JPS62217730A - 周波数圧伸方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 二つのフレーム信号系列にサンプル値を内挿し、その信
号系列から所定数のサンプル値を間引いて、その信号波
形を入力信号波形に対して伸張することにより周波数を
圧縮し、又圧縮することにより周波数を伸張し、時間軸
上でずれている２系列の信号系列に窓関数の重み付けを
行って加算し、フレーム間の連続性を与えて入力信号周
波数を所望の出力信号周波数とするものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、音声信号等の入力信号の周波数を圧縮或いは
伸張する周波数圧伸方式に関するものである。

音声信号の伝送システム等に於いて、送信音声信号が受
信回路側に回り込んでハウリングを起こすことがある。

その場合に、受信回路側に周波数シフト手段を設けて、
回り込んだ送信音声信号の周波数を数％シフトさせるこ
とにより、ハウリングを防止することができる。この為
、周波数の圧伸を行うことが要望されている。

〔従来の技術〕

この音声信号の周波数の圧伸については、従来アナログ
方式とディジタル方式とが考えられている。例えば、ア
ナログ方式の場合、テープレコーダの録音速度に対して
再生速度を遅くすると、音声信号波形が伸張されるので
、その周波数が圧縮されて小さくなり、反対に再生速度
を速くすると、音声信号波形が圧縮されるので、その周
波数が伸張されて大きくなる。従って、テープレコーダ
の再生速度を選択することにより、音声信号の再生周波
数の圧伸を制御することができる。

又アナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、そ
の時のサンプリング速度に対応した速度でディジタル音
声信号をメモリに書込み、読出速度を書込速度より遅（
すると、読出された音声信号波形が伸張されて周波数が
圧縮され、反対に続出速度を書込速度より速くすると、
読出された音声信号波形が圧縮されて周波数が伸張され
る。そして、メモリから読出されたディジタル音声信号
をアナログ音声信号に変換し、音声信号の周波数の圧伸
を制御することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のテープレコーダによる周波数圧伸手段は、リアル
タイム処理ができないから、前述のハウリング防止の為
の周波数圧伸には適用できないことになる。又前述のメ
モリによる周波数圧伸手段は、リアルタイム処理が可能
となるが、アナログ音声信号をディジタル音声信号に変
換するＤＡ変換時のサンプリング周波数と、ディジタル
音声信号をアナログ音声信号に変換するＡＤ変換時のサ
ンプリング周波数とを異ならせる必要がある為、既にサ
ンプリングされたディジタルデータを扱うディジタル網
には適用することが不可能である。

本発明は、音声信号等の入力信号の周波数を、比較的筒
車な構成によりリアルタイム処理で圧伸制御することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の周波数圧伸方式は、フレーム構成の信号系列の
サンプル値の内挿及び間引きにより、所望の出力信号周
波数に圧伸するものであり、第１図を参照して説明する
。

入力信号を所定の長さのフレームの信号系列とするフレ
ーム形成部ｌと、フレーム信号系列に窓関数の重み付け
を行う窓関数演算部２と、入力信号周波数と出力信号周
波数との最小公倍数のサンプル数となるように、フレー
ム信号系列にサンプル値を内挿する内挿部３と、サンプ
ル値が内挿されたことによる高調波成分を除去する低域
濾波器４と、サンプル値が内挿されたフレーム信号系列
から周波数の圧縮、伸張に対応して所定数のサンプル値
を間引く間引部５とを備え、この間引部５に於いて、入
力信号波形に対して出力信号波形を伸張するようにサン
プル値を間引くことにより、周波数の圧縮を行い、又入
力信号波形に対して出力信号波形を圧縮するようにサン
プル値を間引くことにより、周波数の伸張を行い、又時
間軸上で異なる２系列のフレーム信号系列に、窓関数演
算部２によりハミング窓等の窓関数の重み付けを行って
、その２系列の信号を加算して出力するものである。

〔作用〕

フレーム形成部ｌは、入力信号を所定長のフレームの信
号系列として切出するもので、時間軸上で異なる２系列
として切出すことができる。窓関数演算部２は、２系列
のフレーム信号系列にハミング窓等の窓関数の重み付け
を行うもので、間引部５によるサンプル値の間引きを行
った後の２系列のフレーム信号系列に対して窓関数の重
み付けを行う構成とすることもできる。又内挿部３は、
フレーム信号系列のサンプル数が、入力信号周波数と出
力信号周波数との最小公倍数となるように、０或いは信
号挿入位置の前後のサンプル値により補間処理したサン
プル値等を内挿するものである。

