JPH10322207A - 歪み低減方法、歪み低減装置並びに情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、もとのヒストグラム自体が０ＬＳ
Ｂ近傍の突出が少なくなるようにすることにより、求め
られる正規化したレベル分布データの精度を向上させ、
旧ディジタルオーディオ信号の歪みを低減した新ディジ
タルオーディオ信号を提供することを目的とする。 【解決手段】 ディジタルオーディオ信号の微小変動区
間のサンプルを除去してからヒストグラムデータを求
め、ヒストグラムデータにデータ処理を施して理想ヒス
トグラムデータとして推定し、データ処理前のヒストグ
ラムデータを前記理想ヒストグラムデータで除算し正規
化したレベル分布データから変換テーブルを作成し、前
記変換テーブルにもとづい前記ディジタルオーディオ信
号を変換し新ディジタルオーディオ信号として出力す
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、アナログ／ディジ
タル変換（以下Ａ／Ｄ変換という。）器を用いてアナロ
グオーディオ信号をディジタルオーディオ信号にＡ／Ｄ
変換した時に発生したディジタルオーディオ信号のＡ／
Ｄ変換器の直線性誤差（以下Ａ／Ｄ変換誤差という）に
よる歪み（以下Ａ／Ｄ変換歪みという）を低減する歪み
低減方法、歪み低減装置並びに情報記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルオーディオの創世期の頃、例
えば、１３ビットあるいは１４ビットという低い量子化
ビット数のＡ／Ｄ変換器（以下旧Ａ／Ｄ変換器という）
を使用してディジタルオーディオ信号を生成していた。
この旧Ａ／Ｄ変換器を使用して記録したディジタルオー
ディオ信号（以下旧ディジタルオーディオ信号という）
には、歪みが含まれている。

【０００３】この歪みは、アナログオーディオ信号から
ディジタルオーディオ信号にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換
器の量子化ビット数によって決まる量子化誤差と、 Ａ
／Ｄ変換の直線性誤差に起因するＡ／Ｄ変換誤差であ
る。

【０００４】現在のＡ／Ｄ変換器（以下旧Ａ／Ｄ変換器
と区別し、Ａ／Ｄ変換器という）の量子化ビット数が１
６ビットあるいは２０ビットであることと比較しても、
旧ディジタルオーディオ信号を用いてオーディオ再生す
ると量子化ノイズを多く含んでいると感じられる。ま
た、Ａ／Ｄ変換器の直線性誤差が向上していることから
も、旧ディジタルオーディオ信号を用いてオーディオ再
生するとＡ／Ｄ変換歪みも多いと感じられる。

【０００５】しかし、旧ディジタルオーディオ信号の中
には、クラッシック等における貴重な演奏などがあり、
旧ディジタルオーディオ信号の音質を向上させたいとい
う要請がある。したがって、旧ディジタルオーディオ信
号の音質を向上させるため量子化ノイズの低減とＡ／Ｄ
変換歪みの低減が必要となる。本願発明では特にＡ／Ｄ
変換歪みを低減したディジタルオーディオ信号を得るこ
とを主な目的としている。

【０００６】この場合、旧ディジタルオーディオ信号の
記録時に使用した旧Ａ／Ｄ変換器の特性を測定し、その
特性に基づいてＡ／Ｄ変換誤差の補正をすることが可能
である。しかし、旧Ａ／Ｄ変換器は現存しないことが多
く、旧Ａ／Ｄ変換器の特性を検出することはできない。
また、旧Ａ／Ｄ変換器が現存したとしても、一般的にＡ
／Ｄ変換器の特性は経時変化するので、旧Ａ／Ｄ変換器
の現在の特性と当時の特性は異なる。

【０００７】このように、従来では、過去の記録時に用
いられた旧Ａ／Ｄ変換器が現存するか否かにかかわら
ず、旧ディ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困難であり、Ａ／Ｄ変換歪みを低減
することができなかった。

【０００８】また、旧ディジタルオーディオ信号からＡ
／Ｄ変換誤差を推定することも困難であった。たとえ
ば、一般に、ディジタルオーディオ信号からＡ／Ｄ変換
誤差を推定する装置として、正弦波ヒストグラム法を用
いる測定装置が一般に知られている。

【０００９】しかし、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変換器に入力し、ヒストグラ
ムを得て、そのヒストグラムを用いてＡ／Ｄ変換誤差を
測定するものであって、ディジタルオーディオ信号のよ
うな正弦波と相違する信号源の場合、Ａ／Ｄ変換誤差を
推定することはできなかった。また、旧Ａ／Ｄ変換器が
現存しないか、または、Ａ／Ｄ変換特性が経時変化して
いるので正弦ヒストグラム法は有効でなかった。

【００１０】そこで、Ａ／Ｄ変換歪みを有する旧ディジ
タルオーディオ信号から、旧Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換
誤差を推定し、旧ディジタルオーディオ信号に含まれる
Ａ／Ｄ変換歪みを低減するように旧ディジタルオーディ
オ信号を補正する歪み低減方法及び歪み低減装置の開発
が行われている。

