(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、
所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出部と、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、
を含むサンプル列変形装置。
【請求項２】
復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、
所定時間区間ごとに、上記重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、
を含むサンプル列変形装置。
【請求項３】
入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための上記重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、
所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出部と、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、
を含むサンプル列変形装置。
【請求項４】
復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、
所定時間区間ごとに、上記時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、
を含むサンプル列変形装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のサンプル列変形装置であって、
上記複数サンプルによる周波数区間は、低周波数に対応する周波数区間であるほど含まれるサンプル数が少なく、高周波数に対応する周波数区間であるほど含まれるサンプル数が多くなるように設定される、
サンプル列変形装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のサンプル列変形装置であって、
上記複数サンプルによる区間ごとに上記代表値を算出することと、上記算出した代表値の関数値に応じた重みと上記サンプル列の各サンプルとを乗算することを、所定の回数繰り返し実行するものである、
サンプル列変形装置。
【請求項７】
請求項１または３に記載のサンプル列変形装置であって、
上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る量子化幅算出部と、
上記所定時間区間ごとに、上記圧伸関数として、
上記量子化幅が小さいほど、上記入力音響信号と上記重み付音響信号、または、上記入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と上記重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、
または／および、
上記量子化幅が大きいほど、上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、
圧伸関数を選択する圧伸関数選択部と、
を更に含むサンプル列変形装置。
【請求項８】
請求項１または３に記載のサンプル列変形装置と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化装置と、を含む信号符号化装置であって、
上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得て、
得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記符号化対象信号として上記符号化装置で符号化し、
それ以外の時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記サンプル列変形装置に入力し、上記サンプル列変形装置が得た上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列を上記符号化対象信号として上記符号化装置で符号化する
信号符号化装置。
【請求項９】
請求項２または４に記載のサンプル列変形装置と、信号符号を復号して復号信号を得る復号装置と、を含む信号復号装置であって、
上記所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を得て、
得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記信号符号を上記復号装置で復号して得た信号を上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、
それ以外の時間区間については、上記復号装置が得た信号を上記サンプル列変形装置に入力して上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る
信号復号装置。
【請求項１０】
入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形方法であって、
所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出ステップと、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸ステップと、
を含むサンプル列変形方法。
【請求項１１】
復号により得た重み付周波数領域信号、または、復号により得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形方法であって、
所定時間区間ごとに、上記重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出ステップと、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、上記復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸ステップと、
を含むサンプル列変形方法。
【請求項１２】
入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化方法に入力するための上記重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形方法であって、
所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出ステップと、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸ステップと、
を含むサンプル列変形方法。
【請求項１３】
復号により得た時間領域の重み付音響信号、または、復号により得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形方法であって、
所定時間区間ごとに、上記時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出ステップと、
上記所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による上記代表値の関数値に応じた重みと、上記重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、上記復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸ステップと、
を含むサンプル列変形方法。
【請求項１４】
請求項１０または１２に記載のサンプル列変形方法であって、
上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る量子化幅算出ステップと、
上記所定時間区間ごとに、上記圧伸関数として、
上記量子化幅が小さいほど、上記入力音響信号と上記重み付音響信号、または、上記入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と上記重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、
または／および、
上記量子化幅が大きいほど、上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、
圧伸関数を選択する圧伸関数選択ステップと、
を更に含むサンプル列変形方法。
【請求項１５】
請求項１０または１２に記載のサンプル列変形方法と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化方法と、を含む信号符号化方法であって、
上記所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得て、
得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記符号化対象信号として上記符号化方法で符号化し、
それ以外の時間区間については、上記入力音響信号または上記入力音響信号に対応する周波数領域信号を上記サンプル列変形方法に入力し、上記サンプル列変形方法で得た上記重み付音響信号または上記重み付周波数領域信号のサンプル列を上記符号化対象信号として上記符号化方法で符号化する
信号符号化方法。
【請求項１６】
請求項１１または１３に記載のサンプル列変形方法と、信号符号を復号して復号信号を得る復号方法と、を含む信号復号方法であって、
上記所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を得て、
得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、上記信号符号を上記復号方法で復号して得た信号を上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、
それ以外の時間区間については、上記復号方法で得た信号を上記サンプル列変形方法に入力して上記復号音響信号または上記復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る
信号復号方法。
【請求項１７】
請求項１から７のいずれかに記載のサンプル列変形装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１８】
請求項８に記載の信号符号化装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１９】
請求項９に記載の信号復号装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音信号の符号化技術などの信号処理技術において、音信号に由来するサンプル列を、その近傍のサンプル値を基に圧縮または伸長したサンプル列に変形する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、不可逆圧縮符号化においては、図１に示すように、量子化部１７が入力信号を量子化した後、可逆符号化部１８が量子化信号に基づいてエントロピー符号化等の可逆符号化により符号を与え、多重化部１９が量子化信号に対応する符号と量子化幅に対応する符号とを合わせて出力する。復号時には、図２に示すように、多重分離部２１が信号符号と量子化幅に対応する符号とを取り出し、可逆復号部２２が信号符号を可逆復号した後、逆量子化部２３が復号された量子化信号を逆量子化して元の信号を得る。【０００３】
特に、音声や音楽などの音信号の不可逆圧縮符号化においては、図３に示すように、図１の量子化処理の前に分析部１５による信号の分析とフィルタ部１６によるフィルタリング処理とを加え、信号に合わせて聴覚特性に適った重みを付与することにより、量子化で生じる誤差を聴覚的に小さくする手法が知られている（非特許文献１参照）。この従来手法では、量子化信号に対応する符号と量子化に用いた量子化幅に対応する符号とに加え、フィルタリングに用いたフィルタ係数に対応する符号も補助情報として復号装置に送り、復号装置は、図４に示すように、図２の逆量子化処理の後処理として、逆フィルタ部２４が復号された重み付信号を逆フィルタにかけることで元の信号を得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Gerald D. T. Schuller, Bin Yu, Dawei Huang, and Bernd Edler, “Perceptual Audio Coding Using Adaptive Pre-and Post-Filters and Lossless Compression,” IEEE TRANSACTIONS ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING, VOL. 10, NO. 6, SEPTEMBER 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載された従来技術では、図１〜２に示すような単純な不可逆圧縮符号化に比べてフィルタ係数の分だけ必要な情報量が増加してしまう。しかしながら、聴覚的な重み付けは大きく以下の２つの性質を満たしてさえいればよく、厳密な情報が不要なことが多い。１．フレーム内において、信号の値または信号の周波数スペクトルの値が、大きいものには相対的に小さな重みをかけ、小さなものには相対的に大きな重みをかける。２．フレーム内において、信号または信号の周波数スペクトルのピーク近傍には、ピークと同じように相対的に小さな重みをかける。【０００６】
この発明は、上記２つの性質を併せ持ち、かつ、後処理のための補助情報が不要な前処理および後処理でサンプル列を変形することにより、音信号の符号化処理および復号処理の聴覚品質を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明の第一の態様のサンプル列変形装置は、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、重み付周波数領域信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、を含む。【０００８】
この発明の第二の態様のサンプル列変形装置は、復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、を含む。【０００９】
この発明の第三の態様のサンプル列変形装置は、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、重み付音響信号のサンプル列として得る信号圧伸部と、を含む。【００１０】
この発明の第四の態様のサンプル列変形装置は、復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、所定時間区間ごとに、時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する圧伸代表値算出部と、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、復号音響信号のサンプル列として得る信号逆圧伸部と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、聴覚的な重み付けに必要とされる２つの性質を併せ持ち、かつ、後処理のための補助情報が不要な前処理および後処理でサンプル列を変形することにより、音信号の符号化処理および復号処理の聴覚品質を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、従来の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図２】図２は、従来の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図３】図３は、従来の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図４】図４は、従来の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図５】図５は、第一実施形態および第二実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図６】図６は、第一実施形態および第二実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図７】図７は、第一実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。
