ノイズ低減装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ信号の量子化時に発生する量子化誤差（ノイズ）を低減するためのオーディオ信号のノイズ低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、ディジタル形態のオーディオ信号を取り扱うディジタルオーディオ機器には、例えばいわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）の再生機や、いわゆるディジタルオーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）等が存在している。これらのディジタルオーディオ装置において、種々の統一規格が規定されており、例えば、これらの機器で取り扱われるディジタルオーディオ信号のビット長は、上記統一規格により１６ビットに規定されている。また、これらのディジタルオーディオ機器におけるディジタルオーディオ信号としては、アナログオーディオ信号（音の波形信号）を、リニアパルスコーディングであるいわゆるＰＣＭ等の単純な線形量子化により符号化して得られたディジタルオーディオ信号を用いている。
【０００３】ところで、近年、上述したようなディジタルオーディオ機器においては、上記統一規格から現実に得られる再生音よりも、聴感上より品質の高い再生音が得られることが望まれている。このような聴感上より良い再生音を得るためには、例えば、これら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に含まれているノイズ成分を低減しておくことが有効であると考えられる。このように、ノイズ成分が低減されたオーディオ信号から得られる再生音は、ノイズの少ない聴感上よりよいものとなる。
【０００４】このディジタルオーディオ信号のノイズ成分低減処理としては、例えば、オーディオ信号の量子化の際に行われるいわゆるエラーフィードバックによる量子化誤差低減処理が知られている。これは、量子化器によりオーディオ信号を量子化する際に発生する量子化誤差（量子化ノイズ、量子化歪み）を、ノイズフィルタを介して該量子化器の入力側に帰還するものである。
【０００５】このようなエラーフィードバックを用いたノイズ低減装置については、本件出願人により、特願平２−１８５５５２号、特願平２−１８５５５５号、特願平２−１８５５５６号の各明細書及び図面等において提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述したＰＣＭ符号化のような線形量子化での量子化ノイズはオーディオ信号の全周波数帯域に亘ってフラットな周波数特性を有するものとなっている。しかしながら、人間の耳は、音の周波数に応じて異なる聴覚の感度を有しており、エラーフィードバックによる量子化誤差低減処理は、聴感上で必ずしも効果的とはいえない。また、入力信号のレベルによっては、量子化ノイズが聴感上問題となることがある。
【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、聴感上の観点で量子化誤差（量子化ノイズ）の低減が効果的に行えるようなノイズ低減装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るノイズ低減装置は、量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルを検出するレベル検出手段と、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生し、上記レベル検出手段からの出力に応じて、上記ディザのタイプ又はディザのレベルが制御されるディザ発生手段と、上記ディザ発生手段からの出力を上記入力信号に加算する加算手段とを有して成ることにより、上述の課題を解決する。
【０００９】ここで、上記レベル検出手段は、上記入力信号が聴感上気になるレベルのときに上記ディザ発生手段に出力信号を供給すればよい。また、上記ディザ発生手段は、入力信号のレベルに応じてディザのレベルを可変するものとすればよい。
【００１０】また、本発明に係るノイズ低減装置は、入力オーディオ信号を量子化する量子化手段と、上記量子化手段の出力信号から該量子化手段への入力信号を減算する減算手段と、上記減算手段からの出力が供給されるフィルタ手段と、上記フィルタ手段からの出力と上記入力信号とを合成する合成手段と、ランダムな又は疑似ランダムなディザ信号であって、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生するディザ発生手段と、上記ディザ発生手段の上記ディザのタイプ、周波数特性及びレベルを制御するディザ制御手段と、フィルタ係数計算手段及び等ラウドネス特性に関連するデータを発生し該データが上記フィルタ係数計算手段に供給されるデータ発生手段を含み、上記フィルタ手段の特性を制御するフィルタ制御手段とを有して成ることにより、上述した課題を解決する。
【００１１】ここで、上記ディザ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号の信号レベルに基づく上記ディザ信号の周波数特性及びレベルを制御する手段を含ませることが好ましい。また、上記フィルタ制御手段は、さらに、上記フィルタ特性の低周波数帯域成分を補正するための制御データを発生する手段を含ませることが好ましい。さらに上記フィルタ制御手段は、上記入力オーディオ信号のマスキング効果に従って上記フィルタ特性を制御する手段を含ませることが好ましい。
【００１２】さらに、上記フィルタ制御手段は、周波数軸上、あるいは時間軸上ののマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することが好ましい。またさらに、上記フィルタ制御手段は、上記入力信号の信号レベルが小さいときには等ラウドネス曲線を考慮に入れ、同信号レベルが大きくなるに従ってマスキング効果を考慮に入れた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号の信号レベルに応じて与えられるようなノイズシェーピングを実現するためのフィルタ特性を得る制御信号を生成することが好ましい。
【００１３】
【作用】このノイズ低減装置では、入力信号は先ずディザ信号が加算されて調整され、次に量子化手段で発生された量子化誤差がフィルタ手段（いわゆるノイズフィルタ）を介して量子化手段の入力側に帰還される。ノイズフィルタのフィルタ係数は、人間の聴覚特性に応じた等ラウドネス曲線に関連する情報に基づいて設定される。本発明によれば、等ラウドネス曲線が人間の耳の聴覚特性に応じたものであることに着目し、量子化誤差を、この等ラウドネス曲線に関連する情報に基づいて係数が設定されたノイズフィルタを介して、量子化器の入力に帰還しているため、耳に聞こえ易い周波数帯域の量子化誤差を低減することができる。従って、聴感上のノイズを低減して聴感上のダイナミックレンジを改善することが可能となる。
【００１４】
【実施例】本発明に係るノイズ低減装置が適用された第１の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１において、第１の実施例である量子化誤差（ノイズ）の低減装置の概略的な構成がブロック図の形態で示されている。
【００１５】図１に示す量子化誤差（ノイズ）低減装置の実施例において、量子化器１１で発生された量子化誤差がノイズフィルタ１３を介して該量子化器１１の入力側に帰還されている。ノイズフィルタ１３のフィルタ係数は、人間の聴感特性に応じた図２に示すいわゆる等ラウドネス曲線ＲＣに関連する情報に基づいて設定されている。
【００１６】ここで、任意のサンプリング周波数でサンプリングされて得られたディジタルオーディオ信号が図１の入力端子１に送られている。このディジタルオーディオ信号は、ディザ発生回路２１により発生されたディザ信号と加算され、量子化器１１で再量子化され、出力端子２から出力される。
【００１７】この実施例（及び後述する他の実施例も同様）の量子化誤差低減装置は、２つのサブシステム、すなわちディザシステム及びノイズシェーピングシステムから成っている。これらのサブシステムは相補的に作用し、これらの特性は独立に変化させることができる。
【００１８】ディザサブシステムは、レベル検出器２０、ディザ発生回路２１及び加算器１０により構成されている。ディザ発生回路２１により発生されたディザ信号は、加算器１０で入力信号と加算される。ディザサブシステムの目的は、ランダムあるいは疑似ランダム信号として定義されるいわゆるディザ信号を発生することであり、このディザ信号は、量子化誤差と入力信号の間の信号相関が低減されるように量子化前の入力信号に加算されている。相関するエラーは相関しないエラーよりもよく聞こえ、この信号とエラーとの相関を低減することが、聴感上で量子化ノイズを低減する。また、この無相関により、信号とエラーとの相関が顕著な入力オーディオ信号に対するノイズシェーピングサブシステム（後述する）の効果を増強できる。
【００１９】ディザ発生回路２１によりディザが発生される。このディザ信号の周波数特性は、本実施例の特有の設定に依存し、処理すべき入力信号のクラスの特性により決定される。典型的なディザのスペクトルは、理論的に最適の無相関を形成するいわゆるホワイトディザ（全周波数で等しい）と、信号スペクトルの可聴外の領域に集中されたエネルギを有することにより聴感上のノイズをより低減したいわゆる高周波数ディザと、入力信号が既に充分にランダムでさらに無相関化する必要がないときに適するオールゼロディザとを含んでいる。
【００２０】ディザ化されない１ビット振幅のサイン波のパワースペクトルが図４に示されており、エラー相関は共振スペクトルピークとして示される。同じ信号がホワイトディザと共に量子化されたものが図５に示されており、単一のスペクトルピークがあり、量子化エラーが信号に相関していないことを示している。図６は高周波数ディザと共に量子化された同じ信号を示しており、ディザパワーは大きいがそれが耳に感じとれない領域に集中されるためディザがあまり聞こえなくなっている。
【００２１】本実施例の特有の設定によって、レベル検出器２０は、ディザ発生回路２１により発生されたディザのタイプ、又は該ディザのレベル、あるいは双方を制御するために用いられる。例えば、オールゼロより成る入力信号にディザを加算することは不適当であり、従ってこの条件がレベル検出器２０により検出され、ディザ発生回路２１が適切に制御される。さらに、低レベル入力信号は高レベル信号に比べてより大きなディザを必要とすることが多く、従ってディザのレベルは信号レベルが増大するに応じて徐々に減少する。
【００２２】ところで、本実施例の量子化誤差低減装置において、量子化誤差はノイズシェーピングサブシステムにより低減される。このノイズシェーピングサブシステムは、量子化器１１の出力から量子化器１１への入力を減算することで当該量子化器１１での量子化の際に発生する量子化誤差を得る加算器１２と、後述するフィルタ係数でフィルタ特性が設定され、加算器１２からの出力に対してフィルタリング処理を施して出力するノイズフィルタ１３と、ノイズフィルタ１３からの出力を量子化器１１の入力に加算する加算器１０とから成り、いわゆるエラーフィードバック回路を構成している。このエラーフィードバック回路により量子化誤差低減処理（いわゆるノイズシェーピング処理）が行われる。
