JPH07198802A

JPH07198802A - 測定用信号生成方法及び測定用記録媒体

Info

Publication number: JPH07198802A
Application number: JP5337678A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Masuda; 稔彦増田; Makoto Akune; 誠阿久根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】被測定機器のデジタル入力信号語長によって
決まる特性以上の測定を行う。【構成】原信号生成部で作られた原信号が入力端子２
１を通じて加算器２２に入力され、フィードバックルー
プ内のフィルタ部２５の出力と加算される。この加算器
２２の出力は量子化器２３に入力され、１６ビットに量
子化されて出力端子２６に出力される。また量子化器２
３の入力信号と出力信号が減算器２４に入力され、再量
子化ノイズの極性を反転した減算結果が取り出される。
この減算結果の信号がフィードバックループ内のフィル
タ部２５に入力され、このフィルタ部２５で所望のフィ
ルタ処理された結果が上述の加算器２２に入力される。
そこでこのフィードバックループ内のフィルタ部２５の
フィルタの構成によって出力端子２６に得られる信号の
ノイズスペクトル分布を任意に変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばデジタル・オー
ディオ機器におけるＤ／Ａ変換精度等の測定に使用され
る測定用信号生成方法及び測定用記録媒体に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えばオーディオ機器においては、いわ
ゆるＣＤプレーヤやＤＡＴなどのデジタル・オーディオ
が主流を占めるようになっている。このようなデジタル
・オーディオ機器において、近年デジタル信号処理技術
の進歩に伴って、特にＤ／Ａ変換器を有する機器のＤ／
Ａ変換精度が問われることが多くなってきた。

【０００３】ところで例えばＣＤプレーヤの構成は、図
１０に示すようになってる。この図１０において、ディ
スク（図示せず）から読み取られた信号は信号処理部５
１で１６ビットのオーディオデータに変換され、デジタ
ルフィルタ部５２に入力される。このデジタルフィルタ
部５２では、サンプリング周波数をアップサンプルしな
がら可聴帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）以上の帯域を減衰さ
せるフィルタリング処理が行われる。

【０００４】このデジタルフィルタ部５２からの生成デ
ータがＤ／Ａ変換部５３に入力される。さらにこのＤ／
Ａ変換部５３でアナログ信号に変換された信号は次段の
ローパスフィルタ部５４に入力される。そしてこのロー
パスフィルタ部５４では、可聴帯域（ＤＣ〜２０ｋＨ
ｚ）以上に存在する標本化ノイズ等の不要なノイズが減
衰される。その結果アナログ・オーディオ信号が取り出
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような例えばＣＤ
プレーヤにおいて、上述のデジタルフィルタ部５２の出
力語長は、内部の演算語長を限度として長ければ長いほ
どよい。これは例えば出力語長を演算語長以下にすると
再量子化ノイズが発生し、出力語長をできるだけ長くし
たほうが再量子化ノイズのレベルを小さくできるためで
ある。なお実際にはハード上の制約等もあり、出力語長
は２０ビット前後にされている。

【０００６】このような背景からＤ／Ａ変換部５３の入
力語長は２０ビット前後になっている。すなわちＤ／Ａ
変換部に要求される精度は、ディスクに記録された信号
が１６ビットであるにもかかわらず、２０ビット前後の
精度が要求されている。なお近年、Ｄ／Ａ変換部自身の
実力として１６ビット以上の精度を持つものが増えてき
ている。そこでこのような例えばＣＤプレーヤ内部のＤ
／Ａ変換部について、１６ビット以上の精度を測定する
手段が必要とされている。

【０００７】ところがこのようなＤ／Ａ変換精度等の測
定において、従来は被測定機器のデジタル入力信号語長
によって測定可能な変換精度は制限を受けていた。すな
わち、被測定機器のデジタル入力信号語長によって決ま
るダイナミックレンジ及び分解能がそのまま測定限界に
なっていた。

【０００８】一方、例えばＣＤプレーヤでは、上述のよ
うにディスクに記録されているデータ（デジタル入力信
号語長）は１６ビットである。従ってＣＤプレーヤに搭
載されているＤ／Ａ変換部の精度の測定は、従来は１６
ビット精度までしか測定することができなかった。

