JP2009188449A - Apparatus for reducing quantization distortion - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、微小振幅信号の量子化されたデータをアナログ変換する際に発生する不要な高調波歪みを低減する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for reducing unnecessary harmonic distortion that occurs when analog data of quantized data of a minute amplitude signal is converted.
近時、販売される楽曲の大半がデジタル化されている。例えば、PCM方式でデジタル化された楽曲がCDやDVD等の光ディスクに記録されて販売されたり、MP3・AAC(登録商標)・WMAといったファイル形式にエンコードされた楽曲がインターネットを介して販売されたりしている。 Recently, most of the music sold has been digitized. For example, music that is digitized by the PCM method is recorded on an optical disk such as a CD or DVD and sold, or music that is encoded in a file format such as MP3, AAC (registered trademark), or WMA is sold via the Internet. is doing.
デジタル変換によって量子化された信号をアナログ変換した場合、量子化のため階段状の波形に歪む。そのため、この量子化された信号をアナログ変換した信号は、元のアナログ信号には含まれていない高調波を発生することになる。これを一般的に高調波歪みと呼ぶ。この高調波歪みは、ある程度レベルの大きな信号では、その歪みが元の信号に対して相対的に小さくなるため、あまり問題にならない。しかし、微小アナログ信号をデジタル変換した後にアナログ変換した場合、その波形は図1(A)に示すような階段状の波形になり、その歪みが元の信号に対して相対的に大きくなるため、元の信号のレベルと高調波歪み成分の相対的レベル差が減り、S/N比が低下する。 When a signal quantized by digital conversion is converted into an analog signal, it is distorted into a stepped waveform due to quantization. Therefore, a signal obtained by analog conversion of the quantized signal generates a harmonic that is not included in the original analog signal. This is generally called harmonic distortion. This harmonic distortion is not a problem with a signal having a certain level of level because the distortion is relatively small with respect to the original signal. However, when a minute analog signal is converted into an analog signal and then converted into an analog signal, the waveform becomes a stepped waveform as shown in FIG. 1A, and the distortion is relatively large with respect to the original signal. The relative level difference between the level of the original signal and the harmonic distortion component decreases, and the S / N ratio decreases.
オーディオ分野ではデジタルオーディオが市場導入されたころから、この量子化に起因する高調波歪みが音楽の余韻や減衰時の微妙なニュアンスの聴感を悪化させる原因であるとも言われてきた。 In the audio field, since digital audio was introduced on the market, it has been said that the harmonic distortion caused by this quantization causes the lingering music and the subtle nuance of hearing when it is attenuated.
このような問題に対して、高調波歪みを低減させる装置が提案されている。例えば、入力信号の変化周期を検出し、その結果に適応して、異なる遮断周波数をもつ複数のLPFを切り替えて高調波歪みを低減する装置が提案されている(特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、図1(B)に示すように、同程度のレベルの低域信号と高域信号を含む入力信号の場合には、LPFの遮断周波数が下がらないため、低域信号により発生する高調波歪み成分が抑制されないという問題があった。
However, in the apparatus described in
そこで、本発明は、この高調波歪みを確実に低減させることができる装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus that can reliably reduce the harmonic distortion.
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。 The present invention has the following configuration as means for solving the above problems.
(1)量子化された入力信号の高調波歪みを低減させる量子化歪み低減装置であって、
白色雑音信号を生成する白色雑音信号生成手段と、
前記量子化された入力信号に前記白色雑音信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、
前記加算信号を一定時間遅延させて遅延加算信号を出力する遅延手段と、
前記加算信号と前記遅延加算信号との差を求めて、前記加算信号から自己相関性が低い信号成分を除去して出力する適応フィルタ手段と、
を備え、
前記白色雑音信号生成手段は、前記入力信号のデータ語長、前記適応フィルタ手段の入力データ語長、及び前記低減させる高調波歪みの信号レベルに応じて設定された振幅レベルの白色雑音信号を生成することを特徴とする。
(1) A quantization distortion reducing apparatus for reducing harmonic distortion of a quantized input signal,
A white noise signal generating means for generating a white noise signal;
Adding means for adding the white noise signal to the quantized input signal and outputting an added signal;
Delay means for delaying the addition signal for a predetermined time and outputting a delayed addition signal;
Adaptive filter means for obtaining a difference between the sum signal and the delayed sum signal and removing and outputting a signal component having low autocorrelation from the sum signal;
With
The white noise signal generation unit generates a white noise signal having an amplitude level set in accordance with the data word length of the input signal, the input data word length of the adaptive filter unit, and the signal level of the harmonic distortion to be reduced. It is characterized by doing.
