JP2005031683A - ビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＮＲビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供する。
【解決手段】基本階層、音質向上階層及び多重化器を含む符号化装置。基本階層は線形予測符号化により入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索によりフィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成し、音質向上階層は基本階層での固定コードブック探索によって生成される媒介変数を利用して固定コードブックを探索するか、または基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブックの寄与度と音質向上階層で以前の固定コードブックとを合成フィルタリングした信号を除去して得た対象信号を利用して固定コードブックを探索し、多重化器は基本階層で生成される信号と少なくとも１つの音質向上階層で生成される信号を多重化する。
【選択図】図１

Description

本発明はＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）アルゴリズムを使用する音声コーデックに係り、特に、音質を向上させるために信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）ビット率を拡張する音声符号化及び復号化装置とその方法に関する。

ＣＥＬＰ構造を有する音声コーデックは現在、移動通信システムで最も広く使われるものであって、線形予測符号化（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ：ＬＰＣ）を基本とする。このようなＣＥＬＰ構造を有する音声コーデックはサービスの種類によって要求される伝送率及び帯域幅が異なる。

しかし、一般的な音声コーデックは伝送率及び帯域幅が符号化装置で設定されるので、復号化装置で伝送率及び帯域幅が選択できない。また、ネットワーク上で１つの送信端から幾つかの受信端にパケット情報を伝送するマルチキャスティングが行われる時、送信端の音声コーデックが固定されたビット率を有せば、相異なるビット率を要求する受信端に伝送されるパケット情報の質が低下されうる。

これを改善するために、ビット率拡張音声符号化方式を採択した音声コーデックが提案された。このような音声コーデックは基本コーデックの情報だけでなく復元する信号をさらに正確にする情報が追加されるようにビットストリームを構成する。

既存のビット率拡張音声符号化方式はＳＮＲビット率拡張方法と帯域幅拡張方法とに大別できる。

ＳＮＲビット率拡張方法による音声符号化は階層的コーディング方式で音声信号を符号化してから復号化する。すなわち、音声信号を基本階層と音質向上階層とに分けて音声信号を符号化する。基本階層は最小限の音質が復元できる情報のみを伝送する。音質向上階層では音質を向上させうる追加情報を伝送する。

しかし、既存に提案されたＳＮＲビット率拡張音声符号化装置は基本階層と音質向上階層とを独立的に符号化するように構成されている。したがって、固定コードブックを探索する時に要求される対象信号（または、ターゲットベクトル）と、インパルス応答との相関度と、エネルギーとを検出するための演算が基本階層及び音質向上階層でそれぞれ行われるので、固定コードブック探索のための媒介変数を求めるために多くの演算量が要求される。

そして、既存に提案されたＳＮＲビット率拡張音声符号化装置は、前記音質向上階層を追加で運営するために、既存の標準化されたＣＥＬＰ音声符号化器の構造を変更しており、既存の標準化されたＣＥＬＰ音声符号化器と互換されない短所を有している。

本発明が解決しようとする技術的課題は、既存の標準化された音声コーデックの固定コードブックと多層構造をなす固定コードブックとを含み、既存の標準化された音声コーデックと互換性を有するＳＮＲビット率を拡張する音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、固定コードブック探索のための媒介変数を求める演算量が減少したＳＮＲビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基本階層で探索された固定コードブックの寄与度と、音質向上階層の合成された励起信号が除去された対象信号とを利用して、音質向上階層の固定コードブックを探索するＳＮＲビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基本階層で探索されたパルスの位置と音質向上階層で探索されたパルスの位置とが重複されることを許容することによって、代数コードブックの限界が克服できるＳＮＲビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、音質向上階層での固定コードブックの利得値に対する量子化ビットを減らせるＳＮＲビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために本発明は、線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層での固定コードブック探索により得られる媒介変数を利用して固定コードブックを探索する音質向上階層を少なくとも１つ含み、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器と、を含む音声信号の符号化装置を提供する。

前記技術的課題を達成するために本発明は、入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層での固定コードブック探索によって生成される媒介変数を利用して固定コードブックを探索する固定コードブック探索部、前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第１固定コードブック利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第２固定コードブック利得値間の差を検出し、検出された差を量子化する利得値差の量子化器と、を含む音質向上階層を複数具備し、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器と、を含む音声信号の符号化装置を提供する。

前記技術的課題を達成するために本発明は、基本階層と少なくとも１つの音質向上階層とに分けられて符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第１復号化ユニットと、前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第２復号化ユニットと、前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第１復号化ユニットで復元された信号と前記第２復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、前記第１復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含む音声信号復号化装置を提供する。

前記第１復号化ユニットは、前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第１固定コードブック復号化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含むことが望ましい。

前記第２復号化ユニットは、前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第２固定コードブック復号化部と、を含むことが望ましい。

前記第２復号化ユニットは、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第２固定コードブック復号化部を含むことが望ましい。

前記第２復号化ユニットは、前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部とを含むことが望ましい。

前記技術的課題を達成するために本発明は、入力された音声信号の線形予測符号化係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層処理段階と、前記基本階層処理段階で前記固定コードブック探索によって生成された媒介変数を利用して固定コードブックを探索する音質向上階層処理段階と、前記基本階層処理段階と前記音質向上階層処理段階とにより生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法を提供する。

前記音質向上階層処理段階は複数の階層で行われることが望ましい。

前記技術的課題を達成するために本発明は、基本階層と少なくとも１つの音質向上階層とに符号化された音声信号を復号化する段階と、前記復号化段階で復号化された基本階層に対するコードブックと音質向上階層に対するコードブックとを前記音声信号復号化の動作条件によって選択的に伝送する段階と、前記選択的に伝送されるコードブックと前記復号化段階で復号化された線形予測係数とを合成して復元された音声信号を生成する段階と、を含む音声信号復号化方法を提供する。

前記技術的課題を達成するために本発明は、線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から前記基本階層の固定コードブックの寄与度を除去した信号を対象信号として固定コードブックを探索する音質向上階層を少なくとも１つ含み、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器を含む音声信号の符号化装置を提供する。

前記基本階層の固定コードブック寄与度ｙ_２（ｎ）は前記基本階層の固定コードブックの量子化利得値が乗算された固定コードブックｃ_Ｇ及び合成フィルタのインパルス応答ｈ（ｎ）を利用した下記式（１）に基づいて計算されることが望ましい。

前記音質向上階層は前記線形予測符号化係数を利用して音質向上階層で生成された固定コードブック信号を合成した信号を前記基本階層の対象信号からさらに除去することが望ましい。

前記音質向上階層は前記基本階層の固定コードブック探索により得られた第１利得値のログスケール値と前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第２利得値のログスケール値間の差を量子化して得られた音質向上階層の量子化された利得値を前記音質向上階層で固定コードブック探索により得られた固定コードブックベクトルに乗算する機能をさらに含むことが望ましい。

前記音質向上階層は、前記対象信号を認知加重フィルタリングした後、前記固定コードブック探索を行うことが望ましい。

前記技術的課題を達成するために本発明は、線形予測符号化を使用して入力される音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する探索部、前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第１固定コードブックのログスケール利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第２固定コードブックのログスケール利得値間の差を検出し、検出された差を量子化するログスケール利得値差の量子化器を含む音質向上階層を複数具備し、前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器を含み、前記音質向上階層は前記音質向上階層で線形予測符号化係数を利用して固定コードブックを合成した信号を前記音質向上階層の固定コードブック探索対象信号からさらに除去することを特徴とする音声信号の符号化装置を提供する。

前記技術的課題を達成するために本発明は、基本階層から入力された音声信号の線形予測係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、音質向上階層で前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する段階と、前記基本階層と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法を提供する。

本発明によれば、既存の標準化されたＣＬＥＰ音声符号化構造を変更せずにビット率が拡張できる構造を提示することによって、既存の標準化されたＣＬＥＰ音声符号化装置を具備したシステムと互換可能である。

また、前述した本願発明の一実施例によれば、基本階層の固定コードブック探索対象信号と音質向上階層の固定コードブック探索対象信号とを同様にすることによって、音質向上階層で探索されたコードブックは次のフレームのために保存されない、そのため、基本階層の動作に影響を与えない。

