JP4227772B2 - オーディオ復号装置と復号方法およびプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化されたオーディオ信号を復号するためのオーディオ復号装置および復号方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低ビットレートで高音質に符号化可能なオーディオ符号化・復号方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣの国際標準方式であるＭＰＥＧ−２ ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）が広く知られている。このＭＰＥＧ−２ ＡＡＣに代表される従来のオーディオ符号化復号方式では、まず、時間領域のＰＣＭ信号を複数サンプルまとめて１フレームとし、これをＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）などの写像変換により周波数領域信号へと変換する。そして、この周波数領域信号を量子化およびハフマン符号化してビットストリームを形成する。量子化においては人間の聴覚特性を考慮して、周波数領域信号の中で知覚されやすい周波数成分については量子化精度を高く、そうでない周波数成分については量子化精度を低くすることにより、限られた符号量で高い音質を実現する。例えば、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣでは９６ｋｂｐｓ程度のビットレートでＣＤと同等音質（４４．１ｋＨｚサンプリング、ステレオ）を実現できる。
【０００３】
これより低いビットレート、例えば４８ｋｂｐｓ程度のビットレートで４４．１ｋＨｚサンプリングのステレオオーディオ信号を符号化しようとする場合、聴覚的に重要度が低い高域周波数成分を符号化対象から外す（量子化値を零とする）ことで限られたビットレートでの主観的音質が最高となるようにする。しかしながらこの場合、高域周波数成分が符号化されていないために音質が劣化し、一般的にはこもった感じの音となってしまう。
【０００４】
このような低ビットレートでの音質劣化を解決する技術として帯域拡張技術が注目を集めている。帯域拡張技術では、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの方式で低ビットレートに符号化した低域ビットストリームに、僅かな符号量（一般に数ｋｂｐｓ程度）の補助情報である高域ビットストリームを付加してビットストリームを構成する。オーディオ復号装置（デコーダ）では、まず、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの復号方法で低域ビットストリームを復号して、高域周波数成分が含まれていない低域オーディオ信号を得る。そして、帯域拡張技術により、高域ビットストリームが示す補助情報に従った加工を低域オーディオ信号に施して高域周波数成分を生成する。
【０００５】
こうして得られた高域周波数成分と、低域ビットストリームを復号して得られた低域オーディオ信号を合成して高域周波数成分を含む復号オーディオ信号を得る。
【０００６】
帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置の一例として、ＭＰＥＧ−２ＡＡＣ復号装置にＳＢＲと呼ばれる帯域拡張技術を組み合わせた例が、ＥＴＳＩが発行する「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ（ＤＲＭ）；Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」（ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ９８０Ｖ１．１．１）の５．６．２節に記述されている。ここに記述されているような帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置を図４および図５に示す。
【０００７】
図４に示す従来のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部４０２、帯域拡張部４０３、複素サブバンド合成部４０４から構成される。また、帯域拡張部４０３は、高域生成部１０５と振幅調整部１０７から構成される。
【０００８】
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と帯域拡張部４０３へ出力する。ビットストリームには低域信号がＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの符号化方式で符号化されている低域ビットストリームと、帯域拡張部が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは帯域拡張部４０３へ出力される。
【０００９】
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部４０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
【００１０】
複素サブバンド分割部４０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。複素サブバンド分割フィルタについては、例えば、従来から広く知られている３２バンド複素ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）フィルタバンクなどを用いることができる。この場合、３２サブバンドに帯域分割された複素数の低域信号（低域サブバンド信号）が帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの計算式は下記の式４０２．１、４０２．２のようになる。
【００１１】
【数１】
【００１２】
ここで、Ｘ（ｎ）は低域オーディオ信号を表し、Ｘk（ｍ）はｋバンド目の低域サブバンド信号を表し、ｈ（ｎ）は分析用低域通過フィルタを表す。本例ではＫ1＝６４である。
【００１３】
帯域拡張部４０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号から高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部４０４へ出力する。帯域拡張部４０３は、高域生成部１０５と振幅調整部１０７から構成される。
【００１４】
高域生成部１０５は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を高域サブバンドへと複写する。また、この複写の際には高域ビットストリームが指定する信号加工を施す場合もある。例えば、周波数が低い順にサブバンド０からサブバンド６３まで６４個のサブバンドを仮定し、低域サブバンド信号としてサブバンド０からサブバンド１９までの複素数のサブバンド信号が複素サブバンド分割部４０２から供給されているとする。また高域ビットストリームには、サブバンドＡ（Ａ＞１９）をどの低域サブバンド（サブバンド０から１９）から信号を複写して生成するかを表す複写情報、および、複写の際に施す信号加工方法（フィルタリングなどあらかじめ定められた数種類の手段から選択して用いられる）を示す信号加工情報が含まれているとする。高域生成部１０５の処理は、高域のサブバンドの複素信号（複写加工サブバンド信号と名付ける）を複写情報が示す低域のサブバンドの複素信号と同一とする。さらに、音質向上のために信号加工情報が何らかの信号加工の必要性を表している場合は、複写加工サブバンド信号に信号加工情報が示す信号加工を施す。このようにして生成された複写加工サブバンド信号は振幅調整部１０７に出力される。
【００１５】
振幅調整部１０７は、入力された複写加工サブバンド信号の振幅に対して、高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。つまり、符号化前のオーディオ信号の高域信号エネルギと、帯域拡張部４０３が生成する信号の高域信号エネルギが等価となるような振幅補正を複写加工サブバンド信号に対して施す。そのために、高域ビットストリームには符号化前のオーディオ信号の高域信号エネルギを表す情報が含まれている。生成された高域サブバンド信号は複素サブバンド合成部４０４へ出力される。
