(57)【要約】【課題】ディジタル音響信号より検出したピーク値だけに基づいた波形整形よりも、ディジタル音響信号に対してより均一な効果を与える。【解決手段】高調波発生回路１０９は、極大値検出部１０２で検出された極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルの値を、所定の演算式に基づいて可変量を求めて加算又は減算して変更する。同様に、高調波発生回路１０９は、極小値検出部１０３で検出された極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルの値を、所定の演算式に基づいて可変量を求めて加算又は減算して変更する。このようにして、高調波発生回路１０９は、ディジタル音響信号を波形整形して高調波を発生させる。【選択図】図１
2010020122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合う前記サンプルの値を比較することにより、極大値及び極小値を検出する第１のステップと、
前記第１のステップで検出した前記極大値及び極小値のそれぞれについて、その極大値及び極小値の各サンプルの時間的に前後に位置する複数のサンプルの各値を用いて、前記極大値に隣接する補間した極大値と前記極小値に隣接する補間した極小値をピーク値として求める第２のステップと、
前記第１のステップで検出した極大値のサンプルと前記第２のステップで補間した極大値の時間軸上の位置との間の第１の間隔と、前記第１のステップで検出した極小値のサンプルと前記第２のステップで補間した極小値の時間軸上の位置との間の第２の間隔とをそれぞれ算出する第３のステップと、
前記第１のステップで検出した前記極大値のサンプルと検出した前記極小値のサンプルとの間のサンプル間隔と、前記第３のステップで算出した前記第１及び第２の間隔とを加算した間隔に応じた係数を選択する第４のステップと、
前記検出した極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと前記検出した極大値のサンプルからなる第１のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する前記補間した極大値との第１の差分を求め、その第１の差分に少なくとも前記係数を乗算して第１の可変量を算出すると共に、前記検出した極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する前記所定数のサンプルと前記検出した極小値のサンプルからなる第２のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する前記補間した極小値との第２の差分を求め、その第２の差分に少なくとも前記係数を乗算して第２の可変量を算出する第５のステップと、
前記第１のサンプルの各値に対して前記第１の可変量を加算又は減算すると共に、前記第２のサンプルの各値に対して前記第２の可変量を加算又は減算することで前記ディジタル音響信号に高調波成分を発生させる第６のステップと
を含むことを特徴とするディジタル音響信号処理方法。
【請求項２】
前記第５のステップは、
前記第１のステップにより前記極大値が検出されてから次に前記極小値が検出されるまでの前記ディジタル音響信号の区間では、前記第１のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極大値の位置に対して時間的に後に隣接する第１の特定のサンプルに対しては前記第１の特定のサンプルの値と前記補間した極大値との差分に前記係数と前記補間した極大値の位置と前記第１の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第１の可変量として算出すると共に、前記第１の特定のサンプル以外の前記第１のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル前のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第１の可変量として算出し、前記第２のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極小値の位置に対して時間的に前に隣接する第２の特定のサンプルに対しては前記第２の特定のサンプルの値と前記補間した極小値との差分に前記係数と前記補間した極小値の位置と前記第２の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第２の可変量として算出すると共に、前記第２の特定のサンプル以外の前記第２のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル後のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第２の可変量として算出し、
