JP2009094836A - Digital speech processing apparatus and digital speech processing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定のサンプリング周波数でサンプリングされたDVDオーディオや音楽CD、テレビジョン音声信号などの音声ソフトを、再生可能帯域がサンプリング周波数の1/2より低いオーディオアンプ及び/又はスピーカで再生するためのデジタル音声処理装置及びデジタル音声処理プログラムに関する。 The present invention reproduces audio software such as DVD audio, music CD, and television audio signal sampled at a predetermined sampling frequency with an audio amplifier and / or speaker whose reproducible band is lower than 1/2 of the sampling frequency. The present invention relates to a digital audio processing apparatus and a digital audio processing program.
DVDオーディオのサンプリング周波数fsは96kHz、192kHzであり、また、音楽CDではfs=44.1kHzである。したがって、これらを再生するオーディオアンプ及びスピーカの帯域がfs/2まであれば、上記の音声ソフトの全帯域を再生することができる。また、テレビジョン放送の帯域は、デジタル放送(AAC方式)の場合には16kHzまで、アナログ放送の場合には20kHzまでであるので、この全帯域を再生することができるオーディオアンプ及びスピーカを有するテレビ受像機であれば、全帯域を再生することができる。なお、従来技術として、下記の特許文献1には、狭周波数帯域の音声情報を広周波数帯域の音声情報に変換する手法が開示されている。
しかしながら、オーディオアンプ及びスピーカのいずれか1つでも音楽ソフトの全帯域を再生することができない場合には、結果として音楽ソフトの全帯域を再生することができないという問題点がある。例えばオーディオアンプ及びスピーカの狭い方の再生周波数帯域が20kHzまでの場合にはDVDオーディオの20kHz以上(サンプリング周波数fs換算で40kHz以上)の帯域を再生することができず、CDプレーヤの再生周波数帯域が18kHzまでの場合にはCDの18kHz以上(サンプリング周波数fs換算で36kHz以上)の帯域を再生することができない。さらにテレビ受像機のオーディオアンプ及びスピーカの再生周波数帯域が12kHzまでの場合にはテレビジョン音声信号の12kHz以上(サンプリング周波数fs換算で24kHz以上)の帯域を再生することができない。 However, if any one of the audio amplifier and the speaker cannot reproduce the entire band of the music software, there is a problem that the entire band of the music software cannot be reproduced as a result. For example, when the reproduction frequency band of the narrower one of the audio amplifier and the speaker is up to 20 kHz, a band of 20 kHz or more (40 kHz or more in terms of sampling frequency fs) of DVD audio cannot be reproduced, and the reproduction frequency band of the CD player is In the case of up to 18 kHz, it is impossible to reproduce a band of 18 kHz or more of CD (36 kHz or more in terms of sampling frequency fs). Furthermore, when the reproduction frequency band of the audio amplifier and the speaker of the television receiver is up to 12 kHz, it is not possible to reproduce a band of 12 kHz or more (24 kHz or more in terms of sampling frequency fs) of the television audio signal.
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、オーディオアンプ及びスピーカのいずれか1つでも、音楽ソフトの全帯域を再生することができない場合にも音楽ソフトの全帯域を再生することができるデジタル音声処理装置及びデジタル音声処理プログラムを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a digital audio that can reproduce the entire band of music software even when any one of the audio amplifier and the speaker cannot reproduce the entire band of the music software. It is an object to provide a processing device and a digital audio processing program.
本発明は上記目的を達成するために、所定のサンプリング周波数でサンプリングされたデジタル音声信号を、再生可能帯域が前記サンプリング周波数の1/2より低いオーディオアンプ及び/又はスピーカで再生するためのデジタル音声処理装置であって、
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数をアップサンプリングするアップサンプリング手段と、
前記アップサンプリング手段によりアップサンプリングされたデジタル音声信号から前記オーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して、前記再生可能帯域に付加する再生不可帯域信号付加手段と、
前記再生不可帯域信号付加手段の出力信号のサンプリング周波数を前記所定のサンプリング周波数にダウンサンプリングして前記オーディオアンプ及びスピーカに出力するダウンサンプリング手段とを、
備えた。
In order to achieve the above object, the present invention provides a digital audio for reproducing a digital audio signal sampled at a predetermined sampling frequency with an audio amplifier and / or speaker whose reproducible band is lower than 1/2 of the sampling frequency. A processing device comprising:
Upsampling means for upsampling the sampling frequency of the digital audio signal;
Non-reproducible band signal adding means for generating a non-reproducible band signal higher than the reproducible band of the audio amplifier and / or speaker from the digital audio signal up-sampled by the up-sampling means, and adding the non-reproducible band signal to the reproducible band; ,
Downsampling means for downsampling the sampling frequency of the output signal of the non-reproducible band signal adding means to the predetermined sampling frequency and outputting it to the audio amplifier and speaker;
Prepared.
