JP5034228B2 - 補間装置、音再生装置、補間方法および補間プログラム - Google Patents

Description

本発明は、補間装置、音再生装置、補間方法および補間プログラムに関する。

特許文献１は、信号補間装置を開示する。この信号補間装置は、補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、フィルタが抽出した第１の帯域内の成分を、被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、被補間信号と周波数変換部が生成した補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を有する。

このような補間処理により、特許文献１の信号補間装置は、原音成分と調和のとれた成分を補間し、たとえばノイズ成分を補間する場合などに比べてより高音質の音となるように周波数成分を補間することができる。

特開２００２−１７１５８８号公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明、図面など）

しかしながら、特許文献１の信号補間装置では、上述したフィルタとしての可変ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）の他にも、良好な補間成分を生成するために、可変ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）が必要である。そのため、補間成分を生成する処理に必要となるフィルタの総次数は、どうしても大きくなってしまう。その結果、信号補間装置の処理負荷は、一定以上軽くはできなかったり、被補間信号と補間用成分との位相を合わせるために被補間信号を遅延させる遅延部を必要としたりしている。

本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、音波形信号をデジタルデータ化した再生データは、そのデジタル化により高域が既に帯域制限されていることに強く思い至り、この事実を好適に利用することでフィルタの総次数を削減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、処理負荷を軽減することができる補間装置、音再生装置、補間方法および補間プログラムを得ることを目的とする。

本発明に係る補間装置は、音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと、帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と、乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタと、再生データの周波数成分に、下側波帯抑圧ハイパスフィルタによる抑圧後の周波数成分を加算する加算器と、再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルと、再生データの再生上限周波数を特定するとともに、設定値テーブルから、複数の所定の範囲のうち、再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器による周波数のシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、帯域抽出ハイパスフィルタと乗算器と下側波帯抑圧ハイパスフィルタとにそれぞれ対応させて供給するパラメータ設定部と、を有するものである。

本発明に係る補間装置は、上述した発明の構成に加えて、帯域抽出ハイパスフィルタおよび下側波帯抑圧ハイパスフィルタは、ＩＩＲフィルタで構成され、且つ、加算器には、帯域抽出ハイパスフィルタへ供給される再生データが、遅延されることなく供給されるものである。

本発明に係る補間装置は、上述した発明の各構成に加えて、設定値テーブルにおける再生データの再生上限周波数の範囲が、８ｋＨｚ以上において、８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ未満、１０ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ未満、１２ｋＨｚ以上１４ｋＨｚ未満、１４ｋＨｚ以上１７ｋＨｚ未満、１７ｋＨｚ以上であるものである。

本発明に係る音再生装置は、上述した発明の各構成に係る補間装置と、ナイキスト周波数より低い再生上限周波数の再生データを補間装置へ供給するデコーダと、を有するものである。

本発明に係る他の音再生装置は、上述した発明の各構成に係る補間装置と、高周波成分を取り除くように不可逆圧縮された再生データから、補間装置へ供給する再生データを生成するデコーダと、を有するものである。

本発明に係る補間方法は、再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタとを有する補間装置の補間方法において、音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出するステップと、抽出された周波数成分を周波数シフトするステップと、周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧するステップと、再生データの周波数成分に、抑圧後の周波数成分を加算するステップと、再生データの再生上限周波数を特定するとともに、再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルから、複数の所定の範囲のうち、再生データの再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器による周波数のシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、帯域抽出ハイパスフィルタと乗算器と下側波帯抑圧ハイパスフィルタにそれぞれ対応させて供給するステップと、を含むものである。

