JP3713200B2 - 信号補間装置、信号補間方法及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、信号のスペクトル分布を改善する信号補間装置及び信号補間方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰ３（MPEG1 audio layer 3）形式のデータの配信、及び、ＦＭ（Frequency Modulation）放送やテレビジョン音声多重放送等の手法による音楽などの供給が近年盛んになっている。これらの手法では、帯域が過度に広くなることによるデータ量の増大や占有帯域幅の広がりを避けるため、一般に、供給する対象の音楽等のうち約１５ｋＨｚ以上の周波数成分が除去されている。
【０００３】
このように、一定値以上の周波数成分が除去された音楽等は通常、音質が悪い。そこで、除去された周波数成分に代わる信号を加算することが考えられる。このための手法としては、特開平７−９３９００号公報に開示されている手法や、特開平６−８５６０７号公報に開示されている手法や、本願出願人が先に出願している特願２０００−１７８５６９に開示されている手法がある。
【０００４】
特開平７−９３９００号公報に開示されている手法は、ＰＣＭディジタルオーディオ信号をローパスフィルタに通して得られる出力オーディオ信号を、当該出力信号の絶対値成分を含む信号を乗算することにより歪みを生じさせる、という手法である。
【０００５】
特開平６−８５６０７号公報に開示されている手法は、原オーディオ信号から基音と倍音が組で存在する音色成分を抽出して、抽出した音色成分を用い、原オーディオ信号の帯域より高域側の倍音成分を予測して原オーディオ信号に外挿する、という手法である。
【０００６】
先に本願出願人が出願した特願２０００−１７８５６９に開示されている手法は、ＰＣＭ信号のスペクトルを複数のバンドに分解し、相関関係が強い１対のバンドの一方のスペクトル成分を元のＰＣＭ信号のスペクトルに追加して、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有するＰＣＭ信号を生成する、という手法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−９３９００号公報のオーディオ信号再生装置は、出力オーディオ信号の波形を絶対値回路等を用いて歪ませることにより高調波を発生させるに過ぎないものであって、この高調波は元のオーディオ信号に含まれているものに近似し得るものであるかは分からない。
【０００８】
また、元の音声等の帯域を制限して得られる原オーディオ信号に特開平６−８５６０７の手法を適用した場合、純音の音色成分について倍音成分を予測して外挿することができず、同様に、帯域が制限された結果倍音成分を除去された音色成分についても、除去された倍音成分を推測して外挿することができない。
【０００９】
この点、特願２０００−１７８５６９の周波数補間器では、追加されたスペクトル成分は、元の信号の一部の高調波成分とみなし得るので、元の信号が帯域を制限された信号である場合、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有する信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。
【００１０】
しかし、特願２０００−１７８５６９の手法では、元の信号のスペクトルをバンドに分解することにより、分解されたスペクトルが表す信号の波形のうち、波形が立ち上がる直前や立ち下がる直前にあたる部分等には、プリエコーと呼ばれる歪みが加わる。
元の信号が音声を表す場合、一般に、プリエコーが占める帯域は、元の音声が占める帯域のうち上限に近い部分（例えば、１０キロヘルツ以上）にあたる。このため、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有する信号が表す音声は、元の信号が表す音声の高域の部分を歪ませたものとなる。
【００１１】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置及び信号補間方法を提供することを目的とする。また、この発明は、オーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置及び信号補間方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく、この発明の第１の観点に係る信号補間装置は、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１３】
このような信号補間装置によれば、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものが被補間信号に追加され、帯域が拡張される。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このような信号補間装置は、スペクトルをバンドに分解する処理を行うものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００１４】
前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分は、被補間信号の一部分の高調波成分に特によく近似し得る可能性が高い。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１５】
前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分のスペクトルは、被補間信号のスペクトルと、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１６】
前記フィルタは、自己に供給される指示に応答して、前記第１の帯域の範囲を変化させる手段を備え、
前記周波数変換部は、自己に供給される指示に応答して、前記第２の帯域の範囲を変化させる手段を備えていてもよい。
この場合、前記信号補間装置は、例えば、前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、前記フィルタに、前記第１の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給し、前記周波数変換部に、前記第２の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給するスペクトル解析手段を備えることにより、第１及び第２の帯域の範囲を自ら最適化する。
【００１７】
前記信号補間装置は、前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記周波数変換部が生成した前記補間用成分を取得し、取得した当該補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングして前記加算部に供給するイコライズ手段を備えてもよい。
この場合、前記加算部は、前記被補間信号と前記イコライズ手段がフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成するものであってもよい。このような構成を有することにより、前記信号補間装置は、被補間信号に追加されるべき成分を、被補間信号のスペクトルの包絡線に沿うようにして被補間信号に追加する。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１８】
