JPH05304474A - ディジタルアナログ変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＤなどのディジタルオ−ディオ信号を再生
時、微少レベルの再生で、ＬＳＢ以下のレベルを丸める
ため、本来サイン波状のなめらかな信号も方形波状の歪
んだ波形となる。これを本来のなめらかな信号を得るよ
うにする。 【構成】 微少デ−タ−の変化部を検出しその反転長に
より最適な積分をしてなめらかな下位デ−タを作成しビ
ット拡大により歪をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル・アナログ
（ＤＡ）変換に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク（ＣＤ）再生などの
ディジタル信号は、１６ビットでＡＤ変換されている。
このように必ず有限長のビットのディジタルデ−タで表
現するためオ−ディオ信号をディジタル化する場合、最
少ビットで丸めてディジタル化される。このため微少信
号では、最少ビット（ＬＳＢ）で表現される要素が強ま
り歪が増大している。図１０に１６ｂｉｔシステムで−
９０ｄＢのサイン波をＡＤ・ＤＡ変換した微少信号サイ
ン波の入力波形図（ａ）と出力波形図（ｂ）を示す。こ
のようにＬＳＢ付近での微少信号は本来のサイン波が短
形波に変形してＤＡ変換され再生される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなパルシブな
再生信号は低い周波数でも高次の高調波を含んでいるた
め同じ歪率でもさらに聴感上害が多い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は微少レベル信号
でも歪の少いＤＡ変換再生を行なうものである。すなわ
ち微少レベルにおいて、デ−タ−が数サンプル以上にわ
たって変化せず、変化後のデ−タ変化量がＬＳＢ等の微
少レベルでさらに数サンプル変化しない、いわゆる方形
波状の出力の場合そのデ−タパタ−ンを検出しこれらを
なめらかにするディジタルロ−パスフィルタ−をもうけ
本来のＬＳＢ以下のデ−タ−まで出力しアナログ変換し
ようとするものである。ここでオ−ディオ信号は本来、
微少レベルにおいては方形波を含まずサイン波等のなめ
らかな信号である事に着目したものである。

【０００５】さらに、デ−タ−パタ−ンの中でデ−タ−
の反転長を検出しこれにより最適な複数のフィルタ−を
切り換えて低い周波数や高い周波数など通過周波数を所
定周波数毎に分け広くなめらかな波形効果を得るように
したものである。

【０００６】

【実施例】本発明を図面により説明する。図１に本発明
の一実施例のブロック図を示す。ＣＤなどの再生により
得られる、ディジタルデ−タ（デ−タ−ＩＮ１）よりデ
−タの形状を検出する目的で、まず変化デテクタ−３に
よってデ−タ−がサンプル毎に所定レベルであるＬＳＢ
ステップの変化か、又は変化しないか、それ以上のステ
ップの変化であるかを検出する。この変化デテクタ−３
の実施例のブロック図を図２（ａ）に示す。入力される
ディジタルデ−タ１は１サンプルクロック分のディレイ
をするレジスタ−８を介して１サンプル前のデ−タ−と
現デ−タ−をコンパレ−タ９で比較し、同一デ−タ−か
所定レベルであるＬＳＢの差であるかを出力する。所定
レベルをＬＳＢとし、＋１ＬＳＢステップ出力と−ＬＳ
Ｂステップ出力をもうけ、又変化しない場合は両出力が
０となる。又大きなレベル変化出力である上記以外のデ
−タ−の場合の出力を取り出す。

【０００７】この波形タイミングの様子を図２（ｂ）に
示す。Ｄａｔａが±１ＬＳＢの範囲で入力されると、変
化点でそれぞれ±ＬＳＢ出力される。この出力からデ−
タ−の反転間隔を検出するためＯＲ回路１０を介し変化
出力１１を得る。

【０００８】パルスとパルスの間は同一デ−タ−か同一
極性の変化をしている。このためこのパルスの間隔を計
測することによってデ−タ−に含まれている周波数の周
期の略１／２とすることができる。

【０００９】このデ−タ−間隔の長さ（ｔ1〜ｔn ）の
検出は、このデ−タ−１１および≠１，−１，０の信号
のＮＯＴ ＯＵＴ１２によって取り出す。これは、ＬＳ
Ｂ変化以上の大きな信号のデ−タ−に対しては作用させ
ないためである。この出力をシフトレジスタ−４に入力
する。ここでレジスタ−４のレジスタ−量は最長デ−タ
−反転検出周期（１／ｆ）の１／２は必要である。例え
ば４４．１ＫＨｚのサンプル周期で４４１Ｈｚを検出す
るには５０サンプル分以上となる。（（４４１／４４１
００）×１／２）

