JP5189760B2 - 信号処理方法、信号処理装置及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法、信号処理装置、該信号処理装置をコンピュータとして機能させるためのプログラムに関する。
音響信号を符号化する技術としてＭＰ３（MPEG 1 Audio Player 3）、ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）、ＡＴＲＡＣ（Adaptive TRansform Acoustic Coding）、ＷＭＡ（Windows（登録商標） Media Audio）またはＡＣ−３（Audio Code Number 3）等が知られている。例えばＭＰ３方式においては、高能率で圧縮するために、音響信号は複数の周波数帯域に分割され、可変長の時間単位でブロック化される。そして、ブロック化されたデジタルデータは、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）処理によってスペクトル信号に変換され、さらに聴覚心理特性を利用して割り当てられたビット数で各スペクトル信号がそれぞれ符号化される（例えば、特許文献１乃至３参照）。
このようにして符号化された音響信号は、復号装置にて復号される。図２２は従来の復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図において１００は従来の復号装置であり、アンパッキング部１０１、逆量子化部１０２、周波数時間変換部１０３、周波数帯域合成部１０４及び音響信号出力部１０５を含んで構成される。符号化音響信号は、アンパッキング部１０１へ入力され、音響信号のフレーム情報から量子化係数、スケールファクタ、スケールファクタマルチプレクサ、グローバルゲイン、サブブロックゲインがそれぞれアンパッキングされる。そして、逆量子化部１０２において、この量子化係数、スケールファクタ、スケールファクタマルチプレクサ、グローバルゲイン、サブブロックゲインを用いてＩＭＤＣＴ係数に逆量子化される。
逆量子化部１０２で逆量子化されたＩＭＤＣＴ係数（Inverse Modified Discrete Cosine Transform）は、周波数帯域毎に周波数時間変換部１０３でＩＭＤＣＴ処理が施され、時間軸のデータに変換される。更に、逆変換された周波数帯域は、周波数帯域合成部１０４において、帯域合成フィルタであるＩＰＦＢ（Inverse Polyphase Filter Bank）によって帯域合成された後、音響信号出力部１０５へ出力される（例えば、特許文献３参照）。
また、圧縮に伴うパワー感の欠如を補うために、復号時におけるスペクトルにパワー調整用スペクトルを補う技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。特許文献４に記載された技術では、符号化時に入力オーディオ信号の特性に基づき、補うべきパワー調整情報を、符号化装置内のパワー調整情報決定部において生成する。次に、このパワー調整情報を符号化したオーディオ信号と共に符号化する。そして、復号装置におけるパワー調整情報復号部において符号化されたパワー調整情報を復号し、さらにパワー補正用スペクトル生成合成部においてパワー調整情報を生成して復号されたオーディオ信号に補う。また、復号時に、低域周波数スペクトル情報に基づいて、低域周波数スペクトル情報が示す調波構造を、符号化列によって表されていない周波数帯域に、周波数軸上で延長したものに等しい調波構造を示す拡張周波数スペクトル情報を生成する復号化装置も知られている（例えば、特許文献５参照）。
特開２００２−３５１５００号公報 特開２００５−１９５９８３号公報 特開２００５−２６９４０号公報 特開２００３−３２３１９８号公報 特開２００３−１０８１９７号公報
しかしながら、符号化の際、音響信号は量子化されるため、量子化による丸めまたは切り捨てにより音響信号のエネルギが失われてしまうという問題があった。そのため復号時においてもエネルギ損失に伴う音響信号の物足りなさが生じていた。特許文献１乃至３にはかかる課題を解決する手段は提示されていない。また、特許文献４に記載の技術はパワーを補うものであるが、符号化時に符号化装置において入力オーディオ信号を分析し、パワー調整情報を生成して符号化する必要がある。しかも復号装置側においても、パワー調整情報復号部を設けて符号化されたパワー調整情報を復号する必要があり、このようなパワー調整情報が記憶されていない音響信号については全くエネルギの補間を行うことができないという問題があった。特に、近年では多様な規格に伴う符号化方式が乱立しており、特許文献４に記載の技術では、様々な方式の符号化音響信号を適切に補間できないという問題があった。また、特許文献５に記載の復号化装置は、符号化列に表されていない周波数帯域にスペクトル情報を新たに生成するものであるが、単に低周波数域のスペクトル情報を高周波数域に拡張するにすぎず、依然として量子化誤差に伴う音響信号の物足りなさや違和感を十分に補うものではなかった。
また、本件出願人は特許文献１及び２において、符号化時に純音性の高低を判定し、純音性の高低に応じてマスキング特性を変更し、該変更されたマスキング特性に基づき、各周波数帯域の量子化ビット数の割り当てを行う方法を提案している。該方法によれば、純音性の高い信号及び低い信号はマスキング特性を平坦にすることにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最も良くなるような符号化処理を行い、波形再現性を高めることができる。一方、純音性が低くなるに従い、多くの帯域に符号化ビットを割り当てる必要があるところ、従来は所定ビットレート内におさめるべく波形再現性を犠牲にし、マスキング効果により聴感上の音質を確保させている。しかしながら、ビットレートが低下した場合、例えば９６ｋｂｓ以下のようなビットレートでは、マスキング効果にも限界が生じ、結果として聴者が音質劣化及びパワー不足を感じるという問題があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、復号時に、純音性の度合いを示す純音性指標値の大小に応じた係数を乗じた白色雑音信号に関する値を音響信号に加算することにより、低ビットレートの符号化データであっても、純音性指標値の大小に応じて最適な値を補間することが可能な信号処理方法、信号処理装置及びコンピュータを信号処理装置として機能させるためのプログラムを提供することにある。
本発明の他の目的は、復号時に、ビットレートを取得し、取得したビットレートの高低に応じた係数を乗じた値を加算して補正後の係数を算出することにより、純音性が低い符号化データであっても、ビットレートの高低に応じて最適な値を補間することが可能な信号処理方法、信号処理装置及びコンピュータを信号処理装置として機能させるためのプログラムを提供することにある。
本発明の他の目的は、復号時に、逆量子化した音響信号の係数のレベル及び白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号に基づき補正係数を算出し、この補正係数を白色雑音信号に乗じて補正値を算出し、さらに純音性指標値の大小またはビットレートの高低に応じた係数を補正値に乗じ、これを音響信号へ加算することにより、符号化時に失われたエネルギを補間して、エネルギ不足に伴う物足りなさを解消することが可能な信号処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、復号時に、選択した複数の係数を用いた補間法により係数の補間係数を算出し、純音性の度合いを示す純音性指標値の大小に応じた係数を乗じて補間係数を補正することにより、純音性指標値の大小に応じて最適な値を補間することが可能な信号処理方法、信号処理装置及びコンピュータを信号処理装置として機能させるためのプログラムを提供することにある。
本発明の他の目的は、復号時に、量子化時における量子化ビット数を検出し、検出した量子化ビット数が所定値以下の係数について補間法により補間係数を算出することにより、より量子化誤差の大きい係数についてのみ補間処理を実行することが可能な信号処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、復号時に、選択した複数の係数を用いた補間法により係数の補間係数を算出し、取得したビットレートの高低に応じた係数を乗じて補間係数を補正することにより、ビットレートの高低に応じて最適な値を補間することが可能な信号処理方法、信号処理装置及びコンピュータを信号処理装置として機能させるためのプログラムを提供することにある。
本発明に係る信号処理方法は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを備え、前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とすることを特徴とする。本発明に係る信号処理方法は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを備え、前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とすることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出部と、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力部と、前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出部とを備え、前記指標値算出部は、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とすることを特徴とする。本発明に係る信号処理装置は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出部と、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力部と、前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出部とを備え、前記指標値算出部は、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とすることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、純音性指標値が大きくなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を備え、前記補正周波数係数算出部は、前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき、前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、逆量子化した音響信号の係数のレベルを検出するレベル検出部と、前記白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号及び前記レベルに基づき補正係数を算出する補正係数算出部と、前記補正係数を前記白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号に乗じて補正値を算出する補正値算出部とをさらに備え、前記補正周波数係数算出部は、前記音響信号の各係数に、前記補正値算出部により算出した補正値に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、コンピュータに、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを実行させ、前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とする。本発明に係るプログラムは、符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、コンピュータに、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを実行させ、前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とする。
