(57)【要約】  符号化側の上位レイヤにおいて選択された符号化帯域に応じて柔軟性良く精度の高い高域スペクトルデータを算出し、より品質の良い復号信号を得ることができる復号装置等を開示する。この装置において、第１レイヤ復号部（２０２）は、第１レイヤ符号化情報に対して復号を行って第１レイヤ復号信号を生成し、第２レイヤ復号部（２０４）は、第２レイヤ符号化情報に対して復号を行って第２レイヤ復号信号を生成し、スペクトル復号部（２０５）は、第２レイヤ復号信号と、アップサンプリング部（２０３）においてアップサンプリングされた第１レイヤ復号信号とを用いて帯域拡張処理を行って全帯域復号信号を生成し、スイッチ（２０６）は、制御部（２０１）において生成された制御情報に基づき、第１レイヤ復号信号または全帯域復号信号を出力する。
2008072737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、
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復号手段と、
前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、
前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリング手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項２】
前記第２符号化データを復号して第２復号信号を生成する第２復号手段と、
前記第１復号信号と前記第２復号信号とを加算して加算信号を生成する加算手段と、をさらに具備し、
前記フィルタリング手段は、
前記加算信号を前記算出信号として適用し、前記加算信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータを得る、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記フィルタリングの後、サブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報を算出するゲイン情報生成手段と、
をさらに具備する、請求項１または２記載の符号化装置。
【請求項４】
前記帯域拡張パラメータは、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、
請求項１から３のいずれか記載の符号化装置。
【請求項５】
ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、
符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、
第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項６】
前記復号手段は、
前記帯域拡張パラメータを用いて、第ｍレイヤとは異なる第ｎレイヤ（ｍ≠ｎ）の復号信号の高域成分を生成する、
請求項５記載の復号装置。
【請求項７】
前記受信手段は、
前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、
前記復号手段は、
前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第ｎレイヤの復号信号の高域成分を生成する、
請求項５または６記載の復号装置。
【請求項８】
符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信する受信手段と、
前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、
前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、
前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項９】
前記受信手段は、
前記第１符号化データと、前記第２符号化データと、前記第１加算スペクトルの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータと、を受信する、
請求項８記載の復号装置。
【請求項１０】
前記第３復号手段は、
前記第３復号スペクトルと前記第４復号スペクトルとを加算して第２加算スペクトルを生成する加算手段と、
前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、または、前記第５復号スペクトルとして前記第２加算スペクトル、をフィルタリングして前記帯域拡張を行うフィルタリング手段と、
を具備する請求項８記載の復号装置。
【請求項１１】
前記受信手段は、
前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、
前記第３復号手段は、
前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する、
請求項８記載の復号装置。
【請求項１２】
前記帯域拡張パラメータは、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、
請求項５から１１のいずれかに記載の復号装置。
【請求項１３】
入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化ステップと、
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復号ステップと、
前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化ステップと、
前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリングステップと、
を有する符号化方法。
【請求項１４】
ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号方法であって、
符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信ステップと、
第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号ステップと、
を具備する復号方法。
【請求項１５】
符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信するステップと、
前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号ステップと、
前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号ステップと、
前記第１復号ステップおよび前記第２復号ステップで復号されなかった帯域部分を、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより復号する第３復号ステップと、
を有する復号方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を符号化して伝送する通信システムに用いられる符号化装置、復号装置およびこれらの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声・オーディオ信号を伝送する場合、音声・オーディオ信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。また、近年では、単に低ビットレートで音声・オーディオ信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声・オーディオ信号を符号化する技術に対するニーズが高まっている。【０００３】
このようなニーズに対して、符号化後の情報量を大幅には増加させることなく広帯域の音声・オーディオ信号を符号化する様々な技術が開発されてきている。例えば、非特許文献１では、入力信号を周波数領域の成分に変換し、低域スペクトルデータと高域スペクトルデータの相関を利用して、低域スペクトルデータから高域スペクトルデータを生成するパラメータを算出し、復号時にそのパラメータを用いて帯域拡張する方法が挙げられている。
【非特許文献１】押切正浩、江原宏幸、吉田幸司、「ピッチフィルタリングに基づくスペクトル符号化を用いた超広帯域スケーラブル音声符号化の改善」、音講論集2-4-13、pp.297-298、Sep. 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の帯域拡張技術では、復号側の上位レイヤにおいて、下位レイヤで帯域拡張して得られた周波数の高域部のスペクトルデータそのままが利用されるため、十分な精度の高域部のスペクトルデータが再現されているとは言えない。【０００５】
本発明の目的は、復号側において、低域スペクトルデータを用いて精度の高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる符号化装置、復号装置およびこれらの方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の符号化装置は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、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復号手段と、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、前記入力信号、前記第１復号信号、および前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、のうちいずれか一つの信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数を得るフィルタリング手段と、を具備する構成を採る。【０００７】
本発明の復号装置は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、を具備する構成を採る。【０００８】
本発明の復号装置は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記入力信号、前記第１復号スペクトル、および前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、のうちいずれか一つの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数と、を受信する受信手段と、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、前記ピッチ係数およびフィルタリング係数を用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、を具備する構成を採る。【０００９】
本発明の符号化方法は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化ステップと、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復号ステップと、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化ステップと、前記入力信号、前記第１復号信号、および前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、のうちいずれか一つの信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数を得るフィルタリングステップと、を有するようにする。【００１０】
本発明の復号方法は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号方法であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信ステップと、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号ステップと、を有するようにする。
本発明の復号方法は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記入力信号、前記第１復号スペクトル、および前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、のうちいずれか一つの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数と、を受信するステップと、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号ステップと、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号ステップと、前記第１復号ステップおよび前記第２復号ステップで復号されなかった帯域部分を、前記ピッチ係数およびフィルタリング係数を用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより復号する第３復号ステップと、を有するようにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、符号化側の上位レイヤにおいて符号化帯域を選択し、復号側において帯域拡張を行い、下位レイヤおよび上位レイヤで復号できなかった帯域の成分を復号することにより、符号化側の上位レイヤにおいて選択された符号化帯域に応じて柔軟に精度の高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係るフィルタリング部のフィルタリング処理の概要を説明するための図
【図５】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図６】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図７】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数設定部、フィルタリング部、および探索部において行われる処理の手順を示すフロー図
【図８】本発明の実施の形態１に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態１に係る第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るスペクトル復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態１に係るフィルタリング部において生成される復号スペクトルを示す図
【図１２】本発明の実施の形態１に係る第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域に第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域が完全に重複する場合を示す図
【図１３】本発明の実施の形態１に係る第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合を示す図
【図１４】本発明の実施の形態２に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態２に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態３に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態３に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。【００１５】
この図において、符号化装置１００は、ダウンサンプリング部１０１、第１レイヤ符号化部１０２、第１レイヤ復号部１０３、アップサンプリング部１０４、遅延部１０５、第２レイヤ符号化部１０６、スペクトル符号化部１０７、および多重化部１０８を備え、２レイヤからなるスケーラブルの構成をとる。なお、符号化装置１００の第１レイヤではＣＥＬＰ（Code Exited LinearPrediction）方式の符号化方法を用いて入力される音声・オーディオ信号を符号化し、第２レイヤ符号化では第１レイヤ復号信号と入力信号との残差信号を符号化する。符号化装置１００は、入力信号をＮ（Ｎは自然数）サンプルずつ区切り、Ｎサンプルずつを１フレームとしてフレーム毎に符号化を行う。【００１６】
ダウンサンプリング部１０１は、入力される音声信号及び／又はオーディオ信号（以下、音声・オーディオ信号と記す）に対してダウンサンプリング処理を行い、音声・オーディオ信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ１からＲａｔｅ２に変換し（Ｒａｔｅ１＞Ｒａｔｅ２）、第１レイヤ符号化部１０２に出力する。【００１７】
第１レイヤ符号化部１０２は、ダウンサンプリング部１０１から入力されるダウンサンプリング後の音声・オーディオ信号に対してＣＥＬＰ方式の音声符号化を行い、得られる第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１０３および多重化部１０８に出力する。具体的には、第１レイヤ符号化部１０２は、声道情報と音源情報とからなる音声信号を、声道情報についてはＬＰＣ（線形予測係数：LinearPrediction Coefficient)パラメータを求めることにより符号化し、音源情報については、予め記憶されている音声モデルの何れを用いるかを特定するインデックス、すなわち、適応符号帳および固定符号帳のどの音源ベクトルを生成するかを特定するインデックスを求めることにより符号化する。【００１８】
第１レイヤ復号部１０３は、第１レイヤ符号化部１０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対してＣＥＬＰ方式の音声復号を行い、得られる第１レイヤ復号信号をアップサンプリング部１０４に出力する。【００１９】
アップサンプリング部１０４は、第１レイヤ復号部１０３から入力される第１レイヤ復号信号に対してアップサンプリング処理を行い、第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ２からＲａｔｅ１に変換して第２レイヤ符号化部１０６に出力する。【００２０】
遅延部１０５は、入力される音声・オーディオ信号を内蔵のバッファに記憶して所定時間後に出力することにより、遅延された音声・オーディオ信号を第２レイヤ符号化部１０６に出力する。ここで、遅延される所定時間は、ダウンサンプリング部１０１、第１レイヤ符号化部１０２、第１レイヤ復号部１０３、およびアップサンプリング部１０４において生じるアルゴリズム遅延を考慮した時間である。【００２１】
第２レイヤ符号化部１０６は、遅延部１０５から入力される音声・オーディオ信号と、アップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号との残差信号に対し、ゲイン・シェイプ量子化を行うことにより第２レイヤ符号化を行い、得られる第２レイヤ符号化情報を多重化部１０８に出力する。第２レイヤ符号化部１０６の内部の構成および具体的な動作については後述する。【００２２】
スペクトル符号化部１０７は、入力される音声・オーディオ信号を周波数領域に変換し、得られる入力スペクトルの低域成分と高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。スペクトル符号化部１０７の内部の構成および具体的な動作については後述する。【００２３】
多重化部１０８は、第１レイヤ符号化部１０２から入力される第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化部１０６から入力される第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化部１０７から入力されるスペクトル符号化情報を多重化し、得られるビットストリームを復号装置に送信する。【００２４】
図２は、第２レイヤ符号化部１０６の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００２５】
この図において、第２レイヤ符号化部１０６は、周波数領域変換部１６１、１６２、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３、帯域選択部１６４、シェイプ量子化部１６５、予測符号化有無判定部１６６、ゲイン量子化部１６７、および多重化部１６８を備える。【００２６】
周波数領域変換部１６１は、遅延部１０５から入力される遅延された音声・オーディオ信号を用いて修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）を行い、得られる入力ＭＤＣＴ係数を残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３に出力する。【００２７】
周波数領域変換部１６２は、アップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を用いてＭＤＣＴを行い、得られる第１レイヤＭＤＣＴ係数を残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３に出力する。【００２８】
