信号処理装置及び信号処理方法
【課題】 出力制限によっても自然な音による効果が得られる信号処理装置を提供する。
【解決手段】 パスメモリ制御部６は、複数ｍの出力候補からエラー演算部５による評価に基づいて複数ｎの出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。パスメモリ１０は、パスメモリ制御部６によって選択された複数ｎの出力候補と上記別枠の出力候補を記憶する。決定部１１は、レベル検出部１５により検出されたレベルに基づいてパスメモリ１０に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【解決手段】 パスメモリ制御部６は、複数ｍの出力候補からエラー演算部５による評価に基づいて複数ｎの出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。パスメモリ１０は、パスメモリ制御部６によって選択された複数ｎの出力候補と上記別枠の出力候補を記憶する。決定部１１は、レベル検出部１５により検出されたレベルに基づいてパスメモリ１０に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数ビットのデジタル入力信号又は１ビットデジタル入力信号にデルタシグマ（ΔΣ）変調処理を施して１ビットデジタル信号を生成する信号処理装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプリング周波数ｆｓを約４４．１ｋＨｚとし、ＰＣＭ方式により１サンプルを各チャンネル１６ビットのデジタルオーティオとして記録しているコンパクトディスク（ＣＤ）に対して、ＤＳＤ（Direct Stream Digital）方式により生成された、サンプリング周波数が非常に高い周波数（例えば通常のＣＤのサンプリング周波数ｆｓの６４倍の周波数）で１ビット方式のオーディオストリームデータを記録しているスーパーオーディオコンパクトディスク（Super Audio ＣＤ：ＳＡ−ＣＤ）が知られるようになった。
【０００３】
入力信号に対して６４ｆｓのオーバーサンプリング・ΔΣ変調を施すと１ビットオーディオデジタル信号が得られる。ＣＤ方式のシステムでは、その直後に１ビットの信号からマルチビットのＰＣＭ符号へのデシメーションが行われるが、ＤＳＤ方式を採用した前記ＳＡ−ＣＤでは１ビットオーディオ信号を直接記録している。
【０００４】
ＳＡ−ＣＤに記録される１ビットオーディオ信号の周波数帯域はおよそ１００ｋＨｚであり、ＣＤで採用されているＰＣＭ方式における信号の周波数帯域と比べて非常に広い。
【０００５】
１ビットデジタルオーディオ信号を記録した音楽ディスクのフォーマットであるＳＡ−ＣＤの規格では、特開２００３−１６７６７に記載のようにピークレベルが＋３．１０ｄＢ ＳＡＣＤを超えてはいけないという規定がある。これは連続する２８サンプル中に１が４以上２４以下含まれていなければならないという規定である。音楽信号を編集する際にこの規定を破らないように自動的に信号レベルを制限するリミッタと呼ばれる機能が求められる。
【０００６】
図１３には、従来から用いられている一般的なΔΣ変調器３０の構成を示す。入力端子３１からのアナログ入力信号、又はマルチビット入力信号と１ビットの出力信号との差分を加算器３２によって求め、積分器として動作するデジタルフィルタ（Ｈ（Ｚ））３３にて積分値を求め、その積分出力を１ビット量子化器に相当するコンパレータ３４にて量子化して、１ビット出力を出力端子３５から出す。コンパレータ３４の出力は、加算器３２に戻され、入力信号から減算されて誤差とされる。
【０００７】
また、上記従来型のΔΣ変調器を改良したノイズシェイピング変調器として、特開２００３−１２４８１２には、トレリス型ノイズシェイピング変調器が開示されている。トレリス型ノイズシェイピング変調器は、ルックアヘッド（前方参照）型変調器に分類されるものである。上記従来型のΔΣ変調器の量子化器と異なり、ある時点の量子化器の入力に対して０か１の出力を決めるのではなく、一定の時間分のとりうる可能性のある出力候補を挙げてこの中からある決まったエラー関数が小さくなる最適な経路の候補を選び出して出力としている。
【０００８】
図１４には、ルックアヘッド型ΔΣ変調器４０の構成を示す。通常のΔΣ変調器３０のようにデジタルフィルタＨ（ｚ）３３の出力をコンパレータ３４で２値化するのではなく、０，１それぞれの値を出力とした場合のデジタルフィルタ４３の出力と差の自乗などをエラー演算部４４で算出し、積算するなどの評価関数を用い、パスメモリ制御選択部４５にてそれに対応する出力ビット列の優劣を判定し、最適な値をある時点での出力とし、出力端子４６から導出する。このためそれぞれのビット列そのものあるいはビット列のテーブルへの参照値などを記録したパスメモリ５０、そのビット列に対応した評価関数の値を記録したメモリ（エラー値メモリ）４９およびデジタルフィルタの状態を記録したメモリ（フィルタ状態メモリ）４８を持っている。
【０００９】
図１５は、ルックアヘッド型ΔΣ変調器４０によりサンプリング周期毎にすべての出力候補のエラー値を計算しその中から４つだけを尤もらしい出力信号経路として選び出す処理を説明するための図である。まず、サンプル時間t=1において0と1の2つの出力候補に関してエラー演算部４４は評価関数を計算する。この時点では候補は2つだけであるから、そのまま2つとも候補として残しておく。次のサンプル時間t=2においては2つの候補それぞれについて次の出力が0となる場合と1となる場合の2つの場合の評価関数を計算する。左から古い出力を表すものとして(00),(01),(10),(11)の4つの候補が残る。サンプル時間t=3においては4つの候補から0,1の2つの候補が発生するので8つの候補が発生し、それぞれに関して評価関数を計算しその上位4つを残すことにする。この例では(001),(010),(011),(110)が生き残った候補である。サンプル時間t=4においても同様の手順を繰り返し、(0011),(0101),(0110),(1100)が生き残ったとする。ここで一番古いサンプルを見ると(1100)以外はみな0になっている。このような手順を十分長い時間繰り返せば一番古いサンプルは1つに収束すると考えられる。このため、図１４におけるパスメモリ５０のように、ある決まった長さのメモリを用意し、(0011)ようなビット列を記憶しておく。そしてパスメモリ５０の最も古いサンプルを調べることによって最終的な出力を選択する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１６７６７
【特許文献２】特開２００３−１２４８１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来、ΔΣ変調器の出力レベルを制限するために、上記図１３に示したΔΣ変調器の前でリミッターを掛けても上記特許文献１に記載した規定を満たすようにするためには基準レベルより十分低いレベルで制限しないとΔΣ変調器を用いて１ビット信号に再量子化する際に規定を満たさない信号を出力してしまう可能性がある。また、単純に連続する２８サンプル中に２５個の１が含まれているのを検出して２５個目の１を０に置き換えたのでは滑らかに出力を変化させることができず、場合によっては大きな雑音を発生してしまうことになる。このため、より確実に出力レベルを制限する機能が求められていた。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、少ない回路規模、ソフトウェアのステップ数で出力レベルを制限することのできる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【００１３】
