(57)【要約】【課題】人間の聴覚の特性に基づく音声処理の処理効率を向上させる。【解決手段】音声符号化装置１００は、入力された音声信号に対し、周波数変換を施す周波数変換部１と、周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割する帯域分割部２と、帯域分割部２により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索する最大値検索部３と、最大値検索部３により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出するシフト数算出部４と、各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、シフト数算出部４で算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すシフト処理部５と、シフト処理が施された信号に対し、所定の符号化方式で符号化を施す符号化部６を備える。【選択図】図１
2006259517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音声信号に対し、周波数変換を施す周波数変換手段と、
前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割する帯域分割手段と、
前記帯域分割手段により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索する検索手段と、
前記検索手段により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出するシフト数算出手段と、
各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記シフト数算出手段により算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すシフト処理手段と、
を備えることを特徴とする音声処理装置。
【請求項２】
入力された音声信号の直流成分を削除する削除手段と、
前記削除手段により直流成分が削除された音声信号を一定長のフレームに分割するフレーム分割手段と、
前記フレーム分割手段により得られたフレーム毎に、フレームに含まれる音声信号の振幅の最大値に基づいて音声信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
前記振幅調整手段により振幅調整が施された音声信号に対し、周波数変換を施す周波数変換手段と、
前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割する帯域分割手段と、
前記帯域分割手段により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索する検索手段と、
前記検索手段により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出するシフト数算出手段と、
各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記シフト数算出手段により算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すシフト処理手段と、
前記シフト処理が施された信号に対し、ベクトル量子化を施すベクトル量子化手段と、
前記ベクトル量子化が施された信号に対し、エントロピー符号化を施すエントロピー符号化手段と、
を備えることを特徴とする音声処理装置。
【請求項３】
前記周波数変換により得られた周波数変換係数の帯域数が、予め指定された帯域数より多い場合、過剰分の帯域の周波数変換係数を削除する帯域数削除手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声処理装置。
【請求項４】
前記周波数変換手段は、周波数変換として変形離散コサイン変換を用いることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の音声処理装置。
【請求項５】
周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施す逆シフト処理手段と、
前記逆シフト処理手段により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施す周波数逆変換手段と、
を備えることを特徴とする音声処理装置。
【請求項６】
振幅が調整され、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施され、更に、ベクトル量子化及びエントロピー符号化が施された音声信号を復号する復号手段と、
前記復号手段により復号された音声信号に対し、逆ベクトル量子化を施す逆ベクトル量子化手段と、
前記逆ベクトル量子化が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施す逆シフト処理手段と、
前記逆シフト処理手段により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施す周波数逆変換手段と、
