(57)【要約】  本発明のフィルタバンクは、デジタル入力信号（Ｘ）に対し離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行うことにより、それぞれ帯域幅が均等に分割された各周波数帯域における信号からなる複数の第１の信号（Ｓ１〜Ｓ１６）に分解するＤＦＴ部（１１）と、ＤＦＴ部（１１）により分解された複数の第１の信号（Ｓ１〜Ｓ１６）のうち、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の信号を合成することによりサブバンド信号を生成する信号合成部（１０ａ〜１０ｃ）とを備え、信号合成部（１０ａ〜１０ｃ）は、２つの入力信号に対し逆離散ウェーブレット変換（ＩＤＷＴ）を行うことにより２つの入力信号を１つの出力信号に合成して出力するＩＤＷＴ部を１つ以上備え、かつ、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の第１の信号が、生成すべきサブバンド信号に対応する所定の周波数帯域の信号として合成されるように、ＩＤＷＴ部（１２〜１４）が接続されて成る。
2008041322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル入力信号から、それぞれ所定の周波数帯域に対応した複数のサブバンド信号を生成するフィルタバンクであって、
前記デジタル入力信号に対し第１の直交変換を行うことにより、それぞれ帯域幅が均等に分割された各周波数帯域における信号からなる複数の第１の信号に分解する第１の直交変換部と、
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうち、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号を合成することにより前記サブバンド信号を生成する１つ以上の信号合成部とを備え、
前記信号合成部は、２つの入力信号に対し逆離散ウェーブレット変換を行うことにより前記２つの入力信号を１つの出力信号に合成して出力する逆離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号が、生成すべき前記サブバンド信号に対応する所定の周波数帯域の信号として合成されるように、前記逆離散ウェーブレット変換部が接続されて成るフィルタバンク。
【請求項２】
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成された請求項１に記載のフィルタバンク。
【請求項３】
各々の前記サブバンド信号に対しそれぞれに応じた所定の処理を行うサブバンド信号処理部を介して、前記所定の処理が行われた前記サブバンド信号を入力し、このサブバンド信号を、前記信号合成部にて前記サブバンド信号を合成するために用いられた２つ以上の前記第１の信号のそれぞれの周波数帯域に対応する２つ以上の第２の信号に分解する１つ以上の信号分解部と、
少なくとも全ての前記信号分解部により分解された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号を含む入力される全信号に対し前記第１の直交変換の逆変換を行うことにより、前記入力される全信号が合成されたデジタル出力信号を生成する第２の直交変換部とをさらに備え、
前記信号分解部は、１つの入力信号に対し離散ウェーブレット変換を行うことにより前記１つの入力信号を２つの出力信号に分解して出力する離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、前記サブバンド信号処理部を介して入力された前記サブバンド信号が前記２つ以上の第２の信号に分解されるように、前記離散ウェーブレット変換部が接続されて成る請求項１に記載のフィルタバンク。
【請求項４】
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されるとともに、
前記第１の信号からなる前記サブバンド信号は、前記サブバンド信号処理部を介し、かつ、前記信号分解部へ入力されることなく、前記第２の直交変換部へ入力されるように構成された請求項３に記載のフィルタバンク。
【請求項５】
前記第１の直交変換は、離散フーリエ変換または離散コサイン変換である請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタバンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を複数の周波数帯域に分割し、また分割された複数の周波数帯域の信号を合成するフィルタバンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サブバンド符号化等においてフィルタバンクが利用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
分割側のフィルタバンクでは、入力信号を複数の周数数帯域に分割された信号に分解し、サブバンド信号として出力する。そして、例えば、それぞれのサブバンド信号に対して所定の処理が行われた後、合成側のフィルタバンクにおいて、サブバンド信号を合成することにより信号を復元して出力する。分割側と合成側との間で何の処理も行われない場合には、分割側のフィルタバンクの入力信号と、合成側のフィルタバンクの出力信号とは一致する。
【特許文献１】特開２００４−３６２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の分割側のフィルタバンクでは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づいて帯域を均等に分割するように構成されたものや、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づいて帯域を均等に分割するように構成されたものや、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）に基づいて帯域をオクターブ分割するように構成されたものがある。そして、合成側のフィルタバンクでは、分割側のフィルタバンクとは逆の変換が行われるように構成されている。【０００５】
分割側のフィルタバンクは、複数のバンドパスフィルタとして機能するが、上記のＤＦＴまたはＤＣＴに基づいたフィルタバンクでは、各バンドパスフィルタは通過帯域幅が均等に分割されたフィルタとなり、各フィルタの通過帯域幅を異ならせることができないので、帯域分割の自由度が低い。また、ＤＷＴに基づいたフィルタバンクでは、ＤＦＴまたはＤＣＴに基づいたフィルタバンクに比べて、各バンドパスフィルタに急峻な遮断特性が得られず、通過帯域が隣接するバンドパスフィルタ間の通過帯域のオーバーラップが大きいため、各帯域のサブバンド信号に隣接する帯域の信号成分が多く含まれてしまうことになり、帯域分割の分割性能が劣る。【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、帯域分割の自由度が高く、かつ、分割性能が優れているフィルタバンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のフィルタバンクは、デジタル入力信号から、それぞれ所定の周波数帯域に対応した複数のサブバンド信号を生成するフィルタバンクであって、前記デジタル入力信号に対し第１の直交変換を行うことにより、それぞれ帯域幅が均等に分割された各周波数帯域における信号からなる複数の第１の信号に分解する第１の直交変換部と、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうち、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号を合成することにより前記サブバンド信号を生成する１つ以上の信号合成部とを備え、前記信号合成部は、２つの入力信号に対し逆離散ウェーブレット変換を行うことにより前記２つの入力信号を１つの出力信号に合成して出力する逆離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号が、生成すべき前記サブバンド信号に対応する所定の周波数帯域の信号として合成されるように、前記逆離散ウェーブレット変換部が接続されて成るように構成されている。【０００８】
この構成によれば、デジタル入力信号を、まず、第１の直交変換部によって帯域幅が均等に分割された第１の信号に分解した後、１つ以上の逆離散ウェーブレット変換部からなる各信号合成部によって２つ以上の第１の信号を合成してサブバンド信号を生成するようにしている。したがって、各信号合成部を構成する逆離散ウェーブレット変換部の個数及びその接続の仕方を変えることにより、各サブバンド信号に対応する帯域幅を自由に設計することができ、帯域分割の自由度が高いフィルタバンクを実現できる。また、第１の直交変換部によって、狭い帯域幅に対応する多数の第１の信号に分解することにより、各信号合成部で合成された各帯域のサブバンド信号に、隣接する帯域の信号成分が含まれるのを極力抑えることができ、帯域分割の分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。【０００９】
この場合、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されていてもよい。【００１０】
