JPH10322206A

JPH10322206A - 歪み低減装置及び歪み低減方法

Info

Publication number: JPH10322206A
Application number: JP13927097A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tsukamoto; 正樹塚本
Original assignee: Nippon Columbia Co Ltd
Current assignee: Nippon Columbia Co Ltd
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】デジタルオーディオ信号の非線形誤差歪みを低
減することが困難であった。【解決手段】入力したデジタルオーディオ信号から第１
のレベル分布として検出し、第１のレベル分布に対して
フィルタリング処理を施して第２のレベル分布を算出
し、第１のレベル分布を第２のレベル分布で除算したも
のを誤差分布として算出し、誤差分布から予め定めた閾
値以上の誤差度数を有するコードに対応するデータを誤
差データとして検出し、誤差データが同じ値で複数サン
プル連続する部分を補間対象範囲として検出し、補間対
象範囲の１サンプル前のデータと１サンプル後のデータ
とを用いて補間対象範囲の補間データを算出してデジタ
ルオーディオ信号に合成し、補間対象範囲の全ての補間
データが、誤差データに対して判定値以内の場合、補間
データが合成されたデジタルオーディオ信号を出力し、
誤差データに対して判定値以内でない場合、入力された
デジタルオーディオ信号をそのまま出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルオーディ
オ信号における非線形誤差に基づく歪みの低減に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ信号のデジタル録音を行う場
合、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ：Analog／Digital）
変換器を用いてアナログオーディオ信号をデジタルオー
ディオ信号に変換する。そして、デジタルオーディオ信
号の再生を行う場合、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：Di
gital／Analog）変換器を用いて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。デジタル録音
のなかで、現在、主として用いられているＰＣＭ（Puls
e Code Modulation）録音では、アナログオーディオ信
号の時間軸方向を一定の周波数で細分化（標本化：サン
プリング）し、細分化されたそれぞれのサンプルの信号
レベルを一定のビット長で表現（量子化：クオンタイゼ
イション）している。

【０００３】このようなＰＣＭ録音を開始した初期にお
いては、現在と比較して低ビットの１３ビット或いは１
４ビットの逐次比較型Ａ／Ｄ変換器が主に用いられてい
た。また、ＰＣＭ録音初期の頃のＡ／Ｄ変換器は、現在
多く使用されている１６ビットのＡ／Ｄ変換器に比べ
て、Ａ／Ｄ変換特性における直線性が悪く、非線形誤差
を多く含んだものであり、録音されたデジタルオーディ
オ信号も多くの歪みを有していた。

【０００４】このような歪みを有した過去のデジタルオ
ーディオ信号であるが、それらの録音ソースの中には演
奏として優れたものがあり、音楽史的に価値が有るもの
もあるため、録音時のさまざまな歪みを補正して、ＰＣ
Ｍ録音当時のＡ／Ｄ変換器に比べてビット数の高い１６
ビット等のデジタルオーディオ信号として復刻させたい
という要求がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したような過去の
デジタルオーディオ信号に於ける歪みのうち、非線形誤
差歪みを補正する方法の１つとして、録音時に用いたＡ
／Ｄ変換器の変換特性を測定して逆補正する方法が考え
られるが、現在では、録音時に用いたＡ／Ｄ変換器が存
在しないことが多く、現存していたとしてもＡ／Ｄ変換
器の特性が経時変化しており、現在のＡ／Ｄ変換特性に
基づいて、録音時の非線形誤差歪みを補正することは不
可能であり、録音時に用いられたＡ／Ｄ変換器が現存す
るか否かにかかわらず、過去のＰＣＭ録音ソース（デジ
タルオーディオ信号）の非線形誤差歪みを低減すること
は困難である。

【０００６】したがって本発明は、デジタルオーディオ
信号の非線形誤差に基づく歪みを低減することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
本発明は、デジタルオーディオ信号の非線形誤差に基づ
く歪みを低減する歪み低減装置において、入力したデジ
タルオーディオ信号の複数サンプルについてそれぞれ量
子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレベル分
布として検出するレベル分布検出手段と、レベル分布検
出手段で検出された第１のレベル分布に対してフィルタ
リング処理を施してアナログ／デジタル変換器に非線形
誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似した第２の
レベル分布を算出し、第１のレベル分布を第２のレベル
分布で除算した誤差分布を算出する誤差分布算出手段
と、誤差分布算出手段で算出された誤差分布から予め定
めた閾値以上の誤差度数を有するコードに対応するデー
タを誤差データとして検出する誤差データ検出手段と、
誤差データ検出手段で検出された誤差データが同じ値で
複数サンプル連続する部分を補間対象範囲として検出す
るパターン検出手段と、パターン検出手段で検出された
補間対象範囲の１サンプル前のデータと１サンプル後の
データとを用いて、補間対象範囲の補間データを算出し
てデジタルオーディオ信号に合成するデータ補間手段と
を具備することを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、デジタル
オーディオ信号の非線形誤差に基づく歪みを低減する歪
み低減装置において、入力したデジタルオーディオ信号
の複数サンプルについて、それぞれ量子化レベルを表す
コード毎の出現度数を第１のレベル分布として検出する
レベル分布検出手段と、レベル分布検出手段で検出され
た第１のレベル分布に対してフィルタリング処理を施し
て、アナログ／デジタル変換器に非線形誤差のない場合
の理想的なレベル分布に近似した第２のレベル分布を算
出し、第１のレベル分布を第２のレベル分布で除算した
誤差分布を算出する誤差分布算出手段と、誤差分布算出
手段で算出された誤差分布から、予め定めた閾値以上の
誤差度数を有するコードに対応するデータを誤差データ
として検出する誤差データ検出手段と、誤差データ検出
手段で検出された誤差データが同じ値で複数サンプル連
続する部分を補間対象範囲として検出するパターン検出
手段と、パターン検出手段で検出された補間対象範囲の
１サンプル前のデータと１サンプル後のデータとを用い
て、補間対象範囲の補間データを算出してデジタルオー
ディオ信号に合成するデータ補間手段と、データ補間手
段からの補間対象範囲の全ての補間データが、前記誤差
データに対して予め定めた判定値以内の場合に補間デー
タが合成されたデジタルオーディオ信号を出力し、前記
誤差データに対して予め定めた判定値以内でない場合に
入力されたデジタルオーディオ信号をそのまま出力する
補間判定手段とを具備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の本発明は、請求項２
記載の歪み低減装置において、予め定めた判定値は、誤
差データに対して±０．５ＬＳＢであることを特徴とし
ている。