【００２３】さらに、本実施例の量子化誤差低減装置は、人間の聴覚特性に対応する図２に示すような等ラウドネス曲線ＲＣのデータを発生する等ラウドネス曲線発生回路１５と、この等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力に基づいてノイズフィルタ１３のフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算回路１４とを有している。
【００２４】ここで、図２の等ラウドネス曲線ＲＣは、人間の聴覚特性に対応したものである。この曲線ＲＣは、例えば１ｋHzの純音の音圧と同じ大きさ（ラウドネス）に聞こえる各周波数毎の音圧の曲線断片を接続することにより得られており、これはラウドネス（音の大きさ）の等感度曲線とも称されている。図２に示すような等ラウドネス曲線ＲＣによれば、人間の聴力は４ｋHz付近で鋭敏であり、１ｋHzの音圧よりも８〜１０ｄＢ低い音圧でも実質的に１ｋHzと同じ大きさ（ラウドネス）で音を聞くことができる。これに対して、例えば１０ｋHzでは、４ｋHz付近に比べて２０ｄＢ程度も音が聞こえ難い。
【００２５】等ラウドネス曲線ＲＣ（又はその近似曲線）に関連した情報（許容可能ノイズスペクトルの情報）が等ラウドネス曲線発生回路１５から出力され、フィルタ係数計算回路１４に送られる。従って、等ラウドネス曲線発生回路１５では、この等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情報に基づいてフィルタ係数が計算される。計算されたフィルタ係数は、さらにノイズフィルタ１３に送られる。このようにして、等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情報に基づいたフィルタ係数を有するノイズフィルタ１３を用いるエラーフィードバック回路によりオーディオ信号のノイズシェーピングを施すことにより、聴感上のダイナミックレンジが改善することができる。すなわち、等ラウドネス曲線ＲＣを考慮して得られる許容可能ノイズスペクトル（許容可能ノイズレベル）を用いたノイズシェーピングを実行することにより、聴感上より効果的なノイズシェーピングが導かれ、これにより再生音の聴感上のダイナミックレンジを改善することを可能としている。
【００２６】さらに、本実施例において、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を決定する際に、いわゆるマスキング効果が考慮される。ここでマスキング効果とは、人間の聴感上の特性により、ある信号が他の信号によってマスクされて聞こえなくなるような現象である。このマスキング効果には、時間軸上の信号に関するマスキング効果（テンポラルマスキング）と、周波数軸上の信号に関するマスキング効果（同時刻マスキング）とがある。もしマスキングを受ける部分にノイズが存在しても、そのノイズはマスキング効果により聞こえない。これによって、マスキング効果を考慮した量子化誤差低減処理による手法が実行されると、聴感上のダイナミックレンジが改善される。マスキング効果を考慮したようなフィルタ特性を決定するためには、本実施例のフィルタ係数計算回路１４において例えば周波数軸上のマスキング効果を考慮したフィルタ係数を予め設定しておく。例えば、多くの中間及び低域成分を含む通常のオーディオ音声に対処するため、低域でのマスキング効果を考慮した固定のフィルタ係数が設定される。あるいは入力オーディオ信号のスペクトルに対応するマスキング効果に対処する能力を得るため、スペクトルに応じた適応的なフィルタ係数を発生するような手法が使用される。
【００２７】このようにして、フィルタ係数計算回路１４からのフィルタ係数が等ラウドネス曲線ＲＣ及びマスキング効果を考慮に入れた状態で得られる。従って、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、マスキング効果が考慮された固定的あるいは適応的なフィルタ係数と、さらに等ラウドネス曲線に関連したフィルタ係数に基づいて設定される。
【００２８】すなわち、このときのノイズフィルタ１３は、マスキング効果及び等ラウドネス曲線から得られる図３に示されるような曲線ＭＲにより指示されたフィルタ特性を有するフィルタとして作用する。図３の曲線ＭＲにより指示されるフィルタ特性をノイズフィルタ１３に持たせることにより、ノイズフィルタ１３に送られる量子化誤差スペクトルは曲線ＭＲに応じて変化する。ノイズフィルタ１３からの出力を入力オーディオ信号に加算することにより、量子化器１１での量子化誤差は（ノイズシェーピングに基づいて）低減される。ここで、図３の曲線ＭＲにおいて、図２の等ラウドネス曲線ＲＣが考慮されるとき、４ｋHzより低い周波数帯域でのレスポンスを増大させることが考えられる（すなわち許容ノイズを増加させることもできる）が、４ｋHzより低い周波数帯域でのフィルタ特性は後述する第２の実施例のように平坦（フラット）なものとしている。このような機構が働く理由を次に述べる。
【００２９】上記等ラウドネス曲線ＲＣの４ｋHz以下は、帯域幅が広くないにもかかわらず変化が急であるため、この４ｋHz以下の等ラウドネス曲線ＲＣに合わせたノイズフィルタ１３を作成するとフィルタの次元が高くなってしまうためである。このようにフィルタの次元を高めると構成が複雑化して大規模化するようになる。しかし、このとき、該フィルタの規模に見合った効果が得られないため、以下に記載する第２の実施例では上述したように４ｋHz以下のフィルタ特性をフラットなものとしている。
【００３０】すなわち、図７は本発明の第２の実施例を示し、図１の各部と対応するブロックには同じ指示符号を付して説明を省略する。この図７において、低周波数帯域補正制御信号発生回路１６がさらに設けられており、この回路で発生された低周波数帯域補正信号がフィルタ係数計算回路１４に送られる。従って、上記図３の曲線ＭＲに示されるように低周波数帯域で平坦（フラット）なフィルタ特性が実現される。さらに、この低周波数帯域補正信号はマスキング効果を考慮に入れて形成されたようなものである。一般に、中、高周波数帯域が通常のオーディオサウンドにおいて多く使用され、オーディオサウンドの中、高周波数帯域での上述したマスキング効果は有効である。従って、この実施例のノイズフィルタ１３において、図３のフィルタ係数の曲線ＭＲの応答（レスポンス）は、図２の等ラウドネス曲線ＲＣの応答が低下する程度にまで低下はされない（曲線ＭＲは等ラウドネス曲線に比べてより緩やかにされている）。すなわち、これを実現するために、上述したように、マスキング効果が考慮されたフィルタ係数が設定される。ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が図３に示すように設定され、実際のオーディオ音声を用いて量子化雑音処理を行った後の量子化ノイズの周波数特性を図８に示す。
【００３１】マスキング効果を利用した第３の実施例について図９を参照しながら説明する。この図９においても、図１の各部と対応するブロックには同じ参照番号を付している。
【００３２】図９の量子化ノイズ低減装置は、量子化器１１で発生された量子化誤差をノイズフィルタ１１を介して該量子化器１１の入力側に帰還するように構成されている。より具体的には、この量子化ノイズ低減装置は、入力オーディオ信号のレベルを検出するレベル検出器１９と、入力オーディオ信号を臨界帯域（クリティカルバンド）毎に周波数分析する周波数分析回路１７と、人間の聴覚特性に応じた図２に示すようないわゆる等ラウドネス曲線ＲＣに基づいた情報を発生する等ラウドネス曲線発生回路１５と、周波数分析回路１７からの出力と等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力との合成比をレベル検出器１９からの出力に応じて可変し、得られた合成情報に基づいて許容ノイズスペクトルを計算する許容ノイズスペクトル計算回路１８とを有している。この量子化ノイズ低減装置では、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８の出力情報に基づいて設定される。
【００３３】すなわち、本実施例の量子化誤差低減装置において、量子化器１１の出力から量子化器１１への入力を減算することで該量子化器１１での量子化の際に発生する量子化誤差を得る加算器１２と、この加算器１２の出力をフィルタリング処理して出力するノイズフィルタ１３と、このノイズフィルタ１３の出力を上記量子化器１１の入力側に加算する加算器１０とにより、いわゆるエラーフィードバック回路が構成されている。ここで、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は次のように決定されている。実際には、フィルタ係数計算回路１４によって、許容ノイズスペクトル計算回路１８の後述する許容ノイズスペクトルの情報に基づいたフィルタ係数を計算し、このフィルタ係数情報をノイズフィルタ１３に送るようにしている。
【００３４】従って、上述したエラーフィードバック回路においては、後述する許容ノイズスペクトルに基づいた量子化誤差低減処理（いわゆるノイズシェーピング処理）が実行される。このように処理された信号が出力端子２から出力される。
【００３５】ところで、上述したエラーフィードバック回路によってオーディオ信号の量子化誤差低減処理（ノイズシェーピング処理）を行う際には、入力信号スペクトルのいわゆるマスキングを考慮した処理を行うことで、聴感上のダイナミックレンジを拡大することができる。このマスキング効果を考慮した処理を行うことで、例えば、信号スペクトルのパターンがある程度固定化した入力オーディオ信号のスペクトルに応じたノイズシェーピング、すなわち入力オーディオ信号スペクトルの後述するいわゆるマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピングを挙げることができる。
【００３６】あるいは、入力オーディオ信号のスペクトルが変化する場合の、当該スペクトルのマスキングを考慮して得られたスペクトル変化に適応的な許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピング等がある。ここで、マスキング効果とは、人間の聴感上の特性により、ある信号が他の信号によってマスクされて聞こえなくなるような現象である。このマスキング効果には、時間軸上の信号に関するマスキング効果（テンポラルマスキング）と、周波数軸上の信号に関するマスキング効果（同時刻マスキング）とがある。このマスキング効果により、マスキングされる部分にノイズがあったとしても、このノイズは聞こえない。例えば、同時刻マスキング効果については、図１０に示すように、ある周波数の信号Ｓの周波数レスポンスを０ｄＢとしたとき、上記信号Ｓにより曲線Ｍ（約−１５ｄＢ以下）にマスキング効果が作用するようになる。
