編碼裝置、解碼裝置以及編碼方法

2023-06-18 23:52:16

專利名稱：編碼裝置、解碼裝置以及編碼方法
技術領域：
本發明涉及在將信號編碼後進行傳輸的通信系統中使用的編碼裝置、解碼裝置以 及編碼方法。
背景技術：
在通過以網際網路通信為代表的分組通信系統、移動通信系統等傳輸語音/樂音信 號時，為了提高語音/樂音信號(音樂信號)的傳輸功率，經常使用壓縮/編碼技術。另外， 近年來，除了單純地以低比特率對語音/樂音信號進行編碼之外，對於將更寬帶的語音/樂 音進行編碼的技術的需求不斷提高。對於這種需求，存在以低比特率對頻帶較寬的信號進行編碼的技術(例如，參照 專利文獻1)。根據這種技術，將輸入信號分成低頻部分的信號和高頻部分的信號，通過以低 頻部分的信號的頻譜置換高頻部分的信號的頻譜進行編碼，從而降低整體的比特率。〔專利文獻1〕日本專利特表2001-521648號公報

發明內容
發明需要解決的問題但是，在專利文獻1公開的頻帶擴展技術中，沒有考慮輸入信號的頻譜的低頻部 分、或者解碼頻譜的低頻部分的諧波結構。例如，在上述頻帶擴展技術中，不區分輸入信號 是樂音信號還是語音信號地實施頻帶擴展處理。然而，一般而言，多數情況下語音信號的諧 波結構比樂音信號弱，頻譜包絡的形狀比樂音信號複雜。因此，在進行頻帶擴展時，如果在 將與分配給樂音信號的頻譜包絡的比特數相同的比特數分配給語音信號的頻譜包絡，則存 在編碼的質量惡化，其結果導致解碼信號的音質惡化的可能性。反之，象樂音信號那樣在輸 入信號的諧波結構非常強的情況下，為了表現諧波結構，也需要分配特別多的比特。總之， 為了提高解碼信號的音質，需要根據諧波結構的強度來切換頻帶擴展的具體處理。圖1是表示頻譜特性非常不同的兩個輸入信號的頻譜特性的圖。在圖1中，橫軸 表示頻率，縱軸表示頻譜的振幅。圖IA表示周期性非常高的頻譜，而圖IB表示周期性非常 低的頻譜。雖然在專利文獻1中，對於為了生成高頻頻譜而使用低頻頻譜的哪個頻帶的選 擇基準未詳細論及，但可以認為對每個幀從低頻頻譜中搜索與高頻頻譜最相似的部分的方 法是最普通的方法。在這種情況下，在現有的方法中，在通過頻帶擴展技術生成高頻部分的 頻譜時，不區分作為參考的輸入信號的頻譜地，以相同的方式(相同的相似性搜索方法、相 同的頻譜包絡量化方法等)進行頻帶擴展處理。但是，由於圖IA的頻譜與圖IB的頻譜相 比周期性非常高，因此，在使用圖IA的頻譜進行頻帶擴展時，若不對高頻部分的頻譜的峰 谷的位置進行適當的編碼，則會使解碼信號的音質較大地惡化。即，在這種情況下，需要增 大關於為了生成高頻頻譜而使用哪個頻帶的低頻頻譜的信息量。另一方面，在使用圖IB的 頻譜進行頻帶擴展時，頻譜的諧波結構不是那麼重要，也不會給解碼信號的音質造成較大 影響。現有技術存在以下的問題由於對於這種頻譜特性大相逕庭的輸入信號也採用相同的方法擴展頻帶，因此，無法提供質量足夠高的解碼信號。本發明的目的在於提供一種通過在考慮輸入信號的頻譜的低頻部分、或者解碼頻 譜的低頻部分的諧波結構而進行頻帶擴展，能夠抑制由頻帶擴展帶來的解碼信號的質量惡 化的編碼裝置、解碼裝置以及編碼方法。解決問題的方案本發明的編碼裝置所採用的結構包括第一編碼單元，將輸入信號編碼並生成第 一編碼信息；解碼單元，將所述第一編碼信息解碼並生成解碼信號；特性判定單元，分析所 述輸入信號的諧波結構的強度，並生成表示分析結果的諧波特性信息；以及第二編碼單元， 將所述解碼信號對於所述輸入信號的差分編碼而生成第二編碼信息，並且基於所述諧波特 性信息，變更分配給構成所述第二編碼信息的多個參數的比特數。本發明的解碼裝置所採用的結構包括接收單元，接收由編碼裝置將輸入信號編 碼而獲得的第一編碼信息、將對所述第一編碼信息進行解碼所得的解碼信號與所述輸入信 號的差分編碼而獲得的第二編碼信息、以及基於分析了所述輸入信號的諧波結構的強度的 分析結果而生成的諧波特性信息；第一解碼單元，使用所述第一編碼信息進行第一層的解 碼而獲得第一解碼信號；以及第二解碼單元，使用所述第二編碼信息和所述第一解碼信號 進行第二層的解碼而獲得第二解碼信號，所述第二解碼單元使用在所述編碼裝置中基於所 述諧波特性信息分配了比特數的、構成所述第二編碼信息的多個參數，進行所述第二層的 解碼。本發明的編碼方法包括第一編碼步驟，將輸入信號編碼並生成第一編碼信息； 解碼步驟，將所述第一編碼信息解碼並生成解碼信號；特性判定步驟，分析所述輸入信號的 諧波結構的強度，並生成表示分析結果的諧波特性信息；以及第二編碼步驟，將所述解碼信 號對於所述輸入信號的差分編碼而生成第二編碼信息，並且基於所述諧波特性信息，變更 分配給構成所述第二編碼信息的多個參數的比特數。發明的效果根據本發明，對於諧波結構大相逕庭的各種輸入信號能夠獲得質量優良的解碼信號。


圖1是表示以往的頻帶擴展技術中的頻譜特性的圖。圖2是表示具有本發明的實施方式1的編碼裝置和解碼裝置的通信系統的結構的 方框圖。圖3是表示圖2所示的編碼裝置的內部的主要結構的方框圖。圖4是表示圖3所示的第一層編碼單元的內部的主要結構的方框圖。圖5是表示圖3所示的第一層解碼單元的內部的主要結構的方框圖。圖6是表示在圖3所示的特性判定單元中生成特性信息的處理的步驟的流程圖。圖7是表示圖3所示的第二層編碼單元的內部的主要結構的方框圖。圖8是用於說明圖7所示的濾波單元中的濾波處理的詳情的圖。圖9是表示在圖7所示的搜索單元中搜索最佳基音係數T』的處理的步驟的流程 圖。
圖10是表示圖2所示的解碼裝置的內部的主要結構的方框圖。圖11是表示圖10所示的第二層解碼單元的內部的主要結構的方框圖。圖12是表示圖3所示的編碼裝置的變形例的內部的主要結構的方框圖。圖13是表示在圖12所示的特性判定單元中生成特性信息的處理的步驟的流程 圖。圖14是表示本發明的實施方式2的編碼裝置的內部的主要結構的方框圖。圖15是表示在圖14所示的特性判定單元中生成特性信息的處理的步驟的流程 圖。
