JPH08190764A - ディジタル信号処理方法、ディジタル信号処理装置及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力されたディジタルオーディオ信号を帯域
分割フィルタ５で高域と低域とに分割し、高域はそのま
ま領域Ｓ_C のサブ帯域の信号として出力し、低域はノイ
ズシェイピング回路７を介してビット低減回路１０によ
りワード長を短くして領域Ｓ_A のサブ帯域の信号として
出力する。また帯域分割フィルタ５からの低域は、ビッ
ト低減回路１０からの信号が加算器１３で減算され、Ｍ
ＤＣＴ回路２２で変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）さ
れ、ビット配分回路２４でビット配分されて、領域Ｓ_B
のサブ帯域の信号として出力される。 【効果】 低域の雑音を低減するための領域Ｓ_B のサブ
帯域の信号により、音質の劣化を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルオーディオ
等の広帯域のディジタル信号の処理方法、装置及び記録
媒体に関し、帯域を分割して低域から少なくとも１つの
帯域にはストレートＰＣＭ、高域から少なくとも１つは
高能率符号を用いるディジタル信号処理方法、装置及び
記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年においてディジタルオーディオ信号
の記録再生が広く行われるようになってきており、特
に、いわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）やディジタル
オーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）の規格等は、ディ
ジタルオーディオ信号記録再生の標準的な規格として広
く普及している。

【０００３】これらのディジタルオーディオ信号の規格
において、例えばいわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）
においては、サンプリング周波数が４４．１ｋHzと規定
されているため、再生最高周波数は２２．０５ｋHzとな
っている。また、ディジタルオーディオテープレコーダ
（ＤＡＴ）の場合には、サンプリング周波数は３２ｋH
z、４４．１ｋHz、４８ｋHzに規定されており、再生最
高周波数はそれぞれ１６ｋHz、２２．０５ｋHz、２４ｋ
Hzとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、民族音楽の
ガムランやヨーデルボイスといった音源の場合には、上
述したような再生最高周波数を越える周波数成分がかな
り含まれることが分かっており、もはや４４．１ｋHz、
４８ｋHzといったサンプリング周波数では不十分なもの
となってきている。

【０００５】また、近年はディジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）コンバータの精度も向上し、より微弱な信号を扱え
るようになり、ＣＤのの量子化ビット数の１６ビットで
得られるダイナミックレンジ、約９８ｄＢでは不十分な
ものとなってきている。

【０００６】このため、従来よりも例えばサンプリング
周波数を高くしたり量子化ビット数を大きくしたりし
て、音質を改善した信号（すなわち広帯域の信号、ダイ
ナミックレンジの広い信号）を、従来のＣＤの大きさの
ディスク（メディア）に記録することも考えられる。

【０００７】このように、サンプリング周波数を高くし
たり量子化ビット数を大きくしたりして従来のメディア
の大きさにデータを収めるには、例えばディスクのトラ
ックピッチを狭くしたり、ピックアップのレーザの波長
を短くするなどして技術的には可能である。しかし、デ
バイスを変更して記録容量を高めたのでは、従来のメデ
ィアとの互換性が保てなくなり、ソフトウェア市場も混
乱してしまう。

【０００８】そこで、従来のディジタルオーディオ信号
の規格のデバイス、フォーマット等を変更することな
く、従来の規格との互換性を保ったまま、上記再生最高
周波数を越えるサンプリング周波数の音を記録再生する
ために、従来のＣＤの再生帯域はストレートＰＣＭで、
それ以上の帯域は高能率符号を用いることにより、従来
のＣＤの記録容量内に収める信号処理方法、記録再生装
置、メディアの提供が考えられる。このとき、従来のＣ
Ｄフォーマットに収めるために従来のＰＣＭワードを分
割して、従来の再生帯域をストレートＰＣＭで、それ以
上の帯域を高能率符号で記録する。

【０００９】この場合、従来の再生帯域の信号に用いら
れるＰＣＭワードは当然従来のＰＣＭワードより短くな
るので、量子化雑音と呼ばれる誤差による雑音が発生
し、音質の劣化を招く。

【００１０】また、上述したように従来の再生帯域をス
トレートＰＣＭで、それ以上の帯域を高能率符号で記録
する場合に、従来のＰＣＭワードをどの程度分割するか
ということが問題となる。すなわち、帯域分割したと
き、信号によって聴覚的に記録容量に余裕のある部分と
そうでない部分が発生する。余裕のないところでは量子
化ビット数を少なくする（サブワード長を短くする）こ
とで記録容量の少なさをカバーするため、量子化雑音が
目立つところがでてくる。

【００１１】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、ストレートＰＣＭで記録する帯域におけ
る量子化雑音の発生を抑えることができるようなディジ
タル信号処理方法、ディジタル信号処理装置及び記録媒
体の提供を目的とする。

【００１２】具体的には、広帯域オーディオＰＣＭ信号
のようなディジタル信号をＱＭＦなどの帯域分割フィル
タ、あるいはＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いて、少
なくとも２つのサブ帯域に分割し、低域側から少なくと
も１つの帯域の信号についてはストレートＰＣＭ、高域
側から少なくとも１つの帯域の信号についてはエントロ
ピ符号化、非線形量子化などの高能率符号化を行い、ス
トレートＰＣＭワードを聴覚的に冗長となるビット数で
分割して、それぞれの帯域信号を割り当てる信号処理方
法又は装置を前提とし、通常のストレートＰＣＭワード
を分割して、それより短いワード長で従来の帯域をスト
レートＰＣＭで記録することによって発生する量子化雑
音を低減することを目的とするものである。

【００１３】また、本発明の他の目的は、量子化雑音が
目立つところを抑えることができるようなディジタル信
号処理方法、ディジタル信号処理装置及び記録媒体の提
供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るディジタル
信号処理方法又は装置は、入力ディジタル信号の全帯域
を複数のサブ帯域に分割し、各々のサブ帯域を、入力デ
ィジタル信号のワードを分割した複数のサブワードに割
り当てるディジタル信号処理方法又は装置であって、少
なくとも１つの上記サブ帯域についての雑音を低減する
ための情報を、その帯域とは罰の帯域に割り当てられた
サブワードに割り当てることにより、上述の課題を解決
するものである。また、本発明に係る記録媒体は、この
ような信号が記録された記録媒体である。

【００１５】量子化雑音を低減するための情報として、
従来のワード長をもつストレートＰＣＭ信号とワード長
を短くしたストレートＰＣＭ信号との差分（この差分が
量子化雑音に相当する）が考えられる。そこで、この信
号にサブワードを割り当て記録すれば量子化雑音におけ
る音質の劣化は防ぐことができる。しかし、差分信号を
そのまま記録することは情報量的に考えて、従来のワー
ド長で記録することと変わらないため、従来の帯域以上
の信号を記録することが不可能である。そのため、人間
の聴覚的特徴を利用して、音質劣化に影響すると考えら
れる信号成分のみを取り出すことにより、従来の帯域以
上の信号を記録するための領域を確保する。この信号成
分は従来の再生帯域以上の信号とは別のサブワードを割
り当てて記録するか、従来の再生帯域以上の信号とまと
めて記録する。記録する際、聴覚的特徴を利用して取り
出された音質劣化に影響を及ぼす部分だけでもストレー
トＰＣＭのままでは従来の記録容量内ではしきれないの
で、高能率符号などを用いて情報量を圧縮して記録す
る。

【００１６】以上の上記手段により聴感上、ストレート
ＰＣＭで記録する帯域の部分の雑音を低減し、もとのＰ
ＣＭワード長相当の音質確保を実現する。こうして全体
で情報量の圧縮を図りつつ、低域の音質をも保ちながら
高域の情報も織り込むことにより上記の課題を解決す
る。

【００１７】すなわち、本発明に係るディジタル信号処
理方法又は装置は、全帯域を複数のサブ帯域に分割し、
各々をディジタルワードを分割した複数のサブワードに
記録又は伝送する信号処理方法又は装置であって、少な
くとも１つのサブ帯域の雑音を低減することを目的とし
た情報を、その帯域とは別に割り当てられたサブワード
に記録又は伝送することを特徴としている。

【００１８】ここで、上記雑音を低減するための情報
を、雑音を低減する帯域以外の帯域とともに、その帯域
に割り当てられたサブワードに記録又は伝送することが
挙げられる。また、上記サブワード内における雑音を低
減するための情報と雑音を低減する帯域以外の帯域の情
報のビット割り当て比を固定とすることが挙げられ、あ
るいは、上記ビット割り当て比をそれぞれの情報量によ
り可変とすることが挙げられる。

【００１９】また、上記雑音を低減するための情報を、
各々のサブ帯域に割り当てられたサブワードとは別のサ
ブワードを割り当てて、記録、伝送するようにすること
が挙げられる。

【００２０】また、上記サブワードに対するビット数を
可変に配分するようにしてもよい。この場合、上記ビッ
ト配分をサブ帯域情報、および雑音を低減するための情
報により動的に配分することや、複数のワードごとにブ
ロックを形成し、各ブロック毎にビット配分を可変とす
ることが挙げられる。このブロック長を、サブ帯域情
報、および雑音を低減するための情報により可変とする
ことが挙げられ、このブロック長情報をサブワードとと
もに伝送、記録することが挙げられる。さらに、上記ビ
ット配分情報をサブワードとともに伝送、記録すること
が挙げられる。

【００２１】ここで、上記サブ帯域情報は、例えば音響
信号もしくは画像信号である。

【００２２】また、上記雑音を低減する帯域の信号とそ
の信号のストレートＰＣＭでのビットレートより高いビ
ットレートの信号との差分を伝送、記録することや、雑
音を低減する帯域の信号のストレートＰＣＭでのビット
レート以上の信号およびその信号の帯域以外の信号との
差分情報を伝送、記録することが挙げられる。

【００２３】この場合、上記差分情報を高能率符号によ
り伝送、記録することができ、この差分情報を聴覚的情
報を利用して可変ビットレートで伝送、記録、再生する
ことや、この差分情報をエントロピ符号化することによ
り可変ビットレートで伝送、記録、再生することや、こ
の差分情報を線形量子化することにより固定ビットレー
トで伝送、記録、再生することや、この差分情報を非線
形量子化することにより可変ビットレートで伝送、記
録、再生することや、この差分情報を線形予測符号化す
ることにより固定ビットレートで伝送、記録、再生する
ことや、この差分情報をベクトル量子化することにより
固定ビットレートで伝送、記録、再生することが好まし
い。このように処理された信号をさらにエントロピ符号
化したり、聴覚的情報を利用して、精度に重みづけをし
た量子化を行うことが好ましい。

【００２４】また、上記サブワードがサブ帯域あるいは
雑音を低減させる情報のどちらで符号化されたかを表す
情報を、上記サブワードとともに伝送、記録することが
挙げられる。

【００２５】さらに、これらの手法により処理された信
号を記録したメディアから読み出して復号化する際、通
常の読みだし速度よりも速く読み出すことが好ましい。

【００２６】また、上記ブロック長を１つに固定してエ
ントロピを求め、符号化するしたり、上記ブロック長を
少なくとも２つ用意してエントロピを求め、もっとも低
いエントロピとなるブロック長を選択して符号化した
り、上記ブロック長をサブワードとともに伝送、記録す
ることが挙げられる。

【００２７】さらに、上記サブ帯域情報の量子化雑音を
制御することや、上記エントロピ符号化のためのテーブ
ルは符号化の際、更新して、テーブルと符号をまとめて
伝送、記録することが挙げられる。

【００２８】また、サンプリング周波数が４４．１ｋHz
以上、量子化ビット数が１６以上で、再生帯域を２ある
いは３分割して、上述したような特徴を持つ信号処理を
施すことにより、既存のＣＤ用ディジタルオーディオ信
号再生装置とバックワードコンパチビリティを保つよう
にすることが好ましい。この場合、上記サブ帯域に分け
ることにより、再生システムや伝送システムの規模、能
力によって再生できるサブ帯域を選択できるスケーラビ
リティを可能としたシステムを構成することも可能であ
る。

