JPH0793900A - オーディオ信号再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オーディオ信号再生装置において記録媒体か
らの読出原信号の低次高調波成分だけでなく高次高調波
成分を簡単な構成で生成して読出原信号に加えることに
より、自然な再生音を得る。 【構成】 記録媒体から読み出されて得られたＰＣＭデ
ィジタルオーディオ信号のサンプリング周波数ｆs ／２
以下の読出原信号成分のみをオーバサンプリングディジ
タルローパスフィルタによって抽出し、オーバサンプリ
ングディジタルローパスフィルタの出力オーディオ信号
とその絶対値成分を含む信号とを乗算することにより高
調波成分を生成してその高調波成分のうちのｆs ／２以
上の高調波成分を抽出して読出原信号成分に重畳する。 【効果】 簡単な構成でかつ低コストで読出原信号の低
次高調波成分から高次高調波成分まで生成することで
き、記録媒体への録音時に急峻な特性のフィルタでカッ
トされた信号成分を再現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンパクトディスク等の
記録媒体から読み出して得られたＰＣＭ（Pulse Code M
odulation)ディジタルオーディオ信号から原オーディオ
信号を再生するオーディオ信号再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタ
ルオーディオテープ（ＤＡＴ）等のディジタルオーディ
オ信号を記録する記録媒体において、そのディジタルオ
ーディオ信号の記録周波数は、サンプリング定理により
折り返し歪みを生じないようにサンプリング周波数の半
分以下の帯域の周波数になっている。

【０００３】通常、人間が聴取することができる単一信
号音（純音）の周波数は２０ＫＨｚと言われており、こ
れに従って、サンプリング周波数はコンパクトディスク
の場合、４４．１ＫＨｚ、ディジタルオーディオテープ
の場合、４８ＫＨｚとなっている。一方、近年の研究に
より、今までのように２０ＫＨｚで急峻に立ち下がる周
波数特性を有するフィルタを用いてオーディオ信号の高
域成分をカットすると不自然な再生音となることが論じ
られている。

【０００４】そこで、サンプリング周波数の半分以上の
信号成分を再生することが可能となるＣＤプレーヤ等の
再生装置が開発されている。例えば、記録媒体から読み
出されて得られたディジタルオーディオ信号のサンプリ
ング周波数の半分の周波数以下の読出原信号成分のみを
抽出し、その原信号成分を乗算器により２乗又は３乗し
て高調波成分を生成して読出原信号成分に重畳する装置
が特開平４−２４５０６２号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の装置によれば、２次高調波、３次高調波等の低次
の高調波成分を生成するためには少数の乗算器だけで可
能であるが、高次の高調波成分を生成するためには乗算
器を多段接続する必要があり、構成の複雑化を招来する
という問題があった。

【０００６】よって、本発明の目的は、原信号の低次高
調波成分だけでなく高次高調波成分を簡単な構成で生成
して原信号に加えることにより、自然な再生音を得るこ
とが可能なオーディオ信号再生装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のオーディオ信号
再生装置は、記録媒体から読み出して得られたＰＣＭデ
ィジタルオーディオ信号から原オーディオ信号を再生す
るオーディオ信号再生装置であって、ＰＣＭディジタル
オーディオ信号を受けそのサンプリング周波数ｆs のほ
ぼ１／２の周波数以上の成分を減衰させかつサンプリン
グ周波数をｎ（ｎは２以上の整数）倍にして新たなサン
プリング点を補間するオーバサンプリングディジタルロ
ーパスフィルタと、ローパスフィルタの出力オーディオ
信号とその絶対値成分を含む信号とを乗算するディジタ
ル乗算手段と、サンプリング周波数ｆs のほぼ１／２の
周波数以下の乗算手段の出力オーディオ信号成分を減衰
させるディジタルハイパスフィルタと、ローパスフィル
タの出力オーディオ信号とハイパスフィルタの出力オー
ディオ信号とを加算して得られる加算信号を原オーディ
オ信号とする加算手段とを有することを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】本発明のオーディオ信号再生装置においては、
記録媒体から読み出されて得られたディジタルオーディ
オ信号のサンプリング周波数ｆs ／２以下の読出原信号
成分のみをオーバサンプリングディジタルローパスフィ
ルタによって抽出し、オーバサンプリングディジタルロ
ーパスフィルタの出力オーディオ信号とその絶対値成分
を含む信号とを乗算することにより高調波成分を生成し
てその高調波成分のうちのｆs ／２以上の高調波成分を
抽出して読出原信号成分に重畳することが行なわれる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１に示した本発明によるオーディオ信
号再生装置においては、コンパクトディスク等の記録媒
体から読み出されたＰＣＭディジタルオーディオ信号が
入力端子ＩＮに供給される。コンパクトディスクの場合
にはコンパクトディスクからピックアップ（図示せず）
により読み出された後、ＥＦＭ(Eight to Fourteen Mod
ulation)復調されかつ誤り訂正されたディジタルオーデ
ィオ信号が供給される。入力端子ＩＮにはＬＰＦ１が接
続されている。ＬＰＦ１は通常のＣＤプレーヤに用いら
れている８倍のオーバサンプリングディジタルＬＰＦで
あり、入力信号のサンプリング周波数ｆs の１／２倍の
周波数以上で急峻に減衰する特性を有する。ＬＰＦ１の
出力には高調波発生回路２が接続されている。

