JP2002366178A - Method and device for band expansion of audio signal - Google Patents

Method and device for band expansion of audio signal

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JP2002366178A
JP2002366178A JP2001174211A JP2001174211A JP2002366178A JP 2002366178 A JP2002366178 A JP 2002366178A JP 2001174211 A JP2001174211 A JP 2001174211A JP 2001174211 A JP2001174211 A JP 2001174211A JP 2002366178 A JP2002366178 A JP 2002366178A
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audio signal
band
digital audio
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JP2001174211A
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Inventor
Katsuhiko Iimura
勝彦 飯村
Kazuya Iwata
和也 岩田
Kiyotaka Nagai
清隆 永井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device which can improve the reproduced sound of an audio signal and the reproduced sound of a compressed audio signal, specially and reproduce sound quality of a high pitch range, and expand an audio signal comfortable to the human ears, and expands the band of the audio signal. SOLUTION: A digital signal processing circuit interposed between an input terminal T1 and an output terminal T2 comprises a maximum frequency detecting circuit 1, an adder 2, a spectrum analyzing circuit 3, and a multiplier 11. An expanded signal generating circuit 5 is equipped with a nonlinear processing circuit 21, a high-pass filter 22, a dither signal generating circuit 23, a high-pass filter 24, an adder 25, and a 1/f characteristic filter 26.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ機器に
おけるオーディオ信号の再生音や圧縮されたオーディオ
信号の再生音、特に高音域の再生音質の向上を図り、人
間の耳に快適なオーディオ信号を再生できるオーディオ
信号の帯域を拡張するための方法及び装置に関し、特
に、入力されるオーディオ信号をディジタル処理するこ
とにより入力されるオーディオ信号の帯域を拡張するた
めの方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention aims to improve the reproduction sound of an audio signal in an audio device and the reproduction sound of a compressed audio signal, particularly the reproduction sound quality of a high sound range, and reproduce a comfortable audio signal for human ears. The present invention relates to a method and apparatus for extending the bandwidth of a possible audio signal, and more particularly to a method and apparatus for extending the bandwidth of an input audio signal by digitally processing the input audio signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】アナログオーディオ再生信号に対して、
再生周波数帯の高音域上限か又は可聴周波数帯域の高音
域上限を越える周波数のスペクトルを有する信号を付加
するための従来技術のオーディオ信号再生装置として、
日本国特許公開平成9年36685号公報において開示
されている。そのオーディオ信号再生装置の構成を図1
6に示す。図16において、オーディオ信号再生装置
は、バッファアンプ91と、フィルタ回路92と、アン
プ93と、検波回路94と、時定数回路95と、ノイズ
発生器96と、フィルタ回路97と、乗算器98と、加
算器99とを備えて構成される。
2. Description of the Related Art For analog audio reproduction signals,
As a prior art audio signal reproducing device for adding a signal having a spectrum whose frequency exceeds the upper limit of the reproduction frequency band or the upper limit of the audible frequency band,
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 1997-36585. FIG. 1 shows the configuration of the audio signal reproducing apparatus.
6 is shown. 16, the audio signal reproducing apparatus includes a buffer amplifier 91, a filter circuit 92, an amplifier 93, a detection circuit 94, a time constant circuit 95, a noise generator 96, a filter circuit 97, a multiplier 98, , And an adder 99.

【0003】まず、オーディオ信号は入力端子T1から
バッファアンプ91に入力された後2分配され、分配さ
れた一方のオーディオ信号はそのまま加算器99に入力
される。2分配された他方のオーディオ信号は、高域通
過フィルタ又は帯域通過フィルタであるフィルタ回路9
2に入力される。フィルタ回路92は、入力されたオー
ディオ信号のうちの特定の帯域の信号のみを帯域ろ波し
て通過させた後、アンプ93に出力する。アンプ93
は、入力されるオーディオ信号を所定の適当なレベルま
で増幅した後、時定数回路95を有する検波回路94に
出力する。検波回路94は、入力されるオーディオ信号
を、例えば包絡線検波することによりそのオーディオ信
号の包絡線レベルを検出し、検出した包絡線レベルを示
すレベル信号を、元のオーディオ信号に付加するノイズ
成分のレベル調整をするレベルコントロール信号として
乗算器98に出力する。
First, an audio signal is input from an input terminal T1 to a buffer amplifier 91 and then divided into two, and one of the divided audio signals is directly input to an adder 99. The other audio signal divided into two is a filter circuit 9 which is a high-pass filter or a band-pass filter.
2 is input. The filter circuit 92 band-filters and passes only a signal of a specific band in the input audio signal, and then outputs the signal to the amplifier 93. Amplifier 93
Amplifies the input audio signal to a predetermined appropriate level, and outputs the amplified signal to a detection circuit 94 having a time constant circuit 95. The detection circuit 94 detects an envelope level of the input audio signal by performing, for example, envelope detection on the audio signal, and adds a level signal indicating the detected envelope level to the original audio signal. Is output to the multiplier 98 as a level control signal for adjusting the level of.

【0004】一方、ノイズ発生器96によって発生され
たノイズ成分は、高域通過フィルタ又は帯域通過フィル
タであるフィルタ回路97に入力され、フィルタ回路9
7は、20kHz以上の周波数帯域のノイズ成分を通過
させた後、乗算器98に出力する。乗算器98は、入力
されるノイズ成分を検波回路94からのレベルコントロ
ール信号で乗算することにより、レベルコントロール信
号によって示されるレベルに比例するレベルを有するノ
イズ成分を発生して加算器99に出力する。
On the other hand, a noise component generated by a noise generator 96 is input to a filter circuit 97 which is a high-pass filter or a band-pass filter, and
7 passes a noise component in a frequency band of 20 kHz or more and outputs the same to the multiplier 98. The multiplier 98 multiplies the input noise component by the level control signal from the detection circuit 94 to generate a noise component having a level proportional to the level indicated by the level control signal, and outputs the noise component to the adder 99. .

【0005】さらに、加算器99は、バッファアンプ9
1からの元のオーディオ信号に、乗算器98からのノイ
ズ成分を加算して、ノイズ成分が加算されたオーディオ
信号を発生して出力端子T2から出力する。ここで、時
定数回路95の時定数を所定の値に選択することによ
り、ノイズ発生器96により発生されたノイズ成分を人
間の聴感特性に適合させてオーディオ信号の音質改善効
果を高めている。
Further, the adder 99 includes a buffer amplifier 9
The noise component from the multiplier 98 is added to the original audio signal from 1 to generate an audio signal to which the noise component has been added and output from the output terminal T2. Here, by selecting the time constant of the time constant circuit 95 to a predetermined value, the noise component generated by the noise generator 96 is adapted to human audibility characteristics, and the sound quality improvement effect of the audio signal is enhanced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
元のオーディオ信号の高音域の出力レベルに比例したラ
ンダムノイズを元のオーディオ信号に付加することによ
り高音域を拡大している。しかしながら、上述の従来技
術のオーディオ信号再生装置においては、以下に示す問
題点を有していた。 (1)付加するノイズ成分の高域信号のスペクトル構造
が楽音信号のそれと異なるために、音質上違和感があっ
た。 (2)また、従来技術のオーディオ信号再生装置はアナ
ログ回路で構成されているために、以下の問題点があっ
た。すなわち、当該アナログ回路を構成する部品のばら
つきや温度特性により装置性能のばらつきが発生し、オ
ーディオ信号が当該アナログ回路を通過する毎に音質劣
化が発生する。また、構成しているフィルタ回路の精度
を向上させると、その回路規模が大きくなり、製造コス
トの増大につながる。 (3)さらに、正弦波のような単一のスペクトルを有す
る信号が入力された場合も、ランダムノイズ成分が付加
されるので、信号特性の測定において、信号特性が著し
く劣化した測定結果となる。
As described above,
The high frequency range is expanded by adding random noise proportional to the output level of the high frequency range of the original audio signal to the original audio signal. However, the above-described conventional audio signal reproducing apparatus has the following problems. (1) Since the spectral structure of the high frequency signal of the noise component to be added is different from that of the tone signal, there was a sense of incongruity in sound quality. (2) Further, since the conventional audio signal reproducing apparatus is constituted by an analog circuit, there are the following problems. That is, variations in device performance occur due to variations in components constituting the analog circuit and temperature characteristics, and sound quality degradation occurs each time an audio signal passes through the analog circuit. In addition, if the accuracy of the filter circuit is improved, the circuit scale is increased, which leads to an increase in manufacturing cost. (3) Further, even when a signal having a single spectrum such as a sine wave is input, a random noise component is added, so that the measurement of the signal characteristics results in a significantly deteriorated signal characteristic.

【0007】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
音質上違和感や劣化が無く、装置性能のばらつきがほと
んど発生せず、かつ従来技術に比較して製造コストが安
価である、オーディオ信号の帯域を拡張するための方法
及び装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for extending a band of an audio signal, which have no sound quality discomfort or deterioration, hardly causes a variation in device performance, and has a low manufacturing cost as compared with the related art. .

【0008】また、本発明の別の目的は、以上の問題点
を解決し、正弦波信号が入力されても、信号特性の測定
において信号劣化の測定結果が発生しないオーディオ信
号の帯域拡張方法及び装置を提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a method of extending the band of an audio signal in which a signal deterioration measurement result does not occur in the measurement of signal characteristics even when a sine wave signal is input. It is intended to provide a device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、所定の最高周波数を有する第1の帯域のディジタル
オーディオ信号のうちの所定の帯域のスペクトル強度を
演算して、演算されたスペクトル強度を示す信号を出力
するステップと、上記第1の帯域よりも高い第2の帯域
の周波数成分を有する拡張信号を発生するステップと、
上記演算されたスペクトル強度を示す信号に応じて、上
記拡張信号のレベルを制御するステップと、上記第1の
帯域のディジタルオーディオ信号に対して上記最高周波
数を検出し、上記最高周波数に応じて各部を制御するス
テップと、上記レベルが制御された拡張信号を、上記第
1の帯域のディジタルオーディオ信号に加算して、加算
結果のディジタルオーディオ信号を出力するステップと
を含むことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, a spectrum intensity of a predetermined band of a digital audio signal of a first band having a predetermined highest frequency is calculated, and the calculated spectrum intensity is calculated. Outputting a signal indicating the intensity; and generating an extension signal having a frequency component of a second band higher than the first band.
Controlling the level of the extension signal according to the signal indicating the calculated spectrum intensity; detecting the highest frequency with respect to the digital audio signal of the first band; And adding the extension signal whose level has been controlled to the digital audio signal of the first band, and outputting a digital audio signal as a result of the addition. is there.

【0010】本願の請求項2の発明は、請求項1のオー
ディオ信号の帯域拡張方法において、上記最高周波数を
検出するステップは、上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報を入手するステップと、
上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記拡
張信号を発生するステップを制御するステップとを含む
ことを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the audio signal band extending method according to the first aspect, the step of detecting the highest frequency obtains information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band. Steps and
Controlling the step of generating the extension signal in consideration of auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0011】本願の請求項3の発明は、請求項1のオー
ディオ信号の帯域拡張方法において、上記最高周波数を
検出するステップは、上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報を入手するステップと、
上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記拡
張信号のレベルを制御するステップを制御するステップ
とを含むことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the audio signal band extending method according to the first aspect, the step of detecting the highest frequency obtains information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band. Steps and
Controlling the level of the extension signal in consideration of the auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0012】本願の請求項4の発明は、請求項1のオー
ディオ信号の帯域拡張方法において、上記最高周波数を
検出するステップは、上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報を入手するステップと、
上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記演
算されたスペクトル強度を示す信号を出力するステップ
を制御するステップとを含むことを特徴とするものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of the first aspect, the step of detecting the highest frequency obtains information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band. Steps and
Controlling the step of outputting the signal indicating the calculated spectrum intensity in consideration of the auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0013】本願の請求項5の発明は、請求項1のオー
ディオ信号の帯域拡張方法において、上記最高周波数を
検出するステップは、上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報を入手するステップと、
上記拡張信号を発生するステップと、上記拡張信号のレ
ベルを制御するステップと、上記演算されたスペクトル
強度を示す信号を出力するステップとのうち2つ乃至3
つのステップを、上記最高周波数の情報から聴覚特性を
考慮して制御するステップとを含むことを特徴とするも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the audio signal band extending method according to the first aspect, the step of detecting the highest frequency obtains information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band. Steps and
Two to three of the steps of generating the extension signal, controlling the level of the extension signal, and outputting the signal indicating the calculated spectrum intensity
And controlling the two steps in consideration of the auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0014】本願の請求項6の発明は、請求項1のオー
ディオ信号の帯域拡張方法において、上記最高周波数を
検出するステップは、上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報を、所定の周期で入手す
るステップと、上記拡張信号を発生するステップと、上
記拡張信号のレベルを制御するステップと、上記演算さ
れたスペクトル強度を示す信号を出力するステップとの
うち1つ乃至2つ乃至3つのステップを、所定の周期で
上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して制御する
ステップとを含むことを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the audio signal band extending method according to the first aspect, the step of detecting the highest frequency includes the step of detecting information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band by a predetermined frequency. , The step of generating the extension signal, the step of controlling the level of the extension signal, and the step of outputting the signal indicating the calculated spectrum intensity. And controlling the three steps in a predetermined cycle from the information of the highest frequency in consideration of the auditory characteristics.

【0015】本願の請求項7の発明は、請求項2〜6の
いずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張方法におい
て、上記最高周波数の情報を入手するステップは、上記
第1の帯域のディジタルオーディオ信号のうち、信号の
仕様情報(ヘッダ情報)から、最高周波数の情報を入手
するステップを含むことを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the band expansion method for an audio signal according to any one of the second to sixth aspects, the step of obtaining the information of the highest frequency comprises the step of obtaining the digital audio of the first band. The method includes a step of obtaining information on the highest frequency from the specification information (header information) of the signal.

【0016】本願の請求項8の発明は、請求項2〜6の
いずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張方法におい
て、上記最高周波数情報を入手するステップは、上記第
1の帯域のディジタルオーディオ信号の周波数スペクト
ルを分析して、最高周波数の情報を入手するステップを
含むことを特徴とするものである。
According to an eighth aspect of the present invention, in the band expansion method for an audio signal according to any one of the second to sixth aspects, the step of obtaining the highest frequency information includes the step of obtaining the digital audio signal of the first band. And analyzing the frequency spectrum to obtain information on the highest frequency.

【0017】本願の請求項9の発明は、請求項1,2,
5,6,7,8のいずれか1項のオーディオ信号の帯域
拡張方法において、上記拡張信号を発生するステップ
は、非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のディ
ジタルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して上
記ディジタルオーディオ信号を歪ませることにより、上
記ディジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタル
信号を発生するステップと、上記高調波成分のディジタ
ル信号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ信
号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成分
を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号として出
力するステップとを含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 9 of the present application is directed to claims 1, 2,
In the method of any one of claims 5, 6, 7, and 8, the step of generating the extension signal has a non-linear input / output characteristic, and is adapted for the digital audio signal of the first band. Generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal by performing nonlinear processing by performing a nonlinear process to generate a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; High-pass filtering a frequency component corresponding to the auditory characteristic from the information of the highest frequency of the audio signal, and outputting the filtered signal as an extension signal.