また、本発明は上記目的を達成するために、所定のサンプリング周波数でサンプリングされたデジタル音声信号を、再生可能帯域が前記サンプリング周波数の1/2より低いオーディオアンプ及び/又はスピーカで再生するためのデジタル音声処理プログラムであって、
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数をアップサンプリングするアップサンプリングステップと、
前記アップサンプリングステップによりアップサンプリングされたデジタル音声信号から前記オーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して、前記再生可能帯域に付加する再生不可帯域信号付加ステップと、
前記再生不可帯域信号付加手段の出力信号のサンプリング周波数を前記所定のサンプリング周波数にダウンサンプリングして前記オーディオアンプ及びスピーカに出力するダウンサンプリングステップとを、
備えた。
In order to achieve the above object, the present invention is for reproducing a digital audio signal sampled at a predetermined sampling frequency with an audio amplifier and / or speaker whose reproducible band is lower than 1/2 of the sampling frequency. A digital audio processing program,
An upsampling step of upsampling a sampling frequency of the digital audio signal;
A non-reproducible band signal adding step of generating a non-reproducible band signal higher than the reproducible band of the audio amplifier and / or the speaker from the digital audio signal up-sampled by the up-sampling step, and adding the non-reproducible band signal to the reproducible band; ,
A downsampling step of downsampling the sampling frequency of the output signal of the non-reproducible band signal adding means to the predetermined sampling frequency and outputting it to the audio amplifier and speaker;
Prepared.
本発明によれば、アップサンプリングされたデジタル音声信号からオーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して再生可能帯域に付加し、所定のサンプリング周波数にダウンサンプリングしてオーディオアンプ及びスピーカに出力するので、オーディオアンプ及びスピーカのいずれか1つでも、音楽ソフトの全帯域を再生することができない場合にも音楽ソフトの全帯域を再生することができる。 According to the present invention, a non-reproducible band signal higher than the reproducible band of the audio amplifier and / or speaker is generated from the upsampled digital audio signal, added to the reproducible band, and down-sampled to a predetermined sampling frequency. Therefore, even if any one of the audio amplifier and the speaker cannot reproduce the entire band of the music software, the entire band of the music software can be reproduced.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明に係るデジタル音声処理装置及びデジタル音声処理プログラムの実施の形態を示すブロック図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a digital audio processing apparatus and a digital audio processing program according to the present invention.
図1において、デジタル信号入力1は処理対象の信号であって、例えば前述したDVDオーディオ信号(サンプリング周波数fs=96kHz、192kHz)、音楽CD信号(fs=44.1kHz)、デジタルテレビジョン放送の音声信号(AAC方式の場合には帯域=16kHz以下)である。また、アナログテレビジョン放送の音声信号を処理する場合にデジタル化した信号である。fs変換回路2はオーバーサンプリングフィルタ(O.S.フィルタ)を含み、デジタル信号入力1をアップサンプリング化する。再生不可帯域信号付加回路3は、再生可能帯域(数十Hz〜f1)がサンプリング周波数fsの1/2より低い(f1<fs/2)オーディオアンプ及び/又はスピーカで再生するために、再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して再生可能帯域に付加する。
In FIG. 1, a
続くfs変換回路4はデシメーションフィルタ(D.フィルタ)を含み、再生不可帯域信号付加回路3の出力のサンプリング周波数をデジタル信号入力1のサンプリング周波数fsにダウンサンプリングしてデジタル信号出力5を不図示のオーディオアンプ又はスピーカに出力する。また、不図示のオーディオアンプがアナログ入力しか処理できない場合には、fs変換回路4のデジタル信号出力5をアナログ化してそのオーディオアンプに出力する。
