(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数フレームの時間信号列を含むオーディオ信号の、１フレームの時間信号列を時間周波数変換することにより得られる１フレームの周波数スペクトルの複数の周波数帯域のそれぞれについて周波数スペクトル列の平均振幅を算出することにより、前記周波数スペクトル列の平均振幅を表す第１の符号を生成する帯域ゲイン符号部と、
前記複数の周波数帯域のうち、周波数スペクトル列を量子化し符号化すべき少なくとも１つの周波数帯域を決定する符号化帯域決定部と、
前記符号化帯域決定部によって決定された前記少なくとも１つの周波数帯域のそれぞれについて周波数スペクトル列を量子化し符号化することにより、第２の符号を生成するスペクトル符号化部と、
１フレームの時間信号列を複数の時間領域に対応する複数の時間信号列に分割し、前記複数の時間領域のそれぞれの時間信号列の平均振幅を算出することにより、前記時間信号列の平均振幅を表す第４の符号を生成する時間領域ゲイン符号化部と、
前記第１の符号と前記第２の符号と前記第４の符号とに基づいて、符号化列を生成する符号化列生成部と
を備えた、符号化装置。
【請求項２】
前記符号化帯域決定部は、前記周波数スペクトル列の平均振幅を表す前記第１の符号の大きさに基づいて、前記周波数スペクトル列を量子化し符号化すべきかを決定する、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項３】
前記符号化帯域決定部は、前記量子化し符号化すべきと決定された少なくとも１つの周波数帯域について前記スペクトル符号化部によって生成される第２の符号の大きさに基づいて、前記量子化し符号化すべきと決定されていなかった周波数帯域の中から、さらに量子化し符号化すべき周波数帯域を再決定し、
前記スペクトル符号化部は、前記再決定された周波数帯域について周波数スペクトル列を量子化し符号化することにより、第２の符号を生成する、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項４】
前記符号化帯域決定部が、複数の周波数帯域のうち、どの周波数帯域の周波数スペクトル列を量子化し符号化したかを表す第３の符号と、前記第１の符号と、前記第２の符号と、前記第４の符号とに基づいて、前記符号化列生成部は前記符号化列を生成する、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項５】
前記スペクトル符号化部は、ハフマン符号化を行なう、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項６】
前記スペクトル符号化部は、ベクトル量子化を行なう、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項７】
前記スペクトル符号化部は、ハフマン符号化およびベクトル量子化を行なう、請求項１に記載の符号化装置。
【請求項８】
前記複数の周波数帯域のうち、前記符号化帯域決定部によって量子化し符号化すべきと決定されなかった周波数帯域うち、少なくとも１つの周波数帯域を複数のサブ帯域に分割し、前記複数のサブ帯域の各々の平均振幅を表す第５の符号を生成するサブ帯域ゲイン符号化部をさらに備える、
請求項１に記載の符号化装置。
【請求項９】
前記複数のサブ帯域の少なくとも１つは、前記２つ以上の周波数スペクトル列を含む、請求項８に記載の符号化装置。
【請求項１０】
第１の符号と少なくとも１つの第２の符号と第４の符号とを含む符号化列を復号化する復号化装置であって、
前記第１の符号は、１フレームの周波数スペクトルを構成する複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列の平均振幅を表すように生成されたものであり、
前記少なくとも１つの第２の符号のそれぞれは、前記複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列を量子化し符号化することによって生成されたものであり、
前記第４の符号は、前記１フレームの周波数スペクトル列を時間周波数変換する前の１フレームの時間信号列を複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域に対応する複数の時間信号列それぞれの平均振幅を表すように生成されたものであり、
前記符号化列を解析し、前記第１の符号と前記少なくとも１つの第２の符号と前記第４の符号とを検出する符号化列解析部と、
前記符号化列解析部によって検出された前記第１の符号を前記周波数スペクトル列の平均振幅に逆量子化する帯域ゲイン逆量子化部と、
前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知する符号化帯域通知部と、
前記第４の符号を前記時間信号列の平均振幅に復号化する時間領域ゲイン復号化部と、
前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるという前記符号化帯域通知部の通知に基づいて、前記第２の符号を前記周波数スペクトル列に逆量子化し復号化するスペクトル逆量子化部と、
前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域がないという前記符号化帯域通知部の通知及び前記時間領域ゲイン復号化部において復号化された前記時間信号列の平均振幅に基づいて、ノイズスペクトル列を生成するノイズスペクトル列生成部と、
前記周波数スペクトル列または前記ノイズスペクトル列を前記周波数スペクトル列の平均振幅に基づいて増幅する増幅部と
を備える、復号化装置。
【請求項１１】
前記符号化列は、複数の周波数帯域のうち、どの周波数帯域を周波数スペクトル列に量子化し符号化したかを表す第３の符号をさらに含み、
前記符号化帯域通知部は第３の符号を復号化し、前記復号化した第３の符号に基づいて、前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知する、請求項１０に記載の復号化装置。
【請求項１２】
前記スペクトル逆量子化部は、ハフマン復号化を行なう、請求項１０に記載の復号化装置。
【請求項１３】
前記スペクトル逆量子化部は、ベクトル逆量子化を行なう、請求項１０に記載の復号化装置。
【請求項１４】
前記スペクトル逆量子化部は、ハフマン復号化およびベクトル逆量子化を行なう、請求項１０に記載の復号化装置。
【請求項１５】
前記ノイズスペクトル列生成部は、前記時間領域ゲイン復号化部によって復号化された前記第４の符号に基づいて、前記複数の時間領域のそれぞれのノイズ信号に変換されるノイズスペクトル列を生成する、請求項１０に記載の復号化装置。
【請求項１６】
前記符号化列は、前記スペクトル逆量子化部によって逆量子化されない周波数帯域うち、少なくとも１つの周波数帯域を分割した複数のサブ帯域の各々の平均振幅を表す第５の符号をさらに含み、
前記第５の符号を前記サブ帯域の平均振幅に復号化し、前記復号化した平均振幅に基づいて、前記複数のサブ帯域のノイズスペクトル列を生成するサブ帯域復号化部をさらに備える、
請求項１０に記載の復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化装置および復号化装置に関する。さらに詳細には、オーディオ信号の音質を保持しながら、オーディオ信号を情報量の少ない符号化列に符号化する符号化装置および復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号および／または音楽信号を含むオーディオ信号の符号化方法および復号化方法は、現在までに非常に多くの方式が開発されている。特に最近では、それらの中でもＩＳＯ／ＩＥＣで国際標準化されたＩＳ１３８１８−７が認知され、高音質および高効率な符号化方法として評価されている。この符号化方法はＡＡＣと呼ばれている。
