DE69923911T2

DE69923911T2 - Vorrichtung zur Übertragung und Wiedergabe eines digitalen Audiosignales

Info

Publication number: DE69923911T2
Application number: DE69923911T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Sekii
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: EP0999646B1; JP2000149424A; EP0999646A2; US6628720B1; CN1258069A; KR100577464B1; CN1130831C; EP0999646A3; DE69923911D1; JP4238394B2; KR20000035192A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsvorrichtung und eine Wiedergabevorrichtung, wo ein digitales Ein-Bit-Audiosignal, welches durch Delta-Sigma-Modulation erworben wurde, in ein Multi-Bit-Audiosignal umgesetzt wird, welches übertragen werden soll.
Die Anmelderin hat schon ein System vorgeschlagen, wodurch ein analoges Audiosignal einer Delta-Sigma-Modulation bei einer Abtastfrequenz unterworfen wird, die signifikant höher ist als die der herkömmlichen Compact Disc (CD), um ein digitales Ein-Bit-Audiosignal zu übertragen, aufzuzeichnen und zu reproduzieren.
Das obige digitale Ein-Bit-Audiosignal ist grundsätzlich verschieden gegenüber einem digitalen Multi-Bit-Audiosignal, wobei die Compact Disc (CD) ein Beispiel dafür ist, welches eine Abtastfrequenz (fs) von 44,1 kHz und 16 Quantisierungsbits hat. Das heißt, dass ein Hochqualitäts-Audiostandard, der ein Breitband anbietet und einen weiten dynamischen Bereich hat, mittels des digitalen Ein-Bit-Signalsystems durchgeführt wird, welches die Quantisierungsbits einschließt, die mit einer Abtastfrequenz abgetastet werden, die das 64-fache der Abtastfrequenz (fs) der herkömmlichen CD ist. Dieser Hochqualitäts-Audiostandard wird als DSD-Standard (Direct Stream Digital) bezeichnet, und Platten, auf denen Daten mit dem DSD-Standard aufgezeichnet sind, entsprechen dem, was als Super-Audio-CD-Standard bekannt ist.
Ein digitales Ein-Bit-Audiosignal, welches durch Delta-Sigma-Modulation erhalten wird, kann in ein herkömmliches digitales Multi-Bit-Audiosignal über Abwärtsabtastung durch einen Umsetzer, beispielsweise ein Dezimierungsfilter umgesetzt werden. Bevor ein digitales Ein-Bit-Audiosignal an eine herkömmliche digitale Audioschnittstelle ausgegeben wird, welche IEC 958 (International Electrotechnical Commission 958) erfüllt, muss das Signal in das herkömmliche digitale Multi-Bit-Audiosignal über Abwärtsabtastung umgesetzt werden.
Bei einem Aufbau, wo ein analoges Audiosignal in ein digitales Ein-Bit-Audiosignal durch Delta-Sigma-Modulation umgesetzt wird, wird ein Modulationsgrad entsprechend dem Eingangsumsetzungspegel definiert. Das heißt, der Modulationsgrad zeigt Pegelinforma tion, welche das digitale Ein-Bit-Audiosignal, welches in Frage steht, besitzt. Ein maximaler Modulationsgrad, d.h., ein maximal zulässiger Eingangspegel, der durch einen Delta-Sigma-Modulator bei Gebrauch definiert ist, wird üblicherweise gemäß einem optimalen Punkt von Modulatorkenndaten eingerichtet. Wenn ein analoger Audiosignalpegel zugeführt wird, um so einen maximalen Modulationsgrad zu erlangen, hat der Anstieg des Pegels selten eine abrupte Verschlechterung des Pegels und der Verzerrungskenndaten speziell zu einem Ausgangssignal eines digitalen Ein-Bit-Audiosignals zur Folge.
Der Modulationsgrad eines zugeführten digitalem Ein-Bit-Audiosignals und der Pegel eines ausgegebenen digitalen Multi-Bit-Audiosignals werden allgemein in einer eindeutigen Weise für jedes Dezimierungsfilter bestimmt. Wo beispielsweise ein Dezimierungsfilter so ausgelegt ist, dass dies einen maximalen Modulationsgrad von 50% hat, gibt das Filter ein digitales Multi-Bit-Audiosignal mit seinem Maximalwert (d.h., vollen Bitpegel) aus, wenn ein digitales Ein-Bit-Audiosignal mit dem Modulationsgrad von 50% zugeführt wird. Bei Zuführung eines digitalen Ein-Bit-Audiosignals, welches den maximalen Modulationsgrad übersteigt, wird das digitale Multi-Bit-Audiosignal auf dem Maximalwert festgehalten, d.h., in einen Klemmzustand gebracht.
Die obige Verarbeitung wird anschließend ausführlicher mit Hilfe von 1 erläutert, welche eine herkömmliche Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung 50 zeigt. In der digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung 50 wird ein analoges Audiosignal A₁, welches über einen Eingangsanschluss 51 zugeführt wird, zu einem Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulator 52 zur Delta-Sigma-Modulation zu einem digitalen Ein-Bit-Audiosignal D₁ gemacht. Das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ vom Modulator 52 wird so wohl zu einem Ein-Bit-D/A-Umsetzer 53 als auch zu einem Dezimierungsfilter 55 geliefert.
