(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音響信号を符号化する符号化装置であって、
一定時間分の入力音響信号を周波数軸上のスペクトルデータに変換し、前記スペクトルデータを複数のグループに分ける変換手段と、
前記複数のグループに分けられた前記スペクトルデータの低域部について、前記低域部に含まれる各グループ内のスペクトルデータを正規化する正規化係数と、前記正規化係数を用いて前記各グループ内の前記各スペクトルデータを量子化して得られる量子化値と、前記各スペクトルデータの正負を表す情報と、前記各スペクトルデータの周波数軸上の位置とを含む４種類の情報を含む低域部データを符号化する第１符号化手段と、
前記複数のグループに分けられたスペクトルデータの高域部について、前記高域部に含まれる各グループ内のスペクトルデータに近似した低域部のグループを特定する情報と、特定された前記低域部のグループのスペクトルデータを整形するための情報として、高域部データの特徴を、前記４種類の情報のうち、１種類以上３種類以下の情報で表した整形のための情報とを含む補助情報を生成する補助情報生成手段と、
生成された前記補助情報を符号化する第２符号化手段と、
前記第１符号化手段によって符号化されたデータと、前記第２符号化手段によって符号化されたデータとを出力する出力手段と
を備え、
前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられたスペクトルデータの高域部に含まれる前記各グループにおいて、ピークとなるスペクトルデータを量子化したとき、その値が一定値となるよう計算された前記正規化係数を前記整形のための情報として生成する
ことを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
入力された音響信号を符号化する符号化装置であって、
一定時間分の入力音響信号を周波数軸上のスペクトルデータに変換し、前記スペクトルデータを複数のグループに分ける変換手段と、
前記複数のグループに分けられた前記スペクトルデータのうち、周波数の低域部を符号化する第１符号化手段と、
一定時間分の入力音響信号を変換して得られるスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を表す補助情報を生成する補助情報生成手段と、
生成された前記補助情報を符号化する第２符号化手段と、
前記第１符号化手段によって符号化されたデータと、前記第２符号化手段によって符号化されたデータとを出力する出力手段と
を備え、
前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の各グループにおいて、当該グループ内のスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を前記補助情報として生成することを特徴とする符号化装置。
【請求項３】
前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の前記各グループにおいてピークとなるスペクトルデータを、前記各グループに共通の正規化係数を用いて量子化し、その量子化値を前記整形のための情報として生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項４】
前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部に属する各グループにおいて、ピークとなるスペクトルデータの周波数位置を前記整形のための情報として生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項５】
前記スペクトルデータはＭＤＣＴ係数であって、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の所定周波数位置におけるスペクトルデータの正負を示す符号を前記整形のための情報として生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項６】
前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の各グループにおいて、当該グループ内のスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を、前記低域部スペクトルデータを特定する情報として生成する
ことを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】
前記補助情報生成手段は、高域部に属する前記グループの区切りから、前記高域部グループにおけるスペクトルのピークまでの周波数軸上の距離と、低域部に属する前記グループの区切りから、前記低域部グループにおけるスペクトルのピークまでの周波数軸上の距離との距離の差が最小となる低域部スペクトルを特定する情報を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項８】
前記補助情報生成手段は、高域部に属する前記グループ内のスペクトルと同じ周波数幅でエネルギーの差分をとったときの差分値が最小となる低域部スペクトルを特定する情報を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項９】
前記低域部スペクトルデータを特定する情報は、特定された低域部スペクトルの前記グループを特定する番号で表される
ことを特徴とする請求項８記載の符号化装置。
【請求項１０】
前記出力手段は、さらに、
前記第１符号化手段によって符号化されたデータを所定のフォーマットに定められた符号化音響ストリームに変換するとともに、前記符号化音響ストリーム内の領域であって、符号化規約では使用が制約されていない領域に、前記第２符号化手段によって符号化されたデータを格納して出力するストリーム出力部
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項１１】
前記出力手段は、さらに、
前記第１符号化手段によって符号化されたデータを所定のフォーマットに定められた符号化音響ストリームに変換するとともに、前記第２符号化手段によって符号化されたデータを、前記符号化音響ストリームとは異なるストリームに格納して出力する第２ストリーム出力部
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化装置。
【請求項１２】
入力された音響信号を符号化する符号化装置のためのプログラムであって、コンピュータを
一定時間分の入力音響信号を周波数軸上のスペクトルデータに変換し、前記スペクトルデータを複数のグループに分ける変換手段と、
前記複数のグループに分けられた前記スペクトルデータの低域部について、前記低域部に含まれる各グループ内のスペクトルデータを正規化する正規化係数と、前記正規化係数を用いて前記各グループ内の前記各スペクトルデータを量子化して得られる量子化値と、前記各スペクトルデータの正負を表す情報と、前記各スペクトルデータの周波数軸上の位置とを含む４種類の情報を含む低域部データを符号化する第１符号化手段と、
前記複数のグループに分けられたスペクトルデータの高域部について、前記高域部に含まれる各グループ内のスペクトルデータに近似した低域部のグループを特定する情報と、特定された前記低域部のグループのスペクトルデータを整形するための情報として、高域部データの特徴を、前記４種類の情報のうち、１種類以上３種類以下の情報で表した整形のための情報とを含む補助情報を生成する補助情報生成手段と、
生成された前記補助情報を符号化する第２符号化手段と、
前記第１符号化手段によって符号化されたデータと、前記第２符号化手段によって符号化されたデータとを出力する出力手段として機能させ、
前記補助情報生成手段が、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の前記各グループにおいてピークとなるスペクトルデータを量子化したとき、その値が一定値となるよう計算された、前記正規化係数を前記整形のための情報として生成するように機能させるプログラム。
【請求項１３】
前記符号化装置のためのプログラムは、コンピュータを、
前記補助情報生成手段が、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の前記各グループにおけるスペクトルデータのピーク値を、前記各グループに共通の正規化係数を用いて量子化し、その量子化値を前記整形のための情報として生成するように機能させる請求項１２記載のプログラム。
【請求項１４】
前記符号化装置のためのプログラムは、コンピュータを、
前記補助情報生成手段が、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部に属する各グループにおいて、ピークとなるスペクトルデータの周波数位置を前記整形のための情報として生成するように機能させる請求項１２記載のプログラム。
【請求項１５】
前記符号化装置のためのプログラムは、コンピュータを、
前記スペクトルデータはＭＤＣＴ係数であって、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の所定周波数位置におけるスペクトルデータの正負を示す符号を前記整形のための情報として生成するように機能させる請求項１２記載のプログラム。
【請求項１６】
前記符号化装置のためのプログラムは、コンピュータを、
前記補助情報生成手段が、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の各グループにおいて、当該グループ内のスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を前記低域部スペクトルデータを特定する情報として生成するように機能させる請求項１２記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル音響データの高音質符号化及び復号化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、音声データを圧縮符号化する様々な音声圧縮方式が開発されている。ＭＰＥＧ−２  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ（以下、ＡＡＣと略称する）もその方式の一つである。ＡＡＣの詳細は、「ＩＳＯ／ＩＥＣ  １３８１８−７（ＭＰＥＧ−２  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ、ＡＡＣ）」という規格書に記載されている。
【０００３】
先ず従来の符号化及び復号化手順を、図２２を用いて説明する。図２２は、従来のＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ方式による符号化装置３００及び復号化装置４００の構成を示すブロック図である。符号化装置３００は、入力された音響信号をＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ符号化方式に基づいて圧縮符号化する装置であって、音響信号入力部３１０、変換部３２０、量子化部３３１、符号化部３３２及びストリーム出力部３４０から構成される。
【０００４】
音響信号入力部３１０は、例えば、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数で、入力信号であるデジタル音響データを連続した１０２４サンプルごとに切り出す。なお、この１０２４サンプルの符号化単位を「フレーム」という。
【０００５】
変換部３２０は、音響信号入力部３１０によって切り出された時間軸上のサンプルデータを、ＭＤＣＴによって周波数軸上のスペクトルデータに変換する。なお、この時点で変換された１０２４サンプルのスペクトルデータは、複数のグループに分類される。前記各グループは、複数のグループのそれぞれに、１サンプル以上のスペクトルデータが含まれるように設定される。また、この各グループは、人間の聴覚におけるクリティカルバンドを擬似している。各グループのそれぞれを「スケールファクターバンド」という。
【０００６】
量子化部３３１は、変換部３２０から得られたスペクトルデータを所定ビット数で量子化する。ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは、スケールファクターバンドごとに１つの正規化係数を用いて、スケールファクターバンド内のスペクトルデータを量子化する。この正規化係数のことを「スケールファクター」という。また、各スペクトルデータを各スケールファクターで量子化した結果を「量子化値」という。符号化部３３２は、量子化部３３１で量子化されたデータ、すなわち、各スケールファクターと、それを用いて量子化されたスペクトルデータとをストリーム用のフォーマットにハフマン符号化する。この際に、符号化部３３２は、１フレームにおいて前後に隣接するスケールファクターバンドのスケールファクターの差分を求め、その差分と先頭スケールファクターバンドのスケールファクターとをハフマン符号化する。
