DE60024963T2

DE60024963T2 - Verfahren und vorrichtung zur banderweiterung eines audiosignals

Info

Publication number: DE60024963T2
Application number: DE60024963T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Iwata; Naoki Ejima; Akira Sobajima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: US6829360B1; DE60024963D1; JP3696091B2; EP1126620A1; EP1126620A4; WO2000070769A1; EP1126620B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals, die fähig sind, ein Audiosignal zu reproduzieren, das für das menschliche Ohr angenehm ist, indem die Qualität eines reproduzierten Klanges eines Audiosignals verbessert wird, das durch ein Audiogerät erzeugt worden ist, insbesondere indem die Qualität eines reproduzierten Klanges mit hohen Audiofrequenzen verbessert wird. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Eingangsaudiosignals, indem eine digitale Verarbeitung des Eingangsaudiosignals durchgeführt wird.
STAND DER TECHNIK
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 9-36685 offenbart eine bekannte ein Audiosignal reprpduzierende Vorrichtung zum Kombinieren eines analogen reproduzierten Audiosignals mit einem Signal, das ein Frequenzspektrum aufweist, das über die höchste Audiofrequenz eines Reproduktionsfrequenzbandes oder über die höchste Grenze der hohen Audiofrequenz eines hörbaren Frequenzbandes hinausragt. Ein Aufbau der ein Audiosignal reproduzierenden Vorrichtung ist in 17 gezeigt. Bezug nehmend auf 17 weist die ein Audiosignal reproduzierende Vorrichtung einen Trennverstärker 91, eine Filterschaltung 92, einen Verstärker 93, eine Detektorschaltung 94, eine Zeitkonstantenschaltung 95, einen Rauscherzeuger 96, eine Filterschaltung 97, einen Multiplizierer 98 und einen Addierer 99 auf.
Zunächst wird ein Audiosignal in den Trennverstärker 91 in einen Eingangsanschluss T1 eingegeben und dann in zwei Audiosignale aufgeteilt. Eines der aufgeteilten Audiosignale wird unmittelbar dem Addierer 99 zugeführt, während ein anderes aufgeteiltes Audiosignal der Filterschaltung 92 zugeführt wird, die ent weder ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter ist. Die Filterschaltung 92 bandpassfiltert nur ein spezifisches Bandsignal des Eingangsaudiosignals, ermöglicht dem Signal die Filterschaltung 92 zu durchlaufen und gibt dann das gleiche Signal an den Verstärker 93 aus. Der Verstärker 93 verstärkt das Eingangsaudiosignal auf einen vorbestimmten geeigneten Level und gibt dann das verstärkte Audiosignal an die Detektorschaltung 94 mit der Zeitkonstantenschaltung 95 aus. Die Detektorschaltung 94 detektiert einen Hüllkurvenlevel des Audiosignals durch beispielweise eine Hüllkurvendetektion des Eingangsaudiosignals. Dann gibt die Detektorschaltung 94 ein Levelsignal, dass für den detektierten Hüllkurvenlevel indikativ ist, an den Multiplizierer 98 als ein Levelsteuerungssignal zum Steuern eines Levels einer Geräuschkomponente aus, die zu dem ursprünglichen Audiosignal zu addieren ist.
Auf der anderen Seite, wird eine Rauschkomponente, die durch den Rauschgenerator 96 erzeugt wird, in die Filterschaltung 97 eingegeben, die entweder ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter ist. Die Filterschaltung 97 ermöglicht das Passieren einer Rauschkomponente mit einem Frequenzband von 20 kHz oder mehr und gibt dann die Rauschkomponente an den Multiplizierer 98 aus. Der Multiplizierer 98 multipliziert die Eingangsrauschkomponente mit dem Levelsteuerungssignal von der Detektorschaltung 94, erzeugt eine Rauschkomponente mit einem Level, der proportional ist zu dem Level, der durch das Levelsteuerungssignal angezeigt wird, und gibt dann die erzeugte Rauschkomponente an den Addierer 99 aus.
Des Weiteren addiert der Addierer 99 die Rauschkomponente von dem Multiplizierer 98 zu dem ursprünglichen Audiosignal des Trennverstärkers 91, erzeugt das Audiosignal mit der addierten Rauschkomponente und gibt dann das Audiosignal durch einen Ausgangsanschluss T2 aus. In diesem Fall wird eine Zeitkonstante der Zeitkonstantenschaltung 95 ausgewählt, um einen vorbestimmten Wert zu haben. Dies führt zum Anpassen der Rauschkomponente, die durch den Rauschgenerator 96 erzeugt wird, an Charakteristika der menschlichen Hörwahrnehmung und verstärkt den Effekt des Verbesserns der Klangqualität des Audiosignals.
Wie oben beschrieben, wird ein Hochfrequenzbereich erweitert, indem ein Zufallsrauschen, das proportional ist zu einem Ausgangslevel von hohen Audiofrequenzen des ursprünglichen Audiosignals, zu dem ursprünglichen Audiosignal addiert wird. Allerdings weist die oben erwähnte bekannte Vorrichtung zum Reproduzieren eines Audiosignals folgende Probleme auf.