この構成においては、量子化歪み低減装置は、入力信号のデータ語長、適応フィルタ手段の入力データ語長、及び低減させる高調波歪みの信号レベルに応じて設定された振幅レベルの白色雑音信号を生成して、量子化された入力信号にこの白色雑音信号を加算する。そして、量子化された入力信号に白色雑音信号を加算した加算信号と、この加算信号を一定時間遅延させた遅延加算信号と、から自己相関性が低い信号成分を除去して出力する。したがって、微小振幅信号の量子化されたデータをアナログ変換する際には不要な高調波歪みが発生するが、上記のように信号処理するので、適応フィルタで自己相関性が低い白色化された成分とともに高調波歪み成分が低減させるので、この不要な高調波歪みを低減することができる。これにより、微小振幅信号の量子化されたデータが例えばオーディオデータであれば、微小信号の聴感を改善できる。 In this configuration, the quantization distortion reducing device outputs a white noise signal having an amplitude level set in accordance with the data word length of the input signal, the input data word length of the adaptive filter means, and the signal level of the harmonic distortion to be reduced. The white noise signal is generated and added to the quantized input signal. Then, a signal component having low autocorrelation is removed and output from the addition signal obtained by adding the white noise signal to the quantized input signal and the delayed addition signal obtained by delaying the addition signal for a predetermined time. Therefore, unnecessary harmonic distortion occurs when the quantized data of the minute amplitude signal is converted to analog, but since the signal processing is performed as described above, the whitened component having low autocorrelation by the adaptive filter In addition, since the harmonic distortion component is reduced, this unnecessary harmonic distortion can be reduced. Thereby, if the quantized data of the minute amplitude signal is, for example, audio data, the audibility of the minute signal can be improved.
(2)前記入力信号のレベルを検出するエンベロープ検出手段と、
前記エンベロープ検出手段が検出した入力信号のレベルと、既定の閾値と、に基づいてフェード係数を算出して、出力するフェード係数生成手段と、
適応フィルタ手段が出力した信号と、前記入力信号と、が入力され、前記フェード係数の大きさに応じて、前記適応フィルタ手段が出力した信号または前記入力信号を出力するクロスフェード手段と、
を備えたことを特徴とする。
(2) envelope detecting means for detecting the level of the input signal;
A fade coefficient generation means for calculating and outputting a fade coefficient based on the level of the input signal detected by the envelope detection means and a predetermined threshold;
A crossfade unit that receives the signal output from the adaptive filter unit and the input signal and outputs the signal output from the adaptive filter unit or the input signal according to the magnitude of the fade coefficient;
It is provided with.
この構成においては、量子化歪み低減装置は、量子化された入力信号のレベルを検出し、この入力信号のレベルと、既定の閾値と、に基づいてフェード係数を算出して出力し、フェード係数の大きさに応じて入力信号または歪み除去信号を出力する。入力信号が比較的大きな信号を、自己相関性が低い信号を抑制するように動作する適応フィルタに通過させた場合、音楽・音声で重要な成分、例えば、打楽器によって発生する非整数次高調波や音声における破裂音や摩擦音に含まれる自己相関性が低い成分まで抑制してしまう場合がある。しかし、量子化歪み低減装置では、フェード係数が閾値より大きい場合には、入力信号をそのまま出力し、フェード係数が閾値より小さい場合には、適応フィルタ出力信号を出力するので、入力信号のレベルに応じて出力信号を切り替えることができ、音質の劣化を防止できる。 In this configuration, the quantization distortion reducing device detects the level of the quantized input signal, calculates a fade coefficient based on the level of the input signal and a predetermined threshold value, and outputs the fade coefficient. An input signal or a distortion removal signal is output according to the magnitude of. When a signal with a relatively large input signal is passed through an adaptive filter that operates to suppress signals with low autocorrelation, components that are important in music and speech, such as non-integer harmonics generated by percussion instruments, In some cases, components having low autocorrelation included in plosives and frictional sounds in speech may be suppressed. However, the quantization distortion reducing apparatus outputs the input signal as it is when the fade coefficient is larger than the threshold value, and outputs the adaptive filter output signal when the fade coefficient is smaller than the threshold value. Accordingly, the output signal can be switched, and deterioration of sound quality can be prevented.
