JP3572769B2 - ディジタルオーディオ信号処理装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタルオーディオ信号処理装置、特に、エラーデータを補間する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルオーディオ信号を記録／再生する装置としては、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＡＴ（ディスクオーディオテープレコーダ）等のオーディオ専用装置のみならず、ディジタルＶＣＲ（ビデオカセットテープレコーダ）等の画像データと関連するディジタルオーディオ信号を記録／再生する装置も知られている。これらのディジタルオーディオ信号記録／再生装置では、記録／再生の過程でエラーが生じることを避けられないので、エラー訂正符号を使用し、エラー対策を図るのが普通である。しかしながら、エラー訂正符号の訂正能力を越えるエラーが発生した場合では、訂正が不可能である。この場合では、エラーサンプルを時間的に近傍の正しいサンプルを使用して補間し、エラーの影響を低減している。
【０００３】
図１は、従来から周知の平均値補間の処理を示す。すなわち、時間的に連続するオーディオサンプルの系列において、サンプルａ_０ がエラーの場合、その前後の正しいオーディオサンプルａ_−１およびａ_１ の平均値（１／２（ａ_−１＋ａ_１ ））によって、サンプルａ_０ の補間値が生成される。図２Ａでは、連続する２サンプルａ_０ およびａ_１ がエラーデータであることを示す。サンプルａ_−１は、後のサンプルａ_０ もエラーデータであるため、平均値補間ができず、前の正しいサンプルａ_−２をホールドした値ａ_−１´により補間される。次のエラーサンプルａ_１ は、ａ_０ ´とａ_２ の平均値ａ_１ ´により補間される。さらに、図２Ｂに示すように、連続する３サンプルａ_−１、ａ_０ 、ａ_１ がエラーデータの場合では、ａ_−１およびａ_０ の補間値として、ａ_２ をホールドした値ａ_−１´およびａ_０ ´が使用され、ａ_１ の補間値として、ａ_０ ´とａ_２ との平均値ａ_１ ´が使用される。このように、連続するエラーサンプルの数が増加すると、前置ホールドされるサンプル数が増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した前置ホールドと平均値補間とを組み合わせた補間方法は、ハードウエアが簡単であるが、平均値補間では、高周波成分が失われ、前置ホールドでは、波形が大きく歪む問題があった。また、平均値補間を一定数のサンプルごとに行う場合では、特定の周波数のノイズが発生する問題があった。
【０００５】
従って、この発明の目的は、これらの問題点を解決することができ、補間された音の品質を向上すると共に、特定の周波数のノイズが発生しないようにできるディジタルオーディオ信号処理装置および方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エラーサンプルを補間するようにしたディジタルオーディオ信号処理装置において、
記録時になされるディジタルオーディオ信号の配列を元の配列と異なるものとするシャフリング処理と対応するデシャフリング処理がなされ、
デシャフリング後の、エラーサンプルを含む複数サンプルの配列であるエラーパターンを検出し、
デシャフリング処理の結果、発生し易い複数のエラーパターンに対して、予め用意され、各エラーパターンにそれぞれ対応する係数と次数の少なくとも一方が異なる複数の補間式によってエラーサンプルを補間することを特徴とするディジタルオーディオ信号処理装置である。
請求項３の発明は、エラーサンプルを補間するようにしたディジタルオーディオ信号処理方法において、
記録時になされるディジタルオーディオ信号の配列を元の配列と異なるものとするシャフリング処理と対応するデシャフリング処理を行うステップと、
デシャフリング後の、エラーサンプルを含む複数サンプルの配列であるエラーパターンを検出するステップと、
デシャフリング処理の結果、発生し易い複数のエラーパターンに対して、予め用意され、各エラーパターンにそれぞれ対応する係数と次数の少なくとも一方が異なる複数の補間式によってエラーサンプルを補間するステップとからなることを特徴とするディジタルオーディオ信号処理方法である。
