JPH0472906A - オーディオ信号の量子化誤差低減装置 - 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〕 本発明は、オーディオ信号の量子化で発生する量子化誤
差を低減するオーディオ信号の量子化器〔発明の概要〕 本発明は、量子化誤差をノイズフィルタを介して量子化
器の入力端に帰還するようにしたオーディオ信号の量子
化誤差低減装置において、ノイズフィルタの特性を、等
ラウドネス曲線に応じた量子化誤差低減処理及び低域成
分の量子化誤差を減少させるような処理が行われる特性
に設定するようにしたことにより、簡単な構成で聴感上
のノイズを低減することができるオーディオ信号の量子
化誤差低減装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

現在、ディジタルのオーディオ信号を扱うディジタルオ
ーディオ機器には、例えばいわゆるコンパクトディスク
（ＣＤ）の再生機、或いはいわゆるディジタル・オーデ
ィオ・テープレコーダ（ＤＡＴ）等が存在する。これら
のディジタルオーディオ機器では各種統一規格が規定さ
れており、例えば、これら機器で扱われるディジタルオ
ーディオ信号のビット長は、上記統一規格から１６ビツ
ト長に規定されている。また、これらのディジタルオー
ディオ機器におけるディジタルオーディオ信号としては
、アナログオーディオ信号（音声波形信号）を例えばい
わゆるＰＣＭ（線形パルス符号化）のような単純な線形
量子化を用いて符号化して得られたディジタルオーディ
オ信号を用いている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年、上述のようなディジタルオーディオ機
器においては、上記統一規格から現実に得られる再生音
よりも、聴感上より品質の高い再生音が得られるように
なることが望まれている。

このような聴感上より良い再生音が得られるようにする
ためには、例えば、これらディジタルオーディオ機器で
扱われるディジタルオーディオ信号を、該ディジタルオ
ーディオ信号自身に含まれるノイズ成分が低減された信
号としておくことが考えられる。

このディジタルオーディオ信号のノイズ成分低減処理と
しては、例えば、オーディオ信号の量子化の際に、量子
化器によって発生する量子化誤差（量子化ノイズ或いは
量子化歪み）を、ノイズフィルタを介して当該量子化器
の入力側に帰還（フィードバック）するようないわゆる
エラーフィードバックによって量子化誤差を低減してお
くようなノイズシェービング処理が知られている。

ここで、上述したＰＣＭ符号化のような線形量子化での
量子化歪みは、オーディオ信号の全周波数帯域にフラッ
トな周波数特性を有するものとなっている。しかし、人
間の耳は、音の周波数によって聞こえる感度に差がある
ため、上記エラーフィードバックによる量子化誤差低減
処理が、人間の聴感上必ずしも有効であるとは言い難い
。

また、人間の聴感上有効な量子化誤差低減処理を行うよ
うにするには、非常に複雑な構成の量子化誤差低減装置
が必要（特に高次のノイズフィルタが必要）となる。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たものであり、簡単な構成で聴感上効果的に量子化誤差
（量子化ノイズ）を低減することができるオーディオ信
号の量子化誤差低減装置を提供することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のオーディオ信号の量子化誤差低減装置は、上述
の目的を達成するために提案されたものであり、量子化
器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記
量子化器の入力側に帰還するようにしたものであって、
上記ノイズフィルタのフィルタ特性を、等ラウドネス曲
線に応じた量子化誤差低減処理が行われると共に、低域
成分の量子化誤差を減少させるような量子化誤差低減処
理が行われる特性に設定するようにしたものである。

〔作用］ 本発明によれば、等ラウドネス曲線は、人間の聴覚特性
に応じたものであり、この等ラウドネス曲線に応じた量
子化誤差低減処理を行うことで耳に聞こえ易い周波数帯
域のノイズを減らすことができるようになり、また、フ
ィルタ特性を低域成分の量子化誤差を減少させるような
ものとすることで、ノイズフィルタの構成が簡単になる
。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図に、本実施例のオーディオ信号の量子化誤差低減
装置の概略構成のブロック図を示す。

この第１図の本実施例装置は、量子化器１１で発生した
量子化誤差をノイズフィルタ１３を介して上記量子化器
１１の入力側に帰還するようにしたものであって、上記
ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を、人間の聴覚特性
に応じた第２図に示すようないわゆる等ラウドネス曲線
ＲＣに応じた量子化誤差低減処理が行われると共に、低
域成分の量子化誤差を減少させるような量子化誤差低減
処理が行われる、第４図の曲線ＭＲに示すような低域フ
ラットのフィルタ特性に設定するようにしたものである
。ここで、この第１図の入力端子ｌには、任意のサンプ
リング周波数でサンプリングされて得られたディジタル
オーディオ信号が供給されており、当該ディジタルオー
ディオ信号が量子化器１１で再量子化されて出力端子２
がら出力されるようになっている。

