JP5377287B2 - ポストフィルタ、復号装置およびポストフィルタ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、スケーラブル符号化方式が適用された符号化コードを復号した復号信号のスペクトルの量子化雑音を抑圧するポストフィルタ、復号装置及びポストフィルタ処理方法に関する。

移動体通信システムでは、電波資源等の有効利用のために、音声信号を低ビットレートに圧縮して伝送することが要求されている。その一方で、通話音声の品質向上や臨場感の高い通話サービスの実現も望まれており、その実現には、音声信号の高品質化のみならず、より帯域の広いオーディオ信号等、音声信号以外の信号をも高品質に符号化することが望ましい。

このように相反する２つの要求に対し、複数の符号化技術を階層的に統合する技術が有望視されている。この技術は、音声信号に適したモデルで入力信号を低ビットレートで符号化する第１レイヤと、入力信号と第１レイヤの復号信号との差分信号を音声以外の信号にも適したモデルで符号化する第２レイヤとを階層的に組み合わせるものである。このように階層的に符号化を行う技術は、符号化装置から得られるビットストリームにスケーラビリティ性、すなわち、ビットストリームの一部の情報からでも復号信号を得ることができる性質を有するため、一般的にスケーラブル符号化（階層符号化）と呼ばれている。

スケーラブル符号化方式は、その性質から、ビットレートの異なるネットワーク間の通信に柔軟に対応することができるので、ＩＰプロトコルで多様なネットワークが統合されていく今後のネットワーク環境に適したものと言える。

ＭＰＥＧ−４（Moving Picture Experts Group phase-4）で規格化された技術を用いてスケーラブル符号化を実現する例として、例えば、非特許文献１に開示されている技術がある。この技術は、第１レイヤにおいて、音声信号に適したＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction；符号励振線形予測）符号化を用い、第２レイヤにおいて、原信号から第１レイヤ復号信号を減じた残差信号に対して、ＡＡＣ（Advanced Audio Coder）やＴｗｉｎＶＱ（Transform Domain Weighted Interleave Vector Quantization；周波数領域重み付きインターリーブベクトル量子化）等の変換符号化を用いる。

ところで、復号音声信号の音声品質の改善に有効な技術としてポストフィルタが知られている。一般に、低ビットレートで音声信号を符号化した場合、復号信号のスペクトルの谷の部分の量子化雑音が知覚されてしまうが、ポストフィルタを適用することにより、このようなスペクトルの谷の部分の量子化雑音を抑圧することができる。その結果、復号信号の雑音感が減少し、主観品質が改善される。代表的なポストフィルタの伝達関数ＰＦ（ｚ）は、フォルマント強調フィルタＦ（ｚ）と傾き補正フィルタＵ（ｚ）を用いて、以下の式（１）によって表される（非特許文献２参照）。

ここで、α（ｉ）は復号信号のＬＰＣ（Linear Prediction Coefficient）係数、ＮＰはＬＰＣ係数の次数、γ_ｎとγ_ｄはポストフィルタの雑音抑圧の程度を決定する制御パラメータ（０＜γ_ｎ＜γ_ｄ＜１)、μはフォルマント強調フィルタにより生じるスペクトル傾きを補正するための制御パラメータをそれぞれ表す。なお、ポストフィルタの雑音抑圧の程度は制御パラメータの関係で定まり、制御パラメータγ_ｄとγ_ｎの差が大きい程、雑音抑圧の程度（スペクトルの変形の程度）は大きくなり、制御パラメータγ_ｄとγ_ｎの差が小さい程、雑音抑圧の程度（スペクトルの変形の程度）は小さくなる。

また、特許文献１には、入力信号の特徴に応じて符号化部でのビットレートをフレーム毎に可変にする可変ビットレート音声符号化において、あらかじめ定められた時間長に基づいて計算された平均ビットレートに従って、あらかじめ用意されている複数の制御パラメータの内の一つを選択してポストフィルタに用いる手法が開示されている。
特表２００２−５０１２２５号公報 三木弼一編著、「ＭＰＥＧ−４のすべて」、初版、（株）工業調査会、１９９８年９月３０日、ｐ．１２６−１２７ J.-H. Chen and A. Gersho, "Adaptive postfiltering for quality enhancement of coded speech," IEEE Trans. Speech and Audio Processing, vol.SAP-3, pp.59-71,1995.

しかしながら、上記の非特許文献２に開示のポストフィルタでは、常に所定の制御パラメータを用いてポストフィルタ処理を行うために、第１レイヤ復号信号と第２レイヤ復号信号のいずれか一方にしか適合させることができない。そのため、レイヤスイッチにより適合されないレイヤの復号信号がポストフィルタに与えられたときに音声品質が低下してしまうという問題がある。

また、上記の特許文献１に開示のポストフィルタでは、可変ビットレート符号化方式の品質改善のために、あらかじめ定められた時間長に基づいて計算された平均ビットレートに従って複数用意されている所定の制御パラメータの内の一つを選択してポストフィルタに用いている。ポストフィルタの特性が大きく異なるように所定の制御パラメータが用意されている場合には、選択される制御パラメータが隣接するフレームで変化したときにポストフィルタの特性が大きく異なることになる。その結果、フレーム接続部で出力信号が不連続となってしまい、異音が発生する場合がある。

また、ポストフィルタの特性が類似するように所定の制御パラメータの値が設定されている場合には、非特許文献２の課題と同様に、第１レイヤ復号信号および第２レイヤ復号信号の両者に適合させることが困難になる。その結果、ポストフィルタによる主観品質の向上という効果を十分に享受できなくなり、主観品質の低下を招いてしまうという問題がある。

