專利名稱：高頻插補(bǔ)裝置及再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)MD(Mini Disc)、MP3(MPEG(Moving Picture ExpertsGroup 1)Audio layer3)、DAB(Digital Audio Broadcasting)等所壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的高頻帶進(jìn)行插補(bǔ)的高頻插補(bǔ)裝置、及具備該高頻插補(bǔ)裝置，對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行再生的再生裝置。
背景技術(shù)：
在CD(Compact Disc)的情況下，音頻信號(hào)是采樣頻率為44.1kHz、數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度為16bit的立體聲信號(hào)。信息量可以用1秒內(nèi)所需的位數(shù)來表示，在CD的情況下為1411.2kbps。在MD的情況下，利用人的聽覺的特性，并通過作為間隔提取難以聽見的成分及聲音大的前后數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)的ATRAC(Advanced Transform Acoustic Coding)及作為其升級(jí)版的ATRAC3，而減少編碼的數(shù)據(jù)量。ATRAC3與ATRAC的2倍(MDLP2、132kbps)及4倍(MDLP4、66kbps)的數(shù)據(jù)壓縮率對(duì)應(yīng)。因此ATRAC3與CD相比最大能夠壓縮到1/20左右，但是隨著壓縮率的提高而導(dǎo)致音質(zhì)下降。
通常人的可聽頻帶為20Hz～20kHz，但也因人而異，對(duì)一般的人而言，認(rèn)為上限是14k～15kHz左右。雖然考慮了上述的可聽頻帶，開發(fā)壓縮技術(shù)，但是在測(cè)定可聽頻帶時(shí)使用純音(正弦波)。但是在實(shí)際的音樂及自然音中混有多種頻率的聲音。因此人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到不能單獨(dú)聽到的可聽頻帶外的聲音也因聲音寬度等對(duì)聽感施加影響這一觀點(diǎn)。
在特許第3576941號(hào)公報(bào)及特許第3576951號(hào)公報(bào)中，公開了根據(jù)間隔提取處理的信號(hào)的頻譜分布，削除相關(guān)關(guān)系強(qiáng)的頻帶組的一方，將另一方的頻帶內(nèi)的頻譜縮短到低頻側(cè)的頻率間隔提取(decimating)裝置。
在特許第3576942號(hào)公報(bào)中，公開了在需要插補(bǔ)信號(hào)的情況下，使所插補(bǔ)的信號(hào)頻譜內(nèi)、頻譜分布相關(guān)高的部分沿包絡(luò)線，追加到插補(bǔ)的信號(hào)高頻側(cè)，擴(kuò)展頻帶的頻率插補(bǔ)系統(tǒng)。
在特開2004-80635號(hào)公報(bào)中，公開了將對(duì)應(yīng)輸入的時(shí)間系列信號(hào)的給定頻帶的限制頻帶的頻譜進(jìn)行編碼，在譯碼側(cè)為了根據(jù)限制頻帶的頻譜的映像(mapping)求出應(yīng)擴(kuò)展的頻帶的時(shí)間系列信號(hào)，相應(yīng)地制成表示映像的方法的映像信息，并輸出編碼化后的限制頻帶的頻譜和映像信息的信號(hào)編碼裝置。
以高壓縮率對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮并記錄的情況下，例如，在MDLP4中，如圖1B所示，頻率頻譜只存在到12kHz左右，即使與圖1A所示的CD信號(hào)相比較，也會(huì)失去高頻的頻率信息。
本申請(qǐng)人鑒于上述問題而提出了高頻插補(bǔ)裝置，該高頻插補(bǔ)裝置將被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣之后，進(jìn)行2倍增加采樣，并將2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)用數(shù)字低通濾波器濾波，而插補(bǔ)原數(shù)字音頻信號(hào)的高頻帶。
在將數(shù)字音頻信號(hào)以MDLP4等的高壓縮率來壓縮的情況下，由于頻譜只存在到12kHz左右，因此可以利用上述高頻插補(bǔ)裝置進(jìn)行高頻插補(bǔ)。但是以MDLP2等的低壓縮率來壓縮的情況下，頻譜只存在到18kHz左右。通過對(duì)以低壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣而丟失的信息很大，可能會(huì)改變音質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而制成的，其目的在于提供一種能夠?qū)σ蛴玫蛪嚎s率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮而被丟失的信息進(jìn)行插補(bǔ)的高頻插補(bǔ)裝置及具備該高頻插補(bǔ)裝置的再生裝置。
