DE69431223T2

DE69431223T2 - Gerät und Verfahren zur Tonsignalübertragung

Info

Publication number: DE69431223T2
Application number: DE69431223T
Authority: DE
Inventors: Gen Shinagawa-ku Ichimura; Yuichi Shinagawa-ku Inomata; Masaaki Shinagawa-ku Ueki; Makoto Shinagawa-ku Yamada; Masayoshi Shinagawa-ku Noguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: CA2126810A1; US6166873A; DE69431223D1; KR100282502B1; CA2126810C; US5999347A; EP0632597B1; KR950001709A; EP0632597A3; EP0632597A2; AU682032B2; AU6599994A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Audiosignalübertragung, insbesondere auf eine Verbesserung eines Audiosignal-Übertragungsgeräts, welches bei einem Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben von Audiosignalen auf einem Aufzeichnungsträger anwendbar ist.
Ein digitaler Audiobandrekorder setzt im allgemeinen ein Audiosignal in ein Digitalsignal um und zeichnet das Signal auf einem Magnetband auf, um das Audiosignal mit einer hohen Tonqualität aufzuzeichnen und/oder zu reproduzieren.
Dieser digitale Audiobandrekorder tastet Audiosignale ab, die nacheinander mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz oder 44,1 kHz geliefert werden, und führt eine Analog-Digital-Umsetzung aus, um das Audiosignal in das 16-Bit-Digitalsignal umzusetzen.
Das für den Menschen hörbare Audiofrequenzband liegt im allgemeinen zwischen einer Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz. Folglich wählt der digitale Audiobandrekorder eine der obigen Abtastfrequenzen aus, so daß ein Audiosignal in ein Digitalsignal in einem Frequenzband umgesetzt werden kann, welches dem menschlichen Audiofrequenzband fast gleich ist.
Der digitale Audiobandrekorder teilt das digitale Signal in spezifische Blöcke, fügt einem Fehlerkorrekturcode jedem Block hinzu und verschachtelt das Signal, um Aufzeichnungsdaten zu erzeugen.
Der Bandrekorder verwendet diese Aufzeichnungsdaten, um einen Magnetkopf anzusteuern, um nacheinander die Aufzeichnungsdaten auf einem Magnetband aufzeichnen.
Nach dem Umsetzen in Binärdaten, dem Aufzeichnen des Signals, welches vom Magnetkopf beim Reproduzieren ausgegeben wird, führt der digitale Audiobandrekorder eine Prozedur umgekehrt zu der durch, die beim Aufzeichnen durchgeführt wird, um das ursprüngliche Audiosignal zu demodulieren. Daher kann bei dem digitalen Audiobandrekorder eine Verschlechterung der Tonqualität beim Aufzeichnen und beim Reproduzieren effektiv vermieden werden.
Bei diesem Typus von digitalem Audiobandrekorder wurde ein digitaler Audiobandrekorder (anschließend als "Doppelgeschwindigkeitsaufzeichnungs- und Wiedergabedi gitalaudiobandrekorder" bezeichnet) vorgeschlagen, bei dem die Drehgeschwindigkeit einer Drehtrommel auf einen Wert festgelegt wird, die das doppelte der Normalgeschwindigkeit ist, und bei dem außerdem die Laufgeschwindigkeit eines Magnetbands auf einen Wert festgelegt ist, welche die doppelte Normalgeschwindigkeit ist, so daß das Audiosignal mit einer höheren Tonqualität aufgezeichnet und/oder wiedergegeben werden kann.
Bei diesem digitalen Doppelgeschwindigkeits-Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Audiobandrekorder kann die Abtastfrequenz auf einen Wert festgelegt werden, die das Doppelte des Normalfrequenz des digitalen Audiobandrecorders ist, wodurch somit das beschreibbare und reproduzierbare Frequenzband auf der zweifache der Breite des normalen digitalen Audiobandrekorders vergrößert werden kann.
Daher kann der Doppelgeschwindigkeits-Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Digitalaudiobandrekorder auf eine Grenzfrequenz eines Bandbegrenzungsfilters eingestellt werden, welches verwendet wird, um das Band auf eine ausreichend höhere Frequenz als das menschliche Audiofrequenzband zu beschränken, wodurch die Verschlechterung der Übergangscharakteristik innerhalb des Audiofrequenzbands wesentlich im Vergleich zum normalen digitalen Audiobandrekorder reduziert werden kann.
Da jedoch die Anzahl von beschreibbaren und reproduzierbaren Requantisierungsbits des digitalen Doppelgeschwindigkeits-Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Audiobandrekorder die gleiche ist wie die beim normalen digitalen Audiobandrekorder, verbessert der frühere Bandrekorder die Frequenzcharakteristik, verfehlt jedoch, die Amplitudencharakteristik verglichen mit dem Stand der Technik zu verbessern.
Wenn die Charakteristik des digitalen Doppelgeschwindigkeits-Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Audiobandrekorders effektiv genutzt werden kann und die Amplitudencharakteristik leicht verbessert werden kann, kann die Tonqualität und die Verwendbarkeit des digitalen Audiobandrekorders weiter verbessert werden, um dessen Anwendung zu erweitern.
Beim digitalen Audiobandrekorder, welcher das Aufzeichnen und/oder Reproduzieren mit doppelter Geschwindigkeit durchführt, ist die reproduzierte Datenübertragungsrate doppelt so groß wie die des normalen digitalen Audiobandrekorders, so daß die Zeit, welche zur Übertragung erforderlich ist, doppelt so groß ist, wenn eine digitale Audioschnittstelle, die mit dem digitalen Audiosignal kompatibel ist, zur Übertragung von Wiedergabedaten verwendet wird.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die reproduzierten Audiodaten nicht in Realzeit übertragen können, sogar wenn die Frequenzcharakteristik verbessert und die Amplitudencharakteristik angehoben wird.
