JPWO2009113316A1 - 符号化装置、復号装置およびこれらの方法 - Google Patents

Abstract

復号信号の低域から高域を推定する帯域拡張において復号信号の品質を向上させること。第１レイヤ符号化部（２０２）は、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１レイヤ符号化情報を生成し、第１レイヤ復号部（２０３）は、第１レイヤ符号化情報を復号して第１レイヤ復号信号を生成し、第２レイヤ符号化部（２０６）は、入力信号の所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、入力信号または第１レイヤ復号信号から複数のサブバンドのそれぞれを、低域側に隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定し、この複数のサブバンドの推定結果を含む第２符号化情報を生成する。

Description

本発明は、信号を符号化して伝送する通信システムに用いられる符号化装置、復号装置およびこれらの方法に関する。

インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声・楽音信号を伝送する場合、音声・楽音信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。また、近年では、単に低ビットレートで音声・楽音信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声・楽音信号を符号化する技術に対するニーズが高まっている。

このようなニーズに対して、符号化後の情報量を大幅に増加させることなく広帯域の音声・楽音信号を符号化する様々な技術が開発されてきている。例えば特許文献１では、一定時間分の入力音響信号を変換して得られるスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を補助情報として生成し、これを低域部の符号化情報とあわせて出力している。具体的には、周波数の高域部のスペクトルデータを複数のグループに分け、各グループにおいて、当該グループのスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を補助情報としている。また、特許文献２では、高域信号を複数のサブバンドに分割し、前記サブバンド毎に、サブバンド内の信号と低域信号との類似度を判定し、その判定結果に応じて、補助情報の構成（サブバンド内の振幅パラメータ、類似する低域信号の位置パラメータ、高域・低域間の残差信号パラメータ）を変更するという技術が挙げられている。
特開２００３−１４０６９２号公報 特開２００４−４５３０号公報

しかしながら上記特許文献１および特許文献２では、高域信号（高域部のスペクトルデータ）を生成するために、高域部と類似する低域信号の判定を、高域信号の各サブバンド（グループ）毎にそれぞれ独立に行っており、符号化効率は十分とは言えない。特に低ビットレートで補助情報を符号化する場合には算出した補助情報を用いて生成される復号音声の品質が不十分であり、場合によっては異音が発生する可能性もある。

本発明の目的は、広帯域信号の低域部のスペクトルデータに基づいて高域部のスペクトルデータを効率的に符号化し、復号信号の品質を改善することができる符号化装置、復号装置およびこれらの方法を提供することである。

本発明の符号化装置は、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、を具備する構成を採る。

本発明の復号装置は、符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信する受信手段と、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成する第１復号手段と、前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成する第２復号手段と、を具備する構成を採る。

本発明の符号化方法は、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成するステップと、を具備するようにした。

本発明の復号方法は、符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信するステップと、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成するステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、符号化対象となる信号の高域部のスペクトルデータを低域部のスペクトルデータに基づいて生成する際、高域のサブバンド間の相関を利用し、隣接するサブバンドの符号化結果に基づいた符号化を行うことにより、広帯域信号の高域部のスペクトルデータを効率的に符号化することができ、復号信号の品質を改善することができる。

本発明に係る符号化に含まれる探索処理の概要を説明するための図 本発明の実施の形態１に係る符号化装置および復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図 図２に示した符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図３に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図４に示したフィルタリング部におけるフィルタリング処理の詳細について説明するための図 図４に示した探索部においてサブバンドＳＢ_ｐに対して最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を探索する処理の手順を示すフロー図 図２に示した復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図７に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１１に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１３に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した第１レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１８に示した第１レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１８に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態５に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６に係る第２レイヤ復号部の内部の主要な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、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る符号化装置および復号装置として、音声符号化装置および音声復号装置を例にとって説明する。

まず、図１を用いて本発明に係る符号化に含まれる探索処理の概要を説明する。図１（ａ）は入力信号のスペクトルを表し、図１（ｂ）は入力信号の低域部の符号化データを復号して得られるスペクトル（第１レイヤ復号スペクトル）を表す。また、ここでは、電話帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の信号を広帯域（０〜７ｋＨｚ）の信号に帯域拡張する場合を例に挙げて説明する。つまり、入力信号のサンプリング周波数は１６ｋＨｚであり、また低域符号化部から出力される復号信号のサンプリング周波数は８ｋＨｚである。ここで、入力信号の高域部を符号化する際に、入力信号のスペクトルの高域部を複数のサブバンドに分割し（図１では１ｓｔから５ｔｈまでの５つのサブバンド構成とする）、サブバンド毎に、第１レイヤ復号スペクトルに対して高域部のスペクトルに最も近似する部分の探索を行う。

図１において、第１探索範囲および第２探索範囲は第１サブバンド（１ｓｔ）および第２サブバンド（２ｎｄ）それぞれに類似する復号低域スペクトル（後述する第１レイヤ復号スペクトル）の一部（帯域）を探索する範囲を表す。ここで、第１探索範囲は例えばＴｍｉｎ（０ｋＨｚ）からＴｍａｘまでの範囲をとる。周波数Ａは、探索により見つかった、第１サブバンドに類似する復号低域スペクトルの一部帯域１ｓｔ’の開始位置を示し、周波数Ｂは、帯域１ｓｔ’の終端部を示す。続いて、第２サブバンド（２ｎｄ）に対応する探索を行う際には、すでに探索が終わった第１サブバンド（１ｓｔ）の探索結果を利用する。具体的には、第１サブバンド（１ｓｔ）に最も近似する部分１ｓｔ’の終端部付近の範囲、すなわち第２探索範囲において、第２サブバンド（２ｎｄ）に近似する復号低域スペクトルの一部帯域の探索を行う。第２サブバンドに対応する探索を行った結果、例えば第２サブバンドに類似する復号低域スペクトルの一部帯域２ｎｄ’の開始位置はＣとなり、終端部はＤとなる。第３サブバンド、第４サブバンド、及び第５サブバンドのそれぞれに対応する探索も同様に隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索の結果を用いて行う。これにより、サブバンド間の相関を利用した効率良い近似部分探索を行うことができ、高域部のスペクトルの符号化性能を向上させることができる。なお、図１では、入力信号のサンプリング周波数が１６ｋＨｚである場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、入力信号のサンプリング周波数が８ｋＨｚ、あるいは３２ｋＨｚ等である場合にも同様に適用できる。すなわち、本発明は入力信号のサンプリング周波数によって制限されない。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置および復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図である。図２において、通信システムは、符号化装置と復号装置とを備え、それぞれ伝送路を介して通信可能な状態となっている。なお、符号化装置および復号装置はいずれも、通常、基地局装置あるいは通信端末装置等に搭載されて用いられる。

符号化装置１０１は、入力信号をＮサンプルずつ区切り（Ｎは自然数）、Ｎサンプルを１フレームとしてフレーム毎に符号化を行う。ここで、符号化の対象となる入力信号をｘ_ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）と表すこととする。ｎは、Ｎサンプルずつ区切られた入力信号のうち、信号要素のｎ＋１番目を示す。符号化された入力情報（符号化情報）は伝送路１０２を介して復号装置１０３に符号化情報を送信する。

復号装置１０３は、伝送路１０２を介して符号化装置１０１から送信された符号化情報を受信し、これを復号し出力信号を得る。

図３は、図２に示した符号化装置１０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。入力信号のサンプリング周波数をＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}とすると、ダウンサンプリング処理部２０１は、入力信号のサンプリング周波数をＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}からＳＲ_ｂａｓｅまでダウンサンプリングし（ＳＲ_ｂａｓｅ＜ＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}）、ダウンサンプリングした入力信号をダウンサンプリング後入力信号として、第１レイヤ符号化部２０２に出力する。

第１レイヤ符号化部２０２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、例えばＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成し、生成した第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部２０３および符号化情報統合部２０７に出力する。

第１レイヤ復号部２０３は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、例えばＣＥＬＰ方式の音声復号方法を用いて復号を行って第１レイヤ復号信号を生成し、生成した第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部２０４に出力する。

アップサンプリング処理部２０４は、第１レイヤ復号部２０３から入力される第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＳＲ_ｂａｓｅからＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}までアップサンプリングし、アップサンプリングした第１レイヤ復号信号をアップサンプリング後第１レイヤ復号信号として、直交変換処理部２０５に出力する。

直交変換処理部２０５は、バッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を内部に有し、入力信号ｘ_ｎおよびアップサンプリング処理部２０４から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎを修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）する。

次に、直交変換処理部２０５における直交変換処理について、その計算手順と内部バッファへのデータ出力に関して説明する。

まず、直交変換処理部２０５は、下記の式（１）および式（２）によりバッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎそれぞれを、「０」を初期値として初期化する。

次いで、直交変換処理部２０５は、入力信号ｘ_ｎ、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎに対し下記の式（３）および式（４）に従ってＭＤＣＴし、入力信号のＭＤＣＴ係数（以下、入力スペクトルと呼ぶ）Ｓ２（ｋ）およびアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_nのＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１（ｋ）を求める。

ここで、ｋは１フレームにおける各サンプルのインデックスを示す。直交変換処理部２０５は、入力信号ｘ_ｎとバッファｂｕｆ１_ｎとを結合させたベクトルであるｘ_ｎ’を下記の式（５）により求める。また、直交変換処理部２０５は、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎとバッファｂｕｆ２_ｎとを結合させたベクトルであるｙ_ｎ’を下記の式（６）により求める。

次に、直交変換処理部２０５は、式（７）および式（８）によりバッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎを更新する。

そして、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を第２レイヤ符号化部２０６に出力する。

第２レイヤ符号化部２０６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２０６の詳細については後述する。

符号化情報統合部２０７は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、第２レイヤ符号化部２０６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。

次に、図３に示した第２レイヤ符号化部２０６の内部の主要な構成について図４を用いて説明する。

第２レイヤ符号化部２０６は、帯域分割部２６０、フィルタ状態設定部２６１、フィルタリング部２６２、探索部２６３、ピッチ係数設定部２６４、ゲイン符号化部２６５および多重化部２６６を備え、各部は以下の動作を行う。

帯域分割部２６０は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）をＰ個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に分割する。そして、帯域分割部２６０は、分割した各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）および先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を帯域分割情報としてフィルタリング部２６２、探索部２６３および多重化部２６６に出力する。以下、入力スペクトルＳ２（ｋ）のうち、サブバンドＳＢ_ｐに対応する部分をサブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）と記す。

フィルタ状態設定部２６１は、直交変換処理部２０５から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜ＦＬ）を、フィルタリング部２６２で用いるフィルタ状態として設定する。フィルタリング部２６２における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。

フィルタリング部２６２は、マルチタップのピッチフィルタを備え、フィルタ状態設定部２６１により設定されたフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数と、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報とに基づいて、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングし、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（以下、「サブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトル」と称す）を算出する。フィルタリング部２６２は、サブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)を探索部２６３に出力する。なお、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細については後述する。なお、マルチタップのタップ数は１以上の任意の値（整数）をとることができるものとする。

探索部２６３は、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報に基づき、フィルタリング部２６２から入力されるサブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)と、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）における各サブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）との類似度を算出する。この類似度の算出は、例えば相関演算等により行われる。また、フィルタリング部２６２、探索部２６３およびピッチ係数設定部２６４の処理は、サブバンド毎に閉ループの探索処理を構成し、各閉ループにおいて、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４からフィルタリング部２６２に入力されるピッチ係数Ｔを種々に変化させることにより、各ピッチ係数に対応する類似度を算出する。探索部２６３は、サブバンド毎の閉ループにおいて、例えば、サブバンドＳＢ_ｐに対応する閉ループにおいて類似度が最大となる最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ただしＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を求め、Ｐ個の最適ピッチ係数を多重化部２６６に出力する。探索部２６３は、各最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を用いて、各サブバンドＳＢ_ｐに類似する、第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域を算出する。また、探索部２６３は、各最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対応する推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）をゲイン符号化部２６５に出力する。なお、探索部２６３における最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の探索処理の詳細については後述する。

ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。また、ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２６４は、下記の式（９）に示すピッチ係数Ｔをフィルタリング部２６２に出力する。式（９）において、ＳＥＡＲＣＨはサブバンドＳＢ_ｐに対応するピッチ係数Ｔの探索範囲（探索エントリ数）を示す。

式（９）に示すように、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応するピッチ係数Ｔの探索範囲は、サブバンドＳＢ_ｐ−１の最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’からサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１分だけ高域側に存在するインデックス（Ｔ_ｐ−１’＋ＢＷ_ｐ−１）の周辺（±ＳＥＡＲＣＨ／２部分）となる。これは、サブバンドＳＢ_ｐ−１に隣接するサブバンドＳＢ_ｐに類似する部分は、サブバンドＳＢ_ｐ−１に類似する第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域に隣接する傾向があるという理由に基づくものである。サブバンドＳＢ_ｐ−１とサブバンドＳＢ_ｐとの間に存在するこのような相関を利用して探索を行うことにより、各サブバンドに対して固定的にＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの探索範囲で探索を行う方法等と比べ、探索の効率を向上させることができる。

なお、上記のように、隣接するサブバンド間の相関を利用した探索方法を適応類似探索方法（ＡＳＳ：Adaptive Similarity Search Method）と呼ぶことにする。この名称は、便宜上付与するものであり、この名称により本発明における上記探索方法が限定されるものではない。

また、通常、スペクトルの調波構造は高域になるに従って徐々に弱くなる傾向にある。すなわち、サブバンドＳＢ_ｐはサブバンドＳＢ_ｐ−１に比べて調波構造が弱い傾向にある。従って、サブバンドＳＢ_ｐに対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１に類似する第１レイヤ復号スペクトルの部分よりも調波構造が弱まる高域側でサブバンドＳＢ_ｐに類似する部分の探索を行う方が探索の効率を向上させることができる。この観点からも本方式の探索の効率性を説明することができる。

また、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合（式（１０）に示す条件に該当する場合）、下記の式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。式（１０）において、ＳＥＡＲＣＨ＿ＭＡＸはピッチ係数Ｔの設定値の上限値を示す。

また、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を越えてしまう場合（式（１１）に示す条件に該当する場合）、下記の式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。式（１１）において、ＳＥＡＲＣＨ＿ＭＩＮはピッチ係数Ｔの設定値の下限値を示す。

上式（１０）および式（１１）のような処理をすることで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ゲイン符号化部２６５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）についてのゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン符号化部２６５は、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨをＪ個のサブバンドに分割し、入力スペクトルＳ２（ｋ）のサブバンド毎のスペクトルパワを求める。この場合、第ｊ＋１サブバンドのスペクトルパワＢ_ｊは下記の式（１２）で表される。

式（１２）において、ＢＬ_ｊは第ｊ＋１サブバンドの最小周波数、ＢＨ_ｊは第ｊ＋１サブバンドの最大周波数を表す。また、ゲイン符号化部２６５は、探索部２６３から入力される各サブバンドの推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの高域部の推定スペクトルＳ２’（ｋ）を構成する。そして、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対してスペクトルパワを算出した場合と同様に、推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワＢ’_ｊを下記の式（１３）に従い算出する。次いで、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対する推定スペクトルのＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワの変動量Ｖ_ｊを式（１４）に従い算出する。

そして、ゲイン符号化部２６５は、変動量Ｖ_ｊを符号化し、符号化後の変動量ＶＱ_ｊに対応するインデックスを多重化部２６６に出力する。

多重化部２６６は、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報と、探索部２６３から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’と、ゲイン符号化部２６５から入力される変動量ＶＱ_ｊのインデックスと、を第２レイヤ符号化情報として多重化し、符号化情報統合部２０７に出力する。なお、Ｔ_ｐ’と、ＶＱ_ｊのインデックスとを直接、符号化情報統合部２０７に入力して、符号化情報統合部２０７にて第１レイヤ符号化情報と多重化しても良い。

次いで、図４に示したフィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細について、図５を用いて説明する。

フィルタリング部２６２は、フィルタ状態設定部２６１から入力されるフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数Ｔと、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報とを用いて、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対して、帯域ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）における推定スペクトルを生成する。フィルタリング部２６２において用いるフィルタの伝達関数Ｆ（ｚ）は下記の式（１５）で表される。

以下、サブバンドＳＢ_ｐを例にとり、サブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）の推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）を生成する処理を説明する。

式（１５）において、Ｔはピッチ係数設定部２６４から与えられるピッチ係数、β_ｉは予め内部に記憶されているフィルタ係数を表している。例えば、タップ数が３の場合、フィルタ係数の候補は（β_−１、β_０、β_１）＝（０．１、０．８、０．１）が例として挙げられる。この他に（β_−１、β_０、β_１）＝（０．２、０．６、０．２）、（０．３、０．４、０．３）などの値も適当である。また、（β_−１、β_０、β_１）＝（０．０、１．０、０．０）の値でも良く、この場合には帯域０≦ｋ＜ＦＬの第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域をその形状を変化させずにそのままＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの帯域にコピーすることを意味する。また、式（１５）においてＭ＝１とする。Ｍはタップ数に関する指標である。

フィルタリング部２６２における全周波数帯域のスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。

Ｓ(ｋ)のＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの帯域には、以下の手順のフィルタリング処理によりサブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)が格納される。すなわち、Ｓ２_ｐ’(ｋ)には、基本的に、このｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)が代入される。ただし、スペクトルの円滑性を増すために、実際には、スペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ＋ｉ)に所定のフィルタ係数β_ｉを乗じたスペクトルβ_ｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ＋ｉ)を、全てのｉについて加算したスペクトルをＳ２_ｐ’(ｋ)に代入する。この処理は下記の式（１６）で表される。

上記演算を、周波数の低いｋ＝ＢＳ_ｐから順に、ｋをＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの範囲で変化させて行うことにより、ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐにおける推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)を算出する。

以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部２６４からピッチ係数Ｔが与えられる度に、ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行われる。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ(ｋ)は算出され、探索部２６３に出力される。

図６は、図４に示した探索部２６３においてサブバンドＳＢ_ｐに対して最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。なお、探索部２６３は、図６に示した手順を繰り返すことにより、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対応する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を探索する。

まず、探索部２６３は、類似度の最小値を保存するための変数である最小類似度Ｄ_ｍｉｎを「＋∞」に初期化する（ＳＴ２０１０）。次いで、探索部２６３は、下記の式（１７）に従い、あるピッチ係数における入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)との類似度Ｄを算出する（ＳＴ２０２０）。

式（１７）において、Ｍ’は、類似度Ｄを算出する際のサンプル数を示し、各サブバンドのバンド幅以下の任意の値で良い。なお、式（１７）中にはＳ２_ｐ’(ｋ)が存在しないが、これはＢＳ_ｐとＳ２’(ｋ)を用いてＳ２_ｐ’(ｋ)を表しているためである。

次いで、探索部２６３は算出した類似度Ｄが最小類似度Ｄ_ｍｉｎより小さいか否かを判定する（ＳＴ２０３０）。ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄ_ｍｉｎより小さい場合（ＳＴ２０３０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３は、類似度Ｄを最小類似度Ｄ_ｍｉｎに代入する（ＳＴ２０４０）。一方、ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄ_ｍｉｎ以上である場合（ＳＴ２０３０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は、探索範囲にわたる処理が終了した否かを判定する。すなわち、探索部２６３は、探索範囲内のすべてのピッチ係数それぞれに対し、ＳＴ２０２０において上記の式（１７）に従って類似度を算出したか否かを判定する（ＳＴ２０５０）。探索範囲にわたって処理が終了していなかった場合（ＳＴ２０５０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は処理を再びＳＴ２０２０に戻す。そして、探索部２６３は、前回のＳＴ２０２０の手順において式（１７）に従って類似度を算出した場合とは異なるピッチ係数に対して、式（１７）に従い類似度を算出する。一方、探索範囲にわたる処理が終了した場合（ＳＴ２０５０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３には、最小類似度Ｄ_ｍｉｎに対応するピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’として多重化部２６６に出力する（ＳＴ２０６０）。

