(57)【要約】【課題】低域信号から高域信号を生成する際に用いられる高域信号の利得情報を効果的に伝送する。【解決手段】高域利得情報生成回路１３は、低域サブバンド信号から生成した新たな高域サブバンド信号と実際の高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成し、グルーピング情報生成回路１５は、その高域利得情報を時間方向に複数のグループにグループ化し、グループ毎に高域グループ化利得情報を生成する。高域利得差分情報生成回路１７は、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域グループ化利得情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する。このとき、高域利得差分情報生成回路１７は、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、低域基準値情報生成回路１６で生成された低域基準値情報との差分値を求める。【選択図】図１
2007171821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された時系列信号を符号化する信号符号化装置において、
上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割手段と、
上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化手段と、
上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成手段と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成手段と、
サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成手段と、
上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化手段と、
少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化手段と
を備えることを特徴とする信号符号化装置。
【請求項２】
サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報を時間方向に複数のグループにグループ化し、グループ毎に高域グループ化利得情報を生成すると共に、グループ化方法に関する高域利得グルーピング情報を生成するグルーピング情報生成手段をさらに備え、
上記高域利得差分情報生成手段は、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域グループ化利得情報との差分値を求めることにより、上記高域利得差分情報を生成し、
上記多重化手段は、上記高域利得グルーピング情報をさらに多重化する
ことを特徴とする請求項１記載の信号符号化装置。
【請求項３】
上記低域基準値情報生成手段は、上記低域サブバンド信号全体から低域基準値情報を生成するか、上記高域利得グルーピング情報に基づいて、上記低域サブバンド信号からグループ毎に低域基準値情報を生成するかを適応的に選択し、上記低域基準値情報と共に、選択した生成方法に関する低域基準値選択情報を生成し、
上記多重化手段は、上記低域基準値選択情報をさらに多重化する
ことを特徴とする請求項２記載の信号符号化装置。
【請求項４】
上記低域基準値情報生成手段は、上記低域サブバンド信号の量子化誤差に基づいて、上記低域サブバンド信号全体から低域基準値情報を生成するか、上記低域サブバンド信号からグループ毎に低域基準値情報を生成するかを選択することを特徴とする請求項３記載の信号符号化装置。
【請求項５】
上記低域基準値情報生成手段は、上記高域利得差分情報の符号量が少なくなるように、上記低域サブバンド信号全体から低域基準値情報を生成するか、上記低域サブバンド信号からグループ毎に低域基準値情報を生成するかを選択することを特徴とする請求項３記載の信号符号化装置。
【請求項６】
上記高域利得差分情報に基づき、該高域利得差分情報を量子化する際の量子化ステップ情報を生成する量子化ステップ情報生成手段をさらに備え、
上記多重化手段は、上記量子化ステップ情報をさらに多重化する
ことを特徴とする請求項１記載の信号符号化装置。
【請求項７】
上記高域利得情報に基づき、復号側で生成される高域サブバンド信号を時間方向に平滑化する方法に関する平滑化方法選択情報を生成する平滑化方法選択情報生成手段をさらに備え、
上記多重化手段は、上記平滑化方法選択情報をさらに多重化する
ことを特徴とする請求項１記載の信号符号化装置。
【請求項８】
入力された時系列信号を符号化する信号符号化方法において、
上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割工程と、
上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化工程と、
上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化工程と、
少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化工程と
を有することを特徴とする信号符号化方法。
【請求項９】
入力された時系列信号を符号化する信号符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割工程と、
上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化工程と、
上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化工程と、
少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化工程と
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
入力された時系列信号を符号化する信号符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割工程と、
上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化工程と、
上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化工程と、
少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化工程と
を有することを特徴とするプログラムが記録された記録媒体。
【請求項１１】
入力された圧縮データを復号する信号復号装置において、
上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化手段と、
