JP3727689B2 - Digital audio recording / reproducing device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル音声記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロホンより入力したアナログ信号をディジタル信号に変換して半導体メモリ等の記録媒体に記録しておき、その記録した信号をアナログ信号に変換してスピーカで再生できるディジタル音声記録再生装置が従来より知られている。
【0003】
このようなディジタル音声記録再生装置においては、メモリ容量を節約するために、記憶すべきデータ量をできるだけ小さくするために何らかのデータ圧縮方法が用いられている。
【0004】
例えば、特開昭63−259700号公報はADPCM方式によって音声情報を圧縮して半導体メモリに記憶する装置を開示している。さらに効率よく圧縮する方法として、近年、携帯電話等において標準の圧縮方法として用いられているVSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction)と呼ばれるCELP(Code Excited Linear Prediction)方式の圧縮方法がある。この圧縮方法はLPC合成フィルタの音源信号を種々のパターンからなるコードブックを用いてきわめて効率的にベクトル量子化する方法であり、ビットレートを低減しても良好な音質が得られる最も有力な方式の一つである。この圧縮方式は演算量が膨大でありかつ実時間で演算を行わせる必要があるために、高速にディジタル信号の演算を行うことができるDSP(Digital Signal Processor)が通常用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したCELP方式の圧縮方法においても、ビットレートを極端に低く、例えば半分以下にした場合は音質が劣化してしまうという欠点がある。また、上記したCELP方式の圧縮方法においてはビットレートを低くすると圧縮時の分析演算処理過程も小さくなるのが通例である。このため同一のDSPでビットレートの異なるCELP方式の圧縮アルゴリズムの演算を行わせると、ビットレートの低い圧縮アルゴリズムは演算処理量が少ないためにDSPの演算処理能力をそれほど使わなくても処理できることになる。このことはDSPの演算処理能力を十分生かすことなしに供給電源の電流が無駄に消費されていることになり、例えばDSPへの供給電源が電池であれば電池の寿命を縮めてしまうという問題点もあった。
【0006】
本発明のディジタル音声記録再生装置はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、異なるビットレートで信号処理を行っても音質の劣化がなく、かつ信号処理手段への供給電流を有効に使用することができるディジタル音声記録再生装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、記録媒体から圧縮符号化されたディジタル音声信号を読み出して再生するディジタル音声記録再生装置であって、第1のゼロフィルタ、ポールフィルタおよび次数が1次である第2のゼロフィルタの順に上記各フィルタがカスケード接続されたポストフィルタを含み、上記記録媒体から読み出された圧縮符号化ディジタル音声信号を復号化する信号処理手段と、上記ディジタル音声信号が圧縮符号化されたときのビットレート選択手段によって選択されたビットレートを取得する取得手段と、上記ビットレート情報取得手段により取得されたビットレートに応じて、上記復号化時の上記信号処理手段の動作クロック周波数を変更する変更手段と、上記ビットレート情報取得手段により取得されたビットレートに応じて上記第2のゼロフィルタの係数を変更する変更手段と、を具備する
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施形態としてのディジタル音声記録再生装置のブロック構成図である。同図において、マイク1は増幅器(AMP)2と低域通過フィルタ(LPF)3とアナログ/ディジタル(A/D)変換器4とを介してディジタル信号処理部(以下DSPと呼ぶ)5の第1端子に接続されている。また、スピーカ13は増幅器(AMP)12とディジタル/アナログ(D/A)変換器11を介してDSP5の第2端子に接続されている。
【0014】
DSP5の第3端子はデータI/O(入出力)バッファ7の第1端子に接続されるとともに、DSP5の第4端子は制御回路6を介してデータI/Oバッファ7の第2端子に接続され、データI/Oバッファ7の第3端子は主制御回路8の第1端子に接続されている。さらにDSP5の第5端子には並列接続された2種類のクリスタルX1、X2とこれら2つのクリスタルX1、X2のいずれかを選択するためのマルチプレクサMPXとが接続されている。クリスタルX1、X2は互いに異なる動作クロック周波数を有している。
【0015】
この主制御回路8の第2端子は主電源スイッチ16とバッテリBATとを介して接地され、第3端子は録音ボタンRECに接続され、第4端子は再生ボタンPLに接続され、第5端子は停止ボタンSTに接続され、第6端子は早送りボタンFFに接続され、第7端子は早戻しボタンREWに接続され、第8端子はIマークボタンに接続され、第9端子はEマークボタンに接続され、第10端子はビットレート切り替えスイッチRATEに接続されている。
【0016】
さらに、主制御回路8の第11端子は駆動回路14を介して表示器15に接続され、第12端子は着脱自在な記録媒体としての半導体メモリ10に接続され、第13端子は半導体メモリ10に接続されたアドレス制御回路9に接続されている。
【0017】
上記したIマークボタンとEマークボタンはタイピストや秘書等に何らかの指示を与えるためのインデックスマークであり、以下の場合に操作される。例えば、文章録音者が本装置を使用して複数の文章を記録する場合に、IマークボタンIを操作することにより、複数文章間の優先関係を示すインストラクション(I)マークを同時に記録して、音声によって具体的に文章の優先関係をタイピストや秘書向けに指示することができる。また、Eマークボタンを操作することによりEマークを記録して複数文書間の区切りをタイピスト等に指示することができる。
【0018】
以下に、上記した半導体メモリ10の内部構成について説明する。半導体メモリ10の内部は一時記録媒体部と主記録媒体部とで構成されている。一時記録媒体部にはSRAM、EEPROM、高誘電体メモリ、フラッシュメモリなど主記録媒体部と比較して比較的高速で読み書きが行えるものが用いられる。主記録媒体にはフラッシュメモリ、光磁気ディスク、磁気ディスク、磁気テープなどが用いられる。本実施形態ではこの内、一時記録媒体部にSRAMを用い、主記録媒体部にはフラッシュメモリを用いている。
