(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ音声信号からモノラル音声信号を生成する生成手段と、
前記モノラル音声信号をＣＥＬＰ方式で符号化して前記モノラル音声信号の符号化パラメータを得る第１の符号化手段と、
前記ステレオ音声信号のＲチャネルまたはＬチャネルのいずれかを符号化対象チャネルとし、前記符号化対象チャネルに対し線形予測分析および適応音源符号帳探索を行って得られるパラメータと前記モノラル音声信号の符号化パラメータとの差分をとり、前記差分から前記符号化対象チャネルの符号化パラメータを得る第２の符号化手段と、
を具備するスケーラブル符号化装置。
【請求項２】
前記生成手段は、
前記Ｒチャネルおよび前記Ｌチャネルの平均を求めて前記モノラル音声信号とする、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項３】
前記第２の符号化手段は、
前記符号化対象チャネルの固定音源符号帳インデックスとして、前記モノラル音声信号の符号化パラメータの固定音源符号帳インデックスを用いる、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項４】
前記Ｒチャネルおよび前記Ｌチャネルのうち、前記第２の符号化手段の符号化対象チャネル以外のチャネルについては符号化を行わない、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項５】
前記Ｒチャネルおよび前記Ｌチャネルのうち、前記第２の符号化手段の符号化対象チャネル以外のチャネルを符号化対象とし、前記第１および第２の符号化手段によって得られる符号化パラメータを用いて合成信号を生成し、この合成信号の符号化歪みが最小となるように符号化を行う第３の符号化手段、
をさらに具備する請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項６】
請求項１記載のスケーラブル符号化装置を具備する通信端末装置。
【請求項７】
請求項１記載のスケーラブル符号化装置を具備する基地局装置。
【請求項８】
ステレオ音声信号からモノラル音声信号を生成する生成ステップと、
前記モノラル音声信号をＣＥＬＰ方式で符号化して前記モノラル音声信号の符号化パラメータを得る第１の符号化ステップと、
前記ステレオ音声信号のＲチャネルまたはＬチャネルのいずれかを符号化対象チャネルとし、前記符号化対象チャネルに対し線形予測分析および適応音源符号帳探索を行って得られるパラメータと前記モノラル音声信号の符号化パラメータとの差分をとり、前記差分から前記符号化対象チャネルの符号化パラメータを得る第２の符号化ステップと、
を具備するスケーラブル符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ音声信号に対し、ＣＥＬＰ方式による符号化（以下、単にＣＥＬＰ符号化と略すことがある）によってスケーラブル符号化を実現するスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機による通話のように、移動体通信システムにおける音声通信では、現在、モノラル方式による通信（モノラル通信）が主流である。しかし、今後、第４世代の移動体通信システムのように、伝送レートのさらなる高ビットレート化が進めば、複数チャネルを伝送するだけの帯域を確保できるようになるため、音声通信においてもステレオ方式による通信（ステレオ通信）が普及することが期待される。
【０００３】
例えば、音楽をＨＤＤ（ハードディスク）搭載の携帯オーディオプレーヤに記録し、このプレーヤにステレオ用のイヤホンやヘッドフォン等を装着してステレオ音楽を楽しむユーザが増えている現状を考えると、将来、携帯電話機と音楽プレーヤとが結合し、ステレオ用のイヤホンやヘッドフォン等の装備を利用しつつ、ステレオ方式による音声通信を行うライフスタイルが一般的になることが予想される。また、最近普及しつつあるＴＶ会議等の環境において、臨場感ある会話を可能とするため、やはりステレオ通信が行われるようになることが予想される。
【０００４】
ところが、ステレオ通信が普及しても、依然としてモノラル通信も行われると予想される。何故なら、モノラル通信は低ビットレートであるため通信コストが安くなることが期待され、また、モノラル通信のみに対応した携帯電話機は回路規模が小さくなるため安価となり、高品質な音声通信を望まないユーザは、モノラル通信のみに対応した携帯電話機を購入するだろうからである。よって、一つの通信システム内において、ステレオ通信に対応した携帯電話機とモノラル通信に対応した携帯電話機とが混在するようになり、通信システムは、これらステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応する必要性が生じる。
【０００５】
また、移動体通信システムは無線信号によって通信データをやりとりするため、伝搬路環境によっては通信データの一部を失う場合がある。そこで、かかる場合でも残りの受信データから元の通信データを復元することができる機能を携帯電話機が有していれば非常に有用である。
【０００６】
ステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応することができ、かつ、通信データの一部を失っても残りの受信データから元の通信データを復元することができる機能として、ステレオ信号とモノラル信号とからなるスケーラブル符号化がある。この機能を有したスケーラブル符号化装置の例として、例えば、非特許文献１に開示されたものがある。
