JPH03201716A - ノイズシェーピング回路 - 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、入力信号のノイズスペクトルを変化させる様
ないわゆるノイズシェーピング回路に関するものである
。

〔発明の概要〕

本発明は、量子化ノイズをノイズフィルタを介して量子
化器に帰還するようにしたノイズシェーピング回路にお
いて、ノイズフィルタはＩＩＲ型フィルタ構成とするこ
とにより、バンドパス特性をもったノイズシェーピング
ができるようにしたものである。また、ノイズフィルタ
は複数のＩＩＲ型フィルタ構成とすると共に、入力信号
の臨界帯域をそれぞれ通過させるバンドパス特性を有す
ることにより、各臨界帯域毎のノイズシェーピングを可
能としたものである。また、量子化ノイズを、その段の
ノイズフィルタを介して帰還すると共に、次段の回路に
供給し、初段を除く各段の量子化器の出力を所望のフィ
ルタ特性のフィルタを介して出力し、各段の出力を台底
するようにしたノイズシェーピング回路において、各段
のノイズフィルタをＩＩＲ型フィルタとすると共に、入
力信号の各臨界帯域を通過させるバンドパス特性を有す
るようになしたことにより、各臨界帯域毎にバンドパス
特性を設定でき、かつ、各臨界帯域毎のノイズシェーピ
ングが可能なノイズシェーピング回路を提供するもので
ある。

〔従来の技術〕

例えば、オーディオ信号等の情報量を圧縮し、符号化す
る高能率符号化は、時間ｗＩ域での符号化と周波数領域
での符号化に大別することができる。

更に、この時間領域或いは周波数領域の符号化は、予め
定められた量子化ビット数で符号化を行う方式と、入力
オーディオ信号に基づいて適応的に変化させた量子化ビ
ット数で符号化を行う方式とにそれぞれ分けることがで
きる。上記時間領域での符号化には、いわゆる予測符号
化方式、適応予測符号化方式、差分量子化（ＤＰＣＭ）
方式、適応差分ＰＣＭ（適応ＤＰＣＭ或いはＡＤＰＣＭ
）方式、デルタ変調（ΔＭ或いはＤＭ）方式、適応デル
タ変調方式、可変長符号化方式等がある。また、周波数
領域での符号化としては、時間軸のオーディオ信号を複
数の周波数帯域に分割して符号化するいわゆる帯域分割
符号化（サブ・バンド・コーディング：　５ＢＣ）や、
時間軸の信号を周波数軸上の信号に変換（直交変換）し
て複数の周波数帯域に分割し各帯域毎で適応的に符号化
するいわゆる適応変換符号化（ＡＴＣ）、或いは上記Ｓ
ＢＣといわゆる適応予測符り化（ＡＰＣ）とを組み合わ
せ、時間軸の信号を帯域分割して各帯域の信号をベース
バンド（低域）に変換した後複数次の線形予測分析（Ｌ
ＰＧ）を行って予測符号化するいわゆる適応ビット割当
て（ＡＰＣ−ＡＢ）等が挙げられる。

また、オーディオ信号等の符号化の際には、量子化ノイ
ズのスペクトルを変化させて可聴帯域のノイズを実質的
に低減する様ないわゆるノイズシェーピングが施される
場合がある。このノイズシェーピングは、一般に、いわ
ゆるＦＩＲ（有限インパルス応答或いは非巡回）型のデ
ィジタルフィルタ等を用いることによって行われていた
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、オーディオ信号を符号化する場合には、人間
の聴覚特性を考慮して、高域程バンド幅が広くなるよう
ないわゆる臨界帯域（クリティカルバンド）でオーディ
オ信号を複数の周波数帯域（例えば２５バンド）に分割
して、各バンド毎に符号化する場合がある。このような
臨界帯域でオーディオ信号を分割した場合には、例えば
、各帯域毎のノイズシェーピングを行うことになる。

しかし、上述のようにオーディオ信号を臨界帯域で周波
数分割してノイズシェーピングを行おうとするような場
合には、上記ＦＩＲ型フィルタ等では、急峻なバンドパ
ス特性を得ることができないため、当該臨界帯域で帯域
分割された各帯域毎のオーディオ信号のノイズシェーピ
ングを行うことが困難であった。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たものであり、臨界帯域で周波数分割された信号のノイ
ズシェーピングを行うことが可能なノイズシェーピング
回路を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のノイズシェーピング回路は、上述の目的を遠戚
するために提案されたものであり、量子化器で発生した
量子化ノイズをノイズフィルタを介して上記量子化器の
入力側に帰還するようにしたノイズシェーピング回路に
おいて、上記ノイズフィルタはＩＩＲ（無限インパルス
応答或いは巡回）型のフィルタ構成とされたものである
。

