JP2011527452A - 帯域幅拡張信号の生成装置及び生成方法 - Google Patents

Abstract

入力信号から帯域幅拡張信号を生成する装置は、パッチ生成器と結合器とを備える。入力信号の第１帯域は第１の分解能データによって表現され、第２帯域は第１の分解能より低い第２の分解能データによって表現される。パッチ生成器は、入力信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチを生成し、入力信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチを生成する。第２パッチのスペクトル密度は第１パッチのスペクトル密度より高い。結合器は、第１パッチと第２パッチと入力信号の第１帯域とを結合して帯域幅拡張信号を得る。帯域幅拡張信号を生成する本装置は、帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、第１のパッチアルゴリズムと第２のパッチアルゴリズムとに従って入力信号をスケールするか、又は第１パッチと第２パッチとをスケールする。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号処理に関し、特に入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置及び方法、及び入力信号及びオーディオ信号に基づいて帯域幅削減信号を生成する方法及び装置に関するものである。

オーディオ信号の知覚的適応型符号化、つまりオーディオ信号の効率的な格納と伝送のために実質的なデータレートを削減する符号化は、多くの分野で広く受け入れられてきた。例えば、ＭＰＥＧ−１／２−レイヤ３（ＭＰ３）やＭＰＥＧ−４−ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）などの多数の符号化アルゴリズムが知られている。しかしながら、このために使用される符号化は、特に最低ビットレートで作動される時、主観的なオーディオ品質を低下させ、このような品質低下は、伝送されるべきオーディオ信号の帯域の制限により、主に符号器側の原因で引き起こされる。

このような状況において、特許文献１には、オーディオ信号に符号器側で帯域制限を施し、高品質オーディオ符号器（コア符号器）を用いて前記オーディオ信号の低周波帯域のみを符号化する手法が開示されている。しかし、高周波帯域は非常に粗く、すなわち高周波帯域のスペクトル包絡を再生するパラメータセットによって特徴付けられる。復号器側では、高周波帯域はその後で合成される。この目的のため、ハーモニック転位が用いられ、そこでは復号化されたオーディオ信号の低周波帯域がフィルタバンクに供給される。低周波帯域のフィルタバンクチャンネルは高周波帯域のフィルタバンクチャンネルに接続されるか、又は「パッチ」される。そして、各パッチ済のバンドパス信号には包絡調整が施される。特殊な分析フィルタバンクに属する合成フィルタバンクは、低周波帯域におけるオーディオ信号のバンドパス信号と低周波帯域の包絡調整済みバンドパス信号とを受け取り、これら信号は高周波帯域へとハーモニックにパッチされる。合成フィルタバンクの出力信号は、そのオリジナルな帯域幅と比較して拡張されたオーディオ信号である。そのオリジナルな帯域とは、符号器側から復号器側へと、非常に低いデータレートで作動するコア符号器によって伝送されたものである。特に、フィルタバンクドメインでのフィルタバンク演算とパッチ処理は、高い演算能力を必要とする可能性がある。

それに代わり、帯域制限されたオーディオ信号の帯域幅拡張のための複雑性を削減した方法は、帯域制限によって消失した情報を近似するため、低周波信号部分（ＬＦ）のコピー作用を高周波領域（ＨＦ）に用いるものである。このような方法は、非特許文献１〜４及び特許文献２に開示されている。

これら方法において、ハーモニックな転位は実行されず、低周波帯域の連続的なバンドパス信号は、高周波帯域の連続的なフィルタバンクチャンネルへと導入される。この方法によって、オーディオ信号の高周波帯域の粗い近似が達成される。次の段階では、この信号のこの粗い近似は、オリジナル信号から得られた制御情報を使用した後処理（post processing）によってオリジナル信号に同化される。ここで、ＭＰＥＧ−４高効率先進的オーディオ符号化（ＨＥ−ＡＡＣ）標準に記載されているように、例えばスペクトル包絡や逆フィルタリングを適用するためにスケールファクタが用いられ、さらに消失したハーモニクスのための調性適応ノイズフロアの追加及び正弦波信号部分の補足のためにスケールファクタが用いられる。

上述とは別に、次の方法では帯域幅拡張のために位相ボコーダが使用される。スペクトル拡大のために位相ボコーダを適用した場合、周波数ラインは互いにさらに離れることになる。もし、例えば量子化によってギャップがスペクトルに存在する場合、そのギャップは拡大によってさらに増大する。エネルギー適応において、スペクトルに残されたラインは、オリジナル信号における個々のラインに比べて大き過ぎるエネルギーを受け取ることになる。

図１３は、位相ボコーダを用いた帯域幅拡張１３００の概略図を示す。この例では、２つのパッチ１３１２、１３１４が信号の低周波帯域１３０２に追加される。前記信号の所謂クロスーバー周波数とも呼ばれる上側カットオフ周波数１３２０は、隣接パッチ１３１２の下限周波数であり、前記クロスオーバー周波数の２倍は、隣接パッチ１３１２の上側カットオフ周波数でかつ次のパッチ１３１４の下側カットオフ周波数である。位相ボコーダは、前記信号の低周波帯域１３０２の周波数ラインの周波数を２倍して隣接パッチ１３１２を取得し、前記信号の低周波帯域１３０２の周波数ラインの周波数を３倍して次のパッチ１３１４を取得する。したがって、隣接パッチ１３１２のスペクトル密度は前記信号の低周波帯域１３０２のスペクトル密度の１／２であり、次のパッチ１３１４のスペクトル密度は前記信号の低周波帯域１３０２のスペクトル密度の１／３である。

帯域（パッチ）のエネルギーをわずか数本の周波数ラインへと集中させることで、オリジナル信号とは異なるような実質的な音質の変化がもたらされる。以前はより多数存在した帯域（周波数ライン）のエネルギーは、より少数の残存する帯域に集約される。

位相ボコーダとその幾つかの適用例が非特許文献５〜８及び特許文献３に開示されている。

前記ギャップを埋めるための１つの手法が特許文献４に開示されている。それは、高い周波数再構築を利用したソース符号化システムを強化するための方法と装置とを含んでいる。この出願は、適応型ノイズ−フロア追加による再構築された高周波帯域における不十分なノイズコンテンツの問題を提示している。ノイズ追加によって前記ギャップを埋めることは可能かもしれないが、オーディオ品質又は主観的品質が十分には向上しない可能性がある。

ＷＯ９８５７４３６号公報 米国特許第５４５５８８８号公報 米国特許第６５４９８８４号公報 ＷＯ００／４５３７９号公報

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本発明の目的は、帯域幅拡張された信号の主観的品質を向上させるオーディオ信号の帯域幅拡張の概念を提供しようとするものである。

前記目的は、請求項１及び１１に係る装置、請求項１４に係るオーディオ信号、及び請求項１５、１６に係る方法によって達成できる。

本発明の一実施形態は、入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置を提供する。前記入力信号は、第１の帯域については第１の分解能データによって、第２の帯域については第２の分解能データによって表現され、前記第２の分解能は第１の分解能に比べて低い。前記装置はパッチ生成器と結合器とを備える。前記パッチ生成器は、前記入力信号の第１の帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチを生成し、かつ前記入力信号の第１の帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチを生成する。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度よりも高い。前記結合器は、第１パッチと第２パッチと前記入力信号の第１の帯域とを結合し、前記帯域幅拡張信号を得る。帯域幅拡張信号を生成する前記装置は、前記帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、第１のパッチアルゴリズムと第２のパッチアルゴリズムとに従って前記入力信号をスケールするか、又は第１パッチと第２パッチとをスケールする。

