JPH06283968A - ディジタル信号演算装置 - Google Patents

ディジタル信号演算装置

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JPH06283968A
JPH06283968A JP5068351A JP6835193A JPH06283968A JP H06283968 A JPH06283968 A JP H06283968A JP 5068351 A JP5068351 A JP 5068351A JP 6835193 A JP6835193 A JP 6835193A JP H06283968 A JPH06283968 A JP H06283968A
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error
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JP5068351A
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Takashi Toyoda
崇 豊田
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Sony Corp
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Publication date
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    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/0223—Computation saving measures; Accelerating measures
    • H03H17/0233—Measures concerning the signal representation
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
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    • H03H17/0621—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 丸め処理部３は、許容入力語長ｍビットのＦ
ＩＲフィルタ７で、ＦＩＲフィルタ２のｎビット（ｎ＞
ｍ）の出力が処理できるように該ｎビットの出力を丸め
処理する。減算部４は丸め処理部３の出力から丸め誤差
を取り出す。加算部８は減算部４によって取り出された
丸め誤差を用いて、ＦＩＲフィルタ７のフィルタ出力に
重畳されている丸め誤差成分を除去する。この丸め処理
部３、減算部４、ＦＩＲフィルタ７及び加算部８によっ
て構成されるブロック１８と、上記各部と同様の動作を
する丸め処理部１０、減算部１１、ＦＩＲフィルタ１４
及び加算部１５によって構成されるブロック１９とを２
段縦続接続することで、可聴帯域内に丸め誤差（再量子
化誤差）を重畳することなく、標本化周波数を８倍に変
換する。 【効果】 ハードウェア量を増やすことなく、丸め誤差
（再量子化誤差）を減らせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル信号演算装
置に関し、特にコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ等
のディジタルオーディオ機器に用いられ、ディジタル信
号をアナログ信号に変換する際に発生するエリアシング
を除去するディジタル信号演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、コンパクトディスク（ＣＤ）
プレーヤやディジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）プレ
ーヤ等のディジタルオーディオ機器で扱われるディジタ
ルオーディオ信号をＤ／Ａコンバータでアナログ信号に
変換する際には、元の標本化周波数の整数倍の周波数の
両側に現れる元信号の写像成分いわゆるエリアシングを
取り除く必要がある。
【０００３】例えば、初期のＣＤプレーヤにおいては、
上記エリアシングの除去をアナログのローパスフィルタ
で行っていたが、ディジタルフィルタの大量生産技術の
確立と共にアナルグフィルタはかえってコスト高とな
り、また急峻なアナログフィルタは音質を低下させてし
まうので、徐々にディジタルフィルタで上記エリアシン
グを除去するようになった。
【０００４】さらに、最近では、標本化周波数ｆs を例
えば８倍（８ｆs ）に変換し、可聴帯域でのエリアシン
グを無くすことで、帯域外成分の充分な抑圧と、Ｄ／Ａ
コンバータ後段でのアナログフィルタの負担の軽減を図
るようになった。標本化周波数ｆs を８ｆs に変換する
には、一挙に行うよりも、図４に示すように入力端子２
０から供給される信号のｆs を２ｆs に変換するＦＩＲ
（非巡回形）フィルタ２１と、２ｆs を４ｆs に変換す
るＦＩＲフィルタ２２と、４ｆs を８ｆs に変換するＦ
ＩＲフィルタ２３とを縦続に接続し（結果的に出力端子
２４から８ｆsの信号が出力される）、段階的に行う方
が効率が良く、一般的である。ここで、各ＦＩＲフィル
タのフィルタ特性は、信号通過帯域における信号の位相
がずれないすなわち周波数を変換したときにフィルタの
入出力で位相差が発生しないといういわゆる直線位相性
を有している。
【０００５】これは、フィルタ特性が直線位相性を有
し、入力される信号の標本化周波数ｆ s を２倍にするＦ
ＩＲフィルタを３段縦続接続して８倍の標本化周波数を
得れば、ナイキスト周波数の１／２をカットオフ周波数
としたときに演算回数を大幅に減らすことができるとい
う周知技術をうまく適用でき、一挙に標本化周波数を８
倍にするよりもハードウェア量を少なくできるためであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、フィルタ特性が直線位相性を有し、入力される信
