(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ信号を構成する複数のチャネル信号を用いてモノラル信号を生成するモノラル信号生成手段と、
前記モノラル信号を符号化して音源パラメータを生成する第１符号化手段と、
前記チャネル信号と前記モノラル信号とを用いて第１モノラル類似信号を生成するモノラル類似信号生成手段と、
前記音源パラメータと前記第１モノラル類似信号とを用いて合成信号を生成する合成手段と、
前記合成信号と前記第１モノラル類似信号とを用いて歪み最小化パラメータを生成する第２符号化手段と、
を具備するスケーラブル符号化装置。
【請求項２】
前記モノラル信号生成手段は、
前記複数のチャネル信号の平均を前記モノラル信号とする、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項３】
前記第１符号化手段は、
前記モノラル信号をＣＥＬＰ符号化して前記音源パラメータを生成する、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項４】
前記モノラル類似信号生成手段は、
前記チャネル信号および前記モノラル信号の波形上の差に関する情報を求める、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項５】
前記波形上の差に関する情報は、
エネルギーおよび遅延時間の双方または一方に関する情報である、
請求項４記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項６】
前記モノラル類似信号生成手段は、
前記波形上の差に関する情報を用いて、前記チャネル信号の波形と前記モノラル信号の波形との誤差を小さくする、
請求項４記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項７】
前記合成手段は、
前記第１モノラル類似信号を用いてフィルタ係数を算出し、前記音源パラメータを用いて駆動音源を生成し、前記フィルタ係数と前記駆動音源とを用いてＬＰＣ合成を行うことで合成信号を生成する、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項８】
前記合成手段は、
前記複数のチャネル信号に対し、前記音源パラメータを共通に用いて、各チャネル信号に対応する合成信号を生成する、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項９】
前記第２符号化手段は、
前記合成信号を用いて第２モノラル類似信号を生成し、前記第１モノラル類似信号と前記第２モノラル類似信号との差を最小化する前記歪み最小化パラメータを生成する、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項１０】
前記第２符号化手段は、
前記歪み最小化パラメータの候補を予め記憶している、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項１１】
前記第２符号化手段は、
前記複数のチャネル信号に対応する複数の前記歪み最小化パラメータの候補を、前記複数のチャネル間で組にして予め記憶している、
請求項１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項１２】
前記第２符号化手段は、
前記歪み最小化パラメータの候補から、各チャネル信号ごとに前記合成信号と前記モノラル類似信号との歪みをそれぞれ求め、これらの前記歪みの総和を最小化する前記歪み最小化パラメータの組を求める、
請求項１１記載のスケーラブル符号化装置。
【請求項１３】
請求項１記載のスケーラブル符号化装置を具備する通信端末装置。
【請求項１４】
請求項１記載のスケーラブル符号化装置を具備する基地局装置。
【請求項１５】
ステレオ信号を構成する複数のチャネル信号を用いてモノラル信号を生成するステップと、
前記モノラル信号を符号化して音源パラメータを生成するステップと、
前記チャネル信号と前記モノラル信号とを用いて第１モノラル類似信号を生成するステップと、
前記音源パラメータと前記第１モノラル類似信号とを用いて合成信号を生成するステップと、
前記合成信号と前記第１モノラル類似信号とを用いて歪み最小化パラメータを生成するステップと、
を具備するスケーラブル符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ信号に対し符号化を施すスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機による通話のように、移動体通信システムにおける音声通信では、現在、モノラル方式による通信（モノラル通信）が主流である。しかし、今後、第４世代の移動体通信システムのように、伝送レートのさらなる高ビットレート化が進めば、複数チャネルを伝送するだけの帯域を確保できるようになるため、音声通信においてもステレオ方式による通信（ステレオ通信）が普及することが期待される。
【０００３】
例えば、音楽をＨＤＤ（ハードディスク）搭載の携帯オーディオプレーヤに記録し、このプレーヤにステレオ用のイヤホンやヘッドフォン等を装着してステレオ音楽を楽しむユーザが増えている現状を考えると、将来、携帯電話機と音楽プレーヤとが結合し、ステレオ用のイヤホンやヘッドフォン等の装備を利用しつつ、ステレオ方式による音声通信を行うライフスタイルが一般的になることが予想される。また、最近普及しつつあるＴＶ会議等の環境において、臨場感ある会話を可能とするため、やはりステレオ通信が行われるようになることが予想される。
【０００４】
一方、移動体通信システム、有線方式の通信システム等においては、システムの負荷を軽減するため、伝送される音声信号を予め符号化することにより伝送情報の低ビットレート化を図ることが一般的に行われている。そのため、最近、ステレオ音声信号を符号化する技術が注目を浴びている。例えば、cross-channel predictionを使って、ステレオ音声信号のＣＥＬＰ符号化の重み付けされた予測残差信号の符号化効率を高める符号化技術がある（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、ステレオ通信が普及しても、依然としてモノラル通信も行われると予想される。何故なら、モノラル通信は低ビットレートであるため通信コストが安くなることが期待され、また、モノラル通信のみに対応した携帯電話機は回路規模が小さくなるため安価となり、高品質な音声通信を望まないユーザは、モノラル通信のみに対応した携帯電話機を購入するだろうからである。よって、一つの通信システム内において、ステレオ通信に対応した携帯電話機とモノラル通信に対応した携帯電話機とが混在するようになり、通信システムは、これらステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応する必要性が生じる。さらに、移動体通信システムでは、無線信号によって通信データをやりとりするため、伝搬路環境によっては通信データの一部を失う場合がある。そこで、通信データの一部を失っても残りの受信データから元の通信データを復元することができる機能を携帯電話機が有していれば非常に有用である。
【０００６】
ステレオ通信およびモノラル通信の双方に対応することができ、かつ、通信データの一部を失っても残りの受信データから元の通信データを復元することができる機能として、ステレオ信号とモノラル信号とからなるスケーラブル符号化がある。この機能を有したスケーラブル符号化装置の例として、例えば、非特許文献２に開示されたものがある。
