JP2004163696A - 音楽情報符号化装置及び方法、音楽情報復号装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】白色雑音成分を含む音楽情報を効率的に符号化すると共に、フレーム間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止する。
【解決手段】音楽情報符号化装置では、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスｉＬと乱数テーブルの開始インデックスを指定するインデックスｉＲを符号列に含める。音楽情報復号装置２０では、白色雑音発生部２５において、符号列Ｃに含まれたインデックスｉＬ，ｉＲを用いてその白色雑音と同等のレベルをもつ時間軸上の白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を発生させ、加算器２６において、復号した時間軸上の音楽信号Ｓｆ（ｔ）と加算し、出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）として出力する。
【選択図】 図７
【解決手段】音楽情報符号化装置では、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスｉＬと乱数テーブルの開始インデックスを指定するインデックスｉＲを符号列に含める。音楽情報復号装置２０では、白色雑音発生部２５において、符号列Ｃに含まれたインデックスｉＬ，ｉＲを用いてその白色雑音と同等のレベルをもつ時間軸上の白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を発生させ、加算器２６において、復号した時間軸上の音楽信号Ｓｆ（ｔ）と加算し、出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）として出力する。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色雑音成分を含む音楽情報を符号化する音楽情報符号化装置及びその方法、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列の記録された記録媒体、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入力音楽信号を符号化する際には、時間軸上の音楽信号を一定の時間区間（フレーム）毎にブロック化し、フレーム毎に改良離散コサイン変換（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＭＤＣＴ）等を行うことで、時間軸上の時系列信号を周波数軸上のスペクトル信号に変換（スペクトル変換）して符号化することが行われている。
【０００３】
また、スペクトル信号を符号化する際には、フレーム毎の時系列信号をスペクトル変換したスペクトル信号毎に所定のビット配分、或いは適応的なビット割当（ビットアロケーション）が行われる。すなわち、例えば、ＭＤＣＴ処理されて得られた係数データをビットアロケーションによって符号化する際には、ブロック毎の時間軸信号をＭＤＣＴ処理して得られるＭＤＣＴ係数データに対して、適応的にビット数が割り当てられて符号化が行われる。
【０００４】
なお、このビットアロケーションについては、例えば、文献「音声信号の適応変換符号化」（”Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ Ｓｉｇｎａｌｓ”， Ｒ．Ｚｅｌｉｎｓｋｉ ａｎｄ Ｐ．Ｎｏｌｌ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｃｃｏｕｓｔｉｃｓ， Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−２５， Ｎｏ．４， Ａｕｇｕｓｔ １９７７）や、文献「臨界帯域符号化 −聴覚システムの知覚の要求に関するディジタル符号化」（ＩＣＡＳＳＰ １９８０， ”Ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｂａｎｄ ｃｏｄｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ”， Ｍ．Ａ．Ｋｒａｎｓｎｅｒ ＭＩＴ）等にその詳細が記載されている。
【０００５】
ところで、符号化装置への入力音楽信号には、楽器、声等の様々な成分が存在している。例えば、声やピアノの音のみをマイクロホンにて録音した場合においても、純粋にそれらの音のみが記録されている訳ではなく、背景雑音や録音機器の動作音、或いは録音機器自体の電気的雑音が多少なりとも記録されるのが普通である。
【０００６】
符号化装置からみれば、それらの雑音も声もピアノの音も１次元の波形情報でしかなく、雑音成分をも周波数変換して符号化しようとする。これは、波形再現性という観点からは正しいアプローチであるが、人間の聴覚特性を考慮した場合には効率的な符号化手法とはいえない。
【０００７】
そこで、聴覚心理モデルに基づくビットアロケーションによって、例えば絶対的に聞こえないレベルである最低可聴レベル又は符号化装置にて任意に設定できる最低符号化閾値よりも小さい周波数成分に対してビット割当を行わないようにすることができる。
【０００８】
このようなビットアロケーションを行う従来の符号化装置の概略構成を図８に示す。図８に示すように、符号化装置１００において、時間周波数変換部１０１は、入力音楽信号Ｓｉ（ｔ）をスペクトル信号Ｆ（ｆ）に変換し、このスペクトル信号をビット配分周波数帯域決定部１０２に供給する。ビット配分周波数帯域決定部１０２は、スペクトル信号Ｆ（ｆ）を分析し、ビット割当を行う周波数成分、すなわち最低可聴レベル又は最低符号化閾値以上である周波数成分Ｆ（ｆ０）と、ビット割当を行わない周波数成分Ｆ（ｆ１）とに分割し、周波数成分Ｆ（ｆ０）のみを正規化・量子化部１０３に供給し、周波数成分Ｆ（ｆ１）を切り捨てる。
【０００９】
正規化・量子化部１０３は、周波数成分Ｆ（ｆ０）に対して正規化及び量子化を施し、生成された量子化値Ｆｑを符号化部１０４に供給する。符号化部１０４は、この量子化値Ｆｑを符号化して符号列Ｃを生成し、記録・伝送部１０５は、この符号列Ｃを図示しない記録媒体に記録し、又はビットストリームＢＳとして伝送する。
【００１０】
この符号化装置１００で生成される符号列Ｃの一例を図９に示す。図９に示すように、符号列Ｃは、ヘッダＨ、正規化情報ＳＦ、量子化精度情報ＷＬ及び周波数情報ＳＰからなる。
【００１１】
続いて、符号化装置１００に対応する復号装置の概略構成を図１０に示す。図１０に示すように、復号装置１２０において、受信・読込部１２１は、符号化装置１００から受信したビットストリームＢＳ又は図示しない記録媒体から符号列Ｃを復元し、この符号列Ｃを復号部１２２に供給する。復号部１２２は、符号列Ｃを復号して量子化値Ｆｑを生成し、逆量子化・逆正規化部１２３は、この量子化値Ｆｑに逆量子化、逆正規化を施し、周波数成分Ｆ（ｆ０）を生成する。そして、周波数時間変換部１２４は、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）に変換して出力する。
【００１２】
ここで、符号化装置において、全てのフレームで最低可聴レベルＡ未満の周波数成分に対してビット割当を行わないようにする場合の一例を図１１に示す。図１１に示すように、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分のみが符号化され、ｎ番フレームにおいては１．００ｆまでの全ての周波数成分が符号化され、（ｎ＋１）番フレームにおいては、０．５５ｆ以下の周波数成分のみが符号化されることになる。この結果、フレームによって特定の周波数が符号列に含まれたり含まれなかったりするが、この符号列に含まれない周波数は人間の聴覚上、絶対的に聞こえないものであるため、全てのフレームにおいて全ての周波数成分を符号列に含めることと等価であり、後に再生した場合に聴覚心理的な違和感は生じない。
【００１３】
但し、このように最低可聴レベル以上の周波数成分を全て符号化する場合、本来重要でない周波数成分や聞こえなくともよい白色雑音まで符号化されるため、非効率的である。また、各フレームに同一のビット数を割り当てる固定ビットレートの符号化を行う場合には、ビットレートが低くなるに従って、満足な音質を達成するために必要なビット数を確保することができないフレームが出てくる虞がある。
【００１４】