また、各々の前記サブバンド信号に対しそれぞれに応じた所定の処理を行うサブバンド信号処理部を介して、前記所定の処理が行われた前記サブバンド信号を入力し、このサブバンド信号を、前記信号合成部にて前記サブバンド信号を合成するために用いられた２つ以上の前記第１の信号のそれぞれの周波数帯域に対応する２つ以上の第２の信号に分解する１つ以上の信号分解部と、少なくとも全ての前記信号分解部により分解された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号を含む入力される全信号に対し前記第１の直交変換の逆変換を行うことにより、前記入力される全信号が合成されたデジタル出力信号を生成する第２の直交変換部とをさらに備え、前記信号分解部は、１つの入力信号に対し離散ウェーブレット変換を行うことにより前記１つの入力信号を２つの出力信号に分解して出力する離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、前記サブバンド信号処理部を介して入力された前記サブバンド信号が前記２つ以上の第２の信号に分解されるように、前記離散ウェーブレット変換部が接続されて成るように構成されている。【００１１】
この構成によれば、それぞれのサブバンド信号ごとに所定の処理が行われた後、それらのサブバンド信号を合成してデジタル出力信号を生成することができる。【００１２】
この場合、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されるとともに、前記第１の信号からなる前記サブバンド信号は、前記サブバンド信号処理部を介し、かつ、前記信号分解部へ入力されることなく、前記第２の直交変換部へ入力されるように構成されていてもよい。【００１３】
また、前記第１の直交変換として、離散フーリエ変換または離散コサイン変換を用いることができる。【００１４】
第１の直交変換部において離散フーリエ変換または離散コサイン変換を行うようにすれば、離散ウェーブレット変換を行う場合に比べて、デジタル入力信号を狭い帯域幅に対応した多数の第１の信号に分解することが容易である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上に説明した構成を有し、帯域分割の自由度が高く、かつ、分割性能が優れているフィルタバンクを提供することができるという効果を奏する。【００１６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態のフィルタバンクを有するデジタル信号処理装置の構成を示す概念図である。
【図２】図２（ａ）は、図１におけるＩＤＷＴ部の構成を示す概念図であり、図２（ｂ）は、図１におけるＤＷＴ部の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  帯域分割フィルタバンク
２  帯域合成フィルタバンク
３  信号処理ブロック
１０ａ〜１０ｃ  信号合成部
１１  離散フーリエ変換部
１２〜１４  逆離散ウェーブレット変換部
２０ａ〜２０ｃ  信号分解部
２１  逆離散フーリエ変換部
２２〜２４  離散ウェーブレット変換部
３１〜３５  サブバンド信号処理部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。【００２０】
図１は、本発明の実施の形態のフィルタバンクを有するデジタル信号処理装置の構成を示す概念図である。【００２１】
以下では、まず、鎖線で示されたＩＤＷＴ部１５、ＤＷＴ部２５及びサブバンド信号処理部３５が無い構成について説明する。【００２２】
このデジタル信号処理装置は、フィルタバンクとして、デジタル入力信号Ｘを複数の周波数帯域の信号に分解するための帯域分割フィルタバンク１と、複数の周波数帯域の信号を合成するための帯域合成フィルタバンク２とを備え、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２との間に、サブバンド信号処理部３１〜３５からなる信号処理ブロック３を備えている。サブバンド信号処理部３１〜３５では、各帯域ごとに予め定められている所定の処理が行われる。【００２３】
ここで、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２と信号処理ブロック３とは、例えば、１つのＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）によって構成されており、図１に示された各ブロックは、ＤＳＰの処理によって実現される機能ブロックを示したものである。なお、帯域分割フィルタバンク１、帯域合成フィルタバンク２及び信号処理ブロック３のそれぞれが個別に、例えばＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１と信号処理ブロック３とが例えば１つのＤＳＰによって構成され、帯域合成フィルタバンク２が例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１が例えば１つのＤＳＰによって構成され、帯域合成フィルタバンク２と信号処理ブロック３とが例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２とが例えば１つのＤＳＰによって構成され、信号処理ブロック３が例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。【００２４】
帯域分割フィルタバンク１は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）部１１と、逆離散ウェーブレット変換（ＩＤＷＴ）部１２，１３，１４とを備えて構成され、複数のバンドパスフィルタとして機能する。【００２５】
ＤＦＴ部１１では、入力端子Ｔｉから入力されたデジタル入力信号Ｘを離散フーリエ変換することにより、デジタル入力信号Ｘを、所定の周波数範囲（Ａｆ）が均等に分割された複数の周波数帯域の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解する。ここで、信号Ｓ１が最も低い周波数帯域の信号であり、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ１６の順に高い周波数帯域の信号とする。なお、デジタル入力信号Ｘは、アナログ信号をサンプリング周波数ｆｓにてサンプリングして生成された信号であり、上記の所定の周波数範囲（Ａｆ）は、サンプリング周波数ｆｓに依存し、０〜ｆｓ／２の範囲である。【００２６】
図２（ａ）は、図１におけるＩＤＷＴ部１２，１３，１４の構成を示す概念図である。【００２７】
各ＩＤＷＴ部は、各サンプルの間に値０を挿入するアップサンプラ４１，４３と、ハイパスフィルタ４２及びローパスフィルタ４４と、加算器４５とで構成される。ＩＤＷＴ部に入力される２つの信号Ａ，Ｂのうち、高い周波数帯域の信号Ａは、アップサンプラ４１に入力され、さらにハイパスフィルタ４２を介して加算器４５へ入力される。また、低い周波数帯域の信号Ｂは、アップサンプラ４３に入力され、さらにローパスフィルタ４４を介して加算器４５へ入力され、ハイパスフィルタ４２から入力される信号と加算され、信号Ｃとして出力される。したがって、ＩＤＷＴ部では、高い周波数帯域の信号Ａと低い周波数帯域の信号Ｂとが合成されて信号Ｃが生成される。【００２８】
帯域合成フィルタバンク２は、帯域分割フィルタバンク１の逆変換が行われるように構成され、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）部２１と、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）部２２，２３，２４とを備えている。【００２９】
図２（ｂ）は、図１におけるＤＷＴ部２２，２３，２４の構成を示す概念図である。【００３０】
各ＤＷＴ部は、ハイパスフィルタ５１及びローパスフィルタ５３と、１サンプルおきに信号を間引くダウンサンプラ５２，５４とで構成される。ＤＷＴ部に入力される信号Ｄは、ハイパスフィルタ５１を介してダウンサンプラ５２へ入力されダウンサンプリングされて信号Ｅとして出力されるとともに、ローパスフィルタ５３を介してダウンサンプラ５４へ入力されダウンサンプリングされて信号Ｆとして出力される。したがって、ＤＷＴ部では、入力信号Ｄが、高い周波数帯域の信号Ｅと低い周波数帯域の信号Ｆとに分解される。【００３１】
ＩＤＦＴ部２１では、全てのＤＷＴ部２２及び信号処理ブロック３のサブバンド信号処理部３１，３２から入力される信号Ｃ１〜Ｃ１６を逆離散フーリエ変換することにより、信号Ｃ１〜Ｃ１６が合成されたデジタル出力信号Ｙを生成し、出力端子Ｔｏから出力する。【００３２】
以上のように構成されたデジタル信号処理装置について、その動作の一例を説明する。【００３３】
帯域分割フィルタバンク１へ入力端子Ｔｉから入力されるデジタル入力信号Ｘは、例えば、アナログ信号を４０ｋＨｚのサンプリング周波数にてサンプリングした信号とする。４０ｋＨｚにてサンプリングされたデジタル入力信号Ｘは、０〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号である。このデジタル入力信号Ｘは、ＤＦＴ部１１にて、１６（図１の場合）の帯域の各信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解される。ここで、離散フーリエ変換によって各信号Ｓ１〜Ｓ１６は、それぞれ０〜２０ｋＨｚの帯域の信号が１．２５ｋＨｚの帯域幅で分けられた信号になる。したがって、信号Ｓ１は０〜１．２５ｋＨｚの帯域の信号、信号Ｓ２は１．２５〜２．５０ｋＨｚの帯域の信号、・・・、信号Ｓ１５は１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号、信号Ｓ１６は１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号である。【００３４】
