(57)【要約】【課題】低ビットレートで高品質な符号化を行うこと。【解決手段】入力端子２０１から第ｎレイヤ残差信号が入力され、時間領域符号化部２０３と目標信号生成部２０４に与えられる。時間領域符号化部２０３は、前記第ｎレイヤ残差信号と入力端子２０２より入力される入力信号を用いて、第ｎレイヤ残差信号を時間領域にて符号化を行い、符号化コードを生成する。目標信号生成部２０４は、入力端子２０１より入力される入力信号と時間領域符号化部２０３で求められた符号化コードを使い、周波数領域符号化部２０５の入力信号を生成する。周波数領域符号化部２０５は、目標信号生成部２０４で生成される信号と入力端子２０２より入力される入力信号を用いて、周波数領域にて符号化して符号化コードを生成し、多重化部２０６に出力する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化する階層符号化方法であって、所定の長さのフレーム単位で入力音響信号を符号化する第１符号化工程と、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を１段または複数段で符号化する第２符号化工程と、を具備し、前記第２符号化工程では、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域の双方で符号化することを特徴とする階層符号化方法。
【請求項２】
前記第２符号化工程は、上位レイヤで符号化された信号を復号して復号信号を生成する階層復号工程と、前記復号信号のサンプリング周波数を上げるアップサンプリング工程と、入力音響信号から前記復号信号を減算して差分信号を生成する階層減算工程と、前記差分信号を符号化する階層符号化工程とを具備することを特徴とする請求項１に記載の階層符号化方法。
【請求項３】
前記階層符号化工程は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化する時間領域符号化工程と、前記時間領域符号化工程で符号化された信号を復号して復号信号を生成する時間領域信号復号工程と、差分信号から前記復号信号を減算して第２差分信号を生成する時間領域信号減算工程と、前記第２差分信号を周波数領域で符号化する周波数領域符号化工程と、を具備することを特徴とする請求項２に記載の階層符号化方法。
【請求項４】
前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められたピッチ周期から符号化で用いる適応ベクトルを限定する探索候補決定工程と、限定された適応ベクトルから入力音声信号と差が最も小さい適応ベクトルを探索する探索工程とを具備することを特徴とする請求項３に記載の階層符号化方法。
【請求項５】
前記時間領域符号化工程は、ピッチ周期を量子化する量子化工程を具備し、前記探索候補決定工程は、上位レイヤで求められたピッチ周期を当該レイヤのサンプリング周波数に適合するよう修正を加え、前記量子化工程は、修正後のピッチ周期を用いて当該レイヤのピッチ周期を量子化することを特徴とする請求項４に記載の階層符号化方法。
【請求項６】
前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められた符号化のパラメータと当該レイヤの探索候補であるパラメータとを加算する加算工程と、前記加算工程の結果と入力音声信号と差が最も小さいパラメータを探索する探索工程とを具備することを特徴とする請求項３に記載の階層符号化方法。
【請求項７】
前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められたＬＰＣ係数をＬＳＦ係数に変換する変換工程と、を具備し、前記加算工程は、前記変換工程で変換されたＬＳＦ係数とＬＳＦ符号帳が保持するＬＳＦ係数とを加算し、前記探索工程は、加算されたＬＳＦ係数と入力音声信号から求められるＬＳＦ係数との差を最小とするＬＳＦ係数を探索することを特徴とする請求項６に記載の階層符号化方法。
【請求項８】
入力音響信号から聴覚マスキングを算出する聴覚マスキング工程を具備し、前記周波数領域符号化工程は、前記聴覚マスキングを用いたマスキング後の信号を用いて第２差分信号を符号化することを特徴とする請求項３から請求項７のいずれかに記載の階層符号化方法。
【請求項９】
入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化された信号を復号する階層復号化方法であって、第１レイヤの符号化コードを復号する第１復号工程と、第２レイヤより下位のレイヤの符号化コードを時間領域と周波数領域の双方で復号する第２復号工程と、前記第１復号工程と前記第２復号工程の復号結果を加算する加算工程と、を具備することを特徴とする階層復号化方法。
【請求項１０】
前記第１復号工程の復号結果のサンプリング周波数を前記第２復号工程の復号結果のサンプリング周波数にアップサンプリングするアップサンプリング工程を具備し、前記加算工程は、アップサンプリング後の前記第１復号工程と前記第２復号工程の復号結果を加算することを特徴とする請求項９に記載の階層復号化方法。
【請求項１１】
前記第２復号工程は、時間領域の復号において、上位レイヤのピッチ周期またはＬＰＣ係数を用いて当該レイヤの復号を行う時間領域復号工程を具備することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の階層復号化方法。
【請求項１２】
前記第２復号工程は、聴覚マスキングを用いて周波数領域の係数を符号化して得られる符号化コードを復号する周波数領域復号工程を具備することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の階層復号化方法。
【請求項１３】
入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化する階層符号化装置であって、所定の長さのフレーム単位で入力音響信号を符号化する第１符号化手段と、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を１段または複数段で符号化する第２符号化手段と、を具備し、前記第２符号化手段は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域の双方で符号化することを特徴とする階層符号化装置。
【請求項１４】
前記第２符号化手段は、上位レイヤで符号化された信号を復号して復号信号を生成する階層復号手段と、前記復号信号のサンプリング周波数を上げるアップサンプリング手段と、入力音響信号から前記復号信号を減算して差分信号を生成する階層減算手段と、前記差分信号を符号化する階層符号化手段とを具備することを特徴とする請求項１３に記載の階層符号化装置。
【請求項１５】
前記階層符号化手段は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化する時間領域符号化手段と、前記時間領域符号化手段で符号化された信号を復号して復号信号を生成する時間領域信号復号手段と、差分信号から前記復号信号を減算して第２差分信号を生成する時間領域信号減算手段と、前記第２差分信号を周波数領域で符号化する周波数領域符号化手段と、を具備することを特徴とする請求項１４に記載の階層符号化装置。
【請求項１６】
前記時間領域符号化手段は、過去に生成した適応ベクトルを保持する符号帳と、上位レイヤで求められたピッチ周期から符号化で用いる適応ベクトルを限定する探索候補決定手段と、限定された適応ベクトルから入力音声信号と差が最も小さい適応ベクトルを探索する探索手段とを具備することを特徴とする請求項１５に記載の階層符号化装置。
【請求項１７】
前記時間領域符号化手段は、ピッチ周期を量子化する量子化手段を具備し、探索候補決定手段は、上位レイヤで求められたピッチ周期を当該レイヤのサンプリング周波数に適合するよう修正を加え、前記量子化手段は、修正後のピッチ周期を用いて当該レイヤのピッチ周期を量子化することを特徴とする請求項１６に記載の階層符号化装置。
【請求項１８】
前記時間領域符号化手段は、上位レイヤで求められた符号化のパラメータと当該レイヤの探索候補であるパラメータとを加算する加算手段と、前記加算手段の結果と入力音声信号と差が最も小さいパラメータを探索する探索手段とを具備することを特徴とする請求項１５に記載の階層符号化装置。
【請求項１９】
前記時間領域符号化手段は、ＬＳＦ係数を保持するＬＳＦ符号帳と、上位レイヤで求められたＬＰＣ係数をＬＳＦ係数に変換する変換手段とを具備し、前記加算手段は、前記変換手段で変換されたＬＳＦ係数とＬＳＦ符号帳が保持するＬＳＦ係数とを加算し、前記探索手段は、加算されたＬＳＦ係数と入力音声信号から求められるＬＳＦ係数との差を最小とするＬＳＦ係数を探索することを特徴とする請求項１８に記載の階層符号化装置。
【請求項２０】
入力音響信号から聴覚マスキングを算出する聴覚マスキング手段を具備し、前記周波数領域符号化手段は、前記聴覚マスキングを用いたマスキング後の信号を用いて第２差分信号を符号化することを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれかに記載の階層符号化装置。
【請求項２１】
入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化された信号を復号する階層復号化装置であって、第１レイヤの符号化コードを復号する第１復号手段と、第２レイヤより下位のレイヤの符号化コードを時間領域と周波数領域の双方で復号する第２復号手段と、前記第１復号手段と前記第２復号手段の復号結果を加算する加算手段と、を具備することを特徴とする階層復号化装置。
【請求項２２】
前記第１復号手段の復号結果のサンプリング周波数を前記第２復号手段の復号結果のサンプリング周波数にアップサンプリングするアップサンプリング手段を具備し、前記加算手段は、アップサンプリング後の前記第１復号手段と前記第２復号手段の復号結果を加算することを特徴とする請求項２１に記載の階層復号化装置。
【請求項２３】
前記第２復号手段は、時間領域の復号において、上位レイヤのピッチ周期またはＬＰＣ係数を用いて当該レイヤの復号を行う時間領域復号手段を具備することを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の階層復号化装置。
【請求項２４】
前記第２復号手段は、聴覚マスキングを用いて周波数領域の係数を符号化して得られる符号化コードを復号する周波数領域復号手段を具備することを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれかに記載の階層復号化装置。
【請求項２５】
音響信号を電気的信号に変換する音響入力手段と、この音響入力手段から出力された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号を符号化する請求項１３から請求項２０のいずれかに記載の階層符号化装置と、この符号化装置から出力された符号化コードを無線周波数の信号に変調するＲＦ変調手段と、このＲＦ変調手段から出力された信号を電波に変換して送信する送信アンテナと、を具備することを特徴とする音響信号送信装置。
【請求項２６】
電波を受信する受信アンテナと、この受信アンテナに受信された信号を復調するＲＦ復調手段と、このＲＦ復調手段にて得られた情報を復号する請求項２１から請求項２４のいずれかに記載の階層復号化装置と、この復号化装置から出力された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段から出力された電気的信号を音響信号に変換する音響出力手段と、を具備することを特徴とする音響信号受信装置。
【請求項２７】
請求項２５記載の音響信号送信装置あるいは請求項２６記載の音響信号受信装置の少なくとも一方を具備することを特徴とする通信端末装置。
【請求項２８】