一方、符号化装置において、フレーム毎に設定された最低符号化閾値ａ未満の周波数成分に対してビット割当を行わないようにする場合の一例を図１２に示す。図１２に示すように、（ｎ−１）番フレームでは、符号化装置によって決定される最低符号化閾値がａ（ｎ−１）というレベルに設定されている。このａ（ｎ−１）という最低符号化閾値は、この値より小さい周波数であれば音質上それほど重要な成分でないため、（ｎ−１）番フレーム中においては記録しなくとも音質に与える影響は少ないと判定されるような値である。この結果、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分のみが符号化される。
【００１５】
このような符号化されない周波数成分が全てのフレームで一定であれば、低域通過フィルタを通してから全ての周波数成分を符号化するのとほぼ等価であるため、聴覚上は帯域感が狭まるように感じる場合があるが、元の周波数分布と聴覚特性とを考慮すれば、狭帯域感は大きな問題にはならない。
【００１６】
しかしながら、続くｎ番フレームでは全体のエネルギが低いため、（ｎ−１）番フレームよりも符号化しない周波数成分が増えている。また、（ｎ＋１）番フレームでは全体のエネルギが高いため、符号化装置において全ての周波数成分が聴覚上重要であると判定され、全ての周波数成分が符号化されている。
【００１７】
このように、符号列に含める周波数成分がフレーム間で変動すると、後に再生する際に周波数成分のフレーム間の連続性がなくなり、明らかな聴覚上の雑音を感じることがある。その雑音は、ＦＭ放送の背景雑音が電波状況の変動によって刻々と変化するようなものに似ており、音楽以外に一定の変調雑音が加算されているような感覚を受け、聴覚心理的な違和感が生じる。
【００１８】
そこで、本件出願人が先に提案した下記の特許文献１では、先行するフレームにおいてビット割当を行った帯域幅を記憶保持し、その帯域幅から大きく変動しないようにして現在のフレームにおいてビット割当を行う帯域幅を決定することにより、再生帯域の変動を抑制し、雑音の発生を防止する技術が開示されている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平８−１６６７９９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術は、再生帯域の安定化に寄与するとはいえ、再生帯域の変動自体は許可しているため、聴覚上の問題を完全に解決するものではない。
【００２１】
また、再生帯域を安定化するために、本来不必要と判定された帯域の周波数が記録されたり、本来必要と判定された帯域の周波数が記録されなかったりするため、符号化効率の観点から不利なものである。
【００２２】
この他に、数フレームまたは数十フレームに亘って全ての周波数を分析し、ビット割当を行う周波数を全てのフレーム間で揃えるということも考えられるが、実時間処理や民生用ハードウェアにおけるメモリ・プロセッサのコストを考慮すると実現は困難であり、また、符号化効率の向上も見込めない。
【００２３】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、白色雑音成分を含む音楽情報を効率的に符号化すると共に、フレーム間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止する音楽情報符号化装置及びその方法、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列の記録された記録媒体、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る音楽情報符号化装置及びその方法は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する際に、音楽信号中の白色雑音成分を分析し、分析した白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する。
【００２５】
ここで、ブロック内の高域側のエネルギ分布に基づいて白色雑音成分を分析するようにしてもよく、ブロック全体のエネルギ分布に基づいて白色雑音成分を分析するようにしてもよい。
【００２６】
また、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスをさらに符号化することもできる。
【００２７】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る記録媒体は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化すると共に、上記音楽信号中の白色雑音成分を分析し、該白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化して生成された符号列が記録されたものである。
【００２８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る音楽情報復号装置及びその方法は、符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する際に、符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成し、逆周波数変換して得られる時間軸上の音楽信号と時間軸上の白色雑音成分とを加算する。
【００２９】
ここで、符号化された乱数テーブルのインデックスに基づいて白色雑音成分を生成するようにしてもよく、符号列中の所定の値に基づいて白色雑音成分を生成するようにしてもよい。
【００３０】
このような音楽情報符号化装置及びその方法、並びに音楽情報復号装置及びその方法では、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、符号化側において白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスを符号列に含め、復号側においてその白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させ、復号した音楽信号と時間軸上で加算する。
【００３１】
また、本発明に係るプログラムは、上述した音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、白色雑音成分を含む音楽情報を効率的に符号化すると共に、再生帯域の時間的な変動による雑音の発生を防止する音楽情報符号化装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法に適用したものである。以下では、先ず、本実施の形態における音楽情報符号化方法及び音楽情報復号方法の原理について説明し、次いで本実施の形態における音楽情報符号化装置及び音楽情報復号装置の構成について説明する。
【００３３】
本実施の形態における音楽情報符号化方法では、時間軸上の入力音楽信号を一定の時間区間（フレーム）毎にブロック化し、フレーム毎に改良離散コサイン変換（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＭＤＣＴ）等を行うことで、時間軸上の時系列信号を周波数軸上のスペクトル信号に変換（スペクトル変換）して符号化する。この際、人間の聴覚特性を考慮して効率的に符号化するために、聴覚心理モデルに基づくビットアロケーションによって、フレーム毎に設定可能な最低符号化閾値ａよりも小さい周波数成分に対してビット割当を行わないものとする。
【００３４】
例えば図１に示すように、（ｎ−１）番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ−１）というレベルに設定される。このａ（ｎ−１）という最低符号化閾値は、この値より小さい周波数であれば音質上それほど重要な成分でないため、（ｎ−１）番フレーム中においては記録しなくとも音質に与える影響は少ないと判定されるような値である。この結果、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分に対してのみビット割当が行われる。
【００３５】
続くｎ番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ）というレベルに設定され、０．５０ｆ以下の周波数成分に対してのみビット割当が行われる。
【００３６】
また、（ｎ＋１）番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ＋１）というレベルに設定され、１．０ｆまでの全ての周波数成分に対してビット割当が行われる。
【００３７】
ここで、最低符号化閾値ａ未満の周波数成分を切り捨てて符号列に含めない場合には、後に再生する際の再生帯域がフレーム間で変動し、フレーム間の連続性がなくなるため、聴覚心理的な違和感が生じてしまう。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、最低符号化閾値ａ未満である高域側の周波数成分から白色雑音成分を分析し、