具體實施例方式舉一個關於本發明的概略的例子如下考慮輸入信號的高頻部分、與解碼信號的 頻譜的低頻部分和輸入信號的低頻部分中的任一者之間的諧波結構的差異，在該差異為預 先設定的水平以上時，通過基於寬帶信號的低頻部分的頻譜數據切換對高頻部分的頻譜數 據進行編碼的方法(頻帶擴展方法)，能夠對於諧波結構大相逕庭的各種輸入信號獲得質 量優良的解碼信號。以下，參照附圖詳細地說明本發明的實施方式。此外，作為本發明的編碼裝置和解 碼裝置，以語音編碼裝置和語音解碼裝置為例進行說明。(實施方式1)圖2是表示具有本發明的實施方式1的編碼裝置和解碼裝置的通信系統的結構的 方框圖。在圖2中，通信系統包括編碼裝置和解碼裝置，它們處於能經由傳輸路徑互相通信 的狀態。編碼裝置101按照每N個樣本對輸入信號進行劃分(N為自然數)，將N個樣本作 為一幀對每個幀進行編碼。這裡，假設將作為編碼的對象的輸入信號表示為Xn(η = 0、…、 Ν-1)。η表示在每N個樣本劃分的輸入信號中，信號要素的第η+1個。編碼後的輸入信息 (編碼信息)經由傳輸路徑102，被發送到解碼裝置103。解碼裝置103接收經由傳輸路徑102從編碼裝置101發送來的編碼信息，將其解 碼後獲得輸出信號。圖3是表示圖2所示的編碼裝置101的內部的主要結構的方框圖。在將輸入信號的採樣頻率設為SRinput時，下採樣處理單元201將輸入信號的採樣 頻率從SRinput下採樣到SRb_ (SRbase < SRinput)，將進行了下採樣的輸入信號作為下採樣後輸 入信號，輸出到第一層編碼單元202。第一層編碼單元202對從下採樣處理單元201輸入的下採樣後輸入信號，例如使 用CELP(Code Excited Linear Prediction，碼激勵線性預測編碼)方式的語音編碼方法進 行編碼而生成第一層編碼信息。第一層編碼單元202將所生成的第一層編碼信息輸出到第 一層解碼單元203和編碼信息合併單元208，將第一層編碼信息中所包含的量化自適應激 勵增益輸出到特性判定單元206。第一層解碼單元203對從第一層編碼單元202輸入的第一層編碼信息例如使用 CELP方式的類型的語音解碼方法進行解碼而生成第一層解碼信號，將所生成的第一層解碼 信號輸出到上採樣處理單元204。此外，關於第一層解碼單元203的詳情在後面敘述。
上採樣處理單元204將從第一層解碼單元203輸入的第一層解碼信號的採樣頻 率從SRbase上採樣到SRinput,將進行了上採樣的第一層解碼信號作為上採樣後第一層解碼信 號，輸出到正交變換處理單元205。正交變換處理單元205在內部具有緩衝器bufln、和buf2n(n = 0、…、N_l)，對輸 入信號Xn、以及從上採樣處理單元204輸入的上採樣後第一層解碼信號yn進行修正離散餘 弦變換(MDCT :Modified Discrete CosineTransform)。接下來，對正交變換處理單元205的正交變換處理的計算步驟和向內部緩衝器的 數據輸出進行說明。首先，正交變換處理單元205通過以下的式(1)和式(2)，以「0」作為初始值將緩 衝器bufln和buf2n各自進行初始化。bufln = 0(n = 0,…，N_l) · · · (1)buf2n = 0(n = 0，…，N_l) · · · (2)接下來，正交變換處理單元205對輸入信號Xn和上採樣後第一層解碼信號yn按照 以下的式(3)和式(4)進行MDCT處理，求輸入信號的MDCT係數(以下稱作「輸入頻譜」) S2 (k)、和上採樣後第一層解碼信號yn的MDCT係數(以下稱作「第一層解碼頻譜」 )Sl (k)。
這裡，k表示一幀中各個樣本的索引。正交變換處理單元205通過以下的式(5)求 作為使輸入信號Xn與緩衝器bunn結合的矢量的X』 n。另外，正交變換處理單元205通過 以下的式(6)求作為使上採樣後第一層解碼信號yn與緩衝器buf2n結合的矢量的r n。
接下來，正交變換處理單元205通過式(7)和式(8)更新緩衝器buf In和緩衝器 buf2n。bufln = xn(η = 0，—N-1) · · · (7)buf2n = yn(n = 0，—N-1) · · · (8)然後，正交變換處理單元205將輸入頻譜S2 (k)和第一層解碼頻譜Sl (k)輸出到 第二層編碼單元207。特性判定單元206根據從第一層編碼單元202輸入的第一層編碼信息中所包含的 量化自適應激勵增益的值生成特性信息，輸出到第二層解碼單元207。此外，關於特性判定 單元206的詳情在後面敘述。第二層編碼單元207基於從特性判定單元206輸入的特性信息，使用從正交變換 處理單元205輸入的輸入頻譜S2(k)和第一層解碼頻譜Sl (k)生成第二層編碼信息，將所 生成的第二層編碼信息輸出到編碼信息合併單元208。此外，關於第二編碼單元207的詳情在後面敘述。編碼信息合併單元208合併從第一層編碼單元202輸入的第一層編碼信息和從第 二層編碼單元207輸入的第二層編碼信息，對於所合併的信息源碼，在根據需要附加傳輸 誤碼等之後將其作為編碼信息輸出到傳輸路徑102。圖4是表示第一層編碼單元202的內部的主要結構的方框圖。在圖4中，前處理單元301對輸入信號進行除去DC分量的高通濾波器處理、謀求 後續的編碼處理的性能改善的波形整形處理或者預加重處理，將進行這些處理而取得的信 號Xin輸出到LPC (Linear PredictionCoeff icients，線性預測係數)分析單元302和加法 單元305。 LPC分析單元302使用從前處理單元301輸入的Xin進行線性預測分析，將分析結 果(線性預測係數)輸出到LPC量化單元303。LPC量化單元303進行從LPC分析單元302輸入的線性預測係數(LPC)的量化處 理，將量化LPC輸出到合成濾波器304，並且將表示量化LPC的標記(L)輸出到復用單元 314。合成濾波器304利用基於從LPC量化單元303輸入的量化LPC的濾波器係數，對 從後述的加法單元311輸入的驅動激勵進行濾波器合成而生成合成信號，將合成信號輸出 到加法單元305。加法單元305通過使從合成濾波器304輸入的合成信號的極性反轉，將反轉了極 性的合成信號與從前處理單元301輸入的Xin相加而計算誤差信號，將誤差信號輸出到聽 覺加權單元312。自適應激勵碼本306在緩衝器中存儲有過去由加法單元311輸出的驅動激勵，從 過去的驅動激勵中取出一幀分量的樣本作為自適應激勵矢量，輸出到乘法單元309，所述過 去的驅動激勵是根據從後述的參數決定單元313輸入的信號確定的。量化增益生成單元307將通過從參數決定單元313輸入的信號確定的量化自適應 激勵增益和量化固定激勵增益分別輸出到乘法單元309和乘法單元310。固定激勵碼本308將具有根據從參數決定單元313輸入的信號確定的形狀的脈衝 激勵矢量作為固定激勵矢量輸出到乘法單元310。此外，也可以將擴頻矢量與脈衝激勵矢量 相乘所得的矢量作為固定激勵矢量輸出到乘法單元310。乘法單元309將從量化增益生成單元307輸入的量化自適應激勵增益與從自適應 激勵碼本306輸入的自適應激勵矢量相乘，並將其輸出到加法單元311。此外，乘法單元310 將從量化增益生成單元307輸入的量化固定激勵增益與從固定激勵碼本308輸入的固定激 勵矢量相乘，並將其輸出到加法單元311。