(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーセプチュアルオーディオコーダで符号化するオーディオ情報を処理する方法であって、
（ｉ）特定タイプのオーディオ材料を符号化するのに適した、音響心理学的モデル及びオーディオプロセッサの設定のうちの少なくとも１つを表す、少なくとも１つの符号化関連パラメータの値を決定することにより、該特定タイプのオーディオ材料を事前に分類し、（ｉｉ）該少なくとも１つの符号化関連パラメータの値を、該特定タイプのオーディオ材料に対する識別子に関連付けて記憶装置に格納するステップと、
その後に該特定タイプのオーディオ材料を符号化する際に、該格納された識別子を呼び出して、対応する該決定された符号化関連パラメータの値を、該パーセプチュアルオーディオコーダにおける該特定タイプのオーディオ材料の該その後の符号化において利用するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの符号化関連パラメータの値は、前記パーセプチュアルオーディオコーダにおいて前記特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を符号化する際に利用される音響心理学的モデルの少なくとも一部である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの符号化関連パラメータの値は、前記パーセプチュアルオーディオコーダにおいて前記特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を符号化する前に、該所与の部分を処理するために利用されるオーディオプロセッサの設定である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記符号化関連パラメータの値を決定するために、該特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を分析するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記符号化関連パラメータの値に対する識別子が、前記特定タイプのオーディオ材料に対する前記識別子に関連付けて記憶装置に格納される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記符号化関連パラメータの値は、前記特定タイプのオーディオ材料の所与の部分と共に前記記憶装置に格納される対応する識別子を処理することで、該記憶装置から該特定タイプのオーディオ材料の該所与の部分を呼び出す際に決定される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記符号化関連パラメータは、トーンマスキング雑音比、雑音マスキングトーン比、および周波数拡散関数のうちの１つまたは複数である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記符号化関連パラメータの値は、少なくとも部分的には、前記特定タイプのオーディオ材料の所与の部分の分析により求められる、平均スペクトル平坦度測度、平均エネルギエントロピ測度、および符号化臨界測度のうちの少なくとも１つに基づいて決定される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記符号化関連パラメータの値は、少なくとも部分的には、前記特定タイプのオーディオ材料の所与の部分の少なくとも一部を分析することで生成される未復号化測度に基づいて決定される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
符号化するオーディオ情報を処理する装置であって、
（ｉ）特定タイプのオーディオ材料を符号化するのに適した、音響心理学的モデル及びオーディオプロセッサの設定のうちの少なくとも１つを表す、少なくとも１つの符号化関連パラメータの値を決定することにより、該特定タイプのオーディオ材料を事前に分類し、（ｉｉ）該少なくとも１つの符号化関連パラメータの値を、該特定タイプのオーディオ材料の識別子に関連付けて記憶装置に格納するよう動作するパーセプチュアルオーディオコーダを備え、
