(57)【要約】  ノイズシェーパがクリッピング状態にある時に、所望されない過渡的応答を減じて除去するためのマルチビットディジタルノイズシェーパ中に実装されるシステム及び方法。一実施例においては、ダイのノイズシェーパは量子化器、フィルタ及び量子化器におけるクリッピングを検出し、フィルタの内部状態値の許容範囲を動的に調節するフィルタ制御ユニットを含んでいる。一実施例において、クリッピング機構は対応するクリッピングレベルを超えた場合に、フィルタ内の各状態値がその状態値をクリッピングする用に提供されている。各状態値のクリッピングレベルは量子化器がクリッピングしている時は低く、量子化器がクリッピングしていない場合は高くなる。各状態値に対するクリッピングレベルは、現在のレベルから目標レベルまで（量子化器がクリッピングしている時は低く、量子化器がクリッピングしていない場合は高い）、即時にか、又は徐々にかのいずれかで遷移される。【選択図】  図３
2009524086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビットディジタルノイズシェーパであって、
入力ディジタル音声信号を量子化し、出力ディジタル音声信号を生成し、
前記入力ディジタル音声信号がしきい値を超えた場合に、前記出力ディジタル音声信号をクリッピングするように構成されるノイズシェーパ量子化器と；
当該ノイズシェーパ量子化器と結合され、前記入力ディジタル音声信号と前記出力ディジタル音声信号との間の差分をフィルタし、このフィルタされた差分を前記入力ディジタル音声信号に加算するように構成されるフィルタと；
を具え、前記ノイズシェーパは、前記ノイズシェーパ量子化器が前記出力ディジタル音声信号のクリッピングを停止した場合に、前記出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答を抑止するように構成されることを特徴とするマルチビットディジタルノイズシェーパ。
【請求項２】
請求項１に記載のノイズシェーパにおいて、当該ノイズシェーパが、前記ノイズシェーパ量子化器が入力信号をクリッピングしない場合、前記ノイズシェーパの内部状態が第１の値の範囲内で変化するようにし、前記ノイズシェーパ量子化器が入力信号をクリッピングする場合、前記ノイズシェーパの前記内部状態が第２の値の範囲内で変化するようにすることによって、前記出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答を抑止するように構成され、ここで前記第２の値の範囲は前記第１の値の範囲よりも小さいことを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項３】
請求項２に記載のノイズシェーパにおいて、当該ノイズシェーパの前記内部状態が、前記フィルタ内に保存される一連の状態値を具えることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項４】
請求項３に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタが対応するクリッピングレベルで前記一連の状態値をクリッピングするように構成される１又はそれ以上の内部量子化器を具えることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項５】
請求項４に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタに結合され、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを設定するように構成されるフィルタ制御ユニットを更に具えることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項６】
請求項５に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタ制御ユニットは、前記ノイズシェーパ量子化器がクリッピングしない場合は、第１の所定の一連のクリッピングレベルで、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを設定し、前記ノイズシェーパ量子化器がクリッピングする場合は、第２の所定の一連のクリッピングレベルで前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを設定するように構成され、ここで前記第１の所定の一連のクリッピングレベルは前記第２の所定の一連のクリッピングレベルよりも高いことを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項７】
請求項６に記載のノイズシェーパにおいて、第２の所定される一連のクリッピングレベルが０を含むことを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項８】