前記加算部は、前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させる遅延部を備え、前記補間用成分及び前記遅延部が遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものであれば、フィルタ及び周波数変換部のうちいずれかが信号の遅延を発生させるものであっても、加算部が正確に被補間信号の帯域の拡張を行う。
【００１９】
また、この発明の第２の観点に係る信号補間方法は、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出し、
抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成し、
前記被補間信号と前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする。
【００２０】
このような信号補間方法によれば、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものが被補間信号に追加され、帯域が拡張される。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このような信号補間方法は、スペクトルをバンドに分解する工程を含むものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００２１】
前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分は、被補間信号の一部分の高調波成分に特によく近似し得る可能性が高い。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２２】
前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分のスペクトルは、被補間信号のスペクトルと、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２３】
前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、決定結果に従って、前記第１及び第２の帯域の範囲を変化させるものとすれば、第１及び第２の帯域の範囲は自動的に最適化される。
【００２４】
前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングし、
前記被補間信号とフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成するようにしてもよい。
こうすることにより、被補間信号に追加されるべき成分は、被補間信号のスペクトルの包絡線に沿うようにして被補間信号に追加される。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２５】
前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させ、前記補間用成分及び遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものとすれば、第１の帯域内の成分の抽出の工程や補間用成分の生成の工程で信号の遅延が発生する場合も、被補間信号の帯域の拡張が正確に行われる。
【００２６】
また、この発明の第３の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
して機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２７】
このような記録媒体に記録されたプログラムを実行するコンピュータは、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものを被補間信号に追加することにより、被補間信号の帯域を拡張する。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このようなコンピュータは、スペクトルをバンドに分解する処理を行うものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る信号補間装置を、高域信号補間器を例として説明する。
【００２９】
図１は、この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。図示するように、この高域信号補間器は、可変ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１と、遅延部２と、スペクトル解析部３と、可変周波数発振部４と、混合部５と、可変ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）６と、加算部７とより構成されている。
【００３０】
可変ＢＰＦ１は、この高域信号補間器によりスペクトルの補間を受ける対象の信号（入力信号）を供給され、自己に供給された入力信号のうち、スペクトル解析部３より供給される後述の第１の制御信号が指定する中心周波数及び帯域幅を有する通過帯域内の成分を通過させて混合部５へと供給し、他の成分を実質的に遮断する。
【００３１】
なお、入力信号は音声等を表す信号からなる。入力信号が表す音声等のスペクトル分布は、例えば、元の音声等のうち一定値以上（例えば、１４ｋＨｚ以上）の周波数成分が除去されたものに相当するものとする。
【００３２】
遅延部２は、可変ＢＰＦ１に供給されたものと同一の入力信号を、可変ＢＰＦ１と同時に供給される。そして、自己に供給された入力信号を遅延させて加算部７に供給する。
遅延部２が信号を遅延させる時間の長さは、可変ＢＰＦ１に供給された信号の成分が混合部５及び可変ＨＰＦ６を経て加算部７に供給されるまでに経過する時間の長さに実質的に等しいものとする。
また、遅延部２から加算部７に供給される遅延された入力信号の位相と、可変ＨＰＦ６から加算部７に供給される信号の位相とは、加算部７に同時に供給されるもの同士の間では、実質的に同相であるものとする。
【００３３】
スペクトル解析部３は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等より構成されている。
スペクトル解析部３は、可変ＢＰＦ１に供給されたものと同一の入力信号を、可変ＢＰＦ１と同時に供給される。そして、供給された入力信号を解析し、解析結果に基づき、可変ＢＰＦ１の通過帯域を指定する第１の制御信号と、可変周波数発振部４が発生する後述の局部発振信号の周波数を指定する第２の制御信号と、可変ＨＰＦ６の通過帯域を指定する第３の制御信号とを生成する。そして、生成した第１の制御信号を可変ＢＰＦ１に供給し、第２の制御信号を可変周波数発振部４に供給し、第３の制御信号を可変ＨＰＦ６に供給する。
スペクトル解析部３は、具体的には、以下（１）〜（４）として述べる処理を行う。
【００３４】
（１） まず、スペクトル解析部３は、自己に供給された入力信号をフーリエ変換する。そして、フーリエ変換の結果得られるスペクトルの成分のうち最も周波数が高い成分を抽出し、抽出した成分の周波数を、入力信号が占める帯域の上限の値として特定する。
【００３５】
（２） 次に、スペクトル解析部３は、入力信号が占める帯域の上限の値と、入力信号に追加する成分の周波数の上限を示す所定値とに基づき、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域幅を決定する。
【００３６】
