CN101228578B - 高频信号插值方法以及高频信号插值装置 - Google Patents

Abstract

提供以简单的结构来形成良好的高频信号并在实用的高频信号插值的实施中优选使用的高频信号插值方法和高频信号插值装置。因此在本发明中，伴随压缩的数字音频信号作为原信号被提供给用于生成解析信号的例如希尔伯特变换电路2，分别独立地取出解析信号的实部R和虚部I。并且，实部R和虚部1分别被提供给平方电路3、4，在加法电路5中相加分别进行平方的信号，该相加信号被提供给平方根电路6，取出原信号的包络成分。在高通滤波器(HPF)7中取出所取出的包络成分的高次谐波部分，另一方面，形成利用低通滤波器(LPF)8来除去来自输入端子1的原信号的高频部分而得到的信号，在加法电路9中相加这些信号，从而进行上述数字音频信号的高频信号成分的插值。

Description

高频信号插值方法以及高频信号插值装置

技术领域

本发明涉及一种在例如如MP3那样伴随压缩的数字音频设备、电话等中优选使用的高频信号插值程序以及高频信号插值装置，特别是涉及一种对由于压缩等而欠佳的高频信号良好地进行插值的高频信号插值程序以及高频信号插值装置。

背景技术

作为通过以现有的高频信号插值对被插值信号进行频率变换来生成插值用信号的方法，例如已知在日本特开2004-184472号公报(以下称为专利文献1)中公开的技术。

另外，作为将原信号与不相关的高频信号进行相加而模拟地进行高频信号插值的方法，例如已知在日本特开平1-131400号公报(以下称为专利文献2)中公开的技术。

即，在高频信号插值中，以往通过频率变换来生成插值用信号、或将原信号与不相关的高频信号进行相加。

另外，近年来盛行将音乐等表示声音的声音数据通过因特网等网络发送、或记录到MD(Mini Disk：迷你光盘)等记录介质中而进行利用。为了避免由于频带过宽引起的数据量的增大、占用带宽的扩大，一般在这样通过网络发送或记录在记录介质中的声音数据中除去所提供的对象的音乐等中的固定频率以上的成分。

即，例如在MP3(MPEG1 audio layer 3：音频动态压缩第三层)形式的声音数据中除去大约16千赫兹以上的频率成分。另外，在ATRAC3(Adaptive Transform Acoustic Coding 3：自适应转换声学编码3)形式的声音数据中除去大约14千赫兹以上的频 率成分。

这样除去高频的频率成分是因为由于与人的听觉的关系而认为不需要超过听觉范围的频率成分。然而，指出如下情况：在如上所述那样完全除去了高频的频率成分的信号中，音质微妙地发生变化，与原始的音乐等相比音质发生劣化。

因此在上述的专利文献1、2所记载的技术中，都是将被除去的高频信号进行插值，但是在专利文献1所记载的技术中，为了进行频率变换而需要使用DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等的复杂的电路结构。另外，在专利文献2所记载的技术中，由于是不相关的高频信号，因此无法得到足够好的效果。

本发明是鉴于这种问题而完成的，本发明的目的是用简单的结构来进行更良好的高频信号的插值。

发明内容

为了解决上述问题并达到本发明的目的，本发明的第一方面所述的发明是一种高频信号插值方法，该高频信号插值方法包括：生成原信号的解析信号，求出上述解析信号的实部和虚部的步骤；利用实部和虚部来形成原信号的振幅的包络成分的步骤；以及取出包络成分的高次谐波部分而与原信号进行相加的步骤。

另外，为了达到本发明的目的，本发明的第二方面所述的发明是一种高频信号插值装置，该高频信号插值装置的特征在于具有：生成向输入端子提供的原信号的解析信号的单元；利用上述解析信号的实部和虚部来形成原信号的振幅的包络成分的单元；取出所形成的包络成分的高次谐波部分的单元；以及将取出的高次谐波部分与提供给输入端子的原信号进行相加的 单元。

