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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Frequenzinterpolationseinheit
und ein Frequenzinterpolationsverfahren, die dazu geeignet sind,
die Spektralverteilung eines bandbegrenzten Signals zu verbessern.
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STAND DER
TECHNIK
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Die
Verteilung von Daten des MPEG1 Audio Layer 3 (MP3)-Formats und die Verteilung
von Musik und Ähnlichem
durch Frequenzmodulations (FM)-Übertragung,
Fernsehtonmultiplexübertragung und
anderen Verfahren sind heutzutage weit verbreitet. Diese Verfahren
beseitigen im Allgemeinen Frequenzkomponenten von 15 kHz oder höher von
Musik und Ähnlichem,
um zu verhindern, dass eine Steigerung in der Datenmenge und eine
Erweiterung einer belegten Bandbreite durch ein übermäßiges Breitband hervorgerufen
wird.
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Die
Veröffentlichung „Quality
Enhancement of Narrowband CELP Coded Speech via Wideband Harmonical
Resynthesis" von
Chan et. al., ICASSP 1997, Seiten 1328 bis 1330, offenbart die Rekonstruktion
eines Breitbandsignals von einem LPC-kodierten Schmalbandsignal.
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Musik
und Ähnliches,
deren Frequenzkomponenten an einer vorherbestimmten Frequenz oder höher entfernt
sind, weisen im Allgemeinen eine schlechte Tonqualität auf. Signale,
die die entfernten Frequenzkomponenten ersetzen, werden hinzugefügt, um die
Tonqualität
zu verbessern, wie es in der Patentschrift JP-A-7093900 offenbart
wird.
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Gemäß der in
der Patentschrift JP-A-7093900 offenbarten Annäherung wird ein digitales PCM-Audiosignal
durch einen Tiefpassfilter geschickt und sein Ausgangssignal wird
durch ein Signal multipliziert, das absolute Wertkomponenten vom Ausgangssignal
enthält,
um Verzerrung zu erzeugen.
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Eine
in der Patentschrift JP-A-7093900 offenbarte Audiosignalwiedergabevorrichtung
erzeugt harmonische Wellen durch Verzerren der Wellenform eines
Ausgangsaudiosignals mit einer Begrenzerschaltung und Ähnlichem.
Es ist unbestimmt, dass derartige harmonische Wellen approximativ
zu denjenigen sind, die im Originalaudiosignal enthalten sind.
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Die
Erfindung wurde gemacht, um das weiter oben beschriebene Problem
in Verbindung mit dem Stand der Technik zu lösen. Eine erste Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Frequenzinterpolationseinheit und
ein Frequenzinterpolationsverfahren bereit zu stellen, die zum Wiederherstellen
eines Signals approximativ zum Originalsignal von einem vorherbestimmten
Umsetzungssignal, das von einem bandbegrenzten Signal vom Originalsignal
erhalten wird, geeignet sind, und insbesondere eine Frequenzinterpolationseinheit
und ein Frequenzinterpolationsverfahren, die zum Wiederherstellen eines
Audiosignals mit einer hohen Tonqualität geeignet sind.
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Selbst
wenn gemäß dem Stand
der Technik die Frequenzkomponenten an einer vorherbestimmten Frequenz
oder höher
nicht unbedingt entfernt werden müssen, wird ein Audiosignal
von Musik oder Ähnlichem
derart in das MP3-Format oder Ähnliches komprimiert,
dass das Band des Audiosignals im Allgemeinen begrenzt ist.
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Selbst
wenn Originaltöne
oder Ähnliches,
die durch ein digitales PCM-Audiosignal dargestellt sind, keine
Frequenzkomponenten aufweisen, die höher als die Passbandbreite
eines Tiefpassfilters sind, fügt eine
herkömmliche
Einheit unnötig
hohe Frequenzkomponenten hinzu, die nicht in den Originaltönen oder Ähnlichem
enthalten sind. Die Qualität eines Ausgangsaudiosignals
wird mehr verschlechtert, als dass es durch einen Tiefpassfilter
geschickt wird und es wird keine zusätzliche Signalverarbeitung
ausgeführt.
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Unter
derartigen Umständen
ist es eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine Frequenzinterpolationseinheit
und ein Frequenzinterpolationsverfahren bereit zu stellen, die zum
Wiederherstellen eines Signals approximativ zu einem Originalsignal
geeignet sind, und dies selbst von einem Signal, das mit einem Signal
gemischt ist, das repräsentativ
für das
Originalsignal ist, dessen Spektralkomponenten in einigen Bändern entfernt
wurden und von einem Signal, das repräsentativ für das Originalsignal ist, das
keine Spektralkomponenten in diesen Bändern aufweist.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorstehenden Aufgaben werden jeweils von Frequenzinterpolationssystemen
nach den unabhängigen
Ansprüchen
1 oder 4 und von Frequenzinterpolationsverfahren nach den unabhängigen Ansprüchen 7 oder
8 erreicht. Vorzugsweise Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen 2,
3, 5 und 6 beansprucht.
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Insbesondere,
um die erste Aufgabe der Erfindung zu erreichen, werden in einer
Frequenzinterpolationseinheit zum Empfangen eines Eingangssignals
von einem Originalsignal, dessen Frequenzkomponenten in einem bestimmten
Frequenzband unterdrückt
wurden, zum approximativen Wiederherstellen von unterdrückten Frequenzkomponenten
und zum Wiedergeben eines Signals approximativ zum Originalsignal,
kurzperiodische Spektren von einem Frequenzband mit nicht unterdrückten Frequenzkomponenten
erhalten, wird ein kurzperiodisches Spektrum im unterdrückten Frequenzband
geschätzt,
indem die Wiederholung eines Spektraldiagramms an einem vorherbestimmten
Frequenzintervall berücksichtigt
wird, und in Übereinstimmung
mit dieser Schätzung
wird ein Signal, das die Frequenzkomponenten im unterdrückten Frequenzband
enthält,
synthesiert und dem Eingangssignal hinzugefügt. Ganz besonders wird in
der erfindungsgemäßen Frequenzinterpolationseinheit
die Wiederholung des Spektraldiagramms von einem Korrelationskoeffizienten
zwischen einem Spektraldiagramm in einem ersten Frequenzband mit
einer vorherbestimmten Bandbreite und nicht unterdrückten Frequenzkomponenten
nah des unterdrückten
Frequenzbands und einem Spektraldiagramm in einem zweiten Frequenzband
angrenzend an das erste Frequenzband mit der vorherbestimmten Bandbreite
bewertet.
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Wenn
das Spektraldiagramm im ersten Frequenzband und das Spektraldiagramm
im zweiten Frequenzband einen hohen Korrelationskoeffizienten aufweisen,
wird eine Replik des Spektraldiagramms mit einer Korrelation verbunden,
um die Frequenzkomponenten im unterdrückten Frequenzband zu interpolieren.
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Mit
dieser Frequenzinterpolationseinheit wird ein Abschnitt eines Spektrum
von einem zu interpolierenden Signal mit einer hohen Spektralverteilungskorrelation
einer Hüllenleitung
entlang zur Hochfrequenzseite des zu interpolierenden Signals hinzugefügt, um hierdurch
das Band zu erweitern. Das hinzugefügte Spektrum kann als einige
harmonische Komponenten des Originalspektrums angesehen werden. Wenn
das zu interpolierende Signal ein begrenztes Band aufweist, ist
das Signal mit dem erweiterten Band demgemäß approximativ zum Originalsignal vor
der Bandbegrenzung. Wenn das zu interpolierende Signal ein Audiosignal
ist, kann das Audiosignal mit einer hohen Tonqualität vom Signal
mit dem erweiterten Band wiederhergestellt werden.
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In
der erfindungsgemäßen Frequenzinterpolationseinheit
werden die Intensitäten
der zu synthesierenden Frequenzkomponenten von einer Spektralhülle des
unterdrückten
Frequenzbands bestimmt, die von einer Spektralhülle des nicht unterdrückten Frequenzbands
geschätzt
werden. Vorzugsweise ist das bestimmte Frequenzband ein Hochfrequenzband,
und eine Obergrenzen-Frequenz des ersten oder zweiten Frequenzbands
ist eine Untergrenzen-Frequenz von einem unterdrückten Hochfrequenzband.
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Wenn
das Interpolationsband das höchste Frequenzspektrum
des zu interpolierenden Signals enthält, ist es höchstwahrscheinlich,
dass das Interpolationsband selbst einige harmonische Komponenten
vom Originalspektrum ist. Das Signal mit dem erweiterten Band ist
approximativer zum Originalsignal vor der Bandbegrenzung.