信号Ｓ１と信号Ｓ２とは、それぞれそのままサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。したがって、サブバンド信号処理部３１には、０〜１．２５ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ１）が入力され、サブバンド信号処理部３２には、１．２５〜２．５０ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ２）が入力される。【００３５】
また、２．５０〜３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３と、３．７５〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ４とは、ＩＤＷＴ部１２からなる信号合成部１０ａにて合成されて信号Ｓ２１となり、この信号Ｓ２１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。したがって、サブバンド信号処理部３３には、２．５０〜５．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ２１）が入力される。【００３６】
また、５．００〜６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ５と、６．２５〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ６と、７．５０〜８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ７と、８．７５〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ８とは、信号合成部１０ｂにて合成されて信号Ｓ３１となり、この信号Ｓ３１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。この場合、信号Ｓ５と信号Ｓ６とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて５．００〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２２となり、信号Ｓ７と信号Ｓ８とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて７．５０〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２３となる。さらに、信号Ｓ２２と信号Ｓ２３とはＩＤＷＴ部１３にて合成されて５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３１となる。したがって、サブバンド信号処理部３４には、５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ３１）が入力される。【００３７】
また、１０．００〜１１．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ９と、１１．２５〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１０と、１２．５０〜１３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１１と、１３．７５〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１２と、１５．００〜１６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１３と、１６．２５〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１４と、１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１５と、１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１６とは、信号合成部１０ｃにて合成されて信号Ｓ４１となり、この信号Ｓ４１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。この場合、信号Ｓ９と信号Ｓ１０とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１０．００〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２４となり、信号Ｓ１１と信号Ｓ１２とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１２．５０〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２５となる。これらの信号Ｓ２４と信号Ｓ２５とはさらにＩＤＷＴ部１３にて合成されて１０．００〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３２となる。同様に、信号Ｓ１３と信号Ｓ１４とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１５．００〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２６となり、信号Ｓ１５と信号Ｓ１６とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１７．５０〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２７となる。これらの信号Ｓ２６と信号Ｓ２７とはさらにＩＤＷＴ部１３にて合成されて１５．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３３となる。さらに、信号Ｓ３２と信号Ｓ３３とはＩＤＷＴ部１４にて合成されて１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ４１となる。したがって、サブバンド信号処理部３５には、１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ４１）が入力される。【００３８】
以上のように生成されたそれぞれのサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１は、それぞれのサブバンド信号処理部３１，３２，３３，３４，３５にて予め定められている所定の処理が行われた後、帯域合成フィルタバンク２へ入力される。【００３９】
サブバンド信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれサブバンド信号処理部３１，３２の処理によって信号Ｃ１，Ｃ２となり、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。【００４０】
また、サブバンド信号Ｓ２１は、サブバンド信号処理部３３の処理によって信号Ｃ２１となり、信号合成部１０ａの逆変換が行われる信号分解部２０ａへ入力される。信号分解部２０ａであるＤＷＴ部２２によって、２．５０〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２１は、２．５０〜３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３と、３．７５〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ４とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。【００４１】
また、サブバンド信号Ｓ３１は、サブバンド信号処理部３４の処理によって信号Ｃ３１となり、信号合成部１０ｂの逆変換が行われる信号分解部２０ｂへ入力される。信号分解部２０ｂでは、まず、ＤＷＴ部２３によって、５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３１は、５．００〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２２と、７．５０〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２３とに分解される。さらに、信号Ｃ２２は、ＤＷＴ部２２によって５．００〜６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ５と、６．２５〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ６とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。同様に、信号Ｃ２３は、ＤＷＴ部２２によって７．５０〜８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ７と、８．７５〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ８とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。【００４２】
