JPH09120646A

JPH09120646A - オーディオ信号圧縮記録装置及びオーディオ信号圧縮装置並びに光記録媒体

Info

Publication number: JPH09120646A
Application number: JP6527496A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ueno; 昭治植野; Norihiko Fuchigami; 徳彦渕上
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＤ−ＤＡ用のデータ圧縮より更に高い圧縮
率により、量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４
４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で量子化して得たデ
ータをＣＤ−ＲＯＭに記録することができるオーディオ
信号圧縮記録装置及びオーディオ信号圧縮装置並びに光
記録媒体を提供する。【解決手段】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する手段１、量子化された所定量の量子化デ
ータ毎に直交変換を適用してデータ量を圧縮する手段
２、３、圧縮されたデータをＣＤ−ＲＯＭＸＡ規格のモ
ード２、フォーム２のユーザデータ領域あるいはＣＤ−
ＲＯＭ規格のモード２のユーザデータ領域に配するよう
フォーマッティングする手段４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ信号を
高能率符号化して光記録媒体に記録するオーディオ信号
圧縮記録装置及びそのためのオーディオ信号圧縮装置、
さらに光記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤ（コンパクトディスク）は１９８２
年に登場して十数年が経過し、現在では様々な展開によ
りデジタルストレージメディアとして定着している。オ
ーディオメディアの用途を考えると、サンプリング周波
数ｆs ＝４４．１ｋＨｚ、量子化ビット数＝１６ビット
のこのメディアは完全に成熟期に入っている。さらに、
ＤＶＤと呼ばれる高密度ディスクがコンピュータなどの
データ用のデジタルディスクとして利用されようとして
いる。なお、デジタルディスクとはＣＤ、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ＤＶＤなどオーディオやビデオ信号がデジタル信号
として記録された光ディスクをいうものとする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常の音楽（オーディ
オ）用のＣＤ（以下ＣＤ−ＤＡという）はサンプリング
周波数ｆs ＝４４．１ｋＨｚ、量子化ビット数＝１６ビ
ットで２チャンネルのオーディオ信号を記録することが
できるが、これまでのＣＤ−ＤＡの規格では同一データ
量をＣＤ−ＲＯＭのフォーマットで記録することができ
なかった。これは、ＣＤ−ＲＯＭのフォーマットには同
期信号（ＳＹＮＣ）やアドレスやモードを含むヘッダが
あるため、オーディオ信号を記録するための記録容量が
ＣＤ−ＤＡより少ないためである。一方、パソコンやそ
の周辺機器の発達と急速な普及により、ＣＤ−ＲＯＭド
ライブを介して、音楽などを高音質で楽しみたいという
要望がある。

【０００４】さらに、ＤＶＤと呼ばれるデジタルディス
クでは音声がリニアＰＣＭにより圧縮されずに記録され
ているため、よりハイファイ性の高い記録のためにはデ
ータ量を要し、記録時間が短くなる。このディスクのた
めには、直交変換及び／又はハフマン符号によりデータ
処理してデータ量を削減するための圧縮を行って、ＤＶ
Ｄのフォーマットで記録する記録装置並びにかかる方式
で記録された光ディスクが考えられる。

【０００５】したがって、本発明は現在のＣＤ−ＤＡ用
のデータ処理に比較して高い圧縮率により、量子化ビッ
ト数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ
以上の周波数で量子化して得たデータをＣＤ−ＲＯＭに
記録することができるオーディオ信号圧縮記録装置及び
オーディオ信号圧縮装置並びに光記録媒体を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】また、本発明は、ＣＤバリエイション（サ
イズ・変調方式）の範囲内でデータフォーマットが一般
に異なると見られているＤＶＤオーディオに記録するこ
とができるオーディオ信号圧縮記録装置及びオーディオ
信号圧縮装置並びに光記録媒体を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、オーディオ信号を量子化ビット数１６ビッ
ト、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波数
で量子化し、量子化された所定量の量子化データ毎に直
交変換を適用してデータ量を削減・圧縮し、圧縮された
データをＣＤ−ＲＯＭＸＡ規格のモード２、フォーム２
のユーザデータ領域又はＣＤ−ＲＯＭ規格のモード２の
ユーザデータ領域、あるいはＤＶＤのユーザデータ領域
に配するようフォーマッティングし、フォーマッティン
グされたデータを記録媒体に記録するようにしている。

【０００８】すなわち、本発明によれば、オーディオ信
号を量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１
ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段
と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化デー
タ毎に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧
縮手段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをデ
ジタルディスクのユーザデータ領域に配するようフォー
マッティングするフォーマッティング手段と、前記フォ
ーマッティング手段でフォーマッティングされたデータ
をＣＤフォーマットとして記録媒体に記録する手段と
を、有するオーディオ信号圧縮記録装置が提供される。