本発明に係る補間プログラムは、コンピュータにインストールすることにより、再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタとを有する補間装置の機能を実現する補間プログラムにおいて、音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出するステップと、抽出された周波数成分を周波数シフトするステップと、周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧するステップと、再生データの周波数成分に、抑圧後の周波数成分を加算するステップと、再生データの再生上限周波数を特定するとともに、再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルから、複数の所定の範囲のうち、再生データの再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と乗算器による周波数のシフト幅の設定値と下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、帯域抽出ハイパスフィルタと乗算器と下側波帯抑圧ハイパスフィルタにそれぞれ対応させて供給するステップと、をコンピュータに実行させるものである。

本発明では、処理負荷を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る補間装置、音再生装置、補間方法および補間プログラムを、図面に基づいて説明する。なお、補間装置および補間プログラムは、音再生装置の構成の一部として説明する。補間方法は、音再生装置の動作の一部として説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る音再生装置１を示すブロック図である。音再生装置１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２と、デコーダ３と、補間装置としての補間部４と、オーディオアンプ５と、スピーカ６と、を有し、音のデータに基づいて音を再生するものである。このように音再生装置１としては、たとえばポータブルオーディオプレーヤ、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｓｕａｌ）機器、カーオーディオシステム、カーナビゲーションシステム、ＣＤ、ＤＶＤなどの再生装置、携帯電話端末、ＰＤＡなどの携帯情報端末、音声出力機能を有するパーソナルコンピュータなどがある。

ハードディスクドライブ２は、再生データ７を記憶する。

再生データ７とは、スピーカ６やオーディオアンプ５に供給することができるアナログの音波形信号を、所定のサンプリング周波数に基づく周期でサンプリングした原音データや、その原音データを符号化したデータである。原音データには、たとえばリニアＰＣＭデータがある。符号化には、不可逆に圧縮するものと、可逆に圧縮するものとがある。

原音データを符号化する方式としては、たとえばＭＰ３（ＭＰＥＧ１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ−３）形式によるものや、ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃ）形式によるものなどがある。これらの符号化方式では、原音データに含まれる高周波成分を取り除くように圧縮して符号化する。そのため、これらの符号化方式により圧縮された再生データ７を再生すると、その周波数成分の上限（以下、再生上限周波数と呼ぶ）は、ナイキスト周波数よりも低い周波数となる。原音データは、不可逆に圧縮される。再生データ７には、再生上限周波数とナイキスト周波数との間に、周波数成分が存在しない高周波無音帯域が存在する。

デコーダ３は、再生データ７をデコードする。デコーダ３は、サンプリング周期毎に値が変化するデコードデータを生成する。

図２は、図１中の補間部４を示すブロック図である。補間部４は、帯域抽出ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ハイパスフィルタ）１１と、オシレータ（ＯＳＣ）１２と、乗算器１３と、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４と、補間成分アッテネータ１５と、メインアッテネータ１６と、加算器１７と、を有する。

なお、この図２に示すような補間部４は、図１に示すようにＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）チップ８の図示外の中央処理装置が図示外の信号補間プログラムを実行することで実現される。信号補間プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などのコンピュータ読取可能な記録媒体や、たとえばインターネット、電話通信網などの伝送媒体などにより、提供されたものであってもよい。また、補間部４は、ＤＳＰチップ８ではなく、マイクロコンピュータチップなどにおいて実現されてもよい。

帯域抽出ＨＰＦ１１は、デコーダ３から補間部４へ供給される再生データ７から、設定された下限周波数以上の周波数成分を抽出する。

帯域抽出ＨＰＦ１１は、たとえばＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタなどのデジタルフィルタにより実現することができる。これらのデジタルフィルタでは、再生データ７および出力データをその次数分で遅らせて保持する。そして、デジタルフィルタは、その保持する再生データ７、出力データおよび新たに入力される再生データ７を、設定された重み付けの割合で加減算することで、再生データ７から、設定された下限周波数以上の周波数成分を抽出する。