請求項２５記載の音響信号送信装置あるいは請求項２６記載の音響信号受信装置の少なくとも一方を具備することを特徴とする基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号の階層符号化方法および階層復号化方法に関し、特に楽音信号または音声信号などの音響信号を高能率に圧縮符号化に用いて好適な音響信号の階層符号化方法および階層復号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
楽音信号または音声信号を低ビットレートで圧縮する音響符号化技術は、移動体通信における電波等の伝送路容量及び記録媒体の有効利用のために重要である。音声信号を符号化する音声符号化に、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ）で規格化されているＧ７２６、Ｇ７２９などの方式が存在する。これらの方式は、狭帯域信号（３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ）を対象とし、８ｋｂｉｔ／ｓ〜３２ｋｂｉｔ／ｓで高品質に符号化が行える。また、広帯域信号（５０Ｈｚ〜７ｋＨｚ）を対象とする標準方式としてＩＴＵのＧ７２２、Ｇ７２２．１や、３ＧＰＰ（Ｔｈｅ  ３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）のＡＭＲ−ＷＢなどが存在する。これらの方式は、ビットレートが６．６ｋｂｉｔ／ｓ〜６４ｋｂｉｔ／ｓで広帯域音声信号を高品質に符号化できる。
【０００３】
音声信号を低ビットレートで高能率に符号化を行う有効な方法に、ＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）がある。ＣＥＬＰは、人間の音声生成モデルを工学的に模擬したモデルに基づき、乱数やパルス列で表される励振信号を周期性の強さに対応するピッチフィルタと声道特性に対応する合成フィルタに通し、その出力信号と入力信号の二乗誤差が聴覚特性の重み付けの下で最小になるよう符号化コードを決定する方法である（例えば、非特許文献１参照）。最近の標準音声符号化方式の多くがＣＥＬＰに基づいており、例えばＧ７２９は８ｋｂｉｔ／ｓで狭帯域信号の符号化が行え、ＡＭＲ−ＷＢは６．６ｋｂｉｔ／ｓ〜２３．８５ｋｂｉｔ／ｓで広帯域信号を符号化できる。
【０００４】
一方で、楽音信号を符号化する楽音符号化の場合は、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）で規格化されているレイヤＩＩＩ方式やＡＡＣ方式のように、楽音信号を周波数領域に変換し、聴覚心理モデルを利用して符号化を行う変換符号化が一般的である。これらの方式は、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの信号に対しチャネル当たり６４ｋｂｉｔ／ｓ〜９６ｋｂｉｔ／ｓで聴感的な劣化がほとんど生じないことが知られている。
【０００５】
しかしながら、音声信号が主体で、背景に音楽や環境音が重畳している信号を符号化する場合、音声符号化方式を適用すると背景部の音楽や環境音の影響で、背景部の信号のみならず音声信号も劣化してしまい全体的な品質が低下するという問題があった。これは、音声符号化方式が、ＣＥＬＰという音声モデルに特化した方式を基本にしているために生じる問題である。また、音声符号化方式が対応できる信号帯域は高々７ｋＨｚまでであり、それ以上の高域を持つ信号に対しては構成上十分に対応しきれないという問題があった。
【０００６】
一方で、楽音符号化は音楽に対して高品質に符号化を行えるので、前述したような背景に音楽や環境音がある音声信号についても十分な品質を得ることができる。対象となる信号の帯域もＣＤ品質である２２ｋＨｚ程度まで対応可能である。その反面、高品質な符号化を実現するためにはビットレートを高くして使用する必要があり、仮にビットレートを３２ｋｂｉｔ／ｓ程度まで低く抑えると復号信号の品質が低下するという問題がある。そのため、伝送レートの低い通信網で使用できないという問題があった。
【０００７】
上述した問題を回避するためにこれら技術を組み合わせて、最初に入力信号を第１レイヤにてＣＥＬＰで符号化し、次にその復号信号を入力信号から減算して得られる残差信号を求め、この信号を第２レイヤ以降にて変換符号化を行う方法が考えられる。この方法では、第１レイヤはＣＥＬＰを用いているため音声信号を高品質に符号化でき、かつ第２レイヤ以降では第１レイヤで表しきれない背景の音楽や環境音、第１レイヤでカバーする周波数帯よりも高い周波数成分の信号を効率よく符号化することができる。
【０００８】
しかしながら、音声ではなく音楽を入力したときに十分な品質を確保するためには、第２レイヤ以降へのビット配分を多くする必要があり、その結果ビットレートが高くなってしまうという問題がある。これは第１レイヤにＣＥＬＰのような音声に特化した符号化方式を適用しているために生じる問題である。つまり、音楽信号が入力されたとき、第１レイヤで用いられるＣＥＬＰでは音楽に対する符号化効率が高くないので、入力信号と第１レイヤの復号信号との誤差信号（つまり第２レイヤの入力信号）のパワーが大きくなる。この結果、第２レイヤ以降のレイヤに多くのビットを配分して、最終的な復号信号の品質を上げる必要があった。
【０００９】
【非特許文献１】
”Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  （ＣＥＬＰ）：  ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｓｐｅｅｃｈ  ａｔ  ｖｅｒｙ  ｌｏｗ  ｂｉｔ  ｒａｔｅｓ”，  Ｐｒｏｃ．  ＩＣＡＳＳＰ  ８５，  ｐｐ．９３７−９４０，  １９８５．
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の装置においては、低ビットレートで高品質な符号化を行うことが難しいという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる音響信号の階層符号化方法および階層復号化方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の階層符号化方法は、入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化する階層符号化方法であって、所定の長さのフレーム単位で入力音響信号を符号化する第１符号化工程と、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を１段または複数段で符号化する第２符号化工程と、を具備し、前記第２符号化工程では、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域の双方で符号化するようにした。
【００１３】
この方法によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００１４】
本発明の階層符号化方法は、前記第２符号化工程は、上位レイヤで符号化された信号を復号して復号信号を生成する階層復号工程と、前記復号信号のサンプリング周波数を上げるアップサンプリング工程と、入力音響信号から前記復号信号を減算して差分信号を生成する階層減算工程と、前記差分信号を符号化する階層符号化工程とを具備するようにした。
【００１５】
この方法によれば、下位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて入力信号を符号化することができる。
【００１６】
本発明の階層符号化方法は、前記階層符号化工程は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化する時間領域符号化工程と、前記時間領域符号化工程で符号化された信号を復号して復号信号を生成する時間領域信号復号工程と、差分信号から前記復号信号を減算して第２差分信号を生成する時間領域信号減算工程と、前記第２差分信号を周波数領域で符号化する周波数領域符号化工程と、を具備するようにした。
【００１７】
この方法によれば、第２レイヤ以下の符号化において、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化し、差分信号と時間領域での符号化した信号を復号した復号信号との差分を周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００１８】
本発明の階層符号化方法は、前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められたピッチ周期から符号化で用いる適応ベクトルを限定する探索候補決定工程と、限定された適応ベクトルから入力音声信号と差が最も小さい適応ベクトルを探索する探索工程とを具備するようにした。
【００１９】
この方法によれば、第２レイヤより下位の時間領域符号化において、上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから探索の対象となる適応ベクトルの候補を限定し、限定した適応ベクトルを用いて符号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００２０】
本発明の階層符号化方法は、前記時間領域符号化工程は、ピッチ周期を量子化する量子化工程を具備し、前記探索候補決定工程は、上位レイヤで求められたピッチ周期を当該レイヤのサンプリング周波数に適合するよう修正を加え、前記量子化工程は、修正後のピッチ周期を用いて当該レイヤのピッチ周期を量子化するようにした。
【００２１】
この方法によれば、下位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて入力信号を符号化することができる。
【００２２】
本発明の階層符号化方法は、前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められた符号化のパラメータと当該レイヤの探索候補であるパラメータとを加算する加算工程と、前記加算工程の結果と入力音声信号から得られるパラメータと差が最も小さいパラメータを探索する探索工程とを具備するようにした。
【００２３】
本発明の階層符号化方法は、前記時間領域符号化工程は、上位レイヤで求められたＬＰＣ係数をＬＳＦ係数に変換する変換工程と、を具備し、前記加算工程は、前記変換工程で変換されたＬＳＦ係数とＬＳＦ符号帳が保持するＬＳＦ係数とを加算し、前記探索工程は、加算されたＬＳＦ係数と入力音声信号から求められるＬＳＦ係数との差を最小とするＬＳＦ係数を探索するようにした。
【００２４】
これらの方法によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を考慮して探索した最適な適応ベクトルを利用して復号化することにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００２５】
本発明の階層符号化方法は、入力音響信号から聴覚マスキングを算出する聴覚マスキング工程を具備し、前記周波数領域符号化工程は、前記聴覚マスキングを用いたマスキング後の信号を用いて符号化するようにした。
【００２６】
この方法によれば、入力信号のスペクトルから聴覚マスキングを算出し、量子化歪をこのマスキング値以下になるように変換係数の量子化を行うことにより、少ないビットレートで効率よく変換係数を量子化することができる。
【００２７】
本発明の階層復号化方法は、入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化された信号を復号する階層復号化方法であって、第１レイヤの符号化コードを復号する第１復号工程と、第２レイヤより下位のレイヤの符号化コードを時間領域と周波数領域の双方で復号する第２復号工程と、前記第１復号工程と前記第２復号工程の復号結果を加算する加算工程と、を具備するようにした。