【０００９】また、本発明によればオーディオ信号を量
子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ
又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段と、前記
量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎に直
交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手段
と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＣＤ−Ｒ
ＯＭＸＡ規格のモード２、フォーム２のユーザデータ領
域に配するようフォーマッティングするフォーマッティ
ング手段と、前記フォーマッティング手段でフォーマッ
ティングされたデータをＣＤフォーマットとして記録媒
体に記録する手段とを、有するオーディオ信号圧縮記録
装置が提供される。

【００１０】さらに、本発明によれば、オーディオ信号
を量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋ
Ｈｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段と、
前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＣＤ−
ＲＯＭ規格のモード２のユーザデータ領域に配するよう
フォーマッティングするフォーマッティング手段と、前
記フォーマッティング手段でフォーマッティングされた
データをＣＤフォーマットとして記録媒体に記録する手
段とを、有するオーディオ信号圧縮記録装置が提供され
る。

【００１１】また、本発明によれば、オーディオ信号を
量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨ
ｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段と、前
記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎に
直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手段
と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＤＶＤの
ユーザデータ領域に配するようフォーマッティングする
フォーマッティング手段と、前記フォーマッティング手
段でフォーマッティングされたデータをＣＤフォーマッ
トとして記録媒体に記録する手段とを、有するオーディ
オ信号圧縮記録装置が提供される。

【００１２】なお、本発明は上記のようにオーディオ信
号圧縮記録装置として捉えられるが、さらに、再生専用
のディスクの製造のためには、ＣＤフォーマットとして
記録する工程はディスク製造工場側のタスクとなる。し
たがって、本発明はオーディオ信号圧縮装置としても捉
えることができる。

【００１３】すなわち、本発明によれば、オーディオ信
号を量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１
ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段
と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化デー
タ毎に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧
縮手段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをデ
ジタルディスクのユーザデータ領域に配するようフォー
マッティングするフォーマッティング手段とを、有する
オーディオ信号圧縮装置が提供される。

【００１４】また、本発明によれば、オーディオ信号を
量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨ
ｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段と、前
記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎に
直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手段
と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＣＤ−Ｒ
ＯＭＸＡ規格のモード２、フォーム２のユーザデータ領
域に配するようフォーマッティングするフォーマッティ
ング手段とを、有するオーディオ信号圧縮装置が提供さ
れる。

【００１５】また、本発明によれば、オーディオ信号を
量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨ
ｚ又はそれ以上の周波数で量子化する量子化手段と、前
記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎に
直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手段
と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＤＶＤの
ユーザデータ領域に配するようフォーマッティングする
フォーマッティング手段とを、有するオーディオ信号圧
縮装置が提供される。

【００１６】また、本発明によれば、オーディオ信号を
量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨ
ｚ又はそれ以上の周波数で量子化し、量子化された所定
量の量子化データ毎に直交変換を適用してデータ量を圧
縮し、圧縮されたデータをデジタルディスクのユーザデ
ータ領域に配するようフォーマッティングし、フォーマ
ッティングされたデータをＣＤフォーマットとして記録
した光記録媒体が提供される。

【００１７】また、本発明によれば、オーディオ信号を
量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨ
ｚ又はそれ以上の周波数で量子化し、量子化された所定
量の量子化データ毎に直交変換を適用してデータ量を圧
縮し、圧縮されたデータをＣＤ−ＲＯＭＸＡ規格のモー
ド２、フォーム２のユーザデータ領域に配するようフォ
ーマッティングし、フォーマッティングされたデータを
ＣＤフォーマットとして記録した光記録媒体が提供され
る。

【００１８】さらに、本発明によれば、オーディオ信号
を量子化ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋ
Ｈｚ又はそれ以上の周波数で量子化し、量子化された所
定量の量子化データ毎に直交変換を適用してデータ量を
圧縮し、圧縮されたデータをＤＶＤのユーザデータ領域
に配するようフォーマッティングし、フォーマッティン
グされたデータをＣＤフォーマットとして記録した光記
録媒体が提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明のオーディオ信号圧縮記録
装置及びオーディオ信号圧縮装置並びに光記録媒体の実
施の形態を好ましい実施例によって説明する。図１は本
発明のオーディオ信号圧縮記録装置の好ましい実施例を
示すブロック図である。入力端子ＩＮには例えば音楽信
号などのアナログ信号が供給され、出力端子ＯＵＴは図
示省略のＣＤ原盤作成機、すなわちマスタリング装置に
必要に応じてプリマスタリング装置を介して接続され
る。マスタリング装置自体は従来のものと本質的に変ら
ないので、ここでは説明を省略する。

【００２０】図１の装置は入力端子ＩＮに接続されたＡ
／Ｄ変換器１と、その出力に接続された信号処理回路２
と、信号処理回路２に接続されたメモリ３と、信号処理
回路２の出力に接続されたＣＤ−ＲＯＭ符号化回路４
と、ＣＤ−ＲＯＭ符号化回路４の出力に接続されたＣＤ
符号化回路５を有している。ＣＤ−ＲＯＭ符号化回路４
の出力は第１出力端子ＯＵＴ１に接続され、ＣＤ符号化
回路５の出力は第２出力端子ＯＵＴ２に接続されてい
る。なお、後述するように、ＣＤ符号化回路５は不要な
場合がある。