【０００９】この出願はこのような点に鑑みて成された
もので、解決しようとする問題点は、従来は被測定機器
のデジタル入力信号語長によって決まるダイナミックレ
ンジ及び分解能が、そのまま測定限界になっていたとい
うものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の手段
は、生成すべき測定用信号の語長よりも長い語長を有す
る測定用信号の原信号を生成（原信号生成部１）し、こ
の原信号を上記測定用信号の語長に量子化（量子化器２
３）したときに発生する量子化誤差（減算器２４出力）
をフィルタ（フィルタ部２５）に入力し、このフィルタ
の出力を次に量子化される上記原信号のサンプルにフィ
ードバックして加算（加算器２２）し、この加算結果を
量子化して上記測定用信号を生成するようにした測定用
信号生成方法である。

【００１１】本発明による第２の手段は、第１の手段記
載の測定用信号生成方法において、上記フィルタは、入
力される量子化誤差の周波数分布を特定の帯域で低減さ
せるような伝達関数を有することを特徴とする測定用信
号生成方法である。

【００１２】本発明による第３の手段は、生成すべき測
定用信号の語長よりも長い語長を有する測定用信号の原
信号を生成（原信号生成部１）し、この原信号を上記テ
スト信号の語長に量子化（量子化器２３）したときに発
生する量子化誤差（減算器２４出力）をフィルタ（フィ
ルタ部２５）に入力し、このフィルタの出力を次に量子
化される上記原信号のサンプルにフィードバックして加
算（加算器２２）し、この加算結果を量子化した上記測
定用信号を記録した測定用記録媒体（記録ディスク５）
である。

【００１３】本発明による第４の手段は、第３の手段記
載の記録媒体において、上記加算結果を量子化した測定
用信号を記録ディスクまたは記録テープに記録したこと
を特徴とする測定用記録媒体である。

【００１４】

【作用】これによれば、特定の周波数帯域に限って測定
用信号の語長で決まる特性以上のダイナミックレンジ及
び分解能を得ることができ、被測定機器のデジタル入力
信号語長によって決まる特性以上の測定を行うことがで
きる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明による測定用信号生成方法及
び測定用記録媒体を作成する際の処理の流れを示す。こ
の図１において、ブロック１〜３の処理は全てコンピュ
ータ上で行われるものである。まず原信号生成部１では
１６ビットに量子化する前の２４ビットから３２ビット
程度の測定用信号の原信号が作られる。この原信号生成
部１で作られた原信号は１６ビット量子化部２で１６ビ
ットの測定用信号に変換される。

【００１６】この１６ビット量子化部２で生成された１
６ビットの測定用信号がフォーマット変換部３に入力さ
れ、例えばディスクに記録できるようにフォーマットさ
れる。このフォーマット変換部３でフォーマットされた
信号がレコーダ部４に入力され、記録ディスク５に記録
される。

【００１７】さらにこの１６ビットの量子化部２では次
のように処理が行われる。すなわち図２において、例え
ば原信号生成部１で作られた原信号が入力端子２１に入
力される。この入力端子２１に入力された信号が加算器
２２に入力され、フィードバックループ内のフィルタ部
２５の出力と加算される。この加算器２２の出力は量子
化器２３に入力され、ここで１６ビットに量子化され
て、その結果が出力端子２６に出力される。

【００１８】また量子化器２３の入力信号と出力信号が
減算器２４に入力される。そしてこの減算器２４で量子
化器２３の入力信号から出力信号が減算される。従って
この減算器２４からは、量子化器２３で発生する再量子
化ノイズの極性を反転した減算結果が取り出される。こ
の減算結果の信号がフィードバックループ内のフィルタ
部２５に入力され、このフィルタ部２５でフィルタ処理
された結果が上述の加算器２２に入力される。

【００１９】そこでこのフィードバックループ内のフィ
ルタ部２５のフィルタの構成によって出力端子２６に得
られる信号のノイズスペクトル分布を変えることができ
る。なおこのフィルタ部２５の構成は例えば図３のよう
にされている。すなわち図３において、減算器２４から
の再量子化ノイズの極性を反転した減算結果の信号が入
力端子３１に入力される。

【００２０】この入力された再量子化ノイズは遅延器３
２₁へ入力される。ここで３２₁〜３２_Nは遅延器であ
って、これらは１サンプル周期（Ｚ^-1）の遅延処理を行
いその出力を次の遅延器に入力している。これらの遅延
器３２₁〜３２_Nの出力がそれぞれ乗算器３３₁〜３３
_Nに入力される。そして各遅延器３２₁〜３２_Nの出力
はそれぞれ乗算器３３₁〜３３_Nで係数Ｃ₁〜Ｃ_Nと乗
算される。