【0019】
ところで、半導体メモリ10は、本実施形態では、図2に示すような記録構成を有している。即ち、メモリ空間はインデックス部10Aと音声データ部10Bとに大きく二分されている。インデックス部10Aには、音声データ部10Bに記録される複数の音声メッセージファイル10B1、10B2、10B3、…、それぞれについての操作開始位置情報10A1と操作終了位置情報10A2、その他、符号モードや操作条件等が記録される。また、音声データ部10Bにおける現在の動作位置を示す動作位置情報10A3が記録される。
【0020】
以下に上記した構成を有するディジタル音声記録再生装置の動作を説明する。音声の録音時、マイクロホン1より得られるアナログ信号は増幅器(AMP)2により増幅され、低域通過フィルタ(LPF)3を通した後、アナログ/ディジタル(A/D)変換器4によってディジタル音声信号に変換される。このディジタル信号はDSP5に入力される。DSP5は制御回路6の制御の基にディジタル音声信号を所定のビットレートで圧縮する。圧縮されたディジタル信号はデータI/Oバッファ7を介して主制御回路8へ出力される。
【0021】
主制御回路8は上記した複数の操作ボタン及びスイッチの操作に応じて、DSP5と、アドレス制御回路9と、半導体メモリ10の動作を制御する。例えば録音時はアドレス制御回路9に適当なアドレス信号を与え、データI/Oバッファ7から供給されたディジタル音声信号を半導体メモリ10に記録する。
【0022】
このようにして記録されたディジタル音声信号を再生する場合、主制御回路8は適当なアドレス信号をアドレス制御回路9に与え、半導体メモリ10に記録されたディジタル音声信号を読み出してデータI/Oバッファ7を介してDSP5に供給する。ディジタル音声信号はDSP5によって伸張された後、ディジタル/アナログ(D/A)変換器11でアナログ音声信号に変換される。このアナログ音声信号は増幅器(AMP)12によって増幅されてスピーカ13から出力される。また主制御回路8は、録音または再生動作の間、駆動回路14を制御して表示器15に動作モードなどの各種情報を表示させる。
【0023】
以下に上記したディジタル音声記録再生装置の動作を図3のフローチャートを参照してさらに詳細に説明する。
電池BATがセットされて電源が主制御回路8に供給されると、主制御回路8は電源電圧を検出して所定の電圧以上であれば図3のフローチャートに示すような動作を開始する。
【0024】
即ち、まず、主制御回路8の外部条件や内部記憶部の初期設定を行う(ステップS1)。ただしこの時点では、ディジタル音声記録再生装置全体への電力供給を指示するための主電源スイッチ16はOFF状態にある。したがって初期設定を完了した後、主制御回路8は主電源スイッチ16がON状態かどうかを検出する(ステップS2)。検出の結果、主電源スイッチ16がON状態であることを検出したならば、当該ディジタル音声記録再生装置全体に電力を供給するための電池BATと各回路との間に設けられた不図示スイッチをONにする。そして、ステップS3でメモリインデックスを読み込む。すなわち、半導体メモリ10のインデックス部10Aから操作開始位置情報10A1、操作終了位置情報10A2、その他、符号モードや操作条件等を読み込む。このとき半導体メモリ10から読み込んだデータに基づいて所定のインデックスが半導体メモリ10にあらかじめ正常に記録されているかどうか、即ち半導体メモリ10のフォーマット(初期化)が正常かどうかを判断する(ステップS4)。
【0025】
ここで、メモリフォーマットが正常に行われている場合はステップS7に進んで後述する処理を行なう。
一方、半導体メモリ10にフォーマットされていないものが記録されていた場合には正常ではないと判断され、半導体メモリ10のインデックス部10Aに利用条件を示す情報を入力し、且つ音声データ部10Bに“0”を入力する処理であるメモリフォーマットを行うかどうかを確認する(ステップS5)。この場合、主制御回路8は駆動回路14を制御してメモリフォーマットを行うか否かの確認表示を表示器15に行わせる。
【0026】
ここで、メモリフォーマットをしないことを確認指示するボタン(停止ボタンST兼用)が押されたとき、主制御回路8はステップS8のエラー表示のステップにおいて、駆動回路14を制御して表示器15にて半導体メモリ10が正常でないことを示す表示を行なうとともに、半導体メモリ10を取り替えるべきである旨の指示表示を行い、当該ディジタル音声記録再生装置全体に電力を供給するための電池BATと各回路との間に設けられた不図示のスイッチをOFFする。その後、半導体メモリ10の交換のために主電源スイッチ16がOFFされるまで待機し(ステップS9)、それがOFFされたことを検出すると上記ステップS2に戻る。
【0027】
また、ステップS5で、メモリフォーマット処理を確認指示するボタン(録音ボタンREC兼用)が押されたならば、半導体メモリ10のフォーマットを行い(ステップS6)、ステップS7に進む。
【0028】
ステップS7では駆動回路14を制御して表示器15に初期設定が完了したことを示す表示を行わせ、インデックス部10Aから読み出した動作位置情報10A3に基づいて現在の動作位置を検出し(ステップS10)、駆動回路14を制御して表示器15にてその検出した現在位置の表示を行う。その後、当該ディジタル音声記録再生装置の操作ボタンのいずれかが押されたかどうかを検出しながら各回路を待機状態にさせる(ステップS11)。
【0029】
そして、いずれかの操作ボタンが押されたことを検出すると、まず、操作されたのが録音ボタンRECかどうか検出し(ステップS12)、もし録音ボタンRECが押されれば、DSP5を制御してA/D変換器4から入力される音声情報を圧縮し、アドレス制御回路9を制御して半導体メモリ10の音声データ部10Bに記録を行う録音処理に入る(ステップS13)。
【0030】
操作されたのが録音ボタンRECでない時には、次に、再生ボタンPLが押されたかどうかの検出を行う(ステップS14)。ここでもし再生ボタンPLが押されていれば、アドレス制御回路9を制御して半導体メモリ10の音声データ部10Bから記録されている音声データを読み出し、これをDSP5に送って伸長処理を施した後、D/A変換器11でアナログ信号に変換してスピーカ13から出力する再生処理に入る(ステップS15)。
【0031】
また、再生ボタンPLが押されていない時は、早送りボタンFFが押されているかどうかを検出する(ステップS16)。もし早送りボタンFFが押されていれば、動作位置を順次適当な速度(例えば、再生時の20倍)で早送りを行う早送り処理に入る(ステップS17)。
【0032】
早送りボタンFFが押されていなければ、早戻しボタンREWが押されているかどうかの検出を行なう(ステップS18)。もし早戻しボタンREWが押されていれば、上記早送りの場合とは逆の方向に同様の速度で動作位置の移動を行う早戻し処理に入る(ステップS19)。