請求項５に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルが可変であり、前記フィルタ制御ユニットが、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを目標の一連のクリッピングレベルへ遷移するように構成され、前記目標の一連のクリッピングレベルは、前記ノイズシェーパ量子化器がクリッピングしない場合は第１の所定の一連のクリッピングレベルを含み、前記ノイズシェーパ量子化器がクリッピングする場合は第２の所定の一連のクリッピングレベルを含み、ここで前記第１の所定の一連のクリッピングレベルは前記第２の所定の一連のクリッピングレベルよりも高いことを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項９】
請求項８に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタ制御ユニットが、前記第１及び第２の所定の一連のクリッピングレベル間で即時に、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを遷移するように構成されることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項１０】
請求項８に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタ制御ユニットが、前記第１及び第２の所定の一連のクリッピングレベル間で徐々に、前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを遷移するように構成されることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタ制御ユニットが、平滑化関数によって前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを遷移するように構成されることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のノイズシェーパにおいて、前記フィルタ制御ユニットが、前記ノイズシェーパ量子化器がクリッピングしているかどうかを示すクリッピング検出信号をフィルタするように構成される単極ＩＩＲフィルタを具え、このフィルタされたクリッピング検出信号によって前記フィルタの内部量子化器用の前記クリッピングレベルを遷移するように構成されることを特徴とするノイズシェーパ。
【請求項１３】
マルチビットディジタルノイズシェーパに実装される方法が：
入力ディジタル音声信号を量子化して出力ディジタル音声信号を生成するステップと；
前記入力ディジタル音声信号がしきい値を越えた場合に前記出力ディジタル音声信号をクリッピングするステップと；
このノイズシェーパが前記出力ディジタル音声信号をクリッピングするのを停止した場合に、前記出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答を抑止するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答を抑止するステップが、前記ノイズシェーパが入力信号をクリッピングしない場合、前記ノイズシェーパの内部状態が第１の値の範囲内で変化するようにするステップと、前記ノイズシェーパが入力信号をクリッピングする場合、前記ノイズシェーパの前記内部状態が第２の値の範囲内で変化するようにするステップとを具え、ここで前記第２の値の範囲が前記第１の値の範囲よりも小さいことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、当該ノイズシェーパの前記内部状態が、前記ノイズシェーパのフィルタ内に保存される一連の状態値を具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記ノイズシェーパの前記内部状態が、前記第１の値の範囲内で変わることを可能にするステップが、第１の一連の状態クリッピングレベルでこの一連の内部状態値をクリッピングするステップを具え、前記ノイズシェーパの前記内部状態が前記第２の値の範囲内で変化するようにするステップが、第２の一連の状態クリッピングレベルで前記一連の内部状態値をクリッピングするステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記第１の一連の状態クリッピングレベルが所定の高い状態クリッピングレベルを具え、前記第２の一連の状態クリッピングレベルが所定の低い状態クリッピングレベルを具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記所定の低い状態クリッピングレベルが０であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法において、前記第２の一連の状態クリッピングレベルが可変であり、前記第２の一連の状態クリッピングレベルが、ローパス平滑化関数による上限と下限との間にあることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記第２の一連の状態クリッピングレベルが単極ＩＩＲフィルタを通して一連の目標クリッピングレベルをフィルタすることによって決定されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にディジタルオーディオアンプに用いられるようなノイズシェーパに関し、特に、ノイズシェーパが出力信号をクリップするのを停止した場合のノイズシェーパの出力中の過渡的応答を制御するシステムと応答に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルアンプは様々な方法で信号を処理している。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）ディジタルアンプが、入力信号を量子化するのに（すなわち、最大振幅を有することができる、Ｎビット信号からＭビット信号までの信号を変換するのに）ノイズシェーパを用いるのは共通である。ノイズシェーパは出力信号の雑音スペクトルを形成する入出力信号間のフィルタされた差に基づきフィードバックを提供することもできる。
