(57)【要約】【課題】原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から低歪みで原信号に近い信号を復元し、あるいはオーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置等を提供することである。【解決手段】制御部３は、入力音声信号に対応付けられた制御用データに基づき、ＨＰＦ６の通過帯域特性と、局部発振信号の周波数とを決定する。局部発振部４は、制御部３が決定した周波数の局部発振信号を混合部５に送る。混合部５は、入力音声信号と局部発振信号とを混合する。ＨＰＦ６は、混合部５が混合して生成した信号を制御部３が決定した通過帯域特性でフィルタリングする。ＨＰＦ６を通過した成分は利得調整部７による振幅の調整を受けた後、加算部８により入力音声信号と加算され、この結果、出力音声信号が生成される。【選択図】  図１
2004184472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める第１の帯域より高周波側の第２の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を備える、
ことを特徴とする信号補間装置。
【請求項２】
前記周波数変換部は、前記被補間信号のうち所定の周波数以上の成分が前記第２の帯域内へと周波数変換されるように、周波数変換を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号補間装置。
【請求項３】
前記所定の周波数は、前記被補間信号のスペクトルの分布が所定の特徴を有するような領域の下限以上の周波数である、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号補間装置。
【請求項４】
前記領域が有する前記所定の特徴は、前記領域内に、周波数が高くなるにつれて減衰しつつ１００ヘルツ以上１キロヘルツ未満の間隔で並ぶピークが複数含まれている、という特徴である、
ことを特徴とする請求項３に記載の信号補間装置。
【請求項５】
前記所定の周波数は、１０キロヘルツ以上の周波数である、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号補間装置。
【請求項６】
前記被補間信号は、電話回線を介して伝送される音声を表すものである、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号補間装置。
【請求項７】
前記フィルタは、外部より供給される制御用データに基づいて前記第１の帯域の範囲を特定し、前記第２の帯域の範囲を、当該第１の帯域の範囲より高周波側となるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号補間装置。
【請求項８】
前記制御用データは、前記被補間信号のデータ形式を示す情報を含んでおり、前記フィルタは、当該情報に基づいて、前記第１の帯域の範囲を特定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の信号補間装置。
【請求項９】
前記フィルタの通過帯域特性はピークを有しており、前記第２の帯域は当該ピークより高周波側にのみ属している、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の信号補間装置。
【請求項１０】
前記フィルタはＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型又はＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型のハイパスフィルタ若しくはバンドパスフィルタより構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の信号補間装置。
【請求項１１】
前記フィルタは、外部より供給される制御用データに基づいてＱの値が決定され、決定された当該Ｑの値を有するよう、通過帯域特性が変化される、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の信号補間装置。
【請求項１２】
前記制御用データは、前記被補間信号が表す音楽のジャンルを示すジャンル情報を含んでおり、前記フィルタは、当該ジャンル情報に基づいて、Ｑの値が決定される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の信号補間装置。
【請求項１３】
前記フィルタは、１以上７以下の範囲でＱの値が決定される、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の信号補間装置。
【請求項１４】
前記加算部は、前記フィルタが抽出した成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させる遅延部を備え、前記フィルタが抽出した成分及び前記遅延部が遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の信号補間装置。
【請求項１５】
