JP4245288B2 - 音声符号化装置および音声復号化装置 - Google Patents
音声符号化装置および音声復号化装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブバンドＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）において用いられる音声符号化装置および音声復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置および音声復号化装置としては、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication sector）標準のＧ．７２２に準拠した装置が知られている。
【０００３】
図８は、上記Ｇ．７２２に記載されている２分割のサブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置３００および音声復号化装置４００の構成を示すブロック図である。
【０００４】
音声符号化装置３００は、入力信号の周波数帯域を２分割してサブバンド信号を出力する２４タップの分割フィルタバンク３１０、２分割された各サブバンド信号をＡＤＰＣＭにより量子化するＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂ、およびＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂにより量子化された符号語を多重してビットストリームを整形するマルチプレクサ３３０から構成されている。
【０００５】
一方、音声復号化装置４００は、伝送されたビットストリームをサブバンドごとの符号語を出力するデマルチプレクサ４１０、デマルチプレクサ４１０から出力されたサブバンドごとの符号語を逆量子化してサブバンド信号を出力するＡＤＰＣＭ逆量子化器４２０ａ，４２０ｂ、およびサブバンド信号を合成フィルタ処理する２４タップの合成フィルタバンク４３０から構成されている。
【０００６】
次いで、上記のように構成された音声符号化装置３００および音声復号化装置４００の動作について説明する。
【０００７】
入力信号は分割フィルタバンク３１０により、周波数帯域が２分割されて２つのサブバンド信号となる。それぞれのサブバンド信号は、対応するＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂにより、予め決められている量子化ビット数が割り当てられて量子化される。そして、量子化されて得られた符号語は、マルチプレクサ３３０により多重されて、ビットストリームとなる。
【０００８】
一方、音声復号化装置４００においては、デマルチプレクサ４１０により、複数の符号語が多重されているビットストリームがサブバンドごとの符号語に分割される。分割されて得られたサブバンドごとの符号語は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器４２０ａ，４２０ｂにより、逆量子化されてサブバンド信号となり、合成フィルタバンク４３０によって合成されて復号信号となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の音声符号化装置および音声復号化装置においては、音声符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器によって各サブバンド信号に割り当てられる量子化ビット数が固定されているため、特に入力信号のサンプリング周波数が高くなった場合に、ビット割り当てが最適でない場合が発生し、音声復号化装置における復号信号の音質劣化を招くおそれがある。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、音質の向上を図ることができる音声符号化装置・方法および音声復号化装置・方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の音声符号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクは、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００１７】
本発明の音声符号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、インパルス応答が非対称な基本フィルタを有するコサイン変調フィルタバンクによって、入力信号を複数の周波数帯域に分割して複数のサブバンド信号を生成するため、フィルタリングにより発生する群遅延量を削減することができ、演算量を少なくすることができる。
【００２５】
本発明の音声復号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００２９】
本発明の音声復号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００３４】
この構成によれば、インパルス応答が非対称な基本フィルタを有するコサイン変調フィルタバンクによって、生成された復号サブバンド信号をを合成するため、フィルタリングにより発生する群遅延量を削減することができ、演算量を少なくすることができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、入力信号を周波数帯域ごとに分割した複数のサブバンド信号と予測値との残差信号をそれぞれ量子化し、量子化出力を逆量子化してサブバンド信号の次フレームの予測値を算出するサブバンドＡＤＰＣＭ符号化において、過去のフレームから次フレームの予測値を算出する過程で各残差信号の次フレームに割り当てる量子化ビット数を決定し、適応的にビット割り当てを変化させることである。
【００５２】
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。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図である。同図において、分割フィルタバンク（分割手段）１００は、入力信号を等間隔のサブバンド周波数帯域に４分割し、分割数である４を間引き数として間引き処理を行う。分割フィルタバンク１００内の帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄは、入力信号に対して所定の周波数帯域ごとの分割フィルタリングを行う。ここで、分割フィルタバンク１００は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄのインパルス応答は非対称である。
【００５４】
また、分割フィルタバンク１００内のダウンサンプラ１２０ａ〜１２０ｄは、符号化効率を考慮して間引き数を分割フィルタバンク１００における分割数に等しい４として、帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄの出力に対して間引き処理を行い、それぞれサブバンド信号を出力する。
【００５５】
ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄは、各サブバンド信号と過去のフレームのサブバンド信号から算出された予測値との残差信号を量子化してスケーラブルな符号語を出力する。また、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄは、残差信号から逆量子化値およびスケールファクタを算出する。
【００５６】
適応ビット割当器（決定手段）１４０は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって算出された逆量子化値のエネルギーに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００５７】
マルチプレクサ１５０は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力された符号語を多重して、多重信号であるビットストリームを整形する。
【００５８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａの構成と適応ビット割当器１４０とを示したが、他のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ｂ〜１３０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器１４０に接続されている。
【００５９】
図２において、加算器１３１は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と予測値の差をとって、残差信号を生成する。量子化部１３２は、生成された残差信号をスケールファクタを用いて量子化し、適応ビット割当器１４０により決定された量子化ビット数の符号語を出力する。コアビット抽出部１３３は、量子化部１３２によって出力された符号語から重要度の低いビット（以下「ＬＳＢ（Least Significant Bits）」という）を消去しコアビットを抽出する。スケールファクタ適応部１３４は、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出する。逆量子化部１３５は、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を予測部１３６、加算器１３７、および適応ビット割当器１４０へ出力する。予測部１３６は、逆量子化値と予測部１３６自身の出力とから零予測および極予測を行い、サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。加算器１３７は、逆量子化値と予測部１３６によって算出された予測値との和をとる。