号の標本化周波数ｆs を２倍にするＦＩＲフィルタを例
えば３段縦続接続して８倍の標本化周波数を得るような
場合、各ＦＩＲフィルタでの加算と乗算よりなる演算
は、１つの演算部での時分割処理により行われている。
【０００７】その結果、各ＦＩＲフィルタの許容入力語
長は同じとなり、また各ＦＩＲフィルタの出力語長も同
じとなる。さらに、一般的にフィルタ処理では、出力語
長が入力語長よりも長くなる。このため、図４に示した
ＦＩＲフィルタ２１と、ＦＩＲフィルタ２２の間には、
図５に示すように、ＦＩＲフィルタ２１の出力語長をＦ
ＩＲフィルタ２２の許容入力語長内に丸め処理する丸め
処理部２５が設けられている。この丸め処理部２５は上
述したようにＦＩＲフィルタ２１の出力語長をＦＩＲフ
ィルタ２２の許容入力語長内に丸め処理する他、この丸
め処理時の余剰成分である丸め誤差を上記ＦＩＲフィル
タ２１の出力に重畳する。そして、この丸め処理部の出
力は、ＦＩＲフィルタ２２によって標本化周波数を２倍
（４ｆsとなる）とされてフィルタリングされ、該フィ
ルタリング出力は出力端子２６から導出される。
【０００８】上記図５のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位置での信号
の状態（スペクトラム）を図６のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応
させて示し、以下に説明する。図６のＡに示すような元
信号のスペクトラムは、ＦＩＲフィルタ２１によって、
標本化周波数ｆs を２倍（２ｆs ）とされ、図６のＢに
破線で示すフィルタ特性により帯域制限される。このと
き、ＦＩＲフィルタ２１から出力されるデータの語長
は、入力されるデータの語長よりも長くなるのが一般的
であるので、ＦＩＲフィルタ２２の入力部分で語長の制
限を受けてしまう。このため、丸め処理部２５は、ＦＩ
Ｒフィルタ２１の出力データの語長を丸める。この丸め
処理によって発生する余剰成分は、丸め誤差あるいは再
量子化誤差とよばれるが、図６のＣにハッチング部で示
すように元信号に重畳されてしまう。この図６のＣに示
した丸め処理部２５の出力は、ＦＩＲフィルタ２２の許
容入力語長内とされるので、ＦＩＲフィルタ２２は、標
本化周波数を４ｆs に変換する。このとき、上述したよ
うに元信号には再量子化誤差が重畳されているので、図
６のＤに示すような再量子化誤差が重畳された元信号が
出力端子２６から導出される。
【０００９】すなわち、図４における各ＦＩＲフィルタ
２１、２２及び２３の許容入力語長が同じとすれば、入
力データはＦＩＲフィルタ２２、２３の入力部分で語長
の制限を受けてしまい、その結果いわゆ再量子化誤差と
呼ばれる丸め誤差信号がＦＩＲフィルタ２２、２３の入
力部で発生するので、出力部では丸め誤差が重畳された
データが出力される。
【００１０】各ＦＩＲフィルタ２１、２２及び２３がそ
れぞれ独立の演算器であれば上記再量子化誤差が重畳さ
れたデータを出力することはないが、これではディジタ
ル信号演算装置の価格が高くなってしまう。
【００１１】また、ＦＩＲフィルタ２３の入力部で発生
する再量子化誤差が充分少なくなるように、ＦＩＲフィ
ルタ２１及び２２に入力される入力語長を小さくするこ
とも考えられるが、これでは元々のＦＩＲフィルタの能
力を無駄にしてしまう。
【００１２】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、ハードウェア規模を大きくすることなく、可聴
帯域内の再量子化誤差を減らせるディジタル信号演算装
置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決する手段】本発明に係るディジタル信号演
算装置は、許容入力語長ｍビットのディジタルフィルタ
手段と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの
入力を上記ｍビットに丸め処理する丸め処理手段と、上
記丸め処理手段の出力から丸め誤差を取り出す丸め誤差
抽出手段と、上記丸め誤差抽出手段により取り出された
丸め誤差を用いて上記ディジタルフィルタ手段のフィル
タ出力に重畳されている丸め誤差成分を取り除く丸め誤
差除去手段とを有することを特徴として上記課題を解決
する。
【００１４】ここで、上記ディジタルフィルタ手段と、
上記丸め処理手段と、上記丸め誤差抽出手段と、上記丸
め誤差除去手段とを有する構成を複数段縦続接続し、一
つのディジタル信号演算装置としてもよい。すなわち、
上述したディジタル信号演算装置を一つのブロックと
し、このブロックを複数縦続接続し、多段構成として一
つのディジタル信号演算装置を実現してもよい。
【００１５】また、上記ディジタルフィルタ手段は補間
機能を有する標本化周波数変換フィルタであることが好
ましい。
【００１６】また、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットを出力語長とするディジタルフィルタが入力側
の前段に接続されていてもよい。
【００１７】また、上記ディジタルフィルタ手段は直線
位相特性を有するＦＩＲフィルタであることが好まし
い。
【００１８】
【作用】本発明は、丸め処理手段が許容入力語長ｍビッ
トより長いｎビットの入力を上記ディジタルフィルタ手
段が処理できるように丸め処理したときに発生した丸め
誤差を丸め誤差抽出手段が取り出し、丸め誤差除去手段
が丸め処理手段の出力から上記丸め誤差を用いて重畳さ
れている丸め誤差成分を取り除くので、ハードウェア規
模を大きくすることなく、可聴帯域内の丸め誤差すなわ
ち再量子化誤差を減らせる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明に係るディジタル信号演算装置
の実施例を図面を参照しながら説明する。この実施例
は、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤやディジタル
オーディオテープ（ＤＡＴ）プレーヤ等のディジタルオ