Die US 4 833 474 offenbart einen A/D-Audioumsetzer, der ein Dezimatorfilter aufweist. Die EP 331 405 offenbart ein Audiorauschformungsfilter zum Verschieben des Requantisierungsrauschens auf eine höhere Frequenz und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, welches aufgezeichnet werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Audiosignal-Übertragungsgerät bereitzustellen, mit dem die oben erwähnte Schwierigkeit gemildert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Audiosignal-Übertragungsverfahren bereitzustellen, mit dem das oben erwähnte Problem gemildert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät bereitzustellen, mit dem das oben erwähnte Problem gemildert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät gemäß Anspruch 1, ein Audiosignal-Übertragungsgerät gemäß Anspruch 6 und ein Audiosignal-Übertragungsverfahren gemäß Anspruch 11 bereitgestellt.
Gemäß der Erfindung wird, wenn das digitale Audiosignal requantisiert wird, um es zu übertragen, aufzuzeichnen und/oder zu reproduzieren, das digitale Audiosignal rauschgeformt, um damit das Requanitisierungsrauschen innerhalb des Audiofrequenzbands zu unterdrücken, so daß das Quantisierungsrauschen innerhalb des Audiofrequenzbands aus dem Audiofrequenzband herausgenommen werden kann. Dadurch kann ein Gerät zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben zu/von einem Aufzeichnungsträger realisiert werden, bei dem die Auflösungsleistung über der Anzahl von Bits des Digitalsignals, welches innerhalb des Audiofrequenzbands übertragen oder aufgezeichnet und/oder reproduziert wird, im Hörbereich erhalten werden.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Digitalsignal, welches übertragen oder aufgezeichnet und/oder reproduziert wird, nachdem das Rauschformen durchgeführt wird, um damit das Requantisierungsrauschen innerhalb des Audiofrequenzbands zu unterdrücken, innerhalb des Audiofrequenzbands band-begrenzt, und danach wird die Abtastfrequenz umgesetzt und dieses ausgegeben, so daß ein Audiosignal-Übertragungsgerät oder ein Gerät zum Aufzeichnen und/oder Reproduzieren zu/von einem Aufzeichnungsträger, bei dem das Digitalsignal, welches übertragen wird oder aufgezeichnet und/oder wiedergegeben wird, durch effektives Nutzen der Charakteristik des Übertragungswegs oder des Aufzeichnungsträgers in Realzeit über eine vorher festgelegte Schnittstelle ausgegeben wird, ohne dessen Qualität zu verschlechtern, realisiert werden kann.
Das Wesen, das Prinzip und die Verwendbarkeit der Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
1 ist eine Blockdarstellung, die einen digitalen Audiobandrekorder gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Blockdarstellung, die den Aufbau einer Rauschformungseinrichtung zeigt;
3 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Kennlinie eines Rauschfilters in der Rauschformungseinrichtung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, welches den speziellen Aufbau der Rauschformungseinrichtung zeigt;
5 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches einen Fall zeigt, wo die Energie des Eingangssignals sich in einem niedrigen Frequenzband konzentriert;
6 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Kennlinie des Filters im Fall von 5 zeigt;
7 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches einen Fall zeigt, wo die Energie des Eingangssignals in einem hohen Frequenzband konzentriert ist;
8 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Kennlinie des Filters im Fall von 7 zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, welches einen digitalen Audiobandrekorder gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Frequenzcharakteristik einer Voremphasis-Schaltung zeigt;
11 ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Frequenzkennlinie einer Deemphasis-Schaltung zeigt;
12 ist eine Blockdarstellung, welche einen digitalen Audiobandrekorder gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches das Digitalsignal erläutert, welches vom digitalen Audiobandrekorder gemäß der dritten Ausführungsform ausgegeben wird;
14 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Wirkungsweise eines Digitalfilters erläutert; und
15 ist ein Kennlinienkurvendiagramm, welches die Wirkungsweise eines Dezimierungsfilters erläutert.
Ein bevorzugtes Audiosignal-Übertragungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird ausführlich mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Bei den anschließend beschriebenen Ausführungsformen wird als Beispiel ein digitaler Audiobandrekorder, bei dem ein Magnetband als Aufzeichnungsträger verwendet wird, in Form des Audiosignal-Übertragungsgeräts beschrieben.
Gemäß 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein einen digitalen Audiobandrekorder. Der digitale Audiobandrekorder 1 verwendet eine digitale Audioband-Aufzeichnungseinheit 2 (anschließend als "Aufzeichnungseinheit" bezeichnet) zur Doppelgeschwindigkeitsaufzeichnung und/oder Wiedergabe, um ein analoges Audiosignal S1 aufzuzeichnen und um das aufgezeichnete analoge Audiosignal S2 wiederzugeben.
Der digitale Audiobandrekorder 1 liefert das analoge Audiosignal S1 zu einem Tiefpaßfilter 4 (anschließend als "LPF" bezeichnet) über einen Eingangsanschluß 3. Das LPF 4 führt eine Bandbegrenzung unter Verwendung eines Frequenzbands durch, welches doppelt so groß ist wie das eines normalen digitalen Audiobandrekorders, und gibt dieses aus.
