JP3556066B2 - 歪み検出装置および歪み補正装置および歪み補正方法 - Google Patents
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Description
【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検出装置および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１４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被測定対象の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検出装置および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、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おり、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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ようになっていることを特徴としている。
【００１７】
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、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し、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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している。
【００２５】
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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１を参照すると、この歪み補正装置１０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：ＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏ 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１０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で検出された前記コード毎の出現度数から前記Ａ／Ｄコンバータ１１の直線性誤差に基づく歪みを正規化された出現度数として検出する正規化手段４と、該正規化手段４で検出した正規化された出現度数のコードから誤差ビットを検出する誤差ビット検出手段５と、前記切替手段１から入力された前記デジタルオーディオ信号に対して前記誤差ビット検出手段５で検出した前記誤差ビットを補正し出力するデジタル信号処理手段６とを有している。
【００２９】
より具体的に、切替手段１は、例えばスイッチにより構成され、記録媒体１２からデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオインターフェースを介して読み出し、読み出したデジタルオーディオ信号をハードディスク等の記憶手段２または後述するデジタル信号処理手段６に与えるように、デジタルオーディオ信号の出力を切り替えるようになっている。例えば、切替手段１は、後述の例のように、当初、記憶媒体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に与え、記憶手段２，出現度数検出手段３，正規化手段４，誤差ビット検出手段５によって、デジタルオーディオ信号に含まれている誤差ビットを検出させた後、記憶媒体１２から再びデジタルオーディオ信号を読み出し、これをデジタル信号処理手段６に与え、デジタル信号処理手段６において、デジタルオーディオ信号に含まれている歪みを誤差ビット検出手段５で検出された誤差ビットに基づいて補正させるようになっている。
【００３０】
このような切替手段１の機能に着目するとき、記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５は、変換誤差検出手段として機能し、また、デジタル信号処理手段６は、変換誤差補正手段として機能するようになっている。
【００３１】
ここで、先ず、変換誤差検出手段（記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５）としての機能について説明する。
【００３２】
記憶手段２には、ハードディスク等のデータの記憶が可能なものが用いられ、切替手段１から与えられるデジタルオーディオ信号が蓄積される。
【００３３】
また、出現度数検出手段３は、記憶手段２に記憶されたデジタルオーディオ信号を読み出し、読み出された複数サンプル分のデジタルオーディオ信号について、それぞれの量子化レベルを表わすコード毎に、コードの出現度数を検出するようになっている。すなわち、複数サンプル分のデ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わすヒストグラム（レベル分布）を作成するようになっている。
【００３４】
ここで、デジタルオーディオ信号の量子化レベルを表わ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進法になおすと、−４０９６〜４０９５の範囲で表わすことができる。この−４０９６〜４０９６をコードとして表わしている。０のコードとは、アナログ信号における振幅レベルが０であることを表わし、コードの絶対値が大きくなるに従って、アナログ信号における振幅レベルが大きいことを表わしている。
【００３５】
また、デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）について説明する。図２は、デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）の一例を示す図である。図２に示すヒストグラムにおける出現度数は、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従い、また、コードが負方向に小さくなるに従い、出現度数が徐々に低くなる。このようなヒストグラムの特徴は、入力されたオーディオ信号それぞれに固有のものである。このヒストグラムにおいて、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、または、急激に出現度数が低くなるコードは、変換誤差に基づく歪みの生じたコードである。
【００３６】
出現度数検出手段３におけるヒストグラムの算出方法について説明する。出現度数検出手段３は、量子化レベルを表わ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有している。出現度数検出手段３は、記憶手段２からデジタルオーディオ信号を読み出し、そのコード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ところに書き込む。この処理を複数サンプル分について繰り返し行なう。このことにより、コード毎の累積回数、すなわち、出現度数が求められ、ヒストグラムメモリに蓄積される。
【００３７】
前記処理を行なうサンプルの数は、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全てではなく、同じＡ／Ｄコンバータ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良い。しかし、サンプル数が多いほど、ヒストグラムの精度が向上する。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、良好なヒストグラム分布を得ることができる。このヒストグラム化は、デジタルカウンタ回路、または、ソフトウェアで実現することが可能である。
【００３８】
次に、正規化手段４について説明する。上述のように入力されたデジタルオーディオ信号の出現度数は、そのデジタルオーディオ信号固有の出現度数を表わすため、正規化手段４は、より具体的には、例えば、変換誤差に基づく歪みの生じたコードを含む近接した複数のコードにおける平均出現度数で、変換誤差に基づく歪みの生じたコードの出現度数を除算することにより、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを出現度数の特徴として抽出することができる。
【００３９】
具体的には、量子化レベルが隣接する複数のコード、例えば４つのコードを１単位として、全てのコードについて、複数ブロックに分割する。このブロックを構成する各コード（４つのコード）の出現度数から、１ブロック毎の平均出現度数を求める。ブロックを構成する各コードの出現度数を、この１ブロック毎の平均出現度数で除算した値を、各コードの正規化された出現度数Ａとすると、各コードの正規化された出現度数Ａは、次式によって表わされる。
【００４０】
【数１】
正規化された出現度数Ａ＝（４つずつ分割したそれぞれのコードの出現度数）／（４つのコードの出現度数の平均）
【００４１】
この正規化された出現度数Ａからなるヒストグラムは、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを出現度数の特徴として抽出したものとなる。すなわち、この出現度数Ａは、デジタルオーディオ信号の固有の出現度数の特徴が、ほぼ除去されたものとなり、変換誤差に基づく歪みがない場合、正規化された出現度数Ａは、全てのコードにおいて１となる。なお、上述の例では、正規化手段４は、予め分割したブロック内の各コードの出現度数の平均を平均出現度数として求めたが、変換誤差に基づく歪みの生じたコードの近傍にある所定数のコードの各出現度数の移動平均を平均出現度数として求め用いてもよい。
【００４２】
この正規化手段４における処理例として（特別な場合として）、記録媒体１２から読み出されたデジタルオーディオ信号中に、正弦波あるいは正弦波に近いデジタル化された音楽信号が含まれている場合について説明する。このような音楽信号が含まれている場合、従来の正弦波ヒストグラム測定装置における微分直線性誤差の算出方法と同様の方法により、正規化された出現度数を得ることができる。すなわち、理論的には、歪のない正弦波ヒストグラムは、振幅レベル０の場合に出現度数が小さく、振幅レベルが正方向に大きくなるに従って、または、負の方向に小さくなるに従って、振幅レベル０を中心として左右対称に急峻に出現度数が高くなり、正方向及び負方向のピークレベルにおいて出現度数が最大となる。理論的に得られたヒストグラムは、入力されたデジタルオーディオ信号固有の出現度数を表わしている。従って、この場合、歪のない正弦波あるいは正弦波に近いデジタルオーディオ信号を入力し、各コード毎の出現度数を、正弦波ヒストグラムの理論値から得た同一コードの出現度数で除算することにより、正規化された出現度数を得ることができる。