【００２１】これらの乗算器３３₁〜３３_Nで乗算され
た結果、これらの乗算器３３₁〜３３_Nの出力が加算器
３４で加算されて出力端子３５に入力される。なお実際
の処理では、加算器３４での加算は上述の加算器２２で
行われている。従ってこの構成において、乗算器３３₁
〜３３_Nでの乗算の係数Ｃ₁〜Ｃ_Nを任意に定めること
によって、任意のノイズスペクトル分布を得ることがで
きる。

【００２２】すなわち上述の構成で１６ビット量子化部
２は、いわゆるＮ次のノイズシェーパと呼ばれる技術で
ある。ここで一般のＮ次ノイズシェーパでは、量子化ノ
イズの分布について高域を持ち上げ、低域で抑圧する微
分特性を持たせている。この時の高域上がりの傾斜は６
×ＮｄＢ／ｏｃｔとなる。

【００２３】本願の発明はこのような技術を応用したも
のである。そこで本願の発明においては、上述のノイズ
シェーパの技術を応用し、測定に必要な帯域における量
子化ノイズを低減し、測定のダイナミックレンジ及び分
解能を拡大するものである。

【００２４】すなわち本願の発明では、上述のフィルタ
部２５において、量子化ノイズのスペクトル分布を、例
えば「０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでは１６ビットのノイズフロ
アよりも約２４ｄＢ減衰させ、その分５ｋＨｚ〜２２．
０５ｋＨｚ（サンプリング周波数４４．１ｋＨｚの１／
２）では約７ｄＢ持ち上げる」ような係数Ｃ₁〜Ｃ_Nに
選定する（以下この処理を１６ビット量子化処理Ａと呼
ぶ）。

【００２５】これによって、例えば４９９Ｈｚ、−９０
ｄＢ、３２ビットの正弦波原信号を上述の処理Ａ（但し
Ｎ＝１２）で１６ビット量子化した信号（測定用信号
１）をＦＦＴ解析した結果を図４のＡに示す。一方、同
じ正弦波原信号をディザを加えて１６ビットに丸めた信
号（測定用信号２）をＦＦＴ解析した結果を図４のＢに
示す。但しディザは１６ビットに対する±１ＬＳＢの振
幅で振れる三角確率分布のデジタルディザである。さら
にこれらを重ね合わせたものを図４のＣに示す。

【００２６】これらの図から明らかなように、図４のＢ
では１６ビットのディザ丸めのためにノイズフロアは１
６ビットのノイズフロアになっている。これに対して図
４のＡ及びＣによれば、１６ビット量子化処理Ａを用い
た信号では上述の設計目標にほぼ近い形のノイズフロア
が得られている。この結果、上述の処理Ａを用いて測定
用信号を生成することにより、この測定用信号では、例
えば０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでは−１２０ｄＢ、すなわち２
０ビットの精度での測定が可能になる。

【００２７】さらに図５は実際の測定結果の例を示す。
すなわちこの測定は、上述の測定用信号１及び２を記録
ディスクに記録し、この記録ディスクをＣＤプレーヤで
再生し、この時のライン出力を市販の測定装置等に入力
し、上述の例えば０Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲について測定
を行ったものである。なお図５のＡは上述の測定用信号
１の再生ライン出力をＦＦＴ解析した結果、図５のＢは
測定用信号２の再生ライン出力をＦＦＴ解析した結果、
図５のＣはこれらを重ね合わせたものである。

【００２８】従ってこれらの図から明らかなように、測
定用信号２を再生した図５のＢでは上述の図４のＢとほ
ぼ同様の結果になる。これに対して測定用信号１を再生
した図５のＡ及びＣによれば、０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでは
テスト信号自身のノイズフロアに比べてノイズフロアが
約１０ｄＢ高くなっている。これによって上述の１６ビ
ット量子化処理Ａを用いた測定用信号１を再生した場合
には、０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでは１６ビット精度の制限を
受けないＣＤプレーヤ自身のノイズフロアの実力が観測
できていることがわかる。

【００２９】すなわち上述の方法によれば、デジタル信
号の量子化に関し、量子化後のデジタル信号のノイズス
ペクトル分布を任意に変えることができる。これによっ
て例えばＤ／Ａ変換器の変換精度の測定のためのデジタ
ル測定用信号に関し、特定周波数帯域に限って測定用信
号の語長以上の精度を有することができる。そして例え
ばＤ／Ａ変換器の変換精度の測定に関し、被測定機器の
デジタル入力信号語長によって制限される測定可能な変
換精度以上の測定が可能になるものである。

