(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号がサンプリング速度ｆｓを持って処理され、そして、ディザー信号がスペクトル整形される、上記ディザー信号をデジタル処理システム内で生成するディザー信号源において、
デジタル不規則ノイズ・シーケンスを、ｎが整数でありｆｎ＝ｆｓ／ｎであるサンプリング速度ｆｎで発生する、デジタル不規則ノイズ生成器（２５）、及び
上記デジタル不規則ノイズ・シーケンスを受け、そして、上記サンプリング速度ｆｎでｎ個のサンプルについてホールド出力を発生する、ゼロ次ホールド（２６）
を有し、
上記、ホールド出力が、少なくとも一つのノッチを含むスペクトル形状を持つ修正デジタル不規則ノイズ・シーケンスを発生する、
ディザー信号源。
【請求項２】
上記修正されたデジタル不規則ノイズ・シーケンスと所定のミキシング信号を混合し、上記ノッチを所定の周波数にシフトするミキサー（２７）を、更に有する請求項１に記載のディザー信号源。
【請求項３】
上記ノッチを増大するために上記ゼロ次ホールド（２６）へ接続されたノッチ・フィルター（２８）を、更に有する、請求項１又は２に記載のディザー信号源。
【請求項４】
上記デジタル不規則ノイズ生成器（２５）が擬似ノイズ・シーケンスを生成するリニア・フィードバック・シフト・レジスターからなる、請求項１乃至３のいずれかに記載のディザー信号源。
【請求項５】
上記ミキサー（２７）が排他的ＯＲゲートからなり、そして、上記所定のミキシング信号が方形波信号からなる、請求項２に記載のディザー信号源。
【請求項６】
上記ディザー信号がアナログ入力信号のサンプリングから引き出され、そして、上記ディザー信号源が更に、上記アナログ入力信号に加えられるべきアナログ・ディザー信号を発生するデジタル−アナログ変換器（２９）を有する、前記請求項のいずれかに記載のディザー信号源。
【請求項７】
ディザー信号がサンプリング速度ｆｓを持って処理される、デジタル処理システム中でスペクトル整形されたディザー信号を生成する方法において、
擬似不規則ノイズ・シーケンスを、ｎが整数でありｆｎ＝ｆｓ／ｎであるサンプリング速度ｆｎで生成する工程、
上記擬似不規則ノイズ・シーケンスを、上記サンプリング速度ｆｓでｎ個のサンプルについてゼロ次ホールド内に保持し、少なくとも一つのノッチを含むスペクトル形状を持つ修正された擬似不規則ノイズ・シーケンスを発生する工程、及び
上記修正擬似不規則ノイズ・シーケンスを上記デジタル信号に加える工程、
を有する方法。
【請求項８】
上記修正擬似不規則ノイズ・シーケンスに所定のミキシング信号を混合して、上記ノッチを所定の周波数にシフトする工程、を更に有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記修正擬似不規則ノイズ・シーケンスをノッチ・フィルター処理し、上記ノッチを増大する工程、を更に有する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
ＡＭ ＩＦ周波数でＡＭ ＩＦ信号を生成するＡＭチューナー（１６）、
ＦＭ ＩＦ周波数でＦＭ ＩＦ信号を生成するＦＭチューナー（１７）、
上記ＡＭ ＩＦ信号及び上記ＦＭ ＩＦ信号をデジタル化するアナログ−デジタル変換器、
オーディオ情報を再生するために、上記デジタル化されたＡＭ及びＦＭ ＩＦ信号を処理し、該処理がサンプリング速度ｆｓで実行される、デジタル処理手段、
デジタル擬似不規則ノイズ・シーケンスを、ｎが整数でｆｎ＝ｆｓ／ｎであるサンプリング速度ｆｎで発生する擬似不規則ノイズ生成器（２５）、
上記擬似不規則ノイズ・シーケンスを受け、そして、ｎ個のサンプルについて、上記サンプリング速度ｆｓで対応する上記ＡＭ ＩＦ周波数及び上記ＦＭ ＩＦ周波数についてのノッチを含むスペクトル形状を持つ修正された擬似不規則ノイズ・シーケンスを奏するホールド出力を発生する、ゼロ次ホールド（２６）、
上記ゼロ次ホールドに応じて、アナログ・ディザー信号を生成する、デジタル−アナログ変換器（２９）、及び
