(57)【要約】【課題】  高速１ビット・オーディオ信号の十分な周波数帯域を使いこなし、高品質のオーディオ信号を得て、記録媒体に記録することができる１ビットオーディオ信号生成装置を提供する。【解決手段】  可聴帯域外の高域の信号をディザ発生部１４によって発生させ、正規化部１６３のＢＰフィルタ特性発生部３２とＦ特傾き算出部９３及びフィルタ特性発生部９４によって周波数特性を制限し、パワーを正規化してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成し、この１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する。１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつ傾きがＦ特傾き算出部９３によって算出された信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。【選択図】  図１６
2005151589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析手段と、
前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて所定帯域の平均ノイズレベルを算出する第１のノイズレベル算出手段と、
可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成手段と、
前記高域信号生成手段にて発生された前記高域信号のノイズレベルを算出する第２のノイズレベル算出手段と、
前記第１のノイズレベル算出手段にて算出された平均ノイズレベルに基づいて前記第２のノイズレベル算出手段にて算出されたノイズレベルを正規化する正規化手段と、
前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング手段と、
前記第１のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記正規化手段にてノイズレベルが正規化された高域信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング手段と、
前記第２のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調手段と、
前記ΔΣ変調手段により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録手段とを備え、
前記正規化手段は、
前記第１のノイズレベル算出手段にて算出された平均ノイズレベルに、前記第２のノイズレベル算出手段にて算出されたノイズレベルを等しくする等化係数を算出するゲイン算出手段と、
前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて前記第１のディジタル信号の周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出手段と、前記周波数特性傾き算出手段が算出した傾きに基づいたフィルタ特性を発生するフィルタ特性発生手段とを有し、前記傾きに基づいたフィルタ特性に応じて得たフィルタ係数を用いて前記高域信号に周波数特性制限処理を施す周波数特性制限手段と、
前記ゲイン算出手段からの前記等化係数を用いて前記周波数特性制限手段からのフィルタ出力のノイズレベルを調整するゲイン調整手段とを備える
ことを特徴とする１ビットオーディオ信号生成装置。
【請求項２】
前記正規化手段の前記周波数特性制限手段は、バンドパスフィルタ特性を発生するバンドパスフィルタ特性発生手段をさらに備え、前記バンドパスフィルタ特性と前記傾きに基づいたフィルタ特性とを合成したフィルタ特性から得たフィルタ係数を生成し、このフィルタ係数を用いて前記高域信号に周波数特性制限処理を施すことを特徴とする請求項１記載の１ビットオーディオ信号生成装置。
【請求項３】
前記高域信号生成手段は、前記可聴帯域外の高域信号としてディザ信号を発生することを特徴とする請求項１記載の１ビットオーディオ信号生成装置。
【請求項４】
前記可聴帯域外の高域信号を発生する高域信号生成手段として前記周波数分析結果に基づいて可聴帯域外の高域信号のスペクトルを発生するスペクトル発生手段を用い、また前記正規化手段の前記ゲイン調整手段によってゲインが調整されたスペクトルに基づいた時間波形信号を合成する波形合成手段をさらに備え、前記加算手段は前記第１のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記波形合成手段から出力された前記波形が合成された可聴帯域外の高域信号とを加算することを特徴とする請求項１記載の１ビットオーディオ信号生成装置。
【請求項５】
サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析工程と、
前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて所定帯域の平均ノイズレベルを算出する第１のノイズレベル算出工程と、
可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成工程と、
前記高域信号生成工程にて発生された前記高域信号のノイズレベルを算出する第２のノイズレベル算出工程と、
前記第１のノイズレベル算出工程にて算出された平均ノイズレベルに基づいて前記第２のノイズレベル算出工程にて算出されたノイズレベルを正規化する正規化工程と、
前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング工程と、
前記第１のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記正規化工程にてノイズレベルが正規化された高域信号とを加算する加算工程と、
前記加算工程の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング工程と、
前記第２のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調工程と、
前記ΔΣ変調工程により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録工程とを備え、
前記正規化工程は、
前記第１のノイズレベル算出工程にて算出された平均ノイズレベルに、前記第２のノイズレベル算出工程にて算出されたノイズレベルを等しくする等化係数を算出するゲイン算出工程と、
前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて前記第１のディジタル信号の周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出工程と、前記周波数特性傾き算出工程が算出した傾きに基づいたフィルタ特性を発生するフィルタ特性発生工程とを有し、前記傾きに基づいたフィルタ特性に応じて得たフィルタ係数を用いて前記高域信号に周波数特性制限処理を施す周波数特性制限工程と、
前記ゲイン算出工程からの前記等化係数を用いて前記周波数特性制限工程からのフィルタ出力のノイズレベルを調整するゲイン調整工程とを備える
ことを特徴とする１ビットオーディオ信号生成方法。
【請求項６】
サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析手段と、
前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成手段と、
前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング手段と、
前記第１のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記高域信号生成手段で生成された高域信号を加算する加算手段と、
前記加算手段の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング手段と、
前記第２のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調手段と、
前記ΔΣ変調手段により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録手段とを備え、
前記高域信号生成手段は、
前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果の所定帯域のスペクトルを複製し、この複製したスペクトルを複数ブロック用いて可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分を形成するスペクトル複製手段と、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果から周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出手段と、前記周波数特性傾き算出手段で算出された傾きから前記可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分に与えるゲインを算出するゲイン算出手段と、前記ゲイン算出手段で算出されたゲインに基づいて前記スペクトル複製手段が複製したスペクトルを複数ブロック用いて形成した可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分のゲインを調整するゲイン調整手段と、ゲイン調整手段でゲインが調整された可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分を周波数毎に加算するスペクトル加算手段と、前記スペクトル加算手段からの加算スペクトルから可聴帯域外の高域信号となる時間波形信号を生成する波形合成手段とを備える
ことを特徴とする１ビットオーディオ信号生成装置。
【請求項７】
サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析工程と、
前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成工程と、
前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング工程と、
前記第１のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記高域信号生成手段で生成された高域信号を加算する加算工程と、
前記加算工程の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング工程と、
前記第２のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調工程と、
前記ΔΣ変調工程により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録工程とを備え、
前記高域信号生成工程は、
前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果の所定帯域のスペクトルを複製し、この複製したスペクトルを複数ブロック用いて可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分を形成するスペクトル複製工程と、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果から周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出工程と、前記周波数特性傾き算出工程で算出された傾きから前記可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分に与えるゲインを算出するゲイン算出工程と、前記ゲイン算出工程で算出されたゲインに基づいて前記スペクトル複製工程が複製したスペクトルを複数ブロック用いて形成した可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分のゲインを調整するゲイン調整工程と、ゲイン調整工程でゲインが調整された可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分を周波数毎に加算するスペクトル加算工程と、前記スペクトル加算工程からの加算スペクトルから可聴帯域外の高域信号となる時間波形信号を生成する波形合成工程とを備える
ことを特徴とする１ビットオーディオ信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットのＰＣＭのディジタル信号を、サンプリング周波数がｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットが１ビットの高速１ビットディジタル信号に変換して記録媒体に記録する１ビットオーディオ信号生成装置及び１ビットオーディオ信号生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ΔΣ変調された高速１ビット・オーディオ信号は、従来のデジタルオーディオに使われてきたＰＣＭ信号のフォーマット（例えばサンプリング周波数４４．１ｋＨｚ、データ語長１６ビット）に比べて、非常に高いサンプリング周波数と短いデータ語長（例えばサンプリング周波数が４４．１ｋＨｚの６４倍でデータ語長が１ビット）といった形をしており、広い伝送可能周波数帯域を特長にしている。また、ΔΣ変調により１ビット信号であっても、６４倍というオーバーサンプリング周波数に対して低域であるオーディオ帯域において、高いダイナミックレンジをも確保できる。この特徴を生かして高音質のレコーダーやデータ伝送に応用することができる。
【０００３】
ΔΣ変調装置自体はとりわけ新しい技術ではなく、回路構成がＩＣ化に適していて、また比較的簡単にＡＤ変換の精度を得ることができることで従来からＡＤコンバータの内部などではよく用いられている回路である。
【０００４】
ΔΣ変調にされた信号は、簡単なアナログローパスフィルターを通すことによって、アナログオーディオ信号に戻すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、量子化周波数が４４．１ＫＨｚで量子化語長が１６ビットのＰＣＭの楽音信号を、量子化周波数が２８２２．４ＫＨｚ（６４×４４．１ＫＨｚ）で量子化語長が１ビットの高速１ビット・オーディオ信号に変換する場合、今までは、ＰＣＭの周波数帯域の２２．０５ＫＨｚのみをオーバーサンプリングとΔΣ変調により高速１ビット・オーディオ信号に変換しているので、変換後も楽音信号の周波数帯域は２２．０５ＫＨｚであり、高速１ビット・オーディオ信号の周波数帯域約１００ＫＨｚを使っていなかった。
