專利名稱：高頻插補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MD(Mini Disc)、MP3(MPEG(Moving Picture ExpertsGroupl)Audio layer3)、DAB(Digital Audio Broadcasting)等所壓縮的數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補的高頻插補裝置、及具備該高頻插補裝置，對數(shù)字音頻信號進行再生的再生裝置。
背景技術(shù)：
CD(Compact Disc)的情況下，音頻信號是采樣頻率為44.1kHz、數(shù)據(jù)位長為16bit的立體聲信號。信息量可以1秒內(nèi)必需的位數(shù)表示，CD的情況下，為1411.2kbps。MD的情況下，利用人的聽覺特性，通過作為間隔提取難以聽到的成分及大的聲音前后的數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)的ATRAC(Advanced Transform Acoustic Coding)及其升級版的ATRAC3，可減少編碼的數(shù)據(jù)量。ATRAC3對應(yīng)ATRAC的2倍(MDLP2、132kbps)及4倍(MDLP4、66kbps)的數(shù)據(jù)壓縮率。由此，ATRAC3與CD相比較，可最大壓縮到二十分之一左右，但隨著壓縮率提高音質(zhì)降低。
通常人的可聽頻帶是20Hz～20kHz，但也存在個人差異，對一般的人而言，認(rèn)為上限是14k～15kHz左右。雖然考慮了這樣的可聽頻帶，開發(fā)壓縮技術(shù)，但在該可聽頻帶的測量中，使用純音(正弦波)。但是，在實際的音樂及自然音中混入多種頻率的聲音。因此，人們越來越認(rèn)識到不能單獨聽到的可聽頻帶外的聲音也因聲音寬度等對聽感施加影響這一觀點。
在特許第3576941號公報及特許第3576951號公報中，公開了根據(jù)間隔提取處理的信號的頻譜分布，削除相關(guān)關(guān)系強的頻帶組的一方，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號公報中，公開了在需要插補信號的情況下，使所插補的信號頻譜內(nèi)、頻譜分布相關(guān)高的部分沿包絡(luò)線，追加到插補的信號高頻側(cè)，擴展頻帶的頻率插補系統(tǒng)。
在特開2004-80635號公報中，公開了將對應(yīng)輸入的時間系列信號的給定頻帶的限制頻帶的頻譜進行編碼，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)擴展的頻帶的時間系列信號，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編碼裝置。
以高壓縮率對數(shù)字音頻信號進行壓縮并記錄的情況下，例如，在MDLP4中，如在圖1B所示，頻率頻譜只存在到12kHz左右，即使與圖1A所示的CD信號相比較，也會失去高頻的頻率信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于如上所述的情況而提出的，提供能夠插補由于以高壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號的壓縮而失去的信息的高頻插補裝置及具備有該高頻插補裝置的再生裝置。
本發(fā)明的第1特征的主要內(nèi)容是，一種對數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補的高頻插補裝置，具有對上述數(shù)字音頻信號進行1/2減少采樣(down-sampling)的減少采樣部；對該減少采樣部進行1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號進行2倍增加采樣(up-sampling)的增加采樣部；和對該增加采樣部進行2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號進行濾波，并輸出濾波后的數(shù)字音頻信號的數(shù)字低通濾波器。
本發(fā)明的第2特征的主要內(nèi)容是，一種對數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補的高頻插補裝置，具有將上述數(shù)字音頻信號的奇數(shù)號或偶數(shù)號的采樣值置換處理為零的零置換部；和對上述置換處理后的數(shù)字音頻信號進行濾波，并輸出濾波后的數(shù)字音頻信號的數(shù)字低通濾波器。
在有關(guān)第1及第2特征的高頻插補裝置中，上述數(shù)字低通濾波器是進行過采樣處理的數(shù)字濾波器，也可通過根據(jù)給定的條件由采樣值H∞控制，求解應(yīng)該設(shè)計IIR(Infinite Impulse Response)型濾波器的設(shè)定條件式，計算出參數(shù)，以使頻帶限制后的原模擬音頻信號，與對該原模擬音頻信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換后被模擬轉(zhuǎn)換的模擬信號音頻信號之間的誤差信號變小。