【０００７】
エラーサンプルの前後の複数サンプルのエラーの有無に対応したエラーパターンが検出される。このエラーパターンに対応した次数の補間式が採用される。高次補間を行うことによって、単なる平均値補間に比較して、高周波成分が失われたり、波形が歪むことを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。図３は、ディジタルオーディオ信号再生装置の一例の構成を示す。１は、メカデッキを示す。メカデッキ１は、回転ドラムに１８０°の角間隔で取り付けられた一対の磁気ヘッドと、テープカセットから引き出され、回転ドラムに巻き付けられた磁気テープと、磁気テープを所定のパスに沿って走行させるテープ走行機構等を含む。この一実施例は、ヘリカルスキャン型のディジタルＶＣＲ（ビデオカセットテープレコーダ）である。
【０００９】
磁気テープ上には、図４に示すように、一対の磁気ヘッドによって交互に信号が記録され、斜めのトラックが順次形成される。５２５（ライン）／６０（フィールド）システムのビデオ信号の場合では、１フレーム分のビデオ信号およびオーディオ信号が１０本のトラックとして記録される。これらのトラックに対して、０〜９のトラック番号が付される。各トラックは、ビデオデータが記録されるエリアと、オーディオデータが記録されるエリアと、サブコードが記録されるエリアとを有する。オーディオ信号は、１サンプルが１６ビットで、４８ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、または３２ｋＨｚのサンプリング周波数でもってディジタル化される。１０本のトラックの前半の５トラックに、２チャンネル（例えば左および右のチャンネル）のディジタルオーディオ信号の一方のチャンネルの信号が記録され、その後半の５トラックにその他方のチャンネルの信号が記録される。
【００１０】
メカデッキ１からの再生信号が再生アンプ２を介してイコライザ３に供給される。イコライザ３の出力がチャンネル符号化の復調器４およびＰＬＬ６に供給される。チャンネル符号化は、例えば２４ビットの情報語を２５ビットの符号語へ変換するものが使用されている。復調器４の出力がシンク／ＩＤ検出器５に供給される。記録データは、シンクブロックの構成とされている。シンクブロックは、先頭にシンクを有し、シンクの後にＩＤが付加され、ＩＤの後にデータ（ビデオデータ、オーディオデータ、またはサブコード）が位置し、その後にシンクブロック単位で付加される内符号のパリティが位置するデータ構成を有する。ＰＬＬ６は、再生信号と同期したクロックを再生し、このクロックを復調器４および検出器５へ供給する。
【００１１】
シンク／ＩＤ検出器５の出力信号がＥＣＣデコーダ７に供給される。ＥＣＣデコーダ７は、エラー訂正符号を復号し、エラーサンプルを訂正する。エラー訂正符号としては、例えば積符号が使用される。積符号は、記録／再生方向に内符号の符号化を行い、それと直交する方向に外符号の符号化を行うものである。従って、最初に内符号の復号処理がされ、次に配列を並び替えてから外符号の復号処理がなされる。オーディオデータ、ビデオデータ、サブコードのそれぞれが独立に積符号の符号化がなされている。ビデオデータおよびサブコードの処理は、この発明との関係が少ないので、図３では、ＥＣＣデコーダ７より後では、オーディオデータの処理の構成のみが示されている。
【００１２】
ＥＣＣデコーダ７により復号されたデータおよび各サンプルのエラーの有無を指示するエラーフラグがメモリ８に格納される。メモリ８に対してデシャフリング回路９が結合され、記録時においてなされたシャフリング（データの配列の並び替え）と逆のデシャフリング処理がなされる。デシャフリング回路９に対してコンシール回路１０が接続される。コンシール回路１０には、コンシールフラグ（エラーフラグ）も供給され、後述するように、エラーサンプルが再生音上で目立たないように、コンシールされる。コンシール回路１０の出力がＤ／Ａ変換器１１に供給される。Ｄ／Ａ変換器１１から再生オーディオ信号が得られる。
【００１３】