また、上記ノイズフィルタは複数のＩＩＲ型フィルタか
ら構成されると共に、各ＩＩＲ型フィルタは入力信号の
臨界帯域をそれぞれ通過させるバンドパス特性を有する
ものである。

更に、本発明のノイズシェーピング回路は、量子化器で
発生した量子化ノイズを、その段のノイズフィルタを介
して上記量子化器の入力側に帰還すると共に、次段の回
路に人力として供給し、初段を除く各段の量子化器の出
力を所望のフィルタ特性を有するフィルタを介して出力
し各段の出力を合成して出力するようにしたノイズシェ
ーピング回路において、各段のノイズフィルタをＩＩＲ
型のフィルタ構成となすと共に、入力信号の各臨界帯域
を通過させるバンドパス特性を有するようになしたもの
である。

〔作用〕

本発明によれば、臨界帯域を通過させるバンドパス特性
を有するＩＩＲ型フィルタを用いているため、臨界帯域
毎の量子化ノイズのスペクトルを調整することができる
。したがって、臨界帯域でのノイズシェーピングができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図に本発明実施例のノイズシェーピング回路が設け
られた符号化装置の概略構成を示す、この符号化装置は
、入力側子３１に供給されたオーディオ信号等のディジ
タルの入力信号が、加算器３３を介し、量子化器３４で
量子化された後に、出力端子３２から符号化出力として
出力される符号化装置であって、この信号符号化の際に
は、本発明実施例のノイズシェーピング回路によって、
上記量子化器３４で発生する量子化ノイズのノイズシェ
ーピング処理が行われている。

すなわち、本実施例のノイズシェーピング回路は、上記
加算器３３と、加算１ｉ３５と、ノイズフィルタ３６と
を有して構成されるものであり、上記加算器３５によっ
て上記量子化器３４の量子化出力から当該量子化器３４
へ供給される入力信号が減算されることで得られる量子
化ノイズを、上記ノイズフィルタ３６を介して上記加算
器３３に減算信号として帰還するようにしたいわゆるエ
ラーフィードバックによるノイズシェーピング処理を行
うものである。この時の該ノイズフィルタ３６は、ＩＩ
Ｒ（無限インパルス応答或いは巡回）型のフィルタ構成
とされている。

当！ＩＩＲ型のノイズフィルタ３６は、少なくとも２次
のＩＩＲ型フィルタであり、具体的には、第２図のよう
な構成で実現することができる。この第２図に示すノイ
ズフィルタの入力側子４１には、第１図の上記加算器３
５からの量子化ノイズが供給される。当該ノイズフィル
タは、加算器４３．４４．５１と、所定時間（１サンプ
ル）遅延（ｚ−’）の遅延器４７．４８と、乗算係数ａ
、　　ｂ。

ｃ、ｄの乗算器４５．４６，４９．５０とで構成されて
いる。当該ノイズフィルタでは、上記遅延器４７と乗算
器４５を介した出力と、遅延器４８と乗算器４６を介し
た出力とが、上記加算器４４で加算され、更に、上記加
算器４３で上記量子化ノイズと加算される。また、上記
遅延器４７の出力は乗算器４９を介し、上記遅延器４８
の出力は乗算器５０を介して加算器５１に伝送され、当
該加算器５１で加算された後に、ノイズフィルタの出力
として出力端子４２から出力される。

ここで、当該第２図のノイズフィルタ（すなわち第１図
のノイズフィルタ３６）のフィルタ特性をＰとすると、
ノイズシェーピングにより得られる信号成分は、　（１
）式で示すことができる。

１−　　（ａｚ−’＋ｂｚ−”） すなわち、上記ノイズフィルタのフィルタ特性Ｐは、 （ａ　ｚ−’＋ｂ　ｚ−”） となる、このため、上記乗算器４９．５０での各乗算係
数は、この（２）式のｃ−ａｄ−ｂと表すことができる
。この第２図の２次ＩＩＲ型フィルタのフィルタ特性は
、第３図に示すような、中心周波数ｒ、の急峻なバンド
パス特性を有することができるようになる。