【非特許文献１】Ramprashad, S. A.、“Stereophonic CELP coding using cross channel prediction”、Proc. IEEE Workshop on Speech Coding、Pages:136 - 138、(17-20 Sept. 2000)
【非特許文献２】ISO/IEC 14496-3:1999 (B.14 Scalable AAC with core coder)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に開示の技術は、２つチャネルの音声信号に対し、それぞれ別個に適応符号帳、固定符号帳等を有しており、各チャネルごとに別々の駆動音源信号を発生させ、合成信号を生成している。すなわち、各チャネルごとに音声信号のＣＥＬＰ符号化を行い、得られた各チャネルの符号化情報を復号側へ出力している。そのため、符号化パラメータがチャネル数分だけ生成され、符号化レートが増大すると共に、符号化装置の回路規模も大きくなるという問題がある。仮に、適応符号帳、固定符号帳等の個数を減らせば、符号化レートは低下し、回路規模も削減されるが、逆に復号信号の大きな音質劣化につながる。これは、非特許文献２に開示されたスケーラブル符号化装置であっても同様に発生する問題である。
【０００８】
よって、本発明の目的は、復号信号の音質劣化を防ぎつつ、符号化レートを削減し、回路規模を削減することができるスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスケーラブル符号化装置は、ステレオ信号を構成する複数のチャネル信号を用いてモノラル信号を生成するモノラル信号生成手段と、前記モノラル信号を符号化して音源パラメータを生成する第１符号化手段と、前記チャネル信号と前記モノラル信号とを用いて第１モノラル類似信号を生成するモノラル類似信号生成手段と、前記音源パラメータと前記第１モノラル類似信号とを用いて合成信号を生成する合成手段と、前記合成信号と前記第１モノラル類似信号とを用いて歪み最小化パラメータを生成する第２符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、復号信号の音質劣化を防ぎつつ、符号化レートを削減し、符号化装置の回路規模を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、ＬチャネルおよびＲチャネルの２チャネルからなるステレオ音声信号を符号化する場合を例にとって説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、各レイヤの符号化方式としてＣＥＬＰ符号化が用いられる場合を例にとって説明する。
【００１３】
本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置は、第１レイヤエンコーダ１００および第２レイヤエンコーダ１５０を備え、第１レイヤ（基本レイヤ）においてモノラル信号の符号化を行い、第２レイヤ（拡張レイヤ）においてステレオ信号の符号化を行い、各レイヤで得られる符号化パラメータを復号側に伝送する。
【００１４】
より詳細には、第１レイヤエンコーダ１００は、モノラル信号生成部１０１において、入力されるステレオ音声信号、すなわち、Ｌチャネル信号Ｌ１およびＲチャネル信号Ｒ１からモノラル信号Ｍ１を生成し、モノラル信号符号化部１０２において、この信号Ｍ１を符号化して、声道情報に関する符号化パラメータ（ＬＰＣ量子化インデックス）および音源情報に関する符号化パラメータ（音源パラメータ）を得る。この第１レイヤで得られた音源パラメータ、すなわち、駆動音源は第２レイヤにおいても使用される。
【００１５】
第２レイヤエンコーダ１５０は、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号のそれぞれがモノラル信号に波形上類似するように、後述の第１変換を行って第１変換信号を生成し、この第１変換で用いられた第１変換係数を出力する。また、第２レイヤエンコーダ１５０は、第１レイヤで生成された駆動音源を用いて第１変換信号のＬＰＣ分析およびＬＰＣ合成を行なう。この第１変換の詳細については後述する。
【００１６】
さらに、第２レイヤエンコーダ１５０は、各々のＬＰＣ合成信号に対し、これらの合成信号の第１変換信号に対する符号化歪みが最小となるような第２変換を施し、この第２変換に用いる第２変換係数の符号化パラメータを出力する。この第２変換は、符号帳を用いて、チャネル毎の閉ループ探索により符号帳インデックスを求めることにより行われる。この第２変換の詳細についても後述する。
【００１７】
このように、第１レイヤと第２レイヤとで駆動音源を共有することで、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置は、低ビットレートの符号化を実現できる。
【００１８】
また、第２レイヤでは、ステレオ信号のＬチャネル信号およびＲチャネル信号を各々モノラル信号に波形上近い信号になるように第１変換を行い、この第１変換後の信号（第１変換信号）に対して、ＣＥＬＰ符号化の駆動音源を共有し、かつ各チャネルのＬＰＣ合成信号の第１変換信号に対する符号化歪みが最小となるように、各チャネル独立に第２変換が施される。これにより、音声品質の向上を図ることができる。
【００１９】
図２は、上記のモノラル信号生成部１０１内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００２０】
モノラル信号生成部１０１は、入力されたＬチャネル信号Ｌ１とＲチャネル信号Ｒ１とから、両信号の中間的な性質を有するモノラル信号Ｍ１を生成し、モノラル信号符号化部１０２へ出力する。具体的な例としては、Ｌチャネル信号Ｌ１とＲチャネル信号Ｒ１との平均をモノラル信号Ｍ１とすればよく、この場合、図２のように、加算器１０５がＬチャネル信号Ｌ１およびＲチャネル信号Ｒ１の和を求め、乗算器１０６がこの和信号のスケー
ルを１／２にし、モノラル信号Ｍ１として出力する。
【００２１】
図３は、上記のモノラル信号符号化部１０２内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００２２】
モノラル信号符号化部１０２は、ＬＰＣ分析部１１１、ＬＰＣ量子化部１１２、ＬＰＣ合成フィルタ１１３、加算器１１４、聴覚重み付け部１１５、歪み最小化部１１６、適応符号帳１１７、乗算器１１８、固定符号帳１１９、乗算器１２０、ゲイン符号帳１２１、および加算器１２２を備え、ＣＥＬＰ符号化を行って音源パラメータ（適応符号帳インデックス、固定符号帳インデックス、およびゲイン符号帳インデックス）とＬＰＣ量子化インデックスとを出力する。
【００２３】
ＬＰＣ分析部１１１は、モノラル信号Ｍ１に対して線形予測分析を施し、分析結果であるＬＰＣパラメータをＬＰＣ量子化部１１２および聴覚重み付け部１１５へ出力する。ＬＰＣ量子化部１１２は、このＬＰＣパラメータを量子化し、得られる量子化ＬＰＣパラメータを特定するインデックス（ＬＰＣ量子化インデックス）を出力する。このインデックスは、通常、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の外部へ出力される。また、ＬＰＣ量子化部１１２は、量子化ＬＰＣパラメータをＬＰＣ合成フィルタ１１３へ出力する。ＬＰＣ合成フィルタ１１３は、ＬＰＣ量子化部１１２から出力される量子化ＬＰＣパラメータを用いて、後述の適応符号帳１１７および固定符号帳１１９を用いて生成された音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタによる合成を行う。得られた合成信号は、加算器１１４へ出力される。
