(57)【要約】ＣＥＬＰ型音声符号化において、固定符号帳のビット数を増大させることなく、フレーム消失誤り耐性を向上させることのできる音声符号化装置を開示する。この装置において、低域成分波形符号化部（２１０）は、ＬＰＣ符号化部（２０２）から入力されてくる量子化ＬＰＣに基づいて、Ａ／Ｄ変換器（１１２）から入力されてくるディジタル音声信号の線形予測残差信号を算出し、その算出結果に対してダウンサンプル処理を行なうことにより、音声信号における所定の周波数未満の帯域からなる低域成分を抽出し、抽出した低域成分を波形符号化して低域成分符号化情報を生成する。そして、低域成分波形符号化部（２１０）は、この低域成分符号化情報をパケット化部（２３１）に入力するとともに、この波形符号化によって生成した量子化された低域成分波形符号化信号（音源波形）を高域成分符号化部（２２０）に入力する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成する低域成分符号化手段と、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成する高域成分符号化手段と、
を具備する音声符号化装置。
【請求項２】
前記低域成分符号化手段は、
前記低域成分を波形符号化して前記低域成分符号化情報を生成し、
前記高域成分符号化手段は、
前記高域成分を適応符号帳及び固定符号帳を用いて符号化して前記高域成分符号化情報を生成する、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
前記高域成分符号化手段は、
前記低域成分符号化手段における波形符号化によって生成される音源波形に基づいて前記適応符号帳におけるピッチラグ情報を量子化する、
請求項２記載の音声符号化装置。
【請求項４】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して生成された低域成分符号化情報を復号する低域成分復号化手段と、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して生成された高域成分符号化情報を復号する高域成分復号化手段と、
復号された低域成分符号化情報から音声信号を生成する音声信号生成手段と、
を具備する音声復号化装置。
【請求項５】
請求項１記載の音声符号化装置を具備する通信装置。
【請求項６】
請求項４記載の音声復号化装置を具備する通信装置。
【請求項７】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成するステップと、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成するステップと、
を具備する音声符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スケーラブル符号化技術を利用する音声符号化装置、音声復号化装置、通信装置及び音声符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、移動体無線通信システム等では、音声通信用の符号化方式としてＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）方式が、音声信号を比較的低いビットレート（電話帯域音声であれば８ｋｂｉｔ／ｓ程度）で高品質に符号化できることから、広く用いられている。一方で、近年ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）網を使用した音声通信（ＶｏＩＰ：Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  ＩＰ）が急速に普及してきており、移動体無線通信システムでは、今後ＶｏＩＰの技術が広く用いられるようになると予測されている。【０００３】  ＩＰ通信に代表されるパケット通信では、伝送路上でパケット破棄が生じることがあるため、音声符号化方式としてはフレーム消失耐性の高い方式が好ましい。ここで、ＣＥＬＰ方式は、過去に量子化した音源信号のバッファである適応符号帳を用いて現在の音声信号を符号化するため、伝送路誤りが一旦生じると、符号器側（送信側）と復号器側（受信側）の適応符号帳の内容が一致しなくなることから、その伝送路誤りが生じたフレームのみならず伝送路誤りが生じなかった後続の正常フレームにもその誤りの影響が伝播する。このため、ＣＥＬＰ方式は、フレーム消失耐性が高い方式とは言えない。【０００４】  フレーム消失耐性を高める方法として、例えばパケットやフレームの一部が消失しても他のパケットやフレームの一部を利用して復号を行う方法が知られている。スケーラブル符号化（エンベデッド符号化又は階層符号化とも言う）は、そのような方法を実現する技術の一つである。スケーラブル符号化方式で符号化された情報は、コアレイヤ符号化情報と拡張レイヤ符号化情報とから成る。スケーラブル符号化方式で符号化された情報を受信した復号化装置は、拡張レイヤ符号化情報がなくてもコアレイヤ符号化情報のみから音声再生に最低限必要な音声信号を復号することができる。【０００５】  スケーラブル符号化の一例として、符号化対象信号の周波数帯域にスケーラビリティを持つものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、ダウンサンプルした後の入力信号を第１のＣＥＬＰ符号化回路で符号化し、その符号化結果を用いて第２のＣＥＬＰ符号化回路でその入力信号を符号化する。この特許文献１に記載された技術によれば、符号化レイヤ数を増やしてビットレートを増すことにより、信号帯域を拡げて再生音声品質を向上させることができ、また拡張レイヤ符号化情報がなくても狭い信号帯域の音声信号をエラーフリーの状態で復号して音声として再生することができる。
【特許文献１】特開平１１−３０９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、特許文献１に記載された技術では、コアレイヤ符号化情報が適応符号帳を利用したＣＥＬＰ方式で生成されるため、コアレイヤ符号化情報の消失に対する誤り耐性は高いとは言えない。【０００７】  ここで、ＣＥＬＰ方式において適応符号帳を用いなければ、音声信号の符号化が符号化器内のメモリ（記憶）に依存しなくなるため、誤り伝播がなくなり、音声信号の誤り耐性が高まる。ところが、ＣＥＬＰ方式において適応符号帳を用いなければ、固定符号帳のみで音声信号を量子化することになるため、一般に再生音声の品質が劣化する。また、固定符号帳のみを用いて再生音声を高品質化するには、固定符号帳に多くのビット数が必要となり、さらに符号化された音声データは高いビットレートを必要とする。【０００８】  よって、本発明の目的は、固定符号帳のビット数を増大させることなく、フレーム消失誤り耐性を向上させることのできる音声符号化装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明に係る音声符号化装置は、音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成する低域成分符号化手段と、前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成する高域成分符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、聴覚上重要な音声信号の低域成分（例えば５００Ｈｚ未満の低周波成分）がメモリ（記憶）に依存しない符号化方式即ちフレーム間の予測を利用しない方式例えば波形符号化方式や周波数領域での符号化方式で符号化され、かつ、音声信号における高域成分が適応符号帳と固定符号帳とを用いるＣＥＬＰ方式で符号化されるため、音声信号の低域成分について、誤り伝播がなくなり、かつ、消失フレームの前後の正常フレームを用いた内挿（補間）による隠蔽処理も可能となることから、その低域成分についての誤り耐性が高くなる。その結果、本発明によれば、音声復号化装置を具備する通信装置によって再生される音声の品質を確実に向上させることができる。【００１１】  また、本発明によれば、波形符号化等のフレーム間予測を用いない符号化方式が音声信号の低域成分に適用されるため、音声信号の符号化によって生成される音声データのデータ量を必要最小限に抑制することができる。【００１２】  また、本発明によれば、音声の基本周波数（ピッチ）を必ず含むように音声信号の低域成分の周波数帯域が設定されるため、高域成分符号化手段における適応符号帳のピッチラグ情報を低域成分符号化情報から復号される音源信号低域成分を用いて算出することが可能となる。この特徴により、本発明によれば、高域成分符号化手段が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化及び伝送しなくても、高域成分符号化手段は、適応符号帳を用いて音声信号の高域成分を符号化することができる。また、本発明によれば、高域成分符号化手段が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化して伝送する場合でも、高域成分符号化手段は、低域成分符号化情報の復号信号から算出されるピッチラグ情報を利用することで、少ないビット数で効率的にピッチラグ情報を量子化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態における音声信号伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置の動作を示す図
【図５】本発明の一実施の形態に係る音声復号化装置の動作を示す図