【００２８】
この方法によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化した符号化信号を、周期性のある信号を時間領域と、周期性のない信号を周波数領域とで復号することにより、低ビットレートで高品質な符号化及び復号化を行うことができる。
【００２９】
本発明の階層復号化方法は、前記第１復号工程の復号結果のサンプリング周波数を前記第２復号工程の復号結果のサンプリング周波数にアップサンプリングするアップサンプリング工程を具備し、前記加算工程は、アップサンプリング後の前記第１復号工程と前記第２復号工程の復号結果を加算するようにした。
【００３０】
この方法によれば、下位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて信号を符号化した信号を復号することができる。
【００３１】
本発明の階層復号化方法は、前記第２復号工程は、時間領域の復号において、上位レイヤのピッチ周期またはＬＰＣ係数を用いて当該レイヤの復号を行う時間領域復号工程を具備するようにした。
【００３２】
この方法によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから復号化に用いる適応ベクトルの候補を限定して復号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００３３】
また、この方法によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を利用して適応符号帳の適応ベクトルから復号化に用いる適応ベクトルの候補を限定して復号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００３４】
本発明の階層復号化方法は、前記第２復号工程は、聴覚マスキングを用いて周波数領域の係数を符号化して得られる符号化コードを復号する周波数領域復号工程を具備するようにした。
【００３５】
この方法によれば、入力信号のスペクトルから聴覚マスキングを算出し、量子化歪をこのマスキング値以下になるように変換係数の量子化を行うことにより、少ないビットレートで効率よく変換係数を量子化することができる。
【００３６】
本発明の階層符号化装置は、入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化する階層符号化装置であって、所定の長さのフレーム単位で入力音響信号を符号化する第１符号化手段と、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を１段または複数段で符号化する第２符号化手段と、を具備し、前記第２符号化手段は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域の双方で符号化する構成を採る。
【００３７】
この構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００３８】
本発明の階層符号化装置は、前記第２符号化手段は、上位レイヤで符号化された信号を復号して復号信号を生成する階層復号手段と、前記復号信号のサンプリング周波数を上げるアップサンプリング手段と、入力音響信号から前記復号信号を減算して差分信号を生成する階層減算手段と、前記差分信号を符号化する階層符号化手段とを具備する構成を採る。
【００３９】
この構成よれば、下位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて入力信号を符号化することができる。
【００４０】
本発明の階層符号化装置は、前記階層符号化手段は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化する時間領域符号化手段と、前記時間領域符号化手段で符号化された信号を復号して復号信号を生成する時間領域信号復号手段と、差分信号から前記復号信号を減算して第２差分信号を生成する時間領域信号減算手段と、前記第２差分信号を周波数領域で符号化する周波数領域符号化手段と、を具備する構成を採る。
【００４１】
この構成によれば、第２レイヤ以下の符号化において、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化し、差分信号と時間領域での符号化した信号を復号した復号信号との差分を周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００４２】
本発明の階層符号化装置は、前記時間領域符号化手段は、過去に生成した適応ベクトルを保持する符号帳と、上位レイヤで求められたピッチ周期から符号化で用いる適応ベクトルを限定する探索候補決定手段と、限定された適応ベクトルから入力音声信号と聴感的な差が最も小さい適応ベクトルを探索する探索手段とを具備する構成を採る。
【００４３】
この構成によれば、第２レイヤより下位の時間領域符号化において、上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから探索の対象となる適応ベクトルの候補を限定し、限定した適応ベクトルを用いて符号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００４４】
本発明の階層符号化装置は、前記時間領域符号化手段は、ピッチ周期を量子化する量子化手段を具備し、探索候補決定手段は、上位レイヤで求められたピッチ周期を当該レイヤのサンプリング周波数に適合するよう修正を加え、前記量子化手段は、修正後のピッチ周期を用いて当該レイヤのピッチ周期を量子化する構成を採る。
【００４５】
この構成によれば、下位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて入力信号を符号化することができる。
【００４６】
本発明の階層符号化装置は、前記時間領域符号化手段は、上位レイヤで求められた符号化のパラメータと当該レイヤの探索候補であるパラメータとを加算する加算手段と、前記加算手段の結果と入力音声信号と差が最も小さいパラメータを探索する探索手段とを具備する構成を採る。
【００４７】
本発明の階層符号化装置は、前記時間領域符号化手段は、ＬＳＦ係数を保持するＬＳＦ符号帳と、上位レイヤで求められたＬＰＣ係数をＬＳＦ係数に変換する変換手段とを具備し、前記加算手段は、前記変換手段で変換されたＬＳＦ係数とＬＳＦ符号帳が保持するＬＳＦ係数とを加算し、前記探索手段は、加算されたＬＳＦ係数と入力音声信号から求められるＬＳＦ係数との聴感的な差を最小とするＬＳＦ係数を探索する構成を採る。
【００４８】
これらの構成によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を考慮して探索した最適な適応ベクトルを利用して復号化することにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００４９】
本発明の階層符号化装置は、入力音響信号から聴覚マスキングを算出する聴覚マスキング手段を具備し、前記周波数領域符号化手段は、前記聴覚マスキングを用いたマスキング後の信号を用いて符号化する構成を採る。
【００５０】
この構成によれば、入力信号のスペクトルから聴覚マスキングを算出し、量子化歪をこのマスキング値以下になるように変換係数の量子化を行うことにより、少ないビットレートで効率よく変換係数を量子化することができる。
【００５１】
本発明の階層復号化装置は、入力音声信号を符号化し、上位レイヤで符号化した信号を復号し、この復号信号と入力信号との差分を符号化された信号を復号する階層復号化装置であって、第１レイヤの符号化コードを復号する第１復号手段と、第２レイヤより下位のレイヤの符号化コードを時間領域と周波数領域の双方で復号する第２復号手段と、前記第１復号手段と前記第２復号手段の復号結果を加算する加算手段と、を具備する構成を採る。
【００５２】
この構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化した符号化信号を、周期性のある信号を時間領域と、周期性のない信号を周波数領域とで復号することにより、低ビットレートで高品質な符号化及び復号化を行うことができる。
【００５３】
本発明の階層復号化装置は、前記第１復号手段の復号結果のサンプリング周波数を前記第２復号手段の復号結果のサンプリング周波数にアップサンプリングするアップサンプリング手段を具備し、前記加算手段は、アップサンプリング後の前記第１復号手段と前記第２復号手段の復号結果を加算する構成を採る。
【００５４】
この構成によれば、下位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて信号を符号化した信号を復号することができる。
【００５５】
本発明の階層復号化装置は、前記第２復号手段は、時間領域の復号において、上位レイヤのピッチ周期またはＬＰＣ係数を用いて当該レイヤの復号を行う時間領域復号手段を具備する構成を採る。
【００５６】
この構成によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから復号化に用いる適応ベクトルの候補を限定して復号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００５７】
また、この構成によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を利用して適応符号帳の適応ベクトルから復号化に用いる適応ベクトルの候補を限定して復号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【００５８】
本発明の階層復号化装置は、前記第２復号手段は、聴覚マスキングを用いて周波数領域の係数を符号化して得られる符号化コードを復号する周波数領域復号手段を具備する構成を採る。
【００５９】
この構成によれば、入力信号のスペクトルから聴覚マスキングを算出し、量子化歪をこのマスキング値以下になるように変換係数の量子化を行うことにより、少ないビットレートで効率よく変換係数を量子化することができる。
【００６０】
本発明の音響信号送信装置は、音響信号を電気的信号に変換する音響入力手段と、この音響入力手段から出力された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号を符号化する上記階層符号化装置と、この符号化装置から出力された符号化コードを無線周波数の信号に変調するＲＦ変調手段と、このＲＦ変調手段から出力された信号を電波に変換して送信する送信アンテナと、を具備する構成を採る。
【００６１】
この構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００６２】
本発明の音響信号受信装置は、電波を受信する受信アンテナと、この受信アンテナに受信された信号を復調するＲＦ復調手段と、このＲＦ復調手段にて得られた情報を復号する上記階層復号化装置と、この復号化装置から出力された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段から出力された電気的信号を音響信号に変換する音響出力手段と、を具備する構成を採る。
【００６３】
この構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化した符号化信号を、周期性のある信号を時間領域と、周期性のない信号を周波数領域とで復号することにより、低ビットレートで高品質な符号化及び復号化を行うことができる。
【００６４】
本発明の通信端末装置は、上記音響信号送信装置あるいは上記音響信号受信装置の少なくとも一方を具備する構成を採る。本発明の基地局装置は、上記音響信号送信装置あるいは上記音響信号受信装置の少なくとも一方を具備する構成を採る。
【００６５】