【００２９】また、本発明によるディジタル信号処理方
法、装置は、広帯域信号をＱＭＦなどの帯域分割フィル
タ、あるいはローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて、少
なくとも２つのサブ帯域に分割し、低域側から少なくと
も１つの帯域はストレートＰＣＭ、高域側から少なくと
も１つの帯域をエントロピ符号化、非線形量子化などの
高能率符号化を行い、ストレートＰＣＭワードを聴覚的
に冗長となるビット数で分割して、それぞれの帯域信号
を割り当てる信号処理方法、装置において、聴覚的に冗
長となるビット数に余裕のある部分の記録容量を余裕の
ない部分に割り当てることにより、高能率符号化を行う
帯域の劣化を少なくするものである。

【００３０】パッケージメディア（特にＣＤ）において
は、前処理として高能率符号化して必要な記録容量を一
定の（ある程度長い）区間長の信号において算出するこ
とは可能である。そこで、まず、ある一定長の信号を帯
域分割したのち、それより短い区間（以下ユニットと呼
ぶ）において、高能率符号化すべき信号の必要ビット数
とストレートＰＣＭで記録すべき信号において聴覚的に
冗長で高能率符号を記録可能な容量を全区間において算
出した後、その記録容量と各ユニットで使用可能な記録
容量を記録しておく。各ユニットにおいて、高能率符号
化した信号は使用可能な記録容量に基づいてストレート
ＰＣＭを分割して記録されるが、そのユニットにおける
許容容量になったときストレートＰＣＭとまとめられて
記録される。

【００３１】つまり、許容容量が高能率符号化した信号
よりも下回った場合には、符号化した信号は収められる
だけ収め、記録しきれなかった信号は次のユニットにま
わすことにする。また、許容容量が高能率符号化した信
号よりも上回る場合には、次のユニットにおいて高能率
符号化した信号を待って許容容量がいっぱいになるまで
記録を待つ。

【００３２】このようにすると各ユニットにおいて高能
率符号化した信号は複数ユニットにまたがって記録され
ることになるので、どのぐらいの複数ユニットにまたが
って記録されたかという信号はＣＤにおいてはサブワー
ドを使って記録する。

【００３３】以上の手段により、高能率符号化する信号
の量子化ビット数を一定に保つことで、量子化雑音を低
減し、音質の劣化を防ぐことができ、従来の問題点を解
決する。

【００３４】すなわち、本発明に係るディジタル信号処
理方法、装置又は記録媒体は、全帯域を複数のサブ帯域
に分割し、各々をディジタルワードを分割した複数のサ
ブワードに記録、伝送する信号処理方法、装置におい
て、複数のワードごとにユニットを形成し、ユニット毎
に各サブ帯域の信号を記録するとき、記録すべきサブ帯
域を複数のユニットのサブワードを用いて、あるいは１
つのサブワードに複数ユニットのサブ帯域を記録するこ
とを特徴とする。

【００３５】ここで、各サブ帯域におけるサブワード長
を固定に配分したり、可変に配分したりすることができ
る。また、各サブ帯域におけるサブワード長情報をサブ
ワードとともに伝送、記録することが挙げられる。

【００３６】また、各ユニットのあるサブ帯域に必要な
サブワード長の合計がその帯域に割り当てられるサブワ
ード長の合計を著しく下回るあるいは上回るとき、その
帯域のサブワード長を増減することによって記録効率を
向上することが挙げられ、あるいは、各ユニットのある
サブ帯域に必要なサブワード長の合計がその帯域に割り
当てられるサブワード長の合計を著しく下回るあるいは
上回るとき、その帯域以外のサブワード長を増減するこ
とによって記録効率を向上することが挙げられる。

【００３７】この場合、サブワード長を増減させる装置
を制御する信号をサブワードとともに伝送、記録した
り、サブワード長の合計を示す情報をサブワードととも
に伝送、記録したりすることが挙げられる。

【００３８】また、各サブ帯域に必要なサブワード長を
全ユニットにおいてあらかじめ求めておくことにより、
効率よく各ユニットのサブ帯域にサブワードを割り当て
ることができる。この場合、各サブ帯域のパワーを求め
ることによって必要なサブワード長を求めることや、各
サブ帯域のエントロピを求めることによって必要なサブ
ワード長を求めることや、各サブ帯域の聴覚的に冗長な
部分を求めることによって必要なサブワード長を求める
ことが挙げられる。

【００３９】また、少なくとも１つのサブ帯域情報を、
配分されたサブワードで高能率符号により伝送、記録す
ることが挙げられる。

【００４０】ここで、上記サブ帯域情報が音響信号もし
くは画像信号であることが挙げられる。

【００４１】また、符号化すべきサブ帯域情報をストレ
ートPCMで固定あるいは可変ビットレートで記録、再生
することや、符号化すべきサブ帯域情報をエントロピ符
号化することにより可変ビットレートで記録、再生する
ことや、符号化すべきサブ帯域情報を非線形量子化する
ことにより可変ビットレートで記録、再生することや、
符号化すべきサブ帯域情報を線形予測符号化することに
より固定ビットレートで記録、再生することや、符号化
すべきサブ帯域情報をベクトル量子化することにより固
定ビットレートで記録、再生することが挙げられる。

【００４２】さらに、これらの方法によって処理された
信号をさらにエントロピ符号化することや、処理された
信号を記録した記録媒体から読みだし、復号化する際、
通常の読みだし速度よりも速く読み出すことが挙げられ
る。

【００４３】また、ユニット長を１つに固定してエント
ロピを求め、符号化することが挙げられる。あるいは、
ユニット長を少なくとも２つ用意してエントロピを求
め、もっとも低いエントロピとなるユニット長を選択し
て符号化することが挙げられる。また、この場合のユニ
ット長をサブワードとともに伝送、記録することが挙げ
られる。

【００４４】さらに、エントロピ符号化のためのテーブ
ルは、符号化の際に更新して、テーブルと符号をまとめ
て伝送、記録したり、量子化ビット数に応じて記録、再
生装置に用意しておき、どのテーブルを使用したかを伝
送、記録することが挙げられる。この場合の量子化ビッ
ト数に応じたテーブルは少なくとも２つ用意しておき、
符号化すべきサブ帯域のもつエントロピに応じてテーブ
ルを選択することが挙げられる。

【００４５】さらに、分割したサブ帯域情報を含むサブ
ワードを、低域ほどディジタルワードのＭＳＢ側に設定
して伝送、 記録することが挙げられ、この場合、低域
の信号が集中するＭＳＢ側に重みづけをした誤り訂正符
号をもつことが好ましい。

【００４６】

【作用】雑音を低減する情報を高能率符号を用いてサブ
ワードに割り当てて伝送又は記録しているため、信号品
質の劣化、例えば音質の劣化を防ぐことができる。

【００４７】具体的には、例えば従来のＣＤとの互換性
を保っているために、従来の再生システムにおいては、
ストレートＰＣＭのサブワード部分がフルワードに近い
音質で再生され、本発明による装置を用いたシステムに
おいては、ストレートＰＣＭのサブワード部分に加え、
高能率符号化されたサブワード部分が処理、再生され、
より広帯域の音が再生できる。

【００４８】また、高能率符号化する信号の量子化ビッ
ト数を一定に保つことで、量子化雑音を低減し、音質の
劣化を防ぐことができる。

【００４９】さらに、従来の規格との互換性を保つこと
ができるために、従来の再生システムにおいては、スト
レートＰＣＭのサブワード部分がフルワードに近い音質
で再生され、本発明による装置を用いたシステムにおい
ては、ストレートＰＣＭのサブワード部分に加え、高能
率符号化されたサブワード部分が処理、再生され、より
広帯域の音が再生できる。

【００５０】

【実施例】以下、本発明に係る実施例について図面を参
照しながら説明する。

【００５１】図１は、本発明の実施例が適用されるディ
ジタル信号記録再生システムの概略構成を示すブロック
図であり、（Ａ）は記録側を、（Ｂ）は再生側をそれぞ
れ示している。

【００５２】先ず、図１（Ａ）の記録側において、入力
端子には音声や音響信号などのディジタル信号が入力さ
れる。いわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）において
は、サンプリング周波数は４４．１ｋHz（再生周波数帯
域は２２．０５ｋHz）、量子化ビット数は１６である
が、本発明の実施例が適用される記録再生装置では、高
音質、高忠実再生を目指すために、例えばサンプリング
周波数は８８．２ｋHz（再生周波数帯域は４４．１ｋH
z）、量子化ビット数は２２の信号を扱う。この信号の
もつ情報量は従来のＣＤの信号のもつ情報量に比べて大
きいので、ストレートＰＣＭのまま記録することは不可
能である。そこで、取り扱う信号を、例えば図２に示す
ように、いくつかの領域あるいはサブ帯域に分割してい
る。

【００５３】すなわち、図２の（Ａ）において、領域Ｓ
_A は、周波数帯域が０〜２２．０５ｋHzで、量子化ビッ
ト数が１４の信号を含み、領域Ｓ_B は、周波数帯域が０
〜２２．０５ｋHzで、量子化ビット数２２の信号と上記
領域Ｓ_A との差分信号（量子化精度を基準に帯域分割し
たもの）を含み、領域Ｓ_C は、周波数帯域２２．０５〜
４４．１ｋHzで、量子化ビット数２２の信号を含むよう
に、入力信号あるいは取り扱う信号の全帯域あるいは再
生帯域を分割している。なお、領域Ｓ_A とＳ_Bとの分割
は、領域Ｓ_A 側の量子化ビット数を例えば１２ビットあ
るいは１３ビットとし、領域Ｓ_B 側に量子化ビット数２
２の信号と領域Ｓ_A との差分信号を割り当てるようにし
てもよい。

【００５４】これらの３つの領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C につ
いては、図２の（Ｂ）に示すようにそれぞれをサブ帯域
として、１６ビットを３分割した各サブワードを割り当
てて記録する方法、あるいは、図２の（Ｃ）に示すよう
に、領域Ｓ_B とＳ_C とを併せたものと領域Ｓ_A のみとの
２つのサブ帯域として、１６ビットを２分割した各サブ
ワードをそれぞれ割り当てる方法、といった２種類の再
生帯域の分割が考えられる。

【００５５】ここで、いわゆるコンパクトディスク（Ｃ
Ｄ）フォーマットにおいては、図３の（Ａ）に示すよう
に、フレームＦ０〜Ｆ９７の９８フレームで１ブロック
が構成され、各フレームはそれぞれ図３の（Ｂ）に示す
ように同期信号（ＳＹＮＣ）と誤り訂正符号（ＥＣＣ）
と左右（ＬＲ）の音データと共にサブコードを含む３６
バイトからなり、サブコードは図３の（Ｃ）に示すよう
に予約領域の２ビットと利用領域の６ビットからなる１
バイトで構成されている。上述したような再生帯域分割
のためのフィルタリングや聴覚特性を求めたり、分割し
たサブ帯域を決められたサブワード内に収めるのに必要
とされる高能率符号化の処理のためにある程度長いサン
プル数の入力を要する。よって、再生時の実時間性やデ
ータの読み取りやすさも考慮して、複数ブロック（４〜
８ブロック程度）を１ユニットとして入力とする。

【００５６】この入力信号はまず、図１の再生帯域分割
部１に入力され、上記各領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C に対応す
る３つのサブ帯域、あるいは領域Ｓ_A と領域Ｓ_B ＋Ｓ_C
の２つのサブ帯域に分けられる。これらの２つの場合に
ついて、以下に詳しく説明する。

【００５７】まず、上記各領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C に対応
する３つのサブ帯域に分割する例について図４を参照し
ながら説明する。

