(57)【要約】  音声品質の劣化を抑えることができる音声符号化装置。この装置では、CELPコアレイヤからの合成信号スペクトル係数においてスペクトル包絡線の成形を行い、成形した合成信号を変換符号化レイヤのスペクトルギャップを埋める（満たす）ために使用する。変換符号化レイヤの復号誤差信号スペクトル係数を再構成し、CELPコアレイヤからの合成信号スペクトル係数および変換符号化レイヤからの復号誤差信号スペクトル係数を加算することによって復号信号スペクトル係数を再構成し、復号信号スペクトル係数および入力信号スペクトル係数をともに複数のサブ帯域に分割し、各サブ帯域ごとに、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する入力信号スペクトル係数のエネルギーを計算し、各サブ帯域ごとに、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する復号信号スペクトル係数のエネルギーを計算し、各サブ帯域ごとにエネルギー比を求め、エネルギー比を量子化して送信する。
2012053150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化部と、
前記第１符号化データを復号して第１復号信号を生成する第１ローカル復号部と、
前記入力信号から前記第１復号信号を減算して誤差信号を生成する減算部と、
前記誤差信号のスペクトル係数の一部のみを符号化して第２符号化データを生成する第２符号化部と、
スペクトル包絡線成形パラメータを計算するスペクトル包絡線成形パラメータ計算部と、
前記スペクトル包絡線成形パラメータを量子化して第３符号化データを生成する量子化部と、
を具備する音声符号化装置。
【請求項２】
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、
前記第２符号化データからゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成する第２ローカル復号部と、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成する加算部と、
前記入力信号のスペクトル係数の入力信号エネルギーを計算する第１エネルギー計算部と、
前記復号信号スペクトル係数の復号信号エネルギーを計算する第２エネルギー計算部と、
前記入力信号エネルギーと前記復号信号エネルギーとの間のエネルギー比を計算するエネルギー比計算部と、
を具備する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項３】
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、
前記第２符号化データからゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成する第２ローカル復号部と、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成する加算部と、
前記ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記入力信号のスペクトル係数の入力信号エネルギーを計算する第１エネルギー計算部と、
前記ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記復号信号スペクトル係数の復号信号エネルギーを計算する第２エネルギー計算部と、
前記入力信号エネルギーと前記復号信号エネルギーとの間のエネルギー比を計算するエネルギー比計算部と、
を具備する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項４】
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、
前記第２符号化データからゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成する第２ローカル復号部と、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成する加算部と、
前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記入力信号のスペクトル係数の入力信号エネルギーを計算する第１エネルギー計算部と、
前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記復号信号スペクトル係数の復号信号エネルギーを計算する第２エネルギー計算部と、
を具備する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項５】
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、
前記第２符号化データからゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成する第２ローカル復号部と、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成する加算部と、
前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、入力信号のスペクトル係数の第１入力信号エネルギーを計算する第１エネルギー計算部と、
前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記復号信号スペクトル係数の第１復号信号エネルギーを計算する第２エネルギー計算部と、
前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する前記第１入力信号エネルギーと前記非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する前記第１復号信号エネルギーとの間の第１エネルギー比を計算する第１エネルギー比計算部と、
前記ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、入力信号のスペクトル係数の第２入力信号エネルギーを計算する第３エネルギー計算部と、
前記ゼロ復号誤差信号スペクトル係数に対応する、前記復号信号スペクトル係数の第２復号信号エネルギーを計算する第４エネルギー計算部と、
前記第２入力信号エネルギーと前記第２復号信号エネルギーとの間の第２エネルギー比を計算する第２エネルギー比計算部と、
