JP3089477B2 - 量子化器及び量子化方法 - Google Patents
量子化器及び量子化方法Info
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- JP3089477B2 JP3089477B2 JP02206486A JP20648690A JP3089477B2 JP 3089477 B2 JP3089477 B2 JP 3089477B2 JP 02206486 A JP02206486 A JP 02206486A JP 20648690 A JP20648690 A JP 20648690A JP 3089477 B2 JP3089477 B2 JP 3089477B2
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- Japan
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- signal
- processing
- dither
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ディジタルオーディオ信号の各サンプル
のビット数を長いもの（例えば20ビット）から短いもの
（例えば16ビット）に再量子化したり、16ビットのディ
ジタルオーディオ信号が供給される信号処理回路の出力
側に設けられ、16ビットの出力を発生するのに適用でき
る量子化器及び量子化方法に関する。
のビット数を長いもの（例えば20ビット）から短いもの
（例えば16ビット）に再量子化したり、16ビットのディ
ジタルオーディオ信号が供給される信号処理回路の出力
側に設けられ、16ビットの出力を発生するのに適用でき
る量子化器及び量子化方法に関する。
サンプリング周波数を変えずに、量子化ビット数を20
ビットから16ビットのように、短くしたり、信号処理で
長くなった語長を制限するための量子化方法として、下
記に挙げるものが従来から知られている。
ビットから16ビットのように、短くしたり、信号処理で
長くなった語長を制限するための量子化方法として、下
記に挙げるものが従来から知られている。
（１）入力信号を直接的に切り捨て、切り上げ又は四捨
五入する。単なる再量子化である。
五入する。単なる再量子化である。
（２）入力信号に対してディザーを加えてから、切り捨
て、切り上げ又は四捨五入を行う（例えば特開昭56−83
818号公報参照）。ディザーとしては、例えばLSB（最下
位ビット）の大きさのものが使用される。
て、切り上げ又は四捨五入を行う（例えば特開昭56−83
818号公報参照）。ディザーとしては、例えばLSB（最下
位ビット）の大きさのものが使用される。
（３）入力信号に対して、ノイズシェーピングを施して
から、切り捨て、切り上げ又は四捨五入を行う。ノイズ
シェーピングは、低域側でノイズが少なくなるように、
ホワイトノイズである量子化ノイズの特性を周波数的に
補正するものである。
から、切り捨て、切り上げ又は四捨五入を行う。ノイズ
シェーピングは、低域側でノイズが少なくなるように、
ホワイトノイズである量子化ノイズの特性を周波数的に
補正するものである。
（４）入力信号に対してディザーの付加とノイズシェー
ピングの処理とを行ってから、切り捨て、切り上げ又は
四捨五入を行う。
ピングの処理とを行ってから、切り捨て、切り上げ又は
四捨五入を行う。
（１）の方法は、量子化歪みが発生し、また、量子化
ノイズが信号によって変調される量子化ノイズが発生す
る問題がある。しかしながら、処理が上述の４個の方法
の中で、最も簡単であり、Lipshitz論文（AES東京コン
ベンション'89予稿集、72頁〜75頁）に依れば、聴感補
正がされていない、即ち、重み付けがされていないノイ
ズ（Unweighted noise）が最小である。重み付けがさ
れていないノイズをUN、重み付けがされた（modified E
−weighted）ノイズをWNと表すと、上記論文によれば、
（UN,WN＝（1,0.907）とされている。
ノイズが信号によって変調される量子化ノイズが発生す
る問題がある。しかしながら、処理が上述の４個の方法
の中で、最も簡単であり、Lipshitz論文（AES東京コン
ベンション'89予稿集、72頁〜75頁）に依れば、聴感補
正がされていない、即ち、重み付けがされていないノイ
ズ（Unweighted noise）が最小である。重み付けがさ
れていないノイズをUN、重み付けがされた（modified E
−weighted）ノイズをWNと表すと、上記論文によれば、
（UN,WN＝（1,0.907）とされている。
（２）の方法は、量子化歪み及び量子化ノイズ変調が
少なくなるが、ディザーが付加されているために、可聴
のノイズが大きくなる。（UN,WN＝3,2.721）である。
少なくなるが、ディザーが付加されているために、可聴
のノイズが大きくなる。（UN,WN＝3,2.721）である。
（３）の方法は、量子化歪みが少なくなるが、量子化
ノイズ変調が生じる。（UN,WN＝2,0.295）である。
ノイズ変調が生じる。（UN,WN＝2,0.295）である。
（４）の方法は、量子化歪み及び量子化ノイズ変調を
少なくでき、また、重み付けノイズWNも比較的小さい。
しかし、回路規模が４個の方法の中では、最も大きくな
り、重み付けがされていないノイズも最大である。（U
