JPH09162701A

JPH09162701A - 量子化ノイズ低減装置

Info

Publication number: JPH09162701A
Application number: JP34552895A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Noguchi; 義野口
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】振幅レベルが量子化幅に比べて相対的に小さ
いアナログ信号に対してなされた量子化値に対しても、
量子化ノイズの影響を低減できる量子化ノイズ低減装置
を提供する。【解決手段】所定のワードビット長Ｍより成るサンプ
ルデータ列を、Ｍより大きいワードビット長Ｎのサンプ
ルデータ列に変換することにより量子化ノイズを低減す
る際に、ビット長変換手段の出力信号を複数の帯域成分
に分割して、この分割した帯域毎に得られる入力信号の
信号レベルを基準レベルと比較し、信号レベルが基準レ
ベルより小さいとき制御信号を出力して対応する帯域成
分を減衰した後、各帯域成分を再合成してワードビット
長Ｎのサンプルデータ列として出力する。ビット長拡張
による微小信号の波形歪みの低減を行うと共に、量子化
ノイズの支配的な周波数帯域の利得を下げることができ
るため、デジタル変換を伴う信号再生装置にあっても、
より原信号に忠実な信号波形を再現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【発明が属する技術分野】本発明は、アナログ信号を所
定のワードビット長で量子化した際に生じる量子化ノイ
ズを低減する量子化ノイズ低減装置に関し、より具体的
には、所定のワードビット長Ｍより成るサンプルデータ
列を、Ｍより大きいワードビット長Ｎのサンプルデータ
列に変換することにより量子化ノイズを低減する量子化
ノイズ低減装置に関する。

【０００３】

【０００２】

【０００４】

【従来の技術】一般に、アナログ信号である音声信号を
ディジタル化する場合には、音声信号を標本化し、これ
を所定のサンプリング周波数に基づき量子化する量子化
工程が必須となる。この量子化工程においては、各サン
プリングタイミング毎のアナログ音声信号の振幅値であ
る標本値が、当該サンプリングタイミングにおいて量子
化され量子化値に変換される。このとき、当該量子化値
は所定の量子化幅の整数倍の値しか取り得ないので、量
子化値と標本値の間には、いわゆる量子化誤差が存在す
ることとなり、この量子化誤差が、ディジタル化処理に
おける量子化ノイズとなり、聴感上の雑音となって認識
される。

【０００５】

【０００３】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】量子化ノイズは、量子
化されるアナログ信号の振幅レベルが量子化幅に比べて
相対的に大きい場合には量子化ノイズの信号に対する比
が小さくなるため聴感上あまり目立たないが、アナログ
信号の振幅レベルが相対的に小さいときには、量子化ノ
イズの信号に対する比が大きくなり、量子化に伴う波形
歪みの影響が現れるという問題があった。

【０００７】

【０００４】本願発明の目的は、振幅レベルが相対的に
小さいアナログ信号に対してなされた量子化値に対して
も、量子化ノイズの影響を低減できる量子化ノイズ低減
装置を提供することにある。

【０００８】

【０００５】

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は上記課題を解
決するために請求項１に記載の発明は、所定のワードビ
ット長Ｍより成るサンプルデータ列を、Ｍより大きいワ
ードビット長Ｎのサンプルデータ列に変換することによ
り量子化ノイズを低減する量子化ノイズ低減装置であっ
て、前記ワードビット長Ｍより成るサンプルデータ列を
ワードビット長Ｎ以上のサンプルデータ列へ変換するビ
ット長変換手段と、前記ビット長変換手段の出力信号を
複数の帯域成分に分割する帯域分割手段と、前記帯域成
分の信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、検出
された前記信号レベルを設定された所定値と比較し、前
記信号レベルが前記所定値より小さいとき制御信号を出
力するレベル比較手段と、前記レベル比較手段からの制
御信号に応じて、対応する帯域成分を減衰する減衰手段
と、各帯域成分を合成して前記ワードビット長Ｎのサン
プルデータ列として出力する合成手段と、から構成され
る。