【図８】図８は、第一実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。
【図９】図９は、第一実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図１０】図１０は、第一実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図１１】図１１は、実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。
【図１２】図１２は、準瞬時圧伸前の音響信号を例示する図である。
【図１３】図１３は、準瞬時圧伸前のサンプル区間を例示する図である。
【図１４】図１４は、準瞬時圧伸後のサンプル区間を例示する図である。
【図１５】図１５は、準瞬時圧伸後の重み付信号を例示する図である。
【図１６】図１６は、実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。
【図１７】図１７は、準瞬時逆圧伸前の復号重み付信号を例示する図である。
【図１８】図１８は、準瞬時逆圧伸前のサンプル区間を例示する図である。
【図１９】図１９は、準瞬時逆圧伸後のサンプル区間を例示する図である。
【図２０】図２０は、準瞬時逆圧伸後の出力信号を例示する図である。
【図２１】図２１は、第二実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。
【図２２】図２２は、第二実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。
【図２３】図２３は、第二実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図２４】図２４は、第二実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図２５】図２５は、第三実施形態および第四実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図２６】図２６は、第三実施形態および第四実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図２７】図２７は、第三実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。
【図２８】図２８は、第三実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。
【図２９】図２９は、第四実施形態の信号前処理部の機能構成を例示する図である。
【図３０】図３０は、第四実施形態の信号後処理部の機能構成を例示する図である。
【図３１】図３１は、第五実施形態による準瞬時圧伸前後の周波数スペクトルを例示する図である。
【図３２】図３２は、第六実施形態の準瞬時圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図３３】図３３は、第六実施形態の準瞬時逆圧伸部の機能構成を例示する図である。
【図３４】図３４は、第六実施形態による準瞬時圧伸前後の周波数スペクトルを例示する図である。
【図３５】図３５は、第七実施形態のサンプル列変形装置の機能構成を例示する図である。
【図３６】図３６は、第七実施形態のサンプル列変形装置の機能構成を例示する図である。
【図３７】図３７は、第八実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図３８】図３８は、第八実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図３９】図３９は、第八実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。
【図４０】図４０は、第八実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。
【図４１】図４１は、第九実施形態の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図４２】図４２は、第九実施形態の符号化方法の処理手続きを例示する図である。
【図４３】図４３は、第九実施形態の変形例の符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図４４】図４４は、第九実施形態の変形例の符号化方法の処理手続きを例示する図である。
【図４５】図４５は、第九実施形態の復号装置の機能構成を例示する図である。
【図４６】図４６は、第九実施形態の復号方法の処理手続きを例示する図である。
【図４７】図４７は、第十実施形態の信号符号化装置の機能構成を例示する図である。
【図４８】図４８は、第十実施形態の信号復号装置の機能構成を例示する図である。
【図４９】図４９は、聴覚品質が向上する仕組みを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面中において同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【００１４】
文中で使用する記号「~」「^」「−」等は、本来直後の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直前に記載する。数式中においてはこれらの記号は本来の位置、すなわち文字の真上に記述している。
【００１５】
＜第一実施形態＞
この発明の第一実施形態は、符号化装置１および復号装置２からなる。符号化装置１は、フレーム単位で入力された音声や音楽などの音信号（音響信号）を符号化して符号を得て、出力する。符号化装置１が出力する符号は復号装置２へ入力される。復号装置２は入力された符号を復号してフレーム単位の音響信号を出力する。
【００１６】
第一実施形態の符号化装置１は、図５に示すように、信号前処理部１０、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、図１に示した従来の符号化装置９１に対して信号前処理部１０を追加したものである。第一実施形態の復号装置２は、図６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２５を含む。つまり、図２に示した従来の復号装置９２に対して信号後処理部２５を追加したものである。
【００１７】
符号化装置１および復号装置２は、例えば、中央演算処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ）、主記憶装置（Random Access Memory、ＲＡＭ）などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。符号化装置１および復号装置２は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。符号化装置１および復号装置２に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて読み出されて他の処理に利用される。また、符号化装置１および復号装置２の各処理部の少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。
【００１８】
符号化装置１の信号前処理部１０および復号装置２の信号後処理部２５は、「準瞬時圧伸」の処理を行う。準瞬時圧伸とは、所定区間内のサンプル値をひとまとめにし、その代表値に応じてそれらのサンプル値を圧縮あるいは伸長する変換のことを言う。信号前処理部１０は、図７に示すように、準瞬時圧伸部１００を含む。信号後処理部２５は、図８に示すように、準瞬時逆圧伸部２５０を含む。準瞬時圧伸部１００は、図９に示すように、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０を含む。準瞬時逆圧伸部２５０は、図１０に示すように、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０を含む。
【００１９】
符号化装置１は、前処理として補助情報が不要な準瞬時圧伸を用いて入力信号を適応的に重み付けして重み付信号を得て、その重み付信号に対して従来技術と同様の量子化および可逆符号化を行う。復号装置２は、符号を入力として従来技術と同様の可逆復号および逆量子化を行い、後処理として補助情報の不要な準瞬時圧伸を用いて符号化装置１の準瞬時圧伸とは逆の重み付けを重み付信号に施す。第一実施形態の符号化装置１および復号装置２は、これらの処理により、量子化歪みを聴覚的に低減することが可能となる。
【００２０】
≪符号化装置１≫
図１１を参照して、第一実施形態の符号化装置１が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
【００２１】
ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、kはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置１へ入力される。符号化装置１へ入力された音響信号Xkは信号前処理部１０へ入力される。
【００２２】
［信号前処理部１０］
信号前処理部１０は、フレーム毎に、符号化装置１へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時圧伸部１００での処理を行い、重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
【００２３】
［準瞬時圧伸部１００］
準瞬時圧伸部１００は、フレーム毎に、符号化装置１へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０での処理を行い、重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
【００２４】
［代表値算出部１１０］
ステップＳ１２において、代表値算出部１１０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１００に入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、所定のM（≦N）サンプルによる区間毎に代表値−Xm（m=1, …, N/M）を算出し、信号圧伸部１２０へ出力する。代表値−Xmとしては、復号装置２でも推定可能な特徴量を用いる。
【００２５】
例えば、絶対値平均
【００２６】
【数１】
0006712643.tif 000002
【００２７】
または、二乗平均の平方根
【００２８】
【数２】
0006712643.tif 000003
【００２９】
または、p乗平均のp乗根（p>0）
【００３０】
【数３】
0006712643.tif 000004
【００３１】
または、絶対値の最大値
【００３２】
【数４】
0006712643.tif 000005
【００３３】
または、絶対値の最小値
【００３４】
【数５】
0006712643.tif 000006
【００３５】
などのうちの予め定めた１つの特徴量を、代表値として算出し、出力する。
【００３６】
演算量を削減するために、代表値の算出は、Mサンプルによる区間内の一部のM'（<M）サンプルを用いて、例えば以下のように行ってもよい。
【００３７】
【数６】
0006712643.tif 000007
【００３８】
ただし、M'は代表値算出に用いるサンプル数、Gmは予め決めた代表値算出に用いるサンプルの番号である。
【００３９】
［信号圧伸部１２０］
ステップＳ１３において、信号圧伸部１２０は、フレーム毎に、代表値算出部１１０が出力した代表値−Xm（m=1, …, N/M）と、準瞬時圧伸部１００から入力されたフレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を生成し、量子化部１７へ出力する。
【００４０】
まず、予め定めた圧伸関数f(x)を用いて代表値−Xmを変換する。圧伸関数f(x)は逆関数f-1(y)を定義することが可能な任意の関数である。圧伸関数f(x)としては、例えば、次に示すような一般化対数関数などを使用することができる。
【００４１】
【数７】
0006712643.tif 000008
【００４２】
ただし、γおよびμは所定の正数とする。
【００４３】
次に、圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(−Xm)および元の代表値−Xmを用い、Mサンプルによる区間毎に音響信号のサンプル値Xkを、以下のように重み付信号Ykに変形する。
【００４４】
【数８】
0006712643.tif 000009
【００４５】
ここでは、最初に圧伸関数f(x)を用いて代表値−Xmを変換し、その関数値に応じた重みf(−Xm)/−Xmとサンプル値Xkとを乗算することで重み付信号Ykに変形するといった、二段階の演算を行う例を示した。しかしながら、この発明はこのような計算方法に限定されるものではなく、重み付信号Ykを得られる演算であればどのような計算方法を行ってもよい。例えば式（９）の演算を一段階で行うような計算を行ってもよい。
【００４６】
逆関数を定義することが可能な圧伸関数は、式（７）のように単独のサンプル値に対する演算には限定されず、例えば、複数サンプルを引数として各サンプルに対する演算結果を出力する関数であってもよいし、逆関数を定義できる関数に対して逆演算が可能な演算をさらに行う演算を含んで圧伸関数として定義してもよい。例えば、式（９）における
【００４７】
【数９】
0006712643.tif 000010
【００４８】
を圧伸関数と捉えてもよいし、また例えば、式（９）における
【００４９】
【数１０】
0006712643.tif 000011
【００５０】
を圧伸関数と捉えてもよい。
【００５１】
準瞬時圧伸は、区間ごとにみると代表値のみに依存する単純な定数倍で表現されている。これにより、代表値算出部１１０の説明で挙げたような特徴量を用いている限り、復号装置２でも重み付信号Ykから代表値−Xmを推定することができ、補助情報無しで逆圧伸を行うことが可能である。
【００５２】
［量子化部１７］
ステップＳ１４において、量子化部１７は、信号前処理部１０が出力したフレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように重み付信号Ykをスカラー量子化し、量子化信号を出力する。量子化部１７は、例えば、従来技術と同様に、重み付信号Ykを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化部１７は、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へそれぞれ出力する。量子化幅は、例えば所定のものを使用してもよいし、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというようにして探索してもよい。量子化部１７は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【００５３】
［可逆符号化部１８］
ステップＳ１５において、可逆符号化部１８は、量子化部１７が出力した量子化信号を受け取り、可逆符号化により量子化信号に対応する符号を割り当て、信号符号を出力する。可逆符号化部１８は、信号符号を多重化部１９へ出力する。可逆符号化は、例えば一般的なエントロピー符号化を用いてもよいし、MPEG-ALS（参考文献１参照）やG.711.0（参考文献２参照）のような既存の可逆符号化方式を用いてもよい。可逆符号化部１８は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
〔参考文献１〕T. Liebechen, T. Moriya, N. Harada, Y. Kamamoto, and Y. A. Reznik, “The MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) standard - technology and applications,” in Proc. AES 119th Convention, Paper #6589, Oct., 2005.
〔参考文献２〕ITU-T G.711.0, “Lossless compression of G.711 pulse code modulation,” 2009.