【００１１】図１０は従来の歪み低減装置の構成図であ
る。Ａ／Ｄ変換誤差が大きい旧Ａ／Ｄ変換器１により変
換された旧ディジタルオーディオ信号が記録媒体２に記
録されている。記録媒体２は、磁気テープや光ディスク
など各種情報記録媒体である。切替手段３は、記録媒体
２から読み出された旧ディジタルオーディオ信号の出力
を切り替え、記憶手段４とデータ置換手段５へ出力す
る。まず、記憶手段４へ旧ディジタルオーディオデータ
を出力する。

【００１２】記憶手段４は、固体メモリ、ハードディス
ク等であり、この切替手段３から入力された旧ディジタ
ルオーディオ信号を記憶する。出現度数検出手段７は、
この記憶手段４から旧ディジタルオーディオ信号を読み
出し、旧ディジタルオーディオ信号のレベル分布を、ヒ
ストグラム（以下ヒストグラムという）として検出す
る。

【００１３】ヒストグラムは、横軸の変数としてディジ
タルコードを、また、縦軸の変数としてディジタルコー
ドの出現度数をそれぞれ用い、一定期間に出現する全サ
ンプルについてディジタルコードの出現度数を示したも
のである。

【００１４】ここで、ディジタルコードについて説明す
る。ディ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、一４０９
６ＬＳＢ乃至４０９５ＬＳＢの範囲で表わすことができ
る。ここにＬＳＢとは、（Least Significant Bit）の
略であり、Ａ／Ｄ変換器の最も小さな単位ビットの振幅
を示す。

【００１５】この振幅レベルを、ディジタルコードとし
て表わしている。０ＬＳＢのディジタルコードとは、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、ディジタルコードの絶対値が大きくなるに従って、
アナログオーディオ信号における振幅レベルが大きいこ
とを表わしている

【００１６】図１１に旧Ａ／Ｄ変換器１により変換され
た旧ディジタルオーディオ信号から作成したヒストグラ
ムを示す。図１１に示すヒストグラムにおける出現度数
は、ディジタルコード０ＬＳＢを中心として、正方向、
負方向にほぼ対称になっており、ディジタルコード０Ｌ
ＳＢのとき出現度数が高く、ディジタルコードが正方向
に大きくなるに従い、また、ディジタルコードが負方向
に小さくなるに従い、出現度数が徐々に低くなる。ま
た、旧Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換誤差によるノイズ成分
も多く含まれている。このようなヒストグラムの特徴
は、入力されたディジタルオーディオ信号それぞれに固
有のものである。ここに突出した部分は旧Ａ／Ｄ変換器
のＡ／Ｄ変換誤差によるノイズ成分であることを示して
いる。

【００１７】正規化手段８は、前記出現度数検出手段７
で検出されたヒストグラムに対しデータ処理を施す。具
体的にはヒストグラムデータを用いて移動平均によるロ
ーパスフィルタリング処理を行う。このローパスフィル
タリング処理により、ヒストグラムからＡ／Ｄ変換器に
誤差が無い場合のディジタルオーディオ信号から作成し
た理想的なヒストグラム（以下理想ヒストグラムとい
う）に近似され、理想ヒストグラムデータが生成され
る。

【００１８】図１２に理想ヒストグラムを示す。この理
想ヒストグラムにおいて、急激に出現度数が大きくなる
ディジタルコード、または、急激に出現度数が小さくな
るディジタルコードが、ローパスフィルタリング処理に
より除去されている。そして、正規化手段８は、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デー
タを前記理想ヒストグラムデータで除算し、正規化した
レベル分布データとして算出する。

【００１９】変換テーブル算出手段９は、正規化手段８
で正規化されたレベル分布データからディジタルコード
毎に対する変換テーブルを算出しデータ置換手段５の図
示しないメモリに記憶する。データ置換手段５は、記録
媒体２から読み出された旧ディジタルオーディオ信号の
ディジタルコードから前記変換テーブルにしたがって旧
ディジタルオーディオ信号を置換し、新ディジタルオー
ディオ信号を生成し、データ置換手段５から出力される
というものである。

【００２０】しかし、楽曲によっては、ある信号レベル
の区間が連続して現れることがあり、図１１のヒストグ
ラムに示すように突出した部分が現れる。例えば、クラ
ッシックにおいてラベルが作曲したボレロなどでは０Ｌ
ＳＢ近傍の低い信号レベルが連続するため、０ＬＳＢ近
傍の山が高くなり、また、０ＬＳＢ近傍に突出部が出現
する。また、０ＬＳＢ近傍に限らず、楽曲に依存して出
現する信号レベルの変動が少ない区間（以下、微小変動
区間という）があると突出部が出現する。