【非特許文献１】ISO/IEC 14496-3:1999 (B.14 Scalable AAC with core coder)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に開示のスケーラブル符号化装置は、オーディオ信号を対象にしたものであり音声信号は想定していないため、音声信号に対しそのまま適用すると、符号化効率が低下するという問題がある。すなわち、音声信号に対しては、効率的な符号化が可能なＣＥＬＰ符号化を適用することが望まれるが、非特許文献１には、ＣＥＬＰ方式を適用した場合の、特に拡張レイヤにおいてＣＥＬＰ符号化を適用する場合の具体的な構成は示されておらず、想定外である音声信号に対して最適化されているＣＥＬＰ符号
化をそのまま適用しても、望ましい符号化効率を得るのは困難である。
【０００８】
よって、本発明の目的は、ステレオ音声信号に対し、ＣＥＬＰ符号化によるスケーラブル符号化を実現し、符号化効率を向上させることができるスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスケーラブル符号化装置は、ステレオ音声信号からモノラル音声信号を生成する生成手段と、前記モノラル音声信号をＣＥＬＰ方式で符号化して前記モノラル音声信号の符号化パラメータを得る第１の符号化手段と、前記ステレオ音声信号のＲチャネルまたはＬチャネルのいずれかを符号化対象チャネルとし、前記符号化対象チャネルに対し線形予測分析および適応音源符号帳探索を行って得られるパラメータと前記モノラル音声信号の符号化パラメータとの差分をとり、前記差分から前記符号化対象チャネルの符号化パラメータを得る第２の符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステレオ音声信号に対し、ＣＥＬＰ符号化によるスケーラブル符号化を実現することができ、符号化効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、２チャネルからなるステレオ音声信号を符号化する場合を例にとって説明し、また、以下に示す第１チャネルおよび第２チャネルとは、それぞれＬチャネルおよびＲチャネル、またはその逆のチャネルのことを示している。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。このスケーラブル符号化装置１００は、加算器１０１、乗算器１０２、ＣＥＬＰ符号化部１０３、および第１チャネル差分情報符号化部１０４を備える。
【００１３】
スケーラブル符号化装置１００の各部は以下の動作を行う。
【００１４】
加算器１０１は、スケーラブル符号化装置１００に入力された第１チャネル信号ＣＨ１および第２チャネル信号ＣＨ２を加算し、和信号を生成する。乗算器１０２は、この和信号に１／２を乗じてスケールを半分とし、モノラル信号Ｍを生成する。すなわち、加算器１０１および乗算器１０２は、第１チャネル信号ＣＨ１および第２チャネル信号ＣＨ２の平均信号を求め、これをモノラル信号Ｍとする。
【００１５】
ＣＥＬＰ符号化部１０３は、このモノラル信号Ｍに対しＣＥＬＰ符号化を行い、得られたモノラル信号のＣＥＬＰ符号化パラメータをスケーラブル符号化装置１００の外部およ
び第１チャネル差分情報符号化部１０４に出力する。ここで、ＣＥＬＰ符号化パラメータとは、ＬＳＰパラメータ、適応音源符号帳インデックス、適応音源ゲイン、固定音源符号帳インデックス、および固定音源ゲインのことである。
【００１６】
第１チャネル差分情報符号化部１０４は、スケーラブル符号化装置１００に入力された第１チャネル信号ＣＨ１に対し、ＣＥＬＰ符号化に準じた符号化、すなわち、線形予測分析、適応音源符号帳探索、および固定音源符号帳探索による符号化を行い、この過程で得られる符号化パラメータと、ＣＥＬＰ符号化部１０３から出力されるＣＥＬＰ符号化パラメータとの差分を求める。なお、この符号化についても単にＣＥＬＰ符号化と呼ぶこととすると、上記の処理は、モノラル信号Ｍと第１チャネル信号ＣＨ１とに対し、ＣＥＬＰ符号化パラメータのレベル（段階）で差分をとることに相当する。そして、第１チャネル差分情報符号化部１０４は、この第１チャネルに関する差分情報（第１チャネル差分情報）に対して符号化を行い、得られた第１チャネル差分情報の符号化パラメータをスケーラブル符号化装置１００の外部に出力する。
【００１７】
このスケーラブル符号化装置１００の１つの特徴は、加算器１０１、乗算器１０２、およびＣＥＬＰ符号化部１０３によって第１レイヤを、第１チャネル差分情報符号化部１０４によって第２レイヤを構成し、第１レイヤからは、モノラル信号の符号化パラメータが出力され、第２レイヤからは、第１レイヤ（モノラル信号）の符号化パラメータと併せて復号することによりステレオ信号を得ることができる符号化パラメータが出力されることである。すなわち、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置は、モノラル信号とステレオ信号とからなるスケーラブル符号化を実現する。
【００１８】
