JP2002073067A - オーディオ信号の復号方法、及びオーディオ信号の復号装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーディオ信号の符号化を、適応的に周
波数分析を行い効率的に優勢な周波数成分を抽出して高
い効率で符号化を行って伝送し、伝送された符号化信号
を得て高品質に復号する復号装置を構成することにあ
る。 【解決手段】 供給されるデジタルオーディオ信号の所
定期間をフレーム化回路１１によりフレーム化信号とし
て得て周波数成分抽出回路１２により第１の一般調和解
析を行い、その結果得られた残差信号を複数に分割して
周波数成分抽出回路１４により第２の一般調和解析を行
い、それらにより得られた信号をビットストリーム信号
として伝送し、その信号を高品質のまま復号するデジタ
ルオーディオ信号の復号装置を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般調和解析法に
より圧縮符号化されたオーディオ信号を得て、復号する
オーディオ信号の復号方法、及びオーディオ信号の復号
装置に係る。すなわち、その一般調和解析により符号化
されるオーディオ信号は、特に複数種類の周波数間隔を
有する周波数値を基にしてオーディオ信号の優勢周波数
成分を抽出し、その抽出された周波数成分を基にして圧
縮符号化を行うものであり、そのようにして圧縮符号化
され、伝送された符号化ビットストリームの信号を得て
復号し、オーディオ信号を得るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オーディオ信号の復号装置に
供給される圧縮符号化オーディオ信号の符号化方法、オ
ーディオ信号の符号化装置には時間周波数変換の手法が
用いられている。

【０００３】この手法は、時間領域で供給される信号を
周波数領域の信号に変換し、符号化を行う方法で、人間
の周波数領域における聴覚特性を利用して行うものであ
り、それは人間の聴覚心理が、周波数により検知できる
音圧レベルが異なる、信号レベルの大きな周波数の近傍
にある小レベルの周波数成分の検知力が低いなどの聴覚
上のマスキング効果を利用して信号の圧縮を行う符号化
方式に適した信号処理が出来るからである。

【０００４】その従来用いられる時間周波数変換手法
は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：FastFourier Transfor
m）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Disc
reteCosine Transform）などであり、これらの手法は、
オーディオ信号を所定の観測区間ごとに区切り、その区
切られた信号を周波数分析することにより伝送する周波
数とそのレベルを求める方法である。

【０００５】この様にして求められた周波数分析結果よ
り、聴覚上必要な情報を選択し、符号化して伝送するよ
うなオーディオ信号の符号化方法、及びオーディオ信号
の符号化装置も実現されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この時間周
波数変換方式による符号化方式で用いられる高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）や変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）
等の周波数分析手法は、周期的で調和的な信号を分析す
る手法であり、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。

【０００７】その信号の周期性に関しては、符号化の対
称となるオーディオ信号が、例えば音階に基づいた周波
数成分を有し周期的で連続的な形態を取る場合と、打楽
器などから発せられる単発的で不連続的な信号である場
合とで、また、さらにそれらが複合されている場合な
ど、多種多様である。

【０００８】そして、そのように複雑に構成されるオー
ディオ信号の周波数分析を、オーディオ信号の周期と関
連のない観測区間を定めて行うときは、オーディオ信号
の波形と観測する区間の位置関係が異なる場合などで
は、異なった周波数とレベルの分析結果が得られるな
ど、周波数領域の信号に誤差が含まれ易い。

【０００９】さらにまた、単発的で過渡的なオーディオ
信号を符号化するには、高い周波数分解能での信号分析
が必要であるが、そのためには観測区間を長くとる必要
がある。しかし、観測区間を長くすると、実際とは異な
る多数の周波数成分も抽出されてしまうなどにより符号
化効率が低下するなど、観測区間の設定が困難な状況に
ある。

【００１０】このように、従来の周波数分析法を用いる
符号化方式は、観測区間の設定により誤差を伴った周波
数領域信号が得られる、過渡的なオーディオ信号に対す
る周波数分解能が不足である、観測区間外の波形予測が
困難であるなどの課題を有しており、さらに予測残差の
符号化による符号化効率の向上が困難であるなどによ
り、高能率で良好なオーディオ信号の符号化方法、オー
ディオ信号の符号化装置を提供できない欠点を有してお
り、そのようにしてオーディオ信号を復号する復号装置
と組み合わせてなるオーディオ信号の符号化、及び復号
システムにおいても同じ課題を有している。

【００１１】そこで、これらの課題を解決するための手
法として、調和的でない信号に拡張したフーリエ解析の
手法を用いてオーディオ信号を符号化し、復号する手法
がある。その手法は一般調和解析（Generalized Harmon
ic Analysis: ＧＨＡ）と呼ばれ、例えば牛山聡外によ
る「一般調和解析による波形分析」、信学技法ＥＡ９３
−１０３（１９９４−０３）、及び山崎芳男による「音
響信号の時間周波数分析」、日本音響学会誌５３巻2号
（１９９７）などで知られている。