【００３７】さらに、人間の聴覚特性を利用していわゆる臨界帯域幅（クリティカルバンド）に分割し、この臨界帯域幅での分割し、この臨界帯域毎に周波数分析を行っている。このときの上記臨界帯域幅での分割としては、例えば、入力オーディオ信号を例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で周波数軸上の成分に変換し、次にこのＦＦＴ係数の振幅項Ａｍ（ｍ＝０〜１０２４）を、人間の聴覚特性を考慮した高域ほど帯域幅が広くなる上記臨界帯域幅で、例えば２５バンドのグループＧｎ（ｎは各バンドの番号を示し、ｎ＝０〜２４）に分割（バンド分割）することができる。
【００３８】さらに、これら各臨界帯域毎の周波数分析については、例えば、次の（１）式により各帯域毎のそれぞれの振幅項Ａｍの総和（振幅項Ａｍのピーク、平均あるいはエネルギ総和）をとることで得られるいわゆるバークスペクトル（総和のスペクトル）Ｂｎを決定するような分析を行うことができる。
Ｂｎ＝１０ log10Ｃｎ（Ｐｎ）2 ・・・（１）
【００３９】ここでｎは０〜２４であり、Ｃｎは第ｎバンド（帯域）内の要素数すなわち振幅項（ポイント数）、Ｐｎは各帯域のピーク値である。各帯域（バンド）のバークスペクトルＢｎは、例えば図１１に示される。この図１１の例において、図を簡略化するために、全帯域数を１２バンド（Ｂ1 〜Ｂ12）で表現している。上記周波数分析回路１７においては、上述した臨界帯域幅での分割と各帯域毎の周波数分析が行われ、その出力情報を上記許容ノイズ計算回路１８に送られる。
【００４０】上記等ラウドネス曲線発生回路１５からは、上記等ラウドネス曲線ＲＣの情報が発生され、出力される。すなわち、等ラウドネス曲線を考慮して得られた許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピングを行うことで、聴感上より効果的なノイズシェーピングが行える。従って、再生音の聴感上のダイナミックレンジが改善され得る。等ラウドネス曲線ＲＣ（あるいはその近似曲線）の情報が上記等ラウドネス曲線発生回路１５から出力されて、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８に送られる。
【００４１】従って、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８においては、上記等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報と上記周波数分析回路１７からの出力情報とに基づいて、許容ノイズスペクトルを計算している。このとき、上記周波数分析回路１７でのバークスペクトルＢｎから、次の（２）式を用いて帯域間の影響を考慮してコンボリューションを実行する（所定の重み付けの関数を畳み込む）ことで、各帯域毎のコンボリューション処理されたバークスペクトルＳｎが計算される。
【００４２】
Ｓｎ＝Ｈｎ＊Ｂｎ ・・・（２）
ここでＨｎはコンボリューションの係数である。このコンボリューションにより、図１１中の点線で示される部分の総和がとられる。さらに、このコンボリューション処理されたバークスペクトルＳｎ及び必要とされるＳ／Ｎ値であるＯｎ（ん＝０〜２４）を用い、次の（３）式、（４）式に応じてコンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎが計算される。
【００４３】
Ｏｎ＝Ｎ−Ｋ×ｎ ・・・（３）
Ｔｎ＝Ｓｎ−Ｏｎ ・・・（４）
例えば、Ｎが３８とされるとき、Ｋは１とすることができる。このとき音質の劣化が少ない結果となる。すなわち、図１２に示されるように、コンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎの各レベルで示すレベル以下の強度の音がマスキングされる。その後、次の（５）式を用いて、コンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎをデコンボリューション処理することにより、許容ノイズレベル（許容ノイズスペクトル）ＴＦｎが計算される。実際には、例えば上記係数Ｈｎによるコンボリューションの直流（ＤＣ）ゲインＤｎが減算される。
【００４４】
ＴＦｎ＝Ｔｎ−Ｄｎ ・・・（５）
【００４５】上記許容ノイズスペクトル計算回路１８においては、上述のようにして得られた上記周波数分析回路からの出力情報と、先に説明した等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報とを合成して得られた合成情報に基づいて上記許容ノイズスペクトルが求められる。
【００４６】ここで、上記等ラウドネス曲線ＲＣに基づいた許容ノイズスペクトルでの許容ノイズレベルは、入力オーディオ信号のレベルによってマスキング効果が作用する許容ノイズレベル以下のレベルとなることがある。すなわち、例えば、入力オーディオ信号のレベルが高い場合には、この入力オーディオ信号による上記マスキング効果が作用する許容ノイズレベルによって、上記等ラウドネス曲線に基づいた許容ノイズスペクトルのレベルも同時にマスクされることがある。
【００４７】上記観点から、本実施例では、入力オーディオ信号のレベルを上記レベル検出器１９で検出し、このレベル検出出力に基づいて、上記等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報と、上記周波数分析回路１７からの出力情報との合成比を変化させるようにしている。ここで、上記等ラウドネス曲線発生回路１５と上記周波数分析回路１７からの出力情報の合成は、例えば各周波数帯域毎に行われる。この場合、上記レベル検出器１９でのレベル検出が各バンド毎に行われる。従って、各バンド毎のレベル検出出力に基づいて各帯域毎に上記合成比が変化させ得るようになる。すなわち、上記許容レベルスペクトル計算回路１８におけるノイズスペクトルを求めるための合成情報については、例えば、入力オーディオ信号の低域のレベルが高くかつ低域でのマスキング効果が大きい場合には、低域が高レベルで高域が低レベルを有する許容ノイズスペクトルが得られるような合成比にて合成情報が準備される。逆に、例えば、高域のレベルが高くかつ高域でのマスキング効果が大きい場合には、高域が高くかつ低域が低くなるような許容ノイズレベルが得られるような合成比で合成情報が作られる。このように得られた許容ノイズスペクトルの情報が、上記フィルタ係数計算回路１４に送られる。そして、このフィルタ係数計算回路１４から許容ノイズスペクトルに応じたフィルタ係数が出力されて、上記ノイズフィルタ１３に送られる。
【００４８】上述のようなことから、このノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、入力オーディオ信号のレベルに応じて、帯域毎に合成比が可変されて得られた許容ノイズスペクトルに基づいたフィルタ係数に応じたものとなる。ここで、例えば、入力オーディオ信号のレベルがフラットであった場合に、上記ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が、図１３〜図１６の曲線ＭＲのようになっているとする。このとき、上記入力オーディオ信号が、例えば、図１３に示すように低域で僅かにレベルの高い信号Ｓ1 となった場合には、上述したようにして合成比が変えられることで、上記フィルタ特性は、該曲線ＭＲの低域が僅かに上げられ高域が僅かに下げられた図１３中曲線ＭＲ1 で示すような特性に変えられるようになる。
【００４９】また、例えば、入力オーディオ信号が図１４に示すように低域でレベルの大きい信号Ｓ2 であった場合には、当該ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、当該曲線ＭＲの低域が大きく上げられ高域が大きく下げられた図１４中の曲線ＭＲ2で示すような特性に変えられる。逆に、入力オーディオ信号が図１５に示すように高域で僅かにレベルの高い信号Ｓ3 であった場合には、上記フィルタ特性は、上記曲線ＭＲの低域が僅かに下げられ高域が僅かに上げられた図１５中の曲線ＭＲ3 で示すような特性に変化され、また、例えば、図１６に示すように高域でレベルの大きい信号Ｓ4 であった場合には、上記曲線ＭＲの低域が大きく下げられ高域が大きく上げられた図１６中の曲線ＭＲ4 で示すような特性に変化される。上述した図１３〜図１６に示すように、フィルタ特性が変化されることで、より、人間の聴覚特性に応じたノイズシェーピングが行えるようになる。
【００５０】すなわち、上述したことを言い換えると、本実施例装置においては、入力オーディオ信号のレベルが小さい時は、上記ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を等ラウドネス曲線ＲＣのような特性にしてノイズシェーピングするようにする。また、信号レベルが大きくなるにつれて、入力オーディオ信号のレベルによって量子化ノイズを目立たなくするために、該ノイズフィルタ１３の特性を当該入力オーディオ信号の信号レベルに合わせてフラットにするようにする。さらに、信号レベルが小さい時は、ノイズフィルタ１３で等ラウドネス曲線ＲＣのような特性を、信号レベルに合わせてフラットに近づけ、信号特性に合わせたノイズシェーピング特性（マスキング特性等）に変えていくようにする。すなわち、上記ノイズフィルタ１３の特性は、信号レベルが小さい時は等ラウドネス曲線ＲＣのようなフィルタ特性とし、信号レベルが大きい時はマスキング効果を考慮したフィルタ特性とされている。
【００５１】なお、上述の図１３〜図１６の入力オーディオ信号のレベルがフラット時のフィルタ特性を示す曲線ＭＲにおいては、前述した図８の等ラウドネス曲線ＲＣを考慮すると４ｋHz以下のレベルを上げることも考えられる（すなわち許容できるノイズを増やすようにすることもできる）が、この等ラウドネス曲線ＲＣの４ｋHz以下は帯域幅が広くないにもかかわらず変化が急峻であるため、該４ｋHz以下の等ラウドネス曲線ＲＣに合わせたノイズフィルタ１３を作成するとフィルタの次元が高くなってしまう。このようにフィルタの次元を高めると構成が複雑化し大規模化するようになる。ところが、この時、該フィルタの規模に見合った効果が得られないため、本実施例では、上述のように４ｋHz以下のフィルタ特性をフラットなものとしている。また、本実施例のノイズフィルタ１３では、通常、オーディオ音声において使用頻度の高い中、低域では、上述したように当該オーディオ音声の中、低域でのマスキング効果が効くので、図１３〜図１６の曲線ＭＲを図４の等ラウドネス曲線ＲＣ程下げないようにしている（曲線ＭＲを等ラウドネス曲線ＲＣよりも穏やかな曲線としている）。すなわち、このようにするため、上述したようにマスキング効果を考慮したフィルタ係数を設定するようにしているのである。
