(57)【要約】本発明は音声符号化方法に関し、特に、元の音声信号からの情報に対応する周波数帯域のうち、可聴ではあるが重要性の低い周波数帯は符号化せずに、ノイズ充填パラメータを割り当てる効率的な手法に関する。一方、聴覚にとって重要なコンテンツを含む信号帯域は常に完全に符号化する。このようにして、受信信号の周波数スペクトルにおいて空白を作らずに符号化ビットの節約を図ることができる。さらに本発明による方法は、音声の帯域幅全体を符号化する際、その音声の各周波数帯域における信号を完全に表示するのに必要なビット数に満たない限られたビット予算で符号化する場合に生じる帯域幅切り替えアーチファクトを抑制することができる。すなわち本発明の方法では、帯域幅切り替えアーチファクトの発生を防ぎつつ符号化音声帯域を拡大することを可能にする。このノイズ充填パラメータは、対応する帯域におけるＲＭＳ信号値に相当し、本来この帯域に挿入すべきノイズの量を示し、受信端末において復号アルゴリズムによって用いられる。
2004522198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を符号化する方法であって、
前記信号を複数の周波数帯に分割し、
分割された各周波数帯における信号の振幅をそれぞれ対応する閾値と比較し、
前記信号の振幅が対応する前記閾値を上回る大きさが大きい周波数帯から優先的に所定の符号化方式によって符号化する優先順位に基づき前記分割された周波数帯における信号を符号化し、
残りの周波数帯についてはノイズ充填パラメータを選択的に割り当てる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記周波数帯に対応する前記閾値は、心理音響モデルに基づいて求められる閾値振幅であり、前記閾値振幅以上の振幅では前記周波数帯におけるノイズが人間の聴覚により認識可能であり、前記閾値振幅以下の振幅では認識不可能であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記優先順位に基づく符号化工程は、前記信号の振幅が対応する前記閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯を優先的に所定の符号化方式により符号化し、前記信号の振幅が対応する前記閾値を上回る大きさが前記所定値以下である周波数帯については、選択的にノイズ充填パラメータを割り当てることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、前記信号の振幅が対応する前記閾値を下回る周波数帯については、符号化もノイズ充填パラメータの割り当ても行わないことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、信号が完全に符号化されない周波数帯のすべてにノイズ充填パラメータを割り当てることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の方法において、前記所定の符号化方式には固定されたビット予算が設定され、前記信号の振幅が最大差で前記閾値を上回る周波数帯における信号を優先的に符号化するためにビットを割り当て、ビット予算から残ったビット数が最低限を下回る場合、残りの符号化されていない周波数帯にはノイズ充填パラメータを割り当てることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法において、前記ノイズ充填パラメータは、対応する周波数帯に挿入されるべきノイズのマグニチュードの表示を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法において、前記ノイズ充填パラメータは、前記周波数帯における受信音声信号の平均振幅を表す符号化ＲＭＳ値を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法において、前記ノイズ充填パラメータが割り当てられる周波数帯では、前記ノイズ充填パラメータが符号化され、出力信号において本来符号化信号情報が配置されるべき箇所に前記符号化ノイズ充填パラメータが挿入されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記周波数帯に前記ノイズ充填パラメータが含まれるか、あるいは符号化信号情報が含まれるかを各周波数帯ごとに示す識別子を用いることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記識別子は、通常符号化信号情報における量子化レベル数を示すために用いられるパラメータであることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記識別子が示す前記量子化レベル数が０である場合、これは周波数帯に符号化信号情報ではなくノイズ充填パラメータが含まれることを意味することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法により符号化された音声信号を復号化する方法であって、