（３） 次にスペクトル解析部３は、以下（ａ）〜（ｄ）として示す条件に合致するように、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。すなわち、図２に示すように、
（ａ） 可変ＢＰＦ１の通過帯域（図２において「ＢＡ」として示す帯域）の上限の周波数が、入力信号が占める帯域（図２において「Ｂｉｎ」として示す帯域）の上限の周波数に実質的に等しく、
（ｂ） 可変ＢＰＦ１の通過帯域の幅が、スペクトルの補間を施すことによって入力信号に追加される成分が占める帯域（図２において「Ｂａｄｄ」として示す帯域）の帯域幅に実質的に等しく、
（ｃ） 局部発振信号の周波数（図２及び本明細書において「ｆＯＳＣ」として示す周波数）が、可変ＢＰＦ１の通過帯域の上限と下限との差に実質的に等しく、
（ｄ） 可変ＨＰＦ６の通過帯域（図２において「ＢＢ」として示す帯域）の下限の周波数が、局部発振信号の周波数ｆＯＳＣと帯域Ｂａｄｄに属する周波数との差の絶対値の最大値より大きい、
という関係が成り立つように、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。
【００３７】
すなわち、可変ＢＰＦ１の通過帯域の下限の周波数をｆＨＬ、可変ＢＰＦ１の通過帯域の上限の周波数をｆＨＨ、入力信号が占める帯域の上限をｆ０、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域の下限をｆＩＬ、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域の下限をｆＩＨ、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域幅をＢＷ、可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数をｆＨＰＦとすると、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値の間には、実質的に数式１〜数式３に示す関係がある。
【００３８】
【数１】
ｆＨＨ ＝ｆＩＬ ＝ｆ０
【数２】
ｆＯＳＣ ＝（ｆＨＨ −ｆＨＬ）＝（ｆＩＨ −ｆＩＬ）＝ＢＷ
【数３】
ｆＨＰＦ ＞ ｍａｘ［｜ｆＨＬ −ｆＯＳＣ｜，｜ｆＨＨ −ｆＯＳＣ｜］
（ただし、ｍａｘ［α，β］は、２つの値α及びβのうち大きい方の値）
【００３９】
（４） そして、スペクトル解析部３は、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＨＨ及びｆＨＬの値を用いて、可変ＢＰＦ１の通過帯域の中心周波数（すなわち、｛（ｆＨＨ−ｆＨＬ）／２｝の値）及び帯域幅（すなわち、（ｆＨＨ−ｆＨＬ）の値）を決定する。そして、決定したこれらの値を可変ＢＰＦ１の通過帯域の中心周波数及び帯域幅の値として指定する第１の制御信号を生成し、可変ＢＰＦ１に供給する。また、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＯＳＣの値を局部発振信号の周波数として指定する第２の制御信号を生成し、可変周波数発振部４に供給する。また、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＨＰＦの値を可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数として指定する第３の制御信号を生成し、可変ＨＰＦ６に供給する。なお、この高域信号補間器は、ｆＩＨの値として、例えば、ｆ０より十分高い所定の値を用いるようにすればよい。
【００４０】
可変周波数発振部４は、スペクトル解析部３より第２の制御信号を供給されると、この第２の制御信号が示す周波数の信号からなる局部発振信号を発生し、発生した局部発振信号を混合部５へと供給する。
【００４１】
混合部５は、例えば、乗算回路等より構成されている。混合部５は、可変ＢＰＦ１より供給された成分と可変周波数発振部４が発生する局部発振信号とを互いに混合することにより、可変ＢＰＦ１を通過した成分と局部発振信号との積を表す信号を生成し、生成した信号を可変ＨＰＦ６に供給する。
【００４２】
混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する信号は、可変ＢＰＦ１を通過した成分の周波数と局部発振信号の周波数の和にあたる周波数を有する成分（和成分）と可変ＢＰＦ１を通過した成分の周波数と局部発振信号の周波数の差にあたる周波数を有する成分（差成分）とを含んでいる。
【００４３】
可変ＨＰＦ６は、混合部５より供給された成分のうち、スペクトル解析部３より供給される第３の制御信号が示す値を周波数の下限とする通過帯域内の成分を通過させ加算部７に供給し、他の成分を実質的に遮断する。
【００４４】
混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する和成分のスペクトルは、周波数（ｆＨＬ＋ｆＯＳＣ）を下限とし周波数（ｆＨＨ＋ｆＯＳＣ）を上限とする帯域を占める。また、混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する差成分のスペクトルは、周波数｜ｆＨＬ−ｆＯＳＣ｜及び｜ｆＨＨ−ｆＯＳＣ｜のうち小さい方の値を下限とし大きい方の値を上限とする帯域を占める。一方、可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数ｆＨＰＦは、上述の（ｄ）の条件（数式３に示す条件）を満たす。
従って、可変ＨＰＦ６は、混合部５が供給する信号のうち和成分を通過させて加算部７に供給し、差成分を実質的に遮断する。
【００４５】
加算部７は、遅延部２から自己に供給される遅延された入力信号と可変ＨＰＦ６から供給される成分との和を表す信号を生成し、この高域信号補間器の出力信号として出力する。
【００４６】
出力信号は、入力信号に、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含む連続した帯域内の成分を、入力信号が占める帯域の上限に高周波数側で隣接する帯域に含まれるよう周波数変換して追加することにより得られる信号より構成される。
入力信号が帯域を制限された信号である場合、入力信号に追加された成分は、帯域を制限される前の入力信号の一部の高調波成分より構成されている可能性が高い。従って、入力信号が帯域を制限された信号である場合、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号に近いものとなる。
【００４７】
なお、この高域信号補間器の構成は上述のものに限られない。
例えば、可変ＢＰＦ１、遅延部２、可変周波数発振部４、混合部５、可変ＨＰＦ６及び加算部７の機能の一部又は全部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）が行ってもよい。
【００４８】
また、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域や、局部発振信号の周波数は、上述した（ａ）〜（ｄ）の条件（数式１〜数式３に示す条件）に合致する値に予め固定されていてもよい。この場合、この高域信号補間器は、スペクトル解析部３を備える必要がない。
【００４９】
また、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値は、必ずしも数式１〜数式３に示す関係を有する必要はない。従って、例えば、周波数変換を経て入力信号に追加される信号は、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含むものである必要はない。
