JP2009086018A - 音楽再生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルタ係数の変更を容易に行うことができるとともに、手振れの影響を抑制した高画質な映像信号を得ることが可能な防振制御回路を提供する。
【解決手段】 圧縮された音楽データであって、データストリームを構成する複数のフレームそれぞれに含まれるヘッダを解析し、ヘッダに含まれるデータ量情報を抽出するヘッダ解析部と、ヘッダ解析部で解析したデータストリームを復号化する復号化処理部と、復号化処理部で復号化された音楽データに対して、高域の音楽データを補間したデータを生成する高域補正部と、ヘッダ解析部で抽出されたデータ量情報に基づいて、高域補正部で施される処理を制御する処理設定部と、を備え、処理設定部は、１フレーム毎に抽出されたデータ量情報に応じて高域補正部での処理を制御することで、上記課題を解決することができる。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、所定の符号化方式によって圧縮された音楽データを復号化して、音楽データを再生する音楽再生回路に関する。

近年、ＭＰ３、ＡＡＣなど符号化方式によって圧縮された音楽データを再生する音楽再生装置が広く普及している。上記のような圧縮音楽データは、人間の聴覚の感度が低い高域部分のデータの量を減らし、削除後のデータに対して離散コサイン変換処理を施して、データの圧縮を実現している。音楽データを圧縮することによって、容量の小さなメモリにも十分な量の音楽データを格納することができるため、低コストでかつ小型な音楽再生装置の作成を可能にしている。

上記のとおり、圧縮音楽データは高域部分のデータが削除されているため、圧縮を施す前の音楽データに比べて音質が低下する。図４の（ａ）は圧縮音楽データの周波数特性を示す。４４．１ｋＨｚの周波数でサンプリングされた音楽データは、２２ｋＨｚを上限とした周波数成分を含むデータとなる。しかし、圧縮音楽データは高域部分のデータが削除されているため、図４の（ａ）に示す例では、約１３ｋＨｚを上限とした周波数成分を含むデータとなる。圧縮音楽データを再生する際に、削除された高域部分のデータを補間する技術として、以下の特許文献１に記載された発明がある。

特許文献１の図１には、サンプラ３と、アップサンプラ５と、デジタルフィルタ６とを備えた音楽データ信号復元系が記載されている。再生する音楽データに対して、サンプラ３によってダウンサンプリング処理を施した後、アップサンプラ５によってアップサンプリング処理を施す。つまり、アップサンプラ５は、サンプラ３によって取り除かれたデータ部分に０信号を挿入する。デジタルフィルタ６は、０信号が所定の周期で挿入された音楽データに対してフィルタ処理を施すことによって、挿入された０信号が適宜な値に修正され、高域部分のデータが補間されかつ平準化された音楽データを生成する。

図８には、高域部分のデータを補間する機能を有する従来の音楽再生回路１００のブロック図を示す。音楽再生回路１００は、ＣＰＵ１２０、インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１２２、デコーダ１３０、高域補正部１４０を含んで構成され、圧縮音楽データが格納されたメモリ２００に接続される。

ＣＰＵ１２０は、バスを介して音楽再生回路１００に含まれる各信号処理部に接続され、Ｉ／Ｆ部１２２、デコーダ１３０、高域補正部１４０などの各信号処理部の動作を制御する。ＣＰＵ１２０は、メモリ２００又は図示しないメモリに格納された制御プログラムに応じて、各信号処理部の動作を制御する。

Ｉ／Ｆ部１２２は、メモリ２００に格納された音楽データを読み出して、デコーダ１３０に転送する。また、Ｉ／Ｆ部１２２は、ＣＰＵ１２０の命令に応じて、音楽再生回路１００とメモリ２００との間で、音楽データを含む様々なデータの読み出し、書き込みの処理を行う。

デコーダ１３０は、メモリ２００から読み出された圧縮音楽データに対して復号化処理を施して、音楽データを生成する。デコーダ１３０は、ＭＰ３、ＡＡＣなどの符号化方式に応じた復号化処理を施す。