これらの構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【００６６】
また、この構成によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化した符号化信号を、周期性のある信号を時間領域と、周期性のない信号を周波数領域とで復号することにより、低ビットレートで高品質な符号化及び復号化を行うことができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分には、周期性のある信号と周期性のない信号の両方が存在することに着目し、本発明をするに至った。
【００６８】
すなわち、本発明の骨子は、第２レイヤ以下の符号化において、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化し、時間領域の符号化で符号化できない残差信号、すなわち差分信号と時間領域での符号化した信号を復号した復号信号との差分を周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことである。
【００６９】
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。以降の実施の形態の説明ではレイヤ数Ｎを３にした場合について説明するが、本発明はこの数値に限定されるものではなく、Ｎは、自然数であり、Ｎ≧２の条件を満たす構成に適用することが可能である。
【００７０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る階層符号化装置の構成を示すブロック図である。図１の階層符号化装置１００は、入力端子１０１と、ＤＳ１部１０２と、第１レイヤ符号化部１０３と、第１レイヤ復号化部１０４と、ＵＳ１部１０５と、ＤＳ２部１０６と、遅延器１０７と、減算器１０８と、第２レイヤ符号化部１０９と、第２レイヤ復号化部１１０と、加算器１１１と、ＵＳ２部１１２と、遅延器１１３と、減算器１１４と、第３レイヤ符号化部１１５と、多重化部１１８と、出力端子１１９と、とから主に構成される。
【００７１】
本実施の形態では、各レイヤに入力される信号のサンプリング周波数には次の式（１）に示す関係がある点に特徴がある。
【数１】
2004302259.tif 000003
ここで、Ｆｓ（ｎ）は第ｎレイヤの信号のサンプリング周波数を表す。本実施の形態によれば、複数のサンプリング周波数に対応した符号化を行うことが可能となる。
【００７２】
入力端子１０１から、サンプリング周波数Ｆｓ（３）の音響信号が入力されＤＳ１部１０２に与えられる。
【００７３】
ＤＳ１部１０２は、入力音響信号をダウンサンプリングし、この入力音響信号のサンプリング周波数をＦｓ（３）からＦｓ（１）に下げる。そして、ＤＳ１部１０２は、サンプリング周波数Ｆｓ（１）の入力信号を第１レイヤ符号化部１０３に出力する。
【００７４】
第１レイヤ符号化部１０３は、過去に生成した駆動音源信号を内部状態として保持している適応符号帳を有し、適応符号帳を用いることで周期性の強い信号を効率的に符号化することができる。第１レイヤ符号化部１０３は、入力音響信号と符号化後に生成される復号信号との間の聴感的な歪が最小となるように第１符号化コードを決定する。第１レイヤ符号化部１０３に適用される代表的な方法として符号励信線形予測法（ＣＥＬＰ）がある。
【００７５】
そして、第１レイヤ符号化部１０３は、得られた第１符号化コードを第１レイヤ復号化部１０４及び多重化部１１８に出力する。第１レイヤ復号化部１０４は、第１符号化コードを用いて第１レイヤ復号信号を生成し、この第１レイヤ復号信号をＵＳ１部１０５に出力する。
【００７６】
ＵＳ１部１０５は、第１レイヤ復号信号をアップサンプリングし、サンプリング周波数をＦｓ（１）からＦｓ（２）に上げる。そして、ＵＳ１部１０５は、サンプリング周波数Ｆｓ（２）の第１レイヤ復号信号を減算器１０８と加算器１１１に出力する。
【００７７】
次に、入力端子１０１から入力される音響信号がＤＳ２部１０６に与えられる。ＤＳ２部１０６は、入力音響信号をダウンサンプリングし、この入力音響信号のサンプリング周波数をＦｓ（３）からＦｓ（２）に下げる。そして、ＤＳ２部１０６は、サンプリング周波数Ｆｓ（２）の入力信号を遅延器１０７に出力する。
【００７８】
遅延器１０７は、入力端子１０１から入力される音響信号を所定の時間長だけ遅延して減算器１０８に出力する。すなわち、ＤＳ１部１０２、第１レイヤ符号化部１０３、第１レイヤ復号化部１０４、ＵＳ１部１０５およびＤＳ２部１０６にて生じる遅延を補正する役割を持つ。
【００７９】
減算器１０８は、遅延器１０７の出力信号と前述の第１レイヤ復号信号との差をとり第２レイヤ残差信号を生成する。そして、減算器１０８は、第２レイヤ残差信号を第２レイヤ符号化部１０９に出力する。
【００８０】
第２レイヤ符号化部１０９は、第２レイヤ残差信号を聴感的に品質改善が成されるように符号化を行い、第２符号化コードを決定する。そして、第２レイヤ符号化部１０９は、第２レイヤ復号化部１１０と第２符号化コードを多重化部１１８に出力する。第２レイヤ復号化部１１０は、第２符号化コードを用いて復号処理を行い、第２レイヤ復号残差信号を生成し、この第２レイヤ復号残差信号を加算器１１１に出力する。
【００８１】
加算器１１１は、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号残差信号の和をとり、第２レイヤ復号信号を生成する。そして、加算器１１１は、この第２レイヤ復号信号をＵＳ２部１１２に出力する。
【００８２】
ＵＳ２部１１２は、第２レイヤ復号信号をアップサンプリングし、サンプリング周波数をＦｓ（２）からＦｓ（３）に上げる。そして、ＵＳ２部１１２は、サンプリング周波数Ｆｓ（３）の第１レイヤ復号信号を減算器１１４に出力する。
【００８３】
次に、遅延器１１３は、入力端子１０１から入力される音響信号を所定の時間長だけ遅延した後、この音響信号を減算器１１４に出力する。すなわち、遅延器１１３は、前段までの符号化部と復号化部で生じる遅延、具体的にはＤＳ１部１０２からＵＳ２部１１２までの信号処理で生じる遅延を補正する役割を持つ。
【００８４】
減算器１１４は、遅延器１１３の出力信号と前述の第２レイヤ復号信号との差をとり第３レイヤ残差信号を生成する。そして、減算器１１４は、この第３レイヤ残差信号を第３レイヤ符号化部１１５に出力する。
【００８５】
第３レイヤ符号化部１１５は、第３レイヤ残差信号を聴感的に品質改善が成されるように符号化して第３符号化コードを決定し、この第３符号化コードを多重化部１１８に出力する。
【００８６】
多重化部１１８は、第１符号化コード、第２符号化コードおよび第３符号化コードを所定の手段によって多重化を行い、符号化ビット列を生成する。そして、多重化部１１８は、この符号化ビット列を出力端子１１９より出力する。
【００８７】
次に、第２レイヤ以降の符号化の詳細について説明する。本実施の形態の階層符号化装置は、第２レイヤ以降の符号化において、入力音響信号と前段の符号化信号を復号化した信号との差分から残差信号を生成し、この残差信号を時間領域符号化部と周波数領域符号化部により符号化を行う点に特徴がある。
【００８８】
次に、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部について説明を行う。図２は、本実施の形態の階層符号化装置の第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部の構成を示すブロック図である。
【００８９】
入力音響信号と第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化信号を復号化した信号との差分である第ｎレイヤ残差信号には、上位層までの符号化ノイズとサンプリング周波数が高くなったことによる高周波成分とが含まれる。
【００９０】
第ｎレイヤ残差信号には時間領域で処理した場合に効率的に符号化できる成分と周波数領域で処理した場合に効率的に符号化できる成分とが混在している。そのため時間領域および周波数領域の２つの領域で符号化を行うことにより効率的な符号化が実現できるという効果が得られる。また、時間領域符号化部と周波数領域符号化部の両者には、入力信号がそれぞれ与えられている。この入力信号は、聴覚的に高品質な符号化を実現するために聴覚マスキングの算出などに利用される。以下、図２を用いて詳細な説明を行う。
【００９１】
入力端子２０１から第ｎレイヤ残差信号が入力され、時間領域符号化部２０３と目標信号生成部２０４に与えられる。時間領域符号化部２０３は、前記第ｎレイヤ残差信号と入力端子２０２より入力される入力信号を用いて、第ｎレイヤ残差信号を時間領域にて符号化を行い、符号化コードを生成する。そして、時間領域符号化部２０３は、符号化コードを目標信号生成部２０４と多重化部２０６に出力する。時間領域符号化部２０３の詳細については図３を用いて後述する。
【００９２】
次に、目標信号生成部２０４は、入力端子２０１より入力される入力信号と時間領域符号化部２０３で求められた符号化コードを使い、周波数領域符号化部２０５の入力信号を生成する。目標信号生成部２０４の詳細については図４を用いて後述する。
【００９３】
次に、周波数領域符号化部２０５は、目標信号生成部２０４で生成される信号と入力端子２０２より入力される入力信号を用いて、周波数領域にて符号化して符号化コードを生成し、多重化部２０６に出力する。周波数領域符号化部２０５の詳細については図５を用いて後述する。
【００９４】
以下、各ブロックの詳細について説明する。図３は、本実施の形態の階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図である。図３の時間領域符号化部２０３は、入力端子３０１と、ＬＰＣ分析器３０２と、ＬＰＣ量子化器３０３と、ＬＰＣ復号器３０４と、聴感重みフィルタ３０５と、合成フィルタ３０６と、適応符号帳３０７と、雑音符号帳３０８と、乗算器３０９と、乗算器３１０と、ゲイン符号帳３１１と、加算器３１２と、減算器３１３と、探索器３１４と、多重化部３１５と、出力端子３１６とから主に構成される。
【００９５】
ＬＰＣ分析器３０２は、入力端子３０１から入力されたサンプリングレートＦｓ（ｎ）の音響信号からＬＰＣ係数を求める。このＬＰＣ係数は、聴感的な品質向上のために利用される係数である。ＬＰＣ分析器３０２は、このＬＰＣ係数を聴感重みフィルタ３０５とＬＰＣ量子化器３０３に出力する。
【００９６】
ＬＰＣ量子化器３０３は、ＬＰＣ係数をＬＳＦ係数などの量子化に適したパラメータに変換し、量子化を行う。そして、ＬＰＣ量子化器３０３は、この量子化で得られる符号化コードを多重化部３１５とＬＰＣ復号器３０４に出力する。
【００９７】
ＬＰＣ復号器３０４は、符号化コードから量子化後のＬＳＦ係数を算出し、このＬＳＦ係数をＬＰＣ係数に変換する。この処理により、量子化後のＬＰＣ係数が求められる。そして、ＬＰＣ復号器３０４は、この量子化後のＬＰＣ係数を合成フィルタ３０６に出力する。
【００９８】
合成フィルタ３０６は、この量子化後のＬＰＣ係数を用いて適応ベクトル、適応ゲイン、雑音ベクトルおよび雑音ゲインの探索を行う。次に、適応ベクトル、適応ベクトルゲイン、雑音ベクトル、雑音ベクトルゲインの探索方法について説明する。
【００９９】
適応符号帳３０７は、過去に生成した駆動音源信号を内部状態として保持しており、この内部状態を所望のピッチ周期で繰り返すことにより適応ベクトルを生成する。ピッチ周期の取る範囲は６０Ｈｚ〜４００Ｈｚの間が適当である。また、雑音符号帳３０８は、あらかじめ記憶領域に格納されている雑音ベクトル、もしくは代数（ａｌｇｅｂｒａｉｃ）構造のように記憶領域を持たずにルールに従い生成される雑音ベクトルを出力する。
【０１００】
ゲイン符号帳３１１は、適応ベクトルに乗じられる適応ベクトルゲインを乗算器３０９に出力し、雑音ベクトルに乗じられる雑音ベクトルゲインを乗算器３１０に出力する。
【０１０１】
