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JP3681105B2 - Data processing method - Google Patents

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JP3681105B2
JP3681105B2 JP2000047054A JP2000047054A JP3681105B2 JP 3681105 B2 JP3681105 B2 JP 3681105B2 JP 2000047054 A JP2000047054 A JP 2000047054A JP 2000047054 A JP2000047054 A JP 2000047054A JP 3681105 B2 JP3681105 B2 JP 3681105B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオシステム等において、所定のビット数のデータを複数の装置間で入出力するデータ処理方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
一部のオーディオシステムでは、CDプレーヤ等から出力されるデジタルのオーディオデータに対してDSP(Digital Signal Processor)を用いて様々な補正処理を行い、補正後のデータに対してデジタルフィルタによるオーバーサンプリング処理を行っている。このようなオーディオシステムにおいては、DSPを用いて補正処理を行う場合に、例えば所定の帯域の信号レベルを上げる処理を行おうとすると、入力されるデジタルデータのビット数を維持した状態では、大きな信号レベルのオーディオ音に対応するデジタルデータが入力されると、補正処理において得られるデータが、このビット数で表現される最大値を超えてしまって歪みを生じる場合がある。したがって、実際には、補正処理によって生じる信号の増幅分を考慮して、入力されるデジタルデータに対応する信号レベルを下げて、上位ビット側にマージンを確保した後に、所定の補正処理を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようにオーディオシステムにおいて所定の補正処理を行うDSPは、内部処理において入出力データよりもビット数の多いデータを扱っているため、データを出力する際(後段のデジタルフィルタに転送する際)に、内部処理を行うために増加した分のビット数を削減する必要があり、このビット数分の情報が欠落することにより、情報の劣化、すなわち音質の劣化が生じるという問題があった。
【0004】
図7は、上述したDSPにおいて行われる補正処理を説明する図である。また、図8はこの補正処理の前後におけるデータのビット数を説明する図である。例えば、DSPおよびデジタルフィルタのそれぞれに入出力されるデジタルデータのビット数を16とする。また、DSPでは、図7に示すような、一部の周波数帯域を強調する(増幅する)イコライザ処理が行われるものとする。このように、DSPによって一部の周波数帯域の信号レベルを増幅する場合に、16ビットのデジタルデータが入力されると、この増幅分に対応した所定ビット(例えば2ビット)分だけ入力データ全体のビットシフトが行われた後に、所定のイコライザ処理が行われる。その結果、DSPの内部で扱うデジタルデータのビット数は16ビットに2ビットを加えた18ビットになる。しかし、DSPとその後段に接続されたデジタルフィルタとの間で入出力されるデータのビット数は16であるため、DSPからは、その内部データである18ビットの下位2ビットが欠落した16ビットデータが出力される。この欠落した下位の2ビット分だけ情報の劣化が生じる。
【0005】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、情報の劣化を防止することができるデータ処理方式を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のデータ処理方式では、入力されたLビットのデータをデータ変換手段によってMビットのデータに変換した後に、データ処理手段によって所定のデータ処理を行い、その結果得られるデータに対して、オーバーサンプリング手段によって所定倍数のオーバーサンプリング処理を行った後に、ビット圧縮手段によってNビットに圧縮する処理を行っている。データ処理されたデータのビット数を少なくする際に、このビット数が減少した分の情報を、オーバーサンプリング処理によって得られた複数のデータに対して時間的に分散することにより、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防止することができる。
【0007】
したがって、上述したオーバーサンプリング処理手段は、入力されるデータに対して少なくとも2M-N 倍のオーバーサンプリング処理を行うことが望ましい。これにより、減少するビット数分の情報を、オーバーサンプリング処理によって得られた複数のデータに確実に分散することができ、情報の劣化を確実に防止することができる。
【0008】
