(57)【要約】  入力信号に対して相関演算を行う際に、相関演算に利用する変換係数を処理毎に適応的に調節することにより、出力信号の品質劣化を抑制しつつ、処理演算量を大幅に削減することができる符号化装置。この装置において、周波数領域変換部（７０１），（７０２）は、周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数を取得し、サブバンドエネルギ算出部（７０３）は、変換係数の低域部及び高域部のうち一方の周波数帯域を複数のサブバンドに分割し、重要度判定部（７０４）は、サブバンド毎に重要度を設定し、スパース処理部（７０５）は、設定された重要度に応じて、各サブバンドに含まれる複数の変換係数のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロとし、相関分析部（７０６）は、一方の周波数帯域の修正後の変換係数と、他方の周波数帯域の変換係数との相関を算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数を取得する取得手段と、
前記変換係数の前記低域部及び前記高域部のうち一方の周波数帯域を複数のサブバンドに分割する分割手段と、
前記サブバンド毎に重要度を設定する設定手段と、
前記設定された重要度に応じて、前記各サブバンドに含まれる複数の変換係数のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロとする修正手段と、
前記一方の周波数帯域の前記修正後の変換係数と、他方の周波数帯域の変換係数との相関を算出する算出手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項２】
前記修正手段は、前記重要度が高いサブバンドほど、振幅値をゼロとする変換係数の数を少なくする、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記各サブバンドのエネルギに基づいて、前記重要度を設定する、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記エネルギが大きい前記サブバンドほど、前記重要度を高く設定する、
請求項３記載の符号化装置。
【請求項５】
前記修正手段は、前記各サブバンドにおいて、前記複数の変換係数のうち、振幅値がより小さい前記所定数の変換係数の振幅値をゼロにする、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項６】
前記算出手段は、前記高域部の変換係数と最も類似する前記低域部の変換係数を示すシフト量を求めるための前記相関を算出する、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記各サブバンドの前記重要度に常に差がつくように前記重要度を設定する、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項８】
請求項１記載の符号化装置を具備する通信端末装置。
【請求項９】
請求項１記載の符号化装置を具備する基地局装置。
【請求項１０】
周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数を取得する取得ステップと、
前記変換係数の前記低域部及び前記高域部のうち一方の周波数帯域を複数のサブバンドに分割する分割ステップと、
前記サブバンド毎に重要度を設定する設定ステップと、
前記設定された重要度に応じて、前記サブバンドに含まれる変換係数の内、所定数の変換係数の振幅値をゼロとする修正ステップと、
前記一方の周波数帯域の前記修正後の変換係数と、他方の周波数帯域の変換係数との相関を算出する算出ステップと、
を具備する符号化方法。
【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及び符号化方法に関する。
【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、又は、移動通信システム等で音声信号及び／又は楽音信号を伝送する場合、音声信号及び／又は楽音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、単に低ビットレートで音声信号及び／又は楽音信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声信号及び／又は楽音信号を符号化する技術、及び、音質を劣化させずに低い処理演算量で符号化／復号する技術に対するニーズが高まっている。【０００３】
これらのニーズに対して、復号信号の品質を劣化させずに、処理演算量を削減する様々な技術が開発されてきている。例えば特許文献１で開示されている技術では、ＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction：符号励振線形予測）タイプの符号化装置において、ピッチ周期探索（適応符号帳探索）の処理演算量を削減している。具体的には、符号化装置は適応符号帳の更新をスパース化する。スパース化の処理方法としては、サンプルの振幅が一定の閾値を越えない場合にサンプルの値を零（０）に置き換えるという方法を採っている。これにより、ピッチ周期探索時に、サンプルの値が０の部分に対する処理（具体的には、乗算処理）を省略することで、演算量を削減している。また、上記閾値を処理毎に適応的に可変にする構成が開示されているほか、各サンプルの絶対値の大きい方から順位を付け、その上位から所望のサンプル数以外のサンプル値を零（０）に置き換えるという構成も開示されている。【０００４】
一方、特許文献２には、周波数領域での相関処理の演算量削減に関する技術が開示されている。この技術では、高域スペクトルに類似している低域スペクトルを示す位置を相関分析により特定する際、振幅値の小さい高域スペクトルをゼロに置き換える。これにより、相関分析に必要な処理を省略することで、演算量を削減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−６１４９９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０００４０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、符号化装置が、ピッチ周期探索時にスパース化するサンプル（値を零（０）値とするサンプル）を選択するための閾値を、処理（サブフレーム処理）毎に適応的に切り替える構成等を開示している。しかし、上記方法では、確かにフレーム全体の平均処理演算量を削減できる場合があるが、演算量を削減できるサブフレームと演算量を削減できないサブフレームとが混在し、１フレーム毎の処理としては、処理演算量が必ず削減されるとは限らない。換言すると、上記方法では、ワーストケースの処理演算量（処理演算量が最大となるフレームにおける処理演算量）を削減する保証はない。したがって、復号信号の品質を劣化させずに、１サブフレーム毎の処理でも、処理演算量を大きく削減する必要がある。同様に、特許文献２のように周波数領域での相関処理を行う場合にも、復号信号の品質を劣化させずに、１フレーム内のサブバンド毎の処理でも、処理演算量を大きく削減する必要がある。【０００７】
本発明の目的は、入力信号の符号化時にピッチ周期探索のような相関演算を行う際、復号信号の品質を劣化させずに、１サブフレーム毎の処理演算量または１サブバンド毎の処理演算量を必ず削減する（最悪のケース（ワーストケース）の処理演算量を削減する）ことができる符号化装置及び符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る符号化装置は、周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数を取得する取得手段と、前記変換係数の前記低域部及び前記高域部のうち一方の周波数帯域を複数のサブバンドに分割する分割手段と、前記サブバンド毎に重要度を設定する設定手段と、前記設定された重要度に応じて、前記各サブバンドに含まれる複数の変換係数のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロとする修正手段と、前記一方の周波数帯域の前記修正後の変換係数と、他方の周波数帯域の変換係数との相関を算出する算出手段と、を具備する構成を採る。【０００９】