Der digitale Audiobandrekorder 1 liefert das Ausgangssignal des LPF 4 zu einer Analog-Digital-Umsetzungsschaltung 5, um das Signal in ein Digitalsignal umzusetzen.
Bei einer ersten Ausführungsform zeichnet die Aufzeichnungseinheit 2 das digitale Audiosignal mit einer Abtastfrequenz von 2fs(2fs = 96[kHz]) auf und/oder reproduziert dieses. Die Abtastfrequenz der Analog-Digital-Umsetzungsschaltung 5 wird so gewählt, daß sie 32 mal so hoch ist wie die Abtastfrequenz der Aufzeichnungseinheit 2, d.h., wenn die Abtastfrequenz eines normalen digitalen Audiobandrekorders als "fs" dargestellt wird, die Abtastfrequenz dieser Aufzeichnungseinheit 2 64fs sein wird.
Gemäß den obigen Ausführungen wählt der digitale Audiobandrekorder 1 eine Abtastfrequenz aus, die ausreichend höher ist als die Maximalfrequenz des Audiofrequenz bands wie auch die Maximalfrequenz der Rekordereinheit 2, um wirksam eine Verschlechterung des Audiosignals zu vermeiden.
Das Digitalsignal D1 der Analog-Digital-Umsetzungsschaltung 5 wird zu einem Dezimierungsfilter 6 geliefert. Das Dezimierungsfilter 6 reduziert die Frequenz des Digitalsignals D1 und vergrößert die Anzahl von Bits des gelieferten Digitalsignals D1. Das Dezimierungsfilter 6 setzt das Digitalsignal D1 in ein Digitalsignal D2 mit einer Abtastfrequenz von 2fs wie auch mit 20 Bits um.
Das Dezimierungsfilter 6 reduziert das Frequenzband des Digitalsignals D1 auf ein Frequenzband, welches durch die Aufzeichnungseinheit 2 aufgezeichnet werden kann.
Die Verwendung der Aufzeichnungseinheit 2 für die Doppelgeschwindigkeitsaufzeichnung und/oder Reproduktion erlaubt es, daß ein digitales Audiosignal mit einer Abtastfrequenz von 2fs(= 96[kHz]) wie auch mit 16 Bits aufgezeichnet und reproduziert werden kann, um ein beschreibbares und reproduzierbares Frequenzband zu vergrößern, welches doppelt so groß ist wie das des normalen digitalen Audiobandrekorders. Es sei angemerkt, daß die Aufzeichnungseinheit 2 eine Bandkassette verwendet, die gleich ist wie beim normalen digitalen Audiobandrekorder, der eine Drehtrommel, einen Bandlademechanismus zum Laden und Entladen des Bands auf die Drehtrommel und einen Kassettenlademechanismus usw. aufweist.
Das Digitalsignal D2, welches vom Dezimierungsfilter 6 ausgegeben wird, wird zu einer Rauschformungseinrichtung 7 geliefert. In der Rauschformungseinrichtung 7 wird die Anzahl von Bits des gelieferten Digitalsignals D2 auf 16 Bits reduziert.
Dadurch wird beim digitalen Audiobandrekorder 1 das Digitalsignal D3, welches von der Rauschformungseinrichtung 7 ausgegeben wird, zur Aufzeichnungseinheit 2 geliefert und dort aufgezeichnet. Im digitalen Audiobandrekorder 1 wird das Digitalsignal D3 auf der Basis des Audiosignals S1 vergrößert, bei dem das Frequenzband doppelt so groß ist wie das Frequenzband, welches durch einen normalen digitalen Audiobandrekorder aufgezeichnet werden kann, um dieses auf dem Magnetband aufzuzeichnen.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Rauschformungsverfahren angewandt, um die Hörauflösung zu verbessern, wenn die Anzahl von Bits des Digitalsignals D2 durch die Rauschformungseinrichtung 7 reduziert wird.
Wie in 2 gezeigt ist, wird in der Rauschformungseinrichtung 7 das Digitalsignal D2, welches sequentiell vom Dezimierungsfilter 6 geliefert wird, zu einem Quantisierer 9 geliefert. Im Quantisierer 9 wird das Digitalsignal D2 requantisiert, um dieses in das Digi talsignal D3 umzusetzen. Als Ergebnis wird das gelieferte Digitalsignal D2 von 20 Bits in das Digitalsignal D3 von 16 Bits umgesetzt.
In der Rauschformungseinrichtung 7 werden die quantisierten Fehlerdaten DZ, welche bei der Requantisierung im Quantisierer 9 erzeugt werden, durch eine Subtrahierschaltung 10 ermittelt, und die Fehlerdaten DZ werden über ein Rauschfilter 11 zu einer Subtrahierschaltung 12 geliefert.
Weiter werden in der Rauschformungseinrichtung 7 die Fehlerdaten DZ vom Eingangsdigitalsignal D2 in der Subtrahierschaltung 12 subtrahiert, um das Quantisierungsrauschen so festzulegen, welches während der Requantisierung im Quantisierer 9 erzeugt wird, daß dieses eine Charakteristik hat, welche von der Frequenzcharakteristik des Rauschfilters 11 abhängt.
Wie in 3 gezeigt ist, kann, wenn die Frequenzkennlinie des Rauschfilters 11 so ausgewählt wird, daß die Amplitudencharakteristik des Audiofrequenzbands unterdrückt wird, während die gleiche Charakteristik des Frequenzbands über das Audiofrequenzband entsprechend angehoben wird, das Quantisierungsrauschen im Frequenzband des Digitalsignals D3 von der Rauschformungseinrichtung 7 unterdrückt werden.
