CN1828755A - 高频插补装置及再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高频插补装置，是一种对数字音频信号的高频带进行插补的高频插补装置，具备：对上述数字音频信号进行1/2减少采样的减少采样部；和对该减少采样部进行1/2减少采样后的数字音频信号进行2倍增加采样的增加采样部；和对该增加采样部进行2倍增加采样后的数字音频信号进行滤波，并输出滤波后的数字音频信号的数字低通滤波器。
Description
技术领域
本发明涉及对MD(Mini Disc)、MP3(MPEG(Moving Picture ExpertsGroupl)Audio layer3)、DAB(Digital Audio Broadcasting)等所压缩的数字音频信号的高频带进行插补的高频插补装置、及具备该高频插补装置，对数字音频信号进行再生的再生装置。
背景技术
CD(Compact Disc)的情况下，音频信号是采样频率为44.1kHz、数据位长为16bit的立体声信号。信息量可以1秒内必需的位数表示，CD的情况下，为1411.2kbps。MD的情况下，利用人的听觉特性，通过作为间隔提取难以听到的成分及大的声音前后的数据的压缩技术的ATRAC(Advanced Transform Acoustic Coding)及其升级版的ATRAC3，可减少编码的数据量。ATRAC3对应ATRAC的2倍(MDLP2、132kbps)及4倍(MDLP4、66kbps)的数据压缩率。由此，ATRAC3与CD相比较，可最大压缩到二十分之一左右，但随着压缩率提高音质降低。
通常人的可听频带是20Hz～20kHz，但也存在个人差异，对一般的人而言，认为上限是14k～15kHz左右。虽然考虑了这样的可听频带，开发压缩技术，但在该可听频带的测量中，使用纯音(正弦波)。但是，在实际的音乐及自然音中混入多种频率的声音。因此，人们越来越认识到不能单独听到的可听频带外的声音也因声音宽度等对听感施加影响这一观点。
在特许第3576941号公报及特许第3576951号公报中，公开了：根据间隔提取处理的信号的频谱分布，削除相关关系强的频带组的一方，将另一方的频带内的频谱缩短到低频侧的频率间隔提取(decimating)装置。
在特许第3576942号公报中，公开了：在需要插补信号的情况下，使所插补的信号频谱内、频谱分布相关高的部分沿包络线，追加到插补的信号高频侧，扩展频带的频率插补***。
在特开2004-80635号公报中，公开了：将对应输入的时间系列信号的给定频带的限制频带的频谱进行编码，在译码侧为了根据限制频带的频谱的映像(mapping)求出应扩展的频带的时间系列信号，相应地制成表示映像的方法的映像信息，并输出编码化后的限制频带的频谱和映像信息的信号编码装置。
以高压缩率对数字音频信号进行压缩并记录的情况下，例如，在MDLP4中，如在图1B所示，频率频谱只存在到12kHz左右，即使与图1A所示的CD信号相比较，也会失去高频的频率信息。
发明内容
本发明是鉴于如上所述的情况而提出的，提供：能够插补由于以高压缩率压缩的数字音频信号的压缩而失去的信息的高频插补装置及具备有该高频插补装置的再生装置。
本发明的第1特征的主要内容是，一种对数字音频信号的高频带进行插补的高频插补装置，具有：对上述数字音频信号进行1/2减少采样(down-sampling)的减少采样部；对该减少采样部进行1/2减少采样后的数字音频信号进行2倍增加采样(up-sampling)的增加采样部；和对该增加采样部进行2倍增加采样后的数字音频信号进行滤波，并输出滤波后的数字音频信号的数字低通滤波器。
本发明的第2特征的主要内容是，一种对数字音频信号的高频带进行插补的高频插补装置，具有：将上述数字音频信号的奇数号或偶数号的采样值置换处理为零的零置换部；和对上述置换处理后的数字音频信号进行滤波，并输出滤波后的数字音频信号的数字低通滤波器。
在有关第1及第2特征的高频插补装置中，上述数字低通滤波器是进行过采样处理的数字滤波器，也可通过根据给定的条件由采样值H∞控制，求解应该设计IIR(Infinite Impulse Response)型滤波器的设定条件式，计算出参数，以使频带限制后的原模拟音频信号，与对该原模拟音频信号进行数字转换后被模拟转换的模拟信号音频信号之间的误差信号变小。
本发明的第3特征的主要内容是，一种再生装置，具有第1或第2特征相关的高频插补装置，由上述高频插补装置，对从记录介质读取的数字音频信号、或从外部接收的数字音频信号的高频带进行插补，并再生上述数字音频信号。
附图说明
图1A及1B是表示用于说明本发明要解决的课题的频率特性的特性图。
图2是表示有关本发明的第1实施方式的高频插补装置的主要结构的框图。
