JP2010020251A - 音声符号化装置及び方法、音声復号化装置及び方法、並びに、音声帯域拡張装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と高域スペクトルの性質に関する補助情報とを含むビットストリームから、低域スペクトルと高域スペクトルの両方に相当する周波数成分を含む音声信号を復号する音声復号化装置は、ビットストリームを、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と高域スペクトルの性質に関する補助情報とに分離する手段と、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報から低域スペクトルを復号する手段と、復号により得られた低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することにより第1の高域スペクトルを得る手段と、補助情報を利用して第1の高域スペクトルの形状を調整することにより第2の高域スペクトルを得るスペクトル形状調整手段と、低域スペクトルと第2の高域スペクトルとを利用して音声信号を復号する手段とを備えた。
【選択図】図15
Description
図5は、本発明の実施形態1における音声符号化装置501の主要な構成を示すブロック図である。図5に示すように、音声符号化装置501は、入力信号に対して周波数領域への変換を行う周波数領域変換部503と、低域スペクトルを符号化する低域符号化部509と、低域符号化部509から与えられた符号を復号する低域復号化部515と、入力された低域スペクトルの一部または全体を複写することで、所定の境界周波数以上の成分を持つ高域スペクトルを作成するスペクトル複写部517と、所定の分割規則に基づいて高域スペクトルを複数のサブバンドに分割するサブバンド分割部511、521と、サブバンドに分解された高域スペクトルのスペクトル包絡を計算するスペクトル包絡計算部527と、サブバンド分割された高域スペクトルを利用して高域スペクトルの形状調整方法をサブバンドごとに決定するスペクトル形状調整方法決定部525と、低域符号化部509から与えられる符号とスペクトル形状調整方法決定部525から与えられるスペクトル形状調整情報とスペクトル包絡計算部527から与えられるスペクトル包絡情報とを多重化しビットストリームを生成するビットストリーム多重化部529と、を備えている。
スペクトル正規化部801、803は省略することもできる。
式2、式3、式4のいずれの定義に従っても、Tiはトーン成分の雑音成分に対する比率が高いほど大きな値をとる。
St(k)=sign(Sc(k))・f(|Sc(k)|,αi)+βi・rv
where Fi≦k<Fi+1 …(式5)
f(x,αi)の具体的な形状は、例えば式6、式7、式8のように定めることができる。ただし、max(a,b)はaとbの最大値を、min(a,b)はaとbの最小値を表す。
f(x,αi)=xαi …(式6)
f(x,αi)=min(x,αi) …(式7)
f(x,αi)=max(0,x+αi) …(式8)
パラメータ決定部811は、式5に従う調整によって得られるSt(k)の各サブバンドにおけるトーン対雑音比が入力信号の高域スペクトル111の各サブバンドにおけるトーン対雑音比と一致するようパラメータαi、βiを決定する。パラメータ決定部811により実行されるパラメータの決定処理は、以下で述べる図9のフローチャートに従う。
d(k)=f(Sc(k),αi)−Sc(k) …(式9)
次のステップ1003では、エイリアシング歪みの上界Dsup(k)を式10に従って求める。ただし、spr(k)は、周波数領域への変換の種類と窓関数の形状によって定まる拡散関数であり、*は畳み込み演算を表す。
Dsup(k)=spr(k)*|d(k)| …(式10)
次のステップ1005では、マスキング量Tmask(k)を式11に従って求める。ただし、同時マスキング量を示すマスキングパターンをFcb(k)とする。
Tmask(k)=|St(k)|*Fcb(k) …(式11)
Tmask(k)とDsup(k)の関係の例を図11に示す。
ところで、パラメータ決定部811によるパラメータ決定処理について、演算量を低減した変形例1を以下に示す。同変形例1は、図12のフローチャートに沿って実行される。図12のフローチャートでは、図9のフローチャートと同じ処理には同じ番号を付しており、図12のステップ1213、1215、1217が図9のフローチャートと異なる。以下では、異なる点について説明する。
式5においてβiを0に固定することにより、雑音の重畳を伴わず、スペクトルの振幅の変形のみによるスペクトル形状調整方法を取ることができる。この場合には、図13に示すフローチャートに従ってαiを求めることができる。
式5においてαiを適切な値Zに固定することにより、スペクトルの振幅の変形を伴わず、雑音の重畳のみによるスペクトル形状調整方法を取ることができる。この場合には、図14に示すフローチャートに従ってβiを求めることができる。
