JPH02161826A - Ｄ／ａ変換方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、Ｄ／Ａ変換方式に関し１．＜＊シ＜は、デ
ジタル記憶媒体から得られるデジタル信シｙからアナロ
グのオーデイ第４５号を再生する、ＣＤ（コンパクトデ
ィスク）再生装置、ＤＡＴ（デジタルｅオーディオＣテ
ープレコーダ）等のデジタルオーディオシステムにおい
て、振幅の小さい小信号再生時におけるＤ／Ａ変換歪み
を低減するこ七ができるようなり／Ａ変換方式の改良に
関する。

［従来の技術］ デジタル記憶媒体からアナログオーディオ信号を再生す
るデジタルオーディオシステムでは、デジタル信号を再
生するためにＤ　／　Ａ変換回路が使用され、その代表
的なシステムと言えるｅ　ｌ−）　ＩＩｆ、生装置やＤ
ＡＴでは、通常、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数
でサンプリングしてデジタルデータをアナログ信号に変
換し、アナログ４３号の再生を行っている。

この場合のＤ／Ａ変換は、−・般に、振幅の小さな小仁
号変換の場合も振幅の大きな大信号変換の場合も変わり
なく、読出したデジタル値に対応したＤ／Ａ変換をして
いて、デジタル値とアナログ値とは、通常、１対１の直
線的な関係におかれている。

［解決しようとする課題］ しかしながら、前記の１対１の直線的な関係もマクロ的
な意味のものであって、ミクロ的なり／Ａ変換特性をみ
れば、ハードウェアの制約より非線形な段差を持つ。

この段差のある特性は、大信号変換に対応するデジタル
値をアナログ値に変換する場合には、さほど問題とはな
らないが、小信号変換に対して変換を行う場合には、段
差のある特性に対応した信号歪みが発生し、小信号変換
時の歪み率を増大させることになる。

第４図は、このような場合のアナログ信号の振幅に対す
るＤ／Ａ変換の歪み率の関係を示す一例であって、実線
で示すように、−８０ｄＢ程度の微小信号の変換を行っ
たときのアナログ信号では、歪み率が数％以上にもなる
。しかも、通常、一般家庭等で音楽等を聴くときには、
さほど大きな音量で音楽を楽しむことは少ないため、歪
み率の比較的大きなところで聴くことになる。

このようなことを避け、微弱信号時にリニアリティを確
保しようとすると、前記段差特性を改ふしなはればなら
ず、そのためにトリミング作業の追加が必要となったり
、回路規模が大きくなる問題が生じる。

そこで、この発明の目的は、このような従来技術の問題
点を解決するものであって、微小信号のＤ／Ａ変換の際
の歪みを低減することができるＤ／Ａ変換方式を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段コ このような目的を達成するためのこの発明のＤ／Ａ変換
方式の構成は、オーディオ信号変換前のｍビット（ただ
し、ｍは正の整数）のデジタルデータを信号振幅が大き
くなるデジタル値の方向に所定の関数関係でデータ圧縮
してｎビット（ただし、ｎは正の整数、ｎ＜ｍ）のデー
タを生成するデジタルデータ圧縮回路と、このデジタル
データ圧縮回路から得られるｎビットのデータを受ける
ｎビットのデジタルフィルタと、このデジタルフィルタ
から得られるビットデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換
回路と、このＤ／Ａ変換回路のアナログ出力を所定の関
数の逆関数で増幅する増幅回路とを備えていて、デジタ
ルフィルタがｍビットのデジタルデータがサンプリング
された周波数のに倍（ｋは２以上の整数）に設定されて
いるものである。

［作用コ このように、オーディオ信号変換前のデジタル値を大信
号レベルの方向にデジタル段階で一律にデータ圧縮し、
圧縮した後のデータに対してＤ／Ａ変換するようにして
、Ｄ／Ａ変換する際の小信号の歪みを大信号レベル方向
の低い歪み率に移行させることで、小信号に対するＤ／
Ａ変換についての歪みを低減することができる。また、
ｎビットデジタルフィルタにより元のｍビットのサンプ
リングより高い周波数でオーバサンプリングしてフィル
タ処理することで、十分なノイズ除去ができ、さらに、
Ｄ／Ａ変換した信号を元のオーディオ信号のレベルに戻
すために、Ｄ／Ａ変換した信号を増幅する際に増幅回路
側でデータ圧縮した際の関数と逆の関数で小信号の方向
に拡大するように増幅しているので、元のオーディオ信
号を低い歪み率でほとんど歪みなく復元することができ
る。