【００４３】
次に、誤差ビット検出手段５について説明する。誤差ビット検出手段５は、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムから誤差ビットを検出するようになっている。ここで、正規化されたヒストグラムには、出現度数が極端に多いコードと、出現度数が極端に少ないコードとが含まれ、前記出現度数が多いコードと出現度数が少ないコードとの量子化レベルの差は、変換度差に基づく歪みの生じたビットの重み、言い換えれば、ビットの桁位置を表わしている。
【００４４】
変換誤差の原因は、オーディオ信号がＡ／Ｄコンバータ１１によってデジタル化されたとき、Ａ／Ｄコンバータ１１の変換方式により異なる。ここでは、重み抵抗型Ａ／Ｄコンバータ、または、Ｒ−２Ｒラダーを有するバイナリウェイト電流源型Ｄ／Ａコンバータ等を内部Ｄ／Ａコンバータとして用いる逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを前提とする。すなわち、しきい値とする振幅レベルの設定に重みを利用するものを前提としている。換言すれば、ある重みの影響が、複数の量子化レベルに波及することに着目し、複数の量子化レベル、すなわちコードの出現度数から変換誤差に基づく歪みの原因となった重みを検出するようにしている。
【００４５】
例えば、出現度数が極端に多いコードの間の間隔が２、すなわち量子化レベルの間隔が最下位ビットの量子化レベルの２１倍である場合、最下位ビットに誤差があることがわかる。また、出現度数が極端に多いコードの間の間隔が２３、すなわち量子化レベルの間隔が最下位ビットの量子化レベルの２３倍である場合、最下位ビットから３ビット目の桁位置のビットに誤差があることがわかる。つまり、出現度数が極端に多い複数のコードの量子化レベルの間隔が２ｎである場合、最下位ビットからｎビット目の桁位置のビットに誤差があることがわかる。
【００４６】
コードの出現度数が極端に多いと判定するには、しきい値が必要がある。例えば、正規化された出現度数Ａが１．２以上のものを出現度数が極端に多いものと判定する。また、出現度数が極端に少ないコードの間の間隔からも、誤差のあるビットの桁位置を検出することができる。また、これらの両者を併用して、誤差のあるビットを検出してもよい。
【００４７】
誤差ビット検出手段５における誤差ビットの検出処理について説明する。図３は、誤差ビット検出手段５の誤差ビット検出処理の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
図３の処理例では、先ず、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムを入力する（ステップＳ１１）。次いで、変数ｎの値の初期値を、デジタルオーディオ信号の量子化ビット数から１を減算した値とする（ステップＳ１２）。次いで、各コードの正規化された出現度数を、各コードの量子化レベルの２ｎ毎に抽出する（ステップＳ１３）。そして、あるｎの値について抽出された全ての出現度数が１．２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。出現度数が１．２以上である場合、最下位ビットからｎビット目に誤差があると判断し、このｎの値を誤差ビットメモリに記憶する（ステップＳ１５）。また、出現度数が１．２未満である場合、このｎの値から１を減算してｎの値を更新する（ステップＳ１６）。ｎの値が０かどうかを判断し、ｎの値が０でなければ、再度、各コードの正規化された出現度数を、各コードの量子化レベルの２ｎ毎に抽出する処理に戻る（ステップＳ１７）。ｎの値が０の場合、誤差ビットメモリに記憶された誤差ビットをデジタル信号処理手段６に出力する（ステップＳ１８）。以上の処理により、誤差ビットを検出することができる。
【００４９】
図４は、最近の精度の良いＡ／Ｄ変換器を使用した音楽信号のレベル分布の一例を示す図であり、図５は、初期のＰＣＭ音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。両方とも、同じ音楽信号を用い、２，５００，０００サンプル（サンプリング周波数４４．１ＫＨｚで、約１分）のレベル分布である。縦軸は出現度数、横軸は１３ビットでのＬＳＢ単位である。音楽信号の（長時間の）レベル分布は、０（ＬＳＢ）を中心とした正規分布に近い形をしているが、図４はその傾向が表われている。図５は、ほぼ正規分布に近い形ではあるが、図４と比べて出現度数が極端に多いレベル、また、極端に少ないレベルが存在する。これは、逐次比較型Ａ／Ｄ変換器の誤差によるものである。理想的なＡ／Ｄ変換器では、１つの出力レベルに対して、アナログ入力電圧は±０．５（ＬＳＢ）の幅をもっている。しかし、実際の逐次比較型Ａ／Ｄ変換器は、内部Ｄ／Ａ変換器等に誤差があるため、この幅が一定ではない。そのため、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧の幅が、±０．５（ＬＳＢ）よりも大きなレベルでは、本来、隣接するレベルに変換されるべきデータを含んでいるため、そのレベルの出現頻度が大となり、逆に、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧の幅が、±０．５（ＬＳＢ）よりも小さなレベルでは、そのレベルの出現頻度が小になる。従って、音楽信号のレベル分布を用いれば、前述の処理によって、使用したＡ／Ｄコンバータの誤差を検出することができる。
【００５０】
このように、変換誤差検出手段（記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５）では、直線性誤差の有したアナログ／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）することができる。
【００５１】
次に、変換誤差補正手段としてのデジタル信号処理手段６について説明する。デジタル信号処理手段６には、上記のように、デジタルオーディオ信号に含まれているＡ／Ｄ変換時の変換誤差（誤差ビット）が検出された後、例えば切替手段１から同じデジタルオーディオ信号が再び与えられ、デジタル信号処理手段６は、誤差ビット検出手段５で検出されたＡ／Ｄ変換時の変換誤差（誤差ビット）に基づいて、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みの補正を行ない、歪みを低減するようになっている。すなわち、変換誤差に基づく歪みにより出現度数が大きくなった量子化レベルを有する複数サンプルのうち、変換誤差に基づく歪みの生じたサンプルの量子化レベルを本来の正しい量子化レベルであると推測される量子化レベルに補正して、変換誤差に基づく歪みの低減を行なうようになっている。
【００５２】
図６は、デジタル信号処理手段６における補正処理の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
図６の処理例では、誤差低減の対象となるデジタルオーディオ信号の各サンプルのコードが、切替手段１から与えられると（ステップＳ２１）、デジタル信号処理手段６は、１サンプル毎に誤差ビットの桁位置における値が１であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。誤差ビットの桁位置における値が１のコード（誤差ビットにより量子化レベルが影響を受けたコード）である場合、当該サンプルの正しい量子化レベル、すなわち、コードを推定する（ステップＳ２３）。また、誤差ビットの桁位置における値が１でないコードである場合、入力されたサンプルのコードまたは前記処理において推定されたコードを、ファイルに書き込み出力する（ステップＳ２４）。このとき、時間軸上の位置、すなわち当該サンプルが最初から何サンプル目のものかを示すデータも、コードと共にファイルに出力される。以上の処理により変換誤差に基づき歪みの生じたコードを、本来の正しいと推定されるコードに補正して、変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【００５４】
ここで、変換誤差に基づく歪みの影響を受けたコードの補正について説明する。ＬＳＢを最下位ビットの量子化レベルとし、ａ，ｂを正の整数とし、Ｎを０または正の整数とする。
【００５５】
例えば、逐次比較型Ａ／Ｄコンバータ内部の抵抗値が、下位からａビット目に＋ｂ・ＬＳＢの誤差を持つ場合、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−ｂとなるコードの出現度数がｂ＋１倍に増加し、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１から２ａ・Ｎ＋２ａ−ｂまでの間の各コードの出現度数が、いずれも０となる。
【００５６】
また、下位からａビット目に−ｂ・ＬＳＢの誤差を持つ場合、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−１の出現度数がｂ＋１倍に増加し、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−１から２ａ・Ｎ＋２ａ−１＋ｂ−１までの間の各コードの出現度数が、いずれも０となる。
【００５７】
従って、このような誤差がキャンセルされるように補正を行なうと、変換誤差に基づく歪みが低減される。しかし、出現度数が少ないコードでなければならないサンプルデータは、出現度数の多いコードに誤変換される。つまり、出現度数が多い量子化レベルを有する複数のサンプルには、本来、他の量子化レベルになるべきサンプルも含まれている。
【００５８】
前記誤変換を補正するために、まず、誤差ビット検出手段５で検出された１つの誤差ビットの影響を受けた出現度数が極端に多くなる複数のコードが得られる。この複数のコードが検出された出現度数の平均をＸとする。前記誤差ビットの影響を受けて出現度数が極端に多くなるコードを有するサンプルは、そのコードを前記Ｘの値に応じて、前記１つの誤差ビットにより出現度数が極端に小さくなる１または複数コードに、例えばＸ個に１個の割合で変換する。複数のビットに誤差がある場合は、それぞれのビットに対して上記処理を行なう。
【００５９】
誤差ビット検出手段５において、検出された誤差ビットの影響を受けた量子化レベルは、時間軸上で隣接するサンプルの量子化レベル差により、正負のどちらに訂正すればよいか判断されている。
【００６０】
