(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア周波数帯域（１０１−３）を含む低周波信号（１０１−２）と高域側帯域（１０１−５）を含む高周波信号（１０１−４）とを有するオーディオ信号（１０１−１）を符号化する帯域拡張符号化装置（３００;８００）であって、
前記オーディオ信号（１０１−１）を分析し、前記オーディオ信号の信号特性に基づいて複数の分析窓関数（１１１−１）の中から帯域拡張復号化装置（４００；１４００）において帯域拡張を行うために使用されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）を決定する信号分析手段（１１０）であって、前記オーディオ信号（１０１−１）は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック（１０１−６）を有し、そのブロックは特定の時間長を持つものであり、前記複数の分析窓関数（１１１−１）は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含む、信号分析手段（１１０）と、
前記低周波信号（１０１−２）を符号化して符号化済み低周波信号（１２１）を得るコア符号化手段（１２０）と、
前記１つの分析窓関数（１１１−２）を前記高周波信号（１０１−４）に適用して、前記高周波信号（１０１−４）から帯域拡張パラメータ（３２１−２；８３１）を計算するパラメータ計算手段（３２０；８３０）と、
前記１つの分析窓関数（１１１−２）を指示する窓関数指示（３４１−１）と前記符号化済み低周波信号（１２１）と前記帯域拡張パラメータ（３２１−２；８３１）とを結合して、前記窓関数指示（３４１−１）を含む符号化済みオーディオ信号（３５１；８４１）を得る出力インターフェース（３５０；８４０）と、
を備えることを特徴とする帯域拡張符号化装置。
【請求項２】
符号化済み低周波信号（４０１−２）と高帯域パラメータ（４０１−３）と窓関数指示（４０１−４）とを有する符号化済みオーディオ信号（４０１−１）を復号化する帯域拡張復号化装置（４００）であって、
前記符号化済み低周波信号（４０１−２）を復号化して復号化済み低周波信号（４１１−１）を得るコア復号化手段（４１０）であって、前記復号化済み低周波信号（４１１−１）はコア周波数帯域（４１１−２）を含む、コア復号化手段と、
前記復号化済み低周波信号（４１１−１）と前記高帯域パラメータ（４０１−３）とに基づいてパッチ済み信号（４２１）を生成するパッチモジュール（４２０）であって、前記パッチ済み信号（４２１）は前記コア周波数帯域（４１１−２）から生成された高域側帯域（２２１−２）を含み、前記窓関数指示（４０１−４）に基づいて複数の分析窓関数の中から１つの分析窓関数を選択し、かつ選択された分析窓関数を前記復号化済み低周波信号（４１１−１）に適用して前記パッチ済み信号（４２１）を得る制御可能な窓掛け部を含み、前記複数の分析窓関数は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含む、パッチモジュール（４２０）と、
前記パッチ済み信号（４２１）と前記復号化済み低周波信号（４１１−１）とを結合して結合された出力信号（４３１）を得る結合手段（４３０）と、
を備えることを特徴とする帯域拡張復号化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の帯域拡張符号化装置（３００）において、
複数の分析窓関数（１１１−１）を指示する窓関数制御情報（３１１）を提供する窓関数制御手段（３１０）を備え、
前記パラメータ計算手段（３２０）は前記窓関数制御手段（３１０）により制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記複数の分析窓関数（１１１−１）を前記高周波信号（１０１−４）に適用して複数の帯域拡張パラメータ（３２１−１）を計算し、
前記信号分析手段（１１０）は、前記低周波信号（１０１−２）と前記窓関数制御情報（３１１）と前記複数の帯域拡張パラメータ（３２１−１）とに基づいて複数のパッチ済み信号（３３１−１）を生成するパッチモジュール（３３０）を含み、前記複数のパッチ済み信号（３３１−１）は前記コア周波数帯域（１０１−３）から生成された高域側帯域（３３１−２）を含むものであり、
前記信号分析手段（１１０）は、前記複数のパッチ済み信号（３３１−１）と前記オーディオ信号（１０１−１）又は前記オーディオ信号から導出された信号（１０１−４）である参照信号との比較に基づいて、前記複数の分析窓関数（１１１−１）に対応する複数の比較パラメータ（３４１−２）を決定し、さらに所定の条件を満たす１つの比較パラメータと対応する１つの分析窓関数を指示する窓関数指示（３４１−１）を提供する比較手段（３４０）を備え、
前記パラメータ計算手段（３２０）は、前記窓関数指示（３４１−１）により指示された１つの分析窓関数（１１１−２）を前記高周波信号（１０１−４）へと適用して、帯域拡張パラメータ（３２１−２）を計算し、
前記出力インターフェース（３５０）は、前記帯域拡張パラメータ（３２１−２）と前記窓関数指示（３４１−１）と前記符号化済み低周波信号（１２１）とを結合して、前記窓関数指示（３４１−１）を含む符号化済みオーディオ信号（３５１）を提供することを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の帯域拡張符号化装置（３００；５００）において、
前記比較手段（３４０；５１０；７００）は、前記パッチ済み信号（３３１−１）から導出された複数のＳＦＭパラメータ（７０３−１）と、前記オーディオ信号（１０１−１）から導出された１つの参照ＳＦＭパラメータ（７０３−２）とを計算し、さらに前記複数のＳＦＭパラメータ（７０３−１）と前記参照ＳＦＭパラメータ（７０３−２）との比較に基づいて複数の比較パラメータ（７０５）を決定することを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の帯域拡張符号化装置（８００）において、
前記信号分析手段（１１０）は、前記オーディオ信号（１０１−１）又はこのオーディオ信号から導出された信号（１０１−４）を分類し、当該分類された信号の信号特性に基づいて１つの分析窓関数に対応する窓関数指示（８１１）を決定する信号分類手段（８１０；９００）を備え、
前記帯域拡張符号化装置（８００）は、前記信号分類手段（８１０）により決定された前記窓関数指示（８１１）に基づいて窓関数制御情報（８２１）を出力する窓関数制御手段（８２０）を備え、
前記パラメータ計算手段（８３０）は、前記窓関数制御手段（８２０）により制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記窓関数制御情報（８２１）に基づく分析窓関数を前記高周波信号（１０１−４）に対して適用するよう構成されており、
前記出力インターフェース（８４０）は、前記帯域拡張パラメータ（８３１）と前記窓関数指示（８１１）と前記符号化済み低周波信号（１２１）とを結合して、前記窓関数指示（８１１）を含む符号化済みオーディオ信号（８４１）を出力することを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
【請求項６】
コア周波数帯域（１０１−３）を含む低周波信号（１０１−２）と高域側帯域（１０１−５）を含む高周波信号（１０１−４）とを有するオーディオ信号（１０１−１）を符号化する帯域拡張符号化方法（１００;３００;５００;８００;１０００）であって、
前記オーディオ信号（１０１−１）を分析し、前記オーディオ信号の信号特性に基づいて複数の分析窓関数（１１１−１）から帯域拡張復号化装置（２００；４００；１４００）において帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）を決定するステップ（１１０）であって、前記オーディオ信号（１０１−１）は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック（１０１−６）を有し、そのブロックは特定の時間長を持つものであり、前記複数の分析窓関数（１１１−１）は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含む、ステップ（１１０）と、
前記低周波信号（１０１−２）を符号化して符号化済み低周波信号（１２１）を得るステップ（１２０）と、
前記１つの分析窓関数（１１１−２）を前記高周波信号（１０１−４）に適用して、前記高周波信号（１０１−４）から帯域拡張パラメータ（３２１−２；８３１）を計算するステップ（３２０；８３０）と、
前記１つの分析窓関数（１１１−２）を指示する窓関数指示（３４１−１）と前記符号化済み低周波信号（１２１）と前記帯域拡張パラメータ（３２１−２；８３１）とを結合して、前記窓関数指示（３４１−１）を含む符号化済みオーディオ信号（３５１；８４１）を得るステップ（３５０；８４０）と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
符号化済み低周波信号（４０１−２）と高帯域パラメータ（４０１−３）と窓関数指示（４０１−４）とを有する符号化済みオーディオ信号（４０１−１）を復号化する帯域拡張復号化方法（４００）であって、
前記符号化済み低周波信号（４０１−２）を復号化して復号化済み低周波信号（４１１−１）を得るステップ（４１０）であって、前記復号化済み低周波信号（４１１−１）はコア周波数帯域（４１１−２）を含む、ステップ（４１０）と、
前記復号化済み低周波信号（４１１−１）と前記高帯域パラメータ（４０１−３）とに基づいてパッチ済み信号（４２１）を生成するステップ（４２０）であって、前記パッチ済み信号（４２１）は前記コア周波数帯域（４１１−２）から生成された高域側帯域（２２１−２）を含み、前記窓関数指示（４０１−４）に基づいて複数の分析窓関数の中から１つの分析窓関数を選択し、かつ選択された分析窓関数を前記復号化済み低周波信号（４１１−１）に適用して前記パッチ済み信号（４２１）を取得し、前記複数の分析窓関数は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含む、ステップ（４２０）と、
前記パッチ済み信号（４２１）と前記復号化済み低周波信号（４１１−１）とを結合して結合された出力信号（４３１）を得るステップ（４３０）と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
コア周波数帯域（１０１−３）を含む低周波信号（１０１−２）と高域側帯域（１０１−５）を含む高周波信号（１０１−４）とを有するオーディオ信号（１０１−１）から生成された、符号化済みオーディオ信号（１０３−１；３５１；８４１）を記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記符号化済みオーディオ信号は、
符号化済み低周波信号（１２１）と、
帯域拡張パラメータ（１３１；３２１−２；８３１）と、
帯域拡張復号化装置（２００；４００；１４００）において帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）を指示する窓関数指示（３４１−１）であって、前記１つの分析窓関数（１１１−２）は、前記オーディオ信号（１０１−１）の信号特性に基づいて、異なる窓関数特性を有する複数の分析窓関数の中から決定されたものである、窓関数指示（３４１−１）と、
を有することを特徴とする、記憶媒体。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１０】
符号化済みオーディオ信号（１０３−１）を得るために、コア周波数帯域（１０１−３）を含む低周波信号（１０１−２）と高域側帯域（１０１−５）を含む高周波信号（１０１−４）とを有するオーディオ信号（１０１−１）を符号化する帯域拡張符号化装置（８００）において、
前記オーディオ信号（１０１−１）を分析して、複数の分析窓関数（１１１−１）の中から帯域拡張復号化装置（４００）において帯域拡張を行うために使用されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）を決定する信号分析手段（１１０）であって、前記オーディオ信号（１０１−１）は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック（１０１−６）を有し、そのブロックは特定の時間長を持つものであり、前記オーディオ信号の信号特性に基づいて、前記分析窓関数に対応する１つの窓関数指示（８１１）を決定するために、前記オーディオ信号（１０１−１）又はこのオーディオ信号から導出された信号（１０１−４）を分類する信号分類手段（８１０）を備える信号分析手段（１１０）と、