【００５４】
［多重化部１９］
ステップＳ１６において、多重化部１９は、量子化部１７が出力した量子化幅と、可逆符号化部１８が出力した信号符号とを受け取り、量子化幅に対応する符号である量子化幅符号と信号符号とを合わせて出力符号として出力する。量子化幅符号は、量子化幅の値を符号化することにより得る。量子化幅の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。多重化部１９は、信号前処理部１０と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部１０と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【００５５】
図１２〜１５に、第一実施形態の符号化方法の前処理により、入力された音響信号が変形される過程の具体例を示す。図１２は時間領域の音響信号Xkの信号波形である。横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。図１２の例では、0秒から2秒までの音響信号Xkを示している。図１３は代表値を算出するために図１２中の点線で区切られた位置で切り出したMサンプルによる区間の音響信号の信号波形である。図１３に示した1.28秒〜1.36秒の区間に含まれるMサンプルから代表値を算出する。図１４は圧伸関数による代表値の関数値に応じて重み付けした後のMサンプルによる区間の重み付信号の信号波形である。図１３と比較して、波形の形状は変わらずに振幅の値が変換されていることがわかる。図１５は最終的に信号前処理部から出力される重み付信号Ykの信号波形である。図１２と比較して、全体として圧伸されていることがわかる。
【００５６】
≪復号装置２≫
図１６を参照して、第一実施形態の復号装置２が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
【００５７】
［多重分離部２１］
ステップＳ２１において、多重分離部２１は、復号装置２へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３へそれぞれ出力する。量子化幅符号に対応する量子化幅は、量子化幅符号を復号することにより得る。量子化幅符号を復号する方法としては、量子化幅を符号化した周知の符号化方法に対応する復号方法を用いればよい。信号後処理部２５は以下で説明する通りサンプル数Nのフレーム毎に動作するが、多重分離部２１は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【００５８】
［可逆復号部２２］
ステップＳ２２において、可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する信号を復号量子化信号として逆量子化部２３へ出力する。可逆復号部２２は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【００５９】
［逆量子化部２３］
ステップＳ２３において、逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化信号と、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化信号の各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号をサンプル数Nのフレーム毎の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２５へ出力する。逆量子化部２３は、信号後処理部２５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号後処理部２５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【００６０】
［信号後処理部２５］
信号後処理部２５は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時逆圧伸部２５０での処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を出力する。
【００６１】
［準瞬時逆圧伸部２５０］
準瞬時逆圧伸部２５０は、フレーム毎に、逆量子化部２３から入力された復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０での処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を出力する。
【００６２】
［圧伸代表値算出部２６０］
ステップＳ２４において、圧伸代表値算出部２６０は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、復号装置２に対応する符号化装置１の代表値算出部１１０と同様にして、Mサンプルによる区間毎に代表値−Ym（m=1, …, N/M）を算出し、圧伸代表値−Ymとして信号逆圧伸部２７０へ出力する。圧伸代表値−Ymの算出方法は、復号装置２に対応する符号化装置１の代表値算出部１１０と同じものを用いる。
【００６３】
例えば、絶対値平均であれば、
【００６４】
【数１１】
0006712643.tif 000012
【００６５】
とする。
【００６６】
上述の代表値算出部１１０で挙げたような特徴量で代表値を算出した場合、ここ（圧伸代表値算出部２６０）で算出される圧伸代表値は、符号化装置１での量子化による歪みが無い場合には符号化装置１の代表値算出部１１０で算出された代表値を圧伸関数により変換して得た値に等しくなり、符号化装置１での量子化歪みがあったとしても符号化装置１の代表値算出部１１０で算出された代表値を圧伸関数により変換して得た値とほぼ同じ値になる。したがって、後段の信号逆圧伸部２７０で圧伸関数の逆関数を用いて圧伸代表値を逆変換することにより、元の代表値を推定することができ、補助情報無しで逆圧伸を行うことができる。
【００６７】
［信号逆圧伸部２７０］
ステップＳ２５において、信号逆圧伸部２７０は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６０が出力した圧伸代表値−Ym（m=1, …, N/M）と、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、出力する。
【００６８】
まず、予め定めた圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)を用いて圧伸代表値−Ymを変換する。例えば、対応する符号化装置１の信号圧伸部１２０で圧伸関数f(x)として一般化対数関数を用いたならば、逆関数f-1(y)は以下のものを用いる。
【００６９】
【数１２】
0006712643.tif 000013
【００７０】
次に、逆関数f-1(y)による変換後の圧伸代表値f-1(−Ym)および元の圧伸代表値−Ymを用い、Mサンプルによる区間毎に復号重み付信号のサンプル値^Ykを、以下のように出力信号^Xkに変形する。
【００７１】
【数１３】
0006712643.tif 000014
【００７２】
ここでは、最初に逆関数f-1(y)を用いて圧伸代表値−Ymを変換し、その関数値に応じた重みf-1(−Ym)/−Ymとサンプル値^Ykとを乗算することで出力信号^Xkに変形するといった、二段階の演算を行う例を示した。しかしながら、この発明はこのような計算方法に限定されるものではなく、信号圧伸部１２０と同様に、どのような計算方法を行ってもよい。例えば式（15）の演算を一段階で行うような計算を行ってもよい。
【００７３】
図１７〜２０に、第一実施形態の復号方法の後処理により、復号重み付信号が変形される過程の具体例を示す。図１７は復号重み付信号^Ykの信号波形である。横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。図１７の例では、0秒から2秒までの復号重み付信号^Ykを示している。図１８は圧伸代表値を算出するために図１７中の点線で区切られた位置で切り出したMサンプルによる区間の復号重み付信号の信号波形である。図１８に示した1.28秒〜1.36秒の区間に含まれるMサンプルから圧伸代表値を算出する。図１９は圧伸関数の逆関数による圧伸代表値の関数値に応じて重み付けした後のMサンプルによる区間の出力信号の信号波形である。図１８と比較して、波形の形状は変わらずに振幅の値が変換されていることがわかる。図２０は最終的に信号後処理部から出力される出力信号^Xkの信号波形である。図１７と比較して、全体として逆圧伸されていることがわかる。
【００７４】
＜第二実施形態＞
第一実施形態の信号前処理部１０および信号後処理部２５は、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行ったが、準瞬時圧伸による信号の重み付けは周波数領域で行っても聴覚的に量子化歪みを低減することができる。第二実施形態の符号化装置３および復号装置４では、信号前処理部および信号後処理部の処理を周波数領域で行う。
【００７５】
第二実施形態の符号化装置３は、図５に示すように、信号前処理部１１、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第一実施形態の符号化装置１と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第二実施形態の復号装置４は、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２６を含む。つまり、第一実施形態の復号装置２と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
【００７６】
信号前処理部１１は、図２１に示すように、周波数変換部１３０、準瞬時圧伸部１０１、および周波数逆変換部１４０を含む。信号後処理部２６は、図２２に示すように、周波数変換部２８０、準瞬時逆圧伸部２５１、および周波数逆変換部２９０を含む。準瞬時圧伸部１０１は、図２３に示すように、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１を含む。準瞬時逆圧伸部２５１は、図２４に示すように、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１を含む。準瞬時圧伸部１０１および準瞬時逆圧伸部２５１は、入出力が周波数スペクトルである点が、第一実施形態の準瞬時圧伸部１００および準瞬時逆圧伸部２５０と異なる点である。
【００７７】
≪符号化装置３≫
音声や音楽などの時間領域の音響信号xn（n=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、nはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置３へ入力される。符号化装置３へ入力された音響信号xnは信号前処理部１１へ入力される。
【００７８】
［信号前処理部１１］
信号前処理部１１は、フレーム毎に、符号化装置３へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０、準瞬時圧伸部１０１、および周波数逆変換部１４０での処理を行い、重み付信号yn（n=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
【００７９】
［周波数変換部１３０］
周波数変換部１３０は、フレーム毎に、信号前処理部１１に入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、例えば以下のような離散コサイン変換を施して周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）に変換し、その周波数スペクトルXkを準瞬時圧伸部１０１へ出力する。
【００８０】
【数１４】
0006712643.tif 000015
【００８１】
ただし、xn（n=0, …, N-1）は音響信号のサンプル値を、Xk（k=0, …, N-1）は周波数スペクトルのサンプル値をそれぞれ表す。
【００８２】
［準瞬時圧伸部１０１］
準瞬時圧伸部１０１は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部１４０へ出力する。代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１の処理は、第一実施形態の音響信号Xk（k=0, …, N-1）に代えて周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を用い、第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）に代えて重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を得ること以外は、第一実施形態の代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０と同様である。
【００８３】
［周波数逆変換部１４０］
周波数逆変換部１４０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１０１が出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を受け取り、例えば以下のような逆離散コサイン変換を施して重み付信号yn（n=0, …, N-1）に変換し、その重み付信号ynを量子化部１７へ出力する。
【００８４】
【数１５】