また、上述したビット圧縮手段によってΣΔ変調処理を行うことにより、Nビットの圧縮データを得ることが望ましい。ΣΔ変調処理とオーバーサンプリング処理とを組み合わせることにより、情報の劣化を生じることなくデータのビット数を減らすことができる。
【0009】
また、上述したビット圧縮手段によってディザ加算処理を行うことにより、下位側のM−Nビットを除くNビットのデータを得ることが望ましい。ディザ加算処理によって、欠落するM−Nビット分の情報を確率的に複数のデータに振り分けることができるため、このビット数を減少させることにより生じる情報の劣化を防止することができる。特に、上述したデータ変換手段に入力されるLビットのデータがオーディオ音データである場合には、ビット圧縮手段によって、ほぼ20kHz以上に帯域制限された高域集中ディザを加算することが望ましい。ほぼ20kHz以上に帯域制限された高域集中ディザを加算することにより、データのビット数を減少させた場合の人間の聴感上の影響をなくすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のデータ処理方式を適用した一実施形態のオーディオシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【0011】
図1は、本実施形態のオーディオシステムの構成を示す図である。図1に示すオーディオシステム100は、オーディオ装置1、音質補正部2、オーバーサンプリング処理部3、デジタル−アナログ(D/A)変換器4、ローパスフィルタ(LPF)5、増幅器6、スピーカ7を含んで構成されている。なお、図1においては、説明を簡略化するために、オーディオ装置1からモノラルのオーディオデータが出力されるものとしたが、ステレオのオーディオデータが出力される場合には、音質補正部2から後段の各構成を2チャンネルあるいはそれ以上のチャンネル分備えるようにすればよい。
【0012】
オーディオ装置1は、各種のオーディオ信号に対応したオーディオデータを出力するオーディオソースであり、例えば、CDプレーヤ等がこれに対応する。なお、以下の説明では、本実施形態のオーディオ装置1は、24ビットのオーディオデータを出力するものとする。
【0013】
音質補正部2は、オーディオ装置1から出力されるオーディオデータに対して所定のデータ処理を施して周波数特性等を変化させることにより、高音域や低音域を強調する音質補正を行う。この音質補正部2は、例えばDSPによって実現することができる。
【0014】
オーバーサンプリング処理部3は、音質補正部2から出力される補正後のオーディオデータに対してオーバーサンプリング処理を行う。このオーバーサンプリング処理部3は、デジタルフィルタによって実現することができる。
【0015】
D/A変換器4は、オーバーサンプリング処理部3から出力されるオーディオデータをアナログ信号に変換する。LPF5は、D/A変換器4から出力されるアナログ信号の高周波成分(例えば、20kHz以上の帯域)を除去することにより、階段状に変化するD/A変換器4の出力信号を滑らかにする。
【0016】
増幅器6は、LPF5から出力されるアナログ信号を所定のゲインで増幅してスピーカ駆動用の信号を出力する。スピーカ7は、増幅器6から出力される駆動用信号に対応したオーディオ音を出力する。
【0017】
図2は、音質補正部2の詳細な構成を示す図である。図2に示すように、音質補正部2は、レベルシフト処理部20、イコライザ処理部22、オーバーサンプリング処理部24、ΣΔ変調部26を含んで構成されている。
【0018】
レベルシフト処理部20は、後段のイコライザ処理部22によるイコライザ処理によって生じる信号レベルの増幅分(ビットの桁上がり分)に対するマージンを確保するために、オーディオ装置1から入力されるオーディオデータを所定ビット数だけビットシフトさせて信号レベルを下げる処理を行う。本実施形態では、レベルシフト処理部20は、24ビットのオーディオデータが入力された場合に、増幅分に対応して2ビット分だけ下位側にビットシフトを行って26ビットのデジタルデータを出力するものとする。この結果、この26ビットデータは、上位2ビットが“0”であり、それより下位の24ビットに、入力されたオーディオデータが含まれる。
【0019】
イコライザ処理部22は、レベルシフト処理部20から出力される26ビットのデジタルデータに対して、一部の周波数帯域を強調する(増幅する)等のイコライザ処理を行う。例えば、図7に示したように、一部の中音域について信号レベルを増幅し、それ以外の周波数領域では信号レベルを維持するイコライザ処理が行われる。
【0020】
オーバーサンプリング処理部24は、イコライザ処理部22から出力されるイコライザ処理後のデジタルデータに対して、擬似的にサンプリング周波数を上げるオーバーサンプリング処理(アップサンプリング処理)を行う。何倍のオーバーサンプリング処理を行うかは、後段のΣΔ変調器26によって26ビットのデジタルデータのビット数を何ビット抑圧(圧縮)するかを考慮して決定される。例えば、Mビット(上述した例ではM=26)のデータをNビットに圧縮する場合には、少なくとも2M-N 倍のオーバーサンプリング処理を行うことが望ましい。
