(57)【要約】  コアレイヤでの符号化性能が不足する成分に対し拡張レイヤで補正する音声符号化装置。この装置において、コアレイヤ符号化部（１０１）は、音声信号に対し符号化を行い、拡張レイヤ符号化部（１５０）は、コアレイヤ符号化部（１０１）の符号化残差を符号化し、ＬＰＣ合成フィルタ（１０４）の前段に備えられる特性補正逆フィルタ（１０２）は、コアレイヤでの符号化性能が不足する成分に対し逆特性補正処理を行い、ＬＰＣ合成フィルタ（１０４）の後段に備えられる特性補正フィルタ（１０５）は、ＬＰＣ合成フィルタ（１０４）から入力される合成信号の特性補正処理を行う。
2007043643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、
前記第２レイヤ符号化手段は、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する、
音声符号化装置。
【請求項２】
前記第１補正処理および前記第２補正処理は、互いに相殺関係にある逆処理である、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
音声信号の基準周波数より低い帯域である低域成分を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、
前記音声信号の前記基準周波数以上の帯域である高域成分を符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、
前記第２レイヤ符号化手段は、
前記第１符号化音源信号の高域成分に対し減衰処理を行って高域減衰音源信号を得る減衰手段と、前記高域減衰音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の高域成分に対し増幅処理を行って増幅音源信号を得る増幅手段と、を具備する、
音声符号化装置。
【請求項４】
音声信号を符号化して得られた第１符号化音源信号を復号する第１レイヤ復号手段と、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して得られた第２符号化音源信号を復号する第２レイヤ復号手段と、を具備し、
前記第２レイヤ復号手段は、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する、
音声復号装置。
【請求項５】
音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１ステップと、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して第２符号化音源信号を得る第２ステップと、を具備し、
前記第２ステップにおいて、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る、
音声符号化方法。
【請求項６】
音声信号を符号化して得られた第１符号化音源信号を復号する第１ステップと、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して得られた第２符号化音源信号を復号する第２ステップと、を具備し、
前記第２ステップにおいて、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る、
音声復号方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号をコアレイヤと拡張レイヤとから成る２層以上の符号化レイヤでスケーラブルに符号化する音声符号化装置及びその方法、並びにその音声符号化装置によって生成されたスケーラブル符号化信号を復号する音声復号装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スケーラビリティを有するエンベデッド可変レート音声符号化方式は、従来から時間的に変化する通信路の状態（すなわち通信可能な伝送速度や誤り率など）に柔軟に対応できる音声符号化方式として注目されている。スケーラブルな符号化情報は、伝送路上の任意のノードで自由に符号化情報を削減できるので、ＩＰ網に代表されるパケット網を利用した通信における輻輳制御に有効である。このような背景から、ＶｏＩＰ(Ｖｏｉｃｅ oｖｅｒ ＩＰ)に適する技術として様々な方式が開発されている。【０００３】
このようなスケーラブル音声符号化技術として、電話帯域音声信号の符号化装置をコアレイヤに用いる方式が知られている（例えば特許文献１参照）。電話帯域音声信号の符号化方法としては、符号励振線形予測（ＣＥＬＰ）に基づく方式が広く実用化されている。ＣＥＬＰの技術については非特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−９７２９５号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｒ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ  ａnｄ  Ｂ．Ｓ．Ａｔａｌ、“Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＣＥＬＰ):Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｓｐｅｅｃｈ  aｔＶｅｒｙ  Ｌｏｗ  Ｒａｔｅ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＩＣＡＳＳＰ８５、２５．１．１、ｐｐ．９３７−９４０，１９８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、拡張レイヤの符号化を効率的かつ高品質に行うためのスケーラブル符号化構成に関する開示がなされている。そして、４ｋＨｚ帯域の信号を符号化するスケーラブル符号化においてコアレイヤ（特許文献１における第１符号化器）と拡張レイヤ（特許文献１における第２符号化器）とのそれぞれで符号化された音声信号の品質の差は、コアレイヤが３．４ｋＨｚ未満帯域の音声用に設計されている場合、拡張レイヤが３．４ｋＨｚ以上の帯域の品質を補うことによって得られる、すなわち、拡張レイヤでは、主として３．４ｋＨｚ以上の帯域において符号化歪を小さくするのでコアレイヤより性能が改善されると考えられる、と述べている。しかしながら、特許文献１では、そのような拡張レイヤの役割を前提とした設計となっていない、つまり拡張レイヤの役割を特定せずにどのような入力に対しても最適な符号化性能が得られるような設計になっているため、符号化器の構成が複雑になるという欠点を有していた。【０００５】
本発明の目的は、コアレイヤの復号音声信号において符号化品質が不十分である成分を効率的に拡張レイヤで補うことのできる音声符号化装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る音声符号化装置は、音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号をさらに符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、前記第２レイヤ符号化手段は、前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の一部の成分である特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、拡張レイヤで合成される信号の特定成分が補正されるので、コアレイヤの復号音声信号において符号化品質が不足する前記特定成分を補うような符号化データを拡張レイヤで得ることができ、これにより高品質な音声信号が得られる高性能な音声符号化装置等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置の主要な構成要素を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係るスケーラブル音声復号装置の主要な構成要素を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置における音声符号化処理を模式的に例示する図