低域濾波器４は、例えば、０のサンプル値を内挿するこ
とによって高調波成分が多く含まれることになるから、
その高調波成分を除去するものである。又間引部５は、
周波数圧伸に対応したサンプル数を間引くもので、入力
信号周波数と出力信号周波数との最小公倍数のサンプル
数のフレーム信号系列から、内挿サンプル数より多いサ
ンプル数を間引（と、信号波形は圧縮されることになり
、周波数は伸張されて大きくなる。又内挿サンプル数よ
り少ないサンプル数を間引くと、信号波形は伸張される
ことになり、周波数は圧縮されて小さくなる。又２系列
のフレーム信号系列に窓関数の重み付けをして加算する
ことにより、フレーム間の信号の連続性が改善され、信
号品質の劣化を防止することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の一実施例のブロック図であり、ＩＩＡ
、ＩＩＢは入力信号を所定長のフレーム信号系列とする
フレーム形成部、１２Ａ、１２Ｂは窓関数演算部、１３
Ａ、１３Ｂはサンプル切捨部、１４Ａ、１４Ｂは内挿部
、１５Ａ、１５Ｂは低域濾波器、１６Ａ、１６Ｂは間引
部、１７は加算器であって、入力信号周波数ｆ、に対し
て出力信号周波数ｆ２を圧ｍ１（ｆ＋＞ｆｚ）する場合
について説明する。

フレーム形成部１１Ａ、１１Ｂは入力信号のＮサンプル
数を所定長のフレーム信号系列とし、且つそれぞれＮ／
２だけ重なるように切出すものである。窓関数演算部１
２Ａ、１２Ｂはそれぞれのフレーム信号系列に対してハ
ミング窓等の窓関数の重み付けを行い、その出力信号を
サンプル切捨部１３Ａ、１３Ｂに加えて、フレーム信号
系列の両端の数サンプル値を切捨てる。この両端を切捨
てられたフレーム信号系列のサンプル数Ｎｃとフレーム
信号系列のサンプル数Ｎとの最小公倍数となるように、
即ち、Ｎｃ−Ｌ−Ｎ−Ｍとなるように、ＬとＭとを定め
ると、内挿部１４Ａ、１４Ｂに於いて、サンプル切捨部
１３Ａ、１３Ｂからのフレーム信号系列に、１：Ｌでサ
ンプル値を内挿し、正規化周波数１／２Ｌの低域濾波器
１５Ａ。

１５Ｂを通して高調波成分を除去し、間引部１６Ａ、１
６ＢでＭ：１でサンプル値を間引くものである。そして
、間引部１６Ａ、１６Ｂのそれぞれ″の出力信号を加算
器１７で加算して所望の周波数の出力信号を得るもので
ある。

第３図は本発明の実施例の動作説明図であり、Ｆｌ、Ｆ
２はフレーム形成部１１Ａ、１１Ｂにより形成されたフ
レームを示し、それぞれフレーム長を入力信号のＮサン
プル数とすると、Ｎ／２の重なりが生じるように入力信
号からフレーム信号系列を切出す。ｌａ）は入力信号ａ
と窓関数す、　　ｃの一例を示し、フレーム形成部１１
ＡでフレームＦ１の切出しを行い、フレーム形成部１１
ＢでフレームＦ２の切出しを行うものとすると、窓関数
演算部１２Ａでは点線で示す窓関数すの重み付けを行い
、窓関数演算部１２Ｂでは実線で示す窓関数Ｃの重み付
けを行うものである。従って、窓関数演算部１２Ａから
は（ｂ）に於けるフレーム信号系列ｄが出力され、窓関
数演算部１２Ｂからは（Ｃ）に示すフレーム信号系列ｆ
が出力される。

サンプル切捨部１３Ａに於いては、フレーム信号系列ｄ
の両端のサンプル数ｅのサンプル値を切捨て、サンプル
切捨部１３Ｂに於いては、フレーム信号系列ｒの両端の
サンプル数ｇのサンプル値を切捨てるものである。従っ
て、フレーム長は最初より短くなる。なお、この切捨て
るサンプル数ｅ９ｇは、入力信号周波数と出力信号周波
数との比に対応して選定される。

