JP2013068847A - 符号化方法及び符号化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスの位置及び極性の探索とゲインの量子化とを多段階で行うことにより、位置及び極性に加えてゲインの量子化にも適切な量のビットを配分し、比較的少ない計算量で良好な符号化性能を得ること。
【解決手段】１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、４本のパルスのうちの２本のパルスが理想ゲインの場合のパルスの位置及び極性を探索する。１段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１において位置及び極性を探索したパルスのゲインを量子化する。２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、残りの２本のパルスが理想ゲインの場合のパルスの位置及び極性を探索する。２段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１において位置及び極性を探索したパルスのゲインを量子化する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、符号化方法及び符号化装置に関する。代表的には、音声信号及び／又は音楽信号をディジタル信号に圧縮符号化する符号化方法及び符号化装置に関する。

移動体通信においては、伝送帯域の有効利用のために、音声又は画像のディジタル情報の圧縮符号化が必須である。その中でも携帯電話で広く利用されている音声コーデック技術に対する期待は大きく、圧縮率の高い従来の高効率符号化に対して、更により高音質となる符号化への要求が高まっている。また、音声通信は公衆で使用されるため、標準化が必須であり、それに伴う知的財産権の価値の大きさゆえに世界各国の企業において研究開発が盛んに行われている。

近年、多層構造を有するスケーラブルコーデックは、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector）及びＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）で標準化が検討されている。また、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）ではマルチレートコーデックであるＥＶＳ（Enhanced Voice Service）が検討されている。このように、近年では、より高いビットレートにより、音声のみならず音楽もより効率的で高品質に符号化できるコーデックが求められている。

２０年前に確立された音声の発声機構をモデル化してベクトル量子化を応用した基本方式であるＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction）によって、音声符号化技術は大きく性能を向上させた。音声符号化技術は、例えば非特許文献１に記載の代数的符号帳（Algebraic Codebook）のような少数パルスによる固定音源の発明で一段とその性能を向上させた。ＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．７２９及びＥＴＳＩ（European Telecommunications Standards Institute）標準ＡＭＲ（Adaptive Multi-Rate）は、代数的符号帳を用いたＣＥＬＰの代表的なコーデックを標準化したものであり、世界で広く使用されている。また、近年、ＩＴＵ−Ｔでは、スケーラブルコーデックＧ．７１８が勧告化されており、これにも代数的符号帳が使用されている。また、上記のように、３ＧＰＰ−ＥＶＳなどの標準規格化で、近年ビットレートがより高いＣＥＬＰが求められている。

代数的符号帳では、複数のパルスで構成される音源全体に１つのゲインを理想ゲインとして仮定し、複数のパルスの振幅を全て「１」と仮定して、パルスの位置及び極性を探索する。従って、代数的符号帳では、ビット数を増やしていくと、音源を構成する同じ振幅のパルスが増えていくことになる。このため、代数的符号帳は、少数ビットで良好な品質を上げるためには有効であるが、ビットレートが多い場合、パルスの位置及び極性の情報ばかりにビットが割り振られることになる。この結果、ビット数が大きい割に固定符号帳ベクトルの表現能力が早く限界に達し、ビット数を増やしても性能が上がらないという現象が起こる。

従来は、少数本のパルスで音源を表していたので、上記の現象は顕在化していなかったが、コーデックのビットレートが高くなり、固定符号帳に多くのビットが割り振られる傾向がある近年の標準化方式では、上記の現象が顕著になってきている。従って、近年は、ビットレートが高いコーデックにおいて、パルスの位置及び極性のみならず、パルスの振幅にも十分なビットが割り当てられる符号化方法が必要である。

また、従来、パルスの位置とパルスの振幅とにバランスよくビットを配すことができる符号化方法として特許文献１に示すものがある。特許文献１では、各パルスに仮ゲインを算出し、パルス位置は代数的符号帳と同様の位置の符号帳を用い、ゲインはゲインの符号帳で符号化を行うことにより性能の向上を実現している。

特許文献１によれば、パルスの位置を決定する前に、パルスの位置毎に仮ゲインを算出し、算出した仮ゲインを用いてパルスの振幅が異なる仮のパルス音源を生成し、パルス位置を決定する。これにより、特許文献１では、ゲイン符号化部は、最終的にパルス毎に独立のゲインを付与する場合に、パルス位置探索時での最終的なゲインに対する近似精度が上がり、最適なパルス位置を見出しやすくなり、符号化特性を改善できる効果がある。

国際公開第９８／４０８７７号

Salami,Laflamme,Adoul,"8kbit/s ACELP Coding of Speech with 10ms Speech-Frame:aCandidate for CCITT Standardization",IEEE Proc. ICASSP94,pp.II-97-II-100

しかしながら、特許文献１においては、パルスの位置の探索の前に各位置における仮ゲインを決めるので、探索するパルスの位置及び極性が仮ゲインに依存し、最適なパルスの位置及び極性を探索することができず、符号化性能が劣化するという問題がある。

本発明の目的は、パルスの位置及び極性の探索とゲインの量子化とを多段階で行うことにより、位置及び極性に加えてゲインの量子化にも適切な量のビットを配分することができ、比較的少ない計算量で良好な符号化性能を得ることができる符号化方法及び符号化装置を提供することである。

本発明の符号化方法は、音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化方法であって、ｎ（ｎ＝１，２，・・・）段目において、前記音源信号における複数のパルスの一部である第１パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第１パルス群の位置及び極性を探索し、位置及び極性を探索した前記第１パルス群のゲインを量子化するステップと、（ｎ＋１）段目において、前記音源信号における複数のパルスのうち前記第１パルス群以外の第２パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第２パルス群の位置及び極性を探索し、位置及び極性を探索した前記第２パルス群のゲインを量子化するステップと、を具備するようにした。

また、本発明の符号化方法は、音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化方法であって、ｎ（ｎ＝１，２，・・・）段目において、前記音源信号における複数のパルスの一部である第１パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第１パルス群の位置及び極性を探索するステップと、（ｎ＋１）段目において、前記音源信号における複数のパルスのうち前記第１パルス群以外の第２パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第２パルス群の位置及び極性を探索するステップと、前記ｎ段目において位置及び極性を探索した前記第１パルス群のゲイン、及び前記（ｎ＋１）段目において位置及び極性を探索した前記第２パルス群のゲインをまとめて量子化するステップと、を具備するようにした。

また、本発明の符号化装置は、音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化装置であって、符号化ターゲット、合成フィルタのフィルタ係数、及び音源信号を構成する複数のパルス、を用いてパラメータを算出し、前記パラメータを用いた位置及び極性の探索における符号化歪みを最小化する前記複数のパルスの位置及び極性を決定し、決定した前記位置及び極性に対応する第１符号を決定する位置／極性探索手段と、前記位置／極性探索手段で位置及び極性が決定されたパルスに対応する前記パラメータに基づいて、複数のゲインのコードベクトルを、ベクトル量子化を用いて探索することにより、ゲイン探索における符号化歪みを最小化するコードベクトルを決定し、決定した前記コードベクトルに対応する第２符号を決定するゲイン量子化手段と、前記位置／極性探索手段で位置及び極性が決定されたパルスと、前記ゲイン量子化手段で決定された前記ゲインのコードベクトルと、を用いて復号音源ベクトルを生成する復号手段と、前記符号化ターゲット、前記フィルタ係数、及び前記復号音源ベクトルを入力し、前記符号化ターゲットから、前記フィルタ係数を有する前記合成フィルタに前記復号音源ベクトルを適用して得られる成分を減算して、ターゲットベクトルを生成する減算手段と、前記位置／極性探索手段を少なくとも２回動作させることにより前記複数のパルスを多段階で探索するように、予め設定された順序で前記位置／極性探索手段、前記ゲイン量子化手段、前記復号手段、及び前記減算手段、を動作させ、前記位置／極性探索手段の動作が１段目でない場合には、直前の前記減算手段の動作で生成された前記ターゲットベクトルを新たな符号化ターゲットとして前記位置／極性探索手段へ出力して前記位置／極性探索手段の次段の動作を行わせる制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、パルスの位置及び極性の探索とゲインの量子化とを多段階で行うことにより、位置及び極性に加えてゲインの量子化にも適切な量のビットを配分することができ、比較的少ない計算量で良好な符号化性能を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置の基本構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における各パルスの位置の候補を示す図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置の符号化処理を示すフロー図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置のフィルタ生成部の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置の適応符号帳探索部の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置の固定符号帳探索部の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるＣＥＬＰ符号化装置のゲイン探索部の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における固定符号帳探索部の探索制御部の具体的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における固定符号帳探索部の方法１による符号化処理を示すフロー図 本発明の実施の形態１における位置／極性探索部の位置及び極性の探索処理を示すフロー図 本発明の実施の形態１における固定符号帳探索部の方法２による符号化処理を示すフロー図 本発明の実施の形態２におけるＣＥＬＰ符号化装置の固定符号帳探索ターゲット生成部の具体的構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
＜ＣＥＬＰ符号化装置の基本構成＞
図１は、本発明の実施の形態におけるＣＥＬＰ符号化装置１００の基本構成を示すブロック図である。

