JP2009239437A - オーディオ信号伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することが可能なオーディオ信号伝送システムを提供する。
【解決手段】オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化する符号化部１０８と、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部１１６と、算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成するプリフィルタ生成部１１８と、プリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部１０６と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部２０４と、プリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部２０６とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はオーディオ信号伝送システムに係り、特に汎用のＡＤＰＣＭによる符号化および復号を行うオーディオ信号伝送システムに関する。

音楽や音声などをデジタルオーディオ信号として取り扱うとき、圧縮技術を用いて伝送レートを削減し、効率よく記録、伝送する手法が用いられる。音楽再生装置においては、再生したオーディオ信号をスピーカやヘッドホンなどの出力装置に伝送する。近年はこの再生装置と出力装置の間に無線通信を介することが行われるようになってきている。オーディオ信号を単純にデジタル信号に変換するだけではその情報量が大きくなり、伝送可能な情報量が制限されている無線通信において全ての音声データを伝達できない。そこで、通信経路を変えずに音声データを伝送するため、音声データの情報量を圧縮する音声コーデックが必要となる。

音声コーデックは、音声デジタルデータの符号化（エンコード）と復号（デコード）からなり、送信装置で符号化された音声データが、受信装置で復号および、再生される。音声コーデックとしては、例えば、適応差分ＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code Modulation、以下、単にＡＤＰＣＭという。）が挙げられる。かかるＡＤＰＣＭは、オーディオ信号が連続的に変化する性質を利用し、音声データの差分を符号化する技術である。

音声コーデックの中でも高品位なものとして聴覚心理モデルを用いたものがあり、例えばＡＡＣ（Advanced Audio Coding)、ＭＰ３（MPEG Audio Layer-3）、ＡＴＲＡＣ（Adaptive TRansform Acoustic Coding）などが挙げられる。聴覚心理モデルは伝送レートの低減効果ははるかに大きく、楽曲による主観音質のバラつきも少ない。しかしその代わりに複雑な信号処理を要するため、専用ＬＳＩのコストが高くなるという問題がある。

これに対してＡＤＰＣＭは、簡単な処理であるわりに伝送レートの低減効果が大きく、専用ＬＳＩの価格も低廉に抑えることができる。しかし、楽曲によっては（例えば弦楽器のような音）では、主観音質の劣化が激しいという問題がある。なお主観音質とは、人間の聴覚による音質の評価である。

ＡＤＰＣＭにも様々な種類があり（例えばＧ．７２１、Ｇ．７２６、ＩＭＡ、ＹＡＭＡＨＡ、ＯＫＩなど）、高品位なオーディオ信号を伝送可能なものもある。しかし高品位なオーディオ信号を処理可能なＬＳＩは、汎用ＡＤＰＣＭのＬＳＩに比してコストが高くなりがちである。そこで、汎用のＡＤＰＣＭを採用しつつ、その主観音質を向上させることができれば、コストと音質の両立を図ることができると考えられる。

従来からも、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、音質を向上させる試みがなされている。特許文献１（特表２００４−５１９７３６）には、量子化器と、ＡＤＰＣＭエンコーダおよびデコーダと、前処理器と、後処理器とを備え、前処理器は量子化器の入力における高い及び／又は速いエネルギー変化の効果を平滑化する位相スメアリングフィルタリング手段（にじみフィルタ）を備えた構成が提案されている。
特表２００４−５１９７３６号公報

しかし、汎用ＡＤＰＣＭのＬＳＩを用いていたとしても、複雑な追加処理を行った場合には、結果的にかえってコストが高くなってしまい、専用ＬＳＩを用いた場合とのコスト的なメリットが少なくなってしまうおそれがある。また、汎用ＡＤＰＣＭにおいてもビットレートを高くすれば音質は向上するが、常にビットレートを高く設定するとことも経済的ではない。

なお、特許文献１に記載された技術は、近接マイク音声録音の際のパルス様の信号を再生することを防止するために、スメアリングフィルタを用いるものである。したがって、ＡＤＰＣＭに追加処理を行ってはいるが、オーディオ信号の精緻さを向上させるものではなく、むしろ鈍らせてしまう方向の処理である。