次いで、図２に示した復号装置１０３について説明する。

図７は、復号装置１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。

図７において、符号化情報分離部１３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部１３５に出力する。

第１レイヤ復号部１３２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部１３３に出力する。ここで、第１レイヤ復号部１３２の動作は、図３に示した第１レイヤ復号部２０３と同様であるため、詳細な説明は省略する。

アップサンプリング処理部１３３は、第１レイヤ復号部１３２から入力される第１レイヤ復号信号に対してサンプリング周波数をＳＲ_ｂａｓｅからＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}までアップサンプリングする処理を行い、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号を直交変換処理部１３４に出力する。

直交変換処理部１３４は、アップサンプリング処理部１３３から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対して直交変換処理（ＭＤＣＴ）を施し、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号のＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１(ｋ)を第２レイヤ復号部１３５に出力する。ここで、直交変換処理部１３４の動作は、図３に示した直交変換処理部２０５のアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対する処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第２レイヤ復号部１３５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し出力信号として出力する。

図８は、図７に示した第２レイヤ復号部１３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。

分離部３５１は、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を、各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）、先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を含む帯域分割情報と、フィルタリングに関する情報である最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、ゲインに関する情報である符号化後変動量ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスと、に分離する。また、分離部３５１は、帯域分割情報および最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）をフィルタリング部３５３に出力し、符号化後変動量ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスをゲイン復号部３５４に出力する。なお、符号化情報分離部１３１において、帯域分割情報と、Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスとを分離済みの場合は、分離部３５１を配置しなくても良い。

フィルタ状態設定部３５２は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜ＦＬ）を、フィルタリング部３５３で用いるフィルタ状態として設定する。ここで、フィルタリング部３５３における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。ここで、フィルタ状態設定部３５２の構成および動作は、図４に示したフィルタ状態設定部２６１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

フィルタリング部３５３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３５３は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、上記の式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部３５３でも、上記の式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部３５３は、第１サブバンドに対してはピッチ係数Ｔ_１’をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３５３は、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３５３は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、下記の式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。

式（１８）においては、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’にサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１を加算し、探索範囲ＳＥＡＲＣＨの半分の値を減算したインデックスにＴ_ｐ’を加算し、ピッチ係数Ｔ_ｐ”とする。

ゲイン復号部３５４は、分離部３５１から入力される、符号化後変動量ＶＱ_ｊのインデックスを復号し、変動量Ｖ_ｊの量子化値である変動量ＶＱ_ｊを求める。

スペクトル調整部３５５は、フィルタリング部３５３から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの推定スペクトルＳ２’（ｋ）を求める。また、スペクトル調整部３５５は、下記の式（１９）に従い、推定スペクトルＳ２’(ｋ)にゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量ＶＱ_ｊを乗じる。これにより、スペクトル調整部３５５は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成して直交変換処理部３５６に出力する。

ここで、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）は第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）からなり、復号スペクトルＳ３(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）はスペクトル形状調整後の推定スペクトルＳ２’(ｋ)からなる。

直交変換処理部３５６は、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３（ｋ）を時間領域の信号に直交変換し、得られる第２レイヤ復号信号を出力信号として出力する。ここでは、必要に応じて適切な窓掛けおよび重ね合わせ加算等の処理を行い、フレーム間に生じる不連続を回避する。

以下、直交変換処理部３５６における具体的な処理について説明する。

直交変換処理部３５６は、バッファｂｕｆ’（ｋ）を内部に有しており、下記の式（２０）に示すようにバッファｂｕｆ’（ｋ）を初期化する。

また、直交変換処理部３５６は、スペクトル調整部３５５から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ３（ｋ）を用いて下記の式（２１）に従い、第２レイヤ復号信号ｙ_ｎ”を求めて出力する。

式（２１）において、Ｚ４（ｋ）は、下記の式（２２）に示すように、復号スペクトルＳ３（ｋ）とバッファｂｕｆ’（ｋ）とを結合させたベクトルである。

次に、直交変換処理部３５６は、下記の式（２３）に従いバッファｂｕｆ’（ｋ）を更新する。

次に、直交変換処理部３５６は、復号信号ｙ_ｎ”を出力信号として出力する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行う。すなわち、高域のサブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行う（適応類似探索方法（ＡＳＳ：Adaptive Similarity Search Method））ため、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制し、復号信号の品質を向上させることができる。また、本発明は、上記効率的な高域スペクトルの探索を行うことにより、サブバンド間の相関を利用せずに高域スペクトルを符号化／復号する方法と比べ、同程度の復号信号の品質を達成するために必要な類似部分探索の演算量を削減することができる。

なお、本実施の形態では、ゲイン符号化部２６５において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数Ｊが、探索部２６３において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数Ｐと異なる場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、ゲイン符号化部２６５において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数をＰ個にしても良い。また、この場合に、特許文献２に明示されているように、ゲイン符号化部２６５は、式（１４）に示すようなサブバンド毎のスペクトルパワ比の平方根の代わりに、探索部２６３において最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）が探索された時の理想利得を用いても良い。なお、最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）が探索された時の理想利得は、下記の式（２４）により求まる。ただし、式（２４）におけるＭ’は式（１７）で最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を算出した時のＭ’と同じ値を用いる。

また、本実施の形態では、ピッチ係数設定部２６４において式（９）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、下記の式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定しても良い。

式（２５）において、ピッチ係数Ｔは、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’の近傍の値に設定される。これはサブバンドＳＢ_ｐ−１に最も類似する第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域はサブバンドＳＢ_ｐにも類似する可能性が高いという理由に基づくものである。特にサブバンドＳＢ_ｐ−１とサブバンドＳＢ_ｐの相関が非常に高い場合には、上記のようなピッチ係数の設定方法により、より効率的に探索を行うことができる。なお、ピッチ係数設定部２６４において、式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定した場合には、フィルタリング部３５３において、式（１８）の代わりに式（２６）のようにしてフィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。

また、上記各実施の形態では、第２サブバンド以降の全てのサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対し、隣接サブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、一部のサブバンドに対しては第１サブバンドと同様にピッチ係数の探索範囲をＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲に固定しても良い。例えば、連続して所定定数以上のサブバンドに対し、隣接するサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定した場合には、次のサブバンドに対しては、第１サブバンドと同様にピッチ係数の探索範囲をＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲に固定する。これにより、第１サブバンドＳＢ_０に対応する探索結果が、第２サブバンドＳＢ_１から第ＰサブバンドＳＢ_Ｐ−１までのすべての探索に影響を及ぼすことを回避することができる。すなわち、あるサブバンドに対して、類似部分を探索する対象が高域に偏り過ぎるということを避けることができる。これにより、本来類似部分が第１レイヤ復号スペクトルの低域部分に存在するサブバンドに対して、類似部分の探索が第１レイヤ復号スペクトルの高域部分に限定されることにより発生し得る異音や音質劣化を抑制することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、第１レイヤ符号化部に、実施の形態１で示したＣＥＬＰ方式の符号化方法を用いず、ＭＤＣＴなどの変換符号化を用いる場合について説明する。

実施の形態２に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１１１」および「１１３」を付し、説明を行う。

図９は、本実施の形態に係る符号化装置１１１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る符号化装置１１１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２１２、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２１６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、ダウンサンプリング処理部２０１および符号化情報統合部２０７は、実施の形態１の場合と同一の処理を行うため、説明を省略する。

第１レイヤ符号化部２１２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対し、変換符号化方式の符号化を行う。具体的には、第１レイヤ符号化部２１２は、入力されるダウンサンプリング後入力信号に対し、ＭＤＣＴなどの手法を用いて時間領域の信号から周波数領域の成分に変換し、得られる周波数成分に対して量子化を行う。第１レイヤ符号化部２１２は、量子化した周波数成分を直接、第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２１６に出力する。第１レイヤ符号化部２１２におけるＭＤＣＴ処理は、実施の形態１で示したＭＤＣＴ処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

直交変換処理部２１５は、入力信号に対してＭＤＣＴなどの直交変換を行い、得られる周波数成分を高域スペクトルとして第２レイヤ符号化部２１６に出力する。直交変換処理部２１５におけるＭＤＣＴ処理は、実施の形態１で示したＭＤＣＴ処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２１６は、第１レイヤ符号化部２１２から第１レイヤ復号スペクトルが入力される点のみが図３に示した第２レイヤ符号化部２０６と異なり、その他の処理については第２レイヤ符号化部２０６の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施の形態に係る復号装置１１３の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る復号装置１１３は、符号化情報分離部１３１、第１レイヤ復号部１４２および第２レイヤ復号部１４５とから主に構成される。また、符号化情報分離部１３１は、実施の形態１の場合と同一の処理を行うため、詳細な説明を省略する。

第１レイヤ復号部１４２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報を復号し、得られる第１レイヤ復号スペクトルを第２レイヤ復号部１４５に出力する。第１レイヤ復号部１４２における復号処理としては、図９に示した第１レイヤ符号化部２１２における符号化方法に対応する一般的な逆量子化方法を採るものとし、その詳細な説明を省略する。

第２レイヤ復号部１４５は、第１レイヤ復号部１４２から第１レイヤ復号スペクトルが入力される点のみが図７に示した第２レイヤ復号部１３５と異なり、その他の処理については第２レイヤ復号部１３５の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行う。すなわち、高域のサブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行うため、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制し、復号信号の品質を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、第１レイヤの符号化に、ＣＥＬＰ方式の符号化／復号方法ではなく、例えば変換符号化／復号方法を採用した場合にも本発明を適用することができる。この場合、第１レイヤ符号化の後に、別途第１レイヤ復号信号に対して直交変換を施し第１レイヤ復号スペクトルを算出する必要がなく、その分の演算量を抑えることができる。

なお、本実施の形態では、ダウンサンプリング処理部２０１により入力信号をダウンサンプリングしてから第１レイヤ符号化部２１２に入力する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、ダウンサンプリング処理部２０１を省略し、直交変換処理部２１５の出力である入力スペクトルを第１レイヤ符号化部２１２に入力しても良い。この場合には、第１レイヤ符号化部２１２においては直交変換処理を省略することが可能となり、その分の演算量を削減することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、高域部のサブバンド間の相関の度合いを分析し、分析結果に基づき、隣接するサブバンドの最適ピッチ周期を利用した探索を行うか否かを切り替える構成について説明する。

本発明の実施の形態３に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１２１」および「１２３」を付し、説明を行う。

図１１は、本実施の形態に係る符号化装置１２１の内部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符号化装置１２１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２０２、第１レイヤ復号部２０３、アップサンプリング処理部２０４、直交変換処理部２０５、相関判定部２２１、第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７とから主に構成される。ここで、相関判定部２２１、第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

相関判定部２２１は、第２レイヤ符号化部２２６から入力される帯域分割情報に基づき、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルの高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の各サブバンド間の相関を算出し、算出した相関値に基づき判定情報の値を「０」または「１」のいずれかに設定する。具体的には、相関判定部２２１は、Ｐ個のサブバンドそれぞれに対してスペクトルフラットネスメジャー（ＳＦＭ：Spectral Flatness Measure）を算出し、隣接するサブバンドのＳＦＭ値の差（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−２）それぞれを算出する。相関判定部２２１は、（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−２）それぞれの絶対値を予め定めた閾値ＴＨ_ＳＦＭと比較し、絶対値が閾値ＴＨ_ＳＦＭよりも低い（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）の数が所定数以上である場合には、入力スペクトルの高域部全体において、隣接サブバンド間の相関が高いと判定し、判定情報の値を「１」とする。それ以外の場合には、相関判定部２２１は、判定情報の値を「０」とする。相関判定部２２１は、設定した判定情報を第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７に出力する。

第２レイヤ符号化部２２６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）および相関判定部２２１から入力される判定情報を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２２７に出力する。また、第２レイヤ符号化部２２６は、内部で算出した帯域分割情報を相関判定部２２１に出力する。第２レイヤ符号化部２２６における帯域分割情報の詳細は後述する。

図１２は、図１１に示した第２レイヤ符号化部２２６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２２６において、ピッチ係数設定部２７４、帯域分割部２７５以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

ピッチ係数設定部２７４は、相関判定部２２１から入力される判定情報が「０」である場合には、探索部２６３の制御の下、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。すなわち、相関判定部２２１から入力される判定情報が「０」である場合には、ピッチ係数設定部２７４は、隣接するサブバンドに対応する探索結果を考慮せずにピッチ係数Ｔを設定する。

また、ピッチ係数設定部２７４は、相関判定部２２１から入力される判定情報が「１」である場合には、実施の形態１に係るピッチ係数設定部２６４と同様な処理を行う。すなわち、ピッチ係数設定部２７４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３と、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。一方、ピッチ係数設定部２７４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３と、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を用い、上記式（９）に従って、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。

要するに、ピッチ係数設定部２７４は、入力される判定情報の値に応じて、隣接するサブバンドに対応する探索結果を利用してピッチ係数を設定するか否かを適応的に切り替える。したがって、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベル以上である場合のみ、隣接するサブバンドに対応する探索結果を利用することができ、サブバンド間の相関が所定レベルより低い場合には、隣接するサブバンドの探索結果の利用による符号化精度の低下を抑制することができる。

帯域分割部２７５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）をＰ個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に分割する。そして、帯域分割部２７５は、各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）および先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を帯域分割情報としてフィルタリング部２６２、探索部２６３、多重化部２６６、及び相関判定部２２１に出力する。

符号化情報統合部２２７は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、相関判定部２２１から入力される判定情報と、第２レイヤ符号化部２２６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。

図１３は、本実施の形態に係る復号装置１２３の内部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復号装置１２３は、符号化情報分離部１５１、第１レイヤ復号部１３２、アップサンプリング処理部１３３、直交変換処理部１３４、第２レイヤ復号部１５５とから主に構成される。ここで、符号化情報分離部１５１および第２レイヤ復号部１５５以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

図１３において、符号化情報分離部１５１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報と判定情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報および判定情報を第２レイヤ復号部１５５に出力する。

第２レイヤ復号部１５５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報および判定情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し、出力信号として出力する。

図１４は、図１３に示した第２レイヤ復号部１５５の内部の主要な構成を示すブロック図である。

図１４において、フィルタリング部３６３以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

フィルタリング部３６３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３６３は、符号化情報分離部１５１から入力される判定情報に応じて、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。

ここで、判定情報に応じたフィルタリング部３６３の処理を具体的に説明する。フィルタリング部３６３は、入力された判定情報が「０」である場合には、サブバンドＳＢ_０からサブバンドＳＢ_Ｐ−１までの全Ｐ個の各サブバンドに対して、隣接するサブバンドのピッチ係数を考慮せずに分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’を用いてフィルタリングを行う。この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

また、フィルタリング部３６３は、入力された判定情報が「１」である場合には、図８に示したフィルタリング部３５３と同様な処理を行う。すなわち、フィルタリング部３６３は、第１サブバンドに対してはピッチ係数Ｔ_１’をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３６３は、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３６３は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、上記の式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ”に置き換えたものとする。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、フレーム毎にサブバンド間の相関の度合いを分析した結果に基づき、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行うか否かを適応的に切り替える。すなわち、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベル以上である場合のみ、サブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行い、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制することができる。また、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベルより低い場合には、隣接するサブバンドの探索結果を利用せず、相関が低い隣接サブバンドの探索結果の利用による符号化精度の低下を抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、サブバンド毎にＳＦＭ値を分析し、１フレームに含まれるすべてのサブバンドのＳＦＭ値を総合的に考慮し、フレーム毎に相関判定を行って判定情報の値を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、サブバンド毎に個別に相関判定を行って判定情報の値を設定しても良い。また、ＳＦＭ値の代わりに、各サブバンドのエネルギを算出し、サブバンド間のエネルギの差または比などに応じて相関判定を行って判定情報の値を設定しても良い。また、各サブバンド間の周波数成分（ＭＤＣＴ係数など）に対して相関演算などにより相関を算出し、その相関値を予め定めた閾値と比較することによって、判定情報の値を設定しても良い。

また、本実施の形態では、判定情報の値が「１」である場合に、ピッチ係数設定部２７４は、上記の式（９）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、上記の式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定しても良い。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態４に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１６１」および「１６３」を付し、説明を行う。

図１５は、本実施の形態に係る符号化装置１６１の内部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符号化装置１６１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２３６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、第１レイヤ符号化部２３３および第２レイヤ符号化部２３６以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

第１レイヤ符号化部２３３は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、Ｇ．７２９．１方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成する。そして、第１レイヤ符号化部２３３は、生成した第１レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。また、第１レイヤ符号化部２３３は、第１レイヤ符号化情報を生成する過程で得られる情報を第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６に出力する。なお、第１レイヤ符号化部２３３の詳細については後述する。

第２レイヤ符号化部２３６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２３６の詳細については後述する。

図１６は、図１５に示した第１レイヤ符号化部２３３の内部の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、第１レイヤ符号化部２３３においてＧ．７２９．１符号化方式を適用する場合を例に挙げて説明する。

図１６に示す第１レイヤ符号化部２３３は、帯域分割処理部２８１、ハイパスフィルタ２８２、ＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)符号化部２８３、ＦＥＣ(Forward Error Correction：前方誤り訂正)符号化部２８４、加算部２８５、ローパスフィルタ２８６、ＴＤＡＣ(Time-Domain Aliasing Cancellation：時間領域エイリアス除去)符号化部２８７、ＴＤＢＷＥ(Time-Domain BandWidth Extension：時間領域帯域拡張)符号化部２８８および多重化部２８９を備え、各部は以下の動作を行う。

帯域分割処理部２８１は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力される、サンプリング周波数が１６ｋＨｚであるダウンサンプリング後入力信号に対して、ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）等による帯域分割処理を行い、０〜４ｋＨｚ帯域の第１低域信号および４〜８ｋＨｚ帯域の第２低域信号を生成する。帯域分割処理部２８１は、生成した第１低域信号をハイパスフィルタ２８２に出力し、第２低域信号をローパスフィルタ２８６に出力する。

ハイパスフィルタ２８２は、帯域分割処理部２８１から入力される第１低域信号に対して０．０５ｋＨｚ以下の周波数成分を抑え、主に０．０５ｋＨｚより高い周波数成分からなる信号を得てフィルタ後第１低域信号としてＣＥＬＰ符号化部２８３および加算部２８５に出力する。

ＣＥＬＰ符号化部２８３は、ハイパスフィルタ２８２から入力されるフィルタ後第１低域信号に対してＣＥＬＰ方式の符号化を行い、得られるＣＥＬＰパラメータをＦＥＣ符号化部２８４、ＴＤＡＣ符号化部２８７および多重化部２８９に出力する。ここで、ＣＥＬＰ符号化部２８３は、ＦＥＣ符号化部２８４およびＴＤＡＣ符号化部２８７にＣＥＬＰパラメータの一部、または、ＣＥＬＰパラメータを生成する過程で得られる情報を出力してもよい。また、ＣＥＬＰ符号化部２８３は、生成したＣＥＬＰパラメータを用いてＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られるＣＥＬＰ復号信号を加算部２８５に出力する。