【０００３】
近年、ＡＡＣはＭＰＥＧ４と呼ばれる標準規格にも採用され、ＩＳ１３８１８−７に対していくつかの拡張機能を有するＭＰＥＧ４−ＡＡＣと呼ばれる方式が定められている。符号化過程の一例は、ＩＮＦＯＭＡＴＩＶＥ  ＰＡＲＴに記述される。
【０００４】
図１０は、従来の符号化装置１０００の構成例を示す。周波数スペクトル列が符号化装置１０００に入力される。周波数スペクトル列は以下に説明するように生成される。
【０００５】
オーディオ信号は、オーディオ信号をサンプリングしたオーディオ離散信号の形態で時間周波数変換部（図示せず）に入力される。時間周波数変換部は、直交変換等によって、時間軸上の離散信号を周波数軸上のスペクトルに変換する。本明細書において、時間周波数変換部によって、時間軸上の離散信号から変換された周波数軸上のスペクトル全体を、１フレームの周波数スペクトルとよぶ。１フレームの周波数スペクトルは複数の周波数帯域に対応する複数の周波数スペクトルに分けられる。周波数スペクトル列が符号化装置１０００に入力される。
【０００６】
符号化装置１０００は、周波数スペクトル列を受け取り、周波数スペクトル列を所定のゲインを用いて増幅した増幅スペクトル列と所定のゲインを符号化した符号化ゲインとを生成するスペクトル増幅部１０１０と、増幅スペクトル列を量子化した量子化スペクトル列を生成するスペクトル量子化部１０２０と、量子化スペクトル列をハフマン符号化したハフマン符号化スペクトル列を生成するハフマン符号化部１０３０と、符号化ゲインとハフマン符号化スペクトル列とを含む符号化列を生成する符号化列生成部１０４０とを含む。
【０００７】
スペクトル増幅部１０１０は、複数の周波数帯域のうちの予め決められた周波数帯域に対応するスペクトル列に対して、所定のゲインを用いて、予め決められた周波数帯域の周波数スペクトルを表す周波数スペクトル列を増幅した増幅スペクトル列を生成する。スペクトル増幅部１０１０は、また、所定のゲインを符号化した符号化ゲインを生成する。
【０００８】
スペクトル量子化部１０２０は、増幅スペクトル列のデータを決められた変換式で量子化した量子化スペクトル列を生成する。ＡＡＣ方式の場合、スペクトル量子化部１０２０は、浮動小数で表現される増幅スペクトル列のデータを整数値に丸めこむことで量子化する。
【０００９】
ハフマン符号化部１０３０は、量子化スペクトル列のデータを何個ずつかまとめて、ハフマン符号化したハフマン符号化スペクトル列を生成する。
【００１０】
符号化列生成部１０４０は、符号化ゲインとハフマン符号化スペクトル列とを含む符号化列を復号化装置（図示せず）に転送する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、オーディオ信号を符号化した符号化列の情報量をより少なくし、オーディオ信号の圧縮率をより高くすることが望まれている。
【００１２】
符号化装置１０００において、情報の圧縮の性能はハフマン符号化部１０３０に依存する。符号化装置１０００において、オーディオ信号を高い圧縮率、すなわち、少ない情報量に符号化する場合、スペクトル増幅部１０１０のゲインを制御して量子化スペクトル列のデータの値を小さくし、それにより、ハフマン符号化部１０３０によって符号化される情報量を小さくする。
【００１３】
しかしながら、このような動作を行なうと、ハフマン符号化スペクトル列を復号化した周波数スペクトルに、非常に多くの振幅（量子化値）ゼロの値が現れ、十分な音質を確保できないという課題がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題を鑑みてなされたものであり、オーディオ信号の音質を確保しながら、オーディオ信号に対応する周波数スペクトル列を少ない情報量の符号化列に符号化する符号化装置、および、そのような符号化列を復号オーディオ信号に対応する出力スペクトル列に復号化する復号化装置を実現することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の符号化装置は、複数フレームの時間信号列を含むオーディオ信号の、１フレームの時間信号列を時間周波数変換することにより得られる１フレームの周波数スペクトルの複数の周波数帯域のそれぞれについて周波数スペクトル列の平均振幅を算出することにより、前記周波数スペクトル列の平均振幅を表す第１の符号を生成する帯域ゲイン符号部と、前記複数の周波数帯域のうち、周波数スペクトル列を量子化し符号化すべき少なくとも１つの周波数帯域を決定する符号化帯域決定部と、前記符号化帯域決定部によって決定された前記少なくとも１つの周波数帯域のそれぞれについて周波数スペクトル列を量子化し符号化することにより、第２の符号を生成するスペクトル符号化部と、１フレームの時間信号列を複数の時間領域に対応する複数の時間信号列に分割し、前記複数の時間領域のそれぞれの時間信号列の平均振幅を算出することにより、前記時間信号列の平均振幅を表す第４の符号を生成する時間領域ゲイン符号化部と、前記第１の符号と前記第２の符号と前記第４の符号とに基づいて、符号化列を生成する符号化列生成部とを備える。
【００１６】
前記符号化帯域決定部は、前記周波数スペクトル列の平均振幅を表す前記第１の符号の大きさに基づいて、前記周波数スペクトル列を量子化し符号化すべきかを決定してもよい。
【００１７】
前記符号化帯域決定部は、前記量子化し符号化すべきと決定された少なくとも１つの周波数帯域について前記スペクトル符号化部によって生成される第２の符号の大きさに基づいて、前記量子化し符号化すべきと決定されていなかった周波数帯域の中から、さらに量子化し符号化すべき周波数帯域を再決定し、前記スペクトル符号化部は、前記再決定された周波数帯域について周波数スペクトル列を量子化し符号化することにより、第２の符号を生成してもよい。
【００１８】
前記符号化帯域決定部が、複数の周波数帯域のうち、どの周波数帯域の周波数スペクトル列を量子化し符号化したかを表す第３の符号と、前記第１の符号と、前記第２の符号と、前記第４の符号とに基づいて、前記符号化列生成部は前記符号化列を生成してもよい。
【００１９】
前記スペクトル符号化部は、ハフマン符号化を行ってもよい。
【００２０】
前記スペクトル符号化部は、ベクトル量子化を行ってもよい。
【００２１】
前記スペクトル符号化部は、ハフマン符号化およびベクトル量子化を行ってもよい。
【００２３】
前記複数の周波数帯域のうち、前記符号化帯域決定部によって量子化し符号化すべきと決定されなかった周波数帯域うち、少なくとも１つの周波数帯域を複数のサブ帯域に分割し、前記複数のサブ帯域の各々の平均振幅を表す第５の符号を生成するサブ帯域ゲイン符号化部をさらに備えてもよい。
【００２４】
前記複数のサブ帯域の少なくとも１つは、前記２つ以上の周波数スペクトル列を含んでもよい。
【００２５】