この実施の形態において、帯域抽出ＨＰＦ１１は、２次のＩＩＲフィルタとして構成されている。図３は、２次のデジタルフィルタの周波数特性曲線を示す図である。横軸は周波数であり、縦軸は減衰量である。曲線Ａは、約１ｋＨｚ以上の周波数成分を抽出するように設定された場合の、２次のハイパスフィルタの周波数特性曲線の一例である。曲線Ｂは、約１ｋＨｚを中心とした帯域の周波数成分を抽出するように設定された場合の、２次のバンドパスフィルタの周波数特性曲線の一例である。曲線Ｃは、約１ｋＨｚを中心とした帯域の周波数成分を抽出するように設定された場合の、ピークを有する帯域抽出特性を有する２次のバンドパスフィルタの周波数特性曲線の一例である。

曲線Ａと曲線Ｂとを比較すれば解るように、２次のハイパスフィルタは、同じ次数のバンドパスフィルタと比べて、低周波成分をより大きく抑制する。たとえば１００ｋＨｚの周波数成分の２次のバンドパスフィルタによる抑制効果は、約−２０ｄＢである。これに対して、２次のハイパスフィルタは、約−４０ｄＢもの高い抑制効果を有する。２次のバンドパスフィルタにおいて２次のハイパスフィルタと同等の低周波成分の抑制効果を得ようとすると、バンドパスフィルタの特性は、曲線Ｃに示すように中心周波数付近でピークをもつ、バンドパスフィルタとしては不適当な特性となってしまう。したがって、詳細は後述するが、本実施の形態では、遮断特性が急峻なハイパスフィルタを用いる。

オシレータ１２は、設定された一定の周波数で変化する波形信号をデジタル化したオシレータデータを生成する。なお、オシレータデータは、補間部４に供給される再生データ７と同期して変化する。

乗算器１３は、供給される２つのデータを乗算する。乗算器１３には、帯域抽出ＨＰＦ１１により抽出された周波数成分のデータと、オシレータデータとが供給される。乗算器１３は、たとえばこれらのデータ同士を乗算する。

下側波帯抑圧ＨＰＦ１４は、乗算器１３から供給される周波数成分のデータから、設定された下限周波数以上の周波数成分を抽出する。なお、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４は、たとえばＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタなどにより実現されればよい。この実施の形態の下側波帯抑圧ＨＰＦ１４は、たとえば２次のＩＩＲフィルタであればよい。

補間成分アッテネータ１５およびメインアッテネータ１６は、入力されるデータの振幅を調整する。補間成分アッテネータ１５には、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４により抑圧された周波数成分のデータが供給される。メインアッテネータ１６には、デコーダ３から補間部４へ供給される再生データ７が供給される。

加算器１７は、供給される２つのデータを加算する。加算器１７には、補間成分アッテネータ１５により振幅が調整された補間成分のデータと、メインアッテネータ１６により振幅が調整された再生データ７とが供給される。

加算器１７が生成する補間データは、図１中のオーディオアンプ５へ供給される。オーディオアンプ５は、補間データに基づいてアナログの音波形信号を生成し、スピーカ６へ出力する。このアナログの音波形信号の振幅は、補間データの値に追従して変化する。スピーカ６は、供給されるアナログの音波形信号により、音波を発生する。

図２に戻る。補間部４は、この他にも、設定値テーブル１８と、特定手段および設定手段としてのパラメータ設定部１９と、を有する。なお、設定値テーブル１８は、ＤＳＰチップ８やマイクロコンピュータチップの図示外の記憶部に記憶されればよい。

図４は、設定値テーブル１８のテーブル内容を示す説明図である。設定値テーブル１８は、複数の設定値を有する。各設定値は、帯域抽出ＨＰＦ１１用の設定値と、オシレータ１２用の設定値と、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４用の設定値とを有し、再生データ７の再生上限周波数と対応付けて記憶される。具体的には、設定値テーブル１８は、８ｋＨｚ以上の再生上限周波数を、８ｋＨｚ以上且つ１０ｋＨｚ未満の範囲と、１０ｋＨｚ以上且つ１２ｋＨｚ未満の範囲と、１２ｋＨｚ以上且つ１４ｋＨｚ未満の範囲と、１４ｋＨｚ以上且つ１７ｋＨｚ未満の範囲と、１７ｋＨｚ以上の範囲との５つに範囲に分け、それぞれの周波数範囲毎に設定値を有する。このように補間部４に入力される再生データ７の再生上限周波数を範囲分けすることで、設定値テーブル１８は、再生データ７の再生上限周波数毎に、個別の設定値を記憶しないで済む。