Das heißt, daß bei dem digitalen Audiobandrekorder 1 das Quantisierungsrauschen bis zu einem Band über dem Audiofrequenzband getrieben werden kann, wodurch das Quantisierungsrauschen über die obere Grenzfrequenz des Audiofrequenzbands verteilt werden kann.
Gemäß den obigen Ausführungen kann das Quantisierungsrauschen während der Requantisierung hörmäßig reduziert werden.
Daher kann bei dem digitalen Audiobandrekorder 1 die Hörauflösung, welche die Anzahl von Bits übersteigt, die innerhalb des Audiofrequenzbands aufgezeichnet werden können, erhalten werden, verglichen mit dem Verfahren, bei dem das Audiosignal S1 lediglich in das digitale Audiosignal mit der Abtastfrequenz von 2fs und 16 Bits umgesetzt wird und durch die Aufzeichnungseinheit 2 aufgezeichnet wird.
Dadurch kann der digitale Audiobandrekorder 1 ein Audiosignal mit einer hohen Tonqualität aufzeichnen und/oder reproduzieren, wobei er die Kennlinie der Aufzeichnungseinheit 2 nutzt, die in der Lage ist, das Frequenzband aufzuzeichnen und zu reproduzieren, das doppelt so groß ist wie das Audiofrequenzband.
Somit besteht bei der ersten Ausführungsform, wie in 4 gezeigt ist, die Rauschformungseinrichtung 7 daraus, daß Hörrauschen unter Verwendung einer adaptiven Vorhersagecodiermethode zu reduzieren.
Das heißt, daß die Rauschformungseinrichtung 7 das digitale Eingangssignal D2 zur Subtrahierschaltung 12 liefert, und dieses außerdem zu einem Energieanalysator 14 liefert, um kommulativ das digitale Eingangssignal D2 hinzuzufügen, wobei eine spezielle Zeitfensterfunktion verwendet wird, wodurch die Frequenzverteilung des Digitalsignals D2 ermittelt wird.
Auf der Basis der Ermittlungsergebnisse des Energieanalysators 14 schaltet einen Koeffizientenrechner 15 die Kennlinie des Rauschfilters 11 um, damit diese der Frequenzkennlinie des digitalen Eingangssignals D2 entspricht, so daß das Quantisierungsrauschen im Digitalsignal D3, welches auszugeben ist, reduziert werden kann und über das Audiofrequenzband getrieben werden kann.
Wie in 5 gezeigt ist wählt, wenn die Energie des Digitalsignals D2 des Eingangssignals sich in einem Niedrigfrequenzband konzentriert, ein Koeffizientenrechner 15 den Koeffizienten des Rauschfilters 11 so aus, um das Quantisierungsrauschen im Niedrigfrequenzband zu reduzieren, wie in 6 gezeigt ist. Dadurch wird das Quantisierungsrauschen im Digitalsignal D3, welches von der Rauschformeinrichtung 7 ausgegeben wird, reduziert, und das Quantisierungsrauschen wird über das Audiofrequenzband verteilt.
Wenn dagegen die Energie sich in einem Hochfrequenzband konzentriert, wie in 7 gezeigt ist, wählt der Koeffizientenrechner 15 den Koeffizienten des Rauschfilters 11 so aus, um das Quantisierungsrauschen im mittleren und hohen Frequenzband zu reduzieren. Dadurch kann das Quantisierungsrauschen im Digitalsignal D3, welches auszugeben ist, reduziert werden, und das Quantisierungsrauschen wird über das Audiofrequenzband verteilt.
Die Aufzeichnungseinheit 2 wählt die Drehzahl der Drehtrommel und die Laufgeschwindigkeit des Magnetbands zu einem Wert, der doppelt so groß ist wie bei einem normalen digitalen Audiobandrekorder, und sie wählt außerdem die gesamte Signalverarbeitungsgeschwindigkeit so, daß diese doppelt so groß ist wie die Geschwindigkeit bei einem normalen digitalen Audiobandrekorder. Die Aufzeichnungseinheit 2 zeichnet sequentiell das Digitalsignal D3, welches aus 16 Bits besteht und eine Abtastfrequenz von 96 kHz hat, auf, welches von der Rauschformungseinrichtung 7 ausgegeben wird.
Beim Reproduzieren arbeitet die Aufzeichnungseinheit 2 mit der gleichen Drehzahl wie beim Aufzeichnen, und sie verarbeitet das Wiedergabesignal, welches sequentiell vom Magnetkopf ausgegeben wird, um das Digitalsignal D4 mit 16 Bits mit einer Abtastfrequenz von 96 kHz auszugeben.
Ein Überabtastfilter 17 begrenzt das Frequenzband des Digitalsignals D4 vor der Ausgabe, und eine Digital-Analog-Umsetzungsschaltung 18 (anschließend als "D/A" bezeichnet) setzt das vom Filter 17 ausgegebene Digitalsignal in ein Analogsignal um und gibt dieses aus.
Der Digitale Audiobandrekorder 1 gibt ein Analogsignal, welches von einer D/A-Umsetzungsschaltung 18 ausgegeben wird, über ein Tiefpaßfilter 19 (LPF) aus, um das Audiosignal S2 zu reproduzieren. In diesem Fall ist das Audiosignal S2, bei dem das Quantisierungsrauschen unterdrückt ist, im Audiofrequenzband und wird mittels eines adaptiven Vorhersagecodierverfahrens reduziert. Als Folge davon kann bei dem digitalen Audiobandrekorder 1 die Tonqualität verglichen zu dem Verfahren verbessert werden, wo lediglich der digitale Doppelgeschwindigkeits-Audiobandrekorder verwendet wird, um ein Audiosignal aufzuzeichnen und zu reproduzieren.
