Converter for converting digital audio signal to analog audio signal and its converting method

本発明はデジタル/アナログ変換装置に関し、ノイズおよびハーモニックトーンの生成を低下するためのデジタル/アナログ変換装置に関する。

音声情報処理においては、1ビットΔΣ（デルタシグマ）変調信号をオーバーサンプリング 技術と併せてデータの伝送によく使われるが、この方法を応用してデータを伝送すると、音声情報の出力波形が不連続である場合（例えば、/終了音声情報再生）、ノイズ（POP）現象が生成し、聴覚上の不適を生じる。 このほか、音声情報の再生を終了したときに、サンプリング周波数が高くない状況で、最後の音声情報がより高い周期（つまり、D/A変換器におけるローパスフィルタがより多くのtapを使用する）し、且つ巡回再生を行うと、想定外のハーモニックトーンが生成し、ハーモニックトーン生成のバンド域を低下させる。 このうち、ハーモニックトーン生成の周波数fは、
f _tone = f _s /N _tap ×n,n=1,2,3． ． ．
f _toneは、ハーモニックトーンが生成する周波数、f _Sはオーバーサンプリングの周波数、Ntapは、使用したローパスフィルタの階調（a number of taps）を表す。

ハーモニックトーンが生成する周波数が低下すると、オーディオバンド（audio band,通常は20Ｈｚ〜20ｋＨｚに設定）以外に出現（例えば、20ｋＨｚ〜100ｋＨｚ）しても、聴覚では容易に感じることは出来ないものの、後続の階調の音声情報処理に影響を及ぼす。

そこで、本発明は、ノイズ音および想定外のハーモニックトーンの生成を低下するためのデジタル/アナログ（Ｄ/Ａ）変換装置を提供する。

本発明の実施例に拠れば、デジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号に変換する変換装置であって、第一回路、マルチプレクサ、ローパスフィルタ及びＤ/Ａ変換回路を含む。 第一回路は、前記デジタルオーディオ信号を受信し、前記デジタルオーディオ信号をＮビットΣΔ変調信号に変換し、前記マルチプレクサは、選択信号に基づいて選択的に前記ＮビットΣΔ変調信号若しくはゼロ信号を出力して、出力信号とし、前記ローパスフィルタは前記出力信号に基づいてフィルタリングされた出力信号を生成し、及び前記Ｄ/Ａ変換回路は、前記フィルター出力信号に基づいて前記アナログオーディオ信号を生成する。 本発明の別の実施例において、1ビットストリームを変換するためのD/A変換装置（ＡＤＣ）であって、Ｎビットエンコーダー、マルチプレクサ、ローパスフィルター及びD/A変換回路を含む。 Ｎビットエンコーダーは1ビットストリームを受信し、前記1ビットストリームをエンコードしてＮビットストリームを生成する。 マルチプレクサはＮビットストリーム及びゼロ信号を受信して、選択信号に基づいて選択的に前記Ｎビットストリーム若しくはゼロ信号を出力して出力信号とする。 ローパスフィルターは前記マルチプレクサに接合され、前記出力信号に基づいてフィルター出力信号を生成する。 D/A変換回路は前記ローパスフィルターに接合され、前記フィルター出力信号に基づいてアナログ出力信号を生成する。

本発明の別の実施例において、デジタルオーディオ信号を処理してアナログオーディオ信号を生成する方法であって、前記デジタルオーディオ信号を処理してＮビットストリームを生成し、ゼロ信号を受信し、選択信号に基づいて選択的に前記Ｎビットストリーム又はゼロ信号を出力して出力信号とし、前記出力信号をフィルタリングしてフィルター出力信号を生成し、前記フィルター出力信号を前記アナログオーディオ信号に変換する、ステップを含む。

本発明のＤ/Ａ変換器の第一実施例の略図。

本発明のＤ/Ａ変換器の第二実施例の略図。

本発明は上記の音声情報再生の終了時に生成するノイズ（ＰＯＰ）問題に鑑みてなされたものであり、Ｄ/Ａ変換器を提供して、音声情報再生終了時に純ゼロ信号（exactly zero）をＤ/Ａ変換のローパスフィルタに入力させる。 このようにして、音声情報再生終了時に、音声情報の出力波形の不連続点が緩和され、ノイズの生成を防ぐことができる。 然しながら、1ビットΔΣ変調信号においては2種しか表示されないため、つまりデジタル信号では“0”が“−1”を表示し、“1”が“＋1”の値を表示するため、従来の1ビットΔΣ変調信号は純ゼロ値を出力することが出来なかった。 本発明において、1ビットΔΣ変調信号が2ビットΔΣ変調信号にエンコードされるので、4種類の表示方式ができ、少なくとも“0”、“＋1”、“−1”の値を表示して、Ｄ/Ａ変換が音声情報再生の終了時に純ゼロ信号を出力することでノイズの問題を解決することが出来る。

以下図1に示された本発明のＤ/Ａ変換器の第一実施例を参照して本発明の特徴を詳細に説明する。

図1に示すように、Ｄ/Ａ変換器100は、第一回路105、マルチプレクサ130、ローパスフィルタ140及びＤ/Ａ変換回路150を備える。 本実施例において、第一回路105はFIFO（First-In-First-Out）ユニット110及び2ビットエンコーダー120を備える。 マルチプレクサ130は第一回路105のデジタルオーディオ信号の量に対応する選択信号で制御される。 以下で、Ｄ/Ａ変換器100の操作フローについて説明をする。

