專利名稱：內(nèi)插設(shè)備、音頻重放設(shè)備、內(nèi)插方法和內(nèi)插程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)插設(shè)備、音頻重放設(shè)備、內(nèi)插方法、和內(nèi)插程序。
技術(shù)背景日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_，第2002-171588號(hào)(權(quán)利要求、發(fā)明的具 體描述、附圖等)公開了一種信號(hào)內(nèi)插設(shè)備。該信號(hào)內(nèi)插設(shè)備具有 濾波器，用于從內(nèi)插后的信號(hào)中提取第一頻帶中的分量，將其進(jìn)行內(nèi) 插；頻率轉(zhuǎn)換器，用于將濾波器所提取的第一頻帶中的分量經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換到比內(nèi)插后的信號(hào)所在頻帶的頻率更高的第二頻帶之中，并生成內(nèi) 插分量；以及加法單元，用于生成輸出信號(hào)，其表示由頻率轉(zhuǎn)換器所 生成的內(nèi)插分量與內(nèi)插后的信號(hào)的總和。這種內(nèi)插處理允許在日本專利申請(qǐng)?zhí)崆肮_，第2002-171588號(hào)中 的信號(hào)內(nèi)插設(shè)備對(duì)與原始聲音分量相互協(xié)調(diào)的分量進(jìn)行內(nèi)插，以及對(duì) 頻率分量進(jìn)行內(nèi)插以使得所提供的聲音的質(zhì)量要比諸如內(nèi)插噪聲分量 時(shí)更高。發(fā)明內(nèi)容然而，除了可變帶通濾波器(BPF)以外，其是如上所述的濾波 器，為了生成良好的內(nèi)插分量，專利文件l的信號(hào)內(nèi)插設(shè)備需要可變高 通濾波器(HPF)。所以，生成內(nèi)插分量所需要的濾波器的總階數(shù)將不 可避免地增加。相應(yīng)地，信號(hào)內(nèi)插設(shè)備的處理負(fù)荷將不能減少到特定 水平或者更低，或者為了將內(nèi)插后的信號(hào)的相位和內(nèi)插分量進(jìn)行同步， 而需要延時(shí)單元以用于內(nèi)插后信號(hào)的延時(shí)。經(jīng)過認(rèn)真研究之后，本發(fā)明人非常確信由音頻波形信號(hào)數(shù)字化后所獲得的重放數(shù)據(jù)，由于其的數(shù)字化，使得其已經(jīng)是在高頻端頻帶受 限的了，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)?shù)乩么饲闆r，可減少濾波器的總階 數(shù)，于是完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是獲得內(nèi)插設(shè)備、音頻重放設(shè)備、內(nèi)插方法、以 及可減少處理負(fù)荷的內(nèi)插程序。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插設(shè)備具有頻帶提取高通濾波器，用于從對(duì)音 頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲得的重放數(shù)據(jù)來提取預(yù)定下限頻率或更高 頻率上的頻率分量；乘法器，用于將由頻帶提取高通濾波器提取的頻 率分量進(jìn)行頻移；下邊波帶抑制高通濾波器，用于抑制由乘法器進(jìn)行 頻移的頻率分量中的下邊波帶中的頻率分量；加法器，用于將下邊波帶抑制高通濾波器進(jìn)行抑制之后的頻率分量與重放數(shù)據(jù)的頻率分量進(jìn) 行相加。除了上述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以外，在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插設(shè)備之中，頻帶提取高通濾波器和下邊波帶抑制高通濾波器是由IIR濾波器所構(gòu)成，并且把要提供給頻帶提取高通濾波器的重放數(shù)據(jù)無延時(shí)地提供給 加法器。除了上述的本發(fā)明的每個(gè)結(jié)構(gòu)以外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插設(shè)備具有 設(shè)定值表，用于根據(jù)上限頻率來存儲(chǔ)設(shè)定值，該上限頻率用于重放要 提供給頻帶提取高通濾波器的重放數(shù)據(jù)；指定裝置，用于指定上限頻 率，該上限頻率用于重放要提供給頻帶提取高通濾波器的重放數(shù)據(jù)； 以及設(shè)定裝置，用于從設(shè)定值表將對(duì)應(yīng)于由指定裝置指定的用于重放 的上限頻率的設(shè)定值讀入其中，并且設(shè)定頻帶提取高通濾波器的預(yù)定 下限頻率、乘法器的頻移的寬度、下邊波帶抑制高通濾波器抑制的頻 率分量。