JP3475064B2

JP3475064B2 - 歪み補正装置および歪み補正方法

Info

Publication number: JP3475064B2
Application number: JP35227097A
Authority: JP
Inventors: 圭司松永; 正樹塚本
Original assignee: コロムビアミュージックエンタテインメント株式会社
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: JPH11177424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログオーディ
オ信号をアナログ／デジタル変換器でデジタルオーディ
オ信号にアナログ／デジタル変換した時に発生したアナ
ログ／デジタル変換器の直線性誤差(変換誤差)に基づく
歪みを検出し、デジタルオーディオ信号に含まれる上記
歪みを補正する歪み補正装置および歪み補正方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、アナログ／デジタル変換器(Ａ／
Ｄコンバータ: Analog/Digital コンバータ)は、Ａ／Ｄ
変換精度により直線性誤差を有している。Ａ／Ｄコンバ
ータによりアナログオーディオ信号をデジタルオーディ
オ信号に変換したとき、変換されたデジタルオーディオ
信号にはＡ／Ｄコンバータの直線性誤差(以下、変換誤
差という)に基づく歪みが生じる。この場合、Ａ／Ｄコ
ンバータを用いてＡ／Ｄ変換する際、Ａ／Ｄコンバータ
内部の抵抗値を調整したり、外付けの回路によりビット
重みを調整することにより、Ａ／Ｄ変換時点で変換誤差
に基づく歪みをある程度は低減することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過去に
Ａ／Ｄ変換されデジタル記録が行なわれた数多くの音楽
ソフト(過去に録音されたデジタルオーディオ信号)は、
そもそも、低いビット数(例えば１３ビットあるいは１
４ビット)の変換精度の悪いＡ／ＤコンバータによりＡ
／Ｄ変換されているため、Ａ／Ｄコンバータ自体を調整
しても変換誤差を有しており(現在のＡ／Ｄコンバータ
(例えば１６ビット)と比較して変換誤差に基づく歪みを
多く有しており)、この変換精度の悪さによる変換誤差
に基づく歪みが、収録された音楽信号の品質を劣化させ
ている要因の１つとなっている。従って、過去の録音時
に使用したＡ／Ｄコンバータの変換誤差に基づく歪みを
低減したデジタルオーディオ信号を得ることが現在望ま
れている。

【０００４】この場合、過去の録音時に使用したＡ／Ｄ
コンバータの特性を測定し、その特性に基づいてＡ／Ｄ
変換誤差の補正をすることは可能であるが、Ａ／Ｄコン
バータの特性は経時変化するので、Ａ／Ｄ変換時に用い
られていたＡ／Ｄコンバータ自体から、Ａ／Ｄ変換時の
特性，すなわち変換誤差を正確に検出することはできな
い。また、録音時に用いた１３ビットあるいは１４ビッ
トのＡ／Ｄコンバータは現存しないことが多く、この場
合には、Ａ／Ｄコンバータの特性をＡ／Ｄコンバータか
ら検出することはできない。このように、従来では、過
去の録音時に用いられた１３ビットあるいは１４ビット
のＡ／Ｄコンバータが現存するか否かにかかわらず、こ
れを用いては、デジタルオーディオ信号のＡ／Ｄ変換誤
差を正確に検出することは難かしく、従って、Ａ／Ｄ変
換誤差を低減することができないという問題があった。

【０００５】また、変換誤差に基づく歪みを有した状態
で記録されたデジタルオーディオ信号から(すでに収録
された音楽信号から)、Ａ／Ｄ変換時の変換誤差を推定
(検出)することも困難であった。すなわち、デジタルオ
ーディオ信号からＡ／Ｄ変換時の変換誤差を推定(検出)
する装置として、正弦波ヒストグラム法を用いる測定装
置が知られているが、この測定装置では、歪みのない正
弦波を測定対象のＡ／Ｄコンバータに入力し、ヒストグ
ラムを得て、そのヒストグラムを用いて測定対象の変換
誤差を測定するものであって、デジタルオーディオ信号
のように正弦波でないものを信号源とする場合、変換誤
差を推定(検出)することはできなかった。

【０００６】このように、従来では、すでにＡ／Ｄ変換
がなされ収録されたデジタルオーディオ信号(音楽信号)
から、Ａ／Ｄ変換時の変換誤差を推定(検出)することが
困難であり、従って、Ａ／Ｄ変換時の変換誤差に基づく
歪みを低減したデジタルオーディオ信号を得ることはで
きなかった。