本発明の目的は、スケーラブル符号化方式において、レイヤスイッチに起因する異音の発生を抑制することができるポストフィルタ、復号装置およびポストフィルタ処理方法を提供することである。

本発明のポストフィルタは、複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号の復号信号の量子化雑音を抑圧するポストフィルタであって、前記階層符号化された信号に含まれるレイヤを示すレイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択する制御パラメータ選択手段と、前記制御パラメータ選択手段より選択された制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ除々に変化するように制御パラメータを設定する平滑化手段と、前記平滑化手段より設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、を具備する。

本発明の復号装置は、複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号を復号する復号装置であって、第１レイヤ符号化データに対して復号処理を行い、第１レイヤ復号信号を生成する第１レイヤ復号手段と、第２レイヤ符号化データに対して復号処理を行い、第１レイヤ復号誤差信号を生成する第２レイヤ復号手段と、前記第１レイヤ復号信号と前記第１レイヤ復号誤差信号の加算を行い、第２レイヤ復号信号を生成する加算手段と、前記階層符号化された信号に含まれるレイヤを示すレイヤ情報に基づき、前記第１レイヤ復号信号と前記第２レイヤ復号信号とを切り替えて出力する切替手段と、前記切替手段から入力される復号信号に対して、フィルタ処理を行うポストフィルタ手段と、を具備し、前記ポストフィルタ手段は、前記階層符号化された信号に含まれるレイヤを示すレイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択する制御パラメータ選択手段と、前記制御パラメータ選択手段より選択された制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ除々に変化するように制御パラメータを設定する平滑化手段と、前記平滑化手段より設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、を備える。

本発明のポストフィルタ処理方法は、複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号の復号信号の量子化雑音を抑圧するポストフィルタ処理方法であって、前記階層符号化された信号に含まれるレイヤを示すレイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択するステップと、前記制御パラメータを選択するステップにより選択された前記制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ徐々に変化するように制御パラメータを設定するステップと、前記設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行うステップと、を具備する。

本発明によれば、各レイヤの復号信号の品質に適するようにポストフィルタの強さを定めることができ、かつポストフィルタの制御パラメータの平滑化処理を行い、平滑化された制御パラメータを用いて、フィルタ処理を行うことにより、レイヤスイッチがおきた場合であっても、異音の発生を抑制することができる。

（実施の形態１）
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。

図１は本発明の実施の形態に係る復号装置に符号化データを送信する符号化装置の構成を示すブロック図である。図１に示す符号化装置１００は、第１レイヤ符号化部１０１と、遅延部１０２と、第１レイヤ復号部１０３と、減算部１０４と、第２レイヤ符号化部１０５と、多重化部１０６とを備える。

第１レイヤ符号化部１０１は、入力信号に対して符号化処理を行い、第１レイヤ符号化データを生成し、この第１レイヤ符号化データを多重化部１０６および第１レイヤ復号部１０３に出力する。

遅延部１０２は、入力信号に所定の長さの遅延を与えて減算部１０４に出力する。この遅延は、第１レイヤ符号化部１０１、第１レイヤ復号部１０３で生じる時間遅延を補正するためのものである。

第１レイヤ復号部１０３は、第１レイヤ符号化データに対して、復号処理を行って第１レイヤ復号信号を生成し、減算部１０４に出力する。

減算部１０４は、遅延部１０２から出力された所定時間遅延された入力信号から第１レイヤ復号信号を減じて、第１レイヤ誤差信号を生成し、第２レイヤ符号化部１０５に出力する。

第２レイヤ符号化部１０５は、減算部１０４から入力される第１レイヤ誤差信号の符号化処理を行い、生成された符号化データを多重化部１０６へ出力する。

多重化部１０６は、第１レイヤ符号化部１０１で生成された第１レイヤ符号化データと第２レイヤ符号化部１０５で生成された第２レイヤ符号化データを多重化し、得られたビットストリーム（階層符号化された信号）を通信路に出力する。

図２は本発明の実施の形態に係る復号装置の構成を示すブロック図である。図２に示す復号装置２００は、分離部２０１と、第１レイヤ復号部２０２と、第２レイヤ復号部２０３と、加算部２０４と、切替部２０５と、ポストフィルタ２０６とを備える。ポストフィルタ２０６は、制御パラメータ選択部２１１と、平滑化部２１２と、フィルタ部２１３から主に構成される。

分離部２０１は、符号化装置１００から出力されたビットストリーム（階層符号化された信号）を入力し、第１レイヤ符号化データおよび第２レイヤ符号化データに分離し、第１レイヤ符号化データを第１レイヤ復号部２０２へ、第２レイヤ符号化データを第２レイヤ復号部２０３へ出力する。また、分離部２０１は、入力したビットストリームに第１レイヤ符号化データおよび第２レイヤ符号化データの両者が含まれている場合には、「２」をレイヤ情報として切替部２０５とポストフィルタ２０６に出力する。一方、分離部２０１は、入力したビットストリームに第１レイヤ符号化データしか含まれていない場合には、「１」をレイヤ情報として切替部２０５とポストフィルタ２０６に出力する。なお、全ての符号化データが廃棄されている場合もあるが、その場合は各レイヤの復号部は所定の誤り補償処理を行い、ポストフィルタはレイヤ情報が「１」として処理を行うものとする。本実施の形態では、復号装置において、全ての符号化データまたは第２レイヤ符号化デ
ータが廃棄された符号化データのいずれかが得られることを前提として説明を行う。