図５は、ＭＰ３形式に符号化された再生データ７の再生上限周波数のリストの一例である。図５には、３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚおよび４８ｋＨｚの３種類のサンプリング周波数であって、３２〜３２０ｋｂｐｓのビットレートである再生データ７の再生上限周波数がリスト化されている。たとえば、サンプリング周波数３２ｋＨｚ且つビットレート１１２ｋｂｐｓの再生データ７の再生上限周波数は、１２ｋＨｚである。この再生データ７は、ナイキスト周波数が１６ｋＨｚであるのに対して、０から１２ｋＨｚまでの周波数成分を有する。このようにＭＰ３形式で不可逆に圧縮すると、再生データ７の再生上限周波数は、ナイキスト周波数より低くなる。

この図５のリストにおいて、小数第一桁を四捨五入して再生上限周波数が８ｋＨｚ以上となる再生データ７は、１３種類ある。したがって、設定値テーブル１８が再生データ７の再生上限周波数毎に個別の設定値を有する場合には、設定値テーブル１８には、１３組の設定値の組合せを記憶させる必要がある。これに対して、図４に示すように５段階に分けることで、設定値テーブル１８には、５組の設定値の組合せを記憶させればよい。設定値テーブル１８が記憶する設定値の組合せは、半分以下とすることができる。

パラメータ設定部１９は、設定値テーブル１８から１つの組合せの設定値を選択して読み込む。パラメータ設定部１９は、その選択して読み込んだ設定値により、帯域抽出ＨＰＦ１１、オシレータ１２および下側波帯抑圧ＨＰＦ１４に対する設定処理を実行する。

次に、以上の構成を有する音再生装置１の動作を説明する。

デコーダ３は、ハードディスクドライブ２から再生データ７を読み込む。なお、デコーダ３は、たとえば、音再生装置１の図示外の入力キーの操作などに基づいて選択した楽曲の再生データ７を、ハードディスクドライブ２から読み込むようにすればよい。

また、デコーダ３は、読み込んだ再生データ７をデコードする。デコーダ３は、サンプリング周期毎に値が変化するデコードデータを生成する。デコーダ３は、生成したデコードデータを補間部４へ供給する。

補間部４にデコードデータが供給されると、パラメータ設定部１９は、供給されるデコードデータを解析し、その再生上限周波数を特定する。なお、パラメータ設定部１９は、デコードデータとは別にデコーダ３からデコードされた再生データ７に関する情報を取得し、その取得情報に基づいて再生上限周波数を特定するようにしてもよい。この場合、パラメータ設定部１９は、たとえば図５に示すような再生上限周波数リストを有し、取得した情報でこのリストを検索し、取得情報と合致するものあるいは最も近いものの再生上限周波数をリストから選択するようにすればよい。

補間部４に供給されたデコードデータの再生上限周波数を特定した後、パラメータ設定部１９は、図４の設定値テーブル１８を参照する。そして、パラメータ設定部１９は、設定値テーブル１８から、特定した再生上限周波数を含む範囲に対応付けられた設定値を読み込む。たとえば特定した再生上限周波数が１３ｋＨｚである場合、パラメータ設定部１９は、図４の設定値テーブル１８の上から三行目の設定値を読み込む。