本発明に係る幾つかの実施形態は、入力信号の帯域幅を拡張するために、低いスペクトル密度（これは、例えばそのパッチが入力信号の低周波帯域に比べて多くのギャップを持つことを意味する）を持つパッチが、高いスペクトル密度（これは、例えばそのパッチが入力信号の低周波帯域に比べてほんの僅か又は全くギャップを持たないことを意味する）を持つパッチと結合される、という中核的考えに基づいている。両方のパッチが入力信号に基づいて生成されるので、入力信号の低周波帯域の高周波帯域への拡張は、オリジナルのオーディオ信号の良好な近似を提供する可能性がある。加えて、第１と第２のパッチは、スペクトル包絡基準を満たすために、生成の前（入力信号のスケーリングによって）又は後でスケールすることができる。なぜなら、オリジナル・オーディオ信号のスペクトル包絡は、入力信号の高周波帯域の再構築のために考慮されるべきだからである。この様にして、帯域幅拡張信号の主観的品質又はオーディオ品質は大幅に向上するであろう。

本発明の幾つかの実施形態では、第１のパッチアルゴリズムはハーモニックなパッチアルゴリズムである。換言すると、第１パッチは入力信号の第１の帯域の周波数の整数倍の周波数のみを含むように生成される。一方、第２のパッチアルゴリズムは、混合型のパッチアルゴリズムであってもよい。この事は、第２パッチが、例えば入力信号の第１の帯域の周波数の整数倍の周波数と、入力信号の第１の帯域の周波数の整数倍ではない周波数とを含むように生成されてもよいことを意味する。従って、第２パッチのスペクトル密度は第１パッチのスペクトル密度より高い。第１パッチと第２パッチとを結合することによって、第１パッチの消失した周波数ラインは、第２パッチの周波数ラインによって満たされる可能性がある。この様にして、第１のパッチアルゴリズムに従ったハーモニックな帯域幅拡張のギャップは、第２パッチによって埋められ、帯域幅拡張信号のオーディオ品質は顕著に向上する。

本発明の幾つかの実施形態は、入力信号に基づいて帯域幅削減信号を生成するための装置に関する。この装置は、スペクトル包絡データ決定器と、パッチスケーリング制御データ生成器と、出力インターフェースとを備える。前記スペクトル包絡データ決定器は、入力信号の高周波帯域に基づいてスペクトル包絡データを決定する。前記パッチスケーリング制御データ生成器は、復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、復号器において帯域幅削減信号をスケールするため、又は復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするための、パッチスケーリング制御データを生成する。そのスペクトル包絡基準は、スペクトル包絡データに基づいている。第１パッチは第１のパッチアルゴリズムに従って前記帯域幅削減信号の低周波帯域から生成され、第２パッチは第２のパッチアルゴリズムに従って前記帯域幅削減信号の低周波帯域から生成される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度に比べて高い。前記出力インターフェースは、入力信号の低周波帯域とスペクトル包絡データとパワースケーリング制御データとを結合し、前記帯域幅削減信号を得る。さらに、前記出力インターフェースは、前記帯域幅削減信号を伝送又は蓄積のために提供する。

本発明に係る幾つかのさらなる実施形態は、第１の帯域と第２の帯域とを備えるオーディオ信号に関する。第１の帯域は第１分解能データによって表され、第２の帯域は第２分解能データによって表される。第２の分解能は第１分解能より低い。第２の分解能データは、第２の帯域のスペクトル包絡データと、復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、復号器においてオーディオ信号をスケールするための、又は復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするための、第２の帯域のパッチスケーリング制御データとに基づいている。前記スペクトル包絡基準は、前記スペクトル包絡データに基づいている。第１パッチは第１のパッチアルゴリズムに従ってオーディオ信号の第１の帯域から生成され、第２パッチは第２のパッチアルゴリズムに従ってオーディオ信号の第１の帯域から生成される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度より高い。

以下に、本発明の実施形態を添付の図面に従って詳細に説明する。
入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 生成された第１パッチの概略図である。 生成された第１と第２のパッチの概略図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 切り取られた正弦波入力信号の概略図である。 半波整流された正弦波入力信号の概略図である。 切り取られかつ全波整流された正弦波入力信号の概略図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 位相ボコーダのフィルタバンク構成の概略図である。 図５ａの中の１つのフィルタの詳細図である。 図５ａの中の１つのフィルタチャンネルにおける振幅（大きさ）信号と周波数信号の操作を示す概略図である。 ある位相ボコーダにおける変換操作の構成を概略的に示す図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための装置のブロック図である。 入力信号に基づいて帯域幅削減信号を提供するための装置のブロック図である。 入力信号から帯域幅拡張信号を生成するための方法のフローチャートである。 入力信号に基づいて帯域幅削減信号を提供するための方法のフローチャートである。 公知の帯域幅拡張アルゴリズムの概略図である。

以下では、実施例の説明における重複を避けるため、同一又は同様な機能特性を持つ対象物や機能部に対して同一の参照符号が用いられ、図面に関するそれらの説明は他の図面に対しても適用される。

図１は、本発明の第１実施形態に従って、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための装置１００のブロック図を示す。入力信号１０２は第１の分解能データによって表現された第１帯域と、第２の分解能データによって表現された第２帯域とを持ち、第２分解能は第１分解能より低い。装置１００は、結合器１２０と接続されたパッチ生成器１１０を備えている。パッチ生成器１１０は、入力信号１０２の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチ１１２を生成し、かつ入力信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチ１１４を生成する。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチ１１４のスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチ１１２のスペクトル密度より高い。結合器１２０は、第１パッチ１１２と第２パッチ１１４と入力信号１０２の第１帯域とを結合し、帯域幅拡張信号１２２を得る。さらに、帯域幅拡張信号１２２を生成する装置１００は、帯域幅拡張信号１２２がスペクトル包絡基準を満たすように、第１のパッチアルゴリズムと第２パッチアルゴリズムとに従って入力信号１０２をスケールするか、又は第１パッチ１１２と第２パッチ１１４とをスケールする。

スペクトル密度とは、例えば、ある周波数帯域内の異なる周波数又は周波数ラインの密度を意味する。例えば、４ｋＨｚと８ｋＨｚの周波数部分を持つ０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域は、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ、６ｋＨｚ、８ｋＨｚ、１０ｋＨｚの周波数部分を持つ同じ周波数帯域に比べて、低いスペクトル密度を有する。第１パッチ１１２のスペクトル密度は、第２パッチのスペクトル密度に比べて低いので、第１パッチ１１２は第２パッチ１１４に比べてギャップを含んでいる。そのため、第２パッチ１１４はこれらギャップを埋めるために使用できる。両パッチは入力信号１０２の第１帯域に基づいているので、両パッチは入力信号１０２に対応するオリジナル信号の特性に関係している。従って、帯域幅拡張信号１２２はオリジナル信号の良好な近似となり、帯域幅拡張信号１２２の主観的品質又はオーディオ品質は上述の概念を使用することで顕著に改善される。この様にして、より多くのエネルギーが残りのラインの間に分配され、例えば不自然な音を予防できる。

