JP2000114976A - 量子化ノイズ低減装置およびビット長拡張装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】音楽信号の音質を低下させることなく、デジタ
ルオーディオ信号の量子化ノイズ成分を低減することが
困難であった。 【解決手段】デジタルデータを周波数軸成分に変換する
変換手段と、変換手段からの出力結果である周波数軸成
分の各々について時間平均パワーを求め、少なくとも予
め定めた閾値の近傍のレベルを有する範囲について時間
平均パワーの平均を求めるレベル検出手段と、前記時間
平均パワーの平均を高周波数帯域から低周波数帯域に向
けて予め定められた閾値と順次に比較し、前記時間平均
パワーの平均が前記予め定められた閾値を越えるところ
までの高周波数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出
する量子化ノイズ検出手段と、前記量子化ノイズ帯域で
のパワーを１／ｆ特性に基づいて減衰処理するレベル調
整手段と、レベル調整手段から出力された周波数軸成分
を時間軸成分のデジタルデータに変換する逆変換手段と
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログデータを
デジタルデータに変換するときに付加される量子化ノイ
ズを低減する量子化ノイズ低減装置及びビット長拡張装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビット長２０ビット程度の高精度
なデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：Digital／Analog）コ
ンバータが一般化し、これを有効に活用するため、コン
パクト・ディスク（ＣＤ：Compact Disk）に記録されて
いる１６ビットデータをＣＤプレーヤ内で２０ビット程
度にビット長拡張する必要が生じている。この解決法と
して、特開平９−９８０９２号公報などに開示されてい
るように、信号のパターンに応じてロー・パス・フィル
タを適用する方法などが提案されている。

【０００３】しかしながら、音楽信号波形から量子化ノ
イズを判別することは本質的に不可能であるため、上記
の方法では、微小レベルの歪みに対してある程度の低減
効果はあるが、量子化ノイズに対してはほとんど低減効
果がなかった。これを解決するため、特開平９−１６２
７０１号公報に開示それているように、信号波形を時間
軸成分から周波数軸成分に変換し、これを複数帯域に分
割して帯域内のレベルが閾値以下の部分を減衰（あるい
は０に）するという手法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平９−１
６２７０１号公報による方法では、周波数軸成分を予め
複数の帯域に分割し、その帯域内でレベルを減衰するか
しないかを決定しているため、後述のように、必要な音
楽信号成分を減衰してしまったり、あるいは、量子化ノ
イズ成分を減衰せずに残してしまう可能性があるという
欠点がある。

【０００５】また、ロー・パス・フィルタ（または、ハ
イ・パス・フィルタ）のように、ある特定帯域以上（特
定帯域以下）のすべての帯域を減衰するのに比べ、複数
帯域に分割した中央部分（例えば、周波数軸成分を５つ
の帯域に分割し、それを周波数の低い方から順番に１，
２，３，４，５と番号をつけた場合の２，３，４に相当
する帯域）だけを逐次減衰したりしなかったりを繰り返
す場合、音楽信号に余分な付帯音を付加する原因とな
り、聴感上、音質が低下してしまうことが経験上知られ
ている。

【０００６】したがって本発明は、音楽信号（オーディ
オ信号）の音質を低下させることなく、デジタルオーデ
ィオ信号の量子化ノイズ成分を低減することの可能な量
子化ノイズ低減装置およびビット長拡張装置を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
本発明は、デジタルデータを一定サンプル数のブロック
に区切って周波数軸成分に変換する変換手段と、変換手
段からの出力結果である周波数軸成分の各々について時
間平均パワーを求め、少なくとも予め定めた閾値の近傍
のレベルを有する範囲について時間平均パワーの平均を
求めるレベル検出手段と、レベル検出手段によって求め
られた時間平均パワーの平均を、高周波数帯域から低周
波数帯域に向けて予め定めた閾値と順次に比較し、時間
平均パワーの平均が予め定めた閾値を越えるところまで
の高周波数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出する
量子化ノイズ検出手段と、量子化ノイズ検出手段によっ
て検出された量子化ノイズ帯域でのパワーを１／ｆ特性
に基づいて減衰処理するレベル調整手段と、レベル調整
手段から出力された周波数軸成分を時間軸成分のデジタ
ルデータに変換する逆変換手段とを具備することを特徴
としている。