本発明に係る信号処理方法は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記ビットレート取得ステップにより取得したビットレートに基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得部と、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力部と、前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記ビットレート取得部により取得したビットレートに基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、前記ビットレート取得部により取得したビットレートが高くなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を備え、前記補正周波数係数算出部は、前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、逆量子化した音響信号の係数のレベルを検出するレベル検出部と、前記白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号及び前記レベルに基づき補正係数を算出する補正係数算出部と、前記補正係数を前記白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号に乗じて補正値を算出する補正値算出部とをさらに備え、前記補正周波数係数算出部は、前記音響信号の各係数に、前記補正値算出部により算出した補正値に前記ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、コンピュータに、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得ステップと、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記ビットレート取得ステップにより取得したビットレートに基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを実行させることを特徴とする。
本発明に係る信号処理方法は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択ステップと、該選択ステップにより選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択ステップにより選択されない係数の補間係数を算出する算出ステップと、前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づき、前記算出ステップにより算出した補間係数を補正する補正ステップとを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出部と、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択部と、該選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択部により選択されない係数の補間係数を算出する算出部と、前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき、前記算出部により算出した補間係数を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、純音性指標値が大きくなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を備え、前記補正部は、前記算出部により算出した補間係数と補間前の係数との差分に、前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき前記係数記憶部から読み出した係数を乗じて補間係数を補正するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の量子化時における量子化ビット数を検出する検出部をさらに備え、前記算出部は、前記選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により、前記検出部にて検出した量子化ビット数が所定値以下の係数の補間係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、コンピュータに、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択ステップと、該選択ステップにより選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択ステップにより選択されない係数の補間係数を算出する算出ステップと、前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づき、前記算出ステップにより算出した補間係数を補正する補正ステップとを実行させることを特徴とする。
本発明に係る信号処理方法は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得ステップと、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択ステップと、該選択ステップにより選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択ステップにより選択されない係数の補間係数を算出する算出ステップと、前記ビットレート取得ステップにより取得したビットレートに基づき、前記算出ステップにより算出した補間係数を補正する補正ステップとを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得部と、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択部と、該選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択部により選択されない係数の補間係数を算出する算出部と、前記ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、前記算出部により算出した補間係数を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、ビットレートが高くなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を備え、前記補正部は、前記算出部により算出した補間係数と補間前の係数との差分に、前記ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき前記係数記憶部から読み出した係数を乗じて補間係数を補正するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係る信号処理装置は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の量子化時における量子化ビット数を検出する検出部をさらに備え、前記算出部は、前記選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により、前記検出部にて検出した量子化ビット数が所定値以下の係数の補間係数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、コンピュータに、音響信号のビットレートを取得するビットレート取得ステップと、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択する選択ステップと、該選択ステップにより選択した複数の係数を用いた補間法により前記選択ステップにより選択されない係数の補間係数を算出する算出ステップと、前記ビットレート取得ステップにより取得したビットレートに基づき、前記算出ステップにより算出した補間係数を補正する補正ステップとを実行させることを特徴とする。
本発明にあっては、指標値算出部は、逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する。この純音性指標値は例えば、各周波数帯域のスケールファクタに関する値の最大値から平均値を減じることにより求める。その他純音性指標値は例えば、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じることにより求める。出力部は、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する。補正周波数係数算出部は、音響信号の各係数に、出力部から出力した白色雑音信号に指標値算出部により算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。
これは例えば、純音性指標値が大きくなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を設けておき、音響信号の各係数に、出力した白色雑音信号に算出した純音性指標値に基づき、係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。このように構成したので、純音性指標値が大きい場合は、符号化された音響信号を重視してより小さい値の白色雑音信号に関する値を加算する。一方、純音性指標値が小さい場合は、多くのエネルギを補間すべく、より大きい値の白色雑音信号に関する値を加算する。
本発明にあっては、レベル検出部は符号化音響信号を逆量子化した音響信号の係数のレベルを検出する。補正係数算出部は、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号及びレベルに基づき補正係数を算出する。補正値算出部は、補正係数算出部で算出された補正係数に白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号を乗じて補正値を算出する。さらに、この補正値に、指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき係数記憶部から読み出された係数を乗じる。最後に、乗算後の補正値を逆量子化した音響信号の係数に加算して補正後の係数を算出するよう構成したので、帯域内に存在する係数のレベルに応じて帯域毎に最適な量の白色雑音信号に係る補正値を加算することができる。その結果、量子化時に失われたエネルギが、最適な量で補間される。
本発明にあっては、ビットレート取得部は音響信号のビットレートを取得する。出力部は、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する。そして、補正周波数係数算出部は、音響信号の各係数に、出力部から出力した白色雑音信号にビットレート取得部により取得したビットレートに基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。これは例えば、ビットレート取得部により取得したビットレートが高くなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を用意しておく。そして、音響信号の各係数に、出力部から出力した白色雑音信号にビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。このように構成したので、ビットレートが高い場合は、符号化された音響信号を重視してより小さい値の白色雑音信号に関する値を加算する。一方、ビットレートが低い場合は、多くのエネルギを補間すべく、より大きい値の白色雑音信号に関する値を加算する。
本発明にあっては、レベル検出部は符号化音響信号を逆量子化した音響信号の係数のレベルを検出する。補正係数算出部は、白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号及びレベルに基づき補正係数を算出する。補正値算出部は、補正係数算出部で算出された補正係数に白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号を乗じて補正値を算出する。さらに、この補正値に、ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき係数記憶部から読み出された係数を乗じる。最後に、乗算後の補正値を逆量子化した音響信号の係数に加算して補正後の係数を算出するよう構成したので、帯域内に存在する係数のレベルに応じて帯域毎に最適な量の白色雑音信号に係る補正値を加算することができる。その結果、量子化時に失われたエネルギが、最適な量で補間される。