そこで本発明は、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することが可能なオーディオ信号伝送システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの代表的な構成は、送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、送信装置は、オーディオ信号が入力される信号入力部と、オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成するプリフィルタ生成部と、信号入力部と符号化部との間に配置され、生成されたプリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、ビットストリームを送信する送信部とを備え、受信装置は、ビットストリームを受信する受信部と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、出力したオーディオ信号にプリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。プリフィルタとしては、例えばＭＮＲの０ｄＢ未満の部分を正負反転させた利得を持つ周波数フィルタとすることができる。また特に上記構成によれば、楽曲ごとに適したフィルタを生成することができる。

また、本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの他の代表的な構成は、送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、送信装置は、オーディオ信号が入力される信号入力部と、オーディオ信号を遅延させる遅延バッファと、遅延させたオーディオ信号にプリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、フィルタ処理されたオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化してビットストリームを出力する第１符号化部と、遅延前のオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化してビットストリームを出力する第２符号化部と、遅延前のオーディオ信号と第２符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成するプリフィルタ生成部と、ビットストリームを送信する送信部とを備え、受信装置は、ビットストリームを受信する受信部と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、出力したオーディオ信号にプリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に上記構成によれば、現在伝送しているオーディオ信号に応じて最適なフィルタを生成することができる。

送信装置または受信装置のいずれか一方に、プリフィルタと逆の周波数特性を備えたポストフィルタを生成するポストフィルタ生成部を備えていてもよい。ポストフィルタはプリフィルタとは逆の周波数特性となるように、プリフィルタをさらに正負反転させた利得を持つ周波数フィルタとすることができる。ポストフィルタは送信装置と受信装置のいずれに設けてもよく、送信装置に設ければ受信装置の消費電力を低減させることができ、受信装置に設ければ信号処理から送信までの処理時間および処理負担を軽減させることができる。

また、本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの他の代表的な構成は、送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、送信装置は、オーディオ信号が入力される信号入力部と、１または複数のプリフィルタを記憶するプリフィルタ記憶部と、プリフィルタ記憶部に記憶されたフィルタを選択するプリフィルタ選択部と、選択されたプリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、フィルタ処理されたオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、ビットストリームおよびフィルタ選択信号を送信する送信部とを備え、受信装置は、ビットストリームを受信する受信部と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、プリフィルタとは逆の周波数特性を備えた１または複数のポストフィルタを記憶するポストフィルタ記憶部と、フィルタ選択信号に応じてポストフィルタ記憶部を参照してフィルタを選択するポストフィルタ選択部と、出力したオーディオ信号にポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えており、プリフィルタは、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズから算出したＭＮＲ（マスク対ノイズ比）が０ｄＢ未満となる周波数領域近傍を増幅する周波数特性を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に上記構成によれば、オーディオ信号伝送システムにおいてフィルタを生成する必要がないため、装置構成を簡略化し、処理負担を軽減できるため、さらなるコスト低減を図ることができる。

また、本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの他の代表的な構成は、送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、送信装置は、オーディオ信号が入力される信号入力部と、オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、算出したＭＮＲが０ｄＢより高くなるようにビットレートを設定するビットレート設定部と、ビットストリームを送信する送信部とを備え、受信装置は、ビットストリームを受信する受信部と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部とを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に上記構成によれば、楽曲ごとに適したビットレートを用いてＡＤＰＣＭによる伝送を行うことができ、常に一定以上の主観音質を維持することができる。

本発明によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。したがって安価な汎用ＡＤＰＣＭのＬＳＩを用いることができ、生産コストの低減化を図ることができる。

［第１実施形態］
本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの第１実施形態について説明する。なお、以下の実施形態に示す規格や具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１は第１実施形態にかかるオーディオ信号伝送システムの構成を説明する図である。図に示すオーディオ信号伝送システム１は、送信装置１００と受信装置２００とから構成されている。送信装置１００と受信装置２００は有線または無線によって接続され、少なくともオーディオ信号のビットストリームが伝送される。図１１は具体的な装置構成の例であり、ポータブルプレイヤー１ａの内部に音楽再生部と送信装置１００が備えられており、リモコン１ｂの内部に受信装置２００が備えられている。またリモコン１ｂには、出力装置としてのヘッドホン１ｃが接続されている。

