JP2011133637A - 符号化方法、復号方法、符号化装置、復号装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム毎にCELP符号化方式等の第１符号化方式又は周波数符号化方式等の第２符号化方式で符号化される場合に、第１符号化方式で符号化されるフレームが連続しない場合の符号化品質を向上させる。
【解決手段】現フレームで第１符号化方式によって符号化を行う場合や、第１符号化方式によって符号化された符号を復号する際、現フレームより過去のフレームに属する各時点での時系列信号に対応する復号信号を線形予測分析し、それによって得られた残差信号を励振信号の代用信号として用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された時系列信号を効率的に符号化する符号化技術、及び、その符号化技術を用いて生成された符号の復号技術に関する。

入力された時系列信号を低ビットで符号化する従来方式の一つにCELP（Code-Excited Linear Prediction：符号励振線形予測）符号化方式がある（例えば、非特許文献１）。CELP方式は、音声信号の伝送に適した符号化方式であり、主に携帯電話などで使用されている。しかしながら、CELP符号化方式を用いて音楽信号を符号化した場合には、符号化前の音声信号に対する復号信号の品質（以下、単に「品質」という）の劣化が著しい。そのため、音楽信号の符号化には、入力された時系列信号を周波数領域の信号に変換してから符号化を行う方式（周波数領域符号化方式）を用いることが望ましい。よって、音声信号と音楽信号とが混在するような時系列信号、或いは音声信号と音楽信号とが切り替わるような時系列信号を符号化する場合には、所定の時間区間（フレーム）単位で符号化方式を切り替えることが、総合的な品質向上のために有効である。

一般的なCELP符号化方式では、処理対象のフレーム（現フレーム）での符号化や復号を行うために、現フレームの直前の１つ以上のフレームの励振信号をピッチ周期に応じて遅延させた信号を用いて得られる適応信号成分と、固定符号帳からの所定のパルス及びそれらの正負の組み合わせから得られる信号成分との線形和を、現フレームの励振信号として用いる。ここで、CELP符号化方式で符号化が行われる現フレームの直前の１つ以上のフレームでもCELP符号化方式で符号化が行われていたのであれば、符号化装置や復号装置は、現フレームでの励振信号を構成するためにその直前の１つ以上のフレームの励振信号を得ることができる。一方、CELP符号化方式で符号化が行われる現フレームよりも過去のフレームで周波数領域符号化方式によって符号化が行われていた場合、符号化装置や復号装置は、現フレームでの励振信号を構成するための適応信号成分を得るために必要な現フレームの直前の１つ以上のフレームでの励振信号を得ることができない場合がある。このような場合、品質の低下を招く場合がある。

これに対し、特許文献１には、CELP符号化方式で符号化が行われる現フレームよりも前のフレームで周波数領域符号化方式（特許文献１ではTwinVQ（Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization)符号化方式）によって符号化が行われていた場合に、当該前のフレームの復号信号を線形予測分析して残差信号を生成し、当該残差信号を適応符号帳として利用することが記載されている。

特開平８−２６３０９８号公報

ITU-T Recommendation G.729, "Coding of Speech at 8kbit/s using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction(CS-ACELP)"

しかしながら、特許文献１には前フレームの復号信号を線形予測符号分析して残差信号を生成して適応符号帳として利用する記載はあるが、その具体手法は開示されておらず、改善の余地がある。

なお、このような課題は、フレームごとにCELP符号化方式又は周波数領域符号化方式が選択される方式のみならず、フレームごとに第１符号化方式又は第２符号化方式が選択される方式に共通の課題である。ここで、第１符号化方式は、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分と固定符号帳からの信号成分との線形和からなる励振信号を用いて時系列信号に対応する符号を生成する方式である。また、第２符号化方式は、励振信号を特定する情報を用いることなく、時系列信号に対応する符号を生成する方式である。

本発明の符号化処理では、上述の第１符号化方式で符号化がなされる現フレームに属する各時点での時系列信号を線形予測分析し、当該現フレームでの合成フィルタを特定するための線形予測情報を生成する。また、現フレームより過去のフレームに属する各時点での時系列信号に対応する復号信号に線形予測フィルタを適用し、現フレームより過去の時点での残差信号を生成する。ここで生成される残差信号は、少なくとも、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する各時点での残差信号を含む。そして、現フレームのピッチ周期に応じて遅延させた残差信号を用いて得られる第１適応信号成分と、固定符号帳からの第１信号成分と、の線形和からなる第１励振信号を残差信号から特定するための第１励振信号パラメータと、線形予測情報と、を含む情報に対応する第１符号を出力する。

本発明の復号処理では、第１符号化方式で符号化された現フレームに対応する符号を復号し、励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報を得る。また、現フレームより過去のフレームに属する各時点での復号信号に線形予測フィルタを適用し、現フレームより過去の時点での残差信号を生成する。ここで生成される残差信号は、特定時間区間に属する各時点での残差信号を含む。そして、残差信号と励振信号パラメータとを用いて特定される現フレームでの第１励振信号に、線形予測情報によって特定される合成フィルタ、を適用して得られる第１合成信号を出力する。

本発明では、現フレームより過去の特定時間区間に属する各時点での残差信号を生成し、現フレームのピッチ周期に応じて遅延させた残差信号を使用して第１適応信号成分を定める。これにより、上述の第１符号化方式で符号化がなされる現フレームよりも過去のフレームで上述の第２符号化方式によって符号化がなされ、現フレームでの第１励振信号を特定するための過去の励振信号が存在しない場合であっても、現フレームでの第１励振信号を適切に定めることができ、復号された信号の品質劣化を抑制することができる。

また、本発明では、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する各時点での残差信号を生成する。そのため、現フレームでの第１励振信号を定めるために必要な範囲を超えて残差信号が生成されることが抑制され、処理に必要な記憶容量や演算コストを抑制できる。

符号化装置を例示するためのブロック図。 復号装置を例示するためのブロック図。 符号化方法の実施形態を説明するためのフローチャート。 復号方法の実施形態を説明するためのフローチャート。 特定時間区間と特定フレームとを例示するための図。 第５実施形態の符号化装置を例示するためのブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態を説明する。

＜構成＞
図１は、符号化装置を例示するためのブロック図であり、図２は、復号装置を例示するためのブロック図である。

図１に例示するように、第１実施形態の符号化装置１１は、方式選択部１１１と、スイッチ部１１２，１１３と、CELP符号化部１１４と、周波数領域符号化部１１５と、線形予測フィルタ部１１６と、制御部１１９とを有する。本形態のCELP符号化部１１４は、線形予測分析部１１４ａと、固定符号帳１１４ｂと、適応符号帳１１４ｃと、固定符号帳探索部１１４ｄと、適応符号帳探索部１１４ｅと、利得乗算部１１４ｆ，１１４ｇと、加算部１１４ｈと、合成フィルタ部１１４ｉと、減算部１１４ｊと、聴覚重み付けフィルタ部１１４ｋと、利得量子化部１１４ｍと、パラメータ符号化部１１４ｎとを有する。また、周波数領域符号化部１１５は、ローカル復号部１１５ａを有する。

また、図２に例示するように、第１実施形態の復号装置１２は、分離部１２１と、スイッチ部１２２，１２３と、CELP復号部１２４と、周波数領域復号部１２５と、線形予測フィルタ部１２６と、制御部１２９とを有する。本形態のCELP復号部１２４は、固定符号帳１２４ｂと、適応符号帳１２４ｃと、固定符号帳選択部１２４ｄと、適応符号帳合成部１２４ｅと、利得乗算部１２４ｆ，１２４ｇと、加算部１２４ｈと、合成フィルタ部１２４ｉとを有する。