本発明にあっては、指標値算出部は逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する。選択部は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択し、算出部は選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により選択部により選択されない係数の補間係数を算出する。そして、指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき、算出部により算出した補間係数を補正部により補正する。これは例えば、純音性指標値が大きくなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を用意しておく。
そして補正部は、算出部により算出した補間係数と補間前の係数との差分に、指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき係数記憶部から読み出した係数を乗じて補間係数を補正する。このように構成したので、補間法に基づく係数の補間に加えて、純音性に応じた最適な補間量への補正を行うことが可能となる。
本発明にあっては、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の量子化時における量子化ビット数を検出部により検出する。そして、選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により、検出部にて検出した量子化ビット数が所定値以下の係数の補間係数を算出するよう構成したので、量子化ビット数が小さく量子化誤差の大きい係数について集中的に補間処理を行うことができより精度の良い信号を再生することが可能となる。
本発明にあっては、ビットレート取得部は音響信号のビットレートを取得する。選択部は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択し、算出部は選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により選択部により選択されない係数の補間係数を算出する。そして、ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、算出部により算出した補間係数を補正部により補正する。これは例えば、ビットレートが高くなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を用意しておき、補正部は、算出部により算出した補間係数と補間前の係数との差分に、ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき係数記憶部から読み出した係数を乗じて補間係数を補正する。このように構成したので、補間法に基づく係数の補間に加えて、ビットレートの高低に応じた最適な補間量への補正を行うことが可能となる。
本発明にあっては、純音性指標値を算出し、出力部から白色雑音信号を出力する。補正周波数係数算出部は、音響信号の各係数に、出力した白色雑音信号に算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。このように構成したので、純音性指標値が大きい場合は、符号化された音響信号を重視してより小さい値の白色雑音信号に関する値を加算する。一方、純音性指標値が小さい場合は、多くのエネルギを補間すべく、より大きい値の白色雑音信号に関する値を加算する。その結果、純音性に応じて最適なエネルギが補間され、より原音に近い音を再現することが可能となる。また符号化時においてエネルギを補間するか否かの情報を付与する必要がなくなる。さらに、純音性が大きい場合、より小さい白色雑音信号を加算するので、ダイナミックレンジ、歪率、周波数特性等を悪化させないと共に、正弦波に近いピアノまたはフルート等の楽器の音質を損なうことなく再生が可能である。
本発明にあっては、音響信号の係数のレベルを検出し、白色雑音信号及び検出したレベルに基づき補正係数を算出する。補正値算出部は、補正係数算出部で算出された補正係数に白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号を乗じて補正値を算出する。さらに、この補正値に、指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき係数記憶部から読み出された係数を乗じる。最後に、乗算後の補正値を逆量子化した音響信号の係数に加算して補正後の係数を算出するよう構成したので、帯域内に存在する係数のレベルに応じて帯域毎に最適な量の白色雑音信号に係る補正値を加算することができる。その結果、量子化時に失われたエネルギが、最適な量で補間される。
本発明にあっては、音響信号の各係数に、出力部から出力した白色雑音信号にビットレート取得部により取得したビットレートに基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。そして、音響信号の各係数に、出力部から出力した白色雑音信号にビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する。このように構成したので、ビットレートが高い場合は、符号化された音響信号を重視してより小さい値の白色雑音信号に関する値を加算する。一方、ビットレートが低い場合は、多くのエネルギを補間すべく、より大きい値の白色雑音信号に関する値を加算する。その結果、ビットレートが高い場合少ない量の白色雑音信号が加算されるので、過度のエネルギが高ビットレートの音響信号に加算されることがなくなる。
本発明にあっては、音響信号の係数のレベルを検出し、白色雑音信号及び検出したレベルに基づき補正係数を算出する。補正値算出部は、補正係数算出部で算出された補正係数に白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号を乗じて補正値を算出する。さらに、この補正値に、ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき係数記憶部から読み出された係数を乗じる。最後に、乗算後の補正値を逆量子化した音響信号の係数に加算して補正後の係数を算出するよう構成したので、帯域内に存在する係数のレベルに応じて帯域毎に最適な量の白色雑音信号に係る補正値を加算することができる。その結果、量子化時に失われたエネルギが、最適な量で補間される。
本発明にあっては、指標値算出部は逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する。選択部は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択し、算出部は選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により選択部により選択されない係数の補間係数を算出する。そして、指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき、算出部により算出した補間係数を補正部により補正する。このように構成したので、補間法に基づく係数の補間に加えて、純音性に応じた最適な補間量への補正を行うことができ、物足りなさや違和感を受けることなく再生が可能となる。
本発明にあっては、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の量子化時における量子化ビット数を検出部により検出する。そして、選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により、検出部にて検出した量子化ビット数が所定値以下の係数の補間係数を算出するよう構成したので、量子化ビット数が小さく量子化誤差の大きい係数について集中的に補間処理を行うことができより精度の良い信号を再生することが可能となる。
本発明にあっては、ビットレート取得部は音響信号のビットレートを取得する。選択部は、逆量子化した音響信号の周波数帯域の係数の中から複数の係数を選択し、算出部は選択部により選択した複数の係数を用いた補間法により選択部により選択されない係数の補間係数を算出する。そして、ビットレート取得部により取得したビットレートに基づき、算出部により算出した補間係数を補正部により補正する。このように構成したので、補間法に基づく係数の補間に加えて、ビットレートの高低に応じた最適な補間量への補正を行うことができ、物足りなさや違和感を受けることなく再生が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は信号処理装置たる復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図において２０は、符号化された音響信号を復号する復号装置であり、音響信号入力部２１、アンパッキング部２２、逆量子化部２３、補間処理部１、周波数時間変換部２４、周波数帯域合成部２５、指標値算出部２７及び音響信号出力部２６を含んで構成される。なお、本実施の形態においては圧縮符号化方式としてＭＰ３を適用した例について説明するが、他の方式についても同様に適用しても良い。
記録媒体から読み出された符号化音響信号またはデジタルチューナにより受信した符号化音響信号等は、音響信号入力部２１へ入力され、入力された符号化音響信号はアンパッキング部（デマルチプレクサ）２２へ出力される。アンパッキング部２２は、音響信号のフレーム情報から量子化係数、量子化ビット数、スケールファクタ、スケールファクタマルチプレクサ、グローバルゲイン、及びサブブロックゲインをそれぞれアンパッキングする。アンパッキングされた量子化係数、量子化ビット数、スケールファクタ、スケールファクタマルチプレクサ、グローバルゲイン、及びサブブロックゲインを用いて逆量子化部２３においてＩＭＤＣＴ係数に逆量子化される。逆量子化部２３からはブロック長（ロングブロックまたはショートブロック）に応じて次の式（１）で示されるＩＭＤＣＴ係数が周波数帯域毎に出力される。
Figure 0005189760
式（１）中の変数ｍはＩＭＤＣＴ係数のインデックス、ＭＫ（ｍ）は量子化係数(ハフマン復号化値)、sgn(ＭＫ（ｍ）)は量子化係数の符号、scalefac_multiplierは1または0.5、grはグラニュールのインデックス、wndはウィンドウの形状のインデックス、sfbはスケールファクタバンドのインデックス、preflag[gr]はプリエンファシスの有無フラグで０または１、pretab[sfb] は所定のプリエンファシステーブルによって得られる値を表している。なお、ＡＴＲＡＣにおけるスケールファクタ（例えば各６ビットで表され、約２ｄＢ単位で指定することができる）は、ＭＰ３におけるスケールファクタに関する値と同様であり、ＭＰ３におけるスケールファクタに関する値は、式（１）で示す如く、スケールファクタ、スケールファクタマルチプレクサ、グローバルゲイン及びサブブロックゲイン（式（１）の２の乗数以降の箇所）、プリエンファシスの有無フラグ、プリエンファシステーブルによって得られる値を用いて算出される。以下ではＡＴＲＡＣにおけるスケールファクタ及びＭＰ３におけるスケールファクタに関する値をまとめてスケールファクタとして説明する。ここで、スケールファクタとは、所定の分割された各周波数帯域のスペクトルを表現するために、仮数部と指数部で表した指数部分をいう。例えば、ＭＰ３においては、所定の分割された各周波数帯域のスペクトルを最大値が１．０となるように正規化され、その指数部分をスケールファクタとグローバルゲイン、及びサブブロックゲインとして符号化されている。上記スケールファクタとグローバルゲイン、及びサブブロックゲインの指数部を総称してスケールファクタに関する値と呼ぶ。
本実施の形態においては図１に示すように３２の周波数帯域毎ｂｌｏｃｋ（０）〜ｂｌｏｃｋ（３１）にＩＭＤＣＴ係数Ｉ（０）、Ｉ（１）、…、Ｉ（ｍ）、…、Ｉ（５７５）が出力される。サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの場合、ｂｌｏｃｋ（０）の周波数は０Ｈｚ〜６８９．０６２５Ｈｚ、ｂｌｏｃｋ（１）は６８９．０６２５Ｈｚ〜１３７８．１２５Ｈｚ、またｂｌｏｃｋ（３１）は２１３６０．９３７５Ｈｚ〜２２０５０Ｈｚである。なお、以下では任意の周波数帯域のブロックをｂｌｏｃｋ（ｋ）とする。ここでｋは整数であり、０≦ｋ≦３１を満たすものとする。各周波数帯域のＩＭＤＣＴ係数Ｉ（０）〜Ｉ（５７５）は補間処理部１へ入力される。