【0021】
図3は、オーバーサンプリング処理部24によって行われるオーバーサンプリング処理の具体例を示す図であり、例えば4倍のオーバーサンプリング処理を行う場合が示されている。まず、イコライザ処理部22から入力される元データ(図3(a))に対して、0データ(値が0のデータ)が挿入される(図3(b))。4倍のオーバーサンプリング処理の場合には、隣接する2つの元データの間に3つの0データが挿入される。なお、一般には、X倍のオーバーサンプリング処理を行う場合に、隣接する2つの元データの間に(X−1)個の0データを挿入すればよい。
【0022】
その後、このようにして1つの元データと3つの0データとが交互に配置されたデータをローパスフィルタに通すことにより、隣接する2つの元データの間に、これらの間を滑らかに結ぶように3つの補間データが挿入されて、4倍のオーバーサンプリング処理が行われる(図3(c))。
【0023】
ΣΔ変調部26は、オーバーサンプリング処理部24から入力されたオーバーサンプリング処理後のデジタルデータに対してΣΔ変調処理を行う。このΣΔ変調とは、データの振幅情報を時間的なパルス幅に変換する方式であり、このΣΔ変調を行うことにより、デジタルデータのビット数を圧縮することができる。本実施形態では、ΣΔ変調部26は、オーバーサンプリング処理部24から出力された26ビットのデータを、オーディオ装置1から出力されるオーディオデータのビット数と等しい24ビットのデータに変換する。
【0024】
図4は、ΣΔ変調部26の詳細構成を示す図である。図4に示すように、ΣΔ変調部26は、2つの加算器40、42、減算器44、2つの乗算器46、48、2つの遅延器50、52、量子化器54を含んで構成されている。
【0025】
加算器40および42は、入力されるデジタルデータに対して、所定の遅延時間だけ遅延された量子化誤差を加算する。この量子化誤差は、加算器40および42を通った後の26ビットのデジタルデータが量子化器54によって24ビットのデジタルデータに変換される際に発生するものであり、量子化器54に入力される前のデジタルデータと、量子化器54から出力されるデジタルデータの差分を減算器44によって演算することにより求められる。
【0026】
遅延器52は、減算器44から出力される量子化誤差を、ΣΔ変調部26に入力されるデジタルデータの1サンプリング時間に相当する時間だけ遅延させる。同様に、遅延器50は、遅延器52から出力される量子化誤差をさらに1サンプリング時間に相当する時間だけ遅延させる。乗算器48は、遅延器52から出力される量子化誤差に対して乗数「2」を乗算する。同様に、乗算器46は、遅延器50から出力される量子化誤差に対して乗数「−1」を乗算する。
【0027】
上述したレベルシフト処理部20がデータ変換手段に、イコライザ処理部22がデータ処理手段に、オーバーサンプリング処理部24がオーバーサンプリング処理手段に、ΣΔ変調部26がビット圧縮手段にそれぞれ対応する。
【0028】
このように、本実施形態のオーディオシステム100に含まれる音質補正部2では、入力される24ビットのオーディオデータに対して2ビット分のビットシフトを行って上位ビット側にマージンを確保した後にイコライザ処理を行い、この結果得られる26ビットのデジタルデータに対して4倍のオーバーサンプリング処理を行い、その後、ΣΔ変調処理を行って24ビットのデジタルデータを得ている。オーバーサンプリング処理とΣΔ変調処理を組み合わせることにより、イコライザ処理が施された後の26ビットのデジタルデータのビット数を2ビット少なくする際に減少する2ビット分の情報を、オーバーサンプリング処理によって得られる複数のデジタルデータに対して時間的に分散することができるので、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防止することができる。
【0029】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、音質補正部2は、オーバーサンプリング処理が行われた後のデジタルデータに対してΣΔ変調処理を行うことにより、26ビットのデジタルデータを24ビットに圧縮する処理を行っていたが、このビット数の圧縮処理をディザ加算処理によって行うようにしてもよい。
【0030】
図5は、ディザ加算処理によってビット数の圧縮処理を行う場合の音質補正部2aの構成を示す図である。同図に示す音質補正部2aは、上述した図2に示した音質補正部2に含まれるΣΔ変調部26をディザ加算部28に置き換えた構成を有している。このディザ加算部28が、ビット圧縮手段に対応する。なお、音質補正部2aに含まれるレベルシフト処理部20、イコライザ処理部22、オーバーサンプリング処理部24のそれぞれは、図2に示した音質補正部2に含まれるものと基本的に同じであるため、対応する構成については同じ符号を付し、動作の詳細な説明は省略する。
【0031】
