WO2009093466A1 - 符号化装置、復号装置およびこれらの方法 - Google Patents

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WO2009093466A1
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band
frequency
low
mid
unit
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PCT/JP2009/000262
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Tomofumi Yamanashi
Masahiro Oshikiri
Original Assignee
Panasonic Corporation
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    • G10L19/0204—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using spectral analysis, e.g. transform vocoders or subband vocoders using subband decomposition
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    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/038—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation using band spreading techniques

Definitions

  • the present invention relates to an encoding device, a decoding device, and these methods used in a communication system that encodes and transmits a signal.
  • variable bit rate transmission methods have been developed to improve the line efficiency by handling audio signals that can be transmitted at low bit rates to moving image data that needs to be transmitted at high bit rates in the same framework. Yes.
  • a typical example of this scalable coding technique is to divide an input signal into a low-frequency component and a high-frequency component (and a mid-frequency component) in the frequency domain, and encode and transmit a signal in each band.
  • a method for realizing on-axis scalability is disclosed (for example, see Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4). JP-A-10-97295 JP 2005-114814 A JP 2006-189836 A JP 2006-119301 A
  • Patent Document 2 Patent Document 3, and Patent Document 4
  • an input signal (for example, a signal having a sampling frequency of 32 kHz) is first subjected to band division processing by QMF (Quadrature Mirror Filter) or the like to reduce the frequency.
  • QMF Quadrature Mirror Filter
  • segments into the signal of a high frequency component and the signal of a high frequency component is disclosed.
  • a configuration is disclosed in which an input signal is divided into three signals including a low-frequency component signal and a high-frequency component signal as well as a mid-frequency component signal.
  • G standardized by ITU-T in the encoding unit of the first layer (lowermost layer). Consider the case of using 729.1 encoding.
  • the 729.1 encoding unit applies a low-pass filter to the input signal of the 16 kHz sampling frequency subjected to the QMF analysis in order to obtain a frequency characteristic up to the 7 kHz band, and encodes the signal limited to the 7 kHz band. To do. However, G. For example, even when the input signal includes frequency components up to the 8 kHz band, the 729.1 encoding unit encodes the components up to the 7 kHz band and does not encode the components in the 7 to 8 kHz band. Therefore, G. It is necessary to encode the component in the 7 to 8 kHz band by an encoding unit different from the 729.1 encoding unit.
  • G Of course, a configuration in which a component of 7 to 8 kHz band (a band of 7 kHz or more and lower than 8 kHz) is obtained from a signal of 16 kHz sampling frequency input to the 729.1 encoding unit is also conceivable.
  • G Performing orthogonal transform processing such as Modified Discrete Cosine Transform (MDCT) on the 0 to 8 kHz band signal input to the 729.1 encoding unit to calculate the frequency component of the 7 to 8 kHz band it can.
  • MDCT Modified Discrete Cosine Transform
  • the G.P In addition to the MDCT calculation performed by the 729.1 encoding unit, it is necessary to newly calculate the MDCT coefficient of the component of 0 to 8 kHz, which greatly increases the calculation amount.
  • An object of the present invention is to divide an input signal into a low-frequency component and a high-frequency component by processing such as QMF, and encode each component with a separate encoding unit.
  • an encoding device, a decoding device, and these methods capable of improving the quality of a decoded signal by reconstructing and encoding a band component lost by applying a low-pass filter internally while suppressing the amount of calculation. It is to be.
  • the technique of the present invention is not a simple filtering process in signal processing but a quality improvement technique peculiar to voice / audio signals.
  • the encoding apparatus includes a band dividing unit that performs a band division process on an input signal to obtain a low-middle band component lower than a first frequency and a high-band component equal to or higher than the first frequency, and the low-middle band Low-frequency encoding means for obtaining a low-frequency component information by suppressing the portion of the second frequency component or higher among the frequency components and encoding the low-frequency component; and the suppressed low-mid region Mid-range correction means for correcting a mid-range component of the second frequency or higher among components to obtain a corrected mid-range component, and encoding the corrected mid-range component and the high-frequency component to obtain mid-high range encoded information And a mid-high range encoding means.
  • the decoding apparatus is such that a low-frequency component obtained by suppressing a portion of the second and higher frequencies among lower-middle components lower than the first frequency obtained by dividing the input signal in the encoding device is encoded.
  • Low-band coding information, and the corrected mid-band component obtained by correcting the low-frequency mid-band component of the suppressed low-mid band component and the second frequency or higher and the band division obtained above Receiving means for receiving high-frequency components encoded with a high frequency component of the first frequency or higher; receiving means for decoding the low-frequency encoded information to obtain a decoded low-frequency spectrum; and
  • the high frequency decoding means which decodes the middle high frequency band encoded information using the decoded low frequency spectrum to obtain a decoded high frequency signal and a decoded middle frequency spectrum is adopted.
  • the encoding method includes a step of performing band division processing on an input signal to obtain a low midband component lower than a first frequency and a highband component equal to or higher than the first frequency, and the low midband component A portion of the second frequency or higher is suppressed to obtain a low frequency component, the low frequency component is encoded to obtain low frequency encoded information, and the second of the suppressed low mid frequency components is
  • the method includes a step of obtaining a corrected mid-range component by correcting a mid-range component having a frequency equal to or higher than a frequency, and a step of obtaining the mid-high range encoded information by encoding the corrected mid-range component and the high-frequency component.
  • the low frequency component obtained by suppressing the portion of the low frequency range lower than the first frequency obtained by dividing the input signal in the encoding device from the first frequency is suppressed.
  • Low-band coding information, and the corrected mid-band component obtained by correcting the low-frequency mid-band component of the suppressed low-mid band component and the second frequency or higher and the band division obtained above Receiving middle and high band encoded information in which a high frequency component of a first frequency or higher is encoded, decoding the low band encoded information to obtain a decoded low band spectrum, and the decoded low band spectrum And decoding the mid-high band encoded information to obtain a decoded high-band signal and a decoded mid-band spectrum.
  • the low-frequency component encoding unit By applying a low-pass filter internally, a missing band component can be restored and encoded while suppressing the amount of computation, and the quality of the decoded signal can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a communication system having an encoding device and a decoding device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the block diagram which shows the main structures inside the encoding apparatus shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the low-pass encoding part shown in FIG.
  • the figure which shows the frequency characteristic of the low-pass filter shown in FIG. The figure which shows the frequency characteristic of the low-pass filter shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the mid-high range encoding part shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the band extension encoding part shown in FIG. The figure for demonstrating the detail of the filtering process in the filtering part shown in FIG.
  • the flowchart which shows the procedure of the process which searches the optimal pitch coefficient in the search part shown in FIG. The block diagram which shows the main structures inside the decoding apparatus shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the low-mid-range decoding part shown in FIG. The block diagram which shows the main structures inside the high frequency decoding part shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the low-pass decoding part shown in FIG. The block diagram which shows the main structures inside the encoding apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the main configuration inside the midband coding section shown in FIG.
  • the block diagram which shows the main structures inside the high-pass encoding part shown in FIG. The block diagram which shows the main structures inside the decoding apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • the block diagram which shows the main structures inside the mid-range decoding part shown in FIG. The block diagram which shows the main structures inside the high frequency decoding part shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a communication system having an encoding device and a decoding device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the communication system includes an encoding device 101 and a decoding device 103, and can communicate with each other via a transmission path 102.
  • the encoding apparatus 101 divides an input signal into N samples (N is a natural number), and encodes each frame with N samples as one frame.
  • n indicates that it is the (n + 1) th signal element among the input signals divided by N samples.
  • the signal may be described by omitting the sample “n”.
  • the encoded input information (encoded information) is transmitted to the decoding device 103 via the transmission path 102.
  • the decoding device 103 receives the encoded information transmitted from the encoding device 101 via the transmission path 102, decodes it, and obtains an output signal.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration inside the encoding apparatus 101 shown in FIG.
  • the encoding apparatus 101 includes a band division processing unit 201, a low frequency encoding unit 202, a mid frequency correction unit 203, a mid high frequency encoding unit 204, and a multiplexing unit 205, and each unit performs the following operations. Do.
  • the band division processing unit 201 performs band division processing by QMF or the like on the input signal x whose sampling frequency is SR input , and outputs the low and middle band signal x_lo and the high band signal x_hi whose sampling frequency are both SR input / 2. Generate.
  • SR input is 32 kHz as an example
  • the low band indicates the 0 to 7 kHz band
  • the middle band indicates the 7 to 8 kHz band
  • the high band indicates the 8 to 16 kHz band.
  • the low and middle band signal x_lo indicates a signal in the 0 to 8 kHz band
  • the high band signal x_hi indicates a signal in the 8 to 16 kHz band.
  • the band division processing unit 201 outputs the generated low and middle band signal x_lo to the low band encoding unit 202 and outputs the high band signal x_hi to the middle and high band encoding unit 204.
  • the low band encoding unit 202 suppresses the 7 to 8 kHz portion of the low to mid band signal x_lo in the 0 to 8 kHz band input from the band division processing unit 201, and the 0 to 7 kHz portion is standardized by, for example, ITU-T G. 729.1 and the like are encoded, and the generated low frequency encoding information is output to the multiplexing unit 205. Also, the low frequency encoding unit 202 outputs the frequency component of the mid range (7 to 8 kHz band) calculated in the process of obtaining the low frequency encoding information to the mid range correction unit 203 as the mid range spectrum X_mid.
  • the low frequency encoding unit 202 further decodes the generated low frequency encoding information, and sets the low frequency component of the obtained decoded signal as a decoded low frequency spectrum S_lo (k) (0 ⁇ k ⁇ 7 kHz).
  • the data is output to the area encoding unit 204.
  • the spectrum may be described by omitting the frequency “k”.
  • S_lo (k) (0 ⁇ k ⁇ 7 kHz) may be abbreviated as S_lo. Details of the low frequency encoding unit 202 will be described later.
  • the mid-band correction unit 203 corrects the mid-band spectrum X_mid input from the low-band coding unit 202 in the frequency domain, and outputs the obtained spectrum to the mid-high band coding unit 204 as a corrected mid-band spectrum S_mid. To do. Details of the mid-range correction unit 203 will be described later.
  • the middle and high band encoding unit 204 uses the decoded low band spectrum S_lo input from the low band encoding unit 202 and the corrected middle band spectrum S_mid input from the middle band correction unit 203 and the band division processing unit 201.
  • the high frequency signal x_hi (8 to 16 kHz band) to be encoded is encoded, and the generated middle and high frequency encoded information is output to the multiplexing unit 205. Details of the mid-high band encoding unit 204 will be described later.
  • the multiplexing unit 205 multiplexes the low frequency encoding information input from the low frequency encoding unit 202 and the middle / high frequency encoding information input from the middle / high frequency encoding unit 204, and uses the multiplexed result as encoding information. Output to the transmission line 102.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the main configuration inside the low-frequency encoding unit 202 shown in FIG.
  • the low-frequency encoding unit 202 includes a band division processing unit 301, a high-pass filter 302, a CELP (Code (ExcitedcitLinear Prediction) encoding unit 303, an FEC (Forward Error Correction) encoding unit 304, and addition. 305, low-pass filter 306, TDAC (Time-Domain Aliasing Cancellation) encoding unit 307, TDBWE (Time-Domain BandWidth Extension) encoding unit 308, and multiplexing unit 309. Each unit performs the following operations.
  • the band division processing unit 301 performs band division processing by QMF or the like on the low and middle band signal x_lo input from the band division processing unit 201 in the same manner as the band division processing unit 201, and performs the first low-frequency band of 0 to 4 kHz band. And a second low-frequency signal in the 4 to 8 kHz band are generated.
  • the band division processing unit 301 outputs the generated first low-frequency signal to the high-pass filter 302, and outputs the second low-frequency signal to the low-pass filter 306.
  • the high-pass filter 302 suppresses frequency components of 0.05 kHz or less with respect to the first low-frequency signal input from the band division processing unit 301, obtains a signal mainly composed of frequency components higher than 0.05 kHz, and performs filtering.
  • One low frequency signal is output to CELP encoding section 303 and adding section 305.
  • CELP encoding section 303 performs CELP encoding on the filtered first low-pass signal input from high-pass filter 302, and converts the obtained CELP parameters into FEC encoding section 304, TDAC encoding section 307, and The data is output to the multiplexing unit 309.
  • the CELP encoding unit 303 may output part of the CELP parameter or information obtained in the process of obtaining the CELP parameter to the FEC encoding unit 304 and the TDAC encoding unit 307.
  • the CELP encoding unit 303 performs CELP decoding on the obtained CELP parameter, and outputs the obtained CELP decoded signal to the adding unit 305.
  • the FEC encoding unit 304 uses the CELP parameter input from the CELP encoding unit 303 to calculate an FEC parameter used for erasure frame compensation processing of the decoding apparatus 103, and outputs the FEC parameter to the multiplexing unit 309. .
  • the adder 305 calculates a difference between the filtered first low-pass signal input from the high-pass filter 302 and the CELP decoded signal input from the CELP encoder 303, and the obtained difference signal is converted into a TDAC encoder. To 307.
  • the low-pass filter 306 suppresses a frequency component greater than 7 kHz with respect to the second low-frequency signal input from the band division processing unit 301, obtains a signal mainly composed of a frequency component of 7 kHz or less, and performs the second low-frequency signal after filtering.
  • TDAC Time-Domain BandWidth Extension
  • the TDAC encoding unit 307 performs orthogonal transform such as MDCT on the differential signal input from the adding unit 305 and the filtered second low-frequency signal input from the low-pass filter 306, and the obtained 0 to 8 kHz band Of the frequency domain signal (MDCT coefficient), the 7 to 8 kHz band part is output to the mid-band correction unit 203 as the mid-band spectrum X_mid.
  • the TDAC encoding unit 307 performs orthogonal transform on the difference signal input from the adding unit 305, the auditory weight information that is one of CELP parameters input from the CELP encoding unit 303 is used. After weighting the difference signal, orthogonal transformation is performed to calculate a frequency domain signal.
  • the TDAC encoding unit 307 quantizes the frequency domain signal (MDCT coefficient) obtained by orthogonal transform such as MDCT, and outputs the obtained TDAC parameter to the multiplexing unit 309. Also, the TDAC encoding unit 307 performs decoding on the TDAC parameter, and outputs the 0 to 7 kHz band portion of the obtained decoded signal to the middle to high frequency encoding unit 204 as a decoded low frequency spectrum S_lo.
  • MDCT coefficient frequency domain signal obtained by orthogonal transform such as MDCT
  • the TDBWE encoding unit 308 performs band extension encoding on the time axis for the filtered second low-frequency signal input from the low-pass filter 306, and outputs the obtained TDBWE parameter to the multiplexing unit 309.
  • the multiplexing unit 309 multiplexes the FEC parameter, the CELP parameter, the TDAC parameter, and the TDBWE parameter, and outputs them to the multiplexing unit 205 as low-frequency coding information. Note that these parameters may be multiplexed by the multiplexing unit 205 without providing the multiplexing unit 309.
  • the low-frequency coding section 202 performs coding in the TDAC coding section 307 after the difference signal input from the addition section 305 and the filtered signal input from the low-pass filter 306.
  • a portion of the 7 to 8 kHz band of the MDCT coefficients is output to the mid-band correction unit 203 as a mid-band spectrum X_mid, and a decoded signal obtained by decoding the TDAC parameter Of 0.about.7 kHz band is output to the mid-high band encoding unit 204 as a decoded low band spectrum S_lo. This is different from 729.1 encoding.
  • the transfer function H (z) of the low-pass filter 306 in the low-frequency encoding unit 202 is expressed by, for example, the following formula (1).
  • 4 and 5 are diagrams showing the frequency characteristics of the low-pass filter 306 having the transfer function represented by the equation (1). 4 and 5 show frequency characteristics when the low-pass filter 306 is applied to an input signal in the 0 to 4 kHz band. In the present embodiment, the second low-frequency signal input to the low-pass filter 306 is shown. In this case, the frequency characteristic of the low-pass filter 306 shown in FIGS. 4 and 5 is actually applied to 4 to 8 kHz. 4 and 5, the horizontal axis indicates the frequency f (Hz), and the vertical axis indicates the value of LPF (f) representing the frequency characteristics of the low-pass filter 306. In FIG. 4, the frequency characteristic is expressed using a log scale (dB), and in FIG.
  • the frequency characteristic is expressed using a linear scale.
  • the value of LPF (f) is 0 to 1.
  • the low-pass filter 306 having the frequency characteristics shown in FIGS. 4 and 5 filters the second low-frequency signal (4 to 8 kHz) input from the band division processing unit 301, so that the frequency components in the 7 to 8 kHz band can be obtained.
  • a filtered second low-pass signal composed mainly of frequency components in the 4 to 7 kHz band is obtained.
  • the filtered second low-frequency signal is subjected to MDCT in the TDAC encoding unit 307. Therefore, the mid-band spectrum X_mid input from the TDAC encoding unit 307 to the mid-band correction unit 203 is the result of MDCT with respect to the 7-8 kHz band signal suppressed by the low-pass filter 306.
  • the mid-range correction unit 203 uses the frequency characteristic of the low-pass filter 306 shown in FIG. 5 to correct the mid-range spectrum X_mid input from the low-frequency encoding unit 202 on the frequency axis, thereby correcting the mid-range.
  • a spectrum S_mid is calculated.
  • the mid-range correction unit 203 obtains the value of the LPF (f) of the 3 to 4 kHz band of the low-pass filter 306 shown in FIG.
  • the corrected mid-range spectrum S_mid is calculated by dividing by.
  • the 3 to 4 kHz band of the frequency characteristic LPF (f) of the low-pass filter 306 corresponds to the 7 to 8 kHz band of the low-frequency signal before being input to the band division processing unit 301.
  • the mid-band correction unit 203 multiplies the mid-band spectrum X_mid by the reciprocal of the frequency characteristic of the low-pass filter 306 to obtain the 7-8 kHz band of the second low-band signal restored to the state before the processing of the low-pass filter 306. Obtain the corresponding MDCT coefficients.
  • LPF (f) is the frequency characteristic (value on the vertical axis) of the 3 to 4 kHz portion shown in FIG. 5, and takes a range of 0 to 1.0.
  • N lo is the number of samples of frequency components in the 7 to 8 kHz band.
  • f takes a value from 3000 to 4000 Hz, but since this is applied to the 4 to 8 kHz band of the second low frequency signal, it actually means a frequency of 7000 to 8000 Hz.
  • k takes the value of the frequency index of the mid-band spectrum X_mid (k) corresponding to the value of f of 3000 to 4000 Hz.
  • the value of LPF (4000) for the 8000 Hz component of the signal is applied to the mid-band spectrum X_mid (N lo ⁇ 1).
  • W (f) is a correction coefficient, and an abnormal noise that can be generated when the corrected mid-range spectrum is obtained simply by dividing the mid-range spectrum (7 to 8 kHz band) by LPF (f). It fulfills the function of deterring. Specifically, it has been confirmed by experiments that W (f) is appropriately about 0.95 to 0.97. Hereinafter, the effect of suppressing abnormal noise by W (f) will be described.
