JP4679049B2 - スケーラブル復号化装置 - Google Patents

Description

本発明は、スケーラブル復号化装置に関する。

今日、世の中には、コンパクトディスク用の４４．１ｋＨｚ、ＤＡＴ（Digital Audio Tape）、ディジタルＶＴＲ、もしくは衛星テレビジョン用の３２ｋＨｚもしくは４８ｋＨｚ、またはＤＶＤオーディオ信号用の４８ｋＨｚもしくは９６ｋＨｚというように、多くの異なるサンプリングレートが存在する。従って、再生装置もしくは記録装置のデコーダの内部サンプリングレートが、これから復号化しようとするデータのサンプリングレートと異なる場合、サンプリングレートを変換する必要が生じる。このサンプリングレートの変換を行う従来装置としては、例えば、特許文献１に示すものがある。

また近年、有線系でのＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）や光ファイバの普及、または無線系でのＷ−ＣＤＭＡ（Wideband - Code Division Multiple Access）や無線ＬＡＮの実用化等により、ネットワークにおける伝送路容量が大きく改善され、それに伴い音声通信において信号帯域を広げることによる高臨場感化および高品質化が求められてきている。

現在、狭帯域信号を符号化する代表的な方式に、ＩＴＵ(International Telecommunication Union)で規格化されているＧ．７２６、Ｇ．７２９等がある。また、広帯域信号を符号化する代表的な方法として、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）のＧ７２２、Ｇ７２２．１や、３ＧＰＰ(The 3rd Generation Partnership Project)のＡＭＲ−ＷＢ等がある。

さらに最近、ＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク等の様々なネットワーク環境で使用されることを意図して、音声符号化方式にスケーラブル機能の実現が求められている。スケーラブル機能とは、符号化コードの一部からでも、音声信号を復号できる機能を表す。このスケーラブル機能を有することにより、条件の良い通信路では全ての符号化コードを用いて高品質な音声信号を復号し、条件の悪い通信路では符号化コードの一部のみ伝送することでパケットロスの発生の頻度を抑えることができる。また、多地点間での通信時におけるネットワーク資源の効率化等の効果が得られるようになる。

このスケーラブル機能を有する高品質な符号化方式の実現には、様々なサンプリングレートの信号を利用して符号化を行う必要性がある。例えば、サンプリングレートが８ｋＨｚの信号をＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２６、Ｇ．７２９等の方式を用いて符号化を行い、サンプリングレートが１６ｋＨｚの領域でその誤差信号をさらに符号化することで、信号帯域の拡張による品質の改善およびスケーラブル性が実現できる。

図２２は、スケーラブル符号化を行う従来の符号化装置の代表的な構成を示したブロック図である。この例では、レイヤ数Ｎ＝３であり、レイヤｎで取り扱う信号のサンプリングレートをＦＳ(ｎ)と表し、ＦＳ(１)＝１６［ｋＨｚ］、ＦＳ(２)＝２４［ｋＨｚ］、ＦＳ(３)＝３２［ｋＨｚ］であるとする。

入力端子１１を介してダウンサンプリング部１２に入力された音響信号（音声信号、オーディオ信号等）は、サンプリング周波数が３２ｋＨｚから１６ｋＨｚへとダウンサンプリングされ、第１レイヤ符号化部１３に与えられる。第１レイヤ符号化部１３は、入力された音響信号と符号化後に生成される復号信号との間の聴感的な歪が最小となるように第１符号化コードを決定する。この第１符号化コードは多重化部２６に送られるとともに第１レイヤ復号化部１４に送られる。第１レイヤ復号化部１４は、第１符号化コードを用いて第１レイヤ復号信号を生成する。アップサンプリング部１５は、第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数を１６ｋＨｚから２４ｋＨｚへアップサンプリングし、この信号を減算器１８および加算器２１に与える。

また、入力端子１１を介してダウンサンプリング部１６に入力された音響信号は、サンプリング周波数が３２ｋＨｚから２４ｋＨｚへとダウンサンプリングされ、遅延部１７に与えられる。遅延部１７は、ダウンサンプリング後の信号を所定の時間長だけ遅延させる。減算器１８は、遅延部１７の出力信号とアップサンプリング部１５の出力信号との差を求め、第２レイヤ残差信号を生成し、第２レイヤ符号化部１９に与えられる。第２レイヤ符号化部１９は、第２レイヤ残差信号を聴感的に品質改善が成されるように符号化を行い、第２符号化コードを決定し、この第２符号化コードを多重化部２６および第２レイヤ復号化部２０に与える。第２レイヤ復号化部２０は、第２符号化コードを用いて復号処理を行い、第２レイヤ復号残差信号を生成する。加算器２１は、前述の第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号残差信号との和をとり、第２レイヤ復号信号を生成する。アップサンプリング部２２は、第２レイヤ復号信号のサンプリング周波数を２４ｋＨｚから３２ｋＨｚへアップサンプリングし、この信号を減算器２４に与える。

さらに、入力端子１１を介して遅延部２３に入力された音響信号は、所定の時間長だけ遅延され、減算器２４に与えられる。減算器２４は、遅延部２３の出力信号とアップサンプリング部２２の出力信号との差をとり、第３レイヤ残差信号を生成する。この第３レイヤ残差信号が第３レイヤ符号化部２５に与えられる。第３レイヤ符号化部２５は、第３レイヤ残差信号を聴感的に品質改善が成されるように符号化を行い、第３符号化コードを決定し、多重化部２６にその符号化コードを与える。多重化部２６は、第１レイヤ符号化部１３、第２レイヤ符号化部１９、および第３レイヤ符号化部２５から得られた符号化コードを多重化し、出力端子２７を介し出力する。
特開２０００−６８９４８号公報

しかしながら、上記のようにＧ．７２６やＧ．７２９、またはＡＭＲ−ＷＢのような時間領域の符号化方式に基づいてスケーラブル機能を実現する従来の符号化装置においては、種々の信号のサンプリングレートを変換する必要があり（上記の例では、ダウンサンプリング部１２、アップサンプリング部１５、ダウンサンプリング部１６、およびアップサンプリング部２２が必要）、符号化装置の構成が複雑になり、符号化の処理演算量も増大するという問題がある。また、この符号化装置によって符号化された信号を復号する復号化装置の回路構成も複雑になり、復号化の処理演算量が増大する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模を縮小でき、処理演算量も削減できるスケーラブル復号化装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るサンプリングレート変換装置は、入力された時間領域信号を周波数領域変換して第１スペクトルを得る変換手段と、得られた第１スペクトルの周波数帯域を拡張する拡張手段と、拡張後の第１スペクトルの拡張された周波数帯域に第２スペクトルを挿入する挿入手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、入力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換し、得られたスペクトルの周波数帯域を拡張することにより、時間領域においてアップサンプリングした信号と等価な信号を得ることができる。

本発明の第２の態様に係る符号化装置は、第１および第２の時間領域信号を取得する取得手段と、取得された第１および第２の時間領域信号をそれぞれ周波数領域変換して第１および第２のスペクトルを得る変換手段と、前記第１スペクトルの周波数帯域を前記第２スペクトルの周波数帯域に応じて拡張する拡張手段と、前記第１スペクトルの拡張された周波数帯域に前記第２スペクトルを挿入する挿入手段と、前記挿入手段によって得られたスペクトルを符号化する符号化手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、符号化装置の回路規模を縮小でき、符号化の処理演算量も削減することができる。

