JP2005269160A - Ａｄ変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アナログ信号をデジタル信号に変換するに際し、アナログ信号に含まれている高域ノイズを遮断でき、且つ高域周波数特性が良好なＡＤ変換装置を提供する。
【解決手段】高域ノイズを含むアナログ信号をデジタル信号に変換するに際し、まず高域ノイズを除去する濾波手段であるＬＰＦ２を設け、ＡＤ変換部３で高域ノイズのない状態のデジタル信号に変換する。次いでこのデジタル信号をもとにして、高周波成分付加部４により高域周波数帯域の信号成分を生成し付加する。この構成により、アナログ信号に含まれている高域ノイズを遮断でき、且つ高域周波数特性が良好なＡＤ変換装置を提供することができる。
【選択図】図１
【解決手段】高域ノイズを含むアナログ信号をデジタル信号に変換するに際し、まず高域ノイズを除去する濾波手段であるＬＰＦ２を設け、ＡＤ変換部３で高域ノイズのない状態のデジタル信号に変換する。次いでこのデジタル信号をもとにして、高周波成分付加部４により高域周波数帯域の信号成分を生成し付加する。この構成により、アナログ信号に含まれている高域ノイズを遮断でき、且つ高域周波数特性が良好なＡＤ変換装置を提供することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換装置に係り、特にアナログ信号に含まれている高域周波数のノイズ成分を低減できるＡＤ変換装置に関する。
従来から、アナログ信号をデジタル信号に変換する手段として、図６に示す構成のＡＤ変換装置がよく知られている。
この図で、アナログ入力信号１は、まず低域濾波器であるＬＰＦ２で、次段のサンプリングによって折り返し妨害成分が発生しないよう、あらかじめ不要な高域周波数帯域を遮断してから、ＡＤ変換部３でサンプリングおよび量子化によりデジタル変換が行われ、デジタル出力信号５が得られるようになっている。
この図で、アナログ入力信号１は、まず低域濾波器であるＬＰＦ２で、次段のサンプリングによって折り返し妨害成分が発生しないよう、あらかじめ不要な高域周波数帯域を遮断してから、ＡＤ変換部３でサンプリングおよび量子化によりデジタル変換が行われ、デジタル出力信号５が得られるようになっている。
この構成の場合、アナログ入力信号１に高域周波数のノイズ（以下、高域ノイズ）が含まれていると、そのまま高域ノイズを含んだデジタル信号に変換されてしまう問題を有している。
そこで、アナログ入力信号１に高域ノイズが多い場合には、前記ＬＰＦ２の遮断周波数を下げて、この高域ノイズを除去してからＡＤ変換を行う手段もあるが、このような方法ではアナログ入力信号１の高域周波数帯域の信号成分も同時に除去されてしまうので、周波数特性が劣化したデジタル信号となる欠点がある。
そこで、アナログ入力信号１に高域ノイズが多い場合には、前記ＬＰＦ２の遮断周波数を下げて、この高域ノイズを除去してからＡＤ変換を行う手段もあるが、このような方法ではアナログ入力信号１の高域周波数帯域の信号成分も同時に除去されてしまうので、周波数特性が劣化したデジタル信号となる欠点がある。
一方、アナログ信号をデジタル信号に変換する場合に、伝送できるアナログ信号の周波数帯域はサンプリング周波数で制限されることは周知のことである。例えば、いわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）の場合は、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数で処理されるために、アナログ信号の周波数帯域は、２２．０５ｋＨｚに制限されることになる。
近年、上記のサンプリング周波数でデジタル化されたＣＤの周波数帯域を、デジタル信号処理によって、２２．０５ｋＨｚ以上のアナログ信号の周波数成分を生成して得るための改善技術が数多く開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この改善技術は、上記ＣＤのように規格で定められたサンプリング周波数でデジタル化されている信号から周波数特性を改善するものであるが、この周波数特性の改善技術を応用してアナログ信号に含まれる高域ノイズを改善する工夫はまだ行われていない。
特開平１１−１２６０９７号公報
近年、上記のサンプリング周波数でデジタル化されたＣＤの周波数帯域を、デジタル信号処理によって、２２．０５ｋＨｚ以上のアナログ信号の周波数成分を生成して得るための改善技術が数多く開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この改善技術は、上記ＣＤのように規格で定められたサンプリング周波数でデジタル化されている信号から周波数特性を改善するものであるが、この周波数特性の改善技術を応用してアナログ信号に含まれる高域ノイズを改善する工夫はまだ行われていない。
