JPH1127145A - Ａ／ｄ、ｄ／ａ変換方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換において、使用量子
化ビット数を有効に生かし、量子化ノイズを低減するこ
と、さらに量子化ビット数を減らすこと。 【解決手段】 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式において、量子
化ビット数を所定値とし、Ａ／Ｄ変換に際し、入力アナ
ログ信号のレベルに応じて量子化ステップサイズを変え
て量子化し、当該量子化データに当該ステップサイズを
コード化し付加して送出し、Ｄ／Ａ変換に際し、上記量
子化データに付加された上記ステップサイズコードを検
出し、当該ステップサイズに応じて対応する量子化デー
タを逆量子化するものであり、入力信号レベルに応じて
量子化ステップサイズを変えることにより、量子化ビッ
ト数を有効に使うことができ、量子化ノイズによる信号
のＳ／Ｎが改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ
／Ａ変換器を使って、低雑音で信号処理、伝送、記録等
をする装置、またアナログ入力信号の振幅が大幅に変化
する機器、例えばディジタル音声装置等の技術分野に適
用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】図５はＡ／Ｄ変換器の基本的動作を示し
たもので、縦軸はアナログ信号レベルを表している。こ
こで、アナログ信号の最大振幅値に対して、ディジタル
信号の最上位ビットＭＳＢ〜最下位ビットＬＳＢの範囲
を当て、範囲内は使用ビット数で細分化し、量子化する
ものである。例えば、量子化ビット数が８ビットの場
合、２５６の量子化ステップに、１６ビットの場合、６
５５３６の量子化ステップに分けられる。しかし、図６
の音声信号を例に挙げて説明すると、基準信号のレベル
に対し、入ってくる音声信号の最大振幅は、＋２０ｄＢ
程度とされる。このため、基準信号レベルｂに対し、１
０倍のレベルのダイナミックレンジａを取る必要があ
る。 そして、レベルａを量子化ビット数で細分化する
が、基準信号レベルｂに対しては、全ステップ数の１／
１０が使われるのみである。したがって従来の音声機器
においては、量子化ステップサイズは固定値とし、ダイ
ナミックレンジは基準信号レベルに対し約１０倍のレベ
ルを取り、Ｓ／Ｎ、分解能の劣化を量子化ビット数を上
げて対処してきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた如く、これ
までの方式においては、入力最大信号レベルを想定し
て、そのレベル範囲内は均等に量子化ステップを割り当
て、さらにＳ／Ｎ、および分解能を良くするため、量子
化ビット数を多くして、ステップサイズを小さくしてき
た。しかし、基準信号レベルは、ダイナミックレンジ幅
の約１／１０程度であり、定常状態では、量子化ビット
数が有効に生かされていない。本発明はこれらの欠点を
除去し、量子化ビット数を有効に生かすことと、有効に
生かすことによって量子化ビット数を減らすことを目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式において、量子化ビ
ット数を所定値とし、Ａ／Ｄ変換に際し、入力アナログ
信号のレベルに応じて量子化ステップサイズを変えて量
子化し、当該量子化データに当該ステップサイズをコー
ド化し付加して送出し、Ｄ／Ａ変換に際し、上記量子化
データに付加された上記ステップサイズコードを検出
し、当該ステップサイズに応じて対応する量子化データ
を逆量子化するものである。また、量子ステップサイズ
コードは、当該量子化ステップサイズが変わるときに、
対応する量子化データに付加するものである。また、所
定の量子化ステップサイズでは、量子化ノイズによる信
号のＳ／Ｎ比が維持できる程度に量子化ビット数を減ら
し、情報量を減少させるものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるＡ／Ｄ変換
器の一実施例を示すブロック図である。アナログ入力信
号は、遅延器１により１クロック以上遅延され、Ａ／Ｄ
変換回路(可変ステップサイズの変換器)２に入る。ま
た、アナログ入力信号は、Ａ／Ｄ変換回路(固定ステッ
プサイズの変換器)３に入り、ここで入力信号レベルが
検出される。そして、この検出した入力信号レベルに基
づき、予め各入力信号レベルに対応するそれぞれの最適
ステップサイズ値が設定されているステップサイズ情報
生成器４で、Ａ／Ｄ変換器２のディジタル出力値が、デ
ィジタル信号の最上位ビットＭＳＢと最下位ビットＬＳ
Ｂの範囲内で、できるだけ大きな振幅値となるようなス
テップサイズ値を選択出力し、これによりＡ／Ｄ変換回
路２のステップサイズを変更設定する。また、選択した
ステップサイズ値は、伝送情報量を減らすため、符号化
器５でコード化され、時分割多重器６で先の量子化デー
タに多重されて出力される。

