JPH09289437A - デジタルリミッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンチエイリアシングノイズの発生を軽減す
ることのできるデジタルリミッタ装置を得る。 【解決手段】 デジタル信号が供給されるオーバーサン
プリングフィルタ４２と、そのオーバーサンプリングフ
ィルタ４２の出力が供給されるデジタル非線形リミッタ
４３とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデジタルリミッタ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル音声信号を、磁気テープ、光デ
ィスク、光磁気ディスク等の記録媒体に記録して販売す
る場合、そのデジタル音声信号の音質を向上させるため
に、デジタル音声信号を、デジタルリミッタに供給して
信号処理することが行われている。しかし、一般に、デ
ジタル音声信号をデジタル非線形リミッタに通すと、ア
ンチエイリアシングノイズ（anti-aliasing noise)が発
生する。

【０００３】次に、図４を参照して、デジタル非線形リ
ミッタの従来例（特開平１−１２９５２１号公報参照）
を説明する。１は、信号処理手段を全体として示す。２
はＣＰＵで、信号処理手段１に数値情報を供給する。３
は表示装置で、ＣＰＵ２に制御されて、種々の情報を表
示する。４は操作装置で、表示装置３及びＣＰＵ２の作
動状態を操作する操作信号を入力するためのものであ
る。

【０００４】次に、信号処理手段１について説明する。
この信号処理手段１は、入力デジタルデータ（デジタル
信号）のレベルに応じて、３つの異なる態様の変換を行
うように構成されている。入力端子１ａから入力される
デジタルデータが数値ｐに対応する所定の範囲内のデー
タであるときは、このデジタルデータをｘとして、

【０００５】

【数１】ｆ（ｘ）＝ｋｘ

【０００６】で表される関数に基づいて、即ち、入力さ
れたデジタルデータに数値ｋを乗じた新たなデジタルデ
ータに変換して、出力端子１ｂから出力する。デジタル
データｘが所定の範囲より小であるときは、このデジタ
ルデータを、

【０００７】

【数２】ｆ（ｘ）＝ａｘ³ ＋ｂｘ² ＋ｃｘ＋ｄ

【０００８】で表される関数に基づいて新たなデジタル
データに変換して、出力端子１ｂから出力する。デジタ
ルデータｘが所定の範囲より大であるときは、このデジ
タルデータを、

【０００９】

【数３】ｆ（ｘ）＝ａｘ³ −ｂｘ² ＋ｃｘ−ｄ

【００１０】で表される関数に基づいて新たなデジタル
データに変換して、出力端子１ｂから出力する。

【００１１】上述の数１、数２及び数３の関数ｆ（ｘ）
の数値ｋ及び係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ並びに上述の所定の範
囲を決定する数値ｐは、ＣＰＵ２から信号処理手段１に
供給される。

【００１２】入力端子６からの入力デジタル音声信号
は、バランサ増幅器７及び減衰器増幅器８を通じて、デ
エンファシス回路５に供給されると共に、第１の増幅器
９及び第２の増幅器１０にも供給される。このデエンフ
ァシス回路５は、エンファシス処理されているデジタル
音声信号を元のデジタル音声信号に戻す回路である。デ
エンファシス回路５の出力信号は、第３の増幅器１１を
通じて第１の加算器１２に供給されて、第２の増幅器１
０の出力信号と加算される。即ち、第２及び第３の増幅
器１０、１１において、デジタル音声信号に乗算される
係数によって、デエンファシス回路５を経由する信号及
びデエンファシス回路５を経由しない信号のいずれか一
方を選択したり、又は、両信号を任意の比率で加算する
ことができる。第１の加算器１２の出力は、信号処理手
段１の入力端子１ａと第４の増幅器１３に供給される。