前記信号分類手段（８１０）により決定された前記窓関数指示（８１１）に基づいて窓関数制御情報（８２１）を出力する窓関数制御手段（８２０）であって、この窓関数制御手段の出力において前記窓関数制御情報により指示された前記複数の分析窓関数（１１１−１）は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含み、それら分析窓関数はメインローブ幅、サイドローブレベル又はサイドローブ・フォールオフにより区別される異なる伝達関数を持つ、窓関数制御手段（８２０）と、
前記低周波信号（１０１−２）を符号化して符号化済み低周波信号（１２１）を得るコア符号化手段（１２０）と、
前記高周波信号（１０１−４）から帯域拡張パラメータ（８３１）を計算するパラメータ計算手段（８３０）であって、前記窓関数制御手段（８２０）によって制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記窓関数制御情報（８２１）に基づいて分析窓関数を前記高周波信号（１０１−４）へと適用するものである、パラメータ計算手段（８３０）と、
前記符号化済み低周波信号（１２１）と前記帯域拡張パラメータ（８３１）と前記窓関数指示（８１１）とを含む符号化済みオーディオ信号（８４１）を提供する出力インターフェース（８４０）と、
を備えることを特徴とする帯域拡張符号化装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の帯域拡張符号化装置（８００）において、
前記信号分類手段（８１０）は、
前記オーディオ信号を分析し、当該オーディオ信号の調性度を決定する調性測定器（９１０）と、
前記調性度に基づいて前記オーディオ信号の信号特性を決定する信号特性評価器（９２０）と、
前記信号特性に基づいて窓関数指示（８１１）を提供する窓関数選択器（９３０）と、
を備えることを特徴とする帯域拡張符号化装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の帯域拡張符号化装置（８００）において、
前記オーディオ信号の決定された調性度が所定のしきい値未満である場合に、第１のメインローブ幅を持つ伝達関数によって特徴付けられた第１の窓関数が前記パラメータ計算手段（８３０）の窓掛け部によって適用されるように、かつ前記オーディオ信号の決定された調性度が所定のしきい値以上である場合に、第２のメインローブ幅を持つ伝達関数によって特徴付けられた第２の窓関数が前記パラメータ計算手段（８３０）の窓掛け部によって適用されるように、前記パラメータ計算手段（８３０）のための前記窓関数制御情報（８２１）が供給され、ここで前記第１のメインローブ幅は前記第２のメインローブ幅より大きいことを特徴とする帯域拡張符号化装置。
【請求項１３】
符号化済み低周波信号（４０１−２）と高帯域パラメータ（４０１−３）と窓関数指示（４０１−４）とを有する符号化済みオーディオ信号（４０１−１）を復号化する帯域拡張復号化装置（４００）であって、
前記符号化済み低周波信号（４０１−２）を復号化して復号化済み低周波信号（４１１−１）を得るコア復号化手段（４１０）であって、前記復号化済み低周波信号（４１１−１）はコア周波数帯域（４１１−２）を含む、コア復号化手段（４１０）と、
前記復号化済み低周波信号（４１１−１）と前記高帯域パラメータ（４０１−３）とに基づいてパッチ済み信号（４２１）を生成するパッチモジュール（４２０）であって、前記パッチ済み信号（４２１）は前記コア周波数帯域（２１１−２；４１１−２）から生成された高域側帯域（２２１−２）を含み、前記パッチモジュール（４２０）は、前記窓関数指示（４０１−４）に基づいて複数の分析窓関数から１つの分析窓関数を選択し、かつ選択された分析窓関数を前記復号化済み低周波信号（４１１−１）に適用して前記パッチ済み信号（４２１）を得る制御可能な窓掛け部を含み、前記窓関数指示により指示された前記複数の分析窓関数（１１１−１）は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含み、これら分析窓関数はメインローブ幅、サイドローブレベル又はサイドローブ・フォールオフにより区別される異なる伝達関数を持つ、パッチモジュール（４２０）と、
前記パッチ済み信号（４２１）と前記復号化済み低周波信号（４１１−１）とを結合して結合された出力信号（４３１）を得る結合手段（４３０）と、
を備えることを特徴とする帯域拡張復号化装置。
【請求項１４】
コア周波数帯域（１０１−３）を含む低周波信号（１０１−２）と高域側帯域（１０１−５）を含む高周波信号（１０１−４）とを有するオーディオ信号（１０１−１）を符号化する帯域拡張符号化方法（１００;３００;５００;１０００）であって、
前記オーディオ信号（１０１−１）を分析するステップ（１１０）であって、前記オーディオ信号（１０１−１）は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック（１０１−６）を有し、そのブロックは特定の時間長を持つものであり、複数の分析窓関数（１１１−１）から帯域拡張復号化装置（４００）において帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）を決定するステップ（１１０）であって、前記オーディオ信号の信号特性に基づいて、前記分析窓関数に対応するある窓関数指示（８１１）を決定するために、信号分類手段（８１０）を使用して前記オーディオ信号（１０１−１）又はこのオーディオ信号から導出された信号（１０１−４）を分類するサブステップを含む、ステップ（１１０）と、
前記信号分類手段（８１０）により決定された前記窓関数指示（８１１）に基づいて、窓関数制御手段（８２０）を使用して窓関数制御情報（８２１）を出力するステップであって、前記窓関数制御手段の出力において前記窓関数制御情報により指示された前記複数の分析窓関数（１１１−１）は、異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含み、それら分析窓関数はメインローブ幅、サイドローブレベル又はサイドローブ・フォールオフにより区別される異なる伝達関数を持つ、ステップと、
前記低周波信号（１０１−２）を符号化して符号化済み低周波信号（１２１）を得るステップ（１２０）と、
前記高周波信号（１０１−４）から帯域拡張パラメータを計算するステップ（１３０）であって、前記窓関数制御手段（８２０）によって制御される窓掛け部によって、前記窓関数制御情報（８２１）に基づく分析窓関数を前記高周波信号（１０１−４）へと適用するサブステップを含む、ステップ（１３０）と、
出力インターフェース（８４０）によって、前記符号化済み低周波信号（１２１）と前記帯域拡張パラメータと前記窓関数指示（８１１）とを含む符号化済みオーディオ信号（８４１）を提供するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
符号化済み低周波信号（４０１−２）と高帯域パラメータ（４０１−３）と窓関数指示（４０１−４）とを有する符号化済みオーディオ信号（４０１−１）を復号化する帯域拡張復号化方法であって、
前記符号化済み低周波信号（４０１−２）を復号化するステップ（４１０）であり、復号化済み低周波信号（４１１−１）はコア周波数帯域（４１１−２）を含む、ステップ（４１０）と、
前記復号化済み低周波信号（４１１−１）と前記高帯域パラメータ（４０１−３）とに基づいてパッチ済み信号（４２１）を生成するステップ（４２０）であって、当該パッチ済み信号（４２１）は前記コア周波数帯域（４１１−２）から生成された高域側帯域（２２１−２）を含み、制御可能な窓掛け部によって、前記窓関数指示（４０１−４）に基づいて複数の分析窓関数から１つの分析窓関数を選択し、かつ選択された分析窓関数を前記復号化済み低周波信号（４１１−１）に適用して前記パッチ済み信号（４２１）を得るサブステップを含み、前記窓関数指示により指示された前記複数の分析窓関数（１１１−１）は異なる窓関数特性を有する異なる分析窓関数を含み、これら分析窓関数はメインローブ幅、サイドローブレベル又はサイドローブ・フォールオフにより区別される異なる伝達関数を持つ、ステップ（４２０）と、
前記パッチ済み信号（４２１）と前記復号化済み低周波信号（４１１−１）とを結合して結合された出力信号（４３１）を得るステップ（４３０）と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーディオ信号処理に関し、特に、帯域拡張符号化装置、オーディオ信号の符号化方法、帯域拡張復号化装置、符号化されたオーディオ信号の復号化方法、位相ボコーダ及びオーディオ信号に関する。
【０００２】
さらに、本発明の実施例は、帯域拡張から独立した純粋な時間伸長のための位相ボコーダの適用に関する。
【背景技術】
【０００３】
オーディオ信号の記憶や伝送が厳しいビットレートの制限を受けることは、良くあることである。そのような制限は通常、当該オーディオ信号を記憶又は伝送するために必要な情報レートを効率良く圧縮できる符号器／復号器（「コーデック」）を用いることで対処されている。過去においては、非常に低いビットレートしか使用できない場合、符号器はオーディオ帯域を思い切って減少させることを余儀なくされた。現代のオーディオコーデックにおいては、特許文献１〜３及び非特許文献１〜１２に示されるように、帯域拡張方法（ＢＷＥ）を使用して広帯域信号を符号化することができる。
【０００４】
上述の文献におけるアルゴリズムは高周波コンテンツ（ＨＦ）のパラメトリック表示に依存している。この表示は、復号化された信号の低周波部分（ＬＦ）から、ＨＦスペクトル領域への転位（「パッチング」）とパラメータ作動型の後処理の適用とによって生成される。
【０００５】
このような技術分野においては、スペクトル帯域複製（ＳＢＲ）やハーモニック帯域拡張（ＨＢＥ）などの帯域拡張（ＢＷＥ）方法が知られている。以下に、これら２つの帯域拡張方法について簡単に説明する。
【０００６】
１つ目の方法である、非特許文献１に開示されたスペクトル帯域複製（ＳＢＲ）は、ＨＦ情報を生成するために直交ミラーフィルタバンク（ＱＭＦ）を使用するものである。所謂「パッチング」アルゴリズムを使用して低いＱＭＦ帯域信号が高いＱＭＦ帯域へとコピーされ、その結果、ＬＦ部分の情報がＨＦ部分において複製される。次に、その生成されたＨＦ部分は、スペクトル包絡及び調性(tonality)を調整するパラメータを使用して、オリジナルのＨＦ部分に密接に合致するよう適合させられる。
【０００７】
他方、ハーモニック帯域拡張（ＨＢＥ）は、位相ボコーダに基づく代替的な帯域拡張スキームである。非ハーモニックなスペクトルシフトに依存するスペクトル帯域複製とは対照的に、ハーモニック帯域拡張はスペクトルのハーモニックな継続を可能にする。ＳＢＲパッチングアルゴリズムと置き換えるか又はＳＢＲパッチングアルゴリズムを修正するために、ハーモニック帯域拡張を利用しても良い。
【０００８】
特許文献４は、周波数ドメイン又は時間ドメインのいずれかにおいて作動する、二者択一のパッチングアルゴリズムの間で選択できる、ある帯域拡張方法を開示している。フィルタバンクによる時間−周波数変換においては、予め決められたある分析窓関数が適用される。さらに、現状の技術（state-of-the-art）に従う典型的な位相ボコーダの構成は、２乗余弦窓（raised-cosine window）やバートレット窓(Bartlett window)のような１つの所定のウィンドウ形状を使用する。
【０００９】
しかしながら、ボコーダのアプリケーションのために予め決められた１つの分析窓関数を選択するということは、様々な階級のオーディオ信号にとって全体的な知覚的オーディオ品質を達成するという点において、アプリケーションデザイナーに対して常にトレードオフを強いるものである。つまり、最初にある窓関数を選択することで平均的なオーディオ品質は最適化できても、各階級の信号におけるオーディオ品質は準最適に留まることになる。
【００１０】
さらに、ある信号に対しては、位相ボコーダに特殊な分析窓関数を使用することが有益となることも発見されている。この位相ボコーダは、オーディオ信号をそのピッチは変更せずに時間的に伸長させるために、特別に使用されても良い。
【００１１】
従って、最適な分析窓関数を帯域拡張スキームの範囲内などから選択するための概念が必要とされる。しかしながら、上述したような知覚的なオーディオ品質の低下に対する対策が、使用されるコーデックの演算の複雑性を有意に増大させるような結果をもたらすことは、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，４５５，８８８号公報“Speech bandwidth extension method and apparatus”, Vasu Iyengar et al.
