数据再生装置和数据再生方法

摘要

一种数据再生装置，包括：运算装置，用于计算差值数据，其指示已经以预定压缩格式压缩的左声道和右声道数据之间的差值；高次谐波分量生成装置，用于在所述差值数据的信号电平超过预定阈值时通过进行将该信号电平抑制到该阈值的数字限幅器处理，生成在压缩期间丢失的高次谐波分量；以及相加装置，用于将高次谐波分量加至所述左声道和右声道数据以再生压缩之前的原始数据。

权利要求

1.一种数据再生装置，包括：

运算装置，用于计算差值数据，该差值数据指示已经以预定压缩格式压缩的左声道和右声道数据之间的差值；

高次谐波分量生成装置，用于在所述差值数据的信号电平超过预定阈值时通过执行将该信号电平抑制到该阈值的数字限幅器处理，生成在压缩期间丢失的高次谐波分量；以及相加装置，用于将高次谐波分量加至所述左声道和右声道数据以再生压缩之前的原始数据，其中所述高次谐波分量生成装置通过执行所述数字限幅器处理生成方波数据，然后从所述方波数据生成所述高次谐波分量。

2.根据权利要求1的数据再生装置，还包括：

第一滤波装置，用于在生成所述高次谐波分量之前，利用截止频率被设置为预定水平的低通滤波器限制所述差值数据的频率范围，以使得所述高次谐波分量生成装置不生成大于所述原始数据的再生频率范围的高次谐波分量。

3.根据权利要求1的数据再生装置，还包括：

第二滤波装置，用于在将所述高次谐波分量加到所述左声道和右声道数据之前从所述高次谐波分量去除不必要频率范围的信号分量。

4.一种数据再生方法，包括如下步骤：

差值计算步骤，利用运算装置计算差值数据，该差值数据指示已经以预定压缩格式压缩的左声道和右声道数据之间的差值；

高次谐波分量生成步骤，检查所述差值数据的信号电平是否超过预定阈值，并在该信号电平超过该阈值时通过执行将该信号电平抑制到该阈值的高次谐波生成装置的数字限幅器处理，生成在压缩期间丢失的高次谐波分量；以及再生步骤，利用预定相加装置，将高次谐波分量加至所述左声道和右声道数据以再生压缩之前的原始数据，其中所述高次谐波分量生成步骤通过执行所述数字限幅器处理生成方波数据，然后从所述方波数据生成所述高次谐波分量。

5.根据权利要求4的数据再生方法，还包括如下步骤：

第一滤波步骤，在生成所述高次谐波分量之前，利用截止频率被设置为预定水平的低通滤波器限制所述差值数据的频率范围，以使得所述高次谐波分量生成步骤不生成大于所述原始数据的再生频率范围的高次谐波分量。

6.根据权利要求4的数据再生方法，还包括如下步骤：

第二滤波步骤，在将所述高次谐波分量加到所述左声道和右声道数据之前从所述高次谐波分量去除不必要频率范围的信号分量。

说明书

数据再生装置和数据再生方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本发明包含与2007年3月13日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-064077相关的主题，在此通过参考并入其全部内容。

技术领域

[0003] 本发明涉及数据再生装置和数据再生方法，并优选地应用于再生高频分量，所述高频分量在作为光盘数字音频(CDDA)数据的源的原始音乐数据被以数字压缩格式(例如MPEG 1音频层3(MP3))压缩之后丢失。

背景技术

[0004] 有一种进行所谓的过采样(oversampling)处理的音频信号再生装置，其中从存储介质读出的脉冲编码调制(PCM)数字音频信号的采样频率乘以n(n：大于或等于2的整数)以内插新的采样点，从而生成原始信号分量不具有的高次谐波的分量。然后音频信号再生装置将上述高次谐波的分量(其带宽大于或等于可听带宽)叠加到原始信号分量上以再生更自然的声音(例如，参见专利文献1：日本专利No.3140273)。

[0005] 此外，有一种声音再生装置，其利用包含硅二极管的非线性电路剪辑(clip)原始信号分量的波形以再生带宽大于或等于可听带宽的高次谐波的分量。然后声音再生装置将该高次谐波的分量加到原始信号分量来再生质量接近自然声谱的声音(例如，参见专利文献2：日本专利公开公报No.H8-2119)。

