CN101006495A - 语音编码装置、语音解码装置、通信装置以及语音编码方法 - Google Patents

Abstract

公开了语音编码装置，它在CELP型语音编码中，能够提高对帧丢失差错的容错能力而不使固定码本的比特数增大。在该装置中，低频分量波形编码装置(210)基于从LPC编码单元(202)输入的量化LPC，计算从A/D转换器(112)输入来的数字语音信号的线性预测残差信号，并对该计算结果进行下采样处理，从而提取由语音信号中的低于规定的频率的频带构成的低频分量，并对提取出的低频分量进行波形编码而生成低频分量编码信息。然后，低频分量波形编码单元(210)将该低频分量编码信息输入到分组化单元(231)，同时以该波形编码生成的被量化的低频分量波形编码信号(声源波形)输入到高频分量编码单元(220)。

Description

语音编码装置、语音解码装置、通信装置以及语音编码方法

技术领域

本发明涉及利用可扩展编码技术的语音编码装置、语音解码装置、通信装置以及语音编码方法。

背景技术

以往，在移动无线通信系统等中，作为用于语音通信的编码方式广泛使用CELP(Code Excited Linear Prediction)方式，因为它能够对语音信号以较低的比特率(如果是电话频带语音，约8kbit/s左右)，高质量地编码。另一方面，近年来，使用IP(Internet Protocol)网的语音通信(VoIP：Voice over IP)急速普及，因此可以预料在移动无线通信系统中，今后将广泛使用VoIP的技术。

在以IP通信为代表的分组通信中，因为在传输路径上会发生分组丢失，所以作为语音编码方式最好的是抗帧丢失性高的方式。这里，CELP方式使用作为以前所量化的声源信号的buffer(缓存器)的自适应码本，对当前的语音信号进行编码，所以如果一旦发生了传输路径差错，就使得编码器端(发送端)和解码器端(接收端)的自适应码本的内容不一致，因此这种差错的影响除了发生传输路径差错的帧以外，还传播到后续的未发生传播路径差错的正常的帧。因此，不能说CELP方式是帧丢失容错性高的方式。

作为提高帧丢失容错性的方法，例如有在丢失了分组或帧的一部分时，利用其它分组或帧的一部分而进行解码的方法广为人知。可扩展编码(又称为埋入式(emmbedded)编码或分层编码)是实现这种方法的技术之一。以可扩展编码方式编码的信息由核心层编码信息和增强层编码信息构成。接收了以可扩展编码方式编码的信息的解码装置，即使没有增强层编码信息，也能够仅从核心层编码信息解码再现语音所需的最低限度的语音信号。

作为可扩展编码的一个例子，有在编码对象的信号的频带具有可扩展性的方法(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的技术中，以第一CELP编码电路将下采样后的输入信号编码，并使用该编码结果以第二CELP编码电路将该输入信号编码。根据该专利文献1所记载的技术，通过增加编码层数以增大比特率，能够扩大信号频带并提高再现语音的质量，并且即使没有增强层编码信息也能够将信号频带较窄的语音信号以无差错的状态解码，再现为语音。

(专利文献1)特开平11-30997号公报

发明内容

本发明需要解决的问题

然而，在专利文献1所记载的技术，因为以利用自适应码本的CELP方式而生成核心层编码信息，所以不能说对核心层编码信息的丢失的容错能力高。

这里，如果在CELP方式中不使用自适应码本的话，语音信号的编码就不再依赖于编码器内部的存储器(记忆)，因此不出现差错传播，语音信号的容错能力就增大。但是，如果在CELP方式中不使用自适应码本的话，变得只由固定码本进行语音信号的量化，因此一般会来说使再现语音的质量恶化。并且，如果只使用固定码本来使再现语音达到高质量，则固定码本需要较多的比特数，而且所编码的语音数据需要较高的比特率。

因此，本发明的目的为提供一种语音编码装置等，它能够提高对帧丢失差错的容错能力而不使固定码本的比特数增大。

解决问题的方法

本发明涉及的语音编码装置所采用的结构包括：低频分量编码单元，对语音信号中至少有低于规定频率的频带的低频分量，不使用帧间预测进行编码而生成低频分量编码信息；以及高频分量编码单元，对所述语音信号中的至少有高于所述规定频率的频带的高频分量，使用帧间预测进行编码而生成高频分量编码信息。

