JPH11215000A - 信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
ト乗算器の必要性を回避することを目的とする。 【解決手段】 差動マイクロホンによって差動対の出力
信号が生成され、この信号は差動アナログ増幅器によっ
て増幅される。増幅された差動信号は、1対のアナログ
デジタル変換器によって1ビット形式に変換され、1ビ
ットデルタシグマ変調器にて合成される。
Description
装置に関する。
よって1ビット信号を処理することが提案されている。
この1ビット信号は音声信号であってよく、本発明は以
下に音声信号を例として参照して説明される。
添付図面の図1、図2及び図3を参照して説明される。
図1は既知のデルタシグマ変調器のブロック線図であ
り、図2はn次のフィルタ部として構成された以前に提
案されたデルタシグマ変調器のブロック線図であり、図
3はノイズ整形の特性を示す。
てサンプリングし、mビット数によってそのサンプルの
振幅をコード化することによって、アナログ信号をデジ
タル形式に変換することが知られている。こうして、も
しm=8なら、サンプルは正確な8ビットに量子化され
ると言うことができる。一般に、mは1に等しいか又は
それより大きい如何なるビット数であってよい。
デルタADC”又は“デルタシグマADC”として知ら
れているアナログデジタル変換器(ADC)を提供する
ことが知られている。ここでは、“デルタシグマ”とい
う用語を使用する。このようなADCは、例えば、19
93年にテキサス・インスツルメント社より出版された
クレイグ・マーベン及びギリアン・エウエース著による
「デジタル信号処理への簡単なアプローチ」(ISBN
0−904.047−00−8)に記載されている。
明する。アナログ入力信号と1ビットの出力信号の積分
値2(シグマ)の間の偏差1(デルタ)が1ビット量子
化器3に供給される。出力信号は論理値0及び1のビッ
トを含むが、それは、それぞれ実際値−1及び+1を表
す。積分器2は、そこに記憶された値がアナログ信号の
値に従うように、1ビットの出力値を積算する。量子化
器3は、1ビット生成される度に、1ビットだけ積算値
を増加(+1)又は減少(−1)する。ADCは非常に
高いサンプリング率を必要とし、それによって出力ビッ
トストリームの生成が許され、その積算値がアナログ信
号に従う。
れている用語“1ビット”信号は、デルタシグマADC
によって生成されるような正確な1デジタルビットに量
子化された信号を意味する。
フィルタ部として構成されたデルタシグマ変調器(DS
M)は、1993年10月7日から10日まで米国ニュ
ーヨーク市にて開催された第95回AES会議にて“音
声信号の1ビットデジタル処理”−信号処理:の題名に
て提出された論文において、英国(YO1 5DD)ヨ
ーク市ヘスリングトンのヨーク大学電子工学部門、オー
ディオ研究グループのエヌ・エム・カセイ及びジェーム
ズ・エイ・エス・アンガスによって提案された。図2は
そのようなDSMフィルタ部の3次(n=3)バージョ
ンを示す。
ット音声信号のための入力端4と処理された1ビット信
号が生成される出力端5とを有する。1ビット信号のビ
ットは図示されていない周知のクロック装置によってD
SMを経由してクロックされる。出力1ビット信号は1
ビット量子化器Qによって生成され、この量子化器は例
えば、閾値0を有する比較器である。DSMは3段を有
し、各段は、入力端4に接続された第1の1ビット乗算
器a1、a2、a3、出力端5に接続された第2の1ビ
ット乗算器c1、c2、c3、加算器61、62、63
及び積分器71、72、73を含む。
ビット信号にpビット係数A1、A2、A3、C1、C
2、C3を乗算し、pビットの積を生成し、それは加算
器61、62、63によって加算され、合計値は積分器
71、72、73に送られる。中間段では、加算器6
2、63は、先行段の積分器の出力を合計する。最終段
は、入力端に接続され入力信号にpビットの係数A4を
乗算する他の1ビット乗算器a4と、この積に先行段の
積分器73の出力を加算する加算器64とを含む。合計
値は量子化器Qに送られる。
示するために2つの算術補数が使用される。量子化器Q
への入力が正なら、出力端にて+1(論理1)として量
