JP2001237708A

JP2001237708A - データ処理方式

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Publication number: JP2001237708A
Application number: JP2000047054A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ise; 友彦伊勢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP3681105B2

Abstract

(57)【要約】【課題】情報の劣化を防止することができるデータ処
理方式を提供すること。【解決手段】レベルシフト処理部２０は、入力される
２４ビットのオーディオデータに対して２ビット分だけ
下位にビットシフトを行い２６ビットのデジタルデータ
を出力する。このビットシフト後の２６ビットのデジタ
ルデータは、イコライザ処理部２２によってイコライザ
処理が行われた後に、オーバーサンプリング処理部２４
によって４倍のオーバーサンプリング処理が施され、Σ
Δ変調部２６に出力される。ΣΔ変調部２６は、オーバ
ーサンプリング処理後のデジタルデータに対してΣΔ変
調処理を行って２４ビットのデジタルデータを生成す
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、オーディオシステ
ム等において、所定のビット数のデータを複数の装置間
で入出力するデータ処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一部のオーディオシステムでは、ＣＤプ
レーヤ等から出力されるデジタルのオーディオデータに
対してＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて様
々な補正処理を行い、補正後のデータに対してデジタル
フィルタによるオーバーサンプリング処理を行ってい
る。このようなオーディオシステムにおいては、ＤＳＰ
を用いて補正処理を行う場合に、例えば所定の帯域の信
号レベルを上げる処理を行おうとすると、入力されるデ
ジタルデータのビット数を維持した状態では、大きな信
号レベルのオーディオ音に対応するデジタルデータが入
力されると、補正処理において得られるデータが、この
ビット数で表現される最大値を超えてしまって歪みを生
じる場合がある。したがって、実際には、補正処理によ
って生じる信号の増幅分を考慮して、入力されるデジタ
ルデータに対応する信号レベルを下げて、上位ビット側
にマージンを確保した後に、所定の補正処理を行ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにオーディオシステムにおいて所定の補正処理を行う
ＤＳＰは、内部処理において入出力データよりもビット
数の多いデータを扱っているため、データを出力する際
（後段のデジタルフィルタに転送する際）に、内部処理
を行うために増加した分のビット数を削減する必要があ
り、このビット数分の情報が欠落することにより、情報
の劣化、すなわち音質の劣化が生じるという問題があっ
た。

【０００４】図７は、上述したＤＳＰにおいて行われる
補正処理を説明する図である。また、図８はこの補正処
理の前後におけるデータのビット数を説明する図であ
る。例えば、ＤＳＰおよびデジタルフィルタのそれぞれ
に入出力されるデジタルデータのビット数を１６とす
る。また、ＤＳＰでは、図７に示すような、一部の周波
数帯域を強調する（増幅する）イコライザ処理が行われ
るものとする。このように、ＤＳＰによって一部の周波
数帯域の信号レベルを増幅する場合に、１６ビットのデ
ジタルデータが入力されると、この増幅分に対応した所
定ビット（例えば２ビット）分だけ入力データ全体のビ
ットシフトが行われた後に、所定のイコライザ処理が行
われる。その結果、ＤＳＰの内部で扱うデジタルデータ
のビット数は１６ビットに２ビットを加えた１８ビット
になる。しかし、ＤＳＰとその後段に接続されたデジタ
ルフィルタとの間で入出力されるデータのビット数は１
６であるため、ＤＳＰからは、その内部データである１
８ビットの下位２ビットが欠落した１６ビットデータが
出力される。この欠落した下位の２ビット分だけ情報の
劣化が生じる。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、情報の劣化を防止すること
ができるデータ処理方式を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のデータ処理方式では、入力されたＬビ
ットのデータをデータ変換手段によってＭビットのデー
タに変換した後に、データ処理手段によって所定のデー
タ処理を行い、その結果得られるデータに対して、オー
バーサンプリング手段によって所定倍数のオーバーサン
プリング処理を行った後に、ビット圧縮手段によってＮ
ビットに圧縮する処理を行っている。データ処理された
データのビット数を少なくする際に、このビット数が減
少した分の情報を、オーバーサンプリング処理によって
得られた複数のデータに対して時間的に分散することに
より、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防止す
ることができる。

