(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された第１帯域幅を有する広帯域信号からＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータの第１スペクトルパラメータを抽出し、抽出された前記第１スペクトルパラメータを量子化し、量子化された前記第１スペクトルパラメータを逆量子化し、逆量子化された前記第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータの第２スペクトルパラメータに変換する向上層；および
前記入力された広帯域信号から前記第１帯域幅より小さい第２帯域幅を有する狭帯域信号を抽出し、前記向上層から提供された前記第２スペクトルパラメータに基づいて前記狭帯域信号を符号化する符号化部を含む広帯域オーディオ信号の符号化装置。
【請求項２】
前記広帯域オーディオ信号の符号化装置は、
量子化された前記第１スペクトルパラメータおよび符号化された前記第２帯域幅を有する狭帯域信号をパケット化してビットストリームを生成するパケット生成部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の広帯域オーディオ信号の符号化装置。
【請求項３】
前記符号化部は、
前記第１帯域幅を有する広帯域信号を低域通過フィルタリング（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）した後、ダウンサンプリング（Ｄｏｗｎ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）して、前記第２帯域幅を有する狭帯域信号を抽出する狭帯域信号抽出部；および
前記第２スペクトルパラメータに基づいて前記第２帯域幅を有する狭帯域信号を符号化するコア符号化器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の広帯域オーディオ信号の符号化装置。
【請求項４】
前記向上層は、
抽出された前記第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分を抽出し、抽出された前記周波数成分から第２帯域を有する狭帯域スペクトル抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第２スペクトルパラメータに変換することを特徴とする、請求項１に記載の広帯域オーディオ信号の符号化装置。
【請求項５】
ＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして入力されたビットストリームから得た第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換する第１パラメータ変換部；
前記第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換する第２パラメータ変換部；
符号化されたビットストリームを前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに基づいて第２帯域幅を有する信号に復号化し、前記第２帯域幅を有する励起信号を生成するコア復号化器；および
前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータおよび前記第２帯域幅を有する励起信号に基づいて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元する高周波生成部を含む広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項６】
前記広帯域オーディオ信号の復号化装置は、
前記入力されたビットストリームから符号化された第１スペクトルパラメータおよび前記符号化されたビットストリームを分離するパケット分離部；および
前記符号化された第１スペクトルパラメータを逆量子化して前記第１スペクトルパラメータに変換する逆量子化部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項７】
前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータは第１次ＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であり、前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータは前記第１次ＬＰＣより次数の低い第２次ＬＰＣであることを特徴とする、請求項５に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項８】
前記第１パラメータ変換部は、
前記入力された第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分を抽出し、抽出された前記周波数成分から前記第１帯域幅を有するスペクトルを抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換することを特徴とする、請求項５に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項９】
前記高周波生成部は、
前記コア復号化器から提供された前記第２帯域幅を有する励起信号を第３帯域の励起信号に変換する広帯域励起信号生成部；
前記第３帯域の励起信号および前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータを用いて前記第３帯域を有する高周波信号を生成する広帯域パラメータ合成部；および
前記第２帯域幅を有する信号および前記第３帯域を有する高周波信号を用いて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元する後処理部を含むことを特徴とする、請求項５に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項１０】
前記広帯域励起信号生成部は、
前記第２帯域幅を有する励起信号を補間によって拡張した後、半波整流によって補間された励起信号のうちの負数を除去し、プリエンファシスを行って高周波成分を増加させた後、高域通過フィルタリングによって前記第３帯域の励起信号に変換することを特徴とする、請求項９に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項１１】
前記後処理部は、
前記第２帯域幅を有する信号を補間によって第１帯域幅を有する信号に拡張し、プリエンファシスを行って高周波信号の大きさを制限し、前記第３帯域の高周波信号と前記補間によって第１帯域幅を有する信号に拡張され、プリエンファシスによって高周波信号の大きさが制限された信号を用いて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元することを特徴とする、請求項９に記載の広帯域オーディオ信号の復号化装置。
【請求項１２】
入力された第１帯域幅を有する広帯域信号からＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータの第１スペクトルパラメータを抽出するステップ；
抽出された前記第１スペクトルパラメータを量子化するステップ、
量子化された前記第１スペクトルパラメータを逆量子化し、逆量子化された前記第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータの第２スペクトルパラメータに変換するステップ；および
前記第１帯域幅を有する広帯域信号から抽出された第２帯域幅を有する狭帯域信号を前記第２スペクトルパラメータに基づいて符号化するステップを含む広帯域オーディオ信号の符号化方法。
【請求項１３】
前記広帯域オーディオ信号の符号化方法は、
量子化された前記第１スペクトルパラメータおよび符号化された前記第２帯域幅を有する狭帯域信号をパケット化してビットストリームを生成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の広帯域オーディオ信号の符号化方法。
【請求項１４】
前記第１帯域幅を有する広帯域信号から抽出された第２帯域幅を有する狭帯域信号を前記第２スペクトルパラメータに基づいて符号化するステップは、
前記第１帯域幅を有する広帯域信号を低域通過フィルタリング（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）するステップ；および