Bei diesem Aufbau wird ein Rauschformungsverfahren angewandt, um ein Audiosignal in einer Weise zu requantisieren, bei dem das Quantisierungsrauschen über das Audiofrequenzband verteilt wird, und im gleichen Zeitpunkt wird ein adaptives Vorhersagecodierverfahren angewandt, um das Rauschen zu reduzieren. Folglich wird eine Auflösung, welche die Anzahl von Bits übersteigt, die innerhalb des Audiofrequenzbands aufgezeichnet werden können, verglichen mit dem Verfahren erhalten, wo lediglich der digitale Audiobandrekorder verwendet wird, um das Audiosignal mit einer Abtastfrequenz von 2fs wie auch mit 16 Bits auszuzeichnen und zu reproduzieren. Dadurch kann der digitale Bandrekorder 1 das Audiosignal mit einer hohen Tonqualität aufzeichnen und reproduzieren, wobei die Kennlinie des digitalen Doppelgeschwindigkeits-Audiobandrekorders 2 effektiv genutzt wird.
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe von 9 bis 11 beschrieben. In 9 sind die Teile, die 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie 1 versehen, so daß auf eine ausführliche Beschreibung dafür verzichtet wird.
In 9 bezeichnet ein Bezugszeichen 20 einen digitalen Audiobandrekorder gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei dem digitalen Audiobandrekorder 20 werden die Voremphasis- und Deemphasis-Schaltung dazu verwendet, die Tonqualität weiter zu verbessern.
Bei dem digitalen Audiobandrekorder 20 ist eine Voremphasis-Schaltung 21 zwischen einem Dezimierungsfilter 6 und einer Rauschformungseinrichtung 7 vorgesehen, und eine Deemphasis-Schaltung 22 ist zwischen der Aufzeichnungseinheit 2 und dem Überabtastfilter 17 vorgesehen.
In der Voremphasis-Schaltung 21 wird, wie in 10 gezeigt ist, die Frequenzverstärkungscharakteristik so gewählt, um das Frequenzband über das Audiofrequenzband anzuheben. In der Deemphasis-Schaltung 22 wird, wie in 1 gezeigt ist, die Frequenzverstärkungscharakteristik so ausgewählt, um die Frequenzcharakteristik der Voremphasis-Schaltung 21 zu verbessern.
Das heißt, wenn die Frequenzcharakteristik der Voremphasis-Schaltung 21 so ausgewählt wird, um das Frequenzband über das Audiofrequenzband wie beim Rauschfilter 11, welches in 3 gezeigt ist, anzuheben, kann eine Hörauflösung, welche die Anzahl von Bits übersteigt, die innerhalb des beschreibbaren und/oder reproduzierbaren Frequenzbands der Aufzeichnungseinheit 2 aufgezeichnet werden können, erhalten werden.
Dadurch kann ein Audiosignal mit einer höheren Tonqualität aufgezeichnet und/oder reproduziert werden.
Anschließend wird der digitale Audiobandrekorder gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hilfe von 12 bis 15 beschrieben. Es sei angemerkt, daß der Teil, der der ersten Ausführungsform gemeinsam ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist, so daß auf eine ausführliche Beschreibung dafür verzichtet wird.
Bei den digitalen Audiobandrekordern 1 und 20, welche bei der ersten und zweiten Ausführungsform gezeigt sind, kann, wenn die reproduzierten Audiodaten in Form des Digitalsignals an andere digitale Geräte ausgegeben werden, wenn das Digitalsignal D4, welches von der Aufzeichnungseinheit 2 ausgegeben wird, ausgegeben wird, dieses nicht an eine digitale Audioschnittstelle angelegt werden, die mit einem solchen digitalen Gerät kompatibel ist, beispielsweise einem digitalen Gerät mit der Abtastfrequenz fs und 20 Bits.
Daher setzt der digitale Audiobandrekorder 30 nach dritten Ausführungsform das Digitalsignal D4 mit der Abtastfrequenz von 2fs und 16 Bits in das Digitalsignal D6 mit der Abtastfrequenz fs und 20 Bits um, was die Norm für eine digitale Audioschnittstelle erfüllt, und gibt dann das umgesetzte Signal aus.
Wenn das Signal wie oben beschrieben umgesetzt wird, verwendet, wie in 12 gezeigt ist, der digitale Audiobandrekorder 30 ein Digitalfilter 31, um das Band des Digitalsignals D4 zu beschränken, reduziert dann die Abtastfrequenz fs unter Verwendung eines Dezimierungsfilters 32. Dadurch kann im Rekorder 30 das Digitalsignal D4 in das Digitalsignal D6 umgesetzt werden, ohne die Qualität des Digitalsignals D4 zu verschlechtern.
Das Digitalfilter 31 empfängt das Digitalsignal D4 mit der Abtastfrequenz 2fs und 16 Bits, welches von der Rekordereinheit 2 ausgegeben wird. Das Digitalfilter 31 begrenzt das Frequenzband des Digitalsignals D4 auf eine Frequenz von 24 kHz, die innerhalb des Audiofrequenzbands liegt, wobei nacheinander Faltungsoperationen für fortlaufende Audiodaten durchgeführt werden.