The subsequent fs conversion circuit 4 includes a decimation filter (D. filter), down-samples the sampling frequency of the output of the non-reproducible band signal adding circuit 3 to the sampling frequency fs of the
デジタル信号入力1の例を説明する。CDは16bit/44.1kHzのフォーマットで定まるデータであるが、実際の音楽データは 図2に示すようにフォーマット内で振幅(Gain)の余裕をもつ。また、16bit/44.1kHzの圧縮音源は、CDと同じフォーマットで定まるデータであるが、実際の圧縮音源データも図3のようにフォーマット内で振幅(Gain)、周波数帯域の余裕をもつ。そこで、この余裕帯域、特にオーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域(数十Hz〜f1)にf1以上の再生不可帯域信号を付加する。
An example of the
fs変換回路2のアップサンプリング例として、図4(a)に示すように4倍アップサンプリングして、図4(b)に示すようにオーバーサンプリングした場合の周波数特性を示す。アップサンプリングをしても信号成分は元の入力信号と変わらない。また、サンプリング周波数が高くなるため折り返しノイズNが高い周波数帯域にシフトする。
As an example of upsampling of the
図5は、図4に示すように4倍アップサンプリングされた信号に対して付加する再生不可帯域信号を示し、再生不可帯域信号は、デジタル信号入力1の帯域(<fs/2)の余裕帯域と、(1/2)fs〜(3/2)fsの帯域に付加される。なお、(3/2)fs〜3fsの帯域には、折り返し成分(ノイズN)が残っている。
FIG. 5 shows a non-reproducible band signal added to a signal upsampled four times as shown in FIG. 4, and the non-reproducible band signal is a marginal band of the
図6は、1/4のダウンサンプリング出力(デジタル信号出力5)を示し、ダウンサンプリング出力のデジタル信号入力1の帯域(<fs/2)は、元のデジタル信号入力1と再生不可帯域信号であり、(1/2)fs〜fsの帯域には折り返し成分(ノイズN)が残っている。図7はデジタル信号出力5を示し、再生可能帯域(数十Hz〜f1)がサンプリング周波数fsの1/2より低い(f1<fs/2)オーディオアンプ及び/又はスピーカに出力した場合、fs1以下の帯域に再生不可帯域信号が付加されているので、オーディオアンプ又はスピーカは再生不可帯域信号を再生することができる。したがって、元の信号では得られなかった高音質が得られる。
FIG. 6 shows a 1/4 down-sampling output (digital signal output 5), and the band (<fs / 2) of the down-sampling output
図8は再生不可帯域信号付加回路3の構成を詳しく示すブロック図である。図8において、I/Oポート10は、図1に示すfs変換回路2によりアップサンプリングされた音声データの取り込みを行い、高調波生成回路11と遅延回路12に出力する。高調波生成回路11はこの音声データに基づいて、再生不可帯域信号である高調波データを形成し、また、遅延回路12はこの音声データに対して、高調波生成回路11における高調波生成処理に要する時間分の遅延を施す。加算器13は、遅延回路12からの音声データに高調波生成回路11からの高調波データを加算処理し、I/Oポート14は加算器13の出力を図1に示すfs変換回路4に出力する。
FIG. 8 is a block diagram showing in detail the configuration of the non-reproducible band signal adding circuit 3. In FIG. 8, the I /
図9は図8の高調波生成回路11を詳しく示すブロック図である。アップサンプリングされて入力端子21に取り込まれた音声データは、遅延回路22と、比較回路23と差分検出回路28に供給される。遅延回路22はこの音声データに対して1サンプル分の遅延を施し、比較回路23は入力端子21を介して供給される現在のサンプルの音声データと、遅延回路22により1サンプル分の遅延が施された音声データのレベルを比較する。
FIG. 9 is a block diagram showing in detail the
ここで、比較回路23では図10に示すように、供給される音声データを1サンプル毎に前サンプルの音声データと比較し、現在の音声データが前サンプルの音声データよりもサンプル値が大きい場合は「0」を、小さい場合は「1」を比較結果出力としてピーク間比較出力形成回路24に供給する。また、現在の音声データと前サンプルの音声データとが同じサンプル値の場合、比較回路23は、現在の音声データと前々サンプルの音声データとを比較し、さらに同じサンプル値である場合は、さらに前々々サンプルの音声データと比較するなどのように過去のサンプル値を順に遡って比較を行う。また、同一のサンプル値の音声データが9サンプル以上続く場合は、これはブランクであることを示す。このため、比較回路23は、この比較を継続して行い、変化があった時点で、現在の音声データよりもその変化時点のサンプルの音声データが大きい場合は「0」を、小さい場合は「1」を比較結果出力として出力する。
Here, as shown in FIG. 10, the
ピーク間比較出力形成回路24は、比較回路23からの比較結果に基づいて、音声データの波形の各トップピーク及びアンダーピークを検出し、トップピークからアンダーピークまでの間の比較結果及びアンダーピークからトップピークまでの間の比較結果をパターン検出回路25に出力する。ここで、例えば図10(a)に示すように比較結果「0」が比較結果「1」に変化した時点におけるその比較結果「1」の前サンプルであって比較結果「0」に対応する音声データは「トップピーク」を示す。同様に、比較結果「1」が比較結果「0」に変化した時点におけるその比較結果「0」の前サンプルであって比較結果「1」に対応する音声データは「アンダーピーク」を示す。