例えば、第１のパッチアルゴリズムはハーモニックなパッチアルゴリズムであってもよい。そのため、パッチ生成器１１０は、入力信号１０２の第１帯域の周波数の整数倍である周波数だけを含む第１パッチ１１２を生成してもよい。ハーモニックな帯域幅拡張は、オリジナル信号の調性構造の良好な近似を提供するが、このパッチアルゴリズムはハーモニックな周波数間にギャップを残すであろう。これらギャップは第２パッチによって埋められる可能性がある。例えば、第２パッチアルゴリズムが混合型のパッチアルゴリズムである場合、つまりパッチ生成器１１０が、入力信号１０２の第１帯域の周波数の整数倍である周波数（ハーモニックな周波数）だけでなく、入力信号１０２の第１帯域の周波数の整数倍でない周波数（非ハーモニックな周波数）をも含む第２パッチ１１４を生成する場合である。非ハーモニックな周波数は、第１パッチ１１２のギャップを埋めるために使用される。全体の第２パッチ１１４（ハーモニックな周波数を含む）を第１パッチ１１２に結合させることもまた可能である。この例では、第１パッチ１１２及び／又は第２パッチ１１４を適切にスケールすることによって、第１パッチ１１２と第２パッチ１１４のハーモニックな周波数部分の結合によるハーモニックな周波数の拡張が考慮される。

第１パッチ１１２と第２パッチ１１４は、少なくとも部分的に同じ周波数領域を含む。例えば、第１パッチ１１２は４ｋＨｚ〜８ｋＨｚに及ぶ周波数帯域を含み、第２パッチ１１４は６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を含む。本発明による幾つかの実施例では、第１パッチの下側のカットオフ周波数は第２パッチの下側のカットオフ周波数に等しく、かつ第１パッチ１１２の上側のカットオフ周波数は第２パッチ１１４の上側のカットオフ周波数に等しい。例えば、両パッチが４ｋＨｚ〜８ｋＨｚに及ぶ周波数帯域を含んでもよい。

図２ａと図２ｂは、第１のパッチアルゴリズム２１２に従う第１パッチ１１２と、第２のパッチアルゴリズム２１４に従う第２パッチ１１４の例を示す。説明を容易にするため、図２ａは第１パッチ１１２のみを示し、図２ｂは第１パッチ１１２とそれに対応する第２パッチ１１４とを示している。図２ａは、入力信号１０２の第１帯域２０２と、第１のパッチアルゴリズム２１２に従って生成された２個の第１パッチ１１２との例２００を示している。この例では、１つのパッチが入力信号１０２の第１帯域２０２と同じ帯域幅を持つ。この帯域幅は異なっていてもよい。入力信号１０２の第１帯域２０２の上側カットオフ周波数２２０は、「Ｘｏｖｅｒ」周波数（クロスオーバー周波数）として示されている。図２ａに示された実施例では、各パッチはクロスオーバー周波数Ｘｏｖｅｒ２２０の倍数に等しい周波数で開始している。第１パッチ１１２内の周波数ラインは、入力信号１０２の第１帯域２０２の周波数ラインの整数倍であり、例えば位相ボコーダによって生成することができる。これら第１パッチ１１２は、入力信号１０２の第１帯域２０２に比較して、消失した周波数ラインに対応したギャップを含む。

図２ｂは、２個の対応する第２パッチ１１４のためのさらなる実施例２５０を示す。これらパッチは、第２のパッチアルゴリズム２１４に従って生成され、ハーモニックな周波数と非ハーモニックな周波数とを含む。非ハーモニックな周波数ラインは第１パッチ１１２のギャップを埋めるために使用できる。第２パッチ１１４の周波数ラインは、例えば非線形歪みによって生成することができる。

この方法では、前記ギャップは、例えばノイズを用いてギャップを埋めるときのように、任意に埋めることができないかも知れない。前記ギャップは、入力信号の第１帯域の第１の分解能データに基づいて埋められ、従ってオリジナル信号に基づいて埋められる。

例えば、入力信号１０２の第１帯域が、高い分解能で符号化されたオリジナルオーディオ信号の低周波帯域に相当してもよい。また、入力信号１０２の第２帯域が、例えば前記オリジナルオーディオ信号の高周波帯域に相当してもよいし、１つ又は複数のパラメータ、例えばスペクトル包絡データやノイズデータ及び／又は消失した低分解能のハーモニックデータによって量子化されたものでもよい。オリジナルオーディオ信号は、例えば処理前又は符号化前にマイクロホンによって録音されたオーディオ信号であってもよい。

入力信号を第１のパッチアルゴリズム及び第２のパッチアルゴリズムに従ってスケールするという事は、例えば第１パッチが生成される前に第１のパッチアルゴリズムに従って入力信号を一度スケールした後、次にスケールされた入力信号に基づいて第１パッチを生成し、かつ第２パッチが生成される前に第２のパッチアルゴリズムに従って入力信号を一度スケールした後、次にスケールされた入力信号に基づいて第２パッチを生成することを意味し、その結果、第１パッチと第２パッチと入力信号の第１帯域との結合の後では、帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすようになる。その代わり、帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、第１パッチと第２パッチはそれらの生成の後でスケールされてもよい。第１パッチと第２パッチのスケーリングと組み合わせた、第１のパッチアルゴリズム及び第２のパッチアルゴリズムに従った入力信号のスケーリングも、また可能である。

結合器１２０は、例えば加算器であってもよく、帯域幅拡張信号１２２は、第１パッチ１１２と第２パッチ１１４と入力信号１０２の第１帯域の重み付き合計であってもよい。

スペクトル包絡基準を満たすということは、例えば帯域幅拡張信号のスペクトル包絡が入力信号に含まれたスペクトル包絡データに基づいていることを意味する。スペクトル包絡データは符号器によって生成されてもよいし、オリジナル信号の第２帯域を表してもよい。こうして、帯域幅拡張信号のスペクトル包絡は、オリジナル信号のスペクトル包絡の良好な近似になる。

前記装置１００は、入力信号１０２の第１帯域を復号化するためのコア復号器を備えていてもよい。

パッチ生成器１１０と結合器１２０は、例えば特別に設計されたハードウエア、プロセッサ又はマイクロコントローラの一部、又はコンピュータ又はマイクロコントローラ上で実行できように構成されたコンピュータプログラムであってもよい。装置１００は、復号器又はオーディオ復号器の一部であってもよい。

図３ａは、本発明の一実施例に係る、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための装置３００のブロック図である。この実施例では、パッチ生成器１１０は、第１パッチ１１２を生成するための位相ボコーダ３１０と、第２パッチ１１４を生成するための振幅切取り器(amplitude clipper) ３２０とを備えている。位相ボコーダ３１０と振幅切取り器３２０とは、結合器１２０に接続されている。位相ボコーダ３１０は、入力オーディオ信号１０２の第１帯域を拡大させて、ハーモニック周波数を含む第１パッチ１１２を生成する。非線形の処理ステップにおいて、振幅切取り器３２０は入力信号１０２を切り取り、ハーモニック周波数と非ハーモニック周波数とを含む第２パッチ１１４を生成する。振幅切取り器３２０に代えて、特性カーブの二次領域において半波整流器、全波整流器、ミキサー又はダイオードを使用し、非線形処理ステップによって入力信号１０２に基づいて非ハーモニック周波数を生成してもよい。

図３ｂ、３ｃ及び３ｄは、非ハーモニック周波数を生成するために切り取られ及び又は整流された入力信号１０２の例を示す。図３ｂは切り取られた正弦波状入力信号１０２の概略波形３５０を示す。信号を切り取ることで、信号傾斜３８０の急激な変化の形状を持つ不連続ポイントが発生し、より高い周波数を持つハーモニック部分及び非ハーモニック部分が生成される。

上記に代えて、図３ｃは半波整流された正弦波状入力信号１０２の概略波形３６０を示し、これもまた不連続ポイント３８０が発生している。

さらに、切取りと整流とを組み合わせることも可能である。図３ｄは、切り取られかつ全波整流された正弦波状入力信号１０２の概略波形３７０を示し、様々な不連続ポイント３８０が発生している。

