JP2003015695A - Device for expanding audio frequency band - Google Patents

Device for expanding audio frequency band

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JP2003015695A
JP2003015695A JP2001204476A JP2001204476A JP2003015695A JP 2003015695 A JP2003015695 A JP 2003015695A JP 2001204476 A JP2001204476 A JP 2001204476A JP 2001204476 A JP2001204476 A JP 2001204476A JP 2003015695 A JP2003015695 A JP 2003015695A
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band
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signal
audio
oversampling
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JP2001204476A
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Kenji Muraki
健司 村木
Naoki Ejima
直樹 江島
Kazuya Iwata
和也 岩田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reproduced sound quality by expanding a reproduction frequency band to digital audio signals the high frequency reproducing limit of which is decided by the sampling theorem. SOLUTION: Digital audio signals are given to an over-sampling type LPF(low-pass filter) 102 for over-sampling and frequency band limitation. Moreover, a band-pass filter 103, a rectifier circuit 104 and a high-pass filter 105 are used for generating higher harmonics higher than the frequency band of the input signals. A level control circuit 107 performs level control on the basis of the spectral intensity of the high frequency band components of the input signals detected with a spectrum analysis circuit 106, and an adder circuit 108 adds the higher harmonics to the input signal. Next, the over-sampling means 109 performs over-sampling at a still higher sampling frequency, and outputs audio signals of an expanded frequency band through an LPF 110.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ機器に
おけるオーディオ信号の再生音、特に高音域の再生音質
の向上を図り、人間の耳に快適なオーディオ信号を再生
できるオーディオ帯域拡張装置に関するものであり、特
にディジタルオーディオデータをディジタル領域で処理
するオーディオ帯域拡張技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an audio band expanding device capable of reproducing a reproduced sound of an audio signal in an audio device, particularly a reproduced sound quality of a high frequency range and reproducing an audio signal which is comfortable for human ears. In particular, the present invention relates to an audio band extension technique for processing digital audio data in the digital domain.

【0002】[0002]

【従来の技術】自然界には100kHz以上に及ぶ周波
数帯域を持つ音がある。また、人間の可聴上限周波数は
20kHzであると言われていたが、20kHz以上の
音を知覚していることが近年の研究でわかってきた。と
ころが、ディジタルオーディオでは、サンプリング定理
で高域再生上限が決定されている。コンパクトディスク
(以下、CDという)の場合は22.05kHzが上限
である。CDでは、この高域再生限界以上の帯域成分を
削除してしまい、聴感上不自然な感じがする場合があ
る。このため、高域再生上限以上の成分を付加する技術
が提案されている。
2. Description of the Related Art In nature, there are sounds having a frequency band of 100 kHz or more. Further, although it has been said that the human upper limit frequency of audibility is 20 kHz, recent research has revealed that it perceives sound at 20 kHz or higher. However, in digital audio, the upper limit of high frequency reproduction is determined by the sampling theorem. In the case of a compact disc (hereinafter referred to as a CD), 22.05 kHz is the upper limit. In the case of a CD, band components above the high-frequency reproduction limit may be deleted, which may cause an unnatural hearing. For this reason, a technique has been proposed in which a component above the upper limit of high frequency reproduction is added.

【0003】ディジタルオーディオ信号に対して、再生
周波数帯の高音域上限か、又は可聴周波数帯域の高音域
上限を越える周波数のスペクトルを持つ信号を付加する
技術として、特願平11−36685号に記載のオーデ
ィオ帯域拡張方法及び装置がある。
Japanese Patent Application No. 11-36685 discloses a technique for adding a signal having a spectrum with a frequency exceeding the upper limit of the reproduction frequency band or the upper limit of the audible frequency band to a digital audio signal. Audio band extension method and apparatus.

【0004】図8は上記の機能を持つ従来のオーディオ
帯域拡張装置のブロック図である。このオーディオ帯域
拡張装置は、入力端子801、ディジタルオーバーサン
プリング型ローパスフィルタ(オーバーサンプリング型
LPF)802、バンドパスフィルタ803、整流回路
804、ハイパスフィルタ805、スペクトル解析回路
806、レベル制御回路807、加算回路808、出力
端子809を含んで構成される。
FIG. 8 is a block diagram of a conventional audio band extending apparatus having the above-mentioned function. This audio band extending apparatus includes an input terminal 801, a digital oversampling low pass filter (oversampling LPF) 802, a band pass filter 803, a rectifier circuit 804, a high pass filter 805, a spectrum analysis circuit 806, a level control circuit 807, and an addition circuit. 808 and an output terminal 809 are included.

【0005】このような構成の従来のオーディオ帯域拡
張装置について、その動作を説明する。入力端子801
を通じてディジタルのオーディオ信号が入力される。こ
の信号がCDから再生されたものであれば、サンプリン
グ周波数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信
号である。図9(a)は入力端子801における信号ス
ペクトルの一例である。
The operation of the conventional audio band extending apparatus having such a configuration will be described. Input terminal 801
A digital audio signal is input through. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits. FIG. 9A is an example of a signal spectrum at the input terminal 801.

【0006】オーバーサンプリング型LPF802は、
入力端子801を介して入力された信号のサンプリング
周波数fs0をp倍し(pは2以上の数)、且つ不要な
帯域、すなわち入力信号のサンプリング周波数fs0の
1/2以上の帯域を60dB以上減衰させる。図9
(b)はオーバーサンプリング型LPF802の出力ス
ペクトルの一例である。この例ではp=4、即ちオーバ
ーサンプリング型LPF802のサンプリング周波数f
s2を4fs0としている。
The oversampling type LPF 802 is
The sampling frequency fs0 of the signal input through the input terminal 801 is multiplied by p (p is a number of 2 or more), and an unnecessary band, that is, a band of 1/2 or more of the sampling frequency fs0 of the input signal is attenuated by 60 dB or more. Let Figure 9
(B) is an example of an output spectrum of the oversampling type LPF 802. In this example, p = 4, that is, the sampling frequency f of the oversampling type LPF 802.
s2 is set to 4fs0.

【0007】次に、バンドパスフィルタ803はオーバ
ーサンプリング型LPF802の出力帯域を制限する。
即ち、バンドパスフィルタ803は、fs0/4〜fs
0/2の帯域を持つ信号を出力する。そして、整流回路
804はバンドパスフィルタ803の出力を半波又は両
波整流することで、入力信号の高調波を発生させる。そ
して、ハイパスフィルタ805は、整流回路804の出
力の低域成分を遮断し、fs0/2以上のスペクトルを
持つ信号を出力する。
Next, the bandpass filter 803 limits the output band of the oversampling type LPF 802.
That is, the bandpass filter 803 has fs0 / 4 to fs.
A signal having a band of 0/2 is output. Then, the rectifier circuit 804 rectifies the output of the bandpass filter 803 by a half wave or both waves to generate a harmonic wave of the input signal. Then, the high-pass filter 805 cuts off the low-frequency component of the output of the rectifier circuit 804 and outputs a signal having a spectrum of fs0 / 2 or more.

【0008】一方、スペクトル解析回路806は、オー
バーサンプリング型LPF802の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、fs0/4〜fs
0/2のスペクトル強度を検出する。そして、レベル制
御回路807は、スペクトル解析回路806の出力に応
じてハイパスフィルタ805の出力レベルを制御する。
ここでは、入力信号のfs0/4〜fs0/2における
スペクトル強度が大きい場合、ハイパスフィルタ805
の出力レベルを大きくし、スペクトル強度が小さい場合
は出力レベルを小さくする。図9(c)はレベル制御回
路807の出力スペクトルの一例である。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 806 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 802. Here, fs0 / 4 to fs
A spectral intensity of 0/2 is detected. Then, the level control circuit 807 controls the output level of the high pass filter 805 according to the output of the spectrum analysis circuit 806.
Here, when the spectrum intensity in the input signal fs0 / 4 to fs0 / 2 is large, the high-pass filter 805
Output level is increased, and if the spectrum intensity is low, the output level is decreased. FIG. 9C shows an example of the output spectrum of the level control circuit 807.

【0009】そして、加算回路808は、オーバーサン
プリング型LPF802の出力とレベル制御回路807
の出力とを加算し、加算信号を出力端子809を介して
出力する。図9(d)は出力端子809における信号ス
ペクトルを示す。
The adder circuit 808 outputs the output of the oversampling type LPF 802 and the level control circuit 807.
And the output of the above are added, and the addition signal is output via the output terminal 809. FIG. 9D shows the signal spectrum at the output terminal 809.

【0010】このように、入力信号の持つ帯域以上のス
ペクトルを持つ高調波を発生させ、入力信号の高域スペ
クトル強度に応じて、高調波成分を入力信号に付加する
ことで、オーディオ帯域を拡張することができる。
As described above, the audio band is expanded by generating a harmonic having a spectrum equal to or more than the band of the input signal and adding a harmonic component to the input signal according to the high frequency spectrum intensity of the input signal. can do.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、オーバーサンプリング型LPF802のオ
ーバーサンプル比pに応じて、それ以後の処理量が増大
するという問題点を有していた。即ち、pが2の場合の
処理量がaMIPSであるとすると、上記の従来例のよ
うにpが4になると、図8のスペクトル解析回路80
6、バンドパスフィルタ803、整流回路804、ハイ
パスフィルタ805、レベル制御回路807の処理量も
約2aMIPSに増加してしまう。
However, the above-mentioned conventional configuration has a problem that the amount of processing thereafter increases in accordance with the oversampling ratio p of the oversampling type LPF 802. That is, assuming that the processing amount when ap is 2 is aMIPS and the p becomes 4 as in the above-described conventional example, the spectrum analysis circuit 80 of FIG.
6. The processing amount of the band pass filter 803, the rectifier circuit 804, the high pass filter 805, and the level control circuit 807 also increases to about 2a MIPS.

【0012】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、オーバーサンプル比pが大き
い場合でも、処理量の増加を抑止できるオーディオ帯域
拡張装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an audio band expanding apparatus capable of suppressing an increase in processing amount even when the oversampling ratio p is large. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、周波数fs0でサンプリングされたオーディオ信号
を入力し、周波数fs1(fs1>fs0)でオーバー
サンプリングを行い、fs0/n(nは整数)以下の帯
域Aの成分のみを通過させる第1のオーバーサンプリン
グ手段と、前記第1のオーバーサンプリング手段の出力
信号を入力し、帯域Aのオーディオ信号を所定の時間T
毎に区切り、前記帯域A内のスペクトルを解析するスペ
クトル解析手段と、前記第1のオーバーサンプリング手
段の出力信号を入力し、前記出力信号を歪ませて高調波
成分を含むオーディオ信号を出力する非線形手段と、前
記非線形手段の出力信号から前記帯域Aより高域に位置
する帯域Bの成分を取り出す高域通過フィルタと、前記
スペクトル解析手段の解析結果に応じて、前記高域通過
フィルタの出力レベルを制御して出力するレベル制御手
段と、前記レベル制御手段により制御された前記高域通
過フィルタの出力と前記第1のオーバーサンプリング手
段の出力とを加算する出力信号加算手段と、前記出力信
号加算手段から出力されたオーディオ信号に対して、周
波数fs2(fs2>fs1)でオーバーサンプリング
を行う第2のオーバーサンプリング手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, an audio signal sampled at a frequency fs0 is input, oversampling is performed at a frequency fs1 (fs1> fs0), and fs0 / n (n is an integer). ) Inputting the output signal of the first oversampling means for passing only the following band A component and the first oversampling means, the audio signal of the band A is transmitted for a predetermined time T.
A non-linear circuit that receives the output signal of the first over-sampling means and the spectrum analysis means that analyzes the spectrum in the band A by dividing the output signal into a distorted output signal and outputs an audio signal including a harmonic component. Means, a high-pass filter for extracting a component of the band B located higher than the band A from the output signal of the non-linear means, and an output level of the high-pass filter according to the analysis result of the spectrum analyzing means. A level control means for controlling and outputting the output signal, an output signal addition means for adding the output of the high pass filter controlled by the level control means and the output of the first oversampling means, and the output signal addition A second audio signal for oversampling the audio signal output from the means at a frequency fs2 (fs2> fs1). It is characterized in that it comprises the over-sampling means.

【0014】本願の請求項2の発明は、周波数fs0で
サンプリングされたオーディオ信号を入力し、周波数f
s1(fs1>fs0)でオーバーサンプリングを行
い、fs0/n(nは整数)以下の帯域Aの成分のみを
通過させる第1のオーバーサンプリング手段と、前記第
1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力し、帯
域Aのオーディオ信号を所定の時間T毎に区切り、前記
帯域A内のスペクトルを解析するスペクトル解析手段
と、前記帯域Aよりも高域に位置する帯域B内にディザ
を生成するディザ生成手段と、前記スペクトル解析手段
の解析結果に応じて、前記ディザ生成手段の出力レベル
を制御して出力するレベル制御手段と、前記レベル制御
手段により制御された前記ディザ生成手段の出力と前記
第1のオーバーサンプリング手段の出力とを加算する出
力信号加算手段と、前記出力信号加算手段から出力され
たオーディオ信号に対して、周波数fs2(fs2>f
s1)でオーバーサンプリングを行う第2のオーバーサ
ンプリング手段と、を具備することを特徴とするもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, the audio signal sampled at the frequency fs0 is input, and the frequency fs is input.
First oversampling means for oversampling at s1 (fs1> fs0) and passing only a component of band A of fs0 / n (n is an integer) or less, and an output signal of the first oversampling means are input. Then, the audio signal of the band A is divided at every predetermined time T, the spectrum analysis means for analyzing the spectrum in the band A, and the dither generation for generating the dither in the band B located higher than the band A. Means, level control means for controlling and outputting the output level of the dither generation means according to the analysis result of the spectrum analysis means, output of the dither generation means controlled by the level control means, and the first Output signal adding means for adding the output of the oversampling means, and an audio signal output from the output signal adding means. Te, frequency fs2 (fs2> f
second oversampling means for performing oversampling in s1).