【０００７】本発明は、直線性誤差を有したアナログ／
デジタル変換器でアナログ／デジタル変換されたデジタ
ルオーディオ信号から(すでに収録された音楽信号か
ら)、アナログ／デジタル変換時のアナログ／デジタル
変換器の直線性誤差に基づく歪みを推定(検出)して、デ
ジタルオーディオ信号に含まれる歪みを低減するようデ
ジタルオーディオ信号を補正することの可能な歪み補正
装置および歪み補正方法を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、アナログ／デジタル変換器
によりコードに変換されたデジタルオーディオ信号を記
憶する記憶手段と、該記憶手段からデジタルオーディオ
信号を読み出し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レベル分布として検出
する出現度数検出手段と、該出現度数検出手段で検出さ
れたレベル分布に対して３次スプライン補間法を用いた
ローパスフィルタリング処理を施して、アナログ／デジ
タル変換器に誤差が無い場合の理想的なレベル分布に近
似し、ローパスフィルタリング処理がなされる前のレベ
ル分布を理想的なレベル分布に近似した結果で除算した
ものを正規化されたレベル分布として検出する正規化手
段と、該正規化手段で正規化されたレベル分布からデジ
タルオーディオ信号のレベルに対する変換テーブルを算
出する変換テーブル算出手段と、デジタルオーディオ信
号のレベルを変換テーブルに従ったレベルデータに置換
して出力するデータ置換手段とを備えていることを特徴
としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、アナログ／
デジタル変換器を使用して収録されたデジタルオーディ
オ信号のレベル分布から、使用されたアナログ／デジタ
ル変換器の変換誤差を検出し、その検出した変換誤差か
ら変換テーブルを算出し、デジタルオーディオ信号に対
してテーブル変換処理を行ない、アナログ／デジタル変
換器の変換誤差によって発生した歪みを補正するように
しており、この際、変換テーブルは、アナログ／デジタ
ル変換器を使用して収録されたデジタルオーディオ信号
に対し、複数サンプル数のレベル分布をとり、該レベル
分布に３次スプライン補間法を用いたローパスフィルタ
リング処理を施して、アナログ／デジタル変換器に誤差
が無い場合の理想的なレベル分布に近似し、ローパスフ
ィルタリング処理がなされる前のレベル分布を理想的な
レベル分布に近似した結果で除算したものを積算するこ
とによって作成されることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る歪み補正装置
の構成例を示す図である。

【００１１】図１を参照すると、この歪み補正装置２０
は、アナログオーディオ信号をＡ／Ｄコンバータ１１で
Ａ／Ｄ変換し、デジタルオーディオテープ(ＤＡＴ：Dig
italAudio Tape)やコンパクトディスク(ＣＤ：Compact
Disk)等の記録媒体１２に記録されたデジタルオーディ
オ信号を、その記録媒体１２から読み出して、デジタル
オーディオ信号からＡ／Ｄ変換時の変換誤差に基づく歪
みを低減することを意図しており、このため、この歪み
補正装置２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１によりコードに
変換されたデジタルオーディオ信号(音楽信号)の出力を
切り替える切替手段１と、該切替手段１から入力された
前記デジタルオーディオ信号を記憶する記憶手段２と、
該記憶手段２から前記デジタルオーディオ信号を読み出
し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(レベル分布)として検
出する出現度数検出手段３と、該出現度数検出手段３で
検出されたレベル分布に対して３次スプライン補間法を
用いたローパスフィルタリング処理を施して、アナログ
／デジタル変換器に誤差が無い場合の理想的なレベル分
布に近似し、ローパスフィルタリング処理がなされる前
のレベル分布を前記理想的なレベル分布に近似した結果
で除算したものを正規化されたレベル分布として検出す
る正規化手段３４と、正規化手段３４で正規化されたレ
ベル分布からデジタルオーディオ信号のレベルに対する
変換テーブルＴ(ｉ)を算出し所定のメモリに記憶する変
換テーブル算出手段３５と、記録媒体１２から読み出さ
れたデジタルオーディオ信号のレベルを前記変換テーブ
ルＴ(ｉ)に従ったレベルデータに置換して出力するデー
タ置換手段３６とを備えている。

【００１２】すなわち、図１の構成例では、正規化手段
３４は、ローパスフィルタリング処理機能を有し、出現
度数検出手段３で作成されたヒストグラム(レベル分布)
に対して３次スプライン補間法を用いたローパスフィル
タリング処理を施して、このヒストグラム(レベル分布)
を理想的なヒストグラム(レベル分布)，すなわちＡ／Ｄ
コンバータ１１に誤差がない場合の理想的なヒストグラ
ム(レベル分布)に近似し、ローパスフィルタリング処理
がなされる前のヒストグラム(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ヒストグラム(レベ
ル分布)で除算することにより、Ａ／Ｄコンバータ１１
の変換誤差を、誤差がない場合の出現頻度を１．０に正
規化した分布として、検出するようになっている。