【図６】音声符号化装置の変形例の構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以下、本発明の一実施の形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。【００１５】  図１は、本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置を具備する無線通信装置１１０と、本実施の形態に係る音声復号化装置を具備する無線通信装置１５０と、を含む音声信号伝送システムの構成を示すブロック図である。なお、無線通信装置１１０と無線通信装置１５０とは共に、携帯電話等の移動体通信システムにおける無線通信装置であり、図示しない基地局装置を介して無線信号を送受信する。【００１６】  無線通信装置１１０は、音声入力部１１１、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１２、音声符号化部１１３、送信信号処理部１１４、無線周波数（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）変調部１１５、無線送信部１１６及びアンテナ素子１１７を具備する。【００１７】  音声入力部１１１は、マイクロフォン等で構成され、音声を電気信号であるアナログ音声信号に変換し、生成した音声信号をＡ／Ｄ変換器１１２に入力する。【００１８】  Ａ／Ｄ変換器１１２は、音声入力部１１１から入力されてくるアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、そのディジタル音声信号を音声符号化部１１３に入力する。【００１９】  音声符号化部１１３は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号を符号化して音声符号化ビット列を生成し、生成した音声符号化ビット列を送信信号処理部１１４に入力する。なお、音声符号化部１１３の動作及び機能については、後に詳述する。【００２０】  送信信号処理部１１４は、音声符号化部１１３から入力されてくる音声符号化ビット列にチャネル符号化処理、パケット化処理及び送信バッファ処理等を行った後、その処理後の音声符号化ビット列をＲＦ変調部１１５に入力する。【００２１】  ＲＦ変調部１１５は、送信信号処理部１１４から入力されてくる音声符号化ビット列を既定の方式で変調して、その変調後の音声符号化信号を無線送信部１１６に入力する。【００２２】  無線送信部１１６は、周波数変換器や低雑音アンプ等を備え、ＲＦ変調部１１５から入力されてくる音声符号化信号を所定周波数の搬送波に変換して、その搬送波を所定の出力でアンテナ素子１１７を介して無線送信する。【００２３】  なお、無線通信装置１１０においては、Ａ／Ｄ変換器１１２によって生成されるディジタル音声信号に対して、Ａ／Ｄ変換後の各種信号処理が数十ｍｓのフレーム単位で実行される。また、音声信号伝送システムの構成要素である図示しないネットワークがパケット網である場合には、送信信号処理部１１４は、１フレーム分又は数フレーム分の音声符号化ビット列から１つのパケットを生成する。なお、前記ネットワークが回線交換網である場合には、送信信号処理部１１４は、パケット化処理や送信バッファ処理を行う必要はない。【００２４】  一方、無線通信装置１５０は、アンテナ素子１５１、無線受信部１５２、ＲＦ復調部１５３、受信信号処理部１５４、音声復号化部１５５、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１５６及び音声再生部１５７を具備する。【００２５】  無線受信部１５２は、バンドパスフィルタや低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子１５１で捕捉した無線信号からアナログの���気信号である受信音声信号を生成し、生成した受信音声信号をＲＦ復調部１５３に入力する。【００２６】  ＲＦ復調部１５３は、無線受信部１５２から入力されてくる受信音声信号をＲＦ変調部１１５における変調方式に対応する復調方式で復調して受信音声符号化信号を生成し、生成した受信音声符号化信号を受信信号処理部１５４に入力する。【００２７】  受信信号処理部１５４は、ＲＦ復調部１５３から入力されてくる受信音声符号化信号に対して、ジッタ吸収バッファリング処理、パケット分解処理及びチャネル復号化処理等を施して受信音声符号化ビット列を生成し、生成した受信音声符号化ビット列を音声復号化部１５５に入力する。【００２８】  音声復号化部１５５は、受信信号処理部１５４から入力されてくる受信音声符号化ビット列の復号化処理を行ってディジタル復号音声信号を生成し、生成したディジタル復号音声信号をＤ／Ａ変換器１５６に入力する。【００２９】  Ｄ／Ａ変換器１５６は、音声復号化部１５５から入力されてくるディジタル復号音声信号をアナログ復号音声信号に変換し、変換後のアナログ復号音声信号を音声再生部１５７に入力する。【００３０】  音声再生部１５７は、Ｄ／Ａ変換器１５６から入力されてくるアナログ復号音声信号を空気の振動に変換して音波として人間の耳に聞こえる様に出力する。【００３１】  図２は、本実施の形態に係る音声符号化装置２００の構成を示すブロック図である。音声符号化装置２００は、線形予測符号化（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｉｎｇ：ＬＰＣ）分析部２０１、ＬＰＣ符号化部２０２、低域成分波形符号化部２１０、高域成分符号化部２２０及びパケット化部２３１を具備する。【００３２】  なお、音声符号化装置２００におけるＬＰＣ分析部２０１、ＬＰＣ符号化部２０２、低域成分波形符号化部２１０及び高域成分符号化部２２０は、無線通信装置１１０における音声符号化部１１３を構成し、またパケット化部２３１は、無線通信装置１１０における送信信号処理部１１４の一部である。【００３３】  また、低域成分波形符号化部２１０は、線形予測逆フィルタ２１１、１／８ダウンサンプル（ＤＳ）部２１２、スケーリング部２１３、スカラ量子化部２１４及び８倍アップサンプル（ＵＳ）部２１５を具備する。さらに、高域成分符号化部２２０は、加算器２２１、２２７、２２８、重み付け誤差最小化部２２２、ピッチ分析部２２３、適応符号帳（ＡＣＢ）部２２４、固定符号帳（ＦＣＢ）部２２５、利得量子化部２２６及び合成フィルタ２２９を具備する。【００３４】  ＬＰＣ分析部２０１は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号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（線形予測係数又はＬＰＣ係数）をＬＰＣ符号化部２０２に入力する。【００３５】  ＬＰＣ符号化部２０２は、ＬＰＣ分析部２０１から入力されてくるＬＰＣパラメータを符号化して量子化ＬＰＣを生成し、量子化ＬＰＣの符号化情報をパケット化部２３１に入力するとともに、生成した量子化ＬＰＣを線形予測逆フィルタ２１１と合成フィルタ２２９とにそれぞれ入力する。なお、ＬＰＣ符号化部２０２は、例えばＬＰＣパラメータを一旦ＬＳＰパラメータなどに変換し、そ���変換後のＬＳＰパラメータをベクトル量子化等することによってＬＰＣパラメータを符号化する。【００３６】  低域成分波形符号化部２１０は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣに基づいて、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号の線形予測残差信号を算出し、その算出結果に対してダウンサンプル処理を行なうことにより、音声信号における所定の周波数未満の帯域からなる低域成分を抽出し、抽出した低域成分を波形符号化して低域成分符号化情報を生成する。そして、低域成分波形符号化部２１０は、この低域成分符号化情報をパケット化部２３１に入力するとともに、この波形符号化によって生成した量子化された低域成分波形符号化信号（音源波形）を高域成分符号化部２２０に入力する。低域成分波形符号化部２１０によって生成される低域成分波形符号化情報は、スケーラブル符号化による符号化情報におけるコアレイヤ符号化情報を構成する。なお、この低域成分の上限周波数は、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度が好ましい。【００３７】  線形予測逆フィルタ２１１は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣを用いて（１）式で表される信号処理をディジタル音声信号に施すデジタルフィルタであり、（１）式で表される信号処理によって線形予測残差信号を算出し、算出した線形予測残差信号を１／８ＤＳ部２１２に入力する。なお、（１）式において、Ｘ（ｎ）は線形予測逆フィルタの入力信号列、Ｙ（ｎ）は線形予測逆フィルタの出力信号列、α（ｉ）はｉ次の量子化ＬＰＣである。
【数１】
2006025313.tif 000002
【００３８】  １／８ＤＳ部２１２は、線形予測逆フィルタ２１１から入力されてくる線形予測残差信号に対して８分の１のダウンサンプルを行い、サンプリング周波数１ｋＨｚのサンプリング信号をスケーリング部２１３に入力する。なお、本実施の形態では、ダウンサンプルによって生じる遅延時間分の先読み信号（実際に先読みしたデータを入れたり、ゼロ詰としたりする）を用いる等により、１／８ＤＳ部２１２又は後述する８倍ＵＳ部２１５において遅延が生じないものとする。ちなみに、１／８ＤＳ部２１２又は８倍ＵＳ部２１５において遅延が生じる場合には、後述する加算器２２８でのマッチングがうまくいくように、後述する加算器２２７において出力音源ベクトルを遅延させる。【００３９】  スケーリング部２１３は、１／８ＤＳ部２１２から入力されてくるサンプリング信号（線形予測残差信号）における１フレーム中の最大振幅を有するサンプルを所定のビット数でスカラ量子化し（例えば８ビットμ則／Ａ則ＰＣＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス符号変調）、このスカラ量子化についての符号化情報（スケーリング係数符号化情報）をパケット化部２３１に入力する。また、スケーリング部２１３は、スカラ量子化された最大振幅値で１フレーム分の線形予測残差信号をスケーリング（正規化）し、スケーリングされた線形予測残差信号をスカラ量子化部２１４に入力する。【００４０】  スカラ量子化部２１４は、スケーリング部２１３から入力されてくる線形予測残差信号をスカラ量子化し、このスカラ量子化についての符号化情報（正規化音源信号低域成分符号化情報）をパケット化部２３１に入力するとともに、スカラ量子化された線形予測残差信号を８倍ＵＳ部２１５に入力する。なお、スカラ量子化部２１４は、このスカラ量子化において、例えばＰＣＭや差動パルス符号変調（ＤＰＣＭ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｌｓｅ−Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を適用する。【００４１】  ８倍ＵＳ部２１５は、スカラ量子化部２１４から入力されてくるスカラ量子化された線形予測残差信号を８倍アップサンプルし、サンプリング周波数８ｋＨｚの信号にした後に、そのサンプリング信号（線形予測残差信号）をピッチ分析部２２３と加算器２２８とにそれぞれ入力する。【００４２】  高域成分符号化部２２０は、低域成分波形符号化部２１０によって符号化される音声信号の低域成分以外の成分即ち音声信号における前記周波数を超える帯域からなる高域成分をＣＥＬＰ符号化して、高域成分符号化情報を生成する。そして、高域成分符号化部２２０は、生成した高域成分符号化情報を、パケット化部２３１に入力する。高域成分符号化部２２０によって生成される高域成分符号化情報は、スケーラブル符号化による符号化情報における拡張レイヤ符号化情報を構成する。【００４３】  加算器２２１は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号から、後述する合成フィルタ２２９から入力されてくる合成信号を減算することによって誤差信号を算出し、算出した誤差信号を重み付け誤差最小化部２２２に入力する。なお、加算器２２１によって算出される誤差信号は、符号化歪みに相当する。【００４４】  重み付け誤差最小化部２２２は、加算器２２１から入力されてくる誤差信号に対して、聴感（聴覚）重み付けフィルタを用いてその誤差が最小となるようにＦＣＢ部２２５と利得量子化部２２６とにおける符号化パラメータを決定し、その決定した符号化パラメータをＦＣＢ部２２５と利得量子化部２２６とにそれぞれ指示する。