符号化信号を受信し、
前記符号化信号における各周波数帯について、受信信号が、前記周波数帯における送信信号の振幅に関する符号化信号情報を含むかあるいはノイズ充填パラメータを含むかを判定し、
前記受信信号が前記符号化信号情報を含む場合、前記周波数帯に対応する出力音声信号部分を生成するために前記符号化信号情報を復号化し、
前記受信信号が前記ノイズ充填パラメータを含む場合、前記ノイズ充填パラメータが指定する振幅で前記周波数帯の周波数範囲にわたってノイズ信号を出力することにより前記周波数帯に対応する出力音声信号を合成する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
入力された信号を符号化するための音声符号化装置であって、
前記信号を複数の周波数帯に分割するための分割手段と、
分割された各周波数帯における信号の振幅をそれぞれ対応する閾値と比較するための比較手段と、
前記信号の振幅が対応する前記閾値を最大差で上回る周波数帯から順に、所定の符号化方式に従って優先的に符号化する優先順位に基づいて分割された周波数帯の信号を符号化するための符号器と、
残りの周波数帯についてはノイズ充填パラメータを選択的に割り当てるパラメータ割り当て手段と、
から構成されることを特徴とする音声符号化装置。
【請求項１５】
符号化された音声信号を復号化するための音声復号装置であって、
符号化信号を受信するための受信手段と、
前記符号化信号における各周波数帯について、受信信号が前記周波数帯域における送信信号の振幅に関する符号化信号情報を含むか、あるいはノイズ充填パラメータを含むかを判定するための処理手段と、
前記受信信号が符号化信号情報を含む場合、前記周波数帯に対応する出力音声信号部分を生成するために前記信号情報を復号化する第１復号手段と、
前記受信信号がノイズ充填パラメータを含む場合、前記ノイズ充填パラメータが指定する振幅で前記周波数帯の周波数範囲にわたってノイズ信号を出力することにより前記周波数帯に対応する出力音声信号部分を合成する第２復号手段と、
から構成されることを特徴とする音声復号装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の音声符号化装置及び／又は請求項１５に記載の音声復号装置から構成される音声装置。
【請求項１７】
複数の周波数帯に分割された符号化音声信号において、前記複数の周波数帯のうち第１群に属する周波数帯は所定の符号化方式によって符号化された符号化信号情報を含み、前記複数の周波数帯のうち第２群に属する周波数帯はノイズ充填パラメータを含むことを特徴とする符号化音声信号。
【請求項１８】
請求項１７に記載の符号化音声信号において、前記周波数帯に割り当てられる前記ノイズ充填パラメータは、前記周波数帯における受信音声信号の平均振幅を表す符号化ＲＭＳ値を含むことを特徴とする信号。
【請求項１９】
請求項１８に記載の符号化音声信号において、前記ノイズ充填パラメータが割り当てられる周波数帯では、前記ノイズ充填パラメータが符号化され、出力信号において本来符号化信号情報が配置されるべき場所に供給されることを特徴とする信号。
【請求項２０】
請求項１９に記載の符号化音声信号において、前記周波数帯にノイズ充填パラメータが含まれるか、あるいは符号化信号情報が含まれるかを各周波数帯ごとに示す識別子が用いられることを特徴とする信号。
【請求項２１】
請求項２０に記載の符号化音声信号において、前記識別子は通常符号化信号情報における量子化レベル数を示すために用いられるパラメータであることを特徴とする信号。
【請求項２２】
請求項２１に記載の符号化音声信号において、量子化レベル数がゼロであることを前記識別子が示す場合、これは前記周波数帯に符号化信号情報でなく、ノイズ充填パラメータが含まれることを意味することを特徴とする信号。
【請求項２３】
請求項１７に記載の符号化音声信号を格納することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は音声符号化技術に関する。
従来技術には、数多くの言語（スピーチ）及び音楽の符号化方法が開示されている。周知の音声符号化方法のなかに、適応ビット割り当て符号化方式を用いた変換ベースの音声符号化システムがある。このような適応ビット割り当てシステムにおいて、利用可能ビットを割り当てることによって符号化が可能な帯域幅は、音声フレームにおける音声信号のセグメントのスペクトル構成によって異なる。ここで、音声フレームとは、例えば２０ｍｓの音声ブロックなど、ある一続きの音声ブロックを意味する。あるビットレートで所定の音声品質を得るために、適切な符号化帯域幅を設定する際、すべての音声フレームにとって適切である単一の帯域幅の値を求めるのは不可能であるため、フレームごとに帯域幅の切り替えが行われる。しかし符号化帯域幅を切り替えることにより、不都合なアーチファクトが生成されることがしばしばある。