設定値テーブル１８から設定値を読み込んだ後、パラメータ設定部１９は、その設定値を用いて、帯域抽出ＨＰＦ１１、オシレータ１２および下側波帯抑圧ＨＰＦ１４に対する設定処理を実行する。パラメータ設定部１９は、具体的には、帯域抽出ＨＰＦ１１の所定の下限周波数、乗算器１３による周波数のシフト幅、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４が抑圧する周波数成分などを設定する。

パラメータ設定部１９により設定値が設定されると、補間部４は、その設定に基づく補間処理を開始する。図６は、補間部４における周波数分布の変化を模式的に示す図である。図６（Ａ）は、補間部４へ供給されるデコードデータの周波数分布である。デコードデータの再生上限周波数は、ナイキスト周波数より低い。図６（Ｂ）は、帯域抽出ＨＰＦ１１が生成するデータの周波数分布である。図６（Ｃ）は、乗算器１３が生成するデータの周波数分布である。図６（Ｄ）は、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４が生成するデータの周波数分布である。図６（Ｅ）は、加算器１７が生成するデータの周波数分布である。図６の各周波数分布において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。

帯域抽出ＨＰＦ１１は、補間部４へ供給されるデコードデータから、設定された下限周波数以上の周波数成分を抽出する。これにより、図６（Ａ）の周波数分布を有するデコードデータから、図６（Ｂ）に示す周波数分布を有するデータが生成される。

オシレータ１２は、設定された一定の周波数で変化するオシレータデータを生成する。乗算器１３は、帯域抽出ＨＰＦ１１により抽出された図６（Ｂ）の周波数成分を有するデータと、オシレータデータとを乗算する。乗算器１３は、具体的には、図６（Ｂ）の周波数成分を有するデータの振幅を、オシレータデータにより変調する。

このような乗算器１３の乗算処理により、図６（Ｃ）に示す周波数分布を有するデータが生成される。図６（Ｃ）の周波数分布では、オシレータデータの変調周波数を中心に、２つの周波数分布が対称に現われている。変調周波数より周波数が低い分布を下側波帯とよび、変調周波数より周波数が高い分布を上側波帯とよぶ。上側波帯は、図６（Ｂ）の周波数分布と同じ分布を有する。上側波帯は、図６（Ｂ）の周波数分布を、高周波側へシフトした周波数分布になる。周波数シフトの幅は、オシレータ１２の変調周波数に相当する周波数幅である。また、下側波帯は、図６（Ｂ）の周波数分布を、図６の左右の向きで裏返した分布を有する。

乗算器１３により生成された図６（Ｃ）の周波数分布のデータは、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４へ供給される。下側波帯抑圧ＨＰＦ１４は、乗算器１３から供給される周波数成分のデータから、設定された下限周波数以上の周波数成分を抽出する。これにより、図６（Ｄ）に示す周波数分布を有するデータが生成される。

下側波帯抑圧ＨＰＦ１４が生成した図６（Ｄ）に示す周波数分布のデータは、補間成分アッテネータ１５へ供給される。また、メインアッテネータ１６には、デコーダ３から補間部４へ供給されるデコードデータが供給される。補間成分アッテネータ１５およびメインアッテネータ１６は、入力されるデータの振幅を調整して加算器１７へ供給する。

加算器１７は、補間成分アッテネータ１５から供給されるデータと、メインアッテネータ１６から供給されるデータとを加算する。これにより、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４が生成したデータの周波数成分と、デコーダ３から補間部４へ供給されるデコードデータの周波数成分とが加算される。これにより、図６（Ｅ）に示す周波数分布を有するデータが生成される。

加算器１７が生成した図６（Ｅ）に示す周波数分布を有するデータは、補間部４が生成した補間データとしてオーディオアンプ５へ供給される。オーディオアンプ５は、補間データに基づいてアナログの音波形信号を生成し、スピーカ６へ出力する。スピーカ６は、供給されるアナログの音波形信号により、音波を発生する。スピーカ６からは、補間データの値の変化に追従して変化する音波が出力される。