【０００６】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、高速１ビット・オーディオ信号の十分な周波数帯域を使いこなし、高品質のオーディオ信号を得て、記録媒体に記録することができる１ビットオーディオ信号生成装置及び方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る１ビットオーディオ信号生成装置は、前記課題を解決するために、サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析手段と、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて所定帯域の平均ノイズレベルを算出する第１のノイズレベル算出手段と、可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成手段と、前記高域信号生成手段にて発生された前記高域信号のノイズレベルを算出する第２のノイズレベル算出手段と、前記第１のノイズレベル算出手段にて算出された平均ノイズレベルに基づいて前記第２のノイズレベル算出手段にて算出されたノイズレベルを正規化する正規化手段と、前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング手段と、前記第１のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記正規化手段にてノイズレベルが正規化された高域信号とを加算する加算手段と、前記加算手段の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング手段と、前記第２のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調手段と、前記ΔΣ変調手段により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録手段とを備え、前記正規化手段は、前記第１のノイズレベル算出手段にて算出された平均ノイズレベルに、前記第２のノイズレベル算出手段にて算出されたノイズレベルを等しくする等化係数を算出するゲイン算出手段と、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて前記第１のディジタル信号の周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出手段と、前記周波数特性傾き算出手段が算出した傾きに基づいたフィルタ特性を発生するフィルタ特性発生手段とを有し、前記傾きに基づいたフィルタ特性に応じて得たフィルタ係数を用いて前記高域信号に周波数特性制限処理を施す周波数特性制限手段と、前記ゲイン算出手段からの前記等化係数を用いて前記周波数特性制限手段からのフィルタ出力のノイズレベルを調整するゲイン調整手段とを備える。
【０００８】
したがって、前記加算手段は、前記第１のオーバーサンプリング手段からのマルチビットディジタル信号に、ノイズレベルが正規化された可聴帯域外の高域信号を滑らかにつなげた加算出力を前記第２のオーバーサンプリング手段に送る。
【０００９】
本発明に係る１ビットオーディオ信号生成方法は、前記課題を解決するために、サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析工程と、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて所定帯域の平均ノイズレベルを算出する第１のノイズレベル算出工程と、可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成工程と、前記高域信号生成工程にて発生された前記高域信号のノイズレベルを算出する第２のノイズレベル算出工程と、前記第１のノイズレベル算出工程にて算出された平均ノイズレベルに基づいて前記第２のノイズレベル算出工程にて算出されたノイズレベルを正規化する正規化工程と、前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング工程と、前記第１のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記正規化工程にてノイズレベルが正規化された高域信号とを加算する加算工程と、前記加算工程の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング工程と、前記第２のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調工程と、前記ΔΣ変調工程により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録工程とを備え、前記正規化工程は、前記第１のノイズレベル算出工程にて算出された平均ノイズレベルに、前記第２のノイズレベル算出工程にて算出されたノイズレベルを等しくする等化係数を算出するゲイン算出工程と、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて前記第１のディジタル信号の周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出工程と、前記周波数特性傾き算出工程が算出した傾きに基づいたフィルタ特性を発生するフィルタ特性発生工程とを有し、前記傾きに基づいたフィルタ特性に応じて得たフィルタ係数を用いて前記高域信号に周波数特性制限処理を施す周波数特性制限工程と、前記ゲイン算出工程からの前記等化係数を用いて前記周波数特性制限工程からのフィルタ出力のノイズレベルを調整するゲイン調整工程とを備える。
【００１０】
したがって、前記加算工程は、前記第１のオーバーサンプリング工程からのマルチビットディジタル信号に、ノイズレベルが正規化された可聴帯域外の高域信号を滑らかにつなげた加算出力を前記第２のオーバーサンプリング工程に送る。
【００１１】
本発明に係る１ビットオーディオ信号生成装置は、前記課題を解決するために、サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析手段と、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果に基づいて可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成手段と、前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング手段と、前記第１のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記高域信号生成手段で生成された高域信号を加算する加算手段と、前記加算手段の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング手段と、前記第２のオーバーサンプリング手段から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調手段と、前記ΔΣ変調手段により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録手段とを備え、前記高域信号生成手段は、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果の所定帯域のスペクトルを複製し、この複製したスペクトルを複数ブロック用いて可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分を形成するスペクトル複製手段と、前記周波数分析手段で得られた周波数分析結果から周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出手段と、前記周波数特性傾き算出手段で算出された傾きから前記可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分に与えるゲインを算出するゲイン算出手段と、前記ゲイン算出手段で算出されたゲインに基づいて前記スペクトル複製手段が複製したスペクトルを複数ブロック用いて形成した可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分のゲインを調整するゲイン調整手段と、ゲイン調整手段でゲインが調整された可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分を周波数毎に加算するスペクトル加算手段と、前記スペクトル加算手段からの加算スペクトルから可聴帯域外の高域信号となる時間波形信号を生成する波形合成手段とを備える。
【００１２】
本発明に係る１ビットオーディオ信号生成方法は、前記課題を解決するために、サンプリング周波数がｆｓ（ｋＨｚ）で量子化ビットがマルチビットの第１のディジタル信号に周波数分析処理を施す周波数分析工程と、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果に基づいて可聴帯域外の高域信号を生成する高域信号生成工程と、前記第１のディジタル信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、サンプリング周波数ｍ・ｆｓのマルチビットディジタル信号を出力する第１のオーバーサンプリング工程と、前記第１のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号と前記高域信号生成手段で生成された高域信号を加算する加算工程と、前記加算工程の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングすることによりｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号を出力する第２のオーバーサンプリング工程と、前記第２のオーバーサンプリング工程から出力されたサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）のマルチビットディジタル信号にΔΣ変調処理を施してサンプリング周波数ｍ・ｎ・ｆｓ（ｋＨｚ）でデータ語長１ビットの１ビットオーディオ信号を出力するΔΣ変調工程と、前記ΔΣ変調工程により出力された１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録する記録工程とを備え、前記高域信号生成工程は、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果の所定帯域のスペクトルを複製し、この複製したスペクトルを複数ブロック用いて可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分を形成するスペクトル複製工程と、前記周波数分析工程で得られた周波数分析結果から周波数特性の傾きを算出する周波数特性傾き算出工程と、前記周波数特性傾き算出工程で算出された傾きから前記可聴帯域外の高域信号を形成するスペクトル部分に与えるゲインを算出するゲイン算出工程と、前記ゲイン算出工程で算出されたゲインに基づいて前記スペクトル複製工程が複製したスペクトルを複数ブロック用いて形成した可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分のゲインを調整するゲイン調整工程と、ゲイン調整工程でゲインが調整された可聴帯域外の高域信号のスペクトル部分を周波数毎に加算するスペクトル加算工程と、前記スペクトル加算工程からの加算スペクトルから可聴帯域外の高域信号となる時間波形信号を生成する波形合成工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の１ビットオーディオ信号生成装置及び方法は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号を発生させ、元の信号に加算してからΔΣ変調により１ビットオーディオ信号を生成し、記録媒体に記録するので、聴覚的な音像のそれぞれの奥行き感が前後に広がり、ステレオ感も左右に広がり、音の分離が良くなるオーディオ信号を提供することができる。さらに、微妙な音も再現され、例えばホールなどのバックグランドノイズも聞き取れるようになるため雰囲気がよくなる。また、脳波測定を行うとα波の発生が確認され、心地良さが増すという結果も得られた。
【００１４】
本発明の１ビットオーディオ信号生成装置及び方法は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号を元のＰＣＭ信号の周波数分析処理結果から複製して発生し、元のＰＣＭ信号に加算してからΔΣ変調により１ビットオーディオ信号を生成し、この１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録するので、聴覚的な音像のそれぞれの奥行き感が前後に広がり、ステレオ感も左右に広がり、音の分離が良いオーディオ信号を提供することができる。さらに、微妙な音も再現され、例えばホールなどのバックグランドノイズも聞き取れるようになるため雰囲気がよくなる。また、高域信号を左右のチャンネルで合成することにより、これらの効果をコントロールすることが可能となる。また、脳波測定を行うとα波の発生が確認され、心地良さが増すという結果も得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る１ビットオーディオ信号生成装置及び方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
先ず、第１の実施の形態について説明する。この第１の実施の形態は、図１に示すような高速１ビット・オーディオ信号生成システム１であり、ディジタルオーディオ信号処理装置２を備える。このディジタルオーディオ信号処理装置２には、選択装置３にて選択された、コンパクトディスク（ＣＤ）４やディジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）５から再生されたＰＣＭ信号、又はディジタルオーディオミキサー７などからのＰＣＭ信号の何れかが入力される。そして、このディジタルオーディオ信号処理装置２により、前記ＰＣＭ信号を高速１ビット・オーディオ信号に変換し、スーパーオーディオＣＤ（ＳＡＣＤ：ソニー（株）商品名）８に記録したり、レコーダ９等に供給したりする。ここで、ディジタルオーディオミキサー７はマルチトラックレコーダ６により記録されたディジタルオーディオ信号をミキシングしたＰＣＭ信号を出力する。
【００１７】
したがって、図１に示した高速１ビット・オーディオ信号生成システム１は、コンパクトディスク（ＣＤ）４やディジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）５から再生されたＰＣＭ信号、又はディジタルオーディオミキサー７のＰＣＭ信号から高速１ビット・オーディオ信号を生成し、光ディスク等の媒体に記録したり、レコーダに伝送することができる。