を具備する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項６】
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、
前記第２エネルギー比と前記第１エネルギー比との間の比を計算する比計算部、をさらに具備する、
請求項５に記載の音声符号化装置。
【請求項７】
前記第１符号化部は、符号励振線形予測を用いて前記入力信号を符号化する、
請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項８】
前記第２符号化部は、ベクトル量子化を用いて、前記誤差信号のスペクトル係数の一部のみを符号化する、
請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項９】
前記第２符号化部は、限定された数のパルスで前記スペクトル係数を表現する前記ベクトル量子化を行う、
請求項８に記載の音声符号化装置。
【請求項１０】
前記スペクトル係数を複数のサブ帯域に分割する帯域分割を行う帯域分割部と、
前記複数のサブ帯域のうちスペクトル包絡線成形を必要とする一部のサブ帯域を決定する帯域決定部と、をさらに具備し、
前記スペクトル包絡線成形パラメータ計算部は、前記一部のサブ帯域に対する前記スペクトル包絡線成形パラメータを計算する、
請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項１１】
前記帯域分割部は、利用可能ビットに従って前記帯域分割を行い、
前記利用可能なビットがある場合は、前記スペクトル係数をさらに多くのサブ帯域に分割し、
前記利用可能なビットが少ない場合は、前記スペクトル係数をより少ないサブ帯域に分割する、
請求項１０に記載の音声符号化装置。
【請求項１２】
前記スペクトル包絡線成形パラメータの計算対象となった前記一部のサブ帯域を示すフラグ信号を送信する送信部、をさらに具備する、
請求項１０に記載の音声符号化装置。
【請求項１３】
第１符号化データを復号して第１復号信号を生成する第１復号部と、
第２符号化データを復号してゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成する第２復号部と、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成する第１加算部と、
第３符号化データを逆量子化して復号スペクトル包絡線成形パラメータを生成する逆量子化部と、
前記復号スペクトル包絡成形パラメータを用いて前記復号信号スペクトル係数を成形して成形復号信号スペクトル係数を生成するスペクトル包絡線成形部と、
前記復号誤差信号スペクトル係数と前記成形復号信号スペクトル係数とを加算して後処理誤差信号を生成する第２加算部と、
前記第１復号信号と前記後処理誤差信号とを加算して出力信号を生成する第３加算部と、
を具備する音声復号化装置。
【請求項１４】
前記第１復号部は、符号励振線形予測を用いて第１符号化データを復号する、
請求項１３に記載の音声復号化装置。
【請求項１５】
前記第２復号部は、ベクトル量子化を用いて、前記第２符号化データを復号する、
請求項１３に記載の音声復号化装置。
【請求項１６】
前記第２復号部は、限定された数のパルスで前記復号誤差信号スペクトル係数を表現する前記ベクトル量子化を行う、
請求項１５に記載の音声復号化装置。
【請求項１７】
前記復号誤差信号スペクトル係数を複数のサブ帯域に分割する帯域分割を行う帯域分割部と、
前記複数のサブ帯域のうちスペクトル包絡線成形を必要とする一部のサブ帯域を決定する帯域決定部と、をさらに具備し、
前記逆量子化部は、前記一部のサブ帯域においてのみ、前記復号スペクトル包絡線成形パラメータを生成し、
前記スペクトル包絡線成形部は、前記一部のサブ帯域においてのみ、前記復号信号スペクトル係数を成形する、
請求項１３に記載の音声復号化装置。
【請求項１８】
前記帯域決定部は、前記スペクトル包絡線成形を必要とする前記一部のサブ帯域を示すフラグ信号に従って前記一部のサブ帯域を決定する、
請求項１７に記載の音声復号化装置。
【請求項１９】
入力信号を符号化して第１符号化データを生成し、
前記第１符号化データを復号して第１復号信号を生成し、
前記入力信号から前記第１復号信号を減算して誤差信号を生成し、
前記誤差信号のスペクトル係数の一部のみを符号化して第２符号化データを生成し、
スペクトル包絡線成形パラメータを計算し、
前記スペクトル包絡線成形パラメータを量子化して第３符号化データを生成する、
音声符号化方法。
【請求項２０】
第１符号化データを復号して第１復号信号を生成し、
第２符号化データを復号してゼロ復号誤差信号スペクトル係数と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数より成る復号誤差信号スペクトル係数を生成し、
前記第１復号信号のスペクトル係数と前記復号誤差信号スペクトル係数とを加算して復号信号スペクトル係数を生成し、
第３符号化データを逆量子化して復号スペクトル包絡線成形パラメータを生成し、
前記復号スペクトル包絡成形パラメータを用いて前記復号信号スペクトル係数を成形して成形復号信号スペクトル係数を生成し、
前記復号誤差信号スペクトル係数と前記成形復号信号スペクトル係数とを加算して後処理誤差信号を生成し、
前記第１復号信号と前記後処理誤差信号とを加算して出力信号を生成する、
音声復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声符号化装置および音声復号化装置に関し、例えば、階層符号化（符号励振線形予測（CELP）および変換符号化）を用いた音声符号化装置および音声復号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声符号化には、変換符号化および線形予測符号化という主に２種類の符号化方式がある。【０００３】
変換符号化は、離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への信号変換を伴う。信号変換により得られるスペクトル係数は量子化され、符号化される。量子化または符号化の処理において、通常、音響心理学モデルを適用してスペクトル係数の聴感的重要性を求め、聴感的重要性に応じてスペクトル係数を量子化または符号化する。変換符号化（変換コーデック）としてMPEG MP3、MPEG、AAC（非特許文献１参照）およびDolby AC3等が広く用いられている。変換符号化は音楽または一般のオーディオ信号に有効である。変換コーデックの簡単な構成を図１に示す。【０００４】