本発明の復号化装置は、第１の符号と少なくとも１つの第２の符号と第４の符号とを含む符号化列を復号化する復号化装置であって、前記第１の符号は、１フレームの周波数スペクトルを構成する複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列の平均振幅を表すように生成されたものであり、前記少なくとも１つの第２の符号のそれぞれは、前記複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列を量子化し符号化することによって生成されたものであり、前記第４の符号は、前記１フレームの周波数スペクトル列を時間周波数変換する前の１フレームの時間信号列を複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域に対応する複数の時間信号列それぞれの平均振幅を表すように生成されたものであり、前記符号化列を解析し、前記第１の符号と前記少なくとも１つの第２の符号と前記第４の符号とを検出する符号化列解析部と、前記符号化列解析部によって検出された前記第１の符号を前記周波数スペクトル列の平均振幅に逆量子化する帯域ゲイン逆量子化部と、前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知する符号化帯域通知部と、前記第４の符号を前記時間信号列の平均振幅に復号化する時間領域ゲイン復号化部と、前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるという前記符号化帯域通知部の通知に基づいて、前記第２の符号を前記周波数スペクトル列に逆量子化し復号化するスペクトル逆量子化部と、前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域がないという前記符号化帯域通知部の通知及び前記時間領域ゲイン復号化部において復号化された前記時間信号列の平均振幅に基づいて、ノイズスペクトル列を生成するノイズスペクトル列生成部と、前記周波数スペクトル列または前記ノイズスペクトル列を前記周波数スペクトル列の平均振幅に基づいて増幅する増幅部とを備える。
【００２６】
前記符号化列は、複数の周波数帯域のうち、どの周波数帯域を周波数スペクトル列に量子化し符号化したかを表す第３の符号をさらに含み、前記符号化帯域通知部は第３の符号を復号化し、前記復号化した第３の符号に基づいて、前記少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知してもよい。
【００２７】
前記スペクトル逆量子化部は、ハフマン復号化を行ってもよい。
【００２８】
前記スペクトル逆量子化部は、ベクトル逆量子化を行ってもよい。
【００２９】
前記スペクトル逆量子化部は、ハフマン復号化およびベクトル逆量子化を行ってもよい。
【００３２】
前記符号化列は、前記スペクトル逆量子化部によって逆量子化されない周波数帯域うち、少なくとも幾つかの周波数帯域を分割した複数のサブ帯域の各々の平均振幅を表す第５の符号をさらに含み、前記第５の符号を前記サブ帯域の平均振幅に復号化し、前記復号化した平均振幅に基づいて、前記複数のサブ帯域のノイズスペクトル列を生成するサブ帯域復号化部をさらに備えてもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態における符号化装置および復号化装置ならびに符号化装置と復号化装置とを含むデータ処理システムについて、図面を用いて説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明によるオーディオ信号変換システム１０の構成例を示す。オーディオ信号変換システム１０は、オーディオ信号を周波数スペクトル列に変換する時間周波数変換部２０と、周波数スペクトル列を符号化列に符号化して情報量を減らし、かつ、その符号化列を復号化した出力スペクトル列を生成するデータ処理システム１００と、出力スペクトル列を復号オーディオ信号に変換する周波数時間変換部３０とを含む。復号オーディオ信号は、再生部４０によって再生される。
【００３５】
データ処理システム１００は、周波数スペクトル列を符号化列に符号化する符号化装置１１０と、符号化列を出力スペクトル列に復号化する復号化装置１２０とを含む。オーディオ信号変換システム１０において、時間周波数変換部２０と，符号化装置１１０とは、送信部６０として機能する。また、復号化装置１２０と、周波数時間変換部３０とは、受信部７０として機能する。送信部６０から出力される符号化列は、任意の記録手段によって一時的に記録され、所望の場合に復号化さらには再生される。あるいは、送信部６０から出力される符号化列は、伝送路（図示せず）を介して受信部７０に送信される。
【００３６】
オーディオ信号は、オーディオ信号をサンプリングしたオーディオ離散信号の形態で時間周波数変換部２０に入力される。オーディオ離散信号は、時間軸上の離散信号として表される。時間周波数変換部２０は、ある時間間隔毎に、時間軸上の離散信号を周波数軸上のスペクトルに変換する。本明細書において、ある時間間隔の時間軸上の離散信号全体を１フレームの時間信号とよび、１フレームの時間信号を変換した周波数軸上のスペクトルを１フレームの周波数スペクトルとよぶ。１フレームの時間信号は、１フレームの時間信号列として表される。フレームの周波数スペクトルは、複数の周波数帯域に対応する複数の周波数スペクトルに分けられる。本明細書において、この複数に分けられた周波数帯域の各々をスケールファクターバンドとよぶ。各スケールファクターバンドには、複数の周波数スペクトルのデータが属し、そのデータの各々が符号化装置１１０に入力される。
【００３７】
時間周波数変換部２０は、例えば、変形離散余弦変換（ＭＤＣＴ）によって時間周波数変換を行う。ＭＤＣＴは、当業者にとって公知な技術である。時間周波数変換部２０は、特定のサンプル毎（例えば、５１２サンプル毎または１０２４サンプル毎）に時間周波数変換を行う。時間信号列のサンプル数が５１２サンプルであり、時間周波数変換としてＭＤＣＴを使用する場合、５１２サンプルのＭＤＣＴ係数が１フレーム毎に得られる。ＭＤＣＴを使用する場合、ＭＤＣＴ係数全体を１フレームの周波数スペクトルとして、後述の説明を行なう。
【００３８】
図２Ａは、図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置１１０Ａの構成例を示す。符号化装置１１０Ａは、周波数スペクトル列を受け取り、符号化列を生成する。
【００３９】
符号化装置１１０Ａは、周波数スペクトル列の平均振幅を算出し、周波数スペクトル列の平均振幅を表す第１の符号を生成する帯域ゲイン符号化部２１０Ａと、複数の周波数帯域のうち、周波数スペクトル列を量子化し符号化すべき少なくとも１つの周波数帯域を決定する符号化帯域決定部２２０Ａと、符号化帯域決定部２２０Ａによって決定された少なくとも１つの周波数帯域のそれぞれについて周波数スペクトル列を量子化し符号化することにより、第２の符号を生成するスペクトル符号化部２３０Ａと、帯域ゲイン符号化部２１０Ａによって生成された第１の符号とスペクトル符号化部２３０Ａによって生成された第２の符号とに基づいて符号化列を生成する符号化列生成部２４０Ａとを含む。
【００４０】
帯域ゲイン符号化部２１０Ａは、スケールファクターバンド毎に、そのスケールファクターバンドに属する周波数スペクトル列の平均振幅を算出する。各スケールファクターバンド毎の周波数スペクトル列の平均振幅ｒｍｓの算出は、例えば（数１）を用いる。
【００４１】
【数１】
0004008244.tif 000002
ここで、ｓｐ（ｉ）は、そのスケールファクターバンドの周波数スペクトル列のそれぞれのデータの値であり、ｎはそのスケールファクターバンドの周波数スペクトル列のデータの数である。
【００４２】
帯域ゲイン符号化部２１０Ａは、各スケールファクターバンド毎に得られた平均振幅を、量子化し符号化する。
【００４３】
符号化した平均振幅（ｉｎｄｅｘ）は、例えば、（数２）で与えられる。
【００４４】
【数２】
0004008244.tif 000003
ここで、（ｉｎｔ）は小数点以下の値を切り捨てて整数化する関数であり、ｌｏｇ２は２の対数をとる関数である。
【００４５】
量子化された平均振幅（ｑｒｍｓ）は、例えば（数３）で与えられる。ここで、＾は指数演算の関数である。
【００４６】
【数３】