【００５８】この図４において、入力端子を介して供給
される上記８８．２ｋＨｚのサンプリング周波数でサン
プリングされて得られた０〜４４．１ｋＨｚの入力信号
は、例えば後述するいわゆるＱＭＦ(Quadrature Mirror
Filter)等に代表される帯域分割フィルタ５に送られ
る。当該帯域分割フィルタ５は、帯域を例えば２等分割
し、サンプル数を１／２にデシメーションして出力す
る。入力信号は、このＱＭＦ等からなる帯域分割フィル
タ５により０〜２２．０５ｋＨｚの帯域（以下低域とい
う）と２２．０５ｋＨｚ〜４４．１ｋＨｚの帯域（以下
高域という）とに分割される。このとき２２．０５ｋＨ
ｚ〜４４．１ｋＨｚの帯域（高域）の出力は低域側に折
り返した形になる。

【００５９】なお、上述した入力ディジタル信号を複数
の周波数帯域に分割する手法として述べたＱＭＦについ
ては、文献「ディジタル・コーディング・オブ・スピー
チ・イン・サブバンズ」("Digital coding of speech i
n subbands" R.E.Crochiere, Bell Syst.Tech. J., Vo
l.55,No.8 1976) に詳しく述べられている。また帯域分
割フィルタとして、文献「ツリー構造サブバンド符号器
のための完全再構成技術」（"Exact Reconstruction Te
chniques forTree-Structured Subband Coders",Mark
J.T. Smith and Thomas P. Barnwell,IEEE Trans. ASS
P,Vol. ASSP-34 No.3,June 1986,pp. 434-441)に述べら
れているＣＱＦ(Conjugate Quadrature Filters)や、文
献「ポリフェーズ・クァドラチュア・フィルターズ −
新しい帯域分割符号化技術」("Polyphase Quadrature f
ilters -A new subband coding technique", Joseph H.
Rothweiler ICASSP 83, BOSTON)に述べられている等バ
ンド幅のフィルタ分割方法も用いることができる。な
お、上記ＣＱＦは、非直線位相フィルタを用い、信号を
完全に再構成できる。また、ポリフェーズ・クァドラチ
ュア・フィルタにおいては、信号を等バンド幅の複数の
帯域に分割する際に一度に分割できることが特徴となっ
ている。

【００６０】この帯域分割フィルタ５によって分割され
た上記高域の信号は、上記領域Ｓ_Cの信号として、その
まま図１（Ａ）の再生帯域分割部１の出力となる。上記
低域の信号はワード長を短くするので、ノイズシェイピ
ング回路７においてワード長を短くしたことによる量子
化雑音の聴覚的な影響を減少させておく。これは限られ
た語長で記録、再生、伝送等を行う場合、聴感的な音質
の劣化をできるだけ防ぐことを目的としている。なお、
量子化雑音のスペクトルを聴覚的特性に合わせて変更す
るノイズシェイピングの技術の一例を、本件出願人は、
先に特開平２−０２０８１２号公報、特開平２−１８５
５５２号公報、特開平２−１８５５５６号公報に開示し
ている。

【００６１】この図４の例においては、ノイズシェイピ
ングは帯域分割フィルタ５による帯域分割後の処理とし
たが、帯域分割をする前に全帯域においてノイズシェイ
ピングをするようにしてもよい。

【００６２】ノイズシェイピング回路７からの出力は、
ビット低減回路１０に入力される。ここでは入力された
量子化ビット数２２ビットのデータを四捨五入あるいは
切捨てにより１４ビット程度にする。つまり２２ビット
から１４ビットにするには８ビット短くするので、デー
タをそれぞれ２５６で割算すればよい。そして、ここで
得られた１４ビットのデータは、上記領域Ｓ_A のサブ帯
域の信号として、図１の再生帯域分割部１の出力とな
る。

【００６３】加算器１３では、帯域分割フィルタ５で得
られたデータとビット低減回路１０で得られたデータと
の差分を求める。ビット低減回路１０で得られたデータ
は２２ビットから１４ビットに８ビット分短くしたの
で、量子化雑音が発生し、ここで得られた差分だけ音質
が劣化している。よってこの差分にサブワードを割り当
て記録、伝送して、再生側でこの差分をビットを短くし
た低域に加えることにより、ビットを少なくしたことに
よって生じる量子化雑音の影響を低減することができ
る。

【００６４】しかし、差分情報そのままでは割り当てる
ことのできるサブワードの容量は小さいので、何らかの
情報量圧縮を行う必要がある。そこで聴覚的に重要な情
報のみを取り出して記録、伝送すれば、効率的な情報量
圧縮が行える。そのためには帯域分割フィルタ５の低域
の出力をＦＦＴ回路１６に入力し、ハミング窓などの窓
かけ処理を行ったあとＦＦＴ（高速フーリエ変換）し、
時間領域の波形を周波数領域のスペクトルに変換する。
ＦＦＴは計算する際、入力データとして２の階乗のデー
タ数が必要であるが、本システムにおいては入力データ
として複数ブロックを採用しているため、必ずしも２の
階乗のデータ数にならない。そこで、足りないところは
０を入力データとして計算することとする。

【００６５】ＦＦＴ回路１６によって得られたスペクト
ルデータは、後述するマスキング閾値を計算するための
マスキング閾値回路１９に入力される。マスキングス閾
値回路１９では、ＦＦＴ回路１６で求めたスペクトルを
臨界帯域（クリティカルバンド）毎に分割し、いわゆる
マスキング効果等を考慮した各臨界帯域毎の許容雑音量
を求め、許容雑音量を計算する。ここで臨界帯域とは、
人間の聴覚特性を考慮して分割された周波数帯域であ
り、ある純音の周波数近傍の同じ強さの狭帯域バンド雑
音によって当該純音がマスクされるときのその雑音の持
つ帯域のことである。この臨界帯域は、高域ほど帯域幅
が広くなっており、上記低域の全周波数帯域は例えば２
５の臨界帯域に分割されている。

【００６６】次にマスキング閾値回路１９の一具体例の
概略構成について、図５を参照しながら詳細に説明す
る。

【００６７】この図５において、入力端子には上記ＦＦ
Ｔ（高速フーリエ変換）回路１６からの周波数軸上のス
ペクトルデータが供給されている。このデータとして
は、高速フーリエ変換演算をして得られるＦＦＴ係数デ
ータの実数成分と虚数成分とに基づいて算出された振幅
値と位相値のうち、振幅値を用いるようにしている。こ
れは、一般に人間の聴覚は周波数軸上の振幅（レベル、
強度）には敏感であるが位相についてはかなり鈍感であ
ることを考慮したものである。

【００６８】この周波数軸上の入力データは、臨界帯域
毎のパワー算出回路２７に送られ、ここで上記臨界帯域
毎のパワーが求められる。この各バンド毎のパワーの代
わりに、振幅値のピーク値、平均値等を用いることも可
能である。このパワー算出回路２７からの出力として、
例えば各バンドの総和値のスペクトルは、一般にバーク
スペクトルと称されている。図６はこのような各クリテ
ィカルバンド毎のバークスペクトルＳＢを示している。
ただし、この図６では、図示を簡略化するため、上記臨
界帯域のバンド数を１２バンド（Ｂ₁ 〜Ｂ₁₂）で表現し
ている。

【００６９】ここで、上記バークスペクトルＳＢのいわ
ゆるマスキングに於ける影響を考慮するために、このバ
ークスペクトルＳＢに所定の重み付け関数を掛けて加算
するような畳込み（コンボリューション）処理を施す。
このため、上記臨界帯域毎のパワー算出回路２７の出力
すなわちバークスペクトルＳＢの各値は、畳込みフィル
タ２８に送られる。この畳込みフィルタ２８は、例え
ば、入力データを順次遅延させる複数の遅延素子と、こ
れら遅延素子からの出力にフィルタ係数（重み付け関
数）を乗算する複数の乗算器（例えば各バンドに対応す
る２５個の乗算器）と、各乗算器出力の総和をとる総和
加算器とから構成されるものである。この畳込み処理に
より、図６の図中、点線で示す部分の総和がとられる。
なお、上記マスキングとは、人間の聴覚上の特性によ
り、ある信号によって他の信号がマスクされて聞こえな
くなる現象をいうものであり、このマスキング効果に
は、時間軸上のオーディオ信号による時間軸マスキング
効果と、周波数軸上の信号による同時刻マスキング効果
とがある。これらのマスキング効果により、マスキング
される部分に雑音があったとしても、この雑音は聞こえ
ないことになる。このため、実際のオーディオ信号で
は、このマスキングされる範囲内の雑音は許容可能な雑
音とされる。

【００７０】ここで、上記畳込みフィルタ２８の各乗算
器の乗算係数（フィルタ係数）の一具体例を示すと、任
意のバンドに対応する乗算器Ｍの係数を１とするとき、
乗算器Ｍ−１で係数0.15を、乗算器Ｍ−２で係数0.0019
を、乗算器Ｍ−３で係数0.0000086 を、乗算器Ｍ＋１で
係数0.4 を、乗算器Ｍ＋２で係数0.06を、乗算器Ｍ＋３
で係数0.007 を各遅延素子の出力に乗算することによ
り、上記バークスペクトルＳＢの畳込み処理が行われ
る。ただし、Ｍは１〜２５の任意の整数である。

【００７１】次に、上記畳込みフィルタ２８の出力は減
算器２９に送られる。この減算器２９は、上記畳込んだ
領域での後述する許容可能な雑音レベルに対応する雑音
αを求めるものである。なお、当該許容可能な雑音レベ
ル（許容雑音レベル）に対応するレベルαは、後述する
ように、逆コンボリューション処理を行うことによっ
て、臨界帯域の各バンド毎の許容雑音レベルとなるよう
なレベルである。ここで、上記減算器２９には、上記レ
ベルαを求めるための許容関数（マスキングレベルを表
現する関数）が供給される。この許容関数を増減させる
ことで上記レベルαの制御を行っている。この許容関数
は、次に説明するような（ｎ−ａ_i ）関数発生回路３０
から供給されているものである。

【００７２】すなわち、許容雑音レベルに対応するレベ
ルαは、臨界帯域のバンドの低域から順に与えられる番
号をｉとすると、次の（１）式で求めることができる。

【００７３】α＝Ｓ（ｎ−ａ_i） （１） この（１）式において、ｎ，ａは定数でａ＞０、Ｓは畳
込み処理されたバークスペクトルの強度であり、(1) 式
中（ｎ−ａ_i） が許容関数となる。本実施例ではｎ＝３
８，ａ＝１としており、このときの音質劣化はなく、良
好な符号化が行えた。

【００７４】このようにして、上記レベルαが求めら
れ、このデータは、割算器３１に伝送される。この割算
器３１では、上記畳込みされた領域での上記レベルｆｆ
を逆コンボリューションするためのものである。したが
って、この逆コンボリューション処理を行うことによ
り、上記レベルαからマスキングスペクトルが得られる
ようになる。すなわち、このマスキングスペクトルが許
容雑音スペクトルとなる。なお、上記逆コンボリューシ
ョン処理は、複雑な演算を必要とするが、本実施例では
簡略化した割算器３１を用いて逆コンボリューションを
行っている。

【００７５】合成回路３２での合成の際には、最小可聴
カーブ発生回路３５から供給される図７に示すような人
間の聴覚特性であるいわゆる最小可聴カーブＲＣを示す
データと、上記マスキングスペクトルＭＳとを合成する
ことができる。この最小可聴カーブにおいて、雑音絶対
レベルがこの最小可聴カーブ以下ならば雑音は聞こえな
いことになる。この最小可聴カーブは、コーディングが
同じであっても例えば再生時の再生ボリュームの違いで
異なるものとなるが、現実的なディジタルシステムで
は、例えば１６ビットダイナミックレンジへの音楽のは
いり方にはさほど違いがないので、例えば４ｋＨｚ付近
の最も耳に聞こえやすい周波数帯域の量子化雑音が聞こ
えないとすれば、他の周波数帯域ではこの最小可聴カー
ブのレベル以下の量子化雑音は聞こえないと考えられ
る。したがって、このように例えばシステムの持つワー
ドレングスの４ｋＨｚ付近の雑音が聞こえない使い方を
すると仮定し、この最小可聴カーブＲＣとマスキングス
ペクトルＭＳとを共に合成することで許容雑音レベルを
得るようにすると、この場合の許容雑音レベルは、図７
の図中の斜線で示す部分までとすることができるように
なる。なお、本実施例では、上記最小可聴カーブの４ｋ
Ｈｚのレベルを、例えば２０ビット相当の最低レベルに
合わせている。また、この図７は、信号スペクトルＳＳ
も同時に示している。