【００１０】また、請求項４記載の本発明は、請求項１
及び請求項２記載の歪み低減装置において、データ補間
手段は、補間対象範囲の１サンプル前のデータと１サン
プル後のデータとを用いて、直線補間により補間データ
を算出することを特徴としている。

【００１１】また、請求項５記載の本発明は、デジタル
オーディオ信号の非線形誤差に基づく歪みを低減する歪
み低減方法において、入力したデジタルオーディオ信号
の複数サンプルについてそれぞれ量子化レベルを表すコ
ード毎の出現度数を第１のレベル分布として検出し、第
１のレベル分布に対してフィルタリング処理を施してア
ナログ／デジタル変換器に非線形誤差のない場合の理想
的なレベル分布に近似した第２のレベル分布を算出し、
第１のレベル分布を第２のレベル分布で除算した誤差分
布を算出し、誤差分布から予め定めた閾値以上の誤差度
数を有するコードに対応するデータを誤差データとして
検出し、誤差データが同じ値で複数サンプル連続する部
分を補間対象範囲として検出し、補間対象範囲の１サン
プル前のデータと１サンプル後のデータとを用いて補間
対象範囲の補間データを算出してデジタルオーディオ信
号に合成して出力することを特徴としている。

【００１２】また、請求項６記載の本発明は、デジタル
オーディオ信号の非線形誤差に基づく歪みを低減する歪
み低減方法において、入力したデジタルオーディオ信号
の複数サンプルについて、それぞれ量子化レベルを表す
コード毎の出現度数を第１のレベル分布として検出し、
第１のレベル分布に対してフィルタリング処理を施し
て、アナログ／デジタル変換器に非線形誤差のない場合
の理想的なレベル分布に近似した第２のレベル分布を算
出し、第１のレベル分布を第２のレベル分布で除算した
誤差分布を算出し、誤差分布から予め定めた閾値以上の
誤差度数を有するコードに対応するデータを誤差データ
として検出し、誤差データが同じ値で複数サンプル連続
する部分を補間対象範囲として検出し、補間対象範囲の
１サンプル前のデータと１サンプル後のデータとを用い
て、補間対象範囲の補間データを算出してデジタルオー
ディオ信号に合成し、補間対象範囲の全ての補間データ
が前記誤差データに対して予め定めた判定値以内の場合
に補間データが合成されたデジタルオーディオ信号を出
力し、前記誤差データに対して予め定めた判定値以内で
ない場合に入力されたデジタルオーディオ信号をそのま
ま出力することを特徴としている。

【００１３】また、請求項７記載の本発明は、請求項５
記載の歪み低減方法において、予め定めた判定値は、誤
差データに対して±０．５ＬＳＢであることを特徴とし
ている。

【００１４】本発明によれば、非線形誤差に基づく歪み
を有したデジタルオーディオ信号の複数サンプルについ
て、それぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を
第１のレベル分布として検出し、その第１のレベル分布
に対してフィルタリング処理（ローパスフィルタリング
処理）を施してアナログ／デジタル変換器に非線形誤差
のない場合の理想的なレベル分布に近似した第２のレベ
ル分布を算出し、第１のレベル分布を第２のレベル分布
で除算した誤差分布を算出する。誤差分布から予め定め
られた閾値以上の誤差度数を有するコードに対応したデ
ータを誤差データとして検出し、誤差データが同じ値で
何サンプル連続するかを検出する。誤差データが複数サ
ンプル連続した部分を補間対象範囲として直線補間等に
より補間データを算出し、デジタルオーディオ信号と合
成して出力する。このことにより、Ａ／Ｄ変換器が現存
するか否かにかかわらず、デジタルオーディオ信号から
非線形誤差を検出して、その非線形誤差に基づく歪みを
低減することができる。

【００１５】本発明によれば、非線形誤差に基づく歪み
を有したデジタルオーディオ信号の複数サンプルについ
て、それぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を
第１のレベル分布として検出し、その第１のレベル分布
に対してフィルタリング処理（ローパスフィルタリング
処理）を施してアナログ／デジタル変換器に非線形誤差
のない場合の理想的なレベル分布に近似した第２のレベ
ル分布を算出し、第１のレベル分布を第２のレベル分布
で除算した誤差分布を算出する。誤差分布から予め定め
られた閾値以上の誤差度数を有するコードに対応したデ
ータを誤差データとして検出し、誤差データが同じ値で
何サンプル連続するかを検出する。誤差データが複数サ
ンプル連続した部分を補間対象範囲として直線補間等に
より補間データを算出し、デジタルオーディオ信号と合
成して出力する。そして、補間対象範囲の全ての補間デ
ータが、誤差データに対して予め定めた判定値以内の場
合、補間データが合成されたデジタルオーディオ信号を
出力し、また、誤差データに対して予め定めた判定値以
内でない場合、元のデジタルオーディオ信号をそのまま
出力する。このことにより、Ａ／Ｄ変換器が現存するか
否かにかかわらず、デジタルオーディオ信号から非線形
誤差を検出して、その非線形誤差に基づく歪みを低減す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の歪み低減装置に
おける一実施例の概略構成を示す模式図である。ここ
で、過去にＡ／Ｄ変換され記録媒体に録音されたデジタ
ルオーディオ信号、すなわち、非線形誤差を有した低ビ
ットのＡ／Ｄ変換器により録音されたデジタルオーディ
オ信号は、ビット長１３ビットのデジタルオーディオ信
号（１３ビットデジタルオーディオ信号）であり、歪み
低減装置により非線形誤差歪みを低減すると共にビット
長１６ビットのデジタルオーディオ信号に変換されるも
のとする。

