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Querverweise auf verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Erfindung enthält den Hauptgegenstand, der
auf die japanische Patentanmeldung
JP2007-064077 bezogen ist, welche
beim japanischen Patentamt am 13. März 2007 angemeldet
wurde, deren gesamter Inhalt hiermit unter Bezug eingeführt
wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Datenwiedergabevorrichtung
und ein Datenwiedergabeverfahren und wird vorzugsweise beim Wiedergeben
von Hochfrequenzkomponenten angewandt, welche verloren wurden, nachdem
ursprüngliche Musikdaten, eine Quelle der Compact Disc
Digitalaudiodaten (CDDA), in ein digitales Kompressionsformat komprimiert
wurden, beispielsweise MPEG-1-Audio-Lager 3 (MP3).
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Beschreibung des Standes der Technik
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Es
gibt eine Audiosignal-Wiedergabevorrichtung, welche einen sogenannten Überabtastprozess ausführt,
bei dem eine Abtastfrequenz für Pulscode-Modulations(PCM)-Digitalaudiosignale,
welche von einem Speichermedium gelesen werden, multipliziert werden
mit n (n: eine ganze Zahl größer oder gleich 2),
um neue Abtastpunkte zu interpolieren, um höhere harmonische
Komponenten zu erzeugen, welche die ursprünglichen Signalkomponenten
nicht haben. Die Audiosignal-Wiedergabevorrichtung überlagert
dann die höheren harmonischen Komponenten, deren Bandbreite
größer ist oder gleich der hörbaren Bandbreite,
den ursprünglichen Signalkomponenten, um einen natürlicheren
Ton wiederzugeben (siehe beispielsweise Patentdokument 1:
japanisches Patent Nr. 3140273 ).
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Außerdem
gibt es eine akustische Wiedergabevorrichtung, welche eine Wellenlänge
der ursprünglichen Signalkomponenten abschneidet, wobei
eine nichtlineare Schaltung verwendet wird, welche eine Siliziumdiode
aufweist, um höhere harmonische Komponenten zu erzeugen,
deren Bandbreite größer ist oder gleich ist der
hörbaren Bandbreite. Die akustische Wiedergabevorrichtung
fügt dann die höheren harmonischen Komponenten
den ursprünglichen Signalkomponenten hinzu, um einen Ton
wiederzugeben, dessen Qualität in der Nähe des
natürlichen Tonspektrums liegt (siehe beispielsweise Patentdokument
2:
japanische offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. H8-2119 ).
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Im übrigen
sind MP3-Wiedergabegeräte populär geworden, um
einer Musik zuzuhören. MP3-Wiedergabegeräte geben
Musikdaten wieder, welche in ein digitales Kompressionsformat komprimiert
wurden, beispielsweise MP3: das Format wird verwendet, ursprüngliche
Musikdaten, beispielsweise CDDA, zu komprimieren.
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Umso
höher die Kompressionsrate ist, desto mehr Musikdaten kann
ein Speichermedium, beispielsweise eine Festplatte oder ein Flash-Speicher, speichern.
Darum wünscht ein Benutzer eine höhere Kompressionsrate.
Umso höher die Kompressionsrate jedoch ist, desto mehr
ursprüngliche Signalkomponenten können verloren
gehen.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird, wenn die Kompressionsrate
ansteigt (d. h., die Bitrate abnimmt), die obere Grenze eines Wiedergabefrequenzbereichs niedriger.
Folglich gehen die ursprünglichen Hochfrequenz-Signalkomponenten
verloren. Dies wird in 2A und 2B erläutert.
Aus 2A wird deutlich, welche ein Wiedergabespektrum
für CDDA-Musikdaten zeigt, dass die Ausgangssignalkomponenten
die gesamte Bandbreite bis zu 22,05 kHz abdecken, was eine Hälfte
einer Abtastfrequenz Fs (44,1 kHz) ist; und es wird aus 2B deutlich,
welche ein Wiedergabespektrum für CDDA-Musikdaten zeigt, die
mit einer Bitrate von 64 Kbps komprimiert wurden, dass die Ausgangssignalkomponenten
Hochfrequenzkomponenten, welche größer als 8 kHz
sind, nicht abdecken.