ディザ加算部28は、オーバーサンプリング処理部24から出力されるオーバーサンプリング処理後の26ビットのデジタルデータに対して所定のディザ加算処理を行って24ビットのデジタルデータに変換する。本実施形態では、ディザ加算部28は、入力されるデジタルデータに対して、20kHz以上に帯域制限された高域集中ディザを加算する処理を行う。このように、高域集中ディザを加算する処理を行うことにより、欠落する2ビット分の情報を確率的に複数のデジタルデータ(オーバーサンプリングにより得られるデジタルデータ)に対して振り分けることができるため、情報の劣化を防止することができる。また、本実施形態において使用する高域集中ディザは、20kHz以上の帯域において均一に分布する小振幅のノイズであるので、ディザ加算部28から出力されるデジタルデータに基づいて再生されるオーディオ音を聴取した場合に、聴感上の違和感等の影響を生じることもない。なお、後段においてほぼ20kHzの遮断周波数を有するローパスフィルタを通過させることにより、この高域集中ディザを加算したことにより生じる微少振幅を除去するようにしてもよい。
【0032】
図6は、ディザ加算処理によるビット数の圧縮処理の原理を説明する図であり、図6(a)は高域集中ディザを加算しない場合の入力信号とこれに対する量子化出力との関係を、図6(b)は高域集中ディザを加算した場合の入力信号とこれに対する量子化出力との関係をそれぞれ示している。
【0033】
高域集中ディザを加えないで単に下位のビットを削除するということは、下位の2ビットで表される“00”、“01”、“10”、“11”の4種類の情報が欠落することになる。図6(a)に示すように、入力データが1×Δと2×Δ(本実施形態では2ビットを圧縮するので、Δ=22 )の間にある場合を考えると、例えば、これらは全て3/2の値として量子化されて出力される。
【0034】
ところが、本実施形態のディザ加算部28では、入力データに対して±Δ/2(=±2)の高域集中ディザを加算した後に、下位の2ビットを削除する処理が行われる。例えば、図6(b)に示すように、入力データが(1+3/4)×Δの場合を考えると、この入力データに対して±Δ/2のディザを加算することにより、1.25Δ〜2.25Δの幅を有する分布を持つデータが得られる。実際には、この分布に含まれる1つのデータが得られるため、このようなデータに対して24ビットの量子化を行うということは、このデータが1.25Δ〜2Δに対応する75%の範囲に含まれている場合には量子化出力が3/2となり、2Δ〜2.25Δに対応する25%の範囲に含まれている場合には量子化出力が5/2となる。したがって、時間的な平均をとると、1.75となる。
【0035】
このように、ΣΔ変調処理を行う代わりにディザ加算処理を行うことによっても、欠落する2ビット分の情報を時間的に分散することにより、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防止することができる。
【0036】
また、上述した実施形態では、DSP等によって構成される音質補正部の出力データのビット数を圧縮する場合について説明したが、それ以外の用途に用いるDSPあるいは他の装置における出力データのビット数を圧縮する場合についても本発明を適用することができる。
【0037】
また、上述した実施形態の説明では、音質補正部に入出力されるデータのビット数をともに24ビットして説明したが、入力データのビット数と出力データのビット数とが異なる場合であってもよい。
【0038】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ビット数が減少した分の情報を、オーバーサンプリング処理によって得られた複数のデータに対して時間的に分散することにより、ビット数の減少により生じる情報の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】オーディオシステムの構成を示す図である。
【図2】音質補正部の詳細な構成を示す図である。
【図3】オーバーサンプリング処理部によって行われるオーバーサンプリング処理の具体例を示す図である。
【図4】ΣΔ変調部の詳細構成を示す図である。
【図5】ディザ加算処理によってビット数の圧縮処理を行う場合の音質補正部の構成を示す図である。
【図6】ディザ加算処理によるビット数の圧縮処理の原理を説明する図である。
【図7】従来のオーディオシステムにおけるDSPにおいて行われる補正処理を説明する図である。
【図8】補正処理の前後におけるデータのビット数を説明する図である。
【符号の説明】
1 オーディオ装置
2、2a 音質補正部
3 オーバーサンプリング処理部
4 デジタル−アナログ(D/A)変換器
5 ローパスフィルタ(LPF)
6 増幅器
7 スピーカ
20 レベルシフト処理部
22 イコライザ処理部
24 オーバーサンプリング処理部
26 ΣΔ変調部
28 ディザ加算部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a data processing method for inputting / outputting data of a predetermined number of bits between a plurality of devices in an audio system or the like.