残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３は、周波数領域変換部１６１から入力される入力ＭＤＣＴ係数と、周波数領域変換部１６２から入力される第１レイヤＭＤＣＴ係数との残差を算出し、得られる残差ＭＤＣＴ係数を帯域選択部１６４およびシェイプ量子化部１６５に出力する。【００２９】
帯域選択部１６４は、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３から入力される残差ＭＤＣＴ係数を複数のサブバンドに分割し、複数のサブバンドから量子化対象となる帯域（量子化対象帯域）を選択し、選択された帯域を示す帯域情報をシェイプ量子化部１６５、予測符号化有無判定部１６６、および多重化部１６８に出力する。ここで、量子化対象帯域を選択する方法として、エネルギが最も高い帯域を選択する方法、または過去に選択された量子化対象帯域との相関およびエネルギを同時に考慮して選択する方法などがある。【００３０】
シェイプ量子化部１６５は、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３から入力される残差ＭＤＣＴ係数のうち、帯域選択部１６４から入力される帯域情報が示す量子化対象帯域に対応するＭＤＣＴ係数、すなわち第２レイヤＭＤＣＴ係数を用いてシェイプ量子化を行い、得られるシェイプ符号化情報を多重化部１６８に出力する。また、シェイプ量子化部１６５は、シェイプ量子化の理想ゲイン値を求め、求められた理想ゲイン値をゲイン量子化部１６７に出力する。【００３１】
予測符号化有無判定部１６６は、帯域選択部１６４から入力される帯域情報を用いて現フレームの量子化対象帯域と過去のフレームの量子化対象帯域との間で共通のサブサブバンドの数を求める。そして、予測符号化有無判定部１６６は、共通のサブサブバンドの数が所定値以上である場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数、すなわち第２レイヤＭＤＣＴ係数に対して予測符号化を行うと判定し、共通のサブサブバンドの数が所定値より小さい場合には、第２レイヤＭＤＣＴ係数に対して予測符号化を行わないと判定する。予測符号化有無判定部１６６は、判定結果をゲイン量子化部１６７に出力する。【００３２】
ゲイン量子化部１６７は、予測符号化有無判定部１６６から入力される判定結果が予測符号化を行うという判定結果を示す場合には、内蔵のバッファに記憶されている過去のフレームの量子化ゲイン値および内蔵のゲインコードブックを用いて現フレームの量子化対象帯域のゲインの予測符号化を行ってゲイン符号化情報を得る。一方、予測符号化有無判定部１６６から入力される判定結果が予測符号化を行わないという判定結果を示す場合、ゲイン量子化部１６７は、シェイプ量子化部１６５から入力される理想ゲイン値を量子化対象として直接量子化を行ってゲイン符号化情報を得る。ゲイン量子化部１６７は、得られるゲイン符号化情報を多重化部１６８に出力する。【００３３】
多重化部１６８は、帯域選択部１６４から入力される帯域情報、シェイプ量子化部１６５から入力されるシェイプ符号化情報、およびゲイン量子化部１６７から入力されるゲイン符号化情報を多重化し、得られるビットストリームを第２レイヤ符号化情報として多重化部１０８に送信する。【００３４】
なお、第２レイヤ符号化部１０６で生成される帯域情報、シェイプ符号化情報、ゲイン符号化情報は、多重化部１６８を介さず、直接、多重化部１０８に入力されて、第１レイヤ符号化情報およびスペクトル符号化情報と多重化されても良い。【００３５】
図３は、スペクトル符号化部１０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００３６】
この図において、スペクトル符号化部１０７は、周波数領域変換部１７１、内部状態設定部１７２、ピッチ係数設定部１７３、フィルタリング部１７４、探索部１７５、およびフィルタ係数算出部１７６を有する。【００３７】
周波数領域変換部１７１は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。【００３８】
内部状態設定部１７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨの入力スペクトルＳ(ｋ)を使ってフィルタリング部１７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定については後述される。【００３９】
ピッチ係数設定部１７３は、ピッチ係数Ｔを予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部１７４に順次出力する。【００４０】
フィルタリング部１７４は、内部状態設定部１７２で設定されたフィルタの内部状態、ピッチ係数設定部１７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて入力スペクトルのフィルタリングを行い、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出する。このフィルタリング処理の詳細については後述する。【００４１】
探索部１７５は、周波数領域変換部１７１から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部１７４から出力される入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理については、後ほど詳述する。この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部１７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部１７６に与えられる。【００４２】
フィルタ係数算出部１７６は、探索部１７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’および周波数領域変換部１７１から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理の詳細については後述する。【００４３】
図４は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理の概要を説明するための図である。【００４４】
全周波数帯域（０≦ｋ＜ＦＨ）のスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、フィルタリング部１７４のフィルタ関数は次式（１）で表されるものを使用する。
【数１】
2008072737.tif 000003
【００４５】
この式において、Ｔはピッチ係数設定部１７３から入力されたピッチ係数を表しており、ＭはＭ＝１とする。【００４６】
図４に示すように、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、入力スペクトルＳ(ｋ)がフィルタの内部状態として格納されている。一方、Ｓ(ｋ)のＦＬ≦ｋ＜ＦＨの帯域には、次式（２）を用いて求められた入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）が格納される。
【数２】
2008072737.tif 000004
【００４７】
この式において、フィルタリング処理により、ｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からＳ’(ｋ）を求める。なお、上記の式（２）に示す演算を、周波数の低い方（ｋ＝ＦＬ）から順にｋをＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲で変化させながら繰り返すことにより、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）が算出される。【００４８】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部１７３からピッチ係数Ｔが与えられる度に、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行われる。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ(ｋ)は算出され、探索部１７５に出力される。【００４９】
次に、探索部１７５において行われる類似度の算出処理および最適なピッチ係数（最適ピッチ係数）Ｔ’の導出処理について説明する。【００５０】
まず、類似度には、様々な定義が存在する。ここでは、フィルタ係数β−１およびβ１を０とみなして、最小２乗誤差法に基づいて次式（３）によって定義される類似度を用いる場合を例にとって説明する。
【数３】
2008072737.tif 000005
【００５１】
この類似度を使用した場合、最適なピッチ係数Ｔ’を算出した後にフィルタ係数βｉを決定することになり、フィルタ係数βｉの算出については後述する。ここで、Ｅは、Ｓ(ｋ)とＳ’(ｋ）との間の２乗誤差を表す。この式において右辺入力項は、ピッチ係数Ｔに関係ない固定値となるので、右辺第２項を最大とするＳ’(ｋ）を生成するピッチ係数Ｔが探索される。ここで、次式（４）に示すように、上記の式（３）の右辺第２項を類似度と定義する。すなわち、次式（４）で表される類似度Ａが最大となるようなピッチ係数Ｔ’が探索される。
【数４】
2008072737.tif 000006
【００５２】
図５は、ピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。【００５３】
図５Ａは、内部状態として格納されている、調波構造を有する入力スペクトルＳ（ｋ）を示す図である。図５Ｂ〜図５Ｄは、３種類のピッチ係数Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を用いて、それぞれフィルタリングを行うことにより算出される入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルを示す図である。【００５４】
この図に示す例では、図５Ｃに示すスペクトルと図５Ａに示すスペクトルとが類似しているため、Ｔ１を用いて算出する類似度が最も高い値を示すことがわかる。すなわち、調波構造を保つことのできるピッチ係数ＴとしてはＴ１が最適である。【００５５】
図６は、図５と同様に、ピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。ただし、内部状態として格納されている入力スペクトルの位相が図５に示した場合と異なっている。図６に示す例においても、調波構造が保持されるピッチ係数ＴはＴ１のときである。【００５６】
探索部１７５において、ピッチ係数Ｔを変化させ、類似度が最大となるＴを見つけることは、スペクトルの調波構造のピッチ（またはその整数倍）をトライ・アンド・エラーで見つけることに相当している。そして、フィルタリング部１７４は、この調波構造のピッチに基づいて入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出するので、入力スペクトルと推定スペクトルとの間の接続部において調波構造が崩れない。これは、入力スペクトルＳ（ｋ）と推定スペクトルＳ’(ｋ）との接続部ｋ＝ＦＬにおける推定値Ｓ’(ｋ）が調波構造のピッチ（またはその整数倍）Ｔだけ離れた入力スペクトルに基づいて算出されることを考えても容易に理解される。【００５７】
次に、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数の算出処理について説明する。【００５８】
フィルタ係数算出部１７６は、探索部１７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’を用いて次式（５）で表される２乗歪みＥを最小にするようなフィルタ係数βｉを求める。
【数５】
2008072737.tif 000007
【００５９】
具体的には、フィルタ係数算出部１７６は、複数個のβｉ（ｉ＝−１，０，１）の組合せを予めデータテーブルとして持っており、上記の式（５）の２乗歪Ｅを最小とするβｉ（ｉ＝−１，０，１）の組合せを決定し、そのインデックスを出力する。【００６０】
図７は、ピッチ係数設定部１７３、フィルタリング部１７４、および探索部１７５において行われる処理の手順を示すフロー図である。【００６１】
まず、ＳＴ１０１０において、ピッチ係数設定部１７３は、ピッチ係数Ｔおよび最適ピッチ係数Ｔ’を探索範囲の下限値Ｔｍｉｎに設定し、最大類似度Ａｍａｘを０に設定する。【００６２】
次いで、ＳＴ１０２０において、フィルタリング部１７４は、入力スペクトルのフィルタリングを行い、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出する。【００６３】
次いで、ＳＴ１０３０において、探索部１７５は、入力スペクトルＳ(ｋ)と入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）との類似度Ａを算出する。【００６４】
次いで、ＳＴ１０４０において、探索部１７５は、算出された類似度Ａと最大類似度Ａｍａｘとを比較する。【００６５】
ＳＴ１０４０における比較結果、類似度Ａが最大類似度Ａｍａｘ以下である場合（ＳＴ１０４０：ＮＯ）、処理手順はＳＴ１０６０に移行する。【００６６】
一方、ＳＴ１０４０における比較結果、類似度Ａが最大類似度Ａｍａｘより大きい場合（ＳＴ１０４０：ＹＥＳ）、探索部１７５は、ＳＴ１０５０において、類似度Ａを用いて最大類似度Ａｍａｘを更新し、ピッチ係数Ｔを用いて最適ピッチ係数Ｔ’を更新する。【００６７】
次いで、ＳＴ１０６０において、探索部１７５は、ピッチ係数Ｔと探索範囲の上限値Ｔｍａｘとを比較する。【００６８】
ＳＴ１０６０における比較結果、ピッチ係数Ｔが探索範囲の上限値Ｔｍａｘ以下である場合（ＳＴ１０６０：ＮＯ）、探索部１７５は、ＳＴ１０７０においてＴ＝Ｔ＋１となるようにＴを１インクリメントする。【００６９】
一方、ＳＴ１０６０における比較結果、ピッチ係数Ｔが探索範囲の上限値Ｔｍａｘより大きい場合（ＳＴ１０４０：ＹＥＳ）、探索部１７５は、ＳＴ１０８０において、最適ピッチ係数Ｔ’を出力する。【００７０】
このように、符号化装置１００は、スペクトル符号化部１０７において、低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）および高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の２つに分けられた入力信号のスペクトルに対し、低域スペクトルを内部状態として有するフィルタリング部１７４を用いて高域スペクトルの形状を推定する。そして、低域スペクトルと高域スペクトルとの相関性を示す、フィルタリング部１７４のフィルタ特性を表すパラメータＴ’およびβｉ自体を、高域スペクトルの代わりに復号装置に伝送するため、低ビットレートで高品質にスペクトルを符号化することができる。ここで、低域スペクトルと高域スペクトルとの相関性を示す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉは、低域スペクトルから高域スペクトルを推定する推定パラメータでもある。【００７１】
また、スペクトル符号化部１０７のフィルタリング部１７４が低域スペクトルを用いて高域スペクトルの形状を推定する際に、ピッチ係数設定部１７３は、推定の基準とする低域スペクトルと高域スペクトルとの周波数差、すなわち、ピッチ係数Ｔを様々に変化させ出力し、探索部１７５は、低域スペクトルと高域スペクトルとの類似度が最大となるピッチ係数Ｔ’を探索する。そのため、スペクトル全体の調波構造のピッチに基づいて高域スペクトルの形状を推定することができ、スペクトル全体の調波構造を維持したまま符号化を行うことができ、復号音声信号の品質を向上することができる。【００７２】
また、スペクトル全体の調波構造を維持したまま符号化を行うことができるため、低域スペクトルの帯域幅を調波構造のピッチに基づいて設定する必要もなく、すなわち、低域スペクトルの帯域幅を調波構造のピッチ（または、その整数倍）に揃える必要がなく、任意に帯域幅を設定できる。従って、簡単な動作で、低域スペクトルと高域スペクトルとの接続部において、スペクトルが滑らかに接続されることができ、復号音声信号の品質を向上することができる。【００７３】
図８は、本実施の形態に係る復号装置２００の主要な構成を示すブロック図である。【００７４】
この図において、復号装置２００は、制御部２０１、第１レイヤ復号部２０２、アップサンプリング部２０３、第２レイヤ復号部２０４、スペクトル復号部２０５、およびスイッチ２０６を備える。【００７５】
制御部２０１は、符号化装置１００から伝送されるビットストリームを構成する第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化情報を分離し、得られる第１符号化情報を第１レイヤ復号部２０２に、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部２０４に、スペクトル符号化情報をスペクトル復号部２０５に出力する。また、制御部２０１は、符号化装置１００から伝送されるビットストリームの構成要素に応じて、スイッチ２０６を制御する制御情報を適応的に生成してスイッチ２０６に出力する。【００７６】
第１レイヤ復号部２０２は、制御部２０１から入力される第１レイヤ符号化情報に対してＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られる第１レイヤ復号信号をアップサンプリング部２０３およびスイッチ２０６に出力する。【００７７】
アップサンプリング部２０３は、第１レイヤ復号部２０２から入力される第１レイヤ復号信号に対してアップサンプリング処理を行い、第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ２からＲａｔｅ１に変換し、スペクトル復号部２０５に出力する。【００７８】
第２レイヤ復号部２０４は、制御部２０１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いてゲイン・シェイプの逆量子化を行い、得られる第２レイヤＭＤＣＴ係数、すなわち量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数をスペクトル復号部２０５に出力する。なお、第２レイヤ復号部２０４の内部の構成および具体的な動作については後述する。【００７９】
スペクトル復号部２０５は、第２レイヤ復号部２０４から入力される第２レイヤＭＤＣＴ係数、制御部２０１から入力されるスペクトル符号化情報、アップサンプリング部２０３から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を用いて帯域拡張の処理を行い、得られる第２レイヤ復号信号をスイッチ２０６に出力する。なお、スペクトル復号部２０５の内部の構成および具体的な動作については後述する。【００８０】
スイッチ２０６は、制御部２０１から入力される制御情報に基づき、符号化装置１００から復号装置２００に伝送されるビットストリームが第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化情報から構成されている場合、上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報、スペクトル符号化情報から構成されている場合、または上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報から構成されている場合には、スペクトル復号部２０５から入力される第２レイヤ復号信号を復号信号として出力する。一方、スイッチ２０６は、上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報のみから構成されている場合には、第１レイヤ復号部２０２から入力される第１レイヤ復号信号を復号信号として出力する。【００８１】
図９は、第２レイヤ復号部２０４の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００８２】
この図において、第２レイヤ復号部２０４は、分離部２４１、シェイプ逆量子化部２４２、予測復号有無判定部２４３、およびゲイン逆量子化部２４４を備える。【００８３】
分離部２４１は、制御部２０１から入力される第２レイヤ符号化情報から帯域情報、シェイプ符号化情報、およびゲイン符号化情報を分離し、得られる帯域情報をシェイプ逆量子化部２４２および予測復号有無判定部２４３に出力し、シェイプ符号化情報をシェイプ逆量子化部２４２に出力し、ゲイン符号化情報をゲイン逆量子化部２４４に出力する。【００８４】
シェイプ逆量子化部２４２は、分離部２４１から入力されるシェイプ符号化情報を復号し、分離部２４１から入力される帯域情報が示す量子化対象帯域に対応するＭＤＣＴ係数のシェイプの値を求めてゲイン逆量子化部２４４に出力する。【００８５】
予測復号有無判定部２４３は、分離部２４１から入力される帯域情報を用いて現フレームの量子化対象帯域と過去のフレームの量子化対象帯域との間の共通のサブバンドの数を求める。そして、予測復号有無判定部２４３は、共通のサブバンドの数が所定値以上である場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域のＭＤＣＴ係数に対して予測復号を行うと判定し、共通のサブバンドの数が所定値より小さい場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域のＭＤＣＴ係数に対して予測復号を行わないと判定する。予測復号有無判定部２４３は、判定結果をゲイン逆量子化部２４４に出力する。【００８６】