上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号手段と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成手段と、
上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成手段と、
隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成手段と、
上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成手段と、
上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成手段と
を備えることを特徴とする信号復号装置。
【請求項１２】
上記圧縮データには、符号化側において上記高域利得情報を時間方向に複数のグループにグループ化し、グループ毎に高域グループ化利得情報を生成した際のグループ化方法に関する高域利得グルーピング情報が含まれており、
上記高域利得差分情報生成手段は、上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つグループ毎の高域利得差分情報を生成し、
上記高域利得情報生成手段は、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域グループ化利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域グループ化利得情報を生成し、
上記高域生成手段は、上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域グループ化利得情報に基づいて調整する
ことを特徴とする請求項１１記載の信号復号装置。
【請求項１３】
上記圧縮データには、上記低域基準値情報の生成方法に関する低域基準値選択情報が含まれており、
上記低域基準値情報生成手段は、上記低域基準値選択情報に基づいて、上記低域サブバンド信号全体から低域基準値情報を生成するか、上記高域利得グルーピング情報に基づいて、上記低域サブバンド信号からグループ毎に低域基準値情報を生成するかを選択する
ことを特徴とする請求項１２記載の信号復号装置。
【請求項１４】
上記圧縮データには、高域サブバンド信号を時間方向に平滑化する方法に関する平滑化方法選択情報が含まれており、
上記高域生成手段は、上記高域利得情報及び上記平滑化方法選択情報に基づいて、上記低域サブバンド信号から生成された高域サブバンド信号の利得を調整する
ことを特徴とする請求項１１記載の信号復号装置。
【請求項１５】
入力された圧縮データを復号する信号復号方法において、
上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化工程と、
上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成工程と、
上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成工程と
を有することを特徴とする信号復号方法。
【請求項１６】
入力された圧縮データを復号する信号復号処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化工程と、
上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成工程と、
上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成工程と
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
入力された圧縮データを復号する信号復号処理をコンピュータに実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化工程と、
上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号工程と、
少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、
上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、
隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、
上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成工程と、
上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成工程と
を有することを特徴とするプログラムが記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、符号化側である周波数帯域に制限された時系列信号を、復号側でより広い周波数帯域に拡張する場合に用いて好適な信号符号化装置及びその方法、信号復号装置及びその方法、並びにプログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ信号の高能率符号化では、人間の聴覚の仕組みを利用することで、ＣＤ（Compact Disc）相当の音質を元のＣＤの１／１０程度のデータ量に圧縮することが可能となっている。現在、市場にもこれらの技術を利用した商品が流通しており、より小さな記録媒体に記録したり、ネットワークを通じて配信したりすることが実現している。
【０００３】
このような高能率圧縮では、それぞれ独自のフォーマットが採用されており、フォーマットの範囲内であれば、符号化側で音質とビットレートとをある程度自由にコントロールすることが可能である。例えば、ミニディスク（Mini Disc；ＭＤ）（ソニー株式会社商標）についても、長時間記録モードとして同じ高能率圧縮技術を採用したＬＰ２とＬＰ４の２つのモードが存在しており、ＬＰ４はＬＰ２に対してさらに半分に圧縮することで、音質は劣るもののＬＰ２の２倍の記録時間を可能としている。
【０００４】
しかしながら、このような高能率圧縮技術は、ビットレートと音質に明確なターゲットを定めて設計、規格化されているため、規格（フォーマット）を維持したままさらにビットレートを下げると極端に音質が劣化することになる。このような状況を避けるために、符号化側の高能率符号化アルゴリズムの改善や、人間の聴覚が鈍感な高域の信号を制限し、余ったビットを低域の信号に振り分けるといった方法が一般的にとられる。
【０００５】
【非特許文献１】Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 3: Audio（ISO/IEC 14496-3: 2001）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したようにフォーマットを維持したまま、音質を維持しビットレートを下げるために高域の信号を制限した場合において、高域の信号を復号側で再現する試みもある。例えば、特開平２−３１１００６号公報記載の、４４．１ｋＨｚサンプリングのＰＣＭ（Pulse Code Modulation）信号の再生帯域を２倍にするような技術や、特開平９−５５７７８号公報記載の、電話の周波数帯域を受信側で拡大するような技術がある。