本発明の第３の態様に係る符号化装置は、入力されたサンプリング周波数がＦｘの信号を分析長２・Ｎａで周波数分析してＮａ点の第１スペクトルを得る変換手段と、得られた第１スペクトルの周波数帯域をＮｂ点に拡張する拡張手段と、拡張後の第１スペクトルの拡張された周波数帯域に挿入される第２スペクトルを特定し、この第２スペクトルを表す符号化コードを出力する符号化手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、時間領域でのサンプリング変換をせずに、サンプリングレートＦＳ＝Ｆｘ・Ｎｂ／Ｎａのスペクトルを得ることができる。

本発明の第４の態様に係る符号化装置は、上記の構成において、前記第２スペクトルは、前記第１スペクトルに基づいて生成される構成を採る。

この構成によれば、デコーダで得られる情報を基に拡張スペクトルを生成することができるため、低ビットレート化が可能になる。

本発明の第５の態様に係る符号化装置は、上記の構成において、前記第２スペクトルは、サンプリング周波数がＦｙの入力信号を２・Ｎｂ点で周波数分析して求められるスペクトルの内、Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域に含まれるスペクトルと類似するように決定される構成を採る。

この構成によれば、拡張スペクトルを原信号のスペクトルを基準に決定することができるため、より精度の高い拡張スペクトルを求めることができる。

本発明の第６の態様に係る符号化装置は、上記の構成において、前記符号化手段は、Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域を２つ以上のサブバンドに分割し、それぞれのサブバンド毎に前記第２スペクトルを表す符号化コードを出力する構成を採る。

この構成によれば、スケーラブル機能を有する符号化コードを生成できるという効果が得られる。

本発明の第７の態様に係る符号化装置は、上記の構成において、前記サンプリング周波数がＦｘの信号は、階層符号化における下位レイヤで復号化された信号である構成を採る。

この構成によれば、複数レイヤの符号化部より構成される階層符号化に本発明を適用することができ、最小限のサンプリング変換のみで階層符号化を実現できる。

本発明の第８の態様に係る復号化装置は、サンプリング周波数がＦｘの信号を分析長２・Ｎａで周波数分析して０≦ｋ＜Ｎａの周波数帯域の第１のスペクトルを取得する取得手段と、符号化コードを受信し、Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域の第２のスペクトルを復号する復号化手段と、前記第１および第２のスペクトルを結合して０≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域のスペクトルを生成する生成手段と、０≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域に含まれるスペクトルを時間領域の信号に変換する変換手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、上記いずれかに記載の符号化装置により生成された符号化コードを復号することができる。

本発明の第９の態様に係る復号化装置は、上記の構成において、前記第２のスペクトルは、０≦ｋ＜Ｎａの周波数帯域のスペクトルに基づいて生成される構成を採る。

この構成によれば、デコーダで得られる情報を基に拡張スペクトルを生成する符号化方法による符号化コードを復号することができるため、低ビットレート化が可能になる。

本発明の第１０の態様に係る復号化装置は、上記の構成において、前記生成手段によって得られた結合後のスペクトルの周波数帯域の幅が、予め定められた幅と一致するように前記結合後のスペクトルの高域部に規定値を挿入するか若しくは前記結合後のスペクトルの高域部を廃棄する手段、をさらに具備する構成を採る。

この構成によれば、ネットワークの状況等の要因によって受信されるスペクトルの帯域幅が変動する場合でもスペクトルの帯域幅が一定になるよう処理を加えた後に復号信号を生成するために所望のサンプリングレートの復号信号を安定して生成することができる。

本発明の第１１の態様に係る復号化装置は、上記の構成において、前記サンプリング周波数がＦｘの信号は、階層符号化における下位レイヤで復号化された信号である構成を採る。

この構成によれば、複数レイヤの符号化部より構成される階層符号化により求められた符号化コードを復号することができる。

本発明の第１２の態様に係る送受信装置は、上記いずれかに記載の符号化装置または復号化装置を具備する構成を採る。

この構成によれば、上記と同様の作用効果を有する送受信装置を提供することができる。

本発明の第１３の態様に係るサンプリングレート変換方法は、入力された時間領域信号を周波数領域変換して第１スペクトルを得る変換ステップと、得られた第１スペクトルの周波数帯域を拡張する拡張ステップと、拡張後の第１スペクトルの拡張された周波数帯域に第２スペクトルを挿入する挿入ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、入力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換し、得られたスペクトルの周波数帯域を拡張することにより、時間領域においてアップサンプリングした信号と等価な信号を得ることができる。

本発明の第１４の態様に係る符号化方法は、第１および第２の時間領域信号を取得する取得ステップと、取得された第１および第２の時間領域信号をそれぞれ周波数領域変換して第１および第２のスペクトルを得る変換ステップと、前記第１スペクトルの周波数帯域を前記第２スペクトルの周波数帯域に応じて拡張する拡張ステップと、前記第１スペクトルの拡張された周波数帯域に前記第２スペクトルを挿入する挿入ステップと、前記挿入ステップによって得られたスペクトルを符号化する符号化ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、符号化装置の回路規模を縮小でき、符号化の処理演算量も削減することができる。

本発明の第１５の態様に係る符号化方法は、入力されたサンプリング周波数がＦｘの信号を分析長２・Ｎａで周波数分析してＮａ点の第１スペクトルを得る変換ステップと、得られた第１スペクトルの周波数帯域をＮｂ点に拡張する拡張ステップと、拡張後の第１スペクトルの拡張された周波数帯域に挿入される第２スペクトルを特定し、この第２スペクトルを表す符号化コードを出力する符号化ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、時間領域でのサンプリング変換をせずに、サンプリングレートＦＳ＝Ｆｘ・Ｎｂ／Ｎａのスペクトルを得ることができる。

本発明の第１６の態様に係る復号化方法は、サンプリング周波数がＦｘの信号を分析長２・Ｎａで周波数分析して０≦ｋ＜Ｎａの周波数帯域の第１のスペクトルを取得する取得ステップと、符号化コードを受信し、Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域の第２のスペクトルを復号する復号化ステップと、前記第１および第２のスペクトルを結合して０≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域のスペクトルを生成する生成ステップと、０≦ｋ＜Ｎｂの周波数帯域に含まれるスペクトルを時間領域の信号に変換する変換ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、上記いずれかに記載の符号化方法により生成された符号化コードを復号することができる。

本発明によれば、回路規模を縮小でき、処理演算量も削減することができる。

本発明の骨子は、入力信号に対し、時間領域でサンプリング変換（特に、アップサンプリング）を行う代わりに、周波数領域でスペクトルの有効周波数帯域を拡張することにより、時間領域の信号においてアップサンプリングを行った場合と等価な信号を得ることである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスペクトル符号化装置１００の主要な構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係るスペクトル符号化装置１００は、サンプリングレート変換部１０１、入力端子１０２、スペクトル情報特定部１０６、および出力端子１０７を有する。また、サンプリングレート変換部１０１は、周波数領域変換部１０３、帯域拡張部１０４、および拡張スペクトル付与部１０５を有する。

スペクトル符号化装置１００には、入力端子１０２を介し、サンプリングレートＦｘでサンプリングされた信号が入力される。

周波数領域変換部１０３は、この信号を分析長２・Ｎａで周波数分析することにより時間領域の信号を周波数領域の信号に変換（周波数領域変換）し、第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎａ）を算出する。そして、求められた第１スペクトルＳ１(ｋ)を帯域拡張部１０４に与える。ここで、周波数分析は、修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）を用いる。ＭＤＣＴは、前後の隣接フレームと分析フレームを半分ずつ重ね合わせて分析を行い、分析フレームの前半部は奇関数、後半部は偶関数となる直交基底を使うことにより、フレーム間の歪がキャンセルされるという特徴がある。なお、周波数分析の方法として、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）等を使用することも可能である。