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、有効ビッ
ト数Ｎのデジタルデータを一定サンプル数のブロックに
区切って周波数軸成分に変換する変換手段と、変換手段
からの出力結果である周波数軸成分の各々について時間
平均パワーを求め、少なくとも予め定めた閾値の近傍の
レベルを有する範囲について時間平均パワーの平均を求
めるレベル検出手段と、レベル検出手段によって求めら
れた時間平均パワーの平均を、高周波数帯域から低周波
数帯域に向けて予め定めた閾値と順次に比較し、時間平
均パワーの平均が予め定めた閾値を越えるところまでの
高周波数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出する量
子化ノイズ検出手段と、量子化ノイズ検出手段によって
検出された量子化ノイズ帯域でのパワーを１／ｆ特性に
基づいて減衰処理するレベル調整手段と、レベル調整手
段から出力された周波数軸成分を有効ビット数Ｍ（Ｍ＞
Ｎ）の時間軸成分のデジタルデータに変換する逆変換手
段とを具備することを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の量子化ノイズ低減
装置（ビット長拡張装置）の実施形態について、図面を
用いて説明する。図１は、本発明の量子化ノイズ低減装
置（ビット長拡張装置）の一実施例の概略構成を示す模
式図である。図１において、量子化ノイズ低減装置（ビ
ット長拡張装置）は、有効ビット数Ｎのデジタルデータ
を一定サンプル数のブロックに区切って周波数軸成分に
変換する変換手段１と、変換手段１からの出力結果であ
る周波数軸成分の各々について時間平均パワーを求め、
少なくとも予め定めた閾値の近傍のレベルを有する範囲
について前記時間平均パワーの平均を求めるレベル検出
手段２と、レベル検出手段２によって求められた時間平
均パワーの平均を高周波数帯域から低周波数帯域に向け
て前記予め定めた閾値と順次に比較し、時間平均パワー
の平均が前記予め定めた閾値を越えるところまでの高周
波数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出する量子化
ノイズ検出手段３と、量子化ノイズ検出手段３によって
検出された量子化ノイズ帯域のパワーを１／ｆ特性に基
づいて減衰処理するレベル調整手段４と、レベル調整手
段４から出力された周波数軸成分を有効ビット数Ｍ（Ｍ
＞Ｎ）の時間軸成分に変換する逆変換手段５とを備えて
いる。

【００１０】ここで、変換手段１は、有効ビット数Ｎの
入力信号（デジタルデータ）を一定サンプル数のブロッ
ク（例えば、５１２サンプル）毎に区切って、メモリな
どに一時記憶し、ブロック毎に区切られたデジタルデー
タを、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Trans
form）などを用いて時間軸成分から周波数軸成分に変換
する。

【００１１】図２は、時間軸成分から周波数軸成分に変
換したデジタルデータの一例を示す模式図である。ブロ
ック毎に区切られたデジタルデータを、ＦＦＴなどを用
いて時間軸成分から周波数軸成分に変換すると、ある一
時点（例えば、時刻ｔ）での周波数軸成分のレベルの分
布は図２に示すようになる。図２において、ＦＦＴによ
り周波数軸成分に変換するとき、そのパワー（レベル）
は、ＦＦＴ特有のばらつきが生じる。

【００１２】このＦＦＴ特有のパワー（レベル）のばら
つきを低減するため、レベル検出手段２では、先ず、周
波数軸成分の各々について時間平均パワーを求める。よ
り詳細には、変換手段１によって変換された周波数軸成
分の要素数をｎ、時刻をｔ、時刻ｔにおける各周波数軸
成分のパワー（レベル）をそれぞれＰｔ（ｊ）（１≦ｊ
≦ｎ）とするとき、レベル検出手段２は、Ｐｔ（ｊ）の
ｔ（時間）方向の平均（時間平均パワー）〈Ｐｔ
（ｊ）〉を算出する。

【００１３】すなわち、平均する時間の範囲（時間帯
域）をｍとするとき、時刻ｔ−ｍ＋１から時刻ｔまでの
周波数軸成分ｊのパワー（レベル）の時間平均パワー
〈Ｐｔ（ｊ）〉を次式の数１によって求める。

【００１４】

【数１】

【００１５】図３は、時間平均パワーの算出方法を説明
するための模式図である。図３においては、例えばｍ＝
３とした場合の〈Ｐｔ（ｊ）〉の算出方法について示し
ている。なお、図３（ｃ）は、時刻ｔの周波数軸成分ｊ
（１≦ｊ≦ｎ）のパワー（レベル）であり、図３（ｂ）
は、１つ前の時刻ｔ−１の周波数軸成分ｊ（１≦ｊ≦
ｎ）のパワー（レベル）であり、図３（ａ）は、２つ前
の時刻ｔ−２の周波数軸成分ｊ（１≦ｊ≦ｎ）のパワー
（レベル）である。