以上のように、この実施の形態によれば、補間部４は、それに供給されるデコードデータに高周波成分を補間した補間データを生成する。

また、高周波成分を取り除くように不可逆圧縮された再生データ７の再生上限周波数は、そのナイキスト周波数より低い。再生上限周波数とナイキスト周波数との間には、周波数成分が存在しない高周波無音帯域が存在する。再生データ７の周波数成分に基づく高周波成分は、その無音帯域に補間される。

したがって、加算器１７において原音に加算される周波数成分は、再生データ７の周波数成分を周波数シフトしただけのものであり、不要な雑音成分が混ざっていないクリアなものとなる。この補間部４を採用する音再生装置１は、高周波成分が再生データ７に基づく成分により補間された補間データに基づいて、高周波ひずみの少ない良好な波形の音波形信号を生成することができる。スピーカ６から出力される音波は、高周波ひずみの少ない良好な音質となる。たとえばノイズ内分などを補間する場合に比べて、再生データ７との調和のとれた違和感の生じない音となるように補間することができる。

特に、この実施の形態では、乗算器１３の振幅変調処理による周波数シフトにより発生する下側波帯の高周波寄りの部位の周波数成分は、帯域抽出ＨＰＦ１１を使用することにより、図６（Ｃ）に示すように効果的に抑圧されている。したがって、下側波帯抑圧ＨＰＦ１４として、次数が少ない軽い処理負荷のハイパスフィルタを採用しつつ、加算器１７による加算後の補間データにおいて、この下側波帯の周波数成分が原音と混ざってしまわないようすることができる。

ところで、図７に示すように、帯域抽出ＨＰＦ１１の替わりに帯域抽出ＢＰＦ３１を使用しても原音（補間部４へ供給されるデコードデータ）に基づく高周波成分を、原音の高周波側に補間することが可能である。図７は、帯域抽出ＢＰＦ３１を使用する補間部４の構成を示すブロック図である。図７において、図１と同じ機能を有する構成要素は、同一の符号を付している。

しかしながら、図３に示すように、バンドパスフィルタの低周波成分の抑圧効果は、同じ次数のハイパスフィルタのものより低い。そのため、図６（Ｂ）において点線で示すように、２次のバンドパスフィルタによりフィルタリングした場合には、２次のハイパスフィルタによりフィルタリングした場合に比べて、低周波成分が十分に抑圧されない。その結果、２次のバンドパスフィルタによりフィルタリングした周波数成分を用いて、乗算器１３で乗算処理をすると、図６（Ｃ）に点線として示すように、上側波帯の低周波側の部分および下側波帯の高周波側の部分の強度が２次のハイパスフィルタを用いた場合に比べて強くなってしまう。

下側波帯などの不要な周波数成分は、その後の加算器１７における加算処理により、原音（補間部４へ供給されるデコードデータ）の周波数成分と加算されないようにするのが望ましい。したがって、このように下側波帯の高周波側の部分の強度が大きくなってしまうと、その分、下側波帯をより効果的に抑圧するように、バンドパスフィルタには、より高次のものを使用しなければならない。

また、このように帯域抽出のためにバンドパスフィルタを使用した場合、その結果として下側波帯抑圧ＨＰＦ１４の次数を大きくしなければならないことから、図７の帯域抽出ＢＰＦ３１と下側波帯抑圧ＨＰＦ１４との組合せの場合の総次数は、図１の帯域抽出ＨＰＦ１１と下側波帯抑圧ＨＰＦ１４との組合せの場合の総次数に比べて、大きくなってしまう。この差は、最低でも２次程度になる。

また、帯域抽出ＢＰＦ３１および下側波帯抑圧ＨＰＦ１４のどちらか一方のフィルタにおいてＦＩＲフィルタを使用した場合、フィルタリング処理に起因して群遅延が発生してしまう。その群遅延による音の乱れを解消するためには、図７に示すように、メインアッテネータ１６の前に遅延部３２を設けなければならない。