【特許文献２】米国特許出願第０８／９５１，０２９号“Audio band width extending system and method” Ohmori, et al.
【特許文献３】米国特許第６，８９５，３７５号公報“System for bandwidth extension of Narrow-band speech” Malah, D & Cox, R. V.
【特許文献４】米国仮特許出願第６１／０７９，８４１号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】M Dietz, L. Liljeryd, K. Kjorling and O. Kunz, “Spectral Band Replication, a novel approach in audio coding” in 112th AES Convention, Munich, May 2002
【非特許文献２】S. Meltzer, R. Bohm and F. Henn, “SBR enhanced audio codecs for digital broadcasting such as “Digital Radio Mondiale” (DRM),” in 112th AES Convention, Munich, May 2002
【非特許文献３】T. Ziegler, A. Ehret, P. Ekstrand and M. Lutzky, “Enhancing mp3 with SBR: Features and Capabilities of the new mp3PRO Algorithm,” in 112th AES Convention, Munich, May 2002
【非特許文献４】International Standard ISO/IEC 14496-3:2001
【非特許文献５】FPDAM 1, “Bandwidth Extension,” ISO/IEC, 2002
【非特許文献６】E. Larsen, R. M. Aarts, and M. Danessis. “Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech” in AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002
【非特許文献７】R.M. Aarts, E. Larsen, and O. Ouweltjes. “A unified approach to low-and high frequency bandwidth extension” in AES 115th Convention, New York, USA, October 2003
【非特許文献８】K. Kayhko. “A Robust Wideband Enhancement for Narrowband Speech Signal” Research Report, Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio Signal Processing, 2001
【非特許文献９】E. Larsen and R.M. Aarts. “Audio Bandwidth Extension Application to psychoacoustics, Signal Processing and Loudspeaker Design. John Wiley & Sons, Ltd, 2004
【非特許文献１０】E. Larsen, R.M. Aarts, and M. Danessis. “Efficient high-frequency bandwidth extension of music and speech” in AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002
【非特許文献１１】J. Makhoul. “Spectral Analysis of Speech by Linear Prediction”. IEEE Transactions of Audio and Electroacoustics, AU-21(3), June 1973
【非特許文献１２】Frederik Nagel, Sascha Disch, “A harmonic bandwidth extension method for audio codecs,” ICASSP International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE CNF, Taipei, Taiwan, April 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、改善されたオーディオ品質を提供する符号化及び／又は復号化の概念、又は位相ボコーダの概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的は、請求項１に係る帯域拡張符号化装置、請求項２に係る帯域拡張復号化装置、請求項６に係る符号化方法、請求項７に係る復号化方法、請求項８に係る符号化済みオーディオ信号を記録した記憶媒体又は請求項９に係るコンピュータプログラムによって達成できる。
【００１６】
本発明は次のような知見を基礎とする。即ち、複数の分析窓関数の中から帯域拡張復号化装置において帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数を決定するために、特定の時間長を持つオーディオサンプルのブロックを有するオーディオ信号を分析することによって、改善された知覚的品質を達成できるという知見である。このような手法により、予め決められた分析窓関数の適用に起因するオーディオ品質の低下を防止することができ、その結果として、先行技術のＢＷＥ法に比べて比較的低い労力で知覚的オーディオ品質を改善できるようになる。
【００１７】
本発明の一実施形態に従えば、オーディオ信号を符号化する帯域拡張符号化装置は、信号分析器とコア符号器とパラメータ計算器とを備える。オーディオ信号は、コア周波数帯域を含む低周波信号と、高域側帯域(upper frequency band)を含む高周波信号とを有する。信号分析器はオーディオ信号を分析し、当該オーディオ信号は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロックを有し、当該ブロックはある特定の時間長を有している。信号分析器はさらに、複数の窓関数の中から、帯域拡張復号化装置における帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数を決定する。コア符号器は低周波信号を符号化して符号化済み低周波信号を取得する。パラメータ計算器は高周波信号から帯域拡張パラメータを計算する。
【００１８】
本発明の他の実施形態に従えば、符号化済みオーディオ信号を復号化する帯域拡張復号化装置は、コア復号器とパッチモジュールと結合器とを備える。符号化済みオーディオ信号は符号化された低周波信号と高帯域パラメータ(upper band parameters)とを含む。コア復号器は符号化された低周波信号を復号化し、復号化済み低周波信号はコア周波数帯域を含む。パッチモジュールは復号化済み低周波信号と高帯域パラメータとに基づいてパッチ済み信号を生成するが、そのパッチ済み信号は、コア周波数帯域から生成された高周波数帯域を含む。結合器はパッチ済み信号と復号化済み低周波信号とを結合し、結合された出力信号を取得する。
【００１９】
本発明の他の実施形態に従えば、オーディオ信号を処理する位相ボコーダ処理装置は、分析窓掛け器(analysis windower)と、時間／スペクトル変換器と、周波数ドメイン処理器と、周波数／時間変換器と、合成窓掛け器(synthesis windower)と、比較器と、オーバーラップ加算器(overlap adder)とを備える。分析窓掛け器は、オーディオ信号又はオーディオ信号から導出された信号に対し、複数の分析窓関数を適用して複数の窓掛けされたオーディオ信号を取得するものであり、ここでオーディオ信号は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロックを有し、当該ブロックは特定の時間長を有している。時間／スペクトル変換器は、窓掛けされたオーディオ信号を複数のスペクトルへと変換する。周波数ドメイン処理器は、複数のスペクトルを周波数ドメインで処理し、複数の修正済みスペクトルを取得する。周波数／時間変換器は、複数の修正済みスペクトルを修正済み時間ドメイン信号へと変換する。合成窓掛け器は、修正済み時間ドメイン信号に対して、前記複数の分析窓関数と合致（match）している複数の合成窓関数を適用し、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号を取得する。比較器は、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号と前記オーディオ信号又はオーディオ信号から導出された信号との比較に基づいて、前記複数の分析窓関数に対応する複数の比較パラメータを決定する。比較器はさらに、所定の条件を満たすような１つの比較パラメータに対応する１つの分析窓関数と１つの合成窓関数とを選択する。オーバーラップ加算器は、窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号のオーバーラップしているブロックを加算して、時間的に伸長された信号を取得する。ここで、前記窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号とは、前記比較器によって選択された分析窓関数と合成窓関数とを用いて、前記前記分析窓掛け器と前記合成窓掛け器とによる修正が加えられた信号である。
【００２０】
本発明の実施形態は次の概念を基礎とする。即ち、コア周波数帯域を含むオーディオ信号へと適用された複数の分析窓関数から複数のパッチ済み信号を生成しても良いという概念である。当該複数のパッチ済み信号は、オリジナルのオーディオ信号又はそのオーディオ信号から導出された信号である参照信号と比較されても良く、その結果、複数の比較パラメータが生成され、それらはオーディオ品質の値に関連付けられても良い。さらに、複数の分析窓関数の中から、所定の条件を満たすような１つの比較パラメータに対応した１つの分析窓関数が選択されても良い。この選択された分析窓関数を使用することで、オーディオ品質の低下を最小限に抑えることができ、その結果として、ＢＷＥシナリオの中で最適な知覚的オーディオ品質を達成できるようになる。
【００２１】
本発明の他の実施形態は、信号分類器を含む信号分析器に関するものであり、ここで信号分類器はオーディオ信号又はそのオーディオ信号から導出された信号を分析／分類するものである。この場合、帯域拡張復号化装置において帯域拡張を実行するために使用されるべき分析窓関数は、分析／分類された信号の信号特性に基づいて選択される。
【００２２】
そのため、本発明の実施例は復号化装置における帯域拡張のための最適な分析窓関数を選択する方法を提供する。制御パラメータはどの分析窓関数が最適であるかを決定する目的で評価されても良い。この目的を達成するため、合成による分析(analysis-by-synthesis)のスキームを使用しても良い。即ち、１組の窓関数を適用し、その中からある目的に従って最適な窓関数を選択しても良い。本発明の好適なモードにおいては、その目的とは、復元における最良の知覚的オーディオ品質を確保することである。他のモードでは、ある目的機能が最適化される。例えば、その目的は、オリジナルＨＦ（高周波帯域）のスペクトル平坦度をできるだけ保持することでも良い。
【００２３】