【００１０】

【０００６】請求項２に記載の発明は、前記所定値を、
ワードビット長Ｍによる理論的な量子化ノイズレベルに
比例した値に設定するように構成される。

【００１１】

【０００７】

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、ビット長変換
手段は、アナログ信号をワードビット長Ｍで量子化した
サンプルデータ列を、Ｍより大きいワードビット長Ｎの
サンプルデータ列に変換する。帯域分割手段は、ビット
長変換手段によって変換されたワードビット長Ｎのサン
プルデータを複数の帯域成分に分割する。帯域成分ごと
に設けられた信号レベル検出手段により各帯域成分の信
号レベルを検出する。検出された各信号レベルは各帯域
毎に設定された所定値と比較され、信号レベルが所定値
より小さいとき、減衰手段によって対応する帯域成分が
減衰される。以上のように信号処理された各帯域成分が
合成されて、ワードビット長Ｎのサルプルデータ列とし
て出力される。したがって、ビット拡張による微小信号
の波形歪みの低減を行うと共に、ワードビット長Ｍで量
子化した際に生じる量子化ノイズの支配的な周波数帯域
の利得を下げることができる。

【００１３】

【０００８】請求項２に記載の発明によれば、所定値を
ワードビット長Ｍによる理論的な量子化ノイズレベルに
比例した値に設定する。よって、ノイズの支配的な帯域
における量子化ノイズを減衰できる。

【００１４】

【０００９】

【００１５】

【発明の実施の形態】本願発明の好ましい実施の形態に
ついて、図面を用いて説明する。尚、以下の実施例で
は、入力されるサンプルデータのワードビット長を１６
ビットとし、これを３２ビットにビット長変換するとと
もに、帯域分割として４分割した場合について説明す
る。

【００１６】

【００１０】図１は、本発明における量子化ノイズ低減
装置のブロック構成図を示したものである。この図に示
す量子化ノイズ低減装置は、例えばＣＤ（コンパクトデ
ィスク）等から読取ったワードビット長１６のサンプル
データを入力するための入力端子１と、入力したサンプ
ルデータのビット長を所望のビット長に変換すると共に
入力したサンプルデータを帯域分割するために、例え
ば、図３に示す非巡回形のデジタルフィルタからなるビ
ット長変換回路２１〜２４と、後述する制御信号が存在
しないときはビット長変換回路２１〜２４からの出力デ
ータをそのままの信号レベルで通過させる一方、制御信
号が存在するときにはビット長変換回路２１〜２４から
の出力データの信号レベルを減衰する減衰回路３１〜３
４と、ビット長変換回路２１〜２４の出力データ信号を
受けて各信号レベルを検出する信号レベル検出回路５１
〜５４と、量子化ノイズレベルに相当する基準レベルを
記憶する記憶回路６１〜６４と、信号レベル回路５１〜
５４の出力と記憶回路に記憶された基準レベルとを比較
して制御信号を生成する比較回路７１〜７４と、各帯域
毎に減衰制御されたサンプルデータを再合成し、この合
成データを後段のＡ／Ｄ変換器（図示せず）へ出力する
合成回路４とから構成されている。尚、デジタルフィル
タは、巡回形のデジタルフィルタの構成とすることも可
能である。