低域通過フィルタリングされた前記広帯域信号をダウンサンプリング（Ｄｏｗｎ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）して第２帯域幅を有する狭帯域信号を抽出するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の広帯域オーディオ信号の符号化方法。
【請求項１５】
前記第１スペクトルパラメータを第２スペクトルパラメータに変換するステップは、
前記抽出された前記第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分を抽出し、抽出された前記周波数成分から所定の帯域を有する狭帯域スペクトルを抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第２スペクトルパラメータに変換することを特徴とする、請求項１２に記載の広帯域オーディオ信号の符号化方法。
【請求項１６】
ＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして入力されたビットストリームから得た第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換するステップ；
前記第１スペクトルパラメータをＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）パラメータとして第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換するステップ；
符号化されたビットストリームを前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに基づいて第２帯域幅を有する信号に復号化し、前記第２帯域幅を有する励起信号を生成するステップ；および
前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータおよび前記第２帯域幅を有する励起信号に基づいて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元するステップを含む広帯域オーディオ信号の復号化方法。
【請求項１７】
前記広帯域オーディオ信号の復号化方法は、
前記入力されたビットストリームから符号化された第１スペクトルパラメータおよび前記符号化されたビットストリームを分離するステップ；および
前記符号化された第１スペクトルパラメータを逆量子化して前記第１スペクトルパラメータに変換するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の広帯域オーディオ信号の復号化方法。
【請求項１８】
前記入力された第１スペクトルパラメータを第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換するステップは、
前記入力された第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分を抽出し、抽出された前記周波数成分から前記第１帯域幅を有するスペクトルを抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換することを特徴とする、請求項１６に記載の広帯域オーディオ信号の復号化方法。
【請求項１９】
前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータおよび前記第２帯域幅を有する励起信号に基づいて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元するステップは、
前記第２帯域幅を有する励起信号を第３帯域の励起信号に変換するステップ；
前記第３帯域の励起信号および前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータを用いて、前記第３帯域を有する高周波信号を生成するステップ；および
前記第２帯域幅を有する信号および前記第３帯域を有する高周波信号を用いて、前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元するステップを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の広帯域オーディオ信号の復号化方法。
【請求項２０】
前記第２帯域幅を有する励起信号を第３帯域の励起信号に変換するステップは、
前記第２帯域幅を有する励起信号を補間によって拡張した後、半波整流によって補間された励起信号のうちの負数を除去し、プリエンファシスを行って高周波成分を増加させた後、高域通過フィルタリングによって前記第３帯域の励起信号に変換することを特徴とする、請求項１９に記載の広帯域オーディオ信号の復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーディオ信号の符号化および復号化に関し、より詳しくは、低伝送率を維持しつつ広帯域オーディオ信号を符号化および復号化することができる広帯域オーディオ信号の符号化／復号化装置およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に移動通信またはＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サービスに用いられる音声符号化器（ｖｏｉｃｅ  ｃｏｄｅｒ）は帯域幅が４ｋＨｚ以下である狭帯域（ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ）の信号を処理する。
例えば、ＶｏＩＰはＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７２９、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７２３．１、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７２８、またはｉＬＢＣ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｌｏｗ  Ｂｉｔ−ｒａｔｅ  Ｃｏｄｅｃ）などのような音声符号化器を用いて狭帯域信号を処理した後、ＩＰネットワークを介して処理した信号を伝送する。
【０００３】
前記のようなＶｏＩＰの音声符号化器は狭帯域音声信号の符号化には適しているが、音声信号より高品質を要求する広帯域信号（例えば、リングバックトーンサービスに用いられる音楽信号）の符号化には適していない。
すなわち、前記のようなＶｏＩＰの音声符号化器は、入力される信号が実質的に３．４ｋＨｚ以内の帯域幅を有するということを前題に、入力信号を低伝送率（例えば、５．３〜１５ｋｂｉｔ／ｓ）の信号に圧縮する。
【０００４】
しかし、一般的に、高品質のオーディオ信号は４ｋＨｚ以上の帯域幅を有し、オーディオ信号の品質を向上させるためには符号化器が実質的に７ｋＨｚ以上の広帯域信号を処理しなければならない。
また、高伝送率で符号化された信号はパケットの大きさを大きくするため、ＩＰ基盤ネットワークのような伝送環境ではパケット損失をもたらし易く、それにより、復号化されたオーディオの品質が低下する。例えば、ＶｏＩＰサービスに用いられるＧ．７２２標準広帯域符号化器は４８、５６または６４ｋｂｉｔ／ｓの伝送率を有し７ｋＨｚの広帯域信号を符号化することができるが、前記Ｇ．７２２符号化器はＩＰ基盤ネットワークのような伝送環境では高伝送率のために品質低下をもたらすという短所がある。
【０００５】
オーディオ信号の通話品質を向上させるための方法として、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）などではＭＰ３（ＭＰＥＧ−１／２Ｌａｙｅｒ  ＩＩＩ）やＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ）のようなオーディオ符号化器の標準が開発されたが、前記のようなオーディオ符号化器は高伝送率（ｂｉｔ−ｒａｔｅ）のために現在の移動通信およびＶｏＩＰサービス環境ではその使用が適していないとの短所がある。
【０００６】