【００１６】図３に示すような場合、これらの時刻での
時間平均パワー〈Ｐｔ（ｊ）〉は、次式の数２によって
求められる。

【００１６】

【数２】

【００１７】図４は、時間平均パワーの算出した結果の
一例を示す模式図である。上記の数２により算出された
周波数軸成分ｊ（ｊ＝１，２，３，４、すなわち、ｎ＝
４）の時間平均パワーは、図４に示すようになる。

【００１８】図５は、周波数軸成分の各々について時間
平均パワーを求めた場合を説明するための模式図であ
る。図５（ａ）に示すような周波数軸成分のレベルの分
布は、上記のように周波数軸成分の各々について時間平
均パワーを求めることによって、図５（ｂ）に示すよう
にＦＦＴ特有のばらつきを低減することができる。しか
しながら、図５（ｂ）において、周波数軸成分の各々に
ついて時間平均パワーを求め、パワー（レベル）のばら
つきは低減されるものの、パワー（レベル）のばらつき
は、まだ存在する。

【００１９】このようなばらつきを更に低減するため、
レベル検出手段２は、上記のようにして求めた時間平均
パワー〈Ｐｔ（ｊ）〉を、さらに、少なくとも予め定め
た閾値ＴＨの近傍のレベルを有する範囲について、周波
数軸方向に平均する。なお、上記予め定めた閾値ＴＨと
しては、理論的な量子化ノイズレベルが好ましいが、こ
れに限定されるものではない。

【００２０】このような時間平均パワーの平均Ｐｘとし
ては、例えば、高周波数成分から低周波数成分に向けて
順次に時間平均パワーを周波数軸方向に積算平均したも
のを用いることができる。すなわち、ｈ＝１，２，３，
…，ｎとしたときのそれぞれのｈに対する計算結果Ｐｘ
〔ｈ〕を、次式の数３のように逐次算出して積算平均を
求める。

【００２１】

【数３】

【００２２】この積算平均動作について、より具体的に
説明する。先ず、ｈ＝１のときに、Ｐｘ〔１〕＝〈Ｐｔ
（ｎ）〉が出力され、次にｈ＝２のときに、Ｐｘ〔２〕
＝（〈Ｐｔ（ｎ−１）〉＋〈Ｐｔ（ｎ）〉）／２が出力
され、次にｈ＝３のときに、Ｐｘ〔３〕＝（〈Ｐｔ（ｎ
−２）〉＋〈Ｐｔ（ｎ−１）〉＋〈Ｐｔ（ｎ）〉）／３
が出力され、ｈ＝ｎまで繰り返すことにより、順次に積
算平均を求める。ここで、ｎは、高周波数側の最も周波
数の高い予め定めたの周波数ポイントである。

【００２３】このように、時間平均パワー〈Ｐｔ
（ｊ）〉を、さらに、少なくとも予め定めた閾値ＴＨの
近傍のレベルを有する範囲について周波数軸方向に平均
することで（上述の例では、高周波数成分から低周波数
成分に向けて順次に時間平均パワーを周波数軸方向に積
算平均してＰｘ〔ｈ〕を算出することで）、図５（ｃ）
に示すように、周波数軸方向のパワー（レベル）のばら
つきを図５（ｂ）に比べてさらに一層低減することがで
き、後述のように量子化ノイズ検出手段３による量子化
ノイズ帯域の検出を高精度に行うことができる。

【００２４】図６は、本実施例の量子化ノイズ低減装置
（ビット長拡張装置）における量子化ノイズ検出手段の
処理を説明するための模式図である。図６において、量
子化ノイズ検出手段３は、レベル検出手段２により求め
られた時間平均パワーの平均Ｐｘを予め設定したある閾
値ＴＨと、高周波数帯域側から低周波数帯域側に向けて
順次比較して、最初にＰｘ＞ＴＨとなる周波数ポイント
ｆ０を算出し、この周波数ポイントｆ０よりも高い周波
数帯域は、量子化ノイズのみであると判別する（周波数
ポイントｆ０よりも高い周波数帯域を量子化ノイズ帯域
として検出する）。

