JP2005114813A - オーディオ信号再生装置及び再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再生帯域を拡大して再生するオーディオ信号再生装置において、音声情報の聴取などを主目的とし、早送り再生動作などの高品位な音質を求めない場合に、付加信号の生成に係る処理を変更することで、信号処理量の減少を図り、機器の消費電力を低減すること。
【解決手段】信号生成部５は、オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力する。制御部４は再生動作のモード情報、又はオーディオ信号や符号化信号に関連付けられる管理情報に基づいて、付加信号の生成に係る処理を操作する。合成部３は復号化部１の出力するオーディオ信号と信号生成部５から得られた付加信号とを合成して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送又は記憶されるオーディオ信号又は符号化信号の再生時に、高音域のスペクトルを持つ付加信号を復号オーディオ信号に合成することにより再生周波数帯域を拡大し、知覚品質を高めるオーディオ信号再生装置及び再生方法に関するものである。

デジタルオーディオの分野では、デジタルオーディオ信号を、コンパクトディスク（ＣＤ）などの記録媒体に記録したり、或いは衛星デジタル放送などの伝送経路を通じて伝送する場合に、人間の可聴帯域（例えば、２０ＫＨｚ以下）だけをカバーするように周波数帯域が制限されている。しかし、近年、人間は可聴帯域といわれていた帯域を超える周波数帯域の信号成分も感知し得るということが分かってきた。

そこで、周波数帯域を制限して伝送又は記憶されたデジタルオーディオ信号を再生する際に、デジタルオーディオ信号の高音域のスペクトルを持つ付加信号を生成し、合成して出力することにより、より自然な音に近づけて知覚品質を改善する方法が提案されている。このような方法では、まず、デジタルオーディオ信号のスペクトルを分析し、帯域制限により伝送又は記憶されない高音域のスペクトルの包絡線や分布、振幅などを推定する。同時に、デジタルオーディオ信号の高音域のスペクトルを持つランダムノイズなどの信号を生成し、推定した高音域のスペクトルの包絡線や分布、振幅に基づいて、生成した信号の調波構造を調整する。このようにして生成した付加信号を、変換プロセスによってデジタルオーディオ信号に合成して再生オーディオ信号を出力する。このような技術は例えば特許文献１に開示されている。

上記のように、デジタルオーディオ信号に含まれない、高音域のスペクトルを持つ付加信号を生成し、オーディオ信号と付加信号とを合成することにより、再生オーディオ信号の周波数帯域を拡張し、知覚品質を改善することができる。

一方、ＣＤに比べて１０分の１以下の低いビットレートで、高品位の音質で伝送又は記憶を可能にする様々なオーディオ信号符号化技術が多く使われている。これらのオーディオ信号符号化技術には、例えばミニディスク（ＭＤ）に採用されているＡＴＲＡＣ（Adaptive Transform Acoustic Coding）方式や、衛星デジタル放送で採用されているＩＳＯのＭＰＥＧで規格化されているＭＰＥＧ２−ＡＡＣなどの方式がある。

これらのオーディオ信号符号化技術では、時系列のデジタルオーディオ信号における複数のサンプルをまとめたフレームを単位として、周波数軸上の成分を表すサブバンド信号や、スペクトルに変換する処理が施される。周波数軸上の成分への変換には、ＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）などの帯域分割フィルタ処理や、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Transform）などの周波数変換処理といったフィルタバンクや変換プロセスが利用される。以下の説明では、周波数変換処理を利用して時系列のデジタルオーディオ信号を、周波数軸上のスペクトルに変換する場合について説明する。

上記の周波数変換処理により変換出力されるスペクトルは、複数のスペクトルをまとめた正規化帯域毎に正規化及び量子化の処理が施される。スペクトルは、正規化帯域毎にまとめられたスペクトル振幅を表すスケールファクタで正規化される。また、正規化されたスペクトルは、所望のビットレートになるように正規化帯域毎に割り当てられる量子化ビット数で量子化される。量子化ビット数は、最小可聴しきい値や、マスキングなどの人間の聴覚心理特性に基づいて、聴感上知覚されない又は知覚され難い量子化雑音レベルを許容して割り当てる。量子化されたスペクトルは、符号化された後にスケールファクタや量子化ビット数などの符号化情報と多重化し、符号化オーディオ信号として伝送又は記憶する。このように人間の聴覚特性を利用することによって、ビットレートの大幅な低減をもたらすことができる。