帯域拡張部１０４は、入力された第１スペクトルＳ１(ｋ)の周波数ｋ＝Ｎａ以降に新たなスペクトルを付与できるように新たな領域（周波数帯域）を確保し、第１スペクトルＳ１(ｋ)の有効周波数帯域を０≦ｋ＜Ｎｂに拡張する。この有効周波数帯域を拡張する処理については後ほど詳述する。

拡張スペクトル付与部１０５は、帯域拡張部１０４にて拡張された周波数帯域に外部から入力される拡張スペクトルＳ１’(ｋ)（Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂ）を付与し、スペクトル情報特定部１０６に出力する。

スペクトル情報特定部１０６は、拡張スペクトル付与部１０５から与えられたスペクトルのうち、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を特定するために必要な情報を符号化コードとして出力端子１０７を介し出力する。この符号化コードは、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)のサブバンドエネルギーを表す情報や有効周波数帯域を表す情報等である。この詳細についても後述する。

次いで、上記の帯域拡張部１０４が第１スペクトルＳ１(ｋ)の有効周波数帯域を拡張する処理の詳細について、図２を用いて説明する。

図２(ａ)は、周波数領域変換部１０３より与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)を表しており、図２(ｂ)は、帯域拡張部１０４において有効周波数帯域を拡張された後のスペクトルＳ１(ｋ)を表している。帯域拡張部１０４は、第１スペクトルＳ１(ｋ)の周波数ｋがＮａ≦ｋ＜Ｎｂの範囲で表される周波数帯域に新規のスペクトル情報を格納できる領域を確保する。この新規な領域の大きさはＮｂ−Ｎａで表される。

ここでＮｂは、入力端子１０２を介し外部から与えられる信号のサンプリングレートＦｘと周波数領域変換部１０３の分析長２・Ｎａと復号化部（図示せず）にて復号される信号のサンプリングレートＦｙとの関係から決まる。具体的には、次式

により、Ｎｂは設定される。また、Ｎｂが決まっているときに、復号化部で復号される信号のサンプリングレートＦｙは次式

により決定される。例えば、Ｎａ＝１２８、Ｆｘ＝１６ｋＨｚの条件で符号化部を設計し、復号化部でＦｙ＝３２ｋＨｚの復号信号を生成する場合には、Ｎｂ＝１２８・３２／１６＝２５６とする必要がある。よって、この場合には、１２８≦ｋ＜２５６の領域を確保することになる。また、別の例としては、Ｎａ＝１２８、Ｎｂ＝３８４、Ｆｘ＝８ｋＨｚの条件で符号化部を設計した場合には、復号化部で生成される復号信号のサンプリングレートは、Ｆｙ＝８・３８４／１２８＝２４ｋＨｚとなる。

図３は、帯域拡張部１０４において行われたスペクトルの有効周波数帯域を拡張する処理の効果を原理的に説明するための図である。図３(ａ)は、サンプリングレートＦｘの信号を分析長２・Ｎａで周波数分析した際に得られるスペクトルＳａ(ｋ)を表している。横軸は周波数、縦軸はスペクトル強度を表す。

信号の有効周波数帯域は、ナイキスト定理から０〜Ｆｘ／２となる。このとき、分析長が２・Ｎａであるので、周波数インデックスｋの範囲は０≦ｋ＜Ｎａとなり、スペクトルＳａ(ｋ)の周波数解像度はＦｘ／（２・Ｎａ）となる。他方、同一信号をサンプリングレートＦｙへとアップサンプリングした後に、分析長２・Ｎｂで周波数分析して得られるスペクトルＳｂ(ｋ)を図３(ｂ)に示すと、信号の有効周波数帯域は０〜Ｆｙ／２まで拡張されており、周波数インデックスｋの範囲は０≦ｋ＜Ｎｂとなる。ここで、Ｎｂが（式１）を満足する場合、スペクトルＳｂ(ｋ)の周波数解像度Ｆｙ／（２・Ｎｂ）は、Ｆｘ／（２・Ｎａ)と等しくなる。すなわち、帯域０≦ｋ＜ＮａのスペクトルＳａ(ｋ)とスペクトルＳｂ(ｋ)とは等しくなる。逆の見方をすると、スペクトルＳａ(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎａ)の帯域をＮｂまで広げたときのスペクトルＳｂ(ｋ)は、サンプリングＦｘの信号をサンプリングＦｙにアップサンプリングした後に、分析長２・Ｎｂで周波数分析して得られるスペクトルと一致する、ことを意味する。この原理を利用することにより、時間領域においてアップサンプリングすることなく、アップサンプリングされた信号と等価のスペクトルを得ることができる。

このように、サンプリングレート変換部１０１において、入力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換し、得られたスペクトルの有効周波数帯域を拡張することにより、時間領域においてアップサンプリングした信号を周波数変換して求められるスペクトルと等価なスペクトルを得ることができる。

なお、サンプリングレート変換部１０１から出力される信号は周波数領域の信号であるため、時間領域の信号が必要とされる場合は、時間領域変換部を設けて時間領域への再変換を行えば良い。上記の例では、サンプリングレート変換部１０１はスペクトル符号化装置１００内に設置されているので、時間領域の信号に戻すことなく周波数領域の信号のままスペクトル情報特定部１０６に入力され、符号化コードが生成される。

ここで、拡張スペクトル付与部１０５に入力される拡張スペクトルの選択と、スペクトル情報特定部１０６におけるスペクトル情報の特定の仕方とを調整することにより、スペクトル情報特定部１０６から出力される符号化コードの符号化率は異なってくる。すなわち、サンプリングレート変換部１０１内の一部の処理は符号化にも大きな影響を与えている。これは、スペクトル符号化装置１００が、入力信号のサンプリングレートの変換と符号化とを同時に実現していることを意味している。

また、ここでは説明を簡単にするために、拡張スペクトル付与部１０５において拡張スペクトルが元のスペクトルに付与される場合を例にとって説明したが、スペクトル情報特定部１０６で行われる処理は、拡張スペクトルを特定するために必要な情報を符号化コードとして出力することであるため、付与されるべき拡張スペクトルが特定されていれば充分であるので、必ずしも拡張スペクトルが実際に付与されなければならないわけではない。

また、ここではサンプリングレート変換の一例としてアップサンプリングを例にとって説明したが、上記の原理はダウンサンプリングの場合にも適用できる。

図４は、本実施の形態に係る符号化装置１２０が無線通信システムの送信側に搭載された場合の無線送信装置１３０の主要な構成を示すブロック図である。

この無線送信装置１３０は、符号化装置１２０、入力装置１３１、Ａ／Ｄ変換装置１３２、ＲＦ変調装置１３３、およびアンテナ１３４を有する。

入力装置１３１は、人間の耳に聞こえる音波Ｗ１１を電気的信号であるアナログ信号に変換し、Ａ／Ｄ変換装置１３２に出力する。Ａ／Ｄ変換装置１３２は、このアナログ信号をディジタル信号に変換し、符号化装置１２０に出力する（信号Ｓ１）。符号化装置１２０は、入力されたディジタル信号Ｓ１を符号化して符号化信号を生成し、ＲＦ変調装置１３３に出力する（信号Ｓ２）。ＲＦ変調装置１３３は、符号化信号Ｓ２を変調して変調符号化信号を生成し、アンテナ１３４に出力する。アンテナ１３４は、変調符号化信号を電波Ｗ１２として送信する。