前記周波数逆変換が施された音声信号の振幅を、前記調整前の振幅に戻す振幅調整手段と、
を備えることを特徴とする音声処理装置。
【請求項７】
処理対象の前記音声信号の周波数変換係数の帯域数が、前記周波数変換時の元の帯域数よりも少ない場合、不足分の帯域に所定の信号値を挿入する挿入手段を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の音声処理装置。
【請求項８】
入力された音声信号に対し、周波数変換を施し、
前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割し、
前記分割により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索し、
前記検索により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出し、
各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すことを特徴とする音声処理方法。
【請求項９】
入力された音声信号の直流成分を削除し、
直流成分が削除された音声信号を一定長のフレームに分割し、
フレーム毎に、フレームに含まれる音声信号の振幅の最大値に基づいて音声信号の振幅を調整し、
振幅調整が施された音声信号に対し、周波数変換を施し、
前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割し、
前記分割により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索し、
前記検索により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出し、
各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記算出されたシフトビット数分のシフト処理を施し、
前記シフト処理が施された信号に対し、ベクトル量子化を施し、
前記ベクトル量子化が施された信号に対し、エントロピー符号化を施すことを特徴とする音声処理方法。
【請求項１０】
周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施し、
前記逆方向のシフト処理により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施すことを特徴とする音声処理方法。
【請求項１１】
振幅が調整され、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施され、更に、ベクトル量子化及びエントロピー符号化が施された音声信号を復号し、
前記復号された音声信号に対し、逆ベクトル量子化を施し、
前記逆ベクトル量子化が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施し、
前記逆方向のシフト処理により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施し、
前記周波数逆変換が施された音声信号の振幅を、前記調整前の振幅に戻すことを特徴とする音声処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声処理装置及び音声処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットによる音楽配信や、音声を記録する各種記録メディアのデジタル化が進むにつれ、音声信号のデータ量を圧縮する音声符号化技術が不可欠になっている。このような音声符号化技術として、特許文献１には、人間の聴覚の特性に基づいた音声符号化技術が開示されている。この特許文献１では、音声信号を複数のサブバンド（周波数帯域）に分割し、各サブバンド毎に、最大値（スケール値）と、聴覚心理上の臨界帯域に基づく許容ノイズレベルＮを決定して、各サブバンドに必要なＳ／Ｎ比を決定し、このＳ／Ｎ比から量子化ビット数を算出し、符号化を行っている。
【特許文献１】特開平７−４６１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の音声符号化技術では、量子化ビット数を算出するために多くの計算ステップを必要とするため、演算量が膨大で、高速で処理することができないという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、人間の聴覚の特性に基づく音声処理の処理効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の音声処理装置は、入力された音声信号に対し、周波数変換を施す周波数変換手段と、前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割する帯域分割手段と、前記帯域分割手段により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索する検索手段と、前記検索手段により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出するシフト数算出手段と、各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記シフト数算出手段により算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すシフト処理手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の音声処理装置は、入力された音声信号の直流成分を削除する削除手段と、前記削除手段により直流成分が削除された音声信号を一定長のフレームに分割するフレーム分割手段と、前記フレーム分割手段により得られたフレーム毎に、フレームに含まれる音声信号の振幅の最大値に基づいて音声信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記振幅調整手段により振幅調整が施された音声信号に対し、周波数変換を施す周波数変換手段と、前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割する帯域分割手段と、前記帯域分割手段により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索する検索手段と、前記検索手段により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出するシフト数算出手段と、各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記シフト数算出手段により算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すシフト処理手段と、前記シフト処理が施された信号に対し、ベクトル量子化を施すベクトル量子化手段と、前記ベクトル量子化が施された信号に対し、エントロピー符号化を施すエントロピー符号化手段と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の音声処理装置において、前記周波数変換により得られた周波数変換係数の帯域数が、予め指定された帯域数より多い場合、過剰分の帯域の周波数変換係数を削除する帯域数削除手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の音声処理装置において、前記周波数変換手段は、周波数変換として変形離散コサイン変換を用いることを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の音声処理装置は、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施す逆シフト処理手段と、前記逆シフト処理手段により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施す周波数逆変換手段と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項６に記載の音声処理装置は、振幅が調整され、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施され、更に、ベクトル量子化及びエントロピー符号化が施された音声信号を復号する復号手段と、前記復号手段により復号された音声信号に対し、逆ベクトル量子化を施す逆ベクトル量子化手段と、前記逆ベクトル量子化が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施す逆シフト処理手段と、前記逆シフト処理手段により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施す周波数逆変換手段と、前記周波数逆変換が施された音声信号の振幅を、前記調整前の振幅に戻す振幅調整手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の音声処理装置において、処理対象の前記音声信号の周波数変換係数の帯域数が、前記周波数変換時の元の帯域数よりも少ない場合、不足分の帯域に所定の信号値を挿入する挿入手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項８に記載の音声処理方法は、入力された音声信号に対し、周波数変換を施し、
前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割し、前記分割により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索し、前記検索により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出し、各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記算出されたシフトビット数分のシフト処理を施すことを特徴としている。
【００１３】