【００１３】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の出現度数をｇ(ｉ)、量子化ビッ
ト数をｎ、ヒストグラム(レベル分布)のレベルを２^m個
おきにとり、３次スプライン関数で補間を施したレベル
分布をｆ(ｉ，ｘ)(０≦ｘ≦２^m−１)とすると、正規化
手段３４は正規化した値Ｎ(ｉ)を次式のようにして求め
るようになっている。

【００１４】

【数１】

【００１５】このように、図１の歪み補正装置２０の正
規化手段３４は、デジタルオーディオ信号(音楽信号)の
デジタルコードｉの出現頻度ｇ(ｉ)のレベルを２^m個お
きにとったものに対して、３次スプライン補間を行な
い、各々を平均することによって、理想下位ｍビットを
もつレベル分布を求め、理想的な出現頻度に近似するよ
うになっている。

【００１６】換言すれば、Ａ／Ｄコンバータ１１が逐次
比較型Ａ／Ｄコンバータである場合、逐次比較型Ａ／Ｄ
コンバータのビット重み誤差によるレベル分布は、例え
ば最下位ビットに誤差がある場合２つおきに、下位から
２ビット目に誤差がある場合４つおきに、下位からｍビ
ット目に誤差がある場合２^m個おきに同じパターンを繰
り返す。従って、ヒストグラムのレベル分布を２^m個お
きにとり、その間のサンプルを補間することによって、
遮断周波数が１／２^mのローパスフィルタとなり、下位
からｍビット目までの誤差による出現度数の凹凸を平滑
化することができる。この際、ヒストグラムのレベル分
布を２^m個おきにとった間のデータを補間する必要があ
るが、本発明では、直線補間よりも理想フィルタの特性
に近い３次スプライン補間法を用いる。図２にレベル分
布を２³おきにとり直線補間を行った場合の振幅−周波
数特性、図３にレベル分布を２³おきにとり３次スプラ
イン補間を行った場合の振幅−周波数特性を示す。図３
を図２と比べればわかるように、３次スプライン補間法
を用いることにより、Ａ／Ｄ変換後のデジタルオーディ
オ信号(音楽信号)のレベル分布に音楽の種類による固有
の偏りがある場合にも、理想的なレベル分布を算出する
ことができる。すなわち、より正確に正規化を行うこと
ができる。

【００１７】また、変換テーブル算出手段３５は、具体
的には、正規化手段３４で上記のように求めた正規化さ
れた値Ｎ(ｉ)を、次式(数２)のようにゼロを基準に積算
し、変換テーブルＴ(ｉ)を求め、これを例えばテーブル
変換用メモリに格納するようになっている。

【００１８】

【数２】

【００１９】本来、理想的なＡ／Ｄコンバータの変換特
性(入出力特性)は、図４に示すようになる。しかし、Ａ
／Ｄコンバータに変換誤差がある場合には、Ａ／Ｄコン
バータの変換特性(入出力特性)は、図５に示すようにな
る。

【００２０】図５において、レベルｂの部分は出現頻度
が多く、レベルｃの部分は出現頻度が少なくなる。正規
化したレベル分布Ｎ(ｉ)は、各レベル(ａ〜ｆ)の入力レ
ベル幅(Ａ〜Ｆ)を示している。そうすると、例えば、レ
ベルｂは、入力レベル幅Ｂの中央値であり、Ｎ(ｂ)＝
(Ａ＋Ｂ)／２が代表値となる。同様に、レベルｃは、Ｎ
(ｃ)＝(Ａ＋Ｂ)／２＋(Ｂ＋Ｃ)／２となり、また、レベ
ルｄは、Ｎ(ｄ)＝(Ａ＋Ｂ)／２＋(Ｂ＋Ｃ)／２＋(Ｃ＋
Ｄ)／２となる。数２は、このようなＮ(ｉ)の積算処理
を表わしている。なお、変換テーブルＴ(ｉ)＝Ｎ(ｉ)と
した場合は、Ｎ(ｉ)の値を積算していないため、正しい
Ｔ(ｉ)の値が求まらない。つまり、Ｎ(ｉ)は、図６に示
すように、階段の横幅に相当し、求めるＴ(ｉ)は、図７
に示す階段の中央値となる。しかし、Ｔ(ｉ)＝Ｎ(ｉ)と
した場合、Ｎ(ｉ)を積算しないために、図８に示すよう
になる。数２の場合、Ｎ(ｉ)を積算しているため、正し
いＴ(ｉ)が求まる。