図５および図６は、オーディオ信号のシャフリングパターンを示す。図５は、１フレームが１０本のトラック（トラック０〜トラック９）に記録される、５２５／６０システムの場合を示し、図６は、１フレームが１２本のトラック（トラック０〜トラック１１）に記録される、６２５／５０システムの場合を示す。図５および図６において、Ｄ０〜Ｄ１６１９は、１フレームに含まれる、オーディオサンプルの番号である。各チャンネルのオーディオサンプルは、例えば１６ビットである。図５および図６中で、ｉがトラック内のシンクブロック番号、ｊがシンクブロック内のバイト位置番号を示す。また、図５および図６は、前半の５（または６）トラックに一方のチャンネルのオーディオデータが記録され、後半の５（または６）トラックに他方のチャンネルのオーディオデータが記録される、２チャンネルモードの場合のシャフリング処理を示している。
【００１４】
図５の例では、各チャンネルの連続する５サンプル例えばＤ０〜Ｄ４がトラック０（またはトラック５）、トラック２（またはトラック７）、トラック４（またはトラック９）、トラック１（またはトラック６）、トラック３（またはトラック８）に順番に振り分けられている。これと共に、各トラック内で記録されるシンクブロックの位置も順次シフトされている。このようなシャフリングによって、連続するオーディオサンプルが誤ることが低減されている。図６の６２５／５０システムにおいても、同様のシャフリング処理がなされている。
【００１５】
各トラックに記録されるオーディオデータ毎に積符号の符号化がなされる。図５および図６における水平方向に整列する複数のデータに対して（すなわち、シンクブロック毎に）、内符号の符号化がされ、その垂直方向に整列する複数のデータに対して外符号の符号化がなされる。一例として、内符号として（８５，７７）リード・ソロモン符号が使用され、外符号として（１４，９）リード・ソロモン符号が使用される。従って、内符号により４バイトまでのエラーを訂正でき、外符号により２バイトまでのエラーを訂正できる。
【００１６】
このようなエラー訂正符号化を行っていても、テープ上の傷、テープに付着した指紋等によって、極めて多いエラーが発生した時には、訂正不可能となる。例えばトラック０のデータが全てエラーデータとなると、オーディオサンプルＤ０、Ｄ５、Ｄ１０、Ｄ１５、・・・、Ｄ１６１５を補間する必要が生じる。この例のようなシャフリングを行っていると、コンシールすべきオーディオサンプルが５サンプル毎に周期的に発生する場合が生じる。従来の前置ホールドあるいは平均値補間によるコンシールでは、周期的にコンシールがなされるために、特定の周波数のノイズが再生オーディオ信号中に発生する問題があった。以下に述べるこの発明によるコンシールは、かかる問題を解決することができる。
【００１７】
図７は、この発明が適用されたコンシール回路１０の一例の構成を示す。入力端子２１から１サンプル１６ビットのオーディオデータが供給され、入力端子２２から各サンプルのエラーの有無を示すコンシールフラグが供給される。オーディオデータが積和演算回路２３に供給され、コンシールフラグがエラーパターン検出回路２４に供給される。エラーパターン検出回路２４は、時間的に連続するコンシールフラグからエラーパターンを検出する。検出したエラーパターンの情報が係数メモリ２５に供給される。
【００１８】
係数メモリ２５には、予め係数がエラーパターンと対応して格納されており、検出されたエラーパターンの情報が供給されるとによって、対応する係数が読出され、読出された係数が積和演算回路２３に供給される。図８は、積和演算回路２３の一例を示す。この図８から分かるように、積和演算回路２３は、ディジタルフィルタの演算と同様に、係数とデータの線形１次結合式の演算を行う。出力端子２６には、コンシールされた再生オーディオデータが得られる。
【００１９】
積和演算回路２３は、図８に示すように、入力端子２７からオーディオデータの各サンプルが順に遅延素子（Ｒで示す）の直列回路に対して供給される。遅延素子は、１サンプル周期の遅延時間を有し、８個の遅延素子が直列接続されている。従って、遅延素子の直列回路から導出された各タップには、時間的に連続する９個のオーディオサンプルａ_−４、ａ_−３、・・・・、ａ_０ 、ａ_１ 、・・・、ａ_４ が取り出される。これらのタップ出力が乗算器にそれぞれ供給され、各乗算器において、係数メモリ２５からの係数ｃ_−４、ｃ_−３、・・・、ｃ_０ 、ｃ_１ 、・・・、ｃ_４ と乗算される。乗算出力が加算回路２８によって加算され、加算回路２８から出力端子２６にオーディオ信号が取り出される。図８に示す構成は、一例であって、ＤＳＰを使用して補間値を求めるようにしても良い。
【００２０】