該パーセプチュアルオーディオコーダは、その後に該特定タイプのオーディオ材料を符号化する際に、該格納された識別子を呼び出し、対応する該決定された符号化関連パラメータの値を、該パーセプチュアルオーディオコーダにおける該特定タイプのオーディオ材料の該その後の符号化において利用するよう更に動作する、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、概してオーディオ圧縮技術に関し、特に、音響心理学的モデルまたは他のタイプのパーセプチュアルモデルを利用するオーディオ圧縮技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのデジタル通信システム、例えば地上波のＡＭまたはＦＭ、ＩＢＯＣ  ＤＡＢ（In-Band On-Channel，Digital Audio Broadcasting）システム、衛星放送システム、およびインターネットオーディオストリーミングシステム等で用いるために、パーセプチュアルオーディオ符号化技術が提案されている。本明細書に参照することにより援用するJ. D. Johnston、S. Dorward、およびS. R. Quackenbushによる「The Perceptual Audio Coder」（Digital Audio, Section 42, pp. 42  1 to 42  18, CRC Press, 1998）に記載されているパーセプチュアルオーディオコーダ（ＰＡＣ）等のパーセプチュアルオーディオ符号化装置は、ノイズ割り当て戦略を用いてオーディオ符号化を行うことによって、各オーディオフレームごとに、音響心理学的モデルに基づいてビット要件を計算する。ＰＡＣおよび同様の圧縮技術を組み込んだ他のオーディオ符号化装置は本来、パケット志向である。すなわち、固定の時間間隔（フレーム）についてのオーディオ情報が、可変ビット長のパケットで表される。各パケットは、オーディオフレームの量子化されたスペクトル／サブバンドの記述が後続する特定の制御情報を含む。ステレオ信号の場合、パケットは、２つ以上のオーディオチャネルのスペクトルの記述を、センターチャネルおよびサイドチャネル（例えば、左チャネルおよび右チャネル）として別個に、すなわち差別化して含むことができる。
【０００３】
上記参照に記載されるＰＡＣ符号化は、知覚的に導出される適応フィルタバンクまたは変換符号化アルゴリズムとして見ることができる。これは、高レベルの信号圧縮をなすために、高度な信号処理および音響心理学的モデリング技術を組み込んでいる。より具体的には、ＰＡＣ符号化は、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）とウェーブレット変換とを切り替える信号適応切り替えフィルタバンクを用いて、オーディオ信号のコンパクトな記述を得る。フィルタバンクの出力は、不均一ベクトル量子化器を用いて量子化される。量子化する目的のため、フィルタバンクの出力は、量子化器パラメータ、例えば量子化ステップサイズを各コーダバンドごとに別個に選択することができるように、いわゆる「コーダバンド」にグループ化される。これらのステップサイズは、音響心理学的モデルに従って生成される。量子化係数は、適応ハフマン符号化技術を用いてさらに圧縮される。ＰＡＣは、例えば、総計１５の異なるコードブックを採用し、各コードバンドごとに、最良のコードブックを別個に選択することができる。ステレオおよび多重チャネルオーディオ材料の場合、和／差または他の形態の多重チャネル組み合わせを符号化しうる。
【０００４】
ＰＡＣ符号化は、ブロックサンプリングアルゴリズムを用いて、圧縮されたオーディオ情報をパケット化したビットストリームにフォーマット化する。４４．１ｋＨｚのサンプリングレートにおいて、各パケットは、チャネルの数に関係なく、各チャネルから１０２４入力サンプルに対応する。１つの１０２４サンプルブロックのハフマン符号化したフィルタバンク出力、コードブック選択、量子化器、およびチャネル結合情報が、単一パケットに編成される。各１０２４入力オーディオサンプルに対応するパケットのサイズは可変であるが、長期一定平均パケット長は、後述するように維持することができる。
【０００５】
用途に応じて、様々な追加情報を最初のフレームに、またはあらゆるフレームに付加しうる。ＤＡＢ用途等信頼性のない伝送チャネルの場合、ヘッダが各フレームに付加される。このヘッダは、誤り回復に極めて重要なＰＡＣパケット同期情報を含み、また、サンプルレート、伝送ビットレート、オーディオ符号化モード等の他の有用な情報も含みうる。極めて重要な制御情報は、２つの連続したパケットで繰り返されることで、さらに保護される。
【０００６】