【００１６】
複素サブバンド合成部４０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号を複素サブバンド合成フィルタによって帯域合成する。この帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。複素サブバンド合成フィルタは、複素サブバンド分割部４０２で用いられている複素サブバンドフィルタに対応したものが用いられる。つまり、ある信号を複素サブバンド分割フィルタで帯域分割し、これを複素サブバンド合成フィルタで帯域合成すると元の信号（複素サブバンド分割フィルタの入力信号）が完全に再構成できるように選ばれる。例えば、複素サブバンド合成フィルタとして式４０２．１に示したような３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンク（Ｋ1＝６４）が用いられている場合、
【００１７】
【数２】
【００１８】
を用いることができる。ここで、ｆ(n)は合成用低域通過フィルタを表す。本例ではＫ2＝６４である。
【００１９】
また、帯域拡張技術によって低域復号部１０１が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数よりも複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数が高い場合は、複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号の低域部（ダウンサンプリングした結果）が低域復号部１０１が出力するオーディオ信号と等しくなるように選ばれる。複素サブバンド合成部４０４では６４バンド複素ＱＭＦ合成フィルタバンク（式４０４．１においてＫ2＝１２８）を用いることができる。なお、この場合、低域側３２バンドには３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの出力が信号値として用いられる。
【００２０】
図５に示す従来のオーディオ復号装置は、図４と比較して、帯域拡張部５０３にトーン・ノイズ付加部２０８が追加されている点で異なっている。
【００２１】
トーン・ノイズ付加部２０８は、高域ビットストリームに含まれているトーン情報とノイズ情報を入力とし、トーン・ノイズ信号を振幅調整部２０７へ出力する。トーン情報は、どの周波数帯域にトーン音（正弦波）を付加するかを表す。一般に高域のトーン音はその低域信号から高音質に生成するのが難しいため、このような別手段で付加するとよい。また、ノイズ情報には、どの周波数にどのエネルギの白色雑音を付加するかを表している。トーン・ノイズ付加部２０８はトーン情報とノイズ情報を元にトーン音と白色雑音を発生させ、これをトーン・ノイズ信号として振幅調整部２０７へ出力する。
【００２２】
振幅調整部２０７では、高域生成部１０５から入力された複写加工サブバンド信号に、トーン・ノイズ付加部２０８から入力されたトーン・ノイズ信号を加算し、そのエネルギが所望のものとなるように、振幅調整部１０７と同様に高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。生成された高域サブバンド信号は複素サブバンド合成部４０４へ出力される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のオーディオ復号装置では、演算量が大きい複素サブバンド分割部および複素サブバンド合成部を有するため、必要演算量・装置規模が大きいという問題点があった。
【００２４】
本発明の目的は、高音質を維持しつつ演算量を低減した帯域拡張技術、およびこれを用いたオーディオ復号装置、オーディオ復号方法およびオーディオ復号用プログラムを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号に対して位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数のサブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、
を有し、
前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量とから算出することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の他のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記位相補正トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明の他のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とする。
【００２８】
また、前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施した位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施した位相変換の位相変換量との差分から算出してもよい。さらに、前記トーン・ノイズ位相補正部が行う位相補正において、前記トーン・ノイズ信号の周波数に応じて位相補正量を決めるようにしてもよい。
【００２９】
本発明によれば、高域生成部の出力の位相を補正する高域位相補正部とトーン・ノイズ付加部の出力の位相を補正するトーン・ノイズ位相補正部を設けたことを特徴としている。複素サブバンド分割フィルタでサブバンド分割された信号を実数のサブバンド合成フィルタでサブバンド合成する際に必要となるサブバンド毎に異なる位相補正処理を、これらの位相補正部が実行する。これにより、高音質を維持しつつ、複素サブバンド合成フィルタの代わりに、より演算量が少ない実数のサブバンド合成フィルタを用いることができ、必要演算量・装置規模を低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【００３２】
本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部１０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部１０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部１０７から構成される。
【００３３】
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と帯域拡張部１０３へ出力する。ビットストリームには低域信号が符号化されている低域ビットストリームと、帯域拡張部が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは帯域拡張部１０３へ出力される。
【００３４】
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部１０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
【００３５】
複素サブバンド分割部１０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部１０３およびサブバンド合成部１０４へ出力される。
【００３６】
帯域拡張部１０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号から高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部１０４へ出力する。
【００３７】
サブバンド合成部１０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号をサブバンド合成フィルタによって帯域合成する。帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。
