(57)【要約】  サブバンド符号化において、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させるサブバンド符号化装置。このサブバンド符号化装置では、低域符号化部（１０３）は、低域スペクトルＳ１３の符号化を行う。低域復号化部（１０６）は、低域符号化データＳ１４を復号して復号低域スペクトルＳ１８を高域符号化部（１０７）へ出力する。スペクトル再配置部（１０５）は、高域スペクトルＳ１６の各周波数成分に対し、周波数軸上における順序が逆順となるように再配置し、再配置後の修正高域スペクトルＳ１７を高域符号化部（１０７）へ出力する。高域符号化部（１０７）は、低域復号化部（１０６）から出力される復号低域スペクトルＳ１８を利用することにより、スペクトル再配置部（１０５）から出力される修正高域スペクトルＳ１７を符号化する。
2007063913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を複数のサブバンド信号に分割する分割手段と、
前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成する変換手段と、
前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成する並び替え手段と、
前記逆順スペクトルを符号化する符号化手段と、
を具備するサブバンド符号化装置。
【請求項２】
入力信号を少なくとも低域サブバンド信号と高域サブバンド信号とに分割する分割手段と、
前記低域サブバンド信号を符号化して低域符号化パラメータを生成する第１符号化手段と、
前記低域符号化パラメータを復号して低域復号信号を生成する復号手段と、
前記高域サブバンド信号を周波数領域変換して高域サブバンドスペクトルを生成する変換手段と、
前記高域サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順高域スペクトルを生成する並び替え手段と、
前記低域復号信号および前記逆順高域スペクトルを用いて、前記高域サブバンドスペクトルを符号化する第２符号化手段と、
を具備するサブバンド符号化装置。
【請求項３】
前記低域サブバンド信号の高域成分を遮断するローパスフィルタを前記第１符号化手段の前段にさらに具備し、
前記第２符号化手段は、
前記低域サブバンド信号のスペクトルを別途入力し、当該スペクトル、前記高域成分を含まない前記低域復号信号、および前記逆順高域スペクトルを用いて、前記高域サブバンドスペクトルを符号化する、
請求項２記載のサブバンド符号化装置。
【請求項４】
請求項１記載のサブバンド符号化装置を具備する通信端末装置。
【請求項５】
請求項１記載のサブバンド符号化装置を具備する基地局装置。
【請求項６】
入力信号を複数のサブバンド信号に分割するステップと、
前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成するステップと、
前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成するステップと、
前記逆順スペクトルを符号化するステップと、
を具備するサブバンド符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に広帯域音声信号を対象に、ＱＭＦ等の帯域分割フィルタを用いて符号化を行うサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムにおける電波資源等の有効利用のために、音声信号を低ビットレートで圧縮することが要求されている。その一方で、ユーザからは通話音声の品質向上や臨場感の高い通話サービスの実現が望まれている。この実現には、従来の音声通信で使用されている狭帯域音声（信号帯域：３．４ｋＨｚ）よりも帯域の広い広帯域音声（信号帯域：７ｋＨｚ）を用いることが望ましい。【０００３】
広帯域信号を符号化する手法にサブバンド符号化と呼ばれる技術が知られている。サブバンド符号化は、入力信号を複数の帯域に分割し、帯域毎に独立に符号化する。帯域分割後に各帯域でダウンサンプリングするため、信号サンプルの総数は帯域分割する前と同じである。帯域分割には、多くの場合ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）が用いられる。ＱＭＦは信号の帯域を１／２に分割し、低域フィルタと高域フィルタの折り返し歪が互いに打ち消しあう。そのため、フィルタのカットオフ特性をそれほど急峻にしなくとも良い等の利点がある。【０００４】
ＱＭＦを用いる代表的な符号化方式に、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector）で標準化されたＧ．７２２がある。Ｇ．７２２は、ＳＢ−ＡＤＰＣＭ（Sub-Band Adaptive Differential Pulse Code Modulation）とも呼ばれ、標本化周波数１６ｋＨｚの入力信号をＱＭＦにて低域信号（標本化周波数８ｋＨｚ）と高域信号（標本化周波数８ｋＨｚ）との２つの帯域に分割し、各帯域の信号をＡＤＰＣＭで量子化する、というものである。低域信号を１サンプル当たり４〜６ビット、高域信号を１サンプル当たり２ビットで量子化するため、ビットレートは、４８ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を４ビット／サンプルで量子化時）、５６ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を５ビット／サンプルで量子化時）、および６４ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を６ビット／サンプルで量子化時）の３種類をサポートする。【０００５】
例えば、広帯域信号をＱＭＦで低域信号と高域信号とに帯域分割し、低域信号と高域信号とをそれぞれＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction）符号化する技術がある（例えば、非特許文献１参照）。この技術は、ビットレートが１６ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号：１２ｋｂｉｔ／ｓｅｃ、高域信号：４ｋｂｉｔ／ｓｅｃ）で音声品質の高い符号化を実現している。また、低域信号および高域信号の標本化周波数は、入力信号の標本化周波数の１／２となっており、入力信号を帯域分割せずに符号化する場合に比べて、信号長の２乗に比例する演算量が必要な処理（例えば畳み込み処理）の演算量が少なくなり、低演算量化を実現することができる。【０００６】
また、スペクトルの低域部を利用してスペクトルの高域部を高能率に符号化することにより低ビットレート化を実現する技術がある（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】片岡他、「Ｇ．７２９を構成要素として用いるスケーラブル広帯域音声符号化」信学論Ｄ−ＩＩ、２００３年３月、Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｄ−ＩＩ、Ｎｏ．３、ｐｐ．３７９−３８７
【非特許文献２】押切他、「ピッチフィルタリングによる帯域拡張技術を用いた７／１０／１５ｋＨｚ帯域スケーラブル音声符号化方式」音講論集３−１１−４、２００４年３月、ｐｐ．３２７−３２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＱＭＦ等の帯域分割フィルタを用いて入力信号を複数の帯域に分割し、帯域毎に符号化を行うサブバンド符号化は低演算量を実現できるという利点がある。しかし、例えば、非特許文献２に開示の技術、すなわちスペクトルの低域部を利用して高域部を符号化する技術をサブバンド符号化に適用する場合、鏡像スペクトルの発生という問題が生じる。この問題を図１および図２を用いて詳細に説明する。【０００８】
図１は、サブバンド符号化の一例として、フィルタ１１（Ｈ０）およびフィルタ１３（Ｈ１）を用いて、入力信号を低域信号と高域信号とに分割する帯域分割部１０の構成を示す図である。【０００９】
Ｈ０は、通過域が０からＦｓ／４の範囲である低域通過フィルタである。また、Ｈ１は、通過域がＦｓ／４からＦｓ／２の範囲である高域通過フィルタである。入力信号の標本化周波数はＦｓである。【００１０】
図２は、帯域分割部１０内において、入力スペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。【００１１】
帯域分割部１０には、図２Ａに示す標本化周波数ＦｓのスペクトルＳ１が入力され、Ｈ０とＨ１とに与えられる。Ｈ０で入力スペクトルＳ１の高域が遮断され、図２Ｂに示すスペクトルＳ２が得られる。スペクトルＳ２は、間引き部１２で１サンプルおきにサンプルが間引きされ、図２Ｄに示す低域スペクトルＳ３が生成される。一方、Ｈ１で、Ｈ０と同様に入力スペクトルＳ１の低域が遮断され、図２Ｃに示すスペクトルＳ４が得られる。スペクトルＳ４は、間引き部１４で１サンプルおきにサンプルが間引きされ、図２Ｅに示す高域スペクトルＳ５が生成される。このとき、間引き部１４で１サンプルおきに間引かれているために、スペクトルにおいて折り返しが発生し、スペクトルＳ５の形状はスペクトルＳ４の鏡像となって現れる。なお、同様の折り返しは間引き部１２でも発生しているが、スペクトルＳ２は高域部が遮断されているため、スペクトルＳ３において折り返しは発生しない。【００１２】
このように、サブバンド符号化において、スペクトルの低域部を利用してスペクトルの高域部を符号化しようとしても、高域部において鏡像スペクトルが現れるため、このままでは原信号を正確に反映したスペクトルにはならず、符号化性能が低下する結果、復号信号の音質が劣化する。【００１３】
本発明の目的は、サブバンド符号化において、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させることができるサブバンド符号化装置およびサブバンド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】
【００１４】
本発明のサブバンド符号化装置は、入力信号を複数のサブバンド信号に分割する分割手段と、前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成する変換手段と、前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成する並び替え手段と、前記逆順スペクトルを符号化する符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、サブバンド符号化において、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】サブバンド符号化の一例を示す図
【図２】帯域分割部内において入力スペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図３】実施の形態１に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係るサブバンドスペクトルの並べ替え処理の概要を説明するための図
【図５】実施の形態１に係る高域符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図６】実施の形態１に係るフィルタリング処理について具体的に説明するための図
【図７】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置の構成について示す図
【図８】実施の形態１に係る高域復号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図９】実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図
