WO2001097212A1 - Dispositif et procédé d'interpolation de fréquence - Google Patents

Description

明細書

周波数補間装置および周波数補間方法 技術分野

この発明は、'帯域制限された信号のスぺクトル分布を改善する周波数補間装置及 び周波数補間方法に関する。

^背：景技術

MP 3 (MPEG 1 aud i o l ay e r 3) 形式のデータの配信、 及び、 FM (F r e qu e n c y Modu l a t i on) 放送やテレビジョン音声多重 放送等の手法による音楽などの供給が近年盛んになつている。 これらの手法では、 帯域が過度に広くなることによるデータ量の増大や占有帯域幅の広がりを避けるた め、 一般に、 供給する対象の音楽等のうち約 15 kHz以上の周波数成分が除去さ れている。

このように、 一定値以上の周波数成分が除去された音楽等は通常、 音質が悪い。 そこで、 除去された周波数成分に代わる信号を加算することが考えられる。 このた めの手法としては、 特開平 7— 93900号公報に開示されている手法がある。

特開平 7— 93900号公報に開示されている手法は、 P CMディジタルオーデ ィォ信号を口一パスフィルタに通して得られる出力オーディオ信号を、 当該出力信 号の絶対値成分を含む信号を乗算することにより歪みを生じさせる、 という手法で ある。

しかし、 特開平 7— 93900号公報のオーディオ信号再生装置は、 出力オーデ ィォ信号の波形をリミッタ回路等を用いて歪ませることにより高調波を発生させる に過ぎないものであって、 この高調波は元のオーディオ信号に本来的に含まれてい たものに近似し得るものであるかは分からない。

この発明は、 上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、 原信号の帯域を 制限した信号を用いて得られる所定の変換信号から原信号に近い信号を復元できる ようにするための周波数補間装置及び周波数補間方法を提供すること、 とりわけォ 一ディォ信号を高音質で復元するための周波数補間装置及び周波数補間方法を提供 することを第 1の目的とする。

さらに、 従来技術においては、 一定値以上の周波数成分を除去する必要がない場 合であっても、 音楽等を表すオーディオ信号を M P 3形式等でデータ圧縮する結果、 オーディォ信号の帯域は一律に制限されてしまうのが一般的である。

しかし、 P C Mディジタルオーディオ信号が表す元の音声等が、 本来的にローパ スフィルタの通過帯域幅を超える高域成分を有していないものである場合、 従来の 装置では、 元の音声等に含まれていない誤った高域成分を追加することになる。 こ のため、 出力オーディオ信号の音質は、 単に口一パスフィルタを通しただけで何も 処理を行なわないものに比べ、 かえつて劣化してしまうこととなる。

そこで、 上記実状に鑑み本発明は、 さらに原信号の一部帯域内のスペクトル成分 を抑圧したものを表す信号と、 当該帯域のスぺクトル成分を本来含まない原信号を 表わす信号が混在する信号からも、 原信号に近い信号を復元できるようにするため の周波数補間装置及び周波数補間方法を提供することを第 2の目的とする。

発明の開示

本発明の周波数補間装置は、 上記第 1の目的を達成するために、 原信号の特定周 波数帯域において周波数成分が抑圧された入力信号から、 該抑圧された周波数成分 を近似的に復元して原信号に近い信号を再生するための周波数補間装置において、 周波数成分が抑圧されないで残存する周波数帯域における短時間スぺクトルを求め、 所定の周波数間隔でのスぺクトルパターンの繰り返し性に基づいて、 該抑圧されて、 周波数帯域における周波数成分の短時間スぺクトルを推定し、 およびこの推定に基 づいて該抑圧された周波数成分を含む信号を合成して入力信号に付加するように構 成されている。 より具体的には、 本発明の周波数補間装置においては、 該短時間ス ぺクトルパターンの繰り返し性は、 周波成分が残存する周波数帯域における所定の 帯域幅を有する第 1の周波数蒂域と、 これに隣接する同一の帯域幅の第 2の周波数 帯域とにおける短時間スぺクトルパターン相互の相関度に基づいて判断される。

そして、 該第 1の周波数帯域の短時間スぺクトルパターンが第 2の周波数帯域に おける短時間スぺクトルパターンと強い相関度を有する場合に、 この相関を有する スぺクトルパターンのレプリカを結合して抑圧された周波数帯域の周波数成分を補 間するようにしている。

このような周波数補間装置によれば、 補間の対象とする信号 （被補間信号） のス ぺクトルのうちスぺク卜ル分布の相関が高い部分が、 包絡線に沿うようにして被補 間信号の高周波側に追加され、 帯域が拡張される。 追加されたスペクトルは、 元の スぺクトルの一部の高調波成分とみなし得るので、 被補間信号が帯域を制限された 信号である場合、 帯域が拡張された後の被補間信号は、 帯域が制限される前の原信 号に近いものとなる。 従って、 被補間信号がオーディオ信号を表すものであれば、 帯域が拡張された後の被補間信号を用いてオーディォ信号を復元することにより、 オーディォ信号が高音質で復元される。

さらに、 本発明の周波数補間装置においては、 該残存する周波数帯域のスぺク卜 ル包絡から推定される、 抑圧された周波数帯域のスぺクトル包絡に基づいて該補間 されるべき周波数成分の強度を決定するようにし、 また好ましくは、 該特定の周波 数帯域が、 高域周波数帯域とされ、 該第 1もしくは第 2の周波数帯域の上限周波数 が、 該抑圧された高域周波数帯域の下限周波数とされる。

このため、 前記被補間信号のスぺクトルのうち周波数が最高であるものを含んで いる場合、 被補間信号のスぺクトルのうち周波数が最高であるものを含む補間用帯 域自体が、 元のスペクトルの一部の高調波成分とみなし得る可能性が高い。 従って、 帯域が拡張された後の被補間信号は、 帯域が制限される前の原信号により近いもの となる。

本発明の第 1の目的を達成するための周波数補間装置は、 別の観点にたてば、 該 入力信号の短時間スぺクトルを生成するスぺクトル生成手段と、 互いに隣接する同 じ帯域幅を有する周波数帯域における短時間スぺクトルパターンが互いに相関関係 を有するような短時間スぺクトルパターンを抽出するスぺクトルパターン抽出手段 と、 該抑圧されない周波数帯域におけるスぺクトル包絡情報を抽出するスぺク卜ル 包絡抽出手段と、 該スぺクトルパターン抽出手段およびスぺクトル包絡抽出手段に 応動して、 該抑圧された周波数帯域を補間するための周波数スぺクトル信号を合成 する手段と、 該合成されたスぺクトル信号を該抑圧された周波数帯域に付加する手 段とを備える周波数補間装置として把握することもできる、 そして、 この装置にお いて、 該合成スペクトル信号は、 抑圧された周波数帯域における周波数成分を有し、 該抽出されたスぺクトルパターンを有し、 及び該スぺクトル包絡情報において定ま るレベルを有しており、 典型的には、 該入力信号が、 アナログオーディオ信号をサ ンプルし、 かつ量子化することにより得られた P C M信号から成るものである。

本発明は別の局面にかつ方法発明として把握することもできる。 この場合は、 本 発明の方法は、 原信号の特定周波数帯域に、 おける周波数成分が抑圧された入力信 号から、 該抑圧された周波数成分を近似的に復元して原信号に近い信号を再生する ための周波数補間方法であって、 周波数成分が抑圧されないで残存する周波数帯域 における短時間スぺクトルパターンの繰り返し性に基づいて、 該抑圧された周波数 帯域における周波数成分の短時間スぺクトルパターンを推定し、 およびこれを合成 して入力信号に付加するようにした方法であるということができる。