この発明によれば、微小振幅信号の量子化されたデータをアナログ変換する際には不要な高調波歪みが発生するが、量子化された入力信号に微小振幅白色雑音を加え、高調波歪み成分を白色化し、さらに適応フィルタで自己相関性が低い白色化された成分を低減させるので、この不要な高調波歪みを低減することができる。また、微小振幅信号の量子化されたデータが、例えばオーディオデータであれば、微小信号の聴感を改善できる。 According to the present invention, unnecessary harmonic distortion occurs when analog-converting quantized data of a minute amplitude signal. However, a minute amplitude white noise is added to the quantized input signal, and a harmonic distortion component is added. Since the whitened component having a low autocorrelation by the adaptive filter is reduced, this unnecessary harmonic distortion can be reduced. Further, if the quantized data of the minute amplitude signal is, for example, audio data, the audibility of the minute signal can be improved.
図2は、本発明の実施形態に係る量子化歪み低減装置の概略構成を示すブロック図である。ここで、以下の説明では、量子化歪み低減装置の入力信号は、PCM方式により量子化されたものとする。 FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the quantization distortion reducing apparatus according to the embodiment of the present invention. Here, in the following description, it is assumed that the input signal of the quantization distortion reducing apparatus is quantized by the PCM method.
量子化歪み低減装置(以下、低減装置と称する。)1は、入力端子11、白色雑音発生器13、加算器15、遅延器17、適応フィルタ19、遅延器21、エンベロープ検出器23、フェード係数発生器25、クロスフェーダ27、及び出力端子29を備えている。
A quantization distortion reduction device (hereinafter referred to as a reduction device) 1 includes an
入力端子11は、低減装置1の入力インタフェースであり、アナログ信号をPCM方式により量子化した量子化信号(デジタル信号)を出力する再生装置等が接続される。
The
白色雑音発生器13は、低振幅の白色雑音(ホワイトノイズ)信号を発生する。白色雑音発生器13は、自己相関性が低い雑音を発生できれば、どのような構成でも良い。白色雑音信号のデータ語長は、後段の適応フィルタの入力データ語長に合わせる。また、白色雑音信号の振幅は、入力信号のデータ語長や適応フィルタの入力データ語長や抑制したい高調波歪みの信号レベル等を考慮して設定すると良い。すなわち、白色雑音信号の振幅(平均的な振幅レベル)を、低減させる高調波歪みの信号レベル(振幅)に応じて、高調波歪みを白色雑音化して目立たなくなる振幅となるように設定すれば良い。例えば、白色雑音信号の振幅(平均振幅)を、高調波歪みの最大振幅レベルとほぼ同レベルの振幅となるように設定すると、高調波歪みは白色雑音化されて、白色雑音信号に対して高調波歪みが目立たなくすることができる。また、白色雑音信号のレベルは、適応フィルタの出力成分の中で、高調波歪み及び白色雑音信号の残留分に応じて適宜増減させても良い。
The
図3は、(A)が白色雑音データ出力語長の一例を示す図であり、(B)が適応フィルタの構成例を示すブロック図である。図3(A)に示すように、例えば、入力信号(入力データ)が16bitで、適応フィルタの入力データ語長が24bitで、1LSBレベルの微小信号の高調波歪みを抑制したい場合は、データ語長24bitで最大振幅レベルが9bitの白色雑音を出力する。 3A is a diagram illustrating an example of the white noise data output word length, and FIG. 3B is a block diagram illustrating a configuration example of the adaptive filter. As shown in FIG. 3A, for example, when the input signal (input data) is 16 bits, the input data word length of the adaptive filter is 24 bits, and it is desired to suppress the harmonic distortion of a minute signal of 1 LSB level, the data word White noise with a length of 24 bits and a maximum amplitude level of 9 bits is output.
なお、入力信号は16bitに限るものではなく、例えば入力信号が24bitのときには、適応フィルタの入力語調を36bitに設定すると良い。 The input signal is not limited to 16 bits. For example, when the input signal is 24 bits, the input tone of the adaptive filter may be set to 36 bits.