【００２４】
加算器１１４は、ＬＰＣ合成フィルタ１１３から出力された合成信号をモノラル信号Ｍ１から減算することにより誤差信号を算出し、この誤差信号を聴覚重み付け部１１５へ出力する。この誤差信号が符号化歪みに相当する。聴覚重み付け部１１５は、ＬＰＣ分析部１１１から出力されたＬＰＣパラメータに基づいて構成される聴覚重み付けフィルタを用いて符号化歪みに対して聴覚的な重み付けを行い、この信号を歪み最小化部１１６へ出力する。歪み最小化部１１６は、符号化歪みが最小となるように、適応符号帳１１７、固定符号帳１１９、およびゲイン符号帳１２１に対して、使用するインデックスを指示する。
【００２５】
適応符号帳１１７は、過去に生成されたＬＰＣ合成フィルタ１１３への駆動音源の音源ベクトルを内部バッファに記憶しており、歪み最小化部１１６から指示されたインデックスに対応する適応符号帳ラグに基づいて、この記憶されている音源ベクトルから１サブフレーム分を生成し、適応音源ベクトルとして乗算器１１８へ出力する。固定符号帳１１９は、歪み最小化部１１６から指示されたインデックスに対応する音源ベクトルを、固定音源ベクトルとして乗算器１２０へ出力する。ゲイン符号帳１２１は、適応音源ベクトルおよび固定音源ベクトルに対する各ゲインを生成する。乗算器１１８は、ゲイン符号帳１２１から出力された適応音源ゲインを適応音源ベクトルに乗じ、加算器１２２へ出力する。乗算器１２０は、ゲイン符号帳１２１から出力された固定音源ゲインを固定音源ベクトルに乗じ、加算器１２２へ出力する。加算器１２２は、乗算器１１８から出力された適応音源ベクトルと、乗算器１２０から出力された固定音源ベクトルとを加算し、加算後の音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタ１１３へ出力する。また、加算器１２２は、得られた駆動音源の音源ベクトルを適応符号帳１１７へフィードバックする。
【００２６】
ＬＰＣ合成フィルタ１１３は、前述の通り、加算器１２２から出力される音源ベクトル、すなわち、適応符号帳１１７および固定符号帳１１９を用いて生成された音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタによる合成を行う。
【００２７】
このように、適応符号帳１１７および固定符号帳１１９で生成された音源ベクトルを用
いて符号化歪みが求められる一連の処理は、閉ループ（帰還ループ）となっており、歪み最小化部１１６は、この符号化歪みが最小となるように、適応符号帳１１７、固定符号帳１１９、およびゲイン符号帳１２１に対して指示を行う。そして、歪み最小化部１１６は、符号化歪みが最小となる各種音源パラメータを出力する。これらのパラメータは、通常、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の外部へ出力される。
【００２８】
図４は、上記の第２レイヤエンコーダ１５０内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００２９】
第２レイヤエンコーダ１５０は大別して、ステレオ音声信号のＬチャネルを処理するＬチャネル処理系統と、ステレオ音声信号のＲチャネルを処理するＲチャネル処理系統とからなり、２つの系統は互いに同様の構成を有している。そこで、両チャネルの互いに対応する構成には同じ符号を付すこととし、さらにＬチャネル処理系統にはハイフンに続けて枝番１を付し、Ｒチャネル処理系統にはハイフンに続けて枝番２を付す。そして、Ｌチャネル処理系統のみについて説明を行い、Ｒチャネル処理系統については説明を省略する。なお、音源信号生成部１５１は、Ｌチャネル、Ｒチャネル共通である。
【００３０】
第２レイヤエンコーダ１５０のＬチャネル処理系統は、音源信号生成部１５１、第１変換部１５２−１、ＬＰＣ分析・量子化部１５３−１、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１、第２変換部１５５−１、および歪み最小化部１５６−１を備える。
【００３１】
音源信号生成部１５１は、第１レイヤエンコーダ１００から出力される音源パラメータＰ１を用いて、ＬチャネルおよびＲチャネルに共通の音源信号Ｍ２を生成する。
【００３２】
第１変換部１５２−１は、Ｌチャネル信号Ｌ１とモノラル信号Ｍ１とから、Ｌチャネル信号Ｌ１およびモノラル信号Ｍ１の波形上の特性の差を示す第１変換係数を取得し、この第１変換係数を用いてＬチャネル信号Ｌ１に対し第１変換を施し、モノラル信号Ｍ１に類似する第１変換信号ＭＬ１を生成する。また、第１変換部１５２−１は、第１変換係数を特定するインデックスＩ１（第１変換係数インデックス）を出力する。
【００３３】
ＬＰＣ分析・量子化部１５３−１は、第１変換信号ＭＬ１に対して線形予測分析を施し、スペクトル包絡情報であるＬＰＣパラメータを求め、このＬＰＣパラメータを量子化し、得られる量子化ＬＰＣパラメータをＬＰＣ合成フィルタ１５４−１へ出力すると共に、量子化ＬＰＣパラメータを特定するインデックス（ＬＰＣ量子化インデックス）Ｉ２を出力する。
【００３４】
ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１は、ＬＰＣ分析・量子化部１５３−１から出力される量子化ＬＰＣパラメータをフィルタ係数とし、音源信号生成部１５１で生成される音源ベクトルＭ２を駆動音源としたフィルタ関数、すなわち、ＬＰＣ合成フィルタを用いてＬチャネルの合成信号ＭＬ２を生成する。この合成信号ＭＬ２は、第２変換部１５５−１へ出力される。
【００３５】
第２変換部１５５−１は、合成信号ＭＬ２に対し、後述の第２変換を施し、第２変換信号ＭＬ３を歪み最小化部１５６−１へ出力する。
【００３６】
歪み最小化部１５６−１は、第２変換信号ＭＬ３の符号化歪みが最小となるように、フィードバック信号Ｆ１によって第２変換部１５５−１における第２変換を制御し、符号化歪みを最小とする第２変換係数を特定するインデックス（第２変換係数インデックス）Ｉ３を出力する。第１変換係数インデックスＩ１、ＬＰＣ量子化インデックスＩ２、第２変換係数インデックスＩ３は、通常、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の外部へ
出力される。
【００３７】
次いで、この第２レイヤエンコーダ１５０内部の各部の動作について、より詳細に説明する。
【００３８】
図５は、上記の第１変換部１５２−１内部の主要な構成を示すブロック図である。この第１変換部１５２−１は、分析部１３１、量子化部１３２、および変換部１３３を備える。
【００３９】
分析部１３１は、Ｌチャネル信号Ｌ１の波形とモノラル信号Ｍ１の波形とを比較分析することによって、モノラル信号Ｍ１の波形に対するＬチャネル信号Ｌ１の波形の差を示すパラメータ（波形差パラメータ）を求める。量子化部１３２は、この波形差パラメータに対し量子化を施し、得られる符号化パラメータ、すなわち、第１変換係数インデックスＩ１を本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の外部へ出力する。また、量子化部１３２は、第１変換係数インデックスＩ１に対して逆量子化を施し、変換部１３３へ出力する。変換部１３３は、量子化部１３２から出力された逆量子化された第１変換係数インデックス、すなわち、分析部１３１で得られた２つのチャネル間の波形差パラメータ（ただし、量子化誤差を含む場合有り）を、Ｌチャネル信号Ｌ１から除去することにより、Ｌチャネル信号Ｌ１をモノラル信号Ｍ１に波形上類似した信号ＭＬ１に変換する。