本發(fā)明的第3特征的主要內(nèi)容是，一種再生裝置，具有第1或第2特征相關(guān)的高頻插補裝置，由上述高頻插補裝置，對從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)字音頻信號、或從外部接收的數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補，并再生上述數(shù)字音頻信號。


圖1A及1B是表示用于說明本發(fā)明要解決的課題的頻率特性的特性圖。
圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的高頻插補裝置的主要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3A～3D是用于說明有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的高頻插補裝置的動作的示意波形圖。
圖4是表示用于說明有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的高頻插補裝置的動作的頻率特性的特性圖。
圖5是表示計算有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的數(shù)字低通濾波器的參數(shù)的方法的信號復(fù)原系統(tǒng)模型的框圖。
圖6是表示有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的變形例的高頻插補裝置的主要構(gòu)成的框圖。
圖7是表示有關(guān)本發(fā)明的第2實施方式的再生裝置的構(gòu)成例的框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的各種實施方式進行說明。應(yīng)注意，在附圖中相同或相似的標(biāo)號被用于相同或相似的部分以及元件，并且對相同或相似部分的描述將被省略或簡化。
(第1實施方式)圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的高頻插補裝置的主要結(jié)構(gòu)的框圖。在該高頻插補裝置中，減少采樣部40對在圖3A中模式表示的被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號進行1/2減少采樣，并如圖3B所示間隔提取采樣值。進行1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號被賦予增加采樣部41。
增加采樣部41對所賦予的數(shù)字音頻信號進行2倍增加采樣，如圖3C所示，在各采樣值的中間，插入采樣值零的采樣點(零插補)。在被2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號中，產(chǎn)生例如以11kHz(原采樣頻率為44.1kHz的情況)為對稱軸的線對稱頻譜(圖像，imaging)。
增加采樣部41進行2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號也包含圖像成分，賦予IIR型或FIR(Finite Impulse Response)型的數(shù)字低通濾波器42，并進行過采樣(over-sampling)處理。而且，在過采樣處理中，也包含增加采樣部41的2倍增加采樣處理。通過過采樣處理，數(shù)字音頻信號如圖3D所示，在由零插補的采樣點上也插補采樣值，生成高頻成分并輸出。
由此，例如，由MDLP4進行壓縮，可將如圖1B所示的只有12kHz左右以下頻譜的數(shù)字音頻信號高頻插補到如圖4所示的具有到20kHz左右的頻譜的數(shù)字音頻信號，可得到接近圖1A所示的CD信號的音頻信號。
因此，根據(jù)涉及第1實施方式的高頻插補裝置，可插補由以高壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號的壓縮而失去的信息。
圖5是表示計算數(shù)字低通濾波器42的參數(shù)的方法的信號復(fù)原系統(tǒng)模型的框圖。在該信號復(fù)原系統(tǒng)模型中，來自信號模型50的模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換器51被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，該信號模型50具有成為被頻帶限制的原模擬信號的頻率特性的模型函數(shù)F(s)。由A/D轉(zhuǎn)換器51轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，由增加采樣部52進行M(M為2以上的整數(shù))倍增加采樣。