図１に示す符号化器において、時間領域信号S(n)は離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への変換方法（101）を用いて周波数領域信号S(f)に変換される。【０００５】
音響心理学モデル分析を周波数領域信号S(f)に対して行い、マスキング曲線を導く（103）。音響心理学モデル分析から求めたマスキング曲線に従って周波数領域信号S(f)に対して量子化を適用し（102）、量子化ノイズが聞き取れないようにする。【０００６】
量子化パラメータを多重化し（104）、復号器側に送信する。【０００７】
図１に示す復号器において、まず、すべてのビットストリーム情報を分離する（105）。量子化パラメータを逆量子化し復号スペクトル係数S〜(f)を再構成する（106）。【０００８】
復号スペクトル係数S〜(f)を、逆離散フーリエ変換（IDFT）または逆変形離散コサイン変換（IMDCT）などの周波数領域から時間領域への変換方法（107）を用いて時間領域に再変換し、復号信号S〜(n)を再構成する。【０００９】
一方、 線形予測符号化は時間領域における音声信号の予測可能な特性を生かして入力音声信号に線形予測を適用することによって残差信号（音源信号）を求める。ピッチ周期に基づく時間シフトにおいて類似性を持つ有声領域にとって、このモデル化手順は非常に効率的な表現となる。線形予測後、残差信号は主にTCXおよびCELPという２種類の方法によって符号化される。【００１０】
TCX（非特許文献２参照）において、残差信号は周波数領域に変換され、符号化が行われる。広く用いられているTCXコーデックは3GPP AMR-WB+である。TCXコーデックの簡単な構成を図２に示す。【００１１】
図２に示した符号化器において、LPC 分析を入力信号に対して行う（201）。LPC分析部にて求められたLPC 係数を量子化（202）し、量子化パラメータを多重化（207）して復号器側に送信する。逆量子化部（203）で得られる逆量子化LPC係数を用いて、入力信号S(n)に対してLPC逆フィルタリングを適用する（204）ことによって残差信号Sr(n)を求める。【００１２】
離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への変換方法を用いて残差信号Sr(n)を残差信号スペクトル係数Sr(f)へ変換する(205)。【００１３】
残差信号スペクトル係数Sr(f)に量子化を適用し（206）、量子化パラメータを多重化し（207）、復号器側に送信する。【００１４】
図２に示す復号器において、まず、すべてのビットストリーム情報を分離する（208）。【００１５】
量子化パラメータを逆量子化して復号残差信号スペクトル係数Sr〜(f)を再構成する（210）。【００１６】
復号残差信号スペクトル係数Sr〜(f)を、逆離散フーリエ変換（IDFT）または逆変形離散コサイン変換（IMDCT）などの周波数領域から時間領域への変換方法（211）を用いて時間領域に再変換して、復号残差信号Sr〜(n)を再構成する。【００１７】
逆量子化部（209）からの逆量子化LPCパラメータにより、復号残差信号Sr〜(n)をLPC合成フィルタ（212）により処理し復号信号S〜(n)を得る。【００１８】
CELP符号化において、残差信号は所定の符号帳を用いて量子化を行う。また、音質をさらに高めるために、一般的に原信号とLPC合成信号間の差信号を周波数領域に変換し、さらに符号化する。この構成の符号化としてITU-T G.729.1（非特許文献３参照）、 ITU-T G.718（非特許文献４参照）がある。CELPをコア部に用いた階層符号化（エンベディッド符号化）および変換符号化の簡単な構成を図３に示す。【００１９】
図３に示す符号化器において、入力信号に対して時間領域の予測可能性を生かしたCELP符号化を実行する（301）。CELP符号化パラメータにより、ローカルCELP復号器によって合成信号を再構成する（302）。入力信号から合成信号を差し引くことにより誤差信号Se(n)（入力信号と合成信号間の差信号）を得る。【００２０】
離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への変換方法（303）によって誤差信号Se(n)を誤差信号スペクトル係数Se(f)へ変換する。【００２１】
Se(f)に対して量子化を行い（304）、量子化パラメータを多重化（305）して復号器側に送信する。【００２２】
図３に示す復号器において、まず、すべてのビットストリーム情報を分離する（306）。【００２３】
量子化パラメータを逆量子化して復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を再構成する（308）。【００２４】
復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を、逆離散フーリエ変換（IDFT）または逆変形離散コサイン変換（IMDCT）などの周波数領域から時間領域への変換方法（309）を用いて時間領域に再変換して、復号誤差信号Se〜(n)を再構成する。【００２５】
CELP符号化パラメータにより、CELP復号器は合成信号Ssyn(n)を再構成し（307）、CELP合成信号Ssyn(n)および復号誤差信号Se〜(n)を加算することによって復号信号S〜(n)を再構成する。【００２６】
変換符号化は、通常、ベクトル量子化方法を用いて実行する。【００２７】
ビット制約条件のため、通常、すべてのスペクトル係数を細かく量子化することは不可能であり、スペクトル係数はたいていまばらに量子化され、スペクトル係数の一部のみが量子化される。【００２８】
例えば、スペクトル係数量子化用G.718、multi-rate lattice VQ (SMLVQ)（非特許文献５参照）、Factorial Pulse Coding（FPC）およびBand Selective - Shape Gain Coding（BS-SGC）で用いられる数種類のベクトル量子化方法がある。各ベクトル量子化方法は、変換符号化レイヤのいずれか１つで利用され、またビット制約条件のため各レイヤにおいていくつかのスペクトル係数のみが選択され量子化される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Karl Heinz Brandenburg, "MP3 and AAC Explained", AES 17thInternational Conference, Florence, Italy, September 1999.