上記説明から、ＰＡＣビットの需要は、主に、音響心理学的モデルに従って決定される量子化器のステップサイズに依存することが明白である。しかし、ハフマン符号化の使用により、予め、すなわち量子化およびハフマン符号化ステップに先だって、ビット要求を正確に予測することは通常不可能であり、ビット要求はフレームごとに変化する。従って、従来のＰＡＣエンコーダは、バッファリング機構およびレートループを利用して、長期ビットレート制約に合わせる。バッファリング機構におけるバッファのサイズは、許容されるシステム遅延により決定される。
【０００７】
従来のＰＡＣビット割り当てでは、エンコーダが、特定のオーディオフレームに特定の数のビットを割り当てる要求をバッファ制御機構に発する。バッファおよび平均ビットレートの状態に応じて、バッファ制御機構が、実際に現在のフレームに割り当てることのできるビットの最大数を戻す。このビット割り当ては、初期のビット割り当て要求よりもかなり低い可能性があることに留意されたい。これは、現在のフレームを知覚的にトランスペアレントな符号化、すなわち初期音響心理学的モデルのステップサイズによって示唆されるような正確なレベルで符号化することが不可能な場合もあることを示す。ステップサイズを変更したビット要求が、実際のビット割り当て未満であり、かつこの割り当てに近いように、ステップサイズを調整することがレートループの機能である。
【０００８】
ＰＡＣ符号化により提供される上記利点にもかかわらず、ＤＡＢシステムおよび他のデジタルオーディオ圧縮用途において強化されたパフォーマンス性能を提供するように、デジタルオーディオ圧縮に関する技術をさらに改良する必要性がある。これらのすべての用途では、一般的に、与えられた帯域幅制約で、最良のオーディオ再生品質を伝達するように努力がなされる。ＰＡＣ等の従来のオーディオ符号化技術は、広範なオーディオ信号のオーディオ品質を最大化しようとする。非リアルタイム用途の場合、再生品質を最大化するように、各オーディオトラックごとに別個にエンコーダを調整することが可能である。このような調整により、再生品質を著しく高めることができる。しかし、デジタル放送および他のリアルタイム用途では、一般的に、エンコーダを「オンザフライ」で変更することは不可能である。その結果、豊富で多様なオーディオ材料が利用可能な場合、単一の音響心理学的モデルを利用可能な異なるタイプのオーディオ材料すべてに用いると、再生品質がいくらか妥協される。より具体的には、ロック、ジャズ、クラシック、音声等、異なるタイプのオーディオ材料はかなり異なる特徴を有しうるため、単一の音響心理学的モデルをすべてのタイプのオーディオ材料に適用する典型的な従来型の方法では、必然的に、１つまたは複数の特定タイプのオーディオ材料について最適な符号化性能未満になる。
【０００９】
従来のＰＡＣ符号化に伴う別の問題は、通常ＤＡＢシステムまたは他のタイプのシステムにおけるＰＡＣオーディオエンコーダの前にあるオーディオプロセッサに関連するものである。オーディオプロセッサは、ダイナミックレンジ、ステレオ分離、または符号化するオーディオ信号の帯域幅を低減しようとするなどの処理機能を行う。ＰＡＣエンコーダ自体のように、オーディオプロセッサの設定または他のパラメータは、通常、リアルタイム用途における特定タイプのオーディオ材料には最適化されない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、オーディオ材料を事前に分類して、適切な音響心理学的モデル、オーディオプロセッサ設定、またはこのような材料のパーセプチュアルオーディオ符号化において用いる他の符号化関連パラメータの決定を容易にする技術が必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、デジタルオーディオ圧縮用途においてオーディオ材料を事前に分類する方法および装置を提供する。有利なことに、本発明は、適切な音響心理学的モデル、オーディオプロセッサ設定、または他の符号化関連パラメータを特定タイプのオーディオ材料に確実に用いることで、オーディオ圧縮プロセスに関連する再生品質を改善する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、符号化する特定タイプのオーディオ材料のオーディオトラックまたは他の部分を分析して、所望レベルのオーディオ再生品質、例えば、特定タイプのオーディオ材料の最適な符号化に適した少なくとも１つの符号化関連パラメータの値を決定する。特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を通信システムのパーセプチュアルオーディオコーダにおいて伝送のために符号化する場合、符号化関連パラメータの値を識別してから、これを所与の部分の符号化と併せて利用する。