【００３０】こうして上述の測定用信号生成方法及び測
定用記録媒体によれば、特定の周波数帯域に限って測定
用信号の語長で決まる特性以上のダイナミックレンジ及
び分解能を得ることができ、被測定機器のデジタル入力
信号語長によって決まる特性以上の測定を行うことがで
きるものである。

【００３１】さらに図６は、上述の方法を用いてリニア
リティの測定を行う場合で、実際にリニアリティの良好
な装置の測定を行った結果を示す。この場合には測定用
原信号として、例えば４９９Ｈｚの正弦波を−６０ｄＢ
から−１２０ｄＢまでスイープした信号を用いる。そし
てこの測定用原信号を上述の処理Ａで１６ビット量子化
した信号（測定用信号３）では、図６のＡに示すように
１６ビット精度の制限を受けないリニアリティの測定を
行うことができる。なお図は横軸に入力信号のレベルを
示し、縦軸は入力信号レベルに対する出力信号レベルの
レベル偏差を表したものである。

【００３２】これに対して、従来のディザを加えて１６
ビットに丸めた信号（測定用信号４）では、測定結果が
図６のＢに示すようになる。すなわちこの例では、入力
信号のレベルが−１００ｄＢから−１２０ｄＢの間でリ
ニアリティの偏差が増加している。これは−１００ｄＢ
から−１２０ｄＢでは入力信号自体が１６ビット精度で
決まる再量子化ノイズ（約−９８ｄＢ）に支配されてし
まうためである。従って従来はこの範囲では正しいリニ
アリティの測定は困難であった。

【００３３】このようにして本発明の測定用信号生成方
法及び測定用記録媒体によれば、例えばリニアリティの
測定を行うことができる。そしてこの場合に、上述の処
理Ａで１６ビット量子化した信号では、１６ビット精度
の制限を受けることがなく、小レベルまで良好なリニア
リティの測定を行うことができるものである。

【００３４】なお図７は実際にリニアリティの悪い装置
の測定を行った結果を示し、図７のＡは上述の処理Ａで
１６ビット量子化した信号を用いた場合、図７のＢは従
来のディザを加えて１６ビットに丸めた信号を用いた場
合である。従ってこれらの図から明らかなように、ディ
ザを加えて１６ビットに丸めた信号では−１００ｄＢ以
下では再量子化ノイズによってリニアリティの測定は困
難であるのに対して、上述の処理Ａで１６ビット量子化
した信号ではリニアリティの変化を明瞭に測定すること
ができる。

【００３５】また図８は、上述の処理Ａで１６ビット量
子化した測定用信号３を用いて、ステレオの左右のリニ
アリティを測定したものであって、例えば図８のＡに示
す左チャンネル出力に比べて、図８のＢに示す右チャン
ネルのリニアリティが−１１０ｄＢ付近から悪化してい
ることが分かる。この場合に、従来のディザを加えて１
６ビットに丸めた信号（測定用信号４）では、このよう
な測定は困難だったものである。

【００３６】さらに図８のＡに示す左チャンネルでは、
−１１０ｄＢ付近からノイズが顕著に見えはじめてお
り、ノイズフロアが−１１０ｄＢ程度であることが分か
る。一方、図８のＢに示す右チャンネルでは、−１０３
ｄＢ付近からノイズが顕著に見えはじめており、ノイズ
フロアが−１０３ｄＢ程度であることが分かる。このよ
うに、実際のノイズフロアについても、おおまかに測定
することができる。この場合も、従来のディザを加えて
１６ビットに丸めた信号（測定用信号４）では、測定が
困難だったものである。

【００３７】さらに図９では、測定用原信号として、例
えば１０１Ｈｚの正弦波を−６０ｄＢから−１２０ｄＢ
までスイープした信号を用いる。この場合にスイープの
変化速度を２ｄＢ／１ｓｅｃとしている。この信号を用
いて測定を行った場合に、被測定機器によっては出力信
号には図示のような波形が現れることがある。

【００３８】ここでこの波形は、測定用原信号の１０１
Ｈｚと電源周波数５０Ｈｚの２倍の周波数とのビート成
分であり、これによって電源電圧の信号系への漏洩が測
定される。この場合も、電源電圧の信号系への漏洩は例
えば−９０ｄＢ以下の微小なものであり、従来のディザ
を加えて１６ビットに丸めたような測定用信号では測定
が困難なものであった。