【０００２】
現在用いられる手法においては、ビットレートが高い場合は、音声帯域幅全体（ここではサンプルレート４４．１ｋＨｚに対応する２２．０４ｋＨｚとする）が符号化され再構築される。しかしビットレートが低い場合に帯域幅全体の符号化を試みると、誤差が増加してしまう。つまりビットレートがある点まで低下すると、帯域幅を一定の幅だけ下げて、ビットを再配当し、低減された帯域幅でより正確に符号化を行うことが好ましくなる。これにより、周波数範囲は狭められるが、アーチファクトを低減することが可能である。例えばＭＰＥＧ−１レイヤ３コーダ（ＭＰ３コーダ）における符号化では、所望のビットレートが３２ＫＢＰＳに下げられたとき、帯域幅は略半分にされる（１１ｋＨｚ）。また、ＡＡＣ（適応オーディオ・コーディング）はビットレートが下がるにつれ帯域幅を下げる条件を有する。これは階層型符号化方式を用いることにより実現され、具体的には高周波数を表す層から順々に除外されていく。このように波形符号器において信号の帯域幅を低減する手法は従来から広く用いられている対処法である。
【０００３】
ＷＯ９７／３１３６７（ＡＴ＆ＴＣｏｒｐ．）は、言語（スピーチ）を符合化するためにＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｉｎｇ）及びエキストラ・ピッチ抽出器を用いるスピーチ・コーダを開示する。ここでは残留成分がトランスコーダによって連続的に符号化される。ここで残留成分を符号化するためのビットが非常に少ないため、ビットを全く割り当てられない変換係数が出現する可能性もある。すなわちこれらの係数はゼロに設定されることになる。残留成分の符号化が行われる場合、この残留情報に対してノイズの充填が行われるが、この対象となる帯域には、主要の信号成分の符号化に用いられるＬＰＣ符号化方式以外の符号化方式を実現するための単独で復号化可能な情報が備えられていない。さらに、このノイズ充填アルゴリズムは入力信号自体のレベルに応じて系統的に実施されるのではなく、残留成分に対してのみ実施されるため、この処理結果は変動する。
そこで本発明の目的は、符号化帯域を切り替えアーチファクトを抑制できる安全帯域に制限することなく、帯域切り替えによるアーチファクトの発声を低減するための技術を提供することである。
本発明の第１の形態によると、音声信号の符号化方法において、前記信号を複数の周波数帯に分割し、分割された各周波数帯における信号の振幅をそれぞれ対応する閾値と比較し、分割された各周波数帯を優先順位に基づき符号化し、この際周波数帯における信号の振幅が対応する閾値を上回る大きさが大きい周波数帯から優先的に所定の符号化方式によって符号化し、これに対して残りの周波数帯についてはノイズ充填パラメータを選択的に割り当てる。
【０００４】
この本発明による方法から得られる効果としては、重要性の低い周波数帯に対するノイズ充填を、重要性の高い周波数帯に用いられる符号化方式からは比較的独立した形態で実施しうるという点にある。換言すれば、ノイズ充填原理はさまざまな符号化方法に適用されることが可能である。
【０００５】
この方法は、特にタイムフレームごとに所定数のビットを割り当てる符号化方式において効果的である。この場合、ビットをビット予算から優先順位に基づいて割り当てていき、ここで音声帯域幅信号全体を完全に符号化するのにはビット数が足りないときのために多少ビットを残しておき、この残ったビットを符号化されなかった比較的重要性の低い周波数帯にノイズ充填パラメータを供給ために用いる。
【０００６】
さらに、所定の周波数帯に対応する閾値は、心理音響モデルに基づいて求められる閾値振幅であり、その周波数帯においてノイズが人間にとって聴覚上認識可能になる振幅よりも若干高い振幅であることが好ましい。
【０００７】
また、ビット予算が可変である符号化方式もある。ただしこの場合、信号振幅が対応する閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯だけを符号化する。
【０００８】
なお、どんな心理音響モデルであっても、これらはあくまでも平均的なリスナの聴覚を表すもので、高性能の手法によっては周波数帯の信号振幅が閾値未満である場合でも完全に符号化するように設定することもできる。一方、効率性を重視した手法においては、多少品質を低下させ、信号振幅値が閾値を若干上回る周波数帯であっても完全に符号化を要さないような設定にする手法などもある。したがって、上述の所定値は好ましくはゼロであるが、若干負あるいは正であることも可能である。
【０００９】