特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を分析して、該所与の部分をパーセプチュアルオーディオコーダで符号化する前に、符号化関連パラメータの値を決定してもよい。別の例として、パーセプチュアルオーディオコーダで所与の部分を符号化している間に、少なくとも部分的に、特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を分析して、符号化関連パラメータの値を決定してもよい。別の例として、特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を分析して、パーセプチュアルオーディオコーダにおいて所与の部分を符号化している間に、少なくとも部分的に、符号化関連パラメータの値を決定してもよい。
【００１３】
例示的な実施形態における符号化関連パラメータは、少なくとも部分的に、トーンマスキングノイズ比、ノイズマスキングトーン比、および周波数拡散関数のうちの１つまたは複数の組み合わせとして特定される音響心理学的モデルを含む。この場合における符号化関連パラメータの値は、少なくとも部分的に、平均スペクトル平坦度測度、平均エネルギエントロピ測度、および符号化臨界測度のうちの少なくとも１つの決定を含む分析に基づいて、決定することができる。
【００１４】
本発明のさらなる態様によれば、符号化関連パラメータの値は、特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を、該所与の部分をパーセプチュアルオーディオコーダで符号化する前に、処理するために利用するオーディオプロセッサの設定を含みうる。この場合、符号化関連パラメータの値は、特定タイプのオーディオ材料の所与の部分を少なくとも部分的に分析することで生成される未復号化測度に基づいて決定することができる。ここでも、この分析は、オーディオ材料の符号化前に、または符号化中に行うことができる。
【００１５】
本発明は、例えば、ＡＭまたはＦＭインバンドオンチャネル（ＩＢＯＣ）デジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システム、衛星放送システム、インターネットおオーディオストリーミング、オーディオおよびデータの同時伝送システム等を含む広範なデジタルオーディオ圧縮用途において利用可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるオーディオ材料事前分類機能を有する通信システム１００を示す。システム１００は、記憶装置１０２、オーディオプロセッサ１０４、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６、および送信器１０８を含む。動作に当たり、システム１００は、オーディオ信号を記憶装置１０２から検索し、該オーディオ信号をオーディオプロセッサ１０４で処理し、パーセプチュアルオーディオ符号化プロセスを用いて、処理したオーディオ信号をＰＡＣオーディオエンコーダ１０６で符号化する。送信器１０８は、符号化したオーディオ信号をチャネル１１０を介してシステム１００の受信器１１２に送信する。受信器１１２の出力は、ＰＡＣオーディオデコーダ１１４に適用され、該ＰＡＣオーディオデコーダ１１４が元のオーディオ信号を再構築し、これをスピーカまたはスピーカセットでありうるオーディオ出力装置１１６に送る。
【００１７】
本発明の一態様によれば、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６は、検索されたオーディオ信号を分析して、パーセプチュアルオーディオ符号化プロセスでの使用に適した音響心理学的モデルを決定するように構成される。
【００１８】
図２は、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６の例示的な一実施形態をさらに詳細に示す。検索されたオーディオ信号は、オーディオプロセッサ１０４で処理された後、入力信号として、ＭＤＣＴとウェーブレット変換とを切り替える信号適応フィルタバンク２００に適用される。フィルタバンクの出力は、いわゆる「コーダバンド」にグループ化されてから、各コードバンドごとに別個に量子化ステップサイズを選択して、不均一ベクトル量子化器を用いて量子化要素２０２で量子化される。ステップサイズは、フィッティング要素２０６と併せて動作するパーセプチュアルモデル２０４によって生成される。量子化要素２０２によって生成される量子化された係数は、この例では適応ハフマン符号化方式を実施するノイズレス符号化要素２０８を用いてさらに圧縮される。ＰＡＣ符号化の従来の態様に関するさらなる詳細は、上記参照したD. Shinha、J. D. Johnston、S. Dorward、およびS. R. Quackenbushによる「The Perceptual Audio Coder」（Digital Audio, Section 42, pp. 42  1 to 42  18, CRC Press, 1998）において見出すことができる。