また、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行うことのできる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【００１４】
また、出力を制限するために急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく、出力制限によっても自然な音による効果が得られる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る信号処理装置は、上記課題を解決するために、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段と、上記出力候補制御手段によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶する出力候補記憶手段と、上記出力候補記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出手段と、上記レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定手段とを備える。
【００１６】
出力候補制御手段は、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。決定手段は、レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【００１７】
本発明に係る信号処理方法は、上記課題を解決するために、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御工程と、上記出力候補制御工程によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶手段に記憶する出力候補記憶工程と、上記出力候補記憶工程により記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出工程と、上記レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定工程とを備える。
【００１８】
出力候補制御工程は、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。決定工程は、レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の信号処理装置によれば、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、出力候補制御手段が一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておき、決定手段がレベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とするので、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行える。また、急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく自然な効果が得られる。また、出力レベル制限にかからない信号に対しては、従来の技術に比較して音質が劣化するようなことがない。特に、制限レベル付近の信号に対してはほとんど特性の悪化を生じないという効果がある。
【００２０】
本発明に係る信号処理方法によれば、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、出力候補制御工程が一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておき、決定工程がレベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とするので、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行える。また、急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく自然な効果が得られる。また、出力レベル制限にかからない信号に対しては、従来の技術に比較して音質が劣化するようなことがない。特に、制限レベル付近の信号に対してはほとんど特性の悪化を生じないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。この実施の形態は、図１に示すような音声信号処理装置１である。この音声信号処理装置１は、入力信号である、例えばマルチビット信号と、後述するパスメモリ１０から出力される出力ビット列との差分を求める加算器３と、加算器３の出力から複数ｍ（２以上の自然数）の出力候補を生成する出力候補生成手段であるデジタルフィルタ（Ｈ（Ｚ））４と、デジタルフィルタ４が生成した複数ｍの出力候補をエラー演算により評価する評価手段であるエラー演算部５と、デジタルフィルタ４が生成した複数ｍの出力候補からエラー演算部５による評価に基づいて複数ｎの（ｍ＞ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段であるパスメモリ制御部６と、パスメモリ制御部６によって選択された複数ｎの出力候補と上記別枠の出力候補を記憶する出力記憶手段であるパスメモリ１０と、パスメモリ１０に記憶された複数ｎの出力候補の閾値に対するオーバーレベルを検出するレベル検出部１５とを備えている。なお、入力信号としては、マルチビット信号の他アナログ信号であってもよい。
【００２２】
また、音声信号処理装置１は、デジタルフィルタ４のフィルタ状態を記憶するフィルタ状態メモリ８と、エラー演算部５で評価のために演算されたエラー値を記憶しているエラー値メモリ９とを備えている。フィルタ状態メモリ８とエラー値メモリ９とパスメモリ１０は、例えばランダムアクセスメモリＲＡＭ７からなる。
【００２３】
また、音声信号処理装置１は、端子１３から入力される閾値を記憶する閾値メモリ１４と、レベル検出部１５により検出されたレベルに基づいてパスメモリ１０に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定部１１とを備えている。
【００２４】
また、音声信号処理装置１は、リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列を通常の出力候補とは別枠のリミットされた出力信号枠としてパスメモリ１０に、パスメモリ制御部６の制御に基づいて有効期限付きで保持しておくための構成として、別枠パスフラグフラグ有効期限タイマー１６をパスメモリ制御部６に接続して備えている。
【００２５】
このような構成を採ることにより、音声信号処理装置１は、別枠パスフラグフラグ有効期限タイマー１６で有効期限が管理された上記別枠の出力候補をパスメモリ制御部６によって制御することができる。そして、決定部１１が上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。このように音声信号処理装置１１は、リミットされたビット列の中から最適なビット列を選択できるようにしているので、従来の方法に比べて出力信号特性を改善することができる。