また、好適には、信号振幅が対応する閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯のそれぞれには均一のノイズ充填パラメータが割り当てられる。
【００１０】
さらに好適には、このノイズ充填パラメータは各周波数帯に挿入されるべきノイズのマグニチュードを表す。
【００１１】
このように各々の周波数帯に直接関連したノイズのマグニチュード表示を提供することによって、非常に効率的なノイズ充填操作が可能になる。ここではノイズのマグニチュード表示は常に容易に取り戻し可能な位置で符号化される。すなわちそれぞれの周波数帯の信号情報が本来位置する場所にて符号化される。
【００１２】
さらに好ましくは、このマグニチュード表示は、それぞれの周波数帯にわたって受信した音声信号の平均振幅を表すＲＭＳ値を含む。
【００１３】
また、ノイズ充填パラメータが割り当てられた周波数帯において、ノイズ充填パラメータは符号化され、出力信号において本来符号化信号情報があるべき位置に供給されることが好ましい。
【００１４】
また、それぞれの周波数帯に関する識別子が用いられることが好ましく、この識別子は、周波数帯にノイズ充填パラメータが含まれるかあるいは符号化信号情報が含まれるかを示す。
【００１５】
さらに、この識別子は、好ましくは本来符号化信号情報における量子化レベル数を示すパラメータであることが好ましい。
【００１６】
そしてこの識別子が量子化レベル数をゼロであると表示した際には、周波数帯が符号化信号情報ではなく、ノイズ充填パラメータを含むことを意味する。
【００１７】
本発明の第２様相によると、上述した符号化方法により符号化された信号を復号化する方法において、符号化された音声信号を受信し、この受信信号における各周波数帯について、それぞれの周波数帯にわたって送信された信号の振幅に関する符号化信号情報を含むか、あるいはノイズ充填パラメータを含むかを判定し、周波数帯が符号化信号情報を含む場合はその情報を復号化し該当する周波数帯に対応する出力音声信号部分を生成し、周波数帯がノイズ充填パラメータを含む場合はノイズ信号をノイズ充填パラメータが指示する振幅で周波数帯の周波数範囲にわたって出力することによって周波数帯に対応する出力音声信号部分を合成する。
【００１８】
本発明の第３様相によると、入力信号を符号化する音声符号化装置は、この信号を複数の周波数帯に分割する分割手段、分割された各周波数帯における信号の振幅をそれぞれに対応する閾値と比較する比較手段、この比較結果から分割された周波数帯における信号の振幅が閾値を上回る周波数帯のうち、信号振幅が閾値を上回る大きさが大きい周波数帯を所定の符号方式により優先的に符号化する符号器、及び残りの周波数帯についてはノイズ充填パラメータを選択的に割り当てるパラメータ割り当て手段と、で構成される。
【００１９】
本発明の第4様相によると、符号化音声信号を復号化するための音声複合化装置は、符号化音声信号を受信するための受信手段、符号化信号における各周波数帯について、受信信号がそれぞれの周波数帯における送信信号の振幅に関する符号化信号情報を含むか、あるいはノイズ充填パラメータを含むかを判定する処理手段、この受信信号が符号化信号情報を含む場合この情報を復号化し該当する周波数帯に対応する出力音声信号部分を生成する第一復号手段、及びこの受信信号がノイズ充填パラメータを含む場合該当する周波数帯の周波数範囲にわたってノイズ充填パラメータの指示する振幅でノイズ信号を出力することによってこの周波数帯に対応する出力音声信号部分を合成する第二復号手段から構成される。
【００２０】
本発明の第5様相によると、複数の周波数帯に分割される符号化音声信号において、複数の周波数帯のうち第１群に属するものは、所定の符号家方式によって符号化された符号化信号情報を含み、複数の周波数帯のうち第２郡に属するものは、ノイズ充填パラメータを含む。
【００２１】
さらに本発明の第6様相による記憶媒体は、第5様相による符号化音声信号を記憶する。
図１は、典型的な音声セグメントの模式図を示す。ここで、振幅ａは周波数ｆの関数とされる。この図中の各々の棒は、ある信号全体における周波数帯（周波数ビン）を表す。典型的には、音声信号を符号化するためのトランスコーダは、受信した音声信号をこのような周波数帯に応じて分割する。
【００２２】
同図中の曲線はマスク閾値を示す。このマスク閾値は、リスナに気づかれることなく音声信号に導入することが可能な量子化ノイズのレベルを表し、これは心理音響モデルに基づいて設定される。
【００２３】
現行の符号化方式は、どんなものであれ何かしら限界を有する。例えば、ある符号化方式においては、複数の周波数帯を含む信号全体を取り入れ、それぞれの周波数帯に可変数のビットを割り当て、信号全体を完全に符号化し、ここで最大振幅信号を有する周波数帯に最も多くのビット数を割り当て、最小振幅信号を有する周波数帯には最も少ないビット数を割り当てる。また、さらに別の符号化方式においては、信号全体を符号化するに際して固定されたビット予算が設けられ、心理音響モデルに基づき最も感知上重要とされる周波数帯から優先的にビットを割り当てていく。