乗算器３０９は、適応ベクトルに適応ベクトルゲインを乗算して加算器３１２に出力する。乗算器３１０は、雑音ベクトルに雑音ベクトルゲインを乗算して加算器３１２に出力する。
【０１０２】
加算器３１２は、適応ベクトルゲインが乗じられた適応ベクトルと雑音ベクトルゲインが乗じられた雑音ベクトルとを加算して駆動音源信号を生成する。そして、加算器３１２は、この駆動音源信号を合成フィルタ３０６に出力する。
【０１０３】
合成フィルタ３０６は、駆動音源信号を合成フィルタに通して合成信号を生成し、この合成信号を減算器３１３に出力する。
【０１０４】
減算器３１３は、入力端子３１７から入力される第ｎレイヤ予測残差信号から合成信号を減算し、聴感重みフィルタ３０５に減算後の信号を出力する。
【０１０５】
聴感重みフィルタ３０５は、ＬＰＣ分析器３０２で求められたＬＰＣ係数を基に減算器３１３で求められる信号に重み付けを行う。これは、量子化歪のスペクトルを入力信号のスペクトル包絡にマスクされるようスペクトル整形を行うことを目的として行われる。
【０１０６】
探索器３１４では、減算後の信号から定義される歪が最小となる適応ベクトル、適応ベクトルゲイン、雑音ベクトル、雑音ベクトルゲインの組み合わせを効率よく探索し、それら符号化コードを多重化部３１５に送る。
【０１０７】
探索器３１４では、以下の式（２）または式（３）で定義される歪を最小とする符号化コードｉ、ｊ、ｍまたはｉ、ｊ、ｍ、ｎを決定してそれらを多重化部３１５に送ることになる。
【数２】
2004302259.tif 000004
【数３】
2004302259.tif 000005
ここで、ｔ（ｋ）は第ｎレイヤ残差信号、ｑｉ（ｋ）は第ｉ番目の適応ベクトル、ｃｊ（ｋ）は第ｊ番目の雑音ベクトル、βとγはそれぞれ適応ベクトルゲインと雑音ベクトルゲインを表す。
【０１０８】
式（２）と式（３）とではゲイン符号帳の構成が異なる。式（２）の場合、ゲイン符号帳は適応ベクトルゲインβｍと雑音ベクトルゲインγｍを要素として持つベクトルとして表されており、ベクトルを特定するための符号化コードｍが決定されることになる。式（３）の場合、ゲイン符号帳は適応ベクトルゲインβｍと雑音ベクトルゲインγｎをそれぞれ独立に有しており、それぞれの符号化コードｍ、ｎが独立に決定されることになる。また、ｈ（ｌ）は聴感重みフィルタのインパルス応答を表す。
2004302259.tif 000006
は畳み込みを表す演算子である。
【０１０９】
全ての符号化コードが決定された後に、多重化部３１５は、符号化コードを一つにまとめて出力端子３１６より出力する。そして、次のフレーム（もしくはサブフレーム）での復号化処理に備えて、選択された適応ベクトル、適応ベクトルゲイン、雑音ベクトル、雑音ベクトルゲインを用いて表される駆動音源信号を用いて適応符号帳の内部状態を更新する。
【０１１０】
次に、目標信号生成部２０４の詳細につい説明する。図４は、本実施の形態の階層符号化装置の目標信号生成部の構成を示すブロック図である。図４の目標信号生成部２０４は、入力端子４０１と、入力端子４０２と、復号部４０３と、遅延器４０４と、減算器４０５と、出力端子４０６とから主に構成される。
【０１１１】
入力端子４０１から時間領域符号化部２０３で得られる符号化コードが入力される。復号部４０３は、この符号化コードの情報に従い復号信号を生成する。
【０１１２】
遅延器４０４は、入力端子４０２から入力される第２レイヤ残差信号に時間領域符号化部２０３および復号部４０３で生じる遅延を補正するように遅延を与えた後、減算器４０５に出力する。
【０１１３】
減算器４０５は、遅延器４０４の出力信号から復号部４０３で得られる復号信号を減算して周波数領域符号化部２０５の目標信号を生成し、減算した信号を出力端子４０６から出力する。
【０１１４】
次に、周波数領域符号化部２０５の詳細について説明する。図５は、本実施の形態の階層符号化装置の周波数領域符号化部の構成を示すブロック図である。図５の周波数領域符号化部２０５は、入力端子５０１と、入力端子５０２と、周波数領域変換部５０３と、聴覚マスキング算出部５０４と、量子化部５０５と、出力端子５０６とから主に構成される。
【０１１５】
入力端子５０１から周波数領域符号化部２０５に入力される信号は、目標信号生成部２０４で求められた目標信号である。
【０１１６】
周波数領域変換部５０３は、目標信号に分析窓を乗じた後に周波数変換が行われ、この周波数変換で得られる変換係数が量子化部５０５に出力される。ここでの周波数変換の方法としては、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）や離散フーリエ変換（ＤＦＴ）などを用いることができる。
【０１１７】
入力端子５０２からはサンプリング周波数Ｆｓ（ｎ）の音響信号が与えられ、聴覚マスキング算出部５０４に入力される。聴覚マスキング算出部５０４は、人間には知覚されないノイズパワーの閾値を表す聴覚マスキングを算出し、量子化部５０５に聴覚マスキングを出力する。
【０１１８】
量子化部５０５は、聴覚マスキングを利用して周波数領域変換部５０３で求められた変換係数を量子化し、そのとき得られる符号化コードを出力端子５０６より出力する。
【０１１９】
次に聴覚マスキングの算出法を、図６を用いて詳細に説明する。図６は、本実施の形態の階層符号化装置の聴覚マスキング算出部の構成を示すブロック図である。人間の聴覚特性には、ある信号が与えられたとき、その信号の周波数の近傍に位置する信号が聞こえ難くなるというマスキング効果がある。この特性を利用して、入力信号のスペクトルから聴覚マスキングを算出し、量子化歪をこのマスキング値以下になるように変換係数の量子化を行うことにより、少ないビットレートで効率よく変換係数を量子化することができる。
【０１２０】
入力端子６０１から入力信号が与えられ、周波数変換部６０２にて周波数領域への変換が行われ変換係数が算出される。周波数領域への変換の方法として、前述のように変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）や離散フーリエ変換（ＤＦＴ）などを用いることが可能である。ここでは、ＤＦＴを用いる場合について説明することとし、ＤＦＴにより求められたフーリエ係数を｛Ｒｅ（ｍ），Ｉｍ（ｍ）｝と表すものとする。
【０１２１】
図６において、周波数変換部６０２は、遅延器１０７から出力された入力信号をフーリエ変換し、フーリエ係数｛Ｒｅ（ｍ），Ｉｍ（ｍ）｝を算出する。ここでｍは周波数を表す。
【０１２２】
バークスペクトル算出部６０３は、以下の式（４）を用いてバークスペクトルＢ（ｋ）を算出する。
【数４】
2004302259.tif 000007
ここで、Ｐ（ｍ）はパワースペクトルを表し、以下の式（５）より求められる。
【数５】
2004302259.tif 000008
また、ｋはバークスペクトルの番号に対応し、ＦＬ（ｋ）、ＦＨ（ｋ）はそれぞれ第ｋバークスペクトルの最低周波数（Ｈｚ）、最高周波数（Ｈｚ）を表す。バークスペクトルＢ（ｋ）はバークスケール上で等間隔に帯域分割されたときのスペクトル強度を表す。ヘルツスケールをｆ、バークスケールをＢと表したとき、ヘルツスケールとバークスケールの関係は以下の式（６）で表される。
【数６】
2004302259.tif 000009
【０１２３】
スプレッド関数畳み込み部６０４は、以下に示す式（７）を用いてバークスペクトルＢ（ｋ）にスプレッド関数ＳＦ（ｋ）を畳み込み、Ｃ（ｋ）を算出する。
【数７】
2004302259.tif 000010
【０１２４】
トーナリティ算出部６０５は、以下の式（８）を用い、パワースペクトルＰ（ｍ）から各バークスペクトルのスペクトル平坦度ＳＦＭ（ｋ）を求める。
【数８】
2004302259.tif 000011
ここで、μｇ（ｋ）は第ｋバークスペクトルの幾何平均、μａ（ｋ）は第ｋバークスペクトルの算術平均を表す。そして、トーナリティ算出部６０５は、以下の式（９）を用いてスペクトル平坦度ＳＦＭ（ｋ）のデシベル値ＳＦＭｄＢ（ｋ）からトーナリティ係数α（ｋ）を算出する。
【数９】
2004302259.tif 000012
【０１２５】
聴覚マスキング算出部６０６は、以下の式（１０）を用いてトーナリティ算出部６０５で算出したトーナリティ係数α（ｋ）から各バークスケールのオフセットＯ（ｋ）を求める。
【数１０】
2004302259.tif 000013
【０１２６】
そして、聴覚マスキング算出部６０６は、以下の式（１１）を用いてスプレッド関数畳み込み部６０４で求めたＣ（ｋ）からオフセットＯ（ｋ）を減算して聴覚マスキングＴ（ｋ）を算出する。
【数１１】
2004302259.tif 000014
ここで、Ｔｑ（ｋ）は絶対閾値を表す。絶対閾値は、人間の聴覚特性として観測される聴覚マスキングの最小値を表す。そして、聴覚マスキング算出部６０６は、バークスケールで表される聴覚マスキングＴ（ｋ）をヘルツスケールＭ（ｍ）に変換して出力する。
【０１２７】
このように、本実施の形態の階層符号化装置によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【０１２８】
特に、本実施の形態の階層符号化装置によれば、第２レイヤ以下の符号化において、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化し、前記差分信号と時間領域での符号化した信号を復号した復号信号との差分を周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、符号化して低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【０１２９】
また、本実施の形態の階層符号化装置によれば、下位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで符号化する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて入力信号を符号化することができる。
【０１３０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１の階層符号化装置で符号化された信号を復号する例について説明する。本実施の形態の特徴は、実施の形態１で説明された階層符号化法の符号化コードを復号することができ、その結果高品質な音響信号を復号することが可能になる点にある。
【０１３１】
図７は、本発明の実施の形態２に係る階層復号化装置の構成を示すブロック図である。図７の階層復号化装置７００は、入力端子７０１と、分離部７０２と、第１レイヤ復号化部７０３と、ＵＳ１部７０４と、加算器７０５と、第２レイヤ復号化部７０６と、ＵＳ２部７０７と、第３レイヤ復号化部７０８と、加算器７０９と出力端子７１０とから主に構成される。
【０１３２】
入力端子７０１から図１の階層符号化装置にて符号化された符号化ビット列が入力される。
【０１３３】
分離部７０２は、符号化ビット列を分離し、第１レイヤ符号化で得られる第１符号化コード、第２レイヤ符号化で得られる第２符号化コードおよび第３レイヤ符号化で得られる第３符号化コードを生成する。そして、分離部７０２は、第１符号化コードを第１レイヤ復号化部７０３に出力し、第２符号化コードを第２レイヤ復号化部７０６に出力し、第３符号化コードを第３レイヤ復号化部７０８に出力する。
【０１３４】
第１レイヤ復号化部７０３は、分離部７０２で得られた第１符号化コードを用いて復号処理を行い、第１レイヤ復号信号を生成する。
【０１３５】
ＵＳ１部７０４は、第１レイヤ復号信号をアップサンプリングし、サンプリング周波数をＦｓ（１）からＦｓ（２）に上げる。そして、ＵＳ１部７０４は、サンプリング周波数Ｆｓ（２）の第１レイヤ復号信号を加算器７０５に出力する。
【０１３６】
次に、第２レイヤ復号化部７０６は、分離部７０２で得られた第２符号化コードを用いて復号処理を行い、第２レイヤ復号残差信号を生成する。加算器７０５では、前述の第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号残差信号とを加算し、第２レイヤ復号信号を生成する。そして、加算器７０５は、第２レイヤ復号信号をＵＳ２部７０７に出力する。