【０００３】
図１により、従来のノイズシェーパについての典型的な構造を示す機能ブロック図が示されている。ノイズシェーパ１１０は通常、量子化器１２０とフィルタ１３０を含んでいる。入力ディジタル音声（例えば、パルスコード変調、又はＰＣＭ）信号は、ノイズシェーパ１１０への入力となる。フィードバック信号は量子化器１２０への入力となる前に、入力信号に加算される。量子化器１２０は入力信号に対応する出力ディジタル音声信号を生成する。入出力信号間の差分はフィルタ１３０へ提供され、差分を処理して量子化される前に入力信号に加算されるフィードバック信号を生成する。
【０００４】
量子化器１２０は信号を受け取り、多くの場合、高分解能（例えば、１６乃至２４ビット）を有し、アンプのデータ経路中の二次的要素によって要求される特定の分解能（例えば、９ビット）を有する出力ディジタル音声信号を生成している。量子化器１２０は入力信号を所望の分解能に変換するだけではなく、しきい値（最大又は最小）を超えた場合に信号をクリップすることもできる。
【０００５】
フィルタ１３０はノイズシェーパ１１０によって受け取られた音声信号の雑音スペクトルと量子化された出力信号を再構成する。上述したように、出力音声信号は、差分信号を生成するために入力信号から減算される。フィルタ１３０は通常内部状態データを維持しているので、各々の音声サンプル期間の差分信号のフィルタリングは、先行するサンプル期間の差分信号値に基づいている。
【０００６】
図１に示されたようなノイズシェーパにおいて経験上知られている問題の１つは、出力信号をクリッピングする量子化器に関する。出力信号のクリッピングが起こると、入出力信号間の差分は増加し始める。これらの信号間の差分が増加すると、フィルタはその差分を減ずるように補償しようとする。例えば、入力が高くなると、フィルタはより高い信号を生成して、入力水準まで（クリッピングされた）量子化出力を増加する。しかしながら、量子化器は同一水準で信号をクリッピングするので、増加したフィルタ信号は量子化器の出力に影響を与えない。従って、フィルタは出力を増加し続けて、入出力信号を等化しようとする。フィルタが積分器を用いる場合、フィルタは入出力信号を等化しようとし続けるので、フィルタの内部状態が「ワインドアップ」する。すなわち、状態値が標準動作範囲よりも典型的にかなりの高水準まで増加する。
【０００７】
量子化器は出力信号をクリッピングし続ける時の、フィルタの内部状態のワインドアップは明らかではない。しかしながら、量子化器が信号をクリッピングする水準未満に信号が落ちた場合に、フィルタはなお、入出力間の大きな差分に基づいてフィードバックを提供しようとする。結果として、フィルタが実質的に比較的大きな誤差を誘導する。フィルタがこの誤差を処理すると、フィルタ信号はあまりの高さとあまりの低さの間で共振し、量子化器出力信号中のスパイク又はその他の所望されないアーティファクトを生ずる。信号の一時的な応答中のこれらのスパイクは図２に示される。図２Ａは入力信号と信号がノイズシェーパによってクリッピングされる水準を示している。図２Ｂはノイズシェーパによって生成される出力信号を示している。それから分かるように、ノイズシェーパが信号をクリッピングするのを停止すると、ノイズシェーパの内部状態のワインドアップが信号内のスパイクを引き起こす。
【０００８】
従来、この問題の解決法は、フィルタの内部状態値を制限（例えばクリッピング）することであり、あまり高くならないようにすることができ、これによって量子化器がクリッピングを停止した場合に引き起こされるスパイクを制限することができる。しかしながら、交換条件があり、状態値が制限されると、内部状態のワインドアップはほとんど起こらないが、フィルタが入出力信号間の差分を補償する自由度をほとんど有しなくなる。更に、内部状態のクリッピングが頻繁に生ずる場合、これが出力にノイズを引き起こす。状態値がほとんど制限されない場合、入出力信号間の差分をより良く補償することができるが、スパイク又はアーティファクトが悪くなる。従って従来の解決法は、ややスパイク又はアーティファクトを制限する程度に低く、しかし、フィルタが音声信号の雑音スペクトルを再構成するためのフィードバックを提供できる程度に高く、状態値の限界を選択することによって、再構成する雑音スペクトルと、スパイク又はアーティファクトの減少との間で妥協することである。
【０００９】