【０００７】
ストリーム出力部３４０は、符号化部３３２から得られた符号化信号を、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣビットストリームに変換し、出力する。符号化装置３００から出力されたビットストリームは、伝送媒体を介して復号化装置４００に伝送されたり、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、半導体、ハードディスク等の記録媒体に記録されたりする。
【０００８】
復号化装置４００は、符号化装置３００によって符号化されたビットストリームを復号化する装置であって、ストリーム入力部４１０、復号化部４２１、逆量子化部４２２、逆変換部４３０及び音響信号出力部４４０から構成される。
【０００９】
ストリーム入力部４１０は、符号化装置３００によって符号化されたビットストリームを伝送媒体を介して、あるいは、記録媒体から再生して入力し、入力したビットストリームから符号化信号を取り出す。復号化部４２１は、取り出された符号化信号をストリーム用のフォーマットから量子化データに復号化する。
【００１０】
逆量子化部４２２は、復号化部４２１で復号化された量子化データを逆量子化する。ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは、ハフマン符号化されたデータを復号化する。逆変換部４３０は、逆量子化部４２２で得られた周波数軸上のスペクトルデータを、時間軸上のサンプルデータに変換する。ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは、ＩＭＤＣＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて変換する。音響信号出力部４４０は、逆変換部４３０で得られた時間軸上のサンプルデータを順次組み合わせ、デジタル音響データとして出力する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記方式においては、音響データの符号化において、入力された音響データの音質がどの程度保持されるかを表す１つの目安として、符号化後の再生帯域がある。例えば入力信号のサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの時、再生帯域は２２．０５ｋＨｚとなり、この２２．０５ｋＨｚ分、又は２２．０５ｋＨｚに近い広帯域なデータを劣化させることなく効率的に符号化し、かつ符号化結果の全データを転送レートの範囲内で復号化装置に転送しきることによって、復号化装置において高音質な音響信号を得ることができる。すなわち、符号化装置側では高音質な符号化を達成することができる。しかし、再生帯域の広さはスペクトルデータの数に影響し、スペクトルデータの数は情報量に影響する。例えば入力信号のサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの時、１０２４サンプルのスペクトルデータが２２．０５ｋＨｚ分のデータに対応し、２２．０５ｋＨｚの再生帯域を確保するためには、１０２４サンプルのスペクトルデータ全てを伝送する必要がある。
【００１２】
ところが、携帯電話等の低転送レートの伝送路を考慮すると、実際に１０２４サンプルのスペクトルデータ全てを伝送することは、データ量が大きすぎて現実的ではない。つまり、転送レートに合わせたデータ量で、この再生帯域の全スペクトルデータを転送しようとすると、各周波数帯域に割り当てることができる情報量がわずかとなり、その結果、量子化ノイズによる影響が大きくなり、符号化による音質劣化を招く。
【００１３】
このため、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣに限らず、多くの音響信号符号化方式においては、スペクトルデータに聴覚的重み付けを行い、優先度の低いデータは伝送しないことにより、効率的な音響信号の伝送を実現している。これに従えば、再生帯域に関しては、聴覚的に優先度の高い低域部の符号化精度を向上させるため、低域部の符号化情報に十分なデータ量を割り当て、優先度の低い高域部は伝送対象外とされる確率が高い。
【００１４】
しかしながら、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ方式においてはこのような工夫がなされているにもかかわらず、音響信号の符号化に対して、さらなる高品質化、圧縮効率の向上が求められている。つまり、低転送レートであっても、高域部の音響信号を伝送することの要望が高まってきている。
【００１５】
本発明の目的は、符号化後の情報量を大幅に増加させることなく音響信号の高音質な符号化及びその復号化を実現できる符号化装置及び復号化装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の符号化装置は、入力された音響信号を符号化する符号化装置であって、一定時間分の入力音響信号を変換して得られる複数のグループに分けられたスペクトルデータから、前記各グループ内のスペクトルデータを正規化する正規化係数と、前記正規化係数を用いて前記各グループ内の前記各スペクトルデータを量子化して得られる量子化値と、前記各スペクトルデータの正負を表す正または負の符号と、前記各スペクトルデータの周波数軸上の位置とを含む４種類の情報で表された周波数の低域部データを符号化する第１符号化手段と、周波数高域部の前記各グループにおける前記スペクトルデータに近似した低域部スペクトルデータを特定する情報と、特定された前記低域部スペクトルデータを整形するための情報として、高域部スペクトルデータの特徴を、前記４種類の情報のうち、１種類以上３種類以下の情報で表した整形のための情報とを含む補助情報を生成する補助情報生成手段と、生成された前記補助情報を符号化する第２符号化手段と、前記第１符号化手段によって符号化されたデータと、前記第２符号化手段によって符号化されたデータとを出力する出力手段とを備えることを特徴とする。本発明の上記符号化装置において、補助情報生成手段は、一定時間分の入力音響信号を変換して得られる複数のグループに分けられたスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を、低域部より少ない情報で表した補助情報を生成し、第２符号化手段は、生成された前記補助情報を符号化する。
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の復号化装置は、一定時間分の入力音響信号を変換して得られる複数のグループに分けられたスペクトルデータから、前記各グループ内のスペクトルデータを正規化するための正規化係数と、前記正規化係数を用いて前記各グループの前記各スペクトルデータを量子化して得られる量子化値と、前記各スペクトルデータの正負を表す正または負の符号と、前記各スペクトルデータの周波数軸上の位置とを含む４種類の情報で表された、周波数の低域部データを符号化して得られた第１符号化データと、周波数高域部の前記各グループにおける前記スペクトルデータに近似した低域部スペクトルデータを特定する情報と、特定された前記低域部スペクトルデータを整形するための情報として、高域部スペクトルデータの特徴を、前記４種類の情報のうち、１種類以上３種類以下の情報で表した整形のための情報とを含む補助情報を符号化して得られた第２符号化データとを含む符号化データを入力し、復号化する復号化装置であって、入力符号化データから前記第２符号化データを分離する符号化データ分離手段と、入力符号化データ中の前記第１符号化データを復号化し、周波数の低域部を表すスペクトルデータを出力する第１復号化手段と、入力された符号化データから分離された前記第２符号化データを復号化し、前記補助情報中の前記低域部スペクトルデータを特定する情報に基づいて、前記第１復号化手段によって出力された前記スペクトルデータのうち、特定された低域部スペクトルデータを高域部の前記各グループにコピーし、前記補助情報中の前記整形のための情報に基づいて、コピーされたスペクトルデータを整形することによって周波数の高域部を表すスペクトルデータを生成し、出力する第２復号化手段と、前記第１復号化手段によって出力されたスペクトルデータと、前記第２復号化手段によって出力されたスペクトルデータとを合成して変換し、時間軸上の音響信号として出力する音響信号出力手段とを備えることを特徴とする。本発明の上記復号化装置において、符号化データ分離手段は、入力符号化データから前記第２符号化データを分離し、第２復号化手段は、分離された前記第２符号化データを復号化して前記低域部スペクトルデータを特定する情報と整形のための情報とを含む前記補助情報を生成し、生成された前記補助情報に基づいて周波数の高域部を表すスペクトルデータを生成し、出力する。
【００１８】
なお、本発明は、本発明の符号化装置を備える送信装置と本発明の復号化装置を備える受信装置とからなる放送システムとして実現したり、それら符号化装置及び復号化装置の特徴的な構成要素を処理ステップとする符号化方法及び復号化方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体や通信路等の伝送媒体を介して流通させることができることは言うまでもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態における符号化装置１００及び復号化装置２００について詳細に説明する。また本発明の実施の形態においては、従来方式としてＭＰＥＧ−２  ＡＡＣを例にとって説明を行う。図１は、本発明の実施の形態における符号化装置１００及び復号化装置２００の構成を示すブロック図である。
＜符号化装置１００＞
【００２０】
符号化装置１００は、入力された音響信号の低域部をＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ符号化方式に基づいて圧縮符号化するとともに、高域部の音響信号の特徴を表す補助情報を生成し、それを圧縮符号化して、前記低域部の符号化ビットストリームに組み込んで出力する装置であって、音響信号入力部１１０、変換部１２０、第１の量子化部１３１、第１の符号化部１３２、第２の量子化部１３３、第２の符号化部１３４及びストリーム出力部１４０から構成される。
【００２１】
音響信号入力部１１０は、周波数４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされたＭＰＥＧ−２  ＡＡＣと同様の入力信号であるデジタル音響データを、約２２．７ｍｓｅｃ（１０２４サンプルごと）のサイクルで、その前後の５１２サンプルをオーバーラップさせて切り出す。
【００２２】
変換部１２０は、従来と同様、音響信号入力部１１０によって切り出された時間軸上のサンプルデータを、周波数軸上のスペクトルデータに変換する。ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは、ＭＤＣＴ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて、入力信号１０２４点を前後５１２サンプルのデータとオーバーラップさせて２０４８サンプルの時間軸データを、２０４８サンプルのスペクトルデータに変換するが、ＭＤＣＴでは左右対称なスペクトルデータとなるため、片方の１０２４サンプルのみ符号化すればよい。
【００２３】
さらに、変換部１２０は、変換された１０２４サンプルのスペクトルデータを、それぞれ１サンプル以上（実用的には４の倍数）のスペクトルデータを含む複数のスケールファクターバンドに分類する。このスケールファクターバンドは、この規格において、各スケールファクターバンドに含まれるサンプル（スペクトルデータ）数が周波数に応じて定められており、低域部においては少数のサンプルごとに細かく区切られ、高域部になるほど多数のサンプルを含むよう大きく区切られている。ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣにおいては、１フレームのスペクトルデータに対応するスケールファクターバンドの数もサンプリング周波数に応じて定められている。例えば、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの場合は、１フレームに含まれるスケールファクターバンドの数は４９個であり、４９個のスケールファクターバンドの中に１０２４サンプルのスペクトルデータが含まれている。一方、このように定められたスケールファクターバンドのうち、どのスケールファクターバンドを伝送するかは特に規定されておらず、伝送路の転送レートに応じて、最も好ましいスケールファクターバンドを選択して伝送すればよい。例えば、伝送路の転送レートが９６ｋｂｐｓの場合、１フレームのうちの低域部４０スケールファクターバンド（６４０サンプル）のみを選択して伝送するようにしてもよい。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、変換部１２０が、変換後のスペクトルデータを、独自に定めた区切り方及び数のスケールファクターバンドに分類した場合について説明する。
