信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序

摘要

本发明涉及能够通过频带的扩展来再现具有更好音质的音乐信号的信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、解码器和解码方法、以及程序。采样频率变换单元对输入信号的采样频率进行变换，并且子带分割电路将采样变换之后的输入信号分割成具有对应于采样频率的数量的子带的子带信号。伪高带子带功率计算电路基于输入信号的低带信号和具有用于各个高带子带的系数的系数表来计算伪高带子带功率。伪高带子带功率差计算电路将高带子带功率与伪高带子带功率相互比较并且从多个系数表中选择系数表。另外，指定系数表的系数索引被编码并且被设定为高带编码数据。本发明可以应用到编码器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理装置和信号处理方法、编码器和编码方法、 解码器和解码方法、以及程序，并且更具体地，涉及用于通过扩展频带来 再现具有改进的音质的音乐信号的信号处理装置和信号处理方法、编码器 和编码方法、解码器和解码方法、以及程序。

背景技术

近来，用于经由互联网分发音乐数据的音乐分发服务已经有所增加。 音乐分发服务分发通过对音乐信号进行编码而获得的编码数据，作为音乐 数据。作为音乐信号的编码方法，一种编码方法已经被普遍使用，在该种 方法中，抑制编码数据文件大小以降低比特率，从而节省下载时间。

音乐信号的该种编码方法大致分为例如MP3（MPEG（运动图片专 家组）音频层3）（国际标准ISO/IEC 11172-3）的编码方法和例如HE-AAC （高效MPEG4AAC）（国际标准ISO/IEC 14496-3）的编码方法。

以MP3为代表的编码方法消除了音乐信号中的具有大约15kHz或者 更高的高频带（下文中称为高带）的信号分量，该高频带的信号分量对于 人类来说是极细微的，并且对其余的低频带（下文中称为低带）的信号分 量进行编码。因此，这种编码方法被称为高带消除编码方法。这种高带消 除的编码方法可以抑制编码数据的文件大小。然而，由于高带的声音可以 被人类轻微地感知到，所以如果根据通过对编码数据进行解码而获得的解 码音乐信号而产生并输出声音，则声音受到音质的损失，从而就损失了原 始声音的真实感并且发生如声音模糊等音质退化。

与此不同，以HE-AAC为代表的编码方法从高带的信号分量中提取 特定信息并且将该信息与低带的信号分量相结合地进行编码。这种编码方 法在下文中称为高带特征编码方法。由于高带特征编码方法仅仅将高带的 信号分量的特征信息进行编码作为高带的信号分量的信息，所以抑制了音 质的退化并且可以提高编码效率。

在对高带特征编码方法所编码的数据进行解码时，低带的信号分量和 特征信息被解码，并且根据被解码后的低带的信号分量和特征信息来产生 高带的信号分量。因此，将通过根据低带的信号分量产生高带的信号分量 而扩展高带的信号分量的频带的技术称为带扩展技术。

作为带扩展方法的应用示例，在对通过高带消除编码方法所编码的数 据进行解码之后，执行后处理。在后处理中，由已解码的低带信号分量产 生在编码时损失的高带信号分量，从而扩展低带的信号分量的频带（参见 专利文献1）。现有技术的频带扩展的方法在下文中称为专利文献1的带 扩展方法。

在专利文献1的带扩展方法中，该装置通过将解码之后的低带的信号 分量设置为输入信号来根据该输入信号的功率谱估计高带的功率谱（下文 中，适当地称为高带的频率包络），并且根据低带的信号分量产生具有高 带的频率包络的高带的信号分量。

图1示出了作为输入信号的在解码之后的低带的功率谱和估计的高 带的频率包络的示例。

在图1中，垂直轴示出了作为对数的功率并且水平轴示出了频率。

装置根据关于输入信号的编码系统的种类以及信息（诸如采样速率、 比特率等）（下文中称为边信息）确定高带的信号分量的低带频带（下文 中称为扩展起始带）。接着，装置将作为低带的信号分量的输入信号分割 为多个子带信号。装置获得分割后的多个子带信号，即，获得了在比扩展 起始带低的低带侧（在下文中简称为低带侧）的多个子带信号的每个功率 的时间方向上的各个组（在下文中称为组功率）的平均。如图1中示出的， 根据该装置，假定低带侧的多个子带的信号的各个组功率的平均值是功 率，并且使得扩展起始带的较低端的频率为频率的点是起始点。装置将通 过起始点的、预定斜率的基本直线估计为高于扩展起始带的高带（在下文 中，简称为高带侧）的频率包络。此外，可以由用户调整功率方向上的起 始点的位置。装置根据低带侧的子带的多个信号来产生高带侧的子带的多 个信号中的每个信号，以作为所估计的高带侧的频率包络。装置将高带侧 的子带的多个所产生的信号彼此相加成为高带的信号分量，并且将低带的 信号分量彼此相加以输出相加后的信号分量。因此，扩展频带后的音乐信 号接近于原始音乐信号。然而，可以产生更好质量的音乐信号。

在专利文献1中公开的带扩展方法具有如下优点：在对关于各种高带 消除编码方法的编码数据以及各种比特率的编码数据进行解码之后，可以 扩展音乐信号的频带。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2008-139844

发明内容

本发明要解决的问题

因此，专利文献1中公开的带扩展方法可以进行如下改进：所估计的 高带侧的频率包络是预定斜率的基本直线，即频率包络的形状是固定的。

换句话说，音乐信号的功率谱具有各种形状，并且音乐信号具有许多 以下情况：由专利文献1中公开的带扩展方法所估计的高带侧的频率包络 显著地偏离。

图2示出了随着用力击打一次鼓而具有合拍（in time）快速变化的起 奏音乐信号（起奏音乐信号（attack music signal））的原始功率谱的示例。

此外，图2还示出通过用专利文献1中公开的带扩展方法将起奏相关 音乐信号的低带侧的信号分量设置为输入信号，来根据该输入信号估计的 高带侧的频率包络。

如图2所示，起奏音乐信号的原始高带侧的功率谱具有基本上平坦的 形状。

与此不同，所估计的高带侧的频率包络具有预定的负斜率，并且即使 该频率被调整为具有接近原始功率谱的功率，该功率与原始功率谱之间的 差值也会随着频率的变高而变大。

因此，在专利文献1中公开的带扩展方法中，所估计的高带侧的频率 包络不能以高精确度再现原始高带侧的频率包络。因此，如果扩展频带后 的音乐信号的声音被再现和输出，则声音的清晰度在听觉上低于原始声 音。

此外，在如上所述的例如HE-ACC等高带特征编码方法中，高带侧 的频率包络用作所编码的高带信号分量的特征信息。然而，需要在解码侧 以高精确度再现原始高带侧的频率包络。

本发明是考虑了这样的情况而做出的，并且通过扩展频带来提供具有 更好音质的音乐信号。

问题的解决方案

根据本发明的第一方面的信号处理装置包括：子带分割单元，该子带 分割单元接收具有任意的采样频率的输入信号作为输入，并且产生输入信 号的低带侧的多个子带的低带子带信号和输入信号的高带侧的多个子带 的高带子带信号，该高带侧的子带具有与输入信号的采样频率对应的数 量；伪（pseudo）高带子带功率计算单元，该伪高带子带功率计算单元基 于具有用于高带侧的各个子带的系数的系数表和低带子带信号针对高带 侧的各个子带来计算伪高带子带功率，该伪高带子带功率为高带子带信号 的功率的估计值；选择单元，该选择单元将高带子带信号的高带子带功率 与伪高带子带功率相互比较，并且选择多个系数表中的一个；以及产生单 元，该产生单元产生包含用于获得所选择的系数表的系数信息的数据。

子带分割单元可以将输入信号分割成多个子带的高带子带信号，以使 得高带子带信号的子带的带宽具有与构成系数表的各个系数的子带的带 宽相同的宽度。

信号处理装置还可以包括扩展单元，该扩展单元在系数表不具有预定 子带的系数时，基于构成系数表的各个子带的系数产生预定子带的系数。

数据可以是通过对系数信息进行编码而获得的高带编码数据。

信号处理装置还可以包括：对输入信号的低带信号进行编码以产生低 带编码数据的低带编码单元；以及，对高带编码数据和低带编码数据进行 复用以产生输出代码串的复用单元。

根据本发明的第一方面的信号处理方法和程序包括如下步骤：接收具 有任意采样频率的输入信号作为输入，并且生成输入信号的低带侧的多个 子带的低带子带信号和输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号，该 高带侧的子带具有与输入信号的采样频率对应的数量；基于具有用于高带 侧的各个子带的系数的系数表和低带子带信号针对高带侧的各个子带计 算伪高带子带功率，该伪高带子带功率为高带子带信号的功率的估计值； 将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相互比较，并且选择多 个系数表中的一个；以及产生包含用于获得所选择的系数表的系数信息的 数据。

根据本发明的第一方面，接收具有任意采样频率的输入信号作为输 入，并且产生输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号和输入信号的 高带侧的多个子带的高带子带信号，其中，高带侧的子带的数量与输入信 号的采样频率相对应；基于具有用于高带侧的各个子带的系数的系数表和 低带子带信号，针对高带侧的各个子带计算伪高带子带功率，该伪高带子 带功率是高带子带信号的功率的估计值；将高带子带信号的高带子带功率 与伪高带子带功率相互比较并且选择多个系数表的一个；以及产生包含用 于获得所选择的系数表的系数信息的数据。

根据本发明的第二方面的信号处理装置包括：解复用单元，该解复用 单元将输入的编码数据解复用成至少低带编码数据和系数信息；低带解码 单元，该低带解码单元对低带编码数据进行解码，以产生低带信号；选择 单元，该选择单元在多个系数表中选择基于系数信息而获得的系数表，该 多个系数表用于产生高带信号且具有高带侧的各个子带的系数；扩展单 元，该扩展单元基于一些子带的系数产生预定子带的系数，以扩展系数表； 高带子带功率计算单元，该高带子带功率计算单元基于与高带信号的采样 频率有关的信息确定构成高带信号的各个子带，并且基于构成低带信号的 各个子带的低带子带信号和扩展后的系数表计算构成高带信号的各个子 带的高带子带信号的高带子带功率；以及高带信号产生单元，该高带子带 功率计算单元基于高带子带功率和低带子带信号产生高带信号。

根据本发明的第二方面的信号处理方法或程序包括如下步骤：将输入 的编码数据解复用成至少低带编码数据和系数信息；对低带编码数据进行 解码，以产生低带信号；在多个系数表中，选择基于系数信息而获得的系 数表，该多个系数表用于产生高带信号且具有高带侧的各个子带的系数； 基于一些子带的系数生成预定子带的系数，以扩展系数表；基于与高带信 号的采样频率有关的信息确定构成高带信号的各个子带，并且基于构成低 带信号的各个子带的低带子带信号和扩展后的系数表，来计算构成高带信 号的各个子带的高带子带信号的高带子带功率；以及基于高带子带功率和 低带子带信号生成高带信号。

根据本发明的第二方面，将输入的编码数据解复用成至少低带编码数 据和系数信息；对低带编码数据进行解码以产生低带信号；在多个系数表 中，选择基于系数信息而获得的系数表，该多个系数表用于产生高带信号 且具有高带侧的各个子带的系数；基于一些子带的系数产生预定子带的系 数，以扩展系数表；基于与高带信号的采样频率有关的信息确定构成高带 信号的各个子带，并且基于构成低带信号的各个子带的低带子带信号和扩 展后的系数表，来计算构成高带信号的各个子带的高带子带信号的高带子 带功率；以及基于高带子带功率和低带子带信号产生高带信号。

根据本发明的第三方面的编码器包括：子带分割单元，该子带分割单 元接收具有任意的采样频率的输入信号作为输入，并且产生输入信号的低 带侧的多个子带的低带子带信号和输入信号的高带侧的多个子带的高带 子带信号，该高带侧的子带具有与输入信号的采样频率对应的数量；伪高 带子带功率计算单元，该伪高带子带功率计算单元基于具有用于高带侧的 各个子带的系数的系数表和低带子带信号针对高带侧的各个子带来计算 伪高带子带功率，该伪高带子带功率为高带子带信号的功率的估计值；选 择单元，该选择单元将高带子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相 互比较并且选择多个系数表中的一个；高带编码单元，该高带编码单元对 用于获得所选择的系数表的系数信息进行编码，以产生高带编码数据；低 带编码单元，该低带编码单元对输入信号的低带信号进行编码，以产生低 带编码数据；以及复用单元，该复用单元对低带编码数据和高带编码数据 进行复用，以产生输出代码串。

根据本发明的第三方面的编码方法包括如下步骤：接收具有任意的采 样频率的输入信号作为输入，并且产生输入信号的低带侧的多个子带的低 带子带信号和输入信号的高带侧的多个子带的高带子带信号，该高带侧的 子带具有与输入信号的采样频率对应的数量；基于具有用于高带侧的各个 子带的系数的系数表和低带子带信号针对高带侧的各个子带来计算伪高 带子带功率，该伪高带子带功率为高带子带信号的功率的估计值；将高带 子带信号的高带子带功率与伪高带子带功率相互比较并且选择多个系数 表中的一个；对用于获得所选择的系数表的系数信息进行编码，以产生高 带编码数据；对输入信号的低带信号进行编码，以产生低带编码数据；以 及对低带编码数据和高带编码数据进行复用，以产生输出代码串。

根据本发明的第三方面，接收具有任意的采样频率的输入信号作为输 入，并且产生输入信号的低带侧的多个子带的低带子带信号和输入信号的 高带侧的多个子带的高带子带信号，其中，高带侧的子带的数量对应于输 入信号的采样频率；基于具有用于高带侧的各个子带的系数的系数表和低 带子带信号，针对高带侧的各个子带来计算伪高带子带功率，该伪高带子 带功率为高带子带信号的功率的估计值；将高带子带信号的高带子带功率 与伪高带子带功率相互比较并且选择多个系数表中的一个；对用于获得所 选择的系数表的系数信息进行编码，以产生高带编码数据；对输入信号的 低带信号进行编码，以产生低带编码数据；以及对低带编码数据和高带编 码数据进行复用，以产生输出代码串。

根据本发明的第四方面的解码器包括：解复用单元，该解复用单元将 输入的编码数据解复用成至少低带编码数据和系数信息；低带解码单元， 该低带解码单元对低带编码数据进行解码以产生低带信号；选择单元，该 选择单元在多个系数表中，选择基于系数信息而获得的系数表，该多个系 数表用于产生高带信号且具有高带侧的各个子带的系数；扩展单元，该扩 展单元基于一些子带的系数来产生预定子带的系数，以扩展系数表；高带 子带功率计算单元，该高带子带功率计算单元基于与高带信号的采样频率 有关的信息确定构成高带信号的各个子带，并且基于构成低带信号的各个 子带的低带子带信号和扩展后的系数表，来计算构成高带信号的各个子带 的高带子带信号的高带子带功率；高带信号产生单元，该高带信号产生单 元基于高带子带功率和低带子带信号产生高带信号；以及合成单元，该合 成单元将所产生的低带信号和所产生的高带信号彼此合成，以产生输出信 号。

根据本发明的第四方面的解码方法包括如下步骤：将输入的编码数据 解复用成至少低带编码数据和系数信息；对低带编码数据进行解码以产生 低带信号；在多个系数表中，选择基于系数信息而获得的系数表，该多个 系数表用于产生高带信号且具有高带侧的各个子带的系数；基于一些子带 的系数产生预定子带的系数以扩展系数表；基于与高带信号的采样频率有 关的信息确定构成高带信号的各个子带，并且基于构成低带信号的各个子 带的低带子带信号和扩展后的系数表来计算构成高带信号的各个子带的 高带子带信号的高带子带功率；基于高带子带功率和低带子带信号产生高 带信号；以及将所产生的低带信号和所产生的高带信号彼此合成，以产生 输出信号。

根据本发明的第四方面，将输入的编码数据解复用成至少低带编码数 据和系数信息；对低带编码数据进行解码以产生低带信号；在多个系数表 中，选择基于系数信息而获得的系数表，该多个系数表用于产生高带信号 且具有高带侧的各个子带的系数；基于一些子带的系数来产生预定子带的 系数以扩展系数表；基于与高带信号的采样频率有关的信息确定构成高带 信号的各个子带，并且基于构成低带信号的各个子带的低带子带信号和扩 展后的系数表来构成高带信号的各个子带的高带子带信号的高带子带功 率；基于高带子带功率和低带子带信号产生高带信号；以及将所产生的低 带信号和所产生的高带信号彼此合成，以产生输出信号。

本发明的效果

根据第一实施例至第四实施例，可以通过对频带进行扩展来以高音质 再现音乐信号。

附图说明

图1是示出了对输入信号进行编码之后的低带的功率谱和所估计的 高带的频率包络的示例的视图。

图2是示出根据合拍快速变化的起奏音乐信号的原始功率谱的示例 的视图。

图3是示出根据本发明的第一实施例的频带扩展装置的功能配置示 例的框图。

图4是示出了由图3中的频带扩展装置进行的频带扩展处理的示例的 流程图。

图5是示出输入至图3中的频带扩展装置的信号的功率谱的布置和带 通滤波器的频率轴上的布置的视图。

图6是示出了图示声音区域的频率特征和所估计的高带的功率谱的 示例的视图。

图7是示出了输入到图3中的频带扩展装置的信号的功率谱的示例的 视图。

图8是示出了在对图7中的输入信号进行升降（lifter）后的功率矢量 的示例的视图。

图9是示出了系数学习装置的功能配置示例的框图，该系数学习装置 用于进行图3中的频带扩展装置的高带信号产生电路中使用的系数的学 习。

图10是描述了由图9中的系数学习装置进行的系数学习处理的示例 的流程图。

图11是示出了本发明的第二实施例的编码器的功能配置示例的框 图。

图12是描述了由图11中的编码器进行的编码处理的示例的流程图。

图13是示出了本发明的第二实施例的解码器的功能配置示例的框 图。

图14是描述了由图13中的解码器进行的解码处理的示例的流程图。

图15是示出了系数学习装置的功能配置示例的框图，该系数学习装 置用于进行图11中的编码器的高带编码电路中使用的表征矢量的学习以 及进行图13中的解码器的高带解码电路中使用的解码的高带子带功率估 计系数的学习。

图16是描述了由图15中的系数学习装置进行的系数学习处理的示例 的流程图。

图17是示出了图11中的编码器输出的编码串的示例的图。

图18是示出了编码器的功能配置示例的框图。

图19是描述了编码处理的流程图。

图20是示出了解码器的功能配置示例的框图。

图21是描述了解码处理的流程图。

图22是描述了编码处理的流程图。

图23是描述了解码处理的流程图。

图24是描述了编码处理的流程图。

图25是描述了编码处理的流程图。

图26是描述了编码处理的流程图。

图27是描述了编码处理的流程图。

图28是示出了系数学习装置的配置示例的视图。

图29是描述了系数学习处理的流程图。

图30是示出针对每个采样频率的表的最佳共用的图。

图31是示出针对每个采样频率的表的最佳共用的图。

图32是示出输入信号的上采样的图。

图33是示出输入信号带宽分割的图。

图34是示出了系数表的扩展的图。

图35是示出了编码器的功能配置示例的框图。

图36是描述了编码处理的流程图。

图37是示出了解码器的功能配置示例的框图。

图38是描述了解码处理的流程图。

图39是示出了通过程序执行应用本发明的处理的计算机的硬件的配 置示例的框图。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施例。此外，以如下顺序描述本发明的实 施例。

