JPH10303748A - 歪み低減装置及び歪み低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタルオーディオ信号
の非線形誤差を低減することが困難であり、また、過去
に収録されたデジルタオーディオ信号は、量子化誤差の
歪みによる聴感上の雑音を多く含んでいる。 【解決手段】デジタルオーディオ信号の歪みを低減する
歪み低減装置において、デジタルオーディオ信号のレベ
ル分布から検出したアナログ／デジタル変換器の非線形
誤差に基づいて、正しいと推定されるレベル分布の変換
テーブルを生成し、変換テーブルに基づきデジタルオー
ディオ信号のデータを置換し出力する非線形誤差歪み低
減部と、非線形誤差歪み低減部から出力されたデジタル
オーディオ信号のデータの所定のパターンを検出して、
所定のパターンのサンプルの値の変化幅から変換テーブ
ルを参照して補間パターンを算出し、デジタルオーディ
オ信号と加算して出力する量子化誤差歪み低減部とを具
備する。

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及び量子化誤差に基づく歪み
の低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、記録媒体にオーディオ信号の記録
再生を行う場合、アナログオーディオ信号をアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ：Analog／Digital）変換器を用いて
デジタルオーディオ信号に変換して記録再生を行い、デ
ジタルオーディオ信号をデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：
Digital／Analog）変換器を用いてアナログオーディオ
信号に変換していた。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場合、デジタルオーディオ
信号は、アナログオーディオ信号の時間軸方向を細分化
し、細分化されたそれぞれのサンプルの信号レベルを限
られたビット長で表現するように変換している。

【０００３】このようなＡ／Ｄ変換技術を利用して、Ｐ
ＣＭ（Pulse Code Modulation）録音を開始した初期に
おいては、アナログオーディオ信号は、１３ビット或い
は１４ビットのＡ／Ｄ変換器を用いてデジタルオーディ
オ信号に変換され、記録媒体に記録されていた。ＰＣＭ
録音初期の頃のＡ／Ｄ変換器は、現在使用されている１
６ビット或いは２０ビットのＡ／Ｄ変換器に比べて、ビ
ット数が低く、また、非線形誤差等を多く有するもので
あり、そのため、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】

【発明が解決しようとする課題】このようなデジタルオ
ーディオ信号の非線形誤差に基づく歪みを低減する場
合、録音時に用いられたＡ／Ｄ変換器は、特性が経時変
化しているため、録音時に使用したＡ／Ｄ変換器の特性
から非線形誤差の補正を正確に行うことができなかっ
た。また、録音時に用いた１３ビット或いは１４ビット
のＡ／Ｄ変換器が現存しないことが多く、録音時のＡ／
Ｄ変換器の特性を録音時に用いたＡ／Ｄ変換器から検出
することができなかった。つまり、過去の録音時に用い
られた１３ビット或いは１４ビットのＡ／Ｄ変換器が現
存するか否かにかかわらず、１３ビット或いは１４ビッ
トのＡ／Ｄ変換器を用いてデジタルオーディオ信号の非
線形誤差を正確に検出することが難しく、その非線形誤
差を低減することが困難であった。

【０００５】また、１３ビット或いは１４ビットのＡ／
Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されデジタル記録が行われた
数多くの音楽ソフト（デジタルオーディオ信号）は、低
いビット数のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されている
ため、ビット長に見合った量子化誤差（量子化雑音）に
基づく歪みが付加されたデジタルオーディオ信号であ
り、量子化雑音による聴感上の雑音を多く含んでおり、
デジタルオーディオ信号の音質を低下させているという
欠点があった。