【００１９】
図２に示すＰＡＣオーディオエンコーダ１０６は、メモリ２２２と併せて動作するモデルセレクタ２２０をさらに含む。モデルセレクタ２２０は、その特定のオーディオ信号の符号化での使用に最適な音響心理学的モデルを決定するために、入力オーディオ信号を受信して処理する。モデルセレクタ２２０は、多くの異なる音響心理学的モデルに関する情報をメモリ２２２に格納することができるため、モデルセレクタ２２０が、モデルのうちから、特定の入力信号と共に用いる１つのモデルを選択し、対応する情報をメモリ２２２から検索し、符号化プロセスに用いるために、パーセプチュアルモデル要素２０４に送ることができる。
【００２０】
したがって、本発明は、最も適切な音響心理学的モデルを符号化中の特定のオーディオ信号に割り当てることで、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６の性能を動的に最適化する。上述したように、ロック、ジャズ、クラシック、音声等、異なるタイプのオーディオ材料にはそれぞれ、最適な符号化をなすために、異なる音響心理学的モデルが必要な場合がある。したがって、単一の音響心理学的モデルをすべてのタイプのオーディオ材料に適用する従来の方法は、各タイプのオーディオ材料について最適な符号化性能未満であることは避けられない。本発明は、符号化する特定のオーディオ材料の特徴に基づいて、特定の音響心理学的モデルを動的に選択するようＰＡＣオーディオエンコーダ１０６を構成することで、この不具合を克服する。
【００２１】
図３は、図１のシステム１００において実施しうるオーディオ材料事前分類プロセスの一例を示す流れ図である。この例の場合、オーディオ材料は、コンパクトディスク（ＣＤ）または他の記憶媒体上のオーディオトラック等、フルレングスのオーディオトラックを含むものと前提するが、記載する技術は、他のタイプまたはオーディオ材料の構成により広く適用可能なことを理解されたい。例えば、本発明は、オーディオトラックの一部、または複数のオーディオトラックのセットに適用することが可能である。
【００２２】
図３に示す処理は、本発明によるバッチモード処理技術の一例である。ステップ３００において、記憶装置１０２に格納すべきオーディオトラックを分析して、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６で実施されるオーディオ符号化プロセスでの使用に最適な音響心理学的モデル（ＰＭ）を決定する。最適なＰＭを所与のオーディオトラックについて決定する様式については、さらに詳細に後述する。
【００２３】
本明細書で用いる「最適」という語は、特定の再生品質測度についての最大絶対値等、特定レベルのパフォーマンスを要求するものと解釈すべきではなく、所与の用途についての任意所望のレベルのパフォーマンスを含むようにより広く解釈すべきであることに留意されたい。
【００２４】
ステップ３０２において、決定されたＰＭの識別子はオーディオトラックに関連付けられる。例えば、記憶装置１０２に格納されるオーディオトラックの特定フィールドを、そのトラックの関連するＰＭを含むように設計することができる。オーディオトラックが続けて伝送のために符号化される場合、ステップ３０４に示すように、トラックに関連付けられたＰＭ識別子が、モデルセレクタ２２０によって決定され、これを用いて、適切なＰＭ情報をＰＭ要素２０４を提供する。ＰＭ識別子は、既存の１つまたは複数の他のシステム要素の相互接続、例えば既存の従来のＡＥＳ３相互接続等を通して、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６に送ることができる。次に、ステップ３０６において、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６において、そのトラックに関連付けられたＰＭを用いてオーディオトラックを符号化し、ステップ３０８において、システム送信器１０８が符号化されたオーディオトラックを送信する。