変換誤差に基づく歪みのないコードを推定する処理について説明する。図７は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）１１のＡ／Ｄ変換特性図である。誤差ビットの桁位置における値が１であるコードについて、このコードが時間軸上で何サンプル連続しているかを内部ファイルを読み出し調べる。例えば、下位からａ＝３ビット目にｂ＝＋１・ＬＳＢの誤差を持っていると判断した場合、Ａ／Ｄコンバータの入出力特性は、図７に示すようになる。つまり、８ｎ＋３において、アナログ入力の＋１・ＬＳＢ相当の増加に対してデジタル出力が変化してない。従って、８ｎ＋３においては、出現度数が極端に少なくなる。そして、８ｎ＋６において、アナログ入力の＋１・ＬＳＢ相当の増加に対して、デジタル出力が８ｎ＋８となり、出現度数が多くなる。
【００６１】
図８は、本発明の歪み補正装置において時間軸上のデジタル出力を説明するための図である。図８において、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを低減させるために、８ｎ＋４〜８ｎ＋６に該当するデジタル出力は、全て＋１・ＬＳＢだけ大きい値に変換されている。８ｎ＋３に該当するデジタル出力のサンプルをＫ１、Ｋ２、Ｋ３…Ｋｔとすると、８ｎ＋３に該当するサンプルが２サンプル以上ｔサンプル続いた場合、Ｋ１とその１サンプル前のサンプルＫ０とのデジタル出力の差をとり、この差をＤ１とする。また、Ｋｔとその１サンプル後のサンプルＫｔ＋１とのデジタル出力の差をとり、この差をＤ２とする。差Ｄ１、Ｄ２が共に正の場合には、前記Ｘの値を用い、Ｋｔ／ＸからＫｔまでの値を＋１とし、差Ｄ１、Ｄ２が共に負の場合には、前記Ｘの値を用い、Ｋ１からＫｔ／Ｘまでの値を＋１とする。ここで、ｔ／Ｘの値が整数以外の場合には、ｔ／Ｘの値が整数になるように、値の切り捨てまたは切り上げをする。
【００６２】
このようにすることにより、Ｘ回に１回の割合で８ｎ＋３に該当するデジタル出力のサンプルは、＋１・ＬＳＢだけ大きな値に変換される。どのサンプルを変換するかは、時間軸上で隣接するサンプルの量子化レベルの差Ｄ１、Ｄ２により決定される。前述した説明では、ｂ＝＋１・ＬＳＢの誤差を持っていると判断した場合について説明したが、ｂが他の値であっても、同様に変換誤差に基づく歪みのないコードを推定することができる。
【００６３】
以上の構成からなるＡ／Ｄコンバータの直線性誤差低減処理について図１を用いて説明する。記録媒体１２からデジタルオーディオ信号が読み出され切替手段１に入力すると、切替手段１は、入力されたデジタルオーディオ信号を記憶手段２に出力されるように切り替える。
【００６４】
記憶手段２は、切替手段１からのデジタルオーディオ信号を蓄積する。
【００６５】
出現度数検出手段３は、記憶手段２に一時記憶されているデジタルオーディオ信号を複数サンプル分読み出し、それぞれの量子化レベルを表わすコード毎に出現度数を検出し、ヒストグラムを作成し出力する。
【００６６】
正規化手段４は、出現度数検出手段３から出力されたヒストグラムから、コードの出現度数に基づいて変換誤差に基づく歪みを抽出し、正規化されたヒストグラムとして出力する。デジタルオーディオ信号において、本来変換誤差に基づく歪みが生じていない場合は、各コードの出現度数の値は同じになるが、変換誤差に基づく歪みが生じた場合、コード毎に出現度数に差が生じる。
【００６７】
誤差ビット検出手段５は、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムに基づいて、各コードにおける出現度数の違いから、デジタルオーディオ信号の誤差ビットを検出し、デジタル信号処理手段６に出力する。
【００６８】
次に、切替手段１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をデジタルインタフェースを介してデジタル信号処理手段６に出力するように切り替える。
【００６９】
デジタル信号処理手段６には、記録媒体から読み出されたデジタルオーディオ信号と、そのデジタルオーディオ信号の直線性誤差の生じた誤差ビットを検出した検出結果とが入力される。
【００７０】
デジタル信号処理手段６は、誤差ビット検出手段５からの検出結果に基づいて、入力されるデジタルオーディオ信号の変換誤差により誤ったコードに変換されたデジタルオーディオ信号を、本来の変換誤差に基づく歪みのないレベルに近い値に補正して出力する。出力されたデジタルオーディオ信号は、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となる。
【００７１】
以上のように、デジタルオーディオ信号の変換誤差により誤った値に変換されたコードを容易に補正することができ、変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【００７２】
なお、上述の処理において、変換誤差に基づく歪みの補正方法として、誤差ビット検出手段５により判定された誤差ビットが、その量子化レベルに影響を与えているコードを有する連続したサンプルについて、あるサンプルの量子化レベルを、時間軸上で隣接したサンプルの量子化レベルから推定するときに用いる各種の補間技術を用いることができる。
【００７３】
また、上述の歪み補正装置において、変換誤差検出手段（記憶手段２，出現度数検出手段３，正規化手段４，誤差ビット検出手段５）だけを単体の装置（歪み検出装置）として構成することもできる。すなわち、本発明は、デジタルオーディオ信号に含まれているＡ／Ｄ変換時の変換誤差（歪み）を検出するだけの歪み検出装置として構成することもできる。
【００７４】
また、上述の構成例では、正規化手段４および誤差ビット検出手段５は、録音された音楽信号（デジタルオーディオ信号）の量子化レベルを表わすコードの出現度数からヒストグラムを求め、そのヒストグラムにおけるしきい値以上の出現度数の凹凸を、Ａ／Ｄ変換誤差の生じた誤差ビットを判断し、デジタル信号処理手段６は、誤差ビットのコードを前後のコードに基づいて補正するようになっており（すなわち、ヒストグラムにおけるしきい値以上の出現度数の凹凸を誤差ビットと判断し、前後のコードに基づいて補正しており）、このため、しきい値以下の出現度数の凹凸は、誤差ビットと判断せず補正されないため、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができないこともある。
【００７５】
しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減するため、本願の発明者は、さらに、次のような構成例のものを案出した。
【００７６】
図９は本発明に係る歪み補正装置の他の構成例を示す図である。なお、図９において、図１と同様の箇所には同じ符号を用いている。図９を参照すると、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。
【００７７】
すなわち、図９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。
【００７８】
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。
【００７９】
【数２】
【００８０】
ここで、ｃ（ｊ）は、次式を満たす窓関数である。
【００８１】
【数３】
【００８２】
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。また、移動平均法では、平滑化波形の両端部分の計算が不可能なため、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、上式（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。
【００８３】
このように、図９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）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（音楽信号）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、正規化を行なうようになっており、これにより、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を算出することができる。すなわち、正規化を行なうことができる。
【００８４】
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４）のように積算し、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。
【００８５】
【数４】
【００８６】
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１０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１１に示すようになる。
【００８７】
図１１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４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１２に示すように、階段の横幅に相当し、求めるＴ（ｉ）は、図１３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１４に示すようになる。数４の場合、Ｎ（ｉ）を積算しているため、正しいＴ（ｉ）が求まる。
【００８８】
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。
【００８９】
このように、図９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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【００９０】
また、図９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。
【００９１】
具体的に、１３ビット信号の取り得る値を−２１３−１〜２１３−１−１（−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）＝１００
ｇ（１）＝１５０
ｇ（２）＝５０
ｇ（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。
【００９２】
【数５】
【００９３】
そして、Ｎ（ｉ）＝ｇ（ｉ）／ｈ（ｉ）より、
Ｎ（０）＝１００／１００＝１．０
Ｎ（１）＝１５０／１００＝１．５
Ｎ（２）＝５０／１００＝０．５
Ｎ（３）＝１００／１００＝１．０
【００９４】
そして、数４より、
Ｎ（０）＝０．０
Ｎ（１）＝０．０＋（１．０＋１．５）／２＝１．２５
Ｎ（２）＝１．２５＋（１．５＋０．５）／２＝２．２５
Ｎ（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。