  • the frequency characteristic of the low-pass filter 306 takes a value of about 0.95 to 1.00 in the 0 to 1500 Hz band.
  • the value of 0 to 1500 Hz of the frequency characteristics of the low pass filter 306 shown in FIG. 5 is applied to the 4000 to 5500 Hz band of the second low frequency signal.
  • the 4000-5500 Hz band component of the second low-frequency signal is approximately 0.95-0.97 times the signal before the processing of the low-pass filter 306 is applied.
  • the 4000-5500 Hz band of the decoded low-frequency spectrum input from the TDAC encoding unit 307 to the mid-high frequency encoding unit 204 is approximately 0.95 times the second low-frequency signal before the processing of the low-pass filter 306 is applied.
  • MDCT coefficients corresponding to the signals of the spectrum in the 7 to 8 kHz band obtained by multiplying the intermediate spectrum X_mid (k) by the reciprocal of the frequency characteristic of the low-pass filter 306 without multiplying by W (f) in the expression (2) MDCT coefficients corresponding to the second low-frequency signal itself before the processing.
  • the mid-range correction unit 203 outputs the corrected mid-range spectrum S_mid (k) calculated according to the equation (2) to the mid-high range encoding unit 204, it is assumed that W (f) is not multiplied in the equation (2). In this case, the spectrum size balance between the 4000 to 5500 Hz band and the 7 to 8 kHz band of the spectrum input to the middle and high band encoding unit 204 is lost, and abnormal noise is generated.
  • the mid-range correction unit 203 divides the mid-range spectrum X_mid (k) by the frequency characteristic of the low-pass filter 306 and further corrects the correction coefficient in consideration of the value of 0 to 3000 Hz of the low-pass filter 306. Multiply by W (f).
  • W (f) the spectrum in the 4000 to 5500 Hz band can be balanced, and further, the spectrum in the 7 to 8 kHz band can be corrected while suppressing deterioration in sound quality caused by calculation errors.
  • the above processing to suppress noise due to distortion (discontinuity, etc.) in energy balance with adjacent bands is not a simple filtering process in signal processing, but a quality specific to voice and audio signals. It is an improvement technology.
  • a value obtained by multiplying the reciprocal of LPF (f) and W (f) may be obtained in advance, and this value may be stored in the interior. By doing so, the amount of computation can be further reduced.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a main configuration inside the mid-high band encoding unit 204 shown in FIG.
  • the mid-high frequency encoding unit 204 includes an orthogonal transform processing unit 401, a mid-high frequency spectrum calculation unit 402, and a band extension encoding unit 403, and each unit performs the following operations.
  • modified discrete cosine transform (MDCT) or the like is performed to calculate a high frequency spectrum S_hi that is a frequency component of the high frequency signal x_hi.
  • the orthogonal transform processing unit 401 initializes the buffer buf n using “0” as shown in the following equation (3).
  • the orthogonal transform processing unit 401 performs MDCT on the high frequency signal x_hi according to the following equation (4) to obtain the MDCT coefficient S_hi of the high frequency signal as a high frequency spectrum.
  • k represents the index of each sample in one frame.
  • X_hi ′ is a vector obtained by combining the high frequency signal x_hi and the buffer buf n according to the following equation (5).
  • the orthogonal transform processing unit 401 updates the buffer buf n as shown in the following equation (6).
  • the orthogonal transformation processing unit 401 outputs the high-frequency spectrum S_hi (k) to the mid-high frequency spectrum calculation unit 402.
  • the mid-high range spectrum calculation unit 402 uses the high range spectrum S_hi input from the orthogonal transform processing unit 401 and the corrected mid-range spectrum S_mid input from the mid-range correction unit 203, and uses the mid-high range spectrum according to the following equation (7).
  • S_mid_hi is calculated and output to the band extension encoding unit 403.
  • the number of samples of S_mid_hi having components in the 7 to 16 kHz band is N mid_hi .
  • the middle-high band spectrum S_mid_hi is a spectrum obtained by continuously (combining) the corrected middle-band spectrum S_mid and the high-band spectrum S_hi on the frequency axis as shown in the equation (7).
  • the band extension encoding unit 403 uses the decoded low-frequency spectrum S_lo input from the low-frequency encoding unit 202 and the mid-high frequency spectrum S_mid_hi input from the mid-high frequency spectrum calculation unit 402, Mid- and high-band coding information for generating a spectrum is calculated and output to the multiplexing unit 205.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration inside band extension encoding section 403 shown in FIG.
  • the band extension encoding unit 403 includes a filter state setting unit 501, a filtering unit 502, a search unit 503, a pitch coefficient setting unit 504, a gain encoding unit 505, and a multiplexing unit 506. Perform the action.
  • the filter state setting unit 501 sets the decoded low band spectrum S_lo input from the low band encoding unit 202 as a filter state used by the filtering unit 502. That is, in the filtering unit 502, the decoded low-band spectrum S_lo is set as the internal state (filter state) of the filter in the 0 to 7 kHz band of the spectrum S (k) (0 ⁇ k ⁇ 16 kHz) of the entire frequency band (0 to 16 kHz band). Stored.
  • the filtering unit 502 includes a multi-tap pitch filter (the number of taps is greater than 1), and performs decoding based on the filter state set by the filter state setting unit 501 and the pitch coefficient input from the pitch coefficient setting unit 504.
  • the low band spectrum S_lo is filtered to calculate an estimated value S_mid_hi ′ (7 to 16 kHz band) (hereinafter referred to as “estimated middle and high band spectrum”) of the middle and high band spectrum.
  • the filtering unit 502 outputs the estimated middle and high frequency spectrum S_mid_hi ′ to the search unit 503. Details of the filtering process in the filtering unit 502 will be described later.
  • the search unit 503 calculates the similarity between the mid-high range spectrum S_mid_hi (7 to 16 kHz band) input from the mid-high range spectrum calculation unit 402 and the estimated mid-high range spectrum S_mid_hi ′ input from the filtering unit 502.
  • the similarity is calculated by, for example, correlation calculation.
  • the processes of the filtering unit 502, the search unit 503, and the pitch coefficient setting unit 504 constitute a closed loop. In this closed loop, the search unit 503 calculates the similarity corresponding to each pitch coefficient by variously changing the pitch coefficient T input from the pitch coefficient setting unit 504 to the filtering unit 502.
  • the search unit 503 outputs the optimum pitch coefficient T ′ having the maximum similarity to the multiplexing unit 506.
  • the search unit 503 outputs the estimated middle and high frequency spectrum S_mid_hi ′ corresponding to the pitch coefficient T ′ to the gain encoding unit 505. Details of the search process for the optimum pitch coefficient T ′ in the search unit 503 will be described later.
  • the pitch coefficient setting unit 504 sequentially outputs the pitch coefficient T to the filtering unit 502 while gradually changing the pitch coefficient T within a predetermined search range Tmin to Tmax under the control of the search unit 503.
  • the gain encoding unit 505 calculates gain information for the mid-high range spectrum S_mid_hi (k) (7 to 16 kHz band) input from the mid-high range spectrum calculation unit 402. Specifically, the gain encoding unit 505 divides the 7 to 16 kHz band into J subbands, and obtains the spectrum power for each subband of the mid-high band spectrum S_mid_hi (k). In this case, the spectrum power B (j) of the j-th subband is expressed by the following equation (8).
  • Equation (8) BL (j) represents the minimum frequency of the jth subband, and BH (j) represents the maximum frequency of the jth subband.
  • the gain encoding unit 505 calculates the spectrum power B ′ (j) for each subband of the estimated middle-high band spectrum S_mid_hi ′ corresponding to the optimum pitch coefficient T ′ according to the following equation (9).
  • the gain encoding unit 505 calculates a spectrum power fluctuation amount V (j) for each subband of the estimated middle / higher band spectrum S_mid_hi ′ with respect to the middle / higher band spectrum S_mid_hi according to the following equation (10).
  • the gain encoding unit 505 encodes the variation amount V (j) and outputs an index corresponding to the encoded variation amount V q (j) to the multiplexing unit 506.
  • the multiplexing unit 506 uses the optimum pitch coefficient T ′ input from the search unit 503 and the index of the fluctuation amount V q (j) after encoding input from the gain encoding unit 505 as high-frequency encoding information. Multiplexed and output to the multiplexing unit 205. Note that T ′ and the index of V q (j) may be directly input to the multiplexing unit 205 and multiplexed with the low frequency encoded information by the multiplexing unit 205.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the details of the filtering process in the filtering unit 502 shown in FIG.
  • Filtering section 502 uses the pitch coefficient T input from pitch coefficient setting section 504 to generate a spectrum in the 7 to 16 kHz band.
  • the transfer function of the filtering unit 502 is expressed by the following equation (11).
  • T represents a pitch coefficient given from the pitch coefficient setting unit 504, and ⁇ i represents a filter coefficient stored in advance.
  • values such as ( ⁇ ⁇ 1 , ⁇ 0 , ⁇ 1 ) (0.2, 0.6, 0.2), (0.3, 0.4, 0.3) are also appropriate.
  • M 1.
  • M is an index related to the number of taps.
  • the decoded low band spectrum S_lo is stored as an internal state (filter state) of the filter.
  • the estimated mid-high band spectrum S_mid_hi ′ is stored by the filtering process of the following procedure. That is, a spectrum S (k ⁇ T) having a frequency lower than this k by T is basically substituted for S_mid_hi ′. However, in order to increase the smoothness of the spectrum, actually, a spectrum ⁇ i .multidot. ⁇ Obtained by multiplying a spectrum S (k ⁇ T + i) in the vicinity away from the spectrum S (k ⁇ T) by a predetermined filter coefficient ⁇ i. A spectrum obtained by adding S (k ⁇ T + i) for all i is substituted into S_mid_hi ′ (k). This process is represented by the following formula (12).
  • the above filtering processing is performed by clearing S (k) to zero each time in the 7 to 16 kHz band range every time the pitch coefficient T is given from the pitch coefficient setting unit 504. That is, every time the pitch coefficient T changes, S (k) is calculated and output to the search unit 503.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of processing for searching for the optimum pitch coefficient T ′ in the search unit 503 shown in FIG. 7.
  • search section 503 initializes minimum similarity D min , which is a variable for storing the minimum value of similarity, to “+ ⁇ ” (ST2010).
  • search section 503 calculates similarity D between middle-high band spectrum S_mid_hi and estimated middle-high band spectrum S_mid_hi ′ at a certain pitch coefficient according to the following equation (13) (ST2020).
  • M ′ represents the number of samples when the similarity D is calculated, and may be an arbitrary value that is equal to or less than the sample length N mid_hi of the mid-high range portion.
  • the estimated middle high frequency spectrum S_mid_hi ′ generated by the filtering unit 502 is a spectrum obtained by filtering the decoded low frequency spectrum S_lo. Therefore, the similarity between the mid-high range spectrum S_mid_hi calculated by the search unit 503 and the estimated mid-high range spectrum S_mid_hi ′ can also represent the similarity between the mid-high range spectrum S_mid_hi and the decoded low-frequency spectrum S_lo.
  • search section 503 determines whether or not calculated similarity D is smaller than minimum similarity D min (ST2030).
  • search section 503 substitutes similarity D into minimum similarity Dmin (ST2040).
  • search section 503 determines whether or not the search range has ended. That is, search section 503 determines whether or not similarity D has been calculated for each of all pitch coefficients within the search range according to the above equation (13) in ST2020 (ST2050).
  • search section 503 If the search range has not ended (ST2050: “NO”), search section 503 returns the process to ST2020 again. Then, search section 503 calculates similarity according to equation (13) for a pitch coefficient different from the case where similarity was calculated according to equation (13) in the procedure of ST2020 last time. On the other hand, when the search range is completed (ST2050: “YES”), search section 503 outputs pitch coefficient T corresponding to minimum similarity D min to multiplexing section 506 as optimum pitch coefficient T ′, and optimizes it. The estimated middle and high frequency spectrum S_mid_hi ′ (k) corresponding to pitch coefficient T ′ is output to gain coding section 505 (ST2060).
  • FIG. 10 is a block diagram showing a main configuration inside the decoding apparatus 103 shown in FIG.
  • the decoding apparatus 103 includes a separation unit 601, a low-middle band decoding unit 602, a high-band decoding unit 603, and a band synthesis processing unit 604, and each unit performs the following operations.
  • the separation unit 601 separates the encoded information transmitted from the encoding apparatus 101 via the transmission path 102 into low-frequency encoded information and mid-high frequency encoded information, and the low-frequency encoded information is subjected to low-middle decoding. Output to the unit 602, and output the middle and high band encoded information to the high band decoding unit 603.
  • the low and middle band decoding unit 602 decodes the low band encoded information input from the separation unit 601 and outputs the obtained decoded low band spectrum to the high band decoding unit 603.
  • the low midband decoding unit 602 generates a decoded low midband signal from the decoded lowband spectrum and the decoded midband spectrum input from the highband decoding unit 603 and outputs the decoded low midband signal to the band synthesis processing unit 604.
  • the details of the low-middle band decoding unit 602 will be described later.
  • the high frequency decoding unit 603 generates a decoded high frequency signal from the middle and high frequency encoding information input from the separation unit 601 and the decoded low frequency spectrum input from the low and middle frequency decoding unit 602, and generates a band synthesis processing unit 604. Output to. Also, the high frequency decoding unit 603 outputs the decoded mid frequency spectrum calculated when generating the decoded high frequency signal to the low mid frequency decoding unit 602. Details of the high frequency decoding unit 603 will be described later.
  • the band synthesis processing unit 604 receives the decoded low-middle band signal input from the low-middle band decoding unit 602 and the decoded high-band signal from the high band decoding unit 603.
  • the band synthesis processing unit 604 performs a process reverse to that of the band division processing unit 201, thereby obtaining a decoded low-middle band signal (0 to 8 kHz band) having a sampling frequency of 16 kHz input from the low-middle band decoding unit 602. Then, an output signal having a sampling frequency of 32 kHz (0 to 16 kHz band) is generated and output from the decoded high frequency signal (8 to 16 kHz band) input from the high frequency decoding unit 603.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a main configuration inside the low-middle band decoding unit 602 illustrated in FIG.
  • the configuration of the low-middle band decoding unit 602 shown in FIG. 11 is a configuration in the case where no frame error occurs, and the components for the frame error compensation process are not shown and description thereof is omitted.
  • the present invention can also be applied when a frame error occurs.
  • the low midband decoding unit 602 includes a separation unit 701, a CELP decoding unit 702, a TDAC decoding unit 703, a TDBWE decoding unit 704, a pre / post echo reduction unit 705, an addition unit 706, an adaptive post processing unit 707, a low pass filter 708, / Post-echo reduction unit 709, high-pass filter 710, and band synthesis processing unit 711 are provided, and each unit performs the following operations.
  • the demultiplexing unit 701 demultiplexes the low frequency encoding information input from the demultiplexing unit 601 into CELP parameters, TDAC parameters, and TDBWE parameters, outputs the CELP parameters to the CELP decoding unit 702, and outputs the TDAC parameters to the TDAC decoding unit 703.
  • the TDBWE parameter is output to the TDBWE decoding unit 704. Note that these parameters may be separated together in the separation unit 601 without providing the separation unit 701.
  • CELP decoding section 702 performs CELP decoding on the CELP parameters input from demultiplexing section 701, and uses the obtained decoded signal as a decoded first low-frequency signal as TDAC decoding section 703, adding section 706, and pre / post The result is output to the echo reduction unit 705.
  • the CELP decoding unit 702 may output, to the TDAC decoding unit 703, other information obtained in the decoding process of generating the decoded first low frequency signal from the CELP parameter in addition to the decoded first low frequency signal.
  • the TDAC decoding unit 703 is a TDAC parameter input from the separation unit 701, a decoded first low frequency signal input from the CELP decoding unit 702, or other information obtained when generating a decoded first low frequency signal, TDBWE decoding Using the decoded TDBWE signal input from unit 704 and the decoded midband spectrum of 7 to 8 kHz band input from highband decoding section 603, a decoded lowband spectrum is calculated and output to highband decoding section 603. Further, the TDAC decoding unit 703 calculates a decoded low-mid band spectrum of 0 to 8 kHz band using the decoded mid-band spectrum input from the high band decoding unit 603.
  • the TDAC decoding unit 703 performs orthogonal transform processing such as MDCT on each of the 0 to 4 kHz band and the 4 to 8 kHz band of the calculated decoded low and middle band spectrum, and the decoded first TDAC signal (0 to 4 kHz band) And the decoded second TDAC signal (4 to 8 kHz band) is calculated.
  • the TDAC decoding unit 703 outputs the calculated decoded first TDAC signal to the pre / post echo reduction unit 705, and outputs the decoded second TDAC signal to the pre / post echo reduction unit 709.
  • the TDBWE decoding unit 704 decodes the TDBWE parameter input from the separation unit 701, and outputs the obtained decoded signal as a decoded TDBWE signal to the TDAC decoding unit 703 and the pre / post-echo reduction unit 709.
  • the pre / post-echo reduction unit 705 performs a process of reducing pre / post-echo on the decoded CELP signal input from the CELP decoding unit 702 and the decoded first TDAC signal input from the TDAC decoding unit 703 to delete the echo.
  • the later signal is output to the adder 706.
  • the addition unit 706 adds the decoded CELP signal input from the CELP decoding unit 702 and the signal after echo cancellation input from the pre / post-echo reduction unit 705, and adds the obtained addition signal to the adaptive post processing unit 707. Output.
  • the adaptive post-processing unit 707 adaptively performs post-processing on the addition signal input from the addition unit 706 and outputs the obtained decoded first low-frequency signal (0 to 4 kHz band) to the low-pass filter 708.
  • the low-pass filter 708 suppresses frequency components larger than 4 kHz with respect to the decoded first low-frequency signal input from the adaptive post processing unit 707, obtains a signal mainly composed of frequency components of 4 kHz or less, and performs post-filter decoding first low-frequency signal.
  • the band signal is output to the band synthesis processing unit 711 as a band signal.
  • the pre / post-echo reduction unit 709 performs processing to reduce pre / post-echo on the decoded second TDAC signal input from the TDAC decoding unit 703 and the decoded TDBWE signal input from the TDBWE decoding unit 704, and performs echo cancellation
  • the later signal is output to the high-pass filter 710 as a decoded second low-frequency signal (4 to 8 kHz band).
  • the high-pass filter 710 suppresses frequency components of 4 kHz or less with respect to the decoded second low-frequency signal input from the pre / post-echo reduction unit 709, obtains a signal mainly composed of frequency components higher than 4 kHz, and performs decoding after filtering. 2 is output to the band synthesis processing unit 711 as a low frequency signal.
  • the band synthesis processing unit 711 receives the filtered decoded first low-frequency signal from the low-pass filter 708, and receives the filtered decoded second low-frequency signal from the high-pass filter 710.
  • the band synthesis processing unit 711 performs a process reverse to that of the band division processing unit 301, so that a filtered decoded first low-frequency signal (0 to 4 kHz band) having a sampling frequency of 8 kHz and a filtered decoded second low-frequency band. From the signal (4 to 8 kHz band), a decoded low and middle band signal having a sampling frequency of 16 kHz (0 to 8 kHz band) is generated and output to the band synthesis processing unit 604.