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Auf
diese Art und Weise werden durch Vergrößern der
Kompressionsrate die Musikdaten bezüglich der Größe
reduziert, wodurch ermöglicht wird, dass ein Speichermedium
mehr Musikdaten speichern kann. Dagegen werden, umso höher
die Kompressionsrate ist, desto mehr Hochfrequenzkomponenten (welche
größer als oder gleich einer vorgegebenen Frequenzbandbreite
sind) verloren, wodurch die Tonqualität im Vergleich zu
ursprünglichen nichtkomprimierten Musikdaten vermindert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Nebenbei
bemerkt sind die Audiosignal-Wiedergabevorrichtung (offenbart im
Patentdokument 1) und die akustische Wiedergabevorrichtung (offenbart im
Patentdokument 2) ausgebildet, um Hochfrequenzkomponenten zu erzeugen,
welche größer und gleich der hörbaren
Bandbreite sind, welche ursprüngliche Signalkomponenten
nicht haben, und diese den ursprünglichen Signalkomponenten
zu überlagern. Folglich sind sie völlig verschieden
von dem, was bestimmt wird, Hochfrequenzkomponenten wiederzugeben,
welche verloren wurden, wenn ursprüngliche Musikdaten,
eine Quelle der CDDA-Daten, in ein digitales Kompressionsformat,
beispielsweise MP3 komprimiert wurden. Außerdem haben die
obigen Audiosignal-Wiedergabevorrichtung und die obige akustische
Wiedergabevorrichtung einige Probleme. Ihre Verarbeitungslast steigt
aufgrund des Überabtastens an; und der Schaltungsaufbau
wird groß, da eine neue nichtlineare Schaltung hinzugefügt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Punkte getätigt
und soll dazu dienen, eine Datenwiedergabevorrichtung und ein Datenwiedergabeverfahren
bereitzustellen, welche einen hochqualitativen Wiedergabeton bereitstellen
können, indem Hochfrequenzkomponenten wiedergegeben werden,
welche verloren wurden, wenn die Daten komprimiert wurden, während
ihre Verarbeitungslast niedrig gehalten wird und ihr Schaltungsaufbau einfach
ist.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine Datenwiedergabevorrichtung
auf: eine Recheneinrichtung zum Berechnen von Differenzdaten, welche
eine Differenz zwischen Links-Kanal- und Rechts-Kanal-Daten zeigen,
welche in ein vorgegebenes Kompressionsformat komprimiert wurden;
eine Erzeugungseinrichtung höherer harmonischer Komponenten
zum Erzeugen einer höheren harmonischen Komponente, welche
während der Kompression verloren wurde, durch Durchführen – wenn
der Differenzdaten-Signalpegel einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt – eines
digitalen Begrenzerprozesses, der den Signalpegel auf den Schwellenwert
drückt; und eine Additionseinrichtung zum Addieren der
höheren harmonischen Komponente zu den Links-Kanal- und
Rechts-Kanal-Daten, um Ursprungsdaten, bevor sie komprimiert wurden, wiederzugeben.
Auf diese Weise beseitigt die Vorrichtung die allgemeinen Datenkomponenten
von den Linkskanal- und Rechtskanal-Daten, wobei spezifische Komponenten
in jedem Kanal belassen werden. Die Hochfrequenzkomponenten, welche
während der Kompression verloren wurden, werden aus den
verbleibenden Datenkomponenten durch den digitalen Begrenzerprozess
erzeugt. Als Ergebnis werden die ursprünglichen Daten einschließlich
der verloren Hochfrequenzkomponenten leicht wiedergegeben, indem
die erzeugten Hochfrequenzkomponenten den Linkskanal- und Rechtskanal-Daten
hinzugefügt werden.
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Auf
diese Weise beseitigt die Vorrichtung die allgemeinen Datenkomponenten
von den Linkskanal- und Rechtskanal-Daten, wobei lediglich spezifische
Komponenten in jedem Kanal belassen werden. Die Hochfrequenzkomponenten,
welche während der Kompression verloren wurden, werden
aus den verbleibenden Datenkomponenten durch den digitalen Begrenzerprozess
erzeugt. Als Ergebnis werden die ursprünglichen Daten einschließlich
der verlorenen Hochfrequenzkomponenten leicht wiedergegeben, indem
die erzeugten Hochfrequenzkomponenten den Linkskanal- und Rechtskanal-Daten
hinzugefügt werden. Damit wird eine Datenwiedergabevorrichtung
und ein Datenwiedergabeverfahren realisiert, welche hochqualitativen
Wiedergabeton bereitstellen können, indem Hochfrequenzkomponenten wiedergegeben
werden, die verloren wurden, wenn die Daten komprimiert wurden,
während ihre Verarbeitungslast niedrig gehalten wird und
der Schaltungsaufbau einfach ist.