【００１３】加算器１２からのデジタルデータは、第１
のレベル弁別回路１４に供給される。この第１のレベル
弁別回路１４は、これに供給されるデジタルデータｘ
が、ＣＰＵ２から供給される数値−ｐより小のときは、
そのデジタルデータｘを第１の演算回路１５に供給し、
数値−ｐ以上であるときは、そのデジタルデータｘを第
２のレベル弁別回路１６に供給する。この第２のレベル
弁別回路１６は、これに供給されるデジタルデータｘが
ＣＰＵ２より供給される数値ｐより小のときは、そのデ
ジタルデータｘを第２の演算回路としての第５の増幅器
１７に供給し、数値ｐ以上のときは、そのデジタルデー
タｘを第３の演算回路１８に供給する。

【００１４】第１の演算回路１５では、デジタルデータ
ｘが第１の乗算器１９に供給されて３乗された後、第６
の増幅器２０に供給されて、ＣＰＵ２から供給される係
数ａが乗算され、その第６の増幅器２０の出力ａｘ
³ が、第２の加算器２１に供給される。又、デジタルデ
ータｘが第２の乗算器２２に供給されて２乗された後、
第７の増幅器２３に供給されて、ＣＰＵ２から供給され
る係数ｂが乗算され、その第７の増幅器２３の出力ｂｘ
² が、第２の加算器２１に供給される。更に、デジタル
データｘが第８の増幅器２４に供給されて、ＣＰＵ２か
ら供給される係数ｃが乗算され、その第８の増幅器２４
の出力ｃｘが第２の加算器２１に供給される。第２の加
算器２１には、ＣＰＵ２により供給される係数ｄが供給
される。従って、第２の加算器２１の出力側には、ａｘ
³ 、ｂｘ² 、ｃｘ及びｄの和である上述の数２の式の右
辺に相当する信号が出力される。

【００１５】第２の演算回路となる第５の増幅器１７で
は、デジタルデータｘにＣＰＵ２から供給される数値ｋ
が乗算されて、数１の式の右辺に相当する信号ｋｘが出
力される。

【００１６】第３の演算回路１８では、デジタルデータ
ｘが第３の乗算器２５に供給されて３乗された後、第９
の増幅器２６に供給されて、ＣＰＵ２から供給される係
数ａが乗算され、その第９の増幅器２６の出力ａｘ
³ が、第３の加算器３０に供給される。又、デジタルデ
ータｘが第４の乗算器２７に供給されて２乗された後、
第１０の増幅器２８に供給されて、ＣＰＵ２から供給さ
れる係数−ｂが乗算され、その第１０の増幅器２８の出
力−ｂｘ² が、第３の加算器３０に供給される。更に、
デジタルデータｘが第１１の増幅器２９に供給されて、
ＣＰＵ２から供給される係数ｃが乗算され、その第１１
の増幅器２９の出力ｃｘが第３の加算器３０に供給され
る。第３の加算器３０には、ＣＰＵ２により供給される
係数−ｄが供給される。従って、第３の加算器３０の出
力側には、ａｘ³ 、−ｂｘ² 、ｃｘ及び−ｄの和である
上述の数２の式の右辺に相当する信号が出力される。

【００１７】第１、若しくは、第３の演算回路１５、１
８、又は、第５の増幅器１７から出力された信号は、信
号処理手段１の出力端子１ｂから出力され、第１２の増
幅器３１を通じて第４の加算器３２に供給されて、第４
の増幅器１３の出力信号と加算される。即ち、第４及び
第１２の増幅器１３、３１に入力される信号に乗算され
る係数により、信号処理手段１を経由する信号と、信号
処理手段１を経由しない信号とのいずれか一方を選択し
たり、又、それらを任意の比率で加算することができ
る。

【００１８】第４の加算器３２の出力信号は、第１３の
増幅器３３を通じて第５の加算器３４に供給されて、第
１の増幅器９の出力信号と加算される。即ち、第１及び
第１３の増幅器９、３３に供給される信号に乗算される
係数によって、デエンファシス回路５及び信号処理手段
１を経由する信号と、デエンファシス回路５及び信号処
理手段１を経由しない信号とのいずれか一方を選択した
り、又、それらを任意の比率で加算することができる。

