JPH0897727A - デジタル信号処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディザ雑音が量子化された信号から不正確に
減算されてＳ／Ｎ比が低下することを避ける。 【解決手段】 入力デジタル信号にデジタル雑音を加え
てから量子化する装置において、ディザ雑音を加えたこ
とを示す指標信号の現在状態に応じて、出力デジタル信
号の所定ビットが「１」又は「０」となる確率を変える
ことにより、指標信号を出力デジタルストリームの中に
符号化する。データ中において「１」と「０」のどちら
がやや多いかを検出することにより、指標信号を復号す
る。これにより、同一のディザ雑音を量子化された信号
から正確に減算できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディザ（dither）
された（ディザ雑音を加えた）データの符号化に関連す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ディザ雑音は、デジタル信号を低い分解
能（ビット数）に量子化する前にデジタル信号に加え
る、人為的に発生されるデジタル雑音である。ディザ雑
音は、量子化装置の粗い「階段」伝達特性によって招来
される非直線歪みを減じるために加えるものである。

【０００３】このようなディザ雑音使用の一例として、
デジタル音声データを最初３２ビットのような高分解能
で処理したあと、例えばコンパクトディスクやデジタル
音声テープに記録するため１６ビットの分解能に量子化
する場合が挙げられる。

【０００４】量子化の際にディザ雑音を使用しない場
合、高分解能（３２ビット）信号の値における極めて小
さい変化により該３２ビット信号が２つの隣接する１６
ビット量子化レベル間の境界を横切るとき、その小さな
変化によって隣接レベル間の出力１６ビット信号が変化
することがある。極端な場合、３２ビット信号が１ＬＳ
Ｂ（最下位ビット）変化すると、該３２ビット信号が或
る量子化レベルから次のレベルに移ることにより、量子
化された１６ビット信号が１ＬＳＢの変化（即ち、３２
ビット信号の変化より２¹⁶倍も大きい）を起こす可能性
がある。量子化器のこの大きな非直線（的）応答は、出
力１６ビット信号に主観的に邪魔となる歪みをもたら
す。

【０００５】この非直線歪みを減らすために、上記３２
ビット信号にディザ雑音を加えてから、該信号を１６ビ
ットの分解能に量子化している。ディザ雑音は、ランダ
ム（無作為）又は疑似ランダム雑音で、一般に平均値が
０であり、１６ビット信号の約±１ＬＳＢ程度の最大振
幅を有する。ディザ雑音を加えると、上記１６ビット信
号のＬＳＢがランダムに量子化され、そのため隣接する
量子化レベル間の粗い階段が「平滑化」される。これ
は、上述の非直線歪みを減らす効果がある。

【０００６】信号を量子化するときにディザ雑音を使用
すると、量子化過程での非直線的効果を減じるのに役立
つが、該雑音を信号に故意に加えるため、量子化された
信号の信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が低下するという結果を
もたらす。この問題を解決するため、ディザ雑音を量子
化された信号から再び差引いたあと該信号を更に処理し
たり、アナログ信号に変換したりすべきである、という
提案がなされた。しかし、それに対する大きな心配は、
同一のディザ雑音信号を差引かねばならない、というこ
とである。即ち、異なる（不正確な）ディザ雑音信号を
差引くと、ディザ雑音によって起きる劣化をなくすどこ
ろか、倍増させることになる。そのため、量子化時に用
いるディザ雑音と、あとで差引くディザ雑音との間の同
期をとる必要があり、これは、量子化段階と雑音減算段
階との間に量子化されたデータを蓄積又は送信するとき
に問題となる可能性がある。

【０００７】量子化された信号から減じる（差引く）べ
きディザ雑音と、量子化時に加えるディザ雑音との同一
性を確保する１つの方法は、疑似ランダム雑音発生器を
用いて最初のディザ雑音を発生し、それから同一の同期
した疑似ランダム雑音発生器を用いて量子化された信号
からあとで減じる雑音信号を発生することである。しか
し、これには、２つの疑似ランダム雑音発生器を同期さ
せるための、量子化された信号と共に送信又は蓄積すべ
き同期信号が必要となる。

【０００８】ＷＯ（ＰＣＴ出願）９４／０３９８８にも
う１つの方法が記載されており、それは、ディザ雑音を
量子化されたデータ自体から決定論的に発生するもので
ある。これは、２つのディザ雑音信号の発生に用いるデ
ータが同一である（量子化器の出力と雑音減算器への入
力である。）ので、同期信号の必要をなくしている。

【０００９】しかし、ディザ雑音が量子化された信号か
ら不正確に減算されると、その結果信号を改善するどこ
ろか悪くすることになる、という問題がなお残る。この
問題は、ＷＯ９４／０３９８８に記載された方法では解
消されない。実際、該文献に認められているように、決
定論的に発生されたディザ雑音を、量子化時にディザを
使わないか又は異なるタイプのディザを使った信号から
減ずると、信号のＳ／Ｎ比が約３ｄＢ（デシベル）だけ
低下する可能性がある。ＷＯ９４／０３９８８は、量子
化されたデータに低ビットレートの「フラグ」を付けて
ディザ雑音減算を使用すべきかどうかを示すことを提案
しているが、かようなフラグは、データ蓄積又は送信の
容量の追加を必要とするであろう。更に、複合データス
トリーム（量子化されたデータ及びフラグ）は、フラグ
が量子化されたデータストリームに正確に関係し続ける
ように、蓄積及び送信時に特別の取扱いを必要とするで
あろう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、量子化時にディザ雑音が加えられたか否かを示
す指標信号を符号化してディザされ量子化された信号の
中に含ませ、該指標信号を復号してディザ雑音の減算を
行うべきか否かを制御できるデジタル信号処理方式（装
置及び方法）を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１分解能の
入力デジタル信号を処理して、第１分解能より低い第２
分解能の出力デジタル信号を発生する装置であって、指
標（インディケータ）信号に応答し、デジタル雑音信号
を入力デジタル信号に加えてディザされたデジタル信号
を発生し、このディザされたデジタル信号を量子化して
出力デジタル信号を発生する発生手段を具え、該発生手
段は、指標信号の現在の状態に応じて、出力デジタル信
号の少なくとも１つの所定ビットが論理１又は論理０と
なる確率を変える動作をする。

