JP4391036B2 - デジタル信号処理方法および処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調されたデジタル信号をアナログ信号に復調するデジタル信号処理方法およびデジタル信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（Compact Disc）と同等以上の高音質なデジタル音楽方式として、ＤＶＤ（Digital Video Disc）オーディオ方式およびＳＡＣＤ（Super Audio CD）方式を利用した音楽が普及しつつある。
ＤＶＤオーディオ方式は、２４ビットのＰＣＭ（Pulse Code Modulation）に基づくデジタル音楽方式であり、ＳＡＣＤは、ＤＳＤ（Direct Stream Digital 1bit）方式に基づくデジタル音楽方式である。このＰＣＭは、音楽信号を振幅方向に量子化する方式であって、信号の最大値は、量子化ビット数によって決定される。また、ＤＳＤ方式は、時間方向に１ビットの量子化によって信号を表す方式、即ち、“０”および“１”の信号の密度によって信号振幅を表す方式である。したがって、ＤＳＤ方式においては、信号の最大値は、時間軸上において全て“１”の密度部分によって表し、信号の最小値（マイナスの最大値）は、時間軸上において全て“０”の密度部分によって表すことができる。
【０００３】
ただし、ＤＳＤ方式では、一般に、１ビットの信号をΔΣ変調器によって生成するため、信号の最大値を全て“１”、最小値を全て“０”で表す方式では不安定になる場合がある。したがって、ＤＳＤ方式では、変復調における安定性確保のため、 “１”あるいは“０”のビット数の密度が一定値であるときに、それぞれ信号の最大値および最小値としており、例えば、“１”の割合が７０％、“０”の割合が３０％のときに最大値を表すこととしている。なお、このとき、信号の最大値を全て“１”で表す場合に比べ、利得は０．４となる。
【０００４】
ここで、従来のオーディオ用ＤＡＣ（Digital／Analog Converter）を備えたデジタル信号処理装置（マルチディスクプレーヤー等のＰＣＭ信号とＤＳＤ信号が切り換えて入力される装置）は、入力信号の種類（変調方式）に応じて、ＰＣＭ信号の処理とＤＳＤ信号の処理を切り換えることが可能である。
図３は、従来のデジタル信号処理装置１００の構成を示す図である。図３において、デジタル信号処理装置１００は、ＤＡＴＴ（Digital ATTenuator）１０１と、インターポレーションフィルタ１０２と、ＤＡＴＴ１０３と、ローパスフィルタ１０４と、スイッチ１０５と、ΔΣ変調器１０６と、Ｄ／Ａ変換フィルタ１０７とを含んで構成される。
【０００５】
ＤＡＴＴ１０１は、乗算器を備えており、デジタル信号処理装置１００の入力信号の１つであるＰＣＭ信号とＤＡＴＴ１０３からＤＡＴＴ１０３のＡＴＴ係数（アッテネーター係数）とが入力される。そして、ＤＡＴＴ１０１は、乗算器によってこれらＰＣＭ信号とＡＴＴ係数の積を算出し、算出結果をインターポレーションフィルタ１０２に出力する。なお、ＤＡＴＴ１０１に入力されるＰＣＭ信号の利得は“１”であり、ＤＡＴＴ１０１の利得も“１”である。
【０００６】
インターポレーションフィルタ１０２は、ＤＡＴＴ１０１から入力されたデジタル信号を擬似的にオーバーサンプリングするための補間信号を発生し、補間されたデジタル信号をスイッチ１０５に出力する。なお、インターポレーションフィルタ１０２の利得は、“１”に設定されている。
ＤＡＴＴ１０３は、デジタル信号処理装置１００の入力信号の１つであるＤＳＤ信号が入力される。そして、ＤＡＴＴ１０３は、入力されたＤＳＤ信号を８ビットのデジタル信号にマルチビット化し、正負の符号を示す情報を１ビット付加してローパスフィルタ１０４に出力する。ここで、ＤＳＤ信号は１ビットの信号によって信号振幅を表すものであるため、このままではアッテネータによる減衰処理ができない。したがって、ＤＡＴＴ１０３においてマルチビット化され、符号を表す情報を含めて９ビットのデジタル信号としてローパスフィルタ１０４に出力される。なお、ＤＡＴＴ１０３に入力されるＤＳＤ信号の利得は“０．４”である。
【０００７】
また、ＤＡＴＴ１０３は、設定されているアッテネーター係数（以下、「ＡＴＴ係数」と言う。）をＤＡＴＴ１０１に出力する。なお、ＡＴＴ係数は、ＤＡＴＴ１０３内部においてＡＴＴ係数を示すために割り当てられた情報量に応じた値をとるものであり、ＡＴＴ係数を示すために８ビットが割り当てられている場合、“−２５６”から“２５５”までの値を取り得る。
【０００８】