[0006] 此外，MP3播放器已经广泛用于收听音乐。MP3播放器再生以数字压缩格式(例如MP3：用于压缩类似CDDA的原始音乐数据的格式)压缩的音乐数据。

[0007] 压缩率越高，诸如硬盘或闪存的存储介质就可以存储越多的音乐数据。这是用户希望较高压缩率的原因。但是，压缩率越高，可能丢失越多的原始信号分量。

[0008] 如图1所示，随着压缩率增加(即，比特率减少)，再生频率范围的上限变低。因而，原始信号的高频分量丢失。这在图2A和图2B中进行解释。由示出CDDA音乐数据的再生频谱的图2A可见，输出信号分量覆盖一直到22.05kHz(其为采样频率Fs(44.1kHz)的一半)的整个带宽；由示出以64Kbps的比特率压缩的CDDA音乐数据的再生频谱的图2B也可见，输出信号分量未覆盖大于约8kHz的高频分量。

[0009] 由此，通过增加压缩率，音乐数据的大小减少，允许存储介质存储更多音乐数据。另一方面，压缩率越高，越多的高频分量(其大于或等于预定频率带宽)丢失，与原始未压缩的音乐数据相比声音质量下降。

发明内容

[0010] 此外，(专利文献1中公开的)音频信号再生装置和(专利文献2中公开的)声音再生装置被设计为用于生成原始信号分量不具有的、大于或等于可听带宽的高频分量，并将其叠加到原始信号分量上。因而，它们完全不同于被设计为再生在作为CDDA数据的源的原始音乐数据被以数字压缩格式(例如MP3)压缩之后丢失的高频分量的装置。此外，上述音频信号再生装置和上述声音再生装置具有某些问题：它们的处理负荷由于过采样而上升；并且它们的电路结构由于增加新的非线性电路而变大。

[0011] 鉴于上述问题，做出本发明。本发明意图提供一种数据再生装置和数据再生方法，其可以通过再生在数据被压缩时丢失的高频分量而提供高质量的再生声音，同时它们的处理负荷保持为低，它们的电路结构简单。

[0012] 在本发明的一个方面，提供一种数据再生装置，包括：运算装置，用于计算差值数据，其指示已经以预定压缩格式压缩的左声道和右声道数据之间的差值；高次谐波分量生成装置，用于在所述差值数据的信号电平超过预定阈值时通过进行将该信号电平抑制到该阈值的数字限幅器处理，生成在压缩期间丢失的高次谐波分量；以及相加装置，用于将高次谐波分量加至所述左声道和右声道数据以再生压缩之前的原始数据。由此，该装置将公共数据分量从左声道和右声道数据中去除，仅保留每个声道中的独特分量。通过数字限幅器处理从剩余的数据分量生成在压缩期间丢失的高频分量。因此，通过将所生成的高频分量加至左声道和右声道数据，容易地再生包含丢失的高频分量的原始数据。

[0013] 由此，该装置将公共数据分量从左声道和右声道数据中去除，仅保留每个声道中的独特分量。通过数字限幅器处理从剩余的数据分量生成在压缩期间丢失的高频分量。因此，通过将所生成的高频分量加至左声道和右声道数据，容易地再生包含丢失的高频分量的原始数据。通过再生在数据压缩期间丢失的高频分量，实现了可以提供高质量再生声音的数据再生装置和数据再生方法，同时保持其低处理负荷，且它们的电路结构简单。

[0014] 从以下联系附图进行的详细描述中，本发明的本质、原理和实用性将变得更为明显，在附图中，相似部件由相似标号或符号指示。

附图说明

[0015] 在附图中：

[0016] 图1为示出当以MP3压缩CDDA数据时的再生频率范围的表格；

[0017] 图2A和图2B为示出压缩前后的再生频谱的示意图；

[0018] 图3为示出车辆音频装置的总体结构的示意框图；

[0019] 图4为示出DSP中的高次谐波生成处理模块的示意图；

[0020] 图5为示出数字限幅器处理的示意图；

[0021] 图6A至图6D为示出生成方波的处理的示意图；

[0022] 图7为示出奇数次高次谐波分量的示意图；

[0023] 图8为示出高次谐波分量自动生成处理的程序的流程图；以及

[0024] 图9为示出列出比特率和相应的再生频率范围上限的表格的示意图。

具体实施方式

[0025] 将参照附图详细描述本发明的实施例。

[0026] (1)车辆音频装置的总体结构

[0027] 在图3中，标号1指示根据本发明的实施例的车辆音频装置。当从用户接口5接收由用户选择的音乐源选择信号S1时，微计算机(其为中央处理单元(CPU))2控制音乐源输出部件4来从盘存储介质(例如CD-R(只读光盘)或DVD-R(可记录数字通用光盘))、闪存或硬盘读出数字压缩的音乐数据D1，或者从数字电视广播频道获取数字压缩的音乐数据D1。微计算机2随后将数字压缩的音乐数据D1供应到数字信号处理器(DSP)3。