【図１０】実施の形態１に係るサブバンド符号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置のさらなるバリエーションの構成を示すブロック図
【図１３】実施の形態２に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１４】復号信号のスペクトルの一例を示す図
【図１５】実施の形態２に係る高域符号化部の符号化処理について説明するための図
【図１６】実施の形態２に係るサブバンド復号化装置の構成について示す図
【図１７】実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。【００１８】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。【００１９】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、帯域分割部１０１、周波数領域変換部１０２、低域符号化部１０３、周波数領域変換部１０４、スペクトル再配置部１０５、低域復号化部１０６、高域符号化部１０７、および多重化部１０８を備え、標本化周波数Ｆｓの入力信号Ｓ１１が与えられ、低域符号化データと高域符号化データとが多重されたビットストリームＳ２０が出力される。【００２０】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置の各部は以下の動作を行う。【００２１】
帯域分割部１０１は、図１に示した帯域分割部１０と同様の構成であり、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／２（ｋ：周波数）の入力信号Ｓ１１の帯域を低域および高域の各サブバンドに分割し、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域信号Ｓ１２および帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の高域信号Ｓ１５を生成する。両信号の標本化周波数はＦｓ／２である。低域信号Ｓ１２は周波数領域変換部１０２に、高域信号Ｓ１５は周波数領域変換部１０４にそれぞれ出力される。【００２２】
周波数領域変換部１０２は、低域信号Ｓ１２を周波数領域信号である低域スペクトルＳ１３に変換し、低域符号化部１０３に出力する。周波数領域変換には、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform；変形離散コサイン変換）等の技術を用いる。【００２３】
低域符号化部１０３は、低域スペクトルＳ１３の符号化を行う。低域スペクトルの符号化には、例えば、ＡＡＣ（Advanced Audio Coder）やＴｗｉｎＶＱ（Transform Domain Weighted Interleave Vector Quantization；周波数領域重み付きインターリーブベクトル量子化）等の変換符号化を使用する。低域符号化部１０３で得られた低域符号化データＳ１４は、多重化部１０８および低域復号化部１０６へ出力される。【００２４】
低域復号化部１０６は、低域符号化データＳ１４を復号して復号低域スペクトルＳ１８を生成し、高域符号化部１０７へ出力する。【００２５】
周波数領域変換部１０４も、周波数領域変換部１０２と同様に高域信号Ｓ１５を周波数領域信号である高域スペクトルＳ１６に変換し、スペクトル再配置部１０５に出力する。【００２６】
スペクトル再配置部１０５は、高域スペクトルＳ１６の各周波数成分に対し、周波数軸上における順序が逆順となるように再配置（並べ替え）する。ここで、スペクトルの各周波数成分とは、例えば、周波数変換にＭＤＣＴを用いる場合はＭＤＣＴ係数のことであり、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いる場合にはＦＦＴ係数のことである。この並べ替え処理により、入力信号のスペクトルのうち、鏡像となって現れる高域スペクトルの順序が正しい並びとなる。再配置後の修正高域スペクトルＳ１７は、高域符号化部１０７へ出力される。【００２７】
高域符号化部１０７は、低域復号化部１０６から出力される復号低域スペクトルＳ１８を利用することにより、スペクトル再配置部１０５から出力される修正高域スペクトルＳ１７を符号化し、得られる高域符号化データＳ１９を多重化部１０８へ出力する。【００２８】
多重化部１０８は、低域符号化部１０３から出力される低域符号化データＳ１４と高域符号化部１０７から出力される高域符号化データＳ１９とを多重化し、得られるビットストリームＳ２０を出力する。【００２９】
図４は、スペクトル再配置部１０５におけるスペクトルの並べ替え処理の概要を説明するための図である。【００３０】
図４上段はスペクトル再配置部１０５に入力される高域スペクトルＳ１６（の一例）を示しており、図４下段はスペクトル再配置部１０５から出力される修正高域スペクトルＳ１７を示している。この図からわかるように、スペクトル再配置部１０５において、入力される高域スペクトルＳ１６の各周波数成分の順序が、周波数軸上で逆順になるように並べ替えられている。【００３１】
図５は、上記の高域符号化部１０７内部の主要な構成を示すブロック図である。【００３２】
高域符号化部１０７は、修正高域スペクトルＳ１７を目標スペクトルとし、下記の最適化ループによって求まる周波数分だけ復号低域スペクトルＳ１８をシフトし、パワ調整することにより、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を求める。そして、この推定スペクトルＳ３１を表現する高域符号化データＳ１９を多重化部１０８へ出力する。【００３３】
具体的には、高域符号化部１０７の各部は以下の動作を行う。【００３４】
内部状態設定部１１１は、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の復号低域スペクトルＳ１８を使用して、フィルタ１１２で用いられるフィルタの内部状態を設定する。【００３５】
ピッチ係数設定部１１４は、探索部１１３の制御に従って、ピッチ係数Ｔを予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタ１１２に順次出力する。【００３６】
フィルタ１１２は、内部状態設定部１１１によって設定されたフィルタの内部状態と、ピッチ係数設定部１１４から出力されるピッチ係数Ｔとに基づいて、復号低域スペクトルＳ１８のフィルタリングを行い、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を算出する。このフィルタリング処理の詳細については後述する。【００３７】
探索部１１３は、帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルＳ１７と、フィルタ１１２から出力される推定スペクトルＳ３１と、の類似性を示すパラメータである類似度を算出する。ここで、修正高域スペクトルＳ１７は帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の信号を表すが、帯域分割部１０１でデータが間引かれているため、実際には帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の信号として現れる。また、類似度の算出処理は、最適化ループとなっており、ピッチ係数設定部１１４からピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ’（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を示すインデックスが多重化部１１６へ出力される。また、探索部１１３は、この最適ピッチ係数Ｔ’を用いて生成される推定スペクトルＳ３１をゲイン符号化部１１５へ出力する。【００３８】
ゲイン符号化部１１５は、推定スペクトルＳ３１に基づいて、修正高域スペクトルＳ１７のゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン情報をサブバンド毎のスペクトルパワで表し、周波数帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２をＪ個のスペクトルに分割する。なお、ゲイン符号化部１１５の説明において使用する「サブバンド」は、上記の「サブバンド符号化」のサブバンドとは異なり、より帯域の狭いものである。第ｊサブバンドのスペクトルパワＢ(ｊ)は、次式（１）で表される。
【数１】
2007063913.tif 000003
ここで、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数、Ｓ２(ｋ)は修正高域スペクトルＳ１７を表す。このようにして求めた修正高域スペクトルのサブバンド情報を修正高域スペクトルのゲイン情報とみなす。【００３９】
また、ゲイン符号化部１１５は、推定スペクトルＳ３１のサブバンド情報Ｂ’(ｊ)を式（２）に従い算出する。
【数２】
2007063913.tif 000004
ここで、Ｓ２’(ｋ)は修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を表す。【００４０】
そして、ゲイン符号化部１１５は、サブバンド毎の変動量Ｖ(ｊ)を次式（３）に従って算出する。
【数３】
2007063913.tif 000005
【００４１】
次に、ゲイン符号化部１１５は、変動量Ｖ(ｊ)を符号化して符号化後の変動量Ｖｑ(ｊ)を求め、そのインデックスを多重化部１１６へ出力する。【００４２】
多重化部１１６は、探索部１１３から出力される最適ピッチ係数Ｔ’を示すインデックスと、ゲイン符号化部１１５から出力される変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスとを多重化し、符号化データＳ１９として出力する。【００４３】
図６は、フィルタ１１２におけるフィルタリング処理について具体的に説明するための図である。【００４４】
フィルタ１１２は、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１（帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２）を生成する。ここで、全周波数帯域（０≦ｋ＜Ｆｓ／２）のスペクトルをＳ(ｋ)と表記し、復号低域スペクトルＳ１８をＳ１(ｋ)と表記し、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１をＳ２’(ｋ)と表記することとする。【００４５】
また、フィルタ関数は、次式（４）で表されるものを使用する。
【数４】
2007063913.tif 000006
この式において、Ｔはピッチ係数設定部１１４より与えられるピッチ係数を表し、またＭ＝１とする。【００４６】
図６に示すように、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜Ｆｓ／４の帯域には、Ｓ１(ｋ)がフィルタの内部状態として格納される。一方、Ｓ(ｋ)のＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の帯域には、以下の手順により求められたＳ２’(ｋ)が格納される。【００４７】
Ｓ２’(ｋ)には、フィルタリング処理により、ｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)に、このスペクトルを中心としてｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ−ｉ)に所定の重み付け係数βｉを乗じたスペクトルβｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ−ｉ)を全て加算したスペクトル、すなわち、次式（５）で表されるスペクトルが代入される。そしてこの演算を、周波数の低い方、すなわちｋ＝Ｆｓ／４の方から順に、ｋをＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の範囲で変化させて行うことにより、Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２におけるＳ２’(ｋ)が算出される。
