(57)【要約】【課題】  ＭＢＥ系の音声符号化方式に従いながら、鼻詰まり感が軽減された聴き心地が良い復号音声が得られる音声復号化装置を提供する。【解決手段】  音声復号化装置は、デジタル音声符号化情報を復号化して第１の復号音声を生成する手段と、第１の復号音声を、より高いサンプリング周波数の第２の復号音声に変換する手段と、第１又は第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、第１の復号音声で存在しない周波数帯域であって第１の復号音声の周波数帯域に連続する周波数帯域に成分が存在する、第２の復号音声と同じサンプリング周波数の付加音声を生成する手段と、第２の復号音声と付加音声を加算する手段とを備える。【選択図】      図１
2015172706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化されているデジタル音声符号化情報を復号する音声復号化装置において、
上記デジタル音声符号化情報を復号化して第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声を生成するＭＢＥ系復号手段と、
上記第１の復号音声を、上記第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する第２の復号音声に変換するサンプリング変換手段と、
上記第１の復号音声又は上記第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、上記第１の復号音声では成分が存在しない周波数帯域に成分が存在し、上記第１の復号音声では成分が存在する周波数帯域に成分が存在しない、上記第２のサンプリング周波数を有する付加音声を生成する非線形成分生成手段と、
上記第２の復号音声と上記付加音声を加算する加算手段と
を備えることを特徴とする音声復号化装置。
【請求項２】
上記非線形成分生成手段は、
上記第１の復号音声を補間して上記第２のサンプリング周波数へアップサンプリングされた補間音声を生成するサンプル補間部と、
上記補間音声に非線形な処理を施して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域に成分を有する暫定付加音声を生成する広帯域化部と、
上記暫定付加音声から、上記第１の復号音声の成分が存在する周波数帯域を阻止して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域を濾波する付加帯域濾波部とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声復号化装置。
【請求項３】
上記非線形成分生成手段は、
上記第２の復号音声に非線形な処理を施して、上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域に成分を有する暫定付加音声を生成する広帯域化部と、
上記暫定付加音声から、上記第１の復号音声の成分が存在する周波数帯域を阻止して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域を濾波する付加帯域濾波部とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声復号化装置。
【請求項４】
上記広帯域化部は、当該広帯域化部に入力された信号に対して非線形な振幅変調を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の音声復号化装置。
【請求項５】
上記広帯域化部は、
当該広帯域化部に入力された音声に非線形な処理を施して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域に成分を有する広帯域化信号を生成する広帯域化本体と、
雑音信号を生成する雑音生成部と、
上記雑音信号のスペクトル包絡を整形して包絡調整雑音信号を生成する包絡整形部と、
上記広帯域化信号と上記包絡調整雑音信号のゲインを調整して出力するゲイン制御部と、
上記ゲイン制御部が出力する２つの信号を加算する加算部とを備える
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の音声復号化装置。
【請求項６】
上記非線形成分生成手段は、
上記第１の復号音声を線形予測分析して音源信号と声道特性を算出する線形予測分析部と、
上記音源信号を補間して第２のサンプリング周波数ヘアップサンプリングされた補間音源信号を生成する音源サンプル補間部と、
上記補間音源信号に非線形な処理を施して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域に成分を有する広帯域音源信号を生成する広帯域化部と、
上記声道特性を第２のサンプリング周波数に対する広帯域声道特性へと写像する声道特性写像部と、
上記広帯域音源信号と上記広帯域声道特性とに基づいて音声合成を行う音声合成部と、
上記音声合成部の出力から、上記第１の復号音声の成分が存在する周波数帯域を阻止して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域を濾波する付加帯域濾波部とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声復号化装置。
【請求項７】
上記非線形成分生成手段が、上記声道特性写像部から出力された上記広帯域声道特性を擾乱して上記音声合成部に与える声道特性擾乱部をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の音声復号化装置。
【請求項８】
上記広帯域化部は、
当該広帯域化部に入力された音声に非線形な処理を施して上記第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域に成分を有する広帯域化信号を生成する広帯域化本体と、
雑音信号を生成する雑音生成部と、
上記雑音信号のスペクトル包絡を整形して包絡調整雑音信号を生成する包絡整形部と、
上記広帯域化信号と上記包絡調整雑音信号のゲインを調整して出力するゲイン制御部と、
上記ゲイン制御部が出力する２つの信号を加算する加算部とを備える
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の音声復号化装置。
【請求項９】
上記広帯域化本体は、当該広帯域化本体に入力された信号に対して非線形な振幅変調を行うことを特徴とする請求項５又は８に記載の音声復号化装置。
【請求項１０】
上記広帯域化部は、当該広帯域化部に入力された信号に対して非線形な振幅変調を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の音声復号化装置。
【請求項１１】
ＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化されているデジタル音声符号化情報を復号する音声復号化装置を構築するコンピュータを、
上記デジタル音声符号化情報を復号化して第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声を生成するＭＢＥ系復号手段と、
上記第１の復号音声を、上記第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する第２の復号音声に変換するサンプリング変換手段と、
上記第１の復号音声又は上記第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、上記第１の復号音声では成分が存在しない周波数帯域に成分が存在し、上記第１の復号音声では成分が存在する周波数帯域に成分が存在しない、上記第２のサンプリング周波数を有する付加音声を生成する非線形成分生成手段と、
上記第２の復号音声と上記付加音声を加算する加算手段と
