JP3659489B2 - デジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばCD規格では、アナログ音声信号はサンプリング周波数fs=44.1kHz、量子化ビット数=16ビットでデジタル音声信号に変換されており、このため、22.05kHz以上の帯域は全てカットされ、狭い帯域であるので、これをD/A変換してスピーカにより再生しても聴感上、豊かな臨場感は得られない。そこで、例えばDVDビデオ規格やDVDオーディオ規格では、44.1kHzより高いfs=48kHz、96kHz、192kHz、量子化ビット数=24ビットなどが採用されている。
【0003】
しかしながら、既にCD規格のデジタル音声信号をそのまま16→24ビット変換し、ハイサンプリングして48kHzなどに変換しても、オリジナルでは22.05kHz以上の帯域が全てカットされているので、元のデジタル音声信号の波形を成形して高周波帯域を付加することにより、聴感上豊かな臨場感を再現する種々の方法が提案されている。
【0004】
例えば本発明者が先に出願した特開平11−126097号公報には、オリジナルのサンプリングデータを、よりサイン波に近づける方法を提案している。この方法では、図10に示すように前後のサンプリングデータを比較してサンプリングデータの極大値Vmax及び極小値Vminを検出し、また、極大値Vmaxから極小値Vminまで、及び極小値Vminから極大値Vmaxまでのサンプル数を検出し、さらに極大値Vmax及び極小値Vminを除く各サンプル毎に前のサンプルとの差分を算出してこれに上記のサンプル数に応じた係数を乗算し、この乗算結果を極大値Vmaxを除くサンプルであって極大値Vmaxに近いサンプルに対しては加算処理、極小値Vminを除くサンプルであって極小値Vminに近いサンプルに対しては減算処理を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、元のデジタル音声信号の波形を成形して高周波帯域を付加したり、上記従来例のようにオリジナルのサンプリングデータをよりサイン波に近づけただけでは、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができないという問題点がある。特に音声の場合には聞き取りにくいままであるという問題点がある。
【0006】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができるデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラム記録媒体を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数に応じた各係数と、極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ乗算して、各乗算結果を極大値に加算し、極小値から減算するようにしたものである。
【0008】
すなわち本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置が提供される。
【0009】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと1サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置が提供される。
【0010】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体が提供される。
【0011】
また本発明によれば、オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと1サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体が提供される。
【0012】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明に係るデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラムの第1の実施形態を示すブロック図、図2は図1の係数テーブルを示す説明図、図3は第1の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【0013】
図1における入力データIN(及び出力データOUT)は、例えばfs=48kHz、96kHz、192kHz、量子化ビット数=24ビットである。この入力データINはI/Oポート10により波形整形回路3内に取り込まれ、高周波生成回路11と遅延回路12に印加される。遅延回路12は入力データINを高周波生成回路11の処理時間の分だけ遅延する。ここで、処理サンプル数が多いほど、より高次の高調波を処理することができ、音質を高めることができるが、極端に多くしても聴感上の差異はあまりなく、回路規模、処理時間が膨大となるので、4、5次程度の高調波を処理すればよい。そして、高周波生成回路11と遅延回路12の各出力信号が加算回路13により加算され、この加算された信号がI/Oポート14を介して出力データOUTとして出力される。
【0014】
次に高周波生成回路11の処理について説明する。
(1)まず、入力データINの各サンプルを前のサンプルと比較し、大きいか、小さいか、同じかを検出する。
(2)上記の比較結果に基づいて波形の極大値Vmax、極小値Vminを検出する。
(3)上記の極大値Vmaxから極小値Vminまでの間隔と、極小値Vminから極大値Vmaxまでの間隔(サンプル数)を検出する。
(4)上記の極大値Vmax、極小値Vminと各1サンプル前の値との差分Δmax、Δminを求める。
(5)上記(3)で求めたサンプル数に応じた各係数Amax、Aminを図2に示すような係数テーブルAから求める。
(6)上記(4)で求めた差分Δmax、Δminに対し、それぞれ上記(5)で求めた各係数Amax、Aminを乗算し、各乗算結果Amax・Δmax、Amin・Δminを図1に示す加算回路13に出力することにより、以下に示すように極大値Vmax、極小値Vminに対してそれぞれ加算、減算する。
Vmax→Vmax+Amax・Δmax
Vmin→Vmin−Amin・Δmin
【0015】
係数テーブルAとしては図2に示すように、極大値Vmaxから極小値Vminまで、極小値Vminから極大値Vmaxまでのサンプル数が少ない場合(サンプル数=2〜5)に比較的大きい係数Amax、Amin=1/2が設定され、サンプル数が多くなると段階的に小さくなるように設定されている。また、係数値の異なる複数の係数テーブルA、B〜をあらかじめ用意して、処理対象の曲に応じて選択するようにしてもよく(図1の係数テーブル選択部15)、また、処理対象の曲に応じて上記の処理をするか、しないかを選択可能にしてもよい(図示のON/OFF制御部16)。
【0016】
したがって、図3に示すように原信号の極大値Vmaxが持ち上がり、また、極小値Vminが小さくなるので、再生音のメリハリ、歯切れ感が向上して、シャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【0017】
<変形例>
ここで、本発明では、入力データINに対して高周波成分を付加するので、図5(1)に示すように入力データINのサンプリング周波数fsの1/2以上の周波数成分が発生してこれが折り返しノイズとなる。そこで、図4に示すように波形整形回路3の前段にサンプリングレート変換回路1を設けて、図5(2)に示すように入力データINのサンプリング周波数fsを2倍にし、この信号に対して図1に示すように高周波成分を付加してサンプリング周波数fsを1/2にすることにより、図5(3)に示すように高周波成分を付加しながら折り返しノイズを低減することができる。
【0018】