図１において、ＣＥＬＰ符号化装置１００は、声道情報と音源情報とからなる音声信号を、声道情報については、ＬＰＣパラメータ（線形予測係数）を求めることにより符号化し、音源情報については、予め記憶されている音声モデルのいずれを用いるかを特定するインデックスを求めることにより符号化する。すなわち、音源情報については、適応符号帳１０３及び固定符号帳１０４でどのような音源ベクトル（コードベクトル）を生成するかを特定するインデックス（符号）を求めることにより符号化する。なお、実際にＣＥＬＰ符号化装置１００に入力され符号化される信号は、狭義の意味での音声信号に限らず、音声信号、音楽信号、あるいは音声信号と音楽信号との双方を含む音響信号、など、いずれの信号であってもよい。すなわち、以下における音声信号とは、広義の意味での音声信号のことを示す。

具体的には、ＣＥＬＰ符号化装置１００の各部は以下の動作を行う。

ＬＰＣ分析部１０１は、音声信号に対して線形予測分析（ＬＰＣ分析）を施し、スペクトル包絡情報であるＬＰＣパラメータを求め、求めたＬＰＣパラメータをＬＰＣ量子化部１０２及び聴感重み付け部１１１に出力する。

ＬＰＣ量子化部１０２は、ＬＰＣ分析部１０１から出力されたＬＰＣパラメータを量子化する。そして、ＬＰＣ量子化部１０２は、得られた量子化ＬＰＣパラメータをＬＰＣ合成フィルタ１０９に出力し、量子化ＬＰＣパラメータのインデックス（符号）をＣＥＬＰ符号化装置１００の外部へ出力する。

一方、適応符号帳１０３は、ＬＰＣ合成フィルタ１０９で使用された過去の駆動音源を記憶しており、後述する歪み最小化部１１２から指示されたインデックスに対応する適応符号帳ラグに従って、記憶している駆動音源から１サブフレーム分の音源ベクトルを生成する。この音源ベクトルは、適応符号帳ベクトルとして乗算器１０６に出力される。

固定符号帳１０４は、音源符号化（音源量子化、音源ベクトル符号化とも呼ばれる）の符号帳である。固定符号帳１０４は、所定形状の音源ベクトルを複数個予め記憶しており、歪み最小化部１１２から指示されたインデックスに対応する音源ベクトルを、固定符号帳ベクトルとして乗算器１０７に出力する。ここで、固定符号帳１０４は代数的音源であり、代数的符号帳を用いた場合について説明する。代数的音源とは、多くの標準コーデックに採用されている音源であり、ベクトル軸上に少数本のパルスを立てて構成されるベクトルにより表される音源である。

なお、上記の適応符号帳１０３は、有声音のように周期性の強い成分を表現するために使われる。一方、固定符号帳１０４は、白色雑音のように周期性の弱い成分を表現するために使われる。

ゲイン符号帳１０５は、歪み最小化部１１２からの指示に従って、適応符号帳１０３から出力される適応符号帳ベクトル用のゲイン（適応符号帳ゲイン）、及び固定符号帳１０４から出力される固定符号帳ベクトル用のゲイン（固定符号帳ゲイン）を生成し、それぞれ乗算器１０６、１０７に出力する。

乗算器１０６は、ゲイン符号帳１０５から出力された適応符号帳ゲインを、適応符号帳１０３から出力された適応符号帳ベクトルに乗じ、乗算後の適応符号帳ベクトルを加算器１０８に出力する。

乗算器１０７は、ゲイン符号帳１０５から出力された固定符号帳ゲインを、固定符号帳１０４から出力された固定符号帳ベクトルに乗じ、乗算後の固定符号帳ベクトルを加算器１０８に出力する。

加算器１０８は、乗算器１０６から出力された適応符号帳ベクトルと、乗算器１０７から出力された固定符号帳ベクトルとを加算し、加算後の音源ベクトルを駆動音源としてＬＰＣ合成フィルタ１０９に出力する。

ＬＰＣ合成フィルタ１０９は、ＬＰＣ量子化部１０２から出力された量子化ＬＰＣパラメータをフィルタ係数とし、適応符号帳１０３及び固定符号帳１０４で生成される音源ベクトルを駆動音源としたフィルタ関数、すなわち、ＬＰＣ合成フィルタを用いて合成信号を生成する。この合成信号は、加算器１１０に出力される。

加算器１１０は、ＬＰＣ合成フィルタ１０９で生成された合成信号を音声信号から減算することによって誤差信号を算出し、この誤差信号を聴感重み付け部１１１に出力する。なお、この誤差信号が符号化歪みに相当する。

聴感重み付け部１１１は、ＬＰＣ分析部１０１から入力されるＬＰＣパラメータを用いて、加算器１１０から出力された符号化歪みに対して聴感的な重み付けを施し、歪み最小化部１１２に出力する。

歪み最小化部１１２は、聴感重み付け部１１１から出力された符号化歪みが最小となるような、適応符号帳１０３、固定符号帳１０４及びゲイン符号帳１０５の各インデックス（符号）をサブフレームごとに求め、これらのインデックスを符号化情報としてＣＥＬＰ符号化装置１００の外部に出力する。より詳細には、上記の適応符号帳１０３及び固定符号帳１０４に基づいて合成信号を生成し、この信号の符号化歪みを求める一連の処理は閉ループ制御（帰還制御）となっており、歪み最小化部１１２は、各符号帳に指示するインデックスを１サブフレーム内において様々に変化させることによって各符号帳を探索し、最終的に得られる、符号化歪みを最小とする各符号帳のインデックスを出力する。

本実施の形態におけるＣＥＬＰ符号化装置１００が従来のＣＥＬＰ符号化装置と異なる点は、符号化歪みを最小化する固定符号帳１０４のインデックス（符号）の中に、探索された固定符号帳ベクトルの音源パルスごとに求められるゲインのコードベクトルを特定する符号が含まれる点である。

なお、符号化歪みが最小となる際の駆動音源（復号音源）は、サブフレームごとに適応符号帳１０３へフィードバックされる。適応符号帳１０３は、このフィードバックにより、記憶されている駆動音源を更新する。

＜音源符号化の基本的アルゴリズムの原理＞
音源ベクトル（符号帳ベクトルまたはコードベクトルとも呼ばれる）の探索と符号の導出とは、以下の（１）式の符号化歪を最小化する音源ベクトルを探索することにより行う。

一般に、適応符号帳ベクトルと固定符号帳ベクトルとはオープンループで（別々のループで）探索されるので、固定符号帳１０４の符号の導出は以下の（２）式の符号化歪を最小化する固定符号帳ベクトルを探索することにより行う。

ここで、ゲインｇ_a、ｇ_sは音源の符号を探索した後で決定するので、ここでは、理想ゲイン（最適ゲイン）で探索を進める。理想ゲインとは、符号化歪を最も小さくするゲインを意味する。これにより、上記の（２）式は以下の（３）式のようになる。

（３）式の歪みを最小化することは、以下の（４）式のコスト関数Ｃを最大化することと同じである。

よって、（４）式より、少数パルスからなる固定符号帳ベクトルｓを探索する場合は、ｙ^ｔＨとＨ^ｔＨとを予め計算しておけば、少ない計算量で上記のコスト関数Ｃを算出することができる。

ここで、「パルスの単独の相関値」とは、このベクトルｙ^ｔＨの要素のことである。ターゲットベクトルｙに対して、時間逆順合成を施したベクトルｙ^ｔＨの要素の１つは、その位置に立つインパルスの合成信号とターゲット信号との相関値と等しくなる。