本発明の一態様に係る符号化方法は、周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数を取得する取得ステップと、前記変換係数の前記低域部及び前記高域部のうち一方の周波数帯域を複数のサブバンドに分割する分割ステップと、前記サブバンド毎に重要度を設定する設定ステップと、前記設定された重要度に応じて、前記サブバンドに含まれる変換係数の内、所定数の変換係数の振幅値をゼロとする修正ステップと、前記一方の周波数帯域の前記修正後の変換係数と、他方の周波数帯域の変換係数との相関を算出する算出ステップと、を具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力信号に対して相関演算を行う際に、相関演算に利用するサンプル（変換係数）を処理毎に適応的に調節することにより、出力信号の品質劣化を抑制しつつ、処理演算量を大幅に削減することができる。なお、予めフレーム全体で各サブフレームの重要度（各サブバンドの重要度）を判定し、各重要度に応じて、相関演算に利用するサンプル数（または変換係数）をサブフレーム毎（サブバンド毎）に決定することにより、最悪のケース（ワーストケース）の処理演算量の削減を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る符号化装置及び復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る図１に示した符号化装置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に係る図２に示したＣＥＬＰ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に係る図１に示した復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２に係る図５に示した高域信号符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２に係る図７に示した高域信号復号部の内部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３に係る符号化装置の高域信号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形態】
【００１２】
以下、本発明の各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、本発明に係る符号化装置及び復号装置として、音声符号化装置及び音声復号装置を例にとって説明する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置及び復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、通信システムは、符号化装置１０１と復号装置１０３とを備え、それぞれ伝送路１０２を介して通信可能な状態となっている。なお、符号化装置１０１及び復号装置１０３はいずれも、通常、基地局装置あるいは通信端末装置等に搭載されて用いられる。
【００１４】
符号化装置１０１は、入力信号をＮサンプルずつ区切り（Ｎ＝１，２，・・・）、Ｎサンプルを１フレームとしてフレーム毎に符号化を行う。ここで、符号化の対象となる入力信号をｘｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）と表すこととする。ｎは、Ｎサンプルずつ区切られた入力信号のうち、信号要素のｎ＋１番目を示す。符号化装置１０１は、符号化した入力情報（符号化情報）を、伝送路１０２を介して復号装置１０３に送信する。
【００１５】
復号装置１０３は、伝送路１０２を介して符号化装置１０１から送信された符号化情報を受信し、これを復号し出力信号を得る。
【００１６】
図２は、図１に示した符号化装置１０１の内部構成を示すブロック図である。符号化装置１０１は、サブフレームエネルギ算出部２０１、重要度判定部２０２及びＣＥＬＰ符号化部２０３から主に構成される。なお、サブフレームエネルギ算出部２０１及び重要度判定部２０２は、フレーム単位で処理を行い、ＣＥＬＰ符号化部２０３はサブフレーム単位で処理を行うものとする。以下、各処理の詳細について説明する。
【００１７】
サブフレームエネルギ算出部２０１には入力信号が入力される。サブフレームエネルギ算出部２０１は、入力された入力信号を、まずサブフレームに分割する。以下、例えば、入力信号Ｘｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１。つまり、Ｎ個のサンプル）をＮｓ個のサブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝０〜Ｎｓ−１）に分割する構成について説明する。
【００１８】
そして、サブフレームエネルギ算出部２０１は、分割したサブフレーム毎に、サブフレームエネルギＥｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）を、式（１）に従って算出する。そして、サブフレームエネルギ算出部２０１は、算出したサブフレームエネルギＥｋを重要度判定部２０２に出力する。ここで、式（１）におけるｓｔａｒｔｋ及びｅｎｄｋは、サブフレームインデックスｋのサブフレームにおける先頭のサンプルインデックス、及び、最後尾のサンプルインデックスをそれぞれ示すものとする。
【数１】
2013057895.tif 000003
【００１９】
重要度判定部２０２には、サブフレームエネルギ算出部２０１から、サブフレームエネルギＥｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）が入力される。重要度判定部２０２は、サブフレームエネルギに基づいて、サブフレーム毎の重要度を設定する。具体的には、重要度判定部２０２は、サブフレームエネルギが大きいサブフレームほど、重要度を高く設定する。以下、各サブフレームに対して設定された重要度を重要度情報と呼ぶ。以下、重要度情報をＩｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）と表し、Ｉｋの値が小さいほど重要度が高いものとする。例えば、重要度判定部２０２は、入力された各サブフレームに対するサブフレームエネルギＥｋを降順にソーティングして、ソーティング後の先頭のサブフレームエネルギに対応するサブフレーム（サブフレームエネルギが最も大きいサブフレーム）から順に、より高い重要度（つまり、より小さい値の重要度情報Ｉｋ）を設定する。
【００２０】
例えば、サブフレームエネルギＥｋが式（２）の関係であった場合には、重要度判定部２０２は、式（３）のように各サブフレーム（ＣＥＬＰ符号化の処理単位）の重要度（重要度情報Ｉｋ）を設定する。
【数２】
2013057895.tif 000004
【数３】
2013057895.tif 000005
【００２１】
つまり、重要度判定部２０２は、サブフレームエネルギＥｋが大きいほど、当該サブフレームの重要度を高く（重要度情報Ｉｋを小さく）設定する。ここで、式（３）では、１フレーム内の各サブフレームの重要度情報Ｉｋは互いに異なる。すなわち、重要度判定部２０２は、１フレーム内の各サブフレームの重要度情報Ｉｋに常に差がつくように、重要度を設定する。
【００２２】
そして、重要度判定部２０２は、設定した重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）をＣＥＬＰ符号化部２０３に出力する。なお、式（２）、及び式（３）では、サブフレーム数が４である場合を例に挙げて説明したが、本発明はサブフレーム数には限定されず、一例として説明したサブフレーム数が４である場合以外のサブフレーム数についても同様に適用できる。また、式（３）は重要度情報Ｉｋの設定の一例を示したに過ぎず、式（３）以外の値を用いた設定に対しても、本発明は同様に適用できる。
【００２３】
ＣＥＬＰ符号化部２０３には、入力信号、及び、重要度判定部２０２から重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）が入力される。ＣＥＬＰ符号化部２０３は、入力された重要度情報を用いて、入力信号の符号化を行う。以下、ＣＥＬＰ符号化部２０３における符号化処理の詳細を説明する。
【００２４】
図３は、ＣＥＬＰ符号化部２０３の内部構成を示すブロック図である。ＣＥＬＰ符号化部２０３は、前処理部３０１、聴覚重み付け部３０２、スパース処理部３０３、ＬＰＣ（Lｉnear Prediction Coefficient）分析部３０４、ＬＰＣ量子化部３０５、適応音源符号帳３０６、量子化利得生成部３０７、固定音源符号帳３０８、乗算部３０９、３１０、加算部３１１、３１３、聴覚重み付け合成フィルタ３１２、パラメータ決定部３１４、及び多重化部３１５とから主に構成される。以下、各処理部の詳細について説明する。
【００２５】
前処理部３０１は、入力信号ｘｎに対し、ＤＣ成分を取り除くハイパスフィルタ処理、後続する符号化処理の性能改善を図る波形整形処理又はプリエンファシス処理を行い、これらの処理を施した入力信号Ｘｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を、聴覚重み付け部３０２及びＬＰＣ分析部３０４に出力する。