【００２６】
エラー演算部５は、入力となる上記複数ｍの出力候補のマルチビットデータのサンプルと出力ビットとの誤差をサンプル時間毎に算出して上記出力候補を評価する。具体的には、“０”，“１”それぞれの値を出力とした場合のデジタルフィルタ出力と差の二乗などを積算するなどの評価関数によりエラーを算出している。この評価関数による誤差をサンプル時間毎に算出する。この誤差値は、正規化され、エラー値メモリ９に記憶される。
【００２７】
レベル検出部１５は、パスメモリ制御部６から検出すべきパスメモリ１０への参照信号を受け、その参照信号に対応するパスメモリ上のビット列のうち最新のビットから必要なビット数を数える。この値とあらかじめ閾値メモリ１４に設定されたレベルに対応する値（閾値）とを比較することによりオーバーレベルの検出をする。この閾値により音声信号処理装置１の出力レベルを制限（リミット）することになる。オーバーレベル検出の詳細については後述する。
【００２８】
レベル検出部１５によって検出されたオーバーレベル検出信号はパスメモリ制御部６に送られ対応するパスメモリ１０中のオーバーレベルした経路は出力候補から除外される。これにより出力レベルが設定値以下に制限される。またこのオーバーレベル検出信号を、後述するオーバーレベル表示部に送ることによりLEDなどを点灯させることにより表示することもできる。
【００２９】
レベル検出部１５は、本願出願人による特開２００２−１６７６７号公報（上記特許文献１）に開示されている信号レベル検出方法によって以下のようにレベルを検出し、オーバーレベルの検出をしている。
【００３０】
具体的には、連続する１ビットの信号列に含まれる“０”または“１”の占有率からレベルを検出している。例えば、ＳＡ−ＣＤの規格では、２８サンプル中に１が４個以上２４個以下という条件により、レベルを＋３．１０ｄＢ ＳＡＣＤに制限している。レベル検出部１５は、パスメモリ制御部６からレベルを検出すべき出力候補の参照信号を受け、その参照信号に対応するパスメモリ１０上の出力候補（ビット列）のうち、図２に示すように、最新のビットから必要なビット数までのビット列「０１０・・・０」のうち“１”（または“０”）の数を数える。例えば、上記特許文献１に従い２８ビット分のサンプル中の“１”（または“０”）の数を数える。レベル検出部１５は、この値に基づいたレベルとあらかじめ閾値メモリ１４に設定されたレベルに対応する閾値とを比較することによりオーバーレベルの検出をする。
【００３１】
図３には、レベル検出部１５の具体例を示す。新たに入力されるサンプルSAM_NEWが“１”の場合は＋１を、“０”が入力される場合は−１をレベルメモリ１５ａに記憶されているこれまでの加算値に加算器１５ｂにより加え、新たに１又は−１を加えることにより、計算する範囲から除外されるサンプルSAM_DELが“１”ならば−１を、“０”ならば＋１をこれまでの加算値に加算器１５ｂにて加えることにより“１”の個数を算出するのと同等の計算をレベル判定器１５ｃは行っている。“０”と“１”の数が同数であれば０となる。
【００３２】
図４は、連続する２８サンプル中に含まれる“１”の数（ｍ）と、上記加算値ｃと、レベルの対応関係を示す図である。連続する２８サンプルが全て“１”であるとき、加算値は２８になり、そのときのレベルは6.02dBである。連続する２８サンプル中、“１”が２４であると、加算値は２０となり、レベルは3.10dBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が２１であると、加算値は１４となり、レベルは0.00となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が２０であると、加算値は１２となり、レベルは−1.34ｄBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が１４であると、加算値は０となり、レベルは−∞となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が８であると、加算値は−１２となり、レベルは−1.34ｄBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が７であると、加算値は−１４となり、レベルは0.00となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が４であると、加算値は−２０となり、レベルは3.10ｄBとなる。特に、“１”の数ｍが２０以下８以上であれば、加算器ｃは１２〜−１２であり、レベルは−1.34dBを超えない。
【００３３】
次に、音声信号処理装置１における、出力レベルの制限（リミット）の機能について図５を参照して説明する。ここでは、出力レベルが-1.34ｄBを越えないように制限するものとする。閾値として−1.34dBを入力し、閾値メモリ１４に記憶しておく。レベル検出部１５は、閾値メモリ１４に記憶されている−1.34dBを閾値とし、パスメモリ１０の出力候補のレベルが上記閾値をオーバーしているか否かを検出する。以下では、上記閾値を制限レベルと適宜言い換えている。
【００３４】
図５において矢印の上下に書いた数字は図４の表のcの値、つまり上記加算値cを示している。この値が-12以上12以下ならば制限レベルを満たしている。図５の一番左側のサンプル時間t=nにおける候補4つを実線で囲って示した(0010),(0101),(0110),(1100)が生き残りの候補である。ここでは直近の4サンプルの値だけを囲みの中に書くことにする。サンプル時間t=n+1においてはこれらの4つの候補から(0100),(1010),(1011),(1101)の4つが生き残ったとする。次にサンプル時間t=n+2において(1010)は評価関数値(エラー値)は上位4つに入っていたが出力レベルが制限値を越えたため除外され、囲みをハッチングにて表している。一方(1000)は制限値を超えたのではなくエラー値の判定により除外されているものをあらわしている。こうして出力レベルの制限を満たす(1001),(0100),(0110),(1011)が生き残りとなっている。以下同様の手順を繰り返し、t=n+3では(0110),t=n+4で(0110)がエラー値は上位4つに入っていたが制限レベルを越えたため除外されている。しかし、場合によっては、上記評価関数に基づいたエラー演算により上位に残りながらも出力候補が全て出力制限にかかり本来の出力候補が無くなってしまうこともあり得る。そこで、評価関数の上位ではないため、本来ならば出力候補としては残らないであろうが、出力制限だけは満たす経路を出力候補として別枠で有効期限付きにして残しておき、上記本来の出力候補が無くなった場合に、別枠の出力候補から出力候補を決定するようにした。
【００３５】
そこで、音声信号処理装置１は、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６にて有効期限が管理された上記別枠の出力候補をパスメモリ制御部６によって管理しながらパスメモリ１０に記憶している。リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列を通常の出力候補とは別枠のリミットされた出力信号枠としてパスメモリ１０に有効期限を管理しながら保持している。リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列は、最新のビットを反転しない状態のときにリミッタの制限を越えたのであり、最新のビットを反転することによりリミッタの制限を越えなくなる。