【００３８】
高域生成部１０５は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を加工して複写加工サブバンド信号を生成する。生成された複写加工サブバンド信号は高域位相補正部１０６に出力される。
【００３９】
高域位相補正部１０６は、入力された複写加工サブバンド信号の位相をサブバンド毎に補正し、位相補正複写加工サブバンド信号を生成する。生成された位相補正複写加工サブバンド信号は振幅調整部１０７へ出力される。
【００４０】
振幅調整部１０７は、入力された位相補正複写加工サブバンド信号の振幅に対して、高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。生成された高域サブバンド信号はサブバンド合成部１０４へ出力される。
【００４１】
このように構成される本発明のオーディオ復号装置と図４の従来のオーディオ復号装置の相違は、図４の複素サブバンド分割部４０２の替わりに図１では複素サブバンド分割部１０２があり、図４の複素サブバンド合成部４０４の替わりに図１ではサブバンド合成部１０４があり、また、本発明（図１）には高域位相補正部１０６が追加されていることにある。他の処理部については、従来方式と同じであり当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な説明は省略する。以下では従来と手法が異なる複素サブバンド分割部１０２、サブバンド合成部１０４、高域位相補正部１０６について詳細に説明する。
【００４２】
まず、複素サブバンド分割部１０２とサブバンド合成部１０４について説明する。従来はサブバンド分割フィルタとして複素数のサブバンド信号を生成する式４０２．１のようなフィルタバンクを用いていた。また、これに対応する逆変換として式４０４．１のようなフィルタバンクをサブバンド合成フィルタとして用いていた。
【００４３】
式４０４．１の出力、あるいは、式４０４．１の出力を式４０２．１の入力信号のサンプリング周波数にダウンサンプリングした信号は式４０２．１の入力と完全に一致する完全再構成性がある。高音質な復号オーディオ信号を得るためには、この完全再構成性の関係がサブバンド分割・合成フィルタに必要となる。
【００４４】
本発明においては、演算量を低減するために、従来の複素サブバンド合成部（図４〜５の４０４）で用いられている複素サブバンド合成フィルタを、実数のサブバンド合成フィルタ（図１〜３の１０４）に置き換えている。しかしながら、単にサブバンド合成フィルタを複素数から実数に変更してしまうと完全再構成性は失われ、音質が劣化する。
【００４５】
複素数のサブバンド分割フィルタと実数のサブバンド合成フィルタの間で完全再構成性を実現するためには、従来の複素サブバンド分割フィルタ（図４〜５の４０２）の出力に回転演算を施すと良いことが従来から広く知られている。この回転演算は複素数の実数軸と虚数軸を（π÷４）だけ回転させるものであり、一般的に良く知られたＤＦＴからＤＣＴを導出する手法と同じである。例えば、ｋ0＝１／２の場合、式４０２．１の３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンクの計算式には、各サブバンドｋに対して以下の回転演算（Ｋ＝Ｋ1）を施すと良い。
【００４６】
【数３】
【００４７】
なお、式１０２．１における３／４Ｋは１／４Ｋでも良い。
【００４８】
このように従来の複素サブバンド分割部（図４〜５の４０２）の後段に式１０２．１の回転演算を行う処理部を付加したものを複素サブバンド分割部（図１〜３の１０２）としても良いが、これらサブバンド分割フィルタと回転演算処理を合わせた処理と等価な演算をより少ない演算量で実現可能な下式を複素サブバンド分割部（図１〜３の１０２）で行うと良い。
【００４９】
【数４】
【００５０】
これに対応する実数のサブバンド合成フィルタとしては、式４０４．１に
【００５１】
【数５】
【００５２】
という変換を施し、実数部分のみを取り出した
【００５３】
【数６】
【００５４】
をサブバンド合成部（図１〜３の１０４）で用いれば、完全再構成性を実現できるようになる。ここで、Re[.]は複素サブバンド信号の実数部のみを取り出すことを表す。
【００５５】
回転演算は式１０２．２で表されるようにバンド番号kの関数となっているため、式１０２．２を用いた複素サブバンド分割部１０２と式１０４．２を用いたサブバンド合成部１０４の間に帯域拡張処理が入ると位相の不整合が起こる。すなわち、帯域拡張部（図１の１０３、図２の２０３、図３の３０３）から出力される高域サブバンド信号は、低域のバンド番号に応じた回転演算が施された低域サブバンド信号を複写加工して生成されたものであり、サブバンド合成部において高域のバンド番号に応じた逆回転演算が施されると、サブバンド合成部の出力信号における高域成分の位相に狂いが生じる。
【００５６】
そこで高域位相補正部１０４が以下のように位相の補正をする。
【００５７】
【数７】
【００５８】
ここで、ｋ2は複写先の高域のバンド番号を表し、ｋ1は複写元の低域バンド番号を表す。すなわち、高域生成部１０５がサブバンドｋ２の信号を、サブバンドｋ１の信号を複写加工して生成した場合に高域位相補正部１０６において式１０６．１の位相補正処理を行うということである。さらに、式１０６．１はＣＯＳ関数及びＳＩＮ関数の特性を利用して低演算量で実現できる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図２を用いて詳細に説明する。
【００６０】
図２を参照すると、本発明の第２の実施の形態としてのオーディオ復号装置が示されている。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部２０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部２０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部２０７、トーン・ノイズ付加部２０８、トーン・ノイズ位相補正部２０９から構成される。
【００６１】
本発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と比較して、トーン・ノイズ付加部２０８とトーン・ノイズ位相補正部２０９が追加され、振幅調整部２０７がトーン・ノイズ位相補正部の出力信号をも入力信号としていることのみであり、他の部分については全く同一である。さらにトーン・ノイズ付加部２０８および振幅調整部２０７は図５に示した従来技術と全く同一であり、本発明の第２の実施の形態は、トーン・ノイズ位相補正部２０９を追加したことのみである。そこでトーン・ノイズ位相補正部２０９について詳細に説明する。
【００６２】
トーン・ノイズ位相補正部２０９は高域位相補正部１０６と同様に、例えば k0 = 1/2 の場合、サブバンド合成部１０４における逆回転演算を考慮して以下の回転演算
【００６３】
【数８】
【００６４】
を施す必要がある。なお、式２０９．１はcos関数及びsin関数の特性を利用することにより簡略化でき、トーン・ノイズ位相補正部２０９の処理は低演算量で実現できる。さらに、トーン信号およびノイズ信号、あるいはそのどちらかをトーン・ノイズ付加部２０８においてテーブル化して蓄える場合は、位相補正を施したトーン信号およびノイズ信号、あるいはそのどちらかをテーブル化して蓄えることにより、トーン・ノイズ位相補正部２０９を備えるのと同等な効果をより低演算量で得ることができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図３を用いて詳細に説明する。
【００６６】
図３を参照すると、本発明の第３の実施の形態としてのオーディオ復号装置が示されている。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部３０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部２０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部２０７、トーン・ノイズ付加部２０８から構成される。
