JP6323881B2 - 信号符号化および復号化の方法および装置 - Google Patents

信号符号化および復号化の方法および装置 Download PDF

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Description

関連出願の記載
本願は、発明の名称を「信号符号化および復号化の方法および装置」とした２０１２年３月２９日に中国国家知的産権局に出願された中国特許出願第２０１２１００８７７０２．９号に対する優先権を主張し、引用によりその全体を本明細書に取り込む。
本発明の諸態様は通信分野に関し、特に、信号の符号化と復号化のための方法と装置に関する。
モバイル通信や光ファイバ通信のような通信の分野では、符号化技術を送信側で使用して送信すべき信号を圧縮し、送信効率を高め、対応する復号化技術を受信側で使用して送信された信号を復元する。信号の特性、送信条件等に従って、時間領域符号化および／または周波数領域符号化が当該信号に対して実施されることがある。符号化のための様々なビットが特定の規則に従って時間領域信号または周波数領域信号に割り当てられ、次いで当該信号が、符号化方法を用いて、割り当てられたビットに従って符号化される。信号送信効率を高めるには、送信すべき信号ができる限り少ない符号化ビットを用いて表されるということが期待される。したがって、出力信号が復号化を用いて受信側で最小の歪みで復元されるように、符号化ビットを正しく割り当てる必要がある。
音声信号に対する既存の符号化器では、符号化率が低いときには、符号化および復号化の効果は一般に会話に対しては良好かもしれないが、音楽に対しては符号化と復号化の効果は貧弱である。符号化率が低いときに音楽の品質を高めるために、幾つかのビットおよび時間領域符号化方法を用いて入力信号を符号化し、周波数領域信号が当該入力信号に従って取得され、残りのビットと周波数領域符号化方法を用いて当該周波数領域信号を符号化する。残りのビットを用いて当該周波数領域信号を符号化するときには、当該信号の特徴は一般的に考慮されず、ビット割当てが均一に当該周波数領域信号に対して実施され、これが一部の周波数領域信号に対して貧弱な符号化効果をもたらす。音声信号に対する既存の復号化器では、符号化技術に対応する復号化技術を単純に使用することによって当該周波数領域信号が復元され、復号化で得られなかった周波数領域信号が雑音で埋められ、周波数領域逆変換および時間領域合成処理を実施して出力信号を取得する。当該雑音で一部の信号が埋められるときには余分な雑音が導入され、これが出力信号の品質を低下させる。
したがって、均一なビット割当てを周波数領域符号化アルゴリズムで実施する既存の解決策では一部の信号に対して符号化効果が貧弱なものとなり、既存の周波数領域復号化アルゴリズムにおける上述の雑音埋め処理では出力信号の品質が低下する。
本発明の諸実施形態では、信号符号化および復号化の方法および装置を提供する。符号化の最中に、同数のビットを用いることで周波数領域信号のビット割当てを最適化し、良好な符号化効果を達成することができ、復号化の最中には、周波数領域励起信号を、周波数領域復号化による復号化で得られた情報の誘導のもとに拡張して、出力信号の良好な効果を達成することができる。
１態様によれば、信号符号化方法を提供する。当該方法は、入力信号に従って周波数領域信号を取得するステップと、所定の割当て規則に従って所定のビットを当該周波数領域信号に割り当てるステップと、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいときに当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するステップと、当該周波数領域信号に対するビット割当てに従って当該周波数領域信号を符号化するステップとを含む。
別の態様によれば、信号復号化方法を提供する。当該方法は、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得するステップと、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすとき、復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測するステップと、復号化で得られた周波数領域信号と復号化で得られなかった当該予測した周波数領域信号に従って、最終的に出力される時間領域信号を取得するステップと、を含む。
さらに別の態様によれば、信号符号化装置を提供する。当該装置は、入力信号に従って周波数領域信号を取得する周波数領域変換ユニットと、所定の割当て規則に従って所定のビットを当該周波数領域信号に割り当てるビット割当てユニットと、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値以上であるとき、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するビット調整ユニットと、当該周波数領域信号に対するビット割当てに従って当該周波数領域信号を符号化する周波数領域符号化ユニットとを備える。
さらに別の態様によれば、信号復号化装置を提供する。当該装置は、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得する復号化ユニットと、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測し、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすとき、復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測するように構成された帯域幅拡張ユニットと、復号化で得られた周波数領域信号と当該予測した周波数領域信号に従って、最終的に出力される時間領域信号を取得する出力ユニットとを備える。
本発明の諸実施形態の上述の技術的解決策では、符号化の最中に、周波数領域信号のビット割当てをビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数に従って調節する。その結果、同数のビットを用いて周波数領域符号化を実施するときに良好な符号化効果が達成される。復号化の最中には、復号化で得られなかった周波数領域信号を復号化で得られた周波数領域信号の誘導のもとに設定し、出力信号の良好な効果を達成する。
本発明の諸実施形態の技術的解決策をより明確に説明するために、以下では当該諸実施形態または先行技術を説明するのに必要な添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は本発明の諸実施形態の一部を示すにすぎず、当業者は創造的作業なしにこれらの添付図面から他の図面を導出することができる。
本発明の１実施形態に従う信号符号化方法の図である。 本発明の１実施形態における符号化方法を用いた時間周波数結合符号化方法の図である。 本発明の１実施形態に従う信号復号化方法の図である。 時間周波数結合復号化方法における、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得するための方法を示す図である。 本発明に従う符号化装置および／または復号化装置の例示的な実装形態を示す図である。 本発明の１実施形態に従う符号化信号符号化装置の図である。 本発明の１実施形態における符号化装置を用いた時間周波数結合符号化装置の図である。 本発明の１実施形態に従う信号復号化装置の図である。 時間周波数結合復号化における復号化ユニットのブロック図である。
以下で、本発明の諸実施形態における添付図面を参照して本発明の諸実施形態の技術的解決策を明確かつ十分に説明する。明らかに、説明する諸実施形態は本発明の諸実施形態の一部であって当該諸実施形態の全部ではない。当業者が創造的作業なしに本発明の諸実施形態に基づいて取得する他の全ての実施形態は本発明の保護範囲に入るものとする。
本発明における符号化技術の解決策と復号化技術の解決策を、様々な通信システムにおける送受信に適用してもよい。当該通信システムは例えば、ＧＳＭ（登録商標）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システム、広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ（登録商標）、Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ）、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、およびロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）である。