【００２５】図７は、本実施例の量子化ノイズ低減装置
（ビット長拡張装置）におけるレベル調整手段の処理を
説明するための模式図であるレベル調整手段４は、量子
化ノイズ検出手段３によって検出された量子化ノイズ帯
域のレベルを、１／ｆ特性に基づいて減衰処理すること
で、量子化ノイズ帯域のレベルを除々に減衰させる。オ
ーディオ信号等においては、一般に周波数が高くなるに
つれて、そのレベルは減少するという１／ｆ特性を有し
ている。

【００２６】量子化ノイズ検出手段３により、図７
（ａ）に示す閾値ＴＨより低いレベルの高周波数成分
は、量子化ノイズ帯域であると判断されたとき、量子化
ノイズ帯域のレベルを、図７（ｂ）に示すように、１／
ｆ特性に基づいて減衰させる。このことにより、量子化
ノイズ帯域であっても、１／ｆ特性に基づいて自然にレ
ベルが減衰するため、量子化ノイズ帯域を一様に減衰す
る場合に比べて、音質の劣化が少なく、聴感上の違和感
のないオーディオ信号を得ることが可能となる。

【００２７】また、逆変換手段５は、レベル調整手段４
から出力された周波数軸成分を有効ビット数Ｍ（Ｎ＞
Ｍ）の時間軸成分に変換することで、デジタルデータの
ビット長をＮからＭに拡張する。

【００２８】次に、このような構成の量子化ノイズ低減
装置（ビット長拡張装置）の処理動作を、従来の技術と
比較して説明する。図８は、従来の量子化ノイズ低減処
理の動作を説明するための模式図である。

【００２９】一般に、デジタルオーディオ信号にフーリ
エ変換処理を施し、周波数軸成分に変換すると、図８
（ａ）に示すように、各周波数毎にパワー（レベル）が
異なる凹凸（ばらつき）のある特性となる。また、デジ
タルオーディオ信号には、アナログオーディオ信号をア
ナログ／デジタル変換するときの誤差による量子化ノイ
ズが付加されるため、量子化ノイズは、一定の微小レベ
ルでの全ての周波数領域に一様に分布する。特に、高い
周波数においては、量子化ノイズのレベルが楽音信号の
レベルより高くなることもある。

【００３０】前述した特開平９−１６２７０１号に開示
されている量子化ノイズ低減処理では、図８（ｂ）に示
すように、図８（ａ）に示す周波数軸成分（周波数のレ
ベル）に対して、予め定めた幅Ｗの周波数帯域における
平均値（平均レベル）を算出し、図８（ｃ）に示すよう
に、予め定めた閾値（例えば、量子化ノイズレベル）よ
りも低いレベルをもつ周波数帯域の全ての信号を量子化
ノイズと判断して、その周波数帯域の全てのレベルを減
衰させて、デジタルオーディオ信号の量子化ノイズを低
減している。

【００３１】例えば、図８（ｂ）に示すように、帯域Ａ
は音楽成分のみの信号からなり、帯域Ｂは音楽成分と量
子化ノイズ成分とを含む信号からなり、帯域Ｃは量子化
ノイズ成分のみの信号からなる場合には、各帯域Ａ，
Ｂ，Ｃ毎にレベルの平均値（平均レベル）を算出する。
算出した各帯域Ａ，Ｂ，Ｃの平均レベルと予め定めた閾
値（量子化ノイズレベル）とを比較すると、図８（ｃ）
に示すように、帯域Ｂのみが閾値より大きい平均レベル
を有し、帯域Ａ及び帯域Ｃは、閾値よりも小さい平均レ
ベルを有している。

【００３２】この場合、従来技術では、閾値よりも小さ
い平均レベルの帯域の全ての信号のレベルを減衰させる
ため、量子化ノイズ成分の信号をもつ帯域Ｃのレベルが
減衰されると共に、本来小さいレベルの音楽信号である
帯域Ａもレベルが減衰されてしまい、音質が劣化する。

【００３３】図９は、従来の量子化ノイズ低減処理の一
例の動作を説明するための模式図である。上記の量子化
ノイズ低減処理においては、デジタルオーディオ信号に
フーリエ変換処理を施し、周波数軸成分に変換した結果
が、図９（ａ）に示したようになる場合、予め定めた幅
の周波数帯域における平均値（平均レベル）を算出する
と、図９（ｂ）に示すようになる。そして、予め定めた
閾値（例えば、量子化ノイズレベル）よりも低いレベル
をもつ周は数帯域の全ての信号を量子化ノイズと判断し
て平均レベルが閾値より低い周波数成分を除去すると、
図９（ｃ）に示すような周波数成分となり、中低音の音
楽成分「Ａ」と高音域の音楽成分「Ｂ」との間の音楽成
分が削除されてしまい、図９（ａ）に示した周波数成分
に逆フーリエ変換処理を施したデジタルオーディオ信号
は、聴感上の音質が劣化する。

