JP2012256070A - パラメータ復号装置およびパラメータ復号方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予測量子化において主観品質の劣化を抑えるようにパラメータの補償処理を行うこと。
【解決手段】増幅器（３０５−１〜３０５−Ｍ）は入力した量子化予測残差ベクトルｘ_n-1〜ｘ_n-Mに重み付け係数β₁〜β_Mを乗算する。増幅器（３０６）は前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に重み係数β_-1を乗算する。増幅器（３０７）はコードブック（３０１）から出力されたコードベクトルｘ_n+1に重み係数β₀を乗算する。加算器（３０８）は増幅器（３０５−１〜３０５−Ｍ）、増幅器（３０６）および増幅器（３０７）から出力されたベクトルの総和を計算する。切替スイッチ（３０９）は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_nが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示し、かつ、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_n+1が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合には、加算器（３０８）から出力されたベクトルを選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は、予測器を用いて符号化されたパラメータを復号するパラメータ復号装置およびパラメータ復号方法に関する。

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９や３ＧＰＰ ＡＭＲなどの音声コーデックでは、音声信号を分析して得られるパラメータの一部を移動平均 (Moving Average（ＭＡ）)予測モデルに基づく予測量子化方法で量子化している（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２）。ＭＡ型予測量子化器は過去の量子化予測残差の線形和で現在の量子化対象パラメータを予測するモデルであり、符号励振線形予測（Code Excited Linear Prediction（ＣＥＬＰ））型の音声コーデックでは、線スペクトル周波数（Line Spectral Frequency（ＬＳＦ））パラメータや、エネルギパラメータの予測に用いられている。

ＭＡ型予測量子化器は、過去有限フレーム数における量子化予測残差の重み付け線形和で予測が行われるため、量子化情報に伝送路誤りがあってもその影響が及ぶのは有限フレーム数に限定される。一方、過去の復号パラメータを再帰的に用いる自己回帰（Auto Regressive（ＡＲ））型予測量子化器では、一般に高い予測利得、量子化性能が得られるものの、誤りの影響が長時間に及ぶ。このため、ＭＡ型予測のパラメータ量子化器は、ＡＲ型予測のパラメータ量子化器に比べて高い誤り耐性を実現することができ、特に移動通信用の音声コーデックなどに用いられている。

ここで、従来から、復号側においてフレームが消失した場合のパラメータ補償方法について検討されている。一般的には、消失したフレームのパラメータの代わりに、当該フレームの前のフレームのパラメータを利用して補償を行う。ただし、ＬＳＦパラメータの場合には、徐々に平均的なＬＳＦに近づけたり、エネルギパラメータの場合は徐々に減衰させたり、という手法により消失フレーム前のパラメータを少しずつ修正して利用することもある。

ＭＡ型予測器を利用した量子化器においても、通常この手法が用いられ、ＬＳＦパラメータの場合には補償フレームにおいて生成されたパラメータが復号されるような量子化予測残差を生成してＭＡ型予測器の状態を更新する処理が行われ（非特許文献１）、エネルギパラメータの場合には過去の量子化予測残差の平均値を一定の割合で減衰させたものを用いてＭＡ型予測器の状態を更新する処理が行われる（特許文献２、非特許文献１）。

また、消失フレーム後の復帰フレーム（正常フレーム）の情報が得られてから、消失フレームのパラメータを内挿する手法もある。例えば、特許文献３では、ピッチゲインの内挿を行い、適応符号帳の内容を生成しなおす手法が提案されている。

特開平６−１７５６９５号公報 特開平９−１２０２９７号公報 特開２００２−３２８７００号公報

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９ ３ＧＰＰ ＴＳ ２６．０９１

消失フレームのパラメータを内挿する手法は、予測量子化が行われていない場合に用いられるが、予測量子化が行われている場合には、消失フレーム直後のフレームにおいて符号化情報が正しく受信されても予測器が直前フレームの誤りの影響を受けてしまい正しい復号結果を得ることができないので、一般的に用いられない。

このように、従来のＭＡ型予測器を用いるパラメータ量子化装置では、内挿的な手法による消失フレームのパラメータの補償処理を行っていないため、例えばエネルギパラメータについて減衰のさせすぎなどによる音切れが起こり、主観品質の劣化要因となる場合がある。

また、予測量子化が行われている場合に、復号量子化予測残差を単純に内挿補間することによりパラメータを復号する方法も考えられるが、復号量子化予測残差は大きく変動しても復号パラメータは重み付け移動平均によりフレーム間で緩やかに変動するのに対し、この方法では、復号量子化予測残差の変動に伴って復号パラメータも変動してしまうため、復号量子化予測残差の変動が大きい場合に、かえって主観品質の劣化を大きくしてしまう。

本発明の目的は、かかる点に鑑みてなされたものであり、予測量子化が行われている場合において、主観品質の劣化を抑えるようにパラメータの補償処理を行うことができるパラメータ復号装置およびパラメータ復号方法を提供することである。

本発明の一態様に係るパラメータ復号装置は、復号対象の現在フレームに含まれる符号化情報に基づいて量子化予測残差を求める予測残差復号手段と、前記量子化予測残差に基づいてパラメータを復号するパラメータ復号手段と、を具備し、前記予測残差復号手段は、前記現在フレームが消失した場合、過去に復号されたパラメータおよび未来フレームの量子化予測残差の重み付け線形和により現在フレームの量子化予測残差を求める、構成を採る。

また、本発明の一態様に係るパラメータ符号化装置は、入力信号を分析して分析パラメータを求める分析手段と、予測係数を用いて前記分析パラメータを予測し、予測残差を量子化して得られる量子化予測残差と前記予測係数とを用いて量子化パラメータを得る符号化手段と、重み付け係数のセットを複数格納し、現在フレームの前記量子化予測残差、２フレーム過去の前記量子化予測残差、および、２フレーム過去の前記量子化パラメータに対し、前記重み付け係数のセットを用いて重み付き和を求め、前記重み付き和を用いて１フレーム過去の前記量子化パラメータを複数求める前フレーム補償手段と、前記前フレーム補償手段で求めた複数の前記１フレーム過去の前記量子化パラメータを、１フレーム過去に前記分析手段により求められた前記分析パラメータと比較して、前記１フレーム過去の前記量子化パラメータを一つ選択し、選択された前記１フレーム過去の前記量子化パラメータに対応する重み付け係数セットを選択して符号化する判定手段を、を具備する構成を採る。

また、本発明の一態様に係るパラメータ復号方法は、復号対象の現在フレームに含まれる符号化情報に基づいて量子化予測残差を求める予測残差復号工程と、前記量子化予測残差に基づいてパラメータを復号するパラメータ復号工程と、を具備し、前記予測残差復号工程では、前記現在フレームが消失した場合、過去に復号されたパラメータおよび未来フレームの量子化予測残差の重み付け線形和により現在フレームの量子化予測残差を求める、方法を採る。

本発明によれば、予測量子化が行われている場合において、現在フレームが消失した場合、過去に復号されたパラメータ、過去フレームの量子化予測残差および未来フレームの量子化予測残差の重み付け線形和により現在フレームの量子化予測残差を求めることにより、主観品質の劣化を抑えるようにパラメータの補償処理を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部の内部構成を示す図 図２中のコードベクトル復号部の内部構成を示す図 消失フレームがない場合に通常の処理を行った結果の一例を示す図 本実施の形態の補償処理を行った結果の一例を示す図 従来の補償処理を行った結果の一例を示す図 従来の補償処理を行った結果の一例を示す図 本発明の実施の形態２に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 図８中のＬＰＣ復号部の内部構成を示すブロック図 図９中のコードベクトル復号部の内部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 図１１中のＬＰＣ復号部の内部構成を示すブロック図 図１２中のコードベクトル復号部の内部構成を示すブロック図 図１中の利得復号部の内部構成を示すブロック図 図１４中の予測残差復号部の内部構成を示すブロック図 図１５中のサブフレーム量子化予測残差生成部の内部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態５に係る音声符号化装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６に係る音声信号伝送システムを構成する音声信号送信装置及び音声信号受信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態７に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部の内部構成を示す図 図１９中のコードベクトル復号部の内部構成を示す図 本発明の実施の形態８に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図 本発明の実施の形態８に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部の内部構成を示す図 図２２中のコードベクトル復号部の内部構成を示す図 本発明の実施の形態９に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部の内部構成を示す図 図２４中のコードベクトル復号部の内部構成を示す図 本発明の実施の形態１０に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態においては、本発明のパラメータ復号装置／パラメータ符号化装置を、それぞれＣＥＬＰ型の音声復号装置／音声符号化装置に適用する場合を例に説明を行う。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図である。図１に示す音声復号装置１００において、図示しない符号化装置から伝送された符号化情報は、多重分離部１０１により固定符号帳符号Ｆ_ｎ＋１、適応符号帳符号Ａ_ｎ＋１、利得符号Ｇ_ｎ＋１、およびＬＰＣ（線形予測係数：Linear Prediction Coefficients）符号Ｌ_ｎ＋１に分離される。別途、音声復号装置１００には、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が入力される。ここで各符号の添え字ｎは、復号対象のフレーム番号を表す。すなわち、図１では、復号対象の第ｎフレーム（以下、「現フレーム」という）の次の第（ｎ＋１）フレーム（以下、「次フレーム」という）における符号化情報を分離している。

固定符号帳符号Ｆ_ｎ＋１は固定符号帳ベクトル（Fixed Codebook Vector（ＦＣＶ））復号部１０２に、適応符号帳符号Ａ_ｎ＋１は適応符号帳ベクトル（Adaptive Codebook Vector（ＡＣＶ））復号部１０３に、利得符号Ｇ_ｎ＋１は利得復号部１０４に、ＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１はＬＰＣ復号部１０５に、それぞれ入力される。また、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１は、ＦＣＶ復号部１０２、ＡＣＶ復号部１０３、利得復号部１０４、およびＬＰＣ復号部１０５の全てに入力される。

ＦＣＶ復号部１０２は、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合には固定符号帳符号Ｆ_ｎを用いて固定符号帳ベクトルを生成し、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示している場合にはフレーム消失補償（隠蔽）処理によって固定符号帳ベクトルを生成する。生成された固定符号帳ベクトルは、利得復号部１０４及び増幅器１０６に入力される。

ＡＣＶ復号部１０３は、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合には適応符号帳符号Ａ_ｎを用いて適応符号帳ベクトルを生成し、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示している場合にはフレーム消失補償（隠蔽）処理によって適応符号帳ベクトルを生成する。生成された適応符号帳ベクトルは、増幅器１０７に入力される。

利得復号部１０４は、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合には利得符号Ｇ_ｎ及び固定符号帳ベクトルを用いて固定符号帳利得と適応符号帳利得を生成し、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示している場合にはフレーム消失補償（隠蔽）処理によって固定符号帳利得と適応符号帳利得とを生成する。生成された固定符号帳利得は増幅器１０６に入力され、生成された適応符号帳利得は増幅器１０７に入力される。

ＬＰＣ復号部１０５は、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合にはＬＰＣ符号Ｌ_ｎを用いてＬＰＣパラメータを復号し、フレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示している場合にはフレーム消失補償（隠蔽）処理によってＬＰＣパラメータを復号する。復号された復号ＬＰＣパラメータは、ＬＰＣ合成部１０９に入力される。なお、ＬＰＣ復号部１０５の詳細については後述する。

増幅器１０６は、利得復号部１０４から出力された固定符号帳利得をＦＣＶ復号部１０２から出力された固定符号帳ベクトルに乗算し、乗算結果を加算器１０８に出力する。増幅器１０７は、利得復号部１０４から出力された適応符号帳利得をＡＣＶ復号部１０３から出力された適応符号帳ベクトルに乗算し、乗算結果を加算器１０８に出力する。加算器１０８は、増幅器１０６から出力された固定符号帳利得乗算後の固定符号帳ベクトルと増幅器１０７から出力された適応符号帳利得乗算後の適応符号帳ベクトルとを加算し、加算結果（以下、「和ベクトル」という）をＬＰＣ合成部１０９に出力する。

ＬＰＣ合成部１０９は、ＬＰＣ復号部１０５から出力された復号ＬＰＣパラメータを用いて線形予測合成フィルタを構成し、加算器１０８から出力された和ベクトルを駆動信号として線形予測合成フィルタを駆動し、駆動の結果得られた合成信号をポストフィルタ１１０に出力する。ポストフィルタ１１０は、ＬＰＣ合成部１０９から出力された合成信号にホルマント強調やピッチ強調処理等を行い、復号音声信号として出力する。

次に、本実施の形態に係るパラメータの補償処理の詳細について、ＬＰＣパラメータを補償する場合を例に説明する。図２は、図１中のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示す図である。

ＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１はバッファ２０１およびコードベクトル復号部２０３に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１はバッファ２０２、コードベクトル復号部２０３および選択器２０９に入力される。

バッファ２０１は、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３に出力する。バッファ２０１からコードベクトル復号部２０３に出力されるＬＰＣ符号は、バッファ２０１で１フレームの間保持された結果、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎとなる。

バッファ２０２は、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３に出力する。バッファ２０２からコードベクトル復号部２０３に出力されるフレーム消失符号は、バッファ２０２で１フレームの間保持された結果、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎとなる。

コードベクトル復号部２０３は、過去Ｍフレームの量子化予測残差ベクトルｘ_n-1〜ｘ_n-M、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎおよび現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎを入力し、これらの情報に基づいて現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nを生成し、バッファ２０４−１および増幅器２０５−１に出力する。なお、コードベクトル復号部２０３の詳細については後述する。