また、サブバンド信号Ｓ４１は、サブバンド信号処理部３５の処理によって信号Ｃ４１となり、信号合成部１０ｃの逆変換が行われる信号分解部２０ｃへ入力される。信号分解部２０ｃでは、まず、ＤＷＴ部２４によって、１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ４１は、１０．００〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３２と、１５．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３３とに分解される。信号Ｃ３２は、さらにＤＷＴ部２３によって１０．００〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２４と、１２．５０〜１５．０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２５とに分解される。さらに、信号Ｃ２４は、ＤＷＴ部２２によって１０．００〜１１．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ９と、１１．２５〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１０とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。信号Ｃ２５は、ＤＷＴ部２２によって１２．５０〜１３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１１と、１３．７５〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１２とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。また、信号Ｃ３３は、さらにＤＷＴ部２３によって１５．００〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２６と、１７．５０〜２０．０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２７とに分解される。さらに、信号Ｃ２６は、ＤＷＴ部２２によって１５．００〜１６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１３と、１６．２５〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１４とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。信号Ｃ２７は、ＤＷＴ部２２によって１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１５と、１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１６とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。【００４３】
ＩＤＦＴ部２１では、信号Ｃ１〜Ｃ１６を入力し、ＤＦＴ部１１の逆変換を行うことにより、０〜２０．００ｋＨｚの帯域のデジタル出力信号Ｙを生成し、出力する。【００４４】
このように、信号処理ブロック３にて所定の処理が行われた後、帯域分割フィルタバンク１とは逆変換が行われる帯域合成フィルタバンク２によって、各帯域を統合したデジタル出力信号Ｙを生成することができる。なお、信号処理ブロック３で何の処理も行われない場合には、デジタル入力信号Ｘとデジタル出力信号Ｙとは等しくなる。【００４５】
例えば、マイクロホン等からの音声信号を、イコライザを用いて、各周波数帯域のサブバンド信号に分解し、各サブバンド信号ごとにその信号レベルを調整し、その調整した各サブバンド信号を合成した後、アンプ等を介してスピーカから拡声音として出力するような放送システムにおいて、上記イコライザに、このデジタル信号処理装置を適用した場合、デジタル入力信号Ｘとしてデジタル音声信号が入力され、サブバンド信号処理部３１〜３５を各帯域ごとの信号レベルを調整する可変利得増幅部として構成すればよい。このような音声信号においては、低い周波数の信号に多くの情報が含まれるので、例えば図１のように、高域よりも低域の方が多くの狭い帯域に分割されて、各々のサブバンド信号処理部にて所定の処理が行われるように構成されることが好ましいが、本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１では、このような場合に限られず、後述のように帯域分割の自由度が高く、所望する帯域幅に応じた各々のサブバンド信号を生成することが可能になる。【００４６】
本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１によれば、デジタル入力信号Ｘを、まず、ＤＦＴ部１１によって帯域幅が均等に分割された各帯域の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解した後、ＩＤＷＴ部１２〜１４によって合成してサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ４１を生成することにより、帯域分割の自由度が高く、かつ分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。例えば、図１において、ＤＦＴ部１１により分割される帯域の個数、２つの信号を統合するＩＤＷＴ部（１２〜１４）の個数及びその接続の仕方を変えることにより、各サブバンド信号に対応する帯域幅を自由に設計することができ、帯域分割の自由度が高いフィルタバンクを実現できる。また、ＤＦＴ部１１は、急峻な遮断特性を持つ多数のバンドパスフィルタとして機能し、デジタル入力信号Ｘを、狭い帯域幅に対応した多数の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解することが容易であり、ＤＦＴ部１１によって狭い帯域幅に対応する多数の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解することにより、ＩＤＷＴ部１２〜１４によって合成された各帯域のサブバンド信号に、隣接する帯域の信号成分が含まれるのを極力抑えることができる。したがって、各帯域のオーバーラップが少ない帯域分割特性を有するサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ４１を得ることができ、帯域分割の分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。【００４７】
以上から、本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１をオクターブ分割に用いる場合には、従来の離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を用いてオクターブ分割を行う構成よりも、各帯域のオーバーラップが少ない分割性能に優れたオクターブ分割を行うことが可能になる。【００４８】
なお、上記のサンプリング周波数（４０ｋＨｚ）、図１に示したＤＦＴ部１１の出力信号数（１６）及びＩＤＦＴ部２１の入力信号数（１６）は一例であり、この例に限られない。また、信号合成部１０ａ〜１０ｂを構成するＩＤＷＴ部（１２〜１４）の接続構成も一例である。ＩＤＷＴ部には、それの２つの入力信号が隣接する帯域の信号となるように接続すればよい。例えば、サブバンド信号処理部３２、３３を無くし、ＩＤＷＴ部１５、サブバンド信号処理部３６及びＤＷＴ部２５を設けるように構成することもできる。この場合、信号Ｓ３と信号Ｓ４とがＩＤＷＴ部１２によって合成された信号Ｓ２１と、信号Ｓ２とが、ＩＤＷＴ部１５に入力されて合成され、その合成された信号であるＩＤＷＴ部１５の出力信号がサブバンド信号となり、サブバンド信号処理部３６へ入力される。そして、サブバンド信号処理部３６の出力信号は、ＤＷＴ部２５へ入力され、信号Ｃ２とＤＷＴ部２２へ入力される信号Ｃ２１とに分解される。【００４９】
また、図１の場合、ＤＦＴ部１１から出力される一部の信号Ｓ１，Ｓ２がそのままサブバンド信号として信号処理ブロック３へ入力されるように構成されているが、全てのサブバンド信号が、ＩＤＷＴ部を用いて構成された各々の信号合成部で合成されてから信号処理ブロック３へ入力されるように構成されていてもよい。【００５０】
なお、ＤＦＴ部１１を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うＦＦＴ部とし、ＩＤＦＴ部２１を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行うＩＦＦＴ部として構成することにより、演算処理量を少なくできる。【００５１】