【０００７】
こうした技術はフォーマットの変更が必要なく、復号側だけの改善ですむといった利点があるが、受信した信号のみから帯域を拡大させる必要があるため、音質的には劇的な効果はみられず、また、入力される音源によっては、特に低域と高域に相関があまりない場合など、高域に聴覚上の歪みが耳につくようになる。
【０００８】
一方、フォーマットを拡張して、符号化側で帯域を拡大するための情報を符号化し、復号側でその帯域を拡大するための情報を用いて、帯域を拡大させる試みもある。例えば、米国特許第５，０６８，８９９号明細書記載のＬＰＣ（Linear Predictive Coding）フィルタを用いて帯域を拡大する技術や、米国特許第５，１２７，０５４号明細書記載のサブバンドフィルタバンクと非線形デバイスとを用いて帯域を拡大する技術等がある。
【０００９】
このような技術は、音声信号に対しては改善効果をもたらすが、オーディオ信号に対しては聴感上の歪が耳につき、十分な品質が得られない。これに対して、オーディオ信号に対してもある程度十分な品質の得られる技術もある。例えば、ＩＳＯ国際標準規格ＨＥ−ＡＡＣ（ISO/IEC 14496-3: 2001）では、オーディオ信号に対してもある程度十分な品質が得られる。
【００１０】
ＨＥ−ＡＡＣによる帯域拡大を行う信号復号装置の構成の一例を図１０に示す。
図１０に示す信号復号装置１００において、非多重化回路１０１は、信号符号化装置から出力された圧縮データを低域情報と高域情報とに分離し、この低域情報及び高域情報をそれぞれ低域情報復号回路１０２と帯域拡大回路１０４とに供給する。
【００１１】
低域情報復号回路１０２は、低域情報を復号して低域時系列信号を生成し、この低域時系列信号をサブバンド分割フィルタバンク１０３に供給する。
【００１２】
サブバンド分割フィルタバンク１０３は、低域時系列信号を複数の帯域（サブバンド）に分割して低域サブバンド信号を生成し、この低域サブバンド信号を帯域拡大回路１０４とサブバンド合成フィルタバンク１０５とに供給する。
【００１３】
帯域拡大回路１０４は、高域情報と低域サブバンド信号とを用いて高域サブバンド信号を生成することにより帯域を拡大する。より詳細に説明すると、高域情報は高域サブバンド信号の利得値で構成されており、帯域拡大回路１０４は、この高域情報を用いて、低域サブバンド信号から生成した高域サブバンド信号の利得を調整する。その後、帯域拡大回路１０４は、生成した高域サブバンド信号をサブバンド合成フィルタバンク１０５に供給する。
【００１４】
サブバンド合成フィルタバンク１０５は、低域サブバンド信号と高域サブバンド信号とをサブバンド合成し、出力信号である時系列信号を生成する。
【００１５】
ここで、上述した高域情報は高域サブバンド信号の利得値であるが、この利得値は、信号符号化装置において、各サブバンド信号の短い時間区間（サブフレーム）毎に求められたものである。さらに、この利得値は、符号化効率を高めるために、周波数方向又は時間方向に差分値を求めることになっており、フレーム毎に何れかの方向が選択可能とされている。例えば、あるフレームで差分値を求める方向として周波数方向を選択した場合には、低域から高域へと隣接する低域側のサブバンドにおける利得値との差分値が求められる。この結果、高域サブバンド信号のうち最低域である第１の高域サブバンドについては隣接する低域側のサブバンドが存在しないため利得値は絶対値となるが、第２の高域サブバンド以降は差分値となる。一方、差分値を求める方向として時間方向を選択した場合は、各サブバンドの利得値は前の時間区間の利得値からの差分値となり、各フレームの先頭の時間区間の利得値は、前のフレームの最終の時間区間の利得値からの差分値となる。
【００１６】
信号符号化装置では、このような方法を用いて、時間周波数の信号の偏りを考慮しながら適応的に差分値を求める方向を選択する。差分値を求める結果、利得値の偏りが減少するため、可変長符号を用いることで符号量を少なくすることができる。
【００１７】
しかしながら、差分値を求める方向として周波数方向を選択した場合には、高域サブバンド信号のうち最低域である第１の高域サブバンドは絶対値となるため、フレームの符号量が増えてしまうことになる。また、差分値を求める方向として時間方向を選択した場合には、圧縮データ（ビットストリーム）の編集や伝送路上の情報の欠落等に対応することが難しくなる。
【００１８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高域信号の特徴情報に基づいて低域信号から高域信号を生成するような信号処理において、高域信号の特徴情報に含まれる高域信号の利得情報を効果的に伝送することが可能な信号符号化装置及びその方法、その信号符号化装置から出力された圧縮データを復号する信号復号装置及びその方法、並びにそのような信号符号化処理及び信号復号処理をコンピュータに実行させるプログラム及びそのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した目的を達成するために、本発明に係る信号符号化装置は、入力された時系列信号を符号化する信号符号化装置において、上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割手段と、上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化手段と、上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成手段と、少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成手段と、サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成手段と、上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化手段と、少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る信号符号化方法は、入力された時系列信号を符号化する信号符号化方法において、上記時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成される低域サブバンド信号と高域側の複数のサブバンドで構成される高域サブバンドとを生成する分割工程と、上記低域サブバンド信号を量子化及び符号化し、低域符号化データを生成する低域符号化工程と、上記低域サブバンド信号から新たな高域サブバンド信号を生成し、該新たな高域サブバンド信号と上記高域サブバンド信号との利得をサブバンド毎に所定の時間間隔で比較し、高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