【００２５】
図３のステップ３００におけるオーディオトラックの分析は、システム１００において、１つまたは複数のオーディオアナライザソフトウェアプログラムのセット、スタンドアロンハードウェアデバイス、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実施されるオーディオアナライザを用いて行うことができる。このようなプログラムは、高速フーリエ変換（ＦＦＴｓ）または他の信号分析技術を用いて、特定のオーディオトラックに最良のＰＭを決定することができる。これについては、さらに詳細に後述する。プログラムは、自動的に適切なＰＭを選択するように構成可能であるか、または適切なＰＭを選択するために、ユーザとの対話を提供することができる。例えば、本発明との併用に適したオーディオアナライザは、ユーザが、強調したい特定の楽器、サウンド、または他のパラメータを識別し、識別されたパラメータに最適な符号化を提供するＰＭを選択できるように構成可能である。このようなオーディオアナライザは、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６のモデルセレクタ２２０およびメモリ２２２を用いて実施しうる。他の実施形態において、オーディオアナライザは、別体のシステム要素または要素セットで実施してもよい。
【００２６】
図４は、本発明によるオーディオ材料事前分類プロセスの別の例の流れ図である。この例は、図３に関連して上述したバッチモード技術を用いるのではなく、トラックが伝送のために符号化中であるときに、所与のオーディオトラックに対してリアルタイムに動作する。ステップ４００において、オーディオトラックの符号化は、デフォルトＰＭを用いて開始される。デフォルトＰＭは、様々な異なるタイプのオーディオ材料の符号化に通常用いられる従来のＰＭでありうる。ステップ４０２において、オーディオトラックは、トラックが符号化中であるため、上記オーディオアナライザを用いてリアルタイムで分析される。このリアルタイム分析に基づき、ステップ４０４に示すように、特定のオーディオトラックに最適なＰＭが選択される。ステップ４０６において、選択された最適なＰＭを用いて、オーディオトラックの符号化を完了する。ステップ４０８において、オーディオトラックに最適なＰＭの識別子が、後続するオーディオトラックの符号化に用いるために格納され、ステップ４１０において、符号化されたオーディオトラックが送信される。
【００２７】
記憶装置１０２に格納されるオーディオトラックの上記フィールドは、最適なＰＭの識別を含むように更新することができる。再送信のために同じトラックが続けて検索される場合、システムは、その最適なＰＭがすべてにそのトラックに選択されていると決定することができ、システムは、図３のステップ３０４〜３０８を用いて、そのＰＭを用いての符号化に直接進むことが可能である。したがって、図３の分析ステップ３００および３０２または図４のステップ４００、４０２、および４０４は、最適なＰＭが未だ決定されていないオーディオトラックに対処する場合にのみ、適用する必要がある。このような状況は、上記ＰＭフィールドにおける特定の識別子、かかる識別子がないこと、または他の適した技術によって識別することができる。
【００２８】
次に、特定のオーディオトラックの符号化での使用に最適なＰＭを決定する方法について、さらに詳細に説明する。説明のこの部分はまた、オーディオプロセッサ１０４に使用する様々なパラメータの値を、特定のオーディオトラックについて決定することのできる方法についても説明する。以下説明する技術は、上記オーディオアナライザの１つの考えられる実施の詳細な例を提供するものである。
【００２９】
例示的な実施形態における本発明の事前分類プロセスは、フルレングスのオーディオトラックをいくつかの分類のうちの１つに事前に分類する。これらの分類それぞれには、２つのパラメータセット、すなわちＰＡＣオーディオエンコーダ１０６で使用するためのものと、オーディオプロセッサ１０４で使用するためのものに関連付けられる。この実施形態におけるオーディオプロセッサ１０４は、Orban(http://www.orban.com)からのOptimode 6200 DAB プロセッサと同様のタイプのものでありうる。
【００３０】
第１のパラメータセットは、ＰＡＣ音響心理学的モデル（ＰＭ）パラメータと呼ばれる。これらのパラメータは、オーディオ信号の実際の符号化時に、ＰＡＣオーディオエンコーダ１０６のＰＭ要素２０４において用いられる。これらパラメータの性質および影響と、この目的でのオーディオ信号の分類について、さらに詳細に後述する。
