JP2009296496A - コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄコンバータによりアナログ信号をディジタル信号に変換して送信又は受信したディジタル信号をＤ／Ａコンバータによりアナログ信号に変換するコンバータに関し、特にディジタル信号の圧縮符号化を含む場合のノイズ成分等の不要な信号成分を低減させる。
【解決手段】Ａ／Ｄコンバータ２によりアナログ信号をディジタル信号に変換又はＤ／Ａコンバータ１２によりディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、アナログ信号にホワイトノイズ成分又はディジタル信号の下位ビット側にランダムノイズ等のノイズ成分を挿入するノイズ成分挿入部５ａ〜５ｃ，１５ａ〜１５ｃの何れかを設けた構成を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに関する。

音声信号の伝送システムに於いて、送信側は、音声アナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりディジタル信号に変換して送信し、受信側は、受信ディジタル信号をＤ／Ａコンバータにより音声アナログ信号に変換する手段が既に各種提案され、且つ実用化されている。又半導体技術等の進歩により、アナログ信号を２４ビット構成のディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ及び２４ビット構成のディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータが実現されている。従って、低歪みの音声信号の伝送システムや記録再生システムを構成することができる。

このような２４ビット構成のＡ／ＤコンバータやＤ／Ａコンバータを用いて、ディジタル信号の伝送を行う場合、伝送効率を向上する為に２４ビットを圧縮処理して１１ビット構成とするシステムが知られている。例えば、図８に示すように、音声入力アナログ信号を、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０１を介してＡ／Ｄコンバータ１０２に入力し、２４ビット構成のリニア符号のディジタル信号に変換する。その最上位１ビットは極性を示す符号ビットである。この２４ビット構成のディジタル信号を、信号変換部１０３によりアナログ信号のレベルの低い部分に相当する下位９ビットを切捨てて、１ビットの符号ビットと１４ビットとからなるディジタル信号として符号変換部１０４に入力する。符号変換部１０４は、１ビットの極性ビットと、３ビットのセグメントビットと、７ビットのステップビットとの合計１１ビット構成の折れ線符号の一種のＩＴＶ勧告のＪ．４１変換則に従った圧縮符号化を行って、１１ビット構成のディジタル信号とし、伝送路の伝送方式に従った形式で送出する。

又伝送路を介して受信した１１ビット構成のディジタル信号を、符号変換部１１４によりＪ．４１変換則に従って１５ビット構成のリニア特性のディジタル信号に変換し、信号変換部１１３により、オール“０”の下位９ビットを付加して２４ビット構成のディジタル信号に変換し、Ｄ／Ａコンバータ１１２に入力する。この場合の最上位ビットは極性ビットである。そして、Ｄ／Ａコンバータ１１２によりアナログ信号に変換し、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１１により高調波成分を除去して音声信号を出力する。又アナログ信号の伝送や記録再生のシステムに於けるＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータに於いて、アナログ信号の特性解析に従って符号化及び復号化し、又擬似ランダム符号をディジタル信号の最下位ビットに付加して、低歪みのアナログ信号を復号再生する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４５９４１７号公報

前述のように、Ｊ．４１変換則を適用して圧縮符号化する場合、２４ビット構成のディジタル信号の下位９ビットを切捨てて、１ビットの符号ビットと１４ビットのディジタル信号との構成のリニア符号のディジタル信号を、折れ線符号の１１ビット構成に変換するものであり、Ａ／Ｄコンバータ１０２によりアナログ信号を２４ビット構成のディジタル信号に変換し、信号変換部１０３により下位１０ビットを切捨てて１４ビット構成のディジタル信号とし、その１４ビット構成のディジタル信号を、符号変換部１０４により、Ｊ．４１変換則に従って折れ線符号の１１ビット構成のディジタル信号に圧縮符号化して送信する。なお、折れ線符号化による１１ビット構成のディジタル信号の最上位ビットは極性ビット、最下位ビットは、０．５の値を示すものである。従って、最上位ビット（極性ビット）と最下位ビット（０．５の値）との間の９ビットが“０”を示す場合でも、信号変換部１０３に於いて切捨てた信号レベルの低い範囲に相当する下位１０ビットの極性の時間経過に従った変化が、そのまま１１ビット構成のディジタル信号についても保存されるので、信号レベルが０を示す場合でも、最下位ビットによる０．５に相当する振幅レベルの周波数成分、即ち、雑音成分を含むことになる。

