JPS6382130A - デジタルオ−デイオ再生方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はデジタル／アナログ変換における変換特性の直
線性を改善したデジタルオーディオ再生方式に関する。

（従来技術とその問題点） デジタルオーディオ信号の再生においで、再生の品質を
左右する大きな要因の１つとして、デジタル／アナログ
変換器（以下Ｄ／Ａ変換器と称する）における変換誤差
、すなわち非直線性がある。

たとえばデジタルオーディオディスクでは、従来のアナ
ログディスクに比べてダイナミックレンジ、歪とも飛躍
的に改善されている。

しかしながら、これらの物理特性は高レベル信号再生時
のものであって、低レベル信号の再生に関しては、その
改善度が着しく減少する。

これは、直線量子化されたデジタル信号を再生するため
のり、／Ａ変換器では、その変換誤差が信号レベルと無
関係に一定であるため、低レベル信号はど相対的に変換
誤差の割合が火きくなり、またデジタルオーディオにお
いて通常用いられている２″Ｓコンブリメントコードの
デジタル信号では、ゼロクロス点で最上位ピッ）（ＭＳ
Ｂ）が変化するため、変換誤差が拡大されて非直線性が
より強調される。

現在、デジタルオーディオ用に使用されているＤ／Ａ変
換器としては、重み抵抗型、抵抗ラグ−形等の各ビット
の重みに対応した電流を加算する電流加算方式と、積分
形のように入カデノタル信号によって指定された数だけ
クロックをカウントし、そのカウント期間中に一定電流
を積分することによってデジタル信号に対応した出力電
圧を得る方式とが一般的である。

これら各方式のＤ／Ａ変換器において、変換特性の非直
線性を改善するためには、電流加算方式では、各ビット
の重みに対応した電流を発生するための電流発生源ある
いは電流分割器を構成する回路素子の精度を大幅に上げ
る必要があり、また厳密な調整を必要とする。また、積
分方式では、積分用コンデンサの特性によって直線性が
左右され、高価なコンデンサもしくは厳密なｓ１整を必
要とした。

（発明の目的） 本発明は、上記した従来の欠点を解決するものであり、
デジタルオーディオ信号の再生時に低レベル信号のＤ／
Ａ変換特性の直線性を改善するものである。

（発明の概要） 本発明では、直線量子化されたデジタルオーディオ信号
を再生するに際して、最大信号レベルに対して１／２　
未満の低レベル信号を表す複数ピッ）　６１成のデジタ
ルオーディオデータなＮビット上位にシフトすることに
より、それよりも２　倍の信号レベルを表すデジタルオ
ーディオデータに変換し、Ｄ／Ａ変換器でアナログオー
ディオデータに変換した後、減衰器でアナログオーディ
オデータの信号レベルを１／２　倍して本来の信号レベ
ルに調整することによって、Ｄ／Ａ変換時の変換誤差を
１／２　に縮小して低レベル信号のＤ／Ａ変換特性の直
線性を改善する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。な
お、本実施例に用いられるデジタルデータはオーディオ
関係で一般的に使用されている２’ｓコンブリメントコ
ードで表現されたものとする。

第１図において、ディスクあるいは磁気テープ等より再
生されたデジタルオーディオデータは復調、時間軸補正
、誤り訂正等の処理を受けた後（以上の構成は図示され
ていない）、ビットシフト回路に供給される。

このビットシフト回路では、入力されたデジタルデータ
をＮビット上位にシフトすることにより、アナログ信号
に変換された時に本来のアナログ信号の２　倍レベルア
ップされたアナログ信号が得られるようにする。

たとえば、アナログ信号を２倍（Ｎ＝１）レベルアップ
するためにはデジタルデータをあらかじめ１ビツト上位
にシフトする。

第２図は４ビツトのデジタルコードとアナログ値との対
応を示し、たとえば＋１ｖのアナログ値を２倍して＋２
ｖのアナログ値を得るためには、＋１ｖのアナログ値に
対応するデジタルデータ（０００１）を＋２ｖのアナロ
グ値に対応するデジタルデータ（００１０）に１ビツト
シフトアツプすればよい。また、＋１ｖのアナログ信号
を４倍（Ｎ’＝２）にレベルアップ（＋４ｖ）するには
、デジタルデータを（０００１）→（０１００）へ２ビ
ツトシフトアツプすればよい。