本發(fā)明的第一特征的主要內(nèi)容在于，具備減少采樣部，其對(duì)被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣；增加采樣部，其對(duì)該減少采樣部1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行2倍增加采樣；數(shù)字低通濾波器，其對(duì)該增加采樣部2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行濾波；數(shù)字高通濾波器，其對(duì)該數(shù)字低通濾波器濾波后的數(shù)字音頻信號(hào)再次進(jìn)行濾波；和加法部，其對(duì)該數(shù)字高通濾波器濾波后的數(shù)字音頻信號(hào)、及所述被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出相加后的數(shù)字音頻信號(hào)。
在有關(guān)本發(fā)明的第一特征的高頻插補(bǔ)裝置中，所述數(shù)字低通濾波器是進(jìn)行過采樣處理的數(shù)字濾波器，基于規(guī)定的條件并通過采樣值H∞控制來解出應(yīng)該設(shè)計(jì)IIR(Infinite Impulse Response)型濾波器的設(shè)定的條件式，由此計(jì)算出參數(shù)，以使被頻帶限制的原模擬音頻信號(hào)、和將該原模擬音頻信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換后被模擬轉(zhuǎn)換的模擬音頻信號(hào)之間的誤差信號(hào)變小。
在有關(guān)本發(fā)明的第一特征的高頻插補(bǔ)裝置中，所述數(shù)字高通濾波器具有多個(gè)截止頻率，選擇該多個(gè)截止頻率中的一個(gè)。
本發(fā)明的第2特征的主要內(nèi)容在于，一種再生裝置，具備權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的高頻插補(bǔ)裝置，并通過所述高頻插補(bǔ)裝置對(duì)從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)字音頻信號(hào)、或從外部接收的數(shù)字音頻信號(hào)的高頻帶進(jìn)行插補(bǔ)后，再生所述數(shù)字音頻信號(hào)。


圖1是表示用于說明本發(fā)明要解決的問題的頻率特性的特性圖。
圖2是表示本發(fā)明的高頻插補(bǔ)裝置的實(shí)施方式的主要部分構(gòu)成的框圖。
圖3A～3D是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的高頻插補(bǔ)裝置的動(dòng)作的模式的波形圖。
圖4A及4B是表示用于說明本發(fā)明的高頻插補(bǔ)裝置的動(dòng)作的頻率特性的特性圖。
圖5是表示計(jì)算數(shù)字低通濾波器的參數(shù)的方法的信號(hào)復(fù)原系統(tǒng)模型的框圖。
圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的再生裝置的構(gòu)成例的框圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。應(yīng)注意，在附圖中相同或相似的標(biāo)號(hào)被用于相同或相似的部分以及元件，并且對(duì)相同或相似部分的描述將被省略或簡(jiǎn)化。
(第1實(shí)施方式)圖2是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的高頻插補(bǔ)裝置的主要部分構(gòu)成的框圖。在該高頻插補(bǔ)裝置中，減少采樣部40對(duì)如圖3A中模式所示那樣德被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣，如圖3B所示那樣間隔提取采樣值。1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)被供給增加采樣部41。
增加采樣部41對(duì)所供給的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行2倍增加采樣，如圖3C所示那樣，在各采樣值的中間插入采樣值為零的采樣點(diǎn)(零插補(bǔ))。在被2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)中產(chǎn)生例如以11kHz(原來的采樣頻率為44.1kHz的情況)為對(duì)稱軸的線對(duì)稱的頻譜(圖像，imaging)。