各周波数帯域のＩＭＤＣＴ係数はブロック長に応じて複数の係数（スペクトル）から構成される。ロングブロックでは１８の係数からなり、ショートブロックでは６の係数からなる。なお、本実施の形態においては、ブロック長はロングブロックであるものとして説明する。
図２は周波数に対するＩＭＤＣＴ係数の変化を示すグラフである。横軸は周波数であり、縦軸は係数を示す。ＩＭＤＣＴ係数（以下、係数Ｉ（ｍ）で代表する）はロングブロックの場合、一周波数帯域内に１８の係数Ｉ（１８×ｋ）乃至Ｉ（１８×ｋ＋１７）を有する。図２のグラフにおいては周波数１８×ｋ、１８×ｋ＋１、…、１８×ｋ＋１７に対応させて、係数Ｉ（１８×ｋ）、Ｉ（１８×ｋ＋１）、…、Ｉ（１８×ｋ＋１７）の変化が示されている。この係数は正、負または零の値を取る。
図１において係数Ｉ（ｍ）は補間処理部１へ入力され、白色雑音信号に関する補正値が付加された補正後の係数Ｉ’（ｍ）が補間処理部１から周波数時間変換部２４へ出力される。周波数時間変換部２４ではＩＭＤＣＴ処理が施され、時間軸の音響信号に変換される。更に、逆変換された音響信号は周波数帯域合成部２５において、帯域合成フィルタであるＩＰＦＢ（Inverse Polyphase Filter Bank）によって帯域合成された後、音響信号出力部２６へ出力される。
またアンパッキング部２２はビットストリームのフレームサイド情報から各周波数帯域のスケールファクタを抽出する。抽出されたスケールファクタは指標値算出部２７へ出力される。指標値算出部２７は、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じて純音性の度合いを示す純音性指標値（以下、指標値という）を算出する。指標値算出部２７は算出した指標値及びスケールファクタの最大値を補間処理部１へ出力する。
図３は補間処理部１のハードウェア構成を示すブロック図である。補間処理部１はレベル検出部としての最小値検出部１２、補正係数算出部１８、補正値算出部１３、白色雑音信号格納部１６、出力部１４、最大スペクトル検出部１５、純音係数記憶部１９１、純音係数乗算部１９及び補正周波数係数算出部１７を含んで構成される。逆量子化部２３から出力される各周波数帯域の係数Ｉ（ｍ）は最小値検出部１２へ入力される。最小値検出部１２は１グラニュールの係数Ｉ（０）〜係数Ｉ（５７５）から、零を除く係数（スペクトル）の絶対値の最小値を検出する。図２の例においては、零であるＩ（１８×ｋ＋２）ではなく、Ｉ（１８×ｋ＋１）が検出される。検出された絶対値が最小の係数Ｉ（ｍ）が最小値として補正係数算出部１８へ出力される。なお、本実施の形態においてはレベル検出部として最小値検出部１２を用いて、係数Ｉ（ｍ）の零を除く係数の絶対値の最小値をレベルとして検出することとしたが、これに限るものではない。例えば、係数Ｉ（ｍ）のレベルとしてはこの他に、係数Ｉ（ｍ）の２番目に絶対値の小さい値、絶対値の小さいもの３つの平均値または分散値等であっても良い。
白色雑音信号格納部１６は、複数の白色雑音信号（白色雑音信号の周波数成分源）をブロック単位で格納している。図４は白色雑音信号格納部１６のレコードレイアウトを示す説明図である。白色雑音信号格納部１６は、１グラニュールに対応する時間の白色雑音信号を複数の帯域（ブロック）に分割し、帯域毎に直交変換した直交変換係数（スペクトル）により構成されている。白色雑音信号格納部１６はブロックフィールド、番号ｍフィールド及びスペクトルＩｗｎ（ｍ）フィールドを含んで構成される。ブロックフィールドにはロングブロックに対応する白色雑音信号を構成するブロック数が記憶されており、ブロック０〜ブロック３１までの全３２ブロックが用意されている。番号ｍフィールドにはブロック毎に白色雑音信号のスペクトルを識別するための番号（１〜５７６）が記憶されている。
また、スペクトルＩｗｎ（ｍ）フィールドには、番号ｍに対応させて白色雑音信号のスペクトルがそれぞれ記憶されている。本実施の形態においては１ブロックあたり１８個のスペクトルが、全３２ブロック、計５７６のスペクトルが記憶される。例えばブロック「０」の番号「１」には白色雑音信号のスペクトル「０．００３１２５」が格納されている。この白色雑音信号のスペクトルは全スペクトルを平均した場合に所定値となるよう、例えば約−２０ｄＢとなるよう、設定すれば良い。なお、このＩｗｎ（ｍ）は、Ｉ（ｍ）の最小値の約1/2のレベルの白色雑音信号を作成するためのテーブルであって、約−２０ｄＢという数値には限定する必要はない。
白色雑音信号格納部１６には、予め時間信号の白色雑音信号源を圧縮時に時間周波数変換した変換係数（スペクトル）データが、ブロック長に応じてメモリ等に記憶されて用意されている。つまり１グラニュールあたりの白色雑音信号を複数の帯域に分割し、帯域毎に直交変換した直交変換係数により構成されている。ロングブロックの場合は、圧縮時に周波数分割により１８個の時間データに分割され、１８個の周波数成分データに変換された変換係数がメモリ等に記憶され、ショートブロックの場合は、圧縮時に周波数分割により６個の時間データに分割され、６個の周波数成分データに変換された変換係数がメモリ等に記憶されている。なお、本実施の形態においては、説明を容易にするために予め用意しておいた白色雑音信号を用いる形態について説明するが、装置内で図示しない乱数発生器等により、全体の平均スペクトルが所定値以下となる白色雑音信号を逐次発生させて、白色雑音信号格納部１６に一時的に記憶してから出力するようにしても良い。
白色雑音信号格納部１６には出力部１４が接続される。出力部１４は、白色雑音信号格納部１６に記憶されたブロックの白色雑音信号を最大スペクトル検出部１５及び補正値算出部１３へ出力する。最大スペクトル検出部１５は出力部１４から出力された白色雑音信号のスペクトルの絶対値に係る最大値を検出する。なお、本実施の形態においては、最大スペクトル検出部１５はスペクトルの最大値を検出するが、最大スペクトル検出部１５に代えて平均スペクトル検出部（図示せず）を設け、白色雑音信号のスペクトルの平均値を検出するようにしても良い。最大スペクトル検出部１５で検出された絶対値が最大値に係る白色雑音信号のスペクトル（またはスペクトル平均値）は補正係数算出部１８へ出力される。なお、本実施の形態においては最大スペクトル検出部１５または平均スペクトル検出部を設け白色雑音信号の最大値または平均値を出力するようにしているが、白色雑音信号のレベルを検出するものであれば、この形態に限るものではない。例えば、白色雑音信号の値の大きい複数のスペクトルの平均値、または分散値等を検出するものであっても良い。
補正係数算出部１８は最小値検出部１２から出力された係数Ｉ（ｍ）の最小値を、白色雑音信号のスペクトルの最大値（または平均値）の２倍で除すことにより、補正係数を算出する。補正係数算出部１８は算出した補正係数を補正値算出部１３へ出力する。なお、本実施の形態においては、係数Ｉ（ｍ）の最小値を、白色雑音信号のスペクトルの最大値（または平均値）の２倍で除すようにしているが、あくまで一例であり、３倍等で除しても良い。補正値算出部１３は、出力部１４から出力される一ブロックの白色雑音信号に係るスペクトルと補正係数算出部１８から出力される補正係数とを乗じ、係数Ｉ（ｍ）へ補正すべき補正値を算出する。例えば、ブロック「０」の白色雑音信号のスペクトルＩｗｍ（１）〜Ｉｗｍ（１８）が出力された場合、各スペクトルに補正係数が乗じられ、「１８」の白色雑音信号に関する値としての補正値が算出される。
一方、純音係数記憶部１９１は指標値算出部２７に接続されている。純音係数記憶部１９１は、指標値算出部２７から出力された指標値及びスケールファクタの最大値に対応する純音係数を読み出し、読み出した純音係数を純音係数乗算部１９へ出力する。図５は純音係数記憶部１９１のレコードレイアウトを示す説明図である。純音係数記憶部１９１は、スケールファクタの最大値毎に区分けされており、スケールファクタの最大値毎に、指標値に対応する純音係数が記憶されている。
図５において、SFmaxは１グラニュールのスケールファクタSF(i)の最大値であり、SFavは１グラニュールのスケールファクタSF(i)の平均値を示し、SFmax−SFavは指標値を示している。なおスケールファクタの２-5を０ｄＢとしている。純音係数は例えば０．０から、０．１刻みで１．０までの値が設定され、純音性を示す指標値が大きくなるにつれて小さくなるようその値が純音係数記憶部１９１に記憶されている。
第１フィールドにはスケールファクタの最大値SFmaxが５０ｄＢより大きく７０ｄＢ以下の場合の指標値が記憶されており、指標値の大きさに対応付けて純音係数が記憶されている。例えば、スケールファクタの最大値SFmaxが６０ｄＢの場合、第１フィールドが選択される。そして指標値が３１ｄＢの場合、純音係数０．９が読み出される。さらに、指標値が４７ｄＢの場合、純音性が大きいので純音係数０．１が読み出される。
第２フィールドにはスケールファクタの最大値SFmaxが７０ｄＢより大きく９０ｄＢ以下の場合の指標値が記憶されており、指標値の大きさに対応付けて純音係数が記憶されている。例えば、スケールファクタの最大値SFmaxが８０ｄＢの場合、第２フィールドが選択される。同様に、第３フィールドにはスケールファクタの最大値SFmaxが９０ｄＢより大きい場合の指標値が記憶されており、指標値の大きさに対応付けて純音係数が記憶されている。さらに、第４フィールドには、スケールファクタの最大値SFmaxが５０ｄＢ以下の場合の純音係数１．０が記憶されている。第４フィールドは純音性が十分に小さいものとして、単一の純音係数のみを記憶している。なお、純音係数記憶部１９１の指標値またはスケールファクタの最大値に対する純音係数の値はあくまで一例であり、これ以外の値であっても良い。
純音係数記憶部１９１は指標値算出部２７から出力されたスケールファクタの最大値及び指標値に基づき対応する純音係数を読み出し、純音係数乗算部１９へ出力する。純音係数乗算部１９は、補正値算出部１３から出力された補正値に純音係数を乗じる。純音係数乗算部１９は乗算後の補正値を白色雑音信号に関する値として補正周波数係数算出部１７へ出力する。
補正周波数係数算出部１７は、純音係数乗算部１９から出力される補正値と係数Ｉ（ｍ）とを加算し、補正後の係数Ｉ’（ｍ）を算出する。補正後の係数Ｉ’（ｍ）は周波数時間変換部２４へ出力される。なお、補正係数算出部１８で算出した補正係数及び純音係数記憶部１９１から出力される純音係数は周波数帯域間０≦ｋ≦３１で、同じ値が使用される。以上述べた処理を全ての周波数帯域ｋ（０）〜ｋ（３１）について行い、その後次に入力されるグラニュール内の全周波数帯域に係る係数を同様に補正する処理を繰り返す。
なお、本実施の形態においては純音係数記憶部１９１に接続される純音係数乗算部１９を補正値算出部１３の後段に設ける構成としたが、純音係数乗算部１９を補正値算出部１３の上段に設ける構成としても良い。例えば、純音係数乗算部１９を補正値算出部１３と出力部１４との間に設けた場合、出力部１４から出力される白色雑音信号に純音係数が乗じられ、乗算後の値が補正値算出部１３へ入力される。その他、純音係数乗算部１９を補正係数算出部１８と補正値算出部１３との間に設けた場合、補正係数算出部１８から出力される補正係数に、純音係数記憶部１９１から出力される純音係数が乗じられ、乗算後の値が補正値算出部１３へ出力される。さらに、本実施の形態においては補正係数算出部１８から補正係数を出力しているが、これを出力せず、純音係数のみを乗ずるようにしても良い。
以上の各ハードウェアの処理を、フローチャートを用いて説明する。図６は補正後の係数の算出手順を示すフローチャートである。まず最小値検出部１２は係数Ｉ（ｍ）の零を除く係数の絶対値の最小値を１グラニュール内の係数の中から検出する（ステップＳ５１）。白色雑音信号格納部１６に接続される出力部１４は白色雑音信号格納部１６の白色雑音信号を最大スペクトル検出部１５及び補正値算出部１３へ出力する（ステップＳ５２）。最大スペクトル検出部１５は出力部１４から出力された白色雑音信号の絶対値に係る最大値を検出する（ステップＳ５３）。最大スペクトル検出部１５で検出された、絶対値が最大値に係る白色雑音信号のスペクトル（またはスペクトル平均値）は補正係数算出部１８へ出力される。
補正係数算出部１８は最小値検出部１２から出力された係数Ｉ（ｍ）の最小値を、白色雑音信号のスペクトルの最大値（または平均値）の２倍で除すことにより、補正係数を算出する（ステップＳ５４）。補正係数算出部１８は算出した補正係数を補正値算出部１３へ出力する。補正値算出部１３は補正係数算出部１８から出力される補正係数を、出力部１４から出力されるブロックの白色雑音信号に係る各スペクトルに乗じ、補正値を算出する（ステップＳ５５）。