前記のような短所を補うための１つの方法として、移動通信およびＩＰネットワーク環境のような低伝送率を要求する環境において向上した通話品質を提供するために、スケーラブル（ｓｃａｌａｂｌｅ）または組み込み（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）方式の可変伝送率を有する広帯域符号化器が提案された（Ａ．Ｋａｔａｏｋａ，Ｓ．Ｋｕｒｉｈａｒａ，Ｓ．Ｓａｓａｋｉ，ａｎｄ  Ｓ．Ｈａｙａｓｈｉ，“Ａ  １６−ｋｂｉｔ／ｓ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｓｐｅｅｃｈ  ｃｏｄｅｃ  ｓｃａｌａｂｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｇ．７２９，”Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒｏｓｐｅｅｃｈ，ｐｐ．１４９１−１４９４，Ｓｅｐｔ．１９９７．）。
【０００７】
図１は従来の可変伝送率を有する広帯域音声符号化器の動作原理を説明するための概念図である。
図１を参照すれば、従来の可変伝送率を有する組み込み（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）方式の広帯域音声符号化器は、入力されたオーディオ信号のうちの狭帯域信号を符号化するコア符号化器（Ｃｏｒｅ  ｃｏｄｅｒ）１１と、ネットワーク環境に応じて追加のビットを伝送する向上層（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｌａｙｅｒ）１２、およびコア符号化器１１と向上層１２から出力された信号をパケット化（Ｐａｃｋｅｔｉｚａｔｉｏｎ）してビットストリーム（ｂｉｔ  ｓｔｒｅａｍ）を出力するパケット生成部１３を含む。
【０００８】
つまり、従来の組み込み広帯域符号化器は、入力されたオーディオ信号のうちの狭帯域信号をコア符号化器１１にて低伝送率で符号化し、ネットワークにトラフィックが多い場合にはコア符号化器１１にて符号化された信号だけを伝送して伝送損失を防止し、ネットワークのトラフィックが少ない場合には向上層１２にて追加のビットを伝送することによってオーディオ信号の品質を向上させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１に示された従来の可変伝送率を有する広帯域音声符号化器は、向上層１２がコア符号化器１１を考慮することなく帯域幅を増加させるように独立して構成されているために低伝送率を有するように向上層１２を実現することが難しく、通話品質を実質的に向上させるためには向上層１２がコア符号化器１１と同じ情報量を処理することになって全体的な伝送量が増加し、それにより、移動電話またはＩＰ基盤ネットワーク環境において広帯域オーディオ信号を伝送するには適していないという短所がある。
【００１０】
前記のような短所を克服するために、本発明は、低伝送率を維持しつつ広帯域のオーディオ信号を符号化することができる広帯域オーディオ信号の符号化装置および復号化装置を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は低伝送率を維持しつつ広帯域のオーディオ信号を符号化することができる広帯域オーディオ信号の符号化方法および復号化方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した本発明の第１の目的を達成するための本発明の一側面に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置は、入力された第１帯域幅を有する広帯域信号から第１スペクトルパラメータを抽出し、抽出された前記第１スペクトルパラメータを量子化し、抽出された前記第１スペクトルパラメータを第２スペクトルパラメータに変換する向上層、および前記入力された広帯域信号から前記第１帯域幅より小さい第２帯域幅を有する狭帯域信号を抽出し、前記向上層から提供された前記第２スペクトルパラメータに基づいて前記狭帯域信号を符号化する符号化部を含む。前記第１スペクトルパラメータはＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であってもよい。前記第２スペクトルパラメータはＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であってもよい。前記広帯域オーディオ信号の符号化装置は、量子化された前記第１スペクトルパラメータおよび符号化された前記第２帯域幅を有する狭帯域信号をパケット化してビットストリームを生成するパケット生成部をさらに含むことができる。前記符号化部は、前記第１帯域幅を有する広帯域信号を低域通過フィルタリング（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）した後、ダウンサンプリング（Ｄｏｗｎ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）して前記第２帯域幅を有する狭帯域信号を抽出する狭帯域信号抽出部、および前記第２スペクトルパラメータに基づいて前記第２帯域幅を有する狭帯域信号を符号化するコア符号化器を含むことができる。前記向上層は、抽出された前記第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分を抽出し、抽出された前記周波数成分から第２帯域を有する狭帯域スペクトルを抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第２スペクトルパラメータに変換することができる。
【００１２】
また、本発明の第１の目的を達成するための本発明の一側面に係る広帯域オーディオ信号の復号化装置は、第１スペクトルパラメータを第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換する第１パラメータ変換部と、前記第１スペクトルパラメータを第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換する第２パラメータ変換部と、符号化されたビットストリームを前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに基づいて第２帯域幅を有する信号に復号化し、前記第２帯域幅を有する励起信号を生成するコア復号化器、および前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータおよび前記第２帯域幅を有する励起信号に基づいて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元する高周波生成部を含む。前記広帯域オーディオ信号の符号化および復号化装置は、入力されたビットストリームから符号化された第１スペクトルパラメータおよび前記符号化されたビットストリームを分離するパケット分離部、および前記符号化された第１スペクトルパラメータを逆量子化して前記第１スペクトルパラメータに変換する逆量子化部をさらに含むことができる。前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータは第１次ＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であってもよく、前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータは前記第１次ＬＰＣより次数の低い第２次ＬＰＣであってもよい。前記第１パラメータ変換部は、前記入力された第１スペクトルパラメータを正規化し逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）した後に指数スケールに変換して周波数成分抽出し、抽出された前記周波数成分から前記第１帯域幅を有するスペクトル抽出して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、レビンソン−ダービンアルゴリズムを用いて前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換することができる。前記高周波生成部は、前記コア復号化器から提供された前記第２帯域幅を有する励起信号を第３帯域の励起信号に変換する広帯域励起信号生成部と、前記第３帯域の励起信号および前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータを用いて前記第３帯域を有する高周波信号を生成する広帯域パラメータ合成部、および前記第２帯域幅を有する信号および前記第３帯域を有する高周波信号を用いて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元する後処理部を含むことができる。前記広帯域励起信号生成部は、前記第２帯域幅を有する励起信号を補間によって拡張した後、半波整流によって補間された励起信号のうちの負数を除去し、プリエンファシスを行って高周波成分を増加させた後、高域通過フィルタリングによって前記第３帯域の励起信号に変換することができる。前記後処理部は、前記第２帯域幅を有する信号を補間によって第１帯域幅を有する信号に拡張し、プリエンファシスを行って高周波信号の大きさを制限し、前記第３帯域の高周波信号と前記補間をによって第１帯域幅を有する信号に拡張され、プリエンファシスによって高周波信号の大きさが制限された信号を用いて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の目的を達成するための本発明の一側面に係る広帯域オーディオ信号の符号化方法は、入力された第１帯域幅を有する広帯域信号から前記第１スペクトルパラメータを抽出するステップと、前記第１スペクトルパラメータを量子化するステップと、前記第１スペクトルパラメータを第２スペクトルパラメータに変換するステップ、および前記第１帯域幅を有する広帯域信号から抽出された第２帯域幅を有する狭帯域信号を前記第２スペクトルパラメータに基づいて符号化するステップを含む。