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める第１の帯域より高周波側の第２の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
前記加算部が生成した出力信号が表す音響を再生する音響再生部と、を備える、
ことを特徴とする音響再生装置。
【請求項１６】
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成し、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の帯域内の成分を抽出し、
前記被補間信号と前記抽出された成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする信号補間方法。
【請求項１７】
コンピュータを、
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、信号補間装置、音響再生装置、信号補間方法及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
音楽等の音声を表す音声データを、インターネット等のネットワークを介して配信したり、ＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｋ）等の記録媒体に記録して利用することが、近年盛んになっている。ネットワークで配信されたり記録媒体に記録されたりする音声データは、帯域が過度に広くなることによるデータ量の増大や占有帯域幅の広がりを避けるため、一般に、供給する対象の音楽等のうち一定の周波数以上の成分を除去されている。
例えば、ＭＰ３（ＭＰＥＧ１  ａｕｄｉｏ  ｌａｙｅｒ  ３）形式の音声データでは、約１６キロヘルツ以上の周波数成分が除去されている。また、ＡＴＲＡＣ３（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＴＲａｎｓｆｏｒｍ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ  ３）形式の音声データでは、約１４キロヘルツ以上の周波数成分が除去されている。
【０００３】
このように、一定値以上の周波数成分が除去された音楽等は通常、オリジナルの音楽等に比べて音質が劣化している。そこで、除去された周波数成分に代わる信号を加算することが考えられる。このための手法としては、特許文献１に開示されている手法がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−９３９００号公報
【０００５】
特許文献１に開示されている手法は、ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ディジタルオーディオ信号をローパスフィルタに通して得られる出力オーディオ信号を、当該出力信号の絶対値成分を含む信号を乗算することにより歪みを生じさせる、という手法である。
【０００６】
また、他の手法としては、スペクトルの包絡線を、スペクトル成分が除去された部分に外挿し、外挿された包絡線に沿うように雑音を追加する手法も考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、音楽を表す音声信号は一般に、電子楽器や人間の声（ヴォーカル）の高調波によって、図８にスペクトルを示すように、１０キロヘルツ以上の成分が、周波数が高くなるにつれて減衰しつつ数百ヘルツ程度（１００ヘルツ以上１キロヘルツ未満）の間隔で並ぶピークを多数含んだスペクトル分布をもつようになる。また、電話回線を介して伝送される音声を表す音声信号の場合は一般に、４キロヘルツ以上の成分が、同様の特徴を有するスペクトル分布を示すようになる。
【０００８】
このため、出力オーディオ信号の低域成分の波形を絶対値回路等を用いて歪ませることにより高調波を発生させるに過ぎない特許文献１のオーディオ信号再生装置を用いても、また、スペクトルの包絡線を外挿して雑音を追加する上述の手法によっても、図８に示すようなスペクトルに近いスペクトルを有する信号を得ることができない。
【０００９】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置、音響再生装置及び信号補間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で復元するための信号補間装置、音響再生装置及び信号補間方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点に係る信号補間装置は、
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める第１の帯域より高周波側の第２の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１１】
前記周波数変換部は、前記被補間信号のうち所定の周波数以上の成分が前記第２の帯域内へと周波数変換されるように、周波数変換を行うものであってもよい。
【００１２】
前記所定の周波数は、例えば、前記被補間信号のスペクトルの分布が所定の特徴を有するような領域の下限以上の周波数であればよい。
前記領域が有する前記所定の特徴は、具体的には、例えば、前記領域内に、周波数が高くなるにつれて減衰しつつ１００ヘルツ以上１キロヘルツ未満の間隔で並ぶピークが複数含まれている、という特徴であればよい。