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Die
Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher,
wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird,
wobei gleiche Teile mit gleichen Zeichen oder Bezugszeichen bezeichnet
sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Tabelle, welche einen Wiedergabefrequenzbereich zeigt, wenn
CDDA-Daten in MP3 komprimiert sind;
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2A und 2B sind
schematische Diagramme, welche ein Wiedergabespektrum vor und nach
der Kompression zeigen;
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, welches den Gesamtaufbau einer
Fahrzeug-Audiovorrichtung zeigt;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, welche einen Erzeugungsverarbeitungsblock
höherer Harmonische in einem DSP zeigt;
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5 ist
ein schematisches Diagramm, welches einen digitalen Begrenzerprozess
zeigt;
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6A bis 6D sind
schematische Diagramme, welche ein Prozess zum Erzeugen einer Rechteckwelle
zeigen;
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7 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine harmonische Komponente
ungeradzahliger höherer Ordnung zeigt;
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8 ist
ein Flussdiagramm, welches eine Prozedur eines automatischen Erzeugungsprozesses
höherer harmonischer Komponenten zeigt; und
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9 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine Tabelle zeigt, welche Bitraten
und entsprechende obere Grenzen des Wiedergabefrequenzbereichs auflistet.
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Ausführliche Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ausführlich
mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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(1) Gesamtaufbau der Fahrzeug-Audiovorrichtung
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In 3 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 eine Fahrzeug-Audiovorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn ein Musikquellen-Auswahlsignal
S1, welches durch einen Benutzer von einer Benutzerschnittstelle 5 ausgewählt
wird, angenommen wird, steuert ein Mikrocomputer 2 (der
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) ist), einen Musikquellen-Ausgangsabschnitt 4, um
digital-komprimierte Musikdaten D1 von einem Speichermedium (beispielsweise
einer CD-R (Compact Disc-beschreibbar) oder einer DVD-R (digitale vielseitig
verwendbare Platte-beschreibbar), einem Flash-Speicher oder einer
Festplatte zu lesen, oder um digital-komprimierte Musikdaten D1
von einem digitalen Rundfunkfernsehkanal zu erwerben. Der Mikrocomputer 2 liefert
nachfolgend die digital-komprimierten Musikdaten D1 zu einem Digitalsignalprozessor
(DSP) 3.
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Der
DSP 3 führt gemäß einem Datenwiedergabeprogramm
einen Wiedergabeprozess (wird später beschrieben) hinsichtlich
der Musikdaten D1 durch, um Hochfrequenzkomponenten wiederzugeben,
welche verloren wurden, als die Daten komprimiert wurden. Der DSP 3 erzeugt
dann hochqualitative ursprüngliche Musikdaten D7, wobei
die Hochfrequenzkomponenten den Musikdaten D1 hinzugefügt werden.
Der DSP 3 stellt nachfolgend die Musikdaten D7 auf einen
vorgegebenen Signalpegel über eine elektronische Pegelregelung 7 und
einen Verstärker 8 ein. Der DSP 3 gibt
dann hochqualitativen Wiedergabeton von einem Lautsprecher 9 aus.
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Im übrigen
ist der Mikrocomputer 2 so ausgebildet, um wie ein Spektrumanalysierer
zum Signalpegel des Wiedergabetons, welche vom Lautsprecher 9 ausgegeben
wird, anzuzeigen. Der Mikrocomputer 2 ist außerdem
ausgebildet, Musiktitel, Künstlernamen, die Wiedergabeablaufzeit
und dgl. anzuzeigen.
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(2) Erzeugungsprozess für höhere
harmonische Komponenten durch den DSP
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Wie
in 4 gezeigt ist, überträgt der
DSP 3 komprimierte L-Kanal-Musikdaten D1L und komprimierte
R-Kanal-Musikdaten D1R, welche von Musikquellen-Ausgangsabschnitt 4 zu
einer Rechenschaltung 21 geliefert werden. Der DSP 3 überträgt
außerdem die komprimierten L-Kanal-Musikdaten D1L und die
komprimierten R-Kanal-Musikdaten D1R zu einem ersten Akkumulator
bzw. einem zweiten Akkumulator 27.
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Die
Rechenschaltung 21 berechnet eine Differenz zwischen den
L-Kanal-Musikdaten D1L und den R-Kanal-Musikdaten D1R und überträgt
die berechneten Differenzdaten D2 zu einem Bandbegrenzungsfilter 22.