そして、音質向上階層の固定コードブック探索時に、基本階層の固定コードブック探索時に求めた媒介変数値を使用することによって、音質向上階層の固定コードブック探索に要求される演算量を減らせる。

また、本願発明の他の実施例によれば、音質向上階層の固定コードブック探索のために要求される対象信号は、基本階層の固定コードブック対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度と、音質向上階層の合成フィルタを通じて提供される以前の音質向上階層の固定コードブックの合成信号とを除去することによって、音質向上階層専用の対象信号を利用した固定コードブック探索が行われることによってさらに正確な固定コードブック探索が期待できる。

さらに、音質向上階層で探索されたパルスの位置と基本階層で探索されたパルスの位置とが同じになって、代数コードブックのパルスが同じ大きさを有する限界点を克服し、最終固定コードブックのパルスが多重大きさを有するので、復元される音声信号の音質が改善できる。

そして、音質向上階層の利得値は基本階層の量子化された利得値と音質向上階層の利得値間の差を量子化して相対的に動的範囲の小さな利得値差を量子化した値を伝送することによって、音質向上階層で利得値量子化に必要なビットが節約できる。

以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を示す。

図１は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図１を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層１００と音質向上階層１３０とを含む多層固定コードブック構造を有する。

基本階層１００では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層１００は既存の標準化されたＣＥＬＰ音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層１００は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングして入力音声信号に対応する励起信号を生成する。

基本階層１００は前処理ユニット１０２、ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器１０４、合成フィルタ１０６、減算器１０８、認知加重フィルタ１１０、ピッチ分析部１１２、ピッチ寄与度の除去部１１５、固定コードブック探索部１１７、固定コードブック１１９、第１乗算器１２１、加算器１２３、適応コードブック１２４、第２乗算器１２６、利得値量子化器１２９で構成される。

前処理ユニット１０２は、ライン１０１を通じ入力される音声信号からＤＣ成分を除去する。すなわち、前処理ユニット１０２は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタＨ_ｈ１（ｎ）は数式（２）のような伝達関数を有する。

前処理ユニット１０２から出力される信号は、ライン１０３を通じてＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器１０４に伝送される。

ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器１０４は、前記前処理ユニット１０２から出力される信号のＬＰＣ係数を抽出する。抽出されたＬＰＣ係数は、ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器１０４によりベクトル量子化される。ＬＰＣ係数のベクトル量子化情報はライン１０５を通じて合成フィルタ１０６と多重化器１４０とに伝送される。

合成フィルタ１０６は、前記ＬＰＣ係数のベクトル量子化情報を利用して、ライン１２８を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号はライン１０７を通じて減算器１０８に出力される。

減算器１０８は、ライン１０３を通じて入力される前処理ユニット１０２から出力される信号からライン１０７を通じて入力される合成された信号を減算して差信号を生成する。前記差信号はライン１０９を通じて認知加重フィルタ１１０に伝送される。

認知加重フィルタ１１０は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために、量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ１１０は前記差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部１１２に出力する。

ピッチ分析部１１２は認知加重フィルタ１１０から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部１１２は認知加重フィルタ１１０から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。前記適応コードブックのインデックスはライン１１３を通じてピッチ寄与度の除去部１１５と適応コードブック１２４とに伝送されながらライン１１４を通じて多重化器１４０に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は利得値量子化器１２９に提供される。

ピッチ寄与度の除去部１１５は、前記適応コードブック１２４のインデックスに基づいて、認知加重フィルタ１１０の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号（または、ターゲットベクトル）を検出する。そして、ピッチ寄与度の除去部１１５は、ライン１１１でピッチ寄与度ｙ_１（ｎ）を減算して固定コードブック探索対象信号を、ライン１１６を通じて基本階層１００の固定コードブック探索部１１７と音質向上階層１３０の固定コードブック探索部１３１とに出力する。ピッチ寄与度ｙ_１（ｎ）は数式（３）によって求められる。

数式（３）でＡＣ_Ｇ（ｎ）は適応コードブック利得値が乗算された値である。

固定コードブック探索部１１７は、ライン１１１を通じて入力された対象信号ｘ’（ｎ）を使用して対象信号とインパルス応答ｈ（ｎ）との相関度ｄ（ｎ）を求める。

例えば、副フレームのサイズが４０サンプルであり、各階層のパルス数が４つと仮定すれば、前記相関度ｄ（ｎ）は数式（４）のように定義されうる。

数式（４）で、ｈ（ｉ−ｎ）はインパルス応答であり、ｘ’（ｎ）は対象信号である。

前記インパルス応答ｈ（ｎ）と相関度ｄ（ｎ）とは、ライン１１８’を通じて音質向上階層１３０の固定コードブック探索部１３１に提供される。

前記固定コードブック探索部１１７は、前記インパルス応答ｈ（ｎ）と前記相関度ｄ（ｎ）とに基づいて、表１に示されたように、代数コードブック構造を有する固定されたコードブックを探索する。

表１を参考すれば、固定コードブック探索部１１７で固定コードブックベクトルは４個の位置でのみそのパルスのサイズが０でない。したがって、前記パルスの符号ｓと相関度ｄ（ｎ）とを利用して相関度Ｃは数式（５）のように定義されうる。固定コードブック探索部１１７は、数式（５）により相関度Ｃを検出する。

数式（５）で、ｍ_ｉはｉ番目パルスの位置を表し、ｓ_ｉはｉ番目パルスの符号を表す。

固定コードブック検出部１１７は、合成フィルタ１０６のインパルス応答ｈ（ｎ）のエネルギーＥを数式（６）により検出する。

数式（６）で、Φ（ｍ_ｉ、ｍ_ｊ）はｉ番目パルスの位置及びｊ番目パルスの位置に対するインパルス応答信号ｈ（ｎ）間の相関度であり、ｓ_ｉはｉ番目パルスの符号であり、ｓ_ｊはｊ番目パルスの符号である。

前記固定コードブック探索部１１７は、前記相関度Ｃとインパルス応答ｈ（ｎ）のエネルギーＥとを保存する。相関度Ｃは、符号ｓｉｇｎ［ｄ（ｉ）］とその絶対値とに分けられて保存される。ｓｉｇｎ［ｄ（ｉ）］はｄ（ｉ）の符号である。前記エネルギーＥは数式（７）のような形態に保存される。

エネルギーＥに対する数式（６）は、数式（８）のように再定義されうる。

固定コードブック探索部１１７は、前記検出された相関度ＣとエネルギーＥとをライン１１８”を通じて、音質向上階層１３０の固定コードブック探索部１３１に提供しながら、検出された相関度ＣとエネルギーＥとを利用して固定コードブックを探索する。前記固定コードブック探索により、固定コードブックインデックスと利得値とが得られれば、固定コードブック探索部１１７は、前記固定コードブックインデックスを固定コードブック１１９と多重化器１４０とに伝送し、前記利得値を利得値量子化器１２９に伝送する。

固定コードブック１１９は、ライン１１８を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層１００の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブック１１９から出力される固定コードブックベクトルは、ライン１２０を通じて第１乗算器１２１に提供される。

第１乗算器１２１は、利得値量子化器１２９で提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Ｇ_ｃを前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン１２２を通じて出力する。ライン１２２を通じて出力される信号は、固定コードブックのベクトルである。前記量子化利得値Ｇ_ｃは、利得値量子化器１２９から提供される。

ライン１１３を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック１２４は、前記適応コードブックインデックスに対応するパルスの位置情報と符号情報とを出力する。ライン１２５を通じて出力される適応コードブックベクトルは、第２乗算器１２６に提供される。

第２乗算器１２６は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Ｇ_ｐを前記ライン１２５を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン１２７を通じて出力する。前記ライン１２７を通じて出力される信号は、利得値Ｇ_ｐが乗算された適応コードブックのベクトルである。前記量子化された利得値Ｇ_ｐは、利得値量子化器１２９から提供される。

加算器１２３は、ライン１２２を通じて入力される量子化された利得値Ｇ_ｃと固定コードブックベクトルとを乗算して得た信号と、ライン１２７を通じて入力される量子化された利得値Ｇ_ｐと適応コードブックベクトルとを乗算して得た信号とを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン１２８を通じて合成フィルタ１０６に出力される。

