＦＢ（丸印）を、フレーム内で全帯域に分散させるよう配置する。ここで、基準を満たしたＳＦＢのｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］を０に設定し、基準値を満たさないＳＦＢのｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］を＋１する。ＳＦ決定ツール３は、第１フレームで分散配置したＳＦＢの情報（ＳＦパラメータ）を保存する（ステップＳ３）。
【００２７】
次に、ＳＦ決定ツール３は、次の第２フレームに対して、各ＳＦＢ毎にＳＦパラメータを設定する（ステップＳ４）。ここで、ＳＦ決定ツール３は、保存している第１フレームでのＳＦＢ情報を使用して、第２フレームの分散選択を実行する（ステップＳ５）。即ち、図５（Ｂ）に示すように、第２フレームにおいて、ＳＦパラメータ（ｏｖｅｒ＿ｓｆｂ値）が大きいＳＦＢで優先的に基準を満たすスケールファクタを設定する。ここで、基準を満たしたＳＦＢのｏｖｅｒ＿ｓｆｂ値を０にクリアし、基準を満たさないＳＦＢのｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］を＋１する。
【００２８】
同様に、ＳＦ決定ツール３は、第２フレームで分散配置したＳＦＢの情報（ＳＦパラメータ）を保存する（ステップＳ７）。さらに、ＳＦ決定ツール３は、次の第３フレームに対して、各ＳＦＢ毎にＳＦパラメータを設定する。即ち、図５（Ｃ）に示すように、第３フレームにおいて、ＳＦパラメータ（ｏｖｅｒ＿ｓｆｂ値）が大きいＳＦＢで優先的に基準を満たすスケールファクタを設定する。
【００２９】
具体的には、ＳＦパラメータ（ｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］＝２）のＳＦＢを選択する。残りは、ＳＦパラメータ（ｏｖｅｒ＿ｓｆｂ［ｊ］＝１）のＳＦＢを選択することになるが、候補が複数個存在する。この場合、基本的に基準を満たすＳＦＢが全帯域に分散されるように選択される望ましい。一方で、それでも候補が複数ある場合には、低域のＳＦＢを優先させることが効果的である。以下、第４フレーム以降も同様のアルゴリズムにより、基準を満たすＳＦＢでのスケールファクタを決定する。
【００３０】
以上要するに、同実施形態のオーディオ符号化装置であれば、聴覚特性に基づいてフレーム内をＳＦＢに分割し、当該各ＳＦＢごとにスケールファクタを決定するときに、基準値を満たさないＳＦＢを分散配置することができる。従って、特に低ビットレートでのオーディオ符号化処理において、特定のＳＦＢ、即ち周波数帯域に集中的に歪みが発生するような事態を回避できる。換言すれば、フレーム内でのＳＦＢごとの歪みを分散させることにより、符号化音声の聴感的な品質劣化を抑制することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、オーディオ符号化装置において、符号化処理時に特定の周波数帯域に歪みが集中することを回避できるようにして、結果的に符号化信号の聴感特性の品質劣化を抑制することが可能となる。特に低ビットレートで符号化した音声符号化データを復号化して再生するときに、例えば高周波数帯域の歪みの集中により聴感上の音声品質が劣化することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関するオーディオ符号化方式の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態に関するスケールファクターバンドを説明するための図。
【図３】同実施形態に関するＳＦ決定処理を説明するための図。
【図４】同実施形態に関するＳＦ決定処理を説明するための図。
【図５】複数のフレーム間でのＳＦ決定処理を説明するための図。
【図６】同実施形態に関するＳＦ決定処理の手順を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…時間／周波数変換ツール
２…オーディオ符号化ツール
３…スケールファクタ決定ツール
４…量子化ツール
【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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