【００１３】
前記所定の周波数は、例えば、１０キロヘルツ以上の周波数であればよい。
【００１４】
前記被補間信号は、例えば、電話回線を介して伝送される音声を表すものであってもよい。
【００１５】
前記フィルタは、外部より供給される制御用データに基づいて前記第１の帯域の範囲を特定し、前記第２の帯域の範囲を、当該第１の帯域の範囲より高周波側となるように変化させるものであってもよい。
【００１６】
前記制御用データは、前記被補間信号のデータ形式を示す情報を含んでいてもよく、前記フィルタは、当該情報に基づいて、前記第１の帯域の範囲を特定するものであってもよい。
【００１７】
前記フィルタの通過帯域特性はピークを有していてもよく、この場合、前記第２の帯域は当該ピークより高周波側にのみ属しているものであってもよい。
【００１８】
前記フィルタは、例えば、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型又はＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型のハイパスフィルタ若しくはバンドパスフィルタより構成されていればよい。
【００１９】
前記フィルタは、外部より供給される制御用データに基づいてＱの値が決定され、決定された当該Ｑの値を有するよう、通過帯域特性が変化されるものであってもよい。
【００２０】
前記制御用データは、前記被補間信号が表す音楽のジャンルを示すジャンル情報を含んでおり、前記フィルタは、当該ジャンル情報に基づいて、Ｑの値が決定されるものであってもよい。
【００２１】
前記フィルタは、例えば、１以上７以下の範囲でＱの値が決定されるものであってもよい。
【００２２】
前記加算部は、前記フィルタが抽出した成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させる遅延部を備えていてもよく、前記フィルタが抽出した成分及び前記遅延部が遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものであってもよい。
【００２３】
また、この発明の第２の観点に係る音響再生装置は、
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める第１の帯域より高周波側の第２の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
前記加算部が生成した出力信号が表す音響を再生する音響再生部と、を備える、
ことを特徴とする。
【００２４】
また、この発明の第３の観点に係る信号補間方法は、
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成し、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の帯域内の成分を抽出し、
前記被補間信号と前記抽出された成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明の第４の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
スペクトルを補間される対象である音声を表す被補間信号を周波数変換することにより補間用信号を生成する周波数変換部と、
前記補間用信号のうち、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記被補間信号と前記フィルタが抽出した成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
して機能させるためのものであることを特徴とする。
【００２６】
【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信号補間装置を、高域信号補間器を例として説明する。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。図示するように、この高域信号補間器は、入力部１と、遅延部２と、制御部３と、局部発振部４と、混合部５と、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）６と、利得調整部７と、加算部８とより構成されている。
【００２８】
入力部１は、記録媒体ドライブ装置と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、タッチパネル等の入力デバイスとより構成されている。記録媒体ドライブ装置は、例えば、ＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｃ）ドライブや、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）ドライブなどからなっていればよい。入力部１の記録媒体ドライブ装置及び入力デバイスは、入力部１のプロセッサに接続されている。
【００２９】
入力部１は、記録媒体が自己に装着されている状態で、ユーザの操作等に従ってこの記録媒体にアクセスし、この記録媒体に記録されているデータを読み出す。
以下では、入力部１に装着される記録媒体には、音声を表す入力音声データと、この入力音声データに対応付けられた制御用データとが、予め記録されているものとする。