发明的效果

根据本发明，因为对听觉上重要的语音信号的低频分量(例如低于500Hz的低频率分量)以不依赖于存储器(记忆)的编码方式，即，不使用帧间预测的方式，例如波形编码方式或在频域的编码方式进行编码，并且对语音信号中的高频分量以使用自适应码本和固定码本的CELP方式进行编码，所以有关语音信号中的低频分量，不出现差错传播，并且通过使用以丢失帧的前后的正常的帧的内插(插补)，能够进行隐藏处理，由此提高有关该低频分量的容错能力。其结果，根据本发明，能够可靠地提高由具备语音解码装置的通信装置再现的语音的质量。

另外，根据本发明，因为对语音信号中的低频分量适用波形编码等不使用帧间预测的编码方式，所以能够将通过语音信号的编码而生成的语音数据的数据量抑制到必要最小限度。

再者，根据本发明，以一定包括语音的基本频率(pitch：音调)的方式而设定语音信号的低频分量的频带，因此能够使用由低频分量编码信息所解码的声源信号低频分量来计算在高频分量编码单元中的自适应码本的音调周期(pitch lag)信息。由这个特征，根据本发明，高频分量编码单元即使不将音调周期信息作为高频分量编码信息编码并传输，也能够使用自适应码本将语音信号的高频分量编码。另外，根据本发明，在高频分量编码单元将音调周期信息作为高频分量编码信息编码并传输时，高频分量编码单元也能够通过利用由低频分量编码信息的解码信号计算出的音调周期信息，以较少的比特数有效率地量化音调周期信息。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式中的语音信号传输系统的结构的方框图。

图2是表示本发明的一个实施方式的语音编码装置的结构的方框图。

图3是表示本发明的一个实施方式的语音解码装置的结构的方框图。

图4是表示本发明的一个实施方式的语音编码装置的动作的图。

图5是表示本发明的一个实施方式的语音解码装置的动作的图。

图6是表示语音编码装置的变形例的结构的方框图。

具体实施方式

以下，适当地参照附图，详细地说明本发明的一个实施方式。

图1是表示语音信号传输系统的结构的方框图，它包括本发明的一个实施方式涉及的具备语音编码装置的无线通信装置110和本实施方式涉及的具备语音解码装置的无线通信装置150。另外，无线通信装置110和无线通信装置150都是在便携式电话等的移动通信系统中的无线通信装置，通过未图示的基站装置而发送/接收无线信号。

无线通信装置110包括：语音输入单元111、模拟/数字(A/D)转换器112、语音编码单元113、发送信号处理单元114、无线频率(Radio Frequency：RF)调制单元115、无线发送单元116以及天线单元117。

语音输入单元111由麦克风等构成，将语音变换到作为电气信号的模拟语音信号，并将所生成的语音信号输入到A/D转换器112。

A/D转换器112将从语音输入单元111输入的模拟语音信号转换到数字语音信号，将该数字语音信号输入到语音编码单元113。

语音编码单元113将从A/D转换器112输入的数字语音信号编码而生成语音编码比特串，并将所生成的语音编码比特串输入到发送信号处理单元114。另外，有关语音编码单元113的动作和功能将在后面详述。

发送信号处理单元114对从语音编码单元113输入的语音编码比特串进行了信道编码处理、分组化处理以及发送缓存处理等后，将进行了这些处理的语音编码比特串输入到RF调制单元115。

RF调制单元115将从发送信号处理单元114输入的语音编码比特串以规定的方式调制，并将调制后的语音编码信号输入到无线发送单元116。

无线发送单元116包括变频器和低噪声放大器等，将从RF调制单元115输入的语音编码信号变换到规定频率的载波，并将该载波以规定的功率通过天线单元117无线发送。

另外，在无线通信装置110中，对由A/D转换器112生成的数字语音信号，以几十ms的帧为单位进行A/D转换后的各种信号处理。另外，在作为语音信号传输系统的结构单元的未图示的网络为分组网时，发送信号处理单元11 4由相当于一个帧或几个帧的语音编码比特串，生成一个分组。另外，在所述网络为电路交换网时，发送信号处理单元114不需进行分组化处理和发送缓存处理。

