JP2920988B2 - ノイズシェーピング回路 - Google Patents

ノイズシェーピング回路

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、入力信号のノイズスペクトルを変化させる
様ないわゆるノイズシェーピング回路に関するものであ
る。
〔発明の概要〕
本発明は、プリエンファシスされた入力信号の量子化
を行う際に発生した量子化誤差を、入力信号に応じて特
性が制御されるノイズフィルタを介して入力に帰還する
ノイズシェーピング回路において、ノイズフィルタの特
性制御は、プリエンファシス後の出力をディエンファシ
スした出力に応じて制御するようになされたことによ
り、エンファシスのオン/オフによる影響を受けないノ
イズシェーピング処理が可能なノイズシェーピング回路
を提供するものである。
〔従来の技術〕 一般に、オーディオ信号の量子化、例えば高能率符号
化の際の再量子化等を施す場合には、信号の量子化によ
り発生する量子化ノイズのスペクトルを、人間の聴覚特
性によるいわゆるマスキング等を考慮して変化させるこ
とによって、可聴帯域のノイズを実質的に低減する様な
いわゆるノイズシェーピングが施される場合がある。こ
こで、上記マスキングとは、人間の聴覚上の特性によ
り、ある信号によって他の信号がマスクされて聞こえな
くなる現象を言うもので、このマスキング効果には、時
間軸上の信号に対するマスキング効果と周波数軸上の信
号に対するマスキング効果(或いは、同時刻マスキン
グ,テンポラルマスキング)とがある。このマスキング
効果により、マスキングされる部分にノイズがあったと
しても、このノイズは聞こえなくなる。このようなこと
から、マスキングを考慮したノイズシェーピングを行う
ことで、聴感上のダイナミックレンジを上げることがで
きる。
ところで、オーディオ信号は、その一般的な特性とし
て、高域成分のエネルギが少ないことが知られている。
そのため、例えば、オーディオ信号を符号化するような
場合、該符号化に先立って入力オーディオ信号にプリエ
ンファシスをかけることで、信号成分に対して等価的に
高域ノイズを減らし、S/Nを上げることがある。この場
合は、信号再生時等にディエンファシスが行われる。
ここで、第2図に、信号符号化と共に、エンファシス
(及びディエンファシス)とノイズシェーピング処理を
行うノイズシェーピング回路の構成を示す。
この第2図のノイズシェーピング回路では、入力端子
101に供給されたオーディオ信号が、プリエンファシス
回路110によって高域強調される。なお、該プリエンフ
ァシス回路110は、上記入力端子101に供給される入力オ
ーディオ信号がアナログ信号の時にはアナログ的にプリ
エンファシスを行いディジタル信号に変換して出力する
ようなものとされ、入力オーディオ信号がディジタル信
号の時にはディジタル的にプリエンファシスを行うよう
なものとされる。次に、このオーディオ信号は、加算器
111を介し、量子化回路112で量子化されて、所定ビット
のディジタルオーディオ信号となる。このようにして得
られた所定ビットのディジタルオーディオ信号は、ディ
エンファシス回路122によってディエンファシスされて
出力端子102から出力されるようになっている。なお、
このディエンファシス回路122は、ディジタル的にディ
エンファシスを行うようなものとしてもよく、また、デ
ィジタル/アナログ変換した後の信号をアナログ的にデ
ィエンファシスするようなものとしてもよい。更に、こ
の時のプリエンファシス及びディエンファシスは、連動
してオン/オフ制御されている。また、このノイズシェ
ーピング回路では、上記量子化回路112で発生する量子
化ノイズのノイズシェーピング処理が行われている。
すなわち、上記ノイズシェーピング回路においては、
加算器113によって、上記量子化回路112の量子化出力か
ら該量子化回路112に供給される信号が減算されて得ら
れる量子化ノイズを、ノイズフィルタ130を介して上記
量子化回路112の入力側の上記加算器111に減算信号とし
て帰還するようにしたいわゆるエラーフィードバックに
よるノイズシェーピング処理が行われている。ここで、
上記ノイズフィルタ130は、上記加算器113からの出力
(すなわち量子化ノイズ)を所定時間(1サンプル分)
遅延(z-1)する遅延器114と、該遅延器114の出力にフ
ィルタ係数aを乗算する係数乗算器116とから構成され
る1次のフィルタである。この時、当該ノイズフィルタ
130のフィルタ特性を決定する上記フィルタ係数aは、
上記入力オーディオ信号(プリエンファシス回路110の
出力)に基づいて動作する係数コントロール回路140か
ら供給されている。すなわち、このフィルタ係数aが上
記係数コントロール回路140によって制御されること
で、上記ノイズシェーピング回路では、量子化ノイズの
スペクトルを、入力オーディオ信号(プリエンファシス
回路110の出力)に応じて変化させて可聴帯域のノイズ
を実質的に低減する様な処理が行われる。例えば、上記
量子化ノイズのスペクトルを該可聴帯域以外に持ってい
くような処理が施される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した第2図のノイズシェーピング回路では、ノイ
ズシェーピング処理がプリエンファシス,ディエンファ
シスのオン/オフとは独立に行われている。すなわち、