【００１８】
ディジタルオーディオ信号処理装置２の構成を図２に示す。このディジタルオーディオ信号処理装置２は、入力端子１１から入力された、量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ楽音信号（ＰＣＭ信号）に周波数分析処理を施す周波数分析部１２と、周波数分析部１２の周波数分析結果から所定帯域の平均ノイズレベルを算出するパワー算出部１３とを備える。
【００１９】
また、ディジタル信号処理装置２は、可聴帯域外の高域信号であるディザ信号を発生するディザ発生部１４と、ディザ発生部１４にて発生したディザ信号の前記所定帯域の平均ノイズレベルを算出するパワー算出部１５と、パワー算出部１５にて算出された平均ノイズレベルを正規化するための正規化部１６とを備える。
【００２０】
また、ディジタルオーディオ信号処理装置２は、前記ＰＣＭ信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部２１と、オーバーサンプリング処理部２１にてオーバーサンプリングされたＰＣＭ信号と正規化部１６で正規化されたディザ信号を加算する加算器２２と、加算器２２の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部２３と、オーバーサンプリング処理部２３にてオーバーサンプリングされたマルチビットディジタル信号を１ビットディジタル信号に変換し、出力端子２５から外部に導出するΔΣ変調部２４とを備える。
【００２１】
周波数分析部１２は、入力端子１１から入力されたＰＣＭ信号に、例えば高速フーリエ変換（fast Fourier transformation：ＦＦＴ）を用いてＤＣ〜２２．０５ＫＨｚの範囲で周波数分析処理を施し、その周波数分析結果をパワー算出部１３に供給する。
【００２２】
パワー算出部１３は、周波数分析部１２より供給された周波数分析結果から、例えば１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚの範囲の平均パワーを算出する。このパワー算出部１３で計算された平均パワーは正規化部１６に送られる。
【００２３】
ディザ発生部１４は、可聴帯域外の高域信号となる、ディザ信号を発生させる。このとき、ディザ信号の発生間隔を、後述するオーバーサンプリング処理部２１でのオーバーサンプリング処理後の信号周期と等しくする。オーバーサンプリング処理部２１で、例えば、２（＝ｍ）倍オーバーサンプリングをする場合は、２ｆｓ＝８８．２ＫＨｚに基づいた発生周期となる。また、ディザ信号の語長を、後述する加算器２２で前記オーバーサンプリング処理出力に正規化部１６の正規化結果を加算するのに充分な長さとする。オーバーサンプリング処理部２１で使用されるディジタルフィルタの係数の語長を例えば１６ビットとすると、入力端子１１には１６ビットのＰＣＭ信号が供給されているので、オーバーサンプリング後の語長が３１ビットとなり、前記ディザ信号の語長は３１ビット必要となる。
【００２４】
パワー算出部１５は、ディザ発生部１４にて発生されたディザ信号のパワーを算出する。このパワー算出部１５で計算されたパワーは正規化部１６に送られる。
【００２５】
正規化部１６は、パワー算出部１３にて算出されたＰＣＭ信号の１８ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの範囲の平均パワーに基づいてパワー算出部１５にて算出されたディザ信号のパワーを正規化し、正規化出力を加算器２２に供給する。
【００２６】
オーバーサンプリング処理部２１は、入力端子１１から入力された量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号を、２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、オーバーサンプリング処理出力を加算器２２に供給する。
【００２７】
加算器２２は、正規化部１６からの正規化出力とオーバーサンプリング処理部２１からのオーバーサンプリング出力とを加算し、その加算出力をオーバーサンプリング処理部２３に送る。
【００２８】
オーバーサンプリング処理部２３は、前記加算出力を３２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングする。よって、このオーバーサンプリング処理部２３からのオーバーサンプリング出力は、前記量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力となる。
【００２９】
この６４倍オーバーサンプリング出力は、ΔΣ変調部２４に送られ、後述するデルタシグマ変調処理が施されて１ビットオーディオ信号となり、出力端子２５に供給される。
【００３０】
第１の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１に用いるディジタルオーディオ信号処理装置２は、正規化部１６の構成を異ならせることにより、いくつかの実施例に分けることができる。以下にいくつかの実施例について説明する。
【００３１】
先ず、第１の実施の形態の第１実施例（以下、実施例１−１と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置２１について図３〜図９を用いて説明する。この実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置２１の正規化部１６１は、ゲイン算出部３１と、バンドパス（ＢＰ）フィルタ特性発生部３２と、フィルタ係数算出部３３と、フィルタ処理部３４と、ゲイン調整部３５とを備えている。
【００３２】
バンドパス（ＢＰ）フィルタ特性発生部３２は、オーバーサンプリング処理部２１で例えば２倍オーバーサンプリング処理を行ったときに、図４に示すように、２０ｋＨｚ過ぎから４０ｋＨｚ手前までを０ｄＢで通過させるフィルタ特性を発生する。
【００３３】
フィルタ係数算出部３３は、ＢＰフィルタ特性発生部３２で発生されたフィルタ特性を、フィルタ処理部３４で使うフィルタ係数に変換する。
【００３４】
フィルタ処理部３４は、ディザ発生部１４からのディザ信号を、フィルタ係数算出部３３で算出された前記フィルタ係数に基づいてフィルタ処理し、フィルタ処理出力をゲイン調整部３５に供給する。
【００３５】
ゲイン算出部３１は、パワー算出部１３で算出されたＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚの範囲の平均パワーに対してパワー算出部１５で算出されたディザ信号のパワーを等しくする係数を算出する。このゲイン算出部３１で算出された係数は、ゲイン調整部３５に送られる。
【００３６】
ゲイン調整部３５は、フィルタ処理部３４のフィルタ処理出力であるディザ信号のパワーを、前記ゲイン算出部３１からの係数を用いて前記ＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚまでの範囲の平均パワーと等しくし、加算器２２に送る。
【００３７】
そして、加算器２２は、正規化部１６１のゲイン調整部３５でパワーがゲイン調整されたディザ信号と、オーバーサンプリング処理部２１で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、スペクトル上で見ると、図５に示すように周波数スペクトルが滑らかにつながるようになる。
【００３８】
すなわち、ディザ発生部１４のディザ信号にフィルタ処理部３４でフィルタ処理を施して得られたフィルタ処理出力３７に、ゲイン調整部３５でパワー調整した後のディザ信号３８は、前記入力端子１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１２で周波数分析処理を施した結果３６に滑らかにつながる。
【００３９】
そして、図５に周波数特性を示した加算器２２の加算出力は、オーバーサンプリング処理部２３により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部２４には、前記図５に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【００４０】
ΔΣ変調部２４は、図６に示すような基本的な構成を採る。すなわち、積分器４２と、一つの１ビット量子化器４３とその量子化出力のフィードバック系との組み合わせで構成されている。詳細には、入力信号Ｇが正入力端子に供給され、後述する帰還出力が負入力端子に供給される加算器４１と、加算器４１の加算出力に積分処理を施す積分器４２と、この積分器４２の積分出力を１サンプル周期毎に１ビットデジタル信号に量子化する１ビット量子化器４３とを備える。１ビット量子化器４３の量子化出力Ｈは、加算器４１に負符号とされて帰還され、入力信号Ｇに加算（結果的に減算）される。また、１ビット量子化器４３からは１ビットデジタル信号Ｈが量子化出力として外部に導出される。積分器４２は加算器４２ａと、遅延器４２ｂを備える。
【００４１】
ここで、１ビット量子化器４３は、時間に対して不変で常に０である閾値（スレッシュホールド）を参照して入力信号Ｇに量子化処理を施して１ビット出力信号Ｈを生成している。すなわち、この１ビット量子化器４３は、入力信号Ｇに対して０を境に、０以上と０未満で２値のレベルを判定し、量子化処理を施している。
【００４２】
図７には、図６に示したΔΣ変調装置を含む、積分器を複数備えたΔΣ変調装置８０の構成を示す。この図７において前記図６のΔΣ変調装置を構成した加算器４１、積分器４２及び１ビット量子化器４３は、加算器７５と、積分器７６及び１ビット量子化器７８に符号を代えている。また、１ビット量子化器７８からの負帰還経路にはビット長変換器７９を配している。
【００４３】
この図７に示すΔΣ変調装置８０は、５個の積分器６３，６６，６９，７３及び７６を備えた５次のΔΣ変調装置である。また、この５次のΔΣ変調装置は、５個目の積分器７６の出力を減衰してから再量子化して前の積分器７３の入力に帰還する局部帰還ループ部８１を備える。局部帰還ループ部８１は、局部帰還減衰器７７と、ノイズシェーパ８２とを備える。
【００４４】
また、このΔΣ変調装置８０は、前記５個の積分器６３，６６，６９，７３及び７６の前で、各積分器に多ビットのデジタル信号を加算する加算器６２，６５，６８，７２及び７５と、前記５個の積分器の内の１番目〜４番目の積分器６３，６６，６９及び７３の後ろに接続される４個の減衰器６４，６７，７１及び７４と、５番目の積分器７６の後ろに接続される、前記１ビット量子化器３と同様の１ビット量子化器７８と、この１ビット量子化器７８からの１ビットデジタル信号のビット長を多ビットに変換し、５個の積分器６３，６６，６９，７３及び７６の入力となるように加算器６２，６５，６８，７２及び７５に供給するビット長変換器７９とを備える。
【００４５】
１番目の積分器６３は、入力端子６１及び加算器６２を介して供給された入力信号を積分する。このため、図６に示した加算器４２ａと同様の加算器からの出力を、遅延器４２ｂと同様の遅延器で遅延し、前記加算器に戻す構成をとる。２番目〜５番目の積分器６６，６９，７３及び７６も同様である。
【００４６】
５番目の積分器７６からの積分出力は１ビット量子化器７８及び局部帰還ループ部８１の局部帰還減衰器７７に供給される。
【００４７】
１ビット量子化器７８は、量子化処理にて参照する閾値レベルを時間軸に対して固定とした量子化器である。１ビット出力信号は、出力端子８３から導出されると共に、ビット長変換器７９に供給される。
【００４８】
ビット長変換器７９は、前記１ビット量子化器７８からの１ビット信号を多ビットのデジタル信号に変換し、加算器６２，６５，６８，７２及び７５に負符号を付して帰還する。したがって、各加算器６２，６５，６８，７２及び７５は、入力端子６１及び前段の各積分器６３，６６，６９，７３から減衰器６４，６７，７１，７４を介して供給される信号からビット長変換器７８の出力信号を減算する。
【００４９】
減衰器６４，６７，７１及び７４は、係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３及びＫ４を用いて、積分器６３，６６，６９及び７３の各積分出力を減衰し、加算器６５，６８，７２及び７５に供給する。
【００５０】
局部帰還ループ部８１の局部帰還減衰器７７は、５番目の積分器７６からの積分出力を係数Ｋｆを用いて減衰し、ノイズシェーパ８２に供給する。
【００５１】
ノイズシェーパ８２は、図示しないが、加算器と遅延器とマルチビット量子化器とを備えてなり、局部帰還減衰器７７からの減衰出力をデータ語長の切り捨てを発生させることなく再量子化する。具体的には、再量子化誤差を可聴帯域外へシフトする。
【００５２】
したがって、このΔΣ変調装置８０は、局部帰還ループを備えるので、高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子２５を介してディジタルオーディオ信号処理装置２１の出力とされる。
【００５３】
以上説明した実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置２１は、可聴帯域外の高域の信号をディザ発生部１４によって発生させ、正規化部１６１のＢＰフィルタ特性発生部３２で帯域制限し、かつＰＣＭ信号のパワーでそのパワーを正規化してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図５に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越える信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【００５４】
この実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置２１において、オーバーサンプリング処理部２１では２倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部２３では、３２倍オーバーサンプリング処理を行ったが、オーバーサンプリング処理部２１では４倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部２３では、１６倍オーバーサンプリング処理を行ってもよい。
【００５５】
その時のＢＰフィルタ特性発生部３２でのＢＰフィルタ特性を図８に示す。また、ΔΣ変調器２４への入力信号を図９に示す。すなわち、ＢＰフィルタ特性発生部３２は、オーバーサンプリング処理部２１が４倍オーバーサンプリング処理を行うので、図８に示すように、２０ｋＨｚ過ぎから８０ｋＨｚ手前までを０ｄＢで通過させるためのフィルタ特性を発生する。そして、フィルタ係数算出部３３は、ＢＰフィルタ特性発生部３２で発生された前記フィルタ特性を、フィルタ処理部３４で使うフィルタ係数に変換する。
【００５６】
このフィルタ係数に基づいて、フィルタ処理部３４は、ディザ発生部１４からのディザ信号にフィルタ処理を施し、フィルタ処理出力をゲイン調整部３５に供給する。
