JP2005100598A - 信号処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録媒体に記録されている原信号が音割れを起こしている場合に、ユーザが感じるノイズ感を抑制する。
【解決手段】 再生装置１０において、音割れ区間検出部１３は、記録媒体１１上の信号の音割れ区間を検出し、音割れ区間修復部１４は、例えばその音割れ区間を波形が欠落した信号として考え、その信号欠落区間を補間技術によって補間する。コンプレッション部１５は、音割れが修復された信号に対してコンプレッション処理を行い、コンプレッション処理後の信号を音割れ修復部１２の出力信号として出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、いわゆる音割れを起こしている音響信号の音割れを修復する信号処理方法及び装置に関する。

１９８２年に登場したＣＤ（Compact Disc）とその再生機であるＣＤプレーヤは、デジタルであるが故の高音質や利便性を兼ね備えていたため、それまで最もポピュラーであったアナログレコードの地位を奪い取った。現在ではＣＤに次ぐ記録媒体としてＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やインターネットによる配信などが普及しつつあるものの、依然としてＣＤは最も利用されている記録媒体の１つである。

ＣＤには、４４．１ｋＨｚで標本化し１６ビットで量子化した信号（音響信号）が記録されている。標本化とは、信号を時間的に細分化することである。例えば、図３４（Ａ）に示すアナログ信号の標本化とは、同図（Ｂ）のようにある時間間隔でアナログ信号の値を取り出すことであり、ＣＤの場合はこの時間間隔が１／４４１００秒である。このことを４４．１ｋＨｚで標本化する、或いは標本化周波数が４４．１ｋＨｚであるという。一方、量子化とは、振幅値を数値化することである。例えば図３４（Ｂ）のように標本化された信号の量子化とは同図（Ｃ）のように振幅値をある数値で表現することであり、ＣＤの場合はこの量子化を１６ビット、つまり６５５３６段階で行う。なお、図３４（Ｃ）の例では、−８〜＋８までの１７段階で量子化を行っている。

ＣＤの再生は、ＣＤに記録されている標本化・量子化されたデータをＣＤから読み出し、それをデジタル信号からアナログ信号に変換することで行われる。以下では、単に信号と表記した場合、デジタル信号を指すこととする。

ここで図３５は、１６ビットで量子化された信号の例であり、演奏時間が約１分１０秒のある音楽の波形データを示したものである。図３５から分かるように、波形が１６ビットの範囲内に収まっている。これに対して図３６は、図３５に示した波形を６ｄＢだけ増幅した波形を示したものであり、波形が１６ビットの範囲内に収まらず、振幅が制限された本来とは異なった波形になっている様子が容易に観察される。同様に、図３７は図３５に示した波形を９ｄＢだけ増幅した波形を示したものであり、振幅が制限されたために図３６の波形よりもさらに歪んでいる様子が観察される。このように、振幅が制限されて波形が歪むことを一般に音割れという。なお、音割れのことをクリッピング（Clipping）或いはサチュレーション（Saturation）などということもある。

この音割れについて、図３８乃至図４０を用いて簡単に説明する。
図３８は、図３５に示した音割れのない波形データの一部を拡大した例である。つまり、波形データは図３５に示した波形データと同一であり、区間ｊの波形データを拡大して示している。この図３８から分かるように、元の波形は１６ビットの範囲内で十分に表現されている。

続いて図３９は、図３６に示した音割れのある波形データの一部を拡大した例である。つまり、波形データは図３６に示した波形データと同一であり、区間ｋの波形データを拡大して示している。なお、図３８中の区間ｊと図３９中の区間ｋとは、時間的に同じ位置である。この図３９から分かるように、波形が区間ｍ１〜ｍ６で音割れを起こしており、元の波形が１６ビットの範囲内で十分に表現できていない。

図３９に示す音割れが起きる原理について図４０を用いて説明する。図３８に示す音割れのない波形データを６ｄＢだけ増幅すると、本来ならば図４０に示すような波形データになる。しかしながら、１６ビットで表現できる範囲ｎを超えた信号区間ｐ１〜ｐ６に関しては、１６ビットで表現できる範囲の値に丸められることになる。この丸め方には様々な手法があるものの、結果として、図３８の波形データを６ｄＢだけ増幅した波形データは、概して図３９に示すような波形データになり、ユーザに聴感上の不快感を与えるという問題がある。

このような問題を防止するため、従来、音割れを防止するための技術がいくつか提案されている（例えば下記特許文献１参照）。

先ず、アナログ信号を記録する際の従来の音割れ防止処理例を図４１に示す。図４１において、マイク１００から入力されたアナログ信号は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１０１でデジタル信号に変換される。この際、アナログ／デジタル変換部１０１では、記録媒体１０３に記録するよりも大きな振幅まで許容するデジタル信号に変換する。すなわち、例えば図４０のような波形データでも処理できるようにする。そして、コンプレッション部１０２にて記録媒体１０３に記録する際に限定される振幅値を超えた部分をユーザが聴いたときに不快感がないように緩やかに丸めるコンプレッション処理を行い、その後に記録媒体１０３に記録する。この一連の処理では、マイク１００から入力された波形と実際に記録媒体１０３に記録される波形とが異なるものの、記録媒体１０３を再生した際の音割れによるノイズ（クリッピングノイズ）は、図３６の波形データを再生した際のノイズよりも遙かに緩和されたものとなる。但し、この例ではマイク１００で物理的に音割れが起きていないことを前提としている。

ここで、コンプレッション処理とは、例えば図４０に示すような波形データを図４２に示すような波形データにすることである。具体的には、例えば図４３に示すような方法が適用できる。つまり、入力信号の振幅レベルが振幅レベルｑ１の範囲にあるときは、出力信号の振幅レベルを振幅レベルｑ２のように振幅レベルｑ１に線形に対応させる。入力信号の振幅レベルが振幅レベルｑ１を超えた振幅レベルｒ１にあるときは、出力信号の振幅レベルを振幅レベルｒ２のように振幅レベルｒ１に非線形に対応させる。この処理によって、入力信号の振幅レベルを所望の振幅レベルを持つ信号に変換することができる。