送信装置１００は、オーディオ信号が入力される信号入力部１０２、第１切換器１０４、信号入力部と符号化部との間に配置されたプリ処理部１０６、符号化部１０８、第２切換器１１０、送信部１１２を備えている。信号入力部１０２には、不図示の音楽再生部がＣＤやフラッシュメモリなどの記憶媒体から読み出したオーディオ信号が入力される。第１切換器１０４は、入力されたオーディオ信号の伝達経路を切り換え、プリ処理部１０６に伝達するか、ＭＮＲ算出部１１６および符号化部１０８に直接伝達するかを切り換える。

プリ処理部１０６は、後述するプリフィルタを用いてオーディオ信号にフィルタ処理を施す。

符号化部１０８は例えば汎用ＡＤＰＣＭのＬＳＩであって、オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化してビットストリームを出力する。符号化部１０８において生成されたビットストリームは、第２切換器１１０を介して送信部１１２へと伝達される。ビットストリームは、送信部１１２によって受信装置２００に向かって送信される。送信部１１２は、例えばブルートゥース（登録商標）などの無線通信を用いることができる。

また送信装置１００においては、第２切換器１１０に接続された極部復号部１１４（ローカルデコーダ）、ＭＮＲ算出部１１６、プリフィルタ生成部１１８、ポストフィルタ生成部１２０を備えている。また第１切換器１０４から符号化部１０８およびＭＮＲ算出部１１６に接続されており、フィルタ処理前のオーディオ信号が伝達される構成となっている。後述するように、ＭＮＲ算出部１１６は、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出する。プリフィルタ生成部１１８は、算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成する。

受信装置２００は、ビットストリームを受信する受信部２０２と、ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部２０４と、出力したオーディオ信号にプリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部２０６とを備えている。

図２は符号化部１０８および復号部２０４によるＡＤＰＣＭの動作を説明する図である。図２に示すように、符号化部１０８では、送信すべきＰＣＭデータ（以下ＰＣＭ）と前回のＰＣＭデータ予測値ＰＣＭ'_n-1との差分ｄ_nを量子化幅Δ_nで量子化して符号を割り当て、符号化された符号化音声データＡＤＰＣＭ_nを送信先の復号部２０４に送信する。符号化部１０８では、さらに符号化音声データＡＤＰＣＭ_nを逆適応量子化し、逆適応量子化された差分ｄ'_nを前回値ＰＣＭ'_n-1に加算して今回の予測値ＰＣＭ'_nを生成する。そして、復号部２０４では、受信した符号化音声データＡＤＰＣＭ_nを、量子化幅Δ_nを用いて逆適応量子化し、逆適応量子化された差分ｄ'_nを前回値ＰＣＭ'_n-1に加算してＰＣＭを得る。

ＡＤＰＣＭでは、振幅が小さいアナログデータでも再現できるように振幅変化幅に応じて量子化の分解能を変化させ得る特性を有す。これは、符号化音声データＡＤＰＣＭ_nに応じて、アナログデータの振幅範囲が大きいところでは量子化幅Δ_nを大きくし、小さいところでは量子化幅Δ_nを小さくすることで達成できる。

次に、ＭＮＲについて説明する。図３はマスキングカーブを説明する図である。人間は、その聴覚機構に起因して、周波数領域によって聞こえ方が異なる。これは聴覚心理モデルと呼ばれており、主に最小可聴限とマスキング効果が用いられる。最小可聴限とは、図３（ａ）に示すように、周波数領域によって聞こえる音圧が異なる特性である。マスキング効果とは、図３（ｂ）に示すマスキングカーブのように、ある音が存在する場合に、その周辺の周波数も聞こえなくなるという効果である。これらは音が聞こえる限界レベルを示すものであり、量子化により生じる量子化ノイズが聞こえないように制御するための指標（許容ノイズレベル）となる。

そこで図３（ｃ）に示すように、入力された音によるマスキングカーブと最小可聴限をあわせたものを総合マスキングカーブと呼び、聴覚心理モデルを考慮した符号化では、量子化ノイズが総合マスキングカーブを越えないように制御することにより、量子化ノイズを聞こえなくすることが行われる。

