(57)【要約】【課題】一般調和解析による精度の高い周波数分析によって符号化効率を大幅に向上させながらも演算量の増加を抑える。【解決手段】高レベル周波数選択回路１３はフレーム化回路１１により分割された各フレームをＦＦＴして最もレベルの高い周波数又は比較的レベルの高い複数個の周波数を選択し、高レベル周波数帯域設定回路１４は高レベル周波数選択回路において選択した周波数に代表される帯域を周波数成分抽出回路１２が抽出する高レベル周波数帯域として設定する。【選択図】　　　　図１
2004069906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力デジタルオーディオ信号をフレームに分割するフレーム化手段と、
前記フレーム化手段により分割された各フレーム内の周波数成分を一般調和解析により抽出する周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段が抽出する周波数帯域を制限する抽出周波数帯域制限手段とを、
有するオーディオ符号化装置。
【請求項２】
前記抽出周波数帯域制限手段は、
前記フレーム化手段により分割された各フレームにおいて高速フーリエ変換を行い、最もレベルの高い周波数又は比較的レベルの高い複数個の周波数を選択する高レベル周波数選択手段と、
前記高レベル周波数選択手段において選択した周波数に代表される帯域を抽出周波数帯域として前記周波数成分抽出手段に設定する抽出周波数帯域設定手段とを備えた請求項１に記載のオーディオ符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号の周波数成分を一般調和解析（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＧＨＡ）により抽出して符号化するオーディオ符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のオーディオ信号における符号化方式は時間周波数変換方式を基本としている。これは時間領域の入力信号を周波数領域に変換した後に符号化を行う方式であり、周波数領域における信号の偏りや人間の聴覚心理を利用した符号化方式である。しかし、この時間周波数変換方式による符号化方式で用いる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）などの周波数分析方法は、周期的で調和的な信号を分析する理論であり、信号を観測した観測区間の外では観測区間内の信号が周期的に繰り返すことを仮定している。
【０００３】
したがって、上記の周波数分析方法では、観測区間によっては実際と異なった多数の周波数成分が抽出されることから、周波数領域信号には既に誤差が含まれ、符号化効率が低下する。また、周波数分解能が観測区間の長さと反比例することから、過渡的な信号の分析を行う場合でも観測区間長を余り短くすることができないため周波数分解能が不足し、符号化効率が低下する。さらに、観測区間外の波形予測が困難であることから、予測残差の符号化による符号化効率の向上が困難であるなどの欠点がある。
【０００４】
一方、調和的でない信号に拡張したフーリエ解析の理論も知られている。この理論は一般調和解析（ＧＨＡ）又は非調和解析と呼ばれ、観測区間内で原波形から残差エネルギーが最小となる最も優勢な正弦波を抽出し、残差成分にも同様の処理を繰り返すという解析方法である。このため、定常的でない僅かな周波数変動に対しても正確な周波数分析の抽出が可能であり、観測区間長と周波数の分解能は互いに独立して自由な設定が可能で、観測区間を超えて信号の予測が可能であるなどの特徴があるが、演算量が膨大である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ＧＨＡはＦＦＴやＭＤＣＴなどの調和解析よりも精度の高い周波数分析が可能であるため、従来の符号化装置において周波数分析手段として用いられているＦＦＴなどに代えてＧＨＡを用いることが考えられるが、ＦＦＴなどを用いる場合に比べて演算量が極端に増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、ＧＨＡによる精度の高い周波数分析によって符号化効率を大幅に向上させながらも演算量の増加を抑えることができるオーディオ符号化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、一般調和解析により抽出する周波数帯域を制限するようにしたものである。
すなわち本発明によれば、入力デジタルオーディオ信号をフレームに分割するフレーム化手段と、
前記フレーム化手段により分割された各フレーム内の周波数成分を一般調和解析により抽出する周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段が抽出する周波数帯域を制限する抽出周波数帯域制限手段とを、
有するオーディオ符号化装置が提供される。
【０００８】
【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について説明する。図１は本発明に係るオーディオ符号化装置の一実施形態を示すブロック図、図２は図１の一般調和解析処理を説明するためのフローチャート、図３は図２の周波数成分抽出処理を詳しく説明するためのフローチャートである。