また、本発明のノイズシェーピング回路においては、上
記ノイズフィルタ３６は、複数のＩＩＲ型フィルタから
構成されると共に、各ＩＩＲ型フィルタは入力信号の上
記臨界帯域をそれぞれ通過させるバンドパス特性を有す
るものとすることができる。すなわち、この場合のＩＩ
Ｒ型フィルタの個数は、上記臨界帯域のバンド数と同数
になり、各ＩＩＲ型フィルタの通過帯域は、上記臨界帯
域幅にそれぞれ応じた幅となるように設定されている。

更に、本発明のノイズシェーピング回路は、例えば第４
図に示すような符号化装置に適用できる。

この第４図においては、入力側子ｌに供給されたディジ
タルオーディオ信号等の入力信号を、上記臨界帯域で分
割し、各バンド毎の信号が該各バンドにそれぞれ対応す
る各段の量子化器１４＋〜１４１て量子化されて出力端
子２から符号化出力として出力されるものであって、そ
の符号化の際には、いわゆるエラーフィードバックによ
り、各段の量子化器で発生する量子化ノイズのノイズシ
ェーピング処理を行うものである。

この第４図の装置に用いられるエラーフィードバック回
路を構成するノイズシェーピング回路においては、各段
の上記量子化器１４１〜１４．、で発生したそれぞれの
量子化ノイズを、各々の段の各ノイズフィルタ１２＋〜
１２．．を介して、上記量子化器１４．〜１４１の入力
側にそれぞれ帰還すると共に、次段の回路に入力として
供給し、初段を除く各段の上記量子化器１４１−１４．
の各出力をそれぞれ所望のフィルタ特性を有するフィル
タ１５！〜１５．．１６３〜１６□・・・、２０．を介
して出力し、各段の出力をそれぞれ各加算器１７１−１
７．で加算することで合成して出力するようにしたもの
であって、各段のノイズフィルタ１２ｔ〜１２．ｌを、
前述の第２図のような少なくとも２次のＩＩＲ型のフィ
ルタ構成となすと共に、各段の上記ノイズフィルタ１２
１〜１２．の各乗算器の乗算係数を上記臨界帯域の各バ
ンド幅に応じた値に設定することで、入力信号の各臨界
帯域を通過させるバンドパス特性を有するようになした
ものである。なお、上記臨界帯域が、例えばＤＣ（Ｏ七
）〜２０ｋＨｚで２５バンドの場合（すなわちｎ＝２５
の場合）は、上記回路の段数は２５段となる。

すなわち、この第４図は、臨界帯域の各バンド毎のノイ
ズシェーピング処理を行うことのできる構成であり、各
段は、それぞれ前述の第１図同様の構成、すなわち各加
算器１１．−１１．、１３゜〜１３９、量子化器１４＋
〜１４い、ノイズフィルタ１２＋〜１２１１で構成され
るノイズシェーピング回路を有する符号化の構成となっ
ている。また、各ノイズフィルタ１２．〜１２７は、少
なくとも２次ＩＩＲ型のフィルタ構成となっている。

このため、これらの各ノイズフィルタ１２．〜１２、ｌ
では、例えば、第５図に示すようなバンドパス特性、す
なわち、上記臨界帯域の各バンドの中心周波数１１〜ｒ
７で、急峻なバンドパス特性が得られる。更に、初段を
除く各段の各量子化器１４□〜１４．１の出力は、それ
ぞれ所望のフィルタ特性を有するフィルタ】５．〜１５
−．１６３〜１６．１．・・・、２０７に送られている
。ここで、これら各段のフィルタ１５ｇ〜１５，１．１
６３〜１６，１．・・・、２０Ｒの上記所望のフィルタ
特性は、それぞれ前段までの各ノイズフィルタのフィル
タ特性の逆特性とされている。したがって、各段の上記
ノイズフィルタ１２．−１２１１の各フィルタ特性がそ
れぞれＰ、〜Ｐ、ｌの場合、例えば第２段目のフィルタ
ＩＬのフィルタ特性は、１段目のノイズフィルタ１２１
のフィルタ特性Ｐ１の逆特性すなわちＩＰ＋の特性とさ
れる。また、例えば第３段目のフィルタ１５．ではＩ　
　Ｐ＋　の特性とされ、フィルタ１６３では１−Ｐ、の
特性とされる。以下同様にして、第ｎ段目のフィルタ１
５．ｌでは１−Ｐ、の特性とされ１、フィルタ１６、で
はｌ−Ｐ！の特性、・・、フィルタ２０．ではＩ　　Ｐ
−１のフィルタ特性とされる。