次に、記録媒体に記録された信号を編集する際の従来の音割れ防止処理例を図４４に示す。図４４において、記録媒体２００に記録された信号を再生し、再生された信号に編集処理部２０１で各種音響効果を施し、そしてコンプレッション部２０２にて記録媒体２０３に記録する際に限定される振幅値を超えた部分を人間が聴いたときに不快感がないように緩やかに丸めるコンプレッション処理を行い、その後に記録媒体２０３に記録する。緩やかに丸めるとは、例えば図４２のような波形にすることである。この一連の処理では編集処理部２０１で施された音響効果によって音割れが起きても、この音割れによる不快感を緩和することが可能である。但し、記録媒体２００に記録されている信号が音割れを起こしていないことを前提としている。

図４１や図４４で示したように、入力信号が音割れを起こしていない波形である場合には、たとえその振幅が記録媒体に記録できる振幅値を超えていたとしても、コンプレッション処理によって人間が聴く際にさほど不快感を感じないような波形に整形することが可能である。なお、様々な方式が提案されているコンプレッション処理の技術は、実際にレコーディングや編集の場面で広く普及している。

特開平７−３２６１４０号公報

ここで、現在最も普及している記録媒体の１つであるＣＤに記録されている波形について考えてみる。ＣＤの普及当初は、図３５のように小さな音量（振幅）で録音されていることが多かった。つまり音割れを起こしている波形データがＣＤに記録されていることは少なかった。しかしながら、近年ではＣＤに大音量で録音する傾向があり、図３６や図３７のように音割れを起こしている波形データが記録されたＣＤが販売されていることが珍しくなくなっている。このような音割れを起こしている波形データを再生すると、音楽と共に音割れノイズ（クリッピングノイズ）が再生されることとなり、ＣＤ特有のノイズの少ない音楽を楽しむといった行為が阻害される結果となる。本来ならば、マスターＣＤを製作する際に細心の注意を払えば防げるが、音割れを起こしているＣＤが既に大量に販売されている以上、ユーザ側での対策が必要となる。

図４１の録音時や図４４の編集時のように、元の信号が音割れを起こしていない場合であれば、コンプレッション処理によりその後段の処理での著しい音割れをある程度防ぐことができるが、音割れを起こしている波形データが記録されているＣＤを購入してしまったユーザには、音割れを起こしている波形データが原信号となるため、コンプレッション処理では何ら問題の解決を図れない。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ＣＤ等の記録媒体に記録されている波形データ等の原信号がいわゆる音割れを起こしていても、その音割れを修復してユーザが感じるノイズ感を抑制することが可能な信号処理方法及び装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る情報処理方法及び装置は、入力された音響信号から本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程（手段）と、上記音割れ区間検出工程（手段）にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程（手段）と、上記音割れ修復工程（手段）にて音割れが修復された音響信号の振幅を抑制する振幅抑制工程（手段）とを有する。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る情報処理方法及び装置は、入力された音響信号の振幅を一律に低減する振幅抑制工程（手段）と、上記入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程（手段）と、上記音割れ区間検出工程（手段）にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程（手段）とを有する。

さらに、上述した目的を達成するために、本発明に係る情報処理方法及び装置は、入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程（手段）と、上記音割れ区間検出工程（手段）にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程（手段）と、上記音割れ修復工程（手段）にて音割れが修復された音響信号の量子化ビット数を増加させる量子化ビット数変更工程（手段）とを有する。

このような情報処理方法及び装置では、入力された音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復し、音割れが修復された音響信号の振幅を抑制する手法、入力された音響信号の振幅を一律に抑制し、その音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復する手法、又は入力された音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復し、音割れが修復された音響信号の量子化ビット数を増加させる手法により、音割れを軽減する。

本発明に係る情報処理方法及び装置によれば、入力された音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復し、音割れが修復された音響信号の振幅を抑制する手法、入力された音響信号の振幅を一律に抑制し、その音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復する手法、又は入力された音響信号の音割れ区間を検出して音割れ区間の音響信号を修復し、音割れが修復された音響信号の量子化ビット数を増加させる手法を用いることにより、元の音響信号が音割れを起こしていても、音割れが軽減された音楽を記録し、再生することが可能となる。また、符号化して記録媒体に記録する際には、さらに符号化効率や音質が向上し、符号化された音響信号を復号化して再生する際には、さらに符号化・復号化処理の簡素化が可能となる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、第１の実施の形態における再生装置（例えばＣＤ（Compact Disc）プレーヤ等）の概略構成を図１に示す。図１に示す再生装置１０は、着脱可能とされた、或いは該再生装置１０に内蔵された記録媒体１１に記録されている信号を読み出し、その音割れを修復して外部に出力する機能を有する。具体的に、記録媒体１１から読み出された信号は、音割れ修復部１２に入力されて音割れが修復された後、デジタル信号のまま再生装置１０の外部に出力される。このデジタル信号は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換部１６によってアナログ信号に変換されて再生装置１０の外部に出力されてもよい。

ここで、音割れ修復部１２は、音割れ区間検出部１３と、音割れ区間修復部１４と、コンプレッション部１５とから構成される。音割れ区間検出部１３は、記録媒体１１から入力された信号の音割れ区間を特定する。この音割れ区間の特定とは、例えば図２に示すように、信号区間ａ１〜ａ６を特定することである。具体的手法としては、例えば振幅の絶対値が最大になっている信号区間を音割れ区間とする手法が挙げられる。但し、信号一般にこの区間を厳密に特定することは困難であり、信号区間ａ１〜ａ６を含む多少広めの区間で代用しても構わない。音割れ区間検出部１３は、検出した音割れ区間に関する音割れ区間情報を音割れ区間修復部１４に供給する。