【0018】本願の請求項10の発明は、請求項1,
2,5,6,7,8のいずれか1項のオーディオ信号の
帯域拡張方法において、上記拡張信号を発生するステッ
プは、振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディ
ザ信号を発生するステップと、上記ディザ信号のうち上
記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波数
の情報から聴覚特性に応じた周波数成分を高域通過ろ波
して、ろ波後の信号を拡張信号として出力するステップ
とを含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 10 of the present application relates to claim 1,
In the band extending method for an audio signal according to any one of 2, 5, 6, 7, and 8, the step of generating the extended signal includes the step of generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level. Filtering the frequency components corresponding to the auditory characteristics from the highest frequency information of the digital audio signal of the first band in the dither signal, and outputting the filtered signal as an extension signal; It is characterized by including.

【0019】本願の請求項11の発明は、請求項1,
2,5,6,7,8のいずれか1項のオーディオ信号の
帯域拡張方法において、上記拡張信号を発生するステッ
プは、非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のデ
ィジタルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して
上記ディジタルオーディオ信号を歪ませることにより、
上記ディジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタ
ル信号を発生するステップと、上記高調波成分のディジ
タル信号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成
分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号として
出力するステップと、振幅レベルに対して所定の確率分
布を有するディザ信号を発生するステップと、上記ディ
ザ信号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ信
号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成分
を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を出力するステップ
と、上記高域通過ろ波された2つの信号を加算して、加
算結果の信号を拡張信号として出力するステップとを含
むことを特徴とするものである。
The invention of claim 11 of the present application is directed to claim 1,
2. The method of expanding a band of an audio signal according to any one of 2, 5, 6, 7, and 8, wherein the step of generating the expanded signal has a non-linear input / output characteristic and the digital audio signal of the first band. By performing nonlinear processing on the digital audio signal to distort the digital audio signal,
Generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and estimating a frequency component corresponding to a hearing characteristic from information of a highest frequency of the digital audio signal of the first band among the digital signals of the harmonic component. Performing a band-pass filtering and outputting the filtered signal as an extension signal; generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level; Filtering the frequency component corresponding to the auditory characteristic from the information of the highest frequency of the digital audio signal, and outputting the filtered signal; and adding the two high-pass filtered signals. And outputting a signal of the addition result as an extension signal.

【0020】本願の請求項12の発明は、請求項1,
9,10,11のいずれか1項のオーディオ信号の帯域
拡張方法において、上記レベルを制御するステップの前
に、所定の1/f特性と1/f2 特性とのうちの1つの
フィルタ特性を有し、上記拡張信号を低域通過ろ波する
ステップをさらに含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 12 of the present application is directed to claim 1,
In the audio signal band extension method according to any one of 9, 10, and 11, before the step of controlling the level, one of the predetermined 1 / f characteristics and 1 / f 2 characteristics is filtered. And low-pass filtering the extension signal.

【0021】本願の請求項13の発明は、請求項10,
11,12のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張
方法において、上記ディザ信号を発生するステップは、
それぞれ互いに独立な擬似雑音系列ノイズ信号を発生す
る複数のステップと、上記複数の擬似雑音系列ノイズ信
号を加算することにより、振幅レベルに対して、ガウス
分布と釣り鐘型分布のうちの1つの分布の確率密度を有
する加算結果のディザ信号を発生して拡張信号として出
力するステップとを含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 13 of the present application is directed to claim 10,
In the audio signal band extending method according to any one of items 11 and 12, the step of generating the dither signal includes:
By adding a plurality of steps for generating pseudo-noise sequence noise signals independent of each other and the plurality of pseudo-noise sequence noise signals, one of a Gaussian distribution and a bell-shaped distribution is obtained for the amplitude level. Generating a dither signal as a result of addition having a probability density and outputting it as an extension signal.

【0022】本願の請求項14の発明は、請求項1〜1
3のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張方法にお
いて、第1の帯域のディジタルオーディオ信号のうちの
所定の複数の帯域のスペクトル強度を演算して、演算さ
れた複数の帯域のスペクトル強度に基づいて上記ディジ
タルオーディオ信号が単一のスペクトルであるか否かを
判断するステップと、上記ディジタルオーディオ信号が
単一のスペクトルではないと判断されたときは、上記拡
張信号を出力する一方、上記ディジタルオーディオ信号
が単一のスペクトルであると判断されたときは、上記拡
張信号を出力しないように切り換えるステップとを更に
含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 14 of the present application is directed to claims 1 to 1
3. In the band expanding method for an audio signal according to any one of the items 3, the spectrum intensities of a plurality of predetermined bands in the digital audio signal in the first band are calculated, and the spectrum intensities of the calculated bands are calculated based on the calculated spectrum intensities. Determining whether or not the digital audio signal has a single spectrum, and if the digital audio signal is determined not to have a single spectrum, outputting the extended signal while outputting the digital audio signal. Switching the signal so as not to output the extended signal when it is determined that the signal has a single spectrum.

【0023】本願の請求項15の発明は、所定の最高周
波数を有する第1の帯域のディジタルオーディオ信号の
うちの所定の帯域のスペクトル強度を演算して、演算さ
れたスペクトル強度を示す信号を出力する第1のスペク
トル解析手段と、上記第1の帯域よりも高い第2の帯域
の周波数成分を有する拡張信号を発生する拡張信号発生
手段と、上記第1のスペクトル解析手段から出力される
演算されたスペクトル強度を示す信号に応じて、上記拡
張信号のレベルを制御するレベル制御手段と、上記第1
の帯域のディジタルオーディオ信号に対して上記最高周
波数を検出し、上記最高周波数に応じて各部を制御する
最高周波数検出手段と、上記レベル制御手段により制御
された拡張信号を、上記第1の帯域のディジタルオーデ
ィオ信号に加算して、加算結果のディジタルオーディオ
信号を出力する第1の加算手段と、を備えたことを特徴
とするものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, a spectrum intensity of a predetermined band of a digital audio signal of a first band having a predetermined highest frequency is calculated, and a signal indicating the calculated spectrum intensity is output. First spectrum analysis means for performing the operation, an extension signal generation means for generating an extension signal having a frequency component of a second band higher than the first band, and a calculation output from the first spectrum analysis means Level control means for controlling the level of the extension signal according to the signal indicating the spectrum intensity,
A maximum frequency detecting means for detecting the highest frequency with respect to the digital audio signal of the first band and controlling each section according to the highest frequency; and an extension signal controlled by the level control means, First adding means for adding a digital audio signal to the digital audio signal and outputting a digital audio signal as a result of the addition.

【0024】本願の請求項16の発明は、請求項15の
オーディオ信号の帯域拡張装置において、上記最高周波
数検出手段は、上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報を入手する周波数情報入手手段
と、上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上
記拡張信号発生手段を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the audio signal band extending apparatus of the fifteenth aspect, the maximum frequency detecting means obtains information on a maximum frequency of the digital audio signal of the first band. An acquisition means and a control means for controlling the extension signal generating means in consideration of the auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0025】本願の請求項17の発明は、請求項15の
オーディオ信号の帯域拡張装置において、上記最高周波
数検出手段は、上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報を入手する周波数情報入手手段
と、上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上
記レベル制御手段を制御する制御手段とを備えたことを
特徴とするものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the audio signal band extending apparatus of the fifteenth aspect, the maximum frequency detecting means obtains information on a maximum frequency of the digital audio signal of the first band. And a control means for controlling the level control means in consideration of auditory characteristics from the information of the highest frequency.

【0026】本願の請求項18の発明は、請求項15の
オーディオ信号の帯域拡張装置において、上記最高周波
数検出手段は、上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報を入手する周波数情報入手手段
と、上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上
記第1のスペクトル解析手段を制御する制御手段とを備
えたことを特徴とするものである。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the audio signal band extending apparatus according to the fifteenth aspect, the highest frequency detecting means obtains information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band. An acquisition means, and a control means for controlling the first spectrum analysis means in consideration of auditory characteristics from the information on the highest frequency.

【0027】本願の請求項19の発明は、請求項15の
オーディオ信号の帯域拡張装置において、上記最高周波
数検出手段は、上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報を入手する周波数情報入手手段
と、上記拡張信号発生手段と、上記レベル制御手段と、
上記第1のスペクトル解析手段のうち2つ乃至3つの手
段を、上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して制
御する制御手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the audio signal band extending apparatus according to the fifteenth aspect, the maximum frequency detecting means obtains information on a maximum frequency of the digital audio signal of the first band. Obtaining means, the extended signal generating means, the level control means,
Control means for controlling two or three of the first spectrum analysis means from the information of the highest frequency in consideration of auditory characteristics.

【0028】本願の請求項20の発明は、請求項15の
オーディオ信号の帯域拡張装置において、上記最高周波
数検出手段は、上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報を、所定の周期で入手する周波
数情報入手手段と、上記拡張信号発生手段と、上記レベ
ル制御手段と、上記第1のスペクトル解析手段のうち1
つ乃至2つ乃至3つの手段を、所定の周期で上記最高周
波数の情報から聴覚特性を考慮して制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするものである。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the audio signal band extending apparatus of the fifteenth aspect, the maximum frequency detecting means transmits information of a maximum frequency of the digital audio signal of the first band to a predetermined period. , The extended signal generating means, the level control means, and one of the first spectrum analyzing means.
Control means for controlling one to two or three means in a predetermined cycle from the information of the highest frequency in consideration of the auditory characteristics.

【0029】本願の請求項21の発明は、請求項16〜
20のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張装置に
おいて、上記周波数情報入手手段は、上記第1の帯域の
ディジタルオーディオ信号のうち、信号の仕様情報(ヘ
ッダ情報)から、最高周波数の情報を入手する手段を備
えたことを特徴とするものである。
The invention of claim 21 of the present application is directed to claims 16 to
20. In the audio signal band extending apparatus according to any one of the above items 20, the frequency information obtaining means obtains information of a highest frequency from signal specification information (header information) of the digital audio signal of the first band. It is characterized by having means for performing.

【0030】本願の請求項22の発明は、請求項16〜
20のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張装置に
おいて、上記周波数情報入手手段は、上記第1の帯域の
ディジタルオーディオ信号の周波数スペクトルを分析し
て、最高周波数の情報を入手する手段を備えたことを特
徴とするものである。
The invention of claim 22 of the present application is directed to claims 16 to
21. The audio signal band extending apparatus according to any one of the items 20, wherein the frequency information obtaining means includes means for analyzing a frequency spectrum of the digital audio signal of the first band to obtain information of a highest frequency. It is characterized by the following.

【0031】本願の請求項23の発明は、請求項15,
16,19,20,21,22のいずれか1項のオーデ
ィオ信号の帯域拡張装置において、上記拡張信号発生手
段は、非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のデ
ィジタルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して
上記ディジタルオーディオ信号を歪ませることにより、
上記ディジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタ
ル信号を発生する非線形処理手段と、上記非線形処理手
段から出力される高調波成分のディジタル信号のうち上
記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波数
の情報から聴覚特性に応じた周波数成分を高域通過ろ波
して、ろ波後の信号を拡張信号として出力する第1の高
域通過フィルタとを備えたことを特徴とするものであ
る。
The invention according to claim 23 of the present application is based on claim 15,
16. The audio signal band extending apparatus according to any one of 16, 19, 20, 21, and 22, wherein the extended signal generating means has a non-linear input / output characteristic, and is adapted for the digital audio signal of the first band. By performing nonlinear processing to distort the digital audio signal,
Non-linear processing means for generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band among the digital signals of the harmonic component output from the non-linear processing means. A first high-pass filter that performs high-pass filtering of a frequency component corresponding to an auditory characteristic and outputs the filtered signal as an extension signal.

【0032】本願の請求項24の発明は、請求項15,
16,19,20,21,22のいずれか1項のオーデ
ィオ信号の帯域拡張装置において、上記拡張信号発生手
段は、振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディ
ザ信号を発生するディザ信号発生手段と、上記ディザ信
号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の
最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成分を高
域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号として出力す
る第2の高域通過フィルタとを備えたことを特徴とする
ものである。
The invention of claim 24 of the present application is directed to claim 15,
16. The audio signal band extending apparatus according to any one of 16, 19, 20, 21, and 22, wherein the extended signal generating means generates a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level. A high-pass filtering of a frequency component corresponding to an auditory characteristic from information of a highest frequency of the digital audio signal of the first band in the dither signal, and outputting the filtered signal as an extension signal. 2 high-pass filters.

【0033】本願の請求項25の発明は、請求項15,
16,19,20,21,22のいずれか1項のオーデ
ィオ信号の帯域拡張装置において、上記拡張信号発生手
段は、非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のデ
ィジタルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して
上記ディジタルオーディオ信号を歪ませることにより、
上記ディジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタ
ル信号を発生する非線形処理手段と、上記非線形処理手
段から出力される高調波成分のディジタル信号のうち上
記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波数
の情報から聴覚特性に応じた周波数成分を高域通過ろ波
して、ろ波後の信号を出力する第1の高域通過フィルタ
と、振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディザ
信号を発生するディザ信号発生手段と、上記ディザ信号
のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最
高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成分を高域
通過ろ波して、ろ波後の信号を出力する第2の高域通過
フィルタと、上記第1の高域通過フィルタから出力され
る信号と、上記第2の高域通過フィルタから出力される
信号とを加算して、加算結果の信号を拡張信号として出
力する第2の加算手段とを備えたことを特徴とするもの
である。
The invention of claim 25 of the present application is directed to claim 15,
16. The audio signal band extending apparatus according to any one of 16, 19, 20, 21, and 22, wherein the extended signal generating means has a non-linear input / output characteristic, and is adapted for the digital audio signal of the first band. By performing nonlinear processing to distort the digital audio signal,
Non-linear processing means for generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band among the digital signals of the harmonic component output from the non-linear processing means. A first high-pass filter for high-pass filtering a frequency component corresponding to an auditory characteristic and outputting a filtered signal, and a dither for generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level A signal generating means for performing high-pass filtering of a frequency component corresponding to an auditory characteristic from information on a highest frequency of the digital audio signal of the first band in the dither signal, and outputting a filtered signal; 2 high-pass filter, a signal output from the first high-pass filter, and a signal output from the second high-pass filter are added. It is characterized in that a second adding means for outputting a signal of addition result as an extension signal.