ゲイン逆量子化部２４４は、予測復号有無判定部２４３から入力される判定結果が予測復号を行うという判定結果を示す場合には、内蔵のバッファに記憶されている過去のフレームのゲイン値および内蔵のゲインコードブックを用いて分離部２４１から入力されるゲイン符号化情報に対し予測復号を行ってゲイン値を得る。一方、予測復号有無判定部２４３から入力される判定結果が予測復号を行わないという判定結果を示す場合、ゲイン逆量子化部２４４は、内蔵のゲインコードブックを用いて、分離部２４１から入力されるゲイン符号化情報を直接逆量子化してゲイン値を得る。ゲイン逆量子化部２４４は、得られたゲイン値、およびシェイプ逆量子化部２４２から入力されるシェイプの値を用いて、第２レイヤＭＤＣＴ係数すなわち量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数を求めて出力する。【００８７】
上記の構成を有する第２レイヤ復号部２０４における動作は、第２レイヤ符号化部１０６における動作と逆であるため、その詳細な説明を省略する。【００８８】
図１０は、スペクトル復号部２０５の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００８９】
この図において、スペクトル復号部２０５は、周波数領域変換部２５１、加算スペクトル算出部２５２、内部状態設定部２５３、フィルタリング部２５４、および時間領域変換部２５５を有する。【００９０】
周波数領域変換部２５１は、アップサンプリング部２０３から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対し周波数変換を施し、第１スペクトルＳ１(ｋ)を算出して加算スペクトル算出部２５２に出力する。ここで、アップサンプリング後の第１レイヤ復号信号の有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＬであり、周波数変換法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を使用する。【００９１】
加算スペクトル算出部２５２は、周波数領域変換部２５１から第１スペクトルＳ１(ｋ)が入力され、かつ第２レイヤ復号部２０４から第２レイヤＭＤＣＴ係数（以下、第２スペクトルＳ２(ｋ)と記す）が入力される場合、第１スペクトルＳ１(ｋ)と第２スペクトルＳ２(ｋ)とを加算し、加算結果を加算スペクトルＳ３(ｋ)として内部状態設定部２５３に出力する。また、加算スペクトル算出部２５２は、周波数領域変換部２５１から第１スペクトルＳ１(ｋ)が入力されるだけで、第２レイヤ復号部２０４から第２スペクトルＳ２(ｋ)が入力されない場合、第１スペクトルＳ１(ｋ)を加算スペクトルＳ３(ｋ)として内部状態設定部２５３に出力する。【００９２】
内部状態設定部２５３は、加算スペクトルＳ３(ｋ)を使ってフィルタリング部２５４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。【００９３】
フィルタリング部２５４は、内部状態設定部２５３により設定されたフィルタの内部状態と、制御部２０１から入力されるスペクトル符号化情報に含まれている最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを用いて加算スペクトルＳ３(ｋ)のフィルタリングを行うことにより加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を生成する。そして、フィルタリング部２５４は、加算スペクトルＳ３(ｋ)と加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）とからなる復号スペクトルＳ’(ｋ）を時間領域変換部２５５に出力する。かかる場合、フィルタリング部２５４は、上記の式（１）で表されるフィルタ関数を用いる。【００９４】
図１１は、フィルタリング部２５４において生成される復号スペクトルＳ’(ｋ）を示す図である。【００９５】
フィルタリング部２５４は、低域（０≦ｋ＜ＦＬ）スペクトルである第１レイヤＭＤＣＴ係数ではなく、第１レイヤＭＤＣＴ係数（０≦ｋ＜ＦＬ）と第２レイヤＭＤＣＴ係数（ＦＬ’≦ｋ＜ＦＬ”とを加算した、帯域が０≦ｋ＜ＦＬ”である加算スペクトルＳ３（ｋ）を用いてフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を得る。従って、図１１に示すように、帯域情報で示される量子化対象帯域、すなわち０≦ｋ＜ＦＬ”の帯域からなる帯域における復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルＳ３(ｋ)によって構成され、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのうち量子化対象帯域と重複しない部分、すなわち、周波数帯域ＦＬ”≦ｋ＜ＦＨにおける復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）によって構成される。要するに、周波数帯域ＦＬ’≦ｋ＜ＦＬ”における復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルＳ３（ｋ）を用いたフィルタリング部２５４のフィルタリング処理により得られる加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）ではなく、加算スペクトルＳ３（ｋ）そのものの値をとる。【００９６】
図１１においては、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが一部重複する場合を例にとって示している。帯域選択部１６４における量子化対象帯域の選択結果によっては、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが完全に重複する場合、または第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合もあり得る。【００９７】
図１２は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域に第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域が完全に重複する場合を示す図である。かかる場合、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）そのものの値をとる。ここで、加算スペクトルＳ３（ｋ）の値は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の値と第２スペクトルＳ２（ｋ）の値とを加算して得られたものであるため、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）の精度が向上し、従って復号音声信号の品質が向上する。【００９８】
図１３は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合を示す図である。かかる場合、フィルタリング部２５４は、第１スペクトルＳ１（ｋ）を用いて加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を求め、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨへの帯域拡張処理を行う。ただし、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのうち、第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域に対応する推定値Ｓ３'（ｋ）の部分は第２スペクトルＳ２（ｋ）を用いて置き換える。その理由は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）よりも第２スペクトルＳ２（ｋ）の精度がより高いためであり、これにより復号音声信号の品質が向上する。【００９９】
時間領域変換部２５５は、フィルタリング部２５４から入力される復号スペクトルＳ’(ｋ）を時間領域の信号に変換し、第２レイヤ復号信号として出力する。時間領域変換部２５５は、必要に応じて適切な窓掛けおよび重ね合わせ加算等の処理を行い、フレーム間に生じる不連続を回避する。【０１００】
このように、本実施の形態によれば、符号化側の上位レイヤにおいて符号化帯域を選択し、復号側において下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算し、得られる加算スペクトルを用いて帯域拡張を行い、下位レイヤおよび上位レイヤで復号できなかった帯域の成分を復号する。そのため、符号化側の上位レイヤにおいて選択された符号化帯域に応じて柔軟に精度の高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる。【０１０１】
なお、本実施の形態では、第２レイヤ符号化部１０６は、量子化対象となる帯域を選択して第２レイヤ符号化を行う場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、第２レイヤ符号化部１０６は固定の帯域の成分を符号化しても良く、第１レイヤ符号化部１０２において符号化された帯域と同様な帯域の成分を符号化しても良い。【０１０２】
また、本実施の形態では、復号装置２００は、スペクトル符号化情報に含まれている最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを用いて、加算スペクトルＳ３ (ｋ)に対してフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を生成することにより高域部のスペクトルを推定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、復号装置２００は第１スペクトルＳ１（ｋ）に対してフィルタリングを行うことにより、高域部のスペクトルを推定しても良い。【０１０３】
また、本実施の形態では、式（１）においてＭ＝１とする場合を例にとって説明したが、Ｍはこれに限定されることは無く、０以上の整数（自然数）を用いることが可能である。【０１０４】
また、本実施の形態では、第１レイヤにおいてＣＥＬＰ型の符号化／復号方式を適用したが、他の符号化／復号方式を用いてもよい。【０１０５】
また、本実施の形態では、階層符号化（スケーラブル符号化）を行う符号化装置１００を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、階層符号化以外の他の方式の符号化を行う符号化装置に適用しても良い。【０１０６】
また、本実施の形態では、符号化装置１００が周波数領域変換部１６１、１６２を有する場合を例にとって説明したが、これらは時間領域信号を入力信号とする場合に必要な構成要素であり、本発明はこれに限定されず、スペクトル符号化部１０７に直接スペクトルが入力される場合には、周波数領域変換部１６１、１６２を備えなくても良い。【０１０７】
また、本実施の形態では、フィルタリング部１７４においてピッチ係数を算出した後、フィルタ係数算出部１７６においてフィルタ係数を算出する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、フィルタ係数算出部１７６を備えずフィルタ係数を算出しない構成にしても良い。また、フィルタ係数算出部１７６を備えず、フィルタリング部１７４においてピッチ係数とフィルタ係数とを用いてフィルタリングを行い、最適なピッチ係数とフィルタ係数を同時に探索する構成にしても良い。かかる場合、上記の式（１）および（２）の代わりに、次式（６）および（７）を用いる。
【数６】
2008072737.tif 000008
【数７】
2008072737.tif 000009
【０１０８】
また、本実施の形態では、低域のスペクトルを用いて、すなわち、低域のスペクトルを符号化の基準として、高域のスペクトルを符号化する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、基準となるスペクトルを他の仕方で設定しても良い。例えば、エネルギを有効に利用するという観点からは望ましくないが、高域のスペクトルを用いて低域のスペクトルを符号化しても良く、または中間周波数帯域のスペクトルを符号化の基準として他の帯域のスペクトルを符号化しても良い。【０１０９】
（実施の形態２）
図１４は、本発明の実施の形態２に係る符号化装置３００の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置３００は、実施の形態１に示した符号化装置１００（図１〜図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１１０】
符号化装置３００のスペクトル符号化部３０７と、符号化装置１００のスペクトル符号化部１０７とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。【０１１１】
スペクトル符号化部３０７は、符号化装置３００の入力信号である音声・オーディオ信号、およびアップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を周波数領域に変換し、入力スペクトルおよび第１レイヤ復号スペクトルを得る。そして、スペクトル符号化部３０７は、第１レイヤ復号スペクトルの低域成分と、入力スペクトルの高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。【０１１２】
図１５は、スペクトル符号化部３０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、スペクトル符号化部３０７は、実施の形態１に示したスペクトル符号化部１０７（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１１３】
スペクトル符号化部３０７は、周波数領域変換部３７７をさらに具備する点において、スペクトル符号化部１０７と相違する。なお、スペクトル符号化部３０７の周波数領域変換部３７１、内部状態設定部３７２、フィルタリング部３７４、探索部３７５、フィルタ係数算出部３７６と、スペクトル符号化部１０７の周波数領域変換部１７１、内部状態設定部１７２、フィルタリング部１７４、探索部１７５、フィルタ係数算出部１７６とは処理の一部において相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。【０１１４】
周波数領域変換部３７７は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。【０１１５】
周波数領域変換部３７１は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号の代わりに、アップサンプリング部１０４から入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨであるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対して周波数変換を行い、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。【０１１６】
内部状態設定部３７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである入力スペクトルＳ(ｋ)の代わりに、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を使ってフィルタリング部３７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定は、入力スペクトルＳ（ｋ）の代わりに加算スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を用いる点以外は、内部状態設定部１７２の内部状態の設定と同様であるため、詳細な説明を省略する。【０１１７】
フィルタリング部３７４は、内部状態設定部３７２で設定されたフィルタの内部状態、およびピッチ係数設定部１７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて第１レイヤ復号スペクトルのフィルタリングを行い、第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１'（ｋ）を算出する。このフィルタリング処理は、式（２）の代わりに下記の式（８）を用いる点以外は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数８】
2008072737.tif 000010
【０１１８】
探索部３７５は、周波数領域変換部３７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部３７４から出力される第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１'（ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理は、式（４）の代わりに下記の式（９）を用いる点以外は探索部１７５における類似度の算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数９】
2008072737.tif 000011
この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部３７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部３７６に与えられる。【０１１９】
フィルタ係数算出部３７６は、探索部３７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’、周波数領域変換部３７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)、および周波数領域変換部３７１から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部３７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理は、式（５）の代わりに下記の式（１０）を用いる点以外は、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１０】
2008072737.tif 000012
【０１２０】
要するに、符号化装置３００は、スペクトル符号化部３０７において、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を内部状態とするフィルタリング部３７４を用いて、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の形状を推定する。これにより、符号化装置３００は、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）に対する推定値ＳＤＥＣ１’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性を示すパラメータ、すなわちフィルタリング部３７４のフィルタ特性を表す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを求め、これらを入力スペクトルの高域部の符号化情報の代わりに復号装置に伝送する。【０１２１】
本実施の形態に係る復号装置は、実施の形態１に係る復号装置１００と同様な構成を有し同様な動作を行うため、その説明を省略する。【０１２２】
このように、本実施の形態によれば、復号側において下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算し、得られる加算スペクトルを帯域拡張し、加算スペクトルの推定値を求める際に用いられる最適ピッチ係数およびフィルタ係数を、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性ではなく、第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性に基づき求める。そのため、復号側の帯域拡張に対する第１レイヤ符号化の符号化歪みの影響を抑止することができ、復号信号の品質を向上させることができる。（実施の形態３）
図１６は、本発明の実施の形態３に係る符号化装置４００の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置４００は、実施の形態１に示した符号化装置１００（図１〜図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１２３】
符号化装置４００は、第２レイヤ復号部４０９をさらに具備する点において符号化装置１００と相違する。なお、符号化装置４００のスペクトル符号化部４０７と、符号化装置１００のスペクトル符号化部１０７とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。【０１２４】