2 zeigt einen typischen Aufbau des oben erwähnten Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulators 52. Der Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulator 52 besitzt einen Addierer 71, einen Integrator 72, einen Quantisierer 73 und eine Verzögerungsschaltung 75. Ein Additionsausgangssignal des Addierers 71 wird dem Integrator 72 zugeführt. Ein integriertes Ausgangssignal des Integrators 72 wird zum Quantisierer 73 geliefert. Ein quantisiertes Ausgangssignal des Quantisierers 73 wird zu einem Ausgangsanschluss 74 geführt und über die Verzögerungsschaltung 75 zurück zum Addierer 71 geführt, in welchem das quantisierte Ausgangssignal zu einem analogen Audiosignal, welches von einem Eingangsanschluss 70 herkommt, addiert wird. Das addierte Ausgangssignal des Addierers 71 wird durch den Integrator 72 integriert, dessen integriertes Ausgangssignal wiederum durch den Quantisierer 73 pro Abtastperiode quantisiert wird. Nach der Verarbeitung werden Ein-Bit-Quantisierungsdaten, welche durch digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ dargestellt werden, vom Ausgangsanschluss 74 ausgegeben.
Der Ein-Bit-D/A-Umsetzer 53 setzt das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ in ein analoges Audiosignal A₀ um, welches zu einem Ausgangsanschluss 54 geliefert wird. Allgemein wird das Audiosignal, welches aus digitalen Ein-Bit-Audiosignalen zusammengesetzt ist, zurück in das analoge Audiosignal durch den D/A-Umsetzer wie beschrieben umgesetzt.
Das Dezimierungsfilter 55 setzt das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal D_M um, welches zu einem Ausgangsanschluss 56 geführt wird. Das Dezimierungsfilter 55 setzt das digitale Ein-Bit-Audiosignal, welches die Abtastfrequenz von 64 × fs hat, in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal von 16 Bits mit der Abtastfrequenz von fs um, wodurch die Tonqualität äquivalent der CD erhalten wird. Üblicherweise hat das Dezimierungsfilter 55 den maximalen Modulationsgrad von 50%.
Es besteht ein Problem, wenn das Dezimierungsfilter 55, welches den maximalen Modulationsgrad von 50 Prozent hat, einen Teil eines Umsetzers bildet, der das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ über Abwärtsabtastung in das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M umsetzt. Das heißt, wenn der Pegel des zugeführten digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ den maximalen Modulationsgrad übersteigt, ist das Ausgangssignal des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M auf einem Klemm-Pegel fest.
Anschließend folgt eine ausführliche Beschreibung des oben umrissenen Mangels. 3 ist eine grafische Darstellung von Kennlinien, welche Pegel eines analogen Audiosignals A₀ zeigen, welches durch einen Ein-Bit-D/A-Umsetzer 53 ausgegeben wird, und Pegel eines digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M, welches durch das Dezimierungsfilter 55 beschafft wurde, in Bezug auf den Modulationsgrad (Eingangssignalpegel) eines digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ von dem Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulator 52 in der Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung 50. Die Pegel des analogen Audiosignals A₀ sind mit unterbrochenen Linien 61 dargestellt, während die Pegel des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M durch eine durchgezogene Linie 62 dargestellt sind.
Die unterbrochene Linie 61 zeigt, dass die Pegel eines analogen Audiosignals A₀ ungefähr linear bleiben, wenn der Modulationsgrad des Eingangssignals 50 Prozent übersteigt. Das heißt, was als intelligenter Klemmzustand bekannt ist, nicht perfekt linear, sondern fast linear. Dagegen wird, wie durch die durchgezogene Linie 62 dargestellt ist, das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M, auf einen vollen Bitpegel, wenn der Modulationsgrad 50 Prozent übersteigt, geklemmt. Das Dezimierungsfilter 55 ist so ausgebildet, beispielsweise eine Ausgabe bei dem Voll-Bit-Pegel auszuführen, wenn der Modulationsgrad 50 Prozent erreicht.
Somit verursacht ein Eingangssignal mit einem Modulationsgrad von 50 Prozent oder höher, dass das Ausgangssignal geklemmt wird, wie durch die Kenndatenlinie 62 als Beispiel dargestellt ist.
4 ist eine weitere grafische Darstellung von charakteristischen Darstellungsverzerrungsfaktoren des analogen Audiosignals A₀, welches durch den Ein-Bit-D/A-Umsetzer 53 ausgegeben wird, wie auch der Verzerrungsfaktoren des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M, welches durch das Dezimierungsfilter 55 beschafft wird, in Bezug auf den Modulationsgrad des digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ in der Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung 50. Die Verzerrungsfaktoren des analogen Audiosignals A₀ sind durch eine unterbrochene Linie 63 dargestellt, während die Verzerrungsfaktoren des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M durch eine durchgezogene Linie 64 darstellt sind.
Die unterbrochene Linie 63 zeigt, dass der Verzerrungsfaktor des analogen Audiosignals A₀ bei einem Minimalpunkt ist, wenn der Modulationsgrad ungefähr 50 Prozent beträgt. Dies bedeutet, dass die besten Kenndaten für das analoge Audiosignal A₀ erhalten werden, wenn der Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulator 52 mit seinem Verzerrungsfaktor bei ungefähr 50 Prozent arbeitet. Dagegen, wie durch die durchgezogene Linie 64 dargestellt ist, springt der Verzerrungsfaktor des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M vom Dezimierungsfilter 55 abrupt, wenn der Modulationsfaktor in der Nähe von 50 Prozent ist. Dieses Phänomen ist der Tatsache zuzuordnen, dass das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M auf den vollen Bitpegel geklemmt wird, wenn der Modulationsfaktor in die Nähe von 50 Prozent kommt.
Wie man aus 3 und 4 beurteilen kann, ist dieses Problem offensichtlich: wenn das analoge Audiosignal mit seinem Eingangspegel, der den maximalen Modulationsfaktor von 50 Prozent übersteigt, in ein digitales Ein-Bit-Audiosignal umgesetzt wird, wird das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M, welches durch das Dezimierungsfilter 55 von dem digitalen Ein-Bit-Audiosignal erhalten wird, auf einen Maximalpegel (Voll-Bit-Pegel) geklemmt und zeigt einen extrem verschlechterten Verzerrungsfaktor, obwohl dies nicht der Fall bei dem analogen Audiosignal A₀ ist, welches lediglich durch Unterwerfen des digitalen Ein-Bit-Audiosignals einer Digital-Analog-Umsetzung erhalten wird.