【００２１】Ａ／Ｄ変換器１はオーディオ信号を量子化
ビット数１６ビット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又は
それ以上の周波数で量子化する量子化手段として動作す
る。標本化周波数は実施例により４４．１ｋＨｚ（ＤＶ
Ｄの場合は４８ｋＨｚ）又は８８．２ｋＨｚ（ＤＶＤの
場合は９６ｋＨｚ）のいずれかになっているが、４４．
１ｋＨｚ以上の適当な値とすることができる。音楽信号
を対象とする場合は、通常左右の２チャンネルである
が、サラウンドその他の必要に応じて４チャンネルや６
チャンネルなどとすることができる。ここでは２チャン
ネルである場合について説明する。Ａ／Ｄ変換器１で得
られた量子化データは１チャンネルあたり２^m個(mは正
の整数）を単位として、信号処理回路２を介してメモリ
３に書き込まれる。その後、信号処理回路２がこの２^m
個のデータの処理を開始する。

【００２２】図２は信号処理回路２の一例を示すブロッ
ク図である。２^m個のデータは直交変換回路１０にて直
交変換が施され、周波数スペクトルが得られる。この周
波数スペクトルをバンド分割のための複数のフィルタ６
ａ，６ｂ，６ｃ．．．６ｎを有するフィルタバンク６と
選択手段としてのスイッチ回路７を介して正規化部・量
子化部１１に与え、バンド毎にまとめて正規化・量子化
する。ここで正規化レベル（ビット数）を補助情報、ス
ペクトルデータを主情報としてデータフレームとする。
このデータフレームからコードブックのインデックスを
補助情報、処理データを主情報として、新たなデータフ
レームを作成し、これを順次メモリ３に書き込む。次に
メモリ３からこの新たなデータフレームを読み出し、ア
ロケーション回路９を介して図１のＣＤ−ＲＯＭ符号化
回路４へ出力する。

【００２３】ＣＤ−ＲＯＭ符号化回路４では、図３によ
って後述する所定のフォーマットとなるように、各セク
タに同期信号（ＳＹＮＣ）やヘッダ、サブヘッダなどを
付加し、各セクタのユーザデータ領域に信号処理回路２
から与えられる圧縮オーディオデータを配して出力す
る。ＣＤ−ＲＯＭ符号化回路４の出力データは第１出力
端子ＯＵＴ１を介して出力され、例えば磁気テープに記
録されて、再生専用のＣＤを製造するためのプリマスタ
リング装置やマスタリング装置に供給される。一方、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭ符号化回路４の出力データは、書込み可能
な、いわゆるライトワンスタイプのＣＤの場合は、ＣＤ
符号化回路５に与えられ、ＣＤフォーマット化され、第
２出力端子ＯＵＴ２を介して図示省略の記録ヘッドによ
り記録される。

【００２４】次に図３とともに本発明のいくつかの態様
について説明する。図３はＣＤの種々のフォーマットを
セクタ単位で示したもので、第１段には通常の音楽用Ｃ
Ｄである、ＣＤ−ＤＡを示し、以下第２段から第６段ま
で各種ＣＤ−ＲＯＭを示している。本発明の実施例とし
ては次の６つの態様がある。なお、ＤＶＤを示す図１７
については後述する。

【００２５】

【表１】（１）ＣＤ−ＲＯＭＸＡモード２、フォーム２（図３の６段目）標本化周波数：４４．１ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット（２）ＣＤ−ＲＯＭＸＡモード２、フォーム２（図３の６段目）標本化周波数：８８．２ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット（３）ＣＤ−ＲＯＭモード２（図３の４段目）標本化周波数：４４．１ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット（４）ＣＤ−ＲＯＭモード２（図３の４段目）標本化周波数：８８．２ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット（５）ＤＶＤ（図１７）標本化周波数：４８ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット（６）ＤＶＤ（図１７）標本化周波数：９６ｋＨｚ量子化ビット数：１６ビット

【００２６】ＣＤ−ＲＯＭＸＡモード２、フォーム
２ではユーザデータは２３２４バイトである。また、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭモード２では、ユーザデータは２３３６バ
イトである。これらの規格では、比較的ユーザデータの
データ量、すなわちバイト数が多いので、１枚のディス
クに記録収納可能なデータ量が多く、有利である。

【００２７】また、上記（１）、（２）のＣＤ−ＲＯＭ
ＸＡモード２フォーム２を用いた場合は、独自の
割当てのサブヘッダを規定することができる。サブヘッ
ダの内容を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記サブヘッダ中、サブモードバイトのビ
ット５〜２をこの符号化ＩＤに用いることで、サブヘッ
ダを見ながら、このフォーマットのデコードを行うこと
ができる。以下の表３と表４に、サブヘッダ中のサブモ
ードと、コーディング情報の内容を示す。サブヘッダに
はフォーマット時の条件を記録することができるが、そ
の手法として２つの方法がある。その一つはそのセクタ
のフォーマット条件を入れる方法であり、他の方法はフ
ォーマット条件を複数のセクタに分けて記録する方法で
あり、この場合これら複数のセクタの情報を集合して解
読可能となる。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】上記４つの態様中、標本化周波数が８８．
２ｋＨｚである、（２）と（４）では、２ブロックで１
フレームを構成することとなる。したがって、４４．１
ｋＨｚの場合と比較して、記録できる時間は半分とな
る。