当該ノイズシェーピング回路では、上記プリンスファシ
ス,ディエンファシス回路110,122のオン/オフに関係
なく、ノイズシェーピング処理が行われている。このよ
うなことから、例えば、全く同一のスペクトルを有する
オーディオ信号が供給されていたとしても、エンファシ
スのオン時とオフ時とでは、上記ノイズシェーピング回
路で処理される信号のスペクトルは異なったものとな
る。例えば、エンファシスがオンの時、上記ノイズシェ
ーピング処理が施される信号のスペクトル(エンファシ
スされた信号スペクトル)は、入力オーディオ信号(エ
ンファシスがオフの時の信号)と異なる形状のスペクト
ルとなっている。すなわち、このエンファシスされた信
号のノイズシェーピング処理は、実際の入力オーディオ
信号と異なる(スペクトル形状の異なる)信号に対して
成されているため、当該エンファシスの影響を受けて上
述した聴感上のマスキングが正しく行われない。したが
って、このエンファシスされ、かつノイズシェーピング
された信号を再生した場合(エンファシスがオンの場
合)と、実際のオーディオ信号を再生した場合(エンフ
ァシスがオフの場合)とでは、聴感上異なる音となる虞
れがある。
更に、現在は、高い信号圧縮が望まれている。しか
し、信号をより高い圧縮率で圧縮して、ビット数を更に
下げるようにすると、ダイナミックレンジが低下し、再
生音の品質が劣化するようになる。また、同一ビットレ
ートであっても、再生音の聴感上のダイナミックレンジ
をより良くできることが望ましい。すなわち、例えば、
予めスロットワード長が規定されているディジタルオー
ディオ(例えばいわゆるコンパクト・ディスク:CD,ディ
ジタル・オーディオ・テープレコーダ:DAT等)におい
て、このディジタルオーディオ信号の再生音の聴感上の
ダイナミックレンジを上げることができればより好まし
い。
そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案さ
れたものであり、エンファシスのオン/オフに影響され
ない聴感上良好な再生音を得ることができ、かつ、例え
ば、同一ビットレートであっても、再生音の聴感上のダ
イナミックレンジが良く、また、より高い信号圧縮を行
っても、再生により得られる音の品質が劣化しないよう
にすることが可能なノイズシェーピング回路を提供する
ことを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のノイズシェーピング回路は、上述の目的を達
成するために提案されたものであり、入力信号をプリエ
ンファシスするプリエンファシス回路と、該プリエンフ
ァシス回路の出力が供給される量子化回路と、該量子化
回路における量子化誤差が供給され、その出力を上記量
子化回路の入力側に帰還するように構成されたノイズフ
ィルタと、入力信号に応じて上記ノイズフィルタの特性
を制御する制御回路とを備えたノイズシェーピング回路
において、上記制御回路は、上記プリエンファシス回路
の出力が供給され、その特性が上記プリエンファシス回
路と対応するように構成されたディエンファシス回路を
有し、該ディエンファシス回路の出力に応じて上記ノイ
ズフィルタの特性を制御するようになされたものであ
る。
〔作用〕
本発明によれば、プリエンファシスによって高域強調
された信号のスペクトル形状を、ディエンファシスによ
って元のスペクトル形状に戻し、この元のスペクトル形
状の信号に基づいて、フィルタ係数が制御されている。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した実施例について図面を参照し
ながら説明する。
本実施例のノイズシェーピング回路は、第1図に示す
ように、オーディオ信号等の入力信号をプリエンファシ
スするプリエンファシス回路10と、当該プリエンファシ
ス回路10の出力が供給される量子化回路12と、当該量子
化回路12における量子化誤差が供給され、その出力を上
記量子化回路12の入力側に帰還するように構成されたノ
イズフィルタ30と、入力信号に応じて上記ノイズフィル
タ30のフィルタ特性を制御する制御回路第42とを備えた
ものであって、上記制御回路42は、上記プリエンファシ
ス回路10の出力が供給され、その特性が上記プリエンフ
ァシス回路10と対応するように構成されたディエンファ
シス回路41を有し、当該ディエンファシス回路41の出力
に応じて上記ノイズフィルタ30のフィルタ特性を係数コ
ントロール回路40が制御するようになされたものであ
る。
すなわち、この第1図のノイズシェーピング回路で
は、入力端子1に供給されたオーディオ信号が、プリエ
ンファシス回路10を介してエネルギの少ない高域が強調
されることで、等価的に高域ノイズを減らしてS/Nを上
げている。なお、該プリエンファシス回路10は、上記入
力端子1に供給される入力オーディオ信号がアナログ信
号の時にはアナログ的にプリエンファシスを行いディジ
タル信号に変換して出力するようなものとされ、入力オ
ーディオ信号がディジタル信号の時にはディジタル的に
プリエンファシスを行うようなものとされる。次に、こ
のオーディオ信号は、加算器11を介し、量子化回路12で
量子化されて、所定ビットのディジタルオーディオ信号
となる。このようにして得られた所定ビットのディジタ
ルオーディオ信号は、ディエンファシス回路22によって