【００２１】このようにヒストグラムに突出部がある場
合、旧Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換誤差による突出部か楽
音に特有の微小変動区間による突出部か区別できず、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
データを前記理想ヒストグラムデータで除算して得た正
規化したレベル分布データが、旧Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ
変換誤差以外の楽音特有の突出部により影響される。こ
のため正規化したレベル分布データを改善する余地があ
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微小変動区
間に含まれるディジタルコードをヒストグラムに加えず
に楽音特有の微小変動区間による突出部を除去し、Ａ／
Ｄ変換誤差による突出部のみを残したヒストグラムを用
いることにより、正規化したレベル分布データが、旧Ａ
／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換誤差以外の楽音特有の突出部に
より影響されるのを防止し、旧ディジタルオーディオ信
号の歪みを低減した新ディジタルオーディオ信号を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の歪み低減方法では、ディジタルオ
ーディオ信号の複数サンプルのディジタルコードの中か
ら最大ディジタルコードと最小ディジタルコードの差分
データを求め、該差分データが予め定められた範囲内に
あるときサンプルが微小変動区間にあると決定し、該微
小変動区間にあるサンプルを前記ディジタルオーディオ
信号から除去して微小変動区間サンプル除去済みディジ
タルオーディオ信号を生成し、該微小変動区間サンプル
除去済みディジタルオーディオ信号を用いてディジタル
コードの出現度数のヒストグラムをヒストグラムデータ
として算出し、該ヒストグラムデータに平滑化処理を施
して変換誤差のないＡ／Ｄ変換器によるディジタルオー
ディオ信号の理想ヒストグラムを理想ヒストグラムデー
タとして算出し、平滑化処理がなされる前のヒストグラ
ムデータを前記理想ヒストグラムデータで除算して正規
化したレベル分布データを作成し、正規化したレベル分
布データに基づいて変換テーブルを作成し、前記変換テ
ーブルに基づいて前記ディジタルオーディオ信号を変換
して出力することを特徴とする。

【００２４】また、請求項２に記載の歪み低減装置で
は、ディジタルオーディオ信号の複数サンプルのディジ
タルコードの中から求められた最大ディジタルコードと
最小ディジタルコードの差分データが予め定められた範
囲内にある微小変動区間にあるサンプルを前記ディジタ
ルオーディオ信号から除去して微小変動区間サンプル除
去済みディジタルオーディオ信号を生成する微小変動区
間除去手段と、前記微小変動区間サンプル除去済みディ
ジタルオーディオ信号を用いてディジタルコードの出現
度数のヒストグラムをヒストグラムデータとして算出す
る出現度数検出手段と、前記ヒストグラムデータに平滑
化処理を施して変換誤差のないＡ／Ｄ変換器によるディ
ジタルオーディオ信号の理想ヒストグラムを理想ヒスト
グラムデータとして算出し平滑化処理がなされる前のヒ
ストグラムデータを前記理想的なヒストグラムデータに
より除算して正規化したレベル分布データを作成する正
規化手段と、前記正規化したレベル分布データに基づい
て変換テーブルを算出する変換テーブル算出手段と、前
記変換テーブルに基づいて前記ディジタルオーディオ信
号を変換して出力するデータ置換手段を備えたことを特
徴とする。

【００２５】また、請求項３記載の情報記録媒体では、
ディジタルオーディオ信号の複数サンプルのディジタル
コードの中から最大ディジタルコードと最小ディジタル
コードの差分データを求め、該差分データが予め定めら
れた範囲内にあるときサンプルが微小変動区間にあると
決定し、該微小変動区間にあるサンプルを前記ディジタ
ルオーディオ信号から除去して微小変動区間サンプル除
去済みディジタルオーディオ信号を生成し、該微小変動
区間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号を用い
てディジタルコードの出現度数のヒストグラムをヒスト
グラムデータとして算出し、該ヒストグラムデータに平
滑化処理を施して変換誤差のないＡ／Ｄ変換器によるデ
ィジタルオーディオ信号の理想ヒストグラムを理想ヒス
トグラムデータとして算出し、平滑化処理がなされる前
のヒストグラムデータを前記理想ヒストグラムデータで
除算して正規化したレベル分布データを作成し、正規化
したレベル分布データに基づいて変換テーブルを作成
し、前記変換テーブルに基づいて前記ディジタルオーデ
ィオ信号を変換して生成したディジタルオーディオ信号
を記録したことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例の歪み
低減装置のブロック図を、図２は、理想的なＡ／Ｄ変換
器の変換特性を示す特性図を、図３は、変換誤差がある
旧Ａ／Ｄ変換器の変換特性を示す特性図を、図４は、微
小変動区間にあるサンプルを除去したディジタルオーデ
ィオ信号（以下微小変動区間サンプル除去済みディジタ
ルオーディオ信号という。）を用いて生成したヒストグ
ラムを、図５乃至図７は変換テーブルを説明する図をそ
れぞれ示す。

【００２７】図８は、本発明の実施例の歪み低減方法及
び歪み低減装置の微小変動区間除去手段の処理動作を説
明するためのフローチャートを、図９は、微小変動区間
サンプル除去済みディジタルオーディオ信号を用いて生
成した理想ヒストグラムを、それぞれ示す。以下、図１
から図９を用いて本発明の実施例の歪み低減方法、歪み
低減装置並びに情報記録媒体について説明する。また、
従来の技術と同一の構成部は、同じ番号を付し説明を簡
略にする。

【００２８】図１は本発明の一実施例の歪み低減装置の
ブロック図である。Ａ／Ｄ変換誤差が大きい旧Ａ／Ｄ変
換器１により変換された旧ディジタルオーディオ信号が
記録媒体２に記録されている。切替手段３は、記録媒体
２から読み出された旧ディジタルオーディオ信号の出力
を切り替え、記憶手段４とデータ置換手段５へ出力す
る。