1.第一实施例（当本发明应用于频带扩展装置时）

2.第二实施例（当本发明应用于编码器和解码器时）

3.第三实施例（当高带编码数据中包括系数索引时）

4.第四实施例（当高带编码数据中包括系数索引与伪高带子带功率之间 的差时）

5.第五实施例（当使用估计值选择系数索引时）

6.第六实施例（当一部分系数是公用的时）

7.第七实施例（输入信号的上采样的情况）

<1.第一实施例>

在第一实施例中，关于在通过对使用高带消除编码方法得到的编码数 据进行解码而获得的解码后的低带的信号分量，执行扩展频带的处理（下 文中，称为频带扩展处理）。

[频带扩展装置的功能配置示例]

图3示出根据本发明的频带扩展装置的功能配置示例。

频带扩展装置10通过将解码之后的低带的信号分量设置为输入信号 来对于输入信号进行频带扩展处理，并且输出由该结果获得的频带扩展处 理之后的信号作为输出信号。

频带扩展装置10包括低通滤波器11、延迟电路12、带通滤波器13、 特征量计算电路14、高带子带功率估计电路15、高带信号产生电路16、 高通滤波器17和信号加法器18。

低通滤波器11通过预定的截止频率对输入信号进行滤波，并且给延 迟电路12提供低带信号分量（其是低带的信号分量）作为滤波之后的信 号。

由于当将来自低通滤波器11的低带信号分量和稍后将描述的高带信 号分量彼此相加时使延迟电路12同步，所以延迟电路12仅将低带信号分 量延迟特定时间并且低带信号分量被提供至信号加法器18。

带通滤波器13包括具有互不相同的通带的带通滤波器13-1至13-N。 带通滤波器13-i（1≤i≤N）使输入信号的预定通带的信号通过，并且将 通过的信号作为多个子带信号中的一个子带信号提供给特征量计算电路 14和高带信号产生电路16。

特征量计算电路14通过使用输入信号和来自带通滤波器13的多个子 带信号中的至少任意一个来计算一个或更多个特征量，并且将计算的特征 量提供给高带子带功率估计电路15。在此，特征量是表示作为信号的输 入信号的特征的信息。

高带子带功率估计电路15基于来自特征量计算电路14的一个或更多 个特征量来计算作为用于每个高带子带的高带子带信号的功率的、高带子 带功率的估计值，并且将计算的估计值提供给高带信号产生电路16。

高带信号产生电路16基于来自带通滤波器13的多个子带信号和来自 高带子带功率估计电路15的多个高带子带功率的估计值来产生作为高带 的信号分量的高带信号分量，并且将产生的高带信号分量提供给高通滤波 器17。

高通滤波器17使用与低通滤波器11中的截止频率对应的截止频率对 来自高带信号产生电路16的高带信号分量进行滤波，并且将经滤波的高 带信号分量提供给信号加法器18。

信号加法器18将来自延迟电路12的低带信号分量与来自高通滤波器 17的高带信号分量相加，并且输出相加后的分量作为输出信号。

此外，在图3中的配置中，为了获得子带信号，应用了带通滤波器 13，但不限于此。例如，可以应用专利文献1中公开的带分割滤波器。

此外，同样地，在图3中的配置中，应用了信号加法器18以合成子 带信号，但是不限于此。例如，可以应用专利文献1中公开的带合成滤波 器。

[频带扩展装置的频带扩展处理]

接下来，参照图4中的流程图，将描述由图3中的频带扩展装置进行 的频带扩展处理。

在步骤S1中，低通滤波器11通过预定截止频率对输入信号进行滤波， 并且将低带信号分量作为滤波后的信号提供给延迟电路12。

低通滤波器11可以设置任选频率作为截止频率。然而，在本发明的 实施例中，低通滤波器可以通过设置预定频率作为下述的扩展起始带，来 设置对应于扩展起始带的低端的频率。因此，低通滤波器11将作为比扩 展起始带更低频带的信号分量的低带信号分量提供给延迟电路12，作为 滤波后的信号。

此外，低通滤波器11可以响应于例如高带消除编码方法的编码参数 或输入信号的比特率等将最优频率设置为截止频率。作为编码参数，例如， 可以使用专利文献1中公开的带扩展方法中采用的边信息。

在步骤S2中，延迟电路12仅将来自低通滤波器11的低带信号分量 延迟了特定延长时间，并且将延迟后的低带信号分量提供给信号加法器 18。

在步骤S3中，带通滤波器13（带通滤波器13-1至13-N）将输入信 号分割成多个子带信号，并且将分割后的多个子带信号中的每一个提供给 特征量计算电路14和高带信号产生电路16。此外，下面将描述由带通滤 波器13进行的输入信号的分割处理。

在步骤S4中，特征量计算电路14通过输入信号和来自带通滤波器 13的多个子带信号中的至少一个来计算一个或更多个特征量，并且将计 算出的特征量提供给高带子带功率估计电路15。此外，下面将详细描述 由特征量计算电路14进行的对特征量的计算处理。

在步骤S5中，高带子带功率估计电路15基于一个或更多个特征量来 计算多个高带子带功率的估计值，并且将计算出的估计值从特征量计算电 路14提供给高带信号产生电路16。此外，下面将详细地描述由高带子带 功率估计电路15进行的对高带子带功率的估计值的计算处理。

在步骤S6中，高带信号产生电路16基于来自带通滤波器13的多个 子带信号和来自高带子带功率估计电路15的多个高带子带功率的估计值 来产生高带信号分量，并且将产生的高带信号分量提供给高通滤波器17。 在该情况下，高带信号分量是比扩展起始带更高频带的信号分量。此外， 下面将详细描述由高带信号产生电路16进行的高带信号分量的产生处 理。

在步骤S7中，高通滤波器17通过对来自高带信号产生电路16的高 带信号分量进行滤波来去除高带信号分量中包括的诸如低带的假信号 （alias）分量等噪声，并且将该高带信号分量提供给信号加法器18。

在步骤S8中，信号加法器18将来自延迟电路12的低带信号分量和 来自高通滤波器17的高带信号分量彼此相加，并且将相加后的分量作为 输出信号输出。

根据上述处理，可以关于解码后的低带的信号分量来扩展频带。

接下来，将描述针对图4中的流程图的步骤S3到S6的每个处理的 说明。

[由带通滤波器进行的处理的描述]

首先，将描述图4的流程图中的步骤S3中由带通滤波器13进行的处 理。

此外，为了便于说明，如下所述，假设带通滤波器13的数量N为 N=4。

例如，假定通过将输入信号的奈奎斯特（Nyquist）频率分成16个部 分而获得的16个子带中的一个子带是扩展起始带，并且16个子带中的比 扩展起始带更低频带的4个子带中的各个子带是带通滤波器13-1至13-4 的各个通带。

图5示出了关于对于带通滤波器13-1至13-4的每个通带的每个频率 轴的布置。

如图5中示出的，如果假定从比扩展起始带更低频带的频带（子带） 的高带开始的第一子带的索引是sb，则第二子带的索引是sb-1，并且第I 子带的索引是sb-(I-1)，带通滤波器13-1到13-4中的每一个在低于扩展 起始带的低带的子带中分配索引为sb至sb-3的每个子带作为通带。

在本实施例中，带通滤波器13-1至13-4的每个通带是通过将输入信 号的奈奎斯特频率分割成16个部分而获得的16个子带中的4个预定子 带，但是不限于此，并且可以是通过将输入信号的奈奎斯特频率分割成 256个部分而获得的256个子带中的4个预定子带。此外，带通滤波器13-1 至13-4的每一个带宽可以彼此不同。

[由特征量计算电路进行的处理的描述]

接下来，将描述图4中的流程图的步骤S4中由特征量计算电路14 进行的处理。

特征量计算电路14通过使用输入信号和来自带通滤波器13的多个子 带信号中的至少一个来计算所使用的一个或更多个特征量，以使得高带子 带功率估计电路15计算高带子带功率的估计值。

更详细地，特征量计算电路14针对来自带通滤波器13的4个子带信 号的每一个子带计算子带信号的功率（子带功率（在下文中称为低带子带 功率））作为特征量，并且将计算出的子带信号的功率提供给高带子带功 率估计电路15。

换言之，特征量计算电路14通过使用以下公式（1）、根据从带通滤 波器13提供的4个子带信号x(ib，n)来计算预定时间帧J中的低带子带 功率power(ib,J)。本文中，ib是子带的索引，n被表示为离散时间的索 引。此外，一个帧的样本的数量被表示为FSIZE，并且功率被表示为分 贝。

[公式1]

$\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)=10\log 10\{\left(\underset{n=J*\mathrm{FSIZE}}{\overset{(J+1)\mathrm{FSIZE}-1}{\Sigma }}x{(\mathrm{ib},n)}^2\right)/\mathrm{FSIZE}\}$

(sb-3≤ib≤sb)

                                    ···(1)

因此，将由特征量计算电路14获得的低带子带功率power(ib,J)作为 特征量提供给高带子带功率估计电路15。

[由高带子带功率估计电路进行的处理的描述]

接下来，将描述图4中的流程图的步骤S5的由高带子带功率估计电 路15进行的处理。

高带子带功率估计电路15基于从特征量计算电路14提供的4个子带 功率，来计算将在索引为sb+1的子带（扩展起始带）之后被扩展的带（频 率扩展带）的子带功率（高带子带功率）的估计值。

即，如果高带子带功率估计电路15认为频率扩展带的最大频带的子 带的索引为eb，则关于索引从sb+1到eb的子带估计（eb-sb）个子带功 率。

在频率扩展带中，使用从特征量计算电路14提供的4个子带功率 power(ib,j)，通过以下公式（2）表示索引为ib的子带功率的估计值power_est(ib,J)。

[公式2]

${\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},J)=\left(\underset{\mathrm{kb}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\right\{A_{\mathrm{ib}}\left(\mathrm{kb}\right)\mathrm{power}(\mathrm{kb},J)\left\}\right)+B_{\mathrm{ib}}$

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1，sb+1≤ib≤eb)

                                            ···(2)

本文中，在公式（2）中，系数A_ib(kb)以及B_ib是对于各个子带ib具 有不同值的系数。系数A_ib(kb)以及B_ib是这样的系数：其被适当地设置以 获得关于各个输入信号的适当值。此外，系数A_ib(kb)以及B_ib还通过改变 子带sb而变为最优值。下面将描述A_ib(kb)以及B_ib的推导。

在公式（2）中，高带子带功率的估计值是使用来自带通滤波器13 的多个子带信号中的每一个的功率、通过基本线性组合来计算的，但是不 限于此，例如，可以使用时间帧J之前和之后的帧的多个低带子带功率的 线性组合来计算，并且可以使用非线性函数来计算。

如上所述，将由高带子带功率估计电路15计算出的高带子带功率的 估计值提供给将要描述的高带信号产生电路16。

[由高带信号产生电路进行的处理的描述]

接下来，将对图4中的流程图的步骤S6中由高带信号产生电路16 进行的处理进行描述。

高带信号产生电路16根据从带通滤波器13提供的多个子带信号，基 于上述公式（1）来计算每个子带的低带子带功率power(ib,J)。高带信号 产生电路16使用所计算出的多个低带子带功率power(ib,J)以及由高带子 带功率估计电路15基于上述公式（2）计算出的高带子带功率的估计值 power_est(ib,J)，通过下述公式（3）来获得增益量G(ib,J)。

[公式3]

$G(\mathrm{ib},J)=10^{\{({\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},J)-\mathrm{power}({\mathrm{sb}}_{\mathrm{map}}\left(\mathrm{ib}\right),J))/20\}}$

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1，sb+1≤ib≤eb)

                                            ···(3)

本文中，在公式（3）中，sb_map(ib)表示在子带ib被认为是原始图 （original map）的子带的情况下的原始图的子带的索引，并且由以下公 式4表示。

[公式4]

${\mathrm{sb}}_{\mathrm{map}}\left(\mathrm{ib}\right)=\mathrm{ib}-4\mathrm{INT}(\frac{\mathrm{ib}-\mathrm{sb}-1}{4}+1)$

(sb+1≤ib≤eb)

                                            ···(4)

此外，在公式（4）中，INT(a)是删去值a的小数点的函数。

接着，高带信号产生电路16通过使用以下公式（5）将由公式3获得 的增益量G(ib,J)与带通滤波器13的输出相乘，来计算增益控制后的子带 信号x2(ib,n)。

[公式5]

x2(ib，n)＝G(ib，J)x(sb_map(ib)，n)

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1，sb+1≤ib≤eb)

                                               …(5)

此外，高带信号产生电路16通过以下公式（6），通过从与索引为sb-3 的子带的下端的频率对应的频率执行到与索引为sb的子带的上端的频率 对应的频率的余弦变换，来计算从增益调整后的子带信号x2(ib,n)余弦变 换来的、增益控制后的子带信号x3(ib,n)。

[公式6]

x3(ib，n)＝x2(ib，n)*2cos(n)*{4(ib+1)π/32}

(sb+1≤ib≤eb)

                                    ···(6)

此外，在公式（6）中，π表示圆周率。公式（6）表示增益控制后的 子带信号x2(ib,n)转变为高带侧4个带部分中的每一个的频率。

因此，高带信号产生电路16根据以下公式7，通过增益控制后转移 到高带侧的的子带信号x3(ib,n)来计算高带信号分量x_high(n)。

[公式7]

$x_{\mathrm{high}}\left(n\right)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\times 3(\mathrm{ib},n)···\left(7\right)$

因此，由高带信号产生电路16基于根据来自带通滤波器13的4个子 带信号而获得的4个低带子带功率以及来自高带子带功率估计电路15的 高带子带功率的估计值来产生高带信号分量，并且将所产生的高带信号分 量提供给高通滤波器17。

根据上述处理，由于对于对用高带消除编码方法得到的编码数据进行 解码之后获得的输入信号，将根据多个子带信号计算出的低带子带功率设 置为特征量，所以基于对其适当地设置的系数来计算高带子带功率的估计 值，并且根据低带子带功率和高带子带功率的估计值来自适应地产生高带 信号分量，由此可以以高精确度来估计频率扩展带的子带功率并且可以以 较好的音质来再现音乐信号。

如上所述，特征量计算电路14示出了仅计算根据多个子带信号计算 出的低带子带功率作为特征量的示例。然而，在这种情况下，通过输入信 号的类型不能以高精确度来估计频率扩展带的子带功率。

本文中，因为特征量计算电路14计算与频率扩展带（高带的功率谱 形状）的子带功率的输出系统具有强的相关性的特征量，所以能够以高精 确度进行高带子带功率估计电路15中的频率扩展带的子带功率的估计。

[由特征量计算电路计算的特征量的另一个示例]

图6示出了大部分声音被占据的声音区域的频率特征和高带的功率 谱的示例，该高带的功率谱是通过经由仅计算低带子带功率作为特征量来 估计高带子带功率而获得的。

如在图6中示出的，在声音区域的频率特征中，存在许多以下情况： 所估计的高带的功率谱具有比原始信号的高带的功率谱高的位置。由于人 的歌声的不协调感容易被人耳感知，所以必须在声音区域中以高精确度对 高带子带功率进行估计。

此外，如图6中示出的，在声音区域的频率特征中，存在许多以下情 况：从4.9kHz到11.025kHz布置有较大的凹陷（concave）。

本文中，如下所述，将描述如下示例：可以应用频率区间中的4.9kHz 到11.025kHz的凹陷程度作为用于估计声音区域的高带子带功率的特征 量。此外，表示凹陷程度的特征量以下被称为垂度（dip）。

以下将描述时间帧J中的垂度dip(J)的计算示例。

关于包括在输入信号的时间帧J之前和之后的几个帧的范围中的 2048个采样区间的信号，进行2048个点的快速傅里叶变换（FFT），并 且计算频率轴上的系数。关于所计算的系数中的每一个的绝对值进行db 转换而获得功率谱。

图7示出了以上述方法获得的功率谱的一个示例。在本文中，为了去 除功率谱中的微小分量，例如，为了去除1.3kHz或更小的分量，进行升 降处理。如果进行升降处理，则可以通过根据时间序列选择功率谱的各个 维数以及借助应用低通滤波器进行滤波处理，来平滑谱峰的微小分量。

图8示出了升降后的输入信号的功率谱的示例。在图8中示出的恢复 后的功率谱中，包括在对应于4.9kHz到11.025kHz的范围中的最小值与 最大值之间的差被设置为垂度dip(J)。

如上所述，计算了与频率扩展带的子带功率具有强的相关性的特征 量。此外，垂度dip(J)的计算示例不限于上述方法，也可以执行其它方法。

接下来，将描述与频率扩展带的子带功率具有强的相关性的特征量的 计算的其它示例。

[由特征量计算电路计算的特征量的又一个示例]

在作为包括任何输入信号中的起奏型音乐信号的区域的起奏区域的 频率特征中，存在许多以下情况：如参照图2所描述的，高带的功率谱基 本上是平坦的。仅计算低带子带功率作为特征量的方法难以在没有表示具 有包括起奏区域的特定输入信号的时间变化（time variation）的特征量的 情况下，以高精确度估计从起奏区域看到的几乎平坦的频率扩展带的子带 功率，以便估计频率扩展带的子带功率。

在本文中，下面将描述应用低带子带功率的时间变化作为用于估计起 奏区域的高带子带功率的特征量的示例。

例如，一些时间帧J中的低带子带功率的时间变化powerd(J)是根据 以下公式（8）来获得的。

[公式8]

${\mathrm{power}}_d\left(J\right)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\underset{n=J*\mathrm{FSIZE}}{\overset{(J+1)\mathrm{FSIZE}-1}{\Sigma }}\left(x{(\mathrm{ib},n)}^2\right)$

$/\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\underset{n=(J-1)\mathrm{FSIZE}}{\overset{J*\mathrm{FSIZE}-1}{\Sigma }}\left(x{(\mathrm{ib},n)}^2\right)···\left(8\right)$

根据公式8，低带子带功率的时间变化power_d(J)表示时间帧J中的4 个低带子带功率的和与时间帧J中的一个帧前面的时间帧（J-1）中的4 个低带子带功率的和之间的比率，如果该值变大，则帧之间的功率的时间 变化是大的，即，包括在时间帧J中的信号被认为具有很强的起奏。

此外，如果将在图1中示出的是统计平均值的功率谱与在图2中示出 的起奏区域（起奏型音乐信号）的功率谱进行比较，则起奏区域中的功率 谱朝中间频带的右方上升。在起奏区域之间，存在示出频率特征的许多情 况。

因此，下面将描述以下示例：其应用中间频带中的斜率作为用于估计 起奏区域之间的高带子带功率的特征量。

例如，一些时间帧J中的中间频带的斜率slope(J)是根据以下公式（9） 来获得的。

[公式9]

$\mathrm{slope}\left(J\right)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\underset{n=J*\mathrm{FSIZE}}{\overset{(J+1)\mathrm{FSIZE}-1}{\Sigma }}\{W\left(\mathrm{ib}\right)*x{(\mathrm{ib},n)}^2\}$

$/\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\underset{n=J*\mathrm{FSIZE}}{\overset{(J+1)\mathrm{FSIZE}-1}{\Sigma }}\left(x{(\mathrm{ib},n)}^2\right)···\left(9\right)$