しかし、周波数変換を経て入力信号に追加される信号（可変ＨＰＦ６を通過する成分）が、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含むものである場合、入力信号に追加されるこの信号は、入力信号自体の一部分の高調波成分とみなし得る可能性が高い。従って、入力信号が、帯域を制限されたオーディオ信号を表すものであれば、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号により近いものとなる。
また、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値が数式１〜数式３に示す関係を有する場合、可変ＨＰＦ６を通過する成分のスペクトルは、入力信号のスペクトルに、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、入力信号が、帯域を制限されたオーディオ信号を表すものであれば、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号により近いものとなる。
【００５０】
また、この高域信号補間器は、入力信号に追加する成分のスペクトルの強度を、入力信号のスペクトルの包絡線に外挿することにより決定するようにしてもよい。
具体的には、例えば、この高域信号補間器は更に包絡線解析部とイコライザを備えるものとする。このうちイコライザは、可変ＨＰＦ６が加算部７に供給すべき成分を、自己に供給される信号が示す周波数特性に合致するようにフィルタリングしてから加算部７に供給するものとする。
一方、包絡線解析部は、スペクトル解析部３が入力信号をフーリエ変換した結果得られるスペクトルに基づき回帰計算の処理を行うことにより、入力信号のスペクトルの包絡線をなす関数を特定する。そして、特定した関数と、スペクトル解析部３が決定したｆＩＬ及びｆＩＨの各値とに基づき、下限の周波数がｆＩＬで上限の周波数がｆＩＨである帯域内の出力信号の周波数特性を決定し、決定結果を示す信号を上述のイコライザに供給するものとする。
なお、この場合、スペクトル解析部３は、入力信号をフーリエ変換した結果得られるスペクトルを表すデータを包絡線解析部に供給するものとすればよく、また、包絡線解析部は、例えば上述の第３の制御信号を取得することによりｆＩＬの値を取得すればよい。
【００５１】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明にかかる信号補間装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。
例えば、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータに上述の可変ＢＰＦ１や、遅延部２や、スペクトル解析部３や、可変周波数発振部４や、混合部５や、可変ＨＰＦ６や、加算部７や、包絡線解析部や、イコライザの動作を実行するためのプログラムを格納した媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フロッピーディスク等）から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する高域信号補間器を構成することができる。
【００５２】
また、例えば、通信回線の掲示板（ＢＢＳ）に該プログラムを掲示し、これを通信回線を介して配信してもよく、また、該プログラムを表す信号により搬送波を変調し、得られた変調波を伝送し、この変調波を受信した装置が変調波を復調して該プログラムを復元するようにしてもよい。
そして、このプログラムを起動し、ＯＳの制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００５３】
なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいは、ＯＳが本願発明の１つの構成要素の一部を構成するような場合には、記録媒体には、その部分をのぞいたプログラムを格納してもよい。この場合も、この発明では、その記録媒体には、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが格納されているものとする。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明のように、この発明によれば、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置及び信号補間方法が実現される。
また、この発明によれば、オーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置及び信号補間方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。
【図２】入力信号及び入力信号に追加される成分が占める帯域と、可変ＢＰＦの通過帯域とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 可変ＢＰＦ
２ 遅延部
３ スペクトル解析部
４ 可変周波数発振部
５ 混合部
６ 可変ＨＰＦ
７ 加算部
【発明の属する技術分野】
この発明は、信号のスペクトル分布を改善する信号補間装置及び信号補間方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰ３（MPEG1 audio layer 3）形式のデータの配信、及び、ＦＭ（Frequency Modulation）放送やテレビジョン音声多重放送等の手法による音楽などの供給が近年盛んになっている。これらの手法では、帯域が過度に広くなることによるデータ量の増大や占有帯域幅の広がりを避けるため、一般に、供給する対象の音楽等のうち約１５ｋＨｚ以上の周波数成分が除去されている。
【０００３】
このように、一定値以上の周波数成分が除去された音楽等は通常、音質が悪い。そこで、除去された周波数成分に代わる信号を加算することが考えられる。このための手法としては、特開平７−９３９００号公報に開示されている手法や、特開平６−８５６０７号公報に開示されている手法や、本願出願人が先に出願している特願２０００−１７８５６９に開示されている手法がある。
【０００４】
特開平７−９３９００号公報に開示されている手法は、ＰＣＭディジタルオーディオ信号をローパスフィルタに通して得られる出力オーディオ信号を、当該出力信号の絶対値成分を含む信号を乗算することにより歪みを生じさせる、という手法である。
【０００５】
特開平６−８５６０７号公報に開示されている手法は、原オーディオ信号から基音と倍音が組で存在する音色成分を抽出して、抽出した音色成分を用い、原オーディオ信号の帯域より高域側の倍音成分を予測して原オーディオ信号に外挿する、という手法である。
【０００６】
先に本願出願人が出願した特願２０００−１７８５６９に開示されている手法は、ＰＣＭ信号のスペクトルを複数のバンドに分解し、相関関係が強い１対のバンドの一方のスペクトル成分を元のＰＣＭ信号のスペクトルに追加して、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有するＰＣＭ信号を生成する、という手法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−９３９００号公報のオーディオ信号再生装置は、出力オーディオ信号の波形を絶対値回路等を用いて歪ませることにより高調波を発生させるに過ぎないものであって、この高調波は元のオーディオ信号に含まれているものに近似し得るものであるかは分からない。