  • band synthesis processing unit 604 may collectively perform the band synthesis processing without providing the band synthesis processing unit 711.
  • Decoding in the low-middle band decoding unit 602 according to the present embodiment shown in FIG. 11 is performed when the TDAC decoding unit 703 calculates a decoded low-band spectrum of 0 to 7 kHz band from the TDAC parameter.
  • the G.D. is obtained by orthogonally transforming the decoded low-mid spectrum and calculating the TDAC decoded signal. This is different from the decoding in the 729.1 system.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the main configuration inside high frequency decoding section 603 shown in FIG.
  • a high frequency decoding unit 603 includes a separation unit 801, a filter state setting unit 802, a filtering unit 803, a gain decoding unit 804, a spectrum adjustment unit 805, and an orthogonal transformation processing unit 806, and each unit performs the following operations. .
  • the separation unit 801 converts the mid-high band encoded information input from the separation unit 601 into an optimum pitch coefficient T ′ that is information related to filtering, an index of the encoded variation amount V q (j) that is information related to gain,
  • the optimal pitch coefficient T ′ is output to the filtering unit 803, and the index of the encoded variation amount V q (j) is output to the gain decoding unit 804. Note that when the separation unit 601 has already separated T ′ and the index of V q (j), the separation unit 801 may not be disposed.
  • the filter state setting unit 802 sets the decoded low band spectrum S_lo (k) (0 to 7 kHz band) input from the low and middle band decoding unit 602 as the filter state used by the filtering unit 803.
  • S (k) the spectrum of the entire frequency band (0 to 16 kHz band) in the filtering unit 803
  • S (k) the spectrum of the entire frequency band (0 to 16 kHz band) in the filtering unit 803
  • S (k) the decoded low band spectrum S_lo (k) is included in the 0 to 7 kHz band of S (k).
  • the configuration and operation of the filter state setting unit 802 are the same as those of the filter state setting unit 501 shown in FIG.
  • the filtering unit 803 includes a multi-tap pitch filter (the number of taps is greater than 1).
  • the filtering unit 803 calculates the decoded low-frequency spectrum S_lo based on the filter state set by the filter state setting unit 802, the pitch coefficient T ′ input from the separation unit 801, and the filter coefficient stored therein in advance. Filtering is performed to calculate an estimated middle / higher band spectrum S_mid_hi ′ of the middle / higher band spectrum S_mid_hi shown in Expression (12) above.
  • the filtering unit 803 also uses the transfer function shown in the above equation (11).
  • the gain decoding unit 804 decodes the index of the encoded variation amount V q (j) input from the separation unit 801, and obtains the variation amount V q (j) that is the quantized value of the variation amount V (j). Ask.
  • the spectrum adjustment unit 805 multiplies the estimated middle / high band spectrum S_mid_hi ′ input from the filtering unit 803 by the variation amount V q (j) for each subband input from the gain decoding unit 804 according to the following equation (14). . Thereby, the spectrum adjustment unit 805 adjusts the spectrum shape in the 7 to 8 kHz band of the estimated middle high frequency spectrum S_mid_hi ′, and generates the decoded middle high frequency spectrum S_mid_hi2 (k).
  • the spectrum adjustment unit 805 uses the decoded low-frequency spectrum S_lo (k) as the low-frequency part (0 to 7 kHz), and uses the decoded middle-high frequency spectrum S_mid_hi2 (k) as the middle-high frequency part (7 to 16 kHz), The decoded spectrum S2 (k) is configured.
  • the spectrum adjustment unit 805 outputs only the spectrum of the middle band (7 to 8 kHz band) of the decoded spectrum S2 (k) to the low middle band decoding unit 602 as the decoded middle band spectrum S_mid2 (k), and the decoded spectrum S2 Only the spectrum of the high frequency band (8 to 16 kHz band) of (k) is output to the orthogonal transform processing unit 806 as the decoded high frequency spectrum S_hi2 (k).
  • the orthogonal transformation processing unit 806 performs orthogonal transformation processing such as modified discrete cosine inverse transformation (IMDCT) on the decoded high-frequency spectrum S_hi2 input from the spectrum adjustment unit 805, and converts the signal in the time domain. Generate and output as a decoded high frequency signal.
  • processing such as appropriate windowing and overlay addition is performed as necessary to avoid discontinuities between frames.
  • the orthogonal transform processing unit 806 has a buffer buf ′ (k) inside, and initializes the buffer buf ′ (k) as shown in the following equation (15).
  • the orthogonal transform processing unit 806 obtains and outputs a decoded high frequency signal y ′′ according to the following equation (16) using the decoded high frequency spectrum S_hi2 input from the spectrum adjusting unit 805.
  • Z (k) is a vector obtained by combining the decoded high frequency spectrum S_hi2 (k) and the buffer buf ′ (k) as shown in the following equation (17).
  • the orthogonal transform processing unit 806 updates the buffer buf ′ (k) according to the following equation (18).
  • the midband correction unit 203 By applying a characteristic opposite to the filter characteristic of the low-pass filter 306 or a characteristic approximate to the reverse characteristic to the frequency component in the middle band suppressed by the processing of the low-pass filter 306 in the conversion unit 202, the low-pass filter 306 is changed. Restore the mid-frequency components to a state equivalent to the unapplied state.
  • the mid-high range encoding unit 204 calculates a band extension parameter for generating a mid-high range frequency component from the low range using the restored mid-frequency component.
  • decoding apparatus 103 calculates a decoded middle and high band spectrum from the decoded low band spectrum obtained by low and middle band decoding section 602 and the band extension parameter transmitted from coding apparatus 101.
  • the low-middle band decoding unit 602 uses the decoded middle-band spectrum input from the high-band decoding unit 603 and the low-band coding information input from the separation unit 601 to perform decoding low-frequency band components having a low-middle frequency component. Calculate mid-range signal.
  • the band synthesis processing unit 604 performs band synthesis processing on the decoded high-frequency signal calculated from the decoded high-frequency spectrum in the high-frequency decoding unit 603 and the decoded low-midband signal, thereby performing the low-frequency encoding unit 202. It is possible to obtain an output signal (decoded signal) including a frequency component in the middle band that is missing by the low-pass filter 306.
  • the encoding device band-divides the input signal into a low-frequency component and a high-frequency component by QMF or the like, and encodes each component with a separate encoding unit.
  • the low-pass filter is applied in the low-frequency encoding process so that the missing band component is restored and encoded. For this reason, it is possible to improve the quality of the decoded signal while suppressing the amount of calculation required for the restoration.
  • the mid-range correction processing has a substantial effect on the encoding performance of the encoding method used in the low-frequency encoding unit (the G.729.1 encoding in this embodiment). Since it is not given, it is possible to guarantee the encoding performance of the low frequency encoding.
  • CELP type G.729.1, etc.
  • speech encoding / decoding is performed in low band encoding section 202 and low midband decoding section 602
  • the low frequency encoding unit 202 and the low mid frequency decoding unit 602 may encode / decode the low frequency signal by a voice / musical sound encoding method other than the CELP type.
  • the mid-range correction unit 203 It may be calculated and used whenever the characteristics of the low-pass filter 306 change.
  • the reciprocal of the low-pass filter 306 characteristics is stored internally as a table, and the amount of calculation is reduced by multiplying the mid-range spectrum by the coefficient in the table. Is possible.
  • QMF is described as an example of the band division method in the band division processing unit 201.
  • the present invention is not limited to this, and a band division method other than QMF is used for the band division processing unit 201. It may be used.
  • the filter characteristic calculation method of the low-pass filter 306 is not particularly limited, but the filter characteristic is calculated using a method similar to the orthogonal transform method used in the TDAC encoding unit 307. Is desirable. Therefore, in the configuration of the present embodiment, it is preferable to calculate the filter characteristics of the low-pass filter 306 using MDCT processing. For example, when the frequency component is calculated by FFT processing in the low-frequency encoding unit 202, it is preferable that the filter characteristics of the low-pass filter 306 are similarly calculated by FFT processing.
  • the band extension encoding unit 403 calculates the middle / higher band coding information
  • the middle band and the higher band are particularly distinguished from the middle / high band spectrum including the corrected middle band spectrum.
  • a configuration in which processing is not performed has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to the case where the correction result is determined for the middle part of the mid-high spectrum and the encoding process is performed according to the determination result.
  • the mid-high range spectrum calculation unit 402 calculates a spectrum flatness measure (SFM) of the corrected mid-range spectrum, compares the calculated SFM value with a predetermined threshold value, and responds to the determination result.
  • SFM spectrum flatness measure
  • a case where correction processing is performed on the corrected mid-range spectrum will be described as an example.
  • the mid-high range spectrum calculation unit 402 first compares the SFM of the corrected mid-range spectrum with a predetermined threshold.
  • the mid-high range spectrum calculation unit 402 performs the spectrum analysis by the multi-tap filter on the corrected mid-range spectrum. Smoothing (blunting) is performed, a mid-high band spectrum is calculated using the obtained corrected mid-band spectrum, and this is output to the band extension coding unit 403.
  • the band extension encoding unit 403 uses the modified middle / higher band spectrum input from the middle / higher band spectrum calculation unit 402 to calculate the middle / high band coding information by the method described above.
  • the quality of the decoded signal can be improved by performing the smoothing process.
  • the correction processing of the corrected mid-range spectrum in the mid-high range spectrum calculation unit 402 in addition to the above-described smoothing processing, a method of attenuating the corrected mid-range spectrum for each subband, or the correction mid-range spectrum is stored in advance.
  • the method of replacing with the noise spectrum stored in the above, or the method of linearly predicting the corrected mid-range spectrum from the low-frequency spectrum and the high-frequency spectrum can be similarly applied.
  • the decoded lowband spectrum needs to be input from the lowband encoding unit 202 to the mid / highband spectrum calculation unit 402. There is.
  • the SFM of the corrected mid-range spectrum determines whether or not to perform the correction processing as described above on the corrected mid-range spectrum.
  • use the temporal energy fluctuation of the corrected mid-range spectrum can do.
  • the energy of the corrected mid-range spectrum is calculated for each frame, and when the amount of variation from the energy of the past frame is equal to or greater than a predetermined threshold, the correction as described above is performed on the corrected mid-range spectrum. Processing (smoothing processing) is performed. With such a configuration, it is possible to provide a decoded signal having a good quality even in the case where the temporal energy fluctuation of the corrected mid-range spectrum is very large, thereby causing abnormal noise in the decoded signal. it can.
  • the search unit 503 can be realized by calculating the similarity according to the equation (19) instead of the equation (13).
  • W (k) is a coefficient for calculating the similarity.
  • a predetermined value of 1.0 or less is taken, and when the value of k belongs to the high part, it takes a value of 1.0.
  • the above-described configurations of the band extension encoding unit 403, the mid-high frequency spectrum calculation unit 402, and the low frequency encoding unit 202 can be used in combination with each other.
  • a scalable encoding / decoding method in the case where the number of layers, ie, a low-frequency encoding unit (low-middle decoding unit) and a middle-high frequency encoding unit (high-frequency decoding unit) is 2, is taken as an example.
  • the present invention is not limited to this, and can be similarly applied to a scalable encoding / decoding method having three or more layers.
  • the quality of the decoded signal of the layer (L + 1) can be further improved by performing control so that the error spectrum in the mid-band portion is preferentially encoded.
  • the communication system (not shown) according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the communication system shown in FIG. 1, and only the communication apparatus shown in FIG. This is different from the decoding apparatus 103 of FIG.
  • the decoding apparatus of the communication system according to the present embodiment will be described with reference numeral “113”.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a main configuration inside decoding apparatus 113 according to the present embodiment.
  • the decoding apparatus 113 according to the present embodiment has basically the same configuration as the decoding apparatus 103 shown in FIG. 10, and basically performs the same operation.
  • the decoding device 113 is different from the decoding device 103 in that it further includes an adding unit 904 and a midband decoding unit 903.
  • the low frequency decoding unit 901, the high frequency decoding unit 902, and the band synthesis processing unit 905 of the decoding device 113 are the same as the low and middle frequency decoding unit 602, the high frequency decoding unit 603, and the band synthesis processing unit 604 of the decoding device 103. Only part of the operation is different.
  • the low-band decoding unit 901 does not receive the decoded middle band spectrum from the high-band decoding unit 902, and receives the low-band coding information input from the separation unit 601. Decode to generate a decoded low band spectrum and a decoded low band signal. Also, the low frequency decoding unit 901 outputs the decoded low frequency spectrum to the high frequency decoding unit 902 and outputs the decoded low frequency signal to the adding unit 904. Details of the low frequency decoding unit 901 will be described later.
  • the high frequency decoding unit 902 generates a decoded high frequency signal from the middle and high frequency encoding information input from the separation unit 601 and the decoded low frequency spectrum input from the low frequency decoding unit 901, and sends the decoded high frequency signal to the band synthesis processing unit 905. Output. Also, unlike the high frequency decoding unit 603 illustrated in FIG. 10, the high frequency decoding unit 902 does not output the decoded middle frequency spectrum calculated when generating the decoded high frequency signal to the low frequency decoding unit 901. The data is output to the area decoding unit 903.
  • the midband decoding unit 903 generates a decoded midband signal by performing orthogonal transform processing such as inverse MDCT on the decoded midband spectrum input from the highband decoding unit 902, and outputs the decoded midband signal to the adding unit 904.
  • orthogonal transform processing such as inverse MDCT
  • the inverse MDCT in the midband decoding unit 903 is basically the same as the inverse MDCT in the orthogonal transform processing unit 806 according to Embodiment 1, and only the processing target is different, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the adder 904 adds the decoded low frequency signal input from the low frequency decoder 901 and the decoded mid frequency signal input from the mid frequency decoder 903, and uses the obtained addition signal as a decoded low mid frequency band.
  • the data is output to the composition processing unit 905.
  • the band synthesis processing unit 905 receives the decoded low-middle band signal from the addition unit 904 and the decoded high-band signal from the high band decoding unit 902.
  • the band synthesis processing unit 905 performs a process reverse to that of the band division processing unit 201, so that a decoded low and middle band signal (0 to 8 kHz band) having a sampling frequency of 16 kHz and a decoded high band signal (8 to 16 kHz band). Then, an output signal with a sampling frequency of 32 kHz (0 to 16 kHz band) is generated and output.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the main configuration inside low-frequency decoding section 901 shown in FIG.
  • the low-frequency decoding unit 901 has basically the same configuration as the low-middle-frequency decoding unit 602 shown in FIG. 11, and basically performs the same operation.
  • the TDAC decoding unit 1003 of the low band decoding unit 901 is different from the TDAC decoding unit 703 of the low mid band decoding unit 602 only in part of the operation.
  • the TDAC decoding unit 1003 does not receive the decoding mid-band spectrum of the 7 to 8 kHz band from the high frequency decoding unit 902, and receives the TDAC parameter input from the separation unit 701.
  • the decoded first low frequency signal input from CELP decoding section 702 or the information calculated when generating the decoded first low frequency signal and the decoded TDBWE signal input from TDBWE decoding section 704 the decoded low frequency spectrum Is calculated and output to the high frequency decoding unit 902.
  • the TDAC decoding unit 1003 separately performs orthogonal transform processing on each of the 0 to 4 kHz band and the 4 to 7 kHz band of the calculated decoded low-frequency spectrum, and performs the decoded first TDAC signal (0 to 4 kHz band) and the decoded second TDAC.
  • the signal (4-7 kHz band) is calculated.
  • the TDAC decoding unit 1003 outputs the decoded first TDAC signal to the pre / post-echo reduction unit 705, and outputs the decoded second TDAC signal to the pre / post-echo reduction unit 709.
  • the band is passed through the pre / post-echo reduction unit 709 and the high-pass filter 710.
  • the signal input to the synthesis processing unit 711 also does not include mid-range components. Accordingly, the signal output from the band synthesis processing unit 711 also does not include a mid-band component, and becomes a decoded low-band signal instead of a decoded low-mid band signal.
  • the decoding in the low frequency decoding unit 901 shown in FIG. 14 is only the point where the calculated decoded low frequency spectrum is output to the high frequency decoding unit 902. Unlike the decoding in the 729.1 system, the decoding in the low and middle band decoding unit 602 shown in FIG. This is less than the difference from the 729.1 decoding method.
  • the input signal is band-divided into a low-frequency component and a high-frequency component by QMF or the like, and each component is encoded by a separate encoding unit, Further, by applying a low-pass filter in the low-frequency encoding process, the missing band components are restored and encoded.
  • the restored band components are decoded by a decoding unit different from the decoding unit that decodes the low frequency components. For this reason, the existing G.P. It is possible to use the lower-frequency component decoding with fewer modifications to the 729.1 decoding method.
  • a communication system (not shown) according to the third embodiment of the present invention is basically the same as the communication system shown in FIG. 1, and only a part of the configuration and operation of the encoding device and decoding device is shown in FIG. 1 is different from the encoding device 101 and the decoding device 103 of the communication system 1.
  • the encoding device and the decoding device of the communication system according to the present embodiment will be denoted by reference numerals “121” and “123”, respectively.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a main configuration inside encoding apparatus 121 according to the present embodiment.
  • the encoding apparatus 121 according to the present embodiment has basically the same configuration as the encoding apparatus 101 shown in FIG. 2, and basically performs the same operation.
  • the encoding device 121 is different from the encoding device 101 in that it further includes a midband encoding unit 1103.
  • the low frequency encoding unit 1101, the mid frequency correction unit 1102, the high frequency encoding unit 1104, and the multiplexing unit 1105 of the encoding device 121 are the low frequency encoding unit 202 and the mid frequency correction unit of the encoding device 101, respectively.
  • only a part of the operation is different from the mid-high band encoding unit 204 and the multiplexing unit 205.
  • the low frequency encoding unit 1101 is different from the low frequency encoding unit 202 shown in FIG. 2 only in that the decoded low frequency spectrum S_lo is not output to the high frequency encoding unit 1104.
  • the low-frequency encoding unit 1101 uses, for example, G.I.T standardized by ITU-T using the low to mid-frequency signal x_lo of 0 to 8 kHz band input from the band division processing unit 201. 729.1 or the like is encoded, and the generated low frequency encoding information is output to the multiplexing unit 1105.
  • the low frequency encoding unit 1101 outputs the frequency component of the mid range (7 to 8 kHz band) calculated in the process of obtaining the low frequency encoding information to the mid range correction unit 1102 as the mid range spectrum X_mid. Details of the low frequency encoding unit 1101 will be described later.
  • the mid-band correction unit 1102 corrects the mid-band spectrum X_mid input from the low-band coding unit 1101 in the frequency domain, and outputs the obtained spectrum to the mid-band coding unit 1103 as a corrected mid-band spectrum S_mid. To do. That is, the mid-band correction unit 1102 only outputs the generated corrected mid-band spectrum S_mid to the mid-band coding unit 1103 instead of the high-band coding unit 1104, as compared to the mid-band correction unit 203 illustrated in FIG. Is different. Note that the mid-band spectrum correction process in the mid-band correction unit 1102 is the same as the process in the mid-band correction unit 203 in FIG.