ディエンファシスされて出力端子2から出力されるよう
になっている。なお、このディエンファシス回路22は、
ディジタル的にディエンファシスを行うようなものとし
てもよく、また、ディジタル/アナログ変換した後の信
号をアナログ的にディエンファシスするようなものとし
てもよい。また、このノイズシェーピング回路では、上
記量子化回路12で発生する量子化ノイズのノイズシェー
ピング処理が行われている。
このため、上記ノイズシェーピング回路においては、
加算器13によって、上記量子化回路12の量子化出力から
該量子化回路12に供給される信号が減算されて得られる
量子化ノイズを、ノイズフィルタ30を介して上記量子化
回路12の入力側の上記加算器11に減算信号として帰還す
るエラーフィードバックによるノイズシェーピング処理
が行われている。ここで、上記ノイズフィルタ30は、上
記加算器13からの出力(すなわち量子化ノイズ)を所定
時間(1サンプル分)遅延(z-1)する遅延器14と、該
遅延器14の出力にフィルタ係数aを乗算する係数乗算器
16とから構成される例えば1次のフィルタである。
この時の当該ノイズフィルタ30のフィルタ特性を決定
する上記フィルタ係数aは、上記ディエンファシス回路
41の出力に応じて動作する係数コントロール回路40から
供給されている。すなわち、本実施例のノイズシェーピ
ング回路では、例えばエンファシスがオンの時でも前述
の第2図の回路のようにプリエンファシス回路110の出
力、すなわち、高域強調された信号に応じて上記フィル
タ係数aが制御されているのではなく、上記ディエンフ
ァシス回路41によってスペクトル形状が元に戻された
(入力信号のスペクトル形状と略同じ形状に戻された)
信号に基づいて、上記フィルタ係数aが制御されてい
る。このため、当該ディエンファシス回路41のオン/オ
フは、上記プリエンファシス回路10(ディエンファシス
回路22)のオン/オフと連動している。
その後、上述のようにしてプリエンファシスとノイズ
シェーピング処理が行われた信号は、上記プリエンファ
シス回路10(ディエンファシス回路41)と連動して動作
するデイエンファシス回路22を介し、出力端子2から出
力される。
このようなことから、本実施例のノイズシェーピング
回路を用いれば、聴感上のマスキングが上記エンファシ
スのオン/オフに影響されずに正しく行われるようにな
る。
また、上記フィルタ係数aは、入力オーディオ信号
(ディエンファシス回路41の出力)に応じて制御されて
いるため、本実施例のノイズシェーピング回路を用いれ
ば、例えば、スロットワード長が決められているために
該スロットワード長に応じたダイナミックレンジしか得
られない従来のディジタルオーディオ(例えば、いわゆ
るコンパクト・ディスク、ディジタル・オーディオ・テ
ープレコーダ等)であっても、該ディジタルオーディオ
信号の再生音の聴感上のダイナミックレンジを上げるこ
とができる。また、より高い信号圧縮を行っても、再生
音の品質が劣化しないようになる。
〔発明の効果〕
本発明のノイズシェーピング回路においては、ノイズ
フィルタの特性制御が、プリエンファシス後の出力をデ
ィエンファシスした出力に応じて制御するようになされ
たことにより、エンファシスのオン/オフに影響されな
いノイズシェーピングが可能となる。また、フィルタ特
性が入力信号に応じて制御されているため、例えば、同
一ビットレートであっても、再生音の聴感上のダイナミ
ックレンジが良くなり、例えばオーディオ信号の再生音
は、スロットワード長で決まるダイナミックレンジ以上
の聴感上のダイナミックレンジが得られるようになる。
また、より高い信号圧縮を行っても、再生により得られ
る音の品質が劣化しないようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の概略構成を示すブロック回路
図、第2図は従来例の概略構成を示すブロック回路図で
ある。 10……プリエンファシス回路 11,13……加算器 12……量子化回路 14……遅延器 16……係数乗算器 22,41……ディエンファシス回路 30……ノイズフィルタ 40……係数コントロール回路 42……制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03M 3/00 H03M 7/32 H03M 7/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号をプリエンファシスするプリエン
    ファシス回路と、該プリエンファシス回路の出力が供給
    される量子化回路と、該量子化回路における量子化誤差
    が供給され、その出力を上記量子化回路の入力側に帰還
    するように構成されたノイズフィルタと、上記入力信号
    に応じて上記ノイズフィルタの特性を制御する制御回路
    とを備えたノイズシェーピング回路において、 上記制御回路は、上記プリエンファシス回路の出力が供
    給され、その特性が上記プリエンファシス回路と対応す
    るように構成されたディエンファシス回路を有し、当該
    ディエンファシス回路の出力に応じて上記ノイズフィル
    タの特性を制御するようになされたことを特徴とするノ
    イズシェーピング回路。
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