【０００８】
また、元の音声等の帯域を制限して得られる原オーディオ信号に特開平６−８５６０７の手法を適用した場合、純音の音色成分について倍音成分を予測して外挿することができず、同様に、帯域が制限された結果倍音成分を除去された音色成分についても、除去された倍音成分を推測して外挿することができない。
【０００９】
この点、特願２０００−１７８５６９の周波数補間器では、追加されたスペクトル成分は、元の信号の一部の高調波成分とみなし得るので、元の信号が帯域を制限された信号である場合、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有する信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。
【００１０】
しかし、特願２０００−１７８５６９の手法では、元の信号のスペクトルをバンドに分解することにより、分解されたスペクトルが表す信号の波形のうち、波形が立ち上がる直前や立ち下がる直前にあたる部分等には、プリエコーと呼ばれる歪みが加わる。
元の信号が音声を表す場合、一般に、プリエコーが占める帯域は、元の音声が占める帯域のうち上限に近い部分（例えば、１０キロヘルツ以上）にあたる。このため、スペクトル成分を追加された後のスペクトルを有する信号が表す音声は、元の信号が表す音声の高域の部分を歪ませたものとなる。
【００１１】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置及び信号補間方法を提供することを目的とする。また、この発明は、オーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置及び信号補間方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく、この発明の第１の観点に係る信号補間装置は、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１３】
このような信号補間装置によれば、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものが被補間信号に追加され、帯域が拡張される。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このような信号補間装置は、スペクトルをバンドに分解する処理を行うものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００１４】
前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分は、被補間信号の一部分の高調波成分に特によく近似し得る可能性が高い。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１５】
前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分のスペクトルは、被補間信号のスペクトルと、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１６】
前記フィルタは、自己に供給される指示に応答して、前記第１の帯域の範囲を変化させる手段を備え、
前記周波数変換部は、自己に供給される指示に応答して、前記第２の帯域の範囲を変化させる手段を備えていてもよい。
この場合、前記信号補間装置は、例えば、前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、前記フィルタに、前記第１の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給し、前記周波数変換部に、前記第２の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給するスペクトル解析手段を備えることにより、第１及び第２の帯域の範囲を自ら最適化する。
【００１７】
前記信号補間装置は、前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記周波数変換部が生成した前記補間用成分を取得し、取得した当該補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングして前記加算部に供給するイコライズ手段を備えてもよい。
この場合、前記加算部は、前記被補間信号と前記イコライズ手段がフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成するものであってもよい。このような構成を有することにより、前記信号補間装置は、被補間信号に追加されるべき成分を、被補間信号のスペクトルの包絡線に沿うようにして被補間信号に追加する。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００１８】
前記加算部は、前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させる遅延部を備え、前記補間用成分及び前記遅延部が遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものであれば、フィルタ及び周波数変換部のうちいずれかが信号の遅延を発生させるものであっても、加算部が正確に被補間信号の帯域の拡張を行う。
【００１９】
また、この発明の第２の観点に係る信号補間方法は、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出し、
抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成し、
前記被補間信号と前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする。
【００２０】
このような信号補間方法によれば、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものが被補間信号に追加され、帯域が拡張される。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このような信号補間方法は、スペクトルをバンドに分解する工程を含むものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００２１】
前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分は、被補間信号の一部分の高調波成分に特によく近似し得る可能性が高い。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２２】
前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しいものであれば、被補間信号に追加される成分のスペクトルは、被補間信号のスペクトルと、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２３】
前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、決定結果に従って、前記第１及び第２の帯域の範囲を変化させるものとすれば、第１及び第２の帯域の範囲は自動的に最適化される。
【００２４】
前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングし、