【００７６】また、許容雑音補正回路３３では、補正情
報出力回路３４から送られてくる例えば等ラウドネスカ
ーブの情報に基づいて、上記合成器３２からの出力にお
ける許容雑音レベルを補正している。ここで、等ラウド
ネスカーブとは、人間の聴覚特性に関する特性曲線であ
り、例えば１ｋＨｚの純音と同じ大きさに聞こえる各周
波数での音の音圧を求めて曲線で結んだもので、ラウド
ネスの等感度曲線とも呼ばれる。またこの等ラウドネス
カーブは、図７に示した最小可聴カーブＲＣとおおむね
同じ曲線を描くものである。この等ラウドネスカーブに
おいては、例えば４ｋＨｚ付近では１ｋＨｚのところよ
り音圧が８〜１０ｄＢ下がっても１ｋＨｚと同じ大きさ
に聞こえ、逆に、１０ｋＨｚ付近では１ｋＨｚでの音圧
よりも約１５ｄＢ高くないと同じ大きさに聞こえない。
このため、上記最小可聴カーブのレベルを越えた雑音
（許容雑音レベル）は、この等ラウドネスカーブに応じ
たカーブで与えられる周波数特性を持つようにするのが
良いことがわかる。このようなことから、上記等ラウド
ネスカーブを考慮して上記許容雑音レベルを補正するこ
とは、人間の聴覚特性に適合していることがわかる。こ
うして求められたマスクされる周波数領域は聴感上冗長
な情報となり、それだけ情報の圧縮が行えることにな
る。

【００７７】再び図４において、加算器１３で得られた
差分情報は、直交変換回路の一例である変形離散コサイ
ン変換（ＭＤＣＴ：Modified Discrete Cosine Transfo
rm）を行うＭＤＣＴ回路６３に送られる。なお、上記Ｍ
ＤＣＴ以外にも、上記高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や、
離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cosine Transfor
m ）等の直交変換を用いることもできる。ここで挙げた
直交変換では時間軸を周波数軸に変換する。上記ＭＤＣ
Ｔについては、文献「時間領域エリアシング・キャンセ
ルに基づくフィルタ・バンク設計を用いたサブバンド／
変換符号化」("Subband/Transform Coding Using Filte
r Bank Designs Based on Time Domain Aliasing Cance
llation," J.P.Princen A.B.Bradley, Univ. of Surrey
RoyalMelbourne Inst. of Tech. ICASSP 1987)に詳し
く述べられている。

【００７８】ビット配分回路２４では、マスキング閾値
回路１９によって求められたマスキングカーブを用い
て、ＭＤＣＴ回路２２によって求められた周波数成分あ
るいはＭＤＣＴ係数を聴覚的に冗長となる部分を切り捨
てて情報の圧縮をはかる。このとき、聴覚的に敏感な周
波数帯域はより多くの周波数成分を残すことにより、量
子化雑音をより聴覚的に少なくする。こうして得られた
出力は、上記領域Ｓ_B に対応するサブ帯域の信号とし
て、図１の再生帯域分割部１の出力となる。

【００７９】次に、図８に上記各領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C
を３つのサブ帯域に分ける別の例を示す。図４の例で
は、領域Ｓ_B のサブ帯域の信号はまとめてＭＤＣＴを行
って周波数領域のデータとして扱っていたが、この図８
の例では、加算器１４から得られた信号を、分析フィル
タバンク３６によってさらに細かな帯域に分け、帯域選
択／ビット配分回路３７によって、各帯域毎に求められ
たマスキングスペクトルから聴感上必要とされる帯域の
みを取り出す、あるいは各帯域ごとにその帯域内で聴感
上必要とされるスペクトル成分を取り出すことにより情
報量の圧縮をはかる。細かな帯域に分ける方法として
は、例えば図９に示すように、多位相フィルタバンク
（ＰＢＦ：Polyphase Filter Banks）や上記ＱＭＦを多
段にして用いることができる。上記ＰＢＦについては、
文献「マルチレートディジタルフィルタ、フィルタバン
ク、ネットワーク、及びその応用：チュートリア
ル」（"Multirate Digital Filters,Filter Banks,Poly
phase Networks,and Applications: A Tutorial", P.P.
Vaidyanathan, Proc.,of IEEE, Vol.78, No.1, 1990）
に詳しく述べられている。

【００８０】次に、上記３つの領域を、領域Ｓ_A と領域
Ｓ_B ＋Ｓ_C との２つのサブ帯域に分割する例について、
図１０を参照しながら説明する。

【００８１】図１０において、入力された信号はカット
オフ周波数が２２．０５ｋHzのＬＰＦ３８によって２
２．０５ｋHz以上の信号成分をカットする。２２．０５
ｋHz以下の信号成分のみとなった信号は、図４と同様
に、ワード長を短くするので、ノイズシェイピング回路
９によりワード長を短くしたことによる量子化雑音の聴
覚的な影響を減少させておく。また、このときのノイズ
シェイピングは、ＬＰＦ３８を通過したデータに対して
行うのではなく、全帯域において行ってからＬＰＦを行
うという処理の順序にしてもよい。

【００８２】ノイズシェイピング回路９からの出力は、
図４と同様にビット低減回路１２に入力される。ここで
は入力された量子化ビット数が２２ビットのデータを四
捨五入あるいは切捨てにより１４ビット程度にする。こ
こで得られた出力のサンプリング周波数は入力信号のそ
れと変わらず８８．２ｋHzであり、従来のＣＤプレーヤ
の倍になっている。そのため上記領域Ｓ_A のサブ帯域の
出力を得るためには、ダウンサンプリング回路３９によ
って、サンプリング周波数を１／２の４４．１ｋHzと変
換し、領域Ｓ_A のサブ帯域の出力とする。サンプリング
周波数を１／２にダウンサンプリングする方法として
は、さまざま考えられるが、すでに信号は変換したいサ
ンプリング周波数４４．１ｋHzのナイキスト周波数の１
／２、つまり２２．０５ｋHz以下の信号成分しか含んで
いないので、単純に１サンプルおきに間引けば、折り返
しひずみも発生せずにダウンサンプリングできる。こう
してダウンサンプリング回路３９よって得られた信号が
領域Ｓ_A のサブ帯域の出力となる。

【００８３】また、ビット低減回路１２からの出力は、
加算器１５により、入力信号との差分をとる。ここでの
差分出力が上記領域Ｓ_B 、Ｓ_C を合わせたサブ帯域の信
号となる。この差分出力そのものに対してサブワードを
与えても、差分出力の持つ情報量はとても大きく、割り
当て可能なサブワードではビットが不足する。そこで図
４と同様に、ビット配分回路２６において聴覚的に必要
な部分のみ取り出して、図１の再生帯域分割部１の出力
とする。そのために、図４と同様に、ＬＰＦ３８によっ
て得られた信号をＦＦＴ回路１８により周波数領域のデ
ータに変換し、マスキング閾値回路２１によってマスキ
ングスペクトルを求める。

【００８４】一方、加算器１５の差分出力は、ＭＤＣＴ
回路２３により周波数領域のデータとされ、ビット配分
回路２６に入力される。ビット配分回路２６では、マス
キング閾値回路２１によって求められたマスキングカー
ブを用いて、ＭＤＣＴ回路２３によって求められた周波
数成分あるいはＭＤＣＴ係数を聴覚的に冗長となる部分
を切り捨てて情報の圧縮をはかる。こうして得られた出
力は、上記領域Ｓ_B 、Ｓ_C をまとめたサブ帯域の信号と
なって再生帯域分割部１の出力となる。

【００８５】こうして２つ、あるいは３つのサブ帯域に
分けられた信号は、図１のサブ帯域符号化部２に入力さ
れる。それぞれのサブ帯域は、サブワード割り当てによ
り、ＰＣＭワードを分割したサブワードを割り当てら
れ、記録される。ＣＤの量子化ビット数は、図１１に示
すように、１６ビット（つまり１ワード＝１６ビット）
で、ダイナミックレンジは約９８ｄＢある。また、ワー
ドにおいては２の補数系で値が示されており、その値を
示すのに最も支配的なビットをＭＳＢ(the MostSignifi
cant Bit)といい、最も細かいメモリビットをＬＳＢ(th
e Least Significant Bit) という。ストレートＰＣＭ
で記録する領域Ｓ_A のサブ帯域は、１４ビット／サンプ
ルであるから、領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域のために割り
当て可能なビット数は２ビット／サンプルである。ここ
で上記サブワードは、図１１に示すように、ＭＳＢ側に
領域Ｓ_A のサブ帯域を、領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域はＬ
ＳＢ側にそれぞれ割り当て、記録、伝送する。また、領
域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域に対して割り当てるサブワード
は固定の長さのサブワードにするだけでなく、それぞれ
の情報量によりサブワードの長さを可変とすることも可
能である。こうして、それぞれのサブ帯域に対して割り
当てたサブワードの長さをサブ帯域符号化部２の出力と
する。

【００８６】領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域では、人間の聴
覚の性質を利用して情報量の圧縮を行っているが、２つ
の帯域を２ビットで記録するには情報量が大きすぎる。
そのため高能率符号化を行って、できる限りの情報量圧
縮を行う必要がある。

【００８７】ここで、図１のサブ帯域符号化部２の一例
について、図１２を参照しながら説明する。

【００８８】上記領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域の信号は、
差分信号であったり、２２．０５ｋHz以上の高域の信号
であったりするので、量子化ビット２２ビットのうち、
かなり冗長なビットがある。領域Ｓ_C のサブ帯域の情報
は、図１３の（Ａ）、（Ｂ）からも明らかなようにパワ
ーがとても小さいので、８ビット程度のビット数があれ
ば十分表すことができる。そこでまず、図４の領域Ｓ_C
のサブ帯域の出力のように、図１のサブ帯域符号化部２
に入力される信号が時間領域のデータの場合には、再量
子化器４１において冗長ビットの削減を行い、領域
Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域の２２ビットの信号を８ビット程
度で表現する。ここで領域Ｓ_B のサブ帯域においては、
領域Ｓ_A のサブ帯域の信号は１４ビットであるから、２
２ビットの原信号との差分信号は８ビットで表現可能で
ある。また、図４の領域Ｓ_B のサブ帯域の出力のよう
に、周波数領域のデータの場合には、再量子化器４１に
よって、複数サンプル毎にサブブロックについての正規
化処理すなわちブロックフローティングが施される。こ
のとき、どの程度のブロックフローティングが行われた
かを示す係数としてスケールファクタが得られる。ブロ
ックフローティングする際のサブブロックの大きさは、
図１４に示すように、低域では小さく、高域では大きく
する。これは低域では変化が大きく、高域では小さいた
めである。また、再量子化の際、量子化雑音を少なくす
るために四捨五入による量子化を行う。さらに聴覚的に
敏感な周波数成分を再量子化するときには、再量子化ビ
ット数を大きくして、量子化雑音を少なくする。

【００８９】ここで得られたスケールファクタ、再量子
化ビット数はサブ帯域データとは別にＣＤフォーマット
の中で、通常未使用になっているサブコードＲ〜Ｗに記
録する。このサブコードＲ〜Ｗは、グラフィックスデー
タとして使用されている場合もある。

【００９０】上記図３によれば、サブコードは１フレー
ムあたり１バイト、１ブロックあたり７８４ビット（Ｒ
〜Ｗでは５８８ビット）あり、１ユニットを８ブロック
とした場合、使用可能なサブコードエリアＲ〜Ｗは４７
０４ビット、チャンネル別としても２３５２バイトあ
る。