【００１４】
また、本発明の第２の目的を達成するための本発明の一側面に係る広帯域オーディオ信号の復号化方法は、入力された第１スペクトルパラメータを第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換するステップと、前記入力された第１スペクトルパラメータを第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに変換するステップと、符号化されたビットストリームを前記第２帯域幅を有する第２スペクトルパラメータに基づいて第２帯域幅を有する信号に復号化し、前記第２帯域幅を有する励起信号を生成するステップ、および前記第１帯域幅を有する第２スペクトルパラメータおよび前記第２帯域幅を有する励起信号に基づいて前記第１帯域幅を有する広帯域信号を復元するステップを含む。
【発明の効果】
【００１５】
上記のような広帯域オーディオ信号の符号化／復号化装置および方法によれば、符号化装置の向上層は、入力された広帯域オーディオ信号から１２次ＭＦＣＣを抽出し、抽出された１２次ＭＦＣＣを量子化し、抽出された１２次ＭＦＣＣを１０次ＬＰＣに変換し、符号化部は、入力された広帯域オーディオ信号から前記狭帯域信号を抽出し、向上層から提供された１０次ＬＰＣに基づいて狭帯域信号を符号化する。
【００１６】
また、復号化装置は、逆量子化された１２次ＭＦＣＣを狭帯域ＬＰＣに変換する狭帯域ＬＰＣ変換部と、前記１２次ＭＦＣＣを広帯域ＬＰＣに変換する広帯域ＬＰＣ変換部と、符号化されたビットストリームを前記１０次ＬＰＣに基づいて狭帯域信号に復号化し狭帯域励起信号を生成するコア符号化器、および前記広帯域ＬＰＣと狭帯域励起信号に基づいて広帯域オーディオ信号を復元する高周波生成部を含む。
【００１７】
したがって、低伝送率を維持しつつも広帯域オーディオ信号を符号化および復号化することができる。また、従来のＬＰＣ基盤音声符号化器をコア符号化器として用いることができるため、従来の狭帯域音声符号化器および復号化器を容易に広帯域オーディオ信号の符号化および復号化装置として拡張することができ、それにより、移動通信環境やＶｏＩＰのようなＩＰ基盤ネットワークにおいても高品質の広帯域オーディオ信号を伝送することができる。
また、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化／復号化装置は８ｋＨｚ以上の帯域を有するオーディオ信号の符号化および復号化にも容易に拡張することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は様々な変更を加えることができ、且つ様々な実施形態を有することができるが、下記では特定実施形態を例示図面に基づいて詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定実施形態に限定するものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解しなければならない。各図を説明する際、類似する参照符号は類似する構成要素に付した。
【００１９】
「第１」、「第２」などの用語は様々な構成要素を説明するのに用いているが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素として命名することができ、同じく第２構成要素も第１構成要素として命名することができる。「および／または」という用語は複数の関連した記載項目の組み合わせまたは複数の関連した記載項目のうちのいずれかの項目を含む。
【００２０】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されている」とか「接続されている」という時には、他の構成要素に直接連結されているかまたは接続されていることもできるが、その間に他の構成要素が存在することもできると理解しなければならない。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されている」とか「直接接続されている」という時には、その間に他の構成要素が存在しないこととして理解しなければならない。
【００２１】
本出願に用いられた用語は単に特定の実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は文脈上明白に区別しない限りに複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性を予め排除することではないとして理解しなければならない。
【００２２】
以下、添付図面に基づいて本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。以下、図面上の同一構成要素については同一参照符号を付し、同一構成要素に関する重複説明は省略する。
以下、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化／復号化装置においては、コア符号化器およびコア復号化器としてＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２が用いられたと仮定する。
【００２３】
図２は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の動作を説明するための概念図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置は大きく符号化部１００、向上層２００、およびパケット生成部３００を含み、符号化部１００および向上層２００が互いに共有できる包絡線情報（Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）および／または励起情報（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を用いて低伝送率を有するように向上層２００が実現される。
【００２４】
具体的に、符号化部１００は、線形予測係数（ＬＰＣ：Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を変形した線スペクトル対（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｐａｉｒｓ：以下、「ＬＳＰ」という）の代わりにメルケプストラム係数（Ｍｅｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｅｐｓｔｒａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：以下「ＭＦＣＣ」という）を用いて、オーディオ信号のスペクトル情報を表現し圧縮するコア符号化器（図３の１３０参照）を用いる。
【００２５】
上記のようにＬＳＰの代わりにＭＦＣＣを用いるのは、低周波に該当するＬＳＰだけを伝送する場合、ＬＳＰは周波数間の相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）がほぼないため、向上層２００で必要な高周波のスペクトルを予測または復元することができないためである。よって、８ｋＨｚの帯域幅を有する１６ｋＨｚの信号を復号化するためには少なくとも１６次以上のＬＳＰ係数を伝送しなければならない。
【００２６】
しかし、ＭＦＣＣは低周波から高周波までに相応するスペクトル情報を各係数から抽出することができる。すなわち、１２次のＭＦＣＣから高周波のスペクトルを復号することができる。よって、１６次のＬＳＰを量子化して伝送する代わりに向上層２００においてＭＦＣＣを量子化した少ないビットを伝送することにより、低伝送率を維持しつつ広帯域オーディオ信号を符号化できる符号化装置を実現することができる。
