JPWO2006028009A1 - スケーラブル復号化装置および信号消失補償方法 - Google Patents

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Abstract

伝送誤りに対する耐性を向上させることができるスケーラブル復号化装置。この装置において、狭帯域ＬＳＰ復号化部（１０８）は、現在の符号化情報のコアレイヤに対応する狭帯域ＬＳＰ符号化情報を復号化する。記憶部（１２６）は、過去の符号化情報の拡張レイヤに対応する広帯域量子化ＬＳＰを記憶広帯域ＬＳＰとして記憶する。フレーム消失補償部（１２４）および切替部（１２８）の組み合わせから成る補償部は、現在の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合、狭帯域量子化ＬＳＰの帯域変換ＬＳＰと記憶広帯域ＬＳＰとの重み付け加算によって補償広帯域ＬＳＰを生成し、消失した広帯域ＬＳＰ符号化情報の復号信号を補償広帯域ＬＳＰで補償する。

Description

本発明は、周波数帯域幅に（周波数軸方向に）スケーラビリティを有する符号化情報を復号化するスケーラブル復号化装置およびその信号消失補償方法に関する。
一般に、音声信号の符号化において、ＬＳＰ（線スペクトル対）パラメータは、スペクトル包絡情報を効率的に表現するパラメータとして、広く用いられている。なお、ＬＳＰは、ＬＳＦ（線スペクトル周波数）とも呼ばれる。
ＬＳＰパラメータ（以下、単に「ＬＳＰ」と言う）の符号化は、音声信号を高能率で符号化する音声符号化技術の必須要素技術の一つであり、音声信号を階層的に符号化して狭帯域信号および広帯域信号をそれぞれコアレイヤおよび拡張レイヤに対応付けて生成する帯域スケーラブル音声符号化においても重要な要素技術である。
帯域スケーラブル音声符号化により得られた符号化ＬＳＰを復号化する従来の方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。ここに開示されたスケーラブル復号化方法では、コアレイヤの狭帯域復号ＬＳＰを０．５倍したものに、拡張レイヤで復号化された成分を加えて、広帯域復号ＬＳＰを得る。
ところで、上記の符号化ＬＳＰが伝送されるとき、その一部が伝送路上で消失することがある。ＬＳＰの一部が復号化側に届かない場合、復号化側では、消失した情報を補償するための処理を行う必要がある。このように、情報伝送の際に誤りが発生し得るシステム環境の下で行われる音声通信では、消失補償処理の使用が、音声符号化／復号化方式の誤り耐性を改善する上で重要な要素技術と言える。例えば特許文献２に記載された消失補償処理では、低次３次と高次７次とに分けて伝送された１０次のＬＳＰのうち高次７次のＬＳＰが復号化側に届かなかった場合に、最後に正常に復号化された高次７次のＬＳＰを復号値として繰り返し使用する。
特開平１１−３０９９７号公報 特開平９−１７２４１３号公報
しかしながら、上記従来のスケーラブル復号化方法においては、伝送された符号化ＬＳＰのうち消失した一部の符号化ＬＳＰに対する補償処理が行われないため、例えばシステム環境に起因して発生し得る伝送誤りに対する耐性を向上させることができないという問題があった。
本発明の目的は、伝送誤りに対する耐性を向上させることができるスケーラブル復号化装置および信号消失補償方法を提供することである。
本発明のスケーラブル復号化装置は、第１の階層符号化信号のコアレイヤに対応する狭帯域スペクトルパラメータを復号化する復号化手段と、第１の階層符号化信号と異なる第２の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータを記憶する記憶手段と、第２の階層符号化信号の広帯域スペクトルパラメータが消失した場合、復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と記憶された広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメータの復号信号を消失補償信号で補償する補償手段と、を有する構成を採る。
本発明の信号消失補償方法は、現在の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータが消失した場合に、現在の階層符号化信号のコアレイヤに対応し且つ復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と過去の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメータの復号信号を消失補償信号で補償するようにした。
本発明によれば、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る広帯域ＬＳＰ復号化部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係るフレーム消失補償部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る量子化ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る帯域変換ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る広帯域ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る補償広帯域ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る広帯域ＬＳＰ復号化部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るフレーム消失補償部の構成を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成の要部を示すブロック図である。図１のスケーラブル復号化装置１００は、多重分離部１０２、音源復号化部１０４、１０６、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０、音声合成部１１２、１１４、アップサンプル部１１６および加算部１１８を有する。図２は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の内部構成を示すブロック図であり、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０は、変換部１２０、復号実行部１２２、フレーム消失補償部１２４、記憶部１２６および切替部１２８を有する。記憶部１２６は、バッファ１２９を有する。図３は、フレーム消失補償部１２４の内部構成を示すブロック図であり、フレーム消失補償部１２４は、重み付け部１３０、１３２および加算部１３４を有する。
多重分離部１０２は、符号化情報を受け取る。ここで、多重分離部１０２で受け取られる符号化情報は、図示されないスケーラブル符号化装置で音声信号を階層的に符号化することによって生成された信号である。スケーラブル符号化装置での音声符号化においては、狭帯域音源符号化情報、広帯域音源符号化情報、狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報から成る符号化情報が生成される。狭帯域音源符号化情報および狭帯域ＬＳＰ符号化情報は、コアレイヤに対応付けて生成された信号であり、広帯域音源符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報は、拡張レイヤに対応付けて生成された信号である。
多重分離部１０２は、受け取った符号化情報を、各パラメータの符号化情報に分離する。分離後の狭帯域音源符号化情報は音源復号化部１０６に、分離後の狭帯域ＬＳＰ符号化情報は狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８に、分離後の広帯域音源符号化情報は音源復号化部１０４に、分離後の広帯域ＬＳＰ符号化情報は広帯域ＬＳＰ復号化部１１０に、それぞれ出力される。
音源復号化部１０６は、多重分離部１０２から入力された狭帯域音源符号化情報を復号して、狭帯域量子化音源信号を得る。狭帯域量子化音源信号は、音声合成部１１２へ出力される。
狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８は、多重分離部１０２から入力された狭帯域ＬＳＰ符号化情報を復号して、狭帯域量子化ＬＳＰを得る。狭帯域量子化ＬＳＰは、音声合成部１１２および広帯域ＬＳＰ復号化部１１０へ出力される。
音声合成部１１２は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰを線形予測係数に変換し、得られた線形予測係数を用いて線形予測合成フィルタを構築する。また、この線形予測合成フィルタを、音源復号化部１０６から入力された狭帯域量子化音源信号で駆動して復号音声信号を合成する。この復号音声信号は、狭帯域復号音声信号として出力される。また、狭帯域復号音声信号は、広帯域復号音声信号を得るためにアップサンプル部１１６へ出力される。なお、この狭帯域復号音声信号は、そのまま最終出力として用いられても良い。狭帯域復号音声信号をそのまま最終出力とする場合は、ポストフィルタなど主観的な品質を改善するための後処理を行なってから出力するのが一般的である。