【００６７】
本発明の第３の実施の形態は、本発明の第２の実施の形態と比較して、トーン・ノイズ位相補正部２０９が無くなり、トーン・ノイズ付加部２０８の出力が、トーン・ノイズ位相補正部２０９を通さずに振幅調整部２０７の入力信号となっていることのみであり、他の部分については全く同一である。トーン・ノイズ信号に対して位相補正を行わないために復号オーディオ信号の品質は他の実施の形態よりも低下するが、更なる低演算量化を実現できる。
【００６８】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。
【００６９】
また、図には示されていないが、本実施形態のオーディオ復号装置は、上記で説明したオーディオ復号方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体を備えている。この記録媒体は磁気ディスク、半導体メモリまたはその他の記録媒体であってもよい。このプログラムは、記録媒体からオーディオ復号装置に読み込まれ、オーディオ復号装置の動作を制御する。具体的には、オーディオ復号装置内のＣＰＵがこのプログラムの制御によりオーディオ復号装置のハードウェア資源に特定の処理を行うように指示することにより上記の処理が実現される。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高域生成部の出力に位相補正処理を行う高域位相補正部と、トーン・ノイズ付加部の出力に位相補正処理を行うトーン・ノイズ位相補正部のいずれか、または両方を新たに追加するという基本構成によって、サブバンド合成フィルタを複素フィルタバンクから演算量の少ない実数のフィルタバンクに変更しても高音質な復号オーディオ信号を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ ビットストリーム分離部
１０１ 低域復号部
１０２、４０２ 複素サブバンド分割部
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 帯域拡張部
１０４、４０４ サブバンド合成部
１０５ 高域生成部
１０６ 高域位相補正部
１０７、２０７ 振幅調整部
２０８ トーン・ノイズ付加部
２０９ トーン・ノイズ位相補正部
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化されたオーディオ信号を復号するためのオーディオ復号装置および復号方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低ビットレートで高音質に符号化可能なオーディオ符号化・復号方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣの国際標準方式であるＭＰＥＧ−２ ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）が広く知られている。このＭＰＥＧ−２ ＡＡＣに代表される従来のオーディオ符号化復号方式では、まず、時間領域のＰＣＭ信号を複数サンプルまとめて１フレームとし、これをＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform）などの写像変換により周波数領域信号へと変換する。そして、この周波数領域信号を量子化およびハフマン符号化してビットストリームを形成する。量子化においては人間の聴覚特性を考慮して、周波数領域信号の中で知覚されやすい周波数成分については量子化精度を高く、そうでない周波数成分については量子化精度を低くすることにより、限られた符号量で高い音質を実現する。例えば、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣでは９６ｋｂｐｓ程度のビットレートでＣＤと同等音質（４４．１ｋＨｚサンプリング、ステレオ）を実現できる。
【０００３】
これより低いビットレート、例えば４８ｋｂｐｓ程度のビットレートで４４．１ｋＨｚサンプリングのステレオオーディオ信号を符号化しようとする場合、聴覚的に重要度が低い高域周波数成分を符号化対象から外す（量子化値を零とする）ことで限られたビットレートでの主観的音質が最高となるようにする。しかしながらこの場合、高域周波数成分が符号化されていないために音質が劣化し、一般的にはこもった感じの音となってしまう。
【０００４】
このような低ビットレートでの音質劣化を解決する技術として帯域拡張技術が注目を集めている。帯域拡張技術では、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの方式で低ビットレートに符号化した低域ビットストリームに、僅かな符号量（一般に数ｋｂｐｓ程度）の補助情報である高域ビットストリームを付加してビットストリームを構成する。オーディオ復号装置（デコーダ）では、まず、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの復号方法で低域ビットストリームを復号して、高域周波数成分が含まれていない低域オーディオ信号を得る。そして、帯域拡張技術により、高域ビットストリームが示す補助情報に従った加工を低域オーディオ信号に施して高域周波数成分を生成する。
【０００５】
こうして得られた高域周波数成分と、低域ビットストリームを復号して得られた低域オーディオ信号を合成して高域周波数成分を含む復号オーディオ信号を得る。
【０００６】
帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置の一例として、ＭＰＥＧ−２ＡＡＣ復号装置にＳＢＲと呼ばれる帯域拡張技術を組み合わせた例が、ＥＴＳＩが発行する「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ（ＤＲＭ）；Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」（ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ９８０Ｖ１．１．１）の５．６．２節に記述されている。ここに記述されているような帯域拡張技術を用いた従来のオーディオ復号装置を図４および図５に示す。
【０００７】
図４に示す従来のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部４０２、帯域拡張部４０３、複素サブバンド合成部４０４から構成される。また、帯域拡張部４０３は、高域生成部１０５と振幅調整部１０７から構成される。
【０００８】
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と帯域拡張部４０３へ出力する。ビットストリームには低域信号がＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなどの符号化方式で符号化されている低域ビットストリームと、帯域拡張部が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは帯域拡張部４０３へ出力される。
【０００９】
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部４０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
【００１０】
複素サブバンド分割部４０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。複素サブバンド分割フィルタについては、例えば、従来から広く知られている３２バンド複素ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）フィルタバンクなどを用いることができる。この場合、３２サブバンドに帯域分割された複素数の低域信号（低域サブバンド信号）が帯域拡張部４０３および複素サブバンド合成部４０４へ出力される。３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの計算式は下記の式４０２．１、４０２．２のようになる。