【００１２】本発明はまた、量子化されたデータストリ
ームの少なくとも１つの所定ビット（例えばＬＳＢ）に
おける論理１及び論理０状態の統計的頻度を変えること
により、指標信号を量子化されたデータストリームに乗
せて符号化する技法を提供している。この頻度は、そう
しない場合、ディザされる量子化技法によって発生され
るデータにおいては、殆ど等しいであろう。上記の１及
び０の確率の変化は、極く軽微に行いうるので実際の量
子化されたデータ（例えば音声データ）に与える影響を
無視することができるが、量子化されたデータストリー
ムのあとの処理において検出することも可能である。

【００１３】このように符号化された指標信号は、上述
したタイプの雑音減算を使用すべきことを知らせるの
に、用いうるであろう。或いはまた、該指標信号は、例
えば音声トラック・プログラムの見出し又はデータを複
写する著作権侵害行為を許すための著作権源情報を示す
ことができるであろう。換言すると、この技法を用いて
簡単な「イエス・ノー」指標信号又はもっと複雑なデー
タ、或いはどちらでも符号化できるであろう。

【００１４】符号化された指標信号の１つの有用な特質
は、その存在が、正確なデジタル・コピーが量子化され
符号化された信号より成ることを示すことである。換言
すると、指標信号は、符号化されたデータに対して何ら
かのデジタル処理又はデジタル・アナログ変換が行われ
るときに消滅する。このときは、指標信号の存在又はデ
ータを、受信したデータ信号の完全性の検査に使用でき
ることを意味する。また、指標信号を減算が行われるべ
きかどうかを知らせるのに用いる場合、更にデジタル処
理が施される（これは、あとの雑音減算を不適切なもの
にするであろう。）とき、指標信号は消える。

【００１５】符号化が量子化されたデータで表される信
号に余り影響しないようにするためには、出力デジタル
信号の少なくとも１つの所定ビットが、出力デジタル信
号の最下位ビット（ＬＳＢ）であるのがよい。ただし、
１つ以上の他のビットを使用してもよい。

【００１６】１つの好都合で便利な具体構成では、上記
発生手段は、ディザされたデジタル信号を量子化して中
間デジタル信号を発生する手段と、中間デジタル信号の
選択されたデータワードの少なくとも１つの所定ビット
を反転して出力デジタル信号を発生する手段とを含む。

【００１７】上記反転手段は、中間信号の現在のデータ
ワードの少なくとも１つの所定ビットを、指標信号から
導出される制御信号によって決まる値に設定して、試験
的データワードを発生する手段と、試験的データワード
と入力デジタル信号の対応データワードとの絶対差を検
出する手段と、その差が所定閾値より小さいか否かに応
じて、試験的データワード又は中間デジタル信号のデー
タワードを出力デジタル信号の現在のワードとして供給
する手段とを含むのがよい。

【００１８】種々の閾値を用いうるが、好ましい閾値
（符号化過程でデジタル音声信号に約０．００３ｄＢの
雑音しか付加しない閾値）は、出力デジタル信号のＬＳ
Ｂの１／２５６である。

【００１９】指標信号は、所定閾値の２乗を入力デジタ
ル信号のサンプルレートに乗じたものより小さいか又は
これに等しいデータレートを有するのがよい。

【００２０】指標信号は上記反転手段を直接制御するの
に使用できるが、その制御信号を、指標信号と周期的に
発振する信号との論理結合によって決めるのがよい。こ
うすると、不所望の符号化による人工雑音を人間の聴覚
感応帯域から外すことができる。発振信号は、入力デジ
タル信号のサンプルレートの１／２にほぼ等しい周波数
とするのがよい。

【００２１】符号化されたデータ内のなお聞こえる浮遊
周期的効果を回避するために、上記制御信号を、指標信
号と出力デジタル信号から発生される疑似ランダム・デ
ジタル信号との論理結合によって決めるのがよい。こう
すると、指標信号のエネルギが広い帯域に広がる。疑似
ランダム信号を出力デジタル信号から導出するのは、指
標信号を復号するため疑似ランダム信号をあとで容易に
（同期問題なしに）再生できるからである。

【００２２】本発明装置は、出力デジタル信号からデジ
タル雑音信号を発生するための疑似ランダム・デジタル
信号発生器を含むのがよい。この具体構成では、このタ
イプのディザ雑音の使用を指標信号によって知らせるこ
とができる。

【００２３】本発明は、他の面からみて、入力デジタル
信号から指標信号を復号する装置を提供する。この装置
の指標信号は、入力信号の少なくとも１つのビットの論
理１又は論理０となる確率を変えることにより符号化さ
れたものである。本装置は、入力デジタル信号の少なく
とも１つの所定ビットにおける論理１及び論理０状態の
頻度を検出する手段と、入力デジタル信号の少なくも１
つの所定ビットに論理１又は論理０状態のどちらが優勢
（多い）かに応じて、指標信号を発生する手段とを具え
る。

【００２４】この相補的な復号装置では、論理１及び論
理０の状態の頻度が検出され、この検出結果に応じて指
標信号が発生される。

【００２５】本装置は、正又は負どちらか一方の状態を
有し、且つ、現在の状態が入力デジタル信号の少なくと
も１つの所定ビットから導出される制御信号によって決
まる中間信号を発生する手段を具えるのがよい。