切取り及び／又は整流、又は不連続ポイント３８０を生成するための非線形な処理の他の方法を適用することによって、異なる周波数を持つ広範囲なスペクトルが生成される。従って、上述のようなパッチアルゴリズムによって生成されたパッチは、高いスペクトル密度を有することになる。

図４は、本発明のある実施例に従った、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための装置４００のブロック図を示す。この装置４００は、図３ａに示された装置と近似しているが、追加的にスペクトルラインセレクタ４１０を備えている。位相ボコーダ３１０と振幅切取り器３２０はスペクトルラインセレクタ４１０と接続され、スペクトルラインセレクタ４１０は結合器１２０と接続されている。スペクトルラインセレクタ４１０は、第２パッチ１１４の複数の周波数ラインを選択して、第１パッチを補足する１つの修正された第２パッチ４１４を得ることができる。第２パッチ１１４の周波数ラインは、第１パッチ１１２の対応する周波数ラインが消失した場合に、選択される。換言すると、スペクトルラインセレクタ４１０は第１パッチ１１２のギャップを埋めるために第２パッチ１１４の周波数ラインを選択し、第１パッチ１１２によって既に含まれた第２パッチの周波数を無視すればよい。この様にして、修正された第２パッチ４１４は第１パッチ１１２に既に含まれた周波数におけるギャップを有していてもよい。

この実施例では、結合器１２０は、第１パッチ１１２と修正された第２パッチ４１４と入力信号１０２の第１帯域とを結合させる。

スペクトルラインセレクタ４１０は、例えば（図４に示すように）パッチ生成器１１０の一部であってもよいし、別のユニットであってもよい。

以下では、図５と図６を参照して、本発明に係る位相ボコーダ３１０の可能な構成例について説明する。図５ａはある位相ボコーダのフィルタバンク構成を示し、ここでは、オーディオ信号は入力５００へ入力され、出力５１０から出力される。特に、図５ａに概略で示されるフィルタバンクの各チャネルは、帯域通過フィルタ５０１と下流側の発振器５０２とを有する。各チャネルから来る全ての発振器の出力信号は、例えば加算器として構成された結合器５０３により結合され、出力信号が得られる。各フィルタ５０１は、一方では振幅信号を供給し、他方では周波数信号を供給するように構成されている。これら振幅信号と周波数信号とは時間信号であり、一方の振幅信号はフィルタ５０１内の時間軸における振幅の変化を示し、他方の周波数信号はフィルタ５０１により濾波された信号の周波数の変化を示す。

図５ｂはフィルタ５０１の概略的なセットアップを示す。図５ａの各フィルタ５０１は図５ｂに示すようにセットアップされても良い。しかし、２つの入力ミキサ５５１と加算器５５２とに入力される周波数ｆｉだけはチャネル毎に異なっている。ミキサ５５１のミキサ出力信号は両方とも低域通過フィルタ５５３により低域通過濾波されており、これらの低域通過信号は、局部発振器周波数（ＬＯ周波数）により生成されたものであるために互いに異なっており、９０度づつ位相がずれる。上側の低域通過フィルタ５５３は直交位相(quadrature)信号５５４を出力し、下側の低域通過フィルタ５５３は同相(in-phase)信号５５５を出力する。これら２つの信号、つまりＱ及びＩは、矩形表示(rectangular representation)から振幅位相表示(magnitude phase representation)を生成する座標変換器５５６へと入力される。図５ａのそれぞれの時間軸上の絶対値信号又は振幅信号は、出力５５７において出力される。位相信号は位相アンラッパ(phase unwrapper) ５５８へと供給される。要素５５８の出力において、常に０〜３６０度の間にあるような位相値はもはや存在せず、線形的に増大する位相値が存在する。この「アンラップ」された位相値は、位相／周波数変換器５５９に供給される。この変換器５５９は、例えば単純な位相差分計算器として構成され、現時点での位相から以前のある時点における位相を引き算することで、現時点での周波数値を取得してもよく、又は位相派生物の概算を得るための他の手段として構成されてもよい。この周波数値はフィルタチャネルｉの一定周波数値ｆｉに加算され、その結果、出力５６０において、時間的に変化する周波数値が得られる。出力５６０における周波数値は、直接成分(direct component)＝ｆｉと変動成分(alternating component)＝周波数偏差とを有し、周波数偏差とは、フィルタチャネル内における信号の現時点の周波数と平均周波数ｆｉとの間の周波数偏差を表す。

以上、図５ａ及び図５ｂを用いて説明したように、位相ボコーダはスペクトル情報と時間情報との分割を行う。スペクトル情報は、各チャネルに周波数の直接成分を供給する特別なチャネル又は周波数ｆｉの中にあり、他方、時間情報は周波数偏差又は時間軸上の振幅変化の中に含まれる。

図５ｃは、本発明に従って第１パッチを生成するために実行される処理を示し、特に、位相ボコーダ３１０、さらに詳細には、図５ａの中で破線で区画された回路部分で実行される処理を示す。

時間スケーリングのために、例えば各チャンネル内の振幅信号Ａ（ｔ）又は各チャンネル内の周波数信号ｆ（ｔ）が、デシメート（間引き）されるか又は補間(interpolation)される。本発明にとっては有用である、転位を目的として、信号Ａ（ｔ）及び信号ｆ（ｔ）の補間、即ち時間的な拡張または伸張が実行され、伸張済の信号Ａ'(ｔ）及び信号ｆ'(ｔ）が得られる。この際、補間は伸張係数５９８により制御される。この伸張係数は、例えば位相ボコーダがハーモニック周波数を生成するように選択され得る。位相変化の補間、即ち加算器５５２により一定周波数を加算する前の値の補間により、図５ａにおける個々の各発振器５０２の周波数は変化しない。しかし、全体的なオーディオ信号の時間的な変化は、係数２により遅くなる。その結果、オリジナルのピッチを有し、時間的に伸張したトーン、即ちハーモニクスを備えたオリジナルの基本波がもたらされる。

図５ｃに示された信号処理を実行することによって、オーディオ信号は例えば係数２のデジメーションによってそのオリジナルの持続時間へと縮減され、他方、全ての周波数は同時に２倍化される。その結果、係数２によるピッチ転位がもたらされ、オリジナルオーディオ信号と同じ長さ、即ち同数のサンプルを持つオーディオ信号が得られる。

図５ａで説明したフィルタ帯域の実施例に代えて、図６に示されるような位相ボコーダにおける変換操作の構成が使用されても良い。ここでは、オーディオ信号６９８は、時間サンプルのシーケンスとして、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理器、又はより一般的には短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）処理器６００へと供給される。ＦＦＴ処理器６００は、オーディオ信号の時間ウィンドウ化を実行し、次に、後続のＦＦＴにより振幅スペクトルと位相スペクトルとの両方を計算する。この計算は、オーディオ信号の強くオーバーラップしているブロックに関係する連続したスペクトルのために実行される。

極端な場合には、全ての新たなオーディオ信号サンプルに対して１つの新たなスペクトルを計算しても良いし、例えば２０番目の新たなサンプル毎に新たなスペクトルを計算しても良い。２つのスペクトル間にあるサンプルの距離「ａ」は、好適には制御器６０２により与えられる。制御器６０２は、さらにＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理器６０４へも出力するよう構成され、この処理器６０４はオーバーラップ加算操作を実行する。特に、ＩＦＦＴ処理器６０４は、ある振幅スペクトルと位相スペクトルとに基づいてスペクトル毎に１つのＩＦＦＴを実行することで、逆の短時間フーリエ変換を実行し、次に、オーバーラップ加算操作を実行し、その結果として時間信号を得る。このオーバーラップ加算操作は、分析ウィンドウによって導入されるブロッキング効果を除去するものである。