0006712643.tif 000016
【００８５】
ただし、yn（n=0, …, N-1）は重み付信号のサンプル値を表す。
【００８６】
第二実施形態の重み付信号yn（n=0, …, N-1）は、表記は第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）とは異なるが、第一実施形態と同様に時間領域の重み付信号である。したがって、第二実施形態の量子化部１７以降は第一実施形態と同じ動作をするので、説明を省略する。
【００８７】
≪復号装置４≫
［信号後処理部２６］
信号後処理部２６は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部２８０、準瞬時逆圧伸部２５１、および周波数逆変換部２９０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。第二実施形態の復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）は、表記は異なるが、第一実施形態の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）と同様に、逆量子化部２３が出力した時間領域の復号重み付信号である。
【００８８】
［周波数変換部２８０］
周波数変換部２８０は、フレーム毎に、逆量子化部２３から入力された復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０と同様にして、復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）に変換し、その復号重み付周波数スペクトル^Ykを準瞬時逆圧伸部２５１へ出力する。
【００８９】
［準瞬時逆圧伸部２５１］
準瞬時逆圧伸部２５１は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１での処理を行い、復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部２９０へ出力する。圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１の処理は、第一実施形態の復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）に代えて復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を用い、第一実施形態の出力信号^Xk（k=0, …, N-1）に代えて復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を得ること以外は、第一実施形態の圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０と同様である。
【００９０】
［周波数逆変換部２９０］
周波数逆変換部２９０は、フレーム毎に、準瞬時逆圧伸部２５１が出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、周波数逆変換部１４０と同様にして、出力信号^xn（n=0, …, N-1）に変換し、その出力信号^xnを出力する。
【００９１】
＜第三実施形態＞
第二実施形態の信号前処理部１１および信号後処理部２６は、周波数領域にて準瞬時圧伸を行った後、時間領域に戻して符号化および復号の処理を行った。第三実施形態では、時間領域に戻さず周波数領域のまま符号化および復号の処理を行う。
【００９２】
第三実施形態の符号化装置５は、図２５に示すように、信号前処理部１２、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第二実施形態の符号化装置３と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第三実施形態の復号装置６は、図２６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２７を含む。つまり、第二実施形態の復号装置４と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
【００９３】
信号前処理部１２は、図２７に示すように、周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１を含む。つまり、第二実施形態の信号前処理部１１と比較して、周波数逆変換部１４０を含まず、重み付周波数スペクトルを出力する点が異なる。信号後処理部２７は、図２８に示すように、準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０を含む。つまり、第二実施形態の信号後処理部２６と比較して、周波数変換部２８０を含まず、復号重み付周波数スペクトルが入力される点が異なる。量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３は、第二実施形態の量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３と同様の処理を行うが、時間領域の信号に代えて周波数スペクトルを扱う点が第二実施形態とは異なる。
【００９４】
≪符号化装置５≫
［信号前処理部１２］
信号前処理部１２は、フレーム毎に、符号化装置５へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。周波数変換部１３０および準瞬時圧伸部１０１の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
【００９５】
第三実施形態の重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）は周波数領域の信号であり、第二実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）は時間領域の信号であるが、量子化部１７以降は、信号が時間領域であっても周波数領域であっても同様の動作をするので、説明を省略する。
【００９６】
≪復号装置６≫
［可逆復号部２２］
可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する周波数スペクトルを復号量子化周波数スペクトルとして逆量子化部２３へ出力する。
【００９７】
［逆量子化部２３］
逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化周波数スペクトルと、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化周波数スペクトルの各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号をサンプル数Nのフレーム毎の復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２７へ出力する。
【００９８】
［信号後処理部２７］
信号後処理部２７は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。準瞬時逆圧伸部２５１および周波数逆変換部２９０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
【００９９】
＜第四実施形態＞
第一実施形態の信号前処理部１０および信号後処理部２５は、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行った後、時間領域のまま符号化および復号の処理を行った。第四実施形態では、時間領域の信号で準瞬時圧伸の処理を行った後、周波数領域に変換して符号化および復号の処理を行う。
【０１００】
第四実施形態の符号化装置７は、図２５に示すように、信号前処理部１３、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。つまり、第一実施形態の符号化装置１と比較して、信号前処理部の処理が異なる。第四実施形態の復号装置８は、図２６に示すように、多重分離部２１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部２８を含む。つまり、第一実施形態の復号装置２と比較して、信号後処理部の処理が異なる。
【０１０１】
信号前処理部１３は、図２９に示すように、準瞬時圧伸部１００および周波数変換部１３０を含む。つまり、第一実施形態の信号前処理部１０と比較して、準瞬時圧伸部１００の後段に周波数変換部１３０を接続し、重み付周波数スペクトルを出力する点が異なる。信号後処理部２８は、図３０に示すように、周波数逆変換部２９０および準瞬時逆圧伸部２５０を含む。つまり、第一実施形態の信号後処理部２５と比較して、準瞬時逆圧伸部２５０の前段に周波数逆変換部２９０を接続し、復号重み付周波数スペクトルが入力される点が異なる。量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３は、第一実施形態の量子化部１７、可逆符号化部１８、可逆復号部２２および逆量子化部２３と同様の処理を行うが、時間領域の信号に代えて周波数スペクトルを扱う点が第一実施形態とは異なる。
【０１０２】
≪符号化装置７≫
音声や音楽などの時間領域の音響信号xn（n=0, …, N-1、N（>0）は所定のフレーム内のサンプル数、nはフレーム内でのサンプル番号）がフレーム単位で符号化装置７へ入力される。符号化装置７へ入力された音響信号xnは信号前処理部１３へ入力される。
【０１０３】
［信号前処理部１３］
信号前処理部１３は、フレーム毎に、符号化装置７へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、準瞬時圧伸部１００および周波数変換部１３０での処理を行い、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。
【０１０４】
［準瞬時圧伸部１００］
準瞬時圧伸部１００は、フレーム毎に、符号化装置７へ入力された音響信号xn（n=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１０および信号圧伸部１２０での処理を行い、重み付信号yn（n=0, …, N-1）を周波数変換部１３０へ出力する。準瞬時圧伸部１００の処理は、音響信号xn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では音響信号Xk（k=0, …, N-1）と表記され、重み付信号yn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では重み付信号Yk（k=0, …, N-1）と表記されていること以外は、上述の第一実施形態と同様である。
【０１０５】
［周波数変換部１３０］
周波数変換部１３０は、フレーム毎に、準瞬時圧伸部１００から入力された重み付信号yn（n=0, …, N-1）を受け取り、周波数領域のスペクトルに変換して、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を得て、量子化部１７へ出力する。周波数変換部１３０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
【０１０６】
第四実施形態の重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）は周波数領域の信号であり、第一実施形態の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）は時間領域の信号であるが、量子化部１７以降は、信号が時間領域であっても周波数領域であっても同様の動作をするので、説明を省略する。
【０１０７】
≪復号装置８≫
［可逆復号部２２］
可逆復号部２２は、多重分離部２１が出力した信号符号を受け取り、可逆符号化部１８の処理に対応する可逆復号を行い、信号符号に対応する周波数スペクトルを復号量子化周波数スペクトルとして逆量子化部２３へ出力する。
【０１０８】
［逆量子化部２３］
逆量子化部２３は、可逆復号部２２が出力した復号量子化周波数スペクトルと、多重分離部２１が出力した量子化幅とを受け取り、例えば従来技術と同様に、量子化幅に対応する値と復号量子化周波数スペクトルの各サンプル値とをサンプル毎に乗算し、逆量子化された信号を得る。逆量子化部２３は、逆量子化された信号を復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）として信号後処理部２８へ出力する。
【０１０９】
［信号後処理部２８］
信号後処理部２８は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、周波数逆変換部２９０および準瞬時逆圧伸部２５０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。
【０１１０】
［周波数逆変換部２９０］
周波数逆変換部２９０は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、時間領域の信号に変換して、復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を得て、準瞬時逆圧伸部２５０へ出力する。周波数逆変換部２９０の処理は、上述の第二実施形態と同様である。
【０１１１】
［準瞬時逆圧伸部２５０］