【００２４】
これらの例では、まず前者の符号化方式をとった場合、ビット予算が可変であり、各タイムフレームにおいて送信されるべき情報量がそれぞれ大きく変動するため伝達する信号情報量が多い信号周期ではビットレート上の問題が発生する可能性がある。すなわちこのような符号化方式において帯域幅に制限が設けられ、利用可能ビットの周波数帯への割り当てが周波数の低い帯域から順に行われたとすると、符号化する周波数帯を制限する必要性が生じ得る。この制限帯域は図1での点線によって示される。ここでは、所望のビットレートを得るためにはすべての周波数帯を十分な精度で符号化することは不可能であるため、高周波数信号が破棄される。この結果、例えばこの例では少なくとも１つの周波数帯（図中Ａで示される）が明らかにマスク閾値を上回るにもかかわらず、点線で示される帯域以降の周波数帯は全く符号化されないことになる。
【００２５】
ある種の従来の符号化方式で、図1における帯域Ａを符合化するという選択をなした場合、瞬間的に符号化帯域が高い値に切り替える必要があるが、これが以後のフレームで使われる帯域と抵触し切り替えアーチファクトが発生するため不適当である。
【００２６】
例示した符号化方式のうちの後者は、聴覚的に感知しやすい帯域を優先的に符号化する手法であるが、ここでは場合によっては重要とされない1つ以上の帯域にまったくビットが割り当てられないことがある（図2において斜線が引かれている箇所）。ある帯域に全くビットが割り当てられないということは、スペクトルの一部分に全くエネルギーが含まれないことを意味する。周波数スペクトルにおけるこのような空白は、リスナにとって耳障りなものに感じられる信号を発することがある。この手法ではさらに、エネルギーを供給される感知度の高い帯域がフレームによって異なるため、帯域幅切り替えアーチファクトが発生される可能性がある。
【００２７】
本発明による方法において提案される符号化方式ではビットがリスナにとって最も感知されやすい信号を含む周波数帯に優先的に割り当てられる。すなわち信号振幅がマスク閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯にビットが優先的に割り当てられる。周波数帯で信号振幅がマスク閾値により近いものについては、ビット予算から完全符号を実現するには残りのビット数が十分でない場合、1以上のノイズ充填パラメータが代わりに割り当てられる。あるいは、可変ビット予算を用いる手法においては、信号振幅がマスク閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯については完全に符号化し、このマスク閾値との差がこの所定値以下の周波数帯については、選択的にノイズ充填パラメータを割り当てるようにすることが可能である。また、この所定値は符号器に設定されたある特定のビットレートを得るためにフレームごとに可変にすることも可能である。
【００２８】
図2における周波数帯Ｂに着目すると、この帯域は大体の部分においてマスクレベル未満の信号値を有する。しかしこの帯域における信号の振幅は比較的高く、これは同図中の周波数帯Ｃ並みである。帯域ＣとＢとの相違点とは、帯域Ｃの周波数領域は人間により感知されやすい点にあり、そのために帯域Ｃの信号がより重要視される。効率的なビットの割り当てを実現するために、ビット予算を固定化する符号化方式においては、信号振幅がより大きな差で閾値を上回る周波数帯を優先的に符号化し、残りのビット数が完全符号化を実現するのに十分でない場合は、例えば帯域Ｂなどあまり重要視されない残留帯域はノイズ充填パラメータにより表される。これは再生段階において当該帯域に所定の振幅までノイズを挿入すべきであることを示す。
【００２９】
一方、可変ビット予算方式においては、信号振幅がマスク閾値を上回る大きさが所定値よりも大きい周波数帯については完全符号化を実施し、残りの周波数帯についてはノイズ充填パラメータを割り当てるように設定することが可能である。
【００３０】
なお、ここで信号レベルがマスク閾値に満たないである帯域については、その帯域自身に有用性はないが、これは聞き取ることができない信号であるため、これにノイズを挿入しても支障はない。したがって帯域にノイズを挿入して品質の向上を図る際に本発明の方法は、符号化されないすべての帯域をノイズ充填パラメータで表す方法と、符号化されない帯域のうち信号が感知されないものに関しては何も割り当てない方法との両方を含む。
【００３１】
上述の説明を踏まえて、以下、本発明による音声信号の符号化方法の詳細について図3を参照しながら説明する。
【００３２】
図3中の記号は以下のステップを表す。
Ｓ１  開始
Ｓ２  入力信号をＮ個の周波数帯に分割
Ｓ３  Ｃ＝１に設定
Ｓ４  C番目の周波数帯の振幅とC番目の帯域閾値とを比較