【０００６】したがって本発明は、非線形誤差を有した
低ビットのアナログ／デジタル変換器によりアナログ／
デジタル変換されたデジタルオーディオ信号の非線形誤
差に基づく歪みと量子化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、非線形誤差を有した低ビットのアナログ／デ
ジタル変換器によりアナログ／デジタル変換されたデジ
タルオーディオ信号の歪みを低減する歪み低減装置にお
いて、デジタルオーディオ信号のレベル分布から検出し
たアナログ／デジタル変換器の非線形誤差に基づいて、
非線形誤差歪みのないデジタルオーディオ信号のレベル
分布に近似したレベル分布の変換テーブルを作成し、変
換テーブルに基づきデジタルオーディオ信号のデータを
置換し出力する非線形誤差歪み低減部と、非線形誤差歪
み低減部から出力されたデジタルオーディオ信号のデー
タの所定のパターンを検出し、所定のパターンのサンプ
ルの値の変化幅に基づいて変換テーブルを参照して補間
パターンを算出し、デジタルオーディオ信号と加算して
出力する量子化誤差歪み低減部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、非線形誤
差を有した低ビットのアナログ／デジタル変換器により
アナログ／デジタル変換されたデジタルオーディオ信号
の歪みを低減する歪み低減装置において、入力するデジ
タルオーディオ信号を記憶する記憶手段と、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
いてそれぞれの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出現度数検出手段
と、第１のレベル分布に対しフィルタリング処理を施し
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レベルデータを算出して変換テ
ーブルを作成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た非線
形誤差歪み低減部と、非線形誤差歪み低減部から出力さ
れたデジタルオーディオ信号において、同じ値のサンプ
ルが２サンプル以上連続し、且つ、前記サンプルに連続
して、サンプルと異なる値が２サンプル以上連続する場
合を所定のパターン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所定のパターンのそ
れぞれのサンプルの値の差分が、入力したデジタルオー
ディオ信号の１ＬＳＢに相当する場合を検出し、変換テ
ーブルを参照して所定のパターンのそれぞれの値に対応
した正規化されたレベル分布に従ったレベルデータを出
力する変化幅検出手段と、変化幅検出手段からの正規化
されたレベル分布に従ったレベルデータに基づいて、所
定のパターンのそれぞれの値を補正した補間パターンを
算出する補間パターン算出手段と、補間パターン算出手
段からの補間パターンを非線形歪み低減部からのデジタ
ルオーディオ信号に加算して出力する加算手段とを備え
た量子化誤差歪み低減部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、非線形誤
差を有した低ビットのアナログ／デジタル変換器により
アナログ／デジタル変換されたデジタルオーディオ信号
の歪みを低減する歪み低減方法において、デジタルオー
ディオ信号のレベル分布から検出したアナログ／デジタ
ル変換器の非線形誤差に基づいて、非線形誤差歪みのな
いデジタルオーディオ信号のレベル分布に近似したレベ
ル分布の変換テーブルを作成し、デジタルオーディオ信
号についてテーブル変換処理を行い非線形誤差歪みを低
減し、非線形誤差歪みが低減されたデジタルオーディオ
信号のデータの所定のパターンを検出し、所定のパター
ンのサンプルの値の変化幅に基づいて変換テーブルを参
照して補間パターンを算出し、デジタルオーディオ信号
と加算して量子化誤差歪みを低減することを特徴として
いる。

【００１０】本発明によれば、非線形誤差を有した低ビ
ットのアナログ／デジタル変換器によりアナログ／デジ
タル変換されたデジタルオーディオ信号のコード毎のレ
ベル分布から非線形誤差を検出し、その検出結果から非
線形誤差歪みのないデジタルオーデイオ信号のレベル分
布に近似したレベル分布の変換テーブルを作成して、デ
ジタルオーディオ信号にテーブル変換処理を行うことに
より、デジタルオーディオ信号の非線形誤差歪みを低減
することができる。また、そのデジタルオーディオ信号
のデータから所定のパターン（同じ値のサンプルが２サ
ンプル以上連続し、前記サンプルに連続して、前記サン
プルの値と異なる値のサンプルが同じ値で２サンプル以
上連続する部分）を検出し、その所定のパターンのそれ
ぞれの値の差分（変化幅）が所定値である場合、前記所
定のパターンのサンプルに基づいて前記変換テーブルの
値を参照して補間パターンを算出し、入力したデジタル
オーディオ信号に前記補間パターンを加算することによ
り、デジタルオーディオ信号の量子化誤差に基づく歪み
を低減することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の歪み低減装置における非
線形誤差歪み低減部及び量子化誤差歪み低減部を、図を
用いてそれぞれ説明する。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
差歪み及び量子化誤差歪みを低減すると共にビット長１
６ビットのデジタルオーディオ信号に変換するものとす
る。