高域補正部１４０は、復号化された音楽データに対して、高域部分のデータの補間処理を行う回路であり、特許文献１に記載の信号復元系に相当する。高域補正部１４０は、復号化された音楽データに対して、ダウンサンプリング処理、アップサンプリング処理、フィルタ処理を施すことによって、高域部分を補間した音楽データを生成する。高域補正部１４０は、フィルタ処理を行うためのフィルタ係数を格納するレジスタ１４２を備え、ＣＰＵ１２０の制御によってフィルタ係数が格納される。

メモリ２００に格納された音楽データは、複数のフレームからなるデータストリームによって構成される。データストリームに含まれる各フレームは、フレームの先頭に設けられるヘッダ部と、それに後続するユーザデータ部とを含んで構成される。例えば、４４．１ｋＨｚの周波数でサンプリングされた音楽データをＭＰ３の符号化方式によって圧縮されている場合、連続する１１５２サンプル分のデータを1フレームとして圧縮処理が行われている。圧縮率が一定の場合、つまり、固定ビットレートの圧縮音楽データの場合、データストリームに含まれるすべてのフレームは同じビット数となり、各フレームに付されるヘッダには一定のデータ長を示す情報が付される。

ＣＰＵ１２０は、ビットレートの情報に基づいて、高域補正部１４０に含まれるフィルタの係数を決定し、フィルタ係数をレジスタ１４２に設定する。固定ビットレートの場合、高域補正部１４０は同じフィルタ係数を用いて高域補正処理を行う。
特許第３８２０３３１号公報

圧縮音楽データは、データ容量が小さいという利点がある一方、高域部分の音楽データを削除しているため、音質の劣化という問題が常につきまとう。これを改善する方法の１つとして、データストリーム中のフレームごとに圧縮率を変更する可変ビットレート方式の符号化処理がある。つまり、各フレームの特性に応じて高音質と高圧縮率が実現できるビットレートを選択し、符号化処理を行う。

従来の音楽再生回路１００を用いて可変ビットレートの圧縮音楽データを再生する場合、高域補正部１４０は圧縮率の異なる各フレームに対して同じフィルタ係数を用いて高域補正処理を行う。このとき、再生される音楽は、高域補正処理を施しているにも関わらず最適な補正処理が行われない場合がある。

各フレームのビットレートが低くなるについて削除する高域部分の音楽データが多くなるため、高域補正処理で用いられる最適なフィルタ係数は各フレームのビットレートに応じて異なる。具体的には、可変ビットレートの圧縮音楽データを再生する際にある一定のフィルタ係数を用いて高域補正処理を施す場合、ビットレートが高いフレームに対しては最適なフィルタ係数であるが、ビットレートが低いフレームに対しては最適なフィルタ係数とならない場合がある。このとき、高域補正処理を施しているにもかかわらず、ビットレートが低いフレームに対して最適な高域補正処理が施されず、高域補正処理による音質改善の能力を十分に発揮することができていなかった。

本願発明は、上記従来技術の問題を鑑み、可変ビットレートの圧縮音楽データに対して、高域部分の補間処理を好適に施すことができる音楽再生回路を提供することを目的とする。

本願発明は、圧縮された音楽データであって、データストリームを構成する複数のフレームそれぞれに含まれるヘッダを解析し、ヘッダに含まれるデータ量情報を抽出するヘッ
ダ解析部と、ヘッダ解析部で解析したデータストリームを復号化する復号化処理部と、復号化処理部で復号化された音楽データに対して、高域の音楽データを補間したデータを生成する高域補正部と、ヘッダ解析部で抽出されたデータ量情報に基づいて、高域補正部で施される処理を制御する処理設定部と、を備え、処理設定部は、１フレーム毎に抽出されたデータ量情報に応じて高域補正部での処理を制御すること、を特徴とする。

本願発明によれば、可変ビットレートの圧縮音楽データに対して、高域部分の補間処理を好適に施すことができ、高音質な音楽データを出力することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態を示す音楽再生回路１０のブロック図を示す。音楽再生回路１０は、ＣＰＵ２０、Ｉ／Ｆ部２２、デコーダ３０、高域補正部４０、係数設定部５０を含んで構成され、圧縮音楽データが格納されたメモリ２００に接続される。