0004008244.tif 000004
１フレームの周波数スペクトルが、Ｍ個の周波数スペクトルに分割される場合（Ｍ個のスケールファクタバンドからなる場合）、量子化された平均振幅は最大Ｍ個である。符号化列生成部２４０Ａは、Ｍ個全ての平均振幅を表す符号を用いて符号化列を生成してもよい。または、低い周波数帯域からＭ個より少ない個数の平均振幅を表す符号を用いて符号化列を生成してもよい。あるいは、１つの平均振幅を表す符号と他の情報とに基づいて、符号化列を生成してもよい。また、符号化列の生成方法は、（数２）で算出された符号を直接符号化してもよいし、隣接するスケールファクタバンドの平均振幅どうしの差分をハフマン符号化などを用いて符号化してもよい。
【００４７】
符号化帯域決定部２２０Ａは、複数のスケールファクターバンドに分割された周波数スペクトル列の中から、どのスケールファクターバンドに属する周波数スペクトル列を、スペクトル符号化部２３０Ａで量子化し符号化するかを決定する。量子化し符号化するスケールファクターバンドは、例えば、低域からＮ個のスケールファクターバンドのように予め設定されてもよい。
【００４８】
ここでは、Ｍ個のスケールファクタバンドのうち、低域からＮ個のスケールファクターバンドに属する周波数スペクトル列を符号化すると予め設定されている場合を想定する。ここで、ＭおよびＮはともに自然数であり、Ｍは、Ｎに等しいか、または、Ｎより大きい。ここで、低域から符号化を行なうように設定したのは、オーディオ信号を再生した際に、低域の周波数スペクトルの影響が人間の聴覚にとってより重要であるからである。
【００４９】
スペクトル符号化部２３０Ａは、符号化帯域決定部２２０Ａによって量子化し符号化すると決定されたスケールファクターバンドに属する周波数スペクトル列を量子化し符号化する。スペクトル符号化部２３０Ａは、ハフマン符号化を用いてもよいし、または、ベクトル量子化を用いてもよい。あるいは、ハフマン符号化とベクトル量子化との両方を用いてもよい。ここでは、スペクトル符号化部２３０Ａの符号化のタイプが予め指定されている場合を想定する。ただし、本実施の形態はこれに限定されず、スペクトル符号化部２３０Ａは周波数スペクトル列を量子化し符号化したタイプを表す情報を符号化列生成部２４０Ａに出力し、符号化列生成部２４０Ａはその情報を符号化列に含めてもよい。
【００５０】
符号化列生成部２４０Ａは、帯域ゲイン符号化部２１０Ａによって生成された平均振幅とスペクトル符号化部２３０Ａによって生成された符号化スペクトル列とに基づいて、符号化列を生成する。符号化列は、所定のフォーマットにしたがってビットストリームの形態で生成される。符号化列は、当業者に周知なフォーマットで生成することができる。
【００５１】
図３は、図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置１２０Ａの構成例を示す。
【００５２】
本実施の形態の復号化装置１２０Ａは、符号化列を受け取り、出力スペクトル列を生成する。符号化列は、複数の第１の符号と少なくとも１つの第２の信号とを含む。複数の第１の符号の各々は、複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列の平均振幅を表すように生成された符号である。本明細書において、用語「第１の符号」は、複数の周波数帯域のうちの１つについて周波数スペクトル列の平均振幅を表すように生成された符号を意味し、用語「第２の符号」は、第１の符号によって表される平均振幅に対応する周波数スペクトル列が符号化された符号を意味する。
【００５３】
復号化装置１２０Ａが受け取る符号化列は、例えば、上述の符号化装置１１０Ａの符号化列生成部２４０Ａで生成された符号化列である。復号化装置１２０Ａが生成した出力スペクトル列は、周波数時間変換部３０（図１を参照）によって、時間信号である復号オーディオ信号に変換される。
【００５４】
復号化装置１２０Ａは、第１の符号と第２の符号とを含む符号化列を解析する符号化列解析部３１０Ａと、第１の符号を逆量子化して周波数スペクトル列の平均振幅を生成する帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａと、少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、前記第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知する符号化帯域通知部３３０Ａと、第２の符号を逆量子化した周波数スペクトル列を生成するスペクトル逆量子化部３４０Ａと、ノイズスペクトル列を生成するノイズスペクトル列生成部３５０Ａと、スペクトル逆量子化部３４０Ａによって逆量子化された周波数スペクトル列およびノイズスペクトル列生成部３５０Ａによって生成されたノイズスペクトル列を増幅する増幅部３６０Ａと、増幅部３６０Ａから出力される増幅された周波数スペクトル列および増幅されたノイズスペクトル列とを合成するスペクトル合成部３６５Ａを含む。増幅部は、ノイズスペクトル列を増幅するノイズスペクトル列増幅部３６２Ａと、周波数スペクトル列を増幅するスペクトル増幅部３６４Ａとを含む。
【００５５】
符号化列解析部３１０Ａは、符号化列を受け取り、受け取った符号化列を解析する。
【００５６】
帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａは、符号化列解析部３１０Ａによって解析された符号に基づいて、各スケールファクターバンド毎の量子化された復号平均振幅ｑｒｍｓを生成する。量子化された平均振幅ｑｒｍｓは、上述の（数３）を用いて算出される。
【００５７】
符号化列解析部３１０Ａは、第１の符号を帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａに出力する。符号化列解析部３１０Ａは、また、少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるかどうかに関する情報を符号化帯域通知部３３０Ａに出力する。符号化帯域通知部３３０Ａは、少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があるか否かを通知する。ここでは、符号列が、複数のスケールファクターバンドのうちの低域からＮ個のスケールファクターバンドのスペクトル列を符号化した符号を含むと予め設定されている場合を想定する。ただし、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
【００５８】
少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域があることを符号化帯域通知部３３０Ａがスペクトル逆量子化部３４０Ａに通知する場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａは符号化列解析部から受け取った第２の符号を逆量子化して周波数スペクトル列を生成する。第２の符号の符号化がハフマン符号化で行われている場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａはハフマン復号を行う。第２の符号の符号化がベクトル量子化で行われている場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａは、逆ベクトル量子化を行う。ここでは、第２の符号を符号化したタイプが予め設定されている場合を想定している。ただし、本実施の形態はこれに限定されず、符号化列が第２の符号を符号化したタイプを表す符号を含み、スペクトル逆量子化部３４０Ａはその符号に基づいて、第２の符号を復号するタイプを決定してもよい。