【００５２】図１７に、本実施例装置を例えばいわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）におけるエンコーダ、デコーダのシステムに使用したシステム構成の具体例を示す。この図１７において、入力端子３１にはアナログオーディオ信号が供給される。このアナログオーディオ信号はＡ／Ｄ変換器３２で２０ビットディジタル信号に変換された後、本実施例の量子化誤差低減装置が内蔵された２０ビット対応エンコーダ３３に送られる。このエンコーダ３３で量子化誤差低減処理がなされると共に１６ビットのデータにエンコードされたデータは、上記ＣＤに記録される。このＣＤに記録されたデータは、既存のＣＤ再生機の再生回路３４及びＤ／Ａ変換器３５でオーディオ信号に変換されて出力端子３６から出力されて再生される。すなわち、上記ＣＤに記録されたデータは、本実施例の量子化誤差低減装置によって量子化誤差が低減されているものであるため、このＣＤを再生して得られる音は、聴感上のダイナミックレンジの高いものとなる。
【００５３】また、図１８に上記ＣＤと異なり例えば１０ビットでデータを記録するメディアを介したシステム構成の具体例を示す。この場合、入力端子に入力供給されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器４２で例えば１６ビットのディジタルデータとされた信号が本実施例の量子化誤差低減装置が内蔵された１０ビット対応エンコーダ４３に送られる。このエンコーダ４３で量子化誤差低減処理がなされると共に１０ビットのデータにエンコードされたデータは、上記メディアに記録される。このメディアに記録されたデータは、既存の再生機の再生回路４４及びＤ／Ａ変換器４５でアナログ信号に変換されて出力端子４６から出力される。この場合も同様に、得られる再生信号の聴感上のダイナミックレンジが高くなる。
【００５４】図１９には、オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換のシステムで本実施例装置を使用する具体例を示す。この場合、入力端子５１に入力供給されたアナログ信号は、オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換器５２で例えば２０ビットのディジタルデータとされ、伝送路を介して本実施例の量子化誤差低減装置５３に送られる。該量子化誤差低減装置５３で量子化誤差低減処理がなされ、Ｄ／Ａ変換器５４を介してアナログ信号に変換されて出力端子５５から出力される。これにより、オーバーサンプリングが行え、Ｄ／Ａ変換の分解能を落とすことができ、その分直線性を上げる方向で上記Ｄ／Ａ変換器５４を作成し易くなる。
【００５５】なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲により定義され保証された要旨を逸脱しない範囲で種々の付加や変更が可能であることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明に係るノイズ低減装置によれば、量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルに応じて発生されたディザ信号を上記入力信号に加算することにより、量子化ノイズが聴感上問題となるような入力信号のときに、ノイズが聞こえ難くなり、量子化ノイズが聴感上で問題とならなくなる。
【００５７】また、ノイズフィルタのフィルタ係数を等ラウドネス曲線やマスキング効果を考慮して設定することにより、例えば等ラウドネス曲線の情報と入力オーディオ信号の周波数分析情報との合成比が入力オーディオ信号のレベルに応じて可変されて得られた情報に基づいて設定すること等により、聴感上のノイズを低減して聴感上のダイナミックレンジを改善することができる。
【００５８】さらに、本発明に係るノイズ低減装置を、例えば既存の統一規格のディジタルオーディオ機器に適用することにより、該統一規格から実際に得られるダイナミックレンジよりも聴感上で拡大されたダイナミックレンジの再生音を得ることができるようになる。すなわち、統一規格に何ら変更を加えることなく、該統一規格を維持したままで、従来と同じ再生装置を用いて、再生オーディオ信号の聴感上のダイナミックレンジを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としてのオーディオ信号の量子化誤差低減装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】等ラウドネス曲線を示す特性図である。
【図３】フィルタ特性を示す特性図である。
【図４】ディザを入れない状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図５】ホワイトディザを入れた状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図６】高周波数ディザを入れた状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図７】本発明の第２の実施例の回路構成を示すブロック図である。
【図８】実施例装置に実際のオーディオ信号を通過させたときのノイズ周波数特性を示す特性図である。
【図９】本発明の第３の実施例の回路構成を示すブロック図である。
【図１０】マスキング効果を説明するための周波数特性図である。
【図１１】バークスペクトルを示す特性図である。
【図１２】マスキング閾値（スレッショールド）を示す周波数特性図である。
【図１３】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１４】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１５】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１６】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１７】コンパクトディスクのエンコーダ、デコーダシステムに本実施例装置を適用した具体例を示すブロック図である。
【図１８】本実施例装置を１０ビットシステムに適用した具体例を示すブロック図である。
【図１９】オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換器システムに本実施例装置を適用した具体例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、１２・・・・・加算器
１１・・・・・量子化器
１３・・・・・ノイズフィルタ
１４・・・・・フィルタ係数計算回路
１５・・・・・等ラウドネス曲線発生回路
１６・・・・・低周波数帯域補正用信号発生回路
１７・・・・・臨界帯域幅スペクトル分析回路
１８・・・・・許容ノイズスペクトル計算回路
１９、２０・・・・・レベル検出器
２１・・・・・ディザ発生回路
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ信号の量子化時に発生する量子化誤差（ノイズ）を低減するためのオーディオ信号のノイズ低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、ディジタル形態のオーディオ信号を取り扱うディジタルオーディオ機器には、例えばいわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）の再生機や、いわゆるディジタルオーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）等が存在している。これらのディジタルオーディオ装置において、種々の統一規格が規定されており、例えば、これらの機器で取り扱われるディジタルオーディオ信号のビット長は、上記統一規格により１６ビットに規定されている。また、これらのディジタルオーディオ機器におけるディジタルオーディオ信号としては、アナログオーディオ信号（音の波形信号）を、リニアパルスコーディングであるいわゆるＰＣＭ等の単純な線形量子化により符号化して得られたディジタルオーディオ信号を用いている。
【０００３】ところで、近年、上述したようなディジタルオーディオ機器においては、上記統一規格から現実に得られる再生音よりも、聴感上より品質の高い再生音が得られることが望まれている。このような聴感上より良い再生音を得るためには、例えば、これら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に含まれているノイズ成分を低減しておくことが有効であると考えられる。このように、ノイズ成分が低減されたオーディオ信号から得られる再生音は、ノイズの少ない聴感上よりよいものとなる。
【０００４】このディジタルオーディオ信号のノイズ成分低減処理としては、例えば、オーディオ信号の量子化の際に行われるいわゆるエラーフィードバックによる量子化誤差低減処理が知られている。これは、量子化器によりオーディオ信号を量子化する際に発生する量子化誤差（量子化ノイズ、量子化歪み）を、ノイズフィルタを介して該量子化器の入力側に帰還するものである。
【０００５】このようなエラーフィードバックを用いたノイズ低減装置については、本件出願人により、特願平２−１８５５５２号、特願平２−１８５５５５号、特願平２−１８５５５６号の各明細書及び図面等において提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述したＰＣＭ符号化のような線形量子化での量子化ノイズはオーディオ信号の全周波数帯域に亘ってフラットな周波数特性を有するものとなっている。しかしながら、人間の耳は、音の周波数に応じて異なる聴覚の感度を有しており、エラーフィードバックによる量子化誤差低減処理は、聴感上で必ずしも効果的とはいえない。また、入力信号のレベルによっては、量子化ノイズが聴感上問題となることがある。
【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、聴感上の観点で量子化誤差（量子化ノイズ）の低減が効果的に行えるようなノイズ低減装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るノイズ低減装置は、量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルを検出するレベル検出手段と、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生し、上記レベル検出手段からの出力に応じて、上記ディザのタイプ又はディザのレベルが制御されるディザ発生手段と、上記ディザ発生手段からの出力を上記入力信号に加算する加算手段とを有して成ることにより、上述の課題を解決する。
【０００９】ここで、上記レベル検出手段は、上記入力信号が聴感上気になるレベルのときに上記ディザ発生手段に出力信号を供給すればよい。また、上記ディザ発生手段は、入力信号のレベルに応じてディザのレベルを可変するものとすればよい。
