(57)【要約】【課題】音声信号の帯域拡張処理において原音に近い倍音列を再現する。【解決手段】ハイパスフィルタ３は入力音声信号から倍音列の成分を取り出し、周波数シフト部４は倍音列の成分を周波数シフトする。相互相関演算部５と正弦波テーブル６とは、入力音声信号と周波数シフト部４の出力との相互相関演算を周波数シフト量を変更しながら繰り返し行い、演算の結果が最大相関を示す周波数シフト量を確定する。周波数シフト部７は入力音声信号の周波数を確定した周波数シフト量だけシフトし、ハイパスフィルタ８は周波数シフト部７の出力から第２の特定周波数以上の成分を取り出す。加算器１２は、入力音声信号とレベル調整部９でレベル調整したハイパスフィルタ８の出力とを加算する。【選択図】  図１
2005128387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号から第１の特定周波数ｆ１以上の成分を取り出す第１のハイパスフィルタと、
この第１のハイパスフィルタの出力音声信号の周波数をシフトする第１の周波数シフト手段と、
前記入力音声信号と前記第１の周波数シフト手段の出力音声信号との相互相関演算を前記第１の周波数シフト手段による周波数シフト量を変更しながら繰り返し行い、前記演算の結果が最大相関を示す周波数シフト量を確定する演算手段と、
前記入力音声信号の周波数を前記確定した周波数シフト量だけシフトする第２の周波数シフト手段と、
前記第２の周波数シフト手段の出力音声信号から第２の特定周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）以上の成分を取り出す第２のハイパスフィルタと、
前記入力音声信号と前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号とを加算する加算手段とを有することを特徴とするオーディオ帯域拡張再生装置。
【請求項２】
前記第２のハイパスフィルタの後段に、音声信号の周波数を前記確定した周波数シフト量だけシフトする１個以上の第３の周波数シフト手段を直列に接続し、
前記加算手段は、前記入力音声信号と前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号と前記第３の周波数シフト手段の各出力音声信号とを加算することを特徴とするオーディオ帯域拡張再生装置。
【請求項３】
請求項１記載のオーディオ帯域拡張再生装置において、
前記入力音声信号の周波数スペクトルと前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整手段を有することを特徴とするオーディオ帯域拡張再生装置。
【請求項４】
請求項２記載のオーディオ帯域拡張再生装置において、
前記第３の周波数シフト手段に入力される音声信号の周波数スペクトルとこの第３の周波数シフト手段を通過した音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、前記第３の周波数シフト手段の各出力音声信号のレベルを調整する１個以上の第２のレベル調整手段を有することを特徴とするオーディオ帯域拡張再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号の帯域を拡張して音響機器の再生音質を改善するオーディオ帯域拡張再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、人の可聴上限周波数は２０ｋＨｚであると言われてきたが、最近の研究で２０ｋＨｚ以上の音を知覚していることが分かってきた。ところが、ＣＤプレイヤー等のディジタル音響機器においては、サンプリング周波数によって高域の再生上限周波数が決まり、この再生上限周波数以上の帯域を切り捨てる形でＣＤ等の媒体に音声を記録するため、媒体に記録された音声信号を再生するときには、再生上限周波数以上の帯域が欠落した音声を聞くことになり、聴感上不自然な感じがする場合がある。そこで、欠落した高音域の音声信号を補完して音響機器の再生音質を改善するオーディオ帯域拡張再生装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図８は特許文献１に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置の構成を示すブロック図である。このオーディオ帯域拡張再生装置では、帯域拡張処理の前段階として、オーバーサンプリングフィルタ１０１によりディジタル音声信号にオーバーサンプリングを施し、オーバーサンプリングしたディジタル音声信号を非線形回路１０２に通すことにより高調波を発生させる。非線形回路１０２としては、全波整流回路、半波整流回路、クリップ回路などがある。そして、発生した高調波からハイパスフィルタ１０３により２０ｋＨｚ以上の成分のみを抽出して、この抽出した成分とオーバーサンプリングしたディジタル音声信号とを加算器１０４により混合するようにしていた。