純音係数記憶部１９１は、指標値算出部２７から出力されるスケールファクタの最大値に基づき対応するフィールドを選択する（ステップＳ５６）。純音係数記憶部１９１はフィールド内で指標値算出部２７から出力される指標値に対応する純音係数を読み出す（ステップＳ５７）。純音係数記憶部１９１は読み出した純音係数を純音係数乗算部１９へ出力する（ステップＳ５８）。純音係数乗算部１９はステップＳ５５で算出した補正値に純音係数を乗じる（ステップＳ５９）。
純音係数乗算部１９は乗算後の補正値を白色雑音信号に関する値として補正周波数係数算出部１７へ出力する（ステップＳ５１０）。補正周波数係数算出部１７は、純音係数乗算部１９から出力される各補正値を係数Ｉ（ｍ）に加算して、補正後の係数Ｉ’（ｍ）を算出する（ステップＳ５１１）。例えば、ステップＳ５４で算出した補正係数をＪ、ステップＳ５７で読み出した純音係数をαとした場合、図４に示すブロック０内のスペクトルＩｗｎ（１）〜Ｉｗｎ（１８）にＪ及びαを乗算して補正値Ｉｗｎ’（１）〜Ｉｗｎ’（１８）を算出する。そして、ｂｌｏｃｋ（０）内の係数Ｉ（０）〜係数Ｉ（１７）に補正値Ｉｗｎ’（１）〜Ｉｗｎ’（１８）を加算して、補正後の係数Ｉ’（０）〜係数Ｉ’（１７）を得ることができる。これは次のｂｌｏｃｋ（１）の係数Ｉ（１８）〜係数Ｉ（３５）についても同様である。すなわち、規則的に選択された図４に示すブロック１内のスペクトルＩｗｎ（１９）〜Ｉｗｎ（３６）にＪ及びαを乗算して補正値Ｉｗｎ’（１９）〜Ｉｗｎ’（３６）を算出する。そして、ｂｌｏｃｋ（１）内の係数Ｉ（１８）〜係数Ｉ（３５）に補正値Ｉｗｎ’（１９）〜Ｉｗｎ’（３６）を加算して、補正後の係数Ｉ’（１８）〜係数Ｉ’（３５）を得ることができる。そして係る処理を異なるブロックに繰り返し適用する。
実施の形態２
図７は実施の形態２に係る信号処理装置２０の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る信号処理装置２０の各処理はパーソナルコンピュータで実行されるソフトウェアにより実現しても良い。以下では信号処理装置２０をパーソナルコンピュータ２０であるものとして説明する。パーソナルコンピュータ２０は公知のものであり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)６１にバス６７を介してＲＡＭ(Random Access Memory)６２、ハードディスク等の記憶部６５、入力部６３、スピーカ等の出力部６４、インターネット等の通信網に接続可能な通信部６６を備える。
パーソナルコンピュータ２０を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態２のように、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、またはＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、通信部６６を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
図７に示すパーソナルコンピュータ２０の図示しないリーダ／ライタに、指標値を算出させ、白色雑音信号を出力させ、補正後の係数を算出させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ又はＤＶＤ−ＲＯＭ等）を、挿入して記憶部６５の制御プログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、通信部６６を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明の信号処理装置２０として機能する。
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態３
実施の形態３はビットレートの高低に応じた処理に関する。図８は実施の形態３に係る復号装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。図８に示すようにビットレート取得部２１０及びサンプリング周波数取得部２１１が新たに設けられている。音響信号入力部２１に接続されるビットレート取得部２１０は音響信号に付随するヘッダに記述されたビットレートインデックスから、音響信号のビットレートを取得する。取得したビットレートはサンプリング周波数取得部２１１を経て補間処理部１へ出力される。
サンプリング周波数取得部２１１は音響信号に付随するヘッダに記述されたサンプリング周波数を取得する。サンプリング周波数はＭＰ３方式においては、３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ及び４８ｋＨｚのいずれかが取得される。サンプリング周波数取得部２１１は取得したサンプリング周波数を補間処理部１へ出力する。
図９は実施の形態３に係る補間処理部１のハードウェア構成を示すブロック図である。実施の形態１の純音係数記憶部１９１及び純音係数乗算部１９に代えて、ビットレート係数記憶部２１３及びビットレート係数乗算部２１４が設けられている。ビットレート取得部２１０はサンプリング周波数取得部２１１を介して取得したビットレートをビットレート係数記憶部２１３へ出力する。またサンプリング周波数取得部２１１は取得したサンプリング周波数をビットレート係数記憶部２１３へ出力する。
ビットレート係数記憶部２１３は、ビットレート取得部２１０から出力されるビットレート及びサンプリング周波数取得部２１１から出力されるサンプリング周波数に対応するビットレート係数を読み出し、読み出したビットレート係数をビットレート係数乗算部２１４へ出力する。図１０はビットレート係数記憶部２１３のレコードレイアウトを示す説明図である。ビットレート係数記憶部２１３は、サンプリング周波数毎に区分けされており、サンプリング周波数毎に、ビットレートに対応するビットレート係数が記憶されている。
ビットレート係数は例えば０．０から、０．１刻みで１．０までの値が設定され、ビットレートが高くなるにつれて小さくなるようその値がビットレート係数記憶部２１３に記憶されている。第１フィールドにはサンプリング周波数が３２ｋHｚの場合のビットレートが記憶されており、各ビットレートに対応してビットレート係数が記憶されている。例えば、ビットレートが３２kbpsにすぎない場合は、大きな値であるビットレート係数１．０が読み出される。一方、ビットレートが、１９２kbpsまたは２２４kbpsの場合は、十分にビットレートが高いので、ビットレート係数は０．０となる。
同様に第２フィールドにはサンプリング周波数が４４．１ｋHｚの場合のビットレートが記憶されており、各ビットレートに対応してビットレート係数が記憶されている。さらに、第３フィールドにはサンプリング周波数が４８ｋHｚの場合のビットレートが記憶されており、各ビットレートに対応してビットレート係数が記憶されている。なお、ビットレート係数の値はあくまで一例であり適宜の値を選択すればよい。
ビットレート係数記憶部２１３は入力されたサンプリング周波数及びビットレートに基づき対応するビットレート係数を読み出し、ビットレート係数乗算部２１４へ出力する。ビットレート係数乗算部２１４は、補正値算出部１３から出力された補正値にビットレート係数を乗じる。ビットレート係数乗算部２１４は乗算後の補正値を白色雑音信号に関する値として補正周波数係数算出部１７へ出力する。
補正周波数係数算出部１７は、ビットレート係数乗算部２１４から出力される補正値と係数Ｉ（ｍ）とを加算し、補正後の係数Ｉ’（ｍ）を算出する。補正後の係数Ｉ’（ｍ）は周波数時間変換部２４へ出力される。なお、実施の形態１でも述べたとおり、本実施の形態においてはビットレート係数記憶部２１３に接続されるビットレート係数乗算部２１４を補正値算出部１３の後段に設ける構成としたが、ビットレート係数乗算部２１４を補正値算出部１３の上段に設ける構成としても良い。また補正係数算出部１８から出力される補正係数を利用しなくても良い。
以上の各ハードウェアの処理を、フローチャートを用いて説明する。図１１は実施の形態３に係る補正後の係数の算出手順を示すフローチャートである。まず最小値検出部１２は係数Ｉ（ｍ）の零を除く係数の絶対値の最小値を１グラニュール内の係数の中から検出する（ステップＳ１１１）。白色雑音信号格納部１６に接続される出力部１４は白色雑音信号格納部１６の白色雑音信号を最大スペクトル検出部１５及び補正値算出部１３へ出力する（ステップＳ１１２）。最大スペクトル検出部１５は出力部１４から出力された白色雑音信号の絶対値に係る最大値を検出する（ステップＳ１１３）。最大スペクトル検出部１５で検出された、絶対値が最大値に係る白色雑音信号のスペクトル（またはスペクトル平均値）は補正係数算出部１８へ出力される。
補正係数算出部１８は最小値検出部１２から出力された係数Ｉ（ｍ）の最小値を、白色雑音信号のスペクトルの最大値（または平均値）の２倍で除すことにより、補正係数を算出する（ステップＳ１１４）。補正係数算出部１８は算出した補正係数を補正値算出部１３へ出力する。補正値算出部１３は補正係数算出部１８から出力される補正係数を、出力部１４から出力されるブロックの白色雑音信号に係る各スペクトルに乗じ、補正値を算出する（ステップＳ１１５）。
ビットレート係数記憶部２１３は、サンプリング周波数取得部２１１から出力されるサンプリング周波数に基づき対応するフィールドを選択する（ステップＳ１１６）。ビットレート係数記憶部２１３はフィールド内でビットレート取得部２１０から出力されるビットレートに対応するビットレート係数を読み出す（ステップＳ１１７）。ビットレート係数記憶部２１３は読み出したビットレート係数をビットレート係数乗算部２１４へ出力する（ステップＳ１１８）。ビットレート係数乗算部２１４はステップＳ１１５で算出した補正値にビットレート係数を乗じる（ステップＳ１１９）。
ビットレート係数乗算部２１４は乗算後の補正値を白色雑音信号に関する値として補正周波数係数算出部１７へ出力する（ステップＳ１１１０）。補正周波数係数算出部１７は、ビットレート係数乗算部２１４から出力される各補正値を係数Ｉ（ｍ）に加算して、補正後の係数Ｉ’（ｍ）を算出する（ステップＳ１１１１）。なお、実施の形態１で述べた純音係数に基づく補正と実施の形態３で述べたビットレート係数に基づく補正とを組み合わせても良い。この場合、両係数の内小さい方の係数または大きい方の係数を乗ずる他、両係数を共に乗算するようにしても良い。
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態４
実施の形態３に係る処理を図７で示したパーソナルコンピュータを用いてソフトウェア処理として実現するようにしても良い。図１２は実施の形態４に係る信号処理装置２０の構成を示すブロック図である。信号処理装置たるパーソナルコンピュータ２０を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態４のように、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、またはＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、通信部６６を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
図１２に示すパーソナルコンピュータ２０の図示しないリーダ／ライタに、ビットレートを取得させ、白色雑音信号を出力させ、補正後の係数を算出させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ又はＤＶＤ−ＲＯＭ等）を、挿入して記憶部６５の制御プログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、通信部６６を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明の信号処理装置２０として機能する。
本実施の形態４は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態５
実施の形態５は補間法により係数の補間係数を求めると共に、純音性の大小に応じて補間係数を補正する形態に関する。全体的な構成は実施の形態１の図１と同様であるので詳細な説明は省略する。図１３は実施の形態５に係る補間処理部１のハードウェア構成を示すブロック図である。補間処理部１は量子化ビット数検出部１１１、補間判定部１１２、選択部１１３、算出部１１４、補正部１１６内の差分算出部１１５、加算部１９２及び純音係数乗算部１９、並びに、純音係数記憶部１９１を含んで構成される。量子化ビット数検出部１１１は周波数帯域の係数の量子化時における量子化ビット数を、入力されるフレームサイド情報に基づき検出する。具体的には、係数Ｉ（ｍ）の量子化ビット数はアンパッキング部２２にてアンパックされたビットストリーム中のフレームサイド情報のtable＿select[ch][gr][region]を参照することにより検出することができる。