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Nach
einem anderen Aspekt, der die erste Aufgabe der Erfindung erreicht,
umfasst die Frequenzinterpolationseinheit Folgendes: Spektrum erzeugende
Einrichtung zum Erzeugen kurzperiodischer Spektren des Eingangssignals;
Spektraldiagramm ableitende Einrichtung zum Ableiten kurzperiodischer
Spektraldiagramme mit einer Korrelation in angrenzenden Frequenzbändern mit
derselben Bandbreite; Spektralhüllen
ableitende Einrichtung zum Ableiten von Spektralhüllen-Informationen in
dem Band, dessen Frequenzkomponenten nicht unterdrückt sind;
Einrichtung, die responsiv ist auf die Spektraldiagramm ableitende
Einrichtung und die Spektralhüllen
leitende Einrichtung zum Synthesieren eines Frequenzspektralsignals
zum Interpolieren des unterdrückten
Frequenzbands; und Einrichtung zum Hinzufügen des synthesierten Spektralsignals
zum Eingangssignal. In dieser Einheit enthält das synthesierte Spektralsignal
die Frequenzkomponenten im unterdrückten Frequenzband, das abgeleitete
Spektraldiagramm und den Pegel, der durch die Spektralhüllen-Information
bestimmt ist. Typischerweise ist das Eingangssignal ein PCM-Signal,
das durch Abtasten und Quantisieren eines analogen Audiosignals
erhalten wird.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung wird Folgendes bereit gestellt:
ein Frequenzinterpolationsverfahren zum Empfangen eines Eingangssignals
von einem Originalsignal, dessen Frequenzkomponenten in einem bestimmten
Frequenzband unterdrückt
wurden, zum approximativen Wiederherstellen von unterdrückten Frequenzkomponenten
und zum Wiedergeben eines Signals approximativ zum Originalsignal,
wobei: kurzperiodische Spektren von einem Frequenzband mit nicht
unterdrückten
Frequenzkomponenten erhalten werden; ein kurzperiodisches Spektrum
der Frequenzkomponenten im unterdrückten Frequenzband in Übereinstimmung
mit der Wiederholung eines Spektraldiagramms im Frequenzband mit
nicht unterdrückten
Frequenzkomponenten geschätzt
wird, und das geschätzte
kurzperiodische Spektraldiagramm synthesiert und dem Eingangssignal
hinzugefügt
wird.
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Um
die zweite Aufgabe der Erfindung zu erreichen, umfassen in der Frequenzinterpolationseinheit
der Erfindung und in einem Frequenzinterpolationssystem zum Empfangen
eines Eingangssignals von einem Originalsignal, dessen Frequenzkomponenten
in einem bestimmten Frequenzband unterdrückt wurden, zum approximativen
Wiederherstellen von unterdrückten
Frequenzkomponenten und zum Wiedergeben eines Signals approximativ
zum Originalsignal, die Einheit und das System Folgendes: Einrichtung
zum Bewerten, ob das bestimmte Frequenzband vom Originalsignal Frequenzkomponenten
enthält,
die einen vorherbestimmten oder höheren Pegel aufweisen, und
Identifizierungsdaten erzeugen, die repräsentativ für eine Anwesenheit/Abwesenheit
der Frequenzkomponenten sind, die den vorherbestimmten oder höheren Pegel
aufweisen; Signalumsetzungsreinrichtung zum Unterdrücken der
Frequenzkomponenten vom Originalsignal im bestimmten Frequenzband,
und zum Unterwerfen des Originalsignals eines vorherbestimmten Signalumsetzungsprozesses;
Einrichtung zum Überlagern
der Identifizierungsdaten auf dem umgesetzten Signal, und zum Übertragen
der Identifizierungsdaten und der umgesetzten Daten; Bewertungseinrichtung
zum Empfangen eines übertragenen
Signals, zum Prüfen der
Identifizierungsdaten, die im Signal enthalten sind, und zum Bewerten
einer Anwesenheit/Abwesenheit der Frequenzkomponenten im bestimmten Frequenzband;
Abzweigungskontrolleinrichtung zum Kontrollieren, dass das empfangene
Signal zu einem Externen ausgegeben wird, wenn die Bewertungseinrichtung
bewertet, dass das bestimmte Frequenzband nicht die Frequenzkomponenten
enthält,
dass das empfangene Signal zur nachfolgenden Signalverarbeitungseinrichtung
eingegeben wird, wenn die Bewertungseinrichtung bewertet, dass das
bestimmte Frequenzband die Frequenzkomponenten enthält; und
Signalverarbeitungseinrichtung responsiv auf das empfangene Signal
von der Kontrolleinrichtung zum Ausführen eines inversen Umsetzungsprozesses
vom vorherbestimmten Signalumsetzungsprozess und eines Interpolationsprozesses
mit approximativem Synthesieren und Hinzufügen der Frequenzkomponenten
im unterdrückten
Frequenzband. Ganz besonders ist der vorherbestimmte Signalumsetzungsprozess
ein Datenkomprimierungsprozess und der inverse Umsetzungsprozess,
der von der Signalverarbeitungseinrichtung auszuführen ist,
ein Datenentkomprimierungsprozess. Der Interpolationsprozess, der
durch die Signalverarbeitungseinrichtung auszuführen ist, umfasst (i) einen
kurzperiodischen Spektralanalysenprozess, (ii) einen Ableitungsprozess
kurzperiodischer Spektraldiagramme in angrenzenden Frequenzbändern mit
einer Korrelation und (iii) ein Ableitungsprozess von Spektralhüllen- Informationen.
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Mit
dem Frequenzinterpolationssystem werden die Identifizierungsdaten
erzeugt, die repräsentativ
dafür sind,
ob das Spektrum vom Originalsignal zum unterdrückten Frequenzband verteilt
ist. Wenn die Identifizierungsdaten ein Vorhandensein eines Spektrums
im unterdrückten
Frequenzband anzeigen, wird ein Abschnitt des Spektrums mit einer
hohen Korrelation des zu interpolierenden Signals entlang einer
Hülle zur
Hochfrequenzseite des zu interpolierenden Signals hinzugefügt, um auf
diese Weise das Band zu erweitern. Das hinzugefügte Spektrum kann als einige
harmonische Komponenten des Originalspektrums angesehen werden.
Wenn das zu interpolierende Signal ein begrenztes Band aufweist, ist das
Signal mit dem erweiterten Band demgemäß approximativ zum Originalsignal
vor der Bandbegrenzung. Wenn die Identifizierungsdaten kein Vorhandensein
des Spektrums im Interpolationsband anzeigen, wird das zu interpolierende
Signal ohne Spektrum-Addition ausgegeben.
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Selbst
wenn das empfangene Signal ein zu interpolierendes Signal mit unterdrückten Spektralkomponenten
in einigen Bändern
von einem Originalsignal ist, oder ein Signal repräsentativ
für das
Originalsignal, das nicht die Spektralkomponenten in den Bändern enthält, kann
als ein Ergebnis ein Signal approximativ zum Originalsignal wiederhergestellt
werden. Wenn das Signal ein Audiosignal ist, kann das Audiosignal
mit einer hohen Tonqualität
wiederhergestellt werden.
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Das
weiter oben beschriebene Frequenzinterpolationssystem verfügt über eine
integrierte Anordnung einer Signalübertragungsseite (mit einem Encoder)
und einer Signalempfangsseite (mit einem Decoder). Die Erfindung
kann nur durch die Empfangsseite (Decoder-Seite) ausgeführt sein.
