專利名稱：數(shù)字信號處理設(shè)備和方法及顫動信號發(fā)生設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理設(shè)備和方法以及顫動信號發(fā)生設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及采用顫動信號的數(shù)字信號處理設(shè)備和方法以及顫動信號發(fā)生設(shè)備。
出現(xiàn)在諸如數(shù)字濾波器和DSP(數(shù)字信號處理)電路之類的電路中經(jīng)數(shù)字信號處理產(chǎn)生的N二進制位數(shù)據(jù)加到另一些信號處理部分時，有時必須對N二進制位數(shù)據(jù)的較低位數(shù)據(jù)進行諸如下舍入或舍入之類的分數(shù)處理，以便將數(shù)據(jù)重新量化成M二進制位(N＞M)數(shù)據(jù)，從而確保數(shù)據(jù)與下游信號處理部分的運算位數(shù)(M二進制位)相匹配。
大家知道，這時低電平顫動信號加到數(shù)據(jù)信號上，于是LSB(最低有效位)電平的線性度提高了，從而提高了音調(diào)的質(zhì)量。
在這種情況下，若用作顫動信號的噪聲信號較大，則顫動信號噪聲電平的隨機性就較大。此外，為提高線性度，能級最好大。但噪聲電平的分布最好至少在數(shù)據(jù)量化的一二進制位級電平內(nèi)。
若顫動信號噪聲在噪聲電平方面是在與

圖1虛線(1)所示的顫動信號噪聲電平與振蕩頻率之間的關(guān)系大致相同的振蕩頻率下產(chǎn)生的，則能量(斜線區(qū)域)，即顫動信號，不能取得太大，因為這時會以同樣的方式產(chǎn)生電平絕對值大的噪聲分量，從而會出現(xiàn)用以提高線性度的顫動信號能量不足的情況。正因為這樣，所以采用了顫動信號，使出現(xiàn)最高振蕩頻率，這時如圖1的實線(2)所示，噪聲電平的分布為零，同時振蕩頻率隨著電平絕對值的減小而降低(這類顫動信號以下稱之為分布顫動信號)。這樣，既可增加能量又能提高顫動信號的線性度。
因此可以采用特性如圖2所示地那樣均勻的顫動信號，以便考慮再量化過程中可加到數(shù)字數(shù)據(jù)的顫動信號的頻率特性的這種觀點。但這意味著除再量化噪聲外，其它噪聲的噪聲化電平的增加也達到可覺察出來的程度。特別是，為了提高線性度而加上電平合乎要求的顫動信號時，噪聲電平的增幅一達到3至6分貝就會出問題。就是說線性度的提高對信噪比產(chǎn)生有害的影響，因而這樣做會引起噪聲顯著增加。
此外，如圖1中的(2)所示的那一種分布的顫動信號是采用多個圖3所示的那一種M系列發(fā)生器21和22產(chǎn)生的，發(fā)生器的輸出接著在加法器23相加。這樣，各M系列發(fā)生器21和22交替地輸出彼此互不相關(guān)的非相關(guān)隨機數(shù)據(jù)。于是相加得出的噪聲數(shù)據(jù)在零電平噪聲下達到峰值，從而使得出的電平特性的振蕩頻率隨著電平絕對值的變大而下降。就是說，得出圖1中(2)所示的特性。
因此，為獲取這類顫動信號就需要具有多個發(fā)生器的規(guī)模較大的電路，這樣，這種設(shè)備在經(jīng)濟方面就成問題。
因此本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述問題的數(shù)字信號處理設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能解決上述問題的顫動信號發(fā)生設(shè)備。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種能解決上述問題的的數(shù)字信號處理方法。
按照本發(fā)明提供的數(shù)字信號處理設(shè)備包括一個信號發(fā)生器、一個加法器和一個再量化器。信號發(fā)生器用以產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號。加法器用以將來自信號發(fā)生器的顫動信號和輸入信號相加。再量化器用以對來自加法器的輸出信號進行再量化處理。
按照本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供的用以產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號的顫動信號發(fā)生器包括一個數(shù)據(jù)發(fā)生器和一信號發(fā)生器。數(shù)據(jù)發(fā)生器用以產(chǎn)生非相關(guān)數(shù)據(jù)。信號發(fā)生器用以通過將從數(shù)據(jù)發(fā)生器輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)的延遲輸出與數(shù)據(jù)發(fā)生器的輸出相減而產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號。
按照本發(fā)明的再一個方面，本發(fā)明提供了一種進行再量化處理以便將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成二進制位數(shù)較小的數(shù)字信號的方法。在該方法中，高頻分量比低頻分量多的顫動信號是通過將數(shù)據(jù)發(fā)生器輸出的經(jīng)延遲的非相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)發(fā)生器輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)相減而產(chǎn)生的。接著將所產(chǎn)生的顫動信號與輸入的顫動信號相加，再將經(jīng)相加的信號進行再量化。
因此，按照本發(fā)明，準備加到所輸入的數(shù)字信號的顫動信號采用頻率特性中高頻分量比低頻分量多的信號。這樣，可以使顫動能級在高于聲頻帶的頻帶能量分布寬，從而至少可使它成為聲頻帶內(nèi)的顫動分量。這就是說，可以減小顫動噪聲對可覺察電平的影響，可以提高顫動信號的電平，從而提高再量化的線性度。