Die Musikdaten D1L und D1R werden so angesehen, dass sie verlorene
Hochfrequenzkomponenten haben, welche größer oder
gleich einer bestimmten Frequenzbandbreite sind, als sie komprimiert
wurden, wobei die verlorenen Hochfrequenzkomponenten hauptsächlich
aus Musikinstrumentenkomponenten und nicht aus vokalen Komponenten
bestehen.
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Beispielsweise
ist bekannt, dass ein Klavier einen Grundton bis zu 4 kHz ausgibt,
während Musikinstrumente, beispielsweise eine Zimbal, Frequenzkomponenten
von ungefähr 10 kHz oder mehr ausgeben. Dagegen besteht
eine menschliche Stimme (d. h., Vokalkomponenten) sogar, wenn sie
eine Sopranstimme ist, aus Frequenzkomponenten von weniger als 2
kHz, welche niedriger sind als Musikinstrumentenkomponenten. Folglich
bestehen die Hochfrequenzkomponenten (einschließlich höhere
harmonische Komponenten), welche während der Datenkompression
verloren werden könnten (d. h., die Frequenzkomponenten
von mehr als 8 kHz, wenn die Bitrate 64 Kbps beträgt) hauptsächlich
aus Musikinstrumententon und nicht der menschlichen Stimme besteht.
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Außerdem
werden vokale Komponenten üblicherweise so aufgezeichnet,
dass deren Tonbilder an einem Mittelpunkt zwischen Stereolautsprechern oder zwischen
einem vorderen linken Lautsprecher und einem vorderen rechten Lautsprecher
positioniert sein werden. Dies bedeutet, dass sowohl der linke Kanal
als auch der rechte Kanal ähnliche Signalkomponenten aufweist,
welche im Wesentlichen die gleichen wie Monosignale sind.
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Folglich
weist die Differenz zwischen den L-Kanal-Musikdaten D1L und den
R-Kanal-Musikdaten D1R, welche durch die Rechenschaltung 21 berechnet
wird, nicht die vokalen Komponenten, welche der L-Kanal und der
R-Kanal hatte, auf, sondern weist hauptsächlich Musikinstrumentenkomponenten
auf (deren Bilder nicht am Mittelpunkt angeordnet sein werden),
welche als Differenzdaten D2 extrahiert werden.
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Die
nachfolgenden Verarbeitungsblöcke im DSP 3 führen
einen Erzeugungsprozess höherer harmonischer Komponenten
durch, wobei die Differenzdaten D2 (welche hauptsächlich
aus Musikinstrumentenkomponenten bestehen) verarbeitet werden. Auf
diese Weise werden die Differenzdaten D2 verarbeitet, um höhere
harmonische Komponenten zu erzeugen. Mit diesem Verfahren kann die
verarbeitete Datenmenge und die Verarbeitungslast mehr als mit dem,
mit dem die L-Kanal-Musikdaten D1L und die R-Kanal-Musikdaten D1R
separat verarbeitet werden, um höhere harmonische Komponenten
zu erzeugen, reduziert werden.
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Das
Bandbegrenzungsfilter 22 ist beispielsweise ein Tiefpassfilter,
dessen Grenzfrequenz bei ungefähr 10 kHz liegt. Das Bandbegrenzungsfilter 22 schneidet
die Frequenzkomponenten von mehr als 10 kHz von den Differenzdaten
D2 ab und überträgt die resultierenden Differenzdaten
D3 zur Erzeugungsschaltung 23 höherer Harmonischer.
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Der
Grund, dass die Frequenzkomponenten von mehr als ungefähr
10 kHz durch das Bandbegrenzungsfilter 22 beseitigt wurden,
ist der, dass nicht beabsichtigt ist, höhere harmonische
Komponenten zu erzeugen, welche größer sind als
der Frequenzbereich der ursprünglichen Musikdaten (größer als
ungefähr 20 kHz in diesem Fall) oder der CDDA-Musikdaten,
bevor sie komprimiert wurden.
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In
Wirklichkeit beträgt die CDDA-Abtastfrequenz 44,1 kHz.
Daher ist der Frequenzbereich die Hälfte davon oder 22,05
kHz gemäß dem Abtasttheorem. In diesem Fall jedoch
wird der Frequenzbereich auf 22 kHz eingestellt, wobei die Grenzfrequenz des
Bandbegrenzungsfilters 22 ungefähr 10 kHz beträgt.