【００３６】
次に、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６を有し、パスメモリ制御部６によって有効期限を管理しながらパスメモリ１０に上記別枠の出力候補を保持している音声信号処理装置１の動作について図６を参照して説明する。図６においてサンプル時間t=n+2までは図５の場合とまったく同じである。サンプル時間t=n+3においてサンプル時間t=n+2における(1011)から派生する(0110)は制限値を超えるため除外される、一方、同じサンプル時間t=n+2における(1011)から派生する(0111)はエラー値が上位4つに入らないため図５に示した方法では除外されていたが、制限値を超えるため除外された(0110)の最新サンプルを反転したものであるから、出力制限値を満たしているのは明らかで、リミッタを掛けた出力信号の候補として通常の候補とは別にパスメモリ１０に残しておく。このような候補を図６では枠内をハッチングして表している。このように評価関数の上位ではなく本来は候補として残らなかったが出力制限を満たす経路を候補としてパスメモリ１０に残す。このため、他の経路もすべて出力制限にかかり除外されるようになるとリミッタが掛かった出力候補が評価関数の上位として残るようになるため、リミッタが掛かった経路の中からより良い経路をパスメモリ制御部６及び決定部１１により選択し決定することができ、結果として従来の方法によるものに比べ信号の特性が改善される。この通常の候補とは別枠として残したパスにはメモリにフラグをつけておき、通常のパスとは区別できるようにしておく。この別枠を表すフラグには有効期限を設定しておき、この有効期限はタイマーの値であらわす。別枠の生き残りパスになった場合、このタイマーの値をセット（たとえば28サンプル）し、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６を参照しながら通常枠内の順位になった場合はこの値を減算する。有効期限を表すタイマーの値が0になったらそれ以後は通常の候補として扱うこととする。
【００３７】
図７に振幅が±0.42の1kHz正弦波をリミッタなしの場合のΔΣモジュレータに入力したときの出力の周波数特性を示す。この場合出力レベルは-1.34dBを超える場合がある。図８は従来型のΔΣモジュレータにリミッタ機能を付加し、出力制限レベルを-1.34dBとして図７と同じ信号を入力した場合の周波数特性である。
【００３８】
図９は本発明の方法によるものに図７と同じ信号を入力した場合の周波数特性である。この場合図７の周波数特性とほとんど差が見られない
次に制限レベルを-1.34dBとし、入力信号の振幅を±0.5にした場合の出力波形を図１０に示す。図１０における出力波形によれば、出力信号列65536個の中に-1.34dB（0.4285）を超えてしまうようなサンプルが無いことが確認できる。
【００３９】
なお、音声信号処理装置１は、図１１に示すように、レベル検出部１５からのオーバーレベル検出信号をオーバーレベル表示器１６に送ることによりＬＥＤなどを点灯させるようにしてもよい。
【００４０】
また、音声信号処理装置１にあっては、入力信号が小さい場合は、レベル検出部１５からなる制限部がない場合とまったく同じ動作になるため、音質の劣化が起こらない。
【００４１】
また、音声信号処理装置１は、図１２に示すミキシング装置２０に適用される。例えば、上記図１３に示したような従来のΔΣ変調器によって出力された１ビットオーディオ信号に乗算器２２にてレベルコントローラ２３からのレベル制御係数が乗算される。乗算器２２の出力であるレベル制御出力はマルチビットデータとなる。このマルチビットを再度、ΔΣ変調するときに、音声信号処理装置１が適用され、出力端子２４から上述したように決定部１１にて決定されたビット列が出力される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】音声信号処理装置のブロック図である。
【図２】レベル検出器によるレベル検出の概要を説明するための図である。
【図３】レベル検出器によるレベル検出の詳細を説明するための図である。。
【図４】連続する２８サンプル中に含まれる１の数（ｍ）とレベルの対応を示す図である。
【図５】音声信号処理装置における、出力レベルの制限（リミット）の機能について説明するための図である。
【図６】パスメモリに別枠の出力候補を保持している音声信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図７】リミッタなしの場合の周波数特性図である。
【図８】従来のΔΣ変調装置にリミッタ機能を設けた場合の周波数特性図である。
【図９】本実施の形態の周波数特性図である。
【図１０】制限レベルを-1.34dBとし、入力信号の振幅を±0.5にした場合の出力波形図である。
【図１１】オーバーレベル表示器を備えた音声信号処理装置のブロック図である。
【図１２】音声信号処理装置を適用したミキシング装置のブロック図である。
【図１３】一般的なΔΣ変調器のブロック図である。
【図１４】ルックアヘッド型ΔΣ変調器のブロック図である。
【図１５】ルックアヘッド型ΔΣ変調器の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 音声信号処理装置、３ 加算器、４ デジタルフィルタ、５ エラー演算器、６ パスメモリ制御部、８ フィルタ状態メモリ、９ エラー値メモリ、１０ パスメモリ、１１ 決定部、１５ レベル検出部、１６ 別枠パスフラグ有効期限タイマー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数ビットのデジタル入力信号又は１ビットデジタル入力信号にデルタシグマ（ΔΣ）変調処理を施して１ビットデジタル信号を生成する信号処理装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプリング周波数ｆｓを約４４．１ｋＨｚとし、ＰＣＭ方式により１サンプルを各チャンネル１６ビットのデジタルオーティオとして記録しているコンパクトディスク（ＣＤ）に対して、ＤＳＤ（Direct Stream Digital）方式により生成された、サンプリング周波数が非常に高い周波数（例えば通常のＣＤのサンプリング周波数ｆｓの６４倍の周波数）で１ビット方式のオーディオストリームデータを記録しているスーパーオーディオコンパクトディスク（Super Audio ＣＤ：ＳＡ−ＣＤ）が知られるようになった。
【０００３】
入力信号に対して６４ｆｓのオーバーサンプリング・ΔΣ変調を施すと１ビットオーディオデジタル信号が得られる。ＣＤ方式のシステムでは、その直後に１ビットの信号からマルチビットのＰＣＭ符号へのデシメーションが行われるが、ＤＳＤ方式を採用した前記ＳＡ−ＣＤでは１ビットオーディオ信号を直接記録している。
【０００４】
ＳＡ−ＣＤに記録される１ビットオーディオ信号の周波数帯域はおよそ１００ｋＨｚであり、ＣＤで採用されているＰＣＭ方式における信号の周波数帯域と比べて非常に広い。
【０００５】
１ビットデジタルオーディオ信号を記録した音楽ディスクのフォーマットであるＳＡ−ＣＤの規格では、特開２００３−１６７６７に記載のようにピークレベルが＋３．１０ｄＢ ＳＡＣＤを超えてはいけないという規定がある。これは連続する２８サンプル中に１が４以上２４以下含まれていなければならないという規定である。音楽信号を編集する際にこの規定を破らないように自動的に信号レベルを制限するリミッタと呼ばれる機能が求められる。