利得値量子化器１２９は、固定コードブック探索部１１７から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部１１２から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値を量子化した利得値Ｇ_ｃは、第１乗算器１２１に出力され、適応コードブックの利得値を量子化した利得値Ｇ_ｐは、第２乗算器１２６に出力される。前記量子化した利得値Ｇ_ｃは、音質向上階層１３０に含まれている利得値差の量子化器１３４にも提供される。

音質向上階層１３０は、復元される音質を向上させるために基本階層１００で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。例えば、基本階層１００が、８ｋｂｐｓのビット率を提供する時に、音質向上階層１３０が４ｋｂｐｓの追加ビット率が提供できる。図１は説明の便宜上、１つの音声向上階層１３０が基本階層１００に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層１００に連結されうる。

音質向上階層１３０は、固定コードブック探索部１３１と利得値差の量子化器１３４とで構成される。固定コードブック探索部１３１は、ライン１１８’を通じて提供されるインパルス応答信号ｈ（ｎ）、対象信号とインパルス応答信号ｈ（ｎ）との相関度であるｄ（ｎ）、パルスの符号と前記相関度であるｄ（ｎ）とを利用して検出されたｄ（ｎ）のサイズ情報に該当される相関度Ｃ及びインパルス応答信号ｈ（ｎ）のエネルギーＥを利用して固定コードブックを探索する。

このように固定コードブック探索部１３１は、固定コードブック探索部１１７で探索された対象信号と同じ対象信号とに対する固定コードブック探索を行う。固定コードブック探索部１３１は、代数コードブックを使用する。固定コードブック探索部１３１は、対象信号（ターゲットベクトル）のＭＳＥ（Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）を最小化し、数式（９）を最大化するベクトルｃ_ｋを見つける。見つけられたベクトルｃ_ｋが固定コードブックベクトルとなる。

数式（９）でΦはインパルス応答ｈ（ｎ）間の相関度を表す。前記ｄ（ｎ）とΦとは基本階層１００で提供する値を利用する。前記Φは、固定コードブック探索部１１７から提供される。したがって、固定コードブック探索部１３１は固定コードブック探索時に必要な演算量を減らせる。

基本階層１００の固定コードブックベクトルの次数が４０であり、基本階層１００及び音質向上階層１３０で大きさが０でないパルスをそれぞれ４つ探すと仮定すれば、基本階層１００の固定コードブック１１７でまず４個のパルスを探し、音質向上階層１３０の固定コードブック探索部１３１で４個のパルスを探す。したがって、固定コードブック探索部１３１は基本階層１００で探した４個のパルスの影響も考慮する。したがって、固定コードブック探索部１３１で得られる相関度Ｃ’は数式（１０）のように定義でき、エネルギーＥ’は数式（１１）のように定義されうる。

数式（５）に定義された相関度Ｃ値を利用して、前記数式（１０）は、数式（１２）のように再定義されうる。

固定コードブック探索部１３１は、探索過程の複雑度を減らすためにエネルギーＥ’を数式（１３）のように再定義された演算により検出できる。

数式（１３）は、数式（８）に定義されているエネルギーＥを利用すれば、数式（１４）のように再定義されうる。

相関度Ｃ’とエネルギーＥ’とは、音質向上階層１３０での固定コードブック探索以前に保存されて、固定コードブック探索過程を簡素化できる。

前述した相関度Ｃ’、エネルギーＥ’を利用して、音質向上階層１３０のパルスの符号情報と位置情報とを得るための固定コードブック探索部１３１の過程は、基本階層１００の固定コードブック探索部１１７で行われる方式と同一に行われる。この時、基本階層１００で探索されたパルスの位置情報と音質向上階層で探索されたパルスの位置情報とは同一でありうる。

図２は、図１のビット率拡張音声符号化装置において、固定コードブック探索部１１７により探索されたパルスの位置と固定コードブック探索部１３１により探索されたパルスの位置とを説明するための図面である。

図２を参照すれば、固定コードブック探索２０１で探索されたパルスの位置は、音質向上階層固定コードブック探索２０２で探索されたパルスの位置と同じでありうる。したがって、最終固定コードブックのパルスの大きさは基本階層１００及び音質向上階層１３０の固定コードブックパルスの大きさを含む多重された大きさ（以下、多重大きさという）を有する。したがって、代数コードブックのパルスの大きさは＋１または−１のみの大きさではない。

固定コードブック探索部１３１は、探索結果によって得られた固定コードブックベクトルを多重化器１４０に提供し、固定コードブックの利得値を利得値差の量子化器１３４に提供する。前記音質向上階層１３０での前記固定コードブックインデックスは、パルス符号情報とパルスの位置情報とで構成されうる。

このように音質向上階層１３０で探索された固定コードブックインデックスは、次のフレームのために保存されていないので、基本階層１００の動作に影響を与えない。

利得値差の量子化器１３４は、固定コードブック探索部１３１で求めた固定コードブックの利得値１３２と基本階層１００で量子化された固定コードブックの利得値Ｇ_ｃ間の差を求め、前記差を量子化する。これによって、利得値差の量子化情報Ｇ_ｄｉｆｆが利得値差の量子化器１３４からライン１３５を通じて多重化器１４０に伝送されるので、音質向上階層１３０は、固定コードブックの利得値に対する量子化ビットを減らせる。

多重化器１４０は、基本階層１００から提供されるＬＰＣ係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層１３０とから提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報をビットストリームに出力する。

基本階層１００と音質向上階層１３０とのビットストリームは区分して伝送する。すなわち、図１に示されたように、音質向上階層１３０のビットストリームは、基本階層１００のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって、復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で基本階層のビットストリームのみが受信できる場合に、前記復号化装置は図１のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみが受信ができる。

図３は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。

図３を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は、逆多重化器３０１、ＬＰＣ係数復号化部３０２、利得値復号化部３０３、第１固定コードブック復号化部３０４、適応コードブック復号化部３０５、利得値差の復号化部３０６、第２固定コードブック復号化部３０７、第１加算器３０８、第２加算器３０９、第１選択スイッチ３１０、第２選択スイッチ３１１、第１乗算器３１２、第２乗算器３１３、第３加算器３１４、合成フィルタ３１５、及び後処理部３１６で構成される。

前記ビット率拡張音声復号化装置は、ビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームから基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを何れも受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。

逆多重化器３０１は、受信されるビットストリームを各モジュールの情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器３０１は、ＬＰＣ係数量子化情報をＬＰＣ係数復号化部３０２に、利得値量子化情報は利得値復号化部３０３に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部３０６に、音質向上階層の固定コードブックインデックスは第２固定コードブック復号化部３０７に、固定コードブックインデックスは第１固定コードブック復号化部３０４に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部３０５にそれぞれ提供する。

ＬＰＣ係数復号化部３０２の構造は、符号化装置側のＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器１０４により決定され、入力されるＬＰＣ係数量子化情報からＬＰＣ係数を復元する。復元されたＬＰＣ係数は合成フィルタ３１５と後処理部３１６とに提供される。

利得値復号化部３０３の構造は、符号化装置側の利得値量子化器１２９により決定される。利得値復号化部３０３、は入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部３０３から基本階層１００での適応コードブック利得値ｇ_ｐと固定コードブック利得値ｇ_ｃとがそれぞれ出力される。

第１固定コードブック復号化部３０４は、入力される基本階層１００の固定コードブックインデックスをデコードして基本階層１００の固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部１１７での探索方式により決定される。適応コードブック復号化部３０５は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして基本階層１００の適応コードブックを出力する。

前述ＰＣ係数復号化部３０２、利得値復号化部３０３、第１固定コードブック復号化部３０４、及び適応コードブック復号化部３０５は、逆多重化器３０１から伝送される基本階層１００での符号化情報をデコードする第１復号化ユニットと定義されうる。

利得値差の復号化部３０６と第２固定コードブック復号化部３０７との動作はネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。

もし、利得値差の復号化部３０６と第２固定コードブック復号化部３０７とが動作されと決定されれば、利得値差の復号化部３０６は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第２固定コードブック復号化部３０７は、入力される音質向上階層の固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器１３４により決定される。第２固定コードブック復号化部３０７でのデコード方式は、符号化装置側の第２固定コードブック探索部１３１により決定される。