在公式（9）中，系数w(ib)是被调节以对高带子带功率设置权重的权 重因子。根据公式（9），slope(J)表示加权到高带的4个低带子带功率的 和与4个低带子带功率的和之间的比率。例如，如果将4个低带子带功率 设置为关于中间频带的子带的功率，则slope(J)在中间频带的功率谱向右 方上升时具有大的值，并且功率谱在功率谱向右方下降时具有小的值。

由于存在中间频带的斜率在起奏区间之前和之后显著地变化的许多 情况，所以可以假设由以下公式（10）表示的斜率的时间变化slope_d(J) 是在估计起奏区域的高带子带功率时使用的特征量。

[公式10]

slope_d(J)＝slope(J)/slope(J-1)

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1)

                                ···(10)

此外，可以假设上述垂度dip(J)的由以下公式（11）表示的时间变化 dip_d(J)是在估计起奏区域的高带子带功率时使用的特征量。

[公式11]

dip_d(J)＝dip(J)-dip(J-1)

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1)

                               ···(11)

根据上述方法，因为计算了与频率扩展带的子带功率具有强的相关性 的特征量，因此，如果使用该方法，则能够以高精确度进行高带子带功率 估计电路15中的对频率扩展带的子带功率的估计。

如上所述，描述了用于计算与频率扩展带的子带功率具有强的相关性 的特征量的示例。然而，下面将使用由上述方法计算的特征量来描述用于 估计高带子带功率的示例。

[由高带子带功率估计电路进行的处理的描述]

在本文中，将描述用于使用参照图8描述的垂度和作为特征量的低带 子带功率来估计高带子带功率的示例。

即，在图4的流程图中的步骤S4中，特征量计算电路14针对来自带 通滤波器13的4个子带信号的每个子带，计算低带子带功率和垂度作为 特征量，并且将所计算出的低带子带功率和垂度提供给高带子带功率估计 电路15。

因此，在步骤S5中，高带子带功率估计电路15基于来自特征量计算 电路14的垂度和4个低带子带功率来计算高带子带功率的估计值。

在本文中，在子带功率和垂度中，因为所获得的值的范围（比例）彼 此不同，所以高带子带功率估计电路15例如关于垂度值来进行以下转换。

高带子带功率估计电路15关于预定的大量输入信号计算垂度值和4 个低带子带功率的最大频带的子带功率，并且分别获得平均值和标准偏 差。在本文中，假设子带功率的平均值是power_ave，子带功率的标准偏差 是power_std，垂度的平均值是dip_ave，垂度的标准偏差是dip_std。

高带子带功率估计电路15使用如在以下公式（12）中的值来转换垂 度值dip(J)，并且获得转换后的垂度dip_s(J)。

[公式12]

${\mathrm{dip}}_s\left(J\right)=\frac{\mathrm{dip}(J-{\mathrm{dip}}_{\mathrm{ave}})}{{\mathrm{dip}}_{\mathrm{std}}}{\mathrm{power}}_{\mathrm{std}}+{\mathrm{power}}_{\mathrm{ave}}···\left(12\right)$

通过进行公式（12）中描述的转换，高带子带功率估计电路15可以 将垂度值dip(J)统计地转换为低带子带功率的平均值和离差的等同变量 （垂度）dip_s(J)，并且使得根据垂度获得的值的范围近似地等于根据子带 功率获得的值的范围。

在频率扩展带中，根据公式13，通过来自特征量计算电路14的4个 低带子带功率power(ib,J)与在公式（12）中示出的垂度dip_s(J)的线性组 合来表示索引为ib的子带功率的估计值power_est(ib,J)。

【公式13】

${\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},J)=\left(\underset{\mathrm{kb}=\mathrm{sb}-3}{\overset{\mathrm{sb}}{\Sigma }}\right\{C_{\mathrm{ib}}\left(\mathrm{kb}\right)\mathrm{power}(\mathrm{kb},J)\left\}\right)+D_{\mathrm{ib}}{\mathrm{dip}}_s\left(J\right)+E_{\mathrm{ib}}$

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1，sb+1≤ib≤eb)

                                        ···(13)

在本文中，在公式（13）中，系数C_ib(kb)、D_ib、E_ib是对于每个子带 ib具有不同值的系数。系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib是这样的系数：其被适当 地设置以获得关于各个输入信号的有利值（favorable value）。此外，还将 系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib改变到最优值以改变子带sb。此外，下面将描述 系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的推导。

在公式（13）中，通过线性组合来计算高带子带功率的估计值，但是 不限于此。例如，可以使用时间帧J之前和之后的若干个帧的多个特征量 的线性组合来计算估计值，也可以使用非线性函数来计算估计值。

根据上述处理，可以再现具有较好质量的音乐信号，因为相比于假定 只有低带子带功率是特征量的情况，在对高带子带功率进行估计时使用声 音区域的特定垂度值作为特征量提高了声音区域处的高带子带功率的估 计精确度，高带的功率谱是通过被估计为大于原始信号的高带功率谱来产 生的，并且使用仅将低带子带设置为特征量的方法，人耳能够容易地感知 不协调感。

因此，在子带的分割数量是16的情况下，因为关于由上述方法计算 作为特征量的垂度（在声音区域的频率特征中的凹陷的程度），频率分辨 率是低的，所以凹陷的程度不能仅用低带子带功率来表示。

在本文中，提高了频率分辨率，并且可以仅用低带子带功率来表示凹 陷的程度，这是因为子带的分割数量增加（例如，16倍256个分割），带 通滤波器13的带分割数量增加（例如，16倍64个），并且特征量计算电 路14计算的低带子带功率的数量增加（16倍64个）。

仅通过低带子带功率，假定可以以基本上等于对用作特征量的高带子 带功率和上述垂度的估计的精确度的精确度来估计高带子带功率。

然而，通过增加子带的分割数量，带的分割数量和低带子带功率的数 量，计算量增加。如果假定能够以等于任何方法的精确度的精确度来估计 高带子带功率，则使用垂度作为特征量对高带子带功率进行估计而不增加 子带分割数量的方法被认为在计算量的方面是有效率的。

如上所述，描述了使用垂度和低带子带功率来估计高带子带功率的方 法，但是作为用于估计高带子带功率的特征量，上述一个或更多个特征量 （低带子带功率、垂度、低带子带功率的时间变化、斜率、斜率的时间变 化和垂度的时间变化）都可以，而不限于该组合。在这种情况下，可以提 高对高带子带功率进行的估计的精确度。

此外，如上所述，在输入信号中，可以通过使用特定参数作为估计高 带子带功率时使用的特征量来提高难于估计高带子带功率的区间的估计 精确度。例如，低带子带功率的时间变化、斜率、斜率的时间变化和垂度 的时间变化是起奏区域中的特定参数，并且能够通过使用它们的参数作为 特征量来提高起奏区域中的高带子带功率的估计精确度。

此外，即使使用除了低带子带功率和垂度之外的特征量（即，低带子 带功率的时间变化、斜率、斜率的时间变化和垂度的时间变化）来进行高 带子带功率的估计，也能够以与上述方法相同的方式来估计高带子带功 率。

此外，本说明书所描述的特征量的各种计算方法不限于上述方法，并 且可以使用其它方法。

[用于获得系数C_ib(kb)、D_ib、E_ib的方法]

接下来，将描述用于获得上述公式（13）中的系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的方法。

应用基于学习结果来确定系数的方法，其使用具有预定宽带的指示信 号（在下文中，称为宽带指示信号）进行学习，以使得作为用于获得系数 C_ib(kb)、D_ib和E_ib的方法，系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib成为关于估计频率 扩展带的子带功率时的各种输入信号的适合的值。

当进行系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的学习时，将包括具有与参照图5描 述的带通滤波器13-1至13-4相同的通带宽度的带通滤波器的系数学习装 置应用于比扩展起始带更高的高带。该系数学习装置在输入了宽带指示时 进行学习。

[系数学习装置的功能配置示例]

图9示出了执行系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的学习的系数学习装置的功 能配置示例。

输入到图9中的系数学习装置20的宽带指示信号的低带（比扩展起 始带更低）的信号分量是这样的信号：该信号是按照与当对输入到图3 中的频带扩展装置10的具有有限频带的输入信号进行编码时执行的编码 方法相同的方式编码的信号。

系数学习装置20包括带通滤波器21、高带子带功率计算电路22、特 征量计算电路23和系数估计电路24。

带通滤波器21包括具有彼此不同的通带的带通滤波器21-1至21- （K+N）。带通滤波器21-i（1≤i≤K+N）使输入信号的预定通带的信号通 过，并且将通过的信号作为多个子带信号中的一个提供给高带子带功率计 算电路22或特征量计算电路23。此外，带通滤波器21-1至21-（K+N） 中的带通滤波器21-1至21-K使比扩展起始带更高的高带的信号通过。

高带子带功率计算电路22关于来自带通滤波器21的高带的多个子带 信号来计算针对每个恒定时间帧的每个子带的高带子带功率，并且将所计 算出的高带子带功率提供给系数估计电路24。

特征量计算电路23针对与恒定时间帧（在该恒定时间帧中由高带子 带功率计算电路22计算高带子带功率）相同的各个时间帧，来计算与由 图3中的频带扩展装置10的特征量计算电路14计算的特征量相同的特征 量。即，特征量计算电路23使用宽带指示信号和来自带通滤波器21的多 个子带信号中的至少一个来计算一个或更多个特征量，并且将所计算出的 特征量提供给系数估计电路24。

系数估计电路24针对每个恒定时间帧，基于来自高带子带功率计算 电路22的高带子带功率和来自特征量计算电路23的特征量，来估计在图 3中的频带扩展装置10的高带子带功率估计电路15中使用的系数（系数 数据）。

[系数学习装置的系数学习处理]

接下来，参照图10中的流程图，将描述由图9中的系数学习装置进 行的系数学习处理。

在步骤S11中，带通滤波器21将输入信号（扩展带指示信号）分成 （K+N）个子带信号。带通滤波器21-1至21-K将比扩展起始带更高的高 带的多个子带信号提供给高带子带功率计算电路22。此外，带通滤波器 21-(K+1)至21-(K+N)将比扩展起始带更低的低带的多个子带信号提供给 特征量计算电路23。

在步骤S12中，高带子带功率计算电路22关于来自带通滤波器21（带 通滤波器21-1至21-K）的高带的多个子带信号计算针对每个恒定时间帧 的每个子带的高带子带功率power(ib,J)。高带子带功率power(ib,J)是通 过上述公式（1）来获得的。高带子带功率计算电路22将所计算出的高带 子带功率提供给系数估计电路24。

在步骤S13中，特征量计算电路23针对与其中高带子带功率是由高 带子带功率计算电路22计算的恒定时间帧相同的每个时间帧，计算特征 量。

此外，如下所述，在图3中的频带扩展装置10的特征量计算电路14 中，假定计算低带的4个子带功率和垂度作为特征量，并且将描述：在系 数学习装置20的特征量计算电路23中类似地计算低带的垂度和4个子带 功率。

即，特征量计算电路23使用从带通滤波器21（带通滤波器21-（K+1） 至21-（K+4））输入到频带扩展装置10的特征量计算电路14的各个4个 子带信号同样的4个子带信号，来计算4个低带子带功率。此外，特征量 计算电路23根据扩展带指示信号计算垂度并且基于上述公式（12）来计 算垂度dip_s(J)。此外，特征量计算电路23将4个低带子带功率和垂度dip_s(J) 作为特征量提供给系数估计电路24。

在步骤S14中，系数估计电路24基于对于相同时间帧的从高带子带 功率计算电路22提供的（eb-sb）个高带子带功率和从特征量计算电路23 提供的特征量（4个低带子带功率和垂度dip_s(J)）的多个组合，来进行系 数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的估计。例如，系数估计电路24通过以下方式确定 公式（13）中的系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib：使5个特征量（4个低带子带功 率和垂度dip_s(J)）作为关于高带的一个子带的解释变量，使高带子带功率 power(ib,J)作为被解释变量以及使用最小二乘法来进行回归分析 （regression analysis）。

此外，系数C_ib(kb)、D_ib和E_ib的估计方法自然不限于上述方法并且 可以应用各种常见参数识别方法。

根据上述处理，因为用于估计高带子带功率的系数的学习被设置为通 过使用预定的扩展带指示信号来进行，所以存在获得关于输入到频带扩展 装置10的各种输入信号的优选输出结果的可能性，从而可以再现具有较 好质量的音乐信号。

此外，可以通过系数学习方法来计算上述公式（2）中的系数A_ib(kb) 和B_ib。

如上所述，在在频带扩展装置10的高带子带功率估计电路15中通过 诸如4个低带子带功率和垂度的线性组合计算高带子带功率的每个估计 值的前提下，描述了系数学习处理。

然而，用于在高带子带功率估计电路15中估计高带子带功率的方法 不限于上述示例。例如，因为特征量计算电路14计算除了垂度以外的一 个或更多个特征量（低带子带功率的时间变化、斜率、斜率的时间变化和 垂度的时间变化），所以可以计算高带子带功率，可以使用时间帧J之前 和之后的多个帧的多个特征量的线性组合，或可以使用非线性函数。即， 在系数学习处理中，系数估计电路24可以在与关于由频带扩展装置10 的高带子带功率估计电路15计算出高带子带功率时所使用的特征量、时 间帧和函数相同的条件下计算（学习）系数。

<2.第二实施例>

在第二实施例中，执行了由编码器和解码器在高带特征编码方法中进 行的编码处理和解码处理。

[编码器的功能配置示例]

图11示出了应用本发明的编码器的功能配置示例。

编码器30包括低通滤波器31、低带编码电路32、子带分割电路33、 特征量计算电路34、伪高带子带功率计算电路35、伪高带子带功率差计 算电路36、高带编码电路37、复用电路38和低带解码电路39。

低通滤波器31使用预定截止频率来对输入信号进行滤波，并且将低 于截止频率的低带的信号（下文中，被称作低带信号）作为滤波后的信号 提供给低带编码电路32、子带分割电路33和特征量计算电路34。

低带编码电路32对来自低通滤波器31的低带信号进行编码，并且将 从结果中获得的低带编码数据提供给复用电路38和低带解码电路39。

子带分割电路33将输入信号和来自低通滤波器31的低带信号均等地 分为具有预定带宽的多个子带信号，并且将分割后的信号提供给特征量计 算电路34或伪高带子带功率差计算电路36。具体地，子带分割电路33 将通过输入低带信号而获得的多个子带信号（在下文中，称为低带子带信 号）提供给特征量计算电路34。此外，子带分割电路33将通过输入输入 信号获得的多个子带信号之中的、高于低通滤波器31设置的截止频率的 高带的子带信号（在下文中，称为高带子带信号）提供给伪高带子带功率 差计算电路36。

特征量计算电路34使用来自低通滤波器31的低带信号和来自子带分 割电路33的低带子带信号的多个子带信号中的任意一个，来计算一个或 更多个特征量，并且将所计算出的特征量提供给伪高带子带功率计算电路 35。

伪高带子带功率计算电路35基于来自特征量计算电路34的一个或更 多个特征量来产生伪高带子带功率，并且将所产生的伪高带子带功率提供 给伪高带子带功率差计算电路36。

伪高带子带功率差计算电路36基于来自子带分割电路33的高带子带 信号和来自伪高带子带功率计算电路35的伪高带子带功率来计算下述伪 高带子带功率差，并且将所计算出的伪高带子带功率差提供给高带编码电 路37。

高带编码电路37对来自伪高带子带功率差计算电路36的伪高带子带 功率差进行编码，并且将从结果中获得的高带编码数据提供给复用电路 38。

复用电路38对来自低带编码电路32的低带编码数据和来自高带编码 电路37的高带编码数据进行复用，并且作为输出代码串进行输出。

低带解码电路39恰当地对来自低带编码电路32的低带编码数据进行 解码，并且将从结果获得的已解码的数据提供给子带分割电路33和特征 量计算电路34。

[编码器的编码处理]

接下来，参照图12中的流程图，将描述由图11中的编码器30进行 的编码处理。

在步骤S111，低通滤波器31使用预定截止频率来对输入信号进行滤 波，并且将低带信号作为滤波后的信号提供给低带编码电路32、子带分 割电路33和特征量计算电路34。

在步骤S112，低带编码电路32对来自低通滤波器31的低带信号进 行编码，并且将从结果获得的低带编码数据提供给复用电路38。

此外，对于步骤S112中的低带信号的编码，应根据编码效率和所获 得的电路规模来选择合适的编码方法，并且本发明不取决于这些编码方 法。

在步骤S113中，子带分割电路33将输入信号和低带信号均等地分为 具有预定带宽的多个子带信号。子带分割电路33将通过输入低带信号获 得的低带子带信号提供给特征量计算电路34。此外，子带分割电路33将 通过输入输入信号获得的多个子带信号中的、比由低通滤波器31设置的 带限制的频率更高的频带的高带子带信号提供给伪高带子带功率差计算 电路36。

在步骤S114中，特征量计算电路34使用来自低通滤波器31的低带 信号和来自子带分割电路33的低带子带信号的多个子带信号中的至少任 意一个，来计算一个或更多个特征量，并且将所计算的特征量提供给伪高 带子带功率计算电路35。此外，图11中的特征量计算电路34具有与图3 中的特征量计算电路14基本上相同的配置和功能。因为步骤S114中的处 理基本上与图4中的流程图的步骤S4的处理相同，所以省略其描述。

在步骤S115中，伪高带子带功率计算电路35基于来自特征量计算电 路34的一个或更多个特征量来产生伪高带子带功率，并且将所产生的伪 高带子带功率提供给伪高带子带功率差计算电路36。此外，图11中的伪 高带子带功率计算电路35具有与图3中的高带子带功率估计电路15基本 上相同的配置和功能。因此，因为步骤S115中的处理基本上与图4中的 流程图的步骤S5相同，所以省略其描述。

在步骤S116中，伪高带子带功率差计算电路36基于来自子带分割电 路33的高带子带信号和来自伪高带子带功率计算电路35的伪高带子带功 率来计算伪高带子带功率差，并且将所计算的伪高带子带功率差提供给高 带编码电路37。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36关于来自子带分割电路33 的高带子带信号来计算恒定时间帧J中的（高带）子带功率power(ib,J)。 此外，在本发明的实施例中，使用索引ib来区分所有的低带子带信号的 子带和高带子带信号的子带。子带功率的计算方法能够应用于与第一实施 例的方法（即，由第一实施例的公式（1）使用的方法）相同的方法。

接下来，伪高带子带功率差计算电路36计算时间帧J中的高带子带 功率power(ib,J)与来自伪高带子带功率计算电路35的伪高带子带功率 power_1h(ib,J)之间的差值（伪高带子带功率差）power_diff(ib,J)。伪高带子 带功率差powerd_iff(ib,J)是通过以下公式（14）来获得的。

[公式14]

power_diff(ib，J)＝power(ib，J)-power_lh(ib，J)

(J*FSIZE≤n≤(J+1)FSIZE-1，sb+1≤ib≤≤eb)

                                          ···(14)