【０００７】したがって、上述したオーバーサンプリン
グ処理手段は、入力されるデータに対して少なくとも２
^M-N 倍のオーバーサンプリング処理を行うことが望まし
い。これにより、減少するビット数分の情報を、オーバ
ーサンプリング処理によって得られた複数のデータに確
実に分散することができ、情報の劣化を確実に防止する
ことができる。

【０００８】また、上述したビット圧縮手段によってΣ
Δ変調処理を行うことにより、Ｎビットの圧縮データを
得ることが望ましい。ΣΔ変調処理とオーバーサンプリ
ング処理とを組み合わせることにより、情報の劣化を生
じることなくデータのビット数を減らすことができる。

【０００９】また、上述したビット圧縮手段によってデ
ィザ加算処理を行うことにより、下位側のＭ−Ｎビット
を除くＮビットのデータを得ることが望ましい。ディザ
加算処理によって、欠落するＭ−Ｎビット分の情報を確
率的に複数のデータに振り分けることができるため、こ
のビット数を減少させることにより生じる情報の劣化を
防止することができる。特に、上述したデータ変換手段
に入力されるＬビットのデータがオーディオ音データで
ある場合には、ビット圧縮手段によって、ほぼ２０ｋＨ
ｚ以上に帯域制限された高域集中ディザを加算すること
が望ましい。ほぼ２０ｋＨｚ以上に帯域制限された高域
集中ディザを加算することにより、データのビット数を
減少させた場合の人間の聴感上の影響をなくすることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のデータ処理方式を
適用した一実施形態のオーディオシステムについて、図
面を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、本実施形態のオーディオシステム
の構成を示す図である。図１に示すオーディオシステム
１００は、オーディオ装置１、音質補正部２、オーバー
サンプリング処理部３、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）
変換器４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５、増幅器６、
スピーカ７を含んで構成されている。なお、図１におい
ては、説明を簡略化するために、オーディオ装置１から
モノラルのオーディオデータが出力されるものとした
が、ステレオのオーディオデータが出力される場合に
は、音質補正部２から後段の各構成を２チャンネルある
いはそれ以上のチャンネル分備えるようにすればよい。

【００１２】オーディオ装置１は、各種のオーディオ信
号に対応したオーディオデータを出力するオーディオソ
ースであり、例えば、ＣＤプレーヤ等がこれに対応す
る。なお、以下の説明では、本実施形態のオーディオ装
置１は、２４ビットのオーディオデータを出力するもの
とする。

【００１３】音質補正部２は、オーディオ装置１から出
力されるオーディオデータに対して所定のデータ処理を
施して周波数特性等を変化させることにより、高音域や
低音域を強調する音質補正を行う。この音質補正部２
は、例えばＤＳＰによって実現することができる。

【００１４】オーバーサンプリング処理部３は、音質補
正部２から出力される補正後のオーディオデータに対し
てオーバーサンプリング処理を行う。このオーバーサン
プリング処理部３は、デジタルフィルタによって実現す
ることができる。

【００１５】Ｄ／Ａ変換器４は、オーバーサンプリング
処理部３から出力されるオーディオデータをアナログ信
号に変換する。ＬＰＦ５は、Ｄ／Ａ変換器４から出力さ
れるアナログ信号の高周波成分（例えば、２０ｋＨｚ以
上の帯域）を除去することにより、階段状に変化するＤ
／Ａ変換器４の出力信号を滑らかにする。

【００１６】増幅器６は、ＬＰＦ５から出力されるアナ
ログ信号を所定のゲインで増幅してスピーカ駆動用の信
号を出力する。スピーカ７は、増幅器６から出力される
駆動用信号に対応したオーディオ音を出力する。

【００１７】図２は、音質補正部２の詳細な構成を示す
図である。図２に示すように、音質補正部２は、レベル
シフト処理部２０、イコライザ処理部２２、オーバーサ
ンプリング処理部２４、ΣΔ変調部２６を含んで構成さ
れている。

【００１８】レベルシフト処理部２０は、後段のイコラ
イザ処理部２２によるイコライザ処理によって生じる信
号レベルの増幅分（ビットの桁上がり分）に対するマー
ジンを確保するために、オーディオ装置１から入力され
るオーディオデータを所定ビット数だけビットシフトさ
せて信号レベルを下げる処理を行う。本実施形態では、
レベルシフト処理部２０は、２４ビットのオーディオデ
ータが入力された場合に、増幅分に対応して２ビット分
だけ下位側にビットシフトを行って２６ビットのデジタ
ルデータを出力するものとする。この結果、この２６ビ
ットデータは、上位２ビットが“０”であり、それより
下位の２４ビットに、入力されたオーディオデータが含
まれる。