【００３１】
例示的な実施形態における第２のパラメータセットは、平均臨界測度と呼ばれる単一のパラメータを含む。おオーディオプロセッサ設定の選択におけるこのパラメータの生成および使用についても、さらに詳細に後述する。
【００３２】
上記参照したD. Shinha、J. D. Johnston、S. Dorward、およびS. R. Quackenbushによる「The Perceptual Audio Coder」（Digital Audio, Section 42, pp. 42  1 to 42  18, CRC Press, 1998）に記載されているように、従来のＰＡＣオーディオエンコーダに用いられるＰＭは、ステップサイズを生成する様々な概念を採用する。信号にフーリエ分析を行い、各コーダバンドにおけるスペクトルパワーを計算する。音色測度が各コードバンドについて計算され、信号エンベロープの相対的な平滑性（the relative smoothness）をモデリングする。トーン測度に基づき、信号対マスク比（ＳＭＲ）と呼ばれる量子化ノイズのターゲットパワーが計算される。純粋なトーン信号の場合、所望のＳＭＲはトーンマスキング雑音（ＴＭＮ）比として表され、純粋な雑音の場合、ＳＭＲは雑音マスキングトーン（ＮＭＴ）と表される。ＴＭＮの値が通常２４〜３５ｄＢで選択され、ＮＭＴは４〜９ｄＢの範囲で選択される。
【００３３】
ステップサイズの計算に利用される別の概念は、周波数拡散の同時マスキングの概念であり、これは、本質的に、１つの周波数における信号パワーがその周波数における雑音パワーだけでなく、付近の周波数もマスクすることを示す。これに基づき、１つのコーダバンドのＳＭＲ要件は、付近の周波数帯の空間的形状を見ることで、緩和することができる。周波数拡散関数（ＳＦ）について、各種の可能な形状が当分野で知られている。２つの例を図５Ａおよび図５Ｂに示す。
【００３４】
従来のＰＡＣ符号化プロセスでのレートループは、音響心理学の原理に基づいて動作して、過剰雑音の知覚を最小化すると上述した。しかし、レートの制約を満たすには、相当かつ可聴量の未復号化が必要なことがある。未復号化は、特に、低ビットレートかつ特定タイプの信号の場合に目立つ。したがって、符号化プロセス中の平均未復号化の測度もまた、ＰＡＣ符号化の目的のためのオーディオ信号の臨界測度をもたらす。この未復号化（ＵＣ）測度は、所与のオーディオトラック、例えば上記オーディオアナライザで分析するオーディオトラックを、ＰＡＣオーディオエンコーダを通して走行させることで計算することができる。エンコーダは、所与のオーディオトラックについて走行中または平均のＵＣ測度を生成するよう構成することができ、該ＵＣ測度を本発明による事前分類プロセスで用いることができる。
【００３５】
以下は、所与のセットのオーディオ材料の分類ごとに異なりうる３つのＰＡＣＰＭパラメータのセットの一例である。
１．ＴＭＮ。ＴＭＮが高いほど、一般的に、トーン音の符号化がより正確になり、その結果十分なビットを利用できる場合に、クリアなオーディオになる。しかし、高いＴＭＮを要求すると、ビット枯渇状況において音むら歪み（aliasing distortion）が増大することになりうる。
２．ＮＭＴ。ＮＭＴが低いほど、一般的に、音がクリアになり、エコー歪みが低減する。しかし、臨界信号の場合、ＮＭＴが高いほど、音むら歪み（aliasing distortion）が多くなる。
３．拡散関数（ＳＦ）の形状。図５Ａに示す形状は、概して、周波数領域および／または時間領域において、はっきりと画定されたピークの優勢を示す信号に適している。しかし、この形状は、ビット要件に関してより多くを求める。シャープな時間／周波数ピークを持たない信号の場合、図５Ｂに示す形状が、一般的に、特にビット枯渇状況において好ましい。
【００３６】
したがって、例示的な実施形態における上記列挙したＰＡＣ  ＰＭパラメータの特定の値のセットは、特定の音響心理学的モデルを特定する。特定の値のセット、ひいては所与のオーディオトラックに最も適した音響心理学的モデルを選択するために、オーディオトラックをまず、例えば上記オーディオアナライザを用いて分析し、次の３つの測度を決定する。