【００３０】
入力音声データは、具体的には、例えば、ＭＰ３（ＭＰＥＧ１  ａｕｄｉｏ  ｌａｙｅｒ  ３）形式のデータや、あるいはＡＴＲＡＣ３（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＴＲａｎｓｆｏｒｍ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ  ３）形式のデータからなっている。
【００３１】
入力音声データが表す音声信号（以下、入力音声信号と呼ぶ）は、例えば図２（ａ）にスペクトル分布の概略を示すように、元の音声のうち、周波数が一定値以上である成分が除去されたものに相当するスペクトル分布を有しているものとする。
入力音声信号の占有帯域の上限を示すこの一定値（すなわち、図２（ａ）で「ｆＩＮ」として示す値）は、例えば、入力音声データがＭＰ３形式のデータからなっている場合は約１６キロヘルツであり、また、ＡＴＲＡＣ３形式のデータからなっている場合は、約１４キロヘルツである。
【００３２】
制御用データは、当該制御用データに対応付けられている入力音声データの形式（例えば、ＭＰ３形式、ＡＴＲＡＣ３形式、等）を示す情報や、この入力音声データが音楽を表すものであるとして、この音楽のジャンル（例えば、クラシック、ロック、ジャズ、等）を示す情報を含んでいる。制御用データを記録する記録媒体がＭＤである場合、制御用データの一部又は全部は、例えば、ＵＴＯＣ（Ｕｓｅｒ  Ｔａｂｌｅ  Ｏｆ  Ｃｏｎｔｅｎｔｓ）に含まれていてもよい。
【００３３】
入力部１は、記録媒体から、互いに対応付けられている入力音声データ及び制御用データを読み出すと、読み出した入力音声データが表す入力音声信号を遅延部２及び混合部５に供給し、一方、読み出した制御用データを制御部３に供給する。
【００３４】
遅延部２、制御部３、局部発振部４、混合部５、ＨＰＦ６、利得調整部７及び加算部８は、いずれも、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵなどのプロセッサ、あるいは専用の集積回路などより構成されている。ただし、遅延部２、制御部３、局部発振部４、混合部５、ＨＰＦ６、利得調整部７及び加算部８の一部又は全部の機能を、単一のプロセッサが行うようにしてもよい。
【００３５】
なお、図３は、遅延部２、局部発振部４及びＨＰＦ６の論理的な構成を示す図である。図３は、遅延部２、局部発振部４、混合部５、ＨＰＦ６、利得調整部７及び加算部８の相互の接続関係も示している。
【００３６】
遅延部２は、入力部１より入力音声信号を供給されると、この入力音声信号を遅延させて加算部８に供給する。
遅延部２が信号を遅延させる時間の長さは、混合部５に供給された入力音声信号が混合部５、ＨＰＦ６及び利得調整部７での処理を経て加算部８に供給されるまでに経過する時間の長さに実質的に等しいものとする。また、遅延部２から加算部８に供給される遅延された入力音声信号の位相と、利得調整部７から加算部８に供給される信号の位相とは、加算部８に同時に供給されるもの同士の間では、実質的に同相であるものとする。
【００３７】
制御部３は、入力部１より供給された制御用データの内容に基づいて、局部発振部４が発生する後述の局部発振信号の周波数を決定し、決定した周波数を示す情報を局部発振部４に供給する。
また、制御部３は、この制御用データの内容に基づき、ＨＰＦ６の通過帯域特性を決定し、決定した通過帯域特性を示す情報を、ＨＰＦ６に供給する。
【００３８】
制御部３は、具体的には、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ／Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリを更に備え、この不揮発性メモリが、帯域幅テーブルと、Ｑ値テーブルとを予め記憶する。
帯域幅テーブルは、入力音声信号の占有帯域の上限の値を、入力音声データがとり得る形式のそれぞれについて示しているデータを格納するテーブルである。Ｑ値テーブルは、ＨＰＦ６のＱの値を、入力音声データが表す音楽のジャンル毎に指定するデータを格納するテーブルである。Ｑの値は、１程度から７程度までの範囲とする。
そして、制御部３は、具体的には、以下（１）〜（４）として述べる処理を行う。
【００３９】
（１）  まず、制御部３は、制御用データが示す形式の入力音声データの占有帯域の上限の値を、帯域幅テーブルを検索することにより特定する。
【００４０】
（２）  次に、制御部３は、以下（ａ）及び（ｂ）として示す条件に合致するように、ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。すなわち、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、
（ａ）  局部発振信号の周波数ｆＯＳＣが、入力音声信号の占有帯域の上限の周波数ｆＩＮより低く、
（ｂ）  ＨＰＦ６の利得のピークの周波数ｆＰが、上述の周波数ｆＩＮより低く、且つ、周波数（ｆＩＮ−ｆＯＳＣ）より高い、
という関係が成り立つように、ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。すなわち、ｆＩＮ、ｆＯＳＣ及びｆＰの各値の間には、実質的に数式１及び数式２に示す関係がある。