【００９１】次に、エントロピ符号化回路４２におい
て、再量子化したデータをハフマン符号化をはじめとす
る手法により圧縮符号化される。エントロピ符号化は各
サンプル値に対応した符号を割り当てる符号化テーブル
に基づいて符号化を行う。このテーブルはユニット毎に
作成され、１ユニット中の各サンプル値の出現頻度を計
算し、出現頻度の高いサンプル値には短い符号を割り当
てるような対応をとればよい。なお、ハフマン符号化に
ついては、文献「最小冗長符号の構成のための方
法」（"A Method for Construction of Minimum Redund
ancy Codes",D.A Huffman , Proc.I.R.E., 40, p.1098
(1952)）に詳しく述べられている。また、エントロピィ
符号化については、ハフマン符号化のほかに文献「シー
ケンシャルデータ圧縮のための普遍的アルゴリズ
ム」（"A Universal Algorithm for SequentialData Co
mpression",J.Ziv,A.Lempel ,IEEE Trans. on Inform.
Theory,Vol.IT-23, No.3,pp.337-343, 1977）に述べら
れているLempel-Ziv符号化や、文献「固定レートソース
の可変長符号化でのバッファオーバーフロウ」（"Buffe
r Overflowin Variable Length Coding of Fixed Rate
Sources", F.Telinek,IEEE Trans.Inform. Theory, Vo
l.IT-14, No.3, pp.490-501, 1968）に述べられている
算術符号といった符号化方式も用いることができる。

【００９２】このときの符号化テーブルは、スケールフ
ァクタ、再量子化ビット数などと同様にサブコードＲ〜
Ｗに記録する。ここでは、エントロピィ符号化のための
符号化テーブルをユニット毎に作成し、サブコードに記
録していたが、記録、再生側にあらかじめ符号化テーブ
ルを記録したコードテーブルＲＯＭを用意しておき、そ
こからテーブルを読み出して符号化および復号化を行う
ことも可能である。コードテーブルＲＯＭには、例えば
図１５に示すように再量子化ビット毎にいくつかのテー
ブルが用意してあり、入力された信号の分布により最適
なテーブルを用いる。そして記録側では復号のためにど
のテーブル番号を使ったのかをサブコードに記録し、再
生側ではそのサブコードを読みだすことにより符号化テ
ーブルを決定し、復号化する。この方法はサブコードに
大量の符号化テーブルを記録する必要がないので、ユニ
ットを小さくしたとき、符号化テーブルのための容量が
足りなくなることがない、どのテーブルを使ったかを示
すコードのみなので、サブコードの読みだし誤りに強い
という長所がある。また、この例の場合、どの符号化テ
ーブルを使ったかという情報から高域のデータを何ビッ
トで再量子化したかが分かるため、図１２に示す実施例
に比べ、再量子化ビット数を記録する必要がない。

【００９３】この例においては１ユニットのブロック長
を固定しているが、１ユニットのブロック長を可変にし
て、エントロピの最も低くなるブロック長を１ユニット
の長さとして符号化することも可能である。こうするこ
とにより、より高い圧縮率を実現することができる。そ
の際には、１ユニットの長さも記録、伝送する必要があ
り、このデータはサブコード内に記録すればよい。

【００９４】ここでは、領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域の情
報圧縮をエントロピィ符号化について挙げたが、ＬＰＣ
（線形予測符号化）、ＡＤＰＣＭをはじめとする非線形
量子化、ベクトル量子化して記録、伝送することやそう
いった符号化をさらにエントロピ符号化して記録、伝送
することもできる。なお、ＬＰＣについては、板倉、斎
藤の「最尤スペクトル推定法による音声分解合成伝送方
式」、音響学会講演論文集, pp.231,1967 、あるいは、
「音声信号の予測符号化」（"Predictive Coding of Sp
eech Signals", B.S,Atal,M.R.Schroeder, Reports of
6th Int.Conf.Acoust.,C-5-4,1968 に詳しく述べられ
ている。また計算アルゴリズムについては数多くの文献
があり、ここでは省略する。

【００９５】ビットストリーム生成回路４３では上記領
域Ｓ_A のサブ帯域のストレートＰＣＭと、領域Ｓ_B 、Ｓ
_C のサブ帯域の高能率符号を割り当てられたサブワード
に記録し、波形データのビットストリームを生成する。
このとき、領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域が割り当てられた
合計サブワード内で符号化されたかを判断し、バッファ
フィードバックとして再量子化器４１に入力される。も
し、領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯域が割り当てられたサブワ
ード内で記録できないとバッファフィードバックに情報
が与えられたとき、再量子化器４１では、再量子化ビッ
ト数を小さくして再量子化を行い、圧縮効率を高くし
て、再符号化する。符号化テーブルもその都度更新さ
れ、最適なテーブルにより符号化される。再量子化ビッ
ト数を小さくした場合には、圧縮効率は上がるが、量子
化雑音は増加する。

【００９６】サブコード生成回路４４では、サブワード
割り当て情報、符号化テーブル、再量子化ビット数、ス
ケールファクタなどのデータをまとめてサブコードとし
て生成する。

【００９７】こうして生成された波形データのビットス
トリーム、サブコードをメディアに記録、あるいは伝送
することができる。

【００９８】次に再生側について説明する。

【００９９】エンコードされたビットストリームは、図
１の（Ｂ）のサブ帯域復号化部３に入力される。このサ
ブ帯域復号化部３の一具体例を図１６に示す。

【０１００】サブワード分解回路４５では、サブワード
を分解して、サブワード情報、再量子化ビット数、スケ
ールファクタ、符号化テーブルといったビットストリー
ムを復号化するために必要な情報をとりだす。

【０１０１】ビットストリーム分解回路４６では、サブ
ワード分解回路４５で得られたサブワード情報に基づ
き、ビットストリームから上記各領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C
のサブ帯域の信号をそれぞれ取り出す。このうち、領域
Ｓ_A のサブ帯域の信号については、ストレートＰＣＭの
信号であるので、そのまま図１（Ｂ）のサブ帯域復号化
部３の出力となる。

【０１０２】エントロピ復号化回路４７では、ビットス
トリーム分解回路４６で得られた領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ
帯域の信号を、サブワード分解回路４５で得られた符号
化テーブルにより復号化する。

【０１０３】そして復号化されたデータは、逆量子化器
４８においてサブワード分解回路４５で得られた再量子
化ビット数、スケールファクタにより、逆量子化され、
サブ帯域復号化部３の出力として領域Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ
帯域の信号が得られる。

【０１０４】こうして得られた３つあるいは２つのサブ
帯域情報は、もとの１つの帯域に結合するために、図１
（Ｂ）の再生帯域結合部４に送られる。

【０１０５】図４のように、３つのサブ帯域に分割した
場合の例について、図１７を参照しながら説明する。

【０１０６】図１７において、入力された領域Ｓ_B のサ
ブ帯域の信号は周波数領域のデータであるので、ＩＭＤ
ＣＴ回路４９によりＩＭＤＣＴ(Inverse Modified Disc
reteCosine Transform)され、時間領域のデータに戻さ
れる。ＩＭＤＣＴについては前述のＭＤＣＴについて述
べた文献に詳しく述べられている。領域Ｓ_B のサブ帯域
の信号は、原信号と領域Ｓ_A のサブ帯域の信号との差分
信号であるから、合成器５３により領域Ｓ_A のサブ帯域
の信号と加算され、０〜２２．０５ｋHzの帯域における
量子化ビット数が２２ビットの信号を得る。こうして得
られた信号と領域Ｓ_C のサブ帯域の信号は、帯域結合フ
ィルタ５１に入力され、ＩＱＭＦ(Inverse Quadrature
Mirror Filter)に代表されるフィルタを用い、分割され
た低域と高域を結合する。このフィルタはインターポー
レーションフィルタで、デシメーションされて１／２の
サンプル数になった信号を元のサンプル数に戻して結合
できる。ＩＱＭＦについては、前述のＱＭＦについて述
べた文献に詳しく述べられている。帯域結合フィルタと
してＩＱＭＦ以外のフィルタを用いることもできるが、
帯域分割フィルタと対になっているので、例えば帯域分
割にＣＱＦを使った場合にはＩＣＱＦを使う必要があ
る。こうして得られた出力が再生帯域結合４の出力とな
り、システム全体の出力となる。

【０１０７】図８に示すように、３つのサブ帯域に分割
した場合の例について、図１８を参照しながら説明す
る。この例の場合、領域Ｓ_B のサブ帯域がＰＦＢによっ
て細かな帯域に分割されたので、合成フィルタバンク５
６において、合成フィルタバンクによりもとの領域Ｓ_B
のサブ帯域の大きさに戻される。合成フィルタバンクに
ついては分析フィルタバンクについて述べた文献に詳し
く述べられている。それ以外については、図１７と同様
である。

【０１０８】また、図１０のように、領域Ｓ_B 、Ｓ_C を
まとめたサブ帯域の信号を符号化した場合の例につい
て、図１９を参照しながら説明する。領域Ｓ_B 、Ｓ_C を
まとめたサブ帯域は、図８の領域Ｓ_B のサブ帯域のよう
に周波数領域のデータであるので、ＩＭＤＣＴ回路５０
において、ＩＭＤＣＴにより時間領域のデータに戻され
る。また領域Ｓ_A のサブ帯域の信号は、サンプリング周
波数が原信号の１／２である４４．１ｋHzにダウンサン
プリングされているので、アップサンプリング回路５７
により２倍の周波数８８．２ｋHzにアップサンプリング
される。サンプリング周波数を２倍の８８．２ｋHzにア
ップサンプリングする方法としてはさまざま考えられる
が、単純にサンプル１つおきに０を内挿すればよい。こ
うして得られた信号とＩＭＤＣＴ回路５０において得ら
れた信号とを合成器５５によってミックスすれば、出力
が得られる。

【０１０９】これらの実施例においては、ユニット毎の
処理を行うために、再生時には従来のメディアの読み出
し速度では、時間遅れが生じる。これを解決するため
に、従来のメディアの読み出し速度に加えて早く読み込
むことにする。ＣＤの場合、通常の読み出しスピードよ
りも早く（例えば２倍の速度で）ディスクを回転させて
データを読み込む。データはメモリに蓄えておき、順次
処理しながら再生していく。こうすることにより、時間
遅れをなくすだけでなく、振動による音飛びにも強くす
ることができる。また、従来の再生帯域である低域が記
録してあるＭＳＢ側に重きを置いた誤り訂正符号を用い
ることにより、従来の再生帯域の読み出し誤りを少なく
して、音質の劣化を防ぐことも可能である。

【０１１０】なお、本発明は上記実施例にのみ限定され
るものではなく、図２０に示すように、例えばＣＤのみ
ならず、いわゆるＩＳＤＮなどの通信手段を使った情報
伝送やディジタルビデオ、ＩＣカードなどの記録メディ
アなどにも適用可能である。この図２０では、信号処理
装置６１において、入力された音楽信号等を、上記領域
Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C に対応するような低域、低域の雑音低
減情報である差分情報の領域、及び高域の各情報信号に
分割し、記録媒体あるいは伝送経路６２を介して記録あ
るいは伝送する。記録媒体あるいは伝送経路６２から得
られた信号は、信号処理装置６３により再生あるいは受
信され、音楽信号等が得られる。

【０１１１】またＭＳＢ側に重きを置いた誤り訂正符号
を用いると、伝送の際、伝送距離が長くなって符号誤り
が生じた場合に、従来の再生帯域の読み出し誤りを少な
くすることができる。

【０１１２】さらに、図２１や図２２に示すように、再
生ハードの規模や伝送距離に応じて、再生可能なサブ帯
域を選択することのできるスケーラビリティの考え方を
導入することもできる。