【０００４】
図９は特許文献２に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置の帯域拡張方法を示す図である。このオーディオ帯域拡張再生装置では、図９（ａ）に示す入力音声信号の周波数スペクトル情報から自己相関演算により調波構造の周期Ｔを検出し、入力音声信号の再生上限周波数以上の高域に、調波周期Ｔを有する拡張周波数スペクトル情報を付加する（図９（ｂ））。このとき、拡張周波数スペクトル情報を単純に付加すると入力音声信号の周波数スペクトル情報と拡張周波数スペクトル情報との間に位相ずれが生じるので、この位相ずれを検出して、入力音声信号の周波数スペクトル情報の最終の局所的なピークａと拡張周波数スペクトル情報の最初の局所的なピークｂとの間隔が調波周期Ｔに等しくなるように、拡張周波数スペクトル情報のオフセットｏｆｆｓｅｔを設定している。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００３−０１５６９５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な音楽において２０ｋＨｚ以上の非可聴帯域は、各楽器のピッチ（基音）の整数倍の高調波である倍音列が混ざり合った周波数帯域である。したがって、音声信号を帯域拡張して再生音質を改善する場合には、これらの倍音列を再現できることが望ましい。
しかしながら、特許文献１に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置では、倍音列の高調波を生成することになり、原音の高音域とは異なる余分な高調波を発生させてしまうという問題点があった。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置では、入力音声信号のうち信号レベルの強い倍音列の周期Ｔを自己相関演算で求め、この周期Ｔの倍音列を生成して入力音声信号に付加することになるので、補完の対象となるのは信号レベルの強い倍音列のみとなり、信号レベルの弱い倍音列を再現できないという問題点があった。また、このオーディオ帯域拡張再生装置では、倍音列の周期Ｔを求めるために入力音声信号の全帯域を使用しているので、１０ｋＨｚ以下の低音域に存在して２０ｋＨｚ以上の非可聴帯域には存在しない倍音列の周期を検出してしまう可能性があり、このような倍音列の周期を用いて帯域拡張を行うと、２０ｋＨｚ以上の非可聴帯域には存在しないはずの余分な倍音列を発生させてしまう可能性があった。さらに、特許文献２には、他の帯域拡張方法として、周期Ｔの間の低域周波数スペクトル情報をそのまま高音域にコピーする方法が開示されているが、このような方法では、信号レベルの強い倍音列については整合性を保つことができるが、信号レベルの弱い倍音列の整合性を考慮していないため、入力音声信号の周波数スペクトル情報と拡張周波数スペクトル情報との間で信号レベルの弱い倍音列の整合性が保たれず、音質に悪影響を与える可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、原音に近い倍音列を再現して再生音質の向上を図ることができるオーディオ帯域拡張再生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】
【０００９】