(1) Der Klang ist auf Grund der Klangqualität unangenehm für das Ohr, da sich eine spektrale Struktur eines Hochfrequenzsignals einer zusätzlichen Rauschkomponente von einer spektralen Struktur eines musikalischen Klangsignals unterscheidet.
(2) Da die bekannte Vorrichtung zum Reproduzieren eines Audiosignals eine analoge Schaltung aufweist, hat die Vorrichtung folgende Probleme. Die Leistung der Vorrichtung verändert sich auf Grund von Variationen in Teilen der analogen Schaltung und auf Grund von Temperatureigenschaften. Daher tritt eine Verschlechterung der Klangqualität jedes Mal auf, wenn ein Audiosignal die analoge Schaltung durchläuft. Zudem verursacht eine Verbesserung der Genauigkeit der Filterschaltung, die die analoge Schaltung aufweist, eine Vergrößerung der Filterschaltung und daher ein Ansteigen der Herstellungskosten.
(3) Des Weiteren wird eine Zufallsrauschkomponente zu dem Signal addiert, wenn ein Signal, das ein einzelnes Spektrum, wie beispielsweise eine sinusförmige Welle, aufweist, in die Vorrichtung eingegeben wird. Daher führt die Messung von Signaleigenschaften zu einer merklichen Verschlechterung der Signaleigenschaften.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitzustellen, die das Unangenehme eines Klanges beseitigen, keine Verschlechterung der Klangqualität verursachen, eine kleine Variation der Leistung verursachen und die Herstellungskosten im Vergleich zum Stand der Technik reduzieren.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitzustellen, bei denen die Messung von Signaleigenschaften nicht zu einer Verschlechterung eines Signals führt, selbst wenn ein sinusförmiges Signal in die Vorrichtung eingegeben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignasl mit folgenden Schritten bereitgestellt:
Überabtasten eines digitalen Audiosignals eines ersten Bandes, das eine vorbestimmte Maximalfrequenz aufweist, mit einer Abtastfrequenz, die gleich dem Zwei- oder Mehrfachen der Maximalfrequenz ist, und Tiefpassfiltern eines überabgetasteten digitalen Audiosignals, um durch das Überabtasten verursachtes Aliasingrauschen zu eliminieren, und Ausgeben eines tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals,
Berechnen einer spektralen Intensität eines vorbestimmten Bandes des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals und Ausgeben eines Signals, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt,
Erzeugen eines erweiterten Signals mit Frequenzkomponenten eines zweiten Bandes, das höher ist als das erste Band,
Steuern eines Levels des erweiterten Signals in Abhängigkeit von dem Signal, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt, und
Addieren des erweiterten Signals mit dem gesteuerten Level zu dem tiefpassgefilterten digitalen Audiosignal und Ausgeben des Additionsresultates als digitales Audiosignal.
In dem oben genannten Verfahren umfasst der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals bevorzugt folgende Schritte:
Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik durchgeführt wird, und Erzeugen eines digitalen Audiosignals, das höhere harmonische Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist, und
Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des digitalen Signals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
In dem oben beschriebenen Verfahren, umfasst der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals bevorzugt folgende Schritte:
Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel und
Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten des Zittersignals, die gleich oder höher sind als das zweite Band, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
In dem oben beschriebenen Verfahren umfasst der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals bevorzugt folgende Schritte:
Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des tiefpassgefilterten Audiosignals mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik durchgeführt wird, und Erzeugen eines digitalen Signals, das höhere harmonische Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist,
Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des digitalen Signals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals,
Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel,
Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten des Zittersignals, die gleich oder höher sind als das zweite Band, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals und
Addieren der zwei hochpassgefilterten Signale und Ausgeben eines Additionsresultatsignals als ein erweitertes Signal.
Das oben beschriebene Verfahren umfasst bevorzugt des Weiteren vor dem Schritt des Steuerns des Levels den Schritt des Tiefpassfilterns des erweiterten Signals mit einer Filtercharakteristik, die entweder eine vorbestimmte 1/f-Charakteristik oder eine vorbestimmte 1/f²-Charakteristik ist.
In dem oben beschriebenen Verfahren umfasst der Schritt des Erzeugens des Zittersignals bevorzugt folgende Schritte:
Eine Vielzahl von Schritten des Erzeugens einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die jeweils unabhängig von einander sind, und Addieren der Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, Erzeugen eines Zittersignals des Additionsresultates mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, die entweder eine Gaußverteilung oder eine glockenförmige Verteilung aufweist, für einen Amplitudenlevel und Ausgeben des Zittersignals als ein erweitertes Signal.
Das oben beschriebene Verfahren weist bevorzugt des Weiteren folgende Schritte auf:
Berechnen von spektralen Intensitäten einer Vielzahl von vorbestimmten Bändern des tiefpassgefilterten Audiosignals und Entscheiden, ob das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum entsprechend den berechneten spektralen Intensitäten der Vielzahl von Bändern aufweist oder nicht, und
Umschalten, um das erweiterte Signal auszugeben, wenn entschieden wird, dass das digitale Audiosignal kein einziges einzelnes Spektrum aufweist, und Um schalten, um das erweiterte Signal nicht auszugeben, wenn entschieden wird, dass das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitgestellt, die aufweist:
ein Filtermittel zum Überabtasten eines digitalen Audiosignals eines ersten Bandes, das eine vorbestimmte Maximalfrequenz aufweist, mit einer Abtastfrequenz, die gleich dem Zwei- oder Mehrfachen der Maximalfrequenz ist, und Tiefpassfiltern des überabgetasteten digitalen Audiosignals, um durch die Überabtastung verursachtes Aliasingrauschen zu eliminieren und Ausgeben eines tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals,
ein erstes Spektrumsanalysemittel zum Berechnen einer spektralen Intensität eines vorbestimmten Bandes des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines Signals, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt,
ein Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel zum Erzeugens eines erweiterten Signals mit Frequenzkomponenten eines zweiten Bandes, das höher ist als das erste Band,
ein Levelsteuerungsmittel zum Steuern eines Levels des erweiterten Signals in Abhängigkeit von dem Signal, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt und von dem ersten Spektrumsanalysemittel ausgegeben wird, und
ein erstes Addiermittel zum Addieren des erweiterten Signals, dessen Level durch das Levelsteuerungsmittel gesteuert wird, zu dem digitalen Audiosignal, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines digitalen Audiosignals des Additionsresultats.
In der oben geschriebenen Vorrichtung weist das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel bevorzugt auf:
ein Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik zum Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Audiosignals, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, durchgeführt wird, und zum Erzeugen eines digitalen Signals mit höheren harmonischen Komponenten des digitalen Audiosignals und
einen ersten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher als das zweite Band sind, des digitalen Audiosignals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist und von dem Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
In der oben beschriebenen Vorrichtung weist das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel bevorzugt auf:
ein Zittersignal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel und einen zweiten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des Zittersignals, das von dem Zittersignal-Erzeugungsmittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
In der oben beschriebenen Vorrichtung weist das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel bevorzugt auf:
ein Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten, das eine nichtlineare Eingangs- und Ausgangscharakteristik aufweist, zum Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Audiosignals durchgeführt wird, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Erzeugen eines digitalen Signals, das höhere harmonische Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist,