その結果、再生される小信号のオーディオ信号は、Ｄ／
Ａ変換の際に歪みが減少する方向に抑制されて小信号に
おける歪みが改みされる。しかも、このようにすれば、
トリミング作業が不要であり、かつ回路規模も小さくて
済むため、オーディオ用のＤ／Ａ変換方式としての利点
が大きい。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例について図面を用いて詳細に
説明する。

第１図は、この発明のＤ／Ａ変換方式を適用した一実施
例のＤ／Ａ変換の原理の説明図であり、第２図は、その
デジタルデータ圧縮回路の具体例のブロック図、第３図
は、そのアナログ拡張増幅回路の具体例の説明図、第４
図は、歪みの関係を示す説明図である。

第１図において、１は、Ｉｎビ、１−のデータを１１ビ
ツトのデータに対数圧縮するデジタルデータ圧縮回路（
デジタルコンパンダ）であり、Ａ／Ｄ変換されたオーデ
ィオ信号を記憶した、Ｃ１）、ＤＡＴの磁気テープ等の
記憶媒体から読出されたｍビット、例えば、１６ビツト
のシリアルなオーディオ信号デジタルデータを【ｌビッ
ト（ｎ　＜ｍ）　、例えば、８ビツトに圧縮してパラレ
ルに出力する。

このデジタルコンパンダ１は、振幅の人さな大信号の方
向に一律に対数圧縮するものであって、例えば、中間的
な信号レベルにある一２０ｄＢの信号は一１０ｄＢにま
で対数圧縮され、小さい信号レベルとしての一９６ｄＢ
の信号は一５８ｄＢにまで所定の対数において対数圧縮
される。

ここで圧縮された１］ビツトのデジタルデータは、次に
、ｎビットデジタルフィルタ２に供給され、元のｍビッ
トのデータがサンプリングされた周波数より高い周波数
、例えば、３５２．８ｋＨｚ　　（＝４４゜１ｋＨｚＸ
８）でオーバーサンプリングされて、フィルタ処理され
る。このことで、ノイズ除去がなされたｎビットのデジ
タルデータを得ることができる。なお、このデジタルフ
ィルタ２の出力は、入力側のビット数と対応させる必要
はなく、必ず１７もｎビットの出力を得な（でもよい。

このフィルタ処理されたデジタルデータは、次に、ｎビ
ットＤ／Ａ変換回路（ＤＡＣ）３に供給され、例えば、
４４．１ｋＨｚでサンプリングされてアナログ値として
出力される。Ｄ／Ａ変換されたこのオーディオアナログ
信号は、次に、対数拡張増幅回路（アナログエキスパン
ダー）４に供給され、アナログ信号段階で前記デジタル
値の対数圧縮に対する逆の対数拡張を行い、元のオーデ
ィオアナログ信号を復元して出力する。

このようにすることにより、Ｄ／Ａ変換回路３は、少な
いビットの変換回路で済み、その歪みは、第４図の点線
に示されるように、大信号変換に対しては、歪みが圧縮
処理しない前より多少大きくなるが、小イ４）号変換に
対しては歪みが改善され、トータル的な歪みは、４３号
の振幅レベルにあまり関係なく、数％以下でほぼ一定値
の方向に抑えることができる。

第２図は、デジタルコンパンダ１の対数圧縮処理を説明
するものであって、ＩＴ１ビットのオーディオ信号デジ
タルデータをｍビットシフトレジスタ１１に入力して、
ここでシリアル／パラレル変換して！ｎビットデータを
アドレスとしてＲＯＭ１２をアクセスする。そして、ア
クセスしたＲＯＭ　１２のアドレスからｍビットのデー
タを対数圧縮化する係数データ、柔ビットを読出し、こ
れを掛は算回路１３に入力する。なお、ＲＯＭ１２には
、前記の圧縮する対数に対応する掛は算の係数値が各ア
ドレスに記憶されていて、ｍビットのデータの値に対応
する係数をここで取出すことができる。

ＲＯＭ１２から読出されたｌビットの係数値は、掛は算
回路１３に送出され、シフトレジスタ１１のパラレル出
力と掛は算回路１３により掛は算されてそのうちの１−
位■１ピットのデータがｎビットレジスタ１４に取出さ
れる。このことでｍビットのデータがｎビットに対数圧
縮される。そして、この掛は算回路１３の１−位ｎビッ
トの出力は、ｎビットレジスタ１４から【１ビットＤ／
Ａ変換回路３によりアナログ信号に変換される。なお、
１５は、データ圧縮のタイミング信号を発生するコント
ローラである。

ここで、ｎビットＤ／Ａ変換回路３としては、リニアリ
ティ特性にすぐれた。Ｒ（抵抗）−ストリンゲス方式や
Ｒラダ一方式、Ｒ−ストリンゲス方式＋ＰＷＭ　（パル
スワイドモジュレーシジン）方式などを用いることがで
きる。