【００４１】
【数１】
ｆＯＳＣ  ＜ｆＩＮ
【数２】
（ｆＩＮ  −ｆＯＳＣ）＜ｆＰ  ＜ｆＩＮ
【００４２】
ただし、音楽を表す信号は一般に、図８を参照して説明したように、１０キロヘルツ以上の成分が、周波数が高くなるにつれて減衰しつつ数百ヘルツ程度の間隔で並ぶピークを多数含んだスペクトル分布を有する、という特徴を持つ。
このため、後述の処理によりこのような特徴のある成分を入力音声信号に追加して出力音声信号を生成するためには、図２（ｂ）に示すように、入力音声信号のうち周波数が約１０キロヘルツ以上の成分（あるいは、１０キロヘルツ以上でなくとも、当該特徴のある成分）が、混合部５の処理によって、周波数ｆＩＮ以上の帯域を占めるよう周波数変換されることが望ましい。
このような周波数変換の結果を得るため、例えば、入力音声信号のうち当該特徴を有する部分が約１０キロヘルツ以上の周波数成分であれば、局部発振信号の周波数ｆＯＳＣは、（ｆＩＮ−１０ｋＨｚ）程度とされることが望ましい。
【００４３】
（３）  （２）の処理を行う一方、制御部３は、制御用データが示す音楽のジャンルを検索キーとしてＱ値テーブルを検索することにより、ＨＰＦ６がとるべきＱの値を決定する。
【００４４】
（４）  そして、制御部３は、上述の（ａ）の条件を満たすｆＯＳＣの値を示す情報を局部発振部４に供給する。また、上述の（ｂ）の条件を満たすｆＰの値をＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数として指定する情報、及び、上述の（３）の処理で決定したＱの値を指定する情報を、ＨＰＦ６に供給する。
【００４５】
局部発振部４は、制御部３より局部発振信号の周波数を示す情報を供給されると、この情報が示す通りの周波数を有する局部発振信号を発生して混合部５へと供給する。
【００４６】
局部発振部４は、例えば、図３に示すように、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型のローパスフィルタより構成されている。ただし、このローパスフィルタのＱの値は実質上無限大に設定されているものとする。
図３に示す局部発振部４は、たとえば制御部３などが、局部発振信号の発生開始を局部発振部４に指示するためトリガパルスを生成して供給すると、このトリガパルスにより励起されて発振することにより、ほぼ正弦波である局部発振信号を生成するものである。
局部発振部４が図３に示す構成を有している場合、局部発振部４は、例えば、信号の増幅を行う各処理ブロックの増幅率を調整することにより、局部発振部４の発振周波数を、制御部３から供給される情報が示す通りの値に調整する。
【００４７】
なお、図３において、“Ｄ”は信号の遅延を行う処理ブロックを表し、“Ａ”は信号の増幅を行う処理ブロックを表し、“＋”は信号の加算を行う処理ブロックを表すものとする。
【００４８】
混合部５は、遅延部２に供給されたものと同一の入力音声信号を、遅延部２と同時に供給される。そして、この入力音声信号と局部発振部４が発生する局部発振信号とを混合することにより、入力音声信号と局部発振信号との積を表す信号を生成し、生成した信号をＨＰＦ６に供給する。
【００４９】
混合部５がＨＰＦ６に供給する信号は、入力音声信号の周波数と局部発振信号の周波数の和にあたる周波数を有する成分（和成分）、及び、入力音声信号と局部発振信号の周波数の差にあたる周波数を有する成分（差成分）を含んでいる。和成分のスペクトルは、図２（ｂ）に示すように、周波数ｆＯＳＣを下限とし周波数（ｆＩＮ＋ｆＯＳＣ）を上限とする帯域を占める。また、差成分のスペクトルは、図２（ｂ）に示すように、周波数（ｆＩＮ−ｆＯＳＣ）を上限とする帯域を占める。
【００５０】
ＨＰＦ６は、混合部５より供給された成分をフィルタリングして利得調整部７に供給する。
ＨＰＦ６は、通過帯域特性の一例のグラフを図４に示すように、ＩＩＲ型のハイパスフィルタに相当する通過帯域特性を有しており、ピークを持ち、このピークより高周波側では、周波数が増大するにつれてＨＰＦ６の減衰率は大きくなっている。そして、ＨＰＦ６は、このピークの周波数及びＱの値を、制御部３から供給される情報が示す通りの値に調整する。Ｑの値が大きいほど、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークは急峻となる。
【００５１】
なお、図３は、ＨＰＦ６が、２次のＩＩＲ型のハイパスフィルタを２段カスケード接続したものからなっている場合の論理的構成を例示している。
ＨＰＦ６が図３に示す構成を有している場合、ＨＰＦ６は、例えば、信号の増幅を行う各処理ブロックの増幅率を調整することにより、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数及びＱの値を、制御部３から供給される情報が示す通りの値に調整する。
【００５２】
混合部５がＨＰＦ６に供給する信号の和成分及び差成分は、上述の通り、図２（ｂ）に示すような帯域を占める。一方、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数ｆＰは、（ｆＩＮ−ｆＯＳＣ）を超えｆＩＮ未満である。
従って、ＨＰＦ６は、図２（ｃ）に示すように、混合部５が供給する信号のうち、周波数がｆＰ以上でｆＩＮ＋ｆＯＳＣ以下である和成分を通過させ、その他の成分を実質的に遮断する。