The peak-to-peak comparison
このため、ピーク間比較出力形成回路24は、この比較結果「0」、「1」の変化点に基づいて、図10(a)に示すようにトップピークA1、A2、A3・・・を検出するとともに、アンダーピークB1、B2、B3・・・を検出する。そして、連続するトップピークとアンダーピークとの間の比較結果をピーク間比較結果としてパターン検出回路25に供給する。すなわち、連続するトップピーク及びアンダーピークであって例えばトップピークA1とアンダーピークB1との間の比較結果は「1、1」であるため、この比較結果「1、1」をピーク間比較結果としてパターン検出回路25に供給する。また、アンダーピークB1とトップピークA2との間の比較結果は「0、0、0、0、0」であるため、この比較結果「0、0、0、0、0」をピーク間比較出力としてパターン検出回路25に供給する。
Therefore, the peak-to-peak comparison
パターン検出回路25には、連続するトップピーク及びアンダーピークの間に現れる同じピーク間比較結果の連続パターンがあらかじめ記憶され、ピーク間比較結果がパターン検出回路25に供給されると、パターン検出回路25に記憶されている各パターンと前記ピーク間比較結果との比較を行い、このピーク間比較結果が、あらかじめ記憶されているどのパターンに相当するかを判別する。
The
具体的には、パターン検出回路25には、トップピーク及びアンダーピークの間における同じピーク間比較出力の連続が「1」あるいは「0」の1サンプル分のみであることを示す「1Tsパターン」、連続が「1、1」あるいは「0、0」の2サンプル分であることを示す「2Tsパターン」、連続が「1、1、1」あるいは「0、0、0」の3サンプル分であることを示す「3Tsパターン」、連続が「1、1、1、1」あるいは「0、0、0、0」の4サンプル分であることを示す「4Tsパターン」、連続が「1、1、1、1、1」あるいは「0、0、0、0、0」の5サンプル分であることを示す「5Tsパターン」、連続が「1、1、1、1、1、1」あるいは「0、0、0、0、0、0」の6サンプル分であることを示す「6Tsパターン」、連続が「1、1、1、1、1、1、1」あるいは「0、0、0、0、0、0、0」の7サンプル分であることを示す「7Tsパターン」、連続が「1、1、1、1、1、1、1、1」あるいは「0、0、0、0、0、0、0、0」の8サンプル分であることを示す「8Tsパターン」及び9サンプル分以上の「0」あるいは「1」の連続を示す「特殊パターン」が、それぞれ各メモリ25a〜25iに記憶されている。すなわち、これらの時間長1Ts、2Ts〜の逆数1/1Ts、1/2Ts〜が音声周波数を表す。パターン検出回路25は、この各メモリ25a〜25iに記憶されている各パターンとピーク間比較結果を比較し、パターン検出信号をセレクタ26に供給する。
Specifically, the
セレクタ26は、パターン検出回路25から供給されるパターン検出信号を選択し、これをシフト量制御テーブル27、差分検出回路28及び加減算タイミング制御回路30に供給する。シフト量制御テーブル27、差分検出回路28及び加減算タイミング制御回路30では、セレクタ26からのパターン検出信号が供給されると、高調波を形成するための加減算量を検出する。そして、加算器13により、遅延回路12からの音声データ(元の音声データ)の所定のサンプル値に、セレクタ26からのパターン検出信号に応じたレベルを加減算処理することにより、元の音声データの周波数帯域を拡張する。
The
具体的には、トップピーク及びアンダーピークの間のパターンが、2Tsパターン以上で5Tsパターン以下の場合は、図10(a)に示すトップピークA1、A2、A3・・・のサンプル値の「前後のサンプル値C1,C2、C4,C5、C8,C9、C10,C11・・・」には、トップピークと前後のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「加算処理」し、また、アンダーピークB1、B2、B3・・・のサンプル値の「前後のサンプル値C2,C3、C6,C7、C9,C10・・・」には、トップピークと前後のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「減算処理」する。すなわち、トップピークの前後のサンプル値には所定の値を加算処理し、アンダーピークの前後のサンプル値には所定の値を減算処理する。 Specifically, when the pattern between the top peak and the under peak is 2Ts pattern or more and 5Ts pattern or less, the sample values of the top peaks A1, A2, A3... Shown in FIG. The sample values C1, C2, C4, C5, C8, C9, C10, C11... Are “added” with data at a level corresponding to the difference between the top peak and the sample values before and after, The sample values of the underpeaks B1, B2, B3, etc. “before and after sample values C2, C3, C6, C7, C9, C10...” Correspond to the difference between the top peak and the sample values before and after. “Subtract” the level data. That is, a predetermined value is added to the sample values before and after the top peak, and a predetermined value is subtracted from the sample values before and after the under peak.
