(57)【要約】複数のデジタルオーディオ信号をミキシングするためのミキシングシステムであって、前記複数のデジタルオーディオ信号のうちの少なくとも1つは所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有するノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号である、ミキシングシステムにおいて、前記複数の入力信号の合計信号を計算するための合算ユニットと、前記合計信号を受信するための入力を有する、前記合計信号をクリップするクリッピングユニットとを有し、更に、前記合計信号からのオーディオ周波数帯外の周波数成分を選択的に抑制するように構成された、前記入力端子と前記クリッピングユニットとの間のフィルタユニットと、前記クリッピングユニットからクリップされた合計信号を受信し、前記クリップされた合計信号を前記ビット解像度の出力信号にノイズシェーピングを用いて変換するように構成された変換ユニットとを有し、前記クリッピングユニットは、前記入力値を、前記コンバータが安定な態様で処理することができる値の範囲に制限するように構成されている、ミキシングシステムである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデジタルオーディオ信号をミキシングするためのミキシングシステムであって、前記複数のデジタルオーディオ信号のうちの少なくとも1つは、所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有するノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号である、ミキシングシステムにおいて、
−前記複数のオーディオ信号のそれぞれを各々が受信するための複数の入力端子を有する、前記複数の入力信号の合計信号を計算するための合算ユニットと、
−前記合計信号を受信するための入力を有する、前記合計信号をクリップするクリッピングユニットと、
−前記合計信号からのオーディオ周波数帯外の周波数成分を選択的に抑制するように構成された、前記入力端子と前記クリッピングユニットとの間のフィルタユニットと、
−前記クリッピングユニットからクリップされた合計信号を受信し、前記クリップされた合計信号を前記ビット解像度の出力信号にノイズシェーピングを用いて変換するように構成された変換ユニットと、
を有し、前記クリッピングユニットは、前記入力値を、前記コンバータが安定な態様で処理することができる値の範囲に制限するように構成されている、ミキシングシステム。
【請求項２】
請求項1に記載のミキシングシステムにおいて、前記フィルタユニットは、入力チャネルに含まれ、前記入力信号のオーディオ帯域幅を制限するために前記入力信号をフィルタリングする、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項３】
請求項1又は2に記載のミキシングシステムにおいて、前記第1の及び第2のサンプリング周波数は大きさが等しい、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項４】
請求項1乃至3の何れか1項に記載のミキシングシステムにおいて、前記入力信号及び／又は前記出力信号はDSDフォーマットである、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項５】
請求項1乃至4の何れか1項に記載のミキシングシステムにおいて、前記コンバータユニットはシグマ-デルタ変調器を有する、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項６】
請求項5に記載のミキシングシステムにおいて、前記クリップされた信号は、前記シグマ-デルタ変調器に準拠するクリップレベルまで最大化される、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項７】
請求項6に記載のミキシングシステムにおいて、前記信号出力は、前記シグマ-デルタ変調器の振幅出力と比較して-3dBに最大化される、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項８】
請求項1乃至7の何れか1項に記載のミキシングシステムにおいて、前記入力チャネルは、前記入力信号をダウンサンプリングするためのダウンサンプリングユニットを有する、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項９】
請求項1乃至8の何れか1項に記載のミキシングシステムにおいて、前記コンバータユニットはアップサンプリングユニットを有する、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項１０】
請求項1乃至9の何れか1項に記載のミキシングシステムにおいて、前記クリッピングユニットはソフトクリッピングタイプである、ことを特徴とするミキシングシステム。
【請求項１１】
所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する複数のノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号をミキシングする方法において、
−前記複数のオーディオ信号のそれぞれを受信するステップと、
−前記複数の入力信号の合計信号を計算するステップと、