サンプル切捨部１３Ａ、１３Ｂでフレーム信号系列ｄ、
ｆの両端が切捨てられた信号は、内挿部１４Ａ、１４Ｂ
に於いて、入力信号周波数と出力信号周波数との最小公
倍数に相当するサンプル値のフレーム信号系列となるよ
うに、サンプル値の内挿が行われる。即ち、フレーム信
号系列ｄ、　　ｆの両端が切捨てられた信号のサンプル
数Ｎｃと最初のフレーム長のサンプル数Ｎとの最小公倍
数となるように、０或いは前後のサンプル値で補間した
サンプル値が内挿される。

このサンプル値の内挿によって生じた高調波成分は低域
濾波器１５Ａ、１５Ｂで除去され、間引部１６Ａ、１６
Ｂで最初のフレーム長のサンプル数Ｎとなるようにサン
プル値が間引かれる。（ｄｌは間引部１６Ａからのフレ
ーム信号系列りを示し、（ｅ）は間引部１６Ｂからのフ
レーム信号系列ｉを示す。即ち、■フレーム信号系列の
両端を切捨てて１フレーム長となるように伸張したこと
になる。

そして、間引部１６Ａ、１６Ｂの出力信号を加算器１７
で加算すると、（ｄ）、　（８）に示す信号を加算する
ことになり、（ｆ）に示す信号ｊが出力される。この出
力信号は、入力信号周波数ｆ、を圧縮した周波数とする
ことができる。

又２系列のフレーム信号系列にそれぞれ窓関数の重み付
けを行って加算するものであり、２系列の一方のフレー
ム信号系列の中央部の信号レベルが大きく、この中央部
と他方のフレーム信号系列の端部の信号レベルの小さい
部分とが加算され、これがフレーム毎に繰り返されるか
ら、フレーム間の連続性が良くなり、入力信号周波数ｆ
１を圧縮した出力信号周波数ｆｚ（＜ｆ、）としても、
音声信号の品質が劣化しないことになる。

又サンプル切捨部１３Ａ、１３Ｂを省略し、フレーム形
成部１１Ａ、ＩＩＢに於いて、サンプル切捨部１３Ａ、
１３Ｂに於ける切捨てサンプル数に相当するサンプル数
だけ短いフレーム長のフレーム信号系列を入力信号から
切出す構成とすることもできる。その場合も、前述と同
様に周波数を圧縮することができる。

第４図は本発明の他の実施例のブロック図であり、入力
信号周波数ｆ１に対して出力信号周波数ｆ２を伸張（ｆ
＋＜ｆｚ）する場合についてのものである。同図に於い
て、２１Ａ、２１Ｂは入力信号を所定長のフレームの信
号系列とするフレーム形成部、２２Ａ、２２Ｂは窓関数
演算部、２３Ａ、２３Ｂは内挿部、２４Ａ、２４Ｂは低
域濾波器、２５Ａ、２５Ｂは間引部、２６は加算器であ
る。フレーム形成部２１Ａ、２１Ｂは、例えば、第３図
のＦｌ’、Ｆ２°に示すように、入力信号のＮｅ　（＞
Ｎ）サンプルを１フレ一ム信号系列とし、且つそれぞれ
フレーム信号系列の両端では、（Ｎｅ−Ｎ）／２だけ重
なるように形成する。

フレーム形成部２１Ａ、２１Ｂによって形成さされたフ
レーム信号系列に対し、それぞれ窓関数演算部２２Ａ、
２２Ｂで、第３図の（ａｌについて説明したように、ハ
ミング窓等の窓関数の重み付けを行う。そして、内挿部
２３Ａ、２３Ｂに於いて、サンプル数Ｎｇと、サンプル
数Ｎとの最小公倍数となるように、０或いはサンプル値
間の補間処理によるサンプル値の内挿を行う。

内挿部２３Ａ、２３Ｂによってサンプル値が内挿された
ことによる高調波成分は低域濾波器２４Ａ、２４Ｂによ
り除去され、間引部２５Ａ、２５Ｂによりフレーム信号
系列がＮサンプルとなるように間引きが行われる。従っ
て、信号波形としては、ＮｅサンプルからＮサンプルに
圧縮されたものとなる。そして、加算器２６により加算
されて出力信号となり、窓関数の重み付けが行われてい
ることにより、前述の実施例と同様にフレーム間は連続
性を維持したものとなる。