＜固定符号帳の具体例＞
図２は、各パルスの位置の候補を示す図である。図２は、固定符号帳の例として、サブフレーム長（ターゲットベクトル長または音源長）が「６４」で、パルス数が「４」、及び固定符号帳が代数的符号帳である場合の各パルスの位置の候補を示すものである。また、１つのチャネルで１つのパルスが立つ位置の候補を示している。

図２に示すように、代数的符号帳においては、同じ場所に２つのパルスが立たないような候補を使うのが一般的である。図２を用いて固定符号帳ベクトルの量子化を行った場合、パルスの位置に（４ビット×４）ビットを使用し、パルスの極性（±、英語ではpolarity）に（１ビット×４）ビットを使用するので、合計２０ビットで６４の長さの固定符号帳ベクトルを符号化することになる。また、この際の探索は、４重ループで行われるが、ｙ^ｔＨとＨ^ｔＨとを予め計算しておき、（４）式のコスト関数を評価することにより、ループ内では比較的少ない計算量にすることができる。

ただし、上記の符号化ではゲインは符号化されていない。従来は、パルス４本に対して１つのゲインを乗算するのが一般的であり、適応符号帳ベクトルのゲインと合わせてベクトル量子化する方法、または単独でスカラー量子化する方法を用いる。

＜ＣＥＬＰ符号化装置の具体的構成＞
図３は、本発明の実施の形態におけるＣＥＬＰ符号化装置２００の具体的構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるＣＥＬＰ符号化装置２００は、固定符号帳の探索において、パルスの位置及び極性の量子化に加えて、ゲインの量子化を行うものである。以下では、前述の図１に示す基本構成のＣＥＬＰ符号化装置１００を、より効率的に機能するように再構成したＣＥＬＰ符号化装置２００について説明する。

ＣＥＬＰ符号化装置２００に入力され符号化される信号は、上記ＣＥＬＰ符号化装置１００の場合と同様、狭義の意味での音声信号に限らず、音声信号、音楽信号、あるいは音声信号と音楽信号との双方を含む音響信号、など、いずれの信号であってもよく、広義の意味での音声信号のことを示す。以下においては、ＣＥＬＰ符号化装置２００に入力される信号を、符号化ターゲットｘとも称する。

ＣＥＬＰ符号化装置２００は、固定符号帳の探索において、パルスの位置及び極性の探索と、パルスのゲインのベクトル量子化とをセットとして多段量子化を行うものである。

ＣＥＬＰ符号化装置２００は、フィルタ生成部２０１、適応符号帳探索部２０２、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３、固定符号帳探索部２０４、ゲイン探索部２０５、及び復号音源生成部２０６、を有する。

フィルタ生成部２０１は、符号化ターゲットｘを入力してＬＰＣパラメータを求め、求めたＬＰＣパラメータを量子化して量子化ＬＰＣパラメータを生成する。フィルタ生成部２０１は、量子化ＬＰＣパラメータをフィルタ係数とするフィルタを生成して、適応符号帳探索部２０２、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３、固定符号帳探索部２０４、及びゲイン探索部２０５へ出力する。なお、フィルタ生成部２０１は、前述の基本構成の聴感重み付け部１１１における聴感的な重み付けの機能も合わせて有するものとし、フィルタ生成部２０１が生成するフィルタは聴感重み付け合成フィルタＨとする。以下、フィルタ係数である量子化ＬＰＣパラメータのことを聴感重み付け合成フィルタＨとも称する。また、フィルタ生成部２０１は、量子化ＬＰＣパラメータのインデックス（符号Ｌ）をＣＥＬＰ符号化装置２００の外部へ出力する。フィルタ生成部２０１の詳細については後述する。

適応符号帳探索部２０２は、符号化ターゲットｘ、及び、フィルタ生成部２０１で生成した聴感重み付け合成フィルタＨを入力し、適応符号帳探索を行う。適応符号帳探索部２０２は、入力される符号化ターゲットｘ及び聴感重み付け合成フィルタＨを用いた適応符号帳探索により、符号化歪みを最小化する適応符号帳ベクトルｒを特定する。適応符号帳探索部２０２は、特定した適応符号帳ベクトルｒを、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３、ゲイン探索部２０５、及び復号音源生成部２０６へ出力する。また、適応符号帳探索部２０２は、特定した適応符号帳ベクトルｒの符号ＲをＣＥＬＰ符号化装置２００の外部へ出力する。適応符号帳探索部２０２の詳細については後述する。

固定符号帳探索ターゲット生成部２０３は、符号化ターゲットｘ、聴感重み付け合成フィルタＨ、及び適応符号帳ベクトルｒを入力し、適応符号帳探索部２０２で探索された適応符号帳ベクトルの最適ゲインｇ_aを適用して、式（２）に基づいて固定符号帳探索のターゲットベクトルｙを生成する。固定符号帳探索ターゲット生成部２０３は、生成した固定符号帳探索のターゲットベクトルｙを固定符号帳探索部２０４へ出力する。

固定符号帳探索部２０４は、聴感重み付け合成フィルタＨ、及び固定符号帳探索のターゲットベクトルｙを入力し、入力されるターゲットベクトルｙ及び聴感重み付け合成フィルタＨを用いた固定符号帳探索により、符号化歪みを最小化する固定符号帳ベクトルｓ及び音源パルス用のゲイン（コードベクトルにより表される）を特定する。固定符号帳探索部２０４は、特定した固定符号帳ベクトルｓを、ゲイン探索部２０５、及び復号音源生成部２０６へ出力する。また、固定符号帳探索部２０４は、特定した固定符号帳ベクトルｓの符号Ｆ及び音源パルス用ゲインのコードベクトルのインデックス（符号Ｍ）をＣＥＬＰ符号化装置２００の外部へ出力する。固定符号帳探索部２０４の詳細については後述する。

ゲイン探索部２０５は、符号化ターゲットｘ、聴感重み付け合成フィルタＨ、適応符号帳ベクトルｒ、及び固定符号帳ベクトルｓを入力する。そして、ゲイン探索部２０５の内部（あるいは外部）に配置された、あらかじめ適応符号帳ゲイン及び固定符号帳ゲインの候補が格納されたゲイン符号帳を、ベクトル量子化を用いて探索することにより、符号化歪みを最小化する適応符号帳ゲインｇ_a及び固定符号帳ゲインｇ_sを特定する。ゲイン探索部２０５は、特定した適応符号帳ゲインｇ_a及び固定符号帳ゲインｇ_sを復号音源生成部２０６へ出力する。また、ゲイン探索部２０５は、特定した適応符号帳ゲインｇ_a及び固定符号帳ゲインｇ_sの符号ＧをＣＥＬＰ符号化装置２００の外部へ出力する。ゲイン探索部２０５の詳細については後述する。

復号音源生成部２０６は、符号化歪みを最小化するようにそれぞれ特定された、適応符号帳ベクトルｒ、固定符号帳ベクトルｓ、適応符号帳ゲインｇ_a、及び固定符号帳ゲインｇ_sを入力し、復号音源Ｙ（＝ｇ_aＨｒ＋ｇ_sＨｓ）を生成する。復号音源生成部２０６は、生成した復号音源Ｙを適応符号帳探索部２０２へ出力する。適応符号帳探索部２０２は、入力される復号音源Ｙを用いて、適応符号帳探索部２０２の内部（あるいは外部）に配置された適応符号帳に記憶されている駆動音源を更新する。

次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００における処理の流れについて、図４を用いて説明する。図４は、ＣＥＬＰ符号化装置２００における符号化処理を示すフロー図である。

最初に、ＣＥＬＰ符号化装置２００は、フィルタ生成部２０１においてフィルタ生成処理を行う（ステップＳＴ１１）。次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００は、適応符号帳探索部２０２において適応符号帳探索処理を行う（ＳＴ１２）。次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００は、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３において固定符号帳探索ターゲット生成処理を行う（ＳＴ１３）。次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００は、固定符号帳探索部２０４において固定符号帳探索処理を行う（ＳＴ１４）。次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００は、適応符号帳を更新するために、復号音源生成部２０６において復号音源生成処理を行う（ＳＴ１５）。

次に、ＣＥＬＰ符号化装置２００における主要構成要素の詳細について説明する。

図５は、フィルタ生成部２０１の具体的構成を示すブロック図である。フィルタ生成部２０１は、ＬＰＣ分析部３０１、ＬＰＣ量子化部３０２、及びフィルタ係数格納部３０３を有する。