一つの方法では、窓関数の選択は、オリジナル信号、合成された信号又はそれらの両方を考慮することにより、符号化装置だけで実行されても良い。決定された窓関数（ウィンドウ指示）はその後に復号化装置へと伝送される。他の方法では、窓関数の選択は、復号化された信号のコア帯域だけを考慮しながら符号化装置と復号化装置との両側で同期的に実行されても良い。後者の方法では、追加的なサイド情報を生成する必要がなく、その点はコーデックのビットレート効率の観点から見て望ましい。
【００２４】
本発明は、ボコーダの出力信号の知覚的品質を最適化できるという利点がある。本発明の実施形態は、ボコーディング処理にとって適切な分析及び合成窓関数の信号適応型の選択を提供し、それによって分析及び／又は合成窓関数の様々な時間応答又は周波数応答を達成できる。
【００２５】
本発明の他の利点として、ＢＷＥスキームにおけるような上述した品質低下の抑制と演算上の複雑さとの間のより良好な妥協点を得ることができるという点が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【図１】帯域拡張符号化装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】帯域拡張復号化装置の一実施例を示すブロック図である。
【図３】帯域拡張符号化装置の他の実施例を示すブロック図である。
【図４】帯域拡張復号化装置の他の実施例を示すブロック図である。
【図５】帯域拡張符号化装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。
【図６】帯域拡張復号化装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。
【図７】比較器のある構成を示すブロック図である。
【図８】帯域拡張符号化装置の別の実施例を示すブロック図である。
【図９】信号分類器のある構成を示すブロック図である。
【図１０】帯域拡張符号化装置のさらに別の実施例を示すブロック図である。
【図１１】帯域拡張復号化装置の別の実施例を示すブロック図である。
【図１２】位相ボコーダ処理装置のある実施例を示すブロック図である。
【図１３】異なる分析及び合成窓関数の間で制御情報により切替を実行する装置のある実施例を示すブロック図である。
【図１４Ａ】位相ボコーダ作動型の帯域拡張復号化装置のある実施例の前半の構成図である。
【図１４Ｂ】位相ボコーダ作動型の帯域拡張復号化装置のある実施例の後半の構成図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａのブロック（１）〜（６）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、オーディオ信号１０１−１を符号化する、本発明の一実施例に従う帯域拡張符号化装置１００のブロック図である。オーディオ信号１０１−１は、コア周波数帯域１０１−３を含む低周波信号１０１−２と、高域側帯域１０１−５を含む高周波信号１０１−４とを有する。帯域拡張符号化装置１００は、信号分析器１１０とコア符号器１２０とパラメータ計算器１３０とを備える。信号分析器１１０はオーディオ信号１０１−１を分析するものであり、このオーディオ信号１０１−１は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック１０１−６を有し、そのブロック１０１−６はある特定の時間長を持っている。信号分析器１１０はさらに、複数の分析窓関数１１１−１の中から、帯域拡張復号化装置２００などにおいて帯域拡張を実行するために使用されるべき１つの分析窓関数１１１−２を決定する。コア符号器１２０は低周波信号１０１−２を符号化して符号化済み低周波信号１２１を取得する。最後に、パラメータ計算器１３０は高周波信号１０１−４から帯域拡張パラメータ１３１を計算する。帯域拡張パラメータ１３１と、帯域拡張復号化装置２００において使用されるべき分析窓関数１１１−２と、符号化済み低周波信号１２１とは、帯域拡張符号化装置１００により出力される符号化済みオーディオ信号１０３−１を構成する。
【００２８】
図２は、符号化済みオーディオ信号２０１−１を復号化する、本発明の他の実施例に従う帯域拡張復号化装置２００のブロック図である。符号化済みオーディオ信号２０１−１は、符号化済み低周波信号２０１−２と高帯域パラメータ２０１−３とを含む。ここで、符号化済みオーディオ信号２０１−１は、図１の帯域拡張符号化装置１００により出力された符号化済みオーディオ信号１０３−１と対応していても良い。帯域拡張復号化装置２００は、コア復号器２１０とパッチモジュール２２０と結合器２３０とを備える。コア復号器２１０は、符号化済み低周波信号２０１−２を復号化して復号化済み低周波信号２１１−１を取得するものであり、復号化済み低周波信号２１１−１はコア周波数帯域２１１−２を含む。パッチモジュール２２０は、復号化済み低周波信号２１１−１と高帯域パラメータ２０１−３とに基づいてパッチ済み信号２２１−１を生成するものであり、そのパッチ済み信号２２１−１はコア周波数帯域２１１−２から生成された高域側帯域２２１−２を含む。最後に、結合器２３０は、パッチ済み信号２２１−１と復号化済み低周波信号２１１−１とを結合し、結合された出力信号２３１−１を取得する。特に、パッチ済み信号２２１−１は、帯域拡張アルゴリズムの目標周波数範囲内の信号であっても良く、他方、帯域拡張復号化装置２００により出力される結合された出力信号２３１−１は、拡張された帯域幅２３１−２を持つ操作済信号であっても良い。
【００２９】
図３は、本発明の他の実施例である帯域拡張符号化装置３００を示すブロック図である。帯域拡張符号化装置３００は、低域通過（ＬＰ）フィルタと高域通過（ＨＰ）フィルタとを備えていても良い。それら各フィルタは、オーディオ信号１０１−１の低域通過フィルタ処理済バージョンである低周波信号１０１−２と、オーディオ信号１０１−１の高域通過フィルタ処理済バージョンである高周波信号１０１−４とを生成しても良い。図３に示すように、帯域拡張符号化装置３００は、パラメータ計算器３２０及びパッチモジュール３３０で使用されるべき窓関数制御情報３１１を提供する窓関数制御器３１０をさらに備えても良い。窓関数制御器３１０により提供される窓関数制御情報３１１は、オーディオ信号１０１−１から導出されたオーディオサンプルのブロック１０１−６に対して適用されるべき複数の分析窓関数１１１−１を指示しても良い。特に、パラメータ計算器３２０は窓関数制御器３１０により制御される窓掛け部(windower)を備えても良く、この窓掛け部は、複数の分析窓関数１１１−１と比較器３４０により選択されるべき１つの分析窓関数１１１−２とを高周波信号１０１−４に対して適用するものである。パラメータ計算器３２０において、窓関数制御情報３１１により指示された複数の分析窓関数１１１−１に対応する複数の帯域拡張パラメータ３２１−１と、比較器３４０の出力において窓関数指示（window indication）３４１−１が提供する選択された分析窓関数１１１−２に対応する帯域拡張パラメータ３２１−２とが、それぞれ取得される。
【００３０】
図３に示す実施例では、信号分析器１１０はパッチモジュール３３０を含み、このモジュール３３０は、低周波信号１０１−２と窓関数制御情報３１１と帯域拡張パラメータ３２１−１とに基づいて複数のパッチ済み信号３３１−１を生成する。ここで、パッチ済み信号３３１−１はコア周波数帯域１０１−３から生成された高域側帯域３３１−２を含む。特に、パッチモジュール３３０は、窓関数制御器３１０により制御される窓掛け部(windower)を含み、このパッチモジュール３３０の窓掛け部は、複数の分析窓関数１１１−１を低周波信号１０１−２へと適用するものである。
【００３１】
さらに、帯域拡張符号化装置３００の信号分析器１１０は比較器３４０を備えており、この比較器３４０は、複数のパッチ済み信号３３１−１と、オーディオ信号１０１−１又は破線で示す高周波信号１０１−４のようなオーディオ信号から導出された信号である参照信号との比較に基づいて、複数の比較パラメータ３４１−２を決定する。ここで、複数の比較パラメータ３４１−２は複数の分析窓関数１１１−１に対応している。比較器３４０は、ある比較パラメータがある所定の条件を満たすような、１つの分析窓関数１１１−２に対応する1つの窓関数指示３４１−１をさらに提供する。最後に、帯域拡張符号化装置３００は前記窓関数指示３４１−１を含む符号化済みオーディオ信号３５１を提供する出力インターフェース３５０を備えている。
【００３２】
上述した比較の実施に関して、図７は比較器７００の実施例のブロック図を示す。比較器７００は、スペクトル平坦度(spectral flatness measure: 以下ではＳＦＭと呼ぶ)パラメータ計算器７１０と、ＳＦＭパラメータ比較器７２０と、窓関数指示抽出器７３０とを備える。ＳＦＭパラメータ計算器７１０は、複数の入力信号７０１−１から複数のＳＦＭパラメータ７０３−１と、参照入力信号７０１−２から参照ＳＦＭパラメータ７０３−２とを計算しても良い。特に、各ＳＦＭパラメータは、パワースペクトルの幾何学的平均を、対応する入力信号から導出されたパワースペクトルの算術的平均により割り算することで計算しても良い。ここで、比較的高いＳＦＭパラメータの場合には、全スペクトル帯域においてスペクトルが同様のパワー量を持つことを意味し、比較的低いＳＦＭパラメータの場合には、スペクトルパワーが比較的少数の帯域に集中していることを意味する。加えて、ＳＦＭパラメータは、入力信号の全帯域に亘って測定するのではなく、所定の部分帯域（サブ帯域）内だけで測定することもできる。ＳＦＭパラメータ比較器７２０は、ＳＦＭパラメータ７０３−１と参照ＳＦＭパラメータ７０３−２とを比較して複数の比較パラメータ７０５を取得しても良く、これら比較パラメータ７０５は、例えば比較されたＳＦＭパラメータ間の偏差に基づいていても良い。窓関数指示抽出器７３０は、複数の比較パラメータ７０５の中から、所定の条件が満たされるような１つの比較パラメータを選択しても良い。その所定の条件とは、例えば選択された比較パラメータが複数の比較パラメータのうちの最小値となるように選択されても良い。その場合、選択された比較パラメータは複数の入力信号７０１−１のうちの１つの入力信号に対応することになり、スペクトル平坦度において参照入力信号７０１−２との偏差が最小となる特徴を持つ。
【００３３】
具体的には、入力信号７０１−１はパッチ済み信号３３１−１に対応していても良く、そのパッチ済み信号３３１−１は、複数の分析窓関数１１１−１を、オーディオ信号１０１−１又は低周波信号１０１−２などのようなオーディオ信号１０１−１から導出された信号へと適用した後に取得されたものである。他方、参照入力信号７０１−２は、オリジナルオーディオ信号１０１−１に対応していても良い。さらに、比較器７００の複数の比較パラメータ７０５は、帯域拡張符号化装置３００の複数の比較パラメータ３４１−２に対応していても良い。分析窓関数１１１−２は、選択された比較パラメータに対応し、パッチ済み信号３３１−１とオリジナルオーディオ信号１０１−１とのＳＦＭパラメータにおける偏差が例えば最小となるように選択されても良い。また、選択された分析窓関数１１１−２は窓関数指示３４１−１に対応する窓関数指示７０７により示されても良く、その指示は比較器７００の出力又は比較器３４０の出力においてそれぞれ提供されるものである。その結果、選択された分析窓関数１１１−２が帯域拡張復号化装置内などで帯域拡張を実行するために使用された場合、例えばスペクトル平坦度により測定される知覚的オーディオ品質は、最小限の変更又は低下に留めることができる。
【００３４】