【０００６】図２は本発明によるＤ／Ａ変換器の一実施
例を示すブロック図である。上述のＡ／Ｄ変換器から出
力されたディジタル信号は、時分割分離器７により量子
化データ信号とステップサイズコード信号に分けられ
る。そして、このデータ信号は１クロック以上の遅延器
８で遅延され、Ｄ／Ａ変換回路９に入る。一方、ステッ
プサイズコード信号は、逆符号化器１０で復号化され、
ステップサイズ情報生成器１１で対応するステップサイ
ズ値が生成され、Ｄ／Ａ変換回路９のステップサイズを
変更設定する。その結果、Ｄ／Ａ変換回路９に入ったデ
ータ信号は、対応するステップサイズ値でＤ／Ａ変換さ
れ、元のアナログ信号に復元される。

【０００７】図３は、これらの動作を符号波形を使って
説明したものである。ダイナミックレンジａは、基準信
号レベルに対して２０ｄＢ増大したレベルで、最大許容
レベルを示す。従来の量子化ステップサイズが固定の場
合は、レベルａを例えば１６ビット、６５５３６ステッ
プに分けていた。 このとき、基準信号レベル等の信号
においては、６５５３６ステップの内の、ごく一部を使
用しているにすぎなかった。本発明では、これを、信号
レベルｂを検出し、このレベルに相当するステップサイ
ズコードを選択し、ステップサイズを変えてＡ／Ｄ変換
するものである。

【０００８】図３(ａ)は、信号レベルｂがダイナミック
レンジａより極めて小さい場合で、この場合、ステップ
サイズの１６ビット値Ｓ１が ａ≧Ｓ１≧ｂ の範囲に
あって、信号レベルｂに最も近い値になるステップサイ
ズのコードが選択される。この結果、Ａ／Ｄ変換回路２
は、信号レベルｂに応じて量子化ステップサイズを変
え、１６ビット量子化ステップレベルを有効に使って、
アナログ入力信号をディジタル値に変換し、この時のス
テップサイズコードとともに伝送される。図３(ｂ)は、
信号レベルｂがほぼダイナミックレンジａ程度に大きい
場合で、この場合、ステップサイズの１６ビット値Ｓ２
が ａ≧Ｓ２≧ｂ の範囲にあって、信号レベルｂに最
も近い値になるステップサイズのコードが選択される。
なお、ａ＝ｂのときは、従来の固定ステップサイズによ
る量子化と同じになる。ここで、ステップサイズの選択
・設定は、各量子化ごとに行うが、多重伝送されるステ
ップサイズコードは、各量子化データに付ける場合、ス
テップサイズが変更になった最初のデータだけに付ける
場合があり、どちらを選んでもよい。

【０００９】図４は、ディジタル音声信号にステップサ
イズコードを時分割多重するときの信号フォーマットの
一例を示すものである。ここで、図４(ａ)のＬＲクロッ
クは、量子化周波数４８ＫＨｚのクロックで、正極性期
間Ｌはステレオの左チャネル信号の期間を、負極性期間
Ｒは右チャネル信号の期間を示す。通常、ディジタル音
声信号は、音声データのシリアルクロック信号の周波数
が３．０７６ＭＨｚのとき、図４(ｂ)の音声データＡに
示すように、正極性期間Ｌの前半１／２の期間に、左チ
ャネルの１６ビットシリアル音声データＡ１が送出さ
れ、同様に負極性期間Ｒの前半１／２の期間に、右チャ
ネルの１６ビットシリアル音声データＡ２が送出され
る。 ここで、Ｌ期間，Ｒ期間とも、後半１／２期間は
空きになっている。そこで本発明では、図４(ｃ)の音声
データＢに示すように、正極性期間Ｌの後半１／２の空
き期間に、左チャネルの１６ビットシリアル音声データ
Ｂ１に対応するステップサイズコードＢ４を多重化し、
同様に負極性期間Ｒの後半１／２の空き期間に、右チャ
ンネルの１６ビットシリアル音声データＢ２に対応する
ステップサイズコードＢ５を多重化し、送出する。 な
お、量子化ステップサイズを４種類持つと、２ビットの
ステップサイズコードが必要になる。また、Ｄ／Ａ変換
器は、上記Ａ／Ｄ変換器の説明の逆の動作をして元の信
号を再生するため、説明を省略する。