本実施形態の構成では、第１切換器１０４を切り換えることにより、フィルタ処理前のオーディオ信号を符号化部１０８およびＭＮＲ算出部１１６に伝達する。符号化部１０８で符号化したビットストリームは、第２切換器１１０を切り換えることにより極部復号部１１４に伝達し、オーディオ信号に復号する。極部復号部１１４は、復号されたオーディオ信号から、符号化部における量子化ノイズを算出する。また、第１切換器１０４から伝達されたオーディオ信号に基づいてマスキングカーブを算出し、最小可聴限とあわせて総合マスキングカーブを算出する。オーディオ信号から算出されたマスキングパワーと、符号化部における量子化ノイズパワーとから、ＭＮＲは次式で求めることができる。
ＭＮＲ[ｄＢ]＝10×log10(マスキングパワー／量子化ノイズパワー)
このＭＮＲは、量子化ノイズパワーがマスキングパワー以下に収まっているかを表す比率である。ＭＮＲが０ｄＢのとき、マスキングパワーと量子化ノイズパワーが等しいことを示している。０ｄＢ未満となると量子化ノイズの方が大きいこととなり、ノイズが聞こえてしまうことを意味している。

そこで本実施形態においては、プリフィルタ生成部１１８によって、ＭＮＲが０ｄＢ以上となるようなフィルタを生成し、プリ処理部１０６においてフィルタ処理を行う。

図４はＭＮＲの例を示す図であって、図４（ａ）はフィルタ処理前のＭＮＲを示す図、図４（ｂ）はフィルタ処理後のＭＮＲを示す図である。図５はフィルタを説明する図であって、図５（ａ）はプリフィルタを示す図、図５（ｂ）はポストフィルタを示す図である。

図４に示すＭＮＲを求めるときは、主観音質の劣化が激しい音源（例えば、バイオリン、ビオラ、チェロ、コントラバスで構成される室内楽のＣＤ）。ここで、ＭＮＲは、解析フレーム長を１０２４サンプル、解析ウィンドウをhanning window、オーバーラップ長を５１２サンプル、聴覚心理モデルを９０バンド分割として求めた源信号のマスキングカーブと、ＡＤＰＣＭ符号化音との比較によって求めている。ＭＮＲが０ｄＢ未満になると量子化ノイズとして耳に感知されることを意味し、主観音質に問題があることが多い。逆に、ＭＮＲが０ｄＢ以上であれば、主観音質はある程度以上の品質を保っていると判断できる（この状態を「一定水準以上」と称する）。

図４（ａ）に示すように、フィルタ処理前のオーディオ信号から算出したＭＮＲにおいては、約８ＫＨｚ〜１４ＫＨｚあたりでＭＮＲが０ｄＢ未満となっている。そこでプリフィルタ生成部１１８は、図５（ａ）に示すように、ＭＮＲが０ｄＢ未満の部分の周波数領域は、ＭＮＲの値を正負反転させた利得を持つ周波数フィルタをプリフィルタとして生成する。具体例として、５ｋＨｚにおいて＋２〜４ｄＢ（例えば＋３ｄＢ）、６．３ｋＨｚにおいて＋４〜８ｄＢ（例えば＋６ｄＢ）、８ｋＨｚにおいて＋４〜８ｄＢ（例えば＋６ｄＢ）、１０ｋＨｚにおいて＋２〜４ｄＢ（例えば＋３ｄＢ）という特性を持つプレフィルタとすることができる。ＭＮＲが０ｄＢ未満の部分以外は、フラットな特性とする。

プリフィルタは、プリ処理部１０６およびポストフィルタ生成部１２０に送られる。第１切換器１０４を切り換えてオーディオ信号をプリ処理部１０６へと伝達されると、上記のようにして生成したプリフィルタを用いてプリ処理部１０６がフィルタ処理を行い、符号化部１０８が符号化してビットストリームを生成し、送信部１１２へと伝達する。ポストフィルタ生成部１２０は、図５（ｂ）に示すようにプリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを生成する。具体例として、５ｋＨｚにおいて−３ｄＢ、６．３ｋＨｚにおいて−６ｄＢ、８ｋＨｚにおいて−６ｄＢ、１０ｋＨｚにおいて−３ｄＢという特性を持つポストフィルタとすることができる。生成したポストフィルタは、ビットストリームと共に送信部１１２から受信装置２００へと伝達される。