上記アナログ−デジタル変換器におけるデジタル化に先立ち、上記アナログ・ディザー信号を上記ＡＭ ＩＦ信号及び上記ＦＭ ＩＦ信号に加える加算器（２０）
を有するデジタル信号処理ＡＭ／ＦＭラジオ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、全般的には、デジタル・システム中の数値化誤差を低減するディザー・ノイズ源に関し、より具体的には、周波数スペクトルにノッチがあるディザー・ノイズ信号を生成することに関する。
【０００２】
ディザーの使用は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル化されているアナログ信号中に数値化インターバルよりも小さい低レベルのアナログ信号変化が存在する際に、起こってしまうデジタル化された信号中の歪みを低減する周知の手法である。
【０００３】
デジタル化されているアナログ信号へ小さなアナログ・ノイズ信号を加えることは、数値化誤差を不規則にし、それにより、歪みを低減する。低レベルのホワイト・ノイズが信号に加えられるものの、可聴音質への影響は歪みよりもはるかに不快ではない。更に、ディザー・ノイズの影響は、ディザー・ノイズをスペクトル整形して、デジタル化される信号中において重要度の高い主要な周波数における周波数成分を無くするにより、低減することが出来ることが知られている。しかしながら、その様なスペクトルの波形整形は、許容可能なディザー信号を生成するために過剰な処理を要していた。その様なスペクトル整形されたディザー・ノイズの生成を実用的なものにするために、ディザー・ノイズを生成する効率的な方法が必要とされている。
【０００４】
アナログ中間周波信号が復調のためにデジタル化され、その後でデジタル信号処理器（ＤＳＰ）で処理される、ＡＭ／ＦＭラジオ受信機の場合において、重要度の高いアナログ信号は、受信されるのがＡＭかＦＭかによって異なる周波数スペクトルを持つ。ＡＭ受信が４５０ｋＨｚの中間周波を利用するのが一般的である一方で、ＦＭ受信は１０．７ ＭＨｚの中間周波を用いるのが一般的である。それで、中間周波信号に加えるためのディザー・ノイズ源は、これらの２つの周波数帯域を無くしたスペクトル形状を持つ必要があることになる。ホワイトノイズ・ディザー信号のフィルター処理のみに依存することは、極めて非効率かつコスト高となることになろう。
【０００５】
本発明は、ディザー信号のスペクトル形状を所望のものにしながら、フィルター処理への依存を最小限にした効率的な方法で、ディザー信号が生成されるという、利点を持つ。
【０００６】
本発明は、デジタル処理システム中のディザー信号を生成するディザー信号源を提供し、そこにおいて、デジタル信号がサンプリング速度ｆｓを持って処理され、ディザー信号がスペクトル整形される。ディザー信号源は、サンプリング速度ｆｎでデジタル不規則ノイズ・シーケンスを生成するデジタル不規則ノイズ生成器を有する。ここで、ｆｎ＝ｆｓ／ｎであり、ｎは整数である。
【０００７】
ゼロ次ホールドが、デジタル不規則ノイズ・シーケンスを受け、サンプリング速度ｆｓでｎ個のサンプルについてのホールド出力を発生する。ホールド出力は、少なくとも一つのノッチを含むスペクトル形状を持つ修正デジタル不規則ノイズ・シーケンスを発生する。
【０００８】
本発明が以下に、添付の図面を参照して、例を用いることにより、述べられる。
【０００９】
図１を参照すると、ディザー信号を用いる従来技術のオーディオ再生システムが示されている。アナログ入力信号は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１においてデジタル化される前に加算器１０においてそこに加えられるディザー信号を持つ。デジタル化された信号は、デジタル信号処理器ＤＳＰブロック１２で処理され、生じたオーディオ信号がデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１３においてアナログ形態に変換して戻される。そして、出力アナログ信号はスピーカー（不図示）により再生され得る。
【００１０】