２つのスペクトルがＩＦＦＴ処理器６０４により処理される時、２つのスペクトル間の距離ｂにより時間信号の伸張が実行され、この距離ｂはＦＦＴスペクトルの生成におけるスペクトル間の距離ａよりも長い。基本的な考え方は、単純に分析ＦＦＴよりも大きな間隔を有するように、オーディオ信号を逆ＦＦＴにより伸張することである。その結果、合成されたオーディオ信号内のスペクトルは、オリジナル・オーディオ信号内よりも遅い速度で変化する。

もし、ブロック６０６における位相再スケーリングがなかったと仮定すれば、その構成は周波数アーチファクトをもたらすであろう。例えば、単一の周波数ｂｉｎを考え、この周波数に対して４５度ずつ連続的に位相値が変化するものとする。つまり、このフィルタ帯域内の信号は、各時間区間毎に一周期の８分の１の割合で、即ち４５度ずつ位相が増大することを意味し、ここでの時間区間とは、連続するＦＦＴの間の時間区間である。もし、逆ＦＦＴの相互間隔がより遠く離れているならば、４５度の位相増大はより長い時間区間に亘って発生するということになる。つまり、この信号部分の周波数が意図せずに変更されたことになる。このようなアーチファクトを無くすため、位相は、オーディオ信号が時間的に伸張された時の係数と正に同一の係数により再スケールされる。各ＦＦＴスペクトル値の位相は、このように係数ｂ／ａにより増大させられ、その結果、上述の意図しない周波数の変更を無くすことができる。

図５ｃに示す実施例では、図５ａのフィルタバンク構成の中の１つの信号発振器のために振幅／周波数制御信号の補間による伸張が行なわれたが、図６における伸張は、２つのＦＦＴスペクトル間の距離よりも長い２つのＩＦＦＴスペクトル間の距離、即ち「ａ」よりも長い「ｂ」により達成される。しかしながら、アーチファクトを防止するために、比「ｂ／ａ」により位相再スケーリングが実行される。距離「ｂ」は、例えば位相ボコーダがハーモニックな周波数を生成するように、選択することができる。

図７は、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための本発明の一実施例に従った装置７００のブロック図を示す。この装置７００は図１に示された装置と類似しているが、パワー制御器７１０と第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０とを備える点で異なる。パワー制御器７１０は第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０とに接続されている。第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０とはパッチ生成器１１０に接続されている。パワー制御器７１０は、第１と第２のパッチアルゴリズムに従い、入力信号に含まれたスペクトル包絡データと入力信号に含まれたパッチスケーリング制御データとに基づいて、入力信号のスケーリングを制御してもよい。入力信号に含まれたパッチスケーリング制御データに代えて、少なくとも１つの記憶されたパッチスケーリング制御パラメータを使用してもよい。パッチスケーリング制御パラメータは、パッチスケーリング制御パラメータメモリによって記憶されていてもよく、そのメモリはパワー制御器７１０又は別のユニットの一部であってもよい。第１パワー調整手段７２０は入力信号１０２を第１パッチアルゴリズムに従ってスケールしてもよいし、第２パワー調整手段７３０は入力信号１０２を第２パッチアルゴリズムに従ってスケールしてもよい。換言すれば、帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、第１と第２のパッチを生成する前に入力信号１０２がスケールされてもよい。そのために、スペクトル包絡データが帯域幅拡張信号１２２のスペクトル包絡を決定し、パッチスケーリング制御データ又はパッチスケーリング制御パラメータが第１パッチ１１２と第２パッチ１１４との比を設定するか、若しくは第１パッチ１１２及び／又は第２パッチ１１４の絶対値を設定してもよい。第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０は、図７に示すパワー制御器７１０又は別のユニットの一部であってもよい。パワー制御器７１０は、また図７に示すパッチ生成器１１０又は別のユニットの一部であってもよい。パワー調整手段７２０，７３０は、例えばパワー制御器７１０によって制御される増幅器やフィルタであってもよい。

上記に代えて、スケーリングがパッチの生成後に行われてもよい。その好適例として、図８は、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための本発明の一実施例に係る装置８００のブロック図を示す。この装置８００は図７に示した装置と類似しているが、パワー調整手段７２０、７３０がパッチ生成器１１０と結合器１２０との間に配置されている点で異なる。この実施例では、パッチ生成器１１０は第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０とに接続されている。第１パワー調整手段７２０と第２パワー調整手段７３０とは結合器１２０に接続されている。この様にして、第１パッチ１１２は第１パッチアルゴリズムに従って第１パワー調整手段７２０によってスケールされ、第２パッチ１１４は第２パッチアルゴリズムに従って第２パワー調整手段７３０によってスケールされ得る。これらパワー調整手段は、上述の通り、スペクトル包絡データとパッチスケーリング制御データ又はパッチスケーリング制御パラメータに基づいて、パワー制御器７１０によって制御される。

上記に代えて、２つのパッチの一方のみをスケーリング又はパワー調整した後で、結合器１２０によって両パッチを結合し、かつ結合パッチを入力信号１０２の第１帯域と結合する前に、結合パッチをスケーリングすることも可能である。換言すれば、２つのパッチ間の所定の比率を達成するように片方のパッチを（例えばパッチスケーリング制御データに基づいて）スケールし、その後、結合パッチを、スペクトル包絡基準を満たすように（例えばスペクトル包絡データに基づいて）スケールしてもよい。

パッチスケーリング制御データは、例えば、パワー分配スケーリングのための単なる係数や複数のパラメータを含んでいてもよい。パッチスケーリング制御データは、例えば第２帯域全体又は高周波数全体にわたる第１パッチと第２パッチとのパワー比を示してもよいし、第２帯域全体又は高周波数全体にわたる第１パッチ及び／又は第２パッチのパワーの絶対値を示してもよいし、少なくとも１つのパラメータによって表現されてもよい。それに代えて、パッチスケーリングデータは、スペクトル帯域複製アプリケーションにおけるサブバンド毎のスペクトル包絡データと同様に、第２帯域又は高周波帯域を一緒に構成する複数のサブバンドのそれぞれについて１つの係数を含んでもよい。さらに、このパッチスケーリングデータは、フィルタの変換関数を示してもよい。例えば、第１パッチをスケーリングするためのフィルタの変換関数のパラメータ、及び又は第２パッチをスケーリングするためのフィルタの変換関数のパラメータは、入力信号内に含まれていてもよい。こうして、パラメータは周波数の関数を表してもよい。別の変形例では、パッチスケーリング制御データは、第１パッチと第２パッチの差分関数を表してもよい。この例に従えば、入力信号のスケーリング、又は第１パッチ及び第２パッチのスケーリングは、少なくとも１個のパラメータを含むパッチスケーリング制御データに基づいていてもよい。

図９は、本発明の一実施例に従った、入力信号１０２から帯域幅拡張信号１２２を生成するための装置９００のブロック図を示す。この装置９００は図８に示す装置に類似しているが、ノイズ追加器９１０、消失ハーモニック追加器９２０、ノイズパワー調整手段９４０、及び消失ハーモニックパワー調整手段９５０をさらに含む点が異なる。ノイズ追加器９１０はノイズパワー調整手段９４０に接続され、ノイズパワー調整手段９４０は結合器１２０に接続されている。消失ハーモニック追加器９２０は消失ハーモニックパワー調整手段９５０に接続され、消失ハーモニックパワー調整手段９５０は結合器１２０に接続されている。さらに、パワー制御器７１０はノイズパワー調整手段９４０と消失ハーモニックパワー調整手段９５０とに接続されている。ノイズ追加器９１０は入力信号１０２に含まれたノイズデータに基づいてノイズパッチ９１２を生成する。