この構成により、上記の第１レイヤおよび第２レイヤからなる符号化パラメータを取得する復号装置は、ステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応したスケーラブル復号装置であっても良いし、モノラル通信のみに対応した復号装置であっても良い。また、ステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応したスケーラブル復号装置であっても、伝送路環境の悪化により、第２レイヤの符号化パラメータを取得することができず、第１レイヤの符号化パラメータしか取得できない場合も考えられる。しかし、かかる場合であっても、このスケーラブル復号装置は、低品質ではあるがモノラル信号を復号することができる。また、このスケーラブル復号装置が第１レイヤおよび第２レイヤの符号化パラメータを取得することができた場合、これら双方のパラメータを用いて高品質なステレオ信号を復号することができる。
【００１９】
以下に、スケーラブル符号化装置１００から出力される第１レイヤおよび第２レイヤの符号化パラメータによって、復号装置がステレオ信号を復号することができる原理について説明する。図２は、モノラル信号と第１チャネル信号および第２チャネル信号との関係について、符号化前後の状態を比較しながら示す図である。
【００２０】
モノラル信号Ｍは、第１チャネル信号ＣＨ１および第２チャネル信号ＣＨ２の和に１／２を乗じて、すなわち、次の（式１）によって求めることができる。
Ｍ＝（ＣＨ１＋ＣＨ２）／２  …（式１）
よって、モノラル信号Ｍに対するＣＨ１の差分（第１チャネル信号差分）をΔＣＨ１とすると、ＣＨ１は、図２Ａに示すように、次の（式２）の関係を満たす。
ＣＨ１＝Ｍ＋ΔＣＨ１  …（式２）
従って、ＣＨ１が符号化パラメータであった場合、これを復号するためにはＭおよびΔＣＨ１の双方の符号化パラメータを復号すれば良いことがわかる。
【００２１】
同様に、第２チャネル信号ＣＨ２についても、モノラル信号Ｍに対するＣＨ２の差分（第２チャネル信号差分）をΔＣＨ２として、以下の（式３）の関係がある。
ＣＨ２＝Ｍ＋ΔＣＨ２  …（式３）
そこで、以下の（式４）のように近似することができれば、上記（式３）は（式５）のようになる。
ΔＣＨ１＝−ΔＣＨ２  …（式４）
ＣＨ２＝Ｍ−ΔＣＨ１  …（式５）
従って、上記（式４）の近似が成り立てば、ＣＨ１の符号化パラメータと同様に、ＣＨ２の符号化パラメータをＭおよびΔＣＨ１の双方の符号化パラメータを復号することによって、間接的に復号することができることがわかる。
【００２２】
しかし、符号化を経ることにより、通常、符号化歪みが発生するため、図２Ｂに示すように、符号化後においては厳密にはΔＣＨ１とΔＣＨ２の大きさは異なってくる。よって、上記（式４）の意味するところは、符号化後の第１チャネル差分情報および第２チャネル差分情報の大きさが等しいと近似すること、換言すれば、第１チャネルおよび第２チャネルをそれぞれ符号化した際の双方の符号化歪みが等しいと近似するということである。実際、これらの符号化歪みは、実機においても大きく異なることはないので、第１チャネルおよび第２チャネルの符号化歪みの差を無視して符号化を行っても、復号信号の音質の大きな劣化にはつながらないと考えることができる。
【００２３】
そこで、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置１００は、上記の原理を利用して、ＭおよびΔＣＨ１の２つの符号化パラメータを出力する。これらを取得した復号装置は、ＭおよびΔＣＨ１を復号することによって、ＣＨ１だけでなく、ＣＨ２も復号することができる。
【００２４】
図３は、ＣＥＬＰ符号化部１０３内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００２５】
このＣＥＬＰ符号化部１０３は、ＬＰＣ分析部１１１、ＬＰＣ量子化部１１２、ＬＰＣ合成フィルタ１１３、加算器１１４、聴感重み付け部１１５、歪み最小化部１１６、適応音源符号帳１１７、乗算器１１８、固定音源符号帳１１９、乗算器１２０、ゲイン符号帳１２１、および加算器１２２を備える。
【００２６】
ＬＰＣ分析部１１１は、乗算器１０２から出力されたモノラル信号Ｍに対して線形予測分析を施し、分析結果であるＬＰＣパラメータをＬＰＣ量子化部１１２および聴感重み付け部１１５へ出力する。
【００２７】
ＬＰＣ量子化部１１２は、ＬＰＣ分析部１１１から出力されたＬＰＣパラメータを量子化に適したＬＳＰパラメータに変換した後に量子化し、得られる量子化ＬＳＰパラメータ（ＣＬ）をＣＥＬＰ符号化部１０３の外部に出力する。この量子化ＬＳＰパラメータは、ＣＥＬＰ符号化部１０３によって得られるＣＥＬＰ符号化パラメータの１つである。また、ＬＰＣ量子化部１１２は、この量子化ＬＳＰパラメータを量子化ＬＰＣパラメータに再変換後、これをＬＰＣ合成フィルタ１１３へ出力する。
【００２８】
ＬＰＣ合成フィルタ１１３は、ＬＰＣ量子化部１１２から出力される量子化ＬＰＣパラメータを用いて、後述の適応音源符号帳１１７および固定音源符号帳１１９で生成された音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタによる合成を行う。得られた合成信号は、加算器１１４へ出力される。
【００２９】
加算器１１４は、ＬＰＣ合成フィルタ１１３から出力された合成信号の極性を反転させ、モノラル信号Ｍに加算することにより誤差信号を算出し、この誤差信号を聴感重み付け部１１５へ出力する。この誤差信号が符号化歪みに相当する。
【００３０】
聴感重み付け部１１５は、ＬＰＣ分析部１１１から出力されたＬＰＣパラメータに基づいて構成される聴感重み付けフィルタを用いて、加算器１１４から出力された符号化歪みに対して聴感的な重み付けを行い、この信号を歪み最小化部１１６へ出力する。