なお、固定符号帳１１４ｂ，１２４ｂは、それぞれ、固定符号帳探索部１１４ｄ，固定符号帳選択部１２４ｄの制御に従い、信号成分を出力する処理部である。固定符号帳１１４ｂ，１２４ｂから出力される信号成分の例は、複数本の零でない単位パルスとそれらの正負との組み合わせから構成される信号である。また、適応符号帳１１４ｃ，１２４ｃは、それぞれ、現フレームよりも過去のフレームで生成された励振信号や後述のように生成された残差信号（励振信号の代用信号）を格納する記憶部を含み、適応符号帳探索部１１４ｅ，適応符号帳合成部１２４ｅの制御に従い、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分を出力する処理部である。適応符号帳１１４ｃ，１２４ｃから出力される適応信号成分の例は、指定されたピッチ周期に応じて遅延させた励振信号やその代用信号である残差信号を用いて得られる信号である。適応信号成分は、例えば、過去の励振信号をピッチ周期分遅延させることで得られる。なお、ピッチ周期がフレーム長より小さい場合は、過去の励振信号のピッチ周期分のサンプル列を切り出し、切り出したサンプル列を繰り返すことで適応信号成分を得る。また、励振信号とは、固定符号帳１１４ｂ，１２４ｂから出力された信号成分と、適応符号帳１１４ｃ，１２４ｃから出力された適応信号成分との線形和である。例えば、励振信号とは、固定符号帳１１４ｂ，１２４ｂからの信号成分に固定信号成分利得を乗じた信号と、適応符号帳１１４ｃ，１２４ｃからの適応信号成分に適応信号成分利得を乗じた信号との和である。

また、本形態の符号化装置１１及び復号装置１２は、例えば、CPU(central processing unit)、RAM(random-access memory)、ROM(read-only memory)等を備えた公知のコンピュータ又は専用のコンピュータにプログラムやデータが読み込まれることで構成された特別な装置である。また、処理部の少なくとも一部が集積回路等のハードウェアのみによって構成されていてもよい。また、符号化装置１１及び復号装置１２は、制御部１１９，１２９の制御に基づいて各処理を実行する。

＜符号化方法＞
図３は、符号化方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。

本形態の符号化装置１１（図１）には、所定の時間区間であるフレーム単位で区分された音響信号などの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1、Lは１以上の整数)が入力される。本形態では、時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）が属するフレームを現フレームとして説明を行う。現フレームの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）は方式選択部１１１に入力され、方式選択部１１１は、時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）の特徴量を抽出して時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）に適した符号化部を選択し、その選択結果を特定するための選択情報sを出力する（ステップＳ１１０）。例えば、方式選択部１１１は、時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）を複数のサブフレームに区分し、各サブフレームの平均パワー或いは平均的スペクトル包絡を求め、その平均パワーの変化率或いは平均的スペクトル包絡の変化率を求め、その変化率が所定値以上であればCELP符号化部１１４での符号化（CELP符号化方式（第１符号化方式）による符号化）を選択し、所定値未満であれば周波数領域符号化部１１５による符号化（周波数領域符号化方式（第２符号化方式）による符号化）を選択する。

方式選択部１１１から出力された選択情報sが周波数領域符号化方式（第２符号化方式）による符号化を示すものである場合、スイッチ部１１２は、時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）を周波数領域符号化部１１５に入力させる。周波数領域符号化部１１５は、時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）に対する周波数領域符号化を行い、現フレームの符号Code2を生成して出力する（ステップＳ１１１）。なお、周波数領域符号化方式の例は、ＴwinＶＱ符号化方式である（例えば「文献：岩上、守谷、三樹，“周波数領域重み付けインターリーブベクトル量子化（ＴwinＶＱ）によるオーディオ符号化”，日本音響学会平成６年度秋季研究発表会講演論文集pp.339-340,1994」参照）。生成された符号Code2は、選択情報sとともに、ビットストリームBSとしてスイッチ部１１３から出力される（ステップＳ１１８）。

一方、方式選択部１１１から出力された選択情報sがCELP符号化方式（第１符号化方式）による符号化を示すものである場合、スイッチ部１１２は、現フレームの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）をCELP符号化部１１４に入力させる。まず、線形予測分析部１１４ａが、現フレームに属する各時点n=0,...,L-1での時系列信号x(n)(n=0,...,L-1）の線形予測分析を行い、当該現フレームでの合成フィルタを特定するための線形予測情報LPC infoを生成する（ステップＳ１１２）。例えば、線形予測分析部１１４ａは、現フレームの時系列信号x(n)（n=0,...,L-1）について、
z(n)=x(n)+α(1)・x(n-1)+α(2)・x(n-2)+...+α(P)・x(n-P) …(1)
で示される現フレームの残差信号z(n)(n=0,...,L-1）の平均エネルギーを最小にする線形予測係数α(m)（m=1,...,P、Pは正の整数である予測次数）を算出し、線形予測係数α(m)（m=1,...,P)を線スペクトル対係数LSPに変換し、線スペクトル対係数LSPの量子化値を線形予測情報LPC infoとして出力する。

次に、制御部１１９が、特定時間区間を含むフレーム（特定フレーム）での符号化方式がCELP符号化方式のみであったか否かを判定する（ステップＳ１１３）。すなわち、特定フレームが１つのフレームだけである場合には、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式であったか周波数領域符号化方式であったかが判定される。また、特定フレームが２つ以上のフレームを含む場合には、特定フレームが含むすべてのフレームでの符号化方式がCELP符号化方式であったのか、少なくとも一つのフレームでの符号化方式が周波数領域符号化方式であったかが判定される。

なお、本形態の特定時間区間は、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxだけ過去の時点を始点とする区間である。すなわち、CELP符号化部１１４で符号化処理がなされるフレームではピッチ周期の探索が行われるが（後述）、本形態の特定時間区間は、ピッチ周期Tの探索範囲(T_min,...,T_max)の上限であるピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxに依存する時間区間である。また、本形態のピッチ周期Tは０以上の整数である。

[特定時間区間と特定フレームとの例示]
図５は、特定時間区間と特定フレームとを例示するための図である。なお、図５では、現フレームをFRAME(k)と表現し、現フレームFRAME(k)直前のフレームをFRAME(k-1)と表現し、フレームFRAME(k-1)直前のフレームをFRAME(k-2)と表現する。

図５（Ａ）の例は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxと予測次数Pとの合計値がフレーム長L未満である場合の例である。この場合の特定時間区間は、現フレームFRAME(k)直前の長さT_maxの区間であり、特定フレームは、フレームFRAME(k-1)である。

図５（Ｂ）の例は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxはフレーム長L未満であるが、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxと予測次数Pとの合計値がフレーム長Lよりも大きい場合の例である。この場合の特定時間区間は、現フレームFRAME(k)直前の長さT_maxの区間であり、特定フレームは、フレームFRAME(k-1)である。

図５（Ｃ）の例は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxがフレーム長Lよりも大きい場合の例である。この例の場合、特定時間区間は、現フレームFRAME(k)直前の長さT_maxの区間であり、特定フレームは、フレームFRAME(k-1)及びFRAME(k-2)である。

図５（Ｄ）の例は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxもフレーム長Lよりも大きい場合の例である。ただし、この例の場合、特定時間区間は、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxだけ過去の時点を始点とする長さLの区間であり、特定フレームは、フレームFRAME(k-1)及びFRAME(k-2)である（[特定時間区間と特定フレームとの例示]の説明終わり）。

ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定された場合、固定符号帳探索部１１４ｄ及び適応符号帳探索部１１４ｅが、通常のCELP符号化方式に則って、現フレームでの励振信号パラメータを生成する（ステップＳ１１６）。すなわち、固定符号帳探索部１１４ｄ及び適応符号帳探索部１１４ｅは、現フレームの励振信号u(n)(n=0,...,L-1)に、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測係数α'(m)（m=1,...,P）から定まる合成フィルタを適用して得られる合成信号
x'(n)=u(n)-{α'(1)・x'(n-1)+α'(2)・x'(n-2)+...+α'(P)・x'(n-P)}…(2)
と、入力された時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)との重み付き平均自乗誤差が最小となるように、現フレームでの励振信号パラメータを生成する。この重み付き平均自乗誤差における重みは、聴覚重み付けフィルタによって与えられた各周波数成分に対する重みであり、人間の聴覚特性等に基づいて定められる。

なお、本形態のステップＳ１１３で生成される本形態の励振信号パラメータは、現フレームのピッチ周期Tに応じて特定フレームでの励振信号u(i)を遅延させたものを用いて得られる適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)と、固定符号帳１１４ｂからの信号成分c(n)(n=0,...,L-1)と、の線形和からなる励振信号u(n)(n=0,...,L-1)を特定フレームでの励振信号u(i)から特定するためのパラメータである。具体的には、ステップＳ１１３で生成される本形態の励振信号パラメータは、現フレームの適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)を生成するためのピッチ周期Tと、現フレームでの固定符号帳１１４ｂからの信号成分c(n)(n=0,...,L-1)を特定するコードインデックスCと、現フレームの適応信号成分利得g_pと、現フレームの固定信号成分利得g_cとを含む。

また、現フレームの適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
v(n)=u(n-T) (n=0,...,T-1)
v(n)=u(n-2T) (n=T,...,2T-1) …(3)
・・・
v(n)=u(n-r・T) (n=T,...,L-1)
である。ただし、rは(r-1)・T-1＜L-1を満たす最大の正の整数である。また、-L≦η＜0（ηは整数）である場合のu(η)は、現フレーム直前のフレームの先頭時点からη+L番目の時点の励振信号u(η+L)を意味する。また、-2・L≦η＜-Lである場合のu(η)は、現フレームから２個手前のフレームの先頭時点からη+2・L番目の時点の励振信号u(η+2・L)を意味する。すなわち、-b・L≦η＜-(b-1)・L（bは1以上の整数）である場合のu(η)は、現フレームからb個手前のフレームの先頭時点からη+b・L番目の時点の励振信号u(η+b・L)を意味する。

また、本形態の励振信号u(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
u(n)=g_p・v(n)+g_c・c(n) …(4)
である。なお、励振信号u(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、次のように生成される。まず、適応符号帳１１４ｃが適応符号帳探索部１１４ｅでの探索によって特定された適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)を出力する。乗算部１１４ｇは、当該適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)に、適応符号帳探索部１１４ｅでの探索によって特定された適応信号成分利得g_pを乗じたg_p・v(n)(n=0,...,L-1)を出力する。また、固定符号帳１１４ｂが固定符号帳探索部１１４ｄの探索によって特定された信号成分c(n)(n=0,...,L-1)を出力する。乗算部１１４ｆは、当該信号成分c(n)(n=0,...,L-1)に、固定符号帳探索部１１４ｄの探索によって特定された固定信号成分利得g_cを乗じたg_c・c(n)(n=0,...,L-1)を出力する。そして、加算部１１４ｈが、入力されたg_p・v(n)(n=0,...,L-1)とg_c・c(n)(n=0,...,L-1)とを加算して励振信号u(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する。生成された現フレームの励振信号u(n)(n=0,...,L-1)は、適応符号帳１１４ｃの記憶部に格納され、未来のフレームの適応信号成分を生成するために使用される。

また、励振信号パラメータの探索手順はどのようなものであってよく、情報の流れも本形態のものには限定されない。例えば、励振信号パラメータの探索において、固定符号帳探索部１１４ｄ及び適応符号帳探索部１１４ｅが、ピッチ周期T、信号成分c(n)(n=0,...,L-1)、適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cの候補を探索しながら、励振信号u(n)(n=0,...,L-1)の候補を計算し、合成フィルタ部１１４ｉが、励振信号u(n)(n=0,...,L-1)の候補へ合成フィルタを適用して合成信号x'(n)(n=0,...,L-1)を計算し、減算部１１４ｊが合成信号x'(n)(n=0,...,L-1)と時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)との差分を計算し、重み付けフィルタ部１１４ｋがこれらの差分に聴覚重み付けフィルを適用し、固定符号帳探索部１１４ｄ及び適応符号帳探索部１１４ｅがそれらのから実際に合成信号x'(n)(n=0,...,L-1)と時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)との重み付き平均自乗誤差を計算することも可能である。また、実用的なCELP符号化方式では、前のフレームの合成信号からの応答をさしひき、聴覚重み付けフィルタを１度だけ適応できる工夫など、演算量を削減するための数多くの工夫がなされている。しかし、これらは本発明の本質ではないので説明を省略する。

現フレームでの励振信号パラメータが生成されると、ステップＳ１１７の処理が実行される。ステップＳ１１７では、生成された現フレームでの励振信号パラメータに含まれる現フレームの適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cが利得量子化部１１４ｍに入力される。利得量子化部１１４ｍは、適応信号成分利得g_p及び量子化固定信号成分利得g_cの量子化値（量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'）を特定するための量子化利得Gを生成する。なお、量子化利得Gは、適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cをベクトル量子化したものであってもよいし、適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cを別個にスカラー量子化したものであってもよい。次に、ピッチ周期TとコードインデックスCと量子化利得Gと線形予測情報LPC infoとがパラメータ符号化部１１４ｎに入力される。パラメータ符号化部１１４ｎは、ピッチ周期TとコードインデックスCと量子化利得Gと線形予測情報LPC infoとに対応する符号Code1（励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報に対応する符号）を生成する（ステップＳ１１７）。符号Code1は、ピッチ周期TとコードインデックスCと量子化利得Gと線形予測情報LPC infoを合成しただけのものであってもよいし、これらを可変長符号化したものであってもよい。生成された符号Code1は、選択情報sとともに、ビットストリームBSとしてスイッチ部１１３から出力される（ステップＳ１１８）。

一方、ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみではないと判定された場合、周波数領域符号化部１１５のローカル復号部１１５ａが、現フレームより過去のフレームに属する各時点jでの時系列信号x(j)に対応する復号信号x'(j)を生成して出力する。本形態では、特定時間区間とその直前に位置する予測次数Pの長さの区間との合成区間（図５参照）に属する各時点jでの復号信号x'(j)を生成して出力する。また、復号信号x'(j)は、時系列信号x(j)を符号化する際に得られる量子化値であってもよいし、時系列信号x(j)を符号化して得られた符号Code2を復号して得られたものであってもよい。