（ａ）領域内のエネルギ分布が十分小さく、かつ平坦である。
（ｂ）領域内の周波数成分がノイズ性である。
という２つの条件を満たす領域の平均エネルギレベルを量子化したインデックスを符号列に含める。
【００３９】
なお、ある領域内の周波数分布が平坦であり、周波数成分の最大値ｆｍａｘと平均値ｆａｖｅとの比（ｆｍａｘ／ｆａｖｅ）が３．０程度以下の場合に、その領域の周波数成分には周期性がなく、ノイズ性といえることが経験的に分かっている。
【００４０】
図１の例では、（ｎ−１）番フレーム、ｎ番フレーム及び（ｎ＋１）番フレームについて、それぞれ高域の平坦な周波数のエネルギレベルに一致するような白色雑音レベルｂ（ｎ−１）、ｂ（ｎ）、ｂ（ｎ＋１）を検出し、それらをインデックス化して符号列に含める。
【００４１】
一方、本実施の形態における音楽情報復号方法では、符号列に含まれた周波数成分をフレーム毎に時間軸上の信号に逆スペクトル変換して復号すると共に、インデックスが示すエネルギレベルの白色雑音を発生させる。
【００４２】
この結果、図２に示すように、符号列に含まれた周波数成分の再生帯域はフレーム間で変動するものの、白色雑音によって擬似的に高域まで周波数を発生させることで、聴覚上の違和感を効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
なお、符号化側で符号列に含めないと判定された周波数成分のエネルギレベルと、復号側で発生させた白色雑音のエネルギレベルにはギャップがあるが、聴覚上の違和感の主たる原因は、ある周波数帯域のエネルギが全くなくなってしまうことであるため、そのギャップが聴覚上悪影響を与えるようなことはない。
【００４４】
以上のような処理を行う本実施の形態における音楽情報符号化装置の概略構成を図３に示す。図３に示すように、音楽情報符号化装置１０において、時間周波数変換部１１は、入力音楽信号Ｓｉ（ｔ）をスペクトル信号Ｆ（ｆ）に変換し、このスペクトル信号Ｆ（ｆ）をビット配分周波数帯域決定部１２に供給する。
【００４５】
ビット配分周波数帯域決定部１２は、スペクトル信号Ｆ（ｆ）を分析し、ビット割当を行う周波数成分、すなわち最低符号化閾値ａ以上である周波数成分Ｆ（ｆ０）と、ビット割当を行わない周波数成分Ｆ（ｆ１）とに分割する。そして、ビット配分周波数帯域決定部１２は、周波数成分Ｆ（ｆ０）を正規化・量子化部１３に供給し、周波数成分Ｆ（ｆ１）を白色雑音レベル決定部１４に供給する。
【００４６】
正規化・量子化部１３は、周波数成分Ｆ（ｆ０）に対して正規化及び量子化を施し、生成された量子化値Ｆｑを符号化部１５に供給する。
【００４７】
白色雑音レベル決定部１４は、周波数成分Ｆ（ｆ１）から白色雑音成分を分析し、上述した２つの条件を満たす領域の平均エネルギレベル、すなわち白色雑音レベルを量子化したインデックスｉＬを生成する。このインデックスｉＬを３ビットで表す場合、インデックスｉＬを生成するための白色雑音レベルテーブルは、例えば図４に示すようになる。この例では、白色雑音レベルが約８ｄＢである場合、インデックスｉＬは３となる。
【００４８】
また、白色雑音レベル決定部１４は、復号側で白色雑音を発生させるために必要な乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを指定するためのインデックスｉＲを生成する。このインデックスｉＲを３ビットで表す場合、インデックスｉＲを生成するための乱数インデックステーブルは、例えば図５に示すようになる。
【００４９】
符号化部１５は、正規化・量子化部１３から供給された量子化値Ｆｑと、白色雑音レベル決定部１４から供給されたインデックスｉＬ，ｉＲとを符号化して符号列Ｃを生成し、記録・伝送部１６は、この符号列Ｃを図示しない記録媒体に記録し、又はビットストリームＢＳとして伝送する。
【００５０】
この音楽情報符号化装置１０で生成される符号列Ｃの一例を図６に示す。図６に示すように、符号列Ｃは、ヘッダＨ、正規化情報ＳＦ、量子化精度情報ＷＬ、及び周波数情報ＳＰの他に、白色雑音フラグＦＬ及び白色雑音情報ＷＮからなる。また、白色雑音情報ＷＮは、インデックスｉＬ及びインデックスｉＲからなる。ここで、白色雑音フラグＦＬが“１”の場合、白色雑音情報ＷＮが符号列Ｃに含まれる。一方、白色雑音フラグＦＬが“０”の場合、白色雑音情報ＷＮは符号列Ｃに含まれず、余ったビットは周波数成分Ｆ（ｆ０）の符号化にまわされる。
【００５１】
なお、白色雑音フラグＦＬを設けず、例えばフレーム内の全ての周波数成分が最低符号化閾値ａ以上である場合には、前フレームのインデックスｉＬ，ｉＲを符号列Ｃに含めるようにしても構わない。
【００５２】
続いて、音楽情報符号化装置１０に対応する音楽情報復号装置の概略構成を図７に示す。図７に示すように、音楽情報復号装置２０において、受信・読込部２１は、音楽信号符号化装置１０から受信したビットストリームＢＳ又は図示しない記録媒体から符号列Ｃを復元し、この符号列Ｃを復号部２２に供給する。
【００５３】
復号部２２は、符号列Ｃを復号して量子化値ＦｑとインデックスｉＬ，ｉＲとを生成し、量子化値Ｆｑを逆量子化・逆正規化部２３に供給すると共に、インデックスｉＬ，ｉＲを白色雑音発生部２５に供給する。
【００５４】
逆量子化・逆正規化部２３は、量子化値Ｆｑに逆量子化、逆正規化を施して周波数成分Ｆ（ｆ０）を生成し、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を周波数時間変換部２４に供給する。
【００５５】
周波数時間変換部２４は、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を時間軸上の音楽信号Ｓｆ（ｔ）に変換し、この音楽信号Ｓｆ（ｔ）を加算器２６に供給する。
【００５６】
白色雑音発生部２５は、インデックスｉＬ，ｉＲから、以下の式（１）に従って周波数成分Ｆ（ｆ１）に相当する時系列信号である白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を発生し、この白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を加算器２６に供給する。
【００５７】
【数１】
【００５８】
式（１）において、ＬＥＶ（ｉＬ）は、インデックスｉＬを引数とする白色雑音レベルテーブルＬＥＶ（）の値を示し、符号化側と共通の値である。また、ＲＮＤ（ｉＲＴ＋ｔ）は、乱数インデックステーブルにおいてインデックスｉＲで指定される開始インデックスｉＲＴに周波数成分番号ｔを加えた値を引数とする乱数テーブルＲＮＤ（）の値を示す。この乱数テーブルＲＮＤ（）の値は、例えば−１．０以上１．０以下に正規化されている。
【００５９】
このように、符号列中のインデックスｉＲにより乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを生成することで、毎回異なる白色雑音が生成されることを防止することができる。
【００６０】
ここで、乱数テーブルＲＮＤ（）では、ｉＲＴ＋ｔの値が配列数Ｎｒｎｄを超える場合がある。このような場合には、例えばｉＲＴ＋ｔから配列数Ｎｒｎｄを減算した値を乱数テーブルＲＮＤ（）の引数とする。つまりｉＲＴ＋ｔの値は０以上Ｎｒｎｄ以下としなければならない。
【００６１】
なお、本実施の形態では、符号列中のインデックスｉＲにより乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを生成するものとしたが、これに限定されるものではなく、符号化側でインデックスｉＲを生成せず、符号列中の所定の値、例えば１フレーム分の正規化情報ＳＦ又は量子化精度情報ＷＬを全て加算した値に基づいて開始インデックスｉＲＴを生成するようにしても構わない。この場合にも、毎回異なる白色雑音が生成されることを防止することができる。
【００６２】
また、毎回異なる白色雑音が生成されることを許容する場合には、復号側で乱数を発生させて開始インデックスｉＲＴを生成するようにしても構わない。
【００６３】
加算器２６は、周波数時間変換部２４から供給された音楽信号Ｓｆ（ｔ）と白色雑音発生部２５から供給された白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）とを時系列上で加算し、出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）として出力する。
【００６４】