【００２１】そして、データ置換手段３６は、記録媒体
１２から読み出されたデジタルオーディオ信号のレベル
ｉに対応した値Ｔ(ｉ)を、上記のようにして求まった変
換テーブルから割り出し、この値Ｔ(ｉ)を、歪み補正さ
れたデジタルオーディオ信号として出力することができ
る。具体的に、変換テーブル算出手段３５によって算出
される変換テーブルＴ(ｉ)は、量子化レベルを表わすコ
ードｉ自体をアドレスとして、そのアドレスに対応した
値を記憶する形に、テーブル変換用メモリに格納される
ようになっており、この場合、データ置換手段３６は、
記録媒体１２から読み出されたデジタルオーディオ信号
(量子化レベルを表わすコード)ｉをアドレスとし、その
アドレス(レベルｉ)に対応した値Ｔ(ｉ)をテーブル変換
用メモリから読み出して、これを歪み補正されたデジタ
ルオーディオ信号として出力することができる。

【００２２】このように、図１の構成例では、アナログ
／デジタル変換器を使用して収録されたデジタルオーデ
ィオ信号のレベル分布から、使用されたアナログ／デジ
タル変換器の変換誤差を検出し、その検出した変換誤差
から変換テーブルを算出し、前記デジタルオーディオ信
号に対してテーブル変換処理を行ない、アナログ／デジ
タル変換器の変換誤差によって発生した歪みを補正する
ので、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。

【００２３】また、図１の構成例では、例えば、変換テ
ーブルＴ(ｉ)のビット長を、入力データのビット長より
も大きくすることによって、ビット長の拡張(例えば、
１３ビットから１６ビットへの拡張)を行なうことも可
能である。

【００２４】具体的に、１３ビット信号の取り得る値を
−２^13-1〜２^13-1−１(−４０９６〜＋４０９５)とする
と、テーブル変換後の信号は、演算により小数点以下の
値が発生する。例えば、レベル分布ｇ(ｉ)が、ｇ(０)＝１００ｇ(１)＝１５０ｇ(２)＝５０ｇ(３)＝１００の場合、ローパスフィルタを通した後のレベル分布ｈ
(ｉ)をｈ(０)＝ｈ(１)＝ｈ(２)＝ｈ(３)＝１００とする。このレベル分布ｈ(ｉ)は、ローパスフィルタの
公式から次式のように求められる。

【００２５】

【数３】

【００２６】そして、数１より、すなわち、Ｎ(ｉ)＝ｇ
(ｉ)／ｈ(ｉ)より、Ｎ(０)＝１００／１００＝１．０Ｎ(１)＝１５０／１００＝１．５Ｎ(２)＝５０／１００＝０．５Ｎ(３)＝１００／１００＝１．０

【００２７】そして、数２より、Ｎ(０)＝０．０Ｎ(１)＝０．０＋(１．０＋１．５)／２＝１．２５Ｎ(２)＝１．２５＋(１．５＋０．５)／２＝２．２５Ｎ(３)＝２．２５＋(０．５＋１．０)／２＝３．０となり、テーブル変換により、小数点以下の値が発生す
る。この小数点以下の値が下位ビットであり、どの値ま
で出力するかにより、任意のビット長の信号に変換する
ことができる。

【００２８】図９には、テーブル変換前とテーブル変換
後の入出力特性の一部が示されている。図９において、
横軸は入力(アナログ)、縦軸は出力(Ａ／Ｄ変換器の入
出力特性は１３ビット、テーブル変換後の入出力特性は
１６ビットでのＬＳＢ単位)である。１００Ｈｚ，−４
０ｄＢの正弦波を誤差の大きな逐次比較型Ａ／Ｄ変換器
(ビット長１３ビット)に入力した時の出力、および、そ
の出力信号に対して、同じＡ／Ｄコンバータで収録した
デジタルオーディオ信号(音楽信号)から算出した変換テ
ーブルを用いて、上記のテーブル変換処理を行なったも
のに対して、８１９２ポイント、Hanning窓のＦＦＴ(高
速フーリエ変換)処理を行ない、プロットしたものを図
１０に示す。なお、図１１には、本発明による上記処理
を行なわない場合が示されている。図１０を図１１と比
較すると、テーブル変換処理を行なったものの方(図１
０)がテーブル変換処理を行なわない場合(図１１)に比
べて、歪みが減少していることがわかる。

【００２９】次に、図１の歪み補正装置の処理動作を図
１２，図１３のフローチャートを用いて説明する。な
お、図１２は変換テーブル算出処理(変換誤差検出処理)
の動作例を示すフローチャートであり、図１３は、デジ
タルオーディオデータのテーブル変換処理(変換誤差補
正処理)の動作例を示すフローチャートである。