【0034】本願の請求項26の発明は、請求項15又
は23のオーディオ信号の帯域拡張装置において、所定
の1/f特性と1/f2 特性とのうちの1つのフィルタ
特性を有し、上記拡張信号を低域通過ろ波して上記レベ
ル制御手段に出力する低域通過フィルタをさらに備えた
ことを特徴とするものである。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the audio signal band extending device according to the fifteenth or twenty- third aspect, the audio signal band extending device has one of a predetermined 1 / f characteristic and a 1 / f 2 characteristic, A low-pass filter for low-pass filtering the extended signal and outputting the low-pass filtered signal to the level control means.

【0035】本願の請求項27の発明は、請求項24又
は25のオーディオ信号の帯域拡張装置において、所定
の1/f特性と1/f2 特性とのうちの1つのフィルタ
特性を有し、上記拡張信号を低域通過ろ波して上記レベ
ル制御手段に出力する低域通過フィルタをさらに備えた
ことを特徴とするものである。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the audio signal band extending device according to the twenty-fourth or twenty-fifth aspect, the audio signal band extending device has one of a predetermined 1 / f characteristic and a 1 / f 2 characteristic. A low-pass filter for low-pass filtering the extended signal and outputting the low-pass filtered signal to the level control means.

【0036】本願の請求項28の発明は、請求項24,
25, 27のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張
装置において、上記ディザ信号発生手段は、それぞれ互
いに独立な擬似雑音系列ノイズ信号を発生する複数のノ
イズ信号発生回路と、上記各ノイズ発生回路の世って発
生される複数の擬似雑音系列ノイズ信号を加算すること
により、振幅レベルに対して、ガウス分布と釣り鐘型分
布のうちの1つの分布の確率密度を有する加算結果のデ
ィザ信号を発生して拡張信号として出力する第3の加算
手段を備えたことを特徴とするものである。
The invention of claim 28 of the present application relates to claim 24,
28. The audio signal band extending apparatus according to any one of 25 and 27, wherein the dither signal generating means includes a plurality of noise signal generating circuits each generating a pseudo noise sequence noise signal independent of each other; By adding a plurality of pseudo-noise sequence noise signals generated in the past, a dither signal of an addition result having a probability density of one of a Gaussian distribution and a bell-shaped distribution with respect to the amplitude level is generated. And a third adding means for outputting the signal as an extension signal.

【0037】本願の請求項29の発明は、請求項15〜
28のいずれか1項のオーディオ信号の帯域拡張装置に
おいて、上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の
うちの所定の複数の帯域のスペクトル強度を演算して、
演算された複数の帯域のスペクトル強度に基づいて上記
ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトルであるか
否かを判断する第2のスペクトル解析手段と、上記第2
のスペクトル解析手段により上記ディジタルオーディオ
信号が単一のスペクトルではないと判断されたときは、
上記拡張信号を上記第1の加算手段に出力する一方、上
記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトルである
と判断されたときは、上記拡張信号を上記第1の加算手
段に出力しないように切り換えるスイッチ手段とをさら
に備えたことを特徴とするものである。
The invention of claim 29 of the present application is directed to claims 15 to
28. The audio signal band extending apparatus according to any one of 28, wherein the spectrum intensities of a plurality of predetermined bands in the digital audio signal of the first band are calculated,
Second spectrum analysis means for determining whether or not the digital audio signal has a single spectrum based on the calculated spectrum intensities of the plurality of bands;
When it is determined by the spectrum analysis means that the digital audio signal is not a single spectrum,
A switch for outputting the extended signal to the first adding means and, when it is determined that the digital audio signal has a single spectrum, not to output the extended signal to the first adding means; Means are further provided.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明に係る第1の好ましい
実施の形態であるオーディオ信号帯域拡張装置の構成を
示すブロック図である。この第1の好ましい実施の形態
であるオーディオ信号帯域拡張装置は、入力端子T1と
出力端子T2との間に挿入されるディジタル信号処理回
路であって、最高周波数検出回路1と、加算器2と、ス
ペクトル解析回路3と、レベル制御回路4と、拡張信号
発生回路5、及び乗算器11で構成される。最高周波数
検出回路1は、周波数情報分析器12と制御回路13と
を備えて構成されている。又スペクトル解析回路3は、
例えば、図2に示すように、FFT回路27と、データ
選択回路28と、重み付け加算回路29とを備えて構成
される。また、拡張信号発生回路5は、非線形処理回路
21と、高域通過フィルタ22と、ディザ信号発生回路
23と、高域通過フィルタ24と、加算器25と、1/
f特性フィルタ26とを備えて構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an audio signal band extending apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention. The audio signal band extending apparatus according to the first preferred embodiment is a digital signal processing circuit inserted between an input terminal T1 and an output terminal T2, and includes a maximum frequency detection circuit 1, an adder 2, , A spectrum analysis circuit 3, a level control circuit 4, an extension signal generation circuit 5, and a multiplier 11. The highest frequency detection circuit 1 includes a frequency information analyzer 12 and a control circuit 13. The spectrum analysis circuit 3
For example, as shown in FIG. 2, it is configured to include an FFT circuit 27, a data selection circuit 28, and a weighting addition circuit 29. The extension signal generating circuit 5 includes a nonlinear processing circuit 21, a high-pass filter 22, a dither signal generating circuit 23, a high-pass filter 24, an adder 25,
An f-characteristic filter 26 is provided.

【0039】図1において、ディジタルオーディオ信号
が入力端子T1を介して入力される。このディジタルオ
ーディオ信号は、例えばコンパクトディスク(CD)か
ら再生された信号やMP3(MPEG2−layer
3)圧縮された信号であり、このときの当該信号は、サ
ンプリング周波数fs=44.1kHzと、語長=16
ビットを有する信号である。入力ディジタルオーディオ
信号は、最高周波数検出回路1とスペクトル解析回路3
及び拡張信号発生回路5の非線形処理回路21に入力さ
れる。
In FIG. 1, a digital audio signal is input via an input terminal T1. This digital audio signal is, for example, a signal reproduced from a compact disk (CD) or an MP3 (MPEG2-layer).
3) It is a compressed signal. At this time, the signal has a sampling frequency fs = 44.1 kHz and a word length = 16.
This is a signal having bits. The input digital audio signal is divided into a maximum frequency detection circuit 1 and a spectrum analysis circuit 3
And input to the nonlinear processing circuit 21 of the extension signal generation circuit 5.

【0040】非線形処理回路21は、非線形の入出力特
性を有し、入力されるディジタルオーディオ信号に対し
て非線形処理を実行することによりディジタルオーディ
オ信号を歪ませて高調波成分を発生させ、高調波成分を
有するディジタルオーディオ信号をディジタル高域通過
フィルタ22に出力する。非線形処理回路21は、例え
ばその一例として、図3に示すように、絶対値演算回路
31と、DCオフセット除去回路32とを備えて構成さ
れる。ここで、DCオフセット除去回路32は、減算器
33と、平均化回路34と、1/2乗算器35とを備え
て構成される。
The nonlinear processing circuit 21 has nonlinear input / output characteristics, and performs nonlinear processing on an input digital audio signal to distort the digital audio signal to generate a harmonic component. The digital audio signal having the component is output to the digital high-pass filter 22. The nonlinear processing circuit 21 includes, for example, an absolute value calculation circuit 31 and a DC offset removal circuit 32 as shown in FIG. Here, the DC offset removing circuit 32 includes a subtractor 33, an averaging circuit 34, and a 乗 算 multiplier 35.

【0041】絶対値演算回路31は、入力されたディジ
タルオーディオ信号に対して、例えば全波整流処理など
の非線形処理を実行した後、非線形処理後のディジタル
オーディオ信号をDCオフセット除去回路32の減算器
33及び平均化回路34に出力する。絶対値演算回路3
1は、正の振幅を有する信号をそのまま出力する一方、
負の振幅を有する信号を負の振幅と同一の絶対値を有す
正の振幅に変換して出力する。そのため、負の振幅を有
する信号はゼロレベルを境にして正側に折り返されると
ころで高調波成分が発生する。次いで、平均化回路34
は、サンプリング周波数fsに比較して非常に低い、例
えば0.0001fs程度の遮断周波数を有する低域通
過フィルタを備えて構成され、所定の時間期間(例え
ば、サンプリング周期Tsに比較して十分に長い時間期
間)に対して、入力されるディジタルオーディオ信号の
振幅の時間平均値を演算し、当該時間平均値を有するデ
ィジタル信号を1/2乗算器35に出力する。そして、
1/2乗算器35は、入力されるディジタル信号に対し
て1/2を乗算して、乗算結果の値を有するディジタル
信号を、DCオフセット量を示すディジタル信号として
減算器33に出力する。さらに、減算器33は、絶対値
演算回路31から出力されるディジタルオーディオ信号
から、1/2乗算器35から出力されるディジタル信号
を減算することにより、DCオフセットを除去してい
る。
The absolute value calculation circuit 31 performs a nonlinear process such as a full-wave rectification process on the input digital audio signal, and then applies the digital audio signal after the nonlinear process to the subtractor of the DC offset removal circuit 32. 33 and an averaging circuit 34. Absolute value calculation circuit 3
1 outputs a signal having a positive amplitude as it is,
A signal having a negative amplitude is converted into a positive amplitude having the same absolute value as the negative amplitude and output. Therefore, a harmonic component is generated when a signal having a negative amplitude is turned back to the positive side with a zero level as a boundary. Next, the averaging circuit 34
Is configured to include a low-pass filter having a cutoff frequency that is very low as compared with the sampling frequency fs, for example, about 0.0001 fs, and has a predetermined time period (for example, sufficiently longer than the sampling period Ts). A time average of the amplitude of the input digital audio signal is calculated for the time period), and a digital signal having the time average is output to the 乗 算 multiplier 35. And
The 乗 算 multiplier 35 multiplies the input digital signal by 1 / and outputs a digital signal having a value of the multiplication result to the subtracter 33 as a digital signal indicating a DC offset amount. Further, the subtracter 33 removes the DC offset by subtracting the digital signal output from the 乗 算 multiplier 35 from the digital audio signal output from the absolute value calculation circuit 31.

【0042】ここで、入力端子T1を介して入力される
ディジタル信号はゼロレベルを基準とした信号であり、
図1内の各回路からの出力ディジタル信号及び出力端子
T2からのディジタル信号もゼロレベルを基準とする必
要があるが、非線形処理回路21への入力ディジタル信
号はゼロレベルを基準とした信号であっても、非線形処
理を行うための絶対値演算回路31によって正のレベル
に変換されるため、DCオフセットが発生する。そこ
で、絶対値演算回路31からの出力ディジタル信号に対
して、平均化回路34で平均値を演算し、その平均値の
2分の1を絶対値演算回路31からの出力ディジタル信
号から減算することでDCオフセットを除去している。
Here, the digital signal input through the input terminal T1 is a signal based on zero level,
Although the output digital signal from each circuit in FIG. 1 and the digital signal from the output terminal T2 also need to be based on zero level, the input digital signal to the nonlinear processing circuit 21 is a signal based on zero level. However, since the absolute value is converted to a positive level by the absolute value calculation circuit 31 for performing the nonlinear processing, a DC offset occurs. Therefore, an average value is calculated by the averaging circuit 34 with respect to the output digital signal from the absolute value calculation circuit 31, and half of the average value is subtracted from the output digital signal from the absolute value calculation circuit 31. Removes the DC offset.

【0043】そして、入力されたディジタルオーディオ
信号のレベルを基準として非線形処理回路21で生成さ
れた高調波成分を含むディジタル信号は、図1に示すよ
うに、ディジタル高域通過フィルタ22に入力され、デ
ィジタル高域通過フィルタ22は、入力されるディジタ
ルオーディオ信号の最高周波数から聴感特性を考慮して
決定した高周波成分のみを高域通過ろ波して加算器25
に出力する。最高周波数の検出及び高域通過帯域の決定
については、後述する。
Then, the digital signal including the harmonic component generated by the nonlinear processing circuit 21 with reference to the level of the input digital audio signal is input to the digital high-pass filter 22, as shown in FIG. The digital high-pass filter 22 high-pass filters only high-frequency components determined from the highest frequency of the input digital audio signal in consideration of the audibility characteristics, and performs adder 25.
Output to Detection of the highest frequency and determination of the high-pass band will be described later.

【0044】また、図1のディザ信号発生回路23は周
波数0〜fs/2の帯域を有し、時間軸に対してランダ
ムな振幅レベルを有するディジタルオーディオ信号を発
生し、すなわち、入力端子T1を介して入力されたディ
ジタルオーディオ信号とは無相関に発生させたディザ信
号を発生して、ディジタル高域通過フィルタ24に出力
する。次いで、ディジタル高域通過フィルタ24は、入
力されるディジタルオーディオ信号の最高周波数から聴
感特性を考慮して決定した高周波成分のみを、入力され
るディザ信号から高域通過ろ波して加算器25に出力す
る。上記と同様に、最高周波数の検出及び高域通過帯域
の決定については、後述する。
The dither signal generating circuit 23 shown in FIG. 1 has a frequency band of 0 to fs / 2 and generates a digital audio signal having a random amplitude level with respect to the time axis. It generates a dither signal generated uncorrelated with the digital audio signal input via the digital audio signal, and outputs it to the digital high-pass filter 24. Next, the digital high-pass filter 24 high-pass filters only the high-frequency components determined in consideration of the perceptual characteristics from the highest frequency of the input digital audio signal from the input dither signal, and outputs the high-frequency components to the adder 25. Output. As described above, the detection of the highest frequency and the determination of the high-pass band will be described later.

【0045】ディザ信号発生回路23は、具体的には、
例えば図4に示すように構成される。図4において、デ
ィザ信号発生回路23は、複数N個の擬似雑音系列ノイ
ズ信号発生回路(以下、PN系列ノイズ信号発生回路と
いう。)40−n(n=1,2,…,N)と、加算器4
1と、DCオフセット除去用定数信号発生器43と、減
算器44とを備えて構成される。ここで、各PN系列ノ
イズ信号発生回路40−nは、互いに独立な初期値を有
して、例えば、M系列ノイズ信号である一様ランダムな
振幅レベルを有する擬似ノイズ信号を発生して加算器4
1に出力する。次いで、加算器41は複数のPN系列ノ
イズ信号発生回路40−1乃至40−Nから出力される
複数N個の擬似ノイズ信号を加算して、加算結果の擬似
ノイズ信号を減算器44に出力する。一方、DCオフセ
ット除去用定数信号発生器43は、複数N個のPN系列
ノイズ信号発生回路40−1乃至40−Nからの擬似ノ
イズ信号の時間平均値の和であるDCオフセット除去用
定数信号を発生して減算器44に出力する。そして、減
算器44は、擬似ノイズ信号の和からDCオフセット除
去用定数信号を減算することにより、DCオフセットの
ないディザ信号を発生して出力する。
Specifically, the dither signal generation circuit 23
For example, it is configured as shown in FIG. 4, the dither signal generation circuit 23 includes a plurality of N pseudo noise sequence noise signal generation circuits (hereinafter referred to as PN sequence noise signal generation circuits) 40-n (n = 1, 2,..., N); Adder 4
1, a DC offset removal constant signal generator 43, and a subtractor 44. Here, each PN-sequence noise signal generation circuit 40-n generates a pseudo-noise signal having a uniform random amplitude level, which is an M-sequence noise signal, having an initial value independent of each other, for example. 4
Output to 1. Next, the adder 41 adds a plurality of N pseudo noise signals output from the plurality of PN sequence noise signal generation circuits 40-1 to 40-N, and outputs a pseudo noise signal resulting from the addition to the subtractor 44. . On the other hand, the DC offset removal constant signal generator 43 outputs a DC offset removal constant signal that is the sum of the time average values of the pseudo noise signals from the plurality of N PN sequence noise signal generation circuits 40-1 to 40-N. It is generated and output to the subtractor 44. Then, the subtracter 44 generates and outputs a dither signal having no DC offset by subtracting the DC offset removing constant signal from the sum of the pseudo noise signals.