另一方面，无线通信装置150包括：天线单元151、无线接收单元152、RF解调单元153、接收信号处理单元154、语音解码单元155、数字/模拟(D/A)转换器156以及语音再现单元157。

无线接收单元152包括带通滤波器和低噪音放大器等，从由天线单元151捕获的无线信号生成作为模拟的电气信号的接收语音信号，并将所生成的接收语音信号输出到RF解调单元153。

RF解调单元153，将从无线接收单元152输入的接收语音信号以与RF调制单元115中的调制方式对应的解调方式解调而生成接收语音编码信号，并将所生成的接收语音编码信号输入到接收信号处理单元154。

接收信号处理单元154对从RF解调单元153输入的接收语音编码信号，施以抖动(jitter)吸收缓存处理、分组分解处理以及信道解码处理等而生成接收语音编码比特串，并将所生成的接收语音编码比特串输入到语音解码单元155。

语音解码单元155进行对从接收信号处理单元154输入的接收语音编码比特串的解码处理而生成数字解码语音信号，并将所生成的数字解码语音信号输入到D/A转换器156。

D/A转换器156将从语音解码单元155输入的数字解码语音信号转换到模拟解码语音信号，并将转换后的模拟解码语音信号输入到语音再现单元157。

语音再现单元157将从D/A转换器156输入的模拟解码语音信号变换成空气振动而作为声波输出，以能够被人听见。

图2是表示本实施方式的语音编码装置200的结构的方框图。语音编码装置200包括：线性预测编码(Linear Predictive Coding：LPC)分析单元201、LPC编码单元202、低频分量波形编码单元210、高频分量编码单元220以及分组化单元231。

另外，语音编码装置200中的LPC分析单元201、LPC编码单元202、低频分量波形编码单元210以及高频分量编码单元220构成无线通信装置110中的语音编码单元113，分组化单元231为无线通信装置110中的发送信号处理单元114的一部分。

另外，低频分量波形编码单元210包括：线性预测逆滤波器211、1/8下采样(DS)单元212、缩放单元213、标量(scalar)量化单元214以及8倍上采样(US)单元215。再有，高频分量编码单元220包括加法单元221、227、228、加权误差最小化单元222、音调分析单元223、自适应码本(ACB)单元224、固定码本(FCB)单元225、增益量化单元226以及合成滤波器229。

LPC分析单元201对从A/D转换器112输入的数字语音信号施以线性预测分析，并将作为分析结果的LPC参数(线性预测系数或LPC系数)输入到LPC编码单元202。

LPC编码单元202将从LPC分析单元201输入的LPC参数编码而生成量化LPC，将量化LPC的编码信息输入到分组化单元231，同时将所生成的量化LPC分别输入到线性预测逆滤波器211和合成滤波器229。另外，LPC编码单元202例如通过将LPC参数一旦变换到LSP参数等，然后通过将变换后的LSP参数矢量量化等方法来将LPC参数编码。

低频分量波形编码单元210基于从LPC编码单元202输入的量化LPC，计算从A/D转换器112输入的数字语音信号的线性预测残差信号，通过对该计算结果进行下采样处理，而提取语音信号中的由低于规定频率的频带构成的低频分量，并将所提取的低频分量波形编码，从而生成低频分量编码信息。然后，低频分量波形编码单元210将该低频分量编码信息输入到分组化单元231，同时将由该波形编码生成的、被量化的低频分量波形编码信号(声源波形)输入到高频分量编码单元220。由低频分量波形编码单元210生成的低频分量波形编码信息构成由可扩展编码而生成的编码信息中的核心层编码信息。另外，该低频分量的上限频率最好为500Hz～1kHz左右。

线性预测逆滤波器211是使用从LPC编码单元202输入来的量化LPC对数字语音信号进行以式(1)表示的信号处理的数字滤波器，通过以式(1)表示的信号处理来计算线性预测残差信号，将计算出的线性预测残差信号输入到1/8DS单元212。另外，在式(1)中，X(n)代表线性预测逆滤波器的输入信号串，Y(n)代表线性预测逆滤波器的输出信号串，α(i)代表i次的量化LPC。

