JP2004317622A - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮音声は、圧縮により高域信号が欠落する。圧縮率が、選択可能なため、複数の圧縮率に対して、圧縮前の原音に忠実なオーディオ信号を再現することが要求されている。
【解決手段】圧縮により失われた高域信号を補完する際に、高調波発生器が入力信号より生成する高調波を元信号に加算する際のハイパスフィルターのカットオフ周波数を、圧縮時のビットレート、サンプリング周波数に応じて変化させることにより、種々の圧縮率の圧縮音声の補完において、スペクトル補償の最適化を実現できることを特徴とする音響再生装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音声のデジタル圧縮によって欠落する高域信号を信号の補完処理により、再生時に、圧縮前の原音に忠実なオーディオ信号を再現できることを特徴とする音声信号処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＤ変換されたデジタル信号は、サンプリング周波数によって帯域制限されるため、高域信号が欠落している。例えばＣＤであれば２０ｋＨｚ以上の信号がローパスフィルタによって欠落しているため、原音と同等の再生音が望めなかった。
【０００３】
また、近年普及している、デジタル圧縮による圧縮音声信号は、サンプリング周波数以上の周波数の損失は当然であるが、サンプリングによって制限される周波数より低い可聴周波数帯域の信号も、圧縮することにより失われている。そこで、欠落した高域部分の信号を補完する方法が幾つか考えられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−３１１００６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮された音声は、圧縮することにより高域信号が失われるため、再生時に、圧縮前の原音に相当するものをいかに復元させるかが課題とされていた。先行技術例では、対象は、ＣＤ等であり、固定のサンプリング周波数で記録されているため、再生対象の周波数特性は固定されており、従来の発明例を適応することにより、補完された信号のスペクトラムを、連続にするような信号補完が可能であった。しかしながら、近年 普及拡大している圧縮音声に適用した場合は、サンプリング周波数も、固定でなく、種々存在している。またサンプリング周波数が固定であっても、圧縮率（ビットレート）が変動すれば、実質的に再生可能な周波数帯域は、サンプリング周波数で決まる上限の周波数以下の信号しか再生できなくなるという圧縮音声特有の課題を有している。
【０００６】
従来技術を適用すれば、圧縮音声信号に対して、信号から作成した高調波信号を、ハイパスフィルタによって高域信号のみを選択して、圧縮音声信号に加算して圧縮前の原音に近づけることができるが、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が固定であるため、固定の圧縮率（ビットレート）に対しては、理想的に復元できるが、それ以外の圧縮率（ビットレート）によっては再生音のスペクトルが不連続になることがあった。本発明は、圧縮率に依存することなく、如何なる圧縮率の圧縮音声信号の再生においても、スペクトルの連続性を失わずに高調波成分を加算させ、圧縮前の原音に近い形を復元し、高音質な再生音を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、入力圧縮音声信号からその高調波を発生させる高調波発生手段と、入力圧縮音声信号のレベルを検出するレベル検出手段と、レベル検出ブロックの検出手段に応じて、高調波発生手段の出力レベルを制御する乗算手段と、乗算手段の出力信号の高域成分を抜き出す第１のハイパスフィルタと、入力圧縮音声信号と、第１のハイパスフィルタの出力信号とを加算し、出力する加算手段とを有する音響再生装置を提供するものであり圧縮音声信号を信号補完して圧縮前の信号に復元する際に信号のスペクトラムの連続性を失わずに高音質な再生音を提供するという作用をする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、再生出力音声信号の圧縮時のビットレートやサンプリング周波数や、周波数帯域情報を判別する判別手段をさらに有し、判別手段の判別結果により、第１のハイパスフィルタのカットオフ周波数特性を適応的に変化させるという作用をする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、入力圧縮音声信号の高域成分を抜き出し、レベル検出手段に出力する第２のハイパスフィルタをさらに備え、判別手段の判別結果により、第２のハイパスフィルタのカットオフ周波数を可変することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による音響再生装置のブロック図である。入力された圧縮音声信号１は、高域が欠落している。その高域の欠落度合いは圧縮音声信号の圧縮率（ビットレート）や、サンプリング周波数に依存している。入力された圧縮音声信号１は、高調波発生手段２によって、圧縮によって失われた高域信号を生成する。入力圧縮音声信号１は、入力されると同時にレベル検出手段３に入力される。レベル検出手段３は、入力圧縮音声信号１の信号レベルを検出して、その検出結果を乗算器４に入力する。乗算器４は、高調波発生手段２の出力レベルを、前記レベル検出手段３の出力信号により制御する機能を有する。乗算器４によって、レベルを制御された高調波発生手段２の出力信号は、第１のハイパスフィルタ５に入力される。
【００１１】
また、本発明の音響再生装置は、再生時に、再生出力圧縮音声信号の圧縮時のビットレートや、サンプリング周波数や、周波数帯域情報等を判別する判別手段６を有しており、判別手段６の判別結果を受けて、第１のハイパスフィルタ５のカットオフ周波数を可変する。判別手段６は、本発明の音響再生装置が圧縮音声信号を再生する時に、圧縮音声信号の音声データとは分離して記録されている情報 すなわち 圧縮時のビットレートや、サンプリング周波数や、