【0046】ここで、各PN系列ノイズ信号発生回路4
0−n(n=1,2,…,N)は、図5に示すように3
2ビットシフトレジスタ51と、排他的論理和ゲート5
2と、クロック信号発生器53と、初期値データ発生器
54とを備えて構成される。32ビットシフトレジスタ
51には、初期値データ発生器54から各PN系列ノイ
ズ信号発生回路40−n毎に互いに異なる初期値が設定
された後、クロック信号発生器53により発生されるク
ロック信号に基づいて、32ビットシフトレジスタ51
は1ビットずつ最下位ビット(LSB)から最上位ビッ
ト(MSB)にデータシフトするように計数する。32
ビットシフトレジスタ51の32ビットのデータ(0〜
31ビット目のデータを含む。)のうち、最上位ビット
(MSB;31ビット目)の1ビットデータと、その3
ビット目の1ビットデータとは、排他的論理和ゲート5
2の入力端子に入力され、クロック信号発生器53から
のクロック信号に基づいて、排他的論理和ゲート52は
排他的論理和の演算結果の1ビットデータを32ビット
シフトレジスタ51の最下位ビット(LSB)にセット
する。そして、32ビットシフトレジスタ51の下位8
ビットのデータはPN系列ノイズ信号として出力され
る。このようにPN系列ノイズ信号発生回路40−nを
構成することにより、各PN系列ノイズ信号発生回路4
0−nから出力されるPN系列ノイズ信号は互いに独立
した8ビットのPN系列ノイズ信号となる。
Here, each PN sequence noise signal generating circuit 4
0-n (n = 1, 2,..., N) is 3 as shown in FIG.
2-bit shift register 51 and exclusive OR gate 5
2, a clock signal generator 53, and an initial value data generator 54. In the 32-bit shift register 51, different initial values are set from the initial value data generator 54 for each of the PN sequence noise signal generating circuits 40-n, and then based on the clock signal generated by the clock signal generator 53. And the 32-bit shift register 51
Counts one bit at a time so as to shift data from the least significant bit (LSB) to the most significant bit (MSB). 32
32-bit data (0 to 0) of the bit shift register 51
Includes 31st bit data. ), One-bit data of the most significant bit (MSB; 31st bit) and its 3 bits
The 1-bit data of the bit is the exclusive OR gate 5
The exclusive OR gate 52 inputs the 1-bit data of the result of the exclusive OR operation based on the clock signal from the clock signal generator 53 to the least significant bit (32-bit shift register 51) of the 32-bit shift register 51. LSB). The lower 8 bits of the 32-bit shift register 51
The bit data is output as a PN sequence noise signal. By configuring the PN sequence noise signal generation circuit 40-n in this manner, each PN sequence noise signal generation circuit 4
The PN sequence noise signals output from 0-n become 8-bit PN sequence noise signals independent of each other.

【0047】図5の例では、各PN系列ノイズ信号発生
回路40−nで互いに独立した8ビットのPN系列ノイ
ズ信号を発生するために、上述のように構成している
が、本発明はこれに限らず、以下のように構成しても良
い。 (1)32ビットシフトレジスタ51から取り出すPN
系列ノイズ信号の8ビットのビット位置を互いに異なら
せる。すなわち、PN系列ノイズ信号発生回路40−1
では最下位8ビットから8ビットのPN系列ノイズ信号
を取り出し、PN系列ノイズ信号発生回路40−2では
最下位8ビットより直上の8ビットからPN系列ノイズ
信号を取り出し、以下同様にしてPN系列ノイズ信号を
取り出す。 (2)これに代わって、排他的論理和ゲート52に入力
する1ビットデータを取り出す32ビットシフトレジス
タ51のビット位置を各PN系列ノイズ信号発生回路4
0−nで互いに異ならせる。 (3)もしくは、図5の例と、上記(1)の変形例と、
上記(2)の変形例との少なくとも2つを組み合わせ
る。
In the example of FIG. 5, each PN sequence noise signal generation circuit 40-n is configured as described above in order to generate 8-bit PN sequence noise signals independent of each other. However, the present invention is not limited to this and may be configured as follows. (1) PN taken out of 32-bit shift register 51
The bit positions of the 8 bits of the series noise signal are made different from each other. That is, the PN sequence noise signal generation circuit 40-1
Extracts a PN sequence noise signal of 8 bits from the least significant 8 bits, a PN sequence noise signal generation circuit 40-2 extracts a PN sequence noise signal from 8 bits immediately above the least significant 8 bits, and so on. Take out the signal. (2) Instead of this, the bit position of the 32-bit shift register 51 for extracting 1-bit data to be input to the exclusive OR gate 52 is set to each PN sequence noise signal generation circuit 4
Different from each other at 0-n. (3) Or the example of FIG. 5 and the modification of the above (1),
At least two of the modifications of the above (2) are combined.

【0048】そして、互いに独立な複数個のPN系列ノ
イズを加算することにより、図6,図7及び図8に示す
ように、振幅レベルに対して確率密度を有するPN系列
ノイズ信号を発生することができる。例えば、n=1で
あるときは、概ね、図6に示すように、振幅レベルに対
して一様分布の確率密度を有するホワイトノイズ信号を
発生することができる。また、n=12であるとき、中
心極限定理を用いれば、ガウス分布は分散が1/12で
あるため12個の一様乱数を発生するPN系列ノイズ信
号発生回路40−nからの各PN系列ノイズ信号を加算
することにより、図8に示すように、概ね、振幅レベル
に対してガウス分布の確率密度を有するガウス分布型ノ
イズ信号を発生することができる。さらに、n=3であ
るとき、図7に示すように、ガウス分布に近く、ガウス
分布から若干大きい分布を有し、振幅レベルに対してベ
ル型分布又は釣り鐘型分布の確率密度を有するベル分布
型(釣り鐘型)ノイズ信号を発生することができる。以
上説明したように、図4及び図5の回路を構成し、例え
ば、図7又は図8のノイズ信号を発生することにより、
小規模の回路で、自然音や楽音信号に近いディザ信号を
発生することができる。
Then, by adding a plurality of PN sequence noises independent of each other, a PN sequence noise signal having a probability density with respect to the amplitude level is generated as shown in FIG. 6, FIG. 7, and FIG. Can be. For example, when n = 1, a white noise signal having a probability density of a uniform distribution with respect to the amplitude level can be generated as shown in FIG. When n = 12, if the central limit theorem is used, each PN sequence from the PN sequence noise signal generation circuit 40-n that generates 12 uniform random numbers because the Gaussian distribution has a variance of 1/12. By adding the noise signals, a Gaussian noise signal having a Gaussian probability density with respect to the amplitude level can be generally generated as shown in FIG. Further, when n = 3, as shown in FIG. 7, a Bell distribution having a probability distribution of a bell-shaped distribution or a bell-shaped distribution with respect to the amplitude level, which is close to the Gaussian distribution and slightly larger than the Gaussian distribution. Type (bell-shaped) noise signal can be generated. As described above, the circuits of FIGS. 4 and 5 are configured to generate, for example, the noise signal of FIG.
With a small-scale circuit, a dither signal close to a natural sound or musical sound signal can be generated.

【0049】図1に戻り参照すれば、拡張信号発生回路
5の加算器25は、高域通過フィルタ22からの帯域制
限された高調波成分のディジタル信号と、高域通過フィ
ルタ24からの帯域制限されたディザ信号とを加算し
て、加算結果のディジタル信号を1/f特性フィルタ2
6を介してレベル制御回路4の乗算器11に出力する。
ここで、1/f特性フィルタ26は、図9に示すよう
に、周波数0からfs/6までの帯域B1よりも高い、
周波数fs/6からfs/2までの帯域B2において−
6dB/octの傾斜を有する減衰特性を備えた、いわ
ゆる1/f特性の低域通過フィルタである。
Returning to FIG. 1, the adder 25 of the extension signal generating circuit 5 includes the digital signal of the band-limited harmonic component from the high-pass filter 22 and the band-limited digital signal from the high-pass filter 24. And the resulting digital signal is added to a 1 / f characteristic filter 2.
6 to the multiplier 11 of the level control circuit 4.
Here, as shown in FIG. 9, the 1 / f characteristic filter 26 is higher than the band B1 from the frequency 0 to fs / 6.
In the band B2 from the frequency fs / 6 to fs / 2,
This is a so-called 1 / f characteristic low-pass filter having an attenuation characteristic having a slope of 6 dB / oct.

【0050】なお、1/f特性フィルタ26の挿入位置
は、図1の実施の形態に限らず、1/f特性フィルタ2
6を、高域通過フィルタ22と加算器25との間に挿入
するとともに、高域通過フィルタ24と加算器25との
間に挿入してもよい。また、1/f特性フィルタ26
を、高域通過フィルタ22と加算器25との間のみに挿
入してもよいし、高域通過フィルタ24と加算器25と
の間のみに挿入してもよい。さらに、1/f特性フィル
タ26に代えて、図10の減衰特性を有する1/f2
性フィルタを備えてもよい。ここで、1/f2 特性フィ
ルタは、図10に示すように、周波数0からfs/6ま
での帯域B1よりも高い、周波数fs/6からfs/2
までの帯域B2において−12dB/octの傾斜を有
する減衰特性を備えた、いわゆる1/f2 特性の低域通
過フィルタである。
The insertion position of the 1 / f characteristic filter 26 is not limited to the embodiment shown in FIG.
6 may be inserted between the high-pass filter 22 and the adder 25 as well as between the high-pass filter 22 and the adder 25. Also, the 1 / f characteristic filter 26
May be inserted only between the high-pass filter 22 and the adder 25, or may be inserted only between the high-pass filter 24 and the adder 25. Further, instead of the 1 / f characteristic filter 26, a 1 / f 2 characteristic filter having the attenuation characteristic of FIG. 10 may be provided. Here, as shown in FIG. 10, the 1 / f 2 characteristic filter has a frequency fs / 6 to fs / 2 higher than a band B1 from frequency 0 to fs / 6.
This is a low-pass filter having a so-called 1 / f 2 characteristic having an attenuation characteristic having a slope of −12 dB / oct in a band B2 up to the band B2.

【0051】一方、スペクトル解析回路3は、入力端子
T1に入力されるディジタルオーディオ信号の最高周波
数から聴感特性を考慮して決定した所定の帯域のスペク
トル強度を演算して、演算されたスペクトル強度を示す
信号をレベル制御回路4の乗算器11に出力する。図2
に示すスペクトル解析回路3のFFT回路27は、FF
T演算法を用いて、入力されるディジタルオーディオ信
号に対して、高速フーリエ変換処理を実行することによ
り、例えば、周波数分解能数が1024であれば204
8Ts毎のデータに基づいて、周波数fs/1024毎
の合計1024個のスペクトル強度を演算してデータ選
択回路28に出力する。次いで、データ選択回路28
は、入力される周波数fs/1024毎のスペクトル強
度に基づいて、例えば周波数fs/10〜fs/2の帯
域に該当するスペクトル強度のデータを選択的に抽出し
て重み付け加算回路29に出力する。さらに、重み付け
加算回路29は、抽出されたスペクトル強度のデータに
対して、各データに対して入力端子T1に入力されるデ
ィジタルオーディオ信号の最高周波数から聴感特性を考
慮して決定した所定の重み付け係数を用いて加算するこ
とにより、入力されるディジタルオーディオ信号の周波
数fs/10〜fs/2の帯域のスペクトル強度を演算
して、演算結果のスペクトル強度を示す信号をレベル制
御回路4の乗算器11に出力する。最高周波数の検出、
スペクトル強度を演算する帯域及び重み付け係数の決定
については、後述する。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 3 calculates the spectrum intensity of a predetermined band determined from the highest frequency of the digital audio signal input to the input terminal T1 in consideration of the perceptual characteristics, and calculates the calculated spectrum intensity. The output signal is output to the multiplier 11 of the level control circuit 4. FIG.
The FFT circuit 27 of the spectrum analysis circuit 3 shown in FIG.
By performing a fast Fourier transform process on the input digital audio signal using the T operation method, for example, if the frequency resolution number is 1024, 204
Based on the data for each 8Ts, a total of 1024 spectral intensities for each frequency fs / 1024 are calculated and output to the data selection circuit 28. Next, the data selection circuit 28
, Based on the input spectrum intensity for each frequency fs / 1024, for example, selectively extracts the data of the spectrum intensity corresponding to the band of the frequency fs / 10 to fs / 2 and outputs the data to the weighting addition circuit 29. Further, the weighting addition circuit 29 applies a predetermined weighting coefficient to the extracted spectral intensity data from the highest frequency of the digital audio signal input to the input terminal T1 for each data in consideration of the audibility characteristics. To calculate the spectrum intensity of the band of the frequency fs / 10 to fs / 2 of the input digital audio signal, and output the signal indicating the spectrum intensity of the operation result to the multiplier 11 of the level control circuit 4. Output to Highest frequency detection,
The determination of the band for calculating the spectrum intensity and the weighting coefficient will be described later.