在公式（14）中，索引sb+1表示高带子带信号中的最低带的子带的 索引。此外，索引eb表示在高带子带信号中被编码的最高带的子带的索 引。

如上所述，将由伪高带子带功率差计算电路36计算的伪高带子带功 率差提供给高带编码电路37。

在步骤S117中，高带编码电路37对来自伪高带子带功率差计算电路 36的伪高带子带功率差进行编码，并且将从结果获得的高带编码数据提 供给复用电路38。

具体地，高带编码电路37确定对来自伪高带子带功率差计算电路36 的伪高带子带功率差进行矢量化所得到的矢量（在下文中称为伪高带子带 功率差矢量）属于预定的伪高带子带功率差的特征空间中的多个聚类之中 的哪个聚类。本文中，时间帧J中的伪高带子带功率差矢量具有作为矢量 元素的每个索引ib的伪高带子带功率差power_diff(ib,J)的值，并且显示了 (eb-sb)维的矢量。此外，以相同的方式将伪高带子带功率差的特征空间设 置为(eb-sb)维的空间。

因此，高带编码电路37在伪高带子带功率差的特征空间中测量多个 预定的聚类的多个表征矢量各自与伪高带子带功率差矢量之间的距离，获 得具有最短距离的聚类的索引（在下文中，称为伪高带子带功率差ID）， 并且将所获得的索引作为高带编码数据提供给复用电路38。

在步骤S118中，复用电路38对从低带编码电路32输出的低带编码 数据和从高带编码电路37输出的高带编码数据进行复用，并且输出输出 代码串。

因此，作为高带特征编码方法的编码器，日本专利申请公开第 2007-17908号公开了这样的技术：从低带子带信号产生伪高带子带信号， 针对每个子带将伪高带子带信号的功率与高带子带信号的功率相互比较， 计算针对每个子带的功率增益以将伪高带子带信号的功率与高带子带信 号的功率进行匹配，并且将所计算出的增益作为高带特征的信息包括在代 码串中。

根据上述处理，仅伪高带子带功率差ID可以包括在输出代码串中， 作为用于在解码时估计高带子带功率的信息。即，例如，如果预定的聚类 的数量是64，作为用于在解码器中恢复高带信号的信息，可以将6比特 信息添加到每一时间帧的代码串，从而能够减小包括在代码串中的信息量 以相比在日本专利申请公开第2007-17908号中公开的方法提高解码效 率，并且可以再现具有较好音质的音乐信号。

此外，在上述处理中，如果存在计算量的裕量，则低带解码电路39 可以将通过对来自低带编码电路32的低带编码数据进行解码而获得的低 带信号输入到子带分割电路33和特征量计算电路34。在由解码器进行的 解码处理中，特征量是根据对低带编码数据进行解码的低带信号而计算 的，并且高带子带的功率是基于特征量来估计的。因此，即使在编码处理 中，如果在代码串中包括伪高带子带功率差ID（其是基于根据已解码的 低带信号计算出的特征量而计算出的），则在由解码器进行的解码处理中， 也能够估计出具有更好的精确度的高带子带功率。因此，可以再现具有较 好音质的音乐信号。

[解码器的功能配置示例]

接着，参照图13，将描述与图11中的编码器30对应的解码器的功 能配置示例。

解码器40包括解复用电路41、低带解码电路42、子带分割电路43、 特征量计算电路44、高带解码电路45、已解码高带子带功率计算电路46、 已解码高带信号产生电路47和合成电路48。

解复用电路41将输入代码串解复用为高带编码数据和低带编码数 据，并且将低带编码数据提供给低带解码电路42以及将高带编码数据提 供给高带解码电路45。

低带解码电路42对来自解复用电路41的低带编码数据进行解码。低 带解码电路42将从解码结果获得的低带的信号（在下文中，称为已解码 低带信号）提供给子带分割电路43、特征量计算电路44和合成电路48。

子带分割电路43将来自低带解码电路42的已解码低带信号均等地分 为具有预定带宽的多个子带信号，并且将子带信号（已解码低带子带信号） 提供给特征量计算电路44和已解码高带信号产生电路47。

特征量计算电路44使用来自低带解码电路42的已解码低带信号和来 自子带分割电路43的已解码低带子带信号的多个子带信号中的任意一个 来计算一个或更多个特征量，并且将所计算出的特征量提供给已解码高带 子带功率计算电路46。

高带解码电路45对来自解复用电路41的高带编码数据进行解码，并 且将用于使用从结果获得的伪高带子带功率差ID来估计为每个预定的ID （索引）准备的、高带子带功率的系数（在下文中，称为已解码高带子带 功率估计系数）提供给已解码高带子带功率计算电路46。

已解码高带子带功率计算电路46基于来自特征量计算电路44的一个 或更多个特征量和来自高带解码电路45的已解码高带子带功率估计系 数，来计算已解码高带子带功率，并且将所计算出的已解码高带子带功率 提供给已解码高带信号产生电路47。

已解码高带信号产生电路47基于来自子带分割电路43的已解码低带 子带信号和来自已解码高带子带功率计算电路46的已解码高带子带功率 来产生已解码高带信号，并且将产生的信号和功率提供给合成电路48。

合成电路48对来自低带解码电路42的已解码低带信号和来自已解码 高带信号产生电路47的已解码高带信号进行合成，并且将合成的信号作 为输出信号进行输出。

[解码器的解码处理]

接下来，将参照图14中的流程图来描述使用图13中的解码器的解码 处理。

在步骤S131中，解复用电路41将输入代码串解复用为高带编码数据 和低带编码数据，将低带编码数据提供给低带解码电路42，以及将高带 编码数据提供给高带解码电路45。

在步骤S132中，低带解码电路42对来自解复用电路41的低带编码 数据进行解码，并且将从结果获得的已解码低带信号提供给子带分割电路 43、特征量计算电路44和合成电路48。

在步骤S133中，子带分割电路43将来自低带解码电路42的已解码 低带信号均等地分成具有预定带宽的多个子带信号，并且将获得的已解码 低带子带信号提供给特征量计算电路44和已解码高带信号产生电路47。

在步骤S134中，特征量计算电路44根据来自低带解码电路42的已 解码低带信号和来自子带分割电路43的已解码低带子带信号的多个子带 信号中的任意一个来计算一个或更多个特征量，并且将这些信号提供给已 解码高带子带功率计算电路46。此外，图13中的特征量计算电路44基 本上具有与图3中的特征量计算电路14相同的配置和功能，并且步骤134 中的处理与图4中的流程图中的步骤S4的处理相同。因此，省略其描述。

在步骤S135中，高带解码电路45对来自解复用电路41的高带编码 数据进行解码，并且将为每个预定ID（索引）准备的、使用从结果获取 的伪高带子带功率差ID的已解码高带子带功率估计系数提供给已解码高 带子带功率计算电路46。

在步骤S136中，已解码高带子带功率计算电路46基于来自特征量计 算电路44的一个或更多个特征量和来自高带解码电路45的已解码高带子 带功率估计系数来计算已解码高带子带功率，并且将该功率提供给已解码 高带信号产生电路47。此外，因为图13中的已解码高带子带功率计算电 路46具有与图3中的高带子带功率估计电路15相同的配置和功能，并且 步骤S136中的处理与图4中的流程图的步骤S5中的处理相同，所以省略 详细描述。

在步骤S137中，已解码高带信号产生电路47基于来自子带分割电路 43的已解码低带子带信号和来自已解码高带子带功率计算电路46的已解 码高带子带功率来输出已解码高带信号。此外，因为图13中的已解码高 带信号产生电路47基本上具有与图3中的高带信号产生电路16相同的配 置和功能，以及步骤S137中的处理与图4中的流程图的步骤S6的处理相 同，所以省略其详细描述。

在步骤S138中，合成电路48对来自低带解码电路42的已解码低带 信号和来自已解码高带信号产生电路47的已解码高带信号进行合成，并 且将合成的信号作为输出信号进行输出。

根据上述处理，可以提高高带子带功率的估计精确度，由此可以响应 于编码时预先计算出的伪高带子带功率与实际的高带子带功率之间的差 异特征，通过在解码时使用高带子带功率估计系数来在解码时再现具有良 好质量的音乐信号。

此外，根据该处理，因为包括在代码串中的用于产生高带信号的信息 仅具有伪高带子带功率差ID，所以可以有效地进行解码处理。

如上所述，尽管描述了根据本发明的编码处理和解码处理，但是在下 文中，将描述下述计算方法：计算图11中的编码器30的高带编码电路 37中预定伪高带子带功率差的具体空间中的多个聚类的每个表征矢量、 以及由图13中的解码器40的高带解码电路45输出的已解码高带子带功 率估计系数。

[计算伪高带子带功率差的特定空间中的多个聚类的表征矢量以及与 每个聚类对应的已解码高带子带功率估计系数的计算方法]

作为用于获取多个聚类的表征矢量和每个聚类的已解码高带子带功 率估计系数的方式，需要准备系数，以响应于在编码过程中计算出的伪高 带子带功率差矢量来在解码过程中以高精确度估计高带子带功率。因此， 通过宽带指示信号预先进行学习，并且基于该学习结果来应用确定学习的 方法。

[系数学习装置的功能配置示例]

图15示出了进行多个聚类的表征矢量和每个聚类的已解码高带子带 功率估计系数的学习的系数学习装置的功能配置示例。

优选地，输入到图15中的系数学习装置50的宽带指示信号的、具有 由编码器30的低通滤波器31设置的截止频率或更小频率的信号分量是已 解码低带信号，其中，到编码器30的输入信号通过低通滤波器31，该输 入信号由低带编码电路32编码并且由解码器40的低带解码电路42来解 码。

系数学习装置50包括低通滤波器51、子带分割电路52、特征量计算 电路53、伪高带子带功率计算电路54、伪高带子带功率差计算电路55、 伪高带子带功率差聚类电路56和系数估计电路57。

此外，因为图15中的系数学习装置50中的低通滤波器51、子带分 割电路52、特征量计算电路53和伪高带子带功率计算电路54中的每一 个基本上具有与图11中的编码器30中的低通滤波器31、子带分割电路 33、特征量计算电路34和伪高带子带功率计算电路35中的每一个的配置 和功能相同的配置和功能，所以适当地省略其描述。

换言之，尽管伪高带子带功率差计算电路55提供了与图11中的伪高 带子带功率差计算电路36相同的功能和配置，但是计算出的伪高带子带 功率差被提供给伪高带子带功率差聚类电路56，并且当计算伪高带子带 功率差时计算出的高带子带功率被提供给系数估计电路57。

伪高带子带功率差聚类电路56对从来自伪高带子带功率差计算电路 55的伪高带子带功率差获得的伪高带子带功率差矢量进行聚类，并且计 算每个聚类处的表征矢量。

系数估计电路57基于来自伪高带子带功率差计算电路55的高带子带 功率和来自特征量计算电路53的一个或更多个特征量，针对由伪高带子 带功率差聚类电路56聚类的每个聚类，计算高带子带功率估计系数。

[系数学习装置的系数学习处理]

接下来，将参照图16中的流程图来描述图15中的系数学习装置50 进行的系数学习处理。

另外，除了输入到系数学习装置50的信号是宽带指示信号外，图16 中的流程图的步骤S151至S155的处理与图12中的流程图的步骤S111、 S113至S116的处理相同，因此，省略其描述。

即，在步骤S156中，伪高带子带功率差聚类电路56对从来自伪高带 子带功率差计算电路55至64的伪高带子带功率差获得的多个伪高带子带 功率差矢量（大量时间帧）进行聚类，并且计算每个聚类的表征矢量。作 为聚类方法的示例，例如，能够应用使用k-means（k均值）方法的聚类。 伪高带子带功率差聚类电路56将从通过k-means方法进行聚类的结果获 得的每个聚类的中心矢量设置为每个聚类的表征矢量。此外，聚类的方法 或聚类的数量不限于此，还可以应用其它方法。

此外，伪高带子带功率差聚类电路56测量时间帧J中的64个表征矢 量与从来自伪高带子带功率差计算电路55的伪高带子带功率差获得的伪 高带子带功率差矢量之间的距离，并且确定具有最短距离的表征矢量中包 括的聚类的索引CID(J)。此外，索引CID(J)取1到聚类的数量（例如， 64）的整数值。因此，伪高带子带功率差聚类电路56输出表征矢量并且 将索引CID(J)提供给系数估计电路57。

在步骤S157中，系数估计电路57计算每个聚类处的已解码高带子带 功率估计系数，每组聚类在从伪高带子带功率差计算电路55和特征量计 算电路53提供的针对相同时间帧的数量为（eb-sb）的高带子带功率和特 征量的多个组合中具有相同的索引CID(J)（被包括在同一聚类中）。用于 通过系数估计电路57计算系数的方法与由图9中的系数学习装置20的系 数估计电路24执行的计算方法相同。然而，可以使用其它方法。

根据通过使用预定的宽带指示信号的上述处理，因为进行了针对图 11中的编码器30的高带编码电路37中预定的伪高带子带功率差的特定 空间中的多个聚类的每个表征矢量的学习，并且进行了针对由图13中的 解码器40的高带解码电路45输出的已解码高带子带功率估计系数的学 习，所以可以关于输入到编码器30的各个输入信号和输入到解码器40 的各个输入代码串来获得期望的输出结果，并且可以再现具有高质量的音 乐信号。

此外，关于信号的编码和解码，可以如下处理用于在编码器30的伪 高带子带功率计算电路35和解码器40的已解码高带子带功率计算电路 46中计算高带子带功率的系数数据。即，可以通过基于输入信号的类型 使用不同的系数数据来将该系数记录在代码串的前面的位置中。

例如，可以通过用信号（如语音和爵士乐）改变系数数据来实现编码 效率的改进。

图17示出了根据上述方法获得的代码串。

图17中的代码串A对语音进行编码，并且在报头中记录讲话（speech） 中的最优系数数据α。

与此相反，因为图17中的代码串B对爵士乐进行编码，所以爵士乐 中的最优系数数据β被记录在报头中。

能够预先通过相同类型的音乐信号来容易地学习上述多个系数数据， 并且编码器30可以根据记录在输入信号的报头中的种类信息来选择系数 数据。此外，可以通过进行信号的波形分析来确定种类并且可以选择系数 数据。即，信号的种类分析方法不受具体限制。

当计算时间允许时，编码器30配备有上述学习装置，因此，通过使 用该信号专用的系数来进行处理，并且如在图17中的代码串C中示出的， 最终，也可以将系数记录在报头中。

如下将描述使用该方法的优点。

高带子带功率的形状包括一个输入信号中的多个类似位置。通过使用 多个输入信号的特征，并且通过分开进行对用于估计每个输入信号的高带 子带功率的系数的学习，减小了由于在高带子带功率的相似位置中而产生 的冗余，从而提高了编码效率。此外，相比对用于统计地使用多个信号估 计高带子带功率的系数进行学习，可以以更高的精确度来进行高带子带功 率的估计。

此外，如上所述，在解码过程中从输入信号学习的系数数据可以采取 在每若干帧中插入一次的形式。

<3.第三实施例>

[编码器的功能配置示例]

此外，尽管描述了将伪高带子带功率差ID从编码器30作为高带编码 数据输出到解码器40，但是用于获取已解码高带子带功率估计系数的系 数索引可以被设置为高带编码数据。

在该情况下，例如，如图18所示那样配置编码器30。此外，在图18 中，与图11中的部件对应的部件具有相同的附图标记，并且适当地省略 其描述。

图18中的编码器30与图11中的编码器30相同，除了没有设置低带 解码电路39以外，其余的部分是相同的。

在图18中的编码器30中，特征量计算电路34通过使用从子带分割 电路33提供的低带子带信号来计算低带子带功率作为特征量，并且将低 带子带功率提供给伪高带子带功率计算电路35。

此外，在伪高带子带功率计算电路35中，通过预定的回归分析获得 的多个已解码高带子带功率估计系数对应于指定要被记录的已解码高带 子带功率估计系数的系数索引。

具体地，预先准备在上述公式（2）的运算中使用的针对每个子带的 系数A_ib(kb)和系数B_ib的集合，作为已解码高带子带功率估计系数。例如， 通过预先将低带子带功率设置为解释变量以及将高带子带功率设置为被 解释变量，借助使用最小二乘法的回归分析来计算系数A_ib(kb)和系数B_ib。 在回归分析中，包括低带子带信号和高带子带信号的输入信号被用作宽带 指示信号。

伪高带子带功率计算电路35通过使用已解码高带子带功率估计系数 和来自特征量计算电路34的特征量，针对所记录的已解码高带子带功率 估计系数中的每一个来计算高带侧的每个子带的伪高带子带功率，并且将 子带功率提供给伪高带子带功率差计算电路36。

伪高带子带功率差计算电路36将根据从子带分割电路33提供的高带 子带信号获得的高低子带功率与来自伪高带子带功率计算电路35的伪高 带子带功率进行比较。

此外，伪高带子带功率差计算电路36将已解码高带子带功率估计系 数的系数索引提供给高带编码电路37，其中，与最高的伪高带子带功率 接近的伪高带子带功率是从比较的结果和多个已解码高带子带功率估计 系数中获得的。即，选择可从中获得要在解码过程中再现的输入信号的高 带信号（即，最接近真实值的已解码高带信号）的已解码高带子带功率估 计系数的系数索引。

[编码器的编码处理]

接下来，参照图19中的流程图，将描述图18中的编码器30进行的 编码处理。此外，步骤S181至步骤S183的处理与图12中的步骤S111 至步骤S113的处理是相同的。因此，省略其描述。

在步骤S184中，特征量计算电路34通过使用来自子带分割电路33 的低带子带信号来计算特征量，并且将特征量提供给伪高带子带功率计算 电路35。

具体地，特征量计算电路34通过进行上述公式（1）的运算，计算关 于低带侧中的每个子带ib（其中，sb-3≤ib≤sb）的帧J（其中，0≤J）的低 带子带功率power(ib,J)，作为特征量。即，低带子带功率power(ib,J) 是通过对构成帧J的低带子带信号的每个样本的样本值的均方值进行数 字化而计算的。

在步骤S185中，伪高带子带功率计算电路35基于特征量计算电路 34提供的特征量来计算伪高带子带功率，并且将伪高带子带功率提供给 伪高带子带功率差计算电路36。

例如，伪高带子带功率计算电路35计算伪高带子带功率power_est(ib,J) （通过使用预先被记录为已解码高带子带功率系数的系数A_ib(kb)和系数 B_ib来执行上述公式（2）的运算）以及伪高带子带功率power_est(ib,J)（通 过使用低带子带功率power(kb,J)（其中，sb-s≤kb≤sb）来执行上述公式 （2）的运算）。

即，每个子带的系数A_ib(kb)乘以作为特征量提供的低带侧的每个子 带的低带子带功率power(kb,J)，并且将系数B_ib与被乘以系数的低带子 带功率的和相加，然后成为伪高带子带功率power_est(ib,J)。该伪高带子 带功率是针对索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带来计算的。

此外，伪高带子带功率计算电路35计算预先记录的每个已解码高带 子带功率估计系数的伪高带子带功率。例如，假定系数索引允许预先准备 1到K（其中，2≤K）数量的已解码高带子带估计系数。在这种情况下， 针对K个已解码高带子带功率估计系数中的每一个来计算每个子带的伪 高带子带功率。

在步骤S186中，伪高带子带功率差计算电路36基于来自子带分割电 路33的高带子带信号和来自伪高带子带功率计算电路35的伪高带子带功 率，来计算伪高带子带功率差。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36不进行与上述公式（1）的运 算相同的运算，并且关于来自子带分割电路33的高带子带信号来计算帧 J中的高带子带功率power(ib,J)。此外，在本实施例中，低带子带信号 和高带子带信号的全部子带是通过使用索引ib来区分的。