【００１７】図１において、歪み低減装置１０１は、入
力するデジタルオーディオ信号の出力を切り替える切替
手段１０２と、入力されたデジタルオーディオ信号を、
複数サンプルについて各々の量子化レベルを表わすコー
ド毎の出現度数をヒストグラム、すなわち、レベル分布
（第１のレベル分布）として検出するレベル分布検出手
段１０３と、レベル分布検出手段１０３で検出された第
１のレベル分布に対しローパスフィルタリング処理を施
して、Ａ／Ｄ変換器に誤差がない場合の理想的なレベル
分布に近似した第２のレベル分布を算出し、ローパスフ
ィルタリング処理がなされる前の第１のレベル分布を第
２のレベル分布で除算することにより、非線形誤差の分
布を示す誤差分布を算出する誤差分布算出手段１０４
と、誤差分布算出手段１０４で算出した誤差分布におけ
る各コードの誤差度数を予め定められた閾値と比較し、
閾値以上の誤差度数を有するコードに対応するデータを
誤差データとして検出する誤差データ検出手段１０５
と、誤差データが同じ値で複数サンプル連続している部
分を補間対象範囲として検出するパターン検出手段１０
６と、入力したデジタルオーディオ信号を遅延させる遅
延手段１０７と、補間対象範囲の前後のサンプルのデー
タを用いて、遅延手段１０７からのデジタルオーディオ
信号における補間対象範囲の補間データを算出し、デジ
タルオーディオ信号と合成するデータ補間手段１０８と
を備えている。

【００１８】それぞれの各手段について説明する。切替
手段１０２は、歪み低減装置１０１に入力したデジタル
オーディオ信号の出力先を切り替えるものである。すな
わち、後述するレベル分布検出手段１０３、誤差分布算
出手段１０４により、入力したデジタルオーディオ信号
の誤差分布を算出した後、切替手段１０２によりデジタ
ルオーディオ信号の出力先が切り替えられ、後述する誤
差データ検出手段１０５、パターン検出手段１０６、遅
延手段１０７、データ補間手段１０８、補間判定手段１
０９による非線形誤差歪みを低減するための補間処理が
行われる。

【００１９】レベル分布検出手段１０３は、入力するデ
ジタルオーディオ信号の複数サンプルについて、それぞ
れの量子化レベルを表すコード毎に、コードの出現度数
を検出するものである。すなわち、複数サンプル分のテ
ジタルオーディオ信号について、コード毎の出現度数を
表す第１のレベル分布（ヒストグラム）を検出するもの
である。レベル分布検出手段１０３は、デジタルオーデ
ィオ信号を記憶するハードディスク等の記憶部を備えて
いてもよい。

【００２０】ここで、デジタルオーディオ信号の量子化
レベルを表すコードについて説明する。デジタルオーデ
ィオ信号の量子化レベルは、１と０の２進法を用い、複
数のビットで表現している。ビット数を多くすることに
より、より細かな振幅レベルを表現することができる。
例えば、２進法の１３ビットで表現された振幅レベル
を、１０進法に変換すると、−４０９６〜４０９５の範
囲で表すことができ、この−４０９６〜４０９５をコー
ドとして表している。０のコードとは、アナログ信号に
おける振幅レベが０であることを表し、コードの絶対値
が大きいほど、アナログ信号における振幅レベルが大き
いことを表している。

【００２１】また、デジタルオーディオ信号のレベル分
布（ヒストグラム）について説明する。図２は、デジタ
ルオーディオ信号のレベル分布を示す模式図である。
（ａ）は変換精度の良いＡ／Ｄ変換器を用いてＡ／Ｄ変
換されたデジタルオーディオ信号のレベル分布を示し、
（ｂ）は非線形誤差を有するＡ／Ｄ変換器を用いてＡ／
Ｄ変換されたデジタルオーディオ信号のレベル分布を示
す。図２（ａ）に示すように、変換精度の良いＡ／Ｄ変
換器を用いてＡ／Ｄ変換されたデジタルオーディ信号の
レベル分布は、出現度数がコード０の場合を中心とし
て、正方向、負方向にほぼ対称になっており、コードが
０のとき出現度数が高く、コードが正方向に大きくなる
にしたがって、又は、コードが負方向に小さくなるにし
たがって、出現度数が除々に低くなる。このようなレベ
ル分布の特徴は、入力されたデジタルオーディオ信号そ
れぞれに固有のものである。

【００２２】しかし、１３ビット或いは１４ビットの非
線形誤差を有するＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された
デジタルオーディオ信号のレベル分布は、図２（ｂ）に
示すように、隣接するコードに対して、急激に出現度数
が高くなるコード、又は、急激に出現度数が低くなるコ
ードが存在する。それらのコードは、非線形誤差に基づ
く歪みが生じたコードである。

【００２３】レベル分布検出手段１０３におけるレベル
分布の検出方法について説明する。レベル分布検出手段
１０３は、量子化レベルを表すコード自体をアドレスと
して、そのアドレスに対応した値を記憶しているヒスト
グラムメモリを備えている。出現度数に基づいてヒスト
グラムメモリにアクセスし、前記ヒストグラムメモリに
記憶してあるアドレスに対応する値を読み出す。この値
に１を加算し、１を加算した値を同じアドレスの部分に
書き込む。この処理を複数サンプル分について繰り返し
行うことにより、コード毎の累積回数、すなわち、出現
度数がもとめられ、ヒストグラムメモリに記憶される。