前記被補間信号とフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成するようにしてもよい。
こうすることにより、被補間信号に追加されるべき成分は、被補間信号のスペクトルの包絡線に沿うようにして被補間信号に追加される。従って、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号により近いものとなる。
【００２５】
前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させ、前記補間用成分及び遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成するものとすれば、第１の帯域内の成分の抽出の工程や補間用成分の生成の工程で信号の遅延が発生する場合も、被補間信号の帯域の拡張が正確に行われる。
【００２６】
また、この発明の第３の観点に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
して機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２７】
このような記録媒体に記録されたプログラムを実行するコンピュータは、被補間信号を構成する成分が周波数変換されたものを被補間信号に追加することにより、被補間信号の帯域を拡張する。追加された成分は、被補間信号の一部分の高調波成分とみなし得るので、被補間信号が帯域を制限された信号である場合、帯域が拡張された後の被補間信号は、帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。また、このようなコンピュータは、スペクトルをバンドに分解する処理を行うものではない。
従って、被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、オーディオ信号が低歪み、高音質で復元される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る信号補間装置を、高域信号補間器を例として説明する。
【００２９】
図１は、この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。図示するように、この高域信号補間器は、可変ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１と、遅延部２と、スペクトル解析部３と、可変周波数発振部４と、混合部５と、可変ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）６と、加算部７とより構成されている。
【００３０】
可変ＢＰＦ１は、この高域信号補間器によりスペクトルの補間を受ける対象の信号（入力信号）を供給され、自己に供給された入力信号のうち、スペクトル解析部３より供給される後述の第１の制御信号が指定する中心周波数及び帯域幅を有する通過帯域内の成分を通過させて混合部５へと供給し、他の成分を実質的に遮断する。
【００３１】
なお、入力信号は音声等を表す信号からなる。入力信号が表す音声等のスペクトル分布は、例えば、元の音声等のうち一定値以上（例えば、１４ｋＨｚ以上）の周波数成分が除去されたものに相当するものとする。
【００３２】
遅延部２は、可変ＢＰＦ１に供給されたものと同一の入力信号を、可変ＢＰＦ１と同時に供給される。そして、自己に供給された入力信号を遅延させて加算部７に供給する。
遅延部２が信号を遅延させる時間の長さは、可変ＢＰＦ１に供給された信号の成分が混合部５及び可変ＨＰＦ６を経て加算部７に供給されるまでに経過する時間の長さに実質的に等しいものとする。
また、遅延部２から加算部７に供給される遅延された入力信号の位相と、可変ＨＰＦ６から加算部７に供給される信号の位相とは、加算部７に同時に供給されるもの同士の間では、実質的に同相であるものとする。
【００３３】
スペクトル解析部３は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等より構成されている。
スペクトル解析部３は、可変ＢＰＦ１に供給されたものと同一の入力信号を、可変ＢＰＦ１と同時に供給される。そして、供給された入力信号を解析し、解析結果に基づき、可変ＢＰＦ１の通過帯域を指定する第１の制御信号と、可変周波数発振部４が発生する後述の局部発振信号の周波数を指定する第２の制御信号と、可変ＨＰＦ６の通過帯域を指定する第３の制御信号とを生成する。そして、生成した第１の制御信号を可変ＢＰＦ１に供給し、第２の制御信号を可変周波数発振部４に供給し、第３の制御信号を可変ＨＰＦ６に供給する。
スペクトル解析部３は、具体的には、以下（１）〜（４）として述べる処理を行う。
【００３４】
（１） まず、スペクトル解析部３は、自己に供給された入力信号をフーリエ変換する。そして、フーリエ変換の結果得られるスペクトルの成分のうち最も周波数が高い成分を抽出し、抽出した成分の周波数を、入力信号が占める帯域の上限の値として特定する。
【００３５】
（２） 次に、スペクトル解析部３は、入力信号が占める帯域の上限の値と、入力信号に追加する成分の周波数の上限を示す所定値とに基づき、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域幅を決定する。
【００３６】
（３） 次にスペクトル解析部３は、以下（ａ）〜（ｄ）として示す条件に合致するように、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。すなわち、図２に示すように、
（ａ） 可変ＢＰＦ１の通過帯域（図２において「ＢＡ」として示す帯域）の上限の周波数が、入力信号が占める帯域（図２において「Ｂｉｎ」として示す帯域）の上限の周波数に実質的に等しく、
（ｂ） 可変ＢＰＦ１の通過帯域の幅が、スペクトルの補間を施すことによって入力信号に追加される成分が占める帯域（図２において「Ｂａｄｄ」として示す帯域）の帯域幅に実質的に等しく、
（ｃ） 局部発振信号の周波数（図２及び本明細書において「ｆＯＳＣ」として示す周波数）が、可変ＢＰＦ１の通過帯域の上限と下限との差に実質的に等しく、
（ｄ） 可変ＨＰＦ６の通過帯域（図２において「ＢＢ」として示す帯域）の下限の周波数が、局部発振信号の周波数ｆＯＳＣと帯域Ｂａｄｄに属する周波数との差の絶対値の最大値より大きい、
という関係が成り立つように、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域と、局部発振信号の周波数とを決定する。
【００３７】
すなわち、可変ＢＰＦ１の通過帯域の下限の周波数をｆＨＬ、可変ＢＰＦ１の通過帯域の上限の周波数をｆＨＨ、入力信号が占める帯域の上限をｆ０、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域の下限をｆＩＬ、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域の下限をｆＩＨ、スペクトルの補間により入力信号に追加される成分が占める帯域幅をＢＷ、可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数をｆＨＰＦとすると、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値の間には、実質的に数式１〜数式３に示す関係がある。
【００３８】
【数１】
ｆＨＨ ＝ｆＩＬ ＝ｆ０
【数２】
ｆＯＳＣ ＝（ｆＨＨ −ｆＨＬ）＝（ｆＩＨ −ｆＩＬ）＝ＢＷ
【数３】