このようなことから、上記量子化器１４＋〜１４、の量
子化特性をそれぞれＱ１〜Ｑ７とした場合、例えば、第
１段目と第２段目を例に挙げると、第１段目の量子化Ｆ
ｉｌ　４．の出力中の量子化ノイズ信号成分の（Ｉ　　
ＰＩ）Ｑ＋、すなわち、と、第２段目の上記第１段目か
らの流入量子化ノイズ信号弾Ｑ、の上記フィルタ１５□
への流出分の（ｌ　　Ｐｌ）Ｑ＋、すなわち、 とが互いに相殺されることになる。他の各段でも同様に
、例えば、第ｍ段目出力中の量子化ノイズ信号弾と、第
ｍ＋１段目の第ｍ段目からの流入量子化ノイズ信号弾Ｑ
１の出力への流出分との相殺が行われる。このことから
、エラーフィードバック回路全体の特性は、第ｎ段目の
フィルタ特性のみで決まる。

したがって、上述したような実施例のノイズシェーピン
グ回路によれば、ノイズフィルタを少なくとも２次のＩ
ＩＲ型のフィルタ構成とし、このノイズフィルタのフィ
ルタ係数を自由に設定できるため、例えば上記臨界帯域
の各バンド幅に対応してこのフィルタ係数を設定すれば
、該臨界帯域の各バンド毎に対応したノイズスペクトル
の調整すなわちノイズシェーピングが可能となる。

このようなことから、例えば、本実施例を、従来のスロ
ットワード長が決められたディジタルオーディオ（例え
ばいわゆるコンパクト・ディスク：ＣＤ、ディジタル・
オーディオ・テープレコーダ：　ＤＡＴ等）信号のノイ
ズシェーピング処理に用いれば、そのディジタルオーデ
ィオ信号の再生音の聴感上のダイナミックレンジを上げ
ることが可能となる。

なお、オーディオ信号等の入力信号のノイズシェーピン
グを行う際に、該入力信号スペクトルのいわゆるマスキ
ングを考慮したノイズシェーピングを行うことで、聴感
上のダイナミックレンジを上げることができる０例えば
、信号スペクトルのパターンがある程度固定化した入力
信号のスペクトルに応じてフィルタ係数が固定されたノ
イズフィルタを用いたノイズシェーピング、或いは、入
力信号のスペクトルが変化する場合の当該スペクトル変
化に適応的なノイズシェーピングを行うことで、聴感上
のダイナミックレンジを上げることができる。ここで、
上記マスキングとは、人間の聴覚上の特性により、ある
信号によって他の信号がマスクされて聞こえなくなる現
象を言うものであり、このマスキング効果には、時間軸
上の信号に対するマスキング効果と周波数軸上の信号に
対するマスキング効果とがある。すなわち、当該マスキ
ング効果により、マスキングされる部分にノイズがあっ
たとしても、このノイズは聞こえなくなる。このような
ことから、上述のように、オーディオ信号を臨界帯域で
周波数分割した場合の、各臨界帯域毎のレベル（スペク
トル）に応じたノイズシェーピングを行うことで、再生
音の聴感上のダイナミックレンジを上げることができる
。

ここで、例えば、上記ノイズスペクトルを入力信号スペ
クトルに応じて適応的に変化させるようなノイズシェー
ピングを行う構成としては、具体的には第６図に示すよ
うな構成で実現することができる。

この第６図において、入力側子６１にはディジタルのオ
ーディオ信号が供給され、加算器６３、量子化器６４、
加算器６５、ノイズフィルタ６６等によって、前述同様
の符号化及びノイズシェーピングを行った後に出力端子
６２から出力される。

上記符号化及びノイズシェーピングの構成を、前述の第
４図の構成とすることで、例えば臨界帯域毎のバンドパ
ス特性を得ることができる。この時、上述したように、
適応的なノイズシェーピングを行うためには、各ノイズ
フィルタでの各フィルタ係数を、各帯域毎に入力信号の
スペクトルに応じて適応的に変化させる必要がある。