【００５９】
スペクトル増幅部３６４Ａは、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって生成された平均振幅を用いて、スペクトル逆量子化部３４０Ａによって生成された周波数スペクトル列を増幅する。
【００６０】
あるスケールファクターバンドにおいて生成された平均振幅がｑｒｍｓで、そのスケールファクターバンドに対応して、スペクトル逆量子化部３４０Ａによって生成された周波数スペクトル列をｑｓｐ（ｉ）とすると、スペクトル増幅部３６４Ａの出力（ｒｓｐ）は、（数４）で与えられる。
【００６１】
【数４】
0004008244.tif 000005
少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域がないことを符号化帯域通知部３３０Ａがノイズスペクトル列生成部３５０Ａに通知する場合、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａは、ノイズスペクトルを増幅部３６０Ａに出力する。本明細書において、ノイズスペクトルとは、周波数軸上のスペクトルを指す。ノイズスペクトル列生成部３５０Ａは、予め用意した白色ノイズ信号に時間周波数変換部２０（図１参照）が行なうのと同じ時間周波数変換を行なったスペクトルを、ノイズスペクトルとして使用してもよい。白色ノイズの周波数スペクトルは、（数１）から（数３）で求められる平均振幅が１であるように正規化される。あるいは、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａは、ノイズスペクトルの値を予め何らかの記録媒体に保持し、単にその値を出力してもよい。
【００６２】
ノイズスペクトル増幅部３６２Ａは、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって生成された平均振幅を用いて、前記ノイズスペクトル列生成部３５０Ａによって生成されたノイズスペクトル列を増幅する。増幅は（数４）と同様の手順で行う。
【００６３】
このように、増幅部３６０Ａは符号化列が第２の符号を含む場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａによって生成された周波数スペクトル列と帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって生成された平均振幅とに基づいて、周波数スペクトル列を増幅する。
【００６４】
また、増幅部３６０Ａは、符号化列が第２の符号を含まない場合、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａによって生成されたノイズスペクトル列と帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって生成された平均振幅とに基づいて、ノイズスペクトル列を増幅する。スペクトル合成部３６５Ａは、増幅したノイズスペクトル列と増幅したスペクトル列とを合成し、出力スペクトル列を生成する。
【００６５】
以上をまとめると、少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域がある場合、符号化帯域通知部３３０Ａはスペクトル逆量子化部３４０Ａに、第２の符号を逆量子化して復号した周波数スペクトル列を生成するように通知する。この場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａは、周波数スペクトル列をスペクトル増幅部３６４Ａに出力する。スペクトル増幅部３６４Ａは、周波数スペクトル列を、第１の符号を帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって逆量子化された平均振幅によって増幅する。
【００６６】
あるいは、少なくとも１つの第２の符号の周波数帯域の中に、第１の符号の周波数帯域に対応する周波数帯域がない場合、符号化帯域通知部３３０Ａはノイズスペクトル列生成部３５０Ａに、ノイズスペクトル列を出力するように通知する。この場合、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａは、ノイズスペクトル列をノイズスペクトル増幅部３６２Ａに出力する。ノイズスペクトル増幅部３６２Ａは、ノイズスペクトル列を、第１の符号を帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａによって逆量子化された平均振幅によって増幅する。
【００６７】
図４は、復号化装置１２０Ａの出力する出力スペクトル列によって表される出力スペクトルを示す。図４の縦軸は出力スペクトルの振幅、横軸は周波数を表す。
【００６８】
図４は、周波数帯域を低域側と高域側の２つに分けて、符号化列が低域側のスケールファクターバンドに対応する第２の符号を含む場合を図示したが、本実施の形態は、このように符号化列が第２の符号を含む周波数帯域が低域から連続する場合に限定されない。増幅部３６０Ａから出力される出力スペクトル列によって表される出力スペクトルは、周波数時間変換部３０（図１参照）によって、時間信号列である復号オーディオ信号に変換される。
【００６９】
上述の説明では、符号化装置１１０Ａが量子化し符号化するスケールファクターバンドおよび復号化装置１２０Ａが復号化するスケールファクターバンドが予め設定されている場合を説明した。しかし、本実施の形態はこれに限定されない。本実施の形態は、符号化装置１１０Ａが量子化し符号化するスケールファクターバンドが、平均振幅または符号化スペクトル列の情報量に基づいて決定されてもよい。また、復号化装置１２０Ａが復号化するスケールファクターバンドは、符号化列に含まれる符号によって決定されてもよい。
【００７０】
図２Ｂは、図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置１１０Ｂの構成例を示す。
【００７１】
符号化装置１１０Ｂは、帯域ゲイン符号化部２１０Ｂがスケールファクターバンドの平均振幅を表すのに使用した符号化列の情報量に基づいて、符号化帯域決定部２２０Ｂが量子化し符号化すべき周波数帯域を決定し、符号化列生成部２４０Ｂは符号化帯域決定部２２０Ｂが決定した周波数帯域を表す符号を符号化列に含める点を除いて、図２Ａで説明した符号化装置１１０Ａと同様である。符号化装置１１０Ｂの帯域ゲイン符号化部２１０Ｂ、符号化帯域決定部２２０Ｂ、スペクトル符号化部２３０Ｂ、符号化列生成部２４０Ｂは、符号化装置１１０Ａの帯域ゲイン符号化部２１０Ａ、符号化帯域決定部２２０Ａ、スペクトル符号化部２３０Ａ、符号化列生成部２４０Ａにそれぞれ対応する。
【００７２】
帯域ゲイン符号化部２１０Ｂで各スケールファクターバンドの平均振幅を表すのに使用した符号化列の情報量に応じて、符号化帯域決定部２２０Ｂは、スペクトル符号化部２３０Ｂが量子化し符号化すべきスケールファクタバンドの数を決定する。
【００７３】
例えば、平均振幅を表すのに使用した符号化列の情報量がある閾値よりも大きい場合、符号化帯域決定部２２０Ｂは、スペクトル符号化部２３０Ｂが量子化し符号化すべきスケールファクタバンドの数を少なくする。反対に、平均振幅を表すのに使用した符号化列の情報量がある閾値よりも小さい場合、符号化帯域決定部２２０Ｂは、スペクトル符号化部２３０Ｂが量子化し符号化すべきスケールファクタバンドの数を多くする。
【００７４】
このように、符号化帯域決定部２２０Ｂは、帯域ゲイン符号化部２１０Ｂの符号化の結果に基づいて、量子化し符号化すべきスケールファクタバンドの数を制御することができる。
【００７５】