【００３０】本装置を使用する場合、入力、出力のデジ
タルオーディオ信号(音楽信号)のビット長は、任意でよ
いが、この例では、入力、出力の音楽信号のビット長
を、それぞれ１３ビット，１６ビットとする。先ず、切
替手段(例えばスイッチ)１を記憶手段２側に切り換え、
記憶手段２，出現度数検出手段３，正規化手段３４，変
換テーブル算出手段３５により変換テーブルの算出を行
なわせる。すなわち、ヒストグラム(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(ステップＳ３１)。
次いで、記録媒体１２からデジタルオーディオ信号(１
３ビット)をサンプル数ａでサンプリングして読み出
し、これを記憶手段２に入力させる(ステップＳ３２)。
このようにして入力され記憶手段２に記憶されたビット
長１３ビットの音楽信号は、出現度数検出手段３で、ヒ
ストグラム(レベル分布)の測定が行なわれる。この場
合、出現度数検出手段３は、前述したと同様に、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(レ
ベル分布)を作成する(ステップＳ３３乃至Ｓ３５)。な
お、デジタルオーディオ信号のレベル分布をとるサンプ
ル数ａは、ある程度多くなければ統計的なデータとして
精度が低くなるので、これはできる限り多いことが望ま
しい。

【００３１】次いで、正規化手段３４は、出現度数検出
手段３で作成されたヒストグラム(レベル分布)に対し
て、数１の演算を行ない、正規化した値Ｎ(ｉ)を出力す
る(ステップＳ３６)。なお、この正規化手段３４におけ
るローパスフィルタリング処理において、ヒストグラム
(レベル分布)のレベルを２^m個おきにとるが、このｍの
値は大きいほうが、より上位ビットの誤差によるヒスト
グラムの凹凸を平滑化することができる。しかし、ｍが
大きくなると平滑化したときにヒストグラムのゼロ付近
の山がつぶれてしまい、結果として正規化したときにゼ
ロ付近の誤差が大きくなってしまう。また、逐次比較型
Ａ／Ｄコンバータのビット重み誤差の影響は下位ビット
ほど大きくなるので、ｍ＝３〜４程度で良い。

【００３２】次いで、変換テーブル算出手段３５は、正
規化手段３４からの出力，すなわち正規化データＮ(ｉ)
に対して、数２の演算を行ない(正規化データＮ(ｉ)の
積算処理を行ない)、変換テーブルＴ(ｉ)を算出し、こ
れをビット長１６ビットでテーブル変換用メモリに出力
する(ステップＳ３７)。

【００３３】このようにして変換テーブルＴ(ｉ)が算出
され、テーブル変換用メモリに格納された後、切替手段
２をデータ置換手段３６側に切り換え、記録媒体１２か
ら読み出されたデジタルオーディオ信号に対し、変換テ
ーブルＴ(ｉ)に従ったデータ変換を行なう。すなわち、
データ置換手段３６は、記録媒体１２から読み出された
デジタルオーディオ信号(レベルｉ)に該当するアドレス
(番地)のテーブル変換用メモリの値Ｔ(ｉ)を出力する動
作を、所定回数繰り返す。

【００３４】より具体的には、図１３に示すように、例
えば、記録媒体１２から読み出した１３ビットのデジタ
ルオーディオ信号をデータ置換手段３６に順次に入力さ
せ(ステップＳ４１)、データ置換手段３６で、入力され
たデジタルオーディオ信号のレベルに該当するテーブル
変換用メモリの値を出力する処理(ステップＳ４３)を、
ＥＯＦ(データの終了を知らせるデータ)が検出されるま
で(ステップＳ４２)、繰り返し行ない、歪みが低減され
たビット長１６ビットのデジタルオーディオ信号に変換
されて出力される。このように、記録媒体１２から読み
出されたビット長１３ビットの音楽信号は、データ置換
手段３６で、テーブル変換が行なわれ、Ａ／Ｄコンバー
タ１１の変換誤差に基づく歪みが低減されたビット長１
６ビットの音楽信号に変換されて出力される。

【００３５】このように、本発明では、Ａ／Ｄ変換誤差
(直線性誤差)を有したＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された
デジタルオーディオ信号から、Ａ／Ｄ変換時のＡ／Ｄ変
換器の直線性誤差に基づく歪みを推定(検出)して、デジ
タルオーディオ信号に含まれる歪みを補正する際に、Ａ
／Ｄ変換器によりコードに変換されたデジタルオーディ
オ信号の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レベル分布として検出し、
検出されたレベル分布に対して３次スプライン補間法を
用いた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、
ローパスフィルタリング処理がなされる前のレベル分布
を、前記理想的なレベル分布に近似した結果で除算した
ものを正規化されたレベル分布として検出し、正規化さ
れたレベル分布からデジタルオーディオ信号のレベルに
対する変換テーブルを算出し、デジタルオーディオ信号
のレベルを変換テーブルに従ったレベルデータに置換し
て出力することができる。

