(57)【要約】  復号信号の低域から高域を推定する帯域拡張において復号信号の品質の劣化を抑える符号化装置。この符号化装置では、第１レイヤ符号化部（２０２）は、入力信号の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成し、第１レイヤ復号部（２０３）は、第１符号化情報を復号して復号信号を生成し、第２レイヤ符号化部（２０６）は、復号信号から入力信号の高域部分を推定して推定信号を生成するとともに、推定信号を得るための第２符号化情報を生成し、ピーク性分析部（２０７）は、入力信号の高域部分と、推定信号または入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求め、符号化情報統合部（２０８）は、第１符号化情報と第２符号化情報と調波構造の差異とを統合する。
2009084221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、
前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、
前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、
前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める分析手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項２】
前記第２符号化手段は、
前記復号信号をフィルタリングして前記推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を予め設定された範囲で変化させながら設定する設定手段と、
前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかと、前記入力信号の高域部分との類似度合いが最も大きくなる場合の前記ピッチ係数を最適ピッチ係数として探索する探索手段と、
前記入力信号のゲインを求め符号化するゲイン符号化手段と、
を具備し、
前記分析手段は、
前記入力信号の高域部分と、前記最適ピッチ係数に対応する前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記第２符号化手段は、
前記復号信号をフィルタリングして前記推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を予め設定された範囲で変化させながら設定する設定手段と、
前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとの類似度合いが最も大きくなる場合の前記ピッチ係数を最適ピッチ係数として探索する探索手段と、
前記入力信号のゲインを求め符号化するゲイン符号化手段と、
を具備し、
前記探索手段は、
前記調波構造の差異を用いて前記類似度合いに重みを付け、前記最適ピッチ係数を探索する、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項４】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおける、振幅が閾値以上のピーク数の比、または差を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項５】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおける、スペクトルのピーク性の比、または差を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項６】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおいて、振幅が閾値以上のピークの分布の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのＳＦＭ(Spectral Flatness Measure)、あるいは分散の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項８】
符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信する受信手段と、
前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を得る第１復号手段と、
前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とする第２復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項９】
前記第２復号手段は、
前記第２符号化情報に含まれるピッチ係数を用いて前記第２復号信号をフィルタリングして前記第２推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記第２符号化情報に含まれるゲイン情報を用いて前記第２推定信号のエネルギを調整して調整信号を生成する調整手段と、
前記調波構造の差異が予め設定されたレベル以上である場合には、前記調整信号に対してピーク抑圧処理を行うピーク抑圧処理手段と、
を具備する請求項８記載の復号装置。
【請求項１０】
前記ピーク抑圧処理手段は、
前記第２推定信号に対するピーク抑圧処理として平滑化処理、ゲインの減衰処理、雑音信号を用いた置き換え処理のいずれかを行う、
請求項９記載の復号装置。
【請求項１１】
入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、
前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、
前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成するステップと、
前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求めるステップと、
を具備する符号化方法。
【請求項１２】
符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信するステップと、
前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、
前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とするステップと、
を具備する復号方法。
【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／楽音信号（音楽信号）を伝送する場合、音声／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、近年では、単に低ビットレートで音声／楽音信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声／楽音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、周波数帯域の広い信号を低ビットレートで符号化する技術がある（例えば、特許文献１参照）。これによれば、入力信号を低域部の信号と高域部の信号とに分け、高域部の信号のスペクトルを低域部の信号のスペクトルで置換することにより符号化して、全体のビットレートを低減させる。【０００４】
図１は、特許文献１に開示された帯域拡張技術におけるスペクトル特性を示す図である。図１において、横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトルの振幅を示す。図１Ａは、入力信号のスペクトルのうち、高域部のあるサブバンドＳＢｉにおける部分を示す図である。図１Ｂは、復号信号のスペクトルのうち、低域部のあるサブバンドＳＢｊにおける部分を示す図である。また、特許文献１には、高域スペクトルを生成するために低域スペクトルのどの帯域を利用するかの選択基準については詳しく言及されていないが、フレーム毎に高域スペクトルと最も類似する部分を低域スペクトルの中から探索する方法が最も一般的な手法として開示されている。なお、復号信号のスペクトルの各サブバンドのうち、サブバンドＳＢｊにおけるスペクトルは、サブバンドＳＢｉにおける入力信号のスペクトルと類似度が最も高いとする。また、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては、それぞれ振幅が閾値Ａ、Ｂ、Ａを超えるピークの数を用いて各スペクトルのピーク性を表す。【０００５】
図１Ｃにおいて破線１１は、図１Ａに示したスペクトルと同様なスペクトルを示す。図１Ｃにおいて実線１２は、図１Ｂのスペクトルを利用して帯域拡張処理を行い、さらに図１Ａのスペクトルのエネルギと等しくなるようにエネルギ調整を行って得られる、サブバンドＳＢｉにおけるスペクトルを示す。
【特許文献１】特表２００１−５２１６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された帯域拡張技術では、入力信号のスペクトルの低域部、あるいは復号スペクトルの低域部の調波構造を考慮していない。従って、入力信号のスペクトルの高域部と下位レイヤの復号スペクトルの低域部が全く異なる調波構造を有する場合、帯域拡張により得られた高域部においては、ピーク成分が強調されてしまい、音質が極端に劣化する可能性がある。【０００７】
例えば図１に示すように、図１Ａのスペクトルと図１Ｂのスペクトルとは、ピーク性が大きく異なる。すなわち、図１Ａのスペクトルと図１Ｂのスペクトルとのように、類似度が高くても、ピーク性が大きく異なる場合が発生しうる。このような場合、特許文献１に開示された帯域拡張技術を用いてエネルギ調整を行うと、図１Ｃに示すスペクトルのように、図１Ａに示すスペクトルには存在しない、非常に大きなピーク１３が現れる。従って、復号信号の品質は極端に劣化してしまう。【０００８】
本発明の目的は、入力信号のスペクトルの低域部、あるいは復号スペクトルの低域部の調波構造を考慮して帯域拡張を行うことにより、例えば、入力信号のスペクトルの高域部と復号スペクトルの低域部とが全く異なる調波構造を有する場合でも、帯域拡張による復号信号の品質の劣化を抑え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】
【０００９】
本発明の符号化装置は、入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める分析手段と、を具備する構成を採る。【００１０】
本発明の復号装置は、符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信する受信手段と、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を得る第１復号手段と、前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第３復号信号をそのまま前記第３復号信号とする第２復号手段と、を具備する構成を採る。【００１１】
本発明の符号化方法は、入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成するステップと、前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求めるステップと、を具備するようにした。【００１２】
本発明の復号方法は、符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信するステップと、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とするステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、帯域拡張により得られる推定信号に生じる可能性がある、入力信号には存在しないピークを抑えることができ、復号信号の品質の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術の帯域拡張技術におけるスペクトル特性を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る符号化装置およ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３】図２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４】図３に示した第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５】図４に示したフィルタリング部におけるフィルタリング処理の詳細について説明するための図
【図６】図４に示したピーク性分析部におけるピーク性分析処理の手順を示すフロー図
【図７】図４に示した探索部において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図
【図８】図２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９】図８に示した第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】図９に示したピーク抑圧処理部においてピーク抑圧処理を行った結果を示す図
【図１１】図３に示した第１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１２】図３に示した第１レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１３】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１４】図１３に示した第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１５】図１４に示した探索部において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図
【図１６】図１４に示した探索部により選択される推定スペクトルについて説明するための図
【図１７】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１８】図１７に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明について、その概略の一例を挙げると、入力信号の高域部と、復号信号のスペクトルの低域部または入力信号の低域部の何れかとの調波構造の差異を考慮し、この差異が予め設定されたレベル以上である場合には、復号側においてピーク抑圧処理を行うというものである。これにより、帯域拡張により得られる推定信号に生じる可能性がある、入力信号には存在しないピークを抑えることができ、復号信号の品質の劣化を抑えることができるというものである。【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る符号化装置および復号装置として、音声符号化装置および音声復号装置を例にとって説明する。【００１７】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置およ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２において、通信システム１００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。【００１８】
符号化装置１０１は、入力信号をＮサンプルずつ区切り（Ｎは自然数）、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番目であることを示す。符号化された入力情報（符号化情報）は伝送路１０２を介して復号装置１０３に符号化情報を送信する。【００１９】
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。【００２０】
図３は、図２に示した符号化装置１０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。入力信号のサンプリング周波数をＳＲｉｎｐｕｔとすると、ダウンサンプリング処理部２０１は、入力信号のサンプリング周波数をＳＲｉｎｐｕｔからＳＲｂａｓｅまでダウンサンプリングし（ＳＲｂａｓｅ＜ＳＲｉｎｐｕｔ）、ダウンサンプリングした入力信号をダウンサンプリング後入力信号として、第１レイヤ符号化部２０２に出力する。【００２１】
第１レイヤ符号化部２０２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、例えばＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成し、生成した第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部２０３および符号化情報統合部２０８に出力する。【００２２】
第１レイヤ復号部２０３は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、例えばＣＥＬＰ方式の音声復号方法を用いて復号を行って第１レイヤ復号信号を生成し、生成した第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部２０４に出力する。【００２３】
アップサンプリング処理部２０４は、第１レイヤ復号部２０３から入力される第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＳＲｂａｓｅからＳＲｉｎｐｕｔまでアップサンプリングし、アップサンプリングした第１レイヤ復号信号をアップサンプリング後第１レイヤ復号信号として、直交変換処理部２０５に出力する。【００２４】
直交変換処理部２０５は、バッファｂｕｆ１ｎ、およびｂｕｆ２ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を内部に有し、入力信号ｘｎ、およびアップサンプリング処理部２０４から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎを修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）する。【００２５】
次に、直交変換処理部２０５における直交変換処理について、その計算手順と内部バッファへのデータ出力に関して説明する。【００２６】
まず、直交変換処理部２０５は、下記の式（１）および式（２）によりバッファｂｕｆ１ｎ、およびｂｕｆ２ｎそれぞれを、「０」を初期値として初期化する。
【数１】
2009084221.tif 000003
【数２】
2009084221.tif 000004
【００２７】
次いで、直交変換処理部２０５は、入力信号ｘｎ、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎに対し下記の式（３）および式（４）に従ってＭＤＣＴし、入力信号のＭＤＣＴ係数（以下、入力スペクトルと呼ぶ）Ｓ２（ｋ）、およびアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙnのＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１（ｋ）を求める。
【数３】
2009084221.tif 000005
【数４】
2009084221.tif 000006
【００２８】
ここで、ｋは１フレームにおける各サンプルのインデックスを示す。直交変換処理部２０５は、入力信号ｘｎとバッファｂｕｆ１ｎとを結合させたベクトルであるｘｎ’を下記の式（５）により求める。また、直交変換処理部２０５は、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎとバッファｂｕｆ２ｎとを結合させたベクトルであるｙｎ’を下記の式（６）により求める。
【数５】
2009084221.tif 000007
【数６】
2009084221.tif 000008
【００２９】
次に、直交変換処理部２０５は、式（７）および式（８）によりバッファｂｕｆ１ｎおよびｂｕｆ２ｎを更新する。
【数７】
2009084221.tif 000009
【数８】
2009084221.tif 000010
【００３０】
そして、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を第２レイヤ符号化部２０６に出力する。また、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）をピーク性分析部２０７に出力する。【００３１】
第２レイヤ符号化部２０６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０８に出力する。また、第２レイヤ符号化部２０６は、入力スペクトルに対して推定を行い、推定スペクトルＳ２’（ｋ）をピーク性分析部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２０６の詳細については後述する。【００３２】
ピーク性分析部２０７は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、および第２レイヤ符号化部２０６から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対してピーク性を分析し、この分析結果を示すピーク性情報を符号化情報統合部２０８に出力する。なお、ピーク性分析部２０７におけるピーク性分析処理の詳細については後述する。【００３３】
符号化情報統合部２０８は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、第２レイヤ符号化部２０６から入力される第２レイヤ符号化情報と、ピーク性分析部２０７から入力されるピーク性情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。【００３４】
次に、図３に示した第２レイヤ符号化部２０６の内部の主要な構成について図４を用いて説明する。【００３５】
第２レイヤ符号化部２０６は、フィルタ状態設定部２６１、フィルタリング部２６２、探索部２６３、ピッチ係数設定部２６４、ゲイン符号化部２６５、および多重化部２６６を備え、各部は以下の動作を行う。【００３６】