【００１０】以上のように、入力信号の振幅に応じて量
子化ステップサイズを変えてＡ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換を
行うことにより、量子化ビット数、量子化ステップレベ
ルを有効に使うことができる。 つまり、入力信号レベ
ルが、ダイナミックレンジに比べて小さくなるほど、量
子化ステップサイズは小さくなり、量子化ノイズによる
信号のＳ／Ｎ比は改善される。今、入力信号レベルの確
率密度関数が一定として、これを量子化数Ｍで量子化し
たとき、量子化ノイズによる信号のＳ／Ｎ比は一般に次
式で表せる。 ［（Ｓ／Ｎ)_pp ］_dB ≒ １０．８＋６ｎ［ｄＢ］ ｎ：量子化ビット数 この式から、量子化ステップサイズを変えることによ
り、実質の量子化ビット数が１〜３増えることになり、
したがって相当量のＳ／Ｎが向上できる。また、Ｓ／Ｎ
は従来程度の性能に押さえ、本発明で向上するＳ／Ｎを
量子化ビット数を減少させることに割り当てることも可
能である。

【００１１】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明は、入力信号
の振幅に応じて量子化ステップサイズを変えてＡ／Ｄ変
換、Ｄ／Ａ変換を行うため、量子化ビット数、量子化ス
テップを有効に使うことができる。 即ち、入力信号レ
ベルが、ダイナミックレンジに比べて小さくなるほど、
量子化ステップサイズは小さくなり、量子化ノイズによ
る信号のＳ／Ｎ比は改善される。また、Ｓ／Ｎは従来程
度の性能に押さえ、本発明で向上するＳ／Ｎを、量子化
ビット数を減少させることに割り当てることも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＡ／Ｄ変換器のブロック図。

【図２】本発明によるＤ／Ａ変換器のブロック図。

【図３】本発明におけるダイナミックレンジと信号レベ
ルと量子化ビット数の関係図。

【図４】Ａ／Ｄ変換器出力の信号フォーマットの一例を
示す図。

【図５】Ａ／Ｄ変換器の動作を示す模式図。

【図６】従来技術のダイナミックレンジと信号レベルと
量子化ビット数の関係図。

【符号の説明】

１，８：遅延器、２，３：Ａ／Ｄ変換回路、４，１１：
ステップサイズ情報生成器、５：符号化器、６：時分割
多重器、７：時分割分離器、９：Ｄ／Ａ変換回路、１
０：逆符号化器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ信号をディジタル信号に変換
   し、当該ディジタル信号をアナログ信号に変換するＡ／
   Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式において、量子化ビット数を所定値
   とし、Ａ／Ｄ変換に際し、入力アナログ信号のレベルに
   応じて量子化ステップサイズを変えて量子化し、当該量
   子化データに当該ステップサイズ情報を付加して送出
   し、Ｄ／Ａ変換に際し、上記量子化データに付加された
   上記ステップサイズ情報を検出し、当該ステップサイズ
   に応じて対応する量子化データを逆量子化することを特
   徴とするＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方
   式において、上記量子ステップサイズ情報は、コード化
   して対応する量子化データに付加することを特徴とする
   Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式。
3. 【請求項３】 請求項１乃至２に記載のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ
   変換方式において、上記量子ステップサイズ情報は当該
   量子化ステップサイズが変わるときに、対応する量子化
   データに付加することを特徴とするＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換
   方式。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ
   変換方式において、上記所定の量子化ステップサイズで
   は、量子化ノイズによる信号のＳ／Ｎ比が維持できる程
   度に量子化ビット数を減らし、情報量を減少させたこと
   を特徴とするＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換方式。