【００１１】
【数１】
ここで、Ｘ（ｎ）は低域オーディオ信号を表し、Ｘk（ｍ）はｋバンド目の低域サブバンド信号を表し、ｈ（ｎ）は分析用低域通過フィルタを表す。本例ではＫ1＝６４である。
【００１３】
帯域拡張部４０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号から高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部４０４へ出力する。帯域拡張部４０３は、高域生成部１０５と振幅調整部１０７から構成される。
【００１４】
高域生成部１０５は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を高域サブバンドへと複写する。また、この複写の際には高域ビットストリームが指定する信号加工を施す場合もある。例えば、周波数が低い順にサブバンド０からサブバンド６３まで６４個のサブバンドを仮定し、低域サブバンド信号としてサブバンド０からサブバンド１９までの複素数のサブバンド信号が複素サブバンド分割部４０２から供給されているとする。また高域ビットストリームには、サブバンドＡ（Ａ＞１９）をどの低域サブバンド（サブバンド０から１９）から信号を複写して生成するかを表す複写情報、および、複写の際に施す信号加工方法（フィルタリングなどあらかじめ定められた数種類の手段から選択して用いられる）を示す信号加工情報が含まれているとする。高域生成部１０５の処理は、高域のサブバンドの複素信号（複写加工サブバンド信号と名付ける）を複写情報が示す低域のサブバンドの複素信号と同一とする。さらに、音質向上のために信号加工情報が何らかの信号加工の必要性を表している場合は、複写加工サブバンド信号に信号加工情報が示す信号加工を施す。このようにして生成された複写加工サブバンド信号は振幅調整部１０７に出力される。
【００１５】
振幅調整部１０７は、入力された複写加工サブバンド信号の振幅に対して、高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。つまり、符号化前のオーディオ信号の高域信号エネルギと、帯域拡張部４０３が生成する信号の高域信号エネルギが等価となるような振幅補正を複写加工サブバンド信号に対して施す。そのために、高域ビットストリームには符号化前のオーディオ信号の高域信号エネルギを表す情報が含まれている。生成された高域サブバンド信号は複素サブバンド合成部４０４へ出力される。
【００１６】
複素サブバンド合成部４０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号を複素サブバンド合成フィルタによって帯域合成する。この帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。複素サブバンド合成フィルタは、複素サブバンド分割部４０２で用いられている複素サブバンドフィルタに対応したものが用いられる。つまり、ある信号を複素サブバンド分割フィルタで帯域分割し、これを複素サブバンド合成フィルタで帯域合成すると元の信号（複素サブバンド分割フィルタの入力信号）が完全に再構成できるように選ばれる。例えば、複素サブバンド合成フィルタとして式４０２．１に示したような３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンク（Ｋ1＝６４）が用いられている場合、
【００１７】
【数２】
を用いることができる。ここで、ｆ(n)は合成用低域通過フィルタを表す。本例ではＫ2＝６４である。
【００１９】
また、帯域拡張技術によって低域復号部１０１が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数よりも複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号のサンプリング周波数が高い場合は、複素サブバンド合成部４０４が出力するオーディオ信号の低域部（ダウンサンプリングした結果）が低域復号部１０１が出力するオーディオ信号と等しくなるように選ばれる。複素サブバンド合成部４０４では６４バンド複素ＱＭＦ合成フィルタバンク（式４０４．１においてＫ2＝１２８）を用いることができる。なお、この場合、低域側３２バンドには３２バンド複素分析ＱＭＦフィルタバンクの出力が信号値として用いられる。
【００２０】
図５に示す従来のオーディオ復号装置は、図４と比較して、帯域拡張部５０３にトーン・ノイズ付加部２０８が追加されている点で異なっている。
【００２１】
トーン・ノイズ付加部２０８は、高域ビットストリームに含まれているトーン情報とノイズ情報を入力とし、トーン・ノイズ信号を振幅調整部２０７へ出力する。トーン情報は、どの周波数帯域にトーン音（正弦波）を付加するかを表す。一般に高域のトーン音はその低域信号から高音質に生成するのが難しいため、このような別手段で付加するとよい。また、ノイズ情報には、どの周波数にどのエネルギの白色雑音を付加するかを表している。トーン・ノイズ付加部２０８はトーン情報とノイズ情報を元にトーン音と白色雑音を発生させ、これをトーン・ノイズ信号として振幅調整部２０７へ出力する。
【００２２】
振幅調整部２０７では、高域生成部１０５から入力された複写加工サブバンド信号に、トーン・ノイズ付加部２０８から入力されたトーン・ノイズ信号を加算し、そのエネルギが所望のものとなるように、振幅調整部１０７と同様に高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。生成された高域サブバンド信号は複素サブバンド合成部４０４へ出力される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のオーディオ復号装置では、演算量が大きい複素サブバンド分割部および複素サブバンド合成部を有するため、必要演算量・装置規模が大きいという問題点があった。
【００２４】
本発明の目的は、高音質を維持しつつ演算量を低減した帯域拡張技術、およびこれを用いたオーディオ復号装置、オーディオ復号方法およびオーディオ復号用プログラムを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号に対して位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数のサブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、
を有し、
前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量とから算出することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の他のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記位相補正トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明の他のオーディオ復号装置は、ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とする。
【００２８】
また、前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施した位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施した位相変換の位相変換量との差分から算出してもよい。さらに、前記トーン・ノイズ位相補正部が行う位相補正において、前記トーン・ノイズ信号の周波数に応じて位相補正量を決めるようにしてもよい。
【００２９】
本発明によれば、高域生成部の出力の位相を補正する高域位相補正部とトーン・ノイズ付加部の出力の位相を補正するトーン・ノイズ位相補正部を設けたことを特徴としている。複素サブバンド分割フィルタでサブバンド分割された信号を実数のサブバンド合成フィルタでサブバンド合成する際に必要となるサブバンド毎に異なる位相補正処理を、これらの位相補正部が実行する。これにより、高音質を維持しつつ、複素サブバンド合成フィルタの代わりに、より演算量が少ない実数のサブバンド合成フィルタを用いることができ、必要演算量・装置規模を低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【００３２】