音割れ区間修復部１４は、音割れ区間検出部１３から供給された音割れ区間情報に基づいて、音割れ区間の音割れ修復を行う。音割れ区間の音割れ修復には、例えば公知の補間技術が適用可能である。補間技術の適用とは、図２において音割れ区間ａ１〜ａ６を特定した後、その音割れ区間ａ１〜ａ６を図３の信号欠落区間ｂ１〜ｂ６のように波形が欠落した信号として考え、その信号欠落区間を公知の補間技術によって補間するという方法である。具体的には、例えば線形予測を利用したり、予め用意された波形パターンを当てはめたりすることができる。但し、必ずしも図２の音割れ区間ａ１〜ａ６を図３の信号欠落区間ｂ１〜ｂ６のように実際に置き換えてから処理しなくてもよい。要は、音割れ区間の波形を可能な限り不快感なく聴こえるように修復すること、理想的には前述した図４０の区間信号ｐ１〜ｐ６に近づけることが実現されればよい。音割れ区間修復部１４は、音割れ区間を修復した信号をコンプレッション部１５に供給する。

ここで、音割れ区間修復部１４からコンプレッション部１５に供給される信号は、例えば前述した図４０のように記録媒体１１の量子化ビット数で表現できる範囲を超えている可能性が高い。この範囲を超えたために信号区間ｐ１〜ｐ６にて音割れが発生したと考えられるからである。このように量子化ビット数を超えた信号のままでは再度音割れを起こしてしまい、音割れ修復が無意味になる可能性が高い。そこで、コンプレッション部１５は、図４２及び図４３にて示したように、音割れ区間修復部１４で音割れが修復された信号に対してコンプレッション処理を行う。このコンプレッション処理は、公知のコンプレッション技術が適用可能である。コンプレッション部１５は、コンプレッション処理後の信号を音割れ修復部１２の出力信号として出力する。

上述した再生装置１０の処理を図４のフローチャートに示す。先ずステップＳ１において、記録媒体１１上の信号を再生し、ステップＳ２において、再生した信号の音割れ区間を検出する。続いてステップＳ３において、この検出された音割れ区間についての音割れ区間情報を用いて音割れ区間の信号を修復する。ステップＳ４では、音割れが修復された信号をコンプレッション処理し、ステップＳ５では、処理信号を再生装置１０の外部に出力する。そしてステップＳ６では、記録媒体１１上に再生すべき信号がまだ存在するか否かを判断し、再生すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ１に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。

以上のように、第１の実施の形態における再生装置１０によれば、記録媒体１１上の信号の音割れ区間を検出し、その音割れ区間を修復した後にコンプレッション処理を行うようにしているため、原信号が音割れを起こしている場合であっても、ユーザが感じるノイズ感を抑制することができる。

次に、第２の実施の形態における再生装置（例えばＣＤプレーヤ等）の概略構成を図５に示す。図５に示す再生装置２０は、基本構造を図１に示した再生装置１０と同様とするが、音割れ区間修復部２４の後段に振幅抑制部２５を有する点に特徴を有している。なお、音割れ区間検出部２３、音割れ区間修復部２４、コンプレッション部２６及びデジタル／アナログ変換部２７における処理は、それぞれ図１における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

ここで、コンプレッション処理は、量子化ビット数の範囲を超えた信号を聴感上不快感のないように変更する信号処理であるものの、信号の波形を歪める処理となる。これを避けるため、図５に示す再生装置２０では、音割れ区間修復部２４の後処理として振幅抑制処理を行う。具体的には、振幅抑制部２５に供給される信号の振幅を例えば６ｄＢ下げるなど一律に小さくする。この結果、再生装置２０から出力される信号を他の記録媒体に記録する場合には録音レベルが下がるという問題があるものの、出力信号をスピーカ等で聴く場合などには歪みの少ない音を聴くことが可能となる。

なお、振幅抑制部２５に供給される信号に対して振幅抑制量が少ない場合には、振幅抑制部２５にて一律に信号振幅を下げた後の信号が再度音割れを起こす場合が考えられる。この場合には、振幅抑制部２５の振幅抑制量をさらに増大させるという対策や、コンプレッション部２６のコンプレッション処理を併用するという対策等を行うことでさらなる音割れを防ぐことが可能である。振幅抑制部２５の振幅抑制で音割れ防止効果が十分である場合や再度の音割れを容認する場合等には、コンプレッション部２６を設置しない構成とすることも可能である。

上述した再生装置２０の処理を図６のフローチャートに示す。先ずステップＳ１０において、記録媒体２１上の信号を再生する。次にステップＳ１１において、再生された信号の音割れ区間を検出する。続いてステップＳ１２において、検出された音割れ区間についての音割れ区間情報を用いて音割れ区間の信号を修復する。ステップＳ１３では、音割れが修復された信号に対して一律な振幅抑制処理を行う。この振幅抑制処理によってもなお音割れが起きる場合には、振幅抑制量を変更して振幅抑制処理をやり直してもよく、ステップＳ１４でコンプレッション処理を行ってもよい。ステップＳ１５では、処理信号を再生装置２０の外部に出力する。そしてステップＳ１６では、記録媒体２１上に再生すべき信号がまだ存在するか否かを判断し、再生すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ１０に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。

以上のように、第２の実施の形態における再生装置２０によれば、音割れ区間を修復した後にコンプレッション処理の代わりとして、或いはコンプレッション処理と併用して振幅抑制処理を行うことで、歪みの少ない音を再生することが可能となる。