【数５】
2007063913.tif 000007
【００４８】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部１１４からピッチ係数Ｔが与えられる度に、Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行われる最適化ループとなっている。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ２’(ｋ)は算出され、探索部１１３に出力される。【００４９】
次いで、上記サブバンド符号化装置に対応する本実施の形態に係るサブバンド復号化装置の構成について、図７を用いて説明する。【００５０】
分離部１５１は、ビットストリームから低域符号化データおよび高域符号化データを分離し、低域符号化データを低域復号化部１５２に、高域符号化データを高域復号化部１５４に出力する。【００５１】
低域復号化部１５２は、分離部１５１から出力される低域符号化データを復号して復号低域スペクトルを生成し、時間領域変換部１５３および高域復号化部１５４に出力する。【００５２】
時間領域変換部１５３は、低域復号化部１５２から出力される復号低域スペクトルを時間領域信号に変換し、得られる復号低域信号を帯域合成部１５７に出力する。【００５３】
高域復号化部１５４は、分離部１５１から出力される高域符号化データと低域復号化部１５２から出力される復号低域スペクトルとを用いて復号高域スペクトルを生成し、スペクトル再配置部１５５に出力する。【００５４】
スペクトル再配置部１５５は、高域復号化部１５４から出力される復号高域スペクトルの各周波数成分の周波数軸上での順序を逆順になるように並べ替えを行うことにより、復号高域スペクトルを鏡像となるように修正し、得られる修正復号高域スペクトルを時間領域変換部１５６に与える。【００５５】
時間領域変換部１５６は、スペクトル再配置部１５５から出力される修正復号高域スペクトルを時間領域信号に変換し、得られる復号高域信号を帯域合成部１５７に出力する。【００５６】
帯域合成部１５７は、時間領域変換部１５３から出力される標本化周波数Ｆｓ／２の復号低域信号と、時間領域変換部１５６から出力される標本化周波数Ｆｓ／２の復号高域信号とを用いて、標本化周波数Ｆｓの信号を合成し、復号信号として出力する。具体的には、帯域合成部１５７は、復号低域信号の１サンプルおきに０値のサンプルを挿入し、次にこの信号を通過域が０からＦｓ／４までの範囲である低域通過フィルタに通すことにより、アップサンプリングされた復号低域信号を生成する。また、復号高域信号に対しては、１サンプルおきに０値のサンプルを挿入し、次に通過域がＦｓ／４からＦｓ／２までの範囲である高域通過フィルタに通すことによりアップサンプリングされた復号高域信号を生成する。そして、帯域合成部１５７は、アップサンプリング後の復号低域信号とアップサンプリング後の復号高域信号とを加算し、出力信号を生成する。【００５７】
図８は、上記の高域復号化部１５４内部の主要な構成を示すブロック図である。【００５８】
内部状態設定部１６２には、低域復号化部１５２から復号低域スペクトルが入力される。内部状態設定部１６２は、この復号低域スペクトルを用いてフィルタ１６３の内部状態を設定する。【００５９】
一方、分離部１６１には、分離部１５１から高域符号化データが入力される。分離部１６１は、この高域符号化データをフィルタリング係数に関する情報（最適ピッチ係数Ｔ’のインデックス）とゲインに関する情報（変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックス）とに分離し、フィルタリング係数に関する情報をフィルタ１６３に出力すると共に、ゲインに関する情報をゲイン復号化部１６４に出力する。【００６０】
フィルタ１６３は、内部状態設定部１６２によって設定されたフィルタの内部状態と、分離部１６１から出力されるピッチ係数Ｔ’とに基づき、復号低域スペクトルのフィルタリングを行い、推定スペクトルの復号スペクトルを算出する。フィルタ１６３は、上記式（４）で示すフィルタ関数を用いる。【００６１】
ゲイン復号化部１６４は、分離部１６１から出力されるゲイン情報を復号し、変動量Ｖ(ｊ)の復号パラメータである変動量Ｖｑ(ｊ)を求める。【００６２】
スペクトル調整部１６５は、フィルタ１６３から出力される復号スペクトルに、ゲイン復号化部１６４から出力される復号ゲインパラメータを乗じることにより、復号スペクトルの周波数帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２におけるスペクトル形状を調整し、形状調整後の復号スペクトルを生成する。この形状調整後の復号スペクトルは、復号高域スペクトルとしてスペクトル再配置部１５５に出力される。この処理を数式で説明すると、フィルタ１６３から出力される復号スペクトルＳ'(ｋ)に、ゲイン復号化部１６４から出力される復号ゲインパラメータ即ちサブバンド毎の変動量Ｖｑ(ｊ)を次式（６）に従って乗じることにより、形状調整後の復号スペクトルＳ３(ｋ)が求められる。
【数６】
2007063913.tif 000008
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、スペクトル再配置部１０５において、高域スペクトルの各周波数成分を周波数軸上で逆順に並べ替えることにより、鏡像となっている高域スペクトルに修正を施す。そして、後続の高域符号化部１０７において、修正後の高域スペクトルに対し、低域スペクトルを利用した高能率な符号化を施す。換言すれば、サブバンド符号化において、高域スペクトルを周波数軸上で逆順に反転させた後、この高域スペクトルを符号化する。これにより、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させることができる。【００６４】
なお、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、スケーラブル符号化装置の構成を採っているとみなすこともできる。すなわち、図３において、低域符号化部１０３が第１レイヤ符号化部、高域符号化部１０７が第２レイヤ符号化部に相当すると捉えた場合、２階層からなるスケーラブル符号化装置とみなすことができる。このとき、多重化部１０８は、低域符号化データＳ１４を重要度の高い第１レイヤのデータとして、高域符号化データＳ１９を重要度の低い第２レイヤのデータとして、ビットストリームＳ２０を生成する。【００６５】
図９は、上記スケーラブル符号化装置に対応するスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図である。なお、このスケーラブル復号化装置は、図７に示したサブバンド復号化装置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。この図に示すように、入力されたビットストリームにどのレイヤの符号化データが含まれるかを示すレイヤ情報が分離部１５１からさらに出力され、選択部１７３に入力される。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれる場合、選択部１７３は、時間領域変換部１５６の出力がそのまま帯域合成部１５７に出力されるように動作する。一方、ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合、選択部１７３は、代替信号が帯域合成部１５７に出力されるように動作する。この代替信号には、例えば全ての要素がゼロ値となっている信号を用いる。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合は、復号信号は低域信号のみから生成される。なお、代替信号には、前フレームで用いた復号高域信号を用いても良い。もしくは、前フレームで用いた復号高域信号の振幅値が小さくなるように減衰させた信号を代替信号として用いても良い。このような構成にすることで、ビットストリームに第１レイヤ符号化データしか含まれない場合であっても、復号信号を生成することができる。【００６６】
また、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置において、低域スペクトルのスペクトル符号化の代わりに、ＣＥＬＰ符号化等の時間領域の符号化を適用する構成としても良い。すなわち、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置において、高域スペクトルのスペクトル符号化と共に時間領域の符号化も併用される。図１０は、かかる場合の本実施の形態に係るサブバンド符号化装置、すなわち本実施の形態に係るサブバンド符号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図である。この構成では、低域符号化部１０３ａは、時間領域信号Ｓ１２に対して時間領域において符号化を施し、得られる符号化データＳ３１を低域復号化部１０６ａに出力する。よって、低域復号化部１０６ａは、符号化データＳ３１の復号によって時間領域の復号信号Ｓ３２を得る。そして、時間領域の復号信号Ｓ３２は、低域復号化部１０６ａの後段に設置された周波数領域変換部１０２によって、周波数領域の信号、すなわちスペクトルＳ３３に変換され、高域符号化部１０７へ出力される。他の処理は既に説明した通りである。【００６７】
図１１は、図１０に示したサブバンド符号化装置に対応するサブバンド復号化装置、すなわち本実施の形態に係るサブバンド復号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図である。当該装置においても符号化側と同様に、周波数領域変換部１８１が低域復号化部１５２の後段に設置される。また、図７のサブバンド復号化装置で示した時間領域変換部１５３は当然のことながら不要である。【００６８】
また、図１２は、本実施の形態の低域信号の符号化／復号化において、時間領域の符号化／復号化を適用しつつ、かつスケーラブル構成とした場合の復号化側の構成、すなわち本実施の形態に係るサブバンド復号化装置のさらなるバリエーションの構成を示すブロック図である。基本構成は図１１に示したサブバンド復号化装置と同様である。このサブバンド復号化装置は、図９に示した選択部１７３をさらに備える。【００６９】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。【００７０】
実施の形態１に係るサブバンド符号化装置は、入力信号の標本化周波数が例えばＦｓ＝１６ｋＨｚである場合、低域符号化部１０３において４ｋＨｚまでの帯域の成分の信号を符号化することになる。しかし、固定電話や携帯電話等の一般的な音声通信システムでは、３．４ｋＨｚに帯域制限された信号が通信に使用されるように設計されている。すなわち、符号化装置において、３．４ｋＨｚから４ｋＨｚまでの帯域の信号は、通信システム側で遮断されるため使用することができない。このような環境下では、符号化装置において、予め３．４〜４ｋＨｚの帯域の信号を遮断しておき、遮断後の信号を対象に符号化を行うように低域符号化部を設計した方が、より高音質化を実現することができる（但し、低域信号だけを復号する場合である）。【００７１】
そこで、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、低域符号化部１０３の前段にローパスフィルタ２０１を配置し、低域符号化部１０３の入力信号を、ローパスフィルタ２０１によって帯域制限された低域信号とする。例えば、上記の通信システムの例では、遮断周波数（カットオフ周波数）Ｆ１は３．４ｋＨｚである。【００７２】