ーディオ機器において、ディジタルオーディオ信号をア
ナログ信号に変換する際に、Ｄ／Ａコンバータの入力部
でオーディオ信号の標本化周波数（ｆS ）を段階的に８
倍（８ｆS ）に変換し、いわゆる再量子化誤差信号を可
聴帯域外に移動させることによって、再量子化誤差を実
質的に減らせるディジタル信号演算装置である。
【００２０】先ず、図１を参照しながら本実施例のディ
ジタル信号演算装置の構成を説明する。図１において、
本実施例は、許容入力語長ｍビットのＦＩＲ（非巡回
形）フィルタ７と、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットの入力をＦＩＲフィルタ７が処理できるように
丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差を
ｎビットの入力に重畳して出力する丸め処理部３と、こ
の丸め処理部３の出力から丸め誤差（再量子化誤差）を
取り出す丸め誤差抽出手段である減算部４と、この減算
部４により取り出された丸め誤差を用いて上記ＦＩＲフ
ィルタ７のフィルタ出力から重畳された丸め誤差成分を
取り除く丸め誤差除去手段である加算部８とを有するブ
ロック１８と、許容入力語長ｍビットのＦＩＲフィルタ
１４と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの
入力をＦＩＲフィルタ１４が処理できるように丸め処理
し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差をｎビット
の入力に重畳して出力する丸め処理部１０と、この丸め
処理部１０の出力から丸め誤差（再量子化誤差）を取り
出す丸め誤差抽出手段である減算部１１と、この減算部
１１により取り出された丸め誤差を用いて上記ＦＩＲフ
ィルタ１４のフィルタ出力から重畳された丸め誤差成分
を取り除く丸め誤差除去手段である加算部１５とを有す
るブロック１９とを２段縦続接続し、さらに、上記ブロ
ック１８の前段に、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットを出力語長とするＦＩＲフィルタ２を接続して
なる。
【００２１】ここで、ＦＩＲフィルタ２は供給される信
号の標本化周波数ｆs を２ｆs に変換し、ＦＩＲフィル
タ７は２ｆs を４ｆs に変換し、ＦＩＲフィルタ１４は
４ｆ s を８ｆs に変換する。これらＦＩＲフィルタ２、
ＦＩＲフィルタ７及びＦＩＲフィルタ１４のフィルタ特
性は、信号通過帯域における信号の位相がずれないすな
わち周波数を変換したときにフィルタの入出力で位相差
が発生しない特性（いわゆる直線位相特性）である。そ
して、各ＦＩＲフィルタ２、７及び１４での加算と乗算
よりなる演算は、１つの演算部での時分割処理により行
われている。
【００２２】また、ブロック１８の減算部４と加算部８
の間には、該減算部４で取り出された丸め誤差の標本化
周波数を４ｆs にし振幅を１／２にして信号帯域を２ｆ
s とする０補間部５と、この０補間部５で振幅を１／２
にして信号帯域を２ｆs とされた信号を上記ＦＩＲフィ
ルタ７の処理に合わせるように遅延する遅延部６と、上
記０補間部５での０補間処理により半分になってしまっ
た信号の振幅を上記ＦＩＲフィルタ７の変換利得Ｇ
1 （＝２）を用いて２倍にする乗算部９とを挿入してい
る。
【００２３】また、ブロック１９の減算部１１と加算部
１５の間には、該減算部１１で取り出された丸め誤差の
標本化周波数を８ｆs にし振幅を１／２にして信号帯域
を４ｆs とする０補間部１２と、この０補間部１２で振
幅を１／２にして信号帯域を４ｆs とされた信号を上記
ＦＩＲフィルタ１４の処理に合わせるように遅延する遅
延部１３と、上記０補間部１２での０補間処理により半
分になってしまった信号の振幅を上記ＦＩＲフィルタ１
４の変換利得Ｇ2 （＝２）を用いて２倍にする乗算部１
６とを挿入している。
【００２４】次に、図１乃至図３を参照しながら本実施
例のディジタル信号演算装置の動作原理を説明する。図
２は本実施例の構成を示した図１のａ乃至ｈの位置に対
応させた信号の状態（スペクトラム状態）を示してい
る。また、図３は図１のｉ乃至ｎの位置に対応させたス
ペクトラム状態を示している。
【００２５】先ず、図１に示されるブロック１８の動作
原理を説明する。入力端子１から供給される元信号は、
標本化周波数ｆs のため図２のａに示すような０〜ｆs
／２のスペクトラムとなっている。この元信号をＦＩＲ
フィルタ２でｆs を２ｆs に変換しオーバーサンプリン
グすると図２のｂに示すように破線で示したフィルタ特
性により２ｆs 以降の整数倍の周波数に発生するエリア
シングを除去する。
【００２６】上記図２のｂに示したＦＩＲフィルタ２の
出力信号のスペクトラムは、丸め処理部３により丸め処
理され、図２のｃに示すようなスペクトラムとなる。こ
れは、この丸め処理部３が上述したように許容入力語長
ｍビットより長いｎビットの入力をＦＩＲフィルタ７が
処理できるように丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分
である丸め誤差をｎビットの入力に重畳して出力するた
めである。この丸め処理部３での丸め変換は、本質的に
は丸め誤差を切り捨てるものであるが、実際上の扱い
（数学的には）としては、ｎビットの入力に丸め誤差を
足すということであり、すなわち重畳することである。
【００２７】この丸め誤差が重畳された図２のｃに示す
スペクトラムの信号を、図２のｂに示したスペクトラム
の信号から上記減算部４で減算すると、０〜ｆs ／２の
スペクトラムである元信号は無くなり、図２のｄに示す
ような丸め誤差だけのスペクトラムの信号となる。この
図２のｄに示すスペクトラムは、実際には、逆相となっ
ている。
【００２８】そして、図２のｄに示す丸め誤差を上記０
補間部５に供給し、標本化周波数を４ｆs にし振幅を１
／２にして信号帯域を２ｆs とすると図２のｅに示すス
ペクトラムの信号となる。また、これを遅延部６に供給
し、ＦＩＲフィルタ７の処理に合うように遅延させる
（位相を合わせる）と図２のｇに示すスペクトラムの信