フィルタ状態設定部２６１は、直交変換処理部２０５から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)［０≦ｋ＜ＦＬ］を、フィルタリング部２６２で用いるフィルタ状態として設定する。フィルタリング部２６２における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。【００３７】
フィルタリング部２６２は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備え、フィルタ状態設定部２６１により設定されたフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数に基づいて、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングし、入力スペクトルの推定値Ｓ２’(ｋ)（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）（以下、「推定スペクトル」と称す）を算出する。フィルタリング部２６２は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)を探索部２６３に出力する。なお、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細については後述する。【００３８】
探索部２６３は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、フィルタリング部２６２から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度を算出する。この類似度の算出は、例えば相関演算等により行われる。フィルタリング部２６２、探索部２６３、およびピッチ係数設定部２６４の処理は閉ループを構成する。この閉ループにおいて、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４からフィルタリング部２６２に入力されるピッチ係数Ｔを種々に変化させることにより、各ピッチ係数に対応する類似度を算出する。そのうち類似度が最大となる最適ピッチ係数Ｔ’（ただしＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を多重化部２６６に出力する。また、探索部２６３は、このピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’(ｋ)をゲイン符号化部２６５およびピーク性分析部２０７に出力する。なお、探索部２６３における最適ピッチ係数Ｔ’の探索処理の詳細については後述する。【００３９】
ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、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２６２に順次出力する。【００４０】
ゲイン符号化部２６５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）についてのゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン符号化部２６５は、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨをＪ個のサブバンドに分割し、入力スペクトルＳ２（ｋ）のサブバンド毎のスペクトルパワを求める。この場合、第ｊサブバンドのスペクトルパワＢ(ｊ)は下記の式（９）で表される。
【数９】
2009084221.tif 000011
【００４１】
式（９）において、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数を表す。また、ゲイン符号化部２６５は、同様に、推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワＢ’(ｊ)を下記の式（１０）に従い算出する。次いで、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対する推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎の変動量Ｖ(ｊ)を式（１１）に従い算出する。
【数１０】
2009084221.tif 000012
【数１１】
2009084221.tif 000013
【００４２】
そして、ゲイン符号化部２６５は、変動量Ｖ(ｊ)を符号化し、符号化後の変動量Ｖｑ(ｊ)に対応するインデックスを多重化部２６６に出力する。【００４３】
多重化部２６６は、探索部２６３から入力される最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲイン符号化部２６５から入力される変動量Ｖ(ｊ)のインデックスと、を第２レイヤ符号化情報として多重化し、符号化情報統合部２０８に出力する。なお、Ｔ’とＶ（ｊ）のインデックスとを直接、符号化情報統合部２０８に入力して、符号化情報統合部２０８にて第１レイヤ符号化情報と多重化しても良い。【００４４】
次いで、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細について、図５を用いて説明する。【００４５】
フィルタリング部２６２は、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数Ｔを用いて、帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを生成する。フィルタリング部２６２の伝達関数は下記の式（１２）で表される。
【数１２】
2009084221.tif 000014
【００４６】
式（１２）において、Ｔはピッチ係数設定部２６４から与えられるピッチ係数、βｉは予め内部に記憶されているフィルタ係数を表している。例えば、タップ数が３の場合、フィルタ係数の候補は（β−１、β０、β１）＝（０．１、０．８、０．１）が例として挙げられる。この他に（β−１、β０、β１）＝（０．２、０．６、０．２）、（０．３、０．４、０．３）などの値も適当である。また、式（１２）においてＭ＝１とする。Ｍはタップ数に関する指標である。【００４７】
フィルタリング部２６２における全周波数帯域のスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。【００４８】
Ｓ(ｋ)のＦＬ≦ｋ＜ＦＨの帯域には、以下の手順のフィルタリング処理により、推定スペクトルＳ２’(ｋ)が格納される。すなわち、Ｓ２’(ｋ)には、基本的に、このｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)が代入される。ただし、スペクトルの円滑性を増すために、実際には、スペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ＋ｉ)にフィルタ係数βｉを乗じたスペクトルβｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ＋ｉ)を、全てのｉについて加算したスペクトルをＳ２’(ｋ)に代入する。この処理は下記の式（１３）で表される。
【数１３】
2009084221.tif 000015
【００４９】
上記演算を、周波数の低いｋ＝ＦＬから順に、ｋをＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲で変化させて行うことにより、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける推定スペクトルＳ２’(ｋ)を算出する。【００５０】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部２６４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２６３に出力される。【００５１】
次いで、ピーク性分析部２０７におけるピーク性分析処理の詳細について図６のフロー図を用いて説明する。【００５２】
まず、ステップ（以下、ＳＴと記す）１０１０において、ピーク性分析部２０７は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、および探索部２６３から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対し、それぞれの閾値以上の大きさのピークの個数ＣｏｕｎｔＳ２（ｋ）、およびＣｏｕｎｔＳ２'（ｋ）を下記の式（１４）および式（１５）に従って算出する。
【数１４】
2009084221.tif 000016
【数１５】
2009084221.tif 000017
【００５３】
式（１４）および式（１５）においては、閾値以上の値であるｋのうち、連続するｋについては最初のｋのみカウントし、後続部分についてはカウントしないものとする。すなわち、ピークをカウントする際、隣接するサンプルは除く。言い換えれば、ピークが横に広がっている場合はサンプル毎にカウントするのではなく、隣接している分は１カウントとする。これによりピークの数が求まる。また、ここでは、ピークの個数を算出する時に利用する閾値は、入力スペクトルＳ２（ｋ）、推定スペクトルＳ２'(ｋ)それぞれに対して個別にＰＥＡＫｃｏｕｎｔ＿Ｓ２（ｋ）、およびＰＥＡＫｃｏｕｎｔ＿Ｓ２‘（ｋ）と設定される。これらの閾値は予め定められた値でも良く、フレーム毎に各スペクトルのエネルギから算出されても良い。【００５４】
次いで、ＳＴ１０２０において、ピーク性分析部２０７は、各スペクトルのピーク数ＣｏｕｎｔＳ２（ｋ）、およびＣｏｕｎｔＳ２'（ｋ）の差の絶対値Ｄｉｆｆを下記の式（１６）に従って算出する。
【数１６】
2009084221.tif 000018
【００５５】
次いで、ＳＴ１０３０〜１０５０において、ピーク性分析部２０７は、Ｄｉｆｆを用いて、下記の式（１７）に従ってピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを算出する。
【数１７】
2009084221.tif 000019
【００５６】
具体的には、ＳＴ１０３０において、ピーク性分析部２０７は、Ｄｉｆｆが閾値ＰＥＡＫＤｉｆｆより小さいか否かを判定する。ＳＴ１０３０でＤｉｆｆがＰＥＡＫＤｉｆｆより小さいと判定した場合（ＳＴ１０３０：「ＹＥＳ」）には、ピーク性分析部２０７は、ＳＴ１０４０においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇに「０」を設定する。一方、ＳＴ１０３０でＤｉｆｆがＰＥＡＫＤｉｆｆ以上であると判定した場合（ＳＴ１０３０：「ＮＯ」）には、ピーク性分析部２０７は、ＳＴ１０５０においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇに「１」を設定する。ここでピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇとは調波構造に関する情報であり、入力スペクトルＳ２（ｋ）と推定スペクトルＳ２’(ｋ)との間に大きなピーク性の差異が存在しない場合と、大きなピーク性の差異が存在する場合をそれぞれ「０」および「１」の値で示す。そして、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合には、復号装置側において推定スペクトルに対してピーク抑圧処理を行わない。一方、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、復号装置側において推定スペクトルに対してピーク抑圧処理を行うことにより、強調されたピークを抑圧し、復号信号の品質の向上を図る。【００５７】
次いで、ＳＴ１０６０において、ピーク性分析部２０７はピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを符号化情報統合部２０８に出力する。【００５８】
図７は、探索部２６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。【００５９】
まず、探索部２６３は、類似度の最小値を保存するための変数である最小類似度Ｄｍｉｎを「＋∞」に初期化する（ＳＴ２０１０）。次いで、探索部２６３は、下記の式（１８）に従い、あるピッチ係数における入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度Ｄを算出する（ＳＴ２０２０）。
【数１８】
2009084221.tif 000020
【００６０】
式（１８）において、Ｍ’は、類似度Ｄを算出する際のサンプル数を示し、高域部のサンプル長（ＦＨ−ＦＬ＋１）以下の任意の値で良い。【００６１】
なお、上述したように、フィルタリング部２６２において生成される推定スペクトルは、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングして得られるスペクトルである。従って、探索部２６３において算出される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度は、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、第１レイヤ復号スペクトルとの類似度を表すこともできる。【００６２】
次いで、探索部２６３は算出した類似度Ｄが最小類似度Ｄｍｉｎより小さいか否かを判定する（ＳＴ２０３０）。ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄｍｉｎより小さい場合（ＳＴ２０３０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３は、類似度Ｄを最小類似度Ｄｍｉｎに代入する（ＳＴ２０４０）。一方、ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄｍｉｎ以上である場合（ＳＴ２０３０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は、探索範囲が終了した否かを判定する（ＳＴ２０５０）。すなわち、探索部２６３は、探索範囲内のすべてのピッチ係数それぞれに対し、ＳＴ２０２０において上記の式（１８）に従って類似度を算出したか否かを判定する。探索範囲が終了しなかった場合（ＳＴ２０５０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は処理を再びＳＴ２０２０に戻す。そして、探索部２６３は、前回ＳＴ２０２０の手順において式（１８）に従って類似度を算出した場合とは異なるピッチ係数に対して、式（１８）に従い類似度を算出する。一方、探索範囲が終了した場合（ＳＴ２０５０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３には、最小類似度Ｄｍｉｎに対応するピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ’として多重化部２６６に出力する（ＳＴ２０６０）。【００６３】
次いで、図２に示した復号装置１０３について説明する。【００６４】
図８は、復号装置１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００６５】
図８において、符号化情報分離部１３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇとを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報とピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを第２レイヤ復号部１３５に出力する。【００６６】
第１レイヤ復号部１３２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部１３３に出力する。ここで、第１レイヤ復号部１３２の構成および動作は、図３に示した第１レイヤ復号部２０３と同様であるため、詳細な説明は省略する。【００６７】
アップサンプリング処理部１３３は、第１レイヤ復号部１３２から入力される第１レイヤ復号信号に対してサンプリング周波数をＳＲｂａｓｅからＳＲｉｎｐｕｔまでアップサンプリングする処理を行い、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号を直交変換処理部１３４に出力する。【００６８】
直交変換処理部１３４は、アップサンプリング処理部１３３から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対して直交変換処理（ＭＤＣＴ）を施し、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号のＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１(ｋ)を第２レイヤ復号部１３５に出力する。ここで、直交変換処理部１３４の構成および動作は、図３に示した直交変換処理部２０５と同様であるため、詳細な説明は省略する。【００６９】
第２レイヤ復号部１３５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報およびピーク性情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し出力信号として出力する。【００７０】
図９は、図８に示した第２レイヤ復号部１３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。【００７１】
分離部３５１は、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を、フィルタリングに関する情報である最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲインに関する情報である符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスと、に分離し、最適ピッチ係数Ｔ’をフィルタリング部３５３に出力し、符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスをゲイン復号部３５４に出力する。なお、符号化情報分離部１３１において、Ｔ’とＶｑ（ｊ）のインデックスとを分離済みの場合は、分離部３５１を配置しなくても良い。【００７２】
フィルタ状態設定部３５２は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)［０≦ｋ＜ＦＬ］を、フィルタリング部３５３で用いるフィルタ状態として設定する。ここで、フィルタリング部３５３における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。ここで、フィルタ状態設定部３５２の構成および動作は、図４に示したフィルタ状態設定部２６１と同様であるため、詳細な説明は省略する。【００７３】
フィルタリング部３５３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３５３は、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ’と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、上記の式（１３）に示す、入力スペクトルＳ２(ｋ)の推定スペクトルＳ２’(ｋ)を算出する。フィルタリング部３５３でも、上記の式（１２）に示したフィルタ関数が用いられる。【００７４】
ゲイン復号部３５４は、分離部３５１から入力される、符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスを復号し、変動量Ｖ(ｊ)の量子化値である変動量Ｖｑ(ｊ)を求める。【００７５】
スペクトル調整部３５５は、下記の式（１９）に従い、フィルタリング部３５３から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に、ゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量Ｖｑ(ｊ)を乗じる。これにより、スペクトル調整部３５５は推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成してピーク抑圧処理部３５６に出力する。
【数１９】
2009084221.tif 000021
【００７６】
ここで、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）は第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）からなり、復号スペクトルＳ３(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）はスペクトル形状調整後の推定スペクトルＳ２’(ｋ)からなる。【００７７】
ピーク抑圧処理部３５６は、符号化情報分離部１３１から入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値に応じて、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３(ｋ)に対してピーク抑圧処理の適用／非適用を切り換える。具体的には、ピーク抑圧処理部３５６は、入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合には、復号スペクトルＳ３(ｋ)に対してはピーク抑圧処理を適用せずに、復号スペクトルＳ３(ｋ)をそのまま第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）として直交変換処理部３５７に出力する。また、ピーク抑圧処理部３５６は、入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、下記の式（２０）に示すように復号スペクトルＳ３（ｋ）をフィルタリングすることによりスペクトルの平滑化（鈍化）を施し、得られた第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）を直交変換処理部３５７に出力する。
【数２０】
2009084221.tif 000022
【００７８】
図１０は、入力されるピーク性情報の値が「１」である場合に、ピーク抑圧処理部３５６が復号スペクトルＳ３（ｋ）に対しピーク抑圧処理を行った結果を示す図である。【００７９】