高域ノイズが多く含まれているアナログ信号をデジタル信号に変換するとき、従来はそのままデジタル信号に変換するか、あるいは、低域濾波器によって高域ノイズを遮断してからデジタル信号に変換していた。
前者の場合、高域ノイズはそのまま伝送されてしまい、後者の場合は、アナログ信号の周波数特性が劣化する欠点があった。
前者の場合、高域ノイズはそのまま伝送されてしまい、後者の場合は、アナログ信号の周波数特性が劣化する欠点があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、高域ノイズが多く含まれているアナログ信号をデジタル信号に変換するに際し、アナログ信号の周波数特性が良好で、且つ高域ノイズ成分を含まないデジタル信号への変換を可能とするＡＤ変換装置を提供するものである。
本発明は、上記課題を解決する手段として以下の（１）乃至（５）に記載の構成からなる。すなわち、
（１）入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号の高域周波数帯域を遮断する低域濾波手段と、
前記低域濾波手段で高域周波数帯域を遮断された前記入力アナログ信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第２のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。
（２）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段として、遮断周波数の異なる複数の低域濾波器を切換えて使用することを特徴とするＡＤ変換装置。
（３）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段は、前記入力アナログ信号に含まれる高域周波数ノイズの周波数に応じて遮断周波数を可変する手段を有することを特徴とするＡＤ変換装置。
（４）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号が有する上限周波数の２倍以上のサンプリング周波数で前記第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記上限周波数と前記低域濾波器の遮断周波数との差分の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する前記高域周波数成分付加手段と
を有することを特徴とするＡＤ変換装置。
（５）入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号をオーバーサンプリングにより第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号に含まれる高域周波数帯域を遮断すると共に所定のサンプリング周波数の第２のデジタル信号に変換する変換手段と、
前記第２のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第３のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第３のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。
（１）入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号の高域周波数帯域を遮断する低域濾波手段と、
前記低域濾波手段で高域周波数帯域を遮断された前記入力アナログ信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第２のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。
（２）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段として、遮断周波数の異なる複数の低域濾波器を切換えて使用することを特徴とするＡＤ変換装置。
（３）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段は、前記入力アナログ信号に含まれる高域周波数ノイズの周波数に応じて遮断周波数を可変する手段を有することを特徴とするＡＤ変換装置。
（４）請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号が有する上限周波数の２倍以上のサンプリング周波数で前記第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記上限周波数と前記低域濾波器の遮断周波数との差分の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する前記高域周波数成分付加手段と