【００３６】図１４乃至図１９は本発明による処理をよ
り詳細に説明するための図である。図１４はＡ／Ｄ変換
誤差を有するＡ／Ｄ変換器によりコードに変換されたデ
ジタルオーディオ信号の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測定した結
果を示す図である。なお、図１４では、±１００の範囲
のデジタルコードのレベル分布を示している。図１４か
ら、Ａ／Ｄ変換誤差を有するＡ／Ｄ変換器によりコード
に変換されたデジタルオーディオ信号の複数サンプルに
ついて、各々の量子化レベルを表わすコード毎の出現度
数を測定すると、オーディオ信号にＡ／Ｄ変換誤差によ
る歪みが生じ、隣り合うコードの出現度数が極端に異な
るようなレベル分布となることがわかる。

【００３７】図１４に示すような極端な凹凸を有するレ
ベル分布から、極端な凹凸を抑圧したレベル分布(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
したレベル分布)を求めるために、本願の発明者等は、
本願の先願である特願平９−８４４８３号に記載されて
いるように、ローパスフィルタリング処理として、当
初、移動平均フィルタによるローパスフィルタリング処
理を施すことを案出した。

【００３８】ここで、ローパスフィルタリング処理は、
例えば次のようにしてなされる。例えば１３ビットのオ
ーディオ信号において、下位２ビットにＡ／Ｄ変換誤差
が生じている場合、４ｎサンプル毎のデジタルコードに
Ａ／Ｄ変換誤差による歪みが生じ、下位３ビットにＡ／
Ｄ変換誤差が生じている場合は、８ｎサンプル毎のデジ
タルコードにＡ／Ｄ変換誤差による歪みが生じ、下位４
ビットにＡ／Ｄ変換誤差が生じている場合は、１６ｎサ
ンプル毎のデジタルコードにＡ／Ｄ変換誤差による歪み
が生じる。一般的には、特定のビットのみにＡ／Ｄ変換
誤差が生じていることがないため、全てのビットに対し
てフィルタリング処理を施すことが理想である。しか
し、全てのビットに対して(上位のビットにまで)フィル
タリング処理を施す場合、算出に必要な入力サンプル間
の間隔が広くなり、本来の理想とするレベル分布に近ず
けることが困難となる。

【００３９】そこで、あえて特定の下位ビットに注目し
てフィルタリング処理を施す。特定ビットを下位２ビッ
トに設定すると、隣りのサンプルとの間には３サンプル
のコードしか存在せず、隣り合うコードとの凹凸があま
り抑制されない。また、特定ビットを４ビットに設定す
ると、隣りのサンプルとの間には１５サンプルのコード
が存在することになり、隣り合うコードとの凹凸を抑制
しすぎ、本来のレベル分布の値より、低い値となる場合
がある。

【００４０】従って、１３ビットのオーディオ信号で
は、下位３ビットのデータに誤差が生じているものと
し、８ｎサンプル毎にフィルタリング処理を施す。具体
的には、図１５(ａ)乃至(ｈ)に示すように、８ｎ＋０〜
８ｎ＋７の８個のレベル分布に対してフィルタリング処
理を施す。なお、図１５(ａ)乃至(ｈ)は、下位３ビット
が、それぞれ(ａ)「０００」、(ｂ)「００１」、(ｃ)
「０１０」、(ｄ)「０１１」、(ｅ)「１００」、(ｆ)
「１０１」、(ｇ)「１１０」、(ｈ)「１１１」のデジタ
ルコードのレベル分布を示している。

【００４１】本願の先願の処理では、図１５(ａ)乃至
(ｈ)に示すような８個のレベル分布について、図１６に
示すように、それぞれサンプル間を直線補間し、その結
果得られた８個のレベル分布の平均を求めることによ
り、図１７に示すような、理想的なレベル分布に近似し
たレベル分布を求めた。

【００４２】しかし、図１８に示すように、直線補間に
より本来のレベル分布(測定値に基づいたレベル分布)よ
り低い値のレベル分布になる場合が生じる。このような
直線補間によるレベル分布の値を平均化すると、本来の
レベル分布より低い値のレベル分布を、理想的なレベル
分布に近似したレベル分布とすることになる。

【００４３】すなわち、検出したレベル分布に基づいて
Ａ／Ｄ変換器に誤差がない場合の理想的なレベル分布に
近似したレベル分布を求める処理において、移動平均フ
ィルタを用いたローパスフィルタリング処理を用いる場
合、フィルタリング処理を施すサンプルを直線で結んだ
線上に補間した値があるため、当該直線上の値とサンプ
ル間に存在する測定値との間に差が生じ、その差は直線
補間するサンプルの値により、サンプル間に存在する測
定値より小さくなることがあり、直線補間により求めら
れた複数の直線を平均化した理想的なレベル分布に近似
したレベル分布は、直線補間による誤差の生じたレベル
分布となることがある。