本実施例において、第一回路105は2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを生成する。 第一回路105はFIFOユニット110及び2ビットエンコーダー120を備える。 先ず、1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitがFIFOユニット110に転送されて、その後、2ビットエンコーダー120が1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitをエンコードして2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを生成する。 本実施例においては、1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitにおける“0”は“11”にエンコードされ（−1の値を表す）、“1”は“01”にエンコードされる（＋1の値を表す）。 このほか、数値0は“00”とエンコードされる。 別の実施例において、2ビットエンコーダー120は、1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitを受信し、1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitを2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitに変換する。 FIFOユニット110は2ビットエンコーダー120からの2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを一時的に保存し、マルチプレクサ130に2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bit出力する。 マルチプレクサ130は選択信号Empに基づいて選択的に2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bit若しくは純ゼロ信号Ｓ _ZEROを出力して出力信号Ｓ _ＯＵＴとする。 このうち、FIFOユニット110にデータがある（FIFOユニット110が空でない）とき（即ち音声情報再生中）は、マルチプレクサ130が選択信号Empに基づいて2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを出力し、FIFOユニット110にデータがない（FIFOユニット110が空である）とき（即ち音声情報再生の終了時）は、マルチプレクサ130が選択信号Empに基づいて純ゼロ信号Ｓ _ＺＥＲＯを出力する。 即ち、音声情報再生中には、マルチプレクサ130が2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitをローパスフィルタ140に出力する。 音声情報再生の終了時は、マルチプレクサ130が純ゼロ信号Ｓ _ZEROをローパスフィルタ140に出力する。 次に、ローパスフィルタ140が出力信号Ｓ _ＯＵＴに基づいてｍビットのパルスコード変調信号Ｓ _PCM （Pulse-Code Modulation , PCM）を生成する。 本実施例において、ローパスフィルタ140は有限インパルス応答（Finite Impulse Response, FIR）デジタルフィルタにより実現でき、有限インパルス応答デジタルフィルタは遅延ユニット（delay unit）とマルチプレクサと乗算器などにより実現できるか、若しくは直接マルチプレクサ若しくはルックアップテーブル（ＬＵＴ）などにより実現できる。 最後に、Ｄ/Ａ変換回路150はパルスコード変調信号Ｓ _PCMに基づいてアナログ出力信号Ｓ _{out_ana}を生成する。

本実施例において、FIFOユニット110にデータが存在しないときは、マルチプレクサ130が純ゼロ信号をローパスフィルタ140に出力して、ローパスフィルタ140で処理されたのち、そのフィルタリングされた出力信号（パルスコード変調信号、Ｓ _PCM ）は、次第に0点に接近するため、ノイズ信号の出力波形の不連続点を緩和してノイズ生成を防ぐ。 このほか、純ゼロ信号Ｓ _ZEROのコード値は“00”であるので、一定時間経過後（N _tap ×f _S ）、ローパスフィルタ140の出力が0となり、従って、ハーモニックトーンの現象も生成せず、後続の音声情報処理にも影響を及ぼさない。

本発明のＤ/Ａ変換器100は高解析音楽ディスク（Super Audio Compact Disk, SACD）における直接デジタルストリーム（Direct Stream Digital, DSD）技術において、100ｋＨｚのオーディオバンド域に対する要求はかなり厳しい。
図2は、本発明のD/A変換器の第二実施例の略図である。 図2に示すとおり、D/A変換器200は、回路205、マルチプレクサ230、ローパスフィルター240、音量制御ユニット250、変調器260及びD/A変換回路270を備える。 本実施例において、回路205はFIFOユニット210、2ビットエンコーダー220を備える。 以下でD/A変換器200の操作フローについて説明をする。

先ず、音声データが従来のディスク（compact disc）の64倍のサンプル周波数（f _S ＝64×44.1ｋＨｚ）でアナログ-デジタル変換をして1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitを生成する。 その後、1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitはFIFOユニット210に転送され、2ビットエンコード220が1ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bitをエンコードして2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを生成する。 マルチプレクサ230は選択信号Empに基づいて選択的に2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _1−bit又は純ゼロ信号Ｓ _ZEROを出力して出力信号Ｓ _OUTとする。 このうち、FIFOユニット210にデータが存在するときは、マルチプレクサ230が選択信号Empに基づいて2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitを出力し、FIFOユニット210にデータが存在しないときは、マルチプレクサ230は、選択信号Empに基づいて純ゼロ信号Ｓ _ZEROを出力する。 即ち、音声情報再生中には、マルチプレクサ230が2ビットΣΔ変調信号ＳＤＭ _2−bitをローパスフィルタ240に出力する。 音声情報再生の終了時は、マルチプレクサ230が純ゼロ信号Ｓ _ZEROをローパスフィルタ240に出力する。 次に、ローパスフィルタ240は出力信号Ｓ _OUTに基づいてｍビットのパルスコード変調信号Ｓ _PCMを生成する。 本実施例において、ローパスフィルター240は有限インパルス応答フィルタであり、有限インパルス応答デジタルフィルタは遅延ユニット（delay unit）とマルチプレクサと乗算器などにより実現できるか、又は直接マルチプレクサ若しくは、ルックアップテーブルにより実現できる。 このほか、本実施例には、パルスコード変調信号Ｓ _PCMを調整して調整後の出力信号Ｓ _VCを生成する音量制御ユニット250が含まれる。 次に、変調器260が調整後出力信号Ｓ _VCを変調して4ビットの変調後出力信号Ｓ _ｍを生成する。 Ｄ/Ａ変換回路270は、変調後の出力信号Ｓ _ｍに基づきアナログ出力信号Ｓ _{OUT_ana}を生成する。 このほか、ローパスフィルタ240及び音量制御ユニット250は、ソフトウエアにより実現してもよい。

以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

Ｄ/Ａ変換器
FIFOユニット
120、220 2ビットエンコーダーマルチプレクサローパスフィルターＤ/Ａ変換回路音量制御ユニット変調