本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部１０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部１０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部１０７から構成される。
【００３３】
ビットストリーム分離部１００は、入力されたビットストリームを分離して低域復号部１０１と帯域拡張部１０３へ出力する。ビットストリームには低域信号が符号化されている低域ビットストリームと、帯域拡張部が高域信号を生成するために必要な情報を含む高域ビットストリームが多重化されている。低域ビットストリームは低域復号部１０１へ、高域ビットストリームは帯域拡張部１０３へ出力される。
【００３４】
低域復号部１０１は、入力された低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、複素サブバンド分割部１０２へ出力する。低域復号部１０１はＭＰＥＧ−２ ＡＡＣなど既存のオーディオ復号方式を用いて低域ビットストリームを復号する。
【００３５】
複素サブバンド分割部１０２は、入力された低域オーディオ信号を複素サブバンド分割フィルタによって帯域分割する。帯域分割された低域サブバンド信号は帯域拡張部１０３およびサブバンド合成部１０４へ出力される。
【００３６】
帯域拡張部１０３は、入力された高域ビットストリームと低域サブバンド信号から高域のオーディオ信号を表す高域サブバンド信号を生成してサブバンド合成部１０４へ出力する。
【００３７】
サブバンド合成部１０４は、入力された低域サブバンド信号と高域サブバンド信号をサブバンド合成フィルタによって帯域合成する。帯域合成により生成されたオーディオ信号がオーディオ復号装置の出力となる。
【００３８】
高域生成部１０５は、低域サブバンド信号と高域ビットストリームを入力とし、低域サブバンド信号の中から高域ビットストリームが指定する帯域の信号を加工して複写加工サブバンド信号を生成する。生成された複写加工サブバンド信号は高域位相補正部１０６に出力される。
【００３９】
高域位相補正部１０６は、入力された複写加工サブバンド信号の位相をサブバンド毎に補正し、位相補正複写加工サブバンド信号を生成する。生成された位相補正複写加工サブバンド信号は振幅調整部１０７へ出力される。
【００４０】
振幅調整部１０７は、入力された位相補正複写加工サブバンド信号の振幅に対して、高域ビットストリームが指定する補正を施して高域サブバンド信号を生成する。生成された高域サブバンド信号はサブバンド合成部１０４へ出力される。
【００４１】
このように構成される本発明のオーディオ復号装置と図４の従来のオーディオ復号装置の相違は、図４の複素サブバンド分割部４０２の替わりに図１では複素サブバンド分割部１０２があり、図４の複素サブバンド合成部４０４の替わりに図１ではサブバンド合成部１０４があり、また、本発明（図１）には高域位相補正部１０６が追加されていることにある。他の処理部については、従来方式と同じであり当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な説明は省略する。以下では従来と手法が異なる複素サブバンド分割部１０２、サブバンド合成部１０４、高域位相補正部１０６について詳細に説明する。
【００４２】
まず、複素サブバンド分割部１０２とサブバンド合成部１０４について説明する。従来はサブバンド分割フィルタとして複素数のサブバンド信号を生成する式４０２．１のようなフィルタバンクを用いていた。また、これに対応する逆変換として式４０４．１のようなフィルタバンクをサブバンド合成フィルタとして用いていた。
【００４３】
式４０４．１の出力、あるいは、式４０４．１の出力を式４０２．１の入力信号のサンプリング周波数にダウンサンプリングした信号は式４０２．１の入力と完全に一致する完全再構成性がある。高音質な復号オーディオ信号を得るためには、この完全再構成性の関係がサブバンド分割・合成フィルタに必要となる。
【００４４】
本発明においては、演算量を低減するために、従来の複素サブバンド合成部（図４〜５の４０４）で用いられている複素サブバンド合成フィルタを、実数のサブバンド合成フィルタ（図１〜３の１０４）に置き換えている。しかしながら、単にサブバンド合成フィルタを複素数から実数に変更してしまうと完全再構成性は失われ、音質が劣化する。
【００４５】
複素数のサブバンド分割フィルタと実数のサブバンド合成フィルタの間で完全再構成性を実現するためには、従来の複素サブバンド分割フィルタ（図４〜５の４０２）の出力に回転演算を施すと良いことが従来から広く知られている。この回転演算は複素数の実数軸と虚数軸を（π÷４）だけ回転させるものであり、一般的に良く知られたＤＦＴからＤＣＴを導出する手法と同じである。例えば、ｋ0＝１／２の場合、式４０２．１の３２バンド複素ＱＭＦ分割フィルタバンクの計算式には、各サブバンドｋに対して以下の回転演算（Ｋ＝Ｋ1）を施すと良い。
【００４６】
【数３】
なお、式１０２．１における３／４Ｋは１／４Ｋでも良い。
【００４８】
このように従来の複素サブバンド分割部（図４〜５の４０２）の後段に式１０２．１の回転演算を行う処理部を付加したものを複素サブバンド分割部（図１〜３の１０２）としても良いが、これらサブバンド分割フィルタと回転演算処理を合わせた処理と等価な演算をより少ない演算量で実現可能な下式を複素サブバンド分割部（図１〜３の１０２）で行うと良い。
【００４９】
【数４】
これに対応する実数のサブバンド合成フィルタとしては、式４０４．１に
【００５１】
【数５】
という変換を施し、実数部分のみを取り出した
【００５３】
【数６】
をサブバンド合成部（図１〜３の１０４）で用いれば、完全再構成性を実現できるようになる。ここで、Re[.]は複素サブバンド信号の実数部のみを取り出すことを表す。
【００５５】
回転演算は式１０２．２で表されるようにバンド番号kの関数となっているため、式１０２．２を用いた複素サブバンド分割部１０２と式１０４．２を用いたサブバンド合成部１０４の間に帯域拡張処理が入ると位相の不整合が起こる。すなわち、帯域拡張部（図１の１０３、図２の２０３、図３の３０３）から出力される高域サブバンド信号は、低域のバンド番号に応じた回転演算が施された低域サブバンド信号を複写加工して生成されたものであり、サブバンド合成部において高域のバンド番号に応じた逆回転演算が施されると、サブバンド合成部の出力信号における高域成分の位相に狂いが生じる。
【００５６】
そこで高域位相補正部１０４が以下のように位相の補正をする。
【００５７】
【数７】
ここで、ｋ2は複写先の高域のバンド番号を表し、ｋ1は複写元の低域バンド番号を表す。すなわち、高域生成部１０５がサブバンドｋ２の信号を、サブバンドｋ１の信号を複写加工して生成した場合に高域位相補正部１０６において式１０６．１の位相補正処理を行うということである。さらに、式１０６．１はＣＯＳ関数及びＳＩＮ関数の特性を利用して低演算量で実現できる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図２を用いて詳細に説明する。
【００６０】
図２を参照すると、本発明の第２の実施の形態としてのオーディオ復号装置が示されている。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部２０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部２０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部２０７、トーン・ノイズ付加部２０８、トーン・ノイズ位相補正部２０９から構成される。
【００６１】