【００２６】データ符号化の際に用いられる変調過程の
影響を消すために、制御信号を、入力デジタル信号の少
なくとも１つの所定ビットと周期的に発振する信号との
論理結合によって決めるのがよい。該発振信号の周波数
は、入力デジタル信号のサンプルレートのほぼ１／２に
等しい周波数であるのがよい。

【００２７】また、該制御信号は、入力デジタル信号の
少なくとも１つの所定ビットと、入力デジタル信号から
発生される疑似ランダム・デジタル信号との論理結合に
よって決めるのがよい。

【００２８】本装置は、中間信号を低域通過濾波するた
めのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を具えるのがよい。こ
の場合、絶対値検出手段を該ＬＰＦの出力の絶対値検出
に用い、指標信号を絶対値検出手段の出力によって決め
るのがよい。

【００２９】本装置はまた、絶対値検出手段によってト
リガされる再トリガ可能な単安定回路を具え、指標信号
を再トリガ可能単安定回路の出力によって決めるのがよ
い。こうすれば、ＬＰＦの出力のゼロ交差に関するどん
な問題も解消される。

【００３０】この技法を雑音の減算に使用するために、
入力デジタル信号からデジタル雑音信号を発生する疑似
ランダム・デジタル信号発生器と、指標信号の所定状態
に応答し、入力デジタル信号からデジタル雑音信号を減
算して出力デジタル信号を発生する手段とを本装置に具
えるのがよい。

【００３１】本技法は、入力デジタル信号がデジタル音
声信号である場合に用いて特に好適である。本発明は、
デジタルテープレコーダのようなデータ記録及び（又
は）再生装置やコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤの
ような光学的記録再生装置に用いて特に好適である。

【００３２】本発明は、更に他の面からみて、第１分解
能の入力デジタル信号を処理して、第１分解能より低い
第２分解能の出力デジタル信号を発生する方法を提供し
ている。その方法は、入力デジタル信号にデジタル雑音
信号を加えてディザされたデジタル信号を発生し、該デ
ィザされたデジタル信号を量子化して出力デジタル信号
を発生するステップと、指標信号の現在状態に応じて、
出力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットが論理
１か又は論理０となる確率を変化させるステップとを含
んでいる。

【００３３】本発明は、４番目の面からみて、入力デジ
タル信号の少なくとも１つの所定ビットが論理１又は論
理０となる確率を変化させることにより、符号化された
指標信号を入力デジタル信号から復号する方法を提供す
る。その方法は、入力デジタル信号の少なくとも１つの
所定ビットにおける論理１及び論理０の状態の頻度を検
出するステップと、入力デジタル信号の少なくとも１つ
の所定ビットにおいて論理１又は論理０状態のどちらが
優勢であるかに応じて指標信号を発生するステップとを
含む。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体的に説明する。図１は、デジタル音声量子化及び記録
装置の概略を示すブロック図である。図１において、音
声信号源１０から音声信号は、３２ビットのデジタル混
合（ミキシング）操作卓の如き３２ビット・デジタル音
声処理装置２０によって処理される。処理された３２ビ
ット・デジタル音声信号はそれから、３２ビット信号を
１６ビットのデジタル音声信号４５に量子化して落とす
３２ビット−１６ビット変換器３０に送られる。

【００３５】変換器３０は、信号を量子化する前にディ
ザ雑音を３２ビット・デジタル音声信号に加える。これ
は、３２ビット−１６ビット量子化器の粗い伝達関数を
平滑化するために行われる。ディザ雑音は、３２ビット
−１６ビット変換器３０より出力される１６ビット信号
４５から疑似ランダム雑音信号を発生する疑似ランダム
・ビット列（ＰＲＢＳ）発生器４０より供給される。

【００３６】１６ビット・デジタル音声信号４５はそれ
から、低ビットレート（ＬＢＲ）データ符号化器５０に
送られる。（実際には、量子化及びＬＢＲデータ符号化
動作は、後述の具体構成では一緒に行われる。説明を容
易にするため、図１では順次に行われる動作のように示
した。）ＬＢＲデータ符号化器５０は、１６ビット・デ
ジタル音声信号４５に低ビットレート制御信号（指標信
号）を印加する。この制御信号は、量子化された１６ビ
ット信号４５から発生したディザ雑音を用いて上記信号
を量子化したことを示すものである。これらの低ビット
レート制御データは、あとの雑音減算段を制御するのに
使用することができる。

【００３７】これより、ＬＢＲデータ符号化器５０を詳
しく説明する。しかし、簡単にいえば、ＬＢＲデータ符
号化器５０では、デジタル音声信号４５自身のデータを
僅かに変更することにより、デジタル音声信号４５に制
御データ信号を印加するのである。この変更は極めて僅
か（後述参照）であるので、デジタル音声信号４５に約
０．００３ｄＢの雑音が付加されるにすぎない。この付
加雑音成分は、非常に小さいため結果的に音声信号内で
は殆ど聞こえない。

【００３８】ＬＢＲデータ符号化器５０は、音声データ
に別の指標フラグを付ける（ＷＯ９４／０３９８８で提
案されているように）のではなく、実際の音声データを
変更するので、符号化されたデジタル音声信号をその
後、普通の１６ビット処理及び記録装置を用いて扱うこ
とができる。別のフラグとデジタル音声信号との間の正
確な関係を維持するために、上記信号を特別扱いする必
要はない。