第１レイヤ復号部２０２は、第１レイヤ符号化データに対して復号処理を行い、第１レイヤ復号信号を生成し、切替部２０５および加算部２０４に出力する。第１レイヤ復号信号は、後述する第２レイヤ復号信号の音声品質よりも低いため、以下の説明では、この音声品質を便宜上、基本品質と呼ぶ。

第２レイヤ復号部２０３は、分離部２０１から第２レイヤ符号化データが入力される場合、第２レイヤ符号化データを用いて復号処理を行い、第１レイヤ復号誤差信号を生成し、この第１レイヤ復号誤差信号を加算部２０４に出力する。

加算部２０４は、第１レイヤ復号信号と第１レイヤ復号誤差信号の加算を行い、第２レイヤ復号信号を生成し、切替部２０５に出力する。この第２レイヤ復号信号の音声品質は、前述した第１レイヤ復号信号よりも音声品質が高いため、以下の説明では、この音声品質を便宜上、改善品質と呼ぶ。

切替部２０５は、分離部２０１からのレイヤ情報に基づき、出力する復号信号を切り替える。具体的には、切替部２０５は、レイヤ情報が「１」を示す場合には第１レイヤ復号信号を、レイヤ情報が「２」を示す場合には第２レイヤ復号信号を復号信号としてポストフィルタ２０６に出力する。

ポストフィルタ２０６は、レイヤ情報に基づいて制御パラメータを選択し、この制御パラメータを用いて平滑制御パラメータを求め、この平滑制御パラメータを用いて復号信号にフィルタ処理を行い、出力信号を生成して出力する。

制御パラメータ選択部２１１は、レイヤ情報に基づき、あらかじめ用意されている複数種類の制御パラメータの中から一つを選択し、平滑化部２１２に出力する。レイヤ情報が「１」である場合、復号信号の音声品質は基本品質程度であるため、量子化雑音の抑圧の程度を大きくする必要がある、例えば、制御パラメータには、γ_{n_set}＝０.５,γ_{d_set}＝０.８,μ_set＝０.５を用いる。一方、レイヤ情報が「２」である場合、復号信号の音声品質は改善品質であるため、量子化雑音の抑圧の程度は小さい（または無い）方が良い、例えば、制御パラメータには、γ_{n_set}＝０.０，γ_{d_set}＝０.０，μ_set＝０.０を用いる。この場合ＰＦ（ｚ）＝１となり、復号信号のスペクトルの変形を行わないことになる。これは、復号信号の音声品質が十分に高い（レイヤ情報が「２」である）場合には、ポストフィルタを通すことに起因するスペクトルの変形が、逆に音声品質を下げてしまうためである。これを避けるため、レイヤ情報が「２」のときの制御パラメータを上記のように選択する。ただし、フィルタ状態を更新しない場合、出力信号がフレーム間にて不連続となり、異音を発生することがあるため、上記制御パラメータの値を用いて処理を行いポストフィルタのフィルタ状態を更新する。以上のようなレイヤ情報とポストフィルタの制御パラメータの関係を図３に示す。

平滑化部２１２は、制御パラメータ選択部２１１にて選択された制御パラメータの平滑化処理を行い、平滑化処理後の制御パラメータ（以下「平滑制御パラメータ」という）をフィルタ部２１３に出力する。平滑化とは、レイヤ情報が「１」から「２」に切り替えられた場合、又は「２」から「１」に切替えられた場合、制御パラメータ選択部２１１により選択される制御パラメータを、切替前のパラメータから切替後のパラメータに、除々に変化するように制御パラメータを設定する処理である。平滑化部２１２は、式（４）、（５）、（６）により各制御パラメータを算出する。

ここで、ｘは０以上１以下の値を持つ平滑化係数、γ_n、γ_d、μは平滑化部２１２より出力される平滑制御パラメータ、γ_{n_set}、γ_{d_set}、μ_setは制御パラメータ選択部２１１より得られる制御パラメータ、γ_{n_p}、γ_{d_p}、μ_pは平滑化に用いられるバッファである。平滑化部２１２は、平滑制御パラメータを出力した後に、バッファを次式（７）、（８）、（９）のように更新する。

また、バッファの初期値には、制御パラメータ選択部２１１に記憶されているレイヤ１用の制御パラメータ、もしくはレイヤ２用の制御パラメータを用いることが好ましい。

これら平滑制御パラメータの算出およびバッファの更新は、所定の時間間隔で行われる。例えば、復号部の復号処理の処理単位となっているフレーム、もしくはフレームを複数に分割したサブフレームを所定の時間間隔として用いる。または、サンプル単位で処理を行っても良い。ただし、時間間隔を短くするほど演算量が増えるので、どのような時間間隔で平滑制御パラメータの算出およびバッファの更新を行うかは、本発明の効果と演算量のトレードオフを鑑みて設計すべきである。

フィルタ部２１３は、平滑化部２１２から入力される平滑制御パラメータを用いて、切替部２０５から入力される復号信号に対して、フィルタ処理を行う。図４は、フィルタ部２１３の主要な構成を示すブロック図である。フィルタ部２１３は、フォルマント強調フィルタＰＦ(ｚ)の零フィルタ２１３−１と、極フィルタ２１３−２と、傾き補正フィルタ２１３−３とを備える。