本発明のオーディオ帯域拡張再生装置は、入力音声信号から第１の特定周波数ｆ１以上の成分を取り出す第１のハイパスフィルタと、この第１のハイパスフィルタの出力音声信号の周波数をシフトする第１の周波数シフト手段と、前記入力音声信号と前記第１の周波数シフト手段の出力音声信号との相互相関演算を前記第１の周波数シフト手段による周波数シフト量を変更しながら繰り返し行い、前記演算の結果が最大相関を示す周波数シフト量を確定する演算手段と、前記入力音声信号の周波数を前記確定した周波数シフト量だけシフトする第２の周波数シフト手段と、前記第２の周波数シフト手段の出力音声信号から第２の特定周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）以上の成分を取り出す第２のハイパスフィルタと、前記入力音声信号と前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号とを加算する加算手段とを有するものである。
また、本発明のオーディオ帯域拡張再生装置の１構成例は、前記第２のハイパスフィルタの後段に、音声信号の周波数を前記確定した周波数シフト量だけシフトする１個以上の第３の周波数シフト手段を直列に接続し、前記加算手段は、前記入力音声信号と前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号と前記第３の周波数シフト手段の各出力音声信号とを加算するものである。
また、本発明のオーディオ帯域拡張再生装置の１構成例は、前記入力音声信号の周波数スペクトルと前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、前記第２のハイパスフィルタの出力音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整手段を有するものである。
また、本発明のオーディオ帯域拡張再生装置の１構成例は、前記第３の周波数シフト手段に入力される音声信号の周波数スペクトルとこの第３の周波数シフト手段を通過した音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、前記第３の周波数シフト手段の各出力音声信号のレベルを調整する１個以上の第２のレベル調整手段を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、非線形回路を使用しないため、余分な高調波が発生することがない。また、本発明によれば、可聴帯域に含まれる倍音列を第１のハイパスフィルタによって取り出し、この倍音列をシフトした信号と入力音声信号とが最大相関を示す周波数シフト量を確定することにより、入力音声信号と第２の周波数シフト手段により入力音声信号を周波数シフトした信号とが高い相関性を有するように周波数シフトを行って、この周波数シフトした信号から入力音声信号と重複する帯域を第２のハイパスフィルタによって取り除いた上で、入力音声信号と第２のハイパスフィルタの出力とを加算手段で加算するようにしたので、信号レベルの強い倍音列のみならず、信号レベルの弱い倍音列についても原音に近い倍音列を再現することができ、再生音質の向上を図ることができる。また、本発明では、入力音声信号を周波数シフトした信号に含まれる倍音列と入力音声信号の可聴帯域に含まれる倍音列とが高い相関性を有するように入力音声信号を周波数シフトして帯域拡張を行うので、信号レベルの強い倍音列のみならず、信号レベルの弱い倍音列についても、入力音声信号の周波数スペクトルと帯域拡張した周波数スペクトルの整合性を保つことができる。さらに、本発明では、入力音声信号のうち第１の特定周波数以上の高域に含まれる倍音列を用いて周波数シフト量を確定しており、このような帯域に含まれる倍音列は非可聴帯域まで存在していた可能性が高いので、従来のオーディオ帯域拡張再生装置のように非可聴帯域には存在しないはずの余分な倍音列を発生させることがない。
【００１１】
また、第２のハイパスフィルタの後段に１個以上の第３の周波数シフト手段を直列に接続して、加算手段で入力音声信号と第２のハイパスフィルタの出力音声信号と第３の周波数シフト手段の各出力音声信号とを加算することにより、音声信号の帯域を更に拡張することができる。
【００１２】
また、入力音声信号の周波数スペクトルと第２のハイパスフィルタの出力音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、第２のハイパスフィルタの出力音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整手段を設けることにより、入力音声信号と第２のハイパスフィルタの出力音声信号との結合を滑らかにすることができる。
【００１３】