  • the mid-band coding unit 1103 quantizes the corrected mid-band spectrum S_mid input from the mid-band correction unit 1102 and outputs the obtained mid-band coding information to the multiplexing unit 1105. Details of the mid-band coding unit 1103 will be described later.
  • the high frequency encoding unit 1104 quantizes the high frequency signal of the 8 to 16 kHz band input from the band division processing unit 201 and outputs the obtained high frequency encoding information to the multiplexing unit 1105. Details of the high frequency encoding unit 1104 will be described later.
  • Multiplexer 1105 receives low-band encoded information input from low-band encoder 1101, mid-band encoded information input from mid-band encoder 1103, and high-frequency input from high-band encoder 1104.
  • the area encoded information is multiplexed, and the multiplexed result is output to the transmission line 102 as encoded information.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the main components inside low-frequency encoding section 1101 shown in FIG.
  • the low-frequency encoding unit 1101 shown in FIG. 16 has basically the same configuration as the low-frequency encoding unit 202 shown in FIG. 3, and basically performs the same operation.
  • the TDAC encoding unit 1201 of the low frequency encoding unit 1101 is different from the TDAC encoding unit 307 of the low frequency encoding unit 202 only in part of the operation.
  • the TDAC encoding unit 1201 is different from the TDAC encoding unit 307 shown in FIG. 3 only in that the decoded low frequency spectrum S_lo is not output to the high frequency encoding unit 1104. Specifically, the TDAC encoding unit 1201 performs orthogonal transform such as MDCT on the difference signal input from the addition unit 305 and the second filtered low-frequency signal input from the low-pass filter 306, respectively. Of the frequency domain signal (MDCT coefficient) in the 0 to 8 kHz band, the 7 to 8 kHz band part is output to the middle band correction unit 1102 as the middle band spectrum X_mid. Further, the TDAC encoding unit 1201 quantizes the frequency domain signal (MDCT coefficient) obtained by orthogonal transform such as MDCT, and outputs the obtained TDAC parameter to the multiplexing unit 309.
  • orthogonal transform such as MDCT
  • FIG. 17 is a block diagram showing a main configuration inside midband coding section 1103 shown in FIG.
  • the mid-band coding unit 1103 includes a shape quantization unit 1301, a gain quantization unit 1302, and a multiplexing unit 1303, and each unit performs the following operations.
  • the shape quantization unit 1301 performs shape quantization for each subband on the corrected mid-band spectrum S_mid ′ (k) input from the mid-band correction unit 1102. Specifically, the shape quantization unit 1301 divides the middle band (7 to 8 kHz band) into L_mid subbands, and builds a built-in shape codebook including SQ_mid shape code vectors for each subband. By searching, an index of the shape code vector that maximizes the result of the following equation (20) is obtained.
  • SC i k ′ represents a shape code vector constituting the shape code book
  • i represents an index of the shape code vector
  • k ′ represents an index of an element of the shape code vector.
  • W (j) represents the bandwidth of the subband whose subband index is j.
  • B (j) represents the index of the first sample of the subband whose subband index is j.
  • the shape quantization unit 1301 outputs the index S_max_mid of the shape code vector that maximizes the result of the above equation (20) to the multiplexing unit 1303 as mid-range shape encoded information. Further, the shape quantization unit 1301 calculates an ideal gain value Gain_i_mid (j) according to the following equation (21), and outputs it to the gain quantization unit 1302.
  • the gain quantization unit 1302 quantizes the ideal gain value Gain_i_mid (j) input from the shape quantization unit 1301 according to the following equation (22).
  • gain quantization section 1302 treats the ideal gain value as an L_mid-dimensional vector and performs vector quantization.
  • GC i j represents a gain code vector constituting the gain code book
  • i represents an index of the gain code vector
  • j represents an index of an element of the gain code vector.
  • the gain quantization unit 1302 outputs G_min_mid to the multiplexing unit 1303 as mid-range gain encoding information.
  • the multiplexing unit 1303 multiplexes the midband shape encoded information input from the shape quantizing unit 1301 and the midband gain encoded information input from the gain quantizing unit 1302 and encodes the multiplexed result to the midband Information is output to the multiplexing unit 1105 as information.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the main configuration inside high frequency encoding section 1104 shown in FIG.
  • the high frequency encoding unit 1104 includes an orthogonal transform processing unit 1401, a shape quantization unit 1402, a gain quantization unit 1403, and a multiplexing unit 1404, and each unit performs the following operations.
  • the orthogonal transform processing unit 1401 performs orthogonal transform processing such as MDCT on the high frequency signal (8 to 16 kHz band) input from the band division processing unit 201, and obtains a high frequency spectrum S_hi that is a frequency component of the high frequency signal. Calculate and output to the shape quantization unit 1402. Note that orthogonal transformation processing such as MDCT in the orthogonal transformation processing unit 1401 is the same as orthogonal transformation processing such as MDCT in the orthogonal transformation processing unit 401 according to Embodiment 1, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the shape quantization unit 1402 performs shape quantization for each subband on the high frequency spectrum S_hi input from the orthogonal transform processing unit 1401. Specifically, the shape quantization unit 1402 divides the high frequency band (8 to 16 kHz band) into L_hi subbands, and searches the built-in shape codebook composed of SQ_hi shape code vectors for each subband. Then, the index of the shape code vector that maximizes the result of the following equation (23) is obtained.
  • SC i k ′ represents a shape code vector constituting the shape code book
  • i represents an index of the shape code vector
  • k ′ represents an index of an element of the shape code vector.
  • W (j) represents the bandwidth of the subband whose subband index is j.
  • B (j) represents the index of the first sample of the subband whose subband index is j.
  • the shape quantization unit 1402 outputs the index S_max_hi of the shape code vector that maximizes the result of the above equation (23) to the multiplexing unit 1404 as high-frequency shape encoded information.
  • the shape quantization unit 1402 calculates an ideal gain value Gain_i_hi (j) according to the following equation (24), and outputs it to the gain quantization unit 1403.
  • the gain quantization unit 1403 quantizes the ideal gain value Gain_i_hi (j) input from the shape quantization unit 1402 according to the following equation (25).
  • gain quantization section 1403 treats the ideal gain value as an L-dimensional vector and performs vector quantization.
  • GC i j represents a gain code vector constituting the gain code book
  • i represents an index of the gain code vector
  • j represents an index of an element of the gain code vector.
  • the gain quantization unit 1403 uses a codebook different from that of the gain quantization unit 1302.
  • the gain quantization unit 1403 outputs G_min_hi to the multiplexing unit 1404 as high frequency gain encoding information.
  • the multiplexing unit 1404 multiplexes the high frequency shape encoded information input from the shape quantizing unit 1402 and the high frequency gain encoded information input from the gain quantizing unit 1403, and the multiplexed result is a high frequency code. Is output to the multiplexing unit 1105 as multiplex information.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a main configuration inside decoding apparatus 123 according to the present embodiment.
  • decoding apparatus 123 according to the present embodiment has basically the same configuration as decoding apparatus 113 shown in FIG. 13, and basically performs the same operation.
  • the separating unit 1501, the low-band decoding unit 1502, the mid-band decoding unit 1503, and the high-band decoding unit 1504 of the decoding device 123 are the separation unit 601, the low-band decoding unit 901, the mid-band decoding unit 903, and the high-band decoding unit 903 of the decoding device 113, respectively. It differs from area decoding section 902 only in part of the operation.
  • Separating section 1501 separates encoded information transmitted from encoding apparatus 121 via transmission path 102 into low-band encoded information, mid-band encoded information, and high-band encoded information, and performs low-band encoding. Information is output to low-band decoding section 1502, mid-band encoded information is output to mid-band decoding section 1503, and high-band coding information is output to high-band decoding section 1504.
  • the low frequency decoding unit 1502 is different from the low frequency decoding unit 901 shown in FIG. 13 only in that the decoded low frequency spectrum is not output to the high frequency decoding unit 1504.
  • the low frequency decoding unit 1502 decodes the low frequency encoding information input from the separation unit 1501, and outputs the generated decoded low frequency signal to the adding unit 904.
  • the configuration and operation of low frequency decoding section 1502 are basically the same as the configuration and operation of low frequency decoding section 901 according to Embodiment 2, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the mid-band decoding unit 1503 is different from the mid-band decoding unit 903 illustrated in FIG. 13 in that the decoded mid-band spectrum is not input from the high-band decoding unit 1504.
  • Middle band decoding section 1503 decodes the middle band encoded information input from demultiplexing section 1501 and outputs the obtained decoded middle band signal to addition section 904. Details of the midband decoding unit 1503 will be described later.
  • the high frequency decoding unit 1504 does not receive the decoded low frequency spectrum from the low frequency decoding unit 1502 and does not output the mid frequency decoding spectrum to the mid frequency decoding unit 1503. Is different. Specifically, high frequency decoding section 1504 decodes the high frequency encoded information input from demultiplexing section 1501 and outputs the obtained decoded high frequency signal to band synthesis processing section 905. Details of the high frequency decoding unit 1504 will be described later.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the main components inside the mid-band decoding unit 1503 shown in FIG.
  • the mid-band decoding unit 1503 includes a separation unit 1601, a shape inverse quantization unit 1602, a gain inverse quantization unit 1603, and an orthogonal transform processing unit 1604, and each unit performs the following operations.
  • Separating section 1601 separates the mid-band encoded information input from demultiplexing section 1501 into mid-band shape encoded information S_max_mid and mid-band gain encoded information G_min_mid, and shape dequantizes the mid-band encoded information S_max_mid Output to unit 1602, and outputs mid-range gain encoding information G_min_mid to gain dequantization unit 1603.
  • the shape inverse quantization unit 1602 obtains a shape value by inversely quantizing the mid-band shape encoded information input from the separation unit 1601, and outputs the obtained shape value to the gain inverse quantization unit 1603. .
  • the shape inverse quantization unit 1602 incorporates a shape codebook similar to the shape codebook included in the shape quantization unit 1301 of the encoding device 121, and the midband shape encoding input from the separation unit 1601 A shape code vector having the information S_max_mid as an index is searched.
  • the shape inverse quantization unit 1602 outputs the searched code vector to the gain inverse quantization unit 1603 as a shape value.
  • the gain inverse quantization unit 1603 obtains a gain value by inversely quantizing the mid-band gain encoded information input from the separation unit 1601.
  • the gain dequantization unit 1603 calculates a decoded mid-range spectrum from the obtained gain value and the shape value input from the shape dequantization unit 1602.
  • Gain dequantization section 1603 outputs the calculated decoded midband spectrum to orthogonal transform processing section 1604.
  • gain inverse quantization section 1603 incorporates a gain code book similar to the gain code book included in gain quantization section 1302 of encoding apparatus 121, and using this gain code book, the following equation (26) ), The gain value is inversely quantized. Again, the gain inverse quantization unit 1603 treats the gain value as an L_mid-dimensional vector and performs vector inverse quantization. That is, gain inverse quantization section 1603 directly uses gain code vector GC j G_min_mid corresponding to gain encoded information G_min_mid as a gain value.
  • gain inverse quantization section 1603 uses the gain value obtained by inverse quantization of the current frame and the shape value input from shape inverse quantization section 1602, and decodes MDCT coefficient S_mid 2 according to the following equation (27): '(K) is calculated.
  • k is a value from 0 to N mid_hi ⁇ 1, and is calculated from k ′ and j.
  • the gain inverse quantization unit 1603 outputs the calculated decoded MDCT coefficient S_mid2 ′ (k) to the orthogonal transform processing unit 1604 as a decoded midband spectrum.
  • the orthogonal transform processing unit 1604 generates a time-domain signal by performing orthogonal transform processing such as modified discrete cosine inverse transform on the decoded mid-band spectrum input from the gain dequantization unit 1603, and generates a time-domain signal as a decoded mid-band signal. The result is output to the adding unit 904. Note that the orthogonal transformation processing in the orthogonal transformation processing unit 1604 is the same as the orthogonal transformation processing in the orthogonal transformation processing unit 806 (see FIG. 12) according to Embodiment 1, and thus detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 21 is a block diagram showing the main configuration inside high frequency decoding section 1504 shown in FIG.
  • the high frequency decoding unit 1504 includes a separation unit 1701, a shape inverse quantization unit 1702, a gain inverse quantization unit 1703, and an orthogonal transform processing unit 1704, and each unit performs the following operations.
  • Separating section 1701 separates the high frequency encoded information input from demultiplexing section 1501 into high frequency shape encoded information S_max_hi and high frequency gain encoded information G_min_hi, and shape inverse quantization of high frequency shape encoded information S_max_hi Output to unit 1702, and outputs high-frequency gain encoding information G_min_hi to gain inverse quantization unit 1703.
  • the shape inverse quantization unit 1702 obtains a shape value by inversely quantizing the high frequency shape encoded information S_max_hi input from the separation unit 1701, and outputs the obtained shape value to the gain inverse quantization unit 1703. To do.
  • the gain dequantization unit 1703 obtains a gain value by dequantizing the high-frequency gain encoding information G_min_hi input from the separation unit 1701.
  • Gain dequantization section 1703 calculates a decoded high-frequency spectrum from the obtained gain value and the shape value input from shape dequantization section 1702 and outputs the result to orthogonal transform processing section 1704.
  • the processing such as inverse quantization in the gain inverse quantization unit 1703 is basically the same as the processing such as inverse quantization in the gain inverse quantization unit 1603 (see FIG. 20), and thus detailed description thereof is omitted. .
  • the orthogonal transform processing unit 1704 performs orthogonal transform processing such as modified discrete cosine inverse transform on the decoded high frequency spectrum input from the gain dequantizing unit 1703 to generate a time domain signal, which is used as a decoded high frequency signal.
  • the data is output to the band synthesis processing unit 905.
  • the orthogonal transformation processing in the orthogonal transformation processing unit 1704 is the same as the orthogonal transformation processing in the orthogonal transformation processing unit 806 (see FIG. 12) according to Embodiment 1, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the input signal is band-divided into a low-frequency component and a high-frequency component by QMF or the like, and each component is encoded by a separate encoding unit, Further, by applying a low-pass filter in the low-frequency encoding process, the missing band components are restored and encoded.
  • the low-frequency component, the restored band component, and the high-frequency component are decoded by separate decoding units. For this reason, even when high frequency components are encoded without using low frequency components, low band components are applied in the low frequency encoding process to restore missing band components. And the quality of the decoded signal can be improved.
  • the configuration of multiplexing continuously in two stages is as follows. Instead of providing the preceding multiplexing unit, the subsequent multiplexing unit may multiplex all together.
  • a subsequent separation unit is provided. Instead, they may be separated together in the preceding separation unit.
  • the encoding device, the decoding device, and these methods according to the present invention are not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications.
  • each embodiment can be implemented in combination as appropriate.
  • the decoding device in each of the above embodiments performs processing using the encoded information transmitted from the encoding device in each of the above embodiments
  • the present invention is not limited to this, and necessary parameters As long as the encoded information includes data and data, the processing is not necessarily performed by the encoded information from the encoding device in each of the above embodiments.
  • the encoding device and the decoding device according to the present invention can be mounted on a communication terminal device and a base station device in a mobile communication system, and thereby have a function and effect similar to the above. And a mobile communication system.
  • the present invention can also be applied to a case where a signal processing program is recorded and written on a machine-readable recording medium such as a memory, a disk, a tape, a CD, or a DVD, and the operation is performed. Actions and effects similar to those of the form can be obtained.
  • each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them.
  • the name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and implementation with a dedicated circuit or a general-purpose processor is also possible.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • a reconfigurable / processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
  • the encoding device, the decoding device, and these methods according to the present invention when an input signal is band-divided into a low frequency component and a high frequency component by QMF or the like, and each component is encoded by separate encoding units.
  • the quality of the decoded signal can be improved, and can be applied to, for example, a packet communication system and a mobile communication system.