次に、 本発明の第 2の目的を達成するために、 本発明の周波数補間装置と、 原信 号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信号から、 該抑圧された周波 数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生するための周波数補間システ ムにおいて、 原信号の該特定周波数帯域に所定のレベル以上の周波数成分が含まれ ているかどうかを判別して、 その有無を示す識別データを生成する手段と、 該原信 号の該特定周波数帯域の周波数成分を抑圧し、 及び所定の信号変換処理を施す信号 変換手段と、 該変換された信号に該識別データを重畳して送信する手段と、 該送信 された信号を受信して、 該受信された信号に含まれる該識別データを判別して、 該 特定帯域の周波数成分の有無を判定する手段と、 該判定手段により、 該特定帯域に 周波数成分がなかったと判定された場合に、 該受信信号をそのまま外部に出力とし てとり出し、 また該特定周波数帯域に周波数成分があつたと判定された場合に、 次 段の信号処理手段に受信信号を入力させるよう動作する分岐制御手段と、 該分岐制 御手段からの該受信信号に応動して、 該所定の信号手段の逆変換処理および抑圧さ れた帯域の周波数成分を近似的に合成し付加する補間処理を実行するための信号処 理手段とを含む。 ここで、 該所定の信号変換処理とは、 より具体的にはデータ圧縮 処理であり、 該信号処理手段における該逆変換処理はデータ伸張処理である。 また、 該信号処理手段における補間処理は、 （ i ) 短時間スぺクトル分析処理、 （ i i ) 隣接する周波数帯域間で互いに相関を有する短時間スぺクトルパターンを抽出する 処理、 および （i i i ) スペクトル包絡情報を抽出する処理を使える。

このような周波数補間システムによれば、 原信号のスぺクトルが抑圧帯域に分布 しているかを示す識別データが生成される。 そして、 識別データが、 抑圧帯域内の スぺクトルの存在を示しているとき、 被補間信号のスぺクトルのうちスぺクトル分 布の相関が高い部分が、 包絡線に沿うようにして被補間信号の高周波側に追加され、 帯域が拡張される。 追加されたスペクトルは、 元のスペクトルの一部の高調波成分 とみなし得るので、 被補間信号が帯域を制限された信号である場合、 帯域が拡張さ れた後の被補間信号は、 帯域が制限される前の原信号に近いものとなる。 一方、 識 別データが、 被補間帯域内のスペクトルの不存在を示しているとき、 被補間信号は スぺクトル追加を受けずに出力される。

従って、 受信信号が、 被補間信号が原信号の一部帯域内のスペクトル成分を抑圧 したものであっても、 当該帯域のスぺクトル成分を本来的に含まない原信号を表す ものであっても、 原信号に近い信号が復元される。 そして、 信号がオーディオ信号 を表すものであれば、 このオーディォ信号が高音質で復元される。

本発明に係る上述の周波数補間システムは、 信号の （エンコーダを含む） 送信側 と、 （デコーダを含む） 受信側を双方を一体化したものとして把握したものである。 一方、 受信側 （デコーダ側） のみの構成として本発明を換えることもでき、 その場 合、 本発明の装置は、 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信 号から、 該抑圧された周波数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生す るための周波数補間装置であって、 原信号の該特定周波数帯域に所定の特定の周波 数帯域の信号成分が抑圧された原信号に所定の信号変換を施して得られる信号と、 これに重畳される該特定の周波数帯域に本来的に所定のレベル以上の周波数成分が 含まれていたかどうかを表わす識別データとから成る信号を受信する手段と、 該受 信された信号に含まれる該識別データを判別して、 該特定帯域の周波数成分の有無 を判定する手段と、 該判定手段により、 該特定帯域に周波数成分がなかったと判定 された場合に、 該受信信号をそのまま各部に出力としてとり出し、 また該特定周波 数帯域に周波数成分があつたと判定された場合に、 次段の信号処理手段に受信信号 を入力させるよう動作する分岐制御手段と、 該分岐制御手段からの該受信信号に応 動して、 該所定の信号変換の逆変換処理および抑圧された帯域の周波数成分を近似 的に合成し付加する補間処理を実行するための信号処理手段とから構成される。 さらに、 第 1の目的を達成するための周波数補間装置の場合と同様に、 方法発明 として把えた場合、 本発明の方法は、 原信号の該特定周波数帯域に所定のレベル以 上の周波数成分が含まれているかどうかを判別し、 その有無を示す識別データを生 成するステップと、 該原信号の該特定周波数帯域の周波数成分を抑圧し、 及び所定 の信号変換処理を施すステップと、 該変換された信号に該識別デ一夕を重畳して送 信するステップと、 該送信された信号を受信して、 該受信された信号に含まれる該 識別データを判別して、 該特定帯域の周波数成分の有無を判定するステップと、 該 判定ステップにより、 該特定帯域に周波数成分がなかったと判定された場合に、 該 受信信号をそのまま外部に出力としてとり出し、 また該特定周波数帯域に周波数成 分があつたと判定された場合に、 後の信号処理ステップに受信信号を入力させるよ う操作する分岐ステップと、 該分岐ステップからの該受信信号に応動して、 該所定 の信号変換の逆変換処理および抑圧された帯域の周波数成分を近似的に合成し付加 する補間処理を実行するための信号処理ステップとを含む信号処理方法であるとい うことができる。

図面の簡単な説明

第 1図は、 この発明の第 1の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図であ る。

第 2図は、 アナライザの構成を示す図である。

第 3図の （a ) は、 元のオーディオ信号のスペクトルを表す図であり、 また (b) は、 オーディオ信号のうち一定値以上の周波数成分が除去されたもののスぺ クトルを表す図である。

第 4図の （a) 及び （b) は、 補間後のスペクトル分布の例を示す図である。 第 5図は、 シンセサイザの構成を示す図である。

第 6図は、 この発明の第 2の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図であ る。

第 7図は、 第 6図の周波数補間部の構成を示す図である。

第 8図は、 この発明の第 3の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図であ る。

発明の実施の形態

以下、 図面を参照して、 この発明の実施の形態をいくつかの実施例をあげながら 詳細に説明する。

(第 1の実施形態）

第 1図は、 この発明の第 1の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図であ る。

図示するように、 この周波数補間装置は、 アナライザ 1と、 周波数補間処理部 2 と、 補間バンド加算部 3と、 シンセサイザ 4とより構成されている。

アナライザ 1は、 第 2図に示すように、 n個の遅延部 1 1— 0〜1 1 _ (n— 1) と、 （n+ 1) 個のサンプラ一 12— 0〜12— nと、 フィルタバンク 13と より構成されている。 （ただし、 nは 1以上の任意の整数とする。 ）

遅延部 11— 0〜11— (n_ l) は、 各自に供給された信号を、 この信号のサ ンプル周期 1周期分遅らせて出力する。

遅延部 11一 k (kは 0以上 （n— 1) 以下の任意の整数） が出力する信号はサ ンプラ一 12— kに供給される。 また、 遅延部 11一 j (jは 0以上 （n— 2) 以 下の任意の整数） は、 遅延部 11一 （j + 1) が出力する信号を供給される。 遅延 部 11一 （n— 1) には、 この周波数補間装置により周波数の補間を施す対象とな る P CM (Pu l s e Code Mu d u 1 a t i o n) 信号が供給される。 従って、 遅延部 1 1一 kは、 遅延部 1 1— (n— 1) に供給された PCM信号を、 この P CM信号の （n— k) サンプル周期分送らせた信号を出力する。