N,WN＝6,0.886）である。
少なくでき、また、重み付けノイズWNも比較的小さい。
しかし、回路規模が４個の方法の中では、最も大きくな
り、重み付けがされていないノイズも最大である。（U
N,WN＝6,0.886）である。
この発明の目的は、上述の従来の量子化の方法を入力
信号に適応して選択することにより量子化歪み及び量子
化ノイズ変調を少なくすることができ、また、可聴のノ
イズも小さい量子化器及び量子化方法を提供することに
ある。
信号に適応して選択することにより量子化歪み及び量子
化ノイズ変調を少なくすることができ、また、可聴のノ
イズも小さい量子化器及び量子化方法を提供することに
ある。
請求項１の発明は、ディジタル入力信号に所定の信号
処理を施し、信号処理の処理内容を示す処理内容信号と
信号処理結果であるディジタル処理信号とを出力する信
号処理回路と、 ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出す
る検出回路と、 処理内容信号及び検出回路の検出結果に基づいてディ
ザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を生成す
る制御信号生成回路と、 ディザーの大きさをディザー制御信号に基づいて可変
するディザー可変器と、 ディジタル処理信号をノイズシェーピング制御信号に
基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つディザー
可変器の出力信号を加算するノイズシェーピング回路と を有することを特徴とする量子化器である。
処理を施し、信号処理の処理内容を示す処理内容信号と
信号処理結果であるディジタル処理信号とを出力する信
号処理回路と、 ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出す
る検出回路と、 処理内容信号及び検出回路の検出結果に基づいてディ
ザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を生成す
る制御信号生成回路と、 ディザーの大きさをディザー制御信号に基づいて可変
するディザー可変器と、 ディジタル処理信号をノイズシェーピング制御信号に
基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つディザー
可変器の出力信号を加算するノイズシェーピング回路と を有することを特徴とする量子化器である。
また、請求項２の発明は、ディジタル入力信号に所定
の信号処理を施し、信号処理の処理内容を示す処理内容
信号と信号処理結果であるディジタル信号処理とを出力
する信号処理工程と、 ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出す
る検出工程と、 処理内容信号及び検出工程の検出結果に基づいてディ
ザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を生成す
る制御信号生成工程と、 ディザーの大きさをディザー制御信号に基づいて可変
するディザー可変工程と、 ディジタル処理信号をノイズシェーピング制御信号に
基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つディザー
可変工程の出力信号を加算するノイズシェーピング工程
と を有することを特徴とする量子化方法である。
の信号処理を施し、信号処理の処理内容を示す処理内容
信号と信号処理結果であるディジタル信号処理とを出力
する信号処理工程と、 ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出す
る検出工程と、 処理内容信号及び検出工程の検出結果に基づいてディ
ザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を生成す
る制御信号生成工程と、 ディザーの大きさをディザー制御信号に基づいて可変
するディザー可変工程と、 ディジタル処理信号をノイズシェーピング制御信号に
基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つディザー
可変工程の出力信号を加算するノイズシェーピング工程
と を有することを特徴とする量子化方法である。
ディザーの付加、ノイズシェーピングの処理は、入力
信号のゲイン等で必要な時と、かえってこれらによりノ
イズが増加する時とがある。従って、この発明では、こ
れらの処理が有効な時にのみなされる。
信号のゲイン等で必要な時と、かえってこれらによりノ
イズが増加する時とがある。従って、この発明では、こ
れらの処理が有効な時にのみなされる。
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。第１図において、１がイコライザ、フェーダー
等の信号処理回路を示し、信号処理回路１から処理後の
信号が発生する。
明する。第１図において、１がイコライザ、フェーダー
等の信号処理回路を示し、信号処理回路１から処理後の
信号が発生する。
信号処理回路１の出力信号が加算器２及びパラメータ
検出回路３に夫々供給される。パラメータ検出回路３
は、信号処理回路１の出力信号のゲイン等から再量子す
べき信号の性質を検出し、検出回路Piを発生する。ま
た、信号処理回路１からは、この回路構成が簡単か複雑