除了上述的本發(fā)明的每個(gè)結(jié)構(gòu)以外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插設(shè)備具有:設(shè)定值表，用于對(duì)上限頻率的每個(gè)范圍存儲(chǔ)設(shè)定值，該上限頻率用于 重放要提供給頻帶提取高通濾波器的重放數(shù)據(jù)；指定裝置，用于指定 上限頻率，該上限頻率用于重放要提供給頻帶提取高通濾波器的重放 數(shù)據(jù)；以及設(shè)定裝置，用于從設(shè)定值表將在包括由指定裝置指定的用于重放的上限頻率的范圍內(nèi)的設(shè)定值讀入其中，以及設(shè)定頻帶提取高 通濾波器的預(yù)定下限頻率、乘法器的頻移的寬度、下邊波帶抑制高通 濾波器抑制的頻率分量。除了上述本發(fā)明的每種結(jié)構(gòu)之外，在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插設(shè)置中，8kHz之上的用于重放數(shù)據(jù)的重放的上限頻率的范圍在設(shè)定值表中是 大于等于8kHz但小于10kHz，大于等于10kHz但小于12kHz，大于等于 12kHz但小于14kHz，大于等于14kHz但小于17kHz，以及大于等于 17kHz。根據(jù)本發(fā)明的音頻重放設(shè)備具有根據(jù)上述本發(fā)明的每種結(jié)構(gòu)的內(nèi) 插設(shè)備，還具有用于提供重放數(shù)據(jù)的解碼器，該重放數(shù)據(jù)具有用于重 放的上限頻率，該上限頻率比內(nèi)插設(shè)備的奈奎斯特(Nyquist)的頻率 要低。根據(jù)本發(fā)明的另一音頻重放設(shè)備具有根據(jù)上述本發(fā)明的每種結(jié)構(gòu) 的內(nèi)插設(shè)備，還具有用于從重放數(shù)據(jù)(其被不可逆地壓縮，所以高頻 分量被移去)來生成要提供給內(nèi)插設(shè)備的重放數(shù)據(jù)的解碼器。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插方法具有如下步驟從對(duì)音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù) 字化而獲得的重放數(shù)據(jù)來提取預(yù)定下限頻率或更高頻率上的頻率分 量；將提取的頻率分量進(jìn)行頻移；將進(jìn)行了頻移的頻率分量中下邊波 帶中的頻率分量進(jìn)行抑制；并且將抑制后的頻率分量與重放數(shù)據(jù)的頻 率分量進(jìn)行相加。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插程序使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟從對(duì)音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲取的重放數(shù)據(jù)來提取預(yù)定下限頻率或更高頻率上
的頻率分量；將提取的頻率分量進(jìn)行頻移；將進(jìn)行了頻移的頻率分量
中下邊波帶中的頻率分量進(jìn)行抑制；并且將抑制后的頻率分量與重放 數(shù)據(jù)的頻率分量進(jìn)行相加。
本發(fā)明可降低處理負(fù)荷。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的音頻重放設(shè)備的框圖； 圖2是示出圖1中的內(nèi)插單元的框圖； 圖3是示出2階數(shù)字濾波器的頻率特性曲線的示圖； 圖4是示出設(shè)定值表的內(nèi)容的解釋性示圖5是上限頻率列表的實(shí)例，該上限頻率用于重放以MP3格式編碼 的重放數(shù)據(jù)；
圖6是簡要示出內(nèi)插單元的頻率分布的變化的示圖；以及 圖7是示出使用頻帶提取BPF的內(nèi)插單元的結(jié)構(gòu)的框符號(hào)說明
1音頻重放設(shè)備
2硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)
3解碼器
4內(nèi)插單元
5音頻放大器
6揚(yáng)聲器
8數(shù)字信息處理器芯片 11頻帶提取高通濾波器 12振蕩器 13乘法器
14下邊波帶抑制HPF 15內(nèi)插分量衰減器16主衰減器
17加法器 18設(shè)定值表 19參數(shù)設(shè)定單元 31頻帶提取BPF 32延時(shí)單元
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)插設(shè)備、音頻重放 設(shè)備、內(nèi)插方法、及內(nèi)插程序。注意，將內(nèi)插設(shè)備和內(nèi)插程序描述為 音頻重放設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一部分。將內(nèi)插方法描述為音頻重放設(shè)備的運(yùn) 轉(zhuǎn)的一部分。