符号化技術の解決策および復号化技術の解決策は、様々な電子装置、例えば、携帯電話、無線機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルド・コンピュータまたはポータブル・コンピュータ、ＧＰＳ受信器／ナビゲータ、カメラ、オーディオ／ビデオプレイヤ、ビデオカメラ、ビデオ・レコーダ、監視装置、等に広く適用される。一般に、この種の電子装置には、オーディオ符号化器またはオーディオ復号化器が含まれ、当該オーディオ符号化器または復号化器を、デジタル回路またはチップ、例えばＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で直接実装することができ、または、ソフトウェア・コードがプロセッサを駆動して当該ソフトウェア・コード内の手続きを実施させることで実装することができる。
１例として、オーディオ符号化技術の解決策では、先ず、オーディオ時間領域信号は周波数領域信号に変換され、次いで符号化ビットが符号化のためのオーディオ周波数領域信号に割り当てられ、符号化された信号が、通信システムを用いることによって復号側に送信され、符号化された信号が復号側で復号化されて当該周波数領域信号を復元する。
図１は、本発明の１実施形態に従う信号符号化方法１００を示す。図１に示すように、当該方法は以下を含む。
１１０では、周波数領域信号を入力信号に従って取得する。当該入力信号は、画像信号、データ信号、音声信号、ビデオ信号、またはテキスト信号のような様々な種類のものであってもよい。高速フーリエ変換（ＦＦＴ、Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）または離散余弦変換（ＤＣＴ、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のようなアルゴリズムを用いることによって周波数領域変換を入力信号に対して実施して、当該周波数領域信号を取得してもよい。当該入力信号と周波数領域変換アルゴリズムのタイプは本発明に対する限定を構成しない。
１２０では、所定の割当て規則に従って所定のビットを当該周波数領域信号に割り当てる。当該所定数ｔｏｔ＿ｂｉｔのビットは、周波数領域符号化を当該周波数領域信号に対して実施するために使用する必要があるビットである。当該所定の割当て規則は、例えば、当該所定のビットにおけるより多くのビットが当該周波数領域信号における低周波数帯信号に割り当てられ、当該所定のビットにおける残りのビットが、当該低周波数帯信号を除いてより大きなエネルギの周波数帯に割り当てられるというものであってもよい。より多くのビットを全ての低周波数帯に対して低周波数帯信号に均一に割り当ててもよく、または、より多くのビットを低周波数帯信号のエネルギ分布に従って低周波数帯信号に割り当ててもよい。より多くのビットを低周波数帯信号に割り当てる理由は、会話／音声信号等においては、低周波数帯信号は一般に人間の耳に対してより敏感な情報を含むからである。
以下では、音声信号の周波数領域符号化を１例として用いて説明する。周波数領域符号化の最中に、当該周波数領域信号は一般に周波数に従って均等な間隔でサブバンドに分割され、または、周波数領域係数に従ってサブバンドに分割され、例えば、１６個の周波数領域係数ごとに１つのサブバンドに分割される。例えば、フレーム長が２０ｍｓである広帯域信号に対して、０乃至４ｋＨｚの周波数範囲にある１６０個の係数が１０個のサブバンドに分割され、５個のサブバンドが０乃至２ｋＨｚの周波数範囲に存在し、５個のサブバンドが２乃至４ｋＨｚの周波数範囲に存在する。次に、ビット割当てをサブバンドごとに実施する。量が１Ｆ＿ｂｉｔであるより多くのビットが０乃至２ｋＨｚの周波数範囲における低周波数領域信号に割り当てられ、ｒｅｓｔ＿ｂｉｔ個の残りのビットがｔｏｔ＿ｂｉｔ個の所定のビットから１Ｆ＿ｂｉｔを差し引くことによって得られ、残りのビットｒｅｓｔ＿ｂｉｔが、２乃至４ｋＨｚの周波数範囲の各サブバンドのエンベロープのサイズに従って２乃至４ｋＨｚの周波数範囲のサブバンドに割り当てられる。各サブバンドは５ビットを有する。ビットが割り当てられるサブバンドおよびビットが割り当てられる最高周波数帯のサブバンドｌａｓｔ＿ｂｉｎの数が、ｒｅｓｔ＿ｂｉｔと各サブバンドのエンベロープのサイズに従って決定され、同時に、５でぴったり除すことができない残余を０乃至２ｋＨｚの範囲の各サブバンドに均等に割り当てる。
１３０では、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値Ｂより大きいときに、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節する。所定値Ｂを経験値に従って設定してもよい。１実施形態では、所定値Ｂを、ｔｏｔ＿ｂｉｔ個の当該所定のビットのおよび当該周波数領域信号の解像度に従って決定してもよい（例えば、３２０個の周波数領域係数が０乃至８ｋＨｚの帯域幅範囲に存在する）。固定帯域幅のケースでは、より大きな数ｔｏｔ＿ｂｉｔの当該所定のビットが大きな所定値Ｂを示す。当該所定のビットのビット数ｔｏｔ＿ｂｉｔが固定されているときには、高い解像度の当該周波数領域信号が大きな所定値Ｂを示す。帯域幅が固定され当該周波数領域信号の解像度も固定されているときには、所定値Ｂを当該所定のビットのビット数ｔｏｔ＿ｂｉｔのみに従って決定してもよく、より大きなビット数ｔｏｔ＿ｂｉｔの所定のビットが大きな所定値Ｂを示す。所定値Ｂは事前設定された上限周波数値である。例えば、経験から、周波数領域変換を入力信号に対して実施した後に、一般に周波数が当該所定値より大きな周波数領域信号にビットが割り当てられないと推定される。したがって、具体的な実施においては、所定値Ｂを、当該周波数領域信号の最高周波数の値より小さな特定の周波数、例えば、２．９ｋＨｚ、３．２ｋＨｚ、３．５ｋＨｚ等に設定してもよい。別の実施形態では、所定値Ｂを、フレーム長、使用する変換方法、または変換ウィンドウ長のような別の因子に従って決定してもよい。
当該周波数領域信号をサブバンドに分割して符号化するとき、所定値Ｂは０乃至８ｋＨｚの周波数範囲における２０個のサブバンドのインデックス番号であってもよく、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数を、当該最高周波数が位置するサブバンドのインデックス番号を用いて表してもよい。例えば、標本化速度が１６ｋＨｚである広帯域信号に対して、フレーム長は２０ｍｓである。送信速度が６．８ｋｂｐｓである場合には、Ｂはサブバンドの全数（２０）と割り当てられる所定のビットの数（６．８ｋｂｐｓ×２０ｍｓ＝１３６ビット）とに従って６に設定される。送信速度が７．６ｋｂｐｓである場合には、Ｂはサブバンドの全数（２０）と割り当てられる所定のビットの数（７．６ｋｂｐｓ×２０ｍｓ＝１５２ビット）に従って８に設定される。纏めると、所定値Ｂとビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数は、周波数の数値に限定されず、サブバンドのインデックス番号であってもよい。本発明の諸実施形態の開示を読めば、当業者は、実際の条件に従って、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいかどうかの判定の仕方を理解する。
以下では、周波数領域信号に対するビット割当ての調節を説明する。信号の種類、周波数領域特性等に従って、復号側での出力にあまり寄与しない部分の当該周波数領域信号におけるビットを差し引き、ビットが割り当てられる最高周波数に割り当てられるビットとその近傍周波数領域信号をそれに応じて増大させてもよい。即ち、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するステップが、当該周波数領域信号により多くのビットが割り当てられる周波数帯に割り当てられるビットの数を減らすステップと、ビットが割り当てられる最高周波数に割り当てられるビットとその近傍周波数領域信号の数を増加させるステップを含んでもよい。音声信号に対しては、より多くのビットが割り当てられる周波数帯は０乃至２ｋＨｚの低周波数帯である。以下では、例を用いて、当該周波数領域信号に対するビット割当ての調節を説明する。
調節例１では、ビットが割り当てられる最高周波数は４ｋＨｚである。２ｋＨｚ乃至４ｋＨｚの範囲のサブバンドに０ビットが割り当てられる場合には、ビットが２ｋＨｚ乃至４ｋＨｚの範囲の全てのサブバンドに割り当てられるまで当該周波数帯に５ビットが割り当てられる。２乃至４ｋＨｚの範囲でさらに追加されるビットの数がＮｂｉｔであると仮定する。このケースでは、Ｎｂｉｔ個のビットを０乃至２ｋＨｚの範囲のサブバンドから差し引く必要がある。例えば、使用されるアルゴリズムは、０乃至２ｋＨｚの範囲の全てのサブバンド（５個のサブバンド）内の各サブバンドから１ビットを差し引いて、当該最高周波数のサブバンドを取り除き、残りの４個のサブバンド内の各サブバンドから再度１ビットを差し引いて、２番目の最高周波数のサブバンドを再度取り除き、差し引かれたビットの数がＮｂｉｔに等しくなるまで残りを類推により導くというものである。
調節例２では、２ｋＨｚ乃至４ｋＨｚの範囲においてビットが割り当てられる全てのサブバンドにＪビットを追加する。２乃至４ｋＨｚの範囲においてビットが割り当てられるサブバンドの数がＫであると仮定する。このケースでは、２乃至４ｋＨｚの範囲でさらに追加されるビットの数ＮｂｉｔはＪ×Ｋに等しく、Ｎｂｉｔ＝Ｊ×Ｋ個のビットを０乃至２ｋＨｚの範囲のサブバンドから差し引く必要がある。例えば、使用できるアルゴリズムは、Ｎｂｉｔ／５個のビットが０乃至２ｋＨｚの範囲の全てのサブバンド（５個のサブバンド）の各サブバンドから平均して差し引かれるというものである。