ＣＰＵ２０は、バスを介して音楽再生回路１０に含まれる各信号処理部に接続され、Ｉ／Ｆ部２２、デコーダ３０、高域補正部４０、係数設定部５０などの各信号処理部の動作を制御する。ＣＰＵ２０は、メモリ２００又は図示しないメモリに格納された制御プログラムに応じて、各信号処理部の動作を制御する。

Ｉ／Ｆ部２２は、メモリ２００に格納された音楽データを読み出して、デコーダ３０に転送する。また、Ｉ／Ｆ部２２は、ＣＰＵ２０の命令に応じて、音楽再生回路１０とメモリ２００との間で、音楽データを含む様々なデータの読み出し、書き込みの処理を行う。

デコーダ３０は、ヘッダ解析部３２及び復号化処理部３４を含んで構成される。ヘッダ解析部３２は、圧縮音楽データのデータストリーム中に含まれるヘッダ部の情報を解析する。ヘッダ部は、そのヘッダが含まれるフレームのデータ長を示す情報を含み、ヘッダ解析部３２はフレームのデータ長の情報を抽出して、係数設定部５０へ出力する。復号化処理部３４は、圧縮音楽データのデータストリーム中に含まれるユーザデータ部に対して、圧縮音楽データのフォーマットに応じた復号化処理を施す。

高域補正部４０は、復号化された音楽データに対して、高域部分のデータの補間処理を行う回路であり、特許文献１に記載の信号復元系に相当する。高域補正部４０は、復号化された音楽データに対して、ダウンサンプリング処理、アップサンプリング処理、フィルタ処理を施すことによって、高域部分を補間した音楽データを生成する。高域補正部４０は、フィルタ処理を行うためのフィルタ係数を格納するレジスタ４２を備え、係数設定部５０の制御によってフィルタ係数が格納される。

係数設定部５０は、係数テーブル５２を含んで構成され、係数テーブル５２に格納されたフィルタ係数をレジスタ４２に格納する。係数テーブル５２は、図２に記載されているように、複数のデータ長の情報それぞれに対応したフィルタ係数を格納する。例えば、６４ｋｂｐｓ、８０ｋｂｐｓ、９６ｋｂｐｓ、１２８ｋｂｐｓ、１９２ｋｂｐｓのビットレートについてそれぞれ、係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが対応付けられる。係数設定部５０は、ヘッダ解析部３２が出力するデータ長の情報に基づいて、係数テーブル５２を参照して、レジスタ４２にフィルタ係数を設定する。

メモリ２００は、音楽再生回路１０が処理する圧縮音楽データを格納する。メモリ２００は、例えば、音楽再生回路１０が搭載される音楽再生装置に備えられたフラッシュメモリなどのメモリチップやハードディスクドライブ、または、音楽再生装置から着脱可能なメモリカードとすることができる。また、メモリ２００は圧縮音楽データの他に、音楽再
生回路を制御する制御プログラムを格納する構成とすることができる。

次に、図１および図３を参照して、可変ビットレートの圧縮音楽データの再生動作を説明する。図３は、可変ビットレードで符号化された圧縮音楽データのデータストリームの構成を示す。データストリームは、ヘッダ部及びユーザデータ部が交互に並んで構成され、図３には第ｉフレームから第ｉ＋２フレームまでヘッダ部及びユーザデータ部を示す。

可変ビットレートの圧縮音楽データの場合、図３に示すようにそれぞれのフレームでヘッダ部のデータ長は等しいものの、ユーザデータ部のデータ長は異なる。例えば、第ｉ＋１フレームは、第ｉフレームや第ｉ＋２フレームに比べて、データ長が長い、つまり、ビットレートが高い。ヘッダ部は、ユーザデータのデータ長の違いに基づいたデータ長の情報を含み、ヘッダ解析部３２はこのデータ長の情報を抽出して係数設定部５０に出力する。

復号化処理部３４は、ヘッダ解析部３２から出力されたデータストリームを復号化して、高域補正部４０へ出力する。このとき係数設定部５０は、復号化処理部３４で復号化されたフレームのデータが高域補正部４０に出力されるタイミングに同期して、そのフレームから抽出したデータ長の情報に応じたフィルタ係数をレジスタ４２に格納する。これによって、高域補正処理が施されるフレームのデータ長の情報、つまりビットレートに応じて、適切なフィルタ係数を設定することができる。