【００２５】
第１の量子化部１３１は、変換部１２０の出力するスペクトルデータを入力し、入力されたスペクトルデータの低域部の各スケールファクターバンドにつき、それぞれスケールファクターを決定するとともに、決定したスケールファクターでそのスケールファクターバンド内のスペクトルを量子化し、量子化結果である量子化値を第１の符号化部１３２に出力する。例えばこの場合、入力信号のサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚであるから、再生帯域は２２．０５ｋＨｚとなるが、このうちの低域部、例えば１１．０２５ｋＨｚ以下の帯域について、各スケールファクターにおいてスペクトルデータから得られる量子化値が例えば４ビット以下の数値で表されるように、スケールファクターを計算し、そのスケールファクターを用いてスケールファクターバンド内の各スペクトルを正規化した後に量子化する。
【００２６】
第１の符号化部１３２は、第１の量子化部１３１で量子化されたデータ、すなわち、全スペクトルデータのうち、低域部側の５１２サンプルに対応する各スケールファクターバンド内の量子化値及びその量子化に用いられたスケールファクターなどを、第１の符号化信号としてハフマン符号化して所定のストリーム用のフォーマットに変換する。
【００２７】
第２の量子化部１３３は、変換部１２０の出力するスペクトルデータを入力し、第１の量子化部１３１において量子化されない帯域、すなわち１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の補助情報のみを計算して出力する。
【００２８】
補助情報とは、高域部のスペクトルデータに基づいて計算され、従来の方式であれば伝送されない高域部の音響信号を表す簡略化された情報をいう。つまり、一定時間分の入力音響信号を変換して得られるスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を表す情報であって、具体的には、高域部のスケールファクターバンド内で絶対最大スペクトルデータ（絶対値が最大となるスペクトルデータ）の量子化値を１にするような、スケールファクターバンドごとのスケールファクター及びその量子化値であり、また、各スケールファクターバンド内での絶対最大スペクトルデータの位置であり、高域部の各スケールファクターバンドに共通するスケールファクターを定めた場合のスケールファクターバンドごとの絶対最大スペクトルデータの量子化値であり、高域部においてあらかじめ定めた位置のスペクトルの正負を示す符号であり、さらに、高域部のスペクトルに相似した低域部のスペクトルをコピーして高域部のスペクトルを表す場合のコピー方法を示す情報などである。またさらに、前記のような補助情報中に、高域部のみに限らず、低域部から高域部に渡って混入されているホワイトノイズなどの振幅を示す雑音情報などを加えておいてもよい。
【００２９】
第２の符号化部１３４は、第２の量子化部１３３が出力した補助情報を所定のストリーム用のフォーマットにハフマン符号化し、第２の符号化情報として出力する。
【００３０】
ストリーム出力部１４０は、第１の符号化部１３２から出力される第１の符号化信号にヘッダ情報及びその他必要に応じた副情報を付加してＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの符号化ビットストリームに変換し、かつ第２の符号化部１３４から出力された第２の符号化信号を、上記ビットストリーム中の従来の復号化装置では無視される又はその動作が規定されていない領域に格納する。
【００３１】
具体的には、ストリーム出力部１４０は、第２の符号化部１３４から出力される符号化信号を、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの符号化ビットストリームにおけるＦｉｌｌ  ＥｌｅｍｅｎｔやＤａｔａ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｅｌｅｍｅｎｔに格納する。符号化装置１００から出力されたビットストリームは伝送媒体を介して復号化装置２００に伝送されたり、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、半導体、ハードディスク等の記録媒体に記録されたりする。
【００３２】
なお、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは入力の音響信号に応じて、ＭＤＣＴの変換長を変更することができる。変換長が２０４８サンプルのものをＬＯＮＧブロック、変換長が２５６サンプルのものをＳＨＯＲＴブロックといい、これらをまとめてブロックサイズという。本説明は特に断りのない限りＬＯＮＧブロックについて行うが、ＳＨＯＲＴブロックにおいても同様の処理が行える。
【００３３】
なおまた実際のＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの符号化処理では、Ｇａｉｎ  ＣｏｎｔｒｏｌやＴＮＳ（ＴＥＭＰＯＲＡＬ  ＮＯＩＳＥ  ＳＨＡＰＩＮＧ）、聴覚心理モデル、Ｍ／Ｓ  Ｓｔｅｒｅｏ、Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｓｔｅｒｅｏ、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ等のツール利用、及びブロックサイズの切り替え、ビットリザーバー等を使用する場合がある。
＜復号化装置２００＞
【００３４】
復号化装置２００は、入力された符号化ビットストリームから前記補助情報に基づいて高域部の付加された広帯域の音響データを復元する装置であって、ストリーム入力部２１０、第１の復号化部２２１、第１の逆量子化部２２２、第２の復号化部２２３、第２の逆量子化部２２４、逆量子化データ合成部２２５、逆変換部２３０及び音響信号出力部２４０から構成される。
【００３５】
ストリーム入力部２１０は、伝送媒体を介したり、記録媒体から再生したりして符号化装置１００において生成されたビットストリームを入力し、従来の復号化装置が復号するべき領域に格納されている第１の符号化信号と、従来の復号化装置が無視するかまたはその情報に対する動作が規定されていない領域に格納されている第２の符号化信号とを取り出して、それぞれ第１の復号化部２２１と第２の復号化部２２３とに出力する。
【００３６】
第１の復号化部２２１は、ストリーム入力部２１０の出力する第１の符号化信号を入力し、ハフマン符号化されたデータをストリーム用のフォーマットから量子化データに復号化する。第１の逆量子化部２２２は、第１の復号化部２２１により復号化された量子化データを逆量子化し、低域部のスペクトルデータを出力する。ここで、第１の逆量子化部２２２が出力するスペクトルデータのサンプル数は５１２サンプル（最大サンプル数は１０２４）であり、これらは１１．０２５ｋＨｚの再生帯域（最大再生帯域２２.０５ｋＨｚ）を表す。
【００３７】
第２の復号化部２２３は、ストリーム入力部２１０の出力する第２の符号化信号を入力し、入力された第２の符号化信号を復号して補助情報を出力する。第２の逆量子化部２２４は、第１の逆量子化部２２２から出力されたスペクトルデータをもとにあらかじめ決められた手順でノイズ、例えば、低域部スペクトルデータの一部または全部のコピー、あるいはホワイトノイズまたはピンクノイズなどを生成し、かつ第２の復号化部２２３の出力する補助情報をもとに上記ノイズを整形して、高域部のスペクトルデータを出力する。
【００３８】
具体的には、第２の逆量子化部２２４は、第１の逆量子化部２２２によって出力される低域部のスペクトルデータを高域部にコピーしておき、高域部のスケールファクターバンド毎に、バンド内にコピーされたスペクトルデータの絶対最大値と、量子化値「１」を補助情報に記述されているそのバンドに対応するスケールファクター値を用いて逆量子化した値との比率を係数として、バンド内の各スペクトルデータに乗じることによって高域部のスペクトルを復元する。さらに、第２の逆量子化部２２４は、あらかじめ所定の振幅をもつホワイトノイズを生成しておき、補助情報内の雑音情報に従って振幅を調整し、復元された前記スペクトルに加算して高域部のスペクトルデータを出力する。
【００３９】
逆量子化データ合成部２２５は、第１の逆量子化部２２２の出力するスペクトルデータと第２の逆量子化部２２４の出力するスペクトルデータとを合成する。逆変換部２３０は、ＭＰＥＧ−２  ＡＡＣに従って、逆量子化データ合成部２２５から出力された周波数軸上のスペクトルデータを、ＩＭＤＣＴを用いて時間軸上の１０２４サンプルのサンプルデータに変換する。音響信号出力部２４０は、逆変換部２３０で得られた時間軸上のサンプルデータを順次組み合わせ、デジタル音響データとして出力する。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、低域部は従来の符号化を行い、高域部を極めて少ない情報量で符号化を行うことにより、情報量の合計が、従来と比べて大幅に増加しない範囲で高品質の音響信号を符号化することができる。
【００４１】
また本実施の形態における符号化装置１００及び復号化装置２００の構成は、従来の符号化装置３００に第２の量子化部１３３及び第２の符号化部１３４を追加し、かつ従来の復号化装置４００に第２の復号化部２２３及び第２の逆量子化部２２４を追加しただけであるため、既存の符号化装置３００及び復号化装置４００の構成を大幅に変更することなく実現できるという効果がある。
【００４２】
また、本実施の形態のおける符号化装置３００が生成したビットストリームは、従来の復号化装置４００でも復号することができるという効果がある。
なお本実施の形態においてはＭＰＥＧ−２  ＡＡＣを例に挙げて説明したが、他の音響符号化方式にも適用できるし、既存しない新しい音響符号化方式にも適用できることは明らかである。
【００４３】
また本実施の形態においては、第２の量子化部１３３における入力データは、変換部１２０から出力されるスペクトルデータのみとしたが、これに限ったものでなくてもよく、第１の量子化部１３１の出力を逆量子化した値を別途入力してもよい。
図２は、本実施の形態の他の構成例である符号化装置１０１及び復号化装置２００の構成を示すブロック図である。なお、図１と同様の構成についてはすでに説明しているので、図１と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
符号化装置１０１が符号化装置１００と異なる点は、新たに、逆量子化部１５２を備えることである。この符号化装置１０１において、第１の量子化部１５１は、変換部１２０によって出力された１０２４点のスペクトルデータすべてを量子化し、その量子化結果を逆量子化部１５２に出力するとともに、そのうちの低域部５１２点の量子化結果を第１の符号化部１３２に出力する。
【００４５】
逆量子化部１５２は、第１の量子化部１５１によって一旦、量子化された量子化値を逆量子化し、逆量子化結果であるスペクトルデータを第２の量子化部１５３に出力する。
第２の量子化部１５３は変換部１２０からのスペクトルデータを入力せず、逆量子化部１５２の逆量子化結果であるスペクトルデータを入力し、入力されたスペクトルデータに基づいて高域部の補助情報を生成する。
【００４６】
なお、ここでは第２の量子化部１５３は変換部１２０からのスペクトルデータを入力せず、逆量子化部１５２からのスペクトルデータに基づいて高域部の補助情報を生成するとしたが、本発明はこの例に限定されず、第２の量子化部１５３は、ある部分については変換部１２０からのスペクトルデータを入力し、ある部分については逆量子化部１５２からのスペクトルデータを入力するとしてもよい。
【００４７】
図３は、図１に示した符号化装置１００において処理される音響信号の状態変化を示す図である。図３（ａ）は、図１に示した音響信号入力部１１０によって切り出される時間軸上の１０２４のサンプルデータを示す波形図である。図３（ｂ）は、時間軸上のサンプルデータが図１に示した変換部１２０のＭＤＣＴによって変換された後の周波数軸上のスペクトルデータを示す波形図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、サンプルデータ及びスペクトルデータはアナログ波形で示されているが、実際には、いずれもデジタル信号である。以下の波形図においても同様である。
【００４８】
音響信号入力部１１０には、４４．１ｋＨｚでサンプリングされたデジタル音響信号が入力される。音響信号入力部１１０は、この入力信号から毎１０２４サンプルを切り出すタイミングでその前後５１２サンプルをオーバーラップさせて切り出し、変換部１２０に出力する。変換部１２０は、合計２０４８サンプルのデータをＭＤＣＴするが、ＭＤＣＴによって得られるスペクトルが左右対称の波形となるため、その半分の１０２４サンプルに対応する図３（ｂ）に示すようなスペクトルデータを生成する。
【００４９】