接下来，伪高带子带功率差计算电路36进行与上述公式（14）相同 的运算，并且计算帧J中的高带子带功率power(ib,J)与伪高带子带功率 power_est(ib,J)之间的差。在该情况下，伪高带子带功率差power_diff(ib,J) 是针对关于索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带的每个已解码高带子带 功率估计系数来获得的。

在步骤S187中，伪高带子带功率差计算电路36针对每个已解码高带 子带功率估计系数来计算以下公式（15），并且计算伪高带子带功率差的 平方和。

[公式15]

$E(J,\mathrm{id})=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}{\left\{{\mathrm{power}}_{\mathrm{diff}}(\mathrm{ib},J,\mathrm{id})\right\}}^2···\left(15\right)$

此外，在公式（15）中，对于差E(J,id)的平方和是关于系数索引为 id的已解码高带子带功率估计系数和帧J来获得的。此外，在公式（15） 中，power_diff(id,J,id)是关于系数索引为id的已解码高带子带功率估计系 数来获得的，并且表示索引为ib的子带的帧J的伪高带子带功率差 power_diff(ib,J)。差E(J,id)的平方和是关于每个已解码高带子带功率估计 系数的数量K来计算的。

以上获得的针对差E(J,id)的平方和表示根据实际高带信号计算的高 带子带功率与使用系数索引为id的已解码高带子带功率估计系数计算的 伪高带子带功率之间的相似度。

即，估计值的误差是关于高带子带功率的真实值来表示的。因此，针 对差E(J,id)的平方和越小，则使用已解码高带子带功率估计系数通过运 算获得的已解码高带信号越接近实际高带信号。即，对于差E(J,id)的平 方和最小的已解码高带子带功率估计系数是最适合于在对输出代码串进 行解码时进行的频带扩展处理的估计系数。

伪高带子带功率差计算电路36从针对差E(J,id)的K个平方和之中 选择具有最小值的差的平方和，并且将表示与针对差的平方和对应的已解 码高带子带功率估计系数的系数索引提供给高带编码电路37。

在步骤S188中，高带编码电路37对从伪高带子带功率差计算电路 36提供的系数索引进行编码，并且将获得的高带编码数据提供给复用电 路38。

例如，步骤S188中，关于系数索引进行加密编码等。因此，可以压 缩输出到解码器40的高带编码数据的信息量。此外，如果高带编码数据 是获得了最优的已解码高带子带功率估计系数的信息，则任何信息都是优 选的；例如，索引可以是如原样的高带编码数据。

在步骤S189中，复用电路38对从低带编码电路32提供的低带编码 数据与从高带编码电路37提供的高带编码数据进行复用，并且输出输出 代码串，从而完成编码处理。

如上所述，能够通过输出以下数据来获得最适合处理的已解码高带子 带功率估计系数：通过对系数索引进行编码作为接收输出代码串的输入的 解码器40中的输出代码串而获得的高带编码数据，以及低带编码数据。 因此，可以获得具有较高质量的信号。

[解码器的功能配置示例]

此外，从图18中的编码器30输出的输出代码串是作为输入代码串而 输入的，并且，例如，用于解码的解码器40具有图20中所示的配置。此 外，在图20中，对应于图13的情况的部件使用相同的附图标记，并且省 略描述。

图20中的解码器40与图13中的解码器40的相同之处在于对合成电 路48配置了解复用电路41，而与图13中的解码器40的不同之处在于： 来自低带解码电路42的已解码低带信号被提供给特征量计算电路44。

在图20中的解码器40中，高带解码电路45记录了与预先记录了图 18中的伪高带子带功率计算电路35的已解码高带子带功率估计系数相同 的已解码高带子带功率估计系数。即，通过回归分析得到的作为已解码高 带子带功率估计系数的系数A_ib(kb)和系数B_ib的集合被记录为与系数索引 对应。

高带解码电路45对从解复用电路41提供的高带编码数据进行解码， 并且将由从结果中获得的系数索引表示的已解码高带子带功率估计系数 提供给已解码高带子带功率计算电路46。

[解码器的解码处理]

接下来，将参照图21中的流程图来描述由图20中的解码器40进行 的解码处理。

如果将从编码器30输出的输出代码串作为输入代码串提供给解码器 40，则解码处理开始。此外，因为步骤S211至步骤S213的处理与图14 中的步骤S131至步骤S133的处理相同，所以省略描述。

在步骤S214中，特征量计算电路44通过使用来自子带分割电路43 的已解码低带子带信号来计算特征量，并且将其提供给已解码高带子带功 率计算电路46。具体地，特征量计算电路44关于低带侧的每个子带ib， 通过进行上述公式（1）的运算来计算帧J（但是，0≤J）的低带子带功率 power(ib,J)的特征量。

在步骤S215中，高带解码电路45对从解复用电路41提供的高带编 码数据进行解码，并且将由从结果中获得的系数索引表示的已解码高带子 带功率估计系数提供给已解码高带子带功率计算电路46。即，输出已解 码高带子带功率估计系数，其由预先记录到高带解码电路45中的多个已 解码高带子带功率估计系数中的、通过解码获得的系数索引来表示。

在步骤S216中，已解码高带子带功率计算电路46基于从特征量计算 电路44提供的特征量和从高带解码电路45提供的已解码高带子带功率估 计系数来计算已解码高带子带功率，并且将其提供给已解码高带信号产生 电路47。

即，已解码高带子带功率计算电路46使用作为已解码高带子带功率 估计系数的系数A_ib(kb)和系数B_ib作为特征量的低带子带功率power(kb, J)（其中，sb-3≤kb≤sb），来进行上述公式（2）中的运算，并且计算已解 码高带子带功率。因此，关于索引为sb+1到eb的高带侧的每个子带来获 得已解码高带子带功率。

在步骤S217中，已解码高带信号产生电路47基于从子带分割电路 43提供的已解码低带子带信号和从已解码高带子带功率计算电路46提供 的已解码高带子带功率，来产生已解码高带信号。

具体地，已解码高带信号产生电路47使用已解码低带子带信号来进 行上述公式（1）的运算，并且计算关于低带侧的每个子带的低带子带功 率。此外，已解码高带信号产生电路47通过使用所获得的低带子带功率 和已解码高带子带功率进行上述公式（3）的运算，来计算针对高带侧的 每个子带的增益量G(ib,J)。

此外，已解码高带信号产生电路47关于高带侧的每个子带，通过使 用增益量G(ib,J)和已解码低带子带信号进行上述公式（5）和公式（6） 的运算，来产生高带子带信号x3(ib,n)。

即，已解码高带信号产生电路47响应于低带子带功率与已解码高带 子带功率的比率来进行已解码高带子带信号x(ib,n)的幅度调制，因此， 对获得的已解码低带子带信号x2(ib,n)进行频率调制。因此，低带侧的子 带的频率分量的信号被转换为高带侧的子带的频率分量的信号，并获得高 带子带信号x3(ib,n)。

如上所述，用于获取每个子带的高带子带信号的处理是下面更详细描 述的处理。

频率区中成行的4个子带称为带块，并且将频带分割成使得一个带块 （下文中，称为低带块）由在低侧存在的索引是sb至sb-3的4个子带构 成。在该情况下，例如，包括高带侧的索引包含sb+1至sb+4的子带的带 是一个带块。此外，高带侧（即，包括索引为sb+1或更大的子带的带块 被特别称为高带块。

此外，关注构成高带块的一个子带，并且产生该子带（下文中，称为 关注子带）的高带子带信号。首先，已解码高带信号产生电路47指定具 有与高带块中的关注子带的位置相同的位置关系的低带块的子带。

例如，如果关注子带的索引是sb+1，则由于关注子带是高带块中频 率最低的带，因此将与关注子带具有相同位置关系的低带块的子带设置为 索引为sb-3的子带。

如上所述，如果低带块子带的与关注子带具有相同位置关系的子带是 特定的，则使用低带子带功率以及已解码低带子带信号和已解码高带子带 功率，并且产生关注子带的高带子带信号。

也就是说，将已解码高带子带功率和低带子带功率代入公式（3），使 得计算与其功率的比率相应的增益量。此外，将算出的增益量乘以已解码 低带子带信号，将与增益量相乘后的已解码低带子带信号被设置为通过公 式（6）的运算进行的频率调制，以设置为关注子带的高带子带信号。

在处理中，获得了高带侧的每个子带的高带子带信号。此外，已解码 高带信号产生电路47执行上述公式（7），以获得各高带子带信号的和并 且产生已解码高带信号。已解码高带信号产生电路47将所获得的已解码 高带信号提供给合成电路48，并且处理从步骤S217进行至步骤S218，然 后，解码处理结束。

在步骤S218中，合成电路48对来自低带解码电路42的已解码低带 信号和来自已解码高带信号产生电路47的已解码高带信号进行合成，并 且作为输出信号而输出。

如上所述，由于解码器40根据通过输入代码串的解复用所获得的高 带编码数据来获得系数索引，并且根据通过使用由系数索引表示的已解码 高带子带功率估计系数表示的已解码高带子带功率估计系数来计算已解 码高带子带功率，所以可以提高高带子带功率的估计精确度。因此，可以 产生具有高质量的音乐信号。

<4.第四实施例>

[编码器的编码处理]

首先，如上所述，对高带编码数据中仅包括系数索引的情况进行了描 述。然而，也可以包括其它信息。

例如，如果高带编码数据中包括系数索引，则向解码器40侧通知能 够获得最接近实际高带信号的高带子带功率的已解码高带子带功率的解 码高带子带功率估计系数。

因此，从解码器40侧获得的已解码高带子带功率（估计值）和实际 高带子带功率（真实值）产生基本上等于由伪高带子带功率差计算电路 36计算出的伪高带子带功率差power_diff(ib,J)的差。

本文中，如果高带编码数据中包括子带的伪高带子带功率差和系数索 引，则在解码器40侧大致获知关于实际高带子带功率的已解码高带子带 功率的误差。如果是这样，则可以使用该差来提高高带子带功率的估计精 确度。

将参照图22和图23的流程图来描述在高带编码数据中包括伪高带子 带功率差的情况下的编码处理和解码处理。

首先，将参照图22中的流程图对由图18中的编码器30执行的编码 处理进行描述。此外，步骤S241至步骤S246的处理与图19中的步骤S181 至步骤S186的处理相同。因此，省略对其的描述。

在步骤S247中，伪高带子带功率差计算电路36执行上述公式（15） 的运算，以针对每个已解码高带子带功率估计系数计算差分平方和E(J, id)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36选择如下差分平方和，并将表 示与该差分平方和对应的已解码高带子带功率估计系数的系数索引提供 给高带编码电路37：其中，该差分平方和被设置为差分平方和E(J,id)之 中的差分平方和的最小值。

此外，伪高带子带功率差计算电路36将关于与所选择的残差分平方 和对应的已解码高带子带功率估计系数所获得的每个子带的伪高带子带 功率差power_diff(ib,J)提供给高带编码电路37。

在步骤S248中，高带编码电路37对从伪高带子带功率差计算电路 36提供的伪高带子带功率差和系数索引进行编码，并且将根据该结果获 得的高带编码数据提供给复用电路38。

因此，将索引为sb+1至eb的高带侧的各子带功率的伪高带子带功率 差（即，高带子带功率的估计差）作为高带编码数据提供给解码器40。

如果获得了高带编码数据，则此后执行步骤S249的编码处理，以结 束编码处理。然而，步骤S249的处理与图19中的步骤S189的处理相同。 因此，省略描述。

如上所述，如果高带编码数据中包括伪高带子带功率差，则在解码器 40中可以提高高带子带功率的估计精度，并且可以获得具有良好质量的 音乐信号。

[解码器的解码处理]

接着，将参照图23中的流程图对由图20中的解码器40执行的解码 处理进行描述。此外，步骤S271至步骤S274的处理与图21中的步骤S211 至步骤S214的处理相同。因此，将省略对其的描述。

在步骤S275中，高带解码电路45执行对从解复用电路41提供的高 带编码数据的解码。此外，高带解码电路45将由通过解码所获得的系数 索引表示的已解码高带子带功率估计系数和通过解码所获得的各子带的 伪高带子带功率差提供给已解码高带子带功率计算电路46。

在步骤S276中，已解码高带子带功率计算电路46基于从特征量计算 电路44提供的特征量和从高带解码电路45提供的已解码高带子带功率估 计系数216，计算已解码高带子带功率。此外，步骤S276与图21中的步 骤S216具有相同的处理。

在步骤S277中，已解码高带子带功率计算电路46将从高带解码电路 45提供的伪高带子带功率差与已解码高带子带功率相加，并且将相加的 结果作为最终的已解码高带子带功率提供给已解码高带信号产生电路 47。

也就是说，向所算出的每个子带的解码高带子带功率加上同一子带的 伪高带子带功率差。

此外，之后，执行步骤S278和步骤S279的处理，并且终止解码处 理。然而，步骤S278和步骤S279的处理与图21中的步骤S217和步骤 S218的处理相同。因此，将省略描述。

由此，解码器40根据通过对输入代码串进行解复用而获得的高带编 码数据来获得系数索引和伪高带子带功率。此外，解码器40使用由系数 索引表示的已解码高带子带功率估计系数和伪高带子带功率差来计算已 解码高带子带功率。因此，可以提高高带子带功率的估计精确度，并且可 以再现具有高声音质量的音乐信号。

此外，可以考虑编码器30与解码器40之间产生的高带子带功率的估 计值的差，即，伪高带子带功率与已解码高带子带功率之间的差（下文中， 称为设备间估计差）。

在这种情况下，例如，根据设备间估计差来对作为高带编码数据的伪 高带子带功率差进行修正，并且高带编码数据中包括设备间估计差，根据 解码器40侧的设备间估计差来对伪高带子带功率差进行修正。此外，可 以预先在解码器40侧记录设备间估计差，并且解码器40可以通过将设备 间估计差与伪高带子带功率差相加来进行修正。因此，可以获得接近实际 高带信号的已解码高带信号。

<5.第五实施例>

此外，在图18的编码器30中，描述了伪高带子带功率差计算电路 36使用差分平方和E(J,id)来从多个系数索引中选择最优索引。然而，电 路可以通过使用与差分平方和不同的索引来选择系数索引。

例如，作为用于选择系数索引的索引，可以使用高带子带功率与伪高 带子带功率的残差的均方值、最大值和平均值。在这种情况下，图18中 的编码器30执行图24中的流程图所示的编码处理。

将参照图24中的流程图对使用编码器30的编码处理进行描述。此外， 步骤S301至步骤S305的处理与图19中的步骤S181至步骤S185的处理 相同。因此，将省略描述。如果执行步骤S301至步骤S305的处理，则针 对每K个已解码高带子带功率估计系数，计算每个子带的伪高带子带功 率。

在步骤S306中，伪高带子带功率差计算电路36针对每K个已解码 高带子带功率估计系数而使用要处理的当前帧J来计算估计值Res(id,J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36通过使用从子带分割电路33 提供的每个子带的高带子带信号执行与上述公式（1）相同的运算，来计 算帧J的高带子带功率power(ib,J)。此外，在本发明的实施例中，可以 使用索引ib来区分高带子带信号与低带子带信号的所有子带。

如果获得了高带子带功率power(ib,J)，则伪高带子带功率差计算电 路36计算以下公式（16），并且计算残差均方值Res_std(id,J)。

[公式16]

${\mathrm{Res}}_{\mathrm{std}}(\mathrm{id},J)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}{\{\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},\mathrm{id},J)\}}^2···\left(16\right)$

也就是说，关于在索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带获得高带子 带功率power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差，并且差 分平方和为残差均方值Res_std(id,J)。此外，伪高带子带功率power_est(ib,id, J)表示关于索引为ib的已解码高带子带功率估计系数获得的、索引为ib 的子带的帧J的伪高带子带功率。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算以下公式（17），并且计算 残差最大值Res_max(id,J)。

[公式17]

Res_max(id，J)＝max_ib{|power(ib，J)-power_est(ib，id，J)|}

                                                    ···(17)

此外，在公式（17）中，max_ib{|power(ib,J)-power_est(ib,id,J)|}表示 索引为sb+1至eb的每个子带的高带子带功率power(ib,J)与伪高带子带 功率power_est(ib,id,J)之间的差的绝对值之中的最大值。因此，将帧J的 高带子带功率power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差的 绝对值中的最大值设置为残差最大值Res_max(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36计算以下公式（18），并且计算 残差平均值Res_ave(id,J)。

[公式18]

${\mathrm{Res}}_{\mathrm{ave}}(\mathrm{id},J)=|\left(\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}\right\{\mathrm{power}(\mathrm{ib},J-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},\mathrm{id},J))\left\}\right)$

$/(\mathrm{eb}-\mathrm{sb})|···\left(18\right)$

也就是说，对于在索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带，获得了帧 J的高带子带功率power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的 差，并且获得了差的和。此外，将通过把所获得的差的和除以高带侧的子 带数(eb-sb)所获得的值的绝对值设置为残差平均值Res_ave(id,J)。残差平 均值Res_ave(id,J)表示符号被考虑的每个子带的估计误差的平均值的大小。

此外，如果获得了残差均方值Res_std(id,J)、残差最大值Res_max(id,J) 和残差平均值Res_ave(id,J)，则伪高带子带功率差计算电路36计算以下公 式（19），并且计算最终估计值Res(id,J)。

[公式19]

Res(id，J)＝Res_std(id，J)+W_max×Res_max(id，J)+W_ave×Res_ave(id，J)

                                                       ···(19)

也就是说，将残差均方值Res_std(id,J)、残差最大值Res_max(id,J)和残 差平均值Res_ave(id,J)加权相加，并且设置为最终估计值Res(id,J)。此外， 在公式（19）中，W_max和W_ave是预定权重，例如，W_max＝0.5，W_ave=0.5。

伪高带子带功率差计算电路36执行以上处理，并且针对K个已解码 高带子带功率估计系数（即，K个系数索引id）中的每一个，计算估计值 Res(id,J)。

在步骤S307中，伪高带子带功率差计算电路36基于所获得的每个系 数索引id的估计值Res(id,J)，选择系数索引id。

通过上述处理获得的估计值Res(id,J)表示根据实际高带信号计算出 的高带子带功率与使用系数索引为id的已解码高带子带功率估计系数计 算出的伪高带子带功率之间的相似度。也就是说，表示高带分量的估计误 差的大小。

因而，当估计值Res(id,J)变小时，通过使用已解码高带子带功率估 计系数的操作获得了更接近实际高带信号的已解码高带信号。因此，伪高 带子带功率差计算电路36选择被设置为K个估计值Res(id,J)之中的最小 值的估计值，并且将表示与该估计值对应的已解码高带子带功率估计系数 的系数索引提供给高带编码电路37。

如果系数索引被输出至高带编码电路37，则之后，执行步骤S308和 步骤S309的处理，终止编码处理。然而，由于这些处理与图19中的步骤 S188和步骤S189相同，因此，将省略对其的描述。

如上所述，在编码器30中，使用通过使用残差均方值Res_std(id,J)、 残差最大值Res_max(id,J)和残差平均值Res_ave(id,J)计算出的估计值Res(id, J)，并且选择最优的已解码高带子带功率估计系数的系数索引。

如果使用估计值Res(id,J)，则由于能够使用与使用差分平方和的情 况相比更多的估计标准来评价高带子带功率的估计精确度，所以可以选择 更适当的已解码高带子带功率估计系数。因此，当使用接收输出代码串的 输入的解码器40时，可以获得最适合于频带扩展处理的已解码高带子带 功率估计系数和具有更高声音质量的信号。