【０１３７】
ＵＳ２部７０７は、第２レイヤ復号信号をアップサンプリングし、サンプリング周波数をＦｓ（２）からＦｓ（３）に上げる。そして、ＵＳ２部７０７は、サンプリング周波数Ｆｓ（３）の第１レイヤ復号信号を加算器７０９に出力する。
【０１３８】
次に、第３レイヤ復号化部７０８は、分離部７０２で得られた第３符号化コードを用いて復号処理を行い、第３レイヤ復号残差信号を生成する。加算器７０９は、前述の第２レイヤ復号信号と第３レイヤ復号残差信号とを加算し、第３レイヤ復号信号を生成する。加算器７０９は、第３レイヤ復号信号を出力端子７１０に出力する。
【０１３９】
次に、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）復号化部について説明を行う。図８は、本実施の形態の階層復号化装置の第２レイヤ以降の復号化部の構成を示すブロック図である。
【０１４０】
入力端子８０１より第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化コードが入力される。分離部８０２は、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化コードを時間領域符号化コードと周波数領域符号化コードに分離する。そして、分離部８０２は、時間領域符号化コードを時間領域復号化部８０３に出力し、周波数領域符号化コードを周波数領域復号化部８０４に出力する。
【０１４１】
時間領域復号化部８０３は、時間領域符号化コードを用いて時間領域復号信号を生成し、時間領域復号信号を加算器８０５に出力する。時間領域復号化部８０３の詳細については図９を用いて後述する。
【０１４２】
同様に、周波数領域復号化部８０４は、周波数領域符号化コードを用いて周波数領域復号信号を生成し、加算器８０５に出力する。周波数領域復号化部８０４の詳細については図１０を用いて後述する。加算器８０５は、時間領域復号信号と周波数領域復号信号との加算を行い、出力端子８０６より出力する。
【０１４３】
次に、図９を用いて時間領域復号化部８０３の説明を行う。図９は、本実施の形態の階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図である。
【０１４４】
図９において、分離部９０２は、入力端子９０１より入力される時間領域符号化コードから符号化コードを分離し、適応符号帳９０３、雑音符号帳９０４、ゲイン符号帳９０５、及びＬＰＣ復号器９０９にそれぞれ出力する。ＬＰＣ復号器９０９は、与えられる符号化コードを用いてＬＰＣ係数を復号し、合成フィルタ９１０に出力する。
【０１４５】
次に、適応符号帳９０３、雑音符号帳９０４およびゲイン符号帳９０５は、符号化コードを利用してそれぞれ適応ベクトルｑ（ｋ）、雑音ベクトルｃ（ｋ）、適応ベクトルゲインβｑおよび雑音ベクトルゲインγｑをそれぞれ復号する。
【０１４６】
乗算器９０６は、適応ベクトルに適応ベクトルゲインを乗じて加算器９０８に出力する。同様に、乗算器９０７は、雑音ベクトルに雑音ベクトルゲインを乗じて加算器９０８に出力する。加算器９０８は、乗算後の適応ベクトルと雑音ベクトルとを加算して駆動音源信号を生成する。駆動音源信号をｅｘ（ｋ）と表すと、駆動音源信号ｅｘ（ｋ）は次の式（１２）のように求められる。
【数１２】
2004302259.tif 000015
【０１４７】
次に、復号されたＬＰＣ係数と駆動音源信号ｅｘ（ｋ）を用いて合成フィルタ９１０にて合成信号ｓｙｎ（ｋ）を次の式（１３）に従い生成する。
【数１３】
2004302259.tif 000016
ここで、αｑは復号されたＬＰＣ係数、ＮＰはＬＰＣ係数の次数を表す。このように復号された復号信号ｓｙｎ（ｎ）は出力端子９１１より出力される。上記復号化処理が終了した後に、次のフレーム（もしくはサブフレーム）での復号化処理に備えて、適応符号帳の内部状態を最新の駆動音源信号を用いて更新する。
【０１４８】
次に図１０を用いて周波数領域復号化部８０４の説明を行う。図１０は、本実施の形態の階層復号化装置の周波数領域復号化部の構成を示すブロック図である。変換係数復号化部１００２は、入力端子１００１から入力される周波数領域符号化コードから量子化された変換係数を復号する。次に時間領域変換部１００３は、変換係数復号化部１００２から得られる変換係数に時間領域変換処理を施し、時間領域の信号を生成する。時間領域の信号にはフレーム（またはサブフレーム）間の不連続が生じないように重ね合わせ加算などの処理が施される。そして、時間領域変換部１００３は、この出力信号を出力端子１００４より出力する。
【０１４９】
このように、本実施の形態の階層復号化装置によれば、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域と周波数領域で符号化した符号化信号を、周期性のある信号を時間領域と、周期性のない信号を周波数領域とで復号することにより、低ビットレートで高品質な符号化及び復号化を行うことができる。
【０１５０】
また、本実施の形態の階層復号化装置によれば、下位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数を上位レイヤで復号する信号のサンプリング周波数より高くすることにより、様々なサンプリング周波数に対応させて信号を符号化した信号を復号することができる。
【０１５１】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る階層符号化装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部が時間領域符号化部と周波数領域符号化部で構成される音響信号符号化方式において、上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して符号化を行う時間領域符号化部を有する点に特徴がある。
【０１５２】
本実施の形態によれば、上位レイヤで求めたピッチ周期を利用することにより、時間領域符号化部のピッチ周期の符号化をより効率的に行うことが可能となり、その結果として低ビットレートで高品質に符号化を行うことができる。図１１において、図２と同じ名称を持つ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１５３】
入力端子１１０８から、上位レイヤにて求められたピッチ周期Ｔが入力される。時間領域符号化部１１０３は、入力された上位レイヤのピッチ周期を利用して符号化を行う。この場合の時間領域符号化部１１０３の構成を図１２に示す。図１２は、本実施の形態の階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図である。図１２において、図３と同じ名称をもつ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１５４】
入力端子１２１８から入力される下位レイヤのピッチ周期Ｔは探索候補決定部１２１９に与えられる。探索候補決定部１２１９は、上位レイヤのピッチ周期Ｔを基に適応符号帳１２０７に含まれる探索の対象となる適応ベクトルの候補を限定する。
【０１５５】
上記限定により、適応符号帳１２０７に含まれる全ての候補を探索の対象とする場合に比べ、この方法によれば探索の対象となる適応ベクトルの候補が少なくなるために当該レイヤのピッチ周期を表すための符号量を少なくできる。さらに適応符号帳の探索に必要な演算量が削減できるなどの効果が得られる。
【０１５６】
探索候補決定部１２１９は、上位レイヤのピッチ周期Ｔを使用して次の式（１４）で示される範囲に含まれるピッチ周期に対応する適応ベクトルを探索の対象とすることができる。ただし、上位レイヤのサンプリング周波数と当該レイヤのサンプリング周波数が異なる場合、当該レイヤのサンプリング周波数に適合するように上位レイヤのピッチ周期Ｔを修正して使用するものとする。
【数１４】
2004302259.tif 000017
ここで、Ｔ（ｎ）は当該レイヤ（第ｎレイヤ）のピッチ周期を表す。Ｔ（ｍ）は上位レイヤのピッチ周期を表し、ｍの範囲は、１≦ｍ＜ｎと表される。また、ΔＴ１とΔＴ２はピッチ周期の範囲を決定する定数を表す。適応ベクトルの探索は式（１４）に含まれるピッチ周期Ｔ（ｎ）に対応する適応ベクトルについてのみ行われることになり、探索の結果、相対ピッチ周期ΔＴが決定され、この情報が符号化コードとして多重化部１２１５に与えられる。
【０１５７】
また、上位レイヤのピッチ周期が倍ピッチもしくは半ピッチになっている場合を考慮して、次に示す式（１５）に従い適応符号帳１２０７に含まれる適応ベクトルの探索候補を決定しても良い。
【数１５】
2004302259.tif 000018
ここで、ｋはｋ＝｛…，１／４，１／３，１／２，１，２，３，４，…｝のように整数倍もしくは整数分の１を表す変数である。またΔＴ１（ｋ）およびΔＴ２（ｋ）と表記しているのは、ｋの値に依存してピッチ周期の探索範囲が異なることがある場合を示している。
【０１５８】
このように、本実施の形態の階層符号化装置によれば、第２レイヤより下位の時間領域符号化において、上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから探索の対象となる適応ベクトルの候補を限定し、限定した適応ベクトルを用いて符号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【０１５９】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４に係る階層復号化装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部が時間領域符号化部と周波数領域符号化部で構成される階層符号化方式において、上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して符号化を行う時間領域符号化部により生成された符号化コードを復号できる点に特徴がある。
【０１６０】
本実施の形態によれば、上位レイヤで求めたピッチ周期を利用することにより、時間領域符号化部のピッチ周期の符号化がより効率的に行うことが可能となり、その結果として低ビットレートで高品質に符号化を行うことができる階層符号化方式の符号化コードを復号することにより、高品質な復号信号を得ることができるという効果が得られる。
【０１６１】
図１３において、図８と同じ名称を持つ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。入力端子１３０７から、上位レイヤにて復号されたピッチ周期Ｔが入力され、時間領域復号化部１３０３に与えられる。
【０１６２】
時間領域符号化部１３０３は、入力された上位レイヤのピッチ周期を利用して復号化を行う。この時間領域復号化部１３０３の構成を図１４に示す。図１４は、本実施の形態の階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図である。図１４において、図９と同じ名称をもつ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１６３】
入力端子１４１２から入力される上位レイヤにて復号されたピッチ周期Ｔは適応ベクトル決定部１４１３に与えられる。さらに、分離部１４０２にて相対ピッチ周期ΔＴが復号され適応ベクトル決定部１４１３に与えられる。
【０１６４】
適応ベクトル決定部１４１３は、下位レイヤのピッチ周期Ｔおよび相対ピッチ周期ΔＴを用いて、次の式（１６）に従い当該レイヤのピッチ周期Ｔを算出する。
【数１６】
2004302259.tif 000019