【０１１３】すなわち、図２１に示す例においては、い
わゆるＣＤや光磁気ディスク等の記録メディア６１に上
述したような複数の、例えば３つの領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ
_C のサブ帯域の信号が記録されている場合に、従来のＣ
Ｄ再生システム６２を用いることにより、上記領域Ｓ_A
のサブ帯域の信号を再生することができるのに対して、
領域Ｓ_B 、あるいは領域Ｓ_C のサブ帯域を加えて再生で
きるディスク再生システム６３を用いる場合には、領域
Ｓ_A ＋領域Ｓ_B のサブ帯域あるいは領域Ｓ_A ＋領域Ｓ_C
のサブ帯域の信号を再生することができる。また、領域
Ｓ_B 及び領域Ｓ_C のサブ帯域を加えて再生できるディス
ク再生システム６４を用いる場合には、領域Ｓ_A ＋領域
Ｓ_B ＋領域Ｓ_C のサブ帯域の信号を再生することができ
る。

【０１１４】また、図２２に示す例においては、放送局
６５から上述した３つの領域Ｓ_A 、Ｓ_B 、Ｓ_C のサブ帯
域の信号が送信されている場合に、放送局６５に近い受
信エリア６６では、全ての領域Ｓ_A ＋領域Ｓ_B ＋領域Ｓ
_C のサブ帯域の信号が受信可能であるのに対して、放送
局６５から遠い受信エリア６７では、領域Ｓ_A ＋領域Ｓ
_B 、あるいは領域Ｓ_A ＋領域Ｓ_C のサブ帯域の信号が受
信可能であり、最悪の場合でも領域Ｓ_A のみが受信可能
となる。

【０１１５】以上は、時間軸上で同じ位置の信号ついて
の周波数成分、量子化ビット数の割り当てを考慮したも
のであるが、さらに、時間軸上の他の領域へのビット配
分を考慮することにより、さらに効率的なビット配分が
行える。

【０１１６】すなわち、例えば図２３に示すように、信
号は時々刻々と変化するので、低域側の信号を分割して
記録する方法においては、上記高域の信号や上記低域の
雑音低減情報である差分情報等が使用する記録領域に、
余裕のあるところと不足するところが生じる。そこで、
なるべく無駄のない配分をするための方法として、時間
軸方向の異なるユニット間でのビット配分を行うように
するのが好ましいわけである。

【０１１７】このような配分を行わせるための信号処理
方法あるいは記録再生装置の例の概略構成を、図２４を
参照しながら説明する。

【０１１８】なお、全帯域を複数のサブ帯域に分割し
て、ディジタルワードを分割したサブワードに記録、伝
送、再生する方法については、上述した通りであるの
で、ここで詳しいことは割愛する。この方法として問題
となるのは、上記高域の信号や上記低域差分情報を記録
する容量の確保である。

【０１１９】図２４は、各サブワードに効率的にビット
を割り当てるために割り当てビット数を算出する方法で
ある。

【０１２０】入力端子には音声や音響信号などのディジ
タル信号が入力される。ＣＤにおいては、サンプリング
周波数は４４．１ｋHzであるが、本記録再生装置ではサ
ンプリング周波数は８８．２ｋHzを扱う。つまり、０〜
４４．１ｋHzのオーディオＰＣＭ信号が供給されること
になる。

【０１２１】パッケージメディアにおける記録、特にＣ
Ｄに関しては、マスタリングの段階でのリアルタイム性
というものがさほど重要ではない。そこで、記録したい
信号全体に渡って必要とする記録容量を算出し、最も効
率のよくなる配分を求めておく。

【０１２２】ここで、ＣＤフォーマットにおいては、上
記図３に示したようなフレーム構成を有している。上記
高域成分等のエントロピ符号化のためには、ある程度長
いサンプル数の入力を要する。入力には高域成分等のエ
ントロピ符号化のためにある程度長いサンプル数の入力
を要するため、再生時の実時間性やデータの読み取りや
すさも考慮して、ユニット切り出し回路１０１により複
数ブロック（４８ブロック程度）を１ユニットとして切
り出す。

【０１２３】この入力信号は上記ＱＭＦに代表される帯
域分割フィルタ１０５に入力される。入力信号はこのＱ
ＭＦにより０〜２２．０５ｋHz帯域（上記低域）と２
２．０５〜４４．１ｋHz 帯域（上記高域）とに分割さ
れる。

【０１２４】次に低域、高域の処理についてそれぞれ説
明する。低域側はストレートＰＣＭで記録されるが、聴
覚的に冗長な信号成分を求めて、その冗長な信号成分に
高域の信号成分を重畳して記録する。まず、パワー算出
回路９でパワーを算出する。ここでワード分割は２種類
考えられる。それは図２５（Ａ）のように、各サンプル
毎のパワーに応じてワードを分割する方法と、図２５
（Ｂ）のようにユニット毎のパワーに応じて平均的にワ
ードを分割する方法である。これらの方法は、各サンプ
ルあるいはユニットのパワーを求め、そのパワーにおい
て白色雑音レベルが聴感上どの程度まで許容できるか、
すなわちどのレベルまで雑音が混入したことによる劣化
が感じられないか、を許容雑音量算出回路１１２で計算
する。この入力信号パワー対許容白色雑音レベルの対応
は許容雑音閾値信号により制御される。この閾値信号
は、後述する図２８の比較器１２９において、使用可能
なビット数が必要とされるビット数より著しく少ない場
合には許容する雑音レベルを大きくするというものであ
る。

【０１２５】使用可能ビット数算出回路１１８では、パ
ワー算出回路１０９でサンプルあるいはユニット毎に算
出されたパワーを元にワードのＬＳＢ側に雑音がのって
も聴感上感じることのできない最大許容ビット数（ワー
ド長）Ａi （ｉはユニット番号）を算出する。ＣＤの量
子化ビット数は１６ビットで、ダイナミックレンジは約
９８ｄＢある。例えば、信号レベルが０ｄＢ（１６ビッ
トフルスケール）だったとして、この場合に白色雑音が
最大−７４ｄＢまで許容できたとすると、１ビット当た
り約６ｄＢと換算すれば、４ビットまでは雑音がのって
も聴感上聞き取れないということになる。したがってこ
の場合、１６ビットのワード長のＭＳＢ側を低域に１２
ビット、ＬＳＢ側を高域に４ビット割り当てることとす
る。このようにしてワードは時間領域において２分割さ
れる。

【０１２６】この例において、サブワードを時間領域の
信号において分割して求めるため、使用可能なビット数
の計算も時間領域の信号において行ったが、サブワード
の分割は周波数領域の信号においても行うことができ
る。その例について、図２７を参照しながら説明する。

【０１２７】帯域分割フィルタ１０６によって２分割さ
れた低域の信号を、ＦＦＴ回路１２４において、ハミン
グ窓などの窓かけ処理を行ったあとＦＦＴ（フーリエ変
換）し、時間領域の波形を周波数領域のスペクトルに変
換する。このＦＦＴは、上記図４のＦＦＴ回路１６と同
様に、足りないところは０を入力データとして挿入して
計算することとする。

【０１２８】許容雑音量算出回路１４では、ＦＦＴ回路
１２４で求めたスペクトルを臨界帯域（クリティカルバ
ンド）毎に分割し、いわゆるマスキング効果等を考慮し
た各臨界帯域毎の許容雑音量を求める。

【０１２９】許容雑音量算出回路１１４については、上
述した図４のマスキング閾値回路１９と同様に、具体的
には図５〜図７で説明したものを使用できる。

【０１３０】次に、帯域分割された上記高域では、図２
４、図２７のどちらにおいても、まずエントロピ算出回
路１２０、１２１において、各ユニットにおけるエント
ロピを計算する。エントロピを求める意味は、高域の信
号を高能率符号化する最も有効な手段の一つとして考え
られるハフマン符号化をはじめとするエントロピ符号化
を行うとき、符号化した信号の符号長がどのぐらいにな
るかを予測できることにある。

【０１３１】エントロピは符号化したい情報源の各情報
源記号について発生確率piを求めると、

【０１３２】

【数１】

【０１３３】と求められる。このときＭは情報源の数で
ある。こうしてエントロピが求められるとき、その情報
源の平均符号長Ｌは Ｌ≦Ｈ （３） となる。

【０１３４】例えば、８ビットのデータがある場合、信
号を２の補数系で表して−１２８から１２７までとり得
る場合において、ある区間ｎの間での発生確率ｐ_i を求
め、上記（２）式でＭ＝２５６として、エントロピが求
められる。ただし、発生確率ｐ_i が０のときには対数の
計算ができないので、ｐ_ilog₂ｐ_iは０として計算する。

【０１３５】こうして求められたエントロピにより、必
要ビット算出回路１２２、１２３において、そのユニッ
トの高域信号を記録するために必要な総ビット数が求め
られる。式で表せば、そのユニットでのエントロピをＨ
_i 、ユニットにおけるデータ数をＮとして、 Ｒ_i ＝［Ｎ×Ｈ_i］ （４） で表せる。ここで、［Ａ］はＡを下回らない最小の整数
を表す。

【０１３６】こうしてユニット毎に求められた使用可能
ビット数Ａ_i と必要ビット数Ｒ_i は全ユニットに渡って
求められ、合計ＳＡ、ＳＲを使用可能ビット数合計２
７、必要ビット数合計２８においてそれぞれ求められ
る。

【０１３７】それぞれのビット数の合計は比較器１２９
において求められたビット数について検定する。もし使
用可能ビット数の合計ＳＡが必要ビット数の合計ＳＲに
比べて著しく小さい場合、許容雑音量を大きくして使用
可能なビット数を増やし、高域の記録のための容量を増
やす必要がある。そのときには閾値制御信号を発生させ
て許容雑音量算出回路１１３に送り、許容できる雑音量
を計算しなおす。逆にＳＡがＳＲに比べて著しく大きい
場合、高域の記録にそれほどの容量は必要ないので、許
容雑音量を減らす処理をする。ただ、使用可能ビット数
を求める際に、まず、許容雑音量を少なくして、徐々に
増やして低域側の音質劣化をできるだけ増やさない方法
をとった場合には、この処理ととることはない。

【０１３８】必要ビット数比算出回路１３０ではＳＲか
ら各ユニットにおいて割り当てることのできるビット数
比を算出する。

【０１３９】 ＲＲ_i ＝Ｒ_i／ＳＲ （５） 割り当てビット算出回路１３１では、SA とRRi からそ
のユニットにおける割り当てビット数を次式で算出す
る。

【０１４０】 ＡＳ_i ＝ＲＲ_i×ＳＡ （６） こうして得られたＡＳ_i が高域の信号を高能率符号化し
たときの各ユニットにおける合計ビット数の上限として
処理を行う。

【０１４１】また、ここで求められた閾値制御信号や使
用可能ビット数Ａ_i 、割当ビット数ＡＳ_i は、記録/再
生時におけるワード分割に使用されるため、メディアに
記録する必要がある。この信号はウエーブデータとは別
に、フォーマットの中で、通常未使用になっている（グ
ラフィックスデータとして使用されている場合もある）
サブコードＲ〜Ｗに記録する。

【０１４２】また、この例においては１ユニットのブロ
ック長を固定しているが、無音部が連続するところなど
においては１ユニットのブロック長を可変にして、エン
トロピの最も低くなるブロック長を１ユニットの長さと
して符号化することにより、より効率のよい記録も可能
である。その際には、１ユニットの長さも記録、伝送す
る必要があり、このデータもサブコード内に記録すれば
よい。

【０１４３】図２４の時間軸方向分割、図２７の周波数
軸方向分割の場合について、簡単な例を述べる。

【０１４４】図２４の時間軸方向分割の例については、
図２９、図３０に示されている。先ず記録側について、
図２９を参照しならが説明する。

【０１４５】入力信号は、ユニット切り出し回路１０３
によって数ブロック分を１ユニットとして切り出され、
ＱＭＦをはじめとする帯域分割フィルタ１０７において
２つの帯域に分割される。