einen ersten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher als das zweite Band sind, des digitalen Signals mit den höheren harmonischen Komponenten, das von dem Mittel zum nichtline aren Verarbeiten ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals, und
ein zweites Addiermittel zum Addieren des von dem ersten Hochpassfilter ausgegebenen Signals zu dem von dem zweiten Hochpassfilter ausgegebenen Signal und Ausgeben eines Additionsresultatssignals als ein erweitertes Signal.
Die oben beschriebene Vorrichtung weist des Weiteren bevorzugt einen Tiefpassfilter auf, der eine Filtercharakteristik aufweist, die entweder eine vorbestimmte 1/f-Charakteristik oder eine vorbestimmte 1/f²-Charakteristik ist, zum Tiefpassfiltern des erweiterten Signals und Ausgeben eines tiefpassgefilterten Signals an das Levelsteuerungsmittel.
In der oben beschriebenen Vorrichtung weist das Zittersignal-Erzeugungsmittel des Weiteren auf:
eine Vielzahl von Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen zum Erzeugen einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die jeweils unabhängig voneinander sind, und
ein drittes Addiermittel zum Addieren einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die durch die Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen erzeugt werden, wobei ein Zittersignal des Additionsresultates mit einer Wahrscheinlichkeitsdichte, die entweder eine Gausverteilung oder eine glockenförmige Verteilung aufweist, für einen Amplitudenlevel erzeugt wird und wobei das Zittersignal als ein erweitertes Signal ausgegeben wird.
Die oben beschriebene Vorrichtung weist bevorzugt des Weiteren auf:
ein zweites Spektrumsanalysemittel zum Berechnen von spektralen Intensitäten einer Vielzahl von vorbestimmten Bändern des digitalen Audiosignals, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und zum Entscheiden, ob das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum entsprechend den berechneten spektralen Intensitäten der Vielzahl von Bändern aufweist oder nicht, und
einem Umschaltmittel zum Schalten, um das erweiterte Signal an das erste Addiermittel auszugeben, wenn das erste Spektrumsanalysemittel entscheidet, dass das digitale Audiosignal kein einzelnes Spektrum aufweist, und zum Umschalten, um das erweiterte Signal nicht an das erste Addiermittel auszugeben, wenn das zweite Spektrumsanalysemittel entscheidet, dass das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum aufweist.
Daher umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung zum Erweitern des Bandes des Audiosignals eine Schaltung zum Verarbeiten eines digitalen Signals umfassend das Filtermittel, das erste Addiermittel, das erste Spektrumsanalysemittel, das Levelsteuerungsmittel und das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel. Daher kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern des Bandes des Audiosignals bereitstellen, die eine kleine Variation der Leistung der Vorrichtung verursachen und die Herstellungskosten im Vergleich zum Stand der Technik reduzieren.
Des Weiteren ist der Level einer Addition eines erweiterten Signals in Abhängigkeit von der hochfrequenten spektralen Intensität eines digitalen Eingangs-Audiosignals des ersten Spektrumsanalysemittels gesteuert. Zudem wird das erweiterte Signal verwendet, das den Tiefpassfilter, der entweder eine 1/f-Charakteristik oder eine 1/f²-Charakteristik aufweist, durchlaufen hat. Daher kann das erweiterte Signal, das einen natürlichen Klang aufweist, der dem Klang eines musikalischen Klangsignals ähnlich ist, zu dem Eingangssignal addiert werden. Dementsprechend ist der Klang nicht unangenehm und die Klangqualität ist nicht verschlechtert.
Des Weiteren weist die Erfindung das zweite Spektrumsanalysemittel auf und das Umschaltmittel, und daher kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitstellen, bei denen die Messung von Signaleigenschaften nicht zu einer Verschlechterung eines Signales führt, selbst wenn ein sinusförmiges Signal in die Vorrichtung eingegeben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer überabtastenden Ausführung eines Tiefpassfilters 1 zeigt, der in 1 dargestellt ist.
3 ist eine Darstellung einer Signalwellenform während des Betriebs einer überabtastenden Schaltung 31, die in 2 gezeigt ist.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Spektrumsanalyseschaltung 3 zeigt, die in 1 dargestellt ist.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten zeigt, die in 1 dargestellt ist.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 zeigt, die in 1 dargestellt ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration von PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60–n (n = 1, 2, ..., N) zeigt, die in 6 dargestellt sind.
8 ist eine Darstellung, die eine Funktion einer Wahrscheinlichkeitsdichte für einen Amplitudenlevel eines Weißrauschsignals zeigt, das durch ein Beispiel der PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60–n (n = 1, 2, ..., N) erzeugt wird, die in 7 dargestellt sind.
9 ist eine Darstellung, die eine Funktion einer Wahrscheinlichkeitsdichte für einen Amplitudenlevel eines Rauschsignals von der Art einer glockenförmigen Verteilung zeigt, das durch ein anderes Beispiel der PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60–n (n = 1, 2, ..., N) erzeugt wird, die in 7 dargestellt sind.
10 ist eine Darstellung, die eine Funktion einer Wahrscheinlichkeitsdichte für einen Amplitudenlevel eines Rauschsignals mit einer gausförmigen Verteilung zeigt, das durch ein weiteres anderes Beispiel der PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60–n (n = 1, 2, ..., N) erzeugt wird, die in 7 dargestellt sind.
11 ist eine spektrale Darstellung, die die Frequenzcharakteristika eines Filters 26 mit einer 1/f-Charakteristik zeigt, der in 1 dargestellt ist.
12 ist eine spektrale Darstellung, die die Frequenzcharakteristika eines Filters. mit einer 1/f²-Charakteristik zeigt, der den Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik ersetzt, der in 1 dargestellt ist.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Spektrumsanalyseschaltung 6 zeigt, die in 13 dargestellt ist.
15 ist eine spektrale Darstellung, die eine spektrale Intensität eines digitalen Eingangssignals zeigt, das in die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals eingegeben wird, die in 13 dargestellt ist.
16 ist eine spektrale Darstellung, die eine spektrale Intensität des digitalen Signals zeigt, dessen Band durch die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals, die in 13 dargestellt ist, erweitert worden ist, und
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer bekannten Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals zeigt.
BESTE ART, DIE ERFINDUNG DURCHZUFÜHREN
ERSTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist eine Schaltung zum Verarbeiten eines digitalen Signals, die zwischen einen Eingangsanschluss T1 und einen Ausgangsanschluss T2 gesetzt wird und die einen überabtastenden Tiefpassfilter 1, einen Addierer 2, eine Spektrumsanalyseschaltung 3, eine Levelsteuerungsschaltung 4, die einen Multiplizierer 11 umfasst, und eine Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals aufweist. Die Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals umfasst eine Schaltung 21 zur nichtlinearen Verarbeitung, einen Hochpassfilter 22, eine Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23, einen Hochpassfilter 24, einen Addierer 25 und einen Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik.
Bezugnehmend auf 1 wird ein digitales Audiosignal in den überabtastenden Tiefpassfilter 1 durch den Eingangsanschluss T1 eingegeben. Das digitale Audiosignal ist ein Signal, das beispielsweise von einer CD (engl. compact disk) wiedergegeben wird. In diesem Fall hat das Signal eine Tastfrequenz fs von 44.1 kHz und eine Wortlänge von 16 Bit. Der überabtastende Tiefpassfilter 1 umfasst eine Überabtastungsschaltung 31 und einen digitalen Tiefpassfilter 32, wie in 2 dargestellt, und ist eine digitale Filterschaltung zum Multiplizieren der Abtastfrequenz fs des digitalen Audiosignals, das durch den Eingangsanschluss T1 eingegeben worden ist, mit p (wobei p eine positive Zahl darstellt, die gleich oder größer als 2 ist) und zum Dämpfen, um 60 dB oder mehr, von Signalen eines entbehrlichen Bandes, das von einer Frequenz von fs/2 bis zu einer Frequenz von p·fs/2 reicht.
Beispielsweise wird, wenn p = 2 gilt, das digitale Audiosignal, mit der Abtastfrequenz fs (oder mit einer Abtastperiode Ts = 1/fs) in die Überabtastungsschaltung 31 eingegeben und die Überabtastungsschaltung 31 fügt Nulldaten D2 an dem Zwischenpunkt (auf der Zeitachse), der zwischen zwei benachbarten Daten D1 des digitalen Eingangsaudiosignals in einem Intervall der Abtastperiode Ts angeordnet ist, ein und interpoliert die Nulldaten D2 an diesem Zwischenpunkt, wie in 3 dargestellt. Daher führt die Überabtastungsschaltung 31 einen Überabtastungsprozess durch, um das Signal in ein digitales Audiosignal umzuwandeln, das eine Abtastfrequenz von 2fs (oder eine Abtastperiode von Ts/2) aufweist, und dann gibt die Überabtastungsschaltung 31 das digitale Audiosignal an den digitalen Tiefpassfilter 32 aus. Der digitale Tiefpassfilter 32 weist das Folgende auf:

(a) ein Durchlassband für Frequenzen von 0 bis 0.45fs,
(b) ein Sperrband für Frequenzen von 0.54fs bis fs und
(c) eine Dämpfung von 60 dB oder mehr bei der Frequenz fs oder bei höheren Frequenzen.

Der digitale Tiefpassfilter 32 tiefpassfiltert das digitale Eingangsaudiosignal, um das Band zu begrenzen, um Aliasingrauschen zu eliminieren, das durch die oben beschriebene Überabtastung verursacht worden ist, und der digitale Tiefpassfilter 32 ermöglicht einen Durchlass nur eines effektiven Bandes (mit Frequenzen von 0 bis 0.45fs), in dem im Wesentlichen nur das digitale Eingangsaudiosignal vorhanden ist. Dann werden die Signale des effektiven Bandes an die Spektrumsanalyseschaltung 3 und an die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten der Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals ausgegeben.
Anschließend führt die nichtlineare Verarbeitungseinheit 21, die eine nichtlineare Eingangs- und Ausgangscharakteristik aufweist, eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Eingangsaudiosignals durch. Dies führt zu einer Verzerrung des digitalen Audiosignals, wodurch höhere harmonische Komponenten erzeugt werden. Dann gibt die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten das digitale Audiosignal mit den höheren harmonischen Komponenten an den digitalen Hochpassfilter 22 aus. Die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten umfasst beispielsweise eine Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes und eine Schaltung 52 zum Entfernen eines DC-Offsets, wie in 5 dargestellt. Die Schaltung 52 zum Entfernen eines DC-Offsets umfasst einen Subtrahierer 53, eine Mittelungsschaltung 54 und einen 1/2-Multiplizierer 55.
Die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes führt eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Eingangsaudiosignals durch, wie beispielsweise eine Zweiweggleichrichtung, und gibt dann das digitale Audiosignal, das einer nichtlinearen Verarbeitung ausgesetzt war, an den Subtrahierer 53 und die Mittelungsschaltung 54 der Schaltung 52 zum Entfernen eines DC-Offsets aus. Die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes gibt ein Signal, das eine positive Amplitude aufweist, wie es ist, aus, und die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes wandelt ein Signal, das eine negative Amplitude aufweist, in ein Signal um, das eine positive Amplitude mit dem gleichen absoluten Wert wie der absolute Wert der negativen Amplitude aufweist, und gibt dann das Signal mit der positiven Amplitude aus. Daher erzeugt das Signal mit der negativen Amplitude die höheren harmonischen Komponenten, wenn das Signal auf die positive Seite auf eine Nulllevelgrenze gefaltet wird. Die Mittelungsschaltung 54 umfasst einen Tiefpassfilter mit einer Abschneidefrequenz von beispielsweise ungefähr 0.0001fs, die viel kleiner ist als die Abtastfrequenz fs. Die Mittelungsschaltung 54 berechnet einen zeitlichen Mittelwert der Amplituden des digitalen Audiosignals für ein vorbestimmtes Zeitintervall (beispielsweise ein Zeitintervall, das ausreichend länger ist als die Abtastperiode Ts). Dann gibt die Mittelungsschaltung 54 das digitale Signal mit dem zeitlichen Mittelwert an den 1/2-Multiplizierer 55 aus. Dann multipliziert der 1/2-Multiplizierer 55 das digitale Eingangssignal mit 1/2, und dann gibt der 1/2-Multiplizierer 55 das digitale Signal, das einen Multiplikationsresultatswert aufweist, an den Substrahierer 53 als das digitale Signal aus, das eine Höhe des DC-Offsets anzeigt. Des Weiteren subtrahiert der Subtrahierer 53 das digitale Signal, das von dem 1/2-Multiplizierer 55 ausgegeben worden ist, von dem digitalen Audiosignal, das von der Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes ausgegeben worden ist, um den DC-Offset zu entfernen.
Das digitale Signal, das durch den Eingangsanschluss T1 eingegeben worden ist, ist ein Signal, das als Referenz den Nulllevel aufweist. Die digitalen Signale, die von den Schaltungen, die in 1 dargestellt sind, ausgegeben werden, und das digitale Signal, das durch den Ausgangsanschluss T2 ausgegeben wird, benötigen auch den Nulllevel als Referenz. Obwohl das digitale Signal, das in die Schaltung 21 zur nichtlinearen Verarbeitung eingegeben wird, ein Signal ist, das als Referenz den Nulllevel aufweist, wird der DC-Offset erzeugt, da das digitale Signal durch die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes zur Durchführung einer nichtlinearen Verarbeitung in ein Signal mit einem positiven Level umgewandelt wird. Daher berechnet die Mittelungsschaltung 54 den Mittelwert der Amplituden des digitalen Signals, das von der Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes ausgegeben wird, und der Subtrahierer 53 subtrahiert eine Hälfte des absoluten Wertes von dem digitalen Signal, das von der Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes ausgegeben wird, um den DC-Offset zu entfernen.
Dann wird das digitale Signal, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, die durch die Schaltung 21 zur nichtlinearen Verarbeitung erzeugt worden sind, wobei als Referenz der Level des digitalen Eingangsaudiosignals verwendet worden ist, in den digitalen Hochpassfilter 22 eingegeben, wie in 1 dargestellt. Der digitale Hochpassfilter 22 hochpassfiltert das digitale Eingangssignal, um zu ermöglichen, dass nur hochfrequente Komponenten mit einer Frequenz von ungefähr fs/2 oder mit höheren Frequenzen durchgelassen werden. Dann gibt der digitale Hochpassfilter 22 die hochfrequenten Komponenten an den Addierer 25 aus.
Die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23, die in 1 dargestellt ist, weist ein Frequenzband von 0 bis p·fs/2 auf und erzeugt ein digitales Audiosignal mit einem bezüglich der Zeitachse zufälligem Amplitudenlevel, d. h., die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 erzeugt ein Zittersignal, das nicht mit dem digitalen Audiosignal korreliert ist, das durch den Eingangsanschluss T1 eingegeben worden ist. Dann gibt die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 das Zittersignal an den digitalen Hochpassfilter 24 aus. Anschließend hochpassfiltert der digitale Hochpassfilter 24 das Eingangs-Zittersignal, um zu ermöglichen, dass nur die hochfrequenten Komponenten mit einer Frequenz von fs/2 oder mit höheren Frequenzen durchgelassen werden. Dann gibt der digitale Hochpassfilter 24 die hochfrequenten Komponenten an den Addierer 25 aus.
Die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 wird speziell konfiguriert, wie beispielsweise in 6 dargestellt. Bezugnehmend auf 6 umfasst die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 eine Vielzahl von N Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen (im Folgenden als PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen bezeichnet) 60-n (n = 1, 2, ..., N), einen Addierer 61, einen Erzeuger 63 zum Erzeugen eines konstanten Signals zum Entfernen eines DC-Offsets und einem Subtrahierer 64. Die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n weisen initiale Werte auf, die unabhängig voneinander sind. Beispielsweise erzeugt jede der PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n ein M-Sequenz-Rauschsignal, d.h. ein Pseudo-Rauschsignal mit einem gleichförmigen zufälligen Amplitudenlevel und gibt dann das Pseudo-Rauschsignal an den Addierer 61 aus. Anschließend addiert der Addierer 61 eine Vielzahl von N Pseudo-Rauschsignalen, die von einer Vielzahl von PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-1 bis 60-N ausgegeben worden sind, und gibt dann ein Pseudo-Rauschsignal des Additionsresultates an den Subtrahierer 64 aus. Der Erzeuger 63 zum Erzeugen eines konstanten Signals zum Entfernen eines DC-Offsets erzeugt die Summe der zeitlichen Mittelwerte der Pseudo-Rauschsignale von einer Vielzahl von NPN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-1 bis 60-N, d.h. ein konstantes Signal zum Entfernen eines DC-Offsets, und gibt dann das konstante Signal zum Entfernen eines DC-Offsets an den Subtrahierer 64 aus. Dann subtrahiert der Subtrahierer 64 das konstante Signal zum Entfernen eines DC-Offsets von der Summe der Pseudo-Rauschsignale und erzeugt dann ein Zittersignal, das keinen DC-Offset aufweist, und gibt dieses Zittersignal aus.
Jede der PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n (n = 1, 2, ..., N) umfasst einen 32-Bit-Zähler 71, ein Exklusives-Oder-Gatter 72, einen Taktsignalerzeuger 73 und ein Erzeuger 74 zum Erzeugen eines initialen Datenwertes, wie in 7 dargestellt. Der 32-Bit-Zähler 71 wird auf einen Initialwert initialisiert, der von dem Erzeuger 74 zum Erzeugen eines initialen Datenwertes ausgegeben wird, der sich von Erzeugern zum Erzeugen eines initialen Datenwertes der anderen PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n unterscheidet. Dann zählt der 32-Bit-Zähler 71 den Zählwert, um entsprechend einem Taktsignal, das durch den Taktsignalerzeuger 73 erzeugt wird, den Zählwert um 1 zu erhöhen. Von 32-Bit-Daten (einschließlich Daten des 0. Bits bis zu Daten des 31. Bits) des 32-Bit-Zählers 71 werden 1-Bit-Daten des höchstwertigen Bits (most significant bit, MSB: das 31. Bit) und 1-Bit-Daten des dritten Bits in einen Eingangsanschluss des Exlusives-Oder-Gatters 72 eingegeben. Das Exlusives-Oder-Gatter 72 setzt 1-Bit-Daten eines Resultates einer Exlusives-Oder-Operation, als das niedrigstwertige Bit (least significant bit, LSB) des 32-Bit-Zählers 71, gemäß dem Taktsignal des Taktsignalerzeugers 73. Dann werden niederwertige 8-Bit-Daten des 32-Bit-Zählers 71 als ein PN-Sequenz-Rauschsignal ausgegeben. Die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n sind, wie oben beschrieben, konfiguriert, wobei die PN-Sequenz-Rauschsignale, die von den PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n ausgegeben werden, 8-Bit-PN-Sequenz-Rauschsignale sind, die jeweils unabhängig voneinander sind.
In einem in 7 gezeigten Beispiel sind die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n wie oben beschrieben konfiguriert, um die 8-Bit-PN-Sequenz-Rauschsignale zu erzeugen, die jeweils unabhängig voneinander sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt, und die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n können jede der folgenden Konfigurationen aufweisen.