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Abstract

　入力信号を低域成分と高域成分とに帯域分割し、各成分を別々の符号化部にて符号化する構成において、復号信号の品質を向上することができる符号化装置。符号化装置（１０１）において、帯域分割処理部（２０１）は、入力信号に対して帯域分割処理を行って第１周波数より低い低中域成分と、第１周波数以上の高域成分とを得、低域符号化部（２０２）は、低中域成分のうち第２周波数以上の部分を抑圧して低域成分を得、さらに低域成分を符号化して低域符号化情報を得、中域補正部（２０３）は、抑圧された低中域成分のうち第２周波数以上の中域成分を補正して補正中域成分を得、中高域符号化部（２０４）は、補正中域成分と高域成分とを符号化して中高域符号化情報を得、多重化部（２０５）は、低域符号化情報と中高域符号化情報とを多重化して符号化情報を得る。

Description

符号化装置、復号装置およびこれらの方法
　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。
　近年、通信インフラの発達により、電話回線を通じて単なる音声信号だけではなく大容量の動画像データまで送受信されるようになってきている。この際、低ビットレートでも送信可能な音声信号から、高ビットレートで送る必要がある動画像データまでを同じ枠組みで扱い、回線効率を向上させるために、可変ビットレート伝送方式等が開発されている。
　また、音声信号・楽音信号の符号化において、符号化情報の一部からでも音声信号・楽音信号を復号することが可能であり、パケット損失が発生するような状況においても音質劣化を抑制することができるスケーラブル符号化技術も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
　このスケーラブル符号化技術の代表的なものとしては、入力信号を周波数領域において低域成分と高域成分（と中域成分）とに分割し、各帯域の信号を符号化して伝送することにより周波数軸上でのスケーラビリティを実現する方法が開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３、および特許文献４参照）
特開平１０－９７２９５号公報 特開２００５－１１４８１４号公報 特開２００６－１８９８３６号公報 特開２００６－１１９３０１号公報
　上記特許文献２、特許文献３、および特許文献４では、入力信号（例えば３２ｋＨｚサンプリング周波数の信号とする）に対してまずＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter：直交鏡像フィルタ）等による帯域分割処理を施して低域成分の信号、および高域成分の信号に分割する構成が開示されている。または、入力信号を低域成分の信号と高域成分の信号との他に中域成分の信号も含めて３つの信号に分割する構成も開示されている。以下、第１階層（最下層）の符号化部においてＩＴＵ－Ｔで規格化されているＧ．７２９．１符号化を用いる場合を考慮する。
　Ｇ．７２９．１符号化部では、ＱＭＦ分析された１６ｋＨｚサンプリング周波数の入力信号に対して、７ｋＨｚ帯域までの周波数特性を得るためにローパスフィルタを適用し、７ｋＨｚ帯域までに制限された信号に対して符号化を行う。しかしながら、Ｇ．７２９．１符号化部は、例えば入力される信号が８ｋＨｚ帯域までの周波数成分が含む場合でも、７ｋＨｚ帯域までの成分を符号化し、７～８ｋＨｚ帯域の成分は符号化しない。したがって、Ｇ．７２９．１符号化部とは別の符号化部にて７～８ｋＨｚ帯域の成分を符号化する必要がある。
　そこで、７ｋＨｚ帯域まで制限を行うことによる７～８ｋＨｚ帯域の成分の欠落を避けるために、Ｇ．７２９．１符号化部内部のローパスフィルタを動作させないようにする方法が考えられる。しかし、このような構成にした場合、７ｋＨｚ帯域以下の成分に対してもローパスフィルタを適用させないことが影響してしまい、Ｇ．７２９．１符号化部本来の性能が保証されない。
　また、Ｇ．７２９．１符号化部に入力される１６ｋＨｚサンプリング周波数の信号からは７～８ｋＨｚ帯域（７ｋＨｚ以上であり、かつ８ｋＨｚより低い帯域）の成分を得る構成も当然考えられる。例えばＧ．７２９．１符号化部に入力される０～８ｋＨｚ帯域の信号に対して修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transform）等の直交変換処理を行って７～８ｋＨｚ帯域の周波数成分を計算することできる。しかし、このような構成にした場合、Ｇ．７２９．１符号化部で行われるＭＤＣＴの演算とは別に、新たに０～８ｋＨｚの成分のＭＤＣＴ係数を演算する必要があり、演算量が大きく増加してしまう。
　本発明の目的は、入力信号をＱＭＦ等の処理により低域成分と高域成分とに帯域分割し、各成分を別々の符号化部にて符号化する構成において、低域成分の符号化部内部でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を、演算量を抑えつつ復元して符号化し、復号信号の品質を向上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。なお、本発明の技術は、単なる信号処理における逆フィルタリング処理ではなく、音声・オーディオ信号に対して特有の品質改善技術である。
　本発明の符号化装置は、入力信号に対して帯域分割処理を行って第１周波数より低い低中域成分と、前記第１周波数以上の高域成分とを得る帯域分割手段と、前記低中域成分のうち第２周波数以上の部分を抑圧して低域成分を得、前記低域成分を符号化して低域符号化情報を得る低域符号化手段と、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分を補正して補正中域成分を得る中域補正手段と、前記補正中域成分と前記高域成分とを符号化して中高域符号化情報を得る中高域符号化手段と、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入力信号が帯域分割されて得られた第１周波数より低い低中域成分のうち第２周波数以上の部分が抑圧されて得られた低域成分が符号化された低域符号化情報と、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分が補正されて得られた補正中域成分および前記帯域分割により得られた前記第１周波数以上の高域成分が符号化された中高域符号化情報と、を受信する受信手段と、前記低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルを得る低中域復号手段と、前記復号低域スペクトルを用いて前記中高域符号化情報を復号して復号高域信号と復号中域スペクトルとを得る高域復号手段と、を具備する構成を採る。
　本発明の符号化方法は、入力信号に対して帯域分割処理を行って第１周波数より低い低中域成分と、前記第１周波数以上の高域成分とを得るステップと、前記低中域成分のうち第２周波数以上の部分を抑圧して低域成分を得、前記低域成分を符号化して低域符号化情報を得るステップと、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分を補正して補正中域成分を得るステップと、前記補正中域成分と前記高域成分とを符号化して中高域符号化情報を得るステップと、を有するようにした。
　本発明の復号方法は、符号化装置において入力信号が帯域分割されて得られた第１周波数より低い低中域成分のうち第２周波数以上の部分が抑圧されて得られた低域成分が符号化された低域符号化情報と、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分が補正されて得られた補正中域成分および前記帯域分割により得られた前記第１周波数以上の高域成分が符号化された中高域符号化情報と、を受信するステップと、前記低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルを得るステップと、前記復号低域スペクトルを用いて前記中高域符号化情報を復号して復号高域信号と復号中域スペクトルとを得るステップと、を有するようにした。
　本発明によれば、入力信号をＱＭＦ等の処理により低域成分と高域成分とに帯域分割し、各成分を別々の符号化部にて符号化する構成において、低域成分の符号化部内部でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を、演算量を抑えつつ復元して符号化し、復号信号の品質を向上することができる。
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１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２に示した低域符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図３に示したローパスフィルタの周波数特性を示す図 図３に示したローパスフィルタの周波数特性を示す図 図２に示した中高域符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図６に示した帯域拡張符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図７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７に示した探索部において最適ピッチ係数を探索する処理の手順を示すフロー図 図１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１０に示した低中域復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１０に示した高域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に示した低域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１５に示した低域符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した中域符号化部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１５に示した高域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１９に示した中域復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 図１９に示した高域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。
　（実施の形態１）
　図１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１において、通信システムは、符号化装置１０１と復号装置１０３とを備え、それぞれ伝送路１０２を介して通信可能な状態となっている。
　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ｘｎ（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番目であることを示す。以下、サンプル「ｎ」を省略して信号を記す場合がある。例えば、ｘｎ（ｎ＝０、…、Ｎ－１）をｘと省略して記す場合がある。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に送信される。
　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２は、図１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。
　図２において、符号化装置１０１は、帯域分割処理部２０１、低域符号化部２０２、中域補正部２０３、中高域符号化部２０４、および多重化部２０５を備え、各部は以下の動作を行う。
　帯域分割処理部２０１は、サンプリング周波数がＳＲｉｎｐｕｔである入力信号ｘに対してＱＭＦ等による帯域分割処理を行い、サンプリング周波数がともにＳＲｉｎｐｕｔ／２である低中域信号ｘ＿ｌｏと高域信号ｘ＿ｈｉを生成する。ここでは、ＳＲｉｎｐｕｔが３２ｋＨｚである場合を例にとり、低域とは０～７ｋＨｚ帯域を示し、中域とは７～８ｋＨｚ帯域を示し、高域とは８～１６ｋＨｚ帯域を示すものとする。そして、低中域信号ｘ＿ｌｏは０～８ｋＨｚ帯域の信号を指し、高域信号ｘ＿ｈｉは８～１６ｋＨｚ帯域の信号を指す。帯域分割処理部２０１は、生成した低中域信号ｘ＿ｌｏを低域符号化部２０２に出力し、高域信号ｘ＿ｈｉを中高域符号化部２０４に出力する。
　低域符号化部２０２は、帯域分割処理部２０１から入力される０～８ｋＨｚ帯域の低中域信号ｘ＿ｌｏのうち７～８ｋＨｚの部分を抑圧し、０～７ｋＨｚの部分を例えばＩＴＵ－Ｔで規格化されているＧ．７２９．１等の符号化を行い、生成された低域符号化情報を多重化部２０５に出力する。また、低域符号化部２０２は、低域符号化情報を求める過程で算出した中域（７～８ｋＨｚ帯域）の周波数成分を中域スペクトルＸ＿ｍｉｄとして中域補正部２０３に出力する。また、低域符号化部２０２は、生成した低域符号化情報をさらに復号し、得られる復号信号の低域の周波数成分を復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ（ｋ）（０≦ｋ＜７ｋＨｚ）として中高域符号化部２０４に出力する。以下、周波数「ｋ」を省略してスペクトルを記す場合がある。例えば、Ｓ＿ｌｏ（ｋ）（０≦ｋ＜７ｋＨｚ）をＳ＿ｌｏと省略して記す場合がある。なお、低域符号化部２０２の詳細については後述する。
　中域補正部２０３は、低域符号化部２０２から入力される中域スペクトルＸ＿ｍｉｄに対して周波数領域において補正を行い、得られたスペクトルを補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄとして中高域符号化部２０４に出力する。なお、中域補正部２０３の詳細については後述する。
　中高域符号化部２０４は、低域符号化部２０２から入力される復号低域スペクトルＳ＿ｌｏを用いて、中域補正部２０３から入力される補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄと、帯域分割処理部２０１から入力される高域信号ｘ＿ｈｉ（８～１６ｋＨｚ帯域）とを符号化し、生成される中高域符号化情報を多重化部２０５に出力する。なお、中高域符号化部２０４の詳細については後述する。
　多重化部２０５は、低域符号化部２０２から入力される低域符号化情報、および中高域符号化部２０４から入力される中高域符号化情報を多重化し、多重化結果を符号化情報として伝送路１０２に出力する。
　図３は、図２に示した低域符号化部２０２の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図３において、低域符号化部２０２は、帯域分割処理部３０１、ハイパスフィルタ３０２、ＣＥＬＰ(Code Excited Linear Prediction)符号化部３０３、ＦＥＣ(Forward Error Correction：前方誤り訂正)符号化部３０４、加算部３０５、ローパスフィルタ３０６、ＴＤＡＣ(Time-Domain Aliasing Cancellation：時間領域エイリアス除去)符号化部３０７、ＴＤＢＷＥ(Time-Domain BandWidth Extension：時間領域帯域拡張)符号化部３０８、および多重化部３０９を備え、各部は以下の動作を行う。
　帯域分割処理部３０１は、帯域分割処理部２０１から入力される低中域信号ｘ＿ｌｏに対して、帯域分割処理部２０１と同様にＱＭＦ等による帯域分割処理を行い、０～４ｋＨｚ帯域の第１低域信号と、４～８ｋＨｚ帯域の第２低域信号を生成する。帯域分割処理部３０１は、生成した第１低域信号をハイパスフィルタ３０２に出力し、第２低域信号をローパスフィルタ３０６に出力する。
　ハイパスフィルタ３０２は、帯域分割処理部３０１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３０３、および加算部３０５に出力する。
　ＣＥＬＰ符号化部３０３は、ハイパスフィルタ３０２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３０４、ＴＤＡＣ符号化部３０７、および多重化部３０９に出力する。ここで、ＣＥＬＰ符号化部３０３は、ＦＥＣ符号化部３０４、およびＴＤＡＣ符号化部３０７にＣＥＬＰパラメータの一部、またはＣＥＬＰパラメータを求める過程で得られる情報を出力しても良い。また、ＣＥＬＰ符号化部３０３は、求めたＣＥＬＰパラメータに対してＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られるＣＥＬＰ復号信号を加算部３０５に出力する。
　ＦＥＣ符号化部３０４は、ＣＥＬＰ符号化部３０３から入力されるＣＥＬＰパラメータを用いて、復号装置１０３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、ＦＥＣパラメータを多重化部３０９に出力する。
　加算部３０５には、ハイパスフィルタ３０２から入力されるフィルタ後第１低域信号と、ＣＥＬＰ符号化部３０３から入力されるＣＥＬＰ復号信号との差分を算出し、得られる差分信号をＴＤＡＣ符号化部３０７に出力する。
　ローパスフィルタ３０６は、帯域分割処理部３０１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３０７、およびＴＤＢＷＥ（Time-Domain BandWidth Extension）符号化部３０８に出力する。
　ＴＤＡＣ符号化部３０７は、加算部３０５から入力される差分信号、およびローパスフィルタ３０６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０～８ｋＨｚ帯域の周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）のうち、７～８ｋＨｚ帯域の部分を中域スペクトルＸ＿ｍｉｄとして中域補正部２０３に出力する。また、ＴＤＡＣ符号化部３０７は、加算部３０５から入力される差分信号に対して直交変換を施す際、ＣＥＬＰ符号化部３０３から入力されるＣＥＬＰパラメータの一つである聴覚重み情報を用いて、差分信号に重み付けをした後に直交変換を施し周波数領域信号を算出する。さらに、ＴＤＡＣ符号化部３０７は、ＭＤＣＴ等の直交変換により得られた周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）を量子化し、得られるＴＤＡＣパラメータを多重化部３０９に出力する。また、ＴＤＡＣ符号化部３０７は、ＴＤＡＣパラメータに対して復号を行い、得られる復号信号のうち、０～７ｋＨｚ帯域の部分を復号低域スペクトルＳ＿ｌｏとして中高域符号化部２０４に出力する。
　ＴＤＢＷＥ符号化部３０８は、ローパスフィルタ３０６から入力されるフィルタ後第２低域信号に対して時間軸上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３０９に出力する。
　多重化部３０９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、低域符号化情報として多重化部２０５に出力する。なお、多重化部３０９を設けずに、これらのパラメータを多重化部２０５で多重化しても良い。
　図３に示した、本実施の形態に係る低域符号化部２０２における符号化は、ＴＤＡＣ符号化部３０７において、加算部３０５から入力される差分信号、およびローパスフィルタ３０６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ＭＤＣＴ等の直交変換を施すだけではなく、ＭＤＣＴ係数の７～８ｋＨｚ帯域の部分を中域スペクトルＸ＿ｍｉｄとして中域補正部２０３に出力し、ＴＤＡＣパラメータを復号した復号信号のうち０～７ｋＨｚ帯域の部分を復号低域スペクトルＳ＿ｌｏとして中高域符号化部２０４に出力する点が、Ｇ．７２９．１方式の符号化と相違する。
　次に、中域補正部２０３の処理について説明する。
　中域補正部２０３の処理を説明するために、まず、低域符号化部２０２内のローパスフィルタ３０６のフィルタ特性を説明する。
　低域符号化部２０２内のローパスフィルタ３０６の伝達関数Ｈ（ｚ）は例えば下記の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図４および図５は、式（１）で表される伝達関数を有するローパスフィルタ３０６の周波数特性を示す図である。図４および図５においてはローパスフィルタ３０６を０～４ｋＨｚ帯域の入力信号に対して適用する場合の周波数特性を示しているが、本実施の形態においてローパスフィルタ３０６に入力される第２低域信号の有する帯域は４～８ｋＨｚであるため、この場合、図４および図５に示すローパスフィルタ３０６の周波数特性は実際には４～８ｋＨｚに対して適用される。図４および図５において、横軸は周波数ｆ（Ｈｚ）を示し、縦軸はローパスフィルタ３０６の周波数特性を表すＬＰＦ（ｆ）の値を示す。なお、図４においてはログ（ｌｏｇ）スケール（ｄＢ）を用いて周波数特性を表し、図５においてはリニアスケールを用いて周波数特性を表しており、この場合ＬＰＦ（ｆ）の値は０～１の値をとる。図４および図５に示した周波数特性を有するローパスフィルタ３０６は、帯域分割処理部３０１から入力される第２低域信号（４～８ｋＨｚ）をフィルタリングすることにより、７～８ｋＨｚ帯域の周波数成分が抑圧された、主に４～７ｋＨｚ帯域の周波数成分からなるフィルタ後第２低域信号を得る。次いで、フィルタ後第２低域信号はＴＤＡＣ符号化部３０７においてＭＤＣＴされる。従って、ＴＤＡＣ符号化部３０７から中域補正部２０３に入力される中域スペクトルＸ＿ｍｉｄは、ローパスフィルタ３０６によって抑圧された７～８ｋＨｚ帯域の信号に対してＭＤＣＴした結果である。
　中域補正部２０３は、図５に示すローパスフィルタ３０６の周波数特性を利用して、低域符号化部２０２から入力される中域スペクトルＸ＿ｍｉｄに対して周波数軸での補正を行い、補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄを算出する。具体的には、中域補正部２０３は、下記の式（２）に従って７～８ｋＨｚ帯域の中域スペクトルＸ＿ｍｉｄを、図５に示したローパスフィルタ３０６の３～４ｋＨｚ帯域のＬＰＦ（ｆ）の値で除算することにより、補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄを算出する。ここでローパスフィルタ３０６の周波数特性ＬＰＦ（ｆ）の３～４ｋＨｚの帯域は、帯域分割処理部３０１に入力される前の低域信号の７～８ｋＨｚの帯域に相当する。すなわち、中域補正部２０３は、中域スペクトルＸ＿ｍｉｄにローパスフィルタ３０６の周波数特性の逆数を掛けることにより、ローパスフィルタ３０６の処理前の状態に復元された第２低域信号の７～８ｋＨｚ帯域に対応するＭＤＣＴ係数を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ＬＰＦ（ｆ）は、図５に示した３～４ｋＨｚ部分の周波数特性（縦軸の値）であり、０～１．０の範囲をとる。Ｎｌｏは、７～８ｋＨｚ帯域の周波数成分のサンプル数である。なお、式（２）において、ｆは３０００～４０００Ｈｚまでの値をとるが、これは第２低域信号の４～８ｋＨｚの帯域に適用されるため、実際には７０００～８０００Ｈｚの周波数を意味する。また、式（２）において、ｋは３０００～４０００Ｈｚのｆの値に対応する中域スペクトルＸ＿ｍｉｄ（ｋ）の周波数インデックスの値をとる。つまり、ｆ＝３０００の時、第２低域信号の７０００Ｈｚの成分に対するＬＰＦ（３０００）の値は、中域スペクトルＸ＿ｍｉｄ（０）の値に適用され、ｆ＝４０００の時、すなわち第２低域信号の８０００Ｈｚの成分に対するＬＰＦ（４０００）の値は、中域スペクトルＸ＿ｍｉｄ（Ｎｌｏ－１）に適用される。
　また、式（２）においてＷ（ｆ）は補正係数であり、単純に中域スペクトル（７～８ｋＨｚ帯域）をＬＰＦ（ｆ）で除算して補正中域スペクトルを求める場合に発生し得る異音を抑止する機能を果たす。具体的には、Ｗ（ｆ）は０．９５～０．９７程度の値をとるのが適当であることが実験により確かめられている。以下、Ｗ（ｆ）による異音の抑止効果について説明する。