【０００６】
図１３には、従来から用いられている一般的なΔΣ変調器３０の構成を示す。入力端子３１からのアナログ入力信号、又はマルチビット入力信号と１ビットの出力信号との差分を加算器３２によって求め、積分器として動作するデジタルフィルタ（Ｈ（Ｚ））３３にて積分値を求め、その積分出力を１ビット量子化器に相当するコンパレータ３４にて量子化して、１ビット出力を出力端子３５から出す。コンパレータ３４の出力は、加算器３２に戻され、入力信号から減算されて誤差とされる。
【０００７】
また、上記従来型のΔΣ変調器を改良したノイズシェイピング変調器として、特開２００３−１２４８１２には、トレリス型ノイズシェイピング変調器が開示されている。トレリス型ノイズシェイピング変調器は、ルックアヘッド（前方参照）型変調器に分類されるものである。上記従来型のΔΣ変調器の量子化器と異なり、ある時点の量子化器の入力に対して０か１の出力を決めるのではなく、一定の時間分のとりうる可能性のある出力候補を挙げてこの中からある決まったエラー関数が小さくなる最適な経路の候補を選び出して出力としている。
【０００８】
図１４には、ルックアヘッド型ΔΣ変調器４０の構成を示す。通常のΔΣ変調器３０のようにデジタルフィルタＨ（ｚ）３３の出力をコンパレータ３４で２値化するのではなく、０，１それぞれの値を出力とした場合のデジタルフィルタ４３の出力と差の自乗などをエラー演算部４４で算出し、積算するなどの評価関数を用い、パスメモリ制御選択部４５にてそれに対応する出力ビット列の優劣を判定し、最適な値をある時点での出力とし、出力端子４６から導出する。このためそれぞれのビット列そのものあるいはビット列のテーブルへの参照値などを記録したパスメモリ５０、そのビット列に対応した評価関数の値を記録したメモリ（エラー値メモリ）４９およびデジタルフィルタの状態を記録したメモリ（フィルタ状態メモリ）４８を持っている。
【０００９】
図１５は、ルックアヘッド型ΔΣ変調器４０によりサンプリング周期毎にすべての出力候補のエラー値を計算しその中から４つだけを尤もらしい出力信号経路として選び出す処理を説明するための図である。まず、サンプル時間t=1において0と1の2つの出力候補に関してエラー演算部４４は評価関数を計算する。この時点では候補は2つだけであるから、そのまま2つとも候補として残しておく。次のサンプル時間t=2においては2つの候補それぞれについて次の出力が0となる場合と1となる場合の2つの場合の評価関数を計算する。左から古い出力を表すものとして(00),(01),(10),(11)の4つの候補が残る。サンプル時間t=3においては4つの候補から0,1の2つの候補が発生するので8つの候補が発生し、それぞれに関して評価関数を計算しその上位4つを残すことにする。この例では(001),(010),(011),(110)が生き残った候補である。サンプル時間t=4においても同様の手順を繰り返し、(0011),(0101),(0110),(1100)が生き残ったとする。ここで一番古いサンプルを見ると(1100)以外はみな0になっている。このような手順を十分長い時間繰り返せば一番古いサンプルは1つに収束すると考えられる。このため、図１４におけるパスメモリ５０のように、ある決まった長さのメモリを用意し、(0011)ようなビット列を記憶しておく。そしてパスメモリ５０の最も古いサンプルを調べることによって最終的な出力を選択する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１６７６７
【特許文献２】特開２００３−１２４８１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来、ΔΣ変調器の出力レベルを制限するために、上記図１３に示したΔΣ変調器の前でリミッターを掛けても上記特許文献１に記載した規定を満たすようにするためには基準レベルより十分低いレベルで制限しないとΔΣ変調器を用いて１ビット信号に再量子化する際に規定を満たさない信号を出力してしまう可能性がある。また、単純に連続する２８サンプル中に２５個の１が含まれているのを検出して２５個目の１を０に置き換えたのでは滑らかに出力を変化させることができず、場合によっては大きな雑音を発生してしまうことになる。このため、より確実に出力レベルを制限する機能が求められていた。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、少ない回路規模、ソフトウェアのステップ数で出力レベルを制限することのできる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【００１３】
また、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行うことのできる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【００１４】
また、出力を制限するために急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく、出力制限によっても自然な音による効果が得られる信号処理装置及び信号処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る信号処理装置は、上記課題を解決するために、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段と、上記出力候補制御手段によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶する出力候補記憶手段と、上記出力候補記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出手段と、上記レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定手段とを備える。
【００１６】
出力候補制御手段は、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。決定手段は、レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【００１７】
本発明に係る信号処理方法は、上記課題を解決するために、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御工程と、上記出力候補制御工程によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶手段に記憶する出力候補記憶工程と、上記出力候補記憶工程により記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出工程と、上記レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定工程とを備える。
【００１８】