<变型示例1>

此外，如果针对输入信号的每帧执行上述编码处理，则可能存在如下 情况：在输入信号的高带侧的每个子带的高带子带功率的时间变化很小的 固定区域中选择在每个连续帧中不同的系数索引。

也就是说，由于每帧的高带子带功率在构成输入信号的固定区域的连 续帧中几乎具有相同的值，所以应当在它们的帧中连续地选择相同的系数 索引。然而，针对连续帧的区间（section）中的每帧所选择的系数索引变 化，并且从而，在解码器40侧所再现的语音的高带分量会不再是固定的。 如果是这样，则所再现的声音中出现听觉不一致。

因而，如果在编码器30中选择系数索引，则可以考虑时间上之前的 帧中的高带分量的估计结果。在这种情况下，图18中的编码器30执行图 25中的流程图所示的编码处理。

如下所述，将参照图25中的流程图对由编码器30执行的编码处理进 行描述。此外，步骤S331至步骤S336的处理与图24中的步骤S301至 步骤S306的处理相同。因此，将省略对其的描述。

在步骤S337中，伪高带子带功率差计算电路36使用之前的帧和当前 帧来计算估计值ResP(id,J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36关于时间上早于要处理的帧 J一帧的帧J-1记录根据最终选择的系数索引的已解码高带子带功率估计 系数所获得的每个子带的伪高带子带功率。本文中，最终选择的系数索引 称为通过使用高带编码电路37进行编码而输出至解码器40的系数索引。

如下所述，具体地，将在帧(J-1)中选择的系数索引id设置为 id_selected(J-1)。此外，将通过使用系数索引id_selected(J-1)的已解码高带子带功 率估计系数获得的系数为ib（其中，sb+1≤ib≤eb）的子带的伪高带子带功 率持续解释为power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)。

伪高带子带功率差计算电路36首先计算以下公式（20），并接着计算 估计残差均方值ResP_std(id,J)。

[公式20]

${\mathrm{ResP}}_{\mathrm{etd}}(\mathrm{id},J)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}\{{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},i{d}_{\mathrm{selected}}(J-1),J-1)$

$-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}{(\mathrm{ib},\mathrm{id},J)\}}^2···\left(20\right)$

也就是说，关于索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带，获得了帧 J-1的伪高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与帧J的伪高带子带功 率power_est(ib,id,J)之间的差。此外，将其差分平方和设置为估计残差均 方值ResP_std(id,J)。此外，伪高带子带功率power_est(ib,id,J)表示关于系 数索引为id的已解码高带子带功率估计系数获得的索引为ib的子带的帧 J的伪高带子带功率。

由于该估计残差均方值ResP_std(id,J)是时间上连续的帧之间的伪高带 子带功率的差分平方和，因此，估计残差均方值ResP_std(id,J)越小，高带 分量的估计值的时间变化越小。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算以下公式（21），并且计算 估计残差最大值ResP_max(id,J)。

[公式21]

ResP_max(id，J)＝max_ib{|power_est(ib，id_selected(J-1)，J-1)

-power_est(ib，id，J)|}                                ···(21)

此外，在公式（21）中，max_ib{|power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)-power_est(ib, id,J)|}表示索引为sb+1至eb的每个子带的伪高带子带功率power_est(ib, id_selected(J-1),J-1)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差的最大绝对 值。因此，将在时间上连续的帧之间的差的绝对值的最大值设置为估计残 差最大值ResP_max(id,J)。

估计残差最大值ResP_max(id,J)越小，连续帧之间的高带分量的估计结 果就越接近。

如果获得了估计残差最大值ResP_max(id,J)，则接下来，伪高带子带功 率差计算电路36计算以下公式（22），并且计算估计残差平均值ResP_ave(id, J)。

[公式22]

${\mathrm{ResP}}_{\mathrm{ave}}(\mathrm{id},J)=|\left(\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}\right\{{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},i{d}_{\mathrm{selected}}(J-1),J-1)$

$-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},\mathrm{id},J)\left\}\right)/(\mathrm{eb}-\mathrm{sb})|···\left(22\right)$

也就是说，关于索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带，获得了帧(J-1) 的伪高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与帧J的伪高带子带功率 power_est(ib,id,J)之间的差。此外，将通过将各子带的差的和除以高带侧 的子带数(eb-sb)而获得的值的绝对值设置为估计残差平均值ResP_ave(id, J)。估计残差平均值ResP_ave(id,J)表示符号被考虑的帧之间的子带的估计 值的差的平均值的大小。

此外，如果获得了估计残差均方值ResP_std(id,J)、估计残差最大值 ResP_max(id,J)和估计残差平均值ResP_ave(id,J)，则伪高带子带功率差计算 电路36计算以下公式（23），并且计算平均值ResP(id,J)。

[公式23]

ResP(id，J)＝ResP_std(id，J)+W_max×ResP_max(id，J)

+W_ave×ResP_ave(id，J)                        ···(23)

也就是说，将估计残差均方值ResP_std(id,J)、估计残差最大值 ResP_max(id,J)和估计残差平均值ResP_ave(id,J)加权相加，并且设置为估计 值ResP(id,J)。此外，在公式（23）中，W_max和W_ave是预定权重，例如， W_max=0.5，W_ave=0.5。

因此，如果使用之前的帧和当前帧计算估计值ResP(id,J)，则处理从 步骤S337进行至S338。

在步骤S338中，伪高带子带功率差计算电路36计算公式（24），并 且计算最终估计值Res_all(id,J)。

[公式24]

Res_all(id，J)＝Res(id，J)+W_p(J)×ResP(id，J)        ···(24)

也就是说，将所获得的估计值Res(id,J)与估计值ResP(id,J)加权相 加。此外，在公式（24）中，例如，W_p(J)为通过以下公式（25）定义的 权重。

[公式25]

此外，公式（25）中的power_r(J)是由以下公式（26）定义的值。

[公式26]

${\mathrm{power}}_r\left(J\right)=\sqrt{\left(\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}{\{\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)-\mathrm{power}(\mathrm{ib},J-1)\}}^2\right)/(\mathrm{eb}-\mathrm{sb})}···\left(26\right)$

该power_r(J)表示帧(J-1)的高带子带功率与帧(J)的高带子带功率之间 的差的平均值。此外，根据公式（25），当power_r(J)为0附近的预定范围 内的值时，power_r(J)越小，W_p(J)就越接近1，而当power_r(J)大于预定范 围值时，其被设置为0。

这里，当power_r(J)为0附近的预定范围内的值时，连续帧之间的高 带子带功率的差的平均值在一定程度上变小。也就是说，输入信号的高带 分量的时间变化很小，并且输入信号的当前帧变为稳定区域。

当输入信号的高带分量稳定时，权重W_p(J)变为接近1的值，而当高 带分量不稳定时，权重W_p(J)变为接近0的值。因此，在公式（24）所示 的估计值Res_all(id,J)中，当输入信号的高带分量的时间变化变小时，在将 高带分量的估计结果和比较结果当作之前的帧的评价标准的情况下，估计 值ResP(id,J)的确定系数变大。

因此，在输入信号的稳定区域内，选择在之前的帧中的高带分量的估 计结果附近所获得的已解码高带子带功率估计系数，并且在解码器40侧， 可以更自然地再现具有高质量的声音。然而，在输入信号的非稳定区域内， 估计值Res_all(id,J)中的估计值ResP(id,J)的项被设置为0，并且获得了接 近实际高带信号的已解码高带信号。

伪高带子带功率差计算电路36通过执行上述处理来针对K个已解码 高带子带功率估计系数中的每一个计算估计值Res_all(id,J)。

在步骤S339中，伪高带子带功率差计算电路36基于针对所获得的每 个已解码高带子带功率估计系数的估计值Res_all(id,J)来选择系数索引id。

从上述处理获得的估计值Res_all(id,J)线性地组合估计值Res(id,J)和 使用权重的估计值ResP(id,J)。如上所述，估计值Res(id,J)越小，可以 获得越接近实际高带信号的已解码高带信号。此外，估计值ResP(id,J) 越小，可以获得越接近之前的帧的已解码高带信号的已解码高带信号。

因此，估计值Res_all(id,J)越小，就获得越适当的已解码高带信号。因 此，伪高带子带功率差计算电路36选择K个估计值Res_all(id,J)中的具有 最小值的估计值，并且将表示与该估计值对应的已解码高带子带功率估计 系数的系数索引提供给高带编码电路37。

如果选择了系数索引，则之后，执行步骤S340和步骤S341的处理， 以完成编码处理。然而，由于这些处理与图24中的步骤S308和步骤S309 的处理相同，因此，将省略对其的描述。

如上所述，在编码器30中，使用通过对估计值Res(id,J)和估计值 ResP(id,J)进行线性组合所获得的估计值Res_all(id,J)，使得选择了最优的 已解码高带子带功率估计系数的系数索引。

如果使用估计值Res_all(id,J)，则与使用估计值Res(id,J)的情况一样， 可以根据更多的估计标准来选择更适当的已解码高带子带功率估计系数。 然而，如果使用估计值Res_all(id,J)，则可以在解码器40中对要再现的信 号的高带分量的稳定区域内的时间变化进行控制，并且可以获得具有高质 量的信号。

<变型示例2>

顺便提及，在频带扩展处理中，如果期望获得具有高质量的声音，则 低带侧的子带在可听度方面也很重要。也就是说，在高带侧的子带之中， 当接近低带侧的子带的估计精确度变得更大时，可以再现具有高质量的声 音。

本文中，当关于每个已解码高带子带功率估计系数计算估计值时，可 以对低带侧的子带设置权重。在这种情况下，图18中的编码器30执行图 26中的流程图所示的编码处理。

下文中，将参照图26的流程图来对由编码器30执行的编码处理进行 描述。此外，步骤S371至步骤S375的处理与图25中的步骤S331至步 骤S335的处理相同。因此，将省略对其的描述。

在步骤S376中，伪高带子带功率差计算电路36针对K个已解码高 带子带功率估计系数的中的每一个，使用要处理的当前帧J计算估计值 ResW_band(id,J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36通过使用从子带分割电路33 提供的每个子带的高带子带信号执行与上述公式（1）相同的操作来计算 帧J的高带子带功率power(ib,J)。

如果获得了高带子带功率power(ib,J)，则伪高带子带功率差计算电 路36计算以下公式（27），并且计算残差均方值Res_stdW_band(id,J)。

[公式27]

${\mathrm{Res}}_{\mathrm{std}}{W}_{\mathrm{band}}(\mathrm{ib},J)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}\{W_{\mathrm{band}}\left(\mathrm{ib}\right)\times \{\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)$

$-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},\mathrm{id},J)\}{\}}^2···\left(27\right)$

也就是说，针对索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带，获得帧J 的高带子带功率power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的 差，并且将该差乘以每个子带的权重W_band(ib)。此外，将与权重W_band(ib) 相乘后的差分平方和设置为残差均方值Res_stdW_band(id,J)。

本文中，权重W_band(ib)（其中，sb+1≤ib≤eb）由以下公式（28）来定 义。例如，权重W_band(ib)的值变为与低带侧的子带一样大。

[公式28]

$W_{\mathrm{band}}\left(\mathrm{ib}\right)=\frac{-3\times \mathrm{ib}}{7}+4···\left(28\right)$

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算残差最大值Res_maxW_band(id, J)。具体地，将索引为sb+1至eb的每个子带的高带子带功率power(ib,J) 与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差乘以权重W_band(ib)所获得的 值的绝对值的最大值设置为残差最大值Res_maxW_band(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36计算残差平均值Res_aveW_band(id, J)。

具体地，在索引为sb+1至eb的每个子带中，获得高带子带功率 power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差，并且从而乘以 权重W_band(ib)，使得获得了乘以权重W_band(ib)的差的总和。此外，将通 过将所获得的差的总和除以高带侧的子带数(eb-sb)而获得的值的绝对值 设置为残差平均值Res_aveW_band(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36计算估计值ResW_band(id,J)。 也就是说，将残差均方值Res_stdW_band(id,J)、乘以权重W_max的残差最大值 Res_maxW_band(id,J)、乘以权重W_ave的残差平均值Res_aveW_band(id,J)之和设 置为平均值ResW_band(id,J)。

在步骤S377中，伪高带子带功率差计算电路36使用之前的帧和当前 帧计算平均值ResPW_band(id,J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36关于比要处理的帧J在时间 上早一帧的帧J-1，对通过使用最终选择的系数索引的已解码高带子带功 率估计系数获得的每个子带的伪高带子带功率进行记录。

伪高带子带功率差计算电路36首先计算估计残差平均值 Res_stdW_band(id,J)。也就是说，对于索引为sb+1至eb的高带侧的每个子 带，将所获得的伪高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与伪高带子 带功率power_est(ib,id,J)之间的差乘以权重W_band(ib)。此外，将根据其计 算权重W_band(ib)的差分平方和设置为估计残差平均值ResP_stdW_band(id,J)。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算估计残差最大值 Res_maxW_band(id,J)。具体地，将通过将索引为sb+1至eb的每个子带的伪 高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与伪高带子带功率power_est(ib, id,J)之间的差乘以权重W_band(ib)而获得的绝对值的最大值设置为估计残 差最大值ResP_maxW_band(id,J)。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算估计残差平均值 ResP_aveW_band(id,J)。具体地，针对索引为sb+1至eb的每个子带，获得了 伪高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与伪高带子带功率 power_est(ib,id,J)之间的差，并且乘以权重W_band(ib)。此外，乘以权重 W_band(ib)后的差的总和为通过将其除以高带侧的子带数(eb-sb)而获得的 值的绝对值。然而，将其设置为估计残差平均值ResP_aveW_band(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36获得乘以权重W_max后的估计残 差最大值ResP_maxW_band(id,J)的估计残差均方值ResP_stdW_band(id,J)与乘以 权重W_ave后的估计残差平均值ResP_aveW_band(id,J)之和，并且将该和设置 为估计值ResPW_band(id,J)。

在步骤S378中，伪高带子带功率差计算电路36将估计值ResW_band(id, J)与乘以公式（25）的权重W_p(J)后的估计值ResPW_band(id,J)相加，以计 算最终估计值Res_allW_band(id,J）。针对K个已解码高带子带功率估计系数 中的每一个，计算该估计值Res_allW_band(id,J)。

此外，之后，执行步骤S379至步骤S381的处理，以终止编码处理。 然而，由于它们的处理与图25中的步骤S339至步骤S341的处理相同， 所以，将省略对其的描述。此外，在步骤S379中，将估计值Res_allW_band(id, J)选择为K个系数索引中的最小值。

如上所述，为了对低带侧的子带设置权重，可以通过为每个子带提供 权重来在解码器40侧获得具有更高质量的声音。

此外，如上所述，已经将已解码高带子带功率估计系数的数量的选择 描述为基于估计值Res_allW_band(id,J)来执行。然而，也可以基于估计值 ResW_band(id,J)来选择已解码高带子带功率估计系数。

<变型示例3>

此外，由于人的听觉具有适当地感知幅度（功率）的较大频带的属性， 因此，可以计算关于每个已解码高带子带功率估计系数的估计值，使得可 以对具有较大功率的子带设置权重。

在这种情况下，图18中的编码器30执行图27中的流程图所示的编 码处理。以下将参照图27的流程图来对由编码器30执行的编码处理进行 描述。此外，由于步骤S401至步骤S405的处理与图25中的步骤S331 至步骤S335的处理相同，所以将省略对其的描述。

在步骤S406中，伪高带子带功率差计算电路36针对K个已解码高 带子带功率估计系数，使用要处理的当前帧J来计算估计值ResW_power(id, J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36通过使用从子带分割电路33 提供的每个子带的高带子带信号执行与上述公式（1）相同的操作来计算 帧J的高带子带功率power(ib,J)。

如果获得了高带子带功率power(ib,J)，则伪高带子带功率差计算电 路36计算以下公式（29），并且计算残差均方值Res_stdW_power(id,J)。

[公式29]

${\mathrm{Res}}_{\mathrm{std}}{W}_{\mathrm{power}}(\mathrm{id},J)=\underset{\mathrm{ib}=\mathrm{sb}+1}{\overset{\mathrm{eb}}{\Sigma }}\{W_{\mathrm{power}}\left(\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)\right)$

$\times \{\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)-{\mathrm{power}}_{\mathrm{est}}(\mathrm{ib},\mathrm{id},J)\}{\}}^2···\left(29\right)$

也就是说，关于索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带，获得高带子 带功率power_est(ib,J)与伪高带子带功率power_s(ib,id,J)之间的差，并且将 该差乘以用于每个子带的权重W_power(power(ib,J))。此外，将与权重 W_power(power(ib,J))相乘后的差分平方和设置为残差均方值 Res_stdW_power(id,J)。

本文中，例如，权重W_power(power(ib,J))（其中，sb+1≤ib≤eb）由以 下公式（30）来定义。随着子带的高带子带功率power(ib,J)变大，权重 W_power(power(ib,J))的值变大。

[公式30]

$W_{\mathrm{power}}\left(\mathrm{power}(\mathrm{ib},J)\right)=\frac{3\times \mathrm{power}(\mathrm{ib},J)}{80}+\frac{35}{8}···\left(30\right)$

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算残差最大值Res_maxW_power(id, J)。具体地，将索引为sb+1至eb的每个子带的高带子带功率power(ib,J) 与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差乘以权重W_power(power(ib, J))所获得的值的绝对值的最大值设置为残差最大值Res_maxW_power(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36计算残差平均值Res_aveW_power(id, J)。

具体地，在索引为sb+1至eb的每个子带中，获得高带子带功率 power(ib,J)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J)之间的差并乘以权重 W_power(power(ib,J))，并且获得乘以权重W_power(power(ib,J))后的差的总 和。此外，将通过将所获得的差的总和除以高带侧的子带数(eb-sb)而获得 的值的绝对值设置为残差平均值Res_aveW_power(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36计算估计值ResW_power(id,J)。 也就是说，将残差均方值Res_stdW_power(id,J)、乘以权重W_max后的残差最 大值Res_maxW_power(id,J)、乘以权重W_ave后的残差平均值Res_aveW_power(id,J) 之和设置为估计值ResW_power(id,J)。

在步骤S407中，伪高带子带功率差计算电路36使用过去的帧和当前 帧计算估计值ResPW_power(id,J)。

具体地，伪高带子带功率差计算电路36关于在时间上比要处理的帧 J早一帧的帧J-1，对通过使用最终选择的系数索引的已解码高带子带功 率估计系数所获得的每个子带的伪高带子带功率进行记录。

伪高带子带功率差计算电路36首先计算估计残差均方值 ResP_stdW_power(id,J)。也就是说，关于索引为sb+1至eb的高带侧的每个 子带，获得伪高带子带功率power_est(ib,id,J)与伪高带子带功率power_est(ib, id_selected(J-1),J-1)之间的差，并且将该差乘以权重W_power(power(ib,J))。将 乘以权重W_power(power(ib,J))后的差分平方和设置为估计残差均方值 ResP_stdW_power(id,J)。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算估计残差最大值 ResP_maxW_power(id,J)。具体地，将索引为sb+1至eb的每个子带的伪高带 子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与伪高带子带功率power_est(ib,id,J) 之间的差乘以权重W_power(power(ib,J))而获得的值的最大值的绝对值设置 为估计残差最大值ResP_maxW_power(id,J)。