【図４】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図
【図５】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施の形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。【００１０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置１００の主要な構成要素を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、スケーラブル音声符号化装置１００は、携帯電話等の通信端末装置に搭載されて使用されるものとする。【００１１】
スケーラブル音声符号化装置１００は、コアレイヤ符号化部１０１、特性補正逆フィルタ１０２、加算器１０３、ＬＰＣ合成フィルタ１０４、特性補正フィルタ１０５、加算器１０６、聴覚重み付け誤差最小化部１０７、固定符号帳１０８、利得量子化部１０９及び増幅器１１０を具備する。そのうち、特性補正逆フィルタ１０２、加算器１０３、ＬＰＣ合成フィルタ１０４、特性補正フィルタ１０５、加算器１０６、聴覚重み付け誤差最小化部１０７、固定符号帳１０８、利得量子化部１０９及び増幅器１１０は拡張レイヤ符号化部１５０を構成する。【００１２】
コアレイヤ符号化部１０１は、入力される狭帯域音声信号の分析および符号化処理を行い、聴覚重みパラメータを聴覚重み付け誤差最小化部１０７に、線形予測係数（ＬＰＣパラメータ）をＬＰＣ合成フィルタ１０４に、符号化音源信号を特性補正逆フィルタ１０２に、フィルタ係数を適応的に制御する適応化パラメータを特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５に、それぞれ出力する。【００１３】
ここで、コアレイヤ符号化部は一般的な電話帯域音声符号化方式によって実現されており、公知な符号化方式としては、例えば３ＧＰＰ規格ＡＭＲやＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９などに開示されたものがある。【００１４】
特性補正逆フィルタ１０２は、特性補正フィルタ１０５をキャンセルする特性を有するフィルタであり、通常は特性補正フィルタ１０５の逆特性を有するフィルタである。すなわち、特性補正逆フィルタ１０２から出力される信号を特性補正フィルタ１０５に入力すれば、特性補正フィルタ１０５から出力される信号は特性補正逆フィルタ１０２に入力した信号と基本的に同じになる。ただし、特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５は、主観品質の改善を図ること、あるいは演算量や回路規模の増加を回避することを目的として意図的に逆特性にならないように設計されても良い。【００１５】
また、特性補正フィルタ１０５として、例えば、直線位相のＦＩＲフィルタ、またはＩＩＲフィルタなどを用いる。コアレイヤの量子化残差の周波数的特性に応じて適応的にフィルタ特性が変化できるような構成となっていれば、なお良い。また、前記適応化パラメータは特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５で行われる補正処理の強さを調整するパラメータであり、例えばコアレイヤの符号化音源信号のスペクトル傾斜情報や有声無声判定情報などに基づいて決定される。前記適応化パラメータは予め定めておいた固定値でもよく、この場合、コアレイヤ符号化部１０１から特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５へ前記適応化パラメータを入力する必要はない。なお、ここでは入力される音声信号は電話帯域信号であることを想定しているが、電話帯域より広い帯域の音声信号をダウンサンプルして得られる信号を入力信号としても良い。【００１６】
特性補正逆フィルタ１０２は、コアレイヤ符号化部１０１から入力される適応化パラメータを用いて、コアレイヤ符号化部１０１から入力される符号化音源信号に対し逆補正処理（すなわち後段で行われる補正処理と逆の処理）を行う。これにより、後段の特性補正フィルタ１０５による特性補正処理をキャンセルできるので、コアレイヤの符号化音源信号と拡張レイヤの音源信号とを共通の合成フィルタの駆動音源とすることが可能となる。逆補正処理された符号化音源信号は、加算器１０３へ入力される。【００１７】
加算器１０３は、特性補正逆フィルタ１０２から入力される逆補正処理された符号化音源信号と増幅器１１０から入力される拡張レイヤの符号化音源信号との加算を行い、加算結果である符号化音源信号をＬＰＣ合成フィルタ１０４へ出力する。【００１８】
ＬＰＣ合成フィルタ１０４は、コアレイヤ符号化部１０１から入力する線形予測係数によって構成される線形予測フィルタであり、加算器１０３から入力した符号化音源信号を駆動信号としてＬＰＣ合成により符号化音声信号を合成する。合成された音声信号は、特性補正フィルタ１０５へ出力される。【００１９】
特性補正フィルタ１０５は、ＬＰＣ合成フィルタ１０４から入力した合成音声信号の特定成分を補正し、加算器１０６へ出力する。この特定成分とは、コアレイヤ符号化部１０１において符号化性能が悪い成分のことである。【００２０】
加算器１０６は、特性補正フィルタ１０５から入力した特性補正された合成音声信号と入力信号との誤差を算出し、聴覚重み付け誤差最小化部１０７へ出力する。【００２１】
聴覚重み付け誤差最小化部１０７は、加算器１０６から出力される誤差に対して聴覚的な重み付けを行い、重み付け誤差が最小となる固定符号帳ベクトルを固定符号帳１０８の中から選択するとともに、そのときの最適な利得を決定する。聴覚的な重み付けは、コアレイヤ符号化部１０１から入力した聴覚重みパラメータを用いて行う。また、選択した固定符号帳ベクトルおよび量子化利得情報は、符号化され、符号化データとして復号装置へ向けて出力される。【００２２】
固定符号帳１０８は、聴覚重み付け誤差最小化部１０７によって指定された固定符号ベクトルを増幅器１１０へ出力する。【００２３】
利得量子化部１０９は、聴覚重み付け誤差最小化部１０７によって指定された利得を量子化し、増幅器１１０へ出力する。【００２４】
増幅器１１０は、固定符号帳１０８から入力した固定符号ベクトルに、利得量子化部１０９から入力した利得を乗じて加算器１０３へ出力する。【００２５】
なお、スケーラブル音声符号化装置１００は、図示しない無線送信部を具備し、音声信号を所定の方式で符号化したコアレイヤの符号化データと、聴覚重み付け誤差最小化部１０７から出力される符号化データと、を含む無線信号を生成し、生成した無線信号を後述するスケーラブル復号装置２００を搭載する携帯電話等の通信端末装置に無線送信する。なお、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号は、一旦基地局装置に受信され増幅等された後に、スケーラブル音声復号装置２００に受信される。【００２６】
図２は、本実施の形態に係るスケーラブル音声復号装置２００の主要な構成要素を示すブロック図である。スケーラブル音声復号装置２００は、コアレイヤ復号部２０１、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３、ＬＰＣ合成フィルタ２０４、特性補正フィルタ２０５、拡張レイヤ復号部２０７、固定符号帳２０８、利得復号部２０９及び増幅器２１０を具備する。そのうち、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３、ＬＰＣ合成フィルタ２０４、特性補正フィルタ２０５、拡張レイヤ復号部２０７、固定符号帳２０８、利得復号部２０９及び増幅器２１０は、拡張レイヤ符号化部２５０を構成する。【００２７】