(式1)

$Y\left(n\right)=X\left(n\right)+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}\left(i\right)\×X(n-i))---\left(1\right)$

1/8DS单元212对从线性预测逆滤波器211输入的线性预测残差信号进行八分之一的下采样，将采样频率为1kHz的采样信号输入到缩放单元213。另外，在本实施方式，假设在1/8DS单元212或后述的8倍US单元215中，通过采用与因下采样而出现的延迟时间对应的预读信号(实际上加入了预读的数据或插入零)等而不产生延迟。另外，在1/8DS单元212或8倍US单元215产生延迟时，为了在后述的加法器228能够顺利的匹配，在后述的加法器227中使输出声源矢量延迟。

缩放单元213对从1/8DS单元212输入的采样信号(线性预测残差信号)中的在一个帧中具有最大振幅的样本，以规定的比特数加以标量量化(例如8比特μ-Law/A-law PCM：Pulse Code Modulation：脉冲编码调制)，并将有关该标量量化的编码信息(缩放系数编码信息)输入到分组化单元231。另外，缩放单元213以被施以标量量化的最大振幅值将相当于一个帧的线性预测残差信号予以缩放(归一化)，将被缩放的线性预测残差信号输入到标量量化单元214。

标量量化单元214对从缩放单元213输入的线性预测残差信号进行标量量化，将有关该标量量化的编码信息(归一化声源信号低频分量编码信息)输入到分组化单元231，同时将进行了标量量化的线性预测残差信号输入到8倍US单元215。另外，标量量化单元214在该标量量化中，适用例如PCM或差分脉冲编码调制(DPCM：Differential Pulse-Code Modulation)方式。

8倍US单元215对从标量量化单元214输入的进行了标量量化的线性预测残差信号进行8倍上采样，使它成为采样频率8kHz的信号后，将该采样信号(线性预测残差信号)分别输入到音调分析单元223和加法单元228。

高频分量编码单元220将高频分量CELP编码而生成高频分量编码信息，该高频分量是由低频分量波形编码单元210编码的语音信号的低频分量以外的分量，即，语音信号中的由高于所述频率的频带构成的分量。然后，高频分量编码单元220将所生成的高频分量编码信息输入到分组化单元231。由高频分量编码单元220生成的高频分量编码信息构成可扩展编码的编码信息中的增强层编码信息。

加法器221通过从由A/D转换器112输入的数字语音信号中，减去由后述的合成滤波器229输入的合成信号，从而计算差错信号，将所计算出的差错信号输入到加权误差最小化单元222。另外，由加法器221计算出的差错信号相当于编码失真。

加权误差最小化单元222使用听觉加权滤波器对于从加法器221输入的差错信号决定在FCB单元225和增益量化单元226中的编码参数以使其误差为最小，并且分别向FCB单元225和增益量化单元226指示该决定的编码参数。另外，加权误差最小化单元222基于在LPC分析单元201所分析的LPC参数，计算听觉加权滤波器的滤波系数。

音调分析单元223计算从8倍US单元215输入的进行了上采样的标量量化后的线性预测残差信号(声源波形)的音调周期，将所计算出的音调周期输入到ACB单元224。也就是说，音调分析单元223使用当前或以前被标量量化的低频分量的线性预测残差信号(声源波形)来搜索当前的音调周期。另外，音调分析单元223能够以例如使用归一化自相关函数的一般的方法计算音调周期。附带一提，女声的较高的音调为400Hz左右。

ACB单元224在内置的缓存器中存储从后述的加法器227输入的以前所生成的输出声源矢量，基于从音调分析单元223输入的音调周期生成自适应码矢量，将所生成的自适应码矢量输入到增益量化单元226。

FCB单元225将声源矢量作为固定码矢量输入到增益量化单元226，该声源矢量与由加权误差最小化单元222指示的编码参数对应。另外，FCB单元225将表示该固定码矢量的代码输入到分组化单元231。