上記の符号化処理によって、伝送又は記憶された符号化オーディオ信号は、復号化処理において符号化処理と逆の手順を施し、再生オーディオ信号に復元して出力する。しかしながら、更に低いビットレートで上記の符号化処理を施した場合には、生成し伝送又は記憶した符号化オーディオ信号に対して復号化を施して出力される再生オーディオ信号では、音質劣化が知覚される。このことは、低いビットレートという要求に対して行われる符号化処理によって削減される情報量が、聴感上知覚され易い部分に悪い影響を及ぼすためである。一般に低いビットレートでは、高域側の周波数帯域が制限されて、高音域のスペクトルが欠損されることが多い。これは、低音域のスペクトルの欠損よりも高音域におけるスペクトルの欠損の方が、聴感上音質劣化が知覚され難いことに起因している。

そこで、低いビットレートで符号化処理を施すことにより欠損する高音域のスペクトルを復号化処理で擬似的に再現することによって、出力する再生オーディオ信号の周波数帯域を拡張して、音質を改善する方法が幾つか提案されている。

一つの方法は、符号化オーディオ信号に復号化処理を施して復元される復号オーディオ信号のスペクトルを分析し、符号化処理により欠損した高音域のスペクトルの包絡線や分布、振幅などを推定するものである。同時に、復号オーディオ信号の高音域のスペクトルを持つランダムノイズなどの信号を生成し、推定した高音域のスペクトルの包絡線や分布、振幅などに基づいて、生成した信号の調波構造を調整する。このようにして生成した付加信号を、変換プロセスによって復号オーディオ信号に合成して再生オーディオ信号を出力する。このような技術は、例えば非特許文献１に開示されている。

別の方法は、符号化処理で予め時系列のデジタルオーディオ信号又は周波数軸上のスペクトルを分析し、符号化処理により欠損する高音域のスペクトルの包絡線や分布、振幅などを求め、これらを符号化オーディオ信号に多重化して伝送又は記憶するものである。復号化時には、符号化オーディオ信号からこれらを抽出して、スペクトルの包絡線や分布、振幅などを再現すると共に、これらに基づいて復号オーディオ信号の高音域のスペクトルを持つ付加信号の調波構造を調整して生成する。このような技術は、例えば特許文献２に開示されている。また前述した２つの方法を併せて利用する場合もある。

上記のように、復号オーディオ信号に含まれない高音域のスペクトルを持つ付加信号を生成し、復号オーディオ信号と付加信号とを合成することにより、再生オーディオ信号の周波数帯域を拡張し、知覚品質を大幅に改善することができる。以下では、説明を簡単にするために、符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域が制限された符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置を例に説明していく。また、付加信号の調波構造の調整に用いられる情報は、符号化信号に多重化して伝送又は記憶されるものとする。

図９は、再生帯域を拡大することが可能な従来のオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。復号化部１は入力される符号化信号Ｓ１０を復号化して、復号オーディオ信号Ｓ１１を出力するものである。また、復号化部１は、入力される符号化信号Ｓ１０に多重化されている付加信号情報Ｓ１２を分離して出力する。信号生成部２は、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３を生成し、復号化部１から与えられる付加信号情報Ｓ１２に基づいて、調波構造を調整して付加信号Ｓ１３を出力するものである。ここで、付加信号情報Ｓ１２は、例えばスペクトルの包絡線や分布、振幅などが考えられる。合成部３は復号オーディオ信号Ｓ１１と付加信号Ｓ１３を合成して、再生オーディオ信号Ｓ１４を出力するものである。