１．平均スペクトル平坦度測度（ＡＳＦＭ）。ＳＦＭは、参照することにより本明細書に援用するN. S. Jayant およびP. Noll, "Digital Coding of Waveforms, Principles and Applications to Speech and Video"（Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, 1984）に定義されている。本発明によれば、所与のオーディオ信号を約２０〜２５ミリ秒ごとに小さな連続セグメントに分割することができ、各セグメントごとにＳＦＭを計算する。次に、これらの値をオーディオトラック全体にわたって平均してＡＳＦＭを計算する。
２．平均エネルギエントロピ（ＡＥＮ）。エネルギエントロピ（ＥＮ）は、参照することで本明細書に援用するD. Sinha、およびA. H. Tewfik、"Low Bit Rate Transparent Audio Compression using Adapted Wavelets"(IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 41, No. 12, pp.3463  3479, Dec. 1993)において定義されており、オーディオ信号の時間領域における「尖り具合（peakiness）」を測度する。本発明によれば、それぞれ約２０〜２５ミリ秒の小さな連続セグメントにわたってＥＮを計算してから平均化して、オーディオトラックのＡＥＮを計算する。
３．符号化臨界測度。これは、上述したＵＣ測度である。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態において、所与のオーディオトラックについて生成される３つの測度、ＡＳＦＭ、ＡＥＮ、およびＵＣを決定機構において組み合わせて、そのオーディオトラックの３つのＰＡＣ  ＰＭパラメータＴＭＮ、ＮＭＴ、およびＳＦそれぞれに適した値を選択する。上述したように、こうして、ＰＭパラメータの値の所与のセットが、特定の音響心理学的モデルを表す。次に、特定の音響心理学的モデルが、図３および図４の流れ図に関して説明した方法で、所与のオーディオトラックに関連付けられる。質的に、ＡＳＦＭが所定の閾値未満であり、かつＵＣもまた所定の閾値未満である場合、ＴＭＮが高いほど良好な符号化が提供される。同様に、ＡＥＮが所定の閾値未満であり、かつＵＣもまた閾値未満である場合、ＮＭＴが高いほど良好な符号化が提供される。最後に、ＵＣが閾値未満であるか、またはＡＳＦＭおよびＡＥＮが双方とも閾値未満である場合、図５Ａに示すＳＦ形状が全体的に良好なオーディオ品質が提供される。
【００３８】
所与のオーディオトラックについて決定される上述した臨界測度ＵＣを用いても、オーディオプロセッサ１０４に１つまたは複数の設定を選択することができる。オーディオプロセッサの設定は、オペレータにより、または１つまたは複数の制御機構を用いて自動的に、ＵＣ測度を所定の閾値未満に維持するように調整することが可能である。オーディオプロセッサ１０４での事前設定を微調整するため、かつ／または所与のオーディオトラックと併用する新しい事前設定を決定するために、この基準を他の従来の基準と併せて用いることができる。
【００３９】
上述したように、本発明は、地上ＤＡＢシステム、衛星放送システム、およびインターネットストリーミングシステムを含む広範な異なるデジタルオーディオ伝送用途において実施することができる。例示的な実施形態と併せて上述した特定の事前分類技術は、例としてのみ示されるものであり、決して本発明の範囲の制限を意図するものではない。例えば、他の分析技術および信号測度を用いて、オーディオ材料を分類し、本発明により、特定の音響心理学的モデル、オーディオプロセッサ設定、または他の符号化関連パラメータをそれに関連付けてもよい。添付の特許請求の範囲内にあるこれらおよび多くの他の代替の実施形態および実施は、当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施しうる通信システムの例示的な一実施形態のブロック図を示す。
【図２】本発明に従って構成されたパーセプチュアルオーディオコーダ（ＰＡＣ）オーディオエンコーダの一例のブロック図を示す。
【図３】本発明によるオーディオ事前分類プロセス例の流れ図を示す。
【図４】本発明によるオーディオ事前分類プロセス例の流れ図を示す。
【図５Ａ】本発明と併せて用いる周波数拡散関数の例を示す。
【図５Ｂ】本発明と併せて用いる周波数拡散関数の例を示す。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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