【００３９】ＬＢＲデータ符号化器５０により出力され
る１６ビットのデジタル音声信号は、従来の１６ビット
・デジタル記録再生装置６０に記録することができる。

【００４０】図２は、図１の量子化及び記録装置を補う
デジタル音声再生及び雑音減算装置の概略を示すブロッ
ク図である。上記記録再生装置６０から再生された１６
ビット・デジタル音声信号は、ＬＢＲデータ復号器７０
に供給され、該復号器７０は、ＬＢＲデータ符号化器５
０においてデジタル音声データ４５に印加されたＬＢＲ
制御信号に対応するＬＢＲ制御信号７５を導出する。

【００４１】再生された１６ビット・デジタル音声信号
はまた、（ＬＢＲデータ復号器７０によって変えられず
に）そのまま雑音減算器８０に送られ、該減算器８０
は、図１のＰＲＢＳ発生器４０と同一のＰＲＢＳ発生器
４０′により、再生された１６ビット・デジタル音声信
号から発生されたディザ雑音信号を受ける。雑音減算器
８０は、ＰＲＢＳ発生器４０′により発生されたディザ
雑音信号を、再生された１６ビット・デジタル音声信号
より減じる。

【００４２】ＬＢＲデータ復号器７０により出力される
ＬＢＲ制御信号７５は、マルチプレクサ（切替えスイッ
チ）９０を制御し、該マルチプレクサ９０は、雑音減算
器８０により出力された雑音減算デジタル音声信号か、
又は上記記録再生装置６０により再生された１６ビット
・デジタル音声信号のどちらか一方を選択する。マルチ
プレクサ９０によって選択された信号はそれから、更に
処理されるための出力音声信号として供給される。

【００４３】再生されたデジタル音声信号が、該信号を
量子化する前にディザ雑音を加えるためＰＲＢＳ発生器
４０が使用されるものであるとき、雑音減算器８０は、
加えられたディザ雑音を除去することにより、再生され
た信号のＳ／Ｎ比を約４．５ｄＢだけ改善することがで
きる。しかし、ＰＲＢＳ発生器４０′からのディザ雑音
が、量子化段階でそのタイプの雑音が使われなかったデ
ジタル音声信号から減算されると、雑音減算器８０は、
再生されたデジタル音声信号のＳ／Ｎ比を実際に約２．
５ｄＢ低下させることになる。したがって、約０．００
３ｄＢの雑音を付加した場合、ＬＢＲデータ符号化器５
０及びＬＢＲデータ復号器７０は、デジタル音声データ
ストリームへの制御信号を符号化して、雑音減算器８０
を使用すべきか否かを制御する手段を提供する。かよう
な制御信号を用いることの潜在的利点（即ち、４．５ｄ
Ｂ改善の可能性又は２．５ｄＢ劣化の回避）は、ＬＢＲ
データ符号化過程によって起きる極めて小さい雑音の付
加に比し大きく勝（まさ）ることである。

【００４４】これより、図３〜図７を参照してＬＢＲデ
ータ符号化器５０及び復号器７０の動作を詳細に説明す
る。図３は、ディザ量子化器及び低ビットレートデータ
符号化器の第１の具体例を示す概略図である。図３の回
路は、図１の変換器３０、ＰＲＢＳ発生器４０及びＬＢ
Ｒデータ符号化器５０に対応するものである。

【００４５】図３の回路は、３２ビット入力デジタル音
声信号１００を受け、量子化された１６ビット出力デジ
タル音声信号１１０を発生するものである。出力信号１
１０は、ＰＲＢＳ発生器１２０への入力として供給され
る。ＰＲＢＳ発生器１２０（あとで図５を参照して詳述
する。）は、デジタル音声信号１１０より決定論的に出
力疑似ランダム・ビット列を発生する。ＰＲＢＳ発生器
１２０の出力は、確率密度関数（ＰＤＦ）修正器１３０
に供給され、そこから加算器１４０に送られ、修正され
たＰＲＢＳ信号が入力信号１００に加算される。

【００４６】ＰＲＢＳ発生器１２０は、長方形の確率密
度関数を有するビット列を発生する。いいかえると、
（１６ビット信号の）±１／２ ＬＳＢ間の考えられる
すべての出力値は同じ確率で発生する。ＰＤＦ修正器１
３０は、ＰＲＢＳ発生器の出力をそれ自身の遅延された
ものから減算することにより、３角形の確率密度関数を
有するように修正された雑音信号を発生する。この雑音
信号は、０値が最も発生確率が高く、−１ ＬＳＢ及び
＋１ ＬＳＢ間の種々の値ｘの発生確率が（ｙ−｜ｘ
｜）即ち（ｙ−絶対値（ｘ））に等しいものである。こ
の形のＰＤＦは、ディザ量子化器に使用する場合、長方
形ＰＤＦより適している。

【００４７】加算器１４０の出力における信号は、ＰＤ
Ｆ修正器１３０により出力されるディザ雑音を入力デジ
タル音声信号１００に加算したものを表す。この信号
は、信号打切り器（signal truncator）１５０と比較器
１６０とに並列に供給される。信号打切り器１５０は、
加算器１４０の出力を打切って１６ビット分解能とし、
打切られた１６ビット信号を出力マルチプレクサ１７０
に供給する。

【００４８】打切られた１６ビット信号はまた、ＡＮＤ
ゲート１８０及びＯＲゲート１９０に並列に供給され
る。ＡＮＤゲート１８０の第２入力は１６進数のＦＦＦ
Ｅであり、したがって、ＡＮＤゲート１８０の出力は、
打切り器１５０により発生された打切られた１６ビット
信号に等しいが、そのＬＳＢは常に０にセットされる。
同様に、ＯＲゲート１９０の第２入力は１６進数の００
０１であり、したがって、ＯＲゲート１９０の出力にお
ける信号は、そのＬＳＢが常に１にセットされる。