図１０は、図１Ｃに示した破線１１、実線１２、及びピーク１３に加え、さらに点破線９０１を用いてピーク抑圧処理後の復号スペクトルＳ４（ｋ）を示している。図１０に示すように、ピーク抑圧処理部３５６の処理により、異音の原因となる復号スペクトルＳ３（ｋ）におけるピークが抑圧されている。【００８０】
再び図９に戻って、直交変換処理部３５７は、ピーク抑圧処理部３５６から入力される復号スペクトルＳ４（ｋ）を時間領域の信号に直交変換し、得られる第２レイヤ復号信号を出力信号として出力する。ここでは、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。【００８１】
以下、直交変換処理部３５７における具体的な処理について説明する。【００８２】
直交変換処理部３５７は、バッファｂｕｆ’（ｋ）を内部に有しており、下記の式（２１）に示すようにバッファｂｕｆ’（ｋ）を初期化する。
【数２１】
2009084221.tif 000023
【００８３】
また、直交変換処理部３５７は、ピーク抑圧処理部３５６から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）を用いて下記の式（２２）に従い、第２レイヤ復号信号ｙ”ｎを求めて出力する。
【数２２】
2009084221.tif 000024
【００８４】
式（２２）において、Ｚ５（ｋ）は、下記の式（２３）に示すように、復号スペクトルＳ４（ｋ）とバッファｂｕｆ’（ｋ）とを結合させたベクトルである。
【数２３】
2009084221.tif 000025
【００８５】
次に、直交変換処理部３５７は、下記の式（２４）に従いバッファｂｕｆ’（ｋ）を更新する。
【数２４】
2009084221.tif 000026
【００８６】
次に、直交変換処理部３５７は、復号信号ｙ”ｎを出力信号として出力する。【００８７】
このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、符号化装置は、入力スペクトルの高域部の調波構造と推定スペクトルの調波構造とを比較分析し、分析結果を復号装置に送る。また、復号装置はこの分析結果に応じて、帯域拡張により得られた推定スペクトルに対し平滑化（鈍化）処理の適用／非適用を切り替える。すなわち、入力スペクトルの高域部の調波構造と推定スペクトルの調波構造との類似度合いが予め設定されたレベル以下である場合には、復号装置において推定スペクトルの平滑化処理を行うため、復号信号に含まれる不自然な異音を抑えることができ、復号信号の品質を向上することができる。【００８８】
具体的には、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルのピーク性が大きく異なる場合には、復号装置において平滑化処理を施すため、帯域拡張により得られた推定スペクトルに異音が発生することを抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。【００８９】
復号装置においては、通常、サブバンド毎に入力信号のエネルギと等しくなるように推定スペクトルのエネルギを調整する。このため、例えば、入力信号の高域スペクトルには予め設定されたレベル以上の大きなピークが周期的に存在し、推定スペクトルには大きなピークは存在するものの予め設定されたレベル以上のピーク数が入力信号の高域スペクトルに比べて明らかに少ない場合には、推定スペクトルにおける数少ない予め設定されたレベル以上のピークがエネルギ調整により強調されてしまい、大きな異音となる。また、入力信号の高域スペクトルあるいは推定スペクトルのいずれかのみの調波構造を分析し、その分析結果に応じて推定スペクトルに対して平滑化（鈍化）処理を施す手法でも、上記の問題点が発生する可能性がある。しかし、本実施の形態のように、入力信号の高域スペクトルおよび復号スペクトルの双方の調波構造を比較分析すれば、推定スペクトル内において不自然に強調されるピークを抑圧することができ、その結果、復号信号の品質を向上させることができる。【００９０】
なお、本実施の形態では、ピーク性分析部２０７で行われる各スペクトルの調波構造に対する分析の方法としては、各スペクトルにおいて振幅が閾値以上であるピークの個数をそれぞれ求め、このようなピークの個数の差を用いてピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、各スペクトルの調和構造の分析方法として、上記のようなピークの個数の比、または上記のようなピークの分布度合いの差異などを用いてピーク性情報を算出しても良い。また、ピークの個数の代わりに、例えば各スペクトルのスペクトル／フラットネス／メジャー（ＳＦＭ：Spectral Flatness Measure）を用いても良い。ＳＦＭは、振幅スペクトルの幾何平均と算術平均との比（＝幾何平均／算術平均）で表される。スペクトルのピーク性が強いほどＳＦＭは０．０に近づき、スペクトルの雑音性が強いほどＳＦＭは１．０に近づく。調和構造の分析方法としては、各スペクトルのＳＦＭの差または比を閾値と比較し、比較結果で表されるピーク性情報を算出しても良い。また、ＳＦＭではなく、単なる分散を算出し、分散の差あるいは比を用いてピーク性情報を算出しても良い。【００９１】
また、ピーク性分析部２０７で、各スペクトルにおいて最大である振幅の値（絶対値）をそれぞれ求め、この値の差あるいは比を用いてピーク性情報を算出しても良い。例えば、各スペクトルにおけるピークの最大振幅値の差が閾値以上であった場合には、ピーク性情報の値を「１」に設定するようにしても良い。【００９２】
また、ピーク性分析部２０７において、過去のフレームにおける入力信号のスペクトルに対して、閾値以上のピークの大きさ、数等（以下「ピークに関する情報」という）を記憶するバッファを備え、サブバンド毎にバッファ中のピークに関する情報（大きさ、数等）と現フレームのピークに関する情報とを比較し、それらの差あるいは比が予め定められた閾値以上であった場合にピーク性情報の値を「１」に設定し、閾値未満であった場合にはピーク性情報の値を「０」に設定するという方法でも良い。また、上記のピーク性情報の値の設定方法は、サブバンド毎ではなくフレーム毎に行ってもよい。【００９３】
また、現フレームのピークに関する情報を、バッファに記憶された過去のフレームのピークに関する情報と比較するのではなく、隣接するサブバンドのピークに関する情報と比較してもよい。この場合、現フレームのピークに関する情報と、隣接するサブバンドのピークに関する情報との差、あるいは比が、閾値以上の場合、ピークの大きさが大きいサブバンド、あるいはピークの数が少ないサブバンドに対するピーク性情報の値を「０」に設定することで、帯域拡張時のピーク抑圧処理により異音の発生を抑制できる。【００９４】
なお、以上の説明では、ピーク性分析部２０７が、入力信号のスペクトルを用いてピーク性を分析する場合について説明したが、これに限らず、第２レイヤ符号化部２０６内で推定された推定スペクトルを用いてピーク性を分析するようにしても良い。推定スペクトルを用いてピーク性を分析することにより、ピーク性情報の値を決定する場合、ピーク性情報の値の決定処理は、復号装置側でのみ行えばよく、符号化装置側では行う必要がないので、ピーク性情報を伝送する必要がなくなり、より低ビットレートの符号化が可能となる。【００９５】
また、本実施の形態では、入力信号のスペクトルおよび第１レイヤ復号信号のスペクトルの調波構造を分析することによりピーク性情報を算出する場合を例に説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、ピーク性分析部２０７が、入力スペクトルに対してｔｏｎａｌｉｔｙ（調波性）を算出し、この値に応じて、ピーク性情報を算出するようにしても良い。例えば、入力信号のｔｏｎａｌｉｔｙが閾値以上である場合には、ピーク性情報の値を「１」とし、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」とすることにより、帯域拡張時の高域スペクトルに対する抑制処理の適用を適応的に切り替えることが出来る。なお、ｔｏｎａｌｉｔｙによるピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆であっても良い。ｔｏｎａｌｉｔｙについては、ＭＰＥＧ−２ ＡＡＣ（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７）に開示されているためここでは説明は省略する。【００９６】
また、探索部２６３が算出した最小類似度Ｄｍｉｎの値に応じて、ピーク性分析部２０７は、ピーク性情報の値を設定するようにしても良い。例えば、ピーク性分析部２０７は、最小類似度Ｄｍｉｎが予め定められた閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「１」と設定し、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」と設定するようにしても良い。このような構成により、入力信号の高域スペクトルに対する推定スペクトルの精度が非常に低い（類似度が低い）場合には、対象帯域のスペクトルに対してピーク抑圧処理をすることで異音の発生を抑制することが出来る。なお、最小類似度Ｄｍｉｎに応じたピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆に設定されても良い。【００９７】
なお、本実施の形態では、全フレーム、あるいは全サブバンドを通じて同一の閾値を用いて、ピーク性分析部２０７が各スペクトルの調波構造を分析し、ピーク性情報を決定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、ピーク性分析部２０７が、フレーム毎、あるいはサブバンド毎に異なる閾値を用いてピーク性情報を決定するようにしても良い。例えば、ピーク性分析部２０７は、高域のサブバンドほど低い閾値を用いることにより、スペクトルが比較的平坦な高域部分に存在し大きな異音の原因となるようなピークを抑圧する効果を高めることができるので、復号信号の品質を向上させることが出来る。また、サブバンド毎に異なる閾値を用いるのに加え、同一サブバンド内においても高域のサンプル（ＭＤＣＴ係数）ほど低い閾値を用いるようにすることで、より柔軟にピーク抑圧処理の適用・非適用を切り替えることができる。なお、帯域による閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法は上述した場合と逆であっても良い。【００９８】
また、ピーク性分析部２０７が用いる上記閾値を時間的に変更するようにしてもよい。例えば、連続して一定以上のフレームに渡って比較的平坦なスペクトルが続くような場合には、閾値を低く設定することにより、大きな異音の原因となるようなピークを抑圧する効果を高めることができる。なお、これらの閾値はフレーム毎ではなくサブバンド毎に変更するようにしても良い。また、時間軸に対して変更する閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法は上述した場合と逆であっても良い。【００９９】
また、ピーク性分析部２０７が用いる上記閾値を、第１レイヤ符号化部２０２から得られるパラメータによって設定するようにしてもよい。一般に、第１レイヤ符号化部２０２から得られる量子化適応音源利得の値が閾値以上である場合には、入力信号は有声母音である可能性が高く、逆に量子化適応音源利得の値が閾値より小さい場合には、入力信号は無声子音である可能性が高い。そこで、例えば、量子化適応音源利得が閾値以上である場合には、ピーク性分析部２０７が用いる閾値を低く設定することで、有声母音に対する異音の抑制を強めることが出来る。量子化適応音源利得を利用した閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法が上述した場合と逆であってもよい。また、量子化適応音源利得以外の他パラメータを用いてピーク性分析部２０７が用いる閾値を設定するようにしてもよい。【０１００】
また、本実施の形態では、ピーク抑圧処理部３５６で行われるスペクトルピーク抑圧処理の方法として、マルチタップを使ってスペクトルの平滑化を行う場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、スペクトルピーク抑圧処理として、例えば処理対象となるスペクトルの一部をランダム雑音スペクトルで置き換えても良い。また、処理対象であるスペクトルに対して、例えばスペクトルの振幅を減衰させ、閾値を超えるピークの値を上記閾値以下の値に修正しても良い。さらに、処理対象であるスペクトルの一部を０としてもよい。すなわち、本発明において、ピークを抑圧する方法自体に特別な制限はなく、ピークを抑圧する従来技術全てを適用することが可能である。また、ピーク抑圧処理部３５６における上述したピーク抑圧処理の方法を、上述したピーク性情報の決定方法に応じて適応的に切替えてもよい。【０１０１】
また、本実施の形態では、符号化装置１０１のピーク性分析部２０７において推定スペクトルＳ２’(ｋ)と入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との調波構造の違いを比較分析し、分析結果を復号装置に送り、復号装置においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替える場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、探索部２６３における探索結果に応じて、復号装置においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。この場合は、ピーク抑圧処理の適用／非適用の切り替えを表すピーク性情報は次のように算出される。探索部２６３では、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、フィルタリング部２６２から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度を各ピッチ係数に対して算出し、最適ピッチ係数Ｔ’に対応する類似度が閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「０」とし、閾値よりも小さい場合にはピーク性情報の値を「１」とする。すなわち、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度が閾値より小さい場合には、復号装置においては推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対する平滑化処理を施す。これにより、推定スペクトルＳ２’(ｋ)内にのみ大きなピーク成分が存在し、そのピーク成分が強調されて異音が発生する現象を抑制することができる。また、この場合、ピーク性情報は探索部２６３により算出されるため、符号化装置１０１はピーク性分析部２０７を備えなくても良い。【０１０２】
また、本実施の形態では、符号化装置１０１において処理フレーム毎にピーク性情報を算出し、復号装置１０３において符号化装置１０１から伝送されるピーク性情報に応じてフレーム毎にピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替える場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、符号化装置１０１においてサブバンド毎にピーク性情報を算出し、復号装置１０３においてサブバンド毎にピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。これにより、フレームにおいてピーク抑圧処理を適用する帯域が制限され、ピーク抑圧処理を不必要に適用しすぎて音質が劣化してしまう現象を抑えることができる。また、ピーク抑圧処理を適用するサブバンドを制限することによりピーク抑圧処理を低ビットレートに抑えることができる。ここで、ピーク性情報を求めるサブバンドとしては、ゲイン符号化部２６５およびゲイン復号部３５４におけるサブバンドの構成と同一でも、同一でなくても良い。また、通常、高域成分の中でも周波数がより低いサブバンドほど、入力スペクトルと推定スペクトルとのピーク性の差異がより大きいため、例えば高域部分の中でも周波数がより低いサブバンドに対してのみピーク性情報を算出し、復号装置１０３においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。【０１０３】
また、本実施の形態では、ピーク性分析部２０７において、入力スペクトルＳ２（ｋ）と推定スペクトルＳ２’（ｋ）とのピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、入力スペクトルの低域部と高域部とにおけるピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出しても良い。この場合、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４により設定される各ピッチ係数に対応する帯域のスペクトルを入力スペクトルの低域部から算出し、ピーク性分析部２０７は、探索部２６３において算出されたピッチ係数に対応するスペクトルと、高域部のスペクトルとのピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出する。【０１０４】
また、本実施の形態では、入力信号のスペクトルと第１レイヤ復号信号のスペクトルとに対して調波構造を分析することによりピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、第１レイヤ復号部２０３から得られる符号化パラメータを利用してピーク性情報を算出しても良い。例えば、第１レイヤ符号化部２０２および第１レイヤ復号部２０３においてＣＥＬＰ方式の音声符号化および音声復号を行う場合に、第１レイヤ符号化部２０２において算出される量子化ＬＰＣ係数からスペクトルの包絡を求め、求められた包絡に基づきサブバンド毎のエネルギを算出することができる。サブバンド内、またはサブバンド間のエネルギの差異が閾値以上である場合には、符号化装置において、ピーク性情報の値を「１」する。また、量子化ＬＰＣ係数の代わりに量子化適応音源利得などの他パラメータを用いてピーク性情報を用いても良い。一般に、量子化適応音源利得の値が閾値以上である場合には、入力信号は有声母音である可能性が高く、逆に量子化適応音源利得の値が閾値より小さい場合には、入力信号は無声子音である可能性が高い。ここで、量子化適応音源利得が閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「１」とし、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」とすることにより、帯域拡張時の高域スペクトルに対する抑制処理の適用を適応的に切り替えることが出来る。なお、量子化適応音源利得によるピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆であっても良い。以下、量子化ＬＰＣ係数や量子化適応音源利得などのパラメータを生成する第１レイヤ復号部２０３と、第１レイヤ復号部２０３に対応する符号化部である第１レイヤ符号化部２０２の構成について説明する。【０１０５】
図１１および図１２は、それぞれ第１レイヤ符号化部２０２および第１レイヤ復号部２０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。【０１０６】
図１１において、前処理部３０１は、入力信号に対し、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信号（Xin）をＬＰＣ分析部３０２および加算部３０５に出力する。【０１０７】
ＬＰＣ分析部３０２は、前処理部３０１から入力されるXinを用いて線形予測分析を行い、分析結果（線形予測係数）をＬＰＣ量子化部３０３に出力する。【０１０８】
ＬＰＣ量子化部３０３は、ＬＰＣ分析部３０２から入力される線形予測係数（ＬＰＣ）の量子化処理を行い、量子化ＬＰＣを合成フィルタ３０４に出力すると共に、量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）を多重化部３１４に出力する。【０１０９】
合成フィルタ３０４は、ＬＰＣ量子化部３０３から入力される量子化ＬＰＣに基づくフィルタ係数により、後述する加算部３１１から入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を生成し、合成信号を加算部３０５に出力する。【０１１０】
加算部３０５は、合成フィルタ３０４から入力される合成信号の極性を反転させて、極性を反転させた合成信号を前処理部３０１から入力されるXinに加算することにより誤差信号を算出し、誤差信号を聴覚重み付け部３１２に出力する。【０１１１】
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３１３から入力される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。【０１１２】
量子化利得生成部３０７は、パラメータ決定部３１３から入力される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および乗算部３１０に出力する。【０１１３】
固定音源符号帳３０８は、パラメータ決定部３１３から入力される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、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。【０１１４】
乗算部３０９は、量子化利得生成部３０７から入力される量子化適応音源利得を、適応音源符号帳３０６から入力される適応音源ベクトルに乗じて、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から入力される量子化固定音源利得を、固定音源符号帳３０８から入力される固定音源ベクトルに乗じて、加算部３１１に出力する。【０１１５】
加算部３１１は、乗算部３０９から入力される利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部３１０から入力される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合成フィルタ３０４および適応音源符号帳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。【０１１６】
聴覚重み付け部３１２は、加算部３０５から入力される誤差信号に対して聴覚的な重み付けを行って符号化歪みとしてパラメータ決定部３１３に出力する。【０１１７】