【００２４】前述した処理を行うサンプルの数は、非線
形誤差歪みを低減するデジタルオーディオ信号の全てで
はなく、同じＡ／Ｄ変換器によりデジタルオーディオ信
号に変換されたものであるならば、そのデジタルオーデ
ィオ信号の一部、例えば、最初の数秒間のサンプルでよ
い。しかし、サンプル数が多いほどレベル分布の精度が
向上する。例えば、比較的レベルの高い部分が連続した
２，５００，０００サンプルを用いると、良好なレベル
分布を得ることができる。このレベル分布の検出は、デ
ジタルカウンタ回路、又は、ソフトウェアで実現するこ
とが可能である。

【００２５】次に、誤差分布算出手段１０４について説
明する。図３は、本実施例の歪み低減装置における誤差
分布算出手段の処理を説明するための模式図である。
（ａ）は非線形誤差歪みを有するデジタルオーディオ信
号のレベル分布を示し、（ｂ）はフィルタリング処理が
施されたデジタルオーディオ信号のレベル分布を示し、
（ｃ）は誤差分布を示す。誤差分布算出手段１０４は、
ローパスフィルタリング処理機能を有し、図３（ａ）に
示すようなレベル分布検出手段１０３で検出された第１
のレベル分布に対してローパスフィルタリング処理を施
して、図３（ｂ）に示すようなＡ／Ｄ変換器に非線形誤
差がない場合の理想的なレベル分布に近似した第２のレ
ベル分布を算出する。そして、ローパスフィルタリング
処理がなされる前の第１のレベル分布を、ローパスフィ
ルタリング処理がなされた後の第２のレベル分布で除算
することにより、図３（ｃ）に示すような１３ビットの
Ａ／Ｄ変換器による非線形誤差を、誤差がない場合の出
現頻度を１．０に正規化した誤差分布として算出する。

【００２６】より具体的に、デジタルオーディオ信号
(音楽信号)のレベルｉの出現頻度をｇ（ｉ）、量子化ビ
ット数をｎ、ローパスフィルタ(移動平均フィルタ)の平
均をとるサンプル数をｍ（ｍ：奇数）とし、平滑化した
レベル分布ｈ（ｉ）は、次式の数１とする。

【００２７】

【数１】

【００２８】誤差分布算出手段１０４は、正規化した値
N（ｉ）を次式の数２から求める。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、ｃ（ｊ）は、次式の数３を満たす
窓関数である。

【００３１】

【数３】

【００３２】換言すれば、上記ｇ（ｉ）は、窓関数ｃ
（ｊ）の移動平均フィルタを示している。移動平均法で
は、平滑化波形の両端部分の計算が不可能である。ま
た、平滑化波形の両端部分は、音楽レベルが大きい部分
であり、実際には、そのような大きなレベルは存在しな
いため、無視できるものであることから、前記の数２に
おいて、平滑化波形の両端部分のサンプルに相当する
（ｍ−１）／２を、コードｉの範囲から除外している。

【００３３】このように誤差分布算出手段１０４は、デ
ジタルオーディオ信号のデジタルコードｉの出現頻度ｇ
（ｉ）に対して、移動平均フィルタを用い、近傍の値と
の平均値を計算することにより、デジタルオーディオ信
号のデジタルコードｉの出現頻度ｇ（ｉ）を理想的な出
現頻度に近似した第２のレベル分布を算出している。こ
れにより、Ａ／Ｄ変換後のデジタルオーディオ信号のレ
ベル分布に楽音の種類による固有の偏りがある場合に
も、理想的なレベル分布に近似した第２のレベル分布を
算出することができる。

【００３４】次に、誤差データ検出手段１０５は、誤差
分布算出手段１０４で算出された図３（ｃ）に示す誤差
分布から、誤差度数が予め定めた閾値以上のコードに対
応するデータを誤差データ（歪み低減の対象となるコー
ド）として検出するものである。つまり、図３（ｃ）に
示す誤差分布は、コード毎の誤差分布を、誤差がない場
合の誤差度数を１．０として表している。この誤差分布
において、例えば、誤差度数１．２を閾値として設定
し、誤差度数１．２以上の誤差度数を有するコードに対
応するデータを、歪み低減の対象となる誤差データとし
て検出するものである。

【００３５】ここで、誤差データ検出手段１０５の誤差
データの検出方法について説明する。前述したレベル分
布検出手段１０３及び誤差分布算出手段１０４は、デジ
タルオーディオ信号のコード毎の出現度数から非線形誤
差が生じているコードを算出している。誤差データ検出
手段１０５は、先ず、誤差分布算出手段１０４で算出さ
れた誤差分布から閾値以上の誤差度数を有するコードを
検出し、そのコードを備えられているメモリに記憶す
る。そして、切替手段１０２により切り替えられて入力
したデジタルオーディオ信号に対して、メモリに記憶さ
れた閾値以上の誤差度数を有するコードに対応するデー
タを誤差データとして検出する。

【００３６】次に、パターン検出手段１０６は、誤差デ
ータ検出手段１０５で検出した誤差データが同じ値で何
サンプル連続しているかを検出するものである。誤差デ
ータが同じ値で複数サンプル（２サンプル以上）連続し
ている部分を、補間データを算出する対象の範囲（補間
対象範囲）として検出する。

【００３７】次に、遅延手段１０７は、切替手段１０２
からのデジタルオーディオ信号に対して、誤差データ検
出手段１０５、パターン検出手段１０６におけるそれぞ
れの処理が行われる処理時間に相当する時間、後述する
データ補間手段１０８へ入力するデジタルオーディオ信
号を遅延させるためのものである。すなわち、デジタル
オーディオ信号から誤差データを検出して、その誤差デ
ータが補間対象範囲に対応するか否かを検出する処理に
相当する時間、データ補間手段１０８へ入力するデジタ
ルオーディオ信号を遅延させる。

