(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成するスペクトル分布生成手段と、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、削除用帯域及び補間用帯域を互いに対応付けて特定する削除帯域決定手段と、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除帯域決定手段が特定した削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する間引き圧縮手段と、を備え、
前記削除帯域決定手段は、スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた前記削除用帯域及び前記補間用帯域として特定する、
ことを特徴とする周波数間引き装置。
【請求項２】
前記削除帯域決定手段が特定した前記削除用帯域及び前記補間用帯域を示す情報を出力する手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数間引き装置。
【請求項３】
前記削除帯域決定手段は、前記補間用帯域が前記削除用帯域を兼ねることがないように、前記削除用帯域及び前記補間用帯域を特定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数間引き装置。
【請求項４】
前記削除帯域決定手段は、前記削除用帯域に隣接し、当該削除用帯域と実質的に同一の帯域幅を占める帯域が当該削除用帯域に対応付けられた補間用帯域となるように、前記削除用帯域及び前記補間用帯域を特定する、
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の周波数間引き装置。
【請求項５】
前記被処理信号は、オーディオ信号によりＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を行って得られるＰＣＭ信号より構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の周波数間引き装置。
【請求項６】
間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成し、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、前記スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた削除用帯域及び補間用帯域として特定し、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する、
ことを特徴とする周波数間引き方法。
【請求項７】
コンピュータを、
間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成するスペクトル分布生成手段と、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、前記スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた削除用帯域及び補間用帯域として特定する削除帯域決定手段と、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除帯域決定手段が特定した削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する間引き圧縮手段と、
して機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、信号を圧縮する周波数間引き装置及び周波数間引き方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有線や無線での放送あるいは通信の手法による音楽などの配信が近年盛んになっている。
放送や通信に用いる回線は、音声信号の高域部まで減衰なく伝送できるほど広い帯域通過特性を有していない場合がある。このような場合、音声信号を送出する装置が、送出する対象の音声信号の高域部をブーストし（すなわち、高域部を他の帯域に比べて高い増幅率で増幅し）、高域部をブーストされた音声信号を送出する、という手法がとられていた。
【０００３】
高域部のブーストは、例えば、送出する対象の音声信号を、図８に示すイコライザを通過させた上で増幅する、という手法により行われていた。
図８のイコライザは、入力端及び出力端の間に接続されたコンデンサＣと、同じく入力端及び出力端の間に接続された抵抗器Ｒ１と、一端が出力端に接続され他端が接地された抵抗器Ｒ２とからなる。そして、入力端に入力された信号を、その高域部以外の帯域を高域部に比べて大きな減衰率で減衰させて、出力端より出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧縮された音声信号などのように、一定周波数以上の高域部が急峻に減衰している信号（例えば、高域部が除去されている信号）は、高域部をブーストして伝送しても、この信号を受信する装置の側で、高域部をブーストされる前の信号を正確に復元しにくい、という問題があった。伝送する対象の信号が音声信号である場合、この問題は、再生される音声の音質の劣化を招く。