【００２６】
聴覚重み付け部３０２は、前処理部３０１から出力される入力信号Ｘｎに対して、ＬＰＣ量子化部３０５から出力される量子化ＬＰＣを用いて、聴覚的な重み付けを行って、聴覚重み付け入力信号ＷＸｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を生成する。そして、聴覚重み付け部３０２は、聴覚重み付け入力信号ＷＸｎをスパース処理部３０３に出力する。
【００２７】
スパース処理部３０３は、重要度判定部２０２（図２）から入力される重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）を用いて、聴覚重み付け部３０２から入力される聴覚重み付け入力信号ＷＸｎに対してスパース処理を行う。つまり、スパース処理部３０３は、各サブフレームｋにおける入力信号ＷＸを構成する複数のサンプル（サンプルインデックスｓｔａｒｔｋ〜ｅｎｄｋ）のうち、所定数のサンプルの振幅値をゼロにするスパース処理を行う。以下、スパース処理の詳細を説明する。
【００２８】
スパース処理部３０３は、入力される重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）に基づき、入力される聴覚重み付け入力信号ＷＸｎに対してスパース処理を行う。ここでは、スパース処理の一例として、聴覚重み付け入力信号ＷＸｎに対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数だけサンプルを選択し、それ以外のサンプルに対しては値を０とする処理について説明する。なお、ここで、上記所定の数は、重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）に基づいて適応的に決定される。重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）が式（３）の場合における上記所定の数の設定例を以下の式（４）に示す。ここで、所定の数をＴｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）と表すものとし、式（４）ではサブフレーム数Ｎｓが４である場合の例を示す。
【数４】
2013057895.tif 000006
【００２９】
式（４）の場合、スパース処理部３０３は、第１サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝０）では、聴覚重み付け入力信号ＷＸｎ（ｎ＝ｓｔａｒｔ０〜ｅｎｄ０）に対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数Ｔ０＝１２個のサンプルを選択し、選択されたサンプル以外のサンプルの値を０に設定する。同様に、スパース処理部３０３は、第２サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝１）では、聴覚重み付け入力信号ＷＸｎ（ｎ＝ｓｔａｒｔ１〜ｅｎｄ１）に対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数Ｔ１＝６個のサンプルを選択し、選択されたサンプル以外のサンプルの値を０に設定する。第３、第４サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝２，３）についても同様である。
【００３０】
つまり、スパース処理部３０３は、重要度情報Ｉｋの値が小さいサブフレームほど（重要度が高いサブフレームほど）、所定の数Ｔｋが大きくなるように設定する。換言すると、スパース処理部３０３は、重要度情報Ｉｋの値が小さいサブフレームほど（重要度が高いサブフレームほど）、振幅値をゼロとするサンプル数を少なくする。また、スパース処理部３０３は、各サブフレームにおいて、入力信号を構成する複数のサンプルのうち、振幅値がより小さい所定数のサンプル（つまり、（１サブフレーム内のサンプル数−Ｔｋ）個のサンプル）の振幅値をゼロとする。
【００３１】
そして、スパース処理部３０３は、スパース処理後の入力信号（スパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎ）を加算部３１３に出力する。
【００３２】
ＬＰＣ分析部３０４は、前処理部３０１から出力される入力信号Ｘｎを用いて線形予測分析を行い、分析結果（線形予測係数：ＬＰＣ）をＬＰＣ量子化部３０５に出力する。
【００３３】
ＬＰＣ量子化部３０５は、ＬＰＣ分析部３０４から出力された線形予測係数（ＬＰＣ）の量子化処理を行い、得られた量子化ＬＰＣを聴覚重み付け部３０２及び聴覚重み付け合成フィルタ３１２に出力する。また、ＬＰＣ量子化部３０５は、量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）を多重化部３１５に出力する。
【００３４】
適応音源符号帳３０６は、過去に加算部３１１によって出力された駆動音源をバッファに記憶しており、後述するパラメータ決定部３１４から出力された信号により特定される過去の駆動音源から１フレーム分のサンプルを適応音源ベクトルとして切り出して、乗算部３０９に出力する。
【００３５】
量子化利得生成部３０７は、パラメータ決定部３１４から出力された信号によって特定される量子化適応音源利得と量子化固定音源利得とをそれぞれ乗算部３０９及び乗算部３１０に出力する。
【００３６】
固定音源符号帳３０８は、パラメータ決定部３１４から出力された信号によって特定される形状を有するパルス音源ベクトルを固定音源ベクトルとして乗算部３１０に出力する。なお、固定音源符号帳３０８は、パルス音源ベクトルに拡散ベクトルを乗算して得られたものを固定音源ベクトルとして乗算部３１０に出力しても良い。
【００３７】
乗算部３０９は、量子化利得生成部３０７から出力された量子化適応音源利得を、適応音源符号帳３０６から出力された適応音源ベクトルに乗じて、利得乗算後の適応音源ベクトルを加算部３１１に出力する。また、乗算部３１０は、量子化利得生成部３０７から出力された量子化固定音源利得を、固定音源符号帳３０８から出力された固定音源ベクトルに乗じて、利得乗算後の固定音源ベクトルを加算部３１１に出力する。
【００３８】
加算部３１１は、乗算部３０９から出力された利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部３１０から出力された利得乗算後の固定音源ベクトルとをベクトル加算し、加算結果である駆動音源を聴覚重み付け合成フィルタ３１２及び適応音源符号帳３０６に出力する。なお、適応音源符号帳３０６に出力された駆動音源は、適応音源符号帳３０６のバッファに記憶される。
【００３９】
聴覚重み付け合成フィルタ３１２は、ＬＰＣ量子化部３０５から出力された量子化ＬＰＣに基づくフィルタ係数を用いて、加算部３１１から出力される駆動音源に対してフィルタ合成を行って合成信号ＨＰｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を生成し、合成信号ＨＰｎを加算部３１３に出力する。
【００４０】
加算部３１３は、聴覚重み付け合成フィルタ３１２から出力された合成信号ＨＰｎの極性を反転させて、極性を反転させた合成信号をスパース処理部３０３から出力されたスパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎに加算することにより誤差信号を算出し、誤差信号をパラメータ決定部３１４に出力する。
【００４１】
パラメータ決定部３１４は、加算部３１３から出力された誤差信号の符号化歪みを最小とする適応音源ベクトル、固定音源ベクトル及び量子化利得を、適応音源符号帳３０６、固定音源符号帳３０８及び量子化利得生成部３０７からそれぞれ選択し、選択結果を示す適応音源ベクトル符号（Ａ）、固定音源ベクトル符号（Ｆ）及び量子化利得符号（Ｇ）を多重化部３１５に出力する。
【００４２】
ここで、加算部３１３及びパラメータ決定部３１４における処理の詳細について説明する。符号化装置１０１は、特定の処理（前処理、聴覚重み付け処理等）が施された入力信号と、符号帳（適応音源符号帳３０６、固定音源符号帳３０８）及び量子化ＬＰＣに基づくフィルタ係数を用いて生成される合成信号との相関を求めることで、入力信号を符号化する。具体的には、パラメータ決定部３１４は、スパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎとの誤差（符号化歪）が最小になる合成信号ＨＰｎ（すなわち、各種インデックス（符号（Ａ）、（Ｆ）、（Ｇ）））を探索する。その際の誤差計算は以下のようにして行う。
【００４３】
通常、この２つの信号（合成信号ＨＰｎとスパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎ）の誤差Ｄｋは式（５）のようにして算出される。