この従来の解決法はスパイク及びアーティファクトの問題、又はフィードバック信号の生成のいずれについても最適ではない。更にこの解決法は、各々の状態値が制限すべき水準を手作業で決定する冗長な処理であるので、実装するのは難しい。従って、量子化器がクリッピングを停止した時に出力中のスパイク又はアーティファクトを減じるか、あるいは除去するが、量子化器がクリッピングしない場合は内部状態を制限することによってフィルタ効率を減じないシステムと方法を提供することが所望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示は、ノイズシェーパがクリッピング状態を終了した場合に、スパイク又はその他の所望されない過渡的応答を減ずるか、あるいは除去するためのマルチビットディジタルノイズシェーパに実装されたシステムと方法に向けられている。（ここでの「スパイク」、「アーティファクト」等の引用用語は、いずれかのタイプの所望されない過渡的応答を含むと解釈すべきことは留意すべきである）。ある実施例においては、ノイズシェーパは従来のノイズシェーパと同様に量子化器及びフィルタと、量子化器におけるクリッピングを検出し、フィルタの内部状態値の許容範囲を動的に調節するフィルタ制御ユニットと、を含んでいる。この実施例においては、クリッピング機構は、フィルタ内の各状態値が対応するクリッピングレベルを超えた場合に、状態値をクリッピングするように提供される。各状態値に対するクリッピングレベルは変更可能であり、量子化器がクリッピングする場合は第１の（例えば、低）水準に、量子化器がクリッピングしない場合は第２の（例えば、高）水準に設定される。各状態値に対するクリッピングレベルは、現水準から目標水準（量子化器がクリッピングする場合は低く、量子化器がクリッピングしない場合は高く）まで直ちにか、あるいは徐々にかのいずれかで遷移する。
【００１１】
ある実施例は、マルチビットディジタルノイズシェーパ中に実装される方法を具えている。本方法は、入力ディジタル音声信号を量子化して出力ディジタル音声信号を生成するステップと、入力ディジタル音声信号がしきい値を超える場合、出力ディジタル音声信号をクリッピングするステップと、ノイズシェーパが出力ディジタル音声信号のクリッピングを停止した場合に出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答を抑止するステップと、を含んでいる。ある実施例においては、出力ディジタル音声信号中の所望されない過渡的応答は、量子化器がクリッピングしている場合のノイズシェーパにおけるフィルタの内部状態値の範囲を制限することによって抑止される。状態値は可変水準で値をクリッピングすることによって制限することができ、その状態のクリッピングレベルは量子化器がクリッピングしている場合は減少し、量子化器がクリッピングしていない場合は増加する。ある実施例においては、量子化器がクリッピングしている場合、その状態のクリッピングレベルは０に減ずる。クリッピングレベルの増加及び／又は減少は、直ちに又は徐々にすることができる。
【００１２】
別の実施例は、入力ディジタル音声信号がしきい値を超えた場合に出力ディジタル音声信号をクリッピングし、量子化器が出力ディジタル音声信号をクリッピングするのを停止した場合に出力ディジタル音声出力中の所望されない過渡的応答を抑止するように構成される量子化器を有するマルチビットディジタルノイズシェーパを具えている。ある実施例においては、出力ディジタル音声出力中の所望されない過渡的応答は、ノイズシェーパ内のフィルタの内部状態量の範囲を制限することによって抑止される。状態値は変更可能な水準で値をクリッピングすることによって制限することができる。これらの水準は量子化器がクリッピングしている時は減少し、量子化器がクリッピングしていない時は増大する。例えば、ある実施例においては量子化器がクリッピングしている場合、その状態のクリッピングレベルは０に減ずる。クリッピングレベルの増加及び／又は減少は、直ちに又は徐々にすることができる。ある実施例においては、簡単なクリッピング検出信号はフィルタされ（例えば、単一極ＩＩＲローパスフィルタを用いて）、高状態のクリッピングレベルと、低状態のクリッピングレベルとの間を徐々に遷移する信号を生成する。
【００１３】
多数の他の実施例も可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１又はそれ以上の実施例は、以下に述べる。以下に述べるこれら及びその他の実施例は例示であり、限定することよりも本発明の例証たることを意図していることに留意すべきである。
【００１５】
ここに述べるように、本発明の様々な実施例が、ディジタルアンプ内のクリッピングされた音声信号中の所望されない過渡的応答を減じるか、あるいは除去するシステム及び方法を具えている。
【００１６】
一実施例においては、ディジタルパルス幅変調（ＰＷＭ）アンプは、入力音声信号の雑音スペクトルを量子化及び再構成するノイズシェーパを含み、出力音声信号を生成している。ノイズシェーパは、入力音声信号を量子化し、必要に応じてその信号をクリッピングするように構成された量子化器を含んでいる。ノイズシェーパは、差分信号（出力音声信号と入力音声信号との間の差に対応する）を受け取り、差分信号をフィルタし、入力信号を量子化器に提供する前にフィルタされたフィードバック信号を入力信号に加算するように構成されるフィルタを更に含んでいる。
【００１７】