図５は、上記の符号化装置１２０の内部構成を示すブロック図である。ここでは、階層符号化（スケーラブル符号化）を行う場合を例にとって説明する。

符号化装置１２０は、入力端子１２１、ダウンサンプリング部１２２、第１レイヤ符号化部１２３、第１レイヤ復号化部１２４、遅延部１２６、スペクトル符号化部１００ａ、多重化部１２７、および出力端子１２８を有する。

入力端子１２１には、サンプリングレートＦｙの音響信号Ｓ１が入力される。ダウンサンプリング部１２２は、入力端子１２１を介し入力された信号Ｓ１にダウンサンプリングを施してサンプリングレートＦｘの信号を生成し、出力する。第１レイヤ符号化部１２３は、このダウンサンプリング後の信号を符号化し、得られた符号化コードを多重化部（マルチプレクサ）１２７に出力すると共に、第１レイヤ復号化部１２４にも出力する。第１レイヤ復号化部１２４は、この符号化コードを基に第１レイヤの復号信号を生成する。

一方、遅延部１２６は、入力端子１２１を介し入力される信号Ｓ１に対し、所定の長さの遅延を与える。この遅延の大きさは、信号がダウンサンプリング部１２２、第１レイヤ符号化部１２３，および第１レイヤ復号化部１２４を介した際に生じる時間遅れと同値とする。スペクトル符号化部１００ａは、第１レイヤ復号化部１２４から出力されるサンプリングレートＦｘの信号Ｓ３と、遅延部１２６から出力されるサンプリングレートＦｙの信号Ｓ４とを用いてスペクトル符号化を行い、生成した符号化コードＳ５を多重化部１２７に出力する。多重化部１２７は、第１レイヤ符号化部１２３で求められる符号化コードとスペクトル符号化部１００ａで求められる符号化コードＳ５を多重化し、出力コードＳ２として出力端子１２８を介し出力する。この出力コードＳ２は、ＲＦ変調装置１３３に与えられる。

図６は、上記のスペクトル符号化部１００ａの内部構成を示すブロック図である。なお、このスペクトル符号化部１００ａは、図１に示したスペクトル符号化装置１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

スペクトル符号化部１００ａの特徴は、サンプリングレートＦｙの入力信号Ｓ３のスペクトルを利用して、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)（Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂ）を付与することである。これによれば、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を決定するための目標信号が与えられるため、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)の精度が向上し、結果として品質向上につながるという効果が得られる。

周波数領域変換部１１２は、入力端子１１１を介し入力されたサンプリングレートＦｙの信号Ｓ４を分析長２・Ｎｂにて周波数分析し、第２スペクトルＳ２(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ）を求める。ここで、サンプリング周波数Ｆｘ、Ｆｙ、および分析長Ｎａ、Ｎｂには（式１）で表される関係が成立しているものとする。

スペクトル情報特定部１０６は、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を表す符号化コードを決定する。ここでは、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を周波数領域変換部１１２にて求められた第２スペクトルＳ２(ｋ)を利用して決定する。スペクトル情報特定部１０６は、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)の形状を決定するステップと拡張スペクトルＳ１’(ｋ)のゲインを決定するステップとの２つのステップを経て符号化コードを決定する。

まず、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)の形状を決定するステップについて以下説明する。

このステップでは、第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域０≦ｋ＜Ｎａを利用して、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を決定する。その具体的な方法として、次式

に示すように、周波数軸上である固定値Ｃだけ離れた第１スペクトルＳ１(ｋ)を拡張スペクトルＳ１’(ｋ)にコピーする。ここでＣは、あらかじめ定められた固定値であり、Ｃ≦Ｎａの条件を満たす必要がある。この方法では、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)の形状を表すための情報は符号化コードとして出力されない。

また別の方法として、上記のように固定値Ｃではなく、ある定められた範囲Ｔ_ＭＩＮ〜Ｔ_ＭＡＸの値をとる変数Ｔを用い、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)と第２スペクトルＳ２(ｋ)の形状が最も類似するときの変数Ｔの値Ｔ’を符号化コードの一部として出力しても良い。このとき、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)は次式

で表される。

次に、スペクトル情報特定部１０６にて行われる拡張スペクトルＳ１’(ｋ)のゲインを決定するステップについて以下説明する。

拡張スペクトルＳ１’(ｋ)のゲインは、第２スペクトルＳ２(ｋ)の帯域Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂのパワと一致するように決定される。具体的には、次式

に従い、パワの偏差Ｖを算出し、この値を量子化して得られるインデックスを符号化コードとして出力端子１０７を介し出力する。

また、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を複数のサブバンドに分割し、それぞれのサブバンドについて独立に符号化コードを決定する態様でも良い。かかる場合、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)の形状を決定するステップにおいては、サブバンド毎に（式４）に表されるＴ’をそれぞれ決定して符号化コードとして出力しても良いし、共通のＴ’を一つだけ決定して符号化コードとして出力しても良い。そして、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)のゲインを決定するステップにおいては、サブバンド毎にパワの偏差Ｖ(ｊ)を算出し、この値を量子化して得られるインデックスを符号化コードとして出力端子１０７を介して出力する。サブバンド毎のパワの変動量は、次式

で表される。ここで、ｊはサブバンドの番号を表し、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数に相当する周波数インデックス、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数に相当する周波数インデックスを表す。このようにサブバンド毎に符号化コードを出力する構成にすることで、スケーラブル機能を実現することができる。

なお、図６に示したような、第２スペクトルＳ２(ｋ)を算出する態様とは別に、図７に示すように、サンプリングレートＦｙの信号をＬＰＣ分析する態様（スペクトル符号化部１００ｂ）でも良い。すなわち、サンプリングレートＦｙの信号をＬＰＣ分析してＬＰＣ係数を求め、このＬＰＣ係数を用いて拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を決定することもできる。この構成では、ＬＰＣ係数をＤＦＴしてスペクトル情報に変換し、このスペクトルを用いて拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を決定することができる。

このように、本実施の形態の符号化装置によれば、符号化装置の回路規模を縮小でき、符号化の処理演算量も削減することができる。

また、上記の効果の他に、スケーラブル符号化に本実施の形態の符号化装置を適用した場合には、次のようなさらなる効果が得られる。

従来のように時間領域にてサンプリングレート変換を行う場合は、エイリアシングの発生を避けるために入力信号を低域通過フィルタ（以後ＬＰＦと呼ぶ）に通す必要がある。一般に、時間領域でフィルタリング処理を行うと、入力信号に対して出力信号に時間遅れ(遅延)が生じる。ＬＰＦにＦＩＲ型フィルタを適用する場合には、カットオフ特性を急峻にするためにフィルタ次数を大きくする必要があり、演算量の大幅な増加と共にフィルタ次数の半分のサンプル値に相当する時間遅れが生じてしまう。

例えば、サンプリング周波数Ｆｓ＝２４ｋＨｚの信号に対して２５６次のフィルタを適用した場合には、サンプリングレート変換だけで５ｍｓ以上の遅延が生じる。こういった遅延の発生は、双方向音声通話へ適用した場合、通話相手の反応が遅くなったように感じてしまい問題である。

また、ＬＰＦにＩＩＲ型フィルタを使用した場合には、比較的次数を少なくしてもカットオフ特性を急峻にすることができ、かつＦＩＲ型フィルタほど遅延が大きくなることはない。しかし、ＩＩＲ型フィルタではＦＩＲ型フィルタのように全周波数で生じる遅延量が一定となるフィルタを設計することができない。これは、スケーラブル符号化において、入力信号からサンプリングレート変換後の信号を減算するときに、サンプリングレート変換後の信号の時間遅れに合わせて入力信号に一定の遅延量を与える必要があるが、ＩＩＲ型のＬＰＦを用いた場合には周波数に対する遅延量が一定でないため、その減算処理が的確に行えないという問題が生じる。