【００３４】すなわち、中低音の音楽成分「Ａ」と高音
域の音楽成分「Ｂ」との間に、レベル「０」の周波数成
分の帯域が存在すると、聴感上音質の劣化したデジタル
オーディオ信号となる。特に、図９（ｃ）に示すような
高音域の音楽成分「Ｂ」が、時間的に高い周波数方向と
低い周波数方向に変化する場合、音楽信号に余分な付帯
音を付加することととなり、音質が劣化する。

【００３５】図１０は、本実施例の量子化ノイズ低減装
置（ビット長拡張装置）における量子化ノイズ低減処理
の動作を説明するための模式図である。これに対し、本
発明の量子化ノイズ低減装置（ビット長拡張装置）で
は、基本的には、図１０に示すような処理が施されるこ
とによって、上述した従来技術の問題を解決できる。

【００３６】すなわち、図１０において、有効ビット数
Ｎのデジタルデータを一定サンプル数のブロックに区切
って周波数軸成分に変換した結果が、図１０（ａ）に示
すようなものとなるとき、図１０（ｂ）に示すように、
周波数軸成分（レベル）を高周波数帯域から低周波数帯
域に向けて予め定めた閾値（例えば、量子化ノイズレベ
ル）と順次比較し、パワー（レベル）が前記予め定めた
閾値を越えるところまでの高周波数側の帯域を量子化ノ
イズ帯域として検出する。そして、図１０（ｃ）に示す
ように、パワー（レベル）が前記予め定めた閾値を越え
るところまでの高周波数側の帯域の信号のみを１／ｆ特
性に基づいて減衰処理する。これにより、例えば図９
（ｃ）に示したように、中低音域の音楽成分「Ａ」と高
音域の音楽成分「Ｂ」との間の音楽成分が削除されてし
まうという事態が生じるのを防止し、音質の劣化を防止
できる。

【００３７】このとき、レベル検出手段２においては、
量子化ノイズ帯域を高精度に検出するため、変換手段か
らの出力結果である周波数軸成分の各々について時間平
均パワーを求め、少なくとも予め定めた閾値の近傍のレ
ベルを有する範囲について、前記時間平均パワーの平均
を求めるようにしている。そして、量子化ノイズ検出手
段３では、レベル検出手段２によって求められた時間平
均パワーの平均を高周波数帯域から低周波数帯域に向け
て前記予め定めた閾値と順次に比較し、時間平均パワー
の平均が前記予め定めた閾値を越えることろまでの高周
波数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出している。

【００３８】図１１は、本実施例の量子化ノイズ低減装
置（ビット長拡張装置）における予め定めた閾値の近傍
のレベルを有する範囲を拡大した模式図である。図１１
（ａ）に示すように、有効ビット数Ｎのデジタルデータ
を一定サンプル数のブロックに区切って周波数軸成分に
変換すると、周波数軸成分のパワー（レベル）にはＦＦ
Ｔ特有のばらつきが生じる。このＦＦＴ特有のパワー
（レベル）のばらつきがあるため、このばらつきのある
周波数軸成分（レベル）を高周波数帯域から低周波数帯
域に向けて予め定めた閾値（例えば、量子化ノイズレベ
ル）と順次比較するとき、量子化ノイズ帯域の検出を正
確に行うことができない。

【００３９】例えば、本来、図１１（ａ）に示す周波数
ポイントｆ０を量子化ノイズ帯域となる周波数として検
出すべきところ、周波数ポイントｆ０よりも高い周波数
のポイントｆ１を検出してしまう。このようなＦＦＴ特
有のばらつきを低減するため、レベル検出手段２では、
周波数軸成分のそれぞれについて時間平均パワーを求め
る。周波数成分のそれぞれについて時間平均パワーを求
めることによって、図１１（ｂ）に示すように、ＦＦＴ
特有のパワー（レベル）のばらつきを低減することがで
きる。

【００４０】しかしながら、周波数軸成分のそれぞれに
ついて時間平均パワーを求めて、パワー（レベル）のば
らつきは低減されているものの、図１１（ｂ）に示すよ
うに、パワー（レベル）のばらつきは未だ存在する。そ
のため、このばらつきのある周波数軸成分（レベル）を
高周波数帯域から低周波数帯域に向けて予め定めた閾値
（例えば、量子化ノイズレベル）と順次に比較すると、
パワー（レベル）のばらつきによって、量子化ノイズ帯
域の検出を正確に行うことができない。