【0015】本願の請求項3の発明は、周波数fs0で
サンプリングされたオーディオ信号を入力し、周波数f
s1(fs1>fs0)でオーバーサンプリングを行
い、fs0/n(nは整数)以下の帯域Aの成分のみを
通過させる第1のオーバーサンプリング手段と、前記第
1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力し、帯
域Aのオーディオ信号を所定の時間T毎に区切り、前記
帯域A内のスペクトルを解析するスペクトル解析手段
と、前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を
入力し、入力信号を歪ませて高調波成分を含むオーディ
オ信号を出力する非線形手段と、前記非線形手段の出力
信号から前記帯域Aより高域に位置する帯域Bの成分を
取り出す高域通過フィルタと、前記帯域Aより高域に位
置する帯域B内にディザを生成するディザ生成手段と、
前記高域通過フィルタの出力と前記ディザ生成手段の出
力とを加算する高域信号加算手段と、前記スペクトル解
析手段の解析結果に応じて、前記高域信号加算手段の出
力レベルを制御して出力するレベル制御手段と、前記レ
ベル制御手段により制御された前記高域信号加算手段の
出力と前記第1のオーバーサンプリング手段の出力とを
加算する出力信号加算手段と、前記出力信号加算手段か
ら出力されたオーディオ信号に対して、周波数fs2
(fs2>fs1)でオーバーサンプリングを行う第2
のオーバーサンプリング手段と、を具備することを特徴
とするものである。
According to the invention of claim 3 of the present application, the audio signal sampled at the frequency fs0 is inputted, and the frequency fs is inputted.
First oversampling means for oversampling at s1 (fs1> fs0) and passing only a component of band A of fs0 / n (n is an integer) or less, and an output signal of the first oversampling means are input. Then, the audio signal in the band A is divided at every predetermined time T, the spectrum analysis means for analyzing the spectrum in the band A and the output signal of the first oversampling means are input to distort the input signal. Non-linear means for outputting an audio signal containing a harmonic component, a high-pass filter for taking out a component of band B located higher than the band A from the output signal of the non-linear means, and a position higher than the band A Dither generation means for generating dither in the band B for
High-frequency signal adding means for adding the output of the high-pass filter and the output of the dither generating means, and the output level of the high-frequency signal adding means is controlled and output according to the analysis result of the spectrum analyzing means. Output from the output signal addition means, and output signal addition means for adding the output of the high frequency signal addition means controlled by the level control means and the output of the first oversampling means. Frequency fs2
Second oversampling with (fs2> fs1)
And oversampling means of.

【0016】本願の請求項4の発明は、請求項1〜3の
何れか1項のオーディオ帯域拡張装置において、前記第
1のオーバーサンプリング手段は、そのサンプリング周
波数fs1が入力オーディオ信号のサンプリング周波数
fs0の2倍以上の値を有し、オーバーサンプリング処
理による折り返し成分を除去して出力することを特徴と
するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to any one of the first to third aspects, the sampling frequency fs1 of the first oversampling means is the sampling frequency fs0 of the input audio signal. It is characterized in that it has a value that is at least twice that of the above, and removes aliasing components due to oversampling processing and outputs.

【0017】本願の請求項5の発明は、請求項1又は3
のオーディオ帯域拡張装置において、前記非線形手段及
び前記高域通過フィルタにおける演算語長とその出力
は、入力オーディオ信号の語長より大きくすることを特
徴とするものである。
The invention of claim 5 of the present application is the same as claim 1 or 3
In the audio band extending apparatus, the operation word length and its output in the non-linear means and the high pass filter are set to be larger than the word length of the input audio signal.

【0018】本願の請求項6の発明は、請求項2又は3
のオーディオ帯域拡張装置において、前記ディザ生成手
段における演算語長とその出力は、入力オーディオ信号
の語長より大きくすることを特徴とするものである。
The invention of claim 6 of the present application is the invention of claim 2 or 3.
In the audio band extending apparatus, the arithmetic word length and its output in the dither generation means are set to be larger than the word length of the input audio signal.

【0019】本願の請求項7の発明は、請求項1又は3
のオーディオ帯域拡張装置において、前記非線形手段及
び前記高域通過フィルタにおける演算語長とその出力
は、入力オーディオ信号の語長より大きく、前記出力信
号加算手段は、前記入力オーディオ信号の語長のLSB
幅と略同じ振幅の帯域拡張信号を前記第1のオーバーサ
ンプリング手段の出力に対して加算することを特徴とす
るものである。
The invention of claim 7 of the present application is the invention of claim 1 or 3.
In the audio band extending apparatus, the operation word length and its output in the non-linear means and the high pass filter are larger than the word length of the input audio signal, and the output signal adding means is the LSB of the word length of the input audio signal.
A band extension signal having an amplitude substantially the same as the width is added to the output of the first oversampling means.

【0020】本願の請求項8の発明は、請求項2又は3
のオーディオ帯域拡張装置において、前記ディザ生成手
段における演算語長とその出力は、入力オーディオ信号
の語長より大きく、前記出力信号加算手段は、前記入力
オーディオ信号の語長のLSB幅と略同じ振幅の帯域拡
張信号を前記第1のオーバーサンプリング手段の出力に
対して加算することを特徴とするものである。
The invention of claim 8 of the present application is the invention of claim 2 or 3.
In the audio band extending apparatus, the operation word length and its output in the dither generation means are larger than the word length of the input audio signal, and the output signal addition means has an amplitude substantially equal to the LSB width of the word length of the input audio signal. The band extension signal of is added to the output of the first oversampling means.

【0021】本願の請求項9の発明は、請求項1又は3
のオーディオ帯域拡張装置において、前記非線形手段
は、正負両側に変化する信号の基準レベルに対して片側
のみ取り出すハーフクリップ手段、又は片側の振幅を反
対側に折り返す絶対値化手段の何れかを非線形処理とし
て用いることを特徴とするものである。
The invention of claim 9 of the present application is the same as claim 1 or 3
In the audio band extending device, the non-linear means performs non-linear processing on either the half-clip means for extracting only one side with respect to the reference level of the signal changing to the positive or negative side or the absolute value converting means for returning the amplitude of the one side to the opposite side. It is characterized by being used as.

【0022】本願の請求項10の発明は、請求項1〜3
の何れか1項のオーディオ帯域拡張装置において、前記
スペクトル解析手段は、入力オーディオ信号が単一スペ
クトルの信号か、複数のスペクトルの信号かを解析する
ことを特徴とするものである。
The invention of claim 10 of the present application is the same as claims 1 to 3.
In the audio band extending apparatus according to any one of the items 1 to 3, the spectrum analysis means analyzes whether the input audio signal is a single spectrum signal or a plurality of spectrum signals.

【0023】本願の請求項11の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記ディザ生成
手段は、所定の振幅内で確率密度が三角分布となるダイ
ヤモンドディザ生成手段であることを特徴とするもので
ある。
According to the invention of claim 11 of the present application, in the audio band extending apparatus of claim 2 or 3, the dither generating means is a diamond dither generating means having a probability distribution of a triangular distribution within a predetermined amplitude. It is a feature.

【0024】本願の請求項12の発明は、請求項11の
オーディオ帯域拡張装置において、前記ダイヤモンドデ
ィザ生成手段は、互いに独立な2つのPN系列生成手段
PAの出力とPN系列生成手段PBの出力とを加算する
ことを特徴とするものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the eleventh aspect, the diamond dither generation means outputs two independent PN sequence generation means PA and PN sequence generation means PB. Is added.

【0025】本願の請求項13の発明は、請求項11の
オーディオ帯域拡張装置において、前記ダイヤモンドデ
ィザ生成手段は、1つのPN系列生成手段PPの互いに
異なり重なり合わない部分要素PPAと部分要素PPB
とを加算することを特徴とするものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the eleventh aspect, the diamond dither generation means is one PN sequence generation means PP which is different from each other and does not overlap with each other.
It is characterized by adding and.

【0026】本願の請求項14の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記ディザ生成
手段は、所定の振幅内で確率密度が釣鐘型分布となるベ
ル型ディザ生成手段であることを特徴とするものであ
る。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, the dither generating means is a bell type dither generating means in which the probability density has a bell-shaped distribution within a predetermined amplitude. It is characterized by that.

【0027】本願の請求項15の発明は、請求項14の
オーディオ帯域拡張装置において、前記ベル型ディザ生
成手段は、互いに独立な3つのPN系列生成手段PA、
PN系列生成手段PB、PN系列生成手段PCの各出力
を加算することを特徴とするものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the fourteenth aspect, the bell-type dither generation means is three independent PN sequence generation means PA,
It is characterized in that the respective outputs of the PN sequence generating means PB and the PN sequence generating means PC are added.

【0028】本願の請求項16の発明は、請求項14の
オーディオ帯域拡張装置において、前記ベル型ディザ生
成手段は、1つのPN系列生成手段PPの互いに異なり
重なり合わない部分要素PPAと部分要素PPBと部分
要素PPCとを加算することを特徴とするものである。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the fourteenth aspect, the bell-type dither generating means is one PN sequence generating means PP, which are different from each other and do not overlap with each other. And a partial element PPC are added.

【0029】本願の請求項17の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記ディザ生成
手段は、前記帯域Bのスペクトル分布が1/f特性とな
るディザを出力することを特徴とするものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, the dither generation means outputs a dither in which the spectrum distribution of the band B has a 1 / f characteristic. It is what

【0030】本願の請求項18の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記レベル制御
手段は、前記スペクトル解析手段の解析結果により、単
一スペクトルのみが存在すると判定された場合は、前記
ディザ生成手段の出力レベルをゼロにし、複数のスペク
トルが存在すると判定された場合には、前記帯域Aの最
も高域のスペクトルに前記帯域Bのディザのスペクトル
高が連続するように出力レベルを制御することを特徴と
するものである。
According to a eighteenth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, the level control means determines that only a single spectrum exists based on the analysis result of the spectrum analysis means. Sets the output level of the dither generation means to zero, and when it is determined that there are a plurality of spectra, outputs so that the spectrum of the dither of the band B is continuous with the highest band of the band A. It is characterized by controlling the level.

【0031】本願の請求項19の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記レベル制御
手段は、前記スペクトル解析手段の解析結果により、複
数のスペクトルが存在すると判定された場合には、スペ
クトル包絡線の傾斜に基づいて前記帯域Aと前記帯域B
の間でディザが連続するようにディザレベルを制御する
ことを特徴とするものである。
According to a nineteenth aspect of the invention of the present application, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, when the level control means determines that a plurality of spectra are present based on the analysis result of the spectrum analysis means. Is the band A and the band B based on the slope of the spectral envelope.
It is characterized in that the dither level is controlled so that the dither continues between the two.

【0032】本願の請求項20の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記レベル制御
手段は、前記スペクトル解析手段の解析結果より、前記
帯域Aの信号がゼロと判定された場合は、ディザレベル
をゼロにミュートすることを特徴とするものである。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, the level control means determines that the signal in the band A is zero based on the analysis result of the spectrum analysis means. In this case, the dither level is muted to zero.

【0033】本願の請求項21の発明は、請求項2又は
3のオーディオ帯域拡張装置において、前記レベル制御
手段は、前記スペクトル解析手段の解析出力を所定の平
滑フィルタを用いて平滑化し、ディザレベルの変動を緩
慢にすることを特徴とするものである。
According to a twenty-first aspect of the invention of the present application, in the audio band extending apparatus according to the second or third aspect, the level control means smooths the analysis output of the spectrum analysis means by using a predetermined smoothing filter to obtain a dither level. It is characterized by slowing down the fluctuation of.

【0034】本願の請求項22の発明は、請求項21の
オーディオ帯域拡張装置において、前記平滑フィルタ
は、アタック特性とレリーズ特性を夫々制御することを
特徴とするものである。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the audio band extending apparatus according to the twenty-first aspect, the smoothing filter controls an attack characteristic and a release characteristic, respectively.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態にお
けるオーディオ帯域拡張装置について、図面を参照しな
がら説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1における
オーディオ帯域拡張装置のブロック図である。このオー
ディオ帯域拡張装置は、入力端子101、オーバーサン
プリング型ディジタルローパスフィルタ(オーバーサン
プリング型LPF)102、バンドパスフィルタ10
3、整流回路104、ハイパスフィルタ105、スペク
トル解析回路106、レベル制御回路107、加算回路
108、オーバーサンプリング手段109、ローパスフ
ィルタ(LPF)110、出力端子111を含んで構成
される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An audio band expanding apparatus according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram of an audio band extending apparatus in Embodiment 1 of the present invention. This audio band extending apparatus includes an input terminal 101, an oversampling type digital low pass filter (oversampling type LPF) 102, and a band pass filter 10.
3, a rectifier circuit 104, a high-pass filter 105, a spectrum analysis circuit 106, a level control circuit 107, an addition circuit 108, an oversampling means 109, a low-pass filter (LPF) 110, and an output terminal 111.

