JP3749838B2 - 音響信号符号化方法、音響信号復号方法、これらの装置、これらのプログラム及びその記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、音声、音楽などの音響信号を入力し、入力された音響信号と合成された再生信号の間の歪みを定められた距離尺度で最小にすることにより、少ない情報量でディジタル符号化する高能率音響信号符号化方法、その復号方法、これら装置、そのプログラムおよびその記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル移動体通信において電波を効率的に利用したり、音声または音楽蓄積サービス等で通信回線や記録媒体を効率的に利用するために、高能率音響信号符号化方法が用いられる。現在、入力された音響信号と合成された再生信号の間の歪みを、定められた距離尺度で最小にするような高能率符号化方式には、周波数領域、時間領域の符号化がある。
たとえば時間領域の符号化では、原音響信号をフレームまたはサブフレームと呼ばれる５〜５０ｍｓ程度の一定間隔の区分に分割し、その１フレームの音響信号を周波数スペクトルの包絡特性を表す線形フィルタの特性と、そのフィルタを駆動するための駆動音源信号との２つの情報に分離し、それぞれを符号化する手法が提案されている。この手法において、駆動音源信号を符号化する方法として、音声のピッチ周期（基本周波数）に対応すると考えられる周期成分と、それ以外の成分に分離して符号化する方法が知られている。
【０００３】
この駆動音源情報の符号化法の例として、符号駆動線形予測符号化（Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：ＣＥＬＰ）がある。上記技術の詳細については、文献Ｍ．Ｒ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ ａｎｄ Ｂ．Ｓ．Ａｔａｌ，“Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＣＥＬＰ）：Ｈｉｇｈ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｐｅｅｃｈ ａｔ Ｖｅｒｙ Ｌｏｗ Ｂｉｔ Ｒａｔｅｓ”，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ−８５，ｐｐ．９３７〜９４０，１９８５に記載されている。
図１１に上記符号化方法の機能的構成例を示す。
【０００４】
入力端子１１に入力された音響信号（以下、入力音声を例とす）は、線形予測分析部１２において、入力音声の周波数スペクトル包絡特性を表す線形予測パラメータＬＰＣが計算される。得られた線形予測パラメータは線形予測パラメータ符号化部１３において符号化され、同時に復号され、合成フィルタ係数ＬＰＣ Ｉｎｆｏとして合成フィルタ１４に送られる。また、歪み計算に聴覚特性を考慮するなど、入力音声のスペクトル情報を利用して歪み計算を行う場合には、線形予測パラメータは適応重み付け処理部１５へも送られる。歪み計算に聴覚特性を考慮する場合に、上記復号された線形予測パラメータＬＰＣ Ｉｎｆｏを歪み計算に使用することもできる。なお、線形予測分析の詳細および線形予測パラメータの符号化例については、例えば古井貞煕著“ディジタル音声処理”（東海大学出版会）に記載されている。ここで、線形予測分析部１２、線形予測パラメータ符号化部１３、および合成フィルタ１４は非線形なものに置き換えてもよい。
【０００５】
適応符号帳１６では、バッファに記憶された直前の過去の駆動音源ベクトル（既に量子化された直前の１〜数フレーム分の駆動音源ベクトル）ｃ（ｔ−１）を、ある周期に相当する長さで切り出し、その切り出したベクトルをフレームの長さになるまで繰り返し配置することによって、音声の周期成分に対応する時系列ベクトルの候補（適応符号帳ベクトル）が出力され、合成フィルタ１４へ供給される。合成フィルタ１４で生成された合成信号が入力信号から減算部２８で差し引かれて適応聴覚重み付け処理部１５へ供給される。上記「ある周期」とはピッチ分析部１７において、入力された信号成分と合成フィルタ１４によって生成される合成信号の間の歪が、聴覚重み付けされた距離尺度によって最も小さくなるような周期が選択されるが、選択された周期は、一般には音声のピッチ周期に相当することが多い。
【０００６】
固定符号帳１８からは、音声の非周期成分または適応符号帳ベクトルによって表現しきれなかった残差成分を表わす１フレーム分の長さの時系列符号ベクトル候補（固定符号帳ベクトル）が出力される。これらの候補（固定符号帳ベクトル）は入力音響信号とは独立に符号化のためのビット数に応じてあらかじめ指定された数の候補ベクトルとして記憶されたものである。
固定符号帳探索部１９では、固定符号帳１８から出力された固定符号帳ベクトルのうち、入力信号と合成フィルタ１４からの出力信号の間の歪が適応聴覚重み付け処理部１５で重み付けされた距離尺度において、最も小さくなるようなベクトル候補が選択される。
【０００７】
このとき、固定符号帳１８において、周期符号で指定される周期（前述のように一般にピッチ周期に相当）で必要に応じて固定符号帳ベクトルが周期化される場合もある。周期化とは、指定された周期位置にタップを持つ櫛形フィルタをかけるか、適応符号帳と同様にベクトルの先頭から指定された周期に相当する長さで切り出したベクトルを繰り返すことをいう。ピッチ分析部１７で得られた入力信号の周期性の度合いに応じて、たとえば母音区間など、音声にピッチ成分が多く含まれる場合に周期化が行われる。子音区間など音声そのものにピッチ成分がないかまたは少ない場合には周期化を行わない場合もある。
【０００８】
適応符号帳１６および固定符号帳１８から出力された適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトル（時系列ベクトルの候補）は、乗算部２１および２２において、それぞれ重み決定部２３で生成された重みＧ_PおよびＧ_Cが乗算され、これら乗算されたベクトルは加算部２４において加算され、駆動音源ベクトルの候補ｃとなって合成フィルタ１４へ供給される。図１１に示した構成例において、適応符号帳１６を用いないで、固定符号帳１８のみの構成としてもよく、子音部や背景雑音などのピッチ周期性の少ない信号を符号化するときには、符号化ビットを節約するために、適応符号帳１６を用いない構成にすることも多い。
【０００９】
合成フィルタ１４は、線形予測パラメータ符号化部１３で生成された、符号化歪を含んだ線形予測係数をフィルタ係数とする線形フィルタで、駆動音源ベクトル候補ｃを入力として再生音声の候補ｙを出力する。合成フィルタ１４の次数すなわち線形予測分析の次数は、７ｋＨｚ程度の周波数帯域を含んだ信号を符号化する場合には、一般に１０〜２０次程度が用いられることが多い。なお、既に述べたように、合成フィルタ１４は非線形なフィルタでもよい。
ピッチ分析部１７、固定符号帳探索部１９、重み決定部２３では、合成フィルタ１４の出力である再生音声の候補ｙの、入力音声ｘに対する歪みｄが聴覚重み付けされた距離尺度で最小になるように再生音声ｙ、つまり適応符号帳ベクトル（ピッチ遅延）、固定符号帳ベクトル及び重みＧ_P、Ｇ_Cが決定される。適応聴覚重み付けは、合成フィルタ１４の係数または量子化していない線形予測係数を考慮に入れて行うことが多い。