本発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と比較して、トーン・ノイズ付加部２０８とトーン・ノイズ位相補正部２０９が追加され、振幅調整部２０７がトーン・ノイズ位相補正部の出力信号をも入力信号としていることのみであり、他の部分については全く同一である。さらにトーン・ノイズ付加部２０８および振幅調整部２０７は図５に示した従来技術と全く同一であり、本発明の第２の実施の形態は、トーン・ノイズ位相補正部２０９を追加したことのみである。そこでトーン・ノイズ位相補正部２０９について詳細に説明する。
【００６２】
トーン・ノイズ位相補正部２０９は高域位相補正部１０６と同様に、例えば k0 = 1/2 の場合、サブバンド合成部１０４における逆回転演算を考慮して以下の回転演算
【００６３】
【数８】
を施す必要がある。なお、式２０９．１はcos関数及びsin関数の特性を利用することにより簡略化でき、トーン・ノイズ位相補正部２０９の処理は低演算量で実現できる。さらに、トーン信号およびノイズ信号、あるいはそのどちらかをトーン・ノイズ付加部２０８においてテーブル化して蓄える場合は、位相補正を施したトーン信号およびノイズ信号、あるいはそのどちらかをテーブル化して蓄えることにより、トーン・ノイズ位相補正部２０９を備えるのと同等な効果をより低演算量で得ることができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図３を用いて詳細に説明する。
【００６６】
図３を参照すると、本発明の第３の実施の形態としてのオーディオ復号装置が示されている。本実施形態のオーディオ復号装置は、ビットストリーム分離部１００、低域復号部１０１、複素サブバンド分割部１０２、帯域拡張部３０３、サブバンド合成部１０４とから構成される。さらに、帯域拡張部２０３は、高域生成部１０５、高域位相補正部１０６、振幅調整部２０７、トーン・ノイズ付加部２０８から構成される。
【００６７】
本発明の第３の実施の形態は、本発明の第２の実施の形態と比較して、トーン・ノイズ位相補正部２０９が無くなり、トーン・ノイズ付加部２０８の出力が、トーン・ノイズ位相補正部２０９を通さずに振幅調整部２０７の入力信号となっていることのみであり、他の部分については全く同一である。トーン・ノイズ信号に対して位相補正を行わないために復号オーディオ信号の品質は他の実施の形態よりも低下するが、更なる低演算量化を実現できる。
【００６８】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。
【００６９】
また、図には示されていないが、本実施形態のオーディオ復号装置は、上記で説明したオーディオ復号方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体を備えている。この記録媒体は磁気ディスク、半導体メモリまたはその他の記録媒体であってもよい。このプログラムは、記録媒体からオーディオ復号装置に読み込まれ、オーディオ復号装置の動作を制御する。具体的には、オーディオ復号装置内のＣＰＵがこのプログラムの制御によりオーディオ復号装置のハードウェア資源に特定の処理を行うように指示することにより上記の処理が実現される。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高域生成部の出力に位相補正処理を行う高域位相補正部と、トーン・ノイズ付加部の出力に位相補正処理を行うトーン・ノイズ位相補正部のいずれか、または両方を新たに追加するという基本構成によって、サブバンド合成フィルタを複素フィルタバンクから演算量の少ない実数のフィルタバンクに変更しても高音質な復号オーディオ信号を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の従来のオーディオ復号装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ ビットストリーム分離部
１０１ 低域復号部
１０２、４０２ 複素サブバンド分割部
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 帯域拡張部
１０４、４０４ サブバンド合成部
１０５ 高域生成部
１０６ 高域位相補正部
１０７、２０７ 振幅調整部
２０８ トーン・ノイズ付加部
２０９ トーン・ノイズ位相補正部
Claims (21)
- ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号に対して位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数のサブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、
を有し、
前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量とから算出することを特徴とするオーディオ復号装置。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記位相補正トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とするオーディオ復号装置。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離部と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号部と、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割部と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成部と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正部と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整部と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成部と、から構成されることを特徴とするオーディオ復号装置。 - 前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加部を有することを特徴とする請求項１記載のオーディオ復号装置。
- 前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正部を有することを特徴とする請求項４記載のオーディオ復号装置。
- 前記高域位相補正部による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割部において複写元の周波数に施した位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成部において複写先の周波数に施した位相変換の位相変換量との差分から算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のオーディオ復号装置。
- 前記トーン・ノイズ位相補正部が行う位相補正において、前記トーン・ノイズ信号の周波数に応じて位相補正量が決まることを特徴とする請求項２または５記載のオーディオ復号装置。
- ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離し、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って低域サブバンド信号を生成し、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成し、
前記複写加工サブバンド信号に対して位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成し、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成し、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数のサブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って復号オーディオ信号を取得し、