【0052】そして、レベル制御回路4は、スペクトル
解析回路3からのスペクトル強度を示す信号に基づい
て、1/f特性フィルタ26からの帯域制限された高調
波成分の信号とディザ信号の加算信号である拡張信号の
信号レベルを制御する。ここで、レベル制御回路4は、
図1に示すように乗算器11により構成され、拡張信号
発生回路5からの拡張信号を所定の係数で乗算し、乗算
結果の信号を加算器2に出力する。この係数はスペクト
ル強度を示す信号とともに入力端子T1に入力されるデ
ィジタルオーディオ信号の最高周波数から聴感特性を考
慮して決定される。すなわち、レベル制御回路4は、入
力されたディジタルオーディオ信号の周波数fs/10
〜fs/2におけるスペクトル強度が大きい場合、1/
f特性フィルタ26からの信号レベルを大きくするよう
に動作し、入力されたディジタルオーディオ信号の周波
数fs/10〜fs/2におけるスペクトル強度が小さ
い場合は1/f特性フィルタ26からの信号レベルを小
さくするように動作する。最高周波数の検出、乗算器1
1に係る係数の決定については、後述する。
Then, based on the signal indicating the spectrum intensity from the spectrum analysis circuit 3, the level control circuit 4 uses the sum signal of the band-limited harmonic component signal and the dither signal from the 1 / f characteristic filter 26. Controls the signal level of an extension signal. Here, the level control circuit 4
As shown in FIG. 1, the multiplication unit 11 is configured by a multiplier 11, multiplies the extension signal from the extension signal generation circuit 5 by a predetermined coefficient, and outputs a signal of the multiplication result to the adder 2. This coefficient is determined from the highest frequency of the digital audio signal input to the input terminal T1 together with the signal indicating the spectrum intensity in consideration of the audibility characteristics. That is, the level control circuit 4 determines the frequency fs / 10 of the input digital audio signal.
When the spectrum intensity at fs / 2 is large, 1 /
It operates so as to increase the signal level from the f-characteristic filter 26. When the spectrum intensity of the input digital audio signal at frequencies fs / 10 to fs / 2 is small, the signal level from the 1 / f-characteristic filter 26 is reduced. To work. Highest frequency detection, multiplier 1
The determination of the coefficient relating to 1 will be described later.

【0053】さらに、加算器2は、入力端子T1を介し
て入力されたディジタルオーディオ信号と、レベル制御
回路4からの高調波成分のディジタル信号及びディザ信
号の加算信号とを加算して出力端子T2を介して出力す
る。
Further, the adder 2 adds the digital audio signal input via the input terminal T1 and the sum signal of the digital signal of the harmonic component and the dither signal from the level control circuit 4, and outputs the added signal to the output terminal T2. Output via.

【0054】一方、最高周波数検出回路1の周波数情報
分析器12は、入力端子T1を介して入力されたディジ
タルオーディオ信号に含まれている信号の仕様情報(ヘ
ッダ情報)から、最高周波数情報を取り出す。上記ヘッ
ダ情報には、例えば、ディジタルオーディオ信号の再生
最高周波数の他に、サンプリング周波数、ディジタルオ
ーディオ信号のチャンネル数、ビットレート数などが含
まれており、ディジタル信号化された状態でディジタル
オーディオ信号の楽音ディジタル信号と一対に構成され
る。また、入力端子T1を介して入力されたディジタル
オーディオ信号の最高周波数情報を検出する手段とし
て、FFT回路を用いてディジタルオーディオ信号を周
波数領域に変換してスペクトル強度の大きさから最高周
波数を求める構成としてもよい。次いで、制御回路13
は、周波数情報分析器12で得られた最高周波数情報を
元に、聴感特性を考慮して予め複数用意されたディジタ
ル高域通過フィルタ22,24の帯域や、データ選択回
路28で選択される帯域、及び重み付け加算回路29の
重み付け係数、乗算器11に係る係数の値の中から最適
値を決定するための制御信号をスペクトル解析回路3、
拡張信号発生回路5及びレベル制御回路4に伝達する。
On the other hand, the frequency information analyzer 12 of the highest frequency detection circuit 1 extracts the highest frequency information from the specification information (header information) of the signal included in the digital audio signal input via the input terminal T1. . The header information includes, for example, the sampling frequency, the number of channels of the digital audio signal, the number of bit rates, etc., in addition to the maximum reproduction frequency of the digital audio signal. It is paired with a musical tone digital signal. Further, as means for detecting the highest frequency information of the digital audio signal input via the input terminal T1, a configuration in which the digital audio signal is converted into a frequency domain by using an FFT circuit to obtain the highest frequency from the magnitude of the spectrum intensity. It may be. Next, the control circuit 13
Are based on the highest frequency information obtained by the frequency information analyzer 12, the bands of a plurality of digital high-pass filters 22 and 24 prepared in advance in consideration of the auditory characteristics, and the bands selected by the data selection circuit 28. , And a control signal for determining an optimum value from the weighting coefficient of the weighting addition circuit 29 and the coefficient value of the multiplier 11,
The signal is transmitted to the extension signal generation circuit 5 and the level control circuit 4.

【0055】ここで、図11に聴感特性として代表的な
ロビンソン−ダッドソンによる自由音場平面波の等感曲
線を示す(引用文献:聴覚と音響心理 コロナ社)。曲
線に付してある数値は音の大きさのレベルで、1kHz
純音の音圧レベルと等しい値が記されており、各曲線上
の点では純音の周波数に関係なく、すべて同じ大きさに
聞こえる。MAFは最小可聴限界である。これに基づい
て、入力されるディジタルオーディオ信号のスペクトル
強度と、拡張する帯域のスペクトル強度とのバランスを
とる。具体的には、入力されるディジタルオーディオ信
号の最高周波数が12kHzでスペクトル強度を演算す
る帯域が6kHz付近であった場合、12kHz以上の
帯域を拡張するためのスペクトル強度は入力されるディ
ジタルオーディオ信号のスペクトル強度よりも3〜5d
B程度低くしたら良いことになる。
Here, FIG. 11 shows a perceptual curve of a free-field plane wave according to Robinson-Daddson as a typical auditory sense characteristic (cited document: Auditory and Psychoacoustic Corona). The numerical value attached to the curve is the level of the loudness of the sound, 1 kHz.
A value equal to the sound pressure level of the pure tone is written, and all points on each curve sound the same regardless of the frequency of the pure tone. MAF is the minimum audible limit. Based on this, the spectrum intensity of the input digital audio signal and the spectrum intensity of the band to be extended are balanced. Specifically, when the highest frequency of the input digital audio signal is 12 kHz and the band for calculating the spectrum intensity is around 6 kHz, the spectrum intensity for expanding the band of 12 kHz or more is determined by the input digital audio signal. 3-5d than spectral intensity
It would be good if it was about B lower.

【0056】以上説明したように、本発明に係る第1の
好ましい実施の形態によれば、入力されたディジタルオ
ーディオ信号が有する帯域以上で楽音信号と同様のスペ
クトル構造を有する(すなわち、ディザ信号の発生頻度
を略ガウス分布やベル分布にすることで自然音と略相似
の発生メカニズムを有する)高調波成分やディザ信号を
発生させ、入力されたディジタルオーディオ信号の高域
スペクトル強度に応じてこの発生させた高調波成分のデ
ィジタル信号及びディザ信号を入力されたディジタルオ
ーディオ信号に加算することにより、従来技術に比例し
て容易にオーディオ帯域が拡張されたディジタルオーデ
ィオ信号を発生することができる。
As described above, according to the first preferred embodiment of the present invention, the digital audio signal has the same spectral structure as that of the tone signal in the frequency band or more that the input digital audio signal has (that is, the dither signal). The generation frequency is approximately Gaussian distribution or bell distribution, which has a generation mechanism similar to that of natural sound.) Generates harmonic components and dither signals, and generates them according to the high-frequency spectrum intensity of the input digital audio signal. By adding the digital signal of the higher harmonic component and the dither signal to the input digital audio signal, it is possible to easily generate a digital audio signal having an extended audio band in proportion to the prior art.

【0057】また、入力されるディジタルオーディオ信
号の最高周波数を検出し、かつ、聴感特性を考慮した帯
域の拡張ができるので、各種の再生帯域の異なるディジ
タルオーディオ信号に対して、違和感の少ない自然な音
色にすることができる。
Also, since the maximum frequency of the input digital audio signal can be detected and the band can be expanded in consideration of the audibility characteristics, it can be applied to various digital audio signals having different reproduction bands without any unnatural feeling. It can be a tone.

【0058】また、本実施の形態のオーディオ信号帯域
拡張装置における信号処理はすべてディジタル信号処理
であるため、回路を構成する部品のばらつきや温度特性
により性能ばらつきが発生しない。また、オーディオ信
号が回路を通過する毎に音質劣化が発生することもな
い。さらに、構成しているフィルタの精度追求を行って
もアナログ回路構成と比較して、回路規模が大きくなる
こともなく、製造コストの増加につながらない。
Further, since the signal processing in the audio signal band extending apparatus of the present embodiment is all digital signal processing, there is no performance variation due to the variation of the components constituting the circuit and the temperature characteristics. In addition, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Further, even if the accuracy of the filter included is pursued, the circuit scale is not increased as compared with the analog circuit configuration, and the manufacturing cost is not increased.

【0059】なお、本実施の形態では、入力されたディ
ジタルオーディオ信号の帯域を制限せずに非線形処理回
路21にて高調波成分の信号を発生させたが、予め高域
通過フィルタ22と同様の高域通過フィルタにより帯域
制限をした信号を非線形処理回路21に入力して高調波
成分の信号を発生させてもよい。
In this embodiment, the signal of the harmonic component is generated by the nonlinear processing circuit 21 without limiting the band of the input digital audio signal. A signal whose band has been limited by the high-pass filter may be input to the nonlinear processing circuit 21 to generate a signal of a harmonic component.

【0060】また、非線形処理回路21を構成するため
に、図5では全波整流回路として絶対値演算回路51を
用いたが、本発明はこれに限らず、絶対値演算回路51
に代えて、入力されたディジタルオーディオ信号の正の
部分のみを出力し、入力されたディジタルオーディオ信
号の負の部分をゼロレベルとして出力する半波整流回路
を用いてもよい。
Although the absolute value calculation circuit 51 is used as a full-wave rectification circuit in FIG. 5 to configure the nonlinear processing circuit 21, the present invention is not limited to this.
Alternatively, a half-wave rectifier circuit that outputs only the positive portion of the input digital audio signal and outputs the negative portion of the input digital audio signal as zero level may be used.

【0061】また、制御回路13は、周波数情報分析器
12で得られた最高周波数情報を元に、聴感特性を考慮
して予め複数用意されたディジタル高域通過フィルタ2
2,24の帯域や、データ選択回路28で選択される帯
域、及び重み付け加算回路29の重み付け係数、乗算器
11に係る係数の値の中から最適値を決定するための制
御信号をスペクトル解析回路3、拡張帯域発生回路5及
びレベル制御回路4に伝達させたが、スペクトル解析回
路3、拡張帯域発生回路5及びレベル制御回路4のいず
れか一つあるいは二つの回路に制御信号を伝達させても
よい。
The control circuit 13 is based on the highest frequency information obtained by the frequency information analyzer 12 and takes into account the audibility of the digital high-pass filter 2 prepared in advance.
A control signal for determining an optimum value from among the 2, 2 and 24 bands, the band selected by the data selection circuit 28, the weighting coefficient of the weighting addition circuit 29, and the coefficient value of the multiplier 11, is converted into a spectrum analysis circuit. 3. Although the control signal is transmitted to the extension band generation circuit 5 and the level control circuit 4, the control signal may be transmitted to any one or two of the spectrum analysis circuit 3, the extension band generation circuit 5 and the level control circuit 4. Good.

【0062】また、最高周波数検出回路1は、例えば、
入力されたディジタルオーディオ信号のフレーム単位毎
の所定の周期で、動作させてもよい。
The highest frequency detecting circuit 1 is, for example,
The operation may be performed at a predetermined cycle for each frame unit of the input digital audio signal.

【0063】(実施の形態2)図12は、本発明に係る
第2の好ましい実施の形態であるオーディオ信号帯域拡
張装置の構成を示すブロック図である。図12におい
て、図1と同様のものについては同一の符号を付して、
その詳細な説明を省略する。この第2の好ましい実施の
形態に係るオーディオ信号帯域拡張装置は、図1のオー
ディオ信号帯域拡張装置に比較して以下の点が異なる。 (1)レベル制御回路4に代えて、平滑化回路14と乗
算器11とを備えたレベル制御回路4aを備える。 (2)スペクトル解析回路6及びスイッチ7とをさらに
備える。 以下、上記の相違点について詳細に説明する。図12に
おける、スペクトル解析回路3から出力される、周波数
fs/10〜fs/2の入力端子T1に入力されるディ
ジタルオーディオ信号の最高周波数から聴感特性を考慮
して、所定の帯域を決定する。そしてそのスペクトル強
度を示す信号に対して平滑化回路14で、包絡線検波処
理、時間積分処理、又は低域通過フィルタ処理を実行す
る。その後、当該処理後の信号を拡張信号発生回路5か
ら出力される拡張信号に乗算することにより、レベル制
御回路4aにおけるレベル制御を時間的に緩慢にする。
(Embodiment 2) FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of an audio signal band extending apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention. In FIG. 12, the same components as those in FIG.
A detailed description thereof will be omitted. The audio signal band extending apparatus according to the second preferred embodiment differs from the audio signal band extending apparatus of FIG. 1 in the following points. (1) Instead of the level control circuit 4, a level control circuit 4a including a smoothing circuit 14 and a multiplier 11 is provided. (2) It further includes a spectrum analysis circuit 6 and a switch 7. Hereinafter, the above difference will be described in detail. A predetermined band is determined from the highest frequency of the digital audio signal input to the input terminal T1 of the frequency fs / 10 to fs / 2 output from the spectrum analysis circuit 3 in FIG. Then, the smoothing circuit 14 performs an envelope detection process, a time integration process, or a low-pass filter process on the signal indicating the spectrum intensity. Thereafter, by multiplying the processed signal by the extension signal output from the extension signal generation circuit 5, the level control in the level control circuit 4a becomes slower in time.

【0064】図13は、図12のスペクトル解析回路6
の内部構成を示すブロック図である。スペクトル解析回
路6は、図13に示すように、高域通過フィルタ61
と、絶対値演算回路62と、低域通過フィルタ63と、
減算器64と、低域通過フィルタ65と、絶対値演算回
路66と、低域通過フィルタ67と、判定回路68とを
備えている。図13において、図12の入力端子T1を
介して入力されたディジタルオーディオ信号は、高域通
過フィルタ61及び減算器64に入力される。高域通過
フィルタ61は、低域通過ろ波されたディジタルオーデ
ィオ信号から、周波数fs/10〜fs/2の帯域成分
のみを通過させるように高域通過ろ波し、その信号を絶
対値演算回路62及び時間積分を行う低域通過フィルタ
63に通過させる。これにより入力されたディジタルオ
ーディオ信号の周波数fs/10〜fs/2の帯域にお
けるスペクトル強度yahを演算して、スペクトル強度
yahを示す信号を判定回路68に出力する。
FIG. 13 shows the spectrum analysis circuit 6 of FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the device. The spectrum analysis circuit 6 includes a high-pass filter 61 as shown in FIG.
, An absolute value calculation circuit 62, a low-pass filter 63,
A subtractor 64, a low-pass filter 65, an absolute value calculation circuit 66, a low-pass filter 67, and a determination circuit 68 are provided. 13, the digital audio signal input via the input terminal T1 in FIG. 12 is input to a high-pass filter 61 and a subtractor 64. The high-pass filter 61 performs high-pass filtering from the low-pass filtered digital audio signal so as to pass only a band component having a frequency of fs / 10 to fs / 2, and subjects the signal to an absolute value calculation circuit. 62 and a low-pass filter 63 that performs time integration. As a result, the spectrum intensity yah of the input digital audio signal in the frequency band fs / 10 to fs / 2 is calculated, and a signal indicating the spectrum intensity yah is output to the determination circuit 68.