また、重み付け誤差最小化部２２２は、聴覚重み付けフィルタのフィルタ係数を、ＬＰＣ分析部２０１で分析されたＬＰＣパラメータに基づいて算出する。【００４５】  ピッチ分析部２２３は、８倍ＵＳ部２１５から入力されてくるアップサンプルされたスカラ量子化後の線形予測残差信号（音源波形）のピッチラグ（ピッチ周期）を算出し、算出したピッチラグをＡＣＢ部２２４に入力する。即ち、ピッチ分析部２２３は、現在及び過去にスカラ量子化された低域成分の線形予測残差信号（音源波形）を用いて現在のピッチラグを探索する。なお、ピッチ分析部２２３は、例えば正規化自己相関関数を用いた一般的な方法により、ピッチラグの算出を行うことができる。ちなみに、女声の高いピッチは４００Ｈｚ程度である。【００４６】  ＡＣＢ部２２４は、内蔵するバッファに後述する加算器２２７から入力されてくる過去に生成された出力音源ベクトルを記憶しており、ピッチ分析部２２３から入力されてくるピッチラグに基づいて適応符号ベクトルを生成し、生成した適応符号ベクトルを利得量子化部２２６に入力する。【００４７】  ＦＣＢ部２２５は、重み付け誤差最小化部２２２から指示された符号化パラメータに対応する音源ベクトルを、固定符号ベクトルとして利得量子化部２２６に入力する。また、ＦＣＢ部２２５は、この固定符号ベクトルを表す符号をパケット化部２３１に入力する。【００４８】  利得量子化部２２６は、重み付け誤差最小化部２２２から指示された符号化パラメータに対応するゲイン、具体的にはＡＣＢ部２２４からの適応符号ベクトルとＦＣＢ部２２５からの固定符号ベクトルとに対するゲイン即ち適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとを生成する。そして、利得量子化部２２６は、生成した適応符号帳ゲインをＡＣＢ部２２４から入力されてくる適応符号ベクトルに乗じ、同様に固定符号帳ゲインをＦＣＢ部２２５から入力されてくる固定符号ベクトルに乗じて、それらの乗算結果を加算器２２７に入力する。また、利得量子化部２２６は、重み付け誤差最小化部２２２から指示されたゲインパラメータ（符号化情報）をパケット化部２３１に入力する。なお、適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとは、別々にスカラ量子化されてもよいし、２次元ベクトルとしてベクトル量子化されてもよい。ちなみに、ディジタル音声信号のフレーム又はサブフレーム間の予測を用いた符号化を行うと、その符号化効率が高まる。【００４９】  加算器２２７は、利得量子化部２２６から入力されてくる適応符号帳ゲインを乗じた適応符号ベクトルと、同様に固定符号帳ゲインを乗じた固定符号ベクトルと、を加算して、高域成分符号化部２２０の出力音源ベクトルを生成し、生成した出力音源ベクトルを加算器２２８に入力する。さらに、加算器２２７は、最適な出力音源ベクトルが決定された後に、その最適な出力音源ベクトルをフィードバックのためにＡＣＢ部２２４に通知して��適応符号帳の内容を更新する。【００５０】  加算器２２８は、低域成分波形符号化部２１０で生成される線形予測残差信号と、高域成分符号化部２２０で生成される出力音源ベクトルと、を加算し、その加算された出力音源ベクトルを合成フィルタ２２９に入力する。【００５１】  合成フィルタ２２９は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣを用いて、加算器２２８から入力されてくる出力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い、その合成信号を加算器２２１に入力する。【００５２】  パケット化部２３１は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣの符号化情報と低域成分波形符号化部２１０から入力されてくるスケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報とを低域成分符号化情報に分類し、また高域成分符号化部２２０から入力されてくる固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報を高域成分符号化情報に分類して、この低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とを個別にパケット化して伝送路に無線送信する。パケット化部２３１は、特に低域成分符号化情報を含むパケットについては、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御等のなされた伝送路へ無線送信する。なお、パケット化部２３１は、低域成分符号化情報をＱｏＳ制御等のなされた伝送路へ無線送信する代わりに、強い誤り保護をかけるようなチャネル符号化を適用して伝送路へ無線送信するようにしてもよい。【００５３】  図３は、本実施の形態に係る音声復号化装置３００の構成を示すブロック図である。音声復号化装置３００は、ＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０、高域成分復号化部３２０、パケット分離部３３１、加算器３４１、合成フィルタ３４２及び後処理部３４３を具備する。なお、音声復号化装置３００におけるパケット分離部３３１は無線通信装置１５０における受信信号処理部１５４の一部であり、またＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０、高域成分復号化部３２０、加算器３４１及び合成フィルタ３４２は音声復号化部１５５の一部を構成し、また後処理部３４３は音声復号化部１５５の一部とＤ／Ａ変換器１５６の一部とを構成する。【００５４】  低域成分波形復号化部３１０は、スカラ復号部３１１、スケーリング部３１２及び８倍ＵＳ部３１３を具備する。また、高域成分復号化部３２０は、ピッチ分析部３２１、ＡＣＢ部３２２、ＦＣＢ部３２３、利得復号部３２４及び加算器３２５を具備する。【００５５】  パケット分離部３３１は、低域成分符号化情報（量子化ＬＰＣ符号化情報、スケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報）を含むパケットと高域成分符号化情報（固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報）を含むパケットとをそれぞれ入力され、量子化ＬＰＣ符号化情報をＬＰＣ復号部３０１に、スケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報を低域成分波形復号化部３１０に、固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報を高域成分復号化部３２０にそれぞれ入力する。なお、本実施の形態では、低域成分符号化情報を含むパケットはＱｏＳ制御等によって伝送路���りや消失が起こり難い回線を経由して受信されるため、パケット分離部３３１への入力線が２本となっている。なお、パケット分離部３３１は、パケット消失が検出された場合には、その消失パケットに含まれていたはずの符号化情報を復号する構成部即ちＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０又は高域成分復号化部３２０のいずれかに対して、パケット消失があったことを通知する。そして、パケット分離部３３１からこのパケット消失の通知を受けた構成部は、隠蔽処理による復号処理を行う。【００５６】  ＬＰＣ復号部３０１は、パケット分離部３３１から入力されてくる量子化ＬＰＣの符号化情報を復号し、復号後のＬＰＣを合成フィルタ３４２に入力する。【００５７】  スカラ復号部３１１は、パケット分離部３３１から入力されてくる正規化音源信号低域成分符号化情報を復号し、復号後の音源信号低域成分をスケーリング部３１２に入力する。【００５８】  スケーリング部３１２は、パケット分離部３３１から入力されてくるスケーリング係数符号化情報からスケーリング係数を復号し、スカラ復号部３１１から入力されてくる正規化音源信号低域成分に復号後のスケーリング係数を乗じて、音声信号の低域成分の復号音源信号（線形予測残差信号）を生成し、生成した復号音源信号を８倍ＵＳ部３１３に入力する。【００５９】  ８倍ＵＳ部３１３は、スケーリング部３１２から入力されてくる復号音源信号を８倍アップサンプルし、サンプリング周波数８ｋＨｚのサンプリング信号にして、そのサンプリング信号をピッチ分析部３２１と加算器３４１とにそれぞれ入力する。【００６０】  ピッチ分析部３２１は、８倍ＵＳ部３１３から入力されてくるサンプリング信号のピッチラグを算出し、算出したピッチラグをＡＣＢ部３２２に入力する。ピッチ分析部３２１は、例えば正規化自己相関関数を用いた一般的な方法により、ピッチラグの算出を行うことができる。【００６１】  ＡＣＢ部３２２は、復号音源信号のバッファであり、ピッチ分析部３２１から入力されてくるピッチラグに基づいて適応符号ベクトルを生成し、生成した適応符号ベクトルを利得復号部３２４に入力する。【００６２】  ＦＣＢ部３２３は、パケット分離部３３１から入力されてくる高域成分符号化情報（固定符号ベクトル符号化情報）に基づいて固定符号ベクトルを生成し、生成した固定符号ベクトルを利得復号部３２４に入力する。【００６３】  利得復号部３２４は、パケット分離部３３１から入力されてくる高域成分符号化情報（ゲインパラメータ符号化情報）を用いて適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとを復号し、復号した適応符号帳ゲインをＡＣＢ部３２２から入力されてくる適応符号ベクトルに、同様に復号した固定符号帳ゲインをＦＣＢ部３２３から入力されてくる固定符号ベクトルに、それぞれ乗じて、この２つの乗算結果を加算器３２５に入力する。【００６４】  加算器３２５は、利得復号部３２４から入力されてくる２つの乗算結果を加算して、その加算結果を高域成分復号化部３２０の出力音源ベクトルとして加算器３４１に入力する。さらに、加算器３２５は、この出力音源ベクトルをフィードバックのためにＡＣＢ部３２２に通知して、適応符号帳の内容を更新する。【００６５���  加算器３４１は、低域成分波形復号化部３１０から入力されてくるサンプリング信号と高域成分復号化部３２０とから入力されてくる出力音源ベクトルとを加算し、その加算結果を合成フィルタ３４２に入力する。【００６６】  合成フィルタ３４２は、ＬＰＣ復号部３０１から入力されるＬＰＣを用いて構成される線形予測フィルタであり、加算器３４１から入力されてくる加算結果で前記線形予測フィルタを駆動して音声合成を行い、合成された音声信号を後処理部３４３に入力する。【００６７】  後処理部３４３は、合成フィルタ３４２によって生成された信号に対して、その主観品質を改善するための処理、例えばポストフィルタリング、背景雑音抑圧処理又は背景雑音の主観品質改善処理等を施して最終的な音声信号を生成する。従って、本発明に係る音声信号生成手段は、加算器３４１、合成フィルタ３４２及び後処理部３４３で構成されることになる。