ＬＰＣ分析部３０１は、符号化ターゲットｘを入力し、ＬＰＣ分析を行い、ＬＰＣパラメータを生成する。ＬＰＣ分析部３０１は、生成したＬＰＣパラメータをＬＰＣ量子化部３０２へ出力する。

ＬＰＣ量子化部３０２は、ＬＰＣ分析部３０１からＬＰＣパラメータを入力し、入力したＬＰＣパラメータを量子化して量子化ＬＰＣパラメータを生成する。ＬＰＣ量子化部３０２は、生成した量子化ＬＰＣパラメータをフィルタ係数格納部３０３へ出力するとともに、量子化ＬＰＣパラメータのインデックス（符号Ｌ；ＬＳＰ符号）をＣＥＬＰ符号化装置２００の外部へ出力する。

フィルタ係数格納部３０３は、ＬＰＣ量子化部３０２から量子化ＬＰＣパラメータを入力し、これをフィルタ係数として聴感重み付け合成フィルタＨを生成する。フィルタ係数格納部３０３は、生成した聴感重み付け合成フィルタＨを、適応符号帳探索部２０２、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３、固定符号帳探索部２０４、及びゲイン探索部２０５へ出力する。

図６は、適応符号帳探索部２０２の具体的構成を示すブロック図である。適応符号帳探索部２０２は、適応符号帳４０１、探索制御部４０２、及び符号格納部４０３を有する。

適応符号帳４０１は、図１における適応符号帳１０３と同一の構成を有する。適応符号帳４０１は、復号音源生成部２０６で生成された過去の駆動音源Ｙを入力し、記憶している。適応符号帳４０１は、探索制御部４０２から指示されたインデックスに対応する適応符号帳ラグに従って、記憶している駆動音源から１サブフレーム分の音源ベクトルを生成し、探索制御部４０２へ出力する。

探索制御部４０２は、適応符号帳４０１へ、探索に用いる音源ベクトルを取り出すためにインデックスを出力する。探索制御部４０２は、インデックスに対応する適応符号帳ラグに従って適応符号帳４０１から出力された音源ベクトルと、符号化ターゲットｘと、フィルタ生成部２０１で生成された聴感重み付け合成フィルタＨと、を入力し、式（１）の固定符号帳音源の項ｇ_ｓＨｓがない式（適応符号帳探索の時点では固定符号帳音源はまだ探索していないため）による符号化歪みＥを計算する。

符号格納部４０３は、あるサブフレームにおける適応符号帳探索のループ計算において、ある時点で符号化歪みを最小化する符号を格納する。すなわち符号格納部４０３はバッファとして機能する。

探索制御部４０２は、あるサブフレームにおける適応符号帳探索のループ計算において、ある時点において算出された符号化歪みと、符号格納部４０３に格納された符号を取り出しその符号に対応する符号化歪みすなわち過去において算出された符号化歪みの最小値と、を比較する。探索制御部４０３は、比較の結果として、前者の符号化歪みの方が小さい場合はその符号を符号格納部４０３へ出力し、符号格納部４０３に格納されている符号を更新する。

探索制御部４０２は、あるサブフレームにおける適応符号帳探索のループ計算において、最終的に符号格納部４０３に格納された符号Ｒに対応する適応符号帳ベクトルｒ、すなわち符号化歪みを最小化する適応符号帳ベクトルｒを特定して固定符号帳探索ターゲット生成部２０３、ゲイン探索部２０５、及び復号音源生成部２０６へ出力するとともに、符号Ｒを外部へ出力する。

図７は、固定符号帳探索部２０４の具体的構成を示すブロック図である。固定符号帳探索部２０４は、固定符号帳５０１、探索制御部５０２、及び符号格納部５０３を有する。

固定符号帳５０１は、図１における固定符号帳１０４と同一の構成を有する。固定符号帳５０１は、１サブフレーム分の所定形状の音源ベクトルを複数個予め記憶しており、探索制御部５０２から指示されたインデックスに対応する音源ベクトルを、探索制御部５０２に出力する。ここでは、固定符号帳５０１は代数的音源であり、ベクトル軸上に少数本のパルスを立てて構成されるベクトルにより表される音源である。

探索制御部５０２は、固定符号帳５０１へ、探索に用いる音源ベクトルを取り出すためにインデックスを出力する。探索制御部５０２は、固定符号帳５０１からインデックスに対応して出力された音源ベクトルと、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３から出力された固定符号帳探索のターゲットベクトルｙと、フィルタ生成部２０１で生成された聴感重み付け合成フィルタＨと、を入力し、式（３）による符号化歪みＥを計算する。

探索制御部５０２は、音源ベクトルのパルス（音源パルス）の位置及び極性の探索の際には、あらかじめ保持している所定の固定音源理想ゲイン（最適ゲイン）ｇ_ｓを適用して符号化歪みを計算し、探索を行う。探索制御部５０２は、パルスごとのゲインの探索の際には、先に探索により特定された音源パルスの位置及び極性を用いて符号化歪みを計算し、ゲインのベクトル量子化を行う。

符号格納部５０３は、あるサブフレームにおける固定符号帳探索のループ計算において、ある時点で符号化歪みを最小化する、固定音源ベクトル（固定符号帳ベクトル）の符号Ｆ及び音源パルスのゲインのコードベクトルの符号Ｍを格納する。すなわち符号格納部５０３はバッファとして機能する。

探索制御部５０２は、あるサブフレームにおける固定符号帳探索のループ計算において、ある時点において算出された符号化歪みと、符号格納部５０３に格納された符号を取り出しその符号に対応する符号化歪みすなわち過去において算出された符号化歪みの最小値と、を比較する。探索制御部５０２は、比較の結果として、前者の符号化歪みの方が小さい場合はその符号を符号格納部５０３へ出力し、符号格納部５０３に格納されている符号を更新する。

探索制御部５０２は、あるサブフレームにおける固定符号帳探索のループ計算において、最終的に符号格納部５０３に格納された符号Ｆ及びＭに対応する固定符号帳ベクトルｓ、すなわち符号化歪みを最小化する固定符号帳ベクトルｓを特定してゲイン探索部２０５及び復号音源生成部２０６へ出力するとともに、符号Ｆ及びＭを外部へ出力する。

図８は、ゲイン探索部２０５の具体的構成を示すブロック図である。ゲイン探索部２０５は、ゲイン符号帳６０１、探索制御部６０２、及び符号格納部６０３を有する。

ゲイン符号帳６０１は、図１におけるゲイン符号帳１０５と同一の構成を有する。ゲイン符号帳６０１は、あらかじめ適応符号帳ゲインの候補及び固定符号帳ゲインの候補を格納している。ゲイン符号帳６０１は、探索制御部６０２から指示されたインデックスに対応する適応符号帳ゲインの候補及び固定符号帳ゲインの候補を取り出し、探索制御部６０２へ出力する。

探索制御部６０２は、ゲイン符号帳６０１へ、探索に用いる適応符号帳ゲインの候補及び固定符号帳ゲインの候補を取り出すためにインデックス（適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとをまとめて指定する符号）を出力する。探索制御部６０２は、インデックスに対応する適応符号帳ゲインの候補及び固定符号帳ゲインの候補と、符号化ターゲットｘと、フィルタ生成部２０１で生成された聴感重み付け合成フィルタＨと、適応符号帳探索部２０２で特定された適応符号帳ベクトルｒと、固定符号帳探索部２０４で特定された固定符号帳ベクトルｓと、を入力し、式（１）による符号化歪みＥを計算する。探索制御部６０２は、符号化歪みを最小化するようにゲインのベクトル量子化を用いた探索を行い、適応符号帳ゲイン及び固定符号帳ゲインを特定する。

符号格納部６０３は、ゲインのベクトル量子化時の探索ループ計算において、ある時点で符号化歪みを最小化する、適応符号帳ゲイン及び固定符号帳ゲインの符号（適応符号帳ゲインと固定符号帳ゲインとをまとめて指定する）を格納する。すなわち符号格納部６０３はバッファとして機能する。

探索制御部６０２は、あるサブフレームにおけるゲイン探索のループ計算において、ある時点において算出された符号化歪みと、符号格納部６０３に格納された符号を取り出しその符号に対応する符号化歪みすなわち過去において算出された符号化歪みの最小値と、を比較する。探索制御部６０２は、比較の結果として、前者の符号化歪みの方が小さい場合はその符号を符号格納部６０３へ出力し、符号格納部６０３に格納されている符号を更新する。