対数拡張増幅回路４は、デジタル段階で対数圧縮した関
係と関数関係において逆の関数になるように、ｎピッ）
Ｄ／Ａ変換回路３により出力されたアナログ信号を振幅
の小さな小信号方向に一律に対数拡張する。そこで、先
の中間的な信号レベルにある一１０ｄＢの信号は一２０
ｄＢにまで対数拡張され、小さい信号レベルとしての一
５８ｄＢの信号は一９６ｄＢにまで対数拡張されて正規
のアナログ信づとして再生される。

第３図は、この対数拡張増幅回路４の−・例を示すもの
であって、１６は、電圧制御可変抵抗回路であり、１７
は、人力信号に応じた電圧を発生する整流回路、１８は
、オペアンプ、そして１９は、オペアンプ１８の増幅率
を決定する帰還抵抗としての固定インピーダンス回路で
ある。

ここで、オペアンプ１８は、前記の電圧制御可変抵抗回
路１６と固定インピーダンス回路１９との比率でその増
幅率が制御され、その増幅率は、整流回路１７で発生す
る電圧で決定される。すなわち、整流回路１７の出力電
圧が大きければ、電圧制御可変抵抗回路１６の抵抗値が
大きくなり、オペアンプ１８の増幅率を下げ、逆にその
出力電圧が小さければ、増幅率を上げて、整流回路１７
が対数圧縮された入力信号に応じて逆の対数拡張になる
ように制御電圧が発生する。

以上説明してきたが、実施例では、デジタル段階で対数
圧縮し、それに対応してアナログ段階で対数拡張してい
るが、これは、対数関係によることなく、他の種々の関
数関係で行われればよい。

［発明の効果］ 以上の説明から理解できるように、この発明にあっでは
、オーディオ信号変換前のデジタル値を大信号レベルの
方向にデジタル段階で一律にデータ圧縮し、圧縮した後
のデータに対してＤ／Ａ変換するようにして、Ｄ／Ａ変
換する際の小信号のｆみを大信号レベル方向の低い歪み
率に移行させることで、小信号に対するＤ／Ａ変換につ
いての歪みを低減することができる。また、ｎビットデ
ジタルフィルタにより元のｍピントのサンプ１Ｊングよ
り高い周波数でオーバサンプリングしてフィルタ処理す
ることで、十分なノイズ除去ができ、さらに、Ｄ／Ａ変
換した信号を元のオーディオ信号のレベルに戻すために
、Ｄ／Ａ変換した信号を増幅する際に増幅回路側でデー
タ圧縮した際の関数と逆の関数で小信号の方向に拡大す
るように増幅しているので、元のオーディオ信号を低い
歪み率でほとんど歪みなく復元することができる。

その結果、再生される小信号のオーディオ信号は、Ｄ／
Ａ変換の際に歪みが減少する方向に抑制されて小信号に
おける歪みが改善される。しかも、このようにすれば、
トリミング作業が不要であり、かつ回路規模も小さくて
済むため、オーディオ用のＤ／Ａ変換方式としての利点
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のＤ／Ａ変換方式を適用した一実施
例のＤ／Ａ変換の原理の説明図、第２図は、そのデジタ
ルデータ圧縮回路の具体例のブロック図、第３図は、そ
のアナログ拡張増幅回路の具体例の説明図、第４図は、
歪みの関係を示す説明図である。 １・・・デジタルコンパンダ、２・・・ｎビットデジタ
ルフィルタ、３・・・ｎビットＤ／Ａ変換回路、４・・
・対数拡張増幅回路、１１・・・ｍビットシフトレジス
タ、１２・・・ＲＯＭ１１３・・・掛は算回路、１４・
・・ｎビットレジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）オーディオ信号変換前のｍビット（ただし、ｍは
   正の整数）のデジタルデータを信号振幅が大きくなるデ
   ジタル値の方向に所定の関数関係でデータ圧縮してｎビ
   ット（ただし、ｎは正の整数、ｎ＜ｍ）のデータを生成
   するデジタルデータ圧縮回路と、このデジタルデータ圧
   縮回路から得られるｎビットのデータを受けるｎビット
   のデジタルフィルタと、このデジタルフィルタから得ら
   れるビットデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換回路と、
   このＤ／Ａ変換回路のアナログ出力を前記所定の関数の
   逆関数で増幅する増幅回路とを備え、前記デジタルフィ
   ルタは、前記ｍビットのデジタルデータがサンプリング
   された周波数のｋ倍（ｋは２以上の整数）に設定されて
   いることを特徴とするＤ／Ａ変換方式。