なお、 上述の P CM信号は、 音声等のアナログオーディオ信号を用いてこれをサ ンプルし、 かつ量子化する、 いわゆる P CM変調を行うことにより得られる信号で ある。 この P CM信号が表すオーディオ信号のスペクトル分布は、 例えば第 3図

(b) に示すように、 第 3図 （a) に示す元のオーディオ信号のスペクトルのうち 一定値以上 （第 3図 （b) に示す場合においては、 14kHz以上） の周波数成分 が除去されたものに相当するものとする。

サンプラー 12— 0〜12— nは、 各自に供給された信号を、 周波数の補間を受 ける対象の P CM信号のサンプリング周波数の （n+ 1) 分の 1の周波数でサンプ リングし、 サンプリング結果を表す信号を、 フィルタバンク 13へと供給する。

サンプラー 12_kには、 上述の通り、 遅延部 11—kが出力する信号が供給さ れる。 サンプラー 12— nには、 この周波数補間器により周波数の補間を受ける対 象の PCM信号が、 遅延部 11_ (n— 1) に供給されるのと実質的に同時に供給 される。

フィルタバンク 13は、 DSP (D i g i t a l S i gn a l P r o c e s s o r) や CPU (Ce n t r a l P r o c e s s i ng Un i t) 等より構 成されている。

フィルタバンク 13は、 上述の通りサンプラー 12— 1〜12— nが出力する信 号を供給される。

そして、 フィルタバンク 13は、 ポリフェーズフィルタ、 離散コサイン変換、 (DCT : D i s c r e t e Co s i n e T r an s f o rm) 、 LOT (L a p p e d O r t h o gon a l T r an s f o rm) , MLT (Modu l a t e d L a p e d Tr an s f o rm) 、 QMF (Qu a d r a t u r e

M i r r o r F i 1 t e r ) あるいは E L T (E x t e n d e d L a p p e d Tr an s f o rm) 等の手法を用い、 自己に供給されたこの信号の短区間ス ベクトル分布を表す 1番目〜 （n+ 1) 番目までの （n+ 1) 個の信号を生成する。 つまり、 時系列信号を周波数スペクトル信号に変換する。 そして、 生成したこれら (n+ 1) 個の信号を、 周波数補間処理部 2及び補間バンド加算部 3へと供給する。 フィルタバンク 13が生成する p番目 （pは 1から （n+ 1) までの整数） の信 号は、 サンプラー 1 2— 0〜 12— nが出力する信号の短区間スぺクトル分布を (n + 1) 等分して得られる互いに帯域幅が等しい帯域のうち、 周波数が p番目に 低い帯域内のスぺクトル分布を表す信号であるものとする。

周波数補間処理部 2は、 DSPや CPU等より構成されている。 周波数補間処理 部 2は、 上述の （n+ 1) 個の各帯域内のスペクトル分布を表す （n+ 1) 個の信 号をフィルタバンク 13より供給されると、 例えば以下 （1) 〜 （5) として述べ る処理を行うことにより、 後述の補間用バンドとして用いる基準バンドを決定する。

(1) 補間用バンドを決定するため、 周波数補間処理部 2はまず、 フィル夕バ ンク 13から供給された信号が表す各帯域のうちもっとも周波数が高い方から q個

(qは 1以上 n以下の整数） の連続した帯域を連結して形成されるバンド （基準バ ンド） を特定する。 また、 基準バンド内のスペクトル成分の二乗平均値 Xを求める。 なお、 基準バンドの最高周波数以上の帯域は、 アナライザ 1に供給された P CM信 号が表すオーディオ信号のスぺクトルが実質的に含まれていない帯域であるものと 特定される。

(2) 一方、 周波数補間処理部 2は、 フィルタバンク 13から供給された信号 が表す各帯域のうちもつとも周波数が高い帯域を除いたうちの Q個の連続した帯域 を連結して形成され得るバンド （比較対象バンド） を 1個特定する。 そして、 比較 対象バンド内のスぺクトル成分の二乗平均値 Yを求める。

(3) 基準バンド内及び比較対象バンド内の各スぺクトル成分の二乗平均値を 用いて、 比較対象バンドのスペクトル成分の値の正規化を行う。 すなわち、 例えば、 基準バンド内のスぺクトルの二乗平均値に対する、 比較対象バンド内のスぺク卜ル 成分の二乗平均値の比の値、 即ち、 Y/Xを求め、 比較対象バンド内の各スぺクト ル成分の値にこの比の値を各々乗じて得られる積を求める。 得られた積の集合が、 規格化された後の比較対象バンド内のスぺクトル分布を表す。 ( 4 ) 基準バンド内のスペクトル分布と、 規格化された後の比較対象バンド内 のスぺクトル分布との相関係数を、 最小二乗法等の手法を用いて求める。

ただし、 周波数補間処理部 2は、 比較対象バンド内の各スペクトルの周波数を、 その元来の値に、 基準バンド及び比較対象バンドの各最低周波数の差を加算 した 周波数であるものとして扱い、 相関係数を求めるものとする。

( 5 ) 周波数補間処理部 2は、 とり得るすべての qの値、 及び、 とり得るすべ ての基準バンド及び比較対象バンドの組み合わせについて上述 （1 ) 〜 （4 ) の処 理を行うことにより相関係数を求めると、 これらの各組み合わせのうちでもっとも 高い相関係数が得られた組み合わせを特定する。 そして、 その組み合わせに含まれ る基準バンドを特定する情報を、 補間バンド加算部 3へと供給する。

補間バンド加算部 3は、 D S Pや C P U等より構成されている。 補間バンド加算 部 3は、 上述の （n + 1 ) 個の各帯域内のスペクトル分布を表す （n + 1 ) 個の信 号をフィルタバンク 1 3より供給されると、 各帯域内のスぺクトル分布の包絡線を なす関数を特定する。 そして、 特定した関数に基づき回帰計算を行う等することに より、 これら各帯域のうちもつとも周波数が高い帯域より更に高周波側の帯域であ る （帯域制限処理により抑圧はされたが） 補間用バンドに本来含まれているべきス ぺクトル成分の二乗平均値の推定値を求める。

なお、 補間用バンドの数は 1個でも複数でもよく、 各々の補間用バンドの帯域幅 は、 周波数補間処理部 2が供給する情報により特定される基準バンドの帯域幅に等 しいものとする。 補間用バンドが複数個ある場合、 各補間用バンドは互いに重複の ないように連続しており、 補間バンド加算部 3は、 各々の補間用バンドについて、 スぺクトル成分の二乗平均値の推定値を求めるものとする。

そして、 補間バンド加算部 3は、 周波数補間処理部 2より、 基準バンドを特定す る情報を供給されると、 特定された基準バンドをスケ一リングすることにより補間 用バンドのスぺクトル分布を求める。

すなわち、 補間バンド加算部 3は、 まず、 特定された基準バンド内のスペクトル 成分の二乗平均値を求める。 そして、 求めた基準バンド内のスペクトル成分の二乗 平均値に対する、 補間用バンド内のスぺクトル成分の二乗平均値の推定値の比の値 を求め、 基準バンド内の各スぺクトル成分の値にこの比の値を各々乗じて得られる 積を求める。 得られた積の集合が、 スケーリングされた後の基準バンド内のスぺク トル分布を表す。