前記第１のステップにより前記極小値が検出されてから次に前記極大値が検出されるまでの前記ディジタル音響信号の区間では、前記第１のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極大値の位置に対して時間的に前に隣接する第３の特定のサンプルに対しては前記第３の特定のサンプルの値と前記補間した極大値との差分に前記係数と前記補間した極大値の位置と前記第３の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第１の可変量として算出すると共に、前記第３の特定のサンプル以外の前記第１のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル後のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第１の可変量として算出し、前記第２のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極小値の位置に対して時間的に後に隣接する第４の特定のサンプルに対しては前記第４の特定のサンプルの値と前記補間した極小値との差分に前記係数と前記補間した極小値の位置と前記第４の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第２の可変量として算出すると共に、前記第４の特定のサンプル以外の前記第２のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル前のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第２の可変量として算出することを特徴とする請求項１記載のディジタル音響信号処理方法。
【請求項３】
一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合う前記サンプルの値を比較することにより、極大値及び極小値を検出する極値検出手段と、
前記極値検出手段で検出した前記極大値及び極小値のそれぞれについて、その極大値及び極小値の各サンプルの時間的に前後に位置する複数のサンプルの各値を用いて、前記極大値に隣接する補間した極大値と前記極小値に隣接する補間した極小値をピーク値として求めるピーク値補間手段と、
前記極値検出手段で検出した極大値のサンプルと前記ピーク値補間手段で補間した極大値の時間軸上の位置との間の第１の間隔と、前記極値検出手段で検出した極小値のサンプルと前記ピーク値補間手段で補間した極小値の時間軸上の位置との間の第２の間隔とをそれぞれ算出する間隔測定手段と、
前記極値検出手段で検出した前記極大値のサンプルと検出した前記極小値のサンプルとの間のサンプル間隔と、前記間隔測定手段で算出した前記第１及び第２の間隔とを加算した間隔に応じた係数を選択する係数選択手段と、
前記検出した極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと前記検出した極大値のサンプルからなる第１のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する前記補間した極大値との第１の差分を求め、その第１の差分に少なくとも前記係数を乗算して第１の可変量を算出すると共に、前記検出した極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する前記所定数のサンプルと前記検出した極小値のサンプルからなる第２のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する前記補間した極小値との第２の差分を求め、その第２の差分に少なくとも前記係数を乗算して第２の可変量を算出する可変量算出手段と、
前記第１のサンプルの各値に対して前記第１の可変量を加算又は減算すると共に、前記第２のサンプルの各値に対して前記第２の可変量を加算又は減算することで前記ディジタル音響信号に高調波成分を発生させる高調波発生手段と
を有することを特徴とするディジタル音響信号処理装置。
【請求項４】
前記可変量算出手段は、
前記極値検出手段により前記極大値が検出されてから次に前記極小値が検出されるまでの前記ディジタル音響信号の区間では、前記第１のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極大値の位置に対して時間的に後に隣接する第１の特定のサンプルに対しては前記第１の特定のサンプルの値と前記補間した極大値との差分に前記係数と前記補間した極大値の位置と前記第１の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第１の可変量として算出すると共に、前記第１の特定のサンプル以外の前記第１のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル前のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第１の可変量として算出し、
前記第２のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極小値の位置に対して時間的に前に隣接する第２の特定のサンプルに対しては前記第２の特定のサンプルの値と前記補間した極小値との差分に前記係数と前記補間した極小値の位置と前記第２の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第２の可変量として算出すると共に、前記第２の特定のサンプル以外の前記第２のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル後のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第２の可変量として算出し、
前記極値検出手段により前記極小値が検出されてから次に前記極大値が検出されるまでの前記ディジタル音響信号の区間では、