增加采樣部41進(jìn)行2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)，也包括圖像成分，被供給IIR型或FIR(Finite Impulse Response)型的數(shù)字低通濾波器42后，進(jìn)行過采樣(over-sampling)處理。此外，在過采樣處理中也包含了增加采樣部41的2倍增加采樣處理。
數(shù)字音頻信號(hào)通過過采樣處理，如圖3D所示，在由零插補(bǔ)的采樣點(diǎn)也插補(bǔ)采樣值，產(chǎn)生高頻成分并被輸出。
通過增加采樣部41及數(shù)字低通濾波器42進(jìn)行過采樣處理后的數(shù)字音頻信號(hào)，通過數(shù)字高通濾波器43提取所期望的截止(cutoff)頻率以上的高頻帶成分而供給加法部44。
此外，數(shù)字高通濾波器43具有多個(gè)截止頻率，并且根據(jù)原來的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮率來選擇1個(gè)截止頻率。即，在壓縮率低的數(shù)字音頻信號(hào)的情況下，由于直到較高的頻率中都存在頻譜，因此無需該范圍的插補(bǔ)，選擇較高的截止頻率。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)可根據(jù)壓縮率適當(dāng)?shù)夭逖a(bǔ)對(duì)通過用低壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮而被丟失的信息的高頻插補(bǔ)裝置。
加法部44對(duì)被供給的高頻帶成分和原來的被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，并作為插補(bǔ)高頻帶的數(shù)字音頻信號(hào)來輸出。由此，能夠?qū)⒈籑DLP2壓縮并具有如圖4B所示的18kHz左右以下的頻譜的數(shù)字音頻信號(hào)高頻插補(bǔ)為具有如圖4A所示那樣的20kHz左右的頻譜的數(shù)字音頻信號(hào)。
此外，在數(shù)字高通濾波器43及加法部44之間具備放大器并通過調(diào)節(jié)1以下的增益，也可以調(diào)節(jié)高頻插補(bǔ)效果。
由此，根據(jù)第1實(shí)施方式的高頻插補(bǔ)裝置，能夠插補(bǔ)因以低壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮而丟失的信息。
圖5是表示計(jì)算數(shù)字低通濾波器42的參數(shù)的方法的信號(hào)復(fù)原系統(tǒng)模型的框圖。在該信號(hào)復(fù)原系統(tǒng)模型中，來自于信號(hào)模型50的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器51轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中該信號(hào)模型50具有成為被頻帶限制的原模擬信號(hào)的頻率特性的模型的函數(shù)F(s)。通過A/D轉(zhuǎn)換器51轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)在增加采樣部52中被M(M為2個(gè)以上的整數(shù))倍增加采樣。
將被M倍增加采樣后的數(shù)字信號(hào)供給數(shù)字低通濾波器53后，進(jìn)行過采樣處理。過采樣處理后的數(shù)字信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器54轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過具有特性P(s)的后置濾波器55濾波之后供給減法部56。減法部56運(yùn)算并輸出來自于信號(hào)模型50的模擬信號(hào)(根據(jù)情況來延遲)和用后置濾波器55濾波的模擬信號(hào)之間的誤差信號(hào)e。
在計(jì)算數(shù)字低通濾波器42的參數(shù)時(shí)，在上述的信號(hào)復(fù)原系統(tǒng)模型中，以使誤差信號(hào)e變小的方式設(shè)定應(yīng)設(shè)計(jì)IIR型的數(shù)字低通濾波器53的條件式。接著，求出將該條件式近似地變換為有限維離散時(shí)間序列的計(jì)算式，通過基于規(guī)定的條件由采樣值H∞控制對(duì)所求得的計(jì)算式進(jìn)行求解，來計(jì)算出數(shù)字低通濾波器53(數(shù)字低通濾波器42)的參數(shù)。