そして、 補間バンド加算部 3は、 スケーリングされた基準バンド内のスペクトル 分布を、 補間用バンド内のスぺクトル分布を表すものとして扱うことにより補間用 バンド内のスペクトル分布を表す信号を生成し、 生成した信号を、 フィルタパンク 1 3から供給される信号と共にシンセサイザ 4へと供給する。

従って、 補間バンド加算部 3からシンセサイザ 4へは、 元の P C M信号のスぺク トルに補間バンドのスぺクトル成分が加算されて得られるスぺクトルの分布 （補間 後のスぺクトル分布） を表す信号が供給される。

ただし、 補間バンド加算部 3は、 スケーリングされた基準バンド内のスペクトル 分布を、 周波数が低い方から r個目の補間バンド内のスぺクトル分布として扱う場 合、 スケーリングされた基準バンド内の各スペクトルの周波数が、 その元来の値に、 基準バンドの最高周波数と、 補間バンドの帯域幅の （r一 1 ) 倍の値と、 を加算し た値であるものとして扱うものとする。

なお、 第 4図 （a ) 及び （b ) は、 補間後のスペクトル分布の例を示す図である。 第 4図 （a ) は、 元の P C M信号が表すオーディオ信号の 7個の帯域 （帯域 1〜 帯域 7 ) のうち帯域 7及び帯域 6の組み合わせがもつとも相関係数が高かった場合 である。 つまり、 スペクトルパターンが 1帯域の周期での繰り返し性をもっている 場合である。 この場合においては、 図示するように、 この場合の基準バンドである 帯域 7のスぺクトル分布と実質的に同一の分布を有するスぺクトルが、 4個の補間 用バンド A 1〜A 4に追加されている。

第 4図 （b ) は、 元の P C M信号が表すオーディオ信号の 7個の帯域のうち、 帯 域 6及び 7からなる帯域と、 帯域 4及び 5からなる帯域との組み合わせがもっとも 相関係数が高かった場合である。 つまり、 スペクトルパターンが 2帯域の周期での 繰り返し性が認められる場合である。 この場合においては、 図示するように、 この 場合の基準バンド （つまり、 帯域 6及び 7とからなる帯域） のスペクトル分布と実 質的に同一の分布を有するスぺクトルが、 2個の補間用バンド B 1〜B 2に追加さ れている。

シンセサイザ 4は、 第 5図に示すように、 フィルタバンク 41と、 （n+ 1) 個 のサンプラー 42— 0〜42— nと、 n個の遅延部 43— 0 ~ 43— (n— 1) と、 加算器 44—0〜44— (n- 1) とより構成されている。

フィルタバンク 41は、 DS Pや CPU等より構成されており、 上述の通り、 補 間バンド加算部 3が出力する、 補間後のスぺクトル分布を表す信号を供給される。 そして、 フィルタバンク 41は、 ポリフエ一ズフィルタ、 DCT、 L〇T、 ML Tあるいは EL T等の手法を用い、 自己に供給された信号が表すスぺクトル分布を 有する信号を （n+ 1) 点で等間隔にサンプリングした値を表す （n+ 1) 個の信 号を生成する （つまり、 周波数帯域のスペクトル信号を時間領域の信号にもどす） 。 そして、 生成したこれら （n+ 1) 個の信号のうち p番目 （pは 1から （n+ 1) までの整数） の信号を、 サンプラー 42— （p— 1) へと供給する。

なお、 フィルタバンク 41が生成するこの信号が表す値のサンプリング間隔は、 アナライザ 1のサンプラー 12— 1〜12— nのサンプリング間隔に実質的に等し いものとする。

また、 フィルタバンク 41が生成する p番目の信号は、 フィル夕バンク 41に供 給された信号が表すスペクトル分布を有する信号を （n+ 1) 点で等間隔にサンプ リングした値のうち、 サンプリングの時刻が p番目に早い値を表すものとする。

サンプラー 42_ 1〜42— nは、 各自に供給された信号を、 当該信号の （n + 1) 倍の周波数の信号へと変換し、 変換結果を表す P CM信号を出力するものであ る。

サンプラー 42— （p— 1) には、 上述の通り、 フィルタバンク 41が出力する p番目の信号が供給される。 そして、 サンプラー 42— （s— 1) は、 自己が出力 する信号を、 加算器 44一 （p— 1) へと供給する （sは 1から nまでの整数） 。 サンプラー 42— nは、 自己が出力する信号を遅延部 43 _ (n— 1) へと供給す る。

遅延部 43— 0〜43— (n- 1) は、 各自に供給された信号を、 この信号の周 期 1周期分遅らせて出力する。

遅延部 43— k (kは 0以上 （n— 1) 以下の任意の整数） が出力する信号は加 算器 44— kに供給される。 また、 遅延部 43— j (jは 0以上 （n— 2) 以下の 任意の整数） は、 加算器 44一 ( j + 1 ) が出力する信号を供給される。 遅延部 4 3— （n— 1) には、 上述の通りサンプラー 42 _nが出力する信号が供給される 加算器 44— 0〜44一 （n— 1) は、 各自に供給された 2個の信号の和を表す 信号を出力する。

加算器 44一 kには、 サンブラ一 42— kと、 遅延部 43— kとから信号が供給 される。 そして、 加算器 44一 m (mは 1以上 n— 1以下の整数） が出力する信号 は遅延部 43— （m— 1) に供給される。 加算器 44—0が出力する信号は、 この 周波数補間器の出力信号をなす。

加算器 44— 0が出力するこの出力信号は、 サンプラー 42— 0、 42 - 1、 · · ·、 42— (n- 1) 及び 42 _nが出力した信号を、 アナライザ 1に供 給された P CM信号の周期と実質的に同一の周期で順次出力したものに相当し、 そ のスぺクトル分布が補間後のスぺクトル分布に相当する P CM信号である。

補間後のスぺクトル分布のうち補間バンド加算部 3により加算された補間バンド の部分は、 最もスぺクトル分布の相関が高い基準バンド及び比較対象バンドの組み 合わせに含まれる基準バンドのスぺクトル分布に相当するスぺクトル分布を有する。 従って、 補間バンドの部分は、 この基準バンド又は比較対象バンドの高調波成分と みなし得るので、 加算器 44一 0が出力する出力信号は、 帯域が制限される前のォ 一ディォ信号に近いオーディオ信号を P CM変調して得られる P CM信号となる。 従って、 この出力信号を用いてオーディオ信号を復元することにより、 オーディオ 信号が高音質で復元される。

なお、 この周波数補間器の構成は上述のものに限られない。

例えば、 遅延部 1 1一 0〜1 1— (n - 1) 及び 43 - 0〜43— （n— 1) や、 サンプラー 1 2— 0〜 1 2— n及び 4 2— 0〜4 2 _ nや、 加算器 4 4—0〜4 4 一 （n— 1 ) の機能を、 D S Pや C P Uが行ってもよい。

また、 周波数補間処理部 2は、 相関係数に代えて、 基準バンドと比較対象バンド との相関を表す任意の数値を、 基準バンド及び比較対象バンドのスぺクトル分布に 基づいて求め、 補間用バンドの決定に用いてよい。

また、 周波数補間処理部 2は、 基準バンド及び比較対象バンドの組み合わせを特 定した後、 特定された組み合わせに含まれる比較対象バンドを特定する情報を補間 バンド加算部 3に供給してもよい。 この場合、 補間バンド加算部 3は、 特定された 比較対象バンドをスケーリングすることにより補間用バンドのスぺクトル分布を求 めればよい。