增益量化单元226生成与由加权误差最小化单元222指示的编码参数对应的增益，具体地说，生成对应于来自ACB单元224的自适应码矢量和来自FCB单元225的固定码矢量的增益，即自适应码本增益和固定码本增益。然后，增益量化单元226将所生成的自适应码本增益与从ACB单元224输入的自适应码矢量相乘，同样地，将固定码本增益与从FCB单元225输入的固定码矢量相乘，并将这些相乘结果输入到加法器227。另外，增益量化单元226将由加权误差最小化单元222指示的增益参数(编码信息)输入到分组化单元231。另外，对自适应码本增益和固定码本增益可以分别进行标量量化，也可以作为二维矢量进行矢量量化。另外，进行使用了数字语音信号的帧间或子帧间的预测的编码时，可提高该编码效率。

加法器227将从增益量化单元226输入的、已乘以自适应码本增益的自适应码矢量与同样地已乘以固定码本增益的固定码矢量相加，从而生成高频分量编码单元220的输出声源矢量，将所生成的输出声源矢量输入到加法器228。并且，加法器227在决定最适当的输出声源矢量后，将该最适当的输出声源矢量作为反馈通知给ACB单元224，从而更新自适应码本的内容。

加法器228将在低频分量波形编码单元210生成的线性预测残差信号与在高频分量编码单元220生成的输出声源矢量相加，并将所相加的输出声源矢量输入到合成滤波器229。

合成滤波器229使用从LPC编码单元202输入的量化LPC，将从加法器228输入的输出声源矢量作为驱动声源，由LPC合成滤波器进行合成，并将该合成信号输入到加法器221。

分组化单元231将从LPC编码单元202输入的量化LPC的编码信息和从低频分量波形编码单元210输入的缩放系数编码信息以及归一化声源信号低频分量编码信息分类到低频分量编码信息，而将从高频分量编码单元220输入的固定码矢量编码信息以及增益参数编码信息分类到高频分量编码信息，并对该低频分量编码信息和高频分量编码信息分别进行分组化，无线发送到传输路径。分组化单元231特别将包含低频分量编码信息的分组无线发送到已进行QoS(Quality of Service)控制等的传输路径。另外，分组化单元231可以适用加以较强的差错保护的信道编码，将低频分量编码信息无线发送到传输路径，以取代无线发送到已进行QoS控制等的传输路径。

图3是表示本实施方式的语音解码装置300的结构的方框图。语音解码装置300包括：LPC解码单元301、低频分量波形解码单元310、高频分量解码单元320、分组分解单元331、加法器341、合成滤波器342以及后处理单元343。另外，在语音解码装置300中的分组分解单元331是无线通信装置150中的接收信号处理单元154的一部分，LPC解码单元301、低频分量波形解码单元310、高频分量解码单元320、加法单元341以及合成滤波器342构成语音解码单元155的一部分，还有，后处理单元343构成语音解码单元155的一部分和D/A转换器156的一部分。

低频分量波形解码单元310包括：标量解码311、缩放单元312以及8倍US单元313。另外，高频分量解码单元320包括：音调分析单元321、ACB单元322、FCB单元323、增益解码单元324以及加法器325。

分组分解单元331被分别输入包含低频分量编码信息(量化LPC编码信息、缩放系数编码信息和归一化声源信号低频分量编码信息)的分组和包含高频分量编码信息(固定码矢量编码信息和增益参数编码信息)后，分别将量化LPC编码信息输入到LPC解码单元301，将缩放系数编码信息和归一化声源信号低频分量编码信息输入到低频分量波形解码单元310，将固定码矢量编码信息和增益参数编码信息输入到高频分量解码单元320。另外，在本实施方式，因为包含低频分量编码信息的分组经由因QoS控制等而不易发生传输路径差错和丢失的线路被接收，所以接到分组分解单元331的输入线路有二条。另外，分组分解单元331在检测出分组丢失时，向原本应将该丢失的分组所包含的编码信息解码的结构单元，即，LPC解码单元301、低频分量波形解码单元310或高频分量解码单元320中的一个，通知有分组丢失。然后，从分组分解单元331接受该分组丢失的通知的结构单元以隐藏处理进行解码处理。