子化されてよく、又は量子化器Qへの入力が負なら、出
力端にて−1(論理0)として量子化されてよい。
うに、「ある1ビットプロセッサは1ビット出力を生成
し、それはノイズによって受け入れ難いレベルまで不明
瞭化された音声信号を含み、量子化ノイズが適切に整形
されることは不可避である」。音声信号を不明瞭化する
ノイズは量子化器Qによって生成される量子化ノイズで
ある。
の入力端と、音声信号とは実質的に非相関なランダムビ
ットストリーム(量子化ノイズ)を受け入れる第2の入
力端とを有する加算器として設計されてよい。これを基
礎として設計されているため、入力端4にて受け入れら
れた音声信号は乗算器a1、a2、a3、a4によって
出力端5にフィードフォワードされ、乗算器c1、c
2、c3によって出力端5よりフィードバックされる。
フィードフォワード路の係数A1〜A4は音声信号のZ
変換伝達関数のゼロを規定し、フィードバック路の係数
C1〜C3は音声信号の伝達関数の極を規定する。
子化器よりフィードバックされ、それによって係数C1
〜C3はノイズ信号の伝達関数の極を規定する。ノイズ
信号の伝達関数は入力信号の伝達関数と同一ではない。
の特性の中で回路の安定性を提供するように選択され
る。
1によって示されているように、音声帯域における量子
化ノイズを最小化するためにノイズ整形を提供するよう
に選択される。
所望の音声信号処理特性のために選択される。
イズ整形関数を見つけること、 b)H(z)を係数に変換すること、 によって選択されてよい。
D変換器の理論と実際、ジャーナル・オブ・オーディオ
・エンジニアリング・ソサイティー、39巻、NO.7
/8、1991年7月/8月、アール・ダブリュー・ア
ダムス他”に記載された方法によって実行されてよく、
また、当業者の知識を使用し、上述のカセイ及びアンガ
スの論文にに記載された方法によって実行されてよい。
る。これは5次のDSMの解析手法及び所望のフィルタ
特性の係数の計算手法の概略である。
びA〜E、加算器6及び積分器7を有する。積分器7は
各々、単位遅延を提供する。積分器の出力には、左から
右に、符号s〜wが付されている。DSMへの入力は信
号x[n]である。ここで[n]はクロックされたサン
プル列中のあるサンプルを示す。量子化器Qへの入力は
y[n]と表され、これはDSMの出力信号でもある。
解析は、量子化器Qは処理された信号へランダムノイズ
を加算する単なる加算器であると仮定した演算モデルに
基づいている。従って、量子化器はこの解析では無視さ
れている。
ち、サンプル[n]における出力信号y[n]は、係数
fが乗算された入力信号x[n]と先行の積分器7の出
力w[n]の和である。
すると、次の数1の式が得られる。
1]+v[n−1] v[n]=v[n−1]+dx[n−1]+Dy[n−
1]+u[n−1] u[n]=u[n−1]+cx[n−1]+Cy[n−
1]+t[n−1] t[n]=t[n−1]+bx[n−1]+By[n−
1]+s[n−1] s[n]=s[n−1]+ax[n−1]+Ay[n−
1]
換され、次の式を得る。
V(z)) V(z)(1−z-1)=z-1(dX(z)+DY(z)+
U(z)) U(z)(1−z-1)=z-1(cX(z)+CY(z)+
T(z)) T(z)(1−z-1)=z-1(bX(z)+BY(z)+
S(z)) S(z)(1−z-1)=z-1(aX(z)+AY(z))
単関数としてY(z)が導かれる。
れるように再表現されてよい。DSMの所望の伝達関数
は、次の式の左辺によって与えられる直列形式Y(z)
/X(z)に表現され、数4の式の右辺と等しいとされ
る。
に、係数α0 〜α5 より係数f〜aが導かれ、係数β0
〜β5 より係数E〜Aが導かれる。尚、係数αn 及びβ
n は所望の伝達関数を提供するために既知の方法にて選
択されることに留意されたい。
f=α0 である。次に、項α0 (1−z-1)5 が、左辺
の分子から引き算される。それによって次の式が得られ
る。これは再計算される。
(1−z-1)5
子から引き算される。eは唯一のz-1項であり、計算に
よって得られた左辺の分子の対応するα1 と等しいと置
かれることができる。この演算処理は、分子の全ての項
に対して繰り返される。この演算処理は、分母の全ての
項に対して繰り返される。
文では、n次のフィルタ部だけが考察されている。