　ここで、図５中の０～１５００Ｈｚ帯域に着目すると、０～１５００Ｈｚ帯域においてはローパスフィルタ３０６の周波数特性は０．９５～１．００程度の値をとっている。ここで図５に示すローパスフィルタ３０６の周波数特性のうち０～１５００Ｈｚの値が適用されるのは、第２低域信号の４０００～５５００Ｈｚの帯域である。従って、第２低域信号の４０００～５５００Ｈｚ帯域の成分が、ローパスフィルタ３０６の処理を適用する前の信号の約０．９５～０．９７倍となる。すなわち、ＴＤＡＣ符号化部３０７から中高域符号化部２０４に入力される復号低域スペクトルの４０００～５５００Ｈｚ帯域は、ローパスフィルタ３０６の処理を適用する前の第２低域信号の約０．９５倍の信号に対応するＭＤＣＴ係数である。これに対し、式（２）においてＷ（ｆ）を乗じず、中域スペクトルＸ＿ｍｉｄ（ｋ）にローパスフィルタ３０６の周波数特性の逆数を掛けることによって得られる７～８ｋＨｚ帯域のスペクトルは、ローパスフィルタ３０６の処理前の第２低域信号そのものに対応するＭＤＣＴ係数である。中域補正部２０３は、式（２）に従って算出した補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄ（ｋ）を中高域符号化部２０４に出力するため、仮に、式（２）においてＷ（ｆ）を乗じない場合には、中高域符号化部２０４に入力されるスペクトルの４０００～５５００Ｈｚ帯域と７～８ｋＨｚ帯域とはスペクトルの大きさのバランスが崩れてしまい、異音が発生する。
　また、計算機の演算精度は無限ではないため、ＬＰＦ（ｆ）が非常に小さな値であれば、ＬＰＦ（ｆ）の逆数は非常に大きな値になってしまい、丸め誤差等の計算誤差が発生してしまう。
　このような問題を回避するために、中域補正部２０３は、中域スペクトルＸ＿ｍｉｄ（ｋ）をローパスフィルタ３０６の周波数特性で除算し、さらにローパスフィルタ３０６の０～３０００Ｈｚの値を考慮した補正係数Ｗ（ｆ）を乗じる。これにより、４０００～５５００Ｈｚ帯域のスペクトルとのバランスも取れ、さらに計算誤差に起因する音質劣化を抑制しつつ、７～８ｋＨｚ帯域のスペクトルを補正することができる。隣接帯域とのエネルギーバランスの歪み（不連続性など）による異音を抑制するための、上記のような処理は、単なる信号処理における逆フィルタリング処理ではなく、音声・オーディオ信号に対して特有の品質改善技術である。
　ここで、中域補正部２０３は、ローパスフィルタ３０６の周波数特性を表すＬＰＦ（ｆ）（ｆ＝０，…，４０００）、およびＬＰＦ（ｆ）に対応するＷ（ｆ）を内部に予め記憶する。なお、ＬＰＦ（ｆ）の逆数とＷ（ｆ）を乗じた値を予め求めておき、この値を内部に記憶してもよく、このようにすることで更なる演算量の減少が見込まれる。
　図６は、図２に示した中高域符号化部２０４の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図６において、中高域符号化部２０４は、直交変換処理部４０１、中高域スペクトル算出部４０２、および帯域拡張符号化部４０３を備え、各部は以下の動作を行う。
　直交変換処理部４０１は、バッファｂｕｆｎ（ｎ＝０、…、Ｎ－１）を内部に有し、帯域分割処理部２０１から入力される８～１６ｋＨｚ帯域の高域信号ｘ＿ｈｉに対し、直交変換処理として修正離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）等を行って高域信号ｘ＿ｈｉの周波数成分である高域スペクトルＳ＿ｈｉを算出する。
　具体的には、まず、直交変換処理部４０１は、下記の式（３）に示すように「０」を用いてバッファｂｕｆｎを初期化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次いで、直交変換処理部４０１は、高域信号ｘ＿ｈｉに対し、下記の式（４）に従ってＭＤＣＴを行い、高域信号のＭＤＣＴ係数Ｓ＿ｈｉを高域スペクトルとして求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）において、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。なお、ｘ＿ｈｉ’は、下記の式（５）に従って高域信号ｘ＿ｈｉとバッファｂｕｆｎとを結合させたベクトルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次いで、直交変換処理部４０１は、下記の式（６）に示すようにバッファｂｕｆｎを更新する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　そして、直交変換処理部４０１は、高域スペクトルＳ＿ｈｉ（ｋ）を中高域スペクトル算出部４０２に出力する。
　中高域スペクトル算出部４０２は、直交変換処理部４０１から入力される高域スペクトルＳ＿ｈｉ、および中域補正部２０３から入力される補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄを用い、下記の式（７）に従って中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉを算出して帯域拡張符号化部４０３に出力する。ここで、７～１６ｋＨｚ帯域の成分を有するＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉのサンプル数をＮｍｉｄ＿ｈｉとする。つまり中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉは式（７）に示すように、補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄと高域スペクトルＳ＿ｈｉを周波数軸上で連続（結合）させたスペクトルとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　帯域拡張符号化部４０３は、低域符号化部２０２から入力される復号低域スペクトルＳ＿ｌｏと、中高域スペクトル算出部４０２から入力される中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉとを用い、復号低域スペクトルから中高域スペクトルを生成するための中高域符号化情報を算出して多重化部２０５に出力する。
　図７は、図６に示した帯域拡張符号化部４０３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、帯域拡張符号化部４０３は、フィルタ状態設定部５０１、フィルタリング部５０２、探索部５０３、ピッチ係数設定部５０４、ゲイン符号化部５０５、および多重化部５０６を備え、各部は以下の動作を行う。
　フィルタ状態設定部５０１は、低域符号化部２０２から入力される復号低域スペクトルＳ＿ｌｏを、フィルタリング部５０２で用いるフィルタ状態として設定する。すなわち、フィルタリング部５０２における全周波数帯域（０～１６ｋＨｚ帯域）のスペクトルＳ（ｋ）（０≦ｋ＜１６ｋＨｚ）の０～７ｋＨｚ帯域に、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ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５０２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、フィルタ状態設定部５０１により設定されたフィルタ状態と、ピッチ係数設定部５０４から入力されるピッチ係数に基づいて、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏをフィルタリングし、中高域スペクトルの推定値Ｓ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’（７～１６ｋＨｚ帯域）（以下、「推定中高域スペクトル」と称す）を算出する。フィルタリング部５０２は、推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’を探索部５０３に出力する。なお、フィルタリング部５０２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。
　探索部５０３は、中高域スペクトル算出部４０２から入力される中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ（７～１６ｋＨｚ帯域）と、フィルタリング部５０２から入力される推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’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。フィルタリング部５０２、探索部５０３、およびピッチ係数設定部５０４の処理は閉ループを構成する。この閉ループにおいて、探索部５０３は、ピッチ係数設定部５０４からフィルタリング部５０２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５０３は、そのうち類似度が最大となる最適ピッチ係数Ｔ’を多重化部５０６に出力する。また、探索部５０３は、このピッチ係数Ｔ’に対応する推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’をゲイン符号化部５０５に出力する。なお、探索部５０３における最適ピッチ係数Ｔ’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５０４は、探索部５０３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５０２に順次出力する。
　ゲイン符号化部５０５は、中高域スペクトル算出部４０２から入力される中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ(ｋ)（７～１６ｋＨｚ帯域）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５０５は、７～１６ｋＨｚ帯域をＪ個のサブバンドに分割し、中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ(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サブバンドのスペクトルパワＢ(ｊ)は下記の式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（８）において、ＢＬ(ｊ)は第ｊサブバンドの最小周波数、ＢＨ(ｊ)は第ｊサブバンドの最大周波数を表す。
　また、ゲイン符号化部５０５は、同様に、最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’のサブバンド毎のスペクトルパワＢ’(ｊ)を下記の式（９）に従って算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　次いで、ゲイン符号化部５０５は、中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉに対する推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’のサブバンド毎のスペクトルパワの変動量Ｖ(ｊ)を下記の式（１０）に従って算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　そして、ゲイン符号化部５０５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５０６に出力する。
　多重化部５０６は、探索部５０３から入力される最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲイン符号化部５０５から入力される符号化後の変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスとを高域符号化情報として多重化し、多重化部２０５に出力する。なお、Ｔ’とＶｑ（ｊ）のインデックスとを直接、多重化部２０５に入力して、多重化部２０５にて低域符号化情報と多重化しても良い。
　図８は、図７に示したフィルタリング部５０２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である。
　フィルタリング部５０２は、ピッチ係数設定部５０４から入力されるピッチ係数Ｔを用いて７～１６ｋＨｚ帯域のスペクトルを生成する。フィルタリング部５０２の伝達関数は下記の式（１１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１１）において、Ｔはピッチ係数設定部５０４から与えられるピッチ係数、βｉ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、β０、β１）＝（０．１、０．８、０．１）が例として挙げられる。この他に（β－１、β０、β１）＝（０．２、０．６、０．２）、（０．３、０．４、０．３）等の値も適当である。また、式（１１）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５０２における全周波数帯域のスペクトルＳ(ｋ)の０～７ｋＨｚ帯域には、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ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７～１６ｋＨｚ帯域には、以下の手順のフィルタリング処理により、推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’が格納される。すなわち、Ｓ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’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βｉを乗じたスペクトルβｉ・Ｓ(ｋ－Ｔ＋ｉ)を、全てのｉについて加算したスペクトルをＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’(ｋ)に代入する。この処理は下記の式（１２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　上記演算を、周波数の低いｋ＝７ｋＨｚから順に、７～１６ｋＨｚ帯域の範囲で変化させて行うことにより、７～１６ｋＨｚ帯域における推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’(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５０４からピッチ係数Ｔが与えられる度に、７～１６ｋＨｚ帯域の範囲において、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５０３に出力される。
　図９は、図７に示した探索部５０３において最適ピッチ係数Ｔ’を探索する処理の手順を示すフロー図である。
　まず、探索部５０３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Ｄｍｉｎを「＋∞」に初期化する（ＳＴ２０１０）。次いで、探索部５０３は、下記の式（１３）に従い、あるピッチ係数における中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉと、推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’との類似度Ｄを算出する（ＳＴ２０２０）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　式（１３）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、中高域部のサンプル長Ｎｍｉｄ＿ｈｉ以下の任意の値で良い。
　なお、上述したように、フィルタリング部５０２において生成される推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’は、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏをフィルタリングして得られるスペクトルである。従って、探索部５０３において算出される中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉと、推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’との類似度は、中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉと、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏとの類似度を表すこともできる。
　次いで、探索部５０３は算出した類似度Ｄが最小類似度Ｄｍｉｎ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Ｄが最小類似度Ｄｍｉｎより小さい場合（ＳＴ２０３０：「ＹＥＳ」）には、探索部５０３は、類似度Ｄを最小類似度Ｄｍｉｎに代入する（ＳＴ２０４０）。一方、ＳＴ２０２０において算出された類似度Ｄが最小類似度Ｄｍｉｎ以上である場合（ＳＴ２０３０：「ＮＯ」）には、探索部５０３は、探索範囲が終了した否かを判定する。すなわち、探索部５０３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（１３）に従って類似度Ｄを算出したか否かを判定する（ＳＴ２０５０）。探索範囲が終了しなかった場合（ＳＴ２０５０：「ＮＯ」）には、探索部５０３は処理を再びＳＴ２０２０に戻す。そして、探索部５０３は、前回ＳＴ２０２０の手順において式（１３）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（１３）に従って類似度を算出する。一方、探索範囲が終了した場合（ＳＴ２０５０：「ＹＥＳ」）には、探索部５０３は、最小類似度Ｄｍｉｎに対応するピッチ係数Ｔを最適ピッチ係数Ｔ’として多重化部５０６に出力し、最適ピッチ係数Ｔ’に対応する推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’(ｋ)をゲイン符号化部５０５に出力する（ＳＴ２０６０）。
　図１０は、図１に示した復号装置１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　復号装置１０３は、分離部６０１、低中域復号部６０２、高域復号部６０３、および帯域合成処理部６０４を備え、各部は以下の動作を行う。
　分離部６０１は、伝送路１０２を介して符号化装置１０１から伝送される符号化情報を、低域符号化情報と中高域符号化情報とに分離し、低域符号化情報を低中域復号部６０２に出力し、中高域符号化情報を高域復号部６０３に出力する。
　低中域復号部６０２は、分離部６０１から入力される低域符号化情報を復号し、得られる復号低域スペクトルを高域復号部６０３に出力する。また、低中域復号部６０２は、この復号低域スペクトルと、高域復号部６０３から入力される復号中域スペクトルとから復号低中域信号を生成して帯域合成処理部６０４に出力する。なお、低中域復号部６０２の詳細については後述する。
　高域復号部６０３は、分離部６０１から入力される中高域符号化情報と、低中域復号部６０２から入力される復号低域スペクトルとから復号高域信号を生成して帯域合成処理部６０４に出力する。また、高域復号部６０３は、復号高域信号を生成する際に算出される復号中域スペクトルを低中域復号部６０２に出力する。なお、高域復号部６０３の詳細については後述する。
　帯域合成処理部６０４には、低中域復号部６０２から入力される復号低中域信号が入力され、高域復号部６０３から復号高域信号が入力される。帯域合成処理部６０４は、帯域分割処理部２０１とは逆の処理を行うことにより、低中域復号部６０２から入力されるサンプリング周波数が１６ｋＨｚである復号低中域信号（０～８ｋＨｚ帯域）と、高域復号部６０３から入力される復号高域信号（８～１６ｋＨｚ帯域）とから、サンプリング周波数が３２ｋＨｚ（０～１６ｋＨｚ帯域）である出力信号を生成して出力する。
　図１１は、図１０に示した低中域復号部６０２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２の低域符号化部２０２と対応させて、低中域復号部６０２においてＩＴＵ－Ｔで規格化されているＧ．７２９．１等の復号を行う構成を例に挙げて説明する。なお、図１１に示す低中域復号部６０２の構成は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。
　低中域復号部６０２は、分離部７０１、ＣＥＬＰ復号部７０２、ＴＤＡＣ復号部７０３、ＴＤＢＷＥ復号部７０４、プリ／ポストエコー削減部７０５、加算部７０６、適応ポスト処理部７０７、ローパスフィルタ７０８、プリ／ポストエコー削減部７０９、ハイパスフィルタ７１０、および帯域合成処理部７１１を備え、各部は以下の動作を行う。
　分離部７０１は、分離部６０１から入力される低域符号化情報を、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７０２に出力し、ＴＤＡＣパラメータをＴＤＡＣ復号部７０３に出力し、ＴＤＢＷＥパラメータをＴＤＢＷＥ復号部７０４に出力する。なお、分離部７０１を設けずに、分離部６０１においてまとめてこれらのパラメータを分離しても良い。
　ＣＥＬＰ復号部７０２は、分離部７０１から入力されるＣＥＬＰパラメータに対してＣＥＬＰ方式の復号を行い、得られる復号信号を復号第１低域信号としてＴＤＡＣ復号部７０３、加算部７０６、およびプリ／ポストエコー削減部７０５に出力する。または、ＣＥＬＰ復号部７０２は、復号第１低域信号のほかに、ＣＥＬＰパラメータから復号第１低域信号を生成する復号過程で得られる他の情報をＴＤＡＣ復号部７０３に出力しても良い。
　ＴＤＡＣ復号部７０３は、分離部７０１から入力されるＴＤＡＣパラメータ、ＣＥＬＰ復号部７０２から入力される復号第１低域信号あるいは復号第１低域信号を生成する際に得られる他の情報、ＴＤＢＷＥ復号部７０４から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号、および高域復号部６０３から入力される７～８ｋＨｚ帯域の復号中域スペクトルを用い、復号低域スペクトルを算出して高域復号部６０３に出力する。また、ＴＤＡＣ復号部７０３は、高域復号部６０３から入力された復号中域スペクトルを利用して０～８ｋＨｚ帯域の復号低中域スペクトルを算出する。具体的には、復号低中域スペクトルのうち、０～７ｋＨｚ帯域の値を復号低域スペクトルとし、また７～８ｋＨｚ帯域の値を復号中域スペクトルとすることで復号低中域スペクトルを算出する。また、ＴＤＡＣ復号部７０３は、算出した復号低中域スペクトルの０～４ｋＨｚ帯域と４～８ｋＨｚ帯域とのそれぞれに対してＭＤＣＴ等の直交変換処理を施し、復号第１ＴＤＡＣ信号（０～４ｋＨｚ帯域）と復号第２ＴＤＡＣ信号（４～８ｋＨｚ帯域）を算出する。ＴＤＡＣ復号部７０３は、算出した復号第１ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部７０５に出力し、復号第２ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部７０９に出力する。
　ＴＤＢＷＥ復号部７０４は、分離部７０１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７０３およびプリ／ポストエコー削減部７０９に出力する。
　プリ／ポストエコー削減部７０５は、ＣＥＬＰ復号部７０２から入力される復号ＣＥＬＰ信号、およびＴＤＡＣ復号部７０３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７０６に出力する。
　加算部７０６は、ＣＥＬＰ復号部７０２から入力される復号ＣＥＬＰ信号と、プリ／ポストエコー削減部７０５から入力されるエコー削除後の信号とを加算し、得られる加算信号を適応ポスト処理部７０７に出力する。
　適応ポスト処理部７０７は、加算部７０６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７０８に出力する。
　ローパスフィルタ７０８は、適応ポスト処理部７０７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７１１に出力する。
　プリ／ポストエコー削減部７０９は、ＴＤＡＣ復号部７０３から入力される復号第２ＴＤＡＣ信号、およびＴＤＢＷＥ復号部７０４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、エコー削除後の信号を復号第２低域信号（４～８ｋＨｚ帯域）としてハイパスフィルタ７１０に出力する。