【００１０】
決定された駆動音源符号（周期符号Ｃ_P、固定（雑音）符号Ｃ_C、重み符号Ｃ_W）と、線形予測パラメータ符号化部１３の出力である線形予測パラメータ符号Ｃ_LPCは、符号情報として符号出力部２５に送られ、利用の形態に応じて記憶装置に記憶されるか、または通信路を介して受信側へ送られる。
図１２に、上記符号化方法に対応する復号方法の機能的構成例を示す。伝送路または記憶媒体から符号受信部３１に受信された符号情報のうち、線形予測パラメータ符号Ｃ_LPCは線形予測パラメータ復号部３２において合成フィルタ係数に復号され、合成フィルタ３３および必要に応じて後処理部（ポストフィルタ）３４に送られる。受信された符号情報中の周期符号Ｃ_Pは適応符号帳３５へ送られ、直前の駆動音源ベクトルが周期長分取り出され、これが１フレーム分繰返されて適応符号帳ベクトルとされ、また符号情報中の固定符号Ｃ_Cが固定符号帳３６へ供給され、これより対応する固定符号帳ベクトルが取出され、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルはそれぞれ乗算部３７及び３８で符号情報中の重み符号Ｃ_Wで決る重みＧ_P及びＧ_Cが乗算され、これら重みが乗算された符号帳ベクトルは加算部３９で加算されて駆動音源ベクトルとされて合成フィルタ３３へ供給される。合成フィルタ３３は、駆動音源ベクトルを入力として、音声信号を再生する。その再生音声信号は後処理部３４へ供給され、再生された音声信号の雑音感を聴覚的に低下させるような処理（ポストフィルタリングとも呼ばれる）が行われる。後処理部３４は処理量の削減等の関係から用いられないことも多い。合成フィルタ３３に対する駆動音源ベクトル（励振ベクトル）は適応符号帳３５に格納される。
【００１１】
例えばサブフレームごとに駆動音源ベクトルを符号化する場合は復号装置において、現サブフレームに対する音声合成を合成フィルタ３３で行い、その最後のサンプルを出力した時に、合成フィルタ３３の内部状態はゼロになっていない。従って、この状態で次のサブフレームの駆動音源ベクトルを入力しても歪の少ない合成音声が得られるように、符号化装置でその処理がなされる。つまり図１１に示すように現サブフレームで得られた周期符号Ｃ_P 、固定符号Ｃ_C 、重み符号Ｃ_W を励振ベクトルとして合成フィルタ１４を駆動した際に合成フィルタ１４がその合成信号の最後のサンプルを出力した時に、合成フィルタ１４の内部状態を、合成フィルタよりなる自由応答生成部２６に転送し、自由応答生成部２６にゼロを入力して自由応答を生成し、この自由応答を入力信号から加算部２７で減算して、加算部２４へ供給して、次のサブフレームにおけるターゲットベクトルとする。つまりこのターゲットベクトルに対する歪が最小になるように処理する。
【００１２】
ＣＥＬＰ方式の駆動音源ベクトル探索法のひとつとして、ＡｌｇｅｂｒａｉｃＣｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＡＣＥＬＰ）という方式が提案されている。この方式は、固定符号帳を、フレーム長のベクトルパターンとして蓄えるのではなく、高さが１のパルスをフレーム内に数本、例えば８０サンプルのフレームまたはサブフレームに対して、４本、適当な位置に立てることによって、固定符号ベクトルとする方法であって、この駆動音源方式の採用と、歪み計算において演算順序を工夫することによって、従来の方式に比べて演算処理とメモリの必要量を減らすことができる。なお、ＡＣＥＬＰ方式の詳細は、例えば、文献、Ｒ．Ｓａｌａｍｉ，Ｃ．Ｌａｆｌａｍｍｅ，ａｎｄＪ−Ｐ．Ａｄｏｕｌ，“８ｋｂｉｔ／ｓ ＡＣＥＬＰ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ ｗｉｔｈ １０ｍｓ Ｓｐｅｅｃｈ−Ｆｒａｍｅ：ａ Ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｆｏｒ ＣＣＩＴＴ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ−９４，ｐｐ．ＩＩ−９７に記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種の符号化方法では適応符号帳ベクトルと固定符号帳ベクトル、あるいは更に周期的固定符号帳ベクトルというモデルを用いて、入力音響信号を表現しようとするものである。適応符号帳ベクトルというモデルはそのピッチ遅延（周期）Ｔ_P が指定されると、そのスペクトルは例えば図１３Ａに示すように周波数１／Ｔ_P の間隔で、その符号化装置の周波数帯域Ｆ_A の全体に渡って生じている。また固定符号帳ベクトルは雑音又はパルスであって、そのスペクトルは例えば図１３Ｂに示すように周波数帯域Ｆ_A に一様に、つまり白色雑音のように生じている。周期的固定符号帳ベクトルというモデルは繰返し周期Ｔ_P が指定されると、そのスペクトラムは、例えば図１３Ｃに示すように雑音の集合が１／Ｔ_P の間隔で、周波数帯域Ｆ_A に生じる。
【００１４】
しかし、例えば、５〜７ｋＨｚ以上の周波数帯域を含む広帯域音響信号を符号化する場合には、ピッチ周期性は全ての帯域に存在するわけではなく、局所的なものである場合が多い。例えば図１３Ａ中に破線で示すように高域成分にはピッチ周期性がなかったり、また高域成分がゆらいで、図１３Ｄに示すように、明確ではないが一時的に高い周波数のピッチ成分が現れたり、逆に図１３Ｅに示すように高域に低い周波数のピッチ成分が含まれたりする場合もあった。
また周期性が無い部分でも非周期的信号は周波数的には局在している場合が多い。例えば図１３Ｂ中に破線で示すように高域成分あるいは低域成分、もしくはその両者がない場合があった。周期的雑音成分についても同様のことが云える。
【００１５】
図１３Ａを参照して述べたように従来法では、たとえば適応符号帳ベクトルで実際には周期性が存在しない周波数の範囲に対しても周期性が生成されることとなり、かえって歪を増加させ符号化品質が悪くなる場合があった。このことは他のモデル、つまり固定符号帳ベクトル及び周期的固定符号帳ベクトルについても云える。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明では、音響信号の符号化において、入力された音響信号の性質に応じてモデルの周波数帯域を制限し、つまりそのモデルで表現すべき信号の存在する周波数の範囲に、あるいは実際にそのモデルを用いて十分精度良く信号成分を表現可能な周波数の範囲に、モデルの周波数帯域を適応的に制御して符号化する。この発明の符号化方法によれば、適応符号帳から選択された適応符号帳ベクトルと、固定符号帳から選択された固定符号帳ベクトルとを合成フィルタの励振ベクトルとして合成信号を生成し、その合成信号の入力音響信号に対する歪を最小とする両符号帳ベクトルを選択して入力音響信号を符号化する方法において、
上記適応符号帳ベクトルの周波数帯域を制限し、その周波数帯域制限された適応符号帳ベクトルを、上記合成信号の生成に用い、入力音響信号に応じて上記周波数帯域の制限を適応的に変化し、その周波数帯域の制限を示す帯域符号を符号情報に加える。
【００１７】
必要に応じて固定符号帳ベクトルの周波数帯域を、上記残差の表現をよりよくするように制限する。