また、かかる場合、実施の形態１に示した高域符号化部１０７で生成される符号化データを利用して、帯域０からＦｓ／２までの信号を復号した場合、その復号信号のスペクトルは、図１４に示すようなものとなる。すなわち、Ｆ１からＦｓ／４までの帯域において、スペクトルに窪み（スペクトルの存在しない無スペクトル区間）が発生してしまう。このような無スペクトル区間が生じると、復号信号の音質劣化の原因となる。【００７３】
そこで、さらに本実施の形態に係るサブバンド符号化装置では、高域符号化部１０７に帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４のスペクトルを別途入力することにより、高域符号化部１０７において、帯域Ｆ１からＦｓ／２までのスペクトルを、符号化処理ループの目標スペクトルとして使用できるようにする（よって、高域符号化部１０７と区別するために高域符号化部１０７ｂとする）。これにより、高域符号化部１０７ｂでは、Ｆ１からＦｓ／２までの帯域のスペクトルを符号化することが可能となり、先に述べた無スペクトル区間の発生を回避し、復号信号の音質向上を図ることができる。【００７４】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置の構成について、より詳細に説明する。なお、このサブバンド符号化装置は、図１０に示した実施の形態１に係るサブバンド符号化装置のバリエーションと同様の基本的構成を有しており、図１０と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。【００７５】
ローパスフィルタ２０１は、帯域分割部１０１から与えられる帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の時間領域の低域信号Ｓ１２のうち、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４を遮断し、帯域０≦ｋ＜Ｆ１の成分Ｓ４１を低域符号化部１０３へ出力する。例えば、帯域が３．４ｋＨｚに制限された通信システムにおいては、遮断周波数Ｆ１＝３．４ｋＨｚが使用される。【００７６】
低域符号化部１０３は、ローパスフィルタ２０１から出力される帯域０≦ｋ＜Ｆ１の時間領域信号Ｓ４１に対して符号化処理を施し、得られる符号化データＳ４２を多重化部１０８および低域復号化部１０６へ出力する。【００７７】
一方、周波数領域変換部２０２は、帯域分割部１０１から与えられる時間領域の低域信号Ｓ１２の周波数分析を行い、周波数領域の信号、すなわち低域スペクトルＳ４３へと変換し、高域符号化部１０７ｂへ出力する。【００７８】
高域符号化部１０７ｂには、周波数領域変換部１０２から帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルＳ３３が、周波数領域変換部２０２からは帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルＳ４３が、スペクトル再配置部１０５からは帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルＳ１７が入力される。高域符号化部１０７ｂは、周波数領域変換部２０２から入力される帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルＳ４３のうち、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４の部分を用いて、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／２のスペクトルの符号化を行い、得られる符号化データＳ４４を多重化部１０８へ出力する。【００７９】
図１５は、高域符号化部１０７ｂの符号化処理について説明するための図である。【００８０】
高域符号化部１０７ｂ内のフィルタ１１２ｂで行われるフィルタリング処理は、基本的には、実施の形態１で説明したフィルタ１１２のフィルタリング処理と同様である。但し、対象となる各スペクトルが異なっており、具体的には、Ｓ１(ｋ)として帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルが用いられ、符号化処理ループの目標スペクトルとしては帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルと帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルとが使用される。よって、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の帯域はＦ１≦ｋ＜Ｆｓ／２となる。【００８１】
次いで、上記サブバンド符号化装置に対応する本実施の形態に係るサブバンド復号化装置の構成について、図１６を用いて説明する。なお、このサブバンド復号化装置は、図１１に示したサブバンド復号化装置と同様の基本的構成を有しており、図１１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を基本的に省略する。【００８２】
周波数領域変換部１８１は、低域復号化部１５２から与えられる復号低域信号を周波数分析して、帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルを生成し、高域復号化部１５４に出力する。【００８３】
高域復号化部１５４は、分離部１５１から出力される高域符号化データと、周波数領域変換部１８１から出力される復号低域スペクトルとを用いて、復号高域スペクトルを生成する。当該復号処理により、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／２の高域復号スペクトルが生成され、分割部２５３に出力される。【００８４】
分割部２５３は、高域復号化部１５４から出力される復号高域スペクトルを、Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４およびＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の２つの帯域に分割し、前者を結合部２５１に、後者をスペクトル再配置部１５５に出力する。【００８５】
結合部２５１は、周波数変換部１８１から出力される帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルと、分割部２５３から出力される帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４の復号高域スペクトルとを結合し、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の結合低域スペクトルを生成し、時間領域変換部２５２へ出力する。【００８６】
時間領域変換部２５２は、結合低域スペクトルを時間領域の信号に変換し、復号低域信号として帯域合成部１５７に出力する。【００８７】
このように、本実施の形態によれば、サブバンド符号化において、低域信号にさらに帯域制限を施して符号化する構成を採る。そして、高域スペクトルと共に、帯域の遮断された低域スペクトルを符号化する。これにより、無スペクトル区間の発生を防止することができ、復号信号の音質を改善することができる。【００８８】
なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置もスケーラブル符号化装置とみなすことができる。【００８９】
図１７は、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置をスケーラブル符号化装置とみなした場合の対応スケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図である。なお、このスケーラブル復号化装置は、図１６に示したサブバンド復号化装置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。この図に示すように、分離部１５１から、入力されたビットストリームにどのレイヤの符号化データが含まれるかを示すレイヤ情報が出力され、選択部２６１および選択部２６２に出力される。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが存在する場合、選択部２６１は、時間領域変換部２５２の出力が帯域合成部１５７に出力されるように、選択部２６２は、時間領域変換部１５６の出力が帯域合成部１５７に出力されるように動作する。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが存在しない場合、選択部２６１は、低域復号化部１５２の出力信号を帯域合成部１５７に出力し、選択部２６２は、代替信号を帯域合成部１５７に出力する。この代替信号には、例えば全ての要素がゼロ値となっている信号を用いる。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合は、復号信号は低域信号のみから生成される。なお、代替信号には、前フレームで用いた復号高域信号を用いても良い。もしくは、前フレームで用いた復号高域信号の振幅値が小さくなるように減衰させた信号を代替信号として用いても良い。このような構成にすることで、ビットストリームに第１レイヤ符号化データしか含まれない場合であっても、復号信号を生成することができる。【００９０】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。【００９１】
なお、周波数変換部における周波数変換処理として、ＦＦＴ、ＤＦＴ、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ、フィルタバンク等を使用することができる。【００９２】
また、入力信号には、音声信号またはオーディオ信号のいずれも適用することができる。【００９３】
本発明に係るサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法は、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。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。【００９４】
本発明に係るサブバンド符号化装置は、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が可能であり、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、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。【００９５】
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、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るサブバンド符号化方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るサブバンド符号化装置と同様の機能を実現することができる。【００９６】
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チップ化されても良い。【００９７】
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。【００９８】
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。【００９９】
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。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。【０１００】