探索制御部６０２は、あるサブフレームにおけるゲイン探索のループ計算において、最終的に符号格納部６０３に格納された符号Ｇに対応する適応符号帳ゲインｇ_ａ及び固定符号帳ゲインｇ_ｓを特定して復号音源生成部２０６へ出力するとともに、符号Ｇを外部へ出力する。

次に、固定符号帳探索部２０４における探索制御部５０２の主要構成要素の詳細について説明する。

以下では、サブフレーム長が「６４」、パルス数が「４」、固定符号帳が代数的符号帳及び各パルスの位置の候補が、前述の図２に示す場合を例に説明する。

パルス数は、２本ずつ探索し、２段に分けて探索する。また、ゲインの量子化は、パルスの位置及び極性の探索の後に行う。パルスのゲインのベクトル量子化は、２次元のベクトルを量子化する。

図９は、探索制御部５０２の具体的構成を示すブロック図である。探索制御部５０２は、符号化処理部７０１、位置／極性探索部７０２、ゲインＶＱ部７０３、復号処理部７０４、及び減算部７０５を有する。

符号化処理部７０１は、固定符号帳５０１から固定符号帳ベクトルの候補、フィルタ生成部２０１から聴感重み付け合成フィルタＨ、及び固定符号帳探索ターゲット生成部２０３から固定符号帳探索のターゲットベクトルｙ、を入力し、各処理ブロックと連携して固定符号帳探索を制御して符号化を行う。符号化処理部７０１は、探索処理のループごとに得られる符号を、必要に応じて適宜、符号格納部５０３へ出力し、処理に必要な場合には符号格納部５０３から符号を読み出し、最終的には、サブフレームごとに、符号化歪みを最小化する符号Ｆ及びＭを符号格納部５０３から読み出して出力する。

位置／極性探索部７０２は、符号化処理部７０１から、固定符号帳ベクトルの候補、聴感重み付け合成フィルタＨ、及び固定符号帳探索のターゲットベクトルｙ、を入力し、音源ベクトルのパルスの位置及び極性を探索する。位置／極性探索部７０２は、探索により求めた音源ベクトル及びその符号、及び、ゲインＶＱに必要なパラメータ（パルス探索の前処理で求めた各パラメータ）を符号化処理部７０１へ出力する。

ゲインＶＱ部７０３は、符号化処理部７０１から、パルス探索の前処理で求めた各パラメータを入力し、ゲインＶＱ部７０３内に有する音源パルス用のゲイン符号帳（図示せず）に格納された複数のゲインのコードベクトルを用いたベクトル量子化により、各パルスごとのゲインを探索する。ゲインＶＱ部７０３は、探索により求めた、音源ベクトルのパルスごとのゲインのコードベクトル及びその符号を符号化処理部７０１へ出力する。

復号処理部７０４は、符号化処理部７０１から、探索によりそれぞれ求められた、音源ベクトルのパルスの位置及び極性と、音源ベクトルのパルスごとのゲインのコードベクトルと、を入力し、符号化歪みを最小化する復号音源ベクトルＳを生成する。復号処理部７０４は、生成した復号音源ベクトルＳを符号化処理部７０１へ出力する。

減算部７０５は、探索処理の段数が複数段であって探索処理が最終段でない場合に、符号化処理部７０１から、その段におけるターゲットベクトルｙ、聴覚重み付け合成フィルタＨ、及び復号音源ベクトルＳを入力し、その段におけるターゲットベクトルｙから、復号音源ベクトルＳを聴覚重み付け合成フィルタＨに適用して得られる合成音の成分ＨＳを減算して、次の段において用いるターゲットベクトルｚを生成する。減算部７０５は、生成した、次の段におけるターゲットベクトルｚを、符号化処理部７０１へ出力する。

すべての段の探索処理が完了したら、符号化処理部７０１は、最終的に求められた音源ベクトル（固定符号帳ベクトル）ｓ＝Ｓをゲイン探索部２０５及び復号音源生成部２０６へ出力するとともに、求めた符号Ｆ及びＭを出力する。

＜方法１＞
次に、固定符号帳探索部２０４の探索制御部５０２における処理の流れについて、図１０を用いて説明する。図１０は、探索制御部５０２における符号化処理を示すフロー図である。以下においては、固定符号帳探索を、一例として２段で行うことにより固定音源を符号化する例を示す。

最初に、探索制御部５０２は、位置／極性探索部７０２において位置及び極性の探索処理を行う（ステップＳＴ２１）。次に、探索制御部５０２は、ゲインＶＱ部７０３においてゲインＶＱ処理を行う（ＳＴ２２）。次に、探索制御部５０２は、符号化処理部７０１において、そのサブフレームでの固定符号帳の探索が完了したか否かを判別する（ＳＴ２３）。

１段目のパルス探索が完了すなわち固定符号帳の探索が未完了の場合（ＳＴ２３：Ｎｏ）、探索制御部５０２は、復号処理部７０４において、１段目のパルス探索により求められた、音源パルスの位置及び極性と音源パルスのゲインとを用いて音源ベクトルの復号処理を行う（ＳＴ２４）。次に、探索制御部５０２は、減算部７０５において、ターゲットベクトルｙから、復号された音源ベクトルＳと聴感重み付け合成フィルタＨとを用いて生成された合成音の成分ＨＳを減算して、次の段の符号化に用いるターゲットベクトルｚを生成し（ＳＴ２５）、２段目のパルス探索を行うために処理ステップをＳＴ２１に戻す。

２段目のパルス探索が完了すなわち固定符号帳の探索が完了した場合（ＳＴ２３：Ｙｅｓ）、探索制御部５０２は、符号Ｆ及びＭを符号化処理部７０１からＣＥＬＰ符号化装置２００の外部に出力し（ＳＴ２６）、そのサブフレームでの符号化処理を完了する。

以下、固定符号帳探索（パルス探索）を２段で行う方法について、具体的に説明する。

１段目の処理において、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における処理前のターゲットベクトル及び聴感重み付け合成フィルタは、上記説明における、固定符号帳探索のターゲットベクトルｙ及び聴感重み付け合成フィルタＨである。

位置／極性探索部７０２における位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、４本のパルスのうち２本のパルスの位置と極性とを探索し符号化する。パルス候補位置チャネルは「０，１」である。この際、理想ゲインにおけるコスト関数を用いた探索方法を用いる。位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における探索方法の原理は、以下の通りである。

パルスを２本立てた場合の、（２）式に対応する符号化歪は、以下の（５）式のようになる。

本実施の形態においては、２本のパルスのそれぞれがゲインを有することになる。従って、各ｐ_０、ｐ_１において、この符号化歪を最小とする理想ゲインα、βにおける符号化歪を評価する。そのために、ゲインα、βを最適値としてこの符号化歪の式から外すことによって、コスト関数を求める。まず、ゲインα、βが理想ゲインであるならば、それぞれの偏微分の結果は「０」になる。偏微分の結果を以下の（６）式に示す。

上記の（６）式は、２元１次連立方程式であるので、α、βについて連立方程式を解くと、以下の（７）式のようになる。

そして、上記の（７）式を上記の（５）式に代入すると、以下の（８）式が得られる。

従って、（８）式の右辺の第２項である分数式（先頭のマイナスを除く）がコスト関数である。このコスト関数が最大になるｐ_０、ｐ_１を探索することで、２つのパルスの位置の符号j0、j1を求めることができる。これらのパルスの極性は、符号j0、j1により定まる位置にパルスが立っているベクトルｐ_０、ｐ_１を基に（７）式の分子項を計算して得られる値の極性により決定される。

以上の処理により、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、少数パルスの位置及び極性とこれらの符号を求めることができる。

ゲインＶＱ部７０３におけるゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、ゲインＶＱ部７０３内に配置された音源パルス用のゲイン符号帳（図示せず）に格納された複数のゲインのコードベクトルを用いて、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１により決定したパルスの位置と極性とで表されるｐ_０、ｐ_１に基づいて、（５）式が最小になるコードベクトルを探索する。従って、ゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における前処理で求められた配列を用い、以下の（９）式のコードベクトル（α_ｍ，β_ｍ）（ｍ：インデクス）の中で、値Ｄ_ｍ（（５）式からターゲットのパワｙ^ｔｙを除いたもの）が最小になるゲインのベクトルを求めることにより符号化が行われる。