【００４４】このような直線補間による誤差を低減する
ために、本発明では、正規化手段３４におけるローパス
フィルタリング処理に３次スプライン補間法を用いる。
なお、この際、全てのビット数のサンプルに対して３次
スプライン補間法を用いても良いし、特定のビット数の
サンプルに対して３次スプライン補間法を用いても良
い。

【００４５】図１９はローパスフィルタリング処理に３
次スプライン補間法を用いた場合を、より具体的に説明
するための図であり、図１９を図１８と比べればわかる
ように、８ｎ毎のサンプル間を３次スプライン補間法を
用いて補間することにより、直線補間を行なう場合に比
べて、本来のレベル分布に近い値で補間することがで
き、これによって、求められた複数のレベル分布を平均
化した場合も、測定値に基づいて理想的なレベル分布に
近似したレベル分布を得ることができる。従って、前記
レベル分布を用いてＡ／Ｄ変換誤差による歪みを補正す
ることによって、より正確にＡ／Ｄ変換誤差を補正した
デジタルオーディオ信号を得ることができる。

【００４６】このように、上述の構成例では、音楽ソー
スの録音時に用いたＡ／Ｄコンバータが、現存していな
い、または、変換特性が変化している場合に、音楽ソー
スからＡ／Ｄ変換誤差がない元の音楽ソースの状態を推
定し、入力されたデータを正しいと推定されるデータに
置換して、Ａ／Ｄ変換誤差が生じた音楽ソースを補正す
ることができる。

【００４７】すなわち、本発明によれば、Ａ／Ｄ変換誤
差を有するＡ／Ｄ変換器で録音されたデジタルオーディ
オ信号を正しいと推定されるデータに置き換えて出力す
ることにより、Ａ／Ｄ変換誤差を低減することができる
ため、高音質で、本来の音楽信号に近い音色を再現する
ことができる。

【００４８】なお、図１の処理では、切替手段１は、記
録媒体１２からのデジタルオーディオ信号を変換誤差を
検出する処理のために記憶手段２に出力した後、再度同
じデジタルオーディオ信号を記録媒体１２から読み出し
てデジタル信号処理手段６あるいはデータ置換手段３６
に出力するものとなっているが、本発明は、この処理に
限定されるものではない。例えば、変換誤差に基づく歪
みを低減する対象のデジタルオーディオ信号のすべてを
切替手段１を介して記憶手段２に記憶し、しかる後、切
替手段１を介し、記憶手段２からの出力を、直接、デジ
タル信号処理手段６あるいはデータ置換手段３６に与え
る構成となっていてもよい。

【００４９】また、例えば、デジタル信号処理手段６あ
るいはデータ置換手段３６の前段に遅延手段を設け、切
替手段１は、記録媒体１２から読み出したデジタルオー
ディオ信号を記憶手段２と前記遅延手段とに同時に与
え、変換誤差を検出している間、補正の対象となるデジ
タルオーディオ信号を遅延手段により遅延させ、デジタ
ル信号処理手段６あるいはデータ置換手段３６でリアル
タイムに補正出力処理ができるよう構成することもでき
る。

【００５０】また、変換誤差に基づく歪みが低減された
デジタルオーディオ信号をリアルタイムで出力する必要
がない場合、例えば、歪みが低減されたデジタルオーデ
ィオ信号を他の記憶装置に記憶するような場合には、記
憶手段２としてデータ転送速度の速いハードディスク等
を用い、記憶手段２の出力を切替手段１を介して、直
接、デジタル信号処理手段６あるいはデータ置換手段３
６に入力する構成としてもよい。

【００５１】また、上述の例では、コンパクトディスク
等の記録媒体１２にデジタルオーディオ信号が記録され
ており、記録媒体１２からデジタルオーディオ信号を読
み出すとしたが、補正の対象となるデジタルオーディオ
信号は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリにより構成さ
れた記憶装置に記憶されることも可能であり、この場合
には、この記憶装置からデジタルオーディオ信号が読み
出される。そして、この場合、記憶装置自体が、記憶手
段２の機能をも有するように記憶装置を制御してもよ
く、このときには、さらに、記憶装置からの出力を、直
接、出現度数検出手段３に入力させることができる。

【００５２】換言すれば、本発明において、「記憶手
段」の語は、広義に捉えられるべきであり、記憶手段
は、図１あるいは図９の記憶手段２に限らず、記憶媒体
１２やＲＯＭ，ＲＡＭなどをも指すことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，請求
項２記載の発明によれば、アナログ／デジタル変換器を
使用して収録されたデジタルオーディオ信号のレベル分
布から、使用されたアナログ／デジタル変換器の変換誤
差を検出し、その検出した変換誤差から変換テーブルを
算出し、前記デジタルオーディオ信号に対してテーブル
変換処理を行ない、アナログ／デジタル変換器の変換誤
差によって発生した歪みを補正するので、Ａ／Ｄ変換誤
差を著しく低減することができる。