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Die
Erzeugungsschaltung 23 höherer Harmonischer führt
einen Erzeugungsprozess höherer Harmonischer durch, bei
dem die Differenzdaten D3, welche vom Bandbegrenzungsfilter 22 geliefert
werden, verarbeitet werden. Insbesondere unterdrückt, wie
in 5 gezeigt ist, wenn der Signalpegel der Differenzdaten
D3 vorgegebene Schwellenwerte übersteigt (Schwellenwert,
-Schwellenwert) die Erzeugungsschaltung 23 höherer
Harmonischer erzwungen den Signalpegel auf die Schwellenwerte (Schwellenwert,
-Schwellenwert). Dieser Prozess (ein sogenannter digitaler Begrenzerprozess)
erzeugt Rechteckwellendaten D4, welche dann zu einem Bandbegrenzungsfilter 24 geliefert
werden.
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Der
digitale Begrenzerprozess der Erzeugungsschaltung 23 höherer
Harmonischer kann in C oder dgl. geschrieben werden:
Ausgang
= Eingang;
Wenn (Eingang > Schwellenwert)
Ausgang
= Schwellenwert;
Wenn (Eingang < -Schwellenwert) Ausgang = -Schwellenwert;
wobei "Eingang" die Differenzdaten D3, die zuzuführen sind,
sind, "Ausgang" die Rechteckwellendaten D4, die auszugeben sind,
ist, und "Schwellenwert" und "-Schwellenwert" Schwellenwerte sind.
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Die
Rechteckwellendaten D4, welche von der Erzeugungsschaltung 23 höherer
Harmonischer ausgegeben werden, werden üblicherweise wie
folgt ausgedrückt: Square
Wave = sinωt + 1/3sin3ωt + 1/5sin5ωt
+ 1/7sin7ωt ...
= Σ1/(2n + 1)sin(2n + 1)ωt
(n = 0 ~∞) (1)
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Auf
diese Weise sind die Rechteckwellendaten D4 eine Grundfrequenz (n
= 1), zu welcher eine Frequenzkomponente, deren Frequenz ein ungeradzahliges
Vielfaches der Grundfrequenz ist, hinzugefügt ist. In der
Tat können, wie in 6A bis 6D gezeigt
ist, Hochfrequenzen ungeradzahliger Ordnung beobachtet werden: 6B zeigt
das Ergebnis einer Kombination von 2 Wellen, oder 1 kHz-Sinuswelle
(6A) und höhere harmonische Komponenten
mit (1/3) 3 kHz Komponenten. In 6C zeigt das
Ergebnis der Kombination von drei Wellen, oder einer 1 kHz-Sinuswelle (6A),
höhere harmonische Komponenten (1/3) 3 kHz und höheren
harmonischen Komponenten mit (1/5) 5 kHz.
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6D zeigt
das Endergebnis zum Kombinieren von höheren harmonischen
Komponenten ungeradzahliger Ordnung bis zur Unendlichkeit (∞), wenn
dies die Rechteckwellendaten D4 sind. Aus 7 wird deutlich,
dass es eine Grundfrequenz von 1 kHz gibt, und mehrere Frequenzkomponenten
höherer ungeradzahliger Ordnung.
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Das
heißt, die Rechteckwellendaten D4 umfassen höhere
harmonische Komponenten ungeradzahliger Ordnung. Die folgenden Komponenten
sollten jedoch in entfernt werden: die Grundfrequenzkomponente;
und die höheren harmonischen Komponenten, deren Frequenzen
größer sind als die obere Grenze des Bereichs
der Frequenzen, welche den L-Kanal-Musikdaten D1L und den R-Kanal-Musikdaten
D1R hinzuzufügen sind.
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Das
Bandbegrenzungsfilter 24 weist ein Bandpassfilter auf,
welches von den Rechteckwellendaten D4 die Grundfrequenzkomponente
und die höheren harmonischen Komponenten, deren Frequenzen
größer sind als die obere Grenze des Bereichs
der Frequenzen, welche den L-Kanal-Musikdaten D1L und den R-Kanal-Musikdaten
D1R hinzuzufügen sind, entfernt. Dieses extrahiert Frequenzkomponenten
mehr oder gleich ungefähr 8 kHz oder weniger oder gleich
22,05 kHz (was 1/2 der Abtastfrequenz fs ist): die Frequenzkomponenten
mehr als oder gleich ungefähr 8 kHz wurden während
der Datenkompression verloren, während 22,05 kHz der Wiedergabefrequenzbereich
der CDDA-Musikdaten ist. Das Bandbegrenzungsfilter 24 überträgt
dann resultierende höhere harmonische Komponentendaten D5
zu einer Verstärkungsregelschaltung 25.