【００１９】イコライザ処理部２２は、レベルシフト処
理部２０から出力される２６ビットのデジタルデータに
対して、一部の周波数帯域を強調する（増幅する）等の
イコライザ処理を行う。例えば、図７に示したように、
一部の中音域について信号レベルを増幅し、それ以外の
周波数領域では信号レベルを維持するイコライザ処理が
行われる。

【００２０】オーバーサンプリング処理部２４は、イコ
ライザ処理部２２から出力されるイコライザ処理後のデ
ジタルデータに対して、擬似的にサンプリング周波数を
上げるオーバーサンプリング処理（アップサンプリング
処理）を行う。何倍のオーバーサンプリング処理を行う
かは、後段のΣΔ変調器２６によって２６ビットのデジ
タルデータのビット数を何ビット抑圧（圧縮）するかを
考慮して決定される。例えば、Ｍビット（上述した例で
はＭ＝２６）のデータをＮビットに圧縮する場合には、
少なくとも２^M-N 倍のオーバーサンプリング処理を行う
ことが望ましい。

【００２１】図３は、オーバーサンプリング処理部２４
によって行われるオーバーサンプリング処理の具体例を
示す図であり、例えば４倍のオーバーサンプリング処理
を行う場合が示されている。まず、イコライザ処理部２
２から入力される元データ（図３（ａ））に対して、０
データ（値が０のデータ）が挿入される（図３
（ｂ））。４倍のオーバーサンプリング処理の場合に
は、隣接する２つの元データの間に３つの０データが挿
入される。なお、一般には、Ｘ倍のオーバーサンプリン
グ処理を行う場合に、隣接する２つの元データの間に
（Ｘ−１）個の０データを挿入すればよい。

【００２２】その後、このようにして１つの元データと
３つの０データとが交互に配置されたデータをローパス
フィルタに通すことにより、隣接する２つの元データの
間に、これらの間を滑らかに結ぶように３つの補間デー
タが挿入されて、４倍のオーバーサンプリング処理が行
われる（図３（ｃ））。

【００２３】ΣΔ変調部２６は、オーバーサンプリング
処理部２４から入力されたオーバーサンプリング処理後
のデジタルデータに対してΣΔ変調処理を行う。このΣ
Δ変調とは、データの振幅情報を時間的なパルス幅に変
換する方式であり、このΣΔ変調を行うことにより、デ
ジタルデータのビット数を圧縮することができる。本実
施形態では、ΣΔ変調部２６は、オーバーサンプリング
処理部２４から出力された２６ビットのデータを、オー
ディオ装置１から出力されるオーディオデータのビット
数と等しい２４ビットのデータに変換する。

【００２４】図４は、ΣΔ変調部２６の詳細構成を示す
図である。図４に示すように、ΣΔ変調部２６は、２つ
の加算器４０、４２、減算器４４、２つの乗算器４６、
４８、２つの遅延器５０、５２、量子化器５４を含んで
構成されている。

【００２５】加算器４０および４２は、入力されるデジ
タルデータに対して、所定の遅延時間だけ遅延された量
子化誤差を加算する。この量子化誤差は、加算器４０お
よび４２を通った後の２６ビットのデジタルデータが量
子化器５４によって２４ビットのデジタルデータに変換
される際に発生するものであり、量子化器５４に入力さ
れる前のデジタルデータと、量子化器５４から出力され
るデジタルデータの差分を減算器４４によって演算する
ことにより求められる。

【００２６】遅延器５２は、減算器４４から出力される
量子化誤差を、ΣΔ変調部２６に入力されるデジタルデ
ータの１サンプリング時間に相当する時間だけ遅延させ
る。同様に、遅延器５０は、遅延器５２から出力される
量子化誤差をさらに１サンプリング時間に相当する時間
だけ遅延させる。乗算器４８は、遅延器５２から出力さ
れる量子化誤差に対して乗数「２」を乗算する。同様
に、乗算器４６は、遅延器５０から出力される量子化誤
差に対して乗数「−１」を乗算する。