【００３１】
歪み最小化部１１６は、聴感重み付け部１１５から出力される符号化歪みが最小となるように、適応音源符号帳１１７、固定音源符号帳１１９、およびゲイン符号帳１２１に対し各種パラメータを指示する。具体的には、歪み最小化部１１６は、適応音源符号帳１１７、固定音源符号帳１１９、およびゲイン符号帳１２１に対して、使用するインデックス（ＣＡ、ＣＤ、ＣＧ）を指示する。
【００３２】
適応音源符号帳１１７は、過去に生成されたＬＰＣ合成フィルタ１１３への駆動音源の音源ベクトルを内部バッファに記憶しており、歪み最小化部１１６から指示されたインデックスに対応する適応音源ラグに基づいて、この記憶されている音源ベクトルから１サブフレーム分を生成し、適応音源ベクトルとして乗算器１１８へ出力する。
【００３３】
固定音源符号帳１１９は、歪み最小化部１１６から指示されたインデックスに対応する音源ベクトルを、固定音源ベクトルとして乗算器１２０へ出力する。
【００３４】
ゲイン符号帳１２１は、歪み最小化部１１６から指示されたインデックスに対応するゲイン、具体的には、適応音源符号帳１１７からの適応音源ベクトル、および固定音源符号帳１１９からの固定音源ベクトル、に対する各ゲインを生成し、乗算器１１８、１２０へそれぞれ出力する。
【００３５】
乗算器１１８は、ゲイン符号帳１２１から出力された適応音源ゲインを、適応音源符号帳１１７から出力された適応音源ベクトルに乗じ、加算器１２２へ出力する。
【００３６】
乗算器１２０は、ゲイン符号帳１２１から出力された固定音源ゲインを、固定音源符号帳１１９から出力された固定音源ベクトルに乗じ、加算器１２２へ出力する。
【００３７】
加算器１２２は、乗算器１１８から出力された適応音源ベクトルと、乗算器１２０から出力された固定音源ベクトルとを加算し、加算後の音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタ１１３に出力する。また、加算器１２２は、得られた駆動音源の音源ベクトルを適応音源符号帳１１７へフィードバックする。
【００３８】
ＬＰＣ合成フィルタ１１３は、前述の通り、加算器１２２から出力される音源ベクトル、すなわち、適応音源符号帳１１７および固定音源符号帳１１９で生成された音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタによる合成を行う。
【００３９】
このように、適応音源符号帳１１７および固定音源符号帳１１９で生成された音源ベクトルを用いて符号化歪みが求められる一連の処理は、閉ループ（帰還ループ）となっており、歪み最小化部１１６は、この符号化歪みが最小となるように、適応音源符号帳１１７、固定音源符号帳１１９、およびゲイン符号帳１２１に対して指示を行う。そして、歪み最小化部１１６は、符号化歪みが最小となる各種ＣＥＬＰ符号化パラメータ（ＣＡ、ＣＤ、ＣＧ）をＣＥＬＰ符号化部１０３の外部に出力する。
【００４０】
図４は、第１チャネル差分情報符号化部１０４内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００４１】
この第１チャネル差分情報符号化部１０４は、第１チャネル信号ＣＨ１の音源成分のパラメータとスペクトル包絡成分のパラメータとをモノラル信号Ｍからの差分として符号化
する。ここで、音源成分のパラメータとは、適応音源符号帳インデックス、適応音源ゲイン、固定音源符号帳インデックス、および固定音源ゲインのことであり、また、スペクトル包絡成分のパラメータとは、ＬＰＣ分析を行って得られるＬＰＣパラメータのことである。
【００４２】
なお、第１チャネル差分情報符号化部１０４において、ＬＰＣ分析部１３１、ＬＰＣ合成フィルタ１３３、加算器１３４、聴感重み付け部１３５、歪み最小化部１３６、乗算器１３８、乗算器１４０、および加算器１４２は、上記のＣＥＬＰ符号化部１０３における、ＬＰＣ分析部１１１、ＬＰＣ合成フィルタ１１３、加算器１１４、聴感重み付け部１１５、歪み最小化部１１６、乗算器１１８、乗算器１２０、および加算器１２２とそれぞれ同様の構成であるため、説明を省略し、ＣＥＬＰ符号化部１０３と異なる構成について以下詳細に説明する。
【００４３】
差分量子化部１３２は、ＬＰＣ分析部１３１で得られる第１チャネル信号ＣＨ１のＬＰＣパラメータω１（ｉ）と、ＣＥＬＰ符号化部１０３で既に求められているモノラル信号ＭのＬＰＣパラメータ（ＣＬ）との差分を求め、この差分を量子化することによって、第１チャネル差分情報のスペクトル包絡成分の符号化パラメータΔω１（ｉ）とし、第１チャネル差分情報符号化部１０４の外部に出力する。また、差分量子化部１３２は、第１チャネル信号のＬＰＣパラメータの量子化パラメータω１（ｉ）をＬＰＣ合成フィルタ１３３に出力する。
【００４４】
ゲイン符号帳１４３は、ＣＥＬＰ符号化部１０３から出力されるモノラル信号用のゲイン符号帳インデックスに基づいて、これに対応する適応音源ゲインおよび固定音源ゲインを生成し、乗算器１３８、１４０にそれぞれ出力する。
【００４５】