【００１２】そのＧＨＡは、観測区間内で原信号から残
差信号電力が最小となる最も優勢な正弦波を抽出し、抽
出した信号成分を除いた残差信号に対しても同様の処理
を繰り返し行う様にする解析手法で、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が可能であ
り、さらに観測区間長と周波数分解能は互いに独立に自
由な設定が可能であるため、観測区間を超えた信号の予
測ができるなど、多くの特長を有している。

【００１３】このようにして、本発明はＦＦＴやＭＤＣ
Ｔ等の調和解析よりも精度の高い分析を行うＧＨＡを符
号化装置に用いて、精度の高い周波数分析を行ってオー
ディオ信号の符号化を行うとともに、その符号化された
信号を復号装置に供給して復号することによりオーディ
オ信号の伝送を行うための復号方法、及び復号装置に関
するものである。

【００１４】すなわち、その符号化装置に用いられるＧ
ＨＡは、オーディオ信号の周波数分析を符号化に適した
形に処理を行い、且つＦＦＴなどを用いる場合に比し、
抽出した周波数成分の精度が高く、抽出した周波数成分
を符号化するのに必要な符号量が、入力信号によっては
増大するという課題を解決し、符号化効率を向上させる
ようにしたものであり、そのようなオーディオ信号符号
化装置と組み合わせて用いる復号方法、及び復号装置の
構成を提供するようにし、安価で高品質なデジタルオー
ディオ信号を得る符号化、及び復号を行うシステム構築
がなされるようにするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の１）、２）の手段より成るものであ
る。すなわち、

【００１６】１） 供給されるデジタルオーディオ信号
をｍ×ｎ個（ｍ、ｎは正の整数）のサンプルの信号によ
り構成される第１のフレーム信号として得、その得られ
た第１のフレーム信号から残差信号電力が最小となる最
も優勢な正弦波を抽出し、その抽出した信号成分を除い
た残差信号を得る優勢な正弦波抽出処理を繰り返して行
うことにより第１の調和解析結果、及び第１の残差信号
を得、その得られた第１の残差信号を時間軸上でｍ個に
分割してサンプル数がｎで構成されるｍ個の第２のフレ
ーム信号を生成し、その生成されたｍ個の第２のフレー
ム信号のそれぞれについて優勢な正弦波抽出処理を繰り
返し行うことによりｍ組の第２の調和解析結果を得、そ
の得られたｍ組の第２の調和解析結果と、前記第１の調
和解析結果とを用いて前記ディジタルオーディオ信号の
圧縮符号化を行い、圧縮符号化して得られた圧縮符号化
信号と、前記ｍ、ｎの数値情報を伝送するためのビット
ストリームを生成し、その伝送されたビットストリーム
を復号して、前記デジタルオーディオ信号を得るように
なしたオーディオ信号の復号方法において、前記ビット
ストリームより、前記ｍ、ｎの数値情報を得て、複数の
正弦波波形データの配置位置を設定する第１のステップ
（２２）と、前記ビットストリームより得られる第１、
及び第２の調和解析結果を基に複数の正弦波データを生
成し、それらの正弦波データを前記第１のステップで設
定した、対応する正弦波データの配置位置に、それぞれ
の波形データを配置する第２のステップ（２３、２４）
と、その第２のステップにより配置された複数の波形デ
ータのうち、同一再生時間に係るデータを加算して読み
出すことにより復号されたデジタルオーディオ信号を生
成する第３のステップ（２５）と、よりなることを特徴
とするオーディオ信号の復号方法。

【００１７】２） 供給されるデジタルオーディオ信号
をｍ×ｎ個（ｍ、ｎは正の整数）のサンプルの信号によ
り構成される第１のフレーム信号として得、その得られ
た第１のフレーム信号から残差信号電力が最小となる最
も優勢な正弦波を抽出し、その抽出した信号成分を除い
た残差信号を得る優勢な正弦波抽出処理を繰り返して行
うことにより第１の調和解析結果、及び第１の残差信号
を得、その得られた第１の残差信号を時間軸上でｍ個に
分割してサンプル数がｎで構成されるｍ個の第２のフレ
ーム信号を生成し、その生成されたｍ個の第２のフレー
ム信号のそれぞれについて優勢な正弦波抽出処理を繰り
返し行うことによりｍ組の第２の調和解析結果を得、そ
の得られたｍ組の第２の調和解析結果と、前記第１の調
和解析結果とを用いて前記ディジタルオーディオ信号の
圧縮符号化を行い、圧縮符号化して得られた圧縮符号化
信号と、前記ｍ、ｎの数値情報を伝送するためのビット
ストリームを生成し、その伝送されたビットストリーム
を復号して、前記デジタルオーディオ信号を得るように
なしたオーディオ信号の復号装置において、前記ビット
ストリームより、前記ｍ、ｎの数値情報を得て、複数の
正弦波データ信号の配置位置を設定するフレーム設定手
段（２２）と、前記ビットストリームより得られる第
１、及び第２の調和解析結果を基に複数の正弦波データ
を生成し、それらの正弦波データを前記フレーム設定手
段で設定した、対応する正弦波データの配置位置に、そ
れぞれの波形データを配置する波形サンプル生成手段
（２３、２４）と、その波形サンプル生成手段により配
置された複数の波形データのうち、同一再生時間に係る
データを加算して読み出すことにより復号されたデジタ
ルオーディオ信号を生成する波形サンプル加算手段（２
５）と、より構成されることを特徴とするオーディオ信
号の復号装置。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のオーディオ信号の
復号方法、及びオーディオ信号の復号装置の実施形態に
つき、好ましい実施例により説明する。図１は、本願発
明に適用されるオーディオ信号の符号化装置の実施例
と、その本願発明の実施例に係る復号装置の概略構成で
ある。