図３（ｂ）に示すスペクトルデータは、縦軸に、周波数スペクトルの値、すなわち、図３（ａ）において１０２４サンプルの電圧値で表されていた音響信号の周波数成分の量（大きさ）を、前記サンプル数に対応する１０２４点で表している。また、符号化装置１００に入力されるデジタル音響信号のサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚであるので、スペクトルデータの再生帯域は、２２．０５ｋＨｚとなっている。さらに、ＭＤＣＴによって得られるスペクトルは図３（ｂ）に示すように負の値をとる場合があるので、ＭＤＣＴによって得られたスペクトルを符号化する場合には、スペクトルの正負の符号も合わせて符号化する必要がある。以下では、符号化の符号との混同を避けるため、スペクトルデータの正負の符号を表す情報を「サイン情報」という。
【００５０】
図４は、図１に示したストリーム出力部１４０によって補助情報が格納されるビットストリーム中の位置を示す図である。図において、高域部のスペクトルを表す補助情報は、符号化された後、第２の符号化信号としてビットストリーム中の音響符号化信号として認識されない領域に格納される。
【００５１】
図４（ａ）において斜線で示す部分は、例えば、ビットストリームのデータ長を合わせるために「０」で埋められる領域（Ｆｉｌｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）であって、この領域に、高域部のスペクトルを表す補助情報、すなわち第２の符号化信号が格納されていても、従来の復号化装置４００では復号化すべき符号化信号とは認識されず、無視される。
【００５２】
また、図４（ｂ）において斜線で示す部分は、例えば、Ｄａｔａ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｅｌｅｍｅｎｔ（ＤＳＥ）という領域であって、この領域は、将来の拡張のためＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの規格によってビット長などの物理的構造だけが規定された領域である。この領域は、Ｆｉｌｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔと同様、ここに高域部のスペクトルを表す補助情報が格納されていても、従来の復号化装置４００では無視されるか又はそのデータが読み取られたとしても読み取られたデータに対する復号化装置４００の動作が規定されていない領域である。
【００５３】
また、以上ではＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの規格によって従来の復号化装置４００では無視されるようなビットストリーム中の領域に第２の符号化信号を格納するとしたが、それ以外にも、ヘッダ情報の所定の位置に組み込んでもよいし、第１の符号化信号中の所定の位置に第２の符号化信号を組み込んでもよいし、その両方にまたがって組み込んでもよい。またビットストリーム中に第２の符号化信号を格納するために、ヘッダにおいても第１の符号化信号においても、連続した領域を確保しなくてもよい。すなわち、図４（ｃ）のように、ヘッダ情報と第１の符号化情報との中に、非連続に第２の符号化信号を組み込んでもよい。
【００５４】
図５は、図１に示したストリーム出力部１４０が補助情報を格納する場合の他の例を示す図である。図５（ａ）は、第１の符号化信号のみがフレームごとに連続して格納されているストリーム１を示している。図５（ｂ）は、補助情報が符号化された第２の符号化信号のみが、ストリーム１に対応するフレームごとに連続して格納されているストリーム２を示している。
【００５５】
ストリーム出力部１４０は、第２の符号化信号を、第１の符号化信号を格納したビットストリームであるストリーム１とは全く別のストリーム２に格納してもよい。例えば、ストリーム１とストリーム２とは、異なるチャンネルで伝送されるビットストリームである。
【００５６】
このように、第１の符号化信号と第２の符号化信号をまったく異なるビットストリームで伝送することにより、入力音響信号の基本的な情報を表す低域部分をあらかじめ伝送又は蓄積しておき、必要に応じて高域部情報を後から付加することができるという効果がある。
【００５７】
以上のように構成された符号化装置１００及び復号化装置２００の動作について、以下、図６、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１７及び図１９〜図２１のフローチャートを用いて説明する。
【００５８】
図６は、図１に示した第１の量子化部のスケールファクター決定処理における動作を示すフローチャートである。第１の量子化部１３１は、まず、スケールファクターの初期値として、各スケールファクターバンドに共通のスケールファクターを定め（Ｓ９１）、そのスケールファクターを用いて１フレーム分の音響データとして伝送されるべき低域部スペクトルデータをすべて量子化するとともに、求められたスケールファクターの前後の差分を求め、その差分と先頭のスケールファクターと各量子化値とをハフマン符号化する（Ｓ９２）。なお、ここでの量子化及び符号化は、ビット数のカウントのためだけに行うので、処理を簡略化するため、データのみについて行い、ヘッダなどの情報は付加しないものとする。次いで、第１の量子化部１３１は、ハフマン符号化後のデータのビット数が所定のビット数を超えたか否かを判断し（Ｓ９３）、超えていれば、スケールファクターの初期値を下げ（Ｓ１０１）、そのスケールファクターの値を用いて、同じ低域部スペクトルデータにつき、量子化とハフマン符号化とをやり直した上（Ｓ９２）、ハフマン符号化後の１フレーム分の低域部符号化データのビット数が所定のビット数を超えたか否かを判断して（Ｓ９３）、所定ビット数以下になるまでこの処理を繰り返す。
【００５９】
第１の量子化部１３１は、低域部符号化データのビット数が所定のビット数を超えていなければ、スケールファクターバンドごとに以下の処理を繰り返し、各スケールファクターバンドのスケールファクターを決定する（Ｓ９４）。まず、スケールファクターバンド内の各量子化値を逆量子化し（Ｓ９５）、それぞれの逆量子化値とそれに対応する元のスペクトルデータとの各絶対値の差分を求めて合計する（Ｓ９６）。さらに、求められた差分の合計が許容範囲内の値であるか否かを判断し（Ｓ９７）、許容範囲内であれば、次のスケールファクターバンドにつき、上記の処理を繰り返す（Ｓ９４〜Ｓ９８）。一方、許容範囲を超えていれば、スケールファクターの値を大きくして当該スケールファクターバンドのスペクトルデータを量子化するとともに（Ｓ１００）、その量子化値を逆量子化して（Ｓ９５）、逆量子化値と対応するスペクトルデータとの絶対値の差分を合計する（Ｓ９６）。さらに、差分の合計が許容範囲内かどうかを判断して（Ｓ９７）許容範囲を超えていれば、許容範囲内となるまでスケールファクターを順次大きくし（Ｓ１００）、上記の処理（Ｓ９５〜Ｓ９７及びＳ１００）を繰り返す。
【００６０】
第１の量子化部１３１は、すべてのスケールファクターバンドにつき、スケールファクターバンド内の量子化値を逆量子化した値と元のスペクトルデータとの絶対値の差分の合計が許容範囲となるようなスケールファクターを決定すると（Ｓ９８）、決定されたスケールファクターを用いて、再度、１フレーム分の低域部スペクトルデータを量子化し、各スケールファクターの差分と先頭のスケールファクターと各量子化値とをハフマン符号化し、低域部符号化データのビット数が所定のビット数を超えているか否かを判定する（Ｓ９９）。低域部符号化データのビット数が所定のビット数を超えていれば、それが所定のビット数以下になるまでスケールファクターの初期値を下げた後（Ｓ１０１）、各スケールファクターバンド内のスケールファクターを決定する処理（Ｓ９４〜Ｓ９８）を繰り返す。低域部符号化データのビット数が所定のビット数を超えていなければ（Ｓ９９）、そのときの各スケールファクターの値を、各スケールファクターバンドのスケールファクターに決定する。
【００６１】
なお、スケールファクターバンド内の量子化値を逆量子化した値と元のスペクトルデータとの絶対値の差分の合計が許容範囲となるかどうかの判断は、聴覚心理モデルなどのデータに基づいて行われる。
【００６２】
また、ここではスケールファクターの初期値を比較的大きな数値に設定し、ハフマン符号化後の低域部符号化データのビット数が、所定のビット数を超えた場合には、順次、スケールファクターの初期値を下げていく方法でスケールファクターを決定しているが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、あらかじめスケールファクターの初期値を低い値に設定しておき、その初期値を徐々に増加していき、低域部符号化データの全体のビット数が所定のビット数を最初に超えた段階で、直前に設定されていたスケールファクターの初期値を用いて各スケールファクターバンドのスケールファクターを決定するようにしてもよい。
【００６３】
さらに、ここでは１フレーム分の低域部符号化データ全体のビット数が所定のビット数を超えないように各スケールファクターバンドのスケールファクターを決定したが、必ずしもこのようにしなくてよい。例えば、各スケールファクターバンドにおいて、スケールファクターバンド内の各量子化値が所定のビット数を超えないようスケールファクターを決定するようにしてもよい。以下に、図７を用いて、この処理における第１の量子化部１３１の動作を説明する。
【００６４】
図７は、図１に示した第１の量子化部１３１の他のスケールファクター決定処理における動作を示すフローチャートである。第１の量子化部１３１は、符号化の対象となる低域部のすべてのスケールファクターバンドについて、以下の手順によりスケールファクターの計算を行う（Ｓ１）。また、第１の量子化部１３１は、各スケールファクターバンド内のすべてのスペクトルデータにつき、以下の手順によりスケールファクターの計算を行う（Ｓ２）。
【００６５】
まず、第１の量子化部１３１は、所定のスケールファクターの値で、スペクトルデータを公式に基づいて量子化し（Ｓ３）、その量子化値が量子化値を表すために与えられる所定のビット数、例えば、４ビットを超えたか否かを判定する（Ｓ４）。
【００６６】
判定の結果、量子化値が４ビットを超えている場合、スケールファクターの値を調整し（Ｓ８）、調整後のスケールファクターの値で同じスペクトルデータを量子化する（Ｓ３）。第１の量子化部１３１は、得られた量子化値が４ビットを超えたか否かを判定し（Ｓ４）、そのスペクトルデータの量化値が４ビット以下の値になるまで、スケールファクターの調整（Ｓ８）と調整後のスケールファクターによる量子化（Ｓ３）とを繰り返す。
【００６７】
判定の結果、量子化値が４ビット以下である場合、次のスペクトルデータについて、所定のスケールファクターの値で、量子化を行う（Ｓ３）。
第１の量子化部１３１は、１つのスケールファクターバンド内のすべてのスペクトルデータの量子化値が４ビット以下となると（Ｓ５）、そのときのスケールファクターの値を、そのスケールファクターバンドのスケールファクターに決定する（Ｓ６）。
【００６８】
さらに、第１の量子化部１３１は、すべてのスケールファクターバンドにつき、スケールファクターを決定すると（Ｓ７）、処理を終了する。
以上の処理により、符号化の対象となる低域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、それぞれ１つのスケールファクターが決定される。第１の量子化部１３１は、このように決定されたスケールファクターを用いて、低域部のスペクトルデータを量子化し、量子化結果である４ビットの量子化値と、８ビットの前記スケールファクターとを第１の符号化部１３２に出力する。
【００６９】
図８は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（スケールファクター）の具体例を示すスペクトル波形図である。なお、図８において、低域部の周波数軸上に示す区切りは、それぞれ本実施の形態において定めたスケールファクターバンドの区切りを示している。また、高域部において周波数方向に破線で示す区切りは、本実施の形態において定めた高域部のスケールファクターバンドの区切りを示している。以下の波形図においても同様である。
【００７０】
変換部１２０から出力されるスペクトルデータのうち、図８に実線の波形で示す再生帯域１１．０２５ｋＨｚ以下の低域部は、第１の量子化部１３１に出力され、従来どおり量子化される。一方、図８に破線の波形で示す再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部は、第２の量子化部１３３によって計算される補助情報（スケールファクター）によって表される。以下、図８の具体例を用い、図９のフローチャートに従って第２の量子化部１３３の補助情報（スケールファクター）の計算手順を説明する。
【００７１】
図９は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（スケールファクター）計算処理における動作を示すフローチャートである。
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、各スケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータの量子化値を「１」にする最適なスケールファクターを、以下の手順に従って計算する（Ｓ１１）。