ＦＥＣ符号化部２８４は、ＣＥＬＰ符号化部２８３から入力されるＣＥＬＰパラメータを用いて、復号装置１６３の消失フレーム補償処理に利用されるＦＥＣパラメータを算出し、算出したＦＥＣパラメータを多重化部２８９に出力する。

加算部２８５は、ハイパスフィルタ２８２から入力されるフィルタ後第１低域信号から、ＣＥＬＰ符号化部２８３から入力されるＣＥＬＰ復号信号を減じて得られる差分信号をＴＤＡＣ符号化部２８７に出力する。

ローパスフィルタ２８６は、帯域分割処理部２８１から入力される第２低域信号に対して７ｋＨｚより大きい周波数成分を抑え、主に７ｋＨｚ以下の周波数成分からなる信号を得てフィルタ後第２低域信号としてＴＤＡＣ符号化部２８７およびＴＤＢＷＥ符号化部２８８に出力する。

ＴＤＡＣ符号化部２８７は、加算部２８５から入力される差分信号およびローパスフィルタ２８６から入力されるフィルタ後第２低域信号それぞれに対してＭＤＣＴ等の直交変換を施し、得られる周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）を量子化する。そして、ＴＤＡＣ符号化部２８７は、量子化して得られるＴＤＡＣパラメータを多重化部２８９に出力する。また、ＴＤＡＣ符号化部２８７は、ＴＤＡＣパラメータを用いて復号を行い、得られる復号スペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６（図１５）に出力する。

ＴＤＢＷＥ符号化部２８８は、ローパスフィルタ２８６から入力されるフィルタ後第２低域信号に対して時間領域での帯域拡張符号化を行い、得られるＴＤＢＷＥパラメータを多重化部２８９に出力する。

多重化部２８９は、ＦＥＣパラメータ、ＣＥＬＰパラメータ、ＴＤＡＣパラメータおよびＴＤＢＷＥパラメータを多重化し、第１レイヤ符号化情報として符号化情報統合部２３７（図１５）に出力する。なお、第１レイヤ符号化部２３３に多重化部２８９を設けずに、これらのパラメータを符号化情報統合部２３７で多重化してもよい。

図１６に示した、本実施の形態に係る第１レイヤ符号化部２３３における符号化は、ＴＤＡＣ符号化部２８７において、ＴＤＡＣパラメータを復号した復号スペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６に出力する点が、Ｇ．７２９．１方式の符号化と相違する。

図１７は、図１５に示した第２レイヤ符号化部２３６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２３６において、ピッチ係数設定部２９４以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、図１７に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部２９４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部２９４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２９４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部２９４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部２９４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部２９４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２９４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’に基づき、式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（９）においてはＰ＝１となる。同様に、ピッチ係数設定部２９４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（９）においてはＰ＝３となる。

なお、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。同様に、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

上述したように、ピッチ係数設定部２９４は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドに対して、それぞれのサブバンドに対して予め設定された探索範囲の中でピッチ係数Ｔを少しずつ変化させる。ここで、ピッチ係数設定部２９４は、複数のサブバンドのうち高域のサブバンドほど、第１復号スペクトルのより高い帯域（高域部）を探索範囲としてピッチ係数Ｔを設定してもよい。つまり、ピッチ係数設定部２９４は、高域のサブバンドほど、探索範囲が第１復号スペクトルのより高い帯域になるように、各サブバンドの探索範囲を予め設定する。例えば、高域になるほどスペクトルの調波構造が弱まる傾向がある場合には、高域のサブバンドほど、サブバンドに類似する部分は、第１復号スペクトルの高域部に存在する可能性が高い。そこで、ピッチ係数設定部２９４が高域のサブバンドほど探索範囲がより高域に偏るように設定することで、探索部２６３はそれぞれのサブバンドに適した探索範囲に対して探索を行うことができ、符号化効率を向上することが期待できる。

また、ピッチ係数設定部２９４は、上述した設定方法とは逆に、複数のサブバンドのうち高域のサブバンドほど、第１復号スペクトルのより低い帯域（低域部）を探索範囲としてピッチ係数Ｔを設定してもよい。つまり、ピッチ係数設定部２９４は、高域のサブバンドほど、探索範囲が第１復号スペクトルのより低い帯域になるように、各サブバンドの探索範囲を予め設定する。例えば、第１復号スペクトルのうち、０〜４ｋＨｚのスペクトルと４〜７ｋＨｚのスペクトルとを比較して、０〜４ｋＨｚのスペクトルの調波構造の方が弱い場合、高域のサブバンドほど、サブバンドに類似する部分は、第１復号スペクトルの低域部に存在する可能性が高い。そこで、ピッチ係数設定部２９４が高域のサブバンドほど探索範囲がより低域に偏るように設定することで、探索部２６３は第１復号スペクトルの高域部よりも調波構造が弱まる低域部に対して、高域のサブバンドに類似する部分の探索を行うため、探索の効率が良くなる。ここで、本実施の形態では、第１復号スペクトルとして、第１レイヤ符号化部２３３内のＴＤＡＣ符号化部２８７から得られる復号スペクトルを例としている。この場合、第１復号スペクトルの０〜４ｋＨｚ部分のスペクトルは、入力信号からＣＥＬＰ符号化部２８３で算出されるＣＥＬＰ復号信号を減じた成分となっており、調波構造が比較的弱い。このため、高域のサブバンドほど、探索範囲がより低域に偏るように設定する方法が有効である。

また、ピッチ係数設定部２９４は、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対してのみ、隣接する１つ前のサブバンド（隣接する低域側のサブバンド）において探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づきピッチ係数Ｔを設定する。すなわち、ピッチ係数設定部２９４は、１サブバンドだけ離れたサブバンドに対して、隣接する１つ前のサブバンドにおいて探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づきピッチ係数Ｔを設定する。これにより、低域のサブバンドにおける探索結果がそのサブバンドよりも高域のすべてのサブバンドにおける探索に与える影響を低減することができるため、高域のサブバンドに対して設定されるピッチ係数Ｔの値が大きくなり過ぎるということを避けることができる。すなわち、高域のサブバンドほど類似する部分の探索を行うための探索範囲が高域に限定されることを避けることができる。これにより、類似する可能性が低い帯域で最適ピッチ係数の探索を行うことを回避して、符号化効率が低下し復号信号の品質が劣化することを回避することができる。

図１８は、本実施の形態に係る復号装置１６３の内部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復号装置１６３は、符号化情報分離部１７１、第１レイヤ復号部１７２、第２レイヤ復号部１７３、直交変換処理部１７４および加算部１７５とから主に構成される。

図１８において、符号化情報分離部１７１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１７２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部１７３に出力する。

第１レイヤ復号部１７２は、符号化情報分離部１７１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、Ｇ．７２９．１方式の音声符号化方法を用いて復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。また、第１レイヤ復号部１７２は、第１レイヤ復号信号を生成する過程で得られる第１レイヤ復号スペクトルを、第２レイヤ復号部１７３に出力する。なお、第１レイヤ復号部１７２の動作の詳細な説明は後述する。

第２レイヤ復号部１７３は、第１レイヤ復号部１７２から入力される第１レイヤ復号スペクトルおよび符号化情報分離部１７１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いて、高域部のスペクトルを復号し、生成された第２レイヤ復号スペクトルを直交変換処理部１７４に出力する。第２レイヤ復号部１７３の処理は、入力される信号とその信号の送り元が異なるという点を除けば、図７の第２レイヤ復号部１３５と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、第２レイヤ復号部１７３の動作の詳細な説明は後述する。

直交変換処理部１７４は、第２レイヤ復号部１７３から入力される第２レイヤ復号スペクトルに対して直交変換処理（ＩＭＤＣＴ）を施し、得られる第２レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。ここで、直交変換処理部１７４の動作は、入力される信号とその信号の送り元が異なるという点を除けば、図８に示した直交変換処理部３５６の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

加算部１７５は、第１レイヤ復号部１７２から入力される第１レイヤ復号信号と直交変換処理部１７４から入力される第２レイヤ復号信号とを加算し、得られる信号を出力信号として出力する。

図１９は、図１８に示した第１レイヤ復号部１７２の内部の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、図１５の第１レイヤ符号化部２３３と対応させて、第１レイヤ復号部１７２がＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式の復号を行う構成を例に挙げて説明する。なお、図１９に示す第１レイヤ復号部１７２の構成は伝送時にフレームエラーが生じなかった場合の構成であり、フレームエラー補償処理のための構成要素は図示せずその説明を省略する。ただし、本発明はフレームエラーが生じる場合にも適用することができる。

第１レイヤ復号部１７２は、分離部３７１、ＣＥＬＰ復号部３７２、ＴＤＢＷＥ復号部３７３、ＴＤＡＣ復号部３７４、プリ／ポストエコー削減部３７５、加算部３７６、適応ポスト処理部３７７、ローパスフィルタ３７８、プリ／ポストエコー削減部３７９、ハイパスフィルタ３８０および帯域合成処理部３８１を備え、各部は以下の動作を行う。

分離部３７１は、符号化情報分離部１７１（図１８）から入力される第１レイヤ符号化情報を、ＣＥＬＰパラメータ、ＴＤＡＣパラメータ、ＴＤＢＷＥパラメータに分離し、ＣＥＬＰパラメータをＣＥＬＰ復号部３７２に出力し、ＴＤＡＣパラメータをＴＤＡＣ復号部３７４に出力し、ＴＤＢＷＥパラメータをＴＤＢＷＥ復号部３７３に出力する。なお、分離部３７１を設けずに、符号化情報分離部１７１においてまとめてこれらのパラメータを分離してもよい。

ＣＥＬＰ復号部３７２は、分離部３７１から入力されるＣＥＬＰパラメータを用いてＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られる復号信号を復号ＣＥＬＰ信号としてＴＤＡＣ復号部３７４、加算部３７６およびプリ／ポストエコー削減部３７５に出力する。なお、ＣＥＬＰ復号部３７２は、復号ＣＥＬＰ信号の他に、ＣＥＬＰパラメータから復号ＣＥＬＰ信号を生成する過程で得られる他の情報をＴＤＡＣ復号部３７４に出力してもよい。

ＴＤＢＷＥ復号部３７３は、分離部３７１から入力されるＴＤＢＷＥパラメータを復号し、得られる復号信号を復号ＴＤＢＷＥ信号としてＴＤＡＣ復号部３７４およびプリ／ポストエコー削減部３７９に出力する。

ＴＤＡＣ復号部３７４は、分離部３７１から入力されるＴＤＡＣパラメータ、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびＴＤＢＷＥ復号部３７３から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号を用いて、第１レイヤ復号スペクトルを算出する。そして、ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した第１レイヤ復号スペクトルを第２レイヤ復号部１７３（図１８）に出力する。なお、ここで得られる第１レイヤ復号スペクトルは、符号化装置１６１内の第１レイヤ符号化部２３３（図１５）で算出される第１レイヤ復号スペクトルと同じである。また、ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した第１レイヤ復号スペクトルの０〜４ｋＨｚ帯域と４〜８ｋＨｚ帯域に対してそれぞれＭＤＣＴ等の直交変換処理を施し、復号第１ＴＤＡＣ信号（０〜４ｋＨｚ帯域）および復号第２ＴＤＡＣ信号（４〜８ｋＨｚ帯域）を算出する。ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した復号第１ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部３７５に出力し、復号第２ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部３７９に出力する。

プリ／ポストエコー削減部３７５は、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびＴＤＡＣ復号部３７４から入力される復号第１ＴＤＡＣ信号に対し、プリ／ポストエコーを削減する処理を施して、エコー削除後の信号を加算部３７６に出力する。

加算部３７６は、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびプリ／ポストエコー削減部３７５から入力されるエコー削減後の信号を加算し、得られる加算信号を適応ポスト処理部３７７に出力する。

適応ポスト処理部３７７は、加算部３７６から入力される加算信号に対して適応的に後処理を施し、得られる復号第１低域信号（０〜４ｋＨｚ帯域）をローパスフィルタ３７８に出力する。

ローパスフィルタ３７８は、適応ポスト処理部３７７から入力される復号第１低域信号に対して４ｋＨｚより大きい周波数成分を抑え、主に４ｋＨｚ以下の周波数成分からなる信号を得てフィルタ後復号第１低域信号として帯域合成処理部３８１に出力する。

プリ／ポストエコー削減部３７９は、ＴＤＡＣ復号部３７４から入力される復号第２ＴＤＡＣ信号およびＴＤＢＷＥ復号部３７３から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号に対してプリ／ポストエコーを削減する処理を施して、エコー削減後の信号を復号第２低域信号（４〜８ｋＨｚ帯域）としてハイパスフィルタ３８０に出力する。

ハイパスフィルタ３８０は、プリ／ポストエコー削減部３７９から入力される復号第２低域信号に対して４ｋＨｚ以下の周波数成分を抑え、主に４ｋＨｚより高い周波数成分からなる信号を得てフィルタ後復号第２低域信号として帯域合成処理部３８１に出力する。

帯域合成処理部３８１には、ローパスフィルタ３７８からフィルタ後復号第１低域信号が入力され、ハイパスフィルタ３８０からフィルタ後復号第２低域信号が入力される。帯域合成処理部３８１は、サンプリング周波数が共に８ｋＨｚであるフィルタ後復号第１低域信号（０〜４ｋＨｚ帯域）およびフィルタ後復号第２低域信号（４〜８ｋＨｚ帯域）に対して帯域合成処理を施し、サンプリング周波数が１６ｋＨｚ（０〜８ｋＨｚ帯域）である第１レイヤ復号信号を生成する。そして、帯域合成処理部３８１は、生成した第１レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。

なお、帯域合成処理部３８１を設けずに、帯域合成処理を加算部１７５でまとめて行ってもよい。

図１９に示した、本実施の形態に係る第１レイヤ復号部１７２における復号は、ＴＤＡＣ復号部３７４において、ＴＤＡＣパラメータから第１レイヤ復号スペクトルを算出した時点でこれを第２レイヤ復号部１７３に出力するという点のみがＧ．７２９．１方式の復号と相違する。

図２０は、図１８に示した第２レイヤ復号部１７３の内部の主要な構成を示すブロック図である。図２０に示す第２レイヤ復号部１７３の内部の構成は、図８に示す第２レイヤ復号部１３５において、直交変換処理部３５６を省略した構成である。第２レイヤ復号部１７３において、フィルタリング部３９０およびスペクトル調整部３９１以外の構成要素については、第２レイヤ復号部１３５内の構成要素と同一であるため、説明を省略する。

フィルタリング部３９０は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３９０は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部３９０でも、式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部３９０は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４）に対してはピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，２，４）をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３９０は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１（ｐ＝１，３）のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。

式（１８）においては、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’にサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１を加算し、探索範囲ＳＥＡＲＣＨの半分の値を減算したインデックスにＴ_ｐ’を加算し、ピッチ係数Ｔ_ｐ”とする。

スペクトル調整部３９１は、フィルタリング部３９０から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの推定スペクトルＳ２’（ｋ）を求める。また、スペクトル調整部３９１は、式（１９）に従い、推定スペクトルＳ２’(ｋ)にゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量ＶＱ_ｊを乗じる。これにより、スペクトル調整部３９１は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成する。次いで、スペクトル調整部３９１は、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）の値を０とする。そして、スペクトル調整部３９１は、低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）の値を０とした復号スペクトルを直交変換処理部１７４に出力する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。これにより、サブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行い、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号するとともに、探索範囲が高域に偏ることで発生する異音を抑制することができるため、結果として復号信号の品質を向上させることができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、実施の形態４と同様に入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態５に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１８１」および「１８４」を付し、説明を行う。

本実施の形態に係る符号化装置１８１（図示せず）は、図１５に示した符号化装置１６１と基本的に同様であり、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２４６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、第２レイヤ符号化部２４６以外の構成要素については、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２４６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２４６の詳細については後述する。

図２１は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部２４６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２４６において、ピッチ係数設定部４０４以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、実施の形態４と同様に、図２１に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部４０４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部４０４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部４０４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部４０４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部４０４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う際、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、ピッチ係数Ｔを式（２７）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、ピッチ係数Ｔを式（２８）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（２７）および式（２８）においてはＰ＝１となる。ここで、式（２７）および式（２８）中のＳＥＡＲＣＨ１、ＳＥＡＲＣＨ２は予め定められた探索ピッチ係数の設定範囲を示す。なお、以下では、ＳＥＡＲＣＨ１＞ＳＥＡＲＣＨ２である場合について説明する。

同様に、ピッチ係数設定部４０４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う際、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、ピッチ係数Ｔを式（２９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、ピッチ係数Ｔを式（３０）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（２９）および式（３０）においてはＰ＝３となる。

なお、式（２７）〜式（３０）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（３１）および式（３２）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。この時、式（２７）および式（３０）に対しては式（３１）が、式（２８）および式（２９）に対しては式（３２）がそれぞれ対応する。同様に、式（２７）〜式（３０）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（３３）および式（３４）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。この時、式（２７）および式（３０）に対しては式（３３）が、式（２８）および式（２９）に対しては式（３４）がそれぞれ対応する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンド及び第４サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を適応的に変化させる。つまり、ピッチ係数設定部４０４は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’が予め設定した閾値よりも小さい場合には第２サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を多くし（パターン１）、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’が閾値以上である場合には第２サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を少なくする（パターン２）。また、ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンドの最適ピッチ探索時のパターン（パターン１およびパターン２）に応じて、第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を増減させる。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、パターン１の場合には第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を少なくし、パターン２の場合には第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を多くする。この時、パターン１及びパターン２のそれぞれに対して、第２サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数と第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数の合計を等しくすることで、ビットレートを固定にしたまま、より効率的な最適ピッチ係数の探索をすることができる。

第１レイヤ復号スペクトルについては、一般的に入力信号が音声信号などである場合には、低域側ほど周期性が強いという特徴がある。従って、最適ピッチ係数を探索する帯域が低域側であるほど、探索時のエントリ数を増加させることによる効果が大きい。そこで、上記のように、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値が小さい場合には、第２サブバンドに対する最適ピッチの探索時のエントリ数を大きくすることで、第２サブバンドに対してより効果的な最適ピッチ探索をすることができる。この時、第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を減少させる。一方、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値が大きい場合には、第２サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索のエントリ数を多くしてもその効果は小さいため、第２サブバンドに対しては、最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を少なくし、第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を増加させる。このように、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値に応じて、第２サブバンドおよび第４サブバンド間で最適ピッチ係数の探索時のエントリ数（ビットアロケーション）を調整することで、より効率的に最適ピッチ係数を探索することができ、品質の良い復号信号を生成することが可能になる。

本実施の形態に係る復号装置１８４（図示せず）の内部の主要な構成は、図１８に示した復号装置１６３と基本的には同じであるため、説明を省略する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。なお、ここで、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチの探索時に、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチに基づいて、探索のエントリ数を適応的に切り替える。これにより、サブバンド間の相関を利用するとともに、サブバンド毎に適応的にエントリ数を変更することができ、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができる。その結果として復号信号の品質をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数の合計が等しい場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数の合計がパターン毎に異なる構成についても同様に適用できる。

また、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数が増減する場合を例に挙げて説明したが、探索エントリ数を多くしたことによって、探索範囲が低域の全範囲になる場合に対しても同様に適用できる。