【０１４６】低域側では、図２４の場合と同様に、パワ
ー算出回路１１０により求められたパワーをもとに、許
容雑音量算出回路１１５によって許容雑音量を算出し、
ディジタルワードをどこで分割すべきかを決定する。こ
の許容雑音量算出１１５は、図２４によって求められ記
録された閾値制御信号によって制御される。

【０１４７】高域側では、一般に低域に比べて信号レベ
ルが小さいので、ＣＤの量子化ビット数である１６より
も少ないビット（例えば８ビット）で再量子化し、スト
レートＰＣＭにおける情報量を少なくする。また、この
再量子化ビット数は通常使われていないサブコードに記
録する。次にエントロピ符号化３４において再量子化し
たデータがハフマン符号化をはじめとする手法により圧
縮符号化される。エントロピ符号化は各サンプル値に対
応した符号を割り当てる符号化テーブルに基づいて符号
化を行う。このテーブルはユニット毎に作成され、１ユ
ニット中の各サンプル値の出現頻度を計算し、出現頻度
の高いサンプル値には短い符号を割り当てるような対応
をとる。符号化テーブルはウエーブデータとは別に、Ｃ
Ｄフォーマットの中で、通常未使用になっているサブコ
ードに記録する。合計ビット数計算回路１３６では、エ
ントロピ符号化によって高域の信号が何ビットに圧縮さ
れたかを計算する。

【０１４８】ビット再配分回路１３８では、低域のワー
ドを許容雑音量に基づいて分割し、そのワードのＬＳＢ
側に高域のデータを記録する。このとき、図２によって
前もって求められた割当ビット数と合計ビット数によっ
て記録容量の確認を行う。ここで合計ビット数が割当ビ
ット数を越えている場合には記録しきれないので、あふ
れた分を次のユニットの記録分として繰り越す。よって
ビット再配分回路３８には前ユニットの符号化データも
入力されることがある。また、合計ビット数が割当ビッ
ト数よりも少ない場合には、記録容量に余裕があるの
で、記録判断１４０において次のユニットから符号化デ
ータを加えて記録することもある。この場合には、その
ユニットの波形データとして出力しないで、一旦バッフ
ァリングしておかなくてはならない。

【０１４９】このようにして、低域で割当可能なビット
数一杯になったら出力し、通常の波形データとして記録
する。

【０１５０】次に再生側について図３０を参照しながら
説明する。

【０１５１】まず、 パワー算出回路１１１で入力され
た波形データのパワーを閾値制御信号をもとに、サンプ
ルあるいはユニット毎に、記録したときの単位で算出
し、記録時に高域のためにＬＳＢ側が何ビット分使われ
たかを算出する。そして、ワード分割１４２ではパワー
に応じて求められたビット数によりワードを分割し、Ｍ
ＳＢ側は低域用、ＬＳＢ側は高域用のデータとしてそれ
ぞれ用いられる。分割されたワードのうち低域側はその
まま１６ビットのストレートＰＣＭとして帯域結合フィ
ルタ４４に渡される。ワードを分割したときに高域側に
用いたＬＳＢの部分は、図２６のように０詰めしてお
く。あるいはディジタルフィルタによる補間や直線補間
などを行い、できるだけ元信号に近づけ、低域の音質劣
化が少なくなるようにする。高域側は割当チェック回路
１４６において、割当ビット数からそのユニットにおい
て前後のユニットに符号化データが含まれていないか、
あるいは後のユニットの符号化データを含んでいないか
をチェックする。エントロピ復号化器１４８において
は、エントロピ符号化の際、サブコードに記録した符号
化テーブルを読み出して符号をストレートＰＣＭデータ
に復号化する。ここで、割当チェック回路１４６におい
て前後のユニットから読み出さなくてはいけなくなった
場合にはここに必要な符号化データが入力される。ただ
し、ここで復号化されたストレートＰＣＭデータは再量
子化されたデータであるので、もとのデータよりも小さ
な振幅のものになっている。そこで、増幅５０において
サブコードに記録した再量子化ビット数を読みだし、１
６ビットデータ長に戻して帯域結合フィルタに入力す
る。帯域結合フィルタ４４は、上記ＩＱＭＦに代表され
るフィルタを用い、分割された低域と高域を結合する。
このフィルタはインターポーレーションフィルタで、デ
シメーションされて１／２のサンプル数になった信号を
元のサンプル数に戻して結合できる。帯域結合フィルタ
としてＩＱＭＦ以外のフィルタを用いることもできる
が、帯域分割フィルタと対になっているので、例えば帯
域分割に上記ＣＱＦを使った場合にはＩＣＱＦを使う必
要がある。

【０１５２】ここで、図２９、図３０の例において、エ
ントロピ符号化のための符号化テーブルをユニット毎に
作成し、サブコードに記録していたが、別の例として記
録、再生側にあらかじめ符号化テーブルを記録したＲＯ
Ｍを用意しておき、そこからテーブルを読み出して符号
化および復号化を行う方法が考えられる。この方法はサ
ブコードに大量の符号化テーブルを記録する必要がない
ので、ユニットを小さくしたとき、符号化テーブルのた
めの容量が足りなくなることがない、どのテーブルを使
ったかを示すコードのみなので、サブコードの読みだし
誤りに強いという長所がある。また、この例の場合、ど
の符号化テーブルを使ったかという情報から高域のデー
タを何ビットで再量子化したかが分かるため、図２９、
図３０の実施例に比べ、再量子化ビット数を記録する必
要がない。

【０１５３】次に、図２７の周波数軸方向分割の例につ
いて、図３１、図３２に示す。この例の場合は、記録側
では帯域分割フィルタ１０８の後に低域はＦＦＴ回路１
２５により周波数軸に変換して許容雑音量を求め、最後
にＩＦＦＴ回路１５２により時間軸の波形データに戻し
ているところが異なり、再生側ではワード分割前にＦＦ
Ｔ回路１２６により周波数軸に変換して許容雑音量を求
めてワードを分割し、帯域結合前にＩＦＦＴ回路１５２
により時間軸の波形データに戻しているところが異なっ
ているが、他の部分は図２９、図３０と同様である。た
だ、ＦＦＴする場合ユニット長が２ｎにならない場合に
は０詰めを行い、ＩＦＦＴのときには余分となるデータ
を切捨てる処理が必要である。

【０１５４】以上の例では高域側の情報圧縮をエントロ
ピ符号化について挙げたが、ＬＰＣ（線形予測符号化）
による圧縮によって記録することも可能である。ＬＰＣ
は音声波形が過去の数サンプル値に関係があるという考
えに基づいていて、音声の離散的な時系列ｓ₁,ｓ₂,・・
・に対して、ある時点でのサンプル値は過去のｐ個のデ
ータの線形結合で、下記の（７）式のように近似される
というものである。

【０１５５】

【数２】

【０１５６】ここで、結合係数ａ_k を線形予測係数、ｐ
を予測次数、真値と近似値との誤差ｅ_n を予測残差とい
う。ＬＰＣにより予測がうまくできれば、残差パワーは
小さくなり、少ないビットレートで伝送可能となる。復
号側では、線形予測係数によるフィルタを生成して残差
を入力すれば、下記の（８）式により原波形が復元でき
る。

【０１５７】

【数３】

【０１５８】高域の信号記録手段としては、エントロピ
符号化やＬＰＣだけでなく、ＡＤＰＣＭをはじめとする
非線形量子化やベクトル量子化、また周波数軸上で聴覚
的な情報を求めて、マスキング等を求めることによって
高能率圧縮をはかる方法も可能である。また、上記の方
法で符号化された符号をさらにエントロピ符号化するこ
とも可能である。

【０１５９】いずれの例においても、ユニット毎の処理
を行い、バッファリングも必要となるために再生時には
従来のメディアの読みだし速度では、時間遅れが生じ
る。そのことを解決するために、従来のメディアの読み
だし速度に加えて早く読み込むことにする。

【０１６０】以上の例はＣＤについてのみ挙げたが、Ｄ
ＡＴなどのディジタルオーディオのパッケージメディア
や放送などの伝送系においても利用可能である。またオ
ーディオ信号に限らず、画像信号においても同様に本方
式を利用できる。

【０１６１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るディジタル信号処理方法によれば、入力ディジ
タル信号の全帯域を複数のサブ帯域に分割し、各々のサ
ブ帯域を、入力ディジタル信号のワードを分割した複数
のサブワードに割り当てるディジタル信号処理方法であ
って、少なくとも１つの上記サブ帯域についての雑音を
低減するための情報を、その帯域とは別に割り当てられ
たサブワードに割り当てているため、記録したり伝送し
たりするサブ帯域の部分の雑音を低減し、もとの信号の
ワード長相当の音質確保を実現する。こうして全体で情
報量の圧縮を図りつつ、例えば信号の低域の品質をも保
ちながら高域の情報も織り込むことが可能となる。

【０１６２】すなわち、本発明は、通常のストレートＰ
ＣＭワードを分割して、それより短いワード長で従来の
帯域をストレートＰＣＭで記録することによって発生す
る量子化雑音を低減するものであり、この量子化雑音を
低減するための情報として、従来のワード長をもつ例え
ばストレートＰＣＭ信号とワード長を短くしたストレー
トＰＣＭ信号との差分を挙げることができる。

【０１６３】この情報にサブワードを割り当てれば量子
化雑音における信号品質の劣化は防ぐことができる。し
かし、差分信号をそのまま記録することは情報量的に考
えて、従来のワード長で記録することと変わらないた
め、従来の帯域以上の信号を記録することが不可能であ
る。

【０１６４】ここで、入力ディジタル信号がオーディオ
信号の場合には、人間の聴覚的特徴を利用して、音質劣
化に影響すると考えられる信号成分のみを取り出すこと
により、従来の帯域以上の信号を記録するための領域を
確保する。この信号成分は従来の再生帯域以上の信号と
は別のサブワードを割り当てて記録するか、従来の再生
帯域以上の信号とまとめて記録する。記録する際、聴覚
的特徴を利用して取り出された音質劣化に影響を及ぼす
部分だけでもストレートＰＣＭのままでは従来の記録容
量内ではしきれないので、高能率符号などを用いて情報
量を圧縮して記録する。

【０１６５】以上の上記手段により聴感上、ストレート
ＰＣＭで記録する帯域の部分の雑音を低減し、もとのＰ
ＣＭワード長相当の音質確保を実現する。こうして全体
で情報量の圧縮を図りつつ、低域の音質をも保ちながら
高域の情報も織り込む。

【０１６６】このようなことにより、いままでの記録メ
ディア、記録容量のまま、例えばＣＤの再生帯域の２倍
の帯域の信号が再生可能となる。また、周波数帯域を分
割して低域部をストレートＰＣＭで記録することによ
り、従来の再生装置においても、高域の再生はできない
が、従来の再生帯域は再生できることとなり、記録媒体
を従来の再生装置用、本発明による再生装置用というよ
うに２つ提供しなくてもよい。また、従来の再生装置に
おいても、媒体からデータを読みだし、ビットストリー
ムを取り出せば、本発明による再生装置の信号処理部分
のみを加えることにより高域部も再生することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるエンコーダ及びデコーダの
概略構成を示すブロック図である。

【図２】信号の再生周波数帯域及び分解能を３つないし
２つのサブ帯域に分ける具体例を説明するための図であ
る。

【図３】いわゆるＣＤのデータフォーマットを示す図で
ある。

【図４】全帯域を３つのサブ帯域に分ける場合のエンコ
ーダ側の分割部の第１の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図５】マスキング閾値計算回路の具体例を示すブロッ
ク回路図である。

【図６】バークスペクトルを表す図である。

【図７】最小可聴カーブ、マスキングスペクトルを合成
した図である。

【図８】全帯域を３つのサブ帯域に分ける場合のエンコ
ーダ側の分割部の第２の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図９】多段ＱＭＦによる帯域分割と多位相フィルタバ
ンクによる帯域分割とを示す図である。