【００４０】
ここで、上記の波形差パラメータとは、Ｌチャネル信号とモノラル信号との波形上の特性の違いを示すパラメータであり、具体的には、モノラル信号を参照信号として、Ｌチャネル信号のモノラル信号に対する信号間の振幅比（エネルギー比）および／または遅延時間差のことを指す。
【００４１】
一般的に、同一発生源からのステレオ音声信号またはステレオオーディオ信号であっても、マイクロフォンの置かれている位置によって、信号の波形が異なる特性を示すようになる。簡単な例としては、発生源からの距離に応じて、ステレオ信号のエネルギーは減衰すると共に、到達時間に遅延も発生し、音の収音位置によって異なる波形スペクトルを示すようになる。このように、ステレオ信号は、収音環境という空間的な因子によって大きな影響を受ける。
【００４２】
この収音環境の違いによるステレオ信号の特性をより詳細に説明するために、図６に、同一発生源からの信号を異なる２つの位置で取得した信号（第１信号Ｗ１、第２信号Ｗ２）の音声波形の一例を示す。
【００４３】
この図に示すように、第１信号および第２信号でそれぞれ異なる特性を示すことが見てとれる。この異なる特性を示す現象は、元の信号の波形に、取得位置によって異なる新たな空間的な特性（空間情報：spatial information）が加えられた後に、マイクロフォン等の収音機器で信号が取得された結果と捉えることができる。本願では、この特性を示すパラメータを特に波形差パラメータと呼ぶこととする。例えば、図６の例では、第１信号Ｗ１を時間Δｔだけ遅延すると信号Ｗ１’となる。次に、信号Ｗ１’の振幅を一定の割合で減じて振幅差ΔＡを消滅させれば、信号Ｗ１’は同一発生源からの信号であるため、理想的には第２信号Ｗ２と一致することが期待できる。すなわち、音声信号またはオーディオ信号に含まれる波形上の特性を操作する処理を施すことにより、第１信号および第２信号の特性の違いを消滅させることができ、その結果、両方の信号の波形を類似させることができる。
【００４４】
図５に示した第１変換部１５２−１は、モノラル信号Ｍ１に対するＬチャネル信号Ｌ１の波形差パラメータを求め、これをＬチャネル信号Ｌ１から分離することにより、モノラ
ル信号Ｍ１に類似した第１変換信号ＭＬ１を得ると共に、波形差パラメータも符号化する。
【００４５】
次に、上記の第１変換係数の具体的な導出法について数式を用いつつ詳細に説明する。まず、上記の波形差パラメータとして、２チャネル間のエネルギー比および遅延時間差を使用する場合を例にとって説明する。
【００４６】
分析部１３１は、２チャネル間のフレーム単位のエネルギー比を算出する。まず、Ｌチャネル信号およびモノラル信号の１フレーム内のエネルギーＥＬｃｈおよびＥＭが、次の式（１）および式（２）に従って求められる。
【数１】
0004887279.tif 000002
【数２】
0004887279.tif 000003
ここで、ｎはサンプル番号、ＦＬは１フレームのサンプル数（フレーム長）である。また、ｘＬｃｈ(ｎ)およびｘＭ(ｎ)は、各々Ｌチャネル信号およびモノラル信号の第ｎサンプルの振幅を示す。
【００４７】
そして、分析部１３１は、Ｌチャネル信号およびモノラル信号のエネルギー比の平方根Ｃを次の式（３）に従って求める。
【数３】
0004887279.tif 000004
【００４８】
また、分析部１３１は、Ｌチャネル信号のモノラル信号に対する時間的ずれの量である遅延時間差を、以下のように、２チャネルの信号間で最も相互相関が最も高くなるような値として求める。具体的には、モノラル信号およびＬチャネル信号の相互相関関数Φが次の式（４）に従って求められる。
【数４】
0004887279.tif 000005
【００４９】
ここで、ｍはあらかじめ定めたｍｉｎ＿ｍからｍａｘ＿ｍまでの範囲の値をとるものとし、Φ(ｍ)が最大となるときのｍ＝ＭをＬチャネル信号のモノラル信号に対する遅延時間差とする。
【００５０】
なお、上記のエネルギー比および遅延時間差を以下の式（５）によって求めても良い。式（５）では、モノラル信号と、このモノラル信号に対して波形差パラメータを除去したＬチャネル信号と、の誤差Ｄを最小にするようなエネルギー比の平方根Ｃおよび遅延時間ｍを求める。
【数５】
0004887279.tif 000006
【００５１】
量子化部１３２は、上記ＣおよびＭを予め定めたビット数で量子化し、量子化されたＣおよびＭをそれぞれ、ＣＱおよびＭＱとする。
【００５２】
変換部１３３は、Ｌチャネル信号から以下の式（６）の変換式に従って、Ｌチャネル信号とモノラル信号との間のエネルギー差および遅延時間差を除去する。
【数６】
0004887279.tif 000007
【００５３】
なお、上記の波形差パラメータの具体例としては、以下のものがある。
【００５４】
例えば、２チャネル間のエネルギー比および遅延時間差という２つのパラメータを波形差パラメータとして使用することができる。これらは定量化のし易いパラメータである。また、バリエーションとして周波数帯域ごとの伝播特性、例えば、位相差、振幅比等を使用することもできる。
【００５５】
また、２チャネル間（例えば、Ｌチャネル信号とモノラル信号）のエネルギー比および遅延時間差という２つのパラメータの双方を波形差パラメータとせず、波形差パラメータとしていずれか一方のパラメータだけを使用するようにしても良い。１つのパラメータのみを使用する場合は、２つのパラメータを用いる場合と比較して２つのチャネルの類似性を向上させる効果が減少するが、逆に符号化ビット数をさらに削減できるという効果がある。
【００５６】
例えば、波形差パラメータとして２チャネル間のエネルギー比のみを用いる場合、Ｌチャネル信号の変換は、上記式（３）で求まるエネルギー比の平方根Ｃを量子化した値ＣＱを用いて、以下の式（７）に従って行う。
【数７】
0004887279.tif 000008
【００５７】
例えば、波形差パラメータとして２チャネル間の遅延時間差のみを用いる場合、Ｌチャネル信号の変換は、上記式（４）で求まるΦ(ｍ)を最大とするｍ＝Ｍを量子化した値ＭＱを用いて、以下の式（８）に従って行う。
【数８】
0004887279.tif 000009
【００５８】
図７は、上記の音源信号生成部１５１内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００５９】
適応符号帳１６１は、モノラル信号符号化部１０２から出力される音源パラメータＰ１のうちの適応符号帳インデックスから、対応する適応符号帳ラグを求め、この適応符号帳ラグに基づいて予め記憶されている音源ベクトルから１サブフレーム分を生成し、適応音源ベクトルとして乗算器１６２へ出力する。
【００６０】
固定符号帳１６３は、モノラル信号符号化部１０２から出力される音源パラメータＰ１のうちの固定符号帳インデックスを用いて、この固定符号帳インデックスに対応する音源ベクトルを固定音源ベクトルとして乗算器１６４へ出力する。
【００６１】
ゲイン符号帳１６５は、モノラル信号符号化部１０２から出力される音源パラメータＰ１のうちのゲイン符号帳インデックスを用いて、上記の適応音源ベクトルおよび固定音源ベクトルに対する各ゲインを生成する。
【００６２】