此外，通過上述得到的數(shù)字低通濾波器為IIR型濾波器，但是在數(shù)字信號(hào)處理中，為了編程方便、易于安裝，多采用FIR型濾波器。此時(shí)，通過計(jì)算被導(dǎo)出的IIR型濾波器的脈沖響應(yīng)，可作為FIR型濾波器高精度地實(shí)現(xiàn)。
在上述的數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)方法中，也考慮如后置濾波器55那樣的模擬部件的特性P(s)，這些模擬特性通過采樣值控制理論的提高，以不失去采樣點(diǎn)間的信息的形式被離散化(數(shù)字化)。因此，甚至包含采樣點(diǎn)間響應(yīng)的最佳設(shè)計(jì)成為可能。該設(shè)計(jì)方法的詳細(xì)情況參照特開2001-127637號(hào)公報(bào)。
從而，能夠?qū)崿F(xiàn)高頻插補(bǔ)裝置，該高頻插補(bǔ)裝置能夠插補(bǔ)通過以低壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮而丟失的信息。另外，能夠得到近似于壓縮前的原聲的頻譜，能夠執(zhí)行更接近于原聲的高頻插補(bǔ)。
(第2實(shí)施方式)圖6是表示作為本發(fā)明的第2實(shí)施方式的再生裝置的光盤裝置的構(gòu)成的框圖。該光盤裝置是可記錄/再生的小型盤裝置，并且收納小型盤11的方形平板狀的卡盒12被裝入到小型盤裝置的狀態(tài)下，打開卡盒12的兩面的遮擋板(shutter)，光拾取器15通過物鏡14從小型盤11的一面進(jìn)行讀取。在記錄時(shí)，由磁頭19產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加于小型盤11的另一面。
小型盤11通過主軸電機(jī)13以給定的一定線速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。光拾取器15由進(jìn)給電機(jī)16驅(qū)動(dòng)，沿小型盤11的半徑方向移動(dòng)。磁頭19在記錄時(shí)由磁頭驅(qū)動(dòng)部20進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并沿小型盤11的半徑方向移動(dòng)，按照與光拾取器15一起從兩面夾住同一磁道的方式進(jìn)行位置控制。
主軸電機(jī)13、光拾取器15及進(jìn)給電機(jī)16分別由伺服控制部17進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。而且，伺服控制部17具備跟蹤控制部32及聚焦控制部33。光拾取器15檢測(cè)出的信號(hào)被傳送到RF(Radio Frequeney)放大器22進(jìn)行放大。由RF放大器22放大的信號(hào)內(nèi)、聚焦錯(cuò)誤信號(hào)及跟蹤錯(cuò)誤信號(hào)分別被供給伺服控制部17的聚焦控制部33及跟蹤控制部32。。
由RF放大器22放大的信號(hào)內(nèi)、地址信號(hào)被送到地址譯碼器21進(jìn)行譯碼，并賦予編碼器/譯碼器23。由編碼器/譯碼器23被譯碼的地址信號(hào)，被使用于磁頭控制部20所帶來的磁頭19的位置控制中。此外，由編碼器/譯碼器23被譯碼的地址信號(hào)，被送到系統(tǒng)控制器18，被使用于由伺服控制部17的主軸電機(jī)13、光拾取器15以及進(jìn)給電機(jī)16的驅(qū)動(dòng)控制等中。
由RF放大器22放大的信號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)，被送到編碼器/譯碼器23進(jìn)行譯碼，通過抗振用存儲(chǔ)控制器24，被送到DRAM25(Dynamic RandomAccess Memory)。被送到DRAM25的數(shù)據(jù)(數(shù)字音頻信號(hào))一旦被存儲(chǔ)后，便通過抗振用存儲(chǔ)控制器24，被送到音頻壓縮編碼器/譯碼器26。音頻壓縮編碼器/譯碼器26展開所傳輸來的數(shù)據(jù)，并供給到在第1實(shí)施方式中已說明的高頻插補(bǔ)裝置的高頻插補(bǔ)部34。高頻插補(bǔ)部34，如第1實(shí)施方式說明的那樣執(zhí)行所供給數(shù)據(jù)(數(shù)字音頻信號(hào))的高頻插補(bǔ)。被高頻插補(bǔ)的數(shù)字音頻信號(hào)，通過D/A轉(zhuǎn)換器28輸出。
通過A/D轉(zhuǎn)換器27輸入的數(shù)字音頻信號(hào)由音頻壓縮編碼器/譯碼器26進(jìn)行音頻壓縮并編碼，通過抗振用存儲(chǔ)控制器24被送到DRAM25。被送到DRAM25的數(shù)據(jù)一旦被存儲(chǔ)后，便通過抗振用存儲(chǔ)控制器24，被送到編碼器/譯碼器23被編碼，由磁頭19及光拾取器15記錄到小型盤11。