また、トップピーク及びアンダーピークの間のパターンが、6Tsパターン以上で8Tsパターン以下の場合は、図10(b)に示すトップピークA5、A6・・・のサンプル値の「前後のサンプル値C21,C22、C29,C30・・・」には、トップピークとその前後のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「加算処理」するとともに、トップピークA5、A6・・・のサンプル値の「前々後々のサンプル値C23,C24、C31,C32・・・」には、トップピークの前後のサンプル値と前々後々のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「加算処理」する。すなわち、トップピークの前後のサンプル値及び前々後々のサンプル値に所定の値を加算処理する。 When the pattern between the top peak and the under peak is 6Ts pattern or more and 8Ts pattern or less, the sample values of the top peaks A5, A6,... Shown in FIG. “C22, C29, C30...” Is “added” with data at a level corresponding to the difference between the top peak and the sample values before and after the top peak, and the sample values “5” of the top peaks A5, A6. For the sample values C23, C24, C31, C32... Before and after, “addition processing” is performed on data at a level corresponding to the difference between the sample values before and after the top peak and the sample values before and after the top peak. That is, a predetermined value is added to the sample values before and after the top peak and the sample values before and after the top peak.
また、トップピーク及びアンダーピークの間のパターンが、6Tsパターン以上で8Tsパターン以下の場合は、図10(b)に示すアンダーピークB4、B5・・・のサンプル値の「前後のサンプル値C25,C26・・・」から、アンダーピークとその前後のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「減算処理」するとともに、アンダーピークB4、B5・・・のサンプル値の「前々後々のサンプル値C27,C28・・・」から、アンダーピークの前後のサンプル値と前々後々のサンプル値との差分に応じたレベルのデータを「減算処理」する。アンダーピークの前後のサンプル値及び前々後々のサンプル値から所定の値を減算処理する。 Further, when the pattern between the top peak and the under peak is 6Ts pattern or more and 8Ts pattern or less, the sample values of the under peaks B4, B5... Shown in FIG. C26... ”Is subtracted from the level data corresponding to the difference between the under peak and the sample values before and after that, and the samples of the under peaks B4, B5. From the values C27, C28..., The data of the level corresponding to the difference between the sample value before and after the under peak and the sample value before and after the under peak is “subtracted”. A predetermined value is subtracted from the sample values before and after the underpeak and the sample values before and after.
また、図10(c)に示すトップピークA7〜アンダーピークB6の間及びトップピークA8〜アンダーピークB7の間のパターンのように、1Tsパターンである場合はそのサンプル値は十分に高い高調波であることを示すため、この場合は、前述のような加減算処理は施さないようになっている。同様に、トップピーク及びアンダーピークの間のパターンが、図10(c)に示すアンダーピークB7〜トップピークA7の間及びトップピークA9以降のように、9Tsパターン以上である場合は、そのサンプル値はブランクなどを示すため、この場合は、前述のような加減算処理は施さないようになっている。 Further, in the case of a 1Ts pattern such as the pattern between the top peak A7 and the under peak B6 and the pattern between the top peak A8 and the under peak B7 shown in FIG. 10C, the sample value is a sufficiently high harmonic. In order to show that there is, there is no addition / subtraction process as described above. Similarly, when the pattern between the top peak and the under peak is a 9Ts pattern or more, such as between the under peak B7 to the top peak A7 and after the top peak A9 shown in FIG. Indicates a blank or the like, and in this case, the above-described addition / subtraction processing is not performed.