図１０は、図９における復号化部１の内部構成を示すブロック図である。図１０のデマルチプレクス部１０１は入力される符号化信号Ｓ１０から、量子化スペクトルＳ１０１と、ビット割り当て情報Ｓ１０２と、スケールファクタ情報Ｓ１０３と、付加信号情報Ｓ１２とを分離して出力するものである。逆量子化及び逆正規化部１０２は、ビット割り当て情報Ｓ１０２に基づいて量子化スペクトルＳ１０１を逆量子化すると共に、スケールファクタ情報Ｓ１０３に基づいて逆正規化してスペクトルＳ１０４を出力するものである。周波数逆変換部１０３は、周波数軸上のスペクトルＳ１０４を時間軸上に連続する復号オーディオ信号Ｓ１１に変換して出力するものである。

図１１は、図９において復号化部１から出力される復号オーディオ信号Ｓ１１と、信号生成部２から出力される付加信号Ｓ１３と、合成部３から出力される再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルの関係を示す説明図である。図１１において、（１１Ａ）は、復号化部１から出力される再生オーディオ信号Ｓ１１のスペクトルを表し、符号化処理で高音域のスペクトルが欠損しているために、帯域の上限はｆ０となる。（１１Ｂ）は、信号生成部２から出力される付加信号Ｓ１３のスペクトルを表し、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトル成分を持つ。なお（１１Ｂ）は、ｆ０からｆ１の帯域に分布するスペクトルを持つ場合を表す。（１１Ｃ）は、合成部３から出力される再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルを表し、帯域の上限がｆ１（ｆ１＞ｆ０）に拡張される。これにより、付加信号Ｓ１３が合成された再生オーディオ信号Ｓ１４を聴取した場合には、復号オーディオ信号Ｓ１１に比較して聴感上の知覚品質が大幅に改善される。また上記のような帯域の拡張方法を利用することにより、高品位な音質を保ちながら、より低いビットレートでの符号化を行うことができる。
特開２００２−１５５２２号公報（図１） 特表２００１−５２１６４８号公報（図１） シュルツ著「ノイズ代入によるオーディオ符号化の改良（Improving Audio CODECS by Noise Substitution）」ＪＡＥＳ誌、１９９６年、第４４巻、第７／８号

しかしながら、上記の従来技術におけるオーディオ信号再生装置及び再生方法では、オーディオ信号に対して高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成する処理を行う必要がある。また、符号化信号に復号化処理を行って得られる復号化オーディオ信号に対して、高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成する処理を行う必要がある。すなわち、付加信号の生成に係る処理を行うための回路を駆動したり、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）などのプログラムの実行が必要となる。これにより、オーディオ信号、又は符号化信号を復号化して得られる復号オーディオ信号をそのまま出力する場合に比べて、付加信号を生成して合成する場合には、処理量が増し、かつ消費電力が増す。

その一方で、通常の速度で再生する再生動作とは別に、通常よりも早い速度で可聴信号を出力しながら再生する再生動作で、いわゆる早送り再生動作を行うモードがある。この早送り再生動作は、例えば曲の再生位置を探す場合や、ニュースや会話などを、時間を短縮して再生する場合などで行われる。そして、早送り再生動作を行う場合は、曲のリズムや音声情報の聴取を主目的とするために、高品位な音質は要求されない。しかしながら、早送り再生動作をする場合でも、従来のオーディオ信号再生装置及び再生方法では、付加信号を生成し合成する処理を行っている。これにより、消費電力が増大するために、オーディオ信号再生装置を電池などで駆動する場合には、再生時間が短くなるという課題があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、再生帯域を拡大して再生するオーディオ信号再生装置において、音声情報の聴取などを主目的とし、高品位な音質を求めないような早送り再生動作の場合に、付加信号の生成に係る処理を変更することで、信号処理量の減少を図り、機器の消費電力を低減することを目的とする。

本願の請求項１の発明は、伝送又は記憶されるオーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置であって、前記オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力する信号生成部と、前記オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力する合成部と、前記信号生成部における前記付加信号の生成に係る処理を制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