２００５年１１月３０日出願の特願２００５−３４７３４２の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係るサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。
【図１】
2007063913.tif 000009
【図２】
2007063913.tif 000010
【図３】
2007063913.tif 000011
【図４】
2007063913.tif 000012
【図５】
2007063913.tif 000013
【図６】
2007063913.tif 000014
【図７】
2007063913.tif 000015
【図８】
2007063913.tif 000016
【図９】
2007063913.tif 000017
【図１０】
2007063913.tif 000018
【図１１】
2007063913.tif 000019
【図１２】
2007063913.tif 000020
【図１３】
2007063913.tif 000021
【図１４】
2007063913.tif 000022
【図１５】
2007063913.tif 000023
【図１６】
2007063913.tif 000024
【図１７】
2007063913.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月16日(2008.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を複数のサブバンド信号に分割する分割手段と、
前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成する変換手段と、
前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成する並び替え手段と、
前記逆順スペクトルを符号化する符号化手段と、
を具備するサブバンド符号化装置。
【請求項２】
入力信号を少なくとも低域サブバンド信号と高域サブバンド信号とに分割する分割手段と、
前記低域サブバンド信号を符号化して低域符号化パラメータを生成する第１符号化手段と、
前記低域符号化パラメータを復号して低域復号信号を生成する復号手段と、
前記高域サブバンド信号を周波数領域変換して高域サブバンドスペクトルを生成する変換手段と、
前記高域サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順高域スペクトルを生成する並び替え手段と、
前記低域復号信号および前記逆順高域スペクトルを用いて、前記高域サブバンドスペクトルを符号化する第２符号化手段と、
を具備するサブバンド符号化装置。
【請求項３】
前記低域サブバンド信号の高域成分を遮断するローパスフィルタを前記第１符号化手段の前段にさらに具備し、
前記第２符号化手段は、
前記低域サブバンド信号のスペクトルを別途入力し、当該スペクトル、前記高域成分を含まない前記低域復号信号、および前記逆順高域スペクトルを用いて、前記高域サブバンドスペクトルを符号化する、
請求項２記載のサブバンド符号化装置。
【請求項４】
請求項１記載のサブバンド符号化装置を具備する通信端末装置。
【請求項５】
請求項１記載のサブバンド符号化装置を具備する基地局装置。
【請求項６】
入力信号を複数のサブバンド信号に分割するステップと、
前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成するステップと、
前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成するステップと、
前記逆順スペクトルを符号化するステップと、
を具備するサブバンド符号化方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に広帯域音声信号を対象に、ＱＭＦ等の帯域分割フィルタを用いて符号化を行うサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムにおける電波資源等の有効利用のために、音声信号を低ビットレートで圧縮することが要求されている。その一方で、ユーザからは通話音声の品質向上や臨場感の高い通話サービスの実現が望まれている。この実現には、従来の音声通信で使用されている狭帯域音声（信号帯域：３．４ｋＨｚ）よりも帯域の広い広帯域音声（信号帯域：７ｋＨｚ）を用いることが望ましい。
【０００３】
広帯域信号を符号化する手法にサブバンド符号化と呼ばれる技術が知られている。サブバンド符号化は、入力信号を複数の帯域に分割し、帯域毎に独立に符号化する。帯域分割後に各帯域でダウンサンプリングするため、信号サンプルの総数は帯域分割する前と同じである。帯域分割には、多くの場合ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）が用いられる。ＱＭＦは信号の帯域を１／２に分割し、低域フィルタと高域フィルタの折り返し歪が互いに打ち消しあう。そのため、フィルタのカットオフ特性をそれほど急峻にしなくとも良い等の利点がある。
【０００４】
ＱＭＦを用いる代表的な符号化方式に、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector）で標準化されたＧ．７２２がある。Ｇ．７２２は、ＳＢ−ＡＤＰＣＭ（Sub-Band Adaptive Differential Pulse Code Modulation）とも呼ばれ、標本化周波数１６ｋＨｚの入力信号をＱＭＦにて低域信号（標本化周波数８ｋＨｚ）と高域信号（標本化周波数８ｋＨｚ）との２つの帯域に分割し、各帯域の信号をＡＤＰＣＭで量子化する、というものである。低域信号を１サンプル当たり４〜６ビット、高域信号を１サンプル当たり２ビットで量子化するため、ビットレートは、４８ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を４ビット／サンプルで量子化時）、５６ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を５ビット／サンプルで量子化時）、および６４ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号を６ビット／サンプルで量子化時）の３種類をサポートする。
【０００５】
例えば、広帯域信号をＱＭＦで低域信号と高域信号とに帯域分割し、低域信号と高域信号とをそれぞれＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction）符号化する技術がある（例えば、非特許文献１参照）。この技術は、ビットレートが１６ｋｂｉｔ／ｓｅｃ（低域信号：１２ｋｂｉｔ／ｓｅｃ、高域信号：４ｋｂｉｔ／ｓｅｃ）で音声品質の高い符号化を実現している。また、低域信号および高域信号の標本化周波数は、入力信号の標本化周波数の１／２となっており、入力信号を帯域分割せずに符号化する場合に比べて、信号長の２乗に比例する演算量が必要な処理（例えば畳み込み処理）の演算量が少なくなり、低演算量化を実現することができる。
【０００６】
また、スペクトルの低域部を利用してスペクトルの高域部を高能率に符号化することにより低ビットレート化を実現する技術がある（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】片岡他、「Ｇ．７２９を構成要素として用いるスケーラブル広帯域音声符号化」信学論Ｄ−ＩＩ、２００３年３月、Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｄ−ＩＩ、Ｎｏ．３、ｐｐ．３７９−３８７
【非特許文献２】押切他、「ピッチフィルタリングによる帯域拡張技術を用いた７／１０／１５ｋＨｚ帯域スケーラブル音声符号化方式」音講論集３−１１−４、２００４年３月、ｐｐ．３２７−３２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＱＭＦ等の帯域分割フィルタを用いて入力信号を複数の帯域に分割し、帯域毎に符号化を行うサブバンド符号化は低演算量を実現できるという利点がある。しかし、例えば、非特許文献２に開示の技術、すなわちスペクトルの低域部を利用して高域部を符号化する技術をサブバンド符号化に適用する場合、鏡像スペクトルの発生という問題が生じる。この問題を図１および図２を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図１は、サブバンド符号化の一例として、フィルタ１１（Ｈ０）およびフィルタ１３（Ｈ１）を用いて、入力信号を低域信号と高域信号とに分割する帯域分割部１０の構成を示す図である。
【０００９】
Ｈ０は、通過域が０からＦｓ／４の範囲である低域通過フィルタである。また、Ｈ１は、通過域がＦｓ／４からＦｓ／２の範囲である高域通過フィルタである。入力信号の標本化周波数はＦｓである。
【００１０】
図２は、帯域分割部１０内において、入力スペクトルがどのように変化するかを説明するための図である。
【００１１】
帯域分割部１０には、図２Ａに示す標本化周波数ＦｓのスペクトルＳ１が入力され、Ｈ０とＨ１とに与えられる。Ｈ０で入力スペクトルＳ１の高域が遮断され、図２Ｂに示すスペクトルＳ２が得られる。スペクトルＳ２は、間引き部１２で１サンプルおきにサンプルが間引きされ、図２Ｄに示す低域スペクトルＳ３が生成される。一方、Ｈ１で、Ｈ０と同様に入力スペクトルＳ１の低域が遮断され、図２Ｃに示すスペクトルＳ４が得られる。スペクトルＳ４は、間引き部１４で１サンプルおきにサンプルが間引きされ、図２Ｅに示す高域スペクトルＳ５が生成される。このとき、間引き部１４で１サンプルおきに間引かれているために、スペクトルにおいて折り返しが発生し、スペクトルＳ５の形状はスペクトルＳ４の鏡像となって現れる。なお、同様の折り返しは間引き部１２でも発生しているが、スペクトルＳ２は高域部が遮断されているため、スペクトルＳ３において折り返しは発生しない。
【００１２】
このように、サブバンド符号化において、スペクトルの低域部を利用してスペクトルの高域部を符号化しようとしても、高域部において鏡像スペクトルが現れるため、このままでは原信号を正確に反映したスペクトルにはならず、符号化性能が低下する結果、復号信号の音質が劣化する。
【００１３】
本発明の目的は、サブバンド符号化において、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させることができるサブバンド符号化装置およびサブバンド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】
【００１４】
本発明のサブバンド符号化装置は、入力信号を複数のサブバンド信号に分割する分割手段と、前記サブバンド信号を周波数領域変換してサブバンドスペクトルを生成する変換手段と、前記サブバンドスペクトルの各周波数成分の並び順を周波数軸上において逆順に並び替え、逆順スペクトルを生成する並び替え手段と、前記逆順スペクトルを符号化する符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、サブバンド符号化において、符号化性能の低下を防止し、復号信号の
音質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】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。
【００１８】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、帯域分割部１０１、周波数領域変換部１０２、低域符号化部１０３、周波数領域変換部１０４、スペクトル再配置部１０５、低域復号化部１０６、高域符号化部１０７、および多重化部１０８を備え、標本化周波数Ｆｓの入力信号Ｓ１１が与えられ、低域符号化データと高域符号化データとが多重されたビットストリームＳ２０が出力される。