準瞬時逆圧伸部２５０は、フレーム毎に、入力された復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６０および信号逆圧伸部２７０での処理を行い、出力信号^xn（n=0, …, N-1）を出力する。準瞬時逆圧伸部２５０の処理は、復号重み付信号^yn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）と表記され、出力信号^xn（n=0, …, N-1）が上述の第一実施形態では出力信号^Xk（k=0, …, N-1）と表記されていること以外は、上述の第一実施形態と同様である。
【０１１２】
＜第一実施形態から第四実施形態のポイント＞
第一実施形態では時間領域で前処理および後処理を行い、時間領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第二実施形態では周波数領域で前処理および後処理を行い、時間領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第三実施形態では周波数領域で前処理および後処理を行い、周波数領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。第四実施形態では時間領域で前処理および後処理を行い、周波数領域で符号化処理および復号処理を行う構成を説明した。すなわち、この発明では、前処理および後処理と、符号化処理および復号処理は、周波数領域と時間領域の任意の組み合わせで実施することができる。言い替えると、この発明の前処理および後処理は、周波数領域の符号化処理および復号処理と時間領域の符号化処理および復号処理とのどちらに対しても適用可能なものである。
【０１１３】
＜第五実施形態＞
準瞬時圧伸の処理を行う複数サンプルの区間は予め決めた長さであればどのように定めても補助情報を用いずに逆変換を行うことができる。しかしながら、聴覚品質を考慮すると、準瞬時圧伸の処理を行う複数サンプルの区間をより適切に定めることができる。
【０１１４】
人間の聴覚は各周波数の振幅を対数的に感じ取っているため、その観点ではサンプル毎に個々に重み付けした方がよい。しかしながら、ピーク周辺の周波数はピークの値に引きずられて重みが小さくなるべきであるため、その観点では複数サンプルをまとめて重み付けした方がよい。一方、人間の聴覚の周波数解像度は低周波数において高く、高周波数において低いことが知られている。そこで、第五実施形態では低周波数での処理区間を細かく、高周波数での処理区間を粗く設定することで、聴覚品質を考慮しながらより効率的な重み付けを実現する。
【０１１５】
≪符号化装置≫
第五実施形態の符号化装置は、第二実施形態の符号化装置３もしくは第三実施形態の符号化装置５において、代表値算出部１１１および信号圧伸部１２１の処理を以下のように変更したものである。
【０１１６】
［代表値算出部１１１］
代表値算出部１１１は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、各フレームの周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間（周波数区間）に分割し、その区間毎に代表値−Xm（m=1, …, L）を算出し、信号圧伸部１２１へ出力する。このとき、各区間に含まれるサンプル数は任意に定めることができる。例えば、K0, …, KL（0=K0<…<KL=N-1）をフレーム内のサンプルの番号を表すものとし、L個の区間を[K0  K1], [K1  K2], …, [KL-1  KL]のように定義する。[Km-1  Km]は、フレーム内の(Km-1+1)番目のサンプルからKm番目のサンプルまでをm番目の区間として定義することを表している。このとき、代表値−Xm（m=1, …, L）は、例えば絶対値平均を用いて、
【０１１７】
【数１６】
0006712643.tif 000017
【０１１８】
として算出する。
【０１１９】
L個の区間それぞれに含まれるサンプル数をMm（m=1, …, L、ただしM1≦M2≦…≦ML）としたとき、例えばM1<…<MLとなるように[Km-1  Km]を定義することで、低周波数ほど細かく処理区間を設定し、高周波数ほど粗い処理区間を設定することができる。なお、M1=M2=…=MLの場合は、上記第一〜第四実施形態と等しい構成となる。
【０１２０】
［信号圧伸部１２１］
信号圧伸部１２１は、フレーム毎に、代表値算出部１１１が出力した代表値−Xm（m=1, …, L）と、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部１４０へ出力する。
【０１２１】
圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(−Xm)および元の代表値−Xmを用い、予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間毎に周波数スペクトルのサンプル値Xkを、以下のように重み付周波数スペクトルYkに変形する。
【０１２２】
【数１７】
0006712643.tif 000018
【０１２３】
≪復号装置≫
第五実施形態の復号装置は、第二実施形態の復号装置４において、圧伸代表値算出部２６１および信号逆圧伸部２７１の処理を以下のように変更したものである。
【０１２４】
［圧伸代表値算出部２６１］
圧伸代表値算出部２６１は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１１と同様にして、各フレームの復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を予め定めた個数のサンプルを含むL個の区間（周波数区間）に分割し、その区間毎に代表値−Ym（m=1, …, L）を算出し、圧伸代表値−Ymとして信号逆圧伸部２７１へ出力する。圧伸代表値−Ymの算出方法は代表値算出部１１１と同じものを用いる。
【０１２５】
圧伸代表値−Ym（m=1, …, L）は、例えば、絶対値平均であれば、
【０１２６】
【数１８】
0006712643.tif 000019
【０１２７】
として算出する。
【０１２８】
［信号逆圧伸部２７１］
信号逆圧伸部２７１は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６１が出力した圧伸代表値−Ym（m=1,…,M'）と、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部２９０へ出力する。
【０１２９】
圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)による変換後の圧伸代表値f-1(−Ym)および元の圧伸代表値−Ymを用い、所定のMサンプルの区間毎に復号重み付周波数スペクトルのサンプル値^Ykを、以下のように復号周波数スペクトル^Xkのサンプル値に変形する。
【０１３０】
【数１９】
0006712643.tif 000020
【０１３１】
図３１に、第五実施形態の符号化方法の前処理により低周波数ほど細かく、高周波数ほど粗く区間分けして信号圧伸したときの周波数スペクトルの具体例を示す。図３１の例では、例えば0〜2000Hzの周波数帯は５個の区間に分けられ、例えば5000Hz〜8000Hzの周波数帯ではすべて１個の区間に含まれており、低周波数ほど細かく、高周波数ほど粗くなるように処理区間が設定されていることがわかる。
【０１３２】
＜第六実施形態＞
フレーム内でスペクトルに起伏がなく、一様に大きな値を示すような信号に対して、細かく区間を区切って準瞬時圧伸を行った場合、フレーム内のスペクトルの値を一様に小さくしてしまい、量子化の性能に悪影響を与える場合がある。第六実施形態では、その対策として、準瞬時圧伸の処理を階層的に用いる。例えば、まずフレーム内の粗い区間で準瞬時圧伸を行い、エネルギーの高い区間については例えば圧伸関数の逆関数を用いて値を高めておく。その後、より細かい区間で準瞬時圧伸を行う。逆変換では、まず細かい区間で準瞬時逆圧伸を行い、その後、粗い区間で準瞬時逆圧伸を行うことで元の周波数スペクトルを求める。
【０１３３】
≪符号化装置≫
第六実施形態の符号化装置は、第二実施形態の符号化装置３において、準瞬時圧伸部１０１の処理を以下のように変更したものである。ただし、第六実施形態の構成を適用できるのは第二実施形態に限定されず、第一実施形態から第五実施形態のすべての実施形態について適用することができる。第六実施形態の準瞬時圧伸部１０２は、図３２に示すように、代表値算出部１１２および信号圧伸部１２２を含み、信号圧伸部１２２の出力が代表値算出部１１２へ入力されるように構成される。
【０１３４】
［準瞬時圧伸部１０２］
準瞬時圧伸部１０２は、フレーム毎に、周波数変換部１３０が出力した周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を受け取り、代表値算出部１１２および信号圧伸部１２２での処理を所定の回数繰り返し行った後、重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部１４０へ出力する。
【０１３５】
［代表値算出部１１２］
代表値算出部１１２は、フレーム毎に、処理対象とする周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、Mサンプルの区間毎に代表値−Xm（m=1, …, N/M）を算出し、信号圧伸部１２２へ出力する。代表値算出部１１２は、１回目の実行時には、準瞬時圧伸部１０２に入力された周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、信号圧伸部１２２が出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取る。
【０１３６】
代表値−Xm（m=1,…,M）は、例えば、絶対値平均であれば、
【０１３７】
【数２０】
0006712643.tif 000021
【０１３８】
として算出する。
【０１３９】
代表値算出部１１２が代表値を求める区間のサンプル数Mは、繰り返しの度に毎回異なるものを用いるように構成してもよい。例えば、１回目にはM=N/2のように処理区間が粗くなるようにし、２回目にはM=N/8のように処理区間が細かくなるようにする。
【０１４０】
［信号圧伸部１２２］
信号圧伸部１２２は、フレーム毎に、代表値算出部１１２が出力した代表値−Xm（m=1, …, N/M）と、処理対象とする周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部１４０へ出力する。信号圧伸部１２２は、１回目の実行時には、準瞬時圧伸部１０２に入力された周波数スペクトルXk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、前回の実行時に出力した重み付周波数スペクトルYk（k=0, …, N-1）を保存しておき、処理対象の周波数スペクトル~Xk（k=0, …, N-1）として利用する。
【０１４１】
圧伸関数f(x)による変換後の代表値f(−Xm)および元の代表値−Xmを用い、Mサンプルの区間毎に周波数スペクトルのサンプル値~Xkを、以下のように重み付周波数スペクトルYkに変形する。
【０１４２】
【数２１】
0006712643.tif 000022
【０１４３】
信号圧伸部１２２が用いる圧伸関数f(x)は、繰り返しの度に毎回異なるものを用いるように構成してもよい。例えば、１回目には圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)を用い、２回目には圧伸関数f(x)を用いるようにする。
【０１４４】
≪復号装置≫
第六実施形態の復号装置は、第二実施形態の復号装置４において、準瞬時逆圧伸部２５１の処理を以下のように変更したものである。ただし、第六実施形態の構成を適用できるのは第二実施形態に限定されず、第一実施形態から第五実施形態のすべての実施形態について適用することができる。第六実施形態の準瞬時逆圧伸部２５２は、図３３に示すように、圧伸代表値算出部２６２および信号逆圧伸部２７２を含み、信号逆圧伸部２７２の出力が圧伸代表値算出部２６２へ入力されるように構成される。
【０１４５】
［準瞬時逆圧伸部２５２］
準瞬時逆圧伸部２５２は、フレーム毎に、周波数変換部２８０が出力した復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、圧伸代表値算出部２６２および信号逆圧伸部２７２での処理を所定の回数繰り返し行い、復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を周波数逆変換部２９０へ出力する。
【０１４６】
［圧伸代表値算出部２６２］
圧伸代表値算出部２６２は、フレーム毎に、処理対象とする周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２と同様にして、Mサンプルの区間毎に代表値−Ym（m=1, …, N/M）を算出し、圧伸代表値−Ymとして信号逆圧伸部２７２へ出力する。圧伸代表値−Ymの算出方法は復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２と同じものを用いる。圧伸代表値算出部２６２は、１回目の実行時には、準瞬時逆圧伸部２５２に入力された復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、信号逆圧伸部２７２が出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取る。
【０１４７】
圧伸代表値−Ym（m=1, …, N/M）は、例えば、絶対値平均であれば、
【０１４８】
【数２２】
0006712643.tif 000023