【0036】オーバーサンプリング型LPF102は、
周波数fs0でサンプリングされたオーディオ信号を入
力し、周波数fs1(fs1>fs0)でオーバーサン
プリングを行い、fs0/n(nは整数)以下の帯域A
の成分のみを通過させる第1のオーバーサンプリング手
段である。
The oversampling type LPF 102 is
An audio signal sampled at a frequency fs0 is input, oversampling is performed at a frequency fs1 (fs1> fs0), and a band A equal to or less than fs0 / n (n is an integer) is input.
This is the first oversampling means for passing only the component of.

【0037】スペクトル解析回路106は、オーバーサ
ンプリング型LPF102の出力信号を入力し、帯域A
のオーディオ信号を所定の時間T毎に区切り、帯域A内
のスペクトルを解析するスペクトル解析手段である。
The spectrum analysis circuit 106 inputs the output signal of the oversampling type LPF 102 and outputs the band A
Is a spectrum analysis unit that analyzes the spectrum in the band A by dividing the audio signal of the above into predetermined time intervals T.

【0038】バンドパスフィルタ103及び整流回路1
04は非線形手段の機能を有する。即ち、オーバーサン
プリング型LPF102の出力信号を入力し、出力信号
を歪ませて高調波成分を含むオーディオ信号を出力す
る。ハイパスフィルタ105は、非線形手段の出力信号
から帯域Aより高域に位置する帯域Bの成分を取り出す
高域通過フィルタである。
Bandpass filter 103 and rectifier circuit 1
Reference numeral 04 has a function of non-linear means. That is, the output signal of the oversampling type LPF 102 is input, the output signal is distorted, and an audio signal including a harmonic component is output. The high-pass filter 105 is a high-pass filter that extracts a component of band B located higher than band A from the output signal of the non-linear means.

【0039】レベル制御回路107は、スペクトル解析
回路106の解析結果に応じて、ハイパスフィルタ10
5の出力レベルを制御して出力するレベル制御手段であ
る。加算回路108は、レベル制御回路107により制
御されたハイパスフィルタ105の出力と、オーバーサ
ンプリング型LPF102の出力とを加算する出力信号
加算手段である。
The level control circuit 107 receives the high pass filter 10 according to the analysis result of the spectrum analysis circuit 106.
5 is a level control means for controlling and outputting the output level of No. 5. The adder circuit 108 is an output signal adder that adds the output of the high-pass filter 105 controlled by the level control circuit 107 and the output of the oversampling type LPF 102.

【0040】オーバーサンプリング手段109は、加算
回路108から出力されたオーディオ信号に対して、周
波数fs2(fs2>fs1)でオーバーサンプリング
を行う第2のオーバーサンプリング手段である。
The oversampling means 109 is a second oversampling means for oversampling the audio signal output from the adder circuit 108 at a frequency fs2 (fs2> fs1).

【0041】このような構成のオーディオ帯域拡張装置
について、その動作を説明する。入力端子101を通じ
てディジタルのオーディオ信号が入力される。この信号
がCDから再生されたものであれば、サンプリング周波
数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号であ
る。図2(a)にこのスペクトルの一例を示す。ナイキ
ストサンプリング定理により、fs0/2を中心軸とし
てそのスペクトルが左右対称になっている。
The operation of the audio band expanding apparatus having such a configuration will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 101. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits. An example of this spectrum is shown in FIG. According to the Nyquist sampling theorem, the spectrum is bilaterally symmetrical with fs0 / 2 as the central axis.

【0042】オーバーサンプリング型LPF102は、
入力端子101を介して入力された信号のサンプリング
周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な帯域を減衰
させる。ここでは従来例のp=4と異なり、p=2とし
ている。このオーバーサンプリング型LPF102は入
力信号のサンプリング周波数の2分の1以上の帯域を、
そのLPF機能により60dB以上減衰させるものとす
る。
The oversampling type LPF 102 is
The sampling frequency of the signal input via the input terminal 101 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, p = 2, which is different from p = 4 in the conventional example. The oversampling type LPF 102 has a band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal,
It is assumed that the LPF function attenuates 60 dB or more.

【0043】次に、バンドパスフィルタ103はオーバ
ーサンプリング型LPF102の出力帯域を制限する。
入力信号のサンプリング周波数をfs0とすれば、バン
ドパスフィルタ103は、fs0/4〜fs0/2の帯
域を持つ信号を出力する。そして、整流回路104はバ
ンドパスフィルタ103の出力を半波又は両波整流する
ことで、入力信号の高調波成分を発生させる。ハイパス
フィルタ105は、整流回路104の出力の低域成分を
遮断し、fs0/2以上のスペクトルを持つ信号を出力
する。
Next, the bandpass filter 103 limits the output band of the oversampling type LPF 102.
If the sampling frequency of the input signal is fs0, the bandpass filter 103 outputs a signal having a band of fs0 / 4 to fs0 / 2. Then, the rectifier circuit 104 generates a harmonic component of the input signal by rectifying the output of the bandpass filter 103 by half wave or both waves. The high-pass filter 105 blocks low-frequency components of the output of the rectifier circuit 104 and outputs a signal having a spectrum of fs0 / 2 or more.

【0044】一方、スペクトル解析回路106は、オー
バーサンプリング型LPF102の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、fs0/4〜fs
0/2のスペクトル強度を検出する。そして、レベル制
御回路107は、スペクトル解析回路106の出力(解
析結果)に応じてハイパスフィルタ105の出力レベル
を制御する。ここでは、入力信号のfs0/4〜fs0
/2におけるスペクトル強度が大きい場合、ハイパスフ
ィルタ105の出力レベルを大きくし、スペクトル強度
が小さい場合は出力レベルを小さくする。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 106 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 102. Here, fs0 / 4 to fs
A spectral intensity of 0/2 is detected. Then, the level control circuit 107 controls the output level of the high pass filter 105 according to the output (analysis result) of the spectrum analysis circuit 106. Here, fs0 / 4 to fs0 of the input signal
When the spectrum intensity at / 2 is high, the output level of the high-pass filter 105 is increased, and when the spectrum intensity is low, the output level is decreased.

【0045】そして、加算回路108は、オーバーサン
プリング型LPF102の出力とレベル制御回路107
の出力とを加算する。ここで加算された信号スペクトル
の1例を図2(b)に示す。A1とA2の部分がオーバ
ーサンプリング型LPF102の出力成分であり、B1
とB2の部分がレベル制御回路107から出力された成
分である。
The adder circuit 108 outputs the output of the oversampling type LPF 102 and the level control circuit 107.
And the output of. An example of the signal spectrum added here is shown in FIG. A1 and A2 are output components of the oversampling type LPF 102, and B1
And B2 are components output from the level control circuit 107.

【0046】オーバーサンプリング手段109は、加算
回路108の出力信号を更に周波数fs2=2fs1で
オーバーサンプリングする。図2(c)にオーバーサン
プリング手段109の出力信号スペクトルの一例を示
す。これはfs1に対して2倍のオーバーサンプリング
の例である。図2(c)において、0〜fs1/2まで
の帯域は加算回路108の出力信号そのものであるが、
fs1/2〜fs2/2までの帯域は0〜fs1/2の
帯域の折り返しになる。ここで、fs1/2におけるス
ペクトルは連続した値をとる。このようにして、fs1
/2以上の帯域に対してもスペクトル強度が連続した高
調波成分が得られる。
The oversampling means 109 further oversamples the output signal of the adder circuit 108 at the frequency fs2 = 2fs1. FIG. 2C shows an example of the output signal spectrum of the oversampling means 109. This is an example of double oversampling with respect to fs1. In FIG. 2C, the band from 0 to fs1 / 2 is the output signal itself of the adder circuit 108,
The band from fs1 / 2 to fs2 / 2 is a loopback of the band from 0 to fs1 / 2. Here, the spectrum at fs1 / 2 has continuous values. In this way, fs1
A harmonic component having continuous spectrum intensity can be obtained even in a band of / 2 or more.

【0047】ローパスフィルタ110では、fs1/2
以上の成分を減衰させる。これにより、fs1/2以上
で再びスペクトル強度が増加している信号を、fs1/
2からfs2/2に向けて減少する自然なスペクトルに
整形する。ローパスフィルタ110の出力信号は出力端
子111を介して出力される。ローパスフィルタ110
の出力信号のスペクトルの一例を図2(d)に示す。こ
こではfs2を中心とするイメージ成分も図示されてい
る。
In the low pass filter 110, fs1 / 2
The above components are attenuated. As a result, a signal whose spectrum intensity increases again at fs1 / 2 or more is converted into fs1 /
Shape to a natural spectrum that decreases from 2 to fs2 / 2. The output signal of the low-pass filter 110 is output via the output terminal 111. Low pass filter 110
2 (d) shows an example of the spectrum of the output signal of FIG. Here, the image component centering on fs2 is also shown.

【0048】こうして入力信号の持つ帯域以上のスペク
トルを持つ高調波を発生させ、入力信号の高域スペクト
ル強度に応じて、この発生させた高調波成分を入力信号
に付加した後さらにオーバーサンプルすることで、図2
(d)のB1、C1、C2の部分で示すように、オーデ
ィオ帯域を拡張することができる。
In this way, a harmonic having a spectrum above the band of the input signal is generated, and the generated harmonic component is added to the input signal according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal, and then oversampled. Then, Fig. 2
The audio band can be extended as indicated by the portions B1, C1, and C2 in (d).

【0049】以上のように、本実施の形態によるオーデ
ィオ帯域拡張装置は、バンドパスフィルタ、整流回路、
ハイパスフィルタを用いて入力信号の帯域以上の高調波
を発生させ、スペクトル解析回路及びレベル制御回路で
入力信号の高域スペクトル強度に応じてレベルを制御し
て入力信号に加算し、更にオーバーサンプリングして出
力するようにしている。
As described above, the audio band extending apparatus according to the present embodiment has a bandpass filter, a rectifying circuit,
A high-pass filter is used to generate harmonics above the input signal band, and the spectrum analysis circuit and level control circuit control the level according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal to add it to the input signal and then oversample. I am trying to output it.

【0050】このため、多くの処理量を要する高調波発
生を周波数fs1で行った後、周波数fs2にオーバー
サンプリングすることにより、従来例のように直接fs
2で高調波発生を行う方法に比べ、少ない処理量で高調
波を発生することができる。例えばfs1=2×fs
0、fs2=4×fs0すると、本実施の形態の方法は
従来の方法の約1/2の処理量で帯域拡張が可能であ
る。
Therefore, after performing harmonic generation that requires a large amount of processing at the frequency fs1, oversampling to the frequency fs2 is performed, so that the fs can be directly measured as in the conventional example.
As compared with the method of generating harmonics in No. 2, it is possible to generate harmonics with a smaller processing amount. For example, fs1 = 2 × fs
0, fs2 = 4 × fs0, the method of the present embodiment can extend the bandwidth with a processing amount of about ½ that of the conventional method.

【0051】また、信号処理がディジタル処理であるた
め、回路を構成する部品のばらつきや温度特性による性
能ばらつきが発生しない。また、オーディオ信号が回路
を通過する毎に音質劣化が発生することもない。更に、
フィルタの精度追求を行っても、アナログの回路構成と
比較して回路規模が大きくなることもない。このためコ
スト増加につながらないオーディオ帯域拡張装置を実現
できる。
Further, since the signal processing is digital processing, there is no variation in the components of the circuit or variation in performance due to temperature characteristics. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Furthermore,
Even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become larger than that of the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0052】尚、本実施の形態では、バンドパスフィル
タ103で入力信号の帯域を制限した後、整流回路10
4で高調波を発生させた。しかし、バンドパスフィルタ
103を通過させないで整流回路104で高調波を発生
させても、ハイパスフィルタ105で低域を遮断するた
め、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In this embodiment, after the band of the input signal is limited by the bandpass filter 103, the rectifying circuit 10
4 generated harmonics. However, it is needless to say that even if the rectifier circuit 104 generates harmonics without passing through the bandpass filter 103, the highpass filter 105 cuts off low frequencies, and thus the same effect can be obtained.

【0053】(実施の形態2)次に本発明の実施の形態
2におけるオーディオ帯域拡張装置について説明する。
図3は実施の形態2におけるオーディオ帯域拡張装置の
ブロック図である。このオーディオ帯域拡張装置は、入
力端子301、オーバーサンプリング型LPF302、
ディザ発生回路303、ハイパスフィルタ304、スペ
クトル解析回路305、レベル制御回路306、加算回
路307、オーバーサンプリング手段308、ローパス
フィルタ309、出力端子310を含んで構成される。
(Embodiment 2) Next, an audio band extending apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
FIG. 3 is a block diagram of the audio band extending apparatus in the second embodiment. This audio band expanding device includes an input terminal 301, an oversampling type LPF 302,
It includes a dither generation circuit 303, a high pass filter 304, a spectrum analysis circuit 305, a level control circuit 306, an addition circuit 307, an oversampling means 308, a low pass filter 309, and an output terminal 310.