【０００５】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、高域部が急峻に減衰している信号であっても正確に復元できるように信号の帯域幅を圧縮する周波数間引き装置及び周波数間引き方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、オーディオ信号を高音質を保ちながら圧縮するための周波数間引き装置及び周波数間引き方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく、この発明の第１の観点に係る周波数間引き装置は、間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成するスペクトル分布生成手段と、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、削除用帯域及び補間用帯域を互いに対応付けて特定する削除帯域決定手段と、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除帯域決定手段が特定した削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する間引き圧縮手段と、を備え、
前記削除帯域決定手段は、スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた前記削除用帯域及び前記補間用帯域として特定する、
ことを特徴とする。
【０００７】
このような周波数間引き装置によれば、相関関係が強い帯域の組の一方が削除用帯域になり、削除用帯域内のスペクトルが除去されて他の帯域内のスペクトルが低周波数側に詰められるので、信号の帯域幅が圧縮される。
このような周波数間引き装置により圧縮される信号は、高域部が急峻に減衰していても、削除用帯域のスペクトル分布を補間用帯域のスペクトル分布に実質的に一致させることにより、正確に復元される。従って、圧縮される信号がオーディオ信号であれば、このオーディオ信号は高音質を保ちながら圧縮される。
【０００８】
前記周波数間引き装置は、前記削除帯域決定手段が特定した前記削除用帯域及び前記補間用帯域を示す情報を出力する手段を更に備えれば、信号を復元する外部の装置等が削除用帯域及び補間用帯域を特定することが容易になる。
【０００９】
前記削除帯域決定手段は、前記補間用帯域が前記削除用帯域を兼ねることがないように、前記削除用帯域及び前記補間用帯域を特定すれば、補間用帯域内のスペクトルが除去されることが防止されるので、圧縮された信号の復元がより正確に行えるようになる。
【００１０】
前記削除帯域決定手段は、前記削除用帯域に隣接し、当該削除用帯域と実質的に同一の帯域幅を占める帯域が当該削除用帯域に対応付けられた補間用帯域となるように、前記削除用帯域及び前記補間用帯域を特定してもよい。
この場合、削除用帯域のスペクトルは、たとえば削除用帯域に隣接し削除用帯域と実質的に同一の帯域幅を占める帯域に含まれる成分の分布に基づいて補間され得るので、補間用帯域を特定する情報を別途提供することなく削除用帯域内のスペクトルを補間することが可能となる。
【００１１】
前記被処理信号は、例えば、オーディオ信号によりＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を行って得られるＰＣＭ信号より構成されていてもよい。
【００１２】
また、この発明の第２の観点にかかる周波数間引き方法は、
間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成し、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、前記スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた削除用帯域及び補間用帯域として特定し、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する、
ことを特徴とする。
【００１３】
このような周波数間引き方法によれば、相関関係が強い帯域の組の一方が削除用帯域になり、削除用帯域内のスペクトルが除去されて他の帯域内のスペクトルが低周波数側に詰められるので、信号の帯域幅が圧縮される。
このような周波数間引き方法により圧縮される信号は、高域部が急峻に減衰していても、削除用帯域のスペクトル分布を補間用帯域のスペクトル分布に実質的に一致させることにより、正確に復元される。従って、圧縮される信号がオーディオ信号であれば、このオーディオ信号は高音質を保ちながら圧縮される。
【００１４】
また、この発明の第３の観点にかかるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
コンピュータを、
間引き処理される対象である被処理信号のスペクトルを表すスペクトル信号を生成するスペクトル分布生成手段と、