これに対して、この実施の形態のように帯域抽出ＨＰＦ１１と下側波帯抑圧ＨＰＦ１４とを組合せる場合では、その両方にＩＩＲフィルタを使用し、且つ、その総次数をこの実施の形態のようにたとえばＩＩＲの４次と少ない次数としたとしても、所定の帯域の周波数成分を好適に抽出するフィルタリング特性を得ることができる。しかも、その両方にＩＩＲフィルタを使用することで、群遅延は、発生しなくなる。メインアッテネータ１６の前に遅延部を設ける必要はない。

また、この実施の形態では、デコードデータに加算される補間成分は、補間部へ供給されるデコードデータの再生上限周波数に応じたものとなっている。その結果、補間部へ供給されるデコードデータの周波数成分を損なわないように補間成分を加算することができる。

しかも、設定値テーブル１８は、補間部へ供給されるデコードデータの再生上限周波数を複数の範囲に分け、その範囲毎に設定値を記憶する。これにより、設定値テーブル１８は、補間するすべての再生データ７に対応させて、多数の設定値を記憶する必要はない。補間可能な再生データ７の種類を減らすことなく、設定値テーブル１８が記憶する設定値の数を減らすことができる。

特に、この実施の形態では、８ｋＨｚ以上の再生上限周波数については、８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ未満、１０ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ未満、１２ｋＨｚ以上１４ｋＨｚ未満、１４ｋＨｚ以上１７ｋＨｚ未満、１７ｋＨｚ以上との５つの範囲に分けた設定値としている。このような範囲分けにより、各範囲での補間処理後の再生音において、違和感を生じさせてしまうことはない。

以上の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。

たとえば上記実施の形態では、メインアッテネータ１６には、補間部４へのデコードデータが直接供給されている。この他にもたとえば、メインアッテネータ１６の前に遅延部を設けるようにしてもよい。

上記実施の形態では、帯域抽出ＨＰＦ１１を用いたが、これは所定の周波数以下の周波数成分を減衰させる特性を有していればよく、からなずしも完全な「抽出」をする特性ではなくてもよい。

上記実施の形態では、パラメータ設定部１９は、補間部４に供給されるデコードデータのサンプリング周波数やビットレートに応じて、設定を行っている。この他にもたとえば、パラメータ設定部１９は、補間部へ供給されるデコードデータが楽曲データであるか否かに応じた設定を行ったり、楽曲の種類に応じた設定を行ったりするようにしてもよい。楽曲種類に関する情報は、たとえば再生データ７に関連付けられるタグデータから取得することができる。

上記実施の形態では、デコーダ３は、音再生装置１内のハードディスクドライブ２に記憶される再生データ７から、補間部４へ供給するデコードデータを生成している。この他にもたとえば、デコーダ３は、通信回線などを介して取得した再生データ７から、補間部４へ供給するデコードデータを生成するようにしてもよい。

上記実施の形態では、補間部４には、デコーダ３が生成したデコードデータが供給されている。この他にもたとえば、電子楽器、ＦＭラジオ、ＡＭラジオ、テレビジョン受像機、ＡＶ機器などから、音波形信号をデジタル化したデータが供給されるようにしてもよい。

本発明は、音を再生するポータブルハードディスクプレーヤなどに利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る音再生装置を示すブロック図である。 図２は、図１中の補間部を示すブロック図である。 図３は、２次のデジタルフィルタの周波数特性曲線を示す図である。 図４は、設定値テーブルのテーブル内容を示す説明図である。 図５は、ＭＰ３形式に符号化された再生データの再生上限周波数のリストの一例である。 図６は、補間部における周波数分布の変化を模式的に示す図である。 図７は、帯域抽出ＢＰＦを使用する補間部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 音再生装置
３ デコーダ
４ 補間部（補間装置）
１１ 帯域抽出ＨＰＦ（帯域抽出ハイパスフィルタ）
１３ 乗算器
１４ 下側波帯抑圧ＨＰＦ（下側波帯抑圧ハイパスフィルタ）
１７ 加算器
１８ 設定値テーブル
１９ パラメータ設定部（特定手段、設定手段）