【００１９】同図において、オーディオ信号符号化装置
１はフレーム化Ａ回路１１、周波数成分抽出Ａ回路１
２、フレーム化Ｂ回路１３、周波数成分抽出Ｂ回路１
４、及びフレーム選択回路１５で構成される一般調和解
析部１０と、ビットストリーム生成回路１６で構成され
る。

【００２０】そしてオーディオ信号復号装置２は、ビッ
トストリーム復号回路２１、フレーム設定回路２２、波
形サンプル生成Ａ回路２３、波形サンプル生成Ｂ回路２
４、及び波形サンプル加算回路２５により構成される。

【００２１】つぎに、この様に構成されるオーディオ信
号符号化装置１、及びオーディオ信号復号装置２の動作
について述べる。まず、オーディオ信号符号化装置１へ
の入力信号である符号化の対象とされるデジタルオーデ
ィオ信号はフレーム化回路１１に供給され、ここではそ
のデジタルオーディオ信号は第１の観測区間ごとのフレ
ーム信号に分割され、分割されたオーディオ信号は周波
数成分抽出回路１２に供給される。

【００２２】その周波数成分抽出回路１２に供給された
フレーム信号は、第１の周波数間隔の精度で一般調和解
析（ＧＨＡ）がなされ、後述の方法により第１の優勢な
周波数成分が抽出されて、ビットストリーム生成回路１
６に供給されるとともに、前述のフレーム信号より抽出
されたその第１の優勢な周波数成分を除去した第１の残
差信号を得、その得られた第１の残差信号をフレーム化
Ｂ回路１３に供給する。

【００２３】フレーム化Ｂ回路１３では、フレーム選択
回路１５よりの指示により、前記第１の観測区間と同じ
時間間隔を有する第１の残差信号は、時間軸方向に整数
ｍで分割されて、ｍ個の第２の観測区間の信号とされ、
それぞれの第２の観測区間の残差信号は周波数成分抽出
Ｂ回路１４に順次供給される。

【００２４】その周波数成分抽出Ｂ回路１４では、順次
供給されるｍ個の残差信号について順次一般調和解析が
行われ、第２の優勢な周波数成分が抽出されて、ビット
ストリーム生成回路１６に供給されるとともに、残差信
号より抽出された優勢な周波数成分が順次除去され、そ
の残差信号のレベルが所定値となるまで周波数成分の抽
出処理がなされる。

【００２５】このようにして抽出された第１、及び第２
の優勢な周波数成分は、第１の観測区間情報、及び第２
の観測区間情報並びに対応する区間位置情報とともにビ
ットストリーム生成回路１６においてビットストリーム
として生成され、生成されたビットストリームはオーデ
ィオ信号符号化装置１より出力され、図示しない通信ネ
ットワークを介し、あるいは記録媒体を介してオーディ
オ信号復号装置２に供給される。

【００２６】オーディオ信号復号装置２に供給されたビ
ットストリームはビットストリーム復号回路２１により
復号され、第１、第２の優勢な周波数成分、第１、第２
の観測区間情報、及びそれらの優勢な周波数成分と対応
するそれぞれの観測区間情報が得られ、得られたそれら
の区間情報はフレーム設定回路２２に、また第１の優勢
な周波数成分は波形サンプル生成Ａ回路２２に、そして
第２の優勢な周波数成分は波形サンプル生成Ｂ回路２４
にそれぞれ供給される。

【００２７】このようにして、フレーム設定回路２３で
は供給された第１、及び第２の観測区間情報に基づいて
波形サンプル生成Ａ回路２３、及び波形サンプル生成Ｂ
回路２４のそれぞれの時間フレームが設定される。