又受信側では、折れ線符号化による１１ビット構成のディジタル信号を受信して、符号変換部１１４により、１５ビット構成のリニア特性のディジタル信号に変換する。その場合の１５ビット目を０．５とする。そして、信号変換部１１３により、１５ビットの下位にオール“０”の９ビットを付加して、２４ビット構成とし、Ｄ／Ａコンバータ１１２に入力して、アナログ信号に変換する。従って、２４ビット構成の上位から１５ビット目が０．５の値で、最上位ビットの極性ビットは、送信時の極性ビットであるから、２４ビット構成の最下位ビットによる最小レベルの信号の極性変化が、上位から１５ビット目の信号レベルの変化に増幅された状態となり、Ｄ／Ａコンバータ１１２により変換されたアナログ信号にノイズが含まれる問題がある。

本発明は、前述の従来の問題点を解決するものであり、アナログ信号とディジタル信号との間を高精度に変換可能とし、且つノイズ成分等の不要な信号成分を低減させるコンバータを提供するものである。

本発明のコンバータは、アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、アナログ信号又はディジタル信号にノイズ成分を挿入するノイズ成分挿入部を設けた構成を有するものである。

又アナログ信号をディジタル信号に変換する前段に、アナログノイズ信号を生成して挿入するノイズ成分挿入部を設けた構成とする。又はディジタル信号に、ディジタルノイズ信号を生成して挿入するノイズ成分挿入部を設けた構成とするものである。

又アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータであって、アナログ信号をリニア符号のディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコンバータにより変換したディジタル信号の下位の単一又は複数ビット位置にディジタルノイズ信号を挿入するノイズ成分挿入部と、このノイズ成分挿入部により、前記ディジタルノイズ信号を前記ディジタル信号に挿入した位置以下のビットを削除してリニア符号から折れ線符号に変換する符号変換部とを備えている。

アナログ信号をディジタル信号に変換して送信する側に、ホワイトノイズやランダムノイズ等のノイズ成分を挿入した場合、受信したディジタル信号を変換したアナログ信号に含まれるノイズ成分は分散された状態となって、無視できる程度のものとなる。又ノイズ成分を挿入しないディジタル信号を受信してアナログ信号に変換する場合に、そのディジタル信号にノイズ成分を挿入してアナログ信号に変換した場合も、ノイズ成分は分散された状態となって、無視できる程度のものとなる。

本発明のコンバータは、図１を参照して説明すると、Ａ／Ｄコンバータ２によりアナログ信号をディジタル信号に変換又はＤ／Ａコンバータ１２によりディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、アナログ信号又はディジタル信号にノイズ成分を挿入するノイズ成分挿入部５ａ〜５ｃ，１５ａ〜１５ｃの何れかを設けた構成を有するものである。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、２はＡ／Ｄコンバータ、３は信号変換部、４は符号変換部、５ａ，５ｂ，５ｃはノイズ成分挿入部、１１はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１２はＤ／Ａコンバータ、１３は信号変換部、１４は符号変換部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはノイズ成分挿入部を示す。それぞれのノイズ成分挿入部５ａ，５ｂ，５ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、それらの何れか一つを設けるものであり、Ａ／Ｄコンバータ２の前段のノイズ成分挿入部５ａは、アナログ信号としてのノイズ成分を出力する構成とし、Ａ／Ｄコンバータ２の入力側のアナログ信号処理部分にホワイトノイズ等のノイズ成分を挿入する。又他のノイズ成分挿入部５ｂ，５ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、ディジタル信号処理部分の所定の信号レベルに相当するビット位置に、ノイズ成分としての単一又は複数ビットを挿入する構成とするものであり、例えば、擬似ランダム符号発生器により構成することができる。又は擬似ランダムパターンを格納したテーブルを、所定の周期で読出してノイズ成分として挿入する構成とすることもできる。又はＡ／Ｄコンバータ２の出力ビットの中の信号レベルの低い位置に相当する下位のビットをランダムノイズビットと見做して、これを所定のビット位置に挿入する構成とすることもできる。

アナログ信号としてのノイズ成分を発生するノイズ成分挿入部５ａは、例えば、図２に示すように、抵抗６とツェナーダイオード７とコンデンサ８とを含み、ツェナーダイオード７に抵抗６を介して、電源からツェナー電圧以上の電圧を印加し、このツェナーダイオード７により発生するホワイトノイズ成分を、コンデンサ８を介して、図１に示すＡ／Ｄコンバータ２に入力する構成とすることができる。例えば、ツェナー電圧３Ｖのツェナーダイオード７を用いた場合、電源の電圧を＋５Ｖとすることにより、ホワイトノイズ成分を発生することができる。この場合のノイズ成分挿入部５ａは、簡単な構成である利点がある。なお、ノイズ成分レベルを制御する必要がある場合は、コンデンサ８を介してＡ／Ｄコンバータ２に入力するノイズ成分レベルを可変抵抗等により調整する構成を付加することになる。