【００６０】
次いで、上記のように構成された符号化装置の動作について説明する。
【００６１】
音声符号化装置に入力された音声信号は分割フィルタバンク１００によって４つのサブバンド信号に分割される。ここで、分割フィルタバンク１００は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄのインパルス応答は非対称であるため、フィルタリングにより発生する群遅延量が削減され、演算量を少なくすることができる。分割されたサブバンド信号は、それぞれＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力される。
【００６２】
そして、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と、予測部１３６によって過去のフレームから算出された予測値との残差信号が加算器１３１によって算出され、算出された残差信号は量子化部１３２に入力される。残差信号は量子化部１３２により量子化されて、適応ビット割当器１４０によって割り当てられた量子化ビット数の符号語となる。残差信号の量子化には、スケールファクタ適応部１３４により算出されるスケールファクタが用いられる。量子化部１３２によって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０へと出力されるとともに、コアビット抽出部１３３に入力されてＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部１３４に入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部１３５へ入力される。ここで、スケールファクタの整合性を保つために、量子化部１３２によって量子化された符号語は、スケーラブルなものとする。
【００６３】
逆量子化部１３５においては、スケールファクタ適応部１３４により算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部１３６に入力される。この入力値を零予測入力値という。また、逆量子化値は、加算器１３７により、予測部１３６から出力される過去のフレームの予測値と加算され、再び予測部１３６へ入力される。この入力値を極予測入力値という。零予測入力値と極予測入力値から予測部１３６によって、サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００６４】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、逆量子化値は、適応ビット割当器１４０に入力される。適応ビット割当器１４０においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力された逆量子化値のエネルギー、すなわちサンプルとなる逆量子化値の二乗和が算出され、算出された逆量子化値のエネルギーに基づいて、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化される各残差信号に割り当てる量子化ビット数が決定される。
【００６５】
決定された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄの量子化部１３２に出力され、量子化部１３２は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの残差信号を量子化し、割り当てられたビット数の符号語を出力する。各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０によって多重され、多重信号であるビットストリームに整形される。
【００６６】
図３は、量子化ビット数割り当ての一例を示す図である。同図において、斜線で示すビットは、各バンドにおけるコアビットを示しており、第１バンドでは５ビット、第２バンドでは４ビット、第３バンドでは３ビット、および第４バンドでは２ビットを占めている。これらのコアビットはどのバンドにおいても常にそれぞれ一定であり、適応ビット割当器１４０によって適応的に割り当てられるのは、図３において白色で示す２ビット分である。この２ビットが、逆量子化値のエネルギーに応じて、各バンドに適応的に割り当てられる。
【００６７】
次に、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置について説明する。
【００６８】
図４は、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図である。同図において、デマルチプレクサ（分割手段）２００は、入力されたビットストリームを、後述する適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに分解してサブバンドごとの符号語に分割する。ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄは、各符号語を逆量子化して得られた復号残差信号と過去のフレームの符号語から算出された予測値との和を復号サブバンド信号として出力する。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄは、符号語からＬＳＢを消去したコアビットのみの逆量子化値およびスケールファクタを算出する。適応ビット割当器（算出手段）２２０は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって算出されたコアビットの逆量子化値のエネルギーに基づき、音声符号化装置によって各残差信号に割り当てられた量子化ビット数を算出する。
【００６９】
合成フィルタバンク（合成手段）２３０は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力された復号サブバンド信号を合成して復号信号を得る。合成フィルタバンク２３０内のアップサンプラ２４０ａ〜２４０ｄは、間引きされている復号サブバンド信号の補間処理を行う。また、合成フィルタバンク２３０内の帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄは、補間処理された復号サブバンド信号に対して合成フィルタリングを行う。ここで、合成フィルタバンク２３０は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄはのインパルス応答は非対称である。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａの構成と適応ビット割当器２２０とを示したが、他のＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ｂ〜２１０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器２２０に接続されている。
【００７１】
図５において、コアビット抽出部２１１は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語からＬＳＢを消去しコアビットを抽出する。逆量子化部２１２は、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を加算器２１４、予測部２１５、および適応ビット割当器２２０へ出力する。スケールファクタ適応部２１３は、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出する。加算器２１４は、逆量子化値と予測部２１５によって算出された予測値との和をとる。予測部２１５は、逆量子化値と予測部２１５自身の出力から零予測および極予測を行い、復号サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。逆量子化部２１６は、入力された符号語をスケールファクタを用いて適応ビット割当器２２０により算出された量子化ビット数ごとに逆量子化し、復号残差信号を出力する。加算器２１７は、逆量子化部２１６によって出力された復号残差信号と予測値との和をとって、復号サブバンド信号を生成する。
【００７２】
次いで、上記のように構成された音声復号化装置の動作について説明する。
【００７３】
音声復号化装置に入力されたビットストリームはデマルチプレクサ２００によって適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに分解され、４つのサブバンドごとの符号語に分割される。分割された符号語は、それぞれＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力される。
【００７４】