【００３３】上記実施例は、信号処理回路２が可逆圧縮
方式である場合について説明したが、本発明者らが先に
開発したいわゆる準可逆符号化方式のものを適用するこ
とにより、更にデータ量を圧縮することができる。以下
にこの方式について説明する。

【００３４】図４は図１の信号処理回路に本発明者らが
開発した音声の準可逆符号化装置を適用する場合の例を
示すブロック図、図５は図４における聴覚心理分析と符
号量調整処理を説明するためのフローチャート、図６は
図４の準可逆符号化装置と従来例における符号量不足時
の再量子化ノイズレベルの比較例を示す説明図、図７は
図４の準可逆符号化装置と従来例における聴感上の音質
比較例を示す説明図である。

【００３５】図４に示す装置では先ず、従来の周波数領
域処理のエンコーダと同様に、バッファ２１が後段の窓
掛け・直交変換部２２が直交変換する際に必要なフレー
ム分のＰＣＭ信号をバッファリングし、窓掛け・直交変
換部２２はこのフレームデータに窓掛け（一般にはハニ
ング窓等の窓掛け）し、ＭＤＣＴ（変形離散コサイン変
換）等により直交変換し、この直交変換係数を複数のバ
ンドに分割する。正規化部２３はこのバンド毎の正規化
係数（スケールファクタ）を決定し、バンド内の直交変
換係数を正規化する。量子化・符号化部２４はこの正規
化後の係数を可逆に必要な精度で量子化し、必要であれ
ばエントロピー符号化する。

【００３６】そして、図４の例では、聴覚心理分析部２
５と符号量制御部２６及び量子化・符号化部２４が図５
に示すような処理を行う。図５において、先ず、量子化
・符号化部２４により正規化された係数の１回目の量子
化ビット数（Bit[i]）を決定し、符号量を見積もって総
符号量（Total bit ）を算出する（ステップＳ１）。次
いでそのフレームの使用可能符号量（Avail bit ）を確
認又は算出し（ステップＳ２）、次いで総符号量（Tota
l bit ）と使用可能符号量（Avail bit ）を比較するこ
とにより符号量が不足するか否かをチェックする（ステ
ップＳ３）。

【００３７】そして、符号量が不足する場合（Total bi
t ＞Avail bit ）には、先ず、聴覚心理モデルのマスキ
ング効果と最小可聴限特性を考慮してバンドパワーｐ
[i] （＝正規化値² ＝scale[i]² ）からマスキングカー
ブｍ[i] を算出する（ステップＳ４）。この場合、マス
キングカーブｍ[i] は基準カーブcurve[i]とバンドパワ
ーｐ[i] を畳み込み演算することにより得られる。

【００３８】次いで最小可聴限とマスキングカーブから
各バンドの標準ノイズレベルＮ[i]を算出し（ステップ
Ｓ５）、次いで標準ノイズレベルＮ[i] が高いバンドか
ら１ビットずつビット削減を行うことにより不足符号量
を各バンドに振り分ける。但し、バンドｉにおいて１ビ
ット削減を行う毎にＮ[i]から６．０を減算し、ビット
削減が標準ノイズレベルＮ[i] と相似形になるようにす
る（ステップＳ６）。そして、このように各バンド毎に
最終的に決定された量子化ビット数で、量子化・符号化
部２４で再量子化及び符号化する（ステップＳ７）。

【００３９】また、ステップＳ３において符号量が不足
しない場合には、余剰ビットを各バンドに割り当て又は
パディングし（ステップＳ８）、その量子化ビット数
で、量子化・符号化部２４で再量子化及び符号化する
（ステップＳ７）。フォーマット化出力部２７は一般
に、正規化係数（場合によっては量子化ビット数）と、
符号量制御部２６の符号量制御情報と、それにヘッダ等
の補助情報を付加してフォーマット化（ビットストリー
ム化）して伝送する。

【００４０】図６は図４の例と、従来のエンコーダにお
いて符号量不足時の再量子化ノイズレベルの設定例を比
較した場合を示している。上記例によれば、再量子化ノ
イズ聴覚心理モデルに応じてシェーピングされており、
ノイズ量が同じであっても聴感上ではノイズレベルが下
がった場合と同等の効果を得ることができる。したがっ
て、聴感上の音質劣化を最小限にして準可逆的に符号化
することができる。