して機能させることを特徴とする音声復号化プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声復号化装置及びプログラムに関し、特に、ＭＢＥ（Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｎｄ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；マルチバンド励振）系の音声符号化方式による符号化音声信号を復号化する場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
データ伝送等の需要増加や周波数の逼迫が懸念されたことによる電波法の改正に伴い、簡易無線機を従来のアナログ方式からデジタル方式へ完全移行することが決まっている。このような流れを受けて、一般社団法人電波産業会によってデジタル方式の簡易無線機（以下、デジタル無線機と呼ぶ）の通信方式に対する標準規格が定められた。特定小電力無線機に多く採用されている変調方式４値ＦＳＫに対して、放送分野においては放送事業用４ＦＳＫ連絡無線方式（ＳＴＤ−Ｂ５４）、通信分野においては狭帯域デジタル通信方式（ＳＣＰＣ／４値ＦＳＫ方式）（ＳＴＤ−Ｔ１０２）の中で定められており、音声符号化方式はいずれも「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｏｉｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｃ．（米国の会社）のＡＭＢＥ＋２  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｈａｌｆ−Ｒａｔｅを推奨する」とされている。なお、ＡＭＢＥ＋２（ＡＭＢＥ＋＋と表記されることがある）は、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｏｉｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｃ．の商標である。
【０００３】
ＡＭＢＥ＋２は、雑音が多い環境でも復号音声が不自然になり難い長所と、低ビットレートでも安定した品質を提供できる長所とを有するが、声色を変質させる短所があり、「鼻が詰まった様な音声になる」ことも報告されている（非特許文献１）。
【０００４】
ＡＭＢＥ＋２は、音声符号化方式の一つであるＭＢＥ（Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｎｄ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）を応用させた方式であり、ＡＭＢＥは、Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＭＢＥを略したものである。ＡＭＢＥの他にもＩＭＢＥ（ｌｍｐｒｏｖｅｄ  ＭＢＥ）と呼ばれる音声符号化方式がある。ＡＭＢＥ＋２を含むＡＭＢＥやＩＭＢＥは、いずれもＭＢＥが基本となっている。本願明細書では、ＭＢＥ、ＡＭＢＥ及びＩＭＢＥを「ＭＢＥ系の音声符号化方式」と称している。なお、単に、ＭＢＥ音声符号化方式と記載しているときは、音声符号化方式がＭＢＥであることを表している。
【０００５】
図７は、ＭＢＥ符号化方式に従っている、非特許文献２に記載の音声符号化装置の構成を示している。
【０００６】
図７において、音声符号化装置１００は、周波数変換手段１０１、初期ピッチ選択手段１０２、ピッチ改良手段１０３、有声包絡推定手段１０４、無声包絡推定手段１０５、有声／無声決定手段１０６、有声／無声選択手段１０７、多重化手段１０８及び量子化手段１０９を有する。
【０００７】
マイクロホン等で取り込んだ音声信号が図示しないＤ／Ａ変換器によってデジタル化された音声信号（以下、入力音声と呼ぶ）が音声符号化装置１００に入力される。周波数変換手段１０１は、入力音声をオーバーラップさせながら窓掛けＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって周波数スペクトルへと変換する。初期ピッチ選択手段１０２は、入力音声が完全な有声音であると仮定した場合の調波モデル誤差を最小化するという基準に基づいて、動的計画法を併用しながらピッチ周期（整数サンプル値）を選択し、得られた初期ピッチはピッチ改良手段１０３へ与えられる。ピッチ改良手段１０３は、上記調波モデル誤差がさらに小さくなるように、周波数変換手段１０１からの入力スペクトルに基づいて、整数サンプル値で表現されている初期ピッチを実数サンプル値で表現される、より高精度なピッチ周期へと更新する。
【０００８】
有声包絡推定手段１０４は、周波数変換手段１０１からの入力スペクトルとピッチ改良手段１０３からの実数ピッチに基づいて、上記調波モデル誤差を最小とする有声音に対する包絡情報を算出する。有声音に対する包絡情報は、調波成分ごとのパワー及び位相によって構成されている。無声包絡推定手段１０５は、入力スペクトルと実数ピッチに基づいて、各調波成分が雑音的であると仮定して、調波帯域ごとのパワーを算出して無声包絡情報とする。調波帯域は、有声音において各調波成分が占有する帯域のことであり、実数ピッチによって定義され、隣り合う調波帯域は重ならず、また離れてもいない。有声／無声決定手段１０６は、実数ピッチによって定義される調波帯域ごとに、入力スペクトルと有声包絡情報から算出される当該調波帯域の調波モデル誤差及び無声包絡情報に基づいて、当該調波帯域が有声音であるか無声音であるかを判定する。有声／無声選択手段１０７は、有声／無声情報に基づいて、調波帯域ごとに有声包絡情報又は無声包絡情報を択一的に選択する。
【０００９】
多重化手段１０８は、ピッチ情報、調波帯域ごとの有声／無声情報、及び、調波帯域ごとの包絡情報を一つの系列へとまとめる。量子化手段１０９は、符号化情報を量子化し（例えば、要素毎に定まっているビット数になるように量子化し）、得られたデジタル音声符号化情報を出力する。
【００１０】
図８は、ＭＢＥ符号化方式に従っている、非特許文献２に記載の音声復号化装置の構成を示している。図８に示す音声復号化装置２００は、上述した音声符号化装置１００に対向するものであり、音声符号化装置１００が出力したデジタル音声符号化情報が与えられる。
【００１１】
図８において、音声復号化装置２００は、逆量子化手段２０１、多重分離手段２０２、有声／無声包絡分離手段２０３、調波発振手段２０４、補間手段２０５、雑音生成手段２０６、周波数変換手段２０７、包絡情報置換手段２０８、波形復元手段２０９及び加算部２１０を有する。
【００１２】
図８において、逆量子化手段２０１は、到来したデジタル音声符号化情報から、逆量子化によって、量子化前の符号化情報を推定する。多重分離手段２０２は、逆量子化された音声符号化情報を、ピッチ情報、有声／無声情報及び包絡情報へと多重分離する。
【００１３】
有声／無声包絡分離手段２０３は、多重分離された有声／無声情報に基づいて、包絡情報を、有声包絡情報と無声包絡情報とに分離する。有声包絡情報は、無声である調波帯域のパワーと位相がゼロとなっており、無声包絡情報は、有声である調波帯域のパワーがゼロとなっている。調波発振手段２０４は、ピッチ情報と有声包絡情報に基づいて、調波成分ごとに有声包括情報に応じた振幅と位相の正弦波信号を生成し、全ての調波成分の正弦波信号を足し合わせて有声音声を合成する。生成される正弦波信号は、振幅と位相が、有声包括情報に応じた振幅と位相を連続するように調整されているものである。
【００１４】
補間手段２０５は、無声包絡情報を、周波数変換手段２０７の周波数分解能に合わせて補間（例えば線形補間）し、無声振幅スペクトルを得る。雑音生成手段２０６は、周知のいずれかの方法で白色雑音を生成し、周波数変換手段２０７は、上述した周波数変換手段１０１と同じパラメータで白色雑音信号を周波数変換し、雑音スペクトルを得る。包絡情報置換手段２０８は、周波数変換手段２０７からの雑音スペクトルに補間手段２０５からの無声振幅スペクトルを乗じて無声スペクトルを算出する。波形復元手段２０９は、周波数変換手段２０７に対応したパラメータで無声スペクトルをＩＦＦＴし、かつ、オーバーラップ加算して無声音声を生成する。
【００１５】
加算部２１０は、調波発振手段２０４からの有声音声と波形復元手段２０９からの無声音声とを加算して復号音声を得て出力する。