さらに、窓関数制御器３１０の出力において窓関数制御情報３１１により指示された複数の分析窓関数１１１−１は、異なる窓関数特性を持ちかつブロック１０１−６と時間的に同じウィンドウ長を持つ異なる分析窓関数を含んでも良い。特に、これらの異なる分析窓関数は、スペクトル分析から得られる異なる周波数応答関数（「伝達関数」）により特徴付けられても良い。さらにそれら伝達関数は、メインローブ幅、サイドローブレベル又はサイドローブ・フォールオフなどの特徴により区別することができる。また、これらの異なる分析窓関数は、スペクトル分解能又はダイナミック・レンジのような性能特性の観点から複数のグループへと分けられても良い。例えば、高度及び中程度の分解能を持つ窓関数は、矩形窓、三角窓、余弦窓、２乗余弦窓、ハミング(Humming)窓、ハン(Hann)窓、バートレット(Bartlett)窓、ブラックマン(Blackman)窓、ガウス(Gaussian)窓、カイザー(Kaiser)窓又はバートレット・ハン(Bartlett-Hann)窓などに代表される窓関数である。他方、低い分解能又は高いダイナミック・レンジを持つ窓関数は、フラット・トップ(flat-top)窓、ブラックマン・ハリス(Blackman-Harris)窓又はチューキー(Tukey)窓に代表される窓関数である。代替的な実施例では、異なる個数のサンプルを持つ窓関数（即ち異なるウィンドウ長を持つ窓）を使用することもできる。
【００３５】
具体的には、分析窓関数の異なるグループに属しても良い異なる分析窓関数１１１−１を、パッチモジュール３３０を使用してオーディオサンプルのブロック１０１−６に適用することは、例えば異なるＳＦＭパラメータのような異なる特性を持つ複数のパッチ済み信号３３１−１をもたらす結果となるであろう。
【００３６】
図４は、本発明の他の実施例である帯域拡張復号化装置４００を示すブロック図である。この復号化装置４００は例えば図３の帯域拡張符号化装置３００により提供された窓関数指示３４１−１を明示的に利用できる。具体的には、帯域拡張復号化装置４００は、符号化済み低周波信号４０１−２と高帯域パラメータ４０１−３と窓関数指示４０１−４とを含む符号化済みオーディオ信号４０１−１に作用するよう構成されている。ここで、符号化済み低周波信号４０１−２と高帯域パラメータ４０１−３と窓関数指示４０１−４とは、帯域拡張符号化装置３００の出力インターフェース３５０から出力された符号化済み低周波信号１２１と帯域拡張パラメータ３２１−２と窓関数指示３４１−１とにそれぞれ対応していても良い。図４に示す実施例の帯域拡張復号化装置４００は、図２の帯域拡張復号化装置２００のコア復号器２１０に対応するコア復号器４１０を備え、コア復号器４１０は符号化済み低周波信号４０１−２を復号化し、その復号化済み低周波信号４１１−１はコア周波数帯域４１１−２を含む。さらに、帯域拡張復号化装置４００は、帯域拡張復号化装置２００のパッチモジュール２２０に対応するパッチモジュール４２０を備え、当該パッチモジュール４２０は、窓関数指示４０１−４に基づいて複数の分析窓関数から１つの分析窓関数を選択し、かつその選択された分析窓関数を復号化済み低周波信号４１１−１へと適用するための制御可能な窓掛け部を含む。このようにして、パッチモジュール４２０の出力側ではパッチ済み信号４２１が取得される。パッチ済み信号４２１は、次に結合器４３０により低周波信号４１１−１と結合され、その結果、帯域拡張復号化装置４００の出力側において結合された出力信号４３１が出力される。ここで、パッチ済み信号４２１と復号化済み低周波信号４１１−１と結合器４３０と結合された出力信号４３１とは、パッチ済み信号２２１−１と復号化済み低周波信号２１１−１と結合器２３０と結合された出力信号２３１−１とにそれぞれ対応しても良い。前述したように、結合された出力信号４３１は拡張された帯域幅を持つ操作済信号であっても良い。
【００３７】
図３と図４の実施例に関して言えば、符号化装置側（図３）で信号分析を用いて取得された最適な分析窓関数に対応している窓関数指示３４１−１，４０１−４は、符号化済みオーディオ信号３５１，４０１−１の中で伝送でき、次にパッチモジュール４２０により使用可能であり、その結果、復号化装置側（図４）においてさらなる信号分析を必要とせずに帯域拡張を実行できるという利点がある。
【００３８】
図５は、本発明の他の実施例である帯域拡張符号化装置５００を示すブロック図である。この帯域拡張符号化装置５００は、図３の帯域拡張符号化装置３００と実質的に同じブロックを備えている。そのため、同様の構成及び／又は機能を有するブロックには同一の参照番号を付している。しかし、図３の実施例とは対照的に、帯域拡張符号化装置５００は、複数のパッチ済み信号３３３−１とオーディオ信号１０１−１から導出された１つの参照低周波信号とを比較する、比較器５１０を備える。帯域拡張符号化装置５００は任意ではあるがコア復号器５２０をさらに備えても良く、そのコア復号器５２０は、コア符号器１２０の出力からの符号化済み低周波信号１２１を復号化することで復号化済み低周波信号５２１を出力する。前記参照低周波信号としては、例えばオーディオ信号１０１−１の低域通過フィルタ処理済バージョンである低周波信号１０１−２か、又はコア復号器５２０から出力された復号化済み低周波信号５２１が使用されても良い。さらに、比較器５１０は、前記パッチ済み信号３３１−１と前記参照低周波信号１０１−２又は５２１との比較に基づいて（最適な）分析窓関数を選択し、選択された分析窓関数に対応する窓関数指示５１１を提供する。図３の実施例における窓関数指示３４１−１と同様に、窓関数指示５１１をパラメータ計算器３２０へと供給することができ、その結果、この窓関数指示５１１に対応するＢＷＥパラメータ３２１−２だけが取得される。ＢＷＥパラメータ３２１−２と符号化済み低周波信号１２１とは、出力インターフェース５３０へと入力されても良い。しかし、窓関数指示５１１は出力インターフェース５３０へと入力されなくても良い。最後に、出力インターフェース５３０は、窓関数指示５１１を含まない符号化済みオーディオ信号５３１を出力する。
【００３９】
図６は、本発明のさらに他の実施例である帯域拡張復号化装置６００を示すブロック図である。具体的には、帯域拡張復号化装置６００は、符号化済み低周波信号６０１−２と高帯域パラメータ６０１−３とを含む符号化済みオーディオ信号６０１−１に作用する。ここで、符号化済みオーディオ信号６０１−１と符号化済み低周波信号６０１−２と高帯域パラメータ６０１−３とは、図２の符号化済みオーディオ信号２０１−１と符号化済み低周波信号２０１−２と高帯域パラメータ２０１−３とにそれぞれ対応しても良い。特に、図６に示す実施例では、帯域拡張復号化装置６００に入力される符号化済みオーディオ信号６０１−１は、窓関数指示を含んでいない。そのため、この場合（図６）においては、帯域拡張スキーム内などで適用されるべき適切な窓関数を選択するという目的を持つ信号分析が、復号化装置側において必要とされる。
【００４０】
図６に示すように、帯域拡張復号化装置６００のパッチモジュール２２０は、分析窓掛け器６１０と時間／スペクトル変換器６２０と周波数ドメイン処理器６３０と周波数／時間変換器６４０と合成窓掛け器６５０と比較器６６０と帯域拡張モジュール６７０とを備える。加えて、帯域拡張復号化装置６００は、符号化済み低周波信号６０１−２を復号するためのコア復号器６８０を備えており、そこで復号化された低周波信号６８１−１はコア周波数帯域６８１−２を含む。ここで、コア復号器６８０及び復号化済み低周波信号６８１−１は、それぞれ図２のコア復号器２１０及び復号化済み低周波信号２１１−１に対応しても良い。
【００４１】
分析窓掛け器６１０は、帯域拡張符号化装置３００，５００の実施例における分析窓関数１１１−１のような複数の分析窓関数を、復号化済み低周波信号６８１−１に適用して複数の窓掛けされた低周波信号６１１を取得する。時間／スペクトル変換器６２０は、窓掛けされた低周波信号６１１を複数のスペクトル６２１へと変換する。周波数ドメイン処理器６３０は複数のスペクトル６２１を周波数ドメインで処理し、複数の修正済みスペクトル６３１を取得する。周波数／時間変換器６４０はその複数の修正済みスペクトル６３１を修正済み時間ドメイン信号６４１へと変換する。合成窓掛け器６５０は、分析窓関数に合致している複数の合成窓関数を修正済み時間ドメイン信号６４１へと適用し、窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号６５１を取得する。特に、合成窓関数は、当該合成窓関数を適用することで対応する分析窓関数の影響が補償されるように、分析窓関数と合致させることができる。比較器６６０は、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号６５１と復号化済み低周波信号６８１−１との比較に基づいて、複数の比較パラメータを決定する。ここで、当該複数の比較パラメータは、分析窓掛け器６１０により復号化済み低周波信号６８１−１に対して適用された複数の分析窓関数１１１−１に対応している。さらに比較器６６０は、所定の条件を満たす１つの比較パラメータに対応した１つの分析窓関数と１つの合成窓関数とを選択する。ここで、比較器６６０は特に図７に関して上段で説明したように構成されても良い。選択された分析窓関数及び合成窓関数は、比較器６６０の出力において提供される窓関数指示６６１を構成しても良い。しかし、復号化装置側における帯域拡張を実行するために使用された窓関数指示４０１−４が符号化済みオーディオ信号４０１−１内に含まれていた図４の帯域拡張復号化装置４００とは対照的に、図６の帯域拡張復号化装置６００における窓関数指示６６１は符号化済みオーディオ信号６０１−１内に使用可能な状態で存在せず、その結果、窓関数指示６６１は、まず符号化済みオーディオ信号６０１−１から導出された復号化済み低周波信号６８１−１を分析することにより決定されなければならない。さらに、帯域拡張復号化装置６００のパッチモジュール２２０は帯域拡張モジュール６７０を備えており、このモジュール６７０が帯域拡張アルゴリズムを実行することで、復号化済み低周波信号６８１−１と比較器６６０により選択された分析窓関数及び合成窓関数と高帯域パラメータ６０１−３とに基づいて、パッチ済み信号６７１を生成する。最後に、パッチ済み信号６７１と復号化済み低周波信号６８１−１とを結合器６９０により結合し、拡張された帯域を有する結合された出力信号６９１を取得する。ここで、パッチ済み信号６７１と復号化済み低周波信号６８１−１と結合器６９０と結合された出力信号６９１とは、それぞれ、図２の帯域拡張復号化装置２００におけるパッチ済み信号２２１−１と復号化済み低周波信号２１１−１と結合器２３０と結合された出力信号２３１−１とに対応しても良い。
【００４２】
これまで説明した帯域拡張符号化装置／復号化装置の実施例において、使用される比較器はいずれも図７において説明した比較器７００に対応していても良い。具体的には、比較器７００は、複数の入力信号７０１−１として、図３及び図５における帯域拡張符号化装置３００及び５００の複数のパッチ済み信号３３１−１、又は図６の帯域拡張復号化装置６００における複数の窓掛けされた修正済時間ドメイン信号６５１を受け取り、参照入力信号７０１−２として、図３において「参照信号」と記載されたオーディオ信号１０１−１若しくは図３に破線で示された高周波信号１０１−４、図５において「参照低周波信号」と記載された低周波信号１０１−２若しくは図５に破線で示された復号化済み低周波信号５２１、又は図６の帯域拡張復号化装置６００における復号化済み低周波信号６８１−１を受け取る。さらに比較器７００は窓関数指示７０７を出力し、この窓関数指示７０７は、図３における帯域拡張符号化装置３００の窓関数指示３４１−１、図５における帯域拡張符号化装置５００の窓関数指示５１１、又は図６における帯域拡張復号化装置６００の窓関数指示６６１に対応していても良い。上述したように、この比較は例えば入力信号のＳＦＭパラメータの計算に基づいても良い。代替的に、入力信号７０１−１と参照入力信号７０１−２との間のサンプル毎に計算された差分に基づいて、入力信号７０１−１を参照入力信号７０１−２と比較しても良い。
【００４３】