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的音頻重放設(shè)備l的框圖。音頻重放 設(shè)備l具有硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD) 2、解碼器3、作為內(nèi)插設(shè)備的內(nèi)插單元 4、音頻放大器5和揚(yáng)聲器6、以及基于音頻數(shù)據(jù)的重放數(shù)據(jù)。作為音頻 重放設(shè)備l，包括例如，便攜音頻播放器、視聽(AV)設(shè)備、車載音 頻系統(tǒng)、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、諸如CD和DVD的重放設(shè)備、蜂窩電話、諸如 PDA的個(gè)人數(shù)字助理，以及具有音頻輸出功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
硬盤驅(qū)動(dòng)器2存儲(chǔ)重放數(shù)據(jù)7。
重放數(shù)據(jù)7是通過對(duì)可提供給揚(yáng)聲器6和音頻放大器5的模擬音頻 波形信號(hào)以基于預(yù)定采樣頻率的周期而進(jìn)行采樣所獲得的原聲數(shù)據(jù)， 或是對(duì)該原聲數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后所獲得的數(shù)據(jù)。例如，原聲數(shù)據(jù)包括線 性PCM數(shù)據(jù)。有通過不可逆壓縮來編碼，也有通過可逆壓縮來編碼。
將原聲數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的方法有諸如使用MPEG1音頻第3層(MP3) 格式，或使用先進(jìn)音頻編解碼(AAC)格式。在這些編碼方法中，為 了壓縮和編碼，將原聲數(shù)據(jù)中包含的高頻分量移除。所以，當(dāng)重放由這些編碼方法所壓縮的重放數(shù)據(jù)7時(shí)，頻率分量的上限的頻率(此后稱 為用于重放的上限頻率)變得低于奈奎斯特頻率。原聲數(shù)據(jù)是被不可
逆地壓縮。重放數(shù)據(jù)7有一高頻靜默頻帶(high frequency silent band)，
在其中用于重放的上限頻率和奈奎斯特頻率之間沒有頻率分量。
解碼器3將重放數(shù)據(jù)7進(jìn)行解碼。解碼器3生成解碼數(shù)據(jù)，該解碼數(shù) 據(jù)值在每個(gè)采樣周期內(nèi)變化。
圖2是示出圖1中的內(nèi)插單元4的框圖。內(nèi)插單元4具有頻帶提取 高通濾波器(HPF) 11、振蕩器(OSC) 12、乘法器13、下邊波帶抑制 HPF14、內(nèi)插分量衰減器15、主衰減器16、和加法器17。
注意，如圖2所示的內(nèi)插單元4是以這種方式來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示， 數(shù)據(jù)信號(hào)處理器芯片(DSP) 8的中央處理單元(未示出)執(zhí)行信號(hào)內(nèi) 插程序(未示出)。從諸如光盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)的計(jì)算機(jī)可 讀存儲(chǔ)器介質(zhì)，和從諸如因特網(wǎng)和電話通信網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可以提供該 信號(hào)內(nèi)插程序。另外，內(nèi)插單元4可以在微機(jī)芯片上而不在DSP芯片8 上實(shí)現(xiàn)。
頻帶提取HPF11從被解碼器3提供給內(nèi)插單元4的重放數(shù)據(jù)7中來 提取預(yù)定下限頻率或更高頻率上的頻率分量。
例如，可以通過數(shù)字濾波器，例如無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器、 有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器等，來實(shí)現(xiàn)頻帶提取HPF 11。在這些數(shù)字 濾波器中，通過將重放數(shù)據(jù)7和輸出數(shù)據(jù)按其順序?qū)ζ溥M(jìn)行延時(shí)來保持 它們。接著，數(shù)字濾波器通過將其保持的重放數(shù)據(jù)7和輸出數(shù)據(jù)，與要 被重新輸入的重放數(shù)據(jù)7按設(shè)定的權(quán)重進(jìn)行相加和相減，來從重放數(shù)據(jù) 7中提取設(shè)定下限頻率或更高頻率上的頻率分量。
在本實(shí)施例中，將頻帶提取HPF11配置為2階IIR濾波器。圖3是示出2階數(shù)字濾波器的頻率特性曲線的示圖。橫軸代表頻率，縱軸代表衰
減。當(dāng)設(shè)定為提取大約lkHz或更高頻率的頻率分量時(shí)，曲線A是2階高 通濾波器的頻率特性曲線的實(shí)例。當(dāng)設(shè)定為在以大約lkHz為中心的頻 帶中提取頻率分量時(shí)，曲線B是當(dāng)2階帶通濾波器的頻率特性曲線的實(shí) 例。當(dāng)設(shè)定為在以大約lkHz為中心的頻帶內(nèi)提取頻率分量時(shí)，曲線C 是具有尖峰特征的頻帶提取特性的2階帶通濾波器的頻率特性曲線的 實(shí)例。
從曲線A和曲線B之間的比較可以明顯看出，2階高通濾波器比相 同階數(shù)的帶通濾波器抑制了更多的低頻分量。例如，2階帶通濾波器對(duì) 100kHz的頻率分量的抑制效果大約為-20dB。另一方面，2階高通濾波 器的抑制效果高達(dá)大約-40dB。當(dāng)想要在2階帶通濾波器中獲得與2階高 通濾波器相同的低頻分量抑制效果時(shí)，帶通濾波器的特性變得不再適 合作為帶通濾波器的特性，因?yàn)槠渚哂腥缜€C所示的中心頻率附近的 尖峰。所以，盡管后面才會(huì)詳細(xì)描述，在本實(shí)施例中使用了提供銳截 止特性的高通濾波器。