バッファ２０４−１は、現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nを１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３、バッファ２０４−２、および増幅器２０５−２に出力する。これらに入力される量子化予測残差ベクトルは、バッファ２０４−１で１フレームの間保持された結果、１フレーム前の量子化予測残差ベクトルｘ_n-1となる。同様に、バッファ２０４−ｉ（ｉは２からＭ−１）は、それぞれ、量子化予測残差ベクトルｘ_n-j+1を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３、バッファ２０４−（ｉ＋１）、および増幅器２０５−（ｉ＋１）に出力する。バッファ２０４−Ｍは、量子化予測残差ベクトルｘ_n-M+1を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３および増幅器２０５−（Ｍ＋１）に出力する。

増幅器２０５−１は、量子化予測残差ベクトルｘ_nに所定のＭＡ予測係数α₀を乗じて加算器２０６に出力する。同様に、増幅器２０５−ｊ（ｊは２からＭ＋１）は、量子化予測残差ベクトルｘ_n-j+1に所定のＭＡ予測係数α_j-1を乗じて加算器２０６に出力する。なお、ＭＡ予測係数のセットは一種類の固定値であっても良いが、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では２種類のセットが用意されており、どちらのセットを用いて復号を行うかは符号器側で決定され、ＬＰＣ符号Ｌｎの情報の一部として符号化され、伝送される。この場合、ＬＰＣ復号部１０５は、ＭＡ予測係数のセットをテーブルとして備えており、符号器側で指定されたセットを図２中のα₀〜α_Mとして用いる構成となる。

加算器２０６は、各増幅器２０５−１〜２０５−（Ｍ＋１）から出力されたＭＡ予測係数乗算後の量子化予測残差ベクトルの総和を計算し、計算結果である復号ＬＳＦベクトルｙ_nをバッファ２０７およびＬＰＣ変換部２０８に出力する。

バッファ２０７は、復号ＬＳＦベクトルｙ_nを１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２０３に出力する。この結果、バッファ２０７からコードベクトル復号部２０３に出力される復号ＬＳＦベクトルは、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1となる。

ＬＰＣ変換部２０８は、復号ＬＳＦベクトルｙ_nを線形予測係数（復号ＬＰＣパラメータ）に変換し、選択器２０９に出力する。

選択器２０９は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎおよび次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１に基づいてＬＰＣ変換部２０８から出力された復号ＬＰＣパラメータあるいはバッファ２１０から出力された前フレームにおける復号ＬＰＣパラメータのいずれかを選択する。具体的には、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合、あるいは、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示している場合にはＬＰＣ変換部２０８から出力された復号ＬＰＣパラメータを選択し、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示している場合、かつ、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示している場合にはバッファ２１０から出力された前フレームにおける復号ＬＰＣパラメータを選択する。そして、選択器２０９は、選択結果を最終的な復号ＬＰＣパラメータとしてＬＰＣ合成部１０９およびバッファ２１０に出力する。なお、選択器２０９がバッファ２１０から出力された前フレームにおける復号ＬＰＣパラメータを選択する場合、実際にはコードベクトル復号部２０３からＬＰＣ変換部２０８までの処理を全て行う必要はなく、バッファ２０４−１〜２０４−Ｍの内容を更新する処理だけを行えばよい。

バッファ２１０は、選択器２０９から出力された復号ＬＰＣパラメータを１フレームの間保持し、選択器２０９に出力する。この結果、バッファ２１０から選択器２０９に出力される復号ＬＰＣパラメータは、１フレーム前の復号ＬＰＣパラメータとなる。

次に、図２中のコードベクトル復号部２０３の内部構成について、図３のブロック図を用いて詳細に説明する。

コードブック３０１は、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎによって特定されるコードベクトルを生成して切替スイッチ３０９へ出力するとともに、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトルを生成して増幅器３０７に出力する。なお、既に述べたように、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９ではＬＰＣ符号Ｌ_ｎにＭＡ予測係数セットを特定する情報も含まれており、この場合、ＬＰＣ符号Ｌ_ｎはコードベクトルの復号のほかにＭＡ予測係数の復号にも使用されるが、ここでは説明を省略する。また、コードブックは多段構成であったり、スプリット構成であったりする。例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では２段構成で、２段目が２つに分割（スプリット）された符号帳構成である。また、多段構成や分割構成のコードブックから出力されるベクトルは、通常そのまま用いられずに次数間の間隔が極端に狭かったり、順序が逆転しているような場合は最小間隔を特定値になることを保証したり、順序性を保ったりする処理が一般的に行われる。

過去Ｍフレームの量子化予測残差ベクトルｘ_n-1〜ｘ_n-Mは、対応する増幅器３０２−１〜３０２−Ｍ、および、対応する増幅器３０５−１〜３０５−Ｍにそれぞれ入力される。

増幅器３０２−１〜３０２−Ｍは、それぞれ、入力した量子化予測残差ベクトルｘ_n-1〜ｘ_n-MにＭＡ予測係数α₁〜α_Mを乗算し、加算器３０３に出力する。なお、前述したように、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９の場合、ＭＡ予測係数のセットが２種類あり、どちらを用いるのかという情報はＬＰＣ符号Ｌ_ｎに含まれている。また、これら乗算が行われる消失フレームでは、ＬＰＣ符号Ｌ_ｎが消失しているため、実際には前フレームで使用したＭＡ予測係数セットが用いられる。すなわち、前フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ−１から復号されたＭＡ予測係数セット情報を用いる。また、前フレームも消失フレームである場合はさらにその前のフレームの情報を用いる。

加算器３０３は、増幅器３０２−１〜３０２−Ｍから出力されたＭＡ予測係数乗算後の各量子化予測残差ベクトルの総和を計算し、計算結果であるベクトルを加算器３０４に出力する。加算器３０４は、バッファ２０７から出力された前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1から、加算器３０３から出力されたベクトルを減算し、計算結果であるベクトルを切替スイッチ３０９に出力する。

加算器３０３から出力されるベクトルは現フレームにおいてＭＡ型予測器によって予測された予測ＬＳＦベクトルであり、加算器３０４は前フレームの復号ＬＳＦベクトルが生成されるために必要な現フレームにおける量子化予測残差ベクトルを求める処理を行っている。すなわち、増幅器３０２−１〜３０２−Ｍ、加算器３０３および加算器３０４では、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1が現フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nとなるようにベクトルを計算している。

増幅器３０５−１〜３０５−Ｍは、それぞれ、入力した量子化予測残差ベクトルｘ_n-1〜ｘ_n-Mに重み付け係数β₁〜β_Mを乗算し、加算器３０８に出力する。増幅器３０６は、バッファ２０７から出力された前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に重み付け係数β_-1を乗算し、加算器３０８に出力する。増幅器３０７は、コードブック３０１から出力されたコードベクトルｘ_n+1に重み付け係数β₀を乗算し、加算器３０８に出力する。

加算器３０８は、増幅器３０５−１〜３０５−Ｍ、増幅器３０６および増幅器３０７から出力されたベクトルの総和を計算し、計算結果であるコードベクトルを切替スイッチ３０９に出力する。すなわち、加算器３０８は、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトル、前フレームの復号ＬＳＦベクトル、および過去Ｍフレームの量子化予測残差ベクトルを重み付け加算することによりベクトルを計算している。

切替スイッチ３０９は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合にはコードブック３０１から出力されたコードベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。一方、切替スイッチ３０９は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示す場合には、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１がどちらの情報を有しているかによって、出力するベクトルをさらに選択する。

すなわち、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合には、切替スイッチ３０９は、加算器３０４から出力されたベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。なお、この場合、コードブック３０１および増幅器３０５−１〜３０５−Ｍから加算器３０８までのベクトルを生成する過程の処理は行う必要がない。

また、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合には、切替スイッチ３０９は、加算器３０８から出力されたベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。なお、この場合、増幅器３０２−１〜３０２−Ｍから加算器３０４までのベクトルを生成する過程の処理は行う必要がない。

このように、本実施の形態によれば、現フレームが消失した場合に、次のフレームが正常に受信されていれば、過去に復号されたパラメータ、過去に受信されたフレームの量子化予測残差および未来のフレームの量子化予測残差を利用した補償処理専用の重み付け加算処理（重み付け線形和）によって現フレームのＬＳＦパラメータの復号量子化予測残差の補償処理を行い、補償した量子化予測残差を用いてＬＳＦパラメータの復号を行う。これにより、過去の復号ＬＳＦパラメータを繰り返し利用するよりも高い補償性能を実現することができる。

以下、本実施の形態の補償処理を行った結果について、図４から図７を用いて、従来技術と比較する形で具体例を挙げて説明する。なお、図４から図７において、○は復号量子化予測残差を、●は補償処理により得られた復号量子化予測残差を、◇は復号パラメータを、◆は補償処理により得られた復号パラメータを、それぞれ示す。

図４は、消失フレームがない場合に通常の処理を行った結果の一例を示す図であり、復号量子化予測残差から以下の式（１）により第ｎフレームの復号パラメータｙ_ｎを求めたものである。なお、式（１）において、ｃ_ｎは、第ｎフレームの復号量子化予測残差である。
ｙ_ｎ＝0.6ｃ_ｎ＋0.3ｃ_ｎ-1＋0.1ｃ_ｎ-2 ・・・（１）

図５は、本実施の形態の補償処理を行った結果の一例を示す図であり、図６および図７は、従来の補償処理を行った結果の一例を示す図である。図５、図６、図７において、第ｎフレームが消失し、その他のフレームは正常フレームであるとする。

図５に示す本実施の形態の補償処理は、復号パラメータのフレーム間の変動が緩やかになるように、第ｎ−１フレームの復号パラメータｙ_n-1と第ｎフレームの復号パラメータｙ_ｎの距離、および、第ｎフレームの復号パラメータｙ_nと第ｎ＋１フレームの復号パラメータｙ_n+1の距離の和Ｄ（Ｄは以下の式（２）で定義される）を最小とするように、以下の式（３）を用いて消失した第ｎフレームの復号量子化予測残差ｃ_nを求める。

そして、本実施の形態の補償処理は、式（３）で求められた復号量子化予測残差ｃ_nを用いて、上記式（１）により、消失した第ｎフレームの復号パラメータｙ_nを求める。この結果、図４と図５の比較から明らかなように、本実施の形態の補償処理により得られた復号パラメータｙ_nは、消失フレームがない場合において通常の処理により得られたものとほぼ同じ値となる。

これに対し、図６に示す従来の補償処理は、第ｎフレームが消失した場合、第ｎ−１フレームの復号パラメータｙ_n-1をそのまま第ｎフレームの復号パラメータｙ_nとして使用する。また、図６に示す従来の補償処理では、上記式（１）の逆算により、第ｎフレームの復号量子化予測残差ｃ_nを求める。

この場合、復号量子化予測残差の変動に伴う復号パラメータの変動を考慮していないため、図４と図６の比較から明らかなように、図６の従来の補償処理により得られた復号パラメータｙ_nは、消失フレームがない場合において通常の処理により得られたものと値が大きく異なってしまう。また、第ｎフレームの復号量子化予測残差ｃ_nも異なるため、図６の従来の補償処理により得られた第ｎ＋１フレームの復号パラメータｙ_n+1も、消失フレームがない場合において通常の処理により得られたものと値が異なってしまう。

また、図７に示す従来の補償処理は、復号量子化予測残差を内挿補間により求めるものであり、第ｎフレームが消失した場合、第ｎ−１フレームの復号量子化予測残差ｃ_n-1と第ｎ＋１フレームの復号量子化予測残差ｃ_n+1の平均値を第ｎフレームの復号量子化予測残差ｃ_nとして使用する。

そして、図７に示す従来の補償処理は、内挿補間により求められた復号量子化予測残差ｃ_nを用いて、上記式（１）により、消失した第ｎフレームの復号パラメータｙ_nを求める。

この結果、図４と図７の比較から明らかなように、図７の従来の補償処理により得られた復号パラメータｙ_nは、消失フレームがない場合において通常の処理により得られたものと値が大きく異なってしまう。これは、復号量子化予測残差は大きく変動しても復号パラメータは重み付け移動平均によりフレーム間で緩やかに変動するのに対し、この従来の補償処理では、復号量子化予測残差の変動に伴って復号パラメータも変動してしまうためである。また、第ｎフレームの復号量子化予測残差ｃ_nも異なるため、図７の従来の補償処理により得られた第ｎ＋１フレームの復号パラメータｙ_n+1も、消失フレームがない場合において通常の処理により得られたものと値が異なってしまう。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図である。図８に示す音声復号装置１００は、図１と比較して、ＬＰＣ復号部１０５に入力されるパラメータとして補償モード情報Ｅ_ｎ＋１がさらに追加されている点のみが異なる。

図９は、図８中のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示すブロック図である。図９に示すＬＰＣ復号部１０５は、図２と比較して、コードベクトル復号部２０３に入力されるパラメータとして補償モード情報Ｅ_ｎ＋１がさらに追加されている点のみが異なる。

図１０は、図９中のコードベクトル復号部２０３の内部構成を示すブロック図である。図１０に示すコードベクトル復号部２０３は、図３と比較して、係数復号部４０１がさらに追加されている点のみが異なる。

係数復号部４０１は、重み付け係数（β_-1〜β_M）のセット（以下、「係数セット」という）を複数種類格納し、入力した補償モードＥ_ｎ＋１に応じて、係数セットの中から１つの重み付け係数のセットを選択し、増幅器３０５−１〜３０５−Ｍ、３０６、３０７に出力する。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した特徴に加えて、補償処理を行うための重み付け加算の重み付け係数のセットを複数用意し、符号器側でどの重み付け係数セットを用いれば高い補償性能が得られるのかを確認した上で最適なセットを特定するための情報を復号器側へ伝送し、復号器側では受信した情報に基づいて、指定された重み付け係数セットを用いて補償処理を行うので、実施の形態１よりさらに高い補償性能が得ることができる。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る音声復号装置の主要な構成を示すブロック図である。図１１に示す音声復号装置１００は、図８と比較して、ＬＰＣ復号部１０５に入力されるＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１を２種類の符号Ｖ_ｎ＋１、Ｋ_ｎ＋１に分離する分離部５０１がさらに追加されている点のみが異なる。符号Ｖはコードベクトルを生成するための符号であり、符号ＫはＭＡ予測係数符号である。

図１２は、図１１中のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示すブロック図である。コードベクトルを生成する符号Ｖ_ｎ、Ｖ_ｎ＋１は、ＬＰＣ符号Ｌ_ｎ、Ｌ_ｎ＋１と同じように用いられるので、説明を省略する。図１２に示すＬＰＣ復号部１０５は、図９と比較して、バッファ６０１および係数復号部６０２がさらに追加され、コードベクトル復号部２０３に入力されるパラメータとしてＭＡ予測係数符号Ｋ_n＋１がさらに追加されている点のみが異なる。

バッファ６０１は、ＭＡ予測係数符号Ｋ_n＋１を１フレームの間保持し、係数復号部６０２に出力する。この結果、バッファ６０１から係数復号部６０２に出力されるＭＡ予測係数符号は、１フレーム前のＭＡ予測係数符号Ｋ_ｎとなる。

係数復号部６０２は、係数セットを複数種類格納し、フレーム消失符号Ｂ_ｎ、Ｂ_ｎ＋１、補償モードＥ_ｎ＋１およびＭＡ予測係数符号Ｋ_ｎによって係数セットを特定し、増幅器２０５−１〜２０５−（Ｍ＋１）に出力する。ここで、係数復号部６０２における係数セットの特定の仕方は以下の３通りである。

入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合、係数復号部６０２は、ＭＡ予測係数符号Ｋ_ｎで指定される係数セットを選択する。

また、入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示し、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合、係数復号部６０２は、第ｎ＋１フレームのパラメータとして受信されている補償モードＥ_ｎ＋１を用いて、選択対象となる係数セットを決定する。例えば、補償モード符号Ｅ_ｎ＋１が補償フレームである第ｎフレームで使用すべきＭＡ予測係数のモードを示すように予め決めておけば、補償モード符号Ｅ_ｎ＋１をそのままＭＡ予測係数符号Ｋ_nの代わりとして使用することができる。

また、入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示し、かつ、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合、利用できる情報は前フレームで使用した係数セットの情報のみであるので、係数復号部６０２は、前フレームで使用した係数セットを繰り返し使用するようにする。もしくは予め決めておいたモードの係数セットを固定的に使用するようにしても良い。

図１３は、図１２中のコードベクトル復号部２０３の内部構成を示すブロック図である。図１３に示すコードベクトル復号部２０３は、図１０と比較して、係数復号部４０１が、補償モードＥ_ｎ＋１およびＭＡ予測係数符号Ｋ_ｎ＋１の両方を用いて係数セットを選択する点が異なる。

図１３において、係数復号部４０１は、複数の重み付け係数セットを備えており、重み付け係数セットは次フレームで使用されるＭＡ予測係数に応じて用意されている。例えば、ＭＡ予測係数のセットが２種類の場合であって、一方をモード０、他方をモード１とすると、次フレームのＭＡ予測係数のセットがモード０の場合の専用の重み付け係数セット群と次フレームのＭＡ予測係数のセットがモード１の場合の専用の重み付け係数セット群とから構成される。

この場合、係数復号部４０１は、ＭＡ予測係数符号Ｋ_ｎ＋１によって、上記どちらかの重み付け係数セット群を決定し、入力した補償モードＥ_ｎ＋１に応じて係数セットの中から１つの重み付け係数のセットを選択し、増幅器３０５−１〜３０５−Ｍ、３０６、３０７に出力する。

以下、重み付け係数β_-1〜β_Mの決め方の一例を示す。既に述べたように、第ｎフレームが消失し、第ｎ＋１フレームを受信している場合、第ｎ＋１フレームにおける量子化予測残差を正しく復号できても最終的な復号パラメータは両フレームにおいて未知である。このため、何らかの仮定（拘束条件）を設定しないと両フレームの復号パラメータは一意に決まらない。そこで、既に復号済みの第ｎ−１フレームの復号パラメータから、第ｎフレームおよび第ｎ＋１フレームの復号パラメータがなるべく離れないように、第ｎフレームにおける復号パラメータと第ｎ−１フレームにおける復号パラメータとの距離と、第ｎ＋１フレームにおける復号パラメータと第ｎフレームにおける復号パラメータとの距離との和であるＤ^(j)を最小とするように、以下の式（４）により量子化予測残差y_nを求める。

パラメータがＬＳＦである場合は、式（４）におけるx_n ^(j)、y_n ^(j)、α_i ^(j)、α’_i ^(j)、は以下の通りである。
ｘ_n ^(j)：第ｎフレームにおけるＬＳＦパラメータの第j成分の量子化予測残差
ｙ_n ^(j)：第ｎフレームにおける復号ＬＳＦパラメータの第j成分
α_i ^(j)：第ｎフレームにおけるＭＡ予測係数セットのうちの第i次成分の第ｊ成分
α’_i ^(j)：第n+1フレームにおけるＭＡ予測係数セットのうちの第i次成分の第ｊ成分
Ｍ：ＭＡ予測次数

ここで、Ｄ^(j)をｘ_n ^(j)で偏微分して０と置いて得られる式をｘ_n ^(j)について解くと、ｘ_n ^(j)は、以下の式（５）の形で表される。

なお、式（５）において、β_i ^(j)は重み付け係数であり、α_i ^(j)とα’_i ^(j)で表される。つまり、ＭＡ予測係数のセットが１種類しかない場合は、重み付け係数β_i ^(j)のセットも１種類しかないが、ＭＡ予測係数セットが複数種類ある場合は、α_i ^(j)とα’_i ^(j)の組み合わせによって複数種類の重み付け係数のセットが得られる。

例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９の場合は、ＭＡ予測係数のセットが２種類あるので、これらをモード０およびモード１のセットとすると、第ｎフレームおよび第ｎ＋１フレームの双方ともモード０の場合、第ｎフレームはモード０で第ｎ＋１フレームはモード１の場合、第ｎフレームはモード１で第ｎ＋１フレームはモード０の場合、第ｎフレームおよび第ｎ＋１フレームの双方ともモード１の場合、の４種類のセットが考えられる。これら４種類のセットのいずれの重み付け係数セットを用いるかの決め方はいくつか考えられる。

第１の方法は、４種類の全てのセットを用いて符号器側で第ｎフレームの復号ＬＳＦと第ｎ＋１フレームの復号ＬＳＦを生成し、生成された第ｎフレームの復号ＬＳＦと入力信号を分析して得られた未量子化ＬＳＦとのユークリッド距離を算出し、生成された第ｎ＋１フレームの復号ＬＳＦと入力信号を分析して得られた未量子化ＬＳＦとのユークリッド距離を算出し、これらのユークリッド距離の総和を最小とする重み付け係数βのセットを１つ選び、選ばれたセットを２ビットで符号化して復号器に伝送する方法である。この場合、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９の符号化情報に追加して、１フレーム辺り２ビットが係数セットβの符号化に必要となる。なお、ユークリッド距離の代わりに、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９のＬＳＦ量子化で用いられているように、重み付きユークリッド距離を採用すると聴覚的にさらに良い品質となりうる。

第２の方法は、第ｎ＋１フレームのＭＡ予測係数モード情報を利用して、１フレーム辺りの追加ビット数を１ビットにする方法である。復号器側で、第ｎ＋１フレームのＭＡ予測係数のモード情報が分かっているので、α_i ^(j)とα’_i ^(j)の組み合わせは２通りに限定される。すなわち、第ｎ＋１フレームのＭＡ予測モードがモード０である場合は、第ｎフレームと第ｎ＋１フレームのＭＡ予測モードの組み合わせは（０−０）か（１−０）のいずれかであるので重み付け係数βのセットは２種類に限定することができる。符号器側ではこの２種類の重み付け係数βのセットを用いて上記第１の方法と同様にして未量子化ＬＳＦとの誤差が小さいほうを一つ選択して符号化し、復号器に伝送すればよい。

第３の方法は、選択情報を全く送らない方法であり、使用する重み付け係数のセットはＭＡ予測モードの組み合わせが（０−０）か（１−１）かの２種類のみとし、第ｎ＋１フレームでのＭＡ予測係数のモードが０の場合は前者を、１の場合は後者を選択するようにする方法である。あるいは、（０−０）か（０−１）のように、消失フレームのモードを特定のモードに固定する方法でも良い。

その他にも、入力信号が定常的であると判断できるフレームでは、従来法のように第ｎ−１フレームと第ｎフレームとの復号パラメータが等しくなるようにする方法や、第ｎ＋１フレームと第ｎフレームの復号パラメータが等しくなるという仮定の下で求められる重み付け係数βのセットを使用する方法も考えられる。

定常性の判定には、第ｎ−１フレームと第ｎ＋１フレームのピッチ周期情報や、ＭＡ予測係数のモード情報などを利用することができる。すなわち、第ｎ−１フレームと第ｎ＋１フレームとで復号されるピッチ周期の差が小さいときには定常であると判定する方法や、第ｎ＋１フレームで復号されるＭＡ予測係数のモード情報が定常的なフレームを符号化するのに適したモード（すなわち高い次数のＭＡ予測係数もある程度大きな重みを有しているモード）が選択されている場合は定常であると判定する方法が考えられる。

このように、本実施の形態では、実施の形態２に加えて、ＭＡ予測係数のモードが２種類あるので、定常的な区間とそうでない区間とで異なるＭＡ予測係数のセットを用いることができ、ＬＳＦ量子化器の性能をより高めることができる。

また、式（４）を最小とする式（５）の重み付け係数セットを用いることにより、消失フレームおよび消失フレームの次のフレームである正常フレームでの復号ＬＳＦパラメータが、消失フレームの前フレームのＬＳＦパラメータから大きく逸脱した値にならないことが保証される。このため、次のフレームの復号ＬＳＦパラメータが未知であっても、次のフレームの受信情報（量子化予測残差）を有効に利用しつつ、誤った方向へ補償してしまう場合のリスク、すなわち正しい復号ＬＳＦパラメータから大きく逸脱してしまうリスクを最低限に抑えることができる。

また、補償モードの選択方法として上記第２の方法を利用すれば、補償処理用の重み付け係数セットを特定する情報の一部としてＭＡ予測係数のモード情報を利用することができるので、追加伝送する補償処理用の重み付け係数セットの情報を少なくすることもできる。

（実施の形態４）
図１４は、図１中の利得復号部１０４の内部構成を示すブロック図である（図８、図１１の利得復号部１０４も同様）。本実施の形態では、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９の場合と同様に、利得の復号はサブフレームに１回行われ、１フレームは２サブフレームより成るものとして、図１４ではｎをフレーム番号、ｍをサブフレーム番号とし（第ｎフレームにおける第１サブフレームおよび第２サブフレームのサブフレーム番号をｍおよびｍ＋１とする）、第ｎフレームの２サブフレーム分の利得符号（Ｇ_ｍ、Ｇ_ｍ＋１）を順次復号するものとして図示した。

図１４において、利得復号部１０４には、第ｎ＋１フレームの利得符号Ｇ_ｎ＋１が多重分離部１０１より入力される。利得符号Ｇ_ｎ＋１は分離部７００に入力され、第ｎ＋１フレームの第１サブフレームの利得符号Ｇ_ｍ＋２と第２サブフレームの利得符号Ｇ_ｍ＋３に分離される。なお、利得符号Ｇ_ｍ＋２とＧ_ｍ＋３への分離は、多重分離部１０１で行われても良い。

利得復号部１０４では、入力されたＧ_ｎ、Ｇ_ｎ＋１から生成されたＧ_ｍ、Ｇ_ｍ＋１、Ｇ_ｍ＋２、Ｇ_ｍ＋３を用いてサブフレームｍの復号利得とサブフレームｍ＋１の復号利得を順番に復号する。

以下、図１４において、利得符号Ｇ_ｍを復号する際の利得復号部１０４の各部の動作について説明する。

利得符号Ｇ_ｍ＋２は、バッファ７０１および予測残差復号部７０４に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１は、バッファ７０３、予測残差復号部７０４および選択器７１３に入力される。

バッファ７０１は、入力される利得符号を１フレームの間保持し、予測残差復号部７０４に出力するので、予測残差復号部７０４に出力される利得符号は１フレーム前の利得符号となる。すなわち、バッファ７０１に入力される利得符号がＧ_ｍ＋２の場合、出力される利得符号はＧ_ｍである。バッファ７０２も７０１と同様の処理を行う。すなわち、入力される利得符号を１フレームの間保持して、予測残差復号部７０４へ出力する。バッファ７０１の入出力は第１サブフレームの利得符号であり、バッファ７０２の入出力は第２サブフレームの利得符号であるという点のみが異なる。