ただし、上述の通り、ＨＰＦ６は、通過帯域特性のピークより高周波側では周波数が増大するにつれ減衰率が大きくなっているので、ＨＰＦ６を通過する和成分も、周波数が高い成分ほど減衰が大きくなる。
【００５３】
利得調整部７は、ＨＰＦ６から供給される信号を増幅して加算部８に供給する。
利得調整部７の利得は、加算部８が生成する後述の出力信号のスペクトルの包絡線が、周波数ｆＩＮの近傍で滑らかになるような値に設定されているものとする。この値は、例えば、この高域信号補間器の製造者等が予め経験的に決定すればよい。
【００５４】
加算部８は、遅延部２から供給される遅延された入力音声信号と利得調整部７から供給される信号との和を表す信号を生成し、出力音声信号として出力する。出力音声信号の形式は任意であり、例えばアナログ信号であってもよいし、ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）形式などのデジタル信号であってもよい。
【００５５】
出力音声信号は、図２（ｄ）に示すように、入力音声信号に相当する成分と、追加された成分とからなっている。そして、追加された成分は、入力音声信号のうち周波数が所定値以上である成分を、当該所定値と入力音声信号の占有帯域の上限の周波数の差に相当する量だけ高周波側に周波数変換することで得られている。
【００５６】
入力音声信号が帯域を制限された信号である場合、元の音声信号から除去された成分は、元の音声信号のうち１０キロヘルツ以上の成分の高調波成分より構成されている可能性が高い。従って、入力音声信号が帯域を制限された信号である場合、出力音声信号は、帯域が制限される前の元の音声信号に近いものとなる。
【００５７】
また、出力音声信号のうち入力音声信号に追加された成分は、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークより高周波側の成分であり、周波数が高い成分ほど大きな減衰を受けている。このため、出力音声信号のスペクトルは、周波数が高い成分ほど強度が小さくなるような、音声の典型的なスペクトルに近い自然な分布を示す。
【００５８】
また、局部発振信号の周波数やＨＰＦ６の通過帯域特性は、入力音声信号の占有帯域幅に従って変化するので、さまざまな占有帯域幅を有する入力音声信号に適切な補間を行うことができる。
【００５９】
また、ＨＰＦ６のＱの値を変化させることにより、出力音声信号のうち入力音声信号に追加される高域成分の包絡線の形状が変化するので、これを利用して、音楽のジャンルに適したスペクトル分布を得ることが可能となる。
具体的には、シンバル等、高音を発する音源が多用されるロックの場合はＱの値を低くして高域成分が減衰せず多く残るようにし、そのような音源が多用されないクラシックの場合はＱの値を高くして高域成分を大きく減衰させるようにする、などの用い方が考えられる。
【００６０】
なお、この高域信号補間器の構成は上述のものに限られない。
例えば、入力音声データの形式はＭＰ３形式やＡＴＲＡＣ３形式である必要はなく、ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ）形式やその他任意の形式であってよい。
また、この高域信号補間器は、加算部８が生成した出力信号が表す音響を再生するためのオーディオ増幅器やスピーカ等を更に備えていてもよい。
【００６１】
また、入力部１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するためのインターフェース（例えば、モデム等）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、入力部１は、入力音声データや制御用データを記録媒体から読み出す代わりに、外部の通信回線から取得するようにしてもよい。
【００６２】
なお、上述したように、電話回線を介して伝送される音声を表す音声信号の場合は一般に、４キロヘルツ以上の成分が、周波数が高くなるにつれて減衰しつつ数百ヘルツ程度の間隔で並ぶピークを多数含んだスペクトル分布を有する、という特徴を示す。
このため、入力音声信号が電話回線を介して伝送されたものである場合（例えば、この高域信号補間器が携帯電話等の電話端末に組み込まれ、この電話端末が受話する音声の補間を行うような場合）、元の音声信号に近い出力音声信号を生成するためには、入力音声信号のうち周波数が約４キロヘルツ以上の成分が、混合部５の処理によって、周波数ｆＩＮ以上の帯域を占めるよう周波数変換されることが望ましい。このような周波数変換の結果を得るため、局部発振信号の周波数ｆＯＳＣは、（ｆＩＮ−４ｋＨｚ）程度とされることが望ましい。
【００６３】
また、制御用データは、入力音声データの占有帯域の上限の周波数の値を直接示すものであってもよい。
また、入力音声信号の占有帯域の上限は、この入力音声信号を表す入力音声データの形式とは無関係に、この入力音声信号が伝送された回線（例えば、電話回線）の品質等の影響を受けて、一定値に制限されている場合もあり得る。このため、制御用データは、入力音声データが伝送された回線の種類や品質を示すものであってもよい。この場合、帯域幅テーブルは、例えば、入力音声信号の占有帯域の上限の値を、入力音声信号が伝送された回線の種類あるいは品質と対応付けて示すデータを含むようにすればよい。
【００６４】