また、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数が増減する場合の例として、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、第２サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を多くし（探索範囲を広くし）、第４サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を少なくする（探索範囲を狭くする）構成について説明した。また、上記構成は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、上記とは逆の探索範囲の設定方法を採る。しかし、本発明は上記構成に限らず、第１サブバンドのパターン１、パターン２に対してそれぞれ逆の探索範囲設定方法を採る構成についても同様に適用できる。すなわち、本発明は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、第２サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を少なくし（探索範囲を狭くし）、第４サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を多くする（探索範囲を広くする）構成についても同様に適用できる。なお、本構成は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、上記とは逆の探索範囲の設定方法を採る。この構成により、低域部分の中でも、低域側と高域側で大きくスペクトル特性が異なる入力信号に対して、効率的に符号化することができる。具体的には、スペクトルが複数のピーク成分から構成されており、さらにピーク成分の存在する密度が帯域によって大きく異なるような特性を有する入力信号に対して効率的に量子化できることが実験により確認されている。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、実施の形態４と同様に入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態６に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１９１」および「１９３」を付し、説明を行う。

本実施の形態に係る符号化装置１９１（図示せず）は、図１５に示した符号化装置１６１と基本的に同様であり、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２５６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、第２レイヤ符号化部２５６以外の構成要素については、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２５６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２５６の詳細については後述する。

図２２は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部２５６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２５６において、ピッチ係数設定部４１４以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、実施の形態４と同様に、図２２に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部４１４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部４１４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４１４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部４１４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部４１４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部４１４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４１４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う際、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合には、ピッチ係数Ｔを式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。ここで、式（９）においてはＰ＝１となる。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合には、ピッチ係数Ｔを予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ２〜Ｔｍａｘ２の中で少しずつ変化させながら設定する。

同様に、ピッチ係数設定部４１４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う際、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合には、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、ピッチ係数Ｔを式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。ここで、式（９）においてはＰ＝３となる。一方、第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合には、ピッチ係数Ｔを予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ４〜Ｔｍａｘ４の中で少しずつ変化させながら設定する。

なお、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。同様に、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ピッチ係数設定部４１４は、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ探索時の探索範囲の設定を、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づいて適応的に変更する。つまり、ピッチ係数設定部４１４は、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対して探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’が閾値未満であった場合にのみ、最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づいた範囲に対して最適ピッチ係数の探索を行う。一方、ピッチ係数設定部４１４は、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対して探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’が閾値以上であった場合には、予め設定された探索範囲に対して最適ピッチ係数の探索を行う。このような構成により、最適ピッチの探索範囲が高域に偏ることで発生する異音を抑制することができるため、結果として復号信号の品質を向上させることができる。

本実施の形態に係る復号装置１９３（図示せず）は、図１８に示した復号装置１６３と基本的に同様であり、符号化情報分離部１７１、第１レイヤ復号部１７２、第２レイヤ復号部１８３、直交変換処理部１７４および加算部１７５とから主に構成される。ここで、第２レイヤ復号部１８３以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

図２３は、本実施の形態に係る第２レイヤ復号部１８３の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ復号部１８３において、フィルタリング部４９０以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

フィルタリング部４９０は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部４９０は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部４９０でも、式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部４９０は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４）に対してはピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，２，４）をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部４９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部４９０は、分離部３５１から得られたピッチ係数の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１（ｐ＝１，３）のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。また、フィルタリング部４９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際、分離部３５１から得られたピッチ係数の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合に対しては、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。なお、ここで、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチの探索時に、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチに基づいて、探索のエントリ数を適応的に切り替える。これにより、サブバンド間の相関を利用するとともに、サブバンド毎に適応的にエントリ数を変更することができ、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができる。その結果として復号信号の品質をさらに向上させることができる。

なお、上記実施の形態４〜６では、第１レイヤ符号化部および第１レイヤ復号部において、Ｇ．７２９．１符号化／復号方式を用いる場合を例に採って説明した。しかし、本発明において第１レイヤ符号化部および第１レイヤ復号部で用いる符号化方式／復号方式はＧ．７２９．１符号化／復号方式に限定されるものではない。例えば、第１レイヤ符号化部、および第１レイヤ復号部で用いる符号化方式／復号方式としてＧ．７１８等の他の符号化／復号方式を採る構成についても本発明を同様に適用できる。

また、上記実施の形態４〜６では、第１レイヤ復号スペクトルとして、第１レイヤ符号化部の内部で得られる情報（ＴＤＡＣ符号化部２８７で得られるＴＤＡＣパラメータの復号スペクトル）を用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、第１レイヤ符号化部の内部で算出される他の情報を第１レイヤ復号スペクトルとして用いる場合についても同様に適用することができる。また、本発明は、第１レイヤ符号化情報を復号して得られる第１レイヤ復号信号に対して直交変換等の処理を行い、算出されたスペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして用いる場合についても同様に適用できる。つまり、本発明は第１レイヤ復号スペクトルの特性に限定されるものではなく、第１レイヤ符号化部の内部で算出されるパラメータ、または、第１レイヤ符号化情報を復号して得られる復号信号から算出される全てのスペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして利用する場合にも同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態４〜６では、一部のサブバンド（本実施の形態では、第１サブバンド、第３サブバンド、第５サブバンド）に予め設定された探索範囲が、それぞれのサブバンド毎に異なる場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、全てのサブバンドまたは一部のサブバンド群に対して共通の探索範囲を設定してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態においては、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，…，Ｐ−１）に最も近似する部分を、第１レイヤ復号スペクトルにおいて探索した後に、ゲイン符号化部２６５にてサブバンド毎に、入力スペクトルとのスペクトルパワの変動量を符号化する場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、ゲイン符号化部２６５において、探索部２６３で算出される最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’に対応する理想利得を符号化しても良い。この場合には、ゲイン符号化部２６５で符号化するゲインのサブバンド構成は、フィルタリング時のサブバンド構成と同一とした方が好ましい。この構成により、入力スペクトルの高域部により近似する推定スペクトルを生成することができ、復号信号に含まれうる雑音感を減少させることができる。

また、上記各実施の形態では、復号側において常に第２レイヤの復号信号を出力信号とする場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、第１レイヤの復号信号と第２レイヤの復号信号とを切替えて出力信号としても良い。例えば、伝送路において一部の符号化情報が消失したり、符号化情報に伝送誤りが生じたりする場合には、第１レイヤの復号による復号信号しか得られない場合がある。このような場合には、第１レイヤの復号信号を出力信号として出力する。

また、上記各実施の形態では、符号化装置／復号装置としてそれぞれ２つの階層からなるスケーラブル符号化装置／復号装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、符号化装置／復号装置はそれぞれ３階層以上からなるスケーラブル符号化装置／復号装置であっても良い。

また、上記各実施の形態では、各サブバンドに対応する最適ピッチ係数を探索するためにピッチ係数設定部２６４、２７４で設定するピッチ係数の範囲として各サブバンドに対してＳＥＡＲＣＨという共通の範囲を利用する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、サブバンド毎に探索範囲を別途ＳＥＡＲＣＨ_ｐ（ｐ＝０，…，Ｐ−１）としても良い。例えば、高域部の中でも低域に近いサブバンドに対しては探索範囲をより広く設定し、高域部の中でもより高域のサブバンドに対しては探索範囲をより狭く設定することにより、周波数帯域に応じた柔軟なビット割当を実現することができる。

また、上記各実施の形態では、各サブバンドに対応する最適ピッチ係数を探索するためにピッチ係数設定部２６４、２７４、２９４、４０４、４１４で設定するピッチ係数の範囲が、各サブバンドに対してＳＥＡＲＣＨという共通の範囲を利用し、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置の周辺（±ＳＥＡＲＣＨの範囲）である構成について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置に対して、非対称的な範囲を最適ピッチ係数の探索範囲とする構成についても同様に適用できる。例えば、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置からより低域側を広めにし、高域側は狭く探索範囲を設定する方法がある。この構成により、最適ピッチ係数の探索範囲が高域側に偏り過ぎる傾向を軽減でき、復号信号の品質が向上する可能性がある。

また、上記各実施の形態では、幾つかのサブバンドに対しては、隣接する前サブバンドに対する最適ピッチ係数に基づいて最適ピッチ係数を探索する範囲を設定する構成について説明した。上記方法は、最適ピッチ係数について周波数軸上の相関を利用した方法である。しかし、本発明はこれに限らず、最適ピッチ係数について時間軸上の相関を利用した場合についても同様に適用できる。具体的には、同一サブバンドにおいて、時間的に前に処理されたフレーム（例えば過去３フレームなど）に対して探索された最適ピッチ係数に基づいて、その周辺を最適ピッチ係数の探索範囲に設定する。この場合は、４次の線形予測によって求められる位置の周辺を探索する。また上記のように時間軸上の相関と、上記各実施の形態で説明した周波数軸上の相関を併用することも可能である。この場合、あるサブバンドに対して、過去のフレームで探索された最適ピッチ係数と隣接する前サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数とに基づき、最適ピッチ係数の探索範囲が設定される。また、時間軸上の相関を利用して最適ピッチ係数の探索範囲を設定する場合には、伝送誤りが伝播するという問題点がある。この問題点に対しては、一定以上連続して時間軸上の相関に基づいて最適ピッチ係数の探索範囲を設定した後、時間軸上の相関に基づかずに最適ピッチ係数の探索範囲を設定するフレームを設けることで対処できる（例えば、４フレーム処理する毎に、時間軸上の相関を利用しないフレームを設定するなど）。

また、本発明に係る符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

また、上記各実施の形態における復号装置は、上記各実施の形態における符号化装置から伝送された符号化情報を用いて処理を行うとしたが、本発明はこれに限定されず、必要なパラメータやデータを含む符号化情報であれば、必ずしも上記各実施の形態における符号化装置からの符号化情報でなくても処理は可能である。

また、信号処理プログラムを、メモリ、ディスク、テープ、ＣＤ、ＤＶＤ等の機械読み取り可能な記録媒体に記録、書き込みをし、動作を行う場合についても、本発明は適用することができ、本実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。

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。

２００８年３月１４日出願の特願２００８−６６２０２、２００８年５月３０日出願の特願２００８−１４３９６３及び２００８年１１月２１日出願の特願２００８−２９８０９１の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明にかかる符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する際に、復号信号の品質を向上することができ、例えば、パケット通信システム、移動通信システムなどに適用できる。

本発明は、信号を符号化して伝送する通信システムに用いられる符号化装置、復号装置およびこれらの方法に関する。

インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声・楽音信号を伝送する場合、音声・楽音信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。また、近年では、単に低ビットレートで音声・楽音信号を符号化するという一方で、より広帯域の音声・楽音信号を符号化する技術に対するニーズが高まっている。

このようなニーズに対して、符号化後の情報量を大幅に増加させることなく広帯域の音声・楽音信号を符号化する様々な技術が開発されてきている。例えば特許文献１では、一定時間分の入力音響信号を変換して得られるスペクトルデータのうち、周波数の高域部の特徴を補助情報として生成し、これを低域部の符号化情報とあわせて出力している。具体的には、周波数の高域部のスペクトルデータを複数のグループに分け、各グループにおいて、当該グループのスペクトルと最も近似する低域部のスペクトルを特定する情報を補助情報としている。また、特許文献２では、高域信号を複数のサブバンドに分割し、前記サブバンド毎に、サブバンド内の信号と低域信号との類似度を判定し、その判定結果に応じて、補助情報の構成（サブバンド内の振幅パラメータ、類似する低域信号の位置パラメータ、高域・低域間の残差信号パラメータ）を変更するという技術が挙げられている。
特開２００３−１４０６９２号公報 特開２００４−４５３０号公報

しかしながら上記特許文献１および特許文献２では、高域信号（高域部のスペクトルデータ）を生成するために、高域部と類似する低域信号の判定を、高域信号の各サブバンド（グループ）毎にそれぞれ独立に行っており、符号化効率は十分とは言えない。特に低ビットレートで補助情報を符号化する場合には算出した補助情報を用いて生成される復号音声の品質が不十分であり、場合によっては異音が発生する可能性もある。

本発明の目的は、広帯域信号の低域部のスペクトルデータに基づいて高域部のスペクトルデータを効率的に符号化し、復号信号の品質を改善することができる符号化装置、復号装置およびこれらの方法を提供することである。

本発明の符号化装置は、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、を具備する構成を採る。

本発明の復号装置は、符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復
号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信する受信手段と、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成する第１復号手段と、前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成する第２復号手段と、を具備する構成を採る。

本発明の符号化方法は、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成するステップと、を具備するようにした。

本発明の復号方法は、符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信するステップと、前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成するステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、符号化対象となる信号の高域部のスペクトルデータを低域部のスペクトルデータに基づいて生成する際、高域のサブバンド間の相関を利用し、隣接するサブバンドの符号化結果に基づいた符号化を行うことにより、広帯域信号の高域部のスペクトルデータを効率的に符号化することができ、復号信号の品質を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る符号化装置および復号装置として、音声符号化装置および音声復号装置を例にとって説明する。

まず、図１を用いて本発明に係る符号化に含まれる探索処理の概要を説明する。図１（ａ）は入力信号のスペクトルを表し、図１（ｂ）は入力信号の低域部の符号化データを復号して得られるスペクトル（第１レイヤ復号スペクトル）を表す。また、ここでは、電話帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の信号を広帯域（０〜７ｋＨｚ）の信号に帯域拡張する場合を例に挙げて説明する。つまり、入力信号のサンプリング周波数は１６ｋＨｚであり、また低域符号化部から出力される復号信号のサンプリング周波数は８ｋＨｚである。ここで、入力信号の高域部を符号化する際に、入力信号のスペクトルの高域部を複数のサブバンドに分割し（図１では１ｓｔから５ｔｈまでの５つのサブバンド構成とする）、サブバンド毎に、第１レイヤ復号スペクトルに対して高域部のスペクトルに最も近似する部分の探索を行う。

図１において、第１探索範囲および第２探索範囲は第１サブバンド（１ｓｔ）および第２サブバンド（２ｎｄ）それぞれに類似する復号低域スペクトル（後述する第１レイヤ復号スペクトル）の一部（帯域）を探索する範囲を表す。ここで、第１探索範囲は例えばＴｍｉｎ（０ｋＨｚ）からＴｍａｘまでの範囲をとる。周波数Ａは、探索により見つかった、第１サブバンドに類似する復号低域スペクトルの一部帯域１ｓｔ’の開始位置を示し、周波数Ｂは、帯域１ｓｔ’の終端部を示す。続いて、第２サブバンド（２ｎｄ）に対応する探索を行う際には、すでに探索が終わった第１サブバンド（１ｓｔ）の探索結果を利用する。具体的には、第１サブバンド（１ｓｔ）に最も近似する部分１ｓｔ’の終端部付近の範囲、すなわち第２探索範囲において、第２サブバンド（２ｎｄ）に近似する復号低域スペクトルの一部帯域の探索を行う。第２サブバンドに対応する探索を行った結果、例えば第２サブバンドに類似する復号低域スペクトルの一部帯域２ｎｄ’の開始位置はＣとなり、終端部はＤとなる。第３サブバンド、第４サブバンド、及び第５サブバンドのそれぞれに対応する探索も同様に隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索の結果を用いて行う。これにより、サブバンド間の相関を利用した効率良い近似部分探索を行うことができ、高域部のスペクトルの符号化性能を向上させることができる。なお、図１では、入力信号のサンプリング周波数が１６ｋＨｚである場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、入力信号のサンプリング周波数が８ｋＨｚ、あるいは３２ｋＨｚ等である場合にも同様に適用できる。すなわち、本発明は入力信号のサンプリング周波数によって制限されない。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る符号化装置および復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図である。図２において、通信システムは、符号化装置と復号装置
とを備え、それぞれ伝送路を介して通信可能な状態となっている。なお、符号化装置および復号装置はいずれも、通常、基地局装置あるいは通信端末装置等に搭載されて用いられる。

符号化装置１０１は、入力信号をＮサンプルずつ区切り（Ｎは自然数）、Ｎサンプルを１フレームとしてフレーム毎に符号化を行う。ここで、符号化の対象となる入力信号をｘ_ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）と表すこととする。ｎは、Ｎサンプルずつ区切られた入力信号のうち、信号要素のｎ＋１番目を示す。符号化された入力情報（符号化情報）は伝送路１０２を介して復号装置１０３に符号化情報を送信する。

復号装置１０３は、伝送路１０２を介して符号化装置１０１から送信された符号化情報を受信し、これを復号し出力信号を得る。

図３は、図２に示した符号化装置１０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。入力信号のサンプリング周波数をＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}とすると、ダウンサンプリング処理部２０１は、入力信号のサンプリング周波数をＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}からＳＲ_ｂａｓｅまでダウンサンプリングし（ＳＲ_ｂａｓｅ＜ＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}）、ダウンサンプリングした入力信号をダウンサンプリング後入力信号として、第１レイヤ符号化部２０２に出力する。

第１レイヤ符号化部２０２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、例えばＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成し、生成した第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部２０３および符号化情報統合部２０７に出力する。

第１レイヤ復号部２０３は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、例えばＣＥＬＰ方式の音声復号方法を用いて復号を行って第１レイヤ復号信号を生成し、生成した第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部２０４に出力する。

アップサンプリング処理部２０４は、第１レイヤ復号部２０３から入力される第１レイヤ復号信号のサンプリング周波数をＳＲ_ｂａｓｅからＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}までアップサンプリングし、アップサンプリングした第１レイヤ復号信号をアップサンプリング後第１レイヤ復号信号として、直交変換処理部２０５に出力する。

直交変換処理部２０５は、バッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎ（ｎ＝０、…、Ｎ−１）を内部に有し、入力信号ｘ_ｎおよびアップサンプリング処理部２０４から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎを修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）する。

次に、直交変換処理部２０５における直交変換処理について、その計算手順と内部バッファへのデータ出力に関して説明する。

まず、直交変換処理部２０５は、下記の式（１）および式（２）によりバッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎそれぞれを、「０」を初期値として初期化する。

次いで、直交変換処理部２０５は、入力信号ｘ_ｎ、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎに対し下記の式（３）および式（４）に従ってＭＤＣＴし、入力信号のＭＤＣＴ係数（以下、入力スペクトルと呼ぶ）Ｓ２（ｋ）およびアップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_nのＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１（ｋ）を求める。

ここで、ｋは１フレームにおける各サンプルのインデックスを示す。直交変換処理部２０５は、入力信号ｘ_ｎとバッファｂｕｆ１_ｎとを結合させたベクトルであるｘ_ｎ’を下記の式（５）により求める。また、直交変換処理部２０５は、アップサンプリング後第１レイヤ復号信号ｙ_ｎとバッファｂｕｆ２_ｎとを結合させたベクトルであるｙ_ｎ’を下記の式（６）により求める。

次に、直交変換処理部２０５は、式（７）および式（８）によりバッファｂｕｆ１_ｎおよびｂｕｆ２_ｎを更新する。

そして、直交変換処理部２０５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を第２レイヤ符号化部２０６に出力する。

第２レイヤ符号化部２０６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）および第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２０６の詳細については後述する。

符号化情報統合部２０７は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号
化情報と、第２レイヤ符号化部２０６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。

次に、図３に示した第２レイヤ符号化部２０６の内部の主要な構成について図４を用いて説明する。

第２レイヤ符号化部２０６は、帯域分割部２６０、フィルタ状態設定部２６１、フィルタリング部２６２、探索部２６３、ピッチ係数設定部２６４、ゲイン符号化部２６５および多重化部２６６を備え、各部は以下の動作を行う。