【００２８】その波形サンプル生成Ａ回路２３では、供
給される第１の優勢な周波数成分に基づいた信号波形が
フレーム設定回路２２により設定される時間フレーム上
に生成され、波形サンプル生成Ｂ回路２４では、供給さ
れる第２の優勢な周波数成分に基づいた信号波形がフレ
ーム設定回路２２により設定されるｍ個の時間フレーム
のうちの対応するフレーム上に生成される。

【００２９】このようにして、波形サンプル生成Ａ回路
２３、及び波形サンプル生成Ｂ回路２４より信号波形が
得られ、これらの信号波形は波形サンプル加算回路２５
に供給されるが、ここではお互いに同一再生時間である
信号波形が加算されて、ディジタルオーディオ信号が復
号され、復号されたオーディオ信号はオーディオ信号復
号装置２より出力される。

【００３０】次に、図２を用いて前述した周波数成分抽
出Ａ回路１２の動作につき説明する。同図はその動作を
示すフローチャートである。まず、ステップ１で１フレ
ーム分のデジタルオーディオ信号は周波数成分抽出Ａ回
路１２に供給され、ステップ２でその周波数成分が抽出
される。

【００３１】ステップ３では周波数成分抽出のされてな
い残差信号のレベルがチェックされ、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２に戻り次の周
波数成分が抽出される。残差信号レベルが所定値以下の
ときはステップ４に進み分析結果信号が出力され、一般
調和解析のステップを終了する。

【００３２】図３は、図２の要部であるステップ２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１１で抽
出すべき複数の周波数の中の１つが選択され、ステップ
１２でその周波数の信号成分が抽出され、ステップ１３
で抽出された信号成分を除く残差信号が算出され、ステ
ップ１４で抽出すべき全ての周波数成分の抽出が行われ
たかどうかがチェックされる。

【００３３】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１１に戻され、最後の周波数である
ときはステップ１５に進められ、ステップ１５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
最優勢信号成分が選択され、ステップ１６で原信号より
最優勢信号の周波数成分が除去され、前述のステップ３
に進められる。

【００３４】次に、上述のフレーム選択回路１４の動作
について述べる。一般調和解析（ＧＨＡ）は、従来の周
波数分析に用いられる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や適
応型離散余弦変換（ＭＤＣＴ）等のいわゆる調和解析よ
りも、精度の高い分析を行えるため、高能率な符号化方
法、符号化装置に使用できるが、その反面、精度が高く
得られる周波数分析結果は、場合によって符号量が増大
し符号化効率を低下させることがあるが、聴覚心理の特
性に合わせてその周波数分析結果を変換して符号化処理
を行うことにより、少ない符号量で高品質の音質を得る
ようにしてオーディオ信号の符号化方法を実現するもの
である。

【００３５】図４に人が知覚できる周波数に対する音圧
レベルの特性を示す。同図において曲線は人が知覚でき
る周波数に対する音圧レベルの特性を示しており、この
曲線以下の音圧レベルは知覚することができない。従っ
て、これらの音圧を伝送するときは、とは伝送する
必要がなく、の周波数と音圧のみを伝送すればよい。

【００３６】ここで、で示す音圧が、周波数値が少し
異なる２つの音圧スペクトラムにより構成されている場
合では、２つの周波数で構成される信号の音圧レベル
が、可聴限界に近い音圧であるときは２つの周波数は弁
別して聞くことが出来なく、１つの周波数の音として知
覚される。また、その２つの周波数の音圧レベルが異な
るときは、大きな音圧レベルの周波数は知覚できるがレ
ベルの小さな音は知覚できない。

【００３７】図５に、音圧レベルの異なる２つの周波数
の知覚レベルの関係を示す。同図においてで示す大き
な音圧の信号に対し、それと小さな周波数差があり、音
圧レベルの小さな信号の知覚レベルに関するものであ
る。

【００３８】同図に太い点線で示す曲線が音圧に対す
るマスキング曲線であり、周波数が多少異なる音圧レベ
ルの信号はこのマスキング曲線より大きな音圧レベル
の場合は知覚できるが、この曲線以下のレベルの信号は
知覚することができない。

【００３９】この様に、所定レベル以下の小さな音圧の
信号は知覚出来ないので、音響信号の圧縮符号化におい
ては、知覚出来ない信号を除いて符号化を行うことによ
り符号化の効率を高めるようにする。

【００４０】以上は、音響信号の知覚の面から見たマス
キング効果の関係であるが、マスキング曲線の近くにあ
る音圧信号については、その信号が単音であるか、複
数の周波数からなる合成音であるかにより知覚のされ方
が異なり、複数の周波数から構成される合成音について
は、それらの１つ１つの周波数の音を知覚することは難
しい。

【００４１】従って、知覚され難い複数の周波数からな
るオーディオ信号の符号化は、周波数間隔の広い周波数
により優勢な周波数成分の抽出を行う。そして、周波数
間隔の広い周波数による音の分析はフレーム間隔の短い
オーディオサンプルにより行うようにする。