【００１２】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。図１において、
歪み低減装置は、非線形誤差歪み低減部１０１と量子化
誤差歪み低減部１０２とを備えている。先ず、非線形誤
差歪み低減部１０１について説明する。図１において、
非線形誤差歪み低減部１０１は、１３ビットの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
（音楽信号）の出力を切り替える切替手段１０３と、切
替手段１０３から入力されたデジタルオーディオ信号を
記憶する記憶手段１０４と、記憶手段１０４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１
０５と、出現度数検出手段１０５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、Ａ／Ｄ
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
たレベル分布を算出し、ローパスフィルタリング処理が
なされる前のレベル分布を前記理想的なレベル分布に近
似したレベル分布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１０６と、正規化手段１
０６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し、所定のメ
モリに記憶する変換テーブル算出手段１０７と、記録媒
体から読み出された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のデータに置換して出力す
るデータ置換手段１０８とを備えている。

【００１３】図１において、正規化手段１０６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
１０５で検出されたレベル分布（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、このレベ
ル分布を理想的なレベル分布、すなわち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（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レベル分布で除算するこ
とにより、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に正規化した分
布として検出する。

【００１４】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。

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、ｃ（ｊ）は、次式を満たす窓関数
である。

【００１７】

【数２】

【００１８】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、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。

【００１９】このように正規化手段１０６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、正規化を行なっている。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
分布を算出する、すなわち、正規化を行なうことができ
る。

【００２０】また、変換テーブル算出手段１０７は、具
体的には、正規化手段１０６で上記のように求めた正規
化された値Ｎ（ｉ）を、次式の数３のように積算し、変
換テーブルの値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。

【００２１】

【数３】

【００２２】そして、データ置換手段１０８は、記録媒
体から読み出されたデジタルオーディオ信号のレベルｉ
に対応した値を、上記のようにして求めた変換テーブル
の値Ｔ（ｉ）から割り出し、この値により歪みを有する
データを補正し、非線形誤差歪みが低減されたデジタル
オーディオ信号として出力することができる。

【００２３】具体的に、変換テーブル算出手段１０７に
よって算出される変換テーブルの値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テーブル変換用メモリに記憶し、
データ置換手段１０８は、記録媒体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
た変換テーブルの値Ｔ（ｉ）をテーブル変換用メモリか
ら読み出して、これを歪みが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。

【００２４】このように非線形誤差歪み低減部では、Ａ
／Ｄ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Ａ／Ｄ変換器の非線形
誤差を検出し、その検出した非線形誤差から変換テーブ
ルを作成し、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、Ａ／Ｄ変換器の非線形誤差によ
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非線形誤差に基づく歪み
を著しく低減することができる。

【００２５】非線形誤差歪み低減部１０１では、変換テ
ーブルの値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。

【００２６】具体的に、１３ビット信号の取り得る値を
−２１３−１〜２１３−１（−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。

【００２７】

【数４】

【００２８】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

【００２９】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＝２．２
５ 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。

【００３０】前述した各構成を備えた非線形誤差歪み低
減部の処理動作について説明する。図２は、本実施例の
歪み低減装置における非線形誤差歪み低減部の処理動作
を示すフローチャートである。先ず、切替手段（例えば
スイッチ）１０３を記憶手段１０４側に切り換え、記憶
手段１０４、出現度数検出手段１０５、正規化手段１０
６、変換テーブル算出手段１０７により変換テーブルの
算出を行う。すなわち、レベル分布（ヒストグラム)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）。
サンプル数ａは、２，５００，０００サンプル（サンプ
リング周波数４４．１ｋＨｚで、約１分）が望ましい。