本願の請求項２の発明は、請求項１のオーディオ信号再生装置において、前記信号生成部は、２種類以上の調整部を備え、前記制御部の制御により、何れか一つの調整部を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする。

本願の請求項３の発明は、請求項１又は２のオーディオ信号再生装置において、前記制御部は、オーディオ信号再生装置の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項４の発明は、請求項１又は２のオーディオ信号再生装置において、前記制御部は、前記オーディオ信号に関連付けられる管理情報を監視し、前記管理情報に基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項５の発明は、符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域が制限されて伝送又は記憶された符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、前記復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置であって、前記符号化信号に復号化処理を行い、復号オーディオ信号を生成する復号化部と、前記復号オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力する信号生成部と、前記復号オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力する合成部と、前記信号生成部における前記付加信号の生成に係る処理を制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

本願の請求項６の発明は、請求項５のオーディオ信号再生装置において、前記信号生成部は、２種類以上の調整部を備え、前記制御部の制御により、何れか一つの調整部を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする。

本願の請求項７の発明は、請求項５又は６のオーディオ信号再生装置において、前記制御部は、オーディオ信号再生装置の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項８の発明は、請求項５又は６のオーディオ信号再生装置において、前記制御部は、前記符号化信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項９の発明は、伝送又は記憶されるオーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生方法であって、前記オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力するステップと、前記オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力するステップと、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップとを備えることを特徴とするものである。

本願の請求項１０の発明は、請求項９のオーディオ信号再生方法において、２つ以上の帯域調整処理を備え、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップにより、何れか一つの帯域調整処理を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする。

本願の請求項１１の発明は、請求項９又は１０のオーディオ信号再生方法において、オーディオ信号再生方法の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項１２の発明は、請求項９又は１０のオーディオ信号再生方法において、前記オーディオ信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項１３の発明は、符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域を制限されて伝送又は記憶される符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、前記復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生方法であって、前記符号化信号に復号化処理を行い、復号オーディオ信号を生成するステップと、前記復号オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力するステップと、前記復号オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力するステップと、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップとを備えることを特徴とするものである。

本願の請求項１４の発明は、請求項１３のオーディオ信号再生方法において、２つ以上の帯域調整処理を備え、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップにより、何れか一つの帯域調整処理を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする。

本願の請求項１５の発明は、請求項１３又は１４のオーディオ信号再生方法において、オーディオ信号再生方法の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本願の請求項１６の発明は、請求項１３又は１４のオーディオ信号再生方法において、前記符号化信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする。

本発明のオーディオ信号再生装置及び再生方法によれば、通常の速度よりも早い速度で、可聴信号を出力しながら再生する場合に、付加信号の生成に係る処理を行わないように制御するか、又は処理量の少ない付加信号生成過程を選択することにより、消費電力を削減できる。このため、電池で駆動する場合の再生時間を伸ばすことができる。

また音声情報の聴取を主目的とし、高品位な音質を要求しない場合に、入力されるオーディオ信号、又は符号化信号に関連付けられる管理情報に基づいて、付加信号の生成に係る処理を行わないように制御したり、処理量の少ない付加信号生成過程を選択することにより、消費電力を削減できる。この場合も電池で駆動するときの再生時間を伸ばすことができる。

以下に、本発明の各実施の形態におけるオーディオ信号再生装置及び再生方法について、図面を参照しながら説明する。尚、説明を簡単にするために、符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域を制限された符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置を例に説明していく。また、付加信号の調波構造の調整に用いられる情報は、符号化信号に多重化して伝送又は記憶されるものとする。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。以下に、各構成ブロックとその動作について説明する。復号化部１は入力される符号化信号Ｓ１０を復号化して、復号オーディオ信号Ｓ１１を出力するものである。また復号化部１は、符号化信号Ｓ１０に多重化される付加信号情報Ｓ１２を分離して出力する。信号生成部５は、復号化部１から与えられた付加信号情報Ｓ１２に基づいて調波構造を調整し、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３を生成して出力するものである。ここで、付加信号情報Ｓ１２として、例えばスペクトルの包絡線や分布、振幅などが考えられる。合成部３は復号オーディオ信号Ｓ１１と付加信号Ｓ１３を合成し、再生オーディオ信号Ｓ１４を出力するものである。制御部４は、オーディオ信号再生装置の再生動作のモードを表す動作モード信号Ｓ１５を監視し、動作モード信号Ｓ１５に基づいて、信号生成部５における付加信号の生成に係る処理を制御する制御信号Ｓ１６を出力するものである。