−前記入力信号及び／又は前記合計信号のオーディオ周波数帯外の周波数成分を選択的に抑制するステップと、
−前記合計信号をクリップするステップと、
−前記クリップされた合計信号を前記ビット解像度の出力信号にノイズシェーピングを用いて変換するステップと、
を有し、前記クリッピングユニットは、前記入力値を、前記コンバータが安定な態様で処理することができる値の範囲に制限するように構成されている、方法。
【請求項１２】
請求項11に記載の方法において、更に、前記入力信号のオーディオ帯域幅を制限するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項11又は12に記載の方法において、前記ビット解像度から生じる前記ミキシングされた信号に含まれる周波数成分をフィルタリングするステップと、前記入力信号のオーディオ帯域幅を制限するステップとは単一の段に組み合わせられる、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する複数のノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号をミキシングするための請求項1乃至10の何れか1項に記載のミキシングシステムを有するオーディオシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する複数のノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号をミキシングするためのミキシングシステムであって、前記複数のオーディオ信号のそれぞれを各々が受信するための複数の入力端子を有する、前記複数の入力信号の合計信号を計算するための合算ユニットと、前記合計信号を受信するための入力を有する、前記合計信号をクリップするクリッピングユニットとを有するミキシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第5,581,480号は、多くのサンプリングされたオーディオ信号を合計するミキサを開示する。サンプルは、信号振幅がマルチビット(たとえば8-16ビット)ワードとして表される周知のパルス符号変調技術(PCM)を用いて表される。この技術においては、少なくとも、ナイキスト定理による最小のサンプリング周波数であるサンプリング周波数が用いられ、これは、周知のように、信号帯域幅の少なくとも2倍である。
【０００３】
この刊行物において開示されるミキサは、ミキシングされた信号を、入力信号と同じ解像度(一般に8又は16ビット解像度)によって表されることができる値の範囲に維持するためのクリッパを有する。このようなクリッパは、前記合計が最大値(例えば8又は16ビットで表すことができる最大値)を越えるならば、2つのオーディオサンプルの合計をより低い値に低減する。
【０００４】
8又は16ビットPCM信号は、オーディオ信号を表す有用な方法であるが、これら信号は、それらの大きいワード長のために幾つかの欠点を有する。代替技術として、このような大きなワード長を有するPCM信号の代わりに「ノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた」オーディオ信号を使用することが提案された。ノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたオーディオ信号は、オーディオ信号のナイキスト周波数よりずっと高いサンプリング周波数で、1サンプルにつき1つ又は幾つかのビットを伴う。このような信号の基本的な考えは、この信号は、少数のビットを用いる結果である大きい量子化誤差のスペクトル密度が、少なくとも実質的にオーディオ帯域幅の外の、高いサンプリング周波数に起因する追加の利用可能な帯域幅に集中するように表される、ということである。
【０００５】
例えば、標準のDSD(ダイレクトストリームデジタル)信号として知られているフォーマットで、オーディオコンテンツは、2.8MHzのサンプリングレートで1ビットサンプルストリームとして記憶される。あるいは、1サンプルにつき2ビット等の僅かにより高い解像度が、用いられてもよい。
【０００６】
このようなノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたサンプルストリームは、低い可聴ノイズを有する比較的低いビット解像度を用いる可能性を提供する。なぜなら、サンプルからオーディオフラグメントを復元する際に、信号解像度を向上させるために複数のサンプルが用いられてもよいからである。更に、サンプルストリームは、非常に小さい、1ビットでさえありうる解像度を有する可能性があるにも関わらず、人間の聴覚器官システムは、従来のPCM録音技術よりもこの記録技術を良く認識するということが明らかになった。
【０００７】
このようなノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた信号を、同じサンプリング周波数を有するミキシングされた信号が作成されるような方法でミキシングすることが望ましい。従って、ミキサは、ノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた信号がシステムコンポーネント間で通信するシステムに組み込まれることができる。
【０００８】