[0028] DSP 3根据数据再生程序对音乐数据D1进行再生处理(如后所述)以再生在数据被压缩时丢失的高频分量。DSP 3然后通过将该高频分量增加到音乐数据D1，生成高质量原始音乐数据D7。DSP 3随后经由电子音量调控器(electronic volume)7和放大器8以预定信号电平调整音乐数据D7。DSP 3然后从扬声器9输出高质量的再生声音。

[0029] 此外，微计算机2被设计为(如同频谱分析仪)显示从扬声器9输出的再生声音的信号电平。微计算机2还被设计为显示音乐标题、艺术家姓名、回放经过时间等。

[0030] (2)通过DSP的高次谐波分量生成处理

[0031] 如图4所示，DSP3将由音乐源输出部件4供应的压缩的L(左)声道音乐数据D1L和压缩的R(右)声道音乐数据D1R传送到运算电路21。DSP 3还将压缩的L声道音乐数据D1L和压缩的R声道音乐数据D1R分别传送到第一累加器26和第二累加器27。

[0032] 运算电路21计算L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R之间的差值，并将所计算的差值D2传送到频带限制滤波器22。音乐数据D1L和D1R被认为具有在它们被压缩时丢失的大于或等于特定频率带宽的高频分量，但是丢失的高频分量主要由乐器分量(而不是语音分量)构成。

[0033] 例如，已知钢琴输出一直到约4kHz的基调，而乐器(例如钹)输出约10kHz和更高的频率分量。另一方面，人声(即，语音分量)，即使是女高音，也由小于约2kHz的频率分量(其低于乐器分量)构成。因而，在数据压缩期间可能丢失的高频分量(包括高次谐波分量)(即，当比特率为64Kbps时大于约8kHz的频率分量)主要由乐器的声音(而不是人声)构成。

[0034] 并且，通常记录语音分量以使其声音图像位于立体声扬声器之间或左前扬声器和右前扬声器之间的中点。这意味着L声道和R声道包括类似的信号分量，其实质上与单声道信号相同。

[0035] 因而，由运算电路21计算的L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R之间的差值不包括L声道和R声道数据具有的语音分量，而主要包括作为差值数据D2提取的乐器的分量(其图像不位于中点)。

[0036] DSP 3中的随后处理模块进行高次谐波分量生成处理，其中处理差值数据D2(其主要由乐器分量构成)。以这种方式，处理差值数据D2以生成高次谐波分量。这种方法与分别处理L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R的方法相比可以大大减少数据处理量和处理负荷，以生成高次谐波分量。

[0037] 例如，频带限制滤波器22为截止频率约为10kHz的低通滤波器。频带限制滤波器22从差值数据D2截除大于约10kHz的频率分量，并将所产生的差值数据D3传送到高次谐波生成电路23。

[0038] 通过频带限制滤波器22去除大于约10kHz的频率分量的原因在于：不意图生成大于原始音乐数据的频率范围(在这种情况下大于约20kHz)或压缩之前的CDDA音乐数据的频率范围的高次谐波分量。

[0039] 实际上，CDDA的采样频率为44.1kHz。因此，根据采样定理，频率范围为它的一半或者22.05kHz。但是，在这种情况下，将频率范围设置为20kHz，而频带限制滤波器22的截止频率约为10kHz。

[0040] 高次谐波生成电路23进行高次谐波生成处理，其中处理从频带限制滤波器22供应的差值数据D3。具体地，如图5所示，如果差值数据D3的信号电平超过预定阈值(阈值，-阈值)，则高次谐波生成电路23强制性地将信号电平抑制到阈值(阈值，-阈值)。该处理(所谓的数字限幅器处理)生成方波数据D4，然后将其供应到频带限制滤波器24。

[0041] 高次谐波生成电路23的数字限幅器处理可以C语言等写为：

[0042] Output＝Input；

[0043] If(Input＞Thres)

[0044] Output＝Thres；

[0045] If(Input＜-Thres)

[0046] Output＝-Thres；

[0047] 其中“Input”是要输入的差值数据D3，“Output”是要输出的方波数据D4，“Thres”和“-Thres”是阈值。

[0048] 从高次谐波生成电路23输出的方波数据D4通常表示为如下等式：

[0049] 方波＝sinωt+1/3sin3ωt+1/5sin5ωt+1/7sin7ωt......