を有することを特徴とするＡＤ変換装置。
（５）入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号をオーバーサンプリングにより第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号に含まれる高域周波数帯域を遮断すると共に所定のサンプリング周波数の第２のデジタル信号に変換する変換手段と、
前記第２のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第３のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第３のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。
アナログ信号の高域周波数特性が良好で、且つ高域ノイズ成分を含まない状態のデジタル信号が得られるので、アナログ信号が音声信号であれば、不快なノイズが無く、明瞭度の良好なＡＤ変換が可能となる。また、アナログ信号がビデオ信号であれば、画面上に細かなノイズが無く、解像度の良好な画像が得られるＡＤ変換が行える効果がある。
以下、本発明のＡＤ変換装置の実施形態につき、好ましい実施例により図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るＡＤ変換装置の第１の実施例を示すブロック図で、図２、図３、図４は夫々、第２、第３、第４の実施例を示すブロック図である。図５は本発明のＡＤ変換装置における信号処理の状況を説明するための周波数ペクトラムを示す図である。
図１は本発明に係るＡＤ変換装置の第１の実施例を示すブロック図で、図２、図３、図４は夫々、第２、第３、第４の実施例を示すブロック図である。図５は本発明のＡＤ変換装置における信号処理の状況を説明するための周波数ペクトラムを示す図である。
図１において、高域ノイズを多く含むアナログ入力信号１は低域濾波器のＬＰＦ２に入力される。このＬＰＦ２はＡＤ変換に一般に用いられるサンプリングの折り返し妨害防止用の前置ＬＰＦとは異なるもので、前置ＬＰＦの役目に加えて、高域ノイズの占める周波数帯域の伝送を遮断し高域ノイズを除去するものである。
高域ノイズが除去されたアナログ信号は、次のＡＤ変換部３でデジタル信号に変換される。このとき、ＡＤ変換部３のサンプリング周波数は最終的に得ようとするアナログ信号帯域の上限周波数の２倍以上に設定する。
ＡＤ変換部３で作成されたデジタル信号は、次に高周波成分付加部４に入力され、ここで後述する手段により、前記ＬＰＦ２で遮断された帯域のアナログ信号成分を生成し付加する。
こうして高周波成分付加部４からは、高域ノイズ成分が除去され、且つ良好なアナログ信号帯域を持ったデジタル出力信号５が得られる。
高域ノイズが除去されたアナログ信号は、次のＡＤ変換部３でデジタル信号に変換される。このとき、ＡＤ変換部３のサンプリング周波数は最終的に得ようとするアナログ信号帯域の上限周波数の２倍以上に設定する。
ＡＤ変換部３で作成されたデジタル信号は、次に高周波成分付加部４に入力され、ここで後述する手段により、前記ＬＰＦ２で遮断された帯域のアナログ信号成分を生成し付加する。
こうして高周波成分付加部４からは、高域ノイズ成分が除去され、且つ良好なアナログ信号帯域を持ったデジタル出力信号５が得られる。
次に、上記のＡＤ変換装置の動作について、図５に示す周波数スペクトラムの図を用いて補足説明する。なお、図１の符号を参照する。
図５において、（１）はアナログ入力信号１の周波数スペクトラムを示したもので、点線より上の高域周波数帯域はノイズを多く含んでいるものとする。
（２）は、ＬＰＦ２の通過帯域を示したものである。（１）のアナログ入力信号を（２）のＬＰＦ２に通すことにより、（３）の実線で示す信号成分が通過し、点線で示したノイズを多く含んだ部分の帯域は遮断される。
（４）は、（３）の信号成分を、ＡＤ変換部３でサンプリング周波数ｆｓによってデジタル信号に変換した状態のスペクトラムである。点線で示した部分はデジタル信号化による折り返し成分である。
（５）は、（４）のデジタル信号を高周波成分付加部４の動作により、アナログ信号成分の高域周波数帯域が広げられた状態のデジタル信号のスペクトラムを示したものである。
このようにして、本発明のＡＤ変換装置は、アナログ入力信号の高域ノイズを遮断しつつ、高域周波数帯域が良好に確保されたデジタル出力信号を得ることができる。
図５において、（１）はアナログ入力信号１の周波数スペクトラムを示したもので、点線より上の高域周波数帯域はノイズを多く含んでいるものとする。
（２）は、ＬＰＦ２の通過帯域を示したものである。（１）のアナログ入力信号を（２）のＬＰＦ２に通すことにより、（３）の実線で示す信号成分が通過し、点線で示したノイズを多く含んだ部分の帯域は遮断される。