被M倍增加采樣的數(shù)字信號，被賦予數(shù)字低通濾波器53，進行過采樣處理。過采樣處理后的數(shù)字信號由D/A轉(zhuǎn)換器54轉(zhuǎn)換為模擬信號，由具有特性P(s)的后置濾波器55進行濾波后被賦予減法器56。減法器56計算并輸出來自信號模型50的模擬信號(根據(jù)情況使其延遲)與由后置濾波器56濾波后的模擬信號之間的誤差信號e。
計算數(shù)字低通濾波器42的參數(shù)時，在如上的信號復(fù)原系統(tǒng)模型中，為使誤差信號e變小，設(shè)定應(yīng)設(shè)計IIR型的數(shù)字低通濾波器53的條件式。其次，求取將該條件式近似變換為有限元離散時間系統(tǒng)的計算式，通過根據(jù)給定的條件由采樣值H∞控制對所求得的計算式進行求解，計算出數(shù)字低通濾波器53(數(shù)字低通濾波器42)的參數(shù)。
而且，如上求得的數(shù)字低通濾波器為IIR型，但在數(shù)字信號處理中，為了編程方便、易于安裝，多采用FIR型濾波器。此時，通過計算被導(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現(xiàn)。
在以上的數(shù)字低通濾波器的設(shè)計方法中，也考慮了后置濾波器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，以不失去采樣點間的信息的形式被離散化(數(shù)字化)。因此，甚至包含采樣點間響應(yīng)的最佳設(shè)計成為可能。該設(shè)計方法的詳細(xì)情況參照特開2001-127637號公報。
(第1實施方式的變形例)作為有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的變形例的高頻插補裝置，如圖6所示，具備將數(shù)字音頻信號的奇數(shù)號或偶數(shù)號的采樣值置換為零的零置換部43，來代替圖2的減少采樣部40及增加采樣部41，將使奇數(shù)號或偶數(shù)號的采樣值置為零的數(shù)字音頻信號賦予數(shù)字脈沖濾波器42，即使這樣構(gòu)成，也可得到與第1實施方式相同的作用和效果。
根據(jù)有關(guān)第1實施方式的變形例的高頻插補裝置，可實現(xiàn)以更簡易的方法插補因以高壓縮率被壓縮的數(shù)字音頻信號的壓縮而失去的信息的高頻插補裝置。
而且，有關(guān)第1實施方式的變形例的高頻插補裝置的處理對象并不限定于被壓縮、展開的數(shù)字音頻信號，即使適用于不存在高頻帶的數(shù)字音頻信號的高頻插補，也可得到同樣的作用和效果。
(第2實施方式)圖7是表示作為有關(guān)本發(fā)明的第2實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，在容納小型盤11的方形平板狀卡盒(cartridge)12安裝于小型盤裝置的狀態(tài)下，打開卡盒12兩面的遮擋板(shutter)，光拾取器15通過物鏡14從小型盤11的一面進行讀取。在記錄時，由磁頭19產(chǎn)生的磁場施加于小型盤11的另一面。
小型盤11由主軸電機13以給定的一定線速度進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。光拾取器15由進給電機16驅(qū)動，沿小型盤11的半徑方向移動。磁頭19在記錄時由磁頭驅(qū)動部20進行驅(qū)動，并沿小型盤11的半徑方向移動，按照與光拾取器15一起從兩面夾住同一磁道的方式進行位置控制。
主軸電機13、光拾取器15及進給電機16分別由伺服控制部17進行驅(qū)動控制。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檢測出的信號被傳送到RF(Radio Frequeney)放大器22進行放大。由RF放大器22放大的信號內(nèi)、聚焦錯誤信號及跟蹤錯誤信號分別被賦予伺服控制部17的聚焦控制部33及跟蹤控制部32。
由RF放大器22放大的信號內(nèi)、地址信號被送到地址譯碼器21進行譯碼，并賦予編碼/譯碼器23。由編碼/譯碼器23被譯碼的地址信號，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/譯碼器23被譯碼的地址信號，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13、光拾取器15以及進給電機16的驅(qū)動控制等中。
由RF放大器22放大的信號內(nèi)的數(shù)據(jù)信號，被送到編碼/譯碼器23進行譯碼，通過抗振用存儲控制器24，被送到DRAM25(Dynamic RandomAccess Memory)。被送到DRAM25的數(shù)據(jù)(數(shù)字音頻信號)一旦被存儲后，便通過抗振用存儲控制器24，被送到音頻壓縮編碼/譯碼器26。音頻壓縮編碼/譯碼器26展開所傳輸來的數(shù)據(jù)，并賦予在第1實施方式中已說明的高頻插補裝置的高頻插補部34。高頻插補部34，如第1實施方式說明的那樣執(zhí)行所賦予數(shù)據(jù)(數(shù)字音頻信號)的高頻插補。被高頻插補的數(shù)字音頻信號，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)字音頻信號由音頻壓縮編碼/譯碼器26進行音頻壓縮并編碼，通過抗振用存儲控制器24被送到DRAM25。被送到DRAM25的數(shù)據(jù)一旦被存儲后，便通過抗振用存儲控制器24，被送到編碼/譯碼器23被編碼，由磁頭19及光拾取器15記錄到小型盤11。