【０１４９】
として算出する。
【０１５０】
圧伸代表値算出部２６２が圧伸代表値を求める区間のサンプル数Mは、繰り返しの度に復号装置に対応する符号化装置の代表値算出部１１２が用いたサンプル数Mに対応するものを用いるように構成する。例えば、１回目にはM=N/8のように処理区間が細かくなるようにし、２回目にはM=N/2のように処理区間が粗くなるようにする。
【０１５１】
［信号逆圧伸部２７２］
信号逆圧伸部２７２は、フレーム毎に、圧伸代表値算出部２６２が出力した圧伸代表値−Ym（m=1, …, N/M）と、処理対象とする周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）とを受け取り、以下のように復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を生成し、周波数逆変換部２９０へ出力する。信号逆圧伸部２７２は、１回目の実行時には、準瞬時逆圧伸部２５２に入力された復号重み付周波数スペクトル^Yk（k=0, …, N-1）を処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として受け取り、２回目以降の実行時には、前回の実行時に出力した復号周波数スペクトル^Xk（k=0, …, N-1）を保存しておき、処理対象の周波数スペクトル~Yk（k=0, …, N-1）として利用する。
【０１５２】
圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)により変換した圧伸代表値f-1(−Ym)および元の圧伸代表値−Ymを用い、所定のMサンプルの区間毎に復号重み付周波数スペクトルのサンプル値^Ykを、以下のように復号周波数スペクトル^Xkのサンプル値に変形する。
【０１５３】
【数２３】
0006712643.tif 000024
【０１５４】
信号逆圧伸部２７２が用いる圧伸関数f(x)の逆関数f-1(y)は、繰り返しの度に信号圧伸部１２２が用いた圧伸関数f(x)に対応する逆関数を用いるように構成する。例えば、１回目には圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)に対する逆関数として圧伸関数f(x)を用い、２回目には圧伸関数f(x) に対する逆関数として圧伸関数f(x)の逆関数f-1(x)を用いるようにする。
【０１５５】
図３４に、第六実施形態の符号化方法の前処理により、代表値算出と信号圧伸の処理を複数回繰り返したときの周波数スペクトルの具体例を示す。図３４の例では、繰り返しのたびに各区間に含まれるサンプル数Mを異なるように構成している。具体的には、１回目の処理では１フレームが２個の区間に分かれるようにM=N/2に設定し、２回目の処理では１フレームが８個の区間に分かれるようにM=N/8に設定している。
【０１５６】
＜第七実施形態＞
上述の各実施形態で説明した符号化装置１、７が備える準瞬時圧伸部１００、符号化装置３、５が備える準瞬時圧伸部１０１、復号装置２、８が備える準瞬時逆圧伸部２５０、および復号装置４、６が備える準瞬時逆圧伸部２５１は、独立したサンプル列変形装置として構成することも可能である。
【０１５７】
準瞬時圧伸部１０１を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３３は、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号を変形して得た重み付周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３５に示すように、代表値算出部１１１と信号圧伸部１２１とを含む。代表値算出部１１１は、所定時間区間ごとに、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列から、当該周波数領域サンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに、当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する。信号圧伸部１２１は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、周波数領域サンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、重み付周波数領域信号のサンプル列として得る。
【０１５８】
準瞬時逆圧伸部２５１を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３４は、復号音響信号に対応する周波数領域信号に対応する重み付周波数領域信号を復号により得る復号装置が得た重み付周波数領域信号、または、復号音響信号に対応する周波数領域信号に対応する重み付時間領域信号を復号により得る復号装置が得た重み付時間領域信号に対応する重み付周波数領域信号、から復号音響信号に対応する周波数領域信号を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３６に示すように、圧伸代表値算出部２６１と信号逆圧伸部２７１とを含む。圧伸代表値算出部２６１は、所定時間区間ごとに、重み付周波数領域信号のサンプル列から、当該重み付周波数領域信号のサンプル列の周波数サンプル数より少ない複数サンプルによる周波数区間ごとに当該周波数区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該周波数区間の代表値を算出する。信号逆圧伸部２７１は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る。
【０１５９】
準瞬時圧伸部１００を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３１は、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付音響信号、または、入力音響信号を変形して得た重み付音響信号に対応する重み付周波数領域信号を符号化する符号化装置に入力するための重み付周波数領域信号に対応する重み付音響信号、を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３５に示すように、代表値算出部１１０と信号圧伸部１２０とを含む。代表値算出部１１０は、所定時間区間ごとに、時間領域の入力音響信号のサンプル列から、当該入力音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する。信号圧伸部１２０は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、入力音響信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した時間領域サンプル列を、重み付音響信号のサンプル列として得る。
【０１６０】
準瞬時逆圧伸部２５０を独立したサンプル列変形装置とする場合、以下のように構成する。このサンプル列変形装置３２は、復号音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号を復号により得る復号装置が得た時間領域の重み付音響信号、または、復号音響信号に対応する周波数領域の重み付音響信号を復号により得る復号装置が得た周波数領域の重み付音響信号に対応する時間領域の重み付音響信号、から復号音響信号を得るサンプル列変形装置であって、例えば、図３６に示すように、圧伸代表値算出部２６０と信号逆圧伸部２７０とを含む。圧伸代表値算出部２６０は、所定時間区間ごとに、時間領域の重み付音響信号のサンプル列から、当該重み付音響信号のサンプル列のサンプル数より少ない複数サンプルによる時間区間ごとに、当該時間区間に含まれるサンプルのサンプル値から当該時間区間の代表値を算出する。信号逆圧伸部２７０は、所定時間区間ごとに、逆関数を定義できる圧伸関数による代表値の関数値に応じた重みと、重み付周波数領域信号のサンプル列中の当該代表値に対応する各サンプルと、を乗算した周波数領域サンプル列を、復号音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列として得る。
【０１６１】
サンプル列変形装置３３、３４は、複数サンプルによる区間が、低周波数に対応する区間であるほど含まれるサンプル数が少なく、高周波数に対応する区間であるほど含まれるサンプル数が多くなるように設定されたサンプル列変形装置３５として構成することができる。
【０１６２】
サンプル列変形装置３１〜３５は、入力音響信号の複数サンプルによる区間ごとに代表値を算出することと、算出した代表値の関数値に応じた重みとサンプル列の各サンプルとを乗算することを、所定の回数繰り返し実行するサンプル列変形装置３６として構成することができる。
【０１６３】
＜第八実施形態＞
フレーム毎の符号長の上限が一定であると、入力される信号のフレーム毎の統計的性質等に依存して圧縮効率が変動し、量子化幅が小さくできるフレームや、大きな量子化幅を用いざるを得ないフレームが現れる。中でも圧縮効率が高く、量子化幅が小さくできるようなフレームにおいては、前処理及び後処理を行わずとも量子化誤差が聴覚的に十分に小さいことが多い。準瞬時圧伸による前処理及び準瞬時逆圧伸による後処理は、復号信号の波形の二乗誤差のような数値的誤差を大きくする代わりに聴覚的な歪を低減するような性質をもっている。従って、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の小さいフレームについては、信号の前処理及び後処理を用いて聴覚的な歪を低減しようとするよりも、前処理及び後処理を用いず単純な復号信号の波形の数値的誤差を下げることを目指したほうが、復号信号を再び圧縮したり加工したりする際には都合がよい。
【０１６４】
そこで、第八実施形態では、準瞬時圧伸及び準瞬時逆圧伸による信号の前処理及び後処理を行うか否かを、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づいてフレーム毎に選択する。
【０１６５】
なお、第八実施形態は、第一実施形態、第二実施形態、第五実施形態、これらの実施形態に適用した第六実施形態、に適用することができる。
【０１６６】
第八実施形態の符号化装置および復号装置によれば、符号化装置においては入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づき信号の前処理の有無を選択し、復号装置においては復号により得た量子化幅に基づき後処理の有無を選択することにより、符号化装置で前処理のなされたフレームのみに対して、符号化装置が行った前処理に対応する後処理を施すことができる。すなわち、符号化装置が行った符号化処理に対応する復号処理を復号装置が行うことが可能となる。
【０１６７】
≪符号化装置４１≫
第八実施形態の符号化装置の一例として、第一実施形態の符号化装置１を変更したものについて説明する。第八実施形態の符号化装置４１は、図３７に示すように、信号前処理部５１、量子化部５２、可逆符号化部１８、および多重化部１９を含む。第八実施形態の符号化装置４１は、量子化部５２が行う処理が複雑であるため、図３９を参照して、第八実施形態の符号化装置４１が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
【０１６８】
ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４１へ入力される。符号化装置４１へ入力された音響信号Xkは、まず、量子化部５２へ入力される。
【０１６９】
［量子化部５２：ステップＳ５１とＳ５２］
ステップＳ５１において、量子化部５２は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化し、量子化信号を得る。ステップＳ５１においては、量子化部５２は、例えば、従来技術と同様に、音響信号Xkを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅は、例えば、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
【０１７０】
ステップＳ５２において、量子化部５２は、ステップＳ５１で量子化に使用した量子化幅が所定の閾値よりも小さかった、または所定の閾値以下であったフレームについては、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へ、それぞれ出力し、それ以外のフレームについては、当該フレームの信号前処理部を動作させるための情報を信号前処理部５１へ出力する。
【０１７１】
［信号前処理部５１］
信号前処理部５１は、量子化部５２から当該フレームの信号前処理部を動作させるための情報が入力された場合、すなわち、当該フレームの音響信号の量子化幅が所定の閾値以上であるか所定の閾値を超えている場合に限り、符号化装置４１へ入力された音響信号Xkを受け取り、第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部５２へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
【０１７２】
［量子化部５２：ステップＳ１４］