加法單元311將從乘法單元309輸入的增益乘法計算後的自適應激勵矢量與從乘 法單元310輸入的增益乘法計算後的固定激勵矢量進行矢量相加，將作為加法計算結果的 驅動激勵輸出到合成濾波器304和自適應激勵碼本306。此外，向自適應激勵碼本306輸出 的驅動激勵存儲到自適應碼本306的緩衝器中。聽覺加權單元312對從加法單元305輸入的誤差信號進行聽覺加權處理，並作為 編碼失真輸出到參數決定單元313。參數決定單元313分別從自適應激勵碼本306、固定激勵碼本308、以及量化增益生成單元307中選擇使從聽覺加權單元312輸入的編碼失真最小的自適應激勵矢量、固定 激勵矢量、以及量化增益，將表示選擇結果的自適應激勵矢量標記(A)、固定激勵矢量標記 (F)、以及量化增益標記(G)輸出到復用單元314。另外，參數決定單元313將輸出到復用單 元314的量化增益標記(G)所包含的量化自適應激勵增益(G_A)輸出到特性判定單元206。復用單元314對從LPC量化單元303輸入的表示量化LPC的標記(L)、從參數決定 單元313輸入的自適應激勵矢量標記(A)、固定激勵矢量標記(F)、以及量化增益標記(G) 進行復用，並將其作為第一層編碼信息輸出到第一層解碼單元203。圖5是表示第一層解碼單元203的內部的主要結構的方框圖。在圖5中，復用分離單元401將從第一層編碼單元202輸入的第一層編碼信息分 離為各個標記(L)、(A)、(G)、(F)0分離出的LPC標記(L)輸出到LPC解碼單元402，分離 出的自適應激勵矢量標記(A)輸出到自適應激勵碼本403，分離出的量化增益標記(G)輸出 到量化增益生成單元404，分離出的固定激勵矢量標記(F)輸出到固定激勵碼本405。LPC解碼單元402根據從復用分離單元401輸入的標記(L)將量化LPC解碼，將解 碼出的量化LPC輸出到合成濾波器409。自適應激勵碼本403從過去的驅動激勵中取出一幀分量的樣本作為自適應激勵 矢量，將其輸出到乘法單元406，所述過去的驅動激勵是根據從復用分離單元401輸入的自 適應激勵矢量標記(A)指定的。量化增益生成單元404對由從復用分離單元401輸入的量化增益標記(G)指定的 量化自適應激勵增益和量化固定激勵增益進行解碼，將量化自適應激勵增益輸出到乘法單 元406，並將量化固定激勵增益輸出到乘法單元407。固定激勵碼本405生成由從復用分離單元401輸入的固定激勵矢量標記(F)指定 的固定激勵矢量，並將其輸出到乘法單元407。乘法單元406將從量化增益生成單元404輸入的量化自適應激勵增益與從自適應 激勵碼本403輸入的自適應激勵矢量相乘，並將其輸出到加法單元408。另外，乘法單元407 將從量化增益生成單元404輸入的量化固定激勵增益與從固定激勵碼本405輸入的固定激 勵矢量相乘，並將其輸出到加法單元408。加法單元408將從乘法單元406輸入的增益乘法計算後的自適應激勵矢量與從乘 法單元407輸入的增益乘法計算後的固定激勵矢量相加而生成驅動激勵，將驅動激勵輸出 到合成濾波器409和自適應激勵碼本403。合成濾波器409使用由LPC解碼單元402解碼出的濾波器係數，進行從加法單元 408輸入的驅動激勵的濾波器合成，將合成後的信號輸出到後處理單元410。後處理單元410對從合成濾波器409輸入的信號，進行共振峰(formant)強調、基 音(pitch)強調等改善語音的主觀質量的處理、以及改善恆定雜聲的主觀質量的處理等， 作為第一層解碼信號輸出到上採樣處理單元204。圖6是表示在特性判定單元206中生成特性信息的處理的步驟的流程圖。此外， 在以下的說明中，將步驟記載為「 ST 」。首先，特性判定單元206從第一層編碼單元202的參數決定單元313輸入量化自 適應激勵增益G_A (ST1010)。接下來，特性判定單元206判定量化自適應激勵增益G_A是否 小於閾值TH(ST1020)。在ST1020中判定為G_A小於TH時(ST1020 :「YES」)，特性判定單
10元206將特性信息的值設定為「0」 (ST1030)。另一方面，在ST1020中判定為G_A為TH以 上時(ST1020 :「N0」)，特性判定單元206將特性信息的值設定為「 1 」(ST1040)。這樣，特性 信息使用「1」的值，表示輸入頻譜的諧波結構的強度為預先確定的水平以上，而使用「0」的 值，表示輸入頻譜的諧波結構的強度低於預先確定的水平。接下來，特性判定單元206將特 性信息輸出到第二層編碼單元207(ST1050)。這裡，諧波結構的強度是表示頻譜的周期性和振幅的變動(峰谷的大小)的參數， 例如，周期性越明顯，或者振幅的變動越大，稱為諧波結構越強。圖7是表示第二層編碼單元207的內部的主要結構的方框圖。第二層編碼單元207包括濾波器狀態設定單元501、濾波單元502、搜索單元 503、基音係數設定單元504、增益編碼單元505、以及復用單元506，各個單元進行以下的動 作。濾波器狀態設定單元501將從正交變換處理單元205輸入的第一層解碼頻譜 Sl (k)
設定為濾波單元502使用的濾波器狀態。第一層解碼頻譜Sl (k)作為 濾波器的內部狀態(濾波器狀態)存儲在濾波單元502的全頻帶0 < k < FH的頻譜S(k) 的0<k<FL的頻帶中。濾波單元502具有多抽頭(multi tap，抽頭數多於1)的基音濾波器，基於由濾波 器狀態設定單元501設定的濾波器狀態和從基音係數設定單元504輸入的基音係數，對第 一層解碼頻譜進行濾波，計算輸入頻譜的估計值S2』 (k) (FL ^ k < FH)(以下，稱作「估計 頻譜」)。濾波單元502將估計頻譜S2』(k)輸出到搜索單元503。此外，關於濾波單元502 中的濾波處理的詳情在後面敘述。搜索單元503計算從正交變換處理單元205輸入的輸入頻譜S2 (k)的高頻部分 (FL ^ k < FH)與從濾波單元502輸入的估計頻譜S2』 (k)的相似度。該相似度的計算例 如通過相關運算等來進行。濾波單元502、搜索單元503、以及基音係數設定單元504的處 理構成閉環。在該閉環中，搜索單元503通過使從基音係數設定單元504輸入到濾波單元 502的基音係數T發生各種變化，計算與各個基音係數對應的相似度。將其中相似度最大的 基音係數，即，最佳基音係數T』輸出到復用單元506。另外，搜索單元503將與最佳基音系 數T』對應的估計頻譜S2』 (k)輸出到增益編碼單元505。 基音係數設定單元504基於從特性判定單元206輸入的特性信息切換最佳基音系 數T』的搜索範圍。然後，基音係數設定單元504在搜索單元503的控制下，在搜索範圍中 使基音係數T』逐漸變化的同時將其依次輸出到濾波單元502。例如，基音係數定單元504， 在特性信息的值為「0」時，將Tmin TmaxO作為搜索範圍，而在特性信息的值為「 1」時，將 Tmin Tmaxl作為搜索範圍。這裡，設TmaxO < Tmaxl0即，在特性信息的值為「 1 」時，基 音係數設定單元504將最佳基音係數T』的搜索範圍切換為較大的搜索範圍，從而增加分配 給基音係數T的比特數。另外，在特性信息的值為「0」時，基音係數設定單元504將最佳基 音係數T』的搜索範圍切換為較小的搜索範圍，從而減少分配給基音係數T的比特數。