　ハイパスフィルタ７１０は、プリ／ポストエコー削減部７０９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７１１に出力する。
　帯域合成処理部７１１には、ローパスフィルタ７０８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７１０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７１１は、帯域分割処理部３０１とは逆の処理を行うことにより、サンプリング周波数が８ｋＨｚであるフィルタ後復号第１低域信号（０～４ｋＨｚ帯域）とフィルタ後復号第２低域信号（４～８ｋＨｚ帯域）とから、サンプリング周波数が１６ｋＨｚ（０～８ｋＨｚ帯域）である復号低中域信号を生成して帯域合成処理部６０４に出力する。
　なお、帯域合成処理部７１１を設けずに、帯域合成処理を帯域合成処理部６０４でまとめて行っても良い。
　図１１に示した、本実施の形態に係る低中域復号部６０２における復号は、ＴＤＡＣ復号部７０３において、ＴＤＡＣパラメータから０～７ｋＨｚ帯域の復号低域スペクトルを算出した時点でこれを高域復号部６０３に出力するという点と、復号低域スペクトルのみを直交変換するのではなく、この復号低域スペクトルと、高域復号部６０３から入力される７～８ｋＨｚ帯域の復号中域スペクトルとからなる復号低中域スペクトルを直交変換してＴＤＡＣ復号信号を算出するという点とがＧ．７２９．１方式の復号と相違する。
　図１２は、図１０に示した高域復号部６０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図１２において高域復号部６０３は、分離部８０１、フィルタ状態設定部８０２、フィルタリング部８０３、ゲイン復号部８０４、スペクトル調整部８０５、および直交変換処理部８０６を備え、各部は以下の動作を行う。
　分離部８０１は、分離部６０１から入力される中高域符号化情報を、フィルタリングに関する情報である最適ピッチ係数Ｔ’と、ゲインに関する情報である符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスと、に分離し、最適ピッチ係数Ｔ’をフィルタリング部８０３に出力し、符号化後変動量Ｖｑ(ｊ)のインデックスをゲイン復号部８０４に出力する。なお、分離部６０１において、Ｔ’とＶｑ（ｊ）のインデックスとを分離済みの場合は、分離部８０１を配置しなくても良い。
　フィルタ状態設定部８０２は、低中域復号部６０２から入力される復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ(ｋ)（０～７ｋＨｚ帯域）を、フィルタリング部８０３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８０３における全周波数帯域（０～１６ｋＨｚ帯域）のスペクトルを便宜的にＳ(ｋ)と呼ぶ場合、Ｓ(ｋ)の０～７ｋＨｚの帯域に、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ(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。なお、フィルタ状態設定部８０２の構成および動作は、図７に示したフィルタ状態設定部５０１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８０３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８０３は、フィルタ状態設定部８０２により設定されたフィルタ状態と、分離部８０１から入力されるピッチ係数Ｔ’と、予め内部に格納しているフィルタ係数とに基づき、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏをフィルタリングし、上記の式（１２）に示す、中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉの推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’を算出する。フィルタリング部８０３でも、上記の式（１１）に示した伝達関数が用いられる。
　ゲイン復号部８０４は、分離部８０１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８０５は、下記の式（１４）に従い、フィルタリング部８０３から入力される推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’に、ゲイン復号部８０４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８０５は、推定中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ’の７～８ｋＨｚ帯域におけるスペクトル形状を調整し、復号中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ２(ｋ)を生成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　そして、スペクトル調整部８０５は、低域部（０～７ｋＨｚ）としては復号低域スペクトルＳ＿ｌｏ（ｋ）を用い、中高域部（７～１６ｋＨｚ）としては復号中高域スペクトルＳ＿ｍｉｄ＿ｈｉ２(ｋ)を用い、復号スペクトルＳ２（ｋ）を構成する。
　また、スペクトル調整部８０５は、復号スペクトルＳ２（ｋ）の中域部（７～８ｋＨｚ帯域）のスペクトルのみを復号中域スペクトルＳ＿ｍｉｄ２(ｋ)として低中域復号部６０２に出力し、復号スペクトルＳ２(ｋ)の高域部（８～１６ｋＨｚ帯域）のスペクトルのみを復号高域スペクトルＳ＿ｈｉ２(ｋ)として直交変換処理部８０６に出力する。
　直交変換処理部８０６は、スペクトル調整部８０５から入力される復号高域スペクトルＳ＿ｈｉ２に対して修正離散コサイン逆変換（ＩＭＤＣＴ：Inverse Modified Discrete Cosine Transform）等の直交変換処理を行って時間領域の信号を生成し、復号高域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８０６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８０６は、バッファｂｕｆ’（ｋ）を内部に有しており、下記の式（１５）に示すようにバッファｂｕｆ’（ｋ）を初期化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　また、直交変換処理部８０６は、スペクトル調整部８０５から入力される復号高域スペクトルＳ＿ｈｉ２を用いて下記の式（１６）に従い、復号高域信号ｙ”を求めて出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　式（１６）において、Ｚ（ｋ）は、下記の式（１７）に示すように、復号高域スペクトルＳ＿ｈｉ２(ｋ)とバッファｂｕｆ’（ｋ）とを結合させたベクトルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　次いで、直交変換処理部８０６は、下記の式（１８）に従ってバッファｂｕｆ’（ｋ）を更新する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　上記のように、本実施の形態に係る符号化装置１０１において、入力信号が帯域分割処理部２０１により低中域信号と高域信号に分割された後、中域補正部２０３は、低域符号化部２０２内のローパスフィルタ３０６の処理によって抑圧された中域の周波数成分に対し、ローパスフィルタ３０６のフィルタ特性と逆の特性、あるいは逆の特性に近似した特性を適用することによりローパスフィルタ３０６を適用していない状態と同等の状態に中域の周波数成分を復元する。次に、中高域符号化部２０４において、復元した中域の周波数成分を利用して、低域から中高域の周波数成分を生成するための帯域拡張パラメータを算出する。そして本実施の形態に係る復号装置１０３は、低中域復号部６０２で得られる復号低域スペクトルと、符号化装置１０１から伝送された帯域拡張パラメータとから復号中高域スペクトルを算出する。低中域復号部６０２は、高域復号部６０３から入力される復号中域スペクトルと、分離部６０１から入力される低域符号化情報とを利用して低中域の周波数成分を有する復号低中域信号を算出する。次いで、帯域合成処理部６０４は、高域復号部６０３において復号高域スペクトルから算出された復号高域信号と、上記復号低中域信号とを帯域合成処理することにより、低域符号化部２０２内のローパスフィルタ３０６によって欠落した中域の周波数成分を含む出力信号（復号信号）を得ることができる。
　このように、本実施の形態によれば、符号化装置は、入力信号をＱＭＦ等により低域成分と高域成分とに帯域分割して各成分を別々の符号化部にて符号化し、さらに低域符号化のＴＤＡＣ符号化で得られたＭＤＣＴ係数を用い、低域符号化過程でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を復元して符号化する。このため、この復元に必要な演算量を抑えつつ、復号信号の品質を向上することができる。また、本実施の形態において中域補正処理は、低域符号化部で利用される符号化方法（本実施の形態ではＧ．７２９．１方式の符号化）の符号化性能にはほぼ影響を与えないため、低域符号化の符号化性能を保証することができる。
　なお、本実施の形態では、低域符号化部２０２および低中域復号部６０２においてＣＥＬＰタイプ（Ｇ．７２９．１等）の音声符号化／復号を行う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、低域符号化部２０２および低中域復号部６０２はＣＥＬＰタイプ以外の音声・楽音符号化方式によって低域信号を符号化／復号しても良い。
　また、本実施の形態では、中域補正部２０３においてローパスフィルタ３０６の特性を予め算出して記憶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、中域補正部２０３は、ローパスフィルタ３０６の特性が変化する度に算出して利用しても良い。また、予めローパスフィルタ３０６の特性を算出して記憶する場合には、ローパスフィルタ３０６特性の逆数を内部にテーブルとして記憶し、テーブル内の係数を中域スペクトルに乗じることで演算量を削減することが可能である。
　また、本実施の形態では、帯域分割処理部２０１における帯域分割方法としてＱＭＦを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、帯域分割処理部２０１にＱＭＦ以外の帯域分割方法を用いても良い。
　また、本実施の形態では、ローパスフィルタ３０６のフィルタ特性の算出方法については特に限定はされないが、ＴＤＡＣ符号化部３０７内で用いられる直交変換方法と同様の方法を用いてフィルタ特性を算出するのが望ましい。したがって、本実施の形態の構成においては、ＭＤＣＴ処理を用いてローパスフィルタ３０６のフィルタ特性を算出することが好適である。また例えば低域符号化部２０２内でＦＦＴ処理により周波数成分を算出している場合には、ローパスフィルタ３０６のフィルタ特性は同様にＦＦＴ処理によって算出されることが好適である。
　また、本実施の形態では、帯域拡張符号化部４０３において、中高域符号化情報を算出する場合に、補正中域スペクトルを含む中高域スペクトルに対して特に中域と高域を区別するような処理を行わない構成について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、中高域スペクトル中の中域部分に対して補正結果を判定し、判定結果に応じた符号化処理を行う場合にも同様に適用できる。
　例えば、中高域スペクトル算出部４０２において、補正中域スペクトルのスペクトルフラットネスメジャー（ＳＦＭ：Spectral Flatness Measure）を算出し、算出したＳＦＭの値を予め定められた閾値と比較し、この判定結果に応じて補正中域スペクトルに対して修正処理を行う場合を例に挙げて説明する。なお、ここで、ＳＦＭは、振幅スペクトルの幾何平均と算術平均との比（＝幾何平均／算術平均）で表される。スペクトルのピーク性が強いほどＳＦＭは０．０に近づき、スペクトルの雑音性が強いほどＳＦＭは１．０に近づく。この時、中高域スペクトル算出部４０２では、まず補正中域スペクトルのＳＦＭと予め定められた閾値とを比較する。ＳＦＭが閾値よりも小さい場合には、補正中域スペクトルのばらつきが強いと判定できるが、この場合には、中高域スペクトル算出部４０２は、補正中域スペクトルに対して、マルチタップフィルタによるスペクトルの平滑化（鈍化）を行い、得られた補正中域スペクトルを用いて中高域スペクトルを算出し、これを帯域拡張符号化部４０３に出力する。
　帯域拡張符号化部４０３は、中高域スペクトル算出部４０２から入力される修正された中高域スペクトルを利用して、前述したような方法により中高域符号化情報を算出する。このような構成によって、中域補正部２０３によって補正された補正中域スペクトルのスペクトル特性のスペクトル上でのばらつきが強く、復号信号の異音の原因となるような場合において、補正中域スペクトルに対して平滑化処理を行うことで、復号信号の品質を向上させることができる。なお、中高域スペクトル算出部４０２における補正中域スペクトルの修正処理については、上記に挙げた平滑化処理の他、補正中域スペクトルをサブバンド毎に減衰させる方法、または補正中域スペクトルを予め内部に格納した雑音スペクトルで置換する方法、または補正中域スペクトルを低域スペクトル、高域スペクトルから線形予測する方法なども同様に適用できる。ここで、補正中域スペクトルを、低域スペクトル、及び高域スペクトルから線形予測する場合には、中高域スペクトル算出部４０２には、低域符号化部２０２から復号低域スペクトルが入力される必要がある。
　また、補正中域スペクトルに対して上記のような修正処理を行うかどうかの判定に、補正中域スペクトルのＳＦＭを利用する以外に、補正中域スペクトルの時間的なエネルギの変動を利用することができる。この場合、補正中域スペクトルのエネルギをフレーム毎に算出し、過去フレームのエネルギとの変動量が予め定められた閾値以上であった場合には、補正中域スペクトルに対して上記のような修正処理（平滑化処理）を行う。このような構成により、補正中域スペクトルの時間的なエネルギの変動が非常に大きく、それにより復号信号に異音が生じてしまうような場合においても、良好な品質の復号信号を提供することができる。
　また、帯域拡張符号化部４０３における符号化処理の他の切替方法として、例えば、リファレンスである中高域スペクトル内の中域部分に対しては、探索時の重みを切り替える方法が挙げられる。具体的には、探索部５０３において、式（１３）に代えて、式（１９）に従って類似度を算出するようにして実現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　ここで、式（１９）中、Ｗ（ｋ）は、類似度を算出する際の係数である。ｋの値が中域部分（７－８ｋＨｚ）に属する場合には１．０以下の予め定められた値をとり、ｋの値が高域部分に属する場合は１．０という値をとるようにすることで、中高域スペクトル全体の類似度における補正中域スペクトルの部分の類似度の割合を下げることができ、補正中域スペクトルの精度が悪い場合に対しても、復号信号に異音が生じることを抑制できる。
　また、帯域拡張符号化部４０３、中高域スペクトル算出部４０２、低域符号化部２０２における上記のような構成は、相互に組み合せて用いることも可能である。
　また、本実施の形態では、低域符号化部（低中域復号部）と中高域符号化部（高域復号部）というレイヤ数が２である場合のスケーラブル符号化／復号方法を例にとって説明したが、本発明はこれに限らずレイヤ数が３以上であるスケーラブル符号化／復号方法についても同様に適用できる。なお、レイヤ数が３以上のスケーラブル符号化／復号方法において、最上位のレイヤ以外のレイヤ（例えばレイヤＬとする）に対して本発明の中高域符号化部の構成を適用した場合に、レイヤ（Ｌ＋１）では、中域部分の誤差スペクトルを優先的に符号化するように制御することにより、レイヤ（Ｌ＋１）の復号信号の品質をより向上させることができる。
　（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係る通信システム（図示せず）は、図１に示した通信システムと基本的に同様であり、復号装置の構成および動作の一部のみにおいて、図１の通信システムの復号装置１０３と相違する。以下、本実施の形態に係る通信システムの復号装置について符号「１１３」を付し、説明を行う。
　図１３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、図１０に示した復号装置１０３と基本的に同様な構成を有し、基本的に同様な動作を行う。復号装置１１３は、加算部９０４および中域復号部９０３をさらに有する点において復号装置１０３と相違する。また、復号装置１１３の低域復号部９０１、高域復号部９０２、および帯域合成処理部９０５は、復号装置１０３の低中域復号部６０２、高域復号部６０３、および帯域合成処理部６０４と動作の一部のみにおいて相違する。
　低域復号部９０１は、図１０に示した低中域復号部６０２とは異なり、高域復号部９０２から復号中域スペクトルが入力されず、分離部６０１から入力される低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルおよび復号低域信号を生成する。また低域復号部９０１は、復号低域スペクトルを高域復号部９０２に出力し、復号低域信号を加算部９０４に出力する。なお、低域復号部９０１の詳細については後述する。
　高域復号部９０２は、分離部６０１から入力される中高域符号化情報と、低域復号部９０１から入力される復号低域スペクトルとから復号高域信号を生成して帯域合成処理部９０５に出力する。また、高域復号部９０２は、図１０に示した高域復号部６０３とは異なり、復号高域信号を生成する際に算出される復号中域スペクトルを低域復号部９０１に出力せず中域復号部９０３に出力する。
　中域復号部９０３は、高域復号部９０２から入力される復号中域スペクトルに対し逆ＭＤＣＴ等の直交変換処理を施して復号中域信号を生成し、加算部９０４に出力する。なお、中域復号部９０３における逆ＭＤＣＴは、実施の形態１に係る直交変換処理部８０６における逆ＭＤＣＴと基本的に同様であり、処理対象のみ相違するため、詳細な説明を省略する。
　加算部９０４は、低域復号部９０１から入力される復号低域信号と、中域復号部９０３から入力される復号中域信号とを加算し、得られる加算信号を復号低中域信号として帯域合成処理部９０５に出力する。
　帯域合成処理部９０５には、加算部９０４から復号低中域信号が入力され、高域復号部９０２から復号高域信号が入力される。帯域合成処理部９０５は、帯域分割処理部２０１とは逆の処理を行うことにより、サンプリング周波数が１６ｋＨｚである復号低中域信号（０～８ｋＨｚ帯域）と復号高域信号（８～１６ｋＨｚ帯域）とから、サンプリング周波数が３２ｋＨｚ（０～１６ｋＨｚ帯域）である出力信号を生成して出力する。
　図１４は、図１３に示した低域復号部９０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、低域復号部９０１は、図１１に示した低中域復号部６０２と基本的に同様な構成を有し、基本的に同様な動作を行う。低域復号部９０１のＴＤＡＣ復号部１００３は、低中域復号部６０２のＴＤＡＣ復号部７０３と一部の動作のみにおいて相違する。
　ＴＤＡＣ復号部１００３には、図１１に示したＴＤＡＣ復号部７０３とは異なり、高域復号部９０２から７～８ｋＨｚ帯域の復号中域スペクトルが入力されず、分離部７０１から入力されるＴＤＡＣパラメータ、ＣＥＬＰ復号部７０２から入力される復号第１低域信号あるいは復号第１低域信号を生成する際に算出された情報、およびＴＤＢＷＥ復号部７０４から入力される復号ＴＤＢＷＥ信号を用いて復号低域スペクトルを算出して高域復号部９０２に出力する。また、ＴＤＡＣ復号部１００３は、算出した復号低域スペクトルの０～４ｋＨｚ帯域と４～７ｋＨｚ帯域それぞれに対して別々に直交変換処理を施して復号第１ＴＤＡＣ信号（０～４ｋＨｚ帯域）と復号第２ＴＤＡＣ信号（４～７ｋＨｚ帯域）を算出する。ＴＤＡＣ復号部１００３は、復号第１ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部７０５に出力し、復号第２ＴＤＡＣ信号をプリ／ポストエコー削減部７０９に出力する。
　ＴＤＡＣ復号部１００３からプリ／ポストエコー削減部７０９に入力される復号第２ＴＤＡＣ信号は中域（７～８ｋＨｚ）の成分を含まないため、プリ／ポストエコー削減部７０９およびハイパスフィルタ７１０を介して帯域合成処理部７１１に入力される信号も中域の成分を含まない。従って、帯域合成処理部７１１から出力される信号も中域の成分を含まず、復号低中域信号ではなく復号低域信号となる。
　図１４に示した低域復号部９０１における復号は、算出した復号低域スペクトルを高域復号部９０２に出力する点のみがＧ．７２９．１方式の復号と相違し、図１１に示した低中域復号部６０２における復号とＧ．７２９．１方式の復号との相違点よりも少ない。
　このように、本実施の形態によれば、符号化側においては、入力信号をＱＭＦ等により低域成分と高域成分とに帯域分割して各成分を別々の符号化部にて符号化し、さらに低域符号化過程でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を復元して符号化する。また、復号側においては、低域成分を復号する復号部とは別の復号部にて上記の復元された帯域の成分の復号を行う。このため、既存のＧ．７２９．１方式の復号に対してより少ない修正を行って低域成分の復号に利用することができる。
　（実施の形態３）
　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１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１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１５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。なお、本実施の形態に係る符号化装置１２１は、図２に示した符号化装置１０１と基本的に同様な構成を有し、基本的に同様な動作を行う。符号化装置１２１は、中域符号化部１１０３をさらに有する点において符号化装置１０１と相違する。また、符号化装置１２１の低域符号化部１１０１、中域補正部１１０２、高域符号化部１１０４、および多重化部１１０５は、符号化装置１０１の低域符号化部２０２、中域補正部２０３、中高域符号化部２０４、および多重化部２０５と動作の一部のみにおいて相違する。
　低域符号化部１１０１は、図２に示した低域符号化部２０２に比べて復号低域スペクトルＳ＿ｌｏを高域符号化部１１０４に出力しない点のみが相違する。具体的には、低域符号化部１１０１は、帯域分割処理部２０１から入力される０～８ｋＨｚ帯域の低中域信号ｘ＿ｌｏを用いて例えばＩＴＵ－Ｔで規格化されているＧ．７２９．１等の符号化を行い、生成された低域符号化情報を多重化部１１０５に出力する。また、低域符号化部１１０１は、低域符号化情報を求める過程で算出した中域（７～８ｋＨｚ帯域）の周波数成分を中域スペクトルＸ＿ｍｉｄとして中域補正部１１０２に出力する。なお、低域符号化部１１０１の詳細については後述する。
　中域補正部１１０２は、低域符号化部１１０１から入力される中域スペクトルＸ＿ｍｉｄに対して周波数領域において補正を行い、得られたスペクトルを補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄとして中域符号化部１１０３に出力する。すなわち、中域補正部１１０２は、図２に示した中域補正部２０３に比べ、生成した補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄを高域符号化部１１０４ではなく中域符号化部１１０３に出力する点のみが相違する。なお、中域補正部１１０２における中域スペクトルの補正処理は、図２の中域補正部２０３における処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　中域符号化部１１０３は、中域補正部１１０２から入力される補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄに対して量子化を行い、得られる中域符号化情報を多重化部１１０５に出力する。なお、中域符号化部１１０３の詳細については後述する。