接着，伪高带子带功率差计算电路36计算估计残差平均值 ResP_aveW_power(id,J)。具体地，关于索引为sb+1至eb的每个子带，获得 伪高带子带功率power_est(ib,id_selected(J-1),J-1)与伪高带子带功率 power_est(ib,id,J)之间的差，并且乘以权重W_power(power(ib,J))。此外，将 通过将与权重W_power(power(ib,J))相乘后的差的总和除以高带侧的子带数 (eb-sb)而获得的值的绝对值设置为估计残差平均值ResP_aveW_power(id,J)。

此外，伪高带子带功率差计算电路36获得估计残差均方值 ResP_stdW_power(id,J)、乘以权重W_max后的估计残差最大值ResP_maxW_power(id, J)与乘以权重W_ave后的估计残差平均值ResP_aveW_power(id,J)之和，并且将 该和设置为估计值ResPW_power(id,J)。

在步骤S408中，伪高带子带功率差计算电路36将估计值R_esW_power(id, J)与乘以公式（25）的权重W_P(J)后的估计值ResPW_power(id,J)相加，以 计算最终估计值Res_allW_power(id,J)。根据K个已解码高带子带功率估计系 数中的每一个，计算该估计值Res_allW_power(id,J)。

此外，之后，执行步骤S409至步骤S411的处理，以终止编码处理。 然而，由于它们的处理与图25中的步骤S339至步骤S341的处理相同， 所以，将省略对其的描述。此外，在步骤S409中，在K个系数索引之中 选择估计值Res_allW_power(id,J)被设置为最小值的系数索引。

如上所述，为了对具有大功率的子带设置权重，在解码器40侧可以 通过为每个子带提供权重来获得具有高质量的声音。

此外，如上所述，已经将已解码高带子带功率估计系数的选择描述为 基于估计值Res_allW_power(id,J)来进行。然而，也可以基于估计值 ResW_power(id,J)来选择已解码高带子带功率估计系数。

<6.第六实施例>

[系数学习装置的配置]

顺便提及，将作为已解码高带子带功率估计系数的系数A_ib(kb)和系 数B_ib的集合记录在图20的解码器40中以对应于系数索引。例如，如果 128个系数索引的已解码高带子带功率估计系数记录在解码器40中，则 需要大的区域作为记录区域，诸如用于记录其已解码高带子带功率估计系 数的存储器。

本文中，将多个已解码高带子带功率估计系数中的一部分设置为公共 系数，并且可以使得记录已解码高带子带功率估计系数所需的记录区域较 小。在这种情况下，如图28所示那样对通过学习已解码高带子带功率估 计系数获得的系数学习装置进行配置。

系数学习装置81包括子带分割电路91、高带子带功率计算电路92、 特征量计算电路93和系数估计电路94。

多个系数学习装置81中提供用于学习的多个乐曲数据，作为宽带教 学信号。宽带教学信号是包括低带的多个子带分量和高带的多个子带分量 的信号。

子带分割电路91包括带通滤波器等，将所提供的宽带教学信号分割 成多个子带信号并且将这些信号提供给高带子带功率计算电路92和特征 量计算电路93。具体地，将索引为sb+1至eb的高带侧的每个子带的高 带子带信号提供给高带子带功率计算电路92，并且将索引为sb-3至sb的 低带侧的每个子带的低带子带信号提供给特征量计算电路93。

高带子带功率计算电路92计算从子带分割电路91提供的每个高带子 带信号的高带子带功率，并且将其提供给系数估计电路94。特征量计算 电路93基于从子带分割电路91提供的每个低带子带信号，计算低带子带 功率作为特征量，并且将其提供给系数估计电路94。

系数估计电路94通过使用来自高带子带功率计算电路92的高带子带 功率和来自特征量计算电路93的特征量执行回归分析来产生已解码高带 子带功率估计系数，并且将其输出至解码器40。

[对系数学习处理的描述]

接着，将参照图29中的流程图对由系数学习装置81执行的系数学习 处理进行描述。

在步骤S431中，子带分割电路91将所提供的多个宽带教学信号中的 每一个分割成多个子带信号。此外，子带分割电路91将索引为sb+1至 eb的子带的高带子带信号提供给高带子带功率计算电路92，并且将索引 为sb-3至sb的子带的低带子带信号提供给特征量计算电路93。

在步骤S432中，高带子带功率计算电路92对于从子带分割电路91 提供的每个高带子带信号，通过执行与上述公式（1）相同的运算来计算 高带子带功率，并将其提供给系数估计电路94。

在步骤S433中，特征量计算电路93对于从子带分割电路91提供的 每个低带子带信号，通过执行上述公式（1）的运算来计算低带子带功率 作为特征量，并将其提供给系数估计电路94。

因而，关于多个宽带教学信号的每帧，将高带子带功率和低带子带功 率提供给系数估计电路94。

在步骤S434中，系数估计电路94针对索引为sb+1至eb的高带的每 个子带ib（其中，sb+1≤ib≤eb），通过使用最小二乘法执行回归分析来计 算系数A_ib(kb)和系数B_ib。

在回归分析中，假定从特征量计算电路93提供的低带子带功率为解 释变量，以及从高带子带功率计算电路92提供的高带子带功率为被解释 变量。此外，使用构成提供给系数学习装置81的整个宽带教学信号的全 部帧的低带子带功率和高带子带功率来执行回归分析。

在步骤S435中，系数估计电路94使用所获得的每个子带ib的系数 A_ib(kb)和系数B_ib来获得宽带教学信号的每帧的残差矢量。

例如，系数估计电路94对于帧J的每个子带ib（其中，sb+1≤ib≤eb）， 通过从高带功率power(ib,J)减去与系数A_ib(kb)相乘后的低带子带功率 power(kb,J)（其中，sb-3≤kb≤sb）的总和与系数B_ib的和来获得残差。此 外，将包括有帧J的每个子带ib的残差的矢量设置为残差矢量。

此外，关于构成提供给系数学习装置81的宽带教学信号的帧，计算 残差矢量。

在步骤S436中，系数估计电路94对关于每帧所获得的残差矢量进行 归一化。例如，针对每个子带ib，系数估计电路94通过获取整个帧的残 差矢量的子带ib的残差方差并且将每个残差矢量中的子带ib的残差除以 方差的平方根来对残差矢量进行归一化。

在步骤S437中，系数估计电路94通过k均值方法等对整个归一化 帧的残差矢量进行聚类。

例如，将在使用系数A_ib(kb)和系数B_ib执行对高带子带功率的估计时 所获得的整个帧的平均频率包络称为平均频率包络SA。此外，假定功率 大于平均频率包络SA的预定频率包络为频率包络SH，并且功率小于平 均频率包络SA的预定频率包络为频率包络SL。

在这种情况下，对获得了接近平均频率包络SA、频率包络SH和频 率包络SL的频率包络的系数的每个残差矢量执行残差矢量的聚类，以使 其包括在聚类CA、聚类CH和聚类CL中。也就是说，每帧的残差矢量 执行聚类，以包括在聚类CA、聚类CH或聚类CL中的任一个中。

在用于基于低带分量和高带分量的相关性估计高带分量的频带扩展 处理中，就这方面而言，如果使用从回归分析获得的系数A_ib(kb)和系数 B_ib来计算残差矢量，则残差随着高带侧的子带增加而增多。因此，对残 差矢量进行聚类而不改变，在高带侧的一样多的子带中设置权重，以执行 处理。

相反，在系数学习装置81中，通过将残差矢量作为子带的残差的方 差进行归一化，使每个子带的残差的方差明显相等，并且可以通过将相等 的权重提供给每个子带来执行聚类。

在步骤S438中，系数估计电路94选择聚类CA、聚类CH和聚类 CL中的任意一个作为要处理的聚类。

在步骤S439中，系数估计电路94通过使用包括在被选择作为要处理 的聚类的聚类中的残差矢量的帧进行回归分析来计算每个子带ib（其中， sb+1≤ib≤eb）的系数A_ib(kb)和系数B_ib。

也就是说，如果包括在要处理的聚类中的残差矢量的帧被称为要处理 的帧，则将要处理的整个帧的低带子带功率和高带子带功率设置为解释变 量和被解释变量，并且执行使用最小二乘法的回归分析。因而，获得了每 个子带ib的系数A_ib(kb)和系数B_ib。

在步骤S440中，系数估计电路94关于要处理的整个帧，使用通过步 骤S439的处理获得的系数A_ib(kb)和系数B_ib来获得残差矢量。此外，在 步骤S440中，执行与步骤S435相同的处理，从而获得要处理的每帧的残 差矢量。

在步骤S441中，系数估计电路94通过执行与步骤S436相同的处理 来对通过步骤S440的处理获得的要处理的每帧的残差矢量进行归一化。 也就是说，通过将残差除以每个子带的方差来执行对残差矢量的归一化。

在步骤S442中，系数估计电路94使用k均值方法等对要处理的整 个归一化帧的残差矢量进行聚类。如下定义聚类数。例如，在系数学习装 置81中，当产生了128个系数索引的已解码高带子带功率估计系数时， 将128乘以要处理的帧数，并且将通过除以整个帧数获得的数设置为聚类 数。本文中，整个帧数称为提供给系数学习装置81的宽带教学信号的整 个帧之和。

在步骤S443中，系数估计电路94获得通过步骤S442的处理获得的 每个聚类的重心矢量。

例如，通过步骤S442的聚类获得的聚类与系数索引对应，并且在系 数学习装置81中，为每个聚类分配系数索引，以获得每个系数索引的已 解码高带子带功率估计系数。

具体地，在步骤S438中，假定选择聚类CA作为要处理的聚类，并 且通过步骤S442中的聚类来获得F个聚类。当关注F个聚类中的一个聚 类CF时，将聚类CF的系数索引的已解码高带子带功率估计系数设置为 系数A_ib(kb)，其中，在步骤S439中关于聚类CA获得的系数A_ib(kb)为线 性相关项。此外，将进行了对于从步骤S443获得的聚类CF的重心矢量 在步骤S441中执行的归一化的逆处理（逆归一化）的矢量与在步骤S439 中获得的系数B_ib之和设置为作为已解码高带子带功率估计系数的常数项 的系数B_ib。将逆归一化设置为乘以在例如在步骤S441中执行的归一化针 对每个子带将残差除以方差的平方根时关于聚类CF的重心矢量的每个元 素归一化时相同的值（每个子带的平方根）的处理。

也就是说，将在步骤S439中获得的系数A_ib(kb)和如所述那样获得的 系数B_ib设置为聚类CF的系数索引的已解码高带子带功率估计系数。因 而，通过聚类所获得的F个聚类中的每一个共同具有关于聚类CA所获得 的系数A_ib(kb)，作为已解码高带子带功率估计系数的线性相关项。

在步骤S444中，系数学习装置81确定是否将聚类CA、聚类CH和 聚类CL的整个聚类处理为要处理的聚类。此外，在步骤S444中，如果 确定不对整个聚类进行处理，则处理返回到步骤S438，并且重复所述处 理。也就是说，选择下一个聚类作为要处理的聚类，并且计算已解码高带 子带功率估计系数。

相反，在步骤S444中，如果确定对整个聚类进行处理，则由于计算 了要获得的预定数量的已解码高带子带功率，因此，处理继续进行至步骤 S445。

在步骤S445中，系数估计电路94将所获得的系数索引和已解码高带 子带功率估计系数输出至解码器40，从而，系数学习处理终止。

例如，在输出至解码器40的已解码高带子带功率估计系数中，存在 若干相同的系数A_ib(kb)作为线性相关项。本文中，系数学习装置81使作 为指定系数A_ib(kb)的信息的线性相关项索引（指针）与其共同的系数 A_ib(kb)对应，并且使作为线性相关索引的系数B_ib和常数项与系数索引对 应。

此外，系数学习装置81将相应的线性相关项索引（指针）和系数A_ib(kb) 以及相应的系数索引和线性相关索引（指针）和系数B_ib提供给解码器40， 并且将它们记录在解码器40的高带解码电路45中的存储器中。与此类似， 当记录多个已解码高带子带功率估计系数时，如果关于共同的线性相关 项，线性相关项索引（指针）存储在用于每个已解码高带子带功率估计系 数的记录区域中，则可以显著缩小记录区域。

在这种情况下，由于线性相关项索引和系数A_ib(kb)被记录在高带解 码电路45中的存储器中以彼此对应，所以根据系数索引来获得线性相关 项索引和系数B_ib，从而可以根据线性相关项索引获得系数A_ib(kb)。

此外，根据申请人的分析结果，即使在三模式（pattern）程度上使 多个已解码高带子带功率估计系数的线性相关项共有化，已知几乎不会出 现进行了频带扩展处理的声音的可听度的声音质量的恶化。因此，系数学 习装置81可以缩小记录已解码高带子带功率估计系数所需要的记录区 域，而不使频带扩展处理之后的声音的声音质量恶化。

如上所述，系数学习装置81根据所提供的宽带教学信号来产生每个 系数索引的已解码高带子带功率估计系数，并且输出所产生的系数。

此外，在图29的系数学习处理中，描述对残差矢量进行归一化。然 而，在步骤S436和步骤S441中的一个或两个步骤中可以不执行对残差矢 量的归一化。

此外，执行对残差矢量的归一化，从而可以不执行对已解码高带子带 功率估计系数的线性相关项的共有化。在这种情况下，在步骤S436中执 行归一化处理，接着，在数量与要获得的已解码高带子带功率估计系数的 数量相同的聚类中对归一化后的残差矢量进行聚类。此外，使用每个聚类 中所包括的残差的帧来执行对每个聚类的回归分析，并且产生每个聚类的 已解码高带子带功率估计系数。

<7.第七实施例>

[关于用于每个采样频率的表的最优共享]

顺便提及，在输入输入信号的采样频率改变的信号的情况下，除非针 对各个采样频率分别地准备用于估计高带包络的系数表，否则不能进行适 当的估计。因此，存在表的大小增加的情况。

因此，在针对采样频率改变的输入信号估计高带包络的情况下，通过 使解释变量和被解释变量的分配带宽在采样频率改变前后相同，可以在采 样频率改变前后共享用于估计的系数表。

也就是说，解释变量和被解释变量被设置为通过带宽分割滤波器对输 入信号进行分割而获得的多个子带信号的功率。可以在频率轴上对通过滤 波器组（诸如，具有较高分辨率的带宽滤波器或者QMF）输出上述值而 获得的多个信号的功率进行平均（集体计算）。

例如，使输入信号经过具有64个带的QMF滤波器组，基于四个带 对64个信号的功率进行平均，结果，获得总计16的子带功率（参考图 30）。

同时，假定在扩展带宽之后的采样频率例如加倍。在这种情况下，首 先，假定频带扩展装置的输入信号X2是包括下述频率分量的信号，该频 率分量具有为原始输入信号X1的采样频率的两倍的采样频率。也就是说， 输入信号X2的采样频率是原始输入信号X1的采样频率的两倍。当使输 入信号X2经过具有64个带的QMF滤波器组时，待输出的64个信号的 带宽是原始带宽的两倍。因此，64个信号的平均频带数分别地乘以二分 之一（=2），并且因此获得子带功率。此时，从X1产生的子带功率的索 引是sb+i的分配频带和从X2产生的子带功率的索引是sb+i的分配频带 是相同的（参照图30和图31）。在这种情况下，i=-sb+1,…,-1,0,…,eb1。 另外，eb1代表在频带扩展之后的采样频率改变之前的eb。此外，当频带 扩展之后的采样频率加倍的情况的eb由eb2来代表时，eb2是eb的两倍。

以这种方式，通过使解释变量和被解释变量的各个子带功率的分配带 宽在频带扩展之后的采样频率改变前后相同，可以理想地消除频带扩展之 后的采样频率的改变对解释变量和被解释变量的影响。因此，即使当频带 扩展之后的采样频率改变时，也可以使用相同的系数表来适当地估计高带 包络。

在这种情况下，对于从sb+1到eb1（=eb2/2）的高带功率估计，可 以使用与原始系数表相同的系数表。另一方面，对于从eb2/2+1到eb2的 子带功率估计，可以通过预先学习来获得系数或者可以在没有任何改变的 情况下使用用于估计eb1（=eb2/2）的系数。

通过一般化，在频带扩展之后的采样频率乘以R时，在对QMF的输 出信号的功率进行平均时的频带数乘以1/R，并且因此，可以使各个子带 的分配频带在采样频率乘以R前后相同。因此，可以在频带扩展之后的 采样频率乘以R前后共享系数表，并且因此，相比于分别存储系数表的 情况，系数表的大小较小。

接下来，在频带扩展之后的采样频率加倍的情况下，将描述具体的处 理示例。

例如，如在图32中的上侧所示，在执行对输入信号X1的编码和解 码时，大约达到5kHz的分量被设置为低带分量，并且大约从5kHz到 10kHz的分量被设置成高带分量。另外，在图32中，示出了输入信号的 各个频率分量。另外，在图中，横轴代表频率且纵轴代表功率。

在该示例中，使用已解码高带子带功率估计系数来估计输入信号X1 的大约从5kHz到10kHz的高带分量的各个子带的高带子带信号。

另一方面，为了改进音质，采样频率为输入信号X1的采样频率的两 倍的输入信号X2被用作输入，以使得频带扩展之后的采样频率加倍。如 在图中的下侧所示，输入信号X2包括大约达到20kHz的分量。

因此，在执行对输入信号X2的编码和解码时，大约达到5kHz的分 量被设置为低带分量，并且大约从5kHz到20kHz的分量被设置为高带 分量。以这种方式，在频带扩展之后的采样频率加倍的情况下，输入信号 X2的整个频带宽度是原始输入信号X1的整个频带宽度的两倍。

这里，例如，如图33中的上侧所示，输入信号X1被分割成预定数 量的子带，并且使用已解码高带子带功率估计系数来估计构成大约从5 kHz到10kHz的高带分量的（eb1-sb）个子带的高带子带信号。

在这里，图33示出了输入信号的各频率分量。另外，在图中，横轴 代表频率且纵轴代表功率。此外，在图中，垂直方向的线表示子带的边界 位置。

类似地，当输入信号X2被分割成数量与输入信号X1的子带数量相 同的子带时，输入信号X2的整个带宽是输入信号X1的整个带宽的两倍。 因此，输入信号X2的各个子带的带宽是输入信号X1的带宽的两倍。

通过这样做，即使当将系数A_ib(kb)和系数B_ib用作用于估计输入信号 X1的高带的已解码高带子带功率估计系数时，也不能适当地获得输入信 号X2的各个高带子带的高带子带信号。

这是因为各个子带的带宽是不同的并且用于估计高带侧的子带的系 数A_ib(kb)和系数B_ib的分配频带改变。也就是说，为每个高带子带准备系 数A_ib(kb)和系数B_ib，并且所估计的输入信号X2的高带子带信号的子带 和用于估计高带子带信号的系数的子带是不同的。更具体地，用于获得系 数A_ib(kb)和B_ib的被解释变量（高带分量）和解释变量（低带分量）的子 带、以及使用这些系数实际估计的输入信号X2的高带侧的子带和用于上 述估计的低带侧的子带是不同的。

如图的下侧所示出，在输入信号X2被分割成数量为分割后的输入信 号X1的子带的数量的两倍的子带时，可以使各个子带的带宽和各个子带 的频带与输入信号X1的各个子带的带宽和频带相同。