前記スペクトル信号に基づき、前記スペクトルを含む帯域のうちから、前記スペクトルの成分の分布の相関関係が強い順に前記帯域内の区間の組を所定数特定し、特定した各々の組をなす２個の区間を、互いに対応付けられた削除用帯域及び補間用帯域として特定する削除帯域決定手段と、
前記帯域の下限より連続した連続部分のスペクトルの分布を、当該帯域のうち前記削除帯域決定手段が特定した削除用帯域を除いたいずれの部分のスペクトルの分布も前記連続部分の少なくとも一部のスペクトルの分布と実質的に一致するよう変更し、前記連続部分より高周波側の部分内のスペクトルを実質的に除去する間引き圧縮手段と、
して機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００１５】
このような記録媒体に記録されたプログラムを実行するコンピュータは、相関関係が強い帯域の組の一方を削除用帯域とし、削除用帯域内のスペクトルを除去して他の帯域内のスペクトルを低周波数側に詰めるので、信号の帯域幅が圧縮される。
このような記録媒体に記録されたプログラムを実行するコンピュータにより圧縮される信号は、高域部が急峻に減衰していても、削除用帯域のスペクトル分布を補間用帯域のスペクトル分布に実質的に一致させることにより、正確に復元される。従って、圧縮される信号がオーディオ信号であれば、このオーディオ信号は高音質を保ちながら圧縮される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る周波数間引き装置を、音声信号処理装置を例として説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る音声信号処理装置の構成を示す図である。
図示するように、この音声信号処理装置は、周波数間引き部１と、周波数補間部２とより構成されている。
【００１７】
周波数間引き部１は、図２に示すように、アナライザ１１と、スペクトル解析部１２と、周波数シフト部１３と、シンセサイザ１４とより構成されている。
【００１８】
アナライザ１１は、図３に示すように、ｎ個の遅延部１１１−０〜１１１−（ｎ−１）と、（ｎ＋１）個のサンプラー１１２−０〜１１２−ｎと、フィルタバンク１１３とより構成されている。（ただし、ｎは１以上の任意の整数とする。）
【００１９】
遅延部１１１−０〜１１１−（ｎ−１）は、各自に供給された信号を、この信号の周期１周期分遅らせて出力する。
遅延部１１１−ｋ（ｋは０以上（ｎ−１）以下の任意の整数）が出力する信号はサンプラー１１２−ｋに供給される。また、遅延部１１１−ｊ（ｊは０以上（ｎ−２）以下の任意の整数）は、遅延部１１１−（ｊ＋１）が出力する信号を供給される。遅延部１１１−（ｎ−１）には、周波数間引き部１により周波数の間引きを受ける対象のＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｕｄｕｌａｔｉｏｎ）信号が供給される。
【００２０】
従って、遅延部１１１−ｋは、遅延部１１１−（ｎ−１）に供給されたＰＣＭ信号を、このＰＣＭ信号の（ｎ−ｋ）周期分遅らせた信号を出力する。なお、上述のＰＣＭ信号は、音声等を電圧あるいは電流の変化として表すオーディオ信号を用い、ＰＣＭ変調を行うことにより得られる信号である。
【００２１】
サンプラー１１２−０〜１１２−ｎは、各自に供給された信号を、周波数の間引きを受ける対象のＰＣＭ信号の周波数の（ｎ＋１）分の１の周波数でサンプリングし、サンプリング結果を表す信号を、フィルタバンク１１３へと供給する。
【００２２】
サンプラー１１２−ｋには、上述の通り、遅延部１１１−ｋが出力する信号が供給される。サンプラー１１２−ｎには、周波数間引き部１により周波数の補間を受ける対象のＰＣＭ信号が、遅延部１１１−（ｎ−１）に供給されるのと実質的に同時に供給される。
【００２３】
フィルタバンク１１３は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等より構成されている。
フィルタバンク１１３は、上述の通りサンプラー１１２−１〜１１２−ｎが出力する信号の供給を受ける。
【００２４】
そして、フィルタバンク１１３は、ポリフェーズフィルタ、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＬＯＴ（Ｌａｐｐｅｄ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＭＬＴ（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｌａｐｐｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）あるいはＥＬＴ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｌａｐｐｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の手法を用い、自己に供給されたこの信号のスペクトル分布を表す１番目〜（ｎ＋１）番目までの（ｎ＋１）個の信号を生成する。そして、生成したこれら（ｎ＋１）個の信号を、スペクトル解析部１２及び周波数シフト部１３へと供給する。