適応音源符号帳１３７は、過去のサブフレームにおいて生成された駆動音源を内部バッファに蓄積している。有声音の場合、適応音源符号帳１３７のバッファの過去の駆動音源は、現フレームのピッチ波形の駆動音源波形と強い相関があるため、適応音源符号帳１３７は、このピッチ周期に相当する過去の駆動音源を切り出し、それを周期的に繰り返した信号を駆動音源としての第一近似とする。そして、適応音源符号帳１３７は、このピッチ周期、すなわち、適応音源ラグを符号化する。特に、適応音源符号帳１３７は、ＣＨ１のピッチ周期を、ＣＥＬＰ符号化部１０３で既に符号化されたモノラル信号Ｍのピッチ周期からの差分として符号化する。これは、モノラル信号Ｍは、第１チャネル信号ＣＨ１と第２チャネル信号ＣＨ２とから生成された信号であるため、自ずと第１チャネル信号ＣＨ１と類似性が高いと考えられるためである。すなわち、第１チャネル信号ＣＨ１に対し、新たに適応音源符号帳探索を行うよりも、モノラル信号Ｍに対して得られたピッチ周期を基準として、このピッチ周期からの差分として第１チャネル信号ＣＨ１のピッチ周期を表現した方が符号化効率か高いと考えられるためである。具体的には、モノラル信号に対して既に算出されたピッチ周期ＴＭと、その値からの差分パラメータであるΔＴ１とを用いて、ＣＨ１のピッチ周期Ｔ１を次の（式６）で表し、ＣＨ１に対する適応音源符号帳探索によって最適なＴ１を得るときの差分パラメータΔＴ１を符号化する。
【数１】
0004555299.tif 000002
【００４６】
固定音源符号帳１３９は、現フレームの音源成分のうち、適応音源符号帳１３７で過去の音源に基づいて生成される音源信号では近似できない残差成分に対し、この成分を表現する音源信号を生成する。この残差成分は、適応音源符号帳１３７で生成される成分に比べ、相対的に合成信号に対する寄与が少ない。また、既に述べたように、モノラル信号Ｍと第１チャネル信号ＣＨ１との類似性は高い。よって、固定音源符号帳１３９は、ＣＨ１
の固定音源符号帳インデックスとして、固定音源符号帳１１９で使用されたモノラル信号Ｍ用の固定音源符号帳インデックスを用いる。これは、ＣＨ１の固定音源ベクトルをモノラル信号の固定音源ベクトルと同一信号とすることに相当する。
【００４７】
ゲイン符号帳１４１は、ＣＨ１用の適応音源ベクトルのゲインを、モノラル信号用の適応音源ゲインと、この適応音源ゲインに乗じる係数という２つのパラメータによって特定する。また、ＣＨ１用の固定音源ベクトルのゲインについても同様で、ゲイン符号帳１４１は、モノラル信号用の固定音源ゲインと、この固定音源ゲインに乗じる係数という２つのパラメータによってＣＨ１用の固定音源ベクトルのゲインを特定する。しかも、これら２つの係数は、共通のゲイン乗数値γ１として決定され、乗算器１４４に出力される。γ１の決定方法は、ＣＨ１の合成信号とＣＨ１の原信号との誤差が最小になるように、あらかじめ用意されたＣＨ１用のゲイン符号帳から最適なゲインインデックスを選択するようにして行う。
【００４８】
乗算器１４４は、加算器１４２から出力された駆動音源ｅｘ１’にγ１を乗算してｅｘ１とし、ＬＰＣ合成フィルタ１３３に出力する。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、ステレオ信号を構成する第１チャネル信号ＣＨ１と第２チャネル信号ＣＨ２とからモノラル信号を生成し、モノラル信号のＣＥＬＰ符号化を行うと共に、ＣＨ１を符号化する際には、モノラル信号のＣＥＬＰパラメータからの差分として符号化を行う。よって、低ビットレートで、かつ品質のよいステレオ信号の符号化を実現することができる。
【００５０】
また、以上の構成において、ΔＣＨ１の符号化方法は、モノラル信号のＣＥＬＰ符号化パラメータとそれに対する差分パラメータとを用い、これらにより生成されるＣＨ１の合成信号とＣＨ１の原信号との誤差が最小となるように、ＣＥＬＰ符号化の差分パラメータを決定する。
【００５１】
また、以上の構成において、第２レイヤの符号化対象は、モノラル信号と第１チャネル信号との波形上における差分ではなく、ＣＥＬＰ符号化パラメータの段階で差分をとったものである。この理由は、ＣＥＬＰ符号化は、そもそも人間の声帯・声道をモデル化して符号化を行う技術であり、波形上で差分をとると、得られる差分情報はＣＥＬＰ符号化のモデルとは物理的に対応しないものになってしまうと考えられるためである。よって、波形上の差分を対象に行うＣＥＬＰ符号化によっては効率的な符号化を行うことができないと考えられるため、本発明ではＣＥＬＰ符号化パラメータの段階で差分をとる。
【００５２】
また、以上の構成において、モノラル信号に対するＣＨ２の差分ΔＣＨ２は、上記の近似式（式４）によって求めることとし、符号化は行わない。そして、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置で生成された符号化パラメータを受信した復号装置は、受信したΔＣＨ１の符号化パラメータから上記（式５）の計算によって復号信号を得ることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、固定音源符号帳１３９が、固定音源符号帳１１９と同一のインデックスを用いる場合、すなわち、固定音源符号帳１３９が、モノラル信号用の固定音源ベクトルと同一の固定音源ベクトルを生成する場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、モノラル信号の固定音源ベクトルに加算するような付加的な固定音源ベクトルを求めるため、固定音源符号帳１３９に対し固定音源符号帳探索を行い、ＣＨ１用に付加する固定音源符号帳インデックスを求めるようにしても良い。この場合、符号化ビットレートは増加するが、より高音質なＣＨ１の符号化を実現することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、ゲイン符号帳１４１から出力されるγ１のように、適応音源ゲインに乗じる係数と固定音源ゲインに乗じる係数とが共通である場合を例にとって説明した。しかし、これら２つの係数は共通でなくても良い。すなわち、適応音源ゲインに乗じる係数をγ１、固定音源ゲインに乗じる係数をγ２として、個別に符号化するような構成としても良い。かかる場合、γ１の決定方法は、ゲインを共通とする場合と同様に、ＣＨ１の合成信号とＣＨ１の原信号との誤差が最小になるように、あらかじめ用意されたＣＨ１用のゲイン符号帳から最適なゲインインデックスを選択するように行う。このとき、γ２の決定方法もγ１の決定方法と同様に、ＣＨ２の合成信号とＣＨ２の原信号との誤差が最小になるように、あらかじめ用意されたＣＨ２用のゲイン符号帳から最適なゲインインデックスを選択するようにして行う。