そして、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、逆量子化部２１６により、適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに逆量子化されて復号残差信号が出力される。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、コアビット抽出部２１１によってＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部２１３に入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部２１２へ入力される。逆量子化部２１２においては、スケールファクタ適応部２１３により算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部２１５に入力される。この入力値を零予測入力値という。また、逆量子化値は、加算器２１４により、予測部２１５から出力される過去のフレームの予測値と加算され、再び予測部２１５へ入力される。この入力値を極予測入力値という。零予測入力値と極予測入力値から予測部２１５によって、復号サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００７５】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、逆量子化値は、適応ビット割当器２２０に入力される。適応ビット割当器２２０においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力された逆量子化値のエネルギー、すなわちサンプルとなる逆量子化値の二乗和が算出され、算出された逆量子化値のエネルギーに基づいて、符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化された各残差信号に割り当てられた量子化ビット数が算出される。
【００７６】
算出された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄの逆量子化部２１６に出力され、逆量子化部２１６は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの符号語を、適応ビット割当器２２０によって割り当てられたビット数ごとに逆量子化して復号残差信号を出力する。出力された復号残差信号は、加算器２１７によって予測部２１５から出力された予測値と加算され、復号サブバンド信号となり、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力される。
【００７７】
各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって逆量子化された復号サブバンド信号は、合成フィルタバンク２３０内のアップサンプラ２４０ａ〜２４０ｄによって補間処理され、帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄによって合成フィルタリングされ、加算器２６０ａ〜２６０ｃによって各帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄからの出力が加算されて復号信号となる。ここで、合成フィルタバンク２３０は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄのインパルス応答は非対称であるため、フィルタリングにより発生する群遅延量が削減され、演算量を少なくすることができる。
【００７８】
このように、本実施の形態の音声符号化装置および音声復号化装置によれば、音声符号化装置においては、周波数帯域ごとのサブバンド信号と予測値の残差信号を量子化して符号語を出力し、出力された符号語を逆量子化して逆量子化値のエネルギーを算出し、算出されたエネルギーから各残差信号の次フレームを量子化する際に割り当てる量子化ビット数を決定し、音声復号化装置においては、音声符号化装置が逆量子化した符号語と同一の符号語を逆量子化して逆量子化値のエネルギーを算出し、算出されたエネルギーから音声符号化装置において決定された各残差信号の次フレームに対して割り当てられた量子化ビット数を算出するため、音声符号化装置においては残差信号に適応的に量子化ビット数を割り当てることができ、かつ、音声符号化装置が割り当てた量子化ビット数を変更した場合でも、音声復号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を得ることなく音声符号化装置によるビット割り当ての変更と同期して逆量子化することができる。したがって、音声符号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を音声復号化装置に通知して同期させるということが必要ないため、音声情報の伝送効率を下げることなく音質の向上を図ることができる。
【００７９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置および音声復号化装置の特徴は、量子化ビット数の最適値を決定するためにスケールファクタを用いる点である。なお、実施の形態２に係る音声符号化装置および音声復号化装置の構成は、実施の形態１の図１および図４に示す音声符号化装置および音声復号化装置と同様であり、その説明を省略する。
【００８０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａの構成と適応ビット割当器１４０ａとを示したが、他のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ｂ〜１３０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器１４０ａに接続されている。また、図２に示したブロック図と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図６において、スケールファクタ適応部１３４ａは、コアビット抽出部１３３によって抽出されたコアビットからスケールファクタを算出し、適応ビット割当器１４０ａへ出力する。逆量子化部１３５ａは、コアビット抽出部１３３によって抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を予測部１３６および加算器１３７へ出力する。適応ビット割当器１４０ａは、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって算出されたスケールファクタに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００８２】
次いで、上記のように構成された音声符号化装置の動作について説明する。
【００８３】
分割フィルタバンク１００によって分割されたサブバンド信号は、それぞれＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力される。そして、加算器１３１によって、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と、予測部１３６によって過去のフレームから算出された残差信号が算出され、算出された残差信号は量子化部１３２に入力される。残差信号は量子化部１３２により量子化されて、適応ビット割当器１４０ａによって割り当てられた量子化ビット数の符号語となる。残差信号の量子化には、スケールファクタ適応部１３４ａにより算出されるスケールファクタが用いられる。量子化部１３２によって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０へ出力されるとともに、コアビット抽出部１３３に入力されてＬＳＢが消去されてコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部１３４ａに入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部１３５ａへ入力される。ここで、スケールファクタの整合性を保つために、量子化部１３２によって量子化された符号語は、スケーラブルなものとする。
【００８４】
逆量子化部１３５ａにおいては、スケールファクタ適応部１３４ａにより算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値から予測部１３６により、サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００８５】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、スケールファクタは、適応ビット割当器１４０ａに入力される。適応ビット割当器１４０ａにおいては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力されたスケールファクタの平均値をエネルギーとみなして、実施の形態１と同様にＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化される各残差信号に割り当てる量子化ビット数が決定される。
【００８６】
決定された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄの量子化部１３２に出力され、量子化部１３２は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの残差信号を量子化し、割り当てられたビット数の符号語を出力する。各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０によって多重され、多重信号であるビットストリームに整形される。
【００８７】
次に、本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置について説明する。実施の形態２に係る音声復号化装置の構成は、実施の形態１の図４に示す音声復号化装置と同様であり、その説明を省略する。
【００８８】
図７は、本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａの構成と適応ビット割当器２２０ａとを示したが、他のＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ｂ〜２１０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器２２０ａに接続されている。