【００９５】
図１５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１５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，−４０ｄＢ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、８１９２０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１６に示す。なお、図１７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１６を図１７と比較すると、テーブル変換処理を行なったものの方（図１６）がテーブル変換処理を行なわない場合（図１７）に比べて、歪みが減少していることがわかる。
【００９６】
次に、図９の歪み補正装置の処理動作を図１８，図１９のフローチャートを用いて説明する。なお、図１８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１９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。
【００９７】
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（１３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り、また、必要以上に多くても処理に時間がかかるので、これはできる限り最適値に近い値に設定される必要がある。すなわち、レベル分布を測定するサンプル数ａは多い方がよいが、必要以上に多くても時間を要するので、２，５００，０００サンプル程度でよい。
【００９８】
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２，数３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、移動平均フィルタのサンプル数ｍは、できる限り、最適値に設定されているのが良い。図２０（ａ）はサンプル数ｍが“１”のとき（フィルタなしのとき）、図２０（ｂ）はサンプル数ｍが小さいとき、図２０（ｃ）はサンプル数ｍが最適値のとき、図２０（ｄ）はサンプル数ｍが大きいときのレベル分布をそれぞれ示す図である。移動平均フィルタのサンプル数ｍが最適値よりも小さい場合には、図２０（ｂ）のようにレベル分布の凹凸が残り、また、移動平均フィルタのサンプル数ｍが最適値よりも大きい場合には、図２０（ｄ）のように０（ＬＳＢ）付近の値が小さくなり、その結果、どちらもｍが最適値のときのように（図２０（ｃ）の場合のように）、歪みが減少しない。
【００９９】
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４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）。
【０１００】
図２１（ａ）乃至（ｄ）には、上記処理の概要が示されている。ここで、図２１（ａ）は出現度数検出手段３で測定されたレベル分布を示す図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）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平滑化したレベル分布を示す図、図２１（ｃ）は正規化手段３４によって正規化されたデータ（図２１（ａ）のレベル分布を図２１（ｂ）の平滑化されたレベル分布で除算したデータ）Ｎ（ｉ）を示す図、図２１（ｄ）は図２１（ｃ）の正規化されたデータすなわち正規化度数Ｎ（ｉ）を数４によって積算して作成された変換テーブルを示す図である。
【０１０１】
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。
【０１０２】
より具体的には、図１９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１６ビットの音楽信号に変換されて出力される。
【０１０３】
このように、図９の歪み補正装置では、デジタルオーディオ信号（音楽信号）のヒストグラム（レベル分布）から変換テーブルＴ（ｉ）を作成する際、旧Ａ／Ｄコンバータの誤差によるレベル分布の凹凸を移動平均フィルタで平滑し、Ａ／Ｄコンバータに誤差がない場合の理想的なレベル分布に近似しているので、図１の歪み補正装置に対して、さらに、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することが可能となる。
【０１０４】
このように、上述の各構成例では、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、旧録音ソースから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。
【０１０５】
なお、図９の構成例では、音楽信号（デジタルオーディオ信号）を用いてＡ／Ｄ変換誤差を推定したが、音楽ソースの録音時に用いたＡ／Ｄ変換器が変換特性の変化なく現存する場合には、前記Ａ／Ｄ変換器にリニアカウントアップ信号を入力し、Ａ／Ｄ変換器の入力信号と出力信号を比較し、Ａ／Ｄ変換誤差を求めることができる。このようなリニアカウントアップ信号を用いた補正は、次のようにして行なうことができる。
【０１０６】
すなわち、例えば、図２２に示すように、旧Ａ／Ｄコンバータ測定システム（例えば図２３のようなシステム）を使用し、リニアカウントアップ信号と正弦波をパーソナルコンピュータに取り込み、リニアカウントアップ信号のレベル分布から変換テーブルを算出し、正弦波に対してテーブル変換、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行なって、ひずみの増減を調べる。変換テーブルの算出処理およびテーブル変換処理は、例えばＣ言語でプログラム作成し、パーソナルコンピュータ内部で処理し、また、ＦＦＴには、市販の信号処理ソフトを使用することができる。
【０１０７】
ここで、変換テーブルの算出処理は、例えば以下のような方法で行なうことができる。すなわち、量子化ビット数ｎ、総サンプル数ｓｃの時のデジタルコードｉ（−２ｎ−１≦ｉ≦２ｎ−１−１）の出現頻度をｈ（ｉ），正規化した出現頻度をＮ（ｉ）とする。テーブルの算出を容易にするため、次式のように、ｈ（ｉ）＝ｓｃ／２ｎのときに、Ｎ（ｉ）＝１．０になるように、ｈ（ｉ）の正規化を行なう。
【０１０８】
【数６】
Ｎ（ｉ）＝（２ｎ／ｓｃ）・ｈ（ｉ）
【０１０９】
次いで、Ｎ（ｉ）を数４のように積算し、テーブルＴ（ｉ）を求める。
【０１１０】
実際の処理では、テーブル変換前のデータ（１３ビット）と、テーブル変換後のデータ（１６ビット）が、図２４に示すような関係になっているのでテーブル値Ｔ（ｉ）を２３＝８倍し、１６ビットにしている。
【０１１１】
このように、リニアカウントアップ信号を用いる補正では、例えば、現在１６ビットで録音されている音楽信号を、将来２４ビットあるいはそれ以上のビット長の音楽信号に変換する場合などに有効である。また、リニアカウントアップ信号は、音楽信号録音時に記録媒体等に記録するようにしてもよく、このような場合、Ａ／Ｄ変換器が現存しない場合であっても、より精度よく変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【０１１２】
図１あるいは図９により説明した上述した処理では、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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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３６に入力する構成としてもよい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
【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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【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】デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）の一例を示す図である。
【図３】誤差ビット検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】最近の精度の良いＡ／Ｄ変換器を使用した音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。
【図５】初期のＰＣＭ音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。
【図６】デジタル信号処理手段における補正処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】アナログ／デジタル変換器のアナログ／デジタル変換特性図である。
【図８】本発明の歪み補正装置において時間軸上のデジタル出力を示す模式図である。
【図９】本発明に係る歪み補正装置の他の構成例を示す図である。
【図１０】理想的なＡ／Ｄコンバータの変換特性を示す図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】図９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１９】図９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２０】移動平均フィルタのサンプル数ｍを変化させたときのレベル分布を示す図である。
【図２１】図９の歪み補正装置におけるテーブル変換までの処理概要を示す図である。
【図２２】リニアカウントアップ信号を用いた補正処理を説明するための図である。
【図２３】リニアカウントアップ信号を用いた補正処理を説明するための図である。
【図２４】テーブル変換前のデータ（１３ビット）と、テーブル変換後のデータ（１６ビット）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 切替手段
２ 記憶手段
３ 出現度数検出手段
４，３４ 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
１０，２０ 歪み補正装置
１１ Ａ／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