この発明の復号方法によればフレームごとに入力された符号情報中の周期符号により適応符号帳の過去の励振ベクトルから適応符号帳ベクトルを生成し、上記符号情報中の固定符号により固定符号帳から固定符号帳ベクトルを取出し、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルにより、合成フィルタを励振して音響信号を合成する方法において、
上記符号情報中の帯域符号により上記適応符号帳ベクトルの周波数帯域を制限し、その周波数帯域制限された適応符号帳ベクトルを上記合成フィルタの励振に用いる。
【００１８】
必要に応じて符号情報中の帯域符号により上記固定符号帳ベクトルの周波数帯域を制限し、その周波数帯域制限された固定符号帳ベクトルを上記合成フィルタの励振に用いる。
更に好ましくは、上記符号化方法、及び復号方法において、上記符号帳ベクトルの長さを、当該フレームの前後に、上記周波数帯域制限に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の音響信号符号化方法及びその装置の実施形態を、実施例により、図面を用いて説明する。
この実施例では、１６ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされた７ｋＨｚ帯域音声信号法を対象とする場合である。
この発明の符号化装置の実施例の機能的構成例を図１に示し、図１１と対応する部分に同一参照番号を付けてある。
図１１に示した従来例と主に異なる点は、適応符号帳ベクトルに対し互いに異なる周波数帯域を制限する帯域通過フィルタ４１−１および４１−２を設け、適応符号帳ベクトル探索にかかわる部分と、同じく固定符号帳ベクトルに対し周波数帯域を制限する帯域通過フィルタ４２−１および４２−２を設け、固定符号帳ベクトル探索にかかわる部分とである。
【００２０】
入力端子１１から入力された信号は線形予測（ＬＰＣ）分析部１２において、線形予測分析され、線形予測係数Ａが計算される。線形予測係数Ａは線形予測パラメータ（ＬＰＣ）符号化部１３に送られ、例えば、多段のベクトル量子化によって符号化される。逆フィルタ４３では線形予測パラメータ符号化部１３で符号化された線形予測係数を復号したものを用いて、入力信号に対する線形予測残差を計算し、その線形予測残差を励振ベクトルとして、前記符号化線形予測係数を復号したものをフィルタ係数とする合成フィルタ４４で音声信号を合成し、この合成信号を歪最小化のためのターゲットベクトルとした場合である。
【００２１】
更にその際に従来技術と同様に、各サブフレームごとにその最終サンプルを出力した合成フィルタ１４の内部状態を自由応答生成部２６へ転送し、自由応答生成部２６をゼロ入力駆動して自由応答を生成し、この自由応答を次サブフレームのターゲットベクトルから差し引く。その際、この実施例ではその自由応答を低域通過（又は帯域通過）フィルタ４５によって高域成分を遮断して、減算部４６において合成フィルタ４４からの合成信号から差し引いてターゲットベクトルとする。このように高域成分を除去することにより、自由応答における正しく予測できない成分が除去され、誤った予測により返って復号音響信号に歪を与えるおそれがなくなる。この低域通過フィルタ４５の遮断周波数は、隣接サブフレーム間で入力信号の定常性が保証されない範囲の周波数成分を除去するように設定され、これは入力信号の統計的性質から求めることができ、例えば入力信号が１６ｋＨｚサンプリングの場合、５．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚ程度が上限とされる。
【００２２】
減算部４６の出力ターゲットベクトルは聴覚重み付け処理部（図ではＡＰＷ処理部と表示してある）４７で聴覚重み付け処理がなされる。一方、適応符号帳１６から選出された適応符号帳ベクトルは帯域通過フィルタ４１−１および４１−２によりそれぞれ周波数帯域が制限され、これら帯域制限された適応符号帳ベクトルは乗算部２１−１および２１−２で重みＧ_P1およびＧ_P2がそれぞれ与えられ、これら重みが与えられた適応符号帳ベクトルはそれぞれ聴覚重み付け合成フィルタ（図ではＰＷＳＦと表示してある）４８−１および４８−２に励振ベクトルとして入力され、それぞれ音響信号に合成される。帯域通過フィルタ４１−１，４１−２の通過周波数帯域は、例えば８ｋＨｚ程度の周波数成分を含む１６ｋＨｚサンプリング入力信号の場合、それぞれ１０Ｈｚ〜７ｋＨｚ程度、５０Ｈｚ〜５．５ｋＨｚ程度とすることができる。聴覚重み付け合成フィルタ４８−１，４８−２のフィルタ特性は、合成フィルタ４４及び聴覚重み付け処理部４７の総合フィルタ特性と同一とされている。聴覚重み付け合成フィルタ４８−１よりの合成信号の、聴覚重み付け処理部４７からのターゲットベクトルＴｇ１に対する歪が最小になる適応符号帳ベクトルＶｐ１がピッチ分析部４９−１及び１７により選択される。
【００２３】
一方、聴覚重み付け処理部４７の出力は帯域通過フィルタ４１−２と同一のフィルタ特性の帯域通過フィルタ５１に通されて、帯域制限され、その出力をターゲットベクトルＴｇ２として、聴覚重み付け合成フィルタ４８−２からの合成信号が歪最小となるように、ピッチ分析部４９−２および１７により適応符号帳ベクトルＶｐ２が選択される。この歪最小適応符号帳ベクトルＶｐ２に対する聴覚重み付け合成フィルタ４８−２の合成信号のターゲットベクトルＴｇ１に対する歪をピッチ分析部４９−２で計算し、この歪と、ピッチ分析部４９−１で求めた歪最小の適応符号帳ベクトルＶｐ１のターゲットベクトルＴｇ１に対する歪とを帯域決定部５２で比較し、歪の小さい方と対応する適応符号帳ベクトルを採用し、その周期符号Ｃ_P を決定し、また帯域通過フィルタ４１−１と４１−２の何れにより帯域制限したものを採用したことを示す。つまり制限した周波数帯域を表わす帯域符号Ｃ_F1を決定する。
【００２４】
例えば帯域通過フィルタ４１−１は、入力信号に対して帯域制限を行うフィルタと同一特性のものとされ、従って、この帯域通過フィルタ４１−１は省略してもよく、帯域通過フィルタ４１−２は帯域通過フィルタ４１−１よりも高域の遮断周波数が低く設定されたものであれば、入力信号のピッチスペクトラムが例えば図１３Ａの破線や図１３Ｄ、Ｅに示す特性の場合は、帯域通過フィルタ４１−２により帯域制限した適応符号帳ベクトルが選択され、図１３Ａに示す特性の場合は、帯域通過フィルタ４１−１により帯域制限された適応符号帳ベクトルが選択され、つまり適応符号帳ベクトル（モデル）は入力信号のピッチの周波数特性の主要部をよく生成可能な周波数帯域に制限され、不用な成分がなく、不用な歪を発生するおそれがない。図１３には示していないが、音響信号のピッチ周期性が周波数帯域Ｆ_Aの中間部でゆらぎが生じ一時的に消えたり、他の周波数のピッチ成分が現われたりする。従って、このような場合は帯域通過フィルタ４１−２の代りに帯域阻止フィルタを用いるとよい。同様に帯域通過フィルタ４１−２の代りに高域通過フィルタを用いるとよい場合もある。またこの説明から理解されるように帯域決定部５２は入力信号の性質、特性に応じて制限する周波数帯域をフレーム又はサブフレームごとに適応的に決定していることになる。
【００２５】