出力候補制御工程は、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく。決定工程は、レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の信号処理装置によれば、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、出力候補制御手段が一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておき、決定手段がレベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とするので、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行える。また、急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく自然な効果が得られる。また、出力レベル制限にかからない信号に対しては、従来の技術に比較して音質が劣化するようなことがない。特に、制限レベル付近の信号に対してはほとんど特性の悪化を生じないという効果がある。
【００２０】
本発明に係る信号処理方法によれば、入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、出力候補制御工程が一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておき、決定工程がレベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とするので、ΔΣ変調器の出力制限を決められた値に基づき確実に行える。また、急激な制限の仕方でノイズを発生するようなことなく自然な効果が得られる。また、出力レベル制限にかからない信号に対しては、従来の技術に比較して音質が劣化するようなことがない。特に、制限レベル付近の信号に対してはほとんど特性の悪化を生じないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。この実施の形態は、図１に示すような音声信号処理装置１である。この音声信号処理装置１は、入力信号である、例えばマルチビット信号と、後述するパスメモリ１０から出力される出力ビット列との差分を求める加算器３と、加算器３の出力から複数ｍ（２以上の自然数）の出力候補を生成する出力候補生成手段であるデジタルフィルタ（Ｈ（Ｚ））４と、デジタルフィルタ４が生成した複数ｍの出力候補をエラー演算により評価する評価手段であるエラー演算部５と、デジタルフィルタ４が生成した複数ｍの出力候補からエラー演算部５による評価に基づいて複数ｎの（ｍ＞ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段であるパスメモリ制御部６と、パスメモリ制御部６によって選択された複数ｎの出力候補と上記別枠の出力候補を記憶する出力記憶手段であるパスメモリ１０と、パスメモリ１０に記憶された複数ｎの出力候補の閾値に対するオーバーレベルを検出するレベル検出部１５とを備えている。なお、入力信号としては、マルチビット信号の他アナログ信号であってもよい。
【００２２】
また、音声信号処理装置１は、デジタルフィルタ４のフィルタ状態を記憶するフィルタ状態メモリ８と、エラー演算部５で評価のために演算されたエラー値を記憶しているエラー値メモリ９とを備えている。フィルタ状態メモリ８とエラー値メモリ９とパスメモリ１０は、例えばランダムアクセスメモリＲＡＭ７からなる。
【００２３】
また、音声信号処理装置１は、端子１３から入力される閾値を記憶する閾値メモリ１４と、レベル検出部１５により検出されたレベルに基づいてパスメモリ１０に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定部１１とを備えている。
【００２４】
また、音声信号処理装置１は、リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列を通常の出力候補とは別枠のリミットされた出力信号枠としてパスメモリ１０に、パスメモリ制御部６の制御に基づいて有効期限付きで保持しておくための構成として、別枠パスフラグフラグ有効期限タイマー１６をパスメモリ制御部６に接続して備えている。
【００２５】
このような構成を採ることにより、音声信号処理装置１は、別枠パスフラグフラグ有効期限タイマー１６で有効期限が管理された上記別枠の出力候補をパスメモリ制御部６によって制御することができる。そして、決定部１１が上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、パスメモリ制御部６によってパスメモリ１０に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする。このように音声信号処理装置１１は、リミットされたビット列の中から最適なビット列を選択できるようにしているので、従来の方法に比べて出力信号特性を改善することができる。
【００２６】
エラー演算部５は、入力となる上記複数ｍの出力候補のマルチビットデータのサンプルと出力ビットとの誤差をサンプル時間毎に算出して上記出力候補を評価する。具体的には、“０”，“１”それぞれの値を出力とした場合のデジタルフィルタ出力と差の二乗などを積算するなどの評価関数によりエラーを算出している。この評価関数による誤差をサンプル時間毎に算出する。この誤差値は、正規化され、エラー値メモリ９に記憶される。
【００２７】
レベル検出部１５は、パスメモリ制御部６から検出すべきパスメモリ１０への参照信号を受け、その参照信号に対応するパスメモリ上のビット列のうち最新のビットから必要なビット数を数える。この値とあらかじめ閾値メモリ１４に設定されたレベルに対応する値（閾値）とを比較することによりオーバーレベルの検出をする。この閾値により音声信号処理装置１の出力レベルを制限（リミット）することになる。オーバーレベル検出の詳細については後述する。
【００２８】
レベル検出部１５によって検出されたオーバーレベル検出信号はパスメモリ制御部６に送られ対応するパスメモリ１０中のオーバーレベルした経路は出力候補から除外される。これにより出力レベルが設定値以下に制限される。またこのオーバーレベル検出信号を、後述するオーバーレベル表示部に送ることによりLEDなどを点灯させることにより表示することもできる。
【００２９】
レベル検出部１５は、本願出願人による特開２００２−１６７６７号公報（上記特許文献１）に開示されている信号レベル検出方法によって以下のようにレベルを検出し、オーバーレベルの検出をしている。
【００３０】
具体的には、連続する１ビットの信号列に含まれる“０”または“１”の占有率からレベルを検出している。例えば、ＳＡ−ＣＤの規格では、２８サンプル中に１が４個以上２４個以下という条件により、レベルを＋３．１０ｄＢ ＳＡＣＤに制限している。レベル検出部１５は、パスメモリ制御部６からレベルを検出すべき出力候補の参照信号を受け、その参照信号に対応するパスメモリ１０上の出力候補（ビット列）のうち、図２に示すように、最新のビットから必要なビット数までのビット列「０１０・・・０」のうち“１”（または“０”）の数を数える。例えば、上記特許文献１に従い２８ビット分のサンプル中の“１”（または“０”）の数を数える。レベル検出部１５は、この値に基づいたレベルとあらかじめ閾値メモリ１４に設定されたレベルに対応する閾値とを比較することによりオーバーレベルの検出をする。
【００３１】
図３には、レベル検出部１５の具体例を示す。新たに入力されるサンプルSAM_NEWが“１”の場合は＋１を、“０”が入力される場合は−１をレベルメモリ１５ａに記憶されているこれまでの加算値に加算器１５ｂにより加え、新たに１又は−１を加えることにより、計算する範囲から除外されるサンプルSAM_DELが“１”ならば−１を、“０”ならば＋１をこれまでの加算値に加算器１５ｂにて加えることにより“１”の個数を算出するのと同等の計算をレベル判定器１５ｃは行っている。“０”と“１”の数が同数であれば０となる。