【００２９】記憶手段４は、この切替手段３から入力さ
れた旧ディジタルオーディオ信号を記憶する。微小変動
区間除去手段６は、記憶手段４から旧ディジタルオーデ
ィオ信号を読み出し、ディジタルオーディオ信号の連続
する複数サンプルにおいてサンプル毎に決定されるディ
ジタルコードの中から最大ディジタルコードと最小ディ
ジタルコードの差分データを求め、該差分データが予め
定められた範囲内にあるときサンプルが微小変動区間に
あると決定し、該微小変動区間にあるサンプルを前記デ
ィジタルオーディオ信号から除去して微小変動区間サン
プル除去済みディジタルオーディオ信号を生成する。こ
の微小変動区間のサンプルの除去については後述する。

【００３０】出現度数検出手段７は、この微小変動区間
除去手段６から前記微小変動区間サンプル除去済みディ
ジタルオーディオ信号を読み出し、ヒストグラムデータ
として検出する。正規化手段８は、出現度数検出手段７
で検出されたヒストグラムデータに対しデータ処理を施
す。具体的にはヒストグラムデータを用いて移動平均に
よるローパスフィルタリング処理である。

【００３１】このローパスフィルタリング処理は理想ヒ
ストグラムを推定し、理想ヒストグラムデータを生成す
る処理である。そして、正規化手段８は、ディジタルコ
ードが同じ値のヒストグラムデータと理想ヒストグラム
データとを取り出し、ヒストグラムデータを理想ヒスト
グラムデータで除算したものをすべてのディジタルコー
ドについて求め、正規化したレベル分布データとして検
出する。

【００３２】変換テーブル算出手段９は、正規化手段８
で正規化されたレベル分布データを用いてディジタルコ
ード毎に対する変換テーブルを作成しデータ置換手段５
の図示しないメモリに記憶する。データ置換手段５は、
記録媒体２から読み出された旧ディジタルオーディオ信
号のディジタルコードを前記変換テーブルにしたがって
置換して生成したディジタルオーディオ信号（以下、旧
ディジタルオーディオ信号と対比するため新ディジタル
オーディオ信号という。）

【００３３】次に各ブロックにおいて旧ディジタルオー
ディオ信号から新ディジタルオーディオ信号が生成され
る過程を説明する。まず図２に示すように理想的なＡ／
Ｄ変換特性（入出力特性）とは、入力されるアナログオ
ーディオ信号に対し出力されるディジタルオーディオ信
号の量子化レベルの幅が一定になる特性である。

【００３４】しかし、Ａ／Ｄ変換器にＡ／Ｄ変換誤差が
ある場合には、Ａ／Ｄ変換特性（入出力特性）は、図３
に示すように入力されるアナログオーディオ信号に対し
出力されるディジタルオーディオ信号の量子化レベルの
幅が一定とならない。

【００３５】図３において、旧ディジタルオーディオ信
号のディジタルコードがｂのとき出現度数が多く、ディ
ジタルコードがｃのとき出現度数が少なくなる。このよ
うに出現度数に大小が生じている。旧ディジタルオーデ
ィオ信号はこのようなＡ／Ｄ変換誤差を含む信号であ
る。この旧ディジタルオーディオ信号が記録媒体２、切
替手段３及び記憶手段４を経て微小変動区間除去手段６
へ入力される。

【００３６】微小変動区間除去手段６の動作を説明す
る。時間ｔにおけるあるサンプルのディジタルコードを
ｉ(t)とする。微小変動区間除去手段６には図示しない
メモリが設けられており、Ｍ個のサンプルのディジタル
オーディオ信号のディジタルコードｉ(t+kT)（ただしT
はサンプリング周期、k=0、1、2、・・・、M-1、）と対応する
Ｍ個のフラグＦ(t+kT)（ただしTはサンプリング周期、k
=0、1、2、・・・、M-1、）を記憶する領域をメモリに確保す
る。

【００３７】具体的には、ｉ(t)、ｉ(t+T)、・・・、ｉ(t+(M-
1)T)のＭ個のディジタルコードとＭ個のフラグＦ(t)、Ｆ
(t+T)、・・・、Ｆ(t+(M-1)T)となる。これらＭ個のサンプル
のディジタルオーディオ信号を記憶手段４から読み込む
と同時にフラグをリセットし、フラグの初期値を全て０
にする。

【００３８】次に微少変動区間を求める。微少変動区間
とは、連続するＭ個のサンプルにわたりディジタルオー
ディオ信号のディジタルコードｉ(t)の最大ディジタル
コードと最小ディジタルコードの差分が所定の値Ｂ以内
にある区間、すなわち、微小な変動が連続する区間であ
る。この値Ｂは微小な振動と定義される振幅の上限値で
あり、Ｍは微小変動区間として検出すべき最小の区間で
ある。

【００３９】このＭサンプルのディジタルオーディオ信
号の最大ディジタルコードｉmaxと最小ディジタルコー
ドｉminを求める。 ｉmax＝ｍａｘ（ｉ(t)、ｉ(t+T)、ｉ(t+2T)・・・ｉ(t+(M-1)T)） ｉmin＝ｍｉｎ（ｉ(t)、ｉ(t+T)、ｉ(t+2T)・・・ｉ(t+(M-1)T)） そして、ｉmax−ｉmin＞Ｂが真ならフラグＦ(t+T)乃至
Ｆ(t+MT)の値は０のままにし、ｉmax−ｉmin＞Ｂが偽な
らフラグＦ(t+T)乃至Ｆ(t+MT)に全て１を代入する。