【００２５】
フィルタバンク１１３が生成するｐ番目（ｐは１から（ｎ＋１）までの整数）の信号は、サンプラー１１２−０〜１１２−ｎが出力する信号のスペクトル分布を（ｎ＋１）等分して得られる互いに帯域幅が等しい帯域のうち、周波数がｐ番目に低い帯域内のスペクトル分布を表す信号であるものとする。
【００２６】
スペクトル解析部１２は、ＤＳＰやＣＰＵ等より構成されている。周波数シフト部１３は、上述の（ｎ＋１）個の各帯域内のスペクトル分布を表す（ｎ＋１）個の信号をアナライザ１１（より具体的には、フィルタバンク１１３）より供給されると、例えば、以下（１）〜（５）として述べる処理を行う。
【００２７】
（１）  スペクトル解析部１２はまず、フィルタバンク１１３から供給された信号が表す各帯域のうちの２つを特定し、各々の帯域内のスペクトル成分の二乗平均値を求める。
【００２８】
（２）  （１）の処理で求めた２個の帯域（以下、「第１の帯域」及び「第２の帯域」と呼ぶ）内の各スペクトル成分の二乗平均値を用いて、これらの帯域のうち一方の帯域内のスペクトル成分の値の規格化を行う。具体的には、例えば、第１の帯域内のスペクトルの二乗平均値に対する第２の帯域内のスペクトル成分の二乗平均値の比の値を求め、第２の帯域内の各スペクトル成分の値にこの比の値を各々乗じて得られる積を求める。得られた積の集合が、規格化された後の第２の帯域内のスペクトル分布を表す。
【００２９】
（３）  規格化を行った後の第１及び第２の帯域内のスペクトル分布との相関係数を、最小二乗法等の手法を用いて求める。
ただし、スペクトル解析部１２は、第１及び第２の両帯域のうち周波数が低い方の帯域内の各スペクトルの周波数を、その元来の値に、両帯域の最低周波数の差の絶対値を加算した周波数であるものとして扱い、相関係数を求めるものとする。
【００３０】
（４）  スペクトル解析部１２は、第１及び第２の帯域としてとり得るすべての組み合わせについて上述（１）〜（３）の処理を行うことにより相関係数を求める。そして、求めた各相関係数に基づいて、フィルタバンク１１３から供給された信号が表す各帯域のうちから、スペクトルを削除する対象である帯域、すなわち、削除バンドを決定する。
具体的には、スペクトル解析部１２は、相関係数を求めた各組み合わせのうち、相関係数が最も高かったものから所定個数の組み合わせを特定する。（以下、この所定個数をＸ個とする。ただし、Ｘは（ｎ＋１）以下の自然数であり、フィルタバンク１１３から供給された信号が表す各帯域のうちの任意の１個の帯域幅に（ｎ＋１−Ｘ）を乗じた値が、周波数間引き部１が出力する後述の出力信号の帯域幅となる。）そして、特定した各組み合わせから１個ずつ計Ｘ個、重複がないようにして帯域を特定する。そして、特定されたＸ個の帯域を削除バンドと決定する。
【００３１】
（５）  そして、スペクトル解析部１２は、削除バンド、及び、当該削除バンドを後述の処理により補間するための補間用バンドを、周波数シフト部１３に通知する。具体的には、スペクトル解析部１２は、削除バンド及び補間用バンドを示すデータ（バンド割り当て情報）として、以下（５Ａ）及び（５Ｂ）として示すデータの組、すなわち、
（５Ａ）削除バンドを示すデータ、及び、
（５Ｂ）（５Ａ）のデータにより示される削除バンドとの間で上述の（４）で特定した組み合わせをなしている帯域を補間用バンドとして識別するデータ、
からなる組を、計Ｘ組、周波数シフト部１３に供給し、また、シンセサイザ１４が生成する後述のＰＣＭ信号に同期した形で外部に出力する。
【００３２】
周波数シフト部１３は、ＤＳＰやＣＰＵ等より構成されている。周波数シフト部１３は、フィルタバンク１１３より上述の（ｎ＋１）個の信号を供給され、スペクトル解析部１２より削除バンド及び補間用バンドを通知されると、以下（６）及び（７）として示す処理を行う。
【００３３】
（６）  まず、周波数シフト部１３は、フィルタバンク１１３より供給された上述の（ｎ＋１）個の信号が表すスペクトルのうち、削除バンド内のスペクトルを除去する（すなわち、スペクトル分布の間引きを施す）。
【００３４】
（７）  次に、周波数シフト部１３は、スペクトル分布の間引きにより得られるスペクトルにスペクトル分布の圧縮を施す。
具体的には、削除バンド以外の帯域内のスペクトル分布を、低周波側に詰める。すなわち、周波数シフト部１３は、以下（７Ａ）及び（７Ｂ）として示す処理を行った結果得られる信号を生成する。（ただし、この信号は、必ずしも（７Ａ）及び（７Ｂ）の処理を行うことにより生成されるものである必要はなく、結果として（７Ａ）及び（７Ｂ）の処理により得られる信号と実質的に同一の信号が得られるような任意の処理を行えばよい。）
【００３５】
（７Ａ）  削除バンド以外の帯域（非削除バンド）であって、最低周波数が最も低い削除バンドより高周波側にあるもののうち、最低周波数が最も低い非削除バンドのスペクトル分布を、最低周波数が最も低い削除バンド内のスペクトル分布を表すものとして扱う（削除バンドに非削除バンドのスペクトルをシフトさせる）ことと決定する。ただし、非削除バンドのスペクトルを削除バンドにシフトさせる場合、埋め込むスペクトルの周波数を、その元来の値から、シフトさせるスペクトルを有する非削除バンド及びシフトさせる先の削除バンドの最低周波数同士の差の絶対値を差し引いた値であるものとして扱うものとする。