図2に戻って、加算器15は、入力信号と白色雑音発生器からの出力信号を加算する。入力信号語長が16bitで白色雑音が24bitであれば、入力信号のLSB側に8bit分の0データをビット拡張して加算演算を行う。
Returning to FIG. 2, the
遅延器17は、後述する適応フィルタの入力信号に時間サンプル遅延を与える。この遅延値は、相関決定パラメータとも呼ばれる。遅延値を1サンプルに設定した場合、適応フィルタは、1サンプル前の信号と相関が高い信号成分に収束するように動作する。よって、1サンプル前の信号と相関が低い信号、つまり白色雑音を低減することができる。この遅延値は、通常1〜10サンプル程度の範囲で設定するが、入力信号の特徴などによって、任意に決定してよい。
The
適応フィルタ19は、一般的な適応フィルタであれば、どのような構成でも良い。適応フィルタ19をFIRフィルタで構成する場合、以下のような構成になる。図3(B)に示すように、適応フィルタ19は、k+1個の遅延素子31−0〜31−k、k+1個の乗算器33−0〜33−k、及び加算器35から成るFIRフィルタ36と、加算器37と、係数修正アルゴリズム部38を備えている。適応フィルタ19は、遅延器17から送られてきた入力信号をFIRフィルタ36でフィルタリングした値と、加算器15から送られてきた所望信号と、の誤差を加算器37で求める。そして、係数修正アルゴリズム部38によって誤差が最小になるように、FIRフィルタ36の乗算器33−0〜33−kの各係数を修正しながら動作する。係数修正アルゴリズム部38に適用する係数修正アルゴリズムは、LMSアルゴリズムをはじめ様々な手法があるが、実装するハードウェアやソフトウェアの処理能力等を考慮して、適切な任意のものを採用してよい。
The
LMSアルゴリズムは、適応前のフィルタ係数ベクトルをc(n)、適応後のフィルタ係数ベクトルをc(n+1)、ステップサイズパラメータをμ、誤差信号をe(n)、FIRフィルタのタップ入力ベクトルをu(n)とすると、次式を繰り返し逐次計算することによって、入力信号と所望信号の二乗平均誤差が最小になるように、フィルタ係数ベクトルを推定するアルゴリズムである。 In the LMS algorithm, the filter coefficient vector before adaptation is c (n), the filter coefficient vector after adaptation is c (n + 1), the step size parameter is μ, the error signal is e (n), and the tap input vector of the FIR filter is u. (N) is an algorithm for estimating the filter coefficient vector so that the mean square error between the input signal and the desired signal is minimized by repeatedly calculating the following equation sequentially.
c(n+1)=c(n)+μe(n)u(n)・・・(式1)
ここで、所望信号をd(n)とすると、誤差信号e(n)は、
e(n)=d(n)−uT(n)c(n)・・・・・(式2)
である。ステップサイズパラメータについては、シミュレーションにより、発散しない範囲で、収束速度と推定精度のトレードオフを考慮し、適切な値を決定すれば良い。また、出力信号をビット分解能が高い滑らかな信号に推定するために、適応フィルタの演算語長は入力信号より長くする。例えば、入力信号が16bitであれば、図3(A)に示したような白色雑音の加算によるビット拡張を行い、適応フィルタの演算語長を24bit以上として、適応フィルタ出力信号も24bit以上の語長にする。既に遅延器17の項目で述べたが、入力信号に遅延を挿入したこの適応フィルタ19は、微小な白色雑音が加算された入力信号から、自己相関性が低い信号成分を除去するように動作する。したがって、白色雑音でマスクされた高調波歪み成分を低減できる。
c (n + 1) = c (n) + μe (n) u (n) (Formula 1)
Here, if the desired signal is d (n), the error signal e (n) is
e (n) = d (n) −u T (n) c (n) (Equation 2)
It is. As for the step size parameter, an appropriate value may be determined by considering the tradeoff between the convergence speed and the estimation accuracy within a range in which the step size parameter does not diverge. Further, in order to estimate the output signal as a smooth signal with high bit resolution, the operation word length of the adaptive filter is made longer than that of the input signal. For example, if the input signal is 16 bits, bit expansion is performed by adding white noise as shown in FIG. 3A, the operation word length of the adaptive filter is 24 bits or more, and the adaptive filter output signal is also a word of 24 bits or more. Make it long. As already described in the item of the
以下に、高調波歪み低減の手順を、シミュレーションデータの波形と周波数特性を使って説明する。例えば、16bitの1LSB振幅程度の正弦波アナログ信号をデジタル変換した場合、図4(A)に示すような波形になる。図4は、(A)が微小振幅信号とそのデジタル変換後の波形例を示すグラフであり、(B)が微小振幅信号をデジタル変換した場合の周波数特性例を示すグラフである。図4(A)に示す階段状の波形が、正弦波アナログ信号をデジタル変換したものであり、このデジタル変換後の波形の周波数特性は図4(B)に示すようになる。 Hereinafter, a procedure for reducing harmonic distortion will be described using the waveform and frequency characteristics of simulation data. For example, when a 16-bit sine wave analog signal having a 1LSB amplitude is digitally converted, a waveform as shown in FIG. 4A is a graph showing a minute amplitude signal and a waveform example after digital conversion, and FIG. 4B is a graph showing a frequency characteristic example when the minute amplitude signal is digitally converted. The stepped waveform shown in FIG. 4A is obtained by digitally converting a sine wave analog signal, and the frequency characteristic of the waveform after this digital conversion is as shown in FIG.