受信装置２００において受信部２０２が信号を受信すると、ビットストリームは復号部２０４に伝達され、ポストフィルタはポスト処理部２０６へと伝達される。そして復号部２０４において復号したオーディオ信号はポスト処理部２０６においてポストフィルタを用いてフィルタ処理される。

このようにして生成されたオーディオ信号についてＭＮＲを算出したところ、図４（ｂ）に示すようにＭＮＲが０ｄＢ未満となる領域がなく、従来方式に比べてほぼ全領域においてＭＮＲが向上していることが分かる。したがって量子化ノイズはマスキング効果によって聞き取ることができなくなり、非常に良好な主観音質を得ることができた。

なお、図４（ｂ）に示すように、ＭＮＲが０ｄＢとなる周波数領域のみにプリフィルタを設定したにもかかわらず、それ以外の周波数領域のＭＮＲも全体的に著しく向上している。この理由については解明されていないが、プリフィルタは必ずしもＭＮＲが０ｄＢとなる周波数領域と厳密に一致させる必要はなく、当該領域近傍を増幅するように設定すれば充分であることがわかる。

次に、本実施形態におけるシステムの動作について説明する。図６は第１実施形態にかかるシステムの動作を説明するフローチャートである。

図６に示すように、音楽再生部が使用者の操作によって音楽を再生開始すると（Ｓ１０２）、出力に先立って、まず信号入力部１０２には楽曲の一部（例えば中途部分）のオーディオ信号が入力される（Ｓ１０４）。一部とはＦＦＴ変換（高速フーリエ変換）してＭＮＲを算出するために必要な長さであり、例えば１０２４フレームとすることができる。そして第１切換器１０４および第２切換器１１０を切り換え、オーディオ信号を符号化部１０８およびＭＮＲ算出部１１６に直接入力する（Ｓ１０６）。符号化部１０８が符号化したビットストリームは極部復号部１１４にて復号化し、ＭＮＲ算出部１１６へと入力する（Ｓ１０８）。

ＭＮＲ算出部１１６がＭＮＲを算出し（Ｓ１１０）、プリフィルタ生成部１１８に入力する。プリフィルタ生成部１１８は算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して、当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成する（Ｓ１１２）。生成したプリフィルタは、プリ処理部１０６およびポストフィルタ生成部１２０に伝達する。ポストフィルタ生成部１２０では、プリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを生成する（Ｓ１１４）。

そして第１切換器１０４および第２切換器１１０を切り換え、信号入力部１０２には楽曲の頭からオーディオ信号の入力が開始される（Ｓ１１６）。入力されたオーディオ信号には、プリ処理部１０６によってフィルタ処理が施された上で（Ｓ１１８）、符号化部１０８によって符号化してビットストリームを生成する（Ｓ１２０）。送信部１１２は、生成したビットストリームをポストフィルタと共に受信装置２００へと送信する（Ｓ１２２）。

受信装置２００の受信部２０２が信号を受信すると（Ｓ１２４）、ポストフィルタをポスト処理部２０６に伝達する（Ｓ１２６）。復号部２０４においてオーディオ信号を復号すると（Ｓ１２８）、ポスト処理部２０６においてポストフィルタを用いてフィルタ処理を行った上で（Ｓ１３０）、ヘッドホンなどの出力装置に出力する。

上記説明したように、本実施形態にかかる構成によれば、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。ＡＤＰＣＭには本来主観音質という概念はないが、ＭＮＲ（Mask To Noise Ratio）に基づいてフィルタを生成し、送信装置においてＭＮＲが０ｄＢ以上となるようにオーディオ信号をプリ処理し、受信装置においてこれを戻すようにポスト処理することによって、主観音質を大幅に向上させることが可能となる。また特に上記構成によれば、楽曲ごとに適したフィルタを生成することができる。

［第２実施形態］
本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態においては、楽曲の再生を開始する前にプリフィルタを生成し、楽曲ごとに適したフィルタを生成するよう説明した。これに対し第２実施形態は、楽曲の再生中に動的にプリフィルタを生成する例である。