零フィルタ２１３−１は、以下の式（１０）に従いフィルタリングを行う。

ここで、ｙ(ｎ)は復号信号、ｙ_１（ｎ）は零フィルタの出力信号、α（ｉ）はＬＰＣ係数、γ_nは平滑化部２１２より出力される平滑制御パラメータ（零フィルタ）である。ＬＰＣ係数α（ｉ）には、第１レイヤ復号部２０２または第２レイヤ復号部２０３の復号処理の副産物として得られるＬＰＣ係数を用いる。なお、復号信号をＬＰＣ分析して求められるＬＰＣ係数を用いても良い。

極フィルタ２１３−２は、以下の式（１１）に従いフィルタリングを行う。

ここで、ｙ_２(ｎ)は極フィルタの出力信号、γ_ｄは平滑化部２１２より出力される平滑制御パラメータ（極フィルタ）である。

傾き補正フィルタ２１３−３は、以下の式（１２）に従いフィルタリングを行う。

ここで、ｙ_ｐｆ（ｎ）は出力信号、μは平滑制御パラメータ（傾き補正フィルタ）である。

図５Ａは、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示し、ポイントＡ〜Ｆにおいてレイヤスイッチが発生している。図５Ｂは、零フィルタの制御パラメータの変化の様子を示し、図５Ｃは、極フィルタの制御パラメータの変化の様子を示し、図５Ｄは、傾き補正フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄでは、平滑制御パラメータを実線で示し、平滑化を行わない場合の制御パラメータを点線で示す。

図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄから明らかのように、平滑化を行わない場合には、レイヤスイッチが発生したときに制御パラメータが大きく変化することになる。これによりポストフィルタの特性が隣接フレームで大きく異なり、連接フレームの接続部分で出力信号が不連続になる。それが異音として知覚されてしまい、音声品質の低下を招いてしまう。これに対し、平滑化を行うことにより、制御パラメータはレイヤスイッチが発生しても除々に変化するため、ポストフィルタの特性の変化は緩やかになり、隣接フレームの接続部分で出力信号が不連続になることがなくなる。

このように、本実施の形態によれば、スケーラブル符号化方式において、平滑化を行うことにより、レイヤスイッチに起因する異音の発生を抑制することができる。さらに、同一レイヤが連続して選択されると、比較的短時間のうちに平滑制御パラメータはそのレイヤに適合した制御パラメータと同一となるため、ポストフィルタ本来の効果による音声品質の向上を実現することができる。

なお、制御パラメータの平滑化方法として、式(４)、（５）、(６)のような手法を用いて説明したが、本発明はこの手法に限定されることはなく、レイヤスイッチが発生したときに切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータにスムーズに変化すれば良い。例えば、線形に変化させる手法や、スプライン関数のようなスムージングを行う関数を利用する方法が挙げられる。

なお、ポストフィルタの構成について、図４で示すように零フィルタ、極フィルタ、傾き補正フィルタの順序で説明したが、本発明はこれに限定されず、図６に示されるように、ポストフィルタの構成が、極フィルタ、零フィルタ、の順序であっても良い。図６は本実施の形態の別の態様のフィルタ部の構成を示す図である。この場合、極フィルタのフィルタ状態と零フィルタのフィルタ状態を共通化することができ、メモリー量を削減することができる。

なお、上記のように、図５では復号信号のスペクトルの変形を行わないポストフィルタを実現するために、レイヤ情報が「２」である場合、制御パラメータにγ_{n_set}＝０.０，γ_{d_set}＝０.０，μ_set＝０.０を用いる例を説明した（以下、このように復号信号のスペクトルの変形を行わないポストフィルタを非変形ポストフィルタと呼ぶ）。本発明はこれに限定されず、非変形ポストフィルタを用いるレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータに、スペクトルの変形を行うポストフィルタを用いる他のレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータの平均値もしくはそれに類する値を付与してもよい。図７を参照しながら説明する。

図７Ａは、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示し、ポイントＡ〜Ｆにおいてレイヤスイッチが発生している。図７Ｂは、レイヤ情報が「２」の場合に制御パラメータγ_{n_set}に平均値を付与する場合の零フィルタによる平滑制御パラメータの変化の様子を示し、図７Ｃは、レイヤ情報が「２」の場合に制御パラメータγ_{d_set}に平均値を付与する場合の極フィルタによる平滑制御パラメータの変化の様子を示し、図７Ｄは、レイヤ情報が「２」の場合に制御パラメータμ_setに０.０を付与する場合の傾き補正フィルタによる平滑制御パラメータの変化の様子を示す。

具体的に、非変形ポストフィルタを用いるレイヤ（レイヤ２）の零フィルタと極フィルタの制御パラメータγ_{n_set}とγ_{d_set}に、スペクトルの変形を行うポストフィルタを用いる他のレイヤ（レイヤ１）の零フィルタと極フィルタの制御パラメータの平均値である０.６５を予め設定する。このように、ＰＦ（ｚ）＝１、すなわちγ_{n_set}とγ_{d_set}を同一の値にし、μ_setを０.０にすることで、零フィルタと極フィルタのスペクトル特性が完全に逆になり、お互いをキャンセルすることになり、非変形ポストフィルタを実現することができる。