（９）式より、Ｄ_ｍを最小とするのがｍ＝Ｍである場合、このＭがゲインの符号になり、このＭを符号として伝送する。ゲイン符号帳のサイズが「６４」であれば（ゲインのコードベクトルが６４対あれば）、６ビットで符号化できる。

これにより、１段目の処理が終了する。そして２段目の処理に入る前に、まず以下の復号処理ＳＴ２４及び減算処理ＳＴ２５を行う。

復号処理ＳＴ２４では、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１及びゲインＶＱ処理ＳＴ２２において用いた符号帳から得られる位置、極性及びゲインから音源を復号する。この復号音源ベクトルをＳと表すと、復号音源ベクトルは以下の（１０）式で表される。

減算処理ＳＴ２５では、ターゲットベクトルｙ、及び聴感重み付け合成フィルタＨを用いて、復号された音源ベクトルＳを聴感重み付け合成フィルタＨに適用して得られる合成音の成分を、ターゲットベクトルｙから減ずる。この処理は、以下の（１１）式により表される。

そして、次に、２段目の処理に入る。

２段目の処理において、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１と同様の処理を行うので、その詳細な説明を省略する。２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１では、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１で用いたターゲットベクトルｙを、（１１）式のｚに置き換え、パルスの候補位置のチャネルを「０、１」から「２、３」に置き変える。

２段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、１段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２と同様の処理を行うので、その詳細な説明を省略する。２段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２では、１段目のゲインＶＱ処理ＳＴ２２で用いたパルスの位置及び極性の代わりに、２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２２により探索した位置及び極性を用いて探索を行い符号化する。これにより、２段目の処理が終了する。

そして、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１及びゲインＶＱ処理ＳＴ２２と、２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１及びゲインＶＱ処理ＳＴ２２とで得られる符号をまとめて符号化データとして伝送する。

次に、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における処理を、図１１を用いてさらに詳細に説明する。図１１は、位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における処理を示すフロー図である。

２本のパルス位置の探索は、上記のように、チャネル０、１の候補位置のそれぞれについて、（８）式に記載されている上記コスト関数を計算し、コスト関数が最も大きくなるインデクスを求めることにより行う。図２の例では、候補位置のヴァリエーションは「１６」なので、最終的に求められる符号ｊ０とｊ１とは、４ビットで表すことができる。なお、図１１ではコスト関数を計算する際に除算を行っていないが、除算を行うと計算量が増えるので、乗算で同様の判断が行えるように変形したものが図１１である。

また、極性を求めるには、（７）式の分子を計算し、その正負により決定すればよい。ただし、（７）式の分母は同じであり、必ず正もしくは「０」になる。この計算は、図１１の処理に引き続き、前処理（ステップＳＴ３０２）での計算値及び以下の（１２）式の計算で求めることができる。

そして、この正負の情報は、「０」または「１」で表すことにより、それぞれ１ビットで符号化される。

以下に、図１１を用いて、位置／極性探索部７０２における１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１の具体的な処理手順について説明する。

はじめに、符号化処理部７０１から、固定符号帳探索のターゲットベクトルｙ、聴感重み付け合成フィルタＨ、及び２本のパルス（ｐ_０、ｐ_１）からなる音源ベクトル、を入力する（ステップＳＴ３０１）。

次に、ステップＳＴ３０２に示す前処理をあらかじめ行う。

前処理の後、i0＝０、jo＝０、j1＝０、ＡＡ＝０及びＢＢ＝０を各々設定する（ステップＳＴ３０３）。ただし、i0はベクトルｐ_０の候補位置のインデクス、ＡＡは後述するＡのバッファ、ＢＢは後述するＢのバッファを示す。

次に、i0の値が「１６」以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３０４）。

i0の値が「１６」以上の場合には（ステップＳＴ３０４：Ｙｅｓ）、j0及びj1に設定されている値を符号として出力する。

一方、i0の値が「１６」未満の場合には（ステップＳＴ３０４：Ｎｏ）、i1に「０」を設定する（ステップＳＴ３０５）。ただし、i1はベクトルｐ_１の候補位置のインデクスを示す。

次に、i1の値が「１６」以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３０６）。

i1の値が「１６」以上の場合には（ステップＳＴ３０６：Ｙｅｓ）、i0の値に「１」を加算して（ステップＳＴ３０７）、ステップＳＴ３０４の処理に戻る。

一方、i1の値が「１６」未満の場合には（ステップＳＴ３０６：Ｎｏ）、ステップＳＴ３０２で求めておいた値を用いて、式（８）におけるコスト関数の分子項Ａの値及び分母項Ｂの値を求める（ステップＳＴ３０８）。

次に、ステップＳＴ３０８において求めたＡ及びＢの値より、コスト関数（Ａ／Ｂ）が最大かどうかを判定する。ここでは、計算量が多くなる除算を避けるため、判定式に工夫を施し、（Ａ＊ＢＢ）により求まる値が（ＡＡ＊Ｂ）により求まる値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３０９）。なお、（Ａ＊ＢＢ）及び（ＡＡ＊Ｂ）は、上述したように、コスト関数を計算する際にそのまま除算を行うと計算量が増えるので、乗算で同様の判断が行えるように変形した計算式である。

（Ａ＊ＢＢ）により求まる値が（ＡＡ＊Ｂ）により求まる値以上の場合には（ステップＳＴ３０９：Ｙｅｓ）、j0にi0を設定し、j1にi1を設定し、ＡＡの値としてＡを設定するとともに、ＢＢの値としてＢを設定する（ステップＳＴ３１０）。

次に、i1に「１」を加算して（ステップＳＴ３１１）、ステップＳＴ３０６に処理を戻す。

また、ステップＳＴ３０９において、（Ａ＊ＢＢ）により求まる値が（ＡＡ＊Ｂ）により求まる値未満の場合には（ステップＳＴ３０９：Ｎｏ）、j0及びj1に設定されている値を符号として出力する（ステップＳＴ３１２）。

以上により、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１において少数パルスの位置を求めることができる。

次に、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１においてパルスの極性を求める。上述のように、（７）式の分子を計算し、その正負により決定すればよい。（７）式の分母は同じであり、必ず正もしくは「０」になる。この計算は、パルスの位置を求める図１１の処理に引き続き、図１１における前処理（ステップＳＴ３０２）での計算値及び（１２）式の計算で求めることができる。そして、この正負の情報は、「０」または「１」で表すことにより、それぞれ１ビットで符号化される。

以上により、１段目の位置／極性探索処理ＳＴ２１において少数パルスの極性を求めることができる。

以上のアルゴリズムにより、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１において少数パルスの位置及び極性を求めることができる。

上述の説明においては、パルスの位置及び極性を２段で符号化する場合について説明したが、符号化の段数は２段以外の任意の段数にすることができる。この場合、方法１では、図１０に示すＳＴ２１及びＳＴ２２を１段階分の処理の基本として、この基本となる処理を繰り返し行うことにより符号化する。図１０に示すように、この基本の処理を繰り返す場合には、１段階分の処理の後、復号処理ＳＴ２４及び減算処理ＳＴ２５を行った上で、次の段の処理を行う。

＜方法２＞
図１２は、固定符号帳探索部２０４の探索制御部５０２における処理の流れについて、上記方法１と異なる方法を示す図である。この方法２では、最後にまとめてゲインＶＱを行う。なお、以下においては、固定符号帳探索を、一例として２段で行うことにより固定音源を符号化する例を示す。用いる装置の構成は方法１で用いた装置と同様であり、符号化処理部７０１において行われる制御方法すなわち固定符号帳探索の処理の流れが方法１と異なる。

位置及び極性の探索処理ＳＴ４１における処理前のターゲットベクトル及び聴感重み付け合成フィルタは、方法１の説明と同様に、固定符号帳探索のターゲットベクトルｙ及び聴感重み付け合成フィルタＨである。

位置及び極性の探索処理ＳＴ４１では、４本のパルスのうち２本のパルスの位置と極性とを探索し符号化する。この際、理想ゲインにおけるコスト関数を用いた探索方法を用いる。なお、位置及び極性の探索処理ＳＴ４１における探索方法は、上記で説明した位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における探索方法と同様であるので、その説明を省略する。