【００１０】また、本発明に係るノイズ低減装置は、入力オーディオ信号を量子化する量子化手段と、上記量子化手段の出力信号から該量子化手段への入力信号を減算する減算手段と、上記減算手段からの出力が供給されるフィルタ手段と、上記フィルタ手段からの出力と上記入力信号とを合成する合成手段と、ランダムな又は疑似ランダムなディザ信号であって、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生するディザ発生手段と、上記ディザ発生手段の上記ディザのタイプ、周波数特性及びレベルを制御するディザ制御手段と、フィルタ係数計算手段及び等ラウドネス特性に関連するデータを発生し該データが上記フィルタ係数計算手段に供給されるデータ発生手段を含み、上記フィルタ手段の特性を制御するフィルタ制御手段とを有して成ることにより、上述した課題を解決する。
【００１１】ここで、上記ディザ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号の信号レベルに基づく上記ディザ信号の周波数特性及びレベルを制御する手段を含ませることが好ましい。また、上記フィルタ制御手段は、さらに、上記フィルタ特性の低周波数帯域成分を補正するための制御データを発生する手段を含ませることが好ましい。さらに上記フィルタ制御手段は、上記入力オーディオ信号のマスキング効果に従って上記フィルタ特性を制御する手段を含ませることが好ましい。
【００１２】さらに、上記フィルタ制御手段は、周波数軸上、あるいは時間軸上ののマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することが好ましい。またさらに、上記フィルタ制御手段は、上記入力信号の信号レベルが小さいときには等ラウドネス曲線を考慮に入れ、同信号レベルが大きくなるに従ってマスキング効果を考慮に入れた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号の信号レベルに応じて与えられるようなノイズシェーピングを実現するためのフィルタ特性を得る制御信号を生成することが好ましい。
【００１３】
【作用】このノイズ低減装置では、入力信号は先ずディザ信号が加算されて調整され、次に量子化手段で発生された量子化誤差がフィルタ手段（いわゆるノイズフィルタ）を介して量子化手段の入力側に帰還される。ノイズフィルタのフィルタ係数は、人間の聴覚特性に応じた等ラウドネス曲線に関連する情報に基づいて設定される。本発明によれば、等ラウドネス曲線が人間の耳の聴覚特性に応じたものであることに着目し、量子化誤差を、この等ラウドネス曲線に関連する情報に基づいて係数が設定されたノイズフィルタを介して、量子化器の入力に帰還しているため、耳に聞こえ易い周波数帯域の量子化誤差を低減することができる。従って、聴感上のノイズを低減して聴感上のダイナミックレンジを改善することが可能となる。
【００１４】
【実施例】本発明に係るノイズ低減装置が適用された第１の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１において、第１の実施例である量子化誤差（ノイズ）の低減装置の概略的な構成がブロック図の形態で示されている。
【００１５】図１に示す量子化誤差（ノイズ）低減装置の実施例において、量子化器１１で発生された量子化誤差がノイズフィルタ１３を介して該量子化器１１の入力側に帰還されている。ノイズフィルタ１３のフィルタ係数は、人間の聴感特性に応じた図２に示すいわゆる等ラウドネス曲線ＲＣに関連する情報に基づいて設定されている。
【００１６】ここで、任意のサンプリング周波数でサンプリングされて得られたディジタルオーディオ信号が図１の入力端子１に送られている。このディジタルオーディオ信号は、ディザ発生回路２１により発生されたディザ信号と加算され、量子化器１１で再量子化され、出力端子２から出力される。
【００１７】この実施例（及び後述する他の実施例も同様）の量子化誤差低減装置は、２つのサブシステム、すなわちディザシステム及びノイズシェーピングシステムから成っている。これらのサブシステムは相補的に作用し、これらの特性は独立に変化させることができる。
【００１８】ディザサブシステムは、レベル検出器２０、ディザ発生回路２１及び加算器１０により構成されている。ディザ発生回路２１により発生されたディザ信号は、加算器１０で入力信号と加算される。ディザサブシステムの目的は、ランダムあるいは疑似ランダム信号として定義されるいわゆるディザ信号を発生することであり、このディザ信号は、量子化誤差と入力信号の間の信号相関が低減されるように量子化前の入力信号に加算されている。相関するエラーは相関しないエラーよりもよく聞こえ、この信号とエラーとの相関を低減することが、聴感上で量子化ノイズを低減する。また、この無相関により、信号とエラーとの相関が顕著な入力オーディオ信号に対するノイズシェーピングサブシステム（後述する）の効果を増強できる。
【００１９】ディザ発生回路２１によりディザが発生される。このディザ信号の周波数特性は、本実施例の特有の設定に依存し、処理すべき入力信号のクラスの特性により決定される。典型的なディザのスペクトルは、理論的に最適の無相関を形成するいわゆるホワイトディザ（全周波数で等しい）と、信号スペクトルの可聴外の領域に集中されたエネルギを有することにより聴感上のノイズをより低減したいわゆる高周波数ディザと、入力信号が既に充分にランダムでさらに無相関化する必要がないときに適するオールゼロディザとを含んでいる。
【００２０】ディザ化されない１ビット振幅のサイン波のパワースペクトルが図４に示されており、エラー相関は共振スペクトルピークとして示される。同じ信号がホワイトディザと共に量子化されたものが図５に示されており、単一のスペクトルピークがあり、量子化エラーが信号に相関していないことを示している。図６は高周波数ディザと共に量子化された同じ信号を示しており、ディザパワーは大きいがそれが耳に感じとれない領域に集中されるためディザがあまり聞こえなくなっている。
【００２１】本実施例の特有の設定によって、レベル検出器２０は、ディザ発生回路２１により発生されたディザのタイプ、又は該ディザのレベル、あるいは双方を制御するために用いられる。例えば、オールゼロより成る入力信号にディザを加算することは不適当であり、従ってこの条件がレベル検出器２０により検出され、ディザ発生回路２１が適切に制御される。さらに、低レベル入力信号は高レベル信号に比べてより大きなディザを必要とすることが多く、従ってディザのレベルは信号レベルが増大するに応じて徐々に減少する。
【００２２】ところで、本実施例の量子化誤差低減装置において、量子化誤差はノイズシェーピングサブシステムにより低減される。このノイズシェーピングサブシステムは、量子化器１１の出力から量子化器１１への入力を減算することで当該量子化器１１での量子化の際に発生する量子化誤差を得る加算器１２と、後述するフィルタ係数でフィルタ特性が設定され、加算器１２からの出力に対してフィルタリング処理を施して出力するノイズフィルタ１３と、ノイズフィルタ１３からの出力を量子化器１１の入力に加算する加算器１０とから成り、いわゆるエラーフィードバック回路を構成している。このエラーフィードバック回路により量子化誤差低減処理（いわゆるノイズシェーピング処理）が行われる。
【００２３】さらに、本実施例の量子化誤差低減装置は、人間の聴覚特性に対応する図２に示すような等ラウドネス曲線ＲＣのデータを発生する等ラウドネス曲線発生回路１５と、この等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力に基づいてノイズフィルタ１３のフィルタ係数を計算するフィルタ係数計算回路１４とを有している。
【００２４】ここで、図２の等ラウドネス曲線ＲＣは、人間の聴覚特性に対応したものである。この曲線ＲＣは、例えば１ｋHzの純音の音圧と同じ大きさ（ラウドネス）に聞こえる各周波数毎の音圧の曲線断片を接続することにより得られており、これはラウドネス（音の大きさ）の等感度曲線とも称されている。図２に示すような等ラウドネス曲線ＲＣによれば、人間の聴力は４ｋHz付近で鋭敏であり、１ｋHzの音圧よりも８〜１０ｄＢ低い音圧でも実質的に１ｋHzと同じ大きさ（ラウドネス）で音を聞くことができる。これに対して、例えば１０ｋHzでは、４ｋHz付近に比べて２０ｄＢ程度も音が聞こえ難い。
【００２５】等ラウドネス曲線ＲＣ（又はその近似曲線）に関連した情報（許容可能ノイズスペクトルの情報）が等ラウドネス曲線発生回路１５から出力され、フィルタ係数計算回路１４に送られる。従って、等ラウドネス曲線発生回路１５では、この等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情報に基づいてフィルタ係数が計算される。計算されたフィルタ係数は、さらにノイズフィルタ１３に送られる。このようにして、等ラウドネス曲線ＲＣに関連した情報に基づいたフィルタ係数を有するノイズフィルタ１３を用いるエラーフィードバック回路によりオーディオ信号のノイズシェーピングを施すことにより、聴感上のダイナミックレンジが改善することができる。すなわち、等ラウドネス曲線ＲＣを考慮して得られる許容可能ノイズスペクトル（許容可能ノイズレベル）を用いたノイズシェーピングを実行することにより、聴感上より効果的なノイズシェーピングが導かれ、これにより再生音の聴感上のダイナミックレンジを改善することを可能としている。
【００２６】さらに、本実施例において、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を決定する際に、いわゆるマスキング効果が考慮される。ここでマスキング効果とは、人間の聴感上の特性により、ある信号が他の信号によってマスクされて聞こえなくなるような現象である。このマスキング効果には、時間軸上の信号に関するマスキング効果（テンポラルマスキング）と、周波数軸上の信号に関するマスキング効果（同時刻マスキング）とがある。もしマスキングを受ける部分にノイズが存在しても、そのノイズはマスキング効果により聞こえない。これによって、マスキング効果を考慮した量子化誤差低減処理による手法が実行されると、聴感上のダイナミックレンジが改善される。マスキング効果を考慮したようなフィルタ特性を決定するためには、本実施例のフィルタ係数計算回路１４において例えば周波数軸上のマスキング効果を考慮したフィルタ係数を予め設定しておく。例えば、多くの中間及び低域成分を含む通常のオーディオ音声に対処するため、低域でのマスキング効果を考慮した固定のフィルタ係数が設定される。あるいは入力オーディオ信号のスペクトルに対応するマスキング効果に対処する能力を得るため、スペクトルに応じた適応的なフィルタ係数を発生するような手法が使用される。
【００２７】このようにして、フィルタ係数計算回路１４からのフィルタ係数が等ラウドネス曲線ＲＣ及びマスキング効果を考慮に入れた状態で得られる。従って、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、マスキング効果が考慮された固定的あるいは適応的なフィルタ係数と、さらに等ラウドネス曲線に関連したフィルタ係数に基づいて設定される。