図4(B)において、グラフの一番左にある周波数成分のピークAが元の正弦波信号の周波数成分である。図4(B)に示したグラフには、元の正弦波信号成分以外に高調波成分が多数存在しているが、これらが高調波歪みである。これら高調波歪み信号に、微小振幅白色雑音を加算した信号の周波数特性は図5(A)に示すグラフのようになる。 In FIG. 4B, the peak A of the frequency component on the leftmost side of the graph is the frequency component of the original sine wave signal. In the graph shown in FIG. 4B, many harmonic components exist in addition to the original sine wave signal component, and these are harmonic distortions. The frequency characteristics of a signal obtained by adding a small amplitude white noise to these harmonic distortion signals are as shown in the graph of FIG.
図5は、(A)が微小振幅信号をデジタル変換した信号に白色雑音を加算した場合の周波数特性例を示すグラフであり、(B)が適応フィルタ出力信号の周波数特性例を示すグラフである。 5A is a graph showing an example of frequency characteristics when white noise is added to a signal obtained by digitally converting a minute amplitude signal, and FIG. 5B is a graph showing an example of frequency characteristics of an adaptive filter output signal. .
図5(A)に示すように、白色雑音の周波数特性は広帯域であるため、高調波歪みの多くが白色雑音にマスクされ白色化される。一般的に音は、調波構造が整ったものより、白色化されたものの方が聴覚的に知覚されにくい。このことは、人の聴覚は調波構造が整った信号を聞いた場合、無意識に音高(ピッチ)を感じようとする聴覚心理上の作用と言われている。したがって、図5(A)に示したような周波数特性の状態でも、高調波歪み成分が白色化されているので、白色雑音付加前の信号と比較して、高調波歪みは聞こえにくくなっていると言える。 As shown in FIG. 5A, since the frequency characteristic of white noise is wide, most of the harmonic distortion is masked by white noise and whitened. In general, sounds that are whitened are less audibly perceptible than those that have a harmonic structure. This is said to be a psychoacoustic action in which the human auditory sense unconsciously feels the pitch (pitch) when listening to a signal with a harmonic structure. Therefore, even in the state of the frequency characteristics as shown in FIG. 5A, since the harmonic distortion component is whitened, the harmonic distortion is less audible than the signal before the addition of white noise. It can be said.
しかし、この白色雑音を減少させることができれば、S/N比を上げることができ、さらなる聴感の向上を期待できる。そのために適応フィルタ19を使用し、白色雑音成分を減少させる。図5(A)に示した周波数特性の信号を適応フィルタ19に通した場合の出力信号の周波数特性は図5(B)のようになる。図5(B)から、白色雑音とともに高調波歪み成分が減少し、S/N比が向上した結果、入力信号成分が明確になっていることがわかる。
However, if this white noise can be reduced, the S / N ratio can be increased, and further improvement in hearing can be expected. For this purpose, an
白色雑音信号の振幅は、白色雑音発生器13の説明で述べたように、高調波歪みの信号レベル(振幅)に応じた振幅となるように決定すれば良いが、高調波歪みをどれだけ残して良いかと、適応フィルタで除去しきれない白色雑音信号をどのレベルで妥協するかと、のバランスにより決定すると良い。
As described in the explanation of the
目安としては、前記のように白色雑音信号の振幅を高調波歪みの最大振幅レベルとほぼ同レベルにすると良く、例えば図5(A)のグラフにおいて白色雑音信号の振幅を−100dB付近に設定した場合には、高調波歪みの最大振幅レベルとほぼ同レベルの振幅となる。このとき、白色雑音信号の振幅レベルが高いために、適応フィルタ19の設定によっては白色雑音成分を完全には除去できないことが起こり得る。その場合には、適応フィルタ19の遅延値を調整して、白色雑音成分をできる限り除去できる遅延値に設定すると良い。また、図5(A)に示したように、白色雑音信号の振幅を−110dB付近に設定した場合には、白色雑音信号の振幅レベルが低いためにマスキング効果が若干下がり、図5(B)に示したように、低域において幾つかの高調波が残る。しかし、この場合には高調波及び白色雑音信号の振幅レベルが低く、また適応フィルタにより白色雑音成分がほぼ除去されるので、高調波及び白色雑音はほとんど気にならないものとなる。したがって、上記のように白色雑音発生器13や適応フィルタ19の調整後に、最終的な音を決定する者が、実際の音を確認して聴感により音質のバランスを決定すると良い。