【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検出装置および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１４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被測定対象の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検出装置および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、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おり、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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ようになっていることを特徴としている。
【００１７】
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、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し、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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している。
【００２５】
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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１を参照すると、この歪み補正装置１０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：ＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏ 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１０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で検出された前記コード毎の出現度数から前記Ａ／Ｄコンバータ１１の直線性誤差に基づく歪みを正規化された出現度数として検出する正規化手段４と、該正規化手段４で検出した正規化された出現度数のコードから誤差ビットを検出する誤差ビット検出手段５と、前記切替手段１から入力された前記デジタルオーディオ信号に対して前記誤差ビット検出手段５で検出した前記誤差ビットを補正し出力するデジタル信号処理手段６とを有している。
【００２９】
より具体的に、切替手段１は、例えばスイッチにより構成され、記録媒体１２からデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオインターフェースを介して読み出し、読み出したデジタルオーディオ信号をハードディスク等の記憶手段２または後述するデジタル信号処理手段６に与えるように、デジタルオーディオ信号の出力を切り替えるようになっている。例えば、切替手段１は、後述の例のように、当初、記憶媒体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に与え、記憶手段２，出現度数検出手段３，正規化手段４，誤差ビット検出手段５によって、デジタルオーディオ信号に含まれている誤差ビットを検出させた後、記憶媒体１２から再びデジタルオーディオ信号を読み出し、これをデジタル信号処理手段６に与え、デジタル信号処理手段６において、デジタルオーディオ信号に含まれている歪みを誤差ビット検出手段５で検出された誤差ビットに基づいて補正させるようになっている。
【００３０】
このような切替手段１の機能に着目するとき、記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５は、変換誤差検出手段として機能し、また、デジタル信号処理手段６は、変換誤差補正手段として機能するようになっている。
【００３１】
ここで、先ず、変換誤差検出手段（記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５）としての機能について説明する。
【００３２】
記憶手段２には、ハードディスク等のデータの記憶が可能なものが用いられ、切替手段１から与えられるデジタルオーディオ信号が蓄積される。
【００３３】
また、出現度数検出手段３は、記憶手段２に記憶されたデジタルオーディオ信号を読み出し、読み出された複数サンプル分のデジタルオーディオ信号について、それぞれの量子化レベルを表わすコード毎に、コードの出現度数を検出するようになっている。すなわち、複数サンプル分のデ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わすヒストグラム（レベル分布）を作成するようになっている。
【００３４】
ここで、デジタルオーディオ信号の量子化レベルを表わ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進法になおすと、−４０９６〜４０９５の範囲で表わすことができる。この−４０９６〜４０９６をコードとして表わしている。０のコードとは、アナログ信号における振幅レベルが０であることを表わし、コードの絶対値が大きくなるに従って、アナログ信号における振幅レベルが大きいことを表わしている。
【００３５】
また、デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）について説明する。図２は、デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）の一例を示す図である。図２に示すヒストグラムにおける出現度数は、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従い、また、コードが負方向に小さくなるに従い、出現度数が徐々に低くなる。このようなヒストグラムの特徴は、入力されたオーディオ信号それぞれに固有のものである。このヒストグラムにおいて、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、または、急激に出現度数が低くなるコードは、変換誤差に基づく歪みの生じたコードである。
【００３６】
出現度数検出手段３におけるヒストグラムの算出方法について説明する。出現度数検出手段３は、量子化レベルを表わ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有している。出現度数検出手段３は、記憶手段２からデジタルオーディオ信号を読み出し、そのコード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ところに書き込む。この処理を複数サンプル分について繰り返し行なう。このことにより、コード毎の累積回数、すなわち、出現度数が求められ、ヒストグラムメモリに蓄積される。
【００３７】
前記処理を行なうサンプルの数は、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全てではなく、同じＡ／Ｄコンバータ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良い。しかし、サンプル数が多いほど、ヒストグラムの精度が向上する。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、良好なヒストグラム分布を得ることができる。このヒストグラム化は、デジタルカウンタ回路、または、ソフトウェアで実現することが可能である。
【００３８】
次に、正規化手段４について説明する。上述のように入力されたデジタルオーディオ信号の出現度数は、そのデジタルオーディオ信号固有の出現度数を表わすため、正規化手段４は、より具体的には、例えば、変換誤差に基づく歪みの生じたコードを含む近接した複数のコードにおける平均出現度数で、変換誤差に基づく歪みの生じたコードの出現度数を除算することにより、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを出現度数の特徴として抽出することができる。
【００３９】
具体的には、量子化レベルが隣接する複数のコード、例えば４つのコードを１単位として、全てのコードについて、複数ブロックに分割する。このブロックを構成する各コード（４つのコード）の出現度数から、１ブロック毎の平均出現度数を求める。ブロックを構成する各コードの出現度数を、この１ブロック毎の平均出現度数で除算した値を、各コードの正規化された出現度数Ａとすると、各コードの正規化された出現度数Ａは、次式によって表わされる。
【００４０】
【数１】
正規化された出現度数Ａ＝（４つずつ分割したそれぞれのコードの出現度数）／（４つのコードの出現度数の平均）
【００４１】
この正規化された出現度数Ａからなるヒストグラムは、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを出現度数の特徴として抽出したものとなる。すなわち、この出現度数Ａは、デジタルオーディオ信号の固有の出現度数の特徴が、ほぼ除去されたものとなり、変換誤差に基づく歪みがない場合、正規化された出現度数Ａは、全てのコードにおいて１となる。なお、上述の例では、正規化手段４は、予め分割したブロック内の各コードの出現度数の平均を平均出現度数として求めたが、変換誤差に基づく歪みの生じたコードの近傍にある所定数のコードの各出現度数の移動平均を平均出現度数として求め用いてもよい。
【００４２】
この正規化手段４における処理例として（特別な場合として）、記録媒体１２から読み出されたデジタルオーディオ信号中に、正弦波あるいは正弦波に近いデジタル化された音楽信号が含まれている場合について説明する。このような音楽信号が含まれている場合、従来の正弦波ヒストグラム測定装置における微分直線性誤差の算出方法と同様の方法により、正規化された出現度数を得ることができる。すなわち、理論的には、歪のない正弦波ヒストグラムは、振幅レベル０の場合に出現度数が小さく、振幅レベルが正方向に大きくなるに従って、または、負の方向に小さくなるに従って、振幅レベル０を中心として左右対称に急峻に出現度数が高くなり、正方向及び負方向のピークレベルにおいて出現度数が最大となる。理論的に得られたヒストグラムは、入力されたデジタルオーディオ信号固有の出現度数を表わしている。従って、この場合、歪のない正弦波あるいは正弦波に近いデジタルオーディオ信号を入力し、各コード毎の出現度数を、正弦波ヒストグラムの理論値から得た同一コードの出現度数で除算することにより、正規化された出現度数を得ることができる。
【００４３】