振蕩器12從按設(shè)定的恒定頻率變化的數(shù)字化波形信號(hào)來生成振蕩 器數(shù)據(jù)。注意，振蕩器數(shù)據(jù)與要提供給內(nèi)插單元4的重放數(shù)據(jù)7同步變 化。
乘法器13將兩個(gè)被提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘。將頻帶提取HPF11所提 取的頻率分量的數(shù)據(jù)和振蕩器數(shù)據(jù)提供給乘法器13。例如，乘法器13 將這些數(shù)據(jù)相乘。
下邊波帶抑制HPF 14從乘法器13所提供的頻率分量的數(shù)據(jù)中來提 取設(shè)定下限頻率或更高頻率上的頻率分量。注意，下邊波帶抑制HPF 14 可以通過諸如IIR濾波器、FIR濾波器等來實(shí)現(xiàn)。例如，本實(shí)施例的下邊 波帶抑制HPF 14可以是2階IIR濾波器。內(nèi)插分量衰減器15和主衰減器16調(diào)節(jié)輸入的數(shù)據(jù)的幅度。下邊波
帶抑制HPF14所抑制的頻率分量的數(shù)據(jù)被提供給內(nèi)插分量衰減器15。將 要從解碼器3提供給內(nèi)插單元4的重放數(shù)據(jù)7被提供給主衰減器16。
加茲器t7將兩個(gè)被提，it據(jù)進(jìn)行枏加。將內(nèi)插分量衰減器15所 調(diào)節(jié)了幅度的內(nèi)插分量的數(shù)據(jù)，以及衰減器16所調(diào)節(jié)了幅度的重放數(shù) 據(jù)7，提供給加法器17。
將由加法器17生成的內(nèi)插數(shù)據(jù)提供給圖1中的音頻放大器5。音頻 放大器5基于內(nèi)插數(shù)據(jù)來生成模擬音頻波形信號(hào)，并將信號(hào)輸出給揚(yáng)聲 器6。模擬音頻波形信號(hào)的幅度根據(jù)內(nèi)插數(shù)據(jù)的值而變化。揚(yáng)聲器6通 過被提供的模擬音頻波形信號(hào)來生成聲波。
回頭看圖2。另外，內(nèi)插單元4具有設(shè)定值表18，以及作為指定裝 置和設(shè)定裝置的參數(shù)設(shè)定單元19。注意，設(shè)定值表18可以存儲(chǔ)在DSP 芯片8和微機(jī)芯片的存儲(chǔ)單元之中(未示出)。
圖4是示出設(shè)定值表18的內(nèi)容的解釋性示圖。設(shè)定值表18具有多個(gè) 設(shè)定值。每個(gè)設(shè)定值具有用于頻帶提取HPF ll的設(shè)定值、用于振蕩 器12的設(shè)定值、用于下邊波帶抑制HPF 14的設(shè)定值，并將每個(gè)設(shè)定值 進(jìn)行存儲(chǔ)，以對(duì)應(yīng)于用于重放數(shù)據(jù)7的重放的上限頻率。具體說來，在 設(shè)定值表18中，將大于8kHz的用于重放的上限頻率分為5個(gè)范圍；大于 等于8kHz但小于10kHz的范圍、大于等于10kHz但小于12kHz的范圍、 大于等于12kHz但小于14kHz的范圍，大于等于14kHz但小于17kHz的范 圍，以及大于等于17kHz的范圍，并對(duì)每個(gè)頻率范圍提供設(shè)定值。如上 所述，通過把用于重放將被輸入內(nèi)插單元4的重放數(shù)據(jù)7的上限頻率分 為多個(gè)范圍，設(shè)置值表18不需對(duì)用于重放數(shù)據(jù)7的重放的每個(gè)上限頻率 來存儲(chǔ)單獨(dú)的設(shè)置值。
圖5是上限頻率列表的實(shí)例，該上限頻率用于以MP3格式編碼的重放數(shù)據(jù)7的重放。圖5列出用于重放具有三種采樣頻率(32 kHz、44.1 kHz 和48 kHz、比特率為32 —320 kbps)的重放數(shù)據(jù)7的上限頻率。例如， 用于重放32 kHz采樣頻率和112 kbps比特率的重放數(shù)據(jù)7的上限頻率是 12kHz。重放數(shù)據(jù)7具有從0到12kHz的頻率分量，而奈奎斯特頻率是16 kHz。如上所述，在使用MP3格式的不可逆壓縮的情況下，用于重放數(shù) 據(jù)7的重放的上限頻率變得低于奈奎斯特頻率。
在圖5中的列表中，有13種重放數(shù)據(jù)7具有大于或等于8kHz的用于 重放的上限頻率，通過舍去第二位小數(shù)。所以，如果設(shè)定值表18對(duì)每 個(gè)用于重放數(shù)據(jù)7的重放的上限頻率都具有單獨(dú)的設(shè)定值，那么在設(shè)定 值表18中必須存儲(chǔ)13組設(shè)定值組合。另一方面，如圖4所示分割為5段， 這允許設(shè)定值表18僅存儲(chǔ)5組設(shè)定值組合。存儲(chǔ)在設(shè)定值表18中的設(shè)定 值組合可以是一半或更少。
參數(shù)設(shè)定單元19從設(shè)定值表18中選擇一組設(shè)定值組合，并從其中 讀取。參數(shù)設(shè)定單元19基于選定和讀取的設(shè)定值，在頻帶提取HPF 11、 振蕩器12、下邊波帶抑制HPF14上執(zhí)行設(shè)定的處理。
