JP7059301B2 - 音響信号の人為的帯域幅制限処理に関する所定の特性を決定するための装置および方法 - Google Patents
音響信号の人為的帯域幅制限処理に関する所定の特性を決定するための装置および方法 Download PDFInfo
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Description
低ビットレートの変換符号化では、スペクトル線の符号化用の量子化器はしばしば、それらのダイナミックレンジが信号に適応するよう、非常に粗い精度に設定しなければならない。結果として、多くのスペクトル線が、最初の量子化器ステップに対応して、量子化器の不感帯によって0に、または値1に量子化される。時間が経つにつれて、スペクトル線または線のグループが0と1との間で切り替わることがあり、これによって望ましくない時間変調が導入される。このアーティファクトは、鳥のさえずりを連想して「バーディー」と呼ばれている。したがって、スペクトルホールとスペクトルアイランドのこの強力で時変的な存在は、好ましくない知覚的アーティファクトにつながる望ましくないコーデック挙動である。非特許文献2および非特許文献3参照。
他のよく知られた符号化アーティファクトは帯域幅制限である。低ビットレートの符号化条件で、使用可能なビットバジェットが透明性に必要な精度に対応するには不十分であれば、レガシーコーデックはしばしば、静的ローパスを導入して音響帯域幅を制限していた。これにより、音が鈍くくぐもった印象になることがある。非特許文献2および非特許文献3参照。
このアーティファクトは、トーン対ノイズ比が過大評価されているとき、スペクトル帯域複製(SBR)などの人為的帯域幅拡張方法に関連して現れる。非特許文献4参照。この場合、調性成分が、金属音につながる過度のエネルギーで再現される。非特許文献3参照。
トーンスパイクアーティファクトと同様に、ビーティングアーティファクトは、人為的帯域幅拡張とともに現れる。ビーティングは粗さの知覚を作成し、SBRにおいて用いられるようなコピーアップによって引き起こされる可能性のある周波数距離が近い2つのトーン成分から発生する。非特許文献3参照。
1.知覚音響符号化によって信号が圧縮されている(すなわち、損失が多い)。したがって、上記のアーティファクトタイプに対処する強調方法の適用が適切である。
2.SBRによって導入されたアーティファクトの可聴性を低減するための専用の方法によって信号の音質を潜在的に改善することができる。このような方法は、SBRが有効になる開始周波数についての知識から利益を得る。
y(k)=h(1)x_{k-1}+h(2)x_{k}+h(3)x_{k+1}
L(K、τ)=|Z(k)-Z(k+τ)|
L(K、τ)=bL(K、τ)+(1-b)B(K、τ)
ここで、B(k、τ)は、音響信号の前の時間ステップ(フレーム)からの再帰平均化の出力を保存するバッファを示し、0<b<1は時間平均化を制御する時定数である。したがって、周波数推定器36は、平均要素類似度を取得するように、第1のセグメントおよび第2のセグメントについての複数の要素の要素類似度を経時的に再帰平均化するため、および平均要素類似度を用いて開始周波数および/または終了周波数を決定するために構成することができる。時間平均化は、任意選択で、現フレームが無音でない、すなわち、そのエネルギーが非無音フレームから無音フレームを特徴付けている閾値27よりも大きいときにのみ適用することができる。
1)ロッシー圧縮または他の信号処理によって引き起こされる可能性が高いため、アーティファクトと見なされる入力信号における帯域幅削減(BR)の存在を検出すること。出力は、たとえば、ここではDと呼ぶバイナリ変数であり得、BLが検出されればD=1、そうでなければ0である。
2)帯域幅制限のカットオフ周波数を推定すること。推定量はfcと呼ぶ。
X(k)>閾値
が当てはまり、周波数kでのスペクトルの値が、ポイントkでスペクトル内に顕著なエネルギーがあることを示す閾値より大きいことを意味しているとき、否定的評価結果を得るために構成することができる。さらに決定規則
X(k)<X(k+1)-オフセットパラメータ
が当てはまることがあり、周波数k+1が増加すると、スペクトル、そのエネルギーがそれぞれ増加することを示している。この考察は、たとえば、0.1、0.2、0.3、0.5または1dBまたは異なる値のオフセットパラメータを減算することによって正規化することができ、すなわち、決定規則を満たすため、スペクトルはオフセットパラメータより増加しなければならない。これにより、ノイズなどによって引き起こされる影響を排除することが可能になる。したがって、振幅は、0.5dBを超える帯域幅制限を超える周波数ポイントkで、より高い周波数に向かって増加する。閾値は、上で説明したように、たとえば、-30dB、-40dB、-50dB、または-60dBとすることができる。これは、否定的決定について、急激な減衰がないか、またはそれぞれの周波数値を超えて振幅が増加するかのいずれかを意味している。