【0054】実施の形態1と同一機能を有するブロック
は、同一の名称を付け、それらの機能説明は省略する。
ディザ発生回路303は帯域Aよりも高域に位置する帯
域B内にディザを生成するディザ生成手段である。レベ
ル制御回路306は、スペクトル解析回路305の解析
結果に応じて、ハイパスフィルタ304を介して出力さ
れたディザ発生回路303の出力レベルを制御して出力
するレベル制御手段である。
The blocks having the same functions as those in the first embodiment are given the same names, and their functional descriptions are omitted.
The dither generation circuit 303 is a dither generation unit that generates dither in the band B located higher than the band A. The level control circuit 306 is a level control unit that controls and outputs the output level of the dither generation circuit 303 output via the high pass filter 304 according to the analysis result of the spectrum analysis circuit 305.

【0055】このような構成のオーディオ帯域拡張装置
について、その動作を説明する。入力端子301を通じ
てディジタルのオーディオ信号が入力される。この信号
がCDから再生されたものであれば、サンプリング周波
数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号であ
る。
The operation of the audio band expanding apparatus having such a configuration will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 301. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits.

【0056】オーバーサンプリング型LPF302は、
入力端子301を介して入力された信号のサンプリング
周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な帯域を減衰
させる。ここではオーバーサンプリング型LPF302
は、入力信号のサンプリング周波数の2分の1以上の帯
域を60dB以上減衰させるものとする。
The oversampling type LPF 302 is
The sampling frequency of the signal input via the input terminal 301 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, oversampling type LPF 302
Suppose that the band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal is attenuated by 60 dB or more.

【0057】次に、ディザ発生回路303は0〜pfs
/2の帯域でスペクトル強度が均一に分布しているホワ
イトノイズをディザとして発生する。そして、ハイパス
フィルタ304はディザ発生回路303の出力を帯域制
限し、fs0/2以上の周波数帯域をもつノイズを出力
する。
Next, the dither generation circuit 303 outputs 0 to pfs.
White noise in which the spectral intensity is uniformly distributed in the band of / 2 is generated as dither. Then, the high-pass filter 304 band-limits the output of the dither generation circuit 303 and outputs noise having a frequency band of fs0 / 2 or more.

【0058】一方、スペクトル解析回路305は、オー
バーサンプリング型LPF302の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、fs0/4〜fs
0/2のスペクトル強度を検出する。そしてレベル制御
回路306は、スペクトル解析回路305の出力に応じ
てハイパスフィルタ304の出力レベルを制御する。こ
こでは、入力信号のfs0/4〜fs0/2におけるス
ペクトル強度が大きい場合、ハイパスフィルタ304の
出力レベルを大きくし、スペクトル強度が小さい場合は
出力レベルを小さくする。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 305 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 302. Here, fs0 / 4 to fs
A spectral intensity of 0/2 is detected. Then, the level control circuit 306 controls the output level of the high pass filter 304 according to the output of the spectrum analysis circuit 305. Here, the output level of the high-pass filter 304 is increased when the spectrum intensity of the input signal fs0 / 4 to fs0 / 2 is large, and the output level is reduced when the spectrum intensity is small.

【0059】そして、加算回路307は、オーバーサン
プリング型LPF302の出力とレベル制御回路306
の出力とを加算する。オーバーサンプリング手段308
は、加算回路307の出力信号を更に周波数fs2でオ
ーバーサンプリングする。ローバスフィルタ309は、
オーバーサンプリング手段308の出力信号に対してf
s1/2以上の成分を減衰させる。これにより、fs1
/2以上で再びスペクトル強度が増加している信号を、
fs1/2からfs2/2に向けて減少する自然なスペ
クトルに整形する。ローパスフィルタ309の出力信号
は出力端子310を介して出力される。
The adder circuit 307 outputs the output of the oversampling type LPF 302 and the level control circuit 306.
And the output of. Oversampling means 308
Further oversamples the output signal of the adder circuit 307 at the frequency fs2. The low-pass filter 309 is
F with respect to the output signal of the oversampling means 308
Attenuates components of s1 / 2 or more. As a result, fs1
A signal whose spectral intensity increases again at / 2 or more,
Shapes to a natural spectrum that decreases from fs1 / 2 to fs2 / 2. The output signal of the low-pass filter 309 is output via the output terminal 310.

【0060】こうして、入力信号の持つ帯域以上のスペ
クトルを持つディザを発生させ、入力信号の高域スペク
トル強度に応じてディザを入力信号に付加した後、更に
オーバーサンプルすることで、オーディオ帯域を拡張す
ることができる。
In this way, a dither having a spectrum larger than the band of the input signal is generated, the dither is added to the input signal according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal, and then oversampling is performed to extend the audio band. can do.

【0061】以上のように、本実施の形態によるオーデ
ィオ帯域拡張装置は、ディザ発生回路及びハイパスフィ
ルタを用いて入力信号の帯域以上の高周波ディザを発生
させ、スペクトル解析回路及びレベル制御回路で入力信
号の高域スペクトルの強度に応じてレベルを制御して入
力信号に加算し、更にオーバーサンプリングして出力す
るようにしている。
As described above, the audio band expanding apparatus according to this embodiment uses the dither generating circuit and the high-pass filter to generate high frequency dither over the band of the input signal, and the spectrum analyzing circuit and the level control circuit generate the input signal. The level is controlled according to the intensity of the high-frequency spectrum of the signal, added to the input signal, further oversampled, and output.

【0062】このため、多くの処理量を要する高調波発
生を周波数fs1で行った後、周波数fs2にオーバー
サンプリングすることにより、従来のように直接周波数
fs2で高調波発生を行う方法に比べて、少ない処理量
で高調波を発生することができる。
Therefore, as compared with the conventional method in which the harmonics are directly generated at the frequency fs2 by oversampling to the frequency fs2 after the harmonics which require a large amount of processing are generated at the frequency fs1, It is possible to generate harmonics with a small amount of processing.

【0063】また信号処理がディジタル処理であるた
め、回路を構成する部品のばらつきや温度特性による性
能ばらつきが発生しない。また、オーディオ信号が回路
を通過する毎に音質劣化が発生することもない。更に、
フィルタの精度追求を行っても、アナログの回路構成と
比較して回路規模が大きくなることがない。このためコ
スト増加につながらないオーディオ帯域拡張装置を実現
できる。
Further, since the signal processing is digital processing, variations in parts constituting the circuit and performance variations due to temperature characteristics do not occur. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Furthermore,
Even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become larger than that of the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0064】(実施の形態3)次に本発明の実施の形態
3におけるオーディオ帯域拡張装置について説明する。
図4は実施の形態3におけるオーディオ帯域拡張装置の
ブロック図である。このオーディオ帯域拡張装置は、入
力端子401、オーバーサンプリング型LPF402、
バンドパスフィルタ403、整流回路404、ハイパス
フィルタ405、ディザ発生回路406、ハイパスフィ
ルタ407、加算回路408、スペクトル解析回路40
9、レベル制御回路410、加算回路411、オーバー
サンプリング手段412、ローパスフィルタ413、出
力端子414を含んで構成される。
(Embodiment 3) Next, an audio band extending apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
FIG. 4 is a block diagram of an audio band extending apparatus according to the third embodiment. This audio band expanding device includes an input terminal 401, an oversampling type LPF 402,
Band pass filter 403, rectifier circuit 404, high pass filter 405, dither generation circuit 406, high pass filter 407, adder circuit 408, spectrum analysis circuit 40.
9, a level control circuit 410, an adder circuit 411, an oversampling means 412, a low pass filter 413, and an output terminal 414.

【0065】実施の形態1又は2と同一機能を有するブ
ロックは、同一の名称を付け、それらの機能説明は省略
する。ディザ発生回路406は帯域Aより高域に位置す
る帯域B内にディザを生成するディザ生成手段である。
加算回路408は、ハイパスフィルタ405の出力信号
と、ハイパスフィルタ407を介してディザ発生回路4
06から出力された信号とを加算する高域信号加算手段
である。レベル制御回路410は、スペクトル解析回路
409の解析結果に応じて、加算回路408の出力レベ
ルを制御するレベル制御手段である。
The blocks having the same functions as those in the first or second embodiment are given the same names, and their functional descriptions are omitted. The dither generation circuit 406 is a dither generation unit that generates dither in the band B located higher than the band A.
The addition circuit 408 outputs the output signal of the high pass filter 405 and the dither generation circuit 4 via the high pass filter 407.
It is a high-frequency signal adding means for adding the signal output from 06. The level control circuit 410 is a level control unit that controls the output level of the addition circuit 408 according to the analysis result of the spectrum analysis circuit 409.

【0066】このような構成のオーディオ帯域拡張装置
について、その動作を説明する。入力端子401を通じ
てディジタルのオーディオ信号が入力される。この信号
がCDから再生されたものであれば、サンプリング周波
数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号であ
る。
The operation of the audio band expanding apparatus having such a configuration will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 401. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits.

【0067】オーバーサンプリング型LPF402は、
入力端子401を介して入力されたオーディオ信号のサ
ンプリング周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な
帯域を減衰させる。ここではオーバーサンプリング型L
PF402は、入力信号のサンプリング周波数の2分の
1以上の帯域を60dB以上減衰させるものとする。
The oversampling type LPF 402 is
The sampling frequency of the audio signal input via the input terminal 401 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, oversampling type L
The PF 402 attenuates a band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal by 60 dB or more.

【0068】次に、バンドパスフィルタ403はオーバ
ーサンプリング型LPF402の出力帯域を制限する。
入力信号のサンプリング周波数をfs0とすれば、バン
ドパスフィルタ403は、fs0/4〜fs0/2の帯
域を持つ信号を出力する。そして、整流回路404はバ
ンドパスフィルタ403の出力を半波又は両波整流する
ことで、入力信号の高調波を発生させる。ハイパスフィ
ルタ405は、整流回路404の出力の低域成分を遮断
し、fs0/2以上のスペクトルを持つ信号を出力す
る。
Next, the bandpass filter 403 limits the output band of the oversampling type LPF 402.
If the sampling frequency of the input signal is fs0, the bandpass filter 403 outputs a signal having a band of fs0 / 4 to fs0 / 2. Then, the rectifier circuit 404 rectifies the output of the bandpass filter 403 by a half wave or both waves to generate a harmonic wave of the input signal. The high pass filter 405 cuts off the low frequency component of the output of the rectifier circuit 404 and outputs a signal having a spectrum of fs0 / 2 or more.

【0069】次に、ディザ発生回路406は0〜pfs
/2の帯域でスペクトル強度が均一に分布しているホワ
イトノイズを発生する。そして、ハイパスフィルタ40
7はディザ発生回路406の出力を帯域制限し、fs0
/2以上の周波数帯域をもつノイズを出力する。加算回
路408は、ハイパスフィルタ405の出力とハイパス
フィルタ407の出力とを加算する。
Next, the dither generation circuit 406 outputs 0 to pfs.
The white noise in which the spectrum intensity is uniformly distributed in the band of / 2 is generated. Then, the high pass filter 40
7 band-limits the output of the dither generation circuit 406, and fs0
Outputs noise having a frequency band of / 2 or more. The adder circuit 408 adds the output of the high pass filter 405 and the output of the high pass filter 407.

【0070】一方、スペクトル解析回路409は、オー
バーサンプリング型LPF402の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、fs0/4〜fs
0/2のスペクトル強度を検出する。レベル制御回路4
10は、スペクトル解析回路409の出力に応じて加算
回路408の出力レベルを制御する。ここでは、入力信
号のfs0/4〜fs0/2におけるスペクトル強度が
大きい場合、加算回路408の出力レベルを大きくし、
スペクトル強度が小さい場合は出力レベルを小さくす
る。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 409 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 402. Here, fs0 / 4 to fs
A spectral intensity of 0/2 is detected. Level control circuit 4
Reference numeral 10 controls the output level of the addition circuit 408 according to the output of the spectrum analysis circuit 409. Here, when the spectrum intensity of the input signal fs0 / 4 to fs0 / 2 is large, the output level of the adding circuit 408 is increased,
When the spectrum intensity is low, the output level is low.

【0071】そして、加算回路411は、オーバーサン
プリング型LPF402の出力とレベル制御回路410
の出力と加算する。オーバーサンプリング手段412
は、加算回路411の出力信号を更に周波数fs2でオ
ーバーサンプリングする。ローバスフィルタ413はf
s1/2以上の成分を減衰させる。これにより、fs1
/2以上で再びスペクトル強度が増加している信号をf
s1/2からfs2/2に向けて減少する自然なスペク
トルに整形する。ローパスフィルタ413の出力信号は
出力端子414を介して出力される。
Then, the adder circuit 411 outputs the output of the oversampling type LPF 402 and the level control circuit 410.
Add to the output of. Oversampling means 412
Further oversamples the output signal of the adder circuit 411 at the frequency fs2. The low-pass filter 413 is f
Attenuates components of s1 / 2 or more. As a result, fs1
A signal whose spectral intensity increases again at / 2 or more is f
Shapes to a natural spectrum that decreases from s1 / 2 to fs2 / 2. The output signal of the low-pass filter 413 is output via the output terminal 414.

【0072】このようにして、入力信号の持つ帯域以上
のスペクトルを持つ高調波及びディザを発生させ、入力
信号の高域スペクトルの強度に応じてこの高調波成分を
入力信号に付加し、更にオーバーサンプルすることで、
オーディオ帯域を拡張することができる。
In this way, harmonics and dither having a spectrum above the band of the input signal are generated, this harmonic component is added to the input signal according to the intensity of the high frequency spectrum of the input signal, and the By sampling,
The audio band can be extended.