帯域分割部２６０は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）をＰ個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に分割する。そして、帯域分割部２６０は、分割した各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）および先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を帯域分割情報としてフィルタリング部２６２、探索部２６３および多重化部２６６に出力する。以下、入力スペクトルＳ２（ｋ）のうち、サブバンドＳＢ_ｐに対応する部分をサブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）と記す。

フィルタ状態設定部２６１は、直交変換処理部２０５から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜ＦＬ）を、フィルタリング部２６２で用いるフィルタ状態として設定する。フィルタリング部２６２における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。

フィルタリング部２６２は、マルチタップのピッチフィルタを備え、フィルタ状態設定部２６１により設定されたフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数と、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報とに基づいて、第１レイヤ復号スペクトルをフィルタリングし、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（以下、「サブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトル」と称す）を算出する。フィルタリング部２６２は、サブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)を探索部２６３に出力する。なお、フィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細については後述する。なお、マルチタップのタップ数は１以上の任意の値（整数）をとることができるものとする。

探索部２６３は、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報に基づき、フィルタリング部２６２から入力されるサブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)と、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）における各サブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）との類似度を算出する。この類似度の算出は、例えば相関演算等により行われる。また、フィルタリング部２６２、探索部２６３およびピッチ係数設定部２６４の処理は、サブバンド毎に閉ループの探索処理を構成し、各閉ループにおいて、探索部２６３は、ピッチ係数設定部２６４からフィルタリング部２６２に入力されるピッチ係数Ｔを種々に変化させることにより、各ピッチ係数に対応する類似度を算出する。探索部２６３は、サブバンド毎の閉ループにおいて、例えば、サブバンドＳＢ_ｐに対応する閉ループにおいて類似度が最大となる最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ただしＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲）を求め、Ｐ個の最適ピッチ係数を多重化部２６６に出力する。探索部２６３は、各最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を用いて、各サブバンドＳＢ_ｐに類似する、第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域を算出する。また、探索部２６３は、各最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対応する推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）をゲイン符
号化部２６５に出力する。なお、探索部２６３における最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の探索処理の詳細については後述する。

ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。また、ピッチ係数設定部２６４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２６４は、下記の式（９）に示すピッチ係数Ｔをフィルタリング部２６２に出力する。式（９）において、ＳＥＡＲＣＨはサブバンドＳＢ_ｐに対応するピッチ係数Ｔの探索範囲（探索エントリ数）を示す。

式（９）に示すように、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応するピッチ係数Ｔの探索範囲は、サブバンドＳＢ_ｐ−１の最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’からサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１分だけ高域側に存在するインデックス（Ｔ_ｐ−１’＋ＢＷ_ｐ−１）の周辺（±ＳＥＡＲＣＨ／２部分）となる。これは、サブバンドＳＢ_ｐ−１に隣接するサブバンドＳＢ_ｐに類似する部分は、サブバンドＳＢ_ｐ−１に類似する第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域に隣接する傾向があるという理由に基づくものである。サブバンドＳＢ_ｐ−１とサブバンドＳＢ_ｐとの間に存在するこのような相関を利用して探索を行うことにより、各サブバンドに対して固定的にＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの探索範囲で探索を行う方法等と比べ、探索の効率を向上させることができる。

なお、上記のように、隣接するサブバンド間の相関を利用した探索方法を適応類似探索方法（ＡＳＳ：Adaptive Similarity Search Method）と呼ぶことにする。この名称は、便宜上付与するものであり、この名称により本発明における上記探索方法が限定されるものではない。

また、通常、スペクトルの調波構造は高域になるに従って徐々に弱くなる傾向にある。すなわち、サブバンドＳＢ_ｐはサブバンドＳＢ_ｐ−１に比べて調波構造が弱い傾向にある。従って、サブバンドＳＢ_ｐに対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１に類似する第１レイヤ復号スペクトルの部分よりも調波構造が弱まる高域側でサブバンドＳＢ_ｐに類似する部分の探索を行う方が探索の効率を向上させることができる。この観点からも本方式の探索の効率性を説明することができる。

また、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合（式（１０）に示す条件に該当する場合）、下記の式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。式（１０）において、ＳＥＡＲＣＨ＿ＭＡＸはピッチ係数Ｔの設定値の上限値を示す。

また、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を越えてしまう場合（式（１１）に示す条件に該当する場合）、下記の式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。式（１１）において、ＳＥＡＲＣＨ＿ＭＩＮはピッチ係数Ｔの設定値の下限値を示す。

上式（１０）および式（１１）のような処理をすることで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ゲイン符号化部２６５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）についてのゲイン情報を算出する。具体的には、ゲイン符号化部２６５は、周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨをＪ個のサブバンドに分割し、入力スペクトルＳ２（ｋ）のサブバンド毎のスペクトルパワを求める。この場合、第ｊ＋１サブバンドのスペクトルパワＢ_ｊは下記の式（１２）で表される。

式（１２）において、ＢＬ_ｊは第ｊ＋１サブバンドの最小周波数、ＢＨ_ｊは第ｊ＋１サブバンドの最大周波数を表す。また、ゲイン符号化部２６５は、探索部２６３から入力される各サブバンドの推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの高域部の推定スペクトルＳ２’（ｋ）を構成する。そして、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対してスペクトルパワを算出した場合と同様に、推定スペクトルＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワＢ’_ｊを下記の式（１３）に従い算出する。次いで、ゲイン符号化部２６５は、入力スペクトルＳ２（ｋ）に対する推定スペクトルのＳ２’(ｋ)のサブバンド毎のスペクトルパワの変動量Ｖ_ｊを式（１４）に従い算出する。

そして、ゲイン符号化部２６５は、変動量Ｖ_ｊを符号化し、符号化後の変動量ＶＱ_ｊに対応するインデックスを多重化部２６６に出力する。

多重化部２６６は、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報と、探索部２６３から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’と、ゲイン符号化部２６５から入力される変動量ＶＱ_ｊのインデックスと、を第２レイヤ符号化情報として多重化し、符号化情報統合部２０７に出力する。なお、Ｔ_ｐ’と、ＶＱ_ｊのインデックスとを直接、符号化情報統合部２０７に入力して、符号化情報統合部２０７にて第１レイヤ符号化情報と多重化しても良い。

次いで、図４に示したフィルタリング部２６２におけるフィルタリング処理の詳細について、図５を用いて説明する。

フィルタリング部２６２は、フィルタ状態設定部２６１から入力されるフィルタ状態と、ピッチ係数設定部２６４から入力されるピッチ係数Ｔと、帯域分割部２６０から入力される帯域分割情報とを用いて、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対して、帯域ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）における推定スペクトルを生成する。フィルタリング部２６２において用いるフィルタの伝達関数Ｆ（ｚ）は下記の式（１５）で表される。

以下、サブバンドＳＢ_ｐを例にとり、サブバンドスペクトルＳ２_ｐ（ｋ）の推定スペクトルＳ２_ｐ’（ｋ）を生成する処理を説明する。

式（１５）において、Ｔはピッチ係数設定部２６４から与えられるピッチ係数、β_ｉは予め内部に記憶されているフィルタ係数を表している。例えば、タップ数が３の場合、フィルタ係数の候補は（β_−１、β_０、β_１）＝（０．１、０．８、０．１）が例として挙げられる。この他に（β_−１、β_０、β_１）＝（０．２、０．６、０．２）、（０．３、０．４、０．３）などの値も適当である。また、（β_−１、β_０、β_１）＝（０．０、１．０、０．０）の値でも良く、この場合には帯域０≦ｋ＜ＦＬの第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域をその形状を変化させずにそのままＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの帯域にコピーすることを意味する。また、式（１５）においてＭ＝１とする。Ｍはタップ数に関する指標である。

フィルタリング部２６２における全周波数帯域のスペクトルＳ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域には、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。

Ｓ(ｋ)のＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの帯域には、以下の手順のフィルタリング処理によりサブバンドＳＢ_ｐの推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)が格納される。すなわち、Ｓ２_ｐ’(ｋ)には、基本的に、このｋよりＴだけ低い周波数のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ)が代入される。ただし、スペクトルの円滑性を増すために、実際には、スペクトルＳ(ｋ−Ｔ)からｉだけ離れた近傍のスペクトルＳ(ｋ−Ｔ＋ｉ)に所定のフィルタ係数β_ｉを乗じたスペクトルβ_ｉ・Ｓ(ｋ−Ｔ＋ｉ)を、全てのｉについて加算したスペクトルをＳ２_ｐ’(ｋ)に代入する。この処理は下記の式（１６）で表される。

上記演算を、周波数の低いｋ＝ＢＳ_ｐから順に、ｋをＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの範囲で変化させて行うことにより、ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐにおける推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)を算出する。

以上のフィルタリング処理は、ピッチ係数設定部２６４からピッチ係数Ｔが与えられる度に、ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐの範囲において、その都度Ｓ(ｋ)をゼロクリアして行
われる。すなわち、ピッチ係数Ｔが変化するたびにＳ(ｋ)は算出され、探索部２６３に出力される。

図６は、図４に示した探索部２６３においてサブバンドＳＢ_ｐに対して最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。なお、探索部２６３は、図６に示した手順を繰り返すことにより、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に対応する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を探索する。

まず、探索部２６３は、類似度の最小値を保存するための変数である最小類似度Ｄ_ｍｉｎを「＋∞」に初期化する（ＳＴ２０１０）。次いで、探索部２６３は、下記の式（１７）に従い、あるピッチ係数における入力スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）と、推定スペクトルＳ２_ｐ’(ｋ)との類似度Ｄを算出する（ＳＴ２０２０）。

式（１７）において、Ｍ’は、類似度Ｄを算出する際のサンプル数を示し、各サブバンドのバンド幅以下の任意の値で良い。なお、式（１７）中にはＳ２_ｐ’(ｋ)が存在しないが、これはＢＳ_ｐとＳ２’(ｋ)を用いてＳ２_ｐ’(ｋ)を表しているためである。

次いで、探索部２６３は算出した類似度Ｄが最小類似度Ｄ_ｍｉｎより小さいか否かを判定する（ＳＴ２０３０）。ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄ_ｍｉｎより小さい場合（ＳＴ２０３０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３は、類似度Ｄを最小類似度Ｄ_ｍｉｎに代入する（ＳＴ２０４０）。一方、ＳＴ２０２０において算出された類似度が最小類似度Ｄ_ｍｉｎ以上である場合（ＳＴ２０３０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は、探索範囲にわたる処理が終了した否かを判定する。すなわち、探索部２６３は、探索範囲内のすべてのピッチ係数それぞれに対し、ＳＴ２０２０において上記の式（１７）に従って類似度を算出したか否かを判定する（ＳＴ２０５０）。探索範囲にわたって処理が終了していなかった場合（ＳＴ２０５０：「ＮＯ」）には、探索部２６３は処理を再びＳＴ２０２０に戻す。そして、探索部２６３は、前回のＳＴ２０２０の手順において式（１７）に従って類似度を算出した場合とは異なるピッチ係数に対して、式（１７）に従い類似度を算出する。一方、探索範囲にわたる処理が終了した場合（ＳＴ２０５０：「ＹＥＳ」）には、探索部２６３には、最小類似度Ｄ_ｍｉｎに対応するピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’として多重化部２６６に出力する（ＳＴ２０６０）。

次いで、図２に示した復号装置１０３について説明する。

図７は、復号装置１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。

図７において、符号化情報分離部１３１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部１３５に出力する。

第１レイヤ復号部１３２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号をアップサンプリング処理部１３３に出力する。ここで、第１レイヤ復号部１３２の動作は、図３に示した第１レイヤ復
号部２０３と同様であるため、詳細な説明は省略する。

アップサンプリング処理部１３３は、第１レイヤ復号部１３２から入力される第１レイヤ復号信号に対してサンプリング周波数をＳＲ_ｂａｓｅからＳＲ_{ｉｎｐｕｔ}までアップサンプリングする処理を行い、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号を直交変換処理部１３４に出力する。

直交変換処理部１３４は、アップサンプリング処理部１３３から入力されるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対して直交変換処理（ＭＤＣＴ）を施し、得られるアップサンプリング後第１レイヤ復号信号のＭＤＣＴ係数（以下、第１レイヤ復号スペクトルと呼ぶ）Ｓ１(ｋ)を第２レイヤ復号部１３５に出力する。ここで、直交変換処理部１３４の動作は、図３に示した直交変換処理部２０５のアップサンプリング後第１レイヤ復号信号に対する処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第２レイヤ復号部１３５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し出力信号として出力する。

図８は、図７に示した第２レイヤ復号部１３５の内部の主要な構成を示すブロック図である。

分離部３５１は、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報を、各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）、先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を含む帯域分割情報と、フィルタリングに関する情報である最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、ゲインに関する情報である符号化後変動量ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスと、に分離する。また、分離部３５１は、帯域分割情報および最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）をフィルタリング部３５３に出力し、符号化後変動量ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスをゲイン復号部３５４に出力する。なお、符号化情報分離部１３１において、帯域分割情報と、Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、ＶＱ_ｊ（ｊ＝０，１，…，Ｊ−１）のインデックスとを分離済みの場合は、分離部３５１を配置しなくても良い。

フィルタ状態設定部３５２は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)（０≦ｋ＜ＦＬ）を、フィルタリング部３５３で用いるフィルタ状態として設定する。ここで、フィルタリング部３５３における全周波数帯域０≦ｋ＜ＦＨのスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、Ｓ(ｋ)の０≦ｋ＜ＦＬの帯域に、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)がフィルタの内部状態（フィルタ状態）として格納される。ここで、フィルタ状態設定部３５２の構成および動作は、図４に示したフィルタ状態設定部２６１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

フィルタリング部３５３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３５３は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、上記の式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部３５３でも、上記の式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置
き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部３５３は、第１サブバンドに対してはピッチ係数Ｔ_１’をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３５３は、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３５３は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、下記の式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。

式（１８）においては、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’にサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１を加算し、探索範囲ＳＥＡＲＣＨの半分の値を減算したインデックスにＴ_ｐ’を加算し、ピッチ係数Ｔ_ｐ”とする。

ゲイン復号部３５４は、分離部３５１から入力される、符号化後変動量ＶＱ_ｊのインデックスを復号し、変動量Ｖ_ｊの量子化値である変動量ＶＱ_ｊを求める。

スペクトル調整部３５５は、フィルタリング部３５３から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの推定スペクトルＳ２’（ｋ）を求める。また、スペクトル調整部３５５は、下記の式（１９）に従い、推定スペクトルＳ２’(ｋ)にゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量ＶＱ_ｊを乗じる。これにより、スペクトル調整部３５５は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成して直交変換処理部３５６に出力する。

ここで、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）は第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）からなり、復号スペクトルＳ３(ｋ)の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）はスペクトル形状調整後の推定スペクトルＳ２’(ｋ)からなる。

直交変換処理部３５６は、スペクトル調整部３５５から入力される復号スペクトルＳ３（ｋ）を時間領域の信号に直交変換し、得られる第２レイヤ復号信号を出力信号として出力する。ここでは、必要に応じて適切な窓掛けおよび重ね合わせ加算等の処理を行い、フレーム間に生じる不連続を回避する。

以下、直交変換処理部３５６における具体的な処理について説明する。

直交変換処理部３５６は、バッファｂｕｆ’（ｋ）を内部に有しており、下記の式（２０）に示すようにバッファｂｕｆ’（ｋ）を初期化する。

また、直交変換処理部３５６は、スペクトル調整部３５５から入力される第２レイヤ復号スペクトルＳ３（ｋ）を用いて下記の式（２１）に従い、第２レイヤ復号信号ｙ_ｎ”を求めて出力する。

式（２１）において、Ｚ４（ｋ）は、下記の式（２２）に示すように、復号スペクトルＳ３（ｋ）とバッファｂｕｆ’（ｋ）とを結合させたベクトルである。

次に、直交変換処理部３５６は、下記の式（２３）に従いバッファｂｕｆ’（ｋ）を更新する。

次に、直交変換処理部３５６は、復号信号ｙ_ｎ”を出力信号として出力する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行う。すなわち、高域のサブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行う（適応類似探索方法（ＡＳＳ：Adaptive Similarity Search Method））ため、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制し、復号信号の品質を向上させることができる。また、本発明は、上記効率的な高域スペクトルの探索を行うことにより、サブバンド間の相関を利用せずに高域スペクトルを符号化／復号する方法と比べ、同程度の復号信号の品質を達成するために必要な類似部分探索の演算量を削減することができる。

なお、本実施の形態では、ゲイン符号化部２６５において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数Ｊが、探索部２６３において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数Ｐと異なる場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、ゲイン符号化部２６５において入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部を分割して得られるサブバンドの数をＰ個にしても良い。また、この場合に、特許文献２に明示されているように、ゲイン符号化部２６５は、式（１４）に示すようなサブバンド毎のスペクトルパワ比の平方根の代わりに、探索部２６３において最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）が探索された時の理想利得を用いても良い。なお、最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）が探索された時の理想利得は、下記の式（２４）により求まる。ただし、式（２４）におけるＭ’は式（１７）で最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を算出した時のＭ’と同じ値を用いる。

また、本実施の形態では、ピッチ係数設定部２６４において式（９）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、下記の式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定しても良い。

式（２５）において、ピッチ係数Ｔは、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’の近傍の値に設定される。これはサブバンドＳＢ_ｐ−１に最も類似する第１レイヤ復号スペクトルの一部帯域はサブバンドＳＢ_ｐにも類似する可能性が高いという理由に基づくものである。特にサブバンドＳＢ_ｐ−１とサブバンドＳＢ_ｐの相関が非常に高い場合には、上記のようなピッチ係数の設定方法により、より効率的に探索を行うことができる。なお、ピッチ係数設定部２６４において、式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定した場合には、フィルタリング部３５３において、式（１８）の代わりに式（２６）のようにしてフィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。

また、上記各実施の形態では、第２サブバンド以降の全てのサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対し、隣接サブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、一部のサブバンドに対しては第１サブバンドと同様にピッチ係数の探索範囲をＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲に固定しても良い。例えば、連続して所定定数以上のサブバンドに対し、隣接するサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定した場合には、次のサブバンドに対しては、第１サブバンドと同様にピッチ係数の探索範囲をＴｍｉｎ〜Ｔｍａｘの範囲に固定する。これにより、第１サブバンドＳＢ_０に対応する探索結果が、第２サブバンドＳＢ_１から第ＰサブバンドＳＢ_Ｐ−１までのすべての探索に影響を及ぼすことを回避することができる。すなわち、あるサブバンドに対して、類似部分を探索する対象が高域に偏り過ぎるということを避けることができる。これにより、本来類似部分が第１レイヤ復号スペクトルの低域部分に存在するサブバンドに対して、類似部分の探索が第１レイヤ復号スペクトルの高域部分に限定されることにより発生し得る異音や音質劣化を抑制することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、第１レイヤ符号化部に、実施の形態１で示したＣＥＬＰ方式の符号化方法を用いず、ＭＤＣＴなどの変換符号化を用いる場合について説明する。

実施の形態２に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１１１」および「１１３」を付し、説明を行う。

図９は、本実施の形態に係る符号化装置１１１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る符号化装置１１１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２１２、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２１６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、ダウンサンプリング処理部２０１および符号化情報統合部２０７は、実施の形態１の場合と同一の処理を行うため、説明を省略する。