S(k)>閾値
が当てはまることがあり、スペクトル差関数は、急峻で強い減衰を示すことができ、したがってリサンプリングを示すことができる。したがって、図11における最大値72が予想リサンプリングレート/リサンプリング周波数またはその近くに配置されると、リサンプリングの存在を決定することができる。
S(k)=maxX1-maxX2
1).x(k)>閾値、および
2).X(k)<X(k+1)-オフセットパラメータAND x(k)大きい閾値、
すなわち、振幅が閾値、たとえば、-60dBより大きいとき、オフセットパラメータ、たとえば、0.5dBより大きなBLを超える高い周波数に向かって振幅が増加する、
これにより、陰性検出につながる可能性がある。
1).S(k)>閾値、および
2).リサンプリングが検出された
以上による条件は陽性検出につながる可能性がある。
Y[k、m]=G[k、m]・X[k、m]
X'=20log10(X)
Δf=Y'-20log10(X)
および
Δt=Z'-20log10(X)
によって計算することができ、Δfは周波数差値を指し、Δtは時間差値を指す。
Z=X+F
に従って加算することによって得られる信号Zに含まれるスペクトルアイランドは
Y=W・Z
に従うスペクトルの重み付けによって抑制することができる。
F=G・S
に従って決定されたXにおいてスペクトルギャップが識別されている。
Y[k、m]=G[k、m]・X[k、m]
ここで、周波数領域信号Y[k、m]の時間領域表現y[n]は、逆変換、たとえば、逆STFT、すなわち、ISTFTによって計算することができる。以下のセクションにおいて、時間領域の信号は小文字で、周波数領域の信号は大文字で示すことができる。インデックスkおよびmまたは周波数領域信号は、読みやすくするために省略する。スペクトル重み付けは、スペクトル重み付けG[k、m]についての詳細が説明されているスペクトル重み付けと呼ばれる態様に関連してより詳細に説明される。
si=(fi、pi)
X(k)>閾値
かつ
X(k)<X(k+1)-オフセットパラメータ
を適用するときに否定的評価結果を得るために構成することができ、X(k)は周波数インデックスkでのスペクトルの値Xであり、オフセットパラメータはノイズ抑制値である。
S(k)>閾値
を適用するとき、音響信号12が周波数インデックスkで帯域幅を制限するアップサンプリングを受けたことを示す肯定的評価結果を得るために構成することができ、S(k)は周波数インデックスkでのスペクトルに関するスペクトル差関数である。
12 音響信号
12'、12'1、12'2、12'3 スペクトル
12'a 第1の部分
12'b 第2の部分
14 導出器
16 スペクトル
181~187 極大値
22 信号
24 決定器
261、262、263 領域
27 振幅閾値、閾値、エネルギー閾値レベル
28 信号
32 プロセッサ
34 情報
36 周波数推定器
38 信号
381、382、383 水平線
42a、42b グラフ
44 スペクトル計算器
46 フィルタ
48 信号強調器
52 傾斜評価器
54 傾斜
56 傾斜評価結果
58 周波数評価器
62、62' 周波数評価結果
64 プロセッサ
66 情報
66' 結合結果
68 立ち下がりエッジ
72 最大値
74 フィルタ
76 フィルタ
78 決定器
82 信号
90 装置
91 音響信号
91' スペクトル
91'a 第1の部分
91'b 第2の部分
92 セパレータ
94、941、942 帯域幅拡張器
961 第1のパラメータ
962 第2のパラメータ
98a 第1の拡張部分
98b 第2の拡張部分
102 合成器
104 拡張合成音響信号
106a、106b 成分
108 過渡抑制器
112 減算器
114 複製器
1141 第1の複製器
1142 第2の複製器
116 整形器
1161 第1の包絡線整形器
1162 第2の包絡線整形器
118、1181、1182 白色化器
122、1221、1222 粗さ低減フィルタ
1241、1242 ISTFTブロック
125 装置
126a、126b 延長部分
1281、1282 複製部分
132a 振幅スペクトル
134 白色化器
138 計算器
140 装置
142 平滑化経路
144 周波数変換器
148、1481、1482 増幅器/減衰器
152 ハイパスフィルタ