【００４２】そして、フレーム間隔の短いオーディオサ
ンプルの分析は、その音が単発的で過渡的な音である場
合、及び時間とともに周波数が変化しているような音に
対しても、その短い時間間隔の中での優勢な周波数成分
を抽出することができるため、より質の高い音質で符号
化を行なうことが出来る。

【００４３】すなわち、前述の図１において、フレーム
化Ａ回路１２で、供給されるオーディオ信号のデータ
を、例えばｍ×ｎサンプル（ｍ、ｎは２以上の正の整
数）期間のフレーム長のデータ毎に区切り、その区切ら
れたデータに対して周波数成分抽出Ａ回路による一般調
和解析を行う。

【００４４】そして、フレーム化Ａ回路１２で、ｍ×ｎ
サンプル期間に比較的連続的に存在する優勢な周波数成
分を抽出し、残差信号レベルが第１の所定値以下となっ
たときその残差信号をフレーム化Ｂ回路１３に供給す
る。

【００４５】ここでは、供給された残差信号をフレーム
長がｎサンプルである、ｍ個のフレームのデータに分割
し、分割された各々のデータを周波数成分抽出Ｂ回路１
４に供給する。

【００４６】その周波数成分抽出Ｂ回路１４は、ｍ個の
並列に動作する周波数成分抽出回路により、又は１個の
周波数成分抽出回路が時分割処理するように構成され、
ｍ個のｎサンプルの残差信号に対する一般調和解析を行
い、ｍ組の周波数成分抽出処理した信号を供給するよう
にする。

【００４７】図６に、フレーム分割による一般調和解析
部の構成を示し、説明する。このフレーム分割による一
般調和解析部は、分割フレーム化Ｃ回路１３１、分割フ
レームＤ回路１３２、及び分割フレーム選択回路１３３
よりなるフレーム化Ｂ回路１３と、周波数成分抽出Ｃ回
路１４１、周波数成分抽出Ｄ回路１４２、及び周波数成
分合成回路１４６よりなる周波数成分抽出Ｂ回路１４と
より構成される。

【００４８】この様に構成されるフレーム分割による一
般調和解析部について述べる。まず、分割フレーム選択
回路１３３は周波数成分抽出Ａ回路１２より供給される
ｍ×ｎサンプルのフレームデータの分割方法について、
例えばｍ×ｎサンプルのデータを前半部と後半部の２つ
に２等分するか、あるいはｐ×ｎサンプル（ｐは１以上
の整数）と、（ｍ−ｐ）×ｎサンプルのデータに分割す
るか、さらには３以上の個数に分割するかを選択すると
ともに、そのような分割方法に関する情報は分割フレー
ムＣ回路１３１、分割フレームＤ回路１３２、及びビッ
トストリーム生成回路１６に供給される。

【００４９】分割フレームＣ回路１３１、及び分割フレ
ームＤ回路１３２のそれぞれは、分割フレーム選択回路
１３３から供給される情報に基づいて、周波数成分抽出
Ａ回路よりフレームデータとして供給される残差信号
の、前半部、及び後半部のそれぞれのデータを取得す
る。

【００５０】この様にして取得されたそれぞれの分割さ
れた残差信号のデータは、それぞれが対応する周波数成
分抽出Ｃ回路１４１、及び周波数成分抽出Ｄ回路１４２
において一般調和解析がなされ、それぞれの回路から得
られる優勢な周波数成分は周波数成分合成回路１４６に
供給される。

【００５１】その周波数成分合成回路１４６では、分割
された前半部、及び後半部より同一の優勢な周波数成分
が抽出されたときは１つの信号に合成するなどの処理を
行うが、分割された前半部、及び後半部のフレームより
異なる周波数成分が抽出された場合は、それらのデータ
はそのままビットストリーム生成回路に供給される。

【００５２】なお、この図に示したフレーム分割は２分
割する場合であるが、分割数は２に限ることなく、３、
４、８などの任意の整数値であればよく、その場合はさ
らに多くの周波数成分抽出回路を配置する、又は時分割
処理により複数の分割された信号の一般調和解析を行な
うようにする。

【００５３】図７に、そのフレーム分割による一般調和
解析の手順をフローチャーとにより示す。同図におい
て、フレーム化回路１１に供給された信号の分割フレー
ムによる一般調和解析の方法を示しており、Ｓ３４の第
１分析結果出力は周波数成分抽出Ｃ回路１４１より得ら
れる出力信号に、そしてＳ４４の第２分析結果出力は周
波数成分抽出Ｄ回路１４２より得られる出力信号に対応
している。

【００５４】このように、この例における一般調和解析
は、最初にフレーム選択回路１５により定められたフレ
ーム長で一般調和解析を行い、次にフレーム分割した残
差信号に対する一般調和解析を行うが、そのフレーム分
割をして解析を行うかどうかはオーディオ信号が連続的
で、調和的であるか、あるいは過渡的で、不調和的であ
るかによっても異なり、通常は残差信号レベルに所定の
閾値を設定しておき、そのレベルを監視しつつフレーム
分割処理を行うかどうかを決める。