【0065】一方、減算器64は、入力端子T1を介し
て入力されたディジタルオーディオ信号から、高域通過
フィルタ61からの高域通過ろ波後の信号を減算した
後、減算結果の信号を低域通過フィルタ65に通過させ
ることにより、周波数0〜fs/10の帯域の成分を抽
出する。上記抽出した周波数0〜fs/10の帯域の成
分を絶対値演算回路66及び時間積分を行う低域通過フ
ィルタ67に通過させることにより、入力されたディジ
タルオーディオ信号の周波数0〜fs/10の帯域にお
けるスペクトル強度yalを演算し、スペクトル強度y
alを示す信号を判定回路68に出力する。
On the other hand, the subtracter 64 subtracts the signal after high-pass filtering from the high-pass filter 61 from the digital audio signal input via the input terminal T1, and lowers the signal resulting from the subtraction. By passing the signal through the band-pass filter 65, the components in the frequency band from 0 to fs / 10 are extracted. By passing the extracted components of the frequency band of 0 to fs / 10 through the absolute value calculation circuit 66 and the low-pass filter 67 for performing time integration, the band of the input digital audio signal having the frequency range of 0 to fs / 10 is obtained. Is calculated, and the spectrum intensity yal is calculated.
A signal indicating “al” is output to the determination circuit 68.

【0066】そして、判定回路68は、入力されたディ
ジタルオーディオ信号の周波数0〜fs/10における
スペクトル強度yalと、周波数fs/10〜fs/2
におけるスペクトル強度yahを比較して、以下のよう
にスイッチ7の切り換えを制御する。 (a)スペクトル強度yalが所定のしきい値レベル以
上でかつスペクトル強度yahが上記しきい値レベル未
満であるとき、もしくは、(b)スペクトル強度yal
が所定のしきい値レベル未満でかつスペクトル強度ya
hが所定のしきい値レベル以上であるとき、スイッチ7
を接点b側に切り換えて、レベル制御回路4aからの拡
張信号を加算器2に出力せず、ゼロレベルの信号を加算
器2に出力する。一方、上記(a)及び(b)以外のと
きは、スイッチ7を接点a側に切り換えて、レベル制御
回路4aからの拡張信号を加算器2に出力する。
The determination circuit 68 determines the spectrum intensity yal of the input digital audio signal at frequencies 0 to fs / 10 and the frequencies fs / 10 to fs / 2.
And the switching of the switch 7 is controlled as follows. (A) when the spectrum intensity yal is equal to or higher than a predetermined threshold level and the spectrum intensity yah is lower than the threshold level, or (b) the spectrum intensity yal
Is below a predetermined threshold level and the spectral intensity ya
When h is greater than or equal to a predetermined threshold level, switch 7
Is switched to the contact b side, and the extension signal from the level control circuit 4 a is not output to the adder 2, but a zero-level signal is output to the adder 2. On the other hand, in cases other than the above (a) and (b), the switch 7 is switched to the contact a side to output the extension signal from the level control circuit 4a to the adder 2.

【0067】すなわち、入力されたディジタルオーディ
オ信号が、周波数0〜fs/10の帯域、並びに、周波
数fs/10〜fs/2の帯域の2つの帯域においてそ
れぞれ、所定のしきい値以上のスペクトル強度を有する
とき、スイッチ7を接点a側に切り換えて入力されたデ
ィジタルオーディオ信号の帯域を拡張する。一方、スペ
クトル強度yalが所定のしきい値レベル以上でかつス
ペクトル強度yahが所定のしきい値レベル未満であれ
ば、周波数fs/10〜fs/2の帯域成分が実質的に
存在しないため、拡張する必要がなく、スイッチ7を接
点b側に切り換える。また、スペクトル強度yalが所
定のしきい値レベル未満でかつスペクトル強度yahが
所定のしきい値レベル以上の場合は、基本波成分がなく
高調波成分のみであり、すなわち楽音ではなく高域の単
一スペクトル又は意図的に発生された非楽音であると判
断して、スイッチ7を接点b側に切り換える。これによ
り、単一スペクトル又は非楽音信号を検出したとき、図
14に示すように、帯域の拡張をしないようにスイッチ
7を制御している。すなわち、本実施の形態のオーディ
オ信号帯域拡張装置から出力されるディジタル信号のス
ペクトルは、入力されたディジタル信号の帯域B1内の
最高帯域のスペクトル100で遮断されている。
That is, the input digital audio signal has a spectral intensity not less than a predetermined threshold in each of two bands, a frequency band of 0 to fs / 10 and a frequency band of fs / 10 to fs / 2. , The switch 7 is switched to the contact a side to extend the band of the input digital audio signal. On the other hand, if the spectrum intensity yal is equal to or higher than the predetermined threshold level and the spectrum intensity yah is lower than the predetermined threshold level, there is substantially no band component of the frequency fs / 10 to fs / 2. The switch 7 is switched to the contact b side. If the spectrum intensity yal is less than the predetermined threshold level and the spectrum intensity yah is equal to or higher than the predetermined threshold level, there is no fundamental component but only harmonic components, that is, not a tone but a high frequency unit. The switch 7 is switched to the contact b side when it is determined that the sound is one spectrum or a non-tone sound generated intentionally. Thus, when a single spectrum or a non-tone signal is detected, the switch 7 is controlled so as not to extend the band as shown in FIG. That is, the spectrum of the digital signal output from the audio signal band extending apparatus of the present embodiment is cut off by the spectrum 100 of the highest band in the band B1 of the input digital signal.

【0068】本実施の形態においては、平滑化回路14
を備えたので、スイッチ7を接点a側に切り換えたとき
に、図15に示すように、入力されたディジタルオーデ
ィオ信号に対して、拡張信号発生回路5からの拡張信号
を、スペクトル特性上で滑らかにつながるように加算し
ている。すなわち、本実施の形態のオーディオ信号帯域
拡張装置から出力されるディジタル信号のスペクトル
は、入力されたディジタル信号の帯域B1内の最高帯域
のスペクトル100において帯域B2内の最低帯域のス
ペクトル101と連結された後、帯域B2のスペクトル
の傾斜を帯域B1内のスペクトルの傾斜と同じくして、
連続させている。
In this embodiment, the smoothing circuit 14
When the switch 7 is switched to the contact a side, the extended signal from the extended signal generating circuit 5 is smoothed on the input digital audio signal in terms of spectral characteristics as shown in FIG. Is added to lead to. That is, the spectrum of the digital signal output from the audio signal band extending apparatus of the present embodiment is connected to the spectrum 101 of the highest band in the band B1 of the input digital signal and the spectrum 101 of the lowest band in the band B2. After that, the slope of the spectrum in the band B2 is made the same as the slope of the spectrum in the band B1,
It is continuous.

【0069】以上説明したように、本発明に係る第2の
好ましい実施の形態によれば、第1の好ましい実施の形
態における作用効果と同様の作用効果を有するととも
に、平滑化回路14を備えたので、拡張信号発生回路5
により発生された拡張信号を、入力されたディジタルオ
ーディオ信号の高域のスペクトル強度に応じて、スペク
トル特性上で入力されたディジタルオーディオ信号と滑
らかにつながるように加算することができる。
As described above, according to the second preferred embodiment of the present invention, the same advantages as those of the first preferred embodiment are provided, and the smoothing circuit 14 is provided. Therefore, the extension signal generation circuit 5
Can be added in accordance with the high-band spectral intensity of the input digital audio signal so as to be smoothly connected to the input digital audio signal on the spectral characteristics.

【0070】また、スペクトル解析回路6及びスイッチ
7を備えたので、単一のスペクトルを有する正弦波や、
非楽音信号が入力された場合、スイッチ7を接点b側に
切り換えて拡張信号を加算しないように制御することが
でき、すなわち、オーディオ帯域の拡張機能を停止させ
ることができるので、信号特性の測定において、信号特
性が著しく劣化した測定結果となることを防止できる。
Also, since it has the spectrum analysis circuit 6 and the switch 7, a sine wave having a single spectrum,
When a non-tone signal is input, the switch 7 can be switched to the contact b to control not to add the extension signal, that is, the extension function of the audio band can be stopped. In this case, it is possible to prevent a measurement result in which signal characteristics are significantly deteriorated.

【0071】以上の好ましい実施の形態においては、拡
張信号発生回路5において、非線形処理回路21及び高
域通過フィルタ22により発生される高調波成分の信号
と、ディザ信号発生回路23及び高域通過フィルタ24
により発生されるディザ信号とを発生して加算器25に
より加算して拡張信号としているが、本発明はこれに限
らず、拡張信号は、上記高調波成分の信号と、上記ディ
ザ信号とのうちの少なくとも一方を含むようにしてもよ
い。
In the preferred embodiment described above, in the extension signal generation circuit 5, the signal of the harmonic component generated by the nonlinear processing circuit 21 and the high-pass filter 22, the dither signal generation circuit 23 and the high-pass filter 24
Is generated by the adder 25 and added by the adder 25 to form an extension signal. However, the present invention is not limited to this, and the extension signal includes the harmonic component signal and the dither signal. May be included.

【0072】以上好ましい実施の形態においては、スペ
クトル解析回路6において2つの帯域のスペクトル強度
を演算して、入力されたディジタルオーディオ信号が単
一のスペクトル又は非楽音信号であるか否かを判断して
いるが、本発明はこれに限らず、スペクトル解析回路6
において複数の帯域のスペクトル強度を演算して、入力
されたディジタルオーディオ信号が単一のスペクトル又
は非楽音信号であるか否かを判断してもよい。
In the preferred embodiment described above, the spectrum analysis circuit 6 calculates the spectrum intensities of the two bands to determine whether the input digital audio signal is a single spectrum or a non-tone signal. However, the present invention is not limited to this, and the spectrum analysis circuit 6
, The spectrum intensities of a plurality of bands may be calculated to determine whether the input digital audio signal is a single spectrum or a non-tone signal.

【0073】以上の好ましい実施の形態においては、1
/f特性フィルタ26を備えているが、本発明はこれに
限らず、備えなくてもよい。
In the above preferred embodiment, 1
Although the / f characteristic filter 26 is provided, the present invention is not limited to this and may not be provided.

【0074】以上の好ましい実施の形態においては、オ
ーディオ信号帯域拡張装置を、ハードウエアのディジタ
ル信号処理回路で構成しているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、図1又は図12の構成を信号処理プログラ
ムで実現して、当該信号処理プログラムをDSP(ディ
ジタル・シグナル・プロセッサ)により実行してもよ
い。
In the preferred embodiment described above, the audio signal band extending device is constituted by a hardware digital signal processing circuit. However, the present invention is not limited to this. For example, the structure shown in FIG. 1 or FIG. May be realized by a signal processing program, and the signal processing program may be executed by a DSP (Digital Signal Processor).

【0075】[0075]

【発明の効果】従って本願の請求項1の発明によれば、
第1の加算手段と、第1のスペクトル解析手段と、レベ
ル制御手段と、拡張信号発生手段とを備えたオーディオ
信号帯域装置をディジタル信号処理回路で構成したの
で、装置性能のばらつきがほとんど発生せず、かつ従来
技術に比較して製造コストが安価である、オーディオ信
号の帯域を拡張するための方法及び装置を提供すること
ができる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention,
Since the audio signal band device including the first addition means, the first spectrum analysis means, the level control means, and the extension signal generation means is constituted by a digital signal processing circuit, the performance of the apparatus hardly varies. It is possible to provide a method and an apparatus for extending the band of an audio signal, which is less expensive and has a lower manufacturing cost than the related art.

【0076】また本願の請求項12,26, 27の発明
によれば、第1のスペクトル解析手段からの入力された
ディジタルオーディオ信号の高域のスペクトル強度に応
じて拡張信号の加算レベルの調整し、さらに1/f特性
又は1/f2 特性の低域通過フィルタを通過させた拡張
信号を用いたので、入力された元のディジタルオーディ
オ信号の音質を変化させることなく、楽音信号に近い自
然の音色を有する拡張信号を加算することができ、音質
上の違和感や劣化が無い。
According to the twelfth, twenty-sixth, and twenty-seventh aspects of the present invention, the addition level of the extension signal is adjusted in accordance with the high-band spectrum intensity of the digital audio signal input from the first spectrum analysis means. Further, since an extended signal passed through a low-pass filter having a 1 / f characteristic or a 1 / f 2 characteristic is used, a natural sound close to a tone signal can be obtained without changing the sound quality of the input original digital audio signal. An extended signal having a timbre can be added, and there is no unnaturalness or deterioration in sound quality.

【0077】また本願の請求項9〜11,23〜25の
発明によれば、入力されたディジタルオーディオ信号が
有する帯域以上で楽音信号と同様のスペクトル構造を有
する(すなわち、ディザ信号の発生頻度を略ガウス分布
やベル分布にすることで自然音と略相似の発生メカニズ
ムを有する)高調波成分やディザ信号を発生させ、入力
されたディジタルオーディオ信号の高域スペクトル強度
に応じてこの発生させた高調波成分のディジタル信号及
びディザ信号を入力されたディジタルオーディオ信号に
加算することにより、従来技術に比例して容易にオーデ
ィオ帯域が拡張されたディジタルオーディオ信号を発生
することができる。
Further, according to the invention of claims 9 to 11 and 23 to 25 of the present application, the digital audio signal has the same spectral structure as that of the tone signal in the band or higher that the digital audio signal has (that is, the frequency of generation of the dither signal is Generates a harmonic component and a dither signal by generating a substantially Gaussian distribution or a bell distribution. The harmonic component and dither signal are generated, and the generated harmonics are generated in accordance with the high frequency spectrum intensity of the input digital audio signal. By adding the digital signal and the dither signal of the wave component to the input digital audio signal, it is possible to easily generate a digital audio signal having an extended audio band in proportion to the related art.

【0078】また本願の請求項2〜8,16〜22の発
明によれば、入力されるディジタルオーディオ信号の最
高周波数を検出あるいは所定の周期で検出し、かつ、聴
感特性を考慮した帯域の拡張ができるので、各種の再生
帯域の異なるディジタルオーディオ信号に対して、ある
いは入力されるディジタルオーディオ信号内の帯域変化
に対して、違和感の少ない自然な音色にすることができ
る。
According to the invention of claims 2 to 8 and 16 to 22 of the present application, the maximum frequency of the input digital audio signal is detected or detected at a predetermined cycle, and the band is expanded in consideration of the audibility characteristics. Therefore, it is possible to provide a natural tone with less discomfort with respect to digital audio signals having various reproduction bands or a change in band within an input digital audio signal.