なお、周波数成分Ｆ（ｆ０）と白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）に相当する周波数成分Ｆｗとを周波数軸上で加算した後、周波数時間変換を施して出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）を生成することも考えられるが、この場合、例えば特開平７−２２１６４８号公報や特開平７−２２１６４９号公報等に記載されているようなプリエコー発生等を防止する利得制御・補償手法と組み合わせた際に問題が発生する。すなわち、周波数軸上で白色雑音に相当する周波数成分Ｆｗを加算したとしても、その後に利得補償回路で時間軸上での利得が変化するため、白色雑音信号が生成できないという問題が発生する。このため、本実施の形態では、白色雑音は時間軸上にて生成するものとする。
【００６５】
以上のように、本実施の形態における音楽信号符号化装置及び音楽情報復号装置によれば、白色雑音成分を含む入力音楽情報を符号化する際に、符号化側において白色雑音全ての周波数成分を符号化するのではなく、白色雑音レベルのインデックスｉＬや乱数インデックステーブルのインデックスｉＲを符号列Ｃに含め、復号側において入力音楽信号の白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させることで、効率的な符号化を可能にすると共に、フレーム間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６７】
例えば、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【００６８】
また、上述の実施の形態では、フレーム毎の音楽信号に白色雑音が含まれる場合について説明したが、本発明は、１フレーム全体が白色雑音のみの場合にも適用可能である。この場合には、各フレームの周波数成分を分析し、
（Ｃ）全帯域のエネルギの分散が小さい（±６ｄＢ程度）。
（Ｄ）全帯域の周波数成分がノイズ性である。
という２つの条件を満たすフレームの平均エネルギレベルを量子化したインデックスｉＬや乱数インデックステーブルのインデックスｉＲを符号列に含めるようにする。
【００６９】
また、白色雑音を「周波数成分」＋「白色雑音レベルのインデックスｉＬ及び乱数インデックステーブルのインデックスｉＲ」の和として表現することも可能である。すなわち、エネルギの大きい周波数成分からビット割当を行うことで最低限必要とされる波形再現性を保証し、エネルギの小さい周波数成分は白色雑音レベルのインデックスｉＬと乱数インデックステーブルのインデックスｉＲとで置き換えることも可能である。これにより、波形再現性と符号化効率の向上とを両立させることができる。この際、ビットレートに十分な余裕があり波形再現性も必要であれば「周波数成分」に重点的にビットを配分し、ビットレートが非常に低い場合には「白色雑音レベルのインデックスｉＬ及び乱数インデックステーブルのインデックスｉＲ」を用いて低レート符号化を実現する、という切り替えを行うようにしても構わない。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る音楽情報符号化装置及びその方法は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する際に、音楽信号中の白色雑音成分を分析し、分析した白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する。
【００７１】
また、本発明に係る記録媒体は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化すると共に、上記音楽信号中の白色雑音成分を分析し、該白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化して生成された符号列が記録されたものである。
【００７２】
また、本発明に係る音楽情報復号装置及びその方法は、符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する際に、符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成し、逆周波数変換して得られる時間軸上の音楽信号と時間軸上の白色雑音成分とを加算する。
【００７３】
このような音楽情報符号化装置及びその方法、並びに音楽情報復号装置及びその方法によれば、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、符号化側において白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスを符号列に含め、復号側においてその白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させ、復号した音楽信号と時間軸上で加算することにより、効率的な符号化を実現すると共に、ブロック間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止することができる。
【００７４】
また、本発明に係るプログラムは、上述した音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【００７５】
このようなプログラムによれば、上述した音楽情報符号化処理及び音楽情報復号処理をソフトウェアにより実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】符号化側における各フレームの最低符号化閾値及び白色雑音レベルの一例を示す図である。
【図２】復号側で生成される白色雑音の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態における音楽情報符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図４】インデックスｉＬを生成するための白色雑音レベルテーブルの一例を示す図である。
【図５】インデックスｉＲを生成するための乱数インデックステーブルの一例を示す図である。
【図６】同音楽情報符号化装置で生成される符号列の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態における音楽情報復号装置の概略構成を説明する図である。
【図８】従来の符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図９】同符号化装置せ生成される符号列の一例を示す図である。
【図１０】従来の復号装置の概略構成を説明する図である。
【図１１】同符号化装置において、最低可聴レベル未満の周波数成分に対してビット割当を行わない場合の例を示す図である。
【図１２】同符号化装置において、最低符号化閾値未満の周波数成分に対してビット割当を行わない場合の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 音楽情報符号化装置、１１ 時間周波数変換部、１２ ビット配分周波数帯域決定部、１３ 正規化・量子化部、１４ 白色雑音レベル決定部、１５ 符号化部、１６ 記録・伝送部、２０ 音楽情報復号装置、２１ 受信・読込部、２２ 復号部、２３ 逆量子化・逆正規化部、２４ 周波数時間変換部、２５白色雑音発生部、２６ 加算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色雑音成分を含む音楽情報を符号化する音楽情報符号化装置及びその方法、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列の記録された記録媒体、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入力音楽信号を符号化する際には、時間軸上の音楽信号を一定の時間区間（フレーム）毎にブロック化し、フレーム毎に改良離散コサイン変換（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＭＤＣＴ）等を行うことで、時間軸上の時系列信号を周波数軸上のスペクトル信号に変換（スペクトル変換）して符号化することが行われている。
【０００３】
また、スペクトル信号を符号化する際には、フレーム毎の時系列信号をスペクトル変換したスペクトル信号毎に所定のビット配分、或いは適応的なビット割当（ビットアロケーション）が行われる。すなわち、例えば、ＭＤＣＴ処理されて得られた係数データをビットアロケーションによって符号化する際には、ブロック毎の時間軸信号をＭＤＣＴ処理して得られるＭＤＣＴ係数データに対して、適応的にビット数が割り当てられて符号化が行われる。
【０００４】