図２は、図１に示すオーディオ信号再生装置における信号生成部５の内部構成を示すブロック図である。信号発生部２１は入力される付加信号情報Ｓ１２に基づいて、復号オーディオ信号の高音域のスペクトルを持つ信号を発生するものである。調整部２２は、信号発生部２１から出力される信号の調波構造を、付加信号情報Ｓ１２に基づいて調整し、付加信号Ｓ１３を出力するものである。また、信号発生部２１及び調整部２２は、入力される制御信号Ｓ１６に基づいて、付加信号の生成に係る処理を制御する。すなわち、制御信号Ｓ１６が付加信号Ｓ１３を出力しないことを意味する場合には、付加信号の生成に係る処理は行われない。

図３は、図１の制御部４に入力される動作モード信号Ｓ１５と、合成部３から出力される再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルとの関係を示す説明図である。（３Ａ）は、入力される符号化信号Ｓ１０のフレーム毎の区切りとフレーム番号を表す。ここでは、図３は９個のフレーム毎の復号化処理を表している。（３Ｂ）は動作モード信号Ｓ１５を表し、フレーム番号４から後ろの区間でＨレベルになり、この区間で早送り再生動作が実行されることを示す。（３Ｃ）はフレーム毎の再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルを表す。

図３において、フレーム番号３までの区間では動作モード信号Ｓ１５がＬレベルであり、通常の速度での再生動作が指定されている。動作モード信号Ｓ１５がＬレベルのフレームでは、信号生成部５において付加信号の生成に係る処理が実行されて、復号オーディオ信号Ｓ１１に対して高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３が出力される。図１の合成部３は、復号オーディオ信号Ｓ１１と付加信号Ｓ１３を合成して、再生オーディオ信号Ｓ１４を出力する。これにより、図３の（３Ｃ）に示すように、再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルは付加信号Ｓ１３が合成されることにより、帯域上限がｆ１に拡張される。

他方、フレーム番号４から後ろの区間では、動作モード信号Ｓ１５がＨレベルであり、早送り再生動作が指定されている。動作モード信号Ｓ１５がＨレベルのフレームでは、信号生成部５において付加信号の生成に係る処理を実行しないように操作され、付加信号Ｓ１３は出力されない。合成部３は復号オーディオ信号Ｓ１１をそのまま再生オーディオ信号Ｓ１４として出力する。これにより図３の（３Ｃ）に示すように、再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルは、復号化オーディオ信号Ｓ１１と同一であり、帯域上限はｆ０となる。

早送り再生動作が指定される場合には、曲のリズムや音声情報の聴取を主目的とするために、高品位な音質は要求されない。これにより、早送り再生動作が指定されているフレームにおいて上記のように再生帯域が狭くなることは、実質的に聴感上の問題とはならない。

以上のように本実施の形態によれば、早送り再生動作が指定される場合に、付加信号の生成に係る処理と、復号オーディオ信号と付加信号との合成に係る処理とを削減することができる。これにより、オーディオ信号再生装置の消費電力を削減でき、電池などで駆動する場合の再生時間を伸ばすことができる。

尚上記の説明では、制御部４は早送り再生動作のモードを表す動作モード信号Ｓ１５に基づいて、付加信号の生成に係る処理を制御しているが、動作モード信号の代わりに、入力される符号化信号に関連付けられる管理情報に基づいて、付加信号の生成に係る処理を制御してもよい。このことは、例えば管理情報によって、入力される符号化信号がニュースや会話などであると判別できる場合には、音声情報の聴取が主目的とするために、高品位な音質が要求されない。これにより、付加信号の生成に係る処理を実行しないように制御することで、処理量を削減して消費電力を削減することができる。