出力信号中の所望されない過渡的応答を減ずるために、ノイズシェーパは量子化器によって音声信号のクリッピングを検出し、検出したクリッピングをフィルタへ提供するように構成されるクリッピング検出器を含んでいる。量子化器が音声信号をクリッピングしない場合は、フィルタ（一般的には積分フィルタである）の内部状態値は、値の初期範囲内で変わることが可能となる。量子化器が音声信号をクリッピングする場合、フィルタの内部状態値は初期範囲のサブセットである減少した範囲に束縛される。フィルタの内部状態に対する値の減少した範囲により、内部状態を「ワインドアップ」できなくしており、これによって、量子化器がクリッピングを停止した場合に、量子化出力信号中の過渡的応答を減じている。
【００１８】
一実施例においては、状態値の範囲は、フィルタ内の一連のクリッピング機構（量子化器）によって制御される。各状態値は、対応するクリッピング機構が値をクリッピングする限界まで自由に変えることが可能である。各状態値がクリッピングされる水準は、フィルタ制御ユニットによって決定される。ノイズシェーパの量子化器がクリッピングしない場合、これがクリッピングレベルを各々の最大値へ増大させ、ノイズシェーパの量子化器がクリッピングしている場合、クリッピングレベルを低水準へ減少させる。クリッピングレベルは上方及び下方水準の間で直ちに遷移することができ、あるいはこれらの水準へ徐々に遷移することができる（例えば、クリッピング検出信号をローパスフィルタリングすることによって）。
【００１９】
図３では、本発明の一実施例によるノイズシェーパの構造を示す機能ブロック図が示されている。この実施例においては、ノイズシェーパ３１０はディジタルパルス幅変調（ＰＷＭ）アンプ内に実装されている。ノイズシェーパ３１０は量子化器３２０とフィルタ３３０を含み、従来のノイズシェーパ設計と同様である。しかしながら、ノイズシェーパ３１０は量子化器３２０とフィルタ３３０との間に結合されるフィルタ制御ユニット３４０を更に含んでいる。
【００２０】
フィルタ制御ユニット３４０は量子化器３２０をモニタし、量子化器３２０が入力音声信号をクリッピングしているか否かを決定するように構成される。フィルタ制御ユニット３４０は、量子化器３２０がクリッピングされ、この情報をフィルタ３３０へ提供したか否かに基づく制御情報を生成している。制御情報を用いて、フィルタ３３０内部の状態データを変更する。量子化器３２０がクリッピングしている場合、状態データは変更され、フィルタ３３０によって生成されるフィードバック信号の大きさを制限する。さもなくば、制御情報によって、フィルタ３３０の状態は標準的に変化することができる。
【００２１】
図４では、図３のノイズシェーパにおけるフィルタ制御ユニットの動作を示す簡単なフロー図が示されている。この図に示されるように、フィルタ制御ユニット３４０はノイズシェーパの量子化器３２０がモニタされる制御ループを連続して行っている（ブロック４１０）。量子化器がクリッピングしていない場合、フィルタ３３０の状態値は、可能な値の全範囲内で変わることが可能である（ブロック４２０）。他方、量子化器がクリッピングしている場合、フィルタ３３０の状態値は減少した値に制限される（ブロック４３０）。フィルタ制御ユニットを構成して、許容可能な状態値の全範囲と減少した範囲間で突然移動させるよりはむしろ、適切に遷移させることができることに留意すべきである。
【００２２】
図５では、一実施例によるノイズシェーパの構造を示す、より詳細な機能ブロック図が示されている。この実施例においては、入力音声信号はノイズシェーパ５１０によって受け取られ、フィルタ５３０によって生成されるフィードバック信号は、入力信号に加算され、変更された入力信号を生成している。変更された入力信号は量子化器５２０へ提供され、入力信号に対応する出力信号を生成し、出力信号は量子化され、おそらくはクリッピングされる。図３の実施例と同様に、フィルタ制御ユニット５４０は量子化器２５０内のクリッピングを検出し、対応する制御信号をフィルタ５３０へ提供する。フィルタ５３０は入力音声信号と出力音声信号との間の差分である信号を更に受け取る。フィルタ５３０はこの差分信号とフィルタ制御ユニット５４０から受け取った制御信号とに基づいてフィードバック信号を生成する。
【００２３】
フィルタ制御ユニット５４０は、クリッピング検出器５４２とローパスフィルタ５４４とを含んでいる。クリッピング検出器５４２は単に量子化器５２０でのクリッピングを検出し、量子化器５２０がクリッピングしているか否かを示すバイナリ信号を生成する。この信号はローパスフィルタ５４４によって受け取られフィルタされる。ローパスフィルタ５４４の効果は「平滑にする」機能を応用することができ、それによって高い値と低い値の間で急に遷移しない信号を生成することができるが、代わりに高い値と低い値との間でより徐々に動かすこともできる。ローパスフィルタ５４４によって生成される信号は、フィルタ制御ユニット５４０によって出力され、フィルタ５３０へ提供される。
【００２４】
フィルタ５３０は連続した積分器５３１乃至５３３を含んでいるのが分かる。差分信号は、積分器のうちの最初の１つ（５３１）に提供され、この積分器の出力は、次いで次の積分器（５３２）へ提供される。積分器５３２の出力は、次いで次の積分器（５３３）へ提供される。積分器の各々の出力は次いで、元の差分信号と加算される。フィードバック信号としてフィルタ５３０によって結果が出力され、入力音声信号へ加算される。