第１レイヤ符号化部２１２は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対し、変換符号化方式の符号化を行う。具体的には、第１レイヤ符号化部２１２は、入力されるダウンサンプリング後入力信号に対し、ＭＤＣＴなどの手法を用いて時間領域の信号から周波数領域の成分に変換し、得られる周波数成分に対して量子化を行う。第１レイヤ符号化部２１２は、量子化した周波数成分を直接、第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２１６に出力する。第１レイヤ符号化部２１２におけるＭＤＣＴ処理は、実施の形態１で示したＭＤＣＴ処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

直交変換処理部２１５は、入力信号に対してＭＤＣＴなどの直交変換を行い、得られる周波数成分を高域スペクトルとして第２レイヤ符号化部２１６に出力する。直交変換処理部２１５におけるＭＤＣＴ処理は、実施の形態１で示したＭＤＣＴ処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２１６は、第１レイヤ符号化部２１２から第１レイヤ復号スペクトルが入力される点のみが図３に示した第２レイヤ符号化部２０６と異なり、その他の処理については第２レイヤ符号化部２０６の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施の形態に係る復号装置１１３の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る復号装置１１３は、符号化情報分離部１３１、第１レイヤ復号部１４２および第２レイヤ復号部１４５とから主に構成される。また、符号化情報分離部１３１は、実施の形態１の場合と同一の処理を行うため、詳細な説明を省略する。

第１レイヤ復号部１４２は、符号化情報分離部１３１から入力される第１レイヤ符号化情報を復号し、得られる第１レイヤ復号スペクトルを第２レイヤ復号部１４５に出力する。第１レイヤ復号部１４２における復号処理としては、図９に示した第１レイヤ符号化部２１２における符号化方法に対応する一般的な逆量子化方法を採るものとし、その詳細な説明を省略する。

第２レイヤ復号部１４５は、第１レイヤ復号部１４２から第１レイヤ復号スペクトルが入力される点のみが図７に示した第２レイヤ復号部１３５と異なり、その他の処理については第２レイヤ復号部１３５の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行う。すなわち、高域のサブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行うため、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制し、復号信号の品質を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、第１レイヤの符号化に、ＣＥＬＰ方式の符号化／復号方法ではなく、例えば変換符号化／復号方法を採用した場合にも本発明を適用することがで
きる。この場合、第１レイヤ符号化の後に、別途第１レイヤ復号信号に対して直交変換を施し第１レイヤ復号スペクトルを算出する必要がなく、その分の演算量を抑えることができる。

なお、本実施の形態では、ダウンサンプリング処理部２０１により入力信号をダウンサンプリングしてから第１レイヤ符号化部２１２に入力する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、ダウンサンプリング処理部２０１を省略し、直交変換処理部２１５の出力である入力スペクトルを第１レイヤ符号化部２１２に入力しても良い。この場合には、第１レイヤ符号化部２１２においては直交変換処理を省略することが可能となり、その分の演算量を削減することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、高域部のサブバンド間の相関の度合いを分析し、分析結果に基づき、隣接するサブバンドの最適ピッチ周期を利用した探索を行うか否かを切り替える構成について説明する。

本発明の実施の形態３に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１２１」および「１２３」を付し、説明を行う。

図１１は、本実施の形態に係る符号化装置１２１の内部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符号化装置１２１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２０２、第１レイヤ復号部２０３、アップサンプリング処理部２０４、直交変換処理部２０５、相関判定部２２１、第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７とから主に構成される。ここで、相関判定部２２１、第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

相関判定部２２１は、第２レイヤ符号化部２２６から入力される帯域分割情報に基づき、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルの高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）の各サブバンド間の相関を算出し、算出した相関値に基づき判定情報の値を「０」または「１」のいずれかに設定する。具体的には、相関判定部２２１は、Ｐ個のサブバンドそれぞれに対してスペクトルフラットネスメジャー（ＳＦＭ：Spectral Flatness Measure）を算出し、隣接するサブバンドのＳＦＭ値の差（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−２）それぞれを算出する。相関判定部２２１は、（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−２）それぞれの絶対値を予め定めた閾値ＴＨ_ＳＦＭと比較し、絶対値が閾値ＴＨ_ＳＦＭよりも低い（ＳＦＭ_ｐ−ＳＦＭ_ｐ＋１）の数が所定数以上である場合には、入力スペクトルの高域部全体において、隣接サブバンド間の相関が高いと判定し、判定情報の値を「１」とする。それ以外の場合には、相関判定部２２１は、判定情報の値を「０」とする。相関判定部２２１は、設定した判定情報を第２レイヤ符号化部２２６および符号化情報統合部２２７に出力する。

第２レイヤ符号化部２２６は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）、第１レイヤ復号スペクトルＳ１（ｋ）および相関判定部２２１から入力される判定情報を用いて第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２２７に出力する。また、第２レイヤ符号化部２２６は、内部で算出した帯域分割情報を相関判定部２２１に出力する。第２レイヤ符号化部２２６における帯域分割情報の詳細は後述する。

図１２は、図１１に示した第２レイヤ符号化部２２６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２２６において、ピッチ係数設定部２７４、帯域分割部２７５以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

ピッチ係数設定部２７４は、相関判定部２２１から入力される判定情報が「０」である場合には、探索部２６３の制御の下、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。すなわち、相関判定部２２１から入力される判定情報が「０」である場合には、ピッチ係数設定部２７４は、隣接するサブバンドに対応する探索結果を考慮せずにピッチ係数Ｔを設定する。

また、ピッチ係数設定部２７４は、相関判定部２２１から入力される判定情報が「１」である場合には、実施の形態１に係るピッチ係数設定部２６４と同様な処理を行う。すなわち、ピッチ係数設定部２７４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３と、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘの中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。一方、ピッチ係数設定部２７４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３と、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、サブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を用い、上記式（９）に従って、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。

要するに、ピッチ係数設定部２７４は、入力される判定情報の値に応じて、隣接するサブバンドに対応する探索結果を利用してピッチ係数を設定するか否かを適応的に切り替える。したがって、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベル以上である場合のみ、隣接するサブバンドに対応する探索結果を利用することができ、サブバンド間の相関が所定レベルより低い場合には、隣接するサブバンドの探索結果の利用による符号化精度の低下を抑制することができる。

帯域分割部２７５は、直交変換処理部２０５から入力される入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）をＰ個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）に分割する。そして、帯域分割部２７５は、各サブバンドのバンド幅ＢＷ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）および先頭インデックスＢＳ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）（ＦＬ≦ＢＳ_ｐ＜ＦＨ）を帯域分割情報としてフィルタリング部２６２、探索部２６３、多重化部２６６、及び相関判定部２２１に出力する。

符号化情報統合部２２７は、第１レイヤ符号化部２０２から入力される第１レイヤ符号化情報と、相関判定部２２１から入力される判定情報と、第２レイヤ符号化部２２６から入力される第２レイヤ符号化情報とを統合し、統合された情報源符号に対し、必要であれば伝送誤り符号などを付加した上でこれを符号化情報として伝送路１０２に出力する。

図１３は、本実施の形態に係る復号装置１２３の内部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復号装置１２３は、符号化情報分離部１５１、第１レイヤ復号部１３２、アップサンプリング処理部１３３、直交変換処理部１３４、第２レイヤ復号部１５５とから主に構成される。ここで、符号化情報分離部１５１および第２レイヤ復号部１５５以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略す
る。

図１３において、符号化情報分離部１５１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報と判定情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１３２に出力し、第２レイヤ符号化情報および判定情報を第２レイヤ復号部１５５に出力する。

第２レイヤ復号部１５５は、直交変換処理部１３４から入力される第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)、符号化情報分離部１３１から入力される第２レイヤ符号化情報および判定情報を用いて、高域成分を含む第２レイヤ復号信号を生成し、出力信号として出力する。

図１４は、図１３に示した第２レイヤ復号部１５５の内部の主要な構成を示すブロック図である。

図１４において、フィルタリング部３６３以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

フィルタリング部３６３は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３６３は、符号化情報分離部１５１から入力される判定情報に応じて、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。

ここで、判定情報に応じたフィルタリング部３６３の処理を具体的に説明する。フィルタリング部３６３は、入力された判定情報が「０」である場合には、サブバンドＳＢ_０からサブバンドＳＢ_Ｐ−１までの全Ｐ個の各サブバンドに対して、隣接するサブバンドのピッチ係数を考慮せずに分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’を用いてフィルタリングを行う。この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

また、フィルタリング部３６３は、入力された判定情報が「１」である場合には、図８に示したフィルタリング部３５３と同様な処理を行う。すなわち、フィルタリング部３６３は、第１サブバンドに対してはピッチ係数Ｔ_１’をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３６３は、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンド以降のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３６３は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、上記の式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ”に置き換えたものとする。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、フレーム毎にサブバンド間の相関の度合いを分析した結果に基づき、隣接サブバンドの符号化結果を利用してサブバンド毎の符号化を行うか否かを適応的に切り替える。すなわち
、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベル以上である場合のみ、サブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行い、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができ、復号信号に含まれる不自然な異音を抑制することができる。また、フレーム内のサブバンド間の相関が所定レベルより低い場合には、隣接するサブバンドの探索結果を利用せず、相関が低い隣接サブバンドの探索結果の利用による符号化精度の低下を抑制することができ、復号信号の品質を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、サブバンド毎にＳＦＭ値を分析し、１フレームに含まれるすべてのサブバンドのＳＦＭ値を総合的に考慮し、フレーム毎に相関判定を行って判定情報の値を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、サブバンド毎に個別に相関判定を行って判定情報の値を設定しても良い。また、ＳＦＭ値の代わりに、各サブバンドのエネルギを算出し、サブバンド間のエネルギの差または比などに応じて相関判定を行って判定情報の値を設定しても良い。また、各サブバンド間の周波数成分（ＭＤＣＴ係数など）に対して相関演算などにより相関を算出し、その相関値を予め定めた閾値と比較することによって、判定情報の値を設定しても良い。

また、本実施の形態では、判定情報の値が「１」である場合に、ピッチ係数設定部２７４は、上記の式（９）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、上記の式（２５）のようにピッチ係数Ｔの探索範囲を設定しても良い。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態４に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１６１」および「１６３」を付し、説明を行う。

図１５は、本実施の形態に係る符号化装置１６１の内部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符号化装置１６１は、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２３６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、第１レイヤ符号化部２３３および第２レイヤ符号化部２３６以外の構成要素については、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

第１レイヤ符号化部２３３は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力されるダウンサンプリング後入力信号に対して、Ｇ．７２９．１方式の音声符号化方法を用いて符号化を行って第１レイヤ符号化情報を生成する。そして、第１レイヤ符号化部２３３は、生成した第１レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。また、第１レイヤ符号化部２３３は、第１レイヤ符号化情報を生成する過程で得られる情報を第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６に出力する。なお、第１レイヤ符号化部２３３の詳細については後述する。

第２レイヤ符号化部２３６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に
出力する。なお、第２レイヤ符号化部２３６の詳細については後述する。

図１６は、図１５に示した第１レイヤ符号化部２３３の内部の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、第１レイヤ符号化部２３３においてＧ．７２９．１符号化方式を適用する場合を例に挙げて説明する。

図１６に示す第１レイヤ符号化部２３３は、帯域分割処理部２８１、ハイパスフィルタ２８２、ＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)符号化部２８３、ＦＥＣ(Forward Error Correction：前方誤り訂正)符号化部２８４、加算部２８５、ローパスフィルタ２８６、ＴＤＡＣ(Time-Domain Aliasing Cancellation：時間領域エイリアス除去)符号化部２８７、ＴＤＢＷＥ(Time-Domain BandWidth Extension：時間領域帯域拡張)符号化部２８８および多重化部２８９を備え、各部は以下の動作を行う。

帯域分割処理部２８１は、ダウンサンプリング処理部２０１から入力される、サンプリング周波数が１６ｋＨｚであるダウンサンプリング後入力信号に対して、ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）等による帯域分割処理を行い、０〜４ｋＨｚ帯域の第１低域信号および４〜８ｋＨｚ帯域の第２低域信号を生成する。帯域分割処理部２８１は、生成した第１低域信号をハイパスフィルタ２８２に出力し、第２低域信号をローパスフィルタ２８６に出力する。

ハイパスフィルタ２８２は、帯域分割処理部２８１から入力される第１低域信号に対して０．０５ｋＨｚ以下の周波数成分を抑え、主に０．０５ｋＨｚより高い周波数成分からなる信号を得てフィルタ後第１低域信号としてＣＥＬＰ符号化部２８３および加算部２８５に出力する。

ＣＥＬＰ符号化部２８３は、ハイパスフィルタ２８２から入力されるフィルタ後第１低域信号に対してＣＥＬＰ方式の符号化を行い、得られるＣＥＬＰパラメータをＦＥＣ符号化部２８４、ＴＤＡＣ符号化部２８７および多重化部２８９に出力する。ここで、ＣＥＬＰ符号化部２８３は、ＦＥＣ符号化部２８４およびＴＤＡＣ符号化部２８７にＣＥＬＰパラメータの一部、または、ＣＥＬＰパラメータを生成する過程で得られる情報を出力してもよい。また、ＣＥＬＰ符号化部２８３は、生成したＣＥＬＰパラメータを用いてＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られるＣＥＬＰ復号信号を加算部２８５に出力する。

ＦＥＣ符号化部２８４は、ＣＥＬＰ符号化部２８３から入力されるＣＥＬＰパラメータを用いて、復号装置１６３の消失フレーム補償処理に利用されるＦＥＣパラメータを算出し、算出したＦＥＣパラメータを多重化部２８９に出力する。

加算部２８５は、ハイパスフィルタ２８２から入力されるフィルタ後第１低域信号から、ＣＥＬＰ符号化部２８３から入力されるＣＥＬＰ復号信号を減じて得られる差分信号をＴＤＡＣ符号化部２８７に出力する。

ローパスフィルタ２８６は、帯域分割処理部２８１から入力される第２低域信号に対して７ｋＨｚより大きい周波数成分を抑え、主に７ｋＨｚ以下の周波数成分からなる信号を得てフィルタ後第２低域信号としてＴＤＡＣ符号化部２８７およびＴＤＢＷＥ符号化部２８８に出力する。

ＴＤＡＣ符号化部２８７は、加算部２８５から入力される差分信号およびローパスフィルタ２８６から入力されるフィルタ後第２低域信号それぞれに対してＭＤＣＴ等の直交変換を施し、得られる周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）を量子化する。そして、ＴＤＡＣ符号化部２８７は、量子化して得られるＴＤＡＣパラメータを多重化部２８９に出力する。
また、ＴＤＡＣ符号化部２８７は、ＴＤＡＣパラメータを用いて復号を行い、得られる復号スペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６（図１５）に出力する。

ＴＤＢＷＥ符号化部２８８は、ローパスフィルタ２８６から入力されるフィルタ後第２低域信号に対して時間領域での帯域拡張符号化を行い、得られるＴＤＢＷＥパラメータを多重化部２８９に出力する。

多重化部２８９は、ＦＥＣパラメータ、ＣＥＬＰパラメータ、ＴＤＡＣパラメータおよびＴＤＢＷＥパラメータを多重化し、第１レイヤ符号化情報として符号化情報統合部２３７（図１５）に出力する。なお、第１レイヤ符号化部２３３に多重化部２８９を設けずに、これらのパラメータを符号化情報統合部２３７で多重化してもよい。

図１６に示した、本実施の形態に係る第１レイヤ符号化部２３３における符号化は、ＴＤＡＣ符号化部２８７において、ＴＤＡＣパラメータを復号した復号スペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして第２レイヤ符号化部２３６に出力する点が、Ｇ．７２９．１方式の符号化と相違する。

図１７は、図１５に示した第２レイヤ符号化部２３６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２３６において、ピッチ係数設定部２９４以外の構成要素は、実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、図１７に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部２９４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部２９４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２９４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部２９４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部２９４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部２９４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２
および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部２９４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’に基づき、式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（９）においてはＰ＝１となる。同様に、ピッチ係数設定部２９４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（９）においてはＰ＝３となる。

なお、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。同様に、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

上述したように、ピッチ係数設定部２９４は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドに対して、それぞれのサブバンドに対して予め設定された探索範囲の中でピッチ係数Ｔを少しずつ変化させる。ここで、ピッチ係数設定部２９４は、複数のサブバンドのうち高域のサブバンドほど、第１復号スペクトルのより高い帯域（高域部）を探索範囲としてピッチ係数Ｔを設定してもよい。つまり、ピッチ係数設定部２９４は、高域のサブバンドほど、探索範囲が第１復号スペクトルのより高い帯域になるように、各サブバンドの探索範囲を予め設定する。例えば、高域になるほどスペクトルの調波構造が弱まる傾向がある場合には、高域のサブバンドほど、サブバンドに類似する部分は、第１復号スペクトルの高域部に存在する可能性が高い。そこで、ピッチ係数設定部２９４が高域のサブバンドほど探索範囲がより高域に偏るように設定することで、探索部２６３はそれぞれのサブバンドに適した探索範囲に対して探索を行うことができ、符号化効率を向上することが期待できる。

また、ピッチ係数設定部２９４は、上述した設定方法とは逆に、複数のサブバンドのうち高域のサブバンドほど、第１復号スペクトルのより低い帯域（低域部）を探索範囲としてピッチ係数Ｔを設定してもよい。つまり、ピッチ係数設定部２９４は、高域のサブバンドほど、探索範囲が第１復号スペクトルのより低い帯域になるように、各サブバンドの探索範囲を予め設定する。例えば、第１復号スペクトルのうち、０〜４ｋＨｚのスペクトルと４〜７ｋＨｚのスペクトルとを比較して、０〜４ｋＨｚのスペクトルの調波構造の方が弱い場合、高域のサブバンドほど、サブバンドに類似する部分は、第１復号スペクトルの低域部に存在する可能性が高い。そこで、ピッチ係数設定部２９４が高域のサブバンドほど探索範囲がより低域に偏るように設定することで、探索部２６３は第１復号スペクトルの高域部よりも調波構造が弱まる低域部に対して、高域のサブバンドに類似する部分の探索を行うため、探索の効率が良くなる。ここで、本実施の形態では、第１復号スペクトルとして、第１レイヤ符号化部２３３内のＴＤＡＣ符号化部２８７から得られる復号スペクトルを例としている。この場合、第１復号スペクトルの０〜４ｋＨｚ部分のスペクトルは、入力信号からＣＥＬＰ符号化部２８３で算出されるＣＥＬＰ復号信号を減じた成分となっており、調波構造が比較的弱い。このため、高域のサブバンドほど、探索範囲がより低
域に偏るように設定する方法が有効である。

また、ピッチ係数設定部２９４は、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対してのみ、隣接する１つ前のサブバンド（隣接する低域側のサブバンド）において探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づきピッチ係数Ｔを設定する。すなわち、ピッチ係数設定部２９４は、１サブバンドだけ離れたサブバンドに対して、隣接する１つ前のサブバンドにおいて探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づきピッチ係数Ｔを設定する。これにより、低域のサブバンドにおける探索結果がそのサブバンドよりも高域のすべてのサブバンドにおける探索に与える影響を低減することができるため、高域のサブバンドに対して設定されるピッチ係数Ｔの値が大きくなり過ぎるということを避けることができる。すなわち、高域のサブバンドほど類似する部分の探索を行うための探索範囲が高域に限定されることを避けることができる。これにより、類似する可能性が低い帯域で最適ピッチ係数の探索を行うことを回避して、符号化効率が低下し復号信号の品質が劣化することを回避することができる。