前記第１のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極大値の位置に対して時間的に前に隣接する第３の特定のサンプルに対しては前記第３の特定のサンプルの値と前記補間した極大値との差分に前記係数と前記補間した極大値の位置と前記第３の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第１の可変量として算出すると共に、前記第３の特定のサンプル以外の前記第１のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル後のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第１の可変量として算出し、前記第２のサンプル群中の各サンプルのうち、前記補間した極小値の位置に対して時間的に後に隣接する第４の特定のサンプルに対しては前記第４の特定のサンプルの値と前記補間した極小値との差分に前記係数と前記補間した極小値の位置と前記第４の特定のサンプルとの間の間隔とを乗算した値を前記第２の可変量として算出すると共に、前記第４の特定のサンプル以外の前記第２のサンプル群中の各サンプルに対してはそのサンプルの値と時間的に１サンプル前のサンプルの値との差分に前記係数を乗算した値を前記第２の可変量として算出することを特徴とする請求項３記載のディジタル音響信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタル音響信号処理方法及び処理装置に係り、特にディジタル音響信号に対して、より規則性のある効果を得て高音質化の処理をするディジタル音響信号処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ音響信号をディジタル音響信号に変換する時、変換に用いられるサンプリング周波数によって、ディジタル音響信号の上限周波数がナイキスト周波数までに制限されてしまう。例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）の規格では、アナログ音響信号をサンプリング周波数４４.１［ｋＨｚ］、量子化ビット数１６ビットに変換したディジタル音響信号をＣＤに記録している。このため、ＣＤに記録されているディジタル音響信号の上限周波数はサンプリング周波数の半分であるナイキスト周波数２２.０５［ｋＨｚ］に制限される。このサンプリング周波数に設定するのは、人間の聴覚が一般に約２０［ｋＨｚ］までしか聞き取ることができないため、アナログ音響信号を変換したディジタル音響信号を実用上聞き取ることが可能であるためである。
【０００３】
しかし、アナログ音響信号においては２０［ｋＨｚ］以上の周波数帯域が存在しており、その高音域は、音響信号に豊かな臨場感を与えている。このため、ＣＤに記録されているディジタル音響信号を再生した場合は、ナイキスト周波数２２.０５［ｋＨｚ］以上の高音域が失われているため、豊かな臨場感を再現できない。
【０００４】
そこで、失われた高音域の作成について、高調波帯域を付加するなどの多くの技術が研究されている。例えば、ディジタル音響信号におけるピーク値を検出し、ピークの前後のサンプル値やピーク値を変化させることにより音質の改善を図る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ディジタル音響信号の改善方法として、ディジタル音響信号のサンプル間の波高値を推測し、アナログ波形に近づけるものも多く研究されている。ディジタル音響信号は、アナログ波形からディジタル波形に変換する際、データが間引かれているため、変換したディジタル波形を再びアナログ波形に戻して出力する際、ノイズ成分が含まれてしまう。そのため、上記のノイズ成分を少なくする技術が研究されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
更に、ディジタル音響信号では、或る一定の音量以下の範囲に入力信号を収めなければならない場合がある。このような場合、ディジタル音響信号のピークを抑制すると、大きな音量の時に波形がクリップしてしまい音質が劣化するという問題がある。そこで、このようなクリップした波形の改善を検討した技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特許第３６５９４８９号公報
【特許文献２】特開平６−１８１４５９号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、ディジタル音響信号における離散データ上のサンプル点からピークを検出し、ピーク前後のサンプルや、ピーク値を変化させて、オリジナルのアナログ音響信号のようなシャープ、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。この特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、離散データのピークを基準として波形整形を行っているため、検出したピークが連続波形の場合のピークであれば波形を整形する変化量を適切に得られ、音質の改善に有効である。
【０００９】
しかし、特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、検出したピークが連続波形の場合のピークでないと、波形を整形するための変化量が適切でなく、希望する効果を得られにくくなる。一般に、ディジタル音響信号は不規則な波形であり、検出したピークが常に連続波形の場合のピークとは限らない。これにより、特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、波形整形による音質改善の効果が、検出したピークによって異なるため、ディジタル音響信号に対する処理の効果が均一とはいいがたい。
【００１０】