【００２５】
図５で示されているようなフィルタ５３０の構造は、ノイズシェーパに典型的に実装されているフィルタ型の非常に単純化した例であることに留意すべきである。これらのフィルタは図に示された３個以上の多くの積分器（共振器）を有していてもよい。フィルタは明瞭にするために図から省略された多数の他の素子を有している。追加の素子及びそれらの動作は設計されるディジタルアンプの分野において公知で理解されているので、ここには詳細に述べない。
【００２６】
フィルタ５３０内の各々の積分器５３１乃至５３３は、各ＰＷＭスイッチ時間に更新される内部状態データを維持している。一実施例において、この状態は対応するレジスタ内に格納される状態値を含んでいる。更に、各積分器は、対応する最大クリッピングレベルを超える場合に、積分器の状態変数をクリッピングするように構築されるクリッピング機構を含んでいる（ここで用いられるように、「最大」は、クリッピングレベルの大きさであり、従って、信号は正負の最大値の間の、又は＋最大から−最大までの範囲にすることができる）。
【００２７】
量子化器がクリッピングしない場合、各積分器の状態値は一般的には最大水準未満で適切に残る。この状況においては、出力と入力音声信号との差は、一般的に出力音声信号での量子化水準のステップサイズの−１／２からステップサイズの１／２までの範囲にある。従って、フィードバック信号はこの相対的に小さな差を処理することが必要なだけである。しかし、量子化器がクリッピングする場合、出力及び入力音声信号の差は増大し、フィルタは出力及び入力音声信号間の増加する差を補償しようとするので、積分器の状態値が増大する。量子化器のクリッピングは出力及び入力音声信号間の（時には実質的な）差を維持するので、大抵は状態値が最大値に届くまで（クリッピングされた値）、増加し続ける。
【００２８】
上に示したように、従来のノイズシェーパは、状態値が妥当な値にクリッピングされる水準を設定する。すなわち、量子化器がクリッピングしない場合、クリッピングレベルは動作に所望されるより低いものであり、量子化器がクリッピングする場合、状態値のワインドアップを制限するのに所望されるより高いものである。しかしながら、本システム及び方法では、各積分器のクリッピングレベルは可変である。クリッピングレベルは量子化器がクリッピングしない場合、より高い値に設定され、量子化器がクリッピングしている場合、より低い値に設定される。従って、クリッピングされない信号上でノイズシェーピングを行う必要がある場合に、広い値の範囲を有することができ、クリッピングされた信号上でノイズシェーピングを行おうとする場合、狭い値の範囲に制限される。状態値の範囲を制限することによって、このシステムは量子化器が信号をクリッピングするのを停止する場合の、フィルタの内部状態のワインドアップと結果としての所望されない過渡的応答を防いでいる。
【００２９】
再度図５によると、各々の積分器５３１乃至５３３は、それぞれに関連する内部状態Ｓ１乃至Ｓ３を有している。フィルタ５３０のデータ経路は内部状態Ｓ１乃至Ｓ３を更新する。従来、各々の積分器の内部状態は、状態クリッピング関数ＱＮＳ（）：
ｉｆ（ｘ＞ＱＮＳＬＥＶ）
ｙ＝ＱＮＳＬＥＶ；
ｅｌｓｅ  ｉｆ（ｘ＜−ＱＮＳＬＥＶ）
ｙ＝−ＱＮＳＬＥＶ；
ｅｌｓｅ
ｙ＝ｘ；
により設定水準ＱＮＳＬＥＶでクリッピングされる。ここで、ｘはクリッピングされる前の状態であり、ｙはクリッピングされた後の状態である。上述したように、状態クリッピングレベルＱＮＳＬＥＶは、従来は変化しない妥当な値で設定されている。そのクリッピングレベルは、フィルタの内部状態のワインドアップが多少は制限されるが、入力音声信号の相応のノイズ再構成を行うほどに更に変わることができるような値に一般的に設定される。
【００３０】
本システム及び方法においては、クリッピングレベルの設定値を用いるよりはむしろ、クリッピングレベルは動的に調節され、量子化器がクリッピングするか否かに依存している。この場合において、状態クリッピング関数ＱＮＳ（）は今までどおり用いることができるが、クリッピングレベルＱＮＳＬＥＶは可変である。
【００３１】
一の簡単な実装においては、クリッピングレベルは量子化器がクリッピングする場合に低い値に、量子化器がクリッピングしない場合に高い値に設定される。これは：
ｉｆ（ＣＬＩＰ）
ＱＮＳＬＥＶ＝ＬＥＶＬＯ；
ｅｌｓｅ  
ＱＮＳＬＥＶ＝ＬＥＶＨＩ；
と表現することができる。ここで、ＣＬＩＰは量子化器がクリッピングする場合はｔｒｕｅ値、量子化器がクリッピングしない場合にｆａｌｓｅ値となるバイナリ信号である。ＬＥＶＬＯは低い方のクリッピングレベル値であり、ＬＥＶＨＩは高い方のクリッピングレベル値である。ＬＥＶＬＯ及びＬＥＶＨＩは、ＱＮＳＬＥＶ用の可能な値に設定されうるが、ＬＥＶＨＩＯがＱＮＳＬＥＶ用に従来選択された値よりも大きく（例えば、１）、ＬＥＶＬＯがＱＮＳＬＥＶ用に従来選択された値より低くなる（例えば、１／１２８）ように選択されることが好ましい。
【００３２】