In diesem Fall umfasst eine Frequenzinterpolationseinheit zum Empfangen
eines Eingangssignals von einem Originalsignal, dessen Frequenzkomponenten
in einem bestimmten Frequenzband unterdrückt wurden, zum approximativen
Wiederherstellen von unterdrückten
Frequenzkomponenten und zum Wiedergeben eines Signals approximativ
zum Originalsignal folgendes: Einrichtung zum Empfangen eines ersten Signals,
das erhalten wird durch die Unterwerfung des Originalsignals, dessen
Signalkomponenten im bestimmten Frequenzband unterdrückt wurden,
eines vorherbestimmten Signalumsetzungsprozesses, und ein zweites
Signal, das auf dem ersten Signal der Identifizierungsdaten überlagert
ist, die repräsentativ dafür sind,
ob das bestimmte Frequenzband vom Originalsignal die Frequenzkomponenten
enthält,
die einen vorherbestimmten oder höheren Pegel aufweisen; Bewertungseinrichtung
zum Prüfen
der Identifizierungsdaten, die im empfangenen Signal enthalten sind,
und zum Bewerten einer Anwesenheit/Abwesenheit der Frequenzkomponenten
im bestimmten Frequenzband; Abzweigungskontrolleinrichtung zum Kontrollieren,
um das empfangene Signal zu jedem Teil auszugeben, wenn die Bewertungseinrichtung bewertet,
dass das bestimmte Frequenzband nicht die Frequenzkomponenten enthält, und
um das empfangene Signal zur nachfolgenden Signalverarbeitungseinrichtung
einzugeben, wenn die Bewertungseinrichtung bewertet, dass das bestimmte
Frequenzband die Frequenzkomponenten enthält; und Signalverarbeitungseinrichtung,
die responsiv auf das empfangene Signal von der Abzweigungskontrolleinrichtung
ist, um einen inversen Umsetzungsprozess vom vorherbestimmten Signalumsetzungsprozess
auszuführen,
und einen Interpolationsprozess mit approximativem Synthesieren
und Hinzufügen
der Frequenzkomponenten in das unterdrückte Frequenzband.
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Ähnlich zur
Frequenzinterpolationseinheit wird, um die erste Aufgabe der Erfindung
zu erreichen, ein Frequenzinterpolationsverfahren bereit gestellt,
das folgendes umfasst: ein Schritt des Bewertens, ob das bestimmte
Frequenzband vom Originalsignal Frequenzkomponenten enthält, die
einen vorherbestimmten oder höheren
Pegel aufweisen, und Identifizierungsdaten erzeugen, die repräsentativ
für eine
Anwesenheit/Abwesenheit der Frequenzkomponenten sind, die den vorherbestimmten
oder höheren Pegel
aufweisen; ein Schritt des Unterdrückens der Frequenzkomponenten
des Originalsignals im bestimmten Frequenzband und des Unterwerfens
des Originalsignals eines vorherbestimmten Signalumsetzungsprozesses;
ein Schritt des Überlagerns
der Identifizierungsdaten auf dem umgesetzten Signal und des Übertragens
der Identifizierungsdaten und der umgesetzten Daten; ein Bewertungsschritt
des Empfangens eines übertragenen
Signals, des Prüfens
der Identifizierungsdaten, die im Signal enthalten sind, und des
Bewertens einer Anwesenheit/Abwesenheit der Frequenzkomponenten
im bestimmten Frequenzband; ein Abzweigungskontrollschritt zum Kontrol lieren,
dass das empfangene Signal zu einem Externen ausgegeben wird, wenn
der Bewertungsschritt bewertet, dass das bestimmte Frequenzband
nicht die Frequenzkomponenten enthält und dass das empfangene
Signal nur in einen nachfolgenden Signalverarbeitungsschritt eingegeben
wird, wenn der Bewertungsschritt bewertet, dass das bestimmte Frequenzband
die Frequenzkomponenten enthält;
und ein Signalverarbeitungsschritt, responsiv auf das empfangene
Signal vom Abzweigungskontrollschritt, des Ausführens eines inversen Umsetzungsprozesses
des vorherbestimmten Signalumsetzungsprozesses und eines Interpolationsprozesses
mit approximativem Synthesieren und Hinzufügen der Frequenzkomponenten
im unterdrückten Frequenzband.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen
-
1 ein
Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ein
Diagramm, das die Struktur eines Analysators zeigt.
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3(a)
ein Diagramm, das das Spektrum eines Originalaudiosignals zeigt
und 3(b) ein Diagramm, das das Spektrum des Audiosignals
zeigt, dessen Frequenzkomponenten, die höher als eine vorherbestimmte
Frequenz sind, entfernt wurden.
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4(a)
und 4(b) Diagramme, die Beispiele von Spektralverteilungen
nach Interpolation zeigen.
-
5 ein
Diagramm, das die Struktur eines Synthesizers zeigt.
-
6 ein
Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
-
7 ein
Diagramm, das die Struktur eines Frequenzinterpolationsabschnitts
zeigt, der in der 6 gezeigt wird.
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8 ein
Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit nach
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden Ausführungsformen
der Erfindung näher
beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist
ein Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Wie
gezeigt wird, setzt sich diese Frequenzinterpolationseinheit aus
einem Analysator 1, einem Frequenzinterpolationsabschnitt 2,
einem Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 und
einem Synthesizer 4 zusammen.
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Wie
es in der 2 gezeigt wird, setzt sich der
Analysator 1 aus n Verzögerungseinheiten 11-0 bis 11-(n-1),
(n+1) Abtastern 12-0 bis 12-n und einer Filterbank 13 (wobei
n eine ganze Zahl von jedweder von 1 oder größer ist) zusammen.
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Jede
der Verzögerungseinheiten 11-0 und 11-(n-1) gibt
ein Eingangssignal aus, indem sie es durch eine Abtastperiode verzögert. Ein
Signal, das von einer Verzögerungseinheit 11-k ausgegeben
ist, wird einem Abtaster 12-k zugeführt (wobei k eine ganze Zahl
von jedweder von 0 bis (n-1) ist). Eine Verzögerungseinheit 11-j wird
mit einem Signal zugeführt,
das von einer Verzögerungseinheit 11-(j+1) ausgegeben
ist (wobei j eine ganze Zahl von jedweder von 0 bis (n-2) ist). Die Verzögerungseinheit 11-(n-1) wird
mit einem Pulscodemodulations (PCM)-Signal zugeführt, das durch die Frequenzinterpolationseinheit
einer Frequenzinterpolation unterworfen ist.
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Demgemäß gibt die
Verzögerungseinheit 11-k ein
PCM-Signal aus, das von der Verzögerungseinheit 11-(n-1) zugeführt wird,
indem es durch (n-k) Abtastperioden des PCM-Signals verzögert wird.
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Ein
PCM-Signal ist ein Signal, das durch das Abtasten und Quantisieren,
d.h. durch die so genannte PCM-Modulation, eines analogen Audiosignals, wie
ein Sprachsignal, erhalten wird. Die Spektralverteilung eines Audiosignals,
das durch ein PCM-Signal dargestellt ist, zeigt, dass die Frequenzkomponenten
eines Originalaudiosignals, wie es in 3(a) gezeigt
wird, die höher
als eine vorherbestimmte Frequenz sind (14 kHz im Beispiel, das
in 3(b) gezeigt wird), entfernt werden.
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Jeder
der Abtaster 12-0 bis 12-n tastet ein zugeführtes Signal
ab, mit einer Abtastfrequenz von 1/(n+1)-ten der Abtastfrequenz
des PCM-Signals, das der Frequenzinterpolation zu unterwerfen ist, und
führt das
abgetastete Signal zur Filterbank 13 zu.
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Wie
vorhergehend beschrieben wurde, wird der Abtaster 12-k mit
einer Ausgabe der Verzögerungseinheit 11-k zugeführt. Der
Abtaster 12-n wird mit dem PCM-Signal zugeführt, das
der Frequenzinterpolation durch die Frequenzinterpolationseinheit zu
unterwerfen ist, im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt, wenn das
PCM-Signal an die Verzögerungseinheit 11-(n-1) angewandt
wird.
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Die
Filterbank 13 setzt sich aus einem digitalen Signalprozessor
(DSP), einer zentralen Rechnereinheit (CPU) und Ähnlichem zusammen.
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Wie
vorhergehend beschrieben wurde, wird die Filterbank 13 mit
Ausgaben der Abtaster 12-1 bis 12-n zugeführt.
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Die
Filterbank 13 erzeugt erste bis (n+1)-te (n+1) Signale,
die repräsentativ
für Kurzbereich-Spektralverteilungen
der Eingangssignale sind, durch das Verwenden eines Polyphasenfilters,
diskreter Cosinus Transformation (DCT), überlappender orthogonaler Transformation
(LOT), modulierter überlappender
Transformation (MLT), eines Quadraturspiegelfilters (QMF), erweiterter überlappender Transformation
(ELT) oder Ähnlichem.
Die Filterbank 13 wandelt nämlich ein zeitsequentielles
Signal in ein Frequenzspektralsignal um. Die erzeugten (n+1) Signale
werden dem Frequenzinterpolationsabschnitt 2 und dem Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 zugeführt.