次に、誤差ビット検出手段５について説明する。誤差ビット検出手段５は、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムから誤差ビットを検出するようになっている。ここで、正規化されたヒストグラムには、出現度数が極端に多いコードと、出現度数が極端に少ないコードとが含まれ、前記出現度数が多いコードと出現度数が少ないコードとの量子化レベルの差は、変換度差に基づく歪みの生じたビットの重み、言い換えれば、ビットの桁位置を表わしている。
【００４４】
変換誤差の原因は、オーディオ信号がＡ／Ｄコンバータ１１によってデジタル化されたとき、Ａ／Ｄコンバータ１１の変換方式により異なる。ここでは、重み抵抗型Ａ／Ｄコンバータ、または、Ｒ−２Ｒラダーを有するバイナリウェイト電流源型Ｄ／Ａコンバータ等を内部Ｄ／Ａコンバータとして用いる逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを前提とする。すなわち、しきい値とする振幅レベルの設定に重みを利用するものを前提としている。換言すれば、ある重みの影響が、複数の量子化レベルに波及することに着目し、複数の量子化レベル、すなわちコードの出現度数から変換誤差に基づく歪みの原因となった重みを検出するようにしている。
【００４５】
例えば、出現度数が極端に多いコードの間の間隔が２、すなわち量子化レベルの間隔が最下位ビットの量子化レベルの２１倍である場合、最下位ビットに誤差があることがわかる。また、出現度数が極端に多いコードの間の間隔が２３、すなわち量子化レベルの間隔が最下位ビットの量子化レベルの２３倍である場合、最下位ビットから３ビット目の桁位置のビットに誤差があることがわかる。つまり、出現度数が極端に多い複数のコードの量子化レベルの間隔が２ｎである場合、最下位ビットからｎビット目の桁位置のビットに誤差があることがわかる。
【００４６】
コードの出現度数が極端に多いと判定するには、しきい値が必要がある。例えば、正規化された出現度数Ａが１．２以上のものを出現度数が極端に多いものと判定する。また、出現度数が極端に少ないコードの間の間隔からも、誤差のあるビットの桁位置を検出することができる。また、これらの両者を併用して、誤差のあるビットを検出してもよい。
【００４７】
誤差ビット検出手段５における誤差ビットの検出処理について説明する。図３は、誤差ビット検出手段５の誤差ビット検出処理の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
図３の処理例では、先ず、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムを入力する（ステップＳ１１）。次いで、変数ｎの値の初期値を、デジタルオーディオ信号の量子化ビット数から１を減算した値とする（ステップＳ１２）。次いで、各コードの正規化された出現度数を、各コードの量子化レベルの２ｎ毎に抽出する（ステップＳ１３）。そして、あるｎの値について抽出された全ての出現度数が１．２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。出現度数が１．２以上である場合、最下位ビットからｎビット目に誤差があると判断し、このｎの値を誤差ビットメモリに記憶する（ステップＳ１５）。また、出現度数が１．２未満である場合、このｎの値から１を減算してｎの値を更新する（ステップＳ１６）。ｎの値が０かどうかを判断し、ｎの値が０でなければ、再度、各コードの正規化された出現度数を、各コードの量子化レベルの２ｎ毎に抽出する処理に戻る（ステップＳ１７）。ｎの値が０の場合、誤差ビットメモリに記憶された誤差ビットをデジタル信号処理手段６に出力する（ステップＳ１８）。以上の処理により、誤差ビットを検出することができる。
【００４９】
図４は、最近の精度の良いＡ／Ｄ変換器を使用した音楽信号のレベル分布の一例を示す図であり、図５は、初期のＰＣＭ音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。両方とも、同じ音楽信号を用い、２，５００，０００サンプル（サンプリング周波数４４．１ＫＨｚで、約１分）のレベル分布である。縦軸は出現度数、横軸は１３ビットでのＬＳＢ単位である。音楽信号の（長時間の）レベル分布は、０（ＬＳＢ）を中心とした正規分布に近い形をしているが、図４はその傾向が表われている。図５は、ほぼ正規分布に近い形ではあるが、図４と比べて出現度数が極端に多いレベル、また、極端に少ないレベルが存在する。これは、逐次比較型Ａ／Ｄ変換器の誤差によるものである。理想的なＡ／Ｄ変換器では、１つの出力レベルに対して、アナログ入力電圧は±０．５（ＬＳＢ）の幅をもっている。しかし、実際の逐次比較型Ａ／Ｄ変換器は、内部Ｄ／Ａ変換器等に誤差があるため、この幅が一定ではない。そのため、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧の幅が、±０．５（ＬＳＢ）よりも大きなレベルでは、本来、隣接するレベルに変換されるべきデータを含んでいるため、そのレベルの出現頻度が大となり、逆に、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧の幅が、±０．５（ＬＳＢ）よりも小さなレベルでは、そのレベルの出現頻度が小になる。従って、音楽信号のレベル分布を用いれば、前述の処理によって、使用したＡ／Ｄコンバータの誤差を検出することができる。
【００５０】
このように、変換誤差検出手段（記憶手段２、出現度数検出手段３、正規化手段４、誤差ビット検出手段５）では、直線性誤差の有したアナログ／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）することができる。
【００５１】
次に、変換誤差補正手段としてのデジタル信号処理手段６について説明する。デジタル信号処理手段６には、上記のように、デジタルオーディオ信号に含まれているＡ／Ｄ変換時の変換誤差（誤差ビット）が検出された後、例えば切替手段１から同じデジタルオーディオ信号が再び与えられ、デジタル信号処理手段６は、誤差ビット検出手段５で検出されたＡ／Ｄ変換時の変換誤差（誤差ビット）に基づいて、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みの補正を行ない、歪みを低減するようになっている。すなわち、変換誤差に基づく歪みにより出現度数が大きくなった量子化レベルを有する複数サンプルのうち、変換誤差に基づく歪みの生じたサンプルの量子化レベルを本来の正しい量子化レベルであると推測される量子化レベルに補正して、変換誤差に基づく歪みの低減を行なうようになっている。
【００５２】
図６は、デジタル信号処理手段６における補正処理の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
図６の処理例では、誤差低減の対象となるデジタルオーディオ信号の各サンプルのコードが、切替手段１から与えられると（ステップＳ２１）、デジタル信号処理手段６は、１サンプル毎に誤差ビットの桁位置における値が１であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。誤差ビットの桁位置における値が１のコード（誤差ビットにより量子化レベルが影響を受けたコード）である場合、当該サンプルの正しい量子化レベル、すなわち、コードを推定する（ステップＳ２３）。また、誤差ビットの桁位置における値が１でないコードである場合、入力されたサンプルのコードまたは前記処理において推定されたコードを、ファイルに書き込み出力する（ステップＳ２４）。このとき、時間軸上の位置、すなわち当該サンプルが最初から何サンプル目のものかを示すデータも、コードと共にファイルに出力される。以上の処理により変換誤差に基づき歪みの生じたコードを、本来の正しいと推定されるコードに補正して、変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【００５４】
ここで、変換誤差に基づく歪みの影響を受けたコードの補正について説明する。ＬＳＢを最下位ビットの量子化レベルとし、ａ，ｂを正の整数とし、Ｎを０または正の整数とする。
【００５５】
例えば、逐次比較型Ａ／Ｄコンバータ内部の抵抗値が、下位からａビット目に＋ｂ・ＬＳＢの誤差を持つ場合、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−ｂとなるコードの出現度数がｂ＋１倍に増加し、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１から２ａ・Ｎ＋２ａ−ｂまでの間の各コードの出現度数が、いずれも０となる。
【００５６】
また、下位からａビット目に−ｂ・ＬＳＢの誤差を持つ場合、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−１の出現度数がｂ＋１倍に増加し、量子化レベルが２ａ・Ｎ＋２ａ−１−１から２ａ・Ｎ＋２ａ−１＋ｂ−１までの間の各コードの出現度数が、いずれも０となる。
【００５７】
従って、このような誤差がキャンセルされるように補正を行なうと、変換誤差に基づく歪みが低減される。しかし、出現度数が少ないコードでなければならないサンプルデータは、出現度数の多いコードに誤変換される。つまり、出現度数が多い量子化レベルを有する複数のサンプルには、本来、他の量子化レベルになるべきサンプルも含まれている。
【００５８】
前記誤変換を補正するために、まず、誤差ビット検出手段５で検出された１つの誤差ビットの影響を受けた出現度数が極端に多くなる複数のコードが得られる。この複数のコードが検出された出現度数の平均をＸとする。前記誤差ビットの影響を受けて出現度数が極端に多くなるコードを有するサンプルは、そのコードを前記Ｘの値に応じて、前記１つの誤差ビットにより出現度数が極端に小さくなる１または複数コードに、例えばＸ個に１個の割合で変換する。複数のビットに誤差がある場合は、それぞれのビットに対して上記処理を行なう。
【００５９】
誤差ビット検出手段５において、検出された誤差ビットの影響を受けた量子化レベルは、時間軸上で隣接するサンプルの量子化レベル差により、正負のどちらに訂正すればよいか判断されている。
【００６０】
変換誤差に基づく歪みのないコードを推定する処理について説明する。図７は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）１１のＡ／Ｄ変換特性図である。誤差ビットの桁位置における値が１であるコードについて、このコードが時間軸上で何サンプル連続しているかを内部ファイルを読み出し調べる。例えば、下位からａ＝３ビット目にｂ＝＋１・ＬＳＢの誤差を持っていると判断した場合、Ａ／Ｄコンバータの入出力特性は、図７に示すようになる。つまり、８ｎ＋３において、アナログ入力の＋１・ＬＳＢ相当の増加に対してデジタル出力が変化してない。従って、８ｎ＋３においては、出現度数が極端に少なくなる。そして、８ｎ＋６において、アナログ入力の＋１・ＬＳＢ相当の増加に対して、デジタル出力が８ｎ＋８となり、出現度数が多くなる。