ローパスフィルタ１０４は、ＤＡＴＴ１０３から入力される、マルチビット化されたデジタル信号の一定周波数以下の成分を透過し、透過後のデジタル信号をスイッチ１０５に出力する。なお、このローパスフィルタ１０４は、デジタル信号処理装置１００の回路特性に応じて任意に設けられるものであり、後述するΔΣ変調器１０６の発振を防ぐために設けられる。また、ローパスフィルタ１０４の利得は“１”に設定されている。
【０００９】
スイッチ１０５は、インターポレーションフィルタ１０２あるいはローパスフィルタ１０４のいずれかから信号が入力されると、その信号を選択してΔΣ変調器１０６に出力する。
ΔΣ変調器１０６は、スイッチ１０５から入力された信号にノイズシェーピング処理を施すことにより、可聴帯域外に量子化雑音をシフトさせた信号をＤ／Ａ変換フィルタ１０７に出力する。なお、ΔΣ変調器１０６の利得は“１”に設定されている。
【００１０】
Ｄ／Ａ変換フィルタ１０７は、ΔΣ変調器１０６から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。なお、このＤ／Ａ変換フィルタ１０７の出力信号はデジタル信号処理装置１００の出力信号である。また、Ｄ／Ａ変換フィルタ１０７の利得は“１”に設定されている。
このような構成により、デジタル信号処理装置１００は、ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号のいずれかが入力された場合、それぞれの信号に応じた処理系統によって入力信号を処理し、アナログ信号に復調するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のオーディオ用ＤＡＣといったデジタル信号処理装置１００は、ＰＣＭ信号とＤＳＤ信号の復調処理を切り換えた場合、それらの出力信号レベルの整合が行われない構成である。例えば、デジタル信号処理装置１００のＰＣＭ信号の復調信号は、利得“１”であり、一方、ＤＳＤ信号の復調信号は、利得“０．４”である。そのため、出力された夫々の復調信号のレベルが異なる等、出力された夫々の復調信号のレベルの差が生じることとなり、種類の異なる信号のそれぞれに応じた復調処理系統を切り換える毎に出力された夫々の復調信号のレベルを調整する必要があるという問題を生じていた。
【００１２】
本発明の課題は、デジタル信号復調処理において、種類の異なる信号をそれぞれの信号に応じた処理系統によって処理する際に、出力された復調信号のレベルを整合させることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
特定の変調方式に基づく所定の復調処理を行うための復調処理手段（例えば、図１のＤＡＴＴ１０およびインターポレーションフィルタ２０からなる処理系統あるいはＤＡＴＴ３０およびローパスフィルタ４０からなる処理系統）を複数有し、入力信号の変調方式に応じて所定の復調処理手段（例えば、図１のスイッチ５０、ΔΣ変調器６０およびＤ／Ａ変換フィルタ７０）によって処理された出力信号に対して後続する所定の復調処理を施す共通処理手段を備えるデジタル信号処理装置であって、
前記共通処理手段は、複数の前記復調処理手段の中から選択した所定復調処理手段に応じて、その出力信号の処理における利得を設定して処理を行うことにより、複数の前記復調処理手段のいずれによって入力信号が処理された場合にも復調信号レベルを一致させることが可能である。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、
特定の変調方式に基づく所定の復調処理を行うための復調処理工程を複数実行可能であり、入力信号の変調方式に応じて所定の復調処理工程を経て処理された出力信号に対して後続する所定の復調処理を施す共通処理工程を含むデジタル信号処理方法であって、前記共通処理工程において、複数の前記復調処理工程の中から選択した所定復調処理工程に応じて、その出力信号の処理における利得を設定して処理を行うことにより、複数の前記復調処理工程のいずれによって入力信号が処理された場合にも復調信号レベルを一致させることが可能である。
【００１５】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載のデジタル信号処理装置であって、
前記共通処理手段は、変調前の信号レベルと同一の復調信号レベルとなる利得を有する。
また、請求項７記載の発明は、
請求項６記載のデジタル信号処理方法であって、
前記共通処理工程は、変調前の信号レベルと同一の復調信号レベルとなる利得を有する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載のデジタル信号処理装置であって、