調節例３では、２ｋＨｚ乃至４ｋＨの範囲においてビットが割り当てられない各サブバンドに５ビットが割り当てられ、Ｊビットが２乃至４ｋＨｚの範囲における全てのサブバンドに追加され、２乃至４ｋＨｚの範囲においてビットが割り当てられるサブバンドの数がＫである場合、このケースでは、２乃至４ｋＨｚの範囲においてさらに追加されるビットの数Ｎｂｉｔは５×（５−Ｋ）＋５×Ｊに等しく、Ｎｂｉｔ個のビットを０乃至２ｋＨｚの範囲におけるサブバンドから差し引く必要がある。使用されるアルゴリズムは、調節例１でのアルゴリズムと調節例２でのアルゴリズムのうち何れか１つであってもよい。
さらに、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値より小さい場合には、１２０で当該所定の割当て規則に従って実施される当該所定のビットの割当てが維持される。
１４０では、当該周波数領域信号を、調節したビット割当てに従って符号化する。実際には、要件に従って任意の周波数領域符号化方法を使用してもよい。選択した周波数領域符号化方法は本発明に対する限定を構成しない。
上述の信号符号化方法を用いることにより、周波数領域信号のビット割当てが、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数に従って調節され、その結果、同数のビットを用いて周波数領域符号化を実施するときに良好な符号化効果が実現される。
上述の信号符号化方法を様々な符号化の解決策に適切に適用してもよく、以下では時間周波数結合符号化の方法の適用を例示的な説明のための１例として使用する。
図２は、本発明の１実施形態に従う時間周波数結合符号化方法２００を示す。図２の２２０、２３０、および２４０はそれぞれ図１の１２０、１３０、および１４０と同じである。図２と図１の違いは、ステップ２５０およびステップ２６０が追加され、図１の１１０が２１１と２１２で置き換えられていることである。以下では図２と図１の違いを説明するが、その内容を再び一般的に説明することはしない。
２１１では、時間領域分析を入力信号に対して実施することによって第１の時間領域信号と第２の時間領域信号を取得する。例えば、線形予測符号化（ＬＰＣ、ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｄｉｎｇ）分析と処理を当該入力信号に対して実施して、線スペクトル周波数（Ｌｉｎｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＬＳＦ）パラメータとイミタンス・スペクトル周波数（Ｉｍｍｉｔｔａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＩＳＦ）パラメータのうち１つを取得し、さらに、残差信号ｒｅｓと適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔを取得する。ＬＳＦパラメータまたはＩＳＦパラメータを使用して、ＬＰＣ分析で使用される係数（即ち、ＬＰＣ係数）の周波数領域特性を表現する。残差信号ｒｅｓと適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔは当該第１の時間領域信号に含まれ、適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔは当該第２の時間領域信号に含まれる。
２１２では、当該第１の時間領域信号で周波数領域変換を実施し処理することにより、周波数領域信号を取得する。１例として、周波数領域変換を当該第１の時間領域信号内の残差信号ｒｅｓと適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔに対して別々に実施し、周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓと周波数領域の適応的コードブック寄与ｆ＿ｅｘｃ＿ｐｉｔの関連性に従って、適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを判定する。適応的コードブック寄与が出力信号に寄与する場合には、当該周波数領域の適応的コードブック寄与ｆ＿ｅｘｃ＿ｐｉｔを当該周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓから差し引いて、当該周波数領域の差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを取得し、差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを当該周波数領域信号として使用する。当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与しない場合には、当該周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓを直接、差分信号ｆ＿ｄｉｆｆとして、即ち当該周波数領域信号として使用する。
当該周波数領域信号を取得した後、当該周波数領域信号を図１の１２０、１３０、および１４０と同じである２２０、２３０、および２４０を用いて符号化して、符号化した周波数領域信号を取得する。
２５０では、第２の時間領域信号を符号化する。１例として、２６０を、当該周波数領域信号が符号化されたと同時に実施する。当該時間領域信号を、（予測符号化またはパルス符号変調（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＣＭ）符号化のような）任意の時間領域符号化方法を用いて符号化してもよく、使用される時間領域符号化方法は本発明に対する限定を構成しない。適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するときには、当該適応的コードブック寄与を復号側で取得する必要があり、したがって、第２の時間領域信号における適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔが符号化され、その結果、ビット・ストリームとして受信側に送信される。しかし、適応的コードブック寄与が出力信号に寄与しない場合、即ち、復号側の出力が適応的コードブック寄与を必要としない場合には、時間領域符号化の部分は必要でなく、符号化効率が高まる。適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するというのは、高品質な出力信号を符号化された周波数領域信号のみに従って復号側で取得できないことを意味する。
２６０では、符号化された周波数領域信号および符号化された第２の時間領域信号を当該ビット・ストリームに多重化する。
差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを含める以外に、周波数領域符号化を実施する必要がある周波数領域信号がさらに、適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）のような別の信号を含んでもよいことに留意されたい。同様に、適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔを含める以外に、時間領域符号化を実施する必要がある第２の時間領域信号がさらに、復号化に必要な他の情報を含んでもよい。
図２を参照して説明した上述の時間周波数結合符号化では、周波数領域信号に対するビット割当てを、時間領域符号化と組み合わせて、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数に従って調節する。その結果、良好な符号化効果が達成される。
図３は、本発明の１実施形態に従う信号復号化方法３００を示す。方法３００は以下を含む。
３１０では、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得する。周波数領域符号化のみを使用するときには、周波数領域符号化方法に対応する周波数領域復号化方法を用いることによって、復号化で得られた周波数領域信号を受信したビット・ストリームから取得する。時間周波数結合符号化のケースでは、当該ビット・ストリーム内の周波数領域情報に対して周波数領域復号化を実施して第１の周波数領域信号を取得するステップと、当該第１の周波数領域信号に従って、出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在するかどうかを判定するステップと、当該出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在すると判定されたとき、当該時間領域符号化信号に対して時間領域復号化と周波数領域変換を実施して第２の周波数領域信号を取得し、当該第１の周波数領域信号と当該第２の周波数領域信号を合成して、復号化で得られた周波数領域信号を取得するステップを実施することによって、復号化で得られた周波数領域信号を受信したビット・ストリームから取得する。これについては図４を参照して下記でさらに詳細に説明する。