このことを改善し、ディジタル音響信号に対してより均一な効果を与えるためには、連続波形の場合のピークにより近いピーク値、ピーク位置を求める必要がある。
【００１１】
また、特許文献２記載の波形データ補間装置は、ディジタル音響信号のサンプル間における波高値を求めるための手段を検討しているもので、波形データの１次線形補間を行い、その補間結果に基づいてノイズ成分の少ないアナログ波形を再生するものである。しかし、この特許文献２記載の装置によれば、ピーク間の値を容易に求められるものであり、離散データ間のサンプルを補間することによりアナログ波形に近づけてはいるが、既存のサンプルに対して値を変化させ波形の整形を行っているものではない。
【００１２】
更に、特許文献３に記載されたピーク値を補正することで、クリップ波形を改善する処理装置は、ピーク値の前後のサンプルよりピーク値を算出し、クリップ波形を改善するものである。しかし、この特許文献３記載の処理装置では、クリップ波形についての歪みは改善することができるものであるが、他のサンプル点については改善を行っていない。また、ディジタル音響信号のクリップ部のサンプルについて波形の整形を行い、アナログ波形に近づけ、音質を改善しているが、全くクリップをしていないディジタル音響信号部については、波形の整形を行っていない。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、ディジタル音響信号より検出したピーク値だけに基づいた波形整形よりも、ディジタル音響信号に対してより均一な効果を与えることができるディジタル音響信号処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のディジタル音響信号処理方法は、一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合うサンプルの値を比較することにより、極大値及び極小値を検出する第１のステップと、第１のステップで検出した極大値及び極小値のそれぞれについて、その極大値及び極小値の各サンプルの時間的に前後に位置する複数のサンプルの各値を用いて、極大値に隣接する補間した極大値と極小値に隣接する補間した極小値をピーク値として求める第２のステップと、第１のステップで検出した極大値のサンプルと第２のステップで補間した極大値の時間軸上の位置との間の第１の間隔と、第１のステップで検出した極小値のサンプルと第２のステップで補間した極小値の時間軸上の位置との間の第２の間隔とをそれぞれ算出する第３のステップと、第１のステップで検出した極大値のサンプルと検出した極小値のサンプルとの間のサンプル間隔と、第３のステップで算出した第１及び第２の間隔とを加算した間隔に応じた係数を選択する第４のステップと、検出した極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと検出した極大値のサンプルからなる第１のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する補間した極大値との第１の差分を求め、その第１の差分に少なくとも係数を乗算して第１の可変量を算出すると共に、検出した極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと検出した極小値のサンプルからなる第２のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する補間した極小値との第２の差分を求め、その第２の差分に少なくとも係数を乗算して第２の可変量を算出する第５のステップと、第１のサンプルの各値に対して第１の可変量を加算又は減算すると共に、第２のサンプルの各値に対して第２の可変量を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、本発明のディジタル音響信号処理装置は、一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合うサンプルの値を比較することにより、極大値及び極小値を検出する極値検出手段と、極値検出手段で検出した極大値及び極小値のそれぞれについて、その極大値及び極小値の各サンプルの時間的に前後に位置する複数のサンプルの各値を用いて、極大値に隣接する補間した極大値と極小値に隣接する補間した極小値をピーク値として求めるピーク値補間手段と、極値検出手段で検出した極大値のサンプルとピーク値補間手段で補間した極大値の時間軸上の位置との間の第１の間隔と、極値検出手段で検出した極小値のサンプルとピーク値補間手段で補間した極小値の時間軸上の位置との間の第２の間隔とをそれぞれ算出する間隔測定手段と、極値検出手段で検出した極大値のサンプルと検出した極小値のサンプルとの間のサンプル間隔と、間隔測定手段で算出した第１及び第２の間隔とを加算した間隔に応じた係数を選択する係数選択手段と、検出した極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと検出した極大値のサンプルからなる第１のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する補間した極大値との第１の差分を求め、その第１の差分に少なくとも係数を乗算して第１の可変量を算出すると共に、検出した極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する所定数のサンプルと検出した極小値のサンプルからなる第２のサンプル群中の各サンプルのそれぞれについて、時間的に前又は後に隣接する１つのサンプルの値又は隣接する補間した極小値との第２の差分を求め、その第２の差分に少なくとも係数を乗