図７は第２実施形態にかかるオーディオ信号伝送システム２の構成を説明する図である。図１に示したオーディオ信号伝送システム１に比して、送信装置１００Ａは信号入力部１０２とプリ処理部１０６との間に遅延バッファ１３０を備えている。遅延バッファ１３０は、プリフィルタを生成するための時間、オーディオ信号を遅延させるために設けられている。

また符号化部１０８を２つ備えており、プリ処理部１０６においてフィルタ処理されたオーディオ信号を符号化する第１符号化部１０８ａと、遅延前のオーディオ信号を符号化する第２符号化部１０８ｂとを備えている。ＭＮＲ算出部１１６は、遅延前のオーディオ信号と、第２符号化部１０８ｂにおける量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出する。

本実施形態では第１切換器１０４および第２切換器１１０は設けられておらず、信号入力部１０２から出力されたオーディオ信号は遅延バッファ１３０、ＭＮＲ算出部１１６および第２符号化部１０８ｂに同時に伝達される。

また本実施形態では受信装置２００Ａにポストフィルタ生成部２１０が備えられており、送信部１１２はプリフィルタをビットストリームと共に送信する。ポストフィルタ生成部２１０は、プリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを生成し、ポスト処理部２０６へと伝達する。

上記構成によれば、再生のためにビットストリームを生成する処理と、フィルタを生成する処理が、並行して同時に実行される。順に説明すると、第２符号化部１０８ｂに伝達されたオーディオ信号は、符号化された後に極部復号部１１４によって復号され、オーディオ信号となってＭＮＲ算出部１１６に伝達される。ＭＮＲ算出部１１６は信号入力部１０２から伝達されたオーディオ信号と極部復号部１１４から伝達されたオーディオ信号からＭＮＲを算出する。プリフィルタ生成部１１８は、算出されたＭＮＲに基づいてプリフィルタを生成し、プリ処理部１０６に伝達する。

遅延バッファ１３０に伝達されたオーディオ信号は、所定量だけ蓄積された後に、所定時間遅延してプリ処理部１０６に出力される。そしてプリ処理部１０６において、現在のオーディオ信号を用いて生成されたプリフィルタによってフィルタ処理を行い、第１符号化部１０８ａへと伝達する。第１符号化部１０８ａで符号化されたビットストリームは、プリフィルタ生成部１１８から伝達されたプリフィルタと共に送信部１１２から受信装置２００Ａへと送信される。

上記構成によっても、上記第１実施形態と同様に、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に、現在伝送しているオーディオ信号に応じて最適なフィルタを生成することができるため、楽曲の全部に亘って確実に主観音質を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの第３実施形態について説明する。上記第１および第２実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１および第２実施形態においては、オーディオ信号伝送システムにＭＮＲ算出部を備え、楽曲に応じてプリフィルタを生成するものであった。これに対し本実施形態は、楽曲のジャンルに応じてＭＮＲの形態に傾向があることから、あらかじめプリフィルタを準備している例である。

図８は第３実施形態にかかるオーディオ信号伝送システム３の構成を説明する図である。図１に示したオーディオ信号伝送システム１に比して、送信装置１００Ｂには１または複数のプリフィルタをあらかじめ記憶するプリフィルタ記憶部１４０と、プリフィルタ記憶部１４０に記憶されたフィルタを選択するプリフィルタ選択部１４２とを備えている。

プリフィルタ選択部１４２は、使用者の操作により、または楽曲のメタデータ（主たるデータに付加される付随情報）から得られる情報に応じて、プリフィルタを選択する。プリフィルタ選択部１４２はプリ処理部１０６にプリフィルタを伝達すると共に、送信部１１２にフィルタ選択信号（フィルタそのものではなく、フィルタのインデックス）を送信する。送信部１１２は、ビットストリームと共にフィルタ選択信号を送信する。なお送信装置１００Ｂには、ＭＮＲ算出部１１６、プリフィルタ生成部１１８、ポストフィルタ生成部１２０を設けていない。

また受信装置２００Ｂにも同様に、プリフィルタとは逆の周波数特性を備えた１または複数のポストフィルタを記憶するポストフィルタ記憶部２２０と、ポストフィルタ選択部２２２とを備えている。ポストフィルタ選択部２２２は、送信装置１００Ｂから伝達されたフィルタ選択信号に応じて、ポストフィルタ記憶部２２０を参照し、ポストフィルタを選択する。