かを示す検出信号Hiが発生する。これらの検出信号Pi及
びHiが判定回路４に供給される。
検出回路３に夫々供給される。パラメータ検出回路３
は、信号処理回路１の出力信号のゲイン等から再量子す
べき信号の性質を検出し、検出回路Piを発生する。ま
た、信号処理回路１からは、この回路構成が簡単か複雑
かを示す検出信号Hiが発生する。これらの検出信号Pi及
びHiが判定回路４に供給される。
判定回路４は、検出信号Pi及びHiに基づいて制御信号
k1及びk2を発生する。制御信号k1が乗算器５に供給さ
れ、制御信号k2が乗算器６に供給される。乗算器５の出
力信号が加算器２に供給され、乗算器６の出力信号が加
算器７に供給される。加算器２には、信号処理回路１の
出力信号が供給され、この加算器２の出力信号が加算器
７に供給される。加算器７の出力信号が量子化器８に供
給され、量子化器８から出力信号が発生する。量子化器
８は、切り捨て、切り上げ又は四捨五入により所定の語
長例えば16ビットの出力信号を発生する。
k1及びk2を発生する。制御信号k1が乗算器５に供給さ
れ、制御信号k2が乗算器６に供給される。乗算器５の出
力信号が加算器２に供給され、乗算器６の出力信号が加
算器７に供給される。加算器２には、信号処理回路１の
出力信号が供給され、この加算器２の出力信号が加算器
７に供給される。加算器７の出力信号が量子化器８に供
給され、量子化器８から出力信号が発生する。量子化器
８は、切り捨て、切り上げ又は四捨五入により所定の語
長例えば16ビットの出力信号を発生する。
制御信号k1は、ノイズシェーピングに関する制御信号
である。加算器２の出力信号と量子化器８の出力信号と
が減算器９に供給される。減算器９により入力信号の値
が一定の時に量子化エラーが検出され、この量子化エラ
ーが１サンプルの遅延回路10を介して乗算器５に供給さ
れる。減算器９及び遅延回路10を含むフィードバックル
ープにより１次のノイズシェーピング回路が構成され
る。例えば加算器２に対して、7.1の一定の値を持つ入
力信号が供給され、量子化器８が７の値の出力信号を発
生する場合では、減算器９により−0.1の量子化エラー
が検出され、この量子化エラーが遅延回路10及び乗算器
５を介して加算器２に供給される。従って、量子化エラ
ーが累積することを防止することができる。若し、（k1
＝“0"）の時には、乗算器５の出力信号が０であり、ノ
イズシェーピングの処理がされない。
である。加算器２の出力信号と量子化器８の出力信号と
が減算器９に供給される。減算器９により入力信号の値
が一定の時に量子化エラーが検出され、この量子化エラ
ーが１サンプルの遅延回路10を介して乗算器５に供給さ
れる。減算器９及び遅延回路10を含むフィードバックル
ープにより１次のノイズシェーピング回路が構成され
る。例えば加算器２に対して、7.1の一定の値を持つ入
力信号が供給され、量子化器８が７の値の出力信号を発
生する場合では、減算器９により−0.1の量子化エラー
が検出され、この量子化エラーが遅延回路10及び乗算器
５を介して加算器２に供給される。従って、量子化エラ
ーが累積することを防止することができる。若し、（k1
＝“0"）の時には、乗算器５の出力信号が０であり、ノ
イズシェーピングの処理がされない。
制御信号k2が、ディザーの付加の処理を制御するため
の制御信号である。（k2＝“1"）の時にディザーが加算
器７に供給され、量子化器８の前段でディザーが付加さ
れる。（k2＝“0"）の時では、ディザーが付加されな
い。ディザーは、例えば1LSBの値を持つランダムなデー
タ系列である。
の制御信号である。（k2＝“1"）の時にディザーが加算
器７に供給され、量子化器８の前段でディザーが付加さ
れる。（k2＝“0"）の時では、ディザーが付加されな
い。ディザーは、例えば1LSBの値を持つランダムなデー
タ系列である。
第２図は、制御信号k1及びk2によりなされる制御動作
を示す表であって、第２図Ａが20ビットの入力信号を信
号処理回路１に供給し、量子化器８から16ビットの出力
信号を得る時の制御動作を示す表で、第２図Ｂが16ビッ
トの入力信号を信号処理回路１に供給し、量子化器８か
ら16ビットの出力信号を得る時の制御動作を示す表であ
る。
を示す表であって、第２図Ａが20ビットの入力信号を信
号処理回路１に供給し、量子化器８から16ビットの出力
信号を得る時の制御動作を示す表で、第２図Ｂが16ビッ
トの入力信号を信号処理回路１に供給し、量子化器８か
ら16ビットの出力信号を得る時の制御動作を示す表であ
る。
この表では、入力信号の性質を示すパラメータとして
３種類ａ、ｂ、ｃが用意され、夫々に応じた検出信号Pi
がパラメータ検出回路３により発生する。
３種類ａ、ｂ、ｃが用意され、夫々に応じた検出信号Pi
がパラメータ検出回路３により発生する。
a:0レベルの入力信号 b:小レベルの信号であって、直流（DC）又は低い周波数
の入力信号 c:その他の入力信号 また、信号処理回路１の構成の複雑さの程度に応じ
て、信号処理回路１から発生する検出信号Hiにより、下
記のｄ、ｅ及びｆが識別される。
の入力信号 c:その他の入力信号 また、信号処理回路１の構成の複雑さの程度に応じ
て、信号処理回路１から発生する検出信号Hiにより、下
記のｄ、ｅ及びｆが識別される。
d:スルーの処理のように、入力対出力のゲインの比が１
の回路 e:フェーダ、量子化器等の簡単な構成の回路 f:複雑な信号処理回路。第３図に示すように、入力信号