Wie oben beschrieben gibt es Fälle, wo das Dezimierungsfilter 55, bei dem der maximale Modulationsgrad, der vorher bestimmt wurde, verwendet wird, einen Umsetzer zu bilden, der ein digitales Ein-Bit-Audiosignal über Abwärtsabtasten in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal umsetzt. Die Schwierigkeit besteht darin, dass, wenn der Pegel eines zugeführten digitalen Ein-Bit-Audiosignals den maximalen Modulationsgrad übersteigt, das digitale Multi-Bit-Audiosignal auf seinem Klemmpegel fixiert ist.
Wenn der Signalpegel durch das Dezimierungsfilter 55 geklemmt ist, kann der Klemmzustand durch irgendwelche stromabwärtige Einrichtung nicht aufgelöst werden, welche Pegeldämpfung des Multi-Bit-Signals durchführt. Außerdem ist es schwierig, den Pegel des Ein-Bit-Signals wie gewünscht theoretisch zu ändern. Versuche, den Ein-Bit-Signalpegel zu ändern, würden erfordern, den Aufwand der notwendigen Signalverarbeitungsschaltungen zu erweitern.
Insbesondere im Fall von Anwendungen, die das digitale Ein-Bit-Audiosignalsystem, welches durch die Super-Audio-CD dargestellt wird, beinhalten, wird der maximale Modulationsgrad grundsätzlich hinsichtlich von Aufzeichnungssignalen auf Platten definiert. Es besteht eine Möglichkeit, dass, indem die Intensionen der aufzeichnenden Parteien reflektiert werden, eine Platte mit Übermodulation erzeugt werden könnte, d.h., die Pegel hat, die den maximalen Modulationsgrad übersteigen. Wenn Signale von einer derartigen Platte wiedergegeben werden, kann ein Plattenspieler ein reproduziertes digitales Ein-Bit-Audiosignal lediglich einer Digital-Analog-Umsetzung für analoge Signalausgabe unterwerfen. Wenn der Plattenspieler Analogschaltungen mit einem ausreichenden dynamischen Bereich hat, werden diejenigen Bereiche der Platte, die nicht in einem übermodulierten Pegel sind, mit dem gleichen Pegel wie dem beim Ausführen während der Aufzeichnung wiedergegeben.
Wenn ein Dezimierungsfilter mit seinem vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad dazu verwendet wird, ein digitales Ein-Bit-Audiosignal durch Abwärtsabtastung in ein Multi-Bit-Audiosignal umzusetzen, welches an eine digitale Audioschnittstelle ausgegeben wird, werden die Signalbereiche an den übermodulierten Pegeln immer auf dem maximalen Pegel während der Reproduktion geklemmt. In einem solchen Fall gibt es Unterschiede hinsichtlich des Pegels und des Verzerrungsfaktors zwischen dem analogen und dem digitalen Ausgangssignal.
Die EP-A 0 788 676 offenbart einen Datenumsetzer zum Umsetzen eines Sigma-Delta-modulierten Digitalsignals, welches mit einer variablen Abtastfrequenz abgetastet wird und welches ein Quantisierungsbit in einem zweiten Digitalsignal hat, welches mit einer zweiten Abtastfrequenz abgetastet wird, die niedriger ist als die variable Abtastfrequenz des Sigma-Delta-Digitalsignals und welches Mehrfachquantisierungsbits hat. Der Umsetzer umfasst: eine Eingangssignal-Gewinnstufe zum Einstellen der Stärke des Sigma-Delta-modulierten Digitalsignals mit einem Verstärkungsfaktor, der mit der Abtastfrequenz des Sigma-Delta-modulierten Digitalsignals variiert; eine Umsetzungseinrichtung zum Umsetzen des Sigma-Delta-modulierten Digitalsignals nach Gewinneinstellung durch die Eingangsgewinnstufe in das zweite Digitalsignal; und eine Ausgangsgewinnstufe zum Einstellen der Stärke des zweiten Digitalsignals nach Umsetzung durch die Umsetzungseinrichtung mit einem Verstärkungsfaktor, der auch auf der Basis der Abtastfrequenz des Sigma-Delta-modulierten Digitalsignals variiert, wobei der Gewinn der Eingangs- und Ausgangsgewinnstufen die Gewinnvariation der Umsetzungseinrichtung mit der Abtastfrequenz kompensiert, um einen vorher festgelegten dynamischen Bereich des digitalen Ausgangssignals beizubehalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist:
eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen einer vorher festgelegten festen Datenmenge eines ersten Digitalsignals, welches mit einer ersten Abtastfrequenz abgetastet wird und welches ein Quantisierungsbit aufweist;
eine Umsetzungseinrichtung zum Umsetzen des ersten Digitalsignals nach Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung in ein zweites Digitalsignal, welches mit einer zweiten Abtastfrequenz abgetastet wird, die niedriger ist als die erste Abtastfrequenz und welches mehrere Quantisierungsbits hat;
eine Pegelermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Pegels des zweiten Digitalsignals nach Umsetzung durch die Umsetzungseinrichtung; und
eine Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des Pegels des zweiten Digitalsignals nach Umsetzung durch die Umsetzungseinrichtung gemäß dem Pegel, der durch die Pegelermittlungseinrichtung ermittelt wird.