增益編碼單元505基於從特性判定單元206輸入的特性信息，計算關於從正交變 換處理單元205輸入的輸入頻譜S2(k)的高頻部分(FL<k<FH)的增益信息。具體而言， 增益編碼單元505將頻帶FL彡k < ΠΙ分割為J個子帶，求輸入頻譜S2 (k)的每個子帶的 頻譜功率。此時，第j個子帶的頻譜功率B(j)通過以下的式(9)表示。
在式(9)中，BL(j)表示第j個子帶的最小頻率，BH(J)表示第j個子帶的最大頻 率。另外，增益編碼單元505同樣按照以下的式(10)計算從搜索單元503輸入的估計頻譜 S2』 (k)的每個子帶的頻率功率B』(j)。接下來，增益編碼單元505按照以下的式(11)計 算估計頻譜對輸入頻譜S2 (k)的每個子帶的變動量V (j)。 然後，增益編碼單元505根據特性信息的值切換用於變動量V(j)的編碼的碼本， 對變動量V(j)進行編碼，將與編碼後的變動量Vq(j)對應的索引輸出到復用單元506。增益 編碼單元505在特性信息的值為「0」時，切換到碼本大小為SizeO的碼本，而在特性信息的 值為「1」時，切換到碼本大小為Sizel的碼本，並進行變動量V(j)的編碼。這裡，設Sizel
<SizeO0即，增益編碼單元505在特性信息的值為「0」時，將用於增益的變動量V(j)的編 碼的碼本切換為大小(代碼矢量的項目(entry)數)較大的碼本，從而增加分配給增益的 變動量V(j)的編碼的比特數。此外，增益編碼單元505在特性信息的值為「1」時，將用於 增益的變動量V(j)的編碼的碼本切換為大小較小的碼本，從而減少分配給增益的變動量 V(J)的編碼的比特數。此外，如果使在增益編碼單元505中分配給增益的變動量V(j)的比 特數的變化量與在基音係數設定單元504中分配給基音係數T的比特數的變化量相同，則 能使用於在第二層編碼單元207中的編碼的比特數恆定。例如，在特性信息的值為「0」時， 使在增益編碼單元505中分配給增益的變動量V(j)的比特數的增加量與在基音係數設定 單元504中分配給基音係數T的比特數的減少量相同即可。復用單元506將從搜索單元503輸入的最佳基音係數T』、從增益編碼單元505輸 入的變動量V(j)的索引、以及從特性判定單元206輸入的特性信息作為第二層編碼信息進 行復用，並將其輸出到編碼信息合併單元208。此外，也可以將T』、V(j)、特性信息直接輸入 到編碼信息合併單元208，在編碼信息合併單元208中將它們與第一層編碼信息進行復用。接下來，使用圖8說明在濾波單元502中的濾波處理的詳情。濾波單元502使用從基音係數設定單元504輸入的基音係數T，生成頻帶FL < k
<FH的頻譜。濾波單元502的傳遞函數通過以下的式(12)表示。 在式(12)中，T表示從基音係數設定單元504提供的基音係數，β i表示預先存 儲在內部的濾波器係數。例如，將抽頭數為3時，濾波器係數的候補可以舉例為(β+βρ ^1) = (0. 1、0·8、0· 1)。除此之外，(HD = (0·2、0·6、0·2)、(0·3、0·4、0·3)等值 也是適當的。另外，在式(12)中，設M= 1。M是關於抽頭數的指標。在濾波單元502的全頻帶的頻譜S (k)的0彡k < FL的頻帶中存儲有第一層解碼 頻譜Sl (k)作為濾波器的內部狀態(濾波器狀態)。
12
在S(k)的FL≤k < FH的頻帶中，通過以下的步驟的濾波處理，存儲估計頻譜 S2，(k)。即，在S2』(k)中，原則上，代入頻率比該k低T的頻譜S(k-T)。但是，為了增加頻 譜的平滑性，實際上，將頻譜Pi *S(k-T+i)對於所有的i相加的頻譜代入S2』(k)，所述頻 譜β i · S(k-T+i)是將濾波器係數β i與距頻譜S(k-T)離開i的附近的頻譜S(k-T+i)相 乘所得的頻譜。該處理通過以下的式(13)表示。
(13) 通過從頻率低的k = FL開始，依序使k在FL≤k < ΠΙ的範圍內變化地進行上述 運算，計算FL≤k<ra中的估計頻譜S2』(k)。在每次從基音係數設定單元504提供基音係數T時，在FL≤k < 的範圍內，每 次將s(k)清零後進行以上的濾波處理。即，每次基音係數T發生變化，則計算S(k)，並將其 輸出到搜索單元503。接下來，使用圖9說明在搜索單元503中搜索最佳基音係數T』的處理的步驟。圖 9是表示在搜索單元503中搜索最佳基音係數T』的處理的步驟的流程圖。首先，搜索單元503將作為用於保存相似度的最小值的變量的最小相似度Dmin初 始化為[+⑴](ST4010)。接下來，搜索單元503按照以下的式(14)，計算某個基音係數的 輸入頻譜S2(k)的高頻部分(FL<k<FH)與估計頻譜S2』 (k)的相似度D (ST4020)。
(14)在式(14)中，Μ』表示計算相似度D時的樣本數，可以是高頻部分的樣本長度 (FH-FL+1)以下的任意的值。此外，如上所述，在濾波單元502中生成的估計頻譜是對第一層解碼頻譜進行濾 波所得的頻譜。因此，在搜索單元503中計算的輸入頻譜S2(k)的高頻部分(FL<k<FH) 與估計頻譜S2』 (k)的相似度，也代表輸入頻譜S2 (k)的高頻部分(FL < k < FH)與第一層 解碼頻譜的相似度。接下來，搜索單元503判定計算出的相似度D是否小於最小相似度Dmin(ST4030)。 當在ST4020中計算出的相似度小於最小相似度Dmin時(ST4030 :「YES」)，搜索單元503將 相似度D代入最小相似度Dmin(ST4040)。另一方面，當在ST4020中計算出的相似度為最小 相似度Dmin以上時(ST4030 :「N0」)，搜索單元503判定搜索範圍是否已經結束(ST4050)。 即，搜索單元503對於搜索範圍內的所有基音係數，分別判定是否在ST4020中按照以上的 式(14)計算出了相似度(ST4050)。在搜索範圍尚未結束時(ST4050 :「N0」)，搜索單元503 將處理重新返回ST4020。然後，搜索單元503對於與上次在ST4020的步驟中按照式(14) 計算出相似度時不同的基音係數，按照式(14)計算相似度。另一方面，在搜索範圍結束了 時(ST4050 :「YES」)，搜索單元503將與最小相似度Dmin對應的基音係數T作為最佳基音系 數T，輸出到復用單元506(ST4060)。接下來，說明圖2所示的解碼裝置103。圖10是表示解碼裝置103的內部的主要結構的方框圖。