In diesem Fall gibt das Digitalfilter 31 die höheren 20 Bits des Ergebnisses der Faltungsoperation an das nachfolgende Dezimierungsfilter 32 aus.
Das Digitalsignal D4, bei das Quantisierungsrauschen über dem Audiofrequenzband, wie in 13 zeigt, verteilt ist, wird zum nachfolgenden Dezimierungsfilter 32 geliefert, nachdem das Rauschen über der Frequenz von 24 kHz unterdrückt wurde, wie in 14 gezeigt ist.
Das Dezimierungsfilter 32 gibt selektiv das Digitalsignal D5, welches vom Digitalfilter 31 ausgegeben wird, aus, so daß das Digitalsignal D5 in ein Digitalsignal D6 mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und 20 Bits umgesetzt wird, welches mit der digitalen Audioschnittstelle kompatibel ist.
Das Digitalsignal D6 wird zu dem Signal, wo das Quantisierungsrauschen von der Frequenz von 48 kHz gefaltet ist, wie in 15 gezeigt ist, und der Rauschformungseffekt kann innerhalb des Audiofrequenzbands beibehalten werden, da das Digitalfilter 31 das Band vorher begrenzt.
Wenn dagegen das Digitalsignal D4, welches von der Aufzeichnungseinheit 2 ausgegeben wird, lediglich in ein Audiosignal mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz umgesetzt wird, wird sogar das Quantisierungsrauschen, welches außerhalb des Audiofrequenzbands des Digitalsignals D4 verteilt ist, in das Audiofrequenzband als Faltungsrauschen gemischt.
Das heißt, daß beim Aufzeichnen das Quantisierungsrauschen, welches vom Audiofrequenzband geformt und getrieben wird, in das Audiofrequenzband gemischt wird, so daß kein Rauschformungseffekt in den Audiodaten, die über die digitale Audioschnittstelle übertragen, geliefert wird.
Bei der dritten Ausführungsform kann das Digitalsignal D6 über die digitale Audioschnittstelle übertragen werden, wobei der Rauschformungseffekt beibehalten wird, wenn dieses in ein Audiosignal mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz umgesetzt wurde, nachdem dessen Frequenzband auf das Audiofrequenzband beschränkt wurde. Wenn Ergebnis davon das Audiosignal mit einer hohen Qualität unter Verwendung eines Übertragungswegs mit einer guten Frequenzcharakteristik übertragen wird, kann das übertragene Audiosignal in Realzeit ohne Verschlechterung von dessen Qualität geliefert werden.
Daher können sogar die digitale Signaldaten D6, die über die digitale Audioschnittstelle übertragen werden, eine Hörauflösung liefern, welche 16 Bits übersteigt, die zum Aufzeichnen oder Reproduzieren für die Rekordereinheit 2 erforderlich ist.
Gemäß der dritten oben beschriebenen Ausführungsform werden, wenn Audiodaten reproduziert werden, nachdem sie durch Anwendung eines Rauschformungsverfahrens requantisiert und aufgezeichnet werden, so daß das Quantisierungsrauschen über dem Audiofrequenzband verteilt werden kann, die reproduzierten Daten auf das Band innerhalb des Audiofrequenzbands beschränkt und dann in die Abtastfrequenz der digitalen Audioschnittstelle umgesetzt. Dadurch können gemäß der dritten Ausführungsform die Audiodaten geliefert werden, wobei der Rauschformungseffekt beibehalten wird, so daß die reproduzierten Audiodaten in Realzeit ohne Verschlechterung der Qualität geliefert werden können.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wird eine Zeitfensterfunktion verwendet, um die Energieverteilung des Digitalsignals D2 zu ermitteln. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nut darauf beschränkt, sondern sie ist breit auf verschiedene Energieverteilungs-Ermittlungsverfahren anwendbar, beispielsweise auf eine Frequenzbandunterteilung des Digitalsignals D2 zum Ermitteln der Energieverteilung oder auf die Anwendung der schnellen Fourier-Transformation.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein adaptives Vorhersagecodierverfahren verwendet, und nicht nur das Rauschformen, und das Audiosignal wird vor dem Aufzeichnen vorher angehoben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur darauf beschränkt, sondern sie kann lediglich das Rauschformen wenn notwendig nutzen, oder sie kann Verfahren der Vorhersagecodierung, einige Verfahren der Voranhebung mit der Rauschformung kombinieren.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Erfindung bei einem digitalen Audiobandrekorder anwendbar, um ein digitales Audiosignal aufzuzeichnen und/oder zu reproduzieren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur darauf beschränkt, sondern sie ist breit auf das Aufzeichnen und/oder Reproduzieren von einem digitalen Audiosignal über einen Aufzeichnungsträger, beispielsweise einer optischen Platte anwendbar, oder bei der Übertragung des Audiosignals über irgendeinen Übertragungsweg, der sich von einem Aufzeichnungsträger unterscheidet.