Die anschließend beschriehene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Übertragungsvorrichtung und eine Wiedergabevorrichtung bereitstellen, wo ein digitales Ein-Bit-Audiosignal durch eine Dezimierungsfilter, welches Teil eines Umsetzers bildet, in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal durch Abwärtsabtastung umgesetzt wird, und wobei verhindert wird, dass ein digitales Ein-Bit-Audiosignal, welches einen maximalen Modulationsgrad übersteigt, ein digitales Multi-Bit-Audiosignal zur Folge hat, wobei dessen Pegel auf ein Voll-Bit-Pegel (Maximalpegel) geklemmt ist, während ein Durchschnittspegel des Ausgangssignals verbessert wird.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung deutlicher, die beispielhaft und nicht einschränkend mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen angegeben werden, in denen:
1 ein Blockdiagramm einer Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung nach der Erfindung ist;
2 ein Blockdiagramm eines Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulators ist;
3 eine grafische Darstellung von Kennlinien ist, die Pegel eines analogen Audiosignals A₀ und eines digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M in Bezug auf Modulationsgrade eines digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ zeigen;
4 eine grafische Darstellung von kenndaten-anzeigenden Verzerrungsfaktoren des analogen Audiosignals A₀ und des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M in Bezug auf Modulationsgrade des digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ ist;
5 ein Blockdiagramm einer Wiedergabevorrichtung nach der Erfindung ist;
6 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Wiedergabevorrichtung ist;
7 ein ausführliches Blockdiagramm eines Dämpfungsglieds für einen feste Quantität ist, das in der Vorrichtung von 5 enthalten ist;
8 ein ausführliches Blockdiagramm eines Multi-Bit-Umsetzungs-Dezimierungsteils ist, welches in der Vorrichtung von 5 enthalten ist;
9 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteils in der Vorrichtung von 5 ist; und
10 eine grafische Darstellung von kenndaten-darstellenden Pegeln von digitalen Ausgangssignalen in Bezug auf Modulationsgrade ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird in Form eines Audioplattenspielers 1 durchgeführt, der eine digitale Audioschnittstellen-Ausgabeeinrichtung hat, die beispielsweise in Übereinstimmung mit IEC 958 ist und welcher Hochqualitäts-Audioplatten wiedergeben kann. Der Audioplattenspieler 1, der in 5 gezeigt ist, ist der Lage, eine optische Platte, auf welcher digitale Ein-Bit-Audiosignale aufgezeichnet sind, wiederzugehen. Jedes dieser Signale wird mit einer Abtastfrequenz mit dem 64-fachen der Abtastfrequenz (fs) für eine CD abgetastet, und besitzt ein Quantisierungsbit. Ein digitales Ein-Bit-Audiosignal wird durch den Ein-Bit-Delta-Sigma-Modulator erhalten, dessen Aufbau in 2 gezeigt ist.
Das Audioplattenwiedergabegerät 1 wiest auf: einen optischen Abtastkopf 3, um ein digitales Ein-Bit-Audiosignal als HF-Signal von einer optischen Platte 2 zu lesen; einen Wiedergabesignalprozessor 4, der ein digitales Ein-Bit-Audiosignal D₁ durch geeignetes Verarbeiten des HF-Signals erzeugt, welches durch den optischen Abtastkopf 3 gelesen wird, wobei Servosignale, beispielsweise Spurführungs- und Fokussierungssignale erzeugt werden; einen Ein-Bit-D/A-Umsetzer 5, um das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ vom Wiedergabesignalprozessor 4 in ein analoges Audiosignal A₀ umzusetzen; einen Umsetzer 7, der das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ vom Wiedergabesignalprozessor 4 in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal D_M umsetzt, während eine Dämpfung durchgeführt wird; ein Pegelermittlungsteil 10, um den Pegel des digitalen Multi-Bit-Audiosignals D_M von der Umsetzung durch den Umsetzer 7 zu ermitteln; ein Pegelsteuerungsteil 12, um Steuerung in einer Weise auszuführen, dass das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M, welches durch den Umsetzer 7 ausgegeben wird, um in Übereinstimmung mit dem Pegel zu sein, der durch das Pegelermittlungsteil 10 ermittelt wird, nicht einen Voll-Bit-Pegel übersteigen wird; eine Systemsteuerung 11, um das Pegelsteuerungsteil 12 gemäß dem Pegel zu steuern, der durch das Pegelermittlungsteil 10 ermittelt wurde; und ein digitales Schnittstellenteil 13, um das digitale Multi-Bit-Audiosignal vom Pegelsteuerungsteil 12 auf den Audiodatenbereich einer digitalen Audioschnittstellenausgangs gemäß IEC 958 zu überlagern. Das digitale Audioschnittstellensignal vom digitalen Schnittstellenteil 13 wird über einen digitalen Ausgangsanschluss 14 verwirklicht. Alternativ kann das digitale Audioschnittstellenausgangssignal zu einer stromabwärtigen Filtereinrichtung geliefert werden, welche Hochfrequenzkomponenten eliminiert.
Der Umsetzer 7 besitzt ein Festquantitäts-Dämpfungsglied 8 und ein Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteil 9. Unter Verwendung der Komponenten setzt der Umsetzer 7 das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ in das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M um und führt einen Festdämpfungsprozess während des Abwärtsabtastens der Abtastfrequenz von 64 × fs auf fs durch.
Das, was den Audioplattenspieler 1 von herkömmlichen Audioplattenspielern unterscheidet, ist das, dass er den Umsetzer 7 und das Pegelsteuerungsteil 12 aufweist. Der Umsetzer 7 führt beispielsweise einen Festdämpfungsprozess auf halben Wege über Umsetzung von dem digitalen Ein-Bit-Audiosignal D₁ zu dem digitalen Multi-Bit-Audiosignal D_M durch, während das Pegelsteuerungsteil 12 Steuerung in einer Weise ausführt, dass das digitale Multi-Bit-Audiosignal, welches von dem Dämpfungsglied durch den Umsetzer 7 hergeleitet wird, nicht den Voll-Bit-Pegel übersteigen wird.