【００１６】
以上では、ＭＢＥ符号化方式に従っている音声符号化装置１００及び音声復号化装置２００の構成並びに動作を説明したが、ＡＭＢＥ符号化方式やＩＭＢＥ符号化方式も、音声パラメータの推定や、量子化の精度及び方法は異なるが、原理的には極めて似通っている。いずれのＭＢＥ系の音声符号化方式共に、雑音への耐性が高く、低ビットレートで安定した品質を提供できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】“１５０ＭＨｚ帯アナログ簡易無線局用周波数におけるデジタル方式との周波数共用に関する調査検討報告書”、総務省  北陸総合通信局  調査研究会情報、２０１１年
【非特許文献２】Ｄａｎｉｅｌ  Ｗ．Ｇｒｉｆｆｉｎ  ａｎｄ  Ｊａｅ  Ｓ．Ｌｉｍ，“Ｍｕｌｔｉｂａｎｄ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｖｏｃｏｄｅｒ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，  Ｓｐｅｅｃｈ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３６，ｎｏ．８，ｐｐ．１２２３−１２３５，１９８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、ＭＢＥ系の音声符号化方式は、非特許文献１に報告されている通り、復号音声が「鼻が詰まったような音声」になるという課題を有する（以下、この音質を「鼻詰まり感」と呼ぶ）。
【００１９】
そのため、ＭＢＥ系の音声符号化方式に従いながら、鼻詰まり感が軽減された聴き心地が良い復号音声を得ることができる音声復号化装置及びプログラムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の本発明は、ＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化されているデジタル音声符号化情報を復号する音声復号化装置において、（１）上記デジタル音声符号化情報を復号化して第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声を生成するＭＢＥ系復号手段と、（２）上記第１の復号音声を、上記第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する第２の復号音声に変換するサンプリング変換手段と、（３）上記第１の復号音声又は上記第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、上記第１の復号音声では成分が存在しない周波数帯域に成分が存在し、上記第１の復号音声では成分が存在する周波数帯域に成分が存在しない、上記第２のサンプリング周波数を有する付加音声を生成する非線形成分生成手段と、（４）上記第２の復号音声と上記付加音声を加算する加算手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第２の本発明の音声復号化プログラムは、ＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化されているデジタル音声符号化情報を復号する音声復号化装置を構築するコンピュータを、（１）上記デジタル音声符号化情報を復号化して第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声を生成するＭＢＥ系復号手段と、（２）上記第１の復号音声を、上記第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する第２の復号音声に変換するサンプリング変換手段と、（３）上記第１の復号音声又は上記第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、上記第１の復号音声では成分が存在しない周波数帯域に成分が存在し、上記第１の復号音声では成分が存在する周波数帯域に成分が存在しない、上記第２のサンプリング周波数を有する付加音声を生成する非線形成分生成手段と、（４）上記第２の復号音声と上記付加音声を加算する加算手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られる長所を生かしながら、当該復号音声の鼻詰まり感を聴感的に改善して聴き心地を向上させた音声を聴取者に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る音声復号化装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】第１の実施形態の音声復号化装置における非線形成分生成手段の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【図３】第２の実施形態の音声復号化装置における非線形成分生成手段の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【図４】第３の実施形態の音声復号化装置における非線形成分生成手段の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【図５】第４の実施形態の音声復号化装置における非線形成分生成手段の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【図６】第５の実施形態の音声復号化装置における非線形成分生成手段の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【図７】ＭＢＥ系の音声符号化方式に従っている従来の音声符号化装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】ＭＢＥ系の音声符号化方式に従っている従来の音声復号化装置の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（Ａ）各実施形態によって復号音声の鼻詰まり感を改善できる理由
まず、各実施形態の音声復号化装置の説明に先立ち、各実施形態の音声復号化装置によって、ＭＢＥ系の音声符号化方式に従った復号音声の鼻詰まり感を改善できる理由を説明する。
【００２５】
最初に、鼻詰まり感がどのように生じるかを考察する。
【００２６】
ＭＢＥ系の音声符号化方式における復号動作では、正弦波信号を足し合わせることで有声音を合成している。当該正弦波信号は、デジタル音声符号化情報より得られたピッチ情報と包絡情報に基づいて生成される。ピッチ情報と包絡情報は、フレーム（所定数若しくは所定時間ごとの音声サンプルの塊）ごとに離散的な値となっており、当該正弦波信号の生成のために、そのまま用いられるか、サンプルごとに適当に補間されて用いられる。このように機械的に合成された音声は、人工的な波形となる。すなわち、本来人間が発声する音声のピッチ情報や包絡情報は、サンプルごとに人間の意思とは無関係に不規則で小さな変動が生じるが、機械的に合成された音声には、このような不規則な変動が含まれてない。そのため、聴感上、人工的な音色に感じられる。この人工感が鼻詰まり感として知覚されると考えられる。
【００２７】
次に、各実施形態の音声復号化装置によって、どのように鼻詰まり感が改善できるかを説明する。
【００２８】
各実施形態の音声復号化装置は、（１）デジタル音声符号化情報を復号化して第１のサンプリング周波数でサンプリングされた第１の復号音声を生成するＭＢＥ系復号手段、（２）第１の復号音声を、第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する第２の復号音声に変換するサンプリング周波数変換手段、（３）第１の復号音声又は第２の復号音声に対して非線形な処理を施して、第１の復号音声の成分が存在しない周波数帯域には成分が存在して、第１の復号音声の成分が存在する周波数帯域には成分が存在しないように、第２のサンプリング周波数を有する付加音声を生成する非線形成分生成手段、（４）第２の復号音声と付加音声を加算する加算手段、に該当する構成要素を有していることで共通する。