【００５７】
ゲイン調整部３５は、フィルタ処理部３４のフィルタ処理出力であるディザ信号のパワーを、前記ゲイン算出部３１からの係数を用いて前記ＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚまでの範囲の平均パワーと等しくし、加算器２２に送る。
【００５８】
加算器２２は、ゲイン調整部３５でゲイン調整されたディザ信号と、オーバーサンプリング処理部２１で４倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、スペクトル上で見ると、図９に示すように周波数スペクトルが滑らかにつながるようになる。すなわち、ディザ発生部１４のディザ信号にフィルタ処理部３４でフィルタ処理を施して得られたフィルタ処理出力４６にゲイン調整部３５でパワー調整した後のディザ信号４７は、前記入力端子１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１２で周波数分析処理を施した結果４５に滑らかにつながっている。
【００５９】
そして、図９に周波数特性を示した加算器２２の加算出力は、オーバーサンプリング処理部２３により、１６×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部２４には、前記図９に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【００６０】
このようにオーバーサンプリング処理部２１で４倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部２３で１６倍オーバーサンプリング処理を行った場合、加算器２２は、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図９に示したような８０ｋＨｚに及ぶパワー調整した後のディザ信号４７を付加することになる。よってその加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調した１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域をはるかに越える信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【００６１】
次に、第１の実施の形態の第２実施例（以下、実施例１−２と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置２２について図１０〜図１５を用いて説明する。先ず、構成について前記実施例１−１と異なる点を中心に説明する。この実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置２２の正規化部１６２は、図３の正規化部１６１を構成したゲイン算出部３１とバンドパス（ＢＰ）フィルタ特性発生部３２とフィルタ係数算出部３３とフィルタ処理部３４とゲイン調整部３５の他に、さらに１／ｆフィルタ特性発生部５１と、フィルタ係数算出部５２と、フィルタ処理部５３とを備えている。
【００６２】
次に、実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置２２の正規化部１６２の動作について説明する。１／ｆフィルタ特性発生部５１は、図１１に示すように、周波数が高くなるほど振幅［GAIN］が小さくなり、かつ２０ｋＨｚ付近で振幅がフィルタ処理の前後で等しくなるようなフィルタ特性を発生する。
【００６３】
フィルタ係数算出部５２は、１／ｆフィルタ特性発生部５１で発生されたフィルタ特性を、フィルタ処理部５３で使う１／ｆフィルタ係数に変換する。
【００６４】
フィルタ処理部５３は、ディザ発生部１４からのディザ信号を、フィルタ係数算出部５２で算出された前記１／ｆフィルタ係数に基づいてフィルタ処理し、フィルタ処理出力をフィルタ処理部３４に供給する。
【００６５】
よって、フィルタ処理部３４は、フィルタ処理部５３にて前記１／ｆフィルタ係数に基づいてフィルタ処理されたディザ信号に、フィルタ係数算出部３３にて算出されたＢＰＦ用フィルタ係数を用いたフィルタ処理を施し、図１２に示すようなＢＰＦフィルタ出力を生成し、ゲイン調整部３５に供給する。
【００６６】
ゲイン調整部３５は、フィルタ処理部３４のフィルタ処理出力（図１１）であるディザ信号のパワーを、前記ゲイン算出部３１からの係数を用いて前記ＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚまでの範囲の平均パワーと等しくし、加算器２２に送る。
【００６７】
加算器２２は、ゲイン調整部３５でゲイン調整されたディザ信号と、オーバーサンプリング処理部２１で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、スペクトル上で見ると、図１３に示すように周波数スペクトルが滑らかにつながるようになる。
【００６８】
すなわち、ディザ発生部１４のディザ信号にフィルタ処理部３４でフィルタ処理を施して得られたフィルタ処理出力５７にゲイン調整部３５でパワー調整した後のディザ信号５８は、前記入力端子１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１２で周波数分析処理を施した結果５６に滑らかにつながる。
【００６９】
そして、図１３に周波数特性を示した加算器２２の加算出力は、オーバーサンプリング処理部２３により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部２４には、前記図１３に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【００７０】
ΔΣ変調部２４は、前記図６に示す基本的な構成を採る。実際には、図７に示すような５次の構成であり、高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子２５を介してディジタルオーディオ信号処理装置２２の出力とされる。
【００７１】
以上説明した実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置２２は、可聴帯域外の高域の信号をディザ発生部１４によって発生させ、正規化部１６２のＢＰフィルタ特性発生部３２と１／ｆフィルタ特性発生部で発生したそれぞれの特性に基づいて周波数特性を制限してからパワーを正規化し、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図１３に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつ傾きが１／ｆに調整された信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【００７２】
ところで、この正規化部１６２では、回路規模が大きくなり、演算処理時間もかかるフィルタ処理部を二つ（フィルタ処理部５３及び３４）も用いているが、図１４に示すように、一つのフィルタ処理部３４のみにすることも可能である。
【００７３】
すなわち、フィルタ係数算出部５２とフィルタ係数算出部３３のフィルタ係数算出結果をフィルタ係数合成部９１にて合成してから、フィルタ処理部３４に供給する。これにより回路規模を小さくすることができるし、演算処理時間を短縮することができる。
【００７４】
この図１４の構成を採った場合の正規化部１６２の要部の動作は、以下の通りである。フィルタ係数合成部９１は、フィルタ係数算出部５２で算出された前記１／ｆフィルタ係数とフィルタ係数算出部３３で算出された前記ＢＰＦ用フィルタ係数とを合成する。フィルタ処理部３４は、ディザ発生部１４からのディザ信号に、フィルタ係数合成部９１からの合成フィルタ係数を用いたフィルタ処理を施す。そして、フィルタ処理出力をゲイン調整部３５に供給する。
【００７５】
また、正規化部１６２では、図１５に示すように、１／ｆフィルタ特性発生部５１のフィルタ特性と、ＢＰフィルタ特性発生部３２のフィルタ特性をフィルタ特性合成部９２で合成し、その合成フィルタ特性に従ったフィルタ係数をフィルタ係数算出部３３で計算するようにして、フィルタ処理部を一つ（フィルタ処理部３４）にすることもできる。
【００７６】
この図１５の構成を採った場合の正規化部１６２の要部の動作は、以下の通りである。フィルタ特性合成部９２は、１／ｆフィルタ特性発生部５１のフィルタ特性と、ＢＰフィルタ特性発生部３２のフィルタ特性を合成し、合成フィルタ特性をフィルタ係数算出部３３に供給する。
【００７７】
フィルタ係数算出部３３は、前記合成フィルタ特性を、フィルタ処理部３４で使うフィルタ係数に変換する。フィルタ処理部３４は、ディザ発生部１４からのディザ信号に、フィルタ係数算出部３３で算出したフィルタ係数を用いたフィルタ処理を施す。そして、フィルタ処理出力をゲイン調整部３５に供給する。
【００７８】
次に、第１の実施の形態の第３実施例（以下、実施例１−３と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置２３について図１６〜図２０を用いて説明する。先ず、構成について前記実施例１−１又は１−２と異なる点を中心に説明する。この実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置２３の正規化部１６３は、図１０に示した正規化部１６２を変形した図１５に示す要部の構成にある、１／ｆフィルタ特性発生部５１をＦ特傾き算出部９３とフィルタ特性発生部９４に置き換えたものである。
【００７９】
すなわち、このディジタルオーディオ信号処理装置２３の正規化部１６３は、図３の正規化部１６１を構成したゲイン算出部３１とバンドパス（ＢＰ）フィルタ特性発生部３２とフィルタ係数算出部３３とフィルタ処理部３４とゲイン調整部３５の他に、さらにＦ特傾き算出部９３と、フィルタ特性発生部９４と、フィルタ特性合成部９２とを備えている。
【００８０】
次に、実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置２３の正規化部１６３の動作について説明する。Ｆ特傾き算出部９３は、周波数分析部１２での周波数分析により得られた前記ＰＣＭ信号の周波数分析結果の、図１７に示す例えば１０ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数特性１０１の傾き１０２を算出する。
【００８１】
フィルタ特性発生部９４は、前記周波数特性１０１の傾き１０２から図１８に示すような、周波数が高くなるほど振幅が下がるフィルタ特性を発生させ、フィルタ特性合成部９２に供給する。
【００８２】
フィルタ特性合成部９２は、前記フィルタ特性発生部９４で発生された図１８に示すフィルタ特性と、ＢＰＦフィルタ特性発生部３２で発生された前記図４に示すフィルタ特性とを合成して合成フィルタ特性をフィルタ係数算出部３３に供給する。
【００８３】
フィルタ係数算出部３３は、前記合成フィルタ特性を、フィルタ処理部３４で使うフィルタ係数に変換する。フィルタ処理部３４は、ディザ発生部１４からのディザ信号に、フィルタ係数算出部３３で算出したフィルタ係数を用いたフィルタ処理を施す。そして、図１９に示すようなフィルタ処理出力をゲイン調整部３５に供給する。
【００８４】
ゲイン調整部３５は、フィルタ処理部３４のフィルタ処理出力（図１９）であるディザ信号のパワーを、前記ゲイン算出部３１からの係数を用いて前記ＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚまでの範囲の平均パワーと等しくし、加算器２２に送る。
【００８５】
加算器２２は、ゲイン調整部３５でパワーがゲイン調整されたディザ信号と、オーバーサンプリング処理部２１で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、スペクトル上で見ると、図２０に示すように周波数スペクトルが滑らかにつながるようになる。
【００８６】
すなわち、ディザ発生部１４のディザ信号にフィルタ処理部３４でフィルタ処理を施して得られたフィルタ処理出力１０４にゲイン調整部３５でパワー調整した後のディザ信号１０５は、前記入力端子１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１２で周波数分析処理を施した結果１０３に滑らかにつながる。
【００８７】
ΔΣ変調部２４は、前述したように、高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子２５を介してディジタルオーディオ信号処理装置２３の出力とされる。
【００８８】
以上説明した実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置２３は、可聴帯域外の高域の信号をディザ発生部１４によって発生させ、正規化部１６３のＢＰフィルタ特性発生部３２とＦ特傾き算出部９３及びフィルタ特性発生部９４によって周波数特性を制限し、パワーを正規化してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図２０に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつ傾きがＦ特傾き算出部９３によって算出された信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【００８９】
以上、実施例１−１、１−２、１−３の各説明からも明かなように、第１の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１は、可聴帯域外の高域の信号をディザ発生部１４によって発生させ、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成し、この１ビットオーディオ信号を記録媒体に記録している。各実施例はその正規化部１６１、１６２、１６３内の各フィルタ処理部により、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に加算する、可聴帯域外の高域の信号の傾きや、帯域を異ならせ、さらにパワーを調整している。いずれの場合も、聴覚的な音像のそれぞれの奥行き感が前後に広がり、ステレオ感も左右に広がり、音の分離が良くなる。微妙な音も再現され、例えばホールなどのバックグランドノイズも聞き取れるようになるため雰囲気がよりよくなる。また、脳波測定を行うとα波の発生が確認され、心地良さが増すという結果も得られた。
【００９０】
次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態も、図１に示すような高速１ビット・オーディオ信号生成システム１であり、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０を備える。
【００９１】