号になる。すなわち、この図２のｅ及びｇは、減算部４
の出力を０補間して、遅延させたものである。
【００２９】そして、この図２のｅ及びｇのスペクトラ
ムを上記乗算部９において、上記ＦＩＲフィルタ７の変
換利得Ｇ1 （＝２）を用いて２倍にし、加算部８に供給
する。
【００３０】この加算部８には、図２のｆに示すスペク
トラムの信号も供給されている。この図２のｆに示すス
ペクトラムは、ＦＩＲフィルタ７が、図２のｃに示すス
ペクトラム入力の２ｆs を４ｆs に変換しオーバーサン
プリングしたものである。上記乗算部９から加算部８に
供給される丸め誤差に応じた値は、上述したように減算
部４での減算により逆相とされているため、この加算部
８は実質的に、上記図２のｆのスペクトラムから上記乗
算部９の出力を減算することになり、その結果この加算
部８は、図２のｈに示すようなスペクトラムの信号を出
力する。
【００３１】すなわちこの図２のｈに示すようなスペク
トラムの信号は、可聴帯域内の元信号（０〜ｆs ／２の
元信号スペクトラムとして説明した）に重畳されていた
丸め誤差成分を無くしている。丸め誤差としては、可聴
帯域外のｆs 近辺から２ｆsにのみその存在を許してい
る。
【００３２】以上がブロック１８にて標本化周波数を４
ｆs までに変換したときの丸め誤差の除去の説明であ
る。
【００３３】次に、図１に示されるブロック１９の動作
原理を説明する。上記図２のｈに示したスペクトラム
は、丸め処理部１０により丸め処理され、図２のｉに示
すようなスペクトラムとなる。これは、この丸め処理部
１０が上述したように許容入力語長ｍビットより長いｎ
ビットの入力をＦＩＲフィルタ１４が処理できるように
丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差を
ｎビットの入力に重畳して出力するためである。この丸
め処理部１０での丸め処理は、本質的には丸め誤差を切
り捨てるものであるが、実際上の扱い（数学的には）と
しては、ｎビットの入力に丸め誤差を足すということで
あり、すなわち重畳することである。
【００３４】この丸め誤差が重畳された図２のｉに示す
スペクトラムの信号を、図２のｈに示したスペクトラム
の信号から上記減算部１１で減算すると、０〜ｆs ／２
のスペクトラムである元信号は無くなり、図２のｊに示
すような丸め誤差だけのスペクトラムの信号となる。こ
の図２のｊに示すスペクトラムの信号は、実際には、逆
相となっている。
【００３５】そして、図２のｊに示す丸め誤差を上記０
補間部１２に供給し、標本化周波数を８ｆs にし振幅を
１／２にして信号帯域を４ｆs とすると図２のｋに示す
スペクトラムの信号となる。また、これを遅延部１３に
供給し、ＦＩＲフィルタ１４の処理に合うように遅延さ
せる（位相を合わせる）と図２のｍに示すスペクトラム
の信号になる。すなわち、この図２のｋ及びｍは、減算
部１１の出力を０補間して、遅延させたものである。
【００３６】そして、この図２のｋ及びｍのスペクトラ
ムを上記乗算部１６において、上記ＦＩＲフィルタ１４
の変換利得Ｇ2 （＝２）を用いて２倍にし、加算部１５
に供給する。
【００３７】この加算部１５には、図２のｌに示すスペ
クトラムの信号も供給されている。この図２のｌに示す
スペクトラムは、ＦＩＲフィルタ１４が、図２のｉに示
すスペクトラム入力の４ｆs を８ｆs に変換しオーバー
サンプリングしたものである。上記乗算部１６から加算
部１５に供給される丸め誤差に応じた値は、上述したよ
うに減算部１１での減算により逆相とされているため、
この加算部１５は実質的に、上記図２のｌのスペクトラ
ムから上記乗算部１６の出力を減算することになり、そ
の結果この加算部１５は、図２のｎに示すようなスペク
トラムの信号を出力端子１７から出力する。
【００３８】すなわちこの図２のｎに示すようなスペク
トラムの信号は、可聴帯域内に丸め誤差成分を重畳させ
ず、丸め誤差としては、可聴帯域外のｆs 近辺から４ｆ
s にのみその存在を許している。
【００３９】以上がブロック１９にて標本化周波数を８
ｆs までに変換したときの丸め誤差の除去の説明であ
る。
【００４０】このように、本実施例は、ＣＤプレーヤや
ＤＡＴプレーヤ等のディジタルオーディオ機器におい
て、ディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換す
る際に、Ｄ／Ａコンバータの入力部でオーディオ信号の
標本化周波数ｆS を段階的に８倍（８ｆS ）に変換し、
丸め誤差いわゆる再量子化誤差信号を可聴帯域外に移動
させることによって、再量子化誤差を実質的に減らせ
る。
【００４１】なお、本発明に係るディジタル信号演算装
置は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、標本
化周波数ｆS をより高次に変換し、オーバーサンプリン
グを行うような場合にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明に係るディジタル信号演算装置
は、許容入力語長ｍビットのディジタルフィルタ手段
と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの入力
を上記ディジタルフィルタ手段が処理できるように丸め
処理する丸め処理手段と、上記丸め処理手段の出力から
丸め誤差を取り出す丸め誤差抽出手段と、上記丸め誤差
抽出手段により取り出された丸め誤差を用いて上記ディ
ジタルフィルタ手段のフィルタ出力に重畳されている丸
め誤差成分を取り除く丸め誤差除去手段とを有するの
で、可聴帯域内の再量子化誤差を減らせる。
【００４３】また、上記ディジタルフィルタ手段と、上
記丸め処理手段と、上記丸め誤差抽出手段と、丸め誤差
除去手段とを有する構成を複数段縦続接続して、ディジ
タル信号演算装置を構成すれば、ハードウェア量を増や
すことなく可聴帯域内の再量子化誤差を減らせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディジタル信号演算装置の実施例