このため、上記入力側子６１を介したオーディオ信号は
、該オーディオ信号のスペクトル分析を行うスペクトル
分析回路６７に送られる。当該スペクトル分析回路６７
では、各臨界帯域毎の人力オーディオ信号のスペクトル
分析を行い、その各帯域毎の出力がＳ／Ｎ計算回路６８
に送られる。

当該Ｓ／Ｎ計算回路６８では、各帯域毎のＳ／Ｎ値が計
算される。このＳ／Ｎ値は、上記マスキング効果を考慮
して求められるものであり、このＳ／Ｎ値に応じた上記
各ノイズフィルタの各フィルタ係数が、フィルタ係数演
算回路６９から得られるようになっている。

このようにして各臨界帯域毎にオーディオ信号のスペク
トルに応じて適応的に求められたフィルタ係数が、上記
ノイズフィルタ６６すなわち第４図の各ノイズフィルタ
等に送られることで、人力オーディオ信号のスペクトル
に応じたノイズスペクトルのコントロールが可能となり
、適応的なノイズシェーピングが可能となる。

したがって、上述のように適応的なノイズシェーピング
を行うことで、更に聴感上のダイナミックレンジを上げ
ることができるようになる。

〔発明の効果〕

本発明のノイズシェーピング回路においては、ノイズフ
ィルタをＩＩＲ型フィルタ構成とすることにより、バン
ドパス特性をもったノイズシェーピングができるように
なる。また、ノイズフィルタは複数のＩＩＲ型フィルタ
構成とすると共に、入力信号の臨界帯域をそれぞれ通過
させるバンドパス特性を有することにより、各臨界帯域
毎のノイズシェーピングが可能となる。また、量子化ノ
イズを、その段のノイズフィルタを介して帰還すると共
に、次段の回路に供給し、初段を除く各段の量子化器の
出力を所望のフィルタ特性のフィルタを介して出力し、
各段の出力を台底するようにしたノイズシェーピング回
路において、各段のノイズフィルタをＩＩＲ型フィルタ
とすると共に、入力信号の各臨界帯域を通過させるバン
ドパス特性を有するようになすことにより、各臨界帯域
毎にバンドパス特性を設定でき、かつ、各臨界帯域毎の
ノイズシェーピングが可能となる。

このため、例えばディジタルオーディオ信号の再生音は
、スロットワード長で決まるダイナミックレンジ以上の
聴感上のダイナミックレンジが得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のノイズシェーピング回路が設け
られた符号化装置の概略構成を示すブロック回路図、第
２図はノイズフィルタの具体的構成を示すブロック回路
図、第３図は２次のＩＩＲ型フィルタの特性を示す特性
図、第４図は本発明の臨界帯域の各バンド毎のノイズシ
ェーピング処理を行うための構成を示すブロック回路図
、第５図は臨界帯域の各バンド毎のバンドパス特性を示
す特性図、第６図はスペクトルに応じたノイズシェーピ
ングを行う構成を示すブロック回路図である。 １２１〜１２．．３６．６６　　　・・・・・・・・ノ
イズフィルタ１４１〜１４．、３４．６４　　　・・・
・・・・・量子化器１５！〜１５−、１６ｘ〜１６．ｌ
、　２０．・・・・フィルタ４５．４６．４９．５０　
　　　　・・・・・・・・乗算器４７．４８１００００
１０．遅延器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）量子化器で発生した量子化ノイズをノイズフィル
   タを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにした
   ノイズシェーピング回路において、上記ノイズフィルタ
   はＩＩＲ型のフィルタ構成とされたことを特徴とするノ
   イズシェーピング回路。
2. （２）上記ノイズフィルタは複数のＩＩＲ型フィルタか
   ら構成されると共に、各ＩＩＲ型フィルタは入力信号の
   臨界帯域をそれぞれ通過させるバンドパス特性を有する
   ことを特徴とする請求項（１）記載のノイズシェーピン
   グ回路。
3. （３）量子化器で発生した量子化ノイズを、その段のノ
   イズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還する
   と共に、次段の回路に入力として供給し、初段を除く各
   段の量子化器の出力を所望のフィルタ特性を有するフィ
   ルタを介して出力し、各段の出力を合成して出力するよ
   うにしたノイズシェーピング回路において、 各段のノイズフィルタをＩＩＲ型のフィルタ構成となす
   と共に、入力信号の各臨界帯域を通過させるバンドパス
   特性を有するようになしたことを特徴とするノイズシェ
   ーピング回路。