された上記高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求め、上記高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、上記低域基準値情報との差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、上記高域利得差分情報を量子化及び符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する高域利得差分情報符号化工程と、少なくとも上記低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを多重化し、圧縮データとして出力する多重化工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る信号復号装置は、入力された圧縮データを復号する信号復号装置において、上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化手段と、上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号手段と、少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成手段と、上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成手段と、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成手段と、上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成手段と、上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る信号復号方法は、入力された圧縮データを復号する信号復号方法において、上記圧縮データを非多重化し、低域符号化データ及び高域利得差分情報符号化データを生成する非多重化工程と、上記低域符号化データを復号及び逆量子化し、低域サブバンド信号を生成する低域復号工程と、少なくとも上記低域サブバンド信号に基づいて、低域基準値情報を生成する低域基準値情報生成工程と、上記高域利得差分情報符号化データを復号及び逆量子化し、サブバンド毎且つ所定の時間間隔の高域利得差分情報を生成する高域利得差分情報生成工程と、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得差分情報に基づいて高域利得情報を生成し、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、上記低域基準値情報に基づいて高域利得情報を生成する高域利得情報生成工程と、上記低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成し、該高域サブバンド信号の利得を上記高域利得情報に基づいて調整する高域生成工程と、上記低域サブバンド信号と利得が調整された上記高域サブバンド信号とを合成し、時系列信号として出力する合成工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るプログラムは、上述した信号符号化処理又は信号復号処理をコンピュータに実行させるものであり、本発明に係る記録媒体は、そのようなプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、サブバンド毎に所定の時間間隔で生成された高域利得情報について、隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求める際に、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、低域サブバンド信号に基づいて生成した低域基準値情報との差分値を求めるようにしているため、高域利得情報の符号量が少なく抑えられ、符号化効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
先ず、本実施の形態における信号符号化装置の概略構成を図１に示す。図１に示すように、本実施の形態における信号符号化装置１０は、サブバンド分割フィルタバンク１１と、低域符号化回路１２と、高域利得情報生成回路１３と、平滑化方法選択情報生成回路１４と、グルーピング情報生成回路１５と、低域基準値情報生成回路１６と、高域利得差分情報生成回路１７と、量子化ステップ情報生成回路１８と、高域利得差分情報符号化回路１９と、多重化回路２０とから構成されている。
【００２７】
サブバンド分割フィルタバンク１１は、入力された時系列信号を複数のサブバンドに分割し、低域側の複数のサブバンドで構成された低域サブバンド信号を、低域符号化回路１２、高域利得情報生成回路１３、及び低域基準値情報生成回路１６に供給する。また、サブバンド分割フィルタバンク１１は、高域側の複数のサブバンドで構成された高域サブバンド信号を、高域利得情報生成回路１３に供給する。
【００２８】
ここで、サブバンド信号をｘ（ｋ，ｎ）と表すことにする（ｋ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）。ｋはサブバンドを示し、Ｎはサブバンド分割数を示す。また、ｎは時間インデックスを示す。ｋ＝０が最も低域側のサブバンドであり、ｋ＝Ｎ−１が最も高域側のサブバンドであるとすると、サブバンド分割フィルタバンク１１は、例えばｋ＝０，１，・・・，Ｎ／２−１であるサブバンド信号全体を低域サブバンド信号とし、ｋ＝Ｎ／２，Ｎ／２＋１，・・・，Ｎ−１であるサブバンド信号全体を高域サブバンド信号とする。
【００２９】
なお、この例では、サブバンド数を低域側、高域側ともにＮ／２個としたが、低域側と高域側とのサブバンド数の割合は任意に設定することができ、必ずしも同じ数にする必要はない。
【００３０】
低域符号化回路１２は、低域サブバンド信号を量子化・符号化し、低域符号化データを多重化回路２０に供給する。
【００３１】
高域利得情報生成回路１３は、高域サブバンド信号に対して、ある短い時間区間（サブフレーム）毎に平均利得値を計算し、高域利得情報を生成する。高域利得情報生成回路１３は、生成した高域利得情報を、平滑化方法選択情報生成回路１４、グルーピング情報生成回路１５、及び低域基準値情報生成回路１６に供給する。
【００３２】
以下、高域利得情報生成回路１３が高域利得情報を生成する方法について説明する。
【００３３】
ここで、本実施の形態では、例えば米国特許第５，０６８，８９９号明細書に記載されている周波数エイリアシング法を用いて、復号側で帯域拡大を行うものとする。この周波数エイリアシング法では、復号側で低域サブバンド信号を折り返すことにより高域サブバンド信号を生成する。すなわち、復号側における低域サブバンド信号をｘ'（ｋ，ｎ）（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ／２−１）とし、この低域サブバンド信号から生成される高域サブバンド信号をｘａ（ｉ，ｎ）（ｉ＝Ｎ−ｋ−１）とすると、ｘ'（ｋ，ｎ）とｘａ（ｉ，ｎ）とは以下の式（１）のような関係を有する。