コアレイヤ復号部２０１は、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号に含まれるコアレイヤの符号化データを入力し、コアレイヤの符号化音源信号および符号化線形予測係数（ＬＰＣパラメータ）を含むコアレイヤ音声符号化パラメータの復号処理を行う。また、特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５へ出力する適応化パラメータを求めるための分析処理を必要に応じて行う。コアレイヤ復号部２０１は、復号音源信号を特性補正逆フィルタ２０２へ、復号したコアレイヤ音声パラメータを分析して得られる適応化パラメータを特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５へ、復号線形予測係数（復号ＬＰＣパラメータ）をＬＰＣ合成フィルタ２０４へ、それぞれ出力する。【００２８】
特性補正逆フィルタ２０２は、特性補正フィルタ２０５をキャンセルする特性を有するフィルタであり、通常は特性補正フィルタ２０５の逆特性を有するフィルタである。すなわち、特性補正逆フィルタ２０２から出力される信号を特性補正フィルタ２０５に入力すれば、特性補正フィルタ２０５から出力される信号は特性補正逆フィルタ２０２に入力した信号と基本的に同じになる。ただし、特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５は、主観品質の改善を図ることあるいは演算量や回路規模の増加を回避することを目的として意図的に逆特性にならないように設計されても良い。特性補正逆フィルタ２０２は、コアレイヤ復号部２０１から入力される適応化パラメータを用いて、コアレイヤ復号部２０１から入力される復号音源信号に対し逆補正処理を行い、逆補正処理された復号音源信号を加算器２０３へ出力する。【００２９】
加算器２０３は、特性補正逆フィルタ２０２から入力される逆補正処理された復号音源信号と増幅器２１０から入力される拡張レイヤの復号音源信号との加算を行い、加算結果とである符号化音源信号をＬＰＣ合成フィルタ２０４へ出力する。【００３０】
ＬＰＣ合成フィルタ２０４は、コアレイヤ復号部２０１から入力する線形予測係数によって構成される線形予測フィルタであり、加算器２０３から入力した符号化音源信号を駆動信号としてＬＰＣ合成により復号音声信号を合成する。合成された音声信号は、特性補正フィルタ２０５へ出力される。【００３１】
特性補正フィルタ２０５は、ＬＰＣ合成フィルタ２０４から入力した合成音声信号の特定成分を補正し、補正された音声信号を復号音声として出力する。【００３２】
拡張レイヤ復号部２０７は、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号に含まれる拡張レイヤの符号化データを入力し、拡張レイヤの固定符号帳ベクトル情報と利得量子化情報を復号し、固定符号帳２０８および利得復号部２０９へそれぞれ出力する。【００３３】
固定符号帳２０８は、拡張レイヤ復号部２０７から入力した情報によって特定される固定符号帳ベクトルを生成し、増幅器２１０へ出力する。【００３４】
利得復号部２０９は、拡張レイヤ復号部２０７から入力した情報によって特定される利得情報を生成し、増幅器２１０へ出力する。【００３５】
増幅器２１０は、固定符号帳２０８から入力した固定符号帳ベクトルに、利得復号部２０９から入力した利得を乗じて、乗算結果を拡張レイヤの復号音源信号として加算器２０３へ出力する。【００３６】
なお、スケーラブル音声復号装置２００は、図示しない無線受信部を具備し、この無線受信部において、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号を受信し、その無線信号に含まれる音声信号のコアレイヤ符号化データ及び拡張レイヤ符号化データを取り出す。【００３７】
このように、本実施の形態では、コアレイヤで符号化した音声信号の量子化残差信号を拡張レイヤで符号化する際、合成フィルタによって合成された音声信号に対して特性補正処理を施す。従って、拡張レイヤの符号化時に、符号化したコアレイヤ音声信号において量子化性能が不足する部分を効率的に補う符号化が可能となり、主観品質を効率的に改善することができる。また、コアレイヤの符号化音源信号に対して特性補正処理の逆処理を施すことにより、拡張レイヤの符号化音源信号と加算して共通の合成フィルタの駆動音源として使用することができ、コアレイヤ用と拡張レイヤ用とで別々合成フィルタを用いる場合に比べて少ない演算量で等価な符号化および復号処理を実現することができる。【００３８】
以上で説明した音声符号化および復号装置における特性補正逆フィルタと特性補正フィルタの音源信号に対する作用・効果について、図面を用いて以下に説明する。【００３９】
図３は、スケーラブル音声符号化装置１００における音声符号化処理を模式的に例示する図である。ここでは、コアレイヤ符号化部１０１が３．４ｋＨｚ未満の帯域の音声符号化用に設計されており、拡張レイヤ符号化部１５０において３．４ｋＨｚ以上の帯域の音声符号化の品質を補う場合を例にとって説明する。ここでは、３．４ｋＨｚを基準周波数として、３．４ｋＨｚ未満の帯域を低域と称し、３．４ｋＨｚ以上の帯域を高域と称す。すなわち、コアレイヤ符号化部１０１が音声信号の低域成分に最適な符号化を行い、拡張レイヤ符号化部１５０が音声信号の高域成分に最適な符号化を行う。この図においては、仮に広帯域音声信号の全帯域に最適な符号化を行う場合、得られる音源信号、すなわち理想音源をグラフ２１で示す。この図において、横軸は周波数を示し、縦軸は理想音源の振幅に対する減衰幅を示すため、理想音源（グラフ２１）は縦軸の値が１．０である直線で示される。【００４０】
図３Ａは、コアレイヤ符号化部１０１における符号化処理を模式的に示す図である。この図において、グラフ２２はコアレイヤ符号化部１０１の符号化処理により得られる符号化音源信号を示す。この図に示すように、コアレイヤ符号化部１０１の符号化処理により得られる符号化音源信号（グラフ２２）は、理想音源（グラフ２１）に比べ高域成分が減衰している。【００４１】
図３Ｂは、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理を模式的に示す図である。コアレイヤ符号化部１０１で生成された符号化音源信号（グラフ２２）は、特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理により高域成分がさらに減衰されグラフ２３で示すようになる。すなわち、特性補正フィルタ１０５は入力される音源信号の高域成分を強調（増幅）する補正処理を行うのに対し、特性補正逆フィルタ１０２は、入力される音源信号の高域成分を減衰させる処理を行う。【００４２】
図３Ｃは、加算器１０３における加算処理を模式的に示す図である。この図において、グラフ２４は、特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理により得られる音源信号（グラフ２３）と、増幅器１１０から入力される拡張レイヤの音源信号とを加算器１０３において加算して得られる音源信号を示す。すなわちグラフ２４は、ＬＰＣ合成フィルタ１０４に入力される音源信号を示す。図示のように、グラフ２４で示す音源信号は、逆補正処理により減衰された成分が回復されたものとなる。ただし、グラフ２４で示す音源信号と、グラフ２２（図３Ａまたは図３Ｂ参照）とは異なるものである。【００４３】
図３Ｄは、特性補正フィルタ１０５における補正処理の音源信号領域における効果・作用を模式的に示す図である。この図において、グラフ２５は、特性補正フィルタ１０５がＬＰＣ合成フィルタ１０４から入力される音源信号（グラフ２４）に対し補正処理を行って得られる音源信号を示す。図示のように、で示す音源信号は、グラフ２４で示す音源信号に比べ高域成分が強調され、理想音源信号（グラフ２１）により近くなる。すなわち、特性補正フィルタ１０５は、入力される音源信号の高域成分を強調する補正処理を行うことにより、理想音源信号により近い音源信号を得る。【００４４】