【００４９】低ビットレート（ＬＢＲ）データは、この
例では、ＰＲＢＳ発生器１２０及びＰＤＦ修正器１３０
により発生されたディザ雑音が加算されていることを示
す指標信号であり、マルチプレクサ２００に制御入力と
して供給される。マルチプレクサ２００は、ＡＮＤゲー
ト１８０の出力又はＯＲゲート１９０の出力のどちらか
一方を、比較器１６０の第２入力及び出力マルチプレク
サ１７０の第２入力に供給する。このように構成する
と、マルチプレクサ２００は、ＬＳＢビットが常にＬＢ
Ｒデータ（指標信号）の現在状態に等しくセットされ
た、打切られた１６ビット信号に等しい出力信号を供給
することになる。

【００５０】比較器１６０は、マルチプレクサ２００の
出力と加算器１４０の出力との差を検出し、誤差信号を
発生する。誤差信号の絶対値が絶対値検出器（ａｂｓ）
２１０によって検出され、この絶対誤差値はそれから、
比較器２２０によって閾値と比較される。絶対誤差値が
閾値より小さければ、出力マルチプレクサ１７０は、マ
ルチプレクサ２００の出力を選択して出力デジタル音声
信号１１０を作る。絶対誤差値が閾値より大きいか又は
これに等しければ、出力マルチプレクサ１７０は、信号
打切り器１５０の出力を直接選択して出力デジタル音声
信号１１０を作る。

【００５１】図３の回路の作用は、ＬＢＲデータの状態
に応じて、出力デジタル音声信号１１０のＬＳＢにおけ
る論理１及び論理０の頻度を少しだけ変えることであ
る。ＬＢＲデータが論理１である場合、出力デジタル音
声信号１１０のＬＳＢにおいて論理１がやや優勢とな
り、論理０である場合はその逆となる。しかし、閾値及
び比較器２２０の使用により、閾値より誤差が小さくな
る場合にのみ、出力デジタル音声信号１１０のＬＳＢが
０から１に変えられる（逆の場合も同様）ことになる。
ＬＳＢの状態を変えることにより生じる誤差が閾値より
大きいか又はこれに等しい場合は、変更は行われない。

【００５２】本例では、閾値をＬＳＢの１／２５６に設
定する。これには、２つの作用がある。第１は、２５６
サンプル毎に約１音声サンプルについてＬＳＢを０から
１に又はその反対に変更することであり、第２は、変更
によって生じる誤差がＬＳＢの１／２５６より小さいと
きにのみ、変更を行うことである。この低い誤差は、量
子化しようとする（即ち雑音加算後の）３２ビット・サ
ンプルが２つの隣接する１６ビット量子化レベル間の境
界の極めて近くにあるときに、発生する。１／２５６
ＬＳＢのような低い閾値を用いると、ＬＢＲデータ符号
化によって生じる出力デジタル音声信号１１０に付加さ
れる雑音成分は、約０．００３ｄＢにすぎなくなる。

【００５３】１／２５６ ＬＳＢの閾値を用いるとき、
ＬＢＲデータに適当なデータレートは、入力デジタル信
号のサンプルレートの（１／２５６）² 倍となる。一般
に、適当なデータレートは、閾値の２乗を入力サンプル
レートに乗じたものより小さいか又はこれに等しい。

【００５４】ＬＢＲデータ符号化回路を使用しなかった
場合、出力デジタル音声信号１１０における論理１及び
論理０の頻度は、ディザされた量子化処理のためほぼ同
じである。ＬＢＲデータ符号化回路を上述した閾値で使
用すると、出力デジタル音声信号１１０における論理１
及び論理０の頻度は、夫々約２５７／５１２及び２５５
／５１２に（ＬＢＲデータが１に等しい場合）変わり、
ＬＢＲデータが０に等しい場合は逆になる。出力デジタ
ル音声信号１１０における論理１又は論理０のどちから
一方のこの僅かな優勢は、検出することができ、雑音減
算をあとの段階で行うべきか否かを示すのに使用でき
る。

【００５５】図４は、図３の装置を補う、低ビットレー
トデータ復号器及び雑音減算器の第１の具体例を示す概
略図である。図４の回路は、入力デジタル音声信号２５
０を受け、出力デジタル音声信号２６０を供給する。入
力デジタル音声信号２５０は、図３の回路の量子化され
た出力デジタル音声信号１１０の、その後記録された
り、送信されたりしたものに相当する。

【００５６】入力デジタル音声信号２５０は、ＰＲＢＳ
発生器１２０′及び出力マルチプレクサ２７０に並列に
供給される。ＰＲＢＳ発生器１２０′は、図３のＰＲＢ
Ｓ発生器１２０と同一であり、その出力は、図３のＰＤ
Ｆ修正器１３０と同一のＰＤＦ修正器１３０′に供給さ
れる。こうすると、ＰＤＦ修正器１３０′の出力は、図
３のＰＤＦ修正器１３０の出力が出力デジタル音声信号
１１０によって決まるのと全く同様に、入力デジタル音
声信号２５０によって決まる。

【００５７】ＰＤＦ修正器１３０′によって発生された
ディザ雑音は、減算器２８０により入力信号２５０から
減算される。図３の装置によってデータが量子化された
場合、この減算処理により、信号を最初に量子化する前
に加算器１４０によって付加されたディザ雑音が除去さ
れる。雑音が減算された信号は減算器２８０より出力マ
ルチプレクサ２７０に送られ、該マルチプレクサは、制
御信号２９０（後述参照）の制御の下に、出力デジタル
信号２６０として雑音減算された信号又は入力デジタル
信号２５０のどちらか一方を選択する。