各時点jでの復号信号x'(j)と、ステップＳ１１２で生成された現フレームの線形予測情報LPC infoとは、線形予測フィルタ部１１６に入力される。線形予測フィルタ部１１６は、当該各時点jでの復号信号x'(j)に、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測係数α'(m)（m=1,...,P）から定まる線形予測フィルタを適用し、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号
z(i)=x'(i)+α'(1)・x(i-1)+α'(2)・x(i-2)+...+α'(P)・x(i-P) …(5)
を生成する。生成された各残差信号z(i)は、適応符号帳１１４ｃに入力され、その記憶部に格納される（ステップＳ１１４）。特定時間区間に属する各時点iでの各残差信号z(i)は、それぞれ、当該特定時間区間に属する各時点iでの励振信号u(i)の代用信号として用いられ、ステップＳ１１６で説明したのと同様に、固定符号帳探索部１１４ｄ及び適応符号帳探索部１１４ｅが、励振信号パラメータを生成して出力する（ステップＳ１１５）。本形態のステップＳ１１５で生成される励振信号パラメータは、現フレームのピッチ周期Tに応じて残差信号z(i)を遅延させたものを用いて得られる適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)と、固定符号帳１１４ｂからの信号成分c(n)(n=0,...,L-1)と、の線形和からなる励振信号u(n)(n=0,...,L-1)を残差信号u(n)(n=0,...,L-1)から特定するためのパラメータである。具体的には、本形態のステップＳ１１５で生成される励振信号パラメータは、特定時間区間に属する各時点の各励振信号u(i)の代用信号である各残差信号z(i)をピッチ周期Tで用いて現フレームの適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)を生成するためのピッチ周期Tと、現フレームの信号成分c(n)(n=0,...,L-1)を特定するコードインデックスCと、現フレームの適応信号成分利得g_pと、現フレームの固定信号成分利得g_cとを含む。現フレームの適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
v(n)=z(n-T) (n=0,...,T-1)
v(n)=z(n-2T) (n=T,...,2T-1) …(6)
・・・
v(n)=z(n-r・T) (n=T,...,L-1)
である。なお、-b・L≦η＜-(b-1)・L（bは1以上の整数）である場合のz(η)は、現フレームからb個手前のフレームの先頭時点からη+b・L番目の時点の残差信号u(η+b・L)を意味する。また、現フレームの励振信号u(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
u(n)=g_p・v(n)+g_c・c(n) …(7)
である。

現フレームでの励振信号パラメータが生成されると、前述したステップＳ１１７，Ｓ１１８の処理が実行され、生成された符号Code1が、選択情報sとともに、ビットストリームBSとしてスイッチ部１１３から出力される。

＜復号方法＞
図４は、復号方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。

本形態の復号装置１２（図１２）には、上述のようにフレームごとに生成されたビットストリームBSが入力される。まず、ビットストリームBSは分離部１２１に入力され、そこで符号Code1又は2と選択情報sとに分離される。現フレームの選択情報sが周波数領域符号化方式（第２符号化方式）による符号化を示すものであった場合（ステップＳ１２０）、スイッチ部１２２は、現フレームの符号Code2を周波数領域復号部１２５に入力させる。周波数領域復号部１２５は、現フレームの符号Code2を周波数領域で復号し、現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する（ステップＳ１２１）。現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)は、スイッチ部１２３から出力される（ステップＳ１２７）。

一方、現フレームの選択情報sがCELP符号化方式（第１符号化方式）による符号化を示すものであった場合（ステップＳ１２０）、スイッチ部１２２は、現フレームの符号Code1を周波数領域復号部１２５に入力させる。周波数領域復号部１２５に入力された現フレームの符号Code1は、まず、パラメータ復号部１２４ｎに入力される。パラメータ復号部１２４ｎは、現フレームの符号Code1を復号し、励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報を得て出力する（ステップＳ１２２）。本形態では、ピッチ周期Tと、コードインデックスCと、量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'と、線形予測情報LPC infoとが得られる。

次に、制御部１２９が、特定時間区間を含むフレーム（特定フレーム）での（図５参照）符号化方式がCELP符号化方式のみであったか否かを判定する（ステップＳ１２３）。すなわち、特定フレームが１つのフレームだけである場合には、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式であったか周波数領域符号化方式であったかが判定される。また、特定フレームが２つ以上のフレームを含む場合には、特定フレームが含むすべてのフレームでの符号化方式がCELP符号化方式であったのか、少なくとも一つのフレームでの符号化方式が周波数領域符号化方式であったかが判定される。

ステップＳ１２３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定された場合、CELP復号部１２４は、パラメータ復号部１２４ｎから出力されたピッチ周期Tと、コードインデックスCと、量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'と、線形予測情報LPC infoとを用い、通常のCELP符号化方式に則って、現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する（ステップＳ１２６）。すなわち、CELP復号部１２４は、適応符号帳１２４ｃから出力される特定時間区間での各励振信号u'(i)と、励振信号パラメータ（ピッチ周期T、コードインデックスC、量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'）とを用いて特定される現フレームでの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)に、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測係数α'(m)（m=1,...,P）から定まる合成フィルタを適用して得られる合成信号
x'''(n)=u'(n)-{α'(1)・x'''(n-1)+α'(2)・x'''(n-2)+...+α'(P)・x'''(n-P)}…(8)
を再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)として出力する。

なお、現フレームの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
u'(n)=g_p'・v'(n)+g_c'・c'(n) …(9)
である。ここで、現フレームの適応信号成分v'(n)は、例えば、
v'(n)=u'(n-T) (n=0,...,T-1)
v'(n)=u'(n-2T) (n=T,...,2T-1) …(10)
・・・
v'(n)=u'(n-r・T) (n=T,...,L-1)
である。また、式(8)の計算において、nが負になる場合には、現フレームの直前フレームの再生信号を用いればよい。例えば、nが負になる場合には、直前フレームのL-1+ε番目（ε=-P,...,-1）の再生信号を現フレームの再生信号x'''(Ｌ-1+ε)としればよい。

ステップＳ１２６の処理は、例えば次のように実行される。まず、ピッチ周期Tが入力された適応符号帳合成部１２４ｅの制御のもと、適応符号帳１２４ｃが、適応信号成分v'(n)(n=0,...,L-1)を出力する。量子化適応信号成分利得g_p'が入力された乗算部１２４ｇが、量子化適応信号成分利得g_p'を適応信号成分v'(n)(n=0,...,L-1)に乗じたg_p'・'v(n)(n=0,...,L-1)を出力する。また、コードインデックスCが入力された固定符号帳選択部１２４ｄの制御のもと、固定符号帳１２４ｂが、コードインデックスCで特定される信号成分c'(n)(n=0,...,L-1)を出力する。量子化固定信号成分利得g_c'が入力された乗算部１２４ｆは、量子化固定信号成分利得g_c'を信号成分c'(n)(n=0,...,L-1)に乗じたg_c'・'c(n)(n=0,...,L-1)を出力する。そして、加算部１２４ｈが、入力されたg_p'・'v(n)(n=0,...,L-1)とg_c'・'c(n)(n=0,...,L-1)とを加算して励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する。現フレームの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)は、適応符号帳１２４ｃの記憶部にも格納され、未来のフレームの適応信号成分を生成するために使用される。また、現フレームの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)は、合成フィルタ部１２４ｉにも入力される。合成フィルタ部１２４ｉには、線形予測情報LPC infoも入力され、合成フィルタ部１２４ｉは式(8)にしたがって再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する。なお、ステップＳ１２６の処理手順はどのようなものであってもよく、情報の流れも本形態のものに限定されない。

以上のように生成された現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)は、スイッチ部１２３から出力される（ステップＳ１２７）。