(1) Die Bitpositionen von 8 Bits eines PN-Sequenz-Rauschsignals, das von dem 32-Bit-Zähler 71 zu extrahieren ist, werden so gesetzt, dass sie sich voneinander unterscheiden. Das heißt, die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltung 60-1 extrahiert ein 8-Bit-PN-Sequenz-Rauschsignal von den niederwertigen 8 Bits, die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltung 60-2 extrahiert ein PN-Sequenz-Rauschsignal von 8 Bits, die unmittelbar oberhalb der niederwertigen 8 Bits angeordnet sind, und die folgenden PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen extrahieren jeweils PN-Sequenz-Rauschsignale auf die gleiche Art.
(2) Alternativ werden die Bitpositionen des 32-Bit-Zählers 71, von dem 1-Bit-Daten in das Exklusives-Oder-Gatter 72 einzugeben sind, so gesetzt, dass sie sich bezogen auf die PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n voneinander unterscheiden.
(3) Alternativ werden, wie in zumindest zwei Fällen des in 7 gezeigten Beispiels, die oben beschriebene Modifikation (1) und die oben beschriebene Modifikation (2) kombiniert.

Indem eine Vielzahl von PN-Sequenz-Rauschsignalen, die unabhängig voneinander sind, addiert werden, können, wie in den 8, 9 und 10 gezeigt, die PN-Sequenz-Rauschsignale erzeugt werden, die jeweils eine Wahrscheinlichkeitsdichte für den Amplitudenlevel aufweisen. Zum Beispiel kann, wenn n = 1 gilt, ein Weißrauschsignal mit einer Wahrscheinlichkeitsdichte mit einer gleichförmigen Verteilung für den Amplitudenlevel in der Regel, wie in 8 dargestellt, erzeugt werden. Wenn n = 12 gilt, kann in der Regel ein Rauschsignal von der Art einer Gausverteilung erzeugt werden, das die Wahrscheinlichkeitsdichte der Gausverteilung für den Amplitudenlevel, wie in 10 dargestellt, aufweist, indem die PN-Sequenz-Rauschsignale, die jeweils von den PN-Sequenz-Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen 60-n ausgegeben wurden, addiert werden, wobei die PN-Sequenz-Erzeugungsschaltungen 60-n 12 gleichförmige Zufallszahlen erzeugen, da die Gausverteilung eine Varianz von 1/12 aufweist, wenn der zentrale Grenzwertsatz verwendet wird. Wenn n = 3 gilt, kann, wie in 9 dargestellt, ein Rauschsignal von der Art einer glockenförmigen Verteilung (geformt wie eine hängende Glocke) mit der Wahrscheinlichkeitsdichte einer glockenförmigen Verteilung für den Amplitudenlevel erzeugt werden, wobei die glockenförmige Verteilung der gausförmigen Verteilung nahe kommt oder ähnlich ist und eine Varianz aufweist, die leicht breiter ist als die Varianz der Gausverteilung. Wie oben beschrieben werden die Schaltungen, die in den 6 und 7 gezeigt sind, konfiguriert und das Rauschsignal, das in den 9 oder 10 gezeigt ist, wird beispielsweise erzeugt, was dazu führt, dass das Zittersignal mit einem Klang erzeugt werden kann, der einem natürlichen oder einem musikalischen Klang sehr nahe kommt, wobei eine Schaltung mit kleinen Größenabmessungen verwendet wird.
Wieder Bezug nehmend auf 1 addiert der Addierer der Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals das bandbegrenzte digitale Signal mit den höheren harmonischen Komponenten von dem Hochpassfilter 22 zu dem bandbegrenzten Zittersignal von dem Hochpassfilter 24 und gibt dann ein digitales Signal eines Additionsresultates an den Multiplizierer 11 der Levelsteuerungs schaltung 11 durch den Filter 26 mit der 1/f-Charakteristik aus. Zum Beispiel, wie in 11 dargestellt, ist der Filter 26 mit der 1/f-Charakteristik ein sogenannter 1/f-Charakteristik-Tiefpassfilter mit einer Dämpfungscharakteristik, die einen Gradienten von –6 dB/oct in einem Band B2 mit Frequenzen von fs/2 bis p·fs/2 aufweist, das höher ist als ein Band B1 mit Frequenzen von 0 bis fs/2, wobei p eine Überabtastungsrate darstellt und jeden ganz zeitigen Wert zwischen 2 und in der Regel 8 einnehmen kann.
Die Position, an der der Filter 26 mit der 1/f-Charakteristik zwischenzusetzen ist, ist nicht begrenzt auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in 1 dargestellt ist. Der Filter 26 mit der 1/f-Charakteristik kann zwischen dem Hochpassfilter 22 und dem Addierer 25 und zwischen dem Hochpassfilter 24 und dem Addierer gesetzt werden. Alternativ kann der Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik nur zwischen dem Hochpassfilter 22 und dem Addierer 25 oder nur zwischen dem Hochpassfilter 24 und dem Addierer 25 gesetzt werden. Der Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik kann durch einen Filter mit einer 1/f²-Charakteristik mit einer Dämpfungscharakteristik, die in 12 gezeigt ist, ersetzt werden. Wie in 12 gezeigt, ist der Filter 26 mit einer 1/f²-Charakteristik ein sogenannter 1/f²-Charakteristik-Tiefpassfilter mit einer Dämpfungscharakteristik, die einen Gradienten von –12 dB/oct in einem Band B2 mit Frequenzen von fs/2 bis p·fs/2 aufweist, das höher ist als ein Band B1 mit Frequenzen von 0 bis fs/2.
Die Spektrumsanalyseschaltung 3 berechnet die spektrale Intensität eines vorbestimmten Bandes des digitalen Audiosignals, das von dem überabtastenden Tiefpassfilter 1 ausgegeben worden ist, und gibt dann ein Signal, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt, an den Multiplizierer 11 der Levelsteuerungsschaltung 4 aus. Die Spektrumsanalyseschaltung 3 umfasst beispielsweise eine FFT-Schaltung 41, eine Datenauswahlschaltung 42 und eine Wichtungs- und Addierschaltung 43, wie in 4 dargestellt. Die FFT-Schaltung 41 führt eine Schnelle-Fourier-Transformations-Verarbeitung des digitalen Eingangsaudiosignals durch, indem ein FFT-Verfahren angewendet wird, um insgesamt 1024 spektrale Intensitäten bei einem Frequenzintervall von fs/1024, zu berechnen, entspricht Daten bei einem Intervall von 2048 Ts, wenn die Frequenzauflöseleistung beispielsweise 1024 ist. Dann gibt die FFT-Schaltung 41 die berech neten 1024 spektralen Intensitäten an die Datenauswahlschaltung 42 aus. Anschließend extrahiert die Datenauswahlschaltung 42 selektiv Daten mit spektralen Intensitäten, die einem Frequenzband von beispielsweise von fs/4 bis fs/2 entsprechen, in Übereinstimmung mit den spektralen Eingangsintensitäten bei einem Frequenzintervall von fs/1024, und gibt dann die extrahierten Daten an die Wichtigungs- und Addierschaltung 43 aus. Des Weiteren addiert die Wichtungs- und Addierschaltung 43 die extrahierten Daten aus spektralen Intensitäten mit Wichtungskoeffizienten, die für die jeweiligen Daten vorbestimmt sind, um die spektrale Intensität des Frequenzbandes von fs/4 bis fs/2 des digitalen Eingangsaudiosignals zu berechnen. Die Wichtungs- und Addierschaltung 43 gibt dann ein Signal, das die spektrale Intensität des Berechnungsergebnisses anzeigt, an den Multiplizierer 11 der Levelsteuerungsschaltung 4 aus.
Dann steuert die Levelsteuerungsschaltung 4 den Signallevel eines erweiterten Signals, das das Summensignal ist, das erhalten wurde, indem das bandbegrenzte Signal mit den höheren harmonischen Komponenten von dem Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik zu dem Zittersignal addiert wurde, in Abhängigkeit von dem Signal, das die spektrale Intensität von der Spektrumsanalyseschaltung 3 anzeigt. Die Levelsteuerungsschaltung 4 umfasst den Multiplizierer 11, wie in 1 gezeigt, multipliziert das erweiterte Signal von der Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals mit dem Signal, das die spektrale Intensität anzeigt, und gibt dann ein Signal des Multiplikationsresultates an den Addierer 2 aus. Das heißt, die Levelsteuerungsschaltung 4 bewirkt, dass der Signallevel von dem Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik steigt, wenn die spektrale Intensität der Frequenzen von fs/4 bis fs/2 des digitalen Eingangsaudiosignals hoch ist, wo hingegen die Levelsteuerungsschaltung 4 bewirkt, dass der Signallevel von dem Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik reduziert wird, wenn die spektrale Intensität der Frequenzen von fs/4 bis fs/2 des digitalen Eingangssignals niedrig ist.
Des Weiteren addiert der Addierer 2 das digitale Audiosignal von dem überabtastenden Tiefpassfilter 1 zu dem Summensignal, das erhalten wird, indem das digitale Signal mit den höheren harmonischen Komponenten von der Levelsteuerungsschaltung 4 zu dem Zittersignal addiert wird, und gibt dann ein Signal des Additionsresultates durch den Ausgangsanschluss T2 aus.
Wie oben beschrieben, werden gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die höheren harmonischen Komponenten mit einer spektralen Struktur, die der eines musikalischen Klangsignals ähnlich ist, in dem Band, das gleich oder höher ist als das Band des digitalen Eingangsaudiosignals (das heißt mit einem Erzeugungsmechanismus der im Wesentlichen dem Erzeugungsmechanismus eines natürlichen Klanges ähnlich ist, indem es ermöglicht wird, das die Frequenz des Auftretens des Zittersignals eine im Wesentlichen gaußförmige oder glockenförmige Verteilung aufweist), und das Zittersignal erzeugt. Des Weiteren werden die digitalen Signale mit den höheren harmonischen Komponenten, die in Abhängigkeit von der hochfrequenten spektralen Intensität des digitalen Eingangsaudiosignals erzeugt worden sind, und das Zittersignal zu dem digitalen Eingangsaudiosignal addiert, wobei dies dazu führt, dass die vorliegende Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik leicht ein digitales Audiosignal erzeugen kann, das ein erweitertes Audioband aufweist.
Da die gesamte Signalverarbeitung, die mit der Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, eine digitale Signalverarbeitung ist, wird keine Leistungsvariation auf Grund von Variationen in Komponenten der Schaltung und der Temperatureigenschaften verursacht. Des Weiteren tritt jedes Mal, wenn ein Audiosignal die Schaltung durchläuft, keine Verschlechterung der Klangqualität auf. Zudem verursacht, selbst wenn die Genauigkeit des Filters verbessert wird, die erfindungsgemäße Schaltung kein Anwachsen der Schaltungsgröße und daher kein Anwachsen der Herstellungskosten im Vergleich zu einer analogen Schaltungskonfiguration.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das Signal, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, durch die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten erzeugt, ohne das Band des digitalen Eingangsaudiosignals zu begrenzen. Das Signal mit den höheren harmonischen Komponenten kann jedoch auch erzeugt werden, nachdem das Signal, dessen Band vorher durch einen Hochpassfilter, der dem Hochpassfilter 22 ähnlich ist, begrenzt worden ist, in die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten eingegeben worden ist.
Die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes, die in 5 gezeigt ist und die eine Zweiweggleichrichterschaltung ist, wird verwendet, um die Schaltung 21 zur nichtlinearen Verarbeitung zu bilden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Schaltung 51 zum Berechnen eines absoluten Wertes kann durch eine Einweggleichrichterschaltung ersetzt werden, die nur einen positiven Teil des digitalen Eingangsaudiosignals ausgibt und die im Falles eines negativen Teils des digitalen Eingangsaudiosignals ein Nulllevelsignal ausgibt.
ZWEITE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 13 sind Komponenten, die den in 1 gezeigten Komponenten ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die detaillierte Beschreibung derselben wurde weggelassen. Die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich durch die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals durch das Folgende.