【００５８】入力デジタル信号２５０のＬＳＢは、２入
力が夫々＋１及び−１の一定値に接続されたマルチプレ
クサ３００の動作を制御する。入力信号２５０のＬＳＢ
が論理１の場合、マルチプレクサ３００は、＋１の一定
値をその出力として供給する。同様に、入力信号２５０
のＬＳＢが論理０の場合、マルチプレクサ３００は、−
１の一定値をその出力として送出する。

【００５９】マルチプレクサ３００の出力は、ローパス
フィルタ（ＬＰＦ）３１０に送られる。該フィルタは、
本例では従来設計の３タップ・デジタルＬＰＦである。
入力信号２５０のＬＳＢにおける論理１及び論理０の頻
度が等しい場合、マルチプレクサ３００の出力において
も＋１及び−１の頻度は等しくなる。このため、マルチ
プレクサ３００の出力の平均は０になり、したがって、
ＬＰＦ３１０の出力は殆ど０になる。

【００６０】しかし、入力信号２５０のＬＳＢにおいて
論理１又は論理０が僅かに優勢になれば、ＬＰＦ３１０
は、論理１又は論理０のいずれが優勢かに応じて正又は
負のどちらかとなる非ゼロ値を出力する。

【００６１】ＬＰＦ３１０の出力は、シュミット・トリ
ガ回路３２０及び絶対値検出器３３０に並列に供給され
る。シュミット・トリガ３２０は、従来設計のもので、
論理１又は論理０のどちらが優勢かを示す、ＬＰＦ３１
０の正又は負の出力を検出して、ＬＰＦ３１０の出力の
極性に応じた「クリーンな」デジタルデータ出力３４０
を供給する。

【００６２】絶対値検出器３３０は、ＬＰＦ３１０の出
力を修正してゼロ出力（入力信号２５０のＬＳＢにおけ
る論理１及び論理０の頻度が等しい場合）又は正の出力
（入力信号２５０のＬＳＢにおいて論理１又は論理０が
優勢の場合）のいずれか一方を発生する。絶対値検出器
３３０の出力は、従来設計の再トリガ可能な単安定（Ｍ
／Ｓ）回路３５０に送られる。再トリガ可能Ｍ／Ｓ回路
３５０の目的は、入力信号２５０に対してＬＢＲデータ
符号化が用いられたかどうかを示す検出出力信号３６０
を与えることである。ただし、この信号は、実際に符号
化されたＬＢＲデータとは無関係である。再トリガ可能
Ｍ／Ｓ回路３５０は、一旦絶対値検出器３３０の正に向
かう出力によってトリガされると、所定の約１秒間トリ
ガされたままである。これはＬＰＦ３１０の出力の一時
的なゼロ交差の間、検出出力３６０を高レベルに維持す
るために行うものである。これらのゼロ交差は、入力信
号２５０のＬＳＢについて符号化された隣接データビッ
トが１から０に又はその逆に変化する（ＬＰＦ３１０の
対応する出力が＋１から−１に変化してその間にゼロ交
差をする。）ときに発生する。

【００６３】この具体例では、検出出力３６０は、量子
化段でディザ雑音が加えられたことを示すのに用いる。
したがって、検出出力３６０は、出力マルチプレクサ２
７０を制御する制御信号２９０として使用される。

【００６４】図５は、疑似ランダム・ビット列（ＰＲＢ
Ｓ）発生器の具体例を示す概略図である。図５の回路５
２０は、入力信号４００を受け、２つの出力信号４１
０，４２０を発生する。２つの出力信号の必要性は、図
６及び７を参照してあとで説明する。ただし、図５の回
路は、出力信号４２０のみを用いて図３及び４のＰＲＢ
Ｓ発生器１２０，１２０′として使用してもよい。

【００６５】入力信号４００は、排他的ＯＲゲート４３
０、遅延要素４４０及びフィードバック加算器４５０よ
り成るループ回路に供給される。遅延要素４４０の出力
は、出力４１０として用いられる第１の疑似ランダム・
ビット列を形成する。この信号はまた、一連の遅延要素
４７０の帰還ループの一部として接続された排他的ＯＲ
ゲート４６０に供給される。排他的ＯＲゲート４６０の
出力は、図５のＰＲＢＳ発生器の他方の出力４２０を形
成する。

【００６６】疑似ランダム・ビット列の発生原理は、確
立されていて、例えば「電子技術（ジ・アート・オブ・
エレクトロニクス）」（ホロウィッツ・アンド・ヒル，
ケンブリッジ大学出版，１９８８年）に記載されてい
る。ビット列は、一連の遅延要素４７０の列に沿って進
行し、この遅延要素の列に沿う異なる個所からタップさ
れた値が排他的ＯＲゲート４８０によって結合され、そ
れから遅延要素４７０の列にフィードバックされる。

【００６７】図６は、ディザされる量子化器及び低ビッ
トレートデータ符号化器の第２の具体例を示す概略図で
ある。図６の回路内の多くの要素は、図３の回路に使用
したものと同一である。これらの要素は、図３で用いた
符号と同じもので示し、説明を省略する。

【００６８】図６の回路は、図３の回路で発生する可能
性がある潜在的な問題を解決するものである。この潜在
的問題は、量子化されたデータストリームのＬＳＢにお
ける論理１及び論理０の頻度を変えるのに用いられる低
ビットレート（ＬＢＲ）データが、人間の聴覚感応帯域
内にある成分を有することがあるために発生する。換言
すると、或る状態の下では、聴取者に、再構成された音
声信号内の低ビットレートデータの影響が聞こえるので
ある。