ノイズパッチ９１２はノイズパワー調整手段９４０によってスケールされる。パワー制御器７１０は、入力信号１０２に含まれたスペクトル包絡データ及び／又はノイズスケーリングデータに基づいてノイズパワー調整手段９４０を制御する。この様にして、オリジナル信号のノイズは近似され、帯域幅拡張信号のオーディオ品質を改善することができる。

消失ハーモニック追加器９２０は、入力信号に含まれた消失ハーモニックデータに基づいて消失したハーモニックパッチ９２２を生成する。消失したハーモニックパッチ９２２は、オリジナル信号の高周波帯域においてのみ発生するハーモニック周波数を含んでもよく、もし入力信号１０２の第１帯域に関してオリジナル信号の低周波帯域の情報のみが使用可能になるならば、このハーモニック周波数は再生できない可能性がある。消失したハーモニックデータは、これら消失したハーモニクスに関する情報を提供するかも知れない。消失ハーモニックパッチ９２２は消失ハーモニックパワー調整手段９５０によってスケールされる。パワー制御器７１０は、入力信号１０２に含まれたスペクトル包絡データ又は消失ハーモニックスケーリングデータに基づいて消失ハーモニックパワー調整手段９５０を制御する。

結合器１２０は第１パッチ１１２と第２パッチ１１４と入力信号１０２の第１帯域とノイズパッチ９１２と消失ハーモニックパッチ９２２とを結合し、帯域幅拡張信号１２２を得る。パワー制御器７１０はパワー調整手段と共に、スペクトル包絡基準を満たすように、スペクトル包絡データに基づいて第１パッチ１１２と第２パッチ１１４とノイズパッチ９１２と消失ハーモニックパッチ９２２とをスケールする。

図１０は、本発明の一実施例に従った、入力信号１００２に基づいて帯域幅削減信号１０３２を提供するための装置１０００のブロック図を示す。この装置１０００は、スペクトル包絡データ決定器１０１０、パッチスケーリング制御データ生成器１０２０、及び出力インターフェース１０３０を備えている。スペクトル包絡データ決定器１０１０とパッチスケーリング制御データ生成器１０２０は、出力インターフェース１０３０と接続されている。スペクトル包絡データ決定器１０１０は入力信号１００２の高周波帯域に基づいてスペクトル包絡データ１０１２を決定することができる。パッチスケーリング制御データ生成器１０２０は、復号器で生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、復号器において帯域幅削減信号１０３２をスケーリングするため、又は当該復号器において第１パッチと第２パッチとをスケーリングするための、パッチスケーリング制御データ１０２２を生成する。このスペクトル包絡基準はスペクトル包絡データに基づいている。第１パッチは帯域幅削減信号１０３２の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、第２パッチは帯域幅削減信号１０３２の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度より高い。出力インターフェース１０３０は、入力信号１００２の低周波帯域とスペクトル包絡データ１０１２とパッチスケーリング制御データ１０２２とを結合し、帯域幅削減信号１０３２を得る。さらに、出力インターフェース１０３０は伝送又は蓄積のためにこの帯域幅削減信号１０３２を供給する。

装置１０００は、入力信号の低周波帯域を符号化するためのコア符号器を備えていてもよい。コア符号器は、例えば差分符号器、エントロピー符号器又は知覚的オーディオ符号器であってもよい。

前記装置１０００は、上述の復号器のための信号を提供する符号器の一部として構成してもよい。パッチスケーリング制御データ１０２２は、例えば、パワー分配スケーリングのための単純な係数や複数のパラメータを含んでいてもよい。パッチスケーリング制御データは、例えば高周波帯域全体にわたる第１パッチと第２パッチとのパワー比を示してもよいし、高周波領域全体にわたる第１パッチ及び／又は第２パッチのパワーの絶対値を示してもよいし、少なくとも１つのパラメータによって表現されてもよい。それに代えて、パッチスケーリングデータは、スペクトル帯域複製アプリケーションにおけるサブバンド毎のスペクトル包絡データと同様に、高周波帯域を一緒に構成する複数のサブバンドのそれぞれについて決定された１つの係数を含んでもよい。さらに、このパッチスケーリングデータは、フィルタの変換関数を示してもよい。例えば、第１パッチをスケーリングするためのフィルタの変換関数のパラメータ、及び／又は第２パッチをスケーリングするためのフィルタの変換関数のパラメータは、前記パッチスケーリング制御データを生成するために決定されてもよい。こうして、前記パラメータは周波数の関数に基づいて生成される。別の変形例では、第１パッチと第２パッチの差分関数を表すパッチスケーリング制御データを生成してもよい。

パッチスケーリング制御データ１０２２は入力信号１００２を分析し、その入力信号１００２の分析に基づいてパッチスケーリング制御パラメータメモリに記憶されたパッチスケーリング制御パラメータを選択することによって生成することができ、パッチスケーリング制御データ１０２２が取得される。

それに代えて、パッチスケーリング制御データ１０２２の生成は、合成による分析手段によって実現することもできる。この目的のため、パッチスケーリング制御データ生成器１０２０は、パッチ生成器（復号器のために描かれたものとして）と比較器とを追加的に備えている。パッチ生成器は、第１パッチを入力信号１００２の低周波帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成し、第２パッチを入力信号１００２の低周波帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成する。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度より高い。比較器は第１パッチと第２パッチと入力信号の高周波帯域とを比較し、パッチスケーリング制御データ１０２２を得る。換言すれば、前述の概念は前記装置１０００にも適用される。この様にして、前記装置１０００はパッチ同士、又は結合されたパッチと例えばオリジナルオーディオ信号である入力信号とを比較することによって、パッチスケーリング制御データ１０２２を引き出すことができる。さらに、前記装置１０００は、既述のようにスペクトルライン選択器、パワー制御器、ノイズ追加器及び／又は消失ハーモニック追加器を備えていてもよい。この様にして、ノイズデータ、ノイズパッチスケーリング制御データ、消失ハーモニックデータ及び／又は消失ハーモニックパッチスケーリング制御データが合成による分析手法によって引き出すことができる。

本発明に係る幾つかの実施例は、第１帯域と第２帯域とを備えたオーディオ信号に関係する。第１帯域は第１の分解能データによって表され、第２帯域は第２の分解能データによって表され、第２の分解能は第１の分解能より低い。第２の分解能データは、第２の帯域のスペクトル包絡データと、復号器で生成された帯域幅拡張信号はスペクトル包絡基準を満たすように、復号器でオーディオ信号をスケーリングするため、又は復号器で第１パッチと第２パッチとをスケーリングするための第２の帯域のパッチスケーリング制御データとに基づいている。スペクトル包絡基準はスペクトル包絡データに基づいている。第１パッチはオーディオ信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、第２パッチはオーディオ信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度より高い。

前記オーディオ信号は、例えばオリジナル信号に基づいた帯域幅削減信号であってもよい。オーディオ信号の第１帯域は、高い分解能で符号化されたオリジナルオーディオ信号の低周波帯域を表してもよい。オーディオ信号の第２帯域は、オリジナルオーディオ信号の高周波帯域を表してもよく、少なくとも２つのパラメータ、すなわちスペクトル包絡データによって表現されたスペクトル包絡パラメータと、パッチスケーリング制御データによって表現されたパッチスケーリング制御パラメータとによって量子化されてもよい。このようなオーディオ信号に基づいて、上述の概念に従う復号器は、公知の概念に比べて改善されたオーディオ品質を持ち、オリジナルオーディオ信号の良好な近似をもたらす帯域幅拡張信号を生成することができる。