さらに、零フィルタの平滑制御パラメータγ_nの取り得る範囲が、図５の例では０.０≦γ_n≦０.５であるのに対して、図７の例では０.５≦γ_n≦０.６５に限定される。同様に、極フィルタの平滑制御パラメータγ_dの取り得る範囲が、図５の例では０.０≦γ_d≦０.８であるのに対して、図７の例では０.６５≦γ_d≦０.８に限定される。これにより、レイヤスイッチが発生した場合の零フィルタと極フィルタの平滑制御パラメータの変化が図５Ｂおよび図５Ｃの場合と比べてより緩やかになる。このため、隣接フレームの接続部で出力信号が不連続になる現象をより回避することができ、異音の発生をさらに抑制することができる。また、この効果を利用して、平滑化係数ｘにより大きな値を設定し、平滑制御パラメータの変化の程度を速めてもよい。この場合、レイヤスイッチが発生した場合に、あるレイヤに適合した制御パラメータから別のレイヤに適合した制御パラメータにより短時間で切り替わるので、音声品質の改善を図ることができる。

上記のように、非変形ポストフィルタを用いるレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータに、スペクトルの変形を行うポストフィルタを用いる他のレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータの平均値もしくはそれに類する値を付与する場合について説明した。本発明はこれに限定されることは無く、非変形ポストフィルタを用いるレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータに、スペクトルの変形を行うポストフィルタを用いるレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータの範囲に含まれるように設定すれば良い。例えば、上記の例では、非変形ポストフィルタを用いるレイヤの極フィルタと零フィルタの制御パラメータγ_{n_set}とγ_{d_set}は、０.５以上０.８以下の範囲に含まれる値（０.５≦γ_{n_set}，γ_{d_set}≦０.８）を採れば同様の効果が得られる。

また、零フィルタの平滑制御パラメータまたは極フィルタの平滑制御パラメータのいずれか一方のみを変動させる構成であっても良い。その場合を図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄに示す。この場合、極フィルタの制御パラメータをレイヤ１およびレイヤ２で共通に
し、零フィルタの制御パラメータをレイヤスイッチが発生したときに変化させる。この場合、非変形ポストフィルタを用いるレイヤ（レイヤ２）の制御パラメータは、γ_{n_set}＝γ_{d_set}＝０.８を用いることになる。このような構成にすれば、極フィルタの制御パラメータの平滑化を行う必要がないため、演算量を削減することができる。同様に、零フィルタの制御パラメータをレイヤ１およびレイヤ２で共通にし、極フィルタの制御パラメータをレイヤスイッチが発生したときに変化させるようにしてもよい。その場合を図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄに示す。この場合も同様の効果が得られる。

また、レイヤ数が３以上の構成についても本発明は適用できる。以下に具体的な例を用いて説明する。例えば、レイヤ数が３の構成において、レイヤ１〜レイヤ２のポストフィルタの零フィルタおよび極フィルタの制御パラメータが次のように設定されるとする。レイヤ１：（γ_n,γ_d）＝（０.５，０.８)、レイヤ２：（γ_n,γ_d）＝（０.８，０.９）。

そして、レイヤ３では非変形ポストフィルタが用いられるとしたとき、レイヤ３の制御パラメータには、レイヤ１とレイヤ２の極フィルタと零フィルタの制御パラメータの範囲(０.５〜０.９)に含まれる値を設定する。仮に平均値としたときには、γ_n＝γ_d＝（０.５＋０.８＋０.８＋０.９）／４＝０.７５が用いられる。このように非変形ポストフィルタの制御パラメータを設定することにより、レイヤ１−レイヤ３、レイヤ２−レイヤ３そしてレイヤ１−レイヤ２間のいずれのレイヤスイッチが発生した場合でも、零フィルタと極フィルタの平滑制御パラメータが緩やかに変化することになる。加えて、レイヤ１もしくはレイヤ２が選択される確率が予想できる場合に、その確率に応じた重み付けを行って平均をとっても良い。具体的には、選択される確率の高いレイヤの制御パラメータにより大きい重みをつけ、選択される確率の低いレイヤの制御パラメータにより小さい重みを付けて非変形ポストフィルタの制御パラメータを設定する。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１０に示す復号装置３００は、図２に示した復号装置２００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。

図１０に示す復号装置３００は、ポストフィルタ３０６の内部構成が、図２に示した復号装置２００のポストフィルタと異なり、ポストフィルタ３０６内に、レイヤスイッチ検出部３１１と、レイヤ情報決定部３１２とを追加した構成を採る。

レイヤスイッチ検出部３１１は、分離部２０１から入力される現フレームのレイヤ情報と、バッファに記憶されている前フレームのレイヤ情報とを比較し、レイヤスイッチが発生したか否かを検出する。具体的には、レイヤスイッチ検出部３１１は、現フレームのレイヤ情報が前フレームのレイヤ情報と異なる場合には、レイヤスイッチが発生したと検出し、検出情報を「１」にしてレイヤ情報決定部３１２に出力する。また、レイヤスイッチ検出部３１１は、現フレームのレイヤ情報と前フレームのレイヤ情報が同一の場合には、レイヤスイッチが発生してしないと検出し、検出情報を「０」にしてレイヤ情報決定部３１２に出力する。また、レイヤスイッチ検出部３１１は、バッファに記憶されているレイヤ情報を現フレームのレイヤ情報に更新する。

レイヤ情報決定部３１２は、レイヤスイッチ検出部３１１から入力される検出情報が「１」の場合、すなわち、レイヤスイッチを検出した場合には、レイヤスイッチの間隔が所定の数（この数をＮ_ＨＯと表す）のフレーム以内であるか否かを判断する。そして、レイヤ情報決定部３１２は、レイヤスイッチの間隔が所定の数のフレーム以内であると判断した場合、分離部２０１から入力される現レイヤ情報をバッファに記憶されている前レイヤ情報に置き換えて、制御パラメータ選択部２１１に出力する。また、レイヤ情報決定部３
１２は、所定の数のフレームに対するレイヤ情報の置き換えを実行した場合には、バッファに記憶されているレイヤ情報をその時点で入力されるレイヤ情報に更新する。