Bei herkömmlichen Audioplattenspielern wird ein digitales Ein-Bit-Audiosignal in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal über Abwärtsabtastung durch ein Dezimierungsfilter umgesetzt, welches einen vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad hat, und dann wird das umgesetzte Multi-Bit-Audiosignal an eine digitalen Audioschnittstelle ausgegeben. Während des Prozesses werden die Signalbereiche bei übermodulierten Pegeln immer auf den maximalen Pegel für die Signalausgabe geklemmt. Dies bringt notwendigerweise Unterschiede hinsichtlich des Pegels und des Verzerrungsfaktors zwischen dem analogen Audiosignal, welches von der D/A-Umsetzung des digitalen Ein-Bit-Audiosignals hergeleitet wird auf der einen Seite und dem digitalen Multi-Bit-Audiosignal auf der anderen Seite mit sich.
6 zeigt einen typischen Aufbau eines herkömmlichen Audioplattenspielers 15, der den oben aufgeführten Nachteilen ausgesetzt ist.
Bei dem herkömmlichen Audioplattenspieler 15 setzt ein Umsetzer 16 ein digitales Ein-Bit-Audiosignal D₁ von einem Wiedergabesignalprozessor 4 in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal D_M um. Insbesondere ist der Umsetzer 16 eine Schaltung, die als Dezimierungsfilter bezeichnet wird, welche das zugeführte digitale Ein-Bit-Audiosignal in ein Multi-Bit-Signal in mehreren Stufen umsetzt, wobei die Abtastfrequenzrate auf "fs" durch Dezimierungsberechnungen zur Abtastung nach unten reduziert wird. Der Umsetzer 16 führt keine Dämpfung aus, bevor das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M erhalten ist. Das digitale Multi-Bit-Audiosignal D_M, dessen Pegel durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise das Pegelsteuerungsteil 12 in 5 nicht gesteuert ist, wird unmodifiziert zu einem digitalen Schnittstellenteil 13 geliefert.
Bei dem herkömmlichen obigen Aufbau ist jegliches Eingangssignal, welches den vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad des Umsetzen 16 übersteigt, gebunden, um zu bewirken, dass der Pegel beim digitalen Ausgangsanschluss 14 geklemmt gehalten ist.
Bei dem erfinderischen Audioplattenspieler 1 von 5 hat im Gegensatz dazu der Umsetzer 7 ein festes Quantitätsdämpfungsglied 8, welches stromaufwärts des Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteils 9 installiert ist. Das digitale Multi-Bit-Audiosignal vom Umsetzer 7 wird dem digitalen Schnittstellenteil 13 über das Pegelsteuerteil 12 zugeführt. Das digitale Multi-Bit-Audiosignal wird ebenfalls zum Pegelsteuerungsteil 10 geliefert. Als Ergebnis der Verarbeitung durch das Pegelsteuerungsteil 10 wird dies durch eine Systemsteuerung 11 gelesen, die entsprechend einen Pegelsteuerungsprozess des Pegelsteuerungsteils 12 steuert.
Bei dem Audioplattenspieler 1 von 5 dämpft das feste Quantitätsdämpfungsglied 8 die Multi-Bitdaten mit einem vorher festgelegten Pegel vor einem potentiellen Überlauf (d.h., einen Klemmzustand) der Multi-Bitdaten im Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteil 9, die einen vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad unterworfen sind. Jegliches Eingangssignal, weiches den vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad übersteigt, wird so daran gehindert, dass es geklemmt wird. Das Pegelsteuerungsteil 12 kompensiert die gedämpfte Menge, um einen Durchschnittpegel beizubehalten. Somit ist das Pegelsteuerungsteil 12 in der Lage, den Signalpegel in einen Multi-Bit-Signalzustand anzuheben.
Ein spezielles Beispiel des Umsetzers 7 wird anschließend mit Hilfe von 7 und 8 beschrieben. 7 zeigt einen Schlüsselbereich des festen Quantitätsdämpfungsglieds 8, und 8 zeigt einen Schlüsselbereich des Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteils 9.
Das feste Quantitätsdämpfungsglieds 8 umfasst einen Stummmustergenerator 18 und einen Ein-Bit-Addierer 26. Der Stummmustergenerator 18 erzeugt ein Stammsignal, beispielsweise ein digitales Ein-Bit-Signal, welches von der Delta-Sigma-Modulation hergeleitet ist, und welches beispielsweise einen Verhältnisfaktor von 50 Prozent hat. Der Ein-Bit-Addierer 26 addiert das Stammsignal von dem Stummmustergenerator 18 und das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁, welches über den Eingangsanschluss 17 zugeführt wird, nach oben. Das stumme Muster ist ein festes Muster, bei dem das Verhältnis von binär 0 zu binär 1, die als Ein-Bit-Signaldaten erscheinen, mit einer Abtastrate mit dem 64-fachen der Rate fs während einer vorher festgelegten Periode gleich 1 zu 1 ist. Wenn das Stummmuster der D/A-Umsetzung unterworfen wird, entspricht dieses dem Nullpegel eines analogen Signals.
Der Bereich des Aufbaus stromabwärts der Anschlüsse 21 und 22 ist ungefähr der gleiche wie der, der dem Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteil 9 vorhergeht, der in 8 gezeigt ist. Wenn ein Umschalter 25 in 8 mit dem stromabwärtigen Anschluss verbunden ist, der ausgewählt ist, addiert der Addierer 26 das digitale Ein-Bit-Audiosignal D₁ vom Anschluss 21 und das Stammsignal vom Anschluss 22. Dieser Aufbau wird als Dualeingangsanordnung bezeichnet.