図４は、スケーラブル音声符号化装置１００において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図である。この図におけるグラフの示し方は、図３におけるグラフの示し方と同様である。【００４５】
図４に示すように、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理と特性補正フィルタ１０５における補正処理とは互いに打ち消しあう関係にあるため、コアレイヤ符号化部１０１において生成された符号化音源信号（グラフ２２）に対して特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理と特性補正フィルタ１０５の補正処理とを行う結果、コアレイヤの符号化音源信号（グラフ２２）と基本的に一致する音源信号（グラフ２６）が得られる。すなわち、コアレイヤ符号化部１０１において生成された符号化音源信号の成分は、拡張レイヤ符号化によって変化しない。一方、増幅器１１０から出力される拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３１）に対して特性補正フィルタ１０５の補正処理を行うと、高域成分が強調された拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３２）が得られる。グラフ２６で示すコアレイヤの符号化音源信号と、グラフ３２で示す拡張レイヤの符号化音源信号とを加算することにより、グラフ２２で示すコアレイヤの符号化音源信号よりも、理想音源信号（グラフ２１）により近い音源信号（グラフ２５）を得ることができる。このように、コアレイヤの符号化特性によって減衰されがちな高域成分を拡張レイヤの符号化特性により補うため、高品質かつ効率的な符号化が可能である。【００４６】
図５は、スケーラブル音声符号化装置１００において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図である。この図の示し方は図４と同様であり、ここでは、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理と特性補正フィルタ１０５における補正処理とは完全に打ち消しあわない場合を例にとって示す。【００４７】
具体的には、特性補正フィルタ１０５における補正処理よりも、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理が入力信号のスペクトルに対する影響がより強い。従って、コアレイヤの符号化音源信号（グラフ２２）に対して逆補正処理および補正処理を行う結果、元に戻らず高域成分がやや減衰された音源信号（グラフ２６’）が得られる。すなわち、符号化特性に起因して理想音源信号（グラフ２１）に比べ高域成分が減衰されている符号化音源信号（グラフ２２）は、逆補正処理および補正処理が行われた結果、さらに高域成分が減衰される。また、拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３１）に対して特性補正フィルタ１０５の補正処理を行うと、図４のグラフ３２で示す拡張レイヤの符号化音源信号よりも高域成分がさらに強調された拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３２’）が得られる。このような構成によれば、拡張レイヤにおいて高域成分に重みづけが行われるのと同様の効果が得られ、入力音声信号の高域成分の符号化はコアレイヤ符号化においてはほとんど行われず、主に拡張レイヤ符号化によって行われるようになる。なお、コアレイヤ符号化部においても同様に高域を減衰させるような符号化が行われていたり、低域成分に対する重みづけが強い符号化が行われたりしていれば、コアレイヤと拡張レイヤとの役割分担がさらに明確になり、効率的な符号化が可能である。【００４８】
なお、本実施の形態について、以下のように変形したり応用したりしても良い。【００４９】
例えば、入力音声信号を広帯域信号（７ｋＨｚ帯域またはそれ以上）としても良い。この場合、拡張レイヤでは広帯域信号の符号化が行われるため、コアレイヤ符号化部１０１は、入力音声信号をダウンサンプルする回路、符号化音源信号を出力する前にアップサンプルする回路、を含む構成となる。【００５０】
また、スケーラブル音声符号化装置１００を帯域スケーラブル音声符号化装置の狭帯域音声符号化レイヤとして用いても良い。この場合、スケーラブル音声符号化装置１００の外部に広帯域音声信号を符号化するための拡張レイヤを備え、拡張レイヤはスケーラブル音声符号化装置１００の符号化情報を利用して広帯域信号の符号化を行う。また、図１における入力音声信号は、広帯域音声信号をダウンサンプルしたものとなる。【００５１】
また、スケーラブル音声復号装置２００において、コアレイヤの情報のみを復号する場合は、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３および特性補正フィルタ２０５の処理は不要であるので、これらの処理を行わずにＬＰＣ合成フィルタ２０４の処理のみを行うような処理経路を別途設けて、復号するレイヤの数に応じて処理経路を切り替える構成も可能である。【００５２】
また、スケーラブル音声復号装置２００の復号音声信号の主観品質をさらに改善するために、ポストフィルタ処理を含む後処理を適用しても良い。【００５３】
本発明に係るスケーラブル音声符号化装置等は、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。【００５４】
本発明に係るスケーラブル音声符号化装置等は、移動体通信システムにおける通信端末装置及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、基地局装置及び移動体通信システムを提供することができる。【００５５】
また、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、本発明に係るスケーラブル音声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、本発明のスケーラブル音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。【００５６】
また、上記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、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。【００５７】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。【００５８】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又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や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。【００５９】
さらには、半導体技術の進歩又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。例えばバイオ技術の適応等が可能性としてありえる。【００６０】
本明細書は、２００５年１０月１４日出願の特願２００５−３０００６０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】
【００６１】
本発明に係る音声符号化装置等は、合成信号に追加的な特徴を加えられる構成となっているので、合成フィルタへ入力される駆動信号の特徴が限定される場合（例えば、固定符号帳が構造化されていたり、ビット配分が不十分だったりするような場合）においても、駆動信号に不足する特徴を合成フィルタの後段で追加することで高品質な符号化音声品質を得ることができるという効果を有し、低速での無線通信を強いられる携帯電話等の通信端末装置等として有用である。
【図１】
2007043643.tif 000003
【図２】
2007043643.tif 000004
【図３】
2007043643.tif 000005