図１１Ａは、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示し、ポイントＡ〜Ｆにおいてレイヤスイッチが発生している。図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１ＤはＮ_ＨＯ＝２とした場合、それぞれ零フィルタ、極フィルタおよび傾き補正フィルタによる平滑制御パラメータの変化の様子を示す。

図１１では、レイヤ情報決定部３１２は、レイヤスイッチの間隔が所定の数（Ｎ_ＨＯ＝２以下）のフレーム、すなわちフレーム４およびフレーム１８に対して、それらのレイヤ情報をレイヤスイッチが発生する前のレイヤ情報に置き換えるため、平滑制御パラメータには変化が生じない。

このように、本実施の形態によれば、間隔の短いレイヤスイッチが発生しても、所定のフレーム数内で発生するレイヤスイッチをスキップすることにより、制御パラメータの頻繁な変化を抑えることができるので、安定したポストフィルタ処理を行うことができ、異音の発生を更に抑制することができる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１２に示す復号装置４００は、図２に示した復号装置２００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。

図１２に示す復号装置４００は、ポストフィルタ４０６の内部構成が、図２に示した復号装置２００のポストフィルタ２０６のものと異なり、ポストフィルタ４０６内に、記憶部４１１と、フィルタ部４１２と、スイッチ４１３と、窓掛け加算部４１４とを備える。

記憶部４１１は、前フレームで用いた平滑制御パラメータを記憶する。また、現フレームの処理が終了したら、現フレームの平滑制御パラメータで記憶部４１１の内容を更新する。

フィルタ部４１２は、記憶部４１１に記憶する前フレームの平滑制御パラメータを用いてフィルタリングを行い、前フレームの平滑制御パラメータによるフィルタ出力信号を生成し、スイッチ４１３に出力する。

スイッチ４１３は、レイヤスイッチ検出部３１１から入力される検出情報に応じて、フィルタ部４１２と窓掛け加算部４１４との間を接続又は切断する。検出情報が「１」の場合には、スイッチ４１３は、オンにしてフィルタ部４１２と窓掛け加算部４１４と接続する。検出情報が「０」の場合には、スイッチ４１３は、オフにしてフィルタ部４１２と窓掛け加算部４１４とを切断する。

窓掛け加算部４１４は、スイッチ４１３がオンすることにより、フィルタ部４１２から入力される前フレームに対するフィルタ出力信号と、フィルタ部２１３から入力される現フレームに対するフィルタ出力信号とを窓掛け加算し、その窓掛け加算の結果を出力信号として出力する。具体的には、窓掛け加算部４１４は、前フレームのフィルタ出力信号には時間軸に対して除々に減少する窓を乗じ、現フレームのフィルタ出力信号には時間軸に対し除々に増加する窓を乗じる。例えば、フレーム長をN_FLとしたとき、次式（１３）に示すような三角窓を用いる。

ここで、ｙ_ｐｆ（ｎ）は出力信号、ｙ_{ｐｆ＿ｐｒｖ}（ｎ）は前フレームの平滑制御パラメータによるフィルタ出力信号、ｙ_{ｐｆ＿ｃｕｒ}（ｎ）は現フレームの平滑制御パラメータによるフィルタ出力信号を表す。なお、三角窓の代わりに、サイン窓や台形窓を用いても良い。

このように、本実施の形態によれば、レイヤスイッチが発生した場合に、前フレームで用いた平滑制御パラメータによるポストフィルタ出力信号と、現フレームの平滑制御パラメータによるポストフィルタ出力信号とを窓掛け加算することにより、ポストフィルタの出力信号に対する平滑化処理を併用することになるため、異音の発生を更に抑制することができる。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４に係る復号装置に符号化データを送信する符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１３に示す符号化装置５００は、入力信号に対して３階層（レイヤ）で符号化を行う符号化装置であり、図１に示した符号化装置１００と同様の基本的構成を有しており、さらに１レイヤを増やした構成を有するため、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。また、本実施の形態では、入力信号の信号帯域をＦＨとし、第１レイヤ符号化部と第２レイヤ符号化部で符号化の対象とする信号の信号帯域をＦＬ（ＦＬ＜ＦＨ）とする。

図１３に示す符号化装置５００は、図１に示した符号化装置１００に対して、ダウンサンプリング部５０１と、第２レイヤ復号部５０２と、加算部５０３と、アップサンプリング部５０４と、遅延部５０５と、減算部５０６と、第３レイヤ符号化部５０７を追加した構成を採る。

ダウンサンプリング部５０１は、時間領域の入力信号をダウンサンプリングして、所望のサンプリングレートに変換する。

第２レイヤ復号部５０２は、第２レイヤ符号化部１０５から入力される第２レイヤ符号化データを復号して第１レイヤ復号誤差信号を生成し、第１レイヤ復号誤差信号を加算部５０３に出力する。

加算部５０３は、第１レイヤ復号信号と第１レイヤ復号誤差信号を加算して第２レイヤ復号信号を生成し、第２レイヤ復号信号をアップサンプリング部５０４に出力する。

アップサンプリング部５０４は、第２レイヤ復号信号のサンプリングレートを入力信号と同じサンプリングレートに変換し、減算部５０６に出力する。

遅延部５０５は、入力信号を所定の時間長だけ遅延させ、減算部５０６に出力する。所定の時間長とは、ダウンサンプリング部５０１、第１レイヤ符号化部１０１、第１レイヤ復号部１０３、第２レイヤ符号化部１０５、第２レイヤ復号部５０２、アップサンプリング部５０４で生じる時間遅れと同じ長さとする。