【００８９】
図７において、コアビット抽出部２１１は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語からＬＳＢを消去しコアビットを抽出する。逆量子化部２１２ａは、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を加算器２１４および予測部２１５へ出力する。スケールファクタ適応部２１３ａは、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出し、適応ビット割当器２２０ａへ出力する。加算器２１４は、逆量子化値と予測部２１５によって算出された予測値との和をとる。予測部２１５は、逆量子化値と予測部２１５自身の出力から零予測および極予測を行い、復号サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。逆量子化部２１６は、入力された符号語をスケールファクタを用いて適応ビット割当器２２０により算出された量子化ビット数ごとに逆量子化し、復号残差信号を出力する。加算器２１７は、逆量子化部２１６によって出力された復号残差信号と予測値との和をとって、復号サブバンド信号を生成する。適応ビット割当器２２０ａは、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって算出されたスケールファクタに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００９０】
次いで、上記のように構成された音声復号化装置の動作について説明する。
【００９１】
デマルチプレクサ２００によって分割された符号語は、それぞれＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力される。そして、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、逆量子化部２１６により、適応ビット割当器２２０ａによって割り当てられた量子化ビット数ごとに逆量子化されて復号残差信号が出力される。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、コアビット抽出部２１１によってＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部２１３ａに入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部２１２ａへ入力される。逆量子化部２１２aにおいては、スケールファクタ適応部２１３ａにより算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部２１５に入力される。予測部２１５においては、入力された逆量子化値から復号サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００９２】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、スケールファクタは、適応ビット割当器２２０ａに入力される。適応ビット割当器２２０ａにおいては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力されたスケールファクタの平均値をエネルギーとみなして、実施の形態１と同様に符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化された各残差信号に割り当てられた量子化ビット数が算出される。
【００９３】
算出された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄの逆量子化部２１６に出力され、逆量子化部２１６は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの符号語を、適応ビット割当器２２０ａによって割り当てられたビット数ごとに逆量子化して復号残差信号を出力する。出力された復号残差信号は、加算器２１７によって予測部２１５から出力された予測値と加算され、復号サブバンド信号となり、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力される。各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって逆量子化された復号サブバンド信号は、合成フィルタバンク２３０によって合成されて復号信号となる。
【００９４】
このように、本実施の形態の音声符号化装置および音声復号化装置によれば、音声符号化装置においては、周波数帯域ごとのサブバンド信号と予測値の残差信号を量子化して符号語を出力し、出力された符号語のコアビットからスケールファクタを算出し、算出されたスケールファクタから各残差信号の次フレームを量子化する際に割り当てる量子化ビット数を決定し、音声復号化装置においては、音声符号化装置が逆量子化した符号語と同一の符号語のコアビットからスケールファクタを算出し、算出されたスケールファクタから音声符号化装置において決定された各残差信号の次フレームに対して割り当てられた量子化ビット数を算出するため、音声符号化装置においては残差信号に適応的に量子化ビット数を割り当てることができ、かつ、音声符号化装置が割り当てた量子化ビット数を変更した場合でも、音声復号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を得ることなく音声符号化装置によるビット割り当ての変更と同期して逆量子化することができる。したがって、音声情報の伝送効率を下げることなく音質の向上を図ることができる
なお、上記の各実施の形態においては、分割フィルタバンクによって入力信号が４分割される構成としたが、これに限定されず、入力信号が周波数帯域によって２以上に分割される構成であればよい。ただし、分割数を多くすることにより、量子化対象信号が平滑化され、スケールファクタの追従性は向上する。加えて、分割フィルタバンクがコサイン変調フィルタである場合は、分割数を多くすることにより、基本フィルタのタップ数が増え、遅延量の増加を抑制する。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音質の向上を図ることができる音声符号化装置・方法および音声復号化装置・方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る量子化ビット数割り当ての一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図８】従来の２分割のサブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置および音声復号化装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００ 分割フィルタバンク（分割手段）
１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ ＡＤＰＣＭ量子化器（量子化手段）
１３２ 量子化部（量子化手段）
１３３，２１１ コアビット抽出部（抽出手段）
１３４，１３４ａ，２１３，２１３ａ スケールファクタ適応部（取得手段）
１３５，１３５ａ，２１２，２１２ａ，２１６ 逆量子化部（逆量子化手段）
１４０，１４０ａ，２２０，２２０ａ 適応ビット割当器（決定手段）
２００ デマルチプレクサ（分割手段）
２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ ＡＤＰＣＭ逆量子化器（逆量子化手段）
２３０ 合成フィルタバンク（合成手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブバンドＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）において用いられる音声符号化装置および音声復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置および音声復号化装置としては、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication sector）標準のＧ．７２２に準拠した装置が知られている。
【０００３】
図８は、上記Ｇ．７２２に記載されている２分割のサブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置３００および音声復号化装置４００の構成を示すブロック図である。
【０００４】
音声符号化装置３００は、入力信号の周波数帯域を２分割してサブバンド信号を出力する２４タップの分割フィルタバンク３１０、２分割された各サブバンド信号をＡＤＰＣＭにより量子化するＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂ、およびＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂにより量子化された符号語を多重してビットストリームを整形するマルチプレクサ３３０から構成されている。
【０００５】
一方、音声復号化装置４００は、伝送されたビットストリームをサブバンドごとの符号語を出力するデマルチプレクサ４１０、デマルチプレクサ４１０から出力されたサブバンドごとの符号語を逆量子化してサブバンド信号を出力するＡＤＰＣＭ逆量子化器４２０ａ，４２０ｂ、およびサブバンド信号を合成フィルタ処理する２４タップの合成フィルタバンク４３０から構成されている。