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に原信号の極大値Vmaxを持ち上げ、また、極小値Vminを小さくするとともに、さらに従来例として特開平11−126097号公報と同様にオリジナルのサンプリングデータを、よりサイン波に近づけるように構成されている。図6は極小値Vminから極大値Vmaxまでのサンプル数が2個の場合の従来例を示し、この場合には中間のサンプリングデータに、前のサンプルとの差分と係数の乗算結果を加算する。したがって、図6(a)、(b)、(c)に示すようにこの加算値は前のサンプリングデータとの差分が大きいほど大きくなる。
【0019】
図7は極小値Vminから極大値Vmaxまでのサンプル数が3個の場合の従来例を示し、この場合には極小値Vminのサンプルの1つ後のサンプリングデータに、極小値Vmin との差分と係数の乗算結果を減算し、また、極大値Vmaxのサンプルの1つ前のサンプリングデータに、その前のサンプルとの差分と係数の乗算結果を加算する。同様に、図7(a)、(b)、(c)に示すようにこの加算値、減算値は前後のサンプリングデータの差分が大きいほど大きくなる。
【0020】
そこで、第2の実施形態では次のような処理を行う。
(1)まず、入力サンプルを前のサンプルと比較し、大きいか、小さいか、同じかを検出する。
(2)上記の比較結果に基づいて波形の極大値Vmax、極小値Vminを検出する。
(3)上記の極大値Vmaxから極小値Vminまでの間隔と、極小値Vminから極大値Vmaxまでの間隔(サンプル数)を検出する。
(4)’上記の極大値Vmax、極小値Vminを含む各サンプルと1サンプル前の値との差分Δを求める。
【0021】
(5)’上記(3)で求めたサンプル数に応じた各係数αを係数テーブルから求める。この場合、極大値Vmax、極小値Vminの係数は図2に示した係数テーブルA、B〜から求め、他のサンプルの係数は図8に示す係数テーブルから求める。図8に示す係数テーブルも同様に、Vmax−Vmin間のサンプル数が少ないほど係数が大きく設定されている。また、この例では、差分レベルを4段階にして差分レベルが大きいほど係数を大きくしている。
(6)’上記(4)で求めた差分Δに対し、それぞれ上記(5)’で求めた各係数αを乗算し、各乗算結果α・Δを図1に示す加算回路13に出力することにより、以下に示すように各サンプルVに対してそれぞれ加算、減算する。
V→V±α・Δ
このときの加算、減算については、極大値及び極大値に近いサンプリングデータに対しては加算処理、極小値及び極小値に近いサンプリングデータに対しては減算処理を行う。
【0022】
この第2の実施形態によれば、図9に示すように第1の実施形態と同様に原信号の極大値Vmaxが持ち上がり、また、極小値Vminが小さくなるとともに、オリジナルのサンプリングデータがよりサイン波に近づくので、さらに再生音のメリハリ、歯切れが向上して、シャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【0023】
上記第1、第2の実施形態によれば、CD規格のデジタル音声入力データ(CDマスタ信号)を16→24ビット変換してfs=48kHz、96kHz、192kHzにハイサンプリングし、波形整形回路3により波形整形することによりDVD規格のデジタル音声信号(DVDマスタ信号)を生成することができる。また、波形整形回路3に入力する信号INは、アナログ信号をこのレートでA/D変換したものや、波形整形回路3により波形整形されていないDVDマスタ信号でもよい。
【0024】
さらに、上記第1、第2の実施形態では、ハードウエアについて説明したが、ソフトウエアでも実現することができる。このため、このコンピュータプログラムをパーソナル・コンピュータのみならず、デジタル音声信号を処理可能な、例えば携帯電話機にあらかじめダウンロードすることにより、世界中の音源WWWサーバがネットを介して供給する音楽・音声コンテンツをシャープで、リアリティ、明瞭度のある音で再生することができる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数に応じた各係数と、極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ乗算して、各乗算結果を極大値に加算し、極小値から減算するようにしたので、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデジタル音声処理装置及びコンピュータプログラムの第1の実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1の係数テーブルを示す説明図である。
【図3】第1の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【図4】第1の実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図5】第1の実施形態の変形例による周波数特性を示す説明図である。
【図6】第2の実施形態による処理波形の一例を示す説明図である。
【図7】第2の実施形態による処理波形の他の例を示す説明図である。
【図8】第2の実施形態の係数テーブルを示す説明図である。
【図9】第2の実施形態による処理波形を示す説明図である。
【図10】従来例による処理波形を示す説明図である。
【符号の説明】
11 高周波生成回路
13 加算回路
Claims (6)
- オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置。 - オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求める手段と、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出する手段と、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと1サンプル前の値との差分をそれぞれ求める手段と、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算する手段と、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算する手段とを、
有するデジタル音声処理装置。 - 前記サンプル数が少ないほど前記係数が大きいことを特徴とする請求項1又は2記載のデジタル音声処理装置。
- オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各1サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値に加算し、前記極小値から減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。 - オリジナルのデジタル音声情報の前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を求めるステップと、
前記極大値から極小値までのサンプル数、及び極小値から極大値までのサンプル数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値を含む各サンプルと1サンプル前の値との差分をそれぞれ求めるステップと、
前記サンプル数に応じた各係数と前記各差分をそれぞれ乗算するステップと、
前記各乗算結果を前記極大値のサンプル及び前記極大値に近いサンプルに加算し、前記極小値及び前記極小値に近いサンプルから減算するステップとを、
処理するコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。 - 前記サンプル数が少ないほど前記係数が大きいことを特徴とする請求項4又は5記載のコンピュータプログラムが記録されたコンピュータプログラム記録媒体。
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