（４）は、（３）の信号成分を、ＡＤ変換部３でサンプリング周波数ｆｓによってデジタル信号に変換した状態のスペクトラムである。点線で示した部分はデジタル信号化による折り返し成分である。
（５）は、（４）のデジタル信号を高周波成分付加部４の動作により、アナログ信号成分の高域周波数帯域が広げられた状態のデジタル信号のスペクトラムを示したものである。
このようにして、本発明のＡＤ変換装置は、アナログ入力信号の高域ノイズを遮断しつつ、高域周波数帯域が良好に確保されたデジタル出力信号を得ることができる。
次に、上記高周波成分付加部４について説明する。この部分の動作は、デジタル信号上で、ＬＰＦ２で帯域制限されたアナログ信号成分の波形を整形し、高調波を強調あるいは付加して広帯域化を図るものである。
この具体的な手段はすでに研究が盛んに行われており、例えば、特開平５−１２７６７２号公報では、変換テーブルを用いて非線形な波形を得る技術が、また、特開平７−１７５４７８号公報では、さらに微分演算を加えて複雑な非線形波形を形成する技術が開示されている。
本発明者は、同様目的の技術に関して前記特許文献１で、従来の技術に対して回路規模が小さくコストのかからない新規な技術を開示している。
このように、上記高周波成分付加部４の具体的な手段としては、すでに存在するこれらのいずれかの技術を用いることができる。なお、簡略化のため、この部分の詳細な動作説明は省略する。
この具体的な手段はすでに研究が盛んに行われており、例えば、特開平５−１２７６７２号公報では、変換テーブルを用いて非線形な波形を得る技術が、また、特開平７−１７５４７８号公報では、さらに微分演算を加えて複雑な非線形波形を形成する技術が開示されている。
本発明者は、同様目的の技術に関して前記特許文献１で、従来の技術に対して回路規模が小さくコストのかからない新規な技術を開示している。
このように、上記高周波成分付加部４の具体的な手段としては、すでに存在するこれらのいずれかの技術を用いることができる。なお、簡略化のため、この部分の詳細な動作説明は省略する。
図２は、本発明の第２の実施例を示すブロック図である。本実施例では、低域濾波器をアナログ入力信号に含まれる高域ノイズの周波数成分に応じて切換えるようにしたものである。
図２において、ＬＰＦ（１）２-１乃至ＬＰＦ（ｎ）２-ｎは、夫々カットオフ周波数の異なる低域濾波器であり、切換器６で選択される。切換器６には外部から切換え用の制御信号が供給されるようになっている。
この実施例では、例えば、アナログ入力信号１が音声信号であり、その高域ノイズとしてテープ式再生機で再生したときのいわゆるヒスノイズであって、そのヒスノイズの状況が再生機やテープ速度によって異なる場合などに用いると最適化が図れるようになる。
図２において、ＬＰＦ（１）２-１乃至ＬＰＦ（ｎ）２-ｎは、夫々カットオフ周波数の異なる低域濾波器であり、切換器６で選択される。切換器６には外部から切換え用の制御信号が供給されるようになっている。
この実施例では、例えば、アナログ入力信号１が音声信号であり、その高域ノイズとしてテープ式再生機で再生したときのいわゆるヒスノイズであって、そのヒスノイズの状況が再生機やテープ速度によって異なる場合などに用いると最適化が図れるようになる。
図３は、本発明の第３の実施例を示すブロック図である。本実施例では、低域濾波器をアナログ入力信号に含まれる高域ノイズの周波数成分に応じて自動的に切換えるようにしたものである。
図３において、遮断特性可変ＬＰＦ７は外部から供給される制御信号により、ＬＰＦのカットオフ周波数を連続的に変化することができる。この制御信号としては、アナログ入力信号１に含まれている高域ノイズのスペクトラムを検出し、最も低い高域ノイズの周波数を遮断特性可変ＬＰＦ７のカットオフ周波数とする。
図３において、遮断特性可変ＬＰＦ７は外部から供給される制御信号により、ＬＰＦのカットオフ周波数を連続的に変化することができる。この制御信号としては、アナログ入力信号１に含まれている高域ノイズのスペクトラムを検出し、最も低い高域ノイズの周波数を遮断特性可変ＬＰＦ７のカットオフ周波数とする。
図４は、本発明の第４の実施例を示すブロック図である。本実施例では上記実施例１〜実施例３までの構成とは異なり、低域濾波器をＡＤ変換部の前に置かず、ＡＤ変換後にデジタル信号上で低域濾波作用を行うものである。
図４で、アナログ入力信号１はオーバーサンプリングＡＤ変換部８で通常のサンプリング周波数よりも高い周波数でサンプリングされデジタル信号となる。
次いで、このデジタル信号は、デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部９で所定のサンプリング周波数に変換されると同時に高域ノイズ成分が遮断されるようになる。その後の構成は、これまでの実施例と同一である。