【図４】
2007043643.tif 000006
【図５】
2007043643.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月22日(2008.4.22)
【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】
音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、
前記第２レイヤ符号化手段は、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する、
音声符号化装置。
【請求項２】
前記第１補正処理および前記第２補正処理は、互いに相殺関係にある逆処理である、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
音声信号の基準周波数より低い帯域である低域成分を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、
前記音声信号の前記基準周波数以上の帯域である高域成分を符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、
前記第２レイヤ符号化手段は、
前記第１符号化音源信号の高域成分に対し減衰処理を行って高域減衰音源信号を得る減衰手段と、前記高域減衰音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の高域成分に対し増幅処理を行って増幅音源信号を得る増幅手段と、を具備する、
音声符号化装置。
【請求項４】
音声信号を符号化して得られた第１符号化音源信号を復号する第１レイヤ復号手段と、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して得られた第２符号化音源信号を復号する第２レイヤ復号手段と、を具備し、
前記第２レイヤ復号手段は、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する、
音声復号装置。
【請求項５】
音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１ステップと、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して第２符号化音源信号を得る第２ステップと、を具備し、
前記第２ステップにおいて、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る、
音声符号化方法。
【請求項６】
音声信号を符号化して得られた第１符号化音源信号を復号する第１ステップと、
前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号を符号化して得られた第２符号化
音源信号を復号する第２ステップと、を具備し、
前記第２ステップにおいて、
前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得、前記合成信号の前記特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る、
音声復号方法。
【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、音声信号をコアレイヤと拡張レイヤとから成る２層以上の符号化レイヤでスケーラブルに符号化する音声符号化装置及びその方法、並びにその音声符号化装置によって生成されたスケーラブル符号化信号を復号する音声復号装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スケーラビリティを有するエンベデッド可変レート音声符号化方式は、従来から時間的に変化する通信路の状態（すなわち通信可能な伝送速度や誤り率など）に柔軟に対応できる音声符号化方式として注目されている。スケーラブルな符号化情報は、伝送路上の任意のノードで自由に符号化情報を削減できるので、ＩＰ網に代表されるパケット網を利用した通信における輻輳制御に有効である。このような背景から、ＶｏＩＰ(Ｖｏｉｃｅ oｖｅｒ ＩＰ)に適する技術として様々な方式が開発されている。
【０００３】
このようなスケーラブル音声符号化技術として、電話帯域音声信号の符号化装置をコアレイヤに用いる方式が知られている（例えば特許文献１参照）。電話帯域音声信号の符号化方法としては、符号励振線形予測（ＣＥＬＰ）に基づく方式が広く実用化されている。ＣＥＬＰの技術については非特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−９７２９５号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｒ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ  ａnｄ  Ｂ．Ｓ．Ａｔａｌ、“Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＣＥＬＰ):Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｓｐｅｅｃｈ  aｔＶｅｒｙ  Ｌｏｗ  Ｒａｔｅ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＩＣＡＳＳＰ８５、２５．１．１、ｐｐ．９３７−９４０，１９８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、拡張レイヤの符号化を効率的かつ高品質に行うためのスケーラブル符号化構成に関する開示がなされている。そして、４ｋＨｚ帯域の信号を符号化するスケーラブル符号化においてコアレイヤ（特許文献１における第１符号化器）と拡張レイヤ（特許文献１における第２符号化器）とのそれぞれで符号化された音声信号の品質の差は、コアレイヤが３．４ｋＨｚ未満帯域の音声用に設計されている場合、拡張レイヤが３．４ｋＨｚ以上の帯域の品質を補うことによって得られる、すなわち、拡張レイヤでは、主として３．４ｋＨｚ以上の帯域において符号化歪を小さくするのでコアレイヤより性能が改善されると考えられる、と述べている。しかしながら、特許文献１では、そのような拡張レイヤの役割を前提とした設計となっていない、つまり拡張レイヤの役割を特定せずにどのような入力に対しても最適な符号化性能が得られるような設計になっているため、符号化器の構成が複雑になるという欠点を有していた。
【０００５】
本発明の目的は、コアレイヤの復号音声信号において符号化品質が不十分である成分を効率的に拡張レイヤで補うことのできる音声符号化装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る音声符号化装置は、音声信号を符号化して第１符号化音源信号を得る第１レイヤ符号化手段と、前記音声信号と前記第１符号化音源信号との残差信号をさらに符号化して第２符号化音源信号を得る第２レイヤ符号化手段と、を具備し、前記第２レイヤ符号化手段は、前記第１符号化音源信号の一部の成分である特定成分に対し第１補正処理を行って第１補正音源信号を得る第１補正手段と、前記第１補正音源信号と前記第２符号化音源信号とを加算してさらにＬＰＣ合成処理を行って合成信号を得る合成手段と、前記合
成信号の一部の成分である特定成分に対し第２補正処理を行って第２補正音源信号を得る第２補正手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、拡張レイヤで合成される信号の特定成分が補正されるので、コアレイヤの復号音声信号において符号化品質が不足する前記特定成分を補うような符号化データを拡張レイヤで得ることができ、これにより高品質な音声信号が得られる高性能な音声符号化装置等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る実施の形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置１００の主要な構成要素を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、スケーラブル音声符号化装置１００は、携帯電話等の通信端末装置に搭載されて使用されるものとする。