ただし、このビットシフトのシフト量は後に説明するＤ
／Ａ変換器の処理できるビット数の範囲内に止どめる必
要がある。

２’ｓコンブリメントコードのデジタルデータでは、第
２図からも明らかなように、ＭＳＢはアナログ信号の極
性を表すビットであるから、ビットシフトを行う場合、
ＭＳＢが変化しないようにシフト量すなわち倍率を決定
する。

たとえば、Ｏｄｂを最大信号レベルとして４倍のレベル
アップを行なう場合には一１２ｃｌｂ未満の信号レベル
を表すデジタルデータのビットシフトが可能となる。

ところで、第３図には、Ｄ／Ａ変換器の変換特性の一例
を示し、実線Ａは理想的な変換特性であり、点線Ｂ、Ｃ
が変換誤差範囲（＋Ｄ）を示し、実際の変換特性は理想
特性Ａに対して点線Ｂから点線Ｃの範囲内においてズレ
（誤差）を生じ、直線性が損なわれる。

この変換誤差範囲十りの単位は一般的にＬＳＢで表され
、実質的に１量子化ステツプに基づくでんあつあるいは
電流の単位として用いられている。

第３図からも明らかな如くこの誤差はアナログ信号レベ
ルと無関係に一定であるから、信号レベルが低レベルは
ど誤差の割合は大きくなる。

そこで、直線性の悪化する低レベル信号をデジタルデー
タの段階でＮビットシフトアップして、変換誤差の割合
が相対的に小さくなるより上位の変換ステップでＤ／Ａ
変換を行なうことにより、本来のアナログ信号に対して
２Ｎ倍レベルアップされたアナログ信号を得るとともに
変換誤差を１７２　に縮小する。

ビットシフト回路１を経たデジタルデータはＤ／Ａ変換
器２でアナログ信号に変換され、減衰器３に供給される
。

減衰器３ではビットシフトされて本来のアナログ信号よ
りも２　倍のレベルとなったアナログ信号に作用してそ
のレベルを１／２　倍して本来の信号レベルに復元する
。

次に、デジタルデータの段階で信号レベルを判断し、ビ
ットシフトすべき信号レベルを表すデジタルデータが到
来した時に、ビットシフト回路１および減衰器３を作＃
Ｊさせる制御系について説明する６ まず、４はビットシフトすべき低レベル信号（を大信号
レベルＰに対して１／２Ｎ未満の低レベル信号すなわち
Ｐ／２Ｎ信号）を表すデジタルデータが到来したことを
検出するレベル検出回路であって、Ｐ／２Ｎ未満の信号
の到来を検出して検出信号ＤＴ、（ハイレベル゛１”、
Ｐ／２Ｎ以上の信号レベルを表すデジタルデータが入力
された時はローレベル“０″となる。）を出力する。

５はゼロクロス検出回路であり、信号レベルがゼロもし
くはその近傍の微少レベルを表すデジタルデータが到来
した時に検出信号ＤＴ、を出力する。

この実施例では、検出信号ＤＴ２は１つの検出パルスで
表される。

レベル検出回路４の検出信号ＤＴ、はアンドデート６の
一方の入力に供給されるとともにインバータ８を介して
Ｒ−Ｓ　７１ノγブ７ａツブ７のリセット端子Ｒにも供
給される。