【００６８】  次いで、本実施の形態に係る音声符号化装置２００及び音声復号化装置３００の動作を図４及び図５を用いて説明する。【００６９】  図４に、音声符号化装置２００において、音声信号から低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが生成される態様を示す。【００７０】  低域成分波形符号化部２１０は、音声信号をダウンサンプルするなどしてその低域成分を抽出し、抽出した低域成分を波形符号化して低域成分符号化情報を生成する。そして、音声符号化装置２００は、生成した低域成分符号化情報をビットストリーム化、パケット化及び変調処理等した後に無線送信する。また、低域成分波形符号化部２１０は、音声信号の低域成分について、その線形予測残差信号（音源波形）を生成して量子化し、量子化後の線形予測残差信号を高域成分符号化部２２０に入力する。【００７１】  高域成分符号化部２２０は、量子化された線形予測残差信号に基づいて生成した合成信号と入力されてくる音声信号との誤差が最小となる高域成分符号化情報を生成する。そして、音声符号化装置２００は、生成した高域成分符号化情報をビットストリーム化、パケット化及び変調処理等して無線送信する。【００７２】  図５に、音声復号化装置３００において、伝送路を経由して受信された低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とから音声信号が再生される態様を示す。低域成分波形復号化部３１０は、低域成分符号化情報を復号して音声信号の低域成分を生成し、生成した低域成分を高域成分復号化部３２０に入力する。高域成分復号化部３２０は、拡張レイヤ符号化情報を復号して音声信号の高域成分を生成し、生成した高域成分と低域成分波形復号化部３１０から入力されてくる低域成分と足し合わせることにより、再生用の音声信号を生成する。【００７３】  このように、本実施の形態によれば、聴覚上重要な音声信号の低域成分（例えば５００Ｈｚ未満の低周波数成分）がフレーム間予測を利用しない波形符号化方式で符号化され、かつ、その他の高域成分がフレーム間予測を利用する符号化方式即ちＡＣＢ部２２４とＦＣＢ部２２５とを用いるＣＥＬＰ方式で符号化されるため、音声信号の低域成分について、誤り伝播がなくなり、かつ、消失フレームの前後の正常フレームを用いた内挿（補間）による隠蔽処理も可能となること���ら、その低域成分についての誤り耐性が高くなる。その結果、本実施の形態によれば、音声復号化装置３００を具備する無線通信装置１５０によって再生される音声の品質を確実に向上させることができる。なお、ここでフレーム間予測とは、過去のフレームの内容から現在又は将来のフレームの内容を予測することである。【００７４】  また、本実施の形態によれば、波形符号化方式が音声信号の低域成分に適用されるため、音声信号の符号化によって生成される音声データのデータ量を必要最小限に抑えることができる。【００７５】  また、本実施の形態によれば、音声の基本周波数（ピッチ）を必ず含むように音声信号の低域成分の周波数帯域が設定されるため、高域成分符号化部２２０における適応符号帳のピッチラグ情報を低域成分符号化情報から復号される音源信号低域成分を用いて算出することが可能となる。この特徴により、本実施の形態によれば、高域成分符号化部２２０が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化しなくても、高域成分符号化部２２０は適応符号帳を用いて音声信号を符号化することができる。また、本実施の形態によれば、高域成分符号化部２２０が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化する場合でも、高域成分符号化部２２０は、低域成分符号化情報の復号信号から算出されるピッチラグ情報を利用することで、少ないビット数で効率的にピッチラグ情報を量子化することができる。【００７６】  さらに、本実施の形態では、低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とを別々のパケットで無線送信するため、低域成分符号化情報を含むパケットよりも高域成分符号化情報を含むパケットを先に破棄する優先制御を行えば、音声信号の誤り耐性を一層改善することができる。【００７７】  なお、本実施の形態について、以下のように応用したり変形したりしてもよい。本実施の形態では、低域成分波形符号化部２１０がフレーム間予測を利用しない符号化方式として波形符号化方式を使用し、かつ、高域成分符号化部２２０がフレーム間予測を利用する符号化方式としてＡＣＢ部２２４とＦＣＢ部２２５とを用いるＣＥＬＰ方式を使用する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分波形符号化部２１０がフレーム間予測を利用しない符号化方式として周波数領域での符号化方式を使用したり、高域成分符号化部２２０がフレーム間予測を利用する符号化方式としてボコーダ方式を使用したりしてもよい。【００７８】  本実施の形態では、低域成分の上限周波数が５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の場合を例に説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、符号化される全周波数帯域幅や伝送路の回線速度等に応じて低域成分の上限周波数を１ｋＨｚより高い値に設定してもよい。【００７９】  また、本実施の形態では、低域成分波形符号化部２１０における低域成分の上限周波数を５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度と仮定して、１／８ＤＳ部２１２におけるダウンサンプルを８分の１とする場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分波形符号化部２１０において符号化される低域成分の上限周波数がナイキスト周波数になるように、１／８ＤＳ部２１２におけるダ���ンサンプルの倍率が設定されてもよい。また、８倍ＵＳ部２１５における倍率についても同様である。【００８０】  また、本実施の形態では、低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが別々のパケットで送受信される場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが１つのパケットで送受信されるようにしてもよい。このようにすると、スケーラブル符号化によるＱｏＳ制御の効果は得られなくなるものの、低域成分については誤り伝播を防ぐ効果が奏され、かつ、高品質なフレーム消失隠蔽処理も可能である。【００８１】  また、本実施の形態では、音声信号における所定の周波数未満の帯域を低域成分とし、また前記周波数を超える帯域を高域成分とする場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば音声信号の低域成分は少なくとも所定の周波数未満の帯域を有し、またその高域成分は少なくとも前記周波数を超える帯域を有するようにしてもよい。即ち、本発明では、音声信号の低域成分の有する周波数帯域とその高域成分の有する周波数帯域とが一部オーバーラップしてもよい。【００８２】  また、本実施の形態では、高域成分符号化部２２０において、低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグがそのまま用いられる場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば高域成分符号化部２２０が、低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグの近傍で適応符号帳の再探索を行い、この再探索によって得られたピッチラグと前記信号波形から算出されたピッチラグとの誤差情報を生成し、生成した誤差情報も合わせて符号化して無線送信するようにしてもよい。【００８３】  図６は、この変形例に係る音声符号化装置６００の構成を示すブロック図である。図６において、図２に示す音声符号化装置２００の構成部と同様の機能を発揮する構成部には、同一の参照符号を付している。図６では、高域成分符号化部６２０において重み付け誤差最小化部６２２がＡＣＢ部６２４の再探索を行い、次いでＡＣＢ部６２４がこの再探索によって得られたピッチラグと低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグとの誤差情報を生成し、生成した誤差情報をパケット化部６３１に入力する。そして、パケット化部６３１は、この誤差情報についても高域成分符号化情報の一部としてパケット化して無線送信する。【００８４】  また、本実施の形態で用いた固定符号帳は、雑音符号帳、確率符号帳又は乱数符号帳と呼ばれることもある。【００８５】  また、本実施の形態で用いた固定符号帳は、固定音源符号帳と呼ばれることもあり、適応符号帳は、適応音源符号帳と呼ばれることもある。【００８６】  また、本実施の形態で用いたＬＳＰの余弦をとったもの、すなわち、ＬＳＰをＬ（ｉ）とした場合のｃｏｓ（Ｌ（ｉ））を特にＬＳＦ（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙのと呼び、ＬＳＰと区別することもあるが、本明細書では、ＬＳＦはＬＳＰの一形態でありＬＳＰにＬＳＦは含まれるものとする。すなわち、ＬＳＰをＬＳＦと読み替えても良い。また同���に、ＬＳＰをＩＳＰ（Ｉｍｍｉｔｔａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｐａｉｒｓ）と読み替えても良い。【００８７】  また、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、本発明に係る音声符号化方法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、本発明に係る音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。【００８８】  また、上記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チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。【００８９】  ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。【００９０】  また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａのや、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。【００９１】  さらには、半導体技術の進歩又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よい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。【００９２】  本明細書は、２００４年８月３１日出願の特願２００４−２５２０３７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】