【0079】さらに本願の請求項14,28, 29の発
明によれば、第2のスペクトル解析手段及び切り換え手
段を備えたので、正弦波信号が入力されても、信号特性
の測定において信号劣化の策定結果が発生しないオーデ
ィオ帯域拡張方法及び装置を提供することができる。
Further, according to the inventions of claims 14, 28 and 29 of the present application, since the second spectrum analyzing means and the switching means are provided, even if a sine wave signal is input, signal deterioration in signal characteristic measurement is prevented. It is possible to provide an audio band extension method and apparatus that does not generate a planning result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る第1の好ましい実施の形態である
オーディオ信号帯域拡張装置の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an audio signal band extending apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention.

【図2】図1のスペクトル解析回路3の内部構成を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the spectrum analysis circuit 3 of FIG.

【図3】図1の非線形処理回路21の内部構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the nonlinear processing circuit 21 of FIG.

【図4】図1のディザ信号発生回路23の内部構成を示
すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of a dither signal generation circuit 23 of FIG.

【図5】図4のPN系列ノイズ信号発生回路40−n
(n=1,2,…,N)の内部構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 5 is a PN sequence noise signal generation circuit 40-n of FIG. 4;
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of (n = 1, 2,..., N).

【図6】図5のPN系列ノイズ信号発生回路40−n
(n=1,2,…,N)の一例によって発生されるホワ
イトノイズ信号の振幅レベルに対する確率密度の関数を
示すグラフである。
6 is a PN sequence noise signal generation circuit 40-n of FIG. 5;
9 is a graph showing a function of a probability density with respect to an amplitude level of a white noise signal generated according to an example of (n = 1, 2,..., N).

【図7】図5のPN系列ノイズ信号発生回路40−n
(n=1,2,…,N)の一例によって発生されるベル
分布型ノイズ信号の振幅レベルに対する確率密度の関数
を示すグラフである。
FIG. 7 is a PN sequence noise signal generation circuit 40-n of FIG. 5;
6 is a graph showing a function of a probability density with respect to an amplitude level of a bell distribution type noise signal generated according to an example of (n = 1, 2,..., N).

【図8】図5のPN系列ノイズ信号発生回路40−n
(n=1,2,…,N)の一例によって発生されるガウ
ス分布型ノイズ信号の振幅レベルに対する確率密度の関
数を示すグラフである。
8 is a PN sequence noise signal generation circuit 40-n of FIG. 5;
6 is a graph illustrating a function of a probability density with respect to an amplitude level of a Gaussian noise signal generated according to an example of (n = 1, 2,..., N).

【図9】図1の1/f特性フィルタ26の周波数特性を
示すスペクトル図である。
FIG. 9 is a spectrum diagram showing a frequency characteristic of the 1 / f characteristic filter 26 of FIG.

【図10】図1の1/f特性フィルタ26に取って代わ
る1/f2 特性フィルタの周波数特性を示すスペクトル
図である。
FIG. 10 is a spectrum diagram illustrating frequency characteristics of a 1 / f 2 characteristic filter that replaces the 1 / f characteristic filter 26 of FIG. 1;

【図11】純音の音の大きさの等感曲線(ロビンソン−
ダッドソン曲線)を示す図である。
FIG. 11 is a loudness isocurve of a pure tone (Robinson-
FIG.

【図12】本発明に係る第2の好ましい実施の形態であ
るオーディオ信号帯域拡張装置の構成を示すブロック図
である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of an audio signal band extending apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention.

【図13】図12のスペクトル解析回路6の内部構成を
示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing an internal configuration of the spectrum analysis circuit 6 of FIG.

【図14】図12のオーディオ信号帯域拡張装置に入力
される入力ディジタル信号のスペクトル強度を示すスペ
クトル図である。
14 is a spectrum diagram showing a spectrum intensity of an input digital signal input to the audio signal band extending apparatus of FIG.

【図15】図12のオーディオ信号帯域拡張装置によっ
て帯域拡張された後のディジタル信号のスペクトル強度
を示すスペクトル図である。
15 is a spectrum diagram showing a spectrum intensity of a digital signal after band expansion by the audio signal band expansion device of FIG. 12;

【図16】従来技術に係るオーディオ信号帯域拡張装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of an audio signal band extending device according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T1 入力端子 T2 出力端子 1 最高周波数検出回路 2 加算器 3 スペクトル解析回路 4 レベル制御回路 5 拡張信号発生回路 6 スペクトル解析回路 7 スイッチ 11 乗算器 12 周波数情報分析器 13 制御回路 14 平滑化回路 21 非線形処理回路 22 高域通過フィルタ 23 ディザ信号発生回路 24 高域通過ファルタ 25 加算器 26 1/f特性フィルタ 27 FFT回路 28 データ選択回路 29 重み付け加算回路 31 絶対値演算回路 32 DCオフセット除去回路 33 減算器 34 平均化回路 35 1/2乗算器 40−n(n=1,2,…,N) PN系列ノイズ信号
発生回路 41 加算器 43 DCオフセット除去用定数信号発生器 44 減算器 51 32ビットシフトレジスタ 52 排他的論理和ゲート 53 クロック信号発生器 54 初期値データ発生器 61 高域通過フィルタ 62 絶対値演算回路 63 低域通過フィルタ 64 減算器 65 低域通過フィルタ 66 絶対値演算回路 67 低域通過フィルタ 68 判定回路 91 バッファアンプ 92 フィルタ回路 93 アンプ 94 検波回路 95 時定数回路 96 ノイズ発生器 97 フィルタ回路 98 乗算器 99 加算器 100 入力されたディジタル信号の帯域B1内の最高
帯域のスペクトル 101 帯域B2内の最低帯域のスペクトル 102 帯域B2のスペクトルの傾斜
T1 input terminal T2 output terminal 1 highest frequency detection circuit 2 adder 3 spectrum analysis circuit 4 level control circuit 5 extension signal generation circuit 6 spectrum analysis circuit 7 switch 11 multiplier 12 frequency information analyzer 13 control circuit 14 smoothing circuit 21 nonlinear Processing circuit 22 High-pass filter 23 Dither signal generation circuit 24 High-pass filter 25 Adder 26 1 / f characteristic filter 27 FFT circuit 28 Data selection circuit 29 Weighted addition circuit 31 Absolute value calculation circuit 32 DC offset removal circuit 33 Subtractor 34 Averaging circuit 35 1/2 multiplier 40-n (n = 1, 2,..., N) PN sequence noise signal generating circuit 41 Adder 43 DC offset removing constant signal generator 44 Subtractor 51 32-bit shift register 52 Exclusive OR gate 53 Clock signal generation Generator 54 Initial value data generator 61 High-pass filter 62 Absolute value calculation circuit 63 Low-pass filter 64 Subtractor 65 Low-pass filter 66 Absolute value calculation circuit 67 Low-pass filter 68 Judgment circuit 91 Buffer amplifier 92 Filter circuit Reference Signs List 93 amplifier 94 detection circuit 95 time constant circuit 96 noise generator 97 filter circuit 98 multiplier 99 adder 100 spectrum of highest band in band B1 of input digital signal 101 spectrum of lowest band in band B2 102 band B2 Spectral tilt