また、ゼロクロス検出回路５からの検出信号ＤＴ２はア
ンドゲート６の他方の入力に加えられる。

アンドデート６の出力は７リツプ７０ツブ７のセット端
子Ｓに供給される。

７リツプ７０ツブ７のＱ出力は制御信号Ｏ８となってビ
ットシフト回路１および減衰器３に供給されてこれらを
作動させる。

７リツプ７０ツブ７のＱ出力が低レベルとなれば（制御
信号Ｃ８消滅）、ビットシフト回路１および減装器３は
非動作となる。

以上の構成によれば、最大信号レベルＰに対して１／２
Ｎ未満の信号レベルを表すデジタルデータが到来すると
レベル検出回路４より検出信号ＤＴ、が発生し、アンド
ゲート６に供給される。さらにその後、信号レベルが低
下してゼロクロス付近の信号レベルを検出した時、ゼロ
クロス検出回路５より検出信号ＤＴ２が発生し、アンド
２−トロに供給される。

検出信号Ｄ　Ｔ　２が発生すれば、その時アンドデート
６より出力が得られ、これが７リツプ７０ツブ７のセッ
ト端子に供給されて７リツプフロツプ７はセット状態と
なって、Ｑ出力より制御信号Ｃ８が得られ、ビットシフ
ト動作が開始される。

その後、デジタルデータの表す信号レベルがＰ／２′以
上となれば、レベル検出回路４からの検出信号ＤＴ、は
消滅し、これによって、インバータ８を介してリセット
端子にトリ〃が供給されてフリップ７０ツブ７はリセッ
トされ、Ｑ出力からの制ａｌｌ信号Ｃ８も消滅するため
、ビットシフト動作は停止する。

上述の動作説明において、低レベル（ｉｔ（ｐ／２Ｎ未
満の信号レベルを有する）の到来で即座ニヒットシフト
動作を行なわず、その後、ゼロクロスあるいはその近傍
の微小な信号レベルの到来によって初めてビットシフト
を行なうようにした理由は、ビットシフトすべき信号レ
ベルを表すデジタルデータの到来で即座にビットシフト
を行なうと、減衰器３の減衰度誤差あるいはＤ／Ａ変換
器２のオフセットによりビットシフト動作開始前後にお
けるデジタルデータをＤ／Ａ変換して得られるアナログ
信号に歪みを生ずるため、これを極力低減すべくゼロク
ロス近辺の微小信号レベルで動作切り換えを行なったほ
うがよい。

ｆ５４図には、上述した第１図の回路構成によってＰ／
２　　未満の低レベル信号の変換誤差が１／２Ｎ倍に縮
小されたことを示す。

なお、第４図におけるＡ、ＢＳＣは第３図のそれと同様
である。

実線Ｂ、Ｃの部分は変換誤差が１／２Ｎ倍に縮小された
ことを示し、誤差−Ｄ’　、＋Ｄ’は実質的にそれぞれ
−Ｄ／２Ｎ、　＋Ｄ／２Ｎを表す。

また、本発明のビットシフトおよびＤ／Ａ変換後のレベ
ル復元の信号処理によって、非直線性を改善すると同時
にＤ／Ａ変換時に混入され電源ノイズ等の外米ノイズ成
分も１／２　倍に縮小され、Ｓ／Ｎの向上にも効果を有
する。

次に、第５図には本発明の他の実施例を示す。

この実施例と上述した第１図の実施例との違いは、第１
図の説明中でも述べたように、Ｐ／２Ｎ未満のレベルの
信号の到来で即座にビットシフトを行なうと、ビットシ
フト動作開始前後のデジタルデータをＤ／Ａ変換して得
られたアトシフトすべき低レベル信号のデジタルデータ
が到来しても、即座にビットシフト動作に切り換えせず
、信号レベルがその後さらに低下してゼロクロス付近に
達した時にビットシフト動作に切り換えるようにしたが
、この実施例では、さらに、瞬時的あるいは短期間（た
とえば１００＋ｎ５ｅＣ未満）継続する低レベル信号の
場合には、ビットシフト動作を行なわず、所定期間（た
とえば１００　ｔｏ　ｓ　ｅ　ｃ以上）低レベル信号が
継続した場合のみゼロクロス点でビットシフト動作に切
り換えようにする。