周波数帯域情報等を同時に読み込み、その結果を判別する。
【００１２】
高調波発生手段２で生成された高調波信号は、乗算器４でそのレベルを制御されて後、カットオフ周波数が可変可能な第１のハイパスフィルタ５によって、圧縮で失われた高域成分だけを選択されて後、加算手段７により入力された圧縮音声信号１に加算され、圧縮で失われた高域成分を補完されて出力される。
【００１３】
第１のハイパスフィルタ５のカットオフ周波数は、再生装置が、信号を再生して判別した圧縮音声の情報、すなわち圧縮ビットレートやサンプリング周波数や周波数帯域情報等によって、自動的に選択される。ある特定の圧縮率（ビットレート）の圧縮によって生じる高域信号の欠落による、高域信号低下のカットオフ周波数を例えば、Ａ ｋＨｚと仮定する。第１のハイパスフィルタ５のカットオフ周波数は、Ｂ ｋＨｚに設定する。第１のハイパスフィルタ５のカットオフ周波数は、基本的に前記入力圧縮信号のカットオフ周波数と相対する。Ａ＝Ｂに設定した場合には、圧縮によって、高域信号の失われた入力圧縮音声信号１と第１のハイパスフィルタ５を通過した信号を加算手段７で加算することによって、加算手段７の出力信号は、そのスペクトルを連続にすることが可能になる。Ａ＜Ｂの場合は、加算手段７の出力信号は、カットオフ周波数付近の周波数、すなわちＡからＢの間で、周波数特性にディップが生じ、信号スペクトラムに歯抜けが生じる。逆にＡ＞Ｂに設定した場合は、カットオフ周波数付近で、双方の信号の重ね合わせにより、信号スペクトラムに膨らみができる結果となる。
【００１４】
このように、入力される圧縮信号に適応した第１のハイパスフィルタ５のカットオフ周波数を自動的に選択することで、如何なる圧縮率の圧縮音声信号が入力されても、常に、最適な状態で再生時のスペクトラム補償を行えることができる。以上の構成により、入力された圧縮音声信号に対して、欠落していた高域信号を圧縮率に応じた最適なスペクトル補償することで、圧縮率に依存しない再生スペクトラムの連続性の実現が可能になり、より圧縮前の原音に近づいた音を再現することができる。
【００１５】
（実施の形態２）
図２を用いて、本発明の実施の形態２を説明する。図２は、本発明の実施の形態２による音響再生装置のブロック図である。実施の形態２は、実施の形態１の構成に入力圧縮音声信号の高域成分を抜き出し、レベル検出手段に出力するカットオフ周波数を可変可能な第２のハイパスフィルタ８をさらに備えたものである。
【００１６】
入力された圧縮音声信号１は、第２のハイパスフィルタ８に入力される。第２のハイパスフィルタ８のカットオフ周波数は、判別手段６が判別した再生出力音声信号の圧縮ビットレートやサンプリング周波数や周波数帯域情報等によって、第２のハイパスフィルタ８のカットオフ周波数を可変させる。圧縮時のビットレートやサンプリング周波数によって、そのカットオフ周波数を変化させられた第２のハイパスフィルタ８の出力は、レベル検出手段３に入力され、その信号のレベルを検出される。以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００１７】
この構成により、より精度よく、高調波発生手段２の出力のレベルを制御することが可能になる。実施の形態１では、レベル検出をする際に、圧縮率が変化して、再生周波数帯域が変化した場合には、再生信号に含まれる高域の周波数を精度良く検出するのが困難になる。このため、入力の圧縮音声信号に加算した場合の、スペクトラムの連続性の精度に課題があったが、実施の形態２の構成により、第２のハイパスフィルタは、ビットレートや、サンプリング周波数や周波数帯域情報等により、可変できるため、加算する高調波発生手段２の出力レベルの精度を上げることができ、補完後のスペクトラムの忠実な連続性を実現することが可能になる。圧縮音声信号に対して、欠落していた高域信号を加算する際に、圧縮率（ビットレート）に依存しない最適なスペクトル補償ができるようになることで、より原音に近づいた音を再現することを可能とした。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明の音響再生装置は、音声圧縮によって失われた高域部分の信号を加算する際、圧縮率を決定する、ビットレートや、サンプリング周波数や周波数帯域情報等により、加算する高域信号の周波数帯域を変化させ、信号補完後のスペクトラムがほぼ連続となるような最適な補完信号とすることによって、圧縮信号の圧縮率に依存することなく、自動的に、圧縮前の原音により近い音を再現するという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による音響再生装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２による音響再生装置のブロック図
【符号の説明】
１ 圧縮音声信号
２ 高調波発生手段
３ レベル検出手段
４ 乗算手段
５ 第１のハイパスフィルタ
６ 判別手段
７ 加算手段
８ 第２のハイパスフィルタ

Claims (3)

1. 入力圧縮音声信号からその高調波を発生させる高調波発生手段と、入力圧縮音声信号のレベルを検出するレベル検出手段と、前記レベル検出手段に応じて、前記高調波発生手段の出力レベルを制御する乗算手段と、前記乗算手段の出力信号の高域成分を抜き出す第１のハイパスフィルタと、入力圧縮音声信号と、前記第１のハイパスフィルタの出力信号とを加算する加算手段とを有する音響再生装置。
2. 再生出力音声信号の圧縮時のビットレートやサンプリング周波数や周波数帯域情報を判別する判別手段をさらに有し、前記判別手段の判別結果により、前記第１のハイパスフィルタのカットオフ周波数を可変することを特徴とする請求項１記載の音響再生装置。
3. 入力圧縮音声信号の高域成分を抜き出し、前記レベル検出手段に出力する第２のハイパスフィルタをさらに備え、前記判別手段の判別結果により、前記第２のハイパスフィルタのカットオフ周波数を可変することを特徴とする請求項１記載の音響再生装置。

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