３２０では、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすとき、復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測する。１例として、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすことは、復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいこと、および、復号化で得られた周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むこと、のうち少なくとも１つを含む。実際には、復号化で得られた周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むという判定条件を最初に適用し、次に、復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいという判定条件を適用してもよく、または、逆の順序が使用され、これらの２つのうち１つのみを使用してもよいことに留意されたい。
上述のように図１の１３０を参照すると、当該所定値は周波数領域符号化に使用されるｔｏｔ＿ｂｉｔ個の所定のビットと当該周波数領域信号の解像度とに従って決定される。実施要件に従って、当該所定値を、当該周波数領域信号の最高周波数の値よりも小さい特定の周波数である周波数値に設定してもよい。当該周波数領域信号をサブバンドに分割するとき、当該所定値がサブバンドのインデックス番号であってもよく、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数は、当該最高周波数領域が位置するサブバンドのインデックス番号を用いることによって表される。復号側での当該所定値は、符号化側の当該所定値と同じであっても異なってもよい。
時間周波数結合符号化のケースでは、復号化で得られた周波数領域信号は、３１０での復号化当該ビット・ストリームにより得られ、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号、および、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含む可能性があり、例えば、適応的コードブック寄与のような、当該ビット・ストリームに含まれる時間領域符号化情報に対して時間領域復号化および周波数領域変換を実施することによって得られる信号である。様々な種類の符号化された信号に従って、符号化の最中に使用される時間領域分析方法がＬＰＣ分析でないときには、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該適応的コードブック寄与を除いて別の信号であってもよい。
復号化で得られた周波数領域信号が適応的コードブック寄与を含むときには、上述の適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）に従って、復号化で得られた周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むかどうかを学習してもよい。復号化で得られた周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含み、これは、周波数領域復号化のみを利用するのでは高品質な出力を得ることが難しいことを示し、会話／音声信号の特徴によれば、このケースでは、復号化で得られなかった周波数領域信号を単純に雑音に設定すると出力信号の品質が悪化する。その結果、復号化で得られなかった
周波数領域信号を予測する必要がある。
復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測する１例として、復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数から低周波数までの周波数帯の周波数領域信号を選択してもよく、復号化で得られなかった周波数領域信号を当該選択した周波数領域信号に従って予測してもよい。例えば、フレーム長が２０ｍｓであり標本化速度が１２．８ｋＨｚである信号に対して、２５６個の周波数領域係数が存在し、帯域幅は６．４ｋＨｚである。符号化率が７．６ｋｂｐｓである、即ち、１６個の係数ごとに１つのサブバンドがあるときには、全部で１６個のサブバンドが存在し、当該所定値は１０（４ｋＨｚ）に設定される。復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数帯が１０より大きいとき、４乃至６．４ｋＨｚの範囲での復号化によっては得られない周波数領域係数を、１．６乃至４ｋＨｚの範囲での復号化によって得られる周波数領域係数を用いることによって予測を通じて取得する。当該予測の実装の１例として、復号化で得られなかった周波数領域信号を、正常化処理、エンベロープ処理等を選択した周波数領域信号に対して実施することによって予測してもよい。当該正常化処理とエンベロープ処理の実装は、当業者に公知な手段であり、ここでは詳細には説明しない。さらに、出力信号のタイプに従って、当業者は、別の方式を選択することによって、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測してもよく、例えば、復号化で得られた周波数領域信号内の固定周波数帯における周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測してもよい。
復号化で得られなかった周波数領域信号を復号化で得られた周波数領域信号に従って取得した後に、復号化によって得られなかった予測された周波数領域係数を、符号化側からのＩＳＦパラメータまたはＬＳＦパラメータを用いることによって補正して、当該予測した周波数領域信号が過度なエネルギを有する周波数チャネル番号を含むのを防ぐことができることに留意されたい。例えば、当該ＬＳＦパラメータまたはＩＳＦパラメータを用いることによって共鳴ピーク位置を推定し、それぞれの推定された共鳴ピーク位置で、大きな振幅を有する周波数領域係数を拡大する。１例として、当該共鳴位置付近の予測された周波数領域係数の振幅が閾値より大きい（当該閾値を、符号化側の時間領域分析の特性に従って設定してもよい）ときには、当該共鳴位置付近の予測された周波数領域係数の振幅を減らす。
さらに、周波数領域信号が所定条件を満たさないときには、雑音を用いて、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測する。
３３０では、復号化で得られた周波数領域信号と予測した周波数領域信号に従って、最終的に出力される時間領域信号を取得する。復号化で得られた周波数領域信号を復号化によって取得し、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測して、全体の周波数帯における周波数領域信号を取得し、時間領域内の出力信号を、周波数領域逆変換、例えば、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ、Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のような処理を行うことによって取得する。１例として、時間周波数結合符号化のケースでは、ＬＰＣ係数は、変換を当該ＩＳＦパラメータまたはＬＳＦパラメータに対して実施することによって得られ、当該ＬＰＣ係数を用いることによって、周波数領域逆変換の後に取得される信号に対して時間領域合成を実施して最終的に出力される時間領域信号を取得する。実際には、周波数領域信号に従って時間領域内の出力信号をどのように取得するかについては当業者には公知であり、ここでは詳細には説明しない。
図３を参照して説明した本発明の当該実施形態に従う上述の信号復号化方法では、復号化で得られなかった周波数領域信号は復号化で得られた周波数領域信号の誘導のもとで設定され、出力信号の良好な効果が達成される。
本発明の当該実施形態を当業者に対してより良く開示するために、以下では図４を参照して、時間周波数結合復号化の解決策における本発明の当該実施形態に従う復号化方法の適用を説明する。当該時間周波数結合復号化の解決策では、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得するステップ（３１０）を除いて、後続の動作は図３を参照して説明した３２０と３３０と同じである。したがって、以下では、時間周波数結合復号化方法において、復号化で得られた周波数領域信号をどのように取得するかについてのみ説明する。
図４は、受信したビット・ストリームから時間周波数結合復号化方法における復号化で得られた周波数領域信号を取得するための方法４１０を示す。方法４１０は以下を含む。