また、ＤＦＴ部１１及びＩＤＦＴ部２１に代えて、他の直交変換を行う変換部及びその逆変換を行う逆変換部を設けるようにしてもよい。例えば、ＤＦＴ部１１に代えて、離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行うＤＣＴ部を設け、ＩＤＦＴ部２１に代えて、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）を行うＩＤＣＴ部を設けても同様の効果が得られる。【００５２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るフィルタバンクは、音声等の信号を複数の帯域に分割するためのフィルタバンクとして有用である。
【図１】
2008041322.tif 000003
【図２】
2008041322.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月23日(2009.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル入力信号から、それぞれ所定の周波数帯域に対応した複数のサブバンド信号を生成するフィルタバンクであって、
前記デジタル入力信号に対し第１の直交変換を行うことにより、それぞれ帯域幅が均等に分割された各周波数帯域における信号からなる複数の第１の信号に分解する第１の直交変換部と、
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうち、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号を合成することにより前記サブバンド信号を生成する１つ以上の信号合成部とを備え、
前記信号合成部は、２つの入力信号に対し逆離散ウェーブレット変換を行うことにより前記２つの入力信号を１つの出力信号に合成して出力する逆離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号が合成されて前記サブバンド信号が生成されるように、前記逆離散ウェーブレット変換部が接続されて成るフィルタバンク。
【請求項２】
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成された請求項１に記載のフィルタバンク。
【請求項３】
各々の前記サブバンド信号に対しそれぞれに応じた所定の処理を行うサブバンド信号処理部を介して、前記所定の処理が行われた前記サブバンド信号を入力し、このサブバンド信号を、前記信号合成部にて前記サブバンド信号を合成するために用いられた２つ以上の前記第１の信号のそれぞれの周波数帯域に対応する２つ以上の第２の信号に分解する１つ以上の信号分解部と、
少なくとも全ての前記信号分解部により分解された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号を含む入力される全信号に対し前記第１の直交変換の逆変換を行うことにより、前記入力される全信号が合成されたデジタル出力信号を生成する第２の直交変換部とをさらに備え、
前記信号分解部は、１つの入力信号に対し離散ウェーブレット変換を行うことにより前記１つの入力信号を２つの出力信号に分解して出力する離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、前記サブバンド信号処理部を介して入力された前記サブバンド信号が前記２つ以上の第２の信号に分解されるように、前記離散ウェーブレット変換部が接続されて成る請求項１に記載のフィルタバンク。
【請求項４】
前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されるとともに、
前記第１の信号からなる前記サブバンド信号は、前記サブバンド信号処理部を介し、かつ、前記信号分解部へ入力されることなく、前記第２の直交変換部へ入力されるように構成された請求項３に記載のフィルタバンク。
【請求項５】
前記第１の直交変換は、離散フーリエ変換または離散コサイン変換である請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタバンク。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を複数の周波数帯域に分割し、また分割された複数の周波数帯域の信号を合成するフィルタバンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サブバンド符号化等においてフィルタバンクが利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
分割側のフィルタバンクでは、入力信号を複数の周数数帯域に分割された信号に分解し、サブバンド信号として出力する。そして、例えば、それぞれのサブバンド信号に対して所定の処理が行われた後、合成側のフィルタバンクにおいて、サブバンド信号を合成することにより信号を復元して出力する。分割側と合成側との間で何の処理も行われない場合には、分割側のフィルタバンクの入力信号と、合成側のフィルタバンクの出力信号とは一致する。
【特許文献１】特開２００４−３６２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の分割側のフィルタバンクでは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づいて帯域を均等に分割するように構成されたものや、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づいて帯域を均等に分割するように構成されたものや、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）に基づいて帯域をオクターブ分割するように構成されたものがある。そして、合成側のフィルタバンクでは、分割側のフィルタバンクとは逆の変換が行われるように構成されている。
【０００５】
分割側のフィルタバンクは、複数のバンドパスフィルタとして機能するが、上記のＤＦＴまたはＤＣＴに基づいたフィルタバンクでは、各バンドパスフィルタは通過帯域幅が均等に分割されたフィルタとなり、各フィルタの通過帯域幅を異ならせることができないので、帯域分割の自由度が低い。また、ＤＷＴに基づいたフィルタバンクでは、ＤＦＴまたはＤＣＴに基づいたフィルタバンクに比べて、各バンドパスフィルタに急峻な遮断特性が得られず、通過帯域が隣接するバンドパスフィルタ間の通過帯域のオーバーラップが大きいため、各帯域のサブバンド信号に隣接する帯域の信号成分が多く含まれてしまうことになり、帯域分割の分割性能が劣る。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、帯域分割の自由度が高く、かつ、分割性能が優れているフィルタバンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のフィルタバンクは、デジタル入力信号から、それぞれ所定の周波数帯域に対応した複数のサブバンド信号を生成するフィルタバンクであって、前記デジタル入力信号に対し第１の直交変換を行うことにより、それぞれ帯域幅が均等に分割された各周波数帯域における信号からなる複数の第１の信号に分解する第１の直交変換部と、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうち、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号を合成することにより前記サブバンド信号を生成する１つ以上の信号合成部とを備え、前記信号合成部は、２つの入力信号に対し逆離散ウェーブレット変換を行うことにより前記２つの入力信号を１つの出力信号に合成して出力する逆離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、周波数帯域が隣接し合う２つ以上の前記第１の信号が合成されて前記サブバンド信号が生成されるように、前記逆離散ウェーブレット変換部が接続されて成るように構成されている。
【０００８】
この構成によれば、デジタル入力信号を、まず、第１の直交変換部によって帯域幅が均等に分割された第１の信号に分解した後、１つ以上の逆離散ウェーブレット変換部からなる各信号合成部によって２つ以上の第１の信号を合成してサブバンド信号を生成するようにしている。したがって、各信号合成部を構成する逆離散ウェーブレット変換部の個数及びその接続の仕方を変えることにより、各サブバンド信号に対応する帯域幅を自由に設計することができ、帯域分割の自由度が高いフィルタバンクを実現できる。また、第１の直交変換部によって、狭い帯域幅に対応する多数の第１の信号に分解することにより、各信号合成部で合成された各帯域のサブバンド信号に、隣接する帯域の信号成分が含まれるのを極力抑えることができ、帯域分割の分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。
【０００９】
この場合、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されていてもよい。
【００１０】