また、第３の周波数シフト手段に入力される音声信号の周波数スペクトルとこの第３の周波数シフト手段を通過した音声信号の周波数スペクトルとが連続した包絡線をなすように、第３の周波数シフト手段の各出力音声信号のレベルを調整する第２のレベル調整手段を設けることにより、第３の周波数シフト手段に入力される音声信号と第３の周波数シフト手段の出力音声信号との結合を滑らかにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となるオーディオ帯域拡張再生装置の構成を示すブロック図である。図１のオーディオ帯域拡張再生装置は、サンプリング周波数ｆｓ０のディジタル音声データに対して周波数ｆｓ１（ｆｓ１＞ｆｓ０）のオーバーサンプリングを施すオーバーサンプリングフィルタ１と、オーバーサンプリングフィルタ１の出力音声データをフレーム単位で蓄積するフレームバッファ２と、フレームバッファ２の出力音声データから第１の特定周波数ｆ１以上の成分を取り出す第１のハイパスフィルタ３と、ハイパスフィルタ３の出力音声データの周波数をシフトする第１の周波数シフト部４と、フレームバッファ２の出力音声データと周波数シフト部４の出力音声データとの相互相関演算を行い、最大相関を示す周波数シフト量を確定値として記憶する相互相関演算部５と、周波数の異なる複数の正弦波データを順次発生する正弦波テーブル６と、フレームバッファ２の出力音声データの周波数を確定した周波数シフト量だけシフトする第２の周波数シフト部７と、周波数シフト部７の出力音声データから第２の特定周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）以上の成分を取り出す第２のハイパスフィルタ８と、フレームバッファ２の出力音声データとハイパスフィルタ８の出力音声データのレベルを比較して、ハイパスフィルタ８の出力音声データを適切なレベルに調整して出力する第１のレベル調整部９と、レベル調整部９の出力音声データを確定した周波数シフト量だけシフトする第３の周波数シフト部１０と、レベル調整部９の出力音声データと周波数シフト部１０の出力音声データのレベルを比較して、周波数シフト部１０の出力音声データを適切なレベルに調整して出力する第２のレベル調整部１１と、フレームバッファ２の出力音声データとレベル調整部９，１１の出力音声データとを加算する加算器１２とから構成される。相互相関演算部５と正弦波テーブル６とは、周波数シフト量を確定する演算手段を構成している。
【００１５】
次に、図１のオーディオ帯域拡張再生装置の動作を説明する。図２は図１のオーディオ帯域拡張再生装置の動作を示す周波数スペクトル図である。図２では、音声データの周波数スペクトルを模式的に表している。
オーバーサンプリングフィルタ１は、例えばＣＤプレイヤー等のディジタル音響機器（不図示）から出力されたサンプリング周波数ｆｓ０の音声データに対して周波数ｆｓ１のオーバーサンプリングを施す。本実施の形態では、サンプリング周波数ｆｓ０によって決まる音声データの再生上限周波数の２倍まで帯域拡張するため、ｆｓ１＝２×ｆｓ０としている。
【００１６】
フレームバッファ２は、音声データに対する一定の時間単位毎の処理を実現するため、オーバーサンプリングフィルタ１の出力音声データを所定のフレーム単位で蓄積する。
続いて、ハイパスフィルタ３は、フレームバッファ２の出力音声データから第１の特定周波数ｆ１以上の成分を取り出す。音声データから基音成分を含まない倍音列の成分のみを取り出すために、第１の特定周波数（カットオフ周波数）ｆ１は１０ｋｚに設定されている。図２（ａ）に示す周波数スペクトルの入力音声データから１０ｋｚ以上の成分を取り出すことにより、ハイパスフィルタ３の出力音声データの周波数スペクトルは図２（ｂ）のようになる。
【００１７】
正弦波テーブル６には、ディジタル化された正弦波データが直流付近の低周波（例えば数十Ｈｚ）から前記第１の特定周波数ｆ１まで一定周波数毎に予め登録されている。正弦波テーブル６は、これら周波数の異なる複数の正弦波データを順次出力する。
【００１８】
周波数シフト部４は、ハイパスフィルタ３の出力音声データの周波数を正弦波テーブル６の出力正弦波の周波数だけシフトする。周波数シフトを実信号の乗算で実行した場合、周波数をシフトアップした信号だけでなく、シフトダウンの成分も発生するため、シフトアップした信号にシフトダウンの成分が混入してしまう。そこで、本実施の形態では、ヒルベルトフィルタを使用した複素乗算による周波数シフトを実行する。
【００１９】