【数５】
2013057895.tif 000007
【００４４】
式（５）において、第１項はスパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎのエネルギであり、一定である。このため、式（５）の誤差Ｄｋを最小化するためには、第２項を最大にすれば良いということになる。ここで、本発明では、スパース処理部３０３において、重要度判定部２０２（図２）から出力される重要度情報Ｉｋ（ｋ＝０、・・・、Ｎｓ−１）を用いて、式（５）における第２項の算出の対象とするサンプルを限定し、第２項算出時の処理演算量を削減する。
【００４５】
具体的には、スパース処理部３０３は、各サブフレームｋに対して、重要度情報Ｉｋに応じて設定される所定の数Ｔｋだけ、振幅の絶対値が大きい順に（振幅の絶対値の上位から順に）サンプルを選択する。これにより、選択されたサンプルに対してのみ、式（５）に示す第２項が算出される。つまり、加算部３１３は、各サブフレームにおける入力信号であって、構成する複数のサンプルのうち所定数のサンプルの振幅値がゼロとなった当該入力信号と、合成信号との相関を算出する。
【００４６】
例えば、重要度情報Ｉｋが式（３）に示す値である場合、式（４）に示すように、スパース処理部３０３は、第１サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝０）に対して、振幅の絶対値が大きい「１２」個（Ｔ０＝１２）のサンプル（振幅の絶対値の上位１２個のサンプル）を選択する。同様に、スパース処理部３０３は、第２サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝１）に対して、振幅の絶対値が大きい「６個」（Ｔ１＝６）のサンプル（振幅の絶対値の上位６個のサンプル）を選択する。第３、第４サブフレーム（サブフレームインデックスｋ＝２，３）についても同様である。
【００４７】
このようにして、スパース処理部３０３は、式（５）に示す第２項を計算する対象となるサンプル数をフレーム内のサブフレーム間で適応的に調整する。このとき、選択されないサンプルは値を零（０）とするので、パラメータ決定部３１４は、式（５）に示す第２項の乗算処理を省略することができ、その結果、式（５）の処理演算量を大幅に削減することができる。また、１フレーム内のサブフレーム全体で、選択するサンプル数を調整するため、処理演算量を全てのサブフレームにおいて削減することができ、その結果、最悪のケース（ワーストケース）の処理演算量を削減することを保証できる。
【００４８】
多重化部３１５は、ＬＰＣ量子化部３０５から出力された量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）、パラメータ決定部３１４から出力された適応音源ベクトル符号（Ａ）、固定音源ベクトル符号（Ｆ）及び量子化利得符号（Ｇ）を多重化して符号化情報として、伝送路１０２に出力する。
【００４９】
以上が、図２に示すＣＥＬＰ符号化部２０３における処理の説明である。
【００５０】
以上が、図１に示す符号化装置１０１における処理の説明である。
【００５１】
次に、図１に示した復号装置１０３の内部構成について図４を用いて説明する。ここでは、復号装置１０３がＣＥＬＰタイプの音声復号を行う場合について説明する。
【００５２】
分離部４０１は、伝送路１０２を介して入力される符号化情報を個々の符号（（Ｌ）、（Ａ）、（Ｇ）、（Ｆ））に分離する。分離されたＬＰＣ符号（Ｌ）はＬＰＣ復号部４０２に出力され、分離された適応音源ベクトル符号（Ａ）は適応音源符号帳４０３に出力され、分離された量子化利得符号（Ｇ）は量子化利得生成部４０４に出力され、分離された固定音源ベクトル符号（Ｆ）は固定音源符号帳４０５に出力される。
【００５３】
ＬＰＣ復号部４０２は、分離部４０１から出力された符号（Ｌ）から量子化ＬＰＣを復号し、復号した量子化ＬＰＣを合成フィルタ４０９に出力する。
【００５４】
適応音源符号帳４０３は、分離部４０１から出力された適応音源ベクトル符号（Ａ）で指定される過去の駆動音源から１フレーム分のサンプルを適応音源ベクトルとして取り出して乗算部４０６に出力する。
【００５５】
量子化利得生成部４０４は、分離部４０１から出力された量子化利得符号（Ｇ）で指定される量子化適応音源利得と量子化固定音源利得とを復号し、量子化適応音源利得を乗算部４０６に出力し、量子化固定音源利得を乗算部４０７に出力する。
【００５６】
固定音源符号帳４０５は、分離部４０１から出力された固定音源ベクトル符号（Ｆ）で指定される固定音源ベクトルを生成し、乗算部４０７に出力する。
【００５７】
乗算部４０６は、適応音源符号帳４０３から出力された適応音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から出力された量子化適応音源利得を乗算して、利得乗算後の適応音源ベクトルを加算部４０８に出力する。また、乗算部４０７は、固定音源符号帳４０５から出力された固定音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から出力された量子化固定音源利得を乗算して、利得乗算後の固定音源ベクトルを加算部４０８に出力する。
【００５８】
加算部４０８は、乗算部４０６から出力された利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部４０７から出力された利得乗算後の固定音源ベクトルとを加算して駆動音源を生成し、駆動音源を合成フィルタ４０９及び適応音源符号帳４０３に出力する。
【００５９】
合成フィルタ４０９は、ＬＰＣ復号部４０２によって復号された量子化ＬＰＣに基づくフィルタ係数を用いて、加算部４０８から出力された駆動音源のフィルタ合成を行い、合成した信号を後処理部４１０に出力する。
【００６０】
後処理部４１０は、合成フィルタ４０９から出力された信号に対して、ホルマント強調及びピッチ強調のような音声の主観的な品質を改善する処理、及び、定常雑音の主観的品質を改善する処理等を施し、処理後の信号を出力信号として出力する。
【００６１】
以上が、図１に示す復号装置１０３における処理の説明である。
【００６２】
このように、本実施の形態によれば、ＣＥＬＰタイプの符号化方法を採る符号化装置は、まず、フレーム全体に対して、サブフレーム毎にサブフレームエネルギを算出する。次に、符号化装置は、算出したサブフレームエネルギに応じて、サブフレーム毎の重要度を設定する。そして、符号化装置は、各サブフレームにおけるピッチ周期探索時には、重要度に応じた所定の数だけ振幅の絶対値が大きいサンプルを選択し、選択したサンプルに対してのみ誤差算出を行い、最適ピッチ周期を算出する。この構成により、１フレーム全体に対する処理演算量を大きく削減することを保証することができる。
【００６３】
また、符号化装置では、ピッチ周期探索時における相関算出（距離計算）の対象となるサンプル数を全てのサブフレームに対して一律に決定するのではなく、サブフレームの重要度に応じて当該サンプル数を適応的に切り替えることができる。具体的には、サブフレームエネルギが大きく、聴感的に重要なサブフレーム（重要度が高いサブフレーム）に対しては、ピッチ周期探索を精度良く行うことが可能である。一方、サブフレームエネルギが小さく、聴感に与える影響が小さいサブフレーム（重要度が低いサブフレーム）に対しては、ピッチ周期探索の精度を落として、処理演算量を大きく削減することが可能である。これにより、復号信号の品質が大きく劣化することを抑制できる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、重要度判定部２０２（図２）において、サブフレームエネルギ算出部２０１で算出されたサブフレームエネルギに基づいて、重要度情報を決定する構成を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、サブフレームエネルギ以外の情報に基づいて重要度を決定する構成に対しても同様に適用できる。例えば、サブフレーム毎の信号のばらつきの度合い（例えば、ＳＦＭ（Spectral Flatness Measure））を算出し、ＳＦＭ値が大きいほど重要度を高くするという構成が例として挙げられる。もちろん、ＳＦＭ値以外の情報に基づいて重要度を決定してもよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、スパース処理部３０３（図３）において、重要度判定部２０２（図２）で決定された重要度情報に基づいて、相関算出（誤差計算）の対象となる所定のサンプル数を固定的に決定した（例えば、式（４））。しかし、本発明はこれに限らず、式（４）に示した決定方法以外の方法において、相関算出（誤差計算）の対象となるサンプル数を決定する構成についても同様に適用できる。例えば、サブフレームエネルギの大きさが上位のサブフレーム間でサブフレームエネルギが非常に近い数値であった場合には、重要度判定部２０２では、重要度情報を単に、（１、２、３、４）という整数値で設定するのではなく、（１．０、２．５、２．５、４．０）のように小数値も含めた値も許容して設定してもよい。つまり、サブフレーム間におけるサブフレームエネルギの差に応じて重要度情報をより細かい精度で設定してもよい。また、スパース処理部３０３において、上記重要度情報に基づいて、（１２、８、８、６）のように所定の数（所定サンプル数）を設定する構成が例として挙げられる。このように、複数のサブフレームにおけるサブフレームエネルギの分布に応じて、より柔軟な重み（重要度）を用いて、スパース処理部３０３が所定サンプル数を決定することにより、上記実施の形態よりも更に効率的に処理演算量を削減することができる。なお、所定サンプル数の決定は、予め所定サンプル数のパターンを複数セット用意することで可能となる。また、重要度情報に基づき、動的に所定サンプル数を決定する構成も可能である。ただし、どちらの構成においても、１フレーム全体において、処理演算量が一定値以上削減できるように、所定サンプル数のパターンを決定すること、或いは、動的に所定サンプル数を決定することが前提である。