【0073】以上のように本実施の形態のオーディオ帯
域拡張装置は、バンドパスフィルタ、整流回路、ハイパ
スフィルタを用いて入力信号の帯域以上の高調波を発生
させ、ディザ発生回路、ハイパスフィルタで入力信号の
帯域以上の高周波ディザを発生させ、スペクトル解析回
路及びレベル制御回路で入力信号の高域スペクトル強度
に応じてレベルを制御して入力信号に加算し、更にオー
バーサンプリングして出力するようにしている。
As described above, the audio band expanding apparatus according to the present embodiment uses the bandpass filter, the rectifier circuit, and the highpass filter to generate harmonics higher than the band of the input signal, and the dither generation circuit and the highpass filter input the harmonics. Generate high-frequency dither above the signal band, control the level according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal with the spectrum analysis circuit and level control circuit, add to the input signal, and then oversample and output. There is.

【0074】このため、多くの処理量を要する高調波発
生を周波数fs1で行った後、周波数fs2でオーバー
サンプリングすることにより、従来のように直接周波数
fs2で高調波発生を行う方法に比べ、少ない処理量で
高調波を発生することができる。
Therefore, compared with the conventional method of directly generating the harmonics at the frequency fs2 by performing oversampling at the frequency fs2 after performing the harmonic generation requiring a large amount of processing at the frequency fs1 Higher harmonics can be generated with a throughput.

【0075】信号処理がディジタル処理であるため、回
路を構成する部品のばらつきや温度特性による性能ばら
つきが発生しない。また、オーディオ信号が回路を通過
する毎に音質劣化が発生することもない。更に、フィル
タの精度追求を行っても、アナログの回路構成と比較し
て回路規模が大きくなることもない。このためコスト増
加につながらないオーディオ帯域拡張装置を実現でき
る。
Since the signal processing is digital processing, there are no variations in the components of the circuit and variations in performance due to temperature characteristics. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Further, even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become large as compared with the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0076】尚、本実施の形態では、バンドパスフィル
タ403で入力信号の帯域を制限した後、整流回路40
4で高調波を発生させた。しかし、バンドパスフィルタ
403を通過させないで整流回路404で高調波を発生
させても、ハイパスフィルタ405で低域を遮断するた
め、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In this embodiment, the bandpass filter 403 limits the band of the input signal and then the rectifier circuit 40 is used.
4 generated harmonics. However, it is needless to say that even if the rectifier circuit 404 generates harmonics without passing through the bandpass filter 403, the highpass filter 405 blocks the low frequency band, and the same effect can be obtained.

【0077】(実施の形態4)次に本発明の実施の形態
4におけるオーディオ帯域拡張装置について説明する。
図5は実施の形態4におけるオーディオ帯域拡張装置の
ブロック図である。このオーディオ帯域拡張装置は、入
力端子501、オーバーサンプリング型LPF502、
互いに独立なPN系列ノイズ発生器504、505、5
06と加算回路507とで構成されたディザ発生回路5
03、ハイパスフィルタ508、スペクトル解析回路5
09、レベル制御回路510、加算回路511、オーバ
ーサンプリング手段512、ローパスフィルタ513、
出力端子514を含んで構成される。
(Embodiment 4) Next, an audio band extending apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described.
FIG. 5 is a block diagram of an audio band extending apparatus according to the fourth embodiment. This audio band expanding device includes an input terminal 501, an oversampling type LPF 502,
Independent PN sequence noise generators 504, 505, 5
06 and adder circuit 507 dither generation circuit 5
03, high-pass filter 508, spectrum analysis circuit 5
09, a level control circuit 510, an adding circuit 511, an oversampling means 512, a low pass filter 513,
The output terminal 514 is included.

【0078】実施の形態1〜3と同一機能を有するブロ
ックは、同一の名称を付け、それらの機能説明は省略す
る。尚、ディザ発生回路503は、所定の振幅内で確率
密度が三角分布となるダイヤモンドディザ生成手段であ
ってもよい。この場合のダイヤモンドディザ生成手段
は、互いに独立な2つのPN系列生成手段PAの出力と
PN系列生成手段PBの出力とを加算するものである。
またダイヤモンドディザ生成手段は、1つのPN系列生
成手段PPの互いに異なり重なり合わない部分要素PP
A及び部分要素PPBを加算するものであってもよい。
The blocks having the same functions as those in the first to third embodiments are given the same names, and their functional descriptions are omitted. The dither generation circuit 503 may be a diamond dither generation unit in which the probability density has a triangular distribution within a predetermined amplitude. The diamond dither generation means in this case adds the outputs of the two PN series generation means PA and the PN series generation means PB which are independent of each other.
Further, the diamond dither generation means is a partial element PP of one PN sequence generation means PP which is different from each other and does not overlap.
It is also possible to add A and the subelement PPB.

【0079】図5に示すディザ発生回路503は、所定
の振幅内で確率密度が釣鐘型分布となるベル型ディザ生
成手段としている。このベル型ディザ生成手段は、互い
に独立な3つのPN系列生成手段PA(PN系列ノイズ
発生器504)の出力、PN系列生成手段PB(PN系
列ノイズ発生器505)の出力、PN系列生成手段PC
(PN系列ノイズ発生器506)の出力を加算するもの
である。またベル型ディザ生成手段は、1つのPN系列
生成手段PPの互いに異なり重なり合わない部分要素P
PA, 部分要素PPB、部分要素PPCを加算するもの
であってもよい。
The dither generation circuit 503 shown in FIG. 5 is a bell-type dither generation means in which the probability density has a bell-shaped distribution within a predetermined amplitude. The bell-type dither generation means has three independent PN series generation means PA (PN series noise generator 504) output, PN series generation means PB (PN series noise generator 505) output, and PN series generation means PC.
The output of the (PN series noise generator 506) is added. Further, the bell-type dither generation means is different from each other in one PN sequence generation means PP and does not overlap with each other.
It is also possible to add PA, partial element PPB, and partial element PPC.

【0080】このような構成のオーディオ帯域拡張装置
について、その動作を説明する。入力端子501を通じ
てディジタルのオーディオ信号が入力される。この信号
がCDから再生されたものであれば、サンプリング周波
数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号であ
る。
The operation of the audio band expanding apparatus having such a configuration will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 501. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits.

【0081】オーバーサンプリング型LPF502は、
入力端子501を介して入力されたオーディオ信号のサ
ンプリング周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な
帯域を減衰させる。ここではオーバーサンプリング型L
PF502は、入力信号のサンプリング周波数の2分の
1以上の帯域を60dB以上減衰させるものとする。
The oversampling type LPF 502 is
The sampling frequency of the audio signal input via the input terminal 501 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, oversampling type L
The PF 502 attenuates a band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal by 60 dB or more.

【0082】次に、互いに独立なPN系列ノイズ発生回
路504、505、506は、0〜pfs/2の帯域で
スペクトル強度が均一に分布するホワイトノイズを発生
する。
Next, the PN series noise generating circuits 504, 505 and 506 which are independent of each other generate white noise in which the spectrum intensity is uniformly distributed in the band of 0 to pfs / 2.

【0083】そして、加算回路507は、PN系列ノイ
ズ発生回路504、505、506の出力を加算する。
加算後のノイズは、スペクトルの確率分布の形状がガウ
ス分布に近い釣り鐘型になり、自然音に近づく。そし
て、ハイパスフィルタ508はディザ発生回路503の
出力を帯域制限し、fs0/2以上の周波数帯域をもつ
ノイズを出力する。
Then, the adding circuit 507 adds the outputs of the PN series noise generating circuits 504, 505 and 506.
The noise after the addition has a bell shape in which the probability distribution of the spectrum is close to a Gaussian distribution and approaches a natural sound. Then, the high-pass filter 508 band-limits the output of the dither generation circuit 503 and outputs noise having a frequency band of fs0 / 2 or more.

【0084】一方、スペクトル解析回路509は、オー
バーサンプリング型LPF502の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、fs0/4〜fs
0/2のスペクトル強度を検出する。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 509 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 502. Here, fs0 / 4 to fs
A spectral intensity of 0/2 is detected.

【0085】そして、レベル制御回路510は、スペク
トル解析回路509の出力に応じてハイパスフィルタ5
08の出力レベルを制御する。ここでは、入力信号のf
s0/4〜fs0/2におけるスペクトル強度が大きい
場合、ハイパスフィルタ508の出力レベルを大きく
し、スペクトル強度が小さい場合は出力レベルを小さく
する様に動作する。
Then, the level control circuit 510 responds to the output of the spectrum analysis circuit 509 by the high-pass filter 5
The output level of 08 is controlled. Here, f of the input signal
When the spectrum intensity in s0 / 4 to fs0 / 2 is large, the output level of the high pass filter 508 is increased, and when the spectrum intensity is small, the output level is decreased.

【0086】そして、加算回路511は、オーバーサン
プリング型LPF502の出力とレベル制御回路510
の出力とを加算する。オーバーサンプリング手段512
は、加算回路511の出力信号を更に周波数fs2でオ
ーバーサンプリングする。ローバスフィルタ513は、
fs1/2以上の成分を減衰させる。これにより、fs
1/2以上で再びスペクトル強度が増加している信号
を、fs1/2からfs2/2に向けて減少する自然な
スペクトルに整形する。ローパスフィルタ513の出力
信号は出力端子514を介して出力される。
The adder circuit 511 outputs the output of the oversampling type LPF 502 and the level control circuit 510.
And the output of. Oversampling means 512
Further oversamples the output signal of the adder circuit 511 at the frequency fs2. The low-pass filter 513 is
Attenuates components above fs1 / 2. As a result, fs
A signal in which the spectral intensity increases again at ½ or more is shaped into a natural spectrum that decreases from fs1 / 2 toward fs2 / 2. The output signal of the low-pass filter 513 is output via the output terminal 514.

【0087】こうして、入力信号の持つ帯域以上のスペ
クトルを持つガウス分布型のディザを発生させ、入力信
号の高域スペクトル強度に応じて発生させたディザを入
力信号に付加し、更にオーバーサンプルすることで、オ
ーディオ帯域を拡張することができる。
In this way, a Gaussian distribution type dither having a spectrum above the band of the input signal is generated, the dither generated according to the high frequency spectrum intensity of the input signal is added to the input signal, and further oversampling is performed. With, the audio band can be extended.

【0088】以上のように本実施の形態のオーディオ帯
域拡張装置は、ディザ発生回路及びハイパスフィルタを
用いて入力信号の帯域以上のガウス分布型高周波ディザ
を発生させ、スペクトル解析回路及びレベル制御回路で
入力信号の高域スペクトル強度に応じてレベルを制御し
て入力信号に加算し、更にオーバーサンプリングして出
力するようにしている。
As described above, the audio band expanding apparatus of the present embodiment uses the dither generating circuit and the high-pass filter to generate the Gaussian distribution type high frequency dither over the band of the input signal, and uses the spectrum analyzing circuit and the level control circuit. The level is controlled according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal, added to the input signal, further oversampled, and output.

【0089】このように、多くの処理量を要する高調波
発生を周波数fs1で行った後、周波数fs2にオーバ
ーサンプリングすることにより、従来のように直接周波
数fs2で高調波発生を行う方法に比べ、少ない処理量
で高調波を発生することができる。
As described above, as compared with the conventional method in which the harmonics are directly generated at the frequency fs2 by oversampling to the frequency fs2 after the harmonics which require a large amount of processing are generated at the frequency fs1, It is possible to generate harmonics with a small amount of processing.

【0090】付加された高域成分がガウス分布型ディザ
であるため、自然界の分布に近くなり、オーディオ帯域
を拡張しても特定の音が強調されることのない自然な音
質が得られる。また、信号処理がディジタル処理である
ため、回路を構成する部品のばらつきや温度特性による
性能ばらつきが発生しない。また、オーディオ信号が回
路を通過する毎に音質劣化が発生することもない。更
に、フィルタの精度追求を行っても、アナログの回路構
成と比較して回路規模が大きくなることもない。このた
めコスト増加につながらないオーディオ帯域拡張装置を
実現できる。
Since the added high frequency component is a Gaussian distribution type dither, it is close to the distribution in the natural world, and natural sound quality in which a specific sound is not emphasized can be obtained even if the audio band is expanded. Further, since the signal processing is digital processing, there is no variation in the components of the circuit or variation in performance due to temperature characteristics. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Further, even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become large as compared with the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0091】尚、本実施の形態のディザ発生回路503
は、実施の形態3のディザ発生回路506に適応する
と、本実施の形態と同等以上の効果が得られることは言
うまでもない。
Incidentally, the dither generation circuit 503 of the present embodiment.
Needless to say, when applied to the dither generation circuit 506 of the third embodiment, an effect equal to or higher than that of the present embodiment can be obtained.

【0092】(実施の形態5)次に本発明の実施の形態
5におけるオーディオ帯域拡張装置について説明する。
図6は実施の形態5におけるオーディオ帯域拡張装置の
ブロック図である。このオーディオ帯域拡張装置は、入
力端子601、オーバーサンプリング型LPF602、
ディザ発生回路603、ハイパスフィルタ604、1/
f特性フィルタ605、スペクトル解析回路606、レ
ベル制御回路607、加算回路608、オーバーサンプ
リング手段609、ローパスフィルタ610、出力端子
611を含んで構成される。
(Fifth Embodiment) Next, an audio band extending apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a block diagram of an audio band extending apparatus in the fifth embodiment. This audio band expanding device includes an input terminal 601, an oversampling type LPF 602,
Dither generation circuit 603, high-pass filter 604, 1 /
An f characteristic filter 605, a spectrum analysis circuit 606, a level control circuit 607, an addition circuit 608, an oversampling means 609, a low pass filter 610, and an output terminal 611 are included.