【００１０】高調波発生回路２は絶対値回路３と乗算器
４から構成される。絶対値回路３はＬＰＦ１の出力値の
絶対値をとり、乗算器４はＬＰＦ１の出力値と絶対値回
路３の出力値とを乗算する。乗算器４の出力値が生成さ
れた高調波成分である。なお、絶対値回路３において
は、入力データが絶対値表示ならばデータのＭＳＢ（最
上位ビット）が正負符号を示すので、そのＭＳＢが正を
示す０ならばデータをそのまま出力し、負を示す１なら
ば０に変換して出力することを行なう。また、データが
２の補数表示ならば、ＭＳＢが正を示す０ならばデータ
をそのまま出力し、負を示す１ならばそのデータから１
を差し引き、更に各ビットの０１を反転してから出力す
ることを行なう。

【００１１】高調波発生回路２の出力にはｆs／２以下
の周波数成分をカットするためのディジタルＨＰＦ５が
接続されている。このＨＰＦ５の出力と共にＬＰＦ１の
出力には加算器６が接続され、ＬＰＦ１及びＨＰＦ５の
出力値が加算される。加算器６の出力にはＤ／Ａ変換器
７が接続されている。Ｄ／Ａ変換器７は加算器６からの
ディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換し、入
力信号のサンプリング周波数ｆs の８倍の周波数８ｆs
で動作する。Ｄ／Ａ変換器７の出力信号が出力端子ＯＵ
Ｔに供給される。

【００１２】かかる構成において、記録媒体が読み出さ
れたサンプリング周波数ｆs のＰＣＭディジタルオーデ
ィオ信号は先ず、ＬＰＦ１によって８倍のサンプリング
周波数にされて８ｆs となり、ディジタルオーディオ信
号の周波数ｆs ／２以上成分がカットされる。このよう
にサンプリング周波数を８ｆs に上げた場合にはｆs／
２から４ｆs の周波数範囲の高調波成分を生成させるこ
とが可能となる。ＬＰＦ１から出力されるサンプリング
周波数８ｆs のディジタルオーディオ信号が高調波発生
回路２に供給されることにより高調波成分が生成され
る。

【００１３】高調波発生回路２においては、ＬＰＦ１か
ら出力されたディジタルオーディオ信号の値をｘとする
と、絶対値回路３はｘの絶対値｜ｘ｜を出力するので、
乗算器４はディジタルオーディオ信号値ｘと絶対値｜ｘ
｜とを乗算して出力値ｘ・｜ｘ｜を発生する。ｘ＝sin
ωｔとすると、乗算器４の出力値は、フーリエ展開によ
り、

【００１４】

【数１】

【００１５】となり、奇数高調波成分が生成される。乗
算器４から出力されるこれら高調波成分を含むディジタ
ルオーディオ信号はｆs ／２以下の周波数では高調波成
分が含まれており、加算器６においてそれら成分と加算
されると、重複加算となってしまう。従って、乗算器４
から出力される信号はＨＰＦ５に供給され、ｆs ／２以
下の周波数成分がカットされる。