【００６６】
また、本実施の形態では、入力信号（ここでは、スパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎ）に対してスパース処理を行う場合について説明した。しかし、本発明では、入力信号に限らず、入力信号との相関計算を行う合成信号（ここでは、合成信号ＨＰｎ）に対してスパース処理を行っても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。すなわち、符号化装置では、各サブフレームに設定された重要度に応じて、各サブフレームにおける入力信号及び合成信号の少なくとも一方の信号を構成する複数のサンプルのうち所定数のサンプルの振幅値をゼロとし、入力信号と合成信号との相関を算出すればよい。また、本発明は、各サブフレームにおける入力信号及び合成信号の双方に対して、信号を構成する複数のサンプルのうち所定数のサンプルの振幅値をゼロとし、入力信号と合成信号との相関を算出する構成についても同様に適用できる。
【００６７】
また、本実施の形態では、スパース化聴覚重み付け入力信号ＳＷＸｎに対してスパース処理を行う場合について説明した。しかし、本発明では、入力信号に対して、前処理部３０１における前処理、及び聴覚重み付け部３０２における聴覚重み付け処理を行わない場合にも同様に適用することが出来る。この場合、スパース処理部３０３では、入力信号Ｘｎに対して、スパース化処理を行うものとする。
【００６８】
また、本実施の形態では、ＣＥＬＰ符号化部２０３において、ＣＥＬＰタイプの符号化方式を採る構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＥＬＰタイプ以外の符号化方式に対しても同様に適用できる。例えば、ＬＰＣ分析を行わずに、過去フレームにおいて符号化した信号を用いて現フレームにおける符号化パラメータを算出する際に、フレーム間の信号の相関演算に本発明を適用する構成等が例として挙げられる。
【００６９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では時間領域での相関分析処理について説明した。これに対して、本実施の形態では、周波数領域の相関分析処理について説明する。
【００７０】
図５は、本実施の形態の符号化装置５０１の内部構成を示すブロック図である。
【００７１】
符号化装置５０１は、入力端子、ダウンサンプリング部６０１、低域信号符号化部６０２、低域信号復号部６０３、遅延部６０４、高域信号符号化部６０５、多重化部６０６および出力端子から主に構成される。
【００７２】
入力端子には、ディジタル化された音声信号もしくは音楽信号が入力される。
【００７３】
ダウンサンプリング部６０１は、入力端子を介して入力される入力信号にダウンサンプリングを施して、サンプリングレートの低い信号を生成する。ダウンサンプリング部６０１は、ダウンサンプリング後の信号を、低域信号符号化部６０２に出力する。
【００７４】
低域信号符号化部６０２は、ダウンサンプリング部６０１から入力されるダウンサンプリング後の信号を符号化する。低域信号符号化部６０２は、得られた符号化コードを低域信号復号部６０３および多重化部６０６（マルチプレクサ）に出力する。
【００７５】
低域信号復号部６０３は、低域信号符号化部６０２から入力される符号化コードを用いて復号低域信号を生成する。低域信号復号部６０３は、生成した復号低域信号を高域信号符号化部６０５に出力する。
【００７６】
遅延部６０４は、入力端子を介して入力される入力信号に対して、予め定められた所定の長さの遅延を与えて、遅延が与えられた入力信号を高域信号符号化部６０５に出力する。
【００７７】
高域信号符号化部６０５は、低域信号復号部６０３から入力される復号低域信号を用いて、遅延部６０４から入力される入力信号の高域部の符号化を行う。高域信号符号化部６０５は、生成した符号化コードを多重化部６０６に出力する。
【００７８】
多重化部６０６は、低域信号符号化部６０２から入力される符号化コードと、高域信号符号化部６０５から入力される符号化コードとを多重化して、符号化情報として出力端子を介し出力する。
【００７９】
図６は、高域信号符号化部６０５の内部構成を示すブロック図である。高域信号符号化部６０５は、入力端子、周波数領域変換部７０１，７０２、サブバンドエネルギ算出部７０３、重要度判定部７０４、スパース処理部７０５、相関分析部７０６、および出力端子から主に構成される。
【００８０】
周波数領域変換部７０１と接続された入力端子には、低域信号復号部６０３（図５）から復号低域信号が入力される。また、周波数領域変換部７０２と接続された入力端子には、遅延部６０４から、遅延処理された入力信号が入力される。
【００８１】
周波数領域変換部７０１は、入力端子を介して入力される復号低域信号に周波数変換を行い、復号低域スペクトルＸ１kを算出する。
【００８２】
周波数領域変換部７０２は、入力端子を介して入力される入力信号に周波数変換を行い、入力スペクトルＸ２kを算出する。
【００８３】
ここで、周波数領域変換部７０１，７０２における周波数変換の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）等を適用する。以下、スペクトルのことを変換係数と呼ぶ場合もある。つまり、周波数領域変換部７０２では、入力スペクトルＸ２kが取得される。なお、入力スペクトル（変換係数）Ｘ２kは、周波数帯域が高域部と高域部とに分けることができる。また、周波数領域変換部７０１では、入力信号のスペクトル（入力スペクトル）の低域部に相当する復号低域スペクトルＸ１kが取得される。
【００８４】
サブバンドエネルギ算出部７０３には周波数領域変換部７０２から入力スペクトルが入力される。サブバンドエネルギ算出部７０３は、まず、入力された入力スペクトルの高域部を複数のサブバンドに分割する。以下、例えば、入力スペクトルの高域部Ｘ２k（ｋ＝０、…、Ｋ−１。つまり、Ｋ個の変換係数）をＮＭ個のサブバンド（サブバンドインデックスｍ＝０〜ＮＭ−１）に分割する構成について説明する。
【００８５】
サブバンドエネルギ算出部７０３は、分割したサブバンド毎に、入力スペクトルの高域部Ｘ２kのサブバンドエネルギＥｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）を、式（６）に従って算出する。そして、サブバンドエネルギ算出部７０３は、算出したサブバンドエネルギＥｍを重要度判定部７０４に出力する。ここで、式（６）におけるｓｔａｒｔｍ及びｅｎｄｍは、サブバンドインデックスｍのサブバンドにおける最低周波数の変換係数インデックス、及び、最高周波数の変換係数インデックスをそれぞれ示す。
【数６】
2013057895.tif 000008
【００８６】
重要度判定部７０４には、サブバンドエネルギ算出部７０３から、サブバンドエネルギＥｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）が入力される。重要度判定部７０４は、サブバンド毎の重要度を設定する。例えば、重要度判定部７０４は、サブバンドエネルギに基づいて、サブバンド毎の重要度を設定する。具体的には、重要度判定部７０４は、サブバンドエネルギが大きいサブバンドほど、重要度を高く設定する。以下、各サブバンドに対して設定された重要度を重要度情報と呼ぶ。以下、重要度情報をＩｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）と表し、Ｉｍの値が小さいほど重要度が高いものとする。例えば、重要度判定部７０４は、入力された各サブバンドに対するサブバンドエネルギＥｍを降順にソーティングして、ソーティング後の先頭のサブバンドエネルギに対応するサブバンド（サブバンドエネルギが最も大きいサブバンド）から順に、より高い重要度（つまり、より小さい値の重要度情報Ｉｍ）を設定する。