【0093】このような構成のオーディオ帯域拡張装置
について、その動作を説明する。入力端子601を通じ
てディジタルのオーディオ信号が入力される。この信号
がCDから再生されたものであれば、サンプリング周波
数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号であ
る。
The operation of the audio band expanding apparatus having such a configuration will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 601. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits.

【0094】オーバーサンプリング型LPF602は、
入力端子601を介して入力された信号のサンプリング
周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な帯域を減衰
させる。ここではオーバーサンプリング型LPF602
は、入力信号のサンプリング周波数の2分の1以上の帯
域を60dB以上減衰させるものとする。
The oversampling type LPF 602 is
The sampling frequency of the signal input via the input terminal 601 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, oversampling type LPF 602
Suppose that the band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal is attenuated by 60 dB or more.

【0095】次に、ディザ発生回路603は0〜pfs
/2の帯域でスペクトル強度が均一に分布しているホワ
イトノイズを発生する。そして、ハイパスフィルタ60
4はディザ発生回路603の出力を帯域制限し、fs0
/2以上の周波数帯域をもつノイズを出力する。1/f
特性フィルタ605は、ハイパスフィルタ604の出力
を帯域制限し、1/f特性を有するようにノイズを出力
する。
Next, the dither generation circuit 603 outputs 0-pfs.
The white noise in which the spectrum intensity is uniformly distributed in the band of / 2 is generated. Then, the high pass filter 60
4 band-limits the output of the dither generation circuit 603, fs0
Outputs noise having a frequency band of / 2 or more. 1 / f
The characteristic filter 605 band-limits the output of the high-pass filter 604 and outputs noise so as to have a 1 / f characteristic.

【0096】一方、スペクトル解析回路606は、オー
バーサンプリング型ローパスフィルタ602の出力の高
域成分のスペクトル強度を検出する。ここでは、fs0
/4〜fs0/2のスペクトル強度を検出する。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 606 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type low pass filter 602. Here, fs0
The spectrum intensity of / 4 to fs0 / 2 is detected.

【0097】そして、レベル制御回路607は、スペク
トル解析回路606の出力に応じて1/f特性フィルタ
605の出力レベルを制御する。ここでは、入力信号の
fs0/4〜fs0/2におけるスペクトル強度が大き
い場合、1/f特性フィルタ605の出力レベルを大き
くし、スペクトル強度が小さい場合は出力レベルを小さ
くする。そして、加算回路608は、オーバーサンプリ
ング型LPF602の出力とレベル制御回路607の出
力とを加算する。
Then, the level control circuit 607 controls the output level of the 1 / f characteristic filter 605 according to the output of the spectrum analysis circuit 606. Here, the output level of the 1 / f characteristic filter 605 is increased when the spectrum intensity of the input signal fs0 / 4 to fs0 / 2 is large, and is decreased when the spectrum intensity is small. Then, the adding circuit 608 adds the output of the oversampling type LPF 602 and the output of the level control circuit 607.

【0098】オーバーサンプリング手段609では、入
力信号を更に周波数fs2でオーバーサンプリングす
る。ローバスフィルタ610は、fs1/2以上の成分
を減衰させる。これにより、fs1/2以上で再びスペ
クトル強度が増加している信号を、fs1/2からfs
2/2に向けて減少する自然なスペクトルに整形する。
ローバスフィルタ610の出力信号は出力端子611を
介して出力される。
The oversampling means 609 further oversamples the input signal at the frequency fs2. The low-pass filter 610 attenuates the components of fs1 / 2 or more. As a result, a signal whose spectral intensity increases again at fs1 / 2 or higher is output from fs1 / 2 to fs1 / 2.
Shape to a natural spectrum that decreases toward 2/2.
The output signal of the low-pass filter 610 is output via the output terminal 611.

【0099】こうして、入力信号の持つ帯域以上のスペ
クトルを持つ1/f特性のディザを発生させ、入力信号
の高域スペクトル強度に応じてこの発生させたディザを
入力信号に付加し、更にオーバーサンプルすることで、
オーディオ帯域を拡張することができる。
In this way, the dither having the 1 / f characteristic having the spectrum above the band of the input signal is generated, the generated dither is added to the input signal according to the high frequency spectrum intensity of the input signal, and the oversampling is performed. by doing,
The audio band can be extended.

【0100】以上のように、本実施の形態のオーディオ
帯域拡張装置は、ディザ発生回路、ハイパスフィルタ、
1/f特性フィルタを用いて入力信号の帯域以上の高周
波ディザを発生させ、スペクトル解析回路及びレベル制
御回路で入力信号の高域スペクトル強度に応じてレベル
を制御して入力信号に加算し、更にオーバーサンプリン
グして出力するようにしている。
As described above, the audio band extending apparatus of this embodiment has the dither generating circuit, the high pass filter,
A 1 / f characteristic filter is used to generate high-frequency dither over the band of the input signal, the spectrum analysis circuit and the level control circuit control the level according to the high-frequency spectrum intensity of the input signal, and the sum is added to the input signal. I am trying to output after oversampling.

【0101】このように、多くの処理量を要する高調波
発生を周波数fs1で行った後、周波数fs2にオーバ
ーサンプリングすることにより、従来のように直接周波
数fs2で高調波発生を行う方法に比べ、少ない処理量
で高調波を発生することができる。
As described above, as compared with the conventional method in which the harmonics are directly generated at the frequency fs2 by oversampling to the frequency fs2 after the harmonics which require a large amount of processing are generated at the frequency fs1, It is possible to generate harmonics with a small amount of processing.

【0102】また1/f特性を持つディザを使用するた
め、自然界の音に近くなり、オーディオ帯域を拡張して
も特定の音が強調されることのない自然な音質が得られ
る。また、信号処理がディジタル処理であるため、回路
を構成する部品のばらつきや温度特性による性能ばらつ
きが発生しない。また、オーディオ信号が回路を通過す
る毎に音質劣化が発生することもない。更に、フィルタ
の精度追求を行っても、アナログの回路構成と比較して
回路規模が大きくなることもない。このためコスト増加
につながらないオーディオ帯域拡張装置を実現できる。
Further, since the dither having the 1 / f characteristic is used, it becomes close to the sound in the natural world, and even if the audio band is expanded, a natural sound quality in which a specific sound is not emphasized can be obtained. Further, since the signal processing is digital processing, there is no variation in the components of the circuit or variation in performance due to temperature characteristics. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Further, even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become large as compared with the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0103】(実施の形態6)次に本発明の実施の形態
6におけるオーディオ帯域拡張装置について説明する。
図7は実施の形態6におけるオーディオ帯域拡張装置の
ブロック図である。このオーディオ帯域拡張装置は、入
力端子701、オーバーサンプリング型LPF702、
バンドパスフィルタ703、整流回路704、ハイパス
フィルタ705、ディザ発生回路706、ハイパスフィ
ルタ707、加算回路708、スペクトル解析回路70
9、レベル制御回路710、スイッチ711、加算回路
712、オーバーサンプリング手段713、ローパスフ
ィルタ714、出力端子715を含んで構成される。
(Sixth Embodiment) Next, an audio band extending apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a block diagram of an audio band extending apparatus in the sixth embodiment. This audio band expanding device includes an input terminal 701, an oversampling type LPF 702,
Band pass filter 703, rectifier circuit 704, high pass filter 705, dither generation circuit 706, high pass filter 707, addition circuit 708, spectrum analysis circuit 70.
9, a level control circuit 710, a switch 711, an addition circuit 712, an oversampling means 713, a low pass filter 714, and an output terminal 715.

【0104】このように構成されたオーディオ帯域拡張
装置について、その動作を説明する。入力端子701を
通じてディジタルのオーディオ信号が入力される。この
信号がCDから再生されたものであれば、サンプリング
周波数fs0=44.1kHz、語長16ビットの信号
である。
The operation of the audio band expanding apparatus configured as described above will be described. A digital audio signal is input through the input terminal 701. If this signal is reproduced from a CD, it is a signal having a sampling frequency fs0 = 44.1 kHz and a word length of 16 bits.

【0105】オーバーサンプリング型LPF702は、
入力端子701を介して入力された信号のサンプリング
周波数をp倍(pは正の数)し、且つ不要な帯域を減衰
させる。ここではオーバーサンプリング型LPF702
は、入力信号のサンプリング周波数の2分の1以上の帯
域を60dB以上減衰させるものとする。
The oversampling type LPF 702 is
The sampling frequency of the signal input through the input terminal 701 is multiplied by p (p is a positive number), and an unnecessary band is attenuated. Here, oversampling type LPF 702
Suppose that the band of ½ or more of the sampling frequency of the input signal is attenuated by 60 dB or more.

【0106】次に、バンドパスフィルタ703はオーバ
ーサンプリング型LPF702の出力帯域を制限する。
入力信号のサンプリング周波数をfs0とすれば、バン
ドパスフィルタ703からは、fs0/4〜fs0/2
の帯域を持つ信号が出力される。そして、整流回路70
4はバンドパスフィルタ703の出力を半波又は両波整
流することで、入力信号の高調波を発生させる。そし
て、ハイパスフィルタ705は、整流回路704の出力
の低域成分を遮断し、fs0/2以上のスペクトルを持
つ信号を出力する。
Next, the bandpass filter 703 limits the output band of the oversampling type LPF 702.
If the sampling frequency of the input signal is fs0, the bandpass filter 703 outputs fs0 / 4 to fs0 / 2.
A signal having a band of is output. Then, the rectifier circuit 70
Reference numeral 4 rectifies the output of the bandpass filter 703 by a half wave or both waves to generate a harmonic wave of the input signal. Then, the high-pass filter 705 cuts off the low frequency component of the output of the rectifier circuit 704 and outputs a signal having a spectrum of fs0 / 2 or more.

【0107】次に、ディザ発生回路706は0〜pfs
/2の帯域でスペクトル強度が均一に分布しているホワ
イトノイズを発生する。そして、ハイパスフィルタ70
7はディザ発生回路706の出力を帯域制限し、fs0
/2以上の周波数帯域をもつノイズを出力する。加算回
路708は、ハイパスフィルタ705の出力とハイパス
フィルタ707の出力とを加算する。
Next, the dither generation circuit 706 outputs 0 to pfs.
The white noise in which the spectrum intensity is uniformly distributed in the band of / 2 is generated. Then, the high pass filter 70
7 band-limits the output of the dither generation circuit 706, and fs0
Outputs noise having a frequency band of / 2 or more. The adder circuit 708 adds the output of the high pass filter 705 and the output of the high pass filter 707.

【0108】一方、スペクトル解析回路709は、オー
バーサンプリング型LPF702の出力の高域成分のス
ペクトル強度を検出する。ここでは、0〜fs1/4と
fs0/4〜fs0/2のスペクトル強度を検出する。
そして、レベル制御回路710は、スペクトル解析回路
709の出力に応じて加算回路708の出力レベルを制
御する。ここでは、入力信号のfs0/4〜fs0/2
におけるスペクトル強度が大きい場合、加算回路708
の出力レベルを大きくし、スペクトル強度が小さい場合
は出力レベルを小さくする様に動作する。
On the other hand, the spectrum analysis circuit 709 detects the spectrum intensity of the high frequency component of the output of the oversampling type LPF 702. Here, the spectrum intensities of 0 to fs1 / 4 and fs0 / 4 to fs0 / 2 are detected.
Then, the level control circuit 710 controls the output level of the addition circuit 708 according to the output of the spectrum analysis circuit 709. Here, fs0 / 4 to fs0 / 2 of the input signal
If the spectrum intensity at is large, the adding circuit 708
The output level is increased, and when the spectrum intensity is low, the output level is decreased.

【0109】スイッチ711はスペクトル解析回路70
9の出力に応じてオンオフする。ここでは、入力信号の
0〜fs/4におけるスペクトル強度と、fs0/4〜
fs0/2におけるスペクトル強度を比較して、0〜f
s1/4のスペクトル強度が所定レベル以上で且つfs
0/4〜fs0/2のスペクトル強度が所定レベル以
下、或いは0〜fs/4のスペクトル強度が所定レベル
以下で且つfs0/4〜fs0/2のスペクトル強度が
所定レベル以上であれば、スイッチ711をオフにし、
それ以外ではスイッチ711をオンする。
The switch 711 is the spectrum analysis circuit 70.
It turns on and off according to the output of 9. Here, the spectrum intensity at 0 to fs / 4 of the input signal and fs0 / 4 to
Comparing the spectral intensities at fs0 / 2, 0-f
The spectral intensity of s1 / 4 is equal to or higher than a predetermined level and fs
If the spectrum intensity of 0/4 to fs0 / 2 is below a predetermined level, or if the spectrum intensity of 0 to fs / 4 is below a predetermined level and the spectrum intensity of fs0 / 4 to fs0 / 2 is above a predetermined level, the switch 711. Off,
Otherwise, the switch 711 is turned on.