【００４１】例えば、本来、図１１（ｂ）に示す周波数
ポイントｆ０を量子化ノイズ帯域となる周波数として検
出すべきところ、例えば、周波数ポイントｆ０よりも高
い周波数のポイントｆ２を検出する。このようなばらつ
きをさらに低減するため、レベル検出手段２は、上記の
ようにして求めた時間平均パワー〈Ｐｔ（ｊ）〉を、さ
らに、少なくとも予め定めた閾値ＴＨの近傍のレベルを
有する範囲について、周波数軸方向に平均する。このよ
うな時間平均パワーの平均Ｐｘとしては、例えば、高周
波数成分から低周波数成分に向けて順次に時間平均パワ
ー〈Ｐｔ（ｊ）〉を周波数軸方向に積算平均したものを
用いる。

【００４２】高周波数成分から低周波数成分に向けて順
次時間平均パワー〈Ｐｔ（ｊ）〉を周波数軸方向に積算
平均することで、図１１（ｃ）に示すように、周波数軸
方向のパワー（レベル）のばらつきを、図１１（ｂ）に
比べてさらに一層低減することができ、量子化ノイズ検
出手段３による量子化ノイズ帯域の検出（周波数ポイン
トｆ０の検出）を高精度に（正確に）行うことが可能と
なる。

【００４３】図１２は、本発明の量子化ノイズ低減処理
（ビット長拡張処理）の処理動作を示すフローチャート
である。図１２では、オーディオ信号が入力されると、
予め定めた時間間隔毎に、予め定めたサンプル（例え
ば、５１２サンプル）を１ブロックとして高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）処理を施し、周波数変換する（ステップ
Ｓ１）。この周波数変換結果は、例えば、時刻ｔ−２，
ｔ−１，ｔのそれぞれｍ個（この例では、３個）の時刻
について、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになる。

【００４４】ｍ個（３個）の時刻における周波数軸成分
ｊのパワー（レベル）を、数１（数２）によって各周波
数毎に時間平均し、時間平均パワーを算出する（ステッ
プＳ２）。例えば、時刻ｔ−２，ｔ−１，ｔのそれぞれ
ｍ個（３個）の時刻について周波数変換結果が、図３
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したようになるとき、ｍ個
（３個）の時刻における周波数軸成分Ｊのパワー（レベ
ル）の時間平均パワーは、図４に示したようになる。

【００４５】次に、時間平均パワーを高周波数成分か低
周波数成分に向けて周波数軸方向に順次に積算平均し、
時間平均パワーの積算平均値Ｐｘ〔ｈ〕を算出する（ス
テップＳ３）。

【００４６】このようにして積算平均値Ｐｘ〔ｈ〕を算
出するとき、算出した積算平均値Ｐｘ〔ｈ〕と予め定め
た閾値（量子化ノイズレベル）ＴＨとをその都度比較
し、積算平均値Ｐｘ〔ｈ〕が予め定めた閾値（量子化ノ
イズレベル）ＴＨよりも大きくなったかを判断し（ステ
ップＳ４）、小さいときには、再びステップＳ３に戻
り、さらに低い周波数に向かって積算平均を求め、この
処理を積算平平均値Ｐｘ〔ｈ〕が予め定めた閾値（量子
化ノイズレベル）ＴＨよりも大きくなるまで繰り返して
行う。そして、積算平均値Ｐｘ〔ｈ〕が予め定めた閾値
（量子化ノイズレベル）ＴＨよりも大きくなると、この
周波数ポイントｆ０よりも高い周波数帯域は量子化ノイ
ズのみであると判別する。

【００４７】そして、レベル調整手段４は、量子化ノイ
ズ検出手段３によって検出された量子化ノイズ帯域のレ
ベルを１／ｆ特性に基づいて減衰処理することで、量子
化ノイズを低減する（ステップＳ５）。

【００４８】図１３は、高周波数成分から低周波数成分
に向けて時間平均パワーを周波数軸方向に積算平均した
量子化ノイズ帯域を検出する処理を説明するための模式
図である。より具体的には、例えば、時間平均パワー図
４に示したようなものである場合、時間予め定めた閾値
（量子化ノイズレベル）ＴＨよりも大きくなる平均パワ
ーの積算平均値として、まず、図１３（ａ）に示すよう
に、周波数軸成分ｊ＝４の積算平均値が求まる。そし
て、このとき、周波数軸成分ｊ＝４の積算平均値が閾値
ＴＨよりも大きいかを判断する。