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Die
Verstärkungsregelschaltung 25 stellt den Verstärkungsfaktor
der Komponentendaten D5 der höheren Harmonischen ein und
liefert die resultierenden Komponentendaten D6 höherer
Harmonischer zum ersten Akkumulator 26 und zum zweiten
Akkumulator 27.
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Der
erste Akkumulator 26 addiert die L-Kanal-Musikdaten D1L
zu den Komponentendaten D6 höherer Harmonischer. Dieser
erzeugt L-Kanal-Musikdaten D7L, welche das Äquivalent der
Musikdaten sind, welche noch nicht einer Datenkompression unterworfen
wurden und noch Hochfrequenzkomponenten aufweisen.
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Der
zweite Akkumulator 27 addiert die R-Kanal-Musikdaten D1R
mit den Komponentendaten D6 höherer Harmonischer. Dieser
erzeugt R-Kanal-Musikdaten D7R, welche das Äquivalent der
Musikdaten sind, welche noch nicht einer Datenkompression unterworfen
wurden und noch Hochfrequenzkomponenten aufweisen.
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Folglich
liefert der DSP 3 zur elektronischen Pegelregelung 7 die
L-Kanal- und R-Kanal-Musikdaten D7L und D7R wie hochqualitative
ursprüngliche Musikdaten D7, welche angesehen werden, das Äquivalent
der Musikdaten zu sein, welche noch nicht der Datenkompression unterworfen
wurden und noch Hochfrequenzkomponenten aufweisen.
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(3) Automatischer Erzeugungsprozess höherer
harmonischer Komponenten in Abhängigkeit von der Bitrate
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Anschließend
wird ein automatischer Erzeugungsprozess höherer harmonischer
Komponenten beschrieben, bei dem die Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 automatisch
geeignete Komponentendaten D6 höherer harmonischer Komponenten
gemäß der Bitrate der Musikdaten D1 erzeugt, welche
von dem Musikquellen-Ausgabeabschnitt 4 ausgegeben werden.
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Der
Mikrocomputer 2 der Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 beginnt
ein vorgegebenes automatisches Erzeugungsprogramm höherer
harmonischer Komponenten. In 8 läuft
der Mikrocomputer 2 zu einem Schritt SP1 über
einen Anfangsschritt einer Routine RT1.
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Im
Schritt SP1 ermittelt der Mikrocomputer 2 die Bitrate der
Musikdaten D1, welche der Musikquellen-Ausgabeabschnitt 4 zum
DPS 3 geliefert hat, und läuft dann weiter zum
Schritt SP2. Der Mikrocomputer 2 ermittelt die Bitrate
durch beispielsweise von Lesen einer Information, welche den Musikdaten
D1 hinzugefügt ist, oder von Information, welche vom Internet
erworben ist.
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Im
Schritt SP2 setzt der Mikrocomputer 2, der eine Tabelle
T1 (9) hat, welche Bitraten und entsprechende obere
Grenzen des Wiedergabefrequenzbereichs auflistet, die untere Grenzfrequenz des
Bandbegrenzungsfilters 24: wenn er die Bitrate von 64 Kbps
im Schritt SP1 ermittelt hat, setzt er die Grenzfrequenz, welche
die Hochfrequenzkomponenten von mehr als ungefähr 8 kHz
extrahiert; wenn er die Bitrate von 96 Kbps ermittelt hat, setzt
er die Grenzfrequenz, welche die Hochfrequenzkomponenten von mehr
als ungefähr 12 kHz extrahiert; wenn er die Bitrate von
128 Kbps ermittelt hat, setzt er die Grenzfrequenz, welche die Hochfrequenzkomponenten
von mehr als ungefähr 16 kHz extrahiert; wenn er die Bitrate
von 256 Kbps ermittelt hat, setzt er die Grenzfrequenz, welche die
Hochfrequenzkomponenten von mehr als ungefähr 20 kHz extrahiert;
und wenn er die Bitrate vom 320 Kbps ermittelt hat, setzt er die
Grenzfrequenz, welche die Hochfrequenzkomponenten von mehr als 20
kHz extrahiert. Auf diese Weise erzeugt der Mikrocomputer 2 die
passenden Komponentendaten D5 höherer Harmonischer auf Basis
der Bitrate und läuft dann weiter zum nächsten Schritt
SP3.