【０００６】
次いで、上記のように構成された音声符号化装置３００および音声復号化装置４００の動作について説明する。
【０００７】
入力信号は分割フィルタバンク３１０により、周波数帯域が２分割されて２つのサブバンド信号となる。それぞれのサブバンド信号は、対応するＡＤＰＣＭ量子化器３２０ａ，３２０ｂにより、予め決められている量子化ビット数が割り当てられて量子化される。そして、量子化されて得られた符号語は、マルチプレクサ３３０により多重されて、ビットストリームとなる。
【０００８】
一方、音声復号化装置４００においては、デマルチプレクサ４１０により、複数の符号語が多重されているビットストリームがサブバンドごとの符号語に分割される。分割されて得られたサブバンドごとの符号語は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器４２０ａ，４２０ｂにより、逆量子化されてサブバンド信号となり、合成フィルタバンク４３０によって合成されて復号信号となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の音声符号化装置および音声復号化装置においては、音声符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器によって各サブバンド信号に割り当てられる量子化ビット数が固定されているため、特に入力信号のサンプリング周波数が高くなった場合に、ビット割り当てが最適でない場合が発生し、音声復号化装置における復号信号の音質劣化を招くおそれがある。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、音質の向上を図ることができる音声符号化装置・方法および音声復号化装置・方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の音声符号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクは、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００１７】
本発明の音声符号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、インパルス応答が非対称な基本フィルタを有するコサイン変調フィルタバンクによって、入力信号を複数の周波数帯域に分割して複数のサブバンド信号を生成するため、フィルタリングにより発生する群遅延量を削減することができ、演算量を少なくすることができる。
【００２５】
本発明の音声復号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００２９】
本発明の音声復号化装置は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有する構成を採る。
【００３４】
この構成によれば、インパルス応答が非対称な基本フィルタを有するコサイン変調フィルタバンクによって、生成された復号サブバンド信号をを合成するため、フィルタリングにより発生する群遅延量を削減することができ、演算量を少なくすることができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、入力信号を周波数帯域ごとに分割した複数のサブバンド信号と予測値との残差信号をそれぞれ量子化し、量子化出力を逆量子化してサブバンド信号の次フレームの予測値を算出するサブバンドＡＤＰＣＭ符号化において、過去のフレームから次フレームの予測値を算出する過程で各残差信号の次フレームに割り当てる量子化ビット数を決定し、適応的にビット割り当てを変化させることである。
【００５２】
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。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図である。同図において、分割フィルタバンク（分割手段）１００は、入力信号を等間隔のサブバンド周波数帯域に４分割し、分割数である４を間引き数として間引き処理を行う。分割フィルタバンク１００内の帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄは、入力信号に対して所定の周波数帯域ごとの分割フィルタリングを行う。ここで、分割フィルタバンク１００は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄのインパルス応答は非対称である。
【００５４】
また、分割フィルタバンク１００内のダウンサンプラ１２０ａ〜１２０ｄは、符号化効率を考慮して間引き数を分割フィルタバンク１００における分割数に等しい４として、帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄの出力に対して間引き処理を行い、それぞれサブバンド信号を出力する。
【００５５】
ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄは、各サブバンド信号と過去のフレームのサブバンド信号から算出された予測値との残差信号を量子化してスケーラブルな符号語を出力する。また、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄは、残差信号から逆量子化値およびスケールファクタを算出する。
【００５６】
適応ビット割当器（決定手段）１４０は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって算出された逆量子化値のエネルギーに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００５７】
マルチプレクサ１５０は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力された符号語を多重して、多重信号であるビットストリームを整形する。
【００５８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａの構成と適応ビット割当器１４０とを示したが、他のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ｂ〜１３０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器１４０に接続されている。
【００５９】
図２において、加算器１３１は、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と予測値の差をとって、残差信号を生成する。量子化部１３２は、生成された残差信号をスケールファクタを用いて量子化し、適応ビット割当器１４０により決定された量子化ビット数の符号語を出力する。コアビット抽出部１３３は、量子化部１３２によって出力された符号語から重要度の低いビット（以下「ＬＳＢ（Least Significant Bits）」という）を消去しコアビットを抽出する。スケールファクタ適応部１３４は、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出する。逆量子化部１３５は、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を予測部１３６、加算器１３７、および適応ビット割当器１４０へ出力する。予測部１３６は、逆量子化値と予測部１３６自身の出力とから零予測および極予測を行い、サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。加算器１３７は、逆量子化値と予測部１３６によって算出された予測値との和をとる。
【００６０】
次いで、上記のように構成された符号化装置の動作について説明する。
【００６１】
音声符号化装置に入力された音声信号は分割フィルタバンク１００によって４つのサブバンド信号に分割される。ここで、分割フィルタバンク１００は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域分割ＦＩＲフィルタ１１０ａ〜１１０ｄのインパルス応答は非対称であるため、フィルタリングにより発生する群遅延量が削減され、演算量を少なくすることができる。分割されたサブバンド信号は、それぞれＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力される。
【００６２】
そして、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と、予測部１３６によって過去のフレームから算出された予測値との残差信号が加算器１３１によって算出され、算出された残差信号は量子化部１３２に入力される。残差信号は量子化部１３２により量子化されて、適応ビット割当器１４０によって割り当てられた量子化ビット数の符号語となる。残差信号の量子化には、スケールファクタ適応部１３４により算出されるスケールファクタが用いられる。量子化部１３２によって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０へと出力されるとともに、コアビット抽出部１３３に入力されてＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部１３４に入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部１３５へ入力される。ここで、スケールファクタの整合性を保つために、量子化部１３２によって量子化された符号語は、スケーラブルなものとする。