【００２８】すなわち、このときのノイズフィルタ１３は、マスキング効果及び等ラウドネス曲線から得られる図３に示されるような曲線ＭＲにより指示されたフィルタ特性を有するフィルタとして作用する。図３の曲線ＭＲにより指示されるフィルタ特性をノイズフィルタ１３に持たせることにより、ノイズフィルタ１３に送られる量子化誤差スペクトルは曲線ＭＲに応じて変化する。ノイズフィルタ１３からの出力を入力オーディオ信号に加算することにより、量子化器１１での量子化誤差は（ノイズシェーピングに基づいて）低減される。ここで、図３の曲線ＭＲにおいて、図２の等ラウドネス曲線ＲＣが考慮されるとき、４ｋHzより低い周波数帯域でのレスポンスを増大させることが考えられる（すなわち許容ノイズを増加させることもできる）が、４ｋHzより低い周波数帯域でのフィルタ特性は後述する第２の実施例のように平坦（フラット）なものとしている。このような機構が働く理由を次に述べる。
【００２９】上記等ラウドネス曲線ＲＣの４ｋHz以下は、帯域幅が広くないにもかかわらず変化が急であるため、この４ｋHz以下の等ラウドネス曲線ＲＣに合わせたノイズフィルタ１３を作成するとフィルタの次元が高くなってしまうためである。このようにフィルタの次元を高めると構成が複雑化して大規模化するようになる。しかし、このとき、該フィルタの規模に見合った効果が得られないため、以下に記載する第２の実施例では上述したように４ｋHz以下のフィルタ特性をフラットなものとしている。
【００３０】すなわち、図７は本発明の第２の実施例を示し、図１の各部と対応するブロックには同じ指示符号を付して説明を省略する。この図７において、低周波数帯域補正制御信号発生回路１６がさらに設けられており、この回路で発生された低周波数帯域補正信号がフィルタ係数計算回路１４に送られる。従って、上記図３の曲線ＭＲに示されるように低周波数帯域で平坦（フラット）なフィルタ特性が実現される。さらに、この低周波数帯域補正信号はマスキング効果を考慮に入れて形成されたようなものである。一般に、中、高周波数帯域が通常のオーディオサウンドにおいて多く使用され、オーディオサウンドの中、高周波数帯域での上述したマスキング効果は有効である。従って、この実施例のノイズフィルタ１３において、図３のフィルタ係数の曲線ＭＲの応答（レスポンス）は、図２の等ラウドネス曲線ＲＣの応答が低下する程度にまで低下はされない（曲線ＭＲは等ラウドネス曲線に比べてより緩やかにされている）。すなわち、これを実現するために、上述したように、マスキング効果が考慮されたフィルタ係数が設定される。ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が図３に示すように設定され、実際のオーディオ音声を用いて量子化雑音処理を行った後の量子化ノイズの周波数特性を図８に示す。
【００３１】マスキング効果を利用した第３の実施例について図９を参照しながら説明する。この図９においても、図１の各部と対応するブロックには同じ参照番号を付している。
【００３２】図９の量子化ノイズ低減装置は、量子化器１１で発生された量子化誤差をノイズフィルタ１１を介して該量子化器１１の入力側に帰還するように構成されている。より具体的には、この量子化ノイズ低減装置は、入力オーディオ信号のレベルを検出するレベル検出器１９と、入力オーディオ信号を臨界帯域（クリティカルバンド）毎に周波数分析する周波数分析回路１７と、人間の聴覚特性に応じた図２に示すようないわゆる等ラウドネス曲線ＲＣに基づいた情報を発生する等ラウドネス曲線発生回路１５と、周波数分析回路１７からの出力と等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力との合成比をレベル検出器１９からの出力に応じて可変し、得られた合成情報に基づいて許容ノイズスペクトルを計算する許容ノイズスペクトル計算回路１８とを有している。この量子化ノイズ低減装置では、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８の出力情報に基づいて設定される。
【００３３】すなわち、本実施例の量子化誤差低減装置において、量子化器１１の出力から量子化器１１への入力を減算することで該量子化器１１での量子化の際に発生する量子化誤差を得る加算器１２と、この加算器１２の出力をフィルタリング処理して出力するノイズフィルタ１３と、このノイズフィルタ１３の出力を上記量子化器１１の入力側に加算する加算器１０とにより、いわゆるエラーフィードバック回路が構成されている。ここで、ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は次のように決定されている。実際には、フィルタ係数計算回路１４によって、許容ノイズスペクトル計算回路１８の後述する許容ノイズスペクトルの情報に基づいたフィルタ係数を計算し、このフィルタ係数情報をノイズフィルタ１３に送るようにしている。
【００３４】従って、上述したエラーフィードバック回路においては、後述する許容ノイズスペクトルに基づいた量子化誤差低減処理（いわゆるノイズシェーピング処理）が実行される。このように処理された信号が出力端子２から出力される。
【００３５】ところで、上述したエラーフィードバック回路によってオーディオ信号の量子化誤差低減処理（ノイズシェーピング処理）を行う際には、入力信号スペクトルのいわゆるマスキングを考慮した処理を行うことで、聴感上のダイナミックレンジを拡大することができる。このマスキング効果を考慮した処理を行うことで、例えば、信号スペクトルのパターンがある程度固定化した入力オーディオ信号のスペクトルに応じたノイズシェーピング、すなわち入力オーディオ信号スペクトルの後述するいわゆるマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピングを挙げることができる。
【００３６】あるいは、入力オーディオ信号のスペクトルが変化する場合の、当該スペクトルのマスキングを考慮して得られたスペクトル変化に適応的な許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピング等がある。ここで、マスキング効果とは、人間の聴感上の特性により、ある信号が他の信号によってマスクされて聞こえなくなるような現象である。このマスキング効果には、時間軸上の信号に関するマスキング効果（テンポラルマスキング）と、周波数軸上の信号に関するマスキング効果（同時刻マスキング）とがある。このマスキング効果により、マスキングされる部分にノイズがあったとしても、このノイズは聞こえない。例えば、同時刻マスキング効果については、図１０に示すように、ある周波数の信号Ｓの周波数レスポンスを０ｄＢとしたとき、上記信号Ｓにより曲線Ｍ（約−１５ｄＢ以下）にマスキング効果が作用するようになる。
【００３７】さらに、人間の聴覚特性を利用していわゆる臨界帯域幅（クリティカルバンド）に分割し、この臨界帯域幅での分割し、この臨界帯域毎に周波数分析を行っている。このときの上記臨界帯域幅での分割としては、例えば、入力オーディオ信号を例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で周波数軸上の成分に変換し、次にこのＦＦＴ係数の振幅項Ａｍ（ｍ＝０〜１０２４）を、人間の聴覚特性を考慮した高域ほど帯域幅が広くなる上記臨界帯域幅で、例えば２５バンドのグループＧｎ（ｎは各バンドの番号を示し、ｎ＝０〜２４）に分割（バンド分割）することができる。
【００３８】さらに、これら各臨界帯域毎の周波数分析については、例えば、次の（１）式により各帯域毎のそれぞれの振幅項Ａｍの総和（振幅項Ａｍのピーク、平均あるいはエネルギ総和）をとることで得られるいわゆるバークスペクトル（総和のスペクトル）Ｂｎを決定するような分析を行うことができる。
Ｂｎ＝１０ log10Ｃｎ（Ｐｎ）2 ・・・（１）
【００３９】ここでｎは０〜２４であり、Ｃｎは第ｎバンド（帯域）内の要素数すなわち振幅項（ポイント数）、Ｐｎは各帯域のピーク値である。各帯域（バンド）のバークスペクトルＢｎは、例えば図１１に示される。この図１１の例において、図を簡略化するために、全帯域数を１２バンド（Ｂ1 〜Ｂ12）で表現している。上記周波数分析回路１７においては、上述した臨界帯域幅での分割と各帯域毎の周波数分析が行われ、その出力情報を上記許容ノイズ計算回路１８に送られる。
【００４０】上記等ラウドネス曲線発生回路１５からは、上記等ラウドネス曲線ＲＣの情報が発生され、出力される。すなわち、等ラウドネス曲線を考慮して得られた許容ノイズスペクトルを用いたノイズシェーピングを行うことで、聴感上より効果的なノイズシェーピングが行える。従って、再生音の聴感上のダイナミックレンジが改善され得る。等ラウドネス曲線ＲＣ（あるいはその近似曲線）の情報が上記等ラウドネス曲線発生回路１５から出力されて、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８に送られる。
【００４１】従って、上記許容ノイズスペクトル計算回路１８においては、上記等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報と上記周波数分析回路１７からの出力情報とに基づいて、許容ノイズスペクトルを計算している。このとき、上記周波数分析回路１７でのバークスペクトルＢｎから、次の（２）式を用いて帯域間の影響を考慮してコンボリューションを実行する（所定の重み付けの関数を畳み込む）ことで、各帯域毎のコンボリューション処理されたバークスペクトルＳｎが計算される。
【００４２】
Ｓｎ＝Ｈｎ＊Ｂｎ ・・・（２）
ここでＨｎはコンボリューションの係数である。このコンボリューションにより、図１１中の点線で示される部分の総和がとられる。さらに、このコンボリューション処理されたバークスペクトルＳｎ及び必要とされるＳ／Ｎ値であるＯｎ（ん＝０〜２４）を用い、次の（３）式、（４）式に応じてコンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎが計算される。
【００４３】
Ｏｎ＝Ｎ−Ｋ×ｎ ・・・（３）
Ｔｎ＝Ｓｎ−Ｏｎ ・・・（４）
例えば、Ｎが３８とされるとき、Ｋは１とすることができる。このとき音質の劣化が少ない結果となる。すなわち、図１２に示されるように、コンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎの各レベルで示すレベル以下の強度の音がマスキングされる。その後、次の（５）式を用いて、コンボリューション処理されたマスキング閾値Ｔｎをデコンボリューション処理することにより、許容ノイズレベル（許容ノイズスペクトル）ＴＦｎが計算される。実際には、例えば上記係数Ｈｎによるコンボリューションの直流（ＤＣ）ゲインＤｎが減算される。
【００４４】
ＴＦｎ＝Ｔｎ−Ｄｎ ・・・（５）
【００４５】上記許容ノイズスペクトル計算回路１８においては、上述のようにして得られた上記周波数分析回路からの出力情報と、先に説明した等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報とを合成して得られた合成情報に基づいて上記許容ノイズスペクトルが求められる。
【００４６】ここで、上記等ラウドネス曲線ＲＣに基づいた許容ノイズスペクトルでの許容ノイズレベルは、入力オーディオ信号のレベルによってマスキング効果が作用する許容ノイズレベル以下のレベルとなることがある。すなわち、例えば、入力オーディオ信号のレベルが高い場合には、この入力オーディオ信号による上記マスキング効果が作用する許容ノイズレベルによって、上記等ラウドネス曲線に基づいた許容ノイズスペクトルのレベルも同時にマスクされることがある。