【００６１】
図８は、本発明の歪み補正装置において時間軸上のデジタル出力を説明するための図である。図８において、デジタルオーディオ信号の変換誤差に基づく歪みを低減させるために、８ｎ＋４〜８ｎ＋６に該当するデジタル出力は、全て＋１・ＬＳＢだけ大きい値に変換されている。８ｎ＋３に該当するデジタル出力のサンプルをＫ１、Ｋ２、Ｋ３…Ｋｔとすると、８ｎ＋３に該当するサンプルが２サンプル以上ｔサンプル続いた場合、Ｋ１とその１サンプル前のサンプルＫ０とのデジタル出力の差をとり、この差をＤ１とする。また、Ｋｔとその１サンプル後のサンプルＫｔ＋１とのデジタル出力の差をとり、この差をＤ２とする。差Ｄ１、Ｄ２が共に正の場合には、前記Ｘの値を用い、Ｋｔ／ＸからＫｔまでの値を＋１とし、差Ｄ１、Ｄ２が共に負の場合には、前記Ｘの値を用い、Ｋ１からＫｔ／Ｘまでの値を＋１とする。ここで、ｔ／Ｘの値が整数以外の場合には、ｔ／Ｘの値が整数になるように、値の切り捨てまたは切り上げをする。
【００６２】
このようにすることにより、Ｘ回に１回の割合で８ｎ＋３に該当するデジタル出力のサンプルは、＋１・ＬＳＢだけ大きな値に変換される。どのサンプルを変換するかは、時間軸上で隣接するサンプルの量子化レベルの差Ｄ１、Ｄ２により決定される。前述した説明では、ｂ＝＋１・ＬＳＢの誤差を持っていると判断した場合について説明したが、ｂが他の値であっても、同様に変換誤差に基づく歪みのないコードを推定することができる。
【００６３】
以上の構成からなるＡ／Ｄコンバータの直線性誤差低減処理について図１を用いて説明する。記録媒体１２からデジタルオーディオ信号が読み出され切替手段１に入力すると、切替手段１は、入力されたデジタルオーディオ信号を記憶手段２に出力されるように切り替える。
【００６４】
記憶手段２は、切替手段１からのデジタルオーディオ信号を蓄積する。
【００６５】
出現度数検出手段３は、記憶手段２に一時記憶されているデジタルオーディオ信号を複数サンプル分読み出し、それぞれの量子化レベルを表わすコード毎に出現度数を検出し、ヒストグラムを作成し出力する。
【００６６】
正規化手段４は、出現度数検出手段３から出力されたヒストグラムから、コードの出現度数に基づいて変換誤差に基づく歪みを抽出し、正規化されたヒストグラムとして出力する。デジタルオーディオ信号において、本来変換誤差に基づく歪みが生じていない場合は、各コードの出現度数の値は同じになるが、変換誤差に基づく歪みが生じた場合、コード毎に出現度数に差が生じる。
【００６７】
誤差ビット検出手段５は、正規化手段４からの正規化されたヒストグラムに基づいて、各コードにおける出現度数の違いから、デジタルオーディオ信号の誤差ビットを検出し、デジタル信号処理手段６に出力する。
【００６８】
次に、切替手段１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をデジタルインタフェースを介してデジタル信号処理手段６に出力するように切り替える。
【００６９】
デジタル信号処理手段６には、記録媒体から読み出されたデジタルオーディオ信号と、そのデジタルオーディオ信号の直線性誤差の生じた誤差ビットを検出した検出結果とが入力される。
【００７０】
デジタル信号処理手段６は、誤差ビット検出手段５からの検出結果に基づいて、入力されるデジタルオーディオ信号の変換誤差により誤ったコードに変換されたデジタルオーディオ信号を、本来の変換誤差に基づく歪みのないレベルに近い値に補正して出力する。出力されたデジタルオーディオ信号は、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となる。
【００７１】
以上のように、デジタルオーディオ信号の変換誤差により誤った値に変換されたコードを容易に補正することができ、変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【００７２】
なお、上述の処理において、変換誤差に基づく歪みの補正方法として、誤差ビット検出手段５により判定された誤差ビットが、その量子化レベルに影響を与えているコードを有する連続したサンプルについて、あるサンプルの量子化レベルを、時間軸上で隣接したサンプルの量子化レベルから推定するときに用いる各種の補間技術を用いることができる。
【００７３】
また、上述の歪み補正装置において、変換誤差検出手段（記憶手段２，出現度数検出手段３，正規化手段４，誤差ビット検出手段５）だけを単体の装置（歪み検出装置）として構成することもできる。すなわち、本発明は、デジタルオーディオ信号に含まれているＡ／Ｄ変換時の変換誤差（歪み）を検出するだけの歪み検出装置として構成することもできる。
【００７４】
また、上述の構成例では、正規化手段４および誤差ビット検出手段５は、録音された音楽信号（デジタルオーディオ信号）の量子化レベルを表わすコードの出現度数からヒストグラムを求め、そのヒストグラムにおけるしきい値以上の出現度数の凹凸を、Ａ／Ｄ変換誤差の生じた誤差ビットを判断し、デジタル信号処理手段６は、誤差ビットのコードを前後のコードに基づいて補正するようになっており（すなわち、ヒストグラムにおけるしきい値以上の出現度数の凹凸を誤差ビットと判断し、前後のコードに基づいて補正しており）、このため、しきい値以下の出現度数の凹凸は、誤差ビットと判断せず補正されないため、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができないこともある。
【００７５】
しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減するため、本願の発明者は、さらに、次のような構成例のものを案出した。
【００７６】
図９は本発明に係る歪み補正装置の他の構成例を示す図である。なお、図９において、図１と同様の箇所には同じ符号を用いている。図９を参照すると、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。
【００７７】
すなわち、図９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。
【００７８】
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。
【００７９】
【数２】
ここで、ｃ（ｊ）は、次式を満たす窓関数である。
【００８１】
【数３】
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。また、移動平均法では、平滑化波形の両端部分の計算が不可能なため、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、上式（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。
【００８３】
このように、図９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）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（音楽信号）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、正規化を行なうようになっており、これにより、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を算出することができる。すなわち、正規化を行なうことができる。
【００８４】
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４）のように積算し、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。
【００８５】
【数４】
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１０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１１に示すようになる。
【００８７】
図１１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４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１２に示すように、階段の横幅に相当し、求めるＴ（ｉ）は、図１３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１４に示すようになる。数４の場合、Ｎ（ｉ）を積算しているため、正しいＴ（ｉ）が求まる。
【００８８】
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。
【００８９】
このように、図９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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【００９０】
また、図９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。
【００９１】
具体的に、１３ビット信号の取り得る値を−２１３−１〜２１３−１−１（−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）＝１００
ｇ（１）＝１５０
ｇ（２）＝５０
ｇ（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。
【００９２】
【数５】
そして、Ｎ（ｉ）＝ｇ（ｉ）／ｈ（ｉ）より、
Ｎ（０）＝１００／１００＝１．０
Ｎ（１）＝１５０／１００＝１．５
Ｎ（２）＝５０／１００＝０．５
Ｎ（３）＝１００／１００＝１．０
【００９４】
そして、数４より、
Ｎ（０）＝０．０
Ｎ（１）＝０．０＋（１．０＋１．５）／２＝１．２５
Ｎ（２）＝１．２５＋（１．５＋０．５）／２＝２．２５
Ｎ（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。
【００９５】
図１５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１５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，−４０ｄＢ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、８１９２０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１６に示す。なお、図１７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１６を図１７と比較すると、テーブル変換処理を行なったものの方（図１６）がテーブル変換処理を行なわない場合（図１７）に比べて、歪みが減少していることがわかる。