【００８７】
例えば、サブバンドエネルギＥｍが式（７）の関係であった場合には、重要度判定部７０４は、式（８）のように各サブバンドの重要度（重要度情報Ｉｍ）を設定する。
【数７】
2013057895.tif 000009
【数８】
2013057895.tif 000010
【００８８】
つまり、重要度判定部７０４は、サブバンドエネルギＥｍが大きいほど、当該サブバンドの重要度を高く（重要度情報Ｉｍを小さく）設定する。ここで、式（８）では、各サブバンドの重要度情報Ｉｍは互いに異なる。すなわち、重要度判定部７０４は、各サブバンドの重要度情報Ｉｍに常に差がつくように、重要度を設定する。
【００８９】
そして、重要度判定部７０４は、設定した重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）をスパース処理部７０５に出力する。なお、式（７）、及び式（８）では、サブバンド数が４である場合を例に挙げて説明したが、本発明はサブバンド数には限定されず、一例として説明したサブバンド数が４である場合以外のサブバンド数についても同様に適用できる。また、式（８）は重要度情報Ｉｍの設定の一例を示したに過ぎず、式（８）以外の値を用いた設定に対しても、本発明は同様に適用できる。
【００９０】
スパース処理部７０５は、重要度判定部７０４から入力される重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）を用いて、周波数領域変換部７０２から入力される入力スペクトルの高域部Ｘ２ｋに対してスパース処理を行う。例えば、スパース処理部７０５は、各サブバンドｍにおける入力スペクトルの高域部Ｘ２ｋを構成する複数の変換係数（変換係数インデックスｓｔａｒｔｋ〜ｅｎｄｋ）のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロにするスパース処理を行う。以下、スパース処理の詳細を説明する。
【００９１】
スパース処理部７０５は、入力される重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）に基づき、入力される入力スペクトルの高域部Ｘ２ｋに対して、サブバンド単位でスパース処理を行う。ここでは、スパース処理の一例として、入力スペクトルの高域部Ｘ２kに対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数だけ変換係数を選択し、それ以外の変換係数に対しては値を０とする処理について説明する。なお、ここで、上記所定の数は、重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）に基づいて適応的に決定される。重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）が式（８）の場合における上記所定の数の設定例を以下の式（９）に示す。ここで、所定の数をＴｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）と表すものとし、式（９）ではサブバンド数ＮＭが４である場合の例を示す。
【数９】
2013057895.tif 000011
【００９２】
式（９）の場合、スパース処理部７０５は、第１サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝０）では、入力スペクトルの高域部Ｘ２k（ｋ＝ｓｔａｒｔ０〜ｅｎｄ０）に対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数Ｔ０＝１２個の変換係数を選択し、選択された変換係数以外の変換係数の値を０に設定（修正）する。同様に、スパース処理部７０５は、第２サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝１）では、入力スペクトルの高域部Ｘ２k（ｋ＝ｓｔａｒｔ１〜ｅｎｄ１）に対して、振幅の絶対値の大きい方から所定の数Ｔ１＝１０個の変換係数を選択し、選択された変換係数以外の変換係数の値を０に設定（修正）する。第３、第４サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝２，３）についても同様である。
【００９３】
つまり、スパース処理部７０５は、重要度情報Ｉｍの値が小さいサブバンドほど（重要度が高いサブバンドほど）、所定の数Ｔｍが大きくなるように設定する。換言すると、スパース処理部７０５は、重要度情報Ｉｍの値が小さいサブバンドほど（重要度が高いサブバンドほど）、振幅値をゼロとする変換係数の数を少なくする。また、スパース処理部７０５は、各サブバンドにおいて、入力スペクトルの高域部を構成する複数の変換係数のうち、振幅値がより小さい所定数の変換係数（つまり、（１サブバンド内の変換係数の数−Ｔｍ）個の変換係数）の振幅値をゼロとする（振幅値をゼロに修正する）。
【００９４】
そして、スパース処理部７０５は、スパース処理後の入力スペクトルの高域部Ｘ２k（（スパース化入力スペクトルの高域部ＳＸ２k）を相関分析部７０６に出力する。
【００９５】
相関分析部７０６は、周波数領域変換部７０１から入力される復号低域スペクトルＸ１k（入力スペクトルの低域部に相当）と、スパース処理部７０５から入力されるスパース処理後の入力スペクトルの高域部ＳＸ２kとの間の相関分析をサブバンド単位で行い、相関値が最大となるときのシフト量ｄを求める。そして、相関分析部７０６は、各サブバンドのシフト量ｄを出力端子を介して多重化部６０６（図５）に出力する。復号低域スペクトルＸ１kとスパース処理後の入力スペクトルの高域部ＳＸ２kとの相関値は式（１０）に従って算出される。
【数１０】
2013057895.tif 000012
【００９６】
ここで、ｄはシフト量を表し、Ｄｍｉｎはシフト量の探索範囲の最小値を表し、Ｄｍａｘはシフト量の探索範囲の最大値を表し、Ｃｏｒｍ（ｄ）は第ｍサブバンドのシフト量ｄにおける相関値を表す。
【００９７】
相関分析部７０６は、式（１０）に従って算出される相関値Ｃｏｒｍ（ｄ）のうち、相関値が最大となるときのシフト量dmaxを求め、求めたシフト量dmaxを第ｍサブバンドのシフト量として符号化を行い、符号化コードを多重化部６０６（図５）に出力する。つまり、相関分析部７０６は、高域部の変換係数（入力スペクトルの高域部）と最も類似する低域部の変換係数（復号低域スペクトル）を示すシフト量dmaxを求めるための相関値を算出する。
【００９８】
このようにして、本実施の形態では、スパース処理部７０５において、重要度判定部７０４から出力される重要度情報Ｉｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）を用いて、式（１０）の算出時の処理演算量を削減する。
【００９９】
具体的には、スパース処理部７０５は、各サブバンドｍに対して、重要度情報Ｉｍに応じて設定される所定の数Ｔｍだけ、振幅の絶対値が大きい順に（振幅の絶対値の上位から順に）変換係数を選択する。これにより、選択された変換係数に対してのみ、式（１０）に示す処理が行われる。つまり、相関分析部７０６は、各サブバンドにおける入力スペクトルの高域部であって、構成する複数のサブバンドのうち所定数の変換係数の振幅値がゼロとなった当該入力スペクトルの高域部と、復号低域スペクトルとの相関を算出する。
【０１００】
例えば、重要度情報Ｉｍが式（８）に示す値である場合、式（９）に示すように、スパース処理部７０５は、第１サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝０）に対して、振幅の絶対値が大きい「１２」個（Ｔ０＝１２）の変換係数（振幅の絶対値の上位１２個の変換係数）を選択する。同様に、スパース処理部７０５は、第２サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝１）に対して、振幅の絶対値が大きい「６個」（Ｔ１＝６）の変換係数（振幅の絶対値の上位６個の変換係数）を選択する。第３、第４サブバンド（サブバンドインデックスｍ＝２，３）についても同様である。
【０１０１】
このようにして、スパース処理部７０５は、式（１０）に示す相関値を計算する対象となる変換係数の数をフレーム内のサブバンド間で適応的に調整する。このとき、選択されない変換係数はその値を零（０）とするので、相関分析部７０６は、式（１０）に示す処理の一部を省略することができ、その結果、式（１０）の処理演算量を大幅に削減することができる。また、１フレーム内のサブバンド全体で、選択する変換係数の数を調整するため、処理演算量を全てのサブバンドにおいて削減することができ、その結果、最悪のケース（ワーストケース）の処理演算量を大幅に削減することができる。
