JPS6221421B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はPCM録音機などの用に供される
PCM記録再生装置に関するものである。

従来のPCM記録再生装置を第１図に示す。伝
送路としては、通信路や、磁気記録再生系や、さ
らにはビデオデイスクなどのイスクを媒体とする
系などがあり、PCM伝送信号としてはオーデイ
オ信号や各種の計測データなどがあるが、ここで
はオーデイオ信号を取り扱うPCM録音機を例に
説明する。

同図において、１はオーデイオ入力信号が印加
される入力端子、２は上記入力信号に対して通過
上限周波数maxに帯域制限する低域通過濾波
器、３は上記入力信号をサンプリング周波数Ｆで
標本化するサンプリング回路、４は標本化された
信号を量子化するアナログ―デイジタル変換器で
ある。通常、民生用PCM録音機では14ビツト
に、業務用では16ビツトに量子化される。５は上
記デイジタル信号を記録に適する形に変調する伝
送路変調器、６は伝送路である。伝送路６は図示
しない磁気ヘツド、テープ送り機構、録音および
再生回路などがあり、上記磁気テープに記録・再
生される。７は伝送路６からの再生信号をPCM
信号に変換する伝送路復調器、８はデイジタル―
アナログ変換器、９はアナログ量に変換された信
号をスムージング化させるための低域通過濾波
器、１０は出力端子である。

つぎに、上記構成におけるPCM処理部分の作
動について第２図Ａ〜Ｄを参照しつつ説明する。

オーデイオ入力信号は、たとえば第２図Ａの波
形１１で示すような周波数スペクトラムを示すも
のとする。この入力信号１１は低域通過濾波器２
に入力されると、第２図Ｂの波形１２で示される
通過域特性にもとづいて、通過上限周波数max
の帯域制限を受ける。この時のオーデイオ入力信
号のスペクトラムは波形１１ａで示される。波形
１３は上記低域通過濾波器２における群遅延時間
特性である。上記低域通過濾波器２を通過した信
号はサンプリング回路３でサンプリング周波数Ｆ
（Ｆ＞２max）で標本化される。第２図ｃにそ
のスペクトラムを示す。

ここで、ビツト伝送レートは、サンプリング周
波数Ｆにサンプル当たりのビツト数を乗じた数に
関連するから、伝送（記録）情報量を少なくする
ため、換言すれば媒体の使用量を少なくするため
には、上記サンプリング周波数Ｆをできるだけ小
さく設定する必要がある。一方、折り返し雑音が
入らないようにするには、F/2＞maxの条件を
要する。

たとえば、民生用PCM録音機では、サンプリ
ング周波数Ｆが44.1KHzに標本化されており、オ
ーデイオ信号として得たい上限周波数maxを
20KHzとすると、上記低域通過濾波器２では、F/
２、つまり、22KHzあたりから大きな減衰が必要
であり、また通過域内では、振巾特性ができるだ
け平担であるのが望ましく、このために、20KHz
から22KHzの間で急激に減衰する低域通過濾波器
２として、チエビシエフ形の11次〜15次の低域通
過濾波器を用いるのが通例である。

しかるに、上記低域通過濾波器２の群遅延時間
は通過上限周波数maxのほぼ1/2の周波数の付
近から増加し、通過上限周波数maxでは数倍以
上の時間遅延を生じる（第２図Ｂ参照）。

すなわち、上記低域通過濾波器２で帯域制限お
よび位相変化を受けた信号が、以後、アナログ―
デイジタル変換器４、伝送路変調器５を通つて伝
送路６に記録されたのち、再生されて伝送路復調
器７、デイジタル―アナログ変換器および第２図
Ｄの波形１２ａで示す帯域特性をもつた低域通過
濾波器９を経て、波形１１ｂのスペクトラムをも
つて出力された場合、波形１３ａで示すように群
遅延時間特性が通過上限周波数max付近で著し
く増加していまい、このことはオーデイオ信号の
低域成分と高域成分との伝送上の時間差となつて
表われることになり、音質の低下を来たす。