在圖10中，編碼信息分離單元601從所輸入的編碼信息中將第一層編碼信息與第 二層編碼信息分離，將分離出的第一層編碼信息輸出到第一層解碼單元602，將分離出的第 二層編碼信息輸出到第二層解碼單元605。第一層解碼單元602對從編碼信息分離單元601輸入的第一層編碼信息進行解 碼，將所生成的第一層解碼信號輸出到上採樣處理單元603。這裡，第一層解碼單元602的 結構和動作與圖3所示的第一層解碼單元203相同，因此，省略詳細的說明。上採樣處理單元603對從第一層解碼單元602輸入的第一層解碼信號進行將採樣 頻率從SRbase上採樣到SRinput的處理，將通過上採樣處理而獲得的上採樣後第一層解碼信號 輸出到正交變換處理單元604。正交變換處理單元604對於從上採樣處理單元603輸入的上採樣後第一層解碼信 號進行正交變換處理(MDCT)，將所得的上採樣後第一層解碼信號的MDCT係數(以下，稱作 「第一層解碼頻譜」)Sl (k)輸出到第二層解碼單元605。這裡，正交變換處理單元604的結 構和動作與圖3所示的正交變換處理單元205相同，因此，省略詳細的說明。第二層解碼單元605根據從正交變換處理單元604輸入的第一層解碼頻譜Sl (k)、 以及從編碼信息分離單元601輸入的第二層編碼信息，生成包含高頻分量的第二層解碼信 號，並將其作為輸出信號輸出。圖11是表示圖10所示的第二層解碼單元605的內部的主要結構的方框圖。在圖11中，分離單元701將從編碼信息分離單元601輸入的第二層編碼信息分離 成作為關於濾波的信息的最佳基音係數T』、作為關於增益的信息的編碼後變動量Vq(j)的 索引、以及作為關於諧波結構的信息的特性信息，將最佳基音係數T』輸出到濾波單元703， 將編碼後變動量Vq(j)的索引和特性信息輸出到增益解碼單元704。此外，在編碼信息分離 單元601中已經分離了最佳基音係數T』、編碼後變動量Vq(j)的索引、以及特性信息的情況 下，也可以不配置分離單元701。濾波器狀態設定單元702將從正交變換處理單元604輸入的第一層解碼頻譜 Sl (k)
設定為在濾波單元703中使用的濾波器狀態。這裡，在為了方便而將濾 波單元703中的全頻帶ο彡k<ra的頻譜稱為S(k)時，第一層解碼頻譜Sl(k)作為濾波 器的內部狀態(濾波器狀態)存儲在S(k)的0<k<FL的頻帶中。這裡，濾波器狀態設 定單元702的結構和動作與圖7所示的濾波器狀態設定單元501相同，因此，省略詳細的說 明。濾波單元703具有多抽頭(抽頭數多於1)的基音濾波器。濾波單元703基於由 濾波器狀態設定單元702設定的濾波器狀態、從分離單元701輸入的最佳基音係數T』、以及 預先存儲在內部的濾波器係數，對第一層解碼頻譜Sl (k)進行濾波，計算以上的式(13)所 示的、輸入頻譜S2(k)的估計頻譜S2』(k)。濾波單元703中也使用以上的式(12)所示的 濾波器函數。增益解碼單元704使用從分離單元701輸入的特性信息，對編碼後變動量Vq(j)的 索引進行解碼，求作為變動量v(j)的量化值的變動量Vq(j)。這裡，增益解碼單元704根據 特性信息的值切換在編碼後變動量的索引的解碼中使用的碼本。增益解碼單元704 中的碼本的切換方法與增益編碼單元505中的碼本的切換方法相同。S卩，增益解碼單元704 在特性信息的值為「0」時，切換到碼本大小為SizeO的碼本，而在特性信息的值為「1」時，切換到碼本大小為Sizel的碼本。這裡，也設Sizel < SizeO0頻譜調整單元705按照以下的式(15)將從增益解碼單元704輸入的每個子帶的 變動量與從濾波單元703輸入的估計頻譜S2』(k)相乘。由此，頻率調整單元705對 估計頻譜S2』 (k)的頻帶FL≤k < ΠΙ的頻譜形狀進行調整，生成第二層解碼頻譜S3 (k)， 並輸出到正交變換處理單元706。
(15)這裡，第二層解碼頻譜S3 (k)的低頻部分(0<k<FL)由第一層解碼頻譜Sl (k) 構成，第二層解碼頻譜S3 (k)的高頻部分(FL<k<FH)由頻譜形狀調整後的估計頻譜 S2，(k)構成。正交變換處理單元706將從頻譜調整單元705輸入的第二層解碼頻譜S3 (k)變換 成時域的信號，將所得的第二層解碼信號作為輸出信號輸出。這裡，根據需要進行適當的加 窗和疊加運算等處理，以避免在幀間產生不連續。以下，說明在正交變換處理單元706中的具體的處理。正交變換處理單元706在其內部具有緩衝器buf』(k)，如以下的式(16)所示對緩 衝器buf』 (k)進行初始化。buf' (k) = 0(k = 0, —, N-1) · · · (16)另外，正交變換處理單元706使用從頻譜調整單元705輸入的第二層解碼頻譜 S3(k)，按照以下的式(17)求第二層解碼信號y」n，並將其輸出。 在式(17)中，如以下的式(18)所示，Z5(k)是將解碼頻譜S3(k)與緩衝器buf』 (k)
結合所得的矢量。 接下來，正交變換處理單元706按照以下的式(19)更新緩衝器buf 』(k)。buf' (k) = S4(k) (k = 0, ...N-1) · · · (19)接下來，正交變換處理單元706將解碼信號y」n作為輸出信號輸出。這樣，根據本實施方式，在使用低頻部分的頻譜進行頻帶擴展而估計高頻部分的 頻譜的編碼/解碼中，編碼裝置使用量化自適應激勵增益分析輸入頻譜的諧波結構的強 度，根據該分析結果適當地變更編碼參數間的比特分配，因此，能夠提高在通過解碼裝置獲 得的解碼信號的音質。具體而言，本實施方式的編碼裝置，在量化自適應激勵增益為閾值以上時，判斷為 輸入頻譜的諧波結構比較強，而在量化自適應激勵增益小於閾值時，判斷為輸入頻譜的諧 波結構比較弱。然後，在為前者的情況下，取代增加用於搜索在頻帶擴展的濾波中使用的最 佳基音係數的比特數，而減少用於編碼關於增益的信息的比特數。另外，在為後者的情況 下，取代減少用於搜索在頻帶擴展的濾波中使用的最佳基音係數的比特數，而增加用於編 碼關於增益的信息的比特數。由此，能夠以與輸入頻譜的諧波結構對應的適當的比特分配 來進行編碼，能夠在解碼裝置中提高解碼信號的音質。