なお、このビットアロケーションについては、例えば、文献「音声信号の適応変換符号化」（”Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ Ｓｉｇｎａｌｓ”， Ｒ．Ｚｅｌｉｎｓｋｉ ａｎｄ Ｐ．Ｎｏｌｌ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｃｃｏｕｓｔｉｃｓ， Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−２５， Ｎｏ．４， Ａｕｇｕｓｔ １９７７）や、文献「臨界帯域符号化 −聴覚システムの知覚の要求に関するディジタル符号化」（ＩＣＡＳＳＰ １９８０， ”Ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｂａｎｄ ｃｏｄｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ”， Ｍ．Ａ．Ｋｒａｎｓｎｅｒ ＭＩＴ）等にその詳細が記載されている。
【０００５】
ところで、符号化装置への入力音楽信号には、楽器、声等の様々な成分が存在している。例えば、声やピアノの音のみをマイクロホンにて録音した場合においても、純粋にそれらの音のみが記録されている訳ではなく、背景雑音や録音機器の動作音、或いは録音機器自体の電気的雑音が多少なりとも記録されるのが普通である。
【０００６】
符号化装置からみれば、それらの雑音も声もピアノの音も１次元の波形情報でしかなく、雑音成分をも周波数変換して符号化しようとする。これは、波形再現性という観点からは正しいアプローチであるが、人間の聴覚特性を考慮した場合には効率的な符号化手法とはいえない。
【０００７】
そこで、聴覚心理モデルに基づくビットアロケーションによって、例えば絶対的に聞こえないレベルである最低可聴レベル又は符号化装置にて任意に設定できる最低符号化閾値よりも小さい周波数成分に対してビット割当を行わないようにすることができる。
【０００８】
このようなビットアロケーションを行う従来の符号化装置の概略構成を図８に示す。図８に示すように、符号化装置１００において、時間周波数変換部１０１は、入力音楽信号Ｓｉ（ｔ）をスペクトル信号Ｆ（ｆ）に変換し、このスペクトル信号をビット配分周波数帯域決定部１０２に供給する。ビット配分周波数帯域決定部１０２は、スペクトル信号Ｆ（ｆ）を分析し、ビット割当を行う周波数成分、すなわち最低可聴レベル又は最低符号化閾値以上である周波数成分Ｆ（ｆ０）と、ビット割当を行わない周波数成分Ｆ（ｆ１）とに分割し、周波数成分Ｆ（ｆ０）のみを正規化・量子化部１０３に供給し、周波数成分Ｆ（ｆ１）を切り捨てる。
【０００９】
正規化・量子化部１０３は、周波数成分Ｆ（ｆ０）に対して正規化及び量子化を施し、生成された量子化値Ｆｑを符号化部１０４に供給する。符号化部１０４は、この量子化値Ｆｑを符号化して符号列Ｃを生成し、記録・伝送部１０５は、この符号列Ｃを図示しない記録媒体に記録し、又はビットストリームＢＳとして伝送する。
【００１０】
この符号化装置１００で生成される符号列Ｃの一例を図９に示す。図９に示すように、符号列Ｃは、ヘッダＨ、正規化情報ＳＦ、量子化精度情報ＷＬ及び周波数情報ＳＰからなる。
【００１１】
続いて、符号化装置１００に対応する復号装置の概略構成を図１０に示す。図１０に示すように、復号装置１２０において、受信・読込部１２１は、符号化装置１００から受信したビットストリームＢＳ又は図示しない記録媒体から符号列Ｃを復元し、この符号列Ｃを復号部１２２に供給する。復号部１２２は、符号列Ｃを復号して量子化値Ｆｑを生成し、逆量子化・逆正規化部１２３は、この量子化値Ｆｑに逆量子化、逆正規化を施し、周波数成分Ｆ（ｆ０）を生成する。そして、周波数時間変換部１２４は、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）に変換して出力する。
【００１２】
ここで、符号化装置において、全てのフレームで最低可聴レベルＡ未満の周波数成分に対してビット割当を行わないようにする場合の一例を図１１に示す。図１１に示すように、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分のみが符号化され、ｎ番フレームにおいては１．００ｆまでの全ての周波数成分が符号化され、（ｎ＋１）番フレームにおいては、０．５５ｆ以下の周波数成分のみが符号化されることになる。この結果、フレームによって特定の周波数が符号列に含まれたり含まれなかったりするが、この符号列に含まれない周波数は人間の聴覚上、絶対的に聞こえないものであるため、全てのフレームにおいて全ての周波数成分を符号列に含めることと等価であり、後に再生した場合に聴覚心理的な違和感は生じない。
【００１３】
但し、このように最低可聴レベル以上の周波数成分を全て符号化する場合、本来重要でない周波数成分や聞こえなくともよい白色雑音まで符号化されるため、非効率的である。また、各フレームに同一のビット数を割り当てる固定ビットレートの符号化を行う場合には、ビットレートが低くなるに従って、満足な音質を達成するために必要なビット数を確保することができないフレームが出てくる虞がある。
【００１４】
一方、符号化装置において、フレーム毎に設定された最低符号化閾値ａ未満の周波数成分に対してビット割当を行わないようにする場合の一例を図１２に示す。図１２に示すように、（ｎ−１）番フレームでは、符号化装置によって決定される最低符号化閾値がａ（ｎ−１）というレベルに設定されている。このａ（ｎ−１）という最低符号化閾値は、この値より小さい周波数であれば音質上それほど重要な成分でないため、（ｎ−１）番フレーム中においては記録しなくとも音質に与える影響は少ないと判定されるような値である。この結果、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分のみが符号化される。
【００１５】
このような符号化されない周波数成分が全てのフレームで一定であれば、低域通過フィルタを通してから全ての周波数成分を符号化するのとほぼ等価であるため、聴覚上は帯域感が狭まるように感じる場合があるが、元の周波数分布と聴覚特性とを考慮すれば、狭帯域感は大きな問題にはならない。
【００１６】
しかしながら、続くｎ番フレームでは全体のエネルギが低いため、（ｎ−１）番フレームよりも符号化しない周波数成分が増えている。また、（ｎ＋１）番フレームでは全体のエネルギが高いため、符号化装置において全ての周波数成分が聴覚上重要であると判定され、全ての周波数成分が符号化されている。
【００１７】
このように、符号列に含める周波数成分がフレーム間で変動すると、後に再生する際に周波数成分のフレーム間の連続性がなくなり、明らかな聴覚上の雑音を感じることがある。その雑音は、ＦＭ放送の背景雑音が電波状況の変動によって刻々と変化するようなものに似ており、音楽以外に一定の変調雑音が加算されているような感覚を受け、聴覚心理的な違和感が生じる。
【００１８】
そこで、本件出願人が先に提案した下記の特許文献１では、先行するフレームにおいてビット割当を行った帯域幅を記憶保持し、その帯域幅から大きく変動しないようにして現在のフレームにおいてビット割当を行う帯域幅を決定することにより、再生帯域の変動を抑制し、雑音の発生を防止する技術が開示されている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平８−１６６７９９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術は、再生帯域の安定化に寄与するとはいえ、再生帯域の変動自体は許可しているため、聴覚上の問題を完全に解決するものではない。
【００２１】
また、再生帯域を安定化するために、本来不必要と判定された帯域の周波数が記録されたり、本来必要と判定された帯域の周波数が記録されなかったりするため、符号化効率の観点から不利なものである。
【００２２】
この他に、数フレームまたは数十フレームに亘って全ての周波数を分析し、ビット割当を行う周波数を全てのフレーム間で揃えるということも考えられるが、実時間処理や民生用ハードウェアにおけるメモリ・プロセッサのコストを考慮すると実現は困難であり、また、符号化効率の向上も見込めない。
【００２３】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、白色雑音成分を含む音楽情報を効率的に符号化すると共に、フレーム間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止する音楽情報符号化装置及びその方法、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列の記録された記録媒体、この音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る音楽情報符号化装置及びその方法は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する際に、音楽信号中の白色雑音成分を分析し、分析した白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する。