【００３６】
（７Ｂ）  スペクトルがシフトされて来た削除バンドを非削除バンドとみなし、削除バンドへとシフトさせたスペクトルを有する非削除バンドを削除バンドとみなして、削除バンドより高周波側の非削除バンドが存在しなくなるまで、（７Ａ）の処理を繰り返し行う。
【００３７】
そして、周波数シフト部１３は、上述の（７Ｂ）までの処理を完了することにより生成されたスペクトル分布を表す信号を生成し、生成した信号をシンセサイザ１４へと供給する。
従って、周波数シフト部１３からシンセサイザ１４へは、削除バンド以外の帯域内のスペクトル分布が低周波側に詰められた状態のスペクトル分布（間引き・圧縮後のスペクトル分布）を表す信号が供給される。
【００３８】
図４（ａ）は、アナライザ１１に供給されたＰＣＭ信号のスペクトル分布（間引き前のスペクトル分布）の例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すスペクトル分布を有するＰＣＭ信号のスペクトルに周波数の間引きを施した結果得られる、間引き後のスペクトル分布の例を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示すスペクトルにスペクトル分布の圧縮を施した結果得られる、間引き・圧縮後のスペクトル分布の例を示す図である。
【００３９】
図４（ｂ）は、アナライザ１１に供給されたＰＣＭ信号の６０個の帯域のうち、最低周波数が低い方から（２・Ｙ）番目（Ｙは１１以上３０以下の任意の整数）の帯域が削除バンドであると特定された場合の、間引き後のスペクトル分布を示す図である。
図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示すスペクトル分布を有するスペクトルにスペクトル分布の圧縮を施して得られる間引き・圧縮後のスペクトル分布を示す図である。図４（ｃ）に示すスペクトル分布においては、Ｚ番目（Ｚは２２以上４０以下の整数）の帯域には、｛（２・Ｚ）−２１｝番目の帯域のスペクトルがシフトされている。
【００４０】
シンセサイザ１４は、図５に示すように、フィルタバンク１４１と、（ｎ＋１）個のサンプラー１４２−０〜１４２−ｎと、ｎ個の遅延部１４３−０〜１４３−（ｎ−１）と、加算器１４４−０〜１４４−（ｎ−１）とより構成されている。
【００４１】
フィルタバンク１４１は、ＤＳＰやＣＰＵ等より構成されており、上述の通り、周波数シフト部１３が出力する、間引き・圧縮後のスペクトル分布を表す信号を供給される。
そして、フィルタバンク１４１は、ポリフェーズフィルタ、ＤＣＴ、ＬＯＴ、ＭＬＴあるいはＥＬＴ等の手法を用い、自己に供給された信号が表すスペクトル分布を有する信号を（ｎ＋１）点で等間隔にサンプリングした値を表す（ｎ＋１）個の信号を生成する。そして、生成したこれら（ｎ＋１）個の信号のうちｐ番目（ｐは１から（ｎ＋１）までの整数）の信号を、サンプラー１４２−（ｐ−１）へと供給する。
【００４２】
なお、フィルタバンク１４１が生成するこの信号が表す値のサンプリング間隔は、アナライザ１１のサンプラー１１２−１〜１１２−ｎのサンプリング間隔に実質的に等しいものとする。
また、フィルタバンク１４１が生成するｐ番目の信号は、フィルタバンク１４１に供給された信号が表すスペクトル分布を有する信号を（ｎ＋１）点で等間隔にサンプリングした値のうち、サンプリングの時刻がｐ番目に早い値を表すものとする。
【００４３】
サンプラー１４２−１〜１４２−ｎは、各自に供給された信号を、当該信号の（ｎ＋１）倍の周波数の信号へと変換し、変換結果を表すＰＣＭ信号を出力するものである。
サンプラー１４２−（ｐ−１）には、上述の通り、フィルタバンク１４１が出力するｐ番目の信号が供給される。そして、サンプラー１４２−（ｓ−１）は、自己が出力する信号を、加算器１４４−（ｐ−１）へと供給する（ｓは１からｎまでの整数）。サンプラー１４２−ｎは、自己が出力する信号を遅延部１４３−（ｎ−１）へと供給する。
【００４４】
遅延部１４３−０〜１４３−（ｎ−１）は、各自に供給された信号を、この信号の周期１周期分遅らせて出力する。
遅延部１４３−ｋ（ｋは０以上（ｎ−１）以下の任意の整数）が出力する信号は加算器１４４−ｋに供給される。また、遅延部１４３−ｊ（ｊは０以上（ｎ−２）以下の任意の整数）は、加算器１４４−（ｊ＋１）が出力する信号を供給される。遅延部１４３−（ｎ−１）には、上述の通りサンプラー１４２−ｎが出力する信号が供給される。
【００４５】
加算器１４４−０〜１４４−（ｎ−１）は、各自に供給された２個の信号の和を表す信号を出力する。
加算器１４４−ｋには、サンプラー１４２−ｋと、遅延部１４３−ｋとから信号が供給される。そして、加算器１４４−ｍ（ｍは１以上（ｎ−１）以下の整数）が出力する信号は遅延部１４３−（ｍ−１）に供給される。加算器１４４−０が出力する信号は、周波数間引き部１の出力信号を構成するものである。
【００４６】
