DE19823110C2

DE19823110C2 - Verfahren zur Erhöhung der Audioqualität in Systemen und Baugruppen der digitalen Signalverarbeitung bei Konvertierung der Wortbreite des digitalen Datenwortes

Info

Publication number: DE19823110C2
Application number: DE19823110A
Authority: DE
Inventors: Johannes Siegler
Original assignee: Individual
Current assignee: SIEGLER, JOHANNES, DIPL.-ING., 66571 EPPELBORN, DE
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2018-05-23
Also published as: DE19823110A1

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Sie eignet sich insbesondere zur Konvertierung digitaler Signale niedriger, vorgegebener Wortbreite in Signale höherer Wortbreite.

Es ist bekannt, dass die im bisherigen Audio-CD-Standard verwendete Wortbreite von 16 Bit, bei einer Abtastfrequenz von 44,1 KHz, das analoge Signal, mit einem durch die Quantisierung entstehenden Fehler, in der Auflösung begrenzt. Für zukünftige Formate, wie DVD-Video und DVD-Audio sind Wortbreiten von 20 bzw. 24 Bit vorgesehen, was eine deutliche erhöhte Auflösung der Signalamplitude bewirkt. Bei der Wandlung der analogen Signale mit einem Analog-Digital-Converter wird eine zufällige Störung zum Nutzsignal gegeben. Dies bewirkt, bei Signalamplituden in der Größenordnung der Quantisierungsstufe, eine Umwandlung der Pulshöhen- in eine Pulsweitenmodulation (siehe Abb. 1). Diese Signale werden Dither oder Zittersignale genannt. Aus der Patentschrift US 43 34 237 oder 43 52 123 sind solche Störsignalerzeuger bekannt. Aus DE 34 19 640 und DE 44 37 157 sind auch Störsignalquellen auf der digitalen Seite bekannt. Diese Signale sind Ausgangsprodukte für die Konvertierung in Signale größerer Wortbreite. Aus der EP 193 143 A2 ist die psycho-akustische Bearbeitung eines digitalen Audiosignals bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus vorgegebenen Signalen in der digitalen Ebene, Signale mit einer feineren Auflösung zu erzeugen, durch Ausnutzung einer größeren Wortbreite und falls gewünscht einer höheren Abtastfrequenz. Natürlich lässt sich die, durch die n-bit breite Quantisierung, verlorene Information nicht künstlich regenerieren, allerdings kann das (n + x)-Bit breite Datenwort genutzt werden, um die Audioeigenschaften durch psycho-akustische Verfahren, das heißt Verfahren, die die Übertragungseigenschaften des menschlichen Gehörs berücksichtigen, zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung zur Konvertierung eines vorliegenden Signals niedriger Wortbreite in ein Signal größerer Wortbreite wird das Signal in einem (n + x) breiten Requantisierer unter Zugabe von hochaufgelöstem Rauschen, das heißt mit (n + x) Quantisierungsstufen aufgelöst, auf ein (n + x) breites Signal gebracht. Die spektrale Verteilung des Rauschens ist dabei derart, dass die Hauptenergie im oberen Ende des Übertragungsbandes liegt, dort wo das menschliche Gehör unempfindlicher gegenüber breitbandigen Störungen ist. Anschließend wird das resultierende Signal mit einem phasenlinearen Filter (Abb. 4) an die Gehörkurve des menschlichen Gehörs angepasst. Spektrale Anteile in Bereichen, wo das menschliche Gehör am lautesten hört, werden abgesenkt, andere relativ angehoben. Diese Anpassung passiert in Abhängigkeit von der Gesamtenergie des Signals, so, dass die Filterung nur zum Tragen kommt, wenn die Signalamplitude in der Größenordnung der Quantisierungsstufen liegt, außerhalb dieses Bereiches wird der Verdeckungseffekt von lauten gegenüber sehr leisen Signalen ausgenutzt.

Abb. 2 und Abb. 3 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung für verschiedene digitale Audioformate. In Abb. 2 wird durch ein Resamplen mit der doppelten Abtastrate erreicht, dass man ein Rauschen dazu addieren kann, welches über der Hörschwelle liegt. Dadurch wird der Vorteil der Pulsmodulationwandlung erreicht, ohne dass ein zusätzlich hörbares Rauschen das Signal überlagert.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der psycho-akustischen Audioqualität in Systemen und Baugruppen der digitalen Signalverarbeitung, bei denen das digitale Eingangssignal der Wortbreite N konvertiert wird in ein Ausgangssignal der Wortbreite n + x, (x größer gleich eins), wobei
das Eingangssignal durch Umwandlung in Fließkomma-Darstellung in ein quasi analoges gewandelt wird,
dieses dann mit einem psycho-akustischen Filter bearbeitet wird, der invers zur menschlichen Hörkurve den Frequenzgang derart beeinflusst, dass Bereiche großer Hörempfindlichkeit in der Lautstärke abgesenkt werden, wobei der Filterausgang mit der Ausgangswortbreite (n + x) requantisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses requantisierte, (n + x)-breite Datenwort zu einem (n + x)-breiten Rauschsignal addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der psycho-akustische Filter für jeden Energiepegel des Eingangssignals eine gesonderte Übertragungskurve zur Verfügung stellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskurven phasenlinear sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskurven die psycho-akustischen Parameter der menschlichen Hörkurve derart berücksichtigen, dass für jeden Energiepegel die Hörkurve invertiert wird und als Filterkurve zur Verfügung steht.