一方、ステップＳ１２３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみではないと判定された場合、周波数領域復号部１２５が現フレームより過去のフレームでの復号処理で生成した当該過去のフレームに属する各時点jでの復号信号x''(j)が、線形予測フィルタ部１２６に入力される。本形態では、特定時間区間及びその直前の予測次数Pの長さが区間（図５参照）に属する各時点jでの復号信号x''(j) が、線形予測フィルタ部１２６に入力される。線形予測フィルタ部１２６には、さらに、パラメータ復号部１２４ｎから出力された線形予測情報LPC infoも入力される。線形予測フィルタ部１２６は、当該各時点jでの復号信号x''(j)に、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測係数α'(m)（m=1,...,P）から定まる線形予測フィルタを適用し、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号
z'(i)=x''(i)+α'(1)・x(i-1)+α'(2)・x(i-2)+...+α'(P)・x(i-P) …(11)
を生成する。生成された各残差信号z'(i)は、適応符号帳１１４ｃに入力され、その記憶部に格納される（ステップＳ１２４）。特定時間区間に属する各時点iでの各残差信号z'(i)は、それぞれ、当該特定時間区間に属する各時点iでの励振信号u'(i)の代用信号として用いられる。CELP復号部１２４は、各励振信号u'(i)を用い、ステップＳ１２６で説明したのと同様に、現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)を生成して出力する（ステップＳ１２５）。すなわち、すなわち、CELP復号部１２４は、適応符号帳１２４ｃから出力される特定時間区間での各残差信号z'(i)（励振信号u'(i)の代用信号）と、励振信号パラメータ（ピッチ周期T、コードインデックスC、量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'）とを用いて特定される現フレームでの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)に、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測係数α'(m)（m=1,...,P）から定まる合成フィルタを適用して得られる合成信号（式(8)参照）を、再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)として出力する。

なお、現フレームの励振信号u'(n)(n=0,...,L-1)は、例えば、
u'(n)=g_p'・v'(n)+g_c'・c'(n) …(12)
である。ここで、現フレームの適応信号成分v'(n)は、例えば、
v'(n)=z'(n-T) (n=0,...,T-1)
v'(n)=z'(n-2T) (n=T,...,2T-1) …(13)
・・・
v'(n)=z'(n-r・T) (n=T,...,L-1)
である。ステップＳ１２６と同様、ステップＳ１２５の処理手順はどのようなものであってもよい。

以上のように生成された現フレームの再生信号x'''(n)(n=0,...,L-1)は、スイッチ部１２３から出力される（ステップＳ１２７）。

〔第１実施形態の変形例〕
ピッチ周期Tが整数以外の値を採ることも許す場合などのように補間フィルタを用いて適応信号成分を生成する場合には、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxと補間フィルタに必要な遅延量addとの合計区間T_max+addだけ過去の時点を始点とする区間を特定時間区間としてもよい（図５参照）。

すなわち、第１実施形態で行われるCELP符号化方式などの第１符号化方式では、現フレームのピッチ周期（正の整数）で励振信号やその代用信号である残差信号を使用して定まる適応信号成分を求めた（式(3)参照）。この場合には、現フレームの先頭時点からピッチ周期T（正の整数）の最大値T_maxだけ過去の時点を始点とする特定時間区間での励振信号やその代用信号である残差信号があれば、適応信号成分を生成できる。しかし、補間フィルタにより適応信号成分を生成する場合には、補間フィルタに必要な遅延量add分の時間区間での励振信号やその代用信号である残差信号が必要となる場合がある。例えば、非特許文献１では、補間フィルタb₃₀を用い、

のように適応信号成分v(n)(n=0,...,L-1)を生成する。なお、kはピッチ周期Tの整数値成分（整数遅延）であり、t(t=0,1,2)はピッチ周期Tの分数値成分に対応付けられた整数インデックスである。この場合、適応信号成分v(n)を得るために必要な励振信号はu(n-k-9),...,u(n-k+1+9)となる。この例の場合、現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxと補間フィルタに必要な遅延量9との合計区間T_max+9だけ過去の時点を始点とする区間を特定時間区間とすることが望ましい。

また、ステップＳ１１４で特定時間区間に属する各時点iでの残差信号z(i)を求めるために使用される線形予測フィルタの予測次数を、ステップＳ１１２で生成される現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される合成フィルタの予測次数よりも低くしてもよい。同様に、ステップＳ１２４で特定時間区間に属する各時点iでの残差信号z'(i)を求めるために使用される線形予測フィルタの予測次数を、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される合成フィルタの予測次数よりも低くしてもよい。これにより符号の品質をさほど下げることなく演算量を削減できる。

また、第１実施形態では、特定フレームが２以上のフレームを含み、特定フレームが含む一部のフレームで周波数領域符号化方式による符号化が行われ、特定フレームが含む他のフレームでCELP符号化方式による符号化が行われる場合でも、特定時間区間に属するすべての時点での残差信号が生成され、励振信号の代用信号とされていた。しかし、このような場合に、特定時間区間のうち、CELP符号化方式による符号化が行われて励振信号が存在する区間について残差信号を生成しないこととしてもよい。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、ピッチ周期Tが正の整数であり、特定時間区間が、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期Tだけ過去の時点を始点とする区間である形態である。なお、このピッチ周期Tは現フレームのものであってもよいし、過去のフレームのものであってもよい。本形態では、現フレームのピッチ周期Tを用いる例を説明する。また、以下では説明済みの内容との相違点を中心に説明する。また、各図においてすでに説明したものと同じ部分については共通の参照番号を用いて説明を省略する。

＜構成＞
図１及び図２を用いて、本形態の符号化装置２１及び復号装置２２の構成を説明する。

図１に例示するように、本形態の符号化装置２１は、第１実施形態の符号化装置１１にピッチ周期算出部２１７が追加され、線形予測フィルタ部１１６が線形予測フィルタ部２１６に置換されたものである。また、図２に例示するように、本形態の符号化装置２１は、線形予測フィルタ部１２６が線形予測フィルタ部２２６に置換されたものである。その他は、第１実施形態と同様である。

＜符号化方法＞
次に、図３を用いて本形態の符号化方法を説明する。

第２実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との１つめの相違点は、ステップＳ１１３で特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみではないと判定された場合、ピッチ周期算出部２１７（図１）が入力された現フレームの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)から現フレームのピッチ周期Tを求めて出力し、現フレームのピッチ周期Tを線形予測フィルタ部２１６に供給する点である（ステップＳ２１３）。現フレームの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)から現フレームのピッチ周期Tを求めるには周知の方法を用いればよく、例えば、現フレームの時系列信号x(n)(n=0,...,L-1)の自己相関関数を最大化する遅延量を現フレームのピッチ周期Tとすればよい。

第２実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との２つめの相違点は、線形予測フィルタ部１１６が、第１実施形態で定義された特定時間区間についてステップＳ１１４の処理を行う代わりに、線形予測フィルタ部２１６が、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期Tだけ過去の時点を始点とする区間を特定時間区間についてステップＳ２１４の処理を行う点である。ステップＳ２１４の処理の処理内容とステップＳ１１４の処理内容との相違点は、特定時間区間の定義のみである。線形予測フィルタ部２１６は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxではなくピッチ周期算出部２１７から供給されたピッチ周期Tを用いて特定時間区間を定める。なお、本形態の特定時間区間は、第１実施形態での特定時間区間の定義におけるピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxを現フレームのピッチ周期Tに置換したものとなる（図５参照）。

その他は第１実施形態と同様である。

＜復号方法＞
次に、図４を用いて本形態の復号方法を説明する。

第２実施形態の復号方法と第１実施形態の復号方法との相違点は、線形予測フィルタ部１２６（図２）が、第１実施形態で定義された特定時間区間についてステップＳ１２４の処理を行う代わりに、線形予測フィルタ部２２６が、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期Tだけ過去の時点を始点とする区間を特定時間区間についてステップＳ２２４の処理を行う点である。ステップＳ２２４の処理の処理内容とステップＳ１２４の処理内容との相違点は、特定時間区間の定義のみである。線形予測フィルタ部２２６は、ピッチ周期の探索範囲の最大値T_maxではなくパラメータ復号部１２４ｎで復号されたピッチ周期Tを用いて特定時間区間を定める。