すなわち、本実施例装置は、上記量子化器１１の出力か
ら当該量子化器１１への入力を減算することでこの量子
化器１１での量子化の際に発生する量子化誤差を得る加
算器１２と、該加算器１２の出力をフィルタリング処理
して出力する後述するフィルタ係数でフィルタ特性が設
定されるノイズフィルタ１３と、該ノイズフィルタ１３
の出力を上記量子化器１１の入力側に加算する加算器Ｉ
Ｏとでいわゆるエラーフィードバック回路を構成してい
る。このエラーフィードバック回路によって、量子化誤
差低減処理（いわゆるノイズシェービング処理）が行わ
れるようになる。更に、本実施例装置は、人間の聴覚特
性に応じた第２図の等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情
報を発生させる等ラウドネス曲線発生回路１５と、後述
する低域成分のノイズを減少させるようなノイズシェー
ビング処理を行わせるための低域補正用制御信号発生回
路１６と、該低域補正用制御信号発生回路１６の出力と
上記等ラウドネス曲線発生回路１５の出力とに基づいて
上記ノイズフィルタ１３のフィルタ係数を算出するフィ
ルタ係数算出回路１４とを有してなるものである。

ここで、上記等ラウドネス曲線ＲＣとは、人間の聴覚特
性に応じた曲線であって、例えば１ｋＨｚの純音と同じ
大きさに聞こえる各周波数での音の音圧を曲線で結んだ
もので、ラウドネスの等感度曲線とも呼ばれているもの
である。この等ラウドネス曲線ＲＣにおいては、第２図
に示すように、４ｋＨｚ付近は人間の聴力の鋭敏なとこ
ろで、音圧が１ｋＨｚより例えば８ｄＢ〜１０ｄＢ低く
ても１ｋＨｚと略同じ大きさに聞こえ、逆に、例えば１
ＯｋＨｚでは４ｋＨｚ付近よりも２０ｄＢ程度も聞こえ
にくいことを示している。したがって、この等ラウドネ
ス曲線ＲＣに関連した情報に基づいて上記エラーフィー
ドバック回路によってオーディオ信号のノイズシェービ
ングを行うことで、聴感上のダイナミックレンジを上げ
ることができるようになる。すなわち、この等ラウドネ
ス曲線ＲＣを考慮して得られる許容可能なノイズスペク
トル（許容可能なノイズレベル）を用いたノイズシェー
ビングを行うことで、より聴感上効果的なノイズシェー
ビングが行え、再生音の聴感上のダイナミックレンジを
上げることが可能となる。この等ラウドネス曲線ＲＣ（
或いはその近似曲線）に関連した情報（許容ノイズスペ
クトルの情報）が上記等ラウドネス曲線発生回路１５か
ら出力されて、上記フィルタ係数算出回路１４に送られ
るようになっている。

このため、当該フィルタ係数算出回路１４では、上記等
ラウドネス曲線ＲＣに基づいて上記ノイズフィルタ１３
のフィルタ係数が算出されることになる。すなわち、上
記フィルタ係数は、」−記等ラウドネス曲線ＲＣのよう
に周波数によってレスポンスが大きく変化するような情
報に基づいて形成されることになる。しかし、上記ノイ
ズフィルタ１３において、このようなフィルタ係数に基
づいたフィルタ特性を実現するためには、フィルタの次
元を高く取らなければならなくなり、実際にこの高次元
のフィルタを構成しようとすると、大規模なものとなっ
てしまう虞れがある。したがって、フィルタを高次元と
しないためには、フィルタ特性を変化の少ないフラット
なものとすることが必要となる。

このようなことから、本実施例装置では、後述する聴覚
特性のいわゆるマスキング効果、及び、−殻内なオーデ
ィオ信号の性質を考慮することで、フィルタ構成を高次
元としなくても聴感上効果的なノイズシェービングが行
え、再生音の聴感上のダイナミックレンジを上げること
ができるようにしている。

ここで、上記マスキングとは、人間の聴覚上の特性によ
り、ある信号によって他の信号がマスクされて聞こえな
くなる現象を言うもので、このマスキング効果には、時
間軸−トの信号に対するマスキング効果と周波数軸上の
信号に対するマスキング効果（或いは、同時刻マスキン
グ、テンポラルマスキング）とがある。したがって、例
えは第３図に示すように、あるレベルのオーディオ信号
Ｓがあった場合、このオーディオ信号Ｓに基づいたマス
キング曲線ＭＣによって、このマスキング曲線ＭＣ以下
のノイズが聞こえなくなる。すなわち、このマスキング
曲線ＭＣ以下のレベルは、許容可能なノイズレベルとな
る。なお、この第３図には、参考のため上記等ラウドネ
ス曲線ＲＣも同時に示している。