154 フィルタリング信号
156 遅延
158 ローパスフィルタ
160 装置
162 合成器
166 信号分析器
168 ルックアップテーブル
172 位相シフトされた信号
174 第1のフィルタリングされた信号
176 第2のフィルタリングされた信号
178 強調音響信号、合成信号
200 信号強調器
202 スペクトルギャップ
204 スペクトルアイランド
2061、2062、2063、2064 エッジ
208 プロセッサ
210 装置
212 絶対値形成器
214 対数
216a 第1のローパスフィルタ
216b 第2のローパスフィルタ
218 スペクトル重み計算器
222a、222b ローパスフィルタ
224 結合器
226 結合器
228 スペクトルアイランド重み計算器
234 信号変換器
1000、1500、2000、2500、3000、4000 方法
Claims (17)
- 音響信号が人為的帯域幅制限処理を受けたことを示す所定の特性を決定するための装置であって、
前記音響信号のスペクトルの傾斜を評価して傾斜評価結果を得るために構成された傾斜評価器と、
前記傾斜評価結果の評価に依存して前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す情報を提供するためのプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、前記音響信号の複数のフレームの各フレームについて前記フレームが前記人為的帯域幅制限処理を受けたかどうかを示す決定結果を示す情報を提供することによって、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するよう構成され、前記プロセッサは、前記複数のフレームに基づいて前記複数のフレームに対応する複数の前記決定結果を得るよう、および前記複数の前記決定結果を結合して結合結果を得るよう構成されており、前記結合結果は前記複数のフレームについて有効であり、
前記プロセッサは、前記複数の前記決定結果を結合するために、前記複数の前記決定結果を用いて中央値フィルタリングを実行して、前記結合結果を得るよう構成されている、
装置。 - 前記音響信号の前記スペクトルのカットオフ周波数を評価して周波数評価結果を得るために構成された周波数評価器をさらに含み、
前記プロセッサは、前記傾斜評価結果の前記評価および前記周波数評価結果の評価に依存して前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記装置は、前記音響信号の複数のスペクトルについて前記所定の特性を決定するために構成され、前記傾斜評価器は、前記スペクトルのそれぞれの前記傾斜を評価するために構成され、前記装置の前記周波数評価器は、前記スペクトルのそれぞれを評価するために構成され、前記プロセッサは、前記スペクトルのそれぞれについて前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す情報を提供するために構成されている、請求項2に記載の装置。
- 前記スペクトルの周波数帯域のエネルギーを決定し、前記周波数帯域の前記エネルギーを示す情報を含む信号を前記プロセッサに提供するために構成された決定器であって、前記プロセッサは、前記スペクトルの前記エネルギーがエネルギー閾値レベル未満であれば、前のスペクトルに基づき前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、決定器
をさらに含む、請求項3に記載の装置。 - 前記周波数評価結果を受信するため、およびフィルタリングされた周波数評価結果を提供するために構成されたフィルタであって、前記プロセッサは、前記音響信号の複数のスペクトルに関連する複数の傾斜評価結果および前記フィルタリングされた周波数評価結果に基づいて、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、フィルタをさらに含む、請求項2から4のいずれか一項に記載の装置。
- 前記傾斜評価器は、前記スペクトルにおける減衰を評価するため、および前記減衰の尺度を示すよう前記傾斜評価結果を提供するために構成され、前記プロセッサは、前記減衰の前記尺度が、前記減衰の前記尺度が減衰閾値以上であることを示すならば、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記傾斜評価器は、前記スペクトルの峻度を評価するため、および前記峻度の尺度を示すように前記傾斜評価結果を提供するために構成され、前記プロセッサは、前記峻度の前記尺度が、前記峻度の前記尺度が峻度閾値以上であることを示すならば、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記傾斜評価器は、前記スペクトルの複数の周波数値を組み合わせる窓関数を用いて前記スペクトルのスペクトル差関数を決定するため、および前記窓関数の結果を用いて前記減衰の前記尺度を決定するために構成されている、請求項6に記載の装置。