【００３４】
【数１】
2007171821.tif 000003
【００３５】
なお、式（１）における低域サブバンド信号ｘ'（ｋ，ｎ）は、符号化側における元の低域サブバンド信号ｘ（ｋ，ｎ）に対して、低域符号化回路１２によって生じた量子化誤差が含まれたものである。
【００３６】
周波数エイリアシング法を用いた帯域拡大の模式図を図２に示す。図２に示すように、周波数エイリアシング法を用いた場合、Ｎ／２個目のサブバンドで、サブバンド信号が折り返される。これにより、例えばｋ＝０の低域サブバンド信号はｉ＝Ｎ−１の高域サブバンド信号となり、ｋ＝２の低域サブバンド信号はｉ＝Ｎ−３の高域サブバンド信号となる。
【００３７】
復号側では、このようにして低域サブバンド信号ｘ'（ｋ，ｎ）（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ／２−１）から高域サブバンド信号ｘａ（ｉ，ｎ）が生成されるが、符号化側における元の高域サブバンド信号ｘ（ｋ，ｎ）（ｋ＝Ｎ／２，Ｎ／２＋１，・・・，Ｎ−１）と、上述した式（１）に従って生成されるｘａ（ｉ，ｎ）とでは、サブバンド毎の利得が異なる。
【００３８】
このため、復号側では、以下の式（２），（３）に従って、帯域拡大された高域サブバンド信号ｘａ（ｉ，ｎ）の利得を調整する必要がある。
【００３９】
【数２】
2007171821.tif 000004
【００４０】
式（３）におけるＢはサンプル区間を表し、ｇ（ｉ）はある時間ｂからＢサンプル区間のサブフレームにおける利得調整値を表す。また、ｅｈ（ｉ）はある時間ｂからＢサンプル区間のサブフレームにおける高域利得情報であり、符号化側で計算され復号側に伝送された情報に基づいて得られる。上述した高域利得情報生成回路１３は、以下の式（４）に従って高域サブバンド信号から高域利得情報ｅｈ（ｉ）を生成し、生成した高域利得情報ｅｈ（ｉ）を平滑化方法選択情報生成回路１４、グルーピング情報生成回路１５、及び低域基準値情報生成回路１６に供給する。
【００４１】
【数３】
2007171821.tif 000005
【００４２】
ところで、この高域利得情報は、信号符号化装置１０の多重化回路２０から出力される圧縮データのうち、低域符号化データに次いで大きな割合を占める部分であるため、音質の劣化を最小限にとどめながら情報量を如何に削減するかが重要となる。
【００４３】
そこで、本実施の形態における信号符号化装置１０では、後述するように、以下の（ａ）〜（ｃ）の方法により、高域利得情報の情報量を削減する。
（ａ）グルーピング情報生成回路１５において、式（３）に従って高域利得情報を得る際のサンプル区間Ｂを可変にする。
（ｂ）高域利得差分情報生成回路１７において、サブバンド毎、且つサブフレーム毎に得られた高域利得情報について、低域から高域へと周波数方向に、具体的には隣接する低域側のサブバンドの対応する時間位置における高域利得情報との差分値を求める。この際、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドについては、隣接する低域側のサブバンドが存在しないが、低域基準値情報生成回路１６において低域サブバンド信号から得られる低域基準値との差分値を求めることにより、絶対値が発生するのを防止する。
（ｃ）高域利得差分情報符号化回路１９において、高域利得情報の差分値を、量子化ステップ情報生成回路１８で生成された量子化ステップ値によって量子化し、固定長符号又は可変長符号を用いて符号化する。
【００４４】
図１に戻って、平滑化方法選択情報生成回路１４は、高域利得情報に基づいて平滑化方法選択情報を生成し、生成した平滑化方法選択情報を多重化回路２０に供給する。なお、平滑化は符号化側では行われず、この平滑化方法選択情報に基づいて復号側で行われる。この平滑化方法選択情報には平滑化の要否に関する情報が含まれ、平滑化を行う場合には、用いる平滑化関数（例えば正弦波や一次関数）に関する情報がさらに含まれる。例えば、復号側で帯域拡大された高域サブバンド信号に不連続点が多くなるような場合には、正弦波関数を用いて時間軸上の平滑化を行うといったように、フレーム毎に適応的に平滑化方法を選択できる。
【００４５】
グルーピング情報生成回路１５は、上述した高域利得情報を得るサンプル区間を決定する。具体的には、グルーピング情報生成回路１５は、高域利得情報の時間変化から、定常的である部分を１つのグループとして、グループ毎の高域利得情報を計算し直す。ここで決定されたグループ化に関する情報が高域利得グルーピング情報であり、グループ毎に計算された高域利得情報が高域グループ化利得情報である。グルーピング情報生成回路１５は、高域グループ化利得情報を高域利得差分情報生成回路１７に供給し、高域利得グルーピング情報を低域基準値情報生成回路１６及び多重化回路２０に供給する。
【００４６】
グルーピング情報生成回路１５における高域利得情報のグループ化の一例を図３に示す。図３は、サブバンド信号の分析を行う際のフレームの各サブフレーム及び各サブバンドにおける高域利得情報を示したものである。縦軸の各周波数帯域はサブバンドを表している。図３では、低域側の４個のサブバンドで低域サブバンド３１を構成し、高域側の５個のサブバンドで高域サブバンド３２を構成しているが、この例に限定されないのは勿論である。以下では、高域サブバンド３１のうち最低域のサブバンドを第１の高域サブバンドと呼び、高域になるに従って、順に第２の高域サブバンド，第３の高域サブバンド，・・・と呼ぶ。一方、横軸の各時間区間はサブフレームを表している。図３では、２個のサブフレーム、３個のサブフレーム、３個のサブフレームにそれぞれグループ化されている。以下では、図３中のこのグループをそれぞれ第１のグループ３３、第２のグループ３４、第３のグループ３５と呼ぶ。
【００４７】
グルーピング情報生成回路１５では、第１の高域サブバンドの第１のサブフレームにおける高域利得情報３６と第２のサブフレームにおける高域利得情報３７とがグループ化され、再計算される結果、１つの高域グループ化利得情報３８となる。同様に、第２の高域サブバンドの第１のサブフレームにおける高域利得情報３９と第２のサブフレームにおける高域利得情報４０とがグループ化され、再計算される結果、１つの高域グループ化利得情報４１となる。
【００４８】
このグループ化は、上述のように高域サブバンド信号の時間的な定常性を考慮して行うのが一般的である。例えば、式（４）で求めたｅｈ（ｉ）に関して、サブフレーム毎に高域サブバンド全体の平均値を求め、そのサブフレーム間の変化量がある閾値以内であればグループ化する、といった方法でグループ化する。
【００４９】
なお、図３では、第１の高域サブバンドと第２の高域サブバンドにおける高域利得情報のグループ化は、同一の高域利得グルーピング情報に基づいて行われているが、サブバンド毎、又は複数のサブバンド毎に異なる高域利得グルーピング情報を用いても構わない。