【図１０】全帯域を２つのサブ帯域に分ける場合のエン
コーダ側の分割部の一具体例を示すブロック回路図であ
る。

【図１１】ディジタル信号の１ワードを分割したサブワ
ードとサブ帯域との関係を示す図である。

【図１２】サブ帯域符号化の概略構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図１３】入力信号の一具体例とそのスペクトルを示す
図である。

【図１４】ブロックフローティングの一具体例を示す図
である

【図１５】エントロピ符号化のための符号化テーブルの
構造を示す図である。

【図１６】サブ帯域復号化の概略構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図１７】全帯域を３つのサブ帯域に分ける場合のデコ
ーダ側の結合部の第１の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図１８】全帯域を３つのサブ帯域に分ける場合のデコ
ーダ側の結合部の第２の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図１９】全帯域を２つのサブ帯域に分ける場合のデコ
ーダ側の結合部の一具体例を示すブロック回路図であ
る。

【図２０】本発明の適用例の概略を説明するための図で
ある。

【図２１】再生帯域のスケーラビリティの第１の具体例
を説明するための図である。

【図２２】再生帯域のスケーラビリティの第２の具体例
を説明するための図である。

【図２３】全帯域をいくつかのサブ帯域に分けて記録す
る方法におけるビット割当が適当でない場合に時間的に
異なるユニット間でビット配分を行う例を模式的に表す
図である。

【図２４】全帯域を２つのサブ帯域に分ける場合のエン
コーダ側の他の構成例を示すブロック図である。

【図２５】時間波形およびスペクトルおけるワード分割
の具体例を説明するための図である。

【図２６】記録時に波形データがどのように分割されて
記録されるかと再生時に記録されたデータを低域側、高
域側にどのように分けて復号するかを示す図である。

【図２７】全帯域を２つのサブ帯域に分ける場合のエン
コーダ側のさらに他の構成例を示すブロック図である。

【図２８】サブ帯域に必要なビット数からそのユニット
における割当ビット数を求める方法を示す図である。

【図２９】図２４に示した時間軸方向に分割する場合に
ついての記録側の構成の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図３０】図２４に示した時間軸方向に分割する場合に
ついての再生側の構成の具体例を示すブロック回路図で
ある。

【図３１】図２７に示した周波数軸方向に分割する場合
についての記録側の構成の具体例を示すブロック回路図
である。

【図３２】図２７に示した周波数軸方向に分割する場合
についての再生側の構成の具体例を示すブロック回路図
である。

【符号の説明】

１ 再生帯域分割 ２ サブ帯域符号化 ３ サブ帯域復号化 ４ 再生帯域結合 ５， ６ 帯域分割フィルタ（ＱＭＦ） ７， ８， ９ ノイズシェーピング １０， １１， １２ ビットリダクション １３， １４， １５ 加算器 １６， １７， １８ ＦＦＴ １９， ２０， ２１ マスキングスレッショルド ２２， ２３ ＭＤＣＴ 回路 ２４， ２５， ２６ ビットアロケーション ２７ 臨界帯域毎のパワー算出 ２８ 畳み込み（コンボリューション） フィルタ ２９ 減算器 ３０ （ｎ ａｉ） 関数発生回路 ３１ 割算器 ３２ 合成回路 ３３ 許容雑音補正回路 ３４ 補正情報出力 ３５ 最小可聴カーブ発生回路 ３６ 分析フィルタバンク ３７ 帯域選択／ビットアロケーション回路 ３８ ＬＰＦ ３９ ダウンサンプリング回路 ４０ サブワード割り当て回路 ４１ 再量子化器 ４２ エントロピ符号化回路 ４３ ビットストリーム生成回路 ４４ サブコード生成回路 ４５ サブワード分解回路 ４６ ビットストリーム分解回路 ４７ エントロピ復号化回路 ４８ 逆量子化器 ４９，５０ ＩＭＤＣＴ回路 ５１， ５２ 帯域結合フィルタ（ＩＱＭＦ） ５３，５４，５５ 合成器 ５６ 合成フィルタバンク ５７ アップサンプリング回路

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ディジタル信号の全帯域を複数のサ
   ブ帯域に分割し、各々のサブ帯域を、入力ディジタル信
   号のワードを分割した複数のサブワードに割り当てるデ
   ィジタル信号処理方法であって、 少なくとも１つの上記サブ帯域についての雑音を低減す
   るための情報を、その帯域とは別に割り当てられたサブ
   ワードに割り当てることを特徴とするディジタル信号処
   理方法。
2. 【請求項２】 上記雑音を低減するための情報を、雑音
   を低減するサブ帯域以外のサブ帯域とともに、そのサブ
   帯域に割り当てられたサブワードに割り当てることを特
   徴とする請求項１記載のディジタル信号処理方法。
3. 【請求項３】 上記サブワード内における上記雑音を低
   減するための情報と雑音を低減するサブ帯域以外のサブ
   帯域の情報のビット割り当て比を固定とすることを特徴
   とする請求項２記載のディジタル信号処理方法。
4. 【請求項４】 上記サブワード内における上記雑音を低
   減するための情報と雑音を低減する帯域以外の情報のビ
   ット割り当て比をそれぞれの情報量により可変とするこ
   とを特徴とする請求項２記載のディジタル信号処理方
   法。
5. 【請求項５】 上記雑音を低減するための情報を、各々
   のサブ帯域に割り当てられたサブワードとは別のサブワ
   ードを割り当てて記録又は伝送することを特徴とする請
   求項１記載のディジタル信号処理方法。
6. 【請求項６】 上記サブワードに対するビット数を可変
   に配分することを特徴とする請求項１記載のディジタル
   信号処理方法。
7. 【請求項７】 上記ビット配分を、上記サブ帯域の情
   報、及び上記雑音を低減するための情報により動的に配
   分することを特徴とする請求項６記載のディジタル信号
   処理方法。
8. 【請求項８】 上記入力ディジタル信号の複数のワード
   ごとにブロックを形成し、各ブロック毎にビット配分を
   可変とすることを特徴とする請求項６記載のディジタル
   信号処理方法。
9. 【請求項９】 上記ブロック長を、上記サブ帯域の情
   報、及び上記雑音を低減するための情報により可変とす
   ることを特徴とする請求項８記載のディジタル信号処理
   方法。
10. 【請求項１０】 上記雑音を低減する帯域の信号とその
    信号のストレートＰＣＭでのビットレートより高いビッ
    トレートの信号との差分を上記サブワードに割り当てる
    ことを特徴とする請求項１記載のディジタル信号処理方
    法。
11. 【請求項１１】 上記雑音を低減する帯域の信号のスト
    レートＰＣＭでのビットレート以上の信号およびその信
    号の帯域以外の信号との差分情報を上記サブワードに割
    り当てることを特徴とする請求項１記載のディジタル信
    号処理方法。
12. 【請求項１２】 上記差分情報を高能率符号により伝送
    又は記録することを特徴とする請求項１０又は１１記載
    のディジタル信号処理方法。
13. 【請求項１３】 上記差分情報を聴覚的情報を利用して
    可変ビットレートで伝送又は記録することを特徴とする
    請求項１２記載のディジタル信号処理方法。
14. 【請求項１４】 上記差分情報をエントロピ符号化する
    ことにより可変ビットレートで伝送又は記録することを
    特徴とする請求項１２記載のディジタル信号処理方法。
15. 【請求項１５】 上記差分情報を線形予測符号化するこ
    とにより固定ビットレートで伝送又は記録することを特
    徴とする請求項１２記載のディジタル信号処理方法。
16. 【請求項１６】 入力されたディジタル信号の全帯域を
    複数のサブ帯域に分割する帯域分割手段と、 この帯域分割手段からの少なくとも１つのサブ帯域の雑
    音を低減するための情報を、そのサブ帯域とは別のサブ
    帯域の割り当てるサブ帯域符号化手段とを有することを
    特徴とするディジタル信号処理装置。
17. 【請求項１７】 上記サブ帯域符号化手段は、上記入力
    ディジタル信号を少なくとも２つの周波数帯域で分割
    し、少なくとも１つの周波数帯域のストレートＰＣＭ信
    号と当該周波数帯域のワード長を短くしたストレートＰ
    ＣＭ信号との差分を上記雑音を低減するための情報とす
    ることを特徴とする請求項１６記載のディジタル信号処
    理装置。
18. 【請求項１８】 入力ディジタル信号の全帯域を複数の
    サブ帯域に分割し、各々のサブ帯域が、入力ディジタル
    信号のワードを分割した複数のサブワードに割り当てら
    れ、少なくとも１つの上記サブ帯域についての雑音を低
    減するための情報が、その帯域とは別に割り当てられた
    サブワードに割り当てられて記録されて成ることを特徴
    とする記録媒体。
19. 【請求項１９】 入力ディジタル信号の全帯域を複数の
    サブ帯域に分割し、各々のサブ帯域の信号を、入力ディ
    ジタル信号のワードを分割した複数のサブワードに割り
    当てる信号処理方法であって、 複数のワード毎にユニットを形成し、各ユニット毎に上
    記各サブ帯域の信号を割り当てる際に、割り当てるべき
    サブ帯域の信号を複数のユニットのサブワードに、又は
    １つのサブワードに複数ユニットのサブ帯域の信号を、
    割り当てることを特徴とするディジタル信号処理方法。
20. 【請求項２０】 上記割り当てるべき信号は、少なくと
    も１つのサブ帯域の雑音を低減するための情報であるこ
    とを特徴とする請求項１９記載のディジタル信号処理方
    法。
21. 【請求項２１】 上記各サブ帯域におけるサブワード長
    を固定に配分することを特徴とする請求項１９又は２０
    記載のディジタル信号処理方法。
22. 【請求項２２】 上記各サブ帯域におけるサブワード長
    を可変に配分することを特徴とする請求項１９又は２０
    記載のディジタル信号処理方法。
23. 【請求項２３】 上記各サブ帯域におけるサブワード長
    情報をサブワードとともに伝送又は記録することを特徴
    とする請求項２１又は２２記載のディジタル信号処理方
    法。
24. 【請求項２４】 上記各ユニットのあるサブ帯域に必要
    なサブワード長の合計がその帯域に割り当てられるサブ
    ワード長の合計を著しく下回るあるいは上回るとき、そ
    の帯域のサブワード長を増減することを特徴とする請求
    項１９又は２０記載のディジタル信号処理方法。
25. 【請求項２５】 上記各サブ帯域に必要なサブワード長
    を全ユニットにおいてあらかじめ求めておき、各ユニッ
    トのサブ帯域にサブワードを割り当てることを特徴とす
    る請求項１９又は２０記載のディジタル信号処理方法。
26. 【請求項２６】 入力されたディジタル信号の複数ワー
    ド毎にユニットを形成するユニット化手段と、 このユニット化手段からの信号の全帯域を複数のサブ帯
    域に分割する帯域分割手段と、 この帯域分割手段からの少なくとも１つのサブ帯域の信
    号を複数のユニットのサブワードに、又は１つのサブワ
    ードに複数ユニットのサブ帯域の信号を、割り当てる手
    段とを有することを特徴とするディジタル信号処理装
    置。
27. 【請求項２７】 上記割り当てるべき信号は、少なくと
    も１つのサブ帯域の雑音を低減するための情報であるこ
    とを特徴とする請求項２６記載のディジタル信号処理装
    置。
28. 【請求項２８】 入力ディジタル信号の複数のワード毎
    にユニットが形成され、入力ディジタル信号の全帯域を
    複数のサブ帯域に分割して得られる各々のサブ帯域が入
    力ディジタル信号のワードを分割した複数のサブワード
    に割り当てられ、上記各ユニット毎に上記各サブ帯域の
    信号が割り当てられる際に、割り当てるべきサブ帯域の
    信号が複数のユニットのサブワードに、又は１つのサブ
    ワードに複数ユニットのサブ帯域の信号が割り当てられ
    て記録されて成ることを特徴とする記録媒体。