ステップＳ１４において、量子化部５２は、信号前処理部５１が重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を出力したフレーム、すなわち、当該フレームの音響信号の量子化幅が所定の閾値以上であるか所定の閾値を超えているフレームについて、信号前処理部５１が出力した当該フレームの重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように重み付信号Ykをスカラー量子化し、量子化信号を出力する。ステップＳ１４においては、量子化部５２は、例えば、従来技術と同様に、重み付信号Ykを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅は、例えば、可逆符号化部１８による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
【０１７３】
ステップＳ１４の探索により求まる量子化幅は、ほとんどの場合は、ステップＳ５１の探索により求まる量子化幅より大きな値となり、ステップＳ５２における閾値よりも大きな値となる。なお、ステップＳ１４の探索により求まる量子化幅が、ステップＳ５２における閾値よりも小さな値または閾値以下の値とならないようにするためには、ステップＳ１４の探索により求める量子化幅の下限値をステップＳ５２における閾値以上の値または閾値より大きな値とすればよい。
【０１７４】
量子化部５２は、量子化信号を可逆符号化部１８へ、量子化に使用した量子化幅を多重化部１９へ、それぞれ出力する。
【０１７５】
［可逆符号化部１８、多重化部１９］
可逆符号化部１８が行うステップＳ１５、多重化部１９が行うステップＳ１６は第一実施形態と同様である。
【０１７６】
≪復号装置４２≫
第八実施形態の復号装置の一例として、第一実施形態の復号装置２を変更したものについて説明する。第八実施形態の復号装置４２は、図３８に示すように、多重分離部６１、可逆復号部２２、逆量子化部２３、判定部６２、および信号後処理部６３を含む。以下では、図４０を参照して、第八実施形態の復号装置４２が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
【０１７７】
［多重分離部６１］
ステップＳ２１において、多重分離部６１は、復号装置４２へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３及び判定部６２へ、それぞれ出力する。量子化幅を復号により得る処理は多重分離部２１と同様である。
【０１７８】
［可逆復号部２２、逆量子化部２３］
可逆復号部２２が行うステップＳ２２及び逆量子化部２３が行うステップＳ２３は第一実施形態と同様である。
【０１７９】
［判定部６２］
ステップＳ６１において、判定部６２は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）及び多重分離部６１が出力した量子化幅を受け取り、量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下であるフレームについては、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）をそのまま出力信号^Xk（k=0, …, N-1）として出力し、それ以外のフレームについては、当該フレームの信号後処理部を動作させるための情報と逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を信号後処理部６３へ出力する。
【０１８０】
［信号後処理部６３］
信号後処理部６３は、判定部６２から当該フレームの信号後処理部を動作させるための情報が入力された場合、すなわち、量子化幅が所定の閾値を超えているまたは所定の閾値以上であるフレームについて、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）を受け取り、第一実施形態の信号後処理部２５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力する。（ステップＳ２４、Ｓ２５）
【０１８１】
＜第九実施形態＞
第一実施形態の符号化装置で用いた式（７）において、準瞬時圧伸の程度を指定するパラメータγは、対数的な準瞬時圧伸を指定するγ＝０から準瞬時圧伸無しを指定するγ＝１へと、連続的に調節することができる。信号の前処理及び後処理は、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化の精度が粗いところほど必要となり、量子化の精度が細かいところほど不要となる傾向にあることから、フレーム毎に準瞬時圧伸の程度を適応的に変化させることで、より信号に即した重み付けを施すことが可能となる。
【０１８２】
そこで、第九実施形態の符号化装置は、信号の前処理における準瞬時圧伸の程度を、入力音響信号や入力音響信号に対応する周波数領域信号の量子化幅の値に基づいてフレーム毎に選択し、選択した準瞬時圧伸の程度を指定する係数を復号装置に送る。第九実施形態の復号装置は、符号化装置から送られた準瞬時圧伸の程度を指定する係数を基に、信号の後処理における準瞬時逆圧伸の程度をフレーム毎に選択する。これらの処理により、復号装置においても、準瞬時圧伸の程度を指定する係数を基に、符号化装置で信号の前処理に用いた準瞬時圧伸の程度を判断し、符号化装置が行った前処理に対応する後処理を施すことができる。すなわち、符号化装置が行った符号化処理に対応する復号処理を復号装置が行うことが可能となる。以下では、一例として、式（７）におけるγを準瞬時圧伸の程度を指定する係数とする例を説明する。以下では、準瞬時圧伸の程度を指定する係数であるγを圧伸係数とも呼ぶ。
【０１８３】
なお、第九実施形態は、第一実施形態から第六実施形態のすべての実施形態に適用することができる。
【０１８４】
≪符号化装置４３≫
第九実施形態の符号化装置の一例として、第一実施形態の符号化装置１を変更したものについて説明する。第九実施形態の符号化装置４３は、図４１に示すように、量子化幅算出部５３、圧伸係数選択部５４、信号前処理部５５、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部５６を含む。以下、図４２を参照して、第九実施形態の符号化装置４３が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
【０１８５】
ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４３へ入力される。符号化装置４３へ入力された音響信号Xkは、まず、量子化幅算出部５３へ入力される。
【０１８６】
［量子化幅算出部５３］
ステップＳ５３において、量子化幅算出部５３は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化するための量子化幅を得る。量子化幅算出部５３は、得た量子化幅を圧伸係数選択部５４へ出力する。
【０１８７】
ステップＳ５３においては、量子化幅算出部５３は、量子化幅を、例えば、可逆符号化による圧縮結果の符号長を基にして、符号長が目標の符号長に対して長過ぎる場合には量子化幅を大きくし、符号長が目標の符号長に対して短過ぎる場合には量子化幅を小さくするというように探索する。すなわち、量子化幅は、探索により得た値であり、最適であると推測される値である。
【０１８８】
また、例えば、ステップＳ５３においては、量子化幅算出部５３は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）のエントロピーと目標符号長とから量子化幅の推定値を算出し、算出した量子化幅の推定値を量子化幅として圧伸係数選択部５４へ出力してもよい。
【０１８９】
［圧伸係数選択部５４］
ステップＳ５４において、圧伸係数選択部５４は、フレーム毎に、量子化幅算出部５３が出力した量子化幅を受け取り、圧伸係数選択部５４に予め記憶された複数個の圧伸係数γの候補値の中から量子化幅の値に対応する１つの候補値を圧伸係数γとして選択する。γの選択は、例えば、０≦γ≦１の範囲で量子化幅の値に反比例する値をγとして選ぶなどにより、量子化幅が大きなフレームではγ＝０に近い値を、量子化幅が小さなフレームではγ＝１に近い値を選択する。つまり、音響信号の量子化精度が低いフレームでは、より圧伸後の重み付音響信号、または入力音響信号に対応する重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になるような圧伸関数を、音響信号の量子化精度が高いフレームでは、圧伸の前後における入力音響信号と重み付音響信号、または入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と重み付周波数領域信号のサンプル列間の違いがより小さくなるような圧伸関数を、それぞれ指定するような圧伸係数を選択する。圧伸係数選択部５４は、選択により得た圧伸係数γを信号前処理部５５及び多重化部５６へ出力する。
【０１９０】
［信号前処理部５５］
信号前処理部５５は、フレーム毎に、符号化装置４３へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）と圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数γを受け取り、音響信号Xkに対して入力された圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
【０１９１】
［量子化部１７、可逆符号化部１８］
量子化部１７が行うステップＳ１４、可逆符号化部１８が行うステップＳ１５は第一実施形態と同様である。
【０１９２】
［多重化部５６］
ステップＳ５５において、多重化部５６は、量子化部１７が出力した量子化幅と、可逆符号化部１８が出力した信号符号と、圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数と、を受け取り、量子化幅に対応する符号である量子化幅符号と、圧伸係数に対応する符号である圧伸係数符号と、信号符号と、を合わせて出力符号として出力する。量子化幅符号は、量子化幅の値を符号化することにより得る。量子化幅の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。圧伸係数符号は、圧伸係数の値を符号化することにより得る。圧伸係数の値を符号化する方法としては、周知の符号化方法を用いればよい。多重化部５６は、信号前処理部５５と同じサンプル数Nのフレーム毎に動作させてもよいし、信号前処理部５５と異なるサンプル数毎、例えばサンプル数2N毎、に動作させてもよい。
【０１９３】
≪符号化装置４３の変形例≫
第九実施形態の符号化装置４３の変形例として、量子化幅算出部５３に代えて入力信号量子化部５７を備える例を説明する。第九実施形態の変形例の符号化装置４５は、図４３に示すように、入力信号量子化部５７、圧伸係数選択部５４、信号前処理部５５、量子化部１７、可逆符号化部１８、および多重化部５６を含む。以下、図４４を参照して、第九実施形態の変形例の符号化装置４５が実行する符号化方法の処理手続きを説明する。
【０１９４】
ステップＳ１１において、音声や音楽などの時間領域の音響信号Xk（k=0, …, N-1）がフレーム単位で符号化装置４５へ入力される。符号化装置４５へ入力された音響信号Xkは、まず、入力信号量子化部５７へ入力される。
【０１９５】
［入力信号量子化部５７］
ステップＳ５７において、入力信号量子化部５７は、フレーム毎の音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、目標の符号長に適うように音響信号Xkをスカラー量子化するための量子化幅と、音響信号Xkを量子化幅でスカラー量子化した量子化信号と、を得る。ステップＳ５７においては、入力信号量子化部５７は、例えば、従来技術と同様に、音響信号Xkを量子化幅に対応する値で除算して整数値を量子化信号として得る。量子化幅を得る方法は第九実施形態の符号化装置４３の量子化幅算出部５３と同じである。入力信号量子化部５７は、得た量子化幅を圧伸係数選択部５４および多重化部５６へ、量子化信号を可逆符号化部１８へ、それぞれ出力する。ただし、このうち量子化幅の多重化部５６への出力と量子化信号の可逆符号化部１８への出力は、圧伸係数選択部５４による制御に従う。
【０１９６】
［圧伸係数選択部５４］
圧伸係数選択部５４が行うステップＳ５４は第九実施形態の符号化装置４３と同様である。
【０１９７】
圧伸係数選択部５４は、ステップＳ５６において、圧伸係数γが１でない場合には、選択により得た圧伸係数γを信号前処理部５５へ出力し、圧伸係数γが１である場合には、入力信号量子化部５７が得た量子化信号を可逆符号化部１８に入力し、入力信号量子化部５７が得た量子化幅を多重化部５６に入力するように制御する。また、圧伸係数選択部５４は、圧伸係数γを多重化部５６へ出力する。
【０１９８】
［信号前処理部５５］
信号前処理部５５には、圧伸係数選択部５４が出力した圧伸係数γが入力される。信号前処理部５５は、圧伸係数γが１でない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合のみ、フレーム毎に、符号化装置４５へ入力された音響信号Xk（k=0, …, N-1）を受け取り、音響信号xnに対して入力された圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号前処理部１１と同様の処理を行い、フレーム毎の重み付信号Yk（k=0, …, N-1）を量子化部１７へ出力する。（ステップＳ１２、Ｓ１３）
【０１９９】
［量子化部１７］
量子化部１７が行うステップＳ１４は第九実施形態の符号化装置４３と同じである。ただし、ステップＳ１４は、圧伸係数γが１でない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合にのみ行われる。
【０２００】
［可逆符号化部１８、多重化部５６］