Wenn dagegen der Umschalter 25 in 8 mit dem stromaufwärtigen Anschluss verbunden ist, der ausgewählt ist, addiert der Addierer 26 die beiden digitalen Ein-Bit-Audiosignale D₁ vom Anschluss 21. Dieser Aufbau wird als Einzeleingabeanordnung bezeichnet. Eine äquivalente Schaltung des Festquantitäts-Dämpfungsglied 8 in dieser Anordnung ist in 9 gezeigt.
Es sei angenommen, dass ein digitales Ein-Bit-Audiosignal vom Umsetzer 7 aus Signalen von zwei Anschlüssen 21 zusammengesetzt ist, wie in 9 gezeigt ist. Ein Addiererausgangssignal Ds des Ein-Bit-Addierers 26 wird ausgedrückt als A + B. Da zwei Eingangssignale des gleichen digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁ mit dem Ein-Bit-Addierer 26 verbunden sind, ist das Addiererausgangssignal Ds in der Tat: A + A, d.h., 2A.
Es nun angenommen, dass der Stummmustergenerator 18 mit einem Eingang B (Anschluss 22) verbunden ist, wie in 7 gezeigt ist. Während das Addiererausgangssignal Ds gleich A + B in 7 ist, bildet der Eingang B ein stummes Muster (B = 0). Somit bringt der Ausgang hervor: A + 0, d.h., A. Entgegengesetzt zum Ausgang von 2A von der Anordnung von 9 liefert die Anordnung von 7 das Ausgangssignal A. Das heißt, der Aus gangspegel ist auf die Hälfte reduziert, was bedeutet, dass die Dämpfung eine feste Höhe von 6 dB hat. Dieses Verfahren ist ausgebildet, feste Quantitätsdämpfung durch den Einschluss eines stummen Musters im frühen Zustand der Umsetzung von einem Ein-Bit-Signal in ein Multi-Bit-Signal bereitzustellen. Die Dämpfung ist äquivalent zum Absenken des Signalpegels, bevor es im Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteil 9 geklemmt würde, welches stromabwärts angeordnet ist.
In 8 wird ein Umschaltsteuersignal, um den Umschalter 25 zu betätigen, für den Umschalter zwischen der dualen und einzelnen Eingabeanordnung von einem Steuersignalanschluss 23 beschafft. Alternativ kann das Umschaltsteuersignal manuell durch den Benutzer erzeugt werden, oder es kann automatisch durch die Systemsteuerung 11 gebildet werden.
Es werden nun die verbleibenden Bereiche des Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteils 9 in 8 beschrieben. Ein Zwei-Bit-Addiererausgangssignal Ds vom Ein-Bit-Addierer 26 wird zu einem Formatierugsteil 27 geführt. Das Formatierungsteil 27 ersetzt drei Zwei-Bit-Werte, beispielsweise "10", was 1 + 1 bedeutet, "01", was 1 + 0 oder 0 + 1 zeigt, und "00", was zum Ausdruck bringt: 0 + 0, durch drei Vier-Bit-Offset-Binärwerte. Beispielsweise werden Zwei-Bit-Werte "10", "01" und "00" in "1100" (+4), "1000" (0) bzw. "0100" (–4) umgesetzt.
Die Vier-Bit-Daten vom Formatierungsteil 27 werden zu einem Umschalter 28 geliefert. Der Umschalter 28 beliefert einen Offset-Binärumsetzer 29 entweder mit einem Eingangssignal, welches eine Abtastfrequenz von 64 × fs und vier Quantisierungsbits vom einem Eingangsanschluss 24 hat, oder mit einem Eingangssignal, welches die Abtastfrequenz von 64 × fs und vier Quantisierungsbits hat, vom Formatierungsteil 27.
Der Offset-Binärumsetzer 29 setzt die Offset-Binärwerte, welche die Abtastfrequenz von 64 × fs hat und vier Quantisierungsbits vom Umschalter 28 haben, in Komplemente von 2. Insbesondere werden die Werte "1100", "1000" und "0100" entsprechend in "0100", "0000" und "1100" umgesetzt. Das umgesetzte Ausgangssignal des Offset-Binärumsetzers 29 hat Daten, die die Abtastfrequenz von 64 × fs und vier Quantisierungsbits haben, wobei das Ausgangssignal zu einem Bewegungsmittelwertbildungsfilter 30 geliefert werden.
Das Bewegungsmittelwertbildungsfilter 30 reduziert die Abtastrate der empfangenen Daten um 1/8 der Anfangsrate und vergrößert die Wortlänge auf 19 Bits. Ein Ausgangssignal des Filters 30, welches 19 Quantisierungsbits und die Abtastfrequenz von 8 × fs hat, wird zu einem Gewinnsetzteil 31 geführt, wo ein Gewinn gesetzt wird.
Das Gewinnsetzteil 31 arbeitet wie ein Überlaufbegrenzer, bei dem eine Grenze in Bezug auf die Kenndaten 62, die in 3 gezeigt sind, definiert wird. Ein Ausgangssignal des Gewinnsetzteils 31, welches die Abtastfrequenz von 8 × fs und 20 Quantisierungsbits hat, wird zum FIR (1) 32 geliefert.
Das FIR (1) 32 unterwirft das Ausgangsignal des Gewinnsetzteils, welches die Abtastfrequenz von 8 × fs und 20 Quantisierungsbits hat, der Abwärtsabtastung und Dezimierung, wodurch ein Ausgangssignal mit der Abtastfrequenz von 4 × fs und 21 Quantisierungsbits erhalten wird.