ｆＨＰＦ ＞ ｍａｘ［｜ｆＨＬ −ｆＯＳＣ｜，｜ｆＨＨ −ｆＯＳＣ｜］
（ただし、ｍａｘ［α，β］は、２つの値α及びβのうち大きい方の値）
【００３９】
（４） そして、スペクトル解析部３は、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＨＨ及びｆＨＬの値を用いて、可変ＢＰＦ１の通過帯域の中心周波数（すなわち、｛（ｆＨＨ−ｆＨＬ）／２｝の値）及び帯域幅（すなわち、（ｆＨＨ−ｆＨＬ）の値）を決定する。そして、決定したこれらの値を可変ＢＰＦ１の通過帯域の中心周波数及び帯域幅の値として指定する第１の制御信号を生成し、可変ＢＰＦ１に供給する。また、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＯＳＣの値を局部発振信号の周波数として指定する第２の制御信号を生成し、可変周波数発振部４に供給する。また、上述の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすｆＨＰＦの値を可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数として指定する第３の制御信号を生成し、可変ＨＰＦ６に供給する。なお、この高域信号補間器は、ｆＩＨの値として、例えば、ｆ０より十分高い所定の値を用いるようにすればよい。
【００４０】
可変周波数発振部４は、スペクトル解析部３より第２の制御信号を供給されると、この第２の制御信号が示す周波数の信号からなる局部発振信号を発生し、発生した局部発振信号を混合部５へと供給する。
【００４１】
混合部５は、例えば、乗算回路等より構成されている。混合部５は、可変ＢＰＦ１より供給された成分と可変周波数発振部４が発生する局部発振信号とを互いに混合することにより、可変ＢＰＦ１を通過した成分と局部発振信号との積を表す信号を生成し、生成した信号を可変ＨＰＦ６に供給する。
【００４２】
混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する信号は、可変ＢＰＦ１を通過した成分の周波数と局部発振信号の周波数の和にあたる周波数を有する成分（和成分）と可変ＢＰＦ１を通過した成分の周波数と局部発振信号の周波数の差にあたる周波数を有する成分（差成分）とを含んでいる。
【００４３】
可変ＨＰＦ６は、混合部５より供給された成分のうち、スペクトル解析部３より供給される第３の制御信号が示す値を周波数の下限とする通過帯域内の成分を通過させ加算部７に供給し、他の成分を実質的に遮断する。
【００４４】
混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する和成分のスペクトルは、周波数（ｆＨＬ＋ｆＯＳＣ）を下限とし周波数（ｆＨＨ＋ｆＯＳＣ）を上限とする帯域を占める。また、混合部５が可変ＨＰＦ６に供給する差成分のスペクトルは、周波数｜ｆＨＬ−ｆＯＳＣ｜及び｜ｆＨＨ−ｆＯＳＣ｜のうち小さい方の値を下限とし大きい方の値を上限とする帯域を占める。一方、可変ＨＰＦ６の通過帯域の下限の周波数ｆＨＰＦは、上述の（ｄ）の条件（数式３に示す条件）を満たす。
従って、可変ＨＰＦ６は、混合部５が供給する信号のうち和成分を通過させて加算部７に供給し、差成分を実質的に遮断する。
【００４５】
加算部７は、遅延部２から自己に供給される遅延された入力信号と可変ＨＰＦ６から供給される成分との和を表す信号を生成し、この高域信号補間器の出力信号として出力する。
【００４６】
出力信号は、入力信号に、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含む連続した帯域内の成分を、入力信号が占める帯域の上限に高周波数側で隣接する帯域に含まれるよう周波数変換して追加することにより得られる信号より構成される。
入力信号が帯域を制限された信号である場合、入力信号に追加された成分は、帯域を制限される前の入力信号の一部の高調波成分より構成されている可能性が高い。従って、入力信号が帯域を制限された信号である場合、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号に近いものとなる。
【００４７】
なお、この高域信号補間器の構成は上述のものに限られない。
例えば、可変ＢＰＦ１、遅延部２、可変周波数発振部４、混合部５、可変ＨＰＦ６及び加算部７の機能の一部又は全部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）が行ってもよい。
【００４８】
また、可変ＢＰＦ１及び可変ＨＰＦ６の通過帯域や、局部発振信号の周波数は、上述した（ａ）〜（ｄ）の条件（数式１〜数式３に示す条件）に合致する値に予め固定されていてもよい。この場合、この高域信号補間器は、スペクトル解析部３を備える必要がない。
【００４９】
また、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値は、必ずしも数式１〜数式３に示す関係を有する必要はない。従って、例えば、周波数変換を経て入力信号に追加される信号は、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含むものである必要はない。
しかし、周波数変換を経て入力信号に追加される信号（可変ＨＰＦ６を通過する成分）が、入力信号のうち周波数が最高であるスペクトルを含むものである場合、入力信号に追加されるこの信号は、入力信号自体の一部分の高調波成分とみなし得る可能性が高い。従って、入力信号が、帯域を制限されたオーディオ信号を表すものであれば、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号により近いものとなる。
また、ｆＨＬ、ｆＨＨ、ｆ０、ｆＩＬ、ｆＩＨ、ＢＷ、ｆＨＰＦ及びｆＯＳＣの各値が数式１〜数式３に示す関係を有する場合、可変ＨＰＦ６を通過する成分のスペクトルは、入力信号のスペクトルに、高周波側で隙間なく隣接するものとなる。従って、入力信号が、帯域を制限されたオーディオ信号を表すものであれば、出力信号は、帯域が制限される前の入力信号により近いものとなる。
【００５０】
また、この高域信号補間器は、入力信号に追加する成分のスペクトルの強度を、入力信号のスペクトルの包絡線に外挿することにより決定するようにしてもよい。
具体的には、例えば、この高域信号補間器は更に包絡線解析部とイコライザを備えるものとする。このうちイコライザは、可変ＨＰＦ６が加算部７に供給すべき成分を、自己に供給される信号が示す周波数特性に合致するようにフィルタリングしてから加算部７に供給するものとする。
一方、包絡線解析部は、スペクトル解析部３が入力信号をフーリエ変換した結果得られるスペクトルに基づき回帰計算の処理を行うことにより、入力信号のスペクトルの包絡線をなす関数を特定する。そして、特定した関数と、スペクトル解析部３が決定したｆＩＬ及びｆＩＨの各値とに基づき、下限の周波数がｆＩＬで上限の周波数がｆＩＨである帯域内の出力信号の周波数特性を決定し、決定結果を示す信号を上述のイコライザに供給するものとする。
なお、この場合、スペクトル解析部３は、入力信号をフーリエ変換した結果得られるスペクトルを表すデータを包絡線解析部に供給するものとすればよく、また、包絡線解析部は、例えば上述の第３の制御信号を取得することによりｆＩＬの値を取得すればよい。
【００５１】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明にかかる信号補間装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。