バッファ７０３は、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、予測残差復号部７０４、選択器７１３およびＦＣベクトルエネルギ算出部７０８に出力する。バッファ７０３から予測残差復号部７０４、選択器７１３およびＦＣベクトルエネルギ算出部７０８に出力されるフレーム消失符号は、入力されているフレームより１フレーム前のフレーム消失符号となるので、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎである。

予測残差復号部７０４は、過去Ｍサブフレームの対数量子化予測残差（ＭＡ予測残差を量子化したものの対数をとったもの）ｘ_m-1〜ｘ_m-M、１サブフレーム前の復号エネルギ（対数復号利得）ｅ_m-1、予測残差バイアス利得ｅ_Ｂ、次フレームの利得符号Ｇ_ｍ＋２およびＧ_ｍ＋３、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１、現フレームの利得符号Ｇ_ｍおよびＧ_ｍ＋１および現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎを入力し、これらの情報に基づいて現サブフレームの量子化予測残差を生成し、対数演算部７０５および乗算部７１２に出力する。なお、予測残差復号部７０４の詳細については後述する。

対数演算部７０５は、予測残差復号部７０４から出力された量子化予測残差の対数（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では20×log₁₀(x)、xは入力）ｘ_mを計算し、バッファ７０６−１に出力する。

バッファ７０６−１は、対数演算部７０５から対数量子化予測残差ｘ_mを入力し、１サブフレームの間保持し、予測残差復号部７０４、バッファ７０６−２および増幅器７０７−１に出力する。すなわち、これらに入力される対数量子化予測残差は、１サブフレーム前の対数量子化予測残差ｘ_m-1となる。同様に、バッファ７０６−ｉ（ｉは２からＭ−１）は、それぞれ、入力した対数量子化予測残差ｘ_m-iを１サブフレームの間保持し、予測残差復号部７０４、バッファ７０６−（ｉ＋１）および増幅器７０７−ｉに出力する。バッファ７０６−Ｍは、入力した対数量子化予測残差ｘ_m-M-1を１サブフレームの間保持し、予測残差復号部７０４および増幅器７０７−Ｍに出力する。

増幅器７０７−１は、対数量子化予測残差ｘ_m-1に所定のＭＡ予測係数α₁を乗じて加算器７１０に出力する。同様に、増幅器７０７−ｊ（ｊは２からＭ）は、対数量子化予測残差ｘ_m-jに所定のＭＡ予測係数α_ｊを乗じて加算器７１０に出力する。なお、ＭＡ予測係数のセットは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では一種類の固定値であるが、複数種類のセットが用意されていて適切なものを選択する構成であっても良い。

ＦＣベクトルエネルギ算出部７０８は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが、「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合、別途復号されたＦＣ（固定符号帳）ベクトルのエネルギを算出し、算出結果を平均エネルギ加算部７０９に出力する。また、ＦＣベクトルエネルギ算出部７０８は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが、「現フレームが消失フレームである」ことを示す場合、前サブフレームでのＦＣベクトルのエネルギを平均エネルギ加算部７０９に出力する。

平均エネルギ加算部７０９は、ＦＣベクトルエネルギ算出部７０８から出力されたＦＣベクトルのエネルギを平均エネルギから減算して、減算結果である予測残差バイアス利得ｅ_Ｂを予測残差復号部７０４および加算器７１０に出力する。なお、ここでは平均エネルギは、予め設定された定数とする。また、エネルギの加減算は対数領域で行う。

加算器７１０は、増幅器７０７−１〜７０７−Ｍから出力されたＭＡ予測係数乗算後の対数量子化予測残差と平均エネルギ加算部７０９から出力された予測残差バイアス利得ｅ_Ｂとの総和を計算し、計算結果である対数予測利得をべき乗演算部７１１に出力する。

べき乗演算部７１１は、加算器７１０から出力された対数予測利得のべき乗（10^x、xは入力）を計算し、計算結果である予測利得を乗算器７１２に出力する。

乗算器７１２は、べき乗演算部７１１から出力された予測利得に、予測残差復号部７０４から出力された量子化予測残差を乗算し、乗算結果である復号利得を選択器７１３に出力する。

選択器７１３は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎおよび次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１に基づいて乗算器７１２から出力された復号利得あるいは増幅器７１５から出力された減衰後の前フレームの復号利得のいずれかを選択する。具体的には、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示している場合、あるいは、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示している場合には乗算器７１２から出力された復号利得を選択し、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示していて、かつ、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示している場合には、増幅器７１５から出力された減衰後の前フレームの復号利得を選択する。そして、選択器７１３は、選択結果を最終的な復号利得として増幅器１０６、１０７、バッファ７１４および対数演算部７１６に出力する。なお、選択器７１３が増幅器７１５から出力された減衰後の前フレーム復号利得を選択する場合、実際には予測残差復号部７０４から乗算器７１２までの処理を全て行う必要はなく、バッファ７０６−１〜７０６−Ｍの内容を更新する処理だけを行えばよい。

バッファ７１４は、選択器７１３から出力された復号利得を１サブフレームの間保持し、増幅器７１５に出力する。この結果、バッファ７１４から増幅器７１５に出力される復号利得は、１サブフレーム前の復号利得となる。増幅器７１５は、バッファ７１４から出力された１サブフレーム前の復号利得に所定の減衰係数を乗じて選択器７１３に出力する。この所定の減衰係数の値は、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では0.98であるが、これはコーデックに最適な値を適宜設計したものとすればよく、消失したフレームが有声フレームか無声フレームかなど消失フレームにおける信号の特徴によって値を変化させても良い。

対数演算部７１６は、選択器７１３から出力された復号利得の対数（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９では20×log₁₀(x)、xは入力）ｅ_mを計算し、バッファ７１７に出力する。バッファ７１７は、対数演算部７１６から対数復号利得ｅ_mを入力し、１サブフレームの間保持し、予測残差復号部７０４に出力する。すなわち、予測残差復号部７０４に入力される対数復号利得は、１サブフレーム前の対数復号利得ｅ_m-1となる。

図１５は、図１４中の予測残差復号部７０４の内部構成を示すブロック図である。図１５において、利得符号Ｇ_ｍ、Ｇ_ｍ＋１、Ｇ_ｍ＋２、Ｇ_ｍ＋３はコードブック８０１に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ、Ｂ_ｎ＋１は切替スイッチ８１２に入力され、過去Ｍサブフレームの対数量子化予測残差ｘ_m-1〜ｘ_m-Mは加算器８０２に入力され、１サブフレーム前の対数復号利得ｅ_m-1および予測残差バイアス利得ｅ_Ｂはサブフレーム量子化予測残差生成部８０７およびサブフレーム量子化予測残差生成部８０８に入力される。

コードブック８０１は、入力された利得符号Ｇ_ｍ、Ｇ_ｍ＋１、Ｇ_ｍ＋２、Ｇ_ｍ＋３から対応する量子化予測残差を復号し、利得符号Ｇ_ｍ、Ｇ_ｍ＋１に対応する量子化予測残差を切替スイッチ８１３を介して切替スイッチ８１２に出力し、利得符号Ｇ_ｍ＋２、Ｇ_ｍ＋３に対応する量子化予測残差を対数演算部８０６に出力する。

切替スイッチ８１３は、利得符号Ｇ_ｍおよびＧ_ｍ＋１から復号された量子化予測残差のいずれかを選択して切替スイッチ８１２に出力する。具体的には、第１サブフレームの利得復号処理を行う場合には利得符号Ｇ_ｍから復号された量子化予測残差を選択し、第２サブフレームの利得復号処理を行う場合には利得符号Ｇ_ｍ＋１から復号された量子化予測残差を選択する。

加算器８０２は、過去Ｍサブフレームの対数量子化予測残差ｘ_m-1〜ｘ_m-Mの総和を計算し、計算結果を増幅器８０３に出力する。増幅器８０３は、加算器８０２の出力値を１／Ｍ倍することにより平均値を算出し、算出結果を４ｄＢ減衰部８０４に出力する。

４ｄＢ減衰部８０４は、増幅器８０３の出力値を４ｄＢ下げてべき乗演算部８０５に出力する。この４ｄＢの減衰は、フレーム消失から復帰したフレーム（サブフレーム）において、予測器が過大な予測値を出力しないようにするためのものであるので、そのような必要が生じない構成例では減衰器は必ずしも必要ではない。また、減衰量の４ｄＢも最適値を自由に設計可能である。

べき乗演算部８０５は、４ｄＢ減衰部８０４の出力値のべき乗を計算し、計算結果である補償予測残差を切替スイッチ８１２に出力する。

対数演算部８０６は、コードブック８０１から出力された２つの量子化予測残差（利得符号Ｇ_ｍ＋２およびＧ_ｍ＋３から復号したもの）の対数を計算し、計算結果である対数量子化予測残差ｘ_m+2、ｘ_m+3をサブフレーム量子化予測残差生成部８０７およびサブフレーム量子化予測残差生成部８０８に出力する。

サブフレーム量子化予測残差生成部８０７は、対数量子化予測残差ｘ_m+2、ｘ_m+3、過去Ｍサブフレームの対数量子化予測残差ｘ_m-1〜ｘ_m-M、１サブフレーム前の復号エネルギｅ_ｍ-1および予測残差バイアス利得ｅ_Ｂを入力し、これらの情報に基づいて第１サブフレームの対数量子化予測残差を算出し、切替スイッチ８１０に出力する。同様に、サブフレーム量子化予測残差生成部８０８は、対数量子化予測残差ｘ_m+2、ｘ_m+3、過去Ｍサブフレームの対数量子化予測残差ｘ_m-1〜ｘ_m-M、１サブフレーム前の復号エネルギｅ_m-1および予測残差バイアス利得ｅ_Ｂを入力し、これらの情報に基づいて第２サブフレームの対数量子化予測残差を算出し、バッファ８０９に出力する。なお、サブフレーム量子化予測残差生成部８０７、８０８の詳細については後述する。

バッファ８０９は、サブフレーム量子化予測残差生成部８０８から出力された第２サブフレームの対数予測残差を１サブフレームの間保持し、第２サブフレームの処理が行われるときに切替スイッチ８１０に出力する。なお、第２サブフレームの処理時には、予測残差復号部７０４の外部にてｘ_m-1〜ｘ_m-M、ｅ_m-1、ｅ_Bが更新されるが、サブフレーム量子化予測残差生成部８０７およびサブフレーム量子化予測残差生成部８０８のいずれにおいても何の処理も行われず、全ての処理は第１サブフレームの処理時に行われる。

切替スイッチ８１０は、第１サブフレーム処理時には、サブフレーム量子化予測残差生成部８０７に接続され、生成された第１サブフレームの対数量子化予測残差をべき乗演算部８１１に出力し、第２サブフレーム処理時には、バッファ８０９に接続され、第２サブフレーム量子化残差生成部８０８で生成された第２サブフレームの対数量子化予測残差をべき乗演算部８１１に出力する。べき乗演算部８１１は、切替スイッチ８１０から出力された対数量子化残差をべき乗し、計算結果である補償予測残差を切替スイッチ８１２に出力する。

切替スイッチ８１２は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合には切替スイッチ８１３を介してコードブック８０１から出力された量子化予測残差を選択する。一方、切替スイッチ８１２は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示す場合には、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１がどちらの情報を有しているかによって、出力する補償予測算差をさらに選択する。

すなわち、切替スイッチ８１２は、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合には、べき乗演算部８０５から出力された補償予測残差を選択し、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合には、べき乗演算部８１１から出力された補償予測残差を選択する。なお、選択される端子以外の端子に入力されるデータは必要ないので、実際の処理においてはまず切替スイッチ８１２においてどの端子を選択するのかを決定し、決定された端子に出力される信号を生成するための処理を行うのが一般的である。

図１６は、図１５中のサブフレーム量子化予測残差生成部８０７の内部構成を示すブロック図である。なお、サブフレーム量子化予測残差生成部８０８の内部構成も図１６と同一であり、重み付け係数の値のみがサブフレーム量子化予測残差生成部８０７と異なるのみである。

増幅器９０１−１〜９０１−Ｍは、それぞれ、入力した対数量子化予測残差ｘ_m-1〜ｘ_m-Mに重み付け係数β₁〜β_Mを乗算し、加算器９０６に出力する。増幅器９０２は、前サブフレームにおける対数利得ｅ_m-1に重み付け係数β_-1を乗算し、加算器９０６に出力する。増幅器９０３は、対数バイアス利得ｅ_Bに重み付け係数β_Ｂを乗算し、加算器９０６に出力する。増幅器９０４は、対数量子化予測残差ｘ_m+2に重み付け係数β₀₀を乗算し、加算器９０６に出力する。増幅器９０５は、対数量子化予測残差ｘ_m+3に重み付け係数β₀₁を乗算し、加算器９０６に出力する。

加算器９０６は、増幅器９０１−１〜９０１−Ｍ、増幅器９０２、増幅器９０３、増幅器９０４および増幅器９０５から出力された対数量子化予測残差の総和を計算し、計算結果を切替スイッチ８１０に出力する。

以下、本実施の形態における重み付け係数βのセットの決め方の一例を示す。既に述べたように、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９の場合、利得量子化はサブフレーム処理であり、１フレームは２サブフレームから構成されているため、１フレームの消失は２サブフレーム連続のバースト消失となる。したがって、実施の形態３で示した方法では重み付け係数βのセットを決定することができない。そこで、本実施の形態では、以下の式（６）のＤを最小とするｘ_mとｘ_m+1を求める。

ここではＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９のように１フレームが２サブフレームで構成されていて、ＭＡ予測係数が１種類のみの場合を例として説明する。式（６）において、ｙ_m-1、ｙ_m、ｙ_m+1、ｙ_m+2、ｙ_m+3、ｘ_m、ｘ_m+1、ｘ_m+2、ｘ_m+3、ｘ_B、α_iは以下の通りである。
ｙ_m-1：前フレームの第２サブフレームの復号対数利得
ｙ_m：現フレームの第１サブフレームの復号対数利得
ｙ_m+1：現フレームの第２サブフレームの復号対数利得
ｙ_m+2：次フレームの第１サブフレームの復号対数利得
ｙ_m+3：次フレームの第２サブフレームの復号対数利得
ｘ_m：現フレームの第１サブフレームの対数量子化予測残差
ｘ_m+1：現フレームの第２サブフレームの対数量子化予測残差
ｘ_m+2：次フレームの第１サブフレームの対数量子化予測残差
ｘ_m+3：次フレームの第２サブフレームの対数量子化予測残差
ｘ_B：対数バイアス利得
α_i：第i次のＭＡ予測係数

式（６）をｘ_mについて偏微分して０とおいて得られる式と、式（６）をｘ_m+1について偏微分して０とおいて得られる式と、を連立方程式としてｘ_mおよびｘ_m+1について解くと、式（７）および式（８）が得られる。重み付け係数β₀₀、β₀₁、β₁〜β_M、β_-1、β_B、β'₀₀、β'₀₁、β'₁〜β'_M、β'_-1、β'_B、はα₀〜α_Mから求められるので、一意に決まる。

このように、次のフレームが正常に受信されている場合、過去に受信した対数量子化予測残差と次のフレームの対数量子化予測残差とを利用した補償処理専用の重み付け加算処理によって現在のフレームの対数量子化予測残差の補償処理を行い、補償した対数量子化予測残差を用いて利得パラメータの復号を行うので、過去の復号利得パラメータを単調減衰して利用するよりも高い補償性能を実現することができる。

また、式（６）を最小とする式（７）および式（８）の重み付け係数セットを用いることにより、消失フレーム（２サブフレーム）および消失フレームの次のフレーム（２サブフレーム）である正常フレーム（２サブフレーム）での復号対数利得パラメータが消失フレームの前サブフレームの対数利得パラメータから大きく離れないことが保証される。このため、次のフレーム（２サブフレーム）の復号対数利得パラメータが未知であっても、次のフレーム（２サブフレーム）の受信情報（対数量子化予測残差）を有効に利用しつつ、誤った方向へ補償してしまった場合のリスク（正しい復号利得パラメータから大きく逸脱するリスク）を最低限に抑えることができる。

（実施の形態５）
図１７は、本発明の実施の形態５に係る音声符号化装置の主要な構成を示すブロック図である。図１７は、実施の形態３で説明した第２の方法によって重み付け係数セットを決め、補償モード情報Ｅ_ｎ＋１を符号化する例、すなわち、第ｎフレームのＭＡ予測係数モード情報を利用して、第ｎ−１フレームの補償モード情報を１ビットで表現する方法を示す。

この場合、前フレームＬＰＣ補償部１００３は、現フレームの復号量子化予測残差と２フレーム前からＭ＋１フレーム前の復号量子化予測残差の重み付け和により、図１３を用いて説明したようにして第ｎ−１フレームの補償ＬＳＦを求める。図１３では第ｎ＋１フレームの符号化情報を用いて第ｎフレームの補償ＬＳＦを求めていたのに対して、ここでは第ｎフレームの符号化情報を用いて第ｎ−１フレームの補償ＬＳＦを求めているので、フレーム番号が一つずれた対応関係になる。つまり、第ｎフレーム（＝現フレーム）のＭＡ予測係数符号によって、α_i ^(j)とα’_i ^(j)の組み合わせを４通りの中の２通りに限定し（すなわち、第ｎフレームのＭＡ予測モードがモード０である場合は、第ｎ−１フレームと第ｎフレームのＭＡ予測モードの組み合わせは（０−０）か（１−０）のいずれかであるので重み付け係数βのセットはこの２種類に限定し）、前フレームＬＰＣ補償部１００３は、この２種類の重み付け係数βのセットを用いて２種類の補償ＬＳＦω0_n ^(ｊ)およびω1_n ^(j)を生成する。

補償モード判定器１００４は、ω0_n ^(j)とω1_n ^(j)のうちのどちらが入力ＬＳＦであるω_n ^(j)に近いかに基づいてモードの決定を行う。ω0_n ^(j)およびω1_n ^(j)とω_n ^(j)との離れ度合いは、単純なユークリッド距離に基づいても良いし、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９のＬＳＦ量子化で用いられているような重み付けユークリッド距離に基づいても良い。

以下、図１７の音声符号化装置の各部の動作について説明する。

入力信号ｓ_nは、ＬＰＣ分析部１００１、ターゲットベクトル算出部１００６およびフィルタ状態更新部１０１３にそれぞれ入力される。

ＬＰＣ分析部１００１は、入力信号ｓ_ｎに対して公知の線形予測分析を行い、線形予測係数a_j（j＝０〜M、Mは線形予測分析次数。a₀=1.0）をインパルス応答算出部１００５、ターゲットベクトル算出部１００６およびＬＰＣ符号化部１００２に出力する。また、ＬＰＣ分析部１００１は、線形予測係数a_jをＬＳＦパラメータω_n ^(j)に変換して補償モード判定器１００４に出力する。

ＬＰＣ符号化部１００２は、入力したＬＰＣ（線形予測係数）の量子化・符号化を行い、量子化線形予測係数ａ'_jをインパルス応答算出部１００５、ターゲットベクトル算出部１００６および合成フィルタ部１０１１に出力する。本例では、ＬＰＣの量子化・符号化はＬＳＦパラメータの領域で行われる。また、ＬＰＣ符号化部１００２は、ＬＰＣの符号化結果Ｌ_ｎを多重化部１０１４に出力し、量子化予測残差ｘ_n、復号量子化ＬＳＦパラメータω’_n ^(j)およびＭＡ予測量子化モードＫ_ｎを前フレームＬＰＣ補償部１００３に出力する。

前フレームＬＰＣ補償部１００３は、ＬＰＣ符号化部１００２から出力された第ｎフレームの復号量子化ＬＳＦパラメータω’_n ^(j)を２フレームの間バッファに保持する。２フレーム前の復号量子化ＬＳＦパラメータはω’_n-2 ^(j)である。また、前フレームＬＰＣ補償部１００３は、第ｎフレームの復号量子化予測残差ｘ_nをＭ＋１フレームの間保持する。また、前フレームＬＰＣ補償部１００３は、量子化予測残差ｘ_nと２フレーム前の復号量子化ＬＳＦパラメータω’_n-2 ^(j)と２フレーム前からＭ＋１フレーム前の復号量子化予測残差ｘ_n-2〜ｘ_n-M-1との重み付き和によって第ｎ−１フレームの復号量子化ＬＳＦパラメータω0_n ^(j)およびω1_n ^(j)を生成して補償モード判定器１００４に出力する。ここで、前フレームＬＰＣ補償部１００３は、重み付き和を求める際の重み付け係数のセットを４種類備えているが、ＬＰＣ符号化部１００２から入力されたＭＡ予測量子化モード情報Ｋ_ｎが０か１かによって、４種類のうちの２種類を選んでω0_n ^(j)およびω1_n ^(j)の生成に用いる。

補償モード判定器１００４は、前フレームＬＰＣ補償部１００３から出力された２種類の補償ＬＳＦパラメータω0 _n ^(j)とω1_n ^(j)のどちらがＬＰＣ分析部１００１から出力された未量子化ＬＳＦパラメータω_n ^(j)に近いかを判定し、近い方の補償ＬＳＦパラメータを生成する重み付け係数のセットに対応する符号Ｅ_ｎを多重化部１０１４に出力する。

インパルス応答算出部１００５は、ＬＰＣ分析部１００１から出力された未量子化線形予測係数a_jおよびＬＰＣ符号化部１００２から出力された量子化線形予測係数a'_jを用いて聴覚重み付け合成フィルタのインパルス応答ｈを生成し、ＡＣＶ符号化部１００７およびＦＣＶ符号化部１００８に出力する。

ターゲットベクトル算出部１００６は、入力信号ｓ_ｎ、ＬＰＣ分析部１００１から出力された未量子化線形予測係数a_j、ＬＰＣ符号化部１００２から出力された量子化線形予測係数a'_jおよびフィルタ状態更新部１０１２、１０１３から出力されたフィルタ状態とからターゲットベクトル（入力信号に聴覚重み付けフィルタをかけた信号から聴覚重み付け合成フィルタの零入力応答を除去した信号）ｏを算出し、ＡＣＶ符号化部１００７、利得符号化部１００９およびフィルタ状態更新部１０１２に出力する。

ＡＣＶ符号化部１００７は、ターゲットベクトル算出部１００６よりターゲットベクトルｏを、インパルス応答算出部１００５より聴覚重み付け合成フィルタのインパルス応答ｈを、音源生成部１０１０より前フレームで生成した音源信号ｅｘをそれぞれ入力し、適応符号帳探索を行い、結果である適応符号帳符号Ａ_ｎを多重化部１０１４へ、量子化ピッチラグＴをＦＣＶ符号化部１００８へ、ＡＣベクトルｖを音源生成部１０１０へ、ＡＣベクトルｖに聴覚重み付け合成フィルタのインパルス応答ｈを畳み込んだフィルタ後のＡＣベクトル成分ｐをフィルタ状態更新部１０１２および利得符号化部１００９へ、固定符号帳探索用に更新したターゲットベクトルｏ’をＦＣＶ符号化部１００８へ、それぞれ出力する。より具体的な探索方法は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９等に記載されているものと同様である。図１７では省略しているが、開ループピッチ探索等により、閉ループピッチ探索を行う範囲を決定することで適応符号帳探索に要する演算量を抑えるのが一般的である。

ＦＣＶ符号化部１００８は、ＡＣＶ符号化部１００７より固定符号帳用ターゲットベクトルｏ’および量子化ピッチラグＴを、インパルス応答算出部１００５より聴覚重み付け合成フィルタのインパルス応答ｈを、それぞれ入力し、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９に記載されているような方法によって固定符号帳探索を行い、固定符号帳符号Ｆ_ｎを多重化部１０１４へ、ＦＣベクトルｕを音源生成部１０１０へ、ＦＣベクトルｕに聴覚重み付けフィルタのインパルス応答を畳み込んで得られるフィルタ後のＦＣ成分ｑをフィルタ状態更新部１０１２および利得符号化部１００９へ、それぞれ出力する。

利得符号化部１００９は、ターゲットベクトル算出部１００６よりターゲットベクトルｏを、ＡＣＶ符号化部１００７よりフィルタ後のＡＣベクトル成分ｐを、ＦＣＶ符号化部１００８よりフィルタ後のＦＣベクトル成分ｑを、それぞれ入力し、｜ｏ-（ｇａ×ｐ＋ｇｆ×ｑ）｜²が最小と成るｇａとｇｆの組を量子化適応符号帳利得および量子化固定符号帳利得として音源生成部１０１０に出力する。

音源生成部１０１０は、ＡＣＶ符号化部１００７より適応符号帳ベクトルｖを、ＦＣＶ符号化部１００８より固定符号帳ベクトルｕを、利得符号化部１００９より適応符号帳ベクトル利得ｇａおよび固定符号帳ベクトル利得ｇｆを、それぞれ入力し、音源ベクトルｅｘをｇａ×ｖ＋ｇｆ×ｕにより算出し、ＡＣＶ符号化部１００７および合成フィルタ部１０１１に出力する。ＡＣＶ符号化部１００７に出力された音源ベクトルｅｘは、ＡＣＶ符号化部内のＡＣＢ（過去に生成した音源ベクトルのバッファ）の更新に用いられる。

合成フィルタ部１０１１は、音源生成部１０１０から出力された音源ベクトルｅｘで、ＬＰＣ符号化部１００２から出力された量子化線形予測係数a'_jで構成される線形予測フィルタを駆動し、局部復号音声信号s'_nを生成し、フィルタ状態更新部１０１３に出力する。

フィルタ状態更新部１０１２は、ＡＣＶ符号化部１００７から合成適応符号帳ベクトルｐを、ＦＣＶ符号化部１００８から合成固定符号帳ベクトルｑを、ターゲットベクトル算出部１００６からターゲットベクトルｏを、それぞれ入力し、ターゲットベクトル算出部１００６内の聴覚重み付けフィルタのフィルタ状態を生成し、ターゲットベクトル算出部１００６に出力する。

フィルタ状態更新部１０１３は、合成フィルタ部１０１１から出力された局部復号音声s'_nと入力信号ｓ_ｎとの誤差を計算し、これをターゲットベクトル算出部１００６内の合成フィルタの状態としてターゲットベクトル算出部１００６に出力する。

多重化部１０１４は、符号Ｆ_ｎ、Ａ_ｎ、Ｇ_ｎ、Ｌ_ｎ、Ｅ_ｎを多重した符号化情報を出力する。

また、本実施の形態では第ｎ−１フレームの復号量子化ＬＳＦパラメータについてのみ未量子化ＬＳＦパラメータとの誤差を計算する例を示したが、第ｎフレームの復号量子化ＬＳＦパラメータと第ｎフレームの未量子化ＬＳＦパラメータとの誤差も考慮して補償モードを決定するようにしても良い。

このように、本実施の形態に係る音声符号化装置によれば、実施の形態３の音声復号化装置に対応して、補償処理に最適な補償処理用の重み付け係数セットを特定し、その情報を復号器側に伝送するので、復号器側でより高い補償性能が得られ、復号音声信号の品質が改善される。