【００１７】

【００１１】次に動作を説明する。

【００１８】入力端子１に入力した１６ビットのサンプ
ルデータは、例えば図２に示す如く、ナイキスト間隔に
基づいて規定した原信号の最大周波数スペクトラム（標
本化周波数をFsとすると、最大周波数はFs/2である。）
を含む帯域（ＣＤに記録されたオーディオ信号であれ
ば、22.05KHz）を等間隔、或いは、オクターブ間隔で分
割すべく、それぞれの通過帯域が設定されたデジタルフ
ィルタからなるビット長変換回路２１〜２４に送出され
る。デジタルフィルタは図３に示すように、入力したサ
ンプルデータをナイキスト間隔Ｔと等価な遅延量を有す
る遅延メモリＤと各段の遅延メモリＤの出力にフィルタ
リング特性に応じて決められる係数値ａを乗算する乗算
器とからなる。今、サンプルデータのビット長を１６ビ
ット、乗算器にて乗算される係数値のビット長を１６ビ
ットとすると、乗算器からの出力データのビット長は、２¹⁶×２¹⁶＝２³² となることから、３２ビットである。係数値のビット長
を規定することにより乗算器からの出力データのビット
長を２ビット単位で変換することが可能である。このビ
ット長変換により、ビット長変換回路からの出力は、３
２ビットの量子化幅で表されることになり、分解能が向
上する。帯域分割及びビット長変換された入力データ
は、分割された各帯域毎に減衰回路３１〜３４及び、信
号レベル検出回路５１〜５４に入力する。信号レベル検
出回路５１〜５４は、帯域制限を受けた入力サンプルデ
ータを絶対値変換し、比較回路７１〜７４へ出力する。
また比較回路７１〜７４には、記憶回路６１〜６４に記
憶された１６ビットの量子化に伴う量子化ノイズレベル
に相当する基準レベルも与えられている。さらに、比較
回路７１〜７４は、各帯域毎に決められた所定時間を計
時する計時回路を有しており、この計時回路は、信号レ
ベル検出回路５１〜５４からサンプリング間隔で送られ
てくる帯域制限されたサンプルデータの信号レベルが基
準レベル以下になった時点から計時動作を開始し、所定
時間計時すると計時完了信号を発生して、計時値をリセ
ットする一方、所定時間計時する間に入力するサンプル
データの信号レベルが基準レベル以上になると計時値を
リセットする構成となっている。この計時動作は、各帯
域成分がノイズ成分か情報たる信号成分かを識別するた
めに行う。したがって、計時する所定時間は、周波数帯
域が高くなるほど短く設定するのが好ましい。比較回路
７１〜７４は、記憶回路６１〜６４から与えられる基準
レベルと、信号レベル検出回路５１〜５４から与えられ
る帯域制限されたサンプルデータの信号レベルとを比較
し、信号レベルが基準レベルより小さい状態が、所定の
時間継続するとき、つまり、計時回路から計時完了信号
が発生したときには、サンプルデータの利得を減衰させ
るための制御信号を減衰回路３１〜３４へ出力する。

【００１９】

【００１２】ここで、記憶回路６１〜６４に記憶する基
準レベルについて説明する。

【００２０】この基準レベルには、入力端子１に入力す
る１６ビットサンプルデータの理論上の最大量子化ノイ
ズレベルであるＸ_MAX×２^-15に相当するレベルが採用
される。Ｘ_MAXは、入力信号の最大振幅であり、例え
ば、ＣＤの場合、１である。つまり、帯域分割された入
力サンプルデータのうち、量子化ノイズレベルに満たな
い帯域成分は、まさに、ノイズ成分であると見なして、
その帯域成分の通過を阻止するのである。したがって、
減衰回路３１〜３４における、制御信号によって設定さ
れる利得Ａは０であることが好ましいが、少なくとも１
倍未満（０＜Ａ＜１）であれば、ノイズの低減効果は得
られる。

【００２１】

【００１３】以上のようにして利得制御を受けた各帯域
成分は合成回路４に出力され、量子化ノイズの低減と、
ビット長拡張に伴う波形歪みの低減されたオーディオ信
号として再合成される。図４に示した単信号（例えば、
１０００Ｈｚの正弦波信号）を入力したときの本発明に
よるノイズ低減装置からの出力信号の周波数スペクトラ
ムから、原信号の存在する帯域（この場合、帯域１）を
除く帯域における量子化ノイズのエネルギーが減衰され
ている様子がわかる。