本実施の形態の符号化装置は、スケーラブル符号化において発生するこれらの問題点を解消することができる。

図８は、無線送信装置１３０から送信された信号を受信する無線受信装置１８０の主要な構成を示すブロック図である。

この無線受信装置１８０は、アンテナ１８１、ＲＦ復調装置１８２、復号化装置１７０、Ｄ／Ａ変換装置１８３、および出力装置１８４を有している。

アンテナ１８１は、電波Ｗ１２としてのディジタルの符号化音響信号を受けて電気信号のディジタルの受信符号化音響信号を生成してＲＦ復調装置１８２に与える。ＲＦ復調装置１８２は、アンテナ１８１からの受信符号化音響信号を復調して復調符号化音響信号Ｓ１１を生成して復号化装置１７０に与える。

復号化装置１７０は、ＲＦ復調装置１８２からのディジタルの復調符号化音響信号Ｓ１１を受けて復号化処理を行ってディジタルの復号化音響信号Ｓ１２を生成してＤ／Ａ変換装置１８３に与える。Ｄ／Ａ変換装置１８３は、復号化装置１７０からのディジタルの復号化音響信号Ｓ１２を変換してアナログの復号化音声信号を生成して出力装置１８４に与える。出力装置１８４は、電気的信号であるアナログの復号化音声信号を空気の振動に変換して音波Ｗ１３として人間の耳に聴こえるように出力する。

図９は、上記の復号化装置１７０の内部構成を示すブロック図である。ここでも、階層符号化された信号を復号する場合を例にとって説明する。

この復号化装置１７０は、入力端子１７１、分離部１７２、第１レイヤ復号化部１７３、スペクトル復号化部１５０、および出力端子１７６を有する。

入力端子１７１には、ＲＦ復調装置１８２から階層符号化されたコードＳ１１が入力される。分離部１７２は、入力端子１７１を介し入力された復調符号化音響信号Ｓ１１を分離し、第１レイヤ復号化部１７３用の符号化コードとスペクトル復号化部１５０用の符号化コードとを生成する。第１レイヤ復号化部１７３は、分離部１７２で得られた符号化コードを用いてサンプリングレートＦｘの復号信号を復号し、この復号信号Ｓ１３をスペクトル復号化部１５０に与える。スペクトル復号化部１５０は、分離部１７２で分離された符号化コードＳ１４と第１レイヤ復号化部１７３で生成されたサンプリングレートＦｘの信号Ｓ１３に対し、後述するスペクトル復号化を行い、サンプリングレートＦｙの復号信号Ｓ１２を生成し、出力端子１７６を介しこれを出力する。

図１０は、上記のスペクトル復号化部１５０の内部構成を示すブロック図である。

このスペクトル復号化部１５０は、入力端子１５２、１５３、周波数領域変換部１５４、帯域拡張部１５５、復号部１５６、結合部１５７、時間領域変換部１５８、および出力端子１５９を有する。

入力端子１５２には、サンプリングレートＦｘでサンプリングされた信号Ｓ１３が入力される。また、入力端子１５３には、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)に関する符号化コードＳ１４が入力される。

周波数領域変換部１５４は、入力端子１５２から入力された時間領域信号Ｓ１３に対し分析長２・Ｎａで周波数分析を行い、第１スペクトルＳ１(ｋ)を算出する。周波数分析法は、修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ)を用いる。ＭＤＣＴは、前後の隣接フレームと分析フレームを半分ずつ重ね合わせて分析を行い、分析フレームの前半部は奇関数、後半部は偶関数となる直交基底を使うことにより、フレーム間の歪がキャンセルされるという特徴がある。このようにして求められた第１スペクトルＳ１(ｋ)は、帯域拡張部１５５に与えられる。なお、周波数分析法としては、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）等を使用することも可能である。

帯域拡張部１５５は、入力された第１スペクトルＳ１(ｋ)の周波数ｋ＝Ｎａ以降に新たにスペクトルを付与できるような領域を確保し、第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｂとなるようにする。帯域が拡張された第１スペクトルＳ１(ｋ)は、結合部１５７に出力される。

一方、復号部１５６は、入力端子１５３を介し入力された拡張スペクトルＳ１’(ｋ)に関する符号化コードＳ１４を復号して、拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を得て、結合部１５７に出力する。

結合部１５７は、帯域拡張部１５５より与えられた第１スペクトルＳ１(ｋ)と拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を結合させる。この結合は、第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂに拡張スペクトルＳ１’(ｋ)を挿入することにより実現される。この処理により得られる第１スペクトルＳ１(ｋ)は、時間領域変換部１５８に出力される。

時間領域変換部１５８は、スペクトル符号化部１００ａで施された周波数領域変換の逆変換に相当する時間領域変換処理を施し、適切な窓関数の乗算および重ね合わせ加算を経て、時間領域の信号Ｓ１２を生成する。このようにして生成された時間領域の信号Ｓ１２は、復号信号として出力端子１５９を介して出力される。

次いで、帯域拡張部１５５で行われる処理について、図１１を用いて説明する。

図１１(ａ)は、周波数領域変換部１５４より与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)を表す。図１１(ｂ)は、帯域拡張部１５５の処理の結果得られるスペクトルを表し、周波数ｋがＮａ≦ｋ＜Ｎｂの範囲で表される帯域に新規のスペクトル情報を格納できる領域が確保される。この新規領域の大きさはＮｂ−Ｎａで表される。Ｎｂは、入力端子１５２から与えられる信号のサンプリングレートＦｘと、周波数領域変換部１５４の分析長２・Ｎａと、スペクトル復号化部１５０にて復号される信号のサンプリングレートＦｙとの間の関係に依存し、次式

に従い、Ｎｂを設定することができる。また、Ｎｂが決まっているときには、スペクトル復号化部１５０で復号される信号のサンプリングレートＦｙは、次式

により決定される。例えば、入力信号のサンプリングレートがＦｘ＝１６ｋＨｚ、周波数領域変換部１５４の分析長がＮａ＝１２８の条件のときに、スペクトル復号化部１５０でサンプリングレートがＦｙ＝３２ｋＨｚの復号信号を生成する場合には、帯域拡張部１５５でＮｂ＝１２８・３２／１６＝２５６とする必要がある。よって、この場合には、帯域拡張部１５５にて１２８≦ｋ＜２５６の領域を確保することになる。また、別の例として、入力信号のサンプリングレートがＦｘ＝８ｋＨｚ、周波数領域変換部１５４の分析長がＮａ＝１２８、帯域拡張部１５５の拡張量がＮｂ＝３８４のときに、スペクトル復号化部１５０で生成される復号信号のサンプリングレートはＦｙ＝８・３８４／１２８＝２４ｋＨｚとなる。

図１２は、スペクトルが結合部１５７および時間領域変換部１５８における処理を経てどのように復号信号が生成されるかを示した図である。

結合部１５７は、帯域が拡張された第１スペクトルＳ１(ｋ)のＮａ≦ｋ＜Ｎｂの帯域に拡張スペクトルＳ１’(ｋ)（Ｎａ≦ｋ＜Ｎｂ）を挿入し、これにより得られる結合後の第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ）を時間領域変換部１５８に送る。時間領域変換部１５８は、時間領域の復号信号を生成し、これによりサンプリングレートＦＳ（＝Ｆｘ・Ｎｂ／Ｎａ）の復号信号を得ることができる。