抗振用存儲(chǔ)控制器24及DRAM25，利用向DRAM25存儲(chǔ)所需要的時(shí)間以及從DRAM25讀出所需要的時(shí)間之差，防止因震動(dòng)等引起的音漏(sound skipping)。系統(tǒng)控制器18與顯示部29、計(jì)時(shí)電路(timer)30以及操作部31連接，在進(jìn)行伺服控制部17、編碼器/譯碼器23以及抗振用存儲(chǔ)控制器24的動(dòng)作控制的同時(shí)，對(duì)應(yīng)根據(jù)操作部31的操作等，將指定的信息顯示在顯示部29中。
根據(jù)有關(guān)第2實(shí)施方式的再生裝置，可插補(bǔ)因以低壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮而失去的信息，從而可得到接近于壓縮前的原聲的再生音。
(其他實(shí)施方式)本發(fā)明在不超出請(qǐng)求范圍的前提下，本行業(yè)技術(shù)人員可進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種高頻插補(bǔ)裝置，具備減少采樣部，其對(duì)被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣；增加采樣部，其對(duì)該減少采樣部1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行2倍增加采樣；數(shù)字低通濾波器，其對(duì)該增加采樣部2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行濾波；數(shù)字高通濾波器，其對(duì)該數(shù)字低通濾波器濾波后的音頻信號(hào)再次進(jìn)行濾波；和加法部，其對(duì)該數(shù)字高通濾波器濾波后的數(shù)字音頻信號(hào)、及所述被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出相加后的數(shù)字音頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻插補(bǔ)裝置，其特征在于，所述數(shù)字低通濾波器是進(jìn)行過采樣處理的數(shù)字濾波器，基于規(guī)定的條件并通過采樣值H∞控制來解出應(yīng)該設(shè)計(jì)IIR(Infinite Impulse Response)型濾波器的設(shè)定的條件式，由此計(jì)算出參數(shù)，以使被頻帶限制的原模擬音頻信號(hào)、和將該原模擬音頻信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換后被模擬轉(zhuǎn)換的模擬音頻信號(hào)之間的誤差信號(hào)變小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻插補(bǔ)裝置，其特征在于，所述數(shù)字高通濾波器具有多個(gè)截止頻率，選擇該多個(gè)截止頻率中的一個(gè)。
4.一種再生裝置，具備權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的高頻插補(bǔ)裝置，并通過所述高頻插補(bǔ)裝置對(duì)從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)字音頻信號(hào)、或從外部接收的數(shù)字音頻信號(hào)的高頻帶進(jìn)行插補(bǔ)后，再生所述數(shù)字音頻信號(hào)。
全文摘要
一種高頻插補(bǔ)裝置，具備減少采樣部，其對(duì)被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行1/2減少采樣；增加采樣部，其對(duì)該減少采樣部1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行2倍增加采樣；數(shù)字低通濾波器，其對(duì)該增加采樣部2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行濾波；數(shù)字高通濾波器，其對(duì)該數(shù)字低通濾波器濾波后的數(shù)字音頻信號(hào)再次進(jìn)行濾波；和加法部，其對(duì)該數(shù)字高通濾波器濾波后的數(shù)字音頻信號(hào)、及所述被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出相加后的數(shù)字音頻信號(hào)。
文檔編號(hào)H03M7/30GK1828756SQ20061005498
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者藤山晃治, 巖崎直哉, 平澤友美 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社