【００４０】ここに、フラグが１のディジタルコードの
サンプルを全て除いた微小変動区間サンプル除去済みデ
ィジタルオーディオ信号を生成する。そして、ｎをイン
クリメントしてｎ＝ｎ＋１とし、微小変動が連続するデ
ィジタルオーディオ信号を除去する動作を繰り返して微
小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号
を生成し、微小変動区間除去手段６から微小変動区間サ
ンプル除去済みディジタルオーディオ信号が出力され
る。

【００４１】微小変動区間の検出感度について説明す
る。前記の数値Ｂが小さくなる、あるいは、前記の数値
Ｍが大きくなるにしたがって、検出感度が低くなる。ま
た、数値Ｂが大きくなる、あるいは、数値Ｍが小さくな
るにしたがって、検出感度が高くなる。しかし、検出感
度を高くしすぎると、ヒストグラムに集計される測定用
のサンプルが減少するためヒストグラムの精度が低下す
る。最適な値は、実験の結果Ｂは３ＬＳＢから２０ＬＳ
Ｂ程度までに設定するのが好ましく、また、Ｍは約２０
サンプル以上８０サンプル以下の範囲に入る値に設定す
るのが好ましいことが判っている。

【００４２】出現度数検出手段７は、前記微小変動区間
除去手段６から前記微小変動区間サンプル除去済みディ
ジタルオーディオ信号を読み出し、ヒストグラムを作成
する。実際にはデータ処理を行うため、ヒストグラムは
ヒストグラムデータとして生成される。図４に微小変動
区間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号を用い
て生成したヒストグラムを示す。図１１に示すヒストグ
ラムと比較して、微小変動区間による突出部が除去さ
れ、旧Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換誤差による突出部
が残ったヒストグラムである。

【００４３】図４のヒストグラムにおいて、特に０ＬＳ
Ｂ近傍の突出部が減少している。これは０ＬＳＢ近傍に
微小変動区間が出現する確率が大きいことも一因となっ
ている。ここで従来技術において、図１２の理想ヒスト
グラムに示したようにローパスフィルタリング処理によ
り０ＬＳＢ近傍のヒストグラムの山の高さは、図１１の
ヒストグラムの山の高さと比較しても著しく低くなり、
理想ヒストグラムは滑らかになり過ぎてしまう。

【００４４】このため、正規化手段８が、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データを前
記理想ヒストグラムデータで除算して得た正規化したレ
ベル分布データが、ヒストグラムと理想ヒストグラムと
の０ＬＳＢ近傍の山の高さの差により０ＬＳＢ近傍で偏
りが生じるという問題点もある。このため０ＬＳＢ近傍
の正規化したレベル分布データを改善する必要がある。

【００４５】このような正規化したレベル分布データの
０ＬＳＢ近傍における誤差を減少させ精度を向上させた
いという要請にも、本発明は応えることができる。もと
のヒストグラム自体が楽曲に依存して微小変動区間を多
く含み、０ＬＳＢ近傍が突出するようなとき、０ＬＳＢ
近傍に集中するディジタルコードをヒストグラムに加え
ないでヒストグラムを作成し、元のヒストグラム自体の
０ＬＳＢ近傍に突出する山を低くする。このヒストグラ
ムは、０ＬＳＢ近傍の山が滑らかなため、ローパスフィ
ルタリング処理を行ってもヒストグラムと理想ヒストグ
ラムの０ＬＳＢ近傍の山の高さがほぼ同じになり、求め
られる正規化したレベル分布データが０ＬＳＢ近傍ばど
特定の部分に偏りを生じないようにして精度を向上させ
るという効果も有する。

【００４６】出現度数検出手段７におけるヒストグラム
データの算出と実際のデータ構造について説明する。出
現度数検出手段７は、ディジタルコード自体をアドレス
とし、そのアドレスに対応したデータをヒストグラムの
データとして図示しないメモリに記憶している。

【００４７】出現度数検出手段７は、記憶手段２から微
小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号
をサンプル毎に読み出し、このサンプルのディジタルコ
ードに基づいてメモリにアクセスし、前記メモリに記憶
してあるデータに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。この処理を予め定められた
サンプル分について繰り返し行なう。これにより、ディ
ジタルコード毎の累積回数、すなわち、出現度数が求め
られ、ヒストグラムデータとしてメモリに蓄積される。

【００４８】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
データの算出する出現度数検出手段７は、ディジタルカ
ウンタ回路、または、プログラムで実現することが可能
である。

【００４９】正規化手段８は、出現度数検出手段７で検
出されたヒストグラムデータを用いてローパスフィルタ
リング処理を施す。このローパスフィルタリング処理に
より理想ヒストグラムを推定するとともに理想ヒストグ
ラムデータを生成する。そして、正規化手段８は、ディ
ジタルコードが同じ値のヒストグラムデータと理想ヒス
トグラムデータとを取り出し、ヒストグラムデータを理
想ヒストグラムデータで除算したものをすべてのディジ
タルコードについて求め、正規化したレベル分布データ
として検出する。