（実施の形態６）
図１８は、本発明の実施の形態６に係る音声信号伝送システムを構成する音声信号送信装置及び音声信号受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態５の音声符号化装置が音声信号送信装置に、実施の形態１〜３のいずれかの音声復号装置が音声信号受信装置に適用されている点のみが従来と異なる。

音声信号送信装置１１００は、入力装置１１０１、Ａ／Ｄ変換装置１１０２、音声符号化装置１１０３、信号処理装置１１０４、ＲＦ変調装置１１０５、送信装置１１０６及びアンテナ１１０７を有している。

Ａ／Ｄ変換装置１１０２の入力端子は、入力装置１１０１に接続されている。音声符号化装置１１０３の入力端子は、Ａ／Ｄ変換装置１１０２の出力端子に接続されている。信号処理装置１１０４の入力端子は、音声符号化装置１１０３の出力端子に接続されている。ＲＦ変調装置１１０５の入力端子は、信号処理装置１１０４の出力端子に接続されている。送信装置１１０６の入力端子は、ＲＦ変調装置１１０５の出力端子に接続されている。アンテナ１１０７は、送信装置１１０６の出力端子に接続されている。

入力装置１１０１は、音声信号を受けてこれを電気信号であるアナログ音声信号に変換し、Ａ／Ｄ変換装置１１０２に与える。Ａ／Ｄ変換装置１１０２は、入力装置１１０１からのアナログの音声信号をディジタル音声信号に変換し、これを音声符号化装置１１０３へ与える。音声符号化装置１１０３は、Ａ／Ｄ変換装置１１０２からのディジタル音声信号を符号化して音声符号化ビット列を生成し信号処理装置１１０４に与える。信号処理装置１１０４は、音声符号化装置１１０３からの音声符号化ビット列にチャネル符号化処理やパケット化処理及び送信バッファ処理等を行った後、その音声符号化ビット列をＲＦ変調装置１１０５に与える。ＲＦ変調装置１１０５は、信号処理装置１１０４からのチャネル符号化処理等が行われた音声符号化ビット列の信号を変調して送信装置１１０６に与える。送信装置１１０６は、ＲＦ変調装置１１０５からの変調された音声符号化信号をアンテナ１１０７を介して電波（ＲＦ信号）として送出する。

音声信号送信装置１１００においては、Ａ／Ｄ変換装置１１０２を介して得られるディジタル音声信号に対して数十msのフレーム単位で処理が行われる。システムを構成するネットワークがパケット網である場合には、１フレーム又は数フレームの符号化データを１つのパケットに入れこのパケットをパケット網に送出する。なお、前記ネットワークが回線交換網の場合には、パケット化処理や送信バッファ処理は不要である。

音声信号受信装置１１５０は、アンテナ１１５１、受信装置１１５２、ＲＦ復調装置１１５３、信号処理装置１１５４、音声復号装置１１５５、Ｄ／Ａ変換装置１１５６及び出力装置１１５７を有している。

受信装置１１５２の入力端子は、アンテナ１１５１に接続されている。ＲＦ復調装置１１５３の入力端子は、受信装置１１５２の出力端子に接続されている。信号処理装置１１５４の２つの入力端子は、ＲＦ復調装置１１５３の２つの出力端子に接続されている。音声復号装置１１５５の２つの入力端子は、信号処理装置１１５４の２つの出力端子に接続されている。Ｄ／Ａ変換装置１１５６の入力端子は、音声復号装置１１５５の出力端子に接続されている。出力装置１１５７の入力端子は、Ｄ／Ａ変換装置１１５６の出力端子に接続されている。

受信装置１１５２は、アンテナ１１５１を介して音声符号化情報を含んでいる電波（ＲＦ信号）を受けてアナログの電気信号である受信音声符号化信号を生成し、これをＲＦ復調装置１１５３に与える。アンテナを介して受けた電波（ＲＦ信号）は、伝送路において信号の減衰や雑音の重畳がなければ、音声信号送信装置において送出された電波（ＲＦ信号）と全く同じものになる。

ＲＦ復調装置１１５３は、受信装置１１５２からの受信音声符号化信号を復調し信号処理装置１１５４に与える。また、受信音声符号化信号が正常に復調できたかどうかの情報を別途信号処理装置１１５４に与える。信号処理装置１１５４は、ＲＦ復調装置１１５３からの受信音声符号化信号のジッタ吸収バッファリング処理、パケット組みたて処理およびチャネル復号化処理等を行い、受信音声符号化ビット列を音声復号装置１１５５に与える。また、受信音声符号化信号が正常に復調できたかどうかの情報をＲＦ復調装置１１５３から入力し、ＲＦ復調装置１１５３から入力した情報が「正常に復調できなかった」ことを示しているか、または、信号処理装置内でのパケット組み立て処理等が正常に行えずに受信音声符号化ビット列を正常に復号できなかった場合に、フレーム消失が発生したことをフレーム消失情報として音声復号装置１１５５に与える。音声復号装置１１５５は、信号処理装置１１５４からの受信音声符号化ビット列の復号化処理を行って復号音声信号を生成しＤ／Ａ変換装置１１５６へ与える。音声復号装置１１５５は、受信音声符号化ビット列と平行して入力されるフレーム消失情報に従って、通常の復号処理を行うのか、フレーム消失補償（隠蔽）処理による復号処理を行うのかを決定する。Ｄ／Ａ変換装置１１５６は、音声復号装置１１５５からのディジタル復号音声信号をアナログ復号音声信号に変換して出力装置１１５７に与える。出力装置１１５７は、Ｄ／Ａ変換装置１１５６からのアナログ復号音声信号を空気の振動に変換し音波として人間の耳に聞こえる様に出力する。

このように、実施の形態１から実施の形態５で示した音声符号化装置および音声復号装置を備えることにより、伝送路誤り（特にパケットロスに代表されるフレーム消失誤り）が発生した場合でも、従来よりも良い品質の復号音声信号を得ることができる。

（実施の形態７）
上記実施の形態１から６では、予測モデルとしてＭＡ型を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、予測モデルとしてＡＲ型を用いることもできる。実施の形態７では、予測モデルとしてＡＲ型を用いる場合について説明する。なお、実施の形態７に係る音声復号装置の構成は、ＬＰＣ復号部の内部構成が異なるのを除いて、図１と同一である。

図１９は、本実施の形態に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示すブロック図である。なお、図１９において、図２と共通する構成部分には、図２と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

図１９に示すＬＰＣ復号部１０５は、図２と比較して、予測に関わる部分（バッファ２０４、増幅器２０５、加算器２０６）とフレーム消失補償に関わる部分（コードベクトル復号部２０３、バッファ２０７）を削除し、これらに置き換わる構成部分（コードベクトル復号部１９０１、増幅器１９０２、加算器１９０３、バッファ１９０４）を追加した構成を採る。

ＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１はバッファ２０１およびコードベクトル復号部１９０１に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１はバッファ２０２、コードベクトル復号部１９０１および選択器２０９に入力される。

バッファ２０１は、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部１９０１に出力する。バッファ２０１からコードベクトル復号部１９０１に出力されるＬＰＣ符号は、バッファ２０１で１フレームの間保持された結果、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎとなる。

バッファ２０２は、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部１９０１に出力する。バッファ２０２からコードベクトル復号部１９０１に出力されるフレーム消失符号は、バッファ２０２で１フレームの間保持された結果、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎとなる。

コードベクトル復号部１９０１は、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎおよび現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎを入力し、これらの情報に基づいて現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nを生成し、加算器１９０３に出力する。なお、コードベクトル復号部１９０１の詳細については後述する。

増幅器１９０２は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n−１に所定のＡＲ予測係数ａ_１を乗算し、加算器１９０３に出力する。

加算器１９０３は、増幅器１９０２から出力された予測ＬＳＦベクトル（すなわち前フレームの復号ＬＳＦベクトルにＡＲ予測係数を乗じたもの）とコードベクトル復号部１９０１から出力された現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとの和を計算し、計算結果である復号ＬＳＦベクトルｙ_nをバッファ１９０４およびＬＰＣ変換部２０８に出力する。

バッファ１９０４は、現フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nを１フレームの間保持し、コードベクトル復号部１９０１および増幅器１９０２に出力する。これらに入力される復号ＬＳＦベクトルは、バッファ１９０４で１フレームの間保持された結果、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1となる。

なお、選択器２０９がバッファ２１０から出力された前フレームにおける復号ＬＰＣパラメータを選択する場合、実際にはコードベクトル復号部１９０１からＬＰＣ変換部２０８までの処理を全て行わなくてもよい。

次に、図１９のコードベクトル復号部１９０１の内部構成について、図２０のブロック図を用いて詳細に説明する。

コードブック２００１は、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎによって特定されるコードベクトルを生成して切替スイッチ３０９へ出力するとともに、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトルを生成して増幅器２００２に出力する。なお、コードブックは多段構成であったり、スプリット構成であったりする。

増幅器２００２は、コードブック２００１から出力されたコードベクトルｘ_n+1に重み付け係数ｂ₀を乗算し、加算器２００５に出力する。

増幅器２００３は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルが生成されるために必要な現フレームにおける量子化予測残差ベクトルを求める処理を行う。すなわち、増幅器２００３は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1が現フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nとなるように現フレームのベクトルｘ_ｎを計算する。具体的には、増幅器２００３は、入力した前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に係数（１−ａ₁）を乗ずる。そして、増幅器２００３は、計算結果を切替スイッチ３０９に出力する。

増幅器２００４は、入力した前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に重み付け係数ｂ_-1を乗算し、加算器２００５に出力する。

加算器２００５は、増幅器２００２および増幅器２００４から出力されたベクトルの和を計算し、計算結果となるコードベクトルを切替スイッチ３０９に出力する。すなわち、加算器２００５は、次フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトル、前フレームの復号ＬＳＦベクトル、を重み付け加算することにより現フレームのベクトルｘ_ｎを計算する。

切替スイッチ３０９は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合にはコードブック２００１から出力されたコードベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。一方、切替スイッチ３０９は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示す場合には、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１がどちらの情報を有しているかによって、出力するベクトルをさらに選択する。

すなわち、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合には、切替スイッチ３０９は、増幅器２００３から出力されたベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。なお、この場合、コードブック２００１および増幅器２００２、２００４から加算器２００５までのベクトルを生成する過程の処理は行う必要がない。また、この場合、ｙ_n-1をｙ_nとして用いればよいので、必ずしも増幅器２００３の処理によってｘ_nを生成しなくとも良い。

また、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合には、切替スイッチ３０９は、加算器２００５から出力されたベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nとして出力する。なお、この場合、増幅器２００３の処理は行う必要がない。

なお、本実施の形態の補償処理は、復号パラメータのフレーム間の変動が緩やかになるように、第ｎ−１フレームの復号パラメータｙ_n-1と第ｎフレームの復号パラメータｙ_nの距離、および、第ｎフレームの復号パラメータｙ_nと第ｎ＋１フレームの復号パラメータｙ_n+1の距離の和Ｄ（Ｄは以下の式（９）のようになる）が小さくなるように重み付け係数ｂ_-1およびｂ₀を決める。

以下、重み付け係数ｂ_-1およびｂ₀の決め方の一例を示す。式（９）のＤを最小化するため、以下の方程式（１０）を、消失した第ｎフレームの復号量子化予測残差ｘ_nについて解く。その結果、以下の式（１１）によりｘ_nを求めることができる。なお、予測係数が各次で異なる場合には式（９）は式（１２）に置き換わる。ａ₁はＡＲ予測係数、ａ₁ ^(ｊ)はＡＲ予測係数セットの第ｊ成分（すなわち、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1の第ｊ成分であるｙ_n-1 ^(ｊ)に乗算する係数）を表す。

上式におけるｘ、ｙ、ａは以下の通りである。
ｘ_n ^(j)：第ｎフレームにおけるＬＳＦパラメータの第ｊ成分の量子化予測残差
ｙ_n ^(j)：第ｎフレームにおける復号ＬＳＦパラメータの第ｊ成分
ａ_１ ^(j)：ＡＲ予測係数セットの第ｊ成分

このように、予測モデルとしてＡＲ型を用いる本実施の形態によれば、現フレームが消失した場合に、次のフレームが正常に受信されていれば、過去に復号されたパラメータおよび次のフレームの量子化予測残差を利用した補償処理専用の重み付け加算処理（重み付け線形和）によって現フレームのＬＳＦパラメータの復号量子化予測残差の補償処理を行い、補償した量子化予測残差を用いてＬＳＦパラメータの復号を行う。これにより、過去の復号ＬＳＦパラメータを繰り返し利用するよりも高い補償性能を実現することができる。

なお、実施の形態２から４で説明した内容を、ＡＲ型を用いる本実施の形態に適用することも可能であり、この場合でも上記と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態８）
上記実施の形態７では、予測係数のセットが１種類しかない場合について説明したが、本発明はこれに限られず、実施の形態２および３と同様、予測係数のセットが複数種類ある場合についても適用することができる。実施の形態８では、予測係数セットが複数種類あるＡＲ型予測モデルを用いる場合の一例について説明する。

図２１は、実施の形態８に係る音声復号装置のブロック図である。なお、図２１に示す音声復号装置１００の構成は、ＬＰＣ復号部の内部構成が異なることと、多重分離部１０１からＬＰＣ復号部１０５への補償モード情報Ｅ_ｎ＋１の入力線がないことを除いて、図１１と同一である。

図２２は、本実施の形態に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示すブロック図である。なお、図２２において、図１９と共通する構成部分には、図１９と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