(1) Die Levelsteuerungsschaltung 4 wird durch eine Levelsteuerungsschaltung 4a ersetzt, die eine Glättungsschaltung 12 und einen Multiplizier 11 aufweist.
(2) Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Spektrumanalyseschaltung 6 und einen Schalter 7.

Die oben genannten Unterschiede werden unten detailliert beschrieben.
Bezugnehmend auf 13 wird eine Hüllkurvendetektion, eine Integrationsverarbeitung im Zeitbereich oder eine Tiefpassfilterung auf ein Signal angewendet, das von der Spektrumsanalyseschaltung 3 ausgegeben wird und die spektrale Intensität eines vorbestimmten Bandes mit Frequenzen von fs/4 bis fs/2 aufweist. Danach wird ein erweitertes Signal, das von der Schaltung 5 zum Erzeugen ei nes erweiterten Signals ausgegeben wird, mit dem verarbeiteten Signal multipliziert. Die Levelsteuerungsschaltung 4a ist also angepasst, um die Levelsteuerung allmählich oder langsam durchzuführen.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration der Spektrumsanalyseschaltung 6, die in 13 dargestellt ist, zeigt. Die Spektrumsanalyseschaltung 6 umfasst, wie in 14 dargestellt, einen Hochpassfilter 81, eine Schaltung 82 zum Berechnen eines absoluten Wertes, einen Tiefpassfilter 83, einen Subtrahierer 84, einen Tiefpassfilter 85, eine Schaltung 86 zum Berechnen eines absoluten Wertes, einen Tiefpassfilter 87 und eine Entscheiderschaltung 88.
Bezugnehmend auf 14 wird ein tiefpassgefiltertes digitales Audiosignal von dem überabtastenden Tiefpassfilter 1, der in 13 gezeigt ist, in den Hochpassfilter 81 und in den Subtrahierer 84 eingegeben. Der Hochpassfilter 81 hochpassfiltert das tiefpassgefilterte digitale Audiosignal um zu ermöglichen, dass nur Bandkomponenten mit Frequenzen von fs/4 bis fs/2 passieren. Danach durchläuft das hochpassgefilterte Signal die Schaltung 82 zum Berechnen eines absoluten Wertes und den Tiefpassfilter 83, um im Zeitbereich eine Integrationsverarbeitung durchzuführen. Dies führt zu einer Berechnung einer spektralen Intensität yah des Bandes mit Frequenzen von fs/4 bis fs/2 des digitalen Eingangsaudiosignals. Dann wird ein Signal, das die spektrale Intensität yah anzeigt, an die Entscheiderschaltung 88 ausgegeben.
Auf der anderen Seite subtrahiert der Subtrahierer 84 das hochpassgefilterte Signal von dem Hochpassfilter 81 von dem digitalen Eingangsaudiosignal von dem überabtastenden Tiefpassfilter 1. Danach durchläuft ein Signal des Subtraktionsresultates den Tiefpassfilter 85. Dies führt dazu, dass Komponenten eines Bandes mit Frequenzen von 0 bis fs/4 extrahiert werden. Die extrahierten Komponenten des Bandes mit Frequenzen von 0 bis fs/4 durchlaufen die Schaltung 86 zum Berechnen eines absoluten Wertes und den Tiefpassfilter 87, um eine zeitliche Integrationsverarbeitung durchzuführen. Dies führt dazu, dass die spektrale Intensität yal des Bandes mit Frequenzen von 0 bis fs/4 des digitalen Eingangsaudiosignals berechnet wird. Dann wird ein Signal, das die spektrale Intensität yal anzeigt, an die Entscheiderschaltung 88 ausgegeben.
Dann vergleicht die Entscheiderschaltung 88 die spektrale Intensität yal der Frequenzen von 0 bis fs/4 des digitalen Eingangsaudiosignals mit der spektralen Intensität yah der Frequenzen von fs/4 bis fs/2 desselben, wobei dann das Schalten des Schalters 7 auf die folgende Art gesteuert wird.