その他は第１実施形態と同様である。

〔第２実施形態の変形例〕
補間フィルタを用いて適応信号成分を生成する場合には、現フレームより過去の区間であって、かつ、現フレームの先頭時点からピッチ周期Tと補間フィルタに必要な遅延量addとの合計区間T+addだけ過去の時点を始点とする区間を特定時間区間としてもよい（図５参照）。

また、ステップＳ２１４で特定時間区間に属する各時点iでの残差信号z(i)を求めるために使用される線形予測フィルタの予測次数を、ステップＳ１１２で生成される現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される合成フィルタの予測次数よりも低くしてもよい。同様に、ステップＳ２２４で特定時間区間に属する各時点iでの残差信号z'(i)を求めるために使用される線形予測フィルタの予測次数を、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される合成フィルタの予測次数よりも低くしてもよい。これにより符号の品質をさほど下げることなく演算量を削減できる。

また、第２実施形態では、特定フレームが２以上のフレームを含み、特定フレームが含む一部のフレームで周波数領域符号化方式による符号化が行われ、特定フレームが含む他のフレームでCELP符号化方式による符号化が行われる場合でも、特定時間区間に属するすべての時点での残差信号が生成され、励振信号の代用信号とされていた。しかし、このような場合に、特定時間区間のうち、CELP符号化方式による符号化が行われて励振信号が存在する区間について残差信号を生成しないこととしてもよい。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態では、現フレームの線形予測情報LPC infoによって特定される線形予測フィルタを用い、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号を生成していた（ステップＳ１１４等）。第３実施形態では、特定時間区間を含む特定フレームの線形予測情報LPC info'によって特定される線形予測フィルタを用い、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号を生成する。

＜構成＞
図１及び図２を用いて、本形態の符号化装置３１及び復号装置３２の構成を説明する。

図１に例示するように、本形態の符号化装置３１は、第１実施形態の符号化装置１１に線形予測分析部３１７が追加され、線形予測フィルタ部１１６が線形予測フィルタ部３１６に置換されたものである。また、図２に例示するように、本形態の復号装置３２は、線形予測フィルタ部１２６が線形予測フィルタ部３２６に置換されたものである。その他は、第１実施形態と同様である。

＜符号化方法＞
次に、図３を用いて本形態の符号化方法を説明する。

第３実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との１つめの相違点は、ステップＳ１１３で特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみではないと判定された場合、線形予測分析部３１７（図１）が、特定フレームが含む何れかのフレーム（図５参照）に属する各時点hでの復号信号x'(h)を線形予測分析し、特定フレームでの線形予測係数β(m)（m=1,...,P）を生成し、線形予測係数β(m)（m=1,...,P）を特定するための特定フレームの線形予測情報LPC info'を出力する点である（ステップＳ３１３）。なお、各復号信号x'(h)はローカル復号部１１５ａから出力されたものである。

第３実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との２つめの相違点は、ステップＳ１１４の処理の代わりに以下のステップＳ３１４の処理が実行される点である。

ステップＳ３１４では、周波数領域符号化部１１５のローカル復号部１１５ａが、現フレームより過去のフレームに属する各時点jでの時系列信号に対応する復号信号x'(j)を生成して出力する。本形態では、特定時間区間とその直前に位置する予測次数Pの長さの区間との合成区間（図５参照）に属する各時点jでの復号信号x'(j)を生成して出力する。当該各時点jでの復号信号x'(j)と、ステップＳ３１３で生成された特定フレームの線形予測情報LPC info'とが、線形予測フィルタ部３１６に入力される。線形予測フィルタ部３１６は、当該各時点jでの復号信号x'(j)に、特定フレームの線形予測情報LPC info'によって特定される線形予測係数β'(m)（m=1,...,P）から定まる線形予測フィルタを適用し、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号
z(i)=x'(i)+β'(1)・x(i-1)+β'(2)・x(i-2)+...+β'(P)・x(i-P) …(15)
を生成する。生成された各残差信号z(i)は、適応符号帳１１４ｃに入力され、その記憶部に格納される（ステップＳ３１４）。

その他は第１実施形態と同様である。

＜復号方法＞
次に、図４を用いて本形態の復号方法を説明する。

第３実施形態の復号方法と第１実施形態の復号方法との１つめの相違点は、ステップＳ１２３で特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみではないと判定された場合、線形予測分析部３２７（図２）が、特定フレームが含む何れかのフレーム（図５参照）に属する各時点hでの復号信号x''(h)を線形予測分析し、特定フレームでの線形予測係数β(m)（m=1,...,P）を生成し、線形予測係数β(m)（m=1,...,P）を特定するための特定フレームの線形予測情報LPC info'を出力する点である（ステップＳ３２３）。なお、復号信号x''(h)は、周波数領域復号部１２５から出力されたものである。

第３実施形態の復号方法と第１実施形態の復号方法との２つめの相違点は、ステップＳ１２４の処理の代わりに以下のステップＳ３２４の処理が実行される点である。

ステップＳ３２４では、周波数領域復号部１２５が現フレームより過去のフレームでの復号処理で生成した当該過去のフレームに属する各時点jでの復号信号x''(j)が、線形予測フィルタ部３２６に入力される。本形態では、特定時間区間及びその直前の予測次数Pの長さが区間（図５参照）に属する各時点jでの復号信号x''(j) が、線形予測フィルタ部３２６に入力される。線形予測フィルタ部３２６には、さらに、線形予測分析部３２７から出力された特定フレームの線形予測情報LPC info'も入力される。線形予測フィルタ部３２６は、当該各時点jでの復号信号x''(j)に、特定フレームの線形予測情報LPC info'によって特定される線形予測係数β'(m)（m=1,...,P）から定まる線形予測フィルタを適用し、特定時間区間に属する各時点iでの残差信号
z'(i)=x''(i)+ β'(1)・x(i-1)+ β'(2)・x(i-2)+...+β'(P)・x(i-P) …(16)
を生成する。生成された各残差信号z'(i)は、適応符号帳１１４ｃに入力され、その記憶部に格納される（ステップＳ３２４）。

その他は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態の変形例〕
第３実施形態では、符号化装置３１だけではなく復号装置３２も特定フレームの線形予測情報LPC info'を生成することとした。しかし、符号化装置３１で生成された線形予測情報LPC info'を特定する情報が符号Code1に含まれてもよい。この場合、復号装置３２は、自ら線形予測情報LPC info'を生成することなく、符号Code1から特定される線形予測情報LPC info'を用いればよい。また、現フレームの線形予測情報LPC infoに対応する線形予測次数の予測次数と、特定フレームの線形予測情報LPC info'に対応する線形予測次数の予測次数とが異なっていてもよい。例えば、現フレームの線形予測情報LPC infoに対応する線形予測次数の予測次数よりも、特定フレームの線形予測情報LPC info'に対応する線形予測次数の予測次数を低くしてもよい。