【００４７】上記観点から、本実施例では、入力オーディオ信号のレベルを上記レベル検出器１９で検出し、このレベル検出出力に基づいて、上記等ラウドネス曲線発生回路１５からの出力情報と、上記周波数分析回路１７からの出力情報との合成比を変化させるようにしている。ここで、上記等ラウドネス曲線発生回路１５と上記周波数分析回路１７からの出力情報の合成は、例えば各周波数帯域毎に行われる。この場合、上記レベル検出器１９でのレベル検出が各バンド毎に行われる。従って、各バンド毎のレベル検出出力に基づいて各帯域毎に上記合成比が変化させ得るようになる。すなわち、上記許容レベルスペクトル計算回路１８におけるノイズスペクトルを求めるための合成情報については、例えば、入力オーディオ信号の低域のレベルが高くかつ低域でのマスキング効果が大きい場合には、低域が高レベルで高域が低レベルを有する許容ノイズスペクトルが得られるような合成比にて合成情報が準備される。逆に、例えば、高域のレベルが高くかつ高域でのマスキング効果が大きい場合には、高域が高くかつ低域が低くなるような許容ノイズレベルが得られるような合成比で合成情報が作られる。このように得られた許容ノイズスペクトルの情報が、上記フィルタ係数計算回路１４に送られる。そして、このフィルタ係数計算回路１４から許容ノイズスペクトルに応じたフィルタ係数が出力されて、上記ノイズフィルタ１３に送られる。
【００４８】上述のようなことから、このノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、入力オーディオ信号のレベルに応じて、帯域毎に合成比が可変されて得られた許容ノイズスペクトルに基づいたフィルタ係数に応じたものとなる。ここで、例えば、入力オーディオ信号のレベルがフラットであった場合に、上記ノイズフィルタ１３のフィルタ特性が、図１３〜図１６の曲線ＭＲのようになっているとする。このとき、上記入力オーディオ信号が、例えば、図１３に示すように低域で僅かにレベルの高い信号Ｓ1 となった場合には、上述したようにして合成比が変えられることで、上記フィルタ特性は、該曲線ＭＲの低域が僅かに上げられ高域が僅かに下げられた図１３中曲線ＭＲ1 で示すような特性に変えられるようになる。
【００４９】また、例えば、入力オーディオ信号が図１４に示すように低域でレベルの大きい信号Ｓ2 であった場合には、当該ノイズフィルタ１３のフィルタ特性は、当該曲線ＭＲの低域が大きく上げられ高域が大きく下げられた図１４中の曲線ＭＲ2で示すような特性に変えられる。逆に、入力オーディオ信号が図１５に示すように高域で僅かにレベルの高い信号Ｓ3 であった場合には、上記フィルタ特性は、上記曲線ＭＲの低域が僅かに下げられ高域が僅かに上げられた図１５中の曲線ＭＲ3 で示すような特性に変化され、また、例えば、図１６に示すように高域でレベルの大きい信号Ｓ4 であった場合には、上記曲線ＭＲの低域が大きく下げられ高域が大きく上げられた図１６中の曲線ＭＲ4 で示すような特性に変化される。上述した図１３〜図１６に示すように、フィルタ特性が変化されることで、より、人間の聴覚特性に応じたノイズシェーピングが行えるようになる。
【００５０】すなわち、上述したことを言い換えると、本実施例装置においては、入力オーディオ信号のレベルが小さい時は、上記ノイズフィルタ１３のフィルタ特性を等ラウドネス曲線ＲＣのような特性にしてノイズシェーピングするようにする。また、信号レベルが大きくなるにつれて、入力オーディオ信号のレベルによって量子化ノイズを目立たなくするために、該ノイズフィルタ１３の特性を当該入力オーディオ信号の信号レベルに合わせてフラットにするようにする。さらに、信号レベルが小さい時は、ノイズフィルタ１３で等ラウドネス曲線ＲＣのような特性を、信号レベルに合わせてフラットに近づけ、信号特性に合わせたノイズシェーピング特性（マスキング特性等）に変えていくようにする。すなわち、上記ノイズフィルタ１３の特性は、信号レベルが小さい時は等ラウドネス曲線ＲＣのようなフィルタ特性とし、信号レベルが大きい時はマスキング効果を考慮したフィルタ特性とされている。
【００５１】なお、上述の図１３〜図１６の入力オーディオ信号のレベルがフラット時のフィルタ特性を示す曲線ＭＲにおいては、前述した図８の等ラウドネス曲線ＲＣを考慮すると４ｋHz以下のレベルを上げることも考えられる（すなわち許容できるノイズを増やすようにすることもできる）が、この等ラウドネス曲線ＲＣの４ｋHz以下は帯域幅が広くないにもかかわらず変化が急峻であるため、該４ｋHz以下の等ラウドネス曲線ＲＣに合わせたノイズフィルタ１３を作成するとフィルタの次元が高くなってしまう。このようにフィルタの次元を高めると構成が複雑化し大規模化するようになる。ところが、この時、該フィルタの規模に見合った効果が得られないため、本実施例では、上述のように４ｋHz以下のフィルタ特性をフラットなものとしている。また、本実施例のノイズフィルタ１３では、通常、オーディオ音声において使用頻度の高い中、低域では、上述したように当該オーディオ音声の中、低域でのマスキング効果が効くので、図１３〜図１６の曲線ＭＲを図４の等ラウドネス曲線ＲＣ程下げないようにしている（曲線ＭＲを等ラウドネス曲線ＲＣよりも穏やかな曲線としている）。すなわち、このようにするため、上述したようにマスキング効果を考慮したフィルタ係数を設定するようにしているのである。
【００５２】図１７に、本実施例装置を例えばいわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）におけるエンコーダ、デコーダのシステムに使用したシステム構成の具体例を示す。この図１７において、入力端子３１にはアナログオーディオ信号が供給される。このアナログオーディオ信号はＡ／Ｄ変換器３２で２０ビットディジタル信号に変換された後、本実施例の量子化誤差低減装置が内蔵された２０ビット対応エンコーダ３３に送られる。このエンコーダ３３で量子化誤差低減処理がなされると共に１６ビットのデータにエンコードされたデータは、上記ＣＤに記録される。このＣＤに記録されたデータは、既存のＣＤ再生機の再生回路３４及びＤ／Ａ変換器３５でオーディオ信号に変換されて出力端子３６から出力されて再生される。すなわち、上記ＣＤに記録されたデータは、本実施例の量子化誤差低減装置によって量子化誤差が低減されているものであるため、このＣＤを再生して得られる音は、聴感上のダイナミックレンジの高いものとなる。
【００５３】また、図１８に上記ＣＤと異なり例えば１０ビットでデータを記録するメディアを介したシステム構成の具体例を示す。この場合、入力端子に入力供給されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器４２で例えば１６ビットのディジタルデータとされた信号が本実施例の量子化誤差低減装置が内蔵された１０ビット対応エンコーダ４３に送られる。このエンコーダ４３で量子化誤差低減処理がなされると共に１０ビットのデータにエンコードされたデータは、上記メディアに記録される。このメディアに記録されたデータは、既存の再生機の再生回路４４及びＤ／Ａ変換器４５でアナログ信号に変換されて出力端子４６から出力される。この場合も同様に、得られる再生信号の聴感上のダイナミックレンジが高くなる。
【００５４】図１９には、オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換のシステムで本実施例装置を使用する具体例を示す。この場合、入力端子５１に入力供給されたアナログ信号は、オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換器５２で例えば２０ビットのディジタルデータとされ、伝送路を介して本実施例の量子化誤差低減装置５３に送られる。該量子化誤差低減装置５３で量子化誤差低減処理がなされ、Ｄ／Ａ変換器５４を介してアナログ信号に変換されて出力端子５５から出力される。これにより、オーバーサンプリングが行え、Ｄ／Ａ変換の分解能を落とすことができ、その分直線性を上げる方向で上記Ｄ／Ａ変換器５４を作成し易くなる。
【００５５】なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲により定義され保証された要旨を逸脱しない範囲で種々の付加や変更が可能であることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明に係るノイズ低減装置によれば、量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルに応じて発生されたディザ信号を上記入力信号に加算することにより、量子化ノイズが聴感上問題となるような入力信号のときに、ノイズが聞こえ難くなり、量子化ノイズが聴感上で問題とならなくなる。
【００５７】また、ノイズフィルタのフィルタ係数を等ラウドネス曲線やマスキング効果を考慮して設定することにより、例えば等ラウドネス曲線の情報と入力オーディオ信号の周波数分析情報との合成比が入力オーディオ信号のレベルに応じて可変されて得られた情報に基づいて設定すること等により、聴感上のノイズを低減して聴感上のダイナミックレンジを改善することができる。
【００５８】さらに、本発明に係るノイズ低減装置を、例えば既存の統一規格のディジタルオーディオ機器に適用することにより、該統一規格から実際に得られるダイナミックレンジよりも聴感上で拡大されたダイナミックレンジの再生音を得ることができるようになる。すなわち、統一規格に何ら変更を加えることなく、該統一規格を維持したままで、従来と同じ再生装置を用いて、再生オーディオ信号の聴感上のダイナミックレンジを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としてのオーディオ信号の量子化誤差低減装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】等ラウドネス曲線を示す特性図である。
【図３】フィルタ特性を示す特性図である。
【図４】ディザを入れない状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図５】ホワイトディザを入れた状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図６】高周波数ディザを入れた状態の１ビット振幅の正弦波のパワースペクトルを示す特性図である。
【図７】本発明の第２の実施例の回路構成を示すブロック図である。
【図８】実施例装置に実際のオーディオ信号を通過させたときのノイズ周波数特性を示す特性図である。
【図９】本発明の第３の実施例の回路構成を示すブロック図である。
【図１０】マスキング効果を説明するための周波数特性図である。
【図１１】バークスペクトルを示す特性図である。
【図１２】マスキング閾値（スレッショールド）を示す周波数特性図である。