As a guideline, as described above, the amplitude of the white noise signal should be substantially the same as the maximum amplitude level of the harmonic distortion. For example, the amplitude of the white noise signal is set in the vicinity of −100 dB in the graph of FIG. In this case, the amplitude is almost the same as the maximum amplitude level of the harmonic distortion. At this time, since the amplitude level of the white noise signal is high, the white noise component may not be completely removed depending on the setting of the
図2に示した遅延器21は、後述するクロスフェーダの入力において、入力信号と適応フィルタ出力信号の時間差を揃えるためのものである。遅延値は、適応フィルタの処理時間遅延によって決定される。
The
エンベロープ検出器23は、入力信号のレベルを検出するためのブロックである。図6は、(A)がエンベロープ検出器の構成例を示すブロック図であり、(B)がエンベロープ検出の入出力信号を示すグラフである。
The
エンベロープ検出部23は、図6(A)に示すように、絶対値算出部41、対数変換部43、定数記憶部45、遅延素子47、加算部49、比較判定部51、及びセレクタ53を備えている。
The
絶対値算出部41は、入力信号の絶対値を算出して、対数変換部43に出力する。
The absolute
対数変換部43は、入力された値を対数変換した値(a)を、比較判定部51及びセレクタ53に出力する。対数変換部43が行うのは、一般的な対数変換であり、入力をu、変換後の値をyとすると次式で求められる。
y=20log(u)・・・(式3)
定数記憶部45は、予め設定された定数(時定数)を記憶しており、この定数を加算部49に出力する。
The
y = 20 log (u) (Expression 3)
The
遅延素子47は、セレクタ53が出力した1サンプル前の値を保持しており、この値を加算部49に出力する。
The
加算部49は、遅延素子47が出力した1サンプル前の値から定数記憶部45が出力した定数を減算した値(b)を、比較判定部51及びセレクタ53に出力する。
The adding
比較判定部51は、対数変換部43が出力した値(a)と、加算部49が出力した値(b)を比較する。そして、a>bであればセレクタ53に0を出力し、a≦bであればセレクタ53に1を出力する。
The
セレクタ53は、対数変換部43が出力した値(a)、または加算部49が出力した値(b)を選択して出力する。すなわち、比較判定部51が0を出力した場合には、対数変換部43が出力した値(a)を出力する。また、比較判定部51が1を出力した場合には、加算部49が出力した値(b)を出力する。
The
エンベロープ検出器23は、信号が入力されると、まず、絶対値算出部41でその入力信号の絶対値をとり、対数変換部43でデシベル変換する。これは、一般的なデシベル変換であり上記式3を用いて演算する。また、エンベロープ検出器23は、遅延素子47が出力した出力値の1サンプル前の値から、定数記憶部45が記憶する定数を加算部49で演算(減算)した値と、対数変換部43が出力した入力信号の絶対値と、を比較判定部51で比較する。そして、セレクタ53は、入力信号の絶対値の方が大きければ、入力信号の絶対値を出力する。一方、入力信号の絶対値の方が小さければ、1サンプル前の値から定数を減算した値を出力する。この定数の大きさによって、エンベロープを平滑化する時定数が決定する。この処理によって、レベルエンベロープを求め、その値を入力信号のレベル値とする。エンベロープ検出部23の入力と出力は、図6(B)に示すような波形となる。
When a signal is input to the
なお、定数記憶部45に記憶させた定数(時定数)の値によって、エンベロープの傾きを変更することができる。本発明では、検出したエンベロープの値の変動が急であると聴取者に違和感(ふらつき感)を与え、検出したエンベロープの変動が遅すぎると正確なエンベロープ検出にならず、正しく入力に追従していけない。そのため、図6(B)に示したように、エンベロープの出力値は、ある時定数で緩やかに減衰し、その値よりも大きな値が入力されると、その大きな値を出力値に置き換えるように設定している。
Note that the slope of the envelope can be changed by the value of the constant (time constant) stored in the
なお、定数記憶部45に記憶させた定数(時定数)の値は、実験等により求めたものを設定すると良い。
It should be noted that the value of the constant (time constant) stored in the
また、エンベロープ検出器23の構成は、図6(A)に示すように、入力レベルを逐次算出して出力できる機能であれば、もちろんこれ以外の構成でも良い。
Further, as shown in FIG. 6A, the configuration of the
図7は、(A)がフェード係数発生器の構成例を示すブロック図であり、(B)がクロスフェード係数算出式、及び入力信号レベルとフェード係数の関係を示すグラフである。 7A is a block diagram illustrating a configuration example of a fade coefficient generator, and FIG. 7B is a graph illustrating a cross-fade coefficient calculation formula and a relationship between an input signal level and a fade coefficient.