４１１では、ビット・ストリームを第１の１群のビットと第２の１群のビットに逆多重化する。受信側での復号化の最中には、当該ビット・ストリームを受信したとき、当該ビット・ストリームが、図２の２６０における多重化技術に対応する逆多重化技術を用いることによって第１の１群のビットと第２の１群のビットに逆多重化される。当該第１の１群のビットは、後続の周波数領域復号化を実施する必要がある周波数領域情報を含み、第２の１群のビットは、後続の時間領域符号化を実施する必要があり出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含む。
音声信号の時間領域結合復号化に関して、当該第１の１群のビットは、例えば、差分信号ｆ＿ｄｉｆｆ、適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）等を含む。当該第２の１群のビットは、例えば、当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するときの当該適応的コードブック寄与を含む。当該第１の１群のビットおよび当該第２の１群のビットおよび信号をエンコードするとき、別の信号をさらにそれに応じてエンコードしてもよいことに留意されたい。
４１２では、周波数領域復号化を第１の１群のビットに対して実施して第１の周波数領域信号を取得し、当該第１の周波数領域信号に従って、当該出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在するかどうかを判定する。当該第１の１群のビットは、符号化側で周波数領域符号化方法に対応する復号化方法を用いて復号化して、当該第１の周波数領域信号を得る。当該第１の周波数領域信号は、例えば、復号化差分信号ｆ＿ｄｉｆｆ、および、適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）を含む。
４１３では、時間領域復号化を第２の１群のビットに対して実施する。当該第２の１群のビットを、符号化側での時間領域符号化方法に対応する復号化方法を用いることによって復号化して、復号化時間領域信号を取得する。特に、当該出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在すると判定されたとき、時間領域復号化を当該第２の１群のビットにおける時間領域符号化信号に対して実施する。
４１４では、周波数領域変換を復号化時間領域信号における適応的コードブック寄与に対して実施して、第２の周波数領域信号を取得する。
４１５では、当該第１の周波数領域信号および当該第２の周波数領域信号を合成して、復号化で得られた周波数領域信号を取得する。１例として、当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するときには、当該周波数領域信号を、当該第１の周波数領域信号における差分信号ｆ＿ｄｉｆｆと当該第２の周波数領域信号における当該適応的コードブック寄与とを加算することによって合成により取得する。当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与しないときには、当該第１の周波数領域信号における差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを直接当該周波数領域信号として使用する。
復号化で得られた周波数領域信号を取得した後、最終的に出力される時間領域信号を、図３の３２０および３３０と同じステップを用いることによって取得する。
上述の方法の実施形態に関連して、本発明はさらに符号化装置と復号化装置を提供する。当該符号化装置または復号化装置を端末装置、ネットワーク装置、または試験装置に配置してもよい。当該符号化装置または復号化装置を、ハードウェア回路によって実装してもよく、または、ハードウェアと協働するソフトウェアにより実装してもよい。
図５は、本発明に従う符号化装置および／または復号化装置の例示的な実装形態を示す。図５に示すように、プロセッサ５１０は入出力インタフェース５２０を用いることにより符号化装置または復号化装置５３０を起動し、メモリ５４０の支援により音声信号の符号化処理または復号化処理を実装する。符号化装置または復号化装置５３０が、上述の方法の実施形態における様々な方法や手続きを実施してもよい。
図６は、本発明の１実施形態に従う信号符号化のための符号化装置６００を示す。符号化装置６００は、入力信号に従って周波数領域信号を取得する周波数領域変換ユニット６１０と、所定の割当て規則に従って所定のビットを当該周波数領域信号に割り当てるビット割当てユニット６２０と、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値以上であるとき、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するビット調整ユニット６３０と、調節された当該ビット割当てに従って当該周波数領域信号を符号化する周波数領域符号化ユニット６４０とを備える。
周波数領域変換ユニット６１０は、入力信号に従って周波数領域信号を取得してもよい。当該入力信号が、画像信号、データ信号、音声信号、ビデオ信号、またはテキスト信号のような様々な種類の信号であってもよい。周波数領域変換を、ＦＦＴまたはＤＣＴのようなアルゴリズムを用いることによって入力信号で実施して当該周波数領域信号を取得してもよい。入力信号および周波数領域変換アルゴリズムの種類は本発明に対する限定を構成しない。
ビット割当てユニット６２０は、所定の割当て規則に従って所定数ｔｏｔ＿ｂｉｔのビットを当該周波数領域信号に割り当ててもよい。ｔｏｔ＿ｂｉｔは、当該周波数領域信号での符号化を実施するために使用する必要があるビットの数である。当該所定の割当て規則が、例えば、当該所定のビットにおけるより多くのビットが当該周波数領域信号における低周波数帯信号に割り当てられ、当該所定のビットにおける残りのビットが、当該低周波数帯信号を除いてより大きなエネルギの周波数帯に割り当てられるというものであってもよい。低周波数帯における周波数領域信号の割当てに関して、より多くのビットを全ての低周波数帯に対する低周波数帯信号に対して均一に割り当ててもよく、または、より多くのビットを当該低周波数帯信号のエネルギ分布に従って当該低周波数帯信号に割り当ててもよい。より多くのビットを当該低周波数帯信号に割り当てる理由は、周波数領域では、会話のような音声信号は主に低周波数範囲に集中し、より多くのビットを音声信号に割り当てることによって周波数領域符号化の効率を高めることができるからである。
１例として、周波数領域符号化を音声信号に実施する例示的なケースでは、図１の１２０を参照して上述したように、０乃至４ｋＨｚの周波数範囲における周波数領域信号を１０個のサブバンドに分割する。０乃至２ｋＨｚの周波数範囲には５個のサブバンドがあり、２乃至４ｋＨｚの周波数範囲には５個のサブバンドがある。次いで、ビット割当てをサブバンドごとに実施する。量が１Ｆ＿ｂｉｔであるより多くのビットが０乃至２ｋＨｚの周波数範囲の低周波数領域信号に割り当てられる。（１Ｆ＿ｂｉｔをｔｏｔ＿ｂｉｔから引いた）残りのビットｒｅｓｔ＿ｂｉｔは、２乃至４ｋＨｚの周波数範囲の各サブバンドのエンベロープに従って２乃至４ｋＨｚの周波数範囲のサブバンドに割り当てられる。特に、ビットが割り当てられるサブバンドとビットが割り当てられる最高周波数帯のサブバンドｌａｓｔ＿ｂｉｎの数が、ｒｅｓｔ＿ｂｉｔおよび各サブバンドのエンベロープのサイズに従って決定され、同時に、５でぴったり除すことができない残りを０乃至２ｋＨｚの範囲の各サブバンドに均等に割り当てる。
ビット調整ユニット６３０は、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値Ｂ以上であるとき、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節してもよい。所定値Ｂは、所定のビットのビット数ｔｏｔ＿ｂｉｔと当該周波数領域信号の解像度（例えば、４ｋＨｚ）に従って決定される。当該所定値は、事前設定された上限周波数の値である。具体的な実施においては、所定値Ｂを、当該周波数領域信号の最高周波数の値（例えば、４ｋＨｚ）より小さい特定の周波数である周波数値、例えば２．９ｋＨｚ、３．２ｋＨｚ、３．５ｋＨｚ等に設定してもよい。上述のように、当該周波数領域信号を符号化のためにサブバンドに分割するときには、所定値Ｂは、０乃至４ｋＨｚの周波数範囲の１０個のサブバンドのインデックス番号（例えば、７または８）であってもよく、同時に、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数を、当該最高周波数が位置するサブバンドのインデックス番号ｉｎｄｅｘを用いることによって表してもよい。
ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数（例えば、ｉｎｄｅｘ＝７）が所定値（例えば、Ｂ＝８）より小さい場合には、ビット割当てユニット６２０において所定の割当て規則に従って実施される当該所定のビットの割当てを維持する。