【００４１】図７は従来例で非可逆符号化を行った場合
と、上記例の場合の音質の比較例を示し、図７（ａ）は
フレームの一部が非可逆となる場合、図７（ｂ）はフレ
ームの大部分が非可逆となる場合を示す。図のように非
可逆となる区間において太線で示す本発明の方が細線で
示す従来例より音質を改善することができ、したがっ
て、符号化全体として安定した音質を得ることができ
る。また、本発明によれば、非可逆符号化を行った場合
の音質を十分確保することができるので、各フレームの
使用可能符号量が一定の「固定伝送レート」で伝送する
ことができ、したがって、非可逆フレームが大幅に増加
しても音質上の問題は発生しない。この結果、オーサリ
ングや再生装置側の符号量制御に関わる処理を大幅に簡
略化することができる。

【００４２】次に、信号処理回路の他の例について図８
乃至図１４に沿って説明する。図８は図４同様、本発者
らが開発した音声の準可逆符号化装置の他の例を示すブ
ロック図、図９は図８における符号量補正値を算出する
処理を説明するためのフローチャート、図１０は符号量
偏差と符号量補正値の関係を示すグラフ、図１１〜図１
３は符号量補正前と補正後の符号量偏差ヒストグラムを
示す説明図、図１４は図８における聴覚心理分析と符号
量調整処理を説明するためのフローチャート、図１５は
図８の準可逆符号化装置と従来例における符号量過剰時
の再量子化ノイズレベルの比較例を示す説明図、図１６
は図８の準可逆符号化装置と従来例における聴感上の音
質比較例を示す説明図である。

【００４３】図８に示す装置では、先ず、従来の周波数
領域処理のエンコーダと同様に、バッファ２１が後段の
窓掛け・直交変換部２２が直交変換する際に必要なフレ
ーム分のＰＣＭ信号をバッファリングし、窓掛け・直交
変換部２２はこのフレームデータに窓掛け（一般にはハ
ニング窓等の窓掛け）し、ＭＤＣＴ（変形離散コサイン
変換）等により直交変換し、この直交変換係数を複数の
バンドに分割する。正規化部２３はこのバンド毎の正規
化係数（スケールファクタ）を決定し、バンド内の直交
変換係数を正規化する。量子化・符号化部２４はこの正
規化後の係数を可逆に必要な精度で量子化し、この場合
にも必要であればエントロピー符号化する。但し、図１
１に示す時間領域処理の場合よりエントロピ符号化の効
果は一般に少ない。

【００４４】そして、この例では、聴覚心理分析部２５
と符号量制御部２６及び量子化・符号化部２４が区間毎
の符号量補正値Adj に基づいて以下のような処理を行
う。先ず、本発明では、オーディオメディアを制作する
場合に、１曲（例えば４〜６分）又は全曲（例えば４０
〜７４分）等の長時間平均で符号量が目標値になるよう
に制御する方法であり、エンコード処理は２パスで行
う。具体的には、（ａ）可逆符号化を仮定した１回目のエンコード処理を
行う。但し、各区間の使用符号量が得られればよく、実
際に量子化・符号化を行う必要はない。（ｂ）図９に示すように各区間の使用符号量と目標符号
量の差から各区間の符号量補正値Adj を算出する。（ｃ）２回目のエンコード処理を行う。この場合、可逆
符号化を仮定したビット割り当てを補正符号量と聴覚心
理モデルにより変更して量子化・符号化を行い、また、
ビット割り当て変更の情報を補助情報としてデコーダに
伝送する。

【００４５】次に、図９を参照して上記（ｂ）における
符号量補正値Adj を算出する処理について説明する。先ず、対象区間の使用符号量を入力して平均符号量Ｔ
ｍを算出し、目標符号量Ｔｄとの差を評価する（ステッ
プＳ１１、Ｓ１２）。次いで、符号量過剰な場合（平均符号量Ｔｍ＞目標符
号量Ｔｄ）には、各区間の使用符号量と目標符号量との
偏差Delta[bit]（但し、過剰な場合に正）を算出し、こ
の偏差Delta[bit]を適当なステップ幅step[bit] で量子
化し、ヒストグラムを作成する（ステップＳ１２→Ｓ１
３）。次いで、ヒストグラムの偏差が負の領域の偏差総量Ｓ
ｍと、正の領域の偏差総量Ｓｐを以下のように算出する
（ステップＳ１４）。

【００４６】

【数１】

【００４７】次いで、負の領域の偏差総量Ｓｍの比率
Ｓｍ／（Ｓｍ＋Ｓｐ）が予め定めた値Bound （例えば
０．３３等）より大きい場合には、以下のように各区間
毎の符号量補正値Adj を求める（ステップＳ１５→Ｓ１
６）。

【００４８】

【数２】

【００４９】’他方、比率Ｓｍ／（Ｓｍ＋Ｓｐ）が値
Bound より小さい場合には、比率Ｓｍ／（Ｓｍ＋Ｓｐ）
が値Bound より大きくなるようにヒストグラムのオフセ
ット値Off を決定し（ステップＳ１５→Ｓ１７）、以下
のように各区間毎の符号量補正値Adj を求める（ステッ
プＳ１８）。

【００５０】

【数３】ここで、この手法を用いる理由は、ヒストグラムが極端
に「過剰」側に偏っている場合には、ある程度全フレー
ムにオフセットを掛けて補正する必要があるからであ
る。