(a) Wenn die spektrale Intensität yal gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwertlevel ist und wenn die spektrale Intensität yah kleiner ist als der oben genannte Schwellwertlevel oder
(b) wenn die spektrale Intensität yal kleiner ist als der vorbestimmte Schwellwertlevel und wenn die spektrale Intensität yah gleich oder größer ist als der vorbestimmte Schwellwertlevel,

88

7

2

4a

2

88

7

4a

2

Das heißt, wenn das digitale Eingangsaudiosignal die spektrale Intensität aufweist, die in zwei Bändern gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wobei die zwei Bänder ein Band mit Frequenzen von 0 bis fs/4 und ein anderes Band mit Frequenzen von fs/4 bis fs/2 umfassen, wird der Schalter 7 auf den Kontakt „a" umgeschaltet. Dies führt dazu, dass das Band des digitalen Eingangsaudiosignals erweitert wird. Wenn die spektrale Intensität yal gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellwertlevel ist und wenn die spektrale Intensität yah kleiner ist als der vorbestimmte Schwellwertlevel, so weist das Eingangssignal im Wesentlichen keine Komponenten des Bandes mit Frequenzen von fs/4 bis fs/2 auf. Daher ist es nicht notwendig, dass Band zu erweitern, so dass der Schalter 7 auf den Kontakt „b" umgeschaltet wird. Wenn die spektrale Intensität yal kleiner ist als der vorbestimmte Schwellwertlevel und wenn die spektrale Intensität yah gleich ist oder größer als der vorbestimmte Schwellwertlevel, so entscheidet die Entscheiderschaltung 88, dass das Eingangssignal keine Grundwel lenkomponente aufweist und nur die höheren harmonischen Komponenten, das heißt, dass das Eingangssignal kein musikalischer Klang ist, sondern ein einzelnes Hochfrequenzspektrum oder ein nichtmusikalischer Klang, der absichtlich erzeugt worden ist. Daher wird der Schalter 7 auf den Kontakt „b" umgeschaltet. Deshalb wird, wenn das einzelne Spektrum oder das nichtmusikalische Klangsignal detektiert wird, der Schalter 7 so gesteuert, dass das Band nicht erweitert wird, wie in 15 dargestellt. Mit anderen Worten wird das Spektrum des digitalen Signals, das von der Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der bevorzugten Ausführungsform ausgegeben wird, zu einem Spektrum 100 dessen Abschneidefrequenz gleich des höchsten Bandes in dem Band B1 des digitalen Eingangssignals ist.
In der bevorzugten Ausführungsform wird, wenn der Schalter 7 auf den Kontakt „a" umgeschaltet wird, das erweiterte Signal von der Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals zu dem digitalen Eingangsaudiosignal addiert, so dass diese Signale glatt bezüglich der spektralen Charakteristika, wie in 16 dargestellt, kombiniert werden können, da die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals die Glättungsschaltung 12 aufweist. Das heißt, dass das Spektrum des digitalen Signals, das von der Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der bevorzugten Ausführungsform ausgegeben wird, mit einem Spektrum 101 des niedrigsten Bandes in dem Band B2 mit dem Spektrum 100 des höchsten Bandes in dem Band B1 des digitalen Eingangssignals verbunden ist. Danach wird der Gradient des Spektrums in dem Band B2 mit dem Gradienten des Spektrums in dem Band B1 abgeglichen, so dass diese Gradienten stetig gemacht werden.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist, wie oben beschrieben, die Funktion und die vorteilhaften Wirkungen auf, die denen der ersten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Glättungsschaltung 12 und kann daher das erweiterte Signal, das durch die Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals erzeugt wird, zu dem digitalen Eingangsaudiosignal so addieren, dass das erweiterte Signal mit dem digitalen Eingangsaudiosignal glatt bezüglich der spektralen Charakteristika in Übereinstimmung mit der hochfrequenten spektralen Intensität des digitalen Eingangsaudiosignals kombiniert werden kann.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Spektrumsanalyseschaltung 6 und den Schalter 7. Daher kann der Schalter 7, wenn eine sinusförmige Welle mit einem einzelnen Spektrum oder ein nichtmusikalisches Klangsignal in die Vorrichtung eingegeben wird, so gesteuert werden, dass der Schalter 7 auf den Kontakt „b" umgeschaltet wird, um das erweiterte Signal nicht zu dem Eingangssignal zu addieren. Mit anderen Worten kann die Vorrichtung die Funktion zum Erweitern des Audiobandes stoppen, und daher kann die Vorrichtung die Messung von Signalcharakteristika davor schützen, dass eine merkliche Verschlechterung der Signalcharakteristika auftritt.
MODIFIZIERTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals ein erweitertes Signal auf die folgende Art: Die Schaltung 21 zum nichtlinearen Verarbeiten und der Hochpassfilter 22 erzeugen ein Signal mit höheren harmonischen Komponenten, die Zittersignal-Erzeugungsschaltung 23 und der Hochpassfilter 24 erzeugen ein Zittersignal und der Addierer 25 addiert das Signal mit den höheren harmonischen Komponenten zu dem Zittersignal. Dies führt zur Erzeugung eines erweiterten Signals. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das erweiterte Signal kann zumindest eines der beiden Signale, das oben erwähnte Signal mit den höheren harmonischen Komponenten und das oben erwähnte Zittersignal, aufweisen.
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen berechnet die Spektrumsanalyseschaltung 6 die spektralen Intensitäten von zwei Bändern. Dies führt zu einer Entscheidung, ob ein digitales Eingangsaudiosignal ein einzelnes Spektrum oder ein nichtmusikalisches Klangsignal ist oder nicht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Spektrumsanalyseschaltung 6 kann die spektralen Intensitäten von einer Vielzahl von Bändern berechnen. Dies führt zu einer Entscheidung, ob ein digitales Eingangsaudiosignal ein einzelnes Spektrum oder ein nichtmusikalisches Klangsignal ist.
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals den Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals kann auch keinen Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik aufweisen.
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals eine Hardwareschaltung zum Verarbeiten eines digitalen Signals. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die in 1 oder 13 gezeigte Konfiguration durch ein Signalverarbeitungsprogramm implementiert sein, das auf einem DSP (digitaler Signalprozessor) ausgeführt werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie detaillierter oben beschrieben ist, wird, gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals, die den überabtastenden Tiefpassfilter 1, den Addierer 2, die Spektrumsanalyseschaltung 3, die Levelsteuerungsschaltung 4 und die Schaltung 5 zum Erzeugen eines erweiterten Signals aufweist, durch eine Schaltung zum Verarbeiten eines digitalen Signals gebildet. Daher kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitstellen, die im Vergleich zum Stand der Technik eine kleine Variation der Leistung der Vorrichtung verursachen und die Herstellungskosten reduzieren.
Zudem wird der Level einer Addition eines erweiterten Signals entsprechend der hochfrequenten spektralen Intensität eines digitalen Eingangsaudiosignals von der Spektrumsanalyseschaltung 3 gesteuert, und des Weiteren wird ein erweitertes Signal verwendet, das den Filter 26 mit einer 1/f-Charakteristik durchlaufen hat. Daher kann ein erweitertes Signal mit einem natürlichen Klang, der einem Klang eines musikalischen Klangsignals nahe ist, zu dem Eingangssignal addiert werden. Dementsprechend ist keine Klangunannehmlichkeit und keine Verschlechterung der Klangqualität vorhanden.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals die Spektrumsanalyseschaltung 6 und den Schalter 7. Daher kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals bereitstellen, wobei die Messung von Signalcharakteristika nicht zu einer Signalverschlechterung führt, selbst wenn ein sinusförmiges Signal in die Vorrichtung eingegeben wird.