また、各々の前記サブバンド信号に対しそれぞれに応じた所定の処理を行うサブバンド信号処理部を介して、前記所定の処理が行われた前記サブバンド信号を入力し、このサブバンド信号を、前記信号合成部にて前記サブバンド信号を合成するために用いられた２つ以上の前記第１の信号のそれぞれの周波数帯域に対応する２つ以上の第２の信号に分解する１つ以上の信号分解部と、少なくとも全ての前記信号分解部により分解された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号を含む入力される全信号に対し前記第１の直交変換の逆変換を行うことにより、前記入力される全信号が合成されたデジタル出力信号を生成する第２の直交変換部とをさらに備え、前記信号分解部は、１つの入力信号に対し離散ウェーブレット変換を行うことにより前記１つの入力信号を２つの出力信号に分解して出力する離散ウェーブレット変換部を１つ以上備え、かつ、前記サブバンド信号処理部を介して入力された前記サブバンド信号が前記２つ以上の第２の信号に分解されるように、前記離散ウェーブレット変換部が接続されて成るように構成されている。
【００１１】
この構成によれば、それぞれのサブバンド信号ごとに所定の処理が行われた後、それらのサブバンド信号を合成してデジタル出力信号を生成することができる。
【００１２】
この場合、前記第１の直交変換部により分解された前記複数の第１の信号のうちの一部の前記第１の信号がそのまま前記サブバンド信号となるように構成されるとともに、前記第１の信号からなる前記サブバンド信号は、前記サブバンド信号処理部を介し、かつ、前記信号分解部へ入力されることなく、前記第２の直交変換部へ入力されるように構成されていてもよい。
【００１３】
また、前記第１の直交変換として、離散フーリエ変換または離散コサイン変換を用いることができる。
【００１４】
第１の直交変換部において離散フーリエ変換または離散コサイン変換を行うようにすれば、離散ウェーブレット変換を行う場合に比べて、デジタル入力信号を狭い帯域幅に対応した多数の第１の信号に分解することが容易である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上に説明した構成を有し、帯域分割の自由度が高く、かつ、分割性能が優れているフィルタバンクを提供することができるという効果を奏する。
【００１６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態のフィルタバンクを有するデジタル信号処理装置の構成を示す概念図である。
【００１９】
以下では、まず、鎖線で示されたＩＤＷＴ部１５、ＤＷＴ部２５及びサブバンド信号処理部３５が無い構成について説明する。
【００２０】
このデジタル信号処理装置は、フィルタバンクとして、デジタル入力信号Ｘを複数の周波数帯域の信号に分解するための帯域分割フィルタバンク１と、複数の周波数帯域の信号を合成するための帯域合成フィルタバンク２とを備え、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２との間に、サブバンド信号処理部３１〜３５からなる信号処理ブロック３を備えている。サブバンド信号処理部３１〜３５では、各帯域ごとに予め定められている所定の処理が行われる。
【００２１】
ここで、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２と信号処理ブロック３とは、例えば、１つのＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）によって構成されており、図１に示された各ブロックは、ＤＳＰの処理によって実現される機能ブロックを示したものである。なお、帯域分割フィルタバンク１、帯域合成フィルタバンク２及び信号処理ブロック３のそれぞれが個別に、例えばＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１と信号処理ブロック３とが例えば１つのＤＳＰによって構成され、帯域合成フィルタバンク２が例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１が例えば１つのＤＳＰによって構成され、帯域合成フィルタバンク２と信号処理ブロック３とが例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。あるいは、帯域分割フィルタバンク１と帯域合成フィルタバンク２とが例えば１つのＤＳＰによって構成され、信号処理ブロック３が例えば１つのＤＳＰによって構成されていてもよい。
【００２２】
帯域分割フィルタバンク１は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）部１１と、逆離散ウェーブレット変換（ＩＤＷＴ）部１２，１３，１４とを備えて構成され、複数のバンドパスフィルタとして機能する。
【００２３】
ＤＦＴ部１１では、入力端子Ｔｉから入力されたデジタル入力信号Ｘを離散フーリエ変換することにより、デジタル入力信号Ｘを、所定の周波数範囲（Ａｆ）が均等に分割された複数の周波数帯域の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解する。ここで、信号Ｓ１が最も低い周波数帯域の信号であり、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ１６の順に高い周波数帯域の信号とする。なお、デジタル入力信号Ｘは、アナログ信号をサンプリング周波数ｆｓにてサンプリングして生成された信号であり、上記の所定の周波数範囲（Ａｆ）は、サンプリング周波数ｆｓに依存し、０〜ｆｓ／２の範囲である。
【００２４】
図２（ａ）は、図１におけるＩＤＷＴ部１２，１３，１４の構成を示す概念図である。
【００２５】
各ＩＤＷＴ部は、各サンプルの間に値０を挿入するアップサンプラ４１，４３と、ハイパスフィルタ４２及びローパスフィルタ４４と、加算器４５とで構成される。ＩＤＷＴ部に入力される２つの信号Ａ，Ｂのうち、高い周波数帯域の信号Ａは、アップサンプラ４１に入力され、さらにハイパスフィルタ４２を介して加算器４５へ入力される。また、低い周波数帯域の信号Ｂは、アップサンプラ４３に入力され、さらにローパスフィルタ４４を介して加算器４５へ入力され、ハイパスフィルタ４２から入力される信号と加算され、信号Ｃとして出力される。したがって、ＩＤＷＴ部では、高い周波数帯域の信号Ａと低い周波数帯域の信号Ｂとが合成されて信号Ｃが生成される。
【００２６】
帯域合成フィルタバンク２は、帯域分割フィルタバンク１の逆変換が行われるように構成され、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）部２１と、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）部２２，２３，２４とを備えている。
【００２７】
図２（ｂ）は、図１におけるＤＷＴ部２２，２３，２４の構成を示す概念図である。
【００２８】
各ＤＷＴ部は、ハイパスフィルタ５１及びローパスフィルタ５３と、１サンプルおきに信号を間引くダウンサンプラ５２，５４とで構成される。ＤＷＴ部に入力される信号Ｄは、ハイパスフィルタ５１を介してダウンサンプラ５２へ入力されダウンサンプリングされて信号Ｅとして出力されるとともに、ローパスフィルタ５３を介してダウンサンプラ５４へ入力されダウンサンプリングされて信号Ｆとして出力される。したがって、ＤＷＴ部では、入力信号Ｄが、高い周波数帯域の信号Ｅと低い周波数帯域の信号Ｆとに分解される。
【００２９】
ＩＤＦＴ部２１では、全てのＤＷＴ部２２及び信号処理ブロック３のサブバンド信号処理部３１，３２から入力される信号Ｃ１〜Ｃ１６を逆離散フーリエ変換することにより、信号Ｃ１〜Ｃ１６が合成されたデジタル出力信号Ｙを生成し、出力端子Ｔｏから出力する。
【００３０】
以上のように構成されたデジタル信号処理装置について、その動作の一例を説明する。
【００３１】
帯域分割フィルタバンク１へ入力端子Ｔｉから入力されるデジタル入力信号Ｘは、例えば、アナログ信号を４０ｋＨｚのサンプリング周波数にてサンプリングした信号とする。４０ｋＨｚにてサンプリングされたデジタル入力信号Ｘは、０〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号である。このデジタル入力信号Ｘは、ＤＦＴ部１１にて、１６（図１の場合）の帯域の各信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解される。ここで、離散フーリエ変換によって各信号Ｓ１〜Ｓ１６は、それぞれ０〜２０ｋＨｚの帯域の信号が１．２５ｋＨｚの帯域幅で分けられた信号になる。したがって、信号Ｓ１は０〜１．２５ｋＨｚの帯域の信号、信号Ｓ２は１．２５〜２．５０ｋＨｚの帯域の信号、・・・、信号Ｓ１５は１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号、信号Ｓ１６は１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号である。
【００３２】
信号Ｓ１と信号Ｓ２とは、それぞれそのままサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。したがって、サブバンド信号処理部３１には、０〜１．２５ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ１）が入力され、サブバンド信号処理部３２には、１．２５〜２．５０ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ２）が入力される。
【００３３】