加算器１４４−０が出力するこの出力信号は、サンプラー１４２−０、１４２−１、・・・、１４２−（ｎ−１）及び１４２−ｎが出力した信号を、アナライザ１１に供給されたＰＣＭ信号の周期と実質的に同一の周期で順次出力したものに相当し、そのスペクトル分布が間引き・圧縮後のスペクトル分布に相当するＰＣＭ信号である。
出力信号の帯域幅は、フィルタバンク１１３が周波数シフト部１３に供給した信号が表す各帯域のうちの任意の１個の帯域幅に（ｎ＋１−Ｘ）を乗じた値に実質的に等しい。このため、出力信号の帯域幅は、アナライザ１１に供給されたＰＣＭ信号の帯域幅の｛（ｎ＋１−Ｘ）／（ｎ−１）｝の値に抑えられる。
【００４７】
周波数補間部２は、図６に示すように、アナライザ２１と、周波数補間処理部２２と、シンセサイザ２３とより構成されている。
このうち、アナライザ２１は、周波数間引き部１のアナライザ１１と実質的に同一の構成を有しており、シンセサイザ２３は、周波数間引き部１のシンセサイザ１４と実質的に同一の構成を有している。
【００４８】
アナライザ２１は、周波数の補間を受ける対象として外部から供給されたＰＣＭ信号のスペクトル分布を表す１番目〜（ｎ＋１）番目までの（ｎ＋１）個の信号を生成し、生成したこれら（ｎ＋１）個の信号を周波数補間処理部２２へと供給する。
【００４９】
なお、アナライザ２１が生成するｐ番目（ｐは１から（ｎ＋１）までの整数）の信号は、データ伸長部から供給されたＰＣＭ信号（つまり、周波数の補間を受ける対象のＰＣＭ信号）のスペクトル分布を（ｎ＋１）等分して得られる互いに帯域幅が等しい帯域のうち、周波数がｐ番目に低い帯域内のスペクトル分布を表す信号であるものとする。
【００５０】
周波数補間処理部２２は、ＤＳＰやＣＰＵ等より構成されている。周波数補間処理部２２は、上述の（ｎ＋１）個の各帯域内のスペクトル分布を表す（ｎ＋１）個の信号をアナライザ２１より供給され、外部より削除バンド及び補間用バンドを通知されると、以下（８Ａ）及び（８Ｂ）として説明する処理を行うことにより、間引き・圧縮後のスペクトルを伸長し、伸長後のスペクトルを得る。
【００５１】
すなわち、
（８Ａ）  アナライザ２１より供給された信号が表す帯域のうち、最低周波数が最も低い削除バンド及びこの削除バンドより高周波側にある各々の帯域について、当該帯域内のスペクトルを、帯域１個分、高周波数側にシフトする。つまり、当該帯域内のスペクトル分布を、当該帯域に高周波側で隣接する帯域内のスペクトル分布を表すものとして扱うことと決定する。ただし、当該帯域内のスペクトルの周波数を、その元来の値に、当該帯域の帯域幅を加算した値であるものとして扱うものとする。この処理の結果、最低周波数が最も低い削除バンド内からはスペクトルが除去されることとなる。
（８Ｂ）  （８Ａ）の処理でスペクトルが除去された削除バンドを非削除バンドとみなして、削除バンドが存在しなくなるまで、（８Ａ）の処理を繰り返し行う。
【００５２】
次に、周波数補間処理部２２は、（８Ｂ）までの処理により得られた伸長後のスペクトル分布の包絡線をなす関数を特定する。そして、特定した関数に基づき回帰計算を行う等することにより、スペクトルが除去された削除バンドに本来含まれているべきスペクトル成分の二乗平均値の推定値を求める。
【００５３】
そして、周波数補間処理部２２は、外部より通知された上述の補間用バンドをスケーリングすることにより、この補間用バンドと組をなす削除バンドに補間すべきスペクトルの分布を求める。
すなわち、周波数補間処理部２２は、まず、補間用バンド内のスペクトル成分の二乗平均値を求める。そして、求めた補間用バンド内のスペクトル成分の二乗平均値に対する、削除バンド内のスペクトル成分の二乗平均値の推定値の比の値を求め、補間用バンド内の各スペクトル成分の値にこの比の値を各々乗じて得られる積を求める。得られた積の集合が、この補間用バンドと組をなす削除バンドに補間すべきスペクトルの分布を表す。
【００５４】
従って、周波数補間処理部２２からシンセサイザ２３へは、外部から周波数補間部２へ供給されたＰＣＭ信号のスペクトルに補間後の削除バンドのスペクトル成分が加算されて得られるスペクトルの分布（補間後のスペクトル分布）を表す信号が供給される。
【００５５】
ただし、周波数補間処理部２２は、削除バンドに補間すべきスペクトル分布を、補間後の削除バンド内のスペクトル分布として扱う場合、スケーリングされた補間用バンド内の各スペクトルの周波数が、その元来の値に、削除バンド及び補間用バンドの最低周波数同士の差の絶対値を加算した値であるものとして扱うものとする。
【００５６】
シンセサイザ２３は、周波数補間処理部２２が出力する、補間後のスペクトル分布を表す信号を供給されると、スペクトル分布が補間後のスペクトル分布に相当するＰＣＭ信号を出力する。シンセサイザ２３が出力するＰＣＭ信号は、換言すれば、補間後のスペクトル分布を有する信号を（ｎ＋１）点で等間隔にサンプリングしてアナライザ２１に供給されたＰＣＭ信号の周期と実質的に同一の周期で順次出力したものに相当するＰＣＭ信号である。
【００５７】
なお、図７（ａ）は、アナライザ２１に供給されたＰＣＭ信号のスペクトル分布（伸長・補間前のスペクトル分布）の例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示すスペクトル分布を有するスペクトルを伸長した結果得られる、伸長後のスペクトル分布の例を示す図である。（ｃ）は、（ｂ）に示す伸長後のスペクトルに周波数の補間を施した結果得られる、補間後のスペクトル分布の例を示す図である。