接著，將描述具有上述結(jié)構(gòu)的音頻重放設(shè)備l的運(yùn)轉(zhuǎn)。
解碼器3從硬盤驅(qū)動(dòng)器2中讀取重放數(shù)據(jù)7。注意，解碼器3可從硬 盤驅(qū)動(dòng)器2，讀取通過操作音頻重放設(shè)備l的輸入鍵(未示出)而選定 的音樂的重放數(shù)據(jù)7。
另外，解碼器3將讀取的重放數(shù)據(jù)7進(jìn)行解碼。解碼器3生成解碼數(shù) 據(jù)，該解碼數(shù)據(jù)的值在每個(gè)采樣周期內(nèi)變化。解碼器3將生成的解碼數(shù) 據(jù)提供給內(nèi)插單元4。
當(dāng)將解碼數(shù)據(jù)提供給內(nèi)插單元4時(shí)，參數(shù)設(shè)定單元19分析所提供的 解碼數(shù)據(jù)，并指定該解碼數(shù)據(jù)的用于重放的上限頻率。注意，除了解碼數(shù)據(jù)以外，參數(shù)設(shè)定單元19可從解碼器3獲取關(guān)于解碼后的重放數(shù)據(jù) 7的信息，并基于所獲取的信息來指定該解碼數(shù)據(jù)的用于重放的上限頻
率。在此情形下，參數(shù)設(shè)定單元19可具有諸如如圖5所示的用于重放的
上限頻率的列表，并用獲取的信息來搜索列表，并且從列表中選擇與 獲取的信息相匹配或最接近的用于重放的上限頻率。
在指定了用于重放提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)的上限頻率之后， 參數(shù)設(shè)定單元19參考圖4中的設(shè)置值表18。接著，參數(shù)設(shè)置值19從設(shè)置 值表18讀取設(shè)定值，該設(shè)定值對(duì)應(yīng)于包括指定的用于重放的上限頻率的 范圍。例如，如果指定的用于重放的上限頻率是13kHz，則參數(shù)設(shè)定單 元19讀取圖4中的設(shè)定值表18從頂部開始第三行上的設(shè)定值。
在從設(shè)定值表18中讀取設(shè)置值之后，參數(shù)設(shè)置值19使用設(shè)定值來 在頻帶提取HPF 11、振蕩器12、和下邊波帶抑制HPF 14上執(zhí)行設(shè)定的 處理。具體說來，設(shè)定單元19設(shè)定頻帶提取HPF11的預(yù)定下限頻率、 乘法器13進(jìn)行頻移的寬度、下邊波帶抑制HPF 14所抑制的頻率分量等。
當(dāng)參數(shù)設(shè)定單元19設(shè)置好設(shè)定值時(shí)，內(nèi)插單元4基于該設(shè)置來開始 內(nèi)插處理。圖6是簡要示出內(nèi)插單元4上的頻率分布的變化的示圖。圖6 (A)是要提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)的頻率分布。用于重放解碼數(shù) 據(jù)的上限頻率低于奈奎斯特頻率。圖6 (B)是頻帶提取HPF11所生成 的數(shù)據(jù)的頻率分布。圖6 (C)是乘法器13所生成的數(shù)據(jù)的頻率分布。 圖6 (D)是由下邊波帶抑制HPF 14所生成的數(shù)據(jù)的頻率分布。圖6 (E) 是由加法器17所生成的數(shù)據(jù)的頻率分布。在圖6的每個(gè)頻率分布中，橫 軸代表頻率，縱軸代表強(qiáng)度。
頻帶提取HPF 11從要提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)中來提取設(shè)定 下限頻率或更高頻率上的頻率分量。所以，具有如圖6 (B)所示頻率 分布的數(shù)據(jù)是從具有如圖6 (A)所示頻率分布的解碼數(shù)據(jù)來生成的。振蕩器12生成以設(shè)定的恒定頻率變化的振蕩器數(shù)據(jù)。乘法器13將
具有頻帶提取HPF 11所提取的圖6 (B)中的頻率分量的數(shù)據(jù)與振蕩器 數(shù)據(jù)相乘。具體說來，乘法器13用振蕩器數(shù)據(jù)來調(diào)制了具有圖6 (B) 中頻率分量的數(shù)據(jù)的幅度。
通過這種乘法器13所進(jìn)行的乘法，生成具有如圖6 (C)所示頻率 分布的數(shù)據(jù)。在圖6 (C)的頻率分布中，兩個(gè)頻率分布以振蕩器數(shù)據(jù) 的調(diào)制頻率為中心而對(duì)稱。低于調(diào)制頻率的頻率分布稱為下邊波帶， 而高于調(diào)制頻率的頻率分布稱為上邊波帶。上邊波帶具有與圖6 (B) 中頻率分布相同的分布。上邊波帶具有的頻率分布，是將圖6 (B)中 頻率分布移到更高頻率之后所得。頻移的寬度是對(duì)應(yīng)于振蕩器12調(diào)制 頻率的頻率的寬度。另外，下邊波帶所具有的分布是將圖6 (B)中頻 率分布沿圖6的橫向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的結(jié)果。
將乘法器13所生成的具有圖6 (C)中頻率分布的數(shù)據(jù)提供給下邊 波帶抑制HPF 14。下邊波帶抑制HPF 14從乘法器13所提供的頻率分量
的數(shù)據(jù)中來提取設(shè)定下限頻率或更高頻率上的頻率分量。于是，生成 具有如圖6 (D)所示頻率分布的數(shù)據(jù)。