【００１９】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置の各部は以下の動作を行う。
【００２０】
帯域分割部１０１は、図１に示した帯域分割部１０と同様の構成であり、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／２（ｋ：周波数）の入力信号Ｓ１１の帯域を低域および高域の各サブバンドに分割し、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域信号Ｓ１２および帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の高域信号Ｓ１５を生成する。両信号の標本化周波数はＦｓ／２である。低域信号Ｓ１２は周波数領域変換部１０２に、高域信号Ｓ１５は周波数領域変換部１０４にそれぞれ出力される。
【００２１】
周波数領域変換部１０２は、低域信号Ｓ１２を周波数領域信号である低域スペクトルＳ１３に変換し、低域符号化部１０３に出力する。周波数領域変換には、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform；変形離散コサイン変換）等の技術を用いる。
【００２２】
低域符号化部１０３は、低域スペクトルＳ１３の符号化を行う。低域スペクトルの符号化には、例えば、ＡＡＣ（Advanced Audio Coder）やＴｗｉｎＶＱ（Transform Domain Weighted Interleave Vector Quantization；周波数領域重み付きインターリーブベクトル量子化）等の変換符号化を使用する。低域符号化部１０３で得られた低域符号化データＳ１４は、多重化部１０８および低域復号化部１０６へ出力される。
【００２３】
低域復号化部１０６は、低域符号化データＳ１４を復号して復号低域スペクトルＳ１８を生成し、高域符号化部１０７へ出力する。
【００２４】
周波数領域変換部１０４も、周波数領域変換部１０２と同様に高域信号Ｓ１５を周波数領域信号である高域スペクトルＳ１６に変換し、スペクトル再配置部１０５に出力する。
【００２５】
スペクトル再配置部１０５は、高域スペクトルＳ１６の各周波数成分に対し、周波数軸上における順序が逆順となるように再配置（並べ替え）する。ここで、スペクトルの各周波数成分とは、例えば、周波数変換にＭＤＣＴを用いる場合はＭＤＣＴ係数のことであり、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いる場合にはＦＦＴ係数のことである。この並べ替え処理により、入力信号のスペクトルのうち、鏡像となって現れる高域スペクトルの順序が正しい並びとなる。再配置後の修正高域スペクトルＳ１７は、高域符号化部１０７へ出力される。
【００２６】
高域符号化部１０７は、低域復号化部１０６から出力される復号低域スペクトルＳ１８を利用することにより、スペクトル再配置部１０５から出力される修正高域スペクトルＳ１７を符号化し、得られる高域符号化データＳ１９を多重化部１０８へ出力する。
【００２７】
多重化部１０８は、低域符号化部１０３から出力される低域符号化データＳ１４と高域符号化部１０７から出力される高域符号化データＳ１９とを多重化し、得られるビットストリームＳ２０を出力する。
【００２８】
図４は、スペクトル再配置部１０５におけるスペクトルの並べ替え処理の概要を説明するための図である。
【００２９】
図４上段はスペクトル再配置部１０５に入力される高域スペクトルＳ１６（の一例）を示しており、図４下段はスペクトル再配置部１０５から出力される修正高域スペクトルＳ１７を示している。この図からわかるように、スペクトル再配置部１０５において、入力される高域スペクトルＳ１６の各周波数成分の順序が、周波数軸上で逆順になるように並べ替えられている。
【００３０】
図５は、上記の高域符号化部１０７内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００３１】
高域符号化部１０７は、修正高域スペクトルＳ１７を目標スペクトルとし、下記の最適化ループによって求まる周波数分だけ復号低域スペクトルＳ１８をシフトし、パワ調整することにより、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を求める。そして、この推定スペクトルＳ３１を表現する高域符号化データＳ１９を多重化部１０８へ出力する。
【００３２】
具体的には、高域符号化部１０７の各部は以下の動作を行う。
【００３３】
内部状態設定部１１１は、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の復号低域スペクトルＳ１８を使用して、フィルタ１１２で用いられるフィルタの内部状態を設定する。
【００３４】
ピッチ係数設定部１１４は、探索部１１３の制御に従って、ピッチ係数Ｔを予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタ１１２に順次出力する。
【００３５】
フィルタ１１２は、内部状態設定部１１１によって設定されたフィルタの内部状態と、ピッチ係数設定部１１４から出力されるピッチ係数Ｔとに基づいて、復号低域スペクトルＳ１８のフィルタリングを行い、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を算出する。このフィルタリング処理の詳細については後述する。
【００３６】
探索部１１３は、帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルＳ１７と、フィルタ１１２から出力される推定スペクトルＳ３１と、の類似性を示すパラメータである類似度を算出する。ここで、修正高域スペクトルＳ１７は帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の信号を表すが、帯域分割部１０１でデータが間引かれているため、実際には帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の信号として現れる。また、類似度の算出処理は、最適化ループとなっており、ピッチ係数設定部１１４からピッチ係数Ｔが与えられる度に行われ、算出される類似度が最大となるピッチ係数、すなわち最適ピッチ係数Ｔ’（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を示すインデックスが多重化部１１６へ出力される。また、探索部１１３は、この最適ピッチ係数Ｔ’を用いて生成される推定スペクトルＳ３１をゲイン符号化部１１５へ出力する。
【００３７】
ゲイン符号化部１１５は、推定スペクトルＳ３１に基づいて、修正高域スペクトルＳ１７のゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン情報をサブバンド毎のスペクトルパワで表し、周波数帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２をＪ個のスペクトルに分割する。なお、ゲイン符号化部１１５の説明において使用する「サブバンド」は、上記の「サブバンド符号化」のサブバンドとは異なり、より帯域の狭いものである。第ｊサブバンドのスペクトルパワＢ(ｊ)は、次式（１）で表される。
【数１】
2007063913.tif 000026
ここで、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数、Ｓ２(ｋ)は修正高域スペクトルＳ１７を表す。このようにして求めた修正高域スペクトルのサブバンド情報を修正高域スペクトルのゲイン情報とみなす。
【００３８】
また、ゲイン符号化部１１５は、推定スペクトルＳ３１のサブバンド情報Ｂ’(ｊ)を式（２）に従い算出する。
【数２】
2007063913.tif 000027
ここで、Ｓ２’(ｋ)は修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１を表す。
【００３９】
そして、ゲイン符号化部１１５は、サブバンド毎の変動量Ｖ(ｊ)を次式（３）に従って算出する。
【数３】
2007063913.tif 000028
【００４０】
次に、ゲイン符号化部１１５は、変動量Ｖ(ｊ)を符号化して符号化後の変動量Ｖｑ(ｊ)を求め、そのインデックスを多重化部１１６へ出力する。
【００４１】
多重化部１１６は、探索部１１３から出力される最適ピッチ係数Ｔ’を示すインデックスと、ゲイン符号化部１１５から出力される変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスとを多重化し、符号化データＳ１９として出力する。
【００４２】
図６は、フィルタ１１２におけるフィルタリング処理について具体的に説明するための図である。
【００４３】
フィルタ１１２は、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１（帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２）を生成する。ここで、全周波数帯域（０≦ｋ＜Ｆｓ／２）のスペクトルをＳ(ｋ)と表記し、復号低域スペクトルＳ１８をＳ１(ｋ)と表記し、修正高域スペクトルＳ１７の推定スペクトルＳ３１をＳ２’(ｋ)と表記することとする。
【００４４】
また、フィルタ関数は、次式（４）で表されるものを使用する。
【数４】
2007063913.tif 000029
この式において、Ｔはピッチ係数設定部１１４より与えられるピッチ係数を表し、またＭ＝１とする。
【００４５】
図６に示すように、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜Ｆｓ／４の帯域には、Ｓ１(ｋ)がフィルタの内部状態として格納される。一方、Ｓ(ｋ)のＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の帯域には、以下の手順により求められたＳ２’(ｋ)が格納される。
【００４６】
Ｓ２’(ｋ)には、フィルタリング処理により、ｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)に、このスペクトルを中心としてｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ−ｉ)に所定の重み付け係数βｉを乗じたスペクトルβｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ−ｉ)を全て加算したスペクトル、すなわち、次式（５）で表されるスペクトルが代入される。そしてこの演算を、周波数の低い方、すなわちｋ＝Ｆｓ／４の方から順に、ｋをＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の範囲で変化させて行うことにより、Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２におけるＳ２’(ｋ)が算出される。
【数５】
2007063913.tif 000030
【００４７】
以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部１１４からピッチ係数Ｔが与えられる度に、Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行われる最適化ループとなっている。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ２’(ｋ)は算出され、探索部１１３に出力される。
【００４８】
次いで、上記サブバンド符号化装置に対応する本実施の形態に係るサブバンド復号化装置の構成について、図７を用いて説明する。
【００４９】
分離部１５１は、ビットストリームから低域符号化データおよび高域符号化データを分離し、低域符号化データを低域復号化部１５２に、高域符号化データを高域復号化部１５４に出力する。