算して第２の可変量を算出する可変量算出手段と、第１のサンプルの各値に対して第１の可変量を加算又は減算すると共に、第２のサンプルの各値に対して第２の可変量を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる高調波発生手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ディジタル音響信号より検出したピーク値だけに基づいた波形整形よりも、ディジタル音響信号に対してより均一な効果を与えることができ、ディジタル音響信号を高音質化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明になるディジタル音響信号処理装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態のディジタル音響信号処理装置１００は、処理対象のディジタル音響信号を一定量保持するメモリ１０１と、ディジタル音響信号の極大値を検出する極大値検出部１０２と、ディジタル音響信号の極小値を検出する極小値検出部１０３と、ピーク値補間部１０４と、補間したピーク位置測定部１０５と、ピーク間測定部１０６と、加算器１０７と、係数テーブル選択部１０８と、高調波発生回路１０９とを有する。
【００１９】
極大値検出部１０２及び極小値検出部１０３は、メモリ１０１から読み出された一定量のディジタル音響信号をそれぞれ入力信号として受け、一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合うサンプルの値を比較することにより、極大値、極小値を検出する。すなわち、極大値検出部１０２は、入力されたディジタル音響信号の各サンプルにおいて、現在のサンプルより一つ前のサンプルの値から二つ前のサンプルの値を差し引いた差分が正であり、かつ、現在のサンプルの値から一つ前のサンプルの値を差し引いた差分が負であるときに、一つ前のサンプルの値を極大値として検出する。
【００２０】
また、極小値検出部１０３は、入力されたディジタル音響信号の各サンプルにおいて、現在のサンプルより一つ前のサンプルの値から二つ前のサンプルの値を差し引いた差分が負であり、かつ、現在のサンプルの値から一つ前のサンプルの値を差し引いた差分が正であるときに、一つ前のサンプルの値を極小値として検出する。
【００２１】
ピーク値補間部１０４は、極大値検出部１０２で検出したディジタル音響信号の極大値の前後のサンプル値と、極小値検出部１０３で検出したディジタル音響信号の極小値の前後のサンプル値とをメモリ１０１から取り出し、アナログ波形を推定したピーク値の補間を行う。もし、ディジタル音響信号における極大値・極小値の前後のサンプル値が全く同じ値であった場合は、ピーク補間部１０４におけるピーク値補間は行わず、検出した極大値・極小値はアナログ波形を推測した極大値・極小値と一致するものとする。
【００２２】
ピーク値補間部１０４で行う補間方法は、補間した極大値・極小値がアナログ波形に近いものが望ましいが、処理時間との兼ね合いにより適切なものを選択する。本実施の形態ではディジタル音響信号から検出した極大値・極小値と、その前後２サンプルずつを使用したラグランジュ補間によるアナログ波形を推測した極大値・極小値を、補間したピーク値として求める。
【００２３】
補間したピーク位置測定部１０５は、ピーク値補間部１０４で補間したピーク値（極大値・極小値）を求める際、その補間したピーク値（極大値・極小値）がディジタル音響信号から検出された極大値・極小値から見てどの時間軸上の位置に存在するのか測定するために設けられている。すなわち、補間したピーク位置測定部１０５は、ピーク値補間部１０４で補間したピーク値（極大値・極小値）の時間軸上の位置と、そのピーク値に隣接する検出された極大値・極小値のサンプルの時間軸上の位置との時間的な距離（間隔）を位置情報として得る。この間隔（位置情報）は、サンプリング周波数で決定される一定のサンプル間隔より小さい値を示す。
【００２４】
ピーク間測定部１０６は、ディジタル音響信号から検出された極大値から次に検出された極小値までのサンプル間、又は検出された極小値から次に検出された極大値までのサンプル間をピーク間として測定する。加算器１０７は、補間したピーク位置測定部１０５で求めた補間したピーク位置情報と、ピーク間測定部１０６で求めたピーク間情報とを加算して、係数テーブル選択部１０８で使用するパラメータを決定する。係数テーブル選択部１０８は、加算器１０７から供給された加算情報で係数テーブルを参照して係数を選択する。また、加算器１０７は、補間したピーク位置情報を高調波発生回路１０９にも供給する。
【００２５】
高調波発生回路１０９は、極大値検出部１０２で検出された極大値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する２サンプルと極大値のサンプルの計３サンプルの各値を、後述する所定の演算式に基づいて可変量を求めて加算又は減算して変更する。同様に、高調波発生回路１０９は、極小値検出部１０３で検出された極小値のサンプルに対し時間的に前後に隣接する２サンプルと極小値のサンプルの計３サンプルの各値を、後述する所定の演算式に基づいて可変量を求めて加算又は減算して変更する。このようにして、高調波発生回路１０９は、ディジタル音響信号に高調波を発生させる。
【００２６】