【００１０】
スケーラブル音声符号化装置１００は、コアレイヤ符号化部１０１、特性補正逆フィルタ１０２、加算器１０３、ＬＰＣ合成フィルタ１０４、特性補正フィルタ１０５、加算器１０６、聴覚重み付け誤差最小化部１０７、固定符号帳１０８、利得量子化部１０９及び増幅器１１０を具備する。そのうち、特性補正逆フィルタ１０２、加算器１０３、ＬＰＣ合成フィルタ１０４、特性補正フィルタ１０５、加算器１０６、聴覚重み付け誤差最小化部１０７、固定符号帳１０８、利得量子化部１０９及び増幅器１１０は拡張レイヤ符号化部１５０を構成する。
【００１１】
コアレイヤ符号化部１０１は、入力される狭帯域音声信号の分析および符号化処理を行い、聴覚重みパラメータを聴覚重み付け誤差最小化部１０７に、線形予測係数（ＬＰＣパラメータ）をＬＰＣ合成フィルタ１０４に、符号化音源信号を特性補正逆フィルタ１０２に、フィルタ係数を適応的に制御する適応化パラメータを特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５に、それぞれ出力する。
【００１２】
ここで、コアレイヤ符号化部は一般的な電話帯域音声符号化方式によって実現されており、公知な符号化方式としては、例えば３ＧＰＰ規格ＡＭＲやＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９などに開示されたものがある。
【００１３】
特性補正逆フィルタ１０２は、特性補正フィルタ１０５をキャンセルする特性を有するフィルタであり、通常は特性補正フィルタ１０５の逆特性を有するフィルタである。すなわち、特性補正逆フィルタ１０２から出力される信号を特性補正フィルタ１０５に入力す
れば、特性補正フィルタ１０５から出力される信号は特性補正逆フィルタ１０２に入力した信号と基本的に同じになる。ただし、特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５は、主観品質の改善を図ること、あるいは演算量や回路規模の増加を回避することを目的として意図的に逆特性にならないように設計されても良い。
【００１４】
また、特性補正フィルタ１０５として、例えば、直線位相のＦＩＲフィルタ、またはＩＩＲフィルタなどを用いる。コアレイヤの量子化残差の周波数的特性に応じて適応的にフィルタ特性が変化できるような構成となっていれば、なお良い。また、前記適応化パラメータは特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５で行われる補正処理の強さを調整するパラメータであり、例えばコアレイヤの符号化音源信号のスペクトル傾斜情報や有声無声判定情報などに基づいて決定される。前記適応化パラメータは予め定めておいた固定値でもよく、この場合、コアレイヤ符号化部１０１から特性補正逆フィルタ１０２および特性補正フィルタ１０５へ前記適応化パラメータを入力する必要はない。なお、ここでは入力される音声信号は電話帯域信号であることを想定しているが、電話帯域より広い帯域の音声信号をダウンサンプルして得られる信号を入力信号としても良い。
【００１５】
特性補正逆フィルタ１０２は、コアレイヤ符号化部１０１から入力される適応化パラメータを用いて、コアレイヤ符号化部１０１から入力される符号化音源信号に対し逆補正処理（すなわち後段で行われる補正処理と逆の処理）を行う。これにより、後段の特性補正フィルタ１０５による特性補正処理をキャンセルできるので、コアレイヤの符号化音源信号と拡張レイヤの音源信号とを共通の合成フィルタの駆動音源とすることが可能となる。逆補正処理された符号化音源信号は、加算器１０３へ入力される。
【００１６】
加算器１０３は、特性補正逆フィルタ１０２から入力される逆補正処理された符号化音源信号と増幅器１１０から入力される拡張レイヤの符号化音源信号との加算を行い、加算結果である符号化音源信号をＬＰＣ合成フィルタ１０４へ出力する。
【００１７】
ＬＰＣ合成フィルタ１０４は、コアレイヤ符号化部１０１から入力する線形予測係数によって構成される線形予測フィルタであり、加算器１０３から入力した符号化音源信号を駆動信号としてＬＰＣ合成により符号化音声信号を合成する。合成された音声信号は、特性補正フィルタ１０５へ出力される。
【００１８】
特性補正フィルタ１０５は、ＬＰＣ合成フィルタ１０４から入力した合成音声信号の特定成分を補正し、加算器１０６へ出力する。この特定成分とは、コアレイヤ符号化部１０１において符号化性能が悪い成分のことである。
【００１９】
加算器１０６は、特性補正フィルタ１０５から入力した特性補正された合成音声信号と入力信号との誤差を算出し、聴覚重み付け誤差最小化部１０７へ出力する。
【００２０】
聴覚重み付け誤差最小化部１０７は、加算器１０６から出力される誤差に対して聴覚的な重み付けを行い、重み付け誤差が最小となる固定符号帳ベクトルを固定符号帳１０８の中から選択するとともに、そのときの最適な利得を決定する。聴覚的な重み付けは、コアレイヤ符号化部１０１から入力した聴覚重みパラメータを用いて行う。また、選択した固定符号帳ベクトルおよび量子化利得情報は、符号化され、符号化データとして復号装置へ向けて出力される。
【００２１】
固定符号帳１０８は、聴覚重み付け誤差最小化部１０７によって指定された固定符号ベクトルを増幅器１１０へ出力する。
【００２２】
利得量子化部１０９は、聴覚重み付け誤差最小化部１０７によって指定された利得を量
子化し、増幅器１１０へ出力する。
【００２３】
増幅器１１０は、固定符号帳１０８から入力した固定符号ベクトルに、利得量子化部１０９から入力した利得を乗じて加算器１０３へ出力する。
【００２４】
なお、スケーラブル音声符号化装置１００は、図示しない無線送信部を具備し、音声信号を所定の方式で符号化したコアレイヤの符号化データと、聴覚重み付け誤差最小化部１０７から出力される符号化データと、を含む無線信号を生成し、生成した無線信号を後述するスケーラブル復号装置２００を搭載する携帯電話等の通信端末装置に無線送信する。なお、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号は、一旦基地局装置に受信され増幅等された後に、スケーラブル音声復号装置２００に受信される。
【００２５】
図２は、本実施の形態に係るスケーラブル音声復号装置２００の主要な構成要素を示すブロック図である。スケーラブル音声復号装置２００は、コアレイヤ復号部２０１、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３、ＬＰＣ合成フィルタ２０４、特性補正フィルタ２０５、拡張レイヤ復号部２０７、固定符号帳２０８、利得復号部２０９及び増幅器２１０を具備する。そのうち、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３、ＬＰＣ合成フィルタ２０４、特性補正フィルタ２０５、拡張レイヤ復号部２０７、固定符号帳２０８、利得復号部２０９及び増幅器２１０は、拡張レイヤ符号化部２５０を構成する。
【００２６】
コアレイヤ復号部２０１は、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号に含まれるコアレイヤの符号化データを入力し、コアレイヤの符号化音源信号および符号化線形予測係数（ＬＰＣパラメータ）を含むコアレイヤ音声符号化パラメータの復号処理を行う。また、特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５へ出力する適応化パラメータを求めるための分析処理を必要に応じて行う。コアレイヤ復号部２０１は、復号音源信号を特性補正逆フィルタ２０２へ、復号したコアレイヤ音声パラメータを分析して得られる適応化パラメータを特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５へ、復号線形予測係数（復号ＬＰＣパラメータ）をＬＰＣ合成フィルタ２０４へ、それぞれ出力する。