图3A～3D是用于说明有关本发明的第1实施方式的高频插补装置的动作的示意波形图。
图4是表示用于说明有关本发明的第1实施方式的高频插补装置的动作的频率特性的特性图。
图5是表示计算有关本发明的第1实施方式的数字低通滤波器的参数的方法的信号复原***模型的框图。
图6是表示有关本发明的第1实施方式的变形例的高频插补装置的主要构成的框图。
图7是表示有关本发明的第2实施方式的再生装置的构成例的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各种实施方式进行说明。应注意，在附图中相同或相似的标号被用于相同或相似的部分以及元件，并且对相同或相似部分的描述将被省略或简化。
(第1实施方式)
图2是表示有关本发明的第1实施方式的高频插补装置的主要结构的框图。在该高频插补装置中，减少采样部40对在图3A中模式表示的被压缩、展开的数字音频信号进行1/2减少采样，并如图3B所示间隔提取采样值。进行1/2减少采样后的数字音频信号被赋予增加采样部41。
增加采样部41对所赋予的数字音频信号进行2倍增加采样，如图3C所示，在各采样值的中间，***采样值零的采样点(零插补)。在被2倍增加采样后的数字音频信号中，产生例如以11kHz(原采样频率为44.1kHz的情况)为对称轴的线对称频谱(图像，imaging)。
增加采样部41进行2倍增加采样后的数字音频信号也包含图像成分，赋予IIR型或FIR(Finite Impulse Response)型的数字低通滤波器42，并进行过采样(over-sampling)处理。而且，在过采样处理中，也包含增加采样部41的2倍增加采样处理。通过过采样处理，数字音频信号如图3D所示，在由零插补的采样点上也插补采样值，生成高频成分并输出。
由此，例如，由MDLP4进行压缩，可将如图1B所示的只有12kHz左右以下频谱的数字音频信号高频插补到如图4所示的具有到20kHz左右的频谱的数字音频信号，可得到接近图1A所示的CD信号的音频信号。
因此，根据涉及第1实施方式的高频插补装置，可插补由以高压缩率压缩的数字音频信号的压缩而失去的信息。
图5是表示计算数字低通滤波器42的参数的方法的信号复原***模型的框图。在该信号复原***模型中，来自信号模型50的模拟信号，通过A/D转换器51被转换为数字信号，该信号模型50具有成为被频带限制的原模拟信号的频率特性的模型函数F(s)。由A/D转换器51转换的数字信号，由增加采样部52进行M(M为2以上的整数)倍增加采样。
被M倍增加采样的数字信号，被赋予数字低通滤波器53，进行过采样处理。过采样处理后的数字信号由D/A转换器54转换为模拟信号，由具有特性P(s)的后置滤波器55进行滤波后被赋予减法器56。减法器56计算并输出来自信号模型50的模拟信号(根据情况使其延迟)与由后置滤波器56滤波后的模拟信号之间的误差信号e。
计算数字低通滤波器42的参数时，在如上的信号复原***模型中，为使误差信号e变小，设定应设计IIR型的数字低通滤波器53的条件式。其次，求取将该条件式近似变换为有限元离散时间***的计算式，通过根据给定的条件由采样值H∞控制对所求得的计算式进行求解，计算出数字低通滤波器53(数字低通滤波器42)的参数。
而且，如上求得的数字低通滤波器为IIR型，但在数字信号处理中，为了编程方便、易于安装，多采用FIR型滤波器。此时，通过计算被导出的IIR型滤波器的脉冲响应，可作为FIR型滤波器高精度地实现。
在以上的数字低通滤波器的设计方法中，也考虑了后置滤波器55那样的模拟部件的特性P(s)，这些模拟特性通过采样值控制理论的提高，以不失去采样点间的信息的形式被离散化(数字化)。因此，甚至包含采样点间响应的最佳设计成为可能。该设计方法的详细情况参照特开2001-127637号公报。
(第1实施方式的变形例)
作为有关本发明的第1实施方式的变形例的高频插补装置，如图6所示，具备将数字音频信号的奇数号或偶数号的采样值置换为零的零置换部43，来代替图2的减少采样部40及增加采样部41，将使奇数号或偶数号的采样值置为零的数字音频信号赋予数字脉冲滤波器42，即使这样构成，也可得到与第1实施方式相同的作用和效果。
根据有关第1实施方式的变形例的高频插补装置，可实现以更简易的方法插补因以高压缩率被压缩的数字音频信号的压缩而失去的信息的高频插补装置。
而且，有关第1实施方式的变形例的高频插补装置的处理对象并不限定于被压缩、展开的数字音频信号，即使适用于不存在高频带的数字音频信号的高频插补，也可得到同样的作用和效果。
(第2实施方式)