前述の各実施例に於いて、窓関数演算部１２Ａ、１２Ｂ
、２２Ａ、２２Ｂは、サンプル値を間引く間引部１６Ａ
、１６Ｂ、２５Ａ、２５Ｂの後に設けることもできる。

゛　第５図は本発明の更に他の実施例のブロック図であ
り、３１はフレーム形成部、３２は内挿部、３３は低域
濾波器、３４は間引部、３５Ａ、３５Ｂは窓関数演算部
、３６Ａ、３６Ｂはサンプル切捨部、３７は加算器であ
る。フレーム形成部３１により入力信号からＮ／２サン
プルのフレームを形成する。内挿部３２では、入力信号
周波数と出力信号周波数との最小公倍数となるサンプル
数となるように、サンプル値を内挿し、それによる高調
波成分を低域濾波器３３で除去し、間引部３４に於いて
サンプル値を間引いて、Ｎ’／２　（＞Ｎ／２）サンプ
ルとする。

窓関数演算部３５Ａは、入力信号のＮサンプルからなる
フレームに対して、フレーム形成部３１で形成された前
半のＮ／２サン°プルのフレーム信号系列に相当する間
引部３４の出力の信号系列に、第３図について説明した
１フレ一ム信号系列に対する窓関数の前半分を用いて重
み付けを行い、窓関数演算部３５Ｂは、後半のＮ／２サ
ンプルのフレーム信号系列に相当する間引部３４の出力
の信号系列に、窓関数の後半分を用いて重み付けを行う
ものである。Ｎ’＞Ｎであることにより、それぞれのＮ
′７２サンプルからなるフレーム信号系列の片端の（Ｎ
　’／２）−（Ｎ／２）サンプルをサンプル切捨部３６
Ａ、３６Ｂで切捨てて、加算器３７で加算する。それに
よって、信号波形が圧縮されて周波数が伸張され、又フ
レーム間の連続性が良くなる。又サンプル値を内挿する
内挿部３２、高調波成分を除去する低域濾波器３３．サ
ンプル値を間引く間引部３４は、１信号系列で良い利点
がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、入力信号を所定長のフ
レーム信号系列とするフレーム形成部１と、窓関数演算
部２と、サンプル値を内挿する内挿部３と、低域濾波器
４と、サンプル値を間引く間引部５とを備え、内挿部３
に於いてフレーム信号系列のサンプル数を入力信号周波
数と出力信号周波数との最小公倍数となるようにサンプ
ル値を内挿し、所望の出力信号周波数となるように間引
部５でサンプル値を間引き、又窓関数演算部２により、
時間軸上で異なる２系列の信号系列に窓関数の重み付け
を行って、その２系列の信号系列を加算するものであり
、窓関数の重み付けを行うことにより、フレーム間の連
続性を改善することができ、又入力信号周波数をリアル
タイムで所望の出力信号周波数とすることができ、その
場合に、入力信号のサンプル数と出力信号のサンプル数
とを同一とするものであるから、ＡＤ変換及びＤＡ変換
のクロック周波数を同一とすることができることになる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の一
実施例のブロック図、第３図は本発明の実施例の動作説
明図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明の異なる実施
例のブロック図である。 １、ＩＩＡ、ＩＩＢ、２１Ａ、２１Ｂ、３１はフレーム
形成部、２．１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ。 ２２Ｂ、３５Ａ、３５Ｂは窓関数演算部、１３Ａ、１３
Ｂ、３６Ａ、３６Ｂはサンプル切捨部、３．１４Ａ、１
４Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ、３２は内挿部、４，１５Ａ、１
５Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、３３は低域濾波器、５．１６Ａ
、１６Ｂ、３４．２５Ａ、２５Ｂは間引部、１７，２６
．３７は加算器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号を所定の長さのフレームの信号系列とするフレ
   ーム形成部（１）と、 フレーム信号系列に窓関数の重み付けを行う窓関数演算
   部（２）と、 フレーム信号系列のサンプル数を入力信号サンプリング
   周波数と出力信号サンプリング周波数との最小公倍数と
   なるようにサンプル値を内挿する内挿部（３）と、 サンプル値が内挿されたことより生じる高調波成分を除
   去する低域濾波器（４）と、 周波数の圧縮、伸張に対応して前記サンプル値が内挿さ
   れたフレーム信号系列から所定数のサンプル値を間引く
   間引部（５）とを備え、 該間引部（５）に於けるサンプル値の間引きにより、入
   力信号波形に対して伸張又は圧縮した出力信号波形とし
   て、周波数の圧縮又は伸張を行い、且つ前記窓関数演算
   部（２）により時間軸上で異なる２系列のフレーム信号
   系列に窓関数の重み付けを行って、該２系列のフレーム
   信号系列を加算して出力する ことを特徴とする周波数圧伸方式。