【００２２】

【００１４】尚、記憶回路６１〜６４に記憶する基準レ
ベルとしては、上述したような理論上の量子化ノイズレ
ベルの代わりに、図５に示す、人の聴感特性における、
例えば最小可聴限レベルに比例した信号レベルを用いる
ようにしても良い。つまり、分割した帯域毎に聴感特性
に応じた基準レベルを設定せしめても良いのである。

【００２３】

【００１５】また、上記実施形態では、ビット長変換の
例として、１６ビットから３２ビットに変換する例を示
したが、これに限定されるものではなく、入力されるサ
ンプルデータのビット長より長ければ、何ビットでも良
い。さらに、ビット長変換回路にてＮビット（上記実施
形態では、３２ビット）以上のワードビット長へビット
長変換して、上述したノイズ低減処理を施した後、合成
回路４にて合成する際、又は合成した後に、Ｎビットの
ワードビットとなるように丸める演算を施すように構成
することも可能である。

【００２４】

【００１６】また、上記実施形態では帯域分割として４
分割した例を述べたが、これに限定されるものではな
く、必要ならば、より細かく帯域分割しても構わない。

【００２５】

【００１７】

【００２６】

【発明の効果】上記のように本発明によると、所定のワ
ードビット長Ｍより成るサンプルデータ列を、Ｍより大
きいワードビット長Ｎのサンプルデータ列に変換するこ
とにより量子化ノイズを低減する際に、ビット長変換手
段の出力信号を複数の帯域成分に分割して、この分割し
た帯域毎に得られる入力信号の信号レベルを基準レベル
と比較し、信号レベルが基準レベルより小さいとき制御
信号を出力して対応する帯域成分を減衰した後、各帯域
成分を再合成してワードビット長Ｎのサンプルデータ列
として出力するように構成したので、ビット拡張による
微小信号の波形歪みの低減を行うと共に、量子化ノイズ
の支配的な周波数帯域の利得を下げることができるた
め、デジタル変換を伴う信号再生装置にあっても、より
原信号に忠実な信号波形を再現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における量子化ノイズ低減装
置の全体構成ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態における帯域分割の例を示す
図である。

【図３】本発明の実施形態におけるビット長変換回路を
構成するデジタルフィルタを示すブロック図である。

【図４】図１の量子化ノイズ低減装置からの出力信号の
周波数スペクトラムを表す図である。

【図５】人間の可聴特性を示す図である。

【符号の説明】

１・・・サンプルデータの入力端子２１〜２４・・・ビット長変換回路３１〜３４・・・減衰回路４・・・合成回路５１〜５４・・・信号レベル検出回路６１〜６４・・・記憶回路７１〜７４・・・レベル比較回路