【００２５】
ここで、ブロック内の高域側のエネルギ分布に基づいて白色雑音成分を分析するようにしてもよく、ブロック全体のエネルギ分布に基づいて白色雑音成分を分析するようにしてもよい。
【００２６】
また、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスをさらに符号化することもできる。
【００２７】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る記録媒体は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化すると共に、上記音楽信号中の白色雑音成分を分析し、該白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化して生成された符号列が記録されたものである。
【００２８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る音楽情報復号装置及びその方法は、符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する際に、符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成し、逆周波数変換して得られる時間軸上の音楽信号と時間軸上の白色雑音成分とを加算する。
【００２９】
ここで、符号化された乱数テーブルのインデックスに基づいて白色雑音成分を生成するようにしてもよく、符号列中の所定の値に基づいて白色雑音成分を生成するようにしてもよい。
【００３０】
このような音楽情報符号化装置及びその方法、並びに音楽情報復号装置及びその方法では、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、符号化側において白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスを符号列に含め、復号側においてその白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させ、復号した音楽信号と時間軸上で加算する。
【００３１】
また、本発明に係るプログラムは、上述した音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、白色雑音成分を含む音楽情報を効率的に符号化すると共に、再生帯域の時間的な変動による雑音の発生を防止する音楽情報符号化装置及びその方法、並びにこの音楽情報符号化装置及び方法によって生成された符号列を復号する音楽情報復号装置及びその方法に適用したものである。以下では、先ず、本実施の形態における音楽情報符号化方法及び音楽情報復号方法の原理について説明し、次いで本実施の形態における音楽情報符号化装置及び音楽情報復号装置の構成について説明する。
【００３３】
本実施の形態における音楽情報符号化方法では、時間軸上の入力音楽信号を一定の時間区間（フレーム）毎にブロック化し、フレーム毎に改良離散コサイン変換（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＭＤＣＴ）等を行うことで、時間軸上の時系列信号を周波数軸上のスペクトル信号に変換（スペクトル変換）して符号化する。この際、人間の聴覚特性を考慮して効率的に符号化するために、聴覚心理モデルに基づくビットアロケーションによって、フレーム毎に設定可能な最低符号化閾値ａよりも小さい周波数成分に対してビット割当を行わないものとする。
【００３４】
例えば図１に示すように、（ｎ−１）番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ−１）というレベルに設定される。このａ（ｎ−１）という最低符号化閾値は、この値より小さい周波数であれば音質上それほど重要な成分でないため、（ｎ−１）番フレーム中においては記録しなくとも音質に与える影響は少ないと判定されるような値である。この結果、（ｎ−１）番フレームにおいては０．６０ｆ以下の周波数成分に対してのみビット割当が行われる。
【００３５】
続くｎ番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ）というレベルに設定され、０．５０ｆ以下の周波数成分に対してのみビット割当が行われる。
【００３６】
また、（ｎ＋１）番フレームでは、最低符号化閾値ａがａ（ｎ＋１）というレベルに設定され、１．０ｆまでの全ての周波数成分に対してビット割当が行われる。
【００３７】
ここで、最低符号化閾値ａ未満の周波数成分を切り捨てて符号列に含めない場合には、後に再生する際の再生帯域がフレーム間で変動し、フレーム間の連続性がなくなるため、聴覚心理的な違和感が生じてしまう。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、最低符号化閾値ａ未満である高域側の周波数成分から白色雑音成分を分析し、
（ａ）領域内のエネルギ分布が十分小さく、かつ平坦である。
（ｂ）領域内の周波数成分がノイズ性である。
という２つの条件を満たす領域の平均エネルギレベルを量子化したインデックスを符号列に含める。
【００３９】
なお、ある領域内の周波数分布が平坦であり、周波数成分の最大値ｆｍａｘと平均値ｆａｖｅとの比（ｆｍａｘ／ｆａｖｅ）が３．０程度以下の場合に、その領域の周波数成分には周期性がなく、ノイズ性といえることが経験的に分かっている。
【００４０】
図１の例では、（ｎ−１）番フレーム、ｎ番フレーム及び（ｎ＋１）番フレームについて、それぞれ高域の平坦な周波数のエネルギレベルに一致するような白色雑音レベルｂ（ｎ−１）、ｂ（ｎ）、ｂ（ｎ＋１）を検出し、それらをインデックス化して符号列に含める。
【００４１】
一方、本実施の形態における音楽情報復号方法では、符号列に含まれた周波数成分をフレーム毎に時間軸上の信号に逆スペクトル変換して復号すると共に、インデックスが示すエネルギレベルの白色雑音を発生させる。
【００４２】
この結果、図２に示すように、符号列に含まれた周波数成分の再生帯域はフレーム間で変動するものの、白色雑音によって擬似的に高域まで周波数を発生させることで、聴覚上の違和感を効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
なお、符号化側で符号列に含めないと判定された周波数成分のエネルギレベルと、復号側で発生させた白色雑音のエネルギレベルにはギャップがあるが、聴覚上の違和感の主たる原因は、ある周波数帯域のエネルギが全くなくなってしまうことであるため、そのギャップが聴覚上悪影響を与えるようなことはない。
【００４４】
以上のような処理を行う本実施の形態における音楽情報符号化装置の概略構成を図３に示す。図３に示すように、音楽情報符号化装置１０において、時間周波数変換部１１は、入力音楽信号Ｓｉ（ｔ）をスペクトル信号Ｆ（ｆ）に変換し、このスペクトル信号Ｆ（ｆ）をビット配分周波数帯域決定部１２に供給する。
【００４５】
ビット配分周波数帯域決定部１２は、スペクトル信号Ｆ（ｆ）を分析し、ビット割当を行う周波数成分、すなわち最低符号化閾値ａ以上である周波数成分Ｆ（ｆ０）と、ビット割当を行わない周波数成分Ｆ（ｆ１）とに分割する。そして、ビット配分周波数帯域決定部１２は、周波数成分Ｆ（ｆ０）を正規化・量子化部１３に供給し、周波数成分Ｆ（ｆ１）を白色雑音レベル決定部１４に供給する。
【００４６】
正規化・量子化部１３は、周波数成分Ｆ（ｆ０）に対して正規化及び量子化を施し、生成された量子化値Ｆｑを符号化部１５に供給する。
【００４７】
白色雑音レベル決定部１４は、周波数成分Ｆ（ｆ１）から白色雑音成分を分析し、上述した２つの条件を満たす領域の平均エネルギレベル、すなわち白色雑音レベルを量子化したインデックスｉＬを生成する。このインデックスｉＬを３ビットで表す場合、インデックスｉＬを生成するための白色雑音レベルテーブルは、例えば図４に示すようになる。この例では、白色雑音レベルが約８ｄＢである場合、インデックスｉＬは３となる。
【００４８】
また、白色雑音レベル決定部１４は、復号側で白色雑音を発生させるために必要な乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを指定するためのインデックスｉＲを生成する。このインデックスｉＲを３ビットで表す場合、インデックスｉＲを生成するための乱数インデックステーブルは、例えば図５に示すようになる。