【００２９】
以下の説明では、便宜上、（イ）サンプリング周波数に関わらず第１の復号音声と第２の復号音声の両者について言及する場合には単に復号音声と総称し、（ロ）第１のサンプリング周波数の半分を第１のナイキスト周波数、（ハ）第２２のサンプリング周波数の半分を第２のナイキスト周波数、（ニ）第１のナイキスト周波数より下の帯域を第１の帯域、（ホ）第２のナイキスト周波数より上の帯域を第２の帯域、（ヘ）第１の復号音声の成分が存在する帯域を復号音声帯域、（ト）復号音声帯域よりも高い周波数の帯域を付加音声帯域と呼ぶ。
【００３０】
鼻詰まり感は、フレームごとの離散的な符号化情報を用いて機械的に有声音を合成することで生じている。従って、当該符号化情報とは複雑な関係を有する成分若しくは無関係な成分を復号音声に追加することで、当該符号化情報を用いた合成の影響を軽減することができ、鼻詰まり感を減少させられると、本件発明者は考えた。
【００３１】
複雑な関係とは、例えば非線形な関係である。非線形な関係を有する成分の例として、付加音声帯域に成分を有するような付加音声を第２の復号音声に加算する方法がある。この方法では、符号化情報と無関係若しくは複雑な関係を有する成分を容易に追加できる。逆に、線形な関係を有する成分として、第１の復号音声の高域を強調した付加音声を挙げることができる。しかし、この付加音声を第１の復号音声に加算する方法では、符号化情報の影響がほぼ完全に残るため、鼻詰まり感を減少させることはできない。
【００３２】
上述したように、第２の復号音声に、付加音声帯域に何らかの成分を有する付加音声を加算することは、鼻詰まり感を減少させるために有効な手段だが、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質を損なうならば、鼻詰まり感を減少させた効果が意味をなさなくする。付加音声を加算しても、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質を損なわないようにするために、付加音声は復号音声帯域には成分を有するべきではない。なぜならば、付加音声は雑音的な音色や歪んだ音色を持ち易いため、復号音声帯域に成分を有する付加音声を生成して第２の復号音声に加算すると、品質が低下するリスクが生じるからである。また、付加音声が有すべき性質は、符号化情報と無関係若しくは非線形な関係であることであり、付加音声の存在する帯域に対しては要求がないため、付加音声帯域が復号音声帯域に成分を有する必要性はない。
【００３３】
以上から明らかなように、非線形成分生成手段が付加音声帯域に成分を持つ付加音声を生成し、第２の復号音声に加算することで、ＭＢＥ系の音声符号化方式の安定した品質を維持しながら鼻詰まり感を軽減することができる。
【００３４】
（Ｂ）第１の実施形態
次に、本発明による音声復号化装置及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の音声復号化装置及びプログラムは、ＭＢＥ系の音声符号化方式に従って復号を行うものであり、後述する他の実施形態も同様である。
【００３５】
（Ｂ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の音声復号化装置の構成を示す機能ブロック図である。ここで、第１の実施形態の音声復号化装置は、ハードウェアで構成することも可能であり、また、ＣＰＵが実行するソフトウェア（音声復号プログラム）とＣＰＵとで実現することも可能であるが、いずれの実現方法を採用した場合であっても、機能的には図１で表すことができる。
【００３６】
対向する音声符号化装置がＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化したデジタル音声符号化情報は、送信手段によって、無線回線又は有線回線に送出される。無線回線又は有線回線から到来したデジタル音声符号化情報の送信信号は、図示しない受信手段によって受信され、得られたデジタル音声符号化情報が第１の実施形態の音声復号化装置１Ａに与えられる。
【００３７】
図１において、第１の実施形態の音声復号化装置１Ａは、ＭＢＥ系復号手段２、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ａ及び加算手段５を有する。
【００３８】
なお、図１において、第１のサンプリング周波数を有する音声（音声信号）の流れを細い方の実線で表し、第２のサンプリング周波数を有する音声（音声信号）の流れを太い方の実線で表している。後述する図２〜図６においても同様である。図１では該当する部分がないが、後述する図５及び図６において、第１のサンプリング周波数を有するパラメータ（声道特性情報など）の流れを細い方の破線で表し、第２のサンプリング周波数を有するパラメータの流れを太い方の破線で表している。
【００３９】
ＭＢＥ系復号手段２は、デジタル音声符号化情報を生成するのに使用した符号化方法に対応した復号化方法を用いてデジタル音声符号化情報を復号化し、得られた第１の復号音声をサンプリング変換手段３及び非線形成分生成手段４に与えるものである。ここでの符号化方法及び復号化方法に係る音声符号化方式は、ＭＢＥ系の音声符号化方式であれば何でも良く、例えば、上述した図７及び図８で装置構成を示したＭＢＥ符号化方式であっても良く、上述したＡＭＢＥ符号化方式（ＡＭＢＥ＋２符号化方式を含む）やＩＭＢＥ符号化方式であっても良い。
【００４０】
サンプリング変換手段３は、第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声を、第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する復号音声に変換し、得られたサンプリング変換後の復号音声（上述した第２の復号音声）を加算手段５に与えるものである。
【００４１】
ＭＢＥ符号化方式は、原理的にはサンプリング周波数の制限を受けないため、第１のサンプリング周波数は任意である。実際上良く用いられている第１のサンプリング周波数は、ＭＢＥ符号化方式、ＡＭＢＥ符号化方式及びＩＭＢＥ符号化方式のいずれでも、８ｋＨｚであるから、以下では、第１のサンプリング周波数が８ｋＨｚである場合で説明する。第２のサンプリング周波数は、第１のサンプリング周波数より高いという条件を除いて任意の周波数を設定できる。実装が簡単なのは第１のサンプリング周波数の２倍の周波数とすることであり、また、音質改善（鼻詰まり感の軽減）の観点でも、２倍のサンプリング周波数まで拡張すれば十分であるから、以下では、第２のサンプリング周波数が１６ｋＨｚである場合で説明する。
【００４２】
非線形成分生成手段４Ａは、第１の復号音声に対して、非線形な処理を施して、付加音声帯域に成分を有する付加音声を生成し、加算手段５へ与えるものである。後述する第２の実施形態〜第５の実施形態における非線形成分生成手段４Ｂ〜４Ｅも、基本的な機能は、第１の実施形態の非線形成分生成手段４Ａと同様である。
【００４３】
加算手段５は、第２の復号音声と付加音声を加算して改善音声を生成して出力するものである。付加音声は、後述するように、復号音声帯域に成分が存在しないように濾波されているので、改善音声は、復号音声帯域には元来の復号音声の成分がそのまま残り、付加音声帯域に新たな成分が追加された音声信号となる。
【００４４】
非線形成分生成手段４Ａが生成する、付加音声帯域に成分を有する付加音声は、必然的に復号音声と非線形な関係を有することから、以下では、非線形成分と呼び、当該非線形成分を生成する方法を非線形成分生成方法と呼ぶこととする。
【００４５】
非線形成分生成方法には種々の方法が存在する。第１〜第５の実施形態の音声復号化装置１Ａ〜１Ｅは、その非線形成分生成手段４Ａ〜４Ｅが採用している非線形成分生成方法が異なっている。
【００４６】
図２は、第１の実施形態の音声復号化装置１Ａにおける非線形成分生成手段４Ａの詳細構成を示す機能ブロック図である。
【００４７】
図２において、非線形成分生成手段４Ａは、サンプル補間部１１、広帯域化部１２及び付加音声帯域濾波部１３を有する。
【００４８】