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Es
wird angenommen, dass das p-te Signal, das durch das Filterband 13 erzeugt
ist, ein Signal ist, das repräsentativ
für eine
Spektralverteilung im p-ten niedrigsten Frequenzband unter den Bändern ist,
die erhalten werden durch das Teilen durch (n+1) des Kurzbereich-Spektralverteilungsausgangs
von den Abtastern 12-0 bis 12-n (wobei p eine
ganze Zahl von jedweder von 1 bis (n+1) ist).
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Der
Frequenzinterpolationsabschnitt 2 setzt sich aus einem
DSP, einem CPU und Ähnlichem
zusammen. Nach dem Empfang der (n+1) Signale, die repräsentativ
für die
Spektralverteilungen der (n+1) Bänder
von der Filterbank 13 sind, führt die Frequenzinterpolationseinheit 2 zum
Beispiel die folgenden Prozesse (1) bis (5) aus, um ein Referenzband
zu bestimmen, das als ein Interpolationsband zu verwenden ist.
- (1) Um das Interpolationsband zu bestimmen, identifiziert
der Frequenzinterpolationsabschnitt 2 erst ein Band (Referenzband),
das gebildet wird durch das Verbinden aufeinander folgender q (q ist
eine ganze Zahl im Bereich von 1 oder größer bis n oder kleiner) höherer Frequenzbänder un ter den
Bändern,
die durch die Signale dargestellt sind, die von der Filterbank 13 zugeführt werden. Es
wird ein Mittelquadratwert X der Spektralkomponenten vom Referenzband
berechnet. Das Band, das höher
als die höchste
Frequenz des Referenzbandes ist, wird als ein Band definiert, das
im Wesentlichen nicht das Spektrum eines Audiosignals enthält, das
durch das PCM-Signal dargestellt ist, das dem Analysator 1 zugeführt wird.
- (2) Der Frequenzinterpolationsabschnitt 2 identifiziert
ein Band (Vergleichsband), das gebildet wird durch das Verbinden
aufeinander folgender q (q ist eine ganze Zahl im Bereich von 1
oder größer bis
n oder kleiner) höherer
Frequenzbänder
ohne dem Band mit der höchsten
Frequenz unter den Bändern,
die durch die Signale dargestellt werden, die von der Filterbank 13 zugeführt werden. Es
wird ein Mittelquadratwert Y der Spektralkomponenten des Vergleichsbandes
berechnet.
- (3) Durch Verwenden der Mittelquadratwerte der Spektralkomponenten
des Referenzbandes und des Vergleichsbandes, sind die Werte der
Spektralkomponenten des Vergleichsbandes normalisiert. Es wird zum
Beispiel ein Y/X-Verhältnis
vom Mittelquadratwert der Spektralkomponenten des Vergleichsbands
zum Mittelquadratwert des Referenzbandes berechnet, und dieses Verhältnis wird mit
entsprechenden Spektralkomponenten des Vergleichsbandes multipliziert.
Ein Satz erhaltener Produkte stellt eine Spektralverteilung des normalisierten
Vergleichsbandes dar.
- (4) Ein Korrelationskoeffizient zwischen den Spektralverteilungen
des Referenzbandes und des normalisierten Vergleichsbandes wird
anhand einer Methode der kleinsten Quadrate oder Ähnlichem
berechnet.
- In diesem Fall wird der Korrelationskoeffizient durch den Frequenzinterpolationsabschnitt 2 in der
Annahme berechnet, dass die Frequenz von jedem Spektrum des Vergleichsbandes
eine Originalfrequenz ist, die mit einer Differenz zwischen den
niedrigsten Frequenzen des Referenzbandes und des Vergleichsbandes
hinzugefügt
ist.
- (5) Der Frequenzinterpolationsabschnitt 2 berechnet
die Korrelationskoeffizienten durch das Ausführen der Prozesse (1) bis (4)
für alle
verfügbaren
Werte von q und für
alle verfügbaren
Kombinationen des Referenzbandes und des Vergleichsbandes. Von diesen
Kombinationen wird die Kombination identifiziert, die einen höchsten Korrelationskoeffizienten
aufweist. Identifizierungsinformationen des Referenzbandes, die
in der identifizierten Kombination enthalten sind, werden dem Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 zugeführt.
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Der
Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 setzt
sich aus einem DSP, einem CPU und Ähnlichem zusammen. Nach dem
Empfang der (n+1) Signale, die repräsentativ für die Spektralverteilungen der
(n+1) Bänder
von der Filterbank 13 sind, identifiziert der Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 eine Funktion,
die repräsentativ
ist für
eine Hülle
der Spektralverteilung von jedem Band. Durch das Ausführen von
Regressionsberechnungen oder Ähnlichem
durch das Verwenden der identifizierten Funktion, wird ein Schätzwert eines
Mittelquadratwertes der Spektralkomponenten berechnet, die im Wesentlichen
im Interpolationsband enthalten sein müssen, das ein Band an der höheren Frequenzbandseite
als das höchste
Frequenzband ist (obwohl dieses Interpolationsband durch einen Bandbegrenzungsprozess
unterdrückt
wurde).
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Es
können
ein einziges Interpolationsband oder mehrere Interpolationsbänder verwendet
werden. Von der Breite von jedem Interpolationsband wird angenommen,
dass sie gleich der Breite des Referenzbandes ist, das identifiziert
wurde durch die Informationen, die vom Frequenzinterpolationsab schnitt 2 zugeführt wurden.
Wenn es mehrere Interpolationsbänder
gibt, sind diese Bänder
kontinuierlich ohne jede Überlappung
und der Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 berechnet
den Schätzwert eines
Mittelquadratwertes der Spektralkomponenten von jedem Interpolationsband.
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Nach
dem Empfang der Informationen zum Identifizieren des Referenzbandes
vom Frequenzinterpolationsabschnitt 2, erhält der Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 die
Spektralverteilung des Interpolationsbands durch Skalieren des identifizierten
Referenzbandes.
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Der
Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 berechnet
nämlich
erst den Mittelquadratwert der Spektralkomponenten des identifizierten
Referenzbandes. Dann wird ein Verhältnis vom Schätzwert der Spektralkomponenten
des Interpolationsbandes zum berechneten Mittelquadratwert der Spektralkomponenten
des Referenzbandes berechnet. Dieses Verhältnis wird mit jedem der Spektralkomponenten
des Referenzbandes multipliziert. Ein Satz berechneter Produkte
stellt eine Spektralverteilung des Referenzbandes nach dem Skalieren
dar.
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Der
Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 erzeugt
ein Signal, das repräsentativ
ist für
die Spektralverteilung des Interpolationsbandes durch Berücksichtigung
der Spektralverteilung des Referenzbandes nach dem Skalieren als
die Spektralverteilung des Interpolationsbandes. Das erzeugte Signal und
auch die Signale, die von der Filterbank 13 zugeführt sind,
werden dem Synthesizer 4 zugeführt.
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Der
Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 führt dem
Synthesizer 4 nämlich
eine Spektralverteilung (Spektralverteilung nach Interpolation)
zu, die erhalten wird durch das Hinzufügen von Spektralkomponenten
des Interpolationsbandes zum Spektrum des Original-PCM-Signals.
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Wenn
der Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 die
Spektralverteilung des Referenzbandes nach dem Skalieren als die
Spektralverteilung des r-ten Interpolationsbandes betrachtet, wenn
von der niedrigen Frequenzseite aus gezählt wird, wird angenommen,
dass die Frequenz von jedem Spektrum des Referenzbandes nach dem
Skalieren eine Originalfrequenz ist, die mit einer höchsten Frequenz
des Referenzbandes und einem Wert (r-1) mal die Breite des Interpolationsbandes
hinzugefügt
ist.
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Die 4(a)
und 4(b) zeigen Beispiele der Spektralverteilung nach
Interpolation.
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In
dem in der 4(a) gezeigten Beispiel von
sieben Bändern
(erstes bis siebtes Band) eines Audiosignals, das durch ein Original-PCM-Signal dargestellt
ist, weist eine Kombination des siebten Bandes und des sechsten
Bandes einen höchsten Korrelationskoeffizienten
auf. Spektraldiagramme haben nämlich
eine Wiederholung einer Bandperiode. Wie es in der 4(a)
gezeigt wird, wird in diesem Fall ein Spektrum, das im Wesentlichen
dieselbe Verteilung aufweist, wie diejenige des siebten Bandes,
das das Referenzband ist, den vier Interpolationsbändern A1
bis A4 hinzugefügt.
