JP2016510432A - 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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Abstract
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 (34)
- 受信オーディオ信号の損失オーディオフレームに対するコンシールメント方法を制御する方法であって、
過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は観測されたフレーム損失の統計的特性における、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下するような状態を検出するステップ(101)と、
状態が検出された場合、代替フレームスペクトルの位相又はスペクトル振幅を選択的に調整することにより前記コンシールメント方法を修正するステップ(102)と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記代替フレームスペクトルの当初の計算は、式Z(m)=Y(m)・ejθ kに従って実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記検出される状態は過渡検出を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記過渡検出は周波数領域で実行されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記過渡検出は、
分析フレームを2つの部分フレームに分割するステップと、
前記2つの部分フレームのエネルギ比を計算するステップと、
前記エネルギ比を所定の閾値と比較するステップと、
を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の方法。 - 第1の部分フレームは前記分析フレームの左側部分を含み、第2の部分フレームは前記分析フレームの右側部分を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記所定閾値は、立ち下がり検出のための上限閾値と、立ち上がり検出のための下限閾値とを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記過渡検出は、周波数帯域に基づいて周波数選択的に実行されることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 周波数帯域幅は人間の聴覚の臨界帯域の大きさに従うことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記コンシールメント方法は、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下する状態を示す指標に応じて更に修正され、前記指標は、使用されるコーデックモードを示すパラメータ、音声の有声音特性に関連するパラメータ、信号コンテンツが音楽であるか音声であるかの推定を示す信号コンテンツ指標、のうちの少なくとも1つに基づくことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記指標が、信号が有声音を含むことを示す場合、音声信号に合わせて最適化された代替フレーム損失コンシールメント方法が選択されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記損失フレームの前記代替によって品質が相対的に低下するような前記観測されたフレーム損失の1つの統計的特性は、前記フレーム損失のバースト性であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記スペクトル振幅は、前記フレーム損失のバースト性の検出に応じて、第1の減衰率を徐々に増加させることにより調整されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 過渡が示されたことに応じて第2の減衰率が設定され、前記第1の減衰率と前記第2の減衰率との積により全減衰量が制御されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 位相の調整は、位相スペクトルのランダム化又はディザリングを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記位相スペクトルは、フレーム損失の検出されたバースト性に応じて、前記ディザリングを、徐々に程度を増加させながら実行することにより調整されることを特徴とする請求項12及び15に記載の方法。
- 請求項1乃至16のうちの少なくとも1項に記載の方法を実行する手段を備えることを特徴とする装置。
- 装置であって、
プロセッサ(154)と、
命令(155)を記憶するメモリ(156)と、
を備え、前記命令(155)は、前記プロセッサにより実行されたとき、前記装置に、
過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は観測されたフレーム損失の統計的特性における、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下するような状態を検出させ、
そのような状態が検出された場合、代替フレームスペクトルの位相又はスペクトル振幅を選択的に調整することにより前記コンシールメント方法を修正させる
ことを特徴とする装置。 - 前記代替フレームスペクトルの当初の計算は、式Z(m)=Y(m)・ejθ kに従って実行されることを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 過渡検出器を更に有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記過渡検出器は、周波数領域で過渡検出を実行することを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記過渡検出器は、
分析フレームを2つの部分フレームに分割し、
前記2つの部分フレームのエネルギ比を計算し、
前記エネルギ比を所定の閾値と比較する
ことを特徴とする請求項20又は21に記載の装置。 - 前記過渡検出器は、周波数帯域に基づいて周波数選択的な過渡検出を実行することを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置は、更に、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下する状態を示す指標に応じて前記コンシールメント方法を修正するように構成されており、前記指標は、使用されるコーデックモードを示すパラメータ、音声の有声音特性に関連するパラメータ、信号コンテンツが音楽であるか音声であるかの推定を示す信号コンテンツ指標、のうちの少なくとも1つに基づくことを特徴とする請求項18乃至23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記損失フレームの前記代替によって品質が相対的に低下するような前記観測されたフレーム損失の1つの統計的特性は、前記フレーム損失のバースト性であることを特徴とする請求項18に記載の装置。
- スペクトル振幅は、前記フレーム損失のバースト性の検出に応じて、第1の減衰率を徐々に増加させることにより調整されることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 過渡が示されたことに応じて第2の減衰率が設定され、前記第1の減衰率と前記第2の減衰率との積により全減衰量が制御されることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 位相の調整は、位相スペクトルのランダム化又はディザリングを含むことを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記装置は移動体装置のデコーダであることを特徴とする請求項17又は18に記載の装置。
- コンピュータ読み取り可能なコードユニットを含むコンピュータプログラム(155)であって、装置で実行されると、前記装置に、
過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は観測されたフレーム損失の統計的特性における、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下するような状態を検出させ(101)、
そのような状態が検出された場合、代替フレームスペクトルの位相又はスペクトル振幅を選択的に調整することにより、コンシールメント方法を修正させる(102)
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 - コンピュータ読み取り可能な媒体と、前記コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶された請求項30に記載のコンピュータプログラム(155)とを含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品(156)。
- 符号化オーディオ信号を受信する入力ユニット(132)と、
損失オーディオフレームのコンシールメントを行う論理フレーム損失コンシールメントユニット(134)と、
過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は観測されたフレーム損失の統計的特性における、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下するような状態を検出し、そのような状態が検出された場合、代替フレームスペクトルの位相又はスペクトル振幅を選択的に調整することにより、損失オーディオフレームの前記コンシールメントを修正するコントローラ(136)と、
を有することを特徴とするデコーダ(130)。 - 前記コントローラ(136)は、前記過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は前記観測されたフレーム損失の前記統計的特性における状態の前記検出を実行する検出器ユニット(146)と、前記コンシールメント方法の前記修正を実行する修正器ユニット(148)とを含むことを特徴とする請求項32に記載のデコーダ。
- 受信オーディオ信号の損失オーディオフレームに対するコンシールメント方法を制御する装置(130)であって、
過去に受信され再構成されたオーディオ信号の特性又は観測されたフレーム損失の統計的特性における、損失フレームの代替によって品質が相対的に低下するような状態を検出する検出モジュール(146)と、
そのような状態が検出された場合、代替フレームスペクトルの位相又はスペクトル振幅を選択的に調整することにより、前記コンシールメント方法を修正する修正モジュール(148)と、
を有することを特徴とする装置。
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