[0002]
[Prior art]
In some audio systems, digital audio data output from a CD player or the like is subjected to various correction processes using a DSP (Digital Signal Processor), and the corrected data is oversampled by a digital filter. It is carried out. In such an audio system, when correction processing is performed using a DSP, for example, if processing for raising the signal level of a predetermined band is performed, a large signal is maintained in a state where the number of bits of input digital data is maintained. When digital data corresponding to a level audio sound is input, the data obtained in the correction process may exceed the maximum value represented by this number of bits, resulting in distortion. Therefore, in practice, the signal level corresponding to the input digital data is lowered in consideration of the amplification of the signal generated by the correction process, and a predetermined correction process is performed after a margin is secured on the upper bit side. Yes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, a DSP that performs a predetermined correction process in an audio system handles data having a larger number of bits than input / output data in internal processing, and therefore, when outputting data (transfers it to a digital filter in the subsequent stage) However, there is a problem that it is necessary to reduce the number of bits increased to perform internal processing, and information is deteriorated, that is, sound quality is deteriorated when information corresponding to the number of bits is lost. .
[0004]
FIG. 7 is a diagram for explaining correction processing performed in the above-described DSP. FIG. 8 is a diagram for explaining the number of bits of data before and after this correction processing. For example, the number of bits of digital data input / output to / from each of the DSP and the digital filter is 16. In the DSP, it is assumed that an equalizer process for emphasizing (amplifying) a part of frequency bands as shown in FIG. 7 is performed. As described above, when 16-bit digital data is input when the signal level of a part of the frequency band is amplified by the DSP, the entire input data is equivalent to a predetermined bit (for example, 2 bits) corresponding to the amplified amount. After the bit shift is performed, a predetermined equalizer process is performed. As a result, the number of bits of digital data handled in the DSP is 18 bits, which is 16 bits plus 2 bits. However, since the number of bits of data input / output between the DSP and the digital filter connected to the subsequent stage is 16, 16 bits from which the lower 2 bits of 18 bits, which are the internal data, are missing from the DSP Data is output. The information is deteriorated by the missing lower 2 bits.
[0005]
The present invention has been created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a data processing method capable of preventing deterioration of information.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the data processing method of the present invention, the input L-bit data is converted into M-bit data by the data conversion means, and then predetermined data processing is performed by the data processing means. The data obtained as a result is subjected to oversampling processing of a predetermined multiple by the oversampling means, and then compressed to N bits by the bit compression means. When reducing the number of bits of data processed, the number of bits is reduced by temporally distributing the information corresponding to the reduced number of bits to multiple data obtained by oversampling. It is possible to prevent deterioration of information caused by.
[0007]
Therefore, it is desirable that the above-described oversampling processing means perform at least 2 MN times oversampling processing on input data. As a result, the information corresponding to the decreasing number of bits can be reliably distributed to a plurality of data obtained by the oversampling process, and the deterioration of the information can be surely prevented.
[0008]
Further, it is desirable to obtain N-bit compressed data by performing the ΣΔ modulation processing by the bit compression means described above. By combining ΣΔ modulation processing and oversampling processing, the number of data bits can be reduced without causing information degradation.
[0009]
It is also desirable to obtain N-bit data excluding the lower-order MN bits by performing dither addition processing by the above-described bit compression means. The dither addition process can probabilistically allocate missing M-N bits of information to a plurality of data, so that it is possible to prevent deterioration of information caused by reducing the number of bits. In particular, when the L-bit data input to the data conversion means described above is audio sound data, it is desirable to add a high-frequency concentrated dither whose band is limited to approximately 20 kHz or more by the bit compression means. By adding the high-frequency concentrated dither whose band is limited to approximately 20 kHz or more, it is possible to eliminate the influence on human hearing when the number of data bits is reduced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an audio system according to an embodiment to which the data processing method of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an audio system according to the present embodiment. An audio system 100 shown in FIG. 1 includes an audio device 1, a sound quality correction unit 2, an oversampling processing unit 3, a digital-analog (D / A) converter 4, a low-pass filter (LPF) 5, an amplifier 6, and a speaker 7. It consists of In FIG. 1, in order to simplify the description, monaural audio data is output from the audio device 1, but when stereo audio data is output, the sound quality correction unit 2 performs a subsequent stage. Each of these configurations may be provided for two or more channels.