前記複写加工サブバンド信号に対する前記位相補正の補正量を、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数サブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量と、から算出することを特徴とするオーディオ復号方法。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離し、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成し、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成し、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成し、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成し、
前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成し、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記位相補正トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成し、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得ることを特徴とするオーディオ復号方法。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離し、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成し、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成し、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成し、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成し、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成し、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成し、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得ることを特徴とするオーディオ復号方法。 - 前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成することを特徴とする請求項８記載のオーディオ復号方法。
- 前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成することを特徴とする請求項１１記載のオーディオ復号方法。
- 前記複写加工サブバンド信号に対する前記位相補正の補正量を、前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数サブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量と、の差分から算出することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項記載のオーディオ復号方法。
- 前記前記トーン・ノイズ信号に対する位相補正において、前記トーン・ノイズ信号の周波数に応じて位相補正量が決まることを特徴とする請求項９または１２記載のオーディオ復号方法。
- ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成処理と、
前記複写加工サブバンド信号に対して位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正処理と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギを前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部を実数のサブバンド合成フィルタにより帯域合成する際に、周波数毎に異なる位相変換を行って復号オーディオ信号を取得するサブバンド合成処理と、
前記高域位相補正処理による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割処理において複写元の周波数に施す位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成処理において複写先の周波数に施す位相変換の位相変化量とから算出する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成処理と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正処理と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加処理と、
前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正処理と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記位相補正トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - ビットストリームを低域ビットストリームと高域ビットストリームに分離するビットストリーム分離処理と、
前記低域ビットストリームを復号して低域オーディオ信号を生成する低域復号処理と、
前記低域オーディオ信号を複数の周波数帯域の複素数信号に帯域分割して低域サブバンド信号を生成する複素サブバンド分割処理と、
前記高域ビットストリームの指示に従い前記低域サブバンド信号を複写および加工して複写加工サブバンド信号を生成する高域生成処理と、
前記複写加工サブバンド信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正複写加工サブバンド信号を生成する高域位相補正処理と、
前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加処理と、
前記位相補正複写加工サブバンド信号の信号エネルギと前記トーン・ノイズ信号の信号エネルギの合計を前記高域ビットストリームが指示する信号エネルギに振幅補正して高域サブバンド信号を生成する振幅調整処理と、
前記低域サブバンド信号と前記高域サブバンド信号の実数部をサブバンド合成フィルタにより帯域合成して復号オーディオ信号を得るサブバンド合成処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 前記高域ビットストリームが指示する周波数を持つトーン信号と前記高域ビットストリームが指示する周波数帯域とエネルギを持つノイズ信号から構成されるトーン・ノイズ信号を生成するトーン・ノイズ付加処理をコンピュータに実行させるた めの請求項１５記載のプログラム。
- 前記トーン・ノイズ信号の位相をその周波数に応じて予め定められた位相補正を施して位相補正トーン・ノイズサブバンド信号を生成するトーン・ノイズ位相補正処理をコンピュータに実行させるための請求項１８記載のプログラム。
- 前記高域位相補正処理による前記位相補正の補正量を、前記複素サブバンド分割処理において複写元の周波数に施した位相変換の位相変換量と、前記サブバンド合成処理において複写先の周波数に施した位相変換の位相変換量との差分から算出する処理をコンピュータに実行させるための請求項１５から１９のいずれか１項記載のプログラム。
- 前記トーン・ノイズ位相補正処理にて行う位相補正において、前記トーン・ノイズ信号の周波数に応じて位相補正量が決まることを特徴とする請求項１６または１９記載のプログラム。
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