量子化器が単一サンプル、又は数個のサンプルについても、内部状態にワインドアップを引き起こすことなくクリッピングすることが可能なことに留意すべきである。この場合において、とても迅速にクリッピングレベルＱＮＳＬＥＶを減することによって（例えば、高低クリッピングレベル間でＱＮＳＬＥＶを即時にスイッチングすることによって）、ノイズシェーパの内部状態をそれほど制限しないことが利点である。ＱＮＳＬＥＶが高低レベル間でスイッチングされる速度は、例えば、単極ＩＩＲ（有限インパルス応答）ローパスフィルタ（例えば、５４４）を通して、目標クリッピングレベル（高又は低のいずれかの）をフィルタすることによって制御することができる。標的クリッピングレベルが遷移した後は、高低レベル間で即時にスイッチングせずに、フィルタ出力は目標レベルに漸近する。フィルタ出力が目標クリッピングレベルに近づく速度は、適当な値に設定された時定数によって決定される。
【００３３】
再度図５によると、クリッピング検出器５４２は目標のクリッピングレベル信号ＴＣを生成し、ローパスフィルタ５４４は目標のクリッピングレベル信号をフィルタして、実質上のクリッピングレベル信号ＡＣを生成する。実質上のクリッピングレベル信号は、次いでフィルタ５３０の各々の積分器５３１乃至５３３に提供され、動的クリッピングレベルＱＮＳＬＥＶとして用いられる。
【００３４】
ＴＣは関数：
ｉｆ（ＣＬＩＰ）
ＴＣ＝ＬＥＶＬＯ；
ｅｌｓｅ  
ＴＣ＝ＬＥＶＨＩ；
によって表現することができる。
【００３５】
ディジタル論理の実装のために、ＡＣは一次ＩＩＲフィルタ関数：
ＡＣ（ｎ）＝ＡＣ（ｎ−１）＋（ＴＣ（ｎ−１）−ＡＣ（ｎ−１））
＊１／（２＾ＱＥＰＳ）
によって、便利かつ十分に表現することができる。ここで、ｎは処理される入力音声信号のサンプル数であり、ＱＥＰＳはローパスフィルタの「時定数」（ε＝１／２＾ＱＥＰＳ）を設定する値である。
【００３６】
図６によると、図５のノイズシェーパ内の様々な信号の関係を示した図が示されている。図６は信号ＣＬＩＰ、ＴＣ、及びＡＣを含んでいる。ＣＬＩＰは量子化器５２０が入力音声信号をクリッピングしているか否かを示すバイナリ信号である。ＣＬＩＰは量子化器がクリッピングしている場合は高く、量子化器がクリッピングしないときは低くなる。目標クリッピングレベルに対応する信号ＴＣは２のクリッピングレベル、ＬＥＶＨＩ又はＬＥＶＬＯ間で交互に切り替わる。ＴＣはそれらの値のうちの一方から他方へ即時にスイッチングする。フィルタ５３０へ提供された実質上のクリッピングレベルである信号ＡＣはバイナリではないが、代わりにＴＣの値に漸近している。
【００３７】
ＡＣのいくつかのバージョンが図６に図示されている。各々の図示されたバージョンは、上で指摘したようにＡＣがＴＣに近づく速度を制御する、異なる値のＱＥＰＳに対応している。大きな値のＱＥＰＳは、クリッピングレベルを非常にゆっくりと変化させ、本質的に固定化されたクリッピングレベルとなる（ＡＣ４参照）。小さな値のＱＥＰＳは、クリッピングレベルを非常に迅速に変化させる。例えば、値０はクリッピングレベルを目標レベルへ正確に付随させ、レベルＬＥＶＨＩ及びＬＥＶＬＯ間を即時にスイッチングする（ＴＣ参照）。ＱＥＰＳの中間値は、クリッピングレベルが目標レベルに徐々に近づくようにしている（ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３参照）。
【００３８】
十分な範囲のレベルと、時定数とを有するディジタル論理の有効な解を提供する一実施例において、ＱＮＳＬＥＶは制御レジスタの３ビット領域に格納される値（ＱＬＥＶ）によって制御される。この実施例においては、ＱＮＳＬＥＶ＝１／（２＾ＱＬＥＶ）である。ＱＬＥＶが０乃至７の範囲にすることができるので、ＱＮＳＬＥＶは１から１／１２８（約０．００７８）までの範囲にすることができる。ＱＥＰＳは制御レジスタの３ビット領域に同様に格納される。ＱＥＰＳが７に設定される場合、高い（有効有限な）時定数εを選択し、ＱＮＳＬＥＶは本質的に１／２＾ＱＬＥＶで固定化される。ＱＥＰＳが０の場合、ε＝１であり、フィルタを高低状態クリッピングレベル間で即時に遷移させる。例えば、クリッピングがノイズシェーパ量子化器中で起こった場合、ＱＮＳＬＥＶが即時に０に落ち、総ての状態値は効果的にクリアされる。１乃至６へＱＥＰＳを設定することは、主要なノイズシェーパがクリッピングする場合に、ＱＮＳＬＥＶを０方向へ低下させるために、徐々に「より遅くなる」時定数を選択させる。ＱＬＥＶとＱＥＰＳを選択して
、クリッピング後のノイズシェーパの適切な回復を保証する事ができる。
【００３９】
上述した実施例は例示的であることを意図していることに留意すべきである。別の実施例は、上述したもの以外のメカニズム又はアルゴリズムを用いて、上述した１又はそれ以上の特徴を実装することができる。例えば、いくつかの実施例は、量子化器中のクリッピングの簡単な検出に基づいてフィルタの内部状態値を制限できるが、その他の実施例はより複雑なクリッピング状態に基づいて（例えば、クリッピングが数サンプル間隔で持続する場合に）、状態値を制限することができる。別の例では、ある実施例が単極ＩＩＲフィルタ関数を用いてクリッピングレベルを遷移することができ、他の実施例ではこの目的で他の関数型を用いることができる。更に別の例においては、いくつかの実施例は、フィルタの内部状態を制限することによってフィルタの信号出力を制御できるが、他の実施例では、フィルタに対する異なる信号入力又はフィルタ出力でさえも調節可能にクリッピングすることによって、同様の結果を得ることができる。
【００４０】