【００２７】
また、符号化部１００に用いられたコア符号化器は、ＬＳＰを直接用いる代わりに広帯域信号の分析によって得られたＭＦＣＣから変換されたＬＰＣを用いて音声を符号化し、それと同時に向上層２００にて広帯域オーディオ信号の分析によって得られたＭＦＣＣから高周波のスペクトル情報を得る。
【００２８】
図３は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の構成を示すブロック図であり、広帯域オーディオ信号として８ｋＨｚの帯域幅を有する１６ｋＨｚの信号が入力されることを例に挙げて説明する。
【００２９】
図３を参照すれば、広帯域オーディオ信号の符号化装置は符号化部１００、向上層２００、およびパケット生成部３００を含む。
符号化部１００は狭帯域信号抽出部１１０およびコア符号化器１３０を含むことができ、狭帯域信号抽出部１１０は入力された広帯域オーディオ信号からコア符号化器１３０に入力される信号を抽出するための前処理機能を行う。
【００３０】
具体的に、狭帯域信号抽出部１１０は低域通過フィルタ部（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１１１およびダウンサンプリング部（Ｄｏｗｎ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）１１３を含むことができ、低域通過フィルタ部１１１は入力された広帯域オーディオ信号を低域通過フィルタリング（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することによって４ｋＨｚの帯域幅を有する狭帯域信号を抽出し、ダウンサンプリング部１１３は低域通過フィルタ部１１１から提供された４ｋＨｚの帯域幅を有する信号をダウンサンプリングして８ｋＨｚ信号に変換する。ここで、前記８ｋＨｚの信号は一般的なコア符号化器１３０（例えば、Ｇ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２）の処理単位の大きさである１０〜２０ｍｓの大きさを有するセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）単位に分割され、コア符号化器１３０の入力で提供される。
【００３１】
コア符号化器１３０は、向上層２００の狭帯域ＬＰＣ変換部２５０からＭＦＣＣを変換したＬＰＣが提供され、それを用いて狭帯域信号を符号化した後、符号化されたビットストリームをパケット生成部３００に提供する。コア符号化器１３０に用いられるＬＰＣはＭＦＣＣを変換して求めたため、コア符号化器１３０は別途にＬＰＣを計算したり格納したりしない。
【００３２】
向上層２００は、１６ｋＨｚの広帯域オーディオ信号から１２次ＭＦＣＣを抽出し、抽出された１２次ＭＦＣＣをコア符号化器１３０に用いられる狭帯域ＬＰＣに変換する。このために、向上層２００はフィルタバンク（Ｆｉｌｔｅｒ  Ｂａｎｋ）分析部２１０、ＭＦＣＣ抽出部２２０、ＭＦＣＣ量子化部２３０、ＭＦＣＣ逆量子化部２４０、および狭帯域ＬＰＣ変換部２５０を含むことができる。
【００３３】
フィルタバンク分析部２１０は、８ｋＨｚ帯域幅を有する１６ｋＨｚの広帯域オーディオ信号を５１２ポイントの大きさでＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、入力された広帯域オーディオ信号のスペクトル分析を行い、前記入力された広帯域信号のスペクトル情報（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｅｎｖｅｌｏｐ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）をＭＦＣＣ抽出部２２０に提供する。一般的に４ｋＨｚ帯域幅の音声においては２５６ポイントの大きさでＦＦＴを行うが、本発明においては８ｋＨｚ帯域幅を有する広帯域オーディオ信号を対象にＭＦＣＣを抽出するため、５１２ポイントの大きさでＦＦＴを行う。
【００３４】
ＭＦＣＣ抽出部２２０は、フィルタバンク分析部２１０から提供された信号から１２次ＭＦＣＣを抽出し、ＭＦＣＣ量子化部２３０に提供する。ＭＦＣＣ量子化部２３０は、ＭＦＣＣ抽出部２２０から提供された１２次ＭＦＣＣを２５ビットに量子化した後、ＭＦＣＣ逆量子化部２４０およびパケット生成部３００に提供する。
ＭＦＣＣ逆量子化部２４０は、ＭＦＣＣ量子化部２３０から提供された量子化１２次ＭＦＣＣ信号を逆量子化して１２次ＭＦＣＣを復元した後、復元された１２次ＭＦＣＣを狭帯域ＬＰＣ変換部２５０に提供する。
【００３５】
狭帯域ＬＰＣ変換部２５０は、ＭＦＣＣ逆量子化部２４０から提供された復元化１２次ＭＦＣＣを４ｋＨｚ帯域幅に相応するＬＰＣに変換した後、コア符号化器１３０に提供する。
パケット生成部３００は、コア符号化器１３０から提供された符号化ビットストリームとＭＦＣＣ量子化部２３０から提供された２５ビットをパケット化して１つのビットストリームを形成する。
【００３６】
図３に示された本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置において、コア符号化器１３０は、現在ＶｏＩＰサービスなどで広く用いられているＧ．７２９、ｉＬＢＣ、およびＣＤＭＡ環境で用いられるＩＳ−１２７（ＥＶＲＣ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｄｅｃ）などのようにＬＰＣ基盤の音声符号化器であればいずれであってもよい。
【００３７】
例えば、コア符号化器１３０としてＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２（ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  Ｇ．７２９．１、Ａｎ  ８−３２ｋｂｉｔ／ｓ  ｓｃａｌａｂｌｅ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｃｏｄｅｒ  ｂｉｔｓｔｒｅａｍ  ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｇ．７２９、２００６）を用いる場合、Ｇ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２で用いられるＬＳＰの代わりにＭＦＣＣを用いており、これは、Ｇ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２に７ビットだけを追加し、低伝送率を維持しつつ広帯域オーディオ信号の符号化器として拡張することができる。すなわち、１２ｋｂｉｔ／ｓで動作するＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２をコア符号化器１３０として用いる場合、広帯域オーディオ信号の符号化装置は１２．７ｋｂｉｔ／ｓで動作し、０．７ｋｂｉｔ／ｓの伝送率の増加だけで広帯域オーディオ信号を符号化することができる。
【００３８】
また、ｉＬＢＣ（ＩＥＴＦ  ＲＦＣ  ３９５１、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｌｏｗ  Ｂｉｔ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｄｅｃ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ、Ｄｅｃ．２００４．）をコア符号化器として用いる場合、５ビットの追加だけで伝送率を低く維持しつつ、狭帯域音声符号化器において本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置を実現することができる。
【００３９】
図４は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化過程を示すフローチャートである。
図４を参照すれば、先ず、８ｋＨｚの帯域幅を有する１６ｋＨｚの信号が入力されると（ステップ４０１）、低域通過フィルタ部１１１は入力された広帯域オーディオ信号を低域通過フィルタリング（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することによって４ｋＨｚの帯域幅を有する狭帯域信号を抽出し（ステップ４０３）、ダウンサンプリング部１１３は低域通過フィルタ部１１１から提供された４ｋＨｚの帯域幅を有する信号をダウンサンプリングして８ｋＨｚ信号に変換する（ステップ４０５）。
【００４０】