[0050] ＝∑1/(2n+1)sin(2n+1)ωt (n＝0～∞) ......(1)

[0051] 以这种方式，方波数据D4为基频(n＝1)，将频率为基频的奇数倍的频率分量与基频相加。实际上，如图6A至图6D所示，可以观测到奇数次的高频：图6B示出组合两个波，或者1kHz正弦波(图6A)和(1/3)3kHZ高次谐波分量的结果；图6C示出组合三个波，或者1kHz正弦波(图6A)、(1/3)3kHZ高次谐波分量和(1/5)5kHZ高次谐波分量结果。

[0052] 图6D示出组合一直到无穷大(∞)的奇数次高次谐波分量的最终结果，其为方波数据D4。由图7明显可见，有1kHz的基频和多个其它奇数次的高频分量。

[0053] 换言之，方波数据D4包括奇数次的高次谐波分量。但是，如下的分量应该去除：基频分量；和频率大于要加到L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R的频率范围的上限的高次谐波分量。

[0054] 频带限制滤波器24包括带通滤波器，其从方波数据D4中去除基频分量和频率大于要加到L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R的频率范围的上限的高次谐波分量。上述提取的频率分量大于或等于约8kHz且小于或等于22.05kHz(其为采样频率fs的1/2)。在22.05kHz是CDDA音乐数据的再生频率范围时，在数据压缩期间大于或等于约8kHz的频率分量丢失。然后频带限制滤波器24将所产生的高次谐波分量数据D5传送到增益控制电路25。

[0055] 增益控制电路25调整高次谐波分量数据D5的增益，然后将所产生的高次谐波分量数据D6供应至第一累加器26和第二累加器27。

[0056] 第一累加器26将L声道音乐数据D1L与高次谐波分量数据D6相加。这生成L声道音乐数据D7L，其等效于未经数据压缩且仍包括高频分量的音乐数据。

[0057] 第二累加器27将R声道音乐数据D1R与高次谐波分量数据D6相加。这生成R声道音乐数据D7R，其等效于未经数据压缩且仍包括高频分量的音乐数据。

[0058] 因而，DSP 3为电子音量调控器7供应L声道音乐数据D7L和R声道音乐数据D7R，作为高质量原始音乐数据D7，其等效于未经数据压缩且仍包括高频分量的音乐数据。

[0059] (3)依赖于比特率的高次谐波分量自动生成处理

[0060] 以下描述高次谐波分量自动生成处理，其中车辆音频装置1按照从音乐源输出部件4输出的音乐数据D1的比特率自动生成适当的高次谐波分量数据D6。

[0061] 车辆音频装置1的微计算机2启动预定的高次谐波分量自动生成程序。在图8中，微计算机2经由例程RT1的开始步骤前进到步骤SP1。

[0062] 在步骤SP1，微计算机2检测音乐源输出部件4供应到DSP 3的音乐数据D1的比特率，然后前进到步骤SP2。微计算机2通过例如读取附至音乐数据D1的信息或者从因特网获取的信息检测比特率。

[0063] 在步骤SP2，具有列出比特率和相应的再生频率范围的上限的表格T1(图9)的微计算机2设置频带限制滤波器24的低端截止频率：如果在步骤SP1检测到64Kbps的比特率，则微计算机2设置提取大于约8kHz的高频分量的截止频率；如果检测到96Kbps的比特率，则微计算机2设置提取大于约12kHz的高频分量的截止频率；如果检测到128Kbps的比特率，则微计算机2设置提取大于约16kHz的高频分量的截止频率；如果检测到256Kbps的比特率，则微计算机2设置提取大于约20kHz的高频分量的截止频率；如果检测到320Kbps的比特率，则微计算机2设置提取大于约20kHz的高频分量的截止频率。由此，微计算机2基于比特率生成适当的高次谐波分量数据D5，然后前进至下一步骤SP3。

[0064] 此外，如果微计算机2在步骤SP2从在步骤SP1检测的比特率识别到音乐数据D1是未压缩的原始数据(例如CDDA)，则它从表格T1确定音乐数据D1的再生频率范围的上限与该再生频率相同，或者是22.05kHz，并确定不需要进行高次谐波生成处理。在这种情况下，微计算机2不进行DSP 3的高次谐波生成处理和放大器8的增益调整处理。