更に、一般のオーディオ信号Ｓは、高域に比べて中、低
域の信号成分が多くなっているが、上記マスキング効果
は、通常、高域に比べて低域では低くなっている。すな
わち、通常のオーディオ信号Ｓのノイズシェービングを
行う場合、高域よりも低域のノイズを低減するようにす
ることが効果的となる。

上述のようなことから、本実施例の装置では、ノイズフ
ィルタ１３のフィルタ特性を、一般のオーディオ信号Ｓ
の性質とマスキング効果を考慮して低域のノイズを減少
させることができるような特性とすると共に、上記等ラ
ウドネス曲線ＲＣとマスキング曲線ＭＣとを考慮して、
高域の許容ノイズレベルが高くなるような特性としてい
る。すなわち、本実施例の装置においては、上記ノイズ
フィルタ１３のフィルタ特性を、上記等うウドネス曲線
ＲＣ，マスキング曲線ＭＣ及び一般のオーディオ信号Ｓ
の性質を考慮することで、第４図に示すような、低域部
分がフラットでかつ低く、高域部分の上がった曲線ＭＲ
のようなフィルタ特性とするようにしている。このよう
に、低域部分をフラットにすることで、曲線ＭＲ全全体
して変化の少ないものとなり、したがって、この曲線Ｍ
Ｒのフィルタ特性は、低次元のフィルタで実現すること
ができるようになる。また、この曲線ＭＲの特性のノイ
ズフィルタ１３を用いれば、上述したように、上記等ラ
ウドネス曲線ＲＣ及びマスキング曲線ＭＣを考慮してい
るため、聴感上効果的なノイズシェービングが行え、再
生音の聴感上のダイナミックレンジを上げることが可能
となる。

本実施例においては、この等ラウドネス曲線ＲＣとマス
キング曲線ＭＣを考慮すると共に低域のノイズを減少さ
せる上記曲線ＭＲのような低域フラン１−のフィルタ特
性を実現するため、」二記フィルタ係数算出回路］４に
、」−記等ラウドネス曲線発生回路１５の出力（等ラウ
ドネス曲線ＲＣのデータ）と共に、低域補正用制御信号
発生回路１６からの出力（低域補正用制御信号）も送る
ようにしている。

すなわち、低域補正用制御信号発生回路１６で発生され
る上記低域補正用制御信号は、上記マスキング効果を考
慮して形成されるものであって、上記フィルタ係数算出
回路１４において上記等ラウドネス曲線ＲＣと共に演算
されることによって、上記ノイズフィルタ１３のフィル
タ特性が上記第４図の曲線ＭＲのとなるようなフィルタ
係数が得られるようになる信号である。

第５図に、本実施例装置を例えばいわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）におけるエンコーダ、デコーダのシステ
ムに使用したシステム構成の具体例を示す。この第５図
において、入力端子３１にはアナログオーディオ信号が
供給される。このアナログオーディオ信号はＡ／Ｄ変換
器３２で２０ビットディジタル信号に変換された後、本
実施例の量子化誤差低減装置が内蔵された２０ビツト対
応エンコーダ３３に送られる。このエンコーダ３３で量
子化誤差低減処理がなされると共に１６ビツトのデータ
にエンコードされたデータは、上記ＣＤに記録される。

このＣＤに記録されたデータは、既存のＣＤ再生機の再
生回路３４及びＤ／Ａ変換器３５でオーディオ信号に変
換されて出力端子３６から出力されて再生される。すな
わち、上記ＣＤに記録されたデータは、本実施例の装置
によって量子化誤差が低減されたものであるため、この
ＣＤを再生して得られる音は、聴感上のダイナミックレ
ンジが高いものとなる。

また、第６図に上記ＣＤと異なり例えば１０ビットでデ
ータを記録するメディアを使用するシステム構成の具体
例を示す。この場合、入力端子４１人力供給されたアナ
ログ信号は、Ａ／Ｄ変換器４２で例えば１６ビツトのデ
ィジタルデータとされた信号が本実施例の量子化誤差低
減装置が内蔵された１０ビツト対応エンコーダ４３に送
られる。