【００５０】
低域復号化部１５２は、分離部１５１から出力される低域符号化データを復号して復号低域スペクトルを生成し、時間領域変換部１５３および高域復号化部１５４に出力する。
【００５１】
時間領域変換部１５３は、低域復号化部１５２から出力される復号低域スペクトルを時間領域信号に変換し、得られる復号低域信号を帯域合成部１５７に出力する。
【００５２】
高域復号化部１５４は、分離部１５１から出力される高域符号化データと低域復号化部１５２から出力される復号低域スペクトルとを用いて復号高域スペクトルを生成し、スペクトル再配置部１５５に出力する。
【００５３】
スペクトル再配置部１５５は、高域復号化部１５４から出力される復号高域スペクトルの各周波数成分の周波数軸上での順序を逆順になるように並べ替えを行うことにより、復号高域スペクトルを鏡像となるように修正し、得られる修正復号高域スペクトルを時間領域変換部１５６に与える。
【００５４】
時間領域変換部１５６は、スペクトル再配置部１５５から出力される修正復号高域スペクトルを時間領域信号に変換し、得られる復号高域信号を帯域合成部１５７に出力する。
【００５５】
帯域合成部１５７は、時間領域変換部１５３から出力される標本化周波数Ｆｓ／２の復号低域信号と、時間領域変換部１５６から出力される標本化周波数Ｆｓ／２の復号高域信号とを用いて、標本化周波数Ｆｓの信号を合成し、復号信号として出力する。具体的には、帯域合成部１５７は、復号低域信号の１サンプルおきに０値のサンプルを挿入し、次にこの信号を通過域が０からＦｓ／４までの範囲である低域通過フィルタに通すことにより、アップサンプリングされた復号低域信号を生成する。また、復号高域信号に対しては、１サンプルおきに０値のサンプルを挿入し、次に通過域がＦｓ／４からＦｓ／２までの範囲である高域通過フィルタに通すことによりアップサンプリングされた復号高域信号を生成する。そして、帯域合成部１５７は、アップサンプリング後の復号低域信号とアップサンプリング後の復号高域信号とを加算し、出力信号を生成する。
【００５６】
図８は、上記の高域復号化部１５４内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００５７】
内部状態設定部１６２には、低域復号化部１５２から復号低域スペクトルが入力される。内部状態設定部１６２は、この復号低域スペクトルを用いてフィルタ１６３の内部状態を設定する。
【００５８】
一方、分離部１６１には、分離部１５１から高域符号化データが入力される。分離部１６１は、この高域符号化データをフィルタリング係数に関する情報（最適ピッチ係数Ｔ’
のインデックス）とゲインに関する情報（変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックス）とに分離し、フィルタリング係数に関する情報をフィルタ１６３に出力すると共に、ゲインに関する情報をゲイン復号化部１６４に出力する。
【００５９】
フィルタ１６３は、内部状態設定部１６２によって設定されたフィルタの内部状態と、分離部１６１から出力されるピッチ係数Ｔ’とに基づき、復号低域スペクトルのフィルタリングを行い、推定スペクトルの復号スペクトルを算出する。フィルタ１６３は、上記式（４）で示すフィルタ関数を用いる。
【００６０】
ゲイン復号化部１６４は、分離部１６１から出力されるゲイン情報を復号し、変動量Ｖ(ｊ)の復号パラメータである変動量Ｖｑ(ｊ)を求める。
【００６１】
スペクトル調整部１６５は、フィルタ１６３から出力される復号スペクトルに、ゲイン復号化部１６４から出力される復号ゲインパラメータを乗じることにより、復号スペクトルの周波数帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２におけるスペクトル形状を調整し、形状調整後の復号スペクトルを生成する。この形状調整後の復号スペクトルは、復号高域スペクトルとしてスペクトル再配置部１５５に出力される。この処理を数式で説明すると、フィルタ１６３から出力される復号スペクトルＳ'(ｋ)に、ゲイン復号化部１６４から出力される復号ゲインパラメータ即ちサブバンド毎の変動量Ｖｑ(ｊ)を次式（６）に従って乗じることにより、形状調整後の復号スペクトルＳ３(ｋ)が求められる。
【数６】
2007063913.tif 000031
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、スペクトル再配置部１０５において、高域スペクトルの各周波数成分を周波数軸上で逆順に並べ替えることにより、鏡像となっている高域スペクトルに修正を施す。そして、後続の高域符号化部１０７において、修正後の高域スペクトルに対し、低域スペクトルを利用した高能率な符号化を施す。換言すれば、サブバンド符号化において、高域スペクトルを周波数軸上で逆順に反転させた後、この高域スペクトルを符号化する。これにより、符号化性能の低下を防止し、復号信号の音質を向上させることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、スケーラブル符号化装置の構成を採っているとみなすこともできる。すなわち、図３において、低域符号化部１０３が第１レイヤ符号化部、高域符号化部１０７が第２レイヤ符号化部に相当すると捉えた場合、２階層からなるスケーラブル符号化装置とみなすことができる。このとき、多重化部１０８は、低域符号化データＳ１４を重要度の高い第１レイヤのデータとして、高域符号化データＳ１９を重要度の低い第２レイヤのデータとして、ビットストリームＳ２０を生成する。
【００６４】
図９は、上記スケーラブル符号化装置に対応するスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図である。なお、このスケーラブル復号化装置は、図７に示したサブバンド復号化装置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。この図に示すように、入力されたビットストリームにどのレイヤの符号化データが含まれるかを示すレイヤ情報が分離部１５１からさらに出力され、選択部１７３に入力される。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれる場合、選択部１７
３は、時間領域変換部１５６の出力がそのまま帯域合成部１５７に出力されるように動作する。一方、ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合、選択部１７３は、代替信号が帯域合成部１５７に出力されるように動作する。この代替信号には、例えば全ての要素がゼロ値となっている信号を用いる。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合は、復号信号は低域信号のみから生成される。なお、代替信号には、前フレームで用いた復号高域信号を用いても良い。もしくは、前フレームで用いた復号高域信号の振幅値が小さくなるように減衰させた信号を代替信号として用いても良い。このような構成にすることで、ビットストリームに第１レイヤ符号化データしか含まれない場合であっても、復号信号を生成することができる。
【００６５】
また、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置において、低域スペクトルのスペクトル符号化の代わりに、ＣＥＬＰ符号化等の時間領域の符号化を適用する構成としても良い。すなわち、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置において、高域スペクトルのスペクトル符号化と共に時間領域の符号化も併用される。図１０は、かかる場合の本実施の形態に係るサブバンド符号化装置、すなわち本実施の形態に係るサブバンド符号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図である。この構成では、低域符号化部１０３ａは、時間領域信号Ｓ１２に対して時間領域において符号化を施し、得られる符号化データＳ３１を低域復号化部１０６ａに出力する。よって、低域復号化部１０６ａは、符号化データＳ３１の復号によって時間領域の復号信号Ｓ３２を得る。そして、時間領域の復号信号Ｓ３２は、低域復号化部１０６ａの後段に設置された周波数領域変換部１０２によって、周波数領域の信号、すなわちスペクトルＳ３３に変換され、高域符号化部１０７へ出力される。他の処理は既に説明した通りである。
【００６６】
図１１は、図１０に示したサブバンド符号化装置に対応するサブバンド復号化装置、すなわち本実施の形態に係るサブバンド復号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図である。当該装置においても符号化側と同様に、周波数領域変換部１８１が低域復号化部１５２の後段に設置される。また、図７のサブバンド復号化装置で示した時間領域変換部１５３は当然のことながら不要である。
【００６７】
また、図１２は、本実施の形態の低域信号の符号化／復号化において、時間領域の符号化／復号化を適用しつつ、かつスケーラブル構成とした場合の復号化側の構成、すなわち本実施の形態に係るサブバンド復号化装置のさらなるバリエーションの構成を示すブロック図である。基本構成は図１１に示したサブバンド復号化装置と同様である。このサブバンド復号化装置は、図９に示した選択部１７３をさらに備える。
【００６８】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。
【００６９】
実施の形態１に係るサブバンド符号化装置は、入力信号の標本化周波数が例えばＦｓ＝１６ｋＨｚである場合、低域符号化部１０３において４ｋＨｚまでの帯域の成分の信号を符号化することになる。しかし、固定電話や携帯電話等の一般的な音声通信システムでは、３．４ｋＨｚに帯域制限された信号が通信に使用されるように設計されている。すなわち、符号化装置において、３．４ｋＨｚから４ｋＨｚまでの帯域の信号は、通信システム側で遮断されるため使用することができない。このような環境下では、符号化装置において、予め３．４〜４ｋＨｚの帯域の信号を遮断しておき、遮断後の信号を対象に符号化を行うように低域符号化部を設計した方が、より高音質化を実現することができる（但し、低域信号だけを復号する場合である）。
【００７０】
そこで、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置は、低域符号化部１０３の前段にロ
ーパスフィルタ２０１を配置し、低域符号化部１０３の入力信号を、ローパスフィルタ２０１によって帯域制限された低域信号とする。例えば、上記の通信システムの例では、遮断周波数（カットオフ周波数）Ｆ１は３．４ｋＨｚである。
【００７１】
また、かかる場合、実施の形態１に示した高域符号化部１０７で生成される符号化データを利用して、帯域０からＦｓ／２までの信号を復号した場合、その復号信号のスペクトルは、図１４に示すようなものとなる。すなわち、Ｆ１からＦｓ／４までの帯域において、スペクトルに窪み（スペクトルの存在しない無スペクトル区間）が発生してしまう。このような無スペクトル区間が生じると、復号信号の音質劣化の原因となる。
【００７２】
そこで、さらに本実施の形態に係るサブバンド符号化装置では、高域符号化部１０７に帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４のスペクトルを別途入力することにより、高域符号化部１０７において、帯域Ｆ１からＦｓ／２までのスペクトルを、符号化処理ループの目標スペクトルとして使用できるようにする（よって、高域符号化部１０７と区別するために高域符号化部１０７ｂとする）。これにより、高域符号化部１０７ｂでは、Ｆ１からＦｓ／２までの帯域のスペクトルを符号化することが可能となり、先に述べた無スペクトル区間の発生を回避し、復号信号の音質向上を図ることができる。
【００７３】