この実施例では、デジタル信号上で低域濾波器の機能が構成できるので、高精度な遮断特性が得られる利点がある。
なお、実施例２、実施例３と同様に、デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部９の低域濾波器の遮断周波数を可変できるようにして種々の高域ノイズ分布に対応させるようにさせても良い。
図４で、アナログ入力信号１はオーバーサンプリングＡＤ変換部８で通常のサンプリング周波数よりも高い周波数でサンプリングされデジタル信号となる。
次いで、このデジタル信号は、デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部９で所定のサンプリング周波数に変換されると同時に高域ノイズ成分が遮断されるようになる。その後の構成は、これまでの実施例と同一である。
この実施例では、デジタル信号上で低域濾波器の機能が構成できるので、高精度な遮断特性が得られる利点がある。
なお、実施例２、実施例３と同様に、デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部９の低域濾波器の遮断周波数を可変できるようにして種々の高域ノイズ分布に対応させるようにさせても良い。
１：アナログ入力信号
２：ＬＰＦ（低域濾波器）
２-１〜２-ｎ：ＬＰＦ（１）〜ＬＰＦ（ｎ）
３：ＡＤ変換部
４：高周波成分付加部
５：デジタル出力信号
６：切換器
７：遮断特性可変ＬＰＦ
８：オーバーサンプリングＡＤ変換部
９：デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部
２：ＬＰＦ（低域濾波器）
２-１〜２-ｎ：ＬＰＦ（１）〜ＬＰＦ（ｎ）
３：ＡＤ変換部
４：高周波成分付加部
５：デジタル出力信号
６：切換器
７：遮断特性可変ＬＰＦ
８：オーバーサンプリングＡＤ変換部
９：デシメーションフィルタ＋ＬＰＦ部
Claims (5)
- 入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号の高域周波数帯域を遮断する低域濾波手段と、
前記低域濾波手段で高域周波数帯域を遮断された前記入力アナログ信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第２のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。 - 請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段として、遮断周波数の異なる複数の低域濾波器を切換えて使用することを特徴とするＡＤ変換装置。 - 請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記低域濾波手段は、前記入力アナログ信号に含まれる高域周波数ノイズの周波数に応じて遮断周波数を可変する手段を有することを特徴とするＡＤ変換装置。 - 請求項１に記載のＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号が有する上限周波数の２倍以上のサンプリング周波数で前記第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記上限周波数と前記低域濾波器の遮断周波数との差分の信号成分を生成し付加した第２のデジタル信号を作成する前記高域周波数成分付加手段と
を有することを特徴とするＡＤ変換装置。 - 入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換装置において、
前記入力アナログ信号をオーバーサンプリングにより第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記第１のデジタル信号に含まれる高域周波数帯域を遮断すると共に所定のサンプリング周波数の第２のデジタル信号に変換する変換手段と、
前記第２のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第３のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第３のデジタル信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするＡＤ変換装置。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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2004
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