【００５０】微小変動区間サンプル除去済みディジタル
オーディオ信号のディジタルコードｉの出現度数をｇ
（ｉ）、量子化ビット数をｎ、移動平均フィルタなどの
ローパス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７は、正規化した値Ｎ（ｉ）
を、

【数１】 から算出する。ここで、ｃ（ｊ）は、

【数２】 を満たす窓関数である。

【００５１】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、無視できるため、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、ディジタルコードｉの範囲から除外している。

【００５２】このように正規化手段８は、微小変動区間
サンプル除去済みディジタルオーディオ信号のディジタ
ルコードｉの出現度数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、ディジタルオーディオ信号のディジタルコードｉの
出現度数ｇ（ｉ）を理想的な出現度数に近似し、正規化
を行なう。これにより、楽曲の種類による固有の理想ヒ
ストグラムを算出し、正規化したレベル分布データを求
めることができる。

【００５３】変換テーブル算出手段９は、具体的には、
正規化手段８で上記のように求めた正規化されレベル分
布データＮ（ｉ）を、

【数３】 のように積算し、変換テーブルデータＴ（ｉ）を求め、
これを例えば変換テーブル算出手段９のテーブル変換用
メモリに格納するようになっている。

【００５４】前出の図２に示すような理想的なＡ／Ｄ変
換特性（入出力特性）は、入力されるアナログオーディ
オ信号に対し出力されるディジタルオーディオ信号の量
子化レベルの幅が一定になる特性である。しかし、Ａ／
Ｄ変換器に変換誤差がある場合には、Ａ／Ｄ変換特性
（入出力特性）は、図３に示すように入力されるアナロ
グオーディオ信号に対し出力されるディジタルオーディ
オ信号の量子化レベルの幅が一定でない特性である。

【００５５】図３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
化したレベル分布データＮ（ｉ）は、出力ディジタルコ
ードａ、出力ディジタルコードｂ、・・・、出力ディジ
タルコードｆにそれぞれ入力レベル幅Ａ、入力レベル幅
Ｂ、・・・、入力レベル幅Ｆが対応していることを示し
ている。

【００５６】例えば、出力ディジタルコード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、出力ディジタルコードｃは、 Ｎ（ｃ）＝（Ａ＋Ｂ）／２＋（Ｂ＋Ｃ）／２ となり、また、出力ディジタルコードｄは、 Ｎ（ｄ）＝（Ａ十Ｂ）／２＋（Ｂ＋Ｃ）／２＋（Ｃ＋
Ｄ）／２ となる。

【００５７】数３は、このようなＮ（ｉ）の積算処理を
表わしている。なお、変換テーブルデータ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５に示すように、階段の横幅に相当し、求
めるＴ（ｉ）は、図６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７に示すようになる。Ｎ（ｉ）を積算し
ているため、正しいＴ（ｉ）が求まる。

【００５８】そして、データ置換手段５は、記録媒体２
から読み出された旧ディジタルオーディオ信号のディジ
タルコードｉに対応した変換テーブルデータＴ（ｉ）
を、数４を用いて求めた変換テーブルから割り出し、Ｔ
（ｉ）を、歪み補正した新ディジタルオーディオ信号と
して出力する。

【００５９】具体的に述べると、変換テーブル算出手段
８によって算出される変換テーブルデータＴ（ｉ）は、
量子化レベルを表わすディジタルコードｉ自体をアドレ
スとして、そのアドレスに対応させてテーブル変換用メ
モリに格納されるようになっている。

【００６０】この場合、データ置換手段５は、記録媒体
２から読み出された旧ディジタルオーディオ信号のディ
ジタルコードｉをアドレスとし、そのアドレス（ディジ
タルコードｉ）に対応した変換テーブルデータ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
正されたディジタルオーディオ信号として出力すること
になる。

【００６１】このように、本発明の実施例では、旧ディ
ジタルオーディオ信号のヒストグラムから、旧Ａ／Ｄ変
換器のＡ／Ｄ変換誤差を検出し、その検出したＡ／Ｄ変
換誤差から変換テーブルを算出し、旧ディジタルオーデ
ィオ信号に対してテーブル変換処理を行ない、旧Ａ／Ｄ
変換器の変換誤差によって発生した歪みを補正する。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。

【００６２】具体的に、１３ビット信号の取り得る値
を、

【数４】 まで、すなわち、−４０９６ＬＳＢ〜＋４０９５ＬＳＢ
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、ヒストグラムｇ（ｉ）
が、 ｇ（０）＝１００ＬＳＢ ｇ（１）＝１５０ＬＳＢ ｇ（２）＝５０ＬＳＢ ｇ（３）＝１００ＬＳＢ の場合、ローパスフィルタ処理を施した後のヒストグラ
ムデータｈ（ｉ）を ｈ（０）＝ｈ（１）＝ｈ（２）＝ｈ（３）＝１００ とする。