【００１６】ＨＰＦ５から出力される信号は加算器６に
おいてＬＰＦ１から出力される信号と加算される。すな
わち、ＬＰＦ１からの読出原信号成分とＨＰＦ５からの
高調波成分とが加算され、その加算出力が原オーディオ
信号として出力される。加算器８から出力される信号は
Ｄ／Ａ変換器１０に供給されてアナログオーディオ信号
に変換される。よって、このアナログオーディオ信号に
は記録媒体から読み出された原信号に含まれていなかっ
たｆs ／２以上の高調波成分が含まれるのである。

【００１７】次に、かかる装置の各部で得られるディジ
タル信号が表わす周波数スペクトラム波形例を示す。記
録媒体が読み出されたＰＣＭディジタルオーディオ信号
が例えば、図２（ａ）に示すように各帯域の成分を有す
る場合に、ＬＰＦ１から出力される信号は８倍のオーバ
サンプリング動作によって図２（ｂ）に示すように０．
５ｆs〜７．５ｆsの折り返し成分が除去される。次に、
高調波発生回路２において高調波成分を含むディジタル
オーディオ信号が生成されることにより、図２（ｃ）に
示すように４ｆsを中心としたミラー成分が生じる。高
調波発生回路２の出力信号のｆs ／２以下の不要部分が
ＨＰＦ５によって除去されるので、ＨＰＦ５の出力信号
の周波数スペクトラムは図２（ｄ）に示すようになる。
更に、加算器８から出力される信号はＨＰＦ５の出力信
号とＬＰＦ１の出力信号とを含むので、図２（ｅ）に示
すような周波数スペクトラムとなる。

【００１８】ところで、ｘ²＋ｘ³のように低次の高調波
成分を生成した場合には、入力信号が正弦波ならば出力
信号波形は図３に示すようになる。例えば、１２．５ｋ
ＨＺの正弦波のサンプリングデータ入力に対して、２５
ｋＨＺの２次高調波成分及び３７．５ｋＨＺの３次高調
波成分は発生される。しかしながら、出力信号波形の上
下が対称とならない。パイプオルガンのような基音が１
０ｋＨＺにも及ぶものでは出力信号波形は２０ｋＨＺよ
り大なる２次高調波成分以上がカットされて好ましくな
い。これに対し、本発明の如く、高調波成分としてｘ・
｜ｘ｜を発生する場合には２次及び３次高調波成分だけ
でなく、更に高次の高調波成分も生成されるので、出力
信号波形は図４に示すように上下対称となり、好ましい
再生音となる。

【００１９】なお、上記した実施例においては、加算等
の演算の途中でオーバフローやアンダーフローが生じな
いようにする必要がある。また、上記した実施例におい
ては、高調波発生回路２では入力信号値ｘに対してその
絶対値｜ｘ｜を乗算するが、入力信号値ｘに対してその
絶対値の平方根

【００２０】

【数２】

【００２１】を乗算しても良い。この場合には生成され
たｆs ／２以上の高調波成分のレベルはｘ・｜ｘ｜の場
合より小さくなるが、いずれの乗算結果を用いるかは聴
感上からユーザが選択するようにしても良い。更に、上
記した実施例においては、高調波発生回路２から発生さ
れた高調波成分中のサンプリング周波数ｆs の１／２以
下の成分を除去するためにＨＰＦを用いたが、実施例の
ように入力ＰＣＭディジタルオーディオ信号がオーバサ
ンプリングディジタルＬＰＦによって８倍のサンプリン
グ周波数にされて８ｆs とされた場合には通過帯域がほ
ぼサンプリング周波数ｆsの１／２以上でかつ４ｆs以下
のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を用いても良い。

【００２２】図５は本発明の他の実施例を示している。
この実施例においては、図１に示した装置のＬＰＦ１、
高調波発生回路２、ＨＰＦ５、加算器６及びＤ／Ａ変換
器７の他にオンオフスイッチ８及び高調波成分検出回路
９が設けられている。スイッチ８はＨＰＦ５と加算器６
との間に挿入されている。高調波成分検出回路９はＬＰ
Ｆ１の出力信号が高調波成分を有する信号であるか否か
を判別し、その判別結果に応じてスイッチ８のオンオフ
を制御する。