Nach dem FIR (2) 33 und dem FIR (3) 34 werden die weitergeleiteten Daten in Daten umgesetzt, welche die Abtastfrequenz von fs und 21 oder 24 Quantisierungsbits haben, am Anschluss 35 erhalten.
Obwohl der Festquantitäts-Dämpfungsprozess in der Eingangsstufe des Umsetzers 7 ausgeführt wird, ist dies für die Erfindung nicht beschränkend. Alternativ kann die Festquantitätsdämpfung auf halben Wege durch Umsetzung von einem digitalen Ein-Bit-Audiosignal in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal durchgeführt werden, insbesondere in einem Block stromaufwärts des Gewinnsetzteils 31.
Die Arbeitsweise des Pegelsteuerteils 12 wird anschließend ausführlich beschrieben. 10 zeigt die Steuerkenndaten, die für das Pegelsteuerteil 12 anwendbar sind. Wenn der vorher festgelegte maximale Modulationsgrad des Multi-Bit-Umsetzungs-/Dezimierungsteils 9 gleich 50 Prozent ist, erreicht eine Kennlinie 41 des Multi-Bit-Ausgangssignals von dem üblichen Aufbau von 6 einen vollen Bitpegel, wenn der Eingangssignalpegel einen Modulationsgrad von 50 Prozent erreicht. Für jeglichen weiteren Anstieg des Eingangssignals bleibt das Ausgangssignal auf dem vollen Bitpegel geklemmt. Wenn die Festquantitätsdämpfung von 6 dB, wie oben beschrieben wurde, durch das Quantitätsdämpfungsglied 8 ausgeführt wird, ist eine Kennlinie 42 in Wirklichkeit an diesem Punkt bei einem Pegel um 6 dB niedriger als der Voll-Bit-Pegel für den Modulationsgrad von 50 Prozent. Theoretisch wird der Voll-Bit-Pegel erreicht, wenn das Pegeleingangssignal den Modulationsgrad von 100 Prozent hat. Das heißt, das Ausgangssignal ist niemals auf dem Voll-Bit-Pegel in Bezug auf das Eingangssignal bei jeglichem Pegel fest, und die Eingangs- und Ausgangskenndaten werden linear gehalten. Wenn jedoch der Modulationsgrad kleiner als 50 Prozent ist, ist der Ausgangspegel immer um 6 dB niedriger als die ursprüngliche Kennlinie 41.
Die mögliche Schwierigkeit oben wird durch das Pegelsteuerteil 12 umgangen, welches den Pegel anhebt, wie durch eine Kennlinie 43 gezeigt ist, wobei sowohl die Fest dämpfungsquantität als auch der Eingangsmodulationsgrad in Betracht gezogen werden. Wenn beispielsweise der Modulationsgrad des Eingangssignals ungefähr bei 71 Prozent am höchsten ist, vergrößert das Pegelsteuerteil 12 den Gewinn um 3 dB. Wenn der maximale Modulationsgrad des Eingangssignals bekannt oder vorher vorhergesagt wird, verhindert ein Anheben des Pegels um eine feste Gewinnquantität, dass das Ausgangssignal geklemmt wird. Der Durchschnittspegel jedoch tendiert dazu, niedriger als normal zu sein. In einem solchen Fall kann ein Messinstrument eingebaut sein, um Modulationsgrade des digitalen Ein-Bit-Audiosignals D₁, welches dem Umsetzer 7 zugeführt wird, zu messen. Messungen, welche durch das Messinstrument aufgenommen werden, können der Systemsteuerung 11 zugeführt werden.
Wenn der maximale Modulationsgrad des Eingangssignals nicht vorhersagbar ist, ermittelt das Pegelermittlungsteil 10 zunächst den Pegel. Gemäß dem ermittelten Pegel vom Pegelermittlungsteil 10 bewirkt die Systemsteuerung 11, dass das Pegelsteuerungsteil 12 den Gewinn dynamisch variiert. Dies bildet eine automatische Gewinneinstellanordnung, wodurch die Kurve der Kennlinie 43 über die Zeit innerhalb eines vorher festgelegten Bereichs 44 variiert, um einen Klemmpegelzustand zu vermeiden.
Es auch möglich, eine Begrenzeranordnung zu bilden, wodurch der Gewinn des Pegelsteuerungsteils 12 statisch variiert wird, wie durch eine Kennlinie 45 gezeigt ist, um eine komprimierte Pegelkurve zu bilden. Die Kompression beginnt an einem Pegel, der niedriger ist als ein vorher festgelegter maximaler Modulationsgrad, wobei der Verzerrungsfaktor sich graduell verschlechtert. Bei der Anordnung, die die Kennlinie 45 hat, bleibt jedoch der durchschnittliche Pegel ungefähr der gleiche wie der bei herkömmlichen Aufbauten, und die Kompression hilft, den Klemmpegel bis zu einem bestimmten Ausmaß zu vermeiden.
Wie beschrieben kann, wie der Signalpegel im Anschluss an die Festquantitätsdämpfung angehoben werden kann, in irgendeiner von unterschiedlichen Arten in Abhängigkeit von den Strukturen des Pegelsteuerungsteils 10, der Systemsteuerung 11 und des Pegelsteuerungsteils 12 wie auch von der Auswahlkombination der Steuerungssysteme bestimmt werden.
Die Erfindung beabsichtigt somit, den Klemmpegelzustand mittels einer Festquantitätsdämpfung zu verhüten, die stromaufwärts der Umsetzung durchgeführt wird, für ein Multi-Bit-Signal, während der durchschnittliche Pegel unter der Steuerung des Pegelsteuerungsteils, welches stromabwärts angeordnet ist, angehoben wird.
