JP6698792B2 - オーディオフレーム損失のコンシールメントを制御する方法及び装置 - Google Patents
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Description
新規な制御技術が適用されうるフレーム損失コンシールメント技術の第1のステップは、過去に受信された信号の一部の正弦波分析(sinusoidal analysis)を含む。この正弦波分析の目的は、その信号の主正弦波の周波数を特定することである。これは、限定された数の個別の正弦波から信号が構成されていること、すなわち信号が以下に示す種類のマルチ正弦波信号であることが、基本的な前提となっている。
であり、これは、真の正弦波周波数fkの近似であるとみなすことができる。真の正弦波周波数fkは、区間
の中にあると想定できる。
を通してパラボラフィッティングを行う。その結果、次式により定義される放物線の放物線係数bk(0)、bk(1)、bk(2)が得られる。
のメインローブを近似する関数P(q)を、ピークを取り囲むDFT振幅スペクトルのグリッドポイントを通してフィッティングし、関数最大値に属する各々の周波数を計算することである。関数P(q)は、窓関数の周波数シフト振幅スペクトル
と同一でありうる。しかし、数値的に単純にするために、これを関数最大値の容易な計算を可能にする多項式にすべきである。以下に詳細に説明される手順を適用できる。
のフィッティングを行う。従って、
|X(mk−1)|が|X(mk+1)|より大きい場合、ポイント
を通して
のフィッティングを行い、そうでない場合、ポイント
を通して
のフィッティングを行う。簡単にするため、P(q)を2次又は4次のいずれかの多項式として選択できる。これにより、ステップ2の近似は単純な線形回帰計算及び
の簡単な計算となる。区間(q1、q2)は、すべてのピークに対して一定かつ同一になるように選択でき、例えば(q1、q2)=(−1,1)であるか、又は適応的である。適応的方式の場合、関数
が関連するDFTグリッドポイント{P1;P2}の範囲内で窓関数スペクトルのメインローブのフィッティングを行うように、区間を選択できる。このフィッティング処理は図9に示される。
によって基本周波数と関連する信号の周期に対応する。
として定義されうる。対応する推定正弦波周波数
を有するピークが存在する場合、f^kをf^k=j・f0と置換する。
を置換することなく、高調波周波数の周囲の近傍に存在するDFTピークの数、すなわちf0,pの整数倍数をカウントしつつ、手順のステップ2を適用する。高調波周波数に又はその周囲に最大数のピークが取得される基本周波数f0,pmaxを特定する。このピークの最大数が所定の閾値を超えた場合、信号は高調波であると想定される。その場合、f0,pmaxは、ステップ2の実行に際して使用され、その結果、改善された正弦波周波数f^kをもたらす基本周波数であると想定できる。しかし、これに代わる更に好適な方法は、まず、高調波周波数と一致することがわかっているピーク周波数f^kに基づいて基本周波数f0を最適化することである。M個の高調波より成る集合、すなわち、周波数f^k(m), m = 1…MでM個のスペクトルピークの何らかの集合と一致することがわかっている何らかの基本周波数の整数倍数{n1…nM}を想定すると、基礎を成す(最適化)基本周波数f0,optは、高調波周波数とスペクトルピーク周波数との誤差を最小限にするように計算できる。最小にすべき誤差が平均2乗誤差
である場合、最適基本周波数は、
として計算される。候補値の初期集合{f0,1…f0,P}は、DFTピークの周波数又は推定正弦波周波数
から取得できる。
推定正弦波周波数
の正確度を改善する更なる可能性は、その時間発展(temporal evolution)を考慮することである。その目的のために、複数の分析フレームからの正弦波周波数の推定値を例えば平均化又は予測によって組み合わせることができる。平均化又は予測に先立って、各推定スペクトルピークを同一の基調となる各正弦波に結び付けるピーク追跡を適用することができる。
以下、フレーム損失コンシールメント演算を実行するための正弦波モデルの適用について説明する。
を示し、mmin,k及びmmax,kは、区間が互いに重なり合わないようにするという先に説明した制約に適合する。mmin,k及びmmax,kの適切な選択は、それらの値を小さな整数値δ、例えばδ=3に設定することである。しかし、2つの隣接する正弦波周波数fk及びfk+1に関連するDFTインデックスが2δより小さい場合、区間が重なり合わないことが保証されるように、δは、
に設定される。関数floor(・)は、それ以下である関数引数に最も近い整数である。
だけ進んでいることを意味する。従って、発展させた正弦波モデルのDFTスペクトルは次式により表される。
だけシフトされる間、振幅スペクトルは不変のままであることがわかる。従って、各正弦波の近傍のプロトタイプフレームの周波数スペクトル係数は、正弦波周波数fkと、損失オーディオフレームとプロトタイプフレームn-1との間の時間差とに比例してシフトされる。
に従った位相シフトは定義されない。本実施形態による適切な選択肢は、それらのインデックスに対して位相をランダム化することであり、その結果、Z(m)=Y(m)・ej2πrand(・)となる。ここで、関数rand(・)は何らかの乱数を返す。
上述した方法は、オーディオ信号の特性は、短時間の間では、過去に受信され再構成された信号フレーム及び損失フレームから大きく変化することはないという仮定に基づいている。この場合、過去に再構成されたフレームの振幅スペクトルを保持し、過去に再構成された信号において検出された正弦波主成分の位相を発展させる(evolve)ことは、非常に良い選択である。しかし、例えば急激なエネルギ変化や急激なスペクトル変化を伴う過渡状態が存在する場合には、この仮定は誤りとなりうる。
を計算することにより実行される。比Rl/rが閾値(例えば、10)を超えた場合、急激なエネルギ減少(立ち下がり)による不連続性を検出できる(115)。同様に、比Rl/rが他の閾値(例えば、0.1)を下回った場合、急激なエネルギ増加(立ち上がり)による不連続性を検出できる(117)。