ところで、式5における雑音rvは均一な分布またはガウス性の分布を持つ乱数とすることができる。rvを乱数とした場合には、重畳された雑音は時間領域において平坦な包絡を持つ。また、別の方法として、上記乱数に周波数軸に沿ってLPCフィルタリングを施したものをrvとして用いることもできる。周波数領域でLPCフィルタリングを行うことにより、時間領域への逆変換を行った際の雑音波形の時間領域での包絡を調整することができる。周波数領域でのLPCフィルタリングによって時間領域での波形の包絡が調整できることは、例えば文献「J.Herre et al., “Enhancing the Performance of Perceptual Audio Coders by UsingTemporal Noise Shaping (TNS)”, AES convention 101, paper number 4384, 1996」において説明されている。
図15は、本発明の実施形態1における音声復号化装置1501の主要な構成を示すブロック図である。図15に示すように、音声復号化装置1501は、多重化されたビットストリームを、(1)音声信号の低域スペクトルを符号化した情報1505と(2)高域スペクトルのスペクトル形状調整方法を指示する補助情報1507と(3)スペクトル包絡情報1509とに分離するビットストリーム分離部1503と、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報1505から低域スペクトルを復号化する低域復号化部1511と、図5のスペクトル複写部517と同一の方法でスペクトルの高域への複写を行うスペクトル複写部1513と、図5のサブバンド分割部521と同一の分割法により、複写されたスペクトルをサブバンドに分割するサブバンド分割部1515と、補助情報1507に基づいて高域スペクトルのスペクトル形状をサブバンドごとに調整するスペクトル形状調整部1517と、スペクトル包絡情報1509に基づいて、高域スペクトルの包絡を調整するスペクトル包絡調整部1519と、低域スペクトルと高域スペクトルとを結合し全周波数帯域にわたるスペクトルを得るスペクトル結合部1521と、スペクトルを時間信号に変換し、変換後の信号を復号信号として外部へ出力する周波数領域逆変換部1523とを備えている。
以下の実施形態2では、実施形態1で述べた音声復号化装置1501とは異なる構成の音声復号化装置を説明する。実施形態2の音声復号化装置は、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と高域スペクトルのトーン対雑音比情報と高域スペクトルの包絡情報を含むビットストリームに対し、図18のフローチャートに示す一連の処理を行って、復号された音声信号を外部へ出力する。
図20は、本発明の実施形態3における音声帯域拡張装置2001の主要な構成を示すブロック図である。音声帯域拡張装置2001は、入力信号に対し周波数領域への変換処理を行い低域スペクトルを得る周波数領域変換部2003と、前述した図5のスペクトル複写部517と同様の方法で、周波数領域変換部2003から与えられた低域スペクトルの高域への複写を行うスペクトル複写部2005と、スペクトル複写部2005から与えられた高域スペクトルを複数のサブバンドに分割するサブバンド分割部2011と、高域スペクトルの各サブバンドにおけるトーン対雑音比を低域スペクトルから推定するトーン対雑音比推定部2007と、高域スペクトルのスペクトル包絡を低域スペクトルから推定するスペクトル包絡推定部2009と、サブバンド分割部2011から与えられるサブバンド分割された高域スペクトルと、トーン対雑音比推定部2007から与えられるトーン対雑音比とから、前述した図5のスペクトル形状調整方法決定部525と同様の方法で、スペクトル形状調整方法を決定するスペクトル形状調整方法決定部2015と、スペクトル形状調整方法決定部2015から与えられるスペクトル形状調整方法を用いて、前述した図15のスペクトル形状調整部1517と同様の方法で高域スペクトルの形状調整を行うスペクトル形状調整部2013と、スペクトル包絡推定部2009から与えられたスペクトル包絡情報を用いて高域スペクトルの包絡を調整するスペクトル包絡調整部2017と、スペクトル包絡調整部2017から与えられた高域スペクトルと周波数領域変換部2003から与えられた低域スペクトルとを結合するスペクトル結合部2019と、結合後のスペクトルを時間信号に変換し、高域が復元された広帯域音声信号として変換後の信号を外部へ出力する周波数領域逆変換部2021とを備えている。
以上に示した音声帯域拡張装置2001においては、入力音声が時間領域の信号として与えられる場合を例示したが、前述の通り入力信号は周波数領域の信号であってもよい。さらに、この周波数領域の信号は、変換符号化に基づく音声符号化方法によって符号化された音声の復号処理の中途段階において得られた信号であってもよい。変換符号化に基づく音声符号化方法によって符号化された音声の復号処理を行う音声復号化装置では、復号処理の最後の段階において周波数領域から時間領域への信号の逆変換を行うが、逆変換前の周波数領域の信号を音声帯域拡張装置2001に与えることにより、高域が復元された広帯域の復号音声を音声帯域拡張装置2001の出力として得ることができる。