　高域符号化部１１０４は、帯域分割処理部２０１から入力される８～１６ｋＨｚ帯域の高域信号を量子化し、得られる高域符号化情報を多重化部１１０５に出力する。高域符号化部１１０４の詳細については後述する。
　多重化部１１０５は、低域符号化部１１０１から入力される低域符号化情報、中域符号化部１１０３から入力される中域符号化情報、および高域符号化部１１０４から入力される高域符号化情報を多重化し、多重化結果を符号化情報として伝送路１０２に出力する。
　図１６は、図１５に示した低域符号化部１１０１の内部の主要な構成を示すブロック図である。なお、図１６に示した低域符号化部１１０１は、図３に示した低域符号化部２０２と基本的に同様な構成を有し、基本的に同様な動作を行う。低域符号化部１１０１のＴＤＡＣ符号化部１２０１は、低域符号化部２０２のＴＤＡＣ符号化部３０７と動作の一部のみにおいて相違する。
　ＴＤＡＣ符号化部１２０１は、図３に示したＴＤＡＣ符号化部３０７に比べ、復号低域スペクトルＳ＿ｌｏを高域符号化部１１０４に出力しない点のみが相違する。具体的には、ＴＤＡＣ符号化部１２０１は、加算部３０５から入力される差分信号、およびローパスフィルタ３０６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０～８ｋＨｚ帯域の周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）のうち、７～８ｋＨｚ帯域の部分を中域スペクトルＸ＿ｍｉｄとして中域補正部１１０２に出力する。さらに、ＴＤＡＣ符号化部１２０１は、ＭＤＣＴ等の直交変換により得られた周波数領域信号（ＭＤＣＴ係数）を量子化し、得られるＴＤＡＣパラメータを多重化部３０９に出力する。
　図１７は、図１５に示した中域符号化部１１０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図１７において、中域符号化部１１０３は、シェイプ量子化部１３０１、ゲイン量子化部１３０２、および多重化部１３０３を備え、各部は以下の動作を行う。
　シェイプ量子化部１３０１は、中域補正部１１０２から入力される補正中域スペクトルＳ＿ｍｉｄ’（ｋ）に対して、サブバンド毎にシェイプ量子化を行う。具体的には、シェイプ量子化部１３０１は、中域（７～８ｋＨｚ帯域）をＬ＿ｍｉｄ個のサブバンドに分割し、各サブバンド毎に、ＳＱ＿ｍｉｄ個のシェイプコードベクトルからなる内蔵のシェイプコードブックを探索して下記の式（２０）の結果が最大となるシェイプコードベクトルのインデックスを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　式（２０）において、ＳＣｉ ｋ’はシェイプコードブックを構成するシェイプコードベクトルを示し、ｉはシェイプコードベクトルのインデックスを示し、ｋ’はシェイプコードベクトルの要素のインデックスを示す。また、Ｗ（ｊ）はサブバンドインデックスがｊであるサブバンドのバンド幅を示す。また、Ｂ（ｊ）はサブバンドインデックスがｊであるサブバンドの先頭サンプルのインデックスを示す。
　シェイプ量子化部１３０１は、上記の式（２０）の結果が最大となるシェイプコードベクトルのインデックスＳ＿ｍａｘ＿ｍｉｄを中域シェイプ符号化情報として多重化部１３０３に出力する。またシェイプ量子化部１３０１は、下記の式（２１）に従い、理想ゲイン値Ｇａｉｎ＿ｉ＿ｍｉｄ（ｊ）を算出してゲイン量子化部１３０２に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　ゲイン量子化部１３０２は、下記の式（２２）に従い、シェイプ量子化部１３０１から入力される理想ゲイン値Ｇａｉｎ＿ｉ＿ｍｉｄ（ｊ）を量子化する。ここで、ゲイン量子化部１３０２は、理想ゲイン値をＬ＿ｍｉｄ次元ベクトルとして扱い、ベクトル量子化を行う。また、式（２２）において、ＧＣｉ ｊはゲインコードブックを構成するゲインコードベクトルを示し、ｉはゲインコードベクトルのインデックスを示し、ｊはゲインコードベクトルの要素のインデックスを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　ここでは、上記の式（２２）を最小にするコードブックのインデックスをＧ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄと記す。
　ゲイン量子化部１３０２は、Ｇ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄを中域ゲイン符号化情報として多重化部１３０３に出力する。
　多重化部１３０３は、シェイプ量子化部１３０１から入力される中域シェイプ符号化情報、およびゲイン量子化部１３０２から入力される中域ゲイン符号化情報を多重化し、多重化結果を中域符号化情報として多重化部１１０５に出力する。
　図１８は、図１５に示した高域符号化部１１０４の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図１８において高域符号化部１１０４は、直交変換処理部１４０１、シェイプ量子化部１４０２、ゲイン量子化部１４０３、および多重化部１４０４を備え、各部は以下の動作を行う。
　直交変換処理部１４０１は、帯域分割処理部２０１から入力される高域信号（８～１６ｋＨｚ帯域）に対してＭＤＣＴ等の直交変換処理を行い、高域信号の周波数成分である高域スペクトルＳ＿ｈｉを算出してシェイプ量子化部１４０２に出力する。なお、直交変換処理部１４０１におけるＭＤＣＴ等の直交変換処理は、実施の形態１に係る直交変換処理部４０１におけるＭＤＣＴ等の直交変換処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　シェイプ量子化部１４０２は、直交変換処理部１４０１から入力される高域スペクトルＳ＿ｈｉに対してサブバンド毎にシェイプ量子化を行う。具体的には、シェイプ量子化部１４０２は高域（８～１６ｋＨｚ帯域）をＬ＿ｈｉ個のサブバンドに分割し、各サブバンド毎に、ＳＱ＿ｈｉ個のシェイプコードベクトルからなる内蔵のシェイプコードブックを探索して下記の式（２３）の結果が最大となるシェイプコードベクトルのインデックスを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　式（２３）において、ＳＣｉ ｋ’はシェイプコードブックを構成するシェイプコードベクトルを示し、ｉはシェイプコードベクトルのインデックスを示し、ｋ’はシェイプコードベクトルの要素のインデックスを示す。また、Ｗ（ｊ）はサブバンドインデックスがｊであるサブバンドのバンド幅を示す。また、Ｂ（ｊ）はサブバンドインデックスがｊであるサブバンドの先頭サンプルのインデックスを示す。
　シェイプ量子化部１４０２は、上記の式（２３）の結果が最大となるシェイプコードベクトルのインデックスＳ＿ｍａｘ＿ｈｉを高域シェイプ符号化情報として多重化部１４０４に出力する。また、シェイプ量子化部１４０２は、下記の式（２４）に従い、理想ゲイン値Ｇａｉｎ＿ｉ＿ｈｉ（ｊ）を算出してゲイン量子化部１４０３に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　ゲイン量子化部１４０３は、下記の式（２５）に従い、シェイプ量子化部１４０２から入力される理想ゲイン値Ｇａｉｎ＿ｉ＿ｈｉ（ｊ）を量子化する。ここで、ゲイン量子化部１４０３は、理想ゲイン値をＬ次元ベクトルとして扱い、ベクトル量子化を行う。また式（２５）において、ＧＣｉ ｊはゲインコードブックを構成するゲインコードベクトルを示し、ｉはゲインコードベクトルのインデックスを示し、ｊはゲインコードベクトルの要素のインデックスを示す。なお、ここでゲイン量子化部１４０３では、ゲイン量子化部１３０２とは異なるコードブックを用いるものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　ここでは、上記の式（２５）を最小にするコードブックのインデックスをＧ＿ｍｉｎ＿ｈｉと記す。
　ゲイン量子化部１４０３は、Ｇ＿ｍｉｎ＿ｈｉを高域ゲイン符号化情報として多重化部１４０４に出力する。
　多重化部１４０４は、シェイプ量子化部１４０２から入力される高域シェイプ符号化情報と、ゲイン量子化部１４０３から入力される高域ゲイン符号化情報とを多重化し、多重化結果を高域符号化情報として多重化部１１０５に出力する。
　図１９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。なお、本実施の形態に係る復号装置１２３は、図１３に示した復号装置１１３と基本的に同様な構成を有し、基本的に同様な動作を行う。復号装置１２３の分離部１５０１、低域復号部１５０２、中域復号部１５０３、および高域復号部１５０４は、復号装置１１３の分離部６０１、低域復号部９０１、中域復号部９０３、および高域復号部９０２と動作の一部のみにおいて相違する。
　分離部１５０１は、伝送路１０２を介して符号化装置１２１から伝送される符号化情報を、低域符号化情報、中域符号化情報、および高域符号化情報に分離し、低域符号化情報を低域復号部１５０２に出力し、中域符号化情報を中域復号部１５０３に出力し、高域符号化情報を高域復号部１５０４に出力する。
　低域復号部１５０２は、図１３に示した低域復号部９０１と比べて復号低域スペクトルを高域復号部１５０４に出力しない点のみが相違する。低域復号部１５０２は、分離部１５０１から入力される低域符号化情報を復号し、生成された復号低域信号を加算部９０４に出力する。なお、低域復号部１５０２の構成および動作は、実施の形態２に係る低域復号部９０１の構成および動作と基本的に同様であるため、詳細な説明を省略する。
　中域復号部１５０３は、図１３に示した中域復号部９０３と比べて高域復号部１５０４から復号中域スペクトルが入力されない点が相違する。中域復号部１５０３は、分離部１５０１から入力される中域符号化情報を復号し、得られる復号中域信号を加算部９０４に出力する。なお、中域復号部１５０３の詳細については後述する。
　高域復号部１５０４は、図１３に示した高域復号部９０２と比べて低域復号部１５０２から復号低域スペクトルが入力されず、中域復号部１５０３に中域復号スペクトルを出力しない点が相違する。具体的には高域復号部１５０４は、分離部１５０１から入力される高域符号化情報を復号し、得られる復号高域信号を帯域合成処理部９０５に出力する。なお、高域復号部１５０４の詳細については後述する。
　図２０は、図１９に示した中域復号部１５０３の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図２０において中域復号部１５０３は、分離部１６０１、シェイプ逆量子化部１６０２、ゲイン逆量子化部１６０３、および直交変換処理部１６０４を備え、各部は以下の動作を行う。
　分離部１６０１は、分離部１５０１から入力される中域符号化情報を中域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｍｉｄと中域ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄとに分離し、中域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｍｉｄをシェイプ逆量子化部１６０２に出力し、中域ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄをゲイン逆量子化部１６０３に出力する。
　シェイプ逆量子化部１６０２は、分離部１６０１から入力される中域シェイプ符号化情報を逆量子化することによりシェイプの値を求め、求められたシェイプの値をゲイン逆量子化部１６０３に出力する。具体的には、シェイプ逆量子化部１６０２は、符号化装置１２１のシェイプ量子化部１３０１が備えるシェイプコードブックと同様なシェイプコードブックを内蔵し、分離部１６０１から入力される中域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｍｉｄをインデックスとするシェイプコードベクトルを探索する。シェイプ逆量子化部１６０２は、探索されたコードベクトルをシェイプの値としてゲイン逆量子化部１６０３に出力する。ここでは、シェイプの値として探索されたシェイプコードベクトルをＳｈａｐｅ＿ｑ＿ｍｉｄ（ｋ’）（ｋ’＝Ｂ（ｊ），…，Ｂ（ｊ＋Ｌ＿ｍｉｄ）－１）と記す。
　ゲイン逆量子化部１６０３は、分離部１６０１から入力される中域ゲイン符号化情報を逆量子化することによりゲインの値を求める。またゲイン逆量子化部１６０３は、求めたゲインの値と、シェイプ逆量子化部１６０２から入力されるシェイプの値とから復号中域スペクトルを算出する。ゲイン逆量子化部１６０３は、算出した復号中域スペクトルを直交変換処理部１６０４に出力する。
　具体的には、ゲイン逆量子化部１６０３は、符号化装置１２１のゲイン量子化部１３０２が備えるゲインコードブックと同様なゲインコードブックを内蔵し、このゲインコードブックを用いて下記の式（２６）に従い、ゲインの値を逆量子化する。ここでも、ゲイン逆量子化部１６０３は、ゲインの値をＬ＿ｍｉｄ次元ベクトルとして扱ってベクトル逆量子化を行う。すなわち、ゲイン逆量子化部１６０３は、ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄに対応するゲインコードベクトルＧＣｊ Ｇ＿ｍｉｎ＿ｍｉｄを直接ゲイン値とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　次いで、ゲイン逆量子化部１６０３は、現フレームの逆量子化で得られるゲイン値、およびシェイプ逆量子化部１６０２から入力されるシェイプの値を用い、下記の式（２７）に従って復号ＭＤＣＴ係数Ｓ＿ｍｉｄ２’（ｋ）を算出する。ここで、式（２７）において、ｋは０～Ｎｍｉｄ＿ｈｉ－１の値であり、ｋ’とｊから算出される。ゲイン逆量子化部１６０３は、算出した復号ＭＤＣＴ係数Ｓ＿ｍｉｄ２’（ｋ）を復号中域スペクトルとして直交変換処理部１６０４に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　直交変換処理部１６０４は、ゲイン逆量子化部１６０３から入力される復号中域スペクトルに対して修正離散コサイン逆変換等の直交変換処理を行って時間領域の信号を生成し、復号中域信号として加算部９０４に出力する。なお、直交変換処理部１６０４における直交変換処理は、実施の形態１に係る直交変換処理部８０６（図１２参照）における直交変換処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　図２１は、図１９に示した高域復号部１５０４の内部の主要な構成を示すブロック図である。
　図２１において高域復号部１５０４は、分離部１７０１、シェイプ逆量子化部１７０２、ゲイン逆量子化部１７０３、および直交変換処理部１７０４を備え、各部は以下の動作を行う。
　分離部１７０１は、分離部１５０１から入力される高域符号化情報を高域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｈｉと高域ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｈｉとに分離し、高域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｈｉをシェイプ逆量子化部１７０２に出力し、高域ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｈｉをゲイン逆量子化部１７０３に出力する。
　シェイプ逆量子化部１７０２は、分離部１７０１から入力される高域シェイプ符号化情報Ｓ＿ｍａｘ＿ｈｉを逆量子化することによりシェイプの値を求め、求められたシェイプの値をゲイン逆量子化部１７０３に出力する。
　ゲイン逆量子化部１７０３は、分離部１７０１から入力される高域ゲイン符号化情報Ｇ＿ｍｉｎ＿ｈｉを逆量子化することによりゲインの値を求める。またゲイン逆量子化部１７０３は、求めたゲインの値と、シェイプ逆量子化部１７０２から入力されるシェイプの値とから復号高域スペクトルを算出して直交変換処理部１７０４に出力する。なお、ゲイン逆量子化部１７０３における逆量子化等の処理は、ゲイン逆量子化部１６０３（図２０参照）における逆量子化等の処理と基本的に同様であるため、詳細な説明を省略する。
　直交変換処理部１７０４は、ゲイン逆量子化部１７０３から入力される復号高域スペクトルに対して修正離散コサイン逆変換等の直交変換処理を行って時間領域の信号を生成し、復号高域信号として帯域合成処理部９０５に出力する。なお、直交変換処理部１７０４における直交変換処理は、実施の形態１に係る直交変換処理部８０６（図１２参照）における直交変換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、符号化側においては、入力信号をＱＭＦ等により低域成分と高域成分とに帯域分割して各成分を別々の符号化部にて符号化し、さらに低域符号化過程でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を復元して符号化する。また、復号側においては、低域成分と上記復元した帯域の成分と高域成分とを別々の復号部にて復号する。このため、低域成分を利用して拡張符号化を行わず高域成分を符号化する場合でも、低域符号化過程でローパスフィルタを適用することにより欠落した帯域の成分を復元して符号化することができ、復号信号の品質を向上することができる。
　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、符号化情報やパラメータ等を多重化する際、二段階で連続して多重化する構成（多重化部３０９と多重化部２０５、等のように）については、前段の多重化部を設けずに、後段の多重化部でまとめて多重化しても良い。逆に、多重化された符号化情報やパラメータ等を分離する際、二段階で連続して分離する構成（分離部６０１と分離部７０１、等のように）については、後段の分離部を設けずに、前段の分離部でまとめて分離しても良い。
　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。
　本発明に係る符号化装置および復号装置は、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。
　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、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１月２５日出願の特願２００８－０１５６５０および２００８年５月１６日出願の特願２００８－１２９７１１の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明にかかる符号化装置、復号装置およびこれらの方法は、入力信号をＱＭＦ等により低域成分と高域成分とに帯域分割して各成分を別々の符号化部にて符号化する際に、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、移動通信システム等に適用できる。

Claims (10)

  1. 　入力信号に対して帯域分割処理を行って第１周波数より低い低中域成分と、前記第１周波数以上の高域成分とを得る帯域分割手段と、
    　前記低中域成分のうち第２周波数以上の部分を抑圧して低域成分を得、前記低域成分を符号化して低域符号化情報を得る低域符号化手段と、
    　前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分を補正して補正中域成分を得る中域補正手段と、
    　前記補正中域成分と前記高域成分とを符号化して中高域符号化情報を得る中高域符号化手段と、
    　を具備する符号化装置。
  2. 　前記低域符号化手段は、
    　前記低中域成分に対しローパスフィルタリングを行って前記中域成分を抑圧し、前記低域成分を得るローパスフィルタと、
    　前記低域成分を符号化して前記低域符号化情報を得、さらに前記符号化の過程において前記中域成分のスペクトルを得る符号化手段と、を具備し、
    　前記中域補正手段は、
    　前記スペクトルに前記ローパスフィルタの特性の逆数を乗じて前記補正中域成分を得る、
    　請求項１記載の符号化装置。
  3. 　前記中域補正手段は、
    　前記補正中域成分に１より小さい補正係数を乗算する、
    　請求項２記載の符号化装置。
  4. 　前記符号化手段は、
    　さらに前記低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルを得、
    　前記中高域符号化手段は、
    　前記高域成分を直交変換して高域スペクトルを得る直交変換手段と、
    　前記高域スペクトルと前記補正中域成分とから中高域スペクトルを構成する中高域スペクトル構成手段と、
    　前記復号低域スペクトルと前記中高域スペクトルとを用いて帯域拡張処理を行い、前記復号低域スペクトルから前記中高域スペクトルを推定するためのパラメータを前記中高域符号化情報として得る帯域拡張手段と、
    　を具備する請求項２記載の符号化装置。
  5. 　前記中高域スペクトル構成手段は、前記補正中域成分を直交変換して中域スペクトルを得、
    　前記中域補正手段は、前記補正中域成分のスペクトルフラットネスメジャーが所定の閾値より小さい場合、前記中域スペクトルを平滑化する、
    　請求項４に記載の符号化装置。
  6. 　前記中高域符号化手段は、
    　前記補正中域成分のシェイプとゲインとを量子化して中域符号化情報を得る中域符号化手段と、
    　前記高域スペクトルのシェイプとゲインとを量子化して高域符号化情報を得る高域符号化手段と、
    　前記中域符号化情報と高域符号化情報とを多重して前記中高域符号化情報を得る多重手段と、
    　を具備する請求項２記載の符号化装置。
  7. 　符号化装置において入力信号が帯域分割されて得られた第１周波数より低い低中域成分のうち第２周波数以上の部分が抑圧されて得られた低域成分が符号化された低域符号化情報と、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分が補正されて得られた補正中域成分および前記帯域分割により得られた前記第１周波数以上の高域成分が符号化された中高域符号化情報と、を受信する受信手段と、
    　前記低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルを得る低中域復号手段と、
    　前記復号低域スペクトルを用いて前記中高域符号化情報を復号して復号高域信号と復号中域スペクトルとを得る高域復号手段と、
    　を具備する復号装置。
  8. 　前記低中域復号手段は、
    　前記低域符号化情報を復号して前記復号低域スペクトルと復号低域信号とを得る低域復号手段と、
    　前記復号中域スペクトルを復号して復号中域信号を得る中域復号手段と、
    　前記復号低域信号と前記復号中域信号とを加算して復号低中域信号を得る加算手段と、
    　を具備する請求項７記載の復号装置。
  9. 　入力信号に対して帯域分割処理を行って第１周波数より低い低中域成分と、前記第１周波数以上の高域成分とを得るステップと、
    　前記低中域成分のうち第２周波数以上の部分を抑圧して低域成分を得、前記低域成分を符号化して低域符号化情報を得るステップと、
    　前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分を補正して補正中域成分を得るステップと、
    　前記補正中域成分と前記高域成分とを符号化して中高域符号化情報を得るステップと、
    　を有する符号化方法。
  10. 　符号化装置において入力信号が帯域分割されて得られた第１周波数より低い低中域成分のうち第２周波数以上の部分が抑圧されて得られた低域成分が符号化された低域符号化情報と、前記抑圧された前記低中域成分のうち前記第２周波数以上の中域成分が補正されて得られた補正中域成分および前記帯域分割により得られた前記第１周波数以上の高域成分が符号化された中高域符号化情報と、を受信するステップと、
    　前記低域符号化情報を復号して復号低域スペクトルを得るステップと、
    　前記復号低域スペクトルを用いて前記中高域符号化情報を復号して復号高域信号と復号中域スペクトルとを得るステップと、
    　を有する復号方法。
     
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