【００６３】
逆量子化部１３５においては、スケールファクタ適応部１３４により算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部１３６に入力される。この入力値を零予測入力値という。また、逆量子化値は、加算器１３７により、予測部１３６から出力される過去のフレームの予測値と加算され、再び予測部１３６へ入力される。この入力値を極予測入力値という。零予測入力値と極予測入力値から予測部１３６によって、サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００６４】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、逆量子化値は、適応ビット割当器１４０に入力される。適応ビット割当器１４０においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力された逆量子化値のエネルギー、すなわちサンプルとなる逆量子化値の二乗和が算出され、算出された逆量子化値のエネルギーに基づいて、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化される各残差信号に割り当てる量子化ビット数が決定される。
【００６５】
決定された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄの量子化部１３２に出力され、量子化部１３２は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの残差信号を量子化し、割り当てられたビット数の符号語を出力する。各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０によって多重され、多重信号であるビットストリームに整形される。
【００６６】
図３は、量子化ビット数割り当ての一例を示す図である。同図において、斜線で示すビットは、各バンドにおけるコアビットを示しており、第１バンドでは５ビット、第２バンドでは４ビット、第３バンドでは３ビット、および第４バンドでは２ビットを占めている。これらのコアビットはどのバンドにおいても常にそれぞれ一定であり、適応ビット割当器１４０によって適応的に割り当てられるのは、図３において白色で示す２ビット分である。この２ビットが、逆量子化値のエネルギーに応じて、各バンドに適応的に割り当てられる。
【００６７】
次に、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置について説明する。
【００６８】
図４は、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図である。同図において、デマルチプレクサ（分割手段）２００は、入力されたビットストリームを、後述する適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに分解してサブバンドごとの符号語に分割する。ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄは、各符号語を逆量子化して得られた復号残差信号と過去のフレームの符号語から算出された予測値との和を復号サブバンド信号として出力する。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄは、符号語からＬＳＢを消去したコアビットのみの逆量子化値およびスケールファクタを算出する。適応ビット割当器（算出手段）２２０は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって算出されたコアビットの逆量子化値のエネルギーに基づき、音声符号化装置によって各残差信号に割り当てられた量子化ビット数を算出する。
【００６９】
合成フィルタバンク（合成手段）２３０は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力された復号サブバンド信号を合成して復号信号を得る。合成フィルタバンク２３０内のアップサンプラ２４０ａ〜２４０ｄは、間引きされている復号サブバンド信号の補間処理を行う。また、合成フィルタバンク２３０内の帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄは、補間処理された復号サブバンド信号に対して合成フィルタリングを行う。ここで、合成フィルタバンク２３０は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄはのインパルス応答は非対称である。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａの構成と適応ビット割当器２２０とを示したが、他のＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ｂ〜２１０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器２２０に接続されている。
【００７１】
図５において、コアビット抽出部２１１は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語からＬＳＢを消去しコアビットを抽出する。逆量子化部２１２は、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を加算器２１４、予測部２１５、および適応ビット割当器２２０へ出力する。スケールファクタ適応部２１３は、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出する。加算器２１４は、逆量子化値と予測部２１５によって算出された予測値との和をとる。予測部２１５は、逆量子化値と予測部２１５自身の出力から零予測および極予測を行い、復号サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。逆量子化部２１６は、入力された符号語をスケールファクタを用いて適応ビット割当器２２０により算出された量子化ビット数ごとに逆量子化し、復号残差信号を出力する。加算器２１７は、逆量子化部２１６によって出力された復号残差信号と予測値との和をとって、復号サブバンド信号を生成する。
【００７２】
次いで、上記のように構成された音声復号化装置の動作について説明する。
【００７３】
音声復号化装置に入力されたビットストリームはデマルチプレクサ２００によって適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに分解され、４つのサブバンドごとの符号語に分割される。分割された符号語は、それぞれＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力される。
【００７４】
そして、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、逆量子化部２１６により、適応ビット割当器２２０によって割り当てられた量子化ビット数ごとに逆量子化されて復号残差信号が出力される。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、コアビット抽出部２１１によってＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部２１３に入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部２１２へ入力される。逆量子化部２１２においては、スケールファクタ適応部２１３により算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部２１５に入力される。この入力値を零予測入力値という。また、逆量子化値は、加算器２１４により、予測部２１５から出力される過去のフレームの予測値と加算され、再び予測部２１５へ入力される。この入力値を極予測入力値という。零予測入力値と極予測入力値から予測部２１５によって、復号サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００７５】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、逆量子化値は、適応ビット割当器２２０に入力される。適応ビット割当器２２０においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力された逆量子化値のエネルギー、すなわちサンプルとなる逆量子化値の二乗和が算出され、算出された逆量子化値のエネルギーに基づいて、符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化された各残差信号に割り当てられた量子化ビット数が算出される。
【００７６】
算出された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄの逆量子化部２１６に出力され、逆量子化部２１６は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの符号語を、適応ビット割当器２２０によって割り当てられたビット数ごとに逆量子化して復号残差信号を出力する。出力された復号残差信号は、加算器２１７によって予測部２１５から出力された予測値と加算され、復号サブバンド信号となり、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力される。