ディジタルオーディオ信号処理装置１１０の構成を図２１に示す。このディジタルオーディオ信号処理装置１１０は、入力端子１１１から入力された、ＰＣＭ信号に周波数分析処理を施す周波数分析部１１２と、周波数分析部１１２の周波数分析結果から所定帯域の平均ノイズレベルを算出するパワー算出部１１３とを備える。
【００９２】
また、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０は、前記ＰＣＭ信号に加算する可聴帯域外の高域信号のスペクトルを発生するスペクトル発生部１１４と、このスペクトル発生部１１４にて発生した可聴帯域外の高域信号のスペクトルのパワーを算出するパワー算出部１１５と、パワー算出部１１５にて算出されたスペクトルのパワーを正規化し、かつスペクトルを時間波形信号に合成する正規化＆波形合成部１１６とを備える。
【００９３】
また、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０は、前記ＰＣＭ信号をｍ（ｍ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部１１７と、オーバーサンプリング処理部１１７にてオーバーサンプリングされたＰＣＭ信号と正規化＆波形合成部１１６で正規化され、波形合成された可聴帯域外の高域信号を加算する加算器１１８と、加算器１１８の加算出力をｎ（ｎ≧２の正の整数）×ｆｓ（ｋＨｚ）のサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部１１９と、オーバーサンプリング処理部１１９にてオーバーサンプリングされたマルチビットディジタル信号を１ビットディジタル信号に変換し、出力端子１２１から外部に導出するΔΣ変調部１２０とを備える。
【００９４】
周波数分析部１１２は、入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に、例えば高速フーリエ変換ＦＦＴを用いてＤＣ〜２２．０５ＫＨｚの範囲で周波数分析処理を施し、その周波数分析結果をパワー算出部１１３に供給する。
【００９５】
パワー算出部１１３は、周波数分析部１１２より供給された周波数分析結果から、例えば１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚの範囲の平均パワーを算出する。このパワー算出部１１３で計算された平均パワーは正規化＆波形合成部１１６に送られる。
【００９６】
スペクトル発生部１４は、周波数分析部１１２より供給された周波数分析結果から、前記ＰＣＭ信号に加算する、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越える、可聴帯域外の高域信号のスペクトルをＰＣＭ信号に相関するように発生する。このスペクトル発生部１４の詳細な構成及び動作については後述する。
【００９７】
パワー算出部１１５は、スペクトル発生部１１４にて発生されたスペクトルの、例えば２３ＫＨｚ〜２５ＫＨｚまでの範囲のパワーを算出する。このパワー算出部１１５で計算されたスペクトルのパワーは正規化＆波形合成部１１６に送られる。
【００９８】
正規化＆波形合成部１１６は、パワー算出部１１３にて算出された平均パワーに基づいてパワー算出部１１５にて算出されたスペクトルのパワーを正規化し、かつスペクトルを時間波形信号に戻した出力を加算器１１８に供給する。この正規化＆波形合成部１１６の詳細な構成及び動作についても後述する。
【００９９】
オーバーサンプリング処理部１１７は、入力端子１１１から入力された量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号を、２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、オーバーサンプリング処理出力を加算器１１８に供給する。
【０１００】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６からの正規化された時間波形信号出力とオーバーサンプリング処理部１１７からのオーバーサンプリング出力とを加算し、その加算出力をオーバーサンプリング処理部１１９に送る。
【０１０１】
オーバーサンプリング処理部１１９は、前記加算出力を３２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングする。よって、このオーバーサンプリング処理部１１９からのオーバーサンプリング出力は、前記量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力となる。この６４倍オーバーサンプリング出力は、ΔΣ変調部１２０に送られ、デルタシグマ変調処理が施されて１ビットオーディオ信号となり、出力端子１２１に供給される。
【０１０２】
第２の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１が備えるディジタルオーディオ信号処理装置１１０は、スペクトル発生部１１４や、正規化＆波形合成部１１６の構成を異ならせることにより、いくつかの実施例に分けることができる。以下に、ディジタル信号処理装置１１０のいくつかの実施例について説明する。
【０１０３】
先ず、第２の実施の形態の第１実施例（以下、実施例２−１と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０１について図２２〜図２６を用いて説明する。この実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１のスペクトル発生部１１４は、図２２に示すように主要スペクトル選択部１２３と、パワースペクトル算出部１２４と、倍音スペクトル発生部１２５と、スペクトル加算部１２６とを備えている。
【０１０４】
パワースペクトル算出部１２４は、周波数分析部１１２による周波数分析結果から、例えば、図２３に示すように、１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚまでのパワー周波数スペクトルＰＦｓを計算し、主要スペクトル選択部１２３に送る。ここでは説明のために簡略したスペクトルを示している。
【０１０５】
主要スペクトル選択部１２３は、周波数分析部１１２による周波数分析結果と、パワースペクトル算出部１２４によるパワー周波数スペクトルＰＦｓからパワー値の大きい周波数スペクトルを順番に選び出す。例えば、図２４に示す(1)、(2)、(3)、(4)のように上位４つを選び出している。
【０１０６】
倍音スペクトル発生部１２５は、主要スペクトル選択部１２３で選ばれた周波数スペクトル(1)、(2)、(3)、(4)の２ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）倍のスペクトル(1')、(2')、(3')、(4')を図２４に示すように算出し、さらに、その周波数が２０ｋＨｚを越えて４０ｋＨｚ以下のスペクトルを選択する。このため、(1')のスペクトルは、２０ｋＨｚであり、選択の条件の２０ｋＨｚを越えていないので選択されない。図２５に示すように、スペクトル(2')、(3')、(4')が選択される。
【０１０７】
なお、４０ｋＨｚ以下という制限は、オーバーサンプリング処理部１１７が２倍オーバーサンプリングであるため、サンプリング定理から導かれる。
【０１０８】
倍音スペクトル発生部１２５で算出されたスペクトルは、スペクトル加算部１２６に供給される。スペクトル加算部１２６は、倍音スペクトル発生部１２５で算出されたスペクトルを周波数毎にそれぞれ加算する。スペクトル加算部１２６で加算されたスペクトルは、パワー算出部１１５及び正規化＆波形合成部１１６に供給される。
【０１０９】
パワー算出部１１５は、スペクトル加算部１２６からのスペクトルの、例えば２３ＫＨｚ〜２５ＫＨｚまでの範囲のパワーを算出する。このパワー算出部１１５で計算されたスペクトルのパワーは正規化＆波形合成部１１６に送られる。
【０１１０】
また、この実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１の正規化＆波形合成部１１６は、図２２に示すように、ゲイン算出部１２７と、ゲイン調整部１２８と、波形合成部１２９とを備えている。
【０１１１】
ゲイン算出部１２７は、パワー算出部１１３で算出されたＰＣＭ信号の１８ＫＨｚ〜２０ＫＨｚの範囲の平均パワーに対してパワー算出部１１５で算出されたスペクトルの２３ｋＨｚから２５ｋＨｚまでのパワーを等しくする係数を算出する。このゲイン算出部１２７で算出された係数は、ゲイン調整部１２８に送られる。
【０１１２】
ゲイン調整部１２８は、スペクトル加算部１２６で算出したスペクトルのパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１１３】
波形合成部１２９は、ゲイン調整部１２８でパワーが調整されたスペクトルに、例えば、逆ＦＦＴ処理を施し、周波数スペクトルを時間波形に変換して、加算器１１８に送る。
【０１１４】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図２６に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１１５】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図２６に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトル（(2'')、(3'')、(4'')）１３１に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１３２は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果得られたパワー周波数スペクトル（(1)、(2)、(3)、(4)）１３０につながる。
【０１１６】
そして、図２６に周波数特性を示した加算器１１８の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１１９により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１２０には、前記図２６に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０１１７】
ΔΣ変調部１２０は、前記図６に示す基本的な構成を採る。実際には、図７に示すような５次の構成であり、高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１２１を介してディジタルオーディオ信号処理装置１１０１の出力とされる。
【０１１８】
以上説明した実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号を元ＰＣＭ信号の倍音を算出することにより発生させ、正規化＆波形合成部１１６によって正規化してから波形合成し、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図２６に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０１１９】
この実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１において、オーバーサンプリング処理部１１７では２倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１１９では、３２倍オーバーサンプリング処理を行ったが、オーバーサンプリング処理部１１７では４倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１１９では、１６倍オーバーサンプリング処理を行ってもよい。また、オーバーサンプリング処理部１１７では８倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１１９でも、８倍オーバーサンプリング処理を行ってもよい。
【０１２０】
次に、第２の実施の形態の第２実施例（以下、実施例２−２と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０２について図２７及び図２８を用いて説明する。この実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置１１０２は、実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１のスペクトル発生部１１４に、スペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えたものである。このディジタルオーディオ信号処理装置１１０２は、自身を一方のチャンネルｃｈ１とするとき、他方のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるものである。
【０１２１】
スペクトル加算部１２６で加算されたスペクトルは、スペクトル加算部１３５及び出力端子１３６に供給される。
【０１２２】
出力端子１３６は、スペクトル加算部１２６からのスペクトルを図２８に示すように他方のチャンネルｃｈ２へ供給する。
【０１２３】
掛け算器１３８に接続する出力端子１３９は、図２８に示すように他方のチャンネルｃｈ２で生成されたスペクトルを受け取るためのものである。
【０１２４】
また、掛け算器１３８に接続する入力端子１３７に供給される合成係数ｋは、他方のチャンネルｃｈ２のスペクトルを加算するときの加算率を表すものである。例えば、ｙ＝ｃｈ１＋ｋ＊ｃｈ２とすると、まったく加算しないときは、ｋ＝０、５０％加算のときは、ｋ＝１などとなる。
【０１２５】
掛け算器１３８は、入力端子１３９に供給される他方のチャンネルｃｈ２からのスペクトルに、合成係数ｋをかけてスペクトル加算部１３５に送る。
【０１２６】
スペクトル加算部１３５は、掛け算器１３８の掛け算結果と、スペクトル加算部１２６からの加算結果をさらに加算し、パワー算出部１１５及びゲイン調整部１２８に供給する。
【０１２７】
パワー算出部１１５は、スペクトル加算部１３５からのスペクトルの、例えば２３ＫＨｚ〜２５ＫＨｚまでの範囲のパワーを算出する。このパワー算出部１１５で計算されたスペクトルのパワーは正規化＆波形合成部１１６のゲイン算出部１２７に送られる。
【０１２８】
ゲイン調整部１２８は、スペクトル加算部１３５で算出したスペクトルのパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１２９】
波形合成部１２９以下、加算器１１８、オーバーサンプリング処理部１１９及びΔΣ変調部１２０の動作は前記図２２のものと同様であるのでここでは説明を省略する。
【０１３０】
したがって、この実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置１１０２は、自身を一方のチャンネルｃｈ１とするとき、他方のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるので、スピーカや、ヘッドホンなどに接続した場合に、音場の広がり感を制御できるようになる。