図３は周波数シフト部４の構成を示すブロック図である。ハイパスフィルタ３の出力音声データをｎ次（ｎタップ）ＦＩＲフィルタ４１とｎ／２サンプル（ｎ／２タップ）遅延回路４２とに通すことで、音声データ（実信号）を虚数部と実数部とが直交関係にある複素信号に変換することができる。同様に、正弦波テーブル６から出力された正弦波データをｎ次ＦＩＲフィルタ４３とｎ／２サンプル遅延回路４４とに通すことで、正弦波データ（実信号）を虚数部と実数部とが直交関係にある複素信号に変換することができる。
【００２０】
乗算器４５は、ｎ／２サンプル遅延回路４２から出力された音声データの実数部とｎ／２サンプル遅延回路４４から出力された正弦波データの実数部とを乗算する。乗算器４６は、ｎ次ＦＩＲフィルタ４１から出力された音声データの虚数部とｎ次ＦＩＲフィルタ４３から出力された正弦波データの虚数部とを乗算する。そして、加算器４７は、乗算器４５の出力データと乗算器４６の出力データとを加算する。以上のようにして、音声データの周波数シフトを行う。
図４（ａ）に周波数シフト部４の振幅特性および位相特性を示し、図４（ｂ）に周波数シフト部４のインパルス応答特性を示す。
【００２１】
相互相関演算部５は、フレームバッファ２の出力音声データと周波数シフト部４の出力音声データとの相互相関演算を行い、演算した相互相関値を保存する。相互相関演算の終了後、正弦波テーブル６は、正弦波データの周波数を切り替えて、次の周波数の正弦波データを出力する。
こうして、正弦波データの出力とこの正弦波データに基づく音声データの周波数シフトと相互相関演算とを図２（ｃ）に示すように周波数シフト量（正弦波データの周波数）Δｆを変更しながら繰り返し行う。
【００２２】
正弦波テーブル６に登録された全ての周波数の正弦波データについて相互相関演算が終了した後に、相互相関演算部５は、最大相関値が得られた周波数シフト量Δｆfix を確定値として記憶し、出力正弦波データの周波数を確定値Δｆfix に固定するよう正弦波テーブル６を制御する。以後、正弦波テーブル６は、周波数Δｆfix の正弦波データを出力する。なお、図５に示すように、相互相関値に複数の極大値が現れた場合には、最初の極大値（最も低い周波数の極大値）が得られた周波数シフト量Δｆを確定値Δｆfix とする。
【００２３】
次に、周波数シフト部７は、フレームバッファ２の出力音声データの周波数を周波数シフト量確定後の正弦波データの周波数Δｆfix だけシフトする。この周波数シフト部７の構成は周波数シフト部４と同じである。図２（ａ）に示したフレームバッファ２の出力音声データを周波数シフトすることにより、周波数シフト部７の出力音声データの周波数スペクトルは図２（ｄ）のようになる。
【００２４】
ハイパスフィルタ８は、周波数シフト部７の出力音声データから第２の特定周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）以上の成分を取り出す。フレームバッファ２の出力音声データと周波数シフト部７の出力音声データとの重複を避けるために、第２の特定周波数（カットオフ周波数）ｆ２は、サンプリング周波数ｆｓ０によって決まる音声データの再生上限周波数（本実施の形態では２０ｋＨｚ）に設定されている。
【００２５】
レベル調整部９は、フレームバッファ２の出力音声データから前記再生上限周波数の近傍（例えば１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の成分をバンドパスフィルタによって取り出すと共に、ハイパスフィルタ８の出力音声データから前記再生上限周波数の近傍（例えば２０ｋＨｚ〜２２ｋＨｚ）の成分をバンドパスフィルタによって取り出し、取り出した２つの成分のレベルが一致するようにハイパスフィルタ８の出力音声データのレベルを調整して、このレベル調整した音声データを出力する。こうして、図２（ｅ）に示すように、フレームバッファ２の出力音声データとハイパスフィルタ８の出力音声データとの境界の周波数となる２０ｋＨｚの近傍において、ハイパスフィルタ８の出力音声データの周波数スペクトルがフレームバッファ２の出力音声データの周波数スペクトルと連続した包絡線をなすようにレベル調整される。
【００２６】
次に、周波数シフト部１０は、レベル調整部９の出力音声データの周波数を周波数シフト量確定後の正弦波データの周波数Δｆfix だけシフトする。この周波数シフト部１０の構成は周波数シフト部４と同じである。図２（ｅ）に示したレベル調整部９の出力音声データを周波数シフトすることにより、周波数シフト部１０の出力音声データの周波数スペクトルは図２（ｆ）のようになる。