当該最高周波数が当該所定値以上であるとき、ビット調整ユニット６３０は、ビット割当てユニット６２０によって所定の割当て規則に従って実施される周波数領域信号に対するビット割当てを調節してもよい。入力信号の種類、当該周波数領域信号の周波数領域特性等に従って、当該周波数領域信号における復号側での出力にあまり寄与しない部分を取り除き、ビットが割り当てられる最高周波数に割り当てられるビットおよびその近傍周波数領域信号をそれに応じて増大させてもよい。１例として、ビット調整ユニット６３０が、当該周波数領域信号においてより多くのビットが割り当てられる周波数帯に割り当てられるビットの数を減らし、ビットが割り当てられる最高周波数に割り当てられるビットとその近傍周波数領域信号の数を増やしてもよい。音声信号に対しては、より多くのビットが割り当てられる周波数帯は０乃至２ｋＨｚの低周波数帯である。
当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するステップの実装については、上述の調節例１乃至３を参照することができ、ここでは再び詳細に説明することはしない。
周波数領域符号化ユニット６４０は、調節したビット割当てに従って周波数領域信号を符号化する。当該周波数領域信号を符号化するための方法が、例えば、変換符号化、サブバンド符号化等であってもよい。さらに、上記最高周波数が上記所定値を下回るとき、ビット調整ユニット６３０は当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節しない。このケースでは、当該周波数領域信号に対するビット割当ては所定のビット割当て規則に従って実施されたビット割当てであり、周波数領域符号化ユニット６４０は、当該所定のビット割当て規則に従って実施したビット割当てに従って当該周波数領域信号を符号化する。
信号符号化のための上述の装置６００では、周波数領域信号に対するビット割当ては、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数に従って調節され、その結果、
良好な符号化効果が達成される。
符号化装置６００を、様々な符号化技術に適切に適用してもよく、以下では、時間周波数結合符号化における装置の適用を例示的な説明のための１例として使用する。
図７は、本発明の１実施形態における符号化装置を用いた時間周波数結合符号化装置７００を示す。
時間周波数結合符号化装置７００は、時間領域分析を入力信号に対して実施することによって第１の時間領域信号と第２の時間領域信号を取得する時間領域分析ユニット７１１と、当該第１の時間領域信号で周波数領域変換を実施し処理することによって周波数領域信号を取得する周波数領域変換ユニット７１２と、所定の割当て規則に従って所定のビットを当該周波数領域信号に割り当てるビット割当てユニット７２０と、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数が所定値以上であるとき、当該周波数領域信号に対するビット割当てを調節するビット調整ユニット７３０と、調節したビット割当てに従って当該周波数領域信号を符号化する周波数領域符号化ユニット７４０と、当該第２の時間領域信号を符号化する時間領域符号化ユニット７５０と、符号化した周波数領域信号と符号化した第２の時間領域信号をビット・ストリームに多重化するビット多重化ユニット７６０とを備える。
図７のビット割当てユニット７２０、ビット調整ユニット７３０、および周波数領域符号化ユニット７４０はそれぞれ、図６のビット割当てユニット６２０、ビット調整ユニット６３０、および周波数領域符号化ユニット６４０と同じである。図７および図６の違いは、時間領域符号化ユニット７５０とビット多重化ユニット７６０が追加され、図６の周波数領域変換ユニット６１０が時間領域分析ユニット７１１と周波数領域変換ユニット７１２で置き換えられていることである。以下では図７と図６の違いを説明するが、その内容を再び一般的に説明することはしない。
時間領域分析ユニット７１１は、時間領域分析を入力信号に対して実施することによって第１の時間領域信号と第２の時間領域信号を取得する。例えば、ＬＰＣ分析および処理を当該入力信号に対して実施して、ＩＳＦパラメータ（またはＬＳＦパラメータ）、残差信号ｒｅｓ、および適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔを取得する。残差信号ｒｅｓおよび適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔは当該第１の時間領域信号として使用され、適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔは第２の時間領域信号として使用される。
周波数領域変換ユニット７１２は、周波数領域変換および処理を当該第１の時間領域信号に対して実施することによって、周波数領域信号を取得してもよい。１例として、周波数領域変換が当該第１の時間領域信号における残差信号ｒｅｓおよび適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔに対して別々に実施され、次いで、周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓと周波数領域の適応的コードブック寄与ｆ＿ｅｘｃ＿ｐｉｔの関連性に従って、当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを判定する。当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与する場合には、当該周波数領域の適応的コードブック寄与ｆ＿ｅｘｃ＿ｐｉｔを当該周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓから差し引いて当該周波数領域の差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを取得し、差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを当該周波数領域信号に含める。当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与しない場合には、当該周波数領域の残差信号ｆ＿ｒｅｓを直接差分信号ｆ＿ｄｉｆｆとして使用し、当該周波数領域信号として送信する。差分信号ｆ＿ｄｉｆｆを含めること以外に、当該周波数領域信号がさらに別の信号、例えば、当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）を含んでもよい。
当該周波数領域信号を取得した後、図７のビット割当てユニット７２０、ビット調整ユニット７３０、および周波数領域符号化ユニット７４０を用いて当該周波数領域信号を符号化して、符号化された周波数領域信号を取得する。
時間領域符号化ユニット７５０が上記第２の時間領域信号を符号化してもよい。当該時間領域信号を、予測符号化またはパルス符号変調のような時間領域符号化方法を用いて符号化してもよい。適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するときには、当該適応的コードブック寄与を復号側で取得する必要があり、したがって、当該第２の時間領域信号における適応的コードブック寄与ｅｘｃ＿ｐｉｔを符号化し、受信側に送信されるようにする。しかし、当該適応的コードブック寄与が出力信号に寄与しない場合には、当該適応的コードブック寄与を符号化も送信もする必要がなく、符号化効率が高まる。ビット多重化ユニット７６０が符号化された周波数領域信号と符号化された第２の時間領域信号をビット・ストリームに多重化してもよい。
図７を参照して説明した上述の時間周波数結合符号化装置では、周波数領域信号に対するビット割当てを、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数に従って調節する。これは時間領域符号化で結合され、その結果、良好な符号化効果が達成される。
図８は、本発明の１実施形態に従う信号復号化のための復号化装置８００を示す。復号化装置８００は、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得する復号化ユニット８１０と、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測し、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすとき、復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測するように構成された帯域幅拡張ユニット８２０と、復号化で得られた周波数領域信号と当該予測した周波数領域信号に従って、最終的に出力される時間領域信号を取得する出力ユニット８３０とを備える。