并且，本发明的第三方面所述的高频信号插值装置中，其特征在于，形成包络成分的单元由分别将解析信号的实部和虚部进行平方后相加而求出其相加值的平方根的单元构成。

另外，本发明的第四方面所述的高频信号插值装置中，其特征在于，提供给输入端子的原信号经由进行带宽限制以使不包含高次谐波部分的单元而被提供给进行相加的单元。

并且，本发明的第五方面所述的高频信号插值装置中，其特征在于，为使不包含高次谐波部分而预先对提供给输入端子的原信号实施带宽限制。

附图说明

图1是表示应用了本发明的高频信号插值程序和高频信号插值装置的装置的一个实施方式的结构的框图。

图2是用于进行其说明的波形图。

图3是表示希尔伯特变换电路的一个实施方式的结构的框图。

附图标记说明

1：输入端子；2：希尔伯特变换电路；3、4：平方电路；5、9：加法电路；6：平方根电路；7：高通滤波器；8：低通滤波器；10：输出端子；D：单位延迟电路；R：实部；∑：西格玛电路；I：虚部。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明，图1是表示应用了本发明的高频信号插值程序和高频信号插值装置的装置的一个实施方式的结构的框图。

在图1中，向输入端子1提供从例如MP3、ATRAC3那样伴随压缩的数字音频设备再现的数字音频信号作为原信号。提供 给该输入端子1的原信号被提供给用于生成解析信号的例如希尔伯特变换电路2，分别独立地取出解析信号的实部R和虚部I。

并且，实部R和虚部I分别被提供给平方电路3、4，在加法电路5中相加分别进行了平方的信号。然后将该相加信号提供给平方根电路6。由此，从平方根电路6取出原信号的包络成分，但是在该包络成分中形成有高次谐波成分。

因此，将从平方根电路6取出的包含有高次谐波部分的包络成分发送到高通滤波器(HPF)7，取出高次谐波成分。另一方面，形成利用低通滤波器(LPF)8来除去来自输入端子1的原信号的高频部分而得到的信号，在加法电路9中相加这些高通滤波器7和低通滤波器8的输出信号并输出到输出端子10。由此，从输出端子10得到叠加(强调)了高频信号的信号。

这样，对于从例如像MP3、ATRAC3那样伴随压缩的数字音频设备再现的数字音频信号进行高频信号的插值。即，通过将由高通滤波器7取出的包络成分的高次谐波部分与除去了高频成分的原信号进行相加，进行高频信号的插值。

而且，在这种情况下，如上所述包络成分中所形成的高次谐波成分与原信号的特性近似，通过利用该高次谐波成分进行插值，可进行非常良好的高频信号的插值。此外，在图2的A中示出插值前的信号，在图2的B中示出插值后的信号。从该图2可知，根据本发明可进行非常良好的插值。

另外，在上述图1中示出的电路结构中，如图3所示，希尔伯特电路2例如级联设置单位延迟电路D，从其中间点的输出得到实部R，并且通过在西格玛电路∑中将各级的输出相加而得到虚部I。通过使用这种电路，可分别独立地取出解析信号的实部R和虚部I。

并且平方电路3、4以及加法电路5、9能够使用数字运算器 而容易形成。另外，平方根电路6在形成运算器时变得复杂，但是在数字音频信号的情况下值的范围被限定，因此能够利用例如使用了只读存储器的查询表等来容易形成。

另外，高通滤波器7和低通滤波器8也能够利用FIR(Finit-duration Impulse Response：有限冲激响应)等数字滤波器来容易形成。此外，在图1中，设置了除去原信号的高频部分的低通滤波器8，但是在提供给输入端子1的数字音频信号是预先通过低通滤波器的信号时也可以不设置。

并且，以下说明上述本发明的高频信号插值的原理。

一般在生成包络信号的情况下，采用峰值检波等方法。然而在这种情况下，无法产生载波成分以上的频率。因此，通过利用希尔伯特变换来产生解析信号，由此可计算原信号以上的频率。