また、それと同時に、フィルタバンク分析部２１０は、入力された１６ｋＨｚの広帯域オーディオ信号を５１２ポイントの大きさでＦＦＴ（ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、入力された広帯域オーディオ信号のスペクトルを分析する（ステップ４０７）。
その次、ＭＦＣＣ抽出部２２０はフィルタバンク分析部２１０から提供されたスペクトル情報から１２次ＭＦＣＣを抽出し（ステップ４０９）、抽出された１２次ＭＦＣＣはＭＦＣＣ量子化部２３０によって２５ビットに量子化される（ステップ４１１）。
【００４１】
ＭＦＣＣ逆量子化部２４０はＭＦＣＣ量子化部２３０から提供された量子化１２次ＭＦＣＣ信号を逆量子化して１２次ＭＦＣＣを復元し（ステップ４１３）、復元された１２次ＭＦＣＣは狭帯域ＬＰＣ変換部２５０によって４ｋＨｚ帯域幅に相応するＬＰＣに変換される（ステップ４２０）。
コア符号化器１３０は、ステップ４０５でダウンサンプリングされた狭帯域信号を、ステップ４２０で変換されたＬＰＣを用いて符号化する（ステップ４３１）。
【００４２】
その次、ステップ４３１で符号化されたビットストリームとステップ４１１で量子化された２５ビットの１２次ＭＦＣＣはパケット生成部３００によってパケット化し、１つのビットストリームとして出力される（ステップ４３３）。
図５は図４に示された狭帯域ＬＰＣ変換ステップの詳細過程を示すフローチャートであり、図３に示された狭帯域ＬＰＣ変換部２５０において行われ得る。
【００４３】
図５を参照すれば、図４のステップ４１３で逆量子化されたＭＦＣＣは数式１によって正規化（Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）される（ステップ４２１）。
【００４４】
【数１】
0004980325.tif 000002
数式１において、ＭＦＣＣ（ｋ）は図４のステップ４０９で抽出された１２次ＭＦＣＣのうちのｋ番目係数を意味し、ＭＦＣＣｎｏｒｍは数式２で示される。
【００４５】
【数２】
0004980325.tif 000003
数式２において、ＮＦＢはＭＦＣＣ抽出に用いられたフィルタバンクの個数を意味し、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化方法においては２３に設定された。
【００４６】
数式１によって正規化されたＭＦＣＣ（すなわち、ｍｆｃｃ’（ｋ））は数式３によって逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：以下、「ＩＤＣＴ」という）が行われる（ステップ４２２）。
【００４７】
【数３】
0004980325.tif 000004
数式３において、ｍｆｃｃ’ＩＤＣＴ［ｆｂ］はｍｆｃｃ’をＩＤＣＴによって得たｆｂ番目フィルタバンクの大きさである。また、Ｃ（ｋ）は２ＮＦＢであり、ｋが０でなければＣ（ｋ）はＮＦＢである。
【００４８】
図４に示されたステップ４０９の１２次ＭＦＣＣ抽出過程においては、人間の聴覚特性を考慮するために、周波数成分に対するログスケール（ｌｏｇ−ｓｃａｌｅ）変換が用いられる。よって、数式３によって求めたｍｆｃｃ’ＩＤＣＴ［ｆｂ］に対し、ログスケール変換の逆過程である指数スケール（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ−ｓｃａｌｅ）変換が数式４によって行われる（ステップ４２３）。
【００４９】
【数４】
0004980325.tif 000005
その次、前記過程によって求めた各フィルタバンクの大きさを用いて周波数成分を探す。
先ず、メル周波数（ｍｅｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に三角形状の加重値を適用した過程の逆過程によって数式５を用いて２５６個の周波数成分を求める（ステップ４２４）。
【００５０】
【数５】
0004980325.tif 000006
数式５において、ｄｆｔｍａｇ’［ｆｂ］は正規化されたフィルタバンクの大きさであり、ｗｅｉｇｈｔ［ｉ］はメル周波数変換された用いられた加重値であり、ｆｂはフィルタバンクのインデックス（ｉｎｄｅｘ）を意味し、ｉは周波数成分のインデックスを意味する。
その次、数式６を用いてステップ４２４で求めた周波数成分から狭帯域スペクトルを抽出する（ステップ４２５）。
【００５１】
【数６】
0004980325.tif 000007
数式６において、ｄｅｅｍｐ［ｉ］は周波数領域においてディエンファシス（ｄｅ−ｅｍｐｈａｓｉｓ）フィルタであり、数式７によって求めることができる。
【００５２】
【数７】
0004980325.tif 000008
ｄｅｅｍｐ［ｉ］は２５６ポイントＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって１０次自己相関係数を求める（ステップ４２６）。
【００５３】
すなわち、８ｋＨｚまでの低周波帯域に相応する自己相関係数（ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を得るために、広帯域に該当する２５６個の周波数サンプルらから狭帯域に該当する１２８個の周波数サンプルを得る。そして、これを１２８番目の周波数軸を基準に対称になるように設計する。そして、ＭＦＣＣの抽出時に用いたプリエンファシス（ｐｒｅ−ｅｍｐｈａｓｉｓ）の逆演算を行うために、ディエンファシス（ｄｅ−ｅｍｐｈａｓｉｓ）を周波数領域において行う。
その次、レビンソン−ダービンアルゴリズムによって１０次自己相関係数から１０次ＬＰＣを求める（ステップ４２７）。
【００５４】
図６は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置において各パラメータに対するビット割り当てを示す。
図６を参照すれば、ＭＦＣＣには２５ビットが割り当てられ、ＭＦＣＣを除いた残りのパラメータのビット割り当てはＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２のビット割り当てと同一である。
【００５５】
従来のＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２は１２ｋｂｉｔ／ｓの伝送率を有し、ＬＳＦ（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）パラメータの量子化に１８ビットが割り当てられた。よって、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化器においてはＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２に比べてフレーム当たり７ビットが追加され、これによって伝送率が１２．７ｋｂｉｔ／ｓとなる。
つまり、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化器においてはＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２に比べて０．７ｋｂｉｔ／ｓの伝送率増加だけで広帯域オーディオ信号を符号化することができる。
【００５６】
図７は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化装置の構成を示すブロック図である。
図７を参照すれば、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化装置はパケット分離部５１０、コア復号化器５２０、ＭＦＣＣ逆量子化部５３０、狭帯域ＬＰＣ変換部５４０、広帯域ＬＰＣ変換部５５０、および高周波生成部５６０を含む。
【００５７】
パケット分離部５１０は、図３に示された広帯域オーディオ信号の符号化装置から伝送されたビットストリームをコア復号化器５２０で処理されるビットストリームと２５ビットに量子化された１２次ＭＦＣＣに分離する。
コア復号化器５２０は、パケット分離部５１０から提供されたビットストリームを狭帯域ＬＰＣ変換部５４０で提供した狭帯域ＬＰＣを用いて４ｋＨｚの帯域幅を有する信号に復号化し、高周波生成部５６０の広帯域励起信号生成部５６１に狭帯域励起信号を提供する。
【００５８】
ＭＦＣＣ逆量子化部５３０はパケット分離部５１０から提供された量子化１２次ＭＦＣＣを逆量子化して１２次ＭＦＣＣを復元する。
狭帯域ＬＰＣ変換部５４０はＭＦＣＣ逆量子化部５３０から提供された１２次ＭＦＣＣを狭帯域ＬＰＣに変換してコア復号化器５２０に提供する。狭帯域ＬＰＣ変換部５４０は図３に示された狭帯域ＬＰＣ変換部２５０と同じ機能を行うので重複を避けるためにその説明を省略する。広帯域ＬＰＣ変換部５５０は、ＭＦＣＣ逆量子化部５３０から提供された１２次ＭＦＣＣを広帯域ＬＰＣに変換して、高周波生成部５６０の広帯域ＬＰＣ合成部５６３に提供する。