【0110】そして、加算回路712で、オーバーサン
プリング型LPF702の出力とスイッチ711の出力
とを加算する。オーバーサンプリング手段713では、
入力信号を更にオーバーサンプリングする。ローバスフ
ィルタ714では、fs1/2以上の成分を減衰させ
る。これにより、fs1/2以上で再びスペクトル強度
が増加している信号を、fs1/2からfs2/2に向
けて減少する自然なスペクトルに整形する。ローバスフ
ィルタ714の出力信号は出力端子715を介して出力
される。
Then, the adder circuit 712 adds the output of the oversampling type LPF 702 and the output of the switch 711. In the oversampling means 713,
Further oversample the input signal. The low-pass filter 714 attenuates the components of fs1 / 2 or more. As a result, a signal whose spectral intensity is increased again at fs1 / 2 or higher is shaped into a natural spectrum that decreases from fs1 / 2 toward fs2 / 2. The output signal of the low-pass filter 714 is output via the output terminal 715.

【0111】このように、入力信号の持つ帯域以上のス
ペクトルを持つ高調波及びディザを発生させ、入力信号
の高域スペクトル強度に応じて高調波成分を入力信号に
付加し、更にオーバーサンプルすることで、オーディオ
帯域を拡張することができる。更に、正弦波のように単
一のスペクトルを持つ信号が入力された場合、スイッチ
711がオフし、信号が劣化しないようにしている。
As described above, a harmonic and a dither having a spectrum above the band of the input signal are generated, a harmonic component is added to the input signal according to the high frequency spectrum intensity of the input signal, and further oversampling is performed. With, the audio band can be extended. Further, when a signal having a single spectrum such as a sine wave is input, the switch 711 is turned off so that the signal does not deteriorate.

【0112】以上のように、本実施の形態のオーディオ
帯域拡張装置は、バンドパスフィルタ、整流回路、ハイ
パスフィルタを用いて入力信号の帯域以上の高調波を発
生させ、またディザ発生回路及びハイパスフィルタを用
いて入力信号の帯域以上の高周波ディザを発生させ、ス
ペクトル解析回路及びレベル制御回路で入力信号の高域
スペクトル強度に応じてレベルをミュートして入力信号
に加算し、更にオーバーサンプリングして出力するよう
にしている。
As described above, the audio band extending apparatus of the present embodiment uses the bandpass filter, the rectifier circuit, and the highpass filter to generate harmonics higher than the band of the input signal, and the dither generation circuit and the highpass filter. Generate a high frequency dither above the input signal band by using the spectrum analysis circuit and level control circuit to mute the level according to the high frequency spectrum intensity of the input signal and add it to the input signal, then oversample and output. I am trying to do it.

【0113】このため、多くの処理量を要する高調波発
生を周波数fs1で行った後、周波数fs2でオーバー
サンプリングすることにより、従来のように直接周波数
fs2で高調波発生を行う方法に比べ、少ない処理量で
高調波を発生することができる。
Therefore, as compared with the conventional method of directly generating harmonics at frequency fs2 by performing oversampling at frequency fs2 after performing harmonic generation requiring a large amount of processing at frequency fs1, the number of harmonics is smaller. Higher harmonics can be generated with a throughput.

【0114】そのため、単一のスペクトルを有する正弦
波が入力された場合は、オーディオ帯域拡張機能を停止
して信号劣化が発生しないようにしている。また、信号
処理がディジタル処理であるため、回路を構成する部品
のばらつきや温度特性により性能ばらつきが発生しな
い。また、オーディオ信号が回路を通過する毎に音質劣
化が発生することもない。更に、フィルタの精度追求を
行っても、アナログの回路構成と比較して回路規模が大
きくなることもない。このためコスト増加につながらな
いオーディオ帯域拡張装置を実現できる。
Therefore, when a sine wave having a single spectrum is input, the audio band expanding function is stopped so that signal deterioration does not occur. In addition, since the signal processing is digital processing, performance variation does not occur due to variations in the components forming the circuit and temperature characteristics. Further, the sound quality does not deteriorate every time the audio signal passes through the circuit. Further, even if the accuracy of the filter is pursued, the circuit scale does not become large as compared with the analog circuit configuration. Therefore, it is possible to realize an audio band extending device which does not lead to an increase in cost.

【0115】尚、本実施の形態では、バンドパスフィル
タ703で入力信号の帯域を制限した後整流回路704
で高調波を発生させたが、バンドパスフィルタ703を
通過させないで整流回路704で高調波を発生させても
よい。この場合、ハイパスフィルタ705で低域を遮断
するため、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
In this embodiment, the bandpass filter 703 limits the band of the input signal and then the rectifier circuit 704 is used.
Although the harmonics are generated in step 1, the harmonics may be generated in the rectifier circuit 704 without passing through the bandpass filter 703. In this case, needless to say, the same effect can be obtained because the high-pass filter 705 blocks low frequencies.

【0116】尚、以上の実施の形態において、レベル制
御回路の入力部に平滑フィルタを設け、スペクトル解析
回路から得られる解析結果を時間的に平滑化するように
してもよい。こうすると、レベル制御回路の出力レベル
の変動を緩慢にすることができる。また上記の平滑フィ
ルタは、アタック特性とレリーズ特性を夫々制御できる
ものでもよい。
In the above embodiment, a smoothing filter may be provided in the input section of the level control circuit to temporally smooth the analysis result obtained from the spectrum analysis circuit. This makes it possible to slow down the fluctuation of the output level of the level control circuit. The smoothing filter may be one that can control the attack characteristic and the release characteristic, respectively.

【0117】またバンドパスフィルタ及び整流回路によ
る非線形手段と、ディザ発生回路と、ハイパスフィルタ
とは、その演算語長をオーバーサンプリング型LPFの
語長より大きくし、オーバーサンプリング型LPFの語
長のLSB幅に略同じ振幅の信号成分を加算するように
処理してもよい。例えばオーバーサンプリング型LPF
から出力されるオーディオ信号の語長を16ビットとす
ると、この信号のLSB、即ち最下位ビットの16ビッ
ト目とほぼ同じ振幅になるよう、これより下位に4ビッ
トのノイズ(ディザ信号)を加算するようにする。
Further, the non-linear means by the bandpass filter and the rectifier circuit, the dither generation circuit, and the high-pass filter make the operation word length larger than the word length of the oversampling type LPF, and the LSB of the word length of the oversampling type LPF. You may process so that the signal component of substantially the same amplitude may be added to the width. For example, oversampling type LPF
If the word length of the audio signal output from is 16 bits, noise (dither signal) of 4 bits is added to the LSB of this signal so that it has almost the same amplitude as the 16th bit of the least significant bit. To do so.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上のような発明によれば、多くの処理
量を要する高調波発生を周波数fs1で行った後、周波
数fs2でオーバーサンプリングすることにより、従来
のように直接周波数fs2で高調波発生を行う方法に比
べ、少ない処理量で高調波成分を発生することができる
という効果がある。
As described above, according to the invention as described above, a harmonic wave which requires a large amount of processing is generated at the frequency fs1 and then oversampled at the frequency fs2, so that the harmonic wave is directly generated at the frequency fs2 as in the conventional case. Compared with the method of generating, there is an effect that a harmonic component can be generated with a smaller processing amount.

【0119】さらに、単一のスペクトルを有するオーデ
ィオ信号が入力された場合、オーディオ帯域の拡張機能
を停止することにより、信号劣化を抑えることができ
る。また、信号処理がディジタル処理であるため、回路
を構成する部品のばらつきや温度特性による性能ばらつ
きが発生しない効果が得られる。
Furthermore, when an audio signal having a single spectrum is input, the signal deterioration can be suppressed by stopping the extension function of the audio band. Further, since the signal processing is digital processing, it is possible to obtain an effect that variations in parts constituting the circuit and variations in performance due to temperature characteristics do not occur.

【0120】また、オーディオ信号が回路を通過する毎
に音質劣化が発生することがない効果が得られる。更
に、各フィルタの精度追求を行っても、アナログの回路
構成と比較して回路規模が大きくなることもない。この
ためコスト増加につながらない装置が得られる。
Further, it is possible to obtain the effect that the sound quality is not deteriorated every time the audio signal passes through the circuit. Furthermore, even if the accuracy of each filter is pursued, the circuit scale does not become large as compared with the analog circuit configuration. Therefore, a device which does not lead to an increase in cost can be obtained.

【0121】また、自然音に近い1/f特性のガウス分
布型ディザを用いるため、オーディオ帯域拡張しても、
特定の帯域が強調されることのない自然な音質となる効
果が得られる。
Further, since the Gaussian distribution type dither of 1 / f characteristic close to natural sound is used, even if the audio band is extended,
It is possible to obtain the effect of providing natural sound quality without emphasizing a specific band.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an audio band extending device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態1によるオーディオ帯域拡張装置の
動作を示す周波数スペクトル図である。
FIG. 2 is a frequency spectrum diagram showing the operation of the audio band extending apparatus according to the first embodiment.

【図3】本発明の実施の形態2におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an audio band extending device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態3におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an audio band extending device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態4におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an audio band extending device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態5におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an audio band expanding device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態6におけるオーディオ帯域
拡張装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an audio band expanding device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】従来例のオーディオ帯域拡張装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional audio band expansion device.

【図9】従来例のオーディオ帯域拡張装置の動作を示す
周波数スペクトル図である。
FIG. 9 is a frequency spectrum diagram showing the operation of a conventional audio band extending apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,301,401,501,601,701 入
力端子 102,302,402,502,602,702 オ
ーバーサンプリング型ディジタルローパスフィルタ(オ
ーバーサンプリング型LPF) 103,403,703 バンドパスフィルタ 104,404,704 整流回路 105,304,405,407,508,604,7
05,707 ハイパスフィルタ 106,305,409,509,606,709 ス
ペクトル解析回路 107,306,410,510,607,710 レ
ベル制御回路 108,307,408,411,511,608,7
08,712 加算回路 109,308,412,512,609,713 オ
ーバーサンプリング手段 110,309,413,513,610,714 ロ
ーパスフィルタ 111,310,414,514,611 出力端子 303,406,503,603,706 ディザ発生
回路 504,505,506 PN系列ノイズ発生器 605 1/f特性フィルタ 711 スイッチ
101, 301, 401, 501, 601, 701 Input terminals 102, 302, 402, 502, 602, 702 Oversampling type digital low pass filter (oversampling type LPF) 103, 403, 703 Band pass filter 104, 404, 704 Rectification Circuits 105, 304, 405, 407, 508, 604, 7
05,707 High-pass filter 106,305,409,509,606,709 Spectrum analysis circuit 107,306,410,510,607,710 Level control circuit 108,307,408,411,511,608,7
08,712 Adder circuits 109,308,412,512,609,713 Oversampling means 110,309,413,513,610,714 Low pass filters 111,310,414,514,611 Output terminals 303,406,503,603 , 706 Dither generation circuit 504, 505, 506 PN series noise generator 605 1 / f characteristic filter 711 switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 和也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5D020 CE03 5D045 DA20 5J064 AA01 BA06 BB07 BC08 BC12 BC18 BD02    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kazuya Iwata             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 5D020 CE03                 5D045 DA20                 5J064 AA01 BA06 BB07 BC08 BC12                       BC18 BD02