更に、上記の実施の形態１におけるオーディオ信号再生装置の各処理は、ソフトウェアプログラムによってコンピュータ又はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）上で実現することが可能である。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２におけるオーディオ信号再生装置について説明する。図４は実施の形態２におけるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。以下に、各構成ブロックとその動作について説明する。復号化部１と、合成部３と、制御部４は、図１のオーディオ信号再生装置における各部と機能が同じであるので、説明を省略する。信号生成部４１は、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３を生成して出力するものである。

図５は、図４に示す信号生成部４１の内部構成を示すブロック図である。図５の信号発生部５１は入力される付加信号情報Ｓ１２に基づいて、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトルを持つ信号を発生するものである。第１の調整部５２は、信号発生部５１から出力される信号の調波構造を、付加信号情報Ｓ１２に基づいて調整した信号を出力するものである。第２の調整部５３は、第１の調整部５２から出力される信号の調波構造を、付加信号情報Ｓ１２に基づいて更に調整した信号を出力するものである。切替え器５４は、第１の調整部５２から出力される信号と、第２の調整部５３から出力される信号の何れか一方を選択するものである。このように信号生成部４１は、信号発生器５１と、第１の調整部５２と、第２の調整部５３と、切替え器５４で構成され、付加信号Ｓ１３を生成するために２つの帯域調整処理を備える。また、制御部４から出力される制御信号Ｓ１６に基づいて、第１の調整部５２から出力される信号を選択する場合には、第２の調整部５３における調波構造の調整に係る処理は行われない。

図６は、図５に示す信号生成部４１における２つの帯域調整処理の処理量を示す説明図である。図６の（６Ａ）は、第２の調整部５３から出力される信号を選択する場合の処理量Ａを表す。（６Ｂ）は、第１の調整部５２から出力される信号を選択する場合の処理量Ｂを表す。図６に示すように、第２の調整部５３から出力される信号を選択する場合の処理量Ａは、第１の調整部５２から出力される付加信号を選択する場合の処理量Ｂはよりも大きい。このことは、第２の調整部５３において、調波構造の調整に係る処理を行うことにより処理量が増すことを示す。

図７は、信号生成部４１における第１の調整部５２と第２の調整部５３から出力される付加信号のスペクトルを示す図である。図７の（７Ａ）は、第２の調整部５３から出力される信号の周波数成分を表し、ｆ０〜ｆ２〜ｆ１の周波数帯域のスペクトルを持つ。図７の（７Ｂ）は、第１の調整部５２から出力される信号の周波数成分を表し、ｆ０〜ｆ２の周波数帯域のスペクトルを持つ。すなわち、第１の調整部５２と第２の調整部５３における付加信号の生成過程の処理を経ることにより、各々の周波数帯域のスペクトルを持つ付加信号が生成されることを示す。

図８は、図４における制御部４に入力される再生動作のモードを表す動作モード信号Ｓ１５と、合成部３から出力される再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルとの関係を示す説明図である。図８の（８Ａ）は、入力される符号化信号Ｓ１０のフレーム毎の区切りとフレーム番号を表す。ここでは図８は９個のフレーム毎の復号化処理を表している。図８の（８Ｂ）は、制御部４に入力される動作モード信号Ｓ１５を表し、フレーム番号４より後ろの区間でＨレベルになり、この区間で早送り再生動作が実行されていることを示す。図８の（８Ｃ）は、フレーム毎の再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルを表す。

図８において、フレーム番号３までの区間では、動作モード信号Ｓ１５がＬレベルであり、通常の速度での再生動作が指定されている。動作モード信号Ｓ１５がＬレベルのフレームでは、信号生成部４１において、切替え器５４が第２の調整部５３の出力を選択することにより、付加信号の生成に係る処理が実行されて、復号オーディオ信号Ｓ１１の高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３が出力される。合成部３は、復号オーディオ信号Ｓ１１と付加信号Ｓ１３を合成して、再生オーディオ信号Ｓ１４を出力する。これにより、図８の（８Ｃ）に示すように、再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルは、帯域上限がｆ１に拡張される。