が供給される１サンプル遅延回路11、12と、入力信号及
び遅延回路11、12の出力信号が夫々供給される係数乗算
器21、22、23と、出力信号が供給される１サンプル遅延
回路13、14と、遅延回路13、14の出力信号が夫々供給さ
れる係数乗算器24、25とからなるイコライザが複雑な信
号処理回路の例である。
の回路 e:フェーダ、量子化器等の簡単な構成の回路 f:複雑な信号処理回路。第３図に示すように、入力信号
が供給される１サンプル遅延回路11、12と、入力信号及
び遅延回路11、12の出力信号が夫々供給される係数乗算
器21、22、23と、出力信号が供給される１サンプル遅延
回路13、14と、遅延回路13、14の出力信号が夫々供給さ
れる係数乗算器24、25とからなるイコライザが複雑な信
号処理回路の例である。
これらの入力信号及び回路構成の種類の中で、種類ａ
については、回路構成と無関係にノイズシェーピング及
びディザーの付加の処理が不要であり、（k1、k2＝
“0"）とされる。
については、回路構成と無関係にノイズシェーピング及
びディザーの付加の処理が不要であり、（k1、k2＝
“0"）とされる。
種類ｂの入力信号に関しては、語長が短くされる場合
（第２図Ａ）では、回路構成がどの種類でも制御信号k1
及び又はk2が“1"とされる。語長を短くする時に、量子
化歪みが生じるので、その対策として、ノイズシェーピ
ングの処理又はディザーの付加がなされる。
（第２図Ａ）では、回路構成がどの種類でも制御信号k1
及び又はk2が“1"とされる。語長を短くする時に、量子
化歪みが生じるので、その対策として、ノイズシェーピ
ングの処理又はディザーの付加がなされる。
語長が変化しない場合（第２図Ｂ）では、回路構成が
ｄの場合でノイズシェーピング及びディザーの付加の処
理がされず、ｅ及びｆの場合でこれらの処理がされる。
ｄの場合でノイズシェーピング及びディザーの付加の処
理がされず、ｅ及びｆの場合でこれらの処理がされる。
種類ｃの入力信号に関しては、語長が短くされる場合
（第２図Ａ）では、回路構成がｄ及びｅの種類で、制御
信号k1及び又はk2が“1"とされ、回路構成がｆの種類の
時にk1及びk2が共に“0"とされる。
（第２図Ａ）では、回路構成がｄ及びｅの種類で、制御
信号k1及び又はk2が“1"とされ、回路構成がｆの種類の
時にk1及びk2が共に“0"とされる。
語長が変化しない場合（第２図Ｂ）では、回路構成が
ｅの場合のみでノイズシェーピング及びディザーの付加
の処理がされ、ｄ及びｆの場合でこれらの処理がされな
い。
ｅの場合のみでノイズシェーピング及びディザーの付加
の処理がされ、ｄ及びｆの場合でこれらの処理がされな
い。
第３図に示すイコライザは、複雑な回路構成の種類ｆ
の例である。この回路では、加算器26により多数の信号
が加算されているので、多数の信号の下位ビットがディ
ザーと類似した機能を果たす。このため、入力信号の種
類がｃでも、回路構成がｆの時には、ノイズシェーピン
グの処理及びディザーの付加がされない。その結果、重
み付けがされていないノイズを最小とすることができ
る。ここで、（k1＝1,k2＝０）として、重み付けがされ
たノイズを最小としても良い。
の例である。この回路では、加算器26により多数の信号
が加算されているので、多数の信号の下位ビットがディ
ザーと類似した機能を果たす。このため、入力信号の種
類がｃでも、回路構成がｆの時には、ノイズシェーピン
グの処理及びディザーの付加がされない。その結果、重
み付けがされていないノイズを最小とすることができ
る。ここで、（k1＝1,k2＝０）として、重み付けがされ
たノイズを最小としても良い。
なお、上述の実施例では、１次のノイズシェーピング
回路が示されているが、２次以上のノイズシェーピング
回路等の種々の構成のものを使用しても良い。
回路が示されているが、２次以上のノイズシェーピング
回路等の種々の構成のものを使用しても良い。
この発明では、ディザーの付加或いはノイズシェーピ
ングの処理が入力信号及び信号処理に適応してなされ
る。つまり、入力信号が無信号の時、並びに前段の信号
処理回路の入力出力伝達関数が１の時は、量子化器での
ノイズの発生を、防止できる。また、信号処理回路が複
雑な処理を行っていて、且つ量子化器への入力信号が小
さくなく又は非常に低い周波数の信号でもない時は、量
子化ノイズの増加が最小限に抑えられる。更に、上述の
場合以外では、量子化歪みの発生、量子化変調ノイズの
発生が最小限に抑えられる。
ングの処理が入力信号及び信号処理に適応してなされ
る。つまり、入力信号が無信号の時、並びに前段の信号
処理回路の入力出力伝達関数が１の時は、量子化器での
ノイズの発生を、防止できる。また、信号処理回路が複
雑な処理を行っていて、且つ量子化器への入力信号が小
さくなく又は非常に低い周波数の信号でもない時は、量
子化ノイズの増加が最小限に抑えられる。更に、上述の
場合以外では、量子化歪みの発生、量子化変調ノイズの
発生が最小限に抑えられる。
第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はこ
の一実施例の制御動作を示す略線図、第３図は信号処理
回路の一例であるイコライザのブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:信号処理回路、 2:ノイズシェーピングのための加算器、 3:入力信号の種類等を検出する回路、 4:判定回路、 7:ディザーの付加のための加算器。