アップサンプル部１１６は、音声合成部１１２から入力された狭帯域復号音声信号のアップサンプル処理を行う。アップサンプル処理を受けた狭帯域復号音声信号は、加算部１１８へ出力される。
音源復号化部１０４は、多重分離部１０２から入力された広帯域音源符号化情報を復号し、広帯域量子化音源信号を得る。得られた広帯域量子化音源信号は、音声合成部１１４へ出力される。
広帯域ＬＳＰ復号化部１１０は、図示されないフレーム消失情報生成部から入力された後述のフレーム消失情報に基づいて、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰと多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報とから、広帯域量子化ＬＳＰを得る。得られた広帯域量子化ＬＳＰは、音声合成部１１４へ出力される。
ここで、図２を参照しながら、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の内部構成についてより具体的に説明する。
変換部１２０は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰに可変または固定の変換係数を乗じる。この乗算により、狭帯域量子化ＬＳＰは狭帯域の周波数領域から広帯域の周波数領域に変換され、帯域変換ＬＳＰが得られる。得られた帯域変換ＬＳＰは、復号実行部１２２およびフレーム消失補償部１２４へ出力される。
なお、変換部１２０は、変換係数を乗じる処理以外の処理によって変換処理を行っても良い。例えば、マッピングテーブルを用いた非線形変換を行っても良いし、ＬＳＰを自己相関係数に変換し自己相関係数の領域でアップサンプル処理することを含んでも良い。
復号実行部１２２は、多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報から、広帯域ＬＳＰ残差ベクトルを復号する。そして、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに、広帯域ＬＳＰ残差ベクトルを加算する。このようにして、広帯域量子化ＬＳＰを復号する。得られた広帯域量子化ＬＳＰは、切替部１２８へ出力される。
なお、復号実行部１２２の構成は、前述のものだけに限定されない。例えば、復号実行部１２２は、その内部に符号帳を有しても良い。この場合、復号実行部１２２は、多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報からインデックス情報を復号し、そのインデックス情報で特定されるＬＳＰベクトルを用いて広帯域ＬＳＰを得る。また、過去に復号した広帯域量子化ＬＳＰ、過去に入力した広帯域ＬＳＰ符号化情報、過去に変換部１２０から入力した帯域変換ＬＳＰ、などを用いて広帯域量子化ＬＳＰを復号する構成であっても良い。
フレーム消失補償部１２４は、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰとを重み付け加算する。これにより、補償広帯域ＬＳＰを生成する。重み付け加算については後述する。補償広帯域ＬＳＰは、入力された帯域変換ＬＳＰに対応する符号化情報のうち広帯域ＬＳＰ符号化情報の一部のフレームが伝送路上で消失した場合に、その広帯域ＬＳＰ符号化情報の復号信号である広帯域量子化ＬＳＰを補償するために用いられる。生成された補償広帯域ＬＳＰは切替部１２８へ出力される。
記憶部１２６は、その内部に設けられたバッファ１２９に、フレーム消失補償部１２４による補償広帯域ＬＳＰの生成に用いられる記憶広帯域ＬＳＰを予め記憶し、その記憶広帯域ＬＳＰをフレーム消失補償部１２４および切替部１２８へ出力する。また、バッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰを、切替部１２８から入力された広帯域量子化ＬＳＰで、更新する。
これにより、切替部１２８から入力された広帯域量子化ＬＳＰで記憶広帯域ＬＳＰが更新される。したがって、後続の符号化情報、特に、現在の符号化情報の直後の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合に、現在の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報に対して生成された広帯域量子化ＬＳＰを記憶広帯域ＬＳＰとして用いて、後続の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報に対する補償広帯域ＬＳＰを生成することができる。
切替部１２８は、入力されたフレーム消失情報に従って、広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４へ出力される情報を切り替える。
より具体的には、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報の全てが正常に受信された」ことを示す場合、切替部１２８は、復号実行部１２２から入力された広帯域量子化ＬＳＰをそのまま音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。また、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報のうち、狭帯域ＬＳＰ符号化情報は正常に受信され、広帯域ＬＳＰ符号化情報の少なくとも一部が消失した」ことを示す場合、切替部１２８は、フレーム消失補償部１２４から入力された補償広帯域ＬＳＰを広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。また、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報の双方の少なくとも一部が消失した」ことを示す場合、切替部１２８は、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰを広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。
すなわち、フレーム消失補償部１２４および切替部１２８の組み合わせは、多重分離部１０２に入力された符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合、復号化された狭帯域量子化ＬＳＰから得られた帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に予め記憶された記憶広帯域ＬＳＰとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域信号の広帯域量子化ＬＳＰを消失補償信号で補償する補償部を構成する。
ここで、図３を参照しながら、フレーム消失補償部１２４の内部構成についてより具体的に説明する。重み付け部１３０は、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに重み係数ｗ１を乗算する。この乗算によって得られたＬＳＰベクトルは加算部１３４へ出力される。重み付け部１３２は、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰに重み係数ｗ２を乗算する。この乗算によって得られたＬＳＰベクトルは、加算部１３４へ出力される。加算部１３４は、重み付け部１３０、１３２からそれぞれ入力されたＬＳＰベクトルを加算する。この加算により補償広帯域ＬＳＰが生成される。
再び図１を参照する。音声合成部１１４は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０から入力された量子化広帯域ＬＳＰを線形予測係数に変換し、得られた線形予測係数を用いて線形予測合成フィルタを構築する。また、この線形予測合成フィルタを、音源復号化部１０４から入力された広帯域量子化音源信号で駆動して復号音声信号を合成する。この復号音声信号は、加算部１１８へ出力される。
加算部１１８は、アップサンプル部１１６から入力されたアップサンプル後の狭帯域復号音声信号と音声合成部１１４から入力された復号音声信号とを加算する。そして、この加算によって得られた広帯域復号音声信号を出力する。
次いで、上記構成を有するスケーラブル復号化装置１００における動作、特に重み付け加算処理について説明する。
ここでは、コアレイヤに対応する狭帯域の周波数領域を０〜４ｋＨｚとし、拡張レイヤに対応する広帯域の周波数領域を０〜８ｋＨｚとし、変換部１２０で用いられる変換係数を「０．５」とした場合を例にとり、図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。図４Ａにおいては、サンプリング周波数は８ｋＨｚ、ナイキスト周波数は４ｋＨｚであり、図４Ｂ〜図４Ｄにおいては、サンプリング周波数は１６ｋＨｚであり、ナイキスト周波数は８ｋＨｚである。