圖1是顯示顫動信號分布情況的圖象。
圖2是一般顫動信號的特性的圖象。
圖3是一般分布顫動信號發(fā)生器的方框圖。
圖4是本發(fā)明的顫動信號發(fā)生設(shè)備一個實施例的方框圖。
圖5是具有本發(fā)明數(shù)字信號發(fā)生設(shè)備的數(shù)字信號處理設(shè)備的方框圖。
圖6是上述實施例的顫動信號頻率特性的圖象。
下面詳細說明本發(fā)明的數(shù)字信號處理設(shè)備和顫動信號發(fā)生設(shè)備。
圖4是本發(fā)明的顫動信號發(fā)生器10的方框圖。這里，編號1表示用以產(chǎn)生隨機數(shù)據(jù)的M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器，編號2表示諸如觸發(fā)器之類的延遲電路，編號3表示極性倒換器，編號4表示加法器。
來自M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器1的輸出數(shù)據(jù)提供給延遲電路2和極性倒換器3。來自延遲電路2的輸出和來自極性倒換器3的輸出在加法器4相加，然后用加法器4的輸出作為顫動信號。
在不同時間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以按相同方式作為從多個M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器輸出的數(shù)據(jù)進行處理，因為在M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器1產(chǎn)生的隨機數(shù)據(jù)除了恒定周期數(shù)據(jù)外是沒有自相關(guān)關(guān)系的。此外，由該極性倒換器3和加法器4構(gòu)成減法器。
因此，在延遲電路2輸出的延遲數(shù)據(jù)和在極性倒換器3輸入的數(shù)據(jù)在某一時刻完全互不相關(guān)。接著在兩種非相關(guān)數(shù)據(jù)之間進行減法操作，即，將極性經(jīng)過倒換的輸出數(shù)據(jù)與延遲數(shù)據(jù)在加法器4加起來。
兩種非相關(guān)數(shù)據(jù)相加(相減)得出的噪聲數(shù)據(jù)就作為分布顫動信號。就是說，如圖1中的實線(2)所示，且如上面說過的那樣，若隨機取零噪聲電平作為頻率峰值，就可以得出所產(chǎn)生的頻率隨著電平絕對值的變大而降低的電平分布特性。
延遲電路2的延遲時間可取例如相當于取樣頻率Fs的周期的時間。
通常，不處在取樣頻率的數(shù)據(jù)一般都要經(jīng)歷通過加法或減法進行的頻率濾波處理。就是說，使延遲電路2的延遲時間具有取樣頻率Fs的周期。這時只在取樣頻率Fs的周期輸出的數(shù)據(jù)是要由極性倒換器3和加法器4進行減法處理的，從而形成基本高通濾波器。
該顫動信號發(fā)生器10產(chǎn)生的顫動信號具有例如圖6中實線A所示的頻率特性。
此外也可以將極性倒換器3配置在顫動信號發(fā)生器10處，以便倒換延遲數(shù)據(jù)的極性。
圖5是具有圖4的顫動信號發(fā)生器10用以將N二進制位數(shù)據(jù)再量化成M二進制位數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理設(shè)備一個實例的方框圖。在此情況下，數(shù)字處理器輸出的N二進制位數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字處理器14，由數(shù)字處理器14進行M二進制位(N＞M)數(shù)字處理。
就是說，將顫動信號發(fā)生器10產(chǎn)生的顫動信號在加法器12中與N二進制位數(shù)據(jù)加起來。接著在分數(shù)處理電路13下舍入或舍入二進制位數(shù)為N-M的較低位，進行M二進制位再量化處理。
這樣加顫動信號并進行再量化可以提高再量化數(shù)據(jù)的線性度。在實施例中，因聲頻帶產(chǎn)生的顫動信號而產(chǎn)生的噪聲由于顫動信號具有圖6中A所示的高頻分量比低頻分量(聲頻帶分量)多的那種頻率特性而減少。圖6中的虛線Z示出了普通顫動信號的頻率特性。可以看到，噪聲能量比起該普通實例來隨顫動信號A而減小，相當于聲頻帶內(nèi)的陰影部位。取Fs為例如大約40千赫，則聲頻帶會小于1/2Fs。
由于聲頻帶寬內(nèi)的噪聲減少了，因而再也不存在擴大顫動信號電平的問題。這也意味著提高線性度的作用提高了。
此外，在顫動信號發(fā)生電路10還可以通過處理和設(shè)定在延遲電路2的延遲時間、同時用nFs(n＝2，4，8…)代替取樣頻率Fs，產(chǎn)生例如圖6中所示的點劃線B，C和D的那種特性的顫動信號。圖6中，可以看到這是B＝2Fs、C＝4Fs和D＝8Fs的處理情況。
這樣由于顫動信號的電平提高了，因而可以減小聲頻帶內(nèi)的噪聲電平，從而有效地提高了線性度。
在上述實施例中，再量化數(shù)據(jù)的線性度提高了，同時聽得到的噪聲的電平降低了。此外還可以只采用一個M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器產(chǎn)生噪聲電平為零時頻率處于峰值且振蕩頻率隨電平絕對值的變大而降低的分布顫動信號。