【非特許文献２】Lefebvre, et al., "High quality coding of wideband audio signals using transform coded excitation (TCX)", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 1, pp. I/193-I/196, Apr. 1994
【非特許文献３】ITU-T Recommendation G.729.1 (2007) “G.729-based embedded variable bit-rate coder: An 8-32kbit/s scalable wideband coder bitstream interoperable with G.729”
【非特許文献４】T. Vaillancourt et al, “ITU-T EV-VBR: A Robust 8-32 kbit/s Scalable Coder for Error Prone Telecommunication Channels", in Proc. Eusipco, Lausanne, Switzerland, August 2008
【非特許文献５】M. Xie and J.-P. Adoul, "Embedded algebraic vector quantization (EAVQ) with application to wideband audio coding," IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Atlanta, GA, U.S.A, 1996, vol. 1, pp. 240-243
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
図４に示すように、階層符号化において入力信号はCELPおよび変換符号化により処理される。ベクトル量子化は変換符号化の手段として利用される。【００３１】
利用できるビット数が限られていると、すべてのスペクトル係数が変換符号化レイヤで量子化できるとは限らず、復号スペクトル係数に多くのゼロスペクトル係数が発生する結果となる。より厳しい条件下では復号スペクトル係数にスペクトルギャップが生じる。【００３２】
復号信号スペクトル係数におけるスペクトルギャップのため、復号信号においては鈍くこもった音として感じられる。すなわち、音声品質が劣化する。【００３３】
本発明の目的は、音声品質の劣化を抑えることができる音声符号化装置および音声復号化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明では、まばらな量子化によって生じたスペクトルギャップを埋める。【００３５】
図５に示すように、本発明では、CELPコアレイヤからの合成信号スペクトル係数においてスペクトル包絡線の成形を行い、成形した合成信号を変換符号化レイヤのスペクトルギャップを埋める（満たす）ために使用する。【００３６】
スペクトル包絡線成形処理の詳細を以下に示す。【００３７】
まず、音声符号化装置の処理を示す。（１）変換符号化レイヤの復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を再構成する。（２）CELPコアレイヤからの合成信号スペクトル係数Ssyn(f)および以下の式に示すような変換符号化レイヤからの復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を加算することによって復号信号スペクトル係数S〜(f)を再構成する。
【数１】
2012053150.tif 000003
2012053150.tif 000004
（３）復号信号スペクトル係数S〜(f)および入力信号スペクトル係数S(f)はともに複数のサブ帯域に分割される。（４）各サブ帯域ごとに、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)に対応する入力信号スペクトル係数S(f)のエネルギーを以下の式に示すように計算する。ここで、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数とは、スペクトル係数値がゼロとなる復号誤差信号スペクトル係数を意味する。
【数２】
2012053150.tif 000005
2012053150.tif 000006
（５）各サブ帯域ごとに、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)に対応する復号信号スペクトル係数S〜(f)のエネルギーを以下の式のように計算する。
【数３】
2012053150.tif 000007
2012053150.tif 000008
（６）各サブ帯域ごとに、以下の式に示すようなエネルギー比を求める。
【数４】
2012053150.tif 000009
2012053150.tif 000010
（７）エネルギー比は量子化され音声復号化装置側に送信される。【００３８】
次に、音声復号化装置の処理を示す。（１）エネルギー比を逆量子化する。（２）CELPコアレイヤからの合成信号スペクトル係数を、復号エネルギー比から求めたスペクトル包絡線成形パラメータに従って成形する。（３）スペクトル包絡線成形スペクトルは、以下の式に示すように変換符号化レイヤのスペクトルギャップを埋めるために利用される。
【数５】
2012053150.tif 000011
2012053150.tif 000012
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、スペクトル中のスペクトルギャップを埋めることにより、復号信号中の鈍くこもった音を回避して音声品質の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】変換コーデックの簡単な構成を示す図
【図２】TCXコーデックの簡単な構成を示す図
【図３】階層コーデック（CELPおよび変換符号化）の簡単な構成を示す図