又ノイズ成分挿入部５ｂ，５ｃ，１５ａ〜１５ｃは、前述のように、ディジタルノイズ信号を発生する構成を有するものであり、例えば、ノイズ成分挿入部５ｂは、Ａ／Ｄコンバータ２により変換したリニア符号の例えば２４ビット構成のディジタル信号の下位の単一又は複数ビット位置に、ディジタルノイズ信号を挿入する。なお、２４ビットのディジタル信号の最上位のビットは極性を示す符号ビットである。そして、信号変換部３により２４ビット構成のディジタル信号の下位９ビットを削除して１５ビット構成とし、符号変換部４に入力する。この場合のディジタルノイズ信号を、符号ビットを含む１５ビット構成の最下位ビット位置に付加するよりも、削除する前の最上位ビット位置から１５ビット目〜１８ビット目の何れか１ビット位置又は複数ビット位置に付加する。即ち、微小信号レベル位置にノイズ成分を挿入する。例えば、下位９ビットを削除する前の最上位ビットから１６ビット目にノイズ成分を挿入した場合、その１６ビット目の信号成分が“１”であると、１５ビット目に桁上がりとなり、又“０”であると、桁上がりなしとなる。このように、下位ビットを切り捨てる場合に、切り捨てるビット位置にノイズ成分を付加することにより、有効ビットとしての最下位ビットに対して反映することができる。

図３は、入出力ゲイン特性説明図であり、１ｋＨｚの正弦波信号を入力した場合の入力ゲイン〔ｄＢｍ〕と出力ゲイン〔ｄＢｍ〕との特性の一例を示し、ノイズ成分挿入部を設けていない場合のノイズなし（一点鎖線）と、本発明の実施例のように、ノイズ成分挿入部を設けてノイズ成分を挿入するノイズ挿入（実線）との場合を示す。又入力信号レベルについて、（ａ）は−６０ｄＢｍ、（ｂ）は−６８ｄＢｍ、（ｃ）は−７０ｄＢｍ、（ｄ）は−８２ｄＢｍとした場合を示す。即ち、入力信号レベルを、−６８ｄＢｍ以下とすると、出力信号レベルは、ノイズなしの場合もノイズ挿入の場合もほぼ一定となるが、ノイズ挿入の場合は、ノイズなしの場合より低い出力信号レベルで一定となる。これはリニアリティが改善されていることを示すものである。

図４〜図７は、それぞれ図３に於ける（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の入力信号レベルに対応し、０〜１５０００Ｈｚの周波数範囲のスペクトラム測定結果を示すものであり、各図の（Ａ）はノイズなし、（Ｂ）はノイズ挿入の場合を示す。−６０ｄＢｍ入力の場合は、図４に示すように、ノイズなしの場合もノイズ挿入の場合も高調波成分は略類似しているが、図５に示す−６８ｄＢｍ入力の場合、図６に示す−７０ｄＢｍ入力の場合、及び図７に示す−８２ｄＢｍの場合は、各図の（Ｂ）に示すように、ノイズ挿入により高調波成分が減少していることが判る。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例１のノイズ成分挿入部の説明図である。 本発明の実施例１の入出力ゲイン特性説明図である。 本発明の実施例１のスペクトラム説明図である。 本発明の実施例１のスペクトラム説明図である。 本発明の実施例１のスペクトラム説明図である。 本発明の実施例１のスペクトラム説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
２ Ａ／Ｄコンバータ
３ 信号変換部
４ 符号変換部
５ａ，５ｂ，５ｃ ノイズ成分挿入部
１１ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１２ Ｄ／Ａコンバータ
１３ 信号変換部
１４ 符号変換部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ ノイズ成分挿入部

Claims (4)

1. アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、
   前記アナログ信号又は前記ディジタル信号にノイズ成分を挿入するノイズ成分挿入部を設けた
   ことを特徴とするコンバータ。
2. アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、
   前記アナログ信号をディジタル信号に変換する前段に、アナログノイズ信号を生成して挿入するノイズ成分挿入部を設けた
   ことを特徴とするコンバータ。
3. アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、
   前記ディジタル信号に、ディジタルノイズ信号を生成して挿入するノイズ成分挿入部を設けた
   ことを特徴とするコンバータ。
4. アナログ信号をディジタル信号に変換又はディジタル信号をアナログ信号に変換するコンバータに於いて、
   前記アナログ信号をリニア符号のディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   該Ａ／Ｄコンバータにより変換したディジタル信号の下位の単一又は複数ビット位置にディジタルノイズ信号を挿入するノイズ成分挿入部と、
   該ノイズ成分挿入部により前記ディジタルノイズ信号を前記ディジタル信号に挿入した位置以下のビットを削除してリニア符号から折れ線符号に変換する符号変換部と
   を備えたことを特徴とするコンバータ。

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