ここで、Ｔ（ｎ）は当該レイヤ（第ｎレイヤ）のピッチ周期を表し、Ｔ（ｍ）は上位レイヤ（１≦ｍ＜ｎ）のピッチ周期を表す。式（１５）に従い適応ベクトルの探索候補が決定されている場合には、当該レイヤのピッチ周期は次の式（１７）に従い算出される。
【数１７】
2004302259.tif 000020
ここで、ｋはｋ＝｛…，１／４，１／３，１／２，１，２，３，４，…｝のように整数倍もしくは整数分の１を表す変数である。このようにして復号した当該レイヤのピッチ周期を適応符号帳１４０３に与える。適応符号帳１４０３では、復号したピッチ周期に対応した適応ベクトルを出力することになる。
【０１６５】
このように、本実施の形態の音声復号化装置によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたピッチ周期を利用して適応符号帳の適応ベクトルから復号化に用いる適応ベクトルの候補を限定して復号化を行うことにより、時間領域符号化のピッチ周期の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【０１６６】
（実施の形態５）
実施の形態５では、実施の形態３の入力端子１１０８から入力されるパラメータが異なる例について説明する。実施の形態３では上位レイヤで求められたピッチ周期が入力されていたが、本実施の形態では上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数が入力される。
【０１６７】
本実施の形態では、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部が時間領域符号化部と周波数領域符号化部で構成される階層符号化方式において、上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を利用して符号化を行う時間領域符号化部を有する点に特徴がある。本実施の形態によれば、上位レイヤで求めたＬＰＣ係数を利用することにより、時間領域符号化部のＬＰＣ係数の符号化がより効率的に行うことが可能となり、その結果として低ビットレートで高品質に符号化を行うことができる。図１１において、図２と同じ名称を持つ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１６８】
図１１において、入力端子１１０８から、上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数が入力され、時間領域符号化部１１０３に与えられる。時間領域符号化部１１０３は、入力された下位レイヤのＬＰＣ係数を利用して符号化を行う。この場合の時間領域符号化部１１０３の構成を図１５に示す。図１５は、本実施の形態の階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図である。図１５において、図３と同じ名称をもつ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１６９】
入力端子１５１８から入力される上位レイヤのＬＰＣ係数は、ＬＰＣ量子化器１５０３に与えられる。ＬＰＣ量子化器１５０３は、ＬＰＣ分析器１５０２から与えられる当該レイヤのＬＰＣ係数を上位レイヤのＬＰＣ係数を利用して効率的に符号化を行う。ＬＰＣ量子化器１５０３の構成を、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態の階層符号化装置のＬＰＣ量子化器の構成を示すブロック図である。
【０１７０】
入力端子１６０９からここでは図示されないＬＰＣ分析器１５０２で求められた当該レイヤのＬＰＣ係数が入力される。当該レイヤのＬＰＣ係数を｛αｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｎ）｝と表す。ここでＮＰ（ｎ）は当該レイヤ（第ｎレイヤ）のＬＰＣ係数の次数を表す。
【０１７１】
次に、ＬＳＦ変換部１６０６は、当該フレームのＬＰＣ係数をＬＳＦ係数に変換する。ＬＳＦ係数は、ＬＰＣ係数と相互に変換可能なパラメータで、フィルタの安定条件判定が容易、パラメータの補間特性が良い、スペクトル歪に対するパラメータの感度がほぼ一定などの利点があり、音声符号化の分野では広く利用されている。
【０１７２】
ここでＬＳＦ係数を｛Ｆｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｎ）｝と表すと、ＬＳＦ係数は０〜１の間の値を取り、かつＦｐ＜Ｆｐ＋１の関係がある。同様に入力端子１６０１から入力される上位レイヤのＬＰＣ係数を｛βｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝と表す。ここでＮＰ（ｍ）は上位レイヤ（第ｍレイヤ、ｍ＜ｎ）のＬＰＣ係数の次数を表す。
【０１７３】
次に、ＬＳＦ変換部１６０２は、上位レイヤのＬＰＣ係数｛βｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝をＬＳＦ係数｛Ｇｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝に変換する。次に、修正部１６０３は、当該レイヤのサンプリング周波数に適合するように下位レイヤのＬＳＦ係数に定数を乗じる。この定数は、Ｆｓ（ｍ）／Ｆｓ（ｎ）で表される。
【０１７４】
加算器１６０５は、修正部１６０３から与えられる変換後の下位レイヤのＬＳＦ係数とデルタＬＳＦ符号帳１６０４に格納されているデルタＬＳＦベクトルとを加算する。減算器１６０７は、当該レイヤのＬＳＦ係数から加算器１６０５の出力ベクトルを減じ、その誤差信号を探索器１６０８に出力する。
【０１７５】
探索器１６０８は、前記誤差信号のエネルギーまたは聴感的に重み付けされたエネルギーを最小にするデルタＬＳＦ符号帳１６０４に格納されているデルタＬＳＦベクトルを効率的に探索し、そのインデックスを符号化コードとして出力端子１６１０より出力する。
【０１７６】
このように、本実施の形態の階層符号化装置によれば、第２レイヤより下位の時間領域符号化において、上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数（またはＬＳＦ係数）と当該レイヤのＬＰＣ係数（またはＬＳＦ係数）を用いて最適なデルタＬＳＦベクトルを探索することにより、上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を考慮して最適なデルタＬＳＦベクトルを探索することができ、時間領域符号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【０１７７】
（実施の形態６）
実施の形態６では、実施の形態４の入力端子１３０７から入力されるパラメータが異なる例について説明する。実施の形態４では上位レイヤで求められたピッチ周期が入力されていたが、実施の形態６では上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数が入力される。
【０１７８】
本実施の形態では、第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）復号化部が時間領域復号化部と周波数領域復号化部で構成される音響信号復号化方式において、上位レイヤにて復号されたＬＰＣ係数を利用して当該レイヤのＬＰＣ係数の復号化を行う時間領域復号化部を有する点に特徴がある。本実施の形態によれば、下位レイヤで復号化されたＬＰＣ係数を利用することにより、ＬＰＣ係数の符号化を効率的に行う時間領域符号化部の符号化コードを復号することが可能となり、その結果として低ビットレートで高品質な復号信号を生成することができる。図１３において、図８と同じ名称を持つ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１７９】
入力端子１３０７から、上位レイヤにて復号されたＬＰＣ係数が入力され、時間領域復号化部１３０３に与えられる。時間領域復号化部１３０３は、入力された上位レイヤのＬＰＣ係数を利用して復号化を行う。この場合の時間領域復号化部１３０３の構成を図１７に示す。図１７は、本実施の形態の階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図である。図１７において、図９と同じ名称をもつ構成要素は同一の機能を有するため、そのような構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１８０】
入力端子１７１２から入力される上位レイヤのＬＰＣ係数はＬＰＣ復号器１７０９に与えられる。ＬＰＣ復号器１７０９は、当該レイヤのＬＰＣ係数を上位レイヤのＬＰＣ係数を利用して復号する。ＬＰＣ復号器１７０９の構成を、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施の形態の階層復号化装置のＬＰＣ復号器の構成を示すブロック図である。
【０１８１】
入力端子１８０１から上位レイヤのＬＰＣ係数｛βｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝が入力される。ＬＳＦ変換部１８０７は、上位レイヤのＬＳＦ係数｛Ｇｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝に変換する。修正部１８０３は、上位レイヤのサンプリング周波数Ｆｓ（ｍ）と当該レイヤのサンプリング周波数Ｆｓ（ｎ）で規定される定数Ｆｓ（ｍ）／Ｆｓ（ｎ）を上位レイヤのＬＳＦ係数｛Ｇｐ；  ｐ＝１〜ＮＰ（ｍ）｝に乗じ、加算器１８０５に与える。
【０１８２】
入力端子１８０２からはデルタＬＳＦベクトルを表す符号化コードが入力される。デルタＬＳＦ符号帳１８０４は、この符号化コードを用いてデルタＬＳＦベクトルを復号し、加算器１８０５に与える。加算器１８０５は、修正後の上位レイヤＬＳＦ係数と復号されたデルタＬＳＦベクトルとを加算し、加算後のＬＳＦベクトルをＬＰＣ変換部１８０８に与える。ＬＰＣ変換部１８０８は、ＬＳＦベクトルからＬＰＣ係数に変換し、出力端子１８０６から出力する。
【０１８３】
このように、本実施の形態の音声復号化装置によれば、第２レイヤより下位の時間領域復号化において、符号化側の上位レイヤにて求められたＬＰＣ係数を考慮して探索した最適なデルタＬＳＦベクトルを利用して復号化することにより、時間領域符号化のＬＰＣ係数の符号化及び復号化をより効率的に行うことができ、低ビットレートで高品質に符号化できる。
【０１８４】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について、図面を参照して説明する。図１９は、本発明の実施の形態７に係る通信装置の構成を示すブロック図である。図１９における信号処理装置１９０３は前述した実施の形態１から実施の形態６に示した階層符号化装置の中の１つによって構成されている点に本実施の形態の特徴がある。
【０１８５】
図１９に示すように、本発明の実施の形態７に係る通信装置１９００は、入力装置１９０１、Ａ／Ｄ変換装置１９０２及びネットワーク１９０４に接続されている信号処理装置１９０３を具備している。
【０１８６】
Ａ／Ｄ変換装置１９０２は、入力装置１９０１の出力端子に接続されている。信号処理装置１９０３の入力端子は、Ａ／Ｄ変換装置１９０２の出力端子に接続されている。信号処理装置１９０３の出力端子はネットワーク１９０４に接続されている。
【０１８７】
入力装置１９０１は、人間の耳に聞こえる音波を電気的信号であるアナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換装置１９０２に与える。Ａ／Ｄ変換装置１９０２はアナログ信号をディジタル信号に変換して信号処理装置１９０３に与える。信号処理装置１９０３は入力されてくるディジタル信号を符号化してコードを生成し、ネットワーク１９０４に出力する。
【０１８８】
このように、本発明の実施の形態の通信装置によれば、通信において前述した実施の形態１〜６に示したような効果を享受でき、少ないビット数で効率よく音響信号を符号化する階層符号化装置を提供することができる。