差動出力又はダブルエンド出力を有するマイクロホンが
使用されていた。DSMを含む1ビット信号処理装置の
提案例では、非差動信号又はシングルエンド信号が必要
である。差動信号を非差動信号に変換する1つの提案例
では、アナログ加算器を使用してマイクロホンによって
出力されたアナログ差動信号を加算し、得られた非差動
信号を1ビットデジタル形式に変換する。
の信号である第1及び第2の信号を受け入れるための1
対の入力端を有する信号処理装置は、上記各入力端に接
続され第1及び第2の信号を1ビットのデジタル形式に
変換する1対の1ビットアナログデジタル変換器と、上
記第1及び第2の1ビット信号をそれぞれ受け入れるよ
うに接続された1対の入力端を有し上記差動対信号を合
成して非差動1ビット信号を形成するためのデルタシグ
マ変調器と、を有する。
信号は差動マイクロホンのような音声信号源によって生
成される。マイクロホンの2つの差動アナログ出力信号
を対応する1ビット信号に変換し、DSM内の2つの1
ビット信号を合成することによって、信号対ノイズ比が
(上述の従来の提案例と比較して)改善される。この改
善が生ずる理由は、差動アナログ信号のノイズとアナロ
グデジタル変換器にて生ずる量子化ノイズの両者は非相
関的であり、両方の形式のノイズがDSM合成器におけ
る信号と比較して減少される。
マ変調器はn次(nは1より大きいか又は等しい)のデ
ルタシグマ変調器を含み、このデルタシグマ変調器は、
上記第1の1ビット信号を受け入れるための第1の入力
端と、上記第2の1ビット信号を受け入れるための第2
の入力端と、pビット信号を1ビット形式に再量子化し
再量子化された信号を該信号処理装置の出力信号とする
量子化器と、複数の信号合成器と、を含み、該信号合成
器は、上記第1の信号と第1の係数の積と、上記第2の
信号と第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の
積との加算的な合成値である積分値を形成する第1の合
成器と、上記第1の信号と第1の係数の積と、上記第2
の信号と第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数
の積と、先行する段の積分値との加算的な合成値である
積分値を形成する少なくとも1つの中間合成器と、上記
第1の信号と第1の係数の積と、上記第2の信号と第2
の係数の積と、先行する段の積分値との加算的な合成値
を形成して、上記量子化器によって再量子化される上記
pビット信号を形成する最終合成器と、を含む。
信号が合成される。合成器の係数の乗算は、1ビット信
号に基づいてなされ、従って、係数の乗算は1ビット乗
算として実行されるから、非経済的なpビット乗算器の
必要性を回避することができる。
第2の係数は固定値であってよい。この場合、DSM
は、これらの係数によって規定される固定比率にて第1
及び第2の信号を増加させる加算器として機能する。
第2の係数は可変であってよい。この場合、DSMは、
ミキサ及び/又はフェーダとして機能する。
数のゼロを規定し、また、それは固定値であっても可変
であってもよいが、第3の係数は入力信号の伝達関数の
極を規定し、それは固定値である。
の例として添付の図面の図4から図6を参照して説明す
る。
号処理装置は、差動対のアナログ信号を生成する差動マ
イクロホン50を含み、この差動対のアナログ信号は、
この例では固定値の利得を有する差動増幅器52によっ
て増幅される。増幅されたアナログ差動信号は、各1ビ
ットのアナログデジタル変換器54、56にて1ビット
形式に変換され、1ビットの差動信号X、Yが生成され
る。2つの1ビット信号は制御可能な利得を有するデル
タシグマ変調器58にて合成され、非差動1ビット信号
が生成され、これは例えば、1ビットオーディオミキサ
60にて使用される。
次のデルタシグマ変調器(DSM)を含み、ここでnは
2又はそれより大きい。この例は3次(n=3)のDS
Mであるが、nは3より大きくてもよい。
される。図5のDSMは、第1部、n−1中間部、及び
最終部を含む。第1部は、3つの入力端を有する加算器
61、DSMの第1の入力端Yに接続された第1の係数
乗算器a1、DSMの第2の入力端Xに接続された第2
の係数乗算器b1、DSMの出力端に接続された第3の