【００５０】
また、上述の例では、高域利得情報のみから高域利得グルーピング情報を決定したが、低域サブバンド信号も利用し、例えば式（３）の利得調整量を加味した上で高域利得グルーピング情報を決定するようにしても構わない。
【００５１】
図１に戻って、低域基準値情報生成回路１６は、高域利得情報、高域利得グルーピング情報、及び低域サブバンド信号に基づいて低域基準値情報を生成する。この際、低域基準値情報生成回路１６は、低域基準値情報の生成方法を後述のように適応的に選択可能とされている。低域基準値情報生成回路１６は、低域基準値情報を高域利得差分情報生成回路１７に供給し、選択した低域基準値情報の生成方法を示す低域基準値選択情報を多重化回路２０に供給する。
【００５２】
高域利得差分情報生成回路１７は、高域グループ化利得情報について周波数方向に差分値を求めることにより、高域利得差分情報を生成する。この際、高域利得差分情報生成回路１７は、第１の高域サブバンドにおける高域グループ化利得情報については、低域基準値情報との差分値を求める。また、高域利得差分情報生成回路１７は、後述する高域利得オフセット情報を必要に応じて生成する。高域利得差分情報生成回路１７は、高域利得差分情報を量子化ステップ情報生成回路１８及び高域利得差分情報符号化回路１９に供給し、高域利得オフセット情報を多重化回路２０に供給する。
【００５３】
なお、低域基準値情報生成回路１６及び高域利得差分情報生成回路１７における処理の詳細は後述する。
【００５４】
量子化ステップ情報生成回路１８は、高域利得差分情報に基づいて量子化ステップ情報を生成し、生成した量子化ステップ情報を高域利得差分情報符号化回路１９及び多重化回路２０に供給する。
【００５５】
高域利得差分情報符号化回路１９は、量子化ステップ情報に基づいて、高域利得差分情報を量子化・符号化し、高域利得差分情報符号化データを生成する。高域利得差分情報符号化回路１９は、生成した高域利得差分情報符号化データを多重化回路２０に供給する。
【００５６】
多重化回路２０は、低域符号化データ、低域基準値選択情報、高域利得グルーピング情報、平滑化方法選択情報、量子化ステップ情報、及び高域利得差分情報符号化データ、そして必要に応じて高域利得オフセット情報を多重化し、圧縮データを生成して出力する。
【００５７】
ここで、上述した低域基準値情報生成回路１６及び高域利得差分情報生成回路１７における処理について、詳細に説明する。
【００５８】
低域基準値情報生成回路１６で生成される低域基準値情報と、高域利得差分情報生成回路１７における差分値の求め方との一例を図４に示す。この図４は、あるフレームの各サブフレーム及び各サブバンドにおける高域グループ化利得情報を示したものである。図３と同様に、低域側の４個のサブバンドで低域サブバンド３１を構成し、高域側の５個のサブバンドで高域サブバンド３２を構成している。また、図３と同様に、第１のグループ３３、第２のグループ３４、第３のグループ３５にグループ化されている。
【００５９】
上述したように、低域基準値情報生成回路１６では、低域基準値情報の生成方法が選択可能とされているが、この図４では、低域基準値情報をグループ毎に計算する例を示している。すなわち、第１のグループ３３では、４個のサブバンド、２個のサブフレームからなる低域サブバンド信号から低域基準値情報４２が計算される。同様に、第２のグループでは低域基準値情報４３が計算され、第２のグループでは低域基準値情報４４が計算される。この低域基準値情報は、例えば以下の式（５）に従って計算することができる。
【００６０】
【数４】
2007171821.tif 000006
【００６１】
式（５）におけるｌｏｗａｂｓは低域基準値情報を表す。また、ｓｂは第１の高域サブバンドを表し、したがって、ｓｂ−１は低域サブバンド信号のうち最高域のサブバンドを表す。また、Ｃは高域利得グルーピング情報によって決定される時間区間を示し、例えば第１のグループ３３では２個のサブフレームに相当する時間区間である。
【００６２】
なお、低域基準値情報をグループ毎に計算する際の計算方法が上述した式（５）に限定されるものではないことは勿論であり、符号化側と復号側とで同一の計算方法を用いていればよい。例えば、以下の式（６）のように、低域サブバンド信号の最高域のサブバンドｓｂ−１から低域基準値情報を計算することも可能である。
【００６３】
【数５】
2007171821.tif 000007
【００６４】
この式（６）のような計算方法は、サブバンドｓｂ−１とサブバンドｓｂとの間の利得値の相関が比較的高いため、高域利得差分情報生成回路１７において差分値を求める際に都合がよい。但し、低域サブバンド信号の量子化誤差の影響で、符号化側と復号側との低域基準値情報が異なってしまう場合があるため、低域サブバンド信号の符号化の際に十分にビットが割り当てられるような場合に好適である。
【００６５】
一方、上述した式（５）のような計算方法では、式（６）に比べ量子化誤差の影響による低域基準値情報の変動は小さくなるが、一般的にオーディオ信号は低域サブバンドほど大きなパワーを持つため、サブバンドｓｂにおける高域利得差分情報が大きくなってしまう。このような場合には、差分値計算の際に全てのグループに共通な高域利得オフセット情報を介して差分を求めると符号化効率がよくなる。この高域利得オフセット情報については、高域利得差分情報生成回路１７の説明において詳しく述べる。
【００６６】
高域利得差分情報生成回路１７は、グループ毎に高域利得差分情報を生成する。
【００６７】
図４では、先ず、第１のグループ３３の低域基準値情報４２から第１の高域サブバンドの第１のグループにおける高域グループ化利得情報３８が減算され、高域利得差分情報となる。同様に、第２のグループ３４、第３のグループ３５においても高域利得差分情報が計算される。
【００６８】
ここで、上述した式（５）に従って低域基準値情報を計算した場合には、第１の高域サブバンドにおける高域利得差分情報が大きくなってしまう場合が多いため、符号化効率を向上させるためには、各グループに共通な高域利得オフセット情報を介して差分を求めることが好ましい。この高域利得オフセット情報は、図５に一例を示すように、数ビットのテーブルで表すことができる。例えば、図４における第１〜第３のグループ３３〜３５の差分値がそれぞれ−２０ｄＢ、−１６ｄＢ、−１８ｄＢとなった場合、平均値は−１８ｄＢであるため、最も近い値を持つＩＤ＝４の高域利得オフセット情報を用いて、第１の高域サブバンドにおける高域グループ化利得情報の差分値をそれぞれ−２ｄＢ、＋２ｄＢ、０ｄＢとして表すことができる。選択された高域利得オフセット情報は多重化回路２０に送られ、復号側において高域グループ化利得情報の生成に利用される。
【００６９】
図４では、次に、第１の高域サブバンドの第１のグループにおける高域グループ化利得情報３８から第２の高域サブバンドの第１のグループにおける高域グループ化利得情報４１が減算され、高域利得差分情報となる。高域利得差分情報生成回路１７は、このようにして、各グループ及び各サブバンドで順次、高域利得差分情報を計算する。