また、第１実施形態の変形例や第２実施形態の変形例と第３実施形態やその変形例とが組み合わされた形態であってもよい。

〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態を説明する。第１から第３の実施形態では、符号化の際、ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定されたか否かに拘わらず、同じ量子化方法によって現フレームの適応信号成分利得g_pが量子化されていた。本形態では、ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定されたか否かに応じて、現フレームの適応信号成分利得g_pの量子化方法を変える。本形態では、ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみでなかったと判定された場合の量子化方法を第１量子化方法と表現し、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定された場合の量子化方法を第２量子化方法と表現する。本形態の場合、第１量子化方法で量子化して出力される量子化値の最大値と最小値との差を、第２量子化方法で量子化して出力される量子化値の最大値と最小値との差よりも小さくする。あるいは第１量子化方法では第２量子化方法の場合より、出力される最小値を小さく設定する。これは、特定時間区間に属する各時点での励振信号が存在せず残差信号を励振信号の代用信号と用いた場合の現フレームの適応信号成分利得g_pが、特定時間区間に属する各時点での励振信号が存在する場合の現フレームの適応信号成分利得g_pよりも小さくなる傾向に基づく。これにより、例えば、第１量子化方法と第２量子化方法とで量子化インターバル（各量子化値に対応する量子化前の値の範囲）を同一に設定した場合には符号量を削減することができる。また、例えば、第１量子化方法で割り当てられる量子化値の種類と第２量子化方法で割り当てられる量子化値の種類とを同一にした場合には、平均量子化誤差を低減できる。さらに適応信号成分利得が一定値より小さい場合には、適応信号成分を用いないようにすることも可能である。これにより、ピッチ周期の情報も符号化する必要がなくなり、情報量を削減できる。

＜構成＞
図１及び図２を用いて、本形態の符号化装置４１の構成を説明する。

図１に例示するように、本形態の符号化装置４１は、第１実施形態のCELP符号化部１１４がCELP符号化部４１４に置換された構成である。また、CELP符号化部４１４は、CELP符号化部１１４が含む利得量子化部１１４ｍを利得量子化部４１４ｍに置換した構成である。なお、本形態の復号装置は第１実施形態の復号装置１１でよいが、量子化方式によっては、第１量子化方法と第２量子化方法とで異なる復号処理がなされてもよい。

＜符号化方法＞
次に、図３を用いて本形態の符号化方法を説明する。

第４実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との一つ目の相違点は、ステップＳ１１６で励振信号パラメータが生成された場合に、利得量子化部１１４ｍ（図１）の代わりに利得量子化部４１４ｍがステップＳ１１７での量子化処理を実行する点である。なお、ステップＳ１１７の処理で行われる適応信号成分利得g_pの量子化方法を前述の第２量子化方法とする。

第４実施形態の符号化方法と第１実施形態の符号化方法との二つ目の相違点は、ステップＳ１１５で励振信号パラメータが生成された場合に、ステップＳ１１７の処理が実行されるのではなく、以下のステップＳ４１７の処理が実行される点である。

ステップＳ４１７では、生成された現フレームでの励振信号パラメータに含まれる現フレームの適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cが利得量子化部４１４ｍに入力される。利得量子化部４１４ｍは、適応信号成分利得g_p及び量子化固定信号成分利得g_cの量子化値（量子化適応信号成分利得g_p'及び量子化固定信号成分利得g_c'）を特定するための量子化利得Gを生成する。この量子化方法を前述の第１量子化方法とする。その後、ピッチ周期TとコードインデックスCと量子化利得Gと線形予測情報LPC infoとがパラメータ符号化部１１４ｎに入力され、パラメータ符号化部１１４ｎは、ピッチ周期TとコードインデックスCと量子化利得Gと線形予測情報LPC infoとに対応する符号Code1（励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報に対応する符号）を生成する（ステップＳ４１６）。そして、ステップＳ１１８の処理が実行される。

なお、第１量子化方法と第２量子化方法との切り替えは、第１量子化方法用の量子化符号帳（量子化前の値の範囲と量子化値との対応表）と第２量子化方法用の量子化符号帳とを用意しておき、第１量子化方法を用いるか第２量子化方法を用いるかに応じて量子化符号帳を使い分ければよい。例えば、適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cをベクトル量子化する場合には、第１量子化方法用の量子化符号帳と第２量子化方法用の量子化符号帳を一つずつ用意しておけばよい。また、例えば、適応信号成分利得g_p及び固定信号成分利得g_cを別個にスカラー量子化する場合には、適応信号成分利得g_pを量子化するための量子化符号帳として、第１量子化方法用のものと第２量子化方法用のものとを用意しておけばよい。この場合、固定信号成分利得g_cを量子化するための量子化符号帳は、第１，２量子化方法で共通であってもよいし、異なっていてもよい。第１量子化方法では、適応信号成分利得が最低のものは、ピッチ周期の情報も符号化しないという約束にして、固定信号成分を作成することも可能である。

＜復号方法＞
本形態では、適応信号成分利得の復号を切り替える点を除いて、第１実施形態と同様である。

〔第４実施形態の変形例〕
本形態では、ステップＳ１１３で、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみでなかったと判定された場合に第１量子化方法を用い、特定フレームでの符号化方式がCELP符号化方式のみであったと判定された場合に第２量子化方法を用いた。しかし、特定フレームが含む少なくとも一部のフレームでの符号化方式がCELP符号化方式であった場合に第２量子化方法を用い、その他の場合に第１量子化方法を用いてもよい。その他、第４実施形態と上述の各実施形態やその変形例とを組み合わせた形態であってもよい。

〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態を説明する。

上述の各実施形態では、符号化装置１１，２１，３１，４１の周波数領域符号化部１１５がローカル復号部１１５ａを含む構成であった。第５実施形態は、符号化装置がローカル復号部１１５ａを含まない構成である。

図６は、第５実施形態の符号化装置５１を例示するためのブロック図である。

第５実施形態の符号化装置５１と符号化装置１１，２１，３１，４１との相違点は、ローカル復号部１１５ａを含む周波数領域符号化部１１５がローカル復号部１１５ａを含まない周波数領域符号化部５１５に置換され、周波数領域符号化部５１５とは別個のローカル復号部５１６が設けられた点である。その他の構成は符号化装置１１，２１，３１，４１と同様である。また、処理については、ローカル復号部１１５ａが現フレームより過去のフレームに属する各時点jでの時系列信号x(j)に対応する復号信号x'(j)を生成して出力する代わりに、ローカル復号部５１６が符号Code2を復号して復号信号x'(j)を生成して出力する点が相違する。その他の処理は上述の各実施形態と同様である。

〔その他の変形例〕
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、符号化時において、現クレームに対する特定フレームが存在しない場合（たとえば、現クレームが先頭フレームであるなど）や、適応符号帳探索部１１４ｅで選択された適応信号成分利得が閾値よりも小さい場合や、現クレームに対する特定フレームでの復号信号の大きさを示す指標が或る値以下である場合には、適応信号成分利得を０とし、適応符号帳を用いることなく符号化が行われる構成であってもよい。なお、現クレームに対する特定フレームでの復号信号の大きさを示す指標の例は、特定フレームに属する各時点での復号信号の平均振幅や平均パワーなどである。このような場合の符号Code1は、固定符号帳からの信号成分から得られた励振信号を特定するための励振信号パラメータと、線形予測情報と、を含む情報に対応する符号となる。

また、現フレームに属する各時点での時系列信号を線形予測分析するとは、前述のように現フレーム単位で線形予測分析ことであってもよいし、現フレームが属する或る時間区間単位で線形予測分析ことであってもよいし、現フレームに属する或る時間区間単位で線形予測分析ことであってもよい。また、現フレームでの合成フィルタは、現フレームごとに生成されるものであってもよいし、現フレームが属する或る時間区間ごとに生成されるものであってもよいし、現フレームに属する或る時間区間ごとに生成されるものであってもよい。

また、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

また、上述の構成をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

１１，２１，３１，４１，５１ 符号化装置
１２，２２，４２ 復号装置

Claims (11)