【００４９】
符号化部１５は、正規化・量子化部１３から供給された量子化値Ｆｑと、白色雑音レベル決定部１４から供給されたインデックスｉＬ，ｉＲとを符号化して符号列Ｃを生成し、記録・伝送部１６は、この符号列Ｃを図示しない記録媒体に記録し、又はビットストリームＢＳとして伝送する。
【００５０】
この音楽情報符号化装置１０で生成される符号列Ｃの一例を図６に示す。図６に示すように、符号列Ｃは、ヘッダＨ、正規化情報ＳＦ、量子化精度情報ＷＬ、及び周波数情報ＳＰの他に、白色雑音フラグＦＬ及び白色雑音情報ＷＮからなる。また、白色雑音情報ＷＮは、インデックスｉＬ及びインデックスｉＲからなる。ここで、白色雑音フラグＦＬが“１”の場合、白色雑音情報ＷＮが符号列Ｃに含まれる。一方、白色雑音フラグＦＬが“０”の場合、白色雑音情報ＷＮは符号列Ｃに含まれず、余ったビットは周波数成分Ｆ（ｆ０）の符号化にまわされる。
【００５１】
なお、白色雑音フラグＦＬを設けず、例えばフレーム内の全ての周波数成分が最低符号化閾値ａ以上である場合には、前フレームのインデックスｉＬ，ｉＲを符号列Ｃに含めるようにしても構わない。
【００５２】
続いて、音楽情報符号化装置１０に対応する音楽情報復号装置の概略構成を図７に示す。図７に示すように、音楽情報復号装置２０において、受信・読込部２１は、音楽信号符号化装置１０から受信したビットストリームＢＳ又は図示しない記録媒体から符号列Ｃを復元し、この符号列Ｃを復号部２２に供給する。
【００５３】
復号部２２は、符号列Ｃを復号して量子化値ＦｑとインデックスｉＬ，ｉＲとを生成し、量子化値Ｆｑを逆量子化・逆正規化部２３に供給すると共に、インデックスｉＬ，ｉＲを白色雑音発生部２５に供給する。
【００５４】
逆量子化・逆正規化部２３は、量子化値Ｆｑに逆量子化、逆正規化を施して周波数成分Ｆ（ｆ０）を生成し、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を周波数時間変換部２４に供給する。
【００５５】
周波数時間変換部２４は、この周波数成分Ｆ（ｆ０）を時間軸上の音楽信号Ｓｆ（ｔ）に変換し、この音楽信号Ｓｆ（ｔ）を加算器２６に供給する。
【００５６】
白色雑音発生部２５は、インデックスｉＬ，ｉＲから、以下の式（１）に従って周波数成分Ｆ（ｆ１）に相当する時系列信号である白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を発生し、この白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）を加算器２６に供給する。
【００５７】
【数１】
式（１）において、ＬＥＶ（ｉＬ）は、インデックスｉＬを引数とする白色雑音レベルテーブルＬＥＶ（）の値を示し、符号化側と共通の値である。また、ＲＮＤ（ｉＲＴ＋ｔ）は、乱数インデックステーブルにおいてインデックスｉＲで指定される開始インデックスｉＲＴに周波数成分番号ｔを加えた値を引数とする乱数テーブルＲＮＤ（）の値を示す。この乱数テーブルＲＮＤ（）の値は、例えば−１．０以上１．０以下に正規化されている。
【００５９】
このように、符号列中のインデックスｉＲにより乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを生成することで、毎回異なる白色雑音が生成されることを防止することができる。
【００６０】
ここで、乱数テーブルＲＮＤ（）では、ｉＲＴ＋ｔの値が配列数Ｎｒｎｄを超える場合がある。このような場合には、例えばｉＲＴ＋ｔから配列数Ｎｒｎｄを減算した値を乱数テーブルＲＮＤ（）の引数とする。つまりｉＲＴ＋ｔの値は０以上Ｎｒｎｄ以下としなければならない。
【００６１】
なお、本実施の形態では、符号列中のインデックスｉＲにより乱数テーブルの開始インデックスｉＲＴを生成するものとしたが、これに限定されるものではなく、符号化側でインデックスｉＲを生成せず、符号列中の所定の値、例えば１フレーム分の正規化情報ＳＦ又は量子化精度情報ＷＬを全て加算した値に基づいて開始インデックスｉＲＴを生成するようにしても構わない。この場合にも、毎回異なる白色雑音が生成されることを防止することができる。
【００６２】
また、毎回異なる白色雑音が生成されることを許容する場合には、復号側で乱数を発生させて開始インデックスｉＲＴを生成するようにしても構わない。
【００６３】
加算器２６は、周波数時間変換部２４から供給された音楽信号Ｓｆ（ｔ）と白色雑音発生部２５から供給された白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）とを時系列上で加算し、出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）として出力する。
【００６４】
なお、周波数成分Ｆ（ｆ０）と白色雑音信号Ｓｗ（ｔ）に相当する周波数成分Ｆｗとを周波数軸上で加算した後、周波数時間変換を施して出力音楽信号Ｓｏ（ｔ）を生成することも考えられるが、この場合、例えば特開平７−２２１６４８号公報や特開平７−２２１６４９号公報等に記載されているようなプリエコー発生等を防止する利得制御・補償手法と組み合わせた際に問題が発生する。すなわち、周波数軸上で白色雑音に相当する周波数成分Ｆｗを加算したとしても、その後に利得補償回路で時間軸上での利得が変化するため、白色雑音信号が生成できないという問題が発生する。このため、本実施の形態では、白色雑音は時間軸上にて生成するものとする。
【００６５】
以上のように、本実施の形態における音楽信号符号化装置及び音楽情報復号装置によれば、白色雑音成分を含む入力音楽情報を符号化する際に、符号化側において白色雑音全ての周波数成分を符号化するのではなく、白色雑音レベルのインデックスｉＬや乱数インデックステーブルのインデックスｉＲを符号列Ｃに含め、復号側において入力音楽信号の白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させることで、効率的な符号化を可能にすると共に、フレーム間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６７】
例えば、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【００６８】
また、上述の実施の形態では、フレーム毎の音楽信号に白色雑音が含まれる場合について説明したが、本発明は、１フレーム全体が白色雑音のみの場合にも適用可能である。この場合には、各フレームの周波数成分を分析し、
（Ｃ）全帯域のエネルギの分散が小さい（±６ｄＢ程度）。
（Ｄ）全帯域の周波数成分がノイズ性である。
という２つの条件を満たすフレームの平均エネルギレベルを量子化したインデックスｉＬや乱数インデックステーブルのインデックスｉＲを符号列に含めるようにする。
【００６９】
また、白色雑音を「周波数成分」＋「白色雑音レベルのインデックスｉＬ及び乱数インデックステーブルのインデックスｉＲ」の和として表現することも可能である。すなわち、エネルギの大きい周波数成分からビット割当を行うことで最低限必要とされる波形再現性を保証し、エネルギの小さい周波数成分は白色雑音レベルのインデックスｉＬと乱数インデックステーブルのインデックスｉＲとで置き換えることも可能である。これにより、波形再現性と符号化効率の向上とを両立させることができる。この際、ビットレートに十分な余裕があり波形再現性も必要であれば「周波数成分」に重点的にビットを配分し、ビットレートが非常に低い場合には「白色雑音レベルのインデックスｉＬ及び乱数インデックステーブルのインデックスｉＲ」を用いて低レート符号化を実現する、という切り替えを行うようにしても構わない。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る音楽情報符号化装置及びその方法は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する際に、音楽信号中の白色雑音成分を分析し、分析した白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する。
【００７１】
また、本発明に係る記録媒体は、時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化すると共に、上記音楽信号中の白色雑音成分を分析し、該白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化して生成された符号列が記録されたものである。
【００７２】