他方、フレーム番号４から後ろの区間は、再生動作のモードを表す動作モード信号Ｓ１５がＨレベルであり、早送り再生動作が指示されている。動作モード信号Ｓ１５がＨレベルのフレームでは、信号生成部４１において、切替え器５４が第１の調整部５３の出力を選択することにより、付加信号の生成に係る処理が実行されて、復号オーディオ信号Ｓ１１の周波数ｆ２までの高音域のスペクトルを持つ付加信号Ｓ１３が出力される。合成部３は、復号オーディオ信号Ｓ１１と付加信号Ｓ１３を合成して、再生オーディオ信号Ｓ１４を出力する。これにより図８の（８Ｃ）に示すように、再生オーディオ信号Ｓ１４のスペクトルは、帯域上限がｆ２になる。但し、フレーム番号４から後ろの区間は、早送り再生動作が指定されているので、この区間では制御部４から出力される制御信号Ｓ１６に基づいて、第２の調整部５３においては調波構造の調整に係る処理は行われない。これにより、付加信号Ｓ３１は、ｆ２までの上限帯域のスペクトルを持つ信号となり、第２の調整部５３から出力される信号よりも帯域が狭くなる。

しかしながら、早送り再生動作が指定される場合には、曲のリズムや音声情報の聴取を主目的とするために、高品位な音質は要求されない。これにより、早送り再生動作が指定されているフレームにおいて、上記のように再生帯域に高域側に拡大されなくても、聴感上の問題とはならない。

上記の説明において、信号生成部４１は、生成される信号の持つスペクトルの上限帯域が異なる２つの付加信号の生成過程を備えているが、生成される信号の持つスペクトルの上限帯域が同じであってもよい。但し、２つの付加信号の生成過程における処理量が異なり、早送り再生動作が指定される場合には、処理量の小さい付加信号の生成過程を選択するものとする。このようにして処理量の小さい帯域調整処理を用いることは、出力される再生オーディオ信号の音質の劣化をもたらす。しかしながら、早送り再生動作が指定されている場合には、上記したように音質が劣化することは、聴感上の問題とはならない。

以上のように本実施の形態によれば、早送り再生動作が指定される場合に、付加信号の生成に係る処理を削減することができる。これにより、オーディオ信号再生装置の消費電力を削減でき、電池などで駆動する場合の再生時間を伸ばすことができる。尚、制御部４は、動作モード信号Ｓ１５に基づいて、付加信号の生成に係る処理を制御しているが、動作モード信号の代わりに、入力される符号化信号に関連付けられる管理情報に基づいて、付加信号の生成に係る処理を制御してもよい。このことは、例えば管理情報によって、入力される符号化信号が、ニュースや会話などであると判別できる場合には、音声情報の聴取を主目的とするために、高品位な音質が要求されない。これにより、複数の帯域調整処理の中から処理量が小さい方の帯域調整処理を選択することで、処理量を削減して消費電力を少なくすることができる。

また、信号生成部４１は、処理量の異なる複数（３つ以上）の付加信号の生成過程を備え、再生動作のモードに従って何れか一つの付加信号の生成過程を選択するようにしてもよい。更に、上記の実施の形態２において、オーディオ信号再生装置の各処理は、ソフトウェアプログラムによってコンピュータ又はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）上で実現することも可能である。

本発明の適応的に再生帯域を拡大する技術は、オーディオ信号の圧縮処理によって帯域制限がなされたコンテンツに特に有効である。本発明は、半導体メモリから信号圧縮された楽曲を再生する小型携帯用オーディオプレイヤ、半導体メモリを用いたボイスレコーダ、インターネットで配信される楽曲を受信して再生するノートパソコン、地上デジタル放送で楽曲を受信する携帯ラジオなどにも利用できる。