【００１０】このレジスタ−４の各段よりの出力が所定
の時間帯に反転が２個入っていなければ長い周期、すな
わち低い周波数デ−タである。このため１のデ−タ−が
１個以下を検出する検出器によって、デ−タ−長検出器
５を構成できる。今高い周波数と中間及び低い周波数の
３つの周波数帯に分類とすると、図３のように、中間周
波数帯以下の検出器１３によって、レジスタ−中央より
両側の所定の範囲の１の数を計測する。これは、単純な
加算器でも良く、又カウンタ−によって、この間の１の
値をカウントしてもよい。この１の数が１以下であれば
検出器１３に出力が表われ、２以上であれば出力せず、
このためインバ−タ−１６を介し、ＳＦ0 のディジタル
フィルタ−を必要としない（通常のサンプルクロック除
去のアナログフィルタ−だけ）出力とし、同様に全帯域
のレジスタ−出力の１の検出を計測する検出器１４によ
って低い周波数を検出する。この検出の場合には、中域
検出出力ＳＦ1 をゲ−ト１５で禁示する。これらによっ
てデ−タ−長の検出を行い再生周波数を高，中，低の周
波数に分類する。

【００１１】一方ディジタルデ−タ−は、ディジタルロ
−パスフィルタ−６によってトランスバ−サルフィルタ
−を検出器出力Ｆ0 ，Ｆ1 ，Ｆ2 に対応して、図５にフ
イルタ−特性例を示すように、２つのロ−パスフィルタ
−２１，２２を形成する。このロ−パスフィルタ−２
１，２２のカット特性は、単に、波形をなめらかにする
のみであるので１２ｄＢ／ｏｃｔなどの単純なフィルタ
−で十分である。ここでフィルタ−の出力のタイミング
とセレクタ−２３の出力のデ−タ−のタイミングは等し
くしておく必要がある。これによってフィルタ−２１，
２２の出力は、ＬＳＢ以下の演算結果を出力し、ビット
拡大し、それに見合ったＤＡコンバ−タ−７を用うれば
目的を達成できる。

【００１２】図６にビット拡大を２ｂｉｔすなわち４段
階増加させた時の例を示す。細線は従来のアナログ出力
であり、実線が本願の出力である。図６（ａ）は従来の
ＬＳＢのみの高い周波数のデ−タ−であり、Ｆ0 のフィ
ルタ−検出でフィルタ−をスル−で出力し、従来と同様
である。これは、例えば１０ＫＨｚ等の高い周波数であ
るため従来のアナログロ−パスフィルタ−で丸められる
と共にさらにやや低い周波数でも、一般に高音の高調波
は耳で聴こえず歪感はなく問題ない。一般に数ＫＨｚ以
上は、サインウェ−ブと区別がつかない。

【００１３】一方中域のデ−タ−図６（ｂ）ではＦ1 が
選ばれ、又図６（ｃ）ではＦ2 が選ばれさらに低いカッ
トオフ周波数のフィルタ−となるため図（ｂ）に示すよ
うにＦ1 により１ＫＨｚ程度の信号は高次の歪がなくな
り、さらに１００Ｈｚ等の低い周波数も図（ｃ）の様に
なめらかなデ−タ−となる。さらに効果を高めるには、
ビット数を増加させ、フィルタ−をふやすと良くするこ
とができる。

【００１４】ここでディジタルフィルタ−は、１６ｂｉ
ｔデ−タ−を扱い、出力はビット拡大分も必要となる。
これらを改良した他の実施例を図７，波形図を図８に示
す。ここでは図２のコンパレ−タ−９の出力＋１と−１
と０の３つのデ−タ−のみから追加の下位ビットを作成
し従来の上位ビットと共にＤＡコンバ−タ−２４でＤ／
Ａ変換しようとするものである。ここではＬＳＢ変化の
積分に相当するなめらかなデ−タ−を±１ＬＳＢステッ
プ信号のシフトレジスタ−より＋１又は−１点に対応し
た重みづけされた常数を取り出し加算することで下位ビ
ットのデ−タ−を得る。

【００１５】図７のディジタルデ−タ−ＩＮ１はレジス
タ−１７を介し下位ビット出力タイミングに合うサンプ
ル分だけディレイする。一方前述と同じく図１に記した
通りデ−タ−のＬＳＢステップ変化等の検出でフィルタ
−の選択を行なう。先のディジタルフィルタ−のデ−タ
入力に代えて、コンパレ−タ−９の出力の＋１，０，−
１のデ−タ−のみを用いる（２ｂｉｔ表現も可）レジス
タ−１８にこのデ−タ−を入力しサンプル毎にシフトす
る。ここで各レジスタ−段より１又は−１があればＦ1
であればＫ1 〜Ｋｍ又は−Ｋ1 〜−Ｋｍまでの重みずけ
されたＲＯＭ等のデ−タ−系数器１９ｂをへて加算器２
０で全デ−タを加算して出力する。ここで図９に示すよ
うに中央のデ−タ−系数器１９ａの出力を−０．５と
し、系数器１９ｃではＫ’1 は０．５近くよりＫ’ｚは
０に近い単位パルスに対するロ−パスフィルタ−に対応
した値を入れておく。もちろんサイン近似や直線補間デ
−タ−等でも良い。中央以降はＫ1 〜Ｋｍと同一で極性
反転出力となるようにする。