【００５５】図８に、その残差信号レベルを監視しつつ
フレーム分割処理を行うための信号処理のステップを示
す。Ｓ２２において残差信号レベルが第１の所定のレベ
ル（閾値）以下である判断されたときはＳ２３のフレー
ム分割処理のステップに進められるようになっている。

【００５６】このＳ２２で比較の対象となる閾値は、前
述の図２に示すＳ３に示す値は前述の図４に示す知覚で
きる最低音圧レベル（第２の所定のレベル）に基づいて
設定されるが、フレーム分割に対する第１の所定のレベ
ルはそのＳ３で設定される第２の所定のレベルに対し
て、例えば調和的な信号に対しては２倍、不調和的な信
号に対しては１０倍程度の大きな値を用いるようにす
る。

【００５７】このようにして、分割処理ステップを有す
る周波数成分抽出処理は、分析する音響信号の周波数成
分ごとに、適正なフレーム間隔を設定して周波数分析を
行うため、聴覚心理上知覚されやすい信号に対しては精
度の高い周波数成分の抽出が出来、知覚され難い信号に
対しては広い周波数間隔により低い周波数精度による周
波数成分の抽出を行い、それらの分析結果をもとに符号
化効率の高い音響信号の圧縮符号化処理を行なうもので
ある。

【００５８】すなわち、最適なオーディオ信号の圧縮符
号化は、前述のような符号化される信号の周波数と信号
レベルに対する知覚の度合いにより分析する周波数間隔
を異ならしめ、その周波数間隔を基に供給される音響信
号の周波数値とレベルの関係を分析し、総符号量に対し
て聴覚上バランスの取れた圧縮オーディオ信号が得られ
るように音響信号の符号化を行うようにする。

【００５９】このようにして、一般調和解析部１０にお
けるオーディオ信号の周波数成分抽出は、供給されるオ
ーディオ信号に対して適応的にフレーム間隔を設定しな
がら周波数成分の抽出を行うようにしている。

【００６０】このようにしてフレーム選択回路１５、及
び分割フレーム選択回路１３３により符号化されるオー
ディオ入力信号に応じて適応的にフレーム長が設定さ
れ、そのフレーム長の信号に対する周波数成分抽出処理
がなされ、そのときに設定されたフレーム長の情報はビ
ットストリーム生成回路１６に供給され、フレーム長の
情報を含むビットストリームが生成される。

【００６１】そして生成されたビットストリームは復号
装置２のビットストリーム復号回路２１に供給され、ビ
ットストリーム復号回路２１は供給された複数のフレー
ム長情報と、それらのフレームに対応する圧縮符号化さ
れたオーディオデータが復号され、それらの復号された
フレーム長情報はフレーム設定回路２２に供給される。

【００６２】そのフレーム設定回路２２では、それらの
フレーム長の情報をもとに波形サンプル生成Ａ回路２
３、及び分割されたフレーム長情報は波形サンプル生成
Ｂ回路２４に供給され、これらの波形サンプル生成回路
は供給されたフレーム長情報をもとに復号されたオーデ
ィオ信号を配置する時間をそれぞれに設定する。

【００６３】この様にして、波形サンプル生成Ａ回路２
３は供給される周波数成分抽出Ａ回路１２より供給され
た信号に対する波形のサンプルデータを生成してフレー
ム長に対応する位置に配置し、波形サンプル生成Ｂ回路
２４は供給される周波数成分抽出Ｂ回路１４より供給さ
れた信号に対する波形のサンプルデータを生成し、分割
フレームに対応する位置にサンプルデータを配置するよ
うにする。

【００６４】このようにして生成された波形のサンプル
データは、波形サンプル加算回路２５で、同じ再生時間
のオーディオ信号同士が加算され、オーディオ信号が復
号され、復号された信号は復号器２の出力信号として供
給される。

【００６５】以上のようにして、この一般調和解析を用
いるオーディオ信号の圧縮符号化方式は、入力されるオ
ーディオ信号の優勢な周波数成分を、複数のフレーム間
隔が用いられて一般調和解析がなされるため、その解析
により抽出された複数の優勢な周波数成分よりオーディ
オ信号を復号するため、オーディオ信号復号装置２は、
オーディオ信号符号化装置１と同一のタイムフレームを
設定し、その設定された同一のタイムフレーム上にそれ
ぞれの抽出された周波数の波形を生成し、それぞれの生
成された周波数の波形は同一時刻の波形サンプルが加算
されるようにしてオーディオ信号を復号するようにする
ものである。