【００２７】
特性補正逆フィルタ２０２は、特性補正フィルタ２０５をキャンセルする特性を有するフィルタであり、通常は特性補正フィルタ２０５の逆特性を有するフィルタである。すなわち、特性補正逆フィルタ２０２から出力される信号を特性補正フィルタ２０５に入力すれば、特性補正フィルタ２０５から出力される信号は特性補正逆フィルタ２０２に入力した信号と基本的に同じになる。ただし、特性補正逆フィルタ２０２および特性補正フィルタ２０５は、主観品質の改善を図ることあるいは演算量や回路規模の増加を回避することを目的として意図的に逆特性にならないように設計されても良い。特性補正逆フィルタ２０２は、コアレイヤ復号部２０１から入力される適応化パラメータを用いて、コアレイヤ復号部２０１から入力される復号音源信号に対し逆補正処理を行い、逆補正処理された復号音源信号を加算器２０３へ出力する。
【００２８】
加算器２０３は、特性補正逆フィルタ２０２から入力される逆補正処理された復号音源信号と増幅器２１０から入力される拡張レイヤの復号音源信号との加算を行い、加算結果とである符号化音源信号をＬＰＣ合成フィルタ２０４へ出力する。
【００２９】
ＬＰＣ合成フィルタ２０４は、コアレイヤ復号部２０１から入力する線形予測係数によって構成される線形予測フィルタであり、加算器２０３から入力した符号化音源信号を駆動信号としてＬＰＣ合成により復号音声信号を合成する。合成された音声信号は、特性補正フィルタ２０５へ出力される。
【００３０】
特性補正フィルタ２０５は、ＬＰＣ合成フィルタ２０４から入力した合成音声信号の特定成分を補正し、補正された音声信号を復号音声として出力する。
【００３１】
拡張レイヤ復号部２０７は、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号に含まれる拡張レイヤの符号化データを入力し、拡張レイヤの固定符号帳ベクトル情報と利得量子化情報を復号し、固定符号帳２０８および利得復号部２０９へそれぞれ出力する。
【００３２】
固定符号帳２０８は、拡張レイヤ復号部２０７から入力した情報によって特定される固定符号帳ベクトルを生成し、増幅器２１０へ出力する。
【００３３】
利得復号部２０９は、拡張レイヤ復号部２０７から入力した情報によって特定される利得情報を生成し、増幅器２１０へ出力する。
【００３４】
増幅器２１０は、固定符号帳２０８から入力した固定符号帳ベクトルに、利得復号部２０９から入力した利得を乗じて、乗算結果を拡張レイヤの復号音源信号として加算器２０３へ出力する。
【００３５】
なお、スケーラブル音声復号装置２００は、図示しない無線受信部を具備し、この無線受信部において、スケーラブル音声符号化装置１００から送信された無線信号を受信し、その無線信号に含まれる音声信号のコアレイヤ符号化データ及び拡張レイヤ符号化データを取り出す。
【００３６】
このように、本実施の形態では、コアレイヤで符号化した音声信号の量子化残差信号を拡張レイヤで符号化する際、合成フィルタによって合成された音声信号に対して特性補正処理を施す。従って、拡張レイヤの符号化時に、符号化したコアレイヤ音声信号において量子化性能が不足する部分を効率的に補う符号化が可能となり、主観品質を効率的に改善することができる。また、コアレイヤの符号化音源信号に対して特性補正処理の逆処理を施すことにより、拡張レイヤの符号化音源信号と加算して共通の合成フィルタの駆動音源として使用することができ、コアレイヤ用と拡張レイヤ用とで別々合成フィルタを用いる場合に比べて少ない演算量で等価な符号化および復号処理を実現することができる。
【００３７】
以上で説明した音声符号化および復号装置における特性補正逆フィルタと特性補正フィルタの音源信号に対する作用・効果について、図面を用いて以下に説明する。
【００３８】
図３は、スケーラブル音声符号化装置１００における音声符号化処理を模式的に例示する図である。ここでは、コアレイヤ符号化部１０１が３．４ｋＨｚ未満の帯域の音声符号化用に設計されており、拡張レイヤ符号化部１５０において３．４ｋＨｚ以上の帯域の音声符号化の品質を補う場合を例にとって説明する。ここでは、３．４ｋＨｚを基準周波数として、３．４ｋＨｚ未満の帯域を低域と称し、３．４ｋＨｚ以上の帯域を高域と称す。すなわち、コアレイヤ符号化部１０１が音声信号の低域成分に最適な符号化を行い、拡張レイヤ符号化部１５０が音声信号の高域成分に最適な符号化を行う。この図においては、仮に広帯域音声信号の全帯域に最適な符号化を行う場合、得られる音源信号、すなわち理想音源をグラフ２１で示す。この図において、横軸は周波数を示し、縦軸は理想音源の振幅に対する減衰幅を示すため、理想音源（グラフ２１）は縦軸の値が１．０である直線で示される。
【００３９】
図３Ａは、コアレイヤ符号化部１０１における符号化処理を模式的に示す図である。この図において、グラフ２２はコアレイヤ符号化部１０１の符号化処理により得られる符号化音源信号を示す。この図に示すように、コアレイヤ符号化部１０１の符号化処理により
得られる符号化音源信号（グラフ２２）は、理想音源（グラフ２１）に比べ高域成分が減衰している。
【００４０】
図３Ｂは、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理を模式的に示す図である。コアレイヤ符号化部１０１で生成された符号化音源信号（グラフ２２）は、特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理により高域成分がさらに減衰されグラフ２３で示すようになる。すなわち、特性補正フィルタ１０５は入力される音源信号の高域成分を強調（増幅）する補正処理を行うのに対し、特性補正逆フィルタ１０２は、入力される音源信号の高域成分を減衰させる処理を行う。
【００４１】
図３Ｃは、加算器１０３における加算処理を模式的に示す図である。この図において、グラフ２４は、特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理により得られる音源信号（グラフ２３）と、増幅器１１０から入力される拡張レイヤの音源信号とを加算器１０３において加算して得られる音源信号を示す。すなわちグラフ２４は、ＬＰＣ合成フィルタ１０４に入力される音源信号を示す。図示のように、グラフ２４で示す音源信号は、逆補正処理により減衰された成分が回復されたものとなる。ただし、グラフ２４で示す音源信号と、グラフ２２（図３Ａまたは図３Ｂ参照）とは異なるものである。
【００４２】
図３Ｄは、特性補正フィルタ１０５における補正処理の音源信号領域における効果・作用を模式的に示す図である。この図において、グラフ２５は、特性補正フィルタ１０５がＬＰＣ合成フィルタ１０４から入力される音源信号（グラフ２４）に対し補正処理を行って得られる音源信号を示す。図示のように、で示す音源信号は、グラフ２４で示す音源信号に比べ高域成分が強調され、理想音源信号（グラフ２１）により近くなる。すなわち、特性補正フィルタ１０５は、入力される音源信号の高域成分を強調する補正処理を行うことにより、理想音源信号により近い音源信号を得る。
【００４３】
図４は、スケーラブル音声符号化装置１００において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図である。この図におけるグラフの示し方は、図３におけるグラフの示し方と同様である。
【００４４】