Claims (20)
- 音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と高域スペクトルの性質に関する補助情報とを含むビットストリームから、前記低域スペクトルと前記高域スペクトルの両方に相当する周波数成分を含む音声信号を復号する音声復号化装置であって、
前記ビットストリームを、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と、高域スペクトルの性質に関する補助情報とに分離する手段と、
前記音声信号の低域スペクトルを符号化した情報から、低域スペクトルを復号する手段と、
復号によって得られた低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第1の高域スペクトルを得る手段と、
前記高域スペクトルの性質に関する補助情報を利用して前記第1の高域スペクトルの形状を調整することによって第2の高域スペクトルを得るスペクトル形状調整手段と、
前記低域スペクトルと前記第2の高域スペクトルとを利用して音声信号を復号する手段と、
を備えた音声復号化装置。 - 前記スペクトル形状調整手段は、前記第1の高域スペクトルの形状の調整に加え、雑音を重畳することによって前記第2の高域スペクトルを得る、
ことを特徴とする請求項1記載の音声復号化装置。 - 前記スペクトル形状調整手段は、前記第1の高域スペクトルを複数のサブバンドに分割し、分割後のサブバンドの各々に属する部分スペクトルについて、該部分スペクトルの形状の調整を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の音声復号化装置。
- 前記高域スペクトルの性質に関する補助情報と前記第1の高域スペクトルとに基づいて、前記スペクトル形状調整手段により用いられる前記形状の調整の仕方または重畳する雑音の量を決定するスペクトル形状調整方法決定手段、をさらに備えた請求項1〜3の何れか一項に記載の音声復号化装置。
- 前記スペクトル形状調整方法決定手段は、前記スペクトルの形状の調整に起因して出力信号に生じる歪みと形状調整後の高域スペクトルによるマスキング量とを利用して、前記形状の調整の仕方または重畳する雑音の量を決定することを特徴とする請求項4に記載の音声復号化装置。
- 前記高域スペクトルの性質に関する補助情報は、音声の高域周波数成分の時間領域での包絡に関する情報を含み、
前記スペクトル形状調整手段は、重畳する雑音の時間領域での包絡を調整することを特徴とする請求項2または4に記載の音声復号化装置。 - 低域スペクトルの復号結果の高域への複写に基づいて高域スペクトルの復号を行う音声復号化装置、に適合するビットストリームを生成する音声符号化装置であって、
音声信号を周波数領域に変換し、低域スペクトルを分離した後、残存する高域スペクトルの一部または全体を第1の高域スペクトルとして分離する手段と、
前記低域スペクトルを符号化する手段と、
前記低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第2の高域スペクトルを得る手段と、
前記第1の高域スペクトルと前記第2の高域スペクトルの性質に基づいて、前記音声復号化装置における高域スペクトルの形状の調整の仕方を決定するスペクトル形状調整方法決定手段と、
符号化された前記低域スペクトルと、前記決定された高域スペクトルの形状の調整の仕方の情報とを多重化したビットストリームを生成する手段と
を備えた音声符号化装置。 - 前記スペクトル形状調整方法決定手段は、前記第1の高域スペクトルと前記第2の高域スペクトルの性質に基づいて、前記高域スペクトルの形状の調整の仕方に加え、前記音声復号化装置における高域スペクトルの形状の調整のために高域スペクトルに重畳する雑音の量を決定することを特徴とする請求項7に記載の音声符号化装置。
- 前記スペクトル形状調整方法決定手段は、前記第1の高域スペクトルを複数のサブバンドに分割し、分割後のサブバンドの各々に属する部分スペクトルについて、該部分スペクトルの形状の調整の仕方を決定することを特徴とする請求項7または8に記載の音声符号化装置。
- 前記スペクトル形状調整方法決定手段は、前記スペクトルの形状の調整に起因して出力信号に生じる歪みと、スペクトル形状の調整後の高域スペクトルによるマスキング量とを利用して、前記高域スペクトルの形状の調整の仕方または前記重畳する雑音の量を決定することを特徴とする請求項7〜9の何れか一項に記載の音声符号化装置。
- 音声の低域周波数成分のみを含む低域スペクトルから、前記低域スペクトルに含まれない高域周波数成分を含む音声信号を復元する音声帯域拡張装置であって、