[0012]
The audio apparatus 1 is an audio source that outputs audio data corresponding to various audio signals. For example, a CD player or the like corresponds to this. In the following description, it is assumed that the audio device 1 of the present embodiment outputs 24-bit audio data.
[0013]
The sound quality correction unit 2 performs sound quality correction that emphasizes the high frequency range and the low frequency range by performing predetermined data processing on the audio data output from the audio device 1 to change the frequency characteristics and the like. The sound quality correction unit 2 can be realized by a DSP, for example.
[0014]
The oversampling processing unit 3 performs oversampling processing on the corrected audio data output from the sound quality correction unit 2. This oversampling processing unit 3 can be realized by a digital filter.
[0015]
The D / A converter 4 converts the audio data output from the oversampling processing unit 3 into an analog signal. The LPF 5 smoothes the output signal of the D / A converter 4 that changes stepwise by removing high-frequency components (for example, a band of 20 kHz or more) of the analog signal output from the D / A converter 4. .
[0016]
The amplifier 6 amplifies the analog signal output from the LPF 5 with a predetermined gain and outputs a speaker driving signal. The speaker 7 outputs an audio sound corresponding to the driving signal output from the amplifier 6.
[0017]
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the sound quality correction unit 2. As shown in FIG. 2, the sound quality correction unit 2 includes a level shift processing unit 20, an equalizer processing unit 22, an oversampling processing unit 24, and a ΣΔ modulation unit 26.
[0018]
The level shift processing unit 20 receives audio data input from the audio apparatus 1 as a predetermined bit in order to secure a margin for the signal level amplification (bit carry) generated by the equalizer processing by the equalizer processing unit 22 in the subsequent stage. The signal level is lowered by shifting the number of bits. In the present embodiment, when 24-bit audio data is input, the level shift processing unit 20 performs bit shift to the lower side by 2 bits corresponding to the amplification and outputs 26-bit digital data. Shall. As a result, in the 26-bit data, the upper 2 bits are “0”, and the input audio data is included in the lower 24 bits.
[0019]
The equalizer processing unit 22 performs equalizer processing such as emphasizing (amplifying) a part of the frequency band on the 26-bit digital data output from the level shift processing unit 20. For example, as shown in FIG. 7, an equalizer process is performed to amplify the signal level in a part of the middle sound range and maintain the signal level in the other frequency range.
[0020]
The oversampling processing unit 24 performs oversampling processing (upsampling processing) that artificially increases the sampling frequency for the digital data after the equalizer processing output from the equalizer processing unit 22. The number of times of oversampling processing is determined in consideration of how many bits of 26-bit digital data are suppressed (compressed) by the subsequent ΣΔ modulator 26. For example, when data of M bits (M = 26 in the above example) is compressed to N bits, it is desirable to perform at least 2 MN times oversampling processing.
[0021]
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the oversampling process performed by the oversampling processing unit 24. For example, a case where a fourfold oversampling process is performed is illustrated. First, 0 data (data having a value of 0) is inserted into the original data (FIG. 3A) input from the equalizer processing unit 22 (FIG. 3B). In the case of four times oversampling processing, three 0 data are inserted between two adjacent original data. In general, when X-times oversampling processing is performed, (X-1) 0 data may be inserted between two adjacent original data.
[0022]
Thereafter, the data in which one original data and three 0 data are alternately arranged in this way is passed through a low-pass filter so that the two adjacent original data are smoothly connected to each other. Three pieces of interpolation data are inserted, and a fourfold oversampling process is performed (FIG. 3C).
[0023]
The ΣΔ modulation unit 26 performs ΣΔ modulation processing on the digital data after oversampling processing input from the oversampling processing unit 24. This ΣΔ modulation is a method for converting the amplitude information of data into a temporal pulse width, and by performing this ΣΔ modulation, the number of bits of digital data can be compressed. In the present embodiment, the ΣΔ modulation unit 26 converts the 26-bit data output from the oversampling processing unit 24 into 24-bit data equal to the number of bits of audio data output from the audio device 1.
[0024]
FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the ΣΔ modulation unit 26. As shown in FIG. 4, the ΣΔ modulator 26 includes two adders 40 and 42, a subtractor 44, two multipliers 46 and 48, two delay units 50 and 52, and a quantizer 54. ing.