利得値差の復号化部３０６と第２固定コードブック復号化部３０７とは、逆多重化器３０１から伝送される音質向上階層１３０での符号化情報をデコードする第２復号化ユニットと見なされうる。

第１加算器３０８は、利得値復号化部３０３から出力されるデコードされた固定コードブックの利得値ｇ_ｃと利得値差の復号化部３０６から出力されるデコードされた利得値差ｇ_ｄｉｆｆとを加算する。第１加算器３０８の出力は、復号化時に音質向上階層の利得値である。

第２加算器３０９は、第２固定コードブック復号化部３０７でデコードされた音質向上階層１３０の固定コードブックと、第１固定コードブック復号化部３０４でデコードされた基本階層１００の固定コードブックとを加算する。したがって、第２加算器３０９から出力される信号は数式（１５）のように定義できる。

数式（１５）で、ｃ（ｎ）は基本階層での固定コードブックであり、ｃ'（ｎ）は音質向上階層での固定コードブックである。

これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層との代数コードブックを累積させて、多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、あらゆるパルスの大きさが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。したがって、累積させた代数コードブックのパルスは対象信号に適した符号を有する。

第１選択スイッチ３１０は、利得値復号化部３０３でデコードされた固定コードブック利得値ｇ_ｃと第１加算器３０８から出力される信号とを選択的に伝送する。すなわち、復号化装置が基本階層に動作すれば、第１選択スイッチ３１０は利得値復号化部３０３から出力される固定コードブック利得値ｇ_ｃを伝送し、該当される復号化装置が音質向上階層に動作すれば、第１選択スイッチ３１０は加算器３０８から出力される利得値を伝送する。

第２選択スイッチ３１１は、第２加算器３０９から出力される信号と第１固定コードブック復号化部３０４から出力される基本階層１００での固定コードブックとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、第２選択スイッチ３１１は、第１固定コードブック復号化部３０４から出力される信号を伝送し、前記復号化装置が音質向上階層で動作する場合に、第２選択スイッチ３１１は第２加算器３０９から出力される信号を伝送する。

第１乗算器３１２は、第２選択スイッチ３１１から出力される固定コードブックに第１選択スイッチ３１０から出力される利得値を乗算して出力する。

第２乗算器３１３は、適応コードブック復号化部３０５から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部３０３から出力される適応コードブックの利得値ｇ_ｐを乗算して出力する。

第３加算器３１４は、第１乗算器３１２から出力される固定コードブックに関する情報と第２乗算器３１３から出力される適応コードブックに関する情報とを加算して復元された励起信号を発生する。

前述した第１加算器３０８、第２加算器３０９、第３加算器３１４、第１乗算器３１２、第２乗算器３１３、第１選択スイッチ３１０及び第２選択スイッチ３１１は、前述した第１復号化ユニットと第２復号化ユニットとでそれぞれデコードされた信号を前記復号化装置の動作環境によって演算する演算ユニットと定義されうる。

合成フィルタ３１５は、ＬＰＣ係数復号化部３０２から提供される復元されたＬＰＣ係数を利用して、加算器３１４から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。

後処理部３１６は、合成フィルタ３１５から伝送される音声信号の音質を向上させる。すなわち、音声信号の音質を向上させるために、後処理部３１６は、ＬＰＣ係数復号化部３０２から提供されるＬＰＣ係数を利用して、合成フィルタ３１５から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。

前述した合成フィルタ３１５及び後処理部３１６は、前記演算ユニットから出力される信号を、ＬＰＣ係数復号化部３０２から出力されるＬＰＣ係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。

図４は、本発明の一実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。

第４０１段階で、音声信号の符号化装置は、図１の前処理ユニット１０２のように入力された音声信号を前処理する。第４０２段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からＬＰＣ係数を抽出し、抽出されたＬＰＣ係数の量子化情報を生成する。

第４０３段階で、音声信号の符号化装置は、生成されたＬＰＣ係数の量子化情報を利用して励起信号を図１の合成フィルタ１０６でのように合成する。第４０４段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から前記合成された信号を減算してＬＰＣ残差信号を検出する。第４０５段階で、音声信号の符号化装置は、検出されたＬＰＣ残差信号を図１の認知加重フィルタ１１０でのようにフィルタリングして認知加重された信号を出力する。

第４０６段階で、音声信号の符号化装置は認知加重された信号のピッチを図１のピッチ分析部１１２のように分析して、適応コードブックのインデックスと利得値とを得る。そして、音声信号の符号化装置は、図１のピッチ寄与度の除去部１１５のように適応コードブックのインデックスに基づいて認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を検出する。

第４０７段階で、音声信号の符号化装置は、図１の第１固定コードブック探索部１１７でのように基本階層固定コードブックを探索して、固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。第４０８段階で、音声信号の符号化装置は、図１の利得値量子化器１２９でのように前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。

第４０９段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層での相関度Ｃ及びｄ（ｎ）、エネルギーＥのような媒介変数を利用して、音質向上階層固定コードブックを探索する。音質向上階層固定コードブック探索により、音質向上階層の固定コードブックの利得値とインデックスとがそれぞれ生成される。

第４１０段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層固定コードブックの利得値と音質向上階層の固定コードブックの利得値間の差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、図１で説明したように複数階層に分けて行われうる。音質向上階層の処理が複数階層に分けて行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上されうる。

第４１１段階で、音声信号の符号化装置は前述した段階を通じて得たＬＰＣ係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報をビットストリーム形態に多重化して音声信号復号化装置側に送出する。

図５は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。

第５０１段階で、音声信号復号化装置は、図３の逆多重化器３０１のように受信されるビットストリームを各構成の情報に逆多重化する。

第５０２段階で、音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図３のＬＰＣ係数復号化部３０２、利得値復号化部３０３、第１固定コードブック復号化部３０４、適応コードブック復号化部３０５、利得値差の復号化部３０６、第２固定コードブック復号化部３０７のように前記逆多重化された信号をデコードする。

第５０３段階で、音声信号復号化装置は、音質向上階層固定コードブック利得値を所定演算処理により復元する。前記音声信号復号化装置は、復号化された固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブック利得値の量子化情報として受信された利得値差とを加算して、音質向上階層の固定コードブック利得値を復元する。

第５０４段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックとを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックを伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、復号化された基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値を乗算した固定コードブックを伝送させる。

第５０５段階で、音声信号復号化装置は、第５０２段階で復号化されたＬＰＣ係数を利用して、第５０４段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。

第５０６段階で、音声信号復号化装置は、後処理部３１６のように後処理して復元された音声信号を生成する。

図６は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図６を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層６００と音質向上階層６３０とを含む多層固定コードブック構造を有する。

基本階層６００では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層６００は、既存の標準化されたＣＥＬＰ音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層６００は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングし、前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する。励起信号は、固定コードブック探索と適応コードブック探索とにより生成される。

基本階層６００は、前処理ユニット６０２、ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４、合成フィルタ６０６、減算器６０８、認知加重フィルタ６１０、ピッチ分析部６１２、ピッチ寄与度の除去部６１５、固定コードブック探索部６１７、固定コードブック６１９、第１乗算器６２１、加算器６２３、適応コードブック６２４、第２乗算器６２６、利得値量子化器６２９で構成される。

前処理ユニット６０２は、ライン６０１を通じて入力される音声信号からＤＣ成分を除去する。すなわち、前処理ユニット６０２は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタは、本発明の一実施例で基本階層１００の前処理ユニット１０２のハイパスフィルタと同一である。前処理ユニット６０２から出力される信号は、ライン６０３を通じてＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４に伝送される。

ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４は、前記前処理ユニット６０２から出力される信号のＬＰＣ係数を抽出する。抽出されたＬＰＣ係数は、ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４によりベクトル量子化される。ＬＰＣ係数のベクトル量子化情報は、ライン６０５を通じて合成フィルタ６０６と多重化器６５０とに伝送される。

合成フィルタ６０６は、前記ＬＰＣ係数のベクトル量子化情報を利用してライン６２８を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号は、ライン６０７を通じて減算器６０８に出力される。

減算器６０８は、ライン６０３を通じて入力される前処理ユニット６０２から出力される信号から、ライン６０７を通じて入力される合成された信号を減算してＬＰＣ残差信号を生成する。前記ＬＰＣ残差信号は、ライン６０９を通じて認知加重フィルタ６１０に伝送される。