パラメータ決定部３１３は、聴覚重み付け部３１２から入力される符号化歪みを最小とする適応音源ベクトル、固定音源ベクトルおよび量子化利得を、適応音源符号帳３０６、固定音源符号帳３０８およ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）および量子化利得符号（Ｇ）を多重化部３１４に出力する。【０１１８】
多重化部３１４は、ＬＰＣ量子化部３０３から入力される量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）、パラメータ決定部３１３から入力される適応音源ベクトル符号（Ａ）、固定音源ベクトル符号（Ｆ）および量子化利得符号（Ｇ）を多重化して第１レイヤ符号化情報として、第１レイヤ復号部２０３に出力する。【０１１９】
図１２において、多重化分離部４０１は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ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。【０１２０】
ＬＰＣ復号部４０２は、多重化分離部４０１から入力される符号（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。【０１２１】
適応音源符号帳４０３は、多重化分離部４０１から入力される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。【０１２２】
量子化利得生成部４０４は、多重化分離部４０１から入力される量子化利得符号（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。【０１２３】
固定音源符号帳４０５は、多重化分離部４０１から入力される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。【０１２４】
乗算部４０６は、適応音源符号帳４０３から入力される適応音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から入力される量子化適応音源利得を乗算して、加算部４０８に出力する。また、乗算部４０７は、固定音源符号帳４０５から入力される固定音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から入力される量子化固定音源利得を乗算して、加算部４０８に出力する。【０１２５】
加算部４０８は、乗算部４０６から入力される利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部４０７から入力される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および適応音源符号帳４０３に出力する。【０１２６】
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から入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を生成し、合成信号を後処理部４１０に出力する。【０１２７】
後処理部４１０は、合成フィルタ４０９から入力される合成信号に対して、ホルマント強調やピッチ強調といったような音声の主観的な品質を改善する処理や、定常雑音の主観的品質を改善する処理などを施し、第１レイヤ復号信号としてアップサンプリング処理部２０４に出力する。【０１２８】
（実施の形態２）
実施の形態１では、探索部２６３において、ピッチ係数Ｔを種々に変化させながら、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度をこの２つのスペクトルの距離として算出し、距離がもっとも高くなる場合の最適ピッチ係数Ｔ’を探索する場合を例にとって説明した。これに対し、本発明の実施の形態２では、探索部において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離の計算尺度として、類似度だけではなく、この２つのスペクトルのピーク性の差異をも考慮する。その結果、この２つのスペクトルの類似度が最も高くなる場合でも、ピーク性の差異が大きいと、この場合のピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ’とせず、この場合の推定スペクトルＳ２’（ｋ）を探索部の探索により最終的に選択される推定スペクトルとしない。【０１２９】
本発明の実施の形態２に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システム１００と基本的に同様であり、符号化装置の構成および動作の一部のみにおいて、通信システム１００の符号化装置１０１と相違する。【０１３０】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る符号化装置５０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置５０１は、図３に示した符号化装置１０１と基本的に同様であり、第２レイヤ符号化部２０６、ピーク性分析部２０７、および符号化情報統合部２０８の代わりに第２レイヤ符号化部５０６、ピーク性分析部５０７、および符号化情報統合部５０８を備える点において符号化装置１０１と相違する。【０１３１】
図１３に示すピーク性分析部５０７の構成および動作は、図３に示したピーク性分析部２０７と基本的に同様であり、ピーク性分析の結果を示すピーク性情報を符号化情報統合部２０８ではなく、第２レイヤ符号化部５０６に出力する点において相違する。また、ピーク性分析部５０７は、第２レイヤ符号化部５０６から最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）が入力されるのではなく、各ピッチ係数Ｔに対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）が入力される点においてピーク性分析部２０７と相違する。そして、ピーク性分析部５０７は、上記の式（１４）〜（１７）を用いて、各ピッチ係数Ｔに対するピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを求めて後述の探索部５６３に出力する。【０１３２】
図１４は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部５０６の内部の主要な構成を示すブロック図である。図１４において、図４に示した第２レイヤ符号化部２０６と同様な構成要素については説明を省略する。【０１３３】
フィルタリング部５６２は、図４に示したフィルタリング部２６２と基本的に同様であり、各ピッチ係数Ｔに対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）を探索部５６３だけではなく、ピーク性分析部５０７にも出力する点のみにおいて相違する。【０１３４】
探索部５６３の構成および動作は、図４に示した探索部２６３と基本的に同様であり、ピーク性分析部５０７からピーク性情報が入力される点、および最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）をピーク性分析部５０７に出力しない点において、探索部２６３と相違する。【０１３５】
図１５は、探索部５６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。なお、図１５に示す処理手順は、図７に示した処理手順に比べて、ＳＴ３０１０が追加され、ＳＴ２０２０がＳＴ３０２０に変更された点のみにおいて相違する。以下、ＳＴ３０１０およびＳＴ３０２０のみについて説明する。【０１３６】
ＳＴ３０１０において、探索部５６３は、ピーク性分析部５０７から入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値に基づき、距離計算のための重みＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔを算出する。例えば、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」の場合であるには、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔの値を「０」とし、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔの値を「０」より大きい値とする。【０１３７】
次いで、ＳＴ３０２０において、探索部５６３は、下記の式（２５）に従い、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離Ｄを算出する。
【数２５】
2009084221.tif 000027
【０１３８】
式（２５）に示すように、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合よりも、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔがより大きい値に設定され、距離Ｄがより大きくなる。すなわち、入力スペクトルの高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)とのピーク性が大きく異なる場合、求められる距離がより大きくなる。【０１３９】
なお、上述したように、フィルタリング部５６２において生成される推定スペクトルは、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングして得られるスペクトルである。従って、探索部５６３において算出される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離は、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、第１レイヤ復号スペクトルとの距離を表すこともできる。【０１４０】
再び、図１３に戻り、符号化情報統合部５０８は、図３に示した符号化情報統合部２０８に比べて、ピーク性分析部５０７からピーク性情報が入力されず、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、第２レイヤ符号化部５０６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合する点において相違する。【０１４１】
図１６は、本実施の形態に係る探索部５６３により選択される推定スペクトルについて説明するための図である。【０１４２】
図１６において、図１６Ａは、高域部のあるサブバンドＳＢｉにおける入力スペクトルを例示する図である。図１６Ｂの実線１４１は、従来技術により選択されるサブバンドＳＢｉにおける推定スペクトルの例である。すなわち、図１６Ｂに示す推定スペクトルは、従来技術の探索処理により得られた、図１６Ａに示した入力スペクトルとの類似度が最も高い推定スペクトルである。図１６Ｂにおいては、図１６Ａに示した入力スペクトルを破線１４２で重ねて示している。図１６Ｃは、本実施の形態に係る探索部５６３により選択されるサブバンドＳＢｉにおける推定スペクトルを例示する図である。図１６Ｃにおいて、破線１４３は、図１６Ａに示した入力スペクトルを重ねて示したものである。図１６Ｃにおいて、実線１４４は、探索部５６３において式（２５）に従って得られた、図１６Ａに示した入力スペクトルとの距離Ｄが最も小さい推定スペクトルを示す。【０１４３】
図１６Ｂに示すように、従来技術の探索処理により選択される、入力スペクトルの高域部と類似度が最も高くなる推定スペクトルは、入力スペクトルの高域部とピーク性が大きく異なる可能性がある。この場合、サブバンドのエネルギ調整を行うこととなり、エネルギ調整後の推定スペクトルには、図１６Ａの入力スペクトルに存在しない大きなピーク１４５が現れてしまう。【０１４４】
本実施の形態の探索部５６３は、図１６Ｃに示すように、入力スペクトルの高域部との類似度が最も高い推定スペクトルではなくても、入力スペクトルの高域部とピーク性がより近い推定スペクトルを選択する場合がある。その理由は、探索部５６３は、式（２５）に従って、類似度だけではなくピーク性の差異をも、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離計算の尺度として考慮するためである。具体的には、式（２５）において、ピーク性情報の値が「１」である場合には、距離Ｄが小さくなるため、ピーク性が大きく異なる推定スペクトルを選択されにくくする。これにより、図１６Ｂに示すように、ピーク性が大きく異なる推定スペクトルが選択されることにより発生する異音を回避することができる。【０１４５】
図１７は、本実施の形態に係る復号装置５０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１７に示す復号装置５０３は、図８に示した復号装置１０３と基本的に同様であり、符号化情報分離部１３１および第２レイヤ復号部１３５の代わりに符号化情報分離部５３１および第２レイヤ復号部５３５を備える点において相違する。【０１４６】
図１７において、符号化情報分離部５３１は、図８に示した符号化情報分離部１３１に比べて、分離処理においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇが得られない点のみにおいて相違する。その理由は、本実施の形態においては、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇが符号化装置５０１から復号装置５０３に伝送されないためである。符号化情報分離部５３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部５３５に出力する。【０１４７】
図１８は、第２レイヤ復号部５３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、第２レイヤ復号部５３５は、図９に示した第２レイヤ復号部１３５に比べてピーク抑圧処理部３５６を備えず、ピーク抑圧処理を行わない点において相違する。また、第２レイヤ復号部５３５は、第２レイヤ復号部１３５に比べて、直交変換処理部３５７の代わりに直交変換処理部５５７を備える点において相違する。【０１４８】
直交変換処理部５５７は、実施の形態１の直交変換処理部３５７に比べて、直交変換処理の対象が、ピーク抑圧処理部３５６から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）ではなく、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３（ｋ）である点のみにおいて相違する。【０１４９】
このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、探索部５６３は、類似度だけではなくピーク性の差異をも、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離計算の尺度として考慮する。このため、復号装置において、入力信号の高域部のスペクトルと調波構造が大きく異なる推定スペクトルを生成することを回避することができ、従って、推定スペクトルに不自然なピークが発生することを抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。【０１５０】
また、このように、本実施の形態によれば、符号化部においてピーク性情報を用いて最適ピッチ係数Ｔ’を探索し、符号化装置から復号装置にピッチ性情報を伝送する必要がない。このため、伝送ビットレートを抑えつつ、復号信号の品質を向上することができる。【０１５１】
なお、本実施の形態では、探索部５６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する際に、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとそれぞれの全体に関して、ピーク性を考慮した距離計算を行う場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、この２つのスペクトルの一部分（例えば先頭部分など）のみについて、ピーク性を考慮した距離計算を行っても良い。【０１５２】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。【０１５３】
なお、上記各実施の形態においては、復号装置１０３は、符号化装置１０１より伝送された符号化データを入力して処理するという例を示したが、同様の情報を有する符号化データを生成可能な他の構成の符号化装置が出力した符号化データを入力して処理しても良い。【０１５４】
また、上記各実施の形態では、ピーク性分析部において、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの調波構造（ピーク性）の比を用いてピーク性情報の値を「０」か「１」に設定する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、調波構造の比を段階的に分類し、ピーク性情報の値を３種類以上の値に設定しても良い。この場合、実施の形態１の構成では、ピーク抑圧処理部３５６において、ピーク性情報に応じて複数のフィルタ係数を切替えるマルチタップフィルタリングを行えば良い。またピーク性情報に応じて複数の重みを使って第２レイヤ復号スペクトルの振幅を減衰させればよい。また、実施の形態２の構成では、探索部５６３において、ピーク性情報に応じて複数の重みを使って距離計算を行えば良い。【０１５５】
また、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。【０１５６】
例えば、実施の形態２では、符号化装置から復号装置にピーク性情報を伝送しない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、実施の形態１と実施の形態２との構成を組合せ、ピーク性の差異を考慮し入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離を計算しつつ、ピーク性情報を符号化装置から復号装置に伝送しても良い。例えば、本実施の形態２で説明した構成により、ピーク性の差異を考慮し入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離を算出したものの、この距離が最小となる場合２つのスペクトルのピーク性が大きい場合には、符号化装置から復号装置にピーク性情報を送り、実施の形態１の復号装置と同様の構成によりピーク抑圧処理を施しても良い。これにより、復号信号の品質をさらに改善することができる。【０１５７】
また、比較に用いる閾値、レベル、周波数等は、固定値であっても、条件等により適宜設定される可変の値であっても良く、比較が実行されるまでに予め設定された値であれば良い。【０１５８】
また、上記各実施の形態における復号装置は、上記各実施の形態における符号化装置から伝送されたビットストリームを用いて処理を行うとしたが、本発明はこれに限定されず、必要なパラメータやデータを含むビットストリームであれば、必ずしも上記各実施の形態における符号化装置からのビットストリームでなくても処理は可能である。【０１５９】
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、上記各実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。【０１６０】
また、上記各実施の形態では、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、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。【０１６１】
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チップ化されてもよいし、一部また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。【０１６２】
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）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や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。【０１６３】
さらには、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よい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。【０１６４】
２００７年１２月２７日出願の特願２００７−３３７２３９及び２００８年５月２３日出願の特願２００８−１３５５８０に含まれる明細書、図面及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】
本発明にかかる符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する際に、復号信号の品質を向上することができ、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。
【図１】
2009084221.tif 000028
【図２】
2009084221.tif 000029
【図３】
2009084221.tif 000030
【図４】
2009084221.tif 000031
【図５】
2009084221.tif 000032
【図６】
2009084221.tif 000033
【図７】
2009084221.tif 000034
【図８】
2009084221.tif 000035
【図９】
2009084221.tif 000036
【図１０】
2009084221.tif 000037
【図１１】
2009084221.tif 000038
【図１２】
2009084221.tif 000039
【図１３】
2009084221.tif 000040
【図１４】
2009084221.tif 000041
【図１５】
2009084221.tif 000042
【図１６】
2009084221.tif 000043
【図１７】
2009084221.tif 000044
【図１８】
2009084221.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月14日(2010.5.14)