したがつて、この発明は、サンプリング周波数
の1/2よりも大きく、かつサンプリング周波数よ
りも小さい周波数に帯域制限させる低域通過濾波
手段に入力信号を通過させたのち、サンプリング
周波数の２倍のサンプルレートで標本化し、つい
でデイジタル化および位相直線形デイジタル低域
通過濾波器を通したのち、サンプリング周波数で
標本化されたのと同じような信号に変換させるこ
とにより、振巾特性が比較的平担で、しかも群遅
延特性の優れたPCM記録再生装置を提供するこ
とにある。

以下、この発明の一実施例を図面にしたがつて
説明する。

第３図にこの発明に係るPCM記録再生装置を
含んだPCM伝送系を示す。第１図と同一箇所に
は、同一番号を付してその説明を省略する。

低域通過濾波器２２はオーデイオ入力信号に対
してサンプリング周波数Ｆの1/2の周波数よりも
大きく、かつサンプリング周波数Ｆよりも小さい
周波数で帯域制限させるもので、たとえば信号伝
送域maxの約２倍（max≒２max）を通過
上限周波数としている。この低域通過濾波器２２
は従来のように急峻な減衰特性は必要はなく、上
記信号伝送帯域maxでほぼ平担にして、かつサ
ンプリング周波数Ｆにて十分な減衰が得られるも
のでよい。２３はサンプリング回路で、サンプリ
ング周波数Ｆの２倍（2F）のサンプルレートで
標本化するものである。２４はアナログ―デイジ
タル変換器４に接続されたデイジタル低域通過濾
波器であり、位相直線形デイジタル低域通過濾波
器で構成されており、入力信号に対して通過上限
周波数maxで帯域制限するようになつている。
この低域通過濾波器２４はＦ・Ｉ・Ｒ（Finite・
Inpulse・Response）形デイジタルフイルタであ
り、単位インパルス応答ｈが次の条件下で達成で
きる。

ｈ（ｎ）＝ｈ（Ｎ−１−ｎ） Ｎはインパルスの標本点数で、ｎ＝Ｏ〜Ｎであ
る。

２５は標本化周波数変換回路で、標本化周波数
を2FからＦに変換するためのものである。通
常、この標本化周波数変換回路２５はデイジタル
演算による内挿的手段で達成できるが、ここでは
変換比を２：１に選んでいるため、１標本値毎の
間引きで達成できるものである。２６は伝送路復
調器７に接続されて標本化周波数Ｆを2Fに変換
させる標本化周波数変換回路、２７は上記2Fの
レートでアナログ量に変換するデイジタル―アナ
ログ変換器、２８は前記低域通過濾波器２２と同
様に遮断周波数がmaxよりも高い低域通過濾波
器である。

つぎに、上記構成の作動について、第４図Ａ〜
Ｇ、第５図Ａ〜Ｅを参照しつつ説明する。

第４図Ａの波形２１で示すような周波数スペク
トラムをもつたオーデイオ入力信号は低域通過濾
波器２２で伝送帯域maxの２倍の周波数で帯域
制限され、同図Ｂの波形２１ａで示すスペクトラ
ムとなる。２９は上記低域通過濾波器２２の振巾
特性、３０は群遅延時間特性である。このあと、
上記信号はサンプリング回路２３により、標本化
周波数Ｆの２倍の周波数で第４図Ｃのように標本
化される。前述のmaxが20KHz、標本化周波数
Ｆが44.1KHzの場合には、88.2KHzで標本化され
ることになる。これを時間軸で示したものが第５
図であり、第５図Ａにオーデイオ入力信号、同図
Ｂに上記2Fで標本化された信号を示し、T/2＝1/
２Ｆである。