従来と同様に、適応符号帳ベクトルの選択を先づ行い、その後固定符号帳ベクトルの選択を行う。この場合のターゲットベクトルＴｇｃとして次のようにして求めた場合である。前述のようにして周期符号Ｃｐと帯域符号Ｃ_FIが決定されるが、その帯域符号Ｃ_FIを決定した帯域決定部５２の出力によりスイッチ９１が制御され、帯域符号Ｃ_FIと対応して聴覚重み付け合成フィルタ４８−１と４８−２の一方の出力が選択され、その選択された聴覚重み付け合成フィルタの出力を、ターゲットベクトルＴｇ１から減算部９２で差し引いて、固定符号帳探索用のターゲットベクトルＴｇｃとする。
【００２６】
固定符号帳１８から選択された固定符号帳ベクトルは帯域通過フィルタ４２−１及び４２−２でそれぞれ互いに異なる周波数帯域制限を受ける。これら帯域制限された固定符号帳ベクトルはスイッチ５５により一方が選択され、乗算部２２で重みＧ_C が付与され、その重みが与えられた固定符号帳ベクトルは聴覚重み付け合成フィルタ９３に励振ベクトルとして供給され、その聴覚重み付け合成フィルタ９３からの合成信号がターゲットベクトルＴｇｃから減算部５４で減算されて固定符号探索部１９へ供給される。固定符号探索部１９は各固定符号帳ベクトルのそれぞれ帯域通過フィルタ４２−１，４２−２で帯域制限されたもののうちで、聴覚重み付け合成フィルタ９３の合成信号のターゲットベクトルＴｇｃに対する歪が最小となるものを選択してその固定符号帳ベクトルの固定符号Ｃ_C と、スイッチ５５による帯域通過フィルタ４２−１，４２−２の何れを選択したか、つまり固定符号帳ベクトルに対する帯域制限を表わす帯域符号Ｃ_F2を決定する。
【００２７】
なお乗算部２１−１，２１−２及び２２に対する重み符号Ｃ_W の決定は従来技術と同様にして行う。また最終的にはスイッチ５３で選択された重みが与えられた適応符号帳ベクトルとスイッチ５５で選択され、かつ重みＧ_Cが与えられた固定符号帳ベクトルとが加算部９４で加算され、その加算ベクトルが合成フィルタ１４に励振ベクトルとして入力され、その合成フィルタ１４で合成された信号が合成フィルタ４４の合成信号に対して歪が最小になるように制御される。このようにして得られた周期符号Ｃ_P 、固定符号Ｃ_C 、帯域符号Ｃ_F1，Ｃ_F2、重み符号Ｃ_W 、線形予測パラメータ符号Ｃ_LPC は符号情報として符号出力部２５から出力される。
【００２８】
以上のように固定符号帳ベクトル（モデル）に対して、周波数帯域を制限することにより、適応符号帳ベクトルにより表現できなかった残差成分の実際の周波数特性、例えば図１３Ｂの破線で示す特性に近づけることができ、固定符号帳ベクトルに不用な成分が含まれず、それだけ復号信号の歪を小さくすることができる。
上述において帯域制限フィルタ４１−１，４１−２，４２−１，４２−２，４５，５１を用いているが、これらにＦＩＲフィルタを用いると、２Ｎ＋１タップ数のＦＩＲフィルタ処理によりＮサンプルの遅延が生じる。従って、この遅延に悪影響がないようにすることが好ましい。
【００２９】
図２Ａに示すように、線形予測分析部１２においては各フレームＴ_F ごとに行われるが当該フレームの前後にまたがって窓関数をかけて行い、線形予測パラメータ符号Ｃ_LPC はフレームごとに符号化し、周期符号Ｃ_P 、固定符号Ｃ_C 、重み符号Ｃ_W 、帯域符号Ｃ_F1，Ｃ_F2はサブフレームごとに符号化する場合で、図２ではサブフレームの数は４である。
前述したように自由応答生成部２６よりの自由応答成分に対して、フレーム・サブフレーム間で相関がない周波数成分に関しては低域通過フィルタ４５による帯域制限を行うことで、符号化効率を上げている。この帯域制限に基づく遅れを補償するため、この実施例では図２Ｂに示すように合成フィルタ１４Ｐにおいて前サブフレームの合成に使用した内部状態のＮサンプル分（２−１）を用いてサブフレーム長＋Ｎサンプルの自由応答成分を計算する（２−２）。ここで得られたサブフレーム長＋２Ｎのサンプル列（２−３）に対して、２Ｎ＋１タップのＦＩＲフィルタよりなる低域通過フィルタ４５を用いて帯域制限がなされるが、その出力として各サブフレームと位相同期して帯域制限された自由応答成分が得られることになる。
【００３０】
図２Ｃに示すようにこのようにして自由応答成分による補正がされたターゲットベクトルＴｇ１_t1s1，Ｔｇ１_t1s2，Ｔｇ１_t1s3…を各サブフレームごとに聴覚重み付け処理部４７から得られる。このターゲットベクトルＴｇ１に帯域通過フィルタ５１で帯域制限を行って図２Ｄに示すようにターゲットベクトルＴｇ２_ts1，Ｔｇ２_ts2，…を求める。この帯域通過フィルタ５１も片側Ｎタップ・総タップ数２Ｎ＋１のＦＩＲフィルタで構成される場合、このフィルタ処理でＮサンプル分の時間遅れが生じる。これを解決するために、この実施例では線形予測係数の計算に用いた先読み部分の信号のうちＮサンプルを使用してＦＩＲフィルタリングに必要なだけの先読みを含めた残差信号を逆フィルタ４５で計算する。先読み信号を用いれば時間遅れを生じることなく帯域制限されたターゲットベクトルＴｇ２を得ることが出来る。Ｎサンプル分だけの先読みを含めた残差信号の計算は近似的に現サブフレームの線形予測係数を使用して行う。
【００３１】
例えば、線形予測係数の計算を１フレーム（２０ｍｓ：３２０点）に一度とし、４つのサブフレームごとに過去の線形予測係数との補間によって得られた係数が用いられる構成では、サブフレームの線形予測係数は例えば第_tフレームにおいては図３Ａに示すように現フレームｔで得られた線形予測係数Ａ_tと前フレームｔ−１で得られた線形予測係数Ａ_t-1との補間により各サブフレームの線形予測係数が求められる。
この実施例では、帯域通過フィルタ５１におけるＦＩＲフィルタ処理に伴う位相遅れ（時間遅れ）を生じさせないために、現フレームを第ｔフレームの第１サブフレームとすると、次サブフレームにあたるＮサンプル分の領域（２−４）に対しても現サブフレームの線形予測係数Ａ_t-1＋２（Ａ_t−Ａ_t-1）／４を用いて残差を計算する。過去のＮサンプル分の領域（２−５）に対しては、前サブフレーム（第ｔ−１フレームの最後のサブフレーム）で既に生成した励振ベクトルを用いる。このようにして得られる現サブフレームを次のＮサンプル分の残差信号と、前サブフレームのＮサンプル分の残差信号とのサブフレーム長＋２Ｎサンプル分の残差信号に対し、合成フィルタ４４、減算部４６、聴覚重み付け処理部４７で順次処理したサンプル列を帯域通過フィルタ５１で処理することにより現サブフレームのターゲットベクトルＴｇ２_t1s1が時間遅れを生じることなく得られる。
【００３２】
なお逆フィルタ４３に対する各サブフレームごとの計算領域を図３Ｂに、帯域通過フィルタ５１で各サブフレームごとに処理する信号領域を図３Ｃにそれぞれ示す。またピッチ分析部４９−１で用いるターゲットベクトルＴｇ１としては、聴覚重み付け処理部４７より得られる各サブフレームのサンプルとその前後の各Ｎサンプル中の当該サブフレームのサンプルのみを用いればよい。
領域（２−４）の残差信号は次サブフレームで正しい線形予測係数Ａ_t-1＋２（Ａ_t−Ａ _t-1）／４を用いて再度計算される。
先読みにあたる領域（１）に対しても、同様に線形予測係数Ａ_tを使用して残差を計算している。領域（２−６）に対する残差信号は、次のフレームで得られる線形予測係数Ａ_t+1とＡ_tを用いて補間して得られる係数Ａ_t＋（Ａ_t+1−Ａ_t）／４を用いて、次フレームで再度計算される。
【００３３】