【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】
入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、
前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、
前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、
前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める分析手段と、
を具備する符号化装置。
【請求項２】
前記第２符号化手段は、
前記復号信号をフィルタリングして前記推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を予め設定された範囲で変化させながら設定する設定手段と、
前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかと、前記入力信号の高域部分との類似度合いが最も大きくなる場合の前記ピッチ係数を最適ピッチ係数として探索する探索手段と、
前記入力信号のゲインを求め符号化するゲイン符号化手段と、
を具備し、
前記分析手段は、
前記入力信号の高域部分と、前記最適ピッチ係数に対応する前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記第２符号化手段は、
前記復号信号をフィルタリングして前記推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を予め設定された範囲で変化させながら設定する設定手段と、
前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとの類似度合いが最も大きくなる場合の前記ピッチ係数を最適ピッチ係数として探索する探索手段と、
前記入力信号のゲインを求め符号化するゲイン符号化手段と、
を具備し、
前記探索手段は、
前記調波構造の差異を用いて前記類似度合いに重みを付け、前記最適ピッチ係数を探索する、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項４】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおける、振幅が閾値以上のピーク数の比、または差を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項５】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおける、スペクトルのピーク性の比、または差を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項６】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのそれぞれにおいて、振幅が閾値以上のピークの分布の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】
前記分析手段は、
前記調波構造の差異として、前記入力信号の高域部分と、前記入力信号の低域部分または前記推定信号の何れかとのＳＦＭ(Spectral Flatness Measure)、あるいは分散の差異を求める、
請求項１記載の符号化装置。
【請求項８】
符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信する受信手段と、
前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を得る第１復号手段と、
前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とする第２復号手段と、
を具備する復号装置。
【請求項９】
前記第２復号手段は、
前記第２符号化情報に含まれるピッチ係数を用いて前記第２復号信号をフィルタリングして前記第２推定信号を生成するフィルタリング手段と、
前記第２符号化情報に含まれるゲイン情報を用いて前記第２推定信号のエネルギを調整して調整信号を生成する調整手段と、
前記調波構造の差異が予め設定されたレベル以上である場合には、前記調整信号に対してピーク抑圧処理を行うピーク抑圧処理手段と、
を具備する請求項８記載の復号装置。
【請求項１０】
前記ピーク抑圧処理手段は、
前記第２推定信号に対するピーク抑圧処理として平滑化処理、ゲインの減衰処理、雑音信号を用いた置き換え処理のいずれかを行う、
請求項９記載の復号装置。
【請求項１１】
入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、
前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、
前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成するステップと、
前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求めるステップと、
を具備する符号化方法。
【請求項１２】
符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１
符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信するステップと、
前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、
前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とするステップと、
を具備する復号方法。
【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／楽音信号（音楽信号）を伝送する場合、音声／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、近年では、単に低ビットレートで音声／楽音信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声／楽音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、周波数帯域の広い信号を低ビットレートで符号化する技術がある（例えば、特許文献１参照）。これによれば、入力信号を低域部の信号と高域部の信号とに分け、高域部の信号のスペクトルを低域部の信号のスペクトルで置換することにより符号化して、全体のビットレートを低減させる。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示された帯域拡張技術におけるスペクトル特性を示す図である。図１において、横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトルの振幅を示す。図１Ａは、入力信号のスペクトルのうち、高域部のあるサブバンドＳＢｉにおける部分を示す図である。図１Ｂは、復号信号のスペクトルのうち、低域部のあるサブバンドＳＢｊにおける部分を示す図である。また、特許文献１には、高域スペクトルを生成するために低域スペクトルのどの帯域を利用するかの選択基準については詳しく言及されていないが、フレーム毎に高域スペクトルと最も類似する部分を低域スペクトルの中から探索する方法が最も一般的な手法として開示されている。なお、復号信号のスペクトルの各サブバンドのうち、サブバンドＳＢｊにおけるスペクトルは、サブバンドＳＢｉにおける入力信号のスペクトルと類似度が最も高いとする。また、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては、それぞれ振幅が閾値Ａ、Ｂ、Ａを超えるピークの数を用いて各スペクトルのピーク性を表す。
【０００５】
図１Ｃにおいて破線１１は、図１Ａに示したスペクトルと同様なスペクトルを示す。図１Ｃにおいて実線１２は、図１Ｂのスペクトルを利用して帯域拡張処理を行い、さらに図１Ａのスペクトルのエネルギと等しくなるようにエネルギ調整を行って得られる、サブバンドＳＢｉにおけるスペクトルを示す。
【特許文献１】特表２００１−５２１６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された帯域拡張技術では、入力信号のスペクトルの低域部、あるいは復号スペクトルの低域部の調波構造を考慮していない。従って、入力信号のスペクトルの高域部と下位レイヤの復号スペクトルの低域部が全く異なる調波構造を有する場合、帯域拡張により得られた高域部においては、ピーク成分が強調されてしまい、音質が極端に劣化する可能性がある。
【０００７】
例えば図１に示すように、図１Ａのスペクトルと図１Ｂのスペクトルとは、ピーク性が大きく異なる。すなわち、図１Ａのスペクトルと図１Ｂのスペクトルとのように、類似度が高くても、ピーク性が大きく異なる場合が発生しうる。このような場合、特許文献１に開示された帯域拡張技術を用いてエネルギ調整を行うと、図１Ｃに示すスペクトルのように、図１Ａに示すスペクトルには存在しない、非常に大きなピーク１３が現れる。従って
、復号信号の品質は極端に劣化してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、入力信号のスペクトルの低域部、あるいは復号スペクトルの低域部の調波構造を考慮して帯域拡張を行うことにより、例えば、入力信号のスペクトルの高域部と復号スペクトルの低域部とが全く異なる調波構造を有する場合でも、帯域拡張による復号信号の品質の劣化を抑え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】
【０００９】
本発明の符号化装置は、入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求める分析手段と、を具備する構成を採る。
【００１０】
本発明の復号装置は、符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信する受信手段と、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を得る第１復号手段と、前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第３復号信号をそのまま前記第３復号信号とする第２復号手段と、を具備する構成を採る。
【００１１】
本発明の符号化方法は、入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、前記復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定して推定信号を生成し、前記推定信号に関する第２符号化情報を生成するステップと、前記入力信号の高域部分と、前記推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかとの調波構造の差異を求めるステップと、を具備するようにした。
【００１２】
本発明の復号方法は、符号化装置において入力信号の予め設定された周波数以下の低域部分を符号化した第１符号化情報と、前記第１符号化情報を復号して得られた第１復号信号から前記入力信号の前記周波数より高い高域部分を推定するための第２符号化情報と、前記第１復号信号から推定を行って得られた第１推定信号または前記入力信号の低域部分の何れかと前記入力信号の高域部分との調波構造の差異と、を受信するステップと、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、前記第２符号化情報を用いて前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定して第２推定信号を生成し、さらに前記調波構造の差異が閾値以上である場合には、前記第２推定信号に対してピーク抑圧処理を行って第３復号信号を生成し、前記調波構造の差異が前記閾値より小さい場合には、前記第２推定信号をそのまま前記第３復号信号とするステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、帯域拡張により得られる推定信号に生じる可能性がある、入力信号には存在しないピークを抑えることができ、復号信号の品質の劣化を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明について、その概略の一例を挙げると、入力信号の高域部と、復号信号のスペクトルの低域部または入力信号の低域部の何れかとの調波構造の差異を考慮し、この差異が予め設定されたレベル以上である場合には、復号側においてピーク抑圧処理を行うというものである。これにより、帯域拡張により得られる推定信号に生じる可能性がある、入力信号には存在しないピークを抑えることができ、復号信号の品質の劣化を抑えることができるというものである。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る符号化装置および復号装置として、音声符号化装置および音声復号装置を例にとって説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置およ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２において、通信システム１００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。
【００１７】
符号化装置１０１は、入力信号をＮサンプルずつ区切り（Ｎは自然数）、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番目であることを示す。符号化された入力情報（符号化情報）は伝送路１０２を介して復号装置１０３に符号化情報を送信する。
【００１８】
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。
【００１９】
図３は、図２に示した符号化装置１０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。入力信号のサンプリング周波数をＳＲｉｎｐｕｔとすると、ダウンサンプリング処理部２０１は、入力信号のサンプリング周波数をＳＲｉｎｐｕｔからＳＲｂａｓｅまでダウンサンプリングし（ＳＲｂａｓｅ＜ＳＲｉｎｐｕｔ）、ダウンサンプリングした入力信号をダウンサンプリング後入力信号として、第１レイヤ符号化部２０２に出力する。
【００２０】
第１レイヤ符号化部２０２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、例えばＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成し、生成した第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部２０３および符号化情報統合部２０８に出力する。
【００２１】
第１レイヤ復号部２０３は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、例えばＣＥＬＰ方式の音声復号方法を用いて復号を行って第１レイヤ復号信号を生成し、生成した第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部２０４に出力する。
【００２２】
アップサンプリング処理部２０４は、第１レイヤ復号部２０３から入力される第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＳＲｂａｓｅからＳＲｉｎｐｕｔまでアップサンプリングし、アップサンプリングした第１レイヤ復号信号をアップサンプリング後第１レイヤ復号信号として、直交変換処理部２０５に出力する。
【００２３】
直交変換処理部２０５は、バッファｂｕｆ１ｎ、およびｂｕｆ２ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を内部に有し、入力信号ｘｎ、およびアップサンプリング処理部２０４から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎを修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）する。
【００２４】
次に、直交変換処理部２０５における直交変換処理について、その計算手順と内部バッファへのデータ出力に関して説明する。
【００２５】
まず、直交変換処理部２０５は、下記の式（１）および式（２）によりバッファｂｕｆ１ｎ、およびｂｕｆ２ｎそれぞれを、「０」を初期値として初期化する。
【数１】
2009084221.tif 000046
【数２】
2009084221.tif 000047
【００２６】
次いで、直交変換処理部２０５は、入力信号ｘｎ、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎに対し下記の式（３）および式（４）に従ってＭＤＣＴし、入力信号のＭＤＣＴ係数（以下、入力スペクトルと呼ぶ）Ｓ２（ｋ）、およびアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙnのＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１（ｋ）を求める。
【数３】
2009084221.tif 000048
【数４】
2009084221.tif 000049
【００２７】
ここで、ｋは１フレームにおける各サンプルのインデックスを示す。直交変換処理部２０５は、入力信号ｘｎとバッファｂｕｆ１ｎとを結合させたベクトルであるｘｎ’を下記の式（５）により求める。また、直交変換処理部２０５は、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙｎとバッファｂｕｆ２ｎとを結合させたベクトルであるｙｎ’を下記の式（６）により求める。
【数５】
2009084221.tif 000050
【数６】
2009084221.tif 000051
【００２８】
次に、直交変換処理部２０５は、式（７）および式（８）によりバッファｂｕｆ１ｎおよびｂｕｆ２ｎを更新する。
【数７】
2009084221.tif 000052
【数８】
2009084221.tif 000053
【００２９】
そして、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を第２レイヤ符号化部２０６に出力する。また、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）をピーク性分析部２０７に出力する。
【００３０】
第２レイヤ符号化部２０６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０８に出力する。また、第２レイヤ符号化部２０６は、入力スペクトルに対して推定を行い、推定スペクトルＳ２’（ｋ）をピーク性分析部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２０６の詳細については後述する。
【００３１】
ピーク性分析部２０７は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、および第２レイヤ符号化部２０６から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対してピーク性を分析し、この分析結果を示すピーク性情報を符号化情報統合部２０８に出力する。なお、ピーク性分析部２０７におけるピーク性分析処理の詳細については後述する。
【００３２】
符号化情報統合部２０８は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、第２レイヤ符号化部２０６から入力される第２レイヤ符号化情報と、ピーク性分析部２０７から入力されるピーク性情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。
【００３３】
次に、図３に示した第２レイヤ符号化部２０６の内部の主要な構成について図４を用いて説明する。
【００３４】
第２レイヤ符号化部２０６は、フィルタ状態設定部２６１、フィルタリング部２６２、探索部２６３、ピッチ係数設定部２６４、ゲイン符号化部２６５、および多重化部２６６を備え、各部は以下の動作を行う。
【００３５】
フィルタ状態設定部２６１は、直交変換処理部２０５から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)［０≦ｋ＜ＦＬ］を、フィルタリング部２６２で用いるフィルタ状態として設定する。フィルタリング部２６２における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。
【００３６】
フィルタリング部２６２は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備え、フィルタ状態設定部２６１により設定されたフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数に基づいて、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングし、入力スペクトルの推定値Ｓ２’(ｋ)（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）（以下、「推定スペクトル」と称す）を算出する。フィルタリング部２６２は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)を探索部２６３に出力する。なお、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細については後述する。
【００３７】