請求項９に記載の音声処理方法は、入力された音声信号の直流成分を削除し、直流成分が削除された音声信号を一定長のフレームに分割し、フレーム毎に、フレームに含まれる音声信号の振幅の最大値に基づいて音声信号の振幅を調整し、振幅調整が施された音声信号に対し、周波数変換を施し、前記周波数変換により得られる周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く、高域ほど広く分割し、前記分割により得られた各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値を検索し、前記検索により各帯域毎に得られた最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるようなシフトビット数を算出し、各帯域毎に、帯域中の周波数変換係数に対し、前記算出されたシフトビット数分のシフト処理を施し、前記シフト処理が施された信号に対し、ベクトル量子化を施し、前記ベクトル量子化が施された信号に対し、エントロピー符号化を施すことを特徴としている。
【００１４】
請求項１０に記載の音声処理方法は、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施し、前記逆方向のシフト処理により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施すことを特徴としている。
【００１５】
請求項１１に記載の音声処理方法は、振幅が調整され、周波数変換が施され、周波数変換係数の周波数帯域が、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど狭く高域ほど広く分割され、各帯域の絶対値の最大値が、各帯域毎に予め設定された量子化ビット数以下になるように、各帯域の周波数変換係数に対してビット数のシフト処理が施され、更に、ベクトル量子化及びエントロピー符号化が施された音声信号を復号し、前記復号された音声信号に対し、逆ベクトル量子化を施し、前記逆ベクトル量子化が施された音声信号に対し、前記シフト処理時にシフトされたビット数分、逆方向にシフト処理を施し、前記逆方向のシフト処理により得られた音声信号に対し、周波数逆変換を施し、前記周波数逆変換が施された音声信号の振幅を、前記調整前の振幅に戻すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、人間の聴覚特性に合わせて音声信号を帯域分割し、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように周波数変換係数をシフト処理することにより、音声処理の処理速度を向上させることが可能となる。
【００１７】
特に、予め指定された帯域数の周波数変換係数を処理対象としたことにより、より高速な処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（実施形態１）
【００１９】
図１〜図５を参照して、本発明の実施形態１について説明する。
まず、実施形態１における構成について説明する。
【００２０】
図１に、本発明の音声処理装置を適用した実施形態１に係る音声符号化装置１００の構成を示す。音声符号化装置１００は、図１に示すように、周波数変換部１、帯域分割部２、最大値検索部３、シフト数算出部４、シフト処理部５、符号化部６により構成される。
【００２１】
周波数変換部１は、入力された音声信号に対し周波数変換を施し、帯域分割部２に出力する。音声信号の周波数変換としては、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform：変形離散コサイン変換）が使われることが多い。入力された音声信号を｛ｘn｜n=0,…,M-1｝とすると、ＭＤＣＴ係数（周波数変換係数）｛Ｘk｜k=0,…,M/2-1｝は式（１）のように定義される。
【数１】
2006259517.tif 000003
ここで、ｈnは窓関数であり、式（２）のように定義される。
【数２】
2006259517.tif 000004
【００２２】
帯域分割部２は、周波数変換部１から入力される周波数変換係数の周波数帯域を、人間の聴覚の特性に合わせて分割する。具体的に、帯域分割部２は、図３に示すように、周波数変換係数を、低域（低周波数帯域）ほど狭く、高域（高周波数帯域）ほど広く分割する。例えば、音声信号のサンプリング周波数が16kHzであった場合、分割のスレッシュが、187.5Hz、437.5Hz、687.5Hz、937.5Hz、1312.5Hz、1687.5Hz、2312.5Hz、3250Hz、4625Hz、6500Hzとなる１１帯域に分割することが考えられる。
【００２３】
最大値検索部３は、帯域分割部２で分割された各帯域毎に、帯域中に含まれる周波数変換係数の絶対値の中から、最大値を検索する。
【００２４】
シフト数算出部４は、最大値検索部３で得られた各帯域での最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように、シフトするビット数（以下、シフトビット数と呼ぶ。）を算出する。例えば、ある帯域での最大値が１１０（１０進数）で、その帯域で予め設定された量子化ビット数が６ビットである場合、シフトビット数は２ビットとなる。各帯域で予め設定される量子化ビット数は、人間の聴覚の特性に基づいて、低域ほど多く、高域ほど少なくなるのが好ましく、例えば、低域から高域にかけて、８〜５ビット程度が割り当てられる。
【００２５】
シフト処理部５は、各帯域毎に、帯域中の全ての周波数変換係数を、シフト数算出部４で算出されたシフトビット数だけシフトする。なお、復号時には、周波数変換係数を元のビット数に戻す必要があるため、各帯域毎のシフトビット数を表す信号を、符号化信号の一部として出力する必要がある。
【００２６】