図２２に示すＬＰＣ復号部１０５は、図１９と比較して、バッファ２２０２と係数復号部２２０３とを追加した構成を採る。また、図２２のコードベクトル復号部２２０１の動作及び内部構成が図１９のコードベクトル復号部１９０１と異なる。

ＬＰＣ符号Ｖ_ｎ＋１はバッファ２０１およびコードベクトル復号部２２０１に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１はバッファ２０２、コードベクトル復号部２２０１および選択器２０９に入力される。

バッファ２０１は、次フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２２０１に出力する。バッファ２０１からコードベクトル復号部２２０１に出力されるＬＰＣ符号は、バッファ２０１で１フレームの間保持された結果、現フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎとなる。また、バッファ２０２は、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２２０１に出力する。

コードベクトル復号部２２０１は、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1、次フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎ＋１、次フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１、現フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎ、次フレームの予測係数符号Ｋ_ｎ＋１および現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎを入力し、これらの情報に基づいて現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_nを生成し、加算器１９０３に出力する。なお、コードベクトル復号部２２０１の詳細については後述する。

バッファ２２０２は、ＡＲ予測係数符号Ｋ_n＋１を１フレームの間保持し、係数復号部２２０３に出力する。この結果、バッファ２２０２から係数復号部２２０３に出力されるＡＲ予測係数符号は、１フレーム前のＡＲ予測係数符号Ｋ_ｎとなる。

係数復号部２２０３は、係数セットを複数種類格納し、フレーム消失符号Ｂ_ｎ、Ｂ_ｎ＋１およびＡＲ予測係数符号Ｋ_ｎ、Ｋ_ｎ＋１によって係数セットを特定する。ここで、係数復号部２２０３における係数セットの特定の仕方は以下の３通りである。

入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは正常フレームである」ことを示す場合、係数復号部２２０３は、ＡＲ予測係数符号Ｋ_ｎで指定される係数セットを選択する。

また、入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示し、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合、係数復号部２２０３は、第ｎ＋１フレームのパラメータとして受信されているＡＲ予測係数符号Ｋ_ｎ＋１を用いて、選択対象となる係数セットを決定する。つまり、Ｋ_ｎ＋１をそのままＡＲ予測係数符号Ｋ_nの代わりとして使用する。もしくは予めこのような場合に使用する係数セットを決めておき、Ｋ_ｎ＋１に関わらずこの決めておいた係数セットを使うようにしても良い。

また、入力したフレーム消失符号Ｂ_ｎが「第ｎフレームは消失フレームである」ことを示し、かつ、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合、利用できる情報は前フレームで使用した係数セットの情報のみであるので、係数復号部２２０３は、前フレームで使用した係数セットを繰り返し使用するようにする。もしくは予め決めておいたモードの係数セットを固定的に使用するようにしても良い。

そして、係数復号部２２０３は、ＡＲ予測係数ａ₁を増幅器１９０２に出力し、ＡＲ予測係数（1-a₁）をコードベクトル復号部２２０１に出力する。

増幅器１９０２は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に係数復号部２２０３から入力されるＡＲ予測係数ａ₁を乗算し、加算器１９０３に出力する。

次に、図２２のコードベクトル復号部２２０１の内部構成について、図２３のブロック図を用いて詳細に説明する。なお、図２３において、図２０と共通する構成部分には、図２０と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。図２３のコードベクトル復号部２２０１は、図２０のコードベクトル復号部１９０１に対して係数復号部２３０１を追加した構成を採る。

係数復号部２３０１は、係数セットを複数種類格納し、ＡＲ予測係数符号Ｋ_ｎ＋１によって係数セットを特定し、増幅器２００２、２００４に出力する。なお、ここで使用される係数セットは係数復号部２２０３から出力されるＡＲ予測係数ａ₁を用いて計算することも可能であり、この場合は係数セットを格納しておく必要がなく、ＡＲ予測係数ａ₁を入力して計算すればよい。具体的な計算方法については後述する。

コードブック２００１は、現フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎによって特定されるコードベクトルを生成して切替スイッチ３０９へ出力するとともに、次フレームのＬＰＣ符号Ｖ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトルを生成して増幅器２００２に出力する。なお、コードブックは多段構成であったり、スプリット構成であったりする。

増幅器２００２は、コードブック２００１から出力されたコードベクトルｘ_n+1に係数復号部２３０１から出力された重み付け係数ｂ₀を乗算し、加算器２００５に出力する。

増幅器２００３は、係数復号部２２０３から出力されたＡＲ予測係数（1-a₁）を前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に乗算し、切替スイッチ３０９へ出力する。なお、実装上このような経路を作らずに、増幅器２００３および増幅器１９０２および加算器１９０３の処理を行う代わりに、バッファ１９０４の出力を加算器１９０３の出力に替えてＬＰＣ変換部２０８へ入力できるような切替構成が備わっていれば、増幅器２００３を経由する経路は不要である。

増幅器２００４は、入力した前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に係数復号部２３０１から出力された重み付け係数ｂ_-1を乗算し、加算器２００５に出力する。

なお、本実施の形態の補償処理は、復号パラメータのフレーム間の変動が緩やかになるように、第ｎ−１フレームの復号パラメータｙ_n-1と第ｎフレームの復号パラメータｙ_nの距離、および、第ｎフレームの復号パラメータｙ_nと第ｎ＋１フレームの復号パラメータｙ_n+1の距離の和Ｄ（Ｄは以下の式（１３）のようになる）が小さくなるように重み付け係数ｂ_-1およびｂ₀を決める。

以下、重み付け係数ｂ_-1およびｂ₀の決め方の一例を示す。式（１３）のＤを最小化するため、以下の方程式（１４）を、消失した第ｎフレームの復号量子化予測残差ｘ_nについて解く。その結果、以下の式（１５）によりｘ_nを求めることができる。なお、予測係数が各次で異なる場合には式（１３）は式（１６）に置き換わる。ａ’₁は第ｎ＋１フレームにおけるＡＲ予測係数、ａ₁は第ｎフレームにおけるＡＲ予測係数、ａ₁ ^(ｊ)はＡＲ予測係数セットの第ｊ成分（すなわち、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1の第ｊ成分であるｙ_n-1 ^(ｊ)に乗算する係数）を表す。

上式におけるｘ、ｙ、ａは以下の通りである。
ｘ_n ^(j)：第ｎフレームにおけるＬＳＦパラメータの第ｊ成分の量子化予測残差
ｙ_n ^(j)：第ｎフレームにおける復号ＬＳＦパラメータの第ｊ成分
ａ_１ ^(j)：第ｎフレームのＡＲ予測係数セットの第ｊ成分
ａ’_１ ^(j)：第ｎ＋１フレームのＡＲ予測係数セットの第ｊ成分

ここで、第ｎフレームが消失フレームだと、第ｎフレームの予測係数セットは未知である。ａ₁を決定する方法はいくつか考えられる。まず、実施の形態２のように第ｎ＋１フレームで追加情報として送る方法がある。ただし、追加のビットが必要であり、エンコーダ側にも修正が必要となる。次に、第ｎ−１フレームで使われた予測係数セットを使う方法がある。さらに、第ｎ＋１フレームで受信した予測係数セットを使う方法がある。この場合、ａ₁＝ａ’₁である。またさらに、常に特定の予測係数セットを使う方法がある。しかしながら、後述するように、ここで異なるａ₁を用いても同じａ₁を用いてＡＲ予測を行えば、復号されるｙ_nは等しくなる。ＡＲ予測を用いる予測量子化の場合、量子化予測残差ｘ_nは予測に関係せず、復号される量子化パラメータｙ_nのみが予測に関係するので、この場合ａ₁は任意の値で良い。

ａ₁が決まれば、式（１５）または式（１６）からｂ₀、ｂ₁を決定でき、消失フレームのコードベクトルｘ_nを生成することができる。

なお、上記の式（１６）で得られる消失フレームのコードベクトルｘ_nをｙ_nを表す式（ｙ_n＝ａ_１ｙ_n−１＋ｘ_n）に代入すると、下記の式（１７）のようになる。したがって、補償処理によって生成される消失フレームにおける復号パラメータはｘ_n+1とｙ_n-1とa₁’から直接求めることができる。この場合、消失フレームにおける予測係数a₁を用いない補償処理が可能となる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態７で説明した特徴に加えて、予測係数のセットを複数用意し、補償処理を行うので、実施の形態７よりもさらに高い補償性能を実現することができる。

（実施の形態９）
上記実施の形態１から８では、ｎ＋１フレームを受信してからｎフレームの復号を行う場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ｎフレームの生成をｎ−１フレームの復号パラメータを用いて行い、ｎ＋１フレームの復号時に本発明の手法を用いてｎフレームのパラメータ復号を行い、その結果で予測器の内部状態を更新してからｎ＋１フレームの復号を行うこともできる。

実施の形態９では、この場合について説明する。実施の形態９における音声復号装置の構成は図１と同一である。また、ＬＰＣ復号部１０５の構成は図１９と同一でよいが、ｎ＋１フレームの符号化情報入力に対してｎ＋１フレームの復号を行うことを明確にするために図２４のように書き換える。

図２４は、本実施の形態に係る音声復号装置のＬＰＣ復号部１０５の内部構成を示すブロック図である。なお、図２４において、図１９と共通する構成部分には、図１９と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

図２４に示すＬＰＣ復号部１０５は、図１９と比較して、バッファ２０１を削除し、コードベクトル復号部の出力がｘ_n+1であり、復号パラメータがｎ＋１フレームのもの（ｙ_n+1）であること、および切替スイッチ２４０２を追加した構成を採る。また、図２４のコードベクトル復号部２４０１の動作及び内部構成が図１９のコードベクトル復号部１９０１と異なる。

ＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１はコードベクトル復号部２４０１に入力され、フレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１はバッファ２０２、コードベクトル復号部２４０１および選択器２０９に入力される。

バッファ２０２は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２４０１に出力する。バッファ２０２からコードベクトル復号部２４０１に出力されるフレーム消失符号は、バッファ２０２で１フレームの間保持された結果、前フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎとなる。

コードベクトル復号部２４０１は、２フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ＋１を入力し、これらの情報に基づいて現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_n+1および前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ'_ｎを生成し、それぞれ加算器１９０３および切替スイッチ２４０２に出力する。なお、コードベクトル復号部２４０１の詳細については後述する。

増幅器１９０２は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nまたはｙ'_nに所定のＡＲ予測係数ａ_１を乗算し、加算器１９０３に出力する。

加算器１９０３は、増幅器１９０２から出力された予測ＬＳＦベクトル（すなわち前フレームの復号ＬＳＦベクトルにＡＲ予測係数を乗じたもの）を計算し、計算結果である復号ＬＳＦベクトルｙ_n+1をバッファ１９０４およびＬＰＣ変換部２０８に出力する。

バッファ１９０４は、現フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n+1を１フレームの間保持し、コードベクトル復号部２４０１および切替スイッチ２４０２に出力する。これらに入力される復号ＬＳＦベクトルは、バッファ１９０４で１フレームの間保持された結果、１フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_nとなる。

切替スイッチ２４０２は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nか、コードベクトル復号部２４０１にて現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１を用いて生成しなおされた前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ'_nかのいずれかを、前フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎによって選択する。切替スイッチ２４０２は、Ｂ_ｎが消失フレームを示している場合にｙ'_nを選択する。

なお、選択器２０９がバッファ２１０から出力された前フレームにおける復号ＬＰＣパラメータを選択する場合、実際にはコードベクトル復号部２４０１からＬＰＣ変換部２０８までの処理を全て行わなくてもよい。

次に、図２４のコードベクトル復号部２４０１の内部構成について、図２５のブロック図を用いて詳細に説明する。なお、図２５において、図２０と共通する構成部分には、図２０と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。図２５のコードベクトル復号部２４０１は、図２０のコードベクトル復号部１９０１に対してバッファ２５０２、増幅器２５０３および加算器２５０４を追加した構成を採る。また、図２５の切替スイッチ２５０１の動作及び内部構成が図２０の切替スイッチ３０９と異なる。

コードブック２００１は、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ+1によって特定されるコードベクトルを生成して切替スイッチ２５０１へ出力するとともに、増幅器２００２に出力する。

増幅器２００３は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルが生成されるために必要な現フレームにおける量子化予測残差ベクトルを求める処理を行う。すなわち、増幅器２００３は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nが現フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_n+1となるように現フレームのベクトルｘ_ｎ+1を計算する。具体的には、増幅器２００３は、入力した前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nに係数（１−ａ₁）を乗ずる。そして、増幅器２００３は、計算結果を切替スイッチ２５０１に出力する。

切替スイッチ２５０１は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ+1が「第ｎ＋１フレームは正常フレームである」ことを示す場合にはコードブック２００１から出力されたコードベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_n+1として出力する。
一方、切替スイッチ２５０１は、現フレームのフレーム消失符号Ｂ_ｎ+1が「第ｎ＋１フレームは消失フレームである」ことを示す場合には、増幅器２００３から出力されたベクトルを選択し、これを現フレームの量子化予測残差ベクトルｘ_n+1として出力する。なお、この場合、コードブック２００１および増幅器２００２、２００４から加算器２００５までのベクトルを生成する過程の処理は行う必要がない。

バッファ２５０２は、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ_nを１フレームの間保持し、２フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1として増幅器２００４および増幅器２５０３へ出力する。

増幅器２００４は、入力した２フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に重み付け係数ｂ_-1を乗算し、加算器２００５に出力する。