前記共通処理手段は、
前記複数の復調処理手段のうちのいずれかを選択する選択手段（例えば、図１のスイッチ５０）と、
前記選択手段によって選択された復調処理手段の出力信号に対し、ノイズシェーピング処理を施すΔΣ変調手段（例えば、図１のΔΣ変調器６０）と、
前記ΔΣ変調手段の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換フィルタ（例えば、図１のＤ／Ａ変換フィルタ７０）と、
を含み、前記ΔΣ変調手段あるいは前記Ｄ／Ａ変換フィルタのいずれかの利得を変更することによって、前記共通処理手段の利得を調整可能である。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、
請求項６または７記載のデジタル信号処理方法であって、
前記共通処理工程は、
前記複数の復調処理工程のうちのいずれかを選択する選択工程と、
前記選択工程において選択された復調処理工程の出力信号に対し、ノイズシェーピング処理を施すΔΣ変調工程と、
前記ΔΣ変調工程の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換フィルタリング工程と、
を含み、前記ΔΣ変調工程あるいは前記Ｄ／Ａ変換フィルタリング工程のいずれかの利得を変更することによって、前記共通処理工程の利得を調整可能である。
【００１８】
請求項４記載の発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載のデジタル信号処理装置であって、
前記ΔΣ変調手段は、
入力信号を積分する積分手段（例えば、図２の積分器６１）と、
前記積分手段の出力信号を量子化する量子化手段（例えば、図２の量子化器６２）と、
その利得が変更可能であり、前記量子化手段の出力信号を前記積分手段に帰還入力する帰還手段（例えば、図２の帰還部６３）と、
を含み、
前記帰還手段の利得を変更することによって前記共通処理手段の利得を調整可能である。
【００１９】
また、請求項９記載の発明は、
請求項６〜８のいずれかに記載のデジタル信号処理方法であって、
前記ΔΣ変調工程は、
入力信号を積分する積分工程と、
前記積分手段の出力信号を量子化する量子化工程と、
その利得が変更可能であり、前記量子化手段の出力信号を前記積分手段に帰還入力する帰還工程と、
を含み、
前記帰還工程の利得を変更することによって前記共通処理工程の利得を調整可能である。
【００２０】
請求項５記載の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載のデジタル信号処理装置であって、
ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号を復調処理可能である。
また、請求項１０記載の発明は、
請求項６〜８のいずれかに記載のデジタル信号処理方法であって、
ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号を復調処理可能である。
【００２１】
本発明によれば、入力信号に特定の変調方式に基づく所定の復調処理を施した後、入力信号の経た処理系統、即ち、入力信号の変調方式に応じて後続する所定の復調処理を施す際の利得が変化される。したがって、変調方式の異なる入力信号が切り換えて入力され、それぞれの信号に応じた復調処理系統によって処理する場合にも、復調信号のレベル（出力信号レベル）を逐次調整する必要がなくなる。
【００２２】
また、請求項２および７記載の発明によれば、復調信号レベル（出力信号レベル）を変調前の信号レベルと同一とすることができ、復調信号レベルを適切なものとすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係るデジタル信号処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るデジタル信号処理装置１の構成を示す図である。図１において、デジタル信号処理装置１は、ＤＡＴＴ１０と、インターポレーションフィルタ２０と、ＤＡＴＴ３０と、ローパスフィルタ４０と、スイッチ５０と、ΔΣ変調器６０と、Ｄ／Ａ変換フィルタ７０とを含んで構成される。
【００２４】
図１において、ＤＡＴＴ１０，３０、インターポレーションフィルタ２０、ローパスフィルタ４０、スイッチ５０およびＤ／Ａ変換フィルタ７０の構成は、従来のデジタル信号処理装置１００のＤＡＴＴ１０１，１０３、インターポレーションフィルタ１０２、ローパスフィルタ１０４、スイッチ１０５およびＤ／Ａ変換フィルタ１０７とそれぞれ同様であるため説明を省略し、異なる部分であるΔΣ変調器６０について説明する。