このtable＿select[ch][gr][region]は、ハフマン符号化されたハフマンテーブルを指し示すセレクト信号であり、指し示されたハフマンテーブルを復号化する事により、ハフマン復号化値、即ち係数Ｉ（ｍ）を得る。上記regionにおける一の領域のハフマン復号化値の最大の数字を取得することにより、量子化ビット数を検出することもできるが、table＿select[ch][gr][region]が指し示すハフマンテーブルに存在する最大の数字は予め決まっているので、その語長を量子化ビット数とすることで検出する。
量子化ビット数検出部１１１は検出した量子化ビット数を補間判定部１１２及び算出部１１４へ出力する。補間判定部１１２は、周波数帯域内の係数Ｉ（ｍ）の量子化ビット数に所定量子化ビット数以下の係数Ｉ（ｍ）が存在するか否かを判断する。例えば、補間判定部１１２は周波数帯域内の係数Ｉ（ｍ）の量子化ビット数が、４以下の係数Ｉ（ｍ）が存在するか否かを判断すればよい。そして、補間判定部１１２は、入力された周波数帯域内の係数Ｉ（ｍ）に所定量子化ビット数以下の係数Ｉ（ｍ）が存在すると判断した場合、当該周波数帯域の係数Ｉ（ｍ）を補間処理すべく選択部１１３へ出力する。一方、補間判定部１１２は、入力された周波数帯域内の係数Ｉ（ｍ）に所定量子化ビット数以下の係数Ｉ（ｍ）が存在しないと判断した場合、当該周波数帯域の係数Ｉ（ｍ）を補間処理することなく、補正後の係数Ｉ’（ｍ）を周波数時間変換部２４へ出力する（図１参照）。
選択部１１３は周波数帯域内の係数の中から複数の係数を選択する。これは、例えば、周波数帯域内の係数の両端の係数、すなわち最も低域にあたる係数及び最も高域にあたる係数を少なくとも選択する。図２の例においては、Ｉ（１８×ｋ）及びＩ（１８×ｋ＋１７）が選択される。さらに選択部１１３はこれらに加え、周波数帯域内の係数の中からスペクトルが最大及び最小の係数を選択するようにしても良い。図２の例においては、最小スペクトルであるＩ（１８×ｋ＋３）、及び、最大スペクトルであり、また、最も高域にある係数Ｉ（１８×ｋ＋１７）が選択される。選択部１１３は入力された係数Ｉ（ｍ）及び選択した複数の係数に係る情報を算出部１１４、並びに、補正部１１６内の差分算出部１１５及び加算部１９２へ出力する。
算出部１１４は選択部１１３において選択した係数を用い、選択されなかった係数の補間係数を、補間法を用いて算出する。この場合、算出部１１４は、量子化ビット数検出部１１１から出力される係数の量子化ビット数に基づき、所定量子化ビット数以下の係数についてのみ補間係数を算出するようにしても良い。この補間法は例えばラグランジュ補間法またはスプライン補間法が用いられる。以下では、スプライン補間法を用いた例について説明する。
Ｎ＋１個の点(ｘ0,ｙ0 ), (ｘ1 ,ｙ1 ),・・・，(ｘN ,ｙN)が与えられている。ただし、ｘ0 ＜ｘ1 ＜・・ｘN とする。これらの点を滑らかに接続するスプライン補間について述べる。３次スプライン補間で求まる曲線をｙ＝Ｓ(ｘ)とする。Ｓ(ｘ)は各区間[ｘj,ｙj ]で区分的に定義されているとする。各区間ｘj ≦ｘ≦ｘj+1 の区間でＳ(ｘ)＝Ｓj(ｘ)とする。さらに、Ｓj (ｘ)は式（２）で示す３次多項式で与えられる。
Figure 0005189760
係数ａj ,ｂj ,ｃj ,ｄj は以下に述べる条件から決まる。すなわち、曲線ｙ＝Ｓ(ｘ)は連続であり、点(ｘj,ｙj )(ｊ＝０，１，・・・，Ｎ)の全てをとおる（条件１）。また区間の境目ｘ＝ｘj (ｊ＝１，２,・・・,N-1 )で、ｙ＝Ｓ(ｘ)の１階微分係数および２階微分係数が連続である(条件２)を満たす場合に決定される。条件１から、式（３）が導出される。
Figure 0005189760
また条件２から式（４）が導出される。
Figure 0005189760
これら式（３）及び式（４）を用いることにより係数ａj ,ｂj ,ｃj ,ｄjが決定される。まず、ｘ＝ｘj (ｊ＝１，２,・・・,N-1 )でのＳ(ｘ)の２階微分係数を式（５）のようにおく。
Figure 0005189760
３次スプラインの定義は式（２）であるから、その２階微分係数は式（６）で表される。
Figure 0005189760
これによりｂj ＝ｕj ／２となる。さらに、２階微分係数は式（７）で表すことができる。
Figure 0005189760
式（７）から、式（８）が導出される。
Figure 0005189760
また以上の式から式（９）の条件を自動的に満たす。
Figure 0005189760
またｄj ＝ｙj も明らかであることから、条件１を用いて式（１０）が導出される。
Figure 0005189760
さらに式（１０）から最終的に式（１１）が得られる。
Figure 0005189760
ここで、式（１２）で示す最後の条件を用いる。
Figure 0005189760
式（１２）は３次多項式から式（１３）の如く表現できる。
Figure 0005189760
式（１３）にａj ,ｂj ,ｃj を代入することにより式（１４）が導出される。
Figure 0005189760
これを順に並べた場合、式（１５）で示す連立方程式をなす。
Figure 0005189760
ただし、ｈj ,ｖj は以下の式（１６）で示す条件を満たすものとする。なお、ｈj ,ｖjは最初に与えられているｘj ,ｙj だけから計算できるので既知の定数である。
Figure 0005189760
未知変数ｕj は、全部でN+1個あるが、上で述べた連立１次方程式の数はN-1個である。したがって、この連立１次方程式からｕj を一意に決定できない。そこで、曲線の両端の点(ｘ0,ｙ0 )，(ｘN ,ｙN )で、それぞれ境界条件を１つずつ付け加える。この境界条件にはいくつか考えられるが、ここでは曲線の傾きの変化率が両端で０であるという条件を採用する。２階微分が０であることから式（１７）が導出される。
Figure 0005189760
式（１７）から式（１８）が導かれる。
Figure 0005189760
またｕ0 ＝ｕN ＝０であることから、式（１９）で示すｕ1 〜ｕN-1 に関する連立１次方程式が求まる。
Figure 0005189760
次に、スプライン補間のアルゴリズムを説明する。まず、N+1個の点(ｘj ,ｙj )(ｊ＝０，１，・・・,Ｎ)を与え、３次スプラインは区分的に式（２０）及び式（２１）を満たすとする。
Figure 0005189760
Figure 0005189760
曲線の両端での境界条件を式（２２）とした場合、ｕ0 ＝ｕN ＝０となる。
Figure 0005189760
ｈj (ｊ＝０，１，・・・,Ｎ)及びｕj (ｊ＝０，１，・・・,Ｎ)を計算し、連立一次方程式を解くことにより、ｕ1〜ｕN-1 が求まる。最後に係数ａj ,ｂj ,ｃj ,ｄjを求め、曲線Ｓ(ｘ)が決定される。算出部１１４は選択部１１３で選択された係数に基づき、曲線Ｓj (ｘ)の係数ａj,ｂj ,ｃj ,ｄj を求める。そして、選択されていない係数であって、量子化ビット数が所定値以下の係数について、補間係数Ｓj(ｘ)を算出し、補間後の補間係数Ｓj (ｘ)及び補間されていない係数を係数Ｉ’（ｍ）として、差分算出部１１５へ出力する。
補正部１１６は差分算出部１１５、加算部１９２及び純音係数乗算部１９を含んで構成される。差分算出部１１５には算出部１１４で算出した補間係数Ｓj (ｘ)及びこの補間係数Ｓj (ｘ)に対応して選択部１１３から出力される係数Ｉ（ｍ）が入力される。差分算出部１１５は、算出部１１４での算出前の選択部１１３から出力される係数Ｉ（ｍ）と算出部１１４で算出された係数Ｉ（ｍ）に対応する補間係数Ｓj(ｘ)との差分を算出する。すなわち、係数Ｉ（ｍ）からスプライン補間により補間係数Ｓj (ｘ)が算出された場合に、係数Ｉ（ｍ）と補間係数Ｓj(ｘ)との差分を算出する。差分算出部１１５で算出された差分は純音係数乗算部１９へ出力される。
純音係数記憶部１９１は図１で示した指標値算出部２７に接続されている。純音係数記憶部１９１は、指標値算出部２７から出力された指標値及びスケールファクタの最大値に対応する純音係数を読み出し、読み出した純音係数を純音係数乗算部１９へ出力する。なお、純音係数記憶部１９１の内容は図５で説明したとおりであり、スケールファクタの最大値毎に区分けされており、スケールファクタの最大値毎に、指標値が大きくなるにつれて小さくなる純音係数が記憶されている。
純音係数乗算部１９は、差分算出部１１５から出力された差分に、純音係数記憶部１９１から出力された係数を乗じる。乗算後の差分は加算部１９２へ出力される。加算部１９２は補間係数Ｓj (ｘ)に対応して選択部１１３から出力されたＩ（ｍ）に純音係数乗算部１９から出力される乗算後の差分を加算する。すなわち、補正部１１６での処理を一般化した場合、補正後の補間係数Ｓj’(ｘ)＝Ｉ（ｍ）＋｛（Ｉ（ｍ）−Ｓj (ｘ)）×純音係数｝となる。補正後の補間係数Ｓj ’(ｘ)は、選択部１１３で選択されなかった係数と共に加算部１９２から係数Ｉ’（ｍ）として、周波数時間変換部２４へ出力される。
図１４及び図１５は実施の形態５に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下では説明を容易にするために周波数帯域内の係数のブロック長をロングブロックであるとして説明する。まず量子化ビット数検出部１１１は量子化ビット数を検出する（ステップＳ４１）。この検出した量子化ビット数は補間判定部１１２及び算出部１１４へそれぞれ出力される。補間判定部１１２は、周波数帯域内の係数の中に量子化ビット数が所定値以下のものが存在するか否かを判断する（ステップＳ４２）。補間判定部１１２は係数の量子化ビット数に所定値以下のものが存在しないと判断した場合（ステップＳ４２でＮＯ）、一連の処理を終了する。この場合、補間判定部１１２は当該周波数帯域の係数を周波数時間変換部２４へ出力する。
一方、補間判定部１１２は係数の量子化ビット数が所定値以下のものが存在すると判断した場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、補間判定部１１２は、当該周波数帯域内の係数を選択部１１３へ出力する。選択部１１３は、周波数帯域内の両端の係数、すなわち低域側の係数及び高域側の係数を、スプライン補間の節点とすべく選択する（ステップＳ４３）。選択部１１３は入力された係数Ｉ（ｍ）及び選択した複数の係数に係る情報を算出部１１４、並びに、補正部１１６内の差分算出部１１５及び加算部１９２へ出力する。さらに、選択部１１３は周波数帯域内の係数の最大スペクトルの係数及び最小スペクトルの係数をスプライン補間の節点とすべく、選択する（ステップＳ４４）。なお、最大スペクトルの係数及び最小スペクトルの係数はそれぞれ、周波数帯域内の両端の係数となることもあることから、節点数は２〜４となる。
算出部１１４は、式（２）で示すステップＳ４３及びＳ４４で選択した係数に基づき、３次スプライン関数の係数ａj ,ｂj ,ｃj ,ｄjを算出する（ステップＳ４５）。算出部１１４はステップＳ４３及びＳ４４において選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ４６）。算出部１１４は選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ４６でＹＥＳ）、求めた係数ａj,ｂj ,ｃj ,ｄj 及び式（２）から補間係数を算出する（ステップＳ４７）。
補間係数は算出部１１４から差分算出部１１５へ出力され、また当該補間係数に対応する補間前の係数も差分算出部１１５へ出力される。差分算出部１１５は係数とこれに対応する補間係数との差分を算出する（ステップＳ１５１）。純音係数記憶部１９１は、指標値算出部２７から出力されるスケールファクタの最大値に基づき対応するフィールドを選択する（ステップＳ１５２）。純音係数記憶部１９１はフィールド内で指標値算出部２７から出力される指標値に対応する純音係数を読み出す（ステップＳ１５３）。純音係数記憶部１９１は読み出した純音係数を純音係数乗算部１９へ出力する（ステップＳ１５４）。純音係数乗算部１９はステップＳ１５１で算出した差分に純音係数を乗じる（ステップＳ１５５）。