【００７２】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の最初のスケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータ（ピーク）を特定する（Ｓ１２）。図８の具体例において、最初のスケールファクターバンド内で特定されたピークの位置が▲１▼で、そのときのピークの値が「２５６」であったとする。
【００７３】
第２の量子化部１３３は、図７のフローチャートに示した手順と同様にして、量子化値を計算する公式にピークの値「２５６」と初期値のスケールファクター値とをあてはめ、公式から得られる量子化値が「１」となるスケールファクターｓｆの値を計算する（Ｓ１３）。例えば、この場合、ピーク値「２５６」の量子化値を「１」にするスケールファクターｓｆの値、例えばｓｆ＝２４が算出される。
【００７４】
最初のスケールファクターバンドについて、ピークの量子化値を「１」にするスケールファクターの値ｓｆ＝２４が求められると（Ｓ１４）、第２の量子化部１３３は、次のスケールファクターバンドについて、スペクトルデータのピークを特定し（Ｓ１２）、例えば、特定されたピークの位置が▲２▼で、その値が「３１２」であった場合、ピーク値「３１２」の量子化値が「１」となるスケールファクターｓｆの値、例えばｓｆ＝３２を計算する（Ｓ１３）。
【００７５】
同様にして、第２の量子化部１３３は、高域部における３番目のスケールファクターバンドについて、ピーク▲３▼の値「２８８」の量子化値を「１」にするスケールファクターｓｆの値、例えばｓｆ＝２６を計算し、４番目のスケールファクターバンドについて、ピーク▲４▼の値「２０３」の量子化値を「１」にするスケールファクターｓｆの値、例えばｓｆ＝１８を計算する。
【００７６】
このようにして、高域部のすべてのスケールファクターバンドについて、ピーク値の量子化値を「１」にするスケールファクターが計算されると（Ｓ１４）、第２の量子化部１３３は、計算によって得られた各スケールファクターバンドのスケールファクターを、高域部の補助情報として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【００７７】
以上のようにして第２の量子化部１３３によって補助情報（スケールファクター）が生成されるが、この補助情報（スケールファクター）は、５１２点のスペクトルデータで表されていた高域部を、各スケールファクターの値を０〜２５５までの値で表せば、高域部における各スケールファクターバンド（ここでは４つ）につき、それぞれ８ビットで表すことができる。また、この各スケールファクターの差分をハフマン符号化するようにすれば、データ量をさらに低減できる可能性がある。これに対し、この高域部の５１２点のスペクトルデータを低域部と同様に従来の方法で量子化及びハフマン符号化したとすると、最低でも１５０ビット程度のデータ量になると予測される。従って、この補助情報は、高域部の各スケールファクターバンドにつき１つのスケールファクターを示しているに過ぎないが、従来の方法に従って高域部を量子化する場合に比べて、データ量が大きく低減されていることがわかる。
【００７８】
また、このスケールファクターは、各スケールファクターバンドにおけるピーク値（絶対値）にほぼ比例した値を示しており、高域部における５１２点で一定値をとるスペクトルデータあるいは低域部のスペクトルデータの一部または全部のコピーにスケールファクターを乗算して得られるスペクトルデータは、入力音響信号に基づいて得られたスペクトルデータを大まかに復元しているといえる。また、スケールファクターバンド毎に、バンド内にコピーされたスペクトルデータの絶対最大値と、そのバンドに対応するスケールファクター値を用いて量子化値「１」を逆量子化した値との比率を係数として、バンド内の各スペクトルデータに乗じることにより、より精度良くスペクトルデータを復元することができる。さらに、高域部の波形の相違は、低域部ほど聴覚的にはっきり識別されるものではないので、このようにして得られた補助情報は、高域部の波形を表す情報として十分であるといえる。
【００７９】
なお、ここでは、高域部の各スケールファクターバンド内のスペクトルデータの量子化値が「１」となるようスケールファクターを計算したが、必ずしも「１」である必要はなく、他の値に定めておいてもよい。
【００８０】
またここでは、補助情報としてスケールファクターのみを符号化したが、これに限ったものでなく、量子化値、特徴的なスペクトルの位置情報、スペクトルの正負の符号を表すサイン情報及びノイズ生成方法等を併せて符号化してもよい。またこれらを２つ以上組み合わせて符号化してもよい。この場合、補助情報内に、振幅の比率を表す係数や絶対最大スペクトルデータの位置などを前記スケールファクターと組み合わせて符号化すれば、特に有効である。
【００８１】
図１０は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（量子化値）の具体例を示すスペクトル波形図である。また、図１１は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（量子化値）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【００８２】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき共通のスケールファクター値、例えば「１８」をあらかじめ定めておき、そのスケールファクター値「１８」を用いて、スケールファクターバンドごとに、そのスケールファクターバンドにおける絶対最大値スペクトルデータ（ピーク）の量子化値を計算する（Ｓ２１）。
【００８３】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の最初のスケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータ（ピーク）を特定する（Ｓ２２）。図１０の具体例において、最初のスケールファクターバンド内で特定されたピークの位置が▲１▼で、そのときのピークの値が「２５６」であったとする。
【００８４】
第２の量子化部１３３は、量子化値を計算する公式に、あらかじめ定めた共通のスケールファクター値「１８」とピークの値「２５６」とをあてはめ、量子化値を計算する（Ｓ２３）。例えば、この場合、ピーク値「２５６」をスケールファクター値「１８」で量子化すると、量子化値「６」が算出される。
【００８５】
最初のスケールファクターバンドについて、ピーク値「２５６」の量子化値「６」が求められると（Ｓ２４）、第２の量子化部１３３は、次のスケールファクターバンドについて、スペクトルデータのピークを特定し（Ｓ２２）、例えば、特定されたピークの位置が▲２▼で、その値が「３１２」であった場合、スケールファクターの値を「１８」とするピーク値「３１２」の量子化値、例えば「１０」を計算する（Ｓ２３）。
【００８６】
同様にして、第２の量子化部１３３は、高域部における３番目のスケールファクターバンドについて、スケールファクターの値を「１８」とするピーク▲３▼の値「２８８」の量子化値「９」を計算し、４番目のスケールファクターバンドについて、スケールファクターの値を「１８」とするピーク▲４▼の値「２０３」の量子化値「５」を計算する。
【００８７】
このようにして、高域部のすべてのスケールファクターバンドについて、スケールファクターを「１８」に固定した場合のピーク値の量子化値が計算されると（Ｓ２４）、第２の量子化部１３３は、計算によって得られた各スケールファクターバンドの量子化値を、高域部の補助情報として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【００８８】
以上のようにして第２の量子化部１３３によって補助情報（量子化値）が生成されるが、この補助情報（量子化値）は、５１２点のスペクトルデータで表されていた高域部を、４つのスケールファクターバンドにつき、それぞれ４ビットの量子化値で表している。これに対し、前述の補助情報（スケールファクター）では、高域部を、４つのスケールファクターバンドにつき、それぞれ８ビットのスケールファクターで表していたので、これと比較すると、高域部のデータ量がより低減されている。また、この量子化値は、各スケールファクターバンドにおけるピーク値（絶対値）の振幅を大まかに表しており、高域部における５１２点で一定値をとるスペクトルデータあるいは低域部のスペクトルデータの一部または全部のコピーに、これを単純に乗算して得られるスペクトルデータであっても、入力音響信号に基づいて得られたスペクトルデータを大まかに復元しているといえる。また、スケールファクターバンド毎に、バンド内にコピーされたスペクトルデータの絶対最大値と、あらかじめ定められていたスケールファクター値を用いてそのバンドに対応する量子化値を逆量子化した値との比率を係数として、バンド内の各スペクトルデータに乗じることにより、さらに精度良くスペクトルデータを復元することができる。
【００８９】
なおここでは、第２の符号化情報として伝送される量子化値に対応するスケールファクター値は、あらかじめ定めたものにしたが、最適なスケールファクター値を計算し、第２の符号化情報に付加して伝送してもよい。例えば、量子化値の最大値が７となるようにスケールファクターを選択すれば、量子化値を表すビット数が３ビットですむので、量子化値の伝送に必要な情報量はより少なくて済む。
【００９０】
なお、補助情報として量子化値のみ、または量子化値とスケールファクターのみを符号化したが、これに限ったものでなくてよく、スケールファクター、特徴的なスペクトルの位置情報、スペクトルデータのサイン情報及びノイズ生成方法等を符号化してもよい。またこれらを２つ以上組み合わせて符号化してもよい。
【００９１】
図１２は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（位置情報）の具体例を示すスペクトル波形図である。また、図１３は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（位置情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【００９２】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、各スケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータの位置を以下の手順に従って特定する（Ｓ３１）。
【００９３】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の最初のスケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータ（ピーク）を特定する（Ｓ３２）。図１２の具体例において、最初のスケールファクターバンド内で特定されたピークの位置が▲１▼で、このスケールファクターバンドの先頭から２２番目のスペクトルデータであったとする。第２の量子化部１３３は、特定されたピークの位置「スケールファクターバンドの先頭から２２番目のスペクトルデータ」を保持する（Ｓ３３）。
【００９４】
最初のスケールファクターバンドについて、ピークの位置が特定され、保持されると（Ｓ３４）、第２の量子化部１３３は、次のスケールファクターバンドについて、スペクトルデータのピークを特定する（Ｓ３２）。例えば、特定されたピークの位置が▲２▼で、スケールファクターバンドの先頭から６０番目のスペクトルデータであったとする。第２の量子化部１３３は、特定されたピークの位置「スケールファクターバンドの先頭から６０番目のスペクトルデータ」を保持する（Ｓ３３）。
【００９５】
以下同様にして、第２の量子化部１３３は、高域部における３番目のスケールファクターバンドについて、ピーク▲３▼の位置「スケールファクターバンドの先頭のスペクトルデータ」を特定して保持するとともに、４番目のスケールファクターバンドについて、ピーク▲４▼の位置「スケールファクターバンドの先頭から２５番目のスペクトルデータ」を特定して保持する。
【００９６】
このようにして、高域部のすべてのスケールファクターバンドについて、ピークの位置が特定され、保持されると（Ｓ３４）、第２の量子化部１３３は、保持していた各スケールファクターバンドのピークの位置を、高域部の補助情報として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【００９７】
以上のようにして第２の量子化部１３３によって補助情報（位置情報）が生成されるが、この補助情報（位置情報）は、５１２点のスペクトルデータで表されていた高域部を、４つのスケールファクターバンドにつき、それぞれ６ビットの位置情報で表している。
【００９８】
この場合、復号化装置２００において、第２の逆量子化部２２４は、低域部の５１２サンプル分のスペクトルデータの一部または全部を、第２の復号化部２２３から入力された補助情報（位置情報）に応じて高域部側の５１２サンプルデータとしてコピーする。