図１８は、本実施の形態に係る復号装置１６３の内部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復号装置１６３は、符号化情報分離部１７１、第１レイヤ復号部１７２、第２レイヤ復号部１７３、直交変換処理部１７４および加算部１７５とから主に構成される。

図１８において、符号化情報分離部１７１は、入力された符号化情報の中から第１レイヤ符号化情報と第２レイヤ符号化情報とを分離し、第１レイヤ符号化情報を第１レイヤ復号部１７２に出力し、第２レイヤ符号化情報を第２レイヤ復号部１７３に出力する。

第１レイヤ復号部１７２は、符号化情報分離部１７１から入力される第１レイヤ符号化情報に対して、Ｇ．７２９．１方式の音声符号化方法を用いて復号を行い、生成された第１レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。また、第１レイヤ復号部１７２は、第１レイヤ復号信号を生成する過程で得られる第１レイヤ復号スペクトルを、第２レイヤ復号部１７３に出力する。なお、第１レイヤ復号部１７２の動作の詳細な説明は後述する。

第２レイヤ復号部１７３は、第１レイヤ復号部１７２から入力される第１レイヤ復号スペクトルおよび符号化情報分離部１７１から入力される第２レイヤ符号化情報を用いて、高域部のスペクトルを復号し、生成された第２レイヤ復号スペクトルを直交変換処理部１７４に出力する。第２レイヤ復号部１７３の処理は、入力される信号とその信号の送り元が異なるという点を除けば、図７の第２レイヤ復号部１３５と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、第２レイヤ復号部１７３の動作の詳細な説明は後述する。

直交変換処理部１７４は、第２レイヤ復号部１７３から入力される第２レイヤ復号スペクトルに対して直交変換処理（ＩＭＤＣＴ）を施し、得られる第２レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。ここで、直交変換処理部１７４の動作は、入力される信号とその信号の送り元が異なるという点を除けば、図８に示した直交変換処理部３５６の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

加算部１７５は、第１レイヤ復号部１７２から入力される第１レイヤ復号信号と直交変換処理部１７４から入力される第２レイヤ復号信号とを加算し、得られる信号を出力信号として出力する。

図１９は、図１８に示した第１レイヤ復号部１７２の内部の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、図１５の第１レイヤ符号化部２３３と対応させて、第１レイヤ復号部１７２がＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式の復号を行う構成を例に挙
げて説明する。なお、図１９に示す第１レイヤ復号部１７２の構成は伝送時にフレームエラーが生じなかった場合の構成であり、フレームエラー補償処理のための構成要素は図示せずその説明を省略する。ただし、本発明はフレームエラーが生じる場合にも適用することができる。

第１レイヤ復号部１７２は、分離部３７１、ＣＥＬＰ復号部３７２、ＴＤＢＷＥ復号部３７３、ＴＤＡＣ復号部３７４、プリ／ポストエコー削減部３７５、加算部３７６、適応ポスト処理部３７７、ローパスフィルタ３７８、プリ／ポストエコー削減部３７９、ハイパスフィルタ３８０および帯域合成処理部３８１を備え、各部は以下の動作を行う。

分離部３７１は、符号化情報分離部１７１（図１８）から入力される第１レイヤ符号化情報を、ＣＥＬＰパラメータ、ＴＤＡＣパラメータ、ＴＤＢＷＥパラメータに分離し、ＣＥＬＰパラメータをＣＥＬＰ復号部３７２に出力し、ＴＤＡＣパラメータをＴＤＡＣ復号部３７４に出力し、ＴＤＢＷＥパラメータをＴＤＢＷＥ復号部３７３に出力する。なお、分離部３７１を設けずに、符号化情報分離部１７１においてまとめてこれらのパラメータを分離してもよい。

ＣＥＬＰ復号部３７２は、分離部３７１から入力されるＣＥＬＰパラメータを用いてＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られる復号信号を復号ＣＥＬＰ信号としてＴＤＡＣ復号部３７４、加算部３７６およびプリ／ポストエコー削減部３７５に出力する。なお、ＣＥＬＰ復号部３７２は、復号ＣＥＬＰ信号の他に、ＣＥＬＰパラメータから復号ＣＥＬＰ信号を生成する過程で得られる他の情報をＴＤＡＣ復号部３７４に出力してもよい。

ＴＤＢＷＥ復号部３７３は、分離部３７１から入力されるＴＤＢＷＥパラメータを復号し、得られる復号信号を復号ＴＤＢＷＥ信号としてＴＤＡＣ復号部３７４およびプリ／ポストエコー削減部３７９に出力する。

ＴＤＡＣ復号部３７４は、分離部３７１から入力されるＴＤＡＣパラメータ、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびＴＤＢＷＥ復号部３７３から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号を用いて、第１レイヤ復号スペクトルを算出する。そして、ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した第１レイヤ復号スペクトルを第２レイヤ復号部１７３（図１８）に出力する。なお、ここで得られる第１レイヤ復号スペクトルは、符号化装置１６１内の第１レイヤ符号化部２３３（図１５）で算出される第１レイヤ復号スペクトルと同じである。また、ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した第１レイヤ復号スペクトルの０〜４ｋＨｚ帯域と４〜８ｋＨｚ帯域に対してそれぞれＭＤＣＴ等の直交変換処理を施し、復号第１ＴＤＡＣ信号（０〜４ｋＨｚ帯域）および復号第２ＴＤＡＣ信号（４〜８ｋＨｚ帯域）を算出する。ＴＤＡＣ復号部３７４は、算出した復号第１ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部３７５に出力し、復号第２ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部３７９に出力する。

プリ／ポストエコー削減部３７５は、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびＴＤＡＣ復号部３７４から入力される復号第１ＴＤＡＣ信号に対し、プリ／ポストエコーを削減する処理を施して、エコー削除後の信号を加算部３７６に出力する。

加算部３７６は、ＣＥＬＰ復号部３７２から入力される復号ＣＥＬＰ信号およびプリ／ポストエコー削減部３７５から入力されるエコー削減後の信号を加算し、得られる加算信号を適応ポスト処理部３７７に出力する。

適応ポスト処理部３７７は、加算部３７６から入力される加算信号に対して適応的に後処理を施し、得られる復号第１低域信号（０〜４ｋＨｚ帯域）をローパスフィルタ３７８
に出力する。

ローパスフィルタ３７８は、適応ポスト処理部３７７から入力される復号第１低域信号に対して４ｋＨｚより大きい周波数成分を抑え、主に４ｋＨｚ以下の周波数成分からなる信号を得てフィルタ後復号第１低域信号として帯域合成処理部３８１に出力する。

プリ／ポストエコー削減部３７９は、ＴＤＡＣ復号部３７４から入力される復号第２ＴＤＡＣ信号およびＴＤＢＷＥ復号部３７３から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号に対してプリ／ポストエコーを削減する処理を施して、エコー削減後の信号を復号第２低域信号（４〜８ｋＨｚ帯域）としてハイパスフィルタ３８０に出力する。

ハイパスフィルタ３８０は、プリ／ポストエコー削減部３７９から入力される復号第２低域信号に対して４ｋＨｚ以下の周波数成分を抑え、主に４ｋＨｚより高い周波数成分からなる信号を得てフィルタ後復号第２低域信号として帯域合成処理部３８１に出力する。

帯域合成処理部３８１には、ローパスフィルタ３７８からフィルタ後復号第１低域信号が入力され、ハイパスフィルタ３８０からフィルタ後復号第２低域信号が入力される。帯域合成処理部３８１は、サンプリング周波数が共に８ｋＨｚであるフィルタ後復号第１低域信号（０〜４ｋＨｚ帯域）およびフィルタ後復号第２低域信号（４〜８ｋＨｚ帯域）に対して帯域合成処理を施し、サンプリング周波数が１６ｋＨｚ（０〜８ｋＨｚ帯域）である第１レイヤ復号信号を生成する。そして、帯域合成処理部３８１は、生成した第１レイヤ復号信号を加算部１７５に出力する。

なお、帯域合成処理部３８１を設けずに、帯域合成処理を加算部１７５でまとめて行ってもよい。

図１９に示した、本実施の形態に係る第１レイヤ復号部１７２における復号は、ＴＤＡＣ復号部３７４において、ＴＤＡＣパラメータから第１レイヤ復号スペクトルを算出した時点でこれを第２レイヤ復号部１７３に出力するという点のみがＧ．７２９．１方式の復号と相違する。

図２０は、図１８に示した第２レイヤ復号部１７３の内部の主要な構成を示すブロック図である。図２０に示す第２レイヤ復号部１７３の内部の構成は、図８に示す第２レイヤ復号部１３５において、直交変換処理部３５６を省略した構成である。第２レイヤ復号部１７３において、フィルタリング部３９０およびスペクトル調整部３９１以外の構成要素については、第２レイヤ復号部１３５内の構成要素と同一であるため、説明を省略する。

フィルタリング部３９０は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部３９０は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部３９０でも、式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部３９０は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４）に対してはピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，２，４）をその
まま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部３９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部３９０は、分離部３５１から得られたピッチ係数に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１（ｐ＝１，３）のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。

式（１８）においては、サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ−１）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’にサブバンドＳＢ_ｐ−１のバンド幅ＢＷ_ｐ−１を加算し、探索範囲ＳＥＡＲＣＨの半分の値を減算したインデックスにＴ_ｐ’を加算し、ピッチ係数Ｔ_ｐ”とする。

スペクトル調整部３９１は、フィルタリング部３９０から入力される各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を周波数領域で連続させて入力スペクトルの推定スペクトルＳ２’（ｋ）を求める。また、スペクトル調整部３９１は、式（１９）に従い、推定スペクトルＳ２’(ｋ)にゲイン復号部３５４から入力されるサブバンド毎の変動量ＶＱ_ｊを乗じる。これにより、スペクトル調整部３９１は、推定スペクトルＳ２’(ｋ)の周波数帯域ＦＬ≦ｋ＜ＦＨにおけるスペクトル形状を調整し、復号スペクトルＳ３(ｋ)を生成する。次いで、スペクトル調整部３９１は、復号スペクトルＳ３(ｋ)の低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）の値を０とする。そして、スペクトル調整部３９１は、低域部（０≦ｋ＜ＦＬ）の値を０とした復号スペクトルを直交変換処理部１７４に出力する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。これにより、サブバンド間の相関を利用して効率的な探索を行い、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号するとともに、探索範囲が高域に偏ることで発生する異音を抑制することができるため、結果として復号信号の品質を向上させることができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、実施の形態４と同様に入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態５に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１８１」および「１８４」を付し、説明を行う。

本実施の形態に係る符号化装置１８１（図示せず）は、図１５に示した符号化装置１６１と基本的に同様であり、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２４６および符号化情報統合部２０７とか
ら主に構成される。ここで、第２レイヤ符号化部２４６以外の構成要素については、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２４６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２４６の詳細については後述する。

図２１は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部２４６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２４６において、ピッチ係数設定部４０４以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、実施の形態４と同様に、図２１に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部４０４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部４０４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部４０４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部４０４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部４０４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う際、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、ピッチ係数Ｔを式（２７）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、ピッチ係数Ｔを式（２
８）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（２７）および式（２８）においてはＰ＝１となる。ここで、式（２７）および式（２８）中のＳＥＡＲＣＨ１、ＳＥＡＲＣＨ２は予め定められた探索ピッチ係数の設定範囲を示す。なお、以下では、ＳＥＡＲＣＨ１＞ＳＥＡＲＣＨ２である場合について説明する。

同様に、ピッチ係数設定部４０４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う際、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、ピッチ係数Ｔを式（２９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、ピッチ係数Ｔを式（３０）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。この場合、式（２９）および式（３０）においてはＰ＝３となる。

なお、式（２７）〜式（３０）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（３１）および式（３２）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。この時、式（２７）および式（３０）に対しては式（３１）が、式（２８）および式（２９）に対しては式（３２）がそれぞれ対応する。同様に、式（２７）〜式（３０）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（３３）および式（３４）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。この時、式（２７）および式（３０）に対しては式（３３）が、式（２８）および式（２９）に対しては式（３４）がそれぞれ対応する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンド及び第４サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を適応的に変化させる。つまり、ピッチ係数設定部４０４は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’が予め設定した閾値よりも小さい場合には第２サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を多くし（パターン１）、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’が閾値以上である場合には第２サブバンドに対する最適ピッチ探索時のエントリ数を少なくする（パターン２）。また、ピッチ係数設定部４０４は、第２サブバンドの最適ピッチ探索時のパターン（パターン１およびパターン２）に応じて、第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を増減させる。具体的には、ピッチ係数設定部４０４は、パターン１の場合には第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を少なくし、パターン２の場合には第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数を多くする。この時、パターン１及びパターン２のそれぞれに対して、第２サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数と第４サブバンドの最適ピッチ探索時のエントリ数の合計を等しくすることで、ビットレートを固定にしたまま、より効率的な最適ピッチ係数の探索をすることができる。

第１レイヤ復号スペクトルについては、一般的に入力信号が音声信号などである場合には、低域側ほど周期性が強いという特徴がある。従って、最適ピッチ係数を探索する帯域が低域側であるほど、探索時のエントリ数を増加させることによる効果が大きい。そこで、上記のように、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値が小さい場合には、第２サブバンドに対する最適ピッチの探索時のエントリ数を大きくすることで、第２サブバンドに対してより効果的な最適ピッチ探索をすることができる。この時、第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を減少させる。一方、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値が大きい場合には、第２サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索のエントリ数を多くしてもその効果は小さいため、第２サブバンドに対しては、最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を少なくし、第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数を増加させる。このように、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数の値に応じて、第２サブバンドおよび第４サブバンド間で最適ピッチ係数の探索時のエントリ数（ビットアロケーション）を調整することで、より効率的に最適ピッチ係数を探索することができ、品質の良い復号信号を生成することが可能になる。

本実施の形態に係る復号装置１８４（図示せず）の内部の主要な構成は、図１８に示した復号装置１６３と基本的には同じであるため、説明を省略する。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバ
ンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。なお、ここで、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチの探索時に、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチに基づいて、探索のエントリ数を適応的に切り替える。これにより、サブバンド間の相関を利用するとともに、サブバンド毎に適応的にエントリ数を変更することができ、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができる。その結果として復号信号の品質をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数の合計が等しい場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数の合計がパターン毎に異なる構成についても同様に適用できる。

また、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数が増減する場合を例に挙げて説明したが、探索エントリ数を多くしたことによって、探索範囲が低域の全範囲になる場合に対しても同様に適用できる。

また、本実施の形態では、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ係数の探索時のエントリ数が増減する場合の例として、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、第２サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を多くし（探索範囲を広くし）、第４サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を少なくする（探索範囲を狭くする）構成について説明した。また、上記構成は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、上記とは逆の探索範囲の設定方法を採る。しかし、本発明は上記構成に限らず、第１サブバンドのパターン１、パターン２に対してそれぞれ逆の探索範囲設定方法を採る構成についても同様に適用できる。すなわち、本発明は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合（パターン１）には、第２サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を少なくし（探索範囲を狭くし）、第４サブバンドの最適ピッチ係数の探索エントリ数を多くする（探索範囲を広くする）構成についても同様に適用できる。なお、本構成は、第１サブバンドの最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合（パターン２）には、上記とは逆の探索範囲の設定方法を採る。この構成により、低域部分の中でも、低域側と高域側で大きくスペクトル特性が異なる入力信号に対して、効率的に符号化することができる。具体的には、スペクトルが複数のピーク成分から構成されており、さらにピーク成分の存在する密度が帯域によって大きく異なるような特性を有する入力信号に対して効率的に量子化できることが実験により確認されている。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、実施の形態４と同様に入力信号のサンプリング周波数が３２ｋＨｚであり、第１レイヤ符号化部の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔで規格化されているＧ．７２９．１方式を適用する場合の構成について説明する。

本発明の実施の形態６に係る通信システム（図示せず）は、図２に示した通信システムと基本的に同様であり、符号化装置、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図２の通信システムの符号化装置１０１、復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの符号化装置および復号装置についてそれぞれ符号「１９１」および「１９３」を付し、説明を行う。

本実施の形態に係る符号化装置１９１（図示せず）は、図１５に示した符号化装置１６
１と基本的に同様であり、ダウンサンプリング処理部２０１、第１レイヤ符号化部２３３、直交変換処理部２１５、第２レイヤ符号化部２５６および符号化情報統合部２０７とから主に構成される。ここで、第２レイヤ符号化部２５６以外の構成要素については、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

第２レイヤ符号化部２５６は、直交変換処理部２１５から入力される入力スペクトルおよび第１レイヤ符号化部２３３から入力される第１レイヤ復号スペクトルを用いて、第２レイヤ符号化情報を生成し、生成した第２レイヤ符号化情報を符号化情報統合部２０７に出力する。なお、第２レイヤ符号化部２５６の詳細については後述する。

図２２は、本実施の形態に係る第２レイヤ符号化部２５６の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ符号化部２５６において、ピッチ係数設定部４１４以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、以下の説明では、実施の形態４と同様に、図２２に示す帯域分割部２６０において、入力スペクトルＳ２（ｋ）の高域部（ＦＬ≦ｋ＜ＦＨ）を５個のサブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，４）に分割する場合を例にとって説明する。つまり、実施の形態１において、サブバンド数ＰがＰ＝５である場合について説明する。ただし、本発明は入力スペクトルＳ２の高域部を分割するサブバンド数を限定するものではなく、サブバンド数ＰがＰ＝５以外の場合についても同様に適用することができる。

ピッチ係数設定部４１４は、複数のサブバンドのうち、一部のサブバンドに対してはピッチ係数の探索範囲を予め設定し、それ以外のサブバンドに対しては隣接する１つ前のサブバンドに対応する探索結果に基づいてピッチ係数の探索範囲を設定する。

例えば、ピッチ係数設定部４１４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第１サブバンドＳＢ_０、第３サブバンドＳＢ_２または第５サブバンドＳＢ_４（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、予め定められた探索範囲の中で少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４１４は、第１サブバンドＳＢ_０に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第１サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ１〜Ｔｍａｘ１の中で少しずつ変化させながら設定する。また、ピッチ係数設定部４１４は、第３サブバンドＳＢ_２に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第３サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ３〜Ｔｍａｘ３の中で少しずつ変化させながら設定する。同様に、ピッチ係数設定部４１４は、第５サブバンドＳＢ_４に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、ピッチ係数Ｔを、第５サブバンドに対して予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ５〜Ｔｍａｘ５の中で少しずつ変化させながら設定する。

一方、ピッチ係数設定部４１４は、探索部２６３の制御の下、フィルタリング部２６２および探索部２６３とともに、第２サブバンドＳＢ_１または第４サブバンドＳＢ_３（サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３））に対応する閉ループの探索処理を行う場合には、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づき、ピッチ係数Ｔを、少しずつ変化させながら、フィルタリング部２６２に順次出力する。具体的には、ピッチ係数設定部４１４は、第２サブバンドＳＢ_１に対応する閉ループの探索処理を行う際、隣接する１つ前のサブバンドである第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合には、ピッチ係数Ｔを式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させなが
ら設定する。ここで、式（９）においてはＰ＝１となる。一方、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合には、ピッチ係数Ｔを予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ２〜Ｔｍａｘ２の中で少しずつ変化させながら設定する。