純音係数乗算部１９は純音係数が乗じられた差分を加算部１９２へ出力する。また選択部１１３から加算部１９２へは補正中の対応する係数が入力される。加算部１９２は入力された係数に純音係数が乗じられた差分を加算して補間係数を補正する（ステップＳ１５６）。ステップＳ４６において選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ４６でＮＯ）、補間処理を行わず、ステップＳ４７、並びに、ステップＳ１５１乃至ステップＳ１５６の処理をスキップする。
算出部１１４は全てのステップＳ４３及びＳ４４において選択されない係数に対するステップＳ４６の処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ４８）。算出部１１４は、処理が終了していないと判断した場合（ステップＳ４８でＮＯ）、他の選択されていない係数の補関係数を求めるべく、ステップＳ４６へ移行する。一方、全ての選択されない係数に対する処理を終了したと算出部１１４が判断した場合（ステップＳ４８でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、一の周波数帯域について、選択されなかった係数に対する補正後の補間係数及び選択された係数が周波数時間変換部２４へ出力される。以上の処理を全ての周波数帯域に対して実行し、量子化ビット数が低い係数に対するスプライン補間により、最適なスペクトルが補間係数として得られる結果、量子化された係数の分解能を高めることができ、物足りなさや違和感を受けることなく再生が可能となる。また純音性に応じて補間係数を補正するようにしたので、より最適な量を補間することが可能となる。なお、以上述べた節点となる係数の選択方法及び量子化ビット数の値はあくまで一例でありこれに限るものでない。
本実施の形態５は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至４と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態６
実施の形態５に係る処理を図７で示したパーソナルコンピュータを用いてソフトウェア処理として実現するようにしても良い。図１６は実施の形態６に係る信号処理装置２０の構成を示すブロック図である。信号処理装置たるパーソナルコンピュータ２０を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態６のように、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、またはＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、通信部６６を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
図１６に示すパーソナルコンピュータ２０の図示しないリーダ／ライタに、指標値を算出させ、係数を選択させ、補間係数を算出させ、補間係数を補正させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ又はＤＶＤ−ＲＯＭ等）を、挿入して記憶部６５の制御プログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、通信部６６を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明の信号処理装置２０として機能する。
本実施の形態６は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至５と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態７
実施の形態７は補間法により係数の補間係数を求めると共に、ビットレートの高低に応じて補間係数を補正する形態に関する。全体的な構成は実施の形態３の図８と同様であるので詳細な説明は省略する。図１７は実施の形態７に係る補間処理部１のハードウェア構成を示すブロック図である。補間処理部１は量子化ビット数検出部１１１、補間判定部１１２、選択部１１３、算出部１１４、補正部１１６内の差分算出部１１５、加算部１９２及びビットレート係数乗算部２１４、並びに、ビットレート係数記憶部２１３を含んで構成される。なお、量子化ビット数検出部１１１、選択部１１３及び算出部１１４等は実施の形態５と同一の構成であるので詳細な説明は省略する。
算出部１１４は、選択部１１３にて選択されていない係数であって、量子化ビット数が所定値以下の係数について、補間係数Ｓj (ｘ)を算出する。算出部１１４は、この補間後の補間係数Ｓj(ｘ)及び補間されていない係数を差分算出部１１５へ出力する。
補正部１１６は差分算出部１１５、加算部１９２及びビットレート係数乗算部２１４を含んで構成される。差分算出部１１５には算出部１１４で算出した補間係数Ｓj (ｘ)及びこの補間係数Ｓj (ｘ)に対応して選択部１１３から出力される係数Ｉ（ｍ）が入力される。差分算出部１１５は、算出部１１４での算出前の選択部１１３から出力される係数Ｉ（ｍ）と算出部１１４で算出された係数Ｉ（ｍ）に対応する補間係数Ｓj(ｘ)との差分を算出する。すなわち、係数Ｉ（ｍ）からスプライン補間により補間係数Ｓj (ｘ)が算出された場合に、係数Ｉ（ｍ）と補間係数Ｓj(ｘ)との差分を算出する。差分算出部１１５で算出された差分はビットレート係数乗算部２１４へ出力される。
ビットレート係数記憶部２１３は図８で示したサンプリング周波数取得部２１１及びビットレート取得部２１０に接続されている。ビットレート係数記憶部２１３は、サンプリング周波数取得部２１１から出力されるサンプリング周波数に基づき対応するフィールドを選択する。また、ビットレート係数記憶部２１３はフィールド内でビットレート取得部２１０から出力されるビットレートに対応するビットレート係数を読み出す。ビットレート係数記憶部２１３は読み出したビットレート係数をビットレート係数乗算部２１４へ出力する。なお、ビットレート係数記憶部２１３は実施の形態３の図１０で説明したとおりであるので詳細な説明は省略する。
ビットレート係数乗算部２１４は、差分算出部１１５から出力された差分に、ビットレート係数記憶部２１３から出力されたビットレート係数を乗じる。乗算後の差分は加算部１９２へ出力される。加算部１９２は補間係数Ｓj (ｘ)に対応して選択部１１３から出力された係数Ｉ（ｍ）にビットレート係数乗算部２１４から出力される乗算後の差分を加算する。補正後の補間係数Ｓj’(ｘ)は、選択部１１３で選択されなかった係数と共に加算部１９２から係数Ｉ’（ｍ）として、周波数時間変換部２４へ出力される。
図１８及び図１９は実施の形態７に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。まず量子化ビット数検出部１１１は量子化ビット数を検出する（ステップＳ１８１）。この検出した量子化ビット数は補間判定部１１２及び算出部１１４へそれぞれ出力される。補間判定部１１２は、周波数帯域内の係数の中に量子化ビット数が所定値以下のものが存在するか否かを判断する（ステップＳ１８２）。補間判定部１１２は係数の量子化ビット数に所定値以下のものが存在しないと判断した場合（ステップＳ１８２でＮＯ）、一連の処理を終了する。この場合、補間判定部１１２は当該周波数帯域の係数を周波数時間変換部２４へ出力する。
一方、補間判定部１１２は係数の量子化ビット数が所定値以下のものが存在すると判断した場合（ステップＳ１８２でＹＥＳ）、補間判定部１１２は、当該周波数帯域内の係数を選択部１１３へ出力する。選択部１１３は、周波数帯域内の両端の係数、すなわち低域側の係数及び高域側の係数を、スプライン補間の節点とすべく選択する（ステップＳ１８３）。選択部１１３は入力された係数Ｉ（ｍ）及び選択した複数の係数に係る情報を算出部１１４、並びに、補正部１１６内の差分算出部１１５及び加算部１９２へ出力する。さらに、選択部１１３は周波数帯域内の係数の最大スペクトルの係数及び最小スペクトルの係数をスプライン補間の節点とすべく、選択する（ステップＳ１８４）。
算出部１１４は、式（２）で示すステップＳ１８３及びＳ１８４で選択した係数に基づき、３次スプライン関数の係数ａj ,ｂj ,ｃj ,ｄjを算出する（ステップＳ１８５）。算出部１１４はステップＳ１８３及びＳ１８４において選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１８６）。算出部１１４は選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ１８６でＹＥＳ）、求めた係数ａj,ｂj ,ｃj ,ｄj 及び式（２）から補間係数を算出する（ステップＳ１８７）。
補間係数は算出部１１４から差分算出部１１５へ出力され、また当該補間係数に対応する補間前の係数も差分算出部１１５へ出力される。差分算出部１１５は係数とこれに対応する補間係数との差分を算出する（ステップＳ１９１）。ビットレート係数記憶部２１３は、サンプリング周波数取得部２１１から出力されるサンプリング周波数に基づき対応するフィールドを選択する（ステップＳ１９２）。ビットレート係数記憶部２１３はフィールド内でビットレート取得部２１０から出力されるビットレートに対応するビットレート係数を読み出す（ステップＳ１９３）。ビットレート係数記憶部２１３は読み出したビットレート係数をビットレート係数乗算部２１４へ出力する（ステップＳ１９４）。
ビットレート係数乗算部２１４は差分算出部１１５から出力される差分に、ビットレート係数記憶部２１３から出力されたビットレート係数を乗ずる（ステップＳ１９５）。ビットレート係数乗算部２１４は、ビットレート係数が乗じられた差分を加算部１９２へ出力する。また選択部１１３から加算部１９２へは補正中の対応する係数が入力される。加算部１９２は入力された係数にビットレート係数が乗じられた差分を加算して補間係数を補正する（ステップＳ１９６）。ステップＳ１８６において選択されない係数の量子化ビット数が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ１８６でＮＯ）、補間処理を行わず、ステップＳ１８７、並びに、ステップＳ１９１乃至ステップＳ１９６の処理をスキップする。
算出部１１４は全てのステップＳ１８３及びＳ１８４において選択されない係数に対するステップＳ１８６の処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ１８８）。算出部１１４は、処理が終了していないと判断した場合（ステップＳ１８８でＮＯ）、他の選択されていない係数の補関係数を求めるべく、ステップＳ１８６へ移行する。一方、全ての選択されない係数に対する処理を終了したと算出部１１４が判断した場合（ステップＳ１８８でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、一の周波数帯域について、選択されなかった係数に対する補正後の補間係数及び選択された係数が周波数時間変換部２４へ出力される。以上の処理を全ての周波数帯域に対して実行し、量子化ビット数が低い係数に対するスプライン補間により、最適なスペクトルが補間係数として得られる結果、量子化された係数の分解能を高めることができ、物足りなさや違和感を受けることなく再生が可能となる。またビットレートの高低に応じて補間係数を補正するようにしたので、より最適な量を補間することが可能となる。さらに、実施の形態５及び７では純音係数及びビットレート係数をそれぞれ求めて差分に乗算する構成としたが、実施の形態５と実施の形態７とを組み合わせ、純音係数またはビットレート係数のいずれか低い方の係数を差分に乗ずる、いずれか高い方の係数を差分に乗ずる、または純音係数及びビットレート係数双方を差分に乗ずるようにしても良い。
本実施の形態７は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至６と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態８
実施の形態７に係る処理を図７で示したパーソナルコンピュータを用いてソフトウェア処理として実現するようにしても良い。図２０は実施の形態８に係る信号処理装置２０の構成を示すブロック図である。信号処理装置たるパーソナルコンピュータ２０を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態８のように、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、またはＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、通信部６６を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