【００４９】この実施例の場合、小さいのでさらに、図
１３（ｂ）に示すように、周波数軸成分ｊ＝４のパワー
（レベル）と周波数軸成分ｊ＝３のパワー（レベル）と
の積算平均値を求める。そして、このとき、周波数軸成
分ｊ＝４のパワー（レベル）と周波数軸成分ｊ＝３のパ
ワー（レベル）との積算平均値が閾値ＴＨよりも大きい
かを判断する。

【００５０】そして、この実施例の場合は小さいので、
さらに、図１３（ｃ）に示すように、周波数軸成分ｊ＝
４と周波数軸成分ｊ＝３との積算平均値と周波数軸成分
ｊ＝２のパワー（レベル）との積算平均値を求める。そ
して、このとき、周波数軸成分ｊ＝４と周波数軸成分ｊ
＝３との積算平均値と周波数軸成分ｊ＝２のパワー（レ
ベル）との積算平均値が閾値ＴＨよりも大きいかを判断
する。

【００５１】この実施例の場合は大きいので、この時点
で、積算平均の繰り返し算術処理を終了する。このと
き、量子化ノイズ帯域は、図１３（ｄ）に示すように検
出され、検出された量子化ノイズ帯域のレベルを、１／
ｆ特性に基づいて減衰処理することで、量子化ノイズを
低減することができる。

【００５２】このように、高い周波数から順に低い周波
数に向かって積算平均値を求めて閾値と比較し、最初に
閾値より大きい値の積算平均値をもつ周波数を検出する
と、図１３（ｄ）に示すように、当該周波数よりも高い
周波数のスペクトルを量子化ノイズと判断し、１／ｆ特
性に基づいて減衰処理を施す。すなわち、この場合、時
刻ｔ−１のテジタルオーディオ信号において、量子化ノ
イズ帯域と判断された周は数帯域のスペクトルのレベル
を１／ｆ特性に基づいて減衰させる

【００５３】量子化ノイズ帯域と判断された周波数帯域
のスペクトルのレベルを減衰させた後、周波数軸成分を
時間軸成分に逆フーリエ変換し（ステップＳ６）、時間
軸上のデジタルオーディオ信号に変換して出力する。逆
フーリエ変換処理を施した後、入力されたＮビットのデ
ジタルオーディオ信号に丸め処理を施すことにより（有
効ビット数をＭ（Ｍ＞Ｎ）とすることで）、ビット長が
拡張する。

【００５４】上述したステップＳ１〜ステップＳ６まで
の処理を、連続して入力するオーディオ信号に対して順
次施し、デジタルオーディオ信号の量子化ノイズを低減
することができる。

【００５５】なお、上述の説明では、時間平均パワーを
高周波数成分から低周波数成分に向けて周波数軸方向に
順次積算平均したものを、時間平均パワーとして求めた
が、時間平均パワーを周波数軸方向に移動平均したもの
を、時間平均パワーの平均としてもよく、あるいは、時
間平均パワーを周波数軸方向に単純平均したものを、時
間平均パワーの平均として求めてもよい。

【００５６】しかしながら、時間平均パワーを高周波数
成分から低周波数成分に向けて周波数軸方向に順次に積
算平均する場合には、レベル（パワー）のばらつきを高
周波数側から順次に滑らかなものとすることができ、最
も信頼性よく、ばらつきの低減を図ることができる。し
たがって、時間平均パワーの平均としては、時間平均パ
ワーの高周波数成分から低周波数成分に向けて周波数軸
方向に順次に積算平均したものを用いるのが最も望まし
い。

【００５７】以上のように、本発明によれば、量子化ノ
イズ帯域を高精度に（正確に）検出できるので、音楽信
号成分を減衰することなく量子化ノイズ成分のみを低減
でき、また音楽信号成分に余分な付帯音を付加しないビ
ット長拡張を行うことができる。