[0025]
Adders 40 and 42 add the quantization error delayed by a predetermined delay time to the input digital data. This quantization error is generated when the 26-bit digital data after passing through the adders 40 and 42 is converted into 24-bit digital data by the quantizer 54, and is input to the quantizer 54. The difference between the digital data before being processed and the digital data output from the quantizer 54 is calculated by the subtractor 44.
[0026]
The delay unit 52 delays the quantization error output from the subtractor 44 by a time corresponding to one sampling time of the digital data input to the ΣΔ modulation unit 26. Similarly, the delay unit 50 further delays the quantization error output from the delay unit 52 by a time corresponding to one sampling time. The multiplier 48 multiplies the quantization error output from the delay unit 52 by a multiplier “2”. Similarly, the multiplier 46 multiplies the quantization error output from the delay unit 50 by a multiplier “−1”.
[0027]
The level shift processing unit 20 described above corresponds to the data conversion unit, the equalizer processing unit 22 corresponds to the data processing unit, the oversampling processing unit 24 corresponds to the oversampling processing unit, and the ΣΔ modulation unit 26 corresponds to the bit compression unit.
[0028]
As described above, the sound quality correction unit 2 included in the audio system 100 according to the present embodiment performs the bit shift for 2 bits on the input 24-bit audio data and secures a margin on the upper bit side, and then equalizes the equalizer. Processing is performed, and the 26-bit digital data obtained as a result is subjected to four times oversampling processing, and then ΣΔ modulation processing is performed to obtain 24-bit digital data. By combining the oversampling process and the ΣΔ modulation process, it is possible to obtain information for 2 bits that is reduced when the number of bits of the 26-bit digital data after the equalizer process is reduced by 2 bits by the oversampling process. Since a plurality of digital data can be temporally distributed, it is possible to prevent deterioration of information caused by a decrease in the number of bits.
[0029]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the sound quality correction unit 2 performs a process of compressing 26-bit digital data to 24 bits by performing a ΣΔ modulation process on the digital data after the oversampling process is performed. However, the compression processing of this number of bits may be performed by dither addition processing.
[0030]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the sound quality correction unit 2a when the bit number compression process is performed by the dither addition process. The sound quality correction unit 2a shown in the figure has a configuration in which the ΣΔ modulation unit 26 included in the sound quality correction unit 2 shown in FIG. The dither addition unit 28 corresponds to a bit compression unit. The level shift processing unit 20, the equalizer processing unit 22, and the oversampling processing unit 24 included in the sound quality correction unit 2a are basically the same as those included in the sound quality correction unit 2 shown in FIG. Corresponding components are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the operation is omitted.
[0031]
The dither addition unit 28 performs a predetermined dither addition process on the 26-bit digital data after the oversampling process output from the oversampling process unit 24 to convert it into 24-bit digital data. In the present embodiment, the dither addition unit 28 performs processing for adding high-frequency concentrated dither that is band-limited to 20 kHz or more to input digital data. In this way, by performing the process of adding the high-frequency concentrated dither, it is possible to probabilistically distribute the missing information for 2 bits to a plurality of digital data (digital data obtained by oversampling). Information deterioration can be prevented. In addition, since the high-frequency concentrated dither used in the present embodiment is small amplitude noise that is uniformly distributed in a band of 20 kHz or higher, the audio sound reproduced based on the digital data output from the dither addition unit 28 is used. When listening, there is no effect of a sense of incongruity on hearing. Note that a minute amplitude generated by adding the high-frequency concentrated dither may be removed by passing through a low-pass filter having a cutoff frequency of approximately 20 kHz in the subsequent stage.
[0032]
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the compression processing of the number of bits by the dither addition processing. FIG. 6A shows the relationship between the input signal when the high frequency concentrated dither is not added and the quantization output corresponding thereto. FIG. 6B shows the relationship between the input signal when the high-frequency concentrated dither is added and the quantization output corresponding thereto.
[0033]
Simply deleting the lower bits without adding high-frequency concentrated dither means that the four types of information “00”, “01”, “10”, and “11” represented by the lower two bits are missing. It will be. As shown in FIG. 6A, when the input data is between 1 × Δ and 2 × Δ (Δ = 2 2 because 2 bits are compressed in this embodiment), for example, All are quantized and output as 3/2 values.