このように、本実施の形態の復号化装置によれば、本実施の形態に係る符号化装置によって符号化された信号を復号することができる。

なお、ここでは、本実施の形態に係る符号化装置または復号化装置が無線通信システムに適用される場合を例にとって説明したが、本実施の形態に係る符号化装置または復号化装置は、以下に示すように、有線通信システムにも適用することができる。

図１３(ａ)は、本実施の形態に係る符号化装置が有線通信システムに適用された場合の送信側の主要な構成を示したブロック図である。なお、図４に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。

有線送信装置１４０は、符号化装置１２０、入力装置１３１、およびＡ／Ｄ変換装置１３２を有し、出力がネットワークＮ１に接続されている。

Ａ／Ｄ変換装置１３２の入力端子は、入力装置１３１の出力端子に接続されている。符号化装置１２０の入力端子は、Ａ／Ｄ変換装置１３２の出力端子に接続されている。符号化装置１２０の出力端子はネットワークＮ１に接続されている。

入力装置１３１は、人間の耳に聞こえる音波Ｗ１１を電気的信号であるアナログ信号に変換してＡ／Ｄ変換装置１３２に与える。Ａ／Ｄ変換装置１３２は、アナログ信号をディジタル信号に変換して符号化装置１２０に与える。符号化装置１２０は、入力されてくるディジタル信号を符号化してコードを生成し、ネットワークＮ１に出力する。

図１３(ｂ)は、本実施の形態に係る復号化装置が有線通信システムに適用された場合の受信側の主要な構成を示したブロック図である。なお、図８に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。

有線受信装置１９０は、ネットークＮ１に接続されている受信装置１９１、復号化装置１７０、Ｄ／Ａ変換装置１８３、および出力装置１８４を有している。

受信装置１９１の入力端子は、ネットワークＮ１に接続されている。復号化装置１７０の入力端子は、受信装置１９１の出力端子に接続されている。Ｄ／Ａ変換装置１８３の入力端子は、復号化装置１７０の出力端子に接続されている。出力装置１８４の入力端子は、Ｄ／Ａ変換装置１８３の出力端子に接続されている。

受信装置１９１は、ネットワークＮ１からのディジタルの符号化音響信号を受けてディジタルの受信音響信号を生成して復号化装置１７０に与える。復号化装置１７０は、受信装置１９１からの受信音響信号を受けてこの受信音響信号に復号化処理を行ってディジタルの復号化音響信号を生成してＤ／Ａ変換装置１８３に与える。Ｄ／Ａ変換装置１８３は、復号化装置１７０からのディジタルの復号音声信号を変換してアナログの復号音声信号を生成して出力装置１８４に与える。出力装置１８４は、電気的信号であるアナログの復号音響信号を空気の振動に変換して音波Ｗ１３として人間の耳に聴こえるように出力する。

このように、上記の構成によれば、上記の無線送受信装置と同様の作用効果を有する有線送受信装置を提供することができる。

（実施の形態２）
図１４は、本発明の実施の形態２に係る復号化装置２７０の主要な構成を示すブロック図である。なお、この復号化装置２７０は、図９に示した復号化装置１７０と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の特徴は、結合後の第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ）の最大周波数インデックスＮｂを所望の値Ｎｃに修正することにより、所望のサンプリングレートにて復号信号を生成することである。

スペクトル復号化部２５０は、分離部１７２で分離された符号化コードＳ１４、第１レイヤ復号化部１７３で生成されたサンプリングレートＦｘの信号Ｓ１３、および入力端子２７１を介し入力された係数Ｎｃ（信号Ｓ２１）を用いて、スペクトル復号化を行う。そして、得られたサンプリングレートＦｙの復号信号を出力端子１７６を介し出力する。スペクトル復号化部２５０における周波数領域変換の分析長が２・Ｎａであるとき、復号信号のサンプリングレートＦｙはＦｙ＝Ｆｘ・Ｎｃ／Ｎａで表される。

図１５は、上記のスペクトル復号化部２５０の内部構成を示すブロック図である。

入力端子２７１を介し入力された係数Ｎｃは、修正部２５１および時間領域変換部１５８ａに与えられる。

修正部２５１は、結合部１５７より与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ）の有効な帯域を、入力端子２７１を介し与えられた係数Ｎｃ（信号Ｓ２１）に基づいて０≦ｋ＜Ｎｃに修正する。そして、帯域修正後の第１スペクトルＳ１(ｋ)（0≦ｋ＜Ｎｃ)を時間領域変換部１５８ａに与える。

時間領域変換部１５８ａは、入力端子２７１を介し与えられた係数Ｎｃに従い、分析長２・Ｎｃの下で修正部２５１から与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｃ)に対し変換処理を施し、適切な窓関数の乗算および重ね合わせ加算を行い、時間領域の信号を生成して出力端子１５９を介して出力する。この復号信号のサンプリングレートは、ＦＳ＝Ｆｘ・Ｎｃ／Ｎａとなる。

図１６および図１７は、修正部２５１の処理をより詳細に説明するための図である。

図１６は、Ｎｃ＜Ｎｂの場合における修正部２５１の処理を表している。結合部１５７から与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)（信号Ｓ２１）の帯域は、０≦ｋ＜Ｎｂとなっている。そこで、修正部２５１は、この第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｃとなるように、Ｎｃ≦ｋ＜Ｎｂの範囲のスペクトルを削除する。この結果得られる第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｃ)（信号Ｓ２２）を時間領域変換部１５８ａに与え、時間領域の復号信号Ｓ２３が生成される。この復号信号Ｓ２３のサンプリングレートは、ＦＳ＝Ｆｘ・Ｎｃ／Ｎａとなる。

図１７は、同様に修正部２５１の処理であるが、Ｎｃ＞Ｎｂの場合の処理を表している。結合部２５１から与えられる第１スペクトルＳ１(ｋ)（信号Ｓ２５）の帯域は、図１６と同様に０≦ｋ＜Ｎｂとなっている。修正部２５１は、この第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜ＮｃとなるようにＮｂ≦ｋ＜Ｎｃの帯域を拡張し、その領域に特定の値（例えば、ゼロ値）を付与する。この結果得られる第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｃ)（信号Ｓ２６）を時間領域変換部１５８ａに与え、時間領域の復号信号Ｓ２７が生成される。この復号信号Ｓ２７のサンプリングレートは、ＦＳ＝Ｆｘ・Ｎｃ／Ｎａとなる。

図１８および図１９を用いて、スペクトル復号化部２５０の動作をさらに説明する。

まず、入力端子１５３を介し入力される符号化コードがフレーム毎に変動していることを想定する。すなわち、結合部１５７から出力される第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域には、図１８に示されるような０≦ｋ＜Ｎａ（帯域Ｒ１）、０≦ｋ＜Ｎｂ１（帯域Ｒ２）、０≦ｋ＜Ｎｂ２（帯域Ｒ３）の３通りの帯域が存在し（ただし、Ｎａ＜Ｎｂ１＜Ｎｂ２）、フレーム毎にこれらの帯域の内の一つが選択されているものとする。

図１９(ａ)は、係数ＮｃがＮｂ２に等しい場合のスペクトル復号化部２５０の動作、図１９(ｂ)は、係数ＮｃがＮｂ１に等しい場合のスペクトル復号化部２５０の動作を説明するための図である。