【図１３】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１４】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１５】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１６】ノイズフィルタのフィルタ特性の例を示す周波数特性図である。
【図１７】コンパクトディスクのエンコーダ、デコーダシステムに本実施例装置を適用した具体例を示すブロック図である。
【図１８】本実施例装置を１０ビットシステムに適用した具体例を示すブロック図である。
【図１９】オーバーサンプリングを行うＤ／Ａ変換器システムに本実施例装置を適用した具体例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、１２・・・・・加算器
１１・・・・・量子化器
１３・・・・・ノイズフィルタ
１４・・・・・フィルタ係数計算回路
１５・・・・・等ラウドネス曲線発生回路
１６・・・・・低周波数帯域補正用信号発生回路
１７・・・・・臨界帯域幅スペクトル分析回路
１８・・・・・許容ノイズスペクトル計算回路
１９、２０・・・・・レベル検出器
２１・・・・・ディザ発生回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】 量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルを検出するレベル検出手段と、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生し、上記レベル検出手段からの出力に応じて、上記ディザのタイプ又はディザのレベルが制御されるディザ発生手段と、上記ディザ発生手段からの出力を上記入力信号に加算する加算手段とを有して成ることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】 上記レベル検出手段は、上記入力信号が聴感上気になるレベルのときに上記ディザ発生手段に出力信号を供給することを特徴とする請求項１記載のノイズ低減装置。
【請求項３】 上記ノイズフィルタは、周波数軸上及び／又は時間軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を有することを特徴とする請求項１記載のノイズ低減装置。
【請求項４】 入力オーディオ信号を量子化する量子化手段と、上記量子化手段の出力信号から該量子化手段への入力信号を減算する減算手段と、上記減算手段からの出力が供給されるフィルタ手段と、上記フィルタ手段からの出力と上記入力信号とを合成する合成手段と、ランダムな又は疑似ランダムなディザ信号であって、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生するディザ発生手段と、上記ディザ発生手段の上記ディザのタイプ、周波数特性及びレベルを制御するディザ制御手段と、フィルタ係数計算手段及び等ラウドネス特性に関連するデータを発生し該データが上記フィルタ係数計算手段に供給されるデータ発生手段を含み、上記フィルタ手段の特性を制御するフィルタ制御手段とを有して成ることを特徴とするオーディオ信号のノイズ低減装置。
【請求項５】 上記ディザ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号の信号レベルに基づく上記ディザ信号の周波数特性及びレベルを制御する手段を含むことを特徴とする請求項４記載のノイズ低減装置。
【請求項６】 上記フィルタ制御手段は、さらに、上記フィルタ特性の低周波数帯域成分を補正するための制御データを発生する手段を含むことを特徴とする請求項５記載のノイズ低減装置。
【請求項７】 上記フィルタ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号のマスキング効果に従って上記フィルタ特性を制御する手段を含むことを特徴とする請求項５記載のノイズ低減装置。
【請求項８】 上記フィルタ制御手段は、周波数軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【請求項９】 上記フィルタ制御手段は、時間軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【請求項１０】 上記フィルタ制御手段は、上記入力信号の信号レベルが小さいときには等ラウドネス曲線を考慮に入れ、同信号レベルが大きくなるに従ってマスキング効果を考慮に入れた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号の信号レベルに応じて与えられるようなノイズシェーピングを実現するためのフィルタ特性を得る制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【請求項１】 量子化器で発生した量子化誤差をノイズフィルタを介して上記量子化器の入力側に帰還するようにしたオーディオ信号のノイズ低減装置において、入力信号のレベルを検出するレベル検出手段と、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生し、上記レベル検出手段からの出力に応じて、上記ディザのタイプ又はディザのレベルが制御されるディザ発生手段と、上記ディザ発生手段からの出力を上記入力信号に加算する加算手段とを有して成ることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】 上記レベル検出手段は、上記入力信号が聴感上気になるレベルのときに上記ディザ発生手段に出力信号を供給することを特徴とする請求項１記載のノイズ低減装置。
【請求項３】 上記ノイズフィルタは、周波数軸上及び／又は時間軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を有することを特徴とする請求項１記載のノイズ低減装置。
【請求項４】 入力オーディオ信号を量子化する量子化手段と、上記量子化手段の出力信号から該量子化手段への入力信号を減算する減算手段と、上記減算手段からの出力が供給されるフィルタ手段と、上記フィルタ手段からの出力と上記入力信号とを合成する合成手段と、ランダムな又は疑似ランダムなディザ信号であって、ホワイトディザ、高周波数ディザ、及びオールゼロディザを発生するディザ発生手段と、上記ディザ発生手段の上記ディザのタイプ、周波数特性及びレベルを制御するディザ制御手段と、フィルタ係数計算手段及び等ラウドネス特性に関連するデータを発生し該データが上記フィルタ係数計算手段に供給されるデータ発生手段を含み、上記フィルタ手段の特性を制御するフィルタ制御手段とを有して成ることを特徴とするオーディオ信号のノイズ低減装置。
【請求項５】 上記ディザ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号の信号レベルに基づく上記ディザ信号の周波数特性及びレベルを制御する手段を含むことを特徴とする請求項４記載のノイズ低減装置。
【請求項６】 上記フィルタ制御手段は、さらに、上記フィルタ特性の低周波数帯域成分を補正するための制御データを発生する手段を含むことを特徴とする請求項５記載のノイズ低減装置。
【請求項７】 上記フィルタ制御手段は、さらに、上記入力オーディオ信号のマスキング効果に従って上記フィルタ特性を制御する手段を含むことを特徴とする請求項５記載のノイズ低減装置。
【請求項８】 上記フィルタ制御手段は、周波数軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【請求項９】 上記フィルタ制御手段は、時間軸上のマスキング効果を考慮して得られた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号のスペクトルに従って与えられるようなノイズシェーピングを実現するフィルタ特性を得るための制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【請求項１０】 上記フィルタ制御手段は、上記入力信号の信号レベルが小さいときには等ラウドネス曲線を考慮に入れ、同信号レベルが大きくなるに従ってマスキング効果を考慮に入れた許容ノイズスペクトルが、上記入力オーディオ信号の信号レベルに応じて与えられるようなノイズシェーピングを実現するためのフィルタ特性を得る制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装置。
【図２】
【図３】
【図１７】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図７】
【図１６】
【図９】
【図１８】
【図１９】
【図３】
【図１７】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図７】
【図１６】
【図９】
【図１８】
【図１９】
【特許番号】特許第３１６６４０７号（Ｐ３１６６４０７）
【登録日】平成１３年３月９日（２００１．３．９）
【発行日】平成１３年５月１４日（２００１．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１２４６９８
【出願日】平成５年４月３０日（１９９３．４．３０）
【公開番号】特開平６−４６４８９
【公開日】平成６年２月１８日（１９９４．２．１８）
【審査請求日】平成１２年１月１７日（２０００．１．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【参考文献】
【文献】特開 平３−７４２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７２９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−９０６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−３１４９０９（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１３年３月９日（２００１．３．９）
【発行日】平成１３年５月１４日（２００１．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成５年４月３０日（１９９３．４．３０）
【公開番号】特開平６−４６４８９
【公開日】平成６年２月１８日（１９９４．２．１８）
【審査請求日】平成１２年１月１７日（２０００．１．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【参考文献】
【文献】特開 平３−７４２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−７２９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−９０６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−３１４９０９（ＪＰ，Ａ）
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