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Wenn
im übrigen der Mikrocomputer 2 im Schritt SP2
von der Bitrate, welche im Schritt SP1 ermittelt wurde, erkennt,
dass die Musikdaten D1 nicht komprimierte ursprüngliche
Daten sind, beispielsweise CDDA, bestimmt er aus der Tabelle T1,
dass die obere Grenze des Wiedergabefrequenzbereichs der Musikdaten
D1 die gleiche ist wie die des Wiedergabefrequenzbereichs oder 22,05
kHz, und dass er den Erzeugungsprozess höherer Harmonischer
nicht durchführen muss. In diesem Fall führt der
Mikrocomputer 2 den Erzeugungsprozess höherer
Harmonischer des DSP 3 und den Verstärkungsfaktor-Einstellungsprozess
des Verstärkers 8 nicht durch.
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Im
Schritt SP3 gibt der Mikrocomputer 2 die Musikdaten D7
wieder, welche das Äquivalent der Musikdaten sind, welche
noch nicht der Datenkompression unterworfen wurden, indem die Komponentendaten
D5 höherer Harmonischer, welche im Schritt SP2 erzeugt
wurden, den L-Kanal-Musikdaten D1L und den R-Kanal-Musikdaten D1R
hinzugefügt werden. Der Mikrocomputer 2 liefert
dann die Musikdaten D7 über die elektronische Pegelregelung 7 und den
Verstärker 8 zum Lautsprecher 9, der
dann den hochqualitativen Wiedergabeton ausgibt. Der Mikrocomputer 2 läuft
anschließend weiter zum Schritt SP4, um den Prozess zu
beenden.
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(4) Arbeitsweise und Wirkung
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Wie
oben beschrieben berechnet der Mikrocomputer 2 der Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 die
Differenzdaten D2, welche eine Differenz zwischen den L-Kanal-Musikdaten
D1L und den R-Kanal-Musikdaten D1R zeigen, um lediglich die vokalen
Komponenten zu beseitigen. Damit wird die Datenmenge vermindert.
Der DSP 3 führt dann einen digitalen Begrenzerprozess
für die restlichen Frequenzkomponenten durch, welche hauptsächlich
aus einem Musikinstrumententon bestehen, um Komponenten höherer
Harmonischer zu erzeugen, von denen angenommen wird, dass sie während
der Datenkompression verloren wurden. Damit wird die Verarbeitungslast
auf die Hälfte reduziert, um Komponenten höherer
Harmonischer zu erzeugen, im Vergleich zu einer typischen Last,
bei der Stereokanäle separat verarbeitet werden.
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Außerdem
führt der DSP 3 lediglich einen einfachen Signalprozess
durch, beispielsweise mit der obigen Formel (1), um die Rechteckwellendaten D4,
welche höhere harmonische Wellen ungeradzahliger Ordnung
aufweisen, zu erzeugen. Das Bandbegrenzungsfilter 24 extrahiert
von den Rechteckwellendaten D4 die Komponentendaten D5 höherer
Ordnung, welche dann den L-Kanal-Musikdaten D1L und den R-Kanal-Musikdaten
D1R hinzugefügt werden. Dieser einfache Prozess reduziert
die L-Kanal- und R-Kanal-Musikdaten D7L und D7R, die angesehen werden,
dass Äquivalent der Musikdaten zu sein, welche noch nicht
der Datenkompression unterworfen wurden und welche noch Hochfrequenzkomponenten
aufweisen.
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Dies
verhindert einen Anstieg der Verarbeitungslast (welche aufgrund
des Überabtastens auftreten könnte) und einen
Anstieg der Größe des Schaltungsaufbaus (welche
auftreten könnte, wenn eine nichtlineare neue Schaltung
installiert wurde), wodurch die ursprünglichen Musikdaten
D7 einschließlich höherer Frequenzkomponenten,
welche die nicht komprimierten Daten haben, durch den digitalen
Begrenzerprozess des DSP 3 leicht wiedergegeben werden
können.
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Außerdem
ist der Mikrocomputer 2 der Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 so
ausgebildet, die Bitrate der Musikdaten D1, welche zum DSP 3 geliefert
werden, zu ermitteln, und erzeugt danach gemäß der
ermittelten Bitrate die geeigneten Komponentendaten D5 höherer
Harmonischer, um dadurch leicht zu ermöglichen, hochqualitativen
Wiedergabeton (welche als Äquivalent der ursprünglichen
Musikdaten betrachtet werden, welche noch nicht einer Datenkompression
unterworfen wurden), zu verwenden und einem Benutzer anzubieten.