【００３９】なお上述の説明では、ＣＤプレーヤを例に
とったため、測定用信号の語長を１６ビットとしたが、
これは被測定機器の入力語長に合わせて任意に変えられ
るものである。また上述の１６ビット量子化処理Ａにつ
いても、量子化語長は任意に定めることができる。

【００４０】また再量子化ノイズのスペクトル分布につ
いては、例えば原信号のビット数が２０ビットより大き
いものであれば、０Ｈｚ〜５ｋＨｚまでのノイズフロア
をさらに減衰させることができる。その場合に０Ｈｚ〜
５ｋＨｚまでのノイズフロアを下げた分、５ｋＨｚ〜２
２．０５ｋＨｚのノイズフロアが高くなる。しかし上述
のように特定の周波数だけを抽出して測定を行っている
場合には問題を生じることはない。

【００４１】あるいはノイズフロアを減衰させる範囲を
例えば０Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでに広げることも可能であ
るが、この場合も１０ｋＨｚ〜２２．０５ｋＨｚのノイ
ズフロアは高くなる。さらにノイズフロアを減衰させる
範囲は任意に定めることができ、例えば測定用信号が一
定周波数のごく狭いものであるときには、その範囲のみ
を極めて低いノイズフロアに設定することも可能であ
る。

【００４２】そしてこれら場合において、再量子化ノイ
ズのスペクトル分布をどのような分布にするかについて
は、フィルタ部２５の係数Ｃ₁〜Ｃ_N及び係数の数、す
なわちノイズシェーピングの次数Ｎを任意に定めること
によって、任意の再量子化ノイズのスペクトル分布を得
ることができるものである。

【００４３】また測定用信号の記録される媒体について
は、上述の記録ディスクに限らず、いわゆるＤＡＴ規格
に準拠した記録テープに記録してもよい。あるいは上述
のようにして記録ディスクまたは記録テープに記録され
た信号を、さらに圧縮していわゆるミニディスクやＤＣ
Ｃ規格の記録テープに記録しても同様の測定を行うこと
ができる。

【００４４】

【発明の効果】この発明によれば、特定の周波数帯域に
限って測定用信号の語長で決まる特性以上のダイナミッ
クレンジ及び分解能を得ることができ、被測定機器のデ
ジタル入力信号語長によって決まる特性以上の測定を行
うことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測定用信号生成方法及び測定用記
録媒体を作成する際の流れを示す一例の構成図である。

【図２】その１６ビット量子化部２の具体回路図であ
る。

【図３】そのフィルタ部２５の具体回路図である。

【図４】その動作の説明のための図である。

【図５】その動作の説明のための図である。

【図６】その動作の説明のための図である。

【図７】その動作の説明のための図である。

【図８】その動作の説明のための図である。

【図９】その動作の説明のための図である。

【図１０】ＣＤプレーヤの説明のための図である。

【符号の説明】

１原信号生成部２１６ビット量子化部３フォーマット変換部４レコーダ部５記録ディスク２１入力端子２２加算器２３量子化器２４減算器２５フィルタ部２６出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生成すべき測定用信号の語長よりも長い
語長を有する測定用信号の原信号を生成し、この原信号
を上記測定用信号の語長に量子化したときに発生する量
子化誤差をフィルタに入力し、このフィルタの出力を次
に量子化される上記原信号のサンプルにフィードバック
して加算し、この加算結果を量子化して上記測定用信号
を生成するようにした測定用信号生成方法。
【請求項２】請求項１記載の測定用信号生成方法にお
いて、上記フィルタは、入力される量子化誤差の周波数分布を
特定の帯域で低減させるような伝達関数を有することを
特徴とする測定用信号生成方法。
【請求項３】生成すべき測定用信号の語長よりも長い
語長を有する測定用信号の原信号を生成し、この原信号
を上記テスト信号の語長に量子化したときに発生する量
子化誤差をフィルタに入力し、このフィルタの出力を次
に量子化される上記原信号のサンプルにフィードバック
して加算し、この加算結果を量子化した上記測定用信号
を記録した測定用記録媒体。
【請求項４】請求項３記載の記録媒体において、上記加算結果を量子化した測定用信号を記録ディスクま
たは記録テープに記録したことを特徴とする測定用記録
媒体。