乗算器１６２は、ゲイン符号帳１６５から出力される適応音源ゲインを適応音源ベクトルに乗じ、加算器１６６へ出力する。乗算器１６４も同様に、ゲイン符号帳１６５から出力される固定音源ゲインを固定音源ベクトルに乗じ、加算器１６６へ出力する。
【００６３】
加算器１６６は、乗算器１６２および乗算器１６４から出力される各音源ベクトルを加算し、加算後の音源ベクトル（音源信号）Ｍ２を駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタ１５４−１（およびＬＰＣ合成フィルタ１５４−２）に出力する。
【００６４】
次に、第２変換部１５５−１の動作について詳述する。第２変換部１５５−１では、下記の第２変換が行われる。
【００６５】
第２変換部１５５−１は、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１から出力された合成信号に第２変換を施す。この第２変換は、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１から出力される合成信号を、第１変換部１５２−１から出力される第１変換信号ＭＬ１に類似させる変換である。すなわち、第２変換により、第２変換後の信号が、第１変換信号ＭＬ１に類似した信号となる。第２変換部１５５−１は、歪み最小化部１５６−１の制御の下、上記の変換を実現するような変換係数を、予め第２変換部１５５−１内部に用意された変換係数の符号帳の中から閉ループ探索によって求める。
【００６６】
具体的には、第２変換は次の式（９）に従って行われる。
【数９】
0004887279.tif 000010
【００６７】
ここで、Ｓ(ｎ−ｋ)はＬＰＣ合成フィルタ１５４−１から出力される合成信号、ＳＰｊ(ｎ)は第２変換後の信号である。また、αｊ(ｋ)（ただし、ｋ＝−ＫＢ〜ＫＦ）は第ｊ番目の第２変換係数であり、予めＮｃｂ（ただし、ｊ＝０〜Ｎｃｂ−１）個の係数列を符号帳として用意しているものとする。ＳＦＬはサブフレーム長である。これらの組ごとに、上記の式（９）を計算する。
【００６８】
歪み最小化部１５６−１は、信号Ｓ(ｎ)と、ＳＰｊ(ｎ)（ｎ＝０〜ＳＦＬ−１）との差信号ＤＦｊ(ｎ)を次の式（１０）にしたがって算出する。
【数１０】
0004887279.tif 000011
【００６９】
ここで、差信号ＤＦｊ(ｎ)に対して聴覚重み付けを行った後の符号化歪みを本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の符号化歪みとする。この計算を第２の変換係数｛αｊ(ｋ)｝のすべての組に対して行い、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号それぞれの符号化歪みが最小となる第２の変換係数を決定する。この信号の符号化歪みを求める一連の処理は、閉ループ（帰還ループ）となっており、第２の変換係数を１サブフレーム内において様々に変化させることによって、最終的に得られる、符号化歪みを最小とする第２の変換係数の組を表すインデックス（第２変換係数インデックス）を出力する。
【００７０】
図８は、上記の歪み最小化部１５６−１内部の主要な構成を示すブロック図である。
【００７１】
加算器１４１は、第１変換信号ＭＬ１から第２変換信号ＭＬ３を減じて誤差信号を算出し、この誤差信号を聴覚重み付け部１４２へ出力する。
【００７２】
聴覚重み付け部１４２は、聴覚重み付けフィルタを用いて、加算器１４１から出力される誤差信号に対して聴覚的な重み付けを施し、歪み算出部１４３へ出力する。
【００７３】
歪み算出部１４３は、聴覚重み付け部１４２から出力される聴覚重み付けがなされた後の誤差信号から求まる符号化歪み、すなわち、第２変換信号ＭＬ３の符号化歪みが最小となるように、サブフレームごとにフィードバック信号Ｆ１によって第２変換部１５５−１を制御する。そして、歪み算出部１４３は、第２変換信号ＭＬ３の符号化歪みを最小とする第２変換係数インデックスＩ３を出力する。このパラメータは、通常、符号化パラメータとして本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の外部に出力される。
【００７４】
図９は、上記のＬチャネル処理系統の符号化処理の概要をまとめた図である。この図を用いつつ、本実施の形態に係るスケーラブル符号化方法によって符号化レートが削減でき、また符号化精度が向上する原理についても併せて説明する。
【００７５】
Ｌチャネルの符号化においては、Ｌチャネルの原信号である信号Ｌ１を符号化対象とするのが通常である。しかし、上記のＬチャネル処理系統では、信号Ｌ１を直接用いずに、信号Ｌ１をモノラル信号Ｍ１に類似した信号（モノラル類似信号）ＭＬ１に変換し、この変換信号を符号化対象とする。これは、信号ＭＬ１を符号化対象とすれば、モノラル信号を符号化する際の構成を用いて符号化処理を行うこと、すなわち、Ｌチャネル信号の符号化を、モノラル信号の符号化に準じた方法により符号化することができるからである。
【００７６】
具体的には、Ｌチャネル処理系統では、モノラル類似信号ＭＬ１に対し、モノラル信号の音源Ｍ２を用いて合成信号ＭＬ２を生成すると共に、この合成信号の誤差を最小にする符号化パラメータを求める。
【００７７】
また、第２レイヤであるＬチャネル処理系統の符号化対象をモノラル類似信号ＭＬ１とすることにより、本実施の形態では、第１レイヤで既に求まっているもの（符号化パラメータ、音源信号等）を有効利用し、第２レイヤの符号化を行うことができる。第１レイヤの符号化対象がモノラル信号であるからである。
【００７８】
具体的には、第２レイヤで合成信号ＭＬ２を生成する際に、第１レイヤで先に生成され
た（モノラル信号に対する）音源を利用する。よって、第１レイヤと第２レイヤとで音源を共用することになるので符号化レートを削減することができる。
【００７９】
特に、本実施の形態では、第１レイヤで既に求まっているもののうち、モノラル信号符号化部１０２で生成された音源を用いて、第２レイヤの符号化を行う。すなわち、音源情報および声道情報のうち、音源情報についてのみ第１レイヤで既に求まっているものを利用する。
【００８０】
例えば、３ＧＰＰ規格のＴＳ２６．１９０ V5.1.0 (2001-12) に開示されているＡＭＲ−ＷＢ方式（２３．８５ｋｂｉｔ／ｓ）では、音源情報は声道情報の約７倍の情報量があり、符号化後のビットレートも声道情報より音源情報の方が多くなる。そこで、声道情報よりも音源情報について第１レイヤと第２レイヤとにおける共用化を図ると、符号化レートの削減効果が大きい。
【００８１】
また、声道情報よりも音源情報について共用化を図るのには、ステレオ音声信号に特有の以下の理由もある。
【００８２】
そもそも、ステレオ信号とは、特定の発生源から来る音を、例えば左右に分かれた２つのマイクロフォンで同じタイミングで収音した音である。よって、理想的には、各チャネル信号は共通の音源情報を有していることになる。実際に、音の発生源が単一であれば（または発生源が複数であっても密集していて単一と同一視できるような状況であれば）、各チャネルの音源情報を共通であるとして処理することができる。
【００８３】
しかし、音の発生源が複数あって互いに離れて位置していると、各発生源で発生した複数の音は、各マイクロフォンにばらばらなタイミングで到達し（遅延時間が異なり）、また伝搬路の違いによって減衰度も異なってくるため、各マイクロフォンにおいて実際に収音される音は、各音源情報が分離困難な状態に混在した音となる。
【００８４】