次に、第３の実施の形態における再生装置（例えばＣＤプレーヤ等）の概略構成を図７に示す。図７に示す再生装置３０は、基本構造を図５に示した再生装置２０と同様とするが、音割れ区間検出部３４の前段に振幅抑制部３３を有する点に特徴を有している。なお、再生装置３０の各ブロックにおける処理は、それぞれ図５における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

この再生装置３０では、図７に示すように音割れ区間検出部３４の前段に振幅抑制部３３を設けているため、音割れ区間修復部３５の出力信号が記録媒体３１の量子化ビット数で表現できる振幅範囲を超えることを未然に防ぐことが可能となる。

なお、振幅抑制部３３に供給される信号に対して振幅抑制量が少ない場合には、音割れ区間修復部３５からの出力信号が再度音割れを起こす場合が考えられる。この場合には、振幅抑制部３３の振幅抑制量をさらに増大させるという対策や、コンプレッション部３６のコンプレッション処理を併用するという対策等を行うことでさらなる音割れを防ぐことが可能である。振幅抑制部３３の振幅抑制で音割れ防止効果が十分である場合や再度の音割れを容認する場合等には、コンプレッション部３６を設置しない構成とすることも可能である。

上述した再生装置３０の処理を図８のフローチャートに示す。先ずステップＳ２０において、記録媒体３１上の信号を再生し、ステップＳ２１において、再生された信号に対して一律な振幅抑制処理を行う。続いてステップＳ２２において、振幅抑制された信号の音割れ区間を検出し、ステップＳ２３では、検出された音割れ区間についての音割れ区間情報を用いて音割れ区間の信号を修復する。この音割れが修復された信号が再度音割れを起こす場合には、振幅抑制量を変更して振幅抑制処理をやり直してもよく、ステップＳ２４でコンプレッション処理を行ってもよい。ステップＳ２５では、処理信号を再生装置３０の外部に出力する。そしてステップＳ２６では、記録媒体３１上に再生すべき信号がまだ存在するか否かを判断し、再生すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ２０に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。

以上のように、第３の実施の形態における再生装置３０によれば、音割れ区間を修復する前にコンプレッション処理の代わりとして、或いはコンプレッション処理と併用して振幅抑制処理を行うことで、歪みの少ない音を再生することが可能となる。

次に、第４の実施の形態における再生装置（例えばＣＤプレーヤ等）について、図１を参照しながら説明する。この第４の実施の形態における再生装置は、記録媒体１１に記録されている量子化ビット数よりも多い量子化ビット数で信号を出力する点に特徴を有している。

ここで、ＣＤの量子化ビット数が１６ビットであるように、現在最も普及しているデジタル信号の量子化ビット数は１６ビットである。これに対して近年１６ビットよりも多いビット数で量子化を行うことも一般的になってきている。低ビット数で量子化された信号から高ビット数で量子化された信号に変換する場合、通常は図９のようにＭＳＢ（Most Significant Bit：最上位ビット）を揃えて各ビットの値を割り当てる。これに対して図１０のようにＬＳＢ（Least Significant Bit：最下位ビット）を揃えて各ビットの値を割り当てれば、ＭＳＢ側の余った各ビットを音割れ修復信号に利用できる。このデジタル信号は、デジタル／アナログ変換部１６によってアナログ信号に変換されて再生装置１０の外部に出力されてもよい。

以上のように、第４の実施の形態における再生装置によれば、音割れ区間以外の信号について全く変更することなく、記録媒体１１に記録されたままの波形を出力することが可能となる。

なお、本実施の形態では第１の実施の形態における再生装置１０と同様の構成として説明したが、第２，３の実施の形態における再生装置２０，３０のように振幅抑制部２５，３３を設ける構成であっても構わない。これにより、第２，３の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。この場合、上述したように、コンプレッション部２６，３６を設置しない構成とすることも可能である。

次に、第５の実施の形態における記録装置（例えばＣＤ−Ｒ（CD-Recordable）レコーダ等）の概略構成を図１１に示す。図１１に示す記録装置４０は、デジタル入力された信号の音割れを修復し、着脱可能とされた、或いは該記録装置４０に内蔵された記録媒体４６に記録する機能を有する。具体的に、記録装置４０に入力された信号は、音割れ修復部４２に入力され、音割れが修復された後、記録媒体４６に記録される。入力信号は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部４１によってアナログ信号をデジタル信号に変換した信号であってもよい。なお、音割れ修復部４２内の各ブロックにおける処理は、図１の音割れ修復部１２内における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

上述した記録装置４０の処理を図１２のフローチャートに示す。先ずステップＳ３０において、外部から記録すべき信号を入力し、ステップＳ３１において、入力された信号について音割れ区間を検出する。続いてステップＳ３２において、検出された音割れ区間の音割れ区間情報に基づいて音割れ区間の信号の修復を行う。ステップＳ３３では、必要に応じてコンプレッション処理を行う。ステップＳ３４では、記録媒体４６に記録を行う。そしてステップＳ３５では、記録すべき入力信号がまだ存在するか否かを判断し、記録すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ３０に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。なお、記録媒体４６の記録可能残量がなくなった場合にも処理を終了する。

以上のように、第５の実施の形態における記録装置４０によれば、例えば音割れを起こしているＣＤを他の再生装置で再生した場合のように入力信号が音割れを起こしている場合であっても、音割れが軽減された信号を記録媒体４６に記録することが可能となる。

なお、この記録装置４０においても、第２，３の実施の形態における再生装置２０，３０のように振幅抑制部２５，３３を設けることができる。これにより、第２，３の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。また、第４の実施の形態における再生装置のように、記録装置４０においても入力信号の量子化ビット数よりも多い量子化ビット数で記録媒体４６に記録することも可能である。これにより、第４の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。