また、制御用データは入力音声データに１対１に対応付けられていなくてもよく、例えば、記録媒体に記録されている制御用データが、この記録媒体に記録されているすべての入力音声データ形式や音楽のジャンルを表すものであってもよい。
【００６５】
また、入力音声データの占有帯域の上限が予め固定されているならば、局部発振部４は局部発振信号の周波数を可変とする必要はなく、また、ＨＰＦ６も通過帯域特性のピークの周波数を可変とする必要がない。また、ＨＰＦ６のＱの値も、必ずしも可変である必要はない。なお、Ｑの値を固定値とする場合、Ｑの値を２．３程度とすると、音楽一般につき、聴覚上好適な結果が得られる。
局部発振信号の周波数、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数及びＱの値がいずれも固定されているならば制御部３は不要であり、入力部１は制御用データを取得しなくてもよい。
【００６６】
また、制御部３は、局部発振信号の周波数、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数及び／又はＱの値を、ユーザの指示に従って設定するようにしてもよい。この場合、制御部３は、例えば、タッチパネル等の入力デバイスを備え、この入力デバイスを操作する操作者の指示に従うものとすればよい。なお、この入力デバイスの機能を、入力部１の入力デバイスが兼ねていてもよい。
【００６７】
また、音声の典型的なスペクトルに近い自然なスペクトル分布を示す出力音声信号を得にくくなるものの、ＨＰＦ６の通過帯域特性は必ずしもピークを有している必要はなく、また、ＨＰＦ６は必ずしもＩＩＲ型でなくてもよい。従って、ＨＰＦ６は、例えば、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型のハイパスフィルタからなっていてもよい。
なお、ＨＰＦ６の通過帯域特性がピークを有していない場合は、例えば、ピークの周波数に代えて、カットオフ周波数が上述の（ｂ）の条件を満たしていればよい。
【００６８】
また、ＨＰＦ６は、ＩＩＲ型やＦＩＲ型のバンドパスフィルタからなっていてもよい。この場合は、ＨＰＦ６の低周波側のピークの周波数又は低周波側のカットオフ周波数が、上述の（ｂ）の条件を満たしていればよい。
【００６９】
また、出力音声信号のうち入力音声信号にあたる部分と追加された部分との位相のずれが聴覚上無視できるものであれば、この高域信号補間器は、必ずしも遅延部２を備えなくてもよく、この場合は、入力部１が、入力音声信号を直接に加算部８に供給するようにすればよい。
【００７０】
また、ＨＰＦ６が図３に示す構成を有している場合、制御部３は、ＨＰＦ６の通過帯域特性を決定した後、ＨＰＦ６のうち信号の増幅を行う各処理ブロックの増幅率を、この通過帯域特性が実現されるように決定して、決定した増幅率をＨＰＦ６に通知するようにしてもよい。この場合、ＨＰＦ６は、信号の増幅を行う各処理ブロックの増幅率を、制御部３から通知された通りの値に調整すればよい。
【００７１】
また、この高域信号補間器は、アナログ回路より構成されていてもよい。具体的には、例えば、局部発振部４を公知の発振回路より構成してもよい。また、混合部５を公知の乗算回路ないし振幅変調回路より構成してもよい。また、ＨＰＦ６を、公知のバッファ回路あるいは演算増幅器、抵抗器及びコンデンサなどからなるチェビシェフ型、バターワース型等の公知のハイパスフィルタ回路より構成してもよい。また、遅延部２を、ディレイライン等の公知の遅延素子やあるいはバッファ回路などより構成してもよい。また、利得調整部７を公知の増幅回路より構成してもよい。また、加算部８を演算増幅器や抵抗器などからなる公知の加算回路より構成してもよい。
【００７２】
なお、図５は、混合部が振幅変調回路より構成され、ＨＰＦ６がチェビシェフ型のハイパスフィルタ回路より構成され、遅延部２がバッファ回路より構成され、加算部８が演算増幅器加算回路からなる場合における、この高域信号補間器の構成の一例を示す図である。ただし、図５において、“Ｂ”はバッファ回路を表し、“ＯＰＡ”は演算増幅器を表すものとする。また、図５の構成においては、ＨＰＦ６を構成するバッファ回路が利得調整部７の機能を行うものとする。
【００７３】
局部発振部４が、アナログＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）等、外部から制御信号を供給することにより発振周波数を制御可能な可変周波数発振回路より構成される場合は、制御部３は、上述の（ａ）の条件を満たす周波数の局部発振信号を生成させるような制御信号を局部発振部４に供給することにより、局部発振信号の発振周波数を制御すればよい。
【００７４】
また、ＨＰＦ６を構成するハイパスフィルタ回路の通過帯域特性を決定する抵抗器やコンデンサ等の素子として、外部から供給される制御信号により抵抗値や静電容量が可変な素子（例えば、電界効果トランジスタやバリキャップ等）を用いれば、制御部３が、この制御信号をＨＰＦ６のこれらの素子に供給することにより、ＨＰＦ６の通過帯域特性のピークの周波数やＱの値を制御することができる。
【００７５】
また、この高域信号補間器は、例えば、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータに、上述の入力部１、遅延部２、制御部３、局部発振部４、混合部５、ＨＰＦ６、利得調整部７及び加算部８の動作を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク等）からこのプログラムをインストールすることにより構成してもよい。