【０００９】
図１におけるオーディオ符号化装置は一般調和解析回路１０及びビットストリーム生成回路２０より構成されている。一般調和解析回路１０は入力デジタルオーディオ信号を複数のサンプルからなるフレームに分割するフレーム化回路１１と、フレーム化回路１１により分割された各フレームの周波数成分を一般調和解析（ＧＨＡ）により抽出する周波数成分抽出回路１２と、フレーム化回路１１により分割された各フレームをＦＦＴして最もレベルの高い周波数又は比較的レベルの高い複数個の周波数を選択する高レベル周波数選択回路１３と、高レベル周波数選択回路１３において選択した周波数に代表される帯域を周波数成分抽出回路１２が抽出する高レベル周波数帯域として設定する高レベル周波数帯域設定回路１４とより構成される。また、ビットストリーム生成回路２０は周波数成分抽出回路１２において抽出した周波数成分と、少なくともフレーム長を示すヘッダ情報とをビットストリームとして生成する。
【００１０】
次に、この発明の実施の形態の動作について図２及び図３のフローチャートを併せ参照して説明する。デジタルオーディオ信号を図１のフレーム化回路１１に供給し、信号の周波数成分を周波数成分抽出回路１２において一般調和解析により抽出する。ここで、周波数成分抽出回路１２において抽出の対象となる周波数帯域を高レベル周波数帯域設定回路１４においてあらかじめ設定する。さらに、高レベル周波数帯域設定回路１４において設定する周波数帯域は、高レベル周波数選択回路１３において選択したＭ個の周波数Ｐ１，Ｐ２，…ＰＭにそれぞれ代表されるＭ個の帯域Ｂ１，Ｂ２，…ＢＭであり、それぞれの帯域は信号のサンプリング周波数ｆｓとフレームのサンプルｆｒａｍｅに依存するＦＦＴの周波数分解能Ｗとから次式１のように設定する。
【００１１】
【数１】
2004069906.tif 000003
【００１２】
周波数成分抽出回路１２において抽出した抽出周波数成分はビットストリーム生成回路２０に供給し、ビットストリーム生成回路２０では、抽出周波数成分と少なくともフレーム長を示すヘッダ情報とをビットストリームとして生成する。
【００１３】
また、一般調和解析による周波数分析は図２、図３のように行われる。まず、ステップ１０１で１フレーム分のデジタルオーディオ信号を周波数成分抽出回路１２に供給し、ステップ１０２でその周波数成分を抽出する。ステップ１０３では周波数成分が抽出されていない残差信号のレベルをチェックし、残差信号レベルが所定値以下でないときは、再びステップ１０２に戻り次の周波数成分を抽出する。残差信号レベルが所定値以下のときはステップ１０４に進み、分析結果を出力し、一般調和解析のステップを終了する。
【００１４】
図３は、図２の要部であるステップ１０２の周波数成分抽出の動作を詳細に説明するフローチャートであり、さらに詳細に説明する。まず、ステップ２０１では抽出すべき複数の周波数の中の１つを選択し、続くステップ２０２ではその周波数の信号成分を抽出し、続くステップ２０３では抽出した信号成分を除く残差信号を算出し、続くステップ２０４では抽出すべき全ての周波数成分の抽出が行われたかどうかをチェックする。抽出処理を行った周波数が最後の周波数でないときはステップ２０１に戻り、最後の周波数であるときはステップ２０５に進む。ステップ２０５では、複数の抽出された信号成分の中で最も信号レベルの大きい最優勢成分を選択し、続くステップ２０６では原信号より最優勢成分の周波数成分を除去し、前述のステップ１０３に進む。
【００１５】
このようにして一般調和解析はフレーム内の信号から残差信号が最も小さくなるような正弦波を１本だけ抽出し、さらにその残差信号に対して同様な処理を繰り返し行い、残差信号がある程度小さくなれば分析を終了する。抽出した正弦波により当該フレーム内の信号ｘ（ｔ）は式２のようにＮ本の正弦波ｆ１，ｆ２…ｆＮの重ね合わせで表され、これらの正弦波は調和的（基本波の整数倍の周波数）とは限らない。
【００１６】
【数２】
2004069906.tif 000004
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一般調和解析によって信号の周波数成分抽出を行う際、フレームをＦＦＴして最もレベルの高い周波数を１個ないし複数個選択することによって、抽出の対象となる周波数帯域をあらかじめ限定するので、一般調和解析による精度の高い周波数分析によって符号化効率を大幅に向上させながらも演算量の増加を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオーディオ符号化装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の一般調和解析処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２の周波数成分抽出処理を詳しく説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０　一般調和解析回路
１１　フレーム化回路
１２　周波数成分抽出回路
１３　高レベル周波数選択回路
１４　高レベル周波数帯域設定回路
２０　ビットストリーム生成回路
【図１】
2004069906.tif 000005
【図２】
2004069906.tif 000006
【図３】
2004069906.tif 000007