候補適応符号帳ベクトル生成課程においても、例えば図３Ｄに示すように選択された適応符号帳ベクトルと対応するピッチ遅延（周期）分の過去の励振ベクトルを当該サブフレーム（３−１）分だけではなく、その次のサブフレームのＮサンプル分の領域（３−２）まで生成し、かつそのサブフレームの直前のＮサンプルの領域（３−３）については、前のサブフレーム生成した符号化後の励振しベクトルを用いる。これにより、帯域通過フィルタ４１−２による２Ｎ＋１タップのＦＩＲフィルタ処理に基づくＮサンプリングの時間遅れが生じ、サブフレーム長のベクトルとなり、丁度当該サブフレームでフィルタリングの処理を終了することが可能となる。
【００３４】
図３Ｂ中の残差計算における領域（２−５）と帯域通過フィルタ４１−２に入力するベクトル中の図３Ｄに示す領域（３−３）には過去に生成した励振ベクトルが用いられており、二つの領域（２−５）と（３−３）の成分は同一である。従って聴覚重み付け合成フィルタ４８−２の出力合成信号と、帯域通過フィルタ５１の出力ターゲットベクトルＴｇ２との差が生じる部分は、図３Ｄ中の領域（３−１）及び（３−３）と図３Ｂ中のサブフレーム及び領域（２−４）とそれぞれ対応する部分であるから、これら領域（２−５）と（３−３）の信号をともに０で置き換えて計算し、演算量を削減することも可能である。
【００３５】
固定符号帳ベクトルを合成して得られる信号は、実際には、固定符号帳ベクトルを合成フィルタ９３に通すかわりに、合成フィルタ９３のインパルス応答ｈを固定符号帳ベクトルに畳み込む形で計算されることが多い。従って図１に示した実施例において帯域通過フィルタ４２−１，４２−２にあらかじめ合成フィルタ９３のインパルス応答ｈを畳み込んだものを用いて固定符号帳ベクトルの探索を行う。探索に使用するインパルス応答ｈは、通常ならばサブフレーム長さだけ計算されるインパルス応答ｈを、サブフレーム長＋Ｎサンプル分計算し、さらに先頭にタップ数分の０を補完したものを帯域通過フィルタ４２−１，４２−２でフィルタ処理することで近似的に得ることができる。合成フィルタ９３で合成する場合は固定符号帳ベクトルの前後にＮ個の０を補完したものを帯域通過フィルタ４２−２に通して、サブフレーム長の帯域制限された固定符号帳ベクトルを得、これを合成フィルタ９３に励振ベクトルとして供給すればよい。
【００３６】
帯域通過フィルタ４１−１，４１−２，５１の周波数特性は、入力信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）などにより周波数分析して、その分析結果と対応した帯域制限を行うこともできる。この場合は、帯域通過フィルタ４１−２と５１の通過周波数帯域を別の特性とすることもできる。つまりフィルタ５１の帯域の方を広くすれば例えば入力信号にレベルが低いか高域成分があれば、その部分を考慮しながら適応符号帳ベクトルを決定することができる。
あるいは帯域通過フィルタ４１−１，４１−２，５１の通過周波数帯域は線形予測分析部１２で計算可能な反射係数を用い、反射係数はスペクトル包絡の働きを表わすから、これが急であれば、ピッチの高調波成分がなく、帯域通過フィルタ４１−２の帯域を狭くしたり、音響信号の定常性をあらわす指標が変化しなければ各通過周波数帯域を前フレーム又はサブフレームと同一としたり、ピッチ高調波の分析をし、ピッチ高調波が一様な所を通過周波数帯域にする等によって適応的に制御することが可能である。また、サブフレーム単位の急激な変化を抑制するために、帯域通過フィルタ４１−１と４１−２の通過周波数帯域の変動にヒステリシスを持たせることも可能である。たとえばサブフレームごとにＡ〜Ｃのような状態遷移形式にすることもできる。ここでＢＰＦ１及びＢＰＦ２はそれぞれ帯域通過フィルタ４１−１及び４１−２を表わす。
【００３７】
Ａ：ＢＰＦ１ １０Ｈｚ〜７ｋＨｚ／ＢＰＦ２ １０Ｈｚ〜６ｋＨｚ
Ｂ：ＢＰＦ１ １０Ｈｚ〜６ｋＨｚ／ＢＰＦ２ ５０Ｈｚ〜５．５ｋＨｚ
Ｃ：ＢＰＦ１ ５０Ｈｚ〜５．５ｋＨｚ／ＢＰＦ２ ５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ
つまり、前のサブフレームが状態Ａの場合には、現サブフレームはＡまたはＢの状態しかとれない。同様に状態ＣからはＣまたはＢの状態にしか遷移できない。
適応符号帳ターゲットベクトルの帯域制限されたものＴｇ２と帯域制限していないものＴｇ１を比較することで入力信号の高域成分のパワーを知ることが可能である。高域成分のパワーが大であれば、帯域の広い帯域通過フィルタ４１−１のみを、パワーが小であれば帯域の狭い帯域通過フィルタ４１−２のみを通した適応符号帳ベクトルを探索して演算量を削減することも可能である。このとき帯域通過フィルタ５１は用いないことも可能である。この場合のターゲットベクトルはＴｇ１である。また、入力信号のパワーが非常に小さい場合や、無音区間と判断できる場合にも同様に帯域通過フィルタ４１−１と４１−２の一方のみを用いて演算量削減を行うことができる。
【００３８】
このほか、入力される信号の周波数特性が既知の場合には、その知識（入力信号が入力される際に入力される）を利用した帯域制限を行うことが可能である。例えば、当該フレームでは電話帯域の信号のみが入力されるという情報が得られた場合には、帯域通過フィルタ４１−２のみを用いて適応符号帳ベクトルの探索を行い、帯域通過フィルタ４１−２及び５１の通過周波数帯域は１００Ｈｚ〜４ｋＨｚ程度にすることも可能である。
例えば図４Ａに示すように帯域決定部５２に、入力信号が電話帯域信号であることの情報が入力され、あるいは帯域決定部５２において入力信号の高域成分のパワーの大小が検出され、又は入力信号のパワーが非常に小さい又は無音区間が判断され、これらに応じて帯域決定部５２がスイッチ５８及び５９を同時に切替えて適応符号帳１６を帯域通過フィルタ４１−１又は４１−２を通じて乗算部２１と接続するようにしてもよい。
【００３９】
あるいは図４Ｂに示すように適応符号帳１６を帯域通過フィルタ４１を通じて乗算部２１に接続し、帯域符号帳６１に予め決められた２つの通過周波数帯域を決めるフィルタ係数を格納しておき、帯域決定部５２により、図４Ａにおいてスイッチ５８，５９の切替えを行う代りに帯域符号帳６１のフィルタ係数の一方を選択して帯域通過フィルタ４１に設定するようにしてもよい。この場合、帯域決定部５２において用いる判断要素、つまり入力信号の高域成分のパワー１無音区間、電話帯域などに応じて、予め決められた異なる通過周波数帯域をフィルタ４１に設定するようにしてもよい。つまりこの場合は帯域符号帳６１内には３つ以上の異なる通過帯域フィルタ係数が格納されることになる。
【００４０】
更には帯域決定部５２において、例えば反射係数など、特に出力しないでも復号装置で求めることができる情報により、帯域符号帳６１から予め決められた２〜４の帯域通過フィルタ係数にそれぞれについてフィルタ４１に設定し、その時、歪最小の適用符号帳ベクトルの探索をそれぞれ行って、最適の帯域符号Ｃ_F1と周期符号Ｃ_P を決定するようにしてもよい。固定符号帳ベクトルに対する周波数帯域の制限も、図４Ａ及び図４Ｂに示した手法と同様に構成することもできる。このようにすれば符号情報のビット数は１又は２増加するが、入力信号の性質に応じて帯域決定部５２で２つ乃至４つの通過帯域候補が決定され、それらについて、更に歪最小化により、適応符号帳ベクトルと通過帯域、つまり周期符号Ｃ_P と帯域符号Ｃ_F1を決定することができ、適応符号帳ベクトル（モデル）の周波数特性を、入力信号のピッチ周波数特性に一層近いものとすることができ、復号信号の歪を小さくすることができる。