【０１３１】
また、実施例２−２では、二つのチャンネルの場合を示したが、スペクトル加算部１３５と掛け算器１３８を相手チャンネルの数だけ付け加えることにより、２チャンネルを越える場合にでも対応できる。
【０１３２】
また、合成係数ｋは、固定値であるが、周波数分析部１１２による周波数分析結果を用いて、入力信号のスペクトルによって変化させてもよい。
【０１３３】
次に、第２の実施の形態の第３実施例（以下、実施例２−３と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０３について図２９〜図３２を用いて説明する。この実施例２−３のディジタルオーディオ信号処理装置１１０３は、実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置１１０１の正規化＆波形合成部１１６に、１／ｆ特性発生部１４０と掛け算器１４１とを新たに加えたものである。
【０１３４】
１／ｆ特性発生部１４０は、図３０に示すように、周波数が高くなるほどに振幅［GAIN］が小さくなるような特性であり、かつ２０ｋＨｚで振幅が処理の前後で等しくなるようにしている１／ｆ特性を発生する。
【０１３５】
掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに前記１／ｆ特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。このときの掛け算器１４１のスペクトル出力を図３１に示す。
【０１３６】
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１３７】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図３２に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１３８】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図３２に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１３８で処理した出力１４３に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１４４は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１４２につながる。
【０１３９】
そして、図３２に周波数特性を示した加算器１１８の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１１９により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１２０には、前記図３２に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０１４０】
ΔΣ変調部１２０は、前述したように高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１２１を介してディジタルオーディオ信号処理装置１１０３の出力とされる。
【０１４１】
以上説明した実施例２−３のディジタルオーディオ信号処理装置１１０３は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号のスペクトルを元ＰＣＭ信号の倍音を算出することにより発生させ、正規化＆波形合成部１１６によって１／ｆ特性にしたがって周波数特性を制限し、そのパワーを正規化してから波形合成して、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図３２に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。
【０１４２】
したがって、この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号が傾きを調整されて付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０１４３】
また、このディジタルオーディオ信号処理装置１１０３のスペクトル発生部１１４に、前記実施例２−２で説明したようなスペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えて、他のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるようにしてもよい。
【０１４４】
次に、第２の実施の形態の第４実施例（以下、実施例２−４と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０４について図３３〜図３７を用いて説明する。先ず、構成について前記実施例２−１又は２−３と異なる点を中心に説明する。この実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置１１０４は、実施例２−３のディジタルオーディオ信号処理装置１１０３の正規化＆波形合成部１１６にある、１／ｆ特性発生部１４０をＦ特傾き算出部１４５と傾き特性発生部１４６に置き換えたものである。
【０１４５】
すなわち、このディジタルオーディオ信号処理装置２４の正規化＆波形合成部１１６は、図２２の正規化＆波形合成部１１６を構成したゲイン算出部１２７とゲイン調整部１２８と波形合成部１２９の他に、さらにＦ特傾き算出部１４５と、傾き特性発生部１４６と、掛け算器１４１とを備えている。
【０１４６】
Ｆ特傾き算出部１４５は、周波数分析部１１２での周波数分析により得られた前記ＰＣＭ信号の周波数分析結果の、図３４に示す例えば１０ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数特性１４７の傾き１４８を算出する。
【０１４７】
傾き特性発生部１４６は、前記周波数特性１４７の傾き１４８から図３５に示すような、周波数が高くなるほど振幅が下がるフィルタ特性を発生させ、掛け算器１４１に供給する。
【０１４８】
掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに傾き特性発生部１４６で発生されたフィルタ特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。このときの掛け算器１４１のスペクトル出力を図３６に示す。
【０１４９】
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１５０】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図３７に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１５１】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図３７に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１４１で処理した出力１５１に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１５２は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１５０につながる。
【０１５２】
そして、図３７に周波数特性を示した加算器１１８の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１１９により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１２０には、前記図３７に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０１５３】
ΔΣ変調部１２０は、前述したように高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１２１を介してディジタルオーディオ信号処理装置１１０４の出力とされる。
【０１５４】
以上説明した実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置１１０３は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号のスペクトルを元ＰＣＭ信号の倍音を算出することにより発生させ、正規化＆波形合成部１１６によってＦ特傾き算出部１４５で算出した傾き特性にしたがって制限してからそのパワーを正規化し、そして時間波形信号を合成してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図３７に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。
【０１５５】
したがって、この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号がＰＣＭ信号に関連する傾きのまま付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０１５６】
また、このディジタルオーディオ信号処理装置１１０４のスペクトル発生部１１４に、前記実施例２−２で説明したようなスペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えて、他のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるようにしてもよい。
【０１５７】
次に、第２の実施の形態の第５実施例（以下、実施例２−５と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０５について図３８〜図４０を用いて説明する。先ず、構成について前記実施例２−４と異なる点を中心に説明する。この実施例２−５のディジタルオーディオ信号処理装置１１０５は、実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置１１０４の正規化＆波形合成部１１６に、新たに、傾き切り替え部１５３と、パワー算出部１５４と、パワー比較部１５５と、パワー値発生部１５７と、平坦特性発生部１５６とを加えた構成を採る。
【０１５８】
パワー算出部１５４は、周波数分析部１１２による周波数分析の結果得られた周波数分析結果の出力から、例えば、１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのパワーを算出し、パワー比較部１５５に送る。
【０１５９】
パワー値発生部１５７は、パワー比較部１５５における比較の基準となるパワー値を発生する。具体的には、量子化語長１６bit及びＰＣＭ入力のＳ／Ｎ比を考慮して、例えば、-90dBを発生する。
【０１６０】
パワー比較部１５５は、パワー算出部１５４におけるパワー算出結果を、パワー値発生部１５７からの-90dBと比較して比較結果を傾き切り替え部１５３に送る。ここでは、パワー値算出部１５４におけるパワー算出結果が、パワー値発生部１５７の-90dBより大きかった場合に“１”を、小さかった場合に“０”を出力する。
【０１６１】
傾き切り替え部１５３は、パワー比較部１５５における比較結果が“１”の場合、図３９に示すように、傾き特性発生部１４６で生成された傾き特性１６１を掛け算器１４１に送る。
【０１６２】
すると、掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに傾き特性発生部１４６で発生されたフィルタ特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。
【０１６３】
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１６４】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図３９に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１６５】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図３９に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１４１で処理した出力１６１に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１６２は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１６０につながる。
【０１６６】
また、パワー比較部１５５における比較結果が“０”の場合は、図４０に示すように、平坦特性発生部１５６の出力を掛け算器１４１に送る。
【０１６７】
すると、掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに平坦特性発生部１５６で発生されたフィルタ特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。
【０１６８】
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１６９】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図４０に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１７０】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図４０に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１４１で処理した出力１６４に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１６５は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１６３につながる。
【０１７１】
なお、図４０には比較のため、パワー比較部１５５でのパワー比較に基づいた傾きの切替を行わなかったときのゲイン調整部１２８からのスペクトル１６６を示す。
【０１７２】
そして、図３９及び図４０に周波数特性を示した加算器１１８の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１１９により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１２０には、前記図３９及び図４０に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０１７３】