これらの図では、第ｉフレームで得られるスペクトルの帯域が、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のいずれかであることを表している。また、処理１はＮｂ１≦ｋ＜Ｎｂ２の帯域にゼロ値を挿入する処理、処理２はＮａ≦ｋ＜Ｎｂ２の帯域にゼロ値を挿入する処理、処理３はＮｂ１≦ｋ＜Ｎｂ２の帯域を削除する処理、処理４はＮａ≦ｋ＜Ｎｂ１の帯域にゼロ値を挿入する処理を表している。

まず、図１９(ａ)の場合について説明する。

この図において、第０フレーム〜第１フレームおよび第７フレーム〜第８フレームではスペクトルの帯域がＲ３、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｂ２であるため、修正部２５１は何の処理も施さずに第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ２）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

また、第２フレーム〜第４フレームおよび第９フレームではスペクトルの帯域がＲ２、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｂ１であるため、修正部２５１は第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域をＮｂ２まで拡張し、かつＮｂ１≦ｋ＜Ｎｂ２の帯域にゼロ値を挿入した後に、第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ２）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

一方、第５フレーム〜第６フレームではスペクトルの帯域がＲ１、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎａであるため、修正部２５１は第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域をＮｂ２まで拡張し、かつＮａ≦ｋ＜Ｎｂ２の範囲にゼロ値を挿入した後に、第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ２）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

次に、図１９(ｂ)の場合について説明する。

この図において、第２フレーム〜第４フレームおよび第９フレームではスペクトルの帯域がＲ２、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｂ１であるため、修正部２５１は何の処理も施さずに第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ１）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

また、第０フレーム〜第１フレームおよび第７フレーム〜第８フレームではスペクトルの帯域がＲ３、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎｂ２であるため、修正部２５１はＮｂ１≦ｋ＜Ｎｂ２の帯域を削除した後に、第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ１）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

一方、第５フレーム〜第６フレームではスペクトルの帯域がＲ１、すなわち第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域が０≦ｋ＜Ｎａであるため、修正部２５１は第１スペクトルＳ１(ｋ)の帯域をＮｂ１まで拡張し、かつＮａ≦ｋ＜Ｎｂ１の帯域にゼロ値を挿入した後に、第１スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜Ｎｂ１）を時間領域変換部１５８ａに出力する。

このように、本実施の形態によれば、受信される第１スペクトルＳ１(ｋ)の有効な周波数帯域が時間的に変動する場合でも、適切な係数Ｎｃを与えることにより、所望のサンプリングレートの復号信号を安定して得ることができる。

（実施の形態３）
図２０は、本発明の実施の形態３に係る通信システムの主要な構成を示す図である。

本実施の形態の特徴は、通信ネットワークの状況（通信環境）によって受信側で受信される第１スペクトルＳ１(ｋ)の有効周波数帯域が時間的に変動する場合に対処することである。

階層符号化部３０１は、サンプリングレートＦｙの入力信号に対し、実施の形態１で示した階層符号化処理を施し、スケーラブルな符号化コードを生成する。ここでは、生成される符号化コードが、帯域０≦ｋ＜Ｎｅに関する情報（Ｒ３１）、帯域Ｎｅ≦ｋ＜Ｎｆに関する情報（Ｒ３２）、および帯域Ｎｆ≦ｋ＜Ｎｇに関する情報（Ｒ３３）により構成されるものとする。階層符号化部３０１は、この符号化コードをネットワーク制御部３０２に与える。

ネットワーク制御部３０２は、階層符号化部３０１より与えられる符号化コードを階層復号化部３０３に転送する。ここで、ネットワーク制御部３０２は、ネットワークの状況に応じて階層復号化部３０３に転送する符号化コードの一部を廃棄する。そのため、階層復号化部３０３に入力される符号化コードは、廃棄される符号化コードが全くない場合は情報Ｒ３１〜Ｒ３３により構成された符号化コード、情報Ｒ３３の符号化コードが廃棄される場合は情報Ｒ３１およびＲ３２により構成された符号化コード、情報Ｒ３２およびＲ３３の符号化コードが廃棄される場合は情報Ｒ３１により構成された符号化コード、のいずれかとなる。

階層復号化部３０３は、与えられた符号化コードに対し、実施の形態１または実施の形態２に示した階層復号化方法を適用して復号信号を生成する。なお、階層復号化部３０３に実施の形態１を適用した場合には、出力される復号信号のサンプリングレートＦｚは、Ｆｙとなる（Ｆｚ＝Ｆｙ・Ｎｇ／Ｎｇのため）。また、階層復号化部３０３に実施の形態２を適用した場合には、所望の係数Ｎｃによって復号信号のサンプリングレートを設定することができ、その復号信号のサンプリングレートＦｚは、Ｆｙ・Ｎｃ／Ｎｇとなる。

このように、本実施の形態によれば、通信ネットワークの状況によって受信側で受信される第１スペクトルＳ１(ｋ)の有効周波数帯域が時間的に変動する場合でも、受信側は所望のサンプリングレートの復号信号を安定して求めることができる。

（実施の形態４）
図２１は、本発明の実施の形態４に係る通信システムの主要な構成を示す図である。

本実施の形態の特徴は、１つの階層符号部により生成された１つの符号化コードを、それぞれ復号可能なサンプリングレートの異なる（復号能力の異なる）複数の階層復号化部に対して同時に送信しても、受信側がこれに対応し、それぞれ異なるサンプリングレートの復号信号を得ることである。

階層符号化部４０１は、サンプリングレートＦｙの入力信号に対して実施の形態１に示した符号化処理を施し、スケーラブルな符号化コードを生成する。ここでは、生成される符号化コードは、帯域０≦ｋ＜Ｎｈに関する情報（Ｒ４１）、帯域Ｎｈ≦ｋ＜Ｎｉに関する情報（Ｒ４２）、帯域Ｎｉ≦ｋ＜Ｎｊに関する情報（Ｒ４３）により構成されるものとする。階層符号化部４０１は、この符号化コードを、第１階層復号化部４０２−１、第２階層復号化部４０２−２、第３階層復号化部４０２−３にそれぞれ与える。

第１階層復号化部４０２−１、第２階層復号化部４０２−２、および第３階層復号化部４０２−３は、与えられた符号化コードに対し、実施の形態１または実施の形態２に示した階層復号化法を適用して復号信号を生成する。第１階層復号化部４０２−１は係数Ｎｃ＝Ｎｊとしたときの復号化処理、第２階層復号化部４０２−２は係数Ｎｃ＝Ｎｉとしたときの復号化処理、第３階層復号化部４０２−３は係数Ｎｃ＝Ｎｈとしたときの復号化処理を行う。

第１階層復号化部４０２−１は、係数Ｎｃ＝Ｎｊとしたときの復号化処理を行い、復号信号を生成する。この復号信号のサンプリングレートＦ１はＦｙとなる(Ｆ１＝Ｆｙ・Ｎｊ／Ｎｊのため)。

第２階層復号化部４０２−２は、係数Ｎｃ＝Ｎｉとしたときの復号化処理を行い、復号信号を生成する。この復号信号のサンプリングレートＦ２はＦｙ・Ｎｉ／Ｎｊとなる。

第３階層復号化部４０２−３は、係数Ｎｃ＝Ｎｈとしたときの復号化処理を行い、復号信号を生成する。この復号信号のサンプリングレートＦ３はＦｙ・Ｎｈ／Ｎｊとなる。

このように、本実施の形態によれば、送信側は受信側の復号能力を考慮することなく符号化コードを送信することができるので、通信ネットワークの負荷を抑えることができる。また、これら複数種類のサンプリングレートの復号信号は、簡易な構成かつ少ない演算量で生成することができる。