符号化部６は、シフト処理部５での処理結果を、所定の符号化方式で符号化し、符号化信号として出力する。ここで、符号化方式としては、ハフマン（Huffman）符号化、ベクトル量子化等、各種の符号化方式を適用することが可能である。
【００２７】
図２に、本発明の音声処理装置を適用した実施形態１に係る音声復号装置１０１の構成を示す。音声復号装置１０１は、音声符号化装置１００で符号化された信号を復号する装置であり、図２に示すように、復号部７、シフト処理部８、周波数逆変換部９により構成される。
【００２８】
復号部７は、入力された符号化信号を復号し、シフト処理部８に出力する。
シフト処理部８は、復号部７で復号された信号に対し、各帯域毎に符号化時にシフトしたビット数分だけ符号化時とは逆方向にシフトし、周波数逆変換部９に出力する。
【００２９】
周波数逆変換部９は、シフト処理部８でシフト処理が施された信号に対し、周波数逆変換（例えば、逆ＭＤＣＴ）を施して時間軸に変換し、再生信号として出力する。
【００３０】
次に、実施形態１における動作について説明する。
まず、図４のフローチャートを参照して、実施形態１の音声符号化装置１００において実行される音声符号化処理について説明する。
【００３１】
まず、入力された音声信号に対して周波数変換が施され（ステップＳ１）、周波数変換により得られた周波数変換係数が、人間の聴覚の特性に合わせて帯域分割される（ステップＳ２）。次いで、各帯域毎に、周波数変換係数の絶対値の最大値が検索され（ステップＳ３）、各帯域での最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように、シフトビット数が算出される（ステップＳ４）。
【００３２】
次いで、各帯域毎に、帯域中の全ての周波数変換係数に対し、ステップＳ４で算出されたシフトビット数だけシフト処理が施され（ステップＳ５）、シフト処理後の信号に対し、所定の符号化方式で符号化が施され（ステップＳ６）、本音声符号化処理が終了する。
【００３３】
次に、図５のフローチャートを参照して、実施形態１の音声復号装置１０１において実行される音声復号処理について説明する。
【００３４】
まず、入力された符号化信号が復号される（ステップＴ１）。次いで、復号された信号に対し、各帯域毎に、符号化時にシフトしたビット数分だけ符号化時と逆方向にシフト処理が行われる（ステップＴ２）。そして、シフト処理が施された信号に対し、周波数逆変換が施され（ステップＴ３）、本音声復号処理が終了する。
【００３５】
以上のように、本実施形態１によれば、人間の聴覚特性に合わせて音声信号を帯域分割し、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように周波数変換係数をシフト処理することにより、音声符号化の処理速度を向上させることが可能となる。
（実施形態２）
【００３６】
図６〜図９を参照して、本発明の実施形態２について説明する。
まず、実施形態２における構成について説明する。
【００３７】
図６に、本発明の音声処理装置を適用した実施形態２に係る音声符号化装置２００の構成を示す。音声符号化装置２００は、図６に示すように、ＤＣ（Direct Current）除去部１０、フレーム化部１１、レベル調整部１２、周波数変換部１３、帯域分割部１４、最大値検索部１５、シフト数算出部１６、シフト処理部１７、音質制御部１８、ベクトル量子化部１９、エントロピー符号化部２０により構成される。
【００３８】
音声符号化装置２００の構成要素のうち、周波数変換部１３、帯域分割部１４、最大値検索部１５、シフト数算出部１６、シフト処理部１７は、それぞれ、実施形態１の音声符号化装置１００の周波数変換部１、帯域分割部２、最大値検索部３、シフト数算出部４、シフト処理部５と同一の機能を有するため、その機能説明を省略する。
【００３９】
ＤＣ除去部１０は、入力された音声信号の直流成分を除去し、フレーム化部１１に出力する。音声信号の直流成分を除去するのは、直流成分が音質にほとんど無関係であることによる。直流成分の除去は、例えば、高域通過フィルタによって実現することができる。高域通過フィルタには、例えば、式（３）で表されるものがある。
【数３】
2006259517.tif 000005
【００４０】
フレーム化部１１は、ＤＣ除去部１０から入力された信号を、符号化（圧縮）の処理単位である一定長のフレームに分割し、レベル調整部１２に出力する。ここで、１つのフレームには、１つ以上のブロックが含まれる長さにする。１ブロックは、１回のＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform：変形離散コサイン変換）を行う単位であり、ＭＤＣＴの次数分の長さを有する。ＭＤＣＴのタップ長は５１２タップが理想的である。
【００４１】
レベル調整部１２は、フレーム毎に、入力された音声信号のレベル調整（振幅調整）を行い、レベル調整された信号を周波数変換部１３に出力する。レベル調整とは、１フレーム中に含まれる信号の振幅の最大値を、指定されたビット（以下、制圧目標ビット）数に収まるようにすることである。音声信号では、１０ビット程度に制圧することが考えられる。レベル調整は、例えば、１フレーム中の信号の最大振幅をｎbit、制圧目標ビット数をＮとすると、フレーム中の信号を全て、式（４）を満たすshift_bit数分ＬＳＢ（Least Significant Bit：最下位ビット）側にシフトすることによって実現できる。