ステレオ信号に特徴的な上記の現象は、収音環境の違いによって音に新たな空間的な特性が付加された結果と考えることができる。そうすると、ステレオ音声信号の声道情報と音源情報のうち、収音環境の違いによって大きく影響を受けるのは声道情報であり、音源情報はあまり影響を受けないと考えられる。声道情報は、スペクトル包絡情報とも呼ばれるように、主に音声スペクトルの波形に関する情報であるのに対し、収音環境の違いによって音に新たに付加される空間的な特性も、振幅比、遅延時間等の波形に関する特性だからである。
【００８５】
よって、音源情報をモノラル信号（第１レイヤ）とＬチャネル／Ｒチャネル信号（第２レイヤ）とで共用しても大きな品質劣化につながらないことが期待できる。すなわち、音源情報については、第１レイヤおよび第２レイヤで共用化し、声道情報については、各チャネルごとに処理する方が、符号化効率が良くなることが期待され、符号化レートを削減することができる。
【００８６】
そこで、本実施の形態では、音源情報については、モノラル信号符号化部１０２で生成された音源を、Ｌチャネル用のＬＰＣ合成フィルタ１５４−１、Ｒチャネル用のＬＰＣ合成フィルタ１５４−２の双方に入力している。また、声道情報については、Ｌチャネルに対しＬＰＣ分析・量子化部１５３−１を、Ｒチャネルに対しＬＰＣ分析・量子化部１５３−２をそれぞれ備え、各チャネルごとに独立に線形予測分析を行っている（図４参照）。すなわち、収音環境の違いによって付加される空間的な特性を、声道情報の符号化パラメータに含めるモデルとして符号化を行う。
【００８７】
一方、上記構成を採ることにより、新たな問題も付随して発生する。例えば、Ｌチャネルに着目して説明すると、Ｌチャネル処理系統で使用する音源Ｍ２はモノラル信号に対して求まったものである。よって、これを用いてＬチャネルの符号化を行うと、Ｌチャネルにモノラルの情報が混入することとなり、Ｌチャネルの符号化精度が劣化する。なお、モノラル類似信号ＭＬ１を符号化対象とすることは、上記の第１変換が原信号Ｌ１の波形を数学的に（加減乗除によって）加工するだけの変換であるので大きな問題とはならないと考えられる。例えば、変換後の信号ＭＬ１から元の信号Ｌ１を復元する逆変換が可能であり、ＭＬ１を符号化対象とすることと、Ｌ１を符号化対象とすることとは、符号化精度の観点からは実質同等であると考えられるからである。
【００８８】
そこで、本実施の形態では、音源Ｍ２に基づいて生成される合成信号ＭＬ２をＭＬ１に近付ける最適化（第２変換）を行う。これにより、モノラル信号に対する音源を用いつつも、Ｌチャネルの符号化精度を向上させることができる。
【００８９】
具体的には、Ｌチャネル処理系統は、音源Ｍ２に基づいて生成された合成信号ＭＬ２に対し第２変換を施し、変換信号ＭＬ３を生成する。そして、ＭＬ１をリファレンス信号として、変換信号ＭＬ３がＭＬ１に近付くように第２変換係数を調節する。より詳細には、第２変換以降の処理はループを構成しており、Ｌチャネル処理系統は、第２変換係数を示すインデックスを１ずつインクリメントすることにより、全てのインデックスについてＭＬ１−ＭＬ３間の誤差を算出し、最終的に誤差を最小とする第２変換係数のインデックスを出力する。
【００９０】
図１０は、第２レイヤにおける符号化処理の手順を、Ｌチャネル、Ｒチャネルまとめて示すフロー図である。
【００９１】
第２レイヤエンコーダ１５０は、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号を第１変換してモノラル信号に類似した信号に変換する（ＳＴ１０１０）と共に、第１変換係数（第１変換パラメータ）を出力し（ＳＴ１０２０）、第１変換信号のＬＰＣ分析および量子化を行う（ＳＴ１０３０）。なお、ＳＴ１０２０は、必ずしもＳＴ１０１０とＳＴ１０３０の間でなくて良い。
【００９２】
また、第２レイヤエンコーダ１５０は、第１レイヤで決定された音源パラメータ（適応符号帳インデックス、固定符号帳インデックス、およびゲイン符号帳インデックス）に基づいて、音源信号の生成を行い（ＳＴ１１１０）、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号のＬＰＣ合成を行う（ＳＴ１１２０）。そして、これらの合成信号に対して、予め定められた第２変換係数の組を用いて第２変換を行い（ＳＴ１１３０）、第２変換信号とモノラル信号に近い第１変換信号とから、符号化歪みを算出する（ＳＴ１１４０）。次に、歪み最小値判定を行い（ＳＴ１１５０）、これら符号化歪みが最小となるような第２変換係数を決定する。上記の第２変換係数を決定するループ（ＳＴ１１３０〜ＳＴ１１５０）は閉ループであり、全てのインデックスについて探索が行われ、全探索が終了する時点でループが終了する（ＳＴ１１６０）。求まった第２変換係数インデックス（第２変換パラメータインデックス）は出力される（ＳＴ１２１０）。
【００９３】
上記の処理手順において、ＳＴ１０１０からＳＴ１０３０までの処理Ｐ１はフレーム単位で行われ、ＳＴ１１１０からＳＴ１１６０までの処理Ｐ２はフレームをさらに分割したサブフレーム単位で行われる。
【００９４】
なお、この第２変換係数を決定するための処理をフレーム単位とし、第２変換係数をフレーム単位で出力するようにしてもよい。
【００９５】
次いで、上記スケーラブル符号化装置に対応する、本実施の形態に係るスケーラブル復号装置について説明する。
【００９６】
図１４は、本実施の形態に係るスケーラブル復号装置の中でも特に特徴的な第２レイヤデコーダ１７０内部の主要な構成を示すブロック図である。この第２レイヤデコーダ１７０は、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置内部の第２レイヤエンコーダ１５０（図４参照）に対応する構成である。第２レイヤエンコーダ１５０と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する動作については説明を省略する。
【００９７】
第２レイヤデコーダ１７０は、第２レイヤエンコーダ１５０と同様に、大別してＬチャネル処理系統とＲチャネル処理系統とからなり、２つの系統は互いに同様の構成を有している。よって、Ｌチャネル処理系統には符号に続けて枝番１を付し、Ｒチャネル処理系統には枝番２を付し、Ｌチャネル処理系統のみについて説明を行い、Ｒチャネル処理系統については説明を省略する。なお、音源信号生成部１５１は、Ｌチャネル、Ｒチャネル共通の構成である。
【００９８】
第２レイヤデコーダ１７０のＬチャネル処理系統は、音源信号生成部１５１、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１、第２変換部１５５−１、ＬＰＣ復号部１７１−１、第１変換係数復号部１７２−１、および逆第１変換部１７３−１を備える。このＬチャネル処理系統には、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置で生成された音源パラメータＰ１、第１変換係数インデックスＩ１、ＬＰＣ量子化インデックスＩ２、および第２変換係数インデックスＩ３が入力される。
【００９９】
音源信号生成部１５１は、入力される音源パラメータＰ１を用いて、ＬチャネルおよびＲチャネルに共通の音源信号Ｍ２を生成し、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１へ出力する。
【０１００】
ＬＰＣ復号部１７１−１は、入力されるＬＰＣ量子化インデックスＩ２を用いて量子化ＬＰＣパラメータを復号し、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１へ出力する。
【０１０１】
ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１は、復号された量子化ＬＰＣパラメータをフィルタ係数とし、音源ベクトルＭ２を駆動音源としたフィルタ関数、すなわち、ＬＰＣ合成フィルタを用いてＬチャネルの合成信号ＭＬ２を生成する。この合成信号ＭＬ２は、第２変換部１５５−１へ出力される。
【０１０２】
第２変換部１５５−１は、入力される第２変換係数インデックスＩ３を用いて合成信号ＭＬ２に対して第２変換を施すことにより、第２変換信号ＭＬ３を生成し、逆第１変換部１７３−１へ出力する。この第２変換は、第２レイヤエンコーダ１５０における第２変換と同じ処理である。
【０１０３】
第１変換係数復号部１７２−１は、入力される第１変換係数インデックスＩ１を用いて第１変換係数を復号し、逆第１変換部１７３−１へ出力する。
【０１０４】
逆第１変換部１７３−１は、復号された第１変換係数の逆数を用いて、第２変換信号ＭＬ３に対して（第２レイヤエンコーダ１５０における）第１変換の逆変換である逆第１変換を施し、Ｌチャネル復号信号を生成する。
【０１０５】
このように、第２レイヤデコーダ１７０のＬチャネル処理系統は、Ｌチャネル信号を復号することができる。同様に、第２レイヤデコーダ１７０のＲチャネル処理系統によってＲチャネル信号も復号される。なお、本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置内部のモノラル信号符号化部１０２(図３参照)に対応した構成のモノラル信号復号部(図示せず)
によってモノラル信号も復号される。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、各レイヤで駆動音源を共有する。すなわち、各レイヤ共通の音源を用いて各レイヤの符号化を行うので、各レイヤごとに、適応符号帳、固定符号帳、およびゲイン符号帳のセットを設置する必要がない。よって、低ビットレートの符号化を実現すると共に、回路規模を削減することができる。また、第２レイヤでは、ステレオ信号の各チャネル信号を波形上モノラル信号に近い信号となるように第１変換を行い、得られた第１変換信号に対して、各チャネルの信号の符号化歪みが最小となるような第２変換を行う。これにより、音声品質の向上を図ることができる。すなわち、復号信号の音質劣化を防ぎつつ、符号化レートを削減して回路規模を削減することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、波形差パラメータとして、２つの信号間の振幅比（エネルギー比）および遅延時間差を用いる場合を例にとって説明したが、これらの代わりに、周波数帯域毎の信号の伝搬特性（位相差、振幅比）等を用いても良い。
【０１０８】
また、波形差パラメータを操作したＬチャネル信号およびＲチャネル信号に対して、ＬＰＣ量子化部で量子化する際に、モノラル信号に対して量子化された量子化ＬＰＣパラメータを用いて、差分量子化や予測量子化等を行うようにしても良い。波形差パラメータを操作したＬチャネル信号およびＲチャネル信号は、モノラル信号に近い信号に変換されているので、これらの信号に対するＬＰＣパラメータは、モノラル信号のＬＰＣパラメータとの相関が高いため、より低いビットレートで効率的な量子化を行うことが可能となるからである。
【０１０９】
また、本実施の形態では、符号化方式としてＣＥＬＰ符号化が用いられる場合を例にとって説明したが、必ずしもＣＥＬＰ符号化のように音声モデルを用いる符号化である必要はなく、符号帳に予め記録されている音源を利用する符号化方法でなくても良い。
【０１１０】
また、本実施の形態では、第１レイヤのモノラル信号符号化部１０２で生成される音源パラメータを、第２レイヤエンコーダ１５０に入力する場合を例にとって説明したが、モノラル信号符号化部１０２内部で最終的に生成される駆動音源信号、すなわち、誤差を最小とする駆動音源信号そのものを、第２レイヤエンコーダ１５０に入力するようにしても良い。かかる場合、当該駆動音源信号は、第２レイヤエンコーダ１５０内部のＬＰＣ合成フィルタ１５４−１、１５４−２に直接入力される。
【０１１１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るスケーラブル符号化装置の基本的な構成は、実施の形態１に示したスケーラブル符号化装置と同様である。よって、実施の形態１と異なる構成である第２レイヤエンコーダについて以下説明する。
【０１１２】
図１１は、本実施の形態に係る第２レイヤエンコーダ１５０ａの主要な構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１に示した第２レイヤエンコーダ１５０（図４）と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１と異なる構成は、第２変換部２０１および歪み最小化部２０２である。
【０１１３】
図１２は、第２変換部２０１内部の主要な構成を示すブロック図である。
【０１１４】
第２変換部２０１内のＬチャネル処理部２２１−１は、第２変換係数テーブル（第２変換パラメータテーブル）２２２に予め記録されている第２変換係数の中から、歪み最小化部２０２からのフィードバック信号Ｆ１’に従い適当な第２変換係数を読み出し、これを
用いて、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−１から出力される合成信号ＭＬ２に第２変換を施し、出力する（信号ＭＬ３’）。同様に、Ｒチャネル処理部２２１−２は、第２変換係数テーブル２２２に予め記録されている第２変換係数の中から、歪み最小化部２０２からのフィードバック信号Ｆ１’に従い適当な第２変換係数を読み出し、これを用いて、ＬＰＣ合成フィルタ１５４−２から出力される合成信号ＭＲ２に第２変換を施し、出力する（信号ＭＲ３’）。これらの処理によって、合成信号ＭＬ２、ＭＲ２は、第１変換部１５２−１、１５２−２から出力される第１変換信号ＭＬ１、ＭＲ１に類似した信号ＭＬ３’、ＭＲ３’となる。ここで、第２変換係数テーブル２２２はＬチャネルとＲチャネルとで共通である。
【０１１５】
第２変換は、次の式（１１）および式（１２）に従って行われる。
【数１１】
0004887279.tif 000012
【数１２】
0004887279.tif 000013
【０１１６】
ここで、ＳＬｃｈ(ｎ−ｋ)はＬＰＣ合成フィルタ１５４−１から出力されたＬチャネルの合成信号、ＳＲｃｈ(ｎ−ｋ)はＬＰＣ合成フィルタ１５４−２から出力されたＲチャネルの合成信号、ＳＰＬｃｈ，ｊ(ｎ)は第２変換されたＬチャネル信号、ＳＰＲｃｈ，ｊ(ｎ)は第２変換されたＲチャネル信号である。また、αＬｃｈ，ｊ(ｋ)はＬチャネルに対する第ｊ番目の第２変換係数、αＲｃｈ，ｊ(ｋ)はＲチャネルに対する第ｊ番目の第２変換係数であり、予めＮｃｂ（ただし、ｊ＝０〜Ｎｃｂ−１）個のＬチャネルおよびＲチャネルの係数列のペアを符号帳として用意されているものとする。また、ＳＦＬはサブフレーム長である。これらのペアごとに、上記の式（１１）および式（１２）を計算する。
【０１１７】
次いで、歪み最小化部２０２について説明する。図１３は、歪み最小化部２０２内部の主要な構成を示すブロック図である。
【０１１８】