前記低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第1の高域スペクトルを得る手段と、
前記第1の高域スペクトルの形状を調整することで、第2の高域スペクトルを得るスペクトル形状調整手段と、
前記低域スペクトルと前記第2の高域スペクトルとを利用して、高域周波数成分を含む音声信号を復元する手段と、
を備えた音声帯域拡張装置。 - 前記スペクトル形状調整手段は、前記第1の高域スペクトルの形状の調整に加え、雑音を重畳することによって前記第2の高域スペクトルを得る、
ことを特徴とする請求項11記載の音声帯域拡張装置。 - 前記スペクトル形状調整手段は、前記第1の高域スペクトルを複数のサブバンドに分割し、分割後のサブバンドの各々に属する部分スペクトルについて、該部分スペクトルの形状の調整を行うことを特徴とする請求項11または12に記載の音声帯域拡張装置。
- 前記スペクトル形状調整方法決定手段は、前記スペクトルの形状の調整に起因して出力信号に生じる歪みと、スペクトル形状の調整後の高域スペクトルによるマスキング量とを利用して、前記高域スペクトルの形状の調整の仕方または前記重畳する雑音の量を決定することを特徴とする請求項11〜13の何れか一項に記載の音声帯域拡張装置。
- 音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と高域スペクトルの性質に関する補助情報とを含むビットストリームから、前記低域スペクトルと前記高域スペクトルの両方に相当する周波数成分を含む音声信号を復号する音声復号化装置、により実行される音声復号化方法であって、
前記ビットストリームを、音声信号の低域スペクトルを符号化した情報と、高域スペクトルの性質に関する補助情報とに分離するステップと、
前記音声信号の低域スペクトルを符号化した情報から、低域スペクトルを復号するステップと、
復号によって得られた低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第1の高域スペクトルを得るステップと、
前記高域スペクトルの性質に関する補助情報を利用して前記第1の高域スペクトルの形状を調整することによって第2の高域スペクトルを得るスペクトル形状調整ステップと、
前記低域スペクトルと前記第2の高域スペクトルとを利用して音声信号を復号するステップと、
を備えた音声復号化方法。 - 前記スペクトル形状調整ステップでは、前記音声復号化装置は、前記第1の高域スペクトルの形状の調整に加え、雑音を重畳することによって前記第2の高域スペクトルを得る、
ことを特徴とする請求項15記載の音声復号化方法。 - 低域スペクトルの復号結果の高域への複写に基づいて高域スペクトルの復号を行う音声復号化装置、に適合するビットストリームを生成する音声符号化装置により実行される音声符号化方法であって、
音声信号を周波数領域に変換し、低域スペクトルを分離した後、残存する高域スペクトルの一部または全体を第1の高域スペクトルとして分離するステップと、
前記低域スペクトルを符号化するステップと、
前記低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第2の高域スペクトルを得るステップと、
前記第1の高域スペクトルと前記第2の高域スペクトルの性質に基づいて、前記音声復号化装置における高域スペクトルの形状の調整の仕方を決定するスペクトル形状調整方法決定ステップと、
符号化された前記低域スペクトルと、前記決定された高域スペクトルの形状の調整の仕方の情報とを多重化したビットストリームを生成するステップと
を備えた音声符号化方法。 - 前記スペクトル形状調整方法決定ステップでは、前記音声符号化装置は、前記第1の高域スペクトルと前記第2の高域スペクトルの性質に基づいて、前記高域スペクトルの形状の調整の仕方に加え、前記音声復号化装置における高域スペクトルの形状の調整のために高域スペクトルに重畳する雑音の量を決定することを特徴とする請求項17に記載の音声符号化方法。
- 音声の低域周波数成分のみを含む低域スペクトルから、前記低域スペクトルに含まれない高域周波数成分を含む音声信号を復元する音声帯域拡張装置、により実行される音声帯域拡張方法であって、
前記低域スペクトルの一部または全体を高域に複写することによって第1の高域スペクトルを得るステップと、
前記第1の高域スペクトルの形状を調整することで、第2の高域スペクトルを得るスペクトル形状調整ステップと、
前記低域スペクトルと前記第2の高域スペクトルとを利用して、高域周波数成分を含む音声信号を復元するステップと、
を備えた音声帯域拡張方法。 - 前記スペクトル形状調整ステップでは、前記音声復号化装置は、前記第1の高域スペクトルの形状の調整に加え、雑音を重畳することによって前記第2の高域スペクトルを得る、
ことを特徴とする請求項19記載の音声帯域拡張方法。
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