此外，本發(fā)明并不局限于上述那種實施例的結(jié)構(gòu)，在不脫離權(quán)利要求書的范圍的前提下是可以對上述實施例作種種修改的。舉例說，隨機數(shù)據(jù)發(fā)生設(shè)備不一定非要M系列數(shù)據(jù)發(fā)生器不可。延遲電路也可以由多個高階濾波器組成，得出的頻率信號的頻率特性也可以考慮采用各種不同的設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字信號處理設(shè)備，其特征在于，它包括信號發(fā)生裝置，用以產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號；加法裝置，用以將來自所述信號發(fā)生裝置的顫動信號和輸入信號加起來；再量化裝置，用以對來自所述加法裝置的輸出信號進行再量化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號處理設(shè)備，其特征在于，所述信號發(fā)生裝置包括數(shù)據(jù)發(fā)生裝置和濾波裝置，數(shù)據(jù)發(fā)生裝置用以產(chǎn)生非相關(guān)數(shù)據(jù)，濾波裝置用以對從所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)進行濾波，并輸出非相關(guān)數(shù)據(jù)的高頻分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號處理設(shè)備，其特征在于，所述信號發(fā)生裝置包括數(shù)據(jù)發(fā)生裝置、延遲裝置和減法裝置，數(shù)據(jù)發(fā)生裝置用以產(chǎn)生非相關(guān)數(shù)據(jù)，延遲裝置用以延遲從所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)，減法裝置用以將所述延遲裝置的輸出與所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出相減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字信號處理設(shè)備，其特征在于，所述減法裝置還包括極性倒換裝置和加法裝置，該極性倒換裝置用以倒換所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出的極性，該加法裝置用以將所述極性倒換裝置的輸出與所述延遲裝置的輸出加起來。
5.一種顫動信號發(fā)生器，用以產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號，其特征在于，它包括數(shù)據(jù)發(fā)生裝置，用以產(chǎn)生非相關(guān)數(shù)據(jù)；信號發(fā)生裝置，用以通過將所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)的延遲輸出與所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出相減，產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顫動信號發(fā)生設(shè)備，其特征在于，所述信號發(fā)生裝置包括延遲裝置和減法裝置，該延遲裝置用以延遲所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出，該減法裝置用以將所述延遲裝置的輸出與所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出相減。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顫動信號發(fā)生裝置，其特征在于，所述減法裝置包括極性倒換裝置和加法裝置，該極性倒換裝置用以倒換數(shù)據(jù)發(fā)生裝置的輸出的極性，該加法用以將所述極性倒換裝置的輸出與所述延遲裝置的輸出加起來。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顫動信號發(fā)生裝置，其特征在于，延遲裝置將所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)延遲一段相當于取樣頻率周期的時間。
9.一種數(shù)字信號處理方法，用以進行再量化處理，以便將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成二進制位數(shù)較小的數(shù)字信號，其特征在于所述再量化過程包括以下步驟將數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的經(jīng)過延遲的非相關(guān)數(shù)據(jù)與該數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的非相關(guān)數(shù)據(jù)相減，從而形成高頻分量比低頻分量多的顫動信號；將所產(chǎn)生的顫動信號與輸入的顫動信號加起來；然后對加起來之后的信號進行再量化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字信號處理方法，其特征在于，所述減法操作包括將所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的經(jīng)延遲的非相關(guān)數(shù)據(jù)與所述數(shù)據(jù)發(fā)生裝置輸出的極性經(jīng)過倒換的輸出相加的步驟。
全文摘要
用以進行再量化處理，將輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成二進制位數(shù)較小的數(shù)字信號的數(shù)字信號處理裝置包括信號發(fā)生器和再量化處理器。信號發(fā)生器有數(shù)據(jù)發(fā)生器、延遲電路和加法器，產(chǎn)生高頻分量比低頻分量多的顫動信號。數(shù)據(jù)發(fā)生器產(chǎn)生象M系列數(shù)據(jù)的非相關(guān)數(shù)據(jù)。延遲電路延遲數(shù)據(jù)發(fā)生器的輸出。加法器將延遲電路的輸出和延遲電路極性倒換過的輸出相加。再量化處理時，來自信號發(fā)生器的顫動信號和輸入的信號相加，然后將相加的信號再量化。
文檔編號H04B14/04GK1126391SQ9510037
公開日1996年7月10日 申請日期1995年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月28日
發(fā)明者安田信行 申請人:索尼公司