【００３２】
図４は、連続する２８サンプル中に含まれる“１”の数（ｍ）と、上記加算値ｃと、レベルの対応関係を示す図である。連続する２８サンプルが全て“１”であるとき、加算値は２８になり、そのときのレベルは6.02dBである。連続する２８サンプル中、“１”が２４であると、加算値は２０となり、レベルは3.10dBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が２１であると、加算値は１４となり、レベルは0.00となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が２０であると、加算値は１２となり、レベルは−1.34ｄBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が１４であると、加算値は０となり、レベルは−∞となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が８であると、加算値は−１２となり、レベルは−1.34ｄBとなる。また、連続する２８サンプル中、“１”が７であると、加算値は−１４となり、レベルは0.00となる。また、連続する２８サンプル中、“１”が４であると、加算値は−２０となり、レベルは3.10ｄBとなる。特に、“１”の数ｍが２０以下８以上であれば、加算器ｃは１２〜−１２であり、レベルは−1.34dBを超えない。
【００３３】
次に、音声信号処理装置１における、出力レベルの制限（リミット）の機能について図５を参照して説明する。ここでは、出力レベルが-1.34ｄBを越えないように制限するものとする。閾値として−1.34dBを入力し、閾値メモリ１４に記憶しておく。レベル検出部１５は、閾値メモリ１４に記憶されている−1.34dBを閾値とし、パスメモリ１０の出力候補のレベルが上記閾値をオーバーしているか否かを検出する。以下では、上記閾値を制限レベルと適宜言い換えている。
【００３４】
図５において矢印の上下に書いた数字は図４の表のcの値、つまり上記加算値cを示している。この値が-12以上12以下ならば制限レベルを満たしている。図５の一番左側のサンプル時間t=nにおける候補4つを実線で囲って示した(0010),(0101),(0110),(1100)が生き残りの候補である。ここでは直近の4サンプルの値だけを囲みの中に書くことにする。サンプル時間t=n+1においてはこれらの4つの候補から(0100),(1010),(1011),(1101)の4つが生き残ったとする。次にサンプル時間t=n+2において(1010)は評価関数値(エラー値)は上位4つに入っていたが出力レベルが制限値を越えたため除外され、囲みをハッチングにて表している。一方(1000)は制限値を超えたのではなくエラー値の判定により除外されているものをあらわしている。こうして出力レベルの制限を満たす(1001),(0100),(0110),(1011)が生き残りとなっている。以下同様の手順を繰り返し、t=n+3では(0110),t=n+4で(0110)がエラー値は上位4つに入っていたが制限レベルを越えたため除外されている。しかし、場合によっては、上記評価関数に基づいたエラー演算により上位に残りながらも出力候補が全て出力制限にかかり本来の出力候補が無くなってしまうこともあり得る。そこで、評価関数の上位ではないため、本来ならば出力候補としては残らないであろうが、出力制限だけは満たす経路を出力候補として別枠で有効期限付きにして残しておき、上記本来の出力候補が無くなった場合に、別枠の出力候補から出力候補を決定するようにした。
【００３５】
そこで、音声信号処理装置１は、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６にて有効期限が管理された上記別枠の出力候補をパスメモリ制御部６によって管理しながらパスメモリ１０に記憶している。リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列を通常の出力候補とは別枠のリミットされた出力信号枠としてパスメモリ１０に有効期限を管理しながら保持している。リミッタの制限を越えた出力候補列の最新のビットを反転したビット列は、最新のビットを反転しない状態のときにリミッタの制限を越えたのであり、最新のビットを反転することによりリミッタの制限を越えなくなる。
【００３６】
次に、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６を有し、パスメモリ制御部６によって有効期限を管理しながらパスメモリ１０に上記別枠の出力候補を保持している音声信号処理装置１の動作について図６を参照して説明する。図６においてサンプル時間t=n+2までは図５の場合とまったく同じである。サンプル時間t=n+3においてサンプル時間t=n+2における(1011)から派生する(0110)は制限値を超えるため除外される、一方、同じサンプル時間t=n+2における(1011)から派生する(0111)はエラー値が上位4つに入らないため図５に示した方法では除外されていたが、制限値を超えるため除外された(0110)の最新サンプルを反転したものであるから、出力制限値を満たしているのは明らかで、リミッタを掛けた出力信号の候補として通常の候補とは別にパスメモリ１０に残しておく。このような候補を図６では枠内をハッチングして表している。このように評価関数の上位ではなく本来は候補として残らなかったが出力制限を満たす経路を候補としてパスメモリ１０に残す。このため、他の経路もすべて出力制限にかかり除外されるようになるとリミッタが掛かった出力候補が評価関数の上位として残るようになるため、リミッタが掛かった経路の中からより良い経路をパスメモリ制御部６及び決定部１１により選択し決定することができ、結果として従来の方法によるものに比べ信号の特性が改善される。この通常の候補とは別枠として残したパスにはメモリにフラグをつけておき、通常のパスとは区別できるようにしておく。この別枠を表すフラグには有効期限を設定しておき、この有効期限はタイマーの値であらわす。別枠の生き残りパスになった場合、このタイマーの値をセット（たとえば28サンプル）し、別枠パスフラグのフラグ有効期限タイマー１６を参照しながら通常枠内の順位になった場合はこの値を減算する。有効期限を表すタイマーの値が0になったらそれ以後は通常の候補として扱うこととする。
【００３７】
図７に振幅が±0.42の1kHz正弦波をリミッタなしの場合のΔΣモジュレータに入力したときの出力の周波数特性を示す。この場合出力レベルは-1.34dBを超える場合がある。図８は従来型のΔΣモジュレータにリミッタ機能を付加し、出力制限レベルを-1.34dBとして図７と同じ信号を入力した場合の周波数特性である。
【００３８】
図９は本発明の方法によるものに図７と同じ信号を入力した場合の周波数特性である。この場合図７の周波数特性とほとんど差が見られない
次に制限レベルを-1.34dBとし、入力信号の振幅を±0.5にした場合の出力波形を図１０に示す。図１０における出力波形によれば、出力信号列65536個の中に-1.34dB（0.4285）を超えてしまうようなサンプルが無いことが確認できる。
【００３９】