本発明は、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に適用することも可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置および基地局装置を提供することができる。

なお、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、ソフトウェアで実現することも可能である。

本発明は、簡易な構成および少ない演算量でスケーラブル符号化を実現する効果を有し、ＩＰネットワーク等の通信システムの用途に適用できる。

実施の形態１に係るスペクトル符号化装置の主要な構成を示すブロック図 (ａ)第１スペクトルを表す図、(ｂ)有効周波数帯域を拡張された後のスペクトルを表す図 スペクトルの有効周波数帯域を拡張する処理の効果を原理的に説明するための図 実施の形態１に係る無線送信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１に係る符号化装置の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係るスペクトル符号化部の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係るスペクトル符号化部のバリエーションを示すブロック図 実施の形態１に係る無線受信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１に係る復号化装置の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係るスペクトル復号化部の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る帯域拡張部で行われる処理について説明する図 スペクトルが実施の形態１に係る結合部および時間領域変換部における処理を経てどのように復号信号が生成されるかを示した図 (ａ)実施の形態１に係る符号化装置が有線通信システムに適用された場合の送信側の主要な構成を示したブロック図、(ｂ)実施の形態１に係る復号化装置が有線通信システムに適用された場合の受信側の主要な構成を示したブロック図 実施の形態２に係る復号化装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態２に係るスペクトル復号化部の内部構成を示すブロック図 実施の形態２に係る修正部の処理をより詳細に説明するための図 実施の形態２に係る修正部の処理をより詳細に説明するための図 実施の形態２に係るスペクトル復号化部の動作をさらに説明するための図 実施の形態２に係るスペクトル復号化部の動作をさらに説明するための図 実施の形態３に係る通信システムの主要な構成を示す図 実施の形態４に係る通信システムの主要な構成を示す図 スケーラブル符号化を行う従来の符号化装置の代表的な構成を示したブロック図

符号の説明

１０３、１１２、１５４ 周波数領域変換部
１０４、１５５ 帯域拡張部
１０５ 拡張スペクトル付与部
１０６ スペクトル情報特定部
１１３ ＬＰＣ分析部
１５６ 復号部
１５７ 結合部
１５８ 時間領域変換部
２５１ 修正部

Claims (5)

1. 音声信号またはオーディオ信号をスケーラブル符号化装置で符号化して生成された、前記音声信号または前記オーディオ信号の所定の周波数より低い帯域である第１帯域に関する第１符号化情報と、前記第１帯域のスペクトルの内において、前記音声信号または前記オーディオ信号の前記所定の周波数より高い帯域である第２帯域のスペクトルの形状に最も類似する帯域を示す変数を符号化した第２符号化情報と、を含む情報を受信する受信手段と、
   前記第１符号化情報を時間領域で復号して前記第１帯域に相当する第１サンプリングレートの時間領域信号を生成する第１復号化手段と、
   前記第２符号化情報を周波数領域で復号して前記第２帯域の復号スペクトルを生成し、前記第２帯域の復号スペクトルを用いて前記第１サンプリングレートよりも大きい所定の第２サンプリングレートをサンプリングレート変換した第３サンプリングレートの復号信号を生成する第２復号化手段と、
   を具備し、
   前記第２復号化手段は、
   前記第１帯域に相当する第１サンプリングレートの時間領域信号から、周波数領域変換によって前記第１帯域の復号スペクトルを得る周波数領域信号生成手段と、
   前記第２符号化情報を復号して前記変数を得る変数復号化手段と、
   前記第１帯域の復号スペクトルに付加して前記第１帯域の復号スペクトルの帯域幅を拡張する前記第２帯域の復号スペクトルの帯域幅を、前記第１サンプリングレートおよび前記第２サンプリングレートに基づいて決定する決定手段と、
   前記第１帯域の復号スペクトルの内における前記変数が示す前記最も類似する帯域のスペクトルを用いて前記第２帯域の復号スペクトルを生成し、前記第２帯域の復号スペクトルを前記第１帯域の復号スペクトルに付加して拡張復号スペクトルを生成するスペクトル生成手段と、
   前記拡張復号スペクトルの最大周波数に隣接し且つ前記拡張復号スペクトルの外部に位置する前記拡張復号スペクトルの第１の高域部にゼロを挿入、または、前記最大周波数に隣接し且つ前記拡張復号スペクトルの内部に位置する前記拡張復号スペクトルの第２の高域部を削除して所定の帯域のスペクトルを得、
   前記所定の帯域のスペクトルから、時間領域変換によって前記第３サンプリングレートの時間領域信号を前記復号信号として生成する時間領域信号生成手段と、
   を具備する、
   スケーラブル復号化装置。
2. 前記情報は、前記第２帯域が２以上のサブバンドに分割され、各サブバンド毎に符号化された前記第２符号化情報を含む、
   請求項１記載のスケーラブル復号化装置。
3. 請求項１記載のスケーラブル復号化装置を具備する通信端末装置。
4. 請求項１記載のスケーラブル復号化装置を具備する基地局装置。
5. 音声信号またはオーディオ信号をスケーラブル符号化装置で符号化して生成された、前記音声信号または前記オーディオ信号の所定の周波数より低い帯域である第１帯域に関す
   る第１符号化情報と、前記第１帯域のスペクトルの内において、前記音声信号または前記オーディオ信号の前記所定の周波数より高い帯域である第２帯域のスペクトルの形状に最も類似する帯域を示す変数を符号化した第２符号化情報と、を含む情報を受信する受信ステップと、
   前記第１符号化情報を時間領域で復号して前記第１帯域に相当する第１サンプリングレートの時間領域信号を生成する第１復号化ステップと、
   前記第２符号化情報を周波数領域で復号して前記第２帯域の復号スペクトルを生成し、前記第２帯域の復号スペクトルを用いて前記第１サンプリングレートよりも大きい所定の第２サンプリングレートをサンプリングレート変換した第３サンプリングレートの復号信号を生成する第２復号化ステップと、
   を具備し、
   前記第２復号化ステップは、
   前記第１帯域に相当する第１サンプリングレートの時間領域信号から、周波数領域変換によって前記第１帯域の復号スペクトルを得る周波数領域信号生成ステップと、
   前記第２符号化情報を復号して前記変数を得る変数復号化ステップと、
   前記第１帯域の復号スペクトルに付加して前記第１帯域の復号スペクトルの帯域幅を拡張する前記第２帯域の復号スペクトルの帯域幅を、前記第１サンプリングレートおよび前記第２サンプリングレートに基づいて決定する決定ステップと、
   前記第１帯域の復号スペクトルの内における前記変数が示す前記最も類似する帯域のスペクトルを用いて前記第２帯域の復号スペクトルを生成し、前記第２帯域の復号スペクトルを前記第１帯域の復号スペクトルに付加して拡張復号スペクトルを生成するスペクトル生成ステップと、
   前記拡張復号スペクトルの最大周波数に隣接し且つ前記拡張復号スペクトルの外部に位置する前記拡張復号スペクトルの第１の高域部にゼロを挿入、または、前記最大周波数に隣接し且つ前記拡張復号スペクトルの内部に位置する前記拡張復号スペクトルの第２の高域部を削除して所定の帯域のスペクトルを得、
   前記所定の帯域のスペクトルから、時間領域変換によって前記第３サンプリングレートの時間領域信号を前記復号信号として生成する時間領域信号生成ステップと、
   を具備する、
   スケーラブル復号化方法。

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