シフト量制御テーブル27は、あらかじめ高調波を形成するための複数の加減算量が記憶されており、セレクタ26からの各パターン検出出力に対応する加減算量をビットシフタ29に出力する。差分検出回路28は、入力端子21を介して供給された音声データに基づいて、セレクタ26からの各パターン検出信号に対応するサンプル値間の差分を検出し、ビットシフタ29は差分検出回路28からの差分データに対して、シフト量制御テーブル27からの前記加減算量に対応するビットシフト処理を施すことにより加減算データを形成する。加減算タイミング制御回路30は、ビットシフタ29からの加減算データを、セレクタ26からの各パターン検出出力に応じたタイミングで出力端子31を介して出力する。
The shift amount control table 27 stores a plurality of addition / subtraction amounts for forming harmonics in advance, and outputs the addition / subtraction amounts corresponding to each pattern detection output from the
すなわち、「2Tsパターン以上で5Tsパターン以下」のパターンの場合、差分検出回路28は、図11(a)に示すようにトップピークのサンプル値とトップピークの前後のサンプル値との差分レベルA、また、図11(b)に示すようにアンダーピークのサンプル値とアンダーピークの前後のサンプル値との差分レベルBを検出し、これをビットシフタ29に供給する。また、「6Tsパターン以上で8Tsパターン以下」のパターンの場合、差分検出回路28は、図11(c)に示すようにトップピークの前後のサンプル値とトップピークの前々後々のサンプル値との差分レベルC、また、図11(d)に示すようにアンダーピークの前後のサンプル値とアンダーピークの前々後々のサンプル値との差分レベルDを検出し、これをビットシフタ29に供給する。なお、1Tsパターン、9Ts以上の特殊パターンである場合は、図10(c)を用いて説明したように加減算処理を行わないパターンであるため、差分検出回路28は、差分レベルの検出は行わない。
That is, in the case of the pattern “2Ts pattern or more and 5Ts pattern or less”, the
シフト量制御テーブル27には、ビットシフタ29に供給された各差分レベルA〜Dを、2Ts〜8Tsの各パターンに応じた加減算量とするための、ビットシフタ29における差分レベルA〜Dのシフト量が、差分レベルA〜Dのレベル別に例えば4段階に分けられてあらかじめ記憶されている。具体的には、シフト量制御テーブル27には、図12に示すように2Tsパターンあるいは3Tsパターンの場合における差分レベルAあるいは差分レベルBを、そのレベルに応じて1/2〜1/16のレベルとして加減算量を形成するための各シフト量が記憶されている。また、シフト量制御テーブル27には、4Tsパターンあるいは5Tsパターンの場合における差分レベルAあるいは差分レベルBを、そのレベルに応じて1/4〜1/32のレベルとして加減算量を形成するための各シフト量が記憶されている。また、シフト量制御テーブル27には、6Tsパターンあるいは7Tsパターンの場合における差分レベルA〜Dを、そのレベルに応じて1/8〜1/64のレベルとして加減算量を形成するための各シフト量が記憶されている。さらに、シフト量制御テーブル27には、8Tsパターンの場合における差分レベルA〜Dを、そのレベルに応じて1/16〜1/128のレベルとして加減算量を形成するための各シフト量が記憶されている。
In the shift amount control table 27, the shift amounts of the difference levels A to D in the
この各シフト量に対応する加減算量は、本件出願人が数年の月日をかけて試聴を繰り返し、人間工学に基づいて見い出した値である。したがって、後に説明するがこの加減算量を元の音声データに加減算処理することにより、高音質の音響出力を得ることが可能となっている。 The addition / subtraction amount corresponding to each shift amount is a value found based on ergonomics after repeated trial listening by the applicant of the present invention over several years. Therefore, as will be described later, it is possible to obtain a high-quality sound output by adding / subtracting the addition / subtraction amount to the original audio data.
シフト量制御テーブル27は、セレクタ26から供給されるパターン検出信号に基づいて、このパターンに対応するシフト量(図12)を検出する。そして、このシフト量を示すシフトデータを各差分レベルA〜Dが供給されるビットシフタ29に供給する。ビットシフタ29は、シフト量制御テーブル27からのシフトデータに基づいて、差分検出回路28からの各差分レベルA〜Dに対してビットシフト処理を施すことにより、各差分レベルA〜Dをそのピーク間比較出力のパターンに応じて1/2〜1/128のレベルとし、これを加減算量(加減算データ)として加減算タイミング制御回路30に供給する。
Based on the pattern detection signal supplied from the
なお、前述のようにトップピークの前後のサンプル値あるいはトップピークの前々後々のサンプル値にはこの加減算データを加算処理し、アンダーピークの前後のサンプル値あるいはアンダーピークの前々後々のサンプル値からはこの加減算データを減算処理する場合、この加算処理あるいは減算処理は、ビットシフタ29が、符号ビットとなっている加減算データの最上位ビット(MSB)を「1(加算)」あるいは「0(減算)」とすることで指定する。
As described above, this addition / subtraction data is added to the sample value before and after the top peak, or the sample value before and after the top peak, and the sample value before and after the under peak or the sample value before and after the under peak. In the case of subtracting this addition / subtraction data, the