【００５４】換言すれば、請求項１，請求項２記載の発
明によれば、使用されたアナログ／デジタル変換器の特
性がわからない場合でも、また、使用されたアナログ／
デジタル変換器自体が無い場合でも、記録されたデジタ
ルオーディオ信号から、アナログ／デジタル変換器の誤
差を検出することができ、さらに、検出したアナログ／
デジタル変換器の誤差に基づき、デジタルオーディオ信
号の歪みを補正することで、デジタルオーディオ信号の
歪みを低減し、音質を高めることができる。

【００５５】特に、請求項１，請求項２記載の発明によ
れば、正規化手段３４におけるローパスフィルタリング
処理に３次スプライン補間法を用いるので、理想下位ｍ
ビットをもつレベル分布を求め、理想的な出現頻度に近
似するようになっていることができ、３次スプライン補
間法を用いることにより、Ａ／Ｄ変換後のデジタルオー
ディオ信号(音楽信号)のレベル分布に音楽の種類による
固有の偏りがある場合にも、理想的なレベル分布を算出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る歪み補正装置の構成例を示す図で
ある。

【図２】レベル分布を２³おきにとり直線補間を行った
場合の振幅−周波数特性を示す。

【図３】レベル分布を２³おきにとり３次スプライン補
間を行った場合の振幅−周波数特性を示す。

【図４】理想的なＡ／Ｄコンバータの変換特性を示す図
である。

【図５】Ａ／Ｄコンバータに変換誤差がある場合のＡ／
Ｄコンバータの変換特性を示す図である。

【図６】変換テーブルの算出の仕方を説明するための図
である。

【図７】変換テーブルの算出の仕方を説明するための図
である。

【図８】変換テーブルの算出の仕方を説明するための図
である。

【図９】テーブル変換前とテーブル変換後の入出力特性
の一部を示す図である。

【図１０】デジタルオーディオ信号に対してテーブル変
換処理を行なった結果を示す図である。

【図１１】デジタルオーディオ信号に対してテーブル変
換処理を行なわない場合を示す図である。

【図１２】図１の歪み補正装置の処理動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１３】図１の歪み補正装置の処理動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１４】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【図１５】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【図１６】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【図１７】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【図１８】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【図１９】本発明による処理をより詳細に説明するため
の図である。

【符号の説明】

１切替手段２記憶手段３出現度数検出手段３４正規化手段５誤差ビット検出手段６デジタル信号処理手段２０歪み補正装置１１Ａ／Ｄコンバータ１２記録媒体３５変換テーブル算出手段３６データ置換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 1/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アナログ／デジタル変換器によりコード
に変換されたデジタルオーディオ信号を記憶する記憶手
段と、該記憶手段から前記デジタルオーディオ信号を読
み出し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レベル分布として検出する出現
度数検出手段と、該出現度数検出手段で検出されたレベ
ル分布に対して３次スプライン補間法を用いたローパス
フィルタリング処理を施して、アナログ／デジタル変換
器に誤差が無い場合の理想的なレベル分布に近似し、ロ
ーパスフィルタリング処理がなされる前のレベル分布を
前記理想的なレベル分布に近似した結果で除算したもの
を正規化されたレベル分布として検出する正規化手段
と、該正規化手段で正規化されたレベル分布からデジタ
ルオーディオ信号のレベルに対する変換テーブルを算出
する変換テーブル算出手段と、前記デジタルオーディオ
信号のレベルを前記変換テーブルに従ったレベルデータ
に置換して出力するデータ置換手段とを備えていること
を特徴とする歪み補正装置。
【請求項２】アナログ／デジタル変換器を使用して収
録されたデジタルオーディオ信号のレベル分布から、使
用されたアナログ／デジタル変換器の変換誤差を検出
し、その検出した変換誤差から変換テーブルを算出し、
前記デジタルオーディオ信号に対してテーブル変換処理
を行ない、アナログ／デジタル変換器の変換誤差によっ
て発生した歪みを補正するようにしており、この際、前
記変換テーブルは、アナログ／デジタル変換器を使用し
て収録されたデジタルオーディオ信号に対し、複数サン
プル数のレベル分布をとり、該レベル分布に３次スプラ
イン補間法を用いたローパスフィルタリング処理を施し
て、アナログ／デジタル変換器に誤差が無い場合の理想
的なレベル分布に近似し、ローパスフィルタリング処理
がなされる前のレベル分布を前記理想的なレベル分布に
近似した結果で除算したものを積算することによって作
成されることを特徴とする歪み補正方法。