また、 周波数補間処理部 2は、 上述の （3 ) の処理で、 比較対象バンドの方を規 格化してもよい。

ただし、 補間用バンドのスぺクトル分布を基準バンドのスぺクトル分布に基づい て求めるようにすれば、 基準バンドの最高周波数は元の P C M信号のスぺクトルの 最高周波数を含んでいるので、 基準バンド自体が、 比較対象バンドの高調波成分と みなし得る可能性が高い。 従って、 補間用バンドのスペクトル分布を基準バンドの スぺクトル分布に基づいて求めるようにすれば、 加算器 4 4一 0が出力する出力信 号は、 補間用バンドのスぺクトル分布を比較対象バンドのスぺクトル分布に基づい て求めた場合に比べ、 帯域が制限される前のオーディオ信号により近いオーディオ 信号を表すものとなる。

また、 この周波数補間器が補間を行う対象の信号は P C M信号である必要はなく、 オーディォ信号を変調して得られる変調波である必要もない。

以上、 この発明の実施の形態を説明したが、 この発明にかかる周波数補間装置は、 専用のシステムによらず、 通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。 例えば、 パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータに上述のアナライザ 1、 周波数補間処理部 2、 補間バンド加算部 3及びシンセサイザ 4の動作を実行するた めのプログラムを格納した媒体 （C D— R〇M、 MO、 フロッピーディスク等） か ら該プログラムをィンストールすることにより、 上述の処理を実行する周波数補間 器を構成することができる。

また、 例えば、 通信回線の掲示板 （BBS) に該プログラムを掲示し、 これを通 信回線を介して配信してもよく、 また、 該プログラムを表す信号により搬送波を変 調し、 得られた変調波を伝送し、 この変調波を受信した装置が変調波を復調して該 プログラムを復元するようにしてもよい。

そして、 このプログラムを起動し、 OSの制御下に、 他のアプリケーションプロ グラムと同様に実行することにより、 上述の処理を実行することができる。

なお、 OSが処理の一部を分担する場合、 あるいは、 OSが本願発 の 1つの構 成要素の一部を構成するような場合には、 記録媒体には、 その部分をのぞいたプロ グラムを格納してもよい。 この場合も、 この発明では、 その記録媒体には、 コンビ ユー夕が実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが格納されてい るものとする。

以上説明した、 本発明の第 1の実施形態に係る周波数補間装置 （又は方法） によ り、 上述した本発明の第 1の目的が効果的に達成される。

(第 2の実施形態）

第 6図は、 この発明の第 2の目的を達成するための一実施態様即ち本発明の第 2 の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図である。

図示するように、 この周波数補間装置は、 高域検出部 1と、 音声圧縮部 2と、 音 声伸張部 3と、 周波数補間部 4とより構成されている。

高域検出部 1は、 第 6図に示すように、 HPF (ハイパスフィル夕） 1 1と、 検 波部 12とより構成されている。

HP F 1 1は、 デ一夕圧縮を施す対象の P CM (P u 1 s e Cod e Mud u 1 a t i on) 信号が自己に供給されると、 この P CM信号のうち所定の通過周 波数以下の成分を遮断し、 他の成分 （高域成分） を検波部 12へと供給する。 なお、 HPF 1 1に供給される、 データ圧縮を施す対象の P CM信号は、 音声圧縮部 2に も並行して供給される。 なお、 データ圧縮を施す対象の PCM信号は、 音声等を電圧あるいは電流の変化 として表すオーディオ信号を表すものである。 そして、 上述の通過周波数は、 音声 圧縮部 2が後述のように P CM信号をデータ圧縮する結果得られる圧縮データの占 有帯域の上限より高い周波数であればよい。 例えば、 圧縮データの占有帯域の上限 が 14キロへルツ程度である場合、 上述の通過周波数は、 例えば約 16キロへルツ であればよい。

検波部 12は、 HPF 11より PCM信号の高域成分が供給されると、 この高域 成分を検波して検波信号を生成し、 この検波信号を、 例えばデ一夕圧縮を施す対象 の P CM信号が音声圧縮部 2に供給されるタイミングに同期した夕イミングで、 音 声圧縮部 2へと供給する。

音声圧縮部 2は、 例えば、 DSP (D i g i t a l S i gn a l P r o c e s s o r) や、 CPU (Ce n t r a l P r o c e s s i ng Un i t ) や、 マルチプレクサ等を備え、 また、 記録媒体 （例えば、 CD— R等） へのデータの記 録及び記録媒体からのデータの読み出しを行う記録媒体ドライバを備えている。

音声圧縮部 2は、 データ圧縮を施す対象である上述の P CM信号を供給されると、 この P CM信号が表すデータに、 MP 3 AAC (Adv anc e d Aud i o

Cod i n ) その他任意の手法によるデータ圧縮を施す。 なお、 データ圧縮に より得られるデータ （すなわち、 上述の圧縮デ一夕） の占有帯域の上限の周波数は 所定の値以下となる。

また、 音声圧縮部 2は、 この P CM信号に高域成分が含まれているか否かを示す 外部デ一タを、 検波部 12から検波信号が供給されたか否かに応じて生成する。

具体的には、 音声圧縮部 2は、 例えば、 検波部 12から検波信号が供給されたと き、 この検波信号に同期して自己に供給された P CM信号に高域成分が存在するこ とを示す外部データを生成する。 一方、 データ圧縮を施す対象の P CM信号が供給 されたとき、 この P CM信号に同期した検波信号が供給されなかったときは、 この P C M信号に高域成分が存在しないことを示す外部デー夕を生成する。

従って、 例えば、 圧縮データの占有帯域の上限の周波数が約 14キロへルツであ つて、 一方、 HPF 1 1 (及び音声圧縮部 2) に供給された P CM信号のスぺクト ル分布が第 2図に示すようなものである場合 （すなわち、 もとより 14キロへルツ 以上のスペクトル成分を実質的に含んでいない場合） 、 検波部 12は、 この PCM 信号に高域成分が存在しないことを示す外部データを生成する。

そして、 音声圧縮部 2は、 P CM信号のデータ圧縮により得られた圧縮データと、 この P CM信号に高域成分が存在するか否かを示す上述の外部データとを、 互いに 対応付けて、 記録媒体ドライバにセッ卜された外部の記録媒体に記録する。

なお、 音声圧縮部 2は、 記録媒体ドライバに代えて、 あるいは記録媒体ドライバ と共に、 外部の通信回線に接続されたモデムやターミナルアダプタ等より構成され る通信制御装置を備えていてもよい。 この場合、 音声圧縮部 2は、 自己に供給され た P C M信号をデ一タ圧縮して得られた圧縮デー夕にこの P C M信号の高域成分の 有無を示す上述の外部データを付し、 通信回線を介して外部へと伝送してもよい。 また、 音声圧縮部 2が、 P CM信号に MP 3形式のデータ圧縮を施すものである 場合、 外部データはアンシエラリコードに含まれるものとすればよい。

音声伸長部 3は、 例えば、 DSPや CPU等を備え、 また、 記録媒体ドライバを 備えている。 音声伸長部 3は、 P CM信号を MP 3や A AC等の手法によりデータ 圧縮したものを表す上述の圧縮データと、 この圧縮デ一夕に対応付けられた上述の 外部データとを、 記録媒体ドライバにセットされた外部の記録媒体より読み出す。 そして、 読み出した圧縮データを MP 3や AAC等の手法により伸長し、 伸長によ り得られたデータを表す P CM信号を生成して、 生成した P CM信号と、 記録媒体 から読み出した外部データとを、 互いに対応付けて周波数補間部 4へと （より具体 的には、 後述の補間要否判別部 41へと） 供給する。