変換部１２０では、入力された現在の狭帯域量子化ＬＳＰの各次ＬＳＰを０．５倍することで例えば図４Ａに示される４ｋＨｚ帯域の量子化ＬＳＰを８ｋＨｚ帯域の量子化ＬＳＰに変換して、例えば図４Ｂに示される帯域変換ＬＳＰを生成する。なお、変換部１２０では、前述の手法と異なる手法を用いて帯域幅（サンプリング周波数）を変換するようにしても良い。また、ここでは、広帯域量子化ＬＳＰの次数を１６次とし、１〜８次を低域、９〜１６次を高域とそれぞれ定義する。
重み付け部１３０には、帯域変換ＬＳＰが入力される。重み付け部１３０では、次の式（１）および（２）により設定された重み係数ｗ１（ｉ）を、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに乗算する。なお、入力された帯域変換ＬＳＰは、多重分離部１０２で取得された現在の符号化情報から導出されたものである。また、ｉは次数を表す。
ｗ１（ｉ）＝（９−ｉ）／８ （ｉ＝１〜８） …（１）
ｗ１（ｉ）＝０ （ｉ＝９〜１６） …（２）
一方、重み付け部１３２には、例えば図４Ｃに示される記憶広帯域ＬＳＰが入力される。重み付け部１３２では、次の式（３）および（４）により設定された重み係数ｗ２（ｉ）を、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰに乗算する。なお、入力された記憶広帯域ＬＳＰは、多重分離部１０２で現在の符号化情報よりも過去に（例えば現在の符号化情報の直前のフレームで）取得された符号化情報から、導出されたものである。
ｗ２（ｉ）＝（ｉ−１）／８ （ｉ＝１〜８） …（３）
ｗ２（ｉ）＝１ （ｉ＝９〜１６） …（４）
すなわち、重み係数ｗ１（ｉ）および重み係数ｗ２（ｉ）は、ｗ１（ｉ）＋ｗ２（ｉ）＝１．０となるように設定されている。また、重み係数ｗ１（ｉ）は、０〜１の間で、高域に近づくほど小さくなるような値に設定されており、高域では０に設定されている。また、重み係数ｗ２（ｉ）は、０〜１の間で、高域に近づくほど大きくなるような値に設定されており、高域では１に設定されている。
そして、加算部１３４では、重み付け部１３０での乗算によって得られたＬＳＰベクトルと重み付け部１３２での乗算によって得られたＬＳＰベクトルとの和ベクトルを求める。このように前述のＬＳＰベクトルの和ベクトルを求めることにより、例えば図４Ｄに示される補償広帯域ＬＳＰが得られる。
重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）は、狭帯域量子化ＬＳＰを変換して得られる帯域変換ＬＳＰと、過去に復号した広帯域量子化ＬＳＰである記憶広帯域ＬＳＰと、のどちらがエラーフリー時に復号される広帯域量子化ＬＳＰに近いかによって適応的に設定するのが理想的である。すなわち、帯域変換ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い場合は重み係数ｗ１（ｉ）の方が大きく、記憶広帯域ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い場合は重み係数ｗ２（ｉ）の方が大きくなるように設定するのが良い。ただし実際には、フレーム消失が発生したときはエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰは知り得ないので、理想的な重み係数の設定は困難である。しかしながら、前述のような４ｋＨｚ帯域信号と８ｋＨｚ帯域信号とのスケーラブル符号化を行った場合、４ｋＨｚ以上の帯域では記憶広帯域ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い（エラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差が小さい）ことが多く、４ｋＨｚ以下の帯域では０Ｈｚに近づくほど帯域変換ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域ＬＳＰに近い（エラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差が小さい）ことが多い、という傾向がある。したがって、前述の式（１）〜（４）は、前述の誤差傾向を含む特性を近似する関数である。よって、式（１）〜（４）で定義された重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を用いることにより、狭帯域の周波数帯域と広帯域の周波数帯域との組み合わせによって特定される誤差特性、すなわち、帯域変換ＬＳＰとエラーフリーの広帯域量子化ＬＳＰとの間での誤差傾向を考慮に入れた重み付け加算を行うことができる。しかも、式（１）〜（４）のような簡単な式で重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）が決定されるので、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）をＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などに記憶しておく必要がなく、効果的な重み付け加算を簡単な構成で実現することができる。
なお、本実施の形態では、周波数または次数が高くなるほど誤差が大きくなる誤差変動傾向が存在する場合を例にとって説明したが、誤差変動傾向は各レイヤの周波数領域の設定条件などによって異なる。例えば、狭帯域の周波数領域が３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚで、広帯域の周波数領域が５０Ｈｚ〜７ｋＨｚであるような場合は、下限周波数が異なるため、３００Ｈｚ以下の領域で発生する誤差よりも３００Ｈｚ以上の領域で発生する誤差の方が小さくなるか同程度になることもあり得る。このような場合は、例えば、重み係数ｗ２（１）を重み係数ｗ２（２）と同じ値または重み係数ｗ２（２）よりも大きな値にしても良い。
すなわち、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）の設定に要求される条件は次の通りである。狭帯域の周波数領域と広帯域の周波数領域とが互いに重複する領域である重複帯域に対応する係数を第１の係数と定義する。また、狭帯域の周波数領域と広帯域の周波数領域とが互いに重複しない領域である非重複帯域に対応する係数を第２の係数と定義する。第１の係数は、重複帯域内の周波数またはその周波数に対応する次数と、重複帯域および非重複帯域の境界周波数またはその境界周波数に対応する次数と、の差に応じて決まる変数であり、第２の係数は、非重複帯域内で定数である。
さらに、第１の係数については、前述の差が小さくなるほど小さくなる値を帯域変換ＬＳＰに個別に対応付けて設定し、前述の差が小さくなるほど大きくなる値を記憶広帯域ＬＳＰに個別に対応付けて設定する。具体的には、式（１）および（３）に示したような線形的な式で第１の係数を表しても良いし、音声データベースなどを用いて学習的に得た値を第１の係数として用いても良い。第１の係数を学習的に得る場合は、重み付け加算の結果得られる補償広帯域ＬＳＰとエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差をデータベースの全ての音声データに対して計算し、その総和が最も小さくなるように重み付け係数を決定する。
このように、本実施の形態によれば、現在の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合、その符号化信号の狭帯域量子化ＬＳＰの帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとの重み付け加算によって補償広帯域ＬＳＰを生成し、消失した広帯域符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰを補償広帯域ＬＳＰで補償する、すなわち、消失した広帯域符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰの補償に用いる補償広帯域ＬＳＰを、現在の符号化情報の帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとの重み付け加算によって生成する。このため、消失した広帯域ＬＳＰ符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰの補償に過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰのみを用いる場合や現在の符号化情報の狭帯域量子化ＬＳＰのみを用いる場合に比べて、補償された広帯域ＬＳＰ符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰをエラーフリーの状態に近づけることができ、ひいては、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。また、現在の符号化情報の帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとを滑らかに接続することができ、生成される補償広帯域ＬＳＰのフレーム間の連続性を保つことができる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成の要部を示すブロック図である。なお、図５のスケーラブル復号化装置２００は、実施の形態１で説明したスケーラブル復号化装置１００と同様の基本的構成を有する。よって、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