【図４】階層コーデック（CELPおよび変換符号化）の課題を示す図
【図５】本発明の課題を解決するための手段を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係るスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係るスペクトルの分割方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るスペクトル包絡線成形部の構成を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２に係るスペクトル包絡線成形部の構成を示す図
【図１３】本発明の実施の形態３に係るスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図
【図１４】本発明の実施の形態４に係るスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るスペクトル包絡線成形部の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、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。なお、各実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００４２】
（実施の形態１）
図６は本実施の形態に係る音声符号化装置の構成を示す図であり、図９は本実施の形態に係る音声復号化装置の構成を示す図である。図６および図９では、本発明をCELPおよび変換符号化の階層符号化（階層符号化、埋め込み符号化）に適用した場合を示す。
【００４３】
図６に示す音声符号化装置において、CELP符号化部601は、時間領域の信号の予測可能性を生かして符号化を行う。
【００４４】
CELPローカル復号部602は、CELP符号化パラメータにより合成信号の再構成を行い、多重化部609は、CELP符号化パラメータを多重化し音声復号化装置に送信する。
【００４５】
減算器610は、入力信号から合成信号を減算することにより誤差信号Se(n)（入力信号および合成信号間の差信号）を求める。
【００４６】
T/F変換部603および604は、合成信号および誤差信号Se(n)を、離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への変換方法を用いて、合成信号スペクトル係数および誤差信号スペクトル係数Se(f)に変換する。
【００４７】
ベクトル量子化部605は、誤差信号スペクトル係数Se(f)に対してベクトル量子化を実行し、ベクトル量子化パラメータを生成する。
【００４８】
多重化部609は、ベクトル量子化パラメータを多重化し音声復号化装置に送信する。
【００４９】
同時に、ベクトル逆量子化部606は、ベクトル量子化パラメータを逆量子化し復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を再構成する。
【００５０】
スペクトル包絡線抽出部607は、スペクトル包絡線成形パラメータ{Gi}を合成信号スペクトル係数、誤差信号スペクトル係数および復号誤差信号スペクトル係数から抽出する。
【００５１】
量子化部608は、スペクトル包絡線成形パラメータ{Gi}を量子化し、多重化部609は、量子化パラメータを多重化し音声復号化装置に送信する。
【００５２】
図７にスペクトル包絡線抽出部607の詳細を示す。
【００５３】
図７に示すように、スペクトル包絡線抽出部607に対する入力は、合成信号スペクトル係数Ssyn(f)、誤差信号スペクトル係数 Se(f)および復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)である。出力はスペクトル包絡線成形パラメータ{Gi}である。
【００５４】
まず、加算器708は、合成信号スペクトル係数Ssyn(f)および誤差信号スペクトル係数Se(f)を加算して入力信号スペクトル係数S(f)を成形する。また、加算器707は、合成信号スペクトル係数Ssyn(f)、復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を加算して復号信号スペクトル係数S〜(f)を形成する。
【００５５】
次に、帯域分割部702および701は、入力信号スペクトル係数S(f) および復号信号スペクトル係数S〜(f)を複数のサブ帯域に分割する。
【００５６】
次に、スペクトル係数分割部704および703は、復号誤差信号スペクトル係数を参照し、入力信号スペクトル係数と復号信号スペクトル係数それぞれを２つの組に分類する。まず、入力信号スペクトル係数について説明する。スペクトル係数分割部704は、各サブ帯域において、復号信号スペクトル係数値がゼロである帯域に対応する入力信号スペクトル係数をゼロ入力信号スペクトル係数、復号信号スペクトル係数値がゼロでない帯域に対応する入力信号スペクトル係数を非ゼロ入力信号スペクトル係数というように２つのタイプに分類する。スペクトル係数分割部703は、復号誤差信号スペクトル係数に基づいた同様の分類を復号信号スペクトル係数にも適用し、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数および非ゼロ復号信号スペクトル係数を求める。
【００５７】