【００７０】
ところで、このようにグループ毎に差分値を求める方法は、情報量を削減できるという利点を持つ一方で、符号化側と復号側とにおける低域基準値情報の変動に弱いという欠点も併せ持つ。例えば、低域サブバンド信号を符号化・復号する過程で生じる量子化誤差の影響や与えられたビットレートの上限値によっては、一部のサブバンド信号が欠落してしまう可能性があり、このような場合には低域基準値情報がグループ間で変動してしまう。
【００７１】
このように、一部のサブバンド信号が欠落してしまった場合における、あるフレームの各サブフレーム及び各サブバンドの高域利得情報を図６（Ａ）に示す。また、図６（Ａ）に対応した信号のパワースペクトルを図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）では、低域側の４個のサブバンドで低域サブバンド５１を構成し、高域側の５個のサブバンドで高域サブバンド５２を構成している。また、図６（Ａ）では、３個のサブフレーム、１個のサブフレーム、４個のサブフレームにそれぞれグループ化されている。以下では、図６（Ａ）中のこのグループをそれぞれ第１のグループ５３、第２のグループ５４、第３のグループ５５と呼ぶ。
【００７２】
仮に、与えられたビット数が少なく、図６（Ｂ）の帯域５７は聴覚的に重要ではないと判断され、帯域５７に相当するサブバンド５６が欠落してしまった場合、グループ毎に低域基準値を計算すると、１個のサブフレームしか含まれない第２のグループ５４では、低域基準値の変動がより大きくなってしまう。すなわち、各グループ間でサブバンド５６の欠落の影響度合いが大きく異なることになる。
【００７３】
このような低域基準値の変動を防止するには、低域サブバンド信号が符号化・復号の過程でどの程度変化するのかを符号化側で計算して各グループの高域利得情報を補正する必要があるが、それには、符号化側で低域サブバンド信号の復号装置を包含する必要がある。これは、信号符号化装置の動作速度や消費電力の点で望ましくない。
【００７４】
そこで、低域基準値情報生成回路１６では、高域利得グルーピング情報を利用せず、低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算することもできる。
【００７５】
低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算する場合における、あるフレームの各サブフレーム及び各サブバンドの高域利得情報を図７に示す。この図７では、図３と同様に、低域側の４個のサブバンドで低域サブバンド３１を構成し、高域側の５個のサブバンドで高域サブバンド３２を構成している。また、図３と同様に、第１のグループ３３、第２のグループ３４、第３のグループ３５にグループ化されている。
【００７６】
図７では、低域基準値情報生成回路１６は、低域サブバンド信号全体から低域基準値情報４５を計算する。そして、高域利得差分情報生成回路１７では、この低域基準値情報４５から第１の高域サブバンドの第１のグループにおける高域グループ化利得情報３８が減算され、高域利得差分情報となる。同様に、第２のグループ３４、第３のグループ３５においても、同じ低域基準値情報４５を用いて高域利得差分情報が計算される。
【００７７】
このように、低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算する方法では、図６のような状況においても、各グループにおける低域基準値の変動は同一となり、高域サブバンド信号の利得は、グループ間での相対的な関係が保たれる。
【００７８】
しかしながら、この方法は、入力サブバンド信号の性質によっては、高域利得情報の情報量を削減するという観点からはあまり好ましくない場合がある。例えば、入力信号がパルス状だった場合、第１のグループ３３及び第３のグループ３５は小さな利得、第２のグループ３４は大きな利得といった状況が有り得るが、このような状況では、低域基準値情報４５と第１の高域サブバンドにおける各グループとの差分値は、例えば−２０ｄＢ，＋１０ｄＢ，−２０ｄＢといった具合に非常に大きな値となり、可変長符号を用いて符号化する場合には符号長が非常に長くなってしまう。
【００７９】
つまり、高域利得グルーピング情報を利用してグループ毎に低域基準値情報を計算する方法も、高域利得グルーピング情報を利用せず、低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算する方法も、それぞれ利点・欠点を有する。
【００８０】
そこで、低域基準値情報生成回路１６は、入力信号の性質に応じて、低域基準値情報の生成方法、すなわちグループ毎に低域基準値情報を計算するか低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算するかを適応的に選択する。具体的には、基準値情報生成回路１６は、低域サブバンド信号の量子化誤差、特定の高域サブバンド信号又は高域サブバンド信号全体の時間的な変動、或いは両者の方法による符号量の差などを考慮しながら、低域基準値情報の生成方法を適応的に選択する。
【００８１】
具体的に、低域サブバンド信号の量子化誤差を考慮して低域基準値の生成方法を選択する場合、各低域サブバンド信号のビット割当量から量子化誤差が予測できるため、図６のように特定のサブバンドに大きなパワーの変動があると判断できるときには、図７のように低域サブバンド信号全体から低域基準値情報を計算するように、低域基準値選択情報を決定する。逆に、各サブバンドのパワーの変動がある閾値の範囲内に収まっているときには、図４のように低域サブバンド信号のグループ毎に低域基準値情報を計算するように、低域基準値選択情報を決定する。
【００８２】
また、特定の高域サブバンド信号又は高域サブバンド信号全体の時間的な変動を考慮して低域基準値の生成方法を選択する場合、例えば、時間的な変動が大きい場合にはグループ毎に低域基準値情報を計算し、時間的な変動が小さい場合には低域サブバンド信号全体で１つの低域基準値情報を計算する。この方法は、信号符号化装置の回路規模が小さい場合に好適である。
【００８３】
さらに、回路規模が大きな信号符号化装置においては、図４及び図７に示したような２通りの生成方法の両者を実行し、高域サブバンド信号利得差分情報符号化データの最終的な符号量の少ない方を選択することもできる。
【００８４】
また、低域サブバンド信号の量子化誤差、或いは特定の高域サブバンド信号又は高域サブバンド信号全体の時間的な変動を考慮した方法と、両者の符号量の差を考慮した方法とを総合的に判断し、低域基準値選択情報を決定することもできる。
【００８５】
このように、低域基準値情報の計算方法については、所望の音質や信号符号化装置の回路規模等を考慮しながら、最適な方法を選択することができる。
【００８６】
次に、本実施の形態における信号復号装置の概略構成を図８に示す。図８に示すように、本実施の形態における信号復号装置６０は、非多重化回路６１と、低域復号回路６２と、低域基準値情報生成回路６３と、高域利得差分情報生成回路６４と、高域グループ化利得情報生成回路６５と、高域生成回路６６と、サブバンド合成フィルタバンク６７とから構成される。