- 前記傾斜評価器は、前記スペクトルの第1の周波数帯域の第1のエネルギーレベルと前記スペクトルの第2の周波数帯域の第2のエネルギーレベルとの間の減衰を評価することであって、前記第1の周波数帯域は、前記第2の周波数帯域の第2の周波数範囲と比較したとき低い第1の周波数範囲を含む、評価することを行うため、および前記減衰の尺度を示すように前記傾斜評価結果を提供することを行うために構成され、前記プロセッサは、前記減衰の前記尺度が、前記減衰の前記尺度が減衰閾値以上であることを示すならば、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供するために構成されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記周波数評価器は、前記音響信号の周波数帯域におけるエネルギーの尺度を決定するため、および減少する周波数範囲におけるエネルギーの増加の結果として生ずる前記減少する周波数範囲についての前記エネルギーに基づいてカットオフ周波数を決定するために構成されている、請求項2に記載の装置。
- サンプリング周波数を用いるアップサンプリングに関する所定の特性について前記音響信号を評価するために構成されたリサンプリング評価器をさらに含み、前記装置は、前記サンプリング周波数に基づいて、傾斜評価器の、および/または周波数評価器の周波数範囲を適応させるように構成されている、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リサンプリング評価器は、決定規則が
X(k)>閾値
かつ
X(k)<X(k+1)-オフセットパラメータ
を適用するときに否定的評価結果を得るために構成され、X(k)は周波数インデックスkでの前記スペクトルの値Xであり、オフセットパラメータはノイズ抑制値である、請求項11に記載の装置。 - 前記リサンプリング評価器は、決定規則が
S(k)>閾値
を適用するとき、前記音響信号が周波数インデックスkで帯域幅を制限するアップサンプリングを受けたことを示す肯定的評価結果を得るために構成され、S(k)は前記周波数インデックスkでの前記スペクトルに関するスペクトル差関数である、請求項11または12に記載の装置。 - 前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報に依存するまたは前記音響信号がスペクトル強調処理に関する特性を含むことを示す情報に依存する前記音響信号の前記人為的帯域幅制限処理によって引き起こされるアーティファクトを低減するために構成された信号強調器をさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
- 前記信号強調器は、重み付き充填信号を用いてスペクトルギャップを充填するため、および/または重み係数を用いてスペクトルアイランドを減衰するために構成されている、請求項14に記載の装置。
- 音響信号が人為的帯域幅制限処理を受けたことを示す所定の特性を決定するための方法であって、
前記音響信号のスペクトルの傾斜を評価して傾斜評価結果を得るステップと、
前記傾斜評価結果の評価に依存して前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す情報を提供するステップと、
前記音響信号の複数のフレームの各フレームについて前記フレームが前記人為的帯域幅制限処理を受けたかどうかを示す決定結果を示す情報を提供することによって、前記音響信号が前記所定の特性を含むことを示す前記情報を提供し、前記複数のフレームに基づいて前記複数のフレームに対応する複数の前記決定結果を得、および前記複数の前記決定結果を結合して結合結果を得、前記結合結果は前記複数のフレームについて有効である、ステップと、
前記複数の前記決定結果を結合するために、前記複数の前記決定結果を用いて中央値フィルタリングを実行して、前記結合結果を得るステップと、
を含む、方法。 - コンピュータ上で動いているとき、請求項16に記載の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を格納する非一時的記憶媒体。
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