次に、このように加減算データが形成されると、形成した加減算データの出力タイミングを制御する。すなわち、前述のようにこの加減算データを元の音声データに加減算処理するタイミングは、ピーク間比較出力のパターンが2Tsパターン〜5Tsパターンの場合は、トップピークあるいはアンダーピークの前後のサンプル値に加減算データを加減算処理するタイミングであり、6Tsパターン〜8Tsパターンの場合は、トップピークあるいはアンダーピークの前後のサンプル値及びトップピークあるいはアンダーピークの前々後々のサンプル値に加減算データを加減算処理するタイミングである。このため、加減算タイミング制御回路30が、セレクタ26からのパターン検出信号に応じてビットシフタ29からの加減算データの出力タイミングを計り、各タイミングでこの加算データを出力端子31を介して図8に示す加算器13に供給する。
Next, when the addition / subtraction data is formed in this way, the output timing of the formed addition / subtraction data is controlled. That is, as described above, the timing of adding / subtracting this addition / subtraction data to the original audio data is the addition / subtraction data to the sample values before and after the top peak or under peak when the peak-to-peak comparison output pattern is 2Ts pattern to 5Ts pattern In the case of the 6Ts pattern to the 8Ts pattern, the addition / subtraction process is performed on the sample values before and after the top peak or the under peak and the sample values before and after the top peak or the under peak. . For this reason, the addition / subtraction
これにより、2Tsパターン〜5Tsパターンの場合は、図10(a)に点線の矢印で示すようにトップピークあるいはアンダーピークの前後のサンプル値が加算器13に供給されるタイミングで加減算データが加算器13に供給される。また、6Tsパターン〜8Tsパターンの場合は、図10(b)に点線の矢印で示すようにトップピークあるいはアンダーピークの前後のサンプル値及びトップピークあるいはアンダーピークの前々後々のサンプル値が加算器13に供給されるタイミングで加減算データが加算器13に供給される。
Thus, in the case of 2Ts pattern to 5Ts pattern, the addition / subtraction data is added to the
次に、加算器13に加減算データが供給されると、加算器13が、遅延回路12から供給された元の音声データに、高調波生成回路11で形成された加減算データ(高調波)を加減算処理する。この加減算処理前後における波形変化の具体例を図13(a)〜(c)及び図14(a)〜(c)に示す。図13(a)〜(c)は、2Tsパターンの場合における加算処理を示すものである。この図13(a)〜(c)からわかるように、ピーク間比較出力のパターンが2Tsパターンの場合は、元の音声データのトップピークのサンプル値とトップピークの前後のサンプル値との差分レベルに応じて算出された加減算データが、図13(a)〜(c)に斜線で示すようにトップピークの前後のサンプル値に加算処理される。これにより、図13(a)〜(c)中、点線で示す元の音声データの波形を、図13(a)〜(c)中、実線で示すように周波数帯域が拡張されたかたちに波形整形することができる。
Next, when addition / subtraction data is supplied to the
同様に、図14(a)〜(c)は、ピーク間比較出力のパターンが3Tsパターンの場合おける加減算処理を示すものである。図14(a)〜(c)からわかるように、ピーク間比較出力のパターンが3Tsパターンの場合は、元の音声データのトップピークのサンプル値と該トップピークの前後のサンプル値との差分レベルに応じて算出された加減算データが、図14(a)〜(c)に右斜線で示すようにトップピークの前後のサンプル値に加算処理される。また、元の音声データのアンダーピークの前後のサンプル値とアンダーピークの前々後々のサンプル値との差分レベルに応じて算出された加減算データが、図14(a)〜(c)に左斜線で示すようにトップピークの前々後々のサンプル値に加算処理される。これにより、図14(a)〜(c)中、点線で示す元の音声データの波形を、図14(a)〜(c)中、実線で示すように周波数帯域が拡張されたかたちに波形整形することができる。 Similarly, FIGS. 14A to 14C show the addition / subtraction processing when the peak-to-peak comparison output pattern is a 3Ts pattern. As can be seen from FIGS. 14A to 14C, when the peak-to-peak comparison output pattern is a 3Ts pattern, the difference level between the sample value of the top peak of the original audio data and the sample values before and after the top peak. The addition / subtraction data calculated according to the above is added to the sample values before and after the top peak as shown by the right oblique lines in FIGS. Also, the addition / subtraction data calculated according to the difference level between the sample value before and after the under peak of the original audio data and the sample value before and after the under peak is the left diagonal line in FIGS. 14 (a) to 14 (c). As shown in Fig. 8, the sample value is added to the sample value before and after the top peak. As a result, the waveform of the original audio data indicated by the dotted line in FIGS. 14A to 14C is converted into a waveform whose frequency band has been expanded as indicated by the solid line in FIGS. 14A to 14C. Can be shaped.