上記構成によっても、上記第１実施形態と同様に、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に上記構成によれば、オーディオ信号伝送システムにおいてフィルタを生成する必要がないため、装置構成を簡略化し、処理負担を軽減できるため、さらなるコスト低減を図ることができる。

［第４実施形態］
本発明にかかるオーディオ信号伝送システムの第４実施形態について説明する。上記第１ないし第３実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１ないし第３実施形態は、オーディオ信号をＡＤＰＣＭにて符号化および復号する前後において、フィルタを用いてプリ処理およびポスト処理を行う例を説明した。これに対し本実施形態は、ＭＮＲに応じて符号化部１０８におけるビットレートを設定する例である。

図９は第４実施形態にかかるオーディオ信号伝送システム４の構成を説明する図である。図１に示したオーディオ信号伝送システム１に比して、送信装置１００Ｃは、ＭＮＲ算出部１１６が算出したＭＮＲが０ｄＢより高くなるように符号化部１０８におけるビットレートを設定するビットレート設定部１５０と、信号入力部１０２からＭＮＲ算出部１１６へのオーディオ信号の切り替えを制御する第３切換器１５２を備えている。なお、図９において、理解を容易とするために、送信装置１００Ｃにはプリ処理部１０６を備えておらず、受信装置２００Ｃにはポスト処理部２０６を備えていない。しかし、第１実施形態の構成と本実施形態の構成を合わせもっていてもよい。

上記構成において、第３切換器１５２を切り換えることにより、符号化部１０８およびＭＮＲ算出部１１６にオーディオ信号が伝達される（符号化部１０８には常に伝達される）。符号化部１０８において符号化されたビットストリームは、第２切換器１１０を切り換えることによって極部復号部１１４へと伝達されて復号され、オーディオ信号としてＭＮＲ算出部１１６に伝達される。ＭＮＲ算出部１１６は信号入力部１０２から伝達されたオーディオ信号と極部復号部１１４から伝達されたオーディオ信号からＭＮＲを算出する。

ビットレート設定部１５０は、算出したＭＮＲが０ｄＢより高くなるように、符号化部１０８のビットレートを設定する。具体的には、ＭＮＲが０ｄＢ未満である場合には、ビットレートを１段階ずつ上げる。逆に、ビットレートが所定値以上である場合には、ビットレートを１段階ずつ下げてもよい。

図１０はビットレートを異ならせたときのＭＮＲの例を示す図であって、図１０（ａ）はビットレートが２ビットのとき例であり、図１０（ｂ）はビットレートが３ビットのときの例である。図１０（ａ）を参照すれば、約７．５ＫＨｚ〜１５ＫＨｚにおいてＭＮＲが０ｄＢ未満となっていることがわかる。これに対し図１０（ｂ）を参照すると、ビットレートを１ビット上げることにより、全体的にＭＮＲが持ち上がり、０ｄＢ以上となっていることがわかる。

上記構成によっても、上記第１実施形態と同様に、ＡＤＰＣＭ自体を変更することなく、簡易な方法で主観音質を大幅に改善することができる。また特に上記構成によれば、楽曲ごとに適したビットレートを用いてＡＤＰＣＭによる伝送を行うことができ、常に一定以上の主観音質を維持することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ＡＤＰＣＭによる符号化および復号を行うオーディオ信号伝送システムとして利用することができる。

第１実施形態にかかるオーディオ信号伝送システムの構成を説明する図である。 符号化部１０８および復号部２０４によるＡＤＰＣＭの動作を説明する図である。 マスキングカーブを説明する図である。 ＭＮＲの例を示す図である。 フィルタを説明する図である。 第１実施形態にかかるシステムの動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態にかかるオーディオ信号伝送システムの構成を説明する図である。 第３実施形態にかかるオーディオ信号伝送システムの構成を説明する図である。 第４実施形態にかかるオーディオ信号伝送システムの構成を説明する図である。 ビットレートを異ならせたときのＭＮＲの例を示す図である。 具体的な装置構成の例である。