【００２７】
レベル調整部１１は、周波数シフト部１０の出力音声データとの境界付近の成分をレベル調整部９の出力音声データからバンドパスフィルタによって取り出すと共に、レベル調整部９の出力音声データとの境界付近の成分を周波数シフト部１０の出力音声データからバンドパスフィルタによって取り出し、取り出した２つの成分のレベルが一致するように周波数シフト部１０の出力音声データのレベルを調整して、このレベル調整した音声データを出力する。レベル調整部９の出力音声データと周波数シフト部１０の出力音声データの境界の周波数は、（２０ｋＨｚ＋Δｆfix ）である。したがって、レベル調整部１１は、レベル調整部９の出力音声データから例えば（１８ｋＨｚ＋Δｆfix ）〜（２０ｋＨｚ＋Δｆfix ）の成分を取り出し、周波数シフト部１０の出力音声データから例えば（２０ｋＨｚ＋Δｆfix ）〜（２２ｋＨｚ＋Δｆfix ）の成分を取り出す。
【００２８】
こうして、図２（ｇ）に示すように、レベル調整部９の出力音声データと周波数シフト部１０の出力音声データの境界の周波数（２０ｋＨｚ＋Δｆfix ）の近傍において、周波数シフト部１０の出力音声データの周波数スペクトルがレベル調整部９の出力音声データの周波数スペクトルと連続した包絡線をなすようにレベル調整される。
加算器１２は、フレームバッファ２の出力音声データとレベル調整部９の出力音声データとレベル調整部１１の出力音声データとを加算する。こうして、図２（ｈ）に示すように、帯域拡張された音声データが加算器１２から出力される。
【００２９】
以上のフレームバッファ２、ハイパスフィルタ３、周波数シフト部４、相互相関演算部５、正弦波テーブル６、周波数シフト部７、ハイパスフィルタ８、レベル調整部９、周波数シフト部１０、レベル調整部１１および加算器１２の処理が終わると、フレームバッファ２がクリアされ次のフレーム単位の音声データがフレームバッファ２に格納されて、同様の処理が行われる。こうして、所定のフレーム単位毎に音声データが処理される。
【００３０】
図６は、本実施の形態のオーディオ帯域拡張再生装置と特許文献２に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置の帯域拡張処理を比較した周波数スペクトル図である。ここでは、図６（ａ）の倍音列Ａと図６（ｂ）の倍音列Ｂと図６（ｃ）の倍音列Ｃとが混ざり合ったものを原音とする（図６（ｄ））。このような原音をＣＤ等の媒体に記録すると、再生上限周波数２０ｋＨｚ以上の高音が切り捨てられる。したがって、フレームバッファ２に格納される音声データは、２０ｋＨｚ以上の高音が切り捨てられた図６（ｅ）のようなデータである。
【００３１】
図６（ｅ）に示した音声データの周波数をΔｆfix だけシフトすると、周波数シフト部７の出力音声データの周波数スペクトルは図６（ｆ）のようになり、この音声データからハイパスフィルタ８により２０ｋＨｚ以上の成分を取り出すことで、音声データの周波数スペクトルは図６（ｇ）のようになる。さらに、レベル調整後のハイパスフィルタ８の出力音声データをΔｆfix だけシフトすることにより、周波数シフト部１０の出力音声データの周波数スペクトルは図６（ｈ）のようになる。そして、フレームバッファ２の出力音声データとレベル調整部９，１１の出力音声データとを加算することにより、加算器１２の出力音声データの周波数スペクトルは図６（ｉ）のようになる。
【００３２】
このように、本実施の形態では、フレームバッファ２の出力音声データを周波数シフトした信号に含まれる倍音列とフレームバッファ２の出力音声データの可聴帯域に含まれる倍音列とが高い相関性を有するように音声データを周波数シフトして帯域拡張を行うので、信号レベルの強い倍音列のみならず、信号レベルの弱い倍音列についても原音に近い倍音列を再現することができる。
【００３３】
一方、特許文献２に開示されたオーディオ帯域拡張再生装置では、図６（ｅ）に示した入力音声信号のうち信号レベルの強い倍音列の周期Ｔを自己相関演算で求め、図６（ｊ）のように周期Ｔの倍音列を生成して、この周期Ｔの倍音列を図６（ｋ）のように入力音声信号の２０ｋＨｚ以上の帯域に付加するので、信号レベルの弱い倍音列を再現することができない。
【００３４】