次に、第６の実施の形態における記録装置（例えばＭＤ（MiniDisc：商標）レコーダ等）の概略構成を図１３に示す。図１３に示す記録装置５０は、基本構造を図１１に示した記録装置４０と同様とするが、音割れ修復部５２の後段に符号化部５６を設け、符号化信号を記録媒体５７に記録することに特徴を有している。なお、記録装置５０の符号化部５６以外の各ブロックにおける処理は、それぞれ図１１における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

ここで、符号化方式としては多種多様な方式が提案されているが、その殆どが情報の偏りを利用したり人間の聴覚の特性を利用したりするものである。

そこで、以下では先ず、図１４乃至図１９を参照しながら、情報の偏りを利用した符号化方式の例と音割れを起こした場合の問題点とについて説明する。
例えば図１４に示すような正弦波を離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform：ＤＦＴ）したときの周波数スペクトルは図１５のように表される。図１４のように時間領域で信号を表現した場合、この信号を表現するためには各サンプリング時点におけるサンプル値を記録することになる。これに対して、図１５のように周波数領域で信号を表現した場合、この信号を表現するためには周波数ｃ１及び位相情報（図示せず）の２つの情報のみを記録すればよいことになる。

図１４の正弦波よりも振幅が１割程度大きいために音割れを起こした例を図１６に示し、図１６の信号をＤＦＴしたときの周波数スペクトルを図１７に示す。図１７から分かるように、図１５における周波数ｃ１に相当する周波数ｄ１以外にも多数の周波数ｄ２が存在している。図１５では周波数ｃ１のみが存在していたために、記録するデータは周波数ｃ１及びその位相情報のみであったが、図１７では周波数ｄ１以外に多数の周波数ｄ２とそれらの位相情報とを記録しなければならない。

同様に、図１４の正弦波よりも振幅が３割程度大きいために音割れを起こした例を図１８に示し、図１８の信号をＤＦＴしたときの周波数スペクトルを図１９に示す。図１９から分かるように、図１５の周波数ｃ１に相当する周波数ｅ１以外の多数の周波数ｅ２が、図１７の周波数ｄ２よりも増大している。

このように、信号が音割れを起こしている場合には、音割れを起こす前の原信号よりも多数の周波数を含むことになり、符号化効率が悪くなるという問題がある。これは、音割れを起こした部分の信号が矩形波に近づいていることからも容易に予測できる結果である。

次に、図２０乃至図２３を参照しながら、人間の聴覚特性を利用した符号化方式の例と音割れを起こした場合の問題点とについて説明する。
図２０に示す信号は２つの正弦波を重ねたものであり、図２１は図２０の信号が信号区間ｆ１〜ｆ４において音割れを起こした例である。また、図２１に示した信号をＤＦＴしたときの周波数スペクトルは図２２のようになる。音割れを起こす前の信号は２つの正弦波を重ねたものであり、図１５のように周波数領域では２つの周波数ｇ１によって表現されるものである。しかしながら、音割れを起こしているため、図１７と同様に多数の周波数ｇ２が存在している。

一般に音割れを起こしていない音響信号は低周波にスペクトルが集まる傾向があり、また人間の聴覚は高周波に鈍感であることから、符号化の際に高周波の振幅をゼロに置き換える操作がしばしば行われる。この処理を図２２のスペクトルに適用すると、例えば周波数ｇ３をゼロに置き換える結果、図２３に示すようになる。音割れを起こしていない信号の場合、この処理を行っても高周波成分が元々少ないために聴感上の影響は少ないが、音割れを起こしている信号の場合、高周波成分を多量に含んでいるため、この処理は聴感上の影響を大きくする。

例えば、図２１の信号をＤＦＴし、図２３のように高周波成分をゼロに置き換え、逆離散フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transform：ＩＤＦＴ）した信号と、図２１の信号との差分は図２４のようになる。図２４から分かるように、差分区間ｈ１〜ｈ５は音割れ区間でない区間の差分であるにも拘わらず、差分値がゼロになっていない。したがって、音割れを起こした信号を符号化処理した場合、音割れ区間外にもこのような聴感上の影響をもたらすという問題がある。

そこで、本実施の形態における記録装置５０は、符号化部５６の前段に音割れ修復部５２を設けており、符号化処理を行う前に音割れを可能な限り修復して、これらの悪影響を軽減する。

上述した記録装置５０の処理を図２５のフローチャートに示す。先ずステップＳ４０において、外部から記録すべき信号を入力し、ステップＳ４１において、入力された信号について音割れ区間を検出する。続いてステップＳ４２において、検出された音割れ区間の音割れ区間情報に基づいて音割れ区間の信号の修復を行い、ステップＳ４３では、必要に応じてコンプレッション処理を行う。ステップＳ４４では、符号化処理を行い、ステップＳ４５では、記録媒体５７に記録を行う。そしてステップＳ４６では、記録すべき入力信号がまだ存在するか否かを判断し、記録すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ４０に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。なお、記録媒体５７の記録可能残量がなくなった場合にも処理を終了する。

以上のように、第６の実施の形態における記録装置５０によれば、符号化信号を記録媒体５７に記録する際に、符号化の前処理として音割れ修復処理を行うことにより、上述したような原信号の音割れによる聴感上の不快感を軽減するという効果に加えて、符号化部５６での符号化効率を向上させ、また音質を向上させることができるという効果が得られる。

なお、この記録装置５０においても、第２，３の実施の形態における再生装置２０，３０のように振幅抑制部２５，３３を設けることができる。これにより、第２，３の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。また、第４の実施の形態における再生装置のように、記録装置５０においても入力信号の量子化ビット数よりも多い量子化ビット数で記録媒体４６に記録することも可能である。これにより、第４の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。