加算器２００５は、増幅器２００２および増幅器２００４から出力されたベクトルの和を計算し、計算結果となるコードベクトルを加算器２５０４に出力する。すなわち、加算器２００５は、現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１によって特定されるコードベクトル、２フレーム前の復号ＬＳＦベクトル、を重み付け加算することにより前フレームのベクトルｘ_ｎを計算し、加算器２５０４に出力する。

増幅器２５０３は、２フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に予測係数a₁を乗算し、加算器２５０４に出力する。

加算器２５０４は、加算器２００５の出力（現フレームのＬＰＣ符号Ｌ_ｎ＋１を用いて再計算された前フレームの復号ベクトルｘ_n）と増幅器２５０３の出力（２フレーム前の復号ＬＳＦベクトルｙ_n-1に予測係数a₁を乗じたベクトル）を加算し、前フレームの復号ＬＳＦベクトルｙ'_nを再計算する。

なお、本実施の形態の復号ＬＳＦベクトルｙ'_nの再計算の方法は、実施の形態７における補償処理と同様である。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態７の補償処理によって得られる復号ベクトルｘ_nを第ｎ＋１フレームの復号時の予測器内部状態にのみ利用する構成にすることにより、実施の形態７で必要となっていた処理遅延１フレーム分を削減することができる。

（実施の形態１０）
上記実施の形態１から９では、ＬＰＣ復号部内の構成および処理にのみ特徴を備えていたが、本実施の形態に係る音声復号装置の構成は、ＬＰＣ復号部外の構成について特徴を有する。本発明は図１、図８、図１１、図２１のいずれにも適用可能であるが、本実施の形態では図２１に適用する場合を例に説明する。

図２６は、本実施の形態に係る音声復号装置を示すブロック図である。図２６において、図２１と同一の構成要素については図２１と同一符号を付し、詳しい説明を省略する。図２６に示す音声復号装置１００は、図２１と比較して、フィルタ利得算出部２６０１、音源パワ制御部２６０２、および増幅器２６０３を追加した構成を採る。

ＬＰＣ復号部１０５は、復号したＬＰＣをＬＰＣ合成部１０９およびフィルタ利得算出部２６０１に出力する。また、ＬＰＣ復号部１０５は、復号中の第ｎフレームに対応するフレーム消失符号Ｂ_ｎを音源パワ制御部２６０２に出力する。

フィルタ利得算出部２６０１は、ＬＰＣ復号部１０５から入力されたＬＰＣによって構成される合成フィルタのフィルタ利得を計算する。フィルタ利得の算出方法の一例として、インパルス応答のエネルギの平方根を求めてフィルタ利得とする方法がある。これは、入力信号をエネルギが１であるインパルスと考えれば、入力されたＬＰＣで構成した合成フィルタのインパルス応答のエネルギがそのままフィルタ利得情報となることに基づいている。また、フィルタ利得の算出方法の別の例として、ＬＰＣからレビンソン・ダービンのアルゴリズムを用いて線形予測残差の２乗平均値を求めることができることから、この逆数をフィルタ利得情報として用い、線形予測残差の２乗平均の逆数の平方根をフィルタ利得とする方法もある。求められフィルタ利得は、音源パワ制御部２６０２に出力される。なお、フィルタ利得を表すパラメータとして、インパルス応答のエネルギや線形予測残差の二乗平均値を、平方根を取らずに音源パワ制御部２６０２に出力しても良い。

音源パワ制御部２６０２は、フィルタ利得算出部２６０１からフィルタ利得を入力し、音源信号の振幅調整用のスケーリング係数を算出する。音源パワ制御部２６０２は、その内部にメモリを備えていて、１フレーム前のフィルタ利得をメモリに保持している。メモリの内容は、スケーリング係数が算出された後、入力された現フレームのフィルタ利得に書き換えられる。スケーリング係数ＳＧnの算出は、現フレームのフィルタ利得をＦＧ_ｎ、前フレームのフィルタ利得をＦＧ_ｎ−１、利得増加率の上限値をＤＧ_ｍａｘ、とすると、例えば、ＳＧ_ｎ＝ＤＧ_ｍａｘ×ＦＧ_ｎ−１／ＦＧ_ｎの式により行われる。ここで、利得増加率とは、ＦＧ_ｎ／ＦＧ_ｎ−１で定義され、現フレームのフィルタ利得が前フレームのフィルタ利得と比べて何倍になったかを示すものである。その上限値を予めＤＧ_ｍａｘと決めておく。フレーム消失隠蔽処理によって作られた合成フィルタにおいて、フィルタ利得が前フレームのフィルタ利得に対して急激に上昇した場合、合成フィルタの出力信号のエネルギも急激に上昇し、復号信号（合成信号）が局所的に大振幅となって異音を生じる。これを回避するため、フレーム消失隠蔽処理によって生成された復号ＬＰＣによって構成される合成フィルタのフィルタ利得が、前フレームのフィルタ利得に対して所定の利得増加率以上に大きくなった場合、合成フィルタの駆動信号である復号音源信号のパワを下げる。このための係数がスケーリング係数であり、前記所定の利得増加率が利得増加率の上限値ＤＧ_ｍａｘである。通常、ＤＧ_ｍａｘを１もしくは０．９８など１より少し小さい値に設定すれば異音の発生を避けることができる。なお、ＦＧ_ｎ／ＦＧ_ｎ−１がＤＧ_ｍａｘ以下の場合は、ＳＧｎ＝１．０として増幅器２６０３におけるスケーリングは行わなくて良い。

・ また、スケーリング係数ＳＧｎの別の算出方法として、例えば、ＳＧn＝Ｍａｘ（ＳＧ_ｍａｘ ，ＦＧ_ｎ−１／ＦＧ_ｎ）によって求める方法がある。ここで、ＳＧ_ｍａｘはスケーリング係数の最大値を表し、例えば１．５のように１より若干大きい値とする。また、Ｍａｘ（Ａ，Ｂ）はＡとＢのいずれか大きいほうを出力する関数である。ＳＧ_ｎ＝ＦＧ_ｎ−１／ＦＧ_ｎの場合、フィルタ利得が増加した分、音源信号のパワが下がることとなり、現フレームの復号合成信号のエネルギは前フレームの復号合成信号のエネルギと同じになる。これにより前述した合成信号エネルギの急上昇を回避することができると共に、合成信号エネルギの急激な減衰を回避することができる。前フレームのフィルタ利得に比べて現フレームのフィルタ利得が小さくなる場合、合成信号エネルギが急激に減衰し、音切れとして知覚される場合がある。このような場合に、ＳＧ_ｎ＝ＦＧ_ｎ−１／ＦＧ_ｎとするとＳＧ_ｎは１以上の値となり、合成信号エネルギの局所的な減衰を回避する役割を果たす。しかしながら、フレーム消失補償処理で生成した音源信号は必ずしも音源信号として適切であるとは限らないため、スケーリング係数を大きくしすぎると却って歪が目立って品質劣化に繋がる。このため、スケーリング係数に上限を設け、ＦＧ_ｎ−１／ＦＧ_ｎがその上限値を上回る場合は、上限値にクリッピングする。

なお、１フレーム前のフィルタ利得またはフィルタ利得を表すパラメータ（合成フィルタのインパルス応答のエネルギなど）を、音源パワ制御部２６０２内のメモリに保持せずに、音源パワ制御部２６０２の外部から入力するようにしても良い。特に１フレーム前のフィルタ利得に関する情報を音声復号器の他の部分で利用している場合には、上記パラメータを外部から入力するようにし、音源パワ制御部２６０２の内部で書き換えることもしない。

そして、音源パワ制御部２６０２は、ＬＰＣ復号部１０５からフレーム消失符号Ｂ_ｎを、入力し、Ｂ_ｎが、現フレームが消失フレームであることを示す場合には、算出したスケーリング係数を増幅器２６０３に出力する。一方、Ｂ_ｎが現フレームは消失フレームでないことを示す場合には、音源パワ制御部２６０２は、スケーリング係数として１を増幅器２６０３に出力する。

増幅器２６０３は、音源パワ制御部２６０２から入力したスケーリング係数を、加算器１０８から入力した復号音源信号に乗算してＬＰＣ合成部１０９へ出力する。

このように、本実施の形態によれば、フレーム消失隠蔽処理によって生成された復号ＬＰＣによって構成される合成フィルタのフィルタ利得が、前フレームのフィルタ利得に対して変化する場合、合成フィルタの駆動信号である復号音声信号のパワを調整することにより、異音や音切れの発生を防ぐことができる。

なお、Ｂ_ｎが現フレームは消失フレームでないことを示す場合であっても、直前のフレームが消失フレームである（つまり、Ｂ_ｎ−１が前フレームは消失フレームであったことを示す）場合には、音源パワ制御部２６０２が、算出したスケーリング係数を増幅器２６０３に出力するようにしても良い。これは、予測符号化を用いた場合は、フレーム消失からの復帰フレームにおいても誤りの影響が残留している場合があるためである。この場合でも上記と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態では符号化パラメータをＬＳＦパラメータとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、フレーム間での変動が緩やかなパラメータであればどのようなパラメータにも適用可能であり、例えば、イミタンススペクトル周波数（immittance spectrum frequencies ；ＩＳＦｓ）でも良い。

また、上記各実施の形態では符号化パラメータをＬＳＦパラメータそのものとしたが、平均的なＬＳＦからの差分を取った、平均値除去後のＬＳＦパラメータにしても良い。

また、本発明に係るパラメータ復号装置／パラメータ符号化装置は、音声復号装置／音声符号化装置に適用されるほか、移動体通信システムにおける通信端末装置および基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置、基地局装置、および移動体通信システムを提供することができる。

また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係るパラメータ復号方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明に係るパラメータ復号装置と同様の機能を実現することができる。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。

また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

２００６年１１月１０日出願の特願２００６−３０５８６１、２００７年５月１７日出願の特願２００７−１３２１９５及び２００７年９月１４日出願の特願２００７−２４０１９８の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係るパラメータ復号装置およびパラメータ復号方法は、音声復号装置、音声符号化装置、更には、移動体通信システムにおける通信端末装置、基地局装置等の用途に適用することができる。

Claims (6)

1. 音声符号化ビット列の現フレームに含まれる符号化情報に基づいて、スペクトルパラメータの量子化された予測残差を求める予測残差復号ステップと、
   前記予測残差に基づいて、前記スペクトルパラメータを復号するパラメータ復号ステップと、
   を含み、
   前記予測残差復号ステップにおいて、現フレームが消失した場合、下記の式を用いて、現フレームの前記予測残差を求める、
   パラメータ復号方法。
   x[n] = b0 x[n+1] + b1 y[n-1]
   where;
   b0 = {b0(i)}, i=0,…,M-1,
   b0(i) = (1-a[1]’(i))([a[1]’(i)]^2 - 2a[1]’(i) + 2)^(-1),
   b1 = {b1(i)}, i=0,…,M-1, and
   b1(i) = ([a[1]’(i)]^2 - 2a[1]’(i) + 2)^(-1) - a[1](i).
   where;
   a[1]’(i) ：未来フレームの予測係数セットの第ｉ成分、
   a[1](i) ：現フレームの予測係数セットの第ｉ成分、
   x[n] ：現フレームにおける前記予測残差、
   x[n+1] ：未来フレームにおける前記予測残差、
   y[n-1] ：過去フレームにおける復号スペクトルパラメータ
2. 前記パラメータ復号ステップは、
   過去フレームの復号スペクトルパラメータに、予測係数を乗算する予測ステップと、
   前記予測残差と、前記予測係数が乗算された前記過去フレームの復号スペクトルパラメータとを加算することで、前記スペクトルパラメータを復号する加算ステップと、
   を含む、請求項１に記載のパラメータ復号方法。
3. 前記スペクトルパラメータはＩＳＦパラメータである請求項１に記載のパラメータ復号方法。
4. 音声符号化ビット列の現フレームに含まれる符号化情報に基づいて、スペクトルパラメータの量子化された予測残差を求める予測残差復号手段と、
   前記予測残差に基づいて、前記スペクトルパラメータを復号するパラメータ復号手段と、
   を含み、
   前記予測残差復号手段において、現フレームが消失した場合、下記の式を用いて、現フレームの前記予測残差を求める、
   パラメータ復号装置。
   x[n] = b0 x[n+1] + b1 y[n-1]
   where;
   b0 = {b0(i)}, i=0,…,M-1,
   b0(i) = (1-a[1]’(i))([a[1]’(i)]^2 - 2a[1]’(i) + 2)^(-1),
   b1 = {b1(i)}, i=0,…,M-1, and
   b1(i) = ([a[1]’(i)]^2 - 2a[1]’(i) + 2)^(-1) - a[1](i).
   where;
   a[1]’(i) ：未来フレームの予測係数セットの第ｉ成分、
   a[1](i) ：現フレームの予測係数セットの第ｉ成分、
   x[n] ：現フレームにおける前記予測残差、
   x[n+1] ：未来フレームにおける前記予測残差、
   y[n-1] ：過去フレームにおける復号スペクトルパラメータ
5. 前記パラメータ復号手段は、
   過去フレームの復号スペクトルパラメータに、予測係数を乗算する予測手段と、
   前記予測残差ベクトルと、前記予測係数が乗算された前記過去フレームの復号スペクトルパラメータとを加算することで、前記スペクトルパラメータを復号する加算手段と、
   を含む、請求項４に記載のパラメータ復号装置。
6. 前記スペクトルパラメータはＩＳＦパラメータである請求項４に記載のパラメータ復号装置。

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