例如，假定根据低带侧的子带sb-3到子带sb的分量以及各个高带子 带的系数A_ib(kb)和系数B_ib来估计输入信号X1的高带子带sb+1到子带 eb1。

在这种情况下，在输入信号X2被分割成数量为输入信号X1的子带 数量的两倍的子带时，关于输入信号X2的高带子带sb+1到eb1，可以使 用与输入信号X1的情况的低带分量和系数相同的低带分量和系数来估计 高带分量。也就是说，可以根据低带侧的子带sb-3到子带sb的分量以及 各个高带子带的系数A_ib(kb)和系数B_ib来估计输入信号X2的高带子带 sb+1到eb1的分量。

然而，在输入信号X1中，关于频率高于子带eb1的频率的子带eb1+1 到eb2，没有估计高带分量。因此，关于输入信号X2的高带子带eb1+1 到eb2中的子带，没有作为已解码高带子带功率估计系数的系数A_ib(kb) 和系数B_ib，并且不能估计子带的分量。

在这种情况下，对于输入信号X2，只需要准备包括子带sb+1到eb2 的各个子带的系数的已解码高带子带功率估计系数。然而，针对输入信号 的各个采样频率来记录已解码高带子带功率估计系数，频率子带功率估计 系数的记录区域的大小增加。

因此，当输入输入信号X2以使得频带扩展之后的采样频率加倍时， 执行用于输入信号X1的已解码子带功率估计系数的扩展，以产生不足的 子带的系数。因此，可以更加简单地且适当地估计高带分量。也就是说， 不考虑输入信号的采样频率，可以共享相同的已解码子带功率估计系数来 进行使用，并且可以减小已解码高带子带功率估计系数的记录区域的大 小。

在这里，将描述已解码高带子带功率估计系数的扩展。

输入信号X1的高带分量由子带sb+1到eb1的（eb1-sb）个子带构成。 因此，为了获得包括各个子带的高带子带信号的已解码高带信号，需要例 如在图34的上侧所示出的一组系数。

也就是说，在图34的上侧，在最上面的行中的系数A_sb+1(sb-3)到 A_sb+1(sb)是为了获得子带sb+1的已解码高带子带功率而要乘以低频侧的 子带sb-3到sb的各个低带子带功率的系数。另外，在图的最上面的行中 的系数B_sb+1是用于获得子带sb+1的已解码高带子带功率的低带子带功率 的线性组合的常数项。

类似地，在图的上侧，在最下面的行中的系数A_eb1(sb-3)到A_eb1(sb) 是为了获得子带eb1的已解码高带子带功率而要乘以低频侧的子带sb-3 到sb的各个低带子带功率的系数。另外，在图的最下面的行中的系数B_eb1是用于获得子带eb1的已解码高带子带功率的低带子带功率的线性组合 的常数项。

以这种方式，在编码器和解码器中，预先将5×(eb1-sb)个系数组记 录作为由一个系数索引指定的已解码高带子带功率估计系数。在下文中， 这些作为已解码高带子带功率估计系数的这5×(eb1-sb)个系数组将被称 为系数表。

例如，当执行输入信号的上采样（upsampling）以使得采样频率加倍 时，高带分量被分割成子带sb+1到子带eb2这eb2-sb个子带。因此，在 图34的上侧所示出的系数表缺少系数，因此，不能适当地获得已解码高 带信号。

因此，如在图的下侧所示，系数表被扩展。具体地，作为已解码高带 子带功率估计系数的子带eb1的系数A_eb1(sb-3)到A_eb1(sb)以及系数B_eb1在没有任何改变的情况下用作子带eb1+1到eb2的系数。

也就是说，在系数表中，子带eb1的系数A_eb1(sb-3)到A_eb1(sb)以及系 数B_eb1被复制并且在没有任何改变的情况下被用作子带eb1+1的系数 A_eb1+1(sb-3)到A_eb1+1(sb)以及系数B_eb1+1。同样地，在系数表中，子带eb1 的系数被复制并且在没有任何改变的情况下被用作子带eb1+2到子带eb2 的各个系数。

以这种方式，当系数表被扩展时，系数表中具有最高频率的子带的系 数A_ib(kb)和系数B_ib在没有任何改变的情况下被用于不足的子带的系数。

另外，即使当具有高带分量的高频率的子带（诸如，子带eb1+1或子 带eb2）的分量的估计准确度降低到某种程度时，可听度在再现包括已解 码高带信号和已解码低带信号的输出信号时也没有降低。

[编码器的功能配置示例]

在如上所述那样频带扩展之后的采样频率被改变时，例如如图35中 示出的那样配置编码器。在图35中，与图18中所示出的情况的部分对应 的部分被给予相同的附图标记，并且将适当地省略对其的描述。

图35的编码器111与图18的编码器30不同之处在于编码器111新 设置有采样频率变换单元121，并且编码器111的伪高带子带功率计算电 路35设置有扩展单元131，并且其他配置都是相同的。

采样频率变换单元121变换提供的信号的采样频率以使得输入信号 被变换成具有期望采样频率的信号，并且将该信号提供给低通滤波器31 和子带分割电路33。

扩展单元131扩展由伪高带子带功率计算电路35记录的系数表以对 应于输入信号的高带分量被分割后的子带的数量。必要时，伪高带子带功 率计算电路35使用扩展单元131扩展的系数表来计算伪高带子带功率。

[编码处理的描述]

接下来，将参照图36的流程图来描述由编码器111执行的编码处理。

在步骤S471中，采样频率变换单元121变换提供的输入信号的采样 频率并且将该信号提供给低通滤波器31和子带分割电路33。

例如，采样频率变换单元121变换输入信号的采样频率以使得输入信 号的采样频率被变换成由用户等指定的期望采样频率。以这种方式，输入 信号的采样频率被变换成用户期望的采样频率，因此，可以改进声音的质 量。

当变换输入信号的采样频率时，执行步骤S472和步骤S473的处理。 然而，由于这些处理与图19中的步骤S181和步骤S182的那些处理相同， 所以将省略对其的描述。

在步骤S474中，子带分割电路33将输入信号和低带信号均等地分割 成具有期望带宽的多个子带信号。

例如，假定在采样频率变换单元121中频带扩展之后的采样频率被变 换成是原始采样频率的N倍。在这种情况下，子带分割电路33将从采样 频率变换单元121提供的输入信号分割成各个子带的子带信号，以使得采 样频率是频带扩展之后的采样频率没有改变的情况的采样频率的N倍。

另外，子带分割电路33将通过输入信号的频带分割而获得的子带信 号之中高带侧的各个子带的信号作为高带子带信号提供到伪高带子带功 率差计算电路36。例如，具有预定频率或较高频率的各个子带（子带sb+1 到子带N×eb1）的子带信号被设置为高带子带信号。

由于该频带分割，输入信号的高带分量被分割成下述高带子带信号， 其子带是具有与构成已解码高带子带功率估计系数的各个系数的子带的 带宽和位置相同的带宽和位置的频带。也就是说，各个高带子带信号的子 带与作为用于学习对应于系数表的子带的系数的被解释变量的高带子带 信号的子带相同。

另外，子带分割电路33将从低通滤波器31提供的低带信号分割成各 个子带的低带子带信号，以使得构成低频带的子带的数量与频带扩展之后 的采样频率没有改变的情况的子带的数量相同。子带分割电路33将通过 频带分割而获得的低带子带信号提供给特征量计算电路34。

在这种情况下，包括在输入信号中的低带信号是输入信号的达到期望 频率（例如，5kHz）的各个频带（子带）的信号。因此，不论频带扩展 之后的采样频率是否改变，低带信号的整个带宽都是相同的。因此，在子 带分割电路33中，不管输入信号的采样频率如何，都以相同的分割数分 割低带信号。

在步骤S475中，特征量计算电路34使用从子带分割电路33输入的 低带子带信号来计算特征量，以提供给伪高带子带功率计算电路35。具 体地，特征量计算电路34根据上述表达式（1）来执行计算，并且关于低 带侧的各个子带ib（其中，sb-3≤ib≤sb），获得作为特征量的帧J（其中， 0≤J）的低带子带功率（ib,J）。

在步骤S476中，扩展单元131对作为由伪高带子带功率计算电路35 记录的已解码高带子带功率估计系数的系数表进行扩展以对应于输入信 号的高带子带的数量。

例如，假定当频带扩展之后的采样频率没有改变时，输入信号的高带 分量被分割成子带sb+1到eb1的（eb1-sb）个子带的高带子带信号。另 外，假定具有子带sb+1到eb1的（eb1-sb）个子带的系数A_ib(kb)和系数 B_ib的系数表作为已解码高带子带功率估计系数记录在伪高带子带功率计 算电路35中。

此外，例如，假定输入信号的采样频率被变换成使得频带扩展之后的 采样频率乘以N（其中，1≤N）。在这种情况下，扩展单元131对包括在 系数表中的子带eb1的系数A_eb1(kb)和系数B_eb1进行复制，并且将所复制 的系数设置为子带eb1+1到子带N×eb1的各个子带的系数。因此，获得 具有(N×eb1-sb)个子带的系数A_ib(kb)和系数B_ib的系数表。

另外，系数表的扩展不限于复制具有最高频率的子带的系数A_ib(kb) 和系数B_ib并将所复制的系数设置为其他子带的系数的示例。可以复制系 数表的一些子带的系数，并将其设置为待扩展（不足的）的子带的系数。 另外，待复制的系数不限于一个子带的系数。可以复制多个子带的系数， 并且将其分别地设置为待扩展的多个子带的系数，或者可以根据多个子带 的系数计算待扩展的多个子带的系数。

在步骤S477中，伪高带子带功率计算电路35基于从特征量计算电路 34提供的特征量来计算伪高带子带功率以提供给伪高带子带功率差计算 电路36。

例如，伪高带子带功率计算电路35使用系数表和低带子带功率 power(kb,J)（其中，sb-3≤kb≤sb）、根据上述表达式（2）来执行计算，并 且计算伪高带子带功率power_est(ib,J)，其中该系数表被记录作为已解码高 带子带功率估计系数并且经扩展单元131扩展。

也就是说，将被提供作为特征量的低带侧的各个子带的低带子带功率 power(kb,J)乘以各个子带的系数A_ib(kb)，进一步将系数B_ib与已乘以系数 后的低带子带功率的和相加，从而，获得伪高带子带功率power_est(ib,J)。 为各个子带计算这些伪高带子带功率。

另外，伪高带子带功率计算电路35针对预先记录的各个已解码高带 子带功率估计系数（系数表）执行伪高带子带功率的计算。例如，假定预 先准备系数索引为1至K（其中，2≤K）的K个已解码高带子带功率估 计系数。在这种情况下，针对K个已解码高带子带功率估计系数，计算 各个子带的伪高带子带功率。

在计算出各个子带的伪高带子带功率之后，执行步骤S478至步骤 S481的处理，并且编码处理结束。然而，由于这些处理与图19中的步骤 S186至步骤S189的处理相同，所以将省略对其的描述。

另外，在步骤S479中，针对K个已解码高带子带功率估计系数，计 算差分平方和E(J,id)。伪高带子带功率差计算电路36在所算出的K个 差分平方和E(J,id)之中选择最小的差分平方和，并且将表示与所选择的 差分平方和对应的已解码高带子带功率估计系数的系数索引提供给高带 编码电路37。

以这种方式，通过将低带编码数据和高带编码数据作为输出代码串输 出，在接收输出代码串的输入的解码器中，可以获得对于频带扩展处理而 言最优的已解码高带子带功率估计系数。因此，可以获得具有更高音质的 信号。

此外，通过改变输入信号被分割后的子带的数量以与输入信号的上采 样对应并且必要时扩展系数表，可以以更少的系数表和更高的效率对声音 进行编码。另外，不需要针对输入信号的每个采样频率来记录系数表，因 此，可以减小系数表的记录区域的大小。

在根据该实施例的编码器的功能配置示例中，编码器111设置有采样 频率变换单元121。然而，不需要设置采样频率变换单元121，并且包括 具有达到与频带扩展之后的期望采样频率的频率相同的频率的分量的输 入信号可以被输入到编码器111。

另外，表示在频带分割时的输入信号的频带分割数（子带数）的分割 数信息（即，表示输入信号的采样频率倍乘了几倍的分割数信息）可以包 括在高带编码数据中。另外，可以将分割数信息作为从输出代码串分离的 数据从编码器111传送到解码器，或者可以在解码器中预先获得分割数信 息。

[解码器的功能配置示例]

另外，例如如图37中所示出那样来配置接收从图35的编码器111输 出的输出代码串作为待解码的输入代码串的解码器。在图37中，与图20 中所示出的情况的部分对应的部分被给予相同的附图标记，并且将适当地 省略对其的描述。

图37的解码器161与图20的解码器40相同之处在于，设置了解复 用电路41到合成电路48，但是与图20的解码器40不同之处在于，已解 码高带子带功率计算电路46设置有扩展单元171。

必要时，扩展单元171对从高带解码电路45提供的作为已解码高带 子带功率估计系数的系数表进行扩展。已解码高带子带功率计算电路46 使用必要时扩展的系数表来计算已解码高带子带功率。

[解码处理的描述]

接下来，将参照图38的流程图来描述由图37的解码器161执行的解 码处理。由于步骤S511和步骤S512的处理与图21的步骤S211和步骤 S212的处理相同，所以将省略对其的描述。

在步骤S513中，子带分割电路43将从低带解码电路42提供的解码 低带信号分割成预先确定的预定数量的子带的已解码低带子带信号，以提 供给特征量计算电路44和已解码高带信号产生电路47。

在这种情况下，不管输入信号的采样频率如何，解码低带信号的整个 带宽都是相同的。因此，在子带分割电路43中，不管输入信号的采样频 率如何，都以相同的分割数（子带的数量）分割解码低带信号。

在解码低带信号被分割成解码低带子带信号之后，执行步骤S514至 步骤S515的处理。然而，由于这些处理与图21中的步骤S214至步骤S215 的那些处理相同，所以将省略对其的描述。

在步骤S516中，扩展单元171对从高带解码电路45提供的作为已解 码高带子带功率估计系数的系数表进行扩展。

具体地，例如，假定在编码器111中，输入信号的采样频率被变换成 使得频带扩展之后的采样频率加倍。另外，假定由于这种采样频率变换， 已解码高带子带功率计算电路46计算在高带侧的子带sb+1到子带2×eb1 的(2×eb1-sb)个子带的已解码高带子带功率。也就是说，假定已解码高带 信号包括(2×eb1-sb)个子带的分量。

此外，假定具有子带sb+1到eb1的（eb1-sb）个子带的系数A_ib(kb) 和B_ib的系数表作为已解码高带子带功率估计系数记录在高带解码电路45 中。

在这种情况下，扩展单元171对包括在系数表中的子带eb1的系数 A_eb1(kb)和系数B_eb1进行复制，并且将所复制的系数设置为子带eb1+1到 子带2×eb1的各个子带的系数。因此，获得具有(2×eb1-sb)个子带的系数 A_ib(kb)和B_ib的系数表。

另外，已解码高带子带功率计算电路46确定子带sb+1到2×eb1的各 个子带，以使得子带sb+1到2×eb1的各个子带均具有与从编码器111的 子带分割电路33产生的高带子带信号的各个子带的频带相同的频带。也 就是说，确定包括高带侧的各个子带的频带，以与输入信号的采样频率被 倍乘了几倍对应。例如，已解码高带子带功率计算电路46从高带解码电 路45获得包括在高带编码数据中的分割数信息，结果，可以获得与从子 带分割电路33产生的高带子带信号的各个子带有关的信息（与采样频率 有关的信息）。

在如上所述那样扩展系数表之后，执行步骤S517至步骤S519的处 理，并且解码处理结束。然而，由于这些处理与图21中的步骤S216至步 骤S218的那些处理相同，所以将省略对其的描述。

以这种方法，根据解码器161，根据通过对输入代码串的解复用获得 的高带编码数据来获得系数索引；使用由系数索引表示的已解码高带子带 功率估计系数来计算已解码高带子带功率；从而，可以改进高带子带功率 的估计精确度。因此，可以再现具有较高质量的声音信号。

此外，在解码器161中，扩展系数表以与编码器的输入信号的采样频 率变换之后的采样频率对应；因此，可以以更少的系数表和更高的效率来 对声音进行解码。另外，不需要针对每个采样频率来记录系数表，因此， 可以减小系数表的记录区域的大小。

可以通过硬件或者通过软件执行上述一系列的处理。在通过软件执行 这一系列处理时，将配置该软件的程序通过程序记录介质安装到配备有专 用硬件的计算机或者在其上安装有各种程序以执行各种功能的计算机（诸 如，通用个人计算机）上。

图39是示出了利用程序执行上述一系列处理的计算机的硬件的配置 示例的框图。

在计算机中，CPU 501、ROM（只读存储器）502和RAM（随机存 取存储器）503通过总线504彼此连接。

此外，输入/输出接口505连接到总线504。包括键盘、鼠标和麦克风 的输入单元506、包括显示器和扬声器的输出单元507、包括硬盘和非易 失性存储器的存储单元508、包括网络接口的通信单元509以及驱动可移 除介质511（诸如，磁盘、光盘、磁光盘或者半导体存储器）的驱动器510 都连接到输入/输出接口505。

在如上那样配置的计算机中，例如，CPU 501通过输入/输出接口505 和总线504将存储在存储单元508中的程序加载到RAM 503上以执行， 从而执行上述一系列处理。

由计算机（CPU 501）执行的程序被记录在封装介质或可移除介质511 （包括例如磁盘（包括软盘）、光盘（例如，CD-ROM（压缩盘只读存储 器）和DVD（数字多功能盘））、磁光盘以及半导体存储器）上；或者通 过有线或无线传输介质（诸如，局域网、互联网或者数字卫星广播）提供。

另外，可以通过将可移除介质511安装到驱动器510上来通过输入/ 输出接505将程序装到存储单元508上。另外，可以通过有线或无线传 输介质由通信单元509来接收程序并且将其安装在存储单元508上。另外， 可以预先将程序安装在ROM 502或存储单元508上。

另外，计算机执行的程序可以是根据在该说明书中描述的顺序以时间 序列来执行处理的程序；或者可以是并行地或者必要时（例如，当给出请 求时）执行处理的程序。

在这里，本发明的实施例不限于上述实施例，并且在不背离本发明的 范围的范围内可以进行各种变型。

10    频带扩展装置

11    低通滤波器

12    延迟电路

13、13-1至13-N  带通滤波器

14    特征量计算电路

15    高带子带功率估计电路

16    高带信号产生电路

17    高通滤波器

18    信号加法器

20    系数学习装置

21、21-1至21-(K+N)    带通滤波器

22    高带子带功率计算电路

23    特征量计算电路

24    系数估计电路

30    编码器

31    低通滤波器

32    低带编码电路

33    子带分割电路

34    特征量计算电路

35    伪高带子带功率计算电路

36    伪高带子带功率差计算电路

37    高带编码电路

38    复用电路

40    解码器

41    解复用电路

42    低带解码电路

43    子带分割电路

44    特征量计算电路

45    高带解码电路

46    已解码高带子带功率计算电路

47    已解码高带信号产生电路

48    合成电路

50    系数学习装置

51    低通滤波器

52    子带分割电路

53    特征量计算电路

54    伪高带子带功率计算电路

55    伪高带子带功率差计算电路

56    伪高带子带功率差聚类电路

57    系数估计电路

101   CPU

102   ROM

103   RAM

104   总线

105   输入/输出接口

106   输入单元

107   输出单元

108   存储单元

109   通信单元

110   驱动器

111   可移除介质