探索部２６３は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、フィルタリング部２６２から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度を算出する。この類似度の算出は、例えば相関演算等により行われる。フィルタリング部２６２、探索部２６３、およびピッチ係数設定部２６４の処理は閉ループを構成する。この閉ループにおいて、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４からフィルタリング部２６２に入力されるピッチ係数Ｔを種々に変化させることにより、各ピッチ係数に対応する類似度を算出する。そのうち類似度が最大となる最適ピッチ係数Ｔ’（ただしＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を多重化部２６６に出力する。また、探索部２６３は、このピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’(ｋ)をゲイン符号化部２６５およびピーク性分析部２０７に出力する。なお、探索部２６３における最適ピッチ係数Ｔ’の探索処理の詳細については後述する。
【００３８】
ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、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２６２に順次出力する。
【００３９】
ゲイン符号化部２６５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）についてのゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン符号化部２６５は、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨをＪ個のサブバンドに分割し、入力スペクトルＳ２（ｋ）のサブバンド毎のスペクトルパワを求める。この場合、第ｊサブバンドのスペクトルパワＢ(ｊ)は下記の式（９）で表される。
【数９】
2009084221.tif 000054
【００４０】
式（９）において、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数を表す。また、ゲイン符号化部２６５は、同様に、推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワＢ’(ｊ)を下記の式（１０）に従い算出する。次いで、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対する推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎の変動量Ｖ(ｊ)を式（１１）に従い算出する。
【数１０】
2009084221.tif 000055
【数１１】
2009084221.tif 000056
【００４１】
そして、ゲイン符号化部２６５は、変動量Ｖ(ｊ)を符号化し、符号化後の変動量Ｖｑ(ｊ)に対応するインデックスを多重化部２６６に出力する。
【００４２】
多重化部２６６は、探索部２６３から入力される最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲイン符号化部２６５から入力される変動量Ｖ(ｊ)のインデックスと、を第２レイヤ符号化情報として多重化し、符号化情報統合部２０８に出力する。なお、Ｔ’とＶ（ｊ）のインデックスとを直接、符号化情報統合部２０８に入力して、符号化情報統合部２０８にて第１レイヤ符号化情報と多重化しても良い。
【００４３】
次いで、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細について、図５を用いて説明する。
【００４４】
フィルタリング部２６２は、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数Ｔを用いて、帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを生成する。フィルタリング部２６２の伝達関数は下記の式（１２）で表される。
【数１２】
2009084221.tif 000057
【００４５】
式（１２）において、Ｔはピッチ係数設定部２６４から与えられるピッチ係数、βｉは予め内部に記憶されているフィルタ係数を表している。例えば、タップ数が３の場合、フィルタ係数の候補は（β−１、β０、β１）＝（０．１、０．８、０．１）が例として挙げられる。この他に（β−１、β０、β１）＝（０．２、０．６、０．２）、（０．３、０．４、０．３）などの値も適当である。また、式（１２）においてＭ＝１とする。Ｍはタップ数に関する指標である。
【００４６】
フィルタリング部２６２における全周波数帯域のスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。
【００４７】
Ｓ(ｋ)のＦＬ≦ｋ＜ＦＨの帯域には、以下の手順のフィルタリング処理により、推定スペクトルＳ２’(ｋ)が格納される。すなわち、Ｓ２’(ｋ)には、基本的に、このｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)が代入される。ただし、スペクトルの円滑性を増すために、実際には、スペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ＋ｉ)にフィルタ係数βｉを乗じたスペクトルβｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ＋ｉ)を、全てのｉについて加算したスペクトルをＳ２’(ｋ)に代入する。この処理は下記の式（１３）で表される。
【数１３】
2009084221.tif 000058
【００４８】
上記演算を、周波数の低いｋ＝ＦＬから順に、ｋをＦＬ≦ｋ＜ＦＨの範囲で変化させて行うことにより、ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおける推定スペクトルＳ２’(ｋ)を算出する。
【００４９】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部２６４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２６３に出力される。
【００５０】
次いで、ピーク性分析部２０７におけるピーク性分析処理の詳細について図６のフロー図を用いて説明する。
【００５１】
まず、ステップ（以下、ＳＴと記す）１０１０において、ピーク性分析部２０７は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、および探索部２６３から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対し、それぞれの閾値以上の大きさのピークの個数ＣｏｕｎｔＳ２（ｋ）、およびＣｏｕｎｔＳ２'（ｋ）を下記の式（１４）および式（１５）に従って算出する。
【数１４】
2009084221.tif 000059
【数１５】
2009084221.tif 000060
【００５２】
式（１４）および式（１５）においては、閾値以上の値であるｋのうち、連続するｋについては最初のｋのみカウントし、後続部分についてはカウントしないものとする。すなわち、ピークをカウントする際、隣接するサンプルは除く。言い換えれば、ピークが横に広がっている場合はサンプル毎にカウントするのではなく、隣接している分は１カウントとする。これによりピークの数が求まる。また、ここでは、ピークの個数を算出する時に利用する閾値は、入力スペクトルＳ２（ｋ）、推定スペクトルＳ２'(ｋ)それぞれに対して個別にＰＥＡＫｃｏｕｎｔ＿Ｓ２（ｋ）、およびＰＥＡＫｃｏｕｎｔ＿Ｓ２‘（ｋ）と設定される。これらの閾値は予め定められた値でも良く、フレーム毎に各スペクトルのエネルギから算出されても良い。
【００５３】
次いで、ＳＴ１０２０において、ピーク性分析部２０７は、各スペクトルのピーク数ＣｏｕｎｔＳ２（ｋ）、およびＣｏｕｎｔＳ２'（ｋ）の差の絶対値Ｄｉｆｆを下記の式（１６）に従って算出する。
【数１６】
2009084221.tif 000061
【００５４】
次いで、ＳＴ１０３０〜１０５０において、ピーク性分析部２０７は、Ｄｉｆｆを用いて、下記の式（１７）に従ってピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを算出する。
【数１７】
2009084221.tif 000062
【００５５】
具体的には、ＳＴ１０３０において、ピーク性分析部２０７は、Ｄｉｆｆが閾値ＰＥＡＫＤｉｆｆより小さいか否かを判定する。ＳＴ１０３０でＤｉｆｆがＰＥＡＫＤｉｆｆより小さいと判定した場合（ＳＴ１０３０：「ＹＥＳ」）には、ピーク性分析部２０７は、ＳＴ１０４０においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇに「０」を設定する。一方、ＳＴ１０３０でＤｉｆｆがＰＥＡＫＤｉｆｆ以上であると判定した場合（ＳＴ１０３０：「ＮＯ」）には、ピーク性分析部２０７は、ＳＴ１０５０においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇに「１」を設定する。ここでピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇとは調波構造に関する情報であり、入力スペクトルＳ２（ｋ）と推定スペクトルＳ２’(ｋ)との間に大きなピーク性の差異が存在しない場合と、大きなピーク性の差異が存在する場合をそれぞれ「０」および「１」の値で示す。そして、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合には、復号装置側において推定スペクトルに対してピーク抑圧処理を行わない。一方、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、復号装置側において推定スペクトルに対してピーク抑圧処理を行うことにより、強調されたピークを抑圧し、復号信号の品質の向上を図る。
【００５６】
次いで、ＳＴ１０６０において、ピーク性分析部２０７はピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを符号化情報統合部２０８に出力する。
【００５７】
図７は、探索部２６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。
【００５８】
まず、探索部２６３は、類似度の最小値を保存するための変数である最小類似度Ｄｍｉｎを「＋∞」に初期化する（ＳＴ２０１０）。次いで、探索部２６３は、下記の式（１８）に従い、あるピッチ係数における入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度Ｄを算出する（ＳＴ２０２０）。
【数１８】
2009084221.tif 000063
【００５９】
式（１８）において、Ｍ’は、類似度Ｄを算出する際のサンプル数を示し、高域部のサンプル長（ＦＨ−ＦＬ＋１）以下の任意の値で良い。
【００６０】
なお、上述したように、フィルタリング部２６２において生成される推定スペクトルは、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングして得られるスペクトルである。従って、探索部２６３において算出される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度は、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、第１レイヤ復号スペクトルとの類似度を表すこともできる。
【００６１】
次いで、探索部２６３は算出した類似度Ｄが最小類似度Ｄｍｉｎより小さいか否かを判定する（ＳＴ２０３０）。ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄｍｉｎより小さい場合（ＳＴ２０３０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３は、類似度Ｄを最小類似度Ｄｍｉｎに代入する（ＳＴ２０４０）。一方、ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄｍｉｎ以上である場合（ＳＴ２０３０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は、探索範囲が終了した否かを判定する（ＳＴ２０５０）。すなわち、探索部２６３は、探索範囲内のすべてのピッチ係数それぞれに対し、ＳＴ２０２０において上記の式（１８）に従って類似度を算出したか否かを判定する。探索範囲が終了しなかった場合（ＳＴ２０５０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は処理を再びＳＴ２０２０に戻す。そして、探索部２６３は、前回ＳＴ２０２０の手順において式（１８）に従って類似度を算出した場合とは異なるピッチ係数に対して、式（１８）に従い類似度を算出する。一方、探索範囲が終了した場合（ＳＴ２０５０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３には、最小類似度Ｄｍｉｎに対応するピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ’として多重化部２６６に出力する（ＳＴ２０６０）。
【００６２】
次いで、図２に示した復号装置１０３について説明する。
【００６３】
図８は、復号装置１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００６４】
図８において、符号化情報分離部１３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇとを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報とピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを第２レイヤ復号部１３５に出力する。
【００６５】
第１レイヤ復号部１３２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部１３３に出力する。ここで、第１レイヤ復号部１３２の構成および動作は、図３に示した第１レイヤ復号部２０３と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６６】
アップサンプリング処理部１３３は、第１レイヤ復号部１３２から入力される第１レイヤ復号信号に対してサンプリング周波数をＳＲｂａｓｅからＳＲｉｎｐｕｔまでアップサンプリングする処理を行い、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号を直交変換処理部１３４に出力する。
【００６７】
直交変換処理部１３４は、アップサンプリング処理部１３３から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対して直交変換処理（ＭＤＣＴ）を施し、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号のＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１(ｋ)を第２レイヤ復号部１３５に出力する。ここで、直交変換処理部１３４の構成および動作は、図３に示した直交変換処理部２０５と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
第２レイヤ復号部１３５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報およびピーク性情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し出力信号として出力す
る。
【００６９】
図９は、図８に示した第２レイヤ復号部１３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００７０】
分離部３５１は、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を、フィルタリングに関する情報である最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲインに関する情報である符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスと、に分離し、最適ピッチ係数Ｔ’をフィルタリング部３５３に出力し、符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスをゲイン復号部３５４に出力する。なお、符号化情報分離部１３１において、Ｔ’とＶｑ（ｊ）のインデックスとを分離済みの場合は、分離部３５１を配置しなくても良い。
【００７１】
フィルタ状態設定部３５２は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)［０≦ｋ＜ＦＬ］を、フィルタリング部３５３で用いるフィルタ状態として設定する。ここで、フィルタリング部３５３における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。ここで、フィルタ状態設定部３５２の構成および動作は、図４に示したフィルタ状態設定部２６１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７２】
フィルタリング部３５３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３５３は、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ’と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、上記の式（１３）に示す、入力スペクトルＳ２(ｋ)の推定スペクトルＳ２’(ｋ)を算出する。フィルタリング部３５３でも、上記の式（１２）に示したフィルタ関数が用いられる。
【００７３】
ゲイン復号部３５４は、分離部３５１から入力される、符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスを復号し、変動量Ｖ(ｊ)の量子化値である変動量Ｖｑ(ｊ)を求める。
【００７４】
スペクトル調整部３５５は、下記の式（１９）に従い、フィルタリング部３５３から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)に、ゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量Ｖｑ(ｊ)を乗じる。これにより、スペクトル調整部３５５は推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成してピーク抑圧処理部３５６に出力する。
【数１９】
2009084221.tif 000064
【００７５】
ここで、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）は第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）からなり、復号スペクトルＳ３(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）はスペクトル形状調整後の推定スペクトルＳ２’(ｋ)からなる。
【００７６】
ピーク抑圧処理部３５６は、符号化情報分離部１３１から入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値に応じて、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３(ｋ)に対してピーク抑圧処理の適用／非適用を切り換える。具体的には、ピーク抑圧処理部３５６は、入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合には、復号スペクトルＳ３(ｋ)に対してはピーク抑圧処理を適用せずに、復号スペクトルＳ３(ｋ)をそのまま第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）として直交変換処理部３５７に出力する。また、ピーク抑圧処理部３５６は、入力されるピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「
１」である場合には、下記の式（２０）に示すように復号スペクトルＳ３（ｋ）をフィルタリングすることによりスペクトルの平滑化（鈍化）を施し、得られた第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）を直交変換処理部３５７に出力する。
【数２０】
2009084221.tif 000065
【００７７】
図１０は、入力されるピーク性情報の値が「１」である場合に、ピーク抑圧処理部３５６が復号スペクトルＳ３（ｋ）に対しピーク抑圧処理を行った結果を示す図である。
【００７８】
図１０は、図１Ｃに示した破線１１、実線１２、及びピーク１３に加え、さらに点破線９０１を用いてピーク抑圧処理後の復号スペクトルＳ４（ｋ）を示している。図１０に示すように、ピーク抑圧処理部３５６の処理により、異音の原因となる復号スペクトルＳ３（ｋ）におけるピークが抑圧されている。
【００７９】
再び図９に戻って、直交変換処理部３５７は、ピーク抑圧処理部３５６から入力される復号スペクトルＳ４（ｋ）を時間領域の信号に直交変換し、得られる第２レイヤ復号信号を出力信号として出力する。ここでは、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。
【００８０】
以下、直交変換処理部３５７における具体的な処理について説明する。
【００８１】
直交変換処理部３５７は、バッファｂｕｆ’（ｋ）を内部に有しており、下記の式（２１）に示すようにバッファｂｕｆ’（ｋ）を初期化する。
【数２１】
2009084221.tif 000066
【００８２】
また、直交変換処理部３５７は、ピーク抑圧処理部３５６から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）を用いて下記の式（２２）に従い、第２レイヤ復号信号ｙ”ｎを求めて出力する。
【数２２】
2009084221.tif 000067
【００８３】
式（２２）において、Ｚ５（ｋ）は、下記の式（２３）に示すように、復号スペクトルＳ４（ｋ）とバッファｂｕｆ’（ｋ）とを結合させたベクトルである。
【数２３】
2009084221.tif 000068
【００８４】
次に、直交変換処理部３５７は、下記の式（２４）に従いバッファｂｕｆ’（ｋ）を更新する。
【数２４】
2009084221.tif 000069
【００８５】
次に、直交変換処理部３５７は、復号信号ｙ”ｎを出力信号として出力する。
【００８６】
このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、符号化装置は、入力スペクトルの高域部の調波構造と推定スペクトルの調波構造とを比較分析し、分析結果を復号装置に送る。また、復号装置はこの分析結果に応じて、帯域拡張により得られた推定スペクトルに対し平滑化（鈍化）処理の適用／非適用を切り替える。すなわち、入力スペクトルの高域部の調波構造と推定スペクトルの調波構造との類似度合いが予め設定されたレベル以下である場合には、復号装置において推定スペクトルの平滑化処理を行うため、復号信号に含まれる不自然な異音を抑えることができ、復号信号の品質を向上することができる。
【００８７】
具体的には、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルのピーク性が大きく異なる場合には、復号装置において平滑化処理を施すため、帯域拡張により得られた推定スペクトルに異音が発生することを抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。
【００８８】
復号装置においては、通常、サブバンド毎に入力信号のエネルギと等しくなるように推定スペクトルのエネルギを調整する。このため、例えば、入力信号の高域スペクトルには予め設定されたレベル以上の大きなピークが周期的に存在し、推定スペクトルには大きなピークは存在するものの予め設定されたレベル以上のピーク数が入力信号の高域スペクトルに比べて明らかに少ない場合には、推定スペクトルにおける数少ない予め設定されたレベル以上のピークがエネルギ調整により強調されてしまい、大きな異音となる。また、入力信号の高域スペクトルあるいは推定スペクトルのいずれかのみの調波構造を分析し、その分析結果に応じて推定スペクトルに対して平滑化（鈍化）処理を施す手法でも、上記の問題点が発生する可能性がある。しかし、本実施の形態のように、入力信号の高域スペクトルおよび復号スペクトルの双方の調波構造を比較分析すれば、推定スペクトル内において不自然に強調されるピークを抑圧することができ、その結果、復号信号の品質を向上させることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、ピーク性分析部２０７で行われる各スペクトルの調波構造に対する分析の方法としては、各スペクトルにおいて振幅が閾値以上であるピークの個数をそれぞれ求め、このようなピークの個数の差を用いてピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、各スペクトルの調和構造の分析方法として、上記のようなピークの個数の比、または上記のようなピークの分布度合いの差異などを用いてピーク性情報を算出しても良い。また、ピークの個数の代わりに、例えば各スペクトルのスペクトル／フラットネス／メジャー（ＳＦＭ：Spectral Flatness Measure）を用いても良い。ＳＦＭは、振幅スペクトルの幾何平均と算術平均との比（＝幾何平均／算術平均）で表される。スペクトルのピーク性が強いほどＳＦＭは０．０に近づき、スペクトルの雑音性が強いほどＳＦＭは１．０に近づく。調和構造の分析方法としては、各スペクトルのＳＦＭの差または比を閾値と比較し、比較結果で表されるピーク性情報を算出しても良い。また、ＳＦＭではなく、単なる分散を算出し、分散の差あるいは比を用いてピーク性情報を算出しても良い。
【００９０】
また、ピーク性分析部２０７で、各スペクトルにおいて最大である振幅の値（絶対値）をそれぞれ求め、この値の差あるいは比を用いてピーク性情報を算出しても良い。例えば、各スペクトルにおけるピークの最大振幅値の差が閾値以上であった場合には、ピーク性情報の値を「１」に設定するようにしても良い。
【００９１】
また、ピーク性分析部２０７において、過去のフレームにおける入力信号のスペクトル
に対して、閾値以上のピークの大きさ、数等（以下「ピークに関する情報」という）を記憶するバッファを備え、サブバンド毎にバッファ中のピークに関する情報（大きさ、数等）と現フレームのピークに関する情報とを比較し、それらの差あるいは比が予め定められた閾値以上であった場合にピーク性情報の値を「１」に設定し、閾値未満であった場合にはピーク性情報の値を「０」に設定するという方法でも良い。また、上記のピーク性情報の値の設定方法は、サブバンド毎ではなくフレーム毎に行ってもよい。
【００９２】
また、現フレームのピークに関する情報を、バッファに記憶された過去のフレームのピークに関する情報と比較するのではなく、隣接するサブバンドのピークに関する情報と比較してもよい。この場合、現フレームのピークに関する情報と、隣接するサブバンドのピークに関する情報との差、あるいは比が、閾値以上の場合、ピークの大きさが大きいサブバンド、あるいはピークの数が少ないサブバンドに対するピーク性情報の値を「０」に設定することで、帯域拡張時のピーク抑圧処理により異音の発生を抑制できる。
【００９３】
なお、以上の説明では、ピーク性分析部２０７が、入力信号のスペクトルを用いてピーク性を分析する場合について説明したが、これに限らず、第２レイヤ符号化部２０６内で推定された推定スペクトルを用いてピーク性を分析するようにしても良い。推定スペクトルを用いてピーク性を分析することにより、ピーク性情報の値を決定する場合、ピーク性情報の値の決定処理は、復号装置側でのみ行えばよく、符号化装置側では行う必要がないので、ピーク性情報を伝送する必要がなくなり、より低ビットレートの符号化が可能となる。
【００９４】
また、本実施の形態では、入力信号のスペクトルおよび第１レイヤ復号信号のスペクトルの調波構造を分析することによりピーク性情報を算出する場合を例に説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、ピーク性分析部２０７が、入力スペクトルに対してｔｏｎａｌｉｔｙ（調波性）を算出し、この値に応じて、ピーク性情報を算出するようにしても良い。例えば、入力信号のｔｏｎａｌｉｔｙが閾値以上である場合には、ピーク性情報の値を「１」とし、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」とすることにより、帯域拡張時の高域スペクトルに対する抑制処理の適用を適応的に切り替えることが出来る。なお、ｔｏｎａｌｉｔｙによるピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆であっても良い。ｔｏｎａｌｉｔｙについては、ＭＰＥＧ−２
ＡＡＣ（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７）に開示されているためここでは説明は省略する。
【００９５】
また、探索部２６３が算出した最小類似度Ｄｍｉｎの値に応じて、ピーク性分析部２０７は、ピーク性情報の値を設定するようにしても良い。例えば、ピーク性分析部２０７は、最小類似度Ｄｍｉｎが予め定められた閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「１」と設定し、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」と設定するようにしても良い。このような構成により、入力信号の高域スペクトルに対する推定スペクトルの精度が非常に低い（類似度が低い）場合には、対象帯域のスペクトルに対してピーク抑圧処理をすることで異音の発生を抑制することが出来る。なお、最小類似度Ｄｍｉｎに応じたピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆に設定されても良い。
【００９６】
なお、本実施の形態では、全フレーム、あるいは全サブバンドを通じて同一の閾値を用いて、ピーク性分析部２０７が各スペクトルの調波構造を分析し、ピーク性情報を決定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、ピーク性分析部２０７が、フレーム毎、あるいはサブバンド毎に異なる閾値を用いてピーク性情報を決定するようにしても良い。例えば、ピーク性分析部２０７は、高域のサブバンドほど低い閾値を用いることにより、スペクトルが比較的平坦な高域部分に存在し大きな異音の原因となるような
ピークを抑圧する効果を高めることができるので、復号信号の品質を向上させることが出来る。また、サブバンド毎に異なる閾値を用いるのに加え、同一サブバンド内においても高域のサンプル（ＭＤＣＴ係数）ほど低い閾値を用いるようにすることで、より柔軟にピーク抑圧処理の適用・非適用を切り替えることができる。なお、帯域による閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法は上述した場合と逆であっても良い。
【００９７】
また、ピーク性分析部２０７が用いる上記閾値を時間的に変更するようにしてもよい。例えば、連続して一定以上のフレームに渡って比較的平坦なスペクトルが続くような場合には、閾値を低く設定することにより、大きな異音の原因となるようなピークを抑圧する効果を高めることができる。なお、これらの閾値はフレーム毎ではなくサブバンド毎に変更するようにしても良い。また、時間軸に対して変更する閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法は上述した場合と逆であっても良い。
【００９８】
また、ピーク性分析部２０７が用いる上記閾値を、第１レイヤ符号化部２０２から得られるパラメータによって設定するようにしてもよい。一般に、第１レイヤ符号化部２０２から得られる量子化適応音源利得の値が閾値以上である場合には、入力信号は有声母音である可能性が高く、逆に量子化適応音源利得の値が閾値より小さい場合には、入力信号は無声子音である可能性が高い。そこで、例えば、量子化適応音源利得が閾値以上である場合には、ピーク性分析部２０７が用いる閾値を低く設定することで、有声母音に対する異音の抑制を強めることが出来る。量子化適応音源利得を利用した閾値の設定方法は上述した方法に限らず、閾値の設定方法が上述した場合と逆であってもよい。また、量子化適応音源利得以外の他パラメータを用いてピーク性分析部２０７が用いる閾値を設定するようにしてもよい。
【００９９】
また、本実施の形態では、ピーク抑圧処理部３５６で行われるスペクトルピーク抑圧処理の方法として、マルチタップを使ってスペクトルの平滑化を行う場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、スペクトルピーク抑圧処理として、例えば処理対象となるスペクトルの一部をランダム雑音スペクトルで置き換えても良い。また、処理対象であるスペクトルに対して、例えばスペクトルの振幅を減衰させ、閾値を超えるピークの値を上記閾値以下の値に修正しても良い。さらに、処理対象であるスペクトルの一部を０としてもよい。すなわち、本発明において、ピークを抑圧する方法自体に特別な制限はなく、ピークを抑圧する従来技術全てを適用することが可能である。また、ピーク抑圧処理部３５６における上述したピーク抑圧処理の方法を、上述したピーク性情報の決定方法に応じて適応的に切替えてもよい。
【０１００】
また、本実施の形態では、符号化装置１０１のピーク性分析部２０７において推定スペクトルＳ２’(ｋ)と入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）との調波構造の違いを比較分析し、分析結果を復号装置に送り、復号装置においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替える場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、探索部２６３における探索結果に応じて、復号装置においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。この場合は、ピーク抑圧処理の適用／非適用の切り替えを表すピーク性情報は次のように算出される。探索部２６３では、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、フィルタリング部２６２から入力される推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度を各ピッチ係数に対して算出し、最適ピッチ係数Ｔ’に対応する類似度が閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「０」とし、閾値よりも小さい場合にはピーク性情報の値を「１」とする。すなわち、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度が閾値より小さい場合には、復号装置においては推定スペクトルＳ２’(ｋ)に対する平滑化処理を施す。これにより、推定スペクトルＳ２’(ｋ)内にのみ大きなピーク成分が存在し、そのピーク成分が強調されて異音が発生する現象を抑制することができる。また、この場
合、ピーク性情報は探索部２６３により算出されるため、符号化装置１０１はピーク性分析部２０７を備えなくても良い。
【０１０１】
また、本実施の形態では、符号化装置１０１において処理フレーム毎にピーク性情報を算出し、復号装置１０３において符号化装置１０１から伝送されるピーク性情報に応じてフレーム毎にピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替える場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、符号化装置１０１においてサブバンド毎にピーク性情報を算出し、復号装置１０３においてサブバンド毎にピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。これにより、フレームにおいてピーク抑圧処理を適用する帯域が制限され、ピーク抑圧処理を不必要に適用しすぎて音質が劣化してしまう現象を抑えることができる。また、ピーク抑圧処理を適用するサブバンドを制限することによりピーク抑圧処理を低ビットレートに抑えることができる。ここで、ピーク性情報を求めるサブバンドとしては、ゲイン符号化部２６５およびゲイン復号部３５４におけるサブバンドの構成と同一でも、同一でなくても良い。また、通常、高域成分の中でも周波数がより低いサブバンドほど、入力スペクトルと推定スペクトルとのピーク性の差異がより大きいため、例えば高域部分の中でも周波数がより低いサブバンドに対してのみピーク性情報を算出し、復号装置１０３においてピーク抑圧処理の適用／非適用を切り替えても良い。
【０１０２】
また、本実施の形態では、ピーク性分析部２０７において、入力スペクトルＳ２（ｋ）と推定スペクトルＳ２’（ｋ）とのピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、入力スペクトルの低域部と高域部とにおけるピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出しても良い。この場合、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４により設定される各ピッチ係数に対応する帯域のスペクトルを入力スペクトルの低域部から算出し、ピーク性分析部２０７は、探索部２６３において算出されたピッチ係数に対応するスペクトルと、高域部のスペクトルとのピーク性の差異に応じてピーク性情報を算出する。
【０１０３】
また、本実施の形態では、入力信号のスペクトルと第１レイヤ復号信号のスペクトルとに対して調波構造を分析することによりピーク性情報を算出する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、第１レイヤ復号部２０３から得られる符号化パラメータを利用してピーク性情報を算出しても良い。例えば、第１レイヤ符号化部２０２および第１レイヤ復号部２０３においてＣＥＬＰ方式の音声符号化および音声復号を行う場合に、第１レイヤ符号化部２０２において算出される量子化ＬＰＣ係数からスペクトルの包絡を求め、求められた包絡に基づきサブバンド毎のエネルギを算出することができる。サブバンド内、またはサブバンド間のエネルギの差異が閾値以上である場合には、符号化装置において、ピーク性情報の値を「１」する。また、量子化ＬＰＣ係数の代わりに量子化適応音源利得などの他パラメータを用いてピーク性情報を用いても良い。一般に、量子化適応音源利得の値が閾値以上である場合には、入力信号は有声母音である可能性が高く、逆に量子化適応音源利得の値が閾値より小さい場合には、入力信号は無声子音である可能性が高い。ここで、量子化適応音源利得が閾値以上である場合にはピーク性情報の値を「１」とし、閾値未満である場合にはピーク性情報の値を「０」とすることにより、帯域拡張時の高域スペクトルに対する抑制処理の適用を適応的に切り替えることが出来る。なお、量子化適応音源利得によるピーク性情報の値の設定方法は上述した方法に限らず、ピーク性情報の設定値は逆であっても良い。以下、量子化ＬＰＣ係数や量子化適応音源利得などのパラメータを生成する第１レイヤ復号部２０３と、第１レイヤ復号部２０３に対応する符号化部である第１レイヤ符号化部２０２の構成について説明する。
【０１０４】
図１１および図１２は、それぞれ第１レイヤ符号化部２０２および第１レイヤ復号部２０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
【０１０５】
図１１において、前処理部３０１は、入力信号に対し、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信号（Xin）をＬＰＣ分析部３０２および加算部３０５に出力する。
【０１０６】
ＬＰＣ分析部３０２は、前処理部３０１から入力されるXinを用いて線形予測分析を行い、分析結果（線形予測係数）をＬＰＣ量子化部３０３に出力する。
【０１０７】
ＬＰＣ量子化部３０３は、ＬＰＣ分析部３０２から入力される線形予測係数（ＬＰＣ）の量子化処理を行い、量子化ＬＰＣを合成フィルタ３０４に出力すると共に、量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）を多重化部３１４に出力する。
【０１０８】
合成フィルタ３０４は、ＬＰＣ量子化部３０３から入力される量子化ＬＰＣに基づくフィルタ係数により、後述する加算部３１１から入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を生成し、合成信号を加算部３０５に出力する。
【０１０９】
加算部３０５は、合成フィルタ３０４から入力される合成信号の極性を反転させて、極性を反転させた合成信号を前処理部３０１から入力されるXinに加算することにより誤差信号を算出し、誤差信号を聴覚重み付け部３１２に出力する。
【０１１０】
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３１３から入力される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。
【０１１１】
量子化利得生成部３０７は、パラメータ決定部３１３から入力される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および乗算部３１０に出力する。
【０１１２】
固定音源符号帳３０８は、パラメータ決定部３１３から入力される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、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。
【０１１３】
乗算部３０９は、量子化利得生成部３０７から入力される量子化適応音源利得を、適応音源符号帳３０６から入力される適応音源ベクトルに乗じて、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から入力される量子化固定音源利得を、固定音源符号帳３０８から入力される固定音源ベクトルに乗じて、加算部３１１に出力する。
【０１１４】
加算部３１１は、乗算部３０９から入力される利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部３１０から入力される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合成フィルタ３０４および適応音源符号帳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。
【０１１５】
聴覚重み付け部３１２は、加算部３０５から入力される誤差信号に対して聴覚的な重み付けを行って符号化歪みとしてパラメータ決定部３１３に出力する。
【０１１６】
パラメータ決定部３１３は、聴覚重み付け部３１２から入力される符号化歪みを最小と
する適応音源ベクトル、固定音源ベクトルおよび量子化利得を、適応音源符号帳３０６、固定音源符号帳３０８およ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）および量子化利得符号（Ｇ）を多重化部３１４に出力する。
【０１１７】
多重化部３１４は、ＬＰＣ量子化部３０３から入力される量子化ＬＰＣを表す符号（Ｌ）、パラメータ決定部３１３から入力される適応音源ベクトル符号（Ａ）、固定音源ベクトル符号（Ｆ）および量子化利得符号（Ｇ）を多重化して第１レイヤ符号化情報として、第１レイヤ復号部２０３に出力する。
【０１１８】
図１２において、多重化分離部４０１は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ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。
【０１１９】
ＬＰＣ復号部４０２は、多重化分離部４０１から入力される符号（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。
【０１２０】
適応音源符号帳４０３は、多重化分離部４０１から入力される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。
【０１２１】
量子化利得生成部４０４は、多重化分離部４０１から入力される量子化利得符号（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。
【０１２２】
固定音源符号帳４０５は、多重化分離部４０１から入力される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。
【０１２３】