可逆符号化部１８が行うステップＳ１５、多重化部５６が行うステップＳ５５は第九実施形態の符号化装置４３と同様である。
【０２０１】
≪復号装置４４≫
第九実施形態の復号装置の一例として、第一実施形態の復号装置２を変更したものについて説明する。第九実施形態の復号装置４４は、図４５に示すように、多重分離部６４、可逆復号部２２、逆量子化部２３、および信号後処理部６５を含む。以下では、図４６を参照して、第九実施形態の復号装置４４が実行する復号方法の処理手続きを説明する。
【０２０２】
［多重分離部６４］
ステップＳ６２において、多重分離部６４は、復号装置４４へ入力された符号を受け取り、信号符号を可逆復号部２２へ、圧伸係数符号に対応する圧伸係数γを信号後処理部６５へ、量子化幅符号に対応する量子化幅を逆量子化部２３へ、それぞれ出力する。
【０２０３】
［可逆復号部２２、逆量子化部２３］
可逆復号部２２が行うステップＳ２２及び逆量子化部２３が行うステップＳ２３は第一実施形態と同様である。
【０２０４】
［信号後処理部６５］
信号後処理部６５は、フレーム毎に、逆量子化部２３が出力した復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）及び、多重分離部６４が出力した圧伸係数γを受け取り、復号重み付信号^Ykに対して圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号後処理部６５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力する。（ステップＳ２４、Ｓ２５）
【０２０５】
なお、圧伸係数γが１である場合には、復号重み付信号^Ykと出力信号^Xkは同じである。そこで、圧伸係数γが１ではない場合、つまり準瞬時圧伸無し以外が指定されている場合にのみ、復号重み付信号^Ykに対して、圧伸係数γを用いて第一実施形態の信号後処理部２５と同様の処理を行い、出力信号^Xk（k=0, …, N-1）を得て出力し、それ以外の場合、すなわち、圧伸係数γが１ある場合には、復号重み付信号^Yk（k=0, …, N-1）をそのまま出力信号^Xk（k=0, …, N-1）として出力してもよい。
【０２０６】
＜第十実施形態＞
第八実施形態の符号化装置および復号装置を、第七実施形態で説明したサンプル列変形装置を用いて、信号符号化装置および信号復号装置として構成することも可能である。
【０２０７】
第七実施形態のサンプル列変形装置を用いた信号符号化装置は、以下のように構成する。この信号符号化装置７１は、例えば、図４７に示すように、第七実施形態のサンプル列変形装置３１または３３と、符号化対象信号を符号化して信号符号を得る符号化装置５０と、を含む。符号化装置５０は、例えば、第八実施形態の符号化装置４１の信号前処理部５１以外に対応する処理を行い、サンプル列変形装置３１または３３は、例えば、第八実施形態の符号化装置４１の信号前処理部５１に対応する処理を行う。信号符号化装置７１は、所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を符号化装置５０で得て、得られた量子化幅が所定の閾値より小さいまたは所定の閾値以下である時間区間については、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を符号化対象信号として符号化装置５０で符号化し、それ以外の時間区間については、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号をサンプル列変形装置３１または３３に入力し、サンプル列変形装置３１または３３が得た重み付音響信号または重み付周波数領域信号のサンプル列を符号化対象信号として符号化装置５０で符号化する。
【０２０８】
第七実施形態のサンプル列変形装置を用いた信号復号装置は、以下のように構成する。この信号復号装置７２は、例えば、図４８に示すように、第七実施形態のサンプル列変形装置３２または３４と、信号符号を復号して復号信号を得る復号装置６０と、を含む。復号装置６０は、例えば、第八実施形態の復号装置４２の信号後処理部６３以外に対応する処理を行い、サンプル列変形装置３２または３４は、例えば、第八実施形態の復号装置４２の信号後処理部６３に対応する処理を行う。信号復号装置７２は、所定時間区間ごとに、量子化幅符号を復号して量子化幅を復号装置６０で得て、得られた量子化幅が所定の閾値より小さい、または所定の閾値以下である時間区間については、信号符号を復号装置６０で復号して得た信号を復号音響信号、または復号音響信号に対応する周波数領域信号として得、それ以外の時間区間については、復号装置６０が得た信号をサンプル列変形装置３２または３４に入力して復号音響信号、または復号音響信号に対応する周波数領域信号を得る。
【０２０９】
＜第十一実施形態＞
第九実施形態の考え方を、第七実施形態で説明したサンプル列変形装置３１または３３に適用させて、サンプル列変形装置３７として構成することができる。このサンプル列変形装置３７は、サンプル列変形装置３１または３３において、第九実施形態で説明した量子化幅算出部と、圧伸係数選択部５４が選択する圧伸係数に対応する圧伸関数を選択する処理を行う圧伸関数選択部とをさらに含むように構成する。量子化幅算出部は、所定時間区間ごとに、入力音響信号または入力音響信号に対応する周波数領域信号を目標符号長で符号化するための量子化幅を得る。圧伸関数選択部は、所定時間区間ごとに、圧伸関数として、量子化幅が小さいほど、入力音響信号と重み付音響信号、または、入力音響信号に対応する周波数領域信号のサンプル列と重み付周波数領域信号のサンプル列、が近くなる、または／および、量子化幅が大きいほど、重み付音響信号または重み付周波数領域信号のサンプル列のパワーが平坦になる、圧伸関数を選択する。
【０２１０】
＜発明のポイント＞
準瞬時圧伸は、補助的な情報を追加せずに、次の２つの性質を持つ変換を行うことができる。１．フレーム内において、信号の値または信号の周波数スペクトルの値が、大きいものには相対的に小さな重みをかけ、小さなものには相対的に大きな重みをかける。２．フレーム内において、信号または信号の周波数スペクトルのピーク近傍には、ピークと同じように相対的に小さな重みをかける。以下、上記の構成により、これらが実現される理由を説明する。
【０２１１】
まず、図４９を用いて、原信号と量子化誤差の関係から、準瞬時圧伸を行うことで聴覚品質が向上することを説明する。図４９（Ａ）は原信号をそのまま時間領域で等間隔量子化した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。この場合、平坦なスペクトルの量子化誤差が生じ耳障りであるため聴覚品質が低下する。図４９（Ｂ）は原信号を圧伸した圧伸原信号を時間領域で等間隔量子化した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。圧伸原信号と量子化誤差とが同様の平坦なスペクトルとなっていることがわかる。図４９（Ｃ）は図４９（Ｂ）を逆圧伸した場合の量子化誤差の周波数スペクトルである。この場合、原信号のスペクトルの傾きに沿った量子化誤差となるため、ノイズが聞こえにくくなり、聴覚品質が向上する。
【０２１２】
準瞬時圧伸では所定区間内のサンプル毎に代表値を求め、その代表値を基に
【０２１３】
【数２４】
0006712643.tif 000025
【０２１４】
のように、区間内において音響信号もしくは周波数スペクトルXkに対して定数倍を行う。ここで、圧伸関数f(x)を例えば対数関数とし、代表値の決め方を二乗平均の平方根とすると、この変換はエネルギーの高い区間では小さい値による定数倍、エネルギーの低い区間では大きな値による定数倍に相当する。したがって、大きなサンプル値が多いほどその区間は変換により圧縮され、小さいサンプル値が多いほどその区間は変換により伸長される。また、同様の理由より、大きなサンプル値の近傍のサンプル値は小さいサンプル値の近傍のサンプル値よりも変換により圧縮される。
【０２１５】
復号装置には上記変換で生成された重み付信号もしくは重み付周波数スペクトルYkの値のみが伝わるため、一般的な決め方では代表値-Xmの値が求まらず、逆変換を行うことはできない。しかし、代表値を決める関数
【０２１６】
【数２５】
0006712643.tif 000026
【０２１７】
が絶対値平均のように１次の正斉次性を満たすのであれば、（つまり、
【０２１８】
【数２６】
0006712643.tif 000027
【０２１９】
である関数gが任意のα（>0）について
【０２２０】
【数２７】
0006712643.tif 000028
【０２２１】
を満たすのであれば、）Ykの値から同じように代表値を求めると、
【０２２２】
【数２８】
0006712643.tif 000029
【０２２３】
のように圧伸された代表値が得られる。この圧伸代表値を逆関数で変形することにより、
【０２２４】
【数２９】
0006712643.tif 000030
【０２２５】
のように復号装置でも元の代表値が求まる。この値を基に逆変換を
【０２２６】
【数３０】
0006712643.tif 000031
【０２２７】
のように行うことで、補助情報を使用せずに元のサンプル値を得ることができる。
【０２２８】
もちろん圧伸の行われたYkが途中で量子化され、誤差が生じると元の代表値は正しく求まらないが、量子化されたYkに対して上記と同様な処理を行うことにより、代表値-Xmの推定値は算出でき、その値を基に逆変換を行うことができる。
【０２２９】
＜発明の効果＞
上記のように構成することにより、この発明によれば、補助的な情報を追加することなく、音声音響信号に合わせて聴覚特性に適った重み付けを施し、不可逆圧縮符号化の効率を上げることができる。また、第五実施形態の構成によれば、準瞬時圧伸に用いる区間を低周波数では細かく、高周波数では粗く設定することにより、さらに聴覚特性に適った重み付けが実現できる。また、第六実施形態の構成によれば、異なる準瞬時圧伸を複数回用いることにより、より複雑な圧伸を実現し、重み付けの効率を上げることができる。
【０２３０】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等があっても、この発明に含まれることはいうまでもない。
【０２３１】
［プログラム、記録媒体］
上記実施形態で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
【０２３２】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
【０２３３】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【０２３４】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。
【０２３５】
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
0006712643.tif 000032
【図２】
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【図３】
0006712643.tif 000034
【図４】
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【図５】
0006712643.tif 000036
【図６】
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【図７】
0006712643.tif 000038
【図８】
0006712643.tif 000039
【図９】
0006712643.tif 000040
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006712643.tif 000043
【図１３】
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【図１４】
0006712643.tif 000045
【図１５】
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【図１６】
0006712643.tif 000047
【図１７】
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【図１８】
0006712643.tif 000049
【図１９】
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【図２０】
0006712643.tif 000051
【図２１】
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【図２２】
0006712643.tif 000053
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0006712643.tif 000057
【図２７】
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【図２８】
0006712643.tif 000059
【図２９】
0006712643.tif 000060
【図３０】
0006712643.tif 000061
【図３１】
0006712643.tif 000062
【図３２】
0006712643.tif 000063
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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