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 清隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kiyotaka Nagai 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の最高周波数を有する第1の帯域の
ディジタルオーディオ信号のうちの所定の帯域のスペク
トル強度を演算して、演算されたスペクトル強度を示す
信号を出力するステップと、 上記第1の帯域よりも高い第2の帯域の周波数成分を有
する拡張信号を発生するステップと、 上記演算されたスペクトル強度を示す信号に応じて、上
記拡張信号のレベルを制御するステップと、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号に対して上
記最高周波数を検出し、上記最高周波数に応じて各部を
制御するステップと、 上記レベルが制御された拡張信号を、上記第1の帯域の
ディジタルオーディオ信号に加算して、加算結果のディ
ジタルオーディオ信号を出力するステップとを含むこと
を特徴とするオーディオ信号の帯域拡張方法。
A step of calculating a spectrum intensity of a predetermined band among digital audio signals of a first band having a predetermined highest frequency, and outputting a signal indicating the calculated spectrum intensity; Generating an extension signal having a frequency component of a second band higher than the band of the above; controlling the level of the extension signal according to the signal indicating the calculated spectrum intensity; Detecting the highest frequency with respect to the digital audio signal of the band, controlling each unit according to the highest frequency, and adding the extended signal whose level is controlled to the digital audio signal of the first band. And outputting a digital audio signal as a result of the addition.
【請求項2】 上記最高周波数を検出するステップは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手するステップと、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記拡
張信号を発生するステップを制御するステップとを含む
ことを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号の帯域
拡張方法。
2. The step of detecting the highest frequency includes the step of obtaining information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band, and the step of obtaining the extension signal in consideration of hearing characteristics from the information of the highest frequency. Controlling the step of generating an audio signal.
【請求項3】 上記最高周波数を検出するステップは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手するステップと、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記拡
張信号のレベルを制御するステップを制御するステップ
とを含むことを特徴とする請求項1記載のオーディオ信
号の帯域拡張方法。
3. The step of detecting the highest frequency includes the step of obtaining information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band; Controlling the level of the audio signal. 2. The method of claim 1, further comprising:
【請求項4】 上記最高周波数を検出するステップは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手するステップと、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記演
算されたスペクトル強度を示す信号を出力するステップ
を制御するステップとを含むことを特徴とする請求項1
記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
4. The step of detecting the highest frequency includes the step of obtaining information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band, and the step of calculating the highest frequency by considering the auditory characteristics from the information of the highest frequency. Controlling the step of outputting a signal indicative of the spectrum intensity.
A method for extending a band of an audio signal as described above.
【請求項5】 上記最高周波数を検出するステップは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手するステップと、 上記拡張信号を発生するステップと、上記拡張信号のレ
ベルを制御するステップと、上記演算されたスペクトル
強度を示す信号を出力するステップとのうち2つ乃至3
つのステップを、上記最高周波数の情報から聴覚特性を
考慮して制御するステップとを含むことを特徴とする請
求項1記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
5. The step of detecting the highest frequency includes the step of obtaining information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band, the step of generating the extension signal, and controlling the level of the extension signal. And the step of outputting a signal indicating the calculated spectrum intensity.
2. The method according to claim 1, further comprising the step of: controlling one of the steps from the information of the highest frequency in consideration of the auditory characteristics.
【請求項6】 上記最高周波数を検出するステップは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を、所定の周期で入手するステップと、 上記拡張信号を発生するステップと、上記拡張信号のレ
ベルを制御するステップと、上記演算されたスペクトル
強度を示す信号を出力するステップとのうち1つ乃至2
つ乃至3つのステップを、所定の周期で上記最高周波数
の情報から聴覚特性を考慮して制御するステップとを含
むことを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号の帯
域拡張方法。
6. The step of detecting the highest frequency includes: obtaining information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band at a predetermined period; generating the extension signal; One or two of a step of controlling a signal level and a step of outputting a signal indicating the calculated spectrum intensity.
2. The method according to claim 1, further comprising the step of: controlling one to three steps at a predetermined cycle from the information of the highest frequency in consideration of the auditory characteristics.
【請求項7】 上記最高周波数の情報を入手するステッ
プは、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号のうち、信
号の仕様情報(ヘッダ情報)から、最高周波数の情報を
入手するステップを含むことを特徴とする請求項2〜6
のいずれか1項記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
7. The step of obtaining the information of the highest frequency includes the step of obtaining the information of the highest frequency from the specification information (header information) of the digital audio signal of the first band. Claims 2 to 6
The band expansion method of an audio signal according to any one of the above.
【請求項8】 上記最高周波数情報を入手するステップ
は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の周波数ス
ペクトルを分析して、最高周波数の情報を入手するステ
ップを含むことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1
項記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
8. The method according to claim 2, wherein the step of obtaining the highest frequency information includes a step of analyzing a frequency spectrum of the digital audio signal of the first band to obtain information of a highest frequency. Any one of ~ 6
The band expansion method of the audio signal described in the paragraph.
【請求項9】 上記拡張信号を発生するステップは、 非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のディジタ
ルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して上記デ
ィジタルオーディオ信号を歪ませることにより、上記デ
ィジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタル信号
を発生するステップと、 上記高調波成分のディジタル信号のうち上記第1の帯域
のディジタルオーディオ信号の最高周波数の情報から聴
覚特性に応じた周波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後
の信号を拡張信号として出力するステップとを含むこと
を特徴とする請求項1,2,5,6,7,8のいずれか
1項記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
9. The step of generating the extension signal has a nonlinear input / output characteristic, and performs nonlinear processing on the digital audio signal of the first band to distort the digital audio signal. Generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and extracting a frequency component corresponding to an auditory characteristic from information on a highest frequency of the digital audio signal of the first band in the digital signal of the harmonic component. And filtering the high-pass filtered signal and outputting the filtered signal as an extended signal. 9. The audio signal according to claim 1, wherein Bandwidth extension method.
【請求項10】 上記拡張信号を発生するステップは、 振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディザ信号
を発生するステップと、 上記ディザ信号のうち上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周
波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号
として出力するステップとを含むことを特徴とする請求
項1,2,5,6,7,8のいずれか1項記載のオーデ
ィオ信号の帯域拡張方法。
10. The step of generating the extension signal, the step of generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level; and the step of generating a highest frequency of the digital audio signal of the first band among the dither signals. Filtering the frequency component corresponding to the auditory characteristics from the information of the high frequency band and outputting the filtered signal as an extension signal. 9. The bandwidth extension method for an audio signal according to claim 1, wherein:
【請求項11】 上記拡張信号を発生するステップは、 非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のディジタ
ルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して上記デ
ィジタルオーディオ信号を歪ませることにより、上記デ
ィジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタル信号
を発生するステップと、 上記高調波成分のディジタル信号のうち上記第1の帯域
のディジタルオーディオ信号の最高周波数の情報から聴
覚特性に応じた周波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後
の信号を拡張信号として出力するステップと、 振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディザ信号
を発生するステップと、 上記ディザ信号のうち上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周
波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を出力する
ステップと、 上記高域通過ろ波された2つの信号を加算して、加算結
果の信号を拡張信号として出力するステップとを含むこ
とを特徴とする請求項1,2,5,6,7,8のいずれ
か1項記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
11. The step of generating the extension signal has a nonlinear input / output characteristic, and performs a nonlinear process on the digital audio signal of the first band to distort the digital audio signal. Generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and extracting a frequency component corresponding to an auditory characteristic from information on a highest frequency of the digital audio signal of the first band in the digital signal of the harmonic component. Performing high-pass filtering and outputting the filtered signal as an extension signal; generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level; From the information of the highest frequency of the digital audio signal of the band, the frequency component corresponding to the auditory characteristics is high-pass filtered, 4. The method according to claim 1, further comprising: outputting a post-wave signal; and adding the two high-pass filtered signals and outputting a signal resulting from the addition as an extension signal. , 5, 6, 7, and 8.
【請求項12】 上記レベルを制御するステップの前
に、所定の1/f特性と1/f2 特性とのうちの1つの
フィルタ特性を有し、上記拡張信号を低域通過ろ波する
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項1,9,
10,11のいずれか1項記載のオーディオ信号の帯域
拡張方法。
12. A step of low-pass filtering the extension signal having one of predetermined 1 / f characteristics and 1 / f 2 characteristics before the step of controlling the level. 10. The method according to claim 1, further comprising:
12. The method of extending the band of an audio signal according to any one of items 10 and 11.
【請求項13】 上記ディザ信号を発生するステップ
は、 それぞれ互いに独立な擬似雑音系列ノイズ信号を発生す
る複数のステップと、 上記複数の擬似雑音系列ノイズ信号を加算することによ
り、振幅レベルに対して、ガウス分布と釣り鐘型分布の
うちの1つの分布の確率密度を有する加算結果のディザ
信号を発生して拡張信号として出力するステップとを含
むことを特徴とする請求項10,11,12のいずれか
1項記載のオーディオ信号の帯域拡張方法。
13. A method for generating a dither signal, comprising the steps of: generating a pseudo noise sequence noise signal which is independent of each other; and adding the plurality of pseudo noise sequence noise signals to an amplitude level. Generating a dither signal as a result of addition having a probability density of one of a Gaussian distribution and a bell-shaped distribution and outputting the dither signal as an extension signal. 3. The band expansion method of an audio signal according to claim 1.
【請求項14】 上記第1の帯域のディジタルオーディ
オ信号のうちの所定の複数の帯域のスペクトル強度を演
算して、演算された複数の帯域のスペクトル強度に基づ
いて上記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトル
であるか否かを判断するステップと、 上記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトルでは
ないと判断されたときは、上記拡張信号を出力する一
方、上記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトル
であると判断されたときは、上記拡張信号を出力しない
ように切り換えるステップとをさらに含むことを特徴と
する請求項1〜13のいずれか1項記載のオーディオ信
号の帯域拡張方法。
14. Calculating the spectrum intensities of a plurality of predetermined bands among the digital audio signals of the first band, and converting the digital audio signal into a single signal based on the calculated spectrum intensities of the plurality of bands. Determining whether or not the digital audio signal is a spectrum; and, when determining that the digital audio signal is not a single spectrum, outputting the extended signal and determining that the digital audio signal is a single spectrum. The method according to any one of claims 1 to 13, further comprising a step of switching so as not to output the extension signal when the judgment is made.
【請求項15】 所定の最高周波数を有する第1の帯域
のディジタルオーディオ信号のうちの所定の帯域のスペ
クトル強度を演算して、演算されたスペクトル強度を示
す信号を出力する第1のスペクトル解析手段と、 上記第1の帯域よりも高い第2の帯域の周波数成分を有
する拡張信号を発生する拡張信号発生手段と、 上記第1のスペクトル解析手段から出力される演算され
たスペクトル強度を示す信号に応じて、上記拡張信号の
レベルを制御するレベル制御手段と、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号に対して上
記最高周波数を検出し、上記最高周波数に応じて各部を
制御する最高周波数検出手段と、 上記レベル制御手段により制御された拡張信号を、上記
第1の帯域のディジタルオーディオ信号に加算して、加
算結果のディジタルオーディオ信号を出力する第1の加
算手段と、を備えたことを特徴とするオーディオ信号の
帯域拡張装置。
15. A first spectrum analyzing means for calculating a spectrum intensity of a predetermined band of a digital audio signal of a first band having a predetermined highest frequency and outputting a signal indicating the calculated spectrum intensity. Extension signal generation means for generating an extension signal having a frequency component of a second band higher than the first band; and a signal indicating the calculated spectrum intensity output from the first spectrum analysis means. Level control means for controlling the level of the extension signal, and maximum frequency detection means for detecting the highest frequency for the digital audio signal of the first band and controlling each section according to the highest frequency. Adding the extension signal controlled by the level control means to the digital audio signal of the first band; Band extender of the audio signal, characterized in that it comprises a first adding means for outputting Le audio signal.
【請求項16】 上記最高周波数検出手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手する周波数情報入手手段と、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記拡
張信号発生手段を制御する制御手段とを備えたことを特
徴とする請求項15記載のオーディオ信号の帯域拡張装
置。
16. The maximum frequency detecting means includes: frequency information obtaining means for obtaining information on the highest frequency of the digital audio signal in the first band; and the extension in consideration of hearing characteristics from the information on the highest frequency. 16. The audio signal band extending apparatus according to claim 15, further comprising control means for controlling the signal generating means.
【請求項17】 上記最高周波数検出手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手する周波数情報入手手段と、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記レ
ベル制御手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴
とする請求項15記載のオーディオ信号の帯域拡張装
置。
17. The maximum frequency detecting means, comprising: frequency information obtaining means for obtaining information on the highest frequency of the digital audio signal in the first band; and the level information in consideration of a hearing characteristic from the information on the highest frequency. The audio signal band extending apparatus according to claim 15, further comprising control means for controlling the control means.
【請求項18】 上記最高周波数検出手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手する周波数情報入手手段と、 上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して、上記第
1のスペクトル解析手段を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項15記載のオーディオ信号の帯
域拡張装置。
18. The maximum frequency detecting means, comprising: frequency information obtaining means for obtaining information on the highest frequency of the digital audio signal in the first band; and 16. The audio signal band extending apparatus according to claim 15, further comprising control means for controlling said one spectrum analysis means.
【請求項19】 上記最高周波数検出手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を入手する周波数情報入手手段と、 上記拡張信号発生手段と、上記レベル制御手段と、上記
第1のスペクトル解析手段のうち2つ乃至3つの手段
を、上記最高周波数の情報から聴覚特性を考慮して制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項15記
載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
19. The maximum frequency detecting means includes: frequency information obtaining means for obtaining information on the highest frequency of the digital audio signal of the first band; the extension signal generating means; the level control means; 16. The audio signal band expansion according to claim 15, further comprising control means for controlling two or three of the one spectrum analyzing means in consideration of the auditory characteristics from the information of the highest frequency. apparatus.
【請求項20】 上記最高周波数検出手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の最高周波
数の情報を、所定の周期で入手する周波数情報入手手段
と、 上記拡張信号発生手段と、上記レベル制御手段と、上記
第1のスペクトル解析手段のうち1つ乃至2つ乃至3つ
の手段を、所定の周期で上記最高周波数の情報から聴覚
特性を考慮して制御する制御手段とを備えたことを特徴
とする請求項15記載のオーディオ信号の帯域拡張装
置。
20. The maximum frequency detecting means, frequency information obtaining means for obtaining information of the highest frequency of the digital audio signal in the first band at a predetermined cycle, the extended signal generating means, and the level control Means, and control means for controlling one to two to three of the first spectrum analysis means at predetermined intervals from the information of the highest frequency in consideration of auditory characteristics. 16. The audio signal band extending apparatus according to claim 15, wherein:
【請求項21】 上記周波数情報入手手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号のうち、信
号の仕様情報(ヘッダ情報)から、最高周波数の情報を
入手する手段を備えたことを特徴とする請求項16〜2
0のいずれか1項記載のオーディオ信号の帯域拡張装
置。
21. The frequency information obtaining means includes means for obtaining information of the highest frequency from the specification information (header information) of the digital audio signal of the first band. Claims 16-2
0. The audio signal band extending apparatus according to any one of 0 to 0.
【請求項22】 上記周波数情報入手手段は、 上記第1の帯域のディジタルオーディオ信号の周波数ス
ペクトルを分析して、最高周波数の情報を入手する手段
を備えたことを特徴とする請求項16〜20のいずれか
1項記載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
22. The frequency information obtaining means according to claim 16, further comprising means for analyzing a frequency spectrum of the digital audio signal of the first band and obtaining information of a highest frequency. The audio signal band extending device according to any one of the above items.
【請求項23】 上記拡張信号発生手段は、 非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のディジタ
ルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して上記デ
ィジタルオーディオ信号を歪ませることにより、上記デ
ィジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタル信号
を発生する非線形処理手段と、 上記非線形処理手段から出力される高調波成分のディジ
タル信号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成
分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号として
出力する第1の高域通過フィルタとを備えたことを特徴
とする請求項15,16,19,20,21,22のい
ずれか1項記載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
23. The extended signal generating means has a non-linear input / output characteristic, and performs non-linear processing on the digital audio signal of the first band to distort the digital audio signal. Non-linear processing means for generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and hearing information from the highest frequency information of the digital audio signal of the first band among the digital signals of the harmonic component output from the non-linear processing means. 20. A first high-pass filter for high-pass filtering a frequency component according to a characteristic and outputting the filtered signal as an extension signal. The audio signal band extending apparatus according to any one of 20, 21, 22.
【請求項24】 上記拡張信号発生手段は、 振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディザ信号
を発生するディザ信号発生手段と、 上記ディザ信号のうち上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周
波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を拡張信号
として出力する第2の高域通過フィルタとを備えたこと
を特徴とする請求項15,16,19,20,21,2
2のいずれか1項記載のオーディオ信号の帯域拡張装
置。
24. An extended signal generating means, comprising: a dither signal generating means for generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level; and a maximum of a digital audio signal of the first band among the dither signals. 16. A second high-pass filter that high-pass-filters a frequency component corresponding to the auditory characteristic from frequency information and outputs the filtered signal as an extension signal. , 16,19,20,21,2
3. The band extending apparatus for an audio signal according to any one of 2.
【請求項25】 上記拡張信号発生手段は、 非線形の入出力特性を有し、上記第1の帯域のディジタ
ルオーディオ信号に対して非線形処理を実行して上記デ
ィジタルオーディオ信号を歪ませることにより、上記デ
ィジタルオーディオ信号の高調波成分のディジタル信号
を発生する非線形処理手段と、 上記非線形処理手段から出力される高調波成分のディジ
タル信号のうち上記第1の帯域のディジタルオーディオ
信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周波数成
分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を出力する第1の
高域通過フィルタと、 振幅レベルに対して所定の確率分布を有するディザ信号
を発生するディザ信号発生手段と、 上記ディザ信号のうち上記第1の帯域のディジタルオー
ディオ信号の最高周波数の情報から聴覚特性に応じた周
波数成分を高域通過ろ波して、ろ波後の信号を出力する
第2の高域通過フィルタと、 上記第1の高域通過フィルタから出力される信号と、上
記第2の高域通過フィルタから出力される信号とを加算
して、加算結果の信号を拡張信号として出力する第2の
加算手段とを備えたことを特徴とする請求項15,1
6,19,20,21,22のいずれか1項記載のオー
ディオ信号の帯域拡張装置。
25. The extended signal generating means has a non-linear input / output characteristic, and performs nonlinear processing on the digital audio signal in the first band to distort the digital audio signal, Non-linear processing means for generating a digital signal of a harmonic component of the digital audio signal; and hearing information from the highest frequency information of the digital audio signal of the first band among the digital signals of the harmonic component output from the non-linear processing means. A first high-pass filter for high-pass filtering a frequency component according to the characteristic and outputting a filtered signal; a dither signal for generating a dither signal having a predetermined probability distribution with respect to an amplitude level Generating means for responding to auditory characteristics from information of the highest frequency of the digital audio signal of the first band in the dither signal. A second high-pass filter that performs high-pass filtering of the filtered frequency component and outputs a filtered signal, a signal output from the first high-pass filter, and a second high-pass filter. And a second adding means for adding a signal output from the pass filter and outputting a signal as a result of addition as an extension signal.
The audio signal band extending device according to any one of claims 6, 19, 20, 21, and 22.
【請求項26】 所定の1/f特性と1/f2 特性との
うちの1つのフィルタ特性を有し、上記拡張信号を低域
通過ろ波して上記レベル制御手段に出力する低域通過フ
ィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項15又は
23記載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
26. A low-pass filter having a filter characteristic of one of a predetermined 1 / f characteristic and a 1 / f 2 characteristic, and low-pass filtering the extended signal to output to the level control means. The audio signal band extending apparatus according to claim 15 or 23, further comprising a filter.
【請求項27】 所定の1/f特性と1/f2 特性との
うちの1つのフィルタ特性を有し、上記拡張信号を低域
通過ろ波して上記レベル制御手段に出力する低域通過フ
ィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項24又は
25記載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
27. A low-pass filter having a filter characteristic of one of a predetermined 1 / f characteristic and a 1 / f 2 characteristic, and low-pass filtering the extended signal to output to the level control means. 26. The audio signal band extending device according to claim 24, further comprising a filter.
【請求項28】 上記ディザ信号発生手段は、 それぞれ互いに独立な擬似雑音系列ノイズ信号を発生す
る複数のノイズ信号発生回路と、 上記各ノイズ発生回路の世って発生される複数の擬似雑
音系列ノイズ信号を加算することにより、振幅レベルに
対して、ガウス分布と釣り鐘型分布のうちの1つの分布
の確率密度を有する加算結果のディザ信号を発生して拡
張信号として出力する第3の加算手段を備えたことを特
徴とする請求項24, 25, 27のいずれか1項記載の
オーディオ信号の帯域拡張装置。
28. The dither signal generating means includes: a plurality of noise signal generating circuits each generating a pseudo noise sequence noise signal independent of each other; and a plurality of pseudo noise sequence noises generated by each of the noise generating circuits. A third adding unit that generates a dither signal of an addition result having a probability density of one of a Gaussian distribution and a bell-shaped distribution with respect to the amplitude level by adding the signals, and outputs the dither signal as an extension signal; The audio signal band extending apparatus according to any one of claims 24, 25, and 27, comprising:
【請求項29】 上記第1の帯域のディジタルオーディ
オ信号のうちの所定の複数の帯域のスペクトル強度を演
算して、演算された複数の帯域のスペクトル強度に基づ
いて上記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクトル
であるか否かを判断する第2のスペクトル解析手段と、 上記第2のスペクトル解析手段により上記ディジタルオ
ーディオ信号が単一のスペクトルではないと判断された
ときは、上記拡張信号を上記第1の加算手段に出力する
一方、上記ディジタルオーディオ信号が単一のスペクト
ルであると判断されたときは、上記拡張信号を上記第1
の加算手段に出力しないように切り換えるスイッチ手段
とをさらに備えたことを特徴とする請求項15〜28の
いずれか1項記載のオーディオ信号の帯域拡張装置。
29. Calculating the spectrum intensities of a plurality of predetermined bands among the digital audio signals of the first band, and converting the digital audio signal into a single signal based on the calculated spectrum intensities of the plurality of bands. Second spectrum analysis means for determining whether or not the spectrum is a spectrum; and when the second spectrum analysis means determines that the digital audio signal is not a single spectrum, the extension signal is converted to the first signal. While the digital audio signal is determined to have a single spectrum, the extended signal is added to the first signal.
29. The audio signal band extending apparatus according to claim 15, further comprising: switch means for switching so as not to output to the adding means.
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