抗振用存儲控制器24及DRAM25，利用向DRAM25存儲所需要的時間以及從DRAM25讀出所需要的時間之差，防止因震動等引起的音漏(sound skipping)。系統(tǒng)控制器18與顯示部29、計時電路(timer)30以及操作部31連接，在進行伺服控制部17、編碼/譯碼器23以及抗振用存儲控制器24的動作控制的同時，對應(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實施方式的再生裝置，可插補因以高壓縮率壓縮的數(shù)字音頻信號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。
(其他實施方式)本發(fā)明在不超出請求范圍的前提下，本行業(yè)技術(shù)人員可進行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種高頻插補裝置，對數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補，具備減少采樣部，其對所述數(shù)字音頻信號進行1/2減少采樣；增加采樣部，其對該減少采樣部進行1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號進行2倍增加采樣；和數(shù)字低通濾波器，其對該增加采樣部進行2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號進行濾波，并輸出濾波后的數(shù)字音頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻插補裝置，其特征在于所述數(shù)字低通濾波器是進行過采樣處理的數(shù)字濾波器，通過根據(jù)給定的條件由采樣值H∞控制，求解應(yīng)該設(shè)計IIR(Infinite Impulse Response)型濾波器的設(shè)定條件式，計算出參數(shù)，以使頻帶限制后的原模擬音頻信號，與對該原模擬音頻信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換后被模擬轉(zhuǎn)換的模擬信號音頻信號之間的誤差信號變小。
3.一種高頻插補裝置，對數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補，具備零置換部，將所述數(shù)字音頻信號的奇數(shù)號或偶數(shù)號的采樣值置換處理為零；和數(shù)字低通濾波器，對所述置換處理后的數(shù)字音頻信號進行濾波，并輸出濾波后的數(shù)字音頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻插補裝置，其特征在于所述數(shù)字低通濾波器是進行過采樣處理的數(shù)字濾波器，通過根據(jù)給定的條件由采樣值H∞控制，求解應(yīng)該設(shè)計IIR(Infinite Impulse Response)型濾波器的設(shè)定條件式，計算出參數(shù)，以使頻帶限制后的原模擬音頻信號，與對該原模擬音頻信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換后被模擬轉(zhuǎn)換的模擬信號音頻信號之間的誤差信號變小。
5.一種再生裝置，具備權(quán)利要求1至4的任一項所述的高頻插補裝置，由所述高頻插補裝置，對從記錄介質(zhì)讀取的數(shù)字音頻信號、或從外部接收的數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補，并再生所述數(shù)字音頻信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高頻插補裝置，是一種對數(shù)字音頻信號的高頻帶進行插補的高頻插補裝置，具備對上述數(shù)字音頻信號進行1/2減少采樣的減少采樣部；和對該減少采樣部進行1/2減少采樣后的數(shù)字音頻信號進行2倍增加采樣的增加采樣部；和對該增加采樣部進行2倍增加采樣后的數(shù)字音頻信號進行濾波，并輸出濾波后的數(shù)字音頻信號的數(shù)字低通濾波器。
文檔編號G11B20/10GK1828755SQ200610054939
公開日2006年9月6日 申請日期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, 山本裕 申請人:三洋電機株式會社