【００５５】
（実施の形態２）
実施の形態１においては、第１チャネルの符号化歪みと第２チャネルの符号化歪みとが近似的に等しいと仮定し、第１レイヤおよび第２レイヤの２層によって符号化を行うスケーラブル符号化装置の構成を示した。本実施の形態では、ＣＨ２をより精度良く符号化するために新たに第３レイヤを設け、この第３レイヤにおいて、第１チャネルおよび第２チャネルの符号化歪みの差の符号化、より具体的には、第１チャネル差分情報に含まれる符号化歪みと第２チャネル差分情報に含まれる符号化歪みとの差分をさらに符号化し、これを新たな符号化情報として出力する構成を示す。
【００５６】
具体的には、ΔＣＨ１に含まれる量子化誤差（符号化歪み）を減じるように以下のΔＣＨ２’を定義し、符号化を行う。より詳細には、第１レイヤで符号化されたモノラル信号および第２レイヤで符号化されたΔＣＨ１から推定されるＣＨ２の予測信号ＣＨ２’（＝Ｍ−ΔＣＨ１）に対するＣＨ２の差分信号ΔＣＨ２’（＝ＣＨ２−Ｍ＋ΔＣＨ１）を符号化する。
【００５７】
ここで、ΔＣＨ２’の符号化方法は、モノラル信号のＣＥＬＰ符号化パラメータおよび第２レイヤで符号化された差分ＣＥＬＰパラメータの双方のパラメータを用いて推定されるＣＨ２のＣＥＬＰ符号化パラメータと、それに対する補正パラメータとを用い、これらにより生成されるＣＨ２の合成信号とＣＨ２の原信号との誤差が最小になるように、上記の補正パラメータを決定する。第２レイヤと同様に、波形上における差分そのもののＣＥＬＰ符号化を行わない理由は、実施の形態１と同様である。
【００５８】
これにより、モノラル信号とステレオ信号とでスケーラビリティを有し、精度の良い、しかも効率的なステレオ符号化が可能である。ＣＨ２のＣＥＬＰ符号化パラメータを、モノラルのパラメータおよびＣＨ１におけるモノラルに対する差分パラメータを用いて推定し、それに対する誤差分を符号化する構成とすることで、より効率的な符号化を行うことができる。
【００５９】
図５は、本発明の実施の形態２に係るスケーラブル符号化装置２００の主要な構成を示すブロック図である。このスケーラブル符号化装置２００は、実施の形態１に示したスケーラブル符号化装置１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。新規な構成は、第３レイヤを構成する第２チャネル差分情報符号化部２０１である。
【００６０】
図６は、第２チャネル差分情報符号化部２０１内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００６１】
なお、この第２チャネル差分情報符号化部２０１において、ＬＰＣ分析部２１１、差分
量子化部２１２、ＬＰＣ合成フィルタ２１３、加算器２１４、聴感重み付け部２１５、歪み最小化部２１６、適応音源符号帳２１７、乗算器２１８、固定音源符号帳２１９、乗算器２２０、ゲイン符号帳２２１、加算器２２２、ゲイン符号帳２２３、および乗算器２２４は、上記の第１チャネル差分情報符号化部１０４における、ＬＰＣ分析部１３１、差分量子化部１３２、ＬＰＣ合成フィルタ１３３、加算器１３４、聴感重み付け部１３５、歪み最小化部１３６、適応音源符号帳１３７、乗算器１３８、固定音源符号帳１３９、乗算器１４０、ゲイン符号帳１４１、加算器１４２、ゲイン符号帳１４３、および乗算器１４４とそれぞれ同様の構成であるため、説明を省略する。
【００６２】
第２チャネルラグパラメータ推定部２２５は、モノラル信号のピッチ周期ＴＭと、ＣＨ１のＣＥＬＰ符号化パラメータであるΔＴ１とを用いて、ＣＨ２のピッチ周期（適応音源ラグ）を予測し、予測値Ｔ２’を適応音源符号帳２１７に出力する。ここで、ＣＨ１のＣＥＬＰ符号化パラメータΔＴ１は、モノラル信号のピッチ周期ＴＭに対するＣＨ１のピッチ周期Ｔ１の差分として求められる。
【００６３】
第２チャネルＬＰＣパラメータ推定部２２６は、モノラル信号のＬＰＣパラメータωＭ（ｉ）と、ＣＨ１のＬＰＣパラメータω１（ｉ）とを用いて、ＣＨ２のＬＰＣパラメータを予測し、予測値ω２’（ｉ）を差分量子化部２１２に出力する。
【００６４】
第２チャネル音源ゲイン推定部２２７は、モノラル信号の駆動音源がＣＨ１およびＣＨ２の駆動音源から上記（式１）によって求められることを利用し、ＣＨ１のゲイン乗数値γ１からＣＨ２のゲイン乗数値を逆算によって予測し、予測値γ２’を乗算器２２８に出力する。この予測値γ２’は、ゲイン符号帳２２１から出力される第２チャネル音源ゲインΔγ２に乗じられる。
【００６５】
歪み最小化部２１６によって制御される閉ループの符号化、すなわち、第２チャネル信号ＣＨ２のピッチ周期（適応音源ラグ）Ｔ２の符号化の方法は、すでに符号化されたモノラル信号のピッチ周期ＴＭと、このＴＭとＣＨ１のピッチ周期Ｔ１との差分ΔＴ１を用いて、ＣＨ２のピッチ周期Ｔ２を予測し（予測値Ｔ２’）、その予測されたピッチ周期Ｔ２’からの差分（誤差成分）を符号化することにより行われる。まず、次の（式７）を仮定する。