本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における信号生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における再生オーディオ信号のスペクトルを示す説明図である。 本発明の実施の形態２におけるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における信号生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２において、信号生成部における２つの帯域調整処理の処理量を示す説明図である。 実施の形態２において、信号生成部における２つの帯域調整処理で生成される信号のスペクトルの関係を示す説明図である。 実施の形態２における再生オーディオ信号のスペクトルを示す説明図である。 従来のオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。 従来のオーディオ信号再生装置における復号化部の構成を示すブロック図である。 復号化オーディオ信号と付加信号と再生オーディオ信号のスペクトルを示す説明図である。

符号の説明

１ 復号化部
２，５，４１ 信号生成部
３ 合成部
４ 制御部
２１，５１ 信号発生部
２２ 調整部
５２ 第１の調整部
５３ 第２の調整部
５４ 切替え器
１０１ デマルチプレクス部
１０２ 逆量子化及び逆正規化部
１０３ 周波数逆変換部

Claims (16)

1. 伝送又は記憶されるオーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置であって、
   前記オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力する信号生成部と、
   前記オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力する合成部と、
   前記信号生成部における前記付加信号の生成に係る処理を制御する制御部と、を備えることを特徴とするオーディオ信号再生装置。
2. 前記信号生成部は、２種類以上の調整部を備え、前記制御部の制御により、何れか一つの調整部を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
3. 前記制御部は、オーディオ信号再生装置の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ信号再生装置。
4. 前記制御部は、前記オーディオ信号に関連付けられる管理情報を監視し、前記管理情報に基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ信号再生装置。
5. 符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域が制限されて伝送又は記憶された符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、前記復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生装置であって、
   前記符号化信号に復号化処理を行い、復号オーディオ信号を生成する復号化部と、
   前記復号オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力する信号生成部と、
   前記復号オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力する合成部と、
   前記信号生成部における前記付加信号の生成に係る処理を制御する制御部と、を備えることを特徴とするオーディオ信号再生装置。
6. 前記信号生成部は、２種類以上の調整部を備え、前記制御部の制御により、何れか一つの調整部を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする請求項５記載のオーディオ信号再生装置。
7. 前記制御部は、オーディオ信号再生装置の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項５又は６記載のオーディオ信号再生装置。
8. 前記制御部は、前記符号化信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項５又は６記載のオーディオ信号再生装置。
9. 伝送又は記憶されるオーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生方法であって、
   前記オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力するステップと、
   前記オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力するステップと、
   前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップとを備えることを特徴とするオーディオ信号再生方法。
10. ２つ以上の帯域調整処理を備え、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップにより、何れか一つの帯域調整処理を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする請求項９記載のオーディオ信号再生方法。
11. オーディオ信号再生方法の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項９又は１０記載のオーディオ信号再生方法。
12. 前記オーディオ信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて、前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項９又は１０記載のオーディオ信号再生方法。
13. 符号化処理でオーディオ信号の周波数帯域を制限されて伝送又は記憶される符号化信号に対して復号化処理を行って、復号オーディオ信号を生成すると共に、前記復号オーディオ信号の周波数帯域を拡張して出力するオーディオ信号再生方法であって、
    前記符号化信号に復号化処理を行い、復号オーディオ信号を生成するステップと、
    前記復号オーディオ信号の高音域の周波数スペクトルを持つ付加信号を生成して出力するステップと、
    前記復号オーディオ信号と前記付加信号とを合成して出力するステップと、
    前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップとを備えることを特徴とするオーディオ信号再生方法。
14. ２つ以上の帯域調整処理を備え、前記付加信号の生成に係る処理を制御するステップにより、何れか一つの帯域調整処理を用いて前記付加信号を生成することを特徴とする請求項１３記載のオーディオ信号再生方法。
15. オーディオ信号再生方法の再生動作のモードを監視し、再生動作のモードに基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項１３又は１４記載のオーディオ信号再生方法。
16. 前記符号化信号に関連付けられる管理情報を監視し、管理情報に基づいて前記付加信号の生成に係る処理を制御することを特徴とする請求項１３又は１４記載のオーディオ信号再生方法。
    

Images