【００５１】’また、ステップＳ１２において平均符
号量Ｔｍ＞目標符号量Ｔｄでない場合には、平均符号量
Ｔｍと目標符号量Ｔｄに基づいて以下のように各区間で
一定の符号量補正値Adj を求める（ステップＳ１９）。 Adj ＝（Ｔｄ−Ｔｍ） [bit]

【００５２】図１０は符号量偏差Delta[bit]と符号量補
正値Adj の関係を示し、偏差Delta[bit]が正であって大
きい程、補正値Adj も増大する。また、図１１〜図１３
は符号量補正前（実線）と補正後（破線）のヒストグラ
ムを示し、横軸がサンプル当たりの偏差（Delta ／区間
当たりのサンプル数）を、また、縦軸が度数を示す。詳
しくは図１１は上記のように補正値Adj を求めた場
合、また、図１２、図１３はそれぞれ上記 ’、’
のように補正値Adj を求めた場合を示している。

【００５３】次に、図１４を参照して聴覚心理分析と符
号量調整処理を説明する。図１４において、先ず、量子
化・符号化部２４により正規化された係数の１回目（可
逆方式）の量子化ビット数（Bit[i]）を決定し、符号量
を見積もって総符号量（Total bit ）を算出する（ステ
ップＳ２１）。次いでそのフレームの符号量補正値Adj
を読み込み（ステップＳ２２）、補正値Adj が負（Adj
＜０）か否かをチェックする（ステップＳ２３）。

【００５４】そして、補正値Adj が負の場合（符号量削
減）には、先ず、聴覚心理モデルのマスキング効果と最
小可聴限特性を考慮してバンドパワーｐ[i] （＝正規化
係数2 ＝scale[i]² ）からマスキングカーブｍ[i] を算
出する（ステップＳ４）。この場合、マスキングカーブ
ｍ[i] は基準カーブcurve[i]とバンドパワーｐ[i] を畳
み込み演算することにより得られる。

【００５５】次いで最小可聴限とマスキングカーブから
各バンドの標準ノイズレベルＮ[i]を算出し（ステップ
Ｓ５）、次いで標準ノイズレベルＮ[i] が高いバンドか
ら１ビットずつビット削減を行うことにより符号量補正
値を各バンドに振り分ける。但し、バンドｉにおいて１
ビット削減を行う毎にＮ[i] から６．０を減算し、ビッ
ト削減が標準ノイズレベルＮ[i] と相似形になるように
する（ステップＳ６）。そして、このように各バンド毎
に最終的に決定された量子化ビット数で、量子化・符号
化部２４で再量子化及び符号化する（ステップＳ７）。

【００５６】また、ステップＳ２３において補正値Adj
が負でない場合（符号量増加）には、余剰ビットを各バ
ンドに割り当て又はパディングし（ステップＳ８）、そ
の量子化ビット数で、量子化・符号化部２４で再量子化
及び符号化する（ステップＳ７）。フォーマット化出力
部２７は一般に、正規化係数（場合によっては量子化ビ
ット数）と、符号量制御部２６の符号量制御情報と、そ
れにヘッダ等の補助情報を付加してフォーマット化（ビ
ットストリーム化）して伝送する。

【００５７】したがって、上記例によれば、算術エント
ロピーが大きく、聴感エントロピーが小さい区間ほど、
より多くの符号量補正（削減）を受けることになり、聴
感に対応した符号量配分を行うことができる。また、図
１５は図８の装置と、従来のエンコーダにおいて符号量
過剰時の再量子化ノイズレベルの設定例を比較した場合
を示し、この例によれば、非可逆符号化されるフレーム
においても再量子化ノイズ聴覚心理モデルに応じてシェ
ーピングされており、ノイズ量が同じであっても聴感上
ではノイズレベルが下がった場合と同等の効果を得るこ
とができる。したがって、聴感上の音質劣化を最小限に
して準可逆的に符号化することができる。

【００５８】図１６は従来例において非可逆符号化を行
った場合と、上記図８の例の場合の音質の比較例を示
し、図１６（ａ）はフレームの一部が非可逆となる場
合、図１６（ｂ）はフレームの大部分が非可逆となる場
合を示す。図のように非可逆となる区間において太線で
示す本発明の方が細線で示す従来例より音質を改善する
ことができ、したがって、符号化全体として安定した音
質を得ることができる。

【００５９】次に本発明によるデータ圧縮率がどの程度
であるかについて検討する。表５は音楽の３つのジャン
ル別に、圧縮効果を実測した結果を示したものである。
なお、表中の１段目の１６４４はビット数が１６で、標
本化周波数が４４．１ｋＨｚｚであることを示してい
る。各ジャンルにおいて、５乃至１０曲を選定して調査
した。

【００６０】

【表５】

【００６１】表５中の数字は基のデータ量を１００とし
たときの圧縮後のデータ量を示している。この表から分
るように、例えば、１６４４をクラシック音楽に適用す
ると、平均で５０％、最大で６０％の圧縮が可能である
ことが分る。ポップスやジャズ・フュージョンではクラ
シック程の圧縮はできないが、平均的に２３％から３５
％の圧縮率が得られる。