【００５８】このように、本発明は、低ビットのデジタ
ルオーディオ信号を高ビットのテジタルオーディオ信号
に変換する場合に、量子化ノイズを低減する技術として
用いることができる。具体的には、スタジオ等の編集作
業において、旧録音音楽ソース（１３ビット、１４ビッ
トまたは１６ビットのデジタルオーディオ信号）を１８
ビットまたは２０ビット等の高ビットのデジタルオーデ
ィオ信号の変換するときに本発明を用いることができ
る。また、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ等の光
ディスク再生装置においては、１６ビットのデシタルオ
ーディオ信号が記録されたＣＤを再生するときに、本発
明を用いるて量子化ノイズを低減した高音質のデジタル
オーディオ信号に変換するときにことができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、デジタルオーディオ信
号の量子化ノイズ成分を正確に検出することができ、デ
ジタルオーディオ信号の音質を低下させることなく量子
化ノイズ成分を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の量子化ノイズ低減装置（ビット長拡張
装置）の一実施例の概略構成を示す模式図。

【図２】時間軸成分から周波数軸成分に変換したデジタ
ルデータの一例を示す模式図

【図３】時間平均パワーの算出方法を説明するための模
式図。

【図４】時間平均パワーの算出した結果の一例を示す模
式図。

【図５】周波数軸成分の各々について時間平均パワーを
求めた場合を説明するための模式図。

【図６】本実施例の量子化ノイズ低減装置（ビット長拡
張装置）における量子化ノイズ検出手段の検出処理を説
明するための模式図。

【図７】本実施例の量子化ノイズ低減装置（ビット長拡
張装置）におけるレベル調整手段の処理を説明するため
の模式図。

【図８】従来の量子化ノイズ低減処理の動作を説明する
ための模式図。

【図９】従来の量子化ノイズ低減処理の一例の動作を説
明するための模式図。

【図１０】本実施例の量子化ノイズ低減装置（ビット長
拡張装置）における量子化ノイズ低減処理の動作を説明
するための模式図。

【図１１】本実施例の量子化ノイズ低減装置（ビット長
拡張装置）における予め定めた閾値の近傍のレベルを有
する範囲を拡大した模式図。

【図１２】本発明の量子化ノイズ低減処理（ビット長拡
張処理）の処理動作を示すフローチャート。

【図１３】高周波数成分から低周波数成分に向けて時間
平均パワーを周波数軸方向に積算平均した量子化ノイズ
帯域を検出する処理を説明するための模式図。

【符号の説明】

１・・変換手段、２・・レベル検出手段、３・・量子化
ノイズ検出手段、４・・レベル調整手段、５・・逆変換
手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】デジタルデータを一定サンプル数のブロッ
   クに区切って周波数軸成分に変換する変換手段と、 該変換手段からの出力結果である周波数軸成分の各々に
   ついて時間平均パワーを求め、少なくとも予め定めた閾
   値の近傍のレベルを有する範囲について前記時間平均パ
   ワーの平均を求めるレベル検出手段と、 該レベル検出手段によって求められた前記時間平均パワ
   ーの平均を高周波数帯域から低周波数帯域に向けて前記
   予め定めた閾値と順次に比較し、前記時間平均パワーの
   平均が前記予め定めた閾値を越えるところまでの高周波
   数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出する量子化ノ
   イズ検出手段と、 該量子化ノイズ検出手段によって検出された前記量子化
   ノイズ帯域でのパワーを１／ｆ特性に基づいて減衰処理
   するレベル調整手段と、 該レベル調整手段から出力された周波数軸成分を時間軸
   成分のデジタルデータに変換する逆変換手段とを具備す
   ることを特徴とする量子化ノイズ低減装置。
2. 【請求項２】有効ビット数Ｎのデジタルデータを一定サ
   ンプル数のブロックに区切って周波数軸成分に変換する
   変換手段と、 該変換手段からの出力結果である周波数軸成分の各々に
   ついて時間平均パワーを求め、少なくとも予め定めた閾
   値の近傍のレベルを有する範囲について前記時間平均パ
   ワーの平均を求めるレベル検出手段と、 該レベル検出手段によって求められた前記時間平均パワ
   ーの平均を高周波数帯域から低周波数帯域に向けて前記
   予め定めた閾値と順次に比較し、前記時間平均パワーの
   平均が前記予め定めた閾値を越えるところまでの高周波
   数側の帯域を量子化ノイズ帯域として検出する量子化ノ
   イズ検出手段と、 該量子化ノイズ検出手段によって検出された前記量子化
   ノイズ帯域でのパワーを１／ｆ特性に基づいて減衰処理
   するレベル調整手段と、 該レベル調整手段から出力された周波数軸成分を有効ビ
   ット数Ｍ（Ｍ＞Ｎ）の時間軸成分のデジタルデータに変
   換する逆変換手段とを具備することを特徴とするビット
   長拡張装置。