これまでの実施例では、窓関数の選択は信号分析により実行されている。即ち、複数の異なる分析窓関数がオーディオ信号又はオーディオ信号から導出された信号に対して適用され、複数の異なるパッチ済み（合成された）信号が生成される。その複数の合成された信号から、当該合成された信号とオリジナルオーディオ信号又はそのオーディオ信号から導出された信号との比較に基づくある所定の基準に従って、ある最適な窓関数が選択される。当該選択された窓関数は、次にオーディオ信号又はそのオーディオ信号から導出された信号に対して帯域拡張スキームなどの中で適用され、その結果、特定のパッチ済み（合成された）信号が生成される。このような手順は特に閉ループに対応しており、「合成による分析」と呼ぶことができる。代替的に、窓関数の選択は、オーディオ信号又はそのオーディオ信号から導出された信号である入力信号を直接的に分析することでも実行でき、この場合、当該オリジナルオーディオ入力信号は、調性度(measure of the tonality)のようなある所定の信号特性に関して分析／分類されている。この代替的な分析スキームは開ループに対応しており、以下の実施例で説明する。
【００４４】
図８は、本発明のさらに他の実施例である帯域拡張符号化装置８００を示すブロック図である。ここで、帯域拡張符号化装置８００の基本的な構成は図３の帯域拡張符号化装置３００の構成と対応する。よって、図３と図８において同じブロックは同じ参照番号で示す。
【００４５】
帯域拡張符号化装置８００の信号分析器１１０は信号分類器８１０を備えている。その信号分類器８１０は、オーディオ信号１０１−１又は高周波信号１０１−４（破線）のようなそのオーディオ信号から導出された信号を分類し、その分類された信号の信号特性に基づいて１つの分析窓関数に対応する窓関数指示８１１を決定する。例えば信号分類器８１０は、オーディオ信号１０１−１又は高周波信号１０１−４から調性度を計算することで、窓関数指示８１１を決定しても良い。ここで、調性度はスペクトルエネルギーが各帯域においてどのように分配されているかを示したものでも良い。スペクトルエネルギーがある帯域において比較的均一に分配されている場合には、その帯域にかなり調性の低い信号又は非調性信号(non-tonal signal)（「雑音性信号」）が存在し、窓関数指示８１１は、その調性の低い信号に適用されるべき第１の特性を有する第１の窓関数に関連付けられても良い。他方、その帯域内のある位置にスペクトルエネルギーが比較的集中している場合には、その帯域にかなり調性の高い信号又は調性信号(tonal signal)が存在し、窓関数指示８１１は、その調性の高い信号に適用されるべき第２の特性を有する第２の窓関数に関連付けられても良い。符号化装置８００は、信号分類器８１０により決定された窓関数指示８１１に基づいて窓関数制御情報８２１を提供する、窓関数制御器８２０をさらに備えている。符号化装置８００のパラメータ計算器８３０は、窓関数制御器８２０により制御される窓掛け部を備え、パラメータ計算器８３０の当該窓掛け部は、窓関数制御情報８２１に基づいたある分析窓関数を高周波信号１０１−４に対して適用し、ＢＷＥパラメータ８３１を取得する。窓関数制御器８２０は、例えば窓関数制御情報８２１をパラメータ計算器８３０へと提供することができ、その結果、パラメータ計算器８３０の窓掛け部は、決定された調性度が所定のしきい値未満である場合には、第１のメインローブ幅を持つある伝達関数により特徴付けられた第１の窓関数を適用し、決定された調性度が所定のしきい値以上である場合には、第２のメインローブ幅を持つある伝達関数により特徴付けられた第２の窓関数を適用する。ここで、前記伝達関数の第１のメインローブ幅は前記伝達関数の第２のメインローブ幅よりも大きい。特に、帯域拡張スキームにおいては、調性の低い信号の場合には伝達関数のメインローブが比較的大きい窓関数を使用し、調性の高い信号の場合には伝達関数のメインローブが比較的小さな窓関数を使用することが有利であろう。
【００４６】
帯域拡張符号化装置８００のコア符号器１２０は、低周波信号１０１−２を符号化して符号化済み低周波信号１２１を取得する。図３の実施例と同様に、符号化済み低周波信号１２１と窓関数指示８１１とＢＷＥパラメータ８３１とが出力インターフェース８４０へと入力され、窓関数指示８１１を含む符号化済みオーディオ信号８４１を出力しても良い。
【００４７】
図９は信号分類器９００の構成を示すブロック図であり、この信号分類器９００は図８，図１０，図１１の実施例においてオーディオ信号１０１−１を直接的に分析するために使用されても良い。信号分類器９００は、調性測定器９１０と信号特性評価器（signal characterizer）９２０と窓関数選択器９３０とを備えても良い。調性測定器９１０はオーディオ信号１０１−１を分析し、当該オーディオ信号１０１−１の調性度９１１を決定することができる。信号特性評価器９２０は、調性測定器９１０により提供された調性度９１１に基づいてオーディオ信号１０１−１の信号特性９２１を決定することができる。特に信号特性評価器９２０は、オーディオ信号１０１−１が雑音性信号に該当するか、又はむしろ調性信号に該当するかを決定しても良い。最後に、窓関数選択器９３０は、信号特性９２１に基づいて窓関数指示８１１を提供するよう構成されている。
【００４８】
図１０は、本発明のさらに他の実施例である帯域拡張符号化装置１０００を示すブロック図であり、この帯域拡張符号化装置１０００は、図５の帯域拡張符号化装置５００に対応していても良い。図５に示す実施例と同じブロックは、図１０においても同じ参照番号で示す。帯域拡張符号化装置１０００の信号分析器１１０は、オーディオ信号１０１−１から導出された低周波信号１０１−２を分類して窓関数指示１０１１を決定する信号分類器１０１０を備えており、窓関数指示１０１１は信号分類器１０１０により提供される分類済信号のある信号特性に基づいた１つの分析窓関数に対応している。さらに、符号化装置１０００は、信号分類器１０１０により決定された窓関数指示１０１１に基づいて窓関数制御情報１０２１を提供する窓関数制御器１０２０を備えている。帯域拡張符号化装置１０００のパラメータ計算器１０３０は、窓関数制御器１０２０により制御される窓掛け部を備えており、このパラメータ計算器１０３０の窓掛け部は窓関数制御情報１０２１に基づいてある分析窓関数を高周波信号１０１−４に対して適用し、ＢＷＥパラメータ１０３１を得るものである。帯域拡張符号化装置１０００は、低周波信号１０１−２を符号化して符号化済み低周波信号１２１を得るコア符号器１２０を備えても良い。さらに、帯域拡張符号化装置１０００は、任意ではあるが破線ブロックで示されたコア復号器１０５０も備えても良く、そのコア復号器１０５０は、符号化済み低周波信号１２１を復号化して復号化済み低周波信号１０５１（破線矢印）を得るものである。同様に、信号分類器１０１０は、任意ではあるが窓関数指示１０１１を決定するために復号化済み低周波信号１０５１を分析／分類しても良い。符号化済み低周波信号１２１及びＢＷＥパラメータ１０３１は、さらに出力インターフェース１０４０に入力されても良く、このインターフェースは窓関数指示１０１１を含まない符号化済みオーディオ信号１０４１を出力する。この符号化済みオーディオ信号１０４１は図５に示す符号化済みオーディオ信号５３１に対応していても良い。
【００４９】
この場合、窓関数指示は符号化装置側（図１０）の符号化済みオーディオ信号の中に含まれていないので、その窓関数指示を復号化装置側（図１１）でも決定する必要がある。この点に関しては以下に説明する。
【００５０】
図１１は、本発明のさらに他の実施例である帯域拡張復号化装置１１００を示すブロック図であり、この帯域拡張復号化装置１１００は図６に示す帯域拡張復号化装置６００と対応しても良い。図６に示す実施例と同じブロックは、図１１においても同じ参照番号で示す。具体的には、帯域拡張復号化装置１１００は、符号化済み低周波信号６０１−２を復号化して復号化済み低周波信号６８１−１を得るコア復号器６８０を備えている。帯域拡張復号化装置１１００のパッチモジュール２２０は信号分類器１１１０を備えており、この信号分類器１１１０は復号化済み低周波信号６８１−１を分析／分類し、分析された信号の信号特性に基づいてある１つの分析窓関数に対応した窓関数指示１１１１を決定する。さらに復号化装置１１００は、信号分類器１１１０により決定された窓関数指示１１１１に基づいて窓関数制御情報１１２１を提供する窓関数制御器１１２０を備えている。加えて、復号化装置１１００はＢＷＥモジュール１１３０を備えており、そのモジュール１１３０は、復号化済み低周波信号６８１−１と窓関数制御情報１１２１に依存した分析窓関数と高帯域パラメータ６０１−３とに基づいて、パッチ済み信号６７１を生成するような構成であっても良い。パッチ済み信号６７１及び復号化済み低周波信号６８１−１は、次に結合器６９０により結合され、結合された出力信号６９１を得る。
【００５１】
上述した実施例の「合成による分析」のスキームは、位相ボコーダの構成において使用されても良い。図１２は位相ボコーダ処理装置１２００のある実施例を示すブロック図である。オーディオ信号１２０１を処理する位相ボコーダ処理装置１２００は、分析窓掛け器１２１０と、時間／スペクトル変換器１２２０と、周波数ドメイン処理器１２３０と、周波数／時間変換器１２４０と、合成窓掛け器１２５０と、比較器１２６０と、オーバーラップ加算器１２７０とを備えても良い。詳細には、分析窓掛け器１２１０は、オーディオ信号１２０１又は破線矢印で示す復号化済み低周波信号１２０２のようなオーディオ信号から導出された信号に対して複数の分析窓関数１１１−１を適用し、その結果、複数の窓掛けされたオーディオ信号１２１１を取得しても良い。ここで、オーディオ信号１２０１は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロックを有し、そのブロックはある特定の時間長を持つものである。時間／スペクトル変換器１２２０は、窓掛けされたオーディオ信号１２１１を複数のスペクトル１２２１へと変換しても良い。周波数ドメイン処理器１２３０は、その複数のスペクトル１２２１を周波数ドメインで処理し、複数の修正済みスペクトル１２３１を取得しても良い。周波数／時間変換器１２４０は、複数の修正済みスペクトル１２３１を修正済み時間ドメイン信号１２４１へと変換しても良い。合成窓掛け器１２５０は、修正済み時間ドメイン信号１２４１に対して複数の合成窓関数を適用し、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号１２５１を得てもよい。ここで、複数の合成窓関数は前述の分析窓関数に合致(match)するものである。さらに比較器１２６０は、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号１２５１と、オーディオ信号１２０１又は復号化済み低周波信号１２０２（破線）のようなそのオーディオ信号から導出された信号との比較に基づいて、複数の比較パラメータを決定しても良く、ここで、これら複数の比較パラメータは前記複数の分析窓関数に対応している。さらに比較器１２６０は、ある比較パラメータがある所定の条件を満たすような１つの分析窓関数及び合成窓関数を選択しても良い。ここで、比較器１２６０により選択された分析窓関数及び合成窓関数は、上述した実施例の中で説明した方法と同様の方法で決定されても良いことに留意すべきである。特に、比較器１２６０は、図７の実施例と同様に構成されても良い。次に、選択された分析窓関数及び合成窓関数は、図１２に示す処理連鎖の中で、分析窓掛け器１２１０から始まり比較器１２６０の前の合成窓掛け器１２５０で終わる信号経路のために使用されても良く、その結果、ある特定の（最適な）窓掛けされた修正済時間ドメイン信号１２５５が合成窓掛け器１２５０の出力において得られる。最後に、オーバーラップ加算器１２７０は、比較器１２６０により選択された分析窓関数及び合成窓関数により修正された、前記窓掛けされた修正済時間ドメイン信号１２５５のオーバーラップしている連続的なブロックを加算して、時間的に伸長された信号１２７１を取得するよう構成されても良い。
【００５２】