【００６２】表５に示した圧縮の効果は、図４及び図８
に示した準可逆符号化装置を用いない場合のものであ
り、準可逆符号化装置を用いることにより、さらに圧縮
率を高くすることができる。

【００６３】上記本発明の実施例の４つの態様は、その
いずれかを選択できるように、本発明の圧縮記録装置又
は圧縮装置の使用者が手動で図示省略のセレクトボタン
などを操作することにより、切り替えて使用できる構成
とすることができる。なお、標本化周波数を４４．１ｋ
Ｈｚより高く設定した場合は、４４．１ｋＨｚのときの
一定線速度より更に速い線速度となるよう、ディスクの
回転数を制御する必要がある。標本化周波数を４４．１
ｋＨｚより高く設定した場合は、高域の周波数特性が改
善され、高音質化が図られる。図１７はＤＶＤのフォー
マットを図３と同様にセクタ単位で示すデータ配置模式
図である。図１７に示されるように、ＤＶＤでは通常１
パックが２０４８バイト（１論理セクタ）で構成され、
その中のパケット（ユーザデータ）２０３４バイトが利
用できる。なお、図１７において、「パックスタート」
は同期信号となるＳＹＮＣパターンを有し、「ＳＣＲ」
は時間情報であるシステム・クロック・レファレンスで
あり、「Ｍｕｘｒａｔｅ」は転送レート（マルチプレ
クシングレート）であり、「パケット（ユーザデー
タ）」はパケットヘッダとデータなどからなる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、オ
ーディオ信号を量子化ビット数１６ビット、標本化周波
数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で量子化し、量
子化された所定量の量子化データ毎に直交変換を適用し
てデータ量を圧縮し、圧縮されたデータをＣＤ−ＲＯＭ
ＸＡ規格のモード２、フォーム２のユーザデータ領域あ
るいはＣＤ−ＲＯＭ規格のモード２のユーザデータ領域
Ｍに配するようフォーマるいはＣＤ−ＲＯＭ規格のモー
ド２のユーザデータ領域、あるいはＤＶＤのユーザデー
タ領域に配するようフォーマッティングしているので、
音声信号を高圧縮率で圧縮して、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ
に記録することができる。したがって、音楽の内容によ
っては、ＣＤ−ＤＡより記録時間を長くすることも可能
である。また、新規格のＤＶＤオーディオを実現可能と
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオーディオ信号圧縮記録装置の好まし
い実施例を示すブロック図である。

【図２】図１中の信号処理回路２の一例を示すブロック
図である。

【図３】ＣＤの種々のフォーマットをセクタ単位で示し
たデータ配置摸式図である。

【図４】図１中の信号処理回路２の他の例としての音声
の準可逆符号化装置の一例を示すブロック図である。

【図５】図４における聴覚心理分析と符号量調整処理を
説明するためのフローチャートである。

【図６】図４の準可逆符号化装置と従来例における符号
量不足時の再量子化ノイズレベルの比較例を示す説明図
である。

【図７】図４の準可逆符号化装置と従来例における聴感
上の音質比較例を示す説明図である。

【図８】図１中の信号処理回路２のさらに他の例として
の音声の準可逆符号化装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図９】図８における符号量補正値を算出する処理を説
明するためのフローチャートである。