図４及び図５を参照して、高域補正部４０の構成を詳細に説明する。図４及び図５に示す例は、高域補正処理を施した音楽データを、そのまま出力する構成としたことを特徴とする。

図４（ａ）は、所定のビットレートのフレームに含まれる音楽データについて、高域補正処理を施す前のデータの周波数特性を示す。図４（ａ）に示す周波数特性８０は、約１３ｋＨｚを上限とする特性を有する。このデータに対して高域補正処理を施すことによって、高い周波数領域のデータが補間されるため、図４（ｂ）に示すように、約２０ｋＨｚを上限とする周波数特性８２が得られる。

図５は、図４に示す周波数特性８２を得ることが可能な高域補正部４０のブロック図を示す。高域補正部４０は、レジスタ４２、ダウンサンプリング部４４、アップサンプリング部４５、フィルタ処理部４６、セレクタ４９を含んで構成される。

ダウンサンプリング部４４は、再生する音楽データに対して、ダウンサンプリング処理を施し、アップサンプリング部４５は、ダウンサンプリングされた音楽データに対してアップサンプリング処理を施す。つまり、アップサンプリング部４５は、ダウンサンプリング部４４によって取り除かれたデータ部分に０信号を挿入する。

フィルタ処理部４６は、０信号が所定の周期で挿入された音楽データに対して、レジスタ４２に格納されたフィルタ係数に基づいて、フィルタ処理を施す。これによって、フィルタ処理部４６は、挿入された０信号を適宜な値に修正し、高域部分のデータが補間されかつ平準化された音楽データを出力する。

セレクタ４９は、高域補正処理が施される前の音楽データと、フィルタ処理部４６が出力する音楽データと、を選択的に出力する。高域補正処理を行う場合、セレクタ４９はフィルタ処理部４６が出力する音楽データを選択し、出力する。

次に、図６及び図７を参照して、高域補正部４０の構成を詳細に説明する。図６及び図
７に示す例は、高域補正処理を施した音楽データのうち高域部分のみを抽出し、高域補正前の音楽データに加算して出力する構成としたことを特徴とする。

図６（ａ）は、所定のビットレートのフレームに含まれる音楽データについて、高域補正処理を施す前のデータの周波数特性を示す。図６（ａ）に示す周波数特性９０は、約１５ｋＨｚを上限とする特性を有する。このデータに対して高域補正処理を施すことによって、高い周波数領域のデータが補間されるため、図６（ｂ）に示すように、約２０ｋＨｚを上限とする周波数特性９２が得られる。

図６に記載の例では、周波数特性９２から高域部分のデータのみを抽出するため、１３ｋＨｚから２０ｋＨｚ付近までのデータを抽出するゲイン９４を周波数特性９２に乗算する。図６（ｂ）に示す高域部分の補間データを周波数特性９０に加算することによって、図６（ｃ）に示すように、高域部分が補間され約２０ｋＨｚを上限とする周波数特性９６が得られる。

図７は、図６に示す周波数特性９６を得ることが可能な高域補正部４０のブロック図を示す。高域補正部４０は、レジスタ４２、ダウンサンプリング部４４、アップサンプリング部４５、フィルタ処理部４６、加算器４７、セレクタ４８を含んで構成される。

ダウンサンプリング部４４は、再生する音楽データに対して、ダウンサンプリング処理を施し、アップサンプリング部４５は、ダウンサンプリングされた音楽データに対してアップサンプリング処理を施す。つまり、アップサンプリング部４５は、ダウンサンプリング部４４によって取り除かれたデータ部分に０信号を挿入する。

フィルタ処理部４６は、０信号が所定の周期で挿入された音楽データに対して、レジスタ４２に格納されたフィルタ係数に基づいて、フィルタ処理を施す。これによって、フィルタ処理部４６は、挿入された０信号を適宜な値に修正し、高域部分のデータが補間されかつ平準化された音楽データのうち、高域部分のデータを抽出して出力する。