コピーの手順は、１つ以上のスケールファクターバンドにおけるスペクトルデータのピーク情報を元に、類似したデータを第１の逆量子化部２２２より出力されたスペクトルデータより抽出し、その一部又は全部をコピーすることで達成される。
【００９９】
また第２の逆量子化部２２４においては、必要に応じてコピーしたスペクトルデータの振幅を調整する。振幅の調整は各スペクトルデータにあらかじめ定められた係数、例えば「０．５」として、この係数を乗じることで達成する。この係数は固定値でもよいし、帯域ごと、あるいはスケールファクターバンドごとに変更してもよいし、第１の逆量子化部２２２より出力されるスペクトルデータに応じて変更してもよい。
【０１００】
また、上記ではあらかじめ定めた係数を用いるが、補助情報として、この係数の値を第２の符号化情報内に付加してもよい。または係数としてスケールファクター値を第２の符号化情報に付加してもよいし、係数としてスケールファクターバンド内のピークの量子化値を第２の符号化情報に付加してもよい。また振幅調整方法はこれに限ったものではなく、他の方法を用いてもよい。
【０１０１】
なおここでは、補助情報として位置情報のみ、または位置情報と係数情報のみを符号化したが、これに限ったものでなくてよく、スケールファクター、量子化値、スペクトルのサイン情報及びノイズ生成方法等を符号化してもよい。またこれらを２つ以上組み合わせて符号化してもよい。
また、低域部側のスペクトルデータを高域部側のスペクトルデータとしてコピーしているが、これに限らず、高域部側のスペクトルデータは第２の符号化情報のみから生成してもよい。
【０１０２】
図１４は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（サイン情報）の具体例を示すスペクトル波形図である。また、図１５は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（サイン情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【０１０３】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、各スケールファクターバンドのあらかじめ定めた位置、例えばスケールファクターバンド中央におけるスペクトルデータのサイン情報を以下の手順に従って特定する（Ｓ４１）。
【０１０４】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の最初のスケールファクターバンドの中央位置におけるスペクトルデータのサイン情報を調べ（Ｓ４２）、その値を保持する。例えば、最初のスケールファクターバンドの中央位置におけるスペクトルデータのサイン符号は、「＋」である。第２の量子化部１３３は、この符号「＋」を１ビットの値「１」で表して保持する。また、この符号が「−」であった場合は、「０」で表して保持する。
【０１０５】
最初のスケールファクターバンドについて、スケールファクターバンドの中央位置におけるスペクトルデータのサイン情報が保持されると（Ｓ４３）、第２の量子化部１３３は、次のスケールファクターバンドについて、中央位置におけるスペクトルデータの符号を調べる（Ｓ４２）。例えば、調べられた符号が「＋」であったとすると、第２の量子化部１３３は、２番めのスケールファクターバンドの中央位置におけるスペクトルデータのサイン情報として「１」を保持する。
【０１０６】
以下同様にして、第２の量子化部１３３は、高域部における３番目のスケールファクターバンド中央位置におけるスペクトルデータの符号「＋」を調べ、そのサイン情報「１」を保持するとともに、４番目のスケールファクターバンド中央位置におけるスペクトルデータの符号「＋」を調べ、そのサイン情報「１」を保持する。
【０１０７】
このようにして、高域部のすべてのスケールファクターバンドについて、中央位置のスペクトルデータのサイン情報が保持されると（Ｓ４３）、第２の量子化部１３３は、保持していた各スケールファクターバンドのサイン情報を、高域部の補助情報として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【０１０８】
以上のようにして第２の量子化部１３３によって補助情報（サイン情報）が生成されるが、この補助情報（サイン情報）は、５１２点のスペクトルデータで表されていた高域部を、４つのスケールファクターバンドにつき、それぞれ１ビットのサイン情報で表しており、非常に短いデータ長で高域部のスペクトルを表すことができる。
【０１０９】
この場合、復号化装置２００において、第２の逆量子化部２２４は、低域部の５１２サンプル分のスペクトルデータの一部または全部を高域部側スペクトルとしてコピーし、第２の復号化部２２３から入力されたサイン情報に応じて、あらかじめ定められた位置のスペクトルデータの符号を決定する。
【０１１０】
なお、ここでは、高域部の各スケールファクターバンド中央位置の符号を表したサイン情報を補助情報（サイン情報）としたが、スケールファクターバンド中央の位置に限定されず、例えば、各ピーク位置のサイン情報であっても良いし、スケールファクターバンド先頭のサイン情報であっても良いし、それ以外の所定の位置でもよい。
【０１１１】
またここでは、伝送する符号（サイン情報）に対応するスペクトルデータの位置はあらかじめ定めたものになっているが、これは第１の逆量子化部２２２の出力に応じて変更してもよいし、各スケールファクターバンドのサイン情報がどの位置のサイン情報であるかを示す位置情報を、第２の符号化情報に付加して伝送してもよい。
【０１１２】
また第２の逆量子化部２２４においては、必要に応じてコピーしたスペクトルデータの振幅を調整する。振幅の調整は、各スペクトルデータにあらかじめ決められた係数、例えばその値を「０．５」として、その係数を乗じることで達成できる。
この係数は固定値でもよいし、帯域ごとに、あるいはスケールファクターバンドごとに変更してもよいし、第１の逆量子化部２２２より出力されるスペクトルデータに応じて変更してもよい。また振幅調整方法はこれに限ったものではなく、他の方法を用いてもよい。
【０１１３】
なおここでは、あらかじめ定めた係数を用いたが、この係数の値を補助情報として第２の符号化情報に付加してもよい。また、その係数としてスケールファクター値を第２の符号化情報に付加してもよいし、係数として量子化値を第２の符号化情報に付加してもよい。
【０１１４】
さらにここでは、補助情報としてサイン情報のみ、またはサイン情報と係数情報とのみ、またはサイン情報と位置情報とのみ、またはサイン情報と位置情報と係数情報とのみを符号化したが、これに限ったものでなく、量子化値、スケールファクター、特徴的なスペクトルの位置情報、及びノイズ生成方法等を符号化してもよい。またこれらを２つ以上組み合わせて符号化してもよい。
【０１１５】
なお本実施の形態においては、低域部側のスペクトルデータを高域部側のスペクトルデータとしてコピーしているが、これに限らず、高域部側のスペクトルデータは第２の符号化情報のみから生成してもよい。
なお、上記では、この符号「＋」を１ビットの値「１」で表し、符号「−」をで「０」で表したが、補助情報（サイン情報）における符号の表し方は、これに限定されず、他の値で表してもよい。
【０１１６】
図１６は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（コピー情報）の作成方法の一例を示すスペクトル波形図である。図１６（ａ）は、高域部の最初のスケールファクターバンドにおけるスペクトルを示す波形図である。図１６（ｂ）は、補助情報（コピー情報）によって特定される低域部のスペクトル波形の一例を示す波形図である。また、図１７は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（コピー情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【０１１７】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、そのスケールファクターバンド先頭からのピークの位置ｎ（先頭からｎ番目）に対し、低域部においてスケールファクターバンド先頭からのピークの位置がｎに最も近い値となるスケールファクターバンドの番号Ｎを、以下の手順に従って特定する（Ｓ５１）。
【０１１８】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える高域部の最初のスケールファクターバンドにおける絶対最大スペクトルデータ（ピーク）の位置ｎを特定する（Ｓ５２）。その結果、例えば、図１６（ａ）に示すように、特定されたピークの位置が▲１▼で、そのスペクトルがこのスケールファクターバンドのｎ＝２２のスペクトルデータであったとする。
【０１１９】
第２の量子化部１３３は、スペクトルの周波数が再生帯域１１．０２５ｋＨｚ以下の低域部におけるスペクトルのすべての（正負の両方を含む）ピークの位置を特定する（Ｓ５３）。
次いで、第２の量子化部１３３は、低域部で特定されたすべてのピークについて、ピークからスケールファクターバンドの先頭までの位置がｎに最も近いスケールファクターバンドをサーチし、そのスケールファクターバンドの番号Ｎと、そのサーチの方向とピークのサイン情報とを特定する（Ｓ５４）。
【０１２０】
具体的には、第２の量子化部１３３は、特定された（正負の両方を含む）全ピークにつき、低周波側のピークから順次、そのピークからの位置がｎに最も近いスケールファクターバンドの先頭をサーチする。サーチの方向は、ピークからさらに低周波の方向に向かってサーチする場合（１）と、ピークからさらに高周波の方向に向かってサーチする場合（２）との２通りがある。また、高域部のピークと正負の符号が反転している低域部のピークについても、ピークからさらに低周波の方向に向かってサーチする場合（３）と、ピークからさらに高周波の方向に向かってサーチする場合（４）との２通りがある。
【０１２１】
これらのうち、サーチ方向が（２）と（４）の場合には、このピーク情報に基づいて低域部のスペクトル波形をコピーした場合には、図１６（ｂ）に示すように高域部のピークの位置と低域部のピークの位置とがスケールファクターバンド内で左右（周波数軸方向）に反転した波形がコピーされるため、例えば（１）と（３）とのサーチ方向を順方向とし、（２）と（４）とを逆方向として、サーチ方向の順逆を表す情報を添付することが必要である。また、サーチ方向が（３）と（４）との場合は、図１６（ｂ）に示すように高域部のピークの位置と低域部のピークの位置とが上下（縦軸方向）に反転した波形がコピーされるため、高域部のピーク値と低域部のピーク値との正負の符号が反転しているか否かを示す情報を添付することが必要である。
【０１２２】
第２の量子化部１３３は、低域部で特定されたピークが正の値をとるピークであれば（１）と（２）とのサーチ方向で、低域部で特定されたピークが負の値をとるピークであれば（３）と（４）との合わせて４通りの方向についてサーチを行い、そのサーチ結果のうち、ピークからの位置がｎに最も近いスケールファクターバンドの番号を特定する。この場合、あらかじめｎとの誤差範囲を所定の値、例えば「５」に設定しておき、前記４通りのサーチ結果のうちから、ピークからの位置がｎに最も近いスケールファクターバンドを選択して、そのスケールファクターバンドの番号Ｎを特定する。併せて、高域部のピーク値と低域部のピーク値との正負の符号が反転しているか否かを示すサイン情報と、サーチ方向の順逆を表す情報とを特定する。
【０１２３】
例えば、サーチ方向（１）では、図１７（ｂ）の（１）に示すような低域部のスペクトルに対応して、ピークからの位置の誤差「１」で、スケールファクターバンドの番号Ｎ＝３が特定されたとする。また、サーチ方向（２）では、図１７（ｂ）の（２）に示すような低域部のスペクトルに対応して、ピークからの位置の誤差「５」で、スケールファクターバンドの番号Ｎ＝１８が特定されたとし、同様に、サーチ方向（３）では、図１７（ｂ）の（３）に示すような低域部のスペクトルに対応して、誤差「４」で、スケールファクターバンドの番号Ｎ＝１２、サーチ方向（４）では、図１７（ｂ）の（４）に示すような低域部のスペクトルに対応して、誤差「２」で、スケールファクターバンドの番号Ｎ＝１０が特定されたとする。第２の量子化部１３３は、特定されたスケールファクターバンドの番号４つのうち、ピークからの位置の誤差が「１」で、ピークからの位置がｎに最も近いスケールファクターバンドの番号Ｎ＝３を選択する。これと併せて、低域部のピークの符号「＋」を表すサイン情報「１」と、ピークからさらに低周波の方向に向かってサーチしたことを表すサーチ方向情報「１」とを生成する。この場合、ピークの符号が「−」であればサイン情報を「０」とし、ピークからさらに高周波の方向に向かってサーチした場合は、サーチ方向情報を「０」として表す。
【０１２４】
高域部の最初のスケールファクターバンドについて、スケールファクターバンドの番号Ｎ＝３とサイン情報「１」とサーチ方向情報「１」とが特定されると（Ｓ５５）、第２の量子化部１３３は、上記と同様にして次のスケールファクターバンドについて、スケールファクターバンドの番号Ｎとそのサイン情報とそのサーチ方向情報とを特定する。
【０１２５】