LPC解码单元310将从分组分解单元331输入的量化LPC的编码信息解码，将解码后的LPC输入到合成滤波器342。

标量解码单元311将从分组分解单元331输入的归一化声源信号低频分量编码信息解码，将解码后的声源信号低频分量输入到缩放单元312。

缩放单元312由从分组分解单元331输入的缩放系数编码信息解码成缩放系数，并将从标量解码单元311输入的归一化声源信号低频分量乘以解码后的缩放系数而生成语音信号的低频分量的解码声源信号(线性预测残差信号)，将所生成的解码声源信号输入到8倍US单元313。

8倍US单元313对从缩放单元312输入的解码声源信号进行8倍上采样，而使它成为采样频率8kHz的采样信号，然后将该采样信号分别输入到音调分析单元321和加法单元341。

音调分析单元321计算从8倍US单元313输入的采样信号的音调周期，并将所计算出的音调周期输入到ACB单元322。音调分析单元321能够以例如使用归一化自相关函数的一般的方法而计算音调周期。

ACB单元322是解码声源信号的缓存器，基于从音调分析单元321输入的音调周期而生成自适应码矢量，将所生成的自适应码矢量输入到增益解码单元324。

FCB单元323基于从分组分解单元331输入的高频分量编码信息(固定码矢量编码信息)生成固定码矢量，将所生成的固定码矢量输入到增益解码单元324。

增益解码单元324使用从分组分解单元331输入的高频分量编码信息(增益参数编码信息)，将自适应码本增益和固定码本增益解码，将所解码的自适应码本增益与从ACB单元322输入的自适应码矢量相乘，同样地将所解码的固定码本增益与FCB单元323输入的固定码矢量相乘，并将该两个乘法结果输入到加法器325。

加法器325将从增益解码单元324输入的两个乘法结果相加，将该加法结果作为高频分量解码单元320的输出声源矢量输入到加法器341。并且，加法器325将该输出声源矢量作为反馈通知给ACB单元322，以更新自适应码本的内容。

加法器341将从低频分量波形解码单元310输入的采样信号与从高频分量解码单元320输入的输出声源矢量相加，将该加法结果输入到合成滤波器342。

合成滤波器342是使用从LPC解码单元301输入的LPC而构成的线性预测滤波器，以从加法器341输入的加法结果驱动所述线性预测滤波器而进行语音合成，将所合成的语音信号输入到后处理单元343。

后处理单元343对由合成滤波器342生成的信号施以为改善其主观质量的处理，例如后滤波、背景噪音抑制处理或背景噪音的主观质量改善处理等，从而生成最终的语音信号。因此，本发明涉及的语音信号生成单元由加法器341、合成滤波器342和后处理单元343构成。

接着，使用图4和图5说明本实施方式涉及的语音编码装置200和语音解码装置300的动作。

图4表示在语音编码装置200中，由语音信号生成低频分量编码信息和高频分量编码信息的形态。

低频分量波形编码单元210通过对语音信号进行下采样等，来提取其低频分量，将所提取出的低频分量波形编码而生成低频分量编码信息。然后，语音编码装置200对所生成的低频分量编码信息进行比特流化、分组化和调制处理等后，将它无线发送。另外，低频分量波形编码单元210对语音信号的低频分量生成线性预测残差信号(声源波形)而量化，将量化后的线性预测残差信号输入到高频分量编码单元220。

高频分量编码单元220生成高频分量编码信息，以使基于所量化的线性预测残差信号而生成的合成信号和被输入的语音信号的误差为最小。而语音编码装置200对所生成的高频分量编码信息进行比特流化、分组化和调制处理等后，将它无线发送。

图5表示在语音解码装置300中，由通过传输路径接收的低频分量编码信息和高频分量编码信息，再现语音信号的形态。低频分量波形解码单元310将低频分量编码信息解码而生成语音信号的低频分量，将所生成的低频分量输入到高频分量解码单元320。高频分量解码单元320将增强层编码信息解码而生成语音信号的高频分量，通过将所生成的高频分量与从低频分量波形解码单元310输入的低频分量相加，从而生成再现用的语音信号。