の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための図
である。
【図３】図１に示した実施例の動作を説明するための図
である。
【図４】段階的に構成したディジタル信号演算装置の概
略を説明するための図である。
【図５】従来のディジタル信号演算装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図６】図５に示した従来のディジタル信号演算装置の
動作を説明するための図である。
【符号の説明】
２・・・・・・ＦＩＲフィルタ（ｆs →２ｆs 用） ７・・・・・・ＦＩＲフィルタ（２ｆs →４ｆs 用） １４・・・・・ＦＩＲフィルタ（４ｆs →８ｆs 用） ３、１０・・・丸め処理部 ４、１１・・・減算部 ５、１２・・・０補間部 ５、１３・・・遅延部 ９、１６・・・乗算部 ８、１５・・・加算部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 ディジタル信号演算装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル信号演算装
置に関し、特にコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ等
のディジタルオーディオ機器に用いられ、ディジタル信
号をアナログ信号に変換する際に発生するエリアシング
を除去するディジタル信号演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、コンパクトディスク（ＣＤ）
プレーヤやディジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）プレ
ーヤ等のディジタルオーディオ機器で扱われるディジタ
ルオーディオ信号をＤ／Ａコンバータでアナログ信号に
変換する際には、元の標本化周波数の整数倍の周波数の
両側に現れる元信号の写像成分いわゆるエリアシングを
取り除く必要がある。
【０００３】例えば、初期のＣＤプレーヤにおいては、
上記エリアシングの除去をアナログのローパスフィルタ
で行っていたが、ディジタルフィルタの大量生産技術の
確立と共にアナルグフィルタはかえってコスト高とな
り、また急峻なアナログフィルタは音質を低下させてし
まうので、徐々にディジタルフィルタで上記エリアシン
グを除去するようになった。
【０００４】例えば、最近では、標本化周波数ｆs を例
えば８倍（８ｆs ）に変換し、可聴帯域でのエリアシン
グを無くすことで、帯域外成分の充分な抑圧と、Ｄ／Ａ
コンバータ後段でのアナログフィルタの負担の軽減を図
るようになった。標本化周波数ｆs を８ｆs に変換する
には、一挙に行うよりも、図４に示すように入力端子２
０から供給される信号のｆs を２ｆs に変換するＦＩＲ
（非巡回形）フィルタ２１と、２ｆs を４ｆs に変換す
るＦＩＲフィルタ２２と、４ｆs を８ｆs に変換するＦ
ＩＲフィルタ２３とを縦続に接続し（結果的に出力端子
２４から８ｆsの信号が出力される）、段階的に行う方
が効率が良い。ここで、各ＦＩＲフィルタのフィルタ特
性は、直線位相性を有している。
【０００５】これは、フィルタ特性が直線位相性を有
し、入力される信号の標本化周波数ｆs を２倍にするＦ
ＩＲフィルタを３段縦続接続して８倍の標本化周波数を
得れば、ナイキスト周波数の１／２をカットオフ周波数
としたときに演算回数を大幅に減らすことができるとい
う周知技術をうまく適用でき、一挙に標本化周波数を８
倍にするよりもハードウェア量を少なくできるためであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、フィルタ特性が直線位相性を有し、入力される信
号の標本化周波数ｆs を２倍にするＦＩＲフィルタを例
えば３段縦続接続して８倍の標本化周波数を得るような
場合、各ＦＩＲフィルタでの加算と乗算よりなる演算
は、１つの演算部での時分割処理により行われている。
【０００７】その結果、各ＦＩＲフィルタの許容入力語
長は同じとなり、また各ＦＩＲフィルタの出力語長も同
じとなる。さらに、一般的にフィルタ処理では、出力語
長が入力語長よりも長くなる。このため、図４に示した
ＦＩＲフィルタ２１と、ＦＩＲフィルタ２２の間には、
図５に示すように、ＦＩＲフィルタ２１の出力語長をＦ
ＩＲフィルタ２２の許容入力語長内に丸め処理する丸め
処理部２５が設けられている。この丸め処理部２５は上
述したようにＦＩＲフィルタ２１の出力語長をＦＩＲフ
ィルタ２２の許容入力語長内に丸め処理する他、この丸
め処理時の余剰成分である丸め誤差を上記ＦＩＲフィル
タ２１の出力に重畳する。そして、この丸め処理部の出
力は、ＦＩＲフィルタ２２によって標本化周波数を２倍
（４ｆsとなる）とされてフィルタリングされ、該フィ
ルタリング出力は出力端子２６から導出される。
【０００８】上記図５のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位置での信号
の状態（スペクトラム）を図６のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応
させて示し、以下に説明する。図６のＡに示すような元
信号のスペクトラムは、ＦＩＲフィルタ２１によって、
標本化周波数ｆs を２倍（２ｆs ）とされ、図６のＢに
破線で示すフィルタ特性により帯域制限される。このと
き、ＦＩＲフィルタ２１から出力されるデータの語長
は、入力されるデータの語長よりも長くなるのが一般的
であるので、ＦＩＲフィルタ２２の入力部分で語長の制
限を受けてしまう。このため、丸め処理部２５は、ＦＩ
Ｒフィルタ２１の出力データの語長を丸める。この丸め
処理によって発生する余剰成分は、丸め誤差あるいは再
量子化誤差とよばれるが、図６のＣにハッチング部で示
すように元信号に重畳されてしまう。この図６のＣに示
した丸め処理部２５の出力は、ＦＩＲフィルタ２２の許
容入力語長内とされるので、ＦＩＲフィルタ２２は、標
本化周波数を４ｆs に変換する。このとき、上述したよ
うに元信号には再量子化誤差が重畳されているので、図