図９は、上述のコンシール回路２３において使用される補間式とエラーパターンの対応関係の一例を示すものである。補間しようとする注目サンプルデータをａ_０ とし、このデータの時間的に前のデータをａ_−１、ａ_−２、・・・とし、後のデータａ_１ 、ａ_２ 、・・・とする。エラーパターン（コンシールフラグ）は、これらのサンプルのエラーの有無を示し、｀０’ がエラー無し、｀１’ がエラー有りを示す。また、補間式を区別するために、次数と添字とが使用されている。最も単純な補間式は、１次であり、平均値補間である。最も高次の補間式は、７次である。平均値補間の場合では、ａ_−１およびａ_０ の２点を通る点（ａ_０ ）の値を求め、７次の補間では、ａ_−４、ａ_−３、・・・・・ａ_３ 、ａ_４ の８点を通る多項式をラグランジュの方法により求め、その式を単純化し、ａ_０ の補間値を求める式を得る。
【００２１】
図９の対応関係に従って、補間値を生成する場合の処理が図１０のフローチャートに示される。エラーパターンは、注目サンプルａ_０ より前の４サンプルとその後の４サンプルとの合計９ビットのビットパターンである。エラーパターンの｀０’ 、｀１’ のビットのそれぞれの規定（エラーの有無）は、上述したのものと同様である。また、ｘは、｀０’ および｀１’ の何れでも良いことを意味している。また、上から順に示されている決定のステップは、受け取ったエラーパターンｅｐと検査用のパターンとの論理積をとることによって比較を行うものである。そして、各決定のステップにおいて、その左側に示されているエラーパターンの場合には、肯定の検出結果が得られ、その検出結果に応答して補間式が選択され、この補間式によって補間データが生成される。補間式は、図９中の用いた記号で区別されている。
【００２２】
図１０の最も上側、すなわち、最初になされる決定のステップは、〔ｅｐ＆０１ｅｆｈ＝０〕について説明する。検査用のビットパターンが０１ｅｆｈ（ｈは１６進表示を意味する）で表される。より具体的には、この検査用ビットパターンは、（０１ １１１０ １１１１）（先頭の｀０’ は検査に使用されない）である。＆は、１ビット毎についての論理積であり、エラーパターンの９ビットと検査用ビットパターンの間で１ビットでも一致する場合では、（＝０）が成立しないものとして、次（図における下側）のステップに処理が移行する。従って、この最初の決定のステップが成立するのは、左側に示されるエラーパターンｅｐ（＝０ ０００１ ００００）のみである。このエラーパターンが検出されると、そのために必要な係数がメモリから読出され、この係数と、正しい８個のサンプルａ_−４、ａ_−３、ａ_−２、ａ_−１、ａ_１ 、ａ_２ 、ａ_３ 、ａ_４ の線形結合である７次の補間式によって、ａ_０ の補間値が形成される。
【００２３】
７次の補間式は、図９に示されるように、下記のものである。
ａ_０ ＝（ａ_−４＋８ａ_−３−２８ａ_−２＋５６ａ_−１＋５６ａ_１ −２８ａ_２ ＋８ａ_３ −ａ_４ ）／７０
求められた値が丸めの処理（例えば小数点以下を四捨五入して整数化する）を受け、補間値の生成動作が次のものへ移る。
【００２４】
第２番目の決定のステップは、〔ｅｐ＆００ｅｅｈ＝０〕である。検出用ビットパターンは、（００ １１１０ １１１０）である。従って、エラーパターンｅｐが（ｘ ０００１ ０００ｘ）の場合に、上記の条件が成立し、５次ｃで表される下記の補間式によって、ａ_０ の補間値が計算される。
ａ_０ ＝（ａ_−３−６ａ_−２＋１５ａ_−１＋１５ａ_１ −６ａ_２ ＋ａ_３ ）／２０
この補間値が丸めの処理を受ける。
【００２５】
以下同様に、各エラーパターンの検出のための決定のステップと、検出されたパターンに応じた補間値の計算がなされる。全ての決定のステップに示される条件が成立しない場合では、１次補間（平均値補間）がなされ、桁丸めの処理がされる。上述したエラーパターンは、理論的に考えられる全てのパターンではないが、この発明の一実施例の上述したシャフリング処理において、１あるいは複数のトラックの殆どのデータがヘッドクロッグ、テープ上の傷等によってエラーとなる時に、発生しやすいエラーパターンに対して補間を行うことを可能とするように考慮されている。例えば７次の補間式が使用されるエラーパターンは、５トラックの中の１トラックのデータがエラーとなる場合に発生する。同様に、２トラック、あるいは３トラックのデータがエラーとなる場合に発生するエラーパターンに対しても補間を行うことが可能とされている。