ここで、上記の可変量は、ディジタル音響信号の検出された極大値に続いて極小値が検出される区間では、極大値付近のサンプルと１サンプル後のサンプルとの差分に係数テーブル選択部１０８で選択した係数を乗じた値とする。ただし、上記の可変量は、極大値付近のサンプルにおいて補間した極大値が隣接するサンプルは、隣接したサンプルと補間した極大値との差分に上記係数を乗じた値に、更にそれらのサンプル間隔の値を乗じた値とする。また、高調波発生回路１０９は、ディジタル音響信号の検出された極小値に続いて極大値が検出される区間における極小値付近のサンプルについても上記の極大値付近と同様にして可変量を求める。
【００２７】
また、上記の可変量は、ディジタル音響信号の検出された極大値に続いて極小値が検出される区間における極小値付近のサンプルについては、そのサンプルより１サンプル前のサンプルとの差分に係数テーブル選択部１０８で選択した係数を乗じた値とする。ただし、上記の可変量は、極小値付近のサンプルにおいて補間した極小値が隣接するサンプルは、隣接したサンプルと補間した極小値との差分に上記係数を乗じた値に、更にそれらのサンプル間隔の値を乗じた値とする。また、高調波発生回路１０９は、ディジタル音響信号の検出された極小値に続いて極大値が検出される区間における極大値付近のサンプルについても上記の極小値付近と同様にして可変量を求める。
【００２８】
次に、本実施の形態のディジタル音響信号処理装置１００で処理する具体的な内容について、図２〜図４を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図２は、検出するディジタル音響信号の極大値の一例の説明図を示す。図２（Ａ）は白四角で示すサンプル値の時系列信号であるディジタル音響信号を、変換前のアナログ音響信号と共に示す。すなわち、一つの白四角が示す一つのサンプルは、Ｘ軸方向に示す位置に一定のサンプリング周期で配列され、またその値はＹ軸方向に応じた値を示す。
【００３０】
図２（Ｂ）は同図（Ａ）に示すディジタル音響信号中の円Iで示す信号部分を拡大した図で、Ｘnは極大値検出部１０２がディジタル音響信号から検出した極大値を示す。この極大値Ｘnと前後のサンプルより、ピーク値補間部１０４がアナログ波形を推測し、補間した極大値（ピーク値）Ｐnを求める。
【００３１】
図３は、図２（Ｂ）の信号の内容をより具体的に示す。図３において、極大値検出部１０２がディジタル音響信号から検出した極大値Ｘnのサンプルと、極大値Ｘnのサンプルに対して時間的に前（過去）の、値Ｘn-1及びＸn-2の２つのサンプルと、時間的に後（未来）の、Ｘn+1及びＸn+2の２つのサンプルとからなる計５つのサンプルよりラグランジュ補間により、ピーク値補間部１０４が図３に実線で示すアナログ波形を推測し、そのアナログ波形の補間した極大値（ピーク値）Ｐnを求める。
【００３２】
ここで、図３において、値Ｘn-1〜Ｘnの各サンプルのサンプル間隔をＡとする。サンプル間隔Ａは既知の一定値である。補間したピーク位置測定部１０５は、図３に示す補間した極大値Ｐnと、検出した極大値Ｘnのサンプルとの間の間隔（補間した極大値Ｐnの位置）ａ2を次式により求める。
【００３３】
ａ2＝Ａ−ａ1          （１）
なお、上式中、ａ1は、補間した極大値Ｐnの位置と、その位置に時間的に前に隣接する値Ｘn-1のサンプルとの間の間隔であり、これはピーク値補間部１０４において、補間したピーク値（ここでは極大値）Ｐnを求める際に同時に得られる既知の値である。
【００３４】
図４は、ディジタル音響信号から検出した極大値と極小値との間の区間の一例の波形図を示す。図４において、図１に示した極大値検出部１０２によりディジタル音響信号から検出される極大値はＸnである。また、図４において、その極大値Ｘnに続いて図１に示した極小値検出部１０３によりディジタル音響信号から検出される極小値はＸn+4である。
【００３５】
また、図４において、図１に示したピーク値補間部１０４は極大値Ｘnのサンプルを含むそのサンプル付近の複数のサンプルから補間を行い求めたピーク値（補間した極大値）Ｐnを求める。また、図１に示した補間したピーク位置測定部１０５は、補間した極大値Ｐnの位置が、検出した極大値のサンプルＸnより時間的にａ2ほど前に存在してことを求める。
【００３６】
同様に、図４において、ピーク値補間部１０４は極小値Ｘn+4のサンプルを含むそのサンプル付近の複数のサンプルから補間を行い求めたピーク値（補間した極小値）Ｐn+1を求める。図１に示した補間したピーク位置測定部１０５は、補間した極小値Ｐn+1の位置が、検出した極小値のサンプルＸn+4より時間的にａ3ほど後ろに存在していることを求める。
【００３７】
よって、補間した極大値Ｐnと補間した極小値Ｐn+1との間のサンプル間隔（ピーク間距離）は、（ａ2＋４×Ａ＋ａ3）となり、ピーク間測定部１０６により測定された、検出した極大値のサンプルＸnと検出した極小値のサンプルＸn+4との間のサンプル間隔（ピーク間距離）４×Ａに比べると、（ａ2＋ａ3）ほどの差が存在する。本実施の形態のディジタル音響信号処理装置１００は、この差を考慮して波形整形を行うためのパラメータを選定する。
【００３８】
次に、本発明の一実施の形態のディジタル音響信号処理装置１００の動作について、図５のフローチャート及び図６の波形図と共に更に詳細に説明する。図６は、アナログ波形を推測して補間した極大値と補間した極小値による波形補正の一例の波形図を示す。同図中、図４と同一部分には同一符号を付してある。
【００３９】
図１の極大値検出部１０２と極小値検出部１０３は、それぞれメモリ１０１から読み出した処理対象のディジタル音響信号の極大値と極小値を検出する（ステップＳ１）。図６中、Ｘnは検出した極大値を示し、Ｘn+4は検出した最小値を示す。
【００４０】