將下邊波帶抑制HPF 14所生成的具有圖6 (D)所示頻率分布的數(shù) 據(jù)提供給內(nèi)插分量衰減器15。另外，將要從解碼器3提供給內(nèi)插單元4 的解碼數(shù)據(jù)被提供給主衰減器16。內(nèi)插分量衰減器15和主衰減器16調(diào) 節(jié)輸入數(shù)據(jù)的幅度，并將數(shù)據(jù)提供給加法器17。
加法器17將內(nèi)插分量衰減器15所提供的數(shù)據(jù)與主衰減器16所提供 的數(shù)據(jù)進(jìn)行相加。因此，下邊波帶抑制HPF 14所生成的數(shù)據(jù)的頻率分 量，和將要從解碼器3提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)的頻率分量被進(jìn)行 相加。于是，生成具有圖6 (E)所示頻率分布的數(shù)據(jù)。
將加法器17所生成的具有圖6 (E)所示頻率分布的數(shù)據(jù)，作為內(nèi)插單元4所生成的內(nèi)插數(shù)據(jù)來提供給音頻放大器5。音頻放大器5基于內(nèi)
插數(shù)據(jù)來生成模擬音頻波形信號(hào)，并將信號(hào)輸出給揚(yáng)聲器6。揚(yáng)聲器6
通過所提供的模擬音頻波形信號(hào)來生成聲波。聲波根據(jù)內(nèi)插數(shù)據(jù)的值
的改變而變化，并被從揚(yáng)聲器6輸出。
如上說述，根據(jù)本實(shí)施例，內(nèi)插單元4生成內(nèi)插數(shù)據(jù)，其中將高頻 分量內(nèi)插進(jìn)所提供的解碼數(shù)據(jù)中。
另外，用于重放數(shù)據(jù)7的重放的上限頻率低于奈奎斯特頻率，重放 數(shù)據(jù)7被不可逆地壓縮以移除高頻分量。有一高頻靜默頻帶，在其中用 于重放的上限頻率和奈奎斯特頻率之間沒有頻率分量?；谥胤艛?shù)據(jù)7 的頻率分量的高頻分量被內(nèi)插到靜默頻帶。
所以，由加法器17加到原聲的頻率分量是僅將重放數(shù)據(jù)7的頻率分 量進(jìn)行頻移后的一個(gè)結(jié)果，由于沒有不必要噪聲分量混入，所以其是 清晰的。采用了內(nèi)插單元4的音頻重放設(shè)備1可以基于內(nèi)插數(shù)據(jù)(在其 中將高頻分量與基于重放數(shù)據(jù)7的分量進(jìn)行內(nèi)插)來生成具有良好波形 高頻失真很少的音頻波形信號(hào)。從揚(yáng)聲器6輸出的聲波具有良好的質(zhì) 量，只有很少的高頻失真。例如，與內(nèi)插進(jìn)噪聲分量時(shí)相比，內(nèi)插的 執(zhí)行可使得聲音與重放數(shù)據(jù)7相和諧，而不產(chǎn)生不適的感覺。
尤其是，如圖6 (C)所示，在本實(shí)施例中，使用頻帶提取HPFll 有效地抑制了靠近下邊波帶中的高頻的那部分的頻率分量，其是乘法 器13通過幅度調(diào)制進(jìn)行的頻移所產(chǎn)生的結(jié)果。所以，當(dāng)采用諸如下邊 波帶抑制HPF 14的階數(shù)較低處理負(fù)載較輕的高通濾波器時(shí)，在加法器 17進(jìn)行相加之后，阻止了下邊波帶的頻率分量與內(nèi)插數(shù)據(jù)中的原聲相 混合。
順帶著，如圖7所示，即使使用頻帶提取BPF 31來代替頻帶提取 HPFll，也可將基于原聲(被提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù))的高頻分量內(nèi)插在原聲的更高頻率之中。圖7是示出使用頻帶提取BPF31的內(nèi)插 單元4的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖7中，將相同的標(biāo)號(hào)指定給具有與圖l中組件 相同功能的組件。
然而，如圖3所示，帶通濾波器的低頻分量的抑制效果低于相同階 數(shù)的高通濾波器的抑制效果。所以，如圖6 (B)中的點(diǎn)劃線所示，當(dāng)2 階帶通濾波器執(zhí)行濾波時(shí)，相較使用2階高通濾波器進(jìn)行濾波，其沒有 充分地抑制低頻分量。相應(yīng)地，如圖6 (C)中的點(diǎn)劃線所示，當(dāng)使用 由2階帶通濾波器所濾波的頻率分量來用乘法器13執(zhí)行乘法時(shí)，上邊波 帶的低頻部分的強(qiáng)度和下邊波帶的高頻部分的強(qiáng)度都比使用2階高通 濾波器時(shí)的強(qiáng)度要大。
優(yōu)選地，加法器17隨后的相加并不把不必要的頻率分量，諸如下 邊波帶，與原聲(要被提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù))的頻率分量相加。 所以，當(dāng)下邊波帶的高頻部分的強(qiáng)度變大如剛才所述時(shí)，必須使用更 高階的帶通濾波器以便更有效地抑制下邊波帶。
另外，當(dāng)依此方式使用帶通濾波器來進(jìn)行頻帶提取時(shí)，結(jié)果是， 下邊波帶抑制HPF 14的階數(shù)必須提高，所以，圖7中的頻帶提取BPF31 和下邊波帶抑制HPF 14的組合的總階數(shù)，變得大于圖l中的頻帶提取 HPF ll和下邊波帶抑制HPF 14的組合的總階數(shù)。這種差別最小是大約2 階。