例えば、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータに上述の可変ＢＰＦ１や、遅延部２や、スペクトル解析部３や、可変周波数発振部４や、混合部５や、可変ＨＰＦ６や、加算部７や、包絡線解析部や、イコライザの動作を実行するためのプログラムを格納した媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フロッピーディスク等）から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する高域信号補間器を構成することができる。
【００５２】
また、例えば、通信回線の掲示板（ＢＢＳ）に該プログラムを掲示し、これを通信回線を介して配信してもよく、また、該プログラムを表す信号により搬送波を変調し、得られた変調波を伝送し、この変調波を受信した装置が変調波を復調して該プログラムを復元するようにしてもよい。
そして、このプログラムを起動し、ＯＳの制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００５３】
なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいは、ＯＳが本願発明の１つの構成要素の一部を構成するような場合には、記録媒体には、その部分をのぞいたプログラムを格納してもよい。この場合も、この発明では、その記録媒体には、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが格納されているものとする。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明のように、この発明によれば、原信号の帯域を制限した信号を用いて得られる変調波から、歪みが少なく原信号に近い信号を復元できるようにするための信号補間装置及び信号補間方法が実現される。
また、この発明によれば、オーディオ信号を高音質で復元するための信号補間装置及び信号補間方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る高域信号補間器の構成を示す図である。
【図２】入力信号及び入力信号に追加される成分が占める帯域と、可変ＢＰＦの通過帯域とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 可変ＢＰＦ
２ 遅延部
３ スペクトル解析部
４ 可変周波数発振部
５ 混合部
６ 可変ＨＰＦ
７ 加算部
Claims (13)
- 補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、を備える、
ことを特徴とする信号補間装置。 - 前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号補間装置。 - 前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しい、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の信号補間装置。 - 前記フィルタは、自己に供給される指示に応答して、前記第１の帯域の範囲を変化させる手段を備え、
前記周波数変換部は、自己に供給される指示に応答して、前記第２の帯域の範囲を変化させる手段を備え、
前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、前記フィルタに、前記第１の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給し、前記周波数変換部に、前記第２の帯域の範囲を自己が決定した範囲とする指示を供給するスペクトル解析手段を備える、
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の信号補間装置。 - 前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記周波数変換部が生成した前記補間用成分を取得し、取得した当該補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングして前記加算部に供給するイコライズ手段を備え、
前記加算部は、前記被補間信号と前記イコライズ手段がフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号補間装置。 - 前記加算部は、前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させる遅延部を備え、前記補間用成分及び前記遅延部が遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号補間装置。 - 補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出し、
抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成し、
前記被補間信号と前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする信号補間方法。 - 前記第１の帯域の上限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しい、
ことを特徴とする請求項７に記載の信号補間方法。 - 前記第２の帯域の下限は、前記被補間信号のスペクトルの分布の上限に実質的に等しい、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の信号補間方法。 - 前記被補間信号を取得して、取得した当該被補間信号のスペクトルの分布の上限を特定し、特定した結果に基づいて、前記第１及び第２の帯域の範囲を決定し、決定結果に従って、前記第１及び第２の帯域の範囲を変化させる、
ことを特徴とする請求項７、８又は９に記載の信号補間方法。 - 前記被補間信号のスペクトルの包絡線を表す包絡線情報を抽出し、前記補間用成分のスペクトルの強度が前記包絡線情報が示す包絡線により表される強度に実質的に等しくなるように当該補間用成分をフィルタリングし、
前記被補間信号とフィルタリングした前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する、
ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の信号補間方法。 - 前記補間用成分と実質的に同相になるように前記被補間信号を遅延させ、前記補間用成分及び遅延させた前記被補間信号の和を表す前記出力信号を生成する、
ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の信号補間方法。 - コンピュータを、
補間される対象である被補間信号のうち第１の帯域内の成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタが抽出した前記第１の帯域内の成分を、前記被補間信号が占める帯域より高周波側の第２の帯域へと周波数変換することにより補間用成分を生成する周波数変換部と、
前記被補間信号と前記周波数変換部が生成した前記補間用成分との和を表す出力信号を生成する加算部と、
して機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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