図１１は、本発明の一実施例における、入力信号から帯域幅拡張信号を生成する方法１１００のフローチャートを示す。入力信号の第１帯域は第１の分解能データによって表現され、第２帯域は第２の分解能データによって表現され、第２の分解能は第１の分解能より低い。前記方法１１００は、第１パッチを生成するステップ１１１０と、第２パッチを生成するステップ１１２０と、入力信号をスケールするステップ１１３０又は第１パッチ及び第２パッチをスケールするステップ１１３０と、第１パッチと第２パッチと入力信号の第１帯域とを結合するステップ１１４０とを備え、帯域幅拡張信号を得る。第１パッチは入力信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成１１１０され、第２パッチは入力信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成１１２０される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成１１２０された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成１１１０された第１パッチのスペクトル密度より高い。帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、入力信号が第１のパッチアルゴリズム及び第２のパッチアルゴリズムに従ってスケール１１３０されるか、又は第１パッチと第２パッチとがスケール１１３０される。

さらに、前記方法１１００は、上述の概念に従ったステップによって拡張されてもよい。前記方法１１００は、例えばコンピュータやマイクロコントローラ上で動作するコンピュータプログラムとして実現されてもよい。

図１２は、本発明の一実施例に係る、入力信号に基づいて帯域幅削減信号を提供する方法１２００のフローチャートを示す。この方法１２００は、入力信号の高周波帯域に基づいてスペクトル包絡データを決定するステップ１２１０と、パッチスケーリング制御データを生成するステップ１２２０と、帯域幅削減信号を得るために入力信号の低周波帯域とスペクトル包絡データとパッチスケーリング制御データとを結合するステップ１２３０と、伝送又は蓄積のために帯域幅削減信号を提供するステップ１２４０とを有する。パッチスケーリング制御データは、復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、復号器において帯域幅削減信号をスケールするため、又は復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするために生成１２２０される。スペクトル包絡基準はスペクトル包絡データに基づいている。第１パッチは帯域幅削減信号の低周波帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、第２パッチは帯域幅削減信号の低周波帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成される。第２のパッチアルゴリズムに従って生成された第２パッチのスペクトル密度は、第１のパッチアルゴリズムに従って生成された第１パッチのスペクトル密度より高い。

さらに、前記方法１２００は、上述の概念に従ったステップによって拡張されてもよい。前記方法１２００は、例えばコンピュータやマイクロコントローラ上で動作するコンピュータプログラムとして実現されてもよい。

本発明に係る幾つかの実施例は、非線形歪みやより密なスペクトルのためのノイズ充填と結合された帯域幅拡張のために、位相ボコーダを使って帯域幅拡張信号を生成するための装置に関する。スペクトル拡大のために位相ボコーダを適用した場合には、周波数ラインはさらに離間する。スペクトル内にギャップが例えば量子化によって存在する場合には、前記拡大によってギャップはさらに増大する。エネルギー適応において、スペクトル内に残存するラインは大き過ぎるエネルギーを受け取る。このことは、ギャップをノイズや信号の非線形歪みによって得られるさらなるハーモニクスによって充填することで、防止できる。この様にして、より大きなエネルギーが残存するラインの間に分配される。帯域内の僅か数個の周波数ラインへのエネルギー集中によって、不自然な又は金属的な音をもたらす。以前はより多数存在した帯域のエネルギーは、残存する帯域へと合計される。

スペクトル内にギャップはないが、少なくともノイズが存在する場合には、エネルギーの一部はノイズフロアに残っている。非線形歪みの適用により、一方ではスペクトルは歪みによって生成されたノイズによって、他方では歪められるべき信号部分の適切な選択によって導かれたさらなるハーモニック部分によって、再び密にされる。

次に帯域幅拡張信号は、例えば濾波され歪められた信号と、位相ボコーダの助けを借りて生成された信号との重み付き合計であってもよい。換言すれば、帯域幅拡張信号は、第１パッチと第２パッチと入力信号の第１帯域との重み付き合計であってもよい。

本発明に係る幾つかの実施例は、全帯域が利用できる訳ではないような全てのオーディオアプリケーションに適した概念に関する。例えば、デジタルラジオサービス、インターネットストリーミング、又は他のオーディオ通信アプリケーションを使用するオーディオコンテンツの放送のため、上述の概念を適用できる。

本発明を幾つかの実施例に関連して説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での修正や置換、等価物であってもよい。本発明の方法や構成の多くの代替方法があることもまた注目すべきである。したがって、添付の請求項は本発明の趣旨に含まれるこれら全ての修正、置換、等価物を包含すると解釈されるべきである。

特に、状況によって、本発明の構成はソフトウエアとして構成されてもよい点に注目すべきである。本発明は、対応する方法が実行されるように、デジタル記憶媒体、特にプログラム可能なコンピュータシステムと協動して電子的に読み取り可能な制御信号を含むフレキシブルディスクやＣＤであってもよい。一般に、本発明は、このコンピュータプログラム製品がコンピュータで作動されたとき、本発明方法を実行するために機械読み取り可能なキャリアに記憶されたコンピュータプログラム製品の中に含まれる。換言すれば、本発明は、コンピュータプログラム製品がコンピュータで作動されたとき、本発明方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実現される。

Claims (17)