【数２】
0004555299.tif 000003
また、以下の（式８）の関係があるので、Ｔ２の予測値Ｔ２’は、上記（式７）から（式９）のように表される。
【数３】
0004555299.tif 000004
【数４】
0004555299.tif 000005
この（式９）に（式８）を代入すると、以下の（式１０）となる。
【数５】
0004555299.tif 000006
よって、ＣＨ２のピッチ周期Ｔ２を、その予測値Ｔ２’とそれに対する補正値ΔＴ２により、以下の（式１１）で表す。
【数６】
0004555299.tif 000007
（式１１）に（式１０）を代入して以下の（式１２）となる。
【数７】
0004555299.tif 000008
本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置は、ＣＨ２に対する適応音源符号帳の探索を行い、最適なＴ２を得るときの補正パラメータΔＴ２を符号化する。ここで、ΔＴ２は、モノラルのパラメータＴＭおよびＣＨ１におけるモノラルに対する差分パラメータΔＴ１を用いて推定した予測値に対する誤差分であるので、ΔＴ１に比べて微小な値であり、より効率的な符号化を行うことができる。
【００６６】
固定音源符号帳２１９は、第１チャネル差分情報符号化部１０４の固定音源符号帳１３９と同様に、現フレームの音源成分のうち、適応音源符号帳２１７で生成される音源信号では近似できない残差成分に対する音源信号を生成する。また、固定音源符号帳２１９は、やはり固定音源符号帳１３９と同様に、ＣＨ２の固定音源符号帳インデックスとして、モノラル信号Ｍの固定音源符号帳インデックスを用いる。すなわち、ＣＨ２の固定音源ベクトルをモノラル信号の固定音源ベクトルと同一信号とする。
【００６７】
なお、実施の形態１と同様に、モノラル信号の固定音源ベクトルに加算するような付加的な固定音源ベクトルを求めるため、固定音源符号帳２１９に対し固定音源符号帳探索を行い、ＣＨ２用に付加する固定音源符号帳インデックスを求めるようにしても良い。この場合、符号化ビットレートは増加するがより高音質なＣＨ２の符号化を実現できる。
【００６８】
ゲイン符号帳２２１は、ＣＨ２用の音源ベクトルのゲインを、モノラル信号用の適応音源ゲインおよび固定音源ベクトルのゲインの双方に共通に乗じるゲイン乗数値γ２として特定する。具体的には、ゲイン符号帳２２１は、ＣＥＬＰ符号化部１０３においてモノラル信号用のゲインが、第１チャネル差分情報符号化部１０４においてＣＨ１用のゲイン乗数値γ１が既に求められているので、これらにより予測される予測推定値γ２’を求め、この予測推定値γ２’に対する補正値Δγ２を決定することによってＣＨ２の乗数値γ２を特定する。補正値Δγ２は、ゲイン符号帳に用意されているパターンのうち、ＣＨ２の合成信号とＣＨ２の入力信号との波形歪みが最小となるパターンを選択することによって決定される。
【００６９】
より詳細には、ゲイン符号帳２２１は、まず、ＣＨ２に対するゲイン乗数値γ２を、ＣＨ１のゲイン乗数値γ１から推定する。モノラル信号の駆動音源をｅｘＭ（ｎ）、ＣＨ１の駆動音源をｅｘ１（ｎ）およびＣＨ２の駆動音源をｅｘ２（ｎ）とすると、以下の（式１３）となる。
【数８】
0004555299.tif 000009
ここで、γ２の予測値をγ２’とし、以下の（式１４）（式１５）を用いると、上記（式１３）は（式１６）となる。
【数９】
0004555299.tif 000010
【数１０】
0004555299.tif 000011
ここでｅｘ１'(ｎ）とｅｘ２'(ｎ）との相関が高いと仮定すると、（式１７）かつ（式１８）の関係を満たすこととなる。
【数１１】
0004555299.tif 000012
【数１２】
0004555299.tif 000013
また、（式１６）の両辺を２乗して和をとれば、以下の（式１９）が得られる。
【数１３】
0004555299.tif 000014
よって、（式１９）に（式１７）および（式１８）を代入すると、以下の（式２０）となる。
【数１４】
0004555299.tif 000015
（式２０）の方程式を解くことにより、以下の（式２１）の関係が得られる。
【数１５】
0004555299.tif 000016
ここでγ２を、予測値γ２’とそれに対する補正係数Δγ２との積で表すと以下の（式２２）となる。
【数１６】
0004555299.tif 000017
そして、ＣＨ２に対する最適なγ２を得るときの補正係数Δγ２をゲイン符号帳探索により符号化する。ここで、Δγ２は、モノラルのゲインおよびＣＨ１におけるモノラルに対するゲイン乗数γ１を用いて推定した予測値に対する補正分であるので、γ１に比べて、微小な値であり、より効率的な符号化を行うことができる。
【００７０】
スペクトル包絡成分は、ＣＨ２信号のＬＰＣ分析を行ってＬＰＣパラメータを求め、すでに求められているモノラル信号のＬＰＣパラメータおよびモノラル信号のＬＰＣパラメータに対するＣＨ１のＬＰＣパラメータの差分成分を用いて、ＣＨ２のＬＰＣパラメータを推定し、その推定パラメータからの補正分（誤差成分）を量子化することによって、ＣＨ２のスペクトル包絡成分パラメータとする。
【００７１】
ＣＨ２のＬＳＰパラメータω２（ｉ）（ただし、ｉ＝０，１，…，ｐ−１）を、モノラル信号のＬＳＰパラメータωＭ（ｉ）、および第１チャネル信号のＬＳＰパラメータω１（ｉ）とモノラル信号のＬＳＰパラメータωＭ（ｉ）との差分Δω１（ｉ）の双方から求める。