なお、音声信号処理装置１は、図１１に示すように、レベル検出部１５からのオーバーレベル検出信号をオーバーレベル表示器１６に送ることによりＬＥＤなどを点灯させるようにしてもよい。
【００４０】
また、音声信号処理装置１にあっては、入力信号が小さい場合は、レベル検出部１５からなる制限部がない場合とまったく同じ動作になるため、音質の劣化が起こらない。
【００４１】
また、音声信号処理装置１は、図１２に示すミキシング装置２０に適用される。例えば、上記図１３に示したような従来のΔΣ変調器によって出力された１ビットオーディオ信号に乗算器２２にてレベルコントローラ２３からのレベル制御係数が乗算される。乗算器２２の出力であるレベル制御出力はマルチビットデータとなる。このマルチビットを再度、ΔΣ変調するときに、音声信号処理装置１が適用され、出力端子２４から上述したように決定部１１にて決定されたビット列が出力される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】音声信号処理装置のブロック図である。
【図２】レベル検出器によるレベル検出の概要を説明するための図である。
【図３】レベル検出器によるレベル検出の詳細を説明するための図である。。
【図４】連続する２８サンプル中に含まれる１の数（ｍ）とレベルの対応を示す図である。
【図５】音声信号処理装置における、出力レベルの制限（リミット）の機能について説明するための図である。
【図６】パスメモリに別枠の出力候補を保持している音声信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図７】リミッタなしの場合の周波数特性図である。
【図８】従来のΔΣ変調装置にリミッタ機能を設けた場合の周波数特性図である。
【図９】本実施の形態の周波数特性図である。
【図１０】制限レベルを-1.34dBとし、入力信号の振幅を±0.5にした場合の出力波形図である。
【図１１】オーバーレベル表示器を備えた音声信号処理装置のブロック図である。
【図１２】音声信号処理装置を適用したミキシング装置のブロック図である。
【図１３】一般的なΔΣ変調器のブロック図である。
【図１４】ルックアヘッド型ΔΣ変調器のブロック図である。
【図１５】ルックアヘッド型ΔΣ変調器の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 音声信号処理装置、３ 加算器、４ デジタルフィルタ、５ エラー演算器、６ パスメモリ制御部、８ フィルタ状態メモリ、９ エラー値メモリ、１０ パスメモリ、１１ 決定部、１５ レベル検出部、１６ 別枠パスフラグ有効期限タイマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段と、
上記出力候補制御手段によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶する出力候補記憶手段と、
上記出力候補記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出手段と、
上記レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の出力候補を複数ｍ生成する出力候補生成手段を備えることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
上記出力候補生成手段にてサンプル時間毎に複数ｍの出力候補を生成するときのマルチビットデータのサンプルと出力ビットとの誤差を演算する誤差演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記誤差演算手段によって演算された誤差を記憶する誤差記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御工程と、
上記出力候補制御工程によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶手段に記憶する出力候補記憶工程と、
上記出力候補記憶工程により記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出工程と、
上記レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定工程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍ（ｍは２以上の自然数）の出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御手段と、
上記出力候補制御手段によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶する出力候補記憶手段と、
上記出力候補記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出手段と、
上記レベル検出手段による検出結果に基づいて上記出力候補記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御手段によって上記出力候補記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の出力候補を複数ｍ生成する出力候補生成手段を備えることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
上記出力候補生成手段にてサンプル時間毎に複数ｍの出力候補を生成するときのマルチビットデータのサンプルと出力ビットとの誤差を演算する誤差演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記誤差演算手段によって演算された誤差を記憶する誤差記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】
入力信号にΔΣ変調処理を施したときに、一定時間分の取りうる可能性のあるビット列の複数ｍの出力候補から所定の演算に基づいて複数ｎ（ｍ≧ｎ）の出力候補を選択すると共に、複数ｎの出力候補には入らなかったが所定の出力制限値を満たすであろう候補を有効期限を設けた別枠の出力候補として残しておく出力候補制御工程と、
上記出力候補制御工程によって選択された複数ｎの出力候補と、上記別枠の出力候補とを記憶手段に記憶する出力候補記憶工程と、
上記出力候補記憶工程により記憶手段に記憶された複数ｎの出力候補のレベルを検出するレベル検出工程と、
上記レベル検出工程による検出結果に基づいて上記記憶手段に記憶されている複数ｎの出力候補から所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定すると共に、上記複数ｎの出力候補から上記所定の出力制限レベルを満たす出力候補を決定できなかったときには、上記出力候補制御工程によって上記記憶手段に有効期限付きで残された上記別枠の出力候補を決定処理の対象とする決定工程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−１４０７８（Ｐ２００６−１４０７８Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９０２４７（Ｐ２００４−１９０２４７）
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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