続いて、図１のピーク値補間部１０４が、極大値検出部１０２、極小値検出部１０３でそれぞれディジタル音響信号から検出した極大値Ｘn及び極小値Ｘn+4と、その前後２サンプルずつの各値を使用したラグランジュ補間によるアナログ波形を推測した極大値及び極小値を、補間したピーク値として求める（ステップＳ２）。図６中、Ｐnは補間した極大値を示し、Ｐn+1は補間した極小値を示す。これら補間した極大値及び補間した極小値は補間したピーク値である。
【００４１】
続いて、図１の補間したピーク位置測定部１０５が、図３と共に説明したように、補間した極大値Ｐnの位置と、検出された極大値Ｘnのサンプルとの間の第１の間隔（補間した極大値Ｐnの位置）ａ2を（１）式に基づいて算出すると共に、同様にして補間した極小値Ｐn+1の位置と、検出した極小値Ｘn+4のサンプルとの間の第２の間隔（補間した極小値Ｐn+1の位置）ａ3の算出については、第２の間隔ａ3が補間した極小値Ｐn+1の位置と、その位置に対して時間的に前に隣接する値Ｘn+4のサンプルとの間の間隔であり、これはピーク値補間部１０４において、補間したピーク値（ここでは極小値）Ｐn+1を求める際に同時に得られる既知の値である（ステップＳ３）。
【００４２】
続いて、図１の係数テーブル選択部１０８が、補間したピーク位置測定部１０５及びピーク間測定部１０６により求められた、補間した極大値Ｐnと補間した極小値Ｐn+1との間のサンプル間隔（ピーク間距離）である（ａ2＋４×Ａ＋ａ3）を加算器１０７から入力として受けて係数テーブルを参照し、入力されたサンプル間隔に応じた係数を選択する（ステップＳ４）。この係数の値は、サンプル間隔が大きいほど、検出した極大値や極小値付近のサンプルの値をあまり変化させないような値に設定されている。
【００４３】
続いて、図１の高調波発生回路１０９が上記の係数及び検出した極大値付近の各サンプルの値の第１の可変量を算出すると共に、上記の係数及び検出した極小値付近の各サンプルの値の第２の可変量を算出する（ステップＳ５）。図６の例では、高調波発生回路１０９は、例えば検出した極大値Ｘnのサンプルを含む時間的に前の１サンプルと時間的に後の１サンプルの計３サンプルからなる第１のサンプル群中の各サンプルのうち、補間した極大値Ｐnの位置に対して時間的に後に隣接する極大値Ｘnの第１の特定のサンプルに対しては、下記の（２）式により、それらの差分値に前記係数と第１の間隔ａ2とを乗算した値ＶＬ1ａを第１の可変量として得る。
【００４４】
ＶＬ1ａ＝（Ｘn−Ｐn）×係数×ａ2        （２）
また、高調波発生回路１０９は、第１のサンプル群中の各サンプルのうち、極大値Ｘnに対して時間的に後に隣接する値Ｘn+1のサンプルに対しては、下記の（３）式により、それらの差分値に前記係数を乗算した値ＶＬ１ｂを第１の可変量として得る。
【００４５】
ＶＬ1ｂ＝（Ｘn+1−Ｘn）×係数            （３）
一方、高調波発生回路１０９は、例えば検出した極小値Ｘn+4のサンプルを含む時間的に前の１サンプルと時間的に後の１サンプルの計３サンプルからなる第２のサンプル群中の各サンプルのうち、補間した極小値Ｐn+1の位置に対して時間的に前に隣接する極小値Ｘn+4の第２の特定のサンプルに対しては、下記の（４）式により、それらの差分値に前記係数と第２の間隔ａ3とを乗算した値ＶＬ2ａを第２の可変量として得る。
【００４６】
ＶＬ2ａ＝（Ｘn+4−Ｐn+1）×係数×ａ3      （４）
また、高調波発生回路１０９は、第２のサンプル群中の各サンプルのうち、極小値Ｘn+4のサンプルに対して時間的に前に隣接する値Ｘn+3のサンプルに対しては、下記の（５）式により、それらの差分値に前記係数を乗算した値ＶＬ2ｂを第２の可変量として得る。
【００４７】
ＶＬ2b＝（Ｘn+3−Ｘn+4）×係数            （５）
なお、高調波発生回路１０９は、第１のサンプル群中の各サンプルのうち、補間した極大値Ｐnのサンプルに対して時間的に前に隣接する値Ｘn-1のサンプルに対しては、下記の（６）式により得た値ＶＬ１cを第１の可変量として得る。
【００４８】
ＶＬ1c＝（Ｘn-1−Ｐn）×係数×ａ1            （６）
同様に、高調波発生回路１０９は、第２のサンプル群中の各サンプルのうち、補間した極小値Ｐn+1のサンプルに対して時間的に後に隣接する値Ｘn+5のサンプルに対しては、下記の（７）式により得た値ＶＬ2cを第２の可変量として得る。
【００４９】
ＶＬ2c＝（Ｘn+5−Ｐn+1）×係数×ａ4          （７）
なお、上式中、ａ4は、補間した極小値Ｐn+1の位置と、その位置に対して時間的に後に隣接する値Ｘn+5のサンプルとの間の間隔である。
【００５０】
ここで、上記の値Ｘn、Ｘn+1、Ｘn+3、Ｘn+4の各サンプルに対する可変量は、極大値Ｘnが検出されてから次に極小値Ｘn+4が検出されるまでのディジタル音響信号の区間におけるサンプルに対する可変量である。この区間の極大値付近のサンプルに対する可変量は（２）式及び（３）式から分かるように、そのサンプルの位置に時間的に前に隣接するサンプルの値又は隣接する補間した極大値との差分に基づいて求められる。また、この区間の極小値付近のサンプルに対する可変量は、（４）式及び（５）式から分かるように、そのサンプルの位置に時間的に後に隣接するサンプルの値又は隣接する補間した極小値との差分に基づいて求められる。
【００５１】
これに対し、極小値が検出されてから次に極大値が検出されるまでのディジタル音響信号の区間における極大値付近のサンプルに対する可変量は（６）式と（７）式から分かるように、そのサンプルの位置に時間的に後に隣接する補間した極大値との差分に基づいて求められ、極小値付近のサンプルに対する可変量は、そのサンプルの位置に時間的に前に隣接する補間した極小値との差分に基づいて求められる。
【００５２】