同様に、ピッチ係数設定部４１４は、第４サブバンドＳＢ_３に対応する閉ループの探索処理を行う際、第１サブバンドＳＢ_０の最適ピッチ係数Ｔ_０’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合には、隣接する１つ前のサブバンドである第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’に基づき、ピッチ係数Ｔを式（９）に従って算出される探索範囲の中で少しずつ変化させながら設定する。ここで、式（９）においてはＰ＝３となる。一方、第３サブバンドＳＢ_２の最適ピッチ係数Ｔ_２’の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合には、ピッチ係数Ｔを予め設定された探索範囲Ｔｍｉｎ４〜Ｔｍａｘ４の中で少しずつ変化させながら設定する。

なお、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の上限値を越えてしまう場合、実施の形態１と同様、式（１０）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。同様に、式（９）に従って設定したピッチ係数Ｔの範囲が、第１レイヤ復号スペクトルの帯域の下限値を下回る場合、実施の形態１と同様、式（１１）に示すようにしてピッチ係数Ｔの範囲を修正する。このようにピッチ係数Ｔの範囲を修正することで、最適ピッチ係数の探索におけるエントリ数を減らすことなく効率的に符号化することができる。

ピッチ係数設定部４１４は、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチ探索時の探索範囲の設定を、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対応する閉ループの探索処理において求められた最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づいて適応的に変更する。つまり、ピッチ係数設定部４１４は、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対して探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’が閾値未満であった場合にのみ、最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’に基づいた範囲に対して最適ピッチ係数の探索を行う。一方、ピッチ係数設定部４１４は、隣接する１つ前のサブバンドＳＢ_ｐ−１に対して探索された最適ピッチ係数Ｔ_ｐ−１’が閾値以上であった場合には、予め設定された探索範囲に対して最適ピッチ係数の探索を行う。このような構成により、最適ピッチの探索範囲が高域に偏ることで発生する異音を抑制することができるため、結果として復号信号の品質を向上させることができる。

本実施の形態に係る復号装置１９３（図示せず）は、図１８に示した復号装置１６３と基本的に同様であり、符号化情報分離部１７１、第１レイヤ復号部１７２、第２レイヤ復号部１８３、直交変換処理部１７４および加算部１７５とから主に構成される。ここで、第２レイヤ復号部１８３以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

図２３は、本実施の形態に係る第２レイヤ復号部１８３の内部の主要な構成を示すブロック図である。

第２レイヤ復号部１８３において、フィルタリング部４９０以外の構成要素は、実施の形態４の場合と同様であるため、説明を省略する。

フィルタリング部４９０は、マルチタップ（タップ数が１より多い）のピッチフィルタを備える。フィルタリング部４９０は、分離部３５１から入力される帯域分割情報と、フィルタ状態設定部３５２により設定されたフィルタ状態と、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数
とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。フィルタリング部４９０でも、式（１５）に示したフィルタ関数が用いられる。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

ここで、フィルタリング部４９０は、第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，２，４）に対してはピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，２，４）をそのまま用いてフィルタリング処理を行う。また、フィルタリング部４９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対しては、サブバンドＳＢ_ｐ−１のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’を考慮してサブバンドＳＢ_ｐのピッチ係数Ｔ_ｐ”を新たに設定し、このピッチ係数Ｔ_ｐ”を用いてフィルタリングを行う。具体的には、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際には、フィルタリング部４９０は、分離部３５１から得られたピッチ係数の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ未満である場合に対して、サブバンドＳＢ_ｐ−１（ｐ＝１，３）のピッチ係数Ｔ_ｐ−１’とサブバンド幅ＢＷ_ｐ−１とを用いて、式（１８）に従い、フィルタリングに用いるピッチ係数Ｔ_ｐ”を算出する。この場合のフィルタリング処理は、式（１６）において、ＴをＴ_ｐ”に置き換えた式に従うものとする。また、フィルタリング部４９０は、第２サブバンドおよび第４サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝１，３）に対するフィルタリングを行う際、分離部３５１から得られたピッチ係数の値が予め定められた閾値ＴＨ_ｐ以上である場合に対しては、分離部３５１から入力されるピッチ係数Ｔ_ｐ’（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、第１レイヤ復号スペクトルＳ１(ｋ)をフィルタリングし、式（１６）に示す、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）の推定値Ｓ２_ｐ’(ｋ)（ＢＳ_ｐ≦ｋ＜ＢＳ_ｐ＋ＢＷ_ｐ）（ｐ＝０，１，…，Ｐ−１）を算出する。ただし、この場合のフィルタリング処理およびフィルタ関数は、式（１５）、式（１６）におけるＴをＴ_ｐ’に置き換えたものとする。

このように、本実施の形態によれば、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する符号化／復号において、高域部を複数のサブバンドに分割し、一部のサブバンド（本実施の形態では第１サブバンド、第３サブバンドおよび第５サブバンド）に対してはサブバンド毎に設定された探索範囲において探索を行う。また、それ以外のサブバンド（本実施の形態では第２サブバンドおよび第４サブバンド）に対しては隣接する１つ前のサブバンドの符号化結果を利用して探索を行う。なお、ここで、第２サブバンドおよび第４サブバンドに対する最適ピッチの探索時に、第１サブバンドに対して探索された最適ピッチに基づいて、探索のエントリ数を適応的に切り替える。これにより、サブバンド間の相関を利用するとともに、サブバンド毎に適応的にエントリ数を変更することができ、より効率的に高域スペクトルを符号化／復号することができる。その結果として復号信号の品質をさらに向上させることができる。

なお、上記実施の形態４〜６では、第１レイヤ符号化部および第１レイヤ復号部において、Ｇ．７２９．１符号化／復号方式を用いる場合を例に採って説明した。しかし、本発明において第１レイヤ符号化部および第１レイヤ復号部で用いる符号化方式／復号方式はＧ．７２９．１符号化／復号方式に限定されるものではない。例えば、第１レイヤ符号化部、および第１レイヤ復号部で用いる符号化方式／復号方式としてＧ．７１８等の他の符号化／復号方式を採る構成についても本発明を同様に適用できる。

また、上記実施の形態４〜６では、第１レイヤ復号スペクトルとして、第１レイヤ符号化部の内部で得られる情報（ＴＤＡＣ符号化部２８７で得られるＴＤＡＣパラメータの復号スペクトル）を用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、第１レ
イヤ符号化部の内部で算出される他の情報を第１レイヤ復号スペクトルとして用いる場合についても同様に適用することができる。また、本発明は、第１レイヤ符号化情報を復号して得られる第１レイヤ復号信号に対して直交変換等の処理を行い、算出されたスペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして用いる場合についても同様に適用できる。つまり、本発明は第１レイヤ復号スペクトルの特性に限定されるものではなく、第１レイヤ符号化部の内部で算出されるパラメータ、または、第１レイヤ符号化情報を復号して得られる復号信号から算出される全てのスペクトルを第１レイヤ復号スペクトルとして利用する場合にも同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態４〜６では、一部のサブバンド（本実施の形態では、第１サブバンド、第３サブバンド、第５サブバンド）に予め設定された探索範囲が、それぞれのサブバンド毎に異なる場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、全てのサブバンドまたは一部のサブバンド群に対して共通の探索範囲を設定してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態においては、各サブバンドＳＢ_ｐ（ｐ＝０，…，Ｐ−１）に最も近似する部分を、第１レイヤ復号スペクトルにおいて探索した後に、ゲイン符号化部２６５にてサブバンド毎に、入力スペクトルとのスペクトルパワの変動量を符号化する場合を例にとって説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、ゲイン符号化部２６５において、探索部２６３で算出される最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’に対応する理想利得を符号化しても良い。この場合には、ゲイン符号化部２６５で符号化するゲインのサブバンド構成は、フィルタリング時のサブバンド構成と同一とした方が好ましい。この構成により、入力スペクトルの高域部により近似する推定スペクトルを生成することができ、復号信号に含まれうる雑音感を減少させることができる。

また、上記各実施の形態では、復号側において常に第２レイヤの復号信号を出力信号とする場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、第１レイヤの復号信号と第２レイヤの復号信号とを切替えて出力信号としても良い。例えば、伝送路において一部の符号化情報が消失したり、符号化情報に伝送誤りが生じたりする場合には、第１レイヤの復号による復号信号しか得られない場合がある。このような場合には、第１レイヤの復号信号を出力信号として出力する。

また、上記各実施の形態では、符号化装置／復号装置としてそれぞれ２つの階層からなるスケーラブル符号化装置／復号装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、符号化装置／復号装置はそれぞれ３階層以上からなるスケーラブル符号化装置／復号装置であっても良い。

また、上記各実施の形態では、各サブバンドに対応する最適ピッチ係数を探索するためにピッチ係数設定部２６４、２７４で設定するピッチ係数の範囲として各サブバンドに対してＳＥＡＲＣＨという共通の範囲を利用する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、サブバンド毎に探索範囲を別途ＳＥＡＲＣＨ_ｐ（ｐ＝０，…，Ｐ−１）としても良い。例えば、高域部の中でも低域に近いサブバンドに対しては探索範囲をより広く設定し、高域部の中でもより高域のサブバンドに対しては探索範囲をより狭く設定することにより、周波数帯域に応じた柔軟なビット割当を実現することができる。

また、上記各実施の形態では、各サブバンドに対応する最適ピッチ係数を探索するためにピッチ係数設定部２６４、２７４、２９４、４０４、４１４で設定するピッチ係数の範囲が、各サブバンドに対してＳＥＡＲＣＨという共通の範囲を利用し、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置の周辺（±ＳＥＡＲＣＨの範囲）である構成
について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置に対して、非対称的な範囲を最適ピッチ係数の探索範囲とする構成についても同様に適用できる。例えば、前サブバンドの最適ピッチ係数に前サブバンド幅を加えた位置からより低域側を広めにし、高域側は狭く探索範囲を設定する方法がある。この構成により、最適ピッチ係数の探索範囲が高域側に偏り過ぎる傾向を軽減でき、復号信号の品質が向上する可能性がある。

また、上記各実施の形態では、幾つかのサブバンドに対しては、隣接する前サブバンドに対する最適ピッチ係数に基づいて最適ピッチ係数を探索する範囲を設定する構成について説明した。上記方法は、最適ピッチ係数について周波数軸上の相関を利用した方法である。しかし、本発明はこれに限らず、最適ピッチ係数について時間軸上の相関を利用した場合についても同様に適用できる。具体的には、同一サブバンドにおいて、時間的に前に処理されたフレーム（例えば過去３フレームなど）に対して探索された最適ピッチ係数に基づいて、その周辺を最適ピッチ係数の探索範囲に設定する。この場合は、４次の線形予測によって求められる位置の周辺を探索する。また上記のように時間軸上の相関と、上記各実施の形態で説明した周波数軸上の相関を併用することも可能である。この場合、あるサブバンドに対して、過去のフレームで探索された最適ピッチ係数と隣接する前サブバンドに対して探索された最適ピッチ係数とに基づき、最適ピッチ係数の探索範囲が設定される。また、時間軸上の相関を利用して最適ピッチ係数の探索範囲を設定する場合には、伝送誤りが伝播するという問題点がある。この問題点に対しては、一定以上連続して時間軸上の相関に基づいて最適ピッチ係数の探索範囲を設定した後、時間軸上の相関に基づかずに最適ピッチ係数の探索範囲を設定するフレームを設けることで対処できる（例えば、４フレーム処理する毎に、時間軸上の相関を利用しないフレームを設定するなど）。

また、本発明に係る符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

また、上記各実施の形態における復号装置は、上記各実施の形態における符号化装置から伝送された符号化情報を用いて処理を行うとしたが、本発明はこれに限定されず、必要なパラメータやデータを含む符号化情報であれば、必ずしも上記各実施の形態における符号化装置からの符号化情報でなくても処理は可能である。

また、信号処理プログラムを、メモリ、ディスク、テープ、ＣＤ、ＤＶＤ等の機械読み取り可能な記録媒体に記録、書き込みをし、動作を行う場合についても、本発明は適用することができ、本実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。

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。

２００８年３月１４日出願の特願２００８−６６２０２、２００８年５月３０日出願の特願２００８−１４３９６３及び２００８年１１月２１日出願の特願２００８−２９８０９１の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明にかかる符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、低域部のスペクトルを用いて帯域拡張を行い高域部のスペクトルを推定する際に、復号信号の品質を向上することができ、例えば、パケット通信システム、移動通信システムなどに適用できる。

本発明に係る符号化に含まれる探索処理の概要を説明するための図 本発明の実施の形態１に係る符号化装置および復号装置を有する通信システムの構成を示すブロック図 図２に示した符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図３に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図４に示したフィルタリング部におけるフィルタリング処理の詳細について説明するための図 図４に示した探索部においてサブバンドＳＢ_ｐに対して最適ピッチ係数Ｔ_ｐ’を探索する処理の手順を示すフロー図 図２に示した復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図７に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１１に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１３に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る符号化装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した第１レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る復号装置の内部の主要な構成を示すブロック図 図１８に示した第１レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１８に示した第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態５に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６に係る第２レイヤ符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６に係る第２レイヤ復号部の内部の主要な構成を示すブロック図

Claims (22)

1. 入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成する第１符号化手段と、
   前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成する復号手段と、
   前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成する第２符号化手段と、
   を具備する符号化装置。
2. 前記第２符号化手段は、
   前記入力信号の前記高域部分をＮ（Ｎは１より大きい整数）個のサブバンドに分割し、前記Ｎ個のサブバンドそれぞれの開始位置と帯域幅とを帯域分割情報として得る分割手段と、
   前記復号信号をフィルタリングして、第１推定信号から第Ｎ推定信号までのＮ個の第ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）推定信号を生成するフィルタリング手段と、
   前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を変化させながら設定する設定手段と、
   前記ピッチ係数のうち、前記第ｎ推定信号と、第ｎサブバンドとの類似度合いを最も大きくするものを第ｎ最適ピッチ係数として探索する探索手段と、
   第１最適ピッチ係数から第Ｎ最適ピッチ係数までのＮ個の最適ピッチ係数と、前記帯域分割情報とを多重化して前記第２符号化情報を得る多重化手段と、
   を具備し、
   前記設定手段は、
   第１サブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を、所定の範囲で変化させながら設定し、第２サブバンド以降の第ｍ（ｍ＝２，３，…，Ｎ）サブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を、第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲、または前記所定の範囲で変化させながら設定する、
   請求項１記載の符号化装置。
3. 前記設定手段は、
   前記第ｍ−１最適ピッチ係数を含む所定幅の範囲を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲として前記ピッチ係数を設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
4. 前記設定手段は、
   前記第ｍ−１最適ピッチ係数に前記第ｍ−１サブバンドの帯域幅を加算したピッチ係数を含む所定幅の範囲を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲として前記ピッチ係数を設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
5. 前記設定手段は、
   前記第２サブバンド以降のすべての第ｍサブバンドそれぞれを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲で変化させながら設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
6. 前記設定手段は、
   前記第２サブバンド以降の第ｍサブバンドのうち、所定数おきの第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を、前記所定の範囲で変化させながら設定し、それ以外の第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲で変化させながら設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
7. 前記設定手段は、
   前記複数のサブバンドのうち、高域のサブバンドほど前記復号信号のより低い帯域を前記所定の範囲として前記ピッチ係数を設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
8. 前記設定手段は、
   前記複数のサブバンドのうち、高域のサブバンドほど前記復号信号のより高い帯域を前記所定の範囲として前記ピッチ係数を設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
9. 前記第ｍサブバンドと第ｍ−１サブバンドとの相関を第ｍ相関として算出し、Ｎ−１個の前記第ｍ相関それぞれが所定レベル以上であるか否かを判定する判定手段、
   をさらに具備し、
   前記設定手段は、
   前記判定手段において前記第ｍ相関が所定レベル以上であると判定された前記第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられる前記ピッチ係数を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲で変化させながら設定し、
   前記判定手段において前記第ｍ相関が所定レベルより低いと判定された前記第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられる前記ピッチ係数を、前記所定の範囲で変化させながら設定する、
   請求項２記載の符号化装置。
10. 前記第ｍサブバンドと前記第ｍ−１サブバンドとの相関を第ｍ相関として算出し、Ｎ−１個の前記第ｍ相関のうち、所定レベル以上となる前記第ｍ相関の数が所定数以上であるか否かを判定する判定手段、
    をさらに具備し、
    前記設定手段は、
    前記判定手段において前記所定レベル以上となる前記第ｍ相関の数が所定数以上であると判定した場合には、前記第２サブバンド以降のすべての前記第ｍサブバンドそれぞれを推定するために前記フィルタリング手段に用いられる前記ピッチ係数を、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲で変化させながら設定し、
    前記判定手段において前記所定レベル以上となる前記第ｍ相関の数が所定数より小さいと判定した場合には、前記第２サブバンド以降のすべての前記第ｍサブバンドそれぞれを推定するために前記フィルタリング手段に用いられる前記ピッチ係数を、前記所定の範囲で変化させながら設定する、
    請求項２記載の符号化装置。
11. 前記判定手段は、
    前記Ｎ個のサブバンドそれぞれのＳＦＭ（SpectralFlatness Measure）を算出し、前記第ｍサブバンドと前記第ｍ−１サブバンドとのＳＦＭの差または比の絶対値の逆数を前記第ｍ相関として算出する、
    請求項９記載の符号化装置。
12. 前記判定手段は、
    前記Ｎ個のサブバンドそれぞれのエネルギを算出し、前記第ｍサブバンドと前記第ｍ−１サブバンドとの前記エネルギの差または比の絶対値の逆数を前記第ｍ相関として算出する、
    請求項９記載の符号化装置。
13. 前記設定手段は、
    前記第ｍ−１最適ピッチ係数の値を予め設定した閾値と比較し、比較結果に応じて、前記第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数を探索する際のエントリ数を増加または減少させる、
    請求項２記載の符号化装置。
14. 前記設定手段は、
    前記第ｍ−１最適ピッチ係数の値を予め設定した閾値と比較し、比較結果に応じて、前記第ｍサブバンドを推定するために前記フィルタリング手段に用いられるピッチ係数の設定方法を切り替える、
    請求項２記載の符号化装置。
15. 前記設定手段は、
    前記所定の範囲で変化させながら設定する方法と、前記第ｍ−１最適ピッチ係数に応じた範囲で変化させながら設定する方法とを切り替える、
    請求項１４記載の符号化装置。
16. 請求項１記載の符号化装置を具備する通信端末装置。
17. 請求項１記載の符号化装置を具備する基地局装置。
18. 符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信する受信手段と、
    前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成する第１復号手段と、
    前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成する第２復号手段と、
    を具備する復号装置。
19. 請求項１８記載の復号装置を具備する通信端末装置。
20. 請求項１８記載の復号装置を具備する基地局装置。
21. 入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して第１符号化情報を生成するステップと、
    前記第１符号化情報を復号して復号信号を生成するステップと、
    前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号または前記復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定することにより第２符号化情報を生成するステップと、
    を具備する符号化方法。
22. 符号化装置において生成された、入力信号の所定周波数以下の低域部分を符号化して得られる第１符号化情報と、前記入力信号の前記所定周波数より高い高域部分を複数のサブバンドに分割し、前記入力信号、または、前記第１符号化情報を復号して得られる第１復号信号から、前記複数のサブバンドのそれぞれを、隣接するサブバンドの推定結果を用いて推定して得られる第２符号化情報と、を受信するステップと、
    前記第１符号化情報を復号して第２復号信号を生成するステップと、
    前記第２符号化情報を用いて得られる、隣接するサブバンドの復号結果を用いて、前記第２復号信号から前記入力信号の高域部分を推定することにより第３復号信号を生成するステップと、
    を具備する復号方法。

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