第２レイヤ復号部４０９は、実施の形態１に係る復号装置２００における第２レイヤ復号部２０４（図８〜１０）と同様な構成を有し同様な動作を行うため、詳細な説明を略す。ただし、第２レイヤ復号部２０４の出力を第２レイヤＭＤＣＴ係数と称するのに対し、ここでは、第２レイヤ復号部４０９の出力を第２レイヤ復号スペクトルと称し、ＳＤＥＣ２（ｋ）と記す。【０１２５】
スペクトル符号化部４０７は、符号化装置４００の入力信号である音声・オーディオ信号、およびアップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を周波数領域に変換し、入力スペクトルおよび第１レイヤ復号スペクトルを得る。そして、スペクトル符号化部４０７は、第１レイヤ復号スペクトルの低域成分と、第２レイヤ復号部４０９から入力される第２レイヤ復号スペクトルとを加算し、加算結果である加算スペクトルと、入力スペクトルの高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。【０１２６】
図１７は、スペクトル符号化部４０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、スペクトル符号化部４０７は、実施の形態１に示したスペクトル符号化部１０７（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１２７】
スペクトル符号化部４０７は、周波数領域変換部１７１の代わりに周波数領域変換部４７１，４７７および加算スペクトル算出部４７８を具備する点において、スペクトル符号化部１０７と相違する。なお、スペクトル符号化部４０７の内部状態設定部４７２、フィルタリング部４７４、探索部４７５、フィルタ係数算出部４７６と、スペクトル符号化部１０７の内部状態設定部１７２、フィルタリング部１７４、探索部１７５、フィルタ係数算出部１７６とは処理の一部において相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。【０１２８】
周波数領域変換部４７１は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号の代わりに、アップサンプリング部１０４から入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨであるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対して周波数変換を行い、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を算出して加算スペクトル算出部４７８に出力する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。【０１２９】
加算スペクトル算出部４７８は、周波数領域変換部４７１から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)の低域（０≦ｋ＜ＦＬ）成分と、第２レイヤ復号部４０９から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ２(ｋ)とを加算して、得られる加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)を内部状態設定部４７２に出力する。ここで、第２レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ２(ｋ)の帯域は第２レイヤ符号化部１０６において量子化対象帯域として選択された帯域であるため、加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)の帯域は、低域（０≦ｋ＜ＦＬ）と、第２レイヤ符号化部１０６において選択された量子化対象帯域とからなる。【０１３０】
周波数領域変換部４７７は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。【０１３１】
内部状態設定部４７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである入力スペクトルＳ(ｋ)の代わりに、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)を使ってフィルタリング部４７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定は、入力スペクトルＳ（ｋ）の代わりに加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を用いる点以外は、内部状態設定部１７２の内部状態の設定と同様であるため、詳細な説明を省略する。【０１３２】
フィルタリング部４７４は、内部状態設定部４７２で設定されたフィルタの内部状態、およぶピッチ係数設定部４７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)のフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値ＳＳＵＭ'（ｋ）を算出する。このフィルタリング処理は、式（２）の代わりに下記の式（１１）を用いる点以外は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１１】
2008072737.tif 000013
【０１３３】
探索部４７５は、周波数領域変換部４７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部４７４から出力される加算スペクトルの推定値ＳＳＵＭ'（ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理は、式（４）の代わりに下記の式（１２）を用いる点以外は探索部１７５における類似度の算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１２】
2008072737.tif 000014
【０１３４】
この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部４７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部４７６に与えられる。【０１３５】
フィルタ係数算出部４７６は、探索部４７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’、周波数領域変換部４７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)、および加算スペクトル算出部４７８から入力される加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部４７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理は、式（５）の代わりに下記の式（１３）を用いる点以外は、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１３】
2008072737.tif 000015
【０１３６】
要するに、符号化装置４００は、スペクトル符号化部４０７において、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を内部状態とするフィルタリング部４７４を用いて、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の形状を推定する。これにより、符号化装置４００は、加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）に対する推定値ＳＳＵＭ’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性を示すパラメータ、すなわちフィルタリング部４７４のフィルタ特性を表す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを求め、入力スペクトルの高域部の符号化情報の代わりに復号装置に伝送する。【０１３７】
本実施の形態に係る復号装置は、実施の形態１に係る復号装置１００と同様な構成を有し同様な動作を行うため、その説明を省略する。【０１３８】
このように、本実施の形態によれば、符号化側においては、第１レイヤ復号スペクトルと第２レイヤ復号スペクトルとを加算して加算スペクトルを算出し、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき最適ピッチ係数およびフィルタ係数を求める。また、復号側においては、下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算して加算スペクトルを算出し、符号化側から伝送された最適ピッチ係数およびフィルタ係数を用い、加算スペクトルの推定値を求める帯域拡張を行う。そのため、復号側の帯域拡張に対する第１レイヤ符号化および第２レイヤ符号化の符号化歪みの影響をさらに抑止することができ、復号信号の品質をさらに向上させることができる。【０１３９】
なお、本実施の形態では、符号化装置において、第１レイヤ復号スペクトルと第２レイヤ復号スペクトルとを加算して加算スペクトルを算出し、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、復号装置にて帯域拡張に利用する最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、入力スペクトルとの相関性を求める対象のスペクトルとして、加算スペクトルと第１復号スペクトルとのいずれかを選択する構成にしても良い。例えば、第１レイヤ復号信号の品質を重視するような場合には、第１レイヤ復号スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出し、第２レイヤ復号信号の品質を重視するような場合には、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することが出来る。この選択の条件としては、符号化装置に入力される補助情報、あるいは伝送路の状態（伝送速度、帯域など）を用いれば良く、例えば伝送路の利用効率が非常に高く、第１レイヤ符号化情報のみしか伝送できないような場合には、第１復号スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することにより、より品質の良い出力信号を提供することができる。【０１４０】
なお、上記のように、最適ピッチ係数およびフィルタ係数の算出方法の場合分けに対し、実施の形態１で説明したように、入力スペクトルの低域成分と高域成分との相関性を求める場合も加えても構わない。例えば、第１レイヤ復号スペクトルと入力スペクトルとの歪みが非常に小さい場合には、入力スペクトルの低域成分と高域成分とから最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することによって、上位のレイヤほど、より高い品質の出力信号を提供することができる。【０１４１】
以上、本発明の実施の形態について説明した。【０１４２】
上記各実施の形態で説明したように、本発明は、スケーラブルコーデックにおいて、符号化装置で、帯域拡張パラメータを算出するときに用いる、第１レイヤ復号信号、または、第１レイヤ復号信号を用いて算出される算出信号（たとえば、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号信号とを加算した加算信号）、の低域成分と、復号装置で、帯域拡張するために帯域拡張パラメータを適用する、第１レイヤ復号信号、または、第１レイヤ復号信号を用いて算出される算出信号（たとえば、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号信号とを加算した加算信号）、の低域成分とが、異なるように構成することで、有利な効果を奏することができる。なお、これら各低域成分を互いに同じにするように構成したり、符号化装置において入力信号の低域成分を用いるように構成したりすることも可能である。【０１４３】
なお、上記各実施の形態においては、帯域拡張のために用いるパラメータとして、ピッチ係数とフィルタ係数とを用いる例を示したが、これに限定されない。たとえば、符号化側と復号側とで、一方の係数を固定しておいて、他方の係数のみをパラメータとして符号化側から送信しても良い。あるいは、これらの係数を基に、送信のために用いるパラメータを別に求めて、それを帯域拡張パラメータとしても良く、これらを組み合わせて用いても良い。【０１４４】
また、上記各実施の形態において、符号化装置が、フィルタリング後に高域のサブバンド（周波数成分の領域で全帯域を複数に分割した帯域））毎のエネルギを調整するためのゲイン情報を算出し符号化する機能を有し、復号装置が、このゲイン情報を受信して帯域拡張に用いるようにしても良い。すなわち、帯域拡張を行うために用いるパラメータとして、符号化装置で得られる、サブバンドごとのエネルギ調整に用いるゲイン情報を復号装置に送信し、復号装置にてこのゲイン情報を帯域拡張に適用することが可能である。たとえば、最も単純な帯域拡張方法として、低域スペクトルから高域スペクトルを推定するためのピッチ係数、及びフィルタリング係数を符号化装置と復号装置とで固定しておくことにより、サブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報のみを帯域拡張のためのパラメータとして用いることが可能となる。したがって、ピッチ係数、フィルタリング係数、ゲイン情報の３種類の情報の少なくとも一つを用いれば、帯域拡張を行うことができる。【０１４５】
本発明に係る符号化装置、復号装置、およびこれらの方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。【０１４６】
本発明に係る符号化装置および復号装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。【０１４７】
なお、ここでは、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、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る符号化方法および復号方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る符号化装置および復号装置と同様の機能を実現することができる。【０１４８】
また、上記各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チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。【０１４９】
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。【０１５０】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。【０１５１】
さらに、半導体技術の進歩また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良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。【０１５２】
以上、本発明の符号化装置・復号装置についてまとめると、代表的には以下のように表すことができる。【０１５３】
本発明の第１の発明は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、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復号手段と、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリング手段と、を具備する符号化装置である。【０１５４】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記第２符号化データを復号して第２復号信号を生成する第２復号手段と、前記第１復号信号と前記第２復号信号とを加算して加算信号を生成する加算手段と、をさらに具備し、前記フィルタリング手段が、前記加算信号を前記算出信号として適用し、前記加算信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータを得る、符号化装置である。【０１５５】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記フィルタリングの後、サブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報を算出するゲイン情報生成手段と、をさらに具備する、符号化装置である。【０１５６】
本発明の第４の発明は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、を具備する復号装置である。【０１５７】
本発明の第５の発明は、第４の発明において、前記復号手段が、前記帯域拡張パラメータを用いて、第ｍレイヤとは異なる第ｎレイヤ（ｍ≠ｎ）の復号信号の高域成分を生成する、復号装置である。【０１５８】
本発明の第６の発明は、第４または第５の発明において、前記受信手段が、前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、前記復号手段が、前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第ｎレイヤの復号信号の高域成分を生成する、復号装置である。【０１５９】
本発明の第７の発明は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信する受信手段と、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、を具備する復号装置である。【０１６０】
本発明の第８の発明は、第７の発明において、前記受信手段が、前記第１符号化データと、前記第２符号化データと、前記第１加算スペクトルの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータと、を受信する、復号装置である。【０１６１】
本発明の第９の発明は、第７の発明において、前記第３復号手段が、前記第３復号スペクトルと前記第４復号スペクトルとを加算して第２加算スペクトルを生成する加算手段と、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、または、前記第５復号スペクトルとして前記第２加算スペクトル、をフィルタリングして前記帯域拡張を行うフィルタリング手段と、を具備する復号装置である。【０１６２】
本発明の第１０の発明は、第７の発明において、前記受信手段が、前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、前記第３復号手段が、前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する、復号装置である。【０１６３】
本発明の第１１の発明は、上記第１から第１０の発明において、帯域拡張パラメータが、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、符号化装置・復号装置である。【０１６４】
２００６年１２月１５日出願の特願２００６−３３８３４１の日本出願および２００７年３月２日出願の特願２００７−０５３４９６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】
【０１６５】
本発明に係る符号化装置等は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。
【図１】
2008072737.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008072737.tif 000028
【図１４】
2008072737.tif 000029
【図１５】
2008072737.tif 000030
【図１６】
2008072737.tif 000031
【図１７】
2008072737.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月24日(2009.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、
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復号手段と、
前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、
前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリング手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項２】
前記第２符号化データを復号して第２復号信号を生成する第２復号手段と、
前記第１復号信号と前記第２復号信号とを加算して加算信号を生成する加算手段と、
をさらに具備し、
前記フィルタリング手段は、