スケーラブル復号化装置２００は、実施の形態１で説明した広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の代わりに広帯域ＬＳＰ復号化部２０２を有する。図６は、広帯域ＬＳＰ復号化部２０２の内部構成を示すブロック図である。広帯域ＬＳＰ復号化部２０２は、実施の形態１で説明したフレーム消失補償部１２４の代わりにフレーム消失補償部２０４を有する。さらに、広帯域ＬＳＰ復号化部２０２には変動量算出部２０６が設けられている。図７は、フレーム消失補償部２０４の内部構成を示すブロック図である。フレーム消失補償部２０４は、フレーム消失補償部１２４の内部構成に重み係数制御部２０８を加えた構成を有する。
広帯域ＬＳＰ復号化部２０２は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０と同様に、フレーム消失情報に基づいて、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰと多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報とから、広帯域量子化ＬＳＰを得る。
広帯域ＬＳＰ復号化部２０２において、変動量算出部２０６は、変換部１２０によって得られた帯域変換ＬＳＰを受け取る。そして、帯域変換ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。変動量算出部２０６は、算出されたフレーム間変動量に応じた制御信号をフレーム消失補償部２０４の重み係数制御部２０８に出力する。
フレーム消失補償部２０４は、フレーム消失補償部１２４と同様の手法により、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰとを重み付け加算する。これにより、補償広帯域ＬＳＰを生成する。
なお、実施の形態１の重み付け加算では、次数ｉまたは対応する周波数によって一意に決まる重み係数ｗ１、ｗ２をそのまま用いたのに対し、本実施の形態の重み付け加算では、重み係数ｗ１、ｗ２を適応的に制御して用いる。
フレーム消失補償部２０４において、重み係数制御部２０８は、変動量算出部２０６から入力された制御信号に従って、全帯域の重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）のうち重複帯域に対応する（つまり、実施の形態１で「第１の係数」として定義されている）重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を適応的に変化させる。
より具体的には、算出されたフレーム間変動量が大きいほど重み係数ｗ１（ｉ）を大きくし且つこれに伴って重み係数ｗ２（ｉ）を小さくする設定を行う。また、算出されたフレーム間変動量が小さいほど重み係数ｗ２（ｉ）を大きくし且つこれに伴って重み係数ｗ１（ｉ）を小さくする設定を行う。
前述の制御方法の一例としては、算出されたフレーム間変動量と特定の閾値とを比較しその比較結果に応じて、重み係数ｗ１（ｉ）および重み係数ｗ２（ｉ）を含む重み係数セットを切り替える制御方法が挙げられる。この制御方法を採用する場合、重み係数制御部２０８は、閾値以上のフレーム間変動量に対応する重み係数セットＷＳ１と、閾値未満のフレーム間変動量に対応する重み係数セットＷＳ２と、を予め記憶しておく。重み係数セットＷＳ１に含まれる重み係数ｗ１（ｉ）は、重み係数セットＷＳ２に含まれる重み係数ｗ１（ｉ）よりも大きい値に設定されており、重み係数セットＷＳ１に含まれる重み係数ｗ２（ｉ）は、重み係数セットＷＳ２に含まれる重み係数ｗ２（ｉ）よりも小さい値に設定されている。
そして、比較の結果、算出されたフレーム間変動量が閾値以上であった場合、重み係数制御部２０８は、重み付け部１３０が重み係数セットＷＳ１の重み係数ｗ１（ｉ）を使用するように重み付け部１３０を制御するとともに、重み付け部１３２が重み係数セットＷＳ１の重み係数ｗ２（ｉ）を使用するように重み付け部１３２を制御する。一方、比較の結果、算出されたフレーム間変動量が閾値未満であった場合、重み係数制御部２０８は、重み付け部１３０が重み係数セットＷＳ２の重み係数ｗ１（ｉ）を使用するように重み付け部１３０を制御するとともに、重み付け部１３２が重み係数セットＷＳ２の重み係数ｗ２（ｉ）を使用するように重み付け部１３２を制御する。
このように、本実施の形態によれば、フレーム間変動量が大きいほど重み係数ｗ１（ｉ）を大きくするとともにこれに伴って重み係数ｗ２（ｉ）を小さくする設定を行う一方、算出されたフレーム間変動量が小さいほど重み係数ｗ２（ｉ）を大きくするとともにこれに伴って重み係数ｗ１（ｉ）を小さくする設定を行う、すなわち、重み付け加算に用いる重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）をフレーム間変動量に基づいて適応的に変化させるため、重み付け係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を、正常に受信された情報の経時的な変動に応じて適応的に制御することができ、広帯域量子化ＬＳＰの補償の精度をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態に係る変動量算出部２０６は、変換部１２０の後段に設けられ、帯域変換ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。ただし、変動量算出部２０６の配置および構成は前述のものに限定されない。例えば、変動量算出部２０６を変換部１２０の前段に設けても良い。この場合、変動量算出部２０６は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８によって得られた狭帯域量子化ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。この場合においても上記と同様の作用効果を実現することができる。
また、変動量算出部２０６では、フレーム間変動量の算出を帯域変換ＬＳＰ（または狭帯域量子化ＬＳＰ）の各次数に対して個別に行っても良い。この場合、重み係数制御部２０８では、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）の制御を次数毎に行う。これにより、広帯域量子化ＬＳＰの補償の精度を一層向上させることができる。
なお、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チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
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、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。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良い。
さらには、半導体技術の進歩又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良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００４年９月６日出願の特願２００４−２５８９２５に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
本発明のスケーラブル復号化装置および信号消失補償方法は、移動体通信システムやインターネットプロトコルを用いたパケット通信システムなどにおける通信装置の用途に適用できる。
本発明は、周波数帯域幅に（周波数軸方向に）スケーラビリティを有する符号化情報を復号化するスケーラブル復号化装置およびその信号消失補償方法に関する。
一般に、音声信号の符号化において、ＬＳＰ（線スペクトル対）パラメータは、スペクトル包絡情報を効率的に表現するパラメータとして、広く用いられている。なお、ＬＳＰは、ＬＳＦ（線スペクトル周波数）とも呼ばれる。
ＬＳＰパラメータ（以下、単に「ＬＳＰ」と言う）の符号化は、音声信号を高能率で符号化する音声符号化技術の必須要素技術の一つであり、音声信号を階層的に符号化して狭帯域信号および広帯域信号をそれぞれコアレイヤおよび拡張レイヤに対応付けて生成する帯域スケーラブル音声符号化においても重要な要素技術である。
帯域スケーラブル音声符号化により得られた符号化ＬＳＰを復号化する従来の方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。ここに開示されたスケーラブル復号化方法では、コアレイヤの狭帯域復号ＬＳＰを０．５倍したものに、拡張レイヤで復号化された成分を加えて、広帯域復号ＬＳＰを得る。