フェード係数発生器25は、クロスフェーダ27で使用する係数を算出する係数算出部55と、LPF(ローパスフィルタ)57から構成される。LPF57は、係数の急激な変化を平滑化するためのものである。
The
ユーザは、パラメータとして閥値THを設定する。この値は、後段のクロスフェーダ27で、入力信号をそのまま出力するか、適応フィルタ出力信号と混合して出力するか、を決めるための入力レベルの閾値となる。閾値THより入力信号レベルが大きい場合には、係数1.0を出力する。閾値THより入力信号レベルが小さい場合には、入力信号レベルを閾値THで除算した値を係数として出力する。したがって、図7(B)に示したグラフのように、入力信号レベルが小さくなればなるほど、この係数も0へ近づく。
The user sets the saddle value TH as a parameter. This value serves as an input level threshold value for determining whether the input signal is output as it is or mixed with the adaptive filter output signal in the
また、入力信号レベルの値が閾値THより低い場合のフェード係数の傾きは、入力信号レベルに比例して単調増加であれば直線である必要はなく、演算の都合や聴感によって都合の良いカーブに変更しても良い。 In addition, the slope of the fade coefficient when the input signal level is lower than the threshold TH does not need to be a straight line if it increases monotonically in proportion to the input signal level. It may be changed.
図8は、クロスフェーダの概略構成を示すブロック図である。図8に示したクロスフェーダ27は、入力信号と適応フィルタ出力信号を混合して出力するためのブロックであり、図8に示すように構成される。すなわち、クロスフェーダ27は、係数記憶部61、加算器63,69、及び乗算器65,67を備えている。
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the crossfader. The
クロスフェーダ27は、フェード係数発生器25が出力したフェード係数を、乗算器65で、遅延器21が出力した入力信号1にそのまま乗算する。この乗算値を値1と称する。また、クロスフェーダ27は、係数記憶部61から読み出した値である1.0から、フェード係数発生器25が出力したフェード係数を減算した値を、適応フィルタ19が出力した入力信号2に乗算する。この乗算値を値2と称する。そして、クロスフェーダ27は、加算器69で上記の値1と値2を加算して出力する。
The
入力1に遅延器21の出力を、入力2に適応フィルタ19の出力を接続すると、フェード係数が1.0、つまり入力信号が設定された閾値THより大きい場合には、入力信号がそのまま出力される。一方、フェード係数が1.0を下回る場合、つまり入力信号が設定された閾値THより低い場合には、適応フィルタ出力信号が入力信号に混合されて出力される。充分に微小な信号の場合には、ほとんど適応フィルタ出力信号が出力されることになる。
When the output of the
しかし、比較的大きな信号を、自己相関性が低い信号を抑制するように動作する適応フィルタに通過させた場合、音楽・音声で重要な成分、例えば、打楽器によって発生する非整数次高調波や音声における破裂音や摩擦音に含まれる自己相関性が低い成分まで抑制してしまう場合がある。この問題を解消するためには、このクロスフェーダ27を使って、入力信号がある程度大きなレベルであればそのまま出力し、微小なレベルになった場合にのみ、適応フィルタ出力信号に切り替えることが望ましい。低減装置1では、その切り替えを自然に違和感なく行うために、上記のように構成したクロスフェーダ27を使用している。
However, if a relatively large signal is passed through an adaptive filter that operates to suppress signals with low autocorrelation, components that are important in music and speech, such as non-integer harmonics and speech generated by percussion instruments In some cases, components with low autocorrelation contained in plosives and frictional sounds are suppressed. In order to solve this problem, it is desirable to use the
出力端子29は、クロスフェーダ27が出力した信号を別の装置等へ出力するための出力インタフェースである。
The
低減装置1は、以上のような構成により上記各処理を行うことで、微小振幅信号の量子化されたデータをアナログ変換する際には不要な高調波歪みが発生するが、量子化歪み低減装置1では、量子化された入力信号に白色雑音発生器13で微小振幅白色雑音を加えて高調波歪み成分を白色化し、さらに適応フィルタ19で自己相関性が低い白色化された成分を低減させるので、この不要な高調波歪みを低減することができる。また、クロスフェーダ27により、入力信号がある程度大きなレベルであればそのまま出力し、微小なレベルになった場合にのみ、適応フィルタ出力信号に切り替えるので、その切り替えを自然に違和感なく行うことができる。これにより、入力信号がオーディオ信号の場合には、高調波歪み雑音が聴感に与える悪影響を低減させることができる。
The
なお、以上の説明では、量子化歪み低減装置をオーディオ信号の聴感改善に適用した場合について説明したが、本発明はオーディオ信号のみでなく、他のデジタル信号処理アプリケーションで発生する同様の高調波歪み全般に適用可能である。 In the above description, the case where the quantizing distortion reducing apparatus is applied to the improvement of the audibility of the audio signal has been described. However, the present invention is not limited to the audio signal, and similar harmonic distortion generated in other digital signal processing applications. Applicable in general.