なお、 音声伸長部 3は、 記録媒体ドライバに代えて、 あるいは記録媒体ドライバ と共に、 通信制御装置を備えていてもよい。 この場合、 音声伸長部 3は、 外部デー 夕が付された圧縮データが通信回線を介して外部より自己へと供給されたとき、 こ の外部データ及び圧縮データを受信して受信した圧縮データを伸長し、 伸長により 得られたデ一夕を表す P CM信号と、 受信した外部データとを、 周波数補間部 4へ と供給するようにしてもよい。

周波数補間部 4は、 第 7図に示すように、 補間要否判別部 4 1と、 アナライザ 4 2と、 補間処理部 4 3と、 補間バンド加算部 4 4と、 シンセサイザ 4 5とより構成 されている。

補間要否判別部 4 1は、 例えば、 デマルチプレクサ等より構成されている。 補間 要否判別部 4 1は、 互いに対応付けられた P C M信号及び外部データを音声伸長部 3より供給されると、 この外部データが、 高域成分の存在又は不存在のいずれを示 しているかを判別する。 そして、 高域成分が存在していることを示すと判別すると、 音声伸長部 3より供給されたこの P C M信号を、 アナライザ 4 2へと供給する。

一方、 補間要否判別部 4 1は、 音声伸長部 3より取得した外部データが、 高域成 分の不存在を示すと判別した場合は、 音声伸長部 3より供給されたこの P C M信号 を、 周波数補間部 4の出力信号として出力する。

第 6図の周波数補間部 4の構成におけるアナライザは、 第 2図に示すアナライザ の構成と実質的に同一の構成を有しており、 第 2図のアナライザと実質的に同一の 処理を行う。 この結果、 第 8図の周波数補間部 4のアナライザは、 自己に供給され た圧縮デ一夕のスペクトル分布を （n + 1 ) 等分して得られる互いに帯域幅が等し い （n + 1 ) 個の各帯域内のスペクトル分布を表す （n + 1 ) 個の信号を生成し、 周波数補間部 4の補間処理部へと供給する。

第 6図の周波数補間部 4の構成におけるシンセサイザは、 第 5図に示すシンセサ ィザの構成と実質的に同一の構成を有している。 第 8図の周波数補間部 4のシンセ サイザは、 第 5図のシンセサイザと実質的に同一の動作を行うことにより、 補間後 のスぺクトル分布に相当するスぺクトル分布を有する P C M信号を、 周波数補間部 4のアナライザに供給された P C M信号の周期と実質的に同一の周期で順次出力す る。

補間後のスぺクトルのうち、 周波数補間部 4の補間バンド加算部により加算され た被補間バンド内の成分は、 最もスぺクトル分布の相関が高い基準バンド及び比較 対象バンドの組み合わせに含まれる基準バンド内のスぺクトル分布に相当するスぺ クトル分布を有するものである。

(第 3の実施形態）

第 8図は、 この発明の第 3の実施形態に係る周波数補間装置の構成を示す図であ る。 ' 図示するように、 この周波数補間装置は、 高域検出部 1に代えて包絡線検出部 5 を備える点と、 周波数補間部 4が補間要否判別部 41を備えていない点とを除き、 第 6図に示す第 2の実施形態の周波数補間装置と実質的に同一の構成を有している。 第 8図の構成における周波数補間部 4は、 第 6図の構成における周波数補間部 4と 同様、 アナライザ、 補間処理部、 補間バンド加算部及びシンセサイザを備えている。 ただし、 この音声信号処理装置の各部の動作は、 後述する点で、 第 6図の音声信号 処理装置の各部の動作と異なっている。

包絡線検出部 5は、 例えば、 周波数補間部 4のアナライザ 41と実質的に同一の 構成を有するアナライザと、 並列一直列変換器と、 LPF (ローパスフィルタ） と から構成されている。

包絡線検出部 5のアナライザは、 デ一夕圧縮を施す対象の P CM (Pu l s e Cod e Mu d u 1 a t i o n) 信号が自己に供給されると、 この PCM信号の スペクトル分布を表す一定の個数の信号を生成し、 生成したこれらの信号を、 包絡 線検出部 5の並列一直列変換器へと供給する。 なお、 データ圧縮を施す対象の PC M信号は、 音声圧縮部 2にも並行して供給される。

包絡線検出部 5の並列一直列変換器は、 包絡線検出部 5のアナライザより、 デ一 タ圧縮を施す対象の P CM信号のスぺクトル分布を表す各信号を供給されると、 こ れらの信号を、 周波数が低い帯域を表すもの順 （又は、 周波数が高い帯域を表すも の順） に、 順次、 包絡線検出部 5の LP Fへと供給する。

包絡線検出部 5の LP Fは、 包絡線検出部 5の並列一直列変換器より、 データ圧 縮を施す対象の P CM信号のスぺクトル分布を表す信号を順次供給されると、 自己 に供給されるこれら信号のうち周波数が一定の遮断周波数以上の成分を遮断し、 他 の成分 （低域成分） を音声圧縮部 2に供給する。 包絡線検出部 5の LP Fが音声圧 縮部 2に供給する低域成分は、 データ圧縮を施す対象の P C M信号のスぺクトル分 布の包絡線を表す信号をなす。

第 8図の構成における音声圧縮部 2は、 検波部 1 2から検波信号が供給されたか 否かに応じて外部データを生成する代わりに、 包絡線検出部 5から供給される低域 成分を表す信号 （データ圧縮を施す対象の P C M信号のスぺクトル分布の包絡線を 表す信号） を外部データとして扱う。

すなわち、 音声圧縮部 2は、 圧縮データと、 この圧縮デ一夕の生成に用いた元の P C M信号のスぺクトル分布の包絡線を表す外部データとを互いに対応付け、 記録 媒体ドライバにセットされた外部の記録媒体に記録する。 あるいは、 圧縮データに この外部データを付し、 通信回線を介して外部へと伝送する。

第 8図の音声伸長部 3は、 P C M信号を M P 3や AA C等の手法によりデータ圧 縮したものを表す上述の圧縮データと、 この圧縮データに対応付けられた上述の外 部データとを外部の記録媒体より取得し、 あるいは、 通信回線を介して外部より自 己へと供給された外部データ付きの圧縮デ一夕を取得する。 そして、 取得した圧縮 デ一タを、 第 6図の音声伸長部 3と同様に M P 3や AA C等の手法により伸長し、 伸長により得られたデータを表す P C M信号を周波数補間部 4のアナライザへと供. 給する。 また、 取得した外部データを、 周波数補間部 4の補間バンド加算部へと供 給する。

第 8図の周波数補間部 4の構成におけるアナライザは、 第 2図に示すアナライザ の構成と実質的に同一の構成を有しており、 第 2図のアナライザと実質的に同一の 処理を行う。 この結果、 第 8図の周波数補間部 4のアナライザは、 自己に供給され た圧縮データのスペクトル分布を （n + 1 ) 等分して得られる互いに帯域幅が等し い （n + 1 ) 個の各帯域内のスペクトル分布を表す （n + 1 ) 個の信号を生成し、 周波数補間部 4の補間処理部へと供給する。

第 8図の周波数補間部 4の構成における補間処理部は、 第 7図の構成における補 間処理部 4 3と実質的に同一の構成を有しており、 第 7図の補間処理部 4 3と実質 的に同一の動作を行うことにより基準バンドを決定し、 決定した基準バンドを特定 する情報を、 周波数補間部 4の補間パンド加算部へと供給する。