ところで、上記の符号化ＬＳＰが伝送されるとき、その一部が伝送路上で消失することがある。ＬＳＰの一部が復号化側に届かない場合、復号化側では、消失した情報を補償するための処理を行う必要がある。このように、情報伝送の際に誤りが発生し得るシステム環境の下で行われる音声通信では、消失補償処理の使用が、音声符号化／復号化方式の誤り耐性を改善する上で重要な要素技術と言える。例えば特許文献２に記載された消失補償処理では、低次３次と高次７次とに分けて伝送された１０次のＬＳＰのうち高次７次のＬＳＰが復号化側に届かなかった場合に、最後に正常に復号化された高次７次のＬＳＰを復号値として繰り返し使用する。
特開平１１−３０９９７号公報 特開平９−１７２４１３号公報
しかしながら、上記従来のスケーラブル復号化方法においては、伝送された符号化ＬＳＰのうち消失した一部の符号化ＬＳＰに対する補償処理が行われないため、例えばシステム環境に起因して発生し得る伝送誤りに対する耐性を向上させることができないという問題があった。
本発明の目的は、伝送誤りに対する耐性を向上させることができるスケーラブル復号化装置および信号消失補償方法を提供することである。
本発明のスケーラブル復号化装置は、第１の階層符号化信号のコアレイヤに対応する狭帯域スペクトルパラメータを復号化する復号化手段と、第１の階層符号化信号と異なる第２の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータを記憶する記憶手段と、第２の階層符号化信号の広帯域スペクトルパラメータが消失した場合、復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と記憶された広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメー
タの復号信号を消失補償信号で補償する補償手段と、を有する構成を採る。
本発明の信号消失補償方法は、現在の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータが消失した場合に、現在の階層符号化信号のコアレイヤに対応し且つ復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と過去の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメータの復号信号を消失補償信号で補償するようにした。
本発明によれば、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成の要部を示すブロック図である。図１のスケーラブル復号化装置１００は、多重分離部１０２、音源復号化部１０４、１０６、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０、音声合成部１１２、１１４、アップサンプル部１１６および加算部１１８を有する。図２は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の内部構成を示すブロック図であり、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０は、変換部１２０、復号実行部１２２、フレーム消失補償部１２４、記憶部１２６および切替部１２８を有する。記憶部１２６は、バッファ１２９を有する。図３は、フレーム消失補償部１２４の内部構成を示すブロック図であり、フレーム消失補償部１２４は、重み付け部１３０、１３２および加算部１３４を有する。
多重分離部１０２は、符号化情報を受け取る。ここで、多重分離部１０２で受け取られる符号化情報は、図示されないスケーラブル符号化装置で音声信号を階層的に符号化することによって生成された信号である。スケーラブル符号化装置での音声符号化においては、狭帯域音源符号化情報、広帯域音源符号化情報、狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報から成る符号化情報が生成される。狭帯域音源符号化情報および狭帯域ＬＳＰ符号化情報は、コアレイヤに対応付けて生成された信号であり、広帯域音源符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報は、拡張レイヤに対応付けて生成された信号である。
多重分離部１０２は、受け取った符号化情報を、各パラメータの符号化情報に分離する。分離後の狭帯域音源符号化情報は音源復号化部１０６に、分離後の狭帯域ＬＳＰ符号化
情報は狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８に、分離後の広帯域音源符号化情報は音源復号化部１０４に、分離後の広帯域ＬＳＰ符号化情報は広帯域ＬＳＰ復号化部１１０に、それぞれ出力される。
音源復号化部１０６は、多重分離部１０２から入力された狭帯域音源符号化情報を復号して、狭帯域量子化音源信号を得る。狭帯域量子化音源信号は、音声合成部１１２へ出力される。
狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８は、多重分離部１０２から入力された狭帯域ＬＳＰ符号化情報を復号して、狭帯域量子化ＬＳＰを得る。狭帯域量子化ＬＳＰは、音声合成部１１２および広帯域ＬＳＰ復号化部１１０へ出力される。
音声合成部１１２は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰを線形予測係数に変換し、得られた線形予測係数を用いて線形予測合成フィルタを構築する。また、この線形予測合成フィルタを、音源復号化部１０６から入力された狭帯域量子化音源信号で駆動して復号音声信号を合成する。この復号音声信号は、狭帯域復号音声信号として出力される。また、狭帯域復号音声信号は、広帯域復号音声信号を得るためにアップサンプル部１１６へ出力される。なお、この狭帯域復号音声信号は、そのまま最終出力として用いられても良い。狭帯域復号音声信号をそのまま最終出力とする場合は、ポストフィルタなど主観的な品質を改善するための後処理を行なってから出力するのが一般的である。
アップサンプル部１１６は、音声合成部１１２から入力された狭帯域復号音声信号のアップサンプル処理を行う。アップサンプル処理を受けた狭帯域復号音声信号は、加算部１１８へ出力される。
音源復号化部１０４は、多重分離部１０２から入力された広帯域音源符号化情報を復号し、広帯域量子化音源信号を得る。得られた広帯域量子化音源信号は、音声合成部１１４へ出力される。
広帯域ＬＳＰ復号化部１１０は、図示されないフレーム消失情報生成部から入力された後述のフレーム消失情報に基づいて、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰと多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報とから、広帯域量子化ＬＳＰを得る。得られた広帯域量子化ＬＳＰは、音声合成部１１４へ出力される。
ここで、図２を参照しながら、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の内部構成についてより具体的に説明する。
変換部１２０は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰに可変または固定の変換係数を乗じる。この乗算により、狭帯域量子化ＬＳＰは狭帯域の周波数領域から広帯域の周波数領域に変換され、帯域変換ＬＳＰが得られる。得られた帯域変換ＬＳＰは、復号実行部１２２およびフレーム消失補償部１２４へ出力される。
なお、変換部１２０は、変換係数を乗じる処理以外の処理によって変換処理を行っても良い。例えば、マッピングテーブルを用いた非線形変換を行っても良いし、ＬＳＰを自己相関係数に変換し自己相関係数の領域でアップサンプル処理することを含んでも良い。
復号実行部１２２は、多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報から、広帯域ＬＳＰ残差ベクトルを復号する。そして、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに、広帯域ＬＳＰ残差ベクトルを加算する。このようにして、広帯域量子化ＬＳＰを
復号する。得られた広帯域量子化ＬＳＰは、切替部１２８へ出力される。
なお、復号実行部１２２の構成は、前述のものだけに限定されない。例えば、復号実行部１２２は、その内部に符号帳を有しても良い。この場合、復号実行部１２２は、多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報からインデックス情報を復号し、そのインデックス情報で特定されるＬＳＰベクトルを用いて広帯域ＬＳＰを得る。また、過去に復号した広帯域量子化ＬＳＰ、過去に入力した広帯域ＬＳＰ符号化情報、過去に変換部１２０から入力した帯域変換ＬＳＰ、などを用いて広帯域量子化ＬＳＰを復号する構成であっても良い。