【００６９】これを克服するため、図６では、ＬＢＲデ
ータをまず、音声サンプリング周波数の２分の１（ｆｓ
／２）で動作する発振器５００の出力と結合する。この
結合は、排他的ＯＲゲート５１０で行われ、ＬＢＲデー
タを、音声サンプリング周波数の１／２の搬送波の上に
乗せ（即ち、人間の聴覚感応帯の十分外側におき）、実
効的に変調するものである。再構成された音声信号の中
でかすかに聞こえることがある、変調されたＬＢＲデー
タの残留する反復成分をなくすため、排他的ＯＲゲート
５１０の出力を、図５のＰＲＢＳ発生器５２０の出力４
１０と、もう１つの排他的ＯＲゲート５３０で結合す
る。このように変調されたＬＲＢデータを疑似ランダム
・ビット列と結合することにより、ＬＢＲデータのエネ
ルギが広い周波数範囲に広がり、聞こえる可能性がずっ
と減少する。

【００７０】排他的ＯＲゲート５３０の出力は、前述し
たのと同様なやり方でマルチプレクサ２００を制御す
る。

【００７１】図７は、図６の装置を補う、低ビットレー
トデータ復号器及び雑音減算器の第２の具体例を示す概
略図である。図７の装置は、図５のＰＲＢＳ発生器５２
０と同一のＰＲＢＳ発生器５２０′を使用する。更に、
図７の回路の多くの要素は、図４の回路において対応す
る番号を付したものと同一である。

【００７２】図７において、入力信号２５０のＬＳＢ
は、排他的ＯＲゲート５５０にて、図６の発振器５００
と同一の発振器５００′の出力と結合される。排他的Ｏ
Ｒゲート５５０の出力は、それからもう１つの排他的Ｏ
Ｒゲート５６０に送られ、そこで、ＰＲＢＳ発生器５２
０′の出力４１０と結合される。入力信号２５０のＬＳ
Ｂを発振器の出力及びＰＲＢＳ発生器の出力４１０と結
合することにより、低ビットレートデータは、図６の回
路で行われた変調動作が逆に行われて、実効的に復調さ
れる。

【００７３】出力データ３４０は、発振器５００に対す
る発振器５００′の位相によって決まるので、従来の極
性に無関係の符号化体系を用いて不明瞭さを避けること
ができる。

【００７４】排他的ＯＲゲート５６０の出力はそれか
ら、図４のマルチプレクサ３００と同一の動作をするマ
ルチプレクサ３００を制御するのに使用される。

【００７５】上述した符号化又は復号装置は、テープ装
置のようなデジタル記録及び（又は）再生装置や光学的
記録再生装置（例えばＣＤプレーヤ）の中に組入れるこ
とができる。ＬＢＲデータはそれから、上記装置内の雑
音減算回路のオン・オフ切替えに使用することができ
る。

【００７６】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば、デ
ィザ雑音が量子化された信号から不正確に減算されてＳ
／Ｎ比が低下することを避けることができる。また、フ
ラグを付けてディザ雑音減算の是非を示す方法に比し、
容量の増加その他の特別の処置を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるデジタル音声量子化及び記録装置
の概略を示すブロック図である。

【図２】本発明によるデジタル音声再生及び雑音減算装
置の概略を示すブロック図である。

【図３】ディザされる量子化器及び低ビットレートデー
タ符号化器の第１の具体例を示す概略図である。

【図４】低ビットレートデータ復号器及び雑音減算器の
第１の具体例を示す概略図である。

【図５】疑似ランダム・ビット列（ＰＲＢＳ）発生器の
具体例を示す略式回路図である。

【図６】ディザされる量子化器及び低ビットレートデー
タ符号化器の第２の具体例を示す概略図である。

【図７】低ビットレートデータ復号器及び雑音減算器の
第２の具体例を示す概略図である。

【符号の説明】

３０，４０，５０ 発生手段 ２００ 反転手段（マルチプレクサ） １６０，２１０ 絶対差検出手段 １７０ 出力デジタル信号供給手段（出力マルチプレク
サ） ４０，４０′，１２０，１２０′，５２０，５２０′
疑似ランダム・デジタル信号発生器（ＰＲＢＳ発生器） ３００，３１０ 頻度検出手段 ３００ 中間信号発生手段（マルチプレクサ） ３１０ ローパスフィルタ ３３０，３５０ 指標信号発生手段 ３３０ 絶対値検出手段 ３５０ 再トリガ可能単安定回路 ２８０，２７０ 雑音減算出力デジタル信号発生手段