【００４１】
固定符号帳ベクトル探索・生成時の帯域通過フィルタ４２−１，４２−２の各通過周波数帯域も入力、信号成分を分析してその周波数帯域に近づくように切り替えることも可能であるが、入力信号のビットレートに応じて切り替えることも可能である。
たとえば、１２，１６，２０，２４ｋｂｉｔ／ｓの切替を行うような実装では、ビットレートによって２４ｋｂｐｓでは帯域制限を行わない全通過フィルタ４２−１を、２０ｋｂｐｓでは１０Ｈｚ〜７ｋＨｚの帯域通過フィルタ４２−２を、１２・１６ｋｂｐｓでは５０Ｈｚ〜７ｋＨｚの帯域通過フィルタ４２−２をビットレート毎に固定の係数で用いることで、各ビットレートで符号化効率の最適化を図ることが可能である。この制御は図４Ｂに示したよう帯域決定部と帯域符号帳を用いて行うことができる。
【００４２】
６，８ｋｂｉｔ／ｓのような低ビットレートのモードでは、適応符号帳ベクトル、固定符号帳ベクトルに使用する帯域通過フィルタ４１−１，４１−２，４２−１，４２−２の全てを、１００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ程度の帯域通過フィルタとすることも可能である。
図１に示した例における、周期符号Ｃ_P の決定方法は、図５に示すようになる。即ち合成フィルタ４４及び聴覚重み付け処理部４７によりターゲットベクトルＴｇ１を生成し（Ｓ１）、帯域通過フィルタ４１−１を用いてターゲットベクトルＴｇ１に対する歪最小となる適応符号帳ベクトルＶｐ１を決定し（Ｓ２）、ターゲットベクトルＴｇ１を、帯域通過フィルタ４１−２のそれと同一またはわずかに広い帯域通過フィルタ５１を用いて、周波数帯域を制限してターゲットベクトルＴｇ２を生成し（Ｓ３）、ターゲットベクトルＴｇ２に対する歪最小となる適応符号帳ベクトルＶｐ２を決定し（Ｓ４）、ステップＳ２及びＳ４でそれぞれ決定した適応符号帳ベクトルＶｐ１及びＶｐ２のターゲットベクトルＴｇ１に対する各歪を計算し（Ｓ５）、この歪の小さい方と対応する適応符号帳ベクトルにより周期符号Ｃ_P を決定し、またその適応符号ベクトルに対して帯域制限した帯域通過フィルタを表わすものにより帯域符号Ｃ_F1を決定する（Ｓ６）。ステップＳ１，Ｓ２とステップＳ３，Ｓ４とは何れを先に行ってもよい。
【００４３】
図１に示した実施例と対応する、この発明の復号方法及び装置の実施例を図６を参照して説明する。図６において図１２と対応する部分に同一符号を付けてある。図１２と異なる部分は、適応符号帳３５からの適応符号帳ベクトルは帯域通過フィルタ６３−１及び６３−２へ供給され周波数帯域が制限され、帯域通過フィルタ６３−１及び６３−２の通過出力がスイッチ６５により選択されて乗算部３７へ供給される。また同様に固定符号帳３６よりの固定符号帳ベクトルは帯域通過フィルタ６４−１及び６４−２へ供給されて周波数帯域が制限され、帯域通過フィルタ６４−１及び６４−２の通過出力がスイッチ６６により選択されて乗算部３８へ供給される。
【００４４】
帯域通過フィルタ６３−１，６３−２，６４−１及び６４−２の各通過周波数帯域は図１中の帯域通過フィルタ４１−１，４１−２，４２−１及び４２−２のそれと同一とされる。スイッチ６５及び６６はそれぞれ帯域符号Ｃ_F1及びＣ_F2により制御され、符号化装置において帯域通過フィルタ４１−１を通過した適応符号帳ベクトルが採用された場合はスイッチ６５は帯域通過フィルタ６３−１に接続され、帯域通過フィルタ４２−１を通じた固定符号帳ベクトルが採用された場合はスイッチ６６は帯域通過フィルタ６４−１に接続されるようになされる。
図４Ｂに示して説明したと同様の手法で、復号装置においても、適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルに対する周波数帯域制限を行ってもよい。
【００４５】
また帯域通過フィルタ６３−２を通すことにもとづく適応符号帳ベクトルの時間遅れを補償するには、符号化装置で行ったと同様の手法で行えばよい当該サブフレームに対する周期符号Ｃ_P の、サブフレーム分の適応符号帳ベクトルの前に、その次のサブフレームの周期符号Ｃ_P の適応符号帳ベクトルの後からＮサンプル分を加え、後に、直前のサブフレームの周期符号Ｃ_P の適応符号帳ベクトルの前からＮサンプル分を加えたものを帯域通過フィルタへ通せばよい。
帯域通過フィルタ６４−２を通すことにもとづく固定符号帳ベクトルの時間遅れを補償するには、当該サブフレーム分の固定符号帳ベクトルの両端にＮサンプル分だけ０をしきつめたベクトルとして帯域通過フィルタ６４−２へ供給すればよい。この場合、後につめる０の代りに、直前のサブフレームで用いた固定符号帳ベクトルの前のＮサンプル分を用いてもよい。また復号装置においても、固定符号帳ベクトルに合成フィルタ３３のインパルス応答を畳込んで得た信号を合成結果として用いることもできる。この場合は、帯域通過フィルタ６４−１，６４−２にインパルス応答を畳み込んでもよい。インパルス応答を選定符号帳ベクトルに畳み込んで合成した信号を適応符号帳ベクトルについて合成した信号と加算してポストフィルタ３４へ供給すればよい。
【００４６】
図１中に示したように、低域通過フィルタ４５を設けて、自由応答成分中のフレーム、サブフレーム間で相関がない周波数成分を除去して符号化効率を上げるようにした場合は、復号装置もこれに応じたものとする必要がある。例えば各サブフレームごとに、合成フィルタ３３から最終サンプルを出力した時に、その合成フィルタ３３の内部状態における最後からＮサンプル分を、合成フィルタよりなる自由応答生成部６８へ転送し、自由応答生成部６８にゼロ入力して２Ｎ＋サブフレーム長の自由応答成分を生成し、その自由応答成分を低域通過（又は帯域通過）フィルタを通して高域成分を除去し、一方、合成フィルタ３３は各サブフレームごとに内部状態をリセットして加算部３９からの励振ベクトルを入力する。合成フィルタ３３の合成信号と低域通過フィルタ６９を通過した自由応答成分とを加算部７１で合成してポストフィルタ３４へ供給する。前記自由応答成分の生成処理符号化のおけるそれと同様である。
【００４７】
図８にこの発明の符号化装置の他の実施例を示し、図１及び図１１と対応する部分に同一参照符号を付けてある。図１に対する重要な相違は固定符号帳１８として、周期性のある成分の周期的固定符号帳１８ｂとそれ以外の成分（周期性のない成分）の固定符号帳１８ａとに分離し、周期的固定符号帳１８ｂでは、適応符号帳ベクトル探索の結果得られたピッチ周期と前フレームで得られた適応符号帳ゲインを用いて、固定（雑音）ベクトルをピッチ周期で繰返し並べられて１サブフレーム（フレーム）の周期的固定符号帳ベクトルを生成する。
この実施例ではこの周期的固定符号帳ベクトルに対し、適応符号帳ベクトルで採択された周波数帯域制限と同程度に帯域通過フィルタ７３を用いて周波数帯域を制限する。この帯域制限された周期的固定符号帳ベクトルを乗算部７４で重みＧ_p-1を与えて加算部２４へ供給する。前述と同様にして歪最小の適応符号帳ベクトルと帯域制限周波数を決定し、その後、その帯域制限された適応符号帳ベクトルと周期的固定符号帳ベクトルとを加算したベクトルを励振ベクトルとして合成フィルタ１４へ供給した合成信号の入力信号に対する歪が最小となる周期的固定符号帳ベクトルを決定する。次にこれら決定された適応符号帳ベクトルと周期的固定符号帳ベクトルに、固定符号帳１８ａの固定符号帳ベクトルを加算して、同様にして歪最小となる固定符号帳ベクトルを決定する。