【００９３】  本発明に係る音声符号化装置は、ＣＥＬＰ型音声符号化において、固定符号帳のビット数を増大させることなく、誤り耐性を向上させることができるという効果を有し、移動体無線通信システムにおける無線通信装置等として有用である。
【図１】
2006025313.tif 000003
【図２】
2006025313.tif 000004
【図３】
2006025313.tif 000005
【図４】
2006025313.tif 000006
【図５】
2006025313.tif 000007
【図６】
2006025313.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月2日(2007.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成する低域成分符号化手段と、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成する高域成分符号化手段と、
を具備する音声符号化装置。
【請求項２】
前記低域成分符号化手段は、
前記低域成分を波形符号化して前記低域成分符号化情報を生成し、
前記高域成分符号化手段は、
前記高域成分を適応符号帳及び固定符号帳を用いて符号化して前記高域成分符号化情報を生成する、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
前記高域成分符号化手段は、
前記低域成分符号化手段における波形符号化によって生成される音源波形に基づいて前記適応符号帳におけるピッチラグ情報を量子化する、
請求項２記載の音声符号化装置。
【請求項４】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して生成された低域成分符号化情報を復号する低域成分復号化手段と、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して生成された高域成分符号化情報を復号する高域成分復号化手段と、
復号された低域成分符号化情報から音声信号を生成する音声信号生成手段と、
を具備する音声復号化装置。
【請求項５】
請求項１記載の音声符号化装置を具備する通信装置。
【請求項６】
請求項４記載の音声復号化装置を具備する通信装置。
【請求項７】
音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成するステップと、
前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成するステップと、
を具備する音声符号化方法。               
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケーラブル符号化技術を利用する音声符号化装置、音声復号化装置、通信装置及び音声符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体無線通信システム等では、音声通信用の符号化方式としてＣＥＬＰ（Code
Excited Linear Prediction）方式が、音声信号を比較的低いビットレート（電話帯域音声であれば８kbit/s程度）で高品質に符号化できることから、広く用いられている。一方で、近年ＩＰ（Internet Protocol）網を使用した音声通信（ＶｏＩＰ：Voice over IP）が急速に普及してきており、移動体無線通信システムでは、今後ＶｏＩＰの技術が広く用いられるようになると予測されている。
【０００３】
ＩＰ通信に代表されるパケット通信では、伝送路上でパケット破棄が生じることがあるため、音声符号化方式としてはフレーム消失耐性の高い方式が好ましい。ここで、ＣＥＬＰ方式は、過去に量子化した音源信号のバッファである適応符号帳を用いて現在の音声信号を符号化するため、伝送路誤りが一旦生じると、符号器側（送信側）と復号器側（受信側）の適応符号帳の内容が一致しなくなることから、その伝送路誤りが生じたフレームのみならず伝送路誤りが生じなかった後続の正常フレームにもその誤りの影響が伝播する。このため、ＣＥＬＰ方式は、フレーム消失耐性が高い方式とは言えない。
【０００４】
フレーム消失耐性を高める方法として、例えばパケットやフレームの一部が消失しても他のパケットやフレームの一部を利用して復号を行う方法が知られている。スケーラブル符号化（エンベデッド符号化又は階層符号化とも言う）は、そのような方法を実現する技術の一つである。スケーラブル符号化方式で符号化された情報は、コアレイヤ符号化情報と拡張レイヤ符号化情報とから成る。スケーラブル符号化方式で符号化された情報を受信した復号化装置は、拡張レイヤ符号化情報がなくてもコアレイヤ符号化情報のみから音声再生に最低限必要な音声信号を復号することができる。
【０００５】
スケーラブル符号化の一例として、符号化対象信号の周波数帯域にスケーラビリティを持つものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、ダウンサンプルした後の入力信号を第１のＣＥＬＰ符号化回路で符号化し、その符号化結果を用いて第２のＣＥＬＰ符号化回路でその入力信号を符号化する。この特許文献１に記載された技術によれば、符号化レイヤ数を増やしてビットレートを増すことにより、信号帯域を拡げて再生音声品質を向上させることができ、また拡張レイヤ符号化情報がなくても狭い信号帯域の音声信号をエラーフリーの状態で復号して音声として再生することができる。
【特許文献１】特開平１１−３０９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、コアレイヤ符号化情報が適応符号帳を利用したＣＥＬＰ方式で生成されるため、コアレイヤ符号化情報の消失に対する誤り耐性は高いとは言えない。
【０００７】
ここで、ＣＥＬＰ方式において適応符号帳を用いなければ、音声信号の符号化が符号化器内のメモリ（記憶）に依存しなくなるため、誤り伝播がなくなり、音声信号の誤り耐性が高まる。ところが、ＣＥＬＰ方式において適応符号帳を用いなければ、固定符号帳のみで音声信号を量子化することになるため、一般に再生音声の品質が劣化する。また、固定
符号帳のみを用いて再生音声を高品質化するには、固定符号帳に多くのビット数が必要となり、さらに符号化された音声データは高いビットレートを必要とする。
【０００８】
よって、本発明の目的は、固定符号帳のビット数を増大させることなく、フレーム消失誤り耐性を向上させることのできる音声符号化装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る音声符号化装置は、音声信号における少なくとも所定の周波数未満の帯域を有する低域成分をフレーム間予測を用いることなく符号化して低域成分符号化情報を生成する低域成分符号化手段と、前記音声信号における少なくとも前記所定の周波数を超える帯域を有する高域成分をフレーム間予測を用いて符号化して高域成分符号化情報を生成する高域成分符号化手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、聴覚上重要な音声信号の低域成分（例えば５００Ｈｚ未満の低周波成分）がメモリ（記憶）に依存しない符号化方式即ちフレーム間の予測を利用しない方式例えば波形符号化方式や周波数領域での符号化方式で符号化され、かつ、音声信号における高域成分が適応符号帳と固定符号帳とを用いるＣＥＬＰ方式で符号化されるため、音声信号の低域成分について、誤り伝播がなくなり、かつ、消失フレームの前後の正常フレームを用いた内挿（補間）による隠蔽処理も可能となることから、その低域成分についての誤り耐性が高くなる。その結果、本発明によれば、音声復号化装置を具備する通信装置によって再生される音声の品質を確実に向上させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、波形符号化等のフレーム間予測を用いない符号化方式が音声信号の低域成分に適用されるため、音声信号の符号化によって生成される音声データのデータ量を必要最小限に抑制することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、音声の基本周波数（ピッチ）を必ず含むように音声信号の低域成分の周波数帯域が設定されるため、高域成分符号化手段における適応符号帳のピッチラグ情報を低域成分符号化情報から復号される音源信号低域成分を用いて算出することが可能となる。この特徴により、本発明によれば、高域成分符号化手段が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化及び伝送しなくても、高域成分符号化手段は、適応符号帳を用いて音声信号の高域成分を符号化することができる。また、本発明によれば、高域成分符号化手段が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化して伝送する場合でも、高域成分符号化手段は、低域成分符号化情報の復号信号から算出されるピッチラグ情報を利用することで、少ないビット数で効率的にピッチラグ情報を量子化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置を具備する無線通信装置１１０と
、本実施の形態に係る音声復号化装置を具備する無線通信装置１５０と、を含む音声信号伝送システムの構成を示すブロック図である。なお、無線通信装置１１０と無線通信装置１５０とは共に、携帯電話等の移動体通信システムにおける無線通信装置であり、図示しない基地局装置を介して無線信号を送受信する。
【００１５】
無線通信装置１１０は、音声入力部１１１、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１２、音声符号化部１１３、送信信号処理部１１４、無線周波数（Radio Frequency：ＲＦ）変調部１１５、無線送信部１１６及びアンテナ素子１１７を具備する。
【００１６】
音声入力部１１１は、マイクロフォン等で構成され、音声を電気信号であるアナログ音声信号に変換し、生成した音声信号をＡ／Ｄ変換器１１２に入力する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器１１２は、音声入力部１１１から入力されてくるアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、そのディジタル音声信号を音声符号化部１１３に入力する。
【００１８】
音声符号化部１１３は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号を符号化して音声符号化ビット列を生成し、生成した音声符号化ビット列を送信信号処理部１１４に入力する。なお、音声符号化部１１３の動作及び機能については、後に詳述する。
【００１９】