フレーム消失補償部１２４は、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰとを重み付け加算する。これにより、補償広帯域ＬＳＰを生成する。重み付け加算については後述する。補償広帯域ＬＳＰは、入力された帯域変換ＬＳＰに対応する符号化情報のうち広帯域ＬＳＰ符号化情報の一部のフレームが伝送路上で消失した場合に、その広帯域ＬＳＰ符号化情報の復号信号である広帯域量子化ＬＳＰを補償するために用いられる。生成された補償広帯域ＬＳＰは切替部１２８へ出力される。
記憶部１２６は、その内部に設けられたバッファ１２９に、フレーム消失補償部１２４による補償広帯域ＬＳＰの生成に用いられる記憶広帯域ＬＳＰを予め記憶し、その記憶広帯域ＬＳＰをフレーム消失補償部１２４および切替部１２８へ出力する。また、バッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰを、切替部１２８から入力された広帯域量子化ＬＳＰで、更新する。
これにより、切替部１２８から入力された広帯域量子化ＬＳＰで記憶広帯域ＬＳＰが更新される。したがって、後続の符号化情報、特に、現在の符号化情報の直後の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合に、現在の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報に対して生成された広帯域量子化ＬＳＰを記憶広帯域ＬＳＰとして用いて、後続の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報に対する補償広帯域ＬＳＰを生成することができる。
切替部１２８は、入力されたフレーム消失情報に従って、広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４へ出力される情報を切り替える。
より具体的には、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報の全てが正常に受信された」ことを示す場合、切替部１２８は、復号実行部１２２から入力された広帯域量子化ＬＳＰをそのまま音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。また、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報のうち、狭帯域ＬＳＰ符号化情報は正常に受信され、広帯域ＬＳＰ符号化情報の少なくとも一部が消失した」ことを示す場合、切替部１２８は、フレーム消失補償部１２４から入力された補償広帯域ＬＳＰを広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。また、入力されたフレーム消失情報が「符号化情報に含まれる狭帯域ＬＳＰ符号化情報および広帯域ＬＳＰ符号化情報の双方の少なくとも一部が消失した」ことを示す場合、切替部１２８は、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰを広帯域量子化ＬＳＰとして音声合成部１１４および記憶部１２６へ出力する。
すなわち、フレーム消失補償部１２４および切替部１２８の組み合わせは、多重分離部１０２に入力された符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合、復号化された狭帯域量子化ＬＳＰから得られた帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に予め記憶された記憶広帯域ＬＳＰとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域信号の広
帯域量子化ＬＳＰを消失補償信号で補償する補償部を構成する。
ここで、図３を参照しながら、フレーム消失補償部１２４の内部構成についてより具体的に説明する。重み付け部１３０は、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに重み係数ｗ１を乗算する。この乗算によって得られたＬＳＰベクトルは加算部１３４へ出力される。重み付け部１３２は、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰに重み係数ｗ２を乗算する。この乗算によって得られたＬＳＰベクトルは、加算部１３４へ出力される。加算部１３４は、重み付け部１３０、１３２からそれぞれ入力されたＬＳＰベクトルを加算する。この加算により補償広帯域ＬＳＰが生成される。
再び図１を参照する。音声合成部１１４は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０から入力された量子化広帯域ＬＳＰを線形予測係数に変換し、得られた線形予測係数を用いて線形予測合成フィルタを構築する。また、この線形予測合成フィルタを、音源復号化部１０４から入力された広帯域量子化音源信号で駆動して復号音声信号を合成する。この復号音声信号は、加算部１１８へ出力される。
加算部１１８は、アップサンプル部１１６から入力されたアップサンプル後の狭帯域復号音声信号と音声合成部１１４から入力された復号音声信号とを加算する。そして、この加算によって得られた広帯域復号音声信号を出力する。
次いで、上記構成を有するスケーラブル復号化装置１００における動作、特に重み付け加算処理について説明する。
ここでは、コアレイヤに対応する狭帯域の周波数領域を０〜４ｋＨｚとし、拡張レイヤに対応する広帯域の周波数領域を０〜８ｋＨｚとし、変換部１２０で用いられる変換係数を「０．５」とした場合を例にとり、図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。図４Ａにおいては、サンプリング周波数は８ｋＨｚ、ナイキスト周波数は４ｋＨｚであり、図４Ｂ〜図４Ｄにおいては、サンプリング周波数は１６ｋＨｚであり、ナイキスト周波数は８ｋＨｚである。
変換部１２０では、入力された現在の狭帯域量子化ＬＳＰの各次ＬＳＰを０．５倍することで例えば図４Ａに示される４ｋＨｚ帯域の量子化ＬＳＰを８ｋＨｚ帯域の量子化ＬＳＰに変換して、例えば図４Ｂに示される帯域変換ＬＳＰを生成する。なお、変換部１２０では、前述の手法と異なる手法を用いて帯域幅（サンプリング周波数）を変換するようにしても良い。また、ここでは、広帯域量子化ＬＳＰの次数を１６次とし、１〜８次を低域、９〜１６次を高域とそれぞれ定義する。
重み付け部１３０には、帯域変換ＬＳＰが入力される。重み付け部１３０では、次の式（１）および（２）により設定された重み係数ｗ１（ｉ）を、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰに乗算する。なお、入力された帯域変換ＬＳＰは、多重分離部１０２で取得された現在の符号化情報から導出されたものである。また、ｉは次数を表す。
ｗ１（ｉ）＝（９−ｉ）／８ （ｉ＝１〜８） …（１）
ｗ１（ｉ）＝０ （ｉ＝９〜１６） …（２）
一方、重み付け部１３２には、例えば図４Ｃに示される記憶広帯域ＬＳＰが入力される。重み付け部１３２では、次の式（３）および（４）により設定された重み係数ｗ２（ｉ）を、記憶部１２６から入力された記憶広帯域ＬＳＰに乗算する。なお、入力された記憶広帯域ＬＳＰは、多重分離部１０２で現在の符号化情報よりも過去に（例えば現在の符号化情報の直前のフレームで）取得された符号化情報から、導出されたものである。
ｗ２（ｉ）＝（ｉ−１）／８ （ｉ＝１〜８） …（３）
ｗ２（ｉ）＝１ （ｉ＝９〜１６） …（４）
すなわち、重み係数ｗ１（ｉ）および重み係数ｗ２（ｉ）は、ｗ１（ｉ）＋ｗ２（ｉ）＝１．０となるように設定されている。また、重み係数ｗ１（ｉ）は、０〜１の間で、高域に近づくほど小さくなるような値に設定されており、高域では０に設定されている。また、重み係数ｗ２（ｉ）は、０〜１の間で、高域に近づくほど大きくなるような値に設定されており、高域では１に設定されている。
そして、加算部１３４では、重み付け部１３０での乗算によって得られたＬＳＰベクトルと重み付け部１３２での乗算によって得られたＬＳＰベクトルとの和ベクトルを求める。このように前述のＬＳＰベクトルの和ベクトルを求めることにより、例えば図４Ｄに示される補償広帯域ＬＳＰが得られる。