【００１９】このように、かかるデジタルリミッタにお
いて、信号処理手段１を経由して出力される信号は、図
５Ａに示すように、数値−ｐから数値ｐまでの範囲にお
いては、供給されるデジタル音声信号が数１の式の数値
ｋに従ってｋ倍された信号として出力され、数値−ｐか
ら数値ｐまでの範囲の外側においては、数２、又は、数
３の式に従って変換されて信号として出力される。

【００２０】かかるデジタルリミッタにおいては、関数
ｆ（ｘ）中の数値ｋ及び係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ及び所定の
範囲を決定する数値ｐは、操作装置１を通じてＣＰＵ２
により任意に設定することができる。

【００２１】ここで、特に、数値ｋを３／２、係数ａを
０、係数ｂを９／８、係数ｃを９／４、係数ｄを１／
８、数値ｐを正規化した量子化レベルにおいて１／３と
し、

【００２２】

【数４】−１≦ｘ＜−（１／３）のとき、 ｆ₁ （ｘ）＝（９ｘ² ＋１８ｘ＋１）／８ −（１／３）≦ｘ＜（１／３）のとき、 ｆ₂ （ｘ）＝（３／２）ｘ （１／３）≦ｘ＜１のとき、 ｆ₃ （ｘ）＝（−９ｘ² ＋１８ｘ−１）／８

【００２３】で表される各関数によりデジタル音声信号
が処理されるようにする。かくすると、出力されるデジ
タル音声信号においては、図５Ａに示すように、入力レ
ベルが−９．５ｄＢ以下のときは約３．５ｄＢ程度利得
が上昇し、入力レベルが−９．５ｄＢを越えると、徐々
に利得が減少し、入力レベルが０ｄＢのときに利得は０
ｄＢになる。このような特性は、聴感上音量感を増大さ
せ、レベルの低い音声であっても、大きな音量の音声と
して聴こえる。又、聴感上の歪みやノイズが目立たない
音声信号が得られる。

【００２４】このように、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ及び数
値ｋ、ｐを設定しら場合には、関数ｆ₁ （ｘ）により処
理された範囲と、関数ｆ₂ （ｘ）により処理された範囲
との間、及び関数ｆ₂ （ｘ）により処理された範囲と関
数ｆ₃ （ｘ）により処理された範囲との間の出力信号の
変化が円滑に連続すると共に、入力されるデジタル音声
信号が、量子化レベルの最大値（例えば、２４ビットの
デジタルデータで２の補数を用いた場合には７ＦＦＦＦ
Ｆ）及び最小値（例えば、２４ビットのデジタルデータ
で２の補数を用いた場合には８０００００）に接近する
につれて、出力信号の変化率が減少しているためであ
る。

【００２５】又、数値ｋを２、係数ａを２００／７２
９、係数ｂを１１４０／７２９、係数ｃを１６８０／７
２９、係数ｄを１１／７２９、数値ｐを正規化した量子
化レベルにおいて１／１０とし、

【００２６】

【数５】−１≦ｘ＜−（１／１０のとき、 ｆ₁ （ｘ）＝（２００ｘ³ ＋１１４０ｘ₂ ＋１６８０ｘ
＋１１）／７２９ −（１／１０）≦ｘ＜（１／１０）のとき、 ｆ₂ （ｘ）＝２ｘ （１／１０）≦ｘ＜１のとき、 ｆ₃ （ｘ）＝（２００ｘ³ −１１４０ｘ² ＋１６８０ｘ
−１１）／７２９

【００２７】で表される各関数によりデジタル音声信号
が処理されるようにする。かくすると、出力デジタル音
声信号においては、図５Ｂに示すように、入力レベルが
−２０ｄＢ以下のときは、約６ｄＢ程度利得が上昇し、
入力レベルが−２０ｄＢを越えると徐々に利得が減少
し、入力レベルが０ｄＢのときに、利得０ｄＢとなる。
このような特性においても、上述の例と同様に、聴感上
の音量感を増大させ、レベルの低い音声においても、大
きな音量の音声として聴こえる。又、聴感上の歪みやノ
イズが目立たない音声信号が得られる。