Claims

Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät (1) zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben von digitalen Audiosignalen auf/von einem Aufzeichnungsträger, wobei die digitalen Audiosignale eine vorher festgelegte Abtastfrequenz (2fs) haben, so daß die digitalen Audiosignale ein Frequenzband aufweisen, welches breiter ist als das Audiofrequenzband (1/2fs); wobei das Gerät aufweist: eine Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinheit (1) zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben eines Signals auf/von dem Aufzeichnungsträger mit einer Geschwindigkeit, die das Doppelte der normalen Relativbewegungsgeschwindigkeit eines Kopfes und eines Aufzeichnungsträgers ist; einen Analog-Digital-Umsetzer (5), um ein geliefertes analoges Audiosignal in ein Digitalsignal mit einer Abtastfrequenz (64fs) über dem Audiofrequenzband (1/2fs) umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz (64fs) ausreichend höher ist als die maximale Frequenz (2fs) der Doppelgeschwindigkeits-Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinheit (2), so daß eine Verschlechterung des Audiosignals effektiv vermieden wird; wobei das Gerät außerdem gekennzeichnet ist durch: ein Filter (6) zum Reduzieren der Abtastfrequenz des Digitalsignals, welches vom Analog-Digital-Umsetzer (5) ausgegeben wird, auf die vorher festgelegte Abtastfrequenz (2fs) und zum Umsetzen dieses in ein Digitalsignal von m Bits; und eine Rauschformungseinrichtung (7), die einen Requantisierer (9) und ein Rauschfilter (11) aufweist, um die Anzahl von Bits des Digitalsignals vom Filter von m Bits auf n Bits zu reduzieren, wobei das Rauschfilter (11) eine Frequenzcharakteristik hat, so daß die Rauschformungseinrichtung (7) das Requantisierungsrauschen im Audiofrequenzband bei Requantisierung unterdrückt und das Quantisierungsrauschen auf ein Band über das Audiofrequenzband treibt, wobei die Rauschformungseinrichtung (7) das digitale Audiosignal zur Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinheit (2) liefert.
Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät nach Anspruch 1, wobei die Rauschformungseinrichtung (7) eine Ermittlungseinrichtung (14) aufweist, um die Energieverteilung des digitalen Signals vom Filter (6) zu ermitteln, und die Frequenzcharakteristik der Rausch formung auf der Basis des Ermittlungsergebnisses von der Ermittlungseinrichtung (14) umshaltet.
Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät nach Anspruch 2, wobei die Rauschformungseinrichtung (7) außerdem ein Rauschfilter (11) aufweist, um die Frequenzkennlinie des Rauschfilters (11) auf der Basis des Ausgangssignals von der Ermittlungseinrichtung (14) umzuschalten.
Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches außerdem aufweist: eine Emphasis-Schaltung (21), die eine Frequenzamplitudenkennlinie hat, um einen Frequenz über das Audiofrequenzband des Digitalsignals vom Filter (6) anzuheben, und eine Deemphasis-Schaltung (22), welche eine Frequenzamplitudenkennlinie hat, um die Frequenzkennlinie durch die Emphasis-Schaltung (21) des Digitalsignals, welches von der Aufzeichnung- und/oder Wiedergabeeinheit (2) ausgegeben wird, die den Aufzeichnungsträger gelesen hat, zu ergänzen.
Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, welches außerdem aufweist: ein Digitalfilter (31) zur Bandbegrenzung des Digitalsignals, welches von der Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinheit ausgegeben wird, innerhalb des Audiofrequenzbands, und um dieses auszugeben, und eine Abtastfrequenz-Umsetzungsschaltung (32) zum Umsetzen des Digitalsignals, welches vom Digitalfilter (31) ausgegeben wird, auf eine vorher festgelegte Abtastfrequenz, und dieses auszugeben.
Audiosignal-Übertragungsgerät zum Übertragen von digitalen Audiodaten über einen Übertragungsweg zu einer Doppelgeschwindigkeits-Digitalaudioband-Rekordereinheit (2), wobei die digitalen Audiosignale eine vorher festgelegte Anzahl von Quantisierungsbits und eine vorher festgelegte Abtastfrequenz (2fs) haben, so daß das digitale Audiosignal ein Frequenzband hat, welches breiter ist als das Audiofrequenzband (1/2fs), wobei das Gerät aufweist: eine Analog-Digital-Umsetzungseinrichtung (5) zum Umsetzen eines gelieferten Analogsignals (S1) in ein Digitalsignal, wobei die Analog-Digital-Umsetzungseinrichtung gekennzeichnet ist durch das Umsetzen in ein Digitalsignal mit einer Abtastfrequenz (65fs), die ausreichend höher ist als die maximale Frequenz (1/2fs) des Audiofrequenzbands und ausreichend höher als die Maximalfrequenz (2fs) der Doppelgeschwindigkeits-Digitalaudioband-Rekordereinheit (2) ist, so daß die Verschlechterung des Audiosignals effektiv vermieden wird, wobei das Gerät außerdem gekennzeichnet durch: eine Filtereinrichtung (6) zum Reduzieren der Abtastfrequenz des Digitalsignals, welches von der Analog-Digital-Umsetzungseinrichtung (59 ausgegeben wird, auf eine vorher festgelegte Frequenz (2fs) und zum Umsetzen dieses in ein Digitalsignal von m Bits; und eine Rauschformungseinrichtung (7), die einen Requantisierer (9) und ein Rauschfilter (11) aufweist, um die Anzahl von Bits des digitalen Signals von der Filtereinrichtung (16) von m Bits auf n Bits zu reduzieren, wobei das Rauschfilter (11) eine Frequenzkennlinie aufweist, so daß die Rauschformungseinrichtung (7) das Requantisierungsrauschen im Audiofrequenzband beim Requantisieren unterdrückt und das Quantisierungsrauschen auf ein Band über das Audiofrequenzband treibt, wobei die Rauschformungseinrichtung (7) das digitale Audiosignal zum Übertragungsweg liefert.