【００３８】次に、データ補間手段１０８について説明
する。データ補間手段１０８は、パターン検出手段１０
６で検出した補間対象範囲の前後のサンプルのデータ、
すなわち、検出された誤差データの値と異なる値で誤差
データに連続した前後のデータを用いて補間データを算
出し、補間データと遅延手段１０７を介して入力したデ
ジタルオーディオ信号とを合成して出力するものであ
る。

【００３９】データの補間処理について具体的に説明す
る。本実施例におけるデータの補間処理は、演算処理の
高速化等を考慮し、直線補間によるデータ補間を行うも
のとするが、スプライン補間等でもよい。図４は、本実
施例の歪み低減装置における直線補間を説明するための
模式図である。図４に示すように、誤差データ検出手段
１０５で検出された誤差データが同じ値で５サンプル連
続している場合、誤差データと連続する前後の２サンプ
ルのデータを直線で結び、その直線上の値をそれぞれの
補間データとして、入力したデジタルオーディオ信号に
合成して出力するものである。

【００４０】また、算出された補間データは、入力した
デジタルオーディオ信号のビット数における１ＬＳＢよ
り小さい値のデータとなるため、歪み低減装置１０１か
ら出力されるデジタルオーディオ信号は、ビット長が拡
張されたものとなる。すなわち、図４において、時刻ｔ
ｘの時のレベル（ＬＳＢ）をｙ（ｔｘ）とし、直線補間
後の各レベルをｚ（ｔｘ）とすると、直線補間は、次式
の数４に示すように傾きｄの一時関数となる。

【００４１】

【数４】

【００４２】そして、複数サンプルの補間データのうち
（時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間のデータ）、ｍサンプ
ル目の補間データの値Ｋ（ｎ）は、補間データの始点
（時刻ｔ０）をａとし、終点（時刻ｔ５）をｂとする
と、次式の数５となる。

【００４３】

【数５】

【００４４】例えば、図４に示すような場合、補間デー
タのそれぞれのレベルは、次式の数６となる。

【００４５】

【数６】

【００４６】このように、複数サンプルの補間データ
は、入力したデジタルオーディオ信号における１ＬＳＢ
より小さい値をとることになり、デジタルオーディオ信
号のビット長が拡張されたことになる。

【００４７】以上の構成により、先ず、入力したデジタ
ルオーディオ信号の複数サンプルについて、それぞれ量
子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレベル分
布として検出する。第１のレベル分布に対してフィルタ
リング処理を施してアナログ／デジタル変換器に非線形
誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似した第２の
レベル分布を算出し、第１のレベル分布を第２のレベル
分布で除算した誤差分布を算出する。誤差分布から予め
定めた閾値以上の誤差度数を有するコードに対応するデ
ータを誤差データとして検出し、誤差データが同じ値で
複数サンプル連続する補間対象範囲として検出する。そ
して、補間対象範囲の１サンプル前のデータと１サンプ
ル後のデータとを用いて補間対象範囲の補間データを算
出してデジタルオーディオ信号に合成して出力すること
により、過去の録音時に用いられたＡ／Ｄ変換器が現存
するか否かにかかわらず、デジタルオーディオ信号から
非線形誤差を検出して、その非線形誤差に基づく歪みを
低減することができる。

【００４８】次に、本発明の歪み低減装置の他の実施例
について説明する。図５は、本発明の歪み低減装置にお
ける他の実施例の概略構成を示す模式図である。図５に
おいて、図１と同様の構成には同符号を付し、各構成の
詳細な説明は省略する。また、歪み低減装置１０１に
は、非線形誤差を有した低ビットのＡ／Ｄ変換器により
録音されたビット長１３ビットのデジタルオーディオ信
号（１３ビットデジタルオーディオ信号）が入力し、非
線形誤差歪みを低減すると共にビット長１６ビットのデ
ジタルオーディオ信号に変換されるものとする。

【００４９】図５において、歪み低減装置１０１は、入
力するデジタルオーディオ信号の出力を切り替える切替
手段１０２と、入力されたデジタルオーディオ信号を、
複数サンプルについて各々の量子化レベルを表わすコー
ド毎の出現度数をヒストグラム、すなわち、レベル分布
（第１のレベル分布）として検出するレベル分布検出手
段１０３と、レベル分布検出手段１０３で検出された第
１のレベル分布に対しローパスフィルタリング処理を施
して、Ａ／Ｄ変換器に誤差がない場合の理想的なレベル
分布に近似した第２のレベル分布を算出し、ローパスフ
ィルタリング処理がなされる前の第１のレベル分布を第
２のレベル分布で除算することにより、非線形誤差の分
布を示す誤差分布を算出する誤差分布算出手段１０４
と、誤差分布算出手段１０４で算出した誤差分布におけ
る各コードの誤差度数を予め定められた閾値と比較し、
閾値以上の誤差度数を有するコードに対応するデータを
誤差データとして検出する誤差データ検出手段１０５
と、誤差データが同じ値で複数サンプル連続している部
分を補間対象範囲として検出するパターン検出手段１０
６と、入力したデジタルオーディオ信号を遅延させる遅
延手段１０７と、補間対象範囲の前後のサンプルのデー
タを用いて、遅延手段１０７からのデジタルオーディオ
信号における補間対象範囲の補間データを算出し、デジ
タルオーディオ信号と合成するデータ補間手段１０８
と、データ補間手段１０８で算出された補間対象範囲の
全ての補間データが、予め定めた範囲内に存在する場合
に、補間データを合成したデジタルオーディオ信号を出
力し、予め定めた範囲内に存在しない場合に、入力した
元のデジタルオーディオ信号をそのまま出力する補間判
定手段１０９を備えている。