【００３１】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、これを記憶手段１０４に入力させる（Ｓ１
２）。このようにして入力され記憶手段１０４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、
出現度数検出手段１０５で、ヒストグラムの測定が行な
われる。この場合、出現度数検出手段１０５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（Ｓ１３）し、これを所定回数（サンプル数
ａ）繰り返して、ヒストグラムを作成する（Ｓ１４、Ｓ
１５）。

【００３２】次に、正規化手段１０６は、出現度数検出
手段１０５で作成されたヒストグラムに対して、前述の
数２、数３の演算を行ない、正規化した値Ｎ（ｉ）を出
力する（Ｓ１６）。

【００３３】次に、変換テーブル算出手段１０７は、正
規化手段１０６からの正規化データＮ（ｉ）に対して、
前述の数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）、変換テーブルの値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（Ｓ１７）。

【００３４】変換テーブルの値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１０３を
データ置換手段１０８側に切り替え、記録媒体から読み
出されたデジタルオーディオ信号を入力する（Ｓ１
８）。そして、入力し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１０８は、記録媒体から
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、ＥＯＦ（データの終了を知ら
せるデータ）が検出されるまで繰り返し行う（Ｓ１９、
Ｓ２０）。

【００３５】このことにより、記録媒体から読み出され
た非線形誤差に基づく歪みを有したビット長１３ビット
のデジタルオーディオ信号は、デジタルオーディオ信号
のコードの出現度数から推定され作成された変換テーブ
ルに基づいて変換処理が行われ、Ａ／Ｄ変換器の非線形
誤差に基づく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出力される。

【００３６】以上のように、音楽ソースの録音時に用い
たＡ／Ｄ変換器が、現存していない、または、変換特性
が変化している場合に、旧録音ソースから非線形誤差が
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非線形誤差歪み
が生じたデータを補正し、音楽ソースの非線形誤差歪み
を低減する。

【００３７】そして、次に、量子化誤差歪み低減部１０
２により、前述した非線形誤差歪み低減部１０１により
非線形誤差歪みが低減され出力されたビット長１６ビッ
トのデジタルオーディオ信号の量子化誤差に基づく歪み
を低減する。前述した非線形誤差歪み低減部１０１から
のデジタルオーティオ信号は、非線形誤差歪み低減部１
０１において、非線形誤差に基づく歪みが低減されると
共に、もともとビット長１３ビットのデジタルオーディ
オ信号に下位３ビットのデータを加えられ、テーブル変
換処理によりビット長１６ビットのテジタルオーディオ
信号に変換される。

【００３８】ここで、非線形誤差歪み低減部１０１から
出力されたデジタルオーディオ信号の量子化誤差歪みに
ついて説明する。図３は、デジタルオーディオ信号の量
子化誤差歪みを説明するための模式図である。（ａ）は
歪み低減装置入力前のデジタルオーディオ信号を示し、
（ｂ）は非線形誤差歪み低減部から出力されたデジタル
オーディオ信号を示し、（ｃ）はＤ／Ａ変換後のデジタ
ルオーディオ信号を示す。本実施例の歪み低減装置に入
力する前のビット長１３ビットのデジタルオーディオ信
号は、図３（ａ）に示すように、元のアナログオーディ
オ信号を１ＬＳＢを信号のレベルの最小の分解能として
表している。図３（ａ）に示すように、デジタル波形は
階段状の波形であり、なめらかな線の元のアナログオー
ディオ信号のアナログ波形との間に差が生じる。その差
が量子化誤差である。