また、本実施の形態では、信号レベルの強い倍音列のみならず、信号レベルの弱い倍音列についても、フレームバッファ２の出力音声データの周波数スペクトルと２０ｋＨｚ以上の帯域拡張した周波数スペクトルの整合性を保つことができる。さらに、本実施の形態では、第１の特定周波数以上の高域に含まれる倍音列を用いて周波数シフト量を確定しており、このような帯域に含まれる倍音列は図６（ｄ）の原音では非可聴帯域まで存在していた可能性が高いので、従来のオーディオ帯域拡張再生装置のように非可聴帯域には存在しないはずの余分な倍音列を発生させることがない。
【００３５】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、第３の周波数シフト部１０と第２のレベル調整部１１とをそれぞれ１個ずつ使用しているが、演算負荷に余裕があれば、これらを複数設けることで帯域の拡張幅を広げてもよい。周波数シフト部１０とレベル調整部１１とを２個ずつ使用した場合の構成を図７に示す。周波数シフト部１０とレベル調整部１１とを複数設ける場合には、レベル調整部９の後段に周波数シフト部１０とレベル調整部１１の組を複数組直列に接続し、レベル調整部１１により調整した周波数シフト部１０の各出力を加算器１２に入力すればよい。
【００３６】
なお、第１、第２の実施の形態において、帯域拡張後のスペクトルカーブをより自然なものにするために適当な低次のローパスフィルタを加算器１２の後ろに追加してもよい。
また、第１、第２の実施の形態では、２０ｋＨｚの非可聴帯域を補償する帯域拡張を行っているが、例えばＭＰ３（MPEG1 Audio Layer III ）等の圧縮音声データ（高音域がある程度切り捨てられたもの）の切り捨てられた高音域を補償する帯域拡張にも適用することができる。すなわち、可聴帯域での帯域拡張にもより有用に使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ディジタル音響機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態となるオーディオ帯域拡張再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のオーディオ帯域拡張再生装置の動作を示す周波数スペクトル図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の周波数シフト部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の周波数シフト部の振幅特性、位相特性およびインパルス応答特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の相互相関演算部で得られる相互相関値の様子を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態のオーディオ帯域拡張再生装置と従来のオーディオ帯域拡張再生装置の帯域拡張処理を比較した周波数スペクトル図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態となるオーディオ帯域拡張再生装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来のオーディオ帯域拡張再生装置の１例を示すブロック図である。
【図９】従来の他のオーディオ帯域拡張再生装置の帯域拡張方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…オーバーサンプリングフィルタ、２…フレームバッファ、３…第１のハイパスフィルタ、４…第１の周波数シフト部、５…相互相関演算部、６…正弦波テーブル、７…第２の周波数シフト部、８…第２のハイパスフィルタ、９…第１のレベル調整部、１０…第３の周波数シフト部、１１…第２のレベル調整部、１２…加算器。
【図１】
2005128387.tif 000003
【図２】
2005128387.tif 000004
【図３】
2005128387.tif 000005
【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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【図９】
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