第 8図の周波数補間部 4の構成における補間バンド加算部は、 第 7図の周波数補 間部 4の構成における補間バンド加算部 4 4と同様、 D S Pや C P U等より構成さ れている。 第 8図の周波数補間部 4の補間バンド加算部は、 上述の （n + 1 ) 個の 各帯域内のスペクトル分布を表す （n + 1 ) 個の信号を周波数補間部 4のアナライ ザより供給され、 外部デ一夕を音声伸長部 3より供給されると、 第 7図の補間バン ド加算部 4 4と実質的に同一の処理を行うことにより、 補間後のスぺクトル分布を 表す信号を、 周波数補間部 4のシンセサイザへと供給する。

ただし、 第 8図の周波数補間部 4の補間バンド加算部は、 周波数補間部 4のアナ ライザより供給される信号に基づいて各帯域内のスぺクトル分布の包絡線をなす関 数を特定して回帰計算を行う代わりに、 自己の供給された外部データが示す包絡線 をなす関数に基づき、 被補間バンドに本来含まれているべきスぺクトル成分の二乗 平均値の推定値を求める。

第 8図の周波数補間部 4の構成におけるシンセサイザは、 第 5図に示すシンセサ ィザの構成と実質的に同一の構成を有している。 第 8図の周波数補間部 4のシンセ サイザは、 第 5図のシンセサイザと実質的に同一の動作を行うことにより、 補間後 のスぺクトル分布に相当するスぺクトル分布を有する P C M信号を、 周波数補間部 4のアナライザに供給された P C M信号の周期と実質的に同一の周期で順次出力す る。

補間後のスぺクトルのうち、 周波数補間部 4の補間バンド加算部により加算され た被補間バンド内の成分は、 最もスぺクトル分布の相関が高い基準バンド及び比較 対象バンドの組み合わせに含まれる基準バンド内のスぺクトル分布に相当するスぺ クトル分布を有するものである。

なお、 この音声信号処理装置の構成も上述のものに限られない。

例えば、 包絡線検出部 5のアナライザ、 並列一直列変換器及び L P Fのうち少な くとも一部の機能を D S Pや C P Uが行ってもよいし、 包絡線検出部 5の全体の機 能を、 D S Pや C P Uが行ってもよい。 包絡線検出部 5のアナライザは、 公知の構 成を有する F F T (高速フーリエ変換器） より構成されていてもよい。

また、 包絡線検出部 5は、 データ圧縮を施す対象の P C M信号のスペクトル分布 の包絡線を表す信号を生成する代わりに、 データ圧縮を施す対象の P C M信号の占 有帯域を示す信号を生成するようにしてもよい。 この場合、 音声圧縮部 2は、 圧縮 データの生成に用いた元の P C M信号のスぺクトル分布の占有帯域を表すデータを 外部データとして扱ってもよい。 なお、 占有帯域を示すデータは、 例えば、 P C M 信号のスぺクトル成分の最低周波数と当該 P C M信号の占有帯域幅とを示すデータ から構成されていればよく、 また、 P C M信号のスペクトル成分の最低周波数が既 定値 （例えば、 0ヘルツ） である場合は、 当該 P C M信号の占有帯域幅を示すデー 夕を含んでいれば十分である。

外部デ一夕が、 圧縮データの生成に用いた元の P C M信号のスぺクトル分布の占 有帯域を表すものである場合、 周波数補間部 4の補間バンド加算部は、 第 1の実施 の形態における補間バンド加算部 4 4と同様、 周波数補間部 4のアナライザより供 給される信号に基づいて各帯域内のスぺクトル分布の包絡線をなす関数を特定して 回帰計算を行うことにより、 被補間バンドに本来含まれているべきスぺクトル成分 の二乗平均値の推定値を求めるものとする。 ただし、 被補間バンドのうち、 外部デ 一夕が示す占有帯域を超える帯域内のスぺクトル成分は実質的に存在しないものと して、 被補間バンドに本来含まれているべきスぺクトル成分の二乗平均値の推定値 を求めるものとする。

以上説明した、 本発明の第 2および第 3の実施形態に係る周波数補間装置により、 上述した本発明の第 2の目的が効果的に達成される。

産業上の利用可能性

以上の説明のように、 この発明によれば、 原信号の帯域を制限した信号を用いて 得られる変調波から原信号に近い信号を復元できるようにするための特にオーディ ォ信号を高音質で復元するための周波数補間装置及び周波数補間方法が実現される。 さらに、 この発明によれば、 原信号の一部帯域内のスペクトル成分を抑圧したも のを表す信号と、 当該帯域のスぺクトル成分を本来含まない原信号を表わす信号の いずれか一方の信号又はこれら信号が混在するような信号からも、 原信号に近い信 号を適切に復元できるようにするための周波数補間装置及び周波数補間方法が実現 される。

Claims

請求の範囲

1 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された入力信号から、 該抑圧された周波数成分を近似的に復元して原信号に近い信号を再生するための周 波数補間装置であって、

周波数成分が抑圧されないで残存する周波数帯域における短時間スぺクトルを求 め、 所定の周波数間隔でのスぺクトルパターンの繰り返し性に着目して該抑圧され た周波数帯域における短時間スぺクトルを推定し、 及びこの推定に基づいて該抑圧 された周波数帯域の周波数成分を含む信号を合成して該入力信号に付加するように したことを特徴とする周波数補間装置。

2 . 請求項 1に記載の周波数補間装置において、

該スペクトルパターンの繰り返し性は、 該抑圧された周波数帯域の近傍で、 かつ 周波成分が残存する帯域における一定の帯域幅を有する第 1の周波数帯域と、 これ に隣接する、 同一の帯域幅を有する第 2の周波数帯域とにおけるスぺクトルパ夕一 ンの相互の相関度を計算することにより判定され、 及び繰り返されるスぺク卜ルパ ターンを単位として結合することにより抑圧された周波数成分を合成するようにし た周波数補間装置。

3 . 請求項 2に記載の周波数補間装置において、

該第 1の周波数帯域のスぺクトルパターンが第 2の周波数帯域のスぺクトルパタ ーンと強い相関関係を有する場合に、 このスペクトルパターンを、 抑圧された帯域 まで延長させるようにして該抑圧された帯域の周波数成分を合成するようにした周

4 . 請求項 3に記載の周波数補間装置において、

該残存する周波数帯域のスぺクトル包絡から推定される、 抑圧された周波数帯域 のスぺクトル包絡に基づいて、 該合成されるべき周波数成分の強度を決定するよう にした周波数補間装置。

5 . 請求項 1に記載の周波数補間装置において、 該特定の周波数帯域が、 高域周波数帯域である周波数補間装置。

6 . 請求項 5に記載の周波数補間装置において、

該第 1もしくは第 2の周波数帯域の上限周波数が、 該抑圧された高域周波数帯域 の下限周波数である周波数補間装置。

7 . 特定の周波数帯域の周波数成分が抑圧された入力信号を処理して、 抑圧さ れた周波数帯域成分が近似的に復元された信号を再生する周波数補間装置であって、 該入力信号の短時間スぺクトルを生成するスぺクトル生成手段と、

互いに隣接する同じ帯域幅を有する周波数帯域における短時間スぺクトルパター ンが互いに相関関係を有するような相関スぺクトルパターンを抽出するスぺクトル パターン抽出手段と、