Das heißt, wenn ein digitales Hochraten-Ein-Bit-Audiosignal, welches von der Delta-Sigma-Modulation hergeleitet wird, abwärts zu einem digitalen Niedrigraten-Multi-Bit- Audiosignal umgesetzt wird, wird der Signalpegel vor einem Überlaufen der Multi-Bit-Daten gedämpft. In einer späteren Stufe wird der Pegel der Multi-Bit-Daten in einem Multi-Bit-Zustand variiert, so dass der Ausgangspegel einen vorher festgelegten Wert nicht übersteigen wird. Dies verhindert, dass das Ausgangssignal der Multi-Bit-Daten auf einen maximalen Pegel geklemmt wird, sogar bei Zuführen von Ein-Bit-Daten, die einen vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad der Umsetzungseinrichtung übersteigen.
Als Ergebnis besteht kein Unterschied hinsichtlich des Pegels und des Verzerrungsfaktors zwischen dem Analogausgangssignal, welches durch D/A-Umsetzung eines Ein-Bit-Signals erhalten wird, auf das die Delta-Sigma-Modulation einerseits folgt, und einem digitalen Multi-Bit-Ausgangssignal auf der anderen Seite.
Obwohl der Audioplattenspieler 1 nach 5 als eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt wurde, soll er für die Erfindung nicht beschränkend sein. Die Erfindung kann alternativ auf andere Einrichtungen und Ausrüstungen angewandt werden, die eine Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung aufweisen, die zumindest den Umsetzer 7 und das Pegelsteuerungsteil 12 von 5 aufweisen.
Eine solche Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung empfängt ein digitales Ein-Bit-Audiosignal, welches durch Delta-Sigma-Modulation erhalten wird, und setzt dieses in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal um, um dieses auszugeben.
Die Erfindung kann auch bei einer Digitalverarbeitungs-Vorrichtung angewandt werden, die zwei Aufzeichnungssysteme aufweist. Ein System, welches erlaubt, dass ein digitales Ein-Bit-Audiosignal durch die Delta-Sigma-Modulation erworben wird, um dieses unmodifiziert in einen bestimmten Bereich eines Aufzeichnungsträger, beispielsweise eine optische Platte zu schreiben, und ein weiteres System, welches das digitale Ein-Bit-Audiosignal in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal umsetzt, bevor das umgesetzte Signal auf einen anderen geeigneten Bereich des Trägers geschrieben wird. Diese Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung lässt keinen Unterschied hinsichtlich des Pegels und des Verzerrungsfaktors zwischen den beiden Digitalsignalen, die durch die beiden Systeme aufgezeichnet werden.
Wie oben beschrieben und gemäß der Erfindung wird ein Dezimierungsfilter, welches einen vorher festgelegten maximalen Modulationsgrad aufweist, verwendet, einen Umsetzer zu bilden, um ein digitales Ein-Bit-Audiosignal in ein digitales Multi-Bit-Audiosignal durch Abwärtsabtastung umzusetzen. Bei Zufuhr eines Ein-Bit-Signals, welches einen maximalen Modulationsgrad spezifisch für den Umsetzer übersteigt, werden geeignete Anordnungen in Bewegung versetzt, um zu verhindern, dass das digitale Multi-Bit-Audiosignal auf ei nen Voll-Bit-Pegel geklemmt wird (Maximalwert), während angeregt wird, dass ein Durchschnittspegel des Ausgangssignals ansteigt.
Da viele offensichtliche unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden können, ohne deren Rahmen zu verlassen, soll verstanden sein, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, mit der Ausnahme, wie diese in den angehängten Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung, die aufweist: eine Dämpfungseinrichtung (8) zum Dämpfen einer vorher festgelegten festen Datenmenge eines ersten Digitalsignals, welches mit einer ersten Abtastfrequenz abgetastet wird und welches ein Quantisierungsbit aufweist; eine Umsetzungseinrichtung (9) zum Umsetzen des ersten Digitalsignals nach Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung in ein zweites Digitalsignal, welches mit einer zweiten Abtastfrequenz abgetastet wird, die niedriger ist als die erste Abtastfrequenz und welches mehrere Quantisierungsbits hat; eine Pegelermittlungseinrichtung (10) zum Ermitteln eines Pegels des zweiten Digitalsignals nach Umsetzung durch die Umsetzungseinrichtung; und eine Verstärkungseinrichtung (12) zum Verstärken des Pegels des zweiten Digitalsignals nach Umsetzung durch die Umsetzungseinrichtung gemäß dem Pegel, der durch die Pegelermittlungseinrichtung ermittelt wird.
Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dämpfungseinrichtung aufweist: eine Stammsignal-Erzeugungseinrichtung (18) zum Erzeugen eines Stammsignals, welches mit der ersten Abtastfrequenz abgetastet wird und welches ein Quantisierungsbit aufweist; und eine Addiereinrichtung (26) zum Addieren des ersten Digitalsignals und des Stammsignals.
Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem aufweist: eine Modulationsgrad-Messeinrichtung zum Messen eines Modulationsgrads des ersten zugeführten Digitalsignals; und eine Steuerungseinrichtung zum Bestimmen eines Steuerungspegels für die Verstärkungseinrichtung gemäß dem Modulationsgrad des ersten Digitalsignals, der durch die erste Modulationsgrad-Messeinrichtung gemessen wird und in Einklang mit dem Pegel, der durch die Pegelermittlungseinrichtung ermittelt wird, steht.
Wiedergabevorrichtung, welche aufweist: eine Wiedergabeeinrichtung zum Wiedergeben eines ersten Digitalsignals, welches mit einer ersten Abtastfrequenz abgetastet wird und welches ein Quantisierungsbit aufweist, von einem Aufzeichnungsmedium; und eine Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.