本実施の形態に係るサブバンド符号化装置の構成について、より詳細に説明する。なお、このサブバンド符号化装置は、図１０に示した実施の形態１に係るサブバンド符号化装置のバリエーションと同様の基本的構成を有しており、図１０と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。
【００７４】
ローパスフィルタ２０１は、帯域分割部１０１から与えられる帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の時間領域の低域信号Ｓ１２のうち、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４を遮断し、帯域０≦ｋ＜Ｆ１の成分Ｓ４１を低域符号化部１０３へ出力する。例えば、帯域が３．４ｋＨｚに制限された通信システムにおいては、遮断周波数Ｆ１＝３．４ｋＨｚが使用される。
【００７５】
低域符号化部１０３は、ローパスフィルタ２０１から出力される帯域０≦ｋ＜Ｆ１の時間領域信号Ｓ４１に対して符号化処理を施し、得られる符号化データＳ４２を多重化部１０８および低域復号化部１０６へ出力する。
【００７６】
一方、周波数領域変換部２０２は、帯域分割部１０１から与えられる時間領域の低域信号Ｓ１２の周波数分析を行い、周波数領域の信号、すなわち低域スペクトルＳ４３へと変換し、高域符号化部１０７ｂへ出力する。
【００７７】
高域符号化部１０７ｂには、周波数領域変換部１０２から帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルＳ３３が、周波数領域変換部２０２からは帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルＳ４３が、スペクトル再配置部１０５からは帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルＳ１７が入力される。高域符号化部１０７ｂは、周波数領域変換部２０２から入力される帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルＳ４３のうち、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４の部分を用いて、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／２のスペクトルの符号化を行い、得られる符号化データＳ４４を多重化部１０８へ出力する。
【００７８】
図１５は、高域符号化部１０７ｂの符号化処理について説明するための図である。
【００７９】
高域符号化部１０７ｂ内のフィルタ１１２ｂで行われるフィルタリング処理は、基本的には、実施の形態１で説明したフィルタ１１２のフィルタリング処理と同様である。但し、対象となる各スペクトルが異なっており、具体的には、Ｓ１(ｋ)として帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルが用いられ、符号化処理ループの目標スペクトルとしては帯域Ｆ
１≦ｋ＜Ｆｓ／４の低域スペクトルと帯域Ｆｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の修正高域スペクトルとが使用される。よって、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の帯域はＦ１≦ｋ＜Ｆｓ／２となる。
【００８０】
次いで、上記サブバンド符号化装置に対応する本実施の形態に係るサブバンド復号化装置の構成について、図１６を用いて説明する。なお、このサブバンド復号化装置は、図１１に示したサブバンド復号化装置と同様の基本的構成を有しており、図１１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を基本的に省略する。
【００８１】
周波数領域変換部１８１は、低域復号化部１５２から与えられる復号低域信号を周波数分析して、帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルを生成し、高域復号化部１５４に出力する。
【００８２】
高域復号化部１５４は、分離部１５１から出力される高域符号化データと、周波数領域変換部１８１から出力される復号低域スペクトルとを用いて、復号高域スペクトルを生成する。当該復号処理により、帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／２の高域復号スペクトルが生成され、分割部２５３に出力される。
【００８３】
分割部２５３は、高域復号化部１５４から出力される復号高域スペクトルを、Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４およびＦｓ／４≦ｋ＜Ｆｓ／２の２つの帯域に分割し、前者を結合部２５１に、後者をスペクトル再配置部１５５に出力する。
【００８４】
結合部２５１は、周波数変換部１８１から出力される帯域０≦ｋ＜Ｆ１の復号低域スペクトルと、分割部２５３から出力される帯域Ｆ１≦ｋ＜Ｆｓ／４の復号高域スペクトルとを結合し、帯域０≦ｋ＜Ｆｓ／４の結合低域スペクトルを生成し、時間領域変換部２５２へ出力する。
【００８５】
時間領域変換部２５２は、結合低域スペクトルを時間領域の信号に変換し、復号低域信号として帯域合成部１５７に出力する。
【００８６】
このように、本実施の形態によれば、サブバンド符号化において、低域信号にさらに帯域制限を施して符号化する構成を採る。そして、高域スペクトルと共に、帯域の遮断された低域スペクトルを符号化する。これにより、無スペクトル区間の発生を防止することができ、復号信号の音質を改善することができる。
【００８７】
なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置もスケーラブル符号化装置とみなすことができる。
【００８８】
図１７は、本実施の形態に係るサブバンド符号化装置をスケーラブル符号化装置とみなした場合の対応スケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図である。なお、このスケーラブル復号化装置は、図１６に示したサブバンド復号化装置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。この図に示すように、分離部１５１から、入力されたビットストリームにどのレイヤの符号化データが含まれるかを示すレイヤ情報が出力され、選択部２６１および選択部２６２に出力される。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが存在する場合、選択部２６１は、時間領域変換部２５２の出力が帯域合成部１５７に出力されるように、選択部２６２は、時間領域変換部１５６の出力が帯域合成部１５７に出力されるように動作する。ビットストリームに第２レイヤ符号化データが存在しない場合、選択部２６１は、低域復号化部１５２の出力信号を帯域合成部１５７に出力し、選択部２６２は、代替信号を帯域合成部１５７に出力する。この代替信号には、例えば全ての要素がゼロ値となっている信号を用いる。ビット
ストリームに第２レイヤ符号化データが含まれない場合は、復号信号は低域信号のみから生成される。なお、代替信号には、前フレームで用いた復号高域信号を用いても良い。もしくは、前フレームで用いた復号高域信号の振幅値が小さくなるように減衰させた信号を代替信号として用いても良い。このような構成にすることで、ビットストリームに第１レイヤ符号化データしか含まれない場合であっても、復号信号を生成することができる。
【００８９】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【００９０】
なお、周波数変換部における周波数変換処理として、ＦＦＴ、ＤＦＴ、ＤＣＴ、ＭＤＣＴ、フィルタバンク等を使用することができる。
【００９１】
また、入力信号には、音声信号またはオーディオ信号のいずれも適用することができる。
【００９２】
本発明に係るサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法は、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。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９３】
本発明に係るサブバンド符号化装置は、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が可能であり、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、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。
【００９４】
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、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るサブバンド符号化方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るサブバンド符号化装置と同様の機能を実現することができる。
【００９５】
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チップ化されても良い。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
【００９９】
２００５年１１月３０日出願の特願２００５−３４７３４２の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係るサブバンド符号化装置およびサブバンド符号化方法は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】サブバンド符号化の一例を示す図
【図２】帯域分割部内において入力スペクトルがどのように変化するかを説明するための図
【図３】実施の形態１に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係るサブバンドスペクトルの並べ替え処理の概要を説明するための図
【図５】実施の形態１に係る高域符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図６】実施の形態１に係るフィルタリング処理について具体的に説明するための図
【図７】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置の構成について示す図
【図８】実施の形態１に係る高域復号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図９】実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図
【図１０】実施の形態１に係るサブバンド符号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置のバリエーションの構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態１に係るサブバンド復号化装置のさらなるバリエーションの構成を示すブロック図
【図１３】実施の形態２に係るサブバンド符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図１４】復号信号のスペクトルの一例を示す図
【図１５】実施の形態２に係る高域符号化部の符号化処理について説明するための図
【図１６】実施の形態２に係るサブバンド復号化装置の構成について示す図
【図１７】実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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