Ｓ５  帯域振幅＞閾値振幅？
Ｓ６  ＹＥＳの場合、所定の符号化方式を用いて帯域Ｃを符号化
Ｓ７  ＮＯの場合、ノイズ充填パラメータを挿入
Ｓ８  Ｃ→Ｃ＋１
Ｓ９  Ｃ＝Ｎ？
Ｓ１０  終了
なお図３における符号化処理には可変ビット予算方式が適用される。同図を参照すると、まずステップＳ２において、符号化モジュールが入力信号を受信し、これをＮ個の周波数帯に分割する。その後、分割された各々の周波数帯に対して逐次その周波数帯の振幅とそれに対応する閾値との比較が行われる。典型的には各周波数帯の閾値は、それぞれ異なり、心理音響モデルに基づく閾値に対応する。さらにこれらの閾値は、要求される符号化の効率性によっては一定のオフセットを含むことも可能である。
【００３３】
上記の比較ステップＳ４に続いて、ステップＳ５において各周波数帯におけるそれぞれの信号振幅が対応する閾値振幅を上回るか否かの判断し、この判断結果によって以下の二つの処理ステップのうちのいずれかが実施される。まず、所定の周波数帯における信号振幅が閾値振幅を上回る場合、ステップＳ６においてこの周波数帯の情報が所定の符号化方式によって符号化される。これに対し、帯域振幅が閾値振幅を上回らない場合、ステップＳ７において符号化信号にノイズ充填パラメータが挿入される。
【００３４】
なお、各周波数帯はそれぞれ一定の周波数範囲を有し、これに対する閾値は理想的にはこの範囲において変動する。しかし符号化処理において、実際に比較ステップで設定され用いられる閾値振幅は、各帯域につき１つ計算される平均値であり、これらの平均値は例えばルックアップ・メモリなどに格納される。
【００３５】
上記の符号化あるいは挿入ステップの後には、ステップＳ８においてカウント値が増加され、ステップＳ９にでは、すべての周波数帯が符号化されたか否かが確認される。カウント値がまだ符号化すべき周波数帯が残っていることを示す場合、次の周波数帯の信号振幅が閾値振幅と比較され、以後上述の処理ステップが繰り返される。これに対して、すべての周波数帯が符号化されたことが確認された場合ステップＳ１０においてこの処理は終了する。より正確には、この特定のタイムフレームにおける処理が終了し、次のタイムフレームの情報の符号化処理を行うことが可能になる。
【００３６】
なお、タイムフレームごとにビット予算が固定されるシステムにおいては、周波数帯が優先順位に基づいて符号化される。すなわち信号振幅が最も大きな差で閾値を上回る周波数帯が完全に符号化され、閾値により近い周波数帯については、ビット予算から残ったビットの数によっては選択的にノイズ充填パラメータが割り当てられる。
【００３７】
さらに、本発明の符号化方法において周波数帯を符号化するために用いられる符号化方式は特定の圧縮システムに限定されるのではなく、さまざまな符号化方式が適用可能である。しかし符号化に用いられるシステムは典型的には、適応予測符号方式（ＡＰＣ）やその他の線形予測符号化方式（ＬＰＣ）などの予測符号方式である。
【００３８】
以下において、重要視されない感知度の低い周波数帯の符号化に用いられるノイズ充填パラメータの実施例を説明する。
【００３９】
単純なトランスコーダのひとつの特徴は、感知度が高く最も重要視される帯域に優先的にビットを割り当てる点にある。このような単純な符号化処理によると、前述のようにビットが全く割り当てられない周波数帯が現れる可能性がある。ノイズ充填パラメータをこのようなトランスコーダと連携して用いる場合、ビット予算からいくつかのビットを確保し、これをビットが割り当てられない空の帯域内のノイズ充填パラメータの符号化に用いることができる。実際には空の帯域のそれぞれのノイズを記述するのに必要なパラメータは１つである。すなわち当該ノイズの記述において重要となるパラメータは、周波数帯に挿入されるべきノイズ信号の振幅のＲＭＳ値である。
【００４０】
この空の帯域にはスペクトル領域において、ＲＭＳ値Ａを有する一様分布から引き出されたランダム・ノイズが充填される。
【００４１】
このＲＭＳ値Ａは以下の等式（１）に基づいて計算される。
【００４２】
【数１】
2004522198.tif 000003
等式（１）において、Ｘｎは、処理対象であるｎ番目の周波数帯（ビン）のサンプル値である。ＲＭＳ値は、１デシベル・グリッドに量子化され、ハフマン・コーディングを用いて符号化される。
【００４３】
つまり符号器側で、ノイズを挿入すべき帯域に対応するもとの入力サンプルＸｎが等式１に当てはめられ、ＲＭＡ値Ａが計算される。この値はｄＢ値に変換され、１ｄＢグリッド上で量子化される。この量子化されたパラメータはビット・ストリームに符号化され、受信器によって復号化される。その後ランダム・ジェネレータが、均一の確率密度関数を有するランダム・サンプルを生成し、ここでこれらのランダム・サンプルの予想ＲＭＳ値（ｄＢ単位で）がＲＭＳ値Ａの復号値に対応するようにする。つまり受信側では、パラメータＡによって定義された適切なレベルで上記ランダム・ノイズが生成される。