【図１０】符号量偏差と符号量補正値の関係を示すグラ
フである。

【図１１】符号量補正前と補正後の符号量偏差ヒストグ
ラムを示す説明図である。

【図１２】符号量補正前と補正後の符号量偏差ヒストグ
ラムを示す説明図である。

【図１３】符号量補正前と補正後の符号量偏差ヒストグ
ラムを示す説明図である。

【図１４】図８における聴覚心理分析と符号量調整処理
を説明するためのフローチャートである。

【図１５】図８の準可逆符号化装置と従来例における符
号量不足時の再量子化ノイズレベルの比較例を示す説明
図である。

【図１６】図８の準可逆符号化装置と従来例における聴
感上の音質比較例を示す説明図である。

【図１７】ＤＶＤのフォーマットをセクタ単位で示した
データ配置摸式図である。

【符号の説明】

１Ａ／Ｄ変換回路（量子化手段）２信号処理部（メモリ３とともにデータ圧縮手段を構
成する）３メモリ４ＣＤ−ＲＯＭ符号化回路（フォーマッティング手
段）５ＣＤ符号化回路１０直交変換回路１１正規化部２２窓掛け・直交変換部２３正規化部２４量子化・符号化部２５聴覚心理分析部２６符号量制御部２７フォーマット化出力部ＩＮ入力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをデジタルディ
スクのユーザデータ領域に配するようフォーマッティン
グするフォーマッティング手段と、前記フォーマッティング手段でフォーマッティングされ
たデータをＣＤフォーマットとして記録媒体に記録する
手段とを、有するオーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項２】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをデジタルディ
スクのユーザデータ領域に配するようフォーマッティン
グするフォーマッティング手段とを、有するオーディオ信号圧縮装置。
【請求項３】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化し、量子化された所定量の量子化データ毎に
直交変換を適用してデータ量を圧縮し、圧縮されたデー
タをデジタルディスクのユーザデータ領域に配するよう
フォーマッティングし、フォーマッティングされたデー
タをＣＤフォーマットとして記録した光記録媒体。
【請求項４】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＣＤ−ＲＯＭ
ＸＡ規格のモード２、フォーム２、あるいはＣＤ−ＲＯ
Ｍ規格のモード２のユーザデータ領域に配するようフォ
ーマッティングするフォーマッティング手段と、前記フォーマッティング手段でフォーマッティングされ
たデータをＣＤフォーマットとして記録媒体に記録する
手段とを、有するオーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項５】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＣＤ−ＲＯＭ
ＸＡ規格のモード２、フォーム２、あるいはＣＤ−ＲＯ
Ｍ規格のモード２のユーザデータ領域に配するようフォ
ーマッティングするフォーマッティング手段とを、有するオーディオ信号圧縮装置。
【請求項６】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化し、量子化された所定量の量子化データ毎に
直交変換を適用してデータ量を圧縮し、圧縮されたデー
タをＣＤ−ＲＯＭＸＡ規格のモード２、フォーム２、あ
るいはＣＤ−ＲＯＭ規格のモード２のユーザデータ領域
に配するようフォーマッティングし、フォーマッティン
グされたデータをＣＤフォーマットとして記録した光記
録媒体。
【請求項７】オーディオ信号を量子化ビット数１６ビ
ット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周波
数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＤＶＤのユー
ザデータ領域に配するようフォーマッティングするフォ
ーマッティング手段と、前記フォーマッティング手段でフォーマッティングされ
たデータをＣＤフォーマットとして記録媒体に記録する
手段とを、有するオーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項８】前記オーディオ信号が２チャンネル信号
であり、前記データ圧縮手段が１チャンネルあたり２^m
個(mは正の整数）の量子化データ毎に前記直交変換を適
用してデータ量を圧縮するよう構成されている請求項
１、４、７のいずれか１つに記載のオーディオ信号圧縮
記録装置。
【請求項９】前記データ圧縮手段が前記オーディオ信
号を所定の区間長ごとにフレーム化する手段と、前記フレーム内の信号を可逆方式で符号化するのに必要
な符号量を算出し、フレームで使用可能な符号量と比較
する符号量制御手段と、フレーム内の信号を聴覚心理モ
デルで分析する聴覚心理分析手段と、フレーム符号量が使用可能符号量以下の場合にはフレー
ム内の信号を可逆方式で量子化し、フレーム符号量が使
用可能符号量を超える場合にはフレーム内の信号を前記
聴覚心理分析手段の出力に基づいて非可逆方式で量子化
する非可逆量子化手段とを、有する請求項１、４、７、８のいずれか１つに記載のオ
ーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項１０】前記データ圧縮手段が前記オーディオ
信号を所定の区間長ごとにフレーム化するフレーム化手
段と、符号化対象の全区間の可逆方式による目標符号量と実符
号量の差を算出し、各区間毎の符号量の過不足量に応じ
た補正値を算出する符号量補正値算出手段と、フレーム内の信号を聴覚心理モデルで分析する聴覚心理
分析手段と、全区間の平均符号量が目標符号量になるように前記符号
量補正値に基づいて各区間の信号を可逆方式で量子化す
るか又は前記聴覚心理分析手段の出力に基づいて非可逆
方式で量子化する非可逆量子化手段とを、有する請求項１、４、７、８のいずれか１つに記載のオ
ーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項１１】前記データ圧縮手段が、前記量子化さ
れた信号を直交変換する直交変換手段と、前記直交変換
手段により直交変換されたデータを複数のバンドに分割
するバンド分割手段と、前記バンド分割手段の出力信号
に応答可能な正規化手段と、前記バンド分割手段により
バンド分割されたデータをバンド毎に前記正規化手段に
供給する選択手段とを有する請求項１、４、７乃至１０
のいずれか１つに記載のオーディオ信号圧縮記録装置。
【請求項１２】オーディオ信号を量子化ビット数１６
ビット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周
波数で量子化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮するデータ圧縮手
段と、前記データ圧縮手段で圧縮されたデータをＤＶＤのユー
ザデータ領域に配するようフォーマッティングするフォ
ーマッティング手段とを、有するオーディオ信号圧縮装置。
【請求項１３】オーディオ信号を量子化ビット数１６
ビット、標本化周波数４４．１ｋＨｚ又はそれ以上の周
波数で量子化し、量子化された所定量の量子化データ毎
に直交変換を適用してデータ量を圧縮し、圧縮されたデ
ータをＤＶＤのユーザデータ領域に配するようフォーマ
ッティングし、フォーマッティングされたデータをＣＤ
フォーマットとして記録した光記録媒体。