【００７７】
各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって逆量子化された復号サブバンド信号は、合成フィルタバンク２３０内のアップサンプラ２４０ａ〜２４０ｄによって補間処理され、帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄによって合成フィルタリングされ、加算器２６０ａ〜２６０ｃによって各帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄからの出力が加算されて復号信号となる。ここで、合成フィルタバンク２３０は、コサイン変調フィルタバンクであり、基本フィルタである帯域合成ＦＩＲフィルタ２５０ａ〜２５０ｄのインパルス応答は非対称であるため、フィルタリングにより発生する群遅延量が削減され、演算量を少なくすることができる。
【００７８】
このように、本実施の形態の音声符号化装置および音声復号化装置によれば、音声符号化装置においては、周波数帯域ごとのサブバンド信号と予測値の残差信号を量子化して符号語を出力し、出力された符号語を逆量子化して逆量子化値のエネルギーを算出し、算出されたエネルギーから各残差信号の次フレームを量子化する際に割り当てる量子化ビット数を決定し、音声復号化装置においては、音声符号化装置が逆量子化した符号語と同一の符号語を逆量子化して逆量子化値のエネルギーを算出し、算出されたエネルギーから音声符号化装置において決定された各残差信号の次フレームに対して割り当てられた量子化ビット数を算出するため、音声符号化装置においては残差信号に適応的に量子化ビット数を割り当てることができ、かつ、音声符号化装置が割り当てた量子化ビット数を変更した場合でも、音声復号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を得ることなく音声符号化装置によるビット割り当ての変更と同期して逆量子化することができる。したがって、音声符号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を音声復号化装置に通知して同期させるということが必要ないため、音声情報の伝送効率を下げることなく音質の向上を図ることができる。
【００７９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置および音声復号化装置の特徴は、量子化ビット数の最適値を決定するためにスケールファクタを用いる点である。なお、実施の形態２に係る音声符号化装置および音声復号化装置の構成は、実施の形態１の図１および図４に示す音声符号化装置および音声復号化装置と同様であり、その説明を省略する。
【００８０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａの構成と適応ビット割当器１４０ａとを示したが、他のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ｂ〜１３０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器１４０ａに接続されている。また、図２に示したブロック図と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図６において、スケールファクタ適応部１３４ａは、コアビット抽出部１３３によって抽出されたコアビットからスケールファクタを算出し、適応ビット割当器１４０ａへ出力する。逆量子化部１３５ａは、コアビット抽出部１３３によって抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を予測部１３６および加算器１３７へ出力する。適応ビット割当器１４０ａは、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって算出されたスケールファクタに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００８２】
次いで、上記のように構成された音声符号化装置の動作について説明する。
【００８３】
分割フィルタバンク１００によって分割されたサブバンド信号は、それぞれＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力される。そして、加算器１３１によって、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄに入力されたサブバンド信号と、予測部１３６によって過去のフレームから算出された残差信号が算出され、算出された残差信号は量子化部１３２に入力される。残差信号は量子化部１３２により量子化されて、適応ビット割当器１４０ａによって割り当てられた量子化ビット数の符号語となる。残差信号の量子化には、スケールファクタ適応部１３４ａにより算出されるスケールファクタが用いられる。量子化部１３２によって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０へ出力されるとともに、コアビット抽出部１３３に入力されてＬＳＢが消去されてコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部１３４ａに入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部１３５ａへ入力される。ここで、スケールファクタの整合性を保つために、量子化部１３２によって量子化された符号語は、スケーラブルなものとする。
【００８４】
逆量子化部１３５ａにおいては、スケールファクタ適応部１３４ａにより算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値から予測部１３６により、サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００８５】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、スケールファクタは、適応ビット割当器１４０ａに入力される。適応ビット割当器１４０ａにおいては、ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄから出力されたスケールファクタの平均値をエネルギーとみなして、実施の形態１と同様にＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化される各残差信号に割り当てる量子化ビット数が決定される。
【００８６】
決定された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄの量子化部１３２に出力され、量子化部１３２は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの残差信号を量子化し、割り当てられたビット数の符号語を出力する。各ＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄによって量子化された符号語は、マルチプレクサ１５０によって多重され、多重信号であるビットストリームに整形される。
【００８７】
次に、本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置について説明する。実施の形態２に係る音声復号化装置の構成は、実施の形態１の図４に示す音声復号化装置と同様であり、その説明を省略する。
【００８８】
図７は、本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図である。同図においては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａの構成と適応ビット割当器２２０ａとを示したが、他のＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ｂ〜２１０ｄの構成も同様であり、それぞれ適応ビット割当器２２０ａに接続されている。
【００８９】
図７において、コアビット抽出部２１１は、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語からＬＳＢを消去しコアビットを抽出する。逆量子化部２１２ａは、抽出されたコアビットを逆量子化し、逆量子化値を加算器２１４および予測部２１５へ出力する。スケールファクタ適応部２１３ａは、抽出されたコアビットからスケールファクタを算出し、適応ビット割当器２２０ａへ出力する。加算器２１４は、逆量子化値と予測部２１５によって算出された予測値との和をとる。予測部２１５は、逆量子化値と予測部２１５自身の出力から零予測および極予測を行い、復号サブバンド信号の次フレームの予測値を算出する。逆量子化部２１６は、入力された符号語をスケールファクタを用いて適応ビット割当器２２０により算出された量子化ビット数ごとに逆量子化し、復号残差信号を出力する。加算器２１７は、逆量子化部２１６によって出力された復号残差信号と予測値との和をとって、復号サブバンド信号を生成する。適応ビット割当器２２０ａは、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって算出されたスケールファクタに基づき、各残差信号に割り当てる量子化ビット数を決定する。
【００９０】
次いで、上記のように構成された音声復号化装置の動作について説明する。
【００９１】