図８に示すように、スペクトル係数分割部704は、第iサブ帯域に対して、復号誤差スペクトル係数値がゼロである帯域（ゼロ復号誤差信号スペクトル係数）と復号誤差スペクトル係数値がゼロでない帯域（非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数）に分割する。第iサブ帯域の入力信号スペクトル係数Si(f)をゼロ復号誤差信号スペクトル係数S”ei〜(f)と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数S’ei〜(f)に対応させて、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数S”ei〜(f)が位置する帯域に含まれるスペクトル係数をゼロ入力信号スペクトル係数S”i(f)、非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数S’ei〜(f)が位置する帯域に含まれるスペクトル係数を非ゼロ入力信号スペクトル係数S’i(f)とに分類する。同様に、スペクトル係数分割部703は、第iサブ帯域の復号信号スペクトル係数Si〜(f)を、ゼロ復号誤差信号スペクトル係数S”ei〜(f)と非ゼロ復号誤差信号スペクトル係数S’ei〜(f)に対応させて、ゼロ復号信号スペクトル係数S”i〜(f)と非ゼロ復号信号スペクトル係数S’i〜(f)とに分類する。
【００５８】
サブ帯域エネルギー算出部706および705は、ゼロ入力信号スペクトル係数S”i(f) およびゼロ復号信号スペクトル係数S”i〜(f)において各サブ帯域ごとにエネルギーを計算し、以下の式に示すようにエネルギーを計算する。
【数６】
2012053150.tif 000013
2012053150.tif 000014
【数７】
2012053150.tif 000015
2012053150.tif 000016
【００５９】
上記２つのエネルギー間の比は以下の式のように計算する。
【００６０】
【数８】
2012053150.tif 000017
2012053150.tif 000018
【００６１】
この{Gi}が除算器707からスペクトル包絡線成形パラメータとして出力される。
【００６２】
図９に示す音声復号化装置において、まず、分離部901は、すべてのビットストリーム情報を分離して、CELP符号化パラメータ、ベクトル量子化パラメータ及び量子化パラメータを生成し、それぞれCELP復号部902、ベクトル逆量子化部904および逆量子化部905に出力する。
【００６３】
CELP復号部902は、CELP符号化パラメータにより、合成信号Ssyn(n)を再構成する。
【００６４】
T/F変換部903は、合成信号Ssyn(n)を、離散フーリエ変換（DFT）または変形離散コサイン変換（MDCT）などの時間領域から周波数領域への変換方法を用いて復号信号スペクトル係数Ssyn(f)に変換する。
【００６５】
ベクトル逆量子化部904は、ベクトル量子化パラメータを逆量子化して復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)を再構成する。
【００６６】
逆量子化部905は、スペクトル包絡線成形パラメータ用の量子化パラメータを逆量子化して復号スペクトル包絡線成形パラメータ{Gi〜}を再構成する。
【００６７】
スペクトル包絡線成形部906は、復号スペクトル包絡線成形パラメータ{Gi〜}、合成信号スペクトル係数Ssyn(f)および復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)により、復号誤差信号スペクトル係数のスペクトルギャップを埋めて、後処理誤差信号スペクトル係数Spost_e〜(f)を生成する。
【００６８】
F/T変換部907は、後処理誤差信号スペクトル係数Spost_e〜(f)を時間領域に再変換し、逆離散フーリエ変換（IDFT）または逆変形離散コサイン変換（IMDCT）などの周波数領域から時間領域への変換方法を用いて復号誤差信号Se〜(n)を再構成する。
【００６９】
加算器908は、合成信号Ssyn(n)および復号誤差信号Se〜(n)を加算することによって復号信号S〜(n)を再構成する。
【００７０】
図１０にスペクトル包絡線成形部906の詳細を示す。
【００７１】
図１０に示すように、スペクトル包絡線成形部906に対する入力は、復号スペクトル包絡線成形パラメータ{Gi〜}、合成信号スペクトル係数Ssyn(f) および復号誤差信号スペクトル係数Se〜(f)である。出力は後処理誤差信号スペクトル係数Spost_e〜(f)である。
【００７２】
帯域分割部1001は、合成信号スペクトル係数Ssyn(f)を複数のサブ帯域に分割する。
【００７３】
次に、スペクトル係数分割部1002は、図８に示すように、復号誤差信号スペクトル係数を参照し、合成信号スペクトル係数を２つの組に分類する。つまり、スペクトル係数分割部1002は、各サブ帯域において、復号信号スペクトル係数値がゼロである帯域に対応する合成信号スペクトル係数をゼロ合成信号スペクトル係数S”syn_i(f)、復号信号スペクトル係数値がゼロでない帯域に対応する合成信号スペクトル係数を非ゼロ合成信号スペクトル係数S’syn_i(f)というように２つのタイプに分類する。
【００７４】
スペクトル包絡線成形パラメータ生成部1003は、復号スペクトル包絡線成形パラメータGi〜を処理して、適切なスペクトル包絡線成形パラメータを計算する。その方法の１つを以下の式に示す。
【数９】
2012053150.tif 000019
2012053150.tif 000020
【００７５】
そして、次式に示されるように、乗算器1004によってCELPレイヤからの合成信号スペクトル係数はスペクトル包絡線成形パラメータに従って成形され、加算器1005によって後処理誤差信号スペクトルが生成される。
【数１０】
2012053150.tif 000021
【数１１】
2012053150.tif 000022
2012053150.tif 000023
【００７６】
＜バリエーション＞
符号化部においては、ゼロ入力信号スペクトル係数、ゼロ復号信号スペクトル係数の少なくとも一方が分類された後、復号部においてはゼロ合成信号スペクトル係数が分類された後に、これら分類結果を考慮して帯域分割を行っても良い。これにより、効率的にサブ帯域を決定することが可能となる。
【００７７】