【０１８９】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８について、図面を参照して説明する。図２０は、本発明の実施の形態８に係る通信装置の構成を示すブロック図である。図２０における信号処理装置２００３は前述した実施の形態１から実施の形態６に示した階層復号化装置の中の１つによって構成されている点に本実施の形態の特徴がある。
【０１９０】
図２０に示すように、本発明の実施の形態８に係る通信装置２０００は、ネットワーク２００１に接続されている受信装置２００２、信号処理装置２００３、及びＤ／Ａ変換装置２００４及び出力装置２００５を具備している。
【０１９１】
受信装置２００２の入力端子は、ネットワーク２００１に接続されている。信号処理装置２００３の入力端子は、受信装置２００２の出力端子に接続されている。Ｄ／Ａ変換装置２００４の入力端子は、信号処理装置２００３の出力端子に接続されている。出力装置２００５の入力端子は、Ｄ／Ａ変換装置２００４の出力端子に接続されている。
【０１９２】
受信装置２００２は、ネットワーク２００１からのディジタルの符号化音響信号を受けてディジタルの受信音響信号を生成して信号処理装置２００３に与える。信号処理装置２００３は、受信装置２００２からの受信音響信号を受けてこの受信音響信号に復号化処理を行ってディジタルの復号化音響信号を生成してＤ／Ａ変換装置２００４に与える。Ｄ／Ａ変換装置２００４は、信号処理装置２００３からのディジタルの復号化音声信号を変換してアナログの復号化音声信号を生成して出力装置２００５に与える。出力装置２００５は、電気的信号であるアナログの復号化音響信号を空気の振動に変換して音波として人間の耳に聴こえるように出力する。
【０１９３】
このように、本実施の形態の通信装置によれば、通信において前述した実施の形態１〜６に示したような効果を享受でき、少ないビット数で効率よく符号化された音響信号を復号することができるので、良好な音響信号を出力することができる。
【０１９４】
（実施の形態９）
次に、本発明の実施の形態９について、図面を参照して説明する。図２１は、本発明の実施の形態９に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態９において、図２１における信号処理装置２１０３は、前述した実施の形態１から実施の形態６に示した音響符号化手段の中の１つによって構成されている点に本実施の形態の特徴がある。
【０１９５】
図２１に示すように、本発明の実施の形態９に係る通信装置２１００は、入力装置２１０１、Ａ／Ｄ変換装置２１０２、信号処理装置２１０３、ＲＦ変調装置２１０４及びアンテナ２１０５を具備している。
【０１９６】
入力装置２１０１は人間の耳に聞こえる音波を電気的信号であるアナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換装置２１０２に与える。Ａ／Ｄ変換装置２１０２はアナログ信号をディジタル信号に変換して信号処理装置２１０３に与える。信号処理装置２１０３は入力されてくるディジタル信号を符号化して符号化音響信号を生成し、ＲＦ変調装置２１０４に与える。ＲＦ変調装置２１０４は、符号化音響信号を変調して変調符号化音響信号を生成し、アンテナ２１０５に与える。アンテナ２１０５は、変調符号化音響信号を電波として送信する。
【０１９７】
このように、本実施の形態の通信装置によれば、無線通信において前述した実施の形態１〜６に示したような効果を享受でき、少ないビット数で効率よく音響信号を符号化することができる。
【０１９８】
なお、本発明は、オーディオ信号を用いる送信装置、送信符号化装置又は音響信号符号化装置に適用することができる。また、本発明は、移動局装置又は基地局装置にも適用することができる。
【０１９９】
（実施の形態１０）
次に、本発明の実施の形態１０について、図面を参照して説明する。図２２は、本発明の実施の形態１０に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１０において、図２２における信号処理装置２２０３は、前述した実施の形態１から実施の形態６に示した音響復号化手段の中の１つによって構成されている点に本実施の形態の特徴がある。
【０２００】
図２２に示すように、本発明の実施の形態１０に係る通信装置２２００は、アンテナ２２０１、ＲＦ復調装置２２０２、信号処理装置２２０３、Ｄ／Ａ変換装置２２０４及び出力装置２２０５を具備している。
【０２０１】
アンテナ２２０１は、電波としてのディジタルの符号化音響信号を受けて電気信号のディジタルの受信符号化音響信号を生成してＲＦ復調装置２２０２に与える。ＲＦ復調装置２２０２は、アンテナ２２０１からの受信符号化音響信号を復調して復調符号化音響信号を生成して信号処理装置２２０３に与える。
【０２０２】
信号処理装置２２０３は、ＲＦ復調装置２２０２からのディジタルの復調符号化音響信号を受けて復号化処理を行ってディジタルの復号化音響信号を生成してＤ／Ａ変換装置２２０４に与える。Ｄ／Ａ変換装置２２０４は、信号処理装置２２０３からのディジタルの復号化音声信号を変換してアナログの復号化音声信号を生成して出力装置２２０５に与える。出力装置２２０５は、電気的信号であるアナログの復号化音声信号を空気の振動に変換して音波として人間の耳に聴こえるように出力する。
【０２０３】
このように、本実施の形態の通信装置によれば、無線通信において前述した実施の形態１〜６に示したような効果を享受でき、少ないビット数で効率よく符号化された音響信号を復号することができるので、良好な音響信号を出力することができる。
【０２０４】
なお、本発明は、オーディオ信号を用いる受信装置、受信復号化装置又は音声信号復号化装置に適用することができる。また、本発明は、移動局装置又は基地局装置にも適用することができる。
【０２０５】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、信号処理装置として行う場合について説明しているが、これに限られるものではなく、この信号処理方法をソフトウェアとして行うことも可能である。
【０２０６】
例えば、上記信号処理方法を実行するプログラムを予めＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に格納しておき、そのプログラムをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）によって動作させるようにしても良い。
【０２０７】
また、上記信号処理方法を実行するプログラムをコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納し、記憶媒体に格納されたプログラムをコンピュータのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）に記録して、コンピュータをそのプログラムにしたがって動作させるようにしても良い。
【０２０８】
なお、上記説明では、時間領域から周波数領域への変換法に離散フーリエ変換を用いる場合について説明を行っているがこれに限定されず直交変換であればいずれも適用できる。例えば、離散コサイン変換またはＭＤＣＴ（変形離散コサイン変換）等を適用することもできる。
【０２０９】
なお、本発明は、オーディオ信号を用いる受信装置、受信復号化装置又は音声信号復号化装置に適用することができる。また、本発明は、移動局装置又は基地局装置にも適用することができる。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の音響信号の階層符号化方法および階層復号化方法によれば、第２レイヤ以下の符号化において、上位レイヤの符号化結果を復号化した信号と入力音響信号との差分を時間領域で符号化し、時間領域の符号化で符号化できない残差信号、すなわち差分信号と時間領域での符号化した信号を復号した復号信号との差分を周波数領域で符号化することにより、周期性のある信号を時間領域の符号化し、周期性のない信号を周波数領域の符号化することができ、低ビットレートで高品質な符号化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る階層符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】上記実施の形態の階層符号化装置の第ｎレイヤ（２≦ｎ≦Ｎ）符号化部の構成を示すブロック図
【図３】上記実施の形態の階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図
【図４】上記本実施の形態の階層符号化装置の目標信号生成部の構成を示すブロック図
【図５】上記実施の形態の階層符号化装置の周波数領域符号化部の構成を示すブロック図
【図６】上記実施の形態の階層符号化装置の聴覚マスキング算出部の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る階層復号化装置の構成を示すブロック図
【図８】上記実施の形態の階層復号化装置の第２レイヤ以降の復号化部の構成を示すブロック図
【図９】上記実施の形態の階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図
【図１０】上記実施の形態の階層復号化装置の周波数領域復号化部の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態３に係る階層符号化装置の構成を示すブロック図
【図１２】上記実施の形態の階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態４に係る階層復号化装置の構成を示すブロック図
【図１４】上記実施の形態の階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る階層符号化装置の時間領域符号化部の構成を示すブロック図
【図１６】上記実施の形態の階層符号化装置のＬＰＣ量子化器の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態６に係る階層復号化装置の時間領域復号化部の構成を示すブロック図
【図１８】上記実施の形態の階層復号化装置のＬＰＣ復号器の構成を示すブロック図
【図１９】本発明の実施の形態７に係る通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態８に係る通信装置の構成を示すブロック図
【図２１】本発明の実施の形態９に係る通信装置の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態１０に係る通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０２  ＤＳ１部
１０３  第１レイヤ符号化部
１０４、７０３  第１レイヤ復号化部
１０７、１１３、４０４  遅延器
１０５、７０４  ＵＳ１部
１０６  ＤＳ２部
１０８、１１４、４０５  減算器
１０９  第２レイヤ符号化部
１１０、７０４  第２レイヤ復号化部
１１１、７０５、７０９、８０５、１３０５  加算器
１１２、７０７  ＵＳ２部
１１５  第３レイヤ符号化部
２０３  時間領域符号化部
２０４  目標信号生成部
２０５  周波数領域符号化部
４０３  復号部
５０３  周波数領域変換部
５０４  聴覚マスキング算出部
５０５  量子化部
７０８  第３レイヤ復号化部
８０３、１３０３  時間領域復号化部
８０４、１３０４  周波数領域復号化部
１００２  変換係数復号化部
１００３  時間領域変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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