加算器４７は、高域補正処理を施す前の音楽データと、フィルタ処理部４６が出力する高域部分の補間データとを加算して、高域部分が補間された音楽データを生成する。セレクタ４８は、高域補正処理が施される前の音楽データと、加算器４７が出力する音楽データと、を選択的に出力する。高域補正処理を行う場合、セレクタ４８は加算器４７が出力する音楽データを選択し、出力する。このとき、加算器４７に入力される高域補正処理が施される前の音楽データは、図示しない遅延回路によって所定時間遅延させることが好適である。これによって、加算器４７は、高域補正処理を施す前の音楽データと高域部分の補間データのタイミングと同期させて、加算することができる。

図５に示す高域補正部４０は、再生する圧縮音楽データの周波数特性の上限が比較的低い場合に用いることが好適である。つまり、元の圧縮音楽データには高域部分のデータが少ないため、補間された高域部分の音楽データと干渉する可能性が少ない。そのため、高域補正部４０は、高域補正処理を施した音楽データをそのまま出力することによって、高音質な音楽データを出力することができる。

また、図７に示す高域補正部４０は、再生する圧縮音楽データの周波数特性の上限が比較的高い場合に用いることが好適である。つまり、元の圧縮音楽データには高域部分のデータが比較的多いため、補間された高域部分の音楽データと干渉する可能性が高い。そこで、高域補正部４０は、干渉する可能性のある高域部分のデータを削除し、高域補正処理を施す前の音楽データに加算することによって、高音質な音楽データを出力することができる。

本発明の実施形態では、１フレーム毎に抽出されたデータ量情報に応じて高域補正部４０に備えられたデジタルフィルタのフィルタ係数を更新する係数設定部５０を備えた。これによって、可変ビットレートの音楽データを再生する場合でも、データストリーム中に含まれる各フレームのデータ量、つまり周波数特性に応じた高域補正処理を行うことが可能となり、高音質な音楽データを出力することが可能となる。

本発明の音楽再生装置１０は、可変ビットレートの音楽データに含まれる各フレームに応じて、補間される高域部分の音楽データの周波数特性レベルを制御することができる。補間されるデータの周波数特性レベルの制御は、レジスタ４２に格納するフィルタ係数を変更することによって実現できる。図３に記載のデータストリームにおいては、第ｉフレームに比べて第ｉ＋１フレームの方がビットレートが高い。このとき、係数設定部５０は、第ｉ＋１フレームの高域部分の周波数特性レベルが、第ｉフレームに比べて低くなるように、フィルタ係数を制御する。これによって、可変ビットレートの音楽データを再生する場合でも、高音質な音楽データを出力することが可能となる。

本発明の実施形態に記載のヘッダ解析部３２及び係数設定部５０は、ＣＰＵによって実現することもできる。この場合、復号化処理部３４が復号化されたフレームのデータを出力するタイミングと、フィルタ係数をレジスタ４２に格納するタイミングとを同期させるために、ＣＰＵにおけるフィルタ係数の格納のタスクの優先度を高くする必要がある。このとき、ＣＰＵの負荷は増加するものの回路の追加を行う必要がない。一方、図１に記載の本発明の実施形態では、ヘッダ解析部３２及び係数設定部５０は、ＣＰＵ２０から独立した回路で構成している。これによって、ＣＰＵの負荷を増やすことなく、復号化処理部３４が復号化されたフレームのデータを出力するタイミングと、フィルタ係数をレジスタ４２に格納するタイミングとを同期させることができる。

本発明の実施形態では、データストリーム中の各フレームのデータ長の情報に応じて、高域補正部４０に含まれるレジスタ４２に格納するフィルタ係数を変更する構成について説明したが、本願発明はこれに限られるものではない。例えば、各フレームのデータ長の情報に応じて、高域補正処理を施すか否かを選択する構成とすることができる。このとき、係数設定部５０は、各フレームのデータ長の情報に応じてセレクタ４９、４８を切り替える。