次に、第７の実施の形態における再生装置（例えばＭＤ（MiniDisc：商標）プレーヤ等）の概略構成を図２６に示す。図２６に示す再生装置６０は、基本構造を図１に示した再生装置１０と同様とするが、音割れ修復部６３の前段に復号化部６２を設け、記録媒体６１に記録された信号を復号化することに特徴を有している。なお、再生装置６０の復号化部６２以外の各ブロックにおける処理は、それぞれ図１における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

ここで、この再生装置６０で復号化して再生しようとしている信号は、符号化されて記録媒体６１に記録されたものであるが、この符号化・復号化処理によって、信号に音割れが起こる場合がある。以下、具体的に説明する。

図２７は、図２８（Ａ）〜（Ｃ）に示す３つの正弦波の合成波である。この図２７に示す信号を符号化することを考える。図２７の信号を構成する図２８に示す３つの正弦波の中で、図２８（Ｃ）に示す正弦波の振幅が最も小さく、重要でない可能性がある。そこで、図２７の信号を図２８（Ａ）、（Ｂ）の２つの信号の合成波として表現することとする。しかしながら、このような信号を符号化した信号を復号化すると、その信号の波形は図２９のように音割れを起こしたものとなる。なお、この例以外に、符号化・復号化の際の演算精度が原因で音割れを起こす場合等もある。

このような符号化・復号化処理によって起こる音割れを防ぐ手法としては、符号化の際に一旦復号化し、音割れを起こすか否かを調べる手法が考えられる。この場合の符号化処理について図３０のフローチャートに示す。先ずステップＳ５０において、符号化処理する信号を入力し、ステップＳ５１において、その入力信号を符号化する。続いてステップＳ５２において、符号化された信号を一旦復号化し、ステップＳ５３において、復号化された信号が音割れを起こしているか否かを調べる。このステップＳ５３において、音割れを起こしている場合（Yes）にはステップＳ５１に戻り、符号化処理の設定を変更して再度符号化処理を行う。一方、音割れを起こしていない場合（No）にはステップＳ５４に進み、ステップＳ５１で符号化した信号を記録媒体に記録する。そして、ステップＳ５５では、記録すべき信号がまだ存在するか否かを判断し、記録すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ５０に戻って処理を繰り返す。一方、記録すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。なお、記録媒体の記録可能残量がなくなった場合にも処理を終了する。

このように、符号化処理した信号を一旦復号化して音割れの状態を確認することで、符号化・復号化処理による新たな音割れの発生を防止することが可能であるものの、符号化処理が煩雑なものとなったり、音割れが起きないようにするために符号化効率の低下を招いたりする可能性がある。

そこで、本実施の形態における再生装置６０では、符号化信号の復号化処理の後処理として音割れ修復部６３を設けることで、符号化・復号化処理された信号が音割れを起こす問題を解決できる。さらに、符号化・復号化処理中に音割れが発生した際には後段の音割れ修復部６３にその修復を任せることを前提とすることで、符号化・復号化処理を簡単な構成にしたり、符号化効率を向上させたりすることが可能である。

上述した再生装置６０の処理を図３１のフローチャートに示す。先ずステップＳ６０において、記録媒体６１上の信号を再生する。次にステップＳ６１において、再生された信号を復号化する。続いてステップＳ６２において、復号化された信号の音割れ区間を検出し、ステップＳ６３において、この検出された音割れ区間についての音割れ区間情報を用いて音割れ区間の信号を修復する。ステップＳ６４では、音割れが修復された信号をコンプレッション処理し、ステップＳ６５では、処理信号を再生装置６０の外部に出力する。そしてステップＳ６６では、記録媒体６１上に再生すべき信号がまだ存在するか否かを判断し、再生すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ６０に戻って処理を繰り返す。一方、再生すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。

以上のように、第７の実施の形態における再生装置６０によれば、符号化信号を復号化する際に、復号化処理の後処理として音割れ修復処理を行うことにより、符号化前の原信号に元々含まれていた音割れによる聴感上の不快感を軽減するという効果に加えて、符号化・復号化処理の際に新たに発生する音割れによる聴感上の不快感を軽減する効果や、符号化・復号化処理の際に音割れが発生しないようにするために符号化・復号化処理が煩雑になったり符号化効率が低下したりすることを防ぐ効果が得られる。

なお、この再生装置６０においても、第２，３の実施の形態における再生装置２０，３０のように振幅抑制部２５，３３を設けることができる。これにより、第２，３の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。また、第４の実施の形態における再生装置のように、再生装置６０においても、記録媒体６１に記録されている量子化ビット数よりも多い量子化ビット数で信号を出力することも可能である。これにより、第４の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。

次に、第８の実施の形態におけるネットワーク（放送・通信・ＬＡＮ（Local Area Network）等）を利用した記録再生装置の概略構成を図３２に示す。なお、記録再生装置７０の音割れ修復部７２における処理は、図１等における同名称のブロックと同様であるため、詳細な説明を省略する。

この記録再生装置７０は、放送受信機器７７ａや無線通信機７７ｂ、ＬＡＮ機器７７ｃからデジタル入力された信号の音割れ修復機能を有する。入力された信号は、記録媒体７１ａに一旦記録し、そこから読み出す形式であっても、記録媒体７１ａに記録せずに直接処理する形式であってもよい。具体的に、記録再生装置７０に入力された信号は、音割れ修復部７２に入力され、上述したように音割れ修復された後、デジタル／アナログ変換部７６でアナログ信号に変換され、スピーカ７８ｄでユーザが聴ける状態にされる。なお、音割れ修復後、記録媒体７１ｂに一旦記録し、そこから読み出す形式であっても、記録媒体７１ｂに記録せずに直接出力する形式であってもよい。この構成例では、例えばユーザが所望のウェブサイトからダウンロード或いはストリーミングによって得た音楽データ、デジタル放送によって得た音楽データの音割れをリアルタイムで修復し、音割れが修復された音楽を楽しむといったことが可能となる。