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In
dem in der 4(b) gezeigten Beispiel von
sieben Bändern
eines Audiosignals, das durch ein Original-PCM-Signal dargestellt ist, weist eine Kombination
des sechsten Bandes und des siebten Bandes und des vierten und des
fünften
Bandes einen höchsten
Korrelationskoeffizienten auf. Spektraldiagramme haben nämlich eine
Wiederholung einer Zweibandperiode. Wie es in der 4(b)
gezeigt wird, wird in diesem Fall ein Spektrum, das im Wesentlichen
dieselbe Verteilung aufweist, wie diejenige des Referenzbandes (ein
Band, das sich aus dem sechsten und dem siebten Band zusammen setzt), zwei
Interpolationsbändern
B1 und B2 hinzugefügt.
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Wie
es in der 5 gezeigt wird, setzt sich der
Synthesizer 4 aus einer Filterbank 41, (n+1) Abtastern 42-0 bis 42-n,
n Verzögerungseinheiten 43-0 bis 43-(n-1) und
n Addierern 44-0 bis 44-(n-1) zusammen.
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Die
Filterbank 41 setzt sich aus einem DSP, einem CPU und Ähnlichen
zusammen. Wie vorhergehend beschrieben wurde, wird der Filterbank 41 ein
Signal zugeführt,
das repräsentativ
für die
Spektralverteilung nach Interpolation ist, die vom Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 ausgegeben
wird.
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Die
Filterbank 41 erzeugt (n+1) Signale, die repräsentativ
sind für
die Werte der Signale mit der Spektralverteilung eines zugeführten Signals
und die an (n+1) Punkten abgetastet sind, durch das Verwenden von
Polyphasenfiltern, der DCT, der LOT, der MLT, der ELT oder Ähnlichem
(z.B. wandelt ein Spektralsignal im Frequenzbereich in ein Signal
im Zeitbereich um). Von diesen erzeugten (n+1) Signalen wird ein
p-tes Signal (p ist eine ganze Zahl von jedweder von 1 bis (n+1))
einem Abtaster 42-(p-1) zugeführt.
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Es
wird angenommen, dass die Abtastperiode für die Werte der Signale, die
durch die Filterbank 41 erzeugt sind, im Wesentlichen der
Abtastperiode der Abtaster 12-1 bis 12-n des Analysators 1 gleich kommt.
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Das
p-te Signal, das durch die Filterbank 41 erzeugt ist, stellt
den Wert an p-te frühesten
Abtastzeit unter den Werten dar, die erhalten werden durch das Abtasten
an den (n+1) Punkten, und an einer gleichen Lage des Signals mit
Spektralverteilung, die repräsentativ
ist für
das Signal, das zur Filterbank 41 zugeführt ist.
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Jeder
der Abtaster 42-1 bis 42-n wandelt ein zugeführtes Signal
in ein Signal mit einer Frequenz (n+1) mal die vom zugeführten Signal
um, und gibt ein PCM-Signal aus, das repräsentativ für das Umsetzungsergebnis ist.
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Wie
vorhergehend beschrieben, wird der Abtaster 42-(p-1) mit
dem p-ten Signal zugeführt,
das von der Filterbank 41 ausgegeben wird. Ein Abtaster 42-(s-1) führt sein
Ausgangssignal zu einem Addierer 44-(p-1) zu (wobei s eine
ganze Zahl von jedweder von 1 bis n ist). Der Abtaster 42-n führt sein
Ausgangssignal der Verzögerungseinheit 43-(n-1) zu.
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Jede
der Verzögerungseinheiten 43-0 bis 43-(n-1) verzögert ein
zugeführtes
Signal durch eine Periode und gibt es aus.
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Eine
Verzögerungseinheit 43-k führt ihr
Ausgangssignal einem Addierer 44-k zu (wobei k eine ganze
Zahl im Bereich von 0 oder größer bis
(n-1) oder kleiner ist). Eine Verzögerungseinheit 43-j wird mit
einem Signal zugeführt,
das von einem Addierer 44-(j+1) ausgegeben wird (wobei
j eine ganze Zahl im Bereich von 0 oder größer bis (n-2) oder kleiner ist).
Wie vorhergehend beschrieben wurde, wird die Verzögerungseinheit 43-(n-1) mit
einem Signal zugeführt,
das vom Abtaster 42-n ausgegeben wird.
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Jeder
der Addierer 44-0 bis 44-(n-1) gibt ein Signal
aus, das repräsentativ
für eine
Summe der zwei zugeführten
Signale ist.
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Ein
Addierer 44-k wird mit Signalen zugeführt, die von einem Abtaster 42-k und
Verzögerungseinheit 43-k ausgegeben
werden. Ein Addierer 44-m führt sein Ausgangssignal zu
einer Verzögerungseinheit 43-(m-1) (wobei
m eine ganze Zahl im Bereich von 1 oder größer bis (n-1) oder kleiner
ist). Ein Signal, das vom Addierer 44-0 ausgegeben wird, ist
ein Ausgangssignal der Frequenzinterpolationseinheit.
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Ein
Ausgangssignal vom Addierer 44-0 ist ein PCM-Signal mit
der Spektralverteilung nach Interpolation und das erhalten wird
durch sequentielles Ausgeben der Signale, die von den Abtastern 42-0, 42-1,
..., 42-(n-1) und 42-n zur im Wesentlichen selben
Periode wie diejenige des PCM-Signals, das zum Analysator 1 zugeführt wird,
ausgegeben werden.
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Von
der Spektralverteilung nach Interpolation, weist die Spektralverteilung
des Interpolationsbandes, das durch den Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 hinzugefügt ist,
eine Spektralverteilung entsprechend zur Spektralverteilung des
Referenzbandes auf, das enthalten ist in der Kombination des Referenzbandes
und des Vergleichsbandes mit der höchsten Spektralverteilungskorrelation.
Demgemäß kann die
Spektralverteilung des Interpolationsbandes als harmonische Komponenten
des Referenzbandes oder des Vergleichsbandes angesehen werden. Ein Ausgangssignal
vom Addierer 44-0 ist demgemäß ein PCM-Signal, das durch
PCM eines Audiosignals, das zum Audiosignal vor der Bandbegrenzung
simuliert ist, erhalten wird. Durch das Wiedergeben des Audiosignals
vom Ausgangssignal des Addierers 44-0 kann das Audiosignal
mit hoher Tonqualität
wiederhergestellt werden.
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Die
Struktur der Frequenzinterpolationseinheit ist nicht nur auf die
weiter oben beschriebene begrenzt.
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Die
Funktionen der Verzögerungseinheiten 11-0 bis 11-(n-1) und 43-0 bis 43-(n-1),
der Abtaster 12-0 bis 12-n und 42-0 bis 42-n und
der Addierer 44-0 bis 44-(n-1) können zum
Beispiel durch DSP und CPU realisiert werden.
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Der
Frequenzinterpolationsabschnitt 2 kann das Interpolationsband
durch das Berechnen eines numerischen Wertes bestimmen, der repräsentativ ist
für eine
Korrelation zwischen dem Referenzband und dem Vergleichsband anstelle
vom Korrelationskoeffizienten, in Übereinstimmung mit der Spektralverteilung
des Referenzbandes und des Vergleichsbandes.
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Der
Frequenzinterpolationsabschnitt 2 kann eine Kombination
zwischen dem Referenzband und dem Vergleichsband identifizieren
und danach die Informationen zum Identifizieren des Vergleichsbandes in
der identifizierten Kombination zum Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 zuführen. In
diesem Fall erhält
der Interpolationsbandhinzufügeabschnitt 3 die Spektralverteilung
des Interpolationsbandes durch Skalieren des identifizierten Vergleichsbandes.
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Der
Frequenzinterpolationsabschnitt 2 kann das Vergleichsband
im weiter oben beschriebenen Prozess (3) normalisieren.
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Wenn
die Spektralverteilung des Interpolationsbandes von der Spektralverteilung
des Referenzbandes erhalten wird, besteht jedoch eine große Wahrscheinlichkeit,
dass das Referenzband selbst harmonische Komponenten des Vergleichsbandes ist,
da die höchste
Frequenz des Referenzbandes die höchste Frequenz des Spektrums
vom Original-PCM-Signal enthält.