次に、符号化処理部７０１において、そのサブフレームでの音源パルスの探索が完了したか否かを判別する（ＳＴ４２）。

１段目のパルス探索が完了すなわち全段階のパルス探索が未完了の場合（ＳＴ４２：Ｎｏ）、符号化処理部７０１は、１段目のパルス探索により求められた、音源パルスの位置及び極性と音源パルスの理想ゲインとを用いて音源ベクトルの復号処理を行う（ＳＴ４３）。

復号処理ＳＴ４３では、まず位置及び極性の探索処理ＳＴ４１で得られたパルスの位置及び極性の理想ゲインを求める。理想ゲインは、（７）式で示される。図１１における前処理の配列を用いると、以下の（１３）式により理想ゲインを求めることができる。

次に、上記の理想ゲインを乗じて以下の（１４）式に示す復号を行う。

次に、ターゲットベクトルｙから、復号された音源ベクトルを減算する（ＳＴ４４）。減算処理ＳＴ４４では、ターゲットベクトルｙ、及び聴感重み付け合成フィルタＨを用いて、理想ゲインを用いた音源ベクトルＳ’を合成して得られる合成音の成分を、ターゲットベクトルから減ずる。この処理を以下の（１５）式に示す。

減算処理ＳＴ４４が完了したら、２段目のパルス探索を行うために処理ステップをＳＴ４１に戻す。

２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ４１では、ターゲットｚ’に対して、２段目のパルスの位置及び極性を探索する。ここでは、１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ４１と同様に理想ゲインにおけるコスト関数を用いた探索方法を用いる。この探索方法は、方法１における２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ２１における探索方法と同様であるので、その説明を省略する。

２段目のパルス探索が完了すなわち全段階のパルス探索が完了した場合（ＳＴ４２：Ｙｅｓ）、ゲインＶＱ部７０３においてゲインＶＱ処理を行う（ＳＴ４５）。

ゲインＶＱ処理ＳＴ４５では、ゲインＶＱ部７０３内に配置された音源パルス用のゲイン符号帳（図示せず）に格納された複数のゲインのコードベクトル（本例では４次のベクトル）を用い、位置及び極性の探索処理ＳＴ４１において決定されたパルスの位置と極性とで表されるｑ_０、ｑ_１（１段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ４１で得られたパルスが１つ立ったベクトル）と、ｑ_２、ｑ_３（２段目の位置及び極性の探索処理ＳＴ４１で得られたパルスが１つ立ったベクトル）とに基づいて、以下の（１６）式が最小になるコードベクトルを探索する。パルスを４本立てた場合の符号化歪は以下の（１６）式のようになる。

従って、符号ｍにおけるコスト関数は、Ｅからターゲットのパワを減じて得られる（１７）式になる。

（１７）式の（ ）内は前処理で計算しておけばよく、ベクトル量子化（ＶＱ）は、このＤ_ｍが最小になるｍを探索することにより行う。そして、Ｄ_ｍが最小になるｍを符号Ｍとして符号化処理部７０１へ送る。

次に、符号化処理部７０１は、位置及び極性の探索処理ＳＴ４１で最終的に得られた音源パルスの位置及び極性を表す符号Ｆと、ゲインＶＱ処理ＳＴ４５で得られた符号Ｍと、を符号化データとして伝送し（ＳＴ４６）、そのサブフレームでの符号化処理を完了する。

なお、方法２では、２段で符号化する場合について説明したが、方法１と同様に、方法２においても２段以外の段数で符号化してもよい。

このように、本実施の形態によれば、所定数以下の少数パルスの位置、極性及びゲインを多段構成により量子化するので、比較的少ない計算量で良好な符号化性能を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、理想ゲインのパルスの位置及び極性の探索を行うので、性能を大きく落とさずに、大きさの異なるパルスを探索することができる。

また、本実施の形態によれば、パルスごとのゲインをベクトル量子化するので、パルスの位置及び極性の量子化に加えて、ゲインの量子化にも適切な量のビットを配分することができ、より適切な符号化を可能にすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、固定符号帳探索ターゲットとして、正規化された信号を用いて固定符号帳探索を行うＣＥＬＰ符号化装置を示す。

実施の形態１においては、固定符号帳探索のターゲットとして、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３において生成される、（２）式に示すターゲットベクトルｙを用いた。本実施の形態２においては、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３に代えて、図１３に示す固定符号帳探索ターゲット生成部８０１を配置し、固定符号帳探索部２０４で用いる固定符号帳探索のターゲットとして、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３において生成されるターゲットベクトルｙの代わりに、固定符号帳探索ターゲット生成部８０１において生成される、正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを用いる。

すなわち、本実施の形態におけるＣＥＬＰ符号化装置の構成及び処理フローは、実施の形態１において用いた図３〜図１２において、固定符号帳探索ターゲット生成部２０３を固定符号帳探索ターゲット生成部８０１に、固定符号帳探索のターゲットベクトルｙを、固定符号帳探索の正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎに置き換えたものである。

その他の構成及び動作については、実施の形態１で用いた構成及び動作と同様であるので、具体的な説明は省略する。また、以下では、ｙ_ｎを「正規化されたターゲットベクトル」と称する。

図１３は、本実施の形態における固定符号帳探索ターゲット生成部８０１の構成を示すブロック図である。固定符号帳ターゲット生成部８０１は、ターゲット算出部８０２及び正規化部８０３を有する。

ターゲット算出部８０２は、実施の形態１において用いた固定符号帳探索ターゲット生成部２０３と同様の構成及び機能を有し、（２）式を用いてターゲットベクトルｙを算出する。

正規化部８０３は、ターゲット算出部８０２で算出されたターゲットベクトルｙを正規化し、正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを出力する。正規化方法の一例としては、正規化部８０３が、例えば、ターゲットベクトルｙのエネルギーを一定値に正規化する。これは、パルス毎のゲインの量子化が、絶対的な大きさを量子化するのではなく、他のパルスとの振幅の相対値を量子化するものであるからである。

この正規化方法は、式（１８）に示すようにエネルギーが一定値になるように正規化する方法である。

すなわちターゲットベクトルの長さ（スカラー量）でターゲットベクトルｙを除算するという方法である。式（１８）に示すように、各要素の値の２乗和を求め、その和をターゲットベクトルの次元Ｌで除算して商を求め、更にその商の平方根を取って平均振幅を求める。その平均振幅でターゲットベクトルｙの全ての要素を割ることにより正規化を行い、正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを生成する。

なお、正規化部８０３においては、上記と異なる正規化方法を用いて正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを生成してもよい。例えば、一例として、ターゲットベクトルの各要素のうち、最大の振幅を持つ値を振幅１に正規化する方法も有効である。その場合には、各要素の振幅（要素の値の絶対値）の大きさを比較して最も振幅が大きくなる場合の振幅を求める。そして、全ての要素をその最大振幅で割ることにより正規化を行い、正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを生成する。

固定符号帳探索部２０４は、固定符号帳探索のターゲットベクトルｙの代わりに、正規化されたターゲットベクトルｙ_ｎを用いて固定符号帳探索を行う。すなわち、本実施の形態２における固定符号帳探索の説明は、上記実施の形態１の固定符号帳探索の説明においてｙをｙ_ｎに置き換えたものと同一となる。したがって、以降の固定符号帳探索の説明を省略する。また、実施の形態１における方法１にも方法２にも適用可能であることは言うまでもない。

このように、固定符号帳探索のターゲットベクトルを正規化して固定符号帳探索に用いれば、固定符号帳の探索におけるゲインＶＱにより複数のパルスの相対的な振幅の大きさを符号化することができるとともに、全体的な音源ベクトルの大きさはゲイン符号帳１０５を用いて符号化することができるため、２つのゲインＶＱにより効率的に振幅を符号化することができる。

（実施の形態の変形例）
上記各実施の形態において、パルス数を４本にし、少数パルス数を２本としたが、本発明はこれに限らず、各々これとは異なる本数でも本発明を実現できることは明らかである。特に、パルス数は多ければ多いほど優れた効果が得られる。なぜなら、本発明により、位置、極性及びゲインに対してバランスよく情報ビットを割り振ることができるからである。また、少数パルスも、３本以上でも同様に本発明を実現できる。ただし、この少数パルスの本数は計算量に大きく影響を与えるので、コーデックの設計上の制限を考慮して本数を決める必要がある。