【0033】
上記したステップS13、S15、S17、S19の各処理中に停止ボタンSTが押されたときは各処理から抜けて上記ステップS11に戻る。
また、操作されたのが録音、再生、早送り、早戻し等のボタンでなければ、主電源スイッチ16がOFFか否かの検出と各種の設定ボタンの状態の検出を行う(ステップS20)。主電源スイッチ16がOFF操作されているときはアドレス制御回路9を制御して、半導体メモリ10のインデックス部10A内の情報を消去し、主制御回路8の内部の不図示の記憶部に記憶してあるインデックス情報を、半導体メモリ10のインデックス部10Aに転送する(ステップS21)。このインデックス転送処理が完了すると、電池BATと各回路との間に設けられた不図示のスイッチをOFFにして(ステップS22)、上記ステップS2に戻る。
【0034】
また、上記ステップS20において、主電源スイッチ16がOFFでないと判断された場合は設定ボタンの状態を検出し、その状態を内部記憶部に記憶した後、上記ステップS11に戻る。ここで、設定ボタンとは、実際に当該ディジタル音声記録再生装置に別個に設けられたボタンではなく、録音ボタンREC、再生ボタンPL、停止ボタンST、早送りボタンFF、早戻しボタンREW、IマークボタンI、EマークボタンEの内の幾つかのボタンの同時押しにより代用されるボタンである。
【0035】
次に、上記図3のステップS13における録音処理の詳細を図4のフローチャートを参照して更に説明する。
録音ボタンRECが押されたことを検出するとこの録音処理に処理が移り、まず、ビットレート切り替えスイッチRATEにより通常ビットレートとハーフビットレートのうちどちらのビットレートが選択されているかを検出する(ステップS31)。ここで通常のビットレートが選択されている場合はマルチプレクサMPXによってクリスタルをX1に切り換える(ステップS32)。また、ハーフビットレートが選択されている場合はクリスタルをX2に切り換える(ステップ33)。これにより音声符号化時のDSP5の動作クロック周波数が設定される。そしてこのときのRATE選択情報や録音感度情報等の音声録音モードに関する情報をコマンドとしてDSP5へ転送する(ステップ34)。そして、内部記憶部に記憶しているインデックス情報(動作位置情報)に基づいて半導体メモリ10の音声データ部10Bにおける録音スタート位置を求め、この録音スタート位置に関する情報をインデックス部10Aに操作開始位置情報10A1として書き込む(ステップS35)。ここでDSP5はある所定長(例えば20ms)のディジタル音声データ群をフレームとして処理し、ここでは1フレーム分のディジタル音声データを設定された動作クロック周波数で符号化する(ステップ36)。得られた1フレーム分の符号化データは主制御回路8に転送される(ステップ37)。そして、転送された符号化データを書き込むべきアドレスを、内部記憶部に記憶されている動作位置情報に基づいて算出し、アドレス制御回路9へ出力する(ステップS38)。これと同時に、DSP5からの1フレーム分の符号化データが半導体メモリ10に送られてアドレス制御回路9の制御により音声データ部10Bに書き込まれる(ステップS39)。次にステップS40に進んで録音位置の更新を行なう。すなわち、内部記憶部に記憶している動作位置情報を更新し、この更新した値に応じてインデックス部10Aの操作終了位置情報10A2及び現在の動作位置情報10A3を更新する。
【0036】
次に、停止ボタンSTが押されているか否かを検出し(ステップS41)、押されていなければ上記ステップS35へジャンプして上記した録音処理を実行する。そして停止ボタンSTが押されたときにそのときの終了位置を確定して、この録音処理から抜け出る。
【0037】
ここで、DSP5はステップS36で音声データを符号化するために、CELP符号化(分析合成形符号化)方式を利用している。このCELP符号化方式は、上記フレームを単位として分析したLPC合成フィルタの駆動音源信号を、種々の波形パターンから成るコードブックを用いてきわめて効率的にベクトル量子化する方式である。符号化されるデータは各フレームに対してRATE選択情報、有音無音音声情報、次数が10次のLPC係数のインデックス情報、LPC合成フィルタの駆動音源信号を作成するためのインデックス情報とする。また、通常ビットレートでの録音時には8Kビット/秒で符号化を行い、ハーフビットレートでの録音時は4Kビット/秒で符号化を行なう。更にこのときの演算量は通常ビットレート時は20MIPS(Million Instructions Per Second )以内、ハーフビットレート時は12MIPS以内で処理できるように符号化を行なう。このとき上記したクリスタルX1、X2は各ビットレートに応じたものを使用している。
【0038】
次に、図5のフローチャートを参照して、図3の上記ステップS15に於ける再生処理を詳細に説明する。
再生ボタンPLが押されていることを検出すると再生処理に処理が移り、主制御回路8は、まず、主制御回路8から音量ボリューム値情報等の音声再生モードに関する情報をコマンドとしてDSP5へ転送する(ステップS50)。そして、半導体メモリ10の音声データ部10Bの読み出し位置をインデックス情報部10Aの動作位置情報より得て、駆動回路14を制御して表示部15に表示する(ステップS51)。そして、半導体メモリ10の音声データ部10Bから音声情報の読み込みを行うため、内部記憶部に記憶している動作開始位置情報に基づいて算出したアドレスをアドレス制御回路9へ出力する(ステップ52)。主制御回路8はこのアドレスに従って半導体メモリ10の音声データ部10Bより1フレームの音声符号化データを読み込む(ステップ53)。次にこの読み込まれた1フレーム分の音声符号化データをDSP5に転送し(ステップS54)、1フレーム分の音声符号化データの合成処理を行う(ステップS55)。
【0039】
次に主制御回路8の処理はステップS56に進んで再生位置の更新を行なう。すなわち、内部記憶部に記憶している再生位置(動作位置)情報を更新し、またインデックス部10Aの現在の動作位置情報10A3を更新する。その後、停止ボタンSTが押されているかどうかを検出する(ステップS57)。もし押されていればこの再生処理を抜け出すが、押されていなければ上記ステップS53へ戻って、再生処理を続ける。
【0040】
次に、上記ステップS55に於ける1フレーム分の音声符号化データの合成処理について図6のフローチャートを参照して詳細に説明する。DSP5に送られた1フレーム分の音声符号化データより駆動音源信号を生成し(ステップS60)、10次のLPC合成フィルタによって音声合成処理を行なって音声合成信号を生成する(ステップS61)。そして音声符号化時のRATE選択情報に基づいて通常ビットレートとハーフビットレートのうちどちらのビットレートが選択されているかを判断し(ステップS62)、通常ビットレートが選択されていれば、通常ビットレート用のポストフィルタ、すなわちノイズを除去するためのノイズフィルタに音声合成信号を通してポストフィルタ処理(ノイズ除去処理)を行い(ステップS64)、ハーフビットレートが選択されていればハーフビットレート用のポストフィルタに音声合成信号を通してポストフィルタ処理を行なう(ステップS63)。