前記加算信号を前記算出信号として適用し、前記加算信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータを得る、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記フィルタリングの後、サブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報を算出するゲイン情報生成手段と、
をさらに具備する、請求項１または２記載の符号化装置。
【請求項４】
前記帯域拡張パラメータは、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、
請求項１から３のいずれか記載の符号化装置。
【請求項５】
ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、
符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、
第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項６】
前記復号手段は、
前記帯域拡張パラメータを用いて、第ｍレイヤとは異なる第ｎレイヤ（ｍ≠ｎ）の復号信号の高域成分を生成する、
請求項５記載の復号装置。
【請求項７】
前記受信手段は、
前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、
前記復号手段は、
前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第ｎレイヤの復号信号の高域成分を生成する、
請求項５または６記載の復号装置。
【請求項８】
符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信する受信手段と、
前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、
前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、
前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項９】
前記受信手段は、
前記第１符号化データと、前記第２符号化データと、前記第１加算スペクトルの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータと、を受信する、
請求項８記載の復号装置。
【請求項１０】
前記第３復号手段は、
前記第３復号スペクトルと前記第４復号スペクトルとを加算して第２加算スペクトルを生成する加算手段と、
前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、または、前記第５復号スペクトルとして前記第２加算スペクトル、をフィルタリングして前記帯域拡張を行うフィルタリング手段と、
を具備する請求項８記載の復号装置。
【請求項１１】
前記受信手段は、
前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、
前記第３復号手段は、
前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する、
請求項８記載の復号装置。
【請求項１２】
前記帯域拡張パラメータは、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、
請求項５から１１のいずれかに記載の復号装置。
【請求項１３】
入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化ステップと、
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復号ステップと、
前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号
化データを生成する第２符号化ステップと、
前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリングステップと、
を有する符号化方法。
【請求項１４】
ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号方法であって、
符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信ステップと、
第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号ステップと、
を具備する復号方法。
【請求項１５】
符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信するステップと、
前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号ステップと、
前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号ステップと、
前記第１復号ステップおよび前記第２復号ステップで復号されなかった帯域部分を、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより復号する第３復号ステップと、
を有する復号方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を符号化して伝送する通信システムに用いられる符号化装置、復号装置およびこれらの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声・オーディオ信号を伝送する場合、音声・オーディオ信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。また、近年では、単に低ビットレートで音声・オーディオ信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声・オーディオ信号を符号化する技術に対するニーズが高まっている。
【０００３】
このようなニーズに対して、符号化後の情報量を大幅には増加させることなく広帯域の音声・オーディオ信号を符号化する様々な技術が開発されてきている。例えば、非特許文献１では、入力信号を周波数領域の成分に変換し、低域スペクトルデータと高域スペクトルデータの相関を利用して、低域スペクトルデータから高域スペクトルデータを生成するパラメータを算出し、復号時にそのパラメータを用いて帯域拡張する方法が挙げられている。
【非特許文献１】押切正浩、江原宏幸、吉田幸司、「ピッチフィルタリングに基づくスペクトル符号化を用いた超広帯域スケーラブル音声符号化の改善」、音講論集2-4-13、pp.297-298、Sep. 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の帯域拡張技術では、復号側の上位レイヤにおいて、下位レイヤで帯域拡張して得られた周波数の高域部のスペクトルデータそのままが利用されるため、十分な精度の高域部のスペクトルデータが再現されているとは言えない。
【０００５】
本発明の目的は、復号側において、低域スペクトルデータを用いて精度の高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる符号化装置、復号装置およびこれらの方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の符号化装置は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、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復号手段と、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、前記入力信号、前記第１復号信号、および前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、のうちいずれか一つの信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数を得るフィルタリング手段と、を具備する構成を採る。
【０００７】
本発明の復号装置は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、を具備する構成を採る。
【０００８】
本発明の復号装置は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記入力信号、前記第１復号スペクトル、および前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、のうちいずれか一つの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数と、を受信する受信手段と、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、前記ピッチ係数およびフィルタリング係数を用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、を具備する構成を採る。
【０００９】
本発明の符号化方法は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化ステップと、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復号ステップと、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化ステップと、前記入力信号、前記第１復号信号、および前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、のうちいずれか一つの信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数を得るフィルタリングステップと、を有するようにする。
【００１０】
本発明の復号方法は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号方法であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信ステップと、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号ステップと、を有するようにする。
本発明の復号方法は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記入力信号、前記第１復号スペクトル、および前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、のうちいずれか一つの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るためのピッチ係数およびフィルタリング係数と、を受信するステップと、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号ステップと、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号ステップと、前記第１復号ステップおよび前記第２復号ステップで復号されなかった帯域部分を、前記ピッチ係数およびフィルタリング係数を用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより復号する第３復号ステップと、を有するようにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、符号化側の上位レイヤにおいて符号化帯域を選択し、復号側において帯域拡張を行い、下位レイヤおよび上位レイヤで復号できなかった帯域の成分を復号することにより、符号化側の上位レイヤにおいて選択された符号化帯域に応じて柔軟に精度の
高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。
【００１４】
この図において、符号化装置１００は、ダウンサンプリング部１０１、第１レイヤ符号化部１０２、第１レイヤ復号部１０３、アップサンプリング部１０４、遅延部１０５、第２レイヤ符号化部１０６、スペクトル符号化部１０７、および多重化部１０８を備え、２レイヤからなるスケーラブルの構成をとる。なお、符号化装置１００の第１レイヤではＣＥＬＰ（Code Exited LinearPrediction）方式の符号化方法を用いて入力される音声・オーディオ信号を符号化し、第２レイヤ符号化では第１レイヤ復号信号と入力信号との残差信号を符号化する。符号化装置１００は、入力信号をＮ（Ｎは自然数）サンプルずつ区切り、Ｎサンプルずつを１フレームとしてフレーム毎に符号化を行う。
【００１５】
ダウンサンプリング部１０１は、入力される音声信号及び／又はオーディオ信号（以下、音声・オーディオ信号と記す）に対してダウンサンプリング処理を行い、音声・オーディオ信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ１からＲａｔｅ２に変換し（Ｒａｔｅ１＞Ｒａｔｅ２）、第１レイヤ符号化部１０２に出力する。
【００１６】
第１レイヤ符号化部１０２は、ダウンサンプリング部１０１から入力されるダウンサンプリング後の音声・オーディオ信号に対してＣＥＬＰ方式の音声符号化を行い、得られる第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１０３および多重化部１０８に出力する。具体的には、第１レイヤ符号化部１０２は、声道情報と音源情報とからなる音声信号を、声道情報についてはＬＰＣ（線形予測係数：LinearPrediction Coefficient)パラメータを求めることにより符号化し、音源情報については、予め記憶されている音声モデルの何れを用いるかを特定するインデックス、すなわち、適応符号帳および固定符号帳のどの音源ベクトルを生成するかを特定するインデックスを求めることにより符号化する。
【００１７】
第１レイヤ復号部１０３は、第１レイヤ符号化部１０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対してＣＥＬＰ方式の音声復号を行い、得られる第１レイヤ復号信号をアップサンプリング部１０４に出力する。
【００１８】
アップサンプリング部１０４は、第１レイヤ復号部１０３から入力される第１レイヤ復号信号に対してアップサンプリング処理を行い、第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ２からＲａｔｅ１に変換して第２レイヤ符号化部１０６に出力する。
【００１９】
遅延部１０５は、入力される音声・オーディオ信号を内蔵のバッファに記憶して所定時間後に出力することにより、遅延された音声・オーディオ信号を第２レイヤ符号化部１０６に出力する。ここで、遅延される所定時間は、ダウンサンプリング部１０１、第１レイヤ符号化部１０２、第１レイヤ復号部１０３、およびアップサンプリング部１０４において生じるアルゴリズム遅延を考慮した時間である。
【００２０】
第２レイヤ符号化部１０６は、遅延部１０５から入力される音声・オーディオ信号と、アップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号との残差信号に対し、ゲイン・シェイプ量子化を行うことにより第２レイヤ符号化を行い、得られる第２レイヤ符号化情報を多重化部１０８に出力する。第２レイヤ符号化部１０６の内部の構成および具体的な動作については後述する。
【００２１】
スペクトル符号化部１０７は、入力される音声・オーディオ信号を周波数領域に変換し、得られる入力スペクトルの低域成分と高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。スペクトル符号化部１０７の内部の構成および具体的な動作については後述する。
【００２２】
多重化部１０８は、第１レイヤ符号化部１０２から入力される第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化部１０６から入力される第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化部１０７から入力されるスペクトル符号化情報を多重化し、得られるビットストリームを復号装置に送信する。
【００２３】
図２は、第２レイヤ符号化部１０６の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００２４】
この図において、第２レイヤ符号化部１０６は、周波数領域変換部１６１、１６２、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３、帯域選択部１６４、シェイプ量子化部１６５、予測符号化
有無判定部１６６、ゲイン量子化部１６７、および多重化部１６８を備える。
【００２５】
周波数領域変換部１６１は、遅延部１０５から入力される遅延された音声・オーディオ信号を用いて修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）を行い、得られる入力ＭＤＣＴ係数を残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３に出力する。
【００２６】
周波数領域変換部１６２は、アップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を用いてＭＤＣＴを行い、得られる第１レイヤＭＤＣＴ係数を残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３に出力する。
【００２７】
残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３は、周波数領域変換部１６１から入力される入力ＭＤＣＴ係数と、周波数領域変換部１６２から入力される第１レイヤＭＤＣＴ係数との残差を算出し、得られる残差ＭＤＣＴ係数を帯域選択部１６４およびシェイプ量子化部１６５に出力する。
【００２８】
帯域選択部１６４は、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３から入力される残差ＭＤＣＴ係数を複数のサブバンドに分割し、複数のサブバンドから量子化対象となる帯域（量子化対象帯域）を選択し、選択された帯域を示す帯域情報をシェイプ量子化部１６５、予測符号化有無判定部１６６、および多重化部１６８に出力する。ここで、量子化対象帯域を選択する方法として、エネルギが最も高い帯域を選択する方法、または過去に選択された量子化対象帯域との相関およびエネルギを同時に考慮して選択する方法などがある。
【００２９】
シェイプ量子化部１６５は、残差ＭＤＣＴ係数算出部１６３から入力される残差ＭＤＣＴ係数のうち、帯域選択部１６４から入力される帯域情報が示す量子化対象帯域に対応するＭＤＣＴ係数、すなわち第２レイヤＭＤＣＴ係数を用いてシェイプ量子化を行い、得られるシェイプ符号化情報を多重化部１６８に出力する。また、シェイプ量子化部１６５は、シェイプ量子化の理想ゲイン値を求め、求められた理想ゲイン値をゲイン量子化部１６７に出力する。
【００３０】
予測符号化有無判定部１６６は、帯域選択部１６４から入力される帯域情報を用いて現フレームの量子化対象帯域と過去のフレームの量子化対象帯域との間で共通のサブサブバンドの数を求める。そして、予測符号化有無判定部１６６は、共通のサブサブバンドの数が所定値以上である場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数、すなわち第２レイヤＭＤＣＴ係数に対して予測符号化を行うと判定し、共通のサブサブバンドの数が所定値より小さい場合には、第２レイヤＭＤＣＴ係数に対して予測符号化を行わないと判定する。予測符号化有無判定部１６６は、判定結果をゲイン量子化部１６７に出力する。
【００３１】
ゲイン量子化部１６７は、予測符号化有無判定部１６６から入力される判定結果が予測符号化を行うという判定結果を示す場合には、内蔵のバッファに記憶されている過去のフレームの量子化ゲイン値および内蔵のゲインコードブックを用いて現フレームの量子化対象帯域のゲインの予測符号化を行ってゲイン符号化情報を得る。一方、予測符号化有無判定部１６６から入力される判定結果が予測符号化を行わないという判定結果を示す場合、ゲイン量子化部１６７は、シェイプ量子化部１６５から入力される理想ゲイン値を量子化対象として直接量子化を行ってゲイン符号化情報を得る。ゲイン量子化部１６７は、得られるゲイン符号化情報を多重化部１６８に出力する。
【００３２】
多重化部１６８は、帯域選択部１６４から入力される帯域情報、シェイプ量子化部１６５から入力されるシェイプ符号化情報、およびゲイン量子化部１６７から入力されるゲイン符号化情報を多重化し、得られるビットストリームを第２レイヤ符号化情報として多重
化部１０８に送信する。
【００３３】
なお、第２レイヤ符号化部１０６で生成される帯域情報、シェイプ符号化情報、ゲイン符号化情報は、多重化部１６８を介さず、直接、多重化部１０８に入力されて、第１レイヤ符号化情報およびスペクトル符号化情報と多重化されても良い。
【００３４】
図３は、スペクトル符号化部１０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００３５】