スペクトル包絡線成形パラメータの量子化に利用できるビット数がフレームごとに可変となる構成に本発明を適用しても良い。これは例えば、可変ビットレート符号化方式、または図６におけるベクトル量子化部605での量子化ビット数がフレーム毎に変動するような方式が用いられている場合が該当する。その場合、スペクトル包絡線成形パラメータの量子化に利用可能なビット数の大きさに従って帯域分割を行っても良い。例えば、利用可能ビット数が多い場合、サブ帯域数が多くなるように帯域分割を行うことでスペクトル包絡線形成パラメータをより多く量子化することができる（高い解像度の実現）。逆に利用可能ビット数が少ない場合、サブ帯域数が少なくなるように帯域分割を行うことでスペクトル包絡線形成パラメータをより少なく量子化する（低い解像度の実現）。このように利用できるビット数に応じてサブ帯域数を適応的に変化させることにより、利用できるビット数に適した数のスペクトル包絡線形成パラメータの量子化を実現でき、音質改善を図ることができる。
【００７８】
スペクトル包絡線形成パラメータの量子化を行う際、高周波数帯域から低周波数帯域の順に量子化を行っても良い。この理由は、低周波数帯域においてCELPは線形予測モデル化により音声信号を非常に効率良く符号化ができる。そのため、CELPをコアレイヤに用いた場合、高周波数帯域のスペクトルギャップを埋める方が聴感上より重要になるためである。
【００７９】
スペクトル包絡線形成パラメータの量子化に用いることのできるビット数が不足する場合、大きなGi値（Gi>1）もしくは小さなGi値（Gi<1）を持つスペクトル包絡線形成パラメータを選択し、選択されたスペクトル包絡線形成パラメータに限定して量子化を行い復号器側に送信しても良い。つまりこれは、ゼロ入力信号スペクトル係数のエネルギーとゼロ復号信号スペクトル係数のエネルギーの違いが大きいサブ帯域に限定してスペクトル包絡線形成パラメータを量子化することを意味している。これにより、聴感的に改善度の大きいサブ帯域の情報を選択して量子化することになるため、音質改善を実現できる。なおこの場合、選択されたエネルギーのサブ帯域を示すためのフラグを送信する。
【００８０】
スペクトル包絡線形成パラメータの量子化の際、量子化後に復号されたスペクトル包絡線形成パラメータが、量子化の対象となるスペクトル包絡線形成パラメータの値を越えないように制限を設けて量子化を行っても良い。これにより、スペクトルギャップを埋める後処理誤差信号スペクトル係数が不必要に大きくなることを避けることができ、音質を改善することができる。
【００８１】
（実施の形態２）
低ビットレートで符号化する構成の場合、スペクトルギャップが生じていない帯域（つまり変換符号化レイヤで符号化が行われた帯域）でも符号化精度が十分ではなく、入力信号スペクトル係数との符号化誤差が大きい場合がある。このような状態において、スペクトルギャップが生じていない帯域に対してもスペクトルギャップが生じている帯域と同様に、スペクトル包絡線成形を適用することで音質を改善することが可能である。また、この場合、スペクトルギャップが生じている帯域とは別にスペクトルギャップが生じていない帯域に対してスペクトル包絡線成形を実行した方が、大きな音質改善効果が得られる。
【００８２】
本実施の形態に係るスペクトル包絡線抽出部の構成を図１１に示す。図７との違いは、サブ帯域エネルギー算出部1108および1107が、非ゼロ入力信号スペクトル係数および非ゼロ復号信号スペクトル係数に対しても、エネルギー算出を行い、除算器1109が、ここで算出されるエネルギー比も併せてスペクトル包絡線成形パラメータとして出力する点にある。
【００８３】
本実施の形態のスペクトル包絡線成形部の構成を図１２に示す。図１０との違いは、スペクトルギャップが生じていない帯域用のスペクトル包絡線成形パラメータも併せて復号し、これも用いて後処理誤差信号スペクトル係数を生成する点にある。
【００８４】
図１２に示すように、スペクトル包絡線成形パラメータ生成部1203は、スペクトルギャップが生じていない帯域用の復号スペクトル包絡線成形パラメータG’i~を処理して適切な成形パラメータを計算する。その１つの方法を以下の式に示す。
【数１２】
2012053150.tif 000024
2012053150.tif 000025
【００８５】
加算器1204は、合成信号スペクトル係数を復号誤差信号スペクトル係数に加算して以下の式に示すように復号信号スペクトル係数を形成する。
【数１３】
2012053150.tif 000026
2012053150.tif 000027
【００８６】
次式に示されるように、帯域分割部1001、スペクトル係数分割部1002、乗算器1004-1および1004-2、加算器1005-1および1005-2によって、復号信号スペクトル係数はスペクトル包絡線成形パラメータに従って各サブ帯域毎に成形され、後処理誤差信号スペクトルが生成される。
【数１４】
2012053150.tif 000028
【数１５】
2012053150.tif 000029
2012053150.tif 000030
【００８７】
＜バリエーション＞
低ビットレートの構成の場合、全帯域においてスペクトルギャップが生じていない帯域全体に適用されるスペクトル包絡線成形パラメータを送信するようにしても良い。このときのスペクトル包絡線成形パラメータは以下の式に示すように計算することができる。
【数１６】
2012053150.tif 000031
2012053150.tif 000032
【００８８】
音声復号化装置において、スペクトル包絡線成形パラメータは以下の式のように用いられる。
【数１７】
2012053150.tif 000033
2012053150.tif 000034
【００８９】
（実施の形態３）
入力信号の音質を保持するために重要なことの一つに、異なる周波数帯域間のエネルギーバランスが保持されていることが挙げられる。従って、入力信号と同様となるように、復号信号においてスペクトルギャップのある帯域とそうでない帯域間のエネルギーバランスを維持することは非常に重要であり、ここでは、スペクトルギャップのある帯域とそうでない帯域間のエネルギーバランスを維持することのできる実施の形態について説明する。
【００９０】