此外，在本實施方式中，以特性判定單元206使用量化自適應激勵增益生成特性 信息的情況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，特性判定單元206也可以使用第一 層編碼信息中包含的其他參數，例如自適應激勵矢量來決定特性信息。另外，用於特性信 息的決定的參數的數量並不限於一個，也可以是多個或者第一層編碼信息中包含的所有參 數。另外，在本實施方式中，以特性判定單元206使用第一層編碼信息中包含的量化 自適應激勵增益生成特性信息的情況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，特性判定 單元206也可以直接分析輸入頻譜的諧波結構的強度，生成特性信息。作為輸入頻譜的諧 波結構的強度的分析方法，例如，可以舉出計算輸入信號的每幀的能量變化量的方法等。以 下，使用圖12和圖13對這種方法進行說明。圖12是表示通過能量變化量生成特性信息的 編碼裝置111的內部的主要結構的方框圖。與圖3所示的編碼裝置101的不同之處在於， 編碼裝置111代替特性判定單元206而具有特性判定單元216。在圖12中，輸入信號直接 輸入到特性判定單元216。圖13是表示在特性判定單元216中生成特性信息的處理的步 驟的流程圖。首先，特性判定單元216計算輸入信號的當前幀的能量E_CUr(ST2010)。接 下來，特性判定單元216判定當前幀的能量E_cur與前一個幀的能量E_Pre的差的絕對值
E_cur-E_Pre是否為閾值TH以上(ST2020)。特性判定單元216在E_cur-E_Pre為閾 值以上時(ST2020 :「YES」)，將特性信息的值設定為「0」 (ST2030)，而在E_cur-E_Pre小 於閾值時(ST2020 :「N0」)，將特性信息的值設定為「1」 (ST2040)。接下來，特性判定單元 216將特性信息輸出到第二層編碼單元207 (ST2050)，使用當前幀的能量E_cur更新前一個 幀的能量E_Pre(ST2060)。此外，特性判定單元216也可以存儲過去的數個幀各自的能量， 用於當前幀對過去的幀的能量的變動量的計算。另外，在本實施方式中說明了以下情況，即在第二層編碼單元207中的基音系 數設定單元504變更所設定的基音係數的範圍的大小(項目數)，並且在增益編碼單元 505變更編碼時的碼本大小的大小(項目數)，從而與輸入信號的特性對應地變更比特分 配。但是，本發明並不限於此，也可以同樣適用於通過除單純的基音係數的範圍的大小和 碼本大小的變更之外的方法來切換編碼處理的情況。例如，對於基音係數的設定方法，也 可以非連讀地進行切換，而不是單純地將基音係數的設定範圍切換為「Tmin TmaxO」或 "Tmin Tmaxl，，。即，也可以在特性信息的值為「O」時，搜索「Tmin TmaxO(項目數為 TmaxO-Tmin) 」，而在特性信息的值為「 1 」時，以「在Tmin Tmax2的範圍每隔k個(項目數 為Tmaxl-Tmin)」的條件進行搜索。此外，關於項目數適用上述的條件。這樣，不僅是單純 地使基音係數的項目數非連續地變化，而且還通過項目數以(Tmaxl-Tmin)的條件使基音 係數非連續地變化，從而能夠採用更符合輸入信號的特性的基音係數的設定方法。這種切 換方法與在本實施方式中說明的切換方法相比，能夠遍及輸入信號的低頻部分的廣大範圍 地進行相似搜索，因此，在輸入信號的頻譜特性在整個低頻大相逕庭的情況下極為有效。另外，關於碼本大小，除單純地切換碼本大小為SizeO的碼本與碼本大小為Sizel 的碼本的方法之外，還可以使進行編碼的增益的結構本身發生變化。例如，增益編碼單元 505還能夠在特性信息的值為「O」時，將頻帶FL < k J)，對各個子帶的增益的變動量進行編碼。這裡，設以上述的碼本大小為SizeO時所 需的信息量對K個子帶的增益的變動量進行編碼。這樣，不是單純地變更對增益的變動量進行編碼時的碼本大小，而是通過以減少子帶的帶寬且增加子帶數的條件對增益的變動量 進行編碼，從而能夠進行更符合輸入信號的特性的增益的編碼。該方法通過變更高頻的增 益的子帶數量，能夠提高頻率軸上的增益的分解能，在輸入信號的高頻的頻譜的功率在頻 率軸上發生較大的變動的情況下極為有效。(實施方式2)在本發明的實施方式1中，以使用時域的信號或者編碼信息生成特性信息的情況 為例進行了說明。而在本發明的實施方式2中，使用圖14和圖15，對將輸入信號變換為頻 域，並分析諧波結構的強度而生成特性信息的情況進行說明。本實施方式的通信系統與本發明的實施方式1的通信系統相同，不同之處僅在 於，代替編碼裝置101而具有編碼裝置121。圖14是表示本發明的實施方式2的編碼裝置121的內部的主要結構的方框圖。此 外，圖14所示的編碼裝置121與圖3所示的編碼裝置101基本相同，不同之處僅在於，代替 特性判定單元206而具有特性判定單元226。特性判定單元226分析從正交變換處理單元205輸入的輸入頻譜的諧波結構的強 度，基於該分析結果生成特性信息，並將其輸出到第二層編碼單元207。此外，這裡，以作為 輸入頻譜的諧波結構使用頻譜平滑度測量(SFM =Spectral Flatness Measure)的情況為例 進行說明。SFM以振幅頻譜的幾何平均與算術平均之比(=幾何平均/算術平均)表示。 頻譜的峰性越強，SFM越接近0. 0，而頻譜的雜聲性越強，SFM越接近1. 0。特性判定單元226 計算輸入信號頻譜的SFM，如以下的式(20)那樣與預先確定的閾值SFMth進行比較並生成 特性信息H。