1. 入力された時系列信号を所定の時間区間であるフレームごとに第１符号化方式又は第２符号化方式で符号化する符号化方法であって、
   前記第１符号化方式は、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分と固定符号帳からの信号成分との線形和からなる励振信号を用いて、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   前記第２符号化方式は、前記励振信号を特定する情報を用いることなく、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   (A) 前記第１符号化方式で符号化がなされる現フレームに属する各時点での前記時系列信号を線形予測分析して線形予測情報を生成するステップと、
   (B) 前記現フレームより過去のフレームに属する各時点での時系列信号に対応する復号信号に線形予測フィルタを適用し、前記現フレームより過去の時点での残差信号を生成するステップと、
   (C) 前記現フレームのピッチ周期に応じて遅延させた前記残差信号を用いて得られる第１適応信号成分と、前記固定符号帳からの第１信号成分と、の線形和からなる第１励振信号を前記残差信号から特定するための第１励振信号パラメータと、前記線形予測情報と、を含む情報に対応する第１符号を出力するステップと、を有し、
   前記ステップ(B)で生成する前記残差信号は、少なくとも、前記現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する各時点での残差信号を含む、
   ことを特徴とする符号化方法。
2. 請求項１の符号化方法であって、
   前記ステップ(B)及び(C)は、前記特定時間区間を含むフレームである特定フレームに対して前記第２符号化方式で符号化がなされた場合に実行されるステップである、
   前記特定フレームに対して前記第１符号化方式で符号化がなされた場合には、
   前記現フレームのピッチ周期に応じて遅延させた前記特定フレームでの励振信号を使用して定まる第２適応信号成分と、前記固定符号帳からの第２信号成分と、の線形和からなる第２励振信号を前記特定フレームでの励振信号から特定するための第２励振信号パラメータと、前記線形予測情報と、を含む情報に対応する第２符号を出力するステップが、実行され、
   前記第１励振信号パラメータは、前記第１適応信号成分と前記第１信号成分との線形和によって前記第１励振信号を表す場合に、当該第１適応信号成分に与えられる第１適応信号成分利得を含み、
   前記第２励振信号パラメータは、前記第２適応信号成分と前記第２信号成分との線形和によって前記第２励振信号を表す場合に、当該第２適応信号成分に与えられる第２適応信号成分利得を含み、
   前記第１符号は、前記第１適応信号成分利得を第１量子化方法で量子化して得られる量子化値である第１量子化適応信号成分利得を含む情報に対応する符号であり、
   前記第２符号は、前記第２適応信号成分利得を第２量子化方法で量子化して得られる量子化値である第２量子化適応信号成分利得を含む情報に対応する符号であり、
   前記第１量子化方法で量子化して得られる量子化値の最大値と最小値との差は、前記第２量子化方法で量子化して得られる量子化値の最大値と最小値との差よりも小さい、
   ことを特徴とする符号化方法。
3. 請求項１又は２の符号化方法であって、
   前記ステップ(B)で適用される前記線形予測フィルタの予測次数は、前記ステップ(A)で特定される合成フィルタの予測次数より低い、
   ことを特徴とする符号化方法。
4. 請求項１から３の何れかの符号化方法であって、
   前記ステップ(B)及び(C)は、前記特定フレームが存在し、かつ、前記復号信号の大きさを示す指標が或る値よりも大きい場合に実行されるステップであり、
   前記特定フレームが存在しないか、又は、前記復号信号の大きさを示す指標が前記或る値以下である場合には、
   前記固定符号帳からの第３信号成分を用いて得られた第３励振信号を特定するための第３励振信号パラメータと、前記線形予測情報と、を含む情報に対応する第３符号を出力するステップ、が実行される、
   ことを特徴とする符号化方法。
5. 請求項１から４の何れかの符号化方法であって、
   前記第１符号化方式は、CELP符号化方式であり、
   前記第２符号化方式は、前記時系列信号を周波数領域に変換してから符号化を行う方式である、
   ことを特徴とする符号化方法。
6. 請求項１から５の何れかの符号化方法であって、
   前記特定時間区間は、前記現フレームの先頭時点から前記現フレームでのピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む、
   ことを特徴とする符号化方法。
7. 所定の時間区間であるフレームごとの第１符号化方式又は第２符号化方式の符号を復号する復号方法であって、
   前記第１符号化方式の復号方法は、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分と固定符号帳からの信号成分との線形和からなる励振信号に線形予測合成フィルタを適用して時系列信号を、生成する方法であり、
   前記第２符号化方式の復号方法は、前記励振信号を生成することなく、符号に基づく時系列信号を生成する方法であり、
   (A)現フレームに対応する前記第１符号化方式の符号を復号して励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報を得るステップと、
   (B) 前記現フレームより過去のフレームに属する各時点での復号信号に線形予測フィルタを適用し、前記現フレームより過去の時点での残差信号を生成するステップと、
   (C) 前記残差信号と前記励振信号パラメータとを用いて特定される前記現フレームでの第１励振信号に、前記線形予測情報によって特定される合成フィルタ、を適用して得られる第１合成信号を出力するステップと、を有し、
   前記ステップ(B)で生成する前記残差信号は、少なくとも、前記現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する、前記第２符号化方式の復号方法による復号信号に基づく各時点での残差信号を含む、
   ことを特徴とする復号方法。
8. 入力された時系列信号を所定の時間区間であるフレームごとに第１符号化方式又は第２符号化方式で符号化する符号化装置であって、
   前記第１符号化方式は、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分と固定符号帳からの信号成分との線形和からなる励振信号を用いて、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   前記第２符号化方式は、前記励振信号を特定する情報を用いることなく、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   前記第１符号化方式で符号化がなされる現フレームに属する各時点での前記時系列信号を線形予測分析し、当該現フレームでの合成フィルタを特定するための線形予測情報を生成する線形予測部と、
   前記現フレームより過去のフレームに属する各時点での時系列信号に対応する復号信号に線形予測フィルタを適用し、前記現フレームより過去の時点での残差信号を生成する線形予測フィルタ部と、
   前記現フレームのピッチ周期に応じて遅延させた前記残差信号を用いて得られる第１適応信号成分と、前記固定符号帳からの第１信号成分と、の線形和からなる第１励振信号を前記残差信号から特定するための第１励振信号パラメータと、前記線形予測情報と、を含む情報に対応する第１符号を出力するパラメータ符号化部と、を有し、
   前記線形予測フィルタ部が生成する前記残差信号は、少なくとも、前記現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する各時点での残差信号を含む、
   ことを特徴とする符号化装置。
9. 所定の時間区間であるフレームごとの第１符号化方式又は第２符号化方式の符号を復号する復号装置であって、
   前記第１符号化方式は、過去のフレームに依存する信号成分である適応信号成分と固定符号帳からの信号成分との線形和からなる励振信号を用いて、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   前記第２符号化方式は、前記励振信号を特定する情報を用いることなく、前記時系列信号に対応する符号を生成する方式であり、
   前記第１符号化方式で符号化された現フレームに対応する符号を復号し、励振信号パラメータと線形予測情報とを含む情報を得るパラメータ復号部と、
   前記現フレームより過去のフレーム属する各時点での復号信号に線形予測フィルタを適用し、前記現フレームより過去の時点での残差信号を生成する線形予測フィルタ部と、
   前記残差信号と前記励振信号パラメータとを用いて特定される前記現フレームでの第１励振信号に、前記線形予測情報によって特定される合成フィルタ、を適用して得られる第１合成信号を出力する合成フィルタ部と、を有し、
   前記線形予測フィルタ部が生成する前記残差信号は、少なくとも、前記現フレームの先頭時点からピッチ周期の探索範囲の最大値或いはピッチ周期だけ過去の時点を始点とする区間を含む特定時間区間に属する、前記第２符号化方式の復号方法による復号信号に基づく各時点での残差信号を含む、
   ことを特徴とする復号装置。
10. 請求項１から６の何れかの符号化方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
11. 請求項７の復号方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
    

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