認知加重フィルタ６１０は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ６１０は、前記ＬＰＣ残差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部６１２に出力する。

ピッチ分析部６１２は、認知加重フィルタ６１０から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部６１２は、認知加重フィルタ６１０から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記標準化されたＣＬＥＰ音声符号化装置でのように各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。

前記適応コードブックのインデックスは、ライン６１３を通じてピッチ寄与度の除去部６１５と適応コードブック６２４とに伝送されながらライン６１４を通じて多重化器６５０に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は、利得値量子化器６２９に提供される。

ピッチ寄与度の除去部６１５は、前記適応コードブックのインデックスに基づいて、認知加重フィルタ６１０の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号を出力する。そして、ピッチ寄与度の除去部６１５は、認知加重フィルタ６１０の出力信号からピッチ寄与度ｙ_１（ｎ）を減算して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を、ライン６１６を通じて基本階層６００の固定コードブック探索部６１７に出力する。ピッチ寄与度ｙ_１（ｎ）は、数式（３）によって求められる。

固定コードブック探索部６１７は、ライン６１１を通じて入力された対象信号ｘ'（ｎ）を使用して対象信号とインパルス応答ｈ（ｎ）との相関度ｄ（ｎ）とを求める。

例えば、副フレームの大きさが４０サンプルであり、各階層のパルス数が４つと仮定すれば、前記相関度ｄ（ｎ）は数式（２）のように定義されうる。

前記固定コードブック探索部６１７は、前記インパルス応答ｈ（ｎ）と前記相関度ｄ（ｎ）とに基づいて、前記表１の例のように構成された代数コードブック形態の固定コードブックを探索する。表１を参考すれば、固定コードブック探索部６１７で固定コードブックベクトルのパルスの大きさは、４個の位置でのみ０でない。したがって、前記パルスの符号ｓと相関度ｄ（ｎ）とを利用した相関度ｄ（ｎ）の大きさに対応する相関度Ｃは数式（３）のように定義されうる。固定コードブック探索部６１７は、数式（３）により相関度Ｃを検出する。固定コードブック検出部６１７は、インパルス応答エネルギーＥを数式（４）により検出する。

前記固定コードブック探索部６１７は、前記相関度ＣとエネルギーＥとを保存する。固定コードブック探索部６１７は、相関度Ｃを符号ｓｉｇｎ［ｄ（ｉ）］とその絶対値とに分けられて保存する。ｓｉｇｎ［ｄ（ｉ）］はｄ（ｉ）の符号である。前記エネルギーＥは数式（５）のような形態に保存される。エネルギーＥに対する数式（４）は数式（６）のように再定義されうる。

前記探索により、固定コードブックインデックスと利得値とが得られれば、固定コードブック探索部６１７は、前記固定コードブックインデックスを固定コードブック６１９と多重化器６５０とに伝送し、前記利得値を利得値量子化器６２９に伝送する。

固定コードブック６１９は、ライン６１８を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層６００の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルは、パルス位置情報ｍと符号情報ｓとに基づいて構成される。固定コードブック６１９から出力される固定コードブックベクトルは、ライン６２０を通じて第１乗算器６２１に提供される。

第１乗算器６２１は、利得値量子化器６２９から提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Ｇ_ｃを、前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン６２２を通じて出力する。ライン６２２を通じて出力される信号は、基本階層６００の固定コードブックベクトルに量子化利得値Ｇ_ｃを乗算した固定コードブックｃ_Ｇ（ｎ）と定義できる。前記量子化利得値Ｇ_ｃは、利得値量子化器６２９から提供される。

ライン６１３を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック６２４は、前記適応コードブックインデックスに対応する適応コードブックベクトルを出力する。ライン６２５を通じて、前記適応コードブックベクトルは、第２乗算器６２６に提供される。

第２乗算器６２６は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Ｇ_ｐを、前記ライン６２５を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン６２７を通じて出力する。前記量子化された利得値Ｇ_ｐは、利得値量子化器６２９から提供される。

加算器６２３は、ライン６２２を通じて入力される固定コードブックベクトルとライン６２７を通じて入力される適応コードブックベクトルとを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン６２８を通じて合成フィルタ６０６に出力される。

利得値量子化器６２９は、固定コードブック探索部６１７から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部６１２から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Ｇ_ｃは、第１乗算器６２１に出力され、適応コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Ｇ_ｐは、第２乗算器６２６に出力される。前記量子化した利得値Ｇ_ｃは音質向上階層６３０に含まれている利得値差の量子化器６４３にも提供される。

音質向上階層６３０は、図１の音質向上階層１３０のように復元される音質を向上させるために、基本階層６００で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。図６は、説明の便宜上、１つの音声向上階層６３０が基本階層６００に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層６００に連結されうる。

音質向上階層６３０は、固定コードブック寄与度計算部６３１、第３加算器６３３、合成フィルタ６３４、認知加重フィルタ６３７、固定コードブック探索部６３９、固定コードブック６４１、利得値差の量子化器６４３、及び第３乗算器６４４で構成される。

基本階層６００の第１乗算器６２１から、固定コードブックのベクトルに量子化利得値Ｇ_ｃが乗算された固定コードブックｃ_Ｇ（ｎ）が受信されれば、固定コードブック寄与度計算部６３１は、数式（１６）により固定コードブック寄与度ｙ_２（ｎ）を計算する。

数式（１６）で、Ｎは副フレームを構成するサンプル数によって決定される。したがって、ピッチ寄与度の除去部６１５で説明したように、副フレームの大きさが４０サンプルである場合にＮは４０である。数式（１６）で、ｈ（ｎ）は合成フィルタのインパルス応答である。固定コードブック寄与度計算部６３１で計算された固定コードブック寄与度は、ライン６３２を通じて第３加算器６３３に提供される。

第３加算器６３３は、ライン６１６を通じて提供される基本階層６００の固定コードブック探索のために要求される対象信号から、ライン６３２を通じて提供される固定コードブック寄与度とライン６３５を通じて合成フィルタ６３４から提供される合成信号とを除去した信号を出力する。

合成フィルタ６３４は、音質向上階層６３０の量子化された利得値Ａによって、固定コードブックのベクトルを乗算させることにより得られた固定コードブックを、ライン６４７を通じて受信すれば、ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４で抽出され量子化されたＬＰＣ係数を使用して、前記入力される固定コードブック信号を合成することにより得られる信号を出力する。

ここで、利得値Ａは、次のように表される。

認知加重フィルタ６３７は、ライン６３６を通じて入力される信号を、認知加重フィルタ６０１のようにフィルタリングして、音質向上階層６３０で固定コードブック探索のために要求される対象信号を出力する。対象信号は、ライン６３８を通じて固定コードブック探索部６３９に伝送される。

固定コードブック探索部６３９は、基本階層６００の固定コードブック探索部６１７のように入力される対象信号に基づいて固定コードブックを探索して固定コードブックのインデックスと利得値とを得る。得られた固定コードブックのインデックスは、ライン６４０を通じて多重化器６５０に伝送されながら固定コードブック６４１に伝送される。前記固定コードブックの利得値Ｇ_ＣＥは、ライン６４２を通じて利得値差の量子化器６４３に伝送される。

固定コードブック６４１は、入力された固定コードブックインデックスに基づいて音質向上階層６３０の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルはパルスの位置情報ｍと符号情報ｓとを含みうる。固定コードブック６４１から出力される固定コードブックベクトルは、第３乗算器６４４に提供される。基本階層６００の固定コードブック６１９から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置と、音質向上階層６３０の固定コードブック６４１から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置とは同一でありうる。

利得値差の量子化器６４３は、基本階層６００の利得値量子化器６２９から出力される固定コードブックの利得値を量子化した利得値Ｇ_Ｃと、音質向上階層６３０の固定コードブック探索部６３９から出力される固定コードブックの量子化されていない利得値Ｇ_ＣＥとの間のログスケール差値を利用して、音質向上階層６３０の量子化された利得値Ａを得、量子化された利得値Ａを出力する。

図７は、利得値差の量子化器６４３の望ましい実施例を表したブロック図である。利得値量子化器６４３は、第１ログスケール変換部７０２、第２ログスケール変換部７０６、第４及び第５乗算器７０８、７１１及び第４加算器７０４を含む。