図１３は本実施の形態におけるスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図である。図１３に示すように、全帯域エネルギー算出部1308および1307が、非ゼロ入力信号スペクトル係数のエネルギーE’org、非ゼロ復号信号スペクトル係数のエネルギーE’decを計算する。エネルギー計算方法の一例を以下の式に示す。
【数１８】
2012053150.tif 000035
2012053150.tif 000036
【数１９】
2012053150.tif 000037
2012053150.tif 000038
【００９１】
エネルギー比算出部1310および1309は、入力信号スペクトル係数に対するエネルギー比及び復号信号スペクトル係数に対するエネルギー比を以下の式に従ってそれぞれ計算する。
【数２０】
2012053150.tif 000039
2012053150.tif 000040
【数２１】
2012053150.tif 000041
2012053150.tif 000042
【００９２】
除算器707では、スペクトル包絡線成形パラメータが次式のように算出される。
【数２２】
2012053150.tif 000043
2012053150.tif 000044
【００９３】
（実施の形態４）
低ビットレートで符号化する構成の場合、スペクトルギャップが生じていない帯域（つまり変換符号化レイヤで符号化が行われた帯域）でも符号化精度が十分ではなく、入力信号スペクトル係数との符号化誤差が大きい場合がある。このような状態において、スペクトルギャップが生じていない帯域に対してもスペクトルギャップが生じている帯域と同様に、スペクトル包絡線成形を適用することで音質を改善することが可能である。本実施の形態は、実施の形態３にこの考えを適用したものである。
【００９４】
図１４は本実施の形態におけるスペクトル包絡線抽出部の構成を示す図である。図１４に示すように、エネルギー比算出部1411は、非ゼロ復号信号スペクトル係数のエネルギー E’decに対する非ゼロ入力信号スペクトル係数のエネルギー E’orgのエネルギー比をG’として求める。ここで算出されるエネルギー比G’も併せてスペクトル包絡線成形パラメータとして出力される。
【００９５】
図１５は本実施の形態におけるスペクトル包絡線成形部の構成を示す図である。スペクトル包絡線成形パラメータ生成部1503は、スペクトルギャップが生じていない帯域用のスペクトル包絡線成形パラメータを次の式のようにして計算する。
【数２３】
2012053150.tif 000045
2012053150.tif 000046
【００９６】
以上、本発明の実施の形態１〜４について説明した。
【００９７】
なお、上記実施の形態では、装置を音声符号化装置／音声復号化装置と称したが、ここでの「音声」とは、広義の意味での音声を示すものである。すなわち、音声符号化装置における入力信号及び音声復号化装置における復号信号は、音声信号、音楽信号、あるいはこれら双方を含む音響信号、など、いずれの信号をも示すものである。
【００９８】
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
【００９９】
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１００】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、または、ＬＳＩ内部の回路セルの接続または設定を再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサーを利用してもよい。
【０１０１】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１０２】
２０１０年１０月１８日出願の特願２０１０−２３４０８８の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、移動通信システムにおける無線通信端末装置、基地局装置、電話会議端末装置、ビデオ会議端末装置、インターネットプロトコル上での音声通信（VOIP）端末装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
６０１  CELP符号化部
６０２  CELPローカル復号部
６０３，６０４  T/F変換部
６０５  ベクトル量子化部
６０６  ベクトル逆量子化部
６０７  ベクトル包絡線抽出部
６０８  量子化部
６０９  多重化部
９０１  分離部
９０２  CELP復号部
９０３  T/F変換部
９０４  ベクトル逆量子化部
９０５  逆量子化部
９０６  スペクトル包絡線成形部
９０７  F/T変換部
９０８  加算器
【図１】
2012053150.tif 000047
【図２】
2012053150.tif 000048
【図３】
2012053150.tif 000049
【図４】
2012053150.tif 000050
【図５】
2012053150.tif 000051
【図６】
2012053150.tif 000052
【図７】
2012053150.tif 000053
【図８】
2012053150.tif 000054
【図９】
2012053150.tif 000055
【図１０】
2012053150.tif 000056
【図１１】
2012053150.tif 000057
【図１２】
2012053150.tif 000058
【図１３】
2012053150.tif 000059
【図１４】
2012053150.tif 000060
【図１５】
2012053150.tif 000061
【国際調査報告】
2012053150.tif 000062
2012053150.tif 000063
2012053150.tif 000064
2012053150.tif 000065
2012053150.tif 000066
2012053150.tif 000067
2012053150.tif 000068
2012053150.tif 000069
2012053150.tif 000070
2012053150.tif 000071