【００２５】
図２は、ΔΣ変調器６０の構成の一例を示す図である。
図２において、ΔΣ変調器６０は、入力信号を積分する積分器６１と、積分器６１の出力信号を所定の量子化ビット数で量子化する量子化器６２と、量子化器６２の出力信号を積分器６１に負帰還入力する帰還部６３とを含んで構成される。
【００２６】
図２に示すΔΣ変換機６０において、入力をＸ、出力をＹとおき、積分器６１の利得をＩ、量子化器６２の利得をＱ、帰還部６３の利得をｇとすると、出力Ｙ＝（Ｉ・Ｘ）／（１＋ｇ・Ｉ）＋Ｑ／（１＋ｇ・Ｉ）となる。さらに、１＜＜ｇ・Ｉであるから、出力Ｙ＝Ｘ／ｇ＋Ｑ／（１＋ｇ・Ｉ）となる。したがって、帰還部６３の利得ｇを変化させることによりΔΣ変調器６０の利得を変化させることができる。なお、図示しないが、帰還部６３には、スイッチ５０からインターポレーションフィルタ２０あるいはローパスフィルタ４０のいずれか選択したかを示す信号が入力され、これに応じて帰還部６３の利得は変更が可能である。
【００２７】
このような構成によって、ΔΣ変調器６０は、スイッチ５０から入力された信号にノイズシェーピング処理を施すことにより、可聴帯域外に量子化雑音をシフトさせた信号をＤ／Ａ変換フィルタ７０に出力する。ここで、上述の通り、ΔΣ変調器６０は、スイッチ５０によって選択された信号に応じて利得を変化させる。即ち、インターポレーションフィルタ２０から入力されるデジタル信号の利得が“１”、ローパスフィルタ４０から入力されるデジタル信号の利得が“０．４”となっていることから、ΔΣ変調器６０は、スイッチ５０によってインターポレーションフィルタ２０の出力信号が選択されている場合、その利得を“１”に設定し、ローパスフィルタ４０の出力信号が選択されている場合、その利得を“２．５”に設定する。したがって、ΔΣ変調器６０の出力信号の利得は、変調前の信号と同一の利得（即ち、変調前の信号レベルと同一レベル）に調整されている。
【００２８】
上述のような構成により、デジタル信号処理装置１に入力されたデジタル信号（ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号）は、所定の処理系統（ＤＡＴＴ１０およびインターポレーションフィルタ２０からなる処理系統あるいはＤＡＴＴ３０およびローパスフィルタ４０からなる処理系統）によって処理され、さらに、ΔΣ変調器６０を含む共通の処理系統（スイッチ５０、ΔΣ変調器６０およびＤ／Ａ変換フィルタ７０からなる処理系統）によって処理される。このとき、ΔΣ変調器６０の利得は、スイッチ５０によって選択された信号（即ち、入力信号の種類）に応じて適宜変化される（“１”あるいは“２．５”）。
【００２９】
したがって、デジタル信号処理装置１にＰＣＭ信号およびＤＳＤ信号が入力され、デジタル信号処理装置１がそれぞれの入力信号を切り換えて処理する場合にも、各信号の復調信号の利得（信号レベル）が一致するため、入力信号が切り換わる毎に出力信号レベルを逐次切り換える必要がなくなる。
なお、本実施の形態においては、各処理系統の出力信号に対し、最終的な出力信号の利得が“１”となるようにΔΣ変調器６０の利得を“２．５”に調整することとして説明したが、Ｄ／Ａ変換フィルタ７０の利得を調整することによって、最終的な出力信号の利得を“１”としてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態においては、デジタル信号処理装置１の各機能部分をハードウェアによって実現することとして説明したが、ソフトウェアによって実現することとしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、入力信号に特定の変調方式に基づく所定の復調処理を施した後、入力信号の経た処理系統、即ち、入力信号の変調方式に応じて後続する所定の復調処理を施す際の利得が変化される。したがって、変調方式の異なる入力信号が切り換えて入力され、それぞれの信号に応じた復調処理系統によって処理する場合にも、復調信号レベル（出力信号レベル）を逐次調整する必要がなくなる。
【００３２】
また、請求項２および７記載の発明によれば、復調信号レベル（出力信号レベル）を変調前の信号レベルと同一とすることができ、復調信号レベルを適切なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るデジタル信号処理装置１の構成を示す図である。
【図２】ΔΣ変調器６０の構成の一例を示す図である。