【００２７】上述したレベルシフト処理部２０がデータ
変換手段に、イコライザ処理部２２がデータ処理手段
に、オーバーサンプリング処理部２４がオーバーサンプ
リング処理手段に、ΣΔ変調部２６がビット圧縮手段に
それぞれ対応する。

【００２８】このように、本実施形態のオーディオシス
テム１００に含まれる音質補正部２では、入力される２
４ビットのオーディオデータに対して２ビット分のビッ
トシフトを行って上位ビット側にマージンを確保した後
にイコライザ処理を行い、この結果得られる２６ビット
のデジタルデータに対して４倍のオーバーサンプリング
処理を行い、その後、ΣΔ変調処理を行って２４ビット
のデジタルデータを得ている。オーバーサンプリング処
理とΣΔ変調処理を組み合わせることにより、イコライ
ザ処理が施された後の２６ビットのデジタルデータのビ
ット数を２ビット少なくする際に減少する２ビット分の
情報を、オーバーサンプリング処理によって得られる複
数のデジタルデータに対して時間的に分散することがで
きるので、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防
止することができる。

【００２９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、
音質補正部２は、オーバーサンプリング処理が行われた
後のデジタルデータに対してΣΔ変調処理を行うことに
より、２６ビットのデジタルデータを２４ビットに圧縮
する処理を行っていたが、このビット数の圧縮処理をデ
ィザ加算処理によって行うようにしてもよい。

【００３０】図５は、ディザ加算処理によってビット数
の圧縮処理を行う場合の音質補正部２ａの構成を示す図
である。同図に示す音質補正部２ａは、上述した図２に
示した音質補正部２に含まれるΣΔ変調部２６をディザ
加算部２８に置き換えた構成を有している。このディザ
加算部２８が、ビット圧縮手段に対応する。なお、音質
補正部２ａに含まれるレベルシフト処理部２０、イコラ
イザ処理部２２、オーバーサンプリング処理部２４のそ
れぞれは、図２に示した音質補正部２に含まれるものと
基本的に同じであるため、対応する構成については同じ
符号を付し、動作の詳細な説明は省略する。

【００３１】ディザ加算部２８は、オーバーサンプリン
グ処理部２４から出力されるオーバーサンプリング処理
後の２６ビットのデジタルデータに対して所定のディザ
加算処理を行って２４ビットのデジタルデータに変換す
る。本実施形態では、ディザ加算部２８は、入力される
デジタルデータに対して、２０ｋＨｚ以上に帯域制限さ
れた高域集中ディザを加算する処理を行う。このよう
に、高域集中ディザを加算する処理を行うことにより、
欠落する２ビット分の情報を確率的に複数のデジタルデ
ータ（オーバーサンプリングにより得られるデジタルデ
ータ）に対して振り分けることができるため、情報の劣
化を防止することができる。また、本実施形態において
使用する高域集中ディザは、２０ｋＨｚ以上の帯域にお
いて均一に分布する小振幅のノイズであるので、ディザ
加算部２８から出力されるデジタルデータに基づいて再
生されるオーディオ音を聴取した場合に、聴感上の違和
感等の影響を生じることもない。なお、後段においてほ
ぼ２０ｋＨｚの遮断周波数を有するローパスフィルタを
通過させることにより、この高域集中ディザを加算した
ことにより生じる微少振幅を除去するようにしてもよ
い。

【００３２】図６は、ディザ加算処理によるビット数の
圧縮処理の原理を説明する図であり、図６（ａ）は高域
集中ディザを加算しない場合の入力信号とこれに対する
量子化出力との関係を、図６（ｂ）は高域集中ディザを
加算した場合の入力信号とこれに対する量子化出力との
関係をそれぞれ示している。

【００３３】高域集中ディザを加えないで単に下位のビ
ットを削除するということは、下位の２ビットで表され
る“００”、“０１”、“１０”、“１１”の４種類の
情報が欠落することになる。図６（ａ）に示すように、
入力データが１×Δと２×Δ（本実施形態では２ビット
を圧縮するので、Δ＝２² ）の間にある場合を考える
と、例えば、これらは全て３／２の値として量子化され
て出力される。