６のＤに示すような再量子化誤差が重畳された元信号が
出力端子２６から導出される。
【０００９】すなわち、図４における各ＦＩＲフィルタ
２１、２２及び２３の許容入力語長が同じとすれば、入
力データはＦＩＲフィルタ２２、２３の入力部分で語長
の制限を受けてしまい、その結果いわゆ再量子化誤差と
呼ばれる丸め誤差信号がＦＩＲフィルタ２２、２３の入
力部で発生するので、出力部では丸め誤差が重畳された
データが出力される。
【００１０】各ＦＩＲフィルタ２１、２２及び２３がそ
れぞれ独立の演算器であれば上記再量子化誤差が重畳さ
れたデータを出力することはないが、これではディジタ
ル信号演算装置の価格が高くなってしまう。
【００１１】また、ＦＩＲフィルタ２３の入力部で発生
する再量子化誤差が充分少なくなるように、ＦＩＲフィ
ルタ２１及び２２に入力される入力語長を小さくするこ
とも考えられるが、これでは元々のＦＩＲフィルタの能
力を無駄にしてしまう。
【００１２】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、ハードウェア規模を大きくすることなく、可聴
帯域内の再量子化誤差を減らせるディジタル信号演算装
置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決する手段】本発明に係るディジタル信号演
算装置は、許容入力語長ｍビットのディジタルフィルタ
手段と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの
入力を上記ｍビットに丸め処理する丸め処理手段と、上
記丸め処理手段の出力から丸め誤差を取り出す丸め誤差
抽出手段と、上記丸め誤差抽出手段により取り出された
丸め誤差を用いて上記ディジタルフィルタ手段のフィル
タ出力に重畳されている丸め誤差成分を取り除く丸め誤
差除去手段とを有することを特徴として上記課題を解決
する。
【００１４】ここで、上記ディジタルフィルタ手段と、
上記丸め処理手段と、上記丸め誤差抽出手段と、上記丸
め誤差除去手段とを有する構成を複数段縦続接続し、一
つのディジタル信号演算装置としてもよい。すなわち、
上述したディジタル信号演算装置を一つのブロックと
し、このブロックを複数縦続接続し、多段構成として一
つのディジタル信号演算装置を実現してもよい。
【００１５】また、上記ディジタルフィルタ手段は補間
機能を有する標本化周波数変換フィルタであることが好
ましい。
【００１６】また、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットを出力語長とするディジタルフィルタが入力側
の前段に接続されていてもよい。
【００１７】また、上記ディジタルフィルタ手段は直線
位相特性を有するＦＩＲフィルタであることが好まし
い。
【００１８】
【作用】本発明は、丸め処理手段が許容入力語長ｍビッ
トより長いｎビットの入力を上記ディジタルフィルタ手
段が処理できるように丸め処理したときに発生した丸め
誤差を丸め誤差抽出手段が取り出し、丸め誤差除去手段
が丸め処理手段の出力から上記丸め誤差を用いて重畳さ
れている丸め誤差成分を取り除くので、ハードウェア規
模を大きくすることなく、可聴帯域内の丸め誤差すなわ
ち再量子化誤差を減らせる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明に係るディジタル信号演算装置
の実施例を図面を参照しながら説明する。この実施例
は、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤやディジタル
オーディオテープ（ＤＡＴ）プレーヤ等のディジタルオ
ーディオ機器において、ディジタルオーディオ信号をア
ナログ信号に変換する際に、Ｄ／Ａコンバータの入力部
でオーディオ信号の標本化周波数（ｆS ）を段階的に８
倍（８ｆS ）に変換し、いわゆる再量子化誤差信号を可
聴帯域外に移動させることによって、再量子化誤差を実
質的に減らせるディジタル信号演算装置である。
【００２０】先ず、図１を参照しながら本実施例のディ
ジタル信号演算装置の構成を説明する。図１において、
本実施例は、許容入力語長ｍビットのＦＩＲ（非巡回
形）フィルタ７と、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットの入力をＦＩＲフィルタ７が処理できるように
丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差を
ｎビットの入力に重畳して出力する丸め処理部３と、こ
の丸め処理部３の出力から丸め誤差（再量子化誤差）を
取り出す丸め誤差抽出手段である減算部４と、この減算
部４により取り出された丸め誤差を用いて上記ＦＩＲフ
ィルタ７のフィルタ出力から重畳された丸め誤差成分を
取り除く丸め誤差除去手段である加算部８とを有するブ
ロック１８と、許容入力語長ｍビットのＦＩＲフィルタ
１４と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの
入力をＦＩＲフィルタ１４が処理できるように丸め処理
し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差をｎビット
の入力に重畳して出力する丸め処理部１０と、この丸め
処理部１０の出力から丸め誤差（再量子化誤差）を取り
出す丸め誤差抽出手段である減算部１１と、この減算部
１１により取り出された丸め誤差を用いて上記ＦＩＲフ
ィルタ１４のフィルタ出力から重畳された丸め誤差成分
を取り除く丸め誤差除去手段である加算部１５とを有す
るブロック１９とを２段縦続接続し、さらに、上記ブロ
ック１８の前段に、上記許容入力語長ｍビットより長い
ｎビットを出力語長とするＦＩＲフィルタ２を接続して
なる。
【００２１】ここで、ＦＩＲフィルタ２は供給される信
号の標本化周波数ｆs を２ｆs に変換し、ＦＩＲフィル
タ７は２ｆs を４ｆs に変換し、ＦＩＲフィルタ１４は
４ｆ s を８ｆs に変換する。これらＦＩＲフィルタ２、
ＦＩＲフィルタ７及びＦＩＲフィルタ１４のフィルタ特