【００４８】
このようにして、固定符号帳ベクトルを、周期性があるが過去の情報を繰り返して配置しただけでは表現できない成分を表現するための周期的固定符号帳ベクトルと、それ以外の周期性の無い成分をあらわす固定符号帳ベクトルとの合成ベクトルとして、それぞれの信号が存在する適切な周波数の範囲において効率的に表現することが可能となる。つまり周期的固定符号帳ベクトル（モデル）に対し、その周波数帯域を適応符号帳ベクトルと固定符号帳ベクトルで表現できない残差成分の周波数帯域に近い状態にすることができ、それだけ復号信号の歪を小さくすることができる。特に前述したように適応符号帳ベクトル、周期的固定符号帳ベクトル、固定符号帳ベクトルの順に歪最小ベクトルを決定する場合は、入力信号をよく表現する符号化が行える。
【００４９】
なお図８に示した例においては、乗算部２１−１と２１−２の出力をスイッチ７５により切替えて加算部２４へ供給することにより、帯域通過フィルタ４１−１を通した適応符号帳ベクトルの探索と帯域通過フィルタ４１−２を通した適応符号帳ベクトルの探索とをスイッチ７５の切替えにより行うようにし、またターゲットベクトルとして入力端子１１からの入力信号を直接用いた場合である。固定符号帳１８ａの固定符号帳ベクトルも、スイッチ５５を切替えて帯域通過フィルタ４２−１を通したものと、帯域通過フィルタ４２−２を通したものを、乗算部２２を通じて加算部２４へ供給し、入力信号をターゲットベクトルとしてそれぞれ探索するようにした場合である。周期的固定符号帳１８ｂとしては固定符号帳１８ａから選択した固定符号帳ベクトルを適応符号帳ベクトル選択で求めた周期分取出し、それをサブフレーム長になるまで繰返し並べて周期的固定符号帳ベクトルを出力するものでもよい。なお歪最小化により選択した周期的固定符号帳ベクトルを示す周期的固定符号Ｃ_CPも符号情報に加える。帯域通過フィルタ７３を通すことに基づく時間遅れを補償するために、周期的固定符号帳ベクトルに対し、固定符号帳ベクトルに対して行ったと同様に処理すればよい。
【００５０】
図９に図８に示した符号化装置と対応する復号装置の実施例を示し、図６と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例では周期的固定符号帳７６が設けられ、これより、符号情報中の周期的固定符号Ｃ_CPにより周期的固定符号帳ベクトルが取出され、帯域通過フィルタ７７により周波数帯域が制限され、その制限された周期的固定符号帳ベクトルが乗算部７８で重みが与えられて加算部３９へ供給される。周期的固定符号帳７６及び帯域通過フィルタ７７はそれぞれ図８中の周期的固定符号帳１８ｂ及び帯域通過フィルタ７３と同様のものが用いられる。
【００５１】
図１０に示すように、たとえばネットワーク内のゲートウェイ８１に、入力される信号の周波数特性に関する情報がネットワークから得られる場合や、入力信号の周波数特性があらかじめわかっている場合には、その得られた周波数特性情報を利用して、ゲートウェイ８１内のこの発明による符号化装置８２における各モデルとなる符号帳ベクトルの周波数帯域を制限する帯域通過フィルタの特性を決定することが可能である。
例えば電話で利用される音声信号や、ＩＴＵ（国際電気通信連合）で定められた周波数特性のフィルタを用いて処理されている信号では、そのフィルタの特性を考慮して帯域通過フィルタ４１−１，４１−２，４２−１，４２−２の各周波数特性を決定することが可能である。周波数特性に関する情報が得られない場合には、入力信号を分析することでこれら帯域通過フィルタの特性を決定する。
【００５２】
上述において符号化、復号の何れにおいても適応符号帳ベクトルに対する周波数帯域制限は行わず、固定符号帳ベクトルに対してのみ周波数帯域制限を行ってもよい。
上述した符号化装置、復号装置はそれぞれコンピュータによりプログラムを実行させて機能させることもできる。その際、そのプログラムはＣＤ−ＲＯＭ、可撓性磁気ディスク、その他の記憶装置からコンピュータのプログラムメモリにインストールし、又は通信回線を介してダウンロードして使用される。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、適応符号帳ベクトルや固定符号帳ベクトルのようなモデルを、入力信号が有する、そのモデルにより表現しようとする成分の周波数帯域に合うように周波数帯域を適応的に制限するため、不用な成分に基づく歪の発生が抑えられ、復号信号の歪が小さいものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の符号化装置の実施例の機能構成を示す図。
【図２】この発明の符号化方法における処理の一部を示すタイムチャート。
【図３】図２の続きを示すタイムチャート。
【図４】適応符号帳ベクトルに対する周波数帯域制限の変更の他の手法の例を示す図。
【図５】この発明の符号化方法の実施例の一部を示す流れ図。
【図６】この発明による復号装置の実施例の機能構成を示す図。
【図７】図６の一部変形を示す図。
【図８】この発明の符号化装置の他の実施例の機能構成を示す図。
【図９】この発明の復号装置の他の実施例の機能構成を示す図。
【図１０】この発明の符号化方法における制限周波数帯域の設定方法を説明するための図。
【図１１】従来の符号化装置の例の機能構成を示す図。
【図１２】従来の復号装置の例の機能構成を示す図。
【図１３】各種モデルの周波数特性の例を示す図。

Claims (14)

1. 適応符号帳から選択された適応符号帳ベクトルと、固定符号帳から選択された固定符号帳ベクトルとを合成フィルタの励振ベクトルとして合成信号を生成し、その合成信号の入力音響信号に対する歪を最小とする両符号帳ベクトルを選択して入力音響信号を符号化する方法において、
   フレーム又はサブフレーム（以下両者を総称してフレームと記す）ごとに符号化を行い、
   当該フレームの前後に、周波数帯域制限に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ上記適応符号帳ベクトルを生成し、
   そのフレームよりも長い適応符号帳ベクトルに対し上記周波数帯域制限を行い、
   その周波数帯域制限された適応符号帳ベクトルを、上記合成信号の生成に用い、
   入力音響信号に応じて上記周波数帯域の制限を適応的に変化し、その周波数帯域の制限を示す帯域符号を符号情報に加えることを特徴とする音響信号符号化方法。
2. 適応符号帳から選択された適応符号帳ベクトルと、固定符号帳から選択され、適応符号帳ベクトルで表現できなかった残差を表現するための固定符号帳ベクトルとを合成フィルタの励振ベクトルとして合成信号を生成し、その合成信号の入力音響信号に対する歪を最小とする両符号帳ベクトルを選択して入力音響信号を符号化する方法において、
   フレーム又はサブフレーム（以下両者を総称してフレームと記す）ごとに符号化を行い、
   当該フレームの前後に、周波数帯域制限に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ上記固定符号帳ベクトルを生成し、
   そのフレームより長い固定符号帳ベクトルに対し、上記周波数帯域制限を行って、上記残差の表現をよりよくするようにし、