即，一般除非对信号的值成为最大或最小的时刻进行取样，否则无法正确地求出振幅，但是利用希尔伯特变换来产生解析信号，并通过使用该解析信号能够计算任意取样时刻的振幅。并且作为这种情况下的原理，利用求出向量的(sin²θ+cos²θ＝1)的性质。

也就是说，如果将任意时刻的解析信号的实部设为Xr、将虚部设为Xi，则振幅A为

$A=\sqrt{(\mathrm{Xr}\×\mathrm{Xr}+\mathrm{Xi}\×\mathrm{Xi})},$

因而，在将原信号考虑为一种进行了振幅调制的信号时，即使是振幅随着时间而发生变化的信号也能够求出任意时刻的振幅。

在这种情况下，如下式那样假设进行了调制的信号。

g[n]＝(1+s[n])(sin[wOn])

在此，为了使以下的计算简单而将上式的(1+s[n])设为固定 时，该信号成为

g[n]＝(1+s[n])(sin[wOn]+jcos[wOn])。

此外，实际上如果将希尔伯特变换的滤波器的级数设为M，则还需要表现M/2的延迟，但是如果实部和虚部都延迟M/2，则可抵消该延迟。

并且，当假设上式的(1+s[n])≥0时，由该式表示的信号的绝对值|g[n]|为

$\left|g\right[n\left]\right|=(1+s[n\left]\right)\×\sqrt{\left({\sin }^2\right[\mathrm{wOn}\left]\right)+{\cos }^2\left[\mathrm{wOn}\right]},$

$=(1+s[n\left]\right)$

因而，可得到如进行了振幅调制那样的原信号的解调结果。但是在这种情况下，在输入信号中包含直流成分时，信号成为

g[n]＝(1+s[n])(sin[wOn])+Cdc。

因此，在假设从该信号得到的信号的绝对值为Cdc比(1+s[n])足够小的值时，能够如下那样进行近似。

|g[n]|∝(1+s[n])+Cdc×(sin[wOn])。

因而，在输入信号中叠加有直流成分时，导致在信号处理的结果中出现载波的成分，需要用高通滤波器来进行滤波。

根据以上的原因，可解决与以往在进行高频插值的情况下即使是具有单纯频谱的信号也导致映射到高频那样的音质劣化相关的问题点，可进行更纯的高频插值。

这样根据本发明的高频信号插值程序和高频信号插值装置，生成原信号的解析信号，求出解析信号的实部和虚部，利用实部和虚部来形成原信号的振幅的包络成分，取出包络成分的高次谐波部分而与原信号进行相加，由此能够用非常简单的结构来形成良好的高频信号，可实施实用的高频信号插值。

此外，本发明并不限于如上所述的实施方式，不脱离本发明的宗旨而可进行各种变形。

Claims (4)

1.一种数字音频信号的高频信号插值方法，包括：

生成原信号的解析信号，求出上述解析信号的实部和虚部的步骤；

将上述解析信号的实部和虚部分别进行平方后相加然后求出其相加值的平方根，由此形成上述原信号的振幅的包络成分的步骤；以及

取出上述包络成分的高次谐波部分而与上述原信号进行相加的步骤。

2.一种数字音频信号的高频信号插值装置，其特征在于，具有：

被输入提供给输入端子的原信号并生成该原信号的解析信号的单元；

将上述解析信号的实部和虚部分别进行平方后相加然后求出其相加值的平方根，由此形成上述原信号的振幅的包络成分的单元；

取出所形成的上述包络成分的高次谐波部分的单元；以及

将取出的上述高次谐波部分与提供给上述输入端子的原信号进行相加的单元。

3.根据权利要求2所述的高频信号插值装置，其特征在于，

提供给上述输入端子的原信号经由进行带宽限制以使不包含上述高次谐波部分的单元而被提供给上述进行相加的单元。

4.根据权利要求2所述的高频信号插值装置，其特征在于，

还具有：为使不包含上述高次谐波部分而预先对提供给上述输入端子的原信号实施带宽限制的单元。

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