【００２８】この図４のデジタルリミッタによれば、デ
ジタルデータが入力される信号処理手段１と、この信号
処理手段１にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｐ及びｋの数値情報を供
給できる制御手段２とを有し、信号処理手段１は、これ
に供給されるデジタルデータが数値ｐに対応する所定の
範囲内のデータであるときには、このデジタルデータ
を、 ｆ（ｘ）＝ｋｘ で表される関数に基づいて新たなデジタルデータに変換
して出力し、デジタルデータが所定の範囲より小さいと
きには、そのデジタルデータを、 ｆ（ｘ）＝ａｘ³ ＋ｂｘ² ＋ｃｘ＋ｄ で表される関数に基づいて新たなデジタルデータに変換
して出力し、デジタルデータが所定の範囲より大である
ときは、そのデジタルデータを、 ｆ（ｘ）＝ａｘ³ −ｂｘ² ＋ｃｘ−ｄ で表される関数に基づいて新たなデジタルデータに変換
して出力するようにしたので、信号処理手段１の変換特
性を任意に設定して、所望の変換特性によって変換され
たデジタルデータの得られるデジタルリミッタを得るこ
とができる。

【００２９】又、このデジタルリミッタにおいて、デジ
タルデータがデジタル音声信号である場合は、入力デジ
タル音声信号のレベルが所定の値より小であるときは、
１次関数に基づいて処理され、入力デジタル音声信号の
レベルが所定の値を越えるときは、そのレベルの増加に
伴って徐々に変化率の減少する高次関数により処理され
る。このような特性は、聴感上の音量感を増大させ、レ
ベルの低い音声においても、音量を大きく聴かせる効果
がある。又、聴感上の歪みやノイズが目立たない音声信
号が得られる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
デジタルリミッタでも、アンチエイリアシングノイズの
発生を十分軽減することはできなかった。

【００３１】かかる点に鑑み、本発明は、アンチエイリ
アシングノイズの発生を、一層軽減することのできるデ
ジタルリミッタ装置を提案しようとするものである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、デジタ
ル信号が供給されるオーバーサンプリングフィルタと、
そのオーバーサンプリングフィルタの出力が供給される
デジタル非線形リミッタとを有することを特徴とするデ
ジタルリミッタ装置である。

【００３３】かかる本発明によれば、デジタル信号をオ
ーバーサンプリングフィルタに供給して信号処理してか
ら、デジタル非線形リミッタに供給する。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に、図１を参照して、本発明
の実施の形態を説明する。入力端子４１からのデジタル
信号、例えば、デジタル音声信号をオーバーサンプリン
グフィルタ４２に供給して、元のサンプリング周波数Ｆ
ｓ（例えば、Ｆｓ＝４４．１ｋＨｚ）のｎ倍（ここで
は、ｎ＝２であるが、ｎは一般に、２以上の整数、少
数、又は、分数が可能である）のサンプリング周波数の
デジタル音声信号を得てから、デジタル非線形リミッタ
４３に供給して、リミット信号処理を行う。尚、上述の
ｎが大きい程、非線形リミッタ処理によるアンチエイリ
アシングの軽減の度合いが高くなる。

【００３５】デジタル非線形リミッタ４３よりの信号処
理されたデジタル音声信号を、ダウンサンプリングフィ
ルタ４４に供給して、そのサンプリング周波数を１／ｎ
（ここでは、１／２）にして、入力端子４１に供給され
たデジタル音声信号のサンプリング周波数Ｆｓと同じサ
ンプリング周波数Ｆｓのデジタル音声信号に戻して、出
力端子４５に出力する。尚、出力端子４５に、Ｄ／Ａ変
換器を接続すれば、ダウンサンプリングフィルタ４４か
ら出力されたデジタル音声信号を、アナログ音声信号に
変換することができる。