係数乗算器c1、及び積分器71を含む。乗算器a1、
b1、c1は1ビット乗算器であり、受け入れられた1
ビット信号にそれぞれpビットの係数A1、B1、C1
を乗算する。各中間積分器部は、4つの入力端を有する
加算器62、63、積分器72、73、DSMの第1の
入力端に接続され第1の1ビット信号に係数A2、A3
を乗算するための第1の係数乗算器a2、a3、DSM
の第2の入力端に接続され第2の1ビット信号に係数B
2、B3を乗算するための第2の係数乗算器b2、b
3、及びDSMの出力端に接続されDSMの1ビットの
出力信号に第3の係数C2、C3を乗算するための第3
の係数乗算器c2、c3を含む。加算器62、63は乗
算器a2、a3、b2、b3、c2、c3の出力に先行
段の積分器の出力を加算する。
加算器64、第1の入力信号に第1の係数A4を乗算す
る第1の係数乗算器a4、及び第2の入力信号に第2の
係数B4を乗算する第2の係数乗算器b4を含む。加算
器64は、乗算器a4、b4の出力信号に先行段の積分
器73の出力信号を加算する。加算器64は、量子化器
Qに接続された出力端を有する。
〜c3は全て1ビット乗算器であり、これらの乗算器
は、付与された1ビット信号の各ビットにpビット係数
を乗算し、pビットの被乗算を生成する。
は、pビット信号に基づいて演算する。
正と負の数によって表現される。
較器である。量子化器に負の入力信号が付与されると−
1(論理0)としてコード化され、正の入力信号が付与
されると+1(論理1)としてコード化され、出力端5
に1ビットの出力信号が生成される。
クが提供される。クロック回路41は既知の方法にてD
SMのクロッキングを制御する。
3は、上述の論文に記載された方法を使用して選択さ
れ、次の機能を提供する。
うな固定値を有する。係数A1〜A4及びB1〜B4は
入力信号の伝達関数のゼロを規定し、従って、信号に付
与される利得を制御する。
びB1〜B4はこれらの係数によって規定される固定比
率にて第1及び第2の信号を合算するために選択され
る。係数A1〜A4は、対応する係数B1〜B4に大き
さが等しい。本発明の実際の例では、信号X、Yの一方
は、それが信号源50にて生成されたとき、他方に対し
て反転される。こうして、加算が引き算X−(−Y)=
X+Yとして実行される。この場合B=−Aである。
1〜A4及びB1〜B4は可変であり、従って、第1及
び第2の信号によって利得制御が提供されることが許さ
れる。可変係数A1〜A4及びB1〜B4は係数発生器
42によって生成される。係数発生器42は係数のセッ
トを記憶する係数記憶装置であってよく、この係数セッ
トは制御信号CSに応答する可変アドレス装置によって
アドレスされる。
に応答して係数を発生するマイクロコンピュータであっ
てよい。
3が固定値である場合、DSMの各段における係数乗算
器A1、B1、C1及び加算器61の合成は、ROMに
記憶された参照テーブルによって実行されてよい。各係
数A1、B1、C1に1ビット信号を乗算する場合、只
2つの結果、+A1、−A1、+B1、−B1、+C
1、−C1が存在する。これらの結果の様々な加算的合
成がROMに記憶され、次に、これは1ビット信号によ
って単にアドレスされる。
1、72、73の例を示す。積分器は、加算器600と
1ビット遅延要素610を含む。遅延要素610の出力
信号は加算器にフィードバックされ、そこで積分器の演
算結果を累積する。各段の加算器61、62、63は加
算器600として使用されてよい。
説明してきたが、本発明は上述の例に限ることなく本発
明の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得る
ことは当業者にとって容易に理解されよう。
差動アナログ出力信号を対応する1ビット信号に変換
し、DSM内の2つの1ビット信号を合成することによ
って、信号対ノイズ比が(上述の従来の提案例と比較し
て)改善される利点がある。
第2の信号が合成される。合成器の係数の乗算は、1ビ
ット信号に基づいてなされ、従って、係数の乗算は1ビ
ット乗算として実行されるから、非経済的なpビット乗
算器の必要性を回避することができる利点がある。
る。
従来のデルタシグマ変調器の提案例のブロック図であ
る。
ロック図である。
示すブロック図である。
る。