上記標本化された信号はデイジタル低域通過濾
波器２４を介して通過上限周波数maxで帯域制
限され、第４図Ｄで示すようなスペクトラムとな
る。これはデイジタル情報の状態では視認でき
ず、アナログ量に変換してはじめて視認される。
上記デイジタルの状態で帯域制限を受けた信号
は、標本化周波数変換回路２５により、第４図Ｅ
のように標本化周波数を2FからＦに変換され
る。これは第５図Ｃに示すようにし標本値毎の間
引きで達成されたものである。このスペクトラム
は、標本化周波数Ｆで標本化されたスペクトラム
と同一である。このあと、伝送路変調器５で伝送
路６に適した符号誤り訂正符号の付加や変調が行
なわる。すなわち、上記オーデイオ入力信号は、
伝送路６に供給された状態では、前述のmaxで
帯域制限され、しかも群遅延時間特性が良く、さ
らに標本化周波数Ｆで標本化された状態の情報を
有していることになる。

したがつて、上記信号は、伝送路復調器７で復
号されたのち、デイジタル―アナログ変換器２７
でアナログ量に変換されて低域通過濾波器２８を
通過した状態でも、記録側における低域通過濾波
器２８による群遅延時間特性の劣化が抑制される
ものである。しかも、上記実施例では、伝送路復
調器７のあとに、標本化周波数変換回路２６を介
挿してあるから、上記復調器７を出た信号は第４
図Ｆおよび第５図Ｄで示されるように、標本化周
波数Ｆから2Fに変換されたのち、入力側の低域
通過濾波器２２と同様の低域通過濾波器２９を
max付近では群遅延時間特性の良い状態で通過さ
せられるため、余分な成分が確実に除去された状
態で出力端子１０から出力される。この時の信号
のスペクトラムおよび群遅延時間特性を第４図Ｇ
の波形２１ｂおよび３０で示す。

上記第５図Ｃから第５図Ｄで増加した標本値
は、標本化周波数変換回路２６により発生したも
ので、これは内挿的な手段で構成される。また、
これをこの変換回路２６に入る前の標本値と同じ
値でも代表させることができるが、その時は上記
max付近で周波数特性や位相特性の劣化を生じ
るおそれがあるので、デイジタル―アナログ変換
のあとに補償回路が挿入される。

ところで、上記実施例では、低域通過濾波器２
２のオーデイオ入力信号に対する通過上限周波数
を２maxで説明したものであるが、これに限ら
ず、max〜２maxの範囲で選択して設定した
場合でも同様の効果を奏するものである。

また、アナログ―デイジタル変換器４、におけ
るサンプリング周波数2Fをさらに高い周波数の
Ｎ×Ｆ（Ｎ≧３の整数）に選択することにより、
上記低域通過濾波器２２の通過上限周波数をＮ×
maxに選ぶことができ、より良好な群遅延時間
特性を得ることができる。しかし、この場合、ア
ナログ―デイジタル変換器４，２７の速度や以後
のデイジタル処理速度が上昇して、望ましいこと
ではない。逆に、上記アナログ―デイジタル変換
器４におけるサンプリング周波数をＦ＜2Fで、
かつＦと比較的簡単な有理数で表わされるサンプ
リング周波数を選ぶことにより、同様の効果を奏
することが可能となる。しかし、この場合は、ア
ナログ―デイジタル変換速度の低下といつた有利
な面もあるが、上記maxと低域通過濾波器２２
における通過上限周波数２maxとが近くなり、
群遅延時間特性が劣化し、さらに以後のデイジタ
ル演算が複雑になる傾向がある。したがつて、上
述の実施例のように、2Fで標本化するのが、最
もバランスがとれたものとなる。