另外，當(dāng)在頻帶提取BPF31或下邊波帶抑制HPF 14中使用FIR濾波 器時(shí)，由濾波處理引起組延時(shí)。為了解決由于組延時(shí)引起的聲音的擾 動(dòng)，如圖7所示，必須在主衰減器16之前提供延時(shí)單元32。
另一方面，當(dāng)頻帶提取HPF ll和下邊波帶抑制HPF 14按本實(shí)施例 的情況那樣組合時(shí)，即使在兩者中都使用了IIR過濾器，并且即使總階 數(shù)較低，例如在本實(shí)施例中的4階IIR，也可獲得在預(yù)定頻帶內(nèi)適當(dāng)?shù)靥崛☆l率分量的濾波特性。另外，通過在兩者中都使用IIR過濾器，不會(huì) 發(fā)生組延時(shí)。在主衰減器16之前不是必須提供延時(shí)單元。
另外，在本實(shí)施例中，加到解碼數(shù)據(jù)的內(nèi)插分量取決于用于重放 要被提供給內(nèi)插單元的解碼數(shù)據(jù)的上限頻率。結(jié)果是，可加入內(nèi)插分 量而不損失要被提供給內(nèi)插單元的解碼數(shù)據(jù)的頻率分量。
另外，設(shè)定值表18將用于重放要被提供給內(nèi)插單元的解碼數(shù)據(jù)的
上限頻率劃分為多個(gè)范圍，并對(duì)每個(gè)范圍存儲(chǔ)設(shè)定值。于是，設(shè)定值
表18不必存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于所有要被內(nèi)插的重放數(shù)據(jù)7的許多個(gè)設(shè)定值?？稍?不減少可內(nèi)插重放數(shù)據(jù)7的類型的情況下減少設(shè)定值表18所存儲(chǔ)的設(shè) 定值的數(shù)量。
尤其是，在本實(shí)施例中，將大于8kHz的用于重放的上限頻率范圍 劃分為5種設(shè)定值的范圍大于等于8kHz但小于10kHz，大于等于10kHz 但小于12kHz，大于等于12kHz但小于14kHz，大于等于14kHz但小于 17kHz，以及大于等于17kHz。按這種范圍的分割，在每個(gè)范圍中進(jìn)行 內(nèi)插處理之后，在重放的聲音中不會(huì)產(chǎn)生不適的感覺。
盡管上述的實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例，但是，本 發(fā)明并不受限于此，并且在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，可以做出各 種變化或修改。
例如，在上述的實(shí)施例中，將去往內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)直接提供 給主衰減器16。除此以外，例如，可在主衰減器16之前提供延遲單元。
在上述的實(shí)施例中，盡管使用了頻帶提取HPF 11，但是，這僅需 要頻率為一預(yù)定頻率或更低頻率的衰減頻率分量的特征，而且該特性
不需被完全"提取"。在上述的實(shí)施例中，參數(shù)設(shè)定單元19根據(jù)要提供給內(nèi)插單元4的解 碼數(shù)據(jù)的采樣頻率和比特率來執(zhí)行設(shè)定。除此以外，例如，參數(shù)設(shè)定 單元19可根據(jù)要提供給內(nèi)插單元的解碼數(shù)據(jù)是否是音樂數(shù)據(jù)，或根據(jù)音樂的類型來執(zhí)行設(shè)定。例如，可從對(duì)應(yīng)于重放數(shù)據(jù)7的標(biāo)簽(tag)數(shù) 據(jù)中獲取關(guān)于音樂類型的信息。在上述的實(shí)施例中，解碼器3從要被存儲(chǔ)在音頻重放設(shè)備1的硬盤 驅(qū)動(dòng)器2中的重放數(shù)據(jù)7，來生成要被提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)。除 此以外，例如，解碼器3可從通過通信線路所獲取的重放數(shù)據(jù)7，來生 成要被提供給內(nèi)插單元4的解碼數(shù)據(jù)。在上述的實(shí)施例中，將解碼器3生成的解碼數(shù)據(jù)提供給內(nèi)插單元4。 除此以外，例如，通過將音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲得的數(shù)據(jù)可由 電子音樂樂器、FM收音機(jī)、電視接收機(jī)、AV設(shè)備等提供。工業(yè)適用性本發(fā)明可用于便攜硬盤播放器，或重放聲音的類似物。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)插設(shè)備，包括頻帶提取高通濾波器，用于從對(duì)音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲得的重放數(shù)據(jù)中提取預(yù)定下限頻率或更高頻率上的頻率分量；乘法器，用于將由所述頻帶提取高通濾波器提取的所述頻率分量進(jìn)行頻移；下邊波帶抑制高通濾波器，用于抑制在由所述乘法器進(jìn)行頻移的所述頻率分量中的下邊波帶中的頻率分量；以及加法器，用于將由所述下邊波帶抑制高通濾波器抑制之后的頻率分量與所述重放數(shù)據(jù)的頻率分量進(jìn)行相加。