图7是表示作为有关本发明的第2实施方式的再生装置的光盘装置的构成的框图。该光盘装置是可记录/再生的小型盘装置，在容纳小型盘11的方形平板状卡盒(cartridge)12安装于小型盘装置的状态下，打开卡盒12两面的遮挡板(shutter)，光拾取器15通过物镜14从小型盘11的一面进行读取。在记录时，由磁头19产生的磁场施加于小型盘11的另一面。
小型盘11由主轴电机13以给定的一定线速度进行旋转驱动。光拾取器15由进给电机16驱动，沿小型盘11的半径方向移动。磁头19在记录时由磁头驱动部20进行驱动，并沿小型盘11的半径方向移动，按照与光拾取器15一起从两面夹住同一磁道的方式进行位置控制。
主轴电机13、光拾取器15及进给电机16分别由伺服控制部17进行驱动控制。而且，伺服控制部17具备跟踪控制部32及聚焦控制部33。光拾取器15检测出的信号被传送到RF(Radio Frequeney)放大器22进行放大。由RF放大器22放大的信号内、聚焦错误信号及跟踪错误信号分别被赋予伺服控制部17的聚焦控制部33及跟踪控制部32。
由RF放大器22放大的信号内、地址信号被送到地址译码器21进行译码，并赋予编码/译码器23。由编码/译码器23被译码的地址信号，被使用于磁头控制部20所带来的磁头19的位置控制中。此外，由编码/译码器23被译码的地址信号，被送到***控制器18，被使用于由伺服控制部17的主轴电机13、光拾取器15以及进给电机16的驱动控制等中。
由RF放大器22放大的信号内的数据信号，被送到编码/译码器23进行译码，通过抗振用存储控制器24，被送到DRAM25(Dynamic RandomAccess Memory)。被送到DRAM25的数据(数字音频信号)一旦被存储后，便通过抗振用存储控制器24，被送到音频压缩编码/译码器26。音频压缩编码/译码器26展开所传输来的数据，并赋予在第1实施方式中已说明的高频插补装置的高频插补部34。高频插补部34，如第1实施方式说明的那样执行所赋予数据(数字音频信号)的高频插补。被高频插补的数字音频信号，通过D/A转换器28输出。
通过A/D转换器27输入的数字音频信号由音频压缩编码/译码器26进行音频压缩并编码，通过抗振用存储控制器24被送到DRAM25。被送到DRAM25的数据一旦被存储后，便通过抗振用存储控制器24，被送到编码/译码器23被编码，由磁头19及光拾取器15记录到小型盘11。
抗振用存储控制器24及DRAM25，利用向DRAM25存储所需要的时间以及从DRAM25读出所需要的时间之差，防止因震动等引起的音漏(sound skipping)。***控制器18与显示部29、计时电路(timer)30以及操作部31连接，在进行伺服控制部17、编码/译码器23以及抗振用存储控制器24的动作控制的同时，对应根据操作部31的操作等，将指定的信息显示在显示部29中。
根据有关第2实施方式的再生装置，可插补因以高压缩率压缩的数字音频信号的压缩而失去的信息，从而可得到接近于压缩前的原声的再生音。
(其他实施方式)
本发明在不超出请求范围的前提下，本行业技术人员可进行各种变更。
Claims (5)
1、一种高频插补装置，对数字音频信号的高频带进行插补，
具备：
减少采样部，其对所述数字音频信号进行1/2减少采样；
增加采样部，其对该减少采样部进行1/2减少采样后的数字音频信号进行2倍增加采样；和
数字低通滤波器，其对该增加采样部进行2倍增加采样后的数字音频信号进行滤波，并输出滤波后的数字音频信号。
2、根据权利要求1所述的高频插补装置，其特征在于：
所述数字低通滤波器是进行过采样处理的数字滤波器，通过根据给定的条件由采样值H∞控制，求解应该设计IIR(Infinite Impulse Response)型滤波器的设定条件式，计算出参数，以使频带限制后的原模拟音频信号，与对该原模拟音频信号进行数字转换后被模拟转换的模拟信号音频信号之间的误差信号变小。
3、一种高频插补装置，对数字音频信号的高频带进行插补，
具备：
零置换部，将所述数字音频信号的奇数号或偶数号的采样值置换处理为零；和
数字低通滤波器，对所述置换处理后的数字音频信号进行滤波，并输出滤波后的数字音频信号。
4、根据权利要求3所述的高频插补装置，其特征在于：
所述数字低通滤波器是进行过采样处理的数字滤波器，通过根据给定的条件由采样值H∞控制，求解应该设计IIR(Infinite Impulse Response)型滤波器的设定条件式，计算出参数，以使频带限制后的原模拟音频信号，与对该原模拟音频信号进行数字转换后被模拟转换的模拟信号音频信号之间的误差信号变小。
5、一种再生装置，
具备权利要求1至4的任一项所述的高频插补装置，由所述高频插补装置，对从记录介质读取的数字音频信号、或从外部接收的数字音频信号的高频带进行插补，并再生所述数字音频信号。
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