【００３９】前述したように、非線形誤差歪み低減部１
０１により非線形誤差歪みが低減されると、デジタルオ
ーディオ信号は、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出力される。このビット長１６ビッ
トのデジタルオーディオ信号は、もともと２の１３乗個
の値のみを取るデジタルオーディオ信号であるため、２
の１３乗個の値しか存在せず、このビット長１６ビット
のデジタルオーディオ信号の量子化誤差は、２の１３乗
個の値をとるビット長１３ビットのデジタルオーディオ
信号と同等である。

【００４０】この量子化誤差による歪みを低減するため
に、複数サンプルにわたり信号のレベル変化が微少レベ
ル（１ＬＳＢ）の部分を検出し、その１ＬＳＢの変化の
部分がなめらかな変化となるようにビット数を増大し
（信号レベルを表す分解能を高くし）、デジタルオーデ
ィオ信号の量子化誤差歪みを低減する方法がある。この
方法を用いて量子化誤差歪みを低減する場合、隣り合う
サンプルの差分が１ＬＳＢの変化の部分を検出しなけれ
ばならない。しかし、２の１３乗個の値をとるビット長
１６ビットのテジタルオーディオ信号は、前述した非線
形誤差歪み低減部１０１により、図３（ｂ）に示すよう
に、量子化レベル間隔の不均等な部分、つまり、隣合う
データとの差分が１ＬＳＢでない部分を有するデジタル
オーディオ信号（通常のデジタルオーデイオ信号の場合
は、量子化レベル間隔は均一であるため、隣り合うサン
プルとの差分は、１ＬＳＢ単位の差分である。）に変換
されているため、量子化レベル間隔が不均等な部分の量
子化誤差歪みを低減することができない場合がある。

【００４１】つまり、非線形誤差歪み低減部１０１から
出力されたビット長１６ビットのデジタルオーディオ信
号は、もともと２の１３乗個の値のみを取るデジタルオ
ーディオ信号であり、１３ビットで表現できる１ＬＳＢ
より小さい値をとるサンプルがあるため、隣り合うサン
プルとの差分が１ＬＳＢでない部分、すなわち、量子化
レベル間隔が不均等な部分が生じている。そのため、１
３ビットの１ＬＳＢより小さい値のサンプルの量子化誤
差の歪みを低減することができない。したがって、図３
（ｃ）に示すように、ビット長１６ビットのデジタルオ
ーディオ信号は、ビット長１３ビットのデジタルオーデ
ィオ信号の量子化雑音と同等の量子化誤差の歪みを有す
ることになる。

【００４２】このように、２の１３乗個の値をとるビッ
ト長１６ビットのデジタルオーディオ信号は、隣り合う
サンプルとの差分が１３ビットの１ＬＳＢでない量子化
レベルが不均等な部分が存在し、前述した量子化誤差歪
みを低減する方法では、量子化誤差の歪みを低減するこ
とが困難であるため、後述する量子化誤差歪み低減部１
０２は、非線形誤差歪み低減部１０１における変換テー
ブルを参照して、すなわち、ビット長１６ビットのデジ
タルオーディオに変換される前のビット長１３ビットの
デジタルオーディオ信号の値に基づいて、複数サンプル
にわたり１ＬＳＢの差分を検出し、その１ＬＳＢの変化
の部分がなめらかな変化となるように、デジタルオーデ
ィオ信号の量子化誤差歪みを低減する。

【００４３】図１に示すように、量子化誤差歪み低減部
１０２は、パターン検出手段１０９、変化幅検出手段１
１０、補間パターン算出手段１１１、加算手段１１２と
を備えている。

【００４４】パターン検出手段１０９は、入力されたビ
ット長１６ビットのデジタルオーディオ信号の同じ値の
サンプルが、いくつ連続しているかをカウントするもの
である。先ず、同じ値のサンプルが、いくつ連続してい
るかをカウントする。同じ値が２サンプル以上連続した
とき、前記サンプルに連続して、前記サンプルの値と異
なる値をもつサンプルが、同じ値でいくつ連続している
かをカウントする。カウントした結果、同じ値のサンプ
ルが２以上連続し、且つ、前記の値と異なる値のサンプ
ルが同じ値で２以上連続した場合、パターン検出手段
は、変化幅検出手段１１０に検出を開始する検出オン信
号し、また、変化点（同じ値のサンプルが２以上連続
し、前記サンプルの値と異なる値が、その値で複数サン
プル連続した場合における、値が変化したサンプル）の
サンプル及び変化点の１つ前のサンプルのそれぞれの異
なる値を出力する。