重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）は、狭帯域量子化ＬＳＰを変換して得られる帯域変換ＬＳＰと、過去に復号した広帯域量子化ＬＳＰである記憶広帯域ＬＳＰと、のどちらがエラーフリー時に復号される広帯域量子化ＬＳＰに近いかによって適応的に設定するのが理想的である。すなわち、帯域変換ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い場合は重み係数ｗ１（ｉ）の方が大きく、記憶広帯域ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い場合は重み係数ｗ２（ｉ）の方が大きくなるように設定するのが良い。ただし実際には、フレーム消失が発生したときはエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰは知り得ないので、理想的な重み係数の設定は困難である。しかしながら、前述のような４ｋＨｚ帯域信号と８ｋＨｚ帯域信号とのスケーラブル符号化を行った場合、４ｋＨｚ以上の帯域では記憶広帯域ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰに近い（エラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差が小さい）ことが多く、４ｋＨｚ以下の帯域では０Ｈｚに近づくほど帯域変換ＬＳＰの方がエラーフリー時の広帯域ＬＳＰに近い（エラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差が小さい）ことが多い、という傾向がある。したがって、前述の式（１）〜（４）は、前述の誤差傾向を含む特性を近似する関数である。よって、式（１）〜（４）で定義された重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を用いることにより、狭帯域の周波数帯域と広帯域の周波数帯域との組み合わせによって特定される誤差特性、すなわち、帯域変換ＬＳＰとエラーフリーの広帯域量子化ＬＳＰとの間での誤差傾向を考慮に入れた重み付け加算を行うことができる。しかも、式（１）〜（４）のような簡単な式で重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）が決定されるので、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）をＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶しておく必要がなく、効果的な重み付け加算を簡単な構成で実現することができる。
なお、本実施の形態では、周波数または次数が高くなるほど誤差が大きくなる誤差変動傾向が存在する場合を例にとって説明したが、誤差変動傾向は各レイヤの周波数領域の設定条件などによって異なる。例えば、狭帯域の周波数領域が３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚで、広帯域の周波数領域が５０Ｈｚ〜７ｋＨｚであるような場合は、下限周波数が異なるため、３００Ｈｚ以下の領域で発生する誤差よりも３００Ｈｚ以上の領域で発生する誤差の方が小さくなるか同程度になることもあり得る。このような場合は、例えば、重み係数ｗ２（１）を重み係数ｗ２（２）と同じ値または重み係数ｗ２（２）よりも大きな値にしても良い。
すなわち、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）の設定に要求される条件は次の通りである。狭帯域の周波数領域と広帯域の周波数領域とが互いに重複する領域である重複帯域に対応する係数を第１の係数と定義する。また、狭帯域の周波数領域と広帯域の周波数領域とが互いに重複しない領域である非重複帯域に対応する係数を第２の係数と定義する。第１の係数は、重複帯域内の周波数またはその周波数に対応する次数と、重複帯域および非重複帯域の境界周波数またはその境界周波数に対応する次数と、の差に応じて決まる変数で
あり、第２の係数は、非重複帯域内で定数である。
さらに、第１の係数については、前述の差が小さくなるほど小さくなる値を帯域変換ＬＳＰに個別に対応付けて設定し、前述の差が小さくなるほど大きくなる値を記憶広帯域ＬＳＰに個別に対応付けて設定する。具体的には、式（１）および（３）に示したような線形的な式で第１の係数を表しても良いし、音声データベースなどを用いて学習的に得た値を第１の係数として用いても良い。第１の係数を学習的に得る場合は、重み付け加算の結果得られる補償広帯域ＬＳＰとエラーフリー時の広帯域量子化ＬＳＰとの誤差をデータベースの全ての音声データに対して計算し、その総和が最も小さくなるように重み付け係数を決定する。
このように、本実施の形態によれば、現在の符号化情報の広帯域ＬＳＰ符号化情報が消失した場合、その符号化信号の狭帯域量子化ＬＳＰの帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとの重み付け加算によって補償広帯域ＬＳＰを生成し、消失した広帯域符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰを補償広帯域ＬＳＰで補償する、すなわち、消失した広帯域符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰの補償に用いる補償広帯域ＬＳＰを、現在の符号化情報の帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとの重み付け加算によって生成する。このため、消失した広帯域ＬＳＰ符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰの補償に過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰのみを用いる場合や現在の符号化情報の狭帯域量子化ＬＳＰのみを用いる場合に比べて、補償された広帯域ＬＳＰ符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰをエラーフリーの状態に近づけることができ、ひいては、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。また、現在の符号化情報の帯域変換ＬＳＰと過去の符号化情報の広帯域量子化ＬＳＰとを滑らかに接続することができ、生成される補償広帯域ＬＳＰのフレーム間の連続性を保つことができる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成の要部を示すブロック図である。なお、図５のスケーラブル復号化装置２００は、実施の形態１で説明したスケーラブル復号化装置１００と同様の基本的構成を有する。よって、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
スケーラブル復号化装置２００は、実施の形態１で説明した広帯域ＬＳＰ復号化部１１０の代わりに広帯域ＬＳＰ復号化部２０２を有する。図６は、広帯域ＬＳＰ復号化部２０２の内部構成を示すブロック図である。広帯域ＬＳＰ復号化部２０２は、実施の形態１で説明したフレーム消失補償部１２４の代わりにフレーム消失補償部２０４を有する。さらに、広帯域ＬＳＰ復号化部２０２には変動量算出部２０６が設けられている。図７は、フレーム消失補償部２０４の内部構成を示すブロック図である。フレーム消失補償部２０４は、フレーム消失補償部１２４の内部構成に重み係数制御部２０８を加えた構成を有する。
広帯域ＬＳＰ復号化部２０２は、広帯域ＬＳＰ復号化部１１０と同様に、フレーム消失情報に基づいて、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８から入力された狭帯域量子化ＬＳＰと多重分離部１０２から入力された広帯域ＬＳＰ符号化情報とから、広帯域量子化ＬＳＰを得る。
広帯域ＬＳＰ復号化部２０２において、変動量算出部２０６は、変換部１２０によって得られた帯域変換ＬＳＰを受け取る。そして、帯域変換ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。変動量算出部２０６は、算出されたフレーム間変動量に応じた制御信号をフレーム消失補償部２０４の重み係数制御部２０８に出力する。
フレーム消失補償部２０４は、フレーム消失補償部１２４と同様の手法により、変換部１２０から入力された帯域変換ＬＳＰとバッファ１２９に記憶されている記憶広帯域ＬＳＰとを重み付け加算する。これにより、補償広帯域ＬＳＰを生成する。
なお、実施の形態１の重み付け加算では、次数ｉまたは対応する周波数によって一意に決まる重み係数ｗ１、ｗ２をそのまま用いたのに対し、本実施の形態の重み付け加算では、重み係数ｗ１、ｗ２を適応的に制御して用いる。
フレーム消失補償部２０４において、重み係数制御部２０８は、変動量算出部２０６から入力された制御信号に従って、全帯域の重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）のうち重複帯域に対応する（つまり、実施の形態１で「第１の係数」として定義されている）重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を適応的に変化させる。
より具体的には、算出されたフレーム間変動量が大きいほど重み係数ｗ１（ｉ）を大きくし且つこれに伴って重み係数ｗ２（ｉ）を小さくする設定を行う。また、算出されたフレーム間変動量が小さいほど重み係数ｗ２（ｉ）を大きくし且つこれに伴って重み係数ｗ１（ｉ）を小さくする設定を行う。