【００５９】
高周波生成部５６０は広帯域励起信号（Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）生成部５６１、広帯域ＬＰＣ合成部５６３、後処理部（Ｐｏｓｔｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）５６５を含むことができ、提供された狭帯域励起信号および広帯域ＬＰＣを用いて広帯域オーディオ信号を復元する。
広帯域励起信号生成部５６１は、コア復号化器５２０から提供された狭帯域励起信号（すなわち、８ｋＨｚ以下）をもって、１対２の補間法を用いて高帯域励起信号（すなわち、８〜１６ｋＨｚ）を生成する。
【００６０】
広帯域ＬＰＣ合成部５６３は、広帯域励起信号生成部５６１から提供された高帯域励起信号および広帯域ＬＰＣを用いて、８〜１６ｋＨｚ（すなわち、４〜８ｋＨｚの帯域幅）を有する高周波信号を生成する。
後処理部５６５は、広帯域ＬＰＣ合成部５６３から提供された高周波信号を処理し、心理音響的に軟らかい広帯域オーディオ信号に復元した後に出力する。
【００６１】
図８は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化過程を示すフローチャートである。
図８を参照すれば、先ず、広帯域オーディオ信号の復号化装置にビットストリームが入力されると（ステップ６０１）、パケット分離部５１０は入力されたビットストリームをコア復号化器５２０で処理されるビットストリームと２５ビットに量子化された１２次ＭＦＣＣに分離する（ステップ６０３）。
【００６２】
その次、量子化された１２次ＭＦＣＣはＭＦＣＣ逆量子化部５３０によって１２次ＭＦＣＣに逆量子化される（ステップ６０５）。逆量子化された１２次ＭＦＣＣは広帯域ＬＰＣ変換部５５０によって広帯域ＬＰＣに変換され（ステップ６１０）、それと同時に逆量子化された１２次ＭＦＣＣは狭帯域ＬＰＣ変換部５４０によって狭帯域ＬＰＣに変換される（ステップ６２１）。
【００６３】
コア復号化器５２０は、ステップ６０３でパケット分離部５１０によって分離されたビットストリームを、ステップ６２１で狭帯域ＬＰＣ変換部５４０によって変換された狭帯域ＬＰＣに基づいて狭帯域オーディオ信号に復号化し、狭帯域励起信号を生成する（ステップ６２３）。
その次、広帯域励起信号生成部５６１は、ステップ６２３で生成された狭帯域励起信号をもって、１対２の補間法を用いて高帯域励起信号を生成する（ステップ６３０）。
【００６４】
広帯域ＬＰＣ合成部５６３は前記高帯域励起信号およびステップ６１０で変換された広帯域ＬＰＣを用いて高周波信号を生成する（ステップ６４０）。
その次、後処理部５６５は前記高周波信号を広帯域オーディオ信号に復元して出力する（ステップ６５０）。
【００６５】
図９は図８に示された広帯域ＬＰＣ変換ステップの詳細過程を示すフローチャートであり、図７に示された広帯域ＬＰＣ変換部５５０において行われ得る。
図９に示されたステップ６１１〜ステップ６１４は各々図５に示されたステップ４２１〜ステップ４２４とその内容が同様であるので重複を避けるためにその説明を省略する。
図９のステップ６１４で獲得した周波数成分から数式８を用いて広帯域スペクトルを抽出する（ステップ６１５）。
【００６６】
【数８】
0004980325.tif 000009
広帯域スペクトルは広帯域自己相関係数を求めるために２５６番目の周波数成分を中心に対称を有する。数式８において、ｄｅｅｍｐ［ｉ］は前記数式７によって求めることができる。
【００６７】
その次、５１２ポイントの大きさでＩＦＦＴを行って１６次自己相関係数を求めた後（ステップ６１６）、レビンソン−ダービンアルゴリズムによって１６次ＬＰＣを求める（ステップ６１７）。
図１０は図８に示された高帯域励起信号生成ステップの詳細過程を示すフローチャートであり、図７に示された広帯域励起信号生成部５６１において行われ得る。
【００６８】
図１０では、広帯域ＬＰＣ変換によって獲得した１６次ＬＰＣを用いて高周波成分を生成するために、コア復号化器５２０に用いられた励起信号を拡張する過程を示す。
先ず、コア復号化器５２０で生成された狭帯域励起信号を補間法によって数式９のように拡張する（ステップ６３１）。
【００６９】
【数９】
0004980325.tif 000010
数式９において、Ｎはコア符号化器およびコア復号化器５２０において１つのフレームの生成に用いられるサンプル数（例えば、８０）を意味し、ｅ８ｋ（ｉ）はコア復号化器５２０から生成された励起信号のｉ番目サンプルを意味する。ｅ１６ｋ（ｉ）は広帯域オーディオ信号を再生するために生成された高帯域励起信号のｉ番目サンプルを意味する。
【００７０】
その次、数式１０を用いて半波整流（ｈａｌｆ−ｗａｖｅ  ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）によって補間された励起信号のうちから負数を除去する（ステップ６３２）。
【００７１】
【数１０】
0004980325.tif 000011
ここで、ｅｒ，１６ｋ（ｉ）は半波整流された励起信号のｉ番目サンプルである。
次に、数式１１を用いてプリエンファシス（ｐｒｅｅｍｐｈａｓｉｓ）を行って補間された励起信号の高周波成分を増加させる（ステップ６３３）。
【００７２】
【数１１】
0004980325.tif 000012
数式１１において、αはプリエンファシスの係数であり、例えば、０．９に設定することができる。
次に、ステップ６３３で高周波成分が増加した励起信号を数式１２を用いて高域通過（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ）させることによって高帯域励起信号を生成する。
【００７３】
【数１２】
0004980325.tif 000013
数式１２はステップ６３３で求めた励起信号ｅｐ，１６ｋ（ｉ）に高域通過フィルタｈｈｐｆ（ｉ）をコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）することを意味する。
【００７４】
図１１は図８に示された広帯域オーディオ信号復元ステップの詳細過程を示すフローチャートであり、図７に示された後処理部５６５において行われ得る。
先ず、広帯域ＬＰＣ合成部５６３から提供された高周波信号とコア復号化器５２０で復元された信号を用いて広帯域オーディオ信号を再生するために、コア復号化器５２０で復元された狭帯域信号（すなわち、８ｋＨｚ）を１対２の補間法を用いて１６ｋＨｚ信号に拡張し、その信号をｓｉ，８ｋ（ｉ）とする（ステップ７０１）。ここで、ｉはサンプル番号を意味する。
【００７５】
その次、ｓｉ，８ｋ（ｉ）に対して１６ｋＨｚに拡張された音声の高周波が過度に大きくなることを防止するために数式１３を用いてフリーエンファシスを行う（ステップ７０３）。
【００７６】
【数１３】
0004980325.tif 000014
数式１３において、βはフリーエンファシス係数であり、０．２に設定することができる。
次に、前記数式１２を用いて求めた励起信号と広帯域ＬＰＣを用いて数式１４のように高帯域信号を生成する（ステップ７０５）。
【００７７】
【数１４】
0004980325.tif 000015
数式１４において、ｈＬＰＣ（ｉ）はＬＰＣに相応するフィルタであり、ｓｐ，１６ｋ（ｉ）は高帯域（すなわち、８〜１６ｋＨｚ）オーディオ信号を意味する。
その次、数式１５を用いて広帯域オーディオ信号を復元する（ステップ７０７）。
【００７８】
【数１５】
0004980325.tif 000016
数式１５において、ａおよびｂは各々高帯域信号と狭帯域信号から復元された広帯域オーディオ信号に対する高帯域信号および狭帯域信号の加重値を意味し、前記ａおよびｂの値に応じて復元された広帯域オーディオ信号の音質が変わる。本発明の一実施形態では繰り返し実験によって得られた結果値に基づいてａは０．５、ｂは１．２に設定した。また、Ｄは狭帯域信号を広帯域オーディオ信号に変換するのにかかる遅延時間であり、本発明の一実施形態では４８サンプルが適用された。
【００７９】
図１２は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の性能を従来の符号化装置と比較した結果を示すグラフである。
図１２では、本発明の一実施形態に係る符号化装置と従来の符号化装置を比較するために、ＥＢＵ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ  Ｕｎｉｏｎ）から提供するＳＱＡＭ（Ｓｏｕｎｄ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）のうちの７０番トラックを用いた（ＥＢＵ  Ｔｅｃｈ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  ３２５３、Ｓｏｕｎｄ  ｑｕａｌｉｔｙ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ（ＳＱＡＭ）、１９８８．）。