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

【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】

【０００５】

【０００７】

【０００９】

【００１１】次に動作を説明する。入力端子１に入力し
た１６ビットのサンプルデータは、例えば図２に示す如
く、ナイキスト間隔に基づいて規定した原信号の最大周
波数スペクトラム（標本化周波数をＦｓとすると、最大
周波数はＦｓ／２である。）を含む帯域（ＣＤに記録さ
れたオーディオ信号であれば、２２．０５ＫＨｚ）を等
間隔、或いは、オクターブ間隔で分割すべく、それぞれ
の通過帯域が設定されたデジタルフィルタからなるビッ
ト長変換回路２１〜２４に送出される。デジタルフィル
タは図３に示すように、入力したサンプルデータをナイ
キスト間隔Ｔと等価な遅延量を有する遅延メモリＤと各
段の遅延メモリＤの出力にフィルタリング特性に応じて
決められる係数値ａを乗算する乗算器とからなる。今、
サンプルデータのビット長を１６ビット、乗算器にて乗
算される係数値のビット長を１６ビットとすると、乗算
器からの出力データのビット長は、２^１６×２^１６＝２^３２となることから、３２ビットである。係数値のビット長
を規定することにより乗算器からの出力データのビット
長を２ビット単位で変換することが可能である。このビ
ット長変換により、ビット長変換回路からの出力は、３
２ビットの量子化幅で表されることになり、分解能が向
上する。帯域分割及びビット長変換された入力データ
は、分割された各帯域毎に減衰回路３１〜３４及び、信
号レベル検出回路５１〜５４に入力する。信号レベル検
出回路５１〜５４は、帯域制限を受けた入力サンプルデ
ータを絶対値変換し、比較回路７１〜７４へ出力する。
また比較回路７１〜７４には、記憶回路６１〜６４に記
憶された１６ビットの量子化に伴う量子化ノイズレベル
に相当する基準レベルも与えられている。さらに、比較
回路７１〜７４は、各帯域毎に決められた所定時間を計
時する計時回路を有しており、この計時回路は、信号レ
ベル検出回路５１〜５４からサンプリング間隔で送られ
てくる帯域制限されたサンプルデータの信号レベルが基
準レベル以下になった時点から計時動作を開始し、所定
時間計時すると計時完了信号を発生して、計時値をリセ
ットする一方、所定時間計時する間に入力するサンプル
データの信号レベルが基準レベル以上になると計時値を
リセットする構成となっている。この計時動作は、各帯
域成分がノイズ成分か情報たる信号成分かを識別するた
めに行う。したがって、計時する所定時間は、周波数帯
域が高くなるほど短く設定するのが好ましい。比較回路
７１〜７４は、記憶回路６１〜６４から与えられる基準
レベルと、信号レベル検出回路５１〜５４から与えられ
る帯域制限されたサンプルデータの信号レベルとを比較
し、信号レベルが基準レベルより小さい状態が、所定の
時間継続するとき、つまり、計時回路から計時完了信号
が発生したときには、サンプルデータの利得を減衰させ
るための制御信号を減衰回路３１〜３４へ出力する。

【００１２】ここで、記憶回路６１〜６４に記憶する基
準レベルについて説明する。この基準レベルには、入力
端子１に入力する１６ビットサンプルデータの理論上の
最大量子化ノイズレベルであるＸ_ＭＡＸ×２^−１５に相
当するレベルが採用される。Ｘ_ＭＡＸは、入力信号の最
大振幅であり、例えば、ＣＤの場合、１である。つま
り、帯域分割された入力サンプルデータのうち、量子化
ノイズレベルに満たない帯域成分は、まさに、ノイズ成
分であると見なして、その帯域成分の通過を阻止するの
である。したがって、減衰回路３１〜３４における、制
御信号によって設定される利得Ａは０であることが好ま
しいが、少なくとも１倍未満（０＜Ａ＜１）であれば、
ノイズの低減効果は得られる。

【００１７】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のワードビット長Ｍより成るサン
プルデータ列を、Ｍより大きいワードビット長Ｎのサン
プルデータ列に変換することにより量子化ノイズを低減
する量子化ノイズ低減装置であって、前記ワードビット長Ｍより成るサンプルデータ列をワー
ドビット長Ｎ以上のサンプルデータ列へ変換するビット
長変換手段と、前記ビット長変換手段の出力信号を複数の帯域成分に分
割する帯域分割手段と、前記帯域成分の信号レベルを
検出する信号レベル検出手段と、検出された前記信号レベルを設定された所定値と比較
し、前記信号レベルが前記所定値より小さいとき制御信
号を出力するレベル比較手段と、前記レベル比較手段からの制御信号に応じて対応する帯
域成分を減衰する減衰手段と、各帯域成分を合成して前記ワードビット長Ｎのサンプル
データ列として出力する合成手段と、からなることを特徴とする量子化ノイズ低減装置。
【請求項２】前記所定値を、ワードビット長Ｍによ
る理論的な量子化ノイズレベルに比例した値に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の量子化ノイズ低減装
置。