【００５０】切替手段１０２は、レベル分布検出手段１
０３、誤差分布算出手段１０４により、入力したデジタ
ルオーディオ信号の誤差分布を算出した後、デジタルオ
ーディオ信号の出力先を切り替え、誤差データ検出手段
１０５、パターン検出手段１０６、遅延手段１０７、デ
ータ補間手段１０８、補間判定手段１０９にデジタルオ
ーディオ信号を出力する。

【００５１】レベル分布検出手段１０３は、入力するデ
ジタルオーディオ信号の複数サンプルについて、それぞ
れの量子化レベルを表すコード毎に、コードの出現度数
を検出し、第１のレベル分布（ヒストグラム）を検出す
る。

【００５２】誤差分布算出手段１０４は、ローパスフィ
ルタリング処理機能を有し、レベル分布検出手段１０３
で検出された第１のレベル分布に対してローパスフィル
タリング処理を施し、Ａ／Ｄ変換器に非線形誤差がない
場合の理想的なレベル分布に近似した第２のレベル分布
を算出する。そして、第１のレベル分布を第２のレベル
分布で除算して１３ビットのＡ／Ｄ変換器による非線形
誤差を、誤差がない場合の出現頻度を１．０に正規化し
た誤差分布として算出する。

【００５３】誤差データ検出手段１０５は、誤差分布算
出手段１０４で算出された誤差分布から、誤差度数が予
め定めた閾値以上のコードに対応するデータを誤差デー
タとして検出する。予め定めた閾値は、例えば、誤差度
数１．２を閾値として設定し、誤差度数１．２以上の誤
差度数を有するコードに対応するデータを、歪み低減の
対象となる誤差データとして検出する。

【００５４】パターン検出手段１０６は、誤差データ検
出手段１０５で検出した誤差データが同じ値で何サンプ
ル連続しているかを検出する。誤差データが同じ値で複
数サンプル（２サンプル以上）連続している部分を、補
間データを算出する対象の範囲（補間対象範囲）として
検出する。

【００５５】遅延手段１０７は、切替手段１０２からの
デジタルオーディオ信号に対して、誤差データ検出手段
１０５、パターン検出手段１０６におけるそれぞれの処
理が行われる処理時間に相当する時間、後述するデータ
補間手段１０８へ入力するデジタルオーディオ信号を遅
延させる。

【００５６】データ補間手段１０８は、パターン検出手
段１０６で検出した補間対象範囲の前後のサンプルのデ
ータ、すなわち、検出された誤差データの値と異なる値
で誤差データに連続した前後のデータを用いて補間デー
タを算出し、補間データと遅延手段１０７を介して入力
したデジタルオーディオ信号とを合成して出力する。デ
ータの補間処理は、演算処理の高速化等を考慮し、直線
補間によるデータ補間を行うものとするが、スプライン
補間等でもよい。

【００５７】次に、補間判定手段１０９について説明す
る。本実施例の歪み低減装置と前述した実施例の歪み低
減装置とは、データ補間手段１０８の後段に補間判定手
段１０９を備えた点で構成が異なる。補間判定手段１０
９は、前述したデータ補間手段１０８で算出した補間対
象範囲の全ての補間データが、補間前のデータ（誤差デ
ータ検出手段１０５で検出された誤差データ）に対して
予め定めた判定値以内であるかを判定し、その判定結果
により、補間データを合成したデジタルオーディオ信号
を出力するか、元のデジタルオーディオ信号を出力する
かを判定するものである。このデータ補間を行うか否か
の判定を行うことにより、より正確にデジタルオーディ
オ信号の非線形誤差を低減できる。

【００５８】すなわち、誤差データに対して補間対象範
囲の全ての補間データが、予め定めた判定値以内の場
合、全ての補間データは、誤差データの本来の値の誤差
範囲として誤差データのデータ補間を行い、すなわち補
間データと入力したデジタルオーディオ信号とを合成し
て出力する。しかし、誤差データに対して補間対象範囲
の全て補間データが予め定めた判定値以内でない場合、
判定値以外の補間データが正しい値でないとして誤差デ
ータのデータ補間を行わない。判定値は、例えば、理想
のＡ／Ｄ変換器においても持つ±０．５ＬＳＢの誤差範
囲とし、判定値を±０．５ＬＳＢとすることにより、よ
り正確なデータ補間処理を行うことができる。

【００５９】図６は、本実施例の歪み低減装置における
補間判定を説明するための模式図である。（ａ）は全て
の補間データが誤差データに対して±０．５ＬＳＢ以内
の場合を示し、（ｂ）は全ての補間データが誤差データ
に対して±０．５ＬＳＢ以内でない場合を示す。例え
ば、図６（ａ）に示すように、補間対象範囲の全ての補
間データが誤差データの±０．５ＬＳＢ以内である場
合、補間データを合成したデジタルオーディオ信号を出
力し、図６（ｂ）に示すように、補間対象範囲の補間デ
ータのうち、１つの補間データでも誤差データに対して
±０．５ＬＳＢ以内でない場合、元のデジタルオーディ
オ信号をそのまま出力するものである。

【００６０】すなわち、レベルａのデータに対して直線
補間を行った結果、誤差度数をＮ（ａ）、０．５ＬＳＢ
（１／２ＬＳＢ）を４とすると、全ての補間データが、
次式の数７に示す範囲内に存在しているかを検出し、存
在している場合に補間データを合成したデジタルオーデ
ィオ信号を出力し、１つでも範囲外の補間データが存在
する場合にデータ補間しない元のデジタルオーディオ信
号をそのまま出力する。

【００６１】

【数７】

【００６２】数７において、入力するデジタルオーディ
オ信号のビット長をＮｉ、出力されるデジタルオーディ
オ信号のビット長をＮｏとすると、次式の数８から求め
てもよい。