【図３】従来のデジタル信号処理装置１００の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１００ デジタル信号処理装置
１０，３０，１０１，１０３ ＤＡＴＴ
２０，１０２ インターポレーションフィルタ
４０，１０４ ローパスフィルタ
５０，１０５ スイッチ
６０，１０６ ΔΣ変調器
７０，１０７ Ｄ／Ａ変換フィルタ

Claims (6)

1. 変調方式が異なる複数の入力信号に対し特定の変調方式に基づく所定の復調処理を行うための復調処理手段を複数有し、前記各入力信号の変調方式に応じて所定の復調処理手段によって処理された出力信号に対して後続する所定の復調処理を施し復調信号を出力する共通処理手段を備えるデジタル信号処理装置であって、
   前記共通処理手段は、前記複数の復調処理手段のうちのいずれかを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された復調処理手段の出力信号に対しノイズシェーピング処理を施すΔΣ変調手段と、前記ΔΣ変調手段の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換フィルタと、を含み、
   前記共通処理手段は、複数の前記復調処理手段の中から選択した所定復調処理手段に応じて、前記ΔΣ変調手段あるいは前記Ｄ／Ａ変換フィルタのいずれかの利得を変更することによって、前記共通処理手段の利得を夫々設定して処理を行うことにより、複数の前記復調処理手段のいずれによって前記各入力信号が処理された場合にも夫々の前記復調信号のレベルを一致させることを特徴とするデジタル信号処理装置。
2. 前記ΔΣ変調手段は、
   前記選択手段によって選択された復調処理手段の出力信号を積分する積分手段と、
   前記積分手段の出力信号を量子化すると共に前記Ｄ／Ａ変換フィルタに量子化した出力信号を出力する量子化手段と、
   その利得が変更可能であり前記量子化手段の出力信号を前記積分手段に帰還入力する帰還手段と、
   を含み、
   前記帰還手段の利得を変更することによって、前記共通処理手段の利得を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のデジタル信号処理装置。
3. ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号を復調処理可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のデジタル信号処理装置。
4. 変調方式が異なる複数の入力信号に対し特定の変調方式に基づく所定の復調処理を行うための復調処理工程を複数実行可能であり、前記各入力信号の変調方式に応じて所定の復調処理工程を経て処理された出力信号に対して後続する所定の復調処理を施し復調信号を出力する共通処理工程を含むデジタル信号処理方法であって、
   前記共通処理工程は、前記複数の復調処理工程のうちのいずれかを選択する選択工程と、前記選択工程において選択された復調処理工程の出力信号に対しノイズシェーピング処理を施すΔΣ変調工程と、前記ΔΣ変調工程の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換フィルタリング工程と、を含み、
   前記共通処理工程において、複数の前記復調処理工程の中から選択した所定復調処理工程に応じて、前記ΔΣ変調工程あるいは前記Ｄ／Ａ変換フィルタリング工程のいずれかの利得を変更することによって前記共通処理工程の利得を夫々設定して処理を行うことにより、複数の前記復調処理工程のいずれによって前記各入力信号が処理された場合にも夫々の前記復調信号のレベルを一致させることを特徴とするデジタル信号処理方法。
5. 前記ΔΣ変調工程は、
   前記選択工程において選択された復調処理工程の出力信号を積分する積分工程と、
   前記積分工程の出力信号を量子化すると共に前記Ｄ／Ａ変換フィルタリング工程に量子化した出力信号を渡す量子化工程と、
   その利得が変更可能であり前記量子化工程の出力信号を前記積分工程に帰還する帰還工程と、
   を含み、
   前記帰還工程の利得を変更することによって、前記共通処理工程の利得を調整可能であることを特徴とする請求項４に記載のデジタル信号処理方法。
6. ＰＣＭ信号あるいはＤＳＤ信号を復調処理可能であることを特徴とする請求項４または５に記載のデジタル信号処理方法。

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