【００８７】
非多重化回路６１は、入力された圧縮データを非多重化し、低域符号化データを低域復号回路６２に供給する。また、非多重化回路６１は、高域利得差分情報符号化データ及び量子化ステップ情報を高域利得差分情報生成回路６４に供給し、平滑化方法選択情報を高域生成回路６６に供給する。また、非多重化回路６１は、高域利得グルーピング情報を低域基準値情報生成回路６３及び高域生成回路６６に供給し、低域基準値選択情報を低域基準値情報生成回路６３に供給する。さらに、非多重化回路６１は、圧縮データに高域利得オフセット情報が含まれている場合には、この情報を高域グループ化利得情報生成回路６５に供給する。
【００８８】
低域復号回路６２は、低域符号化データを復号・逆量子化し、ある複数の低域側のサブバンド信号である低域サブバンド信号を、低域基準値情報生成回路６３、高域生成回路６６、及びサブバンド合成フィルタバンク６７に供給する。
【００８９】
低域基準値情報生成回路６３は、低域サブバンド信号、高域利得グルーピング情報、及び低域基準値選択情報に基づいて、符号化側と同様にして低域基準値情報を生成し、生成した低域基準値情報を高域グループ化利得情報生成回路６５に供給する。
【００９０】
高域利得差分情報生成回路６４は、量子化ステップ情報に基づいて高域利得差分情報符号化データを復号・逆量子化して高域利得差分情報を生成し、生成した高域利得差分情報を高域グループ化利得情報生成回路６５に供給する。
【００９１】
高域グループ化利得情報生成回路６５は、高域利得差分情報及び低域基準値情報、そして必要に応じて高域利得オフセット情報に基づいて高域利得情報を生成し、生成した高域利得情報を高域生成回路６６に供給する。
【００９２】
高域生成回路６６は、低域サブバンド信号、高域利得情報、平滑化方法選択情報、及び高域利得グルーピング情報に基づいて高域サブバンド信号を生成し、生成した高域サブバンド信号をサブバンド合成フィルタバンク６７に供給する。具体的に、高域生成回路６６は、上述した図２及び式（１）〜（３）の説明と同じ方法で高域サブバンド信号を生成する。
【００９３】
但し、平滑化方法選択情報により時間軸上での平滑化方法が指定されている場合には、高域生成回路６６は、その平滑化方法選択情報に従って高域利得情報を平滑化する。例えば、正弦波関数による平滑化が指定されている場合には、図９のように平滑化される。図９において、ある高域サブバンドでの第１のサブフレーム及び第２のサブフレームの利得調整値をそれぞれｇ（０）、ｇ（１）とすると、以下の式（７）〜（９）に従って平滑化関数ｇｓｍ（ｎ）が求められる。
【００９４】
【数６】
2007171821.tif 000008
【００９５】
高域生成回路６６は、このようにして求めた平滑化関数ｇｓｍ（ｎ）を用いて、式（２）の代わりに以下の式（１０）に従って高域サブバンド信号を生成する。
【００９６】
【数７】
2007171821.tif 000009
【００９７】
このようにして、全てのサブフレーム及びサブバンドに関して同様に時間軸上の平滑化処理が行われる。
【００９８】
図８に戻って、サブバンド合成フィルタバンク６７は、低域サブバンド信号と高域サブバンド信号とをサブバンド合成し、得られた時系列信号を出力する。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態における信号符号化装置１０及び信号復号装置６０によれば、高域利得情報の差分値を求める場合の欠点を最小限に抑えながら符号化効率を高めることが可能となる。特に、本実施の形態における信号符号化装置１０及び信号復号装置６０では、高域サブバンド信号のうち最低域のサブバンドにおける高域利得情報については、低域基準値情報との差分値を求めるようにしているため、フレーム内に絶対値が発生しない。さらに、高域サブバンド信号の利得は常に低域サブバンド信号に基づいて生成される低域基準値情報から求められるため、高域サブバンド信号と低域サブバンド信号との時間変化のバランスがよく、サブバンド合成後に違和感が極めて少ない時系列信号を生成することができる。
【０１００】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１０１】
例えば、上述した実施の形態では、周波数エイリアシング法を用いて低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成するものとして説明したが、低域サブバンド信号から高域サブバンド信号を生成する際の生成方法が周波数エイリアシング法に限定されるものではなく、例えば米国特許第４６６，７３０号明細書に記載されている周波数シフト法を用いるようにしても構わない。
【０１０２】
また、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施の形態における信号符号化装置の概略構成を示す図である。
【図２】周波数エイリアシング法を用いた帯域拡大の様子を模式的に示す図である。
【図３】信号符号化装置のグルーピング情報生成回路における高域サブバンド信号利得情報のグループ化の一例を示す図である。
【図４】信号符号化装置の基準値情報生成回路で生成される低域基準値情報と、高域サブバンド信号利得差分情報生成回路における差分のとり方との一例を示す図である。
【図５】信号符号化装置の高域利得差分情報生成回路における高域利得オフセット情報の一例を示す図である。
【図６】一部のサブバンド信号が欠落してしまった場合における、あるフレームの各サブフレーム及び各サブバンドの高域利得情報と、信号のパワースペクトルとを示す図である。
【図７】信号符号化装置の低域基準値情報生成回路で生成される低域基準値情報と、高域利得差分情報生成回路における差分値の求め方との他の例を示す図である。
【図８】本実施の形態における信号復号装置の概略構成を示す図である。
【図９】信号復号装置の高域生成回路における平滑化の一例を示す図である。
【図１０】ＨＥ−ＡＡＣによる帯域拡大を行う信号復号装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  信号符号化装置、１１  サブバンド分割フィルタバンク、１２  低域符号化回路、１３  高域利得情報生成回路、１４  平滑化方法選択情報生成回路、１５  グルーピング情報生成回路、１６  低域基準値情報生成回路、１７  高域利得差分情報生成回路、１８  量子化ステップ情報生成回路、１９  高域利得差分情報符号化回路、２０  多重化回路、６０  信号復号装置、６１  非多重化回路、６２  低域復号回路、６３  低域基準値情報生成回路、６４  高域利得差分情報生成回路、６５  高域グループ化利得情報生成回路、６６  高域生成回路、６７  サブバンド合成フィルタバンク
【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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