また、本発明に係る音楽情報復号装置及びその方法は、符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する際に、符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成し、逆周波数変換して得られる時間軸上の音楽信号と時間軸上の白色雑音成分とを加算する。
【００７３】
このような音楽情報符号化装置及びその方法、並びに音楽情報復号装置及びその方法によれば、白色雑音成分を含む音楽信号を符号化する際に、符号化側において白色雑音成分のエネルギレベルのインデックスを符号列に含め、復号側においてその白色雑音と同等のレベルをもつ白色雑音を発生させ、復号した音楽信号と時間軸上で加算することにより、効率的な符号化を実現すると共に、ブロック間での再生帯域の変動による雑音の発生を防止することができる。
【００７４】
また、本発明に係るプログラムは、上述した音楽情報符号化処理又は音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるものである。
【００７５】
このようなプログラムによれば、上述した音楽情報符号化処理及び音楽情報復号処理をソフトウェアにより実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】符号化側における各フレームの最低符号化閾値及び白色雑音レベルの一例を示す図である。
【図２】復号側で生成される白色雑音の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態における音楽情報符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図４】インデックスｉＬを生成するための白色雑音レベルテーブルの一例を示す図である。
【図５】インデックスｉＲを生成するための乱数インデックステーブルの一例を示す図である。
【図６】同音楽情報符号化装置で生成される符号列の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態における音楽情報復号装置の概略構成を説明する図である。
【図８】従来の符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図９】同符号化装置せ生成される符号列の一例を示す図である。
【図１０】従来の復号装置の概略構成を説明する図である。
【図１１】同符号化装置において、最低可聴レベル未満の周波数成分に対してビット割当を行わない場合の例を示す図である。
【図１２】同符号化装置において、最低符号化閾値未満の周波数成分に対してビット割当を行わない場合の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 音楽情報符号化装置、１１ 時間周波数変換部、１２ ビット配分周波数帯域決定部、１３ 正規化・量子化部、１４ 白色雑音レベル決定部、１５ 符号化部、１６ 記録・伝送部、２０ 音楽情報復号装置、２１ 受信・読込部、２２ 復号部、２３ 逆量子化・逆正規化部、２４ 周波数時間変換部、２５白色雑音発生部、２６ 加算器
Claims (18)
- 時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する音楽情報符号化装置において、
上記音楽信号中の白色雑音成分を分析する白色雑音分析手段と、
上記白色雑音分析手段によって分析した上記白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する白色雑音符号化手段と
を備えることを特徴とする音楽情報符号化装置。 - 上記白色雑音分析手段は、上記ブロック内の高域側のエネルギ分布に基づいて上記白色雑音成分を分析することを特徴とする請求項１記載の音楽情報符号化装置。
- 上記白色雑音分析手段は、上記ブロック全体のエネルギ分布に基づいて上記白色雑音成分を分析することを特徴とする請求項１記載の音楽情報符号化装置。
- 上記白色雑音符号化手段は、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスをさらに符号化することを特徴とする請求項１記載の音楽情報符号化装置。
- 上記時間軸上の音楽信号の利得を制御する利得制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の音楽情報符号化装置。
- 時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する音楽情報符号化方法において、
上記音楽信号中の白色雑音成分を分析する白色雑音分析工程と、
上記白色雑音分析工程にて分析した上記白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する白色雑音符号化工程と
を有することを特徴とする音楽情報符号化方法。 - 上記白色雑音符号化工程では、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスがさらに符号化されることを特徴とする請求項６記載の音楽情報符号化方法。
- 時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化する音楽情報符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
上記音楽信号中の白色雑音成分を分析する白色雑音分析工程と、
上記白色雑音分析工程にて分析した上記白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化する白色雑音符号化工程と
を有することを特徴とするプログラム。 - 上記白色雑音符号化工程では、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスがさらに符号化されることを特徴とする請求項８記載のプログラム。
- 時間軸上の音楽信号を所定の時間区間毎にブロック化し、ブロック毎に周波数変換して符号化すると共に、上記音楽信号中の白色雑音成分を分析し、該白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスを符号化して生成された符号列が記録されたことを特徴とする記録媒体。
- 上記符号列には、復号側で白色雑音成分を生成するために用いる乱数テーブルのインデックスがさらに符号化されて含まれていることを特徴とする請求項１０記載の記録媒体。
- 符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する音楽情報復号装置において、
符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成する白色雑音生成手段と、
上記逆周波数変換して得られる上記時間軸上の音楽信号と上記時間軸上の白色雑音成分とを加算する加算手段と
を備えることを特徴とする音楽情報復号装置。 - 上記白色雑音生成手段は、符号化された乱数テーブルのインデックスに基づいて上記白色雑音成分を生成することを特徴とする請求項１２記載の音楽情報復号装置。
- 上記白色雑音生成手段は、符号列中の所定の値に基づいて上記白色雑音成分を生成することを特徴とする請求項１２記載の音楽情報復号装置。
- 上記所定の値は、正規化情報又は量子化精度情報であることを特徴とする請求項１４記載の音楽情報復号装置。
- 上記逆周波数変換して得られる上記時間軸上の音楽信号の利得の補償を行う利得補償手段をさらに備え、
上記加算手段は、利得補償後の上記時間軸上の音楽信号と上記時間軸上の白色雑音成分とを加算すること
を特徴とする請求項１２記載の音楽情報復号装置。 - 符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する音楽情報復号方法において、
符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成する白色雑音生成工程と、
上記逆周波数変換して得られる上記時間軸上の音楽信号と上記時間軸上の白色雑音成分とを加算する加算工程と
を有することを特徴とする音楽情報復号方法。 - 符号化された周波数信号を復号し、逆周波数変換して時間軸上の音楽信号を生成する音楽情報復号処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
符号化された白色雑音成分のエネルギレベルを表すインデックスに基づいて、時間軸上の白色雑音成分を生成する白色雑音生成工程と、
上記逆周波数変換して得られる上記時間軸上の音楽信号と上記時間軸上の白色雑音成分とを加算する加算工程と
を有することを特徴とするプログラム。
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