このエンコーダ４３で量子化誤差低減処理がなされると
共に１０ビツトのデータにエンコードされたデータは、
上記メディアに記録される。このメディアに記録された
データは、既存の再生機の再生回路４４及びＤ／Ａ変換
器４５でアナログ信号に変換されて出力端子４６から出
力される。この場合も同様に、得られる再生信号はダイ
ナミックレンジの高いものとなる。

第７図には、オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換の
システムで本実施例装置を使用する具体例を示す。この
場合、入力端子５１人力供給されたアナログ信号は、オ
ーバーサンプリングを行うＡ／Ｄ変換器５２で例えば２
０ビツトのディジタルデータとされ、伝送路を介して本
実施例の量子化誤差低減装置５３に送られる。この量子
化誤差低減袋装置５３で量子化誤差低減処理がなされ、
Ｄ／Ａ変換器５４を介してアナログ信号に変換されて出
力端子５５から出力される。これにより、オーバーサン
プリングが行えると共に、Ｄ／Ａ変換の分解能を落とす
ことができるようになり、その分画線性を上げる方向に
Ｄ／Ａ変換器５４を作成し易（なる。

上述したように、本実施例によれば、量子化誤差をノイ
ズフィルタ１３を介して量子化器１１の入力側に帰還す
るようにしたオーディオ信号の量子化誤差低減装置にお
いて、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を、人間の聴
覚特性に応じた第２図に示すような等ラウドネス曲線Ｒ
Ｃに応じたノイズシェービング処理が行われると共に、
低域成分の量子化誤差を減少させるようなノイズシェー
ビング処理が行われる、第４図の曲線ＭＲに示すような
低域フラットのフィルタ特性に設定するようにしたこと
により、簡単な構成（フィルタ係数算出が容易）で、聴
感上のノイズを低減することが可能となった。したがっ
て、本実施例の量子化誤差低減装置を、例えば規格統一
されたディジタルオーディオ機器（例えばいわゆるコン
パクトディスク、ディジタル・オーディオ・テープレコ
ーダ等）に適用すれば、該統一規格から現実に得られる
ダイナミックレンジよりも、聴感上でより高いダイナミ
ックレンジの再生音を得られるようになる。例えば統一
規格（上記ＣＤ、ＤＡＴの場合１６ビツトスロツトワー
ド長の規格）を維持したままで（再生側には変更を加え
ず、コンパチビリティ−を保ったままで）、このオーデ
ィオ信号の再生音の聴感上のダイナミックレンジを上げ
ることができるようになる。

〔発明の効果〕

本発明のオーディオ信号の量子化誤差低減装置において
は、ノイズフィルタのフィルタ特性を、等ラウドネス曲
線に応じた量子化誤差低減処理及び低域成分の量子化誤
差を減少させるような処理が行われる特性に設定するよ
うにしたことにより、簡単な構成で聴感上のノイズを低
減することができるようになり、したがって、聴感上の
ノイズを低減して聴感上のダイナミックレンジを上げる
ことが可能となった。

このため、本発明のオーディオ信号の量子化誤差低減装
置を、例えば規格統一されたディジタルオーディオ機器
に適用すれば、該統一規格から現実に得られるダイナミ
ックレンジよりも、聴感上でより高いダイナミックレン
ジの再生音を得られるようになる。例えば、統一規格を
維持したままで（再生側には変更を加えず、コンパチビ
リティ−を保ったままで）、このオーディオ信号の再生
音の聴感上のダイナミックレンジを上げることができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のオーディオ信号の量子化誤差低
減装置の概略構成のブロック図、第２図は等ラウドネス
曲線を示す特性図、第３図はオーディオ信号によるマス
キング効果を説明するための特性図、第４図はフィルタ
特性を示す特性図、第５図はコンパクトディスクのエン
コーダ、デコーダシステムに本実施例装置を適用した具
体例を示すブロック図、第６図は本実施例装置を１０ビ
ツトシステムに適用した具体例を示すブロック図、第７
図はオーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換システムに
本実施例装置を適用した具体例を示すブロック図である
。 １０．１２・・・・加算器 １１・・・・・・量子化器 １３・・・・・・ノイズフィルタ １４・・・・・・フィルタ係数算出回路１５・・・・・
・等ラウドネス曲線発生回路１６・・・・・・低域補正
用制御信号発生回路特許出願人　　　　ソニー株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介
   して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーデ
   ィオ信号の量子化誤差低減装置において、 上記ノイズフィルタのフィルタ特性を、等ラウドネス曲
   線に応じた量子化誤差低減処理が行われると共に、低域
   成分の量子化誤差を減少させるような量子化誤差低減処
   理が行われる特性に設定するようにしたことを特徴とす
   るオーディオ信号の量子化誤差低減装置。