サンプル補間部１１は、ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、１サンプル置きに新たなサンプルを所定の補間規則で挿入することにより、サンプリング周波数を第１のサンプリング周波数から第２のサンプリング周波数へ（第１の実施形態では８ｋＨｚから１６ｋＨｚへ）と変換し、得られた補間音声を広帯域化部１２に与えるものである。補間規則として、既存のいずれの補間規則を用いても良いが、ゼロを挿入する規則や、挿入する前のサンプルと同じ値を挿入する規則（ゼロ次ホールド法と呼ばれる）が好適である。また、サンプルを補間する前、若しくは、補間した後に、所定の信号処理を行って波形を整形しても良い。また、ゼロを挿入する規則で補間した後に第１のナイキスト周波数以下の成分だけを濾波するエイリアシングフィルタによって補間音声を整形する場合には、第１の復号音声の入力を受けてサンプル補間部１１で処理する代わりに、上述したサンプリング変換手段３をサンプル補間部１１として流用し、サンプリング変換手段３から出力された第２の復号音声を広帯域化部１２に与えるようにしても良い。
【００４９】
広帯域化部１２は、補間音声に所定の非線形処理を施して、付加音声帯域に成分を有する信号を生成し、得られた暫定付加音声を付加帯域濾波部１３に与えるものである。所定の非線形処理としては、既存のいずれかの非線形処理方法を適用することができる。例えば、復号音声の帯域の一部をバンドパスフィルタで濾波してヒルベルト変換を行った信号に正弦波の解析信号を乗じることで付加音声帯域にシフトする方法や、整流処理やべき乗処理による非線形振幅変調の方法を適用することが好適である。また、適用する非線形処理に応じて、当該非線形処理を施す前に、補間音声に対して所望の帯域を濾波するフィルタ処理を行っても良い。例えば、非線形処理が整流処理の場合には、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚを濾波するフィルタを適用することが好ましい。
【００５０】
付加帯域濾波部１３は、暫定付加音声から付加音声帯域を濾波し、得られた付加音声を出力する。濾波する際に用いるフィルタは、復号音声帯域を遮断する特性を有していれば良い。例えば、付加音声帯域を全て濾波するハイパスフィルタを適用しても良く、付加音声帯域の一部を濾波するバンドパスフィルタを適用しても良い。また、付加音声帯域を濾波する前、若しくは、濾波した後に、所望の信号処理を行って波形を整形するようにしても良い。
【００５１】
（Ｂ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の音声復号化装置１Ａの動作を、全体動作、非線形成分生成手段４Ａの動作の順に説明する。
【００５２】
対向する音声符号化装置がＭＢＥ系の音声符号化方式に従って符号化したデジタル音声符号化情報は、無線回線又は有線回線を介して、第１の実施形態の音声復号化装置１Ａを搭載した音声受信装置に与えられ、図示しない受信手段によって受信され、得られたデジタル音声符号化情報が第１の実施形態の音声復号化装置１Ａに与えられる。
【００５３】
このデジタル音声符号化情報は、音声復号化装置１ＡにおけるＭＢＥ系復号手段２によって、デジタル音声符号化情報を生成するのに使用した符号化方法に対応した復号化方法に従って復号され、得られた第１の復号音声をサンプリング変換手段３及び非線形成分生成手段４に与えられる。
【００５４】
第１のサンプリング周波数を有する第１の復号音声は、サンプリング変換手段３によって、第１のサンプリング周波数より高い第２のサンプリング周波数を有する復号音声に変換され、得られたサンプリング変換後の第２の復号音声が加算手段５に与えられる。
【００５５】
ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、非線形成分生成手段４Ａにおいて、非線形な処理が施され、付加音声帯域に成分を有する付加音声が生成されて加算手段５に与えられる。
【００５６】
そして、第２の復号音声と付加音声とが加算手段５によって加算されて改善音声が生成されて、音声復号化装置１Ａの出力として次段に送出される。
【００５７】
次に、音声復号化装置１Ａにおける非線形成分生成手段４Ａの内部での動作を説明する。
【００５８】
ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、サンプル補間部１１によって、１サンプル置きに新たなサンプルを所定の補間規則に従って挿入する補間が実行されることにより、サンプリング周波数が第１のサンプリング周波数から第２のサンプリング周波数へと変換され、得られた補間音声が広帯域化部１２に与えられる。
【００５９】
補間音声に対して、広帯域化部１２によって所定の非線形処理が施され、付加音声帯域に成分を有する信号が生成され、得られた暫定付加音声が付加帯域濾波部１３に与えられる。
【００６０】
付加帯域濾波部１３によって、暫定付加音声から付加音声帯域が濾波され、得られた付加音声が加算手段５に与えられる。
【００６１】
（Ｂ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られるという長所を生かしながら、当該復号音声の鼻詰まり感を聴感的に改善して聴き心地を向上させた音声を聴取者に提供できる。
【００６２】
（Ｃ）第２の実施形態
次に、本発明による音声復号化装置及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６３】
（Ｃ−１）第２の実施形態と第１の実施形態との相違点
第２の実施形態の音声復号化装置及びプログラムは、復号音声の鼻詰まり感を軽減するために、第１の実施形態の音声復号化装置及びプログラムをより適した実施形態に改良したものである。
【００６４】
第１の実施形態と第２の実施形態との差異は、非線形成分生成部が実行する非線形成分生成方法に関してだけである。第１の実施形態では、付加音声帯域の成分を含む音声を生成するために、既存のいずれかの方法を適用できるとしていた。第１の実施形態において、例えば、復号音声の帯域の一部をバンドパスフィルタで濾波してヒルベルト変換を行った信号に正弦波の解析信号を乗じることで付加音声帯域にシフトする方法を適用した場合、復号音声帯域に残っているフレームごとの離散的な符号化情報の影響が付加音声帯域にも反映されてしまい、十分な鼻詰まり感の改善効果が得られないこともあり得る。
【００６５】
そこで、第２の実施形態では、付加音声帯域の成分を含む音声を生成するための方法に、非線形振幅変調を採用する。これにより、付加音声帯域の成分に符号化情報から生成できない特性を持たせ、より鼻詰まり感が改善された音声が得られることが期待できる。
【００６６】
（Ｃ−２）第２の実施形態の構成
第２の実施形態に係る音声復号化装置１Ｂの全体構成も、第１の実施形態の説明で用いた図１の構成とほぼ同様である。音声復号化装置１Ｂは、ＭＢＥ系復号手段２、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ｂ及び加算手段５を有する。
【００６７】
ここで、非線形成分生成手段４Ｂの詳細構成が、第１の実施形態と異なっている。図３は、第２の実施形態における非線形成分生成手段４Ｂの詳細構成を示す機能ブロック図である。
【００６８】
図３において、第２の実施形態における非線形成分生成手段４Ｂは、サンプル補間部２１、広帯域化処理部２２及び付加帯域濾波部２４を有する。サンプル補間部２１及び付加帯域濾波部２４は、第１の実施形態のものと同一であるので、その機能説明は省略する。
【００６９】
広帯域化処理部２２は、非線形振幅変調部２３のみによって構成されている。非線形振幅変調部２３は、サンプル補間部２１から与えられた補間音声に対して所定の非線形関数を用いて振幅変調を行い、得られた暫定付加音声を付加帯域濾波部２４に与えるものである。
【００７０】