乗算部４０６は、適応音源符号帳４０３から入力される適応音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から入力される量子化適応音源利得を乗算して、加算部４０８に出力する。また、乗算部４０７は、固定音源符号帳４０５から入力される固定音源ベクトルに量子化利得生成部４０４から入力される量子化固定音源利得を乗算して、加算部４０８に出力する。
【０１２４】
加算部４０８は、乗算部４０６から入力される利得乗算後の適応音源ベクトルと、乗算部４０７から入力される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および適応音源符号帳４０３に出力する。
【０１２５】
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から入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を生成し、合成信号を後処理部４１０に出力する。
【０１２６】
後処理部４１０は、合成フィルタ４０９から入力される合成信号に対して、ホルマント強調やピッチ強調といったような音声の主観的な品質を改善する処理や、定常雑音の主観的品質を改善する処理などを施し、第１レイヤ復号信号としてアップサンプリング処理部２０４に出力する。
【０１２７】
（実施の形態２）
実施の形態１では、探索部２６３において、ピッチ係数Ｔを種々に変化させながら、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との類似度をこの２つのスペクトルの距離として算出し、距離がもっとも高くなる場合の最適ピッチ係数Ｔ’を探索する場合を例にとって説明した。これに対し、本発明の実施の形態２では、探索部において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離の計算尺度として、類似度だけではなく、この２つのスペクトルのピーク性の差異をも考慮する。その結果、この２つのスペクトルの類似度が最も高くなる場合でも、ピーク性の差異が大きいと、この場合のピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ’とせず、この場合の推定スペクトルＳ２’（ｋ）を探索部の探索により最終的に選択される推定スペクトルとしない。
【０１２８】
本発明の実施の形態２に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システム１００と基本的に同様であり、符号化装置の構成および動作の一部のみにおいて、通信システム１００の符号化装置１０１と相違する。
【０１２９】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る符号化装置５０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、符号化装置５０１は、図３に示した符号化装置１０１と基本的に同様であり、第２レイヤ符号化部２０６、ピーク性分析部２０７、および符号化情報統合部２０８の代わりに第２レイヤ符号化部５０６、ピーク性分析部５０７、および符号化情報統合部５０８を備える点において符号化装置１０１と相違する。
【０１３０】
図１３に示すピーク性分析部５０７の構成および動作は、図３に示したピーク性分析部２０７と基本的に同様であり、ピーク性分析の結果を示すピーク性情報を符号化情報統合部２０８ではなく、第２レイヤ符号化部５０６に出力する点において相違する。また、ピーク性分析部５０７は、第２レイヤ符号化部５０６から最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）が入力されるのではなく、各ピッチ係数Ｔに対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）が入力される点においてピーク性分析部２０７と相違する。そして、ピーク性分析部５０７は、上記の式（１４）〜（１７）を用いて、各ピッチ係数Ｔに対するピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇを求めて後述の探索部５６３に出力する。
【０１３１】
図１４は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部５０６の内部の主要な構成を示すブロック図である。図１４において、図４に示した第２レイヤ符号化部２０６と同様な構成要素については説明を省略する。
【０１３２】
フィルタリング部５６２は、図４に示したフィルタリング部２６２と基本的に同様であり、各ピッチ係数Ｔに対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）を探索部５６３だけではなく、ピーク性分析部５０７にも出力する点のみにおいて相違する。
【０１３３】
探索部５６３の構成および動作は、図４に示した探索部２６３と基本的に同様であり、ピーク性分析部５０７からピーク性情報が入力される点、および最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定スペクトルＳ２’（ｋ）をピーク性分析部５０７に出力しない点において、探索部２６３と相違する。
【０１３４】
図１５は、探索部５６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。なお、図１５に示す処理手順は、図７に示した処理手順に比べて、ＳＴ３０１０が追加され、ＳＴ２０２０がＳＴ３０２０に変更された点のみにおいて相違する。以下、ＳＴ３０１０およびＳＴ３０２０のみについて説明する。
【０１３５】
ＳＴ３０１０において、探索部５６３は、ピーク性分析部５０７から入力されるピーク
性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値に基づき、距離計算のための重みＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔを算出する。例えば、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」の場合であるには、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔの値を「０」とし、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔの値を「０」より大きい値とする。
【０１３６】
次いで、ＳＴ３０２０において、探索部５６３は、下記の式（２５）に従い、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離Ｄを算出する。
【数２５】
2009084221.tif 000070
【０１３７】
式（２５）に示すように、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「１」である場合には、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇの値が「０」である場合よりも、ＰＥＡＫｗｅｉｇｈｔがより大きい値に設定され、距離Ｄがより大きくなる。すなわち、入力スペクトルの高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)とのピーク性が大きく異なる場合、求められる距離がより大きくなる。
【０１３８】
なお、上述したように、フィルタリング部５６２において生成される推定スペクトルは、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングして得られるスペクトルである。従って、探索部５６３において算出される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２’(ｋ)との距離は、入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、第１レイヤ復号スペクトルとの距離を表すこともできる。
【０１３９】
再び、図１３に戻り、符号化情報統合部５０８は、図３に示した符号化情報統合部２０８に比べて、ピーク性分析部５０７からピーク性情報が入力されず、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、第２レイヤ符号化部５０６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合する点において相違する。
【０１４０】
図１６は、本実施の形態に係る探索部５６３により選択される推定スペクトルについて説明するための図である。
【０１４１】
図１６において、図１６Ａは、高域部のあるサブバンドＳＢｉにおける入力スペクトルを例示する図である。図１６Ｂの実線１４１は、従来技術により選択されるサブバンドＳＢｉにおける推定スペクトルの例である。すなわち、図１６Ｂに示す推定スペクトルは、従来技術の探索処理により得られた、図１６Ａに示した入力スペクトルとの類似度が最も高い推定スペクトルである。図１６Ｂにおいては、図１６Ａに示した入力スペクトルを破線１４２で重ねて示している。図１６Ｃは、本実施の形態に係る探索部５６３により選択されるサブバンドＳＢｉにおける推定スペクトルを例示する図である。図１６Ｃにおいて、破線１４３は、図１６Ａに示した入力スペクトルを重ねて示したものである。図１６Ｃにおいて、実線１４４は、探索部５６３において式（２５）に従って得られた、図１６Ａに示した入力スペクトルとの距離Ｄが最も小さい推定スペクトルを示す。
【０１４２】
図１６Ｂに示すように、従来技術の探索処理により選択される、入力スペクトルの高域部と類似度が最も高くなる推定スペクトルは、入力スペクトルの高域部とピーク性が大きく異なる可能性がある。この場合、サブバンドのエネルギ調整を行うこととなり、エネルギ調整後の推定スペクトルには、図１６Ａの入力スペクトルに存在しない大きなピーク１
４５が現れてしまう。
【０１４３】
本実施の形態の探索部５６３は、図１６Ｃに示すように、入力スペクトルの高域部との類似度が最も高い推定スペクトルではなくても、入力スペクトルの高域部とピーク性がより近い推定スペクトルを選択する場合がある。その理由は、探索部５６３は、式（２５）に従って、類似度だけではなくピーク性の差異をも、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離計算の尺度として考慮するためである。具体的には、式（２５）において、ピーク性情報の値が「１」である場合には、距離Ｄが小さくなるため、ピーク性が大きく異なる推定スペクトルを選択されにくくする。これにより、図１６Ｂに示すように、ピーク性が大きく異なる推定スペクトルが選択されることにより発生する異音を回避することができる。
【０１４４】
図１７は、本実施の形態に係る復号装置５０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１７に示す復号装置５０３は、図８に示した復号装置１０３と基本的に同様であり、符号化情報分離部１３１および第２レイヤ復号部１３５の代わりに符号化情報分離部５３１および第２レイヤ復号部５３５を備える点において相違する。
【０１４５】
図１７において、符号化情報分離部５３１は、図８に示した符号化情報分離部１３１に比べて、分離処理においてピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇが得られない点のみにおいて相違する。その理由は、本実施の形態においては、ピーク性情報ＰｅａｋＦｌａｇが符号化装置５０１から復号装置５０３に伝送されないためである。符号化情報分離部５３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部５３５に出力する。
【０１４６】
図１８は、第２レイヤ復号部５３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、第２レイヤ復号部５３５は、図９に示した第２レイヤ復号部１３５に比べてピーク抑圧処理部３５６を備えず、ピーク抑圧処理を行わない点において相違する。また、第２レイヤ復号部５３５は、第２レイヤ復号部１３５に比べて、直交変換処理部３５７の代わりに直交変換処理部５５７を備える点において相違する。
【０１４７】
直交変換処理部５５７は、実施の形態１の直交変換処理部３５７に比べて、直交変換処理の対象が、ピーク抑圧処理部３５６から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ４（ｋ）ではなく、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３（ｋ）である点のみにおいて相違する。
【０１４８】
このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、探索部５６３は、類似度だけではなくピーク性の差異をも、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離計算の尺度として考慮する。このため、復号装置において、入力信号の高域部のスペクトルと調波構造が大きく異なる推定スペクトルを生成することを回避することができ、従って、推定スペクトルに不自然なピークが発生することを抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。
【０１４９】
また、このように、本実施の形態によれば、符号化部においてピーク性情報を用いて最適ピッチ係数Ｔ’を探索し、符号化装置から復号装置にピッチ性情報を伝送する必要がない。このため、伝送ビットレートを抑えつつ、復号信号の品質を向上することができる。
【０１５０】
なお、本実施の形態では、探索部５６３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する際に、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとそれぞれの全体に関して、ピーク性を考慮し
た距離計算を行う場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、この２つのスペクトルの一部分（例えば先頭部分など）のみについて、ピーク性を考慮した距離計算を行っても良い。
【０１５１】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【０１５２】
なお、上記各実施の形態においては、復号装置１０３は、符号化装置１０１より伝送された符号化データを入力して処理するという例を示したが、同様の情報を有する符号化データを生成可能な他の構成の符号化装置が出力した符号化データを入力して処理しても良い。
【０１５３】
また、上記各実施の形態では、ピーク性分析部において、入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの調波構造（ピーク性）の比を用いてピーク性情報の値を「０」か「１」に設定する場合を例にとって説明した。ただし、本発明はこれに限定されず、調波構造の比を段階的に分類し、ピーク性情報の値を３種類以上の値に設定しても良い。この場合、実施の形態１の構成では、ピーク抑圧処理部３５６において、ピーク性情報に応じて複数のフィルタ係数を切替えるマルチタップフィルタリングを行えば良い。またピーク性情報に応じて複数の重みを使って第２レイヤ復号スペクトルの振幅を減衰させればよい。また、実施の形態２の構成では、探索部５６３において、ピーク性情報に応じて複数の重みを使って距離計算を行えば良い。
【０１５４】
また、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。
【０１５５】
例えば、実施の形態２では、符号化装置から復号装置にピーク性情報を伝送しない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、実施の形態１と実施の形態２との構成を組合せ、ピーク性の差異を考慮し入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離を計算しつつ、ピーク性情報を符号化装置から復号装置に伝送しても良い。例えば、本実施の形態２で説明した構成により、ピーク性の差異を考慮し入力スペクトルの高域部と推定スペクトルとの距離を算出したものの、この距離が最小となる場合２つのスペクトルのピーク性が大きい場合には、符号化装置から復号装置にピーク性情報を送り、実施の形態１の復号装置と同様の構成によりピーク抑圧処理を施しても良い。これにより、復号信号の品質をさらに改善することができる。
【０１５６】
また、比較に用いる閾値、レベル、周波数等は、固定値であっても、条件等により適宜設定される可変の値であっても良く、比較が実行されるまでに予め設定された値であれば良い。
【０１５７】
また、上記各実施の形態における復号装置は、上記各実施の形態における符号化装置から伝送されたビットストリームを用いて処理を行うとしたが、本発明はこれに限定されず、必要なパラメータやデータを含むビットストリームであれば、必ずしも上記各実施の形態における符号化装置からのビットストリームでなくても処理は可能である。
【０１５８】
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、上記各実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【０１５９】
また、上記各実施の形態では、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、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１６０】
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チップ化されてもよいし、一部また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。
【０１６１】
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）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や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。
【０１６２】
さらには、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よい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１６３】
２００７年１２月２７日出願の特願２００７−３３７２３９及び２００８年５月２３日出願の特願２００８−１３５５８０に含まれる明細書、図面及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】
本発明にかかる符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する際に、復号信号の品質を向上することができ、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。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】従来技術の帯域拡張技術におけるスペクトル特性を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る符号化装置およ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３】図２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４】図３に示した第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５】図４に示したフィルタリング部におけるフィルタリング処理の詳細について説明するための図
【図６】図４に示したピーク性分析部におけるピーク性分析処理の手順を示すフロー図
【図７】図４に示した探索部において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図
【図８】図２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９】図８に示した第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】図９に示したピーク抑圧処理部においてピーク抑圧処理を行った結果を示す図
【図１１】図３に示した第１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１２】図３に示した第１レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【図１３】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１４】図１３に示した第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１５】図１４に示した探索部において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図
【図１６】図１４に示した探索部により選択される推定スペクトルについて説明するための図
【図１７】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１８】図１７に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図
【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】
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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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【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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【図１８】
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【国際調査報告】
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