【００７２】
まず、以下の（式２３）を仮定する。
【数１７】
0004555299.tif 000018
また、ＣＨ１のＬＳＰパラメータω１（ｉ）は、以下の（式２４）で表される。
【数１８】
0004555299.tif 000019
よって、ω２（ｉ）の予測値ω２'(ｉ)は、（式２３）および（式２４）から以下の（式２５）となる。
【数１９】
0004555299.tif 000020
ＣＨ２のＬＳＰであるω２（ｉ）を、その予測値ω２'(ｉ）およびそれに対する補正分Δω２（ｉ）を用いて、以下の（式２６）で表す。
【数２０】
0004555299.tif 000021
（式２６）に（式２５）を代入することにより、以下の（式２７）が得られる。
【数２１】
0004555299.tif 000022
本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置は、ω２（ｉ）に対して量子化誤差を最小にするようなΔω２（ｉ）を符号化する。ここで、Δω２（ｉ）は、モノラルのＬＳＰパラメータおよびＣＨ１におけるモノラルに対する差分パラメータΔω１（ｉ）を用いて推定した予測値に対する誤差分であるので、Δω１（ｉ）に比べて微小な値であり、より効率的な符号化を行うことができる。
【００７３】
このように、本実施の形態によれば、ΔＣＨ２’の符号化において、モノラル信号のＣＥＬＰ符号化パラメータおよび第２レイヤで符号化された差分ＣＥＬＰパラメータの双方のパラメータを用いて推定されるＣＨ２のＣＥＬＰ符号化パラメータと、それに対する補正パラメータとを用い、これらにより生成されるＣＨ２の合成信号とＣＨ２の原信号との誤差が最小になるように、上記の補正パラメータを決定する。よって、ＣＨ２をより精度よく符号化および復号することができる。
【００７４】
以上、本発明に係る実施の形態１、２について説明した。
【００７５】
なお、上記各実施の形態において、モノラル信号ＭをＣＨ１とＣＨ２の平均信号としたが、かならずしもこれに限ったものではない。
【００７６】
また、適応音源符号帳は、適応符号帳と呼ばれることがある。また、固定音源符号帳は、固定符号帳、雑音符号帳、確率符号帳（stochastic codebook）、または乱数符号帳（random codebook）と呼ばれることがある。
【００７７】
本発明に係るスケーラブル符号化装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【００７８】
本発明に係るスケーラブル符号化装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することも可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置および基地局装置を提供することができる。
【００７９】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【００８０】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されていても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されていても良い。
【００８１】
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。
【００８２】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【００８３】
さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【００８４】
本明細書は、２００４年９月２８日出願の特願２００４−２８２５２５に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係るスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法は、移動体通信システムにおいて、ステレオ信号に対しスケーラブル符号化を行う通信端末装置、基地局装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施の形態１に係るスケーラブル符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図２】モノラル信号と第１チャネル信号および第２チャネル信号との関係を示す図
【図３】実施の形態１に係るＣＥＬＰ符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る第１チャネル差分情報符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図５】実施の形態２に係るスケーラブル符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図６】実施の形態２に係る第２チャネル差分情報符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図１】
0004555299.tif 000023
【図２】
0004555299.tif 000024
【図３】
0004555299.tif 000025
【図４】
0004555299.tif 000026
【図５】
0004555299.tif 000027
【図６】
0004555299.tif 000028