ここで、所定の非線形関数には既存の非線形関数のいずれかの関数を用いることができる。例えば、非線形関数として、全波整流（絶対値関数）や半波整流（入力が正なら線形で、負ならゼロとする関数）や２乗関数を適用することが、復号音声帯域の調波構造が付加音声帯域にも生じるために好適である。また、適用する非線形関数に応じて、非線形振幅変調を行う前に、補間音声の所望の帯域を濾波するフィルタリングを行っても良い。例えば、全波整流（絶対値関数）を適用する場合には、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚを濾波するフィルタを適用することが好適である。
【００７１】
（Ｃ−３）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の音声復号化装置１Ｂの動作を説明する。音声復号化装置１Ｂの全体動作は、第１の実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略し、以下では、非線形成分生成手段４Ｂの動作を説明する。
【００７２】
ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、サンプル補間部２１によって、１サンプル置きに新たなサンプルを所定の補間規則に従って挿入する補間が実行されることにより、サンプリング周波数が第１のサンプリング周波数から第２のサンプリング周波数へと変換され、得られた補間音声が広帯域化処理部２２を構成する非線形振幅変調部２３に与えられる。
【００７３】
補間音声に対して、非線形振幅変調部２３によって、所定の非線形関数（全波整流、半波整流、２乗関数など）が適用されて振幅変調が施され、得られた暫定付加音声が付加帯域濾波部２４に与えられる。
【００７４】
付加帯域濾波部２４によって、暫定付加音声から付加音声帯域が濾波され、得られた付加音声が加算手段５に与えられる。
【００７５】
（Ｃ−４）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、付加音声帯域に、フレームごとの離散的な符号化情報では表現できない特性を持たせることで、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られるという長所を生かしながら、復号音声の鼻詰まり感をより聴感的に改善して聴き心地を向上させた音声を聴取者に提供できる。
【００７６】
（Ｄ）第３の実施形態
次に、本発明による音声復号化装置及びプログラムの第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００７７】
（Ｄ−１）第３の実施形態と既述実施形態との相違点
第３の実施形態の音声復号化装置及びプログラムは、復号音声の鼻詰まり感を軽減するために、第２の実施形態とは異なるアプローチで、第１の実施形態の音声復号化装置及びプログラムをより適した実施形態に改良したものである。
【００７８】
第１の実施形態と第３の実施形態との差異は、非線形成分生成部が実行する非線形成分生成方法に関してだけである。第１の実施形態では、付加音声帯域の成分を含む音声を生成するために、復号音声のみを使用していた。第１の実施形態において、例えば、復号音声の帯域の一部をバンドパスフィルタで濾波してヒルベルト変換を行った信号に正弦波の解析信号を乗じることで付加音声帯域にシフトする方法を適用した場合、復号音声帯域に残っているフレームごとの離散的な符号化情報の影響が付加音声帯域にも反映されてしまい、十分な鼻詰まり感の改善効果が得られないこともあり得る。
【００７９】
そこで、第３の実施形態では、付加音声帯域の成分を含む音声を生成するために、雑音信号をも利用する。これにより、付加音声帯域の成分に符号化情報から生成できない不規則性を持たせ、より鼻詰まり感の改善された音声を得ることが期待できる。
【００８０】
（Ｄ−２）第３の実施形態の構成
第３の実施形態に係る音声復号化装置１Ｃの全体構成も、第１の実施形態の説明で用いた図１の構成とほぼ同様である。音声復号化装置１Ｃは、ＭＢＥ系復号手段２、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ｃ及び加算手段５を有する。
【００８１】
ここで、非線形成分生成手段４Ｃの詳細構成が、既述した実施形態と異なっている。図４は、第３の実施形態における非線形成分生成手段４Ｃの詳細構成を示す機能ブロック図である。
【００８２】
図４において、第３の実施形態における非線形成分生成手段４Ｃは、サンプル補間部３１、広帯域化処理部３２及び付加帯域濾波部３３を有する。サンプル補間部３１及び付加帯域濾波部３３は、第１の実施形態のものと同一であるので、その機能説明は省略する。
【００８３】
広帯域化処理部３２は、広帯域化部３４、雑音生成部３５、包絡整形部３６、ゲイン制御部３７及び加算部３８を有する。
【００８４】
広帯域化部３４は、第１の実施形態における広帯域化部１２と同様なものである。すなわち、広帯域化部３４は、サンプル補間部３１から与えられた補間音声に対して所定の非線形処理を施して付加音声帯域に成分を有する信号を生成するものであり、得られた広帯域化信号をゲイン制御部３７に与える。なお、第２の実施形態の広帯域化処理部２２の構成を、第３の実施形態の広帯域化部３４の構成に用いるようにしても良い。
【００８５】
雑音生成部３５は、所定の疑似乱数生成方法を適用して雑音信号を生成し、得られた雑音信号を包絡整形部３６に与れるものである。疑似乱数生成方法として、既存のいずれかの疑似乱数生成方法を適用することができる。雑音成分に関して聴感上周期性が感じられなければ良く、例えば、１６０００サンプル以上の周期を有する疑似乱数であれば十分である。このような疑似乱数を生成する方法として、演算量の少ない線形合同法や線形帰還シフトレジスタを用いる方法が好適である。
【００８６】
包絡整形部３６は、雑音信号にスペクトル包絡を調整する処理を施して、得られた包絡調整雑音信号をゲイン制御部３７に与えるものである。雑音信号が上述した生成方法によって生成される場合には、雑音信号は平坦なスペクトル形状を持つ白色雑音となっている。一方、人間が発声する音声が白色雑音となることはほとんどない。そのため、上述したように生成した雑音信号をそのまま利用すると違和感のある音質になり易い。そこで、例えば、緩いロールオフ特性を持つローパスフィルタ（例えば、０次係数と１次係数が共に０．５であるような１次ＦＩＲフィルタ）を包絡整形部３６として用いることで、包絡調整雑音信号を違和感の少ない音質にすることができる。
【００８７】
ゲイン制御部３７は、広帯域化部３４からの広帯域化信号に第１のゲイン値を乗じて第１の暫定付加音声を生成すると共に、包絡整形部３６からの包絡調整雑音信号に第２のゲイン値を乗じて第２の暫定付加音声を生成し、得られた第１及び第２の暫定付加音声を加算部３８に与えるものである。
【００８８】
ここで、当該第３の実施形態の音声復号化装置１Ｃが出力する改善音声が雑音的にならないようにするために、有声音に対して、第２のゲイン値は第１のゲイン値よりも相対的に小さく設定される。第１及び第２のゲイン値は、互いに影響し合っても良く、それぞれ独立に決定されても良い。また、いずれのゲイン値も、予め定められた所定値を用いても良く、入力された復号音声に応じて動的に変化させるようにしても良い。例えば、有声音らしさＬＶを１次自己相関係数で与えて、第１のゲイン値Ｇ１及び第２のゲイン値Ｇ２をそれぞれ、（１）式、（２）式に従って与えるようにしても良い。なお、有声音の１次自己相関係数は正となるためにＬＶ＞０であり、また、（１）式及び（２）式の構成により、第１のゲイン値Ｇ１が０．５より大きく、第２のゲイン値Ｇ２が０．５より小さくなるので、第２のゲイン値Ｇ２は第１のゲイン値Ｇ１よりも小さくなることが保証されている。
【００８９】
Ｇ１＝（ＬＶ＋１）／２      …（１）
Ｇ２＝１−Ｇ１              …（２）
加算部３８は、第１の暫定付加音声と第２の暫定付加音声を加算し、得られた第３の暫定付加音声を付加帯域濾波手段３３に与えるものである。
【００９０】
（Ｄ−３）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の音声復号化装置１Ｃの動作を説明する。音声復号化装置１Ｃの全体動作は、第１の実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略し、以下では、非線形成分生成手段４Ｃの動作を説明する。