送信信号処理部１１４は、音声符号化部１１３から入力されてくる音声符号化ビット列にチャネル符号化処理、パケット化処理及び送信バッファ処理等を行った後、その処理後の音声符号化ビット列をＲＦ変調部１１５に入力する。
【００２０】
ＲＦ変調部１１５は、送信信号処理部１１４から入力されてくる音声符号化ビット列を既定の方式で変調して、その変調後の音声符号化信号を無線送信部１１６に入力する。
【００２１】
無線送信部１１６は、周波数変換器や低雑音アンプ等を備え、ＲＦ変調部１１５から入力されてくる音声符号化信号を所定周波数の搬送波に変換して、その搬送波を所定の出力でアンテナ素子１１７を介して無線送信する。
【００２２】
なお、無線通信装置１１０においては、Ａ／Ｄ変換器１１２によって生成されるディジタル音声信号に対して、Ａ／Ｄ変換後の各種信号処理が数十ｍｓのフレーム単位で実行される。また、音声信号伝送システムの構成要素である図示しないネットワークがパケット網である場合には、送信信号処理部１１４は、１フレーム分又は数フレーム分の音声符号化ビット列から１つのパケットを生成する。なお、前記ネットワークが回線交換網である場合には、送信信号処理部１１４は、パケット化処理や送信バッファ処理を行う必要はない。
【００２３】
一方、無線通信装置１５０は、アンテナ素子１５１、無線受信部１５２、ＲＦ復調部１５３、受信信号処理部１５４、音声復号化部１５５、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１５６及び音声再生部１５７を具備する。
【００２４】
無線受信部１５２は、バンドパスフィルタや低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子１５１で捕捉した無線信号からアナログの電気信号である受信音声信号を生成し、生成した受信音声信号をＲＦ復調部１５３に入力する。
【００２５】
ＲＦ復調部１５３は、無線受信部１５２から入力されてくる受信音声信号をＲＦ変調部１１５における変調方式に対応する復調方式で復調して受信音声符号化信号を生成し、生成した受信音声符号化信号を受信信号処理部１５４に入力する。
【００２６】
受信信号処理部１５４は、ＲＦ復調部１５３から入力されてくる受信音声符号化信号に対して、ジッタ吸収バッファリング処理、パケット分解処理及びチャネル復号化処理等を施して受信音声符号化ビット列を生成し、生成した受信音声符号化ビット列を音声復号化部１５５に入力する。
【００２７】
音声復号化部１５５は、受信信号処理部１５４から入力されてくる受信音声符号化ビット列の復号化処理を行ってディジタル復号音声信号を生成し、生成したディジタル復号音声信号をＤ／Ａ変換器１５６に入力する。
【００２８】
Ｄ／Ａ変換器１５６は、音声復号化部１５５から入力されてくるディジタル復号音声信号をアナログ復号音声信号に変換し、変換後のアナログ復号音声信号を音声再生部１５７に入力する。
【００２９】
音声再生部１５７は、Ｄ／Ａ変換器１５６から入力されてくるアナログ復号音声信号を空気の振動に変換して音波として人間の耳に聞こえる様に出力する。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係る音声符号化装置２００の構成を示すブロック図である。音声符号化装置２００は、線形予測符号化（Linear Predictive Coding：ＬＰＣ）分析部２０１、ＬＰＣ符号化部２０２、低域成分波形符号化部２１０、高域成分符号化部２２０及びパケット化部２３１を具備する。
【００３１】
なお、音声符号化装置２００におけるＬＰＣ分析部２０１、ＬＰＣ符号化部２０２、低域成分波形符号化部２１０及び高域成分符号化部２２０は、無線通信装置１１０における音声符号化部１１３を構成し、またパケット化部２３１は、無線通信装置１１０における送信信号処理部１１４の一部である。
【００３２】
また、低域成分波形符号化部２１０は、線形予測逆フィルタ２１１、１／８ダウンサンプル（ＤＳ）部２１２、スケーリング部２１３、スカラ量子化部２１４及び８倍アップサンプル（ＵＳ）部２１５を具備する。さらに、高域成分符号化部２２０は、加算器２２１、２２７、２２８、重み付け誤差最小化部２２２、ピッチ分析部２２３、適応符号帳（ＡＣＢ）部２２４、固定符号帳（ＦＣＢ）部２２５、利得量子化部２２６及び合成フィルタ２２９を具備する。
【００３３】
ＬＰＣ分析部２０１は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号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（線形予測係数又はＬＰＣ係数）をＬＰＣ符号化部２０２に入力する。
【００３４】
ＬＰＣ符号化部２０２は、ＬＰＣ分析部２０１から入力されてくるＬＰＣパラメータを符号化して量子化ＬＰＣを生成し、量子化ＬＰＣの符号化情報をパケット化部２３１に入力するとともに、生成した量子化ＬＰＣを線形予測逆フィルタ２１１と合成フィルタ２２９とにそれぞれ入力する。なお、ＬＰＣ符号化部２０２は、例えばＬＰＣパラメータを一旦ＬＳＰパラメータなどに変換し、その変換後のＬＳＰパラメータをベクトル量子化等することによってＬＰＣパラメータを符号化する。
【００３５】
低域成分波形符号化部２１０は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣに基づいて、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号の線形予測残差信号を算出し、その算出結果に対してダウンサンプル処理を行なうことにより、音声信号における所定の周波数未満の帯域からなる低域成分を抽出し、抽出した低域成分を波形符号化して低域成分符号化情報を生成する。そして、低域成分波形符号化部２１０は、こ
の低域成分符号化情報をパケット化部２３１に入力するとともに、この波形符号化によって生成した量子化された低域成分波形符号化信号（音源波形）を高域成分符号化部２２０に入力する。低域成分波形符号化部２１０によって生成される低域成分波形符号化情報は、スケーラブル符号化による符号化情報におけるコアレイヤ符号化情報を構成する。なお、この低域成分の上限周波数は、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度が好ましい。
【００３６】
線形予測逆フィルタ２１１は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣを用いて（１）式で表される信号処理をディジタル音声信号に施すデジタルフィルタであり、（１）式で表される信号処理によって線形予測残差信号を算出し、算出した線形予測残差信号を１／８ＤＳ部２１２に入力する。なお、（１）式において、Ｘ（ｎ）は線形予測逆フィルタの入力信号列、Ｙ（ｎ）は線形予測逆フィルタの出力信号列、α（ｉ）はｉ次の量子化ＬＰＣである。
【数１】
2006025313.tif 000009
【００３７】
１／８ＤＳ部２１２は、線形予測逆フィルタ２１１から入力されてくる線形予測残差信号に対して８分の１のダウンサンプルを行い、サンプリング周波数１ｋＨｚのサンプリング信号をスケーリング部２１３に入力する。なお、本実施の形態では、ダウンサンプルによって生じる遅延時間分の先読み信号（実際に先読みしたデータを入れたり、ゼロ詰としたりする）を用いる等により、１／８ＤＳ部２１２又は後述する８倍ＵＳ部２１５において遅延が生じないものとする。ちなみに、１／８ＤＳ部２１２又は８倍ＵＳ部２１５において遅延が生じる場合には、後述する加算器２２８でのマッチングがうまくいくように、後述する加算器２２７において出力音源ベクトルを遅延させる。
【００３８】
スケーリング部２１３は、１／８ＤＳ部２１２から入力されてくるサンプリング信号（線形予測残差信号）における１フレーム中の最大振幅を有するサンプルを所定のビット数でスカラ量子化し（例えば８ビットμ則／Ａ則ＰＣＭ：Pulse Code Modulation：パルス符号変調）、このスカラ量子化についての符号化情報（スケーリング係数符号化情報）をパケット化部２３１に入力する。また、スケーリング部２１３は、スカラ量子化された最大振幅値で１フレーム分の線形予測残差信号をスケーリング（正規化）し、スケーリングされた線形予測残差信号をスカラ量子化部２１４に入力する。
【００３９】
スカラ量子化部２１４は、スケーリング部２１３から入力されてくる線形予測残差信号をスカラ量子化し、このスカラ量子化についての符号化情報（正規化音源信号低域成分符号化情報）をパケット化部２３１に入力するとともに、スカラ量子化された線形予測残差信号を８倍ＵＳ部２１５に入力する。なお、スカラ量子化部２１４は、このスカラ量子化において、例えばＰＣＭや差動パルス符号変調（ＤＰＣＭ：Differential Pulse-Code Modulation）方式を適用する。
【００４０】
８倍ＵＳ部２１５は、スカラ量子化部２１４から入力されてくるスカラ量子化された線形予測残差信号を８倍アップサンプルし、サンプリング周波数８ｋＨｚの信号にした後に、そのサンプリング信号（線形予測残差信号）をピッチ分析部２２３と加算器２２８とにそれぞれ入力する。
【００４１】
高域成分符号化部２２０は、低域成分波形符号化部２１０によって符号化される音声信号の低域成分以外の成分即ち音声信号における前記周波数を超える帯域からなる高域成分をＣＥＬＰ符号化して、高域成分符号化情報を生成する。そして、高域成分符号化部２２
０は、生成した高域成分符号化情報を、パケット化部２３１に入力する。高域成分符号化部２２０によって生成される高域成分符号化情報は、スケーラブル符号化による符号化情報における拡張レイヤ符号化情報を構成する。
【００４２】
加算器２２１は、Ａ／Ｄ変換器１１２から入力されてくるディジタル音声信号から、後述する合成フィルタ２２９から入力されてくる合成信号を減算することによって誤差信号を算出し、算出した誤差信号を重み付け誤差最小化部２２２に入力する。なお、加算器２２１によって算出される誤差信号は、符号化歪みに相当する。
【００４３】
重み付け誤差最小化部２２２は、加算器２２１から入力されてくる誤差信号に対して、聴感（聴覚）重み付けフィルタを用いてその誤差が最小となるようにＦＣＢ部２２５と利得量子化部２２６とにおける符号化パラメータを決定し、その決定した符号化パラメータをＦＣＢ部２２５と利得量子化部２２６とにそれぞれ指示する。また、重み付け誤差最小化部２２２は、聴覚重み付けフィルタのフィルタ係数を、ＬＰＣ分析部２０１で分析されたＬＰＣパラメータに基づいて算出する。
【００４４】
ピッチ分析部２２３は、８倍ＵＳ部２１５から入力されてくるアップサンプルされたスカラ量子化後の線形予測残差信号（音源波形）のピッチラグ（ピッチ周期）を算出し、算出したピッチラグをＡＣＢ部２２４に入力する。即ち、ピッチ分析部２２３は、現在及び過去にスカラ量子化された低域成分の線形予測残差信号（音源波形）を用いて現在のピッチラグを探索する。なお、ピッチ分析部２２３は、例えば正規化自己相関関数を用いた一般的な方法により、ピッチラグの算出を行うことができる。ちなみに、女声の高いピッチは４００Ｈｚ程度である。
【００４５】