図４に示すように、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理と特性補正フィルタ１０５における補正処理とは互いに打ち消しあう関係にあるため、コアレイヤ符号化部１０１において生成された符号化音源信号（グラフ２２）に対して特性補正逆フィルタ１０２の逆補正処理と特性補正フィルタ１０５の補正処理とを行う結果、コアレイヤの符号化音源信号（グラフ２２）と基本的に一致する音源信号（グラフ２６）が得られる。すなわち、コアレイヤ符号化部１０１において生成された符号化音源信号の成分は、拡張レイヤ符号化によって変化しない。一方、増幅器１１０から出力される拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３１）に対して特性補正フィルタ１０５の補正処理を行うと、高域成分が強調された拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３２）が得られる。グラフ２６で示すコアレイヤの符号化音源信号と、グラフ３２で示す拡張レイヤの符号化音源信号とを加算することにより、グラフ２２で示すコアレイヤの符号化音源信号よりも、理想音源信号（グラフ２１）により近い音源信号（グラフ２５）を得ることができる。このように、コアレイヤの符号化特性によって減衰されがちな高域成分を拡張レイヤの符号化特性により補うため、高品質かつ効率的な符号化が可能である。
【００４５】
図５は、スケーラブル音声符号化装置１００において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図である。この図の示し方は図４と同様であり、ここでは、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理と特性補正フィルタ１０５における補正処理とは完全に打ち消しあわない場合を例にとって示す。
【００４６】
具体的には、特性補正フィルタ１０５における補正処理よりも、特性補正逆フィルタ１０２における逆補正処理が入力信号のスペクトルに対する影響がより強い。従って、コアレイヤの符号化音源信号（グラフ２２）に対して逆補正処理および補正処理を行う結果、元に戻らず高域成分がやや減衰された音源信号（グラフ２６’）が得られる。すなわち、符号化特性に起因して理想音源信号（グラフ２１）に比べ高域成分が減衰されている符号化音源信号（グラフ２２）は、逆補正処理および補正処理が行われた結果、さらに高域成分が減衰される。また、拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３１）に対して特性補正フィルタ１０５の補正処理を行うと、図４のグラフ３２で示す拡張レイヤの符号化音源信号よりも高域成分がさらに強調された拡張レイヤの符号化音源信号（グラフ３２’）が得られる。このような構成によれば、拡張レイヤにおいて高域成分に重みづけが行われるのと同様の効果が得られ、入力音声信号の高域成分の符号化はコアレイヤ符号化においてはほとんど行われず、主に拡張レイヤ符号化によって行われるようになる。なお、コアレイヤ符号化部においても同様に高域を減衰させるような符号化が行われていたり、低域成分に対する重みづけが強い符号化が行われたりしていれば、コアレイヤと拡張レイヤとの役割分担がさらに明確になり、効率的な符号化が可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態について、以下のように変形したり応用したりしても良い。
【００４８】
例えば、入力音声信号を広帯域信号（７ｋＨｚ帯域またはそれ以上）としても良い。この場合、拡張レイヤでは広帯域信号の符号化が行われるため、コアレイヤ符号化部１０１は、入力音声信号をダウンサンプルする回路、符号化音源信号を出力する前にアップサンプルする回路、を含む構成となる。
【００４９】
また、スケーラブル音声符号化装置１００を帯域スケーラブル音声符号化装置の狭帯域音声符号化レイヤとして用いても良い。この場合、スケーラブル音声符号化装置１００の外部に広帯域音声信号を符号化するための拡張レイヤを備え、拡張レイヤはスケーラブル音声符号化装置１００の符号化情報を利用して広帯域信号の符号化を行う。また、図１における入力音声信号は、広帯域音声信号をダウンサンプルしたものとなる。
【００５０】
また、スケーラブル音声復号装置２００において、コアレイヤの情報のみを復号する場合は、特性補正逆フィルタ２０２、加算器２０３および特性補正フィルタ２０５の処理は不要であるので、これらの処理を行わずにＬＰＣ合成フィルタ２０４の処理のみを行うような処理経路を別途設けて、復号するレイヤの数に応じて処理経路を切り替える構成も可能である。
【００５１】
また、スケーラブル音声復号装置２００の復号音声信号の主観品質をさらに改善するために、ポストフィルタ処理を含む後処理を適用しても良い。
【００５２】
本発明に係るスケーラブル音声符号化装置等は、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。
【００５３】
本発明に係るスケーラブル音声符号化装置等は、移動体通信システムにおける通信端末装置及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、基地局装置及び移動体通信システムを提供することができる。
【００５４】
また、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、本発明に係るスケーラブル音声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、本発明のスケーラブル音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。
【００５５】
また、上記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、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
【００５６】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００５７】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又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や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
【００５８】
さらには、半導体技術の進歩又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。例えばバイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００５９】
本明細書は、２００５年１０月１４日出願の特願２００５−３０００６０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】
【００６０】
本発明に係る音声符号化装置等は、合成信号に追加的な特徴を加えられる構成となっているので、合成フィルタへ入力される駆動信号の特徴が限定される場合（例えば、固定符号帳が構造化されていたり、ビット配分が不十分だったりするような場合）においても、駆動信号に不足する特徴を合成フィルタの後段で追加することで高品質な符号化音声品質を得ることができるという効果を有し、低速での無線通信を強いられる携帯電話等の通信端末装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置の主要な構成要素を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係るスケーラブル音声復号装置の主要な構成要素を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置における音声符号化処理を模式的に例示する図
【図４】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図
【図５】実施の形態１に係るスケーラブル音声符号化装置において生成される音源信号のスペクトル特性を模式的に例示する図
【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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【国際調査報告】
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