【0041】
図7は上記したポストフィルタの構成を示す図であり、3段のフィルタをカスケード接続した構成を有する。1段目のフィルタは次数が10次のゼロフィルタ23であり、遅延器T1乃至T10と、各遅延器で遅延された音声信号に所定の係数を乗算する乗算器M1乃至M10と、遅延なしの音声信号に各乗算器からの乗算結果を加算する加算器20とから構成される。乗算器M1乃至M10の係数としては、10次のLPC係数a1 〜a10を周波数帯域拡張した係数aexp1 〜aexp10に重み0.75をかけた係数aα1 〜aα10を用いる。
【0042】
2段目のフィルタは10次のポールフィルタ24であり、遅延器T1乃至T10と、各遅延器で遅延された音声信号に所定の係数を乗算する乗算器M11乃至M20と、遅延なしの音声信号に各乗算器からの乗算結果を加算する加算器21とから構成される。乗算器M11乃至M20の係数としては、上記周波数帯域拡張した係数aexp1 〜aexp10に重み0.5をかけた係数aβ1 〜aβ10を用いる。3段目のフィルタは次数が1次のゼロフィルタ25であり、遅延器Tと、遅延器Tによって遅延された音声信号に所定の係数を乗算する乗算器Mと、この乗算器Mからの乗算値と遅延なしの音声信号とを加算する加算器22とから構成される。乗算器Mの1次の係数は、2段目のポールフィルタ24の乗算器M11の1次の係数aβ1 に重み0.5をかけた値bとする。
【0043】
ここで、ビットレート切り替えスイッチRATEによって通常ビットレートが選択されている場合は上記3段目の1次のゼロフィルタ25の乗算器Mの1次の係数bが0よりも大きい値か否かを検出して、0よりも大きい値であればこの係数値bを0に設定し、負であれば上記係数値bに設定してフィルタリングを行う。一方、ハーフビットレートが選択されている場合、ポストフィルタは上記3段目の1次のゼロフィルタ25の乗算器Mの1次の係数bに−1をかけた値−bを用いてフィルタリングを行う。このように、本実施形態ではポストフィルタの周波数特性が選択されたビットレートに応じて変更される。
【0044】
上記した実施形態によれば、選択されたビットレートに応じてポストフィルタの周波数特性を変化させるようにしたので、ビットレートを低くしても音質の劣化がなくなる。また、圧縮符号化を行なうDSP5の動作クロック周波数をビットレートに応じて変化させるので消費電流の大きさもこれに応じて変化するようになる。これにより供給電源が節約されてDSP5への供給電流を有効に使用することができる。
【0045】
上記したように、本実施形態のディジタル音声記録再生装置は、ディジタル音声信号を記録媒体(半導体メモリ10)に記録して再生するディジタル音声記録再生装置であって、記録媒体への書き込みに先だって又は記録媒体から読み出した後、ディジタル音声信号を所定のビットレート(通常のビットレート又はハーフビットレート)で信号処理する信号処理手段(DSP5)と、所望のビットレートを選択する選択手段(ビットレート切り替えスイッチRATE)と、選択されたビットレートに応じて、信号処理手段の処理条件(ポストフィルタの周波数特性又はDSP5の動作クロック周波数)を変更する変更手段(主制御回路8)とを具備している。
【0046】
ここで、信号処理手段はノイズを除去するためのノイズフィルタ(ポストフィルタ)を含み、選択されたビットレートに応じてノイズフィルタの周波数特性を変更する。ここでは、1次のゼロフィルタ25の係数を0又はbと−bとの間で切り替える。
【0047】
また、信号処理手段はディジタル音声信号に対して圧縮符号化を行う圧縮符号化手段(DSP5)を含み、選択されたビットレートに応じて圧縮符号化時の動作クロック周波数を変更する。
【0048】
【発明の効果】
請求項1、請求項2、請求項3に記載の発明によれば、異なるビットレートで信号処理を行っても音質の劣化がなく、かつ信号処理手段への供給電流を有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのディジタル音声記録再生装置のブロック構成図である。
【図2】半導体メモリの記録構成を示す図である。
【図3】ディジタル音声記録再生装置の全体動作を説明するためのフローチャートである。
【図4】図3のフローチャート中の録音処理の詳細を説明するための動作フローチャートである。
【図5】図3のフローチャート中の再生処理の詳細を説明するための動作フローチャートである。
【図6】図5のフローチャート中の1フレーム分の音声符号化データの合成処理(ステップS55)の詳細を説明するための動作フローチャートである。
【図7】ポストフィルタのブロック構成を示す図である。
【符号の説明】
1…マイクロホン、2、12…増幅器(AMP)、3…低域通過フィルタ(PF)、4…アナログ/ディジタル(A/D)変換器、5…ディジタル信号処理部(DSP)、X1…通常ビットレート時のクリスタル、X2…ハーフビットレート時のクリスタル、MPX…クリスタル切り替えのためのマルチプレクサ、6…制御回路、7…データ入出力(I/O)バッファ、8…主制御回路、9…アドレス制御回路、10…半導体メモリ、11…ディジタル/アナログ(D/A)変換器、13…スピーカ、14…駆動回路、15…表示器、16…主電源スイッチ、REC…録音ボタン、PL…再生ボタン、ST…停止ボタン、FF…早送りボタン、REW…早戻しボタン、I…Iマークボタン、E…Eマークボタン、RATE…ビットレート切り替えスイッチ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital audio recording / reproducing apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a digital audio recording / reproducing apparatus capable of converting an analog signal input from a microphone into a digital signal and recording it on a recording medium such as a semiconductor memory, converting the recorded signal into an analog signal, and reproducing it with a speaker is conventionally known. ing.