基本階層６００の利得値量子化器６２９により提供される量子化された固定コードブック利得値Ｇ_Ｃが、ライン７０１を通じて入力されれば、第１ログスケール変換部７０２は、固定コードブック利得値Ｇ_ｃに対応するログスケール変換された固定コードブック利得値をライン７０３を通じて出力する。

音質向上階層６３０の固定コードブック探索部６３９から出力される量子化されていない利得値Ｇ_ＣＥが、ライン７０５を通じて入力されれば、第２ロードスケール変換部７０６によってログスケール変換された固定コードブック利得値を、ライン７０７を通じて出力する。

第４乗算器７０８は、ライン７０７を通じて入力されるログスケール変換された固定コードブック利得値に利得値差調整値Ｂを乗算し、乗算された結果をライン７０８を通じて出力する。

ここで、利得値差調整値Ｂは、次のように表される。

第４加算器７０４は、ライン７０３を通じて入力される固定コードブック利得値とライン７０８を通じて入力される固定コードブック利得値間の差値を、ライン７１０を通じて出力する。

第５乗算器７１１は、入力される利得値差にスケール拡張要素１０を乗算して、ログスケール利得値差Ｇ_ＤＩＦＦ７１２を生成する。

前述した利得値差量子化６４３の動作過程は、数式（１９）のように定義できる。

数式（１９）でＧ_ｃは、利得値量子化器６２９によって量子化された固定コードブックの利得値であり、Ｇ_ＣＥは固定コードブック探索部６３９から出力される量子化されていない利得値である。また、利得値差調整値Ｂは、ログスケール利得値間の差値の動的範囲を最小にする調整値である。利得値差調整値Ｂは、音声符号化器の種類によっていかなる値にもなることができ、実際の例として０.９８７が使われる。

数式（１９）での計算を通じて生成されたログスケール利得値差７１２は、アナログ信号であるので、３ビットスカラー量子化器によって量子化される。３ビットスカラー量子化器により量子化された結果を利用して音質向上階層６３０の量子化された固定コードブック利得値Ａを出力する。前記量子化された利得値Ａは、ライン６４５を通じて第３乗算器６４４に出力されながらライン６４６を通じて多重化器６５０に出力される。

第３乗算器６４４は、固定コードブック６４１から提供される固定コードブックベクトルに、利得値差の量子化器６４３から提供される音質向上階層６３０の量子化された固定コードブック利得値Ａを乗算し、乗算結果をライン６４７を合成フィルタ６３４に提供する。

多重化器６５０は、基本階層６００から提供されるＬＰＣ係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層６３０から提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報を多重化し、その結果をビットストリームに出力する。

基本階層６００と音質向上階層６３０とのビットストリームは、区分して伝送される。すなわち、図６に示されたように、音質向上階層６３０のビットストリームは、基本階層６００のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で、基本階層のビットストリームのみ受信できる場合に、前記復号化装置は、図６のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみ受信できる。

図８は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。図８を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は逆多重化器８０２、ＬＰＣ係数復号化部８０３、利得値復号化部８０４、第１固定コードブック復号化部８０５、適応コードブック復号化部８０６、利得値差の復号化部８０７、第２固定コードブック復号化部８０８、乗算器８０９、８１０、８１３、加算器８１１、８１４、選択スイッチ８１２、合成フィルタ８１５、及び後処理部８１６を含む。

前記ビット率拡張音声復号化装置はビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームのうち基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを共に受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。

逆多重化器８０２は、受信されるビットストリーム８０１を各構成要素の情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器８０２は、ＬＰＣ係数量子化情報をＬＰＣ係数復号化部８０３に、利得値量子化情報は利得値復号化部８０４に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部８０７に、音質向上階層６３０の固定コードブックインデックスは第２固定コードブック復号化部８０８に、基本階層６００の固定コードブックインデックスは第１固定コードブック復号化部８０５に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部８０６にそれぞれ提供する。

ＬＰＣ係数復号化部８０３の構造は、符号化装置側のＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器６０４により決定され、入力されるＬＰＣ係数量子化情報からＬＰＣ係数を復元する。復元されたＬＰＣ係数は、合成フィルタ８１５と後処理部８１６とに提供される。

利得値復号化部８０４の構造は、符号化装置側の利得値量子化器６２９により決定される。利得値復号化部８０４は、入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部８０４から基本階層６００での適応コードブック利得値Ｇ_Ｐと固定コードブック利得値Ｇ_Ｃとがそれぞれ出力される。

第１固定コードブック復号化部８０５は、入力される第１固定コードブックインデックスをデコードして第１固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部６１７での探索方式により決定される。

適応コードブック復号化部８０６は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして適応コードブックを出力する。

前述したＬＰＣ係数復号化部８０３、利得値復号化部８０４、固定コードブック復号化部８０５、及び適応コードブック復号化部８０６は、逆多重化器８０２から伝送される基本階層６００での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。

利得値差の復号化部８０７と第２固定コードブック復号化部８０８との動作は、ネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。

もし、利得値差の復号化部８０７と第２固定コードブック復号化部８０８とが動作すると決定されれば、利得値差の復号化部８０７は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第２固定コードブック復号化部８０８は、入力される第２固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器６４３により決定される。

第２固定コードブック復号化部８０８で行われるデコード方式は、符号化装置側の第２固定コードブック探索部６３１により決定される。利得値差の復号化部８０７と第２固定コードブック復号化部８０８とは、逆多重化器９０２から伝送される音質向上階層６３０での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。

乗算器８０９は、利得値復号化部８０４によって復元された基本階層６００の固定コードブック利得値Ｇ_ｃを第１固定コードブック復号化部８０５によって出力された基本階層の固定コードブックに乗算して基本階層の固定コードブックベクトルを出力する。

乗算器８１０は、利得値差の復号化部８０７によって復元された音質向上階層６３０での固定コードブック利得値Ａを、第２固定コードブック復号化部８０８によって出力された音質向上階層の固定コードブックに乗算して音質向上階層の固定コードブックベクトルを出力する。

加算器８１１は、乗算器８０９から出力される基本階層の固定コードブックベクトルと乗算器８１０から出力される音質向上階層の固定コードブックベクトルとを加算する。これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層の代数コードブックを累積させて多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、固定コードブックのあらゆるパルスが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。

選択スイッチ８１２は、加算器８１１から出力される信号と乗算器８０９から出力される基本階層の固定コードブックベクトルとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、選択スイッチ８１２は、乗算器８０９から出力される基本階層の固定コードブックベクトルを選択して伝送する。前記符号化装置が音質向上階層で動作する場合に、選択スイッチ８１２は加算器８１１から出力される信号を選択して伝送する。

乗算器８１３は、適応コードブック復号化部８０６から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部８０４から出力される適応コードブックの利得値Ｇ_ｐを乗算して適応コードブックベクトルを出力する。

加算器８１４は、選択スイッチ８１２により選択された固定コードブックベクトルと乗算器８１３から出力される適応コードブックベクトルとを加算して復元された励起信号を発生させる。

前述した乗算器８１０、加算器８１１及び選択スイッチ８１２は、前記復号化装置の動作環境によって前述した基本階層の符号化情報を復号化するユニットと音質向上階層の符号化情報を復号化するユニットとでそれぞれデコードされた信号を演算する演算ユニットと定義されうる。

合成フィルタ８１５は、ＬＰＣ係数復号化部８０３から提供される復元されたＬＰＣ係数を利用して、加算器８１４から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。

後処理部８１６は、合成フィルタ８１５から伝送される音声信号を復元する。すなわち、後処理部８１６は、音声信号を復元するために、ＬＰＣ係数復号化部８０３から提供されるＬＰＣ係数を利用して、合成フィルタ８１５から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。

前述した合成フィルタ８１５と後処理部８１６とは前記演算ユニットから出力される信号を、ＬＰＣ係数復号化部８０３から出力されるＬＰＣ係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。

図９は、図６の音声信号の符号化装置で基本階層の固定コードブック探索９０１により探索されたパルスの位置と、音質向上階層の固定コードブック探索９０５により探索されたパルスの位置と、に基づいた固定コードブックベクトルを利用して図８の音声信号復号化装置で復元されるパルスの大きさを説明するための図面である。