【００４５】変化幅検出手段１１０は、パターン検出手
段１０９が出力した２つの異なる値について、前記非線
形誤差歪み低減部１０１の変換テーブルを参照して、そ
の差（変化幅）が所定値（１６ビットにおける１ＬＳＢ
が８個分）の場合に、ビット長１３ビットにおける１Ｌ
ＳＢの変化に相当すると認識し、補間パターン検出手段
１０９に算出オン信号を出力し、また、パターン検出手
段１０９が出力した２つの値の正規化レベルを求め出力
する。ここで、正規化レベルの算出方法は、前述した非
線形誤差歪み低減部１０１における正規化レベル分布の
算出方法と同様であるので説明を省略する。

【００４６】補間パターン算出手段１１１は、同じ値ｃ
が連続している数をｘ、補間パターンをｐ（ｘ）、コー
ドｃの正規化レベル分布をＮ（ｃ）とすると、変化点の
サンプルより時間的に前のサンプル場合、次式により補
間パターンを算出する。

【００４７】

【数５】

【００４８】また、補間するサンプルが、変化点のサン
プルより時間的に後のサンプルの場合、次式により補間
パターンを算出する。

【００４９】

【数６】

【００５０】加算手段１１２は、入力された１６ビット
デジタルオーディオ信号と補間パターンのデータとを加
算し、量子化雑音が低減された１６ビットのデジタルオ
ーディオ信号を生成する。

【００５１】前述した各構成例を備えた量子化誤差歪み
低減部の処理について説明する。図４は、本実施例の歪
み低減装置における量子化誤差歪み低減部の処理動作を
示すフロチャートである。図５は、本実施例の歪み低減
装置における量子化誤差歪み低減部の処理を説明するた
めの模式図である。図４において、先ず、歪み低減装置
には、前述した非線形誤差歪み低減部１０１により、非
線形誤差が低減され２の１３乗個の値をとるビット長１
６ビットのデジタルオーディオ信号に変換されたデジタ
ルオーディオ信号が入力される。

【００５２】量子化レベル間隔が不均等な２の１３乗個
の値をとるビット長１６ビットのデジタルオーディオ信
号（１３ビット相当の量子化雑音を有する１６ビットデ
ジタルオーディオ信号）が、パターン検出手段１０９に
入力されると、パターン検出手段１０９は、入力された
デジタルオーディオ信号の値から、同じ値のサンプルが
何サンプル連続するかを検出する（Ｓ２１）。

【００５３】検出した結果、同じ値のサンプルが２以上
連続している場合、前記同じ値のサンプルの時間的に後
のサンプル（前記サンプルと異なる値のサンプル）が、
同じ値で何サンプル連続するかを検出する（Ｓ２２）。

【００５４】前記サンプルが同じ値で２以上連続した場
合、すなわち、図５に示すような、同じ値のサンプルが
２サンプル以上連続した場合、パターン検出手段１０９
は、変化幅検出手段１１０に検出オン信号と、変化点
（同じ値のサンプルが２以上連続し、前記サンプルの値
と異なる値が、その値で複数サンプル連続した場合にお
ける、値が変化したサンプル）のサンプルの値と変化点
の１つ前のサンプルの値を出力する。