この場合、符号化列生成部２４０Ｂは、帯域ゲイン符号化部２１０Ｂによって生成された平均振幅およびスペクトル符号化部２３０Ｂによって生成された符号化スペクトル列に加えて、符号化帯域決定部２２０Ｂが決定した量子化し符号化すべきスケールファクタバンドを表す符号（第３の符号）から、符号化列を生成する。
【００７６】
図２Ｃは、図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置１１０Ｃの構成例を示す。
【００７７】
符号化装置１１０Ｃは、スペクトル符号化部２３０Ｃが符号化スペクトル列を表すのに使用した符号化列の情報量に基づいて、符号化帯域決定部２２０Ｃが量子化し符号化すべき周波数帯域を決定し、符号化列生成部２４０Ｃは符号化帯域決定部２２０Ｃが決定した周波数帯域を表す符号を符号化列に含める点を除いて、図２Ａで説明した符号化装置１１０Ａと同様である。符号化装置１１０Ｃの帯域ゲイン符号化部２１０Ｃ、符号化帯域決定部２２０Ｃ、スペクトル符号化部２３０Ｃ、符号化列生成部２４０Ｃは、符号化装置１１０Ａの帯域ゲイン符号化部２１０Ａ、符号化帯域決定部２２０Ａ、スペクトル符号化部２３０Ａ、符号化列生成部２４０Ａにそれぞれ対応する。
【００７８】
例えば、符号化列の大きさがあらかじめ設定されており、スペクトル符号化部２３０Ｃの符号化のタイプがハフマン符号である場合、符号化帯域決定部２２０Ｃは、複数の周波数帯域のうちの低域側の周波数帯域から順にハフマン符号化を行なうように決定する。符号化列の大きさの制約によって全てハフマン符号化を行なうことができない場合、符号化帯域決定部２２０Ｃは、ある周波数帯域より高域側の周波数帯域をハフマン符号化しないように決定する。この場合も、符号化列生成部２４０Ｃは、帯域ゲイン符号化部２１０Ａによって生成された平均振幅およびスペクトル符号化部２３０Ｃによって生成された符号化スペクトル列に加えて、符号化帯域決定部２２０Ｃが決定した量子化し符号化すべきスケールファクタバンドを表す符号（第３の符号）から、符号化列を生成する。
【００７９】
あるいは、符号化帯域決定部２２０Ｃには、必ず量子化し符号化する周波数帯域が予め決定されている場合も考えられる。この場合、スペクトル符号化部２３０Ｃが予め決定された周波数帯域を量子化し符号化した第２の符号の大きさに基づいて、始めに量子化し符号化すべきと決定されていなかった周波数帯域の中から、さらに量子化し符号化すべき周波数帯域を再決定してもよい。このとき、スペクトル符号化部２３０Ｃは、再決定された周波数帯域について周波数スペクトル列を量子化し符号化し、さらなる第２の符号を生成する。
【００８０】
図２Ｂおよび図２Ｃに示したように、符号化列は、どのスケールファクターバンドが符号化されたのかを表す第３の符号を含んでもよい。
【００８１】
その場合の復号化装置の動作を図３に示される復号化装置１２０Ａを参照して説明する。
【００８２】
符号化列解析部３１０Ａは、符号化列の第３の符号を解析する。符号化帯域通知部３３０Ａは、符号化列解析部３１０Ａによって解析された第３の符号に基づいて、どのスケールファクターバンドが符号化されているかを復号し、復号した結果に基づいて、スペクトル逆量子化部３４０Ａまたはノイズスペクトル列生成部３５０Ａに通知する。例えば、符号化帯域通知部３３０Ａは、低域側のＮ個のスケールファクターバンドが符号化されているなどの情報を復号する。
【００８３】
スペクトル逆量子化部３４０Ａは、符号化列解析部３３０Ａによって解析された結果に基づいて、符号化帯域通知部３３０Ａで、符号化されたと判断されたスケールファクターバンドの周波数スペクトルを復号する。第２の符号の符号化がハフマン符号化で行われている場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａは第２の符号をハフマン復号する。第２の符号の符号化がベクトル量子化で行われている場合、スペクトル逆量子化部３４０Ａは、第２の符号を逆ベクトル量子化する。増幅部３６０Ａは、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａで復号化された平均振幅を用いて、スペクトル逆量子化部３４０Ａによって生成された復号周波数スペクトルを増幅する。
【００８４】
このような方法で生成された符号化列は、少ない情報量であっても、広帯域の復号化された復号オーディオ信号を得ることができる。これは全ての広帯域の信号に対するスペクトルの微細構造を符号化しているものではなく、一部の帯域については、その平均振幅のみを符号化するだけであるので、符号化列を小さくできるからである。しかしながら、このようにして生成された復号オーディオ信号は、符号化時に入力されたオーディオ信号の各周波数帯域の平均振幅を保持しているので、狭帯域な音にあるこもった感じの少ない明瞭な再生を提供することができる。
【００８５】
（実施の形態２）
本実施の形態２は、符号化時に、オーディオ信号を表す１フレームの時間信号列を複数の時間領域に対応する複数の時間信号列に分割し、分割した時間領域ごとに時間信号列の平均振幅を符号化する点で実施の形態１とは異なる。また、本実施の形態２は、復号化時に、１フレームの時間信号列を複数の時間領域に対応する複数の時間信号列に分割した時間領域の時間信号列の平均振幅を表す第４の符号を復号する点で実施の形態１とは異なる。
【００８６】
図５は、図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置１１０Ｄの構成例を示す。
【００８７】
符号化装置１１０Ｄは、時間領域の時間信号列の平均振幅を表す第４の符号を生成する時間領域ゲイン符号化部２５０Ｄをさらに含み、符号化列生成部２４０Ｄが第４の符号を符号化列に含める点を除いて、図２Ａで説明した符号化装置１１０Ａと同様である。符号化装置１１０Ｄの帯域ゲイン符号化部２１０Ｄ、符号化帯域決定部２２０Ｄ、スペクトル符号化部２３０Ｄ、符号化列生成部２４０Ｄは、符号化装置１１０Ａの帯域ゲイン符号化部２１０Ａ、符号化帯域決定部２２０Ａ、スペクトル符号化部２３０Ａ、符号化列生成部２４０Ａにそれぞれ対応する。
【００８８】
オーディオ信号は、所定数のサンプル毎に時間周波数変換部２０に入力される。時間周波数変換部２０は、変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ変換）などの方法を用いて、時間軸上の信号列から、周波数軸上のスペクトルを生成する。上述したように、周波数軸上のスペクトルは１フレームの周波数スペクトルである。時間周波数変換部２０によって生成された周波数スペクトルは、実施の形態１において説明したのと同様に、周波数スペクトル列として、帯域ゲイン符号化部２１０Ｄおよび符号化帯域決定部２２０Ｄに入力される。
【００８９】
オーディオ信号は、また、オーディオ離散信号として、時間領域ゲイン符号部２５０Ｄに、時間周波数変換部２０と同じ時間間隔毎に入力される。時間領域ゲイン符号部２５０Ｄは、オーディオ離散信号を時間的に連続な複数の時間領域に分割する。
【００９０】
例えば、オーディオ信号が時間的に連続な５１２サンプルによって表される場合、時間領域ゲイン符号部２５０Ｄは、オーディオ信号をｉｎ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，．．．，５１１）とし、１２８サンプル毎の４つの時間領域に分割すると仮定する。第０の時間領域のデータは、ｉが０から１２７の場合のｉｎ［ｉ］である。第１の時間領域のデータは、ｉが１２８から２５５の場合のｉｎ［ｉ］である。第２の時間領域のデータは、ｉが２５６から３８３の場合のｉｎ［ｉ］である。第３の時間領域のデータは、ｉが３８４から５１１の場合のｉｎ［ｉ］である。時間領域ゲイン符号化部２５０Ｄは、例えば（数５）を用いて、各時間領域の平均振幅を算出する。