【００７６】
このプログラムは、例えば、図６に示す処理をコンピュータに行わせるものであればよい。
【００７７】
すなわち、このプログラムを実行するコンピュータのプロセッサは、記録媒体から、互いに対応付けられている入力音声データ及び制御用データをロードして主記憶装置に格納する。そして、ロードした制御用データに基づき、上述の制御部３と同様にして、局部発振信号の周波数と、後述するステップＳ５でのフィルタリングで得るべき通過帯域特性とを決定する（ステップＳ１）。
【００７８】
次に、コンピュータのプロセッサは、ロードした入力音声データのうちから入力音声信号１サンプル分を取得する（ステップＳ２）。また、ステップＳ１で決定した周波数を有する局部発振信号の１サンプル分のデータを生成する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２では、まだステップＳ２で取得していないもののうち先頭の１サンプル分を取得し、また、ステップＳ３では、ステップＳ３で最後に生成したデータより１サンプル分位相が遅れたデータ（ただし、初回のステップＳ３の処理では任意の初期位相を有するデータ）を生成するものとする。
【００７９】
次に、プロセッサは、ステップＳ２で取得した入力音声データの値とステップＳ３で生成した局部発振信号のサンプルの値との積を計算し（ステップＳ４）、得られた積をフィルタリングする（ステップＳ５）。
【００８０】
ステップＳ５でのフィルタリングは、例えば、図７にソースコードを示す関数を、１回又は複数回呼び出すことにより行えばよい。
図７は、２次のＩＩＲ型フィルタの機能をコンピュータに行わせるための処理をＣ言語で記述したソースコードの一例を示す。
【００８１】
図７に示すソースコードは、変数”ａ０”，”ａ１”，”ａ２”，”ｂ０”，”ｂ１”及び”ｂ２”の値により決まる通過帯域特性を有するＩＩＲ型のフィルタにより変数”ｘｌ”及び”ｘｒ”を個別にフィルタリングして、変数”ｘｌ”をフィルタリングした結果をポインタ”ｙｌ”が示す記憶位置に格納し、変数”ｘｒ”をフィルタリングした結果をポインタ”ｙｒ”が示す記憶位置に格納する、という処理を表すものである。（すなわち、図７に示すソースコードは、２個の入力音声信号を並行してフィルタリングする処理を表すものである。しかし、並行して処理する入力音声信号の数は任意でよいのはもちろんである。）
【００８２】
そして、プロセッサは、ステップＳ２で取得した入力音声データの値とステップＳ５でのフィルタリングの結果得られた値とを加算し（ステップＳ６）、加算結果を出力音声信号として出力して（ステップＳ７）、処理をステップＳ２に戻す。
【００８３】
なお、例えば、通信回線の掲示板（ＢＢＳ）にこのプログラムをアップロードし、これを通信回線を介して配信してもよく、また、この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。
【００８４】
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。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置、音響再生装置及び信号補間方法が実現される。
また、この発明によれば、オーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置、音響再生装置及び信号補間方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、入力音声信号のスペクトルを表すグラフであり、（ｂ）は、混合部が発生する和成分及び差成分のスペクトルを表すグラフであり、（ｃ）は、ＨＰＦが出力する成分のスペクトル及びＨＰＦの通過帯域特性を表すグラフであり、（ｄ）は、出力音声信号のスペクトルを示すグラフである。
【図３】遅延部、局部発振部及びＨＰＦの論理的な構成を示す図である。
【図４】ＨＰＦの通過帯域特性を表すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の変形例の構成を示す図である。
【図６】コンピュータがこの発明の実施の形態に係る高域信号補間器の機能を行う場合に行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図６に示すフィルタリングの処理を記述するソースコードの一例である。
【図８】音楽を表す音声信号の典型的なスペクトルを表すグラフである。
【符号の説明】
１      入力部
２      遅延部
３      制御部
４      局部発振部
５      混合部
６      ＨＰＦ
７      利得調整部
８      加算部
【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】
2004184472.tif 000008
【図７】
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【図８】
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