Wenn die Spektralverteilung des Interpolationsbandes von der Spektralverteilung des
Referenzbandes erhalten wird, wird ein Signal, das vom Addierer 44-0 ausgegeben
wird, demgemäß ein Audiosignal,
das mehr simuliert zum Audiosignal vor der Bandbegrenzung ist, als
wenn die Spektralverteilung des Interpolationsbandes von der Spektralverteilung
des Vergleichsbandes erhalten wird.
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Ein
durch die Frequenzinterpolationseinheit zu interpolierendes Signal
ist weder nur auf ein PCM-Signal begrenzt, noch muss es ein moduliertes Signal
von einem Audiosignal sein.
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Obwohl
die Ausführungsform
der Erfindung weiter oben beschrieben wurde, kann die Frequenzinterpolationseinheit
der Erfindung durch das Verwenden eines allgemeinen Rechnersystems
ohne das Verwenden eines dedizierten Systems realisiert werden.
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Ein
Programm, das die Funktionen des Analysators 1, des Frequenzinterpolationsabschnitts 2, des
Interpolationsbandhinzufügeabschnitts 3 und des
Synthesizers 4 realisiert, kann zum Beispiel von einem
Speichermedium (wie CD-ROM, MO und Diskette) gelesen werden und
installiert sein, um die Funktionen der Frequenzinterpolationseinheit,
die die weiter oben beschriebenen Prozesse ausführt, zu realisieren.
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Das
Programm kann auf einem Bulletin Board System (BBS) an einer Übertragungsleitung präsentiert
werden, um es zu verteilen. Ein Träger kann durch Signale moduliert
sein, die repräsentativ für das Programm
sind, um die erhaltene modulierte Welle zu übertragen. Eine Vorrichtung
empfängt
diese modulierte Welle und demoduliert sie, um das Programm wiederherzustellen.
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Die
weiter oben beschriebenen Prozesse können durch das Laufen und das
Ausführen
des Programms unter der Kontrolle eines anderen betriebssystemähnlichen
Anwendungsprogramms ausgeführt
werden.
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Wenn
das Betriebssystem einen Abschnitt der Prozesse teilt oder einen
Abschnitt von jedem Bestandteil der Erfindung bildet, kann das Programm,
das einen derartigen Abschnitt entfernt, in einem Speichermedium
gespeichert sein. In diesem Fall speichert das Speichermedium ebenfalls
das Programm zum Ausführen
von jeder Funktion oder Schritt des Computers.
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Die
vorher beschriebene erste Aufgabe der Erfindung kann wirksam durch
die Frequenzinterpolationseinheit (oder das Verfahren) nach der
ersten Ausführungsform
der Erfindung erreicht werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die 6 ist
ein Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, die die zweite Aufgabe der Erfindung erreichen
kann.
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Wie
es in der 6 gezeigt wird, setzt sich die
Frequenzinterpolationseinheit aus einem Hochfrequenzkomponenten-Erkennungsabschnitt 1,
einem Sprachkomprimierungsabschnitt 2, einem Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 und
einem Frequenzinterpolationsabschnitt 4 zusammen.
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Wie
es in der 6 gezeigt wird, setzt sich der
Hochfrequenzkomponenten-Erkennungsabschnitt 1 aus einem
Hochpassfilter (HPF) 11 und einer Detektoreinheit 12 zusammen.
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HPF 11 empfängt ein
zu komprimierendes PCM-Signal, trennt die Frequenzkomponenten an
einer vorherbestimmten Frequenz oder niedriger, und führt die
anderen Komponenten (Hochfrequenzkomponenten) zur Detektoreinheit 12.
Das zu komprimierende PCM-Signal wird ebenfalls dem Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zugeführt.
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Das
zu komprimierende PCM-Signal wird von einem Audiosignal erzeugt,
das eine Stimme oder Ähnliches
wie eine Spannungs- oder
Stromänderung
darstellt. Die Trennfrequenz des HPF 11 wird höher als
die Obergrenzenfrequenz eines Bandes gesetzt, das durch Komprimierungsdaten
des PCM-Signals belegt ist, das durch den Sprachkomprimierungsabschnitt 2 komprimiert
ist. Wenn die Obergrenzenfrequenz des Bandes, das durch die Komprimierungsdaten
belegt ist, zum Beispiel bei 14 kHz liegt, wird die Trennfrequenz
beispielsweise auf 16 kHz gesetzt.
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Nach
dem Empfang der Hochfrequenzkomponenten des PCM-Signals vom HPF 11,
erkennt die Detektoreinheit 12 die Hochfrequenzkomponenten und
erzeugt ein Erfassungssignal.
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Dieses
Erfassungssignal wird dem Sprachkomprimierungsabschnitt 2 mit
einem Timing zugeführt,
das synchron mit dem Timing ist, wenn das zu komprimierende PCM-Signal
zum Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zugeführt wird.
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Der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 setzt sich zum Beispiel
aus einem DSP, einem CPU, einem Multiplexer und Ähnlichem zusammen. Der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 verfügt ebenfalls über ein Speichermedium-Laufwerk
zum Lesen/Schreiben von Daten von/zu einem Speichermedium (z.B. CD-R).
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Nach
dem Empfang des zu komprimierenden PCM-Signals führt der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 Datenkomprimierung
durch MP3, Advanced Audio Coding (AAC) oder ein anderes Verfahren aus.
Die Obergrenzenfrequenz eines Bandes, das durch Daten belegt ist,
die durch Datenkomprimierung erhalten werden (weiter oben beschriebene Komprimierungsdaten),
ist eine vorherbestimmte Frequenz oder niedriger.
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Der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 erzeugt externe Daten,
die anzeigen, ob das PCM-Signal Hochfrequenzkomponenten enthält, in Übereinstimmung
damit, ob das Erfassungssignal von der Detektoreinheit 12 zugeführt wird.
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Insbesondere
nach dem Empfang des Erfassungssignals von der Detektoreinheit 12,
erzeugt der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 synchron mit
dem Erfassungssignal die externen Daten, die anzeigen, dass das
PCM-Signal Hochfrequenzkomponenten enthält. Wenn andererseits das Erfassungssignal nicht
synchron mit der Zuführung
des zu komprimierenden PCM-Signals zugeführt wird, dann erzeugt der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 die externen Daten, die
anzeigen, dass das PCM-Signal keine Hochfrequenzkomponenten enthält.
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Die
Obergrenzenfrequenz des Bandes, das durch die Komprimierungsdaten
belegt ist, liegt zum Beispiel bei 14 kHz und die Spektralverteilung
des PCM-Signals, das zum HPF 11 (und zum Sprachkomprimierungsabschnitt 2)
zugeführt
ist, ist wie es in der 3(b) gezeigt wird (im Wesentlichen
keine Spektralkomponenten bei 14 kHz oder höher). Die Detektoreinheit 12 erzeugt
dann die externen Daten, die anzeigen, dass das PCM-Signal keine
Hochfrequenzkomponenten enthält.
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Der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zeichnet die Komprimierungsdaten
des PCM-Signals und die entsprechenden externen Daten auf, die repräsentativ
dafür sind,
ob das PCM-Signal Hochfrequenzkomponenten in einem externen Speichermedium
enthält,
das im Speichermedium-Laufwerk eingesetzt ist.
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Der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 kann eine Übertragungskontrollvorrichtung
aufweisen, die sich aus einem Modem, einem Terminaladapter oder Ähnlichem
zusammensetzt, der mit einer externen Übertragungsleitung verbunden
ist, anstelle von oder in Kombination mit dem Speichermedium-Laufwerk. In
diesem Fall transferiert der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 über die Übertragungsleitung
zu einem Externen, die Komprimierungsdaten des PCM-Signals und die
externen Daten, die repräsentativ
für eine
Anwesenheit/Abwesenheit von Hochfrequenzkomponenten des PCM-Signals
sind.
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Wenn
der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 das PCM-Signal in das
MP3-Format komprimiert, sind die externen Daten im Unshellery-Code
eingeschlossen.
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Der
Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 weist zum Beispiel ein
DSP, ein CPU und Ähnliches auf,
sowie ein Speichermedium-Laufwerk. Der Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 liest
die Komprimierungsdaten des PCM-Signals, die durch MP3, MC oder
ein anderes Verfahren komprimiert sind, und die entsprechenden externen
Daten vom externen Speichermedium, das im Speichermedium-Laufwerk
eingesetzt ist. Die Lesekomprimierungsdaten werden durch MP3, MC
oder ein anderes Verfahren entkomprimiert, um ein PCM-Signal zu
erzeugen, das repräsentativ
ist für
Entkomprimierungsdaten. Dieses PCM-Signal und die entsprechenden externen
Daten, die vom Speichermedium gelesen werden; werden dem Frequenzinterpolationsabschnitt 4 zugeführt (ganz
besonders zu einer Interpolationsbewerteeinheit 41, die
noch weiter unten beschrieben wird).