[0003]
In such a digital audio recording / reproducing apparatus, in order to save memory capacity, some data compression method is used in order to minimize the amount of data to be stored.
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-259700 discloses an apparatus for compressing audio information by the ADPCM method and storing it in a semiconductor memory. As a more efficient compression method, there is a CELP (Code Excited Linear Prediction) compression method called VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction), which is used as a standard compression method in mobile phones and the like in recent years. This compression method is an extremely efficient method of vector quantization of a sound source signal of an LPC synthesis filter using a code book having various patterns, and is the most powerful method for obtaining good sound quality even if the bit rate is reduced. one of. Since this compression method requires a large amount of computation and requires computation in real time, a DSP (Digital Signal Processor) that can compute digital signals at high speed is usually used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the CELP compression method described above also has a drawback that the sound quality deteriorates when the bit rate is extremely low, for example, less than half. Further, in the above-described CELP compression method, when the bit rate is lowered, the analysis calculation process during compression is usually reduced. For this reason, if the same DSP is used to calculate the CELP compression algorithm with a different bit rate, the compression algorithm with a low bit rate has a small amount of calculation processing, so that it can be processed without much use of the DSP processing capability. Become. This means that the power of the power supply is consumed unnecessarily without making full use of the DSP's arithmetic processing capability. For example, if the power supply to the DSP is a battery, the battery life is shortened. There was also.
[0006]
The digital audio recording / reproducing apparatus of the present invention has been made paying attention to such problems, and the object thereof is that there is no deterioration in sound quality even if signal processing is performed at different bit rates, and the signal processing means. It is an object of the present invention to provide a digital audio recording / reproducing apparatus capable of effectively using a current supplied to a computer.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a digital audio recording / reproducing apparatus for reading out and reproducing a digital audio signal compressed and encoded from a recording medium, A post filter in which the above filters are cascade-connected in the order of a first zero filter, a pole filter, and a second zero filter of the first order. A signal processing means for decoding a compression-encoded digital audio signal read from the recording medium, and a bit rate selected by the bit rate selection means when the digital audio signal is compression-encoded. Obtaining means, a changing means for changing an operation clock frequency of the signal processing means at the time of decoding according to the bit rate obtained by the bit rate information obtaining means, and the bit rate information obtaining means Depending on the bitrate The coefficient of the second zero filter is change And changing means .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a digital audio recording / reproducing apparatus as an embodiment of the present invention. In the figure, a microphone 1 includes a digital signal processor (hereinafter referred to as a DSP) 5 through an amplifier (AMP) 2, a low-pass filter (LPF) 3, and an analog / digital (A / D) converter 4. Connected to one terminal. The speaker 13 is connected to the second terminal of the DSP 5 via an amplifier (AMP) 12 and a digital / analog (D / A) converter 11.
[0014]
The third terminal of the DSP 5 is connected to the first terminal of the data I / O (input / output) buffer 7, and the fourth terminal of the DSP 5 is connected to the second terminal of the data I / O buffer 7 via the control circuit 6. The third terminal of the data I / O buffer 7 is connected to the first terminal of the main control circuit 8. Further, the fifth terminal of the DSP 5 is connected with two types of crystals X1 and X2 connected in parallel and a multiplexer MPX for selecting one of these two crystals X1 and X2. The crystals X1 and X2 have different operation clock frequencies.
[0015]
The second terminal of the main control circuit 8 is grounded via the main power switch 16 and the battery BAT, the third terminal is connected to the recording button REC, the fourth terminal is connected to the playback button PL, and the fifth terminal is Connected to the stop button ST, the sixth terminal is connected to the fast forward button FF, the seventh terminal is connected to the fast reverse button REW, the eighth terminal is connected to the I mark button, and the ninth terminal is connected to the E mark button. The tenth terminal is connected to the bit rate changeover switch RATE.
[0016]
Further, the eleventh terminal of the main control circuit 8 is connected to the display 15 via the drive circuit 14, the twelfth terminal is connected to the semiconductor memory 10 as a detachable recording medium, and the thirteenth terminal is connected to the semiconductor memory 10. It is connected to the connected address control circuit 9.
[0017]
The above-mentioned I mark button and E mark button are index marks for giving some instruction to the typist or secretary, and are operated in the following cases. For example, when a sentence recorder uses this apparatus to record a plurality of sentences, by operating the I mark button I, an instruction (I) mark indicating a priority relationship between the plurality of sentences is simultaneously recorded, By voice, it is possible to instruct the priority relationship of sentences specifically for typists and secretaries. Further, by operating the E mark button, the E mark can be recorded and a typist or the like can be instructed to delimit a plurality of documents.
[0018]
Hereinafter, the internal configuration of the semiconductor memory 10 will be described. The inside of the semiconductor memory 10 is composed of a temporary recording medium part and a main recording medium part. As the temporary recording medium section, an SRAM, EEPROM, high dielectric memory, flash memory or the like that can read and write at a relatively high speed compared to the main recording medium section is used. A flash memory, a magneto-optical disk, a magnetic disk, a magnetic tape, or the like is used as the main recording medium. In this embodiment, among these, SRAM is used for the temporary recording medium section, and flash memory is used for the main recording medium section.
[0019]
By the way, the semiconductor memory 10 has a recording configuration as shown in FIG. 2 in this embodiment. That is, the memory space is largely divided into an index part 10A and an audio data part 10B. The index section 10A includes operation start position information 10A1 and operation end position information 10A2 for each of a plurality of voice message files 10B1, 10B2, 10B3,... Recorded in the voice data section 10B. Is recorded. In addition, motion position information 10A3 indicating the current motion position in the audio data portion 10B is recorded.