性は、直線位相特性である。そして、各ＦＩＲフィルタ
２、７及び１４での加算と乗算よりなる演算は、１つの
演算部での時分割処理により行われている。
【００２２】また、ブロック１８の減算部４と加算部８
の間には、該減算部４で取り出された丸め誤差の標本化
周波数を４ｆs にする０補間部５と、この０補間部５の
出力信号を上記ＦＩＲフィルタ７の処理に合わせるよう
に遅延する遅延部６と、上記０補間部５での０補間処理
により半分になってしまった信号の実効振幅を上記ＦＩ
Ｒフィルタ７の通過帯域の実効振幅に対して補正する乗
算部９とを挿入している。
【００２３】また、ブロック１９の減算部１１と加算部
１５の間には、該減算部１１で取り出された丸め誤差の
標本化周波数を８ｆs にする０補間部１２と、この０補
間部１２の出力信号を上記ＦＩＲフィルタ１４の処理に
合わせるように遅延する遅延部１３と、上記０補間部１
２での０補間処理により半分になってしまった信号の振
幅を上記ＦＩＲフィルタ１４の通過帯域の実効振幅に対
して補正する乗算部１６とを挿入している。
【００２４】次に、図１乃至図３を参照しながら本実施
例のディジタル信号演算装置の動作原理を説明する。図
２は本実施例の構成を示した図１のａ乃至ｈの位置に対
応させた信号の状態（スペクトラム状態）を示してい
る。また、図３は図１のｉ乃至ｎの位置に対応させたス
ペクトラム状態を示している。
【００２５】先ず、図１に示されるブロック１８の動作
原理を説明する。入力端子１から供給される元信号は、
標本化周波数ｆs のため図２のａに示すような０〜ｆs
／２のスペクトラムとなっている。この元信号をＦＩＲ
フィルタ２でｆs を２ｆs に変換しオーバーサンプリン
グすると図２のｂに示すように破線で示したフィルタ特
性により２ｆs 以降の整数倍の周波数に発生するエリア
シングを除去する。
【００２６】上記図２のｂに示したＦＩＲフィルタ２の
出力信号のスペクトラムは、丸め処理部３により丸め処
理され、図２のｃに示すようなスペクトラムとなる。こ
れは、この丸め処理部３が上述したように許容入力語長
ｍビットより長いｎビットの入力をＦＩＲフィルタ７が
処理できるように丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分
である丸め誤差をｎビットの入力に重畳して出力するた
めである。この丸め処理部３での丸め変換は、本質的に
は丸め誤差を切り捨てるものであるが、実際上の扱い
（数学的には）としては、ｎビットの入力に丸め誤差を
足すということであり、すなわち重畳することである。
【００２７】この丸め誤差が重畳された図２のｃに示す
スペクトラムの信号を、図２のｂに示したスペクトラム
の信号から上記減算部４で減算すると、０〜ｆs ／２の
スペクトラムである元信号は無くなり、図２のｄに示す
ような丸め誤差だけのスペクトラムの信号となる。この
図２のｄに示すスペクトラムは、実際には、逆相となっ
ている。
【００２８】そして、図２のｄに示す丸め誤差を上記０
補間部５に供給し、標本化周波数を４ｆs にすると図２
のｅに示すスペクトラムの信号となる。また、これを遅
延部６に供給し、ＦＩＲフィルタ７の処理に合うように
遅延させる（位相を合わせる）と図２のｇに示すスペク
トラムの信号になる。すなわち、この図２のｅ及びｇ
は、減算部４の出力を０補間して、遅延させたものであ
る。
【００２９】そして、この図２のｅ及びｇのスペクトラ
ムを上記乗算部９において、上記ＦＩＲフィルタ７の出
力に含まれる丸め誤差（再量子化誤差）と、ｆs までの
帯域で電力が等しくなるように補正し、加算部８に供給
する。
【００３０】この加算部８には、図２のｆに示すスペク
トラムの信号も供給されている。この図２のｆに示すス
ペクトラムは、ＦＩＲフィルタ７が、図２のｃに示すス
ペクトラム入力の２ｆs を４ｆs に変換しオーバーサン
プリングしたものである。上記乗算部９から加算部８に
供給される丸め誤差に応じた値は、上述したように減算
部４での減算により逆相とされているため、この加算部
８は実質的に、上記図２のｆのスペクトラムから上記乗
算部９の出力を減算することになり、その結果この加算
部８は、図２のｈに示すようなスペクトラムの信号を出
力する。
【００３１】すなわちこの図２のｈに示すようなスペク
トラムの信号は、可聴帯域内の元信号（０〜ｆs ／２の
元信号スペクトラムとして説明した）に重畳されていた
丸め誤差成分を無くしている。丸め誤差としては、可聴
帯域外のｆs 近辺から２ｆsにのみその存在を許してい
る。
【００３２】以上がブロック１８にて標本化周波数を４
ｆs までに変換したときの丸め誤差の除去の説明であ
る。
【００３３】次に、図１に示されるブロック１９の動作
原理を説明する。上記図２のｈに示したスペクトラム
は、丸め処理部１０により丸め処理され、図２のｉに示
すようなスペクトラムとなる。これは、この丸め処理部
１０が上述したように許容入力語長ｍビットより長いｎ
ビットの入力をＦＩＲフィルタ１４が処理できるように
丸め処理し、該丸め処理時の余剰成分である丸め誤差を
ｎビットの入力に重畳して出力するためである。この丸
め処理部１０での丸め処理は、本質的には丸め誤差を切
り捨てるものであるが、実際上の扱い（数学的には）と
しては、ｎビットの入力に丸め誤差を足すということで
あり、すなわち重畳することである。
【００３４】この丸め誤差が重畳された図２のｉに示す
スペクトラムの信号を、図２のｈに示したスペクトラム
の信号から上記減算部１１で減算すると、０〜ｆs ／２
のスペクトラムである元信号は無くなり、図２のｊに示
すような丸め誤差だけのスペクトラムの信号となる。こ
の図２のｊに示すスペクトラムの信号は、実際には、逆
相となっている。
【００３５】そして、図２のｊに示す丸め誤差を上記０
補間部１２に供給し、標本化周波数を８ｆs とすると図
２のｋに示すスペクトラムの信号となる。また、これを
遅延部１３に供給し、ＦＩＲフィルタ１４の処理に合う
ように遅延させる（位相を合わせる）と図２のｍに示す
スペクトラムの信号になる。すなわち、この図２のｋ及
びｍは、減算部１１の出力を０補間して、遅延させたも