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Der
Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 kann eine Übertragungskontrollvorrichtung
anstelle von oder in Kombination mit dem Speichermedium-Laufwerk
aufweisen. In diesem Fall empfängt
der Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 die Komprimierungsdaten
zusammen mit den externen Daten von einem Externen über eine Übertragungsleitung, dekomprimiert
die empfangenen Komprimierungsdaten, und führt das PCM-Signal, das repräsentativ
für Entkomprimierungsdaten
ist, und die empfangenen externen Daten zum Frequenzinterpolationsabschnitt 4 zu.
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Wie
es in der 7 gezeigt wird, setzt sich der
Frequenzinterpolationsabschnitt 4 aus einer Interpolationsbewerteeinheit 41,
einem Analysator 42, einer Interpolationseinheit 43,
einer Interpolationsband-Hinzufügeeinheit 44 und
einem Synthesizer 45 zusammen.
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Die
Interpolationsbewerteeinheit 41 besteht zum Beispiel aus
einem Demultiplexer und Ähnlichem.
Nach dem Empfang des PCM-Signals und entsprechenden externen Daten
vom Sprachentkomprimierungsabschnitt 3, bewertet die Interpolationsbewerteeinheit 41,
ob die externen Daten anzeigen, dass das PCM-Signal Hochfrequenzkomponenten enthält oder
nicht. Wenn es bewertet, dass das PCM-Signal Hochfrequenzkomponenten
enthält, wird
das PCM-Signal, das vom Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 zugeführt ist,
zum Analysator 42 zugeführt.
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Wenn
der Interpolationsbewerteeinheit 41 bewertet, dass die
externen Daten, die vom Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 erfasst
sind, anzeigen, dass das PCM-Signal keine Hochfrequenzkomponenten
enthält,
wird das PCM-Signal, das vom Sprachentkomprimierungsabschnitt 3 zugeführt ist, als
ein Signal ausgegeben, das vom Frequenzinterpolationsabschnitt 4 ausgegeben
ist.
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Der
Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, der
in der 7 gezeigt wird, verfügt im Wesentlichen über dieselbe
Struktur wie derjenige des Analysators, der in der 2 gezeigt
wird und führt
im Wesentlichen denselben Prozess aus wie derjenige vom Analysator,
der in der 2 gezeigt wird. Der Analysator
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, der in der 7 gezeigt
wird, erzeugt demgemäß (n+1)
Signale, die repräsentativ
sind für die
Spektralverteilungen von (n+1) Bändern,
die jeweils dieselbe Bandbreite aufweisen wie diejenige, die erhalten
wird durch das Teilen der Spektralverteilung der zugeführten Entkomprimierungsdaten
durch (n+1), und führt
sie zur Interpolationseinheit des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zu.
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Der
Synthesizer des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, der
in der 7 gezeigt wird, verfügt im Wesentlichen über dieselbe
Struktur wie diejenige des Synthesizers, der in der 5 gezeigt
wird und führt
im Wesentlichen denselben Prozess aus wie derjenige vom Synthesizer,
der in der 5 gezeigt wird. Der Synthesizer
gibt demgemäß sequentiell das
PCM-Signal mit einer Spektralverteilung entsprechend der Spektralverteilung
nach Interpolation aus, zur im Wesentlichen selben Periode wie diejenige des
PCM-Signals, das dem Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zugeführt wird.
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Vom
Spektrum nach Interpolation verfügt das
Spektrum des Interpolationsbandes, das durch die Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 hinzugefügt wird, über eine
Spektralverteilung, die der Spektralverteilung des Referenzbandes
entspricht, das in der Kombination des Referenzbandes mit dem höchsten Spektralverteilungs-Korrelationskoeffizienten
und des Vergleichsbandes enthalten ist.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die 8 ist
ein Diagramm, das die Struktur einer Frequenzinterpolationseinheit
nach einer dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Wie
gezeigt wird, verfügt
die Frequenzinterpolationseinheit im Wesentlichen über dieselbe Struktur
wie diejenige von der Frequenzinterpolationseinheit der zweiten
Ausführungsform,
die in der 6 gezeigt wird, außer dass
eine Hüllenerkennungseinheit 5 anstelle
der Hochfrequenzkomponenten-Erkennungseinheit 1 verwendet
wird und dass der Frequenzinterpolationsabschnitt 4 nicht über die Interpolationsbewerteeinheit 41 verfügt. Ähnlich dem Frequenzinterpolationsabschnitt 4,
der in der 6 gezeigt wird, verfügt der Frequenzinterpolationsabschnitt 4,
der in der 8 gezeigt wird, über einen Analysator,
eine Interpolationseinheit, eine Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
und einen Synthesizer. Der Betrieb von jeder Komponente der Frequenzinterpolationseinheit
dieser Ausführungsform
unterscheidet sich von demjenigen der Frequenzinterpolationseinheit,
die in der 6 gezeigt wird.
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Der
Hüllenerkennungsabschnitt 5 verfügt zum Beispiel über einen
Analysator, einen Parallel-Serien-Wandler und einen Tiefpassfilter
(LPF), wobei der Analysator im Wesentlichen über dieselbe Struktur verfügt wie diejenige
des Analysators 42 des Frequenzinterpolationsabschnitts 4.
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Der
Analysator des Hüllenerkennungsabschnitts 5 empfängt ein
zu komprimierendes PCM-Signal, erzeugt eine vorherbestimmte Anzahl
an Signalen, die repräsentativ
für die
Spektralverteilung des PCM-Signals sind, und führt die erzeugten Signale zum
Parallel-Serien-Wandler des Hüllenerkennungsabschnitts 5 zu.
Das zu komprimierende PCM-Signal wird ebenfalls zum Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zugeführt.
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Nach
dem Empfang der Signale, die repräsentativ sind für die Spektralverteilung
des zu komprimierenden PCM-Signals vom Analysator des Hüllenerkennungsabschnitts 5,
führt der
Parallel-Serien-Wandler des Hüllenerkennungsabschnitts 5 diese Signale
sequentiell zum LPF des Hüllenerkennungsabschnitts 5 in
der Größenordnung
vom niedrigeren Frequenzband (oder in der Größenordnung vom höheren Frequenzband).
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Nach
dem sequentiellen Empfang der Signale, die repräsentativ sind für die Spektralverteilung des
zu komprimierenden PCM-Signals vom Parallel-Serien-Wandler des Hüllenerkennungsabschnitts 5,
trennt der LPF des Hüllenerkennungsabschnitts 5 die
Frequenzkomponenten der Signale an der Trennfrequenz oder höher und
führt die
anderen Frequenzkomponenten (niedrigere Frequenzkomponenten) zum
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zu. Die niedrigen Frequenzkomponenten,
die vom LPF des Hüllenerkennungsabschnitts 5 zum
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 zugeführt sind, entsprechen einem Hüllensignal
der Spektralverteilung des zu komprimierenden PCM-Signals.
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Anstatt
die externen Daten davon abhängend
zu erzeugen, ob das Erfassungssignal von der Detektoreinheit 12,
die in der 6 gezeigt wird, zugeführt wird,
verwendet der Sprachkomprimierungsabschnitt 2, der in der 8 gezeigt
wird, als die externen Daten das Signal, das repräsentativ
für die niedrigen
Frequenzkomponenten ist, die vom Hüllenerkennungsabschnitt 5 zugeführt werden
(ein Hüllensignal
der Spektralverteilung des zu komprimierenden PCM-Signals).
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Der
Sprachkomprimierungsabschnitt 2 speichert die Komprimierungsdaten
und die entsprechenden externen Daten, die repräsentativ sind für die Hülle der
Spektralverteilung des PCM-Signals vor der Komprimierung in einem
externen Speichermedium, das in einem Speichermedium-Laufwerk eingesetzt
ist. Alternativ werden die Komprimierungsdaten und externen Daten über eine Übertragungsleitung zu
einem Externen übertragen.