【００６３】このヒストグラムデータｈ（ｉ）は、ロー
パスフィルタの公式から

【数５】 のように求められる。

【００６４】そして、Ｎ（ｉ）＝ｇ（１）／ｈ（ｉ）よ
り、 Ｎ（０）＝１００／１００＝１．０ＬＳＢ Ｎ（１）＝１５０／１００＝１．５ＬＳＢ Ｎ（２）＝５０／１００＝０．５ＬＳＢ Ｎ（３）＝１００／１００＝１．０ＬＳＢ

【００６５】そして、数３より、 Ｎ（０）＝０．０ Ｎ（１）＝０．０＋（１．０＋１．５）／２＝１．２５
ＬＳＢ Ｎ（２）＝１．２５＋（１．５＋０．５）／２＝２．２
５ＬＳＢ Ｎ（３）＝２．２５＋（０．５＋１．０）／２＝３．０
ＬＳＢ 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。

【００６６】次に、図１の歪み低減方法及び歪み低減装
置の各種処理動作のうち微小変動区間除去手段の処理動
作を図８のフローチャートを用いて説明する。ステップ
Ｓ１は、開始である。ステップＳ２では、記録媒体２か
ら読み出す旧ディジタルオーディオ信号の測定用のサン
プル数ａを初期値として設定する。

【００６７】ステップＳ３では、各サンプル毎に割り振
られた微小変動区間を示すフラグの初期値をすべて０に
する。ステップＳ４では、旧ディジタルオーディオ信号
の測定用のサンプルを読み出し、記憶手段２に入力す
る。

【００６８】ステップＳ５では、微小変動区間除去手段
６が記憶手段２から一定期間Ｔに含まれ測定用のサンプ
ルを読み出し、ある一定期間におけるサンプルの最大デ
ィジタルコードと最小ディジタルコードを求める。ステ
ップＳ６では、最大ディジタルコードと最小ディジタル
コードの差分データから微小変動区間に相当するか否か
を検出する。もし微小変動区間に相当するならばステッ
プＳ７に進む。相当しないならばステップＳ８に進む。

【００６９】ステップＳ７では、微小変動区間にあるサ
ンプルのフラグをすべて１に設定する。ステップＳ８で
は、フラグが１に設定されている旧ディジタルオーディ
オ信号のサンプルを除いた微小変動区間サンプル除去済
みディジタルオーディオ信号を作成する。

【００７０】ステップＳ９では、記録媒体２から出力さ
れた旧ディジタルオーディオ信号の測定用のサンプル数
がａを越えたか否かを判定する。もしａを越えたならば
ステップ１０へ進み、ａを越えていないならばステップ
Ｓ２の先頭にジャンプして戻る。ステップＳ１０では、
微小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディオ信
号を出力する。ステップＳ１１は、終了である。

【００７１】図９は微小変動区間サンプル除去済みディ
ジタルオーディオ信号を用いて生成した理想ヒストグラ
ムである。図４のヒストグラムと比較しても０ＬＳＢ近
傍の出現度数の突出が減少し、ほぼ出現頻度が同じにな
っている。

【００７２】このように、音楽ソースの記録時に用いた
旧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、旧記録ソースから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。

【００７３】図１乃至図９を用いて説明した本実施例で
は、切替手段１は、記録媒体２からのディジタルオーデ
ィオ信号を変換誤差を検出する処理のために記憶手段４
に出力した後、再度同じディジタルオーディオ信号を記
録媒体２から読み出してデータ置換手段５に出力するも
のとなっている。

【００７４】しかし、本発明は、この処理に限定される
ものではない。例えば、旧ディジタルオーディオ信号の
すべてを切替手段３を介して記憶手段４にまず記憶し、
しかる後、切替手段３を介し、記憶手段２からの出力
を、直接、データ置換手段５に与える構成としてもよ
い。

【００７５】また、例えば、データ置換手段５の前段に
遅延手段を設け、切替手段３は、記録媒体２から読み出
したディジタルオーディオ信号を記憶手段４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、旧デ
ィジタルオーデイオ信号を遅延手段により遅延させ、デ
ータ置換手段５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。

【００７６】また、Ａ／Ｄ変換歪みが低減された新ディ
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
なく、他の記憶装置に記憶するような場合には、記憶手
段４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４の出力を切替手段３を介して、直接、デ
ータ置換手段５に入力する構成としてもよい。

【００７７】また、上述の例では、記録媒体２に旧ディ
ジタルオーディオ信号が記録されており、記録媒体２か
ら旧ディジタルオーディオ信号を読み出すとしたが、補
正の対象となる旧ディジタルオーディオ信号は、ＲＯＭ
（Read Only Memory）または、ＲＡＭ（Random Access
Memory）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る。

【００７８】この場合、この記憶装置から旧ディジタル
オーデイ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、微小変動区間除去手段６に入力
することができる。

【００７９】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の記憶手段４に限らず、記憶媒体２やＲＯＭ，
ＲＡＭなども用いることができる。

【００８０】このようにして歪みを低減して生成した新
ディジタルオーディオ信号を、例えばＣＤ（Compact Di
sc）や磁気テープなどのフォーマットに変換したのちに
情報記録媒体に記録することで、歪みを低減した過去の
貴重な演奏を聴くことができる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によると、微小変動区間に含まれ
るディジタルコードをヒストグラムに加えずに楽音特有
の微小変動区間による突出部を除去し、Ａ／Ｄ変換誤差
による突出部のみを残したヒストグラムを用いることに
より、正規化したレベル分布データが、旧Ａ／Ｄ変換器
のＡ／Ｄ変換誤差以外の楽音特有の突出部により影響さ
れるのを防止し、旧ディジタルオーディオ信号の歪みを
低減した新ディジタルオーディオ信号を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の歪み低減装置のブロック
図。