減算部５０６は、遅延部５０５から入力される遅延された入力信号からアップサンプリング部５０４から入力される第２レイヤ復号信号を減算し、第２レイヤ誤差信号を生成し、第３レイヤ符号化部５０７に出力する。

第３レイヤ符号化部５０７は、入力される第２レイヤ誤差信号を符号化して第３レイヤ符号化データを生成し、第３レイヤ符号化データを多重化部１０６に出力する。

多重化部１０６は、第１レイヤ符号化データ、第２レイヤ符号化データおよび第３レイヤ符号化データを多重化してビットストリームを生成し、出力する。

図１４は、実施の形態４に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１４に示す復号装置６００は、ビットストリームに対して３階層（レイヤ）で復号を行う復号装置であり、図２に示した復号装置２００と同様の基本的構成を有しており、さらに１レイヤを増やした構成を有するため、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。

図１４に示す復号装置６００は、図２に示した復号装置２００に対して、第３レイヤ復号部６０１と、アップサンプリング部６０２と、加算部６０３と、切替部６０４と、ポストフィルタ６０５とを追加した構成を採る。

また、本実施の形態では、図１５に示すような各レイヤと復号信号の信号帯域との関係あり、ビットストリームに全レイヤ（第１〜第３レイヤ）の符号化データが含まれる場合に信号帯域ＦＨの復号信号を生成し、ビットストリームに第３レイヤ符号化データが含まれていない場合には、信号帯域ＦＬの復号信号を生成する。

分離部２０１は、ビットストリームに含まれる符号化データをそれぞれに分離して、第１レイヤ符号化データを第１レイヤ復号部２０２へ、第２符号化データを第２レイヤ復号部２０３へ、第３レイヤ符号化データを第３レイヤ復号部６０１へ出力する。また、分離部２０１は、第１レイヤ符号化データのみ含まれる場合はレイヤ情報を「１」、第１レイヤ符号化データと第２レイヤ符号化データが含まれる場合にはレイヤ情報を「２」、全レイヤ（第１〜第３）の符号化データが含まれる場合にはレイヤ情報を「３」として、切替部２０５とポストフィルタ２０６に出力する。また、全ての符号化データが廃棄されている場合もあるが、その場合は各レイヤの復号部は所定の誤り補償処理を行い、ポストフィルタはレイヤ情報が「１」として処理を行うものとする。本実施の形態では、復号装置において、全ての符号化データまたは第３レイヤ符号化データが廃棄された符号化データまたは第３レイヤ符号化データ及び第２レイヤ符号化データが廃棄された符号化データのいずれかが得られることを前提として説明を行う。

ポストフィルタ２０６は、実施の形態１と同様のフィルタ処理を行って、そのフィルタ出力信号をアップサンプリング部６０２に出力する。

アップサンプリング部６０２は、ポストフィルタ２０６から入力されるフィルタ出力信号のサンプリングレートを入力信号のサンプリングレートと同じにして、切替部６０４および加算部６０３に出力する。

第３レイヤ復号部６０１は、第３レイヤ符号化データを用いて復号処理を行い、第２レイヤ復号誤差信号を生成して加算部６０３に出力する。

加算部６０３は、アップサンプリングされた第２レイヤ復号信号と第２レイヤ復号誤差信号を加算して第３レイヤ復号信号を生成し、切替部６０４に出力する。

切替部６０４は、分離部２０１からのレイヤ情報に基づいて、出力する復号信号を切り替える。具体的には、切替部６０４は、レイヤ情報が「１」または「２」の場合に、アッ
プサンプリング部６０２から入力されるアップサンプリング後の第１レイヤ復号信号または第２レイヤ復号信号を出力し、レイヤ情報が「３」の場合には加算部６０３から入力される第３レイヤ復号信号を復号信号として、ポストフィルタ６０５に出力する。

なお、ポストフィルタ６０５は、ポストフィルタ２０６と同様の処理を行うため、その詳細説明を省略する。ただし、ポストフィルタ２０６は、信号帯域ＦＬの信号に対して音声品質を改善するように設計されたポストフィルタであり、ポストフィルタ６０５は、信号帯域ＦＨの信号に対して音声品質を改善するように設計されたポストフィルタである。よって、信号帯域がＦＬの復号信号に対してはポストフィルタ２０６を使用し、信号帯域がＦＨの復号信号に対してはポストフィルタ６０５を使用するように、どちらか一方のポストフィルタをかけるようにする。これは、両方のポストフィルタを同時に掛けるとスペクトルの変形が過度に行われ、音声品質が逆に劣化してしまうからである。

従って、ビットストリームに第３レイヤ符号化データが含まれない場合、すなわち、出力信号の実質的な信号帯域がＦＬである場合には、信号帯域ＦＬ用のポストフィルタ２０６がポストフィルタを実行する。このとき、信号帯域ＦＨ用ポストフィルタ６０５の制御パラメータ選択部６１１が、非変形ポストフィルタを選択することにより、ポストフィルタ６０５によるスペクトルの変形を行わない。

また、ビットストリームに第３レイヤ符号化データが含まれる場合、すなわち、出力信号の実質的な信号帯域がＦＨである場合には、信号帯域ＦＨ用のポストフィルタ６０５がポストフィルタを実行する。このとき、信号帯域ＦＬ用のポストフィルタ２０６の制御パラメータ選択部２１１が、非変形ポストフィルタを選択することにより、ポストフィルタ２０６によるスペクトルの変形を行わない。