前述の制御方法の一例としては、算出されたフレーム間変動量と特定の閾値とを比較しその比較結果に応じて、重み係数ｗ１（ｉ）および重み係数ｗ２（ｉ）を含む重み係数セットを切り替える制御方法が挙げられる。この制御方法を採用する場合、重み係数制御部２０８は、閾値以上のフレーム間変動量に対応する重み係数セットＷＳ１と、閾値未満のフレーム間変動量に対応する重み係数セットＷＳ２と、を予め記憶しておく。重み係数セットＷＳ１に含まれる重み係数ｗ１（ｉ）は、重み係数セットＷＳ２に含まれる重み係数ｗ１（ｉ）よりも大きい値に設定されており、重み係数セットＷＳ１に含まれる重み係数ｗ２（ｉ）は、重み係数セットＷＳ２に含まれる重み係数ｗ２（ｉ）よりも小さい値に設定されている。
そして、比較の結果、算出されたフレーム間変動量が閾値以上であった場合、重み係数制御部２０８は、重み付け部１３０が重み係数セットＷＳ１の重み係数ｗ１（ｉ）を使用するように重み付け部１３０を制御するとともに、重み付け部１３２が重み係数セットＷＳ１の重み係数ｗ２（ｉ）を使用するように重み付け部１３２を制御する。一方、比較の結果、算出されたフレーム間変動量が閾値未満であった場合、重み係数制御部２０８は、重み付け部１３０が重み係数セットＷＳ２の重み係数ｗ１（ｉ）を使用するように重み付け部１３０を制御するとともに、重み付け部１３２が重み係数セットＷＳ２の重み係数ｗ２（ｉ）を使用するように重み付け部１３２を制御する。
このように、本実施の形態によれば、フレーム間変動量が大きいほど重み係数ｗ１（ｉ）を大きくするとともにこれに伴って重み係数ｗ２（ｉ）を小さくする設定を行う一方、算出されたフレーム間変動量が小さいほど重み係数ｗ２（ｉ）を大きくするとともにこれに伴って重み係数ｗ１（ｉ）を小さくする設定を行う、すなわち、重み付け加算に用いる重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）をフレーム間変動量に基づいて適応的に変化させるため、重み付け係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）を、正常に受信された情報の経時的な変動に応じて適応的に制御することができ、広帯域量子化ＬＳＰの補償の精度をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態に係る変動量算出部２０６は、変換部１２０の後段に設けられ、帯域変換ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。ただし、変動量算出部２０６の配置および構成は前述のものに限定されない。例えば、変動量算出部２０６を変換部１２０の前段に設けても良い。この場合、変動量算出部２０６は、狭帯域ＬＳＰ復号化部１０８によって
得られた狭帯域量子化ＬＳＰのフレーム間変動量を算出する。この場合においても上記と同様の作用効果を実現することができる。
また、変動量算出部２０６では、フレーム間変動量の算出を帯域変換ＬＳＰ（または狭帯域量子化ＬＳＰ）の各次数に対して個別に行っても良い。この場合、重み係数制御部２０８では、重み係数ｗ１（ｉ）、ｗ２（ｉ）の制御を次数毎に行う。これにより、広帯域量子化ＬＳＰの補償の精度を一層向上させることができる。
なお、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チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
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、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。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良い。
さらには、半導体技術の進歩又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良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００４年９月６日出願の特願２００４−２５８９２５に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
本発明のスケーラブル復号化装置および信号消失補償方法は、移動体通信システムやインターネットプロトコルを用いたパケット通信システムなどにおける通信装置の用途に適用できる。
本発明の実施の形態１に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る広帯域ＬＳＰ復号化部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係るフレーム消失補償部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る量子化ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る帯域変換ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る広帯域ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態１に係る補償広帯域ＬＳＰを示す図 本発明の実施の形態２に係るスケーラブル復号化装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る広帯域ＬＳＰ復号化部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るフレーム消失補償部の構成を示すブロック図

Claims (7)

  1. 第１の階層符号化信号のコアレイヤに対応する狭帯域スペクトルパラメータを復号化する復号化手段と、
    第１の階層符号化信号と異なる第２の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータを記憶する記憶手段と、
    第２の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータが消失した場合、復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と記憶された広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメータの復号信号を消失補償信号で補償する補償手段と、
    を有するスケーラブル復号化装置。
  2. 第１の階層符号化信号の狭帯域スペクトルパラメータは第１の周波数帯域を有し、第２の階層符号化信号の広帯域スペクトルパラメータは、第１の周波数帯域よりも広帯域である第２の周波数帯域を有し、
    復号化された狭帯域スペクトルパラメータを第１の周波数帯域から第２の周波数帯域に変換して、帯域変換信号を生成する変換手段をさらに有し、
    前記補償手段は、
    第１の周波数帯域および第２の周波数帯域に基づいて設定された重み係数を用いて、重み付け加算を行う、
    請求項１記載のスケーラブル復号化装置。
  3. 前記補償手段は、
    周波数の関数であって、帯域変換信号とエラーフリーの広帯域スペクトルパラメータとの誤差を近似する関数で与えられる重み係数を用いて、重み付け加算を行う、
    請求項２記載のスケーラブル復号化装置。
  4. 前記補償手段は、
    第１の周波数帯域と第２の周波数帯域との重複帯域に対応する第１の重み係数および第１の周波数帯域と第２の周波数帯域との非重複帯域に対応する第２の重み係数を用いて、重み付け加算を行い、
    第１の重み係数は、重複帯域内の周波数と重複帯域および非重複帯域の境界周波数との差に応じて決まる変数であり、第２の重み係数は、非重複帯域内で定数である、
    請求項２記載のスケーラブル復号化装置。
  5. 前記補償手段は、
    帯域変換信号および広帯域スペクトルパラメータについて個別に設定された重み係数であって、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域とが重複する重複帯域の中の周波数と、重複帯域の境界周波数と、の差に応じて決まる重み係数を用いて、重み付け加算を行い、
    帯域変換信号について設定された重み係数は、前記差が小さくなるほど小さくなる値を有し、広帯域スペクトルパラメータについて設定された重み係数は、前記差が小さくなるほど大きくなる値を有する、
    請求項２記載のスケーラブル復号化装置。
  6. 前記補償手段は、
    帯域変換信号および広帯域スペクトルパラメータについて個別に設定された重み係数を、復号化された狭帯域スペクトルパラメータのフレーム間変動量に応じて変化させる、
    請求項２記載のスケーラブル復号化装置。
  7. 現在の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータが消失した場合に、現在の階層符号化信号のコアレイヤに対応し且つ復号化された狭帯域スペクトルパラメータの帯域変換信号と過去の階層符号化信号の拡張レイヤに対応する広帯域スペクトルパラメータとの重み付け加算によって消失補償信号を生成し、消失した広帯域スペクトルパラメータの復号信号を消失補償信号で補償する、
    信号消失補償方法。
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