【００２３】高調波成分検出回路９においては、図６に
示すようにＬＰＦ１からのディジタル信号の入力端子Ｉ
Ｎに２つの微分回路１１，１２が直列に接続されてい
る。微分回路１１，１２は入力ディジタル信号を２次微
分するようになっている。微分回路１２の出力には符号
ビット検出回路１３が接続されている。符号ビット検出
回路１３はディジタル信号データのＭＳＢからデータが
正負のいずれであるかを判別し、ＭＳＢが正を示す０な
らば１を示す高レベル信号を出力し、ＭＳＢが負を示す
１ならば０を示す低レベル信号を出力する。符号ビット
検出回路１３の出力信号はアップダウンカウンタ１４に
供給される。アップダウンカウンタ１４は符号ビット検
出回路１３からの高レベル信号の立ち上がり応じてリセ
ットされ、高レベル信号が供給されている間においてク
ロックパルスＣＬＫをアップ計数し、低レベル信号が供
給されている間においてクロックパルスＣＬＫをダウン
計数する。クロックパルスＣＬＫの周波数は例えば、サ
ンプリング周波数ｆsの８倍である。

【００２４】アップダウンカウンタ１４の出力にはその
計数出力を保持するラッチ回路１５が接続されている。
ラッチ回路１５は符号ビット検出回路１３の出力信号の
立ち上がり時から次の立ち上がりまでの１の期間におい
て最終的に増加した数値を次の期間において保持する。
ラッチ回路１５の出力信号はコンパレータ１６，１７に
供給される。コンパレータ１６，１７はインバータ１８
及びＡＮＤ回路１９と共にウインドコンパレータを構成
している。すなわち、コンパレータ１６，１７はラッチ
回路１５の出力値が−３より大で３より小の範囲にある
とき１を示す高レベル信号を出力し、その範囲外である
とき０を示す低レベル信号を出力する。そのウインドコ
ンパレータの出力であるＡＮＤ回路１９にはカウンタ２
０が接続されている。カウンタ２０はウインドコンパレ
ータの低レベル出力によってリセットされ、ウインドコ
ンパレータの高レベル出力時に周波数ｆsのパルスを計
数し、計数値が１秒間に相当する４４１００に達すると
スイッチオフ信号を発生する。

【００２５】かかる構成において、ＬＰＦ１から出力さ
れるサンプリング周波数８ｆs のディジタルオーディオ
信号に基づいて高調波発生回路２により奇数高調波成分
が生成され、その高調波成分ｆs ／２以下の周波数成分
がＨＰＦ５によってカットされることは図１の装置と同
様である。ＬＰＦ１から出力されたディジタル信号デー
タが図７（ａ）に示すように変化する場合に、そのディ
ジタル信号データを微分回路１１にて１次微分すること
によって１次微分されたデータは図７（ｂ）に示すよう
になり、更に微分回路１２による２次微分によって図７
（ｃ）に示すようになる。すなわち、ＬＰＦ１から出力
されたディジタル信号データが単一正弦波ならば、２次
微分の結果も単一正弦波になる。しかしながら、三角波
成分や矩形波成分は２次微分すると、単一正弦波とはな
らずインパルスや時間変化しない成分となり、ＬＰＦ１
から出力されたディジタル信号データが単一正弦波でな
いことが分かる。

【００２６】微分回路１２から出力されたデータは符号
ビット検出回路１３に供給され、そのデータのＭＳＢが
０ならば図７（ｄ）に示すように高レベル信号がアップ
ダウンカウンタ１４に出力され、ＭＳＢが１ならば低レ
ベル信号がアップダウンカウンタ１４に出力される。ア
ップダウンカウンタ１４は符号ビット検出回路１３の出
力レベルが高レベルのときクロックパルス（図７
（ｅ））をアップ計数し、低レベルのときクロックパル
スをダウン計数するので、クロックパルスの周期をＴと
すると、図７（ｆ）に示すような時間的長さを示す計数
値となる。ラッチ回路１５においては符号ビット検出回
路１３の出力信号の立ち上がりに応じてその立ち上がり
直前のアップダウンカウンタ１４の計数値が次の立ち上
がりまでの期間において保持出力される。図７（ｆ）に
示すような計数値の場合にはラッチ回路１５の出力値は
図７（ｇ）に示すようになる。