4…入力端、 5…出力端、 6…加算器、 7…積分
器、 41…クロック回路、 42…係数発生器、 5
0…差動マイクロホン、 52…差動増幅器、 54,
56…1ビットA/D変換器、 58…デルタシグマ変
調器、 60…1ビットオーディオミキサ、 61,6
2,63,64…加算器、 71,72,73…積分器
Claims (13)
- 【請求項1】 差動対信号である第1及び第2のアナロ
グ信号を受け入れるための1対の入力端を有する信号処
理装置において、 上記入力端の各々に接続され、上記第1及び第2の信号
を1ビットのデジタル形式に変換するための1対の1ビ
ットアナログデジタル変換器と、 上記第1及び第2の1ビット信号を受け入れるように接
続された1対の入力端を有し、上記差動対信号を合成し
て1つの非差動1ビット信号を形成するためのデルタシ
グマ変調器と、を有する信号処理装置。 - 【請求項2】 更に上記第1及び第2の信号を上記デル
タシグマ変調器の各入力端に接続するアナログ差動増幅
器を含むことを特徴とする請求項1記載の信号処理装
置。 - 【請求項3】 更に上記第1及び第2のアナログ信号を
生成するための差動信号源を含むことを特徴とする請求
項1又は2記載の信号処理装置。 - 【請求項4】 上記信号源はマイクロホンであることを
特徴とする請求項3記載の信号処理装置。 - 【請求項5】 上記デルタシグマ変調器はn次(nは1
より大きいか又は等しい)のデルタシグマ変調器であ
り、該デルタシグマ変調器は、 上記第1の1ビット信号を受け入れるための第1の入力
端と、 上記第2の1ビット信号を受け入れるための第2の入力
端と、 pビット信号を1ビット形式に再量子化し、再量子化さ
れた信号を該信号処理装置の出力信号とする量子化器
と、 複数の信号合成器と、を含み、該信号合成器は、 上記第1の信号と第1の係数の積と、上記第2の信号と
第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の積との
加算的な合成値である積分値を形成する第1の合成器
と、 上記第1の信号と第1の係数の積と、上記第2の信号と
第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の積と、
先行する段の積分値との加算的な合成値である積分値を
形成する少なくとも1つの中間合成器と、 上記第1の
信号と第1の係数の積と、上記第2の信号と第2の係数
の積と、先行する段の積分値との加算的な合成値を形成
して、上記量子化器によって再量子化される上記pビッ
ト信号を形成する最終合成器と、を含むことを特徴とす
る請求項1から4のいずれか1項記載の信号処理装置。 - 【請求項6】 上記第1の係数と第2の係数は大きさが
等しいことを特徴とする請求項5記載の信号処理装置。 - 【請求項7】 上記第3の係数はノイズ整形を提供する
ように選択されることを特徴とする請求項5又は6記載
の信号処理装置。 - 【請求項8】 上記第1及び第2の係数は可変であるこ
とを特徴とする請求項5、6又は7記載の信号処理装
置。 - 【請求項9】 更に上記可変係数を発生するための手段
を含むことを特徴とする請求項8記載の信号処理装置。 - 【請求項10】 上記第1及び第2の係数は固定値であ
ることを特徴とする請求項5、6又は7記載の信号処理
装置。 - 【請求項11】 上記合成手段は参照テーブルを含むこ
とを特徴とする請求項10記載の信号処理装置。 - 【請求項12】 選択的に図5と共に又は図5及び図6
と共に、以下のように図4を参照して説明した信号処理
装置。 - 【請求項13】 先行する請求項のいずれか1項記載の
信号処理装置を含む音声信号処理装置。
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|---|---|---|---|
| GB9722529A GB2330709B (en) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Signal processors |
| GB9722529:6 | 1997-10-24 |
Publications (2)
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