【００８０】
ＳＱＡＭは４４．１ｋＨｚで標本化されたステレオオーディオ信号であるため、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の性能実験で必要な広帯域信号を得るために、１６ｋＨｚで標本化されたモノ信号に変換して用いた。よって、これらの広帯域信号は８ｋＨｚの帯域幅を有する。
【００８１】
図３および図７に示された本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化および復号化装置は１つのハードウェア装置で実現することもでき、それぞれの機能別に別途のチップで実現することもできる。例えば、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化および復号化装置はＡＳＩＣを通して実現することもでき、ＡＲＭまたはＤＳＰチップなどのようなプログラムが可能なチップで実現することもできる。
【００８２】
また、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化および復号化装置は所定のプロセッサによって実行されるソフトウェアで実現することもできる。
図１２（ａ）は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の入力として用いられる広帯域オーディオ信号の周波数特性を示す。
図１２（ｂ）は図３に示された低域通過フィルタ部１１１を介して４〜８ｋＨｚの高周波帯域幅が除去された狭帯域信号の周波数特性を示す。
【００８３】
図３に示されたコア符号化器１３０は図１２（ｂ）に示された狭帯域信号の入力を受けて圧縮する。図１２（ｃ）は図７に示されたコア復号化器５２０によって復元された信号を示す。すなわち、図１２（ｃ）に示すようにコア符号化器だけでは高周波（すなわち、４〜８ｋＨｚの帯域）成分が復元されないことが分かる。
【００８４】
図１２（ｄ）は図７に示された広帯域オーディオ信号の復号化装置によって復元された広帯域オーディオ信号の周波数特性を示す。図１２（ｃ）に示すように、コア復号化器５２０によって復元された信号は４〜８ｋＨｚ帯域の高周波帯域信号が−８０ｄＢ以下であったが、本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化装置によって復元された信号は図１２（ａ）に示された入力信号と類似するように復元されたことが分かる。
【００８５】
図１３は本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の主観的な性能評価結果を示すグラフである。
図１３では、本発明を一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の品質とコア符号化器として用いられたＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２を拡張したＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ３との品質を比較するために、主観的な音質評価基準であるＭＵＳＨＲＡ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｔｉｍｕｌｉ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｄｄｅｎ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ａｎｃｈｏｒ）テストを実施した。
【００８６】
ＭＵＳＨＲＡテストの評価方法はＩＴＵ−Ｒ  ＢＳ．１５３４−１（ＩＴＵ−Ｒ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  ＢＳ．１５３４、Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｌｅｖｅｌ  ｏｆ  ｃｏｄｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｊａｎ．２００３）に定義されている。
【００８７】
聴取者はオーディオ信号の品質を評価するために原音、３ｋＨｚ低域通過フィルタリングされたオーディオ信号、７ｋＨｚ低域通過フィルタリングされたオーディオ信号、品質測定を望む符号化器で処理されたオーディオ信号をランダムに聞き、その聴取結果を１００点満点にして評価し、全聴取者の評価結果の平均と９５％信頼度を用いてオーディオ信号の品質を判断した。
【００８８】
ＭＵＳＨＲＡテストのために用いられた音源は、ポピュラーソング（図１３（ａ））、クラシック（図１３（ｂ））、ヒップホップ（図１３（ｃ））、ロック（図１３（ｄ））の音楽分野と、各音楽分野別に５曲ずつ総２０曲を用いた。
テストに用いられたそれぞれの音源は２０秒分量の１６ｋＨｚで標本化されたモノオーディオ信号であり、ＭＵＳＨＲＡテストは聴覚障害のない２０代の男女７人を対象に行われた。
【００８９】
図１３の（ａ）〜（ｄ）は各音楽分野別の品質評価結果を示す。本発明の実施形態に係る１２．７ｋｂｉｔ／ｓの伝送率を有する広帯域オーディオ信号の符号化装置は、コア符号化器である１２ｋｂｉｔ／ｓの伝送率を有するＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ２に比べ、全ジャンルに対して良い品質を提供することが分かる。
また、本発明の実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置は、１４ｋｂｉｔ／ｓの伝送率を有する標準広帯域符号化器であるＧ．７２９．１  ｌａｙｅｒ  ３に比べ、１．３ｋｂｉｔ／ｓだけの低伝送率を有するにもかかわらず、類似する品質を提供することを確認することができる。
【００９０】
以上、実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正および変更できることを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】従来の可変伝送率を有する広帯域音声符号化器の動作原理を説明するための概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の動作を説明するための概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化過程を示すフローチャートである。
【図５】図４に示された狭帯域ＬＰＣ変換ステップの詳細過程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置において各パラメータに対するビット割り当てを示す。
【図７】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の復号化過程を示すフローチャートである。
【図９】図８に示された広帯域ＬＰＣ変換ステップの詳細過程を示すフローチャートである。
【図１０】図８に示された高帯域励起信号生成ステップの詳細過程を示すフローチャートである。
【図１１】図８に示された広帯域オーディオ信号復元ステップの詳細過程を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の性能を従来の符号化装置と比較した結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る広帯域オーディオ信号の符号化装置の主観的な性能評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１００：符号化部
１１０：狭帯域信号抽出部
１３０：コア符号化器
２１０：フィルタバンク分析部
２２０：ＭＦＣＣ抽出部
２３０：ＭＦＣＣ量子化部
２４０、５３０：ＭＦＣＣ逆量子化部
２５０、５４０：狭帯域ＬＰＣ変換部
３００：パケット生成部
５１０：パケット分離部
５２０：コア復号化器
５５０：広帯域ＬＰＣ変換部
５６１：広帯域励起信号生成部
５６３：広帯域ＬＰＣ合成部
５６５：後処理部
【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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