このようにして、高域部のすべてのスケールファクターバンドについて、そのスケールファクターバンドにおける先頭からのピークの位置ｎに対し、スケールファクターバンド先頭からのピークの位置がｎに最も近い値となる低域部のスケールファクターバンドの番号Ｎとそのサイン情報とそのサーチ方向情報とが特定されると（Ｓ５５）、第２の量子化部１３３は、特定された高域部の各スケールファクターバンドに対応する低域部のスケールファクターバンドの番号Ｎとサイン情報とサーチ方向情報とを高域部の補助情報（コピー情報）として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【０１２６】
この場合、復号化装置２００において、第１の符号化信号を従来の手順に従って復号化すると、低域部側の５１２サンプルのスペクトルデータが得られる。第２の逆量子化部２２４では、第２の復号化部２２３から出力されたスケールファクターバンド番号に該当するスペクトルデータの一部または全部を高域部側スペクトルとしてコピーする。また第２の逆量子化部２２４においては、必要に応じてコピーしたスペクトルデータの振幅を調整する。振幅の調整は、各スペクトルにあらかじめ決められた係数、例えばその値を「０．５」として、その係数を乗じることで達成できる。
【０１２７】
この係数は固定値でもよいし、帯域ごと、スケールファクターバンドごとに変更してもよいし、第１の逆量子化部２２２より出力されるスペクトルデータに応じて変更してもよい。
【０１２８】
なおここでは、振幅の調整に、あらかじめ定めた係数を用いたが、この係数の値を補助情報として第２の符号化情報に付加してもよい。また係数としてスケールファクター値を第２の符号化情報に付加してもよいし、係数として量子化値を第２の符号化情報に付加してもよい。また振幅調整方法はこれに限ったものではなく、他の方法を用いてもよい。
【０１２９】
なお、ここでは、高域部の補助情報（コピー情報）としてスケールファクターバンドの番号Ｎのほかにそのサイン情報とサーチ方向情報とを抽出したが、高域部について伝送可能な情報量に応じて、サイン情報とサーチ方向情報とは省略してもよい。また、サイン情報は、低域部のピークの符号が「＋」であれば「１」、「−」であれば「０」とし、サーチ方向情報は、ピークからさらに低周波の方向に向かってサーチした場合は「１」、ピークからさらに高周波の方向に向かってサーチした場合は「０」として表したが、サイン情報における低域部のピークの符号及びサーチ方向情報のサーチ方向の表し方は、それぞれこれらに限定されず、他の値で表してもよい。
【０１３０】
また、ここでは、低域部において特定された各ピークの位置からその距離がｎに最も近い値となるスケールファクターバンドの先頭をサーチしたが、本発明はこの例に限定されず、低域部の各スケールファクターバンド先頭からその距離がｎに最も近い値となるピークをサーチしてもよい。
【０１３１】
図１８は、図１に示した第２の量子化部１３３によって生成される補助情報（コピー情報）の作成方法の第２の例を示すスペクトル波形図である。図１９は、図１に示した第２の量子化部１３３の補助情報（コピー情報）の第２の計算処理における動作を示すフローチャートである。
【０１３２】
第２の量子化部１３３は、再生帯域１１．０２５ｋＨｚを超える再生帯域２２．０５ｋＨｚまでの高域部のすべてのスケールファクターバンドにつき、そのスケールファクターバンド内の全スペクトルとのスペクトルの差分（エネルギー差）が最小となる低域部のスケールファクターバンドの番号Ｎを、以下の手順に従って特定する（Ｓ６１）。ただし、低域部において高域部との差分をとるスペクトルの個数は、高域部のスケールファクターバンド内のスペクトルの個数と等しくとり、特定されるスケールファクターバンドの番号Ｎは、そのスペクトルの先頭のスケールファクターバンドの番号とする。
【０１３３】
第２の量子化部１３３は、低域部のすべてのスケールファクターバンドにつき（Ｓ６２）、そのスケールファクターバンドの先頭から高域部のスケールファクターバンド内のスペクトルデータと同数のスペクトルデータからなる周波数の幅で、高域部のスペクトルと低域部のスペクトルとの差分を求める（Ｓ６３）。例えば、図１８に示す波形図において、高域部の最初のスケールファクターバンドが、スペクトルデータ数＝４８のスケールファクターバンドであったとすると、第２の量子化部１３３は、低域部の番号Ｎ＝１のスケールファクターバンドの先頭から４８個のスペクトルデータにつき、順次、高域部と低域部とのスペクトルの差分を求める。
【０１３４】
第２の量子化部１３３は、高域部のスケールファクターバンドと同数のスペクトルについて、高域部と低域部とのスペクトルの差分が求められると（Ｓ６５）、その値を保持し、次の低域部のスケールファクターバンドの先頭から、高域部のスケールファクターバンド内のスペクトルと同数のスペクトルデータの周波数の幅で、高域部スペクトルと低域部スペクトルとの差分を求める（Ｓ６４）。例えば、低域部の番号Ｎ＝１のスケールファクターバンドの先頭から４８個のスペクトルデータの幅で、スペクトルの差分が求められると、求められた差分の値を保持しておき、低域部の番号Ｎ＝２のスケールファクターバンドの先頭から４８個のスペクトルデータの幅で、スペクトルの差分を求める。以下同様に、低域部の番号Ｎ＝３のスケールファクターバンド、番号Ｎ＝４のスケールファクターバンド、・・・、番号Ｎ＝２８（低域部の最後）のスケールファクターバンドというように、低域部のすべてのスケールファクターバンドについて、順次、高域部と低域部との４８個のスペクトルデータ同士の差分を合計してスペクトルの差分を求める。
【０１３５】
低域部のすべてのスケールファクターバンドについて、そのスケールファクターバンドの先頭から、高域部のスケールファクターバンド内のスペクトルデータと同数のスペクトルデータの幅で、高域部スペクトルと低域部スペクトルとの差分が求められると（Ｓ６４）、第２の量子化部１３３は、求められた差分が最小となるスケールファクターバンドの番号Ｎを特定する（Ｓ６５）。例えば、図１９に示すスペクトル波形図において、低域部の番号Ｎ＝８のスケールファクターバンドが特定されたとする。このことは、低域部の斜線で示す部分のスペクトルは、高域部の斜線で示す部分のスペクトルとの差分が最も少なく、スペクトル同士のエネルギー差が最も小さいことを示している。すなわち、番号Ｎ＝８のスケールファクターバンドの先頭から４８個のスペクトルデータは、１１．０２５ｋＨｚから始まる高域部の最初のスケールファクターバンドにコピーした場合、図１９の高域部に一点鎖線で示す波形となり、オリジナルのスペクトルに対して近似的に、高域部の当該スケールファクターバンド内のエネルギーを表すことができる。
【０１３６】
第２の量子化部１３３は、高域部のスケールファクターバンドにつき、スペクトルの差分が最小となる低域部スケールファクターバンドの番号Ｎを特定すると、特定されたスケールファクターバンドの番号Ｎを保持し、上記と同様にして、次の高域部のスケールファクターバンドにつき、該当するスケールファクターバンドの番号Ｎを特定する（Ｓ６６）。以下、高域部の各スケールファクターバンドにつき、順次この処理を繰り返し、すべての高域部のスケールファクターバンドにいて、スペクトルの差分が最小となる低域部スケールファクターバンドの番号Ｎを特定すると、保持していた低域部のスケールファクターバンドの番号Ｎを、高域部の補助情報（コピー情報）として第２の符号化部１３４に出力し、処理を終了する。
【０１３７】
なお、この場合、復号化装置２００における低域側スペクトルのコピー方法及び振幅調整方法は、図１６と図１７とを用いて説明した補助情報（コピー情報）の場合と同様である。
【０１３８】
また、図１９のフローチャートでは高域部と低域部とのエネルギー差を計算する際に、同符号、かつ、周波数軸上の同方向に計算したが、本発明の符号化装置はこれに限定されず、図１６と図１７とを用いて説明したように、以下の３通りの方法のいずれかを用いて高域部と低域部とのエネルギー差を計算してもよい。▲１▼高域部と低域部との各スペクトルデータの値を、同符号で、かつ、低周波側から高周波側に向かって順次選択される高域部スペクトルデータに対し、低域部スケールファクターバンドの先頭から高域部と同数のスペクトルデータについて高周波側から低周波側に向かって（すなわち周波数軸上の逆方向に）スペクトルデータを順次選択し、差分を計算する。▲２▼低域部スペクトルの符号を反転し（マイナスをかけ）、かつ、周波数軸上の同方向に計算する。▲３▼低域部スペクトルの符号を反転し（マイナスをかけ）、かつ、周波数軸上の逆方向に計算する。また、これら４つのすべての方法で計算を行った後、これらのうちのエネルギー差が最小となる低域部スペクトルのスケールファクターバンドの番号Ｎを補助情報としてもよい。この場合には、エネルギー差が最小となる低域部スペクトルを高域部に正しくコピーするために、低域部スペクトルと高域部スペクトルとの符号の関係を示す情報と、高域部に低域部スペクトルをコピーする周波数軸上の方向を示す情報とを、スケールファクターバンドごとに補助情報に含める。低域部スペクトルと高域部スペクトルとの符号の関係を示す情報は、例えば、同符号で差分をとった場合を「１」、逆符号で差分をとった場合を「０」として１ビットで表される。また、低域部スペクトルを高域部にコピーする場合の周波数軸上の方向を示す情報は、例えば、順方向にコピーする場合、すなわち、高域部と低域部とにおいてスペクトルデータを選択する方向が順方向だった場合を「１」、逆方向にコピーする場合、すなわち、高域部と低域部とにおいてスペクトルデータを選択する方向が逆方向だった場合を「０」として１ビットで表される。
【０１３９】
図２０は、図１に示した第２の逆量子化部２２４によって低域部５１２スペクトルが順方向に高域部にコピーされる手順を示すフローチャートである。図２０において、ｉｎｖ＿ｓｐｅｃ１［ｉ］は、第１の逆量子化部２２２の出力データのうちのｉ番目のスペクトルの値を示し、ｉｎｖ＿ｓｐｅｃ２［ｊ］は、第２の逆量子化部２２４の入力データのうちのｊ番目のスペクトルの値を示している。
【０１４０】
まず、第２の逆量子化部２２４は、０番目のスペクトルから５１１番目のスペクトルまでを同方向に入力するため、スペクトルの数をカウントするカウンタｉ、ｊの初期値をそれぞれ「０」にセットする（Ｓ７１）。次いで、第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉの値が「５１２」未満であるか否かを調べ（Ｓ７２）、カウンタｉの値が「５１２」未満であれば、第１の逆量子化部２２２の低域部ｉ番目（この場合、０番目）のスペクトルの値を、第２の逆量子化部２２４の高域部ｊ番目（この場合、０番目）のスペクトルの値として入力する（Ｓ７３）。この後、第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉ、ｊの値をそれぞれ「１」だけインクリメントし（Ｓ７４）、カウンタｉの値が「５１２」未満であるか否かを調べる（Ｓ７２）。
【０１４１】
第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉの値が「５１２」未満である間、上記処理を繰り返し、カウンタｉの値が「５１２」以上になると、処理を終了する。この結果、第１の逆量子化部２２２の逆量子化結果である０〜５１１番目の低域部の全スペクトルが、そのまま第２の逆量子化部２２４の高域部のスペクトルとしてコピーされる。
【０１４２】
図２１は、図１に示した第２の逆量子化部２２４によって低域部５１２スペクトルが周波数軸方向の逆方向に高域部にコピーされる手順を示すフローチャートである。図２０と同様、図２１において、ｉｎｖ＿ｓｐｅｃ１［ｉ］は、第１の逆量子化部２２２の出力データのうちのｉ番目のスペクトルの値を示し、ｉｎｖ＿ｓｐｅｃ２［ｊ］は、第２の逆量子化部２２４の入力データのうちのｊ番目のスペクトルの値を示している。
【０１４３】
まず、第２の逆量子化部２２４は、０番目のスペクトルから５１１番目のスペクトルまでを逆方向に入力するため、スペクトルの数をカウントするカウンタｉの初期値を「０」に、ｊの初期値を「５１１」にセットする（Ｓ８１）。次いで、第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉの値が「５１２」未満であるか否かを調べ（Ｓ８２）、カウンタｉの値が「５１２」未満であれば、第１の逆量子化部２２２の低域部ｉ番目（この場合、０番目）のスペクトルの値を、第２の逆量子化部２２４の高域部ｊ番目（この場合、５１１番目）のスペクトルの値として入力する（Ｓ８３）。この後、第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉの値を「１」だけインクリメントし、ｊの値を「１」だけデクリメントして（Ｓ８４）、カウンタｉの値が「５１２」未満であるか否かを調べる（Ｓ８２）。
【０１４４】
第２の逆量子化部２２４は、カウンタｉの値が「５１２」未満である間、上記処理を繰り返し、カウンタｉの値が「５１２」以上になると、処理を終了する。この結果、第１の逆量子化部２２２の逆量子化結果である０〜５１１番目の低域部の全スペクトルが、第２の逆量子化部２２４の高域部の５１１〜０番目のスペクトルとして逆方向にコピーされる。
