JPH0472909A - オーディオ信号の量子化誤差低減装置 - Google Patents

オーディオ信号の量子化誤差低減装置

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JPH0472909A
JPH0472909A JP2185555A JP18555590A JPH0472909A JP H0472909 A JPH0472909 A JP H0472909A JP 2185555 A JP2185555 A JP 2185555A JP 18555590 A JP18555590 A JP 18555590A JP H0472909 A JPH0472909 A JP H0472909A
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noise
filter
quantization error
curve
audio signal
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Kenzo Akagiri
健三 赤桐
Makoto Akune
誠 阿久根
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Sony Corp
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • H04B1/66—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission
    • H04B1/665—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission using psychoacoustic properties of the ear, e.g. masking effect

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誤差低減装置に関
するものである。
〔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、ノイズフィルタの係数を、等
ラウドネス曲線に関連した情報に基づいて設定するよう
にしたことにより、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、これらディジク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。このようにノイズ成分
を低減したディジタルオーディオ信号から得られる再生
音はノイズの少ないものとなる。
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
化器によって発生ずる量子化誤差（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
くようなものがある。
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
。
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、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係数を、人間の聴覚特性
に応じた等ラウドネス曲線に関連した情報に基づいて設
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、量子化誤差をこの等ラウドネス曲
線に関連した情報に基づいてフィルタ係数の設定された
ノイズフィルタを介して量子化器の入力側に帰還するよ
うにしているため、耳に聞こえ易い周波数帯域の量子化
誤差を減らずことができるようになる。
〔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のフィルタ係数を、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に関連した情報に基づいて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１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、当該ディジクルオーデ
ィオ信号が量子化器１１で再量子化されて出力端子２か
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てこの量子
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１
０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
性の応じた第２図の等ラウドネス曲線ＲＣのデータを発
生させる等ラウドネス曲線発生回路１５と、該等ラウド
ネス曲線発生回路１５の出力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
１０ｋＨｚ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。
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（許容可能な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
。したがって、当該フィルタ係数算出回路１４では、こ
の等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情報に基づいてフィ
ルタ係数が算出され、このフィルタ係数が更に上記ノイ
ズフィルタ１３に送られる。このように、等ラウドネス
曲線ＲＣに関連した情報に基づいたフィルタ特性のノイ
ズフィルタ１３を用いた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。
また、本実施例において、上記ノイズフィルタ１３のフ
ィルタ特性を決定するに際しては、いわゆるマスキング
効果を考慮するようにしている。
ここで、このマスキング効果とは、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
、時間軸上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。このマスキ
ング効果により、マスキングされる部分にノイズがあっ
たとしても、このノイズは聞こえなくなる。このため、
このマスキング効果を考慮した量子化誤差低減処理を行
うと、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。このようなマスキング効果を考慮したフ
ィルタ特性を決定するため、本実施例のフィルタ係数算
出回路１４には、例えば、上記周波数軸方向のマスキン
グ効果を考慮したフィルタ係数を予め設定しておくよう
にする。例えば、中、低域の成分の多い通常のオーディ
オ音声に対処するため、この中、低域のマスキング効果
を考慮した固定のフィルタ係数を設定しておくようにす
る。或いは、入力オーディオ信号のスペクトルに応じた
マスキング効果に対応できるようにするため、該スペク
トルに対応した適応的なフィルタ係数を発生させるよう
にすることも可能である。
このようなことから、上記フィルタ係数算出回路１４か
らのフィルタ係数は、上記等ラウドネス曲線ＲＣと上記
マスキング効果を考慮して得られたものとなる。したが
って、上記ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、上記
マスキング効果を考慮した固定或いは適応的なフィルタ
係数と、更に」１記等ラウドネス曲線ＲＣに関連したフ
ィルタ係数とに基づいて設定されることになる。
すなわち、この時の当該ノイズフィルタ１３は、第３図
に示すような上記マスキング効果と等ラウドネス曲線と
から得られる曲線ＭＲで示すようなフィルタ特性のフィ
ルタとなる。このように、上記ノイズフィルタ１３を上
記第３図の曲線ＭＲで示すフィルタ特性とすることで、
当該ノイズフィルタ１３に供給される量子化誤差スペク
トルは、この曲線ＭＲに応じて変化させられるようにな
る。
このノイズフィルタ１３の出力が、入力オーディオ信号
に加算されることで、−に記量子化器１１での量子化誤
差が低減（ノイズシェービング）されるようになる。こ
こで、この第３図の曲線ＭＲにおいては、第２図の等ラ
ウドネス曲線ＲＣを考慮すると４ｋｌ（ｚ以下のレスポ
ンスを上げることも考えられる（すなわち許容できるノ
イズを増やすようにすることもできる）が、本実施例で
はこの４ｋＨｚ以下のフィルタ特性をフラットなものと
した。
すなわち、上記等ラウドネス曲線ＲＣの４ｋＨｚ以下は
、帯域幅が広くないにもかかわらず変化が急峻であるた
め、この４ｋＨｚ以下の等ラウドネス曲線ＲＣに合わせ
たノイズフィルタ１３を作成するとフィルタの次元が高
くなってしまうためである。
このようにフィルタの次元を高めると構成が複雑化して
大規模化するようになる。ところが、この時、該フィル
タの規模に見合った効果が得られないため本実施例では
、上述のように４ｋＨｚ以下のフィルタ特性をフラット
なものとしている。また、本実施例のノイズフィルタ１
３では、通常のオーディオ音声において使用頻度の高い
中、低域では、当該オーディオ音声の中、低域での上記
マスキング効果が効くので、第３図のフィルタ特性の曲
線ＭＲを第２図の等ラウドネス曲線ＲＣ程下げないよう
にしている（曲線ＭＲを等ラウドネス曲線ＲＣよりも緩
やかな曲線としている）。すなわち、このようにするた
めに、上述したように、マスキング効果を考慮したフィ
ルタ係数を設定するようにしているのである。なお、第
４図に、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を第３図の
ように設定して、実際のオーディオ音声を用いて量子化
雑音低減処理を行った後の量子化ノイズの周波数特性を
示す。
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ヒツト対
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ビツトでデ
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、その分直線性を上げる方向にＤ
／Ａ変換器５４を作成し易くなる。
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の係数を、第２図の等ラウド
ネス曲線ＲＣに関連した情報と、マスキング効果を考慮
した固定或いは適応的なフィルタ係数とに基づいて設定
するようにしたことにより、第３図の曲線ＭＲに示すよ
うなフィルタ特性のノイズフィルタ１３が得られ、この
ノイズフィルタ１３を介して量子化誤差を上記量子化器
１１の入力側に帰還するようにしたことで、聴感上のノ
イズを低減することが可能となった。
〔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、ノイズフィルタの係数を、人間の聴覚特性に応じた
等ラウドネス曲線に関連した情報に基づいて設定するよ
うにしたことにより、耳に聞こえ易い周波数帯域の量子
化誤差を減らすことができ、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。
【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図はフィルタ特性を示す特性図
、第４図は実施例装置に実際のオーディオ信号を通過さ
せた時のノイズ周波数特性を示す特性図、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係数を、聴覚特性に応じ
    た等ラウドネス曲線に関連した情報に基づいて設定する
    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。
JP2185555A 1990-07-13 1990-07-13 オーディオ信号の量子化誤差低減装置 Pending JPH0472909A (ja)

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