【００３４】ところが、本実施形態のディザ加算部２８
では、入力データに対して±Δ／２（＝±２）の高域集
中ディザを加算した後に、下位の２ビットを削除する処
理が行われる。例えば、図６（ｂ）に示すように、入力
データが（１＋３／４）×Δの場合を考えると、この入
力データに対して±Δ／２のディザを加算することによ
り、１．２５Δ〜２．２５Δの幅を有する分布を持つデ
ータが得られる。実際には、この分布に含まれる１つの
データが得られるため、このようなデータに対して２４
ビットの量子化を行うということは、このデータが１．
２５Δ〜２Δに対応する７５％の範囲に含まれている場
合には量子化出力が３／２となり、２Δ〜２．２５Δに
対応する２５％の範囲に含まれている場合には量子化出
力が５／２となる。したがって、時間的な平均をとる
と、１．７５となる。

【００３５】このように、ΣΔ変調処理を行う代わりに
ディザ加算処理を行うことによっても、欠落する２ビッ
ト分の情報を時間的に分散することにより、ビット数の
減少により生じる情報の劣化を防止することができる。

【００３６】また、上述した実施形態では、ＤＳＰ等に
よって構成される音質補正部の出力データのビット数を
圧縮する場合について説明したが、それ以外の用途に用
いるＤＳＰあるいは他の装置における出力データのビッ
ト数を圧縮する場合についても本発明を適用することが
できる。

【００３７】また、上述した実施形態の説明では、音質
補正部に入出力されるデータのビット数をともに２４ビ
ットして説明したが、入力データのビット数と出力デー
タのビット数とが異なる場合であってもよい。

【００３８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、ビッ
ト数が減少した分の情報を、オーバーサンプリング処理
によって得られた複数のデータに対して時間的に分散す
ることにより、ビット数の減少により生じる情報の劣化
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オーディオシステムの構成を示す図である。

【図２】音質補正部の詳細な構成を示す図である。

【図３】オーバーサンプリング処理部によって行われる
オーバーサンプリング処理の具体例を示す図である。

【図４】ΣΔ変調部の詳細構成を示す図である。

【図５】ディザ加算処理によってビット数の圧縮処理を
行う場合の音質補正部の構成を示す図である。

【図６】ディザ加算処理によるビット数の圧縮処理の原
理を説明する図である。

【図７】従来のオーディオシステムにおけるＤＳＰにお
いて行われる補正処理を説明する図である。

【図８】補正処理の前後におけるデータのビット数を説
明する図である。

【符号の説明】

１オーディオ装置２、２ａ音質補正部３オーバーサンプリング処理部４デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６増幅器７スピーカ２０レベルシフト処理部２２イコライザ処理部２４オーバーサンプリング処理部２６ ΣΔ変調部２８ディザ加算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されたＬビットのデータを、Ｌビッ
トよりも長いＭビットのデータに変換するデータ変換手
段と、前記データ変換手段から出力されるＭビットのデータに
対して所定のデータ処理を行うデータ処理手段と、前記データ処理手段から出力されるデータに対してオー
バーサンプリング処理を行うオーバーサンプリング処理
手段と、前記オーバーサンプリング処理手段から出力されるＭビ
ットのデータに対してビット数圧縮処理を行って、Ｍビ
ットよりも短いＮビットのデータに変換するビット圧縮
手段と、を備えることを特徴とするデータ処理方式。
【請求項２】請求項１において、前記オーバーサンプリング処理手段は、入力されるデー
タに対して少なくとも２^M-N 倍のオーバーサンプリング
処理を行うことを特徴とするデータ処理方式。
【請求項３】請求項１または２において、前記ビット圧縮手段は、ΣΔ変調処理を行うことによ
り、Ｎビットの圧縮データを得ることを特徴とするデー
タ処理方式。
【請求項４】請求項１または２において、前記ビット圧縮手段は、ディザ加算処理を行った後に、
下位側のＭ−Ｎビットを除くＮビットのデータを得るこ
とを特徴とするデータ処理方式。
【請求項５】請求項４において、前記データ変換手段に入力されるＬビットのデータは、
オーディオ音データであり、前記ビット圧縮手段は、ほぼ２０ｋＨｚ以上に帯域制限
された高域集中ディザを加算することを特徴とするデー
タ処理方式。