このように周波数帯域の拡張(高調波付加)の波形整形処理が施された音声データは、I/Oポート14を介して図1に示すfs変換回路4に供給されて元のサンプリング周波数fsにダウンサンプリングされる。
The audio data that has been subjected to the frequency shaping of the frequency band extension (addition of harmonics) in this way is supplied to the fs conversion circuit 4 shown in FIG. 1 via the I /
再生不可帯域信号付加回路3においては、元の音声データの波形整形(高調波成分の形成及びこの高調波成分と元の音声データとの合成)を、加減算処理のみを用いて行うことができるので、従来、このような波形整形に必要としていた非線形処理用の変換テーブル、微分回路、あるいは3乗回路などを用いることなく波形整形を行うことができ、しかも、高調波生成回路11と加算器13との間に、非線形な信号から高調波成分を抽出するためのハイパスフィルタ(HPF)を設ける必要性を排除することができる。特に、ハイパスフィルタなどのフィルタ系は、いわゆるIIRフィルタやFIRフィルタの構成からわかるように、良好なフィルタ特性を得ようとすると回路規模の複雑化及び大型化を招く要因となり、また、往々にしてフィルタを用いると波形のゆがみを招く要因となるのであるが、再生不可帯域信号付加回路3においては、この要因を根本から除去することができる。したがって、再生不可帯域信号付加回路3の回路規模を縮小化してチップサイズの小型化を図ることができ、ローコスト化及び生産性の向上及び高性能化を図ることができる。そして、小型かつ高性能のものを安価に提供できることから、今日における価格破壊及びダウンサイジングに十分対応可能とすることができる。
In the non-reproducible band signal addition circuit 3, waveform shaping of the original audio data (formation of the harmonic component and synthesis of the harmonic component and the original audio data) can be performed using only addition / subtraction processing. Conventionally, waveform shaping can be performed without using a conversion table for nonlinear processing, a differentiation circuit, a cube circuit, or the like, which has been necessary for such waveform shaping, and the
1 デジタル信号入力
2 fs変換回路(アップサンプリング手段)
3 再生不可帯域信号付加回路
4 fs変換回路(ダウンサンプリング手段)
5 デジタル信号出力
10、14 I/Oポート
11 高調波生成回路
12、22 遅延回路
13 加算器
21 入力端子
23 比較回路
24 ピーク間比較出力形成回路
25 パターン検出回路
26 セレクタ
27 シフト量制御テーブル
28 差分検出回路
29 ビットシフタ
30 加減算タイミング制御回路
31 出力端子
1
3 Non-reproducible band signal addition circuit 4 fs conversion circuit (down sampling means)
5
Claims (2)
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数をアップサンプリングするアップサンプリング手段と、
前記アップサンプリング手段によりアップサンプリングされたデジタル音声信号から前記オーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して、前記再生可能帯域に付加する再生不可帯域信号付加手段と、
前記再生不可帯域信号付加手段の出力信号のサンプリング周波数を前記所定のサンプリング周波数にダウンサンプリングして前記オーディオアンプ及びスピーカに出力するダウンサンプリング手段とを、
備えたデジタル音声処理装置。 A digital audio processing apparatus for reproducing a digital audio signal sampled at a predetermined sampling frequency with an audio amplifier and / or a speaker whose reproducible band is lower than 1/2 of the sampling frequency,
Upsampling means for upsampling the sampling frequency of the digital audio signal;
Non-reproducible band signal adding means for generating a non-reproducible band signal higher than the reproducible band of the audio amplifier and / or speaker from the digital audio signal up-sampled by the up-sampling means, and adding the non-reproducible band signal to the reproducible band; ,
Downsampling means for downsampling the sampling frequency of the output signal of the non-reproducible band signal adding means to the predetermined sampling frequency and outputting it to the audio amplifier and speaker;
Digital audio processing device provided.
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数をアップサンプリングするアップサンプリングステップと、
前記アップサンプリングステップによりアップサンプリングされたデジタル音声信号から前記オーディオアンプ及び/又はスピーカの再生可能帯域より高い再生不可帯域の信号を生成して、前記再生可能帯域に付加する再生不可帯域信号付加ステップと、
前記再生不可帯域信号付加手段の出力信号のサンプリング周波数を前記所定のサンプリング周波数にダウンサンプリングして前記オーディオアンプ及びスピーカに出力するダウンサンプリングステップとを、
備えたデジタル音声処理プログラム。 A digital audio processing program for reproducing a digital audio signal sampled at a predetermined sampling frequency with an audio amplifier and / or a speaker whose reproducible band is lower than 1/2 of the sampling frequency,
An upsampling step of upsampling a sampling frequency of the digital audio signal;
A non-reproducible band signal adding step of generating a non-reproducible band signal higher than the reproducible band of the audio amplifier and / or the speaker from the digital audio signal up-sampled by the up-sampling step, and adding the non-reproducible band signal to the reproducible band; ,
A downsampling step of downsampling the sampling frequency of the output signal of the non-reproducible band signal adding means to the predetermined sampling frequency and outputting it to the audio amplifier and speaker;
Digital voice processing program provided.
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JP2007263973A JP2009094836A (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Digital speech processing apparatus and digital speech processing program |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113782043A (en) * | 2021-09-06 | 2021-12-10 | 北京捷通华声科技股份有限公司 | Voice acquisition method and device, electronic equipment and computer readable storage medium |
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2007
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