【０１０２】
以上が、本実施の形態に係る符号化装置５０１における処理の説明である。
【０１０３】
次に、本実施形態に係る復号装置における処理について説明する。図７は、本実施の形態に係る復号装置８０１の内部構成を示すブロック図である。
【０１０４】
復号装置８０１は、入力端子、分離部９０１、低域信号復号部９０２、アップサンプリング部９０３、高域信号復号部９０４、加算部９０５および出力端子から主に構成される。
【０１０５】
入力端子には、符号化情報が入力される。分離部９０１は、入力端子を介して入力される符号化情報を、低域信号復号部９０２用の符号化コードと高域信号復号部９０４用の符号化コードとに分離する。
【０１０６】
なお、低域信号復号部９０２用の符号化コードは、符号化装置５０１の低域信号符号化部６０２（図５）にて符号化されたダウンサンプリング後の信号の符号化コードである。また、高域信号復号部９０４用の符号化コードは、符号化装置５０１の高域信号符号化部６０５（図５）にて符号化されたシフト量（高域スペクトルと最も相関値の大きい低域スペクトルの位置を表す情報）の符号化コードである。なお、高域信号符号化部６０５において、このシフト量はサブバンド毎に求められている。
【０１０７】
低域信号復号部９０２は、分離部９０１で得られた符号化コードを用いて、復号低域信号を生成し、生成した復号低域信号をアップサンプリング部９０３および高域信号復号部９０４に出力する。
【０１０８】
アップサンプリング部９０３は、低域信号復号部９０２から入力される復号低域信号にアップサンプリングを施して（サンプリング周波数を上げて）、サンプリングレートの高い信号を生成する。アップサンプリング部９０３は、アップサンプリング後の信号を加算部９０５に出力する。
【０１０９】
高域信号復号部９０４には、分離部９０１で分離された符号化コードと、低域信号復号部９０２で生成された復号低域信号とが入力される。高域信号復号部９０４は、後述する復号処理を行って復号高域信号を生成し、生成した復号高域信号を加算部９０５に出力する。
【０１１０】
加算部９０５は、アップサンプリング部９０３から入力されるアップサンプリング後の復号低域信号と、高域信号復号部９０４から入力される復号高域信号とを加算して出力信号を生成し、出力信号を出力端子に出力する。
【０１１１】
図８は、高域信号復号部９０４の内部構成を示すブロック図である。高域信号復号部９０４は、入力端子、周波数領域変換部１００１、高域スペクトル生成部１００２、時間領域変換部１００３、および出力端子から主に構成される。
【０１１２】
周波数領域変換部１００１と接続された入力端子には、低域信号復号部９０２（図７）から復号低域信号が入力される。また、高域スペクトル生成部１００２と接続された入力端子には、符号化コードが分離部９０１（図７）から入力される。
【０１１３】
周波数領域変換部１００１は、入力端子から入力された復号低域信号に対して周波数変換を施し、復号低域スペクトルＸ１(ｋ)を算出する。周波数領域変換部１００１における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）等を使用する。周波数領域変換部１００１は、算出した復号低域スペクトルＸ１(ｋ)を高域スペクトル生成部１００２に出力する。
【０１１４】
高域スペクトル生成部１００２は、入力端子から入力された符号化コードに基づいて、サブバンド毎のシフト量を参照し、周波数領域変換部１００１から入力される復号低域スペクトルの中から、シフト量の示すスペクトルを高域部に複製することで復号高域スペクトルを生成する。この複製処理は、サブバンド毎に行われる。高域スペクトル生成部１００２は、生成した復号高域スペクトルを時間領域変換部１００３に出力する。
【０１１５】
時間領域変換部１００３は、高域スペクトル生成部１００２から入力される復号高域スペクトルを時間領域の信号に変換し、出力端子を介し出力する。この際、時間領域変換部１００３は、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。
【０１１６】
以上が、本実施の形態に係る復号装置８０１における処理の説明である。
【０１１７】
このように、本実施の形態によれば、符号化装置は、まず、周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数（スペクトル）を取得する。次に、符号化装置は、変換係数の低域部および高域部のうち一方の周波数帯域（本実施の形態では高域部）を複数のサブバンドに分割する。次に、符号化装置は、サブバンド毎の重要度を設定する。そして、符号化装置は、設定された重要度に応じて、サブバンドに含まれる変換係数のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロに修正する。そして、符号化装置は、低域部の変換係数と、修正後の高域部の変換係数との相関を算出する。この構成により、周波数帯域全体（複数のサブバンド全体）に対する処理演算量を大きく削減することを保証することができる。
【０１１８】
また、符号化装置では、相関算出（シフト量計算）の対象となる変換係数を全てのサブバンドに対して一律に決定するのではなく、サブバンドの重要度に応じて当該変換係数を適応的に切り替えることができる。具体的には、サブバンドエネルギが大きく、聴感的に重要なサブバンド（重要度が高いサブバンド）に対しては、シフト量探索を精度良く行うことが可能である。一方、サブバンドエネルギが小さく、聴感に与える影響が小さいサブバンド（重要度が低いサブフレーム）に対しては、シフト量探索の精度を落として、処理演算量を大きく削減することが可能である。これにより、復号信号の品質が大きく劣化することを抑制できる。
【０１１９】
＜実施の形態３＞
実施の形態２では、入力スペクトルの高域部Ｘ２kに対してスパース処理を行う構成について説明した。本実施の形態では、復号低域スペクトルＸ１k（つまり、入力スペクトルの低域部）に対してスパース処理を行う構成について説明する。
【０１２０】
図９は、本実施の形態に係る高域信号符号化部６０５ａの構成を示す。図９において図６（高域信号符号化部６０５）と同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２１】
サブバンドエネルギ算出部７０３ａは、まず、周波数領域変換部７０１から入力された復号低域スペクトルを複数のサブバンドに分割する。以下、例えば、復号低域スペクトルＸ１k（ｋ＝０、…、Ｋ−１。つまり、Ｋ個の変換係数）をＮＪ個のサブバンド（サブバンドインデックスｊ＝０〜ＮＪ−１）に分割する構成について説明する。
【０１２２】
サブバンドエネルギ算出部７０３ａは、分割したサブバンド毎に、復号低域スペクトルＸ１kのサブバンドエネルギＥｊ（ｊ＝０、・・・、ＮＪ−１）を、式（１１）に従って算出する。そして、サブバンドエネルギ算出部７０３ａは、算出したサブバンドエネルギＥｊを重要度判定部７０４ａに出力する。ここで、式（１１）におけるＮＪは復号低域スペクトルのサブバンド数、ＳＴＡＲＴｊ及びＥＮＤｊは、サブバンドインデックスｊのサブバンドにおける最低周波数の変換係数インデックス、及び、最高周波数の変換係数インデックスをそれぞれ示す。
【数１１】
2013057895.tif 000013
【０１２３】
重要度判定部７０４ａには、サブバンドエネルギ算出部７０３ａから、サブバンドエネルギＥｊ（ｊ＝０、・・・、ＮＪ−１）が入力される。重要度判定部７０４ａは、実施の形態２（重要度判定部７０４）と同様、サブバンドエネルギに基づいて、サブバンド毎の重要度情報Ｉｊを設定する。
【０１２４】
スパース処理部７０５ａは、実施の形態２（スパース処理部７０５）と同様、重要度判定部７０４ａから入力される重要度情報Ｉｊ（ｊ＝０、・・・、ＮＪ−１）を用いて、周波数領域変換部７０１から入力される復号低域スペクトルＸ１ｋに対してスパース処理を行う。例えば、スパース処理部７０５ａは、各サブバンドｊにおける復号低域スペクトルＸ１ｋを構成する複数の変換係数（変換係数インデックスＳＴＡＲＴｊ〜ＥＮＤｊ）のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロにするスパース処理を行い、スパース処理後の復号低域スペクトルＳＸ１kを生成する。スパース処理部７０５ａは、スパース処理後の復号低域スペクトルＳＸ１kを相関分析部７０６ａに出力する。
【０１２５】
相関分析部７０６ａは、スパース処理部７０５ａから入力されるスパース処理後の復号低域スペクトルＳＸ１kと、周波数領域変換部７０２から入力される入力スペクトルの高域部Ｘ２kとの間の相関分析を行い、相関値が最大となるときのシフト量ｄを求める。なお、相関分析部７０６ａは、入力スペクトルの高域部を分割して得られるサブバンド単位で相関分析を行い、入力スペクトルの高域部のサブバンド毎に相関値が最大となるときのシフト量ｄを求める。う。相関分析部７０６ａは、入力スペクトルの高域部のサブバンド毎のシフト量ｄを出力端子を介して多重化部６０６（図５）に出力する。入力スペクトルの高域部Ｘ２kとスパース処理後の復号低域スペクトルＳＸ１kとの相関値は式（１２）に従って算出される。