しかし、このようなノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたオーディオ信号がミキシングされると、このミキシングされた信号は、高度に歪む。例えば米国特許第5,581,480号に開示されるクリッピングを用いて、前記合計が最大値を越える場合に、ミキシングされた信号をより低い値に低減したら、ミキシングされた信号は、強く歪む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、ノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた信号をミキシングして、歪みがより少ないノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた出力信号を作成する、ミキシングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上述した目的を達成するために、プリアンブルで説明されるミキシングシステムは、前記入力信号及び／又は前記合計信号のオーディオ周波数帯外の周波数成分を選択的に抑制するように構成された、前記入力端子と前記クリッピングユニットとの間のフィルタユニットと、前記クリッピングユニットからクリップされた合計信号を受信し、ノイズシェーピングを用いて前記クリップされた合計信号を前記ビット解像度の出力信号に変換するように構成された変換ユニットとを有し、前記クリッピングユニットは、前記入力値を、前記コンバータが安定な態様で処理することができる値の範囲に制限するように構成されている。
【００１１】
本発明によれば、コンバータは、ノイズシェーピングによって、ミキシングされた信号を低解像度に変換し直す。クリッピングユニットは、コンバータへの入力値を、コンバータによって処理されることができる範囲に制限する。これは、米国特許第5,581,480号のクリッピングユニットと対比されるべきであり、このクリッピングユニットは、信号振幅を、特定のPCMビットワードによって表すことができる所望の範囲の振幅に維持し、これにより、実際の変換機能を実行する。後者の範囲は、コンバータによって取り扱われることができる範囲よりずっと狭い。
【００１２】
しかし、クリップ動作を適用することによって、非線形効果が導入される。前記クリッピング機能の非線形性は、入力信号からの量子化ノイズをオーディオ帯域より上から可聴スペクトラムに折りたたむ(fold back)という効果を有する。低解像度信号において、量子化ノイズは比較的強い。本発明によるミキシングシステムは、前記クリップ動作の非線形特性によるフォールドバックを低減するために、クリッピングの前に信号からの高周波成分を抑制する。
【００１３】
好適な実施例において、前記フィルタユニットは、入力チャネルに含まれ、前記入力信号のオーディオ帯域幅を制限するために前記入力信号をフィルタリングする。このような位置は、帯域幅の低減がデジタル処理速度上の要件を緩和するという利点を有する。好適には、前記第1の及び第2のサンプリング周波数は、大きさが等しく、より具体的には、前記入力信号及び／又は前記出力信号は、上述したDSDフォーマットである。
【００１４】
別の好適な実施例では、前記コンバータユニットは、シグマ-デルタ変調器を有する。更に、クリップされた信号は、前記シグマ-デルタ変調器に準拠するクリップレベルまで最大化されてもよい。具体的には、前記信号出力は、シグマ-デルタ変調器の振幅出力と比較して-3dBに最大化されてもよい。
【００１５】
前記入力チャネルは、前記入力信号をダウンサンプリングするためのダウンサンプリングユニットを有してもよい。このようなダウンサンプリングユニットは、帯域幅の低減がデジタル処理速度上の要件を緩和するという利点を有する。
【００１６】
必要な第2のサンプリング周波数を有する出力信号を出力するために、前記コンバータユニットは、アップサンプリングユニットを有してもよい。
【００１７】
快い音響心理学的な特性を達成するために、クリッピングユニットは、ソフトクリッピングタイプであってもよい。
【００１８】
本発明は、更に、第1の所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する複数のオーディオ入力信号をミキシングする方法であって、前記サンプリング周波数はオーディオ帯域幅に対して比較的高く、前記ビット解像度は比較的低く、当該方法は、前記複数のオーディオ信号のそれぞれを受信するステップと、前記複数の入力信号の合計信号を計算するステップと、前記入力信号及び／又は前記合計信号のオーディオ周波数帯外の周波数成分を選択的に抑制するステップと、前記合計信号をクリップするステップと、前記クリップされた合計信号を前記ビット解像度の出力信号にノイズシェーピングを用いて変換するステップとを有し、前記クリッピングユニットは、前記入力値を、前記コンバータが安定な態様で処理することができる値の範囲に制限するように構成されている、方法に関する。
【００１９】
本方法は、更に、前記入力信号のオーディオ帯域幅を制限するステップを有してもよい。
【００２０】
本発明は、 所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する複数のノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号をミキシングするための上述した側面によるミキシングシステムを有するオーディオシステムにも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の他の目的及び特徴は、図面から明白になる。
【００２２】