[0065] 在步骤SP3，微计算机2通过将在步骤SP2生成的高次谐波分量数据D5加至L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R，再生音乐数据D7，其等效于未经数据压缩的音乐数据。微计算机2然后经由电子音量调控器7和放大器8将音乐数据D7供应到扬声器9，然后扬声器9输出高质量的再生声音。微计算机2随后前进至步骤SP4，结束处理。

[0066] (4)操作和效果

[0067] 如上所述，车辆音频装置1的微计算机2计算指示L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R之间的差值的差值数据D2，以仅去除语音分量。这减少了数据量。DSP 3然后对主要由乐器的声音构成的剩余频率分量进行数字限幅器处理，以生成被认为在数据压缩期间已经丢失的高次谐波分量。这与单独地处理立体声声道的典型装置相比，将用于生成高次谐波分量的处理负荷减少一半。

[0068] 此外，DSP 3仅进行简单的信号处理，例如上述等式(1)，以生成包含奇数次的高次谐波的方波数据D4。频带限制滤波器24从方波数据D4提取高次谐波分量数据D5，然后将其加至L声道音乐数据D1L和R声道音乐数据D1R。上述简单处理再生了L声道和R声道音乐数据D7L和D7R，其被认为等效于未经数据压缩且仍包括高频分量的音乐数据。

[0069] 通过DSP 3的数字限幅器处理，防止了(由于过采样可能发生的)处理负荷的增加以及(在安装新的非线性电路时可能发生的)电路结构的尺寸的增加，同时容易地再生包含未被压缩的数据具有的较高频率分量的原始音乐数据D7。

[0070] 此外，车辆音频装置1的微计算机2被设计为用于检测被供应到DSP 3的音乐数据D1的比特率，然后根据所检测的比特率生成适当的高次谐波分量数据D5，从而使得装置容易使用，并为用户提供高质量的再生声音(其被认为等效于未经数据压缩的原始音乐数据)。

[0071] 以这种方式，车辆音频装置1的微计算机2能够以较容易、简单的方式从音乐数据D1再生较高频率分量(其在数据压缩期间丢失)，为用户提供高质量声音。

[0072] (5)其它实施例

[0073] 在上述实施例中，基于如下假设再生高频分量：原始音乐数据D1的声音源是其中采样频率fs设置在44.1kHz的CDDA，以诸如MP3的压缩格式压缩原始音乐数据D1。但是，本发明并不限于此。采样频率fs和压缩格式可以变化：例如，装置也可以处理以其它格式压缩的音乐数据，其声音源为其中采样频率fs设置为192kHz的DVD音频。

[0074] 并且，在上述实施例中，频带限制滤波器24的截止频率根据在表格T1中列出的比特率而变化，表格T1列出了64、96、128、256和320Kbps的比特率。但是，本发明并不限于此。表格T1可以列出其它比特率。

[0075] 此外，在上述实施例中，DSP 3作为数据再生装置安装在车辆音频装置1中。但是，本发明并不限于此。DSP 3可以安装在其它电子装置中，例如便携式数字音频播放器、可以播放音乐的蜂窝电话、家用音频装置、个人数字助理(PDA)和个人电脑。

[0076] 此外，在上述实施例中，DSP 3执行预安装的数据再生程序以生成在数据压缩期间丢失的高频分量。但是，本发明并不限于此。数据再生程序可以从存储介质安装或者从因特网下载。

[0077] 此外，在上述实施例中，微计算机2执行预安装的高次谐波分量自动生成程序来进行例程RT1或高次谐波分量自动生成处理。但是，本发明并不限于此。高次谐波分量自动生成程序可以从存储介质安装或从因特网下载。

[0078] 此外，在上述实施例中，DSP 3或数据再生装置包括：运算电路21，其为运算装置；高次谐波生成电路23和频带限制滤波器24，其为高次谐波分量生成装置；以及第一和第二累加器26和27，其为相加装置。但是，本发明并不限于此。数据再生装置可以被以不同方式配置，以使它包括运算装置、高次谐波分量生成装置和相加装置。

[0079] 数据再生装置、数据再生方法和数据再生程序可以被应用于再生在原始音乐数据被以数据压缩格式(例如MP3、AAC(高级音频编码)、WMA(Windows(注册商标)媒体音频)、ATRAC(适应转换声音编码))压缩时丢失的高频分量。

[0080] 本领域技术人员应该理解根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和变化，它们均落入所附权利要求及其等同物的范围内。