【００６６】このようにして一般調和解析により符号化
された信号が伝送され、抽出された周波数の波形を生成
して加算することにより符号化された信号の復号がなさ
れるが、その一般調和解析により抽出された信号は、多
数の正弦波の集合として表すことができ、その正弦波に
よる当該フレーム内の信号x(t) の構成を図９に示す。

【００６７】同図において示されるように、抽出される
信号x(t)は、その正弦波の周波数がf_1,f_2,…,f_NのＮ個
の信号の重ね合わせで表される。ただし、ＦＦＴによる
解析結果とは異なり、これらの正弦波は基本波の整数倍
の周波数の関係にある調和的な関係とは異なった非調和
な周波数の関係となっている。

【００６８】以上、オーディオ信号の符号化を行い、ビ
ットストリーム信号を生成するオーディオ信号符号化装
置１、及びそのビットストリームの復号を行うオーディ
オ信号復号装置２の構成を前述の図１により、回路ブロ
ックによる構成として示し、説明したが、これらの回路
は例えばＤＳＰ（Digital signal processor）を用いて
ソフトウエアにより実現することが出来る。

【００６９】ＤＳＰは、供給される信号の信号処理をソ
フト的に行うものであり、上述の符号化回路、及び復号
回路を信号処理プログラムにより記述し、回路によりハ
ードウエアとして実現したと同様の動作を、所定のソフ
トウエアによるステップ処理により、符号化、復号の信
号処理を行うことができる。

【００７０】以上のように本実施例の装置によれば、供
給されるオーディオ信号を、一般調和解析（ＧＨＡ）に
より知覚されやすい信号に対しては小さい周波数間隔の
周波数により高い周波数精度で周波数分析を行い、音響
信号を出きるだけ忠実に伝送するようにし、信号レベル
が小さく、あるいは他の優勢な周波数成分によりマスキ
ングされるような残差成分が所定値以下の信号に対して
は周波数間隔を広げて低い周波数精度による周波数分析
を行なうようにしている。

【００７１】このようにして周波数分析を行うため、分
析結果としての情報量を少なくでき、この方法に基づい
て抽出したレベルを用いて行うオーディオ信号の符号化
では、符号量をあまり増加させずに、信号品質が良く、
効率の高い符号化ストリームを生成することができると
ともに、そのようにして生成され、伝送されたビットス
トリームの信号を、符号化と同一のフレーム期間を設定
してなる復号器によりそのままの品質で復号する復号器
を構成することができる特徴を有している。

【００７２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、供給され
るデジタルオーディオ信号を、一般調和解析（ＧＨＡ）
により知覚されやすい信号に対しては所定のフレーム長
により小さな周波数の間隔で、知覚され難い信号に対し
ては分割されたフレーム長による大きな間隔の周波数に
より、複数のフレーム間隔のオーディオ信号に対して周
波数分析を行うため、この方法に基づいて抽出された周
波数のレベルを用いて行うオーディオ信号の符号化で
は、符号量の増加が少なく、信号品質が良く、効率の高
い符号化ビットストリームを得ることができ、そのよう
にして得られたビットストリームの信号を符号化と同じ
フレーム期間を設定した波形サンプル生成方法により抽
出された複数の周波数の信号波形を生成し、生成された
複数の信号を加算することにより、信号品質の高いオー
ディオ信号を復号するビットストリーム復号方法を提供
することができる効果がある。

【００７３】また、請求項２記載の発明によれば、供給
されるデジタルオーディオ信号を、一般調和解析（ＧＨ
Ａ）により知覚されやすい信号に対しては所定のフレー
ム長による小さな周波数の間隔で周波数分析を行い、知
覚され難い信号に対しては分割されたフレーム長による
大きな間隔の周波数により周波数分析を行うため、この
方法に基づいて抽出したレベルを用いて行うオーディオ
信号の符号化では、符号量をあまり増加させないで、信
号品質が良く、効率の高い符号化ビットストリームを得
ることができるとともに、そのようにして得られたビッ
トストリームの信号を符号化と同じフレーム期間を設定
した波形サンプル生成手段により抽出された複数の周波
数の信号波形を生成し、加算された信号を出力すること
により、信号品質の高いオーディオ信号を復号する復号
装置を構成することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号
化、及び復号装置の概略ブロック図である。

【図２】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号化
方法に用いられる周波数成分抽出方法の概略フローを示
す図である。

【図３】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号化
方法に用いられる周波数成分抽出方法のフローを示す図
である。

【図４】知覚できる最低音圧レベルの周波数特性を説明
するための図である。

【図５】近接する周波数の音圧に対して知覚できる最低
音圧レベルの特性を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号化
装置の分割フレームによる一般調和解析部のブロック図
である。

【図７】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号化
方法に用いられる分割フレームによる周波数成分抽出方
法のフローを示す図である。