【数１２】
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【０１２６】
ここで、ＮＭは入力スペクトルの高域部のサブバンド数を表し、ｓｔａｒｔｍ及びｅｎｄｍは、サブバンドインデックスｍ（ｍ＝０、・・・、ＮＭ−１）のサブバンドにおける最低周波数の変換係数インデックス、及び、最高周波数の変換係数インデックスをそれぞれ表し、ｄはシフト量を表し、Ｄｍｉｎはシフト量の探索範囲の最小値を表し、Ｄｍａｘはシフト量の探索範囲の最大値を表し、Ｃｏｒｍ（ｄ）は第ｍサブバンドのシフト量ｄにおける相関値を表す。
【０１２７】
このように算出される相関値Ｃｏｒｍ（ｄ）の内、相関値が最大となるときのシフト量dmaxを求め、求めたシフト量dmaxを第ｍサブバンドのシフト量として符号化を行い、符号化コードを多重化部６０６（図５）に出力する。つまり、相関分析部７０６は、高域部の変換係数（入力スペクトルの高域部）と最も類似する低域部の変換係数（復号帝位息スペクトル）を示すシフト量dmaxを求めるための相関値を算出する。
【０１２８】
このようにして、本実施の形態では、スパース処理部７０５ａにおいて、重要度判定部７０４ａから出力される重要度情報Ｉｊ（ｊ＝０、・・・、ＮＪ−１）を用いて、式（１２）の算出時の処理演算量を削減する。
【０１２９】
すなわち、本実施の形態によれば、符号化装置は、まず、周波数帯域が低域部と高域部とに分けられた変換係数（スペクトル）を取得する。次に、符号化装置は、変換係数の低域部および高域部のうち一方の周波数帯域（本実施の形態では低域部）を複数のサブバンドに分割する。次に、符号化装置は、サブバンド毎の重要度を設定する。そして、符号化装置は、設定された重要度に応じて、サブバンドに含まれる変換係数のうち、所定数の変換係数の振幅値をゼロに修正する。そして、符号化装置は、高域部の変換係数と、修正後の低域部の変換係数との相関を算出する。この構成により、周波数帯域全体（複数のサブバンド全体）に対する処理演算量を大きく削減することを保証することができる。
【０１３０】
また、符号化装置では、相関算出（シフト量計算）の対象となる変換係数を全てのサブバンドに対して一律に決定するのではなく、サブバンドの重要度に応じて当該変換係数を適応的に切り替えることができる。具体的には、サブバンドエネルギが大きく、聴感的に重要なサブバンド（重要度が高いサブバンド）に対しては、シフト量探索を精度良く行うことが可能である。一方、サブバンドエネルギが小さく、聴感に与える影響が小さいサブバンド（重要度が低いサブフレーム）に対しては、シフト量探索の精度を落として、処理演算量を大きく削減することが可能である。これにより、復号信号の品質が大きく劣化することを抑制できる。
【０１３１】
なお、上記実施の形態２および実施の形態３では、重要度判定部において、サブバンドエネルギ算出部で算出されたサブバンドエネルギに基づいて、重要度情報を決定する構成を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、サブバンドエネルギ以外の情報に基づいて重要度を決定する構成に対しても同様に適用できる。例えば、サブバンド毎の変換係数のばらつきの度合い（例えば、ＳＦＭ（Spectral Flatness Measure））を算出し、ＳＦＭ値が大きいほど重要度を高くするという構成が例として挙げられる。もちろん、ＳＦＭ値以外の情報に基づいて重要度を決定してもよい。
【０１３２】
また、上記実施の形態２および実施の形態３では、スパース処理部において、重要度判定部で決定された重要度情報に基づいて、相関値算出の対象となる所定のサンプル数を固定的に決定した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、サブバンドエネルギの大きさが上位のサブバンド間でサブバンドエネルギが非常に近い数値であった場合には、重要度判定部では、重要度情報を単に、（１、２、３、４）という整数値で設定するのではなく、（１．０、２．５、２．５、４．０）のように小数値も含めた値も許容して設定してもよい。つまり、サブバンド間におけるサブバンドエネルギの差に応じて重要度情報をより細かい精度で設定してもよい。また、スパース処理部において、上記重要度情報に基づいて、（１２、８、８、６）のように所定の数（所定の変換係数の数）を設定する構成が例として挙げられる。このように、複数のサブバンドにおけるサブバンドエネルギの分布に応じて、より柔軟な重み（重要度）を用いて、スパース処理部が所定の変換係数の数を決定することにより、上記実施の形態よりも更に効率的に処理演算量を削減することができる。なお、所定の変換係数の数の決定は、予め所定の変換係数の数のパターンを複数セット用意することで可能となる。また、重要度情報に基づき、動的に所定の変換係数の数を決定する構成も可能である。ただし、どちらの構成においても、複数のサブバンド全体において、処理演算量が一定値以上削減できるように、所定の変換係数の数のパターンを決定すること、或いは、動的に所定の変換係数の数を決定することが前提である。
【０１３３】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【０１３４】
また、本発明に係る符号化装置及び符号化方法は、上記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。
【０１３５】
また、上記実施の形態における復号装置は、上記実施の形態における符号化装置から伝送された符号化情報を用いて処理を行うとした。しかし、本発明はこれに限定されず、必要なパラメータ及びデータを含む符号化情報であれば、必ずしも上記実施の形態における符号化装置からの符号化情報でなくても処理は可能である。
【０１３６】
また、信号処理プログラムを、メモリ、ディスク、テープ、ＣＤ、ＤＶＤ等の機械読み取り可能な記録媒体に記録、書き込みをし、動作を行う場合についても、本発明は適用することができ、本実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又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よい。
【０１４０】
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。
【０１４１】
２０１１年１０月１９日出願の特願２０１１−２２９６１６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】
【０１４２】
本発明は、入力信号に対する相関演算を行う際に効率的に演算量を削減することができ、例えば、パケット通信システム、移動通信システムなどに適用できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０１，５０１  符号化装置
１０２  伝送路
１０３，８０１  復号装置
２０１  サブフレームエネルギ算出部
２０２，７０４，７０４ａ  重要度判定部
２０３  ＣＥＬＰ符号化部
３０１  前処理部
３０２  聴覚重み付け部
３０３，７０５，７０５ａ  スパース処理部
３０４  ＬＰＣ分析部
３０５  ＬＰＣ量子化部
３０６，４０３  適応音源符号帳
３０７，４０４  量子化利得生成部
３０８，４０５  固定音源符号帳
３０９，３１０，４０６，４０７  乗算部
３１１，３１３，４０８，９０５  加算部
３１２  聴覚重み付け合成フィルタ
３１４  パラメータ決定部
３１５，６０６  多重化部
４０１，９０１  分離部
４０２  ＬＰＣ復号部
４０９  合成フィルタ
４１０  後処理部
６０１  ダウンサンプリング部
６０２  低域信号符号化部
６０３，９０２  低域信号復号部
６０４  遅延部
６０５，６０５ａ  高域信号符号化部
７０１，７０２，１００１  周波数領域変換部
７０３，７０３ａ  サブバンドエネルギ算出部
７０６，７０６ａ  相関分析部
９０３  アップサンプリング部
９０４  高域信号復号部
１００２  高域スペクトル生成部
１００３  時間領域変換部
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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2013057895.tif 000025
2013057895.tif 000026
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