【００４４】
上述の実施例のように、ハフマン・コーディングによって符号化されたＲＭＳ値を転送するためにビット・ストリームの一部を用いることは、本来残留周波数帯のサンプル値の符合化に利用可能なビットを犠牲にすることとなる。しかし実験により、前述のように利用可能ビットを横取りして空の帯域の充填に用いるほうが帯域を空のままにするよりも好ましい結果をもたらすことが明らかにされた。ただしこの符号化方式によりある一定の帯域が本来よりも低い精度で符号化されることとなるため、本発明はこれに対処すべきシステム、つまりノイズ充填パラメータを符号化するビットを確保することによって波形符号化部分での品質劣化を防止するシステムをも提供する。
【００４５】
ノイズ・パラメータは信号情報が通常配置される箇所で符号化される。しかし、ビット・ストリームにおいて次に転送される信号は信号情報ではなくノイズ・パラメータを含むことを復号器に予め知らせるための信号が必要である。これは例えば信号情報における各周波数帯（ビン）を格納するために用いられるレベル数などの量子化レベル数を符号化する識別子を通して実現することができる。この量子化レベル数が０より大きい場合、信号情報が来ることを意味し、量子化レベルが０である場合、信号情報が来ないことを意味する。ノイズの充填が行われない従来の手法によると、量子化レベル数が０であることを示す識別子のあとに何も含まない空の帯域が続くだけである。これに対して本発明の方法では、量子化レベル数が０であることはノイズ充填パラメータが続くことを示す（信号振幅が感知上重要でない場合このパラメータ自体も０であることがある）。
【００４６】
次に図４は、復号モジュールが図３に示される方法により符号化された信号を復号化する方法の一例を示す。同図中の記号Ｓ１〜Ｓ９は、以下のステップを表す。
Ｓ１  開始
Ｓ２  Ｎ個の周波数帯からなる符号化信号を受信
Ｓ３  Ｃ＝１に設定
Ｓ４  Ｃ番目の符号化帯域はノイズ充填パラメータを含むか？
Ｓ５  ＮＯの場合、所定の復号化方式によりＣ番目の符号化帯域信号を複合化
Ｓ６  ＹＥＳの場合、Ｃ番目の符号化帯域において所定の振幅にノイズ信号を挿入することによりＣ番目の帯域信号を合成
Ｓ７  Ｃ→Ｃ+１
Ｓ８  Ｃ＝Ｎ？
Ｓ９  終了
図４におけるステップＳ２では、Ｎ個の周波数帯からなる符号化信号が受信される。次にステップＳ３において、カウント値が初期値である１に設定される。ステップＳ４では、Ｎ個の周波数帯の１番目の帯域について、ノイズ充填パラメータが含まれているか否かが判定される。
【００４７】
１番目の符号化周波数帯がノイズ充填パラメータを含む場合、ステップＳ６においてこのパラメータは復号化され、このノイズ充填パラメータによって指定される振幅でノイズ信号を供給することによりこの一番目の帯域に対応する出力信号が合成される。
【００４８】
これに対し、１番目の符号化帯域にノイズ充填パラメータが含まれない場合、ステップＳ５においてこの符号化信号は所定の復号化方式に従って復号化される。
【００４９】
次にステップＳ７において、カウント値が増加され、次の符号化帯域が同様のステップを経て復号化される。そしてステップＳ８において、カウント値が、復号化の対象とされる特定のタイムフレームにおけるすべての周波数帯が復号化されたことを示すと、ステップＳ９においてこの復号化プロセスのサブ・ルーチーンは終了する。より正確には、ある特定のタイム・フレームにおける信号がすべて復号化された場合、復号化プロセスは、受信した符号化信号中の次のタイム・フレームにおける周波数帯の信号の復号化作業に入る。
【００５０】
上述の実施例によると、音声信号の符号化および復号化方法において、感知上重要性の低い帯域は完全に符号化するのではなく１以上のノイズ充填パラメータによって表すことにより効率的な音声信号の符号化・復号化方法が実現される。このようなノイズ充填パラメータは、所定の振幅でノイズ信号を提供することにより感知上重要性の低い信号部分を合成するためにそのアルゴリズムの復号化末端で復号化される。
【００５１】
図５は音声符号器２０及び音声復号器３０を有する装置１０の概略図を示す。
【００５２】
音声符号器２０は、受信した音声ストリームを所定の符号化方式に従って符号化し、本発明の方法を用いて聴覚による認識の点で重要視されない信号帯域にノイズ充填パラメータを供給するために、前述の音声符号化方法に従って作動する。
【００５３】
この音声符号器２０は、分割手段２１、比較手段２２、及び符号化手段２３から構成される。
【００５４】
分割手段２１は、信号を複数の周波数帯に分割する。比較手段２２は、分割されたそれぞれの周波数帯における信号の振幅とこれに対応する閾値とを比較する。符号化手段２３は、分割された周波数帯のなかで信号の振幅が閾値に対して最も大きな差で上回る周波数帯の信号を優先的に所定の符号化方式に従って符号化し、他の周波数帯に対しては選択的にノイズ充填パラメータを割り当てる。