また、２．５０〜３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３と、３．７５〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ４とは、ＩＤＷＴ部１２からなる信号合成部１０ａにて合成されて信号Ｓ２１となり、この信号Ｓ２１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。したがって、サブバンド信号処理部３３には、２．５０〜５．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ２１）が入力される。
【００３４】
また、５．００〜６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ５と、６．２５〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ６と、７．５０〜８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ７と、８．７５〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ８とは、信号合成部１０ｂにて合成されて信号Ｓ３１となり、この信号Ｓ３１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。この場合、信号Ｓ５と信号Ｓ６とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて５．００〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２２となり、信号Ｓ７と信号Ｓ８とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて７．５０〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２３となる。さらに、信号Ｓ２２と信号Ｓ２３とはＩＤＷＴ部１３にて合成されて５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３１となる。したがって、サブバンド信号処理部３４には、５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ３１）が入力される。
【００３５】
また、１０．００〜１１．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ９と、１１．２５〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１０と、１２．５０〜１３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１１と、１３．７５〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１２と、１５．００〜１６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１３と、１６．２５〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１４と、１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１５と、１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ１６とは、信号合成部１０ｃにて合成されて信号Ｓ４１となり、この信号Ｓ４１がサブバンド信号として信号処理ブロック３へ出力される。この場合、信号Ｓ９と信号Ｓ１０とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１０．００〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２４となり、信号Ｓ１１と信号Ｓ１２とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１２．５０〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２５となる。これらの信号Ｓ２４と信号Ｓ２５とはさらにＩＤＷＴ部１３にて合成されて１０．００〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３２となる。同様に、信号Ｓ１３と信号Ｓ１４とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１５．００〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２６となり、信号Ｓ１５と信号Ｓ１６とはＩＤＷＴ部１２にて合成されて１７．５０〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ２７となる。これらの信号Ｓ２６と信号Ｓ２７とはさらにＩＤＷＴ部１３にて合成されて１５．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ３３となる。さらに、信号Ｓ３２と信号Ｓ３３とはＩＤＷＴ部１４にて合成されて１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｓ４１となる。したがって、サブバンド信号処理部３５には、１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域のサブバンド信号（Ｓ４１）が入力される。
【００３６】
以上のように生成されたそれぞれのサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１は、それぞれのサブバンド信号処理部３１，３２，３３，３４，３５にて予め定められている所定の処理が行われた後、帯域合成フィルタバンク２へ入力される。
【００３７】
サブバンド信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれサブバンド信号処理部３１，３２の処理によって信号Ｃ１，Ｃ２となり、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。
【００３８】
また、サブバンド信号Ｓ２１は、サブバンド信号処理部３３の処理によって信号Ｃ２１となり、信号合成部１０ａの逆変換が行われる信号分解部２０ａへ入力される。信号分解部２０ａであるＤＷＴ部２２によって、２．５０〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２１は、２．５０〜３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３と、３．７５〜５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ４とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。
【００３９】
また、サブバンド信号Ｓ３１は、サブバンド信号処理部３４の処理によって信号Ｃ３１となり、信号合成部１０ｂの逆変換が行われる信号分解部２０ｂへ入力される。信号分解部２０ｂでは、まず、ＤＷＴ部２３によって、５．００〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３１は、５．００〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２２と、７．５０〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２３とに分解される。さらに、信号Ｃ２２は、ＤＷＴ部２２によって５．００〜６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ５と、６．２５〜７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ６とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。同様に、信号Ｃ２３は、ＤＷＴ部２２によって７．５０〜８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ７と、８．７５〜１０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ８とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。
【００４０】