【００１６】これによるとデ−タ−１が中央に近ずくに
つれＫの値にともないレベル増加しほぼ＋０．５にな
り、中央で−０．５となり中央よりはなれるにつれ０に
近ずく。図８に示すように入力デ−タ−にともない次々
と加算され下位デ−タ−は上位デ−タ−によってＤＡ変
換される方形波状の出力Ｄａｔａ（上位）を補う積分デ
−タ出力２０（Σ，下位）の波形に相当する信号がビッ
ト拡大した下位デ−タによって得られ、上位，下位を合
わせたアナログ出力は、図８のデ−タＯＵＴのようにな
めらかな出力とすることができる。

【００１７】ここで下位ビットは独立したＤ／Ａコンバ
−タ−を用い、上位のコンバ−タ−のＬＳＢレベルと合
わせてアナログ合成して出力することもできる。又板フ
ィルタ−選択によって、Ｋの値をＫ’1 〜Ｋ’ｚと複数
の常数を用意しておくことでデ−タ−のパタ−ン長によ
って最適な下位ビツトデ−タ−を図９のように出力でき
る。

【００１８】ここで下位ビット生成のフィルタ−部やデ
−タ−のパタ−ン検出などは、ディジタルプロセッサ−
によってプログラムして実現することもできる。フィル
タ−の数は２種で説明したが、もちろん１種でも効果が
あり、逆に増加し効果のある周波数帯を広げることがで
きる。又デ−タ−のパタ−ンはＬＳＢステップ変化のみ
を着目して説明したが、ディジタルフィルタ−によるｆ
ｓ変換，いわゆるオ−バ−サンプルのシステムでは、再
量子化ノイズ発生防止のためビット拡大を行っている。
これらの出力においてはビット拡大する前のＬＳＢステ
ップが目標となるため、拡大されたＬＳＢステップ以上
を検出する必要がある。

【００１９】オ−バ−サンプリングのためのディジタル
フィルタ−を用いるものでは、再量子化１ノイズの低減
のためのビツト拡大をしているものでは、この追加デ−
タによって下位の拡大ビットデ−タ−をおきかえ出力信
号をなめらかにすることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、デ−タ−列の微少
レベル変化部のパタ−ンを検出し下位ビットを追加でき
これにより歪感を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例ブロック図

【図２】（ａ）はデ−タ−の変化検出部のブロック図，
（ｂ）は各部の波形を示す図

【図３】デ−タ周期検出部のブロック図

【図４】ディジタルフィルタ−部のブロック図

【図５】フィルタ−の周波数特性を示す図

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ再生出力を
示す図

【図７】下位ビット波形作成の他の一実施例を示すブロ
ック図

【図８】その波形を説明するための図

【図９】系数を説明するための図

【図１０】従来の入力（ａ），出力（ｂ）波形を比較す
るための図

【符号の説明】

１ デ−タ−ＩＮ ２ デ−タ−ＯＵＴ ３ 変化デテクタ− ４，８，１７，１８ レジスタ− ５ デ−タ長検出器 ６，２１，２２ ロ−パスフィルタ− ７，２４ ＤＡコンバ−タ− ９ コンパレ−タ− １０ ＯＲ回路 １１ デ−タ− １２ ＮＯＴ ＯＵＴ １３，１４ 検出器 １５ ゲ−ト １６ インバ−タ− １９ａ，ｂ，ｃ 系数器 ２０ 積分デ−タ出力 ２３ セレクタ−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタルアナログ変換において、デ−
   タ−変化のない区間とＬＳＢステップの所定レベル変化
   のタイミングパタ−ンを検出する手段と、これにより出
   力がなめらかに変化するようにＬＳＢ以下のデ−タを作
   成する手段を具備しビット拡大を行ないアナログ変換す
   ることを特徴とするＤＡ変換装置。
2. 【請求項２】 ビットパタ−ン長によって複数の波形傾
   きの下位デ−タ−列を作成し複数の通過周波数特性のロ
   −パスフィルタを介し出力をなめらかに変化するように
   した請求項１のＤＡ変換装置。
3. 【請求項３】 所定のサンプルクロックで再生されたデ
   −タを整数倍したサンプルクロックで出力するディジタ
   ルフィルタ−を有し、整数倍のクロックの整数分の１の
   クロックでデ−タをラッチし、このデ−タ−列がクロッ
   ク間で所定レベル以下が連続するパタ−ンと、所定のレ
   ベル変化のパタ−ンを検出し、これによって所定レベル
   変化の前後を先の所定のサンプルクロックの数サンプル
   にわたって所定レベル変化以下の変化でなめらかに変化
   するデ−タ−を生成しアナログ変換することを特徴とす
   るＤＡ変換装置。
4. 【請求項４】 ディジタルデ−タビット拡張回路ＤＡ変
   換を目的としたサンプルデ−タ−列よりサンプル間の差
   が０である検出出力と差が正および負の１ＬＳＢ変化で
   ある変化検出出力手段をもち、異極性の変化出力間の０
   検出出力長によって１ＬＳＢ変化点の前後サンプルにわ
   たってＬＳＢ以下のデ−タ−を生成しビット拡張するよ
   うにしたことを特徴とするディジタルアナログ変換装
   置。