ＡＣＢ部２２４は、内蔵するバッファに後述する加算器２２７から入力されてくる過去に生成された出力音源ベクトルを記憶しており、ピッチ分析部２２３から入力されてくるピッチラグに基づいて適応符号ベクトルを生成し、生成した適応符号ベクトルを利得量子化部２２６に入力する。
【００４６】
ＦＣＢ部２２５は、重み付け誤差最小化部２２２から指示された符号化パラメータに対応する音源ベクトルを、固定符号ベクトルとして利得量子化部２２６に入力する。また、ＦＣＢ部２２５は、この固定符号ベクトルを表す符号をパケット化部２３１に入力する。
【００４７】
利得量子化部２２６は、重み付け誤差最小化部２２２から指示された符号化パラメータに対応するゲイン、具体的にはＡＣＢ部２２４からの適応符号ベクトルとＦＣＢ部２２５からの固定符号ベクトルとに対するゲイン即ち適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとを生成する。そして、利得量子化部２２６は、生成した適応符号帳ゲインをＡＣＢ部２２４から入力されてくる適応符号ベクトルに乗じ、同様に固定符号帳ゲインをＦＣＢ部２２５から入力されてくる固定符号ベクトルに乗じて、それらの乗算結果を加算器２２７に入力する。また、利得量子化部２２６は、重み付け誤差最小化部２２２から指示されたゲインパラメータ（符号化情報）をパケット化部２３１に入力する。なお、適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとは、別々にスカラ量子化されてもよいし、２次元ベクトルとしてベクトル量子化されてもよい。ちなみに、ディジタル音声信号のフレーム又はサブフレーム間の予測を用いた符号化を行うと、その符号化効率が高まる。
【００４８】
加算器２２７は、利得量子化部２２６から入力されてくる適応符号帳ゲインを乗じた適応符号ベクトルと、同様に固定符号帳ゲインを乗じた固定符号ベクトルと、を加算して、高域成分符号化部２２０の出力音源ベクトルを生成し、生成した出力音源ベクトルを加算器２２８に入力する。さらに、加算器２２７は、最適な出力音源ベクトルが決定された後に、その最適な出力音源ベクトルをフィードバックのためにＡＣＢ部２２４に通知して、
適応符号帳の内容を更新する。
【００４９】
加算器２２８は、低域成分波形符号化部２１０で生成される線形予測残差信号と、高域成分符号化部２２０で生成される出力音源ベクトルと、を加算し、その加算された出力音源ベクトルを合成フィルタ２２９に入力する。
【００５０】
合成フィルタ２２９は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣを用いて、加算器２２８から入力されてくる出力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い、その合成信号を加算器２２１に入力する。
【００５１】
パケット化部２３１は、ＬＰＣ符号化部２０２から入力されてくる量子化ＬＰＣの符号化情報と低域成分波形符号化部２１０から入力されてくるスケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報とを低域成分符号化情報に分類し、また高域成分符号化部２２０から入力されてくる固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報を高域成分符号化情報に分類して、この低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とを個別にパケット化して伝送路に無線送信する。パケット化部２３１は、特に低域成分符号化情報を含むパケットについては、ＱｏＳ（Quality of Service）制御等のなされた伝送路へ無線送信する。なお、パケット化部２３１は、低域成分符号化情報をＱｏＳ制御等のなされた伝送路へ無線送信する代わりに、強い誤り保護をかけるようなチャネル符号化を適用して伝送路へ無線送信するようにしてもよい。
【００５２】
図３は、本実施の形態に係る音声復号化装置３００の構成を示すブロック図である。音声復号化装置３００は、ＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０、高域成分復号化部３２０、パケット分離部３３１、加算器３４１、合成フィルタ３４２及び後処理部３４３を具備する。なお、音声復号化装置３００におけるパケット分離部３３１は無線通信装置１５０における受信信号処理部１５４の一部であり、またＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０、高域成分復号化部３２０、加算器３４１及び合成フィルタ３４２は音声復号化部１５５の一部を構成し、また後処理部３４３は音声復号化部１５５の一部とＤ／Ａ変換器１５６の一部とを構成する。
【００５３】
低域成分波形復号化部３１０は、スカラ復号部３１１、スケーリング部３１２及び８倍ＵＳ部３１３を具備する。また、高域成分復号化部３２０は、ピッチ分析部３２１、ＡＣＢ部３２２、ＦＣＢ部３２３、利得復号部３２４及び加算器３２５を具備する。
【００５４】
パケット分離部３３１は、低域成分符号化情報（量子化ＬＰＣ符号化情報、スケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報）を含むパケットと高域成分符号化情報（固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報）を含むパケットとをそれぞれ入力され、量子化ＬＰＣ符号化情報をＬＰＣ復号部３０１に、スケーリング係数符号化情報及び正規化音源信号低域成分符号化情報を低域成分波形復号化部３１０に、固定符号ベクトル符号化情報及びゲインパラメータ符号化情報を高域成分復号化部３２０にそれぞれ入力する。なお、本実施の形態では、低域成分符号化情報を含むパケットはＱｏＳ制御等によって伝送路誤りや消失が起こり難い回線を経由して受信されるため、パケット分離部３３１への入力線が２本となっている。なお、パケット分離部３３１は、パケット消失が検出された場合には、その消失パケットに含まれていたはずの符号化情報を復号する構成部即ちＬＰＣ復号部３０１、低域成分波形復号化部３１０又は高域成分復号化部３２０のいずれかに対して、パケット消失があったことを通知する。そして、パケット分離部３３１からこのパケット消失の通知を受けた構成部は、隠蔽処理による復号処理を行う。
【００５５】
ＬＰＣ復号部３０１は、パケット分離部３３１から入力されてくる量子化ＬＰＣの符号
化情報を復号し、復号後のＬＰＣを合成フィルタ３４２に入力する。
【００５６】
スカラ復号部３１１は、パケット分離部３３１から入力されてくる正規化音源信号低域成分符号化情報を復号し、復号後の音源信号低域成分をスケーリング部３１２に入力する。
【００５７】
スケーリング部３１２は、パケット分離部３３１から入力されてくるスケーリング係数符号化情報からスケーリング係数を復号し、スカラ復号部３１１から入力されてくる正規化音源信号低域成分に復号後のスケーリング係数を乗じて、音声信号の低域成分の復号音源信号（線形予測残差信号）を生成し、生成した復号音源信号を８倍ＵＳ部３１３に入力する。
【００５８】
８倍ＵＳ部３１３は、スケーリング部３１２から入力されてくる復号音源信号を８倍アップサンプルし、サンプリング周波数８ｋＨｚのサンプリング信号にして、そのサンプリング信号をピッチ分析部３２１と加算器３４１とにそれぞれ入力する。
【００５９】
ピッチ分析部３２１は、８倍ＵＳ部３１３から入力されてくるサンプリング信号のピッチラグを算出し、算出したピッチラグをＡＣＢ部３２２に入力する。ピッチ分析部３２１は、例えば正規化自己相関関数を用いた一般的な方法により、ピッチラグの算出を行うことができる。
【００６０】
ＡＣＢ部３２２は、復号音源信号のバッファであり、ピッチ分析部３２１から入力されてくるピッチラグに基づいて適応符号ベクトルを生成し、生成した適応符号ベクトルを利得復号部３２４に入力する。
【００６１】
ＦＣＢ部３２３は、パケット分離部３３１から入力されてくる高域成分符号化情報（固定符号ベクトル符号化情報）に基づいて固定符号ベクトルを生成し、生成した固定符号ベクトルを利得復号部３２４に入力する。
【００６２】
利得復号部３２４は、パケット分離部３３１から入力されてくる高域成分符号化情報（ゲインパラメータ符号化情報）を用いて適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとを復号し、復号した適応符号帳ゲインをＡＣＢ部３２２から入力されてくる適応符号ベクトルに、同様に復号した固定符号帳ゲインをＦＣＢ部３２３から入力されてくる固定符号ベクトルに、それぞれ乗じて、この２つの乗算結果を加算器３２５に入力する。
【００６３】
加算器３２５は、利得復号部３２４から入力されてくる２つの乗算結果を加算して、その加算結果を高域成分復号化部３２０の出力音源ベクトルとして加算器３４１に入力する。さらに、加算器３２５は、この出力音源ベクトルをフィードバックのためにＡＣＢ部３２２に通知して、適応符号帳の内容を更新する。
【００６４】
加算器３４１は、低域成分波形復号化部３１０から入力されてくるサンプリング信号と高域成分復号化部３２０とから入力されてくる出力音源ベクトルとを加算し、その加算結果を合成フィルタ３４２に入力する。
【００６５】
合成フィルタ３４２は、ＬＰＣ復号部３０１から入力されるＬＰＣを用いて構成される線形予測フィルタであり、加算器３４１から入力されてくる加算結果で前記線形予測フィルタを駆動して音声合成を行い、合成された音声信号を後処理部３４３に入力する。
【００６６】
後処理部３４３は、合成フィルタ３４２によって生成された信号に対して、その主観品質を改善するための処理、例えばポストフィルタリング、背景雑音抑圧処理又は背景雑音
の主観品質改善処理等を施して最終的な音声信号を生成する。従って、本発明に係る音声信号生成手段は、加算器３４１、合成フィルタ３４２及び後処理部３４３で構成されることになる。
【００６７】
次いで、本実施の形態に係る音声符号化装置２００及び音声復号化装置３００の動作を図４及び図５を用いて説明する。
【００６８】
図４に、音声符号化装置２００において、音声信号から低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが生成される態様を示す。
【００６９】
低域成分波形符号化部２１０は、音声信号をダウンサンプルするなどしてその低域成分を抽出し、抽出した低域成分を波形符号化して低域成分符号化情報を生成する。そして、音声符号化装置２００は、生成した低域成分符号化情報をビットストリーム化、パケット化及び変調処理等した後に無線送信する。また、低域成分波形符号化部２１０は、音声信号の低域成分について、その線形予測残差信号（音源波形）を生成して量子化し、量子化後の線形予測残差信号を高域成分符号化部２２０に入力する。
【００７０】
高域成分符号化部２２０は、量子化された線形予測残差信号に基づいて生成した合成信号と入力されてくる音声信号との誤差が最小となる高域成分符号化情報を生成する。そして、音声符号化装置２００は、生成した高域成分符号化情報をビットストリーム化、パケット化及び変調処理等して無線送信する。