【００９１】
ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、サンプル補間部３１によって、１サンプル置きに新たなサンプルを所定の補間規則に従って挿入する補間が実行されることにより、サンプリング周波数が第１のサンプリング周波数から第２のサンプリング周波数へと変換され、得られた補間音声が広帯域化処理部３２に与えられる。
【００９２】
広帯域化処理部３２における広帯域化部３４において、サンプル補間部３１から与えられた補間音声に対して所定の非線形処理が施されて、付加音声帯域に成分を有する信号が生成され、得られた広帯域化信号がゲイン制御部３７に与えられる。
【００９３】
一方、雑音生成部３５において、所定の疑似乱数生成方法が適用されて雑音信号が生成されて包絡整形部３６に与えられ、包絡整形部３６において、この雑音信号にスペクトル包絡を調整する処理が施され、得られた包絡調整雑音信号がゲイン制御部３７に与えられる。
【００９４】
そして、ゲイン制御部３７において、広帯域化部３４からの広帯域化信号に第１のゲイン値が乗算されて第１の暫定付加音声が生成され、また、包絡整形部３６からの包絡調整雑音信号に第２のゲイン値が乗算されて第２の暫定付加音声が生成され、これら第１及び第２の暫定付加音声が加算部３８において加算され、得られた第３の暫定付加音声が付加帯域濾波手段３３に与えられる。
【００９５】
（Ｄ−４）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、付加音声帯域にフレームごとの離散的な符号化情報では表現できない不規則性を持たせることで、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られるという長所を生かしながら、復号音声の鼻詰まり感をより聴感的に改善して聴き心地を向上させた音声を利用者に提供できる。
【００９６】
（Ｅ）第４の実施形態
次に、本発明による音声復号化装置及びプログラムの第４の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００９７】
（Ｅ−１）第４の実施形態と既述実施形態との相違点
第１の実施形態と第４の実施形態との差異は、非線形成分生成部が実行する非線形成分生成方法に関してだけである。第１の実施形態は、上述したように、復号音声に非線形な処理を施すことによって非線形成分を生成していた。当該第４の実施形態では、線形予測分析によって、復号音声から音源信号と声道特性を推定し、音源信号に非線形な処理を施すことによって生成した付加音声帯域を含む音源信号と、第２のサンプリング周波数に対するパラメータへと変換された声道特性とを用いて音声合成を行うことによって、非線形成分を生成する。
【００９８】
声道特性の変換を、現実の第１のサンプリング周波数と第２のサンプリング周波数の音声を用いて事前に学習しておくことにより、より自然な改善音声を得られることが期待できる。
【００９９】
（Ｅ−２）第４の実施形態の構成
第４の実施形態に係る音声復号化装置１Ｄの全体構成も、第１の実施形態の説明で用いた図１の構成とほぼ同様である。音声復号化装置１Ｄは、ＭＢＥ系復号手段２、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ｄ及び加算手段５を有する。
【０１００】
ここで、非線形成分生成手段４Ｄの詳細構成が、既述した実施形態と異なっている。図５は、第４の実施形態における非線形成分生成手段４Ｄの詳細構成を示す機能ブロック図である。
【０１０１】
図５において、第４の実施形態における非線形成分生成手段４Ｄは、線形予測分析部４１、サンプル補間部４２、広帯域化部４３、声道特性写像部４４、音声合成部４５及び付加帯域濾波部４６を有する。
【０１０２】
線形予測分析部４１は、第１の復号音声に対して線形予測分析を行い、得られた残差信号を音源信号としてサンプル補間部４２に与え、線形予測係数又は偏自己相関係数を声道特性として声道特性写像部４４に与えるものである。一般に、線形予測分析を行う前には、プリエンファシスと呼ばれる高域強調フィルタ（簡単には、０次係数及び１次係数がそれぞれ１及び−０．９７の１次ＦＩＲフィルタを用いることが多い）を掛ける処理を行うのが良いとされており、従って、当該線形予測分析部４１の前処理としてプリエンファシスを行うことが好ましい。なお、プリエンファシスを行なう前、若しくは、プリエンファシスを行なった後で、所定の信号処理を行って波形を整形するようにしても良い。
【０１０３】
サンプル補間部４２及び広帯域化部４３は、入力が第１の復号音声か線形予測分析によって得られた音源信号かという違いはあるが、第１の実施形態におけるサンプル補間部１１及び広帯域化部１２と同一である。なお、広帯域化部４３として、第２の実施形態における広帯域化処理部２２や第３の実施形態における広帯域化処理部３２と同一のものを適用するようにしても良い。広帯域化部４３は、得られた広帯域音源信号を音声合成部４５に与える。
【０１０４】
声道特性写像部４４は、所定の写像方法を用いて、与えられた第１のサンプリング周波数の声道特性を第２のサンプリング周波数の声道特性へと写像し、得られた広帯域声道特性を音声合成部４５に与えるものである。この写像方法として、コードブックマッピング法や、任意の線形若しくは非線形な写像方法を適用することができる。声道特性の変換に供するコードブックや、線形若しくは非線形な写像関数は、現実の第１のサンプリング周波数と第２のサンプリング周波数の音声を用いて事前に学習されたものである。この写像方法の入出力情報として、例えば、線形予測係数や偏自己相関係数以外の所定のパラメータ（例えば、自己相関関数など）を用いる場合には、声道特性写像部４４の前処理として、線形予測分析部４１から得られた声道特性を所定のパラメータヘ変換し、後処理として、写像後のパラメータを音声合成部４５が入力できる形式に変換するようにしても良い。また、声道特性写像部４４の前処理及び後処理として、声道特性若しくは広帯域声道特性に適当な補正を施すようにしても良い。
【０１０５】
音声合成部４５は、広帯域音源信号と広帯域声道特性に基づいて音声合成を行い、得られた暫定付加音声を付加帯域濾波部４６に与えるものである。
【０１０６】
付加帯域濾波部４６は、第１の実施形態における付加帯域濾波部１３と同一であり、得られた付加音声を加算手段５に出力する。
【０１０７】
（Ｅ−３）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態の音声復号化装置１Ｄの動作を説明する。音声復号化装置１Ｄの全体動作は、第１の実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略し、以下では、非線形成分生成手段４Ｄの動作を説明する。
【０１０８】
ＭＢＥ系復号手段２から出力された第１の復号音声に対して、線形予測分析部４１において、線形予測分析が実行され、得られた残差信号が音源信号としてサンプル補間部４２に与えられると共に、得られた線形予測係数又は偏自己相関係数が声道特性として声道特性写像部４４に与えられる。
【０１０９】
音源信号に対して、サンプル補間部４２によって、１サンプル置きに新たなサンプルを所定の補間規則に従って挿入する補間が実行されることにより、サンプリング周波数が第１のサンプリング周波数から第２のサンプリング周波数へと変換され、補間音源信号に対して、広帯域化部４３によって所定の非線形処理が施され、付加音声帯域に成分を有する広帯域音源信号が生成されて音声合成部４５に与えられる。
【０１１０】
一方、線形予測分析部４１から出力された第１のサンプリング周波数を有する声道特性は、声道特性写像部４４によって、第２のサンプリング周波数を有する声道特性へと写像され、得られた広帯域声道特性が音声合成部４５に与えられる。
【０１１１】
そして、音声合成部４５において、広帯域音源信号と広帯域声道特性に基づいて、音声合成が実行され、得られた暫定付加音声を付加帯域濾波部４６に与えられ、付加帯域濾波部１３によって、暫定付加音声から付加音声帯域が濾波され、得られた付加音声が加算手段５に与えられる。