具体的には、時間的に伸長された信号１２７１は、窓掛けされた修正済時間ドメイン信号１２５５のオーバーラップしている連続的なブロック同士の間隔を、オリジナルオーディオ信号１２０１の対応するブロック、又は復号化済み低周波信号１２０２のブロックの間隔よりも広げることで得ることができる。加えて、ここで信号伸長器として作動しているオーバーラップ加算器１２７０は、オーディオ信号１２０１又は復号化済み低周波信号１２０２を、そのピッチを変更せずに時間的に伸長させても良く、この場合は「純粋な時間的伸長(pure time stretching)」がもたらされる。
【００５３】
代替的に、比較器１２６０は処理系列の中でオーバーラップ加算器１２７０の後に配置されても良く、その場合、オーバーラップ加算器１２７０は「合成による分析」のスキームの中に含まれても良い。この場合、オーバーラップ加算器１２７０による処理を施された様々に窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号１２５１の影響も、また後続の比較／窓関数選択によって補償され得るという点で有利と言える。
【００５４】
さらなる代替的実施例においては、位相ボコーダ処理器１２００は、例えば単純なサンプルレート変換器の形式を持つデシメータ(decimator)をさらに備えても良く、このデシメータは、ある帯域拡張アルゴリズムの１つの目標周波数領域内にデシメートされた信号が得られるように、伸長された信号をデシメート（圧縮）しても良い。
【００５５】
さらに他の実施例においては、位相ボコーダは、分析されたオーディオ信号の信号特性に適合した最適な分析窓関数を選択するという目的のために、入力オーディオ信号の直接分析を実行しても良い。特に、位相ボコーダのために特別な分析窓関数を使用することで恩恵を受ける信号もあることが発見されている。一例として、雑音性信号は例えばチューキー窓を適用することでより良好に分析され、他方、優位に調性の高い信号は例えばバートレット窓が提供する伝達関数の小さなメインローブによって恩恵を受けることが挙げられる。
【００５６】
要約すれば、最適な窓関数を選択する方法は、次の２つの方法のうちのいずれかで実行できることが分かる。即ち、図３及び図８の帯域拡張符号化装置３００及び８００内のように符号化装置側だけで窓関数選択が実行され、その後、提供された窓関数指示が図４の帯域拡張復号化装置４００のような復号化装置側に伝送される方法と、図５及び図６の帯域拡張符号化装置／復号化装置５００及び６００、又は図１０及び図１１の帯域拡張符号化装置／復号化装置１０００及び１１００のように、符号化装置側及び復号化装置側の両側において窓関数選択が実行される方法である。
【００５７】
この文脈において、後者の方法では窓関数指示が符号化済みオーディオ信号の中に追加的なサイド情報として記憶されることがなく、その結果、符号化済みオーディオ信号の記憶又は伝送のためのビットレートを低減できる点で有利とも言える。
【００５８】
図１３は本発明の一実施例である装置１３００を示し、この装置は、位相ボコーダのアプリケーションに適用可能な時間−周波数変換の処理過程において、制御情報に基づいて異なる分析及び合成の窓関数の間で切り替えを行うために使用することができる。入力ビットストリーム１３０１−１は、オーディオデータ１３０１−３から制御情報１３０１−２を分離するデータストリーム解釈器(datastream interpreter)により解釈されても良い。さらに、制御情報１３０１−２に従い、複数の分析窓関数１３１１−２の中から１つの分析窓関数１３１１−１をオーディオデータ１３０１−３に対して適用しても良い。ここでは、例示的に前記複数の分析窓関数１３１１−２はブロック「分析窓関数１」から「分析窓関数４」と名付けた４つの異なる分析窓関数を含み、そのブロック「分析窓関数１」は適用された分析窓関数１３１１−１を意味している。特に、制御信号１３０１−２は、信号特性の直接的な計算により得られたものか、又は上述したような「合成による分析」のスキームにより得られたものでも良い。雑音性信号の場合には、例えばチューキー窓が選択されても良く、調性信号の場合には、例えばバートレット窓が選択されても良い。コサイン・テーパー窓とも呼ばれるチューキー窓は、幅（１．０−α・２）Ｎの矩形窓と組み合わせられた幅（α・２）Ｎのコサインローブとしてイメージされても良い。チューキー窓は次式（１）により定義されても良い。
【数１】
0005329714.tif 000002
ここで、パラメータαが０から１へと変化するにつれて窓関数は矩形窓からハン窓へと展開する。三角窓を代表するバートレット窓は、次式（２）により定義されても良い。
【数２】
0005329714.tif 000003
【００５９】
式（１）及び（２）において、ｎは整数値であり、Ｎは時間離散窓関数ｗ（ｎ）の（サンプル毎の）幅である。
【００６０】
分析窓関数１３１１−１を適用した後に得られる窓掛けされたオーディオ信号は、「時間−周波数変換」と記載されたブロック１３２０において、時間ドメインから周波数ドメインへとさらに変換されても良い。その変換で得られたスペクトルは、次に「周波数ドメイン処理」と記載されたブロック１３３０において処理されても良い。特に、ブロック１３３０は、当該スペクトルのスペクトル値の位相を修正する位相修正器を備えても良い。次に、処理されたスペクトルは、「周波数−時間変換」と記載されたブロック１３４０において時間ドメインへと逆変換されても良く、その結果、修正済み時間ドメイン信号が得られる。最後に、制御情報１３０１−２に基づいて、「合成窓関数１」〜「合成窓関数４」と記載された複数の合成窓関数１３５１−２から選ばれた１つの合成窓関数１３５１−１が、前記修正済み時間ドメイン信号へと適用されても良い。ここで、合成窓関数１３５１−１は分析窓関数１３１１−１の影響を補償するものである。その結果、発生可能な全ての信号経路からの寄与を＋の印を記載したブロック１３６０において加算した後に、窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号１３６１が装置１３００の出力において得られる。
【００６１】
図１４は、本発明の実施例である位相ボコーダ作動型の帯域拡張復号化装置１４００を示す。具体的には、オーディオデータストリーム１４１１−１は符号化済み低周波信号１４１１−２とＨＢＥ／ＳＢＲデータ１４１１−３とに分離されても良い。符号化済み低周波信号１４１１−２はコア復号器１４２０により復号化され、コア周波数帯域１４２５を含む復号化済み低周波信号１４２１が得られても良い。復号化済み低周波信号１４２１は、例えば１０２４のフレームサイズを有するＰＣＭ（パルス符号変調）データを表しても良い。復号化済み低周波信号１４２１は、次に遅延ステージ１４３０へと送られ、遅延された信号１４３１が得られる。次に、この遅延された信号１４３１は、３２帯域のＱＭＦ（直交ミラーフィルタ）分析バンク１４４０へと入力され、例えば遅延された信号１４３１の３２個の周波数サブバンド１４４１が生成される。ＨＢＥ／ＳＢＲデータ１４１１−３はパッチ切替器１４５０を制御する制御情報を含んでも良く、そのパッチ切替器１４５０はＳＢＲパッチング・アルゴリズムとＨＢＥパッチング・アルゴリズムとの間における切替を実行する。ＳＢＲパッチング・アルゴリズムの場合には、周波数サブバンド１４４１はＳＢＲパッチング装置１４６０−１へと供給され、パッチ済みＱＭＦデータ１４６１が得られる。ＳＢＲパッチング装置１４６０−１の出力側にあるパッチ済みＱＭＦデータ１４６１はＨＢＥ／ＳＢＲツール１４７０−１へと供給され、そのツール１４７０−１は、例えばノイズ充填ユニット１４７０−２、欠損ハーモニック再構築ユニット１４７０−３、又は逆フィルタ処理ユニット１４７０−４を含む。特に、ＨＢＥ／ＳＢＲツール１４７０−１は、パッチ済みＱＭＦデータ１４６１に使用されるべき公知のスペクトル帯域複製技術を備えていても良い。ＳＢＲパッチング装置１４６０−１により使用されるパッチングアルゴリズムは、例えば周波数ドメイン内のスペクトルデータのミラーリング又はコピー操作を使用しても良い。さらに、ＨＢＥ／ＳＢＲツール１４７０−１は、ＨＢＥ／ＳＢＲデータ１４１１−３により制御される。パッチ済みＱＭＦデータ１４６１及びＨＢＥ／ＳＢＲツール１４７０−１の出力１４７１は、包絡フォーマッタ１４７０へと入力される。この包絡フォーマッタ１４７０はパッチ済みＱＭＦデータ１４６１の包絡を調整し、その結果、高域側帯域を含む包絡調整されたパッチ済み信号１４７２が生成される。包絡調整されたパッチ済み信号１４７２はＱＭＦ合成バンク１４８０に入力され、このバンク１４８０は周波数ドメインで前記高域側帯域の成分と前記オーディオ信号１４４１とを結合する。最後に、「波形」と記載された合成オーディオ信号１４８１が得られる。
【００６２】
ＨＢＥパッチング・アルゴリズム（ブロック１４６０−２）の場合には、復号化済み低周波信号１４２１はダウンサンプラー１４９０により例えば因子２でダウンサンプリングされても良く、その結果、当該復号化済み低周波信号のダウンサンプリング済みバージョンである信号１４９１を得る。このダウンサンプリング済み信号１４９１は、さらに位相ボコーダを用いたハーモニック帯域拡張アルゴリズムの先進処理スキームで処理されても良い。
【００６３】
一方では、次の２者択一の切替を使用した信号依存処理スキームを用いても良い。即ち、過渡検出器１４８５が復号化済み低周波信号１４２１のブロックの中に過渡イベントを検出しない場合には、“no”と記載された信号経路１５００で示す標準アルゴリズムを選択し、前記ブロックで過渡イベントを検出した場合には、“yes”と記載されゼロ・パディング操作（ブロック１５１５）から始まる信号経路１５１０で示す先進アルゴリズムを選択する切替を使用してもよい。
【００６４】
他方では、前段において詳細に説明したように、時間−周波数変換の構成において位相ボコーダ内で分析窓関数特性を信号に基づいて切り替えても良い。特に、図１４の中に点線で境界を描いた参照番号１５２０及び１５３０のボックスは、信号操作により切替可能な窓関数を示している。基本的に、図１４は位相ボコーダ作動型の帯域拡張に図１３の実施例を適用した例を示している。
【００６５】
ここで、「ＦＦＴ」（高速フーリエ変換）、「位相適合」及び「ｉＦＦＴ」（逆高速フーリエ変換）と記載した各ブロックは、図１３におけるブロック１３２０、１３３０及び１３４０にそれぞれ対応していても良い。具体的には、ＦＦＴとｉＦＦＴとの処理ブロックは、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）又は離散フーリエ変換（ＤＦＴ）と、逆短時間フーリエ変換（ｉＳＴＦＴ）又は逆離散フーリエ変換 (ｉＤＦＴ)との処理を、復号化済み低周波信号１４２１のブロックに対してそれぞれ適用しても良い。加えて、図１４に示す帯域拡張復号化装置１４００は、アップサンプリングステージ１５４０とオーバーラップ加算（ＯＬＡ）ステージ１５５０とデシメートステージ１５６０とをさらに備えていても良い。
【００６６】
上述した概念を使用すれば、オーディオ信号内の任意の位置で、異なる窓関数の間で切替を実行することができる点に注意すべきである。
【００６７】
これまで各ブロックが現実的又は論理的なハードウエア構成要素を表すブロック図を用いて本発明を説明してきたが、本発明はコンピュータ実装型の方法で実現されても良い。後者の場合には、各ブロックは対応する方法ステップを表し、これらステップは対応する論理的又は物理的ハードウエアブロックにより実行される機能を表している。
【００６８】
上述した実施の形態は、本発明の原理を単に例示的に示したにすぎない。本明細書に記載した構成及び詳細について修正及び変更が可能であることは、当業者にとって明らかである。従って、本発明は、本明細書に実施形態の説明及び解説の目的で提示した具体的詳細によって限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【００６９】