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Der
Sprachentkomprimierungsabschnitt 3, der in der 8 gezeigt
wird, erfasst die Komprimierungsdaten des PCM-Signals, das durch MP3, AAC oder ein
anderes Verfahren komprimiert ist, und die entsprechenden externen
Daten vom externen Speichermedium oder vom Externen über die Übertragungsleitung. Ähnlich dem
Sprachentkomprimierungsabschnitt 3, der in der 6 gezeigt
wird, dekomprimiert der Sprachentkomprimierungsabschnitt 3,
der in der 8 gezeigt wird, die erfassten
Komprimierungsdaten durch MP3, AAC oder ein anderes Verfahren, und
führt ein
PCM-Signal, das repräsentativ
ist für
Entkomprimierungsdaten, zum Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zu.
Die erfassten externen Daten werden der Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zugeführt.
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Die
Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, der
in der 8 gezeigt wird, verfügt im Wesentlichen über dieselbe
Struktur wie diejenige des Analysators, der in der 2 gezeigt
wird, und führt
im Wesentlichen denselben Prozess wie derjenige des Analysators
aus, der in der 2 gezeigt wird. Demgemäß erzeugt
der Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4,
der in der 8 (n+1) gezeigt wird, Signale,
die repräsentativ
sind für die
Spektralverteilungen von (n+1) Bändern,
die jeweils dieselbe Bandbreite aufweisen wie diejenige, die erhalten
wird durch das Teilen der Spektralverteilung der zugeführten Entkomprimierungsdaten
durch (n+1), und führt
sie zur Interpolationseinheit des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zu.
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Die
Interpolationseinheit des Frequenzinterpolationsabschnitts 4,
die in der 8 gezeigt wird, verfügt im Wesentlichen über dieselbe
Struktur wie diejenige der Interpolationseinheit 43, die
in der 7 gezeigt wird und führt im Wesentlichen denselben
Prozess aus wie derjenige von der Interpolationseinheit 43,
die in der 7 gezeigt wird, um das Referenzband
zu bestimmen und führt
die Informationen des bestimmten Referenzbandes zur Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zu.
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Ähnlich zur
Interpolationsband-Hinzufügeeinheit 44 des
Frequenzinterpolationsabschnitts 4, die in der 7 gezeigt
wird, setzt sich die Interpolationsband-Hinzufügeeinheit des Frequenzinterpolationsabschnitts 4,
die in der 8 gezeigt wird, aus einem DSP,
einem CPU und Ähnlichem
zusammen. Nach dem Empfang der (n+1) Signale, die repräsentativ
sind für
die Spektralverteilungen der (n+1) Bänder vom Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 und
die externen Daten vom Sprachentkomprimierungsabschnitt 3,
führt die
Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, die in der 8 gezeigt
wird, im Wesentlichen denselben Prozess aus wie derjenige der Interpolationsband-Hinzufügeeinheit 44,
die in der 7 gezeigt wird, um das Signal,
das repräsentativ ist
für die
Spektralverteilung nach Interpolation, zum Synthesizer des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zuzuführen.
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Anstelle
des Ausführens
von Regressionsberechnungen durch das Identifizieren der Funktion der
Hülle der
Spektralverteilung von jedem Band in Übereinstimmung mit dem Signal,
das vom Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zugeführt wird,
berechnet in diesem Fall die Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, die in der 8 gezeigt
wird, einen Schätz wert
eines Mittelquadratwertes der Spektralkomponenten, die im Interpolationsband
enthalten sind in Übereinstimmung
mit der Funktion der Hülle, die
durch die zugeführten
externen Daten dargestellt ist.
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Der
Synthesizer des Frequenzinterpolationsabschnitts 4, der
in der 8 gezeigt wird, verfügt im Wesentlichen über dieselbe
Struktur wie diejenige des Synthesizers, der in der 5 gezeigt
wird und führt
im Wesentlichen denselben Prozess wie derjenige des Synthesizers,
der in der 5 gezeigt wird, aus. Demgemäß gibt der
Synthesizer sequentiell das PCM-Signal mit einer Spektralverteilung
entsprechend der Spektralverteilung nach Interpolation aus, zur
im Wesentlichen selben Periode wie diejenige des PCM-Signals, das
dem Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zugeführt wird.
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Vom
Spektrum nach Interpolation verfügt das
Spektrum des Interpolationsbandes, das durch die Interpolationsband-Hinzufügeeinheit
des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 hinzugefügt wird, über eine
Spektralverteilung, die der Spektralverteilung mit dem höchsten Spektralverteilungs-Korrelationskoeffizienten
des Referenzbandes entspricht, das in der Kombination des Referenzbandes
und des Vergleichsbandes enthalten ist.
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Die
Struktur der Frequenzinterpolationseinheit ist nicht nur auf die
weiter oben beschriebene begrenzt.
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Zumindest
einige Funktionen des Analysators, des Parallel-Serien-Wandlers und des LPF des Hüllenerkennungsabschnitts 5 können zum
Beispiel durch den DSP oder die CPU ausgeführt werden, oder die ganze
Funktion des Hüllenerkennungsabschnitts 5 kann
durch den DSP und die CPU ausgeführt
werden. Der Analysator des Hüllenerfassungsabschnitts 5 kann
durch eine schnelle Fourier-Transformations (FFT)-Einheit realisiert
werden, die eine allgemein bekannte Struktur aufweist.
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Anstatt
ein Hüllensignal
der Spektralverteilung des zu komprimierenden PCM-Signals zu erzeugen,
kann der Hüllenerkennungsabschnitt 5 ein Signal
erzeugen, das repräsentativ
für eine
Bandbreite ist, die durch das zu komprimierende PCM-Signal belegt
ist. In diesem Fall kann der Sprachkomprimierungsabschnitt 2 als
die externen Daten die Daten verwenden, die repräsentativ für die Bandbreite sind, die
durch die Spektralverteilung des PCM-Signals vor der Komprimierung
belegt ist. Die Daten, die repräsentativ
für die
belegte Bandbreite sind, setzen sich zum Beispiel zusammen aus der
niedrigsten Frequenz der Spektralkomponenten des PCM-Signals und
den Daten, die repräsentativ
für die
Bandbreite sind, die durch das PCM-Signal belegt ist. Wenn die niedrigste
Frequenz der Spektralkomponenten des PCM-Signals bereits bekannt
ist (z.B. 0 Hz), ist es ausreichend, wenn sich die Daten, die repräsentativ
für die
belegte Bandbreite sind, nur aus den Daten zusammensetzen, die repräsentativ
für die
Bandbreite sind, die durch das PCM-Signal belegt ist.
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Wenn
die externen Daten die Bandbreite darstellen, die durch die Spektralverteilung
des PCM-Signals vor der Komprimierung belegt ist, ähnlich zur
Interpolationsband-Hinzufügeeinheit 44 der zweiten
Ausführungsform,
berechnet die Interpolationsband-Hinzufügeeinheit des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 den
Schätzwert
eines Mittelquadratwertes der Spektralkomponenten, die im Wesentlichen
im Interpolationsband enthalten sind, durch das Ausführen von
Regressionsberechnungen nach dem Identifizieren der Funktion der
Hülle der
Spektralverteilung von jedem Band in Übereinstimmung mit den Signalen,
die vom Analysator des Frequenzinterpolationsabschnitts 4 zugeführt sind.
Unter der Annahme, dass von den Interpolationsbändern das Band außerhalb
der belegten Bandbreite, dargestellt durch die exter nen Daten, im
Wesentlichen keine Spektralkomponenten aufweist, wird in diesem
Fall der Schätzwert
eines Mittelquadratwertes der Spektralkomponenten, die im Wesentlichen
im Interpolationsband enthalten sind, berechnet.
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Die
Frequenzinterpolationseinheit der weiter oben beschriebenen zweiten
und dritten Ausführungsformen
der Erfindung kann wirksam die zweite Aufgabe der Erfindung erreichen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
beschrieben wurde können
gemäß der Erfindung
eine Frequenzinterpolationseinheit und ein Frequenzinterpolationsverfahren
realisiert werden, die ein Signal approximativ zum Originalsignal
von einer Modulationswelle eines Signals mit einem begrenzten Band
vom Originalsignal wiederherstellen können, und die insbesondere
ein Audiosignal mit einer hohen Qualität wiederherstellen können.
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Erfindungsgemäß können eine
Frequenzinterpolationseinheit und ein Frequenzinterpolationsverfahren
realisiert werden, die ein Signal approximativ zum Originalsignal
passend wiederherstellen können,
entweder von einem Originalsignal, dessen Spektralkomponenten in
einigen Bändern
unterdrückt
sind oder einem Signal, das repräsentativ
von einem Originalsignal ohne Spektralkomponenten in den Bändern ist
oder von einem Signal, das diese beiden Signale kombiniert.