【００５５】
音声復号器３０は、入力側で符号化されたデータを受信し、出力側で復号データを送出する。この音声復号器３０は、指定された帯域に所定の信号振幅レベルで所望の周波数帯限定ノイズを充填するために用いられるノイズ生成部４０を有する。
【００５６】
この音声復号器３０はさらに、受信手段３１、処理手段３２、第１復号手段、及び第２復号手段３４を有する。
【００５７】
受信手段３１は、符号化された音声信号を受信する。処理手段３２は、各々の周波数帯について、その帯域内において送信される信号がその振幅に関する符号化信号情報を含むかあるいはノイズ充填パラメータを含むかを判定する。処理手段３２が、受信信号に符号化信号情報が含まれていると判定した場合、第１復号手段３３がこの情報を復号化し、その周波数帯に対応する出力音声信号部分を生成する。一方、処理手段３２が、所定の周波数帯にノイズ充填パラメータが含まれていると判定した場合、第２復号手段３４は、ノイズ生成部４０により生成されたノイズ信号を当該周波数帯の周波数範囲にわたって前述のノイズ充填パラメータにより示された振幅で出力することにより、その周波数帯に対応する出力信号部分を合成する。
【００５８】
図５は、更に音声符号器２０によって符号化された信号を格納する記憶媒体５０を示し、復号器３０は音声信号をこの記憶媒体５０から再構築する。
【００５９】
上述の説明から明らかであるように、本発明の実施形態は、帯域幅の切り替えによって生じる問題を、符号化周波数帯域幅を安全で保守的な値（所定のビット数からすべての周波数帯がある程度の精度で符号化されるような帯域幅）に制限することなく解決することを目的とする。換言すると、本発明の実施形態は、限られたビット予算での信号の符号化において、帯域幅の切り替えアーチファクトの参入を阻止しながら音声帯域幅を効果的に拡大することを可能にする。
【００６０】
また、同業者には明らかであるように、本発明の実施例の説明でハードウェアとして示された要素が必要に応じてソフトウェアに代えられることも可能である。逆にソフトウェアとして説明された要素が必要に応じてハードウェアの対等物に代えられることも可能である。
【００６１】
本発明の方法は一般化されているさまざまな符号化方式と組み合わせて実施されることが可能であり、この方法を用いることにより非常に効率よくビットが利用される。
【００６２】
なお、上述の実施形態は、本発明を例示的に説明するものであって本発明の範囲を限定するものではない。同業者は、本発明の範囲内においてさまざまな類似例を想定することが可能であろう。また、本発明は、いくつかの実体素子から構成されるハードウェア及び適正にプログラミングされたコンピュータによって実施されることが可能である。さらに、本発明の請求項で開示される装置における構成要素とされる複数の手段は、いくつかをまとめて同一のハードウェアによって実現されることも可能である。また、相互異なる従属項で開示される対策を組み合わせることによって更なる効果を得ることが可能である場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】典型的な音声セグメントの構成及びマスク閾値を模式化したグラフを示す。
【図２】図1と同様の信号において、重要性の低い周波数帯に斜線を引いた図を示す。
【図３】本発明の一実施例に従った音声符号化方法を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に従った音声復号化方法を示すブロック図を示す。
【図５】音声符号器及び復号器を含む装置の概略ブロック図を示す。
【国際公開パンフレット】
2004522198.tif 000004
2004522198.tif 000005
2004522198.tif 000006
2004522198.tif 000007
2004522198.tif 000008
2004522198.tif 000009
2004522198.tif 000010
2004522198.tif 000011
2004522198.tif 000012
2004522198.tif 000013
2004522198.tif 000014
2004522198.tif 000015
2004522198.tif 000016
2004522198.tif 000017
2004522198.tif 000018
2004522198.tif 000019
2004522198.tif 000020
2004522198.tif 000021
2004522198.tif 000022
2004522198.tif 000023
2004522198.tif 000024
2004522198.tif 000025
【国際調査報告】
2004522198.tif 000026
2004522198.tif 000027