1. 入力信号（１０２）から帯域幅拡張信号（１２２）を生成する装置（１００；３００；４００；７００；８００；９００）であって、前記入力信号の第１帯域が第１の分解能データによって表現され、その第２帯域が第２の分解能データによって表現され、第２の分解能は第１の分解能より低いものにおいて、
   前記入力信号（１０２）の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチ（１１２）を生成し、かつ入力信号（１０２）の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチ（１１４）を生成するパッチ生成器（１１０）であって、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチ（１１４）のスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチ（１１２）のスペクトル密度に比べて高い、パッチ生成器と、
   前記第１パッチ（１１２）と前記第２パッチ（１１４）と前記入力信号（１０２）の第１帯域とを結合して前記帯域幅拡張信号（１２２）を得る結合器（１２０）と、を備え、
   帯域幅拡張信号を生成する前記装置は、前記帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、前記第１のパッチアルゴリズムと第２のパッチアルゴリズムとに従って前記入力信号（１０２）をスケールするか、又は前記第１パッチ（１１２）と第２パッチ（１１４）とをスケールすることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記第１のパッチアルゴリズムはハーモニックなパッチアルゴリズムであり、前記パッチ生成器（１１０）は、第１パッチ（１１２）が入力信号（１０２）の第１帯域の周波数の整数倍の周波数だけを含むように、前記第１パッチ（１１２）を生成することを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、前記第２のパッチアルゴリズムは混合型のパッチアルゴリズムであり、前記パッチ生成器（１１０）は、第２パッチ（１１４）が入力信号（１０２）の第１帯域の周波数の整数倍の周波数と、入力信号（１０２）の第１帯域の周波数の整数倍でない周波数とを含むように、前記第２パッチ（１１４）を生成することを特徴とする装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の装置において、前記第１パッチ（１１２）の下側のカットオフ周波数は前記第２パッチ（１１４）の下側のカットオフ周波数に等しく、前記第１パッチ（１１２）の上側のカッドオフ周波数は前記第２パッチ（１１４）の上側のカットオフ周波数に等しいことを特徴とする装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、前記第１パッチ（１１２）を前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成する位相ボコーダ（３１０）を備えることを特徴とする装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の装置において、前記第２パッチ（１１４）を前記第２のパッチアルゴリズムに従って、前記入力信号（１０２）の第１帯域を切り取ることで生成する振幅切取り器（３２０）を備えることを特徴とする装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の装置において、前記第２パッチ（１１４）の複数の周波数ラインを選択して修正済みの第２パッチ（４１４）を得るスペクトルライン選択器（４１０）を備え、前記第１パッチ（１１２）の対応する周波数ラインが消失した場合にその周波数ラインを選択し、前記結合器（１２０）は前記第１パッチ（１１２）と前記修正済みの第２パッチ（４１４）と前記入力信号（１０２）の第１帯域とを結合することを特徴とする装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の装置において、前記第１及び第２のパッチアルゴリズムに従って前記入力信号（１０２）のスケーリングを制御し、又は第１パッチ（１１２）と第２パッチ（１１４）のスケーリングを制御するパワー制御器（７１０）を備え、前記パワー制御器（７１０）は、前記入力信号（１０２）に含まれたスペクトル包絡データに基づいて、かつ少なくとも１つの記憶されたパッチスケーリング制御パラメータ又は前記入力信号（１０２）に含まれたパッチスケーリング制御データに基づいて、前記スケーリングを制御することを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置において、第１のパッチアルゴリズムに従って入力信号（１０２）をスケールするか、又は第１パッチ（１１２）をスケールする第１のパワー調整手段（７２０）と、第２のパッチアルゴリズムに従って入力信号（１０２）をスケールするか、又は第２パッチ（１１４）をスケールする第２のパワー調整手段（７３０）とを備え、前記パワー制御器（７１０）は前記第１のパワー調整手段（７２０）と第２のパワー調整手段（７３０）とを制御することを特徴とする装置。
10. 請求項８又は９に記載の装置において、ノイズ追加器（９１０）と消失ハーモニック追加器（９２０）とを備え、前記ノイズ追加器（９１０）は前記入力信号に含まれたノイズデータに基づいてノイズパッチ（９１２）を生成し、前記消失ハーモニック追加器（９２０）は前記入力信号（１０２）に含まれた消失ハーモニックデータに基づいて消失ハーモニックパッチ（９２２）を生成し、前記パワー制御器（７１０）は前記スペクトル包絡データに基づいて前記ノイズパッチ（９１２）と消失ハーモニックパッチ（９２２）のスケーリングを制御し、前記結合器（１２０）は第１パッチ（１１２）と第２パッチ（１１４）と入力信号（１０２）の第１帯域とノイズパッチ（９１２）と消失ハーモニックパッチ（９２２）とを結合して帯域幅拡張信号（１２２）を取得し、前記パワー制御器（７１０）は、前記スペクトル包絡基準が満たされるように、前記スペクトル包絡データに基づいて前記第１パッチ（１１２）、前記第２パッチ（１１４）、前記ノイズパッチ（９１２）及び前記消失ハーモニックパッチ（９２２）のスケーリングを制御することを特徴とする装置。
11. 入力信号（１００２）に基づいて帯域幅削減信号（１０３２）を提供する装置（１０００）であって、
    前記入力信号（１００２）の高周波帯域に基づいてスペクトル包絡データ（１０１２）を決定するスペクトル包絡データ決定器（１０１０）と、
    復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、前記帯域幅削減信号（１０３２）を前記復号器においてスケールするため、又は前記復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするためのパッチスケーリング制御データ（１０２２）を生成するパッチスケーリング制御データ生成器（１０２０）であって、前記スペクトル包絡基準は前記スペクトル包絡データ（１０１２）に基づいており、前記第１パッチは前記帯域幅削減信号（１０３２）の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２パッチは前記帯域幅削減信号（１０３２）の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチのスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチのスペクトル密度に比べて高い、パッチスケーリング制御データ生成器と、
    前記入力信号（１００２）の低周波帯域と、前記スペクトル包絡データ（１０１２）と、前記パッチスケーリング制御データ（１０２２）とを結合して前記帯域幅削減信号（１０３２）を得ると共に、その帯域幅削減信号（１０３２）を伝送又は蓄積のために提供する出力インターフェース（１０３０）と、を備えた装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、前記パッチスケーリング制御データ生成器は、
    前記入力信号（１００２）の低周波帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチを生成し、かつ前記入力信号（１００２）の低周波帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチを生成するパッチ生成器であって、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチのスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチのスペクトル密度に比べて高い、パッチ生成器と、
    前記第１パッチと前記第２パッチと前記入力信号（１００２）の高周波帯域とを比較し、前記パッチスケーリング制御データ（１０２２）を得る比較器と、を備えた装置。
13. 請求項１１に記載の装置であって、複数のパッチスケーリング制御パラメータを記憶し提供するためのパッチスケーリング制御パラメータメモリを備え、前記パッチスケーリング制御データ生成器（１０２０）は、前記入力信号（１００２）を分析し、かつ入力信号（１００２）の分析に基づいて選択された記憶済みのパッチスケーリング制御パラメータに従い、前記パッチスケーリング制御データ（１０２２）を生成することを特徴とする装置。
14. 第１の分解能データによって表現された第１帯域と、第２の分解能データによって表現された第２帯域とを備えたオーディオ信号であって、前記第２の分解能は前記第１の分解能より低く、前記第２の分解能データは、第２帯域のスペクトル包絡データに基づき、かつ復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、前記復号器において前記オーディオ信号をスケールするため、又は前記復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするための第２帯域のパッチスケーリング制御データに基づいており、前記スペクトル包絡基準は前記スペクトル包絡データに基づいており、前記第１パッチは前記オーディオ信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２パッチは前記オーディオ信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチのスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチのスペクトル密度に比べて高いことを特徴とする、オーディオ信号。
15. 入力信号から帯域幅拡張信号を生成する方法（１１００）であって、前記入力信号の第１帯域が第１の分解能データによって表現され、その第２帯域が第２の分解能データによって表現され、第２の分解能は第１の分解能より低いものにおいて、
    前記入力信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って第１パッチを生成するステップ（１１１０）と、
    前記入力信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って第２パッチを生成するステップ（１１２０）であって、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチのスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチのスペクトル密度に比べて高い、ステップと、
    前記帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、前記第１のパッチアルゴリズムと第２のパッチアルゴリズムとに従って前記入力信号をスケールするか、又は前記第１パッチと第２パッチとをスケールするステップ（１１３０）と、
    前記第１パッチと前記第２パッチと前記入力信号の第１帯域とを結合して前記帯域幅拡張信号を得るステップ（１１４０）と、を備える方法。
16. 入力信号に基づいて帯域幅削減信号を提供する方法（１２００）であって、
    前記入力信号の高周波帯域に基づいてスペクトル包絡データを決定するステップ（１２１０）と、
    復号器によって生成された帯域幅拡張信号がスペクトル包絡基準を満たすように、前記帯域幅削減信号を前記復号器においてスケールするため、又は前記復号器によって第１パッチと第２パッチとをスケールするためのパッチスケーリング制御データを生成するステップ（１２２０）であって、前記スペクトル包絡基準は前記スペクトル包絡データに基づいており、前記第１パッチは前記帯域幅削減信号の第１帯域から第１のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２パッチは前記帯域幅削減信号の第１帯域から第２のパッチアルゴリズムに従って生成され、前記第２のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第２パッチのスペクトル密度は前記第１のパッチアルゴリズムに従って生成された前記第１パッチのスペクトル密度に比べて高い、ステップと、
    前記入力信号の低周波帯域と、前記スペクトル包絡データと、前記パッチスケーリング制御データとを結合して前記帯域幅削減信号を得るステップ（１２３０）と、
    前記帯域幅削減信号を伝送又は蓄積のために提供するステップ（１２４０）と、を備える方法。
17. コンピュータ又はマイクロコントローラ上で作動されたときに、請求項１５又は１６に記載の方法を実行するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。

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