復号化ユニット８１０は、受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得してもよい。周波数領域符号化のみを使用するときには、周波数領域符号化方法に対応する周波数領域復号化方法を用いることによって、復号化で得られた周波数領域信号を受信したビット・ストリームから取得する。時間周波数結合符号化のケースでは、復号化ユニット８１０が、当該ビット・ストリーム内の周波数領域情報に対して周波数領域復号化を実施して第１の周波数領域信号を取得するステップと、当該第１の周波数領域信号に従って、出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在するかどうかを判定するステップと、当該出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在すると判定されたとき、当該時間領域符号化信号に対して時間領域復号化と周波数領域変換を実施して第２の周波数領域信号を取得し、当該第１の周波数領域信号と当該第２の周波数領域信号を合成して復号化で得られた周波数領域信号を取得するステップとを実施することによって、受信したビット・ストリームから復号化で得られた周波数領域信号を取得してもよい。これについては図９を参照して以下で詳細に説明する。
帯域幅拡張ユニット８２０を、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測ように構成してもよい。復号化で得られた周波数領域信号が当該所定条件を満たすときには、帯域幅拡張ユニット８２０は復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測してもよい。１例として、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たすことは、復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいこと、および、復号化で得られた周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むことのうち少なくとも１つを含む。実際には、必要に応じて選択を行ってもよい。
上述のように、当該所定値を、周波数領域符号化に使用されるｔｏｔ＿ｂｉｔ個の所定のビットおよび周波数領域信号の解像度に従って決定してもよい。実際の必要に従って、当該所定値を、当該周波数領域信号の最高周波数の値より小さい特定の周波数である周波数値に設定してもよい。当該周波数領域信号をサブバンドに分割するとき、当該所定値はサブバンドのインデックス番号であってもよく、ビットが割り当てられる周波数領域信号の最高周波数は、当該最高周波数領域が位置するサブバンドのインデックス番号を用いることによって表される。
時間周波数結合復号化技術を使用するときには、復号化で得られた周波数領域信号は、当該ビット・ストリームを復号化することにより復号化ユニット８１０で取得され、当該ビット・ストリームに含まれる時間領域情報、例えば、適応的コードブック寄与に対して当該時間領域復号化および周波数領域変換を実施することによって得られる信号を含む可能性がある。上述の適応的コードブック寄与が出力信号に寄与するかどうかを示すフラグ（ｆｌａｇ）に従って、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を当該周波数領域信号が含むかどうかを学習してもよい。様々な種類の符号化された信号に従って、符号化の最中に使用される時間領域分析方法がＬＰＣ分析でないときには、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号が別の信号であってもよい。
復号化で得られた周波数領域信号は、当該ビット・ストリームに含まれる時間領域信号に対して時間領域復号化および周波数領域変換を実施することによって得られる信号を含み、これは、復号化で得られなかった周波数領域信号が、出力に対して有用である信号を含むことを示し、その結果、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測する必要があり、復号化で得られなかった周波数領域信号を単純に雑音に設定すると出力信号の品質が悪化する。
さらに、復号化で得られた周波数領域信号が所定条件を満たさないときには、帯域幅拡張ユニット８２０は、復号化で得られなかった周波数領域信号を雑音に設定してもよい。
復号化で得られた周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測する１例として、帯域幅拡張ユニット８２０は、復号化で得られた周波数領域信号の最高周波数から低周波数までの周波数帯から周波数領域信号を選択し、選択した周波数領域信号を上述のように処理して、当該選択した周波数領域信号に従って、復号化で得られなかった周波数領域信号を予測してもよい。さらに、復号化で得られなかった周波数領域信号を、別の方式を用いることによって予測してもよく、例えば、復号化で得られなかった周波数領域信号を、復号化で得られた周波数領域信号内の固定周波数帯における周波数領域信号に従って予測してもよい。
出力ユニット８３０は、復号化で得られた周波数領域信号と当該予測した周波数領域信号に従って、最終的に出力される時間領域信号を取得してもよい。復号化で得られなかった周波数領域信号を予測した後、全体の周波数帯における周波数領域信号を取得し、符号化の間に使用される周波数領域変換の逆変換を用いることによって、周波数領域逆変換を全体の帯域幅における周波数領域信号に対して実施し、時間領域内の出力信号を取得する。上述のように、当該出力ユニットは、ＩＳＦパラメータ（またはＬＳＦパラメータ）に従って得られたＬＰＣ係数を用いることによって、周波数領域逆変換後の信号に対して時間領域合成を実施して、出力するための最終的に出力される時間領域信号を取得してもよい。
復号化装置８００のユニットのより詳細な動作については、図３を参照して説明した上述のステップを参照されたい。
図８を参照して説明した、本発明の当該実施形態に従う信号復号化のための上述の復号化装置８００では、復号化で得られなかった周波数領域信号を復号化で得られた周波数領域信号の誘導のもとで設定し、出力信号がより良好な効果を達成するようにする。
本発明の当該実施形態を当業者に対してより良く開示するために、以下では時間周波数結合復号化の解決策における本発明の当該実施形態に従う復号化装置の適用を簡単に説明する。当該時間周波数結合復号化の解決策では、復号化ユニット８１０の動作を除いては、他の構成ユニットの動作は帯域幅拡張ユニット８２０および出力ユニット８３０の動作と同じである。したがって、以下では時間周波数結合復号化方法における復号化ユニット８１０の具体的な実装のみを説明する。
図９は、時間周波数結合復号化における復号化ユニット９１０のブロック図を示す。復号化ユニット９１０は、ビット・ストリームを第１の１群のビットと第２の１群のビットに逆多重化する逆多重化ユニット９１１と、周波数領域復号化を当該第１の１群のビットに対して行って第１の周波数領域信号を取得し、当該第１の周波数領域信号に従って、出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在するかどうかを判定する周波数領域復号化ユニット９１２と、当該出力信号に寄与する時間領域符号化信号が当該ビット・ストリームに存在すると判定された場合には時間領域符復号化を第２の１群のビットにおいて実施する時間領域復号化ユニット９１３と、周波数領域変換を復号化時間領域信号に対して実施して第２の周波数領域信号を取得する周波数領域変換ユニット９１４と、当該第１の周波数領域信号および当該第２の周波数領域信号を合成して復号化で得られた周波数領域信号を取得する合成ユニット９１５と、を備える。
便宜上および説明の簡単さのため、逆多重化ユニット９１１、周波数領域復号化ユニット９１２、時間領域復号化ユニット９１３、周波数領域変換ユニット９１４、または合成ユニット９１５の具体的な動作については、図４の４１１、４１２、４１３、４１４、および４１５を参照されたい。ここでは再び詳細に説明することはしない。
本明細書で開示した諸実施形態で説明した例と組み合わせて、ユニットおよびアルゴリズムのステップを、電子ハードウェアまたはコンピュータ・ソフトウェアと電子ハードウェアの組合せにより実装してもよいことは当業者には理解される。機能をハードウェアで実装するかソフトウェアで実装するかは、具体的な適用と当該技術的解決策の設計制約条件に依存する。当業者は、様々な方法を使用して、具体的な適用ごとに説明した機能を実装できるが、当該実装が本発明の範囲を超えるものとみなすべきではない。
本願で提供した幾つかの実施形態では、開示した装置と方法を他の方式で実装してもよいことは理解される。例えば、説明した装置の実施形態は例示的なものにすぎない。例えば、ユニットの分割は論理的な機能分割にすぎず、実際の実装では他の分割であってもよい。例えば、複数のユニットもしくはコンポーネントを別のシステムに結合もしくは統合してもよく、または、一部の機能を無視するかもしくは実装しなくともよい。
別々の部分として説明したユニットが物理的に分離していてもしていなくてもよく、１カ所に配置されていてもよく、または、複数のネットワーク要素に分散してもよい。当該ユニットの一部または全部を必要に応じて選択して、諸実施形態の解決策の目的を達成してもよい。