Audiosignal-Übertragungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Rauschformungseinrichtung (7) eine Ermittlungseinrichtung (14) aufweist, um die Energieverteilung des Digitalsignals von der Filtereinrichtung (6) zu ermitteln, und die Frequenzkennlinie der Rauschformungseinrichtung gemäß dem Ermittlungsergebnis von der Ermittlungseinrichtung (14) umschaltet.
Audiosignal-Übertragungsgerät nach Anspruch 7, wobei die Frequenzkennlinie der Rauschformung auf der Basis des Ermittlungsergebnisses der Ermittlungseinrichtung (14) umgeschaltet wird.
Audiosignal-Übertragungsgerät nach Anspruch 6, 7 oder 8, welches außerdem eine Emphasis-Einrichtung (21) aufweist, die eine Frequenzamplitudenkennlinie aufweist, bei der eine Frequenz, die höher ist als die des Audiofrequenzbands des Digitalsignals von der Filtereinrichtung (16), angehoben wird, und eine Deemphasis-Einrichtung (22), die eine Frequenzamplitudenkennlinie hat, welche die Frequenzkennlinie der Emphasis-Einrichtung (21) des Digitalsignals, welches über den Übertragungsweg ausgegeben wird, ergänzt.
Audiosignal-Übertragungsgerät nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, welches außerdem aufweist: ein Digitalfilter (31) zur Bandbegrenzung des Digitalsignals, welches über den Übertragungsweg in einem Audiofrequenzband übertragen wird, und eine Abtastfrequenz-Umsetzungseinrichtung (32), um das Digitalsignal, welches vom Digitalfilter (31) ausgegeben wird, auf eine vorher festgelegte Abtastfrequenz umzusetzen und dieses auszugeben.
Audiosignal-Übertragungsverfahren zum Übertragen von digitalen Audiosignalen über einen Übertragungsweg zu einer digitalen Doppelgeschwindigkeits-Audioband-Rekordereinheit (2), wobei die digitalen Audiosignale eine vorher festgelegte Anzahl von Quantisierungsbits haben und eine vorher festgelegte Abtastfrequenz (2fs), so daß das digitale Audiosignal ein Frequenzband aufweist, welches breiter ist als das Audiofrequenzband (1/2fs), wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Filtern eines Digitalsignals, welches eine Abtastfrequenz (64fs) hat, die ausreichend höher ist als das Audiofrequenzband (1/2fs) und ausreichend höher ist als die Maximalfrequenz (2fs) der digitalen Doppelgeschwindigkeits-Audioband-Rekordereinheit (2), so daß die Verschlechterung des Audiosignals effektiv vermieden wird, wobei das Filtern die Abtastfrequenz auf eine vorher festgelegte Frequenz (2fs) reduziert, um ein Signal zu ergeben, welches m Bits hat; Requantisieren des gefilterten Signals, um das digitale Audiosignal zu erzeugen, welches n Bits hat, wobei gilt. m > n, und dann Übertragen des digitalen Audiosignals über den Übertragungsweg; und Rauschformung des gefilterten Signals beim Requantisieren, um somit das Quantisierungsrauschen innerhalb des Audiofrequenzbands (1/2fs) zu unterdrücken und das Rauschen auf ein Band über das Audiofrequenzband (1/2fs) zu treiben.
Audiosignal-Übertragungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren außerdem folgenden Schritt aufweist: Ermitteln der Energieverteilung des digitalen Audiosignals, um die Frequenzabweichung der Rauschformung auf der Basis des obigen Ermittlungsergebnisses umzuschalten.
Audiosignal-Übertragungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verfahren außerdem folgenden Schritt aufweist: Anheben eines Frequenzbands über ein Audiofrequenzband des digitalen Audiosignals über eine Voremphasis-Schaltung (21) und Aufzeichnung von diesem auf einem Aufzeichnungsträger (2), wenn das digitale Audiosignal über den Übertragungsweg übertragen wird, und, wenn das Digitalsignal, welches auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet ist, reproduziert wird, Ausgeben von diesem über eine Deemphasis-Schaltung (22).
Audiosignal-Übertragungsverfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei der Übertragungsweg ein Magnetaufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät (1) ist, um das Digitalsignal mit der Abtastfrequenz der Anzahl von Bits auf einem Magnetband (29 aufzuzeichnen, und die Abtastfrequenz das Doppelfrequenzband des Audiofrequenzbands aufzeichnen und reproduzieren kann.
Audiosignal-Überragungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei es außerdem folgende Schritte aufweist: Übertragen des Digitalsignals über den Übertragungsweg; Bandbegrenzen des Digitalsignals, welches über den Übertragungsweg übertragen wird, innerhalb eines Audiofrequenzbands durch Digitalfiltern, und Ausgeben von diesem; und Umsetzen des Digitalsignals, welches vom Digitalfilter (31) ausgegeben wird, auf eine vorher festgelegte Abtastfrequenz durch eine Abtastfrequenz-Umsetzungsschaltung, und Ausgeben von diesem.
Audiosignal-Übertragungsverfahren nach Anspruch 15, wobei der Übertragungsweg ein Magnetaufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät (1) zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben des übertragenen Digitalsignals auf einem Magnetband (2) ist, eine Abtastfrequenz des Übertragungswegs ein Frequenzband einer Breite aufzeichnen und/oder reproduzieren kann, das doppelt so groß ist wie das Audiofrequenzband, und die Abtastfrequenz-Umsetzungsschaltung (32) das Digitalsignal, welches vom Digitalfilter ausgegeben wird, auf eine halbe Abtastfrequenz des Übertragungswegs umsetzt und dieses dann ausgibt.