【００２６】
なお、上述したディジタルＶＣＲに限らず、ＤＡＴ（ディジタルオーディオテープレコーダ）、ＣＤ、ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）等を媒体とするディスク再生装置等におけるエラーデータの補間に対しても、この発明を適用することができる。さらに、データのシャフリングとしては、上述したもの以外の場合に対しても適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、前置ホールドと平均値補間を組み合わせた補間と比較して、高次補間を使用することによって、補間後に高周波成分が失われたり、波形が大きく歪むことを防止することができる。また、この発明は、データの配列の並び替えを行っている場合に、周期的にエラーデータを平均値補間することによって生じる特定の周波数成分のノイズが発生することを防止することができる。さらに、この発明は、データのシャフリングの態様を考慮して、発生し易いエラーパターンを検出し、そのエラーパターンに適切な補間式を対応させるので、良好な補間を行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】平均値補間の方法を説明するための略線図である。
【図２】連続的なエラーが発生した場合の補間方法を説明するための略線図である。
【図３】この発明の一実施例の全体的なブロック図である。
【図４】この発明の一実施例のトラックパターンを示す略線図である。
【図５】この発明の一実施例における５２５／６０システムの場合のシャフリングの方法を示す略線図である。
【図６】この発明の一実施例における６２５／５０システムの場合のシャフリングの方法を示す略線図である。
【図７】この発明の一実施例におけるコンシール回路の一例のブロック図である。
【図８】この発明の一実施例における積和演算回路の一例のブロック図である。
【図９】この発明の一実施例におけるエラーパターンと補間式との対応関係を示す略線図である。
【図１０】この発明の一実施例における補間処理の方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
７ ＥＣＣデコーダ
９ デシャフリング回路
１０ コンシール回路
２３ 積和演算回路
２４ エラーパターン検出回路

Claims (4)

1. エラーサンプルを補間するようにしたディジタルオーディオ信号処理装置において、
   記録時になされるディジタルオーディオ信号の配列を元の配列と異なるものとするシャフリング処理と対応するデシャフリング処理がなされ、
   デシャフリング後の、エラーサンプルを含む複数サンプルの配列であるエラーパターンを検出し、
   上記デシャフリング処理の結果、発生し易い複数のエラーパターンに対して、予め用意され、各エラーパターンにそれぞれ対応する係数と次数の少なくとも一方が異なる複数の補間式によって上記エラーサンプルを補間することを特徴とするディジタルオーディオ信号処理装置。
2. 請求項１において、
   上記検出されたエラーパターンが予め用意されている対応関係に存在しない場合には、上記検出されたエラーパターンと無関係に同一の補間式でエラーサンプルを補間することを特徴とするディジタルオーディオ信号処理装置。
3. エラーサンプルを補間するようにしたディジタルオーディオ信号処理方法において、
   記録時になされるディジタルオーディオ信号の配列を元の配列と異なるものとするシャフリング処理と対応するデシャフリング処理を行うステップと、
   デシャフリング後の、エラーサンプルを含む複数サンプルの配列であるエラーパターンを検出するステップと、
   上記デシャフリング処理の結果、発生し易い複数のエラーパターンに対して、予め用意され、各エラーパターンにそれぞれ対応する係数と次数の少なくとも一方が異なる複数の補間式によって上記エラーサンプルを補間するステップとからなることを特徴とするディジタルオーディオ信号処理方法。
4. 請求項３において、
   上記検出されたエラーパターンが予め用意されている対応関係に存在しない場合には、上記検出されたエラーパターンと無関係に同一の補間式でエラーサンプルを補間することを特徴とするディジタルオーディオ信号処理方法。

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