【００２７】ラッチ回路１５の出力値が所定のウインド
幅（−３＜出力値＜＋３）内にあれば、ＡＮＤ回路１９
の出力信号は図７（ｈ）に示すように高レベルになる。
しかしながら、ラッチ回路１５の出力値が所定のウイン
ド幅以外にあれば、ＡＮＤ回路１９の出力信号は低レベ
ルになる。カウンタ２０はＡＮＤ回路１９の出力信号が
高レベルであるときに周波数ｆsのパルス（図７
（ｉ））を計数する。カウンタ２０の計数値が図７
（ｊ）に示すように４４１００に達すると、カウンタ２
０の出力レベルは図７（ｋ）に示すように高レベルとな
る。この高レベルはＡＮＤ回路１９の出力信号が低レベ
ルになった後、周波数ｆsのパルスの立ち上がり時まで
継続し、スイッチオフ信号としてオンオフスイッチ８に
供給される。オンオフスイッチはスイッチオフ信号が供
給されている間だけオフとなる。

【００２８】ＨＰＦ５から出力される信号はオンオフス
イッチ８のオンの期間において加算器６においてＬＰＦ
１から出力される信号と加算され、読出原信号成分と高
調波成分とが加算された出力信号である原オーディオ信
号が得られる。一方、オンオフスイッチ８のオフの期間
においては、ＬＰＦ１から出力される信号だけが加算器
６の出力信号となり、高調波発生回路２において生成さ
れた高調波成分は付加されない。すなわち、記録媒体か
ら読み出されたＰＣＭディジタルオーディオ信号に単一
正弦波が含まれる期間においては特に高調波を付加させ
る必要がないとしてＬＰＦ１の出力信号である８ｆs の
ディジタルオーディオ信号の周波数ｆs／２以下の成分
が原オーディオ信号としてそのまま出力される。これは
原音の周波数ｆs ／２以上の成分を予測したとき、生成
された高調波成分が元々あってはならないものならば、
生成された高調波成分を加えないのである。

【００２９】

【発明の効果】以上の如く、本発明のオーディオ信号再
生装置においては、記録媒体から読み出されて得られた
ＰＣＭディジタルオーディオ信号のサンプリング周波数
ｆs ／２以下の読出原信号成分のみをオーバサンプリン
グディジタルローパスフィルタによって抽出し、オーバ
サンプリングディジタルローパスフィルタの出力オーデ
ィオ信号とその絶対値成分を含む信号とを乗算すること
により高調波成分を生成してその高調波成分のうちのｆ
s ／２以上の高調波成分を抽出して原信号成分に重畳す
ることが行なわれる。よって、記録媒体から読み出され
たディジタルオーディオ信号のサンプリング周波数ｆs
／２以下の読出原信号成分には影響を与えることなく、
しかも簡単な構成でかつ低コストで読出原信号の低次高
調波成分から高次高調波成分まで生成することできる。
これにより、記録媒体への録音時に急峻な特性のフィル
タでカットされた信号成分を再現することができるの
で、より自然な再生音を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の装置の各部の動作を示す波形図である。

【図３】従来装置の出力信号波形例を示す図である。

【図４】図１の装置の出力信号波形例を示す図である。

【図５】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図６】図５の装置中の高調波成分検出回路の具体的構
成を示すブロック図である。

【図７】高調波成分検出回路の各部の動作を示す波形図
である。

【主要部分の符号の説明】

１ ＬＰＦ ２ 高調波発生回路 ３ 絶対値回路 ４ 乗算器 ５ ＨＰＦ ６ 加算器 ７ Ｄ／Ａ変換器 ９ 高調波成分検出回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年６月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【数１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体から読み出して得られたＰＣＭ
   ディジタルオーディオ信号から原オーディオ信号を再生
   するオーディオ信号再生装置であって、前記ＰＣＭディ
   ジタルオーディオ信号を受けそのサンプリング周波数の
   ほぼ１／２の周波数以上の成分を減衰させかつサンプリ
   ング周波数をｎ（ｎは２以上の整数）倍にして新たなサ
   ンプリング点を補間するオーバサンプリングディジタル
   ローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力オー
   ディオ信号とその絶対値成分を含む信号とを乗算するデ
   ィジタル乗算手段と、前記サンプリング周波数のほぼ１
   ／２の周波数以下の前記乗算手段の出力オーディオ信号
   成分を減衰させるディジタルハイパスフィルタと、前記
   ローパスフィルタの出力オーディオ信号と前記ハイパス
   フィルタの出力オーディオ信号とを加算して得られる加
   算信号を前記原オーディオ信号とする加算手段と、を有
   することを特徴とするオーディオ信号再生装置。