[0020]
The operation of the digital audio recording / reproducing apparatus having the above configuration will be described below. At the time of voice recording, an analog signal obtained from the microphone 1 is amplified by an amplifier (AMP) 2, passed through a low-pass filter (LPF) 3, and then converted into a digital voice signal by an analog / digital (A / D) converter 4. Is converted to This digital signal is input to the DSP 5. The DSP 5 compresses the digital audio signal at a predetermined bit rate under the control of the control circuit 6. The compressed digital signal is output to the main control circuit 8 via the data I / O buffer 7.
[0021]
The main control circuit 8 controls the operations of the DSP 5, the address control circuit 9, and the semiconductor memory 10 in accordance with the operation of the plurality of operation buttons and switches described above. For example, during recording, an appropriate address signal is given to the address control circuit 9 and the digital audio signal supplied from the data I / O buffer 7 is recorded in the semiconductor memory 10.
[0022]
When the digital audio signal recorded in this way is reproduced, the main control circuit 8 gives an appropriate address signal to the address control circuit 9, reads out the digital audio signal recorded in the semiconductor memory 10 and reads the data I / O buffer. 7 to be supplied to the DSP 5. The digital audio signal is expanded by the DSP 5 and then converted into an analog audio signal by a digital / analog (D / A) converter 11. This analog audio signal is amplified by an amplifier (AMP) 12 and output from a speaker 13. The main control circuit 8 controls the drive circuit 14 to display various information such as the operation mode on the display unit 15 during the recording or reproduction operation.
[0023]
Hereinafter, the operation of the digital audio recording / reproducing apparatus will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG.
When the battery BAT is set and power is supplied to the main control circuit 8, the main control circuit 8 detects the power supply voltage and starts an operation as shown in the flowchart of FIG.
[0024]
That is, first, external conditions of the main control circuit 8 and initial setting of the internal storage unit are performed (step S1). However, at this time, the main power switch 16 for instructing power supply to the entire digital audio recording / reproducing apparatus is in the OFF state. Therefore, after completing the initial setting, the main control circuit 8 detects whether or not the main power switch 16 is in the ON state (step S2). As a result of detection, if it is detected that the main power switch 16 is in the ON state, a switch (not shown) provided between the battery BAT and each circuit for supplying power to the entire digital audio recording / reproducing apparatus is provided. Turn it on. In step S3, the memory index is read. That is, the operation start position information 10A1, the operation end position information 10A2, and other code modes and operation conditions are read from the index portion 10A of the semiconductor memory 10. At this time, based on the data read from the semiconductor memory 10, it is determined whether or not a predetermined index is normally recorded in the semiconductor memory 10 in advance, that is, whether or not the format (initialization) of the semiconductor memory 10 is normal (step S4). .
[0025]
If the memory format is normally performed, the process proceeds to step S7 to perform the process described later.
On the other hand, when an unformatted one is recorded in the semiconductor memory 10, it is determined that the data is not normal, information indicating a use condition is input to the index portion 10A of the semiconductor memory 10, and “ It is confirmed whether or not to perform memory formatting, which is a process of inputting 0 ″ (step S5). In this case, the main control circuit 8 controls the drive circuit 14 to display on the display 15 whether or not to perform memory formatting.
[0026]
Here, when a button for confirming that memory formatting is not to be performed (also used as the stop button ST) is pressed, the main control circuit 8 controls the drive circuit 14 to display 15 in the error display step of step S8. A battery BAT and each circuit for displaying that the semiconductor memory 10 is not normal and for indicating that the semiconductor memory 10 should be replaced and for supplying power to the entire digital audio recording / reproducing apparatus. A switch (not shown) provided between is turned off. Thereafter, the process waits until the main power switch 16 is turned off to replace the semiconductor memory 10 (step S9).
[0027]
If the button for confirming the memory format process (also used as the recording button REC) is pressed in step S5, the semiconductor memory 10 is formatted (step S6), and the process proceeds to step S7.
[0028]
In step S7, the drive circuit 14 is controlled to display on the display 15 that the initial setting is completed, and the current operation position is detected based on the operation position information 10A3 read from the index unit 10A (step S10). ), The drive circuit 14 is controlled, and the display 15 displays the detected current position. Thereafter, each circuit is set in a standby state while detecting whether any one of the operation buttons of the digital audio recording / reproducing apparatus is pressed (step S11).
[0029]
When it is detected that any one of the operation buttons is pressed, first, it is detected whether or not the operation is the recording button REC (step S12). If the recording button REC is pressed, the DSP 5 is controlled. The audio information input from the A / D converter 4 is compressed, and the address control circuit 9 is controlled to enter a recording process for recording in the audio data section 10B of the semiconductor memory 10 (step S13).
[0030]
If it is not the record button REC that has been operated, it is next detected whether or not the play button PL has been pressed (step S14). If the play button PL has been pressed, the address control circuit 9 is controlled to read the recorded audio data from the audio data section 10B of the semiconductor memory 10, and this is sent to the DSP 5 for decompression processing. Thereafter, the D / A converter 11 converts the signal into an analog signal and starts the reproduction process of outputting from the speaker 13 (step S15).
[0031]
When the playback button PL is not pressed, it is detected whether or not the fast forward button FF is pressed (step S16). If the fast-forward button FF has been pressed, a fast-forward process is performed in which the operation position is sequentially fast-forwarded at an appropriate speed (for example, 20 times that during reproduction) (step S17).
[0032]
If the fast-forward button FF is not pressed, it is detected whether or not the fast-return button REW is pressed (step S18). If the fast-return button REW has been pressed, a fast-return process for moving the operating position at the same speed in the direction opposite to that in the case of fast-forward is entered (step S19).
[0033]
When the stop button ST is pressed during each of the above-described steps S13, S15, S17, and S19, the processing exits from each processing and returns to step S11.
If the operated button is not a button for recording, playback, fast forward, fast reverse, etc., it is detected whether or not the main power switch 16 is OFF and various setting button states are detected (step S20). When the main power switch 16 is turned off, the address control circuit 9 is controlled to erase the information in the index section 10A of the semiconductor memory 10 and store it in a storage section (not shown) inside the main control circuit 8. The index information is transferred to the index part 10A of the semiconductor memory 10 (step S21). When this index transfer process is completed, a switch (not shown) provided between the battery BAT and each circuit is turned off (step S22), and the process returns to step S2.