なお、値Ｘn-2、Ｘn+6のサンプルについては、図６の例では可変量を求めていないが、上記と同様にして可変量を求めるようにしてもよい。この場合、極大値付近の値Ｘn-2のサンプルに対する可変量は、そのサンプルの位置に時間的に１サンプル後に隣接するサンプルＸn-3の値との差分に前記係数を乗算した値に基づいて求められ、極小値付近の値Ｘn+6のサンプルに対する可変量は、そのサンプルの位置に時間的に１サンプル前に隣接するサンプルＸn+5の値との差分に前記係数を乗算した値に基づいて求められる。
【００５３】
そして、高調波発生回路１０９は、ステップＳ５で算出した第１及び第２の可変量を、メモリ１０１から読み出したディジタル音響信号の対応するサンプルと演算（例えば、減算）することにより、検出した極大値及び極小値付近の各サンプル値を次式に基づき、図６に示すようにＸ'n-1、Ｘ'n、Ｘ'n+1、Ｘ'n+3、Ｘ'n+4、Ｘ'n+5に可変することで、高調波成分を発生する（ステップＳ６）。
【００５４】
Ｘ’n−1＝Ｘn−1−ＶＬ1c         （８）
Ｘ’n  ＝Ｘn  −ＶＬ1a            (９)
Ｘ’n＋1＝Ｘn＋1−ＶＬ1b          (10)
Ｘ’n＋3＝Ｘn＋3−ＶＬ2b          (11)
Ｘ’n＋4＝Ｘn＋4−ＶＬ2a          (12)
Ｘ’n＋5＝Ｘn＋5−ＶＬ2c          (13)
これにより、極大値付近において、必要以上に波形整形を行われることがなく、適量で変化をさせたサンプル値Ｘ'n-1、Ｘ'n、Ｘ'n+1を得ることができる。同様に、極小値付近においても、必要以上に波形整形を行われることがなく、適量で変化をさせたサンプル値Ｘ'n+3、Ｘ'n+4、Ｘ'n+5を得ることができる。これにより、このディジタル音響信号を変換したアナログ音響信号の波形は、図６に細い実線で示すように変化する。
【００５５】
このようにして、高調波発生回路１０９は、上記の波形整形を行うことにより、メモリ１０１から入力されたディジタル音響信号に可聴周波数帯域の上限周波数以上の周波数の高調波成分が発生したディジタル音響信号を出力することができる。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、ディジタル音響信号に対して、波形のピークを検出し、検出されたピークの前後のサンプルを用いて、アナログ波形を推測したピークを補間し、補間したピーク値と補間したピークの位置情報を利用して波形整形を行うことにより、ディジタル音響信号より検出したピーク値だけに基づいた波形整形よりも、ディジタル音響信号に対してより均一な効果を与えることができる。
【００５７】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、以上の実施の形態のディジタル音響信号処理を、ハードウェアで実現する場合に限らず、パーソナルコンピュータ等で動作するソフトウェアで実現するコンピュータプログラムも本発明に含む。この場合、コンピュータプログラムは、記録されている記録媒体からコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワークを介して配信されてコンピュータにダウンロードされるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のディジタル音響信号処理装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１のディジタル音響信号処理装置において、ディジタル音響信号の検出した極大値と補間した極大値の一例を示す図である。
【図３】図１のディジタル音響信号処理装置において、補間した極大値の位置情報の一例の説明図である。
【図４】図１のディジタル音響信号処理装置において、検出した極大値及び極小値と、補間した極大値と極小値間の距離情報等の一例を示す図である。
【図５】本発明のディジタル音響信号処理装置の一実施の形態の動作説明用フローチャートである。
【図６】図１のディジタル音響信号処理装置における高調波発生回路の動作を説明する一例の波形図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  メモリ
１０２  極大値検出部
１０３  極小値検出部
１０４  ピーク値補間部
１０５  補間したピーク位置測定部
１０６  ピーク間測定部
１０７  加算器
１０８  係数テーブル選択部
１０９  高調波発生回路
【図１】
2010020122.tif 000003
【図２】
2010020122.tif 000004
【図３】
2010020122.tif 000005
【図４】
2010020122.tif 000006
【図５】
2010020122.tif 000007
【図６】
2010020122.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月26日(2009.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
なお、値Ｘn-2、Ｘn+6のサンプルについては、図６の例では可変量を求めていないが、上記と同様にして可変量を求めるようにしてもよい。この場合、極大値付近の値Ｘn-2のサンプルに対する可変量は、そのサンプルの位置に時間的に１サンプル後に隣接するサンプルＸn-1の値との差分に前記係数を乗算した値に基づいて求められ、極小値付近の値Ｘn+6のサンプルに対する可変量は、そのサンプルの位置に時間的に１サンプル前に隣接するサンプルＸn+5の値との差分に前記係数を乗算した値に基づいて求められる。