図1において、オーディオ再生システム1の一般的な機構が示され、これは、多くの記録されたチャネルよりも少ない出力チャネルを有するオーディオ機構のために、スーパーオーディオCD 2の多チャネル記録に含まれるオーディオ情報を最適に利用することができる。例えば、図2の入力チャネル3の数は5であり、出力チャネル4の数は2である。このために、オーディオシステム1は、所定のサンプリング周波数及びビット解像度を有する前記複数のノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号6をミキシングするためのミキサ5を有する。このようなノイズシェーピングされたオーバーサンプリングされた信号6の例は、信号をマルチビットワードとして記憶する従来の記録技術(PCM又はパルス符号変調として知られる)とは違い、2.8MHzの(非常に高い)サンプリングレートを有する1ビットサンプルストリームとして信号コンテンツを記憶した、DSD信号フォーマットである。このフォーマットは、優れたオーディオ品質を提供することが可能で、従来型のCD記録担体の後継の標準を形成する、スーパーオーディオコンパクトディスク(SACD)である。
【００２３】
この説明では、単一ビットのサンプルによって構成されるサンプルストリームが用いられるが、サンプルストリームは、実際には、1ビットよりも大きいサンプルによって形成されてもよい。本発明は、サンプルストリームにおいて用いられるビットの限られたビット解像度に起因する量子化ノイズ効果を除去するためにオーバーサンプリングが適用される全ての場合に適用可能である。図1の機構は、ミキシングの後、必要なサンプリング周波数及びビット解像度で出力信号7を供給し、これにより、費用効果及び／又は品質の必須の引き換えを与えるように構成される処理モジュール8を有するモジュラ信号処理システムを提供する可能性を与える。
【００２４】
図2において、ミキサ5は複数の入力チャネル3を有する。この例では、各チャネル3は、ダウンサンプリングユニット9を有する。入力信号6のサンプルレートを低減することによって、より経済的な信号処理が、前記入力チャネル3にある信号プロセッサ10によって可能である。
【００２５】
信号処理の後、信号6はスケーリング段11でスケーリング係数C1〜CNによって重み付けされる。次に、信号6が、加算ユニット12において加算され、ミキシングされた信号13を作成する。加算の後、クリッピングユニット14は、ミキシングされた信号7をクリップし、上記ミキシングされた信号13を最大信号振幅に制限する。
【００２６】
クリッピングユニット14のために、信号処理において非線形効果が導入され、これは、周波数倍増及びミキシングを生じる。従って、非常に高周波の帯域に非常に強く存在する量子化ノイズに関連した周波数成分は、可聴スペクトラムにマッピングし返される。高周波ノイズのこのようなフォールドバックを除去するために、フィルタユニット15が、クリッパ14の前に導入される。このフィルタ15は、前記ビット解像度から生じている前記(ミキシングされた)信号6、13が有する周波数成分を除去することが可能である。
【００２７】
フィルタ15は、高周波量子化ノイズの所望のフィルタリングを達成するためにクリッパの前のどこにでも配置されてよい。図1に表されないが例として、フィルタ15は、原理的にはミキサ5の後に配置されてもよい。しかし、フィルタ15の好ましい位置は、図1に示すように、このようなフィルタをダウンサンプリングユニット9と組み合わせることである。この位置において、再現されたオーディオ帯域スペクトラムを低減することによって、より経済的な信号処理が実行されることができる。十分に低減されたら、許容可能な信号解像度を維持すると同時に、サンプリング周波数も低減されてもよい。
【００２８】
このようにして、高周波量子化ノイズを除去して、再現されたオーディオスペクトラムを低減する機能は、単一のフィルタ段15に組み合わせられる。
【００２９】
加算ユニット5の出力は、種々の信号処理ステップ(信号6のスケーリング及び加算)に起因して、マルチビットである。信号6を出力信号7の所望のフォーマットに変換するため、アップサンプリングユニット16及びコンバータ17、好適にはシグマ-デルタ変調器が、導入される。このようなコンバータ17は、実質的に、信号13のインクリメントだけを1ビット値として出力する微分回路である。アップサンプリングは、多くの周知のルーチン(例えばサンプルアンドホールド又は補間法)によって達成されてもよい。
【００３０】
シグマ-デルタ変調器の実用的な入力値は、安定な結果を生ずるためには-3dBより低くなくてはならず、そのため、入力電圧範囲は、シグマ-デルタ変調器のバイナリ出力電圧から-3dBで制限される。クリッパ14は、好適には、コンバータ14において入力される入力値を制限するように設計されている。
【００３１】
出力された信号7の快い聴覚を得るために、ソフトタイプのクリッパ14が用いられ、このクリッパ14は、クリッパ関数のエッジの丸めこみによって導入される高次周波数の数を制限する。
【００３２】
当業者には、本発明は、図面を参照して説明された実施例に制限されるものではなく、これらの種々の変形例を含む。これらの及び他の変形例は、添付の請求項の保護の範囲に含まれるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるミキシングシステムを有するオーディオシステムの概略図である。
【図２】本発明によるミキサの実施例の概略図である。
【図１】
2005518051.tif 000002
【図２】
2005518051.tif 000003