【００５５】変化幅検出手段１１０は、パターン検出手
段１０９から出力された変換点の前後の値を用いて、前
記非線形誤差歪み低減部１０１で用いた変換テーブルの
値を参照し、その差分が所定値（＝８）の場合に、変化
点の前後の値が１３ビット相当の１ＬＳＢ分の変化と認
識する（Ｓ２３）。つまり、図５に示すように、ビット
長１３ビットの１ＬＳＢは、ビット長１６ビットの１Ｌ
ＳＢ８個分に相当している。そして、補間パターン算出
手段１１１に算出オン信号と、パターン検出手段１０９
が検出した変化点のサンプル及び変化点の１つ前のサン
プルの値のそれぞれの正規化レベルを求め出力する（Ｓ
２４）。

【００５６】変化点のサンプル及び変化点の１つ前のサ
ンプルの値の正規化レベルは、前述した非線形誤差歪み
低減部１０１における正規化レベル算出に用いられる手
段を用いて求められる。具体的には、前述した数１、数
２を用いて算出される。

【００５７】補間パターン算出手段１１１は、パターン
検出手段１０９で検出した同じ値が複数サンプル連続す
るサンプルと、変化幅検出手段１１０で検出された変化
点のサンプル及び変化点の１つ前のサンプルの値の正規
化レベルとを用いて、図５に示すような補間パターンを
算出する（Ｓ２５）。

【００５８】そして、前記補間パターンと、入力された
２の１３乗個の値をもつを１６ビットデジタルオーディ
オ信号とを加算手段で加算し、図５に示すような、２の
１６乗個の値を持つビット長１６ビツトのデジタルオー
ディオ信号として出力する（Ｓ２６）。

【００５９】したがって、図５に示すように、非線形誤
差歪み低減により、量子化レベル間隔が不均等なデジタ
ルオーディオ信号には、量子化レベル間隔が１３ビット
における１ＬＳＢより小さい値が存在する。そのため、
量子化誤差歪み低減処理は、量子化レベル間隔が不均等
な部分を検出し、その部分の値を変換テーブルを参照し
て１３ビットにおける値を求め、その１３ビットの値か
ら補間パターンを算出し、補間パターンと元のデジタル
オーディオ信号とを合成する。その合成したデジタルオ
ーディオ信号をＤ／Ａ変換すると、そのアナログ波形
は、量子化誤差歪みが低減されたなめらかな波形とな
る。

【００６０】以上のような処理により、デジタルオーデ
ィオ信号のコード毎のレベル分布から非線形誤差を検出
し、その検出結果から変換テーブルを算出してデジタル
オーディオ信号にテーブル変換処理を行うことにより、
デジタルオーディオ信号の非線形誤差歪みを低減し、ま
た、出力されたデジタルオーディオ信号の所定のパター
ンを検出し、その所定のパターンのそれぞれの値に基づ
いて変換テーブルの値を参照して補間パターンを算出し
て、入力したデジタルオーディオ信号に前記補間パター
ンを加算することにより、デジタルオーディオ信号の量
子化誤差に基づく歪みを低減することができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、非線形誤差歪みを有し
た低ビットのアナログ／デジタル変換器によりアナログ
／デジタル変換されたデジタルオーディオ信号の非線形
誤差に基づく歪みと量子化雑音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】本実施例の歪み低減装置における非線形誤差歪
み低減部の処理動作を示すフローチャートである。

【図３】デジタルオーディオ信号の量子化誤差歪みを説
明するための模式図である。（ａ）は歪み低減装置入力
前のデジタルオーディオ信号を示し、（ｂ）は非線形誤
差歪み低減部から出力されたデジタルオーディオ信号を
示し、（ｃ）はＤ／Ａ変換後のデジタルオーディオ信号
を示す。