符号の説明

１〜４ …オーディオ信号伝送システム
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ …送信装置
１０２ …信号入力部
１０４ …第１切換器
１０６ …プリ処理部
１０８ …符号化部
１０８ａ …第１符号化部
１０８ｂ …第２符号化部
１１０ …第２切換器
１１２ …送信部
１１４ …極部復号部
１１６ …ＭＮＲ算出部
１１８ …プリフィルタ生成部
１２０ …ポストフィルタ生成部
１３０ …遅延バッファ
１４０ …プリフィルタ記憶部
１４２ …プリフィルタ選択部
１５０ …ビットレート設定部
１５２ …第３切換器
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ …受信装置
２０２ …受信部
２０４ …復号部
２０６ …ポスト処理部
２１０ …ポストフィルタ生成部
２２０ …ポストフィルタ記憶部
２２２ …ポストフィルタ選択部

Claims (5)

1. 送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   オーディオ信号が入力される信号入力部と、
   オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、
   オーディオ信号と前記符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、
   算出した前記ＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えたプリフィルタを生成するプリフィルタ生成部と、
   前記信号入力部と前記符号化部との間に配置され、生成された前記プリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、
   前記ビットストリームを送信する送信部とを備え、
   前記受信装置は、
   ビットストリームを受信する受信部と、
   前記ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、
   前記出力したオーディオ信号に前記プリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えていることを特徴とするオーディオ信号伝送システム。
2. 送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   オーディオ信号が入力される信号入力部と、
   オーディオ信号を遅延させる遅延バッファと、
   遅延させたオーディオ信号にプリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、
   フィルタ処理されたオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化してビットストリームを出力する第１符号化部と、
   遅延前のオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化してビットストリームを出力する第２符号化部と、
   遅延前のオーディオ信号と前記第２符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、
   前記算出したＭＮＲが０ｄＢ未満となる周波数領域を検出して当該領域近傍を増幅する周波数特性を備えた前記プリフィルタを生成するプリフィルタ生成部 と、
   前記ビットストリームを送信する送信部とを備え、
   前記受信装置は、
   ビットストリームを受信する受信部と、
   前記ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、
   前記出力したオーディオ信号に前記プリフィルタとは逆の周波数特性を備えたポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えていることを特徴とするオーディオ信号伝送システム。
3. 前記送信装置または受信装置のいずれか一方に、前記プリフィルタと逆の周波数特性を備えたポストフィルタを生成するポストフィルタ生成部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーディオ信号伝送システム。
4. 送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   オーディオ信号が入力される信号入力部と、
   １または複数のプリフィルタを記憶するプリフィルタ記憶部と、
   前記プリフィルタ記憶部に記憶されたフィルタを選択するプリフィルタ選択部と、
   選択された前記プリフィルタを用いてフィルタ処理を行うプリ処理部と、
   フィルタ処理されたオーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、
   前記ビットストリームおよびフィルタ選択信号を送信する送信部とを備え、
   前記受信装置は、
   ビットストリームを受信する受信部と、
   前記ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部と、
   前記プリフィルタとは逆の周波数特性を備えた１または複数のポストフィルタを記憶するポストフィルタ記憶部と、
   前記フィルタ選択信号に応じて前記ポストフィルタ記憶部を参照してフィルタを選択するポストフィルタ選択部と、
   前記出力したオーディオ信号に前記ポストフィルタを用いてフィルタ処理を行うポスト処理部とを備えており、
   前記プリフィルタは、オーディオ信号と符号化部における量子化ノイズから算出したＭＮＲ（マスク対ノイズ比）が０ｄＢ未満となる周波数領域近傍を増幅する周波数特性を備えていることを特徴とするオーディオ信号伝送システム。
5. 送信装置と受信装置とからなるオーディオ信号伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   オーディオ信号が入力される信号入力部と、
   オーディオ信号をＡＤＰＣＭを用いて符号化しビットストリームを出力する符号化部と、
   オーディオ信号と前記符号化部における量子化ノイズとからＭＮＲ（マスク対ノイズ比）を算出するＭＮＲ算出部と、
   前記算出したＭＮＲが０ｄＢより高くなるようにビットレートを設定するビットレート設定部と、
   前記ビットストリームを送信する送信部とを備え、
   前記受信装置は、
   ビットストリームを受信する受信部と、
   前記ビットストリームを復号してオーディオ信号を出力する復号部とを備えていることを特徴とするオーディオ信号伝送システム。
   

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