図９を参照すれば、第１固定コードブック復号化部８０５で提供される固定コードブックベクトル９０２に、利得値復号化部８０４で提供される固定コードブック利得値Ｇ_ｃが、乗算器８０９によって乗算されて、利得値が乗算された基本階層固定コードブックベクトル９０４が生成される。

第２固定コードブック復号化部８０８で提供される固定コードブックベクトル９０６に、利得値差の復号化部８０７で提供される利得値Ｇ_ＣＥが乗算器８１０によって乗算されて、利得値が乗算された音質向上階層固定コードブックベクトル９０８が生成される。加算器８１１は、音質向上階層固定コードブックベクトル９０８と基本階層固定コードブックベクトル９０４とを加算した固定コードブックベクトル９１０を生成する。

図９のパルスの構造に示されたように、基本階層の固定コードブックベクトル９０４と音質向上階層の固定コードブックベクトル９０８とは、加算器８１１に入力されて、音質向上階層の最終固定コードブック９１０を生成する。最終音質向上階層固定コードブック９１０は、相異なる利得値を有する２つの固定コードブックベクトルが加えられて得られるために、多重大きさを有する固定コードブックが形成できてさらに良い音質が提供できる。

図１０は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。

第１００１段階で、音声信号の符号化装置は、図６の前処理ユニット６０２のように入力された音声信号を前処理する。第１００２段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からＬＰＣ係数を抽出し、抽出されたＬＰＣ係数の量子化情報を生成する。

第１００３段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から合成フィルタ６０６を経てＬＰＣ係数の残差信号を検出する。第１００４段階で、音声信号の符号化装置は、検出された残差信号を図６の認知加重フィルタ６１０でのようにフィルタリングして、認知加重された信号を出力する。

第１００５段階で、音声信号の符号化装置は、認知加重された信号のピッチを図６のピッチ分析部６１２のように分析し、図６のピッチ寄与度の除去部６１５のように分析された結果を利用して、前記認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、適応コードブック利得値と適応コードブックインデックスとを生成する。

第１００６段階で、音声信号の符号化装置は、図６の基本階層６００の固定コードブック探索部６１７でのように、基本階層固定コードブックを探索して固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。

第１００７段階で、音声信号の符号化装置は、図６の利得値量子化器６２９でのように、前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。

第１００８段階で、音声信号の符号化装置は、ベクトル量子化されたＬＰＣ係数を利用して、基本階層６００で生成された固定コードブックベクトルと適応コードブックベクトルとの励起信号を図６の合成フィルタ６０６でのように合成する。

第１００９段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層６００での固定コードブック探索のための対象信号の影響、及び音質向上階層６３０の以前のＬＰＣ合成信号を除去することによって図６の固定コードブック探索部６３９でのような固定コードブック探索のための対象信号を生成する。すなわち、基本階層６００で検出された対象信号から、基本階層の固定コードブック寄与度と音質向上階層６３０で検出された以前のＬＰＣ合成信号とを除去して音質向上階層での対象信号を得る。

第１０１０段階で、音声信号の符号化装置は、第１００９段階で検出された対象信号を利用して、音質向上階層６３０の固定コードブック探索を行って音質向上階層の固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブックインデックスとをそれぞれ生成する。

第１０１１段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層の量子化された固定コードブックの利得値と音質向上階層の量子化されていない固定コードブック利得値間のログスケール差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、複数階層の音質向上階層が具備されることによって複数階層で行われうる。音質向上階層処理が複数階層で行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上しうる。

第１０１２段階で、音声信号の符号化装置は、音質向上階層で生成された固定コードブックベクトル（または、励起信号）を図６の合成フィルタ６３４に通過させて合成された信号を出力する。

第１０１３段階で、音声信号の符号化装置は、前述した段階を通じて得た線形予測係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報を多重化してビットストリームを得、前記ビットストリームを音声信号復号化装置側に送出する。

図１１は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。

第１１０１段階で、音声信号復号化装置は、図８の逆多重化器８０２のように受信されるビットストリームを各構成要素の情報に逆多重化する。

第１１０２段階で音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図８のＬＰＣ係数復号化部８０３、利得値復号化部８０４、第１固定コードブック復号化部８０５、適応コードブック復号化部８０６、利得値差の復号化部８０７、第２固定コードブック復号化部８０８のように前記逆多重化された信号をデコードする。

第１１０３段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブック、または基本階層の固定コードブックを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値とが乗算された固定コードブックを加算し、その結果を伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、音声信号復号化装置は復号化された基本階層の固定コードブックに、基本階層の固定コードブックの利得値を乗算して得られた固定コードブックを伝送させる。

第１１０４段階で、音声信号復号化装置は第１１０２段階で復号化されたＬＰＣ係数を利用して、第１１０３段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。

第１１０５段階で、音声信号復号化装置は、後処理ユニット８１６のように後処理して復元された音声信号を生成する。

これまで本発明についてその望ましい実施例を中心として説明した。本発明が属する技術分野で当業者は本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されうることが理解できる。したがって、開示された実施例は限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は前述した説明でなく特許請求の範囲に記載されており、それと同等な範囲内のあらゆる差異点は本発明に含まれたものと解釈されねばならない。

本発明はＣＥＬＰアルゴリズムを使用し、基本階層と音質向上階層とを有する音声符号化及び復号化装置に適用可能である。

本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声符号化装置のブロック図である。 図１に示された基本階層固定コードブック探索部により探索されたパルスの位置と音質向上階層固定コードブック探索部により探索されたパルスの位置との例示図である。 本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。 本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。 本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化装置のブロック図である。 図６のビット率拡張音声符号化装置で音質向上階層の利得値差の量子化器のブロック図である。 本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。 図８のビット率拡張音声復号化装置で基本階層固定コードブック探索により探索されたパルスの位置と音質向上階層固定コードブック探索により探索されたパルスの位置との例示図である。 本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ 基本階層
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１１４、１１６、１１８、１１８’、１１８’’、１２０、１２２、１２５、１２７、１３５ ライン
１０２ 前処理ユニット
１０４ ＬＰＣ係数の抽出及びベクトル量子化器
１０６ 合成フィルタ
１０８ 減算器
１１０ 認知加重フィルタ
１１２ ピッチ分析部
１１５ ピッチ寄与度の除去部
１１７ 固定コードブック探索部
１１９ 固定コードブック
１２１ 第１乗算器
１２３ 加算器
１２４ 適応コードブック
１２６ 第２乗算器
１２９ 利得値量子化部
１３０ 音質向上階層
１３１ 固定コードブック探索部
１３２ 利得値
１３４ 利得値差の量子化器
１４０ 多重化器
Ｇ_ｃ、Ｇ_ｐ 量子化された利得値

Claims (34)