図１に示された種類の従来技術のシステムは、ディザー信号を生成するために種々のソースを用いていた。ディザー信号は、アナログ回路とデジタル回路の両方を用いて生成されていた。デジタル回路が用いられる場合には、ディザー信号は、アナログ入力信号に加えられる前にアナログ形態に変換されなければならない。
【００１１】
デジタル化処理中にはディザー信号が存在するので、所望の数値化誤差歪みの低減が得られる。ディザー信号がデジタル的に生成された場合には、信号に対するノイズ影響を低減するために、デジタル化された信号からデジタル・ディザー信号が差引かれ得ることが、この分野で知られている。他方で、デジタル化される信号が、Ａ／Ｄ変換器の帯域中の周波数範囲全体が使用されることがない様な、帯域特性を持つ場合には、ディザー信号をこの不使用周波数に配置することが出来る。
【００１２】
これは、重要度の高い信号に対してノイズを加えることを、避けるものである。
【００１３】
結果として、重要度の高い信号のバンドパス・フィルター処理が、デジタル化後にディザーを取除き、そして減算処理が必要ない。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態は、図２に部分的に示される様に、ＡＭ／ＦＭラジオ受信機に関する。
【００１５】
受信アンテナ１５が、ＡＭチューナー１６及びＦＭチューナー１７に無線周波数放送信号を与える。チューナー１６及び１７は、アナログ中間周波数（ＩＦ）信号を、マルチプレックス・スイッチ１８に供給するアナログ回路で、マルチプレックス・スイッチ１８は、ＡＭ ＩＦ信号又はＦＭ ＩＦ信号のいずれかを選択し、選択された信号を加算器２０の入力の一方へ与える。ディザー信号は、加算器２０の他方の入力に与えられ、その生じた和が、図１の態様でＡ／Ｄ変換器に供給される。ＡＭ及びＦＭチューナーは、図３に示される様に、一般的なＩＦ周波数値で、ＩＦ出力信号を発生するのが好ましい。それで、ＡＭ ＩＦ信号２１は４５０ ｋＨｚの中心周波数を持ち、そして、ＦＭ ＩＦ信号２２は１０．７ ＭＨｚの中心周波数を持つ。それで、ディザー信号は、ＩＦ信号の周波数範囲に一致するノッチにより特徴付けられる周波数スペクトル２３を持つ、このラジオ受信機に望ましい。
【００１６】
デジタル的に生成されたディザー信号について、デジタル・ディザー信号のサンプリング速度は、少なくともＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度程度の大きさであるべきである。好ましい実施形態において、１０．７ ＭＨｚのＦＭ ＩＦ信号の適切なオーバーサンプリングをもたらすために、約４０ ＭＨｚのＡ／Ｄ変換器のサンプリング速度が用いられる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態は、図４に示される態様でスペクトル的に整形されたディザー信号を生成する。図４に示される構成部品は、ハードウェアについて効率的な態様で実装することが出来、そして、受信機のＤＳＰブロックに容易に含めることが出来る。
【００１８】
擬似不規則ノイズ生成器（ＰＲＮＧ）２５の１ビットを選択することが、近似ホワイト・ノイズのシングル・ビット・ストリームを生成する。ＰＲＮＧ２５は、擬似不規則ノイズ・シーケンスを生成するために、線形フィードバック・シフト・レジスター（ＬＦＳＲ）からなり、これは、デジタル不規則ノイズ・シーケンスを生成するのにいかなる手法を用いることも出来るものの、この分野で一般的に知られたものである。Ｗ． Ｐｅｔｅｒｓｏｎ， ＥＲＲＯＲ−ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＣＯＤＥＳ， ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓに詳しく述べられている様に、２２次多項式を演算する２２次線形フィードバック・シフト・レジスターが用いられるのが、好ましい。無効な状態（用いられるＬＦＳＲにより変るが、全てが１又は全てがゼロの状態など）を検出し、そしてＬＦＳＲをそれの通常動作モードへ戻して、それが固まるのを防ぐために、場合によって、ＬＦＳＲと関連させて検出器が用いられる。