また、サブバンド信号Ｓ４１は、サブバンド信号処理部３５の処理によって信号Ｃ４１となり、信号合成部１０ｃの逆変換が行われる信号分解部２０ｃへ入力される。信号分解部２０ｃでは、まず、ＤＷＴ部２４によって、１０．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ４１は、１０．００〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３２と、１５．００〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ３３とに分解される。信号Ｃ３２は、さらにＤＷＴ部２３によって１０．００〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２４と、１２．５０〜１５．０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２５とに分解される。さらに、信号Ｃ２４は、ＤＷＴ部２２によって１０．００〜１１．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ９と、１１．２５〜１２．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１０とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。信号Ｃ２５は、ＤＷＴ部２２によって１２．５０〜１３．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１１と、１３．７５〜１５．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１２とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。また、信号Ｃ３３は、さらにＤＷＴ部２３によって１５．００〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２６と、１７．５０〜２０．０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ２７とに分解される。さらに、信号Ｃ２６は、ＤＷＴ部２２によって１５．００〜１６．２５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１３と、１６．２５〜１７．５０ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１４とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。信号Ｃ２７は、ＤＷＴ部２２によって１７．５０〜１８．７５ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１５と、１８．７５〜２０．００ｋＨｚの帯域の信号Ｃ１６とに分解され、ＩＤＦＴ部２１へ入力される。
【００４１】
ＩＤＦＴ部２１では、信号Ｃ１〜Ｃ１６を入力し、ＤＦＴ部１１の逆変換を行うことにより、０〜２０．００ｋＨｚの帯域のデジタル出力信号Ｙを生成し、出力する。
【００４２】
このように、信号処理ブロック３にて所定の処理が行われた後、帯域分割フィルタバンク１とは逆変換が行われる帯域合成フィルタバンク２によって、各帯域を統合したデジタル出力信号Ｙを生成することができる。なお、信号処理ブロック３で何の処理も行われない場合には、デジタル入力信号Ｘとデジタル出力信号Ｙとは等しくなる。
【００４３】
例えば、マイクロホン等からの音声信号を、イコライザを用いて、各周波数帯域のサブバンド信号に分解し、各サブバンド信号ごとにその信号レベルを調整し、その調整した各サブバンド信号を合成した後、アンプ等を介してスピーカから拡声音として出力するような放送システムにおいて、上記イコライザに、このデジタル信号処理装置を適用した場合、デジタル入力信号Ｘとしてデジタル音声信号が入力され、サブバンド信号処理部３１〜３５を各帯域ごとの信号レベルを調整する可変利得増幅部として構成すればよい。このような音声信号においては、低い周波数の信号に多くの情報が含まれるので、例えば図１のように、高域よりも低域の方が多くの狭い帯域に分割されて、各々のサブバンド信号処理部にて所定の処理が行われるように構成されることが好ましいが、本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１では、このような場合に限られず、後述のように帯域分割の自由度が高く、所望する帯域幅に応じた各々のサブバンド信号を生成することが可能になる。
【００４４】
本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１によれば、デジタル入力信号Ｘを、まず、ＤＦＴ部１１によって帯域幅が均等に分割された各帯域の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解した後、ＩＤＷＴ部１２〜１４によって合成してサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ４１を生成することにより、帯域分割の自由度が高く、かつ分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。例えば、図１において、ＤＦＴ部１１により分割される帯域の個数、２つの信号を統合するＩＤＷＴ部（１２〜１４）の個数及びその接続の仕方を変えることにより、各サブバンド信号に対応する帯域幅を自由に設計することができ、帯域分割の自由度が高いフィルタバンクを実現できる。また、ＤＦＴ部１１は、急峻な遮断特性を持つ多数のバンドパスフィルタとして機能し、デジタル入力信号Ｘを、狭い帯域幅に対応した多数の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解することが容易であり、ＤＦＴ部１１によって狭い帯域幅に対応する多数の信号Ｓ１〜Ｓ１６に分解することにより、ＩＤＷＴ部１２〜１４によって合成された各帯域のサブバンド信号に、隣接する帯域の信号成分が含まれるのを極力抑えることができる。したがって、各帯域のオーバーラップが少ない帯域分割特性を有するサブバンド信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ４１を得ることができ、帯域分割の分割性能が優れたフィルタバンクを実現できる。
【００４５】
以上から、本実施の形態における帯域分割フィルタバンク１をオクターブ分割に用いる場合には、従来の離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を用いてオクターブ分割を行う構成よりも、各帯域のオーバーラップが少ない分割性能に優れたオクターブ分割を行うことが可能になる。
【００４６】
なお、上記のサンプリング周波数（４０ｋＨｚ）、図１に示したＤＦＴ部１１の出力信号数（１６）及びＩＤＦＴ部２１の入力信号数（１６）は一例であり、この例に限られない。また、信号合成部１０ａ〜１０ｂを構成するＩＤＷＴ部（１２〜１４）の接続構成も一例である。ＩＤＷＴ部には、それの２つの入力信号が隣接する帯域の信号となるように接続すればよい。例えば、サブバンド信号処理部３２、３３を無くし、ＩＤＷＴ部１５、サブバンド信号処理部３６及びＤＷＴ部２５を設けるように構成することもできる。この場合、信号Ｓ３と信号Ｓ４とがＩＤＷＴ部１２によって合成された信号Ｓ２１と、信号Ｓ２とが、ＩＤＷＴ部１５に入力されて合成され、その合成された信号であるＩＤＷＴ部１５の出力信号がサブバンド信号となり、サブバンド信号処理部３６へ入力される。そして、サブバンド信号処理部３６の出力信号は、ＤＷＴ部２５へ入力され、信号Ｃ２とＤＷＴ部２２へ入力される信号Ｃ２１とに分解される。
【００４７】
また、図１の場合、ＤＦＴ部１１から出力される一部の信号Ｓ１，Ｓ２がそのままサブバンド信号として信号処理ブロック３へ入力されるように構成されているが、全てのサブバンド信号が、ＩＤＷＴ部を用いて構成された各々の信号合成部で合成されてから信号処理ブロック３へ入力されるように構成されていてもよい。
【００４８】
なお、ＤＦＴ部１１を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うＦＦＴ部とし、ＩＤＦＴ部２１を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行うＩＦＦＴ部として構成することにより、演算処理量を少なくできる。
【００４９】
また、ＤＦＴ部１１及びＩＤＦＴ部２１に代えて、他の直交変換を行う変換部及びその逆変換を行う逆変換部を設けるようにしてもよい。例えば、ＤＦＴ部１１に代えて、離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行うＤＣＴ部を設け、ＩＤＦＴ部２１に代えて、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）を行うＩＤＣＴ部を設けても同様の効果が得られる。
【００５０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るフィルタバンクは、音声等の信号を複数の帯域に分割するためのフィルタバンクとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態のフィルタバンクを有するデジタル信号処理装置の構成を示す概念図である。
【図２】図２（ａ）は、図１におけるＩＤＷＴ部の構成を示す概念図であり、図２（ｂ）は、図１におけるＤＷＴ部の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  帯域分割フィルタバンク
２  帯域合成フィルタバンク
３  信号処理ブロック
１０ａ〜１０ｃ  信号合成部
１１  離散フーリエ変換部
１２〜１４  逆離散ウェーブレット変換部
２０ａ〜２０ｃ  信号分解部
２１  逆離散フーリエ変換部
２２〜２４  離散ウェーブレット変換部
３１〜３５  サブバンド信号処理部
【国際調査報告】
2008041322.tif 000005
2008041322.tif 000006