1…量子化歪み低減装置(低減装置) 11…入力端子 13…白色雑音発生器 15…加算器 17…遅延器 19…適応フィルタ 21…遅延器 23…エンベロープ検出器 25…フェード係数発生器 27…クロスフェーダ 29…出力端子 31−0〜31−k…遅延素子 33−0〜33−k…乗算器 35…加算器 36…FIRフィルタ 37…加算器 38…係数修正アルゴリズム部 41…絶対値算出部 43…対数変換部 45…定数記憶部 47…遅延素子 49…加算部 51…比較判定部 53…セレクタ 55…係数算出部 61…係数記憶部 63,69…加算器 65,67…乗算器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
白色雑音信号を生成する白色雑音信号生成手段と、
前記量子化された入力信号に前記白色雑音信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、
前記加算信号を一定時間遅延させて遅延加算信号を出力する遅延手段と、
前記加算信号と前記遅延加算信号との差を求めて、前記加算信号から自己相関性が低い信号成分を除去して出力する適応フィルタ手段と、
を備え、
前記白色雑音信号生成手段は、前記入力信号のデータ語長、前記適応フィルタ手段の入力データ語長、及び前記低減させる高調波歪みの信号レベルに応じて設定された振幅レベルの白色雑音信号を生成することを特徴とする量子化歪み低減装置。 A quantization distortion reducing apparatus for reducing harmonic distortion of a quantized input signal,
A white noise signal generating means for generating a white noise signal;
Adding means for adding the white noise signal to the quantized input signal and outputting an added signal;
Delay means for delaying the addition signal for a predetermined time and outputting a delayed addition signal;
Adaptive filter means for obtaining a difference between the sum signal and the delayed sum signal and removing and outputting a signal component having low autocorrelation from the sum signal;
With
The white noise signal generation unit generates a white noise signal having an amplitude level set in accordance with the data word length of the input signal, the input data word length of the adaptive filter unit, and the signal level of the harmonic distortion to be reduced. A quantization distortion reducing device characterized by:
前記エンベロープ検出手段が検出した入力信号のレベルと、既定の閾値と、に基づいてフェード係数を算出して、出力するフェード係数生成手段と、
適応フィルタ手段が出力した信号と、前記入力信号と、が入力され、前記フェード係数の大きさに応じて、前記適応フィルタ手段が出力した信号または前記入力信号を出力するクロスフェード手段と、
を備えた請求項1に記載の量子化歪み低減装置。 Envelope detecting means for detecting the level of the input signal;
A fade coefficient generation means for calculating and outputting a fade coefficient based on the level of the input signal detected by the envelope detection means and a predetermined threshold;
A crossfade unit that receives the signal output from the adaptive filter unit and the input signal and outputs the signal output from the adaptive filter unit or the input signal according to the magnitude of the fade coefficient;
The quantization distortion reducing apparatus according to claim 1, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008023059A JP2009188449A (en) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Apparatus for reducing quantization distortion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008023059A JP2009188449A (en) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Apparatus for reducing quantization distortion |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114079461A (en) * | 2020-08-21 | 2022-02-22 | 瑞昱半导体股份有限公司 | Integral-differential modulation device and integral-differential modulation method |
-
2008
- 2008-02-01 JP JP2008023059A patent/JP2009188449A/en active Pending
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