さらに、音割れを修復したデータを、放送送信機器７８ａや無線通信機器７８ｂ、ＬＡＮ機器７８ｃによって出力する構成とすることも可能である。この構成例では、記録再生装置７０を音割れ修復サーバのように使用することが可能である。つまり、記録再生装置７０で音割れが修復されたデータが放送送信機器７８ａ、無線通信機器７８ｂ、ＬＡＮ機器７８ｃから出力されることにより、音割れ修復機能を持たない他の再生装置であっても、音割れが修復された音楽を楽しむことが可能となる。

上述した記録再生装置７０の処理を図３３のフローチャートに示す。先ずステップＳ７０において、外部から信号を入力し、ステップＳ７１において、入力された信号の音割れ区間を検出する。続いてステップＳ７２において、この検出された音割れ区間についての音割れ区間情報を用いて音割れ区間の信号を修復する。ステップ７３では、音割れが修復された信号をコンプレッション処理し、ステップＳ７４では、処理信号を再生装置１０の外部に出力する。そしてステップＳ７５では、処理すべき入力信号がまだ存在するか否かを判断し、処理すべき信号がまだ存在する場合（Yes）にはステップＳ７０に戻って処理を繰り返す。一方、処理すべき信号が存在していない場合（No）には処理を終了する。

以上のように、第８の実施の形態における記録再生装置７０によれば、例えばユーザが所望のウェブサイトからダウンロード或いはストリーミングによって得た音響信号、デジタル放送によって得た音響信号の音割れをリアルタイムで修復し、音割れが修復された音楽を楽しむことや、音割れ修復機能を持たない他の再生装置に対して、音割れを修復した音響信号を出力することができる。

なお、この記録再生装置７０においても、第２，３の実施の形態における再生装置２０，３０のように振幅抑制部２５，３３を設けることができる。これにより、第２，３の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。また、第４の実施の形態における再生装置のように、記録再生装置７０においても入力信号の量子化ビット数よりも多い量子化ビット数で記録媒体７１ａ，７１ｂに記録することも可能である。これにより、第４の実施の形態で例示した効果と同様な効果が得られる。

以上、第１乃至第８の実施の形態を通して本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

元の音響信号が音割れを起こしていても音割れが軽減された音楽を記録し、再生することができる。また、符号化して記録する際には、さらに符号化効率や音質が向上し、符号化された音響信号を復号化して再生する際には、さらに符号化・復号化処理の簡素化が可能となる。

第１の実施の形態における再生装置の概略構成を説明する図である。 音割れした波形データの一例を示す図である。 図２の波形データにおける音割れ区間を信号欠落区間とした様子を示す図である。 同再生装置の処理を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態における再生装置の概略構成を説明する図である。 同再生装置の処理を説明するフローチャートである。 第３の実施の形態における再生装置の概略構成を説明する図である。 同再生装置の処理を説明するフローチャートである。 低ビット数で量子化された信号から高ビット数で量子化された信号に変換する場合の従来例を示す図である。 第４の実施の形態において、低ビット数で量子化された信号から高ビット数で量子化された信号に変換する場合の例を示す図である。 第５の実施の形態における記録装置の概略構成を説明する図である。 同記録装置の処理を説明するフローチャートである。 第６の実施の形態における記録装置の概略構成を説明する図である。 正弦波の一例を示す図である。 図１４の正弦波を離散フーリエ変換したときの周波数スペクトルを示す図である。 図１４の正弦波よりも振幅が１割程度大きい正弦波を示す図である。 図１６の正弦波を離散フーリエ変換したときの周波数スペクトルを示す図である。 図１４の正弦波よりも振幅が３割程度大きい正弦波を示す図である。 図１８の正弦波を離散フーリエ変換したときの周波数スペクトルを示す図である。 ２つの正弦波を重ねた信号の例を示す図である。 図２０の信号が音割れを起こしている様子を示す図である。 図２１の信号を離散フーリエ変換したときの周波数スペクトルを示す図である。 図２２の信号の高周波成分をゼロに置き換えた様子を示す図である。 図２１の信号を離散フーリエ変換し、高周波成分をゼロに置き換えて逆離散フーリエ変換した信号と図２１の信号との差分を示す図である。 同記録装置の処理を説明するフローチャートである。 第７の実施の形態における再生装置の概略構成を説明する図である。 ３つの正弦波を重ねた信号の例を示す図である。 図２７の信号を構成する３つの正弦波を示す図である。 図２８（Ａ）及び（Ｂ）の正弦波を重ねた信号を符号化し、復号化した場合の音割れを起こした信号の例を示す図である。 符号化後の音割れを防止する際の符号化処理の一例を説明するフローチャートである。 同再生装置の処理を説明するフローチャートである。 第８の実施の形態における記録再生装置の概略構成を説明する図である。 同記録再生装置の処理を説明するフローチャートである。 アナログ信号の標本化及び量子化を説明する図であり、同図（Ａ）は、アナログ信号の一例を示し、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す信号の標本化を示し、同図（Ｃ）は、同図（Ｂ）に示す信号の量子化を示す。 １６ビットで量子化された信号の一例を示す図である。 図３５の信号を６ｄＢだけ増幅した信号を示す図である。 図３５の信号を９ｄＢだけ増幅した信号を示す図である。 図３５の信号の一部区間を拡大して示す図である。 図３６の信号の一部区間を拡大して示す図である。 音割れが起こる原理を説明するための図である。 アナログ信号を記録媒体に記録する際の従来の音割れ防止処理例を説明する図である。 コンプレッション処理後の波形データの一例を示す図である。 コンプレッション処理の方法を説明する図である。 記録媒体に記録された信号を編集する際の従来の音割れ防止処理例を説明する図である。