【００６３】

【数８】

【００６４】以上に説明した歪み低減装置の処理動作に
ついて説明する。図７は、本実施例における歪み低減装
置の処理動作を示すフローチャートである。先ず、レベ
ル分布検出手段１０３、誤差分布算出手段１０４により
デジタルオーディオ信号の誤差分布を算出する。第１の
レベル分布を作成するためのデジタルオーディオ信号の
サンプル数（測定サンプル数）ａを所定数に設定する
（Ｓ１１）。

【００６５】次に、記録媒体からデジタルオーディオ信
号（１３ビット）をサンプル数ａでサンプリングして読
み出し、記憶部に記憶する（Ｓ１２）。記憶部に記憶さ
れたビット長１３ビットのデジタルオーディオ信号は、
レベル分布検出手段１０３で、レベル分布の検出が行な
われる。この場合、レベル分布検出手段１０３は、前述
したようにヒストグラムメモリを有し、入力されたデー
タに該当するアドレス（番地）のヒストグラムメモリの
値を＋１（Ｓ１３）し、これを所定回数（サンプル数
ａ）繰り返して、ヒストグラム（第１のレベル分布）を
作成する（Ｓ１４、Ｓ１５）。

【００６６】次に、誤差分布算出手段１０４は、レベル
分布検出手段１０３で検出された第１のレベル分布に対
してローパスフィルタリング処理を施して、Ａ／Ｄ変換
器に非線形誤差がない場合の理想的なレベル分布に近似
した第２のレベル分布を算出する。そして、ローパスフ
ィルタリング処理がなされる前の第１のレベル分布を、
ローパスフィルタリング処理がなされた後の第２のレベ
ル分布で除算して、１３ビットのＡ／Ｄ変換器による非
線形誤差を、誤差がない場合の誤差度数を１．０とした
誤差分布を算出する（Ｓ１６）。

【００６７】次に、誤差データ検出手段１０４は、予め
定めた閾値と誤差分布算出手段１０４で算出した誤差分
布から、誤差度数が閾値以上のコードを検出してメモリ
に記憶する（Ｓ１７）。そして、切替手段１０２により
デジタルオーディオ信号が誤差データ検出手段１０４に
入力すると、誤差データ検出手段１０４は、メモリの記
憶されたコードに対応するデータを誤差データ（歪み低
減の対象となるコード）として検出する（Ｓ１８）。

【００６８】次に、パターン検出手段１０６は、誤差デ
ータ検出手段１０５で検出した誤差データが同じ値で何
サンプル連続しているかを検出し、誤差データが同じ値
で複数サンプル連続している場合、補間データを算出す
る補間対象範囲として検出する（Ｓ１９）。

【００６９】次に、データ補間手段１０８は、パターン
検出手段１０６で検出した補間対象範囲の前後のデータ
を用いて補間データを算出し、遅延手段１０７を介して
入力したデジタルオーディオ信号と前記補間データとを
合成して出力する（Ｓ２０）。

【００７０】そして、補間判定手段１０９は、データ補
間手段１０８で算出した補間対象範囲の全ての補間デー
タが、補間前のデータ（誤差データ）に対して±０．５
ＬＳＢ以内であるかを判定する（Ｓ２１）。

【００７１】補間対象範囲の全ての補間データが、誤差
データに対して±０．５ＬＳＢ以内である場合、補間デ
ータを合成したデジタルオーディオ信号を出力し（Ｓ２
２）、補間対象範囲の補間データのうち、いずれか１つ
でも誤差データに対して±０．５ＬＳＢ以内でない場
合、元のデジタルオーディオ信号をそのまま出力する
（Ｓ２３）。

【００７２】以上のように、デジタルオーディオ信号か
ら複数サンプルにおけるレベル分布を検出し、そのレベ
ル分布から非線形誤差の生じた誤差分布を算出する。誤
差分布から予め定められた閾値以上の誤差度数を有する
コードに対応する誤差データを検出し、その誤差データ
が同じ値で何サンプル連続するかを検出する。誤差デー
タが同じ値で複数サンプル連続している部分を補間対象
範囲とし、直線補間等により補間データを算出してデジ
タルオーディオ信号と合成する。そして、補間対象範囲
の全ての補間データが、誤差データに対して±０．５Ｌ
ＳＢの範囲内の場合、補間データが合成されたデジタル
オーディオ信号を出力し、誤差データに対して±０．５
ＬＳＢの範囲内でない場合、元のデジタルオーディオ信
号をそのまま出力する。

【００７３】このことにより、過去の録音時に用いられ
たＡ／Ｄ変換器が現存するか否かにかかわらず、デジタ
ルオーディオ信号から非線形誤差を検出して、その非線
形誤差に基づく歪みを低減することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、デジタルオーディオ信
号の非線形誤差に基づく歪みを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歪み低減装置における一実施例の概略
構成を示す模式図である。

【図２】デジタルオーディオ信号のレベル分布を示す模
式図である。（ａ）は変換精度の良いＡ／Ｄ変換器を用
いてＡ／Ｄ変換されたデジタルオーディオ信号のレベル
分布を示し、（ｂ）は非線形誤差を有するＡ／Ｄ変換器
を用いてＡ／Ｄ変換されたデジタルオーディオ信号のレ
ベル分布を示す。

【図３】本実施例の歪み低減装置における誤差分布算出
手段の処理を説明するための模式図である。（ａ）は非
線形誤差歪みを有するデジタルオーディオ信号のレベル
分布を示し、（ｂ）はフィルタリング処理が施されたデ
ジタルオーディオ信号のレベル分布を示し、（ｃ）は誤
差分布を示す。

【図４】本実施例の歪み低減装置における直線補間を説
明するための模式図である。

【図５】本発明の歪み低減装置における他の実施例の概
略構成を示す模式図である。

【図６】本実施例の歪み低減装置における補間判定を説
明するための模式図である。（ａ）は全ての補間データ
が誤差データに対して±０．５ＬＳＢ以内の場合を示
し、（ｂ）は全ての補間データが誤差データに対して±
０．５ＬＳＢ以内でない場合を示す。