【数４】
2006259517.tif 000006
なお、復号時には、振幅が制圧目標ビット以下に制圧された信号を元に戻す必要があるため、shift_bitを表す信号を、符号化信号の一部として出力する必要がある。
【００４２】
音質制御部１８は、シフト処理後の現在の周波数変換係数の帯域数が、予め指定された帯域数（符号化対象の帯域数）より多い場合、過剰分の帯域を削除し、残った帯域の周波数変換係数をベクトル量子化部１９に出力する。音質制御部１８での処理としては、例えば、周波数変換係数の帯域数よりも、符号化対象の帯域数が少ない場合、エネルギーの小さい帯域の周波数変換係数から削除して方法がある。
【００４３】
例えば、１ブロックのＭＤＣＴ係数が１６帯域で、符号化対象の帯域数を１０帯域とする。１６帯域のＭＤＣＴ係数が、10、-5、80、657、-324、-2、986、324、-832、27、-31、89、2、-1、9、1である場合、エネルギーの小さい２、６、１３、１４、１５、１６番目の帯域のＭＤＣＴ係数（-5、-2、2、-1、9、1）を削除し、残りの１０帯域分のＭＤＣＴ係数が符号化対象となる。なお、復号時には、削除された帯域を復活させるため、何番目の帯域が符号化されたかを示す信号も、符号化信号の一部として出力する必要がある。
【００４４】
ベクトル量子化部１９は、複数の音声パターンを示す代表ベクトルを格納したＶＱ（Vector Quantization）テーブルを有し、音声制御部１８から入力された符号化対象の周波数変換係数（ベクトル）Ｆjと、ＶＱテーブルに格納された各代表ベクトルを比較し、最も類似した代表ベクトルが示すインデックスを符号としてエントロピー符号化部２０に出力する。
【００４５】
例えば、ベクトル長Ｎの符号化対象のベクトルを｛ｓj｜j=1,…,N｝、ＶＱテーブルに格納されたｋ個の代表ベクトルを｛Ｖi｜i=1,…,k｝、Ｖi＝｛ｖij｜j=1,…,N｝とすると、符号化対象のベクトルと、ＶＱテーブルに格納されたｉ番目の代表ベクトルの各要素ｖijの誤差ｅiが最小となるようなｉ（インデックス）を、出力する符号とする。誤差ｅiの算出式を式（５）に示す。
【数５】
2006259517.tif 000007
代表ベクトルの数ｋとベクトル長Ｎは、ベクトル量子化に要する処理時間やＶＱテーブルの容量等を勘案して決定される。例えば、ベクトル長を３にして代表ベクトル数を１２８にしたり、ベクトル長を４にして代表ベクトル数を２５６にしたりするなど、自由な組み合わせが考えられる。また、符号化対象の帯域毎に異なるＶＱテーブルを用意することで、再生音声の品質を向上させることができる。
【００４６】
エントロピー符号化部２０は、ベクトル量子化部１９から入力された信号に対してエントロピー符号化を施し、符号化信号として出力する。エントロピー符号化とは、信号の統計的性質を利用して、出現頻度が多い符号には短い符号、出現頻度が少ない符号には長い符号を割り当てることで、全体の符号長を短く変換する符号化方式であり、ハフマン（Huffman）符号化、算術符号化、レンジコーダ（Range Coder）による符号化等がある。
【００４７】
図７に、本発明の音声処理装置を適用した実施形態２に係る音声復号装置２０１の構成を示す。音声復号装置２０１は、音声符号化装置２００で符号化された信号を復号する装置であり、図７に示すように、エントロピー復号部３０、逆ベクトル量子化部３１、シフト処理部３２、周波数逆変換部３２、レベル再現部３４、フレーム合成部３５により構成される。音声復号装置２２０１の構成要素のうち、シフト処理部３２、周波数逆変換部３２は、それぞれ、実施形態１の音声復号装置１０１のシフト処理部８、周波数逆変換部９と同一の機能を有するため、その機能説明を省略する。
【００４８】
エントロピー復号部３０は、エントロピー符号化された入力信号を復号し、逆ベクトル量子化部３１に出力する。
【００４９】
逆ベクトル量子化部３１は、複数の音声パターンを示す代表ベクトルを格納したＶＱテーブルを有し、エントロピー復号部３０から入力された信号（インデックス）に対応する代表ベクトルを抽出する。このとき、逆ベクトル量子化部３１は、現在の周波数変換係数の帯域数が、元の（周波数変換時の）周波数変換係数の帯域数よりも少ない場合、不足分の帯域に所定の信号値を挿入し、全ての帯域が揃った周波数変換係数をシフト処理部３２に出力する。不足分の帯域に挿入する信号値は、入力された信号の帯域のエネルギーの値よりも小さくなるような値（例えば、０）を挿入する。
【００５０】
レベル再現部３４は、周波数逆変換部３３から入力された信号のレベル調整（振幅調整）を行って元のレベルに戻し、フレーム合成部３５に出力する。
【００５１】
フレーム合成部３５は、符号化及び復号の処理単位であったフレームを合成し、合成後の信号を再生信号として出力する。
【００５２】
次に、実施形態２における動作について説明する。
まず、図８のフローチャートを参照して、実施形態２の音声符号化装置２００において実行される音声符号化処理について説明する。
【００５３】
まず、入力された音声信号の直流成分が削除され（ステップＳ１０）、直流成分削除後の音声信号が一定長のフレームに分割される（ステップＳ１１）。次いで、フレーム毎に、入力された音声信号のレベル（振幅）が調整され（ステップＳ１２）、レベル調整後の音声信号に対し、ＭＤＣＴが施される（ステップＳ１３）。