符号の説明

１０ 再生装置、１１ 記録媒体、１２ 音割れ修復部、１３ 音割れ区間検出部、１４ 音割れ区間修復部、１５ コンプレッション部、２０ 再生装置、２１ 記録媒体、２２ 音割れ修復部、２３ 音割れ区間検出部、２４ 音割れ区間修復部、２５ 振幅抑制部、２６ コンプレッション部、３０ 再生装置、３１ 記録媒体、３２ 音割れ修復部、３３ 振幅抑制部、３４ 音割れ区間検出部、３５ 音割れ区間修復部、３６ コンプレッション部、４０ 記録装置、４２ 音割れ修復部、４３ 音割れ区間検出部、４４ 音割れ区間修復部、４５ コンプレッション部、４６ 記録媒体、５０ 記録装置、５２ 音割れ修復部、５３ 音割れ区間検出部、５４ 音割れ区間修復部、５５ コンプレッション部、５６ 符号化部、５７ 記録媒体、６０ 再生装置、６１ 記録媒体、６２ 復号化部、６３ 音割れ修復部、６４ 音割れ区間検出部、６５ 音割れ区間修復部、６６ コンプレッション部、７０ 記録再生装置、７１ａ，７１ｂ 記録媒体、７２ 音割れ修復部、７３ 音割れ区間検出部、７４ 音割れ区間修復部、７５ コンプレッション部

Claims (22)

1. 入力された音響信号から本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程と、
   上記音割れ区間検出工程にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程と、
   上記音割れ修復工程にて音割れが修復された音響信号の振幅を抑制する振幅抑制工程と
   を有することを特徴とする信号処理方法。
2. 上記音割れ修復工程では、上記音割れ区間を信号が欠落した信号欠落区間と見なし、当該信号欠落区間を補間することで、上記音割れ区間の音響信号を修復することを特徴とする請求項１記載の信号処理方法。
3. 上記振幅抑制工程では、一律な振幅低減処理及び／又はコンプレッション処理によって振幅を抑制することを特徴とする請求項１記載の信号処理方法。
4. 上記入力された音響信号は、記録媒体から読み出されたものであることを特徴とする請求項１記載の信号処理方法。
5. 上記記録媒体は、着脱可能とされていることを特徴とする請求項４記載の信号処理方法。
6. 上記入力された音響信号は、符号化されたものであり、当該符号化された音響信号を復号化する復号化工程をさらに有し、
   上記音割れ区間検出工程では、復号化された音響信号における上記音割れ区間を検出する
   ことを特徴とする請求項４記載の信号処理方法。
7. 上記振幅抑制工程にて振幅が抑制された音響信号を記録媒体に記録する記録工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の信号処理方法。
8. 上記振幅抑制工程にて振幅が抑制された音響信号を符号化する符号化工程をさらに有し、
   上記記録工程では、符号化された上記音響信号を上記記録媒体に記録する
   ことを特徴とする請求項７記載の信号処理方法。
9. 入力された音響信号の振幅を一律に低減する振幅抑制工程と、
   上記入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程と、
   上記音割れ区間検出工程にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程と
   を有することを特徴とする信号処理方法。
10. 上記音割れ修復工程にて音割れが修復された音響信号に対してコンプレッション処理を行うコンプレッション処理工程をさらに有することを特徴とする請求項９記載の信号処理方法。
11. 入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出工程と、
    上記音割れ区間検出工程にて検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復工程と、
    上記音割れ修復工程にて音割れが修復された音響信号の量子化ビット数を増加させる量子化ビット数変更工程と
    を有することを特徴とする信号処理方法。
12. 入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出手段と、
    上記音割れ区間検出手段によって検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復手段と、
    上記音割れ修復手段によって音割れが修復された音響信号の振幅を抑制する振幅抑制手段と
    を備えることを特徴とする信号処理装置。
13. 上記音割れ修復手段は、上記音割れ区間を信号が欠落した信号欠落区間と見なし、当該信号欠落区間を補間することで、上記音割れ区間の音響信号を修復することを特徴とする請求項１２記載の信号処理装置。
14. 上記振幅抑制手段は、一律な振幅低減処理及び／又はコンプレッション処理によって振幅を抑制することを特徴とする請求項１２記載の信号処理装置。
15. 上記入力された音響信号は、記録媒体から読み出されたものであることを特徴とする請求項１２記載の信号処理装置。
16. 上記記録媒体は、着脱可能とされていることを特徴とする請求項１５記載の信号処理装置。
17. 上記入力された音響信号は、符号化されたものであり、当該符号化された音響信号を復号化する復号化手段をさらに備え、
    上記音割れ区間検出手段は、復号化された音響信号における上記音割れ区間を検出する
    ことを特徴とする請求項１５記載の信号処理装置。
18. 上記振幅抑制手段によって振幅が抑制された音響信号を記録する記録媒体に記録する記録手段をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の信号処理装置。
19. 上記振幅抑制手段によって振幅が抑制された音響信号を符号化する符号化手段をさらに備え、
    上記記録手段は、符号化された上記音響信号を上記記録媒体に記録する
    ことを特徴とする請求項１８記載の信号処理装置。
20. 入力された音響信号の振幅を一律に低減する振幅抑制手段と、
    上記入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出手段と、
    上記音割れ区間検出手段によって検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復手段と
    を備えることを特徴とする信号処理装置。
21. 上記音割れ修復手段によって音割れが修復された音響信号に対してコンプレッション処理を行うコンプレッション処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項２０記載の信号処理装置。
22. 入力された音響信号から、本来の振幅が表現可能な最大振幅以上である音割れ区間を検出する音割れ区間検出手段と、
    上記音割れ区間検出手段によって検出された音割れ区間の音響信号を修復する音割れ修復手段と、
    上記音割れ修復手段によって音割れが修復された音響信号の量子化ビット数を増加させる量子化ビット数変更手段と
    を備えることを特徴とする信号処理装置。

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