【図８】本発明の実施例に係るオーディオ信号の符号化
方法に用いられる周波数成分抽出方法の分割フレーム処
理に関するフローを示す図である。

【図９】一般調和解析により得られる解析結果を示す数
式である。

【符号の説明】

１ オーディオ信号符号化装置 ２ オーディオ信号復号装置 １０ 一般調和解析部 １１ フレーム化Ａ回路 １２ 周波数成分抽出Ａ回路 １３ フレーム化Ｂ回路 １４ 周波数成分抽出Ｂ回路 １５ フレーム選択回路 １６ ビットストリーム生成回路 ２１ ビットストリーム復号回路 ２２ フレーム設定回路 ２３ 波形サンプル生成Ａ回路 ２４ 波形サンプル生成Ｂ回路 ２５ 及び波形サンプル加算回路 １３１ 分割フレーム化Ｃ回路 １３２ 分割フレーム化Ｄ回路 １３３ 分割フレーム選択回路 １４１ 周波数成分抽出Ｃ回路 １４２ 周波数成分抽出Ｄ回路 １４６ 周波数成分合成回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給されるデジタルオーディオ信号をｍ×
   ｎ個（ｍ、ｎは正の整数）のサンプルの信号により構成
   される第１のフレーム信号として得、その得られた第１
   のフレーム信号から残差信号電力が最小となる最も優勢
   な正弦波を抽出し、その抽出した信号成分を除いた残差
   信号を得る優勢な正弦波抽出処理を繰り返して行うこと
   により第１の調和解析結果、及び第１の残差信号を得、
   その得られた第１の残差信号を時間軸上でｍ個に分割し
   てサンプル数がｎで構成されるｍ個の第２のフレーム信
   号を生成し、その生成されたｍ個の第２のフレーム信号
   のそれぞれについて優勢な正弦波抽出処理を繰り返し行
   うことによりｍ組の第２の調和解析結果を得、その得ら
   れたｍ組の第２の調和解析結果と、前記第１の調和解析
   結果とを用いて前記ディジタルオーディオ信号の圧縮符
   号化を行い、圧縮符号化して得られた圧縮符号化信号
   と、前記ｍ、ｎの数値情報を伝送するためのビットスト
   リームを生成し、その伝送されたビットストリームを復
   号して、前記デジタルオーディオ信号を得るようになし
   たオーディオ信号の復号方法において、 前記ビットストリームより、前記ｍ、ｎの数値情報を得
   て、複数の正弦波波形データの配置位置を設定する第１
   のステップと、 前記ビットストリームより得られる第１、及び第２の調
   和解析結果を基に複数の正弦波データを生成し、それら
   の正弦波データを前記第１のステップで設定した、対応
   する正弦波データの配置位置に、それぞれの波形データ
   を配置する第２のステップと、 その第２のステップにより配置された複数の波形データ
   のうち、同一再生時間に係るデータを加算して読み出す
   ことにより復号されたデジタルオーディオ信号を生成す
   る第３のステップと、よりなることを特徴とするオーデ
   ィオ信号の復号方法。
2. 【請求項２】供給されるデジタルオーディオ信号をｍ×
   ｎ個（ｍ、ｎは正の整数）のサンプルの信号により構成
   される第１のフレーム信号として得、その得られた第１
   のフレーム信号から残差信号電力が最小となる最も優勢
   な正弦波を抽出し、その抽出した信号成分を除いた残差
   信号を得る優勢な正弦波抽出処理を繰り返して行うこと
   により第１の調和解析結果、及び第１の残差信号を得、
   その得られた第１の残差信号を時間軸上でｍ個に分割し
   てサンプル数がｎで構成されるｍ個の第２のフレーム信
   号を生成し、その生成されたｍ個の第２のフレーム信号
   のそれぞれについて優勢な正弦波抽出処理を繰り返し行
   うことによりｍ組の第２の調和解析結果を得、その得ら
   れたｍ組の第２の調和解析結果と、前記第１の調和解析
   結果とを用いて前記ディジタルオーディオ信号の圧縮符
   号化を行い、圧縮符号化して得られた圧縮符号化信号
   と、前記ｍ、ｎの数値情報を伝送するためのビットスト
   リームを生成し、その伝送されたビットストリームを復
   号して、前記デジタルオーディオ信号を得るようになし
   たオーディオ信号の復号装置において、 前記ビットストリームより、前記ｍ、ｎの数値情報を得
   て、複数の正弦波データ信号の配置位置を設定するフレ
   ーム設定手段と、 前記ビットストリームより得られる第１、及び第２の調
   和解析結果を基に複数の正弦波データを生成し、それら
   の正弦波データを前記フレーム設定手段で設定した、対
   応する正弦波データの配置位置に、それぞれの波形デー
   タを配置する波形サンプル生成手段と、 その波形サンプル生成手段により配置された複数の波形
   データのうち、同一再生時間に係るデータを加算して読
   み出すことにより復号されたデジタルオーディオ信号を
   生成する波形サンプル加算手段と、より構成されること
   を特徴とするオーディオ信号の復号装置。