[0034]
If it is determined in step S20 that the main power switch 16 is not OFF, the state of the setting button is detected, the state is stored in the internal storage unit, and the process returns to step S11. Here, the setting button is not a button actually provided separately in the digital audio recording / reproducing apparatus, but a recording button REC, a reproduction button PL, a stop button ST, a fast forward button FF, a fast reverse button REW, and an I mark button. These buttons are substituted by simultaneously pressing several of the I and E mark buttons E.
[0035]
Next, details of the recording process in step S13 of FIG. 3 will be further described with reference to the flowchart of FIG.
When it is detected that the recording button REC has been pressed, the process proceeds to this recording process. First, it is detected by the bit rate changeover switch RATE which bit rate is selected from the normal bit rate and the half bit rate (step). S31). If the normal bit rate is selected here, the crystal is switched to X1 by the multiplexer MPX (step S32). If the half bit rate is selected, the crystal is switched to X2 (step 33). Thereby, the operation clock frequency of the DSP 5 at the time of speech encoding is set. Information on the voice recording mode such as RATE selection information and recording sensitivity information at this time is transferred to the DSP 5 as a command (step 34). Then, the recording start position in the audio data section 10B of the semiconductor memory 10 is obtained based on the index information (operation position information) stored in the internal storage section, and information related to the recording start position is stored in the index section 10A as operation start position information. Write as 10A1 (step S35). Here, the DSP 5 processes a digital audio data group having a predetermined length (for example, 20 ms) as a frame, and here, digital audio data for one frame is encoded at a set operation clock frequency (step 36). The obtained encoded data for one frame is transferred to the main control circuit 8 (step 37). Then, the address where the transferred encoded data is to be written is calculated based on the operation position information stored in the internal storage unit, and is output to the address control circuit 9 (step S38). At the same time, one frame of encoded data from the DSP 5 is sent to the semiconductor memory 10 and written into the audio data section 10B under the control of the address control circuit 9 (step S39). In step S40, the recording position is updated. That is, the operation position information stored in the internal storage unit is updated, and the operation end position information 10A2 and the current operation position information 10A3 of the index unit 10A are updated according to the updated value.
[0036]
Next, it is detected whether or not the stop button ST is pressed (step S41). If not pressed, the process jumps to step S35 to execute the recording process described above. Then, when the stop button ST is pressed, the end position at that time is determined and the recording process is exited.
[0037]
Here, the DSP 5 uses a CELP encoding (analytical synthesis type encoding) method in order to encode the audio data in step S36. This CELP encoding method is a method for very efficiently vector quantizing a driving excitation signal of an LPC synthesis filter analyzed in units of frames using a code book having various waveform patterns. The data to be encoded is RATE selection information, voiced / silent voice information, LPC coefficient index information of the 10th order, and index information for generating a driving excitation signal of the LPC synthesis filter for each frame. When recording at the normal bit rate, encoding is performed at 8 Kbit / second, and at recording at the half bit rate, encoding is performed at 4 Kbit / second. Furthermore, encoding is performed so that the processing amount at this time can be processed within 20 MIPS (Million Instructions Per Second) at the normal bit rate and within 12 MIPS at the half bit rate. At this time, crystals X1 and X2 described above are used according to each bit rate.
[0038]
Next, the reproduction process in step S15 of FIG. 3 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
When it is detected that the playback button PL has been pressed, the process proceeds to the playback process, and the main control circuit 8 first transfers information related to the audio playback mode such as volume volume value information from the main control circuit 8 to the DSP 5 as a command. (Step S50). Then, the read position of the audio data section 10B of the semiconductor memory 10 is obtained from the operation position information of the index information section 10A, and the drive circuit 14 is controlled and displayed on the display section 15 (step S51). Then, in order to read audio information from the audio data unit 10B of the semiconductor memory 10, an address calculated based on the operation start position information stored in the internal storage unit is output to the address control circuit 9 (step 52). The main control circuit 8 reads one frame of audio encoded data from the audio data portion 10B of the semiconductor memory 10 in accordance with this address (step 53). Next, the read voice encoded data for one frame is transferred to the DSP 5 (step S54), and the voice encoded data for one frame is synthesized (step S55).
[0039]
Next, the processing of the main control circuit 8 proceeds to step S56 and updates the reproduction position. That is, the reproduction position (operation position) information stored in the internal storage unit is updated, and the current operation position information 10A3 of the index unit 10A is updated. Thereafter, it is detected whether or not the stop button ST is pressed (step S57). If it has been pressed, the reproduction process is exited. If not, the process returns to step S53 to continue the reproduction process.
[0040]
Next, the process of synthesizing speech encoded data for one frame in step S55 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. A driving excitation signal is generated from speech encoded data for one frame sent to the DSP 5 (step S60), and speech synthesis processing is performed by a 10th-order LPC synthesis filter to generate a speech synthesis signal (step S61). Based on the RATE selection information at the time of speech encoding, it is determined which of the normal bit rate and the half bit rate is selected (step S62). If the normal bit rate is selected, the normal bit rate is selected. Post filter processing (noise removal processing) is performed through the speech synthesis signal through a rate post filter, that is, a noise filter for removing noise (step S64), and if the half bit rate is selected, the post for half bit rate is performed. Post-filter processing is performed through the speech synthesis signal through the filter (step S63).
[0041]
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the above-described post filter, and has a configuration in which three stages of filters are cascade-connected. The first-stage filter is a tenth-order zero filter 23, and includes delay units T1 to T10, multipliers M1 to M10 that multiply the audio signal delayed by each delay unit by a predetermined coefficient, and no delay. And an adder 20 for adding a multiplication result from each multiplier to the audio signal. As the coefficients of the multipliers M1 to M10, coefficients aα1 to aα10 obtained by multiplying the coefficients aexp1 to aexp10 obtained by frequency band expansion of the 10th-order LPC coefficients a1 to a10 and the weight 0.75 are used.