ΔΣ変調部１２０は、前述したように高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１２１を介してディジタルオーディオ信号処理装置１１０５の出力とされる。
【０１７４】
以上説明した実施例２−５のディジタルオーディオ信号処理装置１１０５は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号のスペクトルを元ＰＣＭ信号の倍音を算出することにより発生させ、正規化＆波形合成部１１６によって入力信号のダイナミックレンジを考慮したスペクトルにしてからそのパワーを正規化し、さらに時間波形信号に合成してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図３９及び図４０に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。
【０１７５】
したがって、この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号がＰＣＭ信号に関連する傾きで、さらに入力信号のダイナミックレンジが考慮されて付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０１７６】
また、このディジタルオーディオ信号処理装置１１０５のスペクトル発生部１１４に、前記実施例２−２で説明したようなスペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えて、他のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるようにしてもよい。
【０１７７】
次に、第２の実施の形態の第６実施例（以下、実施例２−６と記す）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置１１０６について図４１〜図４３を用いて説明する。先ず、構成について前記実施例２−４と異なる点を中心に説明する。この実施例２−６のディジタルオーディオ信号処理装置１１０６は、実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置１１０４の正規化＆波形合成部１１６に、新たに、パワー算出部１５４と、傾き係数発生部１７１と、掛け算器１７２とを追加した。
【０１７８】
パワー算出部１５４は、周波数分析部１１２による周波数分析の結果得られた周波数分析結果の出力から、例えば、１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのパワーを算出し、傾き係数発生部１７１に送る。
【０１７９】
傾き係数発生部１７１は、パワー算出部１５４からのパワーの値により、“０”から“１”までの連続した値を傾き係数として出力する。パワーの値が小さいときは、より“０”に近い値を出力し、パワーの値が大きいときは、より“１”に近い値を出力し、掛け算器１７２に送る。
【０１８０】
掛け算器１７２は、ｆ特傾き算出部１４５で算出した前記ｆ特傾き値に、前記傾き係数を掛けて、傾き特性発生部１４６に送る。
【０１８１】
傾き特性発生部１４６は、掛け算器１７２からの掛け算出力に応じた傾き特性を発生し、掛け算器１４１に供給する。
【０１８２】
パワー算出部１５４のパワー値が大きいとき、傾き係数発生部１７１は“１”に近い傾き係数を発生する。すると、掛け算器１７２は、ｆ特傾き算出部１４５で生成された傾きをそのまま、傾き特性発生部１４６に出力する。
【０１８３】
傾き特性発生部１４６は、前記傾きに応じたフィルタ特性（傾き特性）を発生し、掛け算器１４１に供給する。
【０１８４】
掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに傾き特性発生部１４６で発生されたフィルタ特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１８５】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図４２に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１８６】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図４２に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１４１で処理した出力１７６に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１７７は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１７５につながる。
【０１８７】
また、パワー算出部１５４のパワー値が小さいとき、傾き係数発生部１７１は“０”に近い傾き係数を発生する。すると、掛け算器１７２は、ｆ特傾き算出部１４５で生成された傾きに０に近い値を掛けることになり、傾き特性発生部１４６は平坦に近い周波数特性を発生させる。
【０１８８】
すると、掛け算器１４１は、スペクトル加算部１２６で生成されたスペクトルに、傾き特性発生部１４６で発生された平坦に近い周波数特性を掛け算し、ゲイン調整部１２８に送る。
【０１８９】
ゲイン調整部１２８は、掛け算器１４１のスペクトル出力のパワーを、前記ゲイン算出部１２７からの係数を用いて調整し、波形合成部１２９に送る。
【０１９０】
加算器１１８は、正規化＆波形合成部１１６の波形合成部１２９で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１１７で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図４３に示すように、周波数スペクトルがつながる。
【０１９１】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図４３に示すように、スペクトル加算部１２６で生成したスペクトルを掛け算器１４１で処理した出力１７９に、ゲイン調整部１２８でパワー調整した後のスペクトル１８０は、前記入力端子１１１から入力されたＰＣＭ信号に周波数分析部１１２で周波数分析処理を施した結果１７８につながる。
【０１９２】
なお、図４３には比較のため、傾き係数発生部１７１での傾き係数発生を使わなかったときのゲイン調整部１２８からのスペクトル１８１を示す。
【０１９３】
そして、図４２及び図４３に周波数特性を示した加算器１１８の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１１９により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１２０には、前記図４２及び図４３に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０１９４】
ΔΣ変調部１２０は、前述したように高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１２１を介してディジタルオーディオ信号処理装置１１０６の出力とされる。
【０１９５】
以上説明した実施例２−６のディジタルオーディオ信号処理装置１１０６は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号のスペクトルを元ＰＣＭ信号の倍音を算出することにより発生させ、正規化＆波形合成部１１６によって入力信号の周波数特性、ダイナミックレンジを考慮したスペクトルに制限してから、そのパワーを正規化し、そして時間波形信号に合成してから、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図４２及び図４３に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。
【０１９６】
したがって、この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号がＰＣＭ信号に関連する傾きで、さらに入力信号の周波数特性、ダイナミックレンジが考慮されて付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０１９７】
また、このディジタルオーディオ信号処理装置１１０６のスペクトル発生部１１４に、前記実施例２−２で説明したようなスペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えて、他のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるようにしてもよい。
【０１９８】
以上、実施例２−１、２−２、２−３、２−４、２−５、２−６の各説明からも明かなように、第２の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１で用いるディジタル信号処理装置は、可聴帯域外の高域の信号を入力信号に相関を持たせてスペクトル発生部１１４、及び正規化＆波形合成部１１６によって発生させ、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。
【０１９９】
これにより、第２の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１は、聴覚的な音像のそれぞれの奥行き感が前後に広がり、ステレオ感も左右に広がり、音の分離が良くなる１ビットオーディオ信号を生成し、記録媒体に記録することができる。また、この１ビットオーディオ信号によれば、微妙な音も再現され、例えばホールなどのバックグランドノイズも聞き取れるようになるため雰囲気がよりよくなる。また、脳波測定を行うとα波の発生が確認され、心地良さが増すという結果も得られた。
【０２００】
次に、第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態も、図１に示すような高速１ビット・オーディオ信号生成システム１であり、ディジタルオーディオ信号処理装置１９０を備える。
【０２０１】
ディジタルオーディオ信号処理装置１９０の構成を図４４に示す。このディジタルオーディオ信号処理装置１９０は、入力端子１９１から入力された、ＰＣＭ信号に周波数分析処理を施す周波数分析部１９２と、周波数分析部１９２の周波数分析結果からＰＣＭ信号に加算する信号を生成する可聴帯域外高域信号生成部１９３とを備える。
【０２０２】
また、ディジタルオーディオ信号処理装置１９０は、前記ＰＣＭ信号をｍ×ｆｓのサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部１９４と、オーバーサンプリング処理部１９４にてオーバーサンプリングされたＰＣＭ信号と可聴帯域外高域信号生成部１９３で生成された可聴帯域外高域信号を加算する加算器１９５と、加算器１９５の加算出力をｎ×ｆｓのサンプリング周波数でオーバーサンプリングするオーバーサンプリング処理部１９６と、オーバーサンプリング処理部１９６にてオーバーサンプリングされたマルチビットディジタル信号を１ビットディジタル信号に変換し、出力端子１９８から外部に導出するΔΣ変調部１９７とを備える。  
周波数分析部１９２は、入力端子１９１から入力されたＰＣＭ信号に、例えば高速フーリエ変換ＦＦＴを用いてＤＣ〜２２．０５ＫＨｚの範囲で周波数分析処理を施し、その周波数分析結果を可聴帯域外高域信号生成部１９３に供給する。
【０２０３】
可聴帯域外高域信号生成部１９３は、ＰＣＭ信号に加算するための可聴帯域外の高域の信号をＰＣＭ信号に相関を持たせて生成し、加算器１９５に供給する。
【０２０４】
オーバーサンプリング処理部１９４は、入力端子１９１から入力された量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号を、２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、オーバーサンプリング処理出力を加算器１９５に供給する。
【０２０５】
加算器１９５は、可聴帯域外高域信号生成部１９３からの可聴帯域外高域信号とオーバーサンプリング処理部１９４からのオーバーサンプリング出力とを加算し、その加算出力をオーバーサンプリング処理部１９６に送る。
【０２０６】
オーバーサンプリング処理部１９６は、前記加算出力を３２×４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングする。よって、このオーバーサンプリング処理部１９６からのオーバーサンプリング出力は、前記量子化周波数４４．１ｋＨｚ、量子化語長１６ｂｉｔのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力となる。この６４倍オーバーサンプリング出力は、ΔΣ変調部１９７に送られ、デルタシグマ変調処理が施されて１ビットオーディオ信号となり、出力端子１９８に供給される。
【０２０７】
この第３の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システム１に用いられるディジタルオーディオ信号処理装置１９０は、可聴帯域外高域信号生成部１９３を、図４５に示す構成例とする。図４５に示す構成例の可聴帯域外高域信号生成部１９３を備えるディジタルオーディオ信号処理装置１９０の具体例（１９０１）を実施例３−１として以下に説明する。
【０２０８】
この実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置１９０１は、可聴帯域外高域信号生成部１９３を、図４５に示すように、ｆ特傾き算出部２０１と、ゲイン算出部２０２と、ゲイン調整部２０３と、スペクトルのコピー部２０４と、スペクトル加算部２０５と、波形合成部２０６とから構成している。
【０２０９】
スペクトルコピー部２０４は、周波数分析部１９２からの図４６に示す周波数分析結果２１０から、例えば、１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚまで（図４６に斜線で示す）のスペクトルをコピーする。そして、２０ｋＨｚから２５ｋＨｚと、２５ｋＨｚから３０ｋＨｚと、３０ｋＨｚから３５ｋＨｚと、３５ｋＨｚから４０ｋＨｚとのそれぞれにコピー出力を行い、各ブロックよりなるスペクトル２１１を作り出り、ゲイン調整部２０３に送る。
【０２１０】
ｆ特傾き算出部２０１は、図４７に示すように、周波数分析部１９２の周波数分析結果２１２から、スペクトルコピー部２０４でコピーした１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚまでのスペクトル（斜線）の傾き２１３を算出し、ゲイン算出部２０２に送る。
【０２１１】
ゲイン算出部２０２は、図４８に示すように、ｆ特傾き算出部２０１にて前記周波数分析結果２１４から算出した傾きから、スペクトルコピー部２０４でのコピーにより生成された各ブロックのスペクトル２１１に対応したそれぞれのゲイン２１５を算出し、ゲイン調整部２０３に送る。