【００５８】
ただし、図７（ａ）にスペクトル分布を示すＰＣＭ信号は、信号の間引き・圧縮を受けていない元の音声信号に、この音声信号処理装置の周波数間引き部１が行う処理と実質的に同一の処理を施すことにより得られた信号であるものとする。そして、元の音声信号のスペクトルを等分する６０個の帯域のうち、最低周波数が低い方から（２・Ｙ）番目（Ｙは１１以上３０以下の任意の整数）の帯域が削除バンドであり、当該削除バンドと組をなす補間用バンドは、最低周波数が低い方から｛（２・Ｙ）−１｝番目の帯域であるものとする。
【００５９】
この場合、図７（ｂ）に示すように、伸長後のスペクトルは、図７（ａ）に示すスペクトルのうち、低周波数側からＺ番目（Ｚは２２以上４０以下の整数）の帯域のスペクトルを、（２・Ｚ−２１）番目の帯域へとシフトして得られるスペクトルに相当する。
【００６０】
また、補間後のスペクトル分布は、図７（ｃ）に示すように、削除バンド（低周波数側から（２・Ｙ）番目の帯域）に、この削除バンドと組をなす補間用バンド帯域（低周波数側から｛（２・Ｙ）−１｝番目の帯域）のスペクトル分布と実質的に同一の分布を有するスペクトルが加えられたものとなる。
【００６１】
図７（ｂ）に示すような伸長、及び図７（ｃ）に示すような補間を行うことにより、周波数の間引き・圧縮を受ける前のＰＣＭ信号のスペクトルに近いスペクトルが得られる。従って、シンセサイザ２３が出力するＰＣＭ信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が高音質で復元される。
【００６２】
なお、この音声信号処理装置の構成は上述のものに限られない。
例えば、周波数間引き部１は更に、データ圧縮部を備えてもよい。データ圧縮部は、ＤＳＰやＣＰＵ等を備え、また、記録媒体（例えば、ＣＤ−Ｒ等）へのデータの記録及び記録媒体からのデータの読み出しを行う記録媒体ドライバを備えるものとする。データ圧縮部は、周波数間引き部１が出力する出力信号を取得し、この出力信号が表すデータを、ＭＰ３やＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ）その他任意の手法により圧縮して出力し、あるいは、圧縮により得られたデータを、記録媒体ドライバにセットされた外部の記録媒体に記録するものとする。
データ圧縮部は、記録媒体ドライバに代えて、あるいは記録媒体ドライバと共に、外部の通信回線に接続されたモデムやターミナルアダプタ等より構成される通信制御装置を備えていてもよい。この場合、データ圧縮部は、周波数間引き部１の出力信号が表すデータを圧縮して得られたデータを、通信回線を介して外部へと伝送してもよい。
【００６３】
また、この音声信号処理装置は更に、データ伸長部を備えてもよい。データ伸長部は、ＤＳＰやＣＰＵ等を備え、また、記録媒体ドライバを備えているものとする。データ伸長部は、ＰＣＭ信号をＭＰ３やＡＡＣ等の手法により圧縮したものを表す信号を、記録媒体ドライバにセットされた外部の記録媒体より取得し、あるいはその他任意の手法により外部より取得する。そして、取得したデータをＭＰ３やＡＡＣ等の手法により伸長し、伸長により得られたデータを表すＰＣＭ信号を生成して、周波数補間部２へと供給するものとする。
データ伸長部は、記録媒体ドライバに代えて、あるいは記録媒体ドライバと共に、通信制御装置を備えていてもよい。この場合、データ伸長部は、ＰＣＭ信号をＭＰ３やＡＡＣ等の手法により圧縮したものを表す信号が通信回線を介して外部より自己へと供給されたとき、供給されたデータを受信して伸長し、伸長により得られたデータを表すＰＣＭ信号を周波数補間部２へと供給するようにしてもよい。
【００６４】
また、周波数間引き部１が周波数の間引きを行う対象の信号や、周波数補間部２が周波数の補間を行う対象の信号は、ＰＣＭ信号である必要はなく、オーディオ信号を変調して得られる変調波である必要もない。
【００６５】
また、遅延部１１１−０〜１１１−（ｎ−１）及び１４３−０〜１４３−（ｎ−１）や、サンプラー１１２−０〜１１２−ｎ及び１４２−０〜１４２−ｎや、加算器１４４−０〜１４４−（ｎ−１）の機能を、ＤＳＰやＣＰＵが行ってもよい。
また、スペクトル解析部１２は、相関係数に代えて、２個の帯域のスペクトルの相関を表す任意の数値を、両帯域スペクトル分布に基づいて求め、削除バンド（及び補間用バンド）の決定に用いてもよい。
【００６６】
また、スペクトル解析部１２は、上述の（４）の処理の内容として、第１及び第２の帯域としてとり得るすべての組み合わせについて上述（１）〜（３）の処理を行う代わりに、互いに隣接する帯域の組み合わせについてのみ、上述（１）〜（３）の処理を行うようにしてもよい。そして、スペクトル解析部１２は、相関係数を求めた各組み合わせのうち、相関係数が最も高かったものから所定個数の組み合わせを特定し、特定した各組み合わせのうち高周波数側（又は低周波数側）の帯域を削除バンドと決定し、低周波数側（又は高周波数側）の帯域を補間用バンドと決定するようにしてもよい。
【００６７】