歪み最小化部２０２は、ＬチャネルおよびＲチャネルのそれぞれの第２変換信号の符号化歪みの和が最小となるような第２変換係数テーブル２２２のインデックスを求める。具体的には、加算器２１１−１は、第１変換信号ＭＬ１から第２変換信号ＭＬ３’を減ずることにより誤差信号Ｅ１を算出し、この誤差信号Ｅ１を聴覚重み付け部２１２−１へ出力する。聴覚重み付け部２１２−１は、聴覚重み付けフィルタを用いて、加算器２１１−１から出力される誤差信号Ｅ１に対して聴覚的な重み付けを施し、歪み算出部２１３−１へ出力する。歪み算出部２１３−１は、聴覚的な重み付けがされた誤差信号Ｅ１の符号化歪みを算出し、加算器２１４へ出力する。加算器２１１−２、聴覚重み付け部２１２−２、歪み算出部２１３−２の動作も上記と同様であり、Ｅ２はＭＲ１からＭＲ３’を減じた誤差信号である。
【０１１９】
加算器２１４は、歪み算出部２１３−１、２１３−２から出力される符号化歪みを加算し、この和を出力する。歪み最小値判定部２１５は、歪み算出部２１３−１、２１３−２から出力される符号化歪みの和を最小とする第２変換係数テーブル２２２のインデックス
を求める。この符号化歪みを求める一連の処理は閉ループ（帰還ループ）となっており、歪み最小値判定部２１５は、第２変換部２０１に対し、第２変換係数テーブル２２２のインデックスをフィードバック信号Ｆ１’を用いて指示し、第２変換係数を１サブフレーム内において様々に変化させる。そして、最終的に得られる符号化歪みを最小とする第２の変換係数の組を表すインデックスＩ３’を出力する。このインデックスは既に説明したように、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号で共通である。
【０１２０】
以下は、歪み最小化部２０２における処理を数式を用いて説明するものである。
【０１２１】
歪み最小化部２０２は、信号ＳＬｃｈ(ｎ)とＳＰＬｃｈ，ｊ(ｎ)（ただし、ｎ＝０〜ＳＦＬ−１）との差信号ＤＦＬｃｈ，ｊ(ｎ)を、次の式（１３）に従って算出する。
【数１３】
0004887279.tif 000014
【０１２２】
また、歪み最小化部２０２は、信号ＳＲｃｈ(ｎ)とＳＰＲｃｈ，ｊ(ｎ)（ただし、ｎ＝０〜ＳＦＬ−１）との差信号ＤＦＲｃｈ，ｊ(ｎ)を次の式（１４）に従って算出する。
【数１４】
0004887279.tif 000015
【０１２３】
差信号ＤＦＬｃｈ，ｊ(ｎ)およびＤＦＲｃｈ，ｊ(ｎ)に対して聴覚重み付けを行った後の符号化歪みを本実施の形態に係るスケーラブル符号化装置の符号化歪みとする。この計算を第２の変換係数｛αＬｃｈ，ｊ(ｋ)｝と｛αＲｃｈ，ｊ(ｋ)｝とをペアとするすべての組に対して行い、Ｌチャネル信号およびＲチャネル信号の符号化歪みの和が最小となる第２変換係数を決定する。
【０１２４】
なお、αＬｃｈ(ｋ)の値の組、およびαＲｃｈ(ｋ)の値の組は全く同一のものを用いるようにしても良い。かかる場合、第２の変換用の変換係数のテーブルサイズを１／２にすることができる。
【０１２５】
このように、本実施の形態によれば、各チャネルの第２変換に用いる各チャネルに対する第２変換係数を、２つのチャネルで予め組にして設定しておいて、１つのインデックスで指定する。すなわち、第２レイヤの符号化において、各チャネルのＬＰＣ合成信号に対して第２変換を行う際に、第２変換係数を２つのチャネルで予め組として用意しておき、両チャネル同時に閉ループ探索を行って、符号化歪みを最小とする第２変換係数を決定する。これは、モノラル信号に近い信号に変換されたＬチャネル信号とＲチャネル信号との間に強い相関があることを利用したものである。これにより、符号化レートを削減することができる。
【０１２６】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【０１２７】
本発明に係るスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【０１２８】
本発明に係るスケーラブル符号化装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置お
よび基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置および基地局装置を提供することができる。また、本発明に係るスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法は、有線方式の通信システムにおいても利用可能である。
【０１２９】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るスケーラブル符号化方法の処理のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明のスケーラブル符号化装置と同様の機能を実現することができる。
【０１３０】
また、適応符号帳（adaptive codebook）は、適応音源符号帳と呼ばれることがあり、固定符号帳（fixed codebook）は、固定音源符号帳と呼ばれることがある。
【０１３１】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されていても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されていても良い。
【０１３２】
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。
【０１３３】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【０１３４】
さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【０１３５】
本明細書は、２００５年２月１日出願の特願２００５−０２５１２３に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明に係るスケーラブル符号化装置およびスケーラブル符号化方法は、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】実施の形態１に係るスケーラブル符号化装置の主要な構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係るモノラル信号生成部内部の主要な構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係るモノラル信号符号化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る第２レイヤエンコーダ内部の主要な構成を示すブロック図
【図５】実施の形態１に係る第１変換部内部の主要な構成を示すブロック図
【図６】同一発生源からの信号を異なる位置で取得した信号の波形スペクトルの一例を示した図
【図７】実施の形態１に係る音源信号生成部内部の主要な構成を示すブロック図
【図８】実施の形態１に係る歪み最小化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図９】Ｌチャネル処理系統の符号化処理の概要をまとめた図
【図１０】第２レイヤにおける符号化処理の手順を、Ｌチャネル、Ｒチャネルまとめて示すフロー図
【図１１】実施の形態２に係る第２レイヤエンコーダの主要な構成を示すブロック図
【図１２】実施の形態２に係る第２変換部内部の主要な構成を示すブロック図
【図１３】実施の形態２に係る歪み最小化部内部の主要な構成を示すブロック図
【図１４】実施の形態１に係る第２レイヤデコーダ内部の主要な構成を示すブロック図
【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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