【図２】理想的なＡ／Ｄ変換器の変換特性を示す特性
図。

【図３】変換誤差がある旧Ａ／Ｄ変換器の変換特性を示
す特性図。

【図４】微小変動区間サンプル除去済みディジタルオー
ディオ信号を用いて生成したヒストグラム。

【図５】変換テーブルを説明する図。

【図６】変換テーブルを説明する図。

【図７】変換テーブルを説明する図。

【図８】本発明の１実施例の歪み低減方法及び歪み低減
装置の微小変動区間除去手段の処理動作を説明するため
のフローチャート。

【図９】微小変動区間サンプル除去済みディジタルオー
ディオ信号をデータ処理して生成した理想ヒストグラ
ム。

【図１０】従来の歪み低減装置の構成図。

【図１１】旧Ａ／Ｄ変換器１により変換された旧ディジ
タルオーディオ信号から作成したヒストグラム。

【図１２】従来の歪み低減装置による理想ヒストグラム

【符号の説明】

１・・・旧Ａ／Ｄ変換器 ２・・・記録媒体 ３・・・切替手段 ４・・・記憶手段 ５・・・データ置換手段 ６・・・微小変動区間除去手段 ７・・・出現度数検出手段 ８・・・正規化手段 ９・・・変換テーブル算出手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディジタルオーディオ信号の複数サンプル
   のディジタルコードの中から最大ディジタルコードと最
   小ディジタルコードの差分データを求め、該差分データ
   が予め定められた範囲内にあるときサンプルが微小変動
   区間にあると決定し、該微小変動区間にあるサンプルを
   前記ディジタルオーディオ信号から除去して微小変動区
   間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号を生成
   し、 該微小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディオ
   信号を用いてディジタルコードの出現度数のヒストグラ
   ムをヒストグラムデータとして算出し、 該ヒストグラムデータに平滑化処理を施して変換誤差の
   ないＡ／Ｄ変換器によるディジタルオーディオ信号の理
   想ヒストグラムを理想ヒストグラムデータとして算出
   し、 平滑化処理がなされる前のヒストグラムデータを前記理
   想ヒストグラムデータで除算して正規化したレベル分布
   データを作成し、 正規化したレベル分布データに基づいて変換テーブルを
   作成し、 前記変換テーブルに基づいて前記ディジタルオーディオ
   信号を変換して出力することを特徴とする歪み低減方
   法。
2. 【請求項２】ディジタルオーディオ信号の複数サンプル
   のディジタルコードの中から求められた最大ディジタル
   コードと最小ディジタルコードの差分データが予め定め
   られた範囲内にある微小変動区間にあるサンプルを前記
   ディジタルオーディオ信号から除去して微小変動区間サ
   ンプル除去済みディジタルオーディオ信号を生成する微
   小変動区間除去手段と、 前記微小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディ
   オ信号を用いてディジタルコードの出現度数のヒストグ
   ラムをヒストグラムデータとして算出する出現度数検出
   手段と、 前記ヒストグラムデータに平滑化処理を施して変換誤差
   のないＡ／Ｄ変換器によるディジタルオーディオ信号の
   理想ヒストグラムを理想ヒストグラムデータとして算出
   し平滑化処理がなされる前のヒストグラムデータを前記
   理想的なヒストグラムデータにより除算して正規化した
   レベル分布データを作成する正規化手段と、 前記正規化したレベル分布データに基づいて変換テーブ
   ルを算出する変換テーブル算出手段と、 前記変換テーブルに基づいて前記ディジタルオーディオ
   信号を変換して出力するデータ置換手段を備えたことを
   特徴とする歪み低減装置。
3. 【請求項３】ディジタルオーディオ信号の複数サンプル
   のディジタルコードの中から最大ディジタルコードと最
   小ディジタルコードの差分データを求め、該差分データ
   が予め定められた範囲内にあるときサンプルが微小変動
   区間にあると決定し、該微小変動区間にあるサンプルを
   前記ディジタルオーディオ信号から除去して微小変動区
   間サンプル除去済みディジタルオーディオ信号を生成
   し、 該微小変動区間サンプル除去済みディジタルオーディオ
   信号を用いてディジタルコードの出現度数のヒストグラ
   ムをヒストグラムデータとして算出し、 該ヒストグラムデータに平滑化処理を施して変換誤差の
   ないＡ／Ｄ変換器によるディジタルオーディオ信号の理
   想ヒストグラムを理想ヒストグラムデータとして算出
   し、 平滑化処理がなされる前のヒストグラムデータを前記理
   想ヒストグラムデータで除算して正規化したレベル分布
   データを作成し、 正規化したレベル分布データに基づいて変換テーブルを
   作成し、 前記変換テーブルに基づいて前記ディジタルオーディオ
   信号を変換して生成したディジタルオーディオ信号を記
   録したことを特徴とする情報記録媒体。