さらに、本発明の諸実施形態の機能ユニットを１つの処理ユニットに統合してもよく、または、当該ユニットの各々が物理的に単体で存在してもよく、または、２つ以上のユニットを１つのユニットに統合してもよい。
機能をソフトウェアの機能ユニットの形で実装し、独立な製品として販売または使用するときには、当該機能をコンピュータ可読記憶媒体に格納してもよい。かかる理解のもとに、本発明の技術的解決策を本質的に、または、先行技術に寄与する部分、もしくは、当該技術的解決策の一部を、ソフトウェア製品の形で実装してもよい。当該コンピュータ・ソフトウェア製品は記憶媒体に格納され、コンピュータ装置（パーソナル・コンピュータ、サーバ、ネットワーク装置、等であってもよい）に本発明の諸実施形態で説明した方法のステップの全部または一部を実施するように指示するための幾つかの命令を含む。上述の記憶媒体には、ＵＳＢフラッシュ・ドライブ、取外し可能ハード・ディスク、読取り専用メモリ（ＲＯＭ、Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ、Ｒおよびｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク、または光ディスクのような、プログラム・コードを格納できる任意の媒体が含まれる。
上述の説明は本発明の具体的な実装方式にすぎず、本発明の保護範囲を限定しようとするものではない。本発明で開示した技術的範囲において当業者が容易に想到する任意の変形または置換は本発明の保護範囲に入るものとする。したがって、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の保護範囲の支配を受けるものとする。
５１０ プロセッサ
５２０ 入出力インタフェース
５３０ 符号化装置／復号化装置
５４０ メモリ
６００ 装置
６１０ 周波数領域変換ユニット
６２０ ビット割当てユニット
６３０ ビット調整ユニット
６４０ 周波数領域符号化ユニット
７００ 装置
７１１ 時間領域分析
７１２ 周波数領域変換ユニット
７２０ ビット割当てユニット
７３０ ビット調整ユニット
７４０ 周波数領域符号化ユニット
７５０ 時間領域符号化
７６０ ビット多重化
８００ 装置
８１０ 復号化ユニット
８２０ 拡張ユニット
８３０ 出力ユニット
９１０ 復号化ユニット
９１１ 逆多重化ユニット
９１２ 周波数領域復号化ユニット
９１３ 時間領域復号化ユニット
９１４ 周波数領域変換ユニット
９１５ 合成ユニット

Claims (13)

  1. 受信したビット・ストリームから、復号化された周波数領域信号を取得するステップと、
    前記復号化された周波数領域信号が所定条件を満たすとき、前記復号化された周波数領域信号に従って、予測される周波数領域信号を予測するステップと、
    前記復号化された周波数領域信号と前記予測した周波数領域信号に従って、時間領域信号を取得するステップと、
    を含み、
    前記所定条件は、
    前記復号化された周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいこと、
    前記復号化された周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むこと、
    の条件のうち少なくとも１つを含む、信号復号化方法。
  2. 受信したビット・ストリームから、復号化で得られた周波数領域信号を取得するステップは、
    前記ビット・ストリーム内の周波数領域情報に対して周波数領域復号化を実施して第１の周波数領域信号を取得するステップと、
    前記第１の周波数領域信号に従って、前記出力信号に寄与する時間領域符号化信号が前記ビット・ストリームに存在するかどうかを判定するステップと、
    前記出力信号に寄与する時間領域符号化信号が前記ビット・ストリームに存在すると判定されたとき、前記時間領域符号化信号に対して時間領域復号化と周波数領域変換を実施して第２の周波数領域信号を取得し、前記第１の周波数領域信号と前記第２の周波数領域信号を合成して復号化で得られた前記周波数領域信号を取得するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記所定値は、周波数領域符号化に使用される所定のビットの数と復号化で得られた前記周波数領域信号の解像度とに従って決定される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記復号化された周波数領域信号に従って、予測される周波数領域信号を予測するステップは、周波数帯における周波数領域信号を前記復号化された周波数領域信号から選択し、前記選択した周波数領域信号に従って、前記予測される周波数領域信号を予測するステップを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記予測される周波数領域信号を予測した後、前記方法は、前記予測される周波数領域信号の共鳴ピーク位置を線スペクトル周波数（ＬＳＦ）またはイミタンス・スペクトル周波数（ＩＳＦ）に従って推定し、前記共鳴ピーク位置付近の予測された周波数領域係数の振幅が閾値より大きいときには、前記共鳴ピーク位置付近の予測された周波数領域係数の前記振幅を減らすステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記復号化された周波数領域信号が前記所定条件を満たさないときには、雑音を用いて、予測される周波数領域信号を予測する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 受信したビット・ストリームから、復号化された周波数領域信号を取得するように構成された復号化ユニットと、
    前記復号化された周波数領域信号に従って、前記復号化された周波数領域信号が所定条件を満たすとき、予測される周波数領域信号を予測するように構成された帯域幅拡張ユニットと、
    前記復号化された周波数領域信号と前記予測した周波数領域信号に従って、時間領域信号を取得するように構成された出力ユニットと、
    を備え、
    前記所定条件は、前記復号化された周波数領域信号の最高周波数が所定値より大きいこと、および、前記復号化された周波数領域信号が、周波数領域変換が実施され出力信号に寄与する時間領域符号化信号を含むことのうち少なくとも１つを含む、信号復号化装置。
  8. 前記復号化ユニットは、
    前記ビット・ストリーム内の周波数領域情報に対して周波数領域復号化を実施して第１の周波数領域信号を取得するステップと、
    前記第１の周波数領域信号に従って、前記出力信号に寄与する時間領域符号化信号が前記ビット・ストリームに存在するかどうかを判定するステップと、
    前記出力信号に寄与する時間領域符号化信号が前記ビット・ストリームに存在すると判定されたとき、前記時間領域符号化信号に対して時間領域復号化と周波数領域変換を実施して第２の周波数領域信号を取得し、前記第１の周波数領域信号と前記第２の周波数領域信号を合成して復号化で得られた前記周波数領域信号を取得するステップと、
    の動作を実施することにより、前記受信したビット・ストリームから、復号化で得られた前記周波数領域信号を取得する、請求項７に記載の装置。
  9. 前記所定値は、周波数領域符号化に使用される所定のビットの数と復号化で得られた前記周波数領域信号の解像度とに従って決まる、請求項７に記載の装置。
  10. 前記復号化された周波数領域信号が前記所定条件を満たすとき、前記帯域幅拡張ユニットは周波数帯における周波数領域信号を前記復号化された周波数領域信号から選択し、前記選択した周波数領域信号に従って、前記予測される周波数領域信号を予測する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記復号化された周波数領域信号に従って、前記予測される周波数領域信号を予測した後、前記帯域幅拡張ユニットは前記予測される周波数領域信号の共鳴ピーク位置を線スペクトル周波数（ＬＳＦ）またはイミタンス・スペクトル周波数（ＩＳＦ）に従って推定し、前記共鳴ピーク位置付近の予測された周波数領域係数の振幅が閾値より大きいときには、前記共鳴ピーク位置付近の予測された周波数領域係数の前記振幅を減らす、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記復号化された周波数領域信号が前記所定条件を満たさないときには、前記帯域幅拡張ユニットは、雑音を用いて、前記予測される周波数領域信号を予測するように構成される、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 記録されたプログラムを有するコンピュータ可読記憶媒体であって、前記プログラムは、コンピュータに請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。
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