【００９６】
次に、図９の歪み補正装置の処理動作を図１８，図１９のフローチャートを用いて説明する。なお、図１８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１９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。
【００９７】
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（１３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り、また、必要以上に多くても処理に時間がかかるので、これはできる限り最適値に近い値に設定される必要がある。すなわち、レベル分布を測定するサンプル数ａは多い方がよいが、必要以上に多くても時間を要するので、２，５００，０００サンプル程度でよい。
【００９８】
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２，数３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、移動平均フィルタのサンプル数ｍは、できる限り、最適値に設定されているのが良い。図２０（ａ）はサンプル数ｍが“１”のとき（フィルタなしのとき）、図２０（ｂ）はサンプル数ｍが小さいとき、図２０（ｃ）はサンプル数ｍが最適値のとき、図２０（ｄ）はサンプル数ｍが大きいときのレベル分布をそれぞれ示す図である。移動平均フィルタのサンプル数ｍが最適値よりも小さい場合には、図２０（ｂ）のようにレベル分布の凹凸が残り、また、移動平均フィルタのサンプル数ｍが最適値よりも大きい場合には、図２０（ｄ）のように０（ＬＳＢ）付近の値が小さくなり、その結果、どちらもｍが最適値のときのように（図２０（ｃ）の場合のように）、歪みが減少しない。
【００９９】
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４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）。
【０１００】
図２１（ａ）乃至（ｄ）には、上記処理の概要が示されている。ここで、図２１（ａ）は出現度数検出手段３で測定されたレベル分布を示す図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）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平滑化したレベル分布を示す図、図２１（ｃ）は正規化手段３４によって正規化されたデータ（図２１（ａ）のレベル分布を図２１（ｂ）の平滑化されたレベル分布で除算したデータ）Ｎ（ｉ）を示す図、図２１（ｄ）は図２１（ｃ）の正規化されたデータすなわち正規化度数Ｎ（ｉ）を数４によって積算して作成された変換テーブルを示す図である。
【０１０１】
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。
【０１０２】
より具体的には、図１９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１６ビットの音楽信号に変換されて出力される。
【０１０３】
このように、図９の歪み補正装置では、デジタルオーディオ信号（音楽信号）のヒストグラム（レベル分布）から変換テーブルＴ（ｉ）を作成する際、旧Ａ／Ｄコンバータの誤差によるレベル分布の凹凸を移動平均フィルタで平滑し、Ａ／Ｄコンバータに誤差がない場合の理想的なレベル分布に近似しているので、図１の歪み補正装置に対して、さらに、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することが可能となる。
【０１０４】
このように、上述の各構成例では、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、旧録音ソースから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。
【０１０５】
なお、図９の構成例では、音楽信号（デジタルオーディオ信号）を用いてＡ／Ｄ変換誤差を推定したが、音楽ソースの録音時に用いたＡ／Ｄ変換器が変換特性の変化なく現存する場合には、前記Ａ／Ｄ変換器にリニアカウントアップ信号を入力し、Ａ／Ｄ変換器の入力信号と出力信号を比較し、Ａ／Ｄ変換誤差を求めることができる。このようなリニアカウントアップ信号を用いた補正は、次のようにして行なうことができる。
【０１０６】
すなわち、例えば、図２２に示すように、旧Ａ／Ｄコンバータ測定システム（例えば図２３のようなシステム）を使用し、リニアカウントアップ信号と正弦波をパーソナルコンピュータに取り込み、リニアカウントアップ信号のレベル分布から変換テーブルを算出し、正弦波に対してテーブル変換、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行なって、ひずみの増減を調べる。変換テーブルの算出処理およびテーブル変換処理は、例えばＣ言語でプログラム作成し、パーソナルコンピュータ内部で処理し、また、ＦＦＴには、市販の信号処理ソフトを使用することができる。
【０１０７】
ここで、変換テーブルの算出処理は、例えば以下のような方法で行なうことができる。すなわち、量子化ビット数ｎ、総サンプル数ｓｃの時のデジタルコードｉ（−２ｎ−１≦ｉ≦２ｎ−１−１）の出現頻度をｈ（ｉ），正規化した出現頻度をＮ（ｉ）とする。テーブルの算出を容易にするため、次式のように、ｈ（ｉ）＝ｓｃ／２ｎのときに、Ｎ（ｉ）＝１．０になるように、ｈ（ｉ）の正規化を行なう。
【０１０８】
【数６】
Ｎ（ｉ）＝（２ｎ／ｓｃ）・ｈ（ｉ）
【０１０９】
次いで、Ｎ（ｉ）を数４のように積算し、テーブルＴ（ｉ）を求める。
【０１１０】
実際の処理では、テーブル変換前のデータ（１３ビット）と、テーブル変換後のデータ（１６ビット）が、図２４に示すような関係になっているのでテーブル値Ｔ（ｉ）を２３＝８倍し、１６ビットにしている。
【０１１１】
このように、リニアカウントアップ信号を用いる補正では、例えば、現在１６ビットで録音されている音楽信号を、将来２４ビットあるいはそれ以上のビット長の音楽信号に変換する場合などに有効である。また、リニアカウントアップ信号は、音楽信号録音時に記録媒体等に記録するようにしてもよく、このような場合、Ａ／Ｄ変換器が現存しない場合であっても、より精度よく変換誤差に基づく歪みを低減することができる。
【０１１２】
図１あるいは図９により説明した上述した処理では、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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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３６に入力する構成としてもよい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
【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、しきい値以下の出現度数の凹凸をも補正し、Ａ／Ｄ変換誤差を著しく低減することができる。
【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】デジタルオーディオ信号のヒストグラム（レベル分布）の一例を示す図である。
【図３】誤差ビット検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】最近の精度の良いＡ／Ｄ変換器を使用した音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。
【図５】初期のＰＣＭ音楽信号のレベル分布の一例を示す図である。
【図６】デジタル信号処理手段における補正処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】アナログ／デジタル変換器のアナログ／デジタル変換特性図である。
【図８】本発明の歪み補正装置において時間軸上のデジタル出力を示す模式図である。
【図９】本発明に係る歪み補正装置の他の構成例を示す図である。
【図１０】理想的なＡ／Ｄコンバータの変換特性を示す図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】図９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１９】図９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２０】移動平均フィルタのサンプル数ｍを変化させたときのレベル分布を示す図である。
【図２１】図９の歪み補正装置におけるテーブル変換までの処理概要を示す図である。
【図２２】リニアカウントアップ信号を用いた補正処理を説明するための図である。
【図２３】リニアカウントアップ信号を用いた補正処理を説明するための図である。
【図２４】テーブル変換前のデータ（１３ビット）と、テーブル変換後のデータ（１６ビット）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 切替手段
２ 記憶手段
３ 出現度数検出手段
４，３４ 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
１０，２０ 歪み補正装置
１１ Ａ／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
Claims (2)
- 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、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おり、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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ようになっていることを特徴とする歪み補正装置。
- 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し、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、一定サンプル数のレベル分布をとり、該レベル分布に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。
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