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器のサンプリング速度（及び最終的なデジタル・ディザー信号の速度）はｆｓ（好ましい実施形態では４０ ＭＨｚ）として示される。ＰＲＮＧ２５のシフト・レジスターは、ｆｎで示されるより低いサンプリング速度でクロックされる。ここでｆｎ＝ｆｓ／ｎであり、ｎは整数である。好ましい実施形態において、ｎの値は４であり、ＰＲＮＧ２５は主サンプル速度ｆｓの４分の１でクロックされる。生じたデジタル擬似不規則ノイズ・シーケンスは、サンプリング速度ｆｓでｎ個のサンプルのためのホールド出力を発生するゼロ次ホールド２６へ入力される。ゼロ次ホールドは、ｎだけサンプリングされたノイズ・シーケンスにｎ個のパルスのシーケンスを含めることに等価であり、受信側関数の周波数応答を与える。それで、少なくとも一つのノッチを含むスペクトル形状を持つ修正された擬似不規則ノイズ・シーケンスが生成される。ノッチの中心周波数は、（ｆｓ／ｎ）＊ｋに位置する。それでｎが２より大きい場合には、一つより多いノッチがあることになる。そして、ｎが偶数の場合には、ｋは１からｎ／２まで広がり、ｎが奇数であれば、ｋは１から（ｎ−１）／２へ進む。周波数（ｆｓ／ｎ）＊ｋの一つ又はその近傍の周波数を持つノッチが一つのみ望まれる場合には、ゼロ次ホールド２６の出力が所望の最終ノイズ・シーケンスを発生することが出来る。しかしながら、他の位置のノッチは、図４に示される様に、ノッチを周波数シフトすることにより又は、更なる処理を用いてノッチを加えることにより、得ることが出来る。それで、ゼロ次ホールド２６の出力は、ミキサーとして機能する排他的論理和（ＸＯＲ）ゲート２７に接続される。ＸＯＲゲート２７の第２入力は、クロック÷２信号つまりｆｓ／２での方形波を受ける。好ましい実施形態におけるＸＯＲゲート２７によるミキシングは、ノッチがスペクトル中でＤＣとｆｓ／４に形成される様に、ノイズのスペクトルを周波数について反転する。それで、生じたディザー信号は、低い周波数（例えば、ＡＭ ＩＦ信号については４５０ ｋＨｚ）及びｆｓ／４近傍の周波数（例えば、ＦＭ ＩＦ信号について１０．７ ＭＨｚ）において、低エネルギー成分を持つ。
【００２０】
重要度の高い周波数帯域において、ディザー信号のエネルギーが未だ充分に低下されていない場合には、ノッチ・フィルター２８により追加のノッチ・フィルター処理が実行される。代替案としては、ノッチ・フィルター２８をミキサー２７の前に配置することも出来るが、その場合には、効率の落ちるミキシング手法が必要とされることある。
【００２１】
デジタル・ディザー信号は、ノッチ・フィルター２８の出力（又は、特定の実施形態により、ミキサー２７又はゼロ次ホールド２６の出力）において発生される。デジタル・ディザー信号は、デジタル切捨て動作における数値化誤差を低減するために、デジタル形態で直接用いられる場合がある。好ましい実施形態における様なＡ／Ｄ変換動作については、デジタル−アナログ変換器２９が、図２に示される様にアナログ入力信号に加えるために、デジタル・ディザー信号をアナログ・ディザー信号へ変換する。
【００２２】
図４の動作は、図５乃至９の周波数のグラフを参照して、更に詳細に説明される。
【００２３】
図５に示される様に、ゼロからｆｓ／２ｎの周波数までの修正されていない周波数スペクトルが示されている。ＰＲＮＧ２５は、ｆｎの速度で動作し、ここでｆｎ＝ｆｓ／ｎである（具体的には図５においてｆｓ／４で示される）。通常、擬似ノイズ・シーケンスの周波数スペクトルは、ゼロからｆｓ／２ｎまで広がる。図６に示される様に、ゼロ次ホールド２６は、擬似不規則ノイズ・シーケンスを、ｆｓ／４及びｆｓ／２においてゼロを持つ周波数スペクトルが生じる様に、擬似不規則ノイズ・シーケンスを修正する。
【００２４】
図７は、この場合にｆｓ／２に等しいクロック÷２におけるミキシング・インジェクション信号の周波数を示す。ミキサーのＸＯＲゲートの出力が図８に示されている。この様に、周波数スペクトルは、０（つまりＤＣ）とｆｓ／ｎに周波数スペクトルのゼロが現れる様に、シフトされた。これらｎ個のノッチは、示される様に、ＡＭ ＩＦ及びＦＭ ＩＦ信号の近傍にある。