このことは、たびたびビットシフト動作の０Ｎ−ＯＦＦ
を繰り返すと、その動作切換毎に歪みを発生することと
なり、微小な歪みであってもその反復の頻度が高いと聴
感上耳障りなものとなる場合に対処するものである。

なを、第５図において、ｔ５１図に示す実施例と同等の
構成には同じ符号を付与する。

すなわち、第５図において、レベル検出回路４からの検
出信号ＤＴ、はタイマ回路９を介してアンドデート６の
一方の入力に供給されるとともにインバータ８を介して
Ｒ−８７リツプ７０ツブ７のリセット端子に供給される
。

この実施例において、レベル検出回路４からの検出信号
ＤＴ、がたとえば１００ｍ５ｅｃＩｓ続しだ時に作動す
るようタイマ回路を設定すれば、ｐ　／　２未満の低レ
ベル信号を表すデジタルテ゛−夕が継続した場合、タイ
マ回路９を介してアンドデート６に検出信号ＤＴ、を供
給する。

その後、さらに信号レベルが低下し、ゼロクロス付近に
達すれば、ゼロクロス検出回路５より検出信号ＤＴ２が
発生し、アンドゲート６を介して７リツプ７０ツブ７が
セットされて制御信号Ｏ８が出力される。

（発明の効果） 本発明によれば、直線量子化されたデジタルオーディオ
信号を再生するに際して、最大４８号レベルに対して１
／２　未満の低レベルを表す複数ビット構成のデジタル
テ゛−夕をＮビ・ント上位にシフトして本来のレベルよ
りも２Ｎ倍の信号レベルわ表すデジタルデータに変換し
、Ｄ／Ａ変換器でアナログデータに変換した後、減衰器
を用いてアナログデータの４３号レベルを１／２°倍し
て本来の信号レベルに＄ｉ整することによって、１／２
　未満の低レベル信号を表すデジタルデータなアナログ
データに変換する際の変換誤差を１／２　倍に縮小した
ので、低レベル信号のＤ／Ａ変換特性の直線性を大幅に
改善できるとともにＤ／Ａ変換変換部入される外米ノイ
ズも同時に１／２　倍に縮小できるため、Ｓ／Ｎも大幅
に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
４ビツト２ｓコンブリメントコードとアナログ値との対
応を示す対応図、第３図は従来のＤ／Ａ変換特性を示す
特性図、ｒ５４図は本発明によるＤ／Ａ変換特性を示す
特性図、第５図は本発明の他の実施例を示すブロック図
である。 符号の説明 １・・・ビットシフト回路、　　２・・・Ｄ／Ａ変換器
３・・・減衰器、　４・・・レベル検出回路、５・・・
ゼロクロス検出回路、６・・・アンドデート、７・・・
Ｒ−Ｓフリップ７０ツブ、 ８・・・インバータ、　　９・・・タイマ回路、特許出
願人の名称　　アイワ株式会社 第１図 第２図 アナ口　°゛　　弓′Ｓコシ７゛ デジ 十’ｙ　　　　ｏｔｔｔ ６ｏｔ。 ↑５　　　　　　１ｏ１ 干３１ す　　　　　　　　　　　　　ｌ　Ｄ ０　　　　　ｏｂｏＤ −］　　　　　　　　　　／ −Ｂ　　　　　　　　ＤＩ −ｔｔｏ。 −ｔｏｔｔ −／　　ＤＩＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直線量子化されたデジタルオーディオ信号を再生するに
   際して、最大信号レベルに対して１／２＾Ｎ未満の低レ
   ベルを表す複数ビット構成のデジタルオーディオデータ
   をＮビット上位にシフトして本来の信号レベルよりも２
   ＾Ｎ倍の信号レベルを表すデジタルオーディオデータに
   変換し、Ｄ／Ａ変換器でアナログオーディオ信号に変換
   した後、減衰器を用いて前記アナログオーディオ信号の
   信号レベルを１／２＾Ｎ倍して本来の信号レベルに調整
   することを特徴とするデジタルオーディオ再生方式。