1. 音声信号の符号化装置において、
   線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、
   前記基本階層での固定コードブック探索により得られる媒介変数を利用して固定コードブックを探索する音質向上階層と、を少なくとも１つ含み、
   前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器を含む音声信号の符号化装置。
2. 前記基本階層での固定コードブック探索及び音質向上階層での固定コードブック探索は代数コードブックを使用して行われる請求項１に記載の音声信号の符号化装置。
3. 前記音質向上階層は前記基本階層により行われた固定コードブック探索により得られた第１利得値と前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第２利得値間の差を量子化する機能をさらに含む請求項１に記載の音声信号の符号化装置。
4. 前記媒介変数は前記基本階層で検出された対象信号とインパルス応答信号間の相関度ｄ（ｎ）、前記相関度ｄ（ｎ）の大きさに対応する相関度Ｃ、インパルス応答信号のエネルギーＥを含むことを特徴とする請求項１に記載の音声信号の符号化装置。
5. 前記多重化器は前記基本階層で生成される線形予測符号化係数の量子化情報、前記基本階層での固定コードブックインデックス、前記基本階層での適応コードブックインデックス、前記基本階層での固定コードブック利得値の量子化情報と前記基本階層での適応コードブック利得値の量子化情報、前記音質向上階層で生成される固定コードブックインデックス、及び前記基本階層の固定コードブック利得値と前記音質向上階層の固定コードブック利得値間の差値に対する量子化した情報を多重化することを特徴とする請求項１に記載の音声信号の符号化装置。
6. 前記音質向上階層が複数であれば、前記多重化器は複数の音質向上階層で出力される固定コードブックインデックスと前記固定コードブック利得値間の差値に関する量子化した情報を多重化することを特徴とする請求項５に記載の音声信号の符号化装置。
7. 音声信号の符号化装置において、
   入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、
   前記基本階層での固定コードブック探索によって生成される媒介変数を利用して固定コードブックを探索する固定コードブック探索部、
   前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第１固定コードブック利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第２固定コードブック利得値間の差を検出し、検出された差を量子化する利得値差の量子化器を含む音質向上階層と、を複数具備し、
   前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器を含む音声信号の符号化装置。
8. 基本階層と少なくとも１つの音質向上階層とに分けられて符号化された音声信号をデコードするための音声信号復号化装置において、
   前記符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第１復号化ユニットと、
   前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第２復号化ユニットと、
   前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第１復号化ユニットで復元された信号と前記第２復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、
   前記第１復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含む音声信号復号化装置。
9. 前記第１復号化ユニットは、
   前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、
   前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第１固定コードブック復号化部と、
   前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、
   前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含む請求項８に記載の音声信号復号化装置。
10. 前記第２復号化ユニットは、
    前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
    前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第２固定コードブック復号化部と、を含む請求項９に記載の音声信号復号化装置。
11. 前記演算ユニットは、
    前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値と前記利得値差の復号化部から出力される前記デコードされた利得値との差を加算する第１加算器と、
    前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記利得値復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブック利得値または前記第１加算器から出力される利得値を伝送する第１選択スイッチと、
    前記第２固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第１固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第２加算器と、
    前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第２加算器から出力される信号または前記第１固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた固定コードブックを伝送する第２選択スイッチと、
    前記適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックと前記利得値復号化部から出力されるデコードされた適応コードブックとの利得値を乗算する第１乗算器と、
    前記第１選択スイッチから出力される信号と前記第２選択スイッチから出力される信号とを乗算する第２乗算器と、
    前記第１乗算岐路から出力される信号と前記第２乗算岐路から出力される信号とを加算する第３加算器と、を含む請求項１０に記載の音声信号復号化装置。
12. 前記音声信号復元ユニットは、
    前記線形予測符号化係数を利用して前記第３加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、
    前記線形予測符号化係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む請求項１１に記載の音声信号復号化装置。
13. 前記第２復号化ユニットは、
    前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
    前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む請求項８に記載の音声信号復号化装置。
14. 前記第２復号化ユニットは、
    前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックのログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
    前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第２固定コードブック復号化部と、を含む請求項９に記載の音声信号復号化装置。
15. 前記演算ユニットは、
    前記第２固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第１固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第１加算器と、
    前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第１加算器から出力される信号または前記第１固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた基本階層の固定コードブックを選択的に伝送する選択スイッチと、
    前記選択スイッチから出力される信号と適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の適応コードブックとを加算する第２加算器と、を含む請求項１４に記載の音声信号復号化装置。
16. 前記音声信号復元ユニットは、
    前記線形予測符号化係数を利用して前記第２加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、
    前記線形予測係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む請求項１５に記載の音声信号復号化装置。
17. 前記第２復号化ユニットは、
    前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
    前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む請求項８に記載の音声信号復号化装置。
18. 音声信号符号化方法は、
    基本階層で入力された音声信号の線形予測符号化係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、
    少なくとも１つの音質向上階層で、前記基本階層で前記固定コードブックの探索によって生成された媒介変数を利用して固定コードブックを探索する段階と、
    前記基本階層と前記音質向上階層とにより生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法。
19. 前記音質向上階層処理段階は複数段階で行われることを特徴とする請求項１８に記載の音声信号符号化方法。
20. 前記音質向上階層処理段階は、前記基本階層処理段階で前記固定コードブック探索により得られた固定コードブック利得値と前記音質向上階層の固定コードブック探索により得られた利得値間の差値を量子化することを特徴とする請求項１８に記載の音声信号符号化方法。
21. 前記媒介変数は前記基本階層処理段階で生成された対象信号とインパルス応答間の第１相関度、前記第１相関度の大きさに対応する第２相関度及びインパルス応答信号のエネルギーを含むことを特徴とする請求項１８に記載の音声信号符号化方法。
22. 基本階層と少なくとも１つの音質向上階層とに符号化された音声信号を復号化するための音声信号復号化方法において、
    前記符号化された音声信号を復号化する段階と、
    前記復号化段階で復号化された基本階層に対するコードブックと音質向上階層に対するコードブックとを前記音声信号符号化の動作条件によって選択的に伝送する段階と、
    前記選択的に伝送されるコードブックと前記復号化段階で復号化された線形予測係数とを合成して復元された音声信号を生成する段階と、を含む音声信号復号化方法。
23. 前記復号化段階は、
    前記符号化された音声信号を基本階層に関する符号化情報と音質向上階層に関する符号化情報とにデマルチプレクスし、デマルチプレクスされた符号化情報をデコードすることを特徴とする請求項２２に記載の音声信号復号化方法。
24. 前記音声信号復号化方法は、
    前記復号化段階でデコードされた基本階層での固定コードブックの利得値とデコードされた音質向上階層で含まれる固定コードブックの利得値間の差を加算して前記音質向上階層での固定コードブックの利得値を復元する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の音声信号復号化方法。
25. 音声信号の符号化装置において、
    線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、
    前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から前記基本階層の固定コードブックの寄与度を除去して得られた対象信号を利用して固定コードブックを探索する少なくとも１つの音質向上階層と、
    前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器と、を含む音声信号の符号化装置。
26. 前記基本階層の固定コードブック寄与度ｙ_２（ｎ）は前記基本階層の固定コードブックの量子化利得値が乗算された固定コードブックｃ_Ｇと合成フィルタのインパルス応答とを利用して下記式（１）のように計算して検出されることを特徴とする請求項２５に記載の音声信号の符号化装置。
    

    
27. 前記音質向上階層は、前記線形予測符号化係数を利用して音質向上階層で生成された固定コードブック信号を合成した信号を前記基本階層の対象信号からさらに除去することを特徴とする請求項２５に記載の音声信号の符号化装置。
28. 前記音質向上階層は前記基本階層の固定コードブック探索により得られた第１利得値のログスケール値と、前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第２利得値のログスケール値間の差を量子化して得られた音質向上階層の量子化された利得値を前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた固定コードブックベクトルに乗算する機能をさらに含む請求項２５に記載の音声信号の符号化装置。
29. 複数の音質向上階層が提供されれば、
    前記多重化器は複数の音質向上階層から出力される固定コードブックインデックスと前記固定コードブックのログスケール利得値間の差に関する量子化した情報を多重化することを特徴とする請求項２５に記載の音声信号の符号化装置。
30. 前記音質向上階層は、前記対象信号を認知加重フィルタによりフィルタリングした後、前記固定コードブック探索を行うことを特徴とする請求項２５に記載の音声信号の符号化装置。
31. 音声信号の符号化装置において、
    入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングできた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、
    前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する探索部、
    前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第１固定コードブックのログスケール利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第２固定コードブックのログスケール利得値間の差を検出し、量子化するログスケール利得差量子化器を含む複数の音質向上階層と、
    前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器とを含み、
    前記音質向上階層は前記音質向上階層で線形予測符号化係数を利用して固定コードブックを合成した信号を前記音質向上階層の固定コードブック探索対象信号からさらに除去することを特徴とする音声信号の符号化装置。
32. 音声信号符号化方法は、
    基本階層から入力された音声信号の線形予測係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、
    音質向上階層で前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する段階と、
    前記基本階層処理段階と前記音質向上階層処理段階と、により生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法。
33. 前記音質向上階層の固定コードブック探索対象信号は、前記音質向上階層で線形予測符号化係数を利用して固定コードブックを合成した信号を前記基本階層の固定コードブック探索のための対象信号からさらに除去して得ることを特徴とする請求項３２に記載の音声信号符号化方法。
34. 前記音質向上階層は、前記基本階層で前記固定コードブック探索により得られた固定コードブックのロードスケール利得値と前記音質向上階層の固定コードブック探索により得られた利得値のログスケール利得値間の差値を量子化する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の音声信号符号化方法。

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