また、周波数補間部２に供給されるＰＣＭ信号の補間用バンド（又は削除バンド）が、この補間用バンド（又は削除バンド）に低周波数側（又は高周波数側）で隣接しているものである場合、周波数補間部２は、このＰＣＭ信号を伸長及び補間するために補間用バンド（又は削除バンド）の通知を受ける必要はない。
【００６８】
また、周波数間引き部１は、上述の処理では、非削除バンド内の各スペクトルが、周波数の高低の関係を保ったまま低周波数側に詰められていた。しかし、各スペクトル相互の周波数の高低の関係は必ずしも圧縮後も保たれている必要はなく、非削除バンド内のいずれの部分のスペクトルの分布も圧縮後のスペクトルの分布の少なくとも一部と実質的に一致する、という関係が保たれるようにして非削除バンド内の各スペクトルが詰められればよい。
【００６９】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明にかかる周波数間引き装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。
例えば、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータに上述のアナライザ１１、スペクトル解析部１２、周波数シフト部１３及びシンセサイザ１４の動作を実行するためのプログラムを格納した媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フロッピーディスク等）から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する周波数間引き部１を構成することができる。
また、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータに上述のアナライザ２１、周波数補間処理部２２及びシンセサイザ２３の動作を実行するためのプログラムを格納した媒体から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する周波数補間部２を構成することができる。
【００７０】
また、例えば、通信回線の掲示板（ＢＢＳ）に該プログラムを掲示し、これを通信回線を介して配信してもよく、また、該プログラムを表す信号により搬送波を変調し、得られた変調波を伝送し、この変調波を受信した装置が変調波を復調して該プログラムを復元するようにしてもよい。
そして、このプログラムを起動し、ＯＳの制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００７１】
なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいは、ＯＳが本願発明の１つの構成要素の一部を構成するような場合には、記録媒体には、その部分をのぞいたプログラムを格納してもよい。この場合も、この発明では、その記録媒体には、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが格納されているものとする。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明のように、この発明によれば、高域部が急峻に減衰している信号であっても正確に復元できるように信号の帯域幅を圧縮する周波数間引き装置及び周波数間引き方法が実現される。
また、この発明によれば、オーディオ信号を高音質を保ちながら圧縮するための周波数間引き装置及び周波数間引き方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る音声信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】周波数間引き部の構成を示す図である。
【図３】アナライザの構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、間引き前のスペクトル分布の例を示す図であり、（ｂ）は、間引き後のスペクトル分布の例を示す図であり、（ｃ）は、間引き・圧縮後のスペクトル分布の例を示す図である。
【図５】シンセサイザの構成を示す図である。
【図６】周波数補間部の構成を示す図である。
【図７】（ａ）は、伸長・補間前のスペクトル分布の例を示す図であり、（ｂ）は、伸長後のスペクトル分布の例を示す図であり、（ｃ）は、補間後のスペクトル分布の例を示す図である。
【図８】イコライザの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  周波数間引き部
１１、２１  アナライザ
１１１−０〜１１１−（ｎ−１）、１４３−０〜１４３−（ｎ−１）  遅延部
１１２−０〜１１２−ｎ、１４２−０〜１４２−ｎ  サンプラー
１１３、１４１  フィルタバンク
１２  スペクトル解析部
１３  周波数シフト部
１４、２３  シンセサイザ
１４４−０〜１４４−（ｎ−１）  加算器
２  周波数補間部
２２  周波数補間処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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