該周波数成分が抑圧されないで残存する帯域におけるスぺクトル包絡情報を抽出 するスぺクトル包絡抽出手段と、

該スぺクトルパターン抽出手段およびスぺクトル包絡抽出手段の双方に応動して、 該抑圧された周波数帯域の周波数成分を有する信号を合成する手段と、

該合成され抑圧された周波数成分を有する信号を該入力信号に付加する手段とを 含む周波数補間装置。

8 . 請求項 7に記載の周波数補間装置において、

抑圧された帯域における周波数成分を有する該合成信号が、 該抽出された相関ス ぺクトルパターンを有するとともに、 該スぺクトル包絡情報により定まる強度を有 している周波数補間装置。

9 . 請求項 1ないし 8のいずれかに記載の周波数補間装置において、

該入力信号が、 アナログオーディオ信号をサンプルし、 かつ量子化することによ り得られた P C M信号から成るものである周波数補間装置。

1 0 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された入力信号から、 該抑圧された周波数成分を近似的に復元して原信号に近い信号を再生するための周 波数補間方法であって、

周波数成分が抑圧されないで残存する周波数帯域における短時間スぺクトルを求 め、 所定の周波数間隔でのスぺクトルパターンの繰り返し性に着目して該抑圧され た周波数帯域における短時間スぺクトルを推定し、 及びこの推定に基づいて該抑圧. された帯域の周波数成分を含む信号を合成して該入力信号に付加するようにしたこ とを特徴とする周波数補間方法。

1 1 . 請求項 1 0に記載の周波数補間方法において、

該短時間スぺクトルパターンの繰り返し性は、 該抑圧された周波数帯域の近傍で、 かつ周波成分が残存する周波数帯域における一定の帯域幅を有する第 1の周波数帯 域と、 これに隣接する同一の帯域幅の第 2の周波数帯域とにおけるスぺクトルパタ ーンの相互相関度に基づいて判定されるものである周波数補間方法。

1 2 . 特定の周波数帯域の周波数成分が抑圧された入力信号を処理して、 抑圧 された周波数帯域成分が近似的に復元された信号を生成するための周波数補間方法 であって、

該入力信号の短時間スぺクトルを生成するステップと、

互いに隣接する同じ帯域幅を有する周波数帯域における短時間スぺク卜ルパ夕一 ンが互いに相関関係を有するような相関スぺクトルパターンを抽出するステップと、 該抑圧されない周波数帯域におけるスぺクトル包絡情報を抽出するステップと、 該スぺクトルパターン抽出ステップおよびスぺクトル包絡抽出ステップの双方に 応動して、 該抑圧された周波数帯域の周波数成分を有する信号を合成するステップ と、

該合成され抑圧された周波数成分を有する信号を該入力信号に付加するステップ とを含む周波数補間方法。

1 3 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信号から、 該 抑圧された周波数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生するための周 波数補間システムであって、

原信号の該特定周波数帯域に所定のレベル以上の周波数成分が含まれているかど うかを判別して、 その有無を示す識別データを生成する手段と、

該原信号の該特定周波数帯域の周波数成分を抑圧し、 及び所定の信号変換処理を 施す信号変換手段と、

該変換された信号に該識別データを重畳して送信する手段と、

該送信された信号を受信して、 該受信された信号に含まれる該識別データを判別 して、 該特定帯域の周波数成分の有無を判定する手段と、

該判定手段により、 該特定帯域に周波数成分があつたと判定された場合のみに、 次段の信号処理手段に受信信号を入力させるよう動作する制御手段と、

該制御手段からの該受信信号に応動して、 該所定の信号変換の逆変換処理および 抑圧された帯域の周波数成分を近似的に合成し付加する補間処理を実行するための 信号処理手段とを含む周波数補間システム。

1 4. 請求項 1 3に記載の周波数補間システムにおいて、

該所定の信号変換処理がデー夕圧縮処理であり、 該信号処理手段における該逆変 換処理がデ一タ伸張処理である補間システム。

1 5 . 請求項 1 3に記載の補間システムにおいて、

該信号処理手段における補間処理が、 （ i ) 短時間スぺク卜ル分析処理、 （ i i ) 隣接する周波数帯域間で互いに相関を有する短時間スぺクトルパターンを抽出 する処理、 および （i i i ) スペクトル包絡情報を抽出する処理を含むものである 周波数補間システム。

1 6 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信号から、 該 抑圧された周波数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生するための周 波数補間装置であって、

該特定周波数帯域の信号成分が抑圧された原信号に所定の信号変換を施して得ら れる信号と、 これに重畳される、 該原信号の特定周波数帯域に本来的に所定のレべ ル以上の周波数成分が含まれていたかどうかを表わす識別データとから成る信号を 受信する手段と、

該受信された信号に含まれる該識別データを判別して、 該特定帯域の周波数成分 の有無を判定する手段と、

該判定手段により、 該特定帯域に周波数成分があつたと判定された場合のみに、 次段の信号処理手段に受信信号を入力させるよう動作する制御手段と、 該制御手段からの該受信信号に応動して、 該所定の信号手段の逆変換処理および 抑圧された帯域の周波数成分を近似的に合成し付加する補間処理を実行するための 信号処理手段とを含む周波数補間装置。

1 7 . 請求項 1 6に記載の周波数補間装置において、

該所定の信号変換処理がデータ圧縮処理であり、 該信号処理手段における該逆変 換処理がデ一夕伸張処理である補間装置。

1 8 . 請求項 1 6に記載の補間装置において、

該信号処理手段における補間処理が、 （ i ) 短時間スぺクトル分析処理、 （ i i ) 隣接する周波数帯域間で互いに相関を有する短時間スぺクトルパターンを抽出 する処理、 および （ i i i ) スペクトル包絡情報を抽出する処理を含むものである

1 9 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信号から、 該 抑圧された周波数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生するための周 波数補間方法であって、

原信号の該特定周波数帯域に所定のレベル以上の周波数成分が含まれているかど うかを判別して、 その有無を示す識別データを生成するステップと、

該原信号の該特定周波数帯域の周波数成分を抑圧し、 及び所定の信号変換処理を 施すステップと、

該変換された信号に該識別データを重畳して送信するステップと、

該送信された信号を受信して、 該受信された信号に含まれる該識別データを判別 して、 該特定帯域の周波数成分の有無を判定するステップと、

該判定ステップにより、 該特定周波数帯域に周波数成分があつたと判定された場 合のみに、 後の信号処理ステップに受信信号を引き渡すステップと、

該引き渡ステップからの該受信信号に応動して、 該所定の信号変換の逆変換処理 および抑圧された帯域の周波数成分を近似的に合成し付加する補間処理を実行する ための信号処理ステップとを含む周波数補間方法。

2 0 . 原信号の特定周波数帯域における周波数成分が抑圧された信号から、 該 抑圧された周波数成分を近似的に復元して、 原信号に近い信号を再生するための周 波数補間方法であって、

原信号の該特定周波数帯域に所定の特定の周波数帯域の信号成分が抑圧された原 信号に所定の信号変換を施して得られる信号と、 これに重畳される、 該原信号の特 定の周波数帯域に本来的に所定のレベル以上の周波数成分が含まれていたかどうか を表わす識別データとから成る信号を受信するステップと、

該受信された信号に含まれる該識別データを判別して、 該特定帯域の周波数成分 の有無を判定するステップと、

該判定ステップにより、 該特定周波数帯域に周波数成分があつたと判定された場 合のみに、 次段の信号処理手段に受信信号を引き渡すステップと、

該引き渡ステップからの該受信信号に応動して、 該所定の信号変換の逆変換処理 および抑圧された帯域の周波数成分を近似的に合成し付加する補間処理を実行する ための信号処理ステツプとを含む方法。