【０１１２】
（Ｅ−３）第４の実施形態の効果
第４の実施形態によれば、第１及び第２のサンプリング周波数の現実の音声に基づいて学習した写像方法を適用して音源信号を広帯域化し、最終的な復号音声に反映させるようにしたので、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られるという長所を生かしながら、当該復号音声の鼻詰まり感を聴感的に改善して聴き心地を向上させた自然な音声を聴取者に提供できる。
【０１１３】
（Ｆ）第５の実施形態
次に、本発明による音声復号化装置及びプログラムの第５の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０１１４】
（Ｆ−１）第５の実施形態と第４の実施形態との相違点
第５の実施形態の音声復号化装置及びプログラムは、復号音声の鼻詰まり感を一段と軽減するために、第４の実施形態の音声復号化装置及びプログラムをより適した実施形態に改良したものである。
【０１１５】
第４の実施形態と第５の実施形態との差異は、非線形成分生成部が実行する非線形成分生成方法に関してだけである。第４の実施形態では、広帯域化された声道特性をそのまま音声合成に適用した。しかし、広帯域化される前の声道特性はフレームごとの離散的な符号化情報の影響を受けており、その影響は広帯域化された声道特性にも残ってしまい、それによって符号化情報の影響が付加音声帯域にも反映されてしまい、十分な鼻詰まり感の改善効果が得られないことも生じる。
【０１１６】
そこで、当該第５の実施形態では、広帯域化された声道特性を、疑似乱数を用いて擾乱させる。これにより、付加音声帯域の成分に符号化情報から生成できない不規則性を持たせ、鼻詰まり感がより改善された音声を得ることが期待できる。
【０１１７】
（Ｆ−１）第５の実施形態の構成及び動作
第５の実施形態に係る音声復号化装置１Ｅの全体構成も、第１や第４の実施形態の説明で用いた図１の構成とほぼ同様である。音声復号化装置１Ｅは、ＭＢＥ系復号手段２、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ｅ及び加算手段５を有する。
【０１１８】
ここで、非線形成分生成手段４Ｅの詳細構成が、既述した実施形態と異なっている。図６は、第５の実施形態における非線形成分生成手段４Ｅの詳細構成を示す機能ブロック図であり、第４の実施形態に係る図５との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【０１１９】
図６において、第５の実施形態における非線形成分生成手段４Ｅは、線形予測分析部４１、サンプル補間部４２、広帯域化部４３、声道特性写像部４４、音声合成部４５及び付加帯域濾波部４６に加え、声道特性擾乱部４７を有する。声道特性擾乱部４７以外の各部の機能は、第４の実施形態の対応部分の機能と同一であり、その説明は省略する。
【０１２０】
声道特性擾乱部４７は、声道特性写像部４４から音声合成部４５へ至る経路上に介挿されている。声道特性擾乱部４７は、所定の疑似乱数生成方法を用いて得られた乱数系列を用いて広帯域声道特性を擾乱し、得られた擾乱広帯域声道特性を音声合成部４５に与えるものである。疑似乱数生成方法は限定されず、既存のいずれかの方法を適用しても良い。例えば、疑似乱数生成方法として、線形合同法や線形帰還シフトレジスタを利用した方法を用いることができる。擾乱する度合いは小さい方が良く、その変化量は、例えば、広帯域声道特性の各要素の標準偏差の１０％未満とすることが好ましい。なぜならば、擾乱する度合いが大きすぎると、新たな雑音が生じたり、声道特性から得られる音声合成出力が不安定となったりするためである。また、生成した乱数系列を任意の軸方向に平滑化して用いるようにても良い。例えば、（３）式で定義されるリーク積分によって時間方向に平滑化する方法を適用することは好ましい。（３）式において、添え字ｋは乱数系列及び平滑化乱数系列の要素番号、添え字のｎは時間フレーム番号、Ｒｋ、ｎは乱数系列、Ｒ’ｋ、ｎは平滑化乱数系列、ａは予め定められた０〜１の係数であり、例えば０．５が好適値である。
【０１２１】
Ｒ’ｋ、ｎ＝ａ・Ｒ’ｋ、ｎ−１＋（１−ａ）・Ｒｋ、ｎ      …（３）
第５の実施形態における非線形成分生成手段４Ｅにおいては、声道特性擾乱部４７が設けられたことにより、声道特性写像部４４から出力された広帯域声道特性は、声道特性擾乱部４７によって擾乱され、得られた擾乱広帯域声道特性が音声合成部４５に与えられ、広帯域化処理部４３からの広帯域声道特性と共に、音声合成部４５における音声合成に利用される。
【０１２２】
（Ｆ−３）第５の実施形態の効果
第５の実施形態によれば、付加音声帯域に、フレームごとの離散的な符号化情報では表現できない不規則性を持たせることで、ＭＢＥ系の音声符号化方式の復号音声の安定した品質が得られるという長所を生かしながら、復号音声の鼻詰まり感をより聴感的に改善して聴き心地を向上させた音声を聴取者に提供できる。
【０１２３】
（Ｇ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても種々の変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【０１２４】
上記各実施形態では、ＭＢＥ系復号手段からの第１の復号音声の品質を改善する方法が１種類のものを示したが、複数の改善方法に対応できる構成とし、利用者が改善方法を選択できるようにしても良い。
【０１２５】
また、複数の改善方法からの選択ではなく、改善方法を適用するか否かを利用者が選択できるようにしても良い。この選択を利用者ではなく、自動的に行なうようにしても良い。例えば、第１の復号音声について、パワー、各次数のＬＰＣ係数の平均値等の特性値を算出し、算出した特性値と閾値との比較により、上記各実施形態で説明した第１の復号音声に対する改善方法を適用するか否かを定めるようにしても良い。
【０１２６】
上記各実施形態では、復号された有声音及び無声音が合成（加算）された第１の復号音声の段階で、品質の改善処理を行なうものを示したが、合成前の有声音及び無声音の段階（図８参照）で品質の改善処理を行なうようにしても良い。この場合において、復号された有声音に対する品質改善方法と、復号された無声音に対する品質改善方法とが異なっていても良く、また、上述のような品質改善方法の種類、若しくは、適用有無を選択できるようにしても良い。例えば、有声音に対する品質改善方法は常時実行する一方、無声音に対する品質改善方法のオンオフを利用者が選択できるようにしても良い。特許請求の範囲の表現は、文言上は、このような有声音と無声音とに分かれている状態での品質改善は含まれていないが、特許請求の範囲の表現には、このような有声音と無声音とに分かれている状態での品質改善が含まれているものとする。
【０１２７】
上記各実施形態では、音声を復号化する場合を示したが、音響を適用可能なＭＢＥ系符号化方式の場合であれば、音響の復号化に本発明の技術思想を適用することができる。特許請求の範囲における「音声」の用語には、このような場合の「音響」も含まれているものとする。
【０１２８】
上記各実施形態の説明では言及しなかったが、音声復号化装置を構成する要素の装置やチップへの実装方法は任意である。例えば、ＭＢＥ系復号手段２がＩＣチップで実現され、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ａ〜４Ｅ及び加算手段５が、ＣＰＵが実行するソフトウェアとして構成されていても良い。また、サンプリング変換手段３、非線形成分生成手段４Ａ〜４Ｅ及び加算手段５がＩＣチップ化され、ＭＢＥ系復号手段２と別個に市販されるものであっても良い。
【符号の説明】
【０１２９】
１Ａ〜１Ｅ…音声復号化装置、２…ＭＢＥ系復号手段、３…サンプリング変換手段、４Ａ〜４Ｅ…非線形成分生成手段、５…加算手段。
【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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