2. 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)插設(shè)備，其中所述頻帶提取高通濾波器和所述下邊波帶抑制高通濾波器由IIR 濾波器組成，并且把提供給所述頻帶提取高通濾波器的所述重放數(shù)據(jù)無延時(shí)地提供 給所述加法器。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)插設(shè)備，包括設(shè)定值表，用于根據(jù)上限頻率來存儲(chǔ)設(shè)定值，所述上限頻率用于 重放提供給所述頻帶提取高通濾波器的所述重放數(shù)據(jù)；指定裝置，用于指定上限頻率，所述上限頻率用于重放提供給所 述頻帶提取高通濾波器的所述重放數(shù)據(jù)；以及設(shè)定裝置，用于從所述設(shè)定值表將對(duì)應(yīng)于由所述指定裝置指定的 用于重放的所述上限頻率的所述設(shè)定值讀入其中，并設(shè)定所述頻帶提 取高通濾波器的預(yù)定下限頻率、所述乘法器進(jìn)行所述頻移的寬度、以 及由所述下邊波帶抑制高通濾波器抑制的頻率分量。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)插設(shè)備，包括設(shè)定值表，用于對(duì)上限頻率的每個(gè)范圍來存儲(chǔ)設(shè)定值，所述上限頻率用于重放提供給所述頻帶提取高通濾波器的所述重放數(shù)據(jù)；指定裝置，用于指定上限頻率，所述上限頻率用于重放提供給所 述頻帶提取高通濾波器的所述重放數(shù)據(jù)；以及設(shè)定裝置，用于從所述設(shè)定值表將在包括由所述指定裝置指定的 用于重放的所述上限頻率的范圍內(nèi)的所述設(shè)定值讀入其中，并設(shè)定所 述頻帶提取高通濾波器的預(yù)定下限頻率、所述乘法器進(jìn)行所述頻移的 寬度、以及由所述下邊波帶抑制高通濾波器抑制的頻率分量。
5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)插設(shè)備，其中在所述設(shè)定值表中在8kHz之上的用于所述重放數(shù)據(jù)的重放的所述 上限頻率的范圍是大于等于8kHz但小于10kHz、大于等于10kHz但小 于12kHz、大于等于12kHz但小于14kHz、大于等于14kHz但小于17kHz、 以及大于等于17kHz。
6. —種音頻重放設(shè)備，包括如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)插設(shè)備；以及解碼器，用于向所述內(nèi)插設(shè)備提供具有用于重放的上限頻率的重 放數(shù)據(jù)，所述用于重放的上限頻率低于奈奎斯特頻率。
7. —種音頻重放設(shè)備，包括 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)插設(shè)備；以及解碼器，用于從被不可逆壓縮以移除高頻分量的重放數(shù)據(jù)生成要 提供給所述內(nèi)插設(shè)備的所述重放數(shù)據(jù)。
8. —種內(nèi)插方法，包括步驟從對(duì)音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲得的重放數(shù)據(jù)提取預(yù)定下限頻 率或更高頻率上的頻率分量；將提取的頻率分量進(jìn)行頻移；抑制進(jìn)行了頻移的所述頻率分量中的下邊波帶中的頻率分量；以將抑制之后的所述頻率分量與所述重放數(shù)據(jù)的所述頻率分量進(jìn)行 相加。
9. 一種內(nèi)插程序，其使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟從對(duì)音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而獲得的重放數(shù)據(jù)提取預(yù)定下限頻 率或更高頻率上的頻率分量；將提取的頻率分量進(jìn)行頻移；抑制進(jìn)行了頻移的所述頻率分量中的下邊波帶中的頻率分量；以及將抑制之后的所述頻率分量與所述重放數(shù)據(jù)的所述頻率分量進(jìn)行相加。
全文摘要
一種內(nèi)插設(shè)備(4)包括頻帶提取高通濾波器(11)，用于從音頻波形信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后獲得的重放數(shù)據(jù)中，提取頻率為預(yù)定下限頻率或更高頻率的頻率分量；乘法器(13)，用于將頻帶提取高通濾波器(11)所提取的頻率分量進(jìn)行頻移；下邊波帶抑制高通濾波器(14)，其將乘法器(13)進(jìn)行頻移的頻率分量中的下邊波帶的頻率分量進(jìn)行抑制；加法器(17)，用于將經(jīng)過下邊波帶抑制高通濾波器(14)抑制之后的頻率分量進(jìn)行相加?？赡軠p少處理負(fù)荷。
文檔編號(hào)G10L21/04GK101322184SQ20068004513
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者大津秀紀(jì) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社建伍