のである。
【００３６】そして、この図２のｋ及びｍのスペクトラ
ムを上記乗算部１６において、上記ＦＩＲフィルタ１４
の出力に含まれる丸め誤差（再量子化誤差）と、ｆs ま
での帯域で電力が等しくなるように補正し、加算部１５
に供給する。
【００３７】この加算部１５には、図２のｌに示すスペ
クトラムの信号も供給されている。この図２のｌに示す
スペクトラムは、ＦＩＲフィルタ１４が、図２のｉに示
すスペクトラム入力の４ｆs を８ｆs に変換しオーバー
サンプリングしたものである。上記乗算部１６から加算
部１５に供給される丸め誤差に応じた値は、上述したよ
うに減算部１１での減算により逆相とされているため、
この加算部１５は実質的に、上記図２のｌのスペクトラ
ムから上記乗算部１６の出力を減算することになり、そ
の結果この加算部１５は、図２のｎに示すようなスペク
トラムの信号を出力端子１７から出力する。
【００３８】すなわちこの図２のｎに示すようなスペク
トラムの信号は、可聴帯域内に丸め誤差成分を重畳させ
ず、丸め誤差としては、可聴帯域外のｆs 近辺から４ｆ
s にのみその存在を許している。
【００３９】以上がブロック１９にて標本化周波数を８
ｆs までに変換したときの丸め誤差の除去の説明であ
る。
【００４０】このように、本実施例は、ＣＤプレーヤや
ＤＡＴプレーヤ等のディジタルオーディオ機器におい
て、ディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換す
る際に、Ｄ／Ａコンバータの入力部でオーディオ信号の
標本化周波数ｆS を段階的に８倍（８ｆS ）に変換し、
丸め誤差いわゆる再量子化誤差信号を可聴帯域外に移動
させることによって、再量子化誤差を実質的に減らせ
る。
【００４１】なお、本発明に係るディジタル信号演算装
置は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、標本
化周波数ｆS をより高次に変換し、オーバーサンプリン
グを行うような場合にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明に係るディジタル信号演算装置
は、許容入力語長ｍビットのディジタルフィルタ手段
と、上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの入力
を上記ディジタルフィルタ手段が処理できるように丸め
処理する丸め処理手段と、上記丸め処理手段の出力から
丸め誤差を取り出す丸め誤差抽出手段と、上記丸め誤差
抽出手段により取り出された丸め誤差を用いて上記ディ
ジタルフィルタ手段のフィルタ出力に重畳されている丸
め誤差成分を取り除く丸め誤差除去手段とを有するの
で、可聴帯域内の再量子化誤差を減らせる。
【００４３】また、上記ディジタルフィルタ手段と、上
記丸め処理手段と、上記丸め誤差抽出手段と、丸め誤差
除去手段とを有する構成を複数段縦続接続して、ディジ
タル信号演算装置を構成すれば、ハードウェア量を増や
すことなく可聴帯域内の再量子化誤差を減らせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディジタル信号演算装置の実施例
の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための図
である。
【図３】図１に示した実施例の動作を説明するための図
である。
【図４】段階的に構成したディジタル信号演算装置の概
略を説明するための図である。
【図５】従来のディジタル信号演算装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図６】図５に示した従来のディジタル信号演算装置の
動作を説明するための図である。
【符号の説明】 ２・・・・・・ＦＩＲフィルタ（ｆs →２ｆs 用） ７・・・・・・ＦＩＲフィルタ（２ｆs →４ｆs 用） １４・・・・・ＦＩＲフィルタ（４ｆs →８ｆs 用） ３、１０・・・丸め処理部 ４、１１・・・減算部 ５、１２・・・０補間部 ５、１３・・・遅延部 ９、１６・・・乗算部 ８、１５・・・加算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 17/06 Ｚ 7037−5Ｊ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 許容入力語長ｍビットのディジタルフィ
    ルタ手段と、 上記許容入力語長ｍビットより長いｎビットの入力を上
    記ｍビットに丸め処理する丸め処理手段と、 上記丸め処理手段の入出力から丸め誤差を取り出す丸め
    誤差抽出手段と、 上記丸め誤差抽出手段により取り出された丸め誤差を用
    いて上記ディジタルフィルタ手段のフィルタ出力に重畳
    されている丸め誤差成分を取り除く丸め誤差除去手段と
    を有することを特徴とするディジタル信号演算装置。
  2. 【請求項２】 上記ディジタルフィルタ手段と、上記丸
    め処理手段と、上記丸め誤差抽出手段と、上記丸め誤差
    除去手段とを有する構成を複数段縦続接続して成ること
    を特徴とする請求項１記載のディジタル信号演算装置。
  3. 【請求項３】 上記ディジタルフィルタ手段は補間機能
    を有する標本化周波数変換フィルタであることを特徴と
    する請求項１記載のディジタル信号演算装置。
  4. 【請求項４】 上記許容入力語長ｍビットより長いｎビ
    ットを出力語長とするディジタルフィルタが入力側の前
    段に接続されることを特徴とする請求項１記載のディジ
    タル信号演算装置。
  5. 【請求項５】 上記ディジタルフィルタ手段はＦＩＲフ
    ィルタであることを特徴とする請求項１記載のディジタ
    ル信号演算装置。
  6. 【請求項６】 上記ＦＩＲフィルタはフィルタ特性が直
    線位相特性であることを特徴とする請求項５記載のディ
    ジタル信号演算装置。
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