【図４】本実施例の歪み低減装置における量子化誤差歪
み低減部の処理動作を示すフロチャートである。

【図５】本実施例の歪み低減装置における量子化誤差歪
み低減部の処理を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１０１・・非線形誤差歪み低減部、１０２・・量子化誤
差歪み低減部、１０３・・切替手段、１０４・・記憶手
段、１０５・・出現度数検出手段、１０６・・正規化手
段、１０７・・変換テーブル算出手段、１０８・・デー
タ置換手段、１０９・・パターン検出手段、１１０・・
変化幅検出手段、１１１・・補間パターン算出手段、１
１２・・加算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非線形誤差を有した低ビットのアナログ／
   デジタル変換器によりアナログ／デジタル変換されたデ
   ジタルオーディオ信号の歪みを低減する歪み低減装置に
   おいて、 前記デジタルオーディオ信号のレベル分布から検出した
   前記アナログ／デジタル変換器の前記非線形誤差に基づ
   いて非線形誤差歪みのないデジタルオーディオ信号のレ
   ベル分布に近似したレベル分布の変換テーブルを作成し
   前記変換テーブルに基づき前記デジタルオーディオ信号
   のデータを置換し出力する非線形誤差歪み低減部と、 該非線形誤差歪み低減部から出力されたデジタルオーデ
   ィオ信号のデータの所定のパターンを検出し前記所定の
   パターンのサンプルの値の変化幅に基づいて前記変換テ
   ーブルを参照して補間パターンを算出し前記デジタルオ
   ーディオ信号と加算して出力する量子化誤差歪み低減部
   とを具備することを特徴とする歪み低減装置。
2. 【請求項２】非線形誤差を有した低ビットのアナログ／
   デジタル変換器によりアナログ／デジタル変換されたデ
   ジタルオーディオ信号の歪みを低減する歪み低減装置に
   おいて、 入力する前記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それぞれの量子化レベルを
   表す前記コード毎の出現度数を第１のレベル分布として
   検出する出現度数検出手段と、前記第１のレベル分布に
   対しフィルタリング処理を施し前記アナログ／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
   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
   ベルに対するレベルデータを算出し変換テーブルを作成
   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た非線形誤
   差歪み低減部と、 該非線形誤差歪み低減部から出力されたデジタルオーデ
   ィオ信号において同じ値のサンプルが２サンプル以上連
   続し且つ前記サンプルに連続して前記サンプルと異なる
   値が２サンプル以上連続する場合を所定のパターンとし
   て検出するパターン検出手段と、該パターン検出手段で
   検出された前記所定のパターンのそれぞれのサンプルの
   値の差分が前記入力したデジタルオーディオ信号の１Ｌ
   ＳＢに相当する場合を検出し前記変換テーブルを参照し
   て前記所定のパターンのそれぞれの値に対応した前記正
   規化されたレベル分布に従ったレベルデータを出力する
   変化幅検出手段と、該変化幅検出手段からの前記正規化
   されたレベル分布に従ったレベルデータに基づいて前記
   所定のパターンのそれぞれの値を補正した前記補間パタ
   ーンを算出する補間パターン算出手段と、該補間パター
   ン算出手段からの補間パターンを前記非線形歪み低減部
   からの前記デジタルオーディオ信号に加算して出力する
   加算手段とを備えた量子化誤差歪み低減部とを具備する
   ことを特徴とする歪み低減装置。
3. 【請求項３】非線形誤差を有した低ビットのアナログ／
   デジタル変換器によりアナログ／デジタル変換されたデ
   ジタルオーディオ信号の歪みを低減する歪み低減方法に
   おいて、 前記デジタルオーディオ信号のレベル分布から検出した
   前記アナログ／デジタル変換器の非線形誤差に基づいて
   非線形誤差歪みのないデジタルオーディオ信号のレベル
   分布に近似したレベル分布の変換テーブルを作成し前記
   デジタルオーディオ信号についてテーブル変換処理を行
   い非線形誤差歪みを低減し、 前記非線形誤差歪みが低減されたデジタルオーディオ信
   号のデータの所定のパターンを検出し前記所定のパター
   ンのサンプルの値の変化幅に基づいて前記変換テーブル
   を参照して補間パターンを算出し前記デジタルオーディ
   オ信号と加算して量子化誤差歪みを低減することを特徴
   とする歪み低減方法。