【００９１】
【数５】
0004008244.tif 000006
ここで、ｊは時間領域の番号であり、ｇ［ｊ］は、第ｊ番目の時間領域の平均振幅である。次に、算出された各時間領域の平均振幅から、各時間領域の平均振幅比を算出する。例えば、４つの時間領域のうち、最大値をとる時間領域の平均振幅を１６になるように正規化すれば、各時間領域の平均振幅比は４ビットで表される。例えば、（数６）のようにして算出する。
【００９２】
【数６】
0004008244.tif 000007
ここで、ｒｇ（ｊ）は量子化された第ｊ番目の時間領域の平均振幅であり、ｇｍａｘは、ｇ（ｊ）の最大値である。時間領域ゲイン符号部２５０Ｄは、算出したｒｇ（ｊ）を符号化し、符号化列生成部２４０Ｄに送る。なお、上記説明では、ｒｇ（ｊ）を導出する際に、４ビットで量子化するように１６で正規化したが、必ずしも４ビットでなくてもよい。例えば、各時間領域の平均振幅比を１ビットで量子化してもよい。このように、各時間領域の平均振幅比を導出することで、所定の情報量で時間領域の平均振幅を表すことができる。
【００９３】
また、上記説明では、各時間領域の平均振幅比を導出したが、本実施の形態はこれに限定されない。各時間領域の平均振幅を単に符号化した値を符号化列生成部２４０Ｄに送信してもよい。
【００９４】
図６は、図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置１２０Ｂの構成例を示す。
【００９５】
復号化装置１２０Ｂは、時間領域ゲイン復号部３７０Ｂを有する点で図３に示した復号化装置１２０Ａとは異なる。図６に示される復号化装置１２０Ｂの符号化列解析部３１０Ｂ、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ｂ、符号化帯域通知部３３０Ｂ、スペクトル逆量子化部３４０Ｂ、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂ、増幅部３６０Ｂ、スペクトル合成部３６５Ｂは、それぞれ、図３に示される復号化装置１２０Ａの符号化列解析部３１０Ａ、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａ、符号化帯域通知部３３０Ａ、スペクトル逆量子化部３４０Ａ、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａ、増幅部３６０Ａ、スペクトル合成部３６５Ａに対応する。
【００９６】
復号化装置１２０Ｂにおいて、符号化列解析部３３０Ｂは、時間領域の時間信号列の平均振幅を表す第４の符号を含む符号化列を受けて、符号化列を解析する。時間領域ゲイン復号化部３７０Ｂは、符号化列解析部３３０Ｂによって解析された第４の符号から時間領域の時間信号列の平均振幅を復号する。第４の符号から復号化された時間領域の時間信号列の平均振幅は、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂへと送られる。ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂは、時間領域ゲイン復号化部３７０Ｂによって復号化された第４の符号に基づいて、複数の時間領域のそれぞれのノイズ信号に変換されるノイズスペクトル列を生成する。
【００９７】
ここで、第４の符号が、図５を参照して上述したように、各時間領域の平均振幅の比を表す時間領域ゲイン比ｒｇ（ｊ）である場合、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂは、ノイズ信号に対して、時間領域ゲイン比ｒｇ（ｊ）をグループ長に応じて乗じて増幅された増幅ノイズ信号を生成する。例えば、（数７）のような増幅ノイズ信号を生成することに相当する。
【００９８】
【数７】
0004008244.tif 000008
ｎ（ｉ）は、ノイズ信号であり、ａｎ（ｉ）は増幅ノイズ信号である。ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂは、増幅ノイズ信号ａｎ（ｉ）を時間周波数変換部２０と同様の時間周波数変換することによって、ノイズスペクトルを生成し、増幅部３６０Ｂに出力する。以降の処理は、上述した実施の形態１と同様である。また、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｂは、ノイズスペクトルの値を予め何らかの記録手段に保持し、必要とされる場合に単に出力してもよい。
【００９９】
このような方法で生成された符号化列は、少ない情報量であっても、広帯域の復号化された復号オーディオ信号を得ることができる。これは全ての広帯域の信号に対するスペクトルの微細構造を符号化しているものではなく、一部の帯域については、その平均振幅のみを符号化するだけであるので、符号化列を小さくできるからである。しかしながら、このようにして得られた復号オーディオ信号は、符号化時に入力されたオーディオ信号の各周波数帯域の平均振幅を保持しているので、狭帯域な音にあるこもった感じの少ない明瞭な再生音を提供することができる。また時間的な平均振幅を復号化することで、歯切れの良い再生を提供することが可能である。
【０１００】
（実施の形態３）
本実施の形態３は、符号化時に、量子化し符号化しない周波数帯域をサブ帯域に分割し、サブ帯域の平均振幅を生成する点で実施の形態１とは異なる。また、本実施の形態３は、復号化時に、量子化し符号化しない周波数帯域を分割したサブ帯域の周波数スペクトル列の平均振幅を表す第５の符号を復号する点で実施の形態１とは異なる。
【０１０１】
図７は、図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置１１０Ｅの構成例を示す。符号化装置１１０Ｅは、サブ帯域符号化部２６０Ｅを有する点で、図２Ａに示した符号化装置１１０Ａとは異なる。符号化装置１１０Ｅの帯域ゲイン符号化部２１０Ｅ、符号化帯域決定部２２０Ｅ、スペクトル符号化部２３０Ｅ、符号化列生成部２４０Ｅは、それぞれ、符号化装置１１０Ａの帯域ゲイン符号化部２１０Ａ、符号化帯域決定部２２０Ａ、スペクトル符号化部２３０Ａ、符号化列生成部２４０に対応する。
【０１０２】
符号化帯域決定部２２０Ｅによって量子化し符号化しないと判定されたスケールファクターバンドの周波数スペクトル列は、サブ帯域ゲイン符号化部２６０Ｅに入力される。サブ帯域ゲイン符号化部２６０Ｅは、符号化しないと判定された周波数帯域（スケールファクターバンド）の周波数スペクトル列の全て、もしくは、その一部を選択する。本明細書において、選択された周波数帯域をサブ帯域ゲイン符号化適用帯域と呼ぶ。
【０１０３】
スペクトル符号化部２３０Ｅによって符号化に使用された情報量に応じて、サブ帯域ゲイン符号化適用帯域を変化させてもよい。例えば、スペクトル符号化部２３０Ｅによって符号化された情報量がある閾値よりも大きい場合、サブ帯域ゲイン符号化部２６０Ｅはサブ帯域ゲイン符号化適用帯域を小さくする。反対に、スペクトル符号化２３０Ｅによって符号化された情報量がある閾値よりも小さい場合、サブ帯域ゲイン符号化部２６０Ｅはサブ帯域ゲイン符号化適用帯域を大きくする。
【０１０４】
サブ帯域ゲイン符号化適用帯域の範囲内にある少なくとも１つの周波数スペクトルはサブ帯域に分割される。このとき、サブ帯域は２つ以上の周波数帯域からなってもよい。
【０１０５】
以下では、具体例として、１つのサブ帯域ゲイン符号化適用帯域の範囲内にある周波数スペクトルは１６個のデータを有し、この周波数スペクトルを、周波数帯域内で最も低域周波数の成分に相当する周波数スペクトルから最も高域周波数の成分に相当する周波数スペクトルの順に並べて、最も低域周波数成分から５個、６個、５個のデータを有する３つのサブ帯域に分割する場合を想定する。