fO {if SFM > SFMlh)/ΟΛ、H = I r .· · 『 (20)圖15是表示在特性判定單元226中生成特性信息的處理的步驟的流程圖。首先，特性判定單元226作為輸入頻譜的諧波結構的強度的分析結果計 算SFM (ST3010)。接下來，特性判定單元226判定輸入頻譜的SFM是否為SFMth以上 (ST3020)。在輸入頻譜的SFM為SFMth以上時(ST3020 :「YES」)，將特性信息H的值設定為 「0」(ST3030)，而在輸入頻譜的SFM小於SFMth時(ST3020 :「N0」)，將特性信息H的值設定為 「1」(ST3040)。接下來，特性判定單元226將特性信息輸出到第二層編碼單元207 (ST3050)。這樣，根據本實施方式，在使用低頻部分的頻譜進行頻帶擴展而估計高頻部分的 頻譜的編碼/解碼中，編碼裝置分析將輸入信號變換為頻域所得的輸入頻譜的諧波結構的 強度，根據該分析結果變更編碼參數間的比特分配。因此，能夠提高在解碼裝置獲得的解碼 信號的音質。此外，在本實施方式中，以作為輸入頻譜的諧波結構使用SFM生成特性信息的情 況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，也可以作為輸入信號頻譜的諧波結構使用其 他參數。例如，特性判定單元226對輸入頻譜，將振幅為預先確定的閾值以上的峰的個數計 數(在輸入頻譜連續地為閾值以上時，將連續的部分計數為一個峰)，在其個數小於預先確 定的數時，判定為諧波結構較強(即，將特性信息H的值設定為「1」)。此外，也可以反過來 設定在峰的個數為閾值以上的情況下與峰值的個數小於閾值的情況下的特性信息H的值。 另外，特性判定單元226也可以使用梳狀濾波器對輸入頻譜進行濾波，計算每個頻帶的能量，在計算出的能量為預先確定的閾值以上時判定為諧波結構較強，所述梳狀濾波器使用 由第一層編碼單元202計算出的基音周期。另外，特性判定單元226也可以使用動態範圍 分析輸入頻譜的諧波結構而生成特性信息。另外，特性判定單元226也可以對輸入頻譜計 算調性(tonality)(諧波性)，根據計算出的調性切換第二層編碼單元207的編碼處理。關 於調性，已經被MPEG-2AAC(IS0/IEC 13818-7)公開，因此這裡省略對其的說明。另外，在本實施方式中，以對於輸入頻譜按每個處理幀生成特性信息的情況為例 進行了說明。但是，本發明並不限於此，也可以對輸入頻譜按每個子帶生成特性信息。艮口， 特性判定單元226也可以進行輸入頻譜的每個子帶的諧波結構的強度的判定，生成特性信 息。這裡，作為進行諧波結構的強度的判定的子帶，既可以做成與增益編碼單元505和增益 解碼單元704中的子帶相同的結構，也可以不做成與增益編碼單元505和增益解碼單元704 中的子帶相同的結構。這樣，如果對每個子帶分析諧波結構，根據分析結果在第二層編碼單 元207中切換頻帶擴展處理，則能更高效率地對輸入信號進行編碼。以上，說明了本發明的各個實施方式。此外，在上述各個實施方式中，以在搜索單元503搜索輸入頻譜的高頻部分S2(k) (FL ^ k < FH)與估計頻譜S2』 (k)的近似部分時，即，在搜索最佳基音係數T』時，對各個 頻譜的所有部分，根據特性信息的值切換搜索範圍地進行搜索的情況為例進行了說明。但 是，本發明並不限於此，也可以僅對各個頻譜的一部分，例如，僅對開頭部分等，根據特性信 息的值切換搜索範圍地進行搜索。另外，在上述各個實施方式中，說明了在增益解碼單元中使用特性信息切換碼本 的例子，但是，也可以不使用特性信息，不切換碼本地進行解碼。另外，在上述各個實施方式中，以使用「0」和「1」作為特性信息的值的情況為例進 行了說明。但是，本發明並不限於此，也可以將與諧波結構的強度進行比較的閾值設兩個以 上，將特性信息設定為3種以上的值。在這種情況下，在搜索單元503、增益編碼單元505、 以及增益解碼單元704中，分別準備3種以上的搜索範圍、以及碼本大小不同的3種以上的 碼本，根據特性信息適當地切換搜索範圍或碼本。另外，在上述各個實施方式中，以根據特性信息的值，在搜索單元503、增益編碼單 元505、以及增益解碼單元704中分別切換搜索範圍或碼本，使分配給基音係數或者增益的 編碼的比特數發生變化的情況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，也可以根據特性 信息的值，使分配給基音係數或增益之外的編碼參數的比特數發生變化。另外，在上述各個實施方式中，以根據輸入頻譜的諧波結構的強度而切換搜索最 佳基音係數T』的搜索範圍的情況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，在輸入頻譜 的諧波結構為預先設定的水平以下時，也可以不在搜索單元503中搜索最佳基音係數T』， 總是固定地選擇某個基音係數，而相反地將更多的比特數分配給增益編碼。其理由是，自適 應激勵增益非常小的情況意味著輸入信號的低頻頻譜的基音性非常弱，與為了在搜索單元 503中搜索最佳的基音係數而使用更多的比特相比，對高頻頻譜的增益的編碼使用更多的 比特，能夠提高整體的編碼精度。另外，在上述各個實施方式中，以根據特性信息的值，在增益編碼單元505和增益 解碼單元704中切換碼本大小不同的多個碼本的情況為例進行了說明。但是，本發明並不 限於此，也可以僅針對同一碼本切換編碼中使用的項目數。由此，能夠削減編碼裝置和解碼裝置內所需的存儲器量。另外，在這種情況下，如果使存儲在同一碼本中的代碼的排列順序 與所使用的項目數分別對應，則能夠更高效率地進行編碼。另外，在上述各個實施方式中，以第一層編碼單元202和第一層解碼單元203進行 CELP方式的語音編碼/解碼的情況為例進行了說明。但是，本發明並不限於此，也可以是第 一層編碼單元202和第一層解碼單元203進行CELP方式之外的語音編碼/解碼。另外，用於比較的閾值、水平、或者個數既可以是固定值，也可以是根據條件等適 當設定的可變的值，只要是在執行比較之前預先設定好的值即可。另外，雖然上述各個實施方式的解碼裝置使用從上述各個實施方式的編碼裝置傳 輸來的比特流進行處理，但本發明並不限於此，只要是包含所需的參數和數據的比特流，即 便並非是來自上述各個實施方式的編碼裝置的比特流也能夠進行處理。另外，本發明也能夠適用於將信號處理程序記錄、寫入到存儲器、碟片、磁帶、⑶、 DVD等能由機器讀取的存儲介質中，進行動作的情況，能夠獲得與本實施方式同樣的作用和 效果。另外，雖然在上述各個實施方式中以由硬體構成本發明的情況為例進行了說明， 但是本發明還可以由軟體實現。另外，在上述各個實施方式的說明中所使用的各個功能模塊典型的通過集成電路 的LSI (大規模集成電路)來實現。這些塊既可以被單獨地集成為一個晶片，也可以包含一 部分或全部地被集成為一個晶片。雖然此處稱為LSI，但根據集成程度的不同，可以被稱為 「IC」、「系統 LSI」、「超大 LSI (Super LSI) 」、「極大 LSI (Ultra LSI)」 等。另外，集成電路化的方法不僅限於LSI，也可以使用專用電路或通用處理器來實 現。也可以使用可在LSI製造後編程的FPGA (FieldProgrammable Gate Array，現場可編程 門陣列)，或者可重構LSI內部的電路單元的連接和設定的可重構處理器(Reconfigurable Processor)0再有，如果隨著半導體技術的進步或者隨之派生的其他技術的出現，如果出現能 夠代替LSI集成電路化的技術，當然也可以利用該技術進行功能塊的集成化。還存在著適 用生物技術等的可能性。在2007年12月21日提交的特願第2007-330838號日本專利申請、以及2008年 5月16日提交的特願第2008-129710號日本專利申請所包含的說明書、附圖和說明書摘要 的公開內容，全部引用於本申請。工業實用性本發明的編碼裝置、解碼裝置以及編碼方法，在使用低頻部分的頻譜進行頻帶擴 展而估計高頻部分的頻譜時，能夠提高解碼信號的質量，例如，能夠適用於分組通信系統、 移動通信系統等。