この図において、スペクトル符号化部１０７は、周波数領域変換部１７１、内部状態設定部１７２、ピッチ係数設定部１７３、フィルタリング部１７４、探索部１７５、およびフィルタ係数算出部１７６を有する。
【００３６】
周波数領域変換部１７１は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。
【００３７】
内部状態設定部１７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨの入力スペクトルＳ(ｋ)を使ってフィルタリング部１７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定については後述される。
【００３８】
ピッチ係数設定部１７３は、ピッチ係数Ｔを予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部１７４に順次出力する。
【００３９】
フィルタリング部１７４は、内部状態設定部１７２で設定されたフィルタの内部状態、ピッチ係数設定部１７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて入力スペクトルのフィルタリングを行い、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出する。このフィルタリング処理の詳細については後述する。
【００４０】
探索部１７５は、周波数領域変換部１７１から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部１７４から出力される入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理については、後ほど詳述する。この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部１７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部１７６に与えられる。
【００４１】
フィルタ係数算出部１７６は、探索部１７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’および周波数領域変換部１７１から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理の詳細については後述する。
【００４２】
図４は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理の概要を説明するための図である。
【００４３】
全周波数帯域（０≦ｋ＜ＦＨ）のスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、フィルタリング部１７４のフィルタ関数は次式（１）で表されるものを使用する。
【数１】
2008072737.tif 000033
【００４４】
この式において、Ｔはピッチ係数設定部１７３から入力されたピッチ係数を表しており、ＭはＭ＝１とする。
【００４５】
図４に示すように、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、入力スペクトルＳ(ｋ)がフィルタの内部状態として格納されている。一方、Ｓ(ｋ)のＦＬ≦ｋ＜ＦＨの帯域には、次式（２）を用いて求められた入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）が格納される。
【数２】
2008072737.tif 000034
【００４６】
この式において、フィルタリング処理により、ｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からＳ’(ｋ）を求める。なお、上記の式（２）に示す演算を、周波数の低い方（ｋ＝ＦＬ）から順にｋをＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲で変化させながら繰り返すことにより、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）が算出される。
【００４７】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部１７３からピッチ係数Ｔが与えられる度に、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行われる。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ(ｋ)は算出され、探索部１７５に出力される。
【００４８】
次に、探索部１７５において行われる類似度の算出処理および最適なピッチ係数（最適ピッチ係数）Ｔ’の導出処理について説明する。
【００４９】
まず、類似度には、様々な定義が存在する。ここでは、フィルタ係数β−１およびβ１を０とみなして、最小２乗誤差法に基づいて次式（３）によって定義される類似度を用いる場合を例にとって説明する。
【数３】
2008072737.tif 000035
【００５０】
この類似度を使用した場合、最適なピッチ係数Ｔ’を算出した後にフィルタ係数βｉを決定することになり、フィルタ係数βｉの算出については後述する。ここで、Ｅは、Ｓ(ｋ)とＳ’(ｋ）との間の２乗誤差を表す。この式において右辺入力項は、ピッチ係数Ｔに関係ない固定値となるので、右辺第２項を最大とするＳ’(ｋ）を生成するピッチ係数Ｔが探索される。ここで、次式（４）に示すように、上記の式（３）の右辺第２項を類似度と定義する。すなわち、次式（４）で表される類似度Ａが最大となるようなピッチ係数Ｔ’が探索される。
【数４】
2008072737.tif 000036
【００５１】
図５は、ピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。
【００５２】
図５Ａは、内部状態として格納されている、調波構造を有する入力スペクトルＳ（ｋ）を示す図である。図５Ｂ〜図５Ｄは、３種類のピッチ係数Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を用いて、それぞれフィルタリングを行うことにより算出される入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルを示す図である。
【００５３】
この図に示す例では、図５Ｃに示すスペクトルと図５Ａに示すスペクトルとが類似しているため、Ｔ１を用いて算出する類似度が最も高い値を示すことがわかる。すなわち、調波構造を保つことのできるピッチ係数ＴとしてはＴ１が最適である。
【００５４】
図６は、図５と同様に、ピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。ただし、内部状態として格納されている入力スペクトルの位相が図５に示した場合と異なっている。図６に示す例においても、調波構造が保持されるピッチ係数ＴはＴ１のときである。
【００５５】
探索部１７５において、ピッチ係数Ｔを変化させ、類似度が最大となるＴを見つけることは、スペクトルの調波構造のピッチ（またはその整数倍）をトライ・アンド・エラーで見つけることに相当している。そして、フィルタリング部１７４は、この調波構造のピッチに基づいて入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出するので、入力スペクトルと推定スペクトルとの間の接続部において調波構造が崩れない。これは、入力スペクトルＳ（ｋ）と推定スペクトルＳ’(ｋ）との接続部ｋ＝ＦＬにおける推定値Ｓ’(ｋ）が調波構造のピッチ（またはその整数倍）Ｔだけ離れた入力スペクトルに基づいて算出されることを考えても容易に理解される。
【００５６】
次に、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数の算出処理について説明する。
【００５７】
フィルタ係数算出部１７６は、探索部１７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’を用いて次式（５）で表される２乗歪みＥを最小にするようなフィルタ係数βｉを求める。
【数５】
2008072737.tif 000037
【００５８】
具体的には、フィルタ係数算出部１７６は、複数個のβｉ（ｉ＝−１，０，１）の組合せを予めデータテーブルとして持っており、上記の式（５）の２乗歪Ｅを最小とするβｉ（ｉ＝−１，０，１）の組合せを決定し、そのインデックスを出力する。
【００５９】
図７は、ピッチ係数設定部１７３、フィルタリング部１７４、および探索部１７５において行われる処理の手順を示すフロー図である。
【００６０】
まず、ＳＴ１０１０において、ピッチ係数設定部１７３は、ピッチ係数Ｔおよび最適ピッチ係数Ｔ’を探索範囲の下限値Ｔｍｉｎに設定し、最大類似度Ａｍａｘを０に設定する。
【００６１】
次いで、ＳＴ１０２０において、フィルタリング部１７４は、入力スペクトルのフィルタリングを行い、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）を算出する。
【００６２】
次いで、ＳＴ１０３０において、探索部１７５は、入力スペクトルＳ(ｋ)と入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）との類似度Ａを算出する。
【００６３】
次いで、ＳＴ１０４０において、探索部１７５は、算出された類似度Ａと最大類似度Ａｍａｘとを比較する。
【００６４】
ＳＴ１０４０における比較結果、類似度Ａが最大類似度Ａｍａｘ以下である場合（ＳＴ１０４０：ＮＯ）、処理手順はＳＴ１０６０に移行する。
【００６５】
一方、ＳＴ１０４０における比較結果、類似度Ａが最大類似度Ａｍａｘより大きい場合（ＳＴ１０４０：ＹＥＳ）、探索部１７５は、ＳＴ１０５０において、類似度Ａを用いて最大類似度Ａｍａｘを更新し、ピッチ係数Ｔを用いて最適ピッチ係数Ｔ’を更新する。
【００６６】
次いで、ＳＴ１０６０において、探索部１７５は、ピッチ係数Ｔと探索範囲の上限値Ｔｍａｘとを比較する。
【００６７】
ＳＴ１０６０における比較結果、ピッチ係数Ｔが探索範囲の上限値Ｔｍａｘ以下である場合（ＳＴ１０６０：ＮＯ）、探索部１７５は、ＳＴ１０７０においてＴ＝Ｔ＋１となるようにＴを１インクリメントする。
【００６８】
一方、ＳＴ１０６０における比較結果、ピッチ係数Ｔが探索範囲の上限値Ｔｍａｘより大きい場合（ＳＴ１０４０：ＹＥＳ）、探索部１７５は、ＳＴ１０８０において、最適ピッチ係数Ｔ’を出力する。
【００６９】
このように、符号化装置１００は、スペクトル符号化部１０７において、低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）および高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の２つに分けられた入力信号のスペクトルに対し、低域スペクトルを内部状態として有するフィルタリング部１７４を用いて高域スペクトルの形状を推定する。そして、低域スペクトルと高域スペクトルとの相関性を示す、フィルタリング部１７４のフィルタ特性を表すパラメータＴ’およびβｉ自体を、高域スペクトルの代わりに復号装置に伝送するため、低ビットレートで高品質にスペクトルを符号化することができる。ここで、低域スペクトルと高域スペクトルとの相関性を示す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉは、低域スペクトルから高域スペクトルを推定する推定パラメータでもある。
【００７０】
また、スペクトル符号化部１０７のフィルタリング部１７４が低域スペクトルを用いて高域スペクトルの形状を推定する際に、ピッチ係数設定部１７３は、推定の基準とする低域スペクトルと高域スペクトルとの周波数差、すなわち、ピッチ係数Ｔを様々に変化させ出力し、探索部１７５は、低域スペクトルと高域スペクトルとの類似度が最大となるピッチ係数Ｔ’を探索する。そのため、スペクトル全体の調波構造のピッチに基づいて高域スペクトルの形状を推定することができ、スペクトル全体の調波構造を維持したまま符号化を行うことができ、復号音声信号の品質を向上することができる。
【００７１】
また、スペクトル全体の調波構造を維持したまま符号化を行うことができるため、低域スペクトルの帯域幅を調波構造のピッチに基づいて設定する必要もなく、すなわち、低域スペクトルの帯域幅を調波構造のピッチ（または、その整数倍）に揃える必要がなく、任意に帯域幅を設定できる。従って、簡単な動作で、低域スペクトルと高域スペクトルとの接続部において、スペクトルが滑らかに接続されることができ、復号音声信号の品質を向上することができる。
【００７２】
図８は、本実施の形態に係る復号装置２００の主要な構成を示すブロック図である。
【００７３】
この図において、復号装置２００は、制御部２０１、第１レイヤ復号部２０２、アップサンプリング部２０３、第２レイヤ復号部２０４、スペクトル復号部２０５、およびスイッチ２０６を備える。
【００７４】
制御部２０１は、符号化装置１００から伝送されるビットストリームを構成する第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化情報を分離し、得られる第１符号化情報を第１レイヤ復号部２０２に、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部２０４に、スペクトル符号化情報をスペクトル復号部２０５に出力する。また、制御部２０１は、符号化装置１００から伝送されるビットストリームの構成要素に応じて、スイッチ２０６を制御する制御情報を適応的に生成してスイッチ２０６に出力する。
【００７５】
第１レイヤ復号部２０２は、制御部２０１から入力される第１レイヤ符号化情報に対してＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られる第１レイヤ復号信号をアップサンプリング部２０３およびスイッチ２０６に出力する。
【００７６】
アップサンプリング部２０３は、第１レイヤ復号部２０２から入力される第１レイヤ復号信号に対してアップサンプリング処理を行い、第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＲａｔｅ２からＲａｔｅ１に変換し、スペクトル復号部２０５に出力する。
【００７７】
第２レイヤ復号部２０４は、制御部２０１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いてゲイン・シェイプの逆量子化を行い、得られる第２レイヤＭＤＣＴ係数、すなわち量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数をスペクトル復号部２０５に出力する。なお、第２レイヤ復号部２０４の内部の構成および具体的な動作については後述する。
【００７８】
スペクトル復号部２０５は、第２レイヤ復号部２０４から入力される第２レイヤＭＤＣＴ係数、制御部２０１から入力されるスペクトル符号化情報、アップサンプリング部２０３から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を用いて帯域拡張の処理を行い、得られる第２レイヤ復号信号をスイッチ２０６に出力する。なお、スペクトル復号部２０５の内部の構成および具体的な動作については後述する。
【００７９】
スイッチ２０６は、制御部２０１から入力される制御情報に基づき、符号化装置１００から復号装置２００に伝送されるビットストリームが第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報、およびスペクトル符号化情報から構成されている場合、上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報、スペクトル符号化情報から構成されている場合、または上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報、第２レイヤ符号化情報から構成されている場合には、スペクトル復号部２０５から入力される第２レイヤ復号信号を復号信号として出力する。一方、スイッチ２０６は、上記ビットストリームが第１レイヤ符号化情報のみから構成されている場合には、第１レイヤ復号部２０２から入力される第１レイヤ復号信号を復号信号として出力する。
【００８０】
図９は、第２レイヤ復号部２０４の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００８１】
この図において、第２レイヤ復号部２０４は、分離部２４１、シェイプ逆量子化部２４２、予測復号有無判定部２４３、およびゲイン逆量子化部２４４を備える。
【００８２】
分離部２４１は、制御部２０１から入力される第２レイヤ符号化情報から帯域情報、シェイプ符号化情報、およびゲイン符号化情報を分離し、得られる帯域情報をシェイプ逆量子化部２４２および予測復号有無判定部２４３に出力し、シェイプ符号化情報をシェイプ逆量子化部２４２に出力し、ゲイン符号化情報をゲイン逆量子化部２４４に出力する。
【００８３】
シェイプ逆量子化部２４２は、分離部２４１から入力されるシェイプ符号化情報を復号し、分離部２４１から入力される帯域情報が示す量子化対象帯域に対応するＭＤＣＴ係数のシェイプの値を求めてゲイン逆量子化部２４４に出力する。
【００８４】
予測復号有無判定部２４３は、分離部２４１から入力される帯域情報を用いて現フレームの量子化対象帯域と過去のフレームの量子化対象帯域との間の共通のサブバンドの数を求める。そして、予測復号有無判定部２４３は、共通のサブバンドの数が所定値以上である場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域のＭＤＣＴ係数に対して予測復号を行うと判定し、共通のサブバンドの数が所定値より小さい場合には、帯域情報が示す量子化対象帯域のＭＤＣＴ係数に対して予測復号を行わないと判定する。予測復号有無判定部２４３は、判定結果をゲイン逆量子化部２４４に出力する。
【００８５】
ゲイン逆量子化部２４４は、予測復号有無判定部２４３から入力される判定結果が予測復号を行うという判定結果を示す場合には、内蔵のバッファに記憶されている過去のフレームのゲイン値および内蔵のゲインコードブックを用いて分離部２４１から入力されるゲイン符号化情報に対し予測復号を行ってゲイン値を得る。一方、予測復号有無判定部２４３から入力される判定結果が予測復号を行わないという判定結果を示す場合、ゲイン逆量子化部２４４は、内蔵のゲインコードブックを用いて、分離部２４１から入力されるゲイン符号化情報を直接逆量子化してゲイン値を得る。ゲイン逆量子化部２４４は、得られたゲイン値、およびシェイプ逆量子化部２４２から入力されるシェイプの値を用いて、第２レイヤＭＤＣＴ係数すなわち量子化対象帯域の残差ＭＤＣＴ係数を求めて出力する。
【００８６】
上記の構成を有する第２レイヤ復号部２０４における動作は、第２レイヤ符号化部１０６における動作と逆であるため、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
図１０は、スペクトル復号部２０５の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００８８】
この図において、スペクトル復号部２０５は、周波数領域変換部２５１、加算スペクトル算出部２５２、内部状態設定部２５３、フィルタリング部２５４、および時間領域変換部２５５を有する。
【００８９】
周波数領域変換部２５１は、アップサンプリング部２０３から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対し周波数変換を施し、第１スペクトルＳ１(ｋ)を算出して加算スペクトル算出部２５２に出力する。ここで、アップサンプリング後の第１レイヤ復号信号の有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＬであり、周波数変換法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を使用する。
【００９０】
加算スペクトル算出部２５２は、周波数領域変換部２５１から第１スペクトルＳ１(ｋ)が入力され、かつ第２レイヤ復号部２０４から第２レイヤＭＤＣＴ係数（以下、第２スペクトルＳ２(ｋ)と記す）が入力される場合、第１スペクトルＳ１(ｋ)と第２スペクトルＳ２(ｋ)とを加算し、加算結果を加算スペクトルＳ３(ｋ)として内部状態設定部２５３に出力する。また、加算スペクトル算出部２５２は、周波数領域変換部２５１から第１スペクトルＳ１(ｋ)が入力されるだけで、第２レイヤ復号部２０４から第２スペクトルＳ２(ｋ)が入力されない場合、第１スペクトルＳ１(ｋ)を加算スペクトルＳ３(ｋ)として内部状態設定部２５３に出力する。
【００９１】
内部状態設定部２５３は、加算スペクトルＳ３(ｋ)を使ってフィルタリング部２５４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。
【００９２】
フィルタリング部２５４は、内部状態設定部２５３により設定されたフィルタの内部状態と、制御部２０１から入力されるスペクトル符号化情報に含まれている最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを用いて加算スペクトルＳ３(ｋ)のフィルタリングを行うことにより加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を生成する。そして、フィルタリング部２５４は、加算スペクトルＳ３(ｋ)と加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）とからなる復号スペクトルＳ’(ｋ）を時間領域変換部２５５に出力する。かかる場合、フィルタリング部２５４は、上記の式（１）で表されるフィルタ関数を用いる。