【０１４５】
なおここでは、第２の逆量子化部２２４は低域部における全てのスペクトルデータを高域部にコピーしたが、一部のみコピーしてもよい。また高域部と低域部の全体を一度にコピーする手順として図２０及び図２１の場合を例として挙げたが、一部図２０のようにコピーし、一部図２１のようにコピーしてもよい。また、さらに、それらの一部、または全部を正負の符号を反転してコピーしてもよい。
【０１４６】
またこれらのコピー手順は、あらかじめ決めておいてもよいし、低域部のデータに応じて変更してもよいし、補助情報として伝送してもよい。
なおここでは、低域部側のスペクトルデータを高域部側のスペクトルデータとしてコピーしているが、これに限らず、高域部側のスペクトルデータは第２の符号化情報のみから生成してもよい。
【０１４７】
なお本実施の形態においては、全スペクトルデータのうち低域部側の５１２サンプルを第１の符号化信号として符号化し、残りを第２の符号化信号として符号化したがその配分はこれに限定されるものではない。
なお本実施の形態においては、第２の逆量子化部２２４におけるノイズ生成として、主として第１の逆量子化部２２２から得られるスペクトルデータをコピーする場合について説明したが、これに限ったものでなく、高域の各スケールファクターバンド内において一定値を持つスペクトルデータ、ホワイトノイズ、及びピンクノイズなどを、第２の逆量子化部２２４で独自に生成してもよいし、補助情報に応じて生成してもよい。
【０１４８】
なお本実施の形態においては、第２の符号化信号として、各スケールファクターバンドに１つの補助情報を符号化しているが、２つ以上のスケールファクターバンド毎に１つの補助情報を符号化してもよいし、１つのスケールファクターバンドに２つ以上の補助情報を符号化してもよい。
なお本実施の形態における補助情報は、チャンネル毎に補助情報を符号化してもよいし、２つ以上のチャンネルに対して１つの補助情報を符号化してもよい。
【０１４９】
なお本実施の形態においては、符号化装置１００における量子化部及び符号化部はそれぞれ２つとしたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の量子化部及び復号化部を備えてもよい。
なお本実施の形態においては、復号化装置２００における復号化部及び逆量子化部はそれぞれ２つとしたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の復号化部及び逆量子化部を備えてもよい。
【０１５０】
なお、本実施の形態においては、変換部１２０が、変換後のスペクトルデータを、独自に定めた区切り方及び数のスケールファクターバンドに分類した場合について説明したが、本発明の符号化装置はこれに限定されず、変換部は変換後のスペクトルデータをＭＰＥＧ−２  ＡＡＣの規格に従ったスケールファクターバンドに分類してもよい。このように規格に従ったスケールファクターバンドに分類しておくことによって、従来の復号化装置４００においても、本発明の符号化装置１００によって符号化されたビットストリームを支障なく復号化して、従来どおりのデジタル音響出力データを得ることができる。
【０１５１】
以上の処理は、ハードウェアはもちろん、ソフトウェアでも実現でき、また、１部をハードウェア、残りをソフトウェアで実現するという構成でもよい。
なお、本実施の形態においては、サンプリング周波数を４４．１ｋＨｚとし、１フレームを１０２４サンプルのデジタル音響データとして説明したが、本発明の符号化装置及び復号化装置はこれに限定されず、サンプリング周波数は何Ｈｚであってもよい。
【０１５２】
本発明の符号化装置は、入力された音響信号を符号化する符号化装置であって、一定時間分の入力音響信号を変換して得られる複数のグループに分けられたスペクトルデータから、前記各グループ内のスペクトルデータを正規化する正規化係数と、前記正規化係数を用いて前記各グループ内の前記各スペクトルデータを量子化して得られる量子化値と、前記各スペクトルデータの正負を表す正または負の符号と、前記各スペクトルデータの周波数軸上の位置とを含む４種類の情報で表された周波数の低域部データを符号化する第１符号化手段と、周波数高域部の前記各グループにおける前記スペクトルデータに近似した低域部スペクトルデータを特定する情報と、特定された前記低域部スペクトルデータを整形するための情報として、高域部スペクトルデータの特徴を、前記４種類の情報のうち、１種類以上３種類以下の情報で表した整形のための情報とを含む補助情報を生成する補助情報生成手段と、生成された前記補助情報を符号化する第２符号化手段と、前記第１符号化手段によって符号化されたデータと、前記第２符号化手段によって符号化されたデータとを出力する出力手段とを備えることを特徴とする。本発明の上記符号化装置において、補助情報生成手段は、一定時間分の入力音響信号を変換して得られる複数のグループに分けられたスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を、低域部より少ない情報で表した補助情報を生成し、第２符号化手段は、生成された前記補助情報を符号化する。
【０１５３】
従って、本発明の符号化装置によれば、高域部のスペクトルデータをそのまま量子化及び符号化するのではなく、周波数の高域部の特徴を、低域部より少ないパラメータで表した補助情報を符号化するので、低域部と比べて非常に少ないデータ量で周波数の高域部のスペクトルを符号化することができるという効果がある。また、従来のＭＰＥＧ−２  ＡＡＣでは、全帯域の音響信号の符号化を低域部と高域部とで同じ方式で行っていたため、低転送レートでの高域部の伝送は困難であったが、本発明の符号化装置によれば、符号化後の情報量を大幅に増加させることなく高域部の情報を伝送することができるので、これを復号する復号化装置では、従来の復号化装置よりも高域部の豊かな高音質な音響信号を復号化することができるという効果がある。
【０１５４】
また、本発明の符号化装置において、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の前記各グループにおいて、ピークとなるスペクトルデータを量子化したとき、その値が一定値となるよう計算された前記正規化係数を前記整形のための情報として生成するとしてもよい。
また、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の前記各グループにおいてピークとなるスペクトルデータを、前記各グループに共通の正規化係数を用いて量子化し、その量子化値を前記整形のための情報として生成するとしてもよい。
【０１５５】
従って、本発明の符号化装置によれば、高域部の各グループ（スケールファクターバンド）につき、それぞれ１つの正規化係数またはピークとなるスペクトルデータの量子化値を補助情報として生成するので、１つの正規化係数または量子化値を表すためにある程度のビット数、例えば８ビットを割り当てたとしても、補助情報のデータ量はわずかである。従って、少ないデータ量で高域部のグループごとに、スペクトルデータの大まかな最大振幅を表すことができる。これにより、本発明の符号化装置によれば、たとえ低転送レートの伝送路であっても、従来と比べてわずかな伝送量の増加で、原音の特徴を備えた高域部音響信号を生成するための情報を伝送することができるので、これを復号化する復号化装置においては、より原音に忠実な音響信号を復元できるという効果がある。
【０１５６】
また、本発明の符号化装置において、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部に属する各グループにおいて、ピークとなるスペクトルデータの周波数位置を前記整形のための情報として生成するとしてもよい。
また、前記スペクトルデータはＭＤＣＴ係数であって、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の所定周波数位置におけるスペクトルデータの正負を示す符号を前記整形のための情報として生成するとしてもよい。
【０１５７】
従って、本発明の符号化装置によれば、ピークとなるスペクトルデータの周波数位置、あるいは高域部の所定の周波数位置におけるスペクトルデータの正負の符号によって、少ないデータ量で高域部の各グループ（スケールファクターバンド）における大まかなスペクトルの形状を表すことができるので、コピーされたスペクトルデータが高域部のスペクトルにより精度よく近似するよう整形することができるという効果がある。
【０１５８】
また、本発明の符号化装置において、前記補助情報生成手段は、複数のグループに分けられた前記スペクトルデータにつき、高域部の各グループにおいて、当該グループ内のスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を前記低域部スペクトルデータを特定する情報として生成するとしてもよい。
【０１５９】
従って、本発明の符号化装置によれば、高域部スペクトルとよく似た形状のスペクトルが低域部にあった場合には、その低域部のスペクトルを特定して高域部にコピーするだけでよいので、非常に少ないデータ量で高域部スペクトルをより忠実に表すことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における符号化装置及び復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態の他の構成例である符号化装置及び復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示した符号化装置において処理される音響信号の状態変化を示す図である。
【図４】図１に示したストリーム出力部によって補助情報が格納されるビットストリーム中の位置を示す図である。
【図５】図１に示したストリーム出力部が補助情報を格納する場合の他の例を示す図である。
【図６】図１に示した第１の量子化部のスケールファクター決定処理における動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示した第１の量子化部の他のスケールファクター決定処理における動作を示すフローチャートである。
【図８】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（スケールファクター）の具体例を示すスペクトル波形図である。
【図９】図１に示した第２の量子化部の補助情報（スケールファクター）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（量子化値）の具体例を示すスペクトル波形図である。
【図１１】図１に示した第２の量子化部の補助情報（量子化値）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（位置情報）の具体例を示すスペクトル波形図である。
【図１３】図１に示した第２の量子化部の補助情報（位置情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（サイン情報）の具体例を示すスペクトル波形図である。
【図１５】図１に示した第２の量子化部の補助情報（サイン情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（コピー情報）の作成方法の一例を示すスペクトル波形図である。
【図１７】図１に示した第２の量子化部の補助情報（コピー情報）計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１に示した第２の量子化部によって生成される補助情報（コピー情報）の作成方法の第２の例を示すスペクトル波形図である。
【図１９】図１に示した第２の量子化部の補助情報（コピー情報）の第２の計算処理における動作を示すフローチャートである。
【図２０】図１に示した第２の逆量子化部によって低域部５１２スペクトルが順方向に高域部にコピーされる手順を示すフローチャートである。
【図２１】図１に示した第２の逆量子化部によって低域部５１２スペクトルが周波数軸方向の逆方向に高域部にコピーされる手順を示すフローチャートである。
【図２２】従来のＭＰＥＧ−２  ＡＡＣ方式による符号化装置及び復号化装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００    符号化装置
１１０    音響信号入力部
１２０    変換部
１３１    第１の量子化部
１３２    第１の符号化部
１３３    第２の量子化部
１３４    第２の符号化部
１４０    ストリーム出力部
２００    復号化装置
２１０    ストリーム入力部
２２１    第１の復号化部
２２２    第１の逆量子化部
２２３    第２の復号化部
２２４    第２の逆量子化部
２２５    逆量子化データ合成部
２３０    逆変換部
２４０    音響信号出力部
１５２    逆量子化部
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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