【０１０６】
図９は、本実施の形態によるサブ帯域の周波数スペクトルを模式的に示す。図９において、サブ帯域０が最も低域周波数スペクトルのサブ帯域であり、サブ帯域１が中間の周波数スペクトルのサブ帯域であり、サブ帯域２が最も高域周波数スペクトルのサブ帯域である。各サブ帯域において、各々のサブ帯域の平均振幅を算出する。例えば（数８）を用いて、各々のサブ帯域の平均振幅を算出する。
【０１０７】
【数８】
0004008244.tif 000009
ここで、あるサブ帯域ゲイン符号化適用帯域は、ｓｓｐ（ｊ）なる周波数スペクトルからなり、ｓｕｂＧ［ｉ］は算出されたサブ帯域ｉの平均振幅である。サブ帯域ゲイン符号化部２６０Ｅは、算出された平均振幅がある閾値よりも大きいか小さいかに基づいいてサブ帯域の平均振幅を符号化し、符号化した結果を符号化列生成部１０４Ｃに送る。算出された平均振幅がある閾値よりも大きいか小さいかを表す符号化ｓｕｂＧｓｗ［ｉ］は、例えば（数９）のように与えられる。
【０１０８】
【数９】
0004008244.tif 000010
ここで、Ｔｈは実装上の閾値である。
【０１０９】
図８は、図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置１２０Ｃの構成例を示す。復号化装置１２０Ｃは、サブ帯域ゲイン符号化部３８０Ｃを備える点で図３に示した復号化装置１２０Ａとは異なる。
【０１１０】
図８に示される復号化装置１２０Ｃの符号化列解析部３１０Ｃ、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ｃ、符号化帯域通知部３３０Ｃ、スペクトル逆量子化部３４０Ｃ、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｃ、増幅部３６０Ｃは、それぞれ、図３に示される復号化装置１２０Ａの符号化列解析部３１０Ａ、帯域ゲイン逆量子化部３２０Ａ、符号化帯域通知部３３０Ａ、スペクトル逆量子化部３４０Ａ、ノイズスペクトル列生成部３５０Ａ、増幅部３６０Ａに対応する。
【０１１１】
復号化装置１２０Ｃにおいて、符号化列解析部３１０Ｃは、量子化し符号化しない周波数スペクトル列の周波数帯域を分割したサブ帯域の周波数スペクトル列の平均振幅を表す第５の符号を含む符号化列を受けて、符号化列を解析する。サブ帯域ゲイン復号化部３８０Ｃは、符号化列解析部３１０Ｃによって解析された第５の符号をサブ帯域の周波数スペクトルの平均振幅に復号化し、復号化した平均振幅に基づいて、複数のサブ帯域のノイズスペクトル列を生成する。
【０１１２】
従って、サブ帯域ゲイン復号化部３８０Ｃは、まず符号化帯域通知部３３０Ａから量子化し符号化しないと通知される周波数帯域の中から、サブ帯域ゲイン符号化適用帯域がいずれであるかを復号し、かつ、各サブ帯域ゲイン符号化適用帯域におけるサブ帯域の周波数スペクトル列の平均振幅を復号する。そして、ノイズスペクトル列生成部３５０Ｃから出力されるノイズスペクトルに、サブ帯域の周波数スペクトル列の平均振幅を乗算して、サブ帯域ゲイン復号化部３８０Ｃから出力する。サブ帯域ゲイン復号化部３８０Ｃの出力は、（数１０）などで求められる。
【０１１３】
【数１０】
0004008244.tif 000011
ここで、ｎｓｐ（ｉ）はノイズスペクトルであり、ｂｎ（ｉ）は、サブ帯域ゲイン復号部３８０Ｃの出力する周波数スペクトルである。サブ帯域ゲイン復号部３８０Ｃの出力は、増幅部３６０Ａへと入力され、以降の処理は、実施の形態１と同様である。
【０１１４】
このような方法で生成された符号化列は、少ない情報量であっても、広帯域の復号化された復号オーディオ信号を得ることができる。これは全ての広帯域の信号に対するスペクトルの微細構造を符号化しているものではなく、一部の周波数帯域については、その平均振幅のみを符号化するだけであるので、符号化列を小さくできるからである。しかしながら、このようにして得られた復号オーディオ信号は、符号化時に入力されたオーディオ信号の各周波数帯域の平均振幅を保持しているので、狭帯域な音にあるこもった感じの少ない明瞭な再生を提供することができる。また、サブ帯域ゲイン復号化部３８０Ｃを用いることで、符号化帯域通知部３３０Ａによって符号化された周波数スペクトルがないと通知された周波数帯域においても、少ない情報量の増加をして、よりオーディオ信号に近い再生が可能となる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の符号化装置および復号化装置によれば、低いビットレートで、広帯域な復号オーディオ信号に復号化される符号化列を提供することが可能となる。
【０１１６】
本発明によれば、複数の周波数帯域のうち、低域の周波数成分に対してその周波数の微細構造をハフマン符号化などの圧縮技術を用いて符号化し、高域の周波数成分に対してその微細構造を符号化せず、平均振幅の情報だけを符号化することもでき、それにより、高域の周波数成分が符号化で消費する情報量を極小化することができる。しかしながら、復号化過程では、高域周波数の成分をノイズスペクトルによって生成するため、再生音は広帯域なものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオーディオ信号変換システムの構成例を示す図
【図２Ａ】図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置の構成例を示す図
【図２Ｂ】図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置の構成例を示す図
【図２Ｃ】図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置の構成例を示す図
【図３】図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置の構成例を示す図
【図４】復号化装置の出力する出力スペクトル列によって表される出力スペクトルを示すグラフ
【図５】図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置の構成例を示す図
【図６】図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置の構成例を示す図
【図７】図１に示される符号化装置１１０の一例としての符号化装置の構成例を示す図
【図８】図１に示される復号化装置１２０の一例としての復号化装置の構成例を示す図
【図９】実施の形態３よるサブ帯域の周波数スペクトルを模式的に示すグラフ
【図１０】従来の符号化装置の構成例を示す図
【符号の説明】
１０  オーディオ信号変換システム
２０  時間周波数変換部
３０  周波数時間変換部
４０  再生部
１００  データ処理システム
１１０  符号化装置
１２０  復号化装置
２１０Ａ  帯域ゲイン符号化部
２２０Ａ  符号化帯域決定部
２３０Ａ  スペクトル符号化部
２４０Ａ  符号化列生成部
２５０Ｄ  時間領域ゲイン符号化部
２６０Ｅ  サブ帯域ゲイン符号化部
３１０Ａ  符号化列解析部
３２０Ａ  帯域ゲイン逆量子化部
３３０Ａ  符号化帯域再生部
３４０Ａ  スペクトル逆量子化部
３５０Ａ  ノイズスペクトル列生成部
３６０Ａ  増幅部
３７０Ｂ  時間領域ゲイン復号化部
３８０Ｃ  サブ帯域ゲイン復号化部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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