Claims (7)

1. 音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと、
   前記帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と、
   前記乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタと、
   前記再生データの周波数成分に、前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタによる抑圧後の周波数成分を加算する加算器と、
   前記再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルと、
   前記再生データの再生上限周波数を特定するとともに、前記設定値テーブルから、前記複数の所定の範囲のうち、前記再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器による周波数のシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、前記帯域抽出ハイパスフィルタと前記乗算器と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタとにそれぞれ対応させて供給するパラメータ設定部と、
   を有することを特徴とする補間装置。
2. 前記帯域抽出ハイパスフィルタおよび前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタは、ＩＩＲフィルタで構成され、且つ、
   前記加算器には、前記帯域抽出ハイパスフィルタへ供給される前記再生データが、遅延されることなく供給されること、
   を特徴とする請求項１記載の補間装置。
3. 前記設定値テーブルにおける再生データの再生上限周波数の範囲は、８ｋＨｚ以上において、８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ未満、１０ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ未満、１２ｋＨｚ以上１ｋＨｚ未満、１４ｋＨｚ以上１７ｋＨｚ未満、１７ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１記載の補間装置。
4. 請求項１または２記載の補間装置と、
   ナイキスト周波数より低い再生上限周波数の再生データを前記補間装置へ供給するデコーダと、
   を有することを特徴とする音再生装置。
5. 請求項１または２記載の補間装置と、
   高周波成分を取り除くように不可逆圧縮された再生データから、前記補間装置へ供給する前記再生データを生成するデコーダと、
   を有することを特徴とする音再生装置。
6. 再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと前記帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と前記乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタとを有する補間装置の補間方法において、
   音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出するステップと、
   前記抽出された周波数成分を周波数シフトするステップと、
   前記周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧するステップと、
   前記再生データの周波数成分に、前記抑圧後の周波数成分を加算するステップと、
   前記再生データの再生上限周波数を特定するとともに、前記再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルから、前記複数の所定の範囲のうち、前記再生データの再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器による周波数のシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、前記帯域抽出ハイパスフィルタと前記乗算器と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタにそれぞれ対応させて供給するステップと、
   を含むことを特徴とする補間方法。
7. コンピュータにインストールすることにより、再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出する帯域抽出ハイパスフィルタと前記帯域抽出ハイパスフィルタにより抽出された周波数成分を周波数シフトする乗算器と前記乗算器により周波数シフトされた周波数成分の中の下側波帯の周波数成分を抑圧する下側波帯抑圧ハイパスフィルタとを有する補間装置の機能を実現する補間プログラムにおいて、
   音波形信号をデジタルデータ化した再生データから、所定の下限周波数以上の周波数成分を抽出するステップと、
   前記抽出された周波数成分を周波数シフトするステップと、
   前記周波数シフトされた周波数成分の中の、下側波帯の周波数成分を抑圧するステップと、
   前記再生データの周波数成分に、前記抑圧後の周波数成分を加算するステップと、
   前記再生データの再生上限周波数を特定するとともに、前記再生データの再生周波数の所定の範囲毎に、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器にて周波数をシフトするシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とをそれぞれ記憶する設定値テーブルから、前記複数の所定の範囲のうち、前記再生データの再生上限周波数を含む再生周波数の範囲に応じて、前記帯域抽出ハイパスフィルタの設定値と前記乗算器による周波数のシフト幅の設定値と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタの設定値とを、前記帯域抽出ハイパスフィルタと前記乗算器と前記下側波帯抑圧ハイパスフィルタにそれぞれ対応させて供給するステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする補間プログラム。

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