權利要求
編碼裝置，包括第一編碼單元，將輸入信號編碼並生成第一編碼信息；解碼單元，將所述第一編碼信息解碼並生成解碼信號；特性判定單元，分析所述輸入信號的諧波結構的強度，並生成表示分析結果的諧波特性信息；以及第二編碼單元，將所述解碼信號對於所述輸入信號的差分編碼而生成第二編碼信息，並且基於所述諧波特性信息，變更分配給構成所述第二編碼信息的多個參數的比特數。
2.如權利要求1所述的編碼裝置，所述第一編碼單元對所述輸入信號進行碼激勵線性預測編碼方式的語音編碼，生成包 含量化自適應激勵增益的所述第一編碼信息，所述特性判定單元根據所述量化自適應激勵增益是否為第一閾值以上，生成不同的值 的所述諧波特性信息。
3.如權利要求2所述的編碼裝置， 所述第二編碼單元包括濾波單元，對作為預先設定的頻率以下的低頻的信號的所述第一解碼信號進行濾波， 生成估計了比所述輸入信號的所述頻率高的高頻的部分的信號即估計信號；設定單元，在所述量化自適應激勵增益為所述第一閾值以上時，切換為較大的搜索範 圍，在所述量化自適應激勵增益小於所述第一閾值時，切換為較小的搜索範圍，並使所述濾 波單元使用的基音係數在所述搜索範圍內變化而進行設定；以及搜索單元，搜索所述輸入信號的低頻部分和所述估計信號的任一者與所述輸入信號的 高頻部分的相似程度成為最小時的所述基音係數。
4.如權利要求2所述的編碼裝置， 所述第二編碼單元包括濾波單元，對作為預先設定的頻率以下的低頻的信號的所述第一解碼信號進行濾波， 生成估計了比所述輸入信號的所述頻率高的高頻的部分的信號即估計信號；設定單元，在所述量化自適應激勵增益為所述第一閾值以上時，將搜索候補數設定為 大於第二閾值的值，在所述量化自適應激勵增益小於所述第一閾值時，將搜索候補數設定 為小於所述第二閾值的值，並使所述濾波單元使用的基音係數根據所述搜索候補數變化而 進行設定；以及搜索單元，搜索所述輸入信號的低頻部分和所述估計信號的任一者與所述輸入信號的 高頻部分的相似程度成為最小時的所述基音係數。
5.如權利要求2所述的編碼裝置， 所述第二編碼單元包括增益編碼單元，使用由多個代碼矢量構成的增益碼本進行所述輸入信號的增益的編碼，所述增益編碼單元在所述量化自適應激勵增益為所述第一閾值以上時，使在所述增益 的編碼中使用的代碼矢量的數較小，在所述量化自適應激勵增益小於所述第一閾值時，使 在所述增益的編碼中使用的代碼矢量的數較大。
6.如權利要求2所述的編碼裝置，所述第二編碼單元包括增益編碼單元，使用由多個代碼矢量構成的增益碼本進行所述輸入信號的增益的編碼，所述增益編碼單元在所述量化自適應激勵增益為所述第一閾值以上時，減少所述增益 的編碼時的子帶數，在所述量化自適應激勵增益小於所述第一閾值時，增加所述增益的編 碼時的子帶數。
7.如權利要求5所述的編碼裝置，所述增益編碼單元具有碼本大小不同的多個所述增益碼本，通過切換在所述增益編碼 中使用的增益碼本，變更在所述增益編碼中使用的代碼矢量的數。
8.如權利要求5所述的編碼裝置，所述增益編碼單元具有一個所述增益碼本，在構成所述一個增益碼本的多個代碼矢量 中，變更在所述增益編碼中使用的代碼矢量的數。
9.如權利要求1所述的編碼裝置，所述特性判定單元計算所述輸入信號的當前幀對過去幀的能量的變化量，根據所述變 化量是否為閾值以上，生成不同的值的所述諧波特性信息。
10.如權利要求1所述的編碼裝置，還包括變換單元，將所述輸入信號變換為頻域，並生成頻域頻譜， 所述特性判定單元使用所述頻域頻譜，分析所述輸入信號的諧波結構的強度。
11.如權利要求10所述的編碼裝置，所述變換單元對所述輸入信號進行正交變換處理，計算正交變換係數作為所述頻域頻 譜，所述特性判定單元計算所述正交變換係數的頻譜平滑度測量，根據所述頻譜平滑度測 量是否為閾值以上，生成不同的值的所述諧波特性信息。
12.如權利要求10所述的編碼裝置，所述變換單元對所述輸入信號進行正交變換處理，計算正交變換係數作為所述頻域頻 譜，所述特性判定單元根據在所述正交變換係數中，振幅為預先設定的電平以上的峰的個 數是否為預先設定的數以上，生成不同的值的所述諧波特性信息。
13.解碼裝置，包括接收單元，接收由編碼裝置將輸入信號編碼而獲得的第一編碼信息、將對所述第一編 碼信息進行解碼所得的解碼信號與所述輸入信號的差分編碼而獲得的第二編碼信息、以及 基於分析了所述輸入信號的諧波結構的強度的分析結果而生成的諧波特性信息；第一解碼單元，使用所述第一編碼信息進行第一層的解碼而獲得第一解碼信號；以及 第二解碼單元，使用所述第二編碼信息和所述第一解碼信號進行第二層的解碼而獲得 第二解碼信號，所述第二解碼單元使用在所述編碼裝置中基於所述諧波特性信息分配了比特數的、構 成所述第二編碼信息的多個參數，進行所述第二層的解碼。
14.編碼方法，包括第一編碼步驟，將輸入信號編碼並生成第一編碼信息；解碼步驟，將所述第一編碼信息解碼並生成解碼信號；特性判定步驟，分析所述輸入信號的諧波結構的強度，並生成表示分析結果的諧波特 性信息；以及第二編碼步驟，將所述解碼信號對於所述輸入信號的差分編碼而生成第二編碼信息， 並且基於所述諧波特性信息，變更分配給構成所述第二編碼信息的多個參數的比特數。
全文摘要
公開了在根據輸入信號的頻譜的低頻部分估計高頻部分的頻帶擴展中，能夠抑制解碼信號的品質的惡化的編碼裝置。在該裝置中，第一層編碼單元(202)將輸入信號編碼並生成第一編碼信息，第一層解碼單元(203)將第一編碼信息解碼並生成第一解碼信號，特性判定單元(206)分析輸入信號的諧波結構的強度，生成表示分析結果的諧波特性信息，第二層編碼單元(207)在將輸入信號與第一解碼信號之差分編碼並生成第二編碼信息時，基於諧波特性信息，變更分配給構成第二編碼信息的多個參數的比特數。
文檔編號G10L21/04GK101903945SQ20088012154
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月22日 優先權日2007年12月21日
發明者山梨智史, 押切正浩 申請人:松下電器產業株式會社