这样，根据本实施方式，将听觉上重要的语音信号的低频分量(例如低于500Hz的低频率分量)以不使用帧间预测的波形编码方式编码，并且，将其它的高频分量以利用帧间预测的编码方式，即，以利用ACB单元224和FCB单元225的CELP方式编码。因此，有关语音信号中的低频分量不出现差错传播，同时能够通过使用以丢失帧的前后的正常的帧的内插(插补)，能够进行隐藏处理，由此能够提高有关该低频分量的容错能力。其结果，根据本实施方式，能够可靠地提高由具备语音解码装置300的无线通信装置150再现的语音的质量。另外，这里帧间预测是指由以前的帧的内容预测当前或未来的帧的内容。

另外，根据本实施方式，因为对语音信号的低频分量适用波形编码方式，所以能够将由语音信号的编码而生成的语音数据的数据量抑制为必要最小限度。

再者，根据本实施方式，以一定包括语音的基本频率(音调)的方式而设定语音信号的低频分量的频带，因此能够使用由低频分量编码信息解码的声源信号低频分量，计算在高频分量编码单元220中的自适应码本的音调周期信息。由这个特征，根据本实施方式，高频分量编码单元220即使不将音调周期信息作为高频分量编码信息编码，也能够使用自适应码本将语音信号编码。另外，根据本实施方式，在高频分量编码单元220将音调周期信息作为高频分量编码信息编码时，高频分量编码单元220通过利用由低频分量编码信息的解码信号计算出的音调周期信息，能够以较少的比特数有效率地量化音调周期信息。

再者，因为在本实施方式将低频分量编码信息和高频分量编码信息由分别不同的分组无线发送，所以通过进行与包含低频分量编码信息的分组相比优先废弃包含高频分量编码信息的分组的优先控制，能够进一步改善语音信号的容错能力。

另外，本实施方式可以应用或变形如下：在本实施方式，说明了低频分量波形编码单元210使用波形编码方式作为不利用帧间预测的编码方式，并且高频分量编码单元220使用利用ACB单元224和FCB单元225的CFLP方式作为利用帧间预测的编码方式的情况。但是本发明不限于此，例如还可使低频分量波形编码单元210使用在频域的编码方式作为不利用帧间预测的编码方式，或是高频分量编码单元220使用语音编码器(Vocoder)方式等作为利用帧间预测的编码方式。

在本实施方式，举例说明低频分量的上限频率为500Hz～1kHz左右的情况，但本发明不限于此，还可根据被编码的整个带宽和传输路径的线路速度等，将上限频率设定为比1kHz更高的值。

另外，在本实施方式，假设在低频分量波形编码单元210的低频分量的上限频率为500Hz～1kHz左右、在1/8DS单元212的下采样为八分之一的情况加以说明，但本发明不限于此，例如还可设定在1/8DS单元212的下采样倍率以使在低频分量波形编码单元210被编码的低频分量的上限频率为奈奎斯特频率。另外，在8倍US单元215中的倍率也是同样。

另外，在本实施方式，说明了将低频分量编码信息和高频分量编码信息由分别不同的分组发送/接收的情况，但本发明不限于此，例如还可以由一个分组发送/接受低频分量编码信息和高频分量编码信息。这时虽然无法获得由可扩展编码的QoS控制的效果，但对低频分量能够发挥防止差错传播的效果，而且能够进行高质量的帧丢失隐藏处理。

另外，在本实施方式，说明了以语音信号中的低于规定频率的频带为低频分量，而以高于所述频率的频带为高频分量的情况，但本发明不限于此，例如还可以使语音信号的低频分量至少包括低于规定频率的频带，而使其高频分量至少包括超过所述频率的频带。也就是说，在本发明中，可以使语音信号中的低频分量所包含的频带和高频分量所包含的频带重叠一部分。

另外，在本实施方式，说明了在高频分量编码单元220中，直接使用从由低频分量波形编码单元210生成的声源波形计算出的音调周期的情况，但本发明不限于此，例如在高频分量编码单元220，在从由低频分量波形编码单元210生成的声源波形计算出的音调周期的附近，进行自适应码本的再搜索，并生成通过该再搜索而获得的音调周期与从所述信号波形计算出的音调周期的误差信息，将所生成的误差信息也一起编码并无线发送。