[0042]
The second-stage filter is a tenth-order pole filter 24, delay units T1 to T10, multipliers M11 to M20 for multiplying the audio signal delayed by each delay unit by a predetermined coefficient, and an audio signal without delay. And an adder 21 for adding the multiplication results from the multipliers. As the coefficients of the multipliers M11 to M20, coefficients aβ1 to aβ10 obtained by multiplying the coefficients aexp1 to aexp10 with the frequency band expanded by a weight of 0.5 are used. The third-stage filter is a first-order zero filter 25, a delay unit T, a multiplier M that multiplies the audio signal delayed by the delay unit T by a predetermined coefficient, and a multiplication from the multiplier M. It comprises an adder 22 for adding the value and the audio signal without delay. The primary coefficient of the multiplier M is a value b obtained by multiplying the primary coefficient aβ1 of the multiplier M11 of the second-stage pole filter 24 by a weight of 0.5.
[0043]
Here, when the normal bit rate is selected by the bit rate changeover switch RATE, it is determined whether or not the first-order coefficient b of the multiplier M of the third-stage first-order zero filter 25 is greater than 0. If it is detected and the value is larger than 0, the coefficient value b is set to 0, and if it is negative, the coefficient value b is set to the above-mentioned coefficient value b for filtering. On the other hand, when the half bit rate is selected, the post filter performs filtering using a value -b obtained by multiplying the first-order coefficient b of the multiplier M of the first-order zero filter 25 of the third stage by -1. Do. Thus, in the present embodiment, the frequency characteristics of the post filter are changed according to the selected bit rate.
[0044]
According to the above-described embodiment, since the frequency characteristics of the post filter are changed according to the selected bit rate, there is no deterioration in sound quality even if the bit rate is lowered. Further, since the operation clock frequency of the DSP 5 that performs compression encoding is changed according to the bit rate, the magnitude of the current consumption also changes accordingly. As a result, the power supply can be saved and the current supplied to the DSP 5 can be used effectively.
[0045]
As described above, the digital audio recording / reproducing apparatus of the present embodiment is a digital audio recording / reproducing apparatus that records and reproduces a digital audio signal on a recording medium (semiconductor memory 10), prior to writing to the recording medium or After reading from the recording medium, the signal processing means (DSP 5) for processing the digital audio signal at a predetermined bit rate (normal bit rate or half bit rate) and the selection means for selecting a desired bit rate (bit rate switching) Switch RATE) and changing means (main control circuit 8) for changing the processing conditions of the signal processing means (the frequency characteristics of the post filter or the operating clock frequency of the DSP 5) according to the selected bit rate. .
[0046]
Here, the signal processing means includes a noise filter (post filter) for removing noise, and changes the frequency characteristic of the noise filter in accordance with the selected bit rate. Here, the coefficient of the first-order zero filter 25 is switched between 0 or b and -b.
[0047]
Further, the signal processing means includes compression coding means (DSP 5) for performing compression coding on the digital audio signal, and changes the operation clock frequency at the time of compression coding according to the selected bit rate.
[0048]
【The invention's effect】
According to the first, second, and third aspects of the present invention, there is no deterioration in sound quality even when signal processing is performed at different bit rates, and the supply current to the signal processing means can be used effectively. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a digital audio recording / reproducing apparatus as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a recording configuration of a semiconductor memory.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the overall operation of the digital audio recording / reproducing apparatus.
4 is an operation flowchart for explaining details of a recording process in the flowchart of FIG. 3;
FIG. 5 is an operation flowchart for explaining details of reproduction processing in the flowchart of FIG. 3;
6 is an operation flowchart for explaining details of synthesis processing (step S55) of speech encoded data for one frame in the flowchart of FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram illustrating a block configuration of a post filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microphone, 2, 12 ... Amplifier (AMP), 3 ... Low-pass filter (PF), 4 ... Analog / digital (A / D) converter, 5 ... Digital signal processing part (DSP), X1 ... Normal bit Crystal at rate, X2 ... Crystal at half bit rate, MPX ... Multiplexer for crystal switching, 6 ... Control circuit, 7 ... Data input / output (I / O) buffer, 8 ... Main control circuit, 9 ... Address control Circuits, 10 ... Semiconductor memory, 11 ... Digital / analog (D / A) converter, 13 ... Speaker, 14 ... Drive circuit, 15 ... Display, 16 ... Main power switch, REC ... Record button, PL ... Playback button, ST ... Stop button, FF ... Fast forward button, REW ... Fast reverse button, I ... I mark button, E ... E mark button, RATE ... Bit rate cut For example switch.

Claims (1)

記録媒体から圧縮符号化されたディジタル音声信号を読み出して再生するディジタル音声記録再生装置であって、
第1のゼロフィルタ、ポールフィルタおよび次数が1次である第2のゼロフィルタの順に上記各フィルタがカスケード接続されたポストフィルタを含み、上記記録媒体から読み出された圧縮符号化ディジタル音声信号を復号化する信号処理手段と、
上記ディジタル音声信号が圧縮符号化されたときのビットレート選択手段によって選択されたビットレートを取得する取得手段と、
上記ビットレート情報取得手段により取得されたビットレートに応じて、上記復号化時の上記信号処理手段の動作クロック周波数を変更する変更手段と、
上記ビットレート情報取得手段により取得されたビットレートに応じて上記第2のゼロフィルタの係数を変更する変更手段と、
を具備することを特徴とするディジタル音声記録再生装置。
A digital audio recording / reproducing apparatus that reads out and reproduces a compression-encoded digital audio signal from a recording medium,
A compressed encoded digital audio signal read from the recording medium includes a post filter in which each of the filters is cascade-connected in the order of a first zero filter, a pole filter, and a second zero filter of the first order. Signal processing means for decoding;
Obtaining means for obtaining the bit rate selected by the bit rate selecting means when the digital audio signal is compression-encoded;
Changing means for changing the operation clock frequency of the signal processing means at the time of decoding according to the bit rate acquired by the bit rate information acquiring means;
Changing means for changing the coefficient of the second zero filter according to the bit rate acquired by the bit rate information acquiring means ;
Digital audio recording and reproducing apparatus characterized by comprising a.
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