【００９３】
図１１は、フィルタリング部２５４において生成される復号スペクトルＳ’(ｋ）を示す図である。
【００９４】
フィルタリング部２５４は、低域（０≦ｋ＜ＦＬ）スペクトルである第１レイヤＭＤＣＴ係数ではなく、第１レイヤＭＤＣＴ係数（０≦ｋ＜ＦＬ）と第２レイヤＭＤＣＴ係数（ＦＬ’≦ｋ＜ＦＬ”とを加算した、帯域が０≦ｋ＜ＦＬ”である加算スペクトルＳ３（ｋ）を用いてフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を得る。従って、図１１に示すように、帯域情報で示される量子化対象帯域、すなわち０≦ｋ＜ＦＬ”の帯域からなる帯域における復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルＳ３(ｋ)によって構成され、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのうち量子化対象帯域と重複しない部分、すなわち、周波数帯域ＦＬ”≦ｋ＜ＦＨにおける復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）によって構成される。要するに、周波数帯域ＦＬ’≦ｋ＜ＦＬ”における復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルＳ３（ｋ）を用いたフィルタリング部２５４のフィルタリング処理により得られる加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）ではなく、加算スペクトルＳ３（ｋ）そのものの値をとる。
【００９５】
図１１においては、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが一部重複する場合を例にとって示している。帯域選択部１６４における量子化対象帯域の選択結果によっては、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが完全に重複する場合、または第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合もあり得る。
【００９６】
図１２は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域に第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域が完全に重複する場合を示す図である。かかる場合、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける復号スペクトルＳ’(ｋ）は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）そのものの値をとる。ここで、加算スペクトルＳ３（ｋ）の値は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の値と第２スペクトルＳ２（ｋ）の値とを加算して得られたものであるため、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）の精度が向上し、従って復号音声信号の品質が向上する。
【００９７】
図１３は、第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合を示す図である。かかる場合、フィルタリング部２５４は、第１スペクトルＳ１（ｋ）を用いて加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を求め、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨへの帯域拡張処理を行う。ただし、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのうち、第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域に対応する推定値Ｓ３'（ｋ）の部分は第２スペクトルＳ２（ｋ）を用いて置き換える。その理由は、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）よりも第２スペクトルＳ２（ｋ）の精度がより高いためであり、これにより復号音声信号の品質が向上する。
【００９８】
時間領域変換部２５５は、フィルタリング部２５４から入力される復号スペクトルＳ’(ｋ）を時間領域の信号に変換し、第２レイヤ復号信号として出力する。時間領域変換部２５５は、必要に応じて適切な窓掛けおよび重ね合わせ加算等の処理を行い、フレーム間
に生じる不連続を回避する。
【００９９】
このように、本実施の形態によれば、符号化側の上位レイヤにおいて符号化帯域を選択し、復号側において下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算し、得られる加算スペクトルを用いて帯域拡張を行い、下位レイヤおよび上位レイヤで復号できなかった帯域の成分を復号する。そのため、符号化側の上位レイヤにおいて選択された符号化帯域に応じて柔軟に精度の高い高域スペクトルデータを算出することができ、より品質の良い復号信号を得ることができる。
【０１００】
なお、本実施の形態では、第２レイヤ符号化部１０６は、量子化対象となる帯域を選択して第２レイヤ符号化を行う場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、第２レイヤ符号化部１０６は固定の帯域の成分を符号化しても良く、第１レイヤ符号化部１０２において符号化された帯域と同様な帯域の成分を符号化しても良い。
【０１０１】
また、本実施の形態では、復号装置２００は、スペクトル符号化情報に含まれている最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを用いて、加算スペクトルＳ３ (ｋ)に対してフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値Ｓ３'（ｋ）を生成することにより高域部のスペクトルを推定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、復号装置２００は第１スペクトルＳ１（ｋ）に対してフィルタリングを行うことにより、高域部のスペクトルを推定しても良い。
【０１０２】
また、本実施の形態では、式（１）においてＭ＝１とする場合を例にとって説明したが、Ｍはこれに限定されることは無く、０以上の整数（自然数）を用いることが可能である。
【０１０３】
また、本実施の形態では、第１レイヤにおいてＣＥＬＰ型の符号化／復号方式を適用したが、他の符号化／復号方式を用いてもよい。
【０１０４】
また、本実施の形態では、階層符号化（スケーラブル符号化）を行う符号化装置１００を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、階層符号化以外の他の方式の符号化を行う符号化装置に適用しても良い。
【０１０５】
また、本実施の形態では、符号化装置１００が周波数領域変換部１６１、１６２を有する場合を例にとって説明したが、これらは時間領域信号を入力信号とする場合に必要な構成要素であり、本発明はこれに限定されず、スペクトル符号化部１０７に直接スペクトルが入力される場合には、周波数領域変換部１６１、１６２を備えなくても良い。
【０１０６】
また、本実施の形態では、フィルタリング部１７４においてピッチ係数を算出した後、フィルタ係数算出部１７６においてフィルタ係数を算出する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、フィルタ係数算出部１７６を備えずフィルタ係数を算出しない構成にしても良い。また、フィルタ係数算出部１７６を備えず、フィルタリング部１７４においてピッチ係数とフィルタ係数とを用いてフィルタリングを行い、最適なピッチ係数とフィルタ係数を同時に探索する構成にしても良い。かかる場合、上記の式（１）および（２）の代わりに、次式（６）および（７）を用いる。
【数６】
2008072737.tif 000038
【数７】
2008072737.tif 000039
【０１０７】
また、本実施の形態では、低域のスペクトルを用いて、すなわち、低域のスペクトルを符号化の基準として、高域のスペクトルを符号化する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、基準となるスペクトルを他の仕方で設定しても良い。例えば、エネルギを有効に利用するという観点からは望ましくないが、高域のスペクトルを用いて低域のスペクトルを符号化しても良く、または中間周波数帯域のスペクトルを符号化の基準として他の帯域のスペクトルを符号化しても良い。
【０１０８】
（実施の形態２）
図１４は、本発明の実施の形態２に係る符号化装置３００の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置３００は、実施の形態１に示した符号化装置１００（図１〜図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０９】
符号化装置３００のスペクトル符号化部３０７と、符号化装置１００のスペクトル符号化部１０７とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。
【０１１０】
スペクトル符号化部３０７は、符号化装置３００の入力信号である音声・オーディオ信号、およびアップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を周波数領域に変換し、入力スペクトルおよび第１レイヤ復号スペクトルを得る。そして、スペクトル符号化部３０７は、第１レイヤ復号スペクトルの低域成分と、入力スペクトルの高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。
【０１１１】
図１５は、スペクトル符号化部３０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、スペクトル符号化部３０７は、実施の形態１に示したスペクトル符号化部１０７（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１２】
スペクトル符号化部３０７は、周波数領域変換部３７７をさらに具備する点において、スペクトル符号化部１０７と相違する。なお、スペクトル符号化部３０７の周波数領域変換部３７１、内部状態設定部３７２、フィルタリング部３７４、探索部３７５、フィルタ係数算出部３７６と、スペクトル符号化部１０７の周波数領域変換部１７１、内部状態設定部１７２、フィルタリング部１７４、探索部１７５、フィルタ係数算出部１７６とは処理の一部において相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。
【０１１３】
周波数領域変換部３７７は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。
【０１１４】
周波数領域変換部３７１は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号の代わりに、アップサンプリング部１０４から入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨであるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対して周波数変換を行い、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリ
エ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。
【０１１５】
内部状態設定部３７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである入力スペクトルＳ(ｋ)の代わりに、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を使ってフィルタリング部３７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定は、入力スペクトルＳ（ｋ）の代わりに加算スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を用いる点以外は、内部状態設定部１７２の内部状態の設定と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【０１１６】
フィルタリング部３７４は、内部状態設定部３７２で設定されたフィルタの内部状態、およびピッチ係数設定部１７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて第１レイヤ復号スペクトルのフィルタリングを行い、第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１'（ｋ）を算出する。このフィルタリング処理は、式（２）の代わりに下記の式（８）を用いる点以外は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数８】
2008072737.tif 000040
【０１１７】
探索部３７５は、周波数領域変換部３７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部３７４から出力される第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１'（ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理は、式（４）の代わりに下記の式（９）を用いる点以外は探索部１７５における類似度の算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数９】
2008072737.tif 000041
この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部３７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部３７６に与えられる。
【０１１８】
フィルタ係数算出部３７６は、探索部３７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’、周波数領域変換部３７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)、および周波数領域変換部３７１から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部３７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理は、式（５）の代わりに下記の式（１０）を用いる点以外は、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１０】
2008072737.tif 000042
【０１１９】
要するに、符号化装置３００は、スペクトル符号化部３０７において、有効周波数帯域
が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）を内部状態とするフィルタリング部３７４を用いて、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の形状を推定する。これにより、符号化装置３００は、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）に対する推定値ＳＤＥＣ１’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性を示すパラメータ、すなわちフィルタリング部３７４のフィルタ特性を表す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを求め、これらを入力スペクトルの高域部の符号化情報の代わりに復号装置に伝送する。
【０１２０】
本実施の形態に係る復号装置は、実施の形態１に係る復号装置１００と同様な構成を有し同様な動作を行うため、その説明を省略する。
【０１２１】
このように、本実施の形態によれば、復号側において下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算し、得られる加算スペクトルを帯域拡張し、加算スペクトルの推定値を求める際に用いられる最適ピッチ係数およびフィルタ係数を、入力スペクトルの推定値Ｓ’(ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性ではなく、第１レイヤ復号スペクトルの推定値ＳＤＥＣ１’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性に基づき求める。そのため、復号側の帯域拡張に対する第１レイヤ符号化の符号化歪みの影響を抑止することができ、復号信号の品質を向上させることができる。
【０１２２】
（実施の形態３）
図１６は、本発明の実施の形態３に係る符号化装置４００の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置４００は、実施の形態１に示した符号化装置１００（図１〜図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２３】
符号化装置４００は、第２レイヤ復号部４０９をさらに具備する点において符号化装置１００と相違する。なお、符号化装置４００のスペクトル符号化部４０７と、符号化装置１００のスペクトル符号化部１０７とは処理の一部に相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。
【０１２４】
第２レイヤ復号部４０９は、実施の形態１に係る復号装置２００における第２レイヤ復号部２０４（図８〜１０）と同様な構成を有し同様な動作を行うため、詳細な説明を略す。ただし、第２レイヤ復号部２０４の出力を第２レイヤＭＤＣＴ係数と称するのに対し、ここでは、第２レイヤ復号部４０９の出力を第２レイヤ復号スペクトルと称し、ＳＤＥＣ２（ｋ）と記す。
【０１２５】
スペクトル符号化部４０７は、符号化装置４００の入力信号である音声・オーディオ信号、およびアップサンプリング部１０４から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号を周波数領域に変換し、入力スペクトルおよび第１レイヤ復号スペクトルを得る。そして、スペクトル符号化部４０７は、第１レイヤ復号スペクトルの低域成分と、第２レイヤ復号部４０９から入力される第２レイヤ復号スペクトルとを加算し、加算結果である加算スペクトルと、入力スペクトルの高域成分との相関を分析し、復号側において帯域拡張を行い低域成分から高域成分を推定するためのパラメータを算出し、スペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。
【０１２６】
図１７は、スペクトル符号化部４０７の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、スペクトル符号化部４０７は、実施の形態１に示したスペクトル符号化部１０７（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その
説明を省略する。
【０１２７】
スペクトル符号化部４０７は、周波数領域変換部１７１の代わりに周波数領域変換部４７１，４７７および加算スペクトル算出部４７８を具備する点において、スペクトル符号化部１０７と相違する。なお、スペクトル符号化部４０７の内部状態設定部４７２、フィルタリング部４７４、探索部４７５、フィルタ係数算出部４７６と、スペクトル符号化部１０７の内部状態設定部１７２、フィルタリング部１７４、探索部１７５、フィルタ係数算出部１７６とは処理の一部において相違点があり、それを示すために異なる符号を付す。
【０１２８】
周波数領域変換部４７１は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号の代わりに、アップサンプリング部１０４から入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨであるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号に対して周波数変換を行い、第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)を算出して加算スペクトル算出部４７８に出力する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。
【０１２９】