に設定することは可能であるが、これは、過渡状態が依然として聞こえの効果に重大な影響を及ぼす低い周波数に対応するように選択されるのが好ましい。
実行された上記のステップがフレーム損失コンシールメント演算の適応化を示唆する状態を示す場合、代替フレームのスペクトルの計算が修正される。
によって修正される。これにより、代替フレームは次のように修正計算される。
m∈Ik,k=1…Kとして、
によって実行される(127)。所定のmに対して、そのような位相修正が使用される場合、減衰率β(m)は更に減少される。位相修正の程度まで考慮に入れられるのが好ましい。位相修正が適度に実行されるだけの場合、β(m)はわずかにスケールダウンされるのみであるが、位相修正が強力である場合、β(m)は更に大幅にスケールダウンされる。
に従って代替フレームスペクトルを計算するコンシールメント方法の要素を修正するように構成される。検出は、検出器ユニット146により実行可能であり、修正は、図14に示されるような修正器ユニット148により実行可能である。
Claims (13)
- 損失オーディオフレームの代替フレームを生成するために過去に合成されたオーディオ信号のセグメントがプロトタイプフレームとして使用されるフレーム損失コンシールメント方法であって、
前記プロトタイプフレームを周波数領域に変換してプロトタイプフレームスペクトルを得るステップと、
前記プロトタイプフレームに正弦波モデルを適用して前記オーディオ信号の正弦波成分の周波数を特定するステップと、
前記特定された周波数に基づいて、前記正弦波成分の位相シフトθkを計算するステップと、
前記プロトタイプフレームスペクトルのスペクトル係数のうち正弦波kの近傍の区間Mkに含まれる第1スペクトル係数に対応する位相をθkだけシフトさせる位相シフトを行い、前記第1スペクトル係数に対応する振幅は前記位相シフトの前後において維持するステップと、
前記プロトタイプフレームスペクトルの前記スペクトル係数のうちいずれの区間M k にも含まれない第2スペクトル係数に対応する位相をランダム化する位相ランダム化を行うステップと、
前記位相シフトおよび前記位相ランダム化の後のプロトタイプフレームスペクトルの逆周波数変換を実行することによって前記代替フレームを作成するステップと、
を有することを特徴とするフレーム損失コンシールメント方法。 - 前記オーディオ信号の特性に基づいて前記区間M k のサイズを決定するステップを更に有することを特徴とする請求項1に記載のフレーム損失コンシールメント方法。
- 前記位相シフトθkは、前記オーディオ信号の前記正弦波成分の前記特定された周波数と、前記プロトタイプフレームと前記損失オーディオフレームとの間の時間ずれに依存することを特徴とする請求項1に記載のフレーム損失コンシールメント方法。
- 前記正弦波成分の周波数を特定することは、使用される周波数領域変換に関連するスペクトルのピークの近傍における周波数を特定することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のフレーム損失コンシールメント方法。
- 前記正弦波成分の周波数を特定することは、使用される周波数領域変換の周波数分解能よりも高い分解能で行われることを特徴とする請求項1に記載のフレーム損失コンシールメント方法。
- 損失オーディオフレームの代替フレームを生成する装置であって、
過去に合成されたオーディオ信号のセグメントからプロトタイプフレームを生成し、
前記プロトタイプフレームを周波数領域に変換してプロトタイプフレームスペクトルを取得し、
前記プロトタイプフレームに正弦波モデルを適用して前記オーディオ信号の正弦波成分の周波数を特定し、
前記特定された周波数に基づいて、前記正弦波成分の位相シフトθkを計算し、
前記プロトタイプフレームスペクトルのスペクトル係数のうち正弦波kの近傍の区間Mkに含まれる第1スペクトル係数に対応する位相をθkだけシフトさせる位相シフトを行い、前記第1スペクトル係数に対応する振幅は前記位相シフトの前後において維持し、
前記プロトタイプフレームスペクトルの前記スペクトル係数のうちいずれの区間M k にも含まれない第2スペクトル係数に対応する位相をランダム化する位相ランダム化を行い、
前記位相シフトおよび前記位相ランダム化の後のプロトタイプフレームスペクトルの逆周波数変換を実行することによって前記代替フレームを作成する
ように構成されていることを特徴とする装置。 - 前記オーディオ信号の特性に基づいて前記区間M k のサイズを決定するように更に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記位相シフトθkは、前記オーディオ信号の前記正弦波成分の前記特定された周波数と、前記プロトタイプフレームと前記損失オーディオフレームとの間の時間ずれに依存することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記正弦波成分の周波数を特定することは、使用される周波数領域変換に関連するスペクトルのピークの近傍における周波数を特定することをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記正弦波成分の周波数を特定することは、使用される周波数領域変換の周波数分解能よりも高い分解能で行われることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 請求項6乃至10のいずれか1項に記載の装置を含むことを特徴とするオーディオデコーダ。
- 請求項11に記載のオーディオデコーダを含むことを特徴とする装置。
- 少なくとも1つのプロセッサ上で実行されると、前記少なくとも1つのプロセッサに請求項1乃至5のいずれか1項に記載のフレーム損失コンシールメント方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム。
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