【００５４】
次いで、ＭＤＣＴにより得られたＭＤＣＴ係数（周波数変換係数）が、人間の聴覚の特性に合わせて帯域分割される（ステップＳ１４）。次いで、各帯域毎に、ＭＤＣＴ係数の絶対値の最大値が検索され（ステップＳ１５）、各帯域での最大値が、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように、シフトビット数が算出される（ステップＳ１６）。
【００５５】
次いで、各帯域毎に、帯域中の全てのＭＤＣＴ係数に対し、ステップＳ１６で算出されたシフトビット数だけシフト処理が施される（ステップＳ１７）。次いで、現在のＭＤＣＴ係数の帯域数が、予め指定された帯域数（符号化対象の帯域数）より多い場合、過剰分の帯域が削除される（ステップＳ１８）。
【００５６】
次いで、符号化対象の帯域のＭＤＣＴ係数に対し、ベクトル量子化が施され（ステップＳ１９）、ベクトル量子化後の信号に対し、エントロピー符号化が施され（ステップＳ２０）、本音声符号化処理が終了する。
【００５７】
次に、図９のフローチャートを参照して、実施形態２の音声復号装置２０１において実行される音声復号処理について説明する。
【００５８】
まず、エントロピー符号化が施された符号化信号が復号され（ステップＴ１０）、復号された信号に対し、逆ベクトル量子化が施される（ステップＴ１１）。ここで、現在のＭＤＣＴ係数の帯域数が、元のＭＤＣＴ係数の帯域数よりも少ない場合、不足分の帯域に所定の信号値（例えば、０）が挿入される。
【００５９】
次いで、全ての帯域が揃ったＭＤＣＴ係数に対し、各帯域毎に、符号化時にシフトしたビット数分だけ逆方向にシフト処理が行われ（ステップＴ１２）、シフト処理が施された信号に対し、逆ＭＤＣＴが施される（ステップＴ１３）。次いで、逆ＭＤＣＴ後の信号のレベル調整により元のレベルに戻され（ステップＴ１４）、符号化及び復号の処理単位であったフレームが合成され、本音声復号処理が終了する。
【００６０】
以上のように、実施形態２によれば、人間の聴覚特性に合わせて音声信号を帯域分割し、各帯域で予め設定された量子化ビット数以下になるように周波数変換係数をシフト処理することにより、音声符号化の処理速度を向上させることが可能となる。特に、予め指定された帯域数の周波数変換係数を符号化対象としたことにより、より高速な符号化処理が可能となる。
【００６１】
また、実施形態１の音声符号化処理に、フレーム毎のレベル調整、ベクトル量子化、エントロピー量子化を組み合わせることで、例えば、入力音声のサンプリングレートが１６ｋＨｚ程度の場合に、比較的簡易な符号化処理によって、１６ｋｂｐｓ程度に圧縮可能となる。
【００６２】
なお、上述の各実施形態における記述内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の各実施形態では、周波数変換としてＭＤＣＴを用いる場合を示したが、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換）等、他の周波数変換を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態１に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態１に係る音声復号装置の構成を示すブロック図。
【図３】周波数変換係数の帯域分割を説明するための図。
【図４】実施形態１の音声符号化装置において実行される音声符号化処理を示すフローチャート。
【図５】実施形態１の音声復号装置において実行される音声復号処理を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態２に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の実施形態２に係る音声復号装置の構成を示すブロック図。
【図８】実施形態２の音声符号化装置において実行される音声符号化処理を示すフローチャート。
【図９】実施形態２の音声復号装置において実行される音声復号処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６４】
１、１３  周波数変換部
２、１４  帯域分割部
３、１５  最大値検索部
４、１６  シフト数算出部
５、１７  シフト処理部
６  符号化部
７  復号部
８、３２  シフト処理部
９、３３  周波数逆変換部
１０  ＤＣ除去部
１１  フレーム化部
１２  レベル調整部
１８  音声制御部
１９  ベクトル量子化部
２０  エントロピー符号化部
３０  エントロピー復号部
３１  逆ベクトル量子化部
３４  レベル再現部
３５  フレーム合成部
１００、２００  音声符号化装置（音声処理装置）
１０１、２０１  音声復号装置（音声処理装置）
【図１】
2006259517.tif 000008
【図２】
2006259517.tif 000009
【図３】
2006259517.tif 000010
【図４】
2006259517.tif 000011
【図５】
2006259517.tif 000012
【図６】
2006259517.tif 000013
【図７】
2006259517.tif 000014
【図８】
2006259517.tif 000015
【図９】
2006259517.tif 000016