また、上記各実施の形態において、ゲインは絶対ゲイン（パルスの振幅そのもの）であるが、本発明はこれに限らず、ゲイン同士に相関があることを考慮して、相対ゲインを用いることにより、より効率的なゲイン量子化が行える。この場合、（５）式に代えて以下の（１９）式を用いる。

上記において、αを０〜１までの数値にすれば、相対的ゲインαと絶対的ゲインｇとで分けることができる。上記の符号化歪に基づいて、相対ゲインでパルスの位置及び極性の探索を行い、絶対ゲインは適応符号帳のゲインとベクトル量子化を行うことにより、更に効率的にゲインを符号化することができる。

また、上記各実施の形態において、固定符号帳のパルスの位置の例として代数的符号帳で用いられる候補位置を用いたが、本発明はこれに限らず、これとは異なる候補位置を用いても本発明が有効であることは明らかである。候補位置の構成が本発明に影響を与えることはなく、依存関係もないからである。

また、上記各実施の形態において、ＣＥＬＰに対して適用したが、本発明はこれに限らず、本数の解る音源ベクトルが格納されている符号帳を用いる符号化方法または復号方法には本発明が有効であることは明らかである。なぜなら、本発明は、固定符号帳ベクトルの探索のみであり、適応符号帳の有無、及びスペクトル包絡の分析方法がＬＰＣ、ＦＦＴまたはフィルタバンクであるか否かに依存しないからである。

また、上記各実施の形態において、符号化の処理単位はサブフレームとしたが、これに限らず、フレーム、あるいはあらかじめ設定された単位であればよいことはいうまでもない。

また、上記各実施の形態では、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、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。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。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本発明にかかる符号化方法及び符号化装置は、音源信号における複数のパルスのゲインを量子化するのに好適である。

１００、２００ ＣＥＬＰ符号化装置
１０１、３０１ ＬＰＣ分析部
１０２、３０２ ＬＰＣ量子化部
１０３、４０１ 適応符号帳
１０４、５０１ 固定符号帳
１０５、６０１ ゲイン符号帳
１０６、１０７ 乗算器
１０８、１１０ 加算器
１０９ ＬＰＣ合成フィルタ
１１１ 聴感重み付け部
１１２ 歪み最小化部
２０１ フィルタ生成部
２０２ 適応符号帳探索部
２０３、８０１ 固定符号帳探索ターゲット生成部
２０４ 固定符号帳探索部
２０５ ゲイン探索部
２０６ 復号音源生成部
３０３ フィルタ係数格納部
４０２、５０２、６０２ 探索制御部
４０３、５０３、６０３ 符号格納部
７０１ 符号化処理部
７０２ 位置／処理探索部
７０３ ゲインＶＱ部
７０４ 復号処理部
７０５ 減算部
８０２ ターゲット算出部
８０３ 正規化部

Claims (9)

1. 音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化方法であって、
   ｎ（ｎ＝１，２，・・・）段目において、前記音源信号における複数のパルスの一部である第１パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第１パルス群の位置及び極性を探索し、位置及び極性を探索した前記第１パルス群のゲインを量子化するステップと、
   （ｎ＋１）段目において、前記音源信号における複数のパルスのうち前記第１パルス群以外の第２パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第２パルス群の位置及び極性を探索し、位置及び極性を探索した前記第２パルス群のゲインを量子化するステップと、
   を具備する符号化方法。
2. 音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化方法であって、
   ｎ（ｎ＝１，２，・・・）段目において、前記音源信号における複数のパルスの一部である第１パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第１パルス群の位置及び極性を探索するステップと、
   （ｎ＋１）段目において、前記音源信号における複数のパルスのうち前記第１パルス群以外の第２パルス群のゲインが理想ゲインの場合の前記第２パルス群の位置及び極性を探索するステップと、
   前記ｎ段目において位置及び極性を探索した前記第１パルス群のゲイン、及び前記（ｎ＋１）段目において位置及び極性を探索した前記第２パルス群のゲインをまとめて量子化するステップと、
   を具備する符号化方法。
3. 音源信号における複数のパルスのゲインを量子化する符号化装置であって、
   符号化ターゲット、合成フィルタのフィルタ係数、及び音源信号を構成する複数のパルス、を用いてパラメータを算出し、前記パラメータを用いた位置及び極性の探索における符号化歪みを最小化する前記複数のパルスの位置及び極性を決定し、決定した前記位置及び極性に対応する第１符号を決定する位置／極性探索手段と、
   前記位置／極性探索手段で位置及び極性が決定されたパルスに対応する前記パラメータに基づいて、複数のゲインのコードベクトルを、ベクトル量子化を用いて探索することにより、ゲイン探索における符号化歪みを最小化するコードベクトルを決定し、決定した前記コードベクトルに対応する第２符号を決定するゲイン量子化手段と、
   前記位置／極性探索手段で位置及び極性が決定されたパルスと、前記ゲイン量子化手段で決定された前記ゲインのコードベクトルと、を用いて復号音源ベクトルを生成する復号手段と、
   前記符号化ターゲット、前記フィルタ係数、及び前記復号音源ベクトルを入力し、前記符号化ターゲットから、前記フィルタ係数を有する前記合成フィルタに前記復号音源ベクトルを適用して得られる成分を減算して、ターゲットベクトルを生成する減算手段と、
   前記位置／極性探索手段を少なくとも２回動作させることにより前記複数のパルスを多段階で探索するように、予め設定された順序で前記位置／極性探索手段、前記ゲイン量子化手段、前記復号手段、及び前記減算手段、を動作させ、前記位置／極性探索手段の動作が１段目でない場合には、直前の前記減算手段の動作で生成された前記ターゲットベクトルを新たな符号化ターゲットとして前記位置／極性探索手段へ出力して前記位置／極性探索手段の次段の動作を行わせる制御手段と、
   を具備する符号化装置。
4. 前記制御手段は、
   前記位置／極性探索手段の動作の次に前記ゲイン量子化手段を動作させることとし、前記復号手段及び前記減算手段の動作を介して、予め設定された段数だけ前記位置／極性探索手段及び前記ゲイン量子化手段を動作させる、
   請求項３記載の符号化装置。
5. 前記制御手段は、
   前記位置／極性探索手段を、前記復号手段及び前記減算手段の動作を介して、予め設定された段数だけ動作させ、最終段の前記位置／極性探索手段の動作の次に前記ゲイン量子化手段を動作させる、
   請求項３記載の符号化装置。
6. 前記符号化ターゲットは、正規化された符号化ターゲットである、
   請求項３記載の符号化装置。
7. 前記正規化された符号化ターゲットは、符号化ターゲットを構成するベクトルの次元を用いて正規化された符号化ターゲットである、
   請求項６記載の符号化装置。
8. 前記正規化された符号化ターゲットは、符号化ターゲットを構成するベクトルの各要素のうち最大の振幅値を用いて正規化された符号化ターゲットである、
   請求項６記載の符号化装置。
9. 請求項３記載の符号化装置と、前記複数のパルスにより構成される前記音源信号のベクトルを複数格納して前記音源信号を前記符号化装置へ出力する固定符号帳と、を有し、前記第１符号及び前記第２符号を出力する固定符号帳探索手段と、
   入力音声信号を用いて前記合成フィルタの前記フィルタ係数を算出し、前記フィルタ係数に対応する第３符号を出力するフィルタ生成手段と、
   過去の音源ベクトルを格納する適応符号帳を有し、前記音源ベクトルから、前記入力音声信号と前記フィルタ係数とを用いて適応音源ベクトルを探索し、前記適応符号ベクトルに対応する第４符号を出力する適応符号帳探索手段と、
   前記入力音声信号、前記フィルタ係数、前記適応音源ベクトル、を用いて固定符号帳探索に用いる前記符号化ターゲットを生成する固定符号帳探索ターゲット生成手段と、
   前記入力音声信号、前記フィルタ係数、前記適応音源ベクトル、及び前記復号音源ベクトル、を用いて適応音源ゲイン及び固定音源ゲインを探索し、探索された前記適応音源ゲイン及び前記固定音源ゲインに対応する第５符号を出力するゲイン探索手段と、
   前記適応音源ベクトル、前記復号音源ベクトル、前記適応音源ゲイン、及び前記固定音源ゲインを用いて復号音源を生成して前記適応符号帳へ出力し、前記復号音源を新たな過去の音源ベクトルとして前記適応符号帳を更新する復号音源生成手段と、
   を具備するＣＥＬＰ符号化装置。
   

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