本発明の方法の所定の実施条件に依るが、本発明の方法は、ハードウエア又はソフトウエアにおいて構成可能である。この構成は、その中に格納される電子的に読出し可能な制御信号を有し、本発明の方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働する、デジタル記憶媒体、特にディスク，ＤＶＤ，ＣＤなどを使用して実行することができる。一般的に、本発明の実施例は、機械読出し可能なキャリアに記憶されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として構成することができ、このプログラムコードは当該コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で作動されるときに本発明の方法を実行するよう作動する。換言すれば、本発明の方法は、当該コンピュータプログラムがコンピュータ上で作動されるときに、本発明の方法の少なくとも１つを実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラムである。本発明の符号化済みオーディオ信号は、デジタル記憶媒体のような任意の機械読出し可能な記憶媒体に記憶することができる。
【００７０】
本発明の新規な処理の利点として、本願明細書に説明した上述の実施例、即ち装置、方法又はコンピュータプログラムにより、帯域拡張のアプリケーションの知覚的オーディオ品質を改善できることが挙げられる。特に、位相ボコーダ作動型の帯域拡張内などにおいて、分析窓関数特性の信号依存型の切替を利用する。
【００７１】
本発明の新規な処理はまた、純粋な時間伸長のような他の位相ボコーダのアプリケーションについても、最適な分析又は合成窓関数の選択において信号特性を考慮することが有益となる場合であれば常に使用することができる。
【００７２】
本発明の概念に従えば、帯域拡張においてパッチング処理のために信号特性が考慮可能となる。最適な分析窓関数の決定は、開ループ内でも閉ループ内でも実行できる。そのため、復元品質は最適化され、従って、一段と強化される。
【００７３】
最も顕著なアプリケーションは、帯域拡張原理に基づくオーディオ復号器である。しかし、本発明の処理により、音楽再生やオーディオ後処理のための位相ボコーダアプリケーションもまた強化することができる。
−備考−
［請求項４］
請求項２に記載の帯域拡張復号化装置（４００）において、
前記符号化済みオーディオ信号（４０１−１）は窓関数指示（４０１−４）を含み、
前記パッチモジュール（４２０）は、前記窓関数指示（４０１−４）に基づいて複数の分析窓関数から１つの分析窓関数を選択し、かつ当該選択された分析窓関数を前記復号化済み低周波信号（４１１−１）へと適用する制御可能な窓掛け部を含む、
ことを特徴とする帯域拡張復号化装置。
［請求項５］
請求項１に記載の帯域拡張符号化装置（５００）において、
複数の分析窓関数（１１１−１）を指示する窓関数制御情報（３１１）を提供する窓関数制御手段（３１０）を備え、
前記パラメータ計算手段（３２０）は前記窓関数制御手段（３１０）により制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記複数の分析窓関数（１１１−１）と比較手段（５１０）により選択されるべき１つの分析窓関数（１１１−２）とを前記高周波信号（１０１−４）へと適用するものであり、
前記信号分析手段（１１０）は前記低周波信号（１０１−２）と前記窓関数制御情報（３１１）と帯域拡張パラメータ（３２１−１）とに基づいて複数のパッチ済み信号（３３１−１）を生成するパッチモジュール（３３０）を含み、前記複数のパッチ済み信号（３３１−１）は前記コア周波数帯域（１０１−３）から生成された高域側帯域（３３１−２）を含むものであり、
前記パッチモジュール（３３０）は前記窓関数制御手段（３１０）により制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記複数の分析窓関数（１１１−１）を前記低周波信号（１０１−２）へと適用するものであり、
前記複数のパッチ済み信号（３３３−１）と前記オーディオ信号から導出された参照低周波信号（１０１−２）との比較に基づいて、前記複数の分析窓関数（１１１−１）に対応する複数の比較パラメータを決定し、さらに所定の条件を満たす１つの比較パラメータと対応する１つの分析窓関数を指示する窓関数指示（５１１）を提供する比較手段（５１０）を備え、
前記帯域拡張パラメータ（３２１−２）と前記符号化済み低周波信号（１２１）とを結合して、前記窓関数指示（５１１）を含まない符号化済みオーディオ信号（５３１）を提供する出力インターフェース（５３０）を備えることを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
［請求項６］
請求項２に記載の帯域拡張復号化装置（６００）において、
前記パッチモジュール（２２０）は、
複数の分析窓関数（１１１−１）を前記復号化済み低周波信号（６８１−１）へと適用して複数の窓掛けされた低周波信号（６１１）を得る分析窓掛け手段（６１０）と、
前記窓掛けされた低周波信号（６１１）を複数のスペクトル（６２１）へと変換する時間／スペクトル変換手段（６２０）と、
前記複数のスペクトル（６２１）を周波数ドメインで処理して複数の修正済みスペクトル（６３１）を取得する周波数ドメイン処理手段（６３０）と、
前記複数の修正済みスペクトル（６３１）を修正済み時間ドメイン信号（６４１）へと変換する周波数／時間変換手段（６４０）と、
前記複数の分析窓関数（１１１−１）に合致している複数の合成窓関数を前記修正済み時間ドメイン信号（６４１）へと適用し、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号（６５１）を取得する合成窓掛け手段（６５０）と、
前記複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号（６５１）と前記復号化済み低周波信号（６８１−１）との比較に基づいて、前記複数の分析窓関数（１１１−１）に対応する複数の比較パラメータを決定し、さらに所定の条件を満たす１つの比較パラメータと対応する１つの分析窓関数及び合成窓関数を選択する比較手段（６６０）とを備え、
前記パッチモジュール（２２０）は、前記復号化済み低周波信号（６８１−１）と前記比較手段（６６０）により選択された前記分析窓関数及び合成窓関数と前記高帯域パラメータ（６０１−３）とに基づいて前記パッチ済み信号（６７１）を生成することを特徴とする、帯域拡張復号化装置。
［請求項８］
請求項６に記載の帯域拡張復号化装置（６００）において、
前記比較手段（６６０；７００）は、前記窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号（６５１）から導出された複数のＳＦＭパラメータ（７０３−１）と、前記復号化済み低周波信号（６８１−１）から導出された１つの参照ＳＦＭパラメータ（７０３−２）とを計算し、さらに前記複数のＳＦＭパラメータ（７０３−１）と前記参照ＳＦＭパラメータ（７０３−２）との比較に基づいて複数の比較パラメータ（７０５）を決定することを特徴とする、帯域拡張復号化装置。
［請求項１０］
請求項１に記載の帯域拡張符号化装置（１０００）において、
前記信号分析手段（１１０）は、前記オーディオ信号（１０１−１）から導出された低周波信号（１０１−２）を分類し、当該分類された信号の信号特性に基づいて１つの分析窓関数に対応する窓関数指示（１０１１）を決定する信号分類手段（９００；１０１０）を備え、
前記帯域拡張符号化装置（１０００）は、前記信号分類手段（９００；１０１０）により決定された前記窓関数指示（１０１１）に基づいて窓関数制御情報（１０２１）を出力する窓関数制御手段（１０２０）を備え、
前記パラメータ計算手段（１０３０）は、前記窓関数制御手段（１０２０）により制御される窓掛け部を含み、当該窓掛け部は前記窓関数制御情報（１０２１）に基づく分析窓関数を前記高周波信号（１０１−４）に対して適用するよう構成されており、
前記帯域拡張符号化装置（１０００）は、前記帯域拡張パラメータ（１０３１）と前記符号化済み低周波信号（１２１）とを結合して、前記窓関数指示（１０１１）を含まない符号化済みオーディオ信号（１０４１）を出力する出力インターフェース（１０４０）をさらに備えることを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
［請求項１１］
請求項５又は１０に記載の帯域拡張符号化装置（５００；１０００）において、
前記符号化済み低周波信号（１２１）を復号化して復号化済み低周波信号（５２１；１０５１）を得るコア復号化手段（５２０；１０５０）をさらに備えることを特徴とする、帯域拡張符号化装置。
［請求項１２］
請求項２に記載の帯域拡張復号化装置（１１００）において、
前記パッチモジュール（２２０）は、前記復号化済み低周波信号（６８１−１）を分類し、当該分類された信号の信号特性に基づいて１つの分析窓関数に対応する窓関数指示（１１１１）を決定する信号分類手段（９００；１１１０）を備え、
前記帯域拡張復号化装置（１１００）は、前記信号分類手段（９００；１１１０）により決定された前記窓関数指示（１１１１）に基づいて窓関数制御情報（１１２１）を出力する窓関数制御手段（１１２０）を備え、
前記パッチモジュール（２２０）は、前記復号化済み低周波信号（６８１−１）と前記窓関数制御情報（１１２１）に基づく分析窓関数と前記高帯域パラメータ（６０１−３）とによって前記パッチ済み信号（６７１）を生成することを特徴とする、帯域拡張復号化装置。
［請求項１３］
オーディオ信号（１２０１）を処理する位相ボコーダ（１２００）であって、
前記オーディオ信号（１２０１）又は前記オーディオ信号から導出された信号（１２０２）に対して複数の分析窓関数（１１１−１）を適用して複数の窓掛けされたオーディオ信号（１２１１）を取得する分析窓掛け手段（１２１０）であって、前記オーディオ信号（１２０１）は複数のオーディオサンプルからなる１つのブロック（１０１−６）を有し、そのブロック（１０１−６）は特定の時間長を持つものである、分析窓掛け手段（１２１０）と、
前記複数の窓掛けされたオーディオ信号（１２１１）を複数のスペクトル（１２２１）へと変換する時間／スペクトル変換手段（１２２０）と、
前記複数のスペクトル（１２２１）を周波数ドメインで処理して複数の修正済みスペクトル（１２３１）を得る周波数ドメイン処理手段（１２３０）と、
前記複数の修正済みスペクトル（１２３１）を修正済み時間ドメイン信号（１２４１）へと変換する周波数／時間変換手段（１２４０）と、
前記修正済み時間ドメイン信号（１２４１）に対して前記複数の分析窓関数に合致する複数の合成窓関数を適用し、複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号（１２５１）を得る合成窓掛け手段（１２５０）と、
前記複数の窓掛けされた修正済み時間ドメイン信号（１２５１）と前記オーディオ信号（１２０１）又は前記オーディオ信号から導出された信号（１２０２）との比較に基づいて、前記複数の分析窓関数に対応する複数の比較パラメータを決定し、さらに所定の条件を満たす１つの比較パラメータと対応する１つの分析窓関数及び合成窓関数を選択する比較手段（１２６０）と、
窓掛けされた修正済時間ドメイン信号（１２５５）のオーバーラップしているブロックを加算して時間的に伸長された信号（１２７１）を得るオーバーラップ加算手段（１２７０）であって、前記窓掛けされた修正済時間ドメイン信号（１２５５）は、前記比較手段（１２６０）により選択された分析窓関数及び合成窓関数を用いて前記分析窓掛け手段（１２１０）及び合成窓掛け手段（１２５０）により修正された信号である、オーバーラップ加算手段（１２７０）と、
を備えることを特徴とする位相ボコーダ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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