图6是表示该变形例的语音编码装置600的结构的方框图。在图6中，对发挥与在图2所示的语音编码装置200的结构单元相同的功能的结构单元赋予相同的参照标号。图6中，在高频分量编码单元620，加权误差最小化单元622进行ACB单元624的再搜索，接着由ACB单元624生成通过该再搜索而获得的音调周期与从由低频分量波形编码单元210生成的声源波形来计算的音调周期的误差信息，将所生成的误差信息输入到分组化单元631。然后，分组化单元631将该误差信息作为高频分量编码信息的一部分进行分组化而无线发送。

另外，在本实施方式所使用的固定码本有时被称为噪声码本、概率码本或随机码本。

另外，在本实施方式所使用的固定码本有时又被称为固定声源码本，自适应码本有时又被称为自适应声源码本。

另外，有时将取在本实施方式使用的LSP的余弦的，即，以LSP为L(i)时的cos(L(i))，特别称为LSF(Line Spectral Frequency)而与LSP划分，但在本说明书，设LSF为LSP的一种形态，LSF包含于LSP。也就是，可以将LSP读成LSF。同样地，也可以将LSP读成ISP(Immittance Spectrum Pairs)。

另外，这里，以由硬件构成本发明的情况作为例子加以说明，但本发明能够由软件实现。例如，以编程语言描述本发明涉及的语音编码方法的算法，并通过将该程序存储于存储器，以信息处理来执行，从而能够实现与本发明涉及的语音编码装置同样的功能。

另外，用于上述实施方式的说明中的各功能块通常可实现为LSI，它是一种集成电路。这些块既可是每个块分别集成到一个芯片，或者可以是一部分或所有块集成到一个芯片。

虽然此处称为LSI，但根据集成程度，可以被称为IC、系统LSI、超级LSI(Super LSI)、或特大LSI(Ultra LSI)。

另外，实现集成电路化的方法不仅限于LSI，也可使用专用电路或通用处理器实现之。在LSI制造后可利用可编程的FPGA(Field Programmable GateArray)，或者可以使用可重构LSI内部的电路单元的连接和设定的可重构处理器。

再者，随着半导体的技术进步或随之派生的其它技术的出现，如果能够出现替代LSI集成电路化的新技术，当然可利用新技术进行功能块的集成化。还存在着适用生物技术等的可能性。

本说明书是根据2004年8月31日申请的日本专利申请第2004-252037号。其内容全部包含于此。

工业实用性

本发明涉及的语音编码装置在CELP型语音编码中，具有能够提高容错能力而不使固定码本的比特数增大的效果，作为在移动无线通信系统中的无线通信装置等有用。

Claims (7)

1.一种语音编码装置，包括：

低频分量编码单元，对语音信号中的至少有低于规定频率的频带的低频分量，不使用帧间预测进行编码，从而生成低频分量编码信息；以及

高频分量编码单元，对所述语音信号中的至少有高于所述规定频率的频带的高频分量，使用帧间预测进行编码，从而生成高频分量编码信息。

2.如权利要求1所述的语音编码装置，其中，

所述低频分量编码单元对所述低频分量波形进行编码而生成所述低频分量编码信息，

所述高频分量编码单元对所述高频分量使用自适应码本和固定码本进行编码而生成所述高频分量编码信息。

3.如权利要求2所述的语音编码装置，其中，

所述高频分量编码单元基于由所述低频分量编码单元的波形编码而生成的声源波形，对所述自适应码本中的音调周期信息进行量化。

4.一种语音解码装置，包括：

低频分量解码单元，将低频分量编码信息解码，该低频分量编码信息通过对语音信号中的至少有低于规定频率的频带的低频分量不使用帧间预测进行编码而生成；

高频分量解码单元，将高频分量编码信息解码，该高频分量编码信息通过对所述语音信号中至少有高于所述规定频率的频带的高频分量使用帧间预测进行编码而生成；以及

语音信号生成单元，由所解码的低频分量编码信息生成语音信号。

5.一种通信装置，包括如权利要求1所述的语音编码装置。

6.一种通信装置，包括如权利要求4所述的语音解码装置。

7.一种语音编码方法，包括：

对语音信号中的至少有低于规定频率的频带的低频分量不使用帧间预测进行编码而生成低频分量编码信息的步骤；以及

对所述语音信号中的至少有高于所述规定频率的频带的高频分量使用帧间预测进行编码而生成高频分量编码信息的步骤。

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