【００２５】
ＤＣ及びｆｓ／４にゼロを持つノッチ・フィルターの周波数スペクトルが図９に示されている。公式１−ｚ−４を持つ単純有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルターが用いられる。更に、望ましい場合には、カスケード構造の一連のフィルター（同じか又は異なる伝達関数を持つ）が用いられる場合がある。ノッチ・フィルターは、周波数帯域及び／又は減衰深度のいずれかについて、ノッチを増大する。
【００２６】
この様にして、スペクトル整形されたディザー・ノイズを生成する高度に効率的な取組みが達成された。更なる効率は、図４の範囲内の異なる部分での処理を組み合せることにより、得ることが出来る。例えば、ｎの整数因子において区切られたディレー期間だけを持つノッチ・フィルターを選択することにより、ＰＲＮＧのシフト・レジスターを、ノッチ・フィルターのディレー・ラインとして用いることが出来る。カスケード構造のノッチ・フィルターの伝達関数を乗算して単純化することにより、カスケード構造ノッチ・フィルターが最初に単一の多項式に展開される場合には、カスケード構造ノッチ・フィルターもこの最適化の利点を奏することが出来る。
【００２７】
ノッチ・フィルターとＰＲＮＧとの間でゼロ次ホールドを用いて混合が実行される場合には、フィルター内のフィルター・タップのそれぞれにおけるＸＯＲ混合機能を実行することにより上述の最適化を利用する際に、フィルター上の混合の影響が考慮されなければならない。
【００２８】
整数ｎの係数により区切られノッチ・フィルターのディレー期間を選択することにより達成され得る別の効率は、ＰＲＮＧと同じ低速度でのフィルター処理の実行である。フィルターへの与えられたＰＲＮＧの入力について、単一のフィルター出力だけが、生成され、ｎサイクル反復されることになる。これが、計算が低速度で実行されることを可能とする。ノッチ・フィルターとゼロ次ホールドを持つＰＲＮＧとの間に混合が存在する場合には、可能性のある２つの交互値がノッチ・フィルターから出力されることになる。これらは、低速度で計算されることが出来、ノッチ・フィルターの等価出力を生成するために、交互に多重送信される。
【００２９】
代替の実施形態において、ゼロ次ホールドは、ｍ個のサンプルについてのみ保持され得る。ここで、ｍはｎより小さい。ｎ個までの残りのサンプルに０を挿入する効果は、ＰＲＮＧのスペクトルを折り返して圧縮することである。ノイズ・シーケンスのスペクトルは平坦であるので、スペクトル全体は変わらない。更に、ノッチ位置は変わらない。しかしながら、ｍとｎの比率を調整することにより、ノイズ・レベルを制御するのを可能としながら、最終的な信号レベルが減少されることになる。好ましい実施形態においてはＡＭ ＩＦ及びＦＭ ＩＦ周波数に対応する別個のノッチが同時に生成されるものの、特定のモードにおいて必要とされるノッチを生成するためだけに、別個のＡＭとＦＭモード用ディザー信号源を再構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディザー信号を用いるデジタル信号処理オーディオ・システムを示すブロック図である。
【図２】本発明において用いられるＡＭ／ＦＭラジオ受信機の一部を示すブロック図である。
【図３】ＡＭ及びＦＭチューナーの中間周波信号及び、ディザー信号の所望のスペクトル形状を示す周波数線図である。
【図４】本発明のディザー信号源の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図５】擬似不規則ノイズ信号の周波数スペクトルである。
【図６】ゼロ次ホールドの出力の周波数スペクトルである。
【図７】図４で用いられるミキシング・インジェクション信号の周波数スペクトルである。
【図８】図４のミキサーの出力信号の周波数スペクトルである。
【図９】図４で用いられるノッチ・フィルターの周波数スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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