ビットレートが高い場合、フレームに含まれる音楽データの周波数特性の上限は比較的高いため、高域補正処理を施さなくても高音質な音楽データを得ることができる。反対に、ビットレートが低い場合、フレームに含まれる音楽データの周波数特性の上限は比較的低いため、高域補正処理を施すことによって高音質な音楽データを得ることができる。これらをフレーム毎に切り替えることによって、可変ビットレートの圧縮音楽データを再生する際、高音質な音楽データを出力することができる。また、本願発明は、高域補正処理を施すか否かの制御と、フィルタ係数の変更制御とを同時に実施することもできる。

本発明の実施形態の音楽再生回路の概略のブロック図である。 本発明の実施形態における、係数テーブル５２の概略を示す図である。 可変ビットレートで符号化された圧縮音楽データのデータストリーム及びフレームを示す図である。 圧縮音楽データと、高域補正処理が施された音楽データの周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態における、高域補正部４０の概略のブロック図である。 圧縮音楽データと、高域補正処理が施された音楽データの周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態における、高域補正部４０の概略のブロック図である。 従来の音楽再生回路の概略のブロック図である。

符号の説明

１０，１００ 音楽再生回路、２０，１２０ ＣＰＵ、２２，１２２ Ｉ／Ｆ部、３０，１３０ デコーダ、３２ ヘッダ解析部、３４ 復号化処理部、４０，１４０ 高域補正部、４２，１４２ レジスタ、４４ ダウンサンプリング部、４５ アップサンプリング部、４６ フィルタ処理部、４７ 加算器、４８，４９ セレクタ、５０ 係数設定部、５２ 係数テーブル、２００ メモリ。

Claims (6)

1. 圧縮された音楽データであって、データストリームを構成する複数のフレームそれぞれに含まれるヘッダを解析し、前記ヘッダに含まれるデータ量情報を抽出するヘッダ解析部と、
   前記ヘッダ解析部で解析した前記データストリームを復号化する復号化処理部と、
   前記復号化処理部で復号化された音楽データに対して、高域の音楽データを補間したデータを生成する高域補正部と、
   前記ヘッダ解析部で抽出されたデータ量情報に基づいて、前記高域補正部で施される処理を制御する処理設定部と、
   を備え、前記処理設定部は、１フレーム毎に抽出されたデータ量情報に応じて前記高域補正部での処理を制御することを特徴とする音楽再生回路。
2. 請求項１に記載の音楽再生回路において、
   前記処理設定部は、前記データ量情報に基づいて、前記高域補正部の処理を行うか否かを切り替えることを特徴とする音楽再生回路。
3. 請求項２に記載の音楽再生回路において、
   前記復号化処理部が前記ヘッダを抽出したフレームを復号化して出力するタイミングに同期して、前記処理設定部は前記高域補正部の処理を行うか否かを切り替えることを特徴とする音楽再生回路。
4. 圧縮された音楽データであって、データストリームを構成する複数のフレームそれぞれに含まれるヘッダを解析し、前記ヘッダに含まれるデータ量情報を抽出するヘッダ解析部と、
   前記ヘッダ解析部で解析した前記データストリームを復号化する復号化処理部と、
   前記復号化処理部で復号化された音楽データに対してフィルタ処理を施して、高域の音楽データを補間したデータを生成する高域補正部と、
   前記ヘッダ解析部で抽出されたデータ量情報に基づいて、前記高域補正部で施されるフィルタ処理のフィルタ係数を設定する処理設定部と、
   を備え、前記処理設定部は、１フレーム毎に抽出されたデータ量情報に応じて前記フィルタ係数を更新することを特徴とする音楽再生回路。
5. 請求項４に記載の音楽再生回路において、
   前記処理設定部は、複数の前記データ量情報それぞれに対応した前記フィルタ係数を格納する係数テーブルを備え、前記処理設定部は、前記係数テーブルに格納された前記フィルタ係数に応じて前記高域補正部の前記フィルタ係数を設定することを特徴とする音楽再生回路。
6. 請求項５に記載の音楽再生回路において、
   前記復号化処理部が前記ヘッダを抽出したフレームを復号化して出力するタイミングに同期して、前記処理設定部は前記高域補正部のフィルタ係数を設定することを特徴とする音楽再生回路。

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