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Auf
diese Weise kann der Mikrocomputer 2 der Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 höherer
Frequenzkomponenten, welche während der Datenkompression
verloren wurden, von den Musikdaten D1 in einer einfachen Art und
Weise wiedergeben, wobei hochqualitativer Ton einem Benutzer bereitgestellt
wird.
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(5) Weitere Ausführungsformen
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Bei
der obigen Ausführungsform werden die Hochfrequenzkomponenten
unter der Annahme wiedergegeben, dass die ursprünglichen
Musikdaten D1, deren Tonquelle eine CDDA ist, bei der die Abtastfrequenz
fs auf 44,1 kHz eingestellt ist, in einem Kompressionsformat komprimiert
wurden, beispielsweise MP3. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
darauf begrenzt. Die Abtastfrequenz fs und das Kompressionsformat
können variieren: beispielsweise kann sich die Vorrichtung
auch mit Musikdaten befassen, welche in anderen Formaten komprimiert wurden,
deren Tonquelle ein DVD-Audio ist, bei der die Abtastfrequenz fs
auf 192 kHz eingestellt ist.
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Bei
der obigen Ausführungsform ändert sich die Grenzfrequenz
des Bandbegrenzungsfilters 24 gemäß den
Bitraten, welche in der Tabelle T1 aufgelistet sind, welche die
Bitraten von 64, 96, 128, 256 und 320 Kbps auflistet. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Tabelle
T1 kann andere Bitraten auflisten.
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Bei
der obigen Ausführungsform ist außerdem der DSP 3 als
Datenwiedergabevorrichtung in der Fahrzeug-Audiovorrichtung 1 installiert.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der DSP 3 kann in anderen elektronischen Einrichtungen
installiert sein, beispielsweise einem tragbaren digitalen Audiowiedergabegerät,
einem Zellulartelefon, welches Musik wiedergeben kann, einem Heim-Audiogerät,
einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA) und einem
Personalcomputer.
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Außerdem
führt bei der obigen Ausführungsform der DSP 3 das
vorinstallierte Datenwiedergabeprogramm aus, um Hochfrequenzkomponenten
zu erzeugen, welche während der Datenkompression verloren
wurden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Datenwiedergabeprogramm kann von einem Speichermedium installiert
werden oder von dem Internet heruntergeladen werden.
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Außerdem
führt bei der obigen Ausführungsform der Mikrocomputer 2 Das
automatische vorinstallierte Erzeugungsprogramm höherer
harmonischer Komponenten durch, um die Routine RT1 durchzuführen,
oder den automatischen Prozess höherer harmonischer Komponenten.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das automatische Erzeugungsprogramm höherer harmonischer
Komponenten kann von einem Speichermedium installiert werden oder
vom Internet heruntergeladen werden.
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Bei
der obigen Ausführungsform weist außerdem der
DSP 3 oder die Datenwiedergabevorrichtung auf: die Rechenschaltung 21,
welche eine Recheneinrichtung ist; die Erzeugungsschaltung 23 höherer
Harmonischer und das Bandbegrenzungsfilter 24, welche eine
Erzeugungseinrichtung höherer harmonischer Komponenten
sind; und den ersten und zweiten Akkumulator 26 und 27,
welche eine Addiereinrichtung sind. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht darauf beschränkt. Die Datenwiedergabevorrichtung
kann in einer verschiedenen Weise aufgebaut sein, so dass sie die
Recheneinrichtung, die Erzeugungseinrichtung höherer harmonischer
Komponenten und die Addiereinrichtung aufweist.
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Die
Datenwiedergabevorrichtung, das Datenwiedergabeverfahren und das
Datenwiedergabeprogramm können angewandt werden, um Hochfrequenzkomponenten
wiederzugeben, welche verloren wurden, wenn ursprüngliche
Musikdaten in ein Datenkompressionsformat komprimiert wurden, beispielsweise
MP3, AAC (Advanced Audio Coding), WMA (Windows (eingetragenes Warenzeichen)
Media Audio), ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding).
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Es
sollte durch den Fachmann verstanden sein, dass verschiedene Modifikationen,
Kombinationen, Hilfskombinationen und Alternativen in Abhängigkeit
von konstruktiven Erfordernissen und weiteren Faktoren auftreten
können, insoweit sie in den Rahmen der angehängten
Patentansprüche und deren Äquivalente fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-064077 [0001]
- - JP 3140273 [0003]
- - JP 8-2119 [0004]