[0034]
However, the dither addition unit 28 of the present embodiment performs processing for deleting the lower 2 bits after adding ± Δ / 2 (= ± 2) high-frequency concentrated dither to the input data. For example, as shown in FIG. 6B, considering the case where the input data is (1 + 3/4) × Δ, by adding a dither of ± Δ / 2 to this input data, Data having a distribution with a width of 2.25Δ is obtained. In practice, since one piece of data included in this distribution is obtained, performing 24-bit quantization on such data means that this data is in the range of 75% corresponding to 1.25Δ to 2Δ. Is included in the range of 25% corresponding to 2Δ to 2.25Δ, the quantization output is 5/2. Therefore, when taking a temporal average, it is 1.75.
[0035]
In this way, even if dither addition processing is performed instead of performing ΣΔ modulation processing, information deterioration due to a decrease in the number of bits can be prevented by temporally dispersing the information for two missing bits. it can.
[0036]
In the above-described embodiment, the case where the number of bits of output data of a sound quality correction unit configured by a DSP is compressed has been described. However, the number of bits of output data in a DSP or other apparatus used for other purposes is described. The present invention can also be applied to the case of compression.
[0037]
In the above description of the embodiment, the number of bits of data input / output to / from the sound quality correction unit has been described as being 24 bits, but this is a case where the number of bits of input data is different from the number of bits of output data. Also good.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the information corresponding to the reduction in the number of bits can be obtained by temporally distributing the information corresponding to the reduction in the number of bits to a plurality of data obtained by the oversampling process. Deterioration can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an audio system.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a sound quality correction unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of oversampling processing performed by an oversampling processing unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a ΣΔ modulation unit.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a sound quality correction unit when a bit number compression process is performed by a dither addition process;
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of compression processing of the number of bits by dither addition processing.
FIG. 7 is a diagram for explaining correction processing performed in a DSP in a conventional audio system.
FIG. 8 is a diagram illustrating the number of data bits before and after correction processing;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Audio apparatus 2, 2a Sound quality correction part 3 Oversampling process part 4 Digital-analog (D / A) converter 5 Low pass filter (LPF)
6 Amplifier 7 Speaker 20 Level shift processing unit 22 Equalizer processing unit 24 Oversampling processing unit 26 ΣΔ modulation unit 28 Dither addition unit

Claims (5)

入力されたLビットのデータに対して上位ビットを付加することにより、Lビットよりも長いMビットのデータに変換するデータ変換手段と、
前記データ変換手段から出力されるMビットのデータに対して所定のデータ処理を行うデータ処理手段と、
前記データ処理手段から出力されるデータに対してオーバーサンプリング処理を行うオーバーサンプリング処理手段と、
前記オーバーサンプリング処理手段から出力されるMビットのデータに対してビット数圧縮処理を行って、Mビットよりも短いNビットのデータに変換するビット圧縮手段と、
を備えることを特徴とするデータ処理方式。
Data conversion means for converting the input L-bit data into M-bit data longer than the L bits by adding higher bits ;
Data processing means for performing predetermined data processing on M-bit data output from the data conversion means;
Oversampling processing means for performing oversampling processing on data output from the data processing means;
Bit compression means for performing bit number compression processing on M-bit data output from the oversampling processing means, and converting the data into N-bit data shorter than M bits;
A data processing method characterized by comprising:
請求項1において、
前記オーバーサンプリング処理手段は、入力されるデータに対して少なくとも2M-N 倍のオーバーサンプリング処理を行うことを特徴とするデータ処理方式。
In claim 1,
The oversampling processing means performs an oversampling process of at least 2 MN times on input data.
請求項1または2において、
前記ビット圧縮手段は、ΣΔ変調処理を行うことにより、Nビットの圧縮データを得ることを特徴とするデータ処理方式。
In claim 1 or 2,
The bit compression means obtains N-bit compressed data by performing ΣΔ modulation processing.
請求項1または2において、
前記ビット圧縮手段は、ディザ加算処理を行った後に、下位側のM−Nビットを除くNビットのデータを得ることを特徴とするデータ処理方式。
In claim 1 or 2,
The bit compression means obtains N-bit data excluding lower MN bits after performing dither addition processing.
請求項4において、
前記データ変換手段に入力されるLビットのデータは、オーディオ音データであり、
前記ビット圧縮手段は、ほぼ20kHz以上に帯域制限された高域集中ディザを加算することを特徴とするデータ処理方式。
In claim 4,
The L-bit data input to the data conversion means is audio sound data,
The bit compression means adds a high-frequency concentrated dither whose band is limited to approximately 20 kHz or more.
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