の一実施例の制御動作を示す略線図、第３図は信号処理
回路の一例であるイコライザのブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:信号処理回路、 2:ノイズシェーピングのための加算器、 3:入力信号の種類等を検出する回路、 4:判定回路、 7:ディザーの付加のための加算器。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−25116（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−143713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−5691（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−146021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−158217（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03M 7/36
Claims (2)
- 【請求項１】ディジタル入力信号に所定の信号処理を施
し、上記信号処理の処理内容を示す処理内容信号と上記
信号処理結果であるディジタル処理信号とを出力する信
号処理回路と、 上記ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出
する検出回路と、 上記処理内容信号及び上記検出回路の検出結果に基づい
てディザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を
生成する制御信号生成回路と、 ディザーの大きさを上記ディザー制御信号に基づいて可
変するディザー可変器と、 上記ディジタル処理信号を上記ノイズシェーピング制御
信号に基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つ上
記ディザー可変器の出力信号を加算するノイズシェーピ
ング回路と を有することを特徴とする量子化器。 - 【請求項２】ディジタル入力信号に所定の信号処理を施
し、上記信号処理の処理内容を示す処理内容信号と上記
信号処理結果であるディジタル信号処理とを出力する信
号処理工程と、 上記ディジタル処理信号の大きさ及び周波数帯域を検出
する検出工程と、 上記処理内容信号及び上記検出工程の検出結果に基づい
てディザー制御信号及びノイズシェーピング制御信号を
生成する制御信号生成工程と、 ディザーの大きさを上記ディザー制御信号に基づいて可
変するディザー可変工程と、 上記ディジタル処理信号を上記ノイズシェーピング制御
信号に基づいてノイズシェーピング処理を施し、且つ上
記ディザー可変工程の出力信号を加算するノイズシェー
ピング工程と を有することを特徴とする量子化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02206486A JP3089477B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 量子化器及び量子化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02206486A JP3089477B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 量子化器及び量子化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0490615A JPH0490615A (ja) | 1992-03-24 |
| JP3089477B2 true JP3089477B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=16524172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02206486A Expired - Fee Related JP3089477B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 量子化器及び量子化方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3089477B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070118362A1 (en) * | 2003-12-15 | 2007-05-24 | Hiroaki Kondo | Audio compression/decompression device |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP02206486A patent/JP3089477B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0490615A (ja) | 1992-03-24 |
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