Claims

Verfahren zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals mit folgenden Schritten: Überabtasten eines digitalen Audiosignals eines ersten Bandes, das eine vorbestimmte Maximalfrequenz aufweist, mit einer Abtastfrequenz, die gleich dem Zwei- oder Mehrfachen der Maximalfrequenz ist, und Tiefpassfiltern eines überabgetasteten digitalen Audiosignals, um durch das Überabtasten verursachtes Aliasingrauschen zu eliminieren, und Ausgeben eines tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals; Berechnen einer spektralen Intensität eines vorbestimmten Bandes des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals und Ausgeben eines Signals, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt; Erzeugen eines erweiterten Signals mit Frequenzkomponenten eines zweiten Bandes, das höher ist als das erste Band; Steuern eines Levels des erweiterten Signals in Abhängigkeit von dem Signal, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt, und Addieren des erweiterten Signals mit dem gesteuerten Level zu dem tiefpassgefilterten digitalen Audiosignal und Ausgeben des Additionsresultats als digitales Audiosignal.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals folgende Schritte aufweist: Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik durchgeführt wird, und Erzeugen eines digitalen Signals, das höhere harmonische Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist, und Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des digitalen Signals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel und Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten des Zittersignals, die gleich oder höher sind als das zweite Band, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals als ein erweitertes Signal.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des erweiterten Signals folgende Schritte aufweist: Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik durchgeführt wird, und Erzeugen eines digitalen Signals, das höhere harmonischere Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist; Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des digitalen Signals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals; Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel; Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten des Zittersignals, die gleich oder höher sind als das zweite Band, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals; und Addieren der zwei hochpassgefilterten Signale und Ausgeben eines Additionsresultatsignals als ein erweitertes Signal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren vor dem Schritt des Steuerns des Levels den Schritt des Tiefpassfilterns des erweiterten Signals mit einer Filtercharakteristik aufweist, die entweder eine vorbestimmte 1/f-Charakteristik oder eine vorbestimmte 1/f²-Charakteristik ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Zittersignals folgende Schritte aufweist: eine Vielzahl von Schritten des Erzeugens einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die jeweils unabhängig voneinander sind; und Addieren der Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignale, Erzeugen eines Zittersignals des Additionsresultates mit einer Wahrscheinlichkeitsdichte, die entweder eine Gaußverteilung oder eine glockenförmigen Verteilung aufweist, für einen Amplitudenlevel und Ausgeben des Zittersignals als ein erweitertes Signal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren folgende Schritte aufweist: Berechnen von spektralen Intensitäten einer Vielzahl von vorbestimmten Bändern des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals und Entscheiden, ob das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum entsprechend den berechneten spektralen Intensitäten der Vielzahl von Bändern aufweist oder nicht; und Umschalten, um das erweiterte Signal auszugeben, wenn entschieden wird, dass das digitale Audiosignal kein einziges einzelnes Spektrum aufweist, und Umschalten, um das erweiterte Signal nicht auszugeben, wenn entschieden wird, dass das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum aufweist.
Vorrichtung zum Erweitern eines Bandes eines Audiosignals mit: einem Filtermittel zum Überabtasten eines digitalen Audiosignals eines ersten Bandes, das eine vorbestimmte Maximalfrequenz aufweist, mit einer Abtastfrequenz, die gleich dem Zwei- oder Mehrfachen der Maximalfrequenz ist, und Tiefpassfiltern des überabgetasteten digitalen Audiosignals, um durch die Überabtastung verursachtes Aliasingrauschen zu eliminieren, und Ausgeben eines tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals; einem ersten Spektrumsanalysemittel zum Berechnen einer spektralen Intensität eines vorbestimmten Bandes des tiefpassgefilterten digitalen Audiosignals, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines Signals, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt; einem Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines erweiterten Signals mit Frequenzkomponenten eines zweiten Bandes, das höher ist als das erste Band; einem Levelsteuerungsmittel zum Steuern eines Levels des erweiterten Signals in Abhängigkeit von dem Signal, das die berechnete spektrale Intensität anzeigt und von dem ersten Spektrumsanalysemittel ausgegeben wird; und einem ersten Addiermittel zum Addieren des erweiterten Signals, dessen Level durch das Levelsteuerungsmittel gesteuert wird, zu dem digitalen Audiosignal, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines digitalen Audiosignals des Additionsresultates.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel aufweist: ein Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten mit einer nichtlinearen Eingangs- und Ausgangscharakteristik zum Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Audiosignals, das von den Filtermitteln ausgegeben wird, durchgeführt wird, und zum Erzeugen eines digitalen Signals mit höheren harmonischen Komponenten des digitalen Audiosignals; und einen ersten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher als das zweite Band sind, des digitalen Signals, das die höheren harmonischen Komponenten aufweist und von dem Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signal als ein erweitertes Signal.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel aufweist: ein Zittersignal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel; und einen zweiten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher sind als das zweite Band, des Zittersignals, das von dem Zittersignal-Erzeugungsmittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterfen Signals als ein erweitertes Signal.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erweitertes-Signal-Erzeugungsmittel aufweist: ein Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten, das eine nichtlineare Eingangs- und Ausgangscharakteristik aufweist, zum Verzerren des digitalen Audiosignals, indem eine nichtlineare Verarbeitung des digitalen Audiosignals durchgeführt wird, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und Erzeugen eines digitalen Signals, das höhere harmonische Komponenten des digitalen Audiosignals aufweist; einen ersten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher als das zweite Band sind, des digitalen Signals mit den höheren harmonischen Komponenten, das von dem Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals; ein Zittersignal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Zittersignals mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen Amplitudenlevel; einen zweiten Hochpassfilter zum Hochpassfiltern zumindest von Frequenzkomponenten, die gleich oder höher als das zweite Band sind, des Zittersignals, das von dem Zittersignal-Erzeugungsmittel ausgegeben wird, und Ausgeben eines hochpassgefilterten Signals; und ein zweites Addiermittel zum Addieren des von dem ersten Hochpassfilter ausgegebenen Signals zu dem von dem zweiten Hochpassfilter ausgegebenen Signal und Ausgeben eines Additionsresultatsignals als ein erweitertes Signal.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Tiefpassfilter aufweist, der eine Filtercharakteristik aufweist, die entweder eine vorbestimmte 1/f-Charakteristik oder eine vorbestimmte 1/f²-Charakteristik ist, zum Tiefpassfiltern des erweiterten Signals und Ausgeben eines tiefpassgefilterten Signals an das Levelsteuerungsmittel.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zittersignal-Erzeugungsmittel aufweist: eine Vielzahl von Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen zum Erzeugen einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die jeweils unabhängig voneinander sind; und ein drittes Addiermittel zum Addieren einer Vielzahl von Pseudo-Rausch-Sequenz-Rauschsignalen, die durch die Rauschsignal-Erzeugungsschaltungen erzeugt werden, wobei ein Zittersignal des Additionsresultates mit einer Wahrscheinlichkeitsdichte, die entweder eine Gaußverteilung oder eine glockenförmi ge Verteilung aufweist, für einen Amplitudenlevel erzeugt wird und wobei das Zittersignal als ein erweitertes Signal ausgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren aufweist: ein zweites Spektrumsanalysemittel zum Berechnen von spektralen Intensitäten von einer Vielzahl von vorbestimmten Bändern des digitalen Audiosignals, das von dem Filtermittel ausgegeben wird, und zum Entscheiden, ob das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum entsprechend den berechneten spektralen Intensitäten der Vielzahl von Bändern aufweist oder nicht; und einem Umschaltmittel zum Schalten, um das erweiterte Signal an das erste Addiermittel auszugeben, wenn das erste Spektrumsanalysemittel entscheidet, dass das digitale Audiosignal kein einzelnes Spektrum aufweist, und zum Umschalten, um das erweiterte Signal nicht an das erste Addiermittel auszugeben, wenn das zweite Spektrumsanalysemittel entscheidet, dass das digitale Audiosignal ein einzelnes Spektrum aufweist.