加算スペクトル算出部４７８は、周波数領域変換部４７１から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ１(ｋ)の低域（０≦ｋ＜ＦＬ）成分と、第２レイヤ復号部４０９から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ２(ｋ)とを加算して、得られる加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)を内部状態設定部４７２に出力する。ここで、第２レイヤ復号スペクトルＳＤＥＣ２(ｋ)の帯域は第２レイヤ符号化部１０６において量子化対象帯域として選択された帯域であるため、加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)の帯域は、低域（０≦ｋ＜ＦＬ）と、第２レイヤ符号化部１０６において選択された量子化対象帯域とからなる。
【０１３０】
周波数領域変換部４７７は、入力される有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである音声・オーディオ信号に対して周波数変換を行い、入力スペクトルＳ(ｋ)を算出する。ここで周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を適用する。
【０１３１】
内部状態設定部４７２は、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである入力スペクトルＳ(ｋ)の代わりに、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)を使ってフィルタリング部４７４で用いられるフィルタの内部状態を設定する。なお、このフィルタの内部状態の設定は、入力スペクトルＳ（ｋ）の代わりに加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を用いる点以外は、内部状態設定部１７２の内部状態の設定と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【０１３２】
フィルタリング部４７４は、内部状態設定部４７２で設定されたフィルタの内部状態、およぶピッチ係数設定部４７３から出力されるピッチ係数Ｔを用いて加算スペクトルＳＳＵＭ(ｋ)のフィルタリングを行い、加算スペクトルの推定値ＳＳＵＭ'（ｋ）を算出する。このフィルタリング処理は、式（２）の代わりに下記の式（１１）を用いる点以外は、フィルタリング部１７４のフィルタリング処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１１】
2008072737.tif 000043
【０１３３】
探索部４７５は、周波数領域変換部４７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)とフィルタリング部４７４から出力される加算スペクトルの推定値ＳＳＵＭ'（ｋ）との類似性を示すパラメータである類似度を算出する。なお、この類似度の算出処理は、式（４）の
代わりに下記の式（１２）を用いる点以外は探索部１７５における類似度の算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１２】
2008072737.tif 000044
この類似度の算出処理は、ピッチ係数設定部１７３からフィルタリング部４７４にピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ'（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）は、フィルタ係数算出部４７６に与えられる。
【０１３４】
フィルタ係数算出部４７６は、探索部４７５から与えられる最適ピッチ係数Ｔ’、周波数領域変換部４７７から入力される入力スペクトルＳ(ｋ)、および加算スペクトル算出部４７８から入力される加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を用いて、フィルタ係数βｉを求め、フィルタ係数βｉおよび最適ピッチ係数Ｔ’をスペクトル符号化情報として多重化部１０８に出力する。なお、フィルタ係数算出部４７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理は、式（５）の代わりに下記の式（１３）を用いる点以外は、フィルタ係数算出部１７６におけるフィルタ係数βｉの算出処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【数１３】
2008072737.tif 000045
【０１３５】
要するに、符号化装置４００は、スペクトル符号化部４０７において、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）を内部状態とするフィルタリング部４７４を用いて、有効周波数帯域が０≦ｋ＜ＦＨである加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の形状を推定する。これにより、符号化装置４００は、加算スペクトルＳＳＵＭ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）に対する推定値ＳＳＵＭ’（ｋ）と、入力スペクトルＳ（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との相関性を示すパラメータ、すなわちフィルタリング部４７４のフィルタ特性を表す最適ピッチ係数Ｔ’およびフィルタ係数βｉを求め、入力スペクトルの高域部の符号化情報の代わりに復号装置に伝送する。
【０１３６】
本実施の形態に係る復号装置は、実施の形態１に係る復号装置１００と同様な構成を有し同様な動作を行うため、その説明を省略する。
【０１３７】
このように、本実施の形態によれば、符号化側においては、第１レイヤ復号スペクトルと第２レイヤ復号スペクトルとを加算して加算スペクトルを算出し、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき最適ピッチ係数およびフィルタ係数を求める。また、復号側においては、下位レイヤおよび上位レイヤの復号スペクトルを加算して加算スペクトルを算出し、符号化側から伝送された最適ピッチ係数およびフィルタ係数を用い、加算スペクトルの推定値を求める帯域拡張を行う。そのため、復号側の帯域拡張に対する第１レイヤ符号化および第２レイヤ符号化の符号化歪みの影響をさらに抑止することができ、復号信号の品質をさらに向上させることができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、符号化装置において、第１レイヤ復号スペクトルと第２レイヤ復号スペクトルとを加算して加算スペクトルを算出し、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、復号装置にて帯域拡張に利用する最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、入力スペクト
ルとの相関性を求める対象のスペクトルとして、加算スペクトルと第１復号スペクトルとのいずれかを選択する構成にしても良い。例えば、第１レイヤ復号信号の品質を重視するような場合には、第１レイヤ復号スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出し、第２レイヤ復号信号の品質を重視するような場合には、加算スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することが出来る。この選択の条件としては、符号化装置に入力される補助情報、あるいは伝送路の状態（伝送速度、帯域など）を用いれば良く、例えば伝送路の利用効率が非常に高く、第１レイヤ符号化情報のみしか伝送できないような場合には、第１復号スペクトルと入力スペクトルとの相関性に基づき、帯域拡張のための最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することにより、より品質の良い出力信号を提供することができる。
【０１３９】
なお、上記のように、最適ピッチ係数およびフィルタ係数の算出方法の場合分けに対し、実施の形態１で説明したように、入力スペクトルの低域成分と高域成分との相関性を求める場合も加えても構わない。例えば、第１レイヤ復号スペクトルと入力スペクトルとの歪みが非常に小さい場合には、入力スペクトルの低域成分と高域成分とから最適ピッチ係数およびフィルタ係数を算出することによって、上位のレイヤほど、より高い品質の出力信号を提供することができる。
【０１４０】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【０１４１】
上記各実施の形態で説明したように、本発明は、スケーラブルコーデックにおいて、符号化装置で、帯域拡張パラメータを算出するときに用いる、第１レイヤ復号信号、または、第１レイヤ復号信号を用いて算出される算出信号（たとえば、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号信号とを加算した加算信号）、の低域成分と、復号装置で、帯域拡張するために帯域拡張パラメータを適用する、第１レイヤ復号信号、または、第１レイヤ復号信号を用いて算出される算出信号（たとえば、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号信号とを加算した加算信号）、の低域成分とが、異なるように構成することで、有利な効果を奏することができる。なお、これら各低域成分を互いに同じにするように構成したり、符号化装置において入力信号の低域成分を用いるように構成したりすることも可能である。
【０１４２】
なお、上記各実施の形態においては、帯域拡張のために用いるパラメータとして、ピッチ係数とフィルタ係数とを用いる例を示したが、これに限定されない。たとえば、符号化側と復号側とで、一方の係数を固定しておいて、他方の係数のみをパラメータとして符号化側から送信しても良い。あるいは、これらの係数を基に、送信のために用いるパラメータを別に求めて、それを帯域拡張パラメータとしても良く、これらを組み合わせて用いても良い。
【０１４３】
また、上記各実施の形態において、符号化装置が、フィルタリング後に高域のサブバンド（周波数成分の領域で全帯域を複数に分割した帯域））毎のエネルギを調整するためのゲイン情報を算出し符号化する機能を有し、復号装置が、このゲイン情報を受信して帯域拡張に用いるようにしても良い。すなわち、帯域拡張を行うために用いるパラメータとして、符号化装置で得られる、サブバンドごとのエネルギ調整に用いるゲイン情報を復号装置に送信し、復号装置にてこのゲイン情報を帯域拡張に適用することが可能である。たとえば、最も単純な帯域拡張方法として、低域スペクトルから高域スペクトルを推定するためのピッチ係数、及びフィルタリング係数を符号化装置と復号装置とで固定しておくことにより、サブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報のみを帯域拡張のためのパラメータとして用いることが可能となる。したがって、ピッチ係数、フィルタリング係数、ゲイン情報の３種類の情報の少なくとも一つを用いれば、帯域拡張を行うことができる。
【０１４４】
本発明に係る符号化装置、復号装置、およびこれらの方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１４５】
本発明に係る符号化装置および復号装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。
【０１４６】
なお、ここでは、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、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る符号化方法および復号方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係る符号化装置および復号装置と同様の機能を実現することができる。
【０１４７】
また、上記各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チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
【０１４８】
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。
【０１４９】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【０１５０】
さらに、半導体技術の進歩また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良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
【０１５１】
以上、本発明の符号化装置・復号装置についてまとめると、代表的には以下のように表すことができる。
【０１５２】
本発明の第１の発明は、入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化して第１符号化データを生成する第１符号化手段と、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復号手段と、前記入力信号と前記第１復号信号との残差信号の所定の帯域部分を符号化して第２符号化データを生成する第２符号化手段と、前記第１復号信号、または、前記第１復号信号を用いて算出される算出信号、の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータを得るフィルタリング手段と、を具備する符号化装置である。
【０１５３】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記第２符号化データを復号して第２復号信号を生成する第２復号手段と、前記第１復号信号と前記第２復号信号とを加算して加算信号を生成する加算手段と、をさらに具備し、前記フィルタリング手段が、前記加算信号を前記算出信号として適用し、前記加算信号の前記低域の部分をフィルタリングして、前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータを得る、符号化装置である。
【０１５４】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記フィルタリングの後、サ
ブバンド毎のエネルギを調整するゲイン情報を算出するゲイン情報生成手段と、をさらに具備する、符号化装置である。
【０１５５】
本発明の第４の発明は、ｒ階層（ｒは２以上の整数）のレイヤ構成のスケーラブルコーデックを用いた復号装置であって、符号化装置で第ｍレイヤ（ｍはｒ以下の整数）の復号信号を用いて算出された帯域拡張パラメータを受信する受信手段と、第ｎレイヤ（ｎはｒ以下の整数）の復号信号の低域成分に対して前記帯域拡張パラメータを用いることにより高域成分を生成する復号手段と、を具備する復号装置である。
【０１５６】
本発明の第５の発明は、第４の発明において、前記復号手段が、前記帯域拡張パラメータを用いて、第ｍレイヤとは異なる第ｎレイヤ（ｍ≠ｎ）の復号信号の高域成分を生成する、復号装置である。
【０１５７】
本発明の第６の発明は、第４または第５の発明において、前記受信手段が、前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、前記復号手段が、前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第ｎレイヤの復号信号の高域成分を生成する、復号装置である。
【０１５８】
本発明の第７の発明は、符号化装置から送信された、前記符号化装置における入力信号のうち所定周波数より低い帯域である低域の部分を符号化した第１符号化データと、前記第１符号化データを復号して得られた第１復号スペクトルと前記入力信号のスペクトルとの残差の所定の帯域部分を符号化した第２符号化データと、前記第１復号スペクトル、または、前記第１復号スペクトルと前記第２符号化データを復号して得られた第２復号スペクトルとを加算した第１加算スペクトル、の前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための帯域拡張パラメータと、を受信する受信手段と、前記第１符号化データを復号して前記低域における第３復号スペクトルを生成する第１復号手段と、前記第２符号化データを復号して前記所定の帯域部分における第４復号スペクトルを生成する第２復号手段と、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する第３復号手段と、を具備する復号装置である。
【０１５９】
本発明の第８の発明は、第７の発明において、前記受信手段が、前記第１符号化データと、前記第２符号化データと、前記第１加算スペクトルの前記低域の部分をフィルタリングして前記入力信号の前記所定周波数より高い帯域である高域の部分を得るための前記帯域拡張パラメータと、を受信する、復号装置である。
【０１６０】
本発明の第９の発明は、第７の発明において、前記第３復号手段が、前記第３復号スペクトルと前記第４復号スペクトルとを加算して第２加算スペクトルを生成する加算手段と、前記帯域拡張パラメータを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、または、前記第５復号スペクトルとして前記第２加算スペクトル、をフィルタリングして前記帯域拡張を行うフィルタリング手段と、を具備する復号装置である。
【０１６１】
本発明の第１０の発明は、第７の発明において、前記受信手段が、前記符号化装置から送信されたゲイン情報をさらに受信し、前記第３復号手段が、前記帯域拡張パラメータの代わりに前記ゲイン情報を用いて、あるいは、前記帯域拡張パラメータと前記ゲイン情報とを用いて、前記第３復号スペクトル、前記第４復号スペクトル、およびその両方を用いて生成される第５復号スペクトル、のうちいずれか一つを帯域拡張することにより、前記第１復号手段および前記第２復号手段で復号されなかった帯域部分を復号する、復号装置
である。
【０１６２】
本発明の第１１の発明は、上記第１から第１０の発明において、帯域拡張パラメータが、ピッチ係数及びフィルタリング係数の少なくとも一方を含む、符号化装置・復号装置である。
【０１６３】
２００６年１２月１５日出願の特願２００６−３３８３４１の日本出願および２００７年３月２日出願の特願２００７−０５３４９６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】
【０１６４】
本発明に係る符号化装置等は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係るフィルタリング部のフィルタリング処理の概要を説明するための図
【図５】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図６】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数Ｔが変化するに伴い入力スペクトルの推定値のスペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図７】本発明の実施の形態１に係るピッチ係数設定部、フィルタリング部、および探索部において行われる処理の手順を示すフロー図
【図８】本発明の実施の形態１に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態１に係る第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るスペクトル復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態１に係るフィルタリング部において生成される復号スペクトルを示す図
【図１２】本発明の実施の形態１に係る第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域に第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域が完全に重複する場合を示す図
【図１３】本発明の実施の形態１に係る第１スペクトルＳ１（ｋ）の帯域と第２スペクトルＳ２（ｋ）の帯域とが隣接せず離れている場合を示す図
【図１４】本発明の実施の形態２に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態２に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態３に係る符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態３に係るスペクトル符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008072737.tif 000046
【図２】
2008072737.tif 000047
【図３】
2008072737.tif 000048
【図４】
2008072737.tif 000049
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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