なお、上記実施例では、オーデイオ信号の伝送
および記録を例に説明したものであるが、波形特
性が要求されるようなデータレコーダなどにも有
効利用できるものである。

以上詳述したのように、この発明は、サンプリ
ング周波数の1/2よりも大きく、サンプリング周
波数よりも小さい周波数に帯域制限させる低域通
過濾波器に信号を通過させたのち、これを標本化
周波数の２倍の周波数で標本化し、ついでアナロ
グ―デイジタル変換器および位相直線形デイジタ
ル低域通過濾波器を順次通過させたのち、サンプ
リング周波数で標本化してPCM信号に変換させ
ることにより、直接、サンプリング周波数で標本
化する従来方式に比し、振巾特性および群遅延時
間特性の良好な信号を取り出すことができ、オー
デイオ信号の低域成分と高域成分との伝送上の時
間差がなくなり音質がほとんど劣化しないPCM
記録再生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のPCM記録再生装置のブロツク
線図、第２図Ａ〜Ｄは従来のPCM記録再生装置
における信号波形図で、同図Ａは入力信号の周波
数スペクトラム、同図Ｂは低域通過濾波器の振巾
特性および群遅延時間特性、同図Ｃは標本化周波
数Ｆで標本化された信号のスペクトラム、同図Ｄ
は出力信号のスペクトラムを示す。第３図はこの
発明に係るPCM記録再生装置のブロツク線図、
第４図Ａ〜Ｇは同PCM記録再生装置における信
号波形図で、同図Ａは入力信号の周波数スペクト
ラム、同図Ｂは低域通過濾波器の振巾特性および
群遅延時間特性、同図Ｃは標本化周波数の２倍の
周波数で標本化された信号のスペクトラム、同図
Ｄは位相直線形デイジタル低域通過濾波器で帯域
制限された信号のスペクトラム、振巾特性および
群遅延時間特性、同図Ｅは標本化周波数変換器を
経た信号のスペクトラム、同図Ｆは伝送路復調器
のあとの標本化周波数変換器を経た信号のスペク
トラム、同図Ｇは出力端における信号の振巾特性
および群遅延時間特性を示す。第５図Ａ〜Ｅは第
４図における信号スペクトラムの変化を時間軸で
示したものである。 ４…アナログ―デイジタル交換手段、２１…入
力信号、２２，２８…低域通過瀘波手段、２３…
サンプリング手段、２４…位相直線形デイジタル
低域通過瀘波手段、２５…標本化周波数変換手
段、２７…デイジタル―アナログ変換手段、Ｆ…
サンプリング周波数、２max…通過上限周波
数。なお、図中、同一符号は同一箇所もしくは相
当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力信号をPCM化し、所定のサンプルレー
   トで標本化して記録再生を行うPCM記録再生装
   置において、記録側では、上記入力信号を、サン
   プリング周波数の1/2よりも大で、かつサンプリ
   ング周波数よりも小さい周波数で帯域制限する低
   域通過瀘波手段と、上記低域通過瀘波手段を経た
   信号を、上記サンプリング周波数の２倍のサンプ
   ルレートで標本化するサンプリング手段と、標本
   化された信号をアナログ―デイジタル変換するア
   ナログ―デイジタル変換手段と、アナログ―デイ
   ジタル変換された信号を、通過上限周波数が上記
   サンプリング周波数の1/2よりも小さい周波数に
   帯域制限する位相直線形デイジタル低域通過瀘波
   手段と、該デイジタル低域通過瀘波手段を経た信
   号を、上記サンプリング周波数と同じサンプルレ
   ートのPCM信号に変換する標本化周波数変換手
   段とを備え、再生側では、再生PCM信号を上記
   サンプリング周波数の２倍のサンプルレートの
   PCM信号に変換する標本化周波数変換手段と、
   標本化周波数の後段において、上記サンプリング
   周波数の２倍のレートで動作するデイジタル―ア
   ナログ変換手段と、サンプリング周波数の1/2よ
   りも大で、かつサンプリング周波数よりも小さい
   周波数で帯域制限する低域通過瀘波手段とを備え
   たことを特徴とするPCM記録再生装置。