デマルチプレクサ２００によって分割された符号語は、それぞれＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力される。そして、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、逆量子化部２１６により、適応ビット割当器２２０ａによって割り当てられた量子化ビット数ごとに逆量子化されて復号残差信号が出力される。また、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄに入力された符号語は、コアビット抽出部２１１によってＬＳＢが消去されコアビットが抽出される。抽出されたコアビットは、スケールファクタ適応部２１３ａに入力されてスケールファクタが算出されるとともに、逆量子化部２１２ａへ入力される。逆量子化部２１２aにおいては、スケールファクタ適応部２１３ａにより算出されたスケールファクタが用いられて、コアビットが逆量子化される。コアビットが逆量子化されて得られた逆量子化値は予測部２１５に入力される。予測部２１５においては、入力された逆量子化値から復号サブバンド信号の次フレームの予測値が算出される。
【００９２】
また、例えばピッチ周期などの所定の数のフレームを１つの単位として、スケールファクタは、適応ビット割当器２２０ａに入力される。適応ビット割当器２２０ａにおいては、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力されたスケールファクタの平均値をエネルギーとみなして、実施の形態１と同様に符号化装置のＡＤＰＣＭ量子化器１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれにおいて量子化された各残差信号に割り当てられた量子化ビット数が算出される。
【００９３】
算出された量子化ビット数は、各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄの逆量子化部２１６に出力され、逆量子化部２１６は上述のように、スケールファクタを用いて次フレームの符号語を、適応ビット割当器２２０ａによって割り当てられたビット数ごとに逆量子化して復号残差信号を出力する。出力された復号残差信号は、加算器２１７によって予測部２１５から出力された予測値と加算され、復号サブバンド信号となり、ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄから出力される。各ＡＤＰＣＭ逆量子化器２１０ａ〜２１０ｄによって逆量子化された復号サブバンド信号は、合成フィルタバンク２３０によって合成されて復号信号となる。
【００９４】
このように、本実施の形態の音声符号化装置および音声復号化装置によれば、音声符号化装置においては、周波数帯域ごとのサブバンド信号と予測値の残差信号を量子化して符号語を出力し、出力された符号語のコアビットからスケールファクタを算出し、算出されたスケールファクタから各残差信号の次フレームを量子化する際に割り当てる量子化ビット数を決定し、音声復号化装置においては、音声符号化装置が逆量子化した符号語と同一の符号語のコアビットからスケールファクタを算出し、算出されたスケールファクタから音声符号化装置において決定された各残差信号の次フレームに対して割り当てられた量子化ビット数を算出するため、音声符号化装置においては残差信号に適応的に量子化ビット数を割り当てることができ、かつ、音声符号化装置が割り当てた量子化ビット数を変更した場合でも、音声復号化装置は変更したビット割り当てに関する情報を得ることなく音声符号化装置によるビット割り当ての変更と同期して逆量子化することができる。したがって、音声情報の伝送効率を下げることなく音質の向上を図ることができる
なお、上記の各実施の形態においては、分割フィルタバンクによって入力信号が４分割される構成としたが、これに限定されず、入力信号が周波数帯域によって２以上に分割される構成であればよい。ただし、分割数を多くすることにより、量子化対象信号が平滑化され、スケールファクタの追従性は向上する。加えて、分割フィルタバンクがコサイン変調フィルタである場合は、分割数を多くすることにより、基本フィルタのタップ数が増え、遅延量の増加を抑制する。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音質の向上を図ることができる音声符号化装置・方法および音声復号化装置・方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る量子化ビット数割り当ての一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る音声復号化装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る音声復号化装置の要部の構成を示すブロック図
【図８】従来の２分割のサブバンドＡＤＰＣＭにおいて用いられる音声符号化装置および音声復号化装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００ 分割フィルタバンク（分割手段）
１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ ＡＤＰＣＭ量子化器（量子化手段）
１３２ 量子化部（量子化手段）
１３３，２１１ コアビット抽出部（抽出手段）
１３４，１３４ａ，２１３，２１３ａ スケールファクタ適応部（取得手段）
１３５，１３５ａ，２１２，２１２ａ，２１６ 逆量子化部（逆量子化手段）
１４０，１４０ａ，２２０，２２０ａ 適応ビット割当器（決定手段）
２００ デマルチプレクサ（分割手段）
２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ ＡＤＰＣＭ逆量子化器（逆量子化手段）
２３０ 合成フィルタバンク（合成手段）
Claims (4)
- サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、
前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、
前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、
前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、
前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、
前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクは、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有することを特徴とする音声符号化装置。 - サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う音声符号化装置であって、
前記音声信号を複数の周波数帯域に分割して複数の前記サブバンド信号を生成する分割手段と、
前記各サブバンド信号を割り当てビット数に従って量子化してスケーラブルな符号語を生成する量子化手段と、
前記量子化手段によって生成された前記符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する逆量子化手段と、
前記逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、
前記分割手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有することを特徴とする音声符号化装置。 - サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、
与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、
前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、
前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、
前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のエネルギーに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、
前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有することを特徴とする音声復号化装置。 - サブバンドＡＤＰＣＭ方式により音声信号の復号化を行う音声復号化装置であって、
与えられたスケーラブルな符号語を割り当てビット数に従って逆量子化して復号サブバンド信号を生成する第１逆量子化手段と、
前記第１逆量子化手段によって生成された復号サブバンド信号を合成する合成手段と、
前記スケーラブルな符号語からコアビットを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットからスケールファクタを取得する取得手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記コアビットを逆量子化する第２逆量子化手段と、
前記第２逆量子化手段から出力された逆量子化信号のピッチ周期ごとに、前記取得手段によって取得された前記スケールファクタに基づいて、前記第１逆量子化手段で用いられる前記割り当てビット数を決定する決定手段と、を備え、
前記合成手段は、コサイン変調フィルタバンクを有し、該コサイン変調フィルタバンクが、インパルス応答が非対称なＦＩＲフィルタを有することを特徴とする音声復号化装置。
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