【００３６】図３Ａ、Ｂは、それぞれ上述の実施の形態
のように、オーバーサンプリングフィルタ４２を、デジ
タル非線形リミッタ４３の前段に設け、オーバーサンプ
リングフィルタ４２の出力デジタル音声信号のサンプリ
ング周波数が、入力デジタル音声信号のサンプリング周
波数Ｆｓの２倍になるようにした場合と、オーバーサン
プリングフィルタを設けない場合（従来例）における基
本波（入力信号）の周波数が時間の経過と共に徐々に高
くなるときの、３次高調波の周波数が時間の経過と共に
変化する様子を示している。図３Ａの実施の形態の場合
は、３次高調波は、周波数がＦｓのところで折り返され
ており、３次高調波の成分が可聴帯域内に含まれること
はないが、図３Ｂの従来例の場合は、３次高調波は、周
波数が０．５Ｆｓ及び０Ｈｚの所で折り返されており、
３次高調波の成分が可聴帯域内に含まれてしまう。

【００３７】次に、図２を参照して、本発明の他の実施
の形態を説明する。尚、図２において、図１と対応する
部分には同一符号を付してある。この実施の形態の場合
は、デジタル非線形リミッタ４３の出力を、図１のよう
にダウンサンプリングフィルタ４４に供給するのを省略
した場合で、デジタル非線形リミッタ４３の出力を、そ
のままＤ／Ａ変換器４６に供給して、アナログ音声信号
に変換して、出力端子４７に出力させるようにしてい
る。その他の構成は、図１と同様である。

【００３８】尚、図１及び図２の実施の形態において、
デジタル非線形リミッタ４３として、図４で説明した公
知のデジタル非線形リミッタを採用することができる。
その場合は、ｎがｎ＝８（８以上も可）になるように、
オーバーサンプリングフィルタ４２を構成すると、アン
チエイリアシングノイズの発生の軽減効果を大きくする
ことができた。

【００３９】又、デジタル信号はデジタル音声信号に限
らず、デジタル映像信号等の他のデジタル信号であって
も良い。

【００４０】

【発明の効果】第１の本発明によれば、デジタル信号が
供給されるオーバーサンプリングフィルタと、オーバー
サンプリングフィルタの出力が供給されるデジタル非線
形リミッタとを有するので、アンチエイリアシングノイ
ズの発生を軽減することのできるデジタルリミッタ装置
を得ることができる。

【００４１】第２の本発明によれば、デジタル信号が供
給されるオーバーサンプリングフィルタと、オーバーサ
ンプリングフィルタの出力が供給されるデジタル非線形
リミッタと、そのデジタル非線形リミッタの出力が供給
されるダウンサンプリングフィルタとを有するので、ア
ンチエイリアシングノイズの発生を軽減することのでき
るデジタルリミッタ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック線図であ
る。

【図２】本発明の他の実施の形態を示すブロック線図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態及び従来例における基本波
（入力信号）に対する３次高調波の影響を示す特性図で
ある。

【図４】従来のデジタルリミッタを示すブロック線図で
ある。

【図５】従来のデジタルリミッタの説明に供する変換特
性図である。

【符号の説明】

４１ 入力端子、４２ オーバーサンプリングフィル
タ、４３ ダウンサンプリングフィルタ、４５ 出力端
子、４６ Ｄ／Ａ変換器、４７ 出力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル信号が供給されるオーバーサン
   プリングフィルタと、 前記オーバーサンプリングフィルタの出力が供給される
   デジタル非線形リミッタとを有することを特徴とするデ
   ジタルリミッタ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のデジタルリミッタ装置
   において、 前記デジタル非線形リミッタの出力が供給されるダウン
   サンプリングフィルタを設けたことを特徴とするデジタ
   ルリミッタ装置。