【０２１２】
ゲイン調整部２０３は、ゲイン算出部２０２で算出したゲインに基づいて、スペクトルのコピー部２０４で生成した各ブロック毎のゲイン２１５を調整し、図４９に示すように、ゲイン調整された各ブロック毎のスペクトル２１６を生成し、スペクトル加算部２０５に送る。
【０２１３】
スペクトル加算部２０５は、前記各ブロック毎のスペクトル２１６を周波数毎にそれぞれ加算し、波形合成部２０６に供給する。
【０２１４】
波形合成部２０６は、スペクトル加算部２０５で生成されたスペクトルに、例えば、逆ＦＦＴ処理を施し、周波数スペクトルを時間波形に変換して、加算器１９５に送る。
【０２１５】
加算器１９５は、可聴帯域外高域信号生成部１９３の波形合成部２０６で生成された時間波形と、オーバーサンプリング処理部１９４で２倍オーバーサンプリング処理されたＰＣＭ信号とを加算する。これにより、図５０に示すように、周波数スペクトル２１７がつながる。
【０２１６】
すなわち、周波数スペクトル上で見ると、図５０に示すように、波形合成部２０６で生成した各ブロック毎のスペクトルは、前記入力端子１９１から入力されたＰＣＭ信号につながる。
【０２１７】
そして、図５０に周波数特性２１７を示した加算器１９５の加算出力は、オーバーサンプリング処理部１９６により、３２×４４．１ＫＨｚのサンプリング周波数でオーバーサンプリングされる。これによりΔΣ変調部１９７には、前記図５０に示した周波数特性で、サンプリング周波数が４４．１ＫＨｚのＰＣＭ信号の６４倍オーバーサンプリング出力が供給される。
【０２１８】
ΔΣ変調部１９７は、前記図６に示す基本的な構成を採る。実際には、図７に示すような５次の構成であり、高音質の１ビットオーディオ信号を出力することができる。この高音質の１ビットオーディオ信号は出力端子１９８を介してディジタルオーディオ信号処理装置１９０１の出力とされる。
【０２１９】
以上説明した実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置１９０１は、元のＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号を元ＰＣＭ信号のｆ特から算出した傾きを基に生成し、オーバーサンプリングしたＰＣＭ信号に、図５０に示すように滑らかにつながるように加算し、その加算出力をさらにオーバーサンプリングした後に、ΔΣ変調して１ビットオーディオ信号を生成している。この１ビットオーディオ信号には、ＰＣＭ信号の周波数帯域を越え、かつＰＣＭ信号に相関のある信号が付加されているので、聴覚的な音像の奥行き感が前後に広がるような自然な感じを出すことができる。
【０２２０】
この実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置１９０１において、オーバーサンプリング処理部１９４では２倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１９６では、３２倍オーバーサンプリング処理を行ったが、オーバーサンプリング処理部１９４では４倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１９６では、１６倍オーバーサンプリング処理を行ってもよい。また、オーバーサンプリング処理部１９４では８倍オーバーサンプリング処理を、オーバーサンプリング処理部１９６でも、８倍オーバーサンプリング処理を行ってもよい。
【０２２１】
また、このディジタルオーディオ信号処理装置１９０１の可聴帯域外高域信号生成部１９３に、前記実施例２−２で説明したようなスペクトル加算部１３５と、掛け算器１３８と、出力端子１３６と、入力端子１３９と、合成係数ｋの入力端子１３７とを新たに加えて、他のチャンネルｃｈ２で生成したスペクトル情報を合成し、合成率を制御することにより、ＰＣＭ信号に付加する高域信号のチャンネル間の分離度を制御できるようにしてもよい。
【０２２２】
したがって、実施例３−１の説明からも明かなように、第３の実施の形態のディジタルオーディオ信号処理装置１９０は、可聴帯域外高域信号生成部１９３を備え、元のＰＣＭ信号の周波数分析結果をコピーすることによって、ＰＣＭ信号には含まれない可聴帯域外の高域の信号を発生させ、元の信号に加算してからΔΣ変調している。これにより、第３の実施の形態は、聴覚的な音像のそれぞれの奥行き感が前後に広がり、ステレオ感も左右に広がり、音の分離が良くなる１ビットオーディオ信号を生成することができる。また、この１ビットオーディオ信号によれば、微妙な音も再現され、例えばホールなどのバックグランドノイズも聞き取れるようになるため雰囲気がよりよくなる。また、脳波測定を行うとα波の発生が確認され、心地良さが増すという結果も得られた。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の高速１ビット・オーディオ信号生成システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態の高速１ビット・オーディオ信号生成システムが備えるディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の第１実施例（実施例１−１）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するＢＰフィルタ特性発生部が発生するＢＰフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図５】実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図６】実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置を含め、すべての実施例を構成するΔΣ変調部のブロック図である。
【図７】５次のΔΣ変調部を示す回路図である。
【図８】実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する二つのオーバーサンプリング処理部での倍数を変えたときの前記ＢＰフィルタ特性発生部が発生するＢＰフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図９】前記図８に示した場合の、実施例１−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図１０】第１の実施の形態の第２実施例（実施例１−２）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する１／ｆフィルタ特性発生部が発生する１／ｆフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図１２】実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するフィルタ処理部のフィルタ処理出力の周波数特性図である。
【図１３】実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図１４】実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置の要部の変形例を示すブロック図である。
【図１５】実施例１−２のディジタルオーディオ信号処理装置の要部の他の変形例を示すブロック図である。
【図１６】第１の実施の形態の第３実施例（実施例１−３）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するＦ特傾き算出部の傾き算出処理を説明するための周波数特性図である。
【図１８】実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するフィルタ特性発生部が発生するフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図１９】実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するフィルタ処理部のフィルタ処理出力の周波数特性図である。
【図２０】実施例１−３のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図２１】第２の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システムが備えるディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】第２の実施の形態の第１実施例（実施例２−１）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するパワースペクトル算出部が算出したパワー周波数スペクトルを示す周波数特性図である。
【図２４】実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する主要スペクトル選択部が選択したパワー周波数スペクトルを示す周波数特性図である。
【図２５】実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する倍音スペクトル発生部が発生した倍音スペクトルを示す周波数特性図である。
【図２６】実施例２−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図２７】第２の実施の形態の第２実施例（実施例２−２）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２８】実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置を二つ用いてｃｈ１，ｃｈ２の１ビットオーディオ信号を出力するシステムの構成図である。
【図２９】第２の実施の形態の第３実施例（実施例２−３）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３０】実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する１／ｆフィルタ特性発生部が発生する１／ｆフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図３１】実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する掛け算器のスペクトル出力を示す周波数特性図である。
【図３２】実施例２−２のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図３３】第２の実施の形態の第４実施例（実施例２−４）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３４】実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するＦ特傾き算出部の傾き算出処理を説明するための周波数特性図である。
【図３５】実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するフィルタ特性発生部が発生するフィルタ特性を示す周波数特性図である。
【図３６】実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置を構成するフィルタ処理部のフィルタ処理出力の周波数特性図である。
【図３７】実施例２−４のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する加算器の加算出力を周波数スペクトル上に示した周波数特性図である。
【図３８】第２の実施の形態の第５実施例（実施例２−５）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３９】実施例２−５のディジタル信号処理装置を構成する、パワー比較部における比較結果が“１”の場合の、加算器の出力の周波数特性図である。
【図４０】実施例２−５のディジタル信号処理装置を構成する、パワー比較部における比較結果が“０”の場合の、加算器の出力の周波数特性図である。
【図４１】第２の実施の形態の第６実施例（実施例２−６）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４２】実施例２−６のディジタル信号処理装置を構成する、パワー算出部のパワー値に応じて傾き係数発生部が“１”に近い係数を発生したときの、加算器の出力の周波数特性図である。
【図４３】実施例２−６のディジタル信号処理装置を構成する、パワー算出部のパワー値に応じて傾き係数発生部が“０”に近い係数を発生したときの、加算器の出力の周波数特性図である。
【図４４】第３の実施の形態の１ビットオーディオ信号生成システムが備えるディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４５】第３の実施の形態の第１実施例（実施例３−１）となる、ディジタルオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４６】実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する、スペクトルのコピー部の処理を説明するための周波数特性図である。
【図４７】実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する、ｆ特傾き算出部における傾き算出処理を説明するための周波数特性図である。
【図４８】実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する、ゲイン算出部におけるゲイン算出処理を説明するための周波数特性図である。
【図４９】実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する、ゲイン調整部におけるゲイン調整処理を説明するための周波数特性図である。
【図５０】実施例３−１のディジタルオーディオ信号処理装置を構成する、加算器の加算出力の周波数特性図である。
【符号の説明】
【０２２４】
１  高速１ビット・オーディオ信号生成システム、２，１１０，１９０  ディジタルオーディオ信号処理装置、１２，１１２，１９２  周波数分析部、１３，１１３  パワー算出部、１４  ディザ信号発生部、１５，１１５  パワー算出部、１６  正規化部、２１，１１７，１９４  オーバーサンプリング処理部、２２，１１８，１９５  加算器、２３，１１９，１９６  オーバーサンプリング処理部、２４，１２０，１９７  ΔΣ変調部、１１４  スペクトル発生部、１１６  正規化＆波形合成部、１９３  可聴帯域外高域信号生成部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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