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数fs0でサンプリングされたオー
ディオ信号を入力し、周波数fs1(fs1>fs0)
でオーバーサンプリングを行い、fs0/n(nは整
数)以下の帯域Aの成分のみを通過させる第1のオーバ
ーサンプリング手段と、 前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力
し、帯域Aのオーディオ信号を所定の時間T毎に区切
り、前記帯域A内のスペクトルを解析するスペクトル解
析手段と、 前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力
し、前記出力信号を歪ませて高調波成分を含むオーディ
オ信号を出力する非線形手段と、 前記非線形手段の出力信号から前記帯域Aより高域に位
置する帯域Bの成分を取り出す高域通過フィルタと、 前記スペクトル解析手段の解析結果に応じて、前記高域
通過フィルタの出力レベルを制御して出力するレベル制
御手段と、 前記レベル制御手段により制御された前記高域通過フィ
ルタの出力と前記第1のオーバーサンプリング手段の出
力とを加算する出力信号加算手段と、 前記出力信号加算手段から出力されたオーディオ信号に
対して、周波数fs2(fs2>fs1)でオーバーサ
ンプリングを行う第2のオーバーサンプリング手段と、
を具備することを特徴とするオーディオ帯域拡張装置。
1. An audio signal sampled at a frequency fs0 is input, and a frequency fs1 (fs1> fs0) is input.
The first oversampling means for passing only the component of the band A equal to or less than fs0 / n (n is an integer), and the output signal of the first oversampling means are input to the audio signal of the band A. A signal is divided into every predetermined time T, the spectrum analysis means for analyzing the spectrum in the band A, and the output signal of the first oversampling means are input, and the output signal is distorted to include a harmonic component. Non-linear means for outputting an audio signal, a high-pass filter for extracting a component of band B located higher than the band A from the output signal of the non-linear means, and the high-pass filter according to the analysis result of the spectrum analysis means. Level control means for controlling and outputting the output level of the high-pass filter; and the high-pass filter controlled by the level control means. Output signal adding means for adding the output of the filter and the output of the first oversampling means, and oversampling the audio signal output from the output signal adding means at a frequency fs2 (fs2> fs1). Second oversampling means,
An audio band expansion device comprising:
【請求項2】 周波数fs0でサンプリングされたオー
ディオ信号を入力し、周波数fs1(fs1>fs0)
でオーバーサンプリングを行い、fs0/n(nは整
数)以下の帯域Aの成分のみを通過させる第1のオーバ
ーサンプリング手段と、 前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力
し、帯域Aのオーディオ信号を所定の時間T毎に区切
り、前記帯域A内のスペクトルを解析するスペクトル解
析手段と、 前記帯域Aよりも高域に位置する帯域B内にディザを生
成するディザ生成手段と、 前記スペクトル解析手段の解析結果に応じて、前記ディ
ザ生成手段の出力レベルを制御して出力するレベル制御
手段と、 前記レベル制御手段により制御された前記ディザ生成手
段の出力と前記第1のオーバーサンプリング手段の出力
とを加算する出力信号加算手段と、 前記出力信号加算手段から出力されたオーディオ信号に
対して、周波数fs2(fs2>fs1)でオーバーサ
ンプリングを行う第2のオーバーサンプリング手段と、
を具備することを特徴とするオーディオ帯域拡張装置。
2. An audio signal sampled at a frequency fs0 is input, and a frequency fs1 (fs1> fs0) is input.
The first oversampling means for passing only the component of the band A equal to or less than fs0 / n (n is an integer), and the output signal of the first oversampling means are input to the audio signal of the band A. A spectrum analysis unit that divides a signal at predetermined time intervals T to analyze a spectrum in the band A; a dither generation unit that generates a dither in a band B located higher than the band A; and the spectrum analysis. Level control means for controlling and outputting the output level of the dither generation means according to the analysis result of the means, output of the dither generation means and output of the first oversampling means controlled by the level control means. And an output signal adding means for adding and the frequency fs2 for the audio signal output from the output signal adding means. A second over-sampling means for performing oversampling at fs2> fs1),
An audio band expansion device comprising:
【請求項3】 周波数fs0でサンプリングされたオー
ディオ信号を入力し、周波数fs1(fs1>fs0)
でオーバーサンプリングを行い、fs0/n(nは整
数)以下の帯域Aの成分のみを通過させる第1のオーバ
ーサンプリング手段と、 前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力
し、帯域Aのオーディオ信号を所定の時間T毎に区切
り、前記帯域A内のスペクトルを解析するスペクトル解
析手段と、 前記第1のオーバーサンプリング手段の出力信号を入力
し、入力信号を歪ませて高調波成分を含むオーディオ信
号を出力する非線形手段と、 前記非線形手段の出力信号から前記帯域Aより高域に位
置する帯域Bの成分を取り出す高域通過フィルタと、 前記帯域Aより高域に位置する帯域B内にディザを生成
するディザ生成手段と、 前記高域通過フィルタの出力と前記ディザ生成手段の出
力とを加算する高域信号加算手段と、 前記スペクトル解析手段の解析結果に応じて、前記高域
信号加算手段の出力レベルを制御して出力するレベル制
御手段と、 前記レベル制御手段により制御された前記高域信号加算
手段の出力と前記第1のオーバーサンプリング手段の出
力とを加算する出力信号加算手段と、 前記出力信号加算手段から出力されたオーディオ信号に
対して、周波数fs2(fs2>fs1)でオーバーサ
ンプリングを行う第2のオーバーサンプリング手段と、
を具備することを特徴とするオーディオ帯域拡張装置。
3. An audio signal sampled at a frequency fs0 is input, and a frequency fs1 (fs1> fs0) is input.
The first oversampling means for passing only the component of the band A equal to or less than fs0 / n (n is an integer), and the output signal of the first oversampling means are input to the audio signal of the band A. A signal that divides the signal at predetermined time intervals T to analyze the spectrum in the band A, and the output signal of the first oversampling means are input, and the input signal is distorted to produce an audio signal containing a harmonic component. A non-linear means for outputting a signal; a high-pass filter for extracting a component of a band B located above the band A from the output signal of the non-linear means; and a dither inside the band B located above the band A. A high-pass signal adding means for adding an output of the high-pass filter and an output of the dither generating means; Level control means for controlling and outputting the output level of the high frequency signal adding means according to the analysis result of the vector analyzing means, output of the high frequency signal adding means controlled by the level control means, and the first Output signal adding means for adding the output of the oversampling means, and second oversampling means for performing oversampling at a frequency fs2 (fs2> fs1) on the audio signal output from the output signal adding means. ,
An audio band expansion device comprising:
【請求項4】 前記第1のオーバーサンプリング手段
は、 そのサンプリング周波数fs1が入力オーディオ信号の
サンプリング周波数fs0の2倍以上の値を有し、オー
バーサンプリング処理による折り返し成分を除去して出
力することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載
のオーディオ帯域拡張装置。
4. The first oversampling means has a sampling frequency fs1 that is at least twice the sampling frequency fs0 of the input audio signal, and removes and outputs a folding component due to oversampling processing. The audio band expansion device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
【請求項5】 前記非線形手段及び前記高域通過フィル
タにおける演算語長とその出力は、入力オーディオ信号
の語長より大きくすることを特徴とする請求項1又は3
記載のオーディオ帯域拡張装置。
5. The operation word length and the output thereof in the non-linear means and the high-pass filter are set to be larger than the word length of the input audio signal.
The audio band expansion device described.
【請求項6】 前記ディザ生成手段における演算語長と
その出力は、入力オーディオ信号の語長より大きくする
ことを特徴とする請求項2又は3記載のオーディオ帯域
拡張装置。
6. The audio band extending apparatus according to claim 2, wherein the operation word length and the output thereof in the dither generation means are made larger than the word length of the input audio signal.
【請求項7】 前記非線形手段及び前記高域通過フィル
タにおける演算語長とその出力は、入力オーディオ信号
の語長より大きく、 前記出力信号加算手段は、前記入力オーディオ信号の語
長のLSB幅と略同じ振幅の帯域拡張信号を前記第1の
オーバーサンプリング手段の出力に対して加算すること
を特徴とする請求項1又は3記載のオーディオ帯域拡張
装置。
7. The operation word length and its output in the non-linear means and the high-pass filter are larger than the word length of the input audio signal, and the output signal adding means sets the LSB width of the word length of the input audio signal. The audio band expanding apparatus according to claim 1 or 3, wherein a band expanding signal having substantially the same amplitude is added to the output of the first oversampling means.
【請求項8】 前記ディザ生成手段における演算語長と
その出力は、入力オーディオ信号の語長より大きく、 前記出力信号加算手段は、前記入力オーディオ信号の語
長のLSB幅と略同じ振幅の帯域拡張信号を前記第1の
オーバーサンプリング手段の出力に対して加算すること
を特徴とする請求項2又は3記載のオーディオ帯域拡張
装置。
8. The operation word length and its output in the dither generation means are larger than the word length of the input audio signal, and the output signal addition means has a band of an amplitude substantially the same as the LSB width of the word length of the input audio signal. 4. The audio band extending apparatus according to claim 2, wherein the extension signal is added to the output of the first oversampling means.
【請求項9】 前記非線形手段は、 正負両側に変化する信号の基準レベルに対して片側のみ
取り出すハーフクリップ手段、又は片側の振幅を反対側
に折り返す絶対値化手段の何れかを非線形処理として用
いることを特徴とする請求項1又は3記載のオーディオ
帯域拡張装置。
9. The non-linear means uses, as non-linear processing, either half-clip means for extracting only one side with respect to a reference level of a signal that changes between positive and negative sides, or absolute value conversion means for returning the amplitude of one side to the opposite side. The audio band expansion device according to claim 1 or 3, characterized in that
【請求項10】 前記スペクトル解析手段は、 入力オーディオ信号が単一スペクトルの信号か、複数の
スペクトルの信号かを解析することを特徴とする請求項
1〜3の何れか1項記載のオーディオ帯域拡張装置。
10. The audio band according to claim 1, wherein the spectrum analysis means analyzes whether the input audio signal is a signal having a single spectrum or a signal having a plurality of spectra. Expansion device.
【請求項11】 前記ディザ生成手段は、 所定の振幅内で確率密度が三角分布となるダイヤモンド
ディザ生成手段であることを特徴とする請求項2又は3
記載のオーディオ帯域拡張装置。
11. The dither generation means is diamond dither generation means having a triangular distribution of probability density within a predetermined amplitude.
The audio band expansion device described.
【請求項12】 前記ダイヤモンドディザ生成手段は、 互いに独立な2つのPN系列生成手段PAの出力とPN
系列生成手段PBの出力とを加算するものであることを
特徴とする請求項11記載のオーディオ帯域拡張装置。
12. The diamond dither generation means outputs two PN sequence generation means PA independent from each other and a PN.
12. The audio band expanding device according to claim 11, wherein the audio band expanding device adds the output of the sequence generating means PB.
【請求項13】 前記ダイヤモンドディザ生成手段は、 1つのPN系列生成手段PPの互いに異なり重なり合わ
ない部分要素PPAと部分要素PPBとを加算するもの
であることを特徴とする請求項11記載のオーディオ帯
域拡張装置。
13. The audio according to claim 11, wherein the diamond dither generation means is for adding the different subelements PPA and PPB of one PN sequence generation means PP which are different from each other and do not overlap each other. Bandwidth extension device.
【請求項14】 前記ディザ生成手段は、 所定の振幅内で確率密度が釣鐘型分布となるベル型ディ
ザ生成手段であることを特徴とする請求項2又は3記載
のオーディオ帯域拡張装置。
14. The audio band extending apparatus according to claim 2, wherein the dither generation unit is a bell-type dither generation unit in which the probability density has a bell-shaped distribution within a predetermined amplitude.
【請求項15】 前記ベル型ディザ生成手段は、 互いに独立な3つのPN系列生成手段PA、PN系列生
成手段PB、PN系列生成手段PCの各出力を加算する
ものであることを特徴とする請求項14記載のオーディ
オ帯域拡張装置。
15. The bell-type dither generation means adds the respective outputs of three PN sequence generation means PA, PN sequence generation means PB, and PN sequence generation means PC which are independent of each other. Item 14. The audio band extending device according to Item 14.
【請求項16】 前記ベル型ディザ生成手段は、 1つのPN系列生成手段PPの互いに異なり重なり合わ
ない部分要素PPAと部分要素PPBと部分要素PPC
とを加算するものであることを特徴とする請求項14記
載のオーディオ帯域拡張装置。
16. The bell-type dither generation means comprises: a sub-element PPA, a sub-element PPB, and a sub-element PPC of one PN sequence generation means PP which are different from each other and do not overlap.
15. The audio band expanding device according to claim 14, wherein the audio band expanding device and the audio signal are added together.
【請求項17】 前記ディザ生成手段は、 前記帯域Bのスペクトル分布が1/f特性となるディザ
を出力するものであることを特徴とする請求項2又は3
記載のオーディオ帯域拡張装置。
17. The dither generation means outputs a dither in which the spectral distribution of the band B has a 1 / f characteristic.
The audio band expansion device described.
【請求項18】 前記レベル制御手段は、 前記スペクトル解析手段の解析結果により、単一スペク
トルのみが存在すると判定された場合は、前記ディザ生
成手段の出力レベルをゼロにし、複数のスペクトルが存
在すると判定された場合には、前記帯域Aの最も高域の
スペクトルに前記帯域Bのディザのスペクトル高が連続
するように出力レベルを制御することを特徴とする請求
項2又は3記載のオーディオ帯域拡張装置。
18. The level control unit sets the output level of the dither generation unit to zero and determines that a plurality of spectra exist when the analysis result of the spectrum analysis unit determines that only a single spectrum exists. If the determination is made, the output level is controlled so that the spectrum height of the dither of the band B is continuous with the highest spectrum of the band A. apparatus.
【請求項19】 前記レベル制御手段は、 前記スペクトル解析手段の解析結果により、複数のスペ
クトルが存在すると判定された場合には、スペクトル包
絡線の傾斜に基づいて前記帯域Aと前記帯域Bの間でデ
ィザが連続するようにディザレベルを制御することを特
徴とする請求項2又は3記載のオーディオ帯域拡張装
置。
19. The level control means, when it is determined from the analysis result of the spectrum analysis means that a plurality of spectra are present, between the band A and the band B based on the slope of the spectrum envelope. 4. The audio band extending apparatus according to claim 2, wherein the dither level is controlled so that the dither continues.
【請求項20】 前記レベル制御手段は、 前記スペクトル解析手段の解析結果より、前記帯域Aの
信号がゼロと判定された場合は、ディザレベルをゼロに
ミュートすることを特徴とする請求項2又は3記載のオ
ーディオ帯域拡張装置。
20. The level control means mutes the dither level to zero when the signal of the band A is determined to be zero from the analysis result of the spectrum analysis means. 3. The audio band expansion device described in 3.
【請求項21】 前記レベル制御手段は、 前記スペクトル解析手段の解析出力を所定の平滑フィル
タを用いて平滑化し、ディザレベルの変動を緩慢にする
ことを特徴とする請求項2又は3記載のオーディオ帯域
拡張装置。
21. The audio according to claim 2, wherein the level control means smoothes the analysis output of the spectrum analysis means by using a predetermined smoothing filter to slow down the fluctuation of the dither level. Bandwidth extension device.
【請求項22】 前記平滑フィルタは、 アタック特性とレリーズ特性を夫々制御するものである
ことを特徴とする請求項21記載のオーディオ帯域拡張
装置。
22. The audio band extending apparatus according to claim 21, wherein the smoothing filter controls an attack characteristic and a release characteristic, respectively.
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