【図７】本実施例における歪み低減装置の処理動作を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１０１・・歪み低減装置、１０２・・切替手段、１０３
・・レベル分布検出手段、１０４・・誤差分布算出手
段、１０５・・誤差データ検出手段、１０６・・パター
ン検出手段、１０７・・遅延手段、１０８・・データ補
間手段、１０９・・補間判定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタルオーディオ信号の非線形誤差に基
づく歪みを低減する歪み低減装置において、入力した前
記デジタルオーディオ信号の複数サンプルについてそれ
ぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレ
ベル分布として検出するレベル分布検出手段と、該レベ
ル分布検出手段で検出された第１のレベル分布に対して
フィルタリング処理を施してアナログ／デジタル変換器
に非線形誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似し
た第２のレベル分布を算出し前記第１のレベル分布を前
記第２のレベル分布で除算した誤差分布を算出する誤差
分布算出手段と、該誤差分布算出手段で算出された前記
誤差分布から予め定めた閾値以上の誤差度数を有するコ
ードに対応するデータを誤差データとして検出する誤差
データ検出手段と、該誤差データ検出手段で検出された
前記誤差データが同じ値で複数サンプル連続する部分を
補間対象範囲として検出するパターン検出手段と、該パ
ターン検出手段で検出された前記補間対象範囲の１サン
プル前のデータと１サンプル後のデータとを用いて前記
補間対象範囲の補間データを算出してデジタルオーディ
オ信号に合成するデータ補間手段とを具備することを特
徴とする歪み低減装置。
【請求項２】デジタルオーディオ信号の非線形誤差に基
づく歪みを低減する歪み低減装置において、入力した前
記デジタルオーディオ信号の複数サンプルについてそれ
ぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレ
ベル分布として検出するレベル分布検出手段と、該レベ
ル分布検出手段で検出された第１のレベル分布に対して
フィルタリング処理を施してアナログ／デジタル変換器
に非線形誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似し
た第２のレベル分布を算出し前記第１のレベル分布を前
記第２のレベル分布で除算した誤差分布を算出する誤差
分布算出手段と、該誤差分布算出手段で算出された前記
誤差分布から予め定めた閾値以上の誤差度数を有するコ
ードに対応するデータを誤差データとして検出する誤差
データ検出手段と、該誤差データ検出手段で検出された
前記誤差データが同じ値で複数サンプル連続する部分を
補間対象範囲として検出するパターン検出手段と、該パ
ターン検出手段で検出された前記補間対象範囲の１サン
プル前のデータと１サンプル後のデータとを用いて前記
補間対象範囲の補間データを算出してデジタルオーディ
オ信号に合成するデータ補間手段と、該データ補間手段
の前記補間対象範囲の全ての前記補間データが前記誤差
データに対して予め定めた判定値以内の場合に前記補間
データが合成されたデジタルオーディオ信号を出力し、
前記誤差データに対して前記予め定めた判定値以内でな
い場合に入力されたデジタルオーディオ信号をそのまま
出力する補間判定手段とを具備することを特徴とする歪
み低減装置。
【請求項３】請求項２記載の歪み低減装置において、前
記予め定めた判定値は、前記誤差データに対して±０．
５ＬＳＢであることを特徴とする歪み低減装置。
【請求項４】請求項１及び請求項２記載の歪み低減装置
において、前記データ補間手段は、前記補間対象範囲の
１サンプル前のデータと１サンプル後のデータとを用い
て直線補間により補間データを算出することを特徴とす
る歪み低減装置。
【請求項５】デジタルオーディオ信号の非線形誤差に基
づく歪みを低減する歪み低減方法において、入力した前
記デジタルオーディオ信号の複数サンプルについてそれ
ぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレ
ベル分布として検出し、前記第１のレベル分布に対して
フィルタリング処理を施してアナログ／デジタル変換器
に非線形誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似し
た第２のレベル分布を算出し、前記第１のレベル分布を
前記第２のレベル分布で除算した誤差分布を算出し、前
記誤差分布から予め定めた閾値以上の誤差度数を有する
コードに対応するデータを誤差データとして検出し、前
記誤差データが同じ値で複数サンプル連続する部分を補
間対象範囲として検出し、前記補間対象範囲の１サンプ
ル前のデータと１サンプル後のデータとを用いて前記補
間対象範囲の補間データを算出してデジタルオーディオ
信号に合成して出力することを特徴とする歪み低減方
法。
【請求項６】デジタルオーディオ信号の非線形誤差に基
づく歪みを低減する歪み低減方法において、入力した前
記デジタルオーディオ信号の複数サンプルについてそれ
ぞれ量子化レベルを表すコード毎の出現度数を第１のレ
ベル分布として検出し、前記第１のレベル分布に対して
フィルタリング処理を施してアナログ／デジタル変換器
に非線形誤差のない場合の理想的なレベル分布に近似し
た第２のレベル分布を算出し、前記第１のレベル分布を
前記第２のレベル分布で除算した誤差分布を算出し、前
記誤差分布から予め定めた閾値以上の誤差度数を有する
コードに対応するデータを誤差データとして検出し、前
記誤差データが同じ値で複数サンプル連続する部分を補
間対象範囲として検出し、前記補間対象範囲の１サンプ
ル前のデータと１サンプル後のデータとを用いて前記補
間対象範囲の補間データを算出してデジタルオーディオ
信号に合成し、前記補間対象範囲の全ての前記補間デー
タが前記誤差データに対して予め定めた判定値以内の場
合に前記補間データが合成されたデジタルオーディオ信
号を出力し、前記誤差データに対して前記予め定めた判
定値以内でない場合に入力されたデジタルオーディオ信
号をそのまま出力することを特徴とする歪み低減方法。
【請求項７】請求項６記載の歪み低減方法において、前
記予め定めた判定値は、前記誤差データに対して±０．
５ＬＳＢであることを特徴とする歪み低減方法。