このように、本実施の形態によれば、レイヤスイッチが発生した場合においても、制御パラメータが除々に変化するように平滑化を行うため、隣接するフレーム間でポストフィルタの特性が急に変化することがなくなるので、異音の発生を抑制することができる。また、符号化するレイヤによって有効な信号帯域が異なる場合であっても、本発明のポストフィルタを使用することによって、各信号帯域の音声品質が改善することができる。

なお、上記実施の形態における周波数変換部は、ＦＦＴ、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）、ＭＤＣＴ、サブバンドフィルタなどによって実現される。

また、上記実施の形態では、復号信号として音声信号を想定しているが、本発明はこれに限らず、例えば、オーディオ信号などでもよい。

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、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、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）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

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。

２００７年３月２日出願の特願２００７−０５３５２８の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係るポストフィルタ、復号装置およびポストフィルタ方法は、レイヤスイッチが発生した場合でも、異音の発生を抑圧することができ、例えば、音声復号装置等に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る復号装置に符号化データを送信する符号化装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１のレイヤ情報とポストフィルタの制御パラメータの関係を示す表 本発明の実施の形態１に係る復号装置のフィルタ部の構成を示す図 本発明の実施の形態１における、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る零フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る極フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る傾き補正フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る復号装置の別の態様のフィルタ部の構成を示す図 本発明の実施の形態１における、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る零フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る極フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る傾き補正フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１における、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る零フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る極フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る傾き補正フィルタからの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１における、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る零フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る極フィルタから出力する制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る傾き補正フィルタから出力する平滑制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における、時間軸（フレーム番号）に対するレイヤ情報の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る零フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る極フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態２に係る傾き補正フィルタの制御パラメータの変化の様子を示す図 本発明の実施の形態３に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る復号装置に符号化データを送信する符号化装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における、各レイヤの符号化データの周波数軸上の分布を示す図

Claims (6)

1. 複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号の復号信号の量子化雑音を抑圧するポストフィルタであって、
   前記階層符号化された信号にどのレイヤまでの符号化データがあるかを示すレイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択する制御パラメータ選択手段と、
   前記制御パラメータ選択手段より選択された制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ除々に変化するように制御パラメータを設定する平滑化手段と、
   前記平滑化手段より設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行う第１フィルタ処理手段と、
   を具備するポストフィルタ。
2. 前記復号信号のスペクトルの変形を行わない場合には、ポストフィルタの零フィルタと極フィルタの制御パラメータを、スペクトルの変形を行う場合のポストフィルタの零フィルタと極フィルタの制御パラメータの範囲に含まれる値とする、請求項１記載のポストフィルタ。
3. 前記レイヤ情報が現フレームと前フレームとで異なるか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段より前記レイヤ情報が現フレームと前フレームとで異なることが検出された場合、所定時間内の制御パラメータが変化しないように前記レイヤ情報の更新を行うレイヤ情報決定手段と、
   をさらに具備する請求項１に記載のポストフィルタ。
4. 前記第１フィルタ処理手段は、
   前記平滑化手段より設定された今回の制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行って第１フィルタ出力信号を生成し、
   さらに、
   前記レイヤ情報が現フレームと前フレームとで異なるか否かを検出する検出手段と、
   前記平滑化手段より設定された前回の制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行って第２フィルタ出力信号を生成する第２フィルタ処理手段と、
   前記検出手段より前記レイヤ情報が現フレームと前フレームとで異なることが検出された場合に、前記第１フィルタ出力信号と前記第２フィルタ出力信号とを窓掛け加算する窓掛け加算手段と、
   を具備する請求項１に記載のポストフィルタ。
5. 複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号を復号する復号装置であって、
   第１レイヤ符号化データに対して復号処理を行い、第１レイヤ復号信号を生成する第１レイヤ復号手段と、
   第２レイヤ符号化データに対して復号処理を行い、第１レイヤ復号誤差信号を生成する第２レイヤ復号手段と、
   前記第１レイヤ復号信号と前記第１レイヤ復号誤差信号の加算を行い、第２レイヤ復号信号を生成する加算手段と、
   前記階層符号化された信号にどのレイヤまでの符号化データがあるかを示すレイヤ情報に基づき、前記第１レイヤ復号信号と前記第２レイヤ復号信号とを切り替えて出力する切替手段と、
   前記切替手段から入力される復号信号に対して、フィルタ処理を行うポストフィルタ手段と、を具備し、
   前記ポストフィルタ手段は、
   前記レイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択する制御パラメータ選択手段と、
   前記制御パラメータ選択手段より選択された制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ除々に変化するように制御パラメータを設定する平滑化手段と、
   前記平滑化手段より設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、
   を備える復号装置。
6. 複数のレイヤを備える符号化方式によって階層符号化された信号の復号信号の量子化雑音を抑圧するポストフィルタ処理方法であって、
   前記階層符号化された信号にどのレイヤまでの符号化データがあるかを示すレイヤ情報に基づいて、それぞれのレイヤ情報に対応する制御パラメータを選択するステップと、
   前記制御パラメータを選択するステップにより選択された前記制御パラメータが切り替わった場合、切替前の制御パラメータから切替後の制御パラメータへ徐々に変化するように制御パラメータを設定するステップと、
   前記設定された制御パラメータを用いて、前記復号信号に対してフィルタ処理を行うステップと、
   を具備するポストフィルタ処理方法。

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