当該技術分野の当業者は、情報及び信号が、多様化した異なる科学技術及び技法のいずれかを用いて表現可能であることを理解するであろう。例えば、上述を通じて引用することができるデータ、情報、信号、ビット等は、組合せも含めて、電圧、電流、電磁波当で表現することができる。情報と信号は、電線、金属性の掃引線などを含むいずれかの適当な輸送媒体を用いて、開示したシステムの素子間で伝達することができる。
【００４１】
当業者は更に、ここに開示した実施例とともに述べた、様々な図示した論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップが電子工学的なハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はその両方の組合せとして実装できることを認識するであろう。ハードウェア及びソフトウェアの互換性をはっきりと示すために、様々な図示した素子、ブロック、モジュール、回路、及びステップは、この機能性に関して一般的に述べられてきた。このような機能性がハードウェア又はソフトウェアとして実装されるかどうかは、システム全体に組み込まれている特定のアプリケーション及び設計制限に依存している。当該技術分野の当業者は、各々の特定のアプリケーションで手段を変えることによって、述べた機能性を実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲から離れて生ずると解釈すべきではない。
【００４２】
ここに開示した実施例とともに述べた様々な図示した論理ブロック、モジュール、及び回路は特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、利用者書き込み可能グリッド・アレイ（ＦＰＧＡ）、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）若しくはその他の論理デバイス、離散ゲート若しくはトランジスタ論理、離散ハードウェア素子、又はここに述べた機能を実行するように設計されたそのいずれかの組合せを実装するか、実行することができる。
【００４３】
本発明によって提供されうる利益及び利点は、特定の実施例について上述した。これらの利益及び利点、並びにそれらに生じ、あるいは明白となるいずれかの要素又は限界は、いずれかの、又は総ての請求項の批判的で、要求的で又は本質的な特徴として解釈されない。ここに用いられるように、用語「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「具えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又はそれらの他の変形は、それらの用語の後に続く要素又は限界を排他的でなく含むと解釈することを意図している。従って、一連の要素を具えるシステム、方法、又はその他の要素は、これらの要素のみに限定されず、明白に列挙されなく、請求される実施例に対して固有である他の要素も含むことができる。
【００４４】
本発明は特定の実施例によって述べられているが、実施例は例示的なものであり、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されないことを理解すべきである。上述した実施例に対する多くの変形、変更、追加及び改良が可能である。これらの変形、変更、追加及び改良は、請求項内に列挙されるような発明の範囲内にあることが考慮されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
本発明のその他の目的及び利点は、発明の詳細な説明を読むことで、及び、添付した図を参照することで明らかにすることができる。
【図１】図１は、従来のノイズシェーパについての典型的な構造を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、音声信号のクリッピングと、従来技術のノイズシェーパ内の内部状態のワインドアップから生じるスパイクとを示す図である。
【図３】図３は、一実施例によるノイズシェーパの構造を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、図３のノイズシェーパ内のフィルタ制御ユニットの動作を示す簡単なフロー図である。
【図５】図５は、一実施例によるノイズシェーパの構造を示すより詳細な機能ブロック図である。
【図６】図６は、図５のノイズシェーパ内にある様々な信号の関係を示した図である。
【００４６】
本発明は様々な変更及び代替的な形態をとるが、その特定の実施例が図や添付した発明の詳細な説明に例として示されている。しかしながら、図や発明の詳細な説明は記載されている特定の実施例に本発明を限定することを意図していないことは理解すべきである。代わりに、本開示は添付した請求項によって定義されるような本発明の範囲内にある総ての変更物、等価物及び代替物をカバーすることを意図している。
【図１】
2009524086.tif 000003
【図２】
2009524086.tif 000004
【図３】
2009524086.tif 000005
【図４】
2009524086.tif 000006
【図５】
2009524086.tif 000007
【図６】
2009524086.tif 000008
【国際調査報告】
2009524086.tif 000009