図２０に示すパーソナルコンピュータ２０の図示しないリーダ／ライタに、ビットレートを取得させ、係数を選択させ、補間係数を算出させ、補間係数を補正させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ又はＤＶＤ−ＲＯＭ等）を、挿入して記憶部６５の制御プログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、通信部６６を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明の信号処理装置２０として機能する。
本実施の形態８は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至７と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態９
実施の形態１においては、指標値の算出を各周波数帯域のスケールファクタに関する値の最大値から平均値を減じることにより行っていたが、本実施の形態の如く、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じることにより行っても良い。
図２１は実施の形態９に係る復号装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。指標値算出部２７は逆量子化部２３に接続されている。逆量子化部２３から出力される各周波数帯域のＩＭＤＣＴ係数は指標値算出部２７へ出力される。指標値算出部２７は各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じることにより、指標値を算出し、算出した指標値を図１３及び図３に示す如く、補間処理部１の純音係数記憶部１９１へ出力する。以下に、指標値算出部２７における指標値算出処理の手順を説明する。
まず、パワーを用いた指標値算出処理について説明する。指標値算出部２７は逆量子化部２３から出力される各周波数帯域の係数を２乗してパワー（パワースペクトル）を算出する。そして、１グラニュール分の算出したパワーの中から最大値のパワーを抽出する。また、１グラニュールのパワーの総和を総数（上述の例では５７６）で除算することにより平均パワーを算出する。最後に指標値算出部２７は、抽出した最大値のパワーから平均パワーを減じることにより指標値を算出する。
次に、エネルギを用いた指標値算出処理について説明する。指標値算出部２７は各周波数帯域の係数を２乗してパワーを求め、エネルギを周波数帯域毎に算出する。このエネルギは周波数帯域内のパワーの総和であり、上述の例ではｂｌｏｃｋ（０）〜ｂｌｏｃｋ（３１）それぞれについて、３２のエネルギが算出される。次いで、指標値算出部２７は算出したエネルギの中から最大値のエネルギを抽出する。さらに、指標値算出部２７は各周波数帯域のエネルギの総和を総数（上述の例では３２）で除すことによりエネルギの平均値を算出する。最後に指標値算出部２７は、抽出した最大値のエネルギから平均値のエネルギを除して指標値を算出する。なお、直交変換方式としてＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）またはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いた場合、パワーを用いた指標値算出処理を実行し、直交変換方式として、近隣のスペクトル間で相互に影響を及ぼすＭＤＣＴを用いた場合、エネルギを用いた指標値算出処理を実行することが好ましい。
また算出処理及び消費電力を低減することを目的とする場合は、実施の形態１で述べたスケールファクタに関する値に基づく指標値の算出を行い、より厳密な判断が要求される音源の場合は、本実施の形態の如くパワーまたはエネルギを用いた指標値の算出を行うようにすればよい。すなわち、スケールファクタは、ＭＤＣＴ係数の絶対値の最大値に基づいて算出していることから、一の周波数帯域内に極端に値の大きい最大値が存在する場合と、一の周波数帯域内の全ての信号の値が極端に大きい場合とでは、同様の値のスケールファクタが算出される虞がある。パワーまたはエネルギを用いた指標値算出処理の場合、上述したケースでも影響を受けにくい。
本実施の形態９は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至８と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
信号処理装置たる復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 周波数に対するＩＭＤＣＴ係数の変化を示すグラフである。 補間処理部のハードウェア構成を示すブロック図である。 白色雑音信号格納部のレコードレイアウトを示す説明図である。 純音係数記憶部のレコードレイアウトを示す説明図である。 補正後の係数の算出手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る補間処理部のハードウェア構成を示すブロック図である。 ビットレート係数記憶部のレコードレイアウトを示す説明図である。 実施の形態３に係る補正後の係数の算出手順を示すフローチャートである。 実施の形態４に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る補間処理部のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態５に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態６に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る補間処理部のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態７に係る補間処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態８に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態９に係る復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 従来の復号装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
符号の説明
１ 補間処理部
１２ 最小値検出部
１３ 補正値算出部
１４ 出力部
１５ 最大スペクトル検出部
１６ 白色雑音信号格納部
１７ 補正周波数係数算出部
１８ 補正係数算出部
１９ 純音係数乗算部
２０ 復号装置（信号処理装置、パーソナルコンピュータ）
２１ 音響信号入力部
２２ アンパッキング部
２３ 逆量子化部
２４ 周波数時間変換部
２５ 周波数帯域合成部
２６ 音響信号出力部
２７ 指標値算出部
１１１ 量子化ビット数検出部
１１２ 補間判定部
１１３ 選択部
１１４ 算出部
１１５ 差分算出部
１１６ 補正部
１９１ 純音係数記憶部
１９２ 加算部
２１０ ビットレート取得部
２１１ サンプリング周波数取得部
２１３ ビットレート係数記憶部
２１４ ビットレート係数乗算部
１Ａ 可搬型記録媒体

Claims (8)

  1. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、
    前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを備え、
    前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とする
    ことを特徴とする信号処理方法。
  2. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理方法において、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、
    前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを備え、
    前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とする
    ことを特徴とする信号処理方法。
  3. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出部と、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力部と、
    前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出部とを備え、
    前記指標値算出部は、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とする
    ことを特徴とする信号処理装置。
  4. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号を処理する信号処理装置において、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出部と、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力部と、
    前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出部とを備え、
    前記指標値算出部は、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とする
    ことを特徴とする信号処理装置。
  5. 純音性指標値が大きくなるにつれて小さくなる係数を記憶した係数記憶部を備え、
    前記補正周波数係数算出部は、
    前記音響信号の各係数に、前記出力部から出力した白色雑音信号に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき、前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してある
    ことを特徴とする請求項３または４に記載の信号処理装置。
  6. 逆量子化した音響信号の係数のレベルを検出するレベル検出部と、
    前記白色雑音信号格納部から出力される白色雑音信号及び前記レベルに基づき補正係数を算出する補正係数算出部と、
    前記補正係数を前記白色雑音信号格納部に格納された白色雑音信号に乗じて補正値を算出する補正値算出部とをさらに備え、
    前記補正周波数係数算出部は、
    前記音響信号の各係数に、前記補正値算出部により算出した補正値に前記指標値算出部により算出した純音性指標値に基づき前記係数記憶部から読み出された係数を乗じた値を加算して補正後の係数を算出するよう構成してある
    ことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
  7. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、
    コンピュータに、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、
    前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを実行させ、
    前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のスケールファクタの最大値から平均値を減じた値を純音性指標値とする
    プログラム。
  8. 符号化音響信号を逆量子化した音響信号をコンピュータにより処理するためのプログラムにおいて、
    コンピュータに、
    逆量子化した音響信号の純音性の度合いを示す純音性指標値を算出する指標値算出ステップと、
    白色雑音信号を格納した白色雑音信号格納部から白色雑音信号を出力する出力ステップと、
    前記音響信号の各係数に、前記出力ステップにより出力した白色雑音信号に前記指標値算出ステップにより算出した純音性指標値に基づく係数を乗じた白色雑音信号に関する値を加算して補正後の係数を算出する補正周波数係数算出ステップとを実行させ、
    前記指標値算出ステップは、各周波数帯域のパワーまたはエネルギの最大値からパワーまたはエネルギの平均値を減じた値を純音性指標値とする
    プログラム。
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