   入力音響信号に応じて上記周波数帯域の制限を適応的に変化し、その周波数帯域の制限を示す帯域符号を符号情報に加える、
   ことを特徴とする音響信号符号化方法。
3. 上記固定符号帳の固定符号帳ベクトルは周期性がないものであり、周期的固定符号帳から選択された固定符号帳ベクトルが周期的に繰返す周期的固定符号帳ベクトルをも上記励振ベクトルとし、上記歪を最小とするその符号帳ベクトルを選択し、
   上記周期的固定符号帳ベクトルの周波数帯域を、上記残差中の対応する成分をよりよく表現するように制限することを特徴とする請求項２記載の音響信号符号化方法。
4. 現フレームの最後における上記合成フィルタの状態に基づく自由応答成分を、減じて次フレームにおける上記歪最小化のためのターゲットベクトルを生成する際に、上記自由応答成分中の高域成分を遮断して用いることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の音響信号符号化方法。
5. フレームごとに入力された符号情報中の周期符号により適応符号帳の過去の励振ベクトルから適応符号帳ベクトルを生成し、上記符号情報中の固定符号により固定符号帳から固定符号帳ベクトルを取出し、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルにより合成フィルタを励振して音響信号を合成する方法において、
   当該フレームの前後に、上記符号情報中の帯域符号と対応する周波数帯域制限に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ上記適応符号帳ベクトルを生成し、
   上記フレームより長い適応符号帳ベクトルに対し、上記周波数帯域制限を行い、
   その周波数帯域制限された適応符号帳ベクトルを上記合成フィルタの励振に用いることを特徴とする音響信号復号方法。
6. フレームごとに入力された符号情報中の周期符号により適応符号帳の過去の励振ベクトルから適応符号帳ベクトルを生成し、上記符号情報中の固定符号により固定符号帳から固定符号帳ベクトルを取出し、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルにより合成フィルタを励振して音響信号を合成する方法において、
   当該フレームの前後に、上記符号情報中の帯域符号と対応する周波数帯域制限に基づく 遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ上記固定符号帳ベクトルを生成し、
   上記フレームより長い固定符号帳ベクトルに対し、上記周波数帯域制限を行い、
   その周波数帯域制限された固定符号帳ベクトルを上記合成フィルタの励振に用いることを特徴とする音響信号復号方法。
7. 上記符号情報中の周期的固定符号により周期的固定符号帳から周期的固定符号帳ベクトルを取出し、この周期的固定符号帳ベクトルの周波数帯域を上記符号情報中の第２帯域符号により制限し、その周波数帯域制限された周期的固定符号帳ベクトルも上記合成フィルタの励振に用いることを特徴とする請求項６記載の音響信号復号方法。
8. フレームの終りごとに上記合成フィルタの内部状態に対する自由応答信号を生成し、その自由応答信号の高域成分を遮断し、フレームの始めごとに上記合成フィルタの内部状態をクリアし、上記合成フィルタよりの合成信号と上記高域成分が遮断された自由応答信号を加算して上記合成音響とすることを特徴とする請求項６乃至７の何れかに記載の音響信号復号方法。
9. 過去の励振ベクトルが格納された適応符号帳から適応符号帳ベクトルを選択生成し、固定符号帳から固定符号帳ベクトルを選択し、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルにより合成フィルタを励振して合成信号を生成し、その合成信号と入力音響信号に対する歪が最小となる各符号帳ベクトルを歪最小化部により選択することをフレーム又はサブフレーム（以下両者を総称してフレームと記す）ごとに行って符号化する符号化装置において、
   上記適応符号帳ベクトルの選択生成を、周波数帯域制限手段に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ行って上記フレームよりも長い上記適応符号帳ベクトルを生成する手段と、
   上記フレームよりも長い適応符号帳ベクトルが入力され、その周波数帯域を制限して上記合成フィルタへ供給する上記周波数帯域制限手段と、
   上記入力音響信号に応じて上記周波数帯域制限手段の制限周波数帯域を変更し、その変更を示す帯域符号を出力符号情報に加える周波数帯域決定部と
   を具備することを特徴とする音響信号符号化装置。
10. 上記固定符号帳ベクトルの上記選択生成を、第２周波数帯域制限手段に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ行って上記フレームよりも長い固定符号帳ベクトルを生成する手段と、
    上記フレームよりも長い上記固定符号帳ベクトルが入力され、その固定符号帳ベクトルの周波数帯域を制限して上記合成フィルタへ供給する上記第２周波数帯域制限手段と、
    上記入力音響信号に応じて上記第２周波数帯域制限手段の制限周波数帯域を変更し、その変更を示す帯域符号を出力符号情報に加える第２周波数帯域決定部と
    を具備することを特徴とする請求項９記載の音響信号符号化装置。
11. フレーム又はサブフレーム（以下両者を総称してフレームと記す）ごとに入力された符号情報中の周期符号により適応符号帳の過去の励振ベクトルから適応符号帳ベクトルを生成し、上記符号情報中の固定符号により固定符号帳から固定符号帳ベクトルを取出し、これら適応符号帳ベクトル及び固定符号帳ベクトルにより合成フィルタを励振して音響信号を合成する装置において、
    上記適応符号帳ベクトルの生成を、周波数帯域制限手段に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ行って上記フレームよりも長い適応符号帳ベクトルを生成する手段と、
    上記フレームよりも長い適応符号帳ベクトルが入力され、その周波数帯域を制限して上記合成フィルタへ供給する上記周波数帯域制限手段と、
    上記符号情報中の帯域符号により上記周波数帯域制限手段の制限周波数帯域を変更する帯域変更手段と、
    を具備することを特徴とする音響信号復号装置。
12. 上記固定符号帳の取出しを、第２周波数帯域制限手段に基づく遅延時間に相当する時間を付加した長さだけ行って上記フレームよりも長い固定符号帳ベクト ルを生成する手段と、
    上記固定符号帳ベクトルが入力され、その周波数帯域を制限して上記合成フィルタへ供給する上記第２周波数帯域制限手段と、
    上記符号情報中の第２帯域符号により上記第２周波数帯域制限手段の制限周波数帯域を変更する第２帯域変更手段とを備えることを特徴とする請求項１１記載の音響信号復号装置。
13. 請求項１乃至８の何れかに記載の方法の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
14. 請求項１３記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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