【００７１】
図５に、音声復号化装置３００において、伝送路を経由して受信された低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とから音声信号が再生される態様を示す。低域成分波形復号化部３１０は、低域成分符号化情報を復号して音声信号の低域成分を生成し、生成した低域成分を高域成分復号化部３２０に入力する。高域成分復号化部３２０は、拡張レイヤ符号化情報を復号して音声信号の高域成分を生成し、生成した高域成分と低域成分波形復号化部３１０から入力されてくる低域成分と足し合わせることにより、再生用の音声信号を生成する。
【００７２】
このように、本実施の形態によれば、聴覚上重要な音声信号の低域成分（例えば５００Ｈｚ未満の低周波数成分）がフレーム間予測を利用しない波形符号化方式で符号化され、かつ、その他の高域成分がフレーム間予測を利用する符号化方式即ちＡＣＢ部２２４とＦＣＢ部２２５とを用いるＣＥＬＰ方式で符号化されるため、音声信号の低域成分について、誤り伝播がなくなり、かつ、消失フレームの前後の正常フレームを用いた内挿（補間）による隠蔽処理も可能となることから、その低域成分についての誤り耐性が高くなる。その結果、本実施の形態によれば、音声復号化装置３００を具備する無線通信装置１５０によって再生される音声の品質を確実に向上させることができる。なお、ここでフレーム間予測とは、過去のフレームの内容から現在又は将来のフレームの内容を予測することである。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、波形符号化方式が音声信号の低域成分に適用されるため、音声信号の符号化によって生成される音声データのデータ量を必要最小限に抑えることができる。
【００７４】
また、本実施の形態によれば、音声の基本周波数（ピッチ）を必ず含むように音声信号の低域成分の周波数帯域が設定されるため、高域成分符号化部２２０における適応符号帳のピッチラグ情報を低域成分符号化情報から復号される音源信号低域成分を用いて算出することが可能となる。この特徴により、本実施の形態によれば、高域成分符号化部２２０が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化しなくても、高域成分符号化部２２
０は適応符号帳を用いて音声信号を符号化することができる。また、本実施の形態によれば、高域成分符号化部２２０が高域成分符号化情報としてピッチラグ情報を符号化する場合でも、高域成分符号化部２２０は、低域成分符号化情報の復号信号から算出されるピッチラグ情報を利用することで、少ないビット数で効率的にピッチラグ情報を量子化することができる。
【００７５】
さらに、本実施の形態では、低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とを別々のパケットで無線送信するため、低域成分符号化情報を含むパケットよりも高域成分符号化情報を含むパケットを先に破棄する優先制御を行えば、音声信号の誤り耐性を一層改善することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態について、以下のように応用したり変形したりしてもよい。本実施の形態では、低域成分波形符号化部２１０がフレーム間予測を利用しない符号化方式として波形符号化方式を使用し、かつ、高域成分符号化部２２０がフレーム間予測を利用する符号化方式としてＡＣＢ部２２４とＦＣＢ部２２５とを用いるＣＥＬＰ方式を使用する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分波形符号化部２１０がフレーム間予測を利用しない符号化方式として周波数領域での符号化方式を使用したり、高域成分符号化部２２０がフレーム間予測を利用する符号化方式としてボコーダ方式を使用したりしてもよい。
【００７７】
本実施の形態では、低域成分の上限周波数が５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の場合を例に説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、符号化される全周波数帯域幅や伝送路の回線速度等に応じて低域成分の上限周波数を１ｋＨｚより高い値に設定してもよい。
【００７８】
また、本実施の形態では、低域成分波形符号化部２１０における低域成分の上限周波数を５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度と仮定して、１／８ＤＳ部２１２におけるダウンサンプルを８分の１とする場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分波形符号化部２１０において符号化される低域成分の上限周波数がナイキスト周波数になるように、１／８ＤＳ部２１２におけるダウンサンプルの倍率が設定されてもよい。また、８倍ＵＳ部２１５における倍率についても同様である。
【００７９】
また、本実施の形態では、低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが別々のパケットで送受信される場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば低域成分符号化情報と高域成分符号化情報とが１つのパケットで送受信されるようにしてもよい。このようにすると、スケーラブル符号化によるＱｏＳ制御の効果は得られなくなるものの、低域成分については誤り伝播を防ぐ効果が奏され、かつ、高品質なフレーム消失隠蔽処理も可能である。
【００８０】
また、本実施の形態では、音声信号における所定の周波数未満の帯域を低域成分とし、また前記周波数を超える帯域を高域成分とする場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば音声信号の低域成分は少なくとも所定の周波数未満の帯域を有し、またその高域成分は少なくとも前記周波数を超える帯域を有するようにしてもよい。即ち、本発明では、音声信号の低域成分の有する周波数帯域とその高域成分の有する周波数帯域とが一部オーバーラップしてもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、高域成分符号化部２２０において、低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグがそのまま用いられる場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば高域成分符号化部２２０が、低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグの近
傍で適応符号帳の再探索を行い、この再探索によって得られたピッチラグと前記信号波形から算出されたピッチラグとの誤差情報を生成し、生成した誤差情報も合わせて符号化して無線送信するようにしてもよい。
【００８２】
図６は、この変形例に係る音声符号化装置６００の構成を示すブロック図である。図６において、図２に示す音声符号化装置２００の構成部と同様の機能を発揮する構成部には、同一の参照符号を付している。図６では、高域成分符号化部６２０において重み付け誤差最小化部６２２がＡＣＢ部６２４の再探索を行い、次いでＡＣＢ部６２４がこの再探索によって得られたピッチラグと低域成分波形符号化部２１０で生成された音源波形から算出されたピッチラグとの誤差情報を生成し、生成した誤差情報をパケット化部６３１に入力する。そして、パケット化部６３１は、この誤差情報についても高域成分符号化情報の一部としてパケット化して無線送信する。
【００８３】
また、本実施の形態で用いた固定符号帳は、雑音符号帳、確率符号帳又は乱数符号帳と呼ばれることもある。
【００８４】
また、本実施の形態で用いた固定符号帳は、固定音源符号帳と呼ばれることもあり、適応符号帳は、適応音源符号帳と呼ばれることもある。
【００８５】
また、本実施の形態で用いたＬＳＰの余弦をとったもの、すなわち、ＬＳＰをＬ（ｉ）とした場合のｃｏｓ（Ｌ（ｉ））を特にＬＳＦ（Line Spectral Frequency）と呼び、ＬＳＰと区別することもあるが、本明細書では、ＬＳＦはＬＳＰの一形態でありＬＳＰにＬＳＦは含まれるものとする。すなわち、ＬＳＰをＬＳＦと読み替えても良い。また同様に、ＬＳＰをＩＳＰ（Immittance Spectrum Pairs）と読み替えても良い。
【００８６】
また、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、本発明に係る音声符号化方法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、本発明に係る音声符号化装置と同様の機能を実現することができる。
【００８７】
また、上記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チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００８８】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００８９】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【００９０】
さらには、半導体技術の進歩又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よい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【００９１】
本明細書は、２００４年８月３１日出願の特願２００４−２５２０３７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】
【００９２】
本発明に係る音声符号化装置は、ＣＥＬＰ型音声符号化において、固定符号帳のビット数を増大させることなく、誤り耐性を向上させることができるという効果を有し、移動体無線通信システムにおける無線通信装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施の形態における音声信号伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態に係る音声符号化装置の動作を示す図
【図５】本発明の一実施の形態に係る音声復号化装置の動作を示す図
【図６】音声符号化装置の変形例の構成を示すブロック図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006025313.tif 000010
【図２】
2006025313.tif 000011
【図３】
2006025313.tif 000012
【図４】
2006025313.tif 000013
【図５】
2006025313.tif 000014
【図６】
2006025313.tif 000015
【国際調査報告】
2006025313.tif 000016
2006025313.tif 000017