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１分解能の入力デジタル信号を処理し
   て、該第１分解能より低い分解能の第２分解能の出力デ
   ジタル信号を発生する装置であって、 指標信号に応答し、デジタル雑音信号を上記入力デジタ
   ル信号に加えてディザされたデジタル信号を発生し、こ
   のディザされたデジタル信号を量子化して出力デジタル
   信号を発生する発生手段を具え、 該発生手段は、上記指標信号の現在の状態に応じて、上
   記出力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットの論
   理１又は論理０となる確率を変える動作をするものであ
   るデジタル信号処理装置。
2. 【請求項２】 上記出力デジタル信号の少なくとも１つ
   の所定ビットは、上記出力デジタル信号の最下位ビット
   である請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記発生手段は、上記ディザされたデジ
   タル信号を量子化して中間デジタル信号を発生する手段
   と、上記出力デジタル信号を発生するために上記中間デ
   ジタル信号の選択されたデータワードの少なくとも１つ
   の所定ビットを反転させる手段とを含む請求項１の装
   置。
4. 【請求項４】 上記反転手段は、 上記中間信号の現在のデータワードの少なくとも１つの
   所定ビットを、上記指標信号から導出された制御信号に
   よって決まる値に設定し、これにより試験的データワー
   ドを発生する手段と、 上記試験的データワードと上記入力デジタル信号の対応
   するデータワードとの絶対差を検出する手段と、 上記差が所定の閾値より小さいか否かに応じて、上記試
   験的データワード又は上記中間デジタル信号の上記デー
   タワードを、上記出力デジタル信号の現在のワードとし
   て供給する手段とを含む請求項３の装置。
5. 【請求項５】 上記閾値が上記出力デジタル信号の最下
   位ビットの１／２５６である請求項４の装置。
6. 【請求項６】 上記指標信号は、上記入力デジタル信号
   のサンプルレートに所定閾値の自乗を乗じたものより小
   さいか又はこれに等しいデータレートを有する請求項４
   又は請求項５の装置。
7. 【請求項７】 上記制御信号は、上記指標信号を周期的
   に発振する信号と論理結合したものによって決まる請求
   項４〜６のいずれか１項の装置。
8. 【請求項８】 上記発振信号は、上記入力デジタル信号
   のサンプルレートの１／２にほぼ等しい周波数を有する
   請求項７の装置。
9. 【請求項９】 上記制御信号は、上記指標信号を上記出
   力デジタル信号から発生された疑似ランダム・デジタル
   信号と論理結合したものによって決まる請求項４〜８の
   いずれか１項の装置。
10. 【請求項１０】 上記出力デジタル信号よりデジタル雑
    音信号を発生する疑似ランダム・デジタル信号発生器を
    含む請求項１〜９のいずれか１項の装置。
11. 【請求項１１】 上記指標信号は、上記デジタル雑音信
    号が上記出力デジタル信号より発生されたことを少なく
    とも示すものである請求項１０の装置。
12. 【請求項１２】 上記入力デジタル信号は３２ビットの
    分解能を有し、上記出力デジタル信号は１６ビットの分
    解能を有する請求項１〜１１のいずれか１項の装置。
13. 【請求項１３】 入力デジタル信号の少なくとも１ビッ
    トの論理１又は論理０となる確率を変えることにより符
    号化された指標信号を上記入力デジタル信号から復号す
    る装置であって、 上記入力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットに
    おける論理１及び論理０状態の頻度を検出する手段と、 上記入力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットに
    おいて論理１又は論理０の状態のどちらが優勢であるか
    に応じて、上記指標信号を発生する手段とを具えた入力
    デジタル信号から指標信号を復号する装置。
14. 【請求項１４】 上記少なくとも１つの所定ビットは、
    上記入力デジタル信号の最下位ビットである請求項１３
    の装置。
15. 【請求項１５】 正又は負のどちらか一方の状態を有す
    る中間信号を発生する手段であって、該中間信号の現在
    の状態が、上記入力デジタル信号の少なくとも１つの所
    定ビットより導出された制御信号によって決まる中間信
    号発生手段を含む請求項１３又は請求項１４の装置。
16. 【請求項１６】 上記制御信号は、上記入力デジタル信
    号の少なくとも１つの所定ビットを周期的に発振する信
    号と論理結合したものによって決まる請求項１５の装
    置。
17. 【請求項１７】 上記発振信号は、上記入力デジタル信
    号のサンプルレートの１／２にほぼ等しい周波数を有す
    る請求項１６の装置。
18. 【請求項１８】 上記制御信号は、上記入力デジタル信
    号の少なくとも１つの所定ビットを、上記入力デジタル
    信号から発生された疑似ランダム・デジタル信号と論理
    結合したものによって決まる請求項１５〜１７のいずれ
    か１項の装置。
19. 【請求項１９】 上記中間信号を低域通過濾波するロー
    パスフィルタを含む請求項１５〜１８のいずれか１項の
    装置。
20. 【請求項２０】 上記ローパスフィルタの出力の絶対値
    を検出する絶対値検出手段を含み、上記指標信号が該絶
    対値検出手段の出力によって決まる請求項１９の装置。
21. 【請求項２１】 上記絶対値検出手段によってトリガさ
    れる動作をする再トリガ可能な単安定回路を含み、上記
    指標信号が該再トリガ可能単安定回路の出力によって決
    まる請求項２の装置。
22. 【請求項２２】 上記入力デジタル信号からデジタル雑
    音信号を発生する疑似ランダム・デジタル信号発生器
    と、 上記指標信号の所定状態に応答し、上記デジタル雑音信
    号を上記入力デジタル信号から減算して出力デジタル信
    号を発生する手段とを含む請求項１３〜２１のいずれか
    １項の装置。
23. 【請求項２３】 上記入力デジタル信号がデジタル音声
    信号である請求項１〜２２のいずれか１項の装置。
24. 【請求項２４】 請求項１〜２３のいずれか１項の装置
    を有するデータ記録及び（又は）再生装置。
25. 【請求項２５】 第１分解能の入力デジタル信号を処理
    して、該第１分解能より低い第２分解能の出力デジタル
    信号を発生する方法であって、 デジタル雑音信号を上記入力デジタル信号に加えてディ
    ザされたデジタル信号を発生し、このディザされたデジ
    タル信号を量子化して出力デジタル信号を発生するステ
    ップと、 指標信号の現在状態に応じて、上記出力デジタル信号の
    少なくとも２つの所定ビットの論理１又は論理０となる
    確率を変えるステップとを含むデジタル信号処理方法。
26. 【請求項２６】 入力デジタル信号の少なくとも１ビッ
    トの論理１又は論理０となる確率を変えることにより符
    号化された指標信号を上記入力デジタル信号から復号す
    る方法であって、 上記入力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットに
    おける論理１及び論理０状態の頻度を検出するステップ
    と、 上記入力デジタル信号の少なくとも１つの所定ビットに
    おいて論理１又は論理０状態のどちらが優勢であるかに
    応じて、上記指標信号を発生するステップとを含む入力
    デジタル信号から指標信号を復号する方法。