JPH06314953A - 信号分析及び合成フィルタバンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号分析及び合成フィルタバンクにおいて、
入力信号とフィルタ処理出力信号との間の処理遅延が大
きくフィルタ計算量が多いという課題を解決し、処理遅
延が小さく、メモリ量と計算量とを削減した信号分析及
び合成フィルタバンクを提供する。 【構成】 広帯域信号が入力される毎に、前記広帯域信
号を用いて第１の演算の部分演算を行うことによりＭ個
の第１の中間信号を算出し、前記Ｍ個の第１の中間信号
を用いて第２の演算の部分演算を行うことによりサブバ
ンド信号を算出し、出力するシーケンス制御手段１を設
けることによって、処理遅延が小さく、メモリ量と計算
量とを削減した信号分析フィルタバンクが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号を等帯域幅のサブ
バンド信号に分割する信号分析フィルタバンクと、前記
サブバンド信号を合成して原信号を再生する信号合成フ
ィルタバンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、信号分析及び合成フィルタバンク
は、オーディオ信号や画像信号のサブバンド符号化によ
る高能率符号化を実現する信号分析及び合成手段として
注目されている。

【０００３】従来の信号分析及び合成フィルタバンクと
しては、例えばジェイ・エッチ・ロスウェイラー(J.H.R
OTHWEILER)により１９８３年にボストンで開催されたア
イ・シー・エー・エス・エス・ピーの論文集(PROC. ICA
SSP 83, BOSTON)の１２８０頁〜１２８３頁に発表され
た「ポリフェーズクオドラチャーフィルタ，新しいサブ
バンド符号化技術」(POLYPHASE QUADRATURE FILTERS-A
NEW SUBBAND CODING TECHNIQUE)と題する論文（以下、
文献１と呼ぶ）や、エッチ・ジェイ・ヌスバウマー(H.
J.NUSSBAUMER)とエム・ベターリ(M.VETTERLI)により１
９８４年にサンディエゴで開催されたアイ・シー・エー
・エス・エス・ピーの論文集(PROC. ICASSP 84, SAN DI
EGO)の１１．３．１頁〜１１．３．４頁に発表された
「計算効率の高いＱＭＦフィルタバンク」(COMPUTATION
ALLY EFFICIENT QMF FILTER BANKS)と題する論文（以
下、文献２と呼ぶ）に示されている。

【０００４】以下に、従来の信号分析及び合成フィルタ
バンクについて説明する。図５は信号分析フィルタバン
クと信号合成フィルタバンクのブロック図を示すもので
ある。図５において、５１は信号分析フィルタバンク、
５２は信号合成フィルタバンク、Ｍは帯域分割数、５３
(0)〜５３(M-1)は分析用の帯域通過フィルタ，５４(0)
〜５４(M-1)は間引き器、５５(0)〜５５(M-1)は補間
器、５６(0)〜５６(M-1)は合成用の帯域通過フィルタ、
５７は加算器である。

【０００５】信号分析フィルタバンク５１は、Ｍ個の帯
域通過フィルタ５３(0)〜５３(M-1)とＭ個の間引き器５
４(0)〜５４(M-1)とから成り、信号合成フィルタバンク
５２はＭ個の補間器５５(0)〜５５(M-1)とＭ個の帯域通
過フィルタ５６(0)〜５６(M-1)と加算器５７とから成
る。分析用の帯域通過フィルタ５３(0)〜５３(M-1)と合
成用の帯域通過フィルタ５６(0)〜５６(M-1)は、互いに
ペアをなしている。信号分析フィルタバンク５１は、サ
ンプリング周波数ｆ_sの広帯域入力信号をＭ個の等帯域
幅の分析用の帯域通過フィルタ５３(0)〜５３(M-1)によ
って帯域通過信号とし、間引き器５４(0)〜５４(M-1)で
Ｍ個のデータ毎に（Ｍ−１）個のデータを間引き、１個
のデータを出力することによって、サンプリング周波数
を１／Ｍに降下させ、サンプリング周波数ｆ_s／Ｍのサ
ブバンド信号に変換し、出力する。

【０００６】信号合成フィルタバンク５２は、信号分析
フィルタバンク５１から出力されたサンプリング周波数
ｆ_s／Ｍのサブバンド信号を入力とし、補間器５５(0)〜
５５(M-1)で（Ｍ−１）個の零データを挿入することに
よってサンプリング周波数をＭ倍に上昇し、合成用の帯
域通過フィルタ５６(0)〜５６(M-1)により帯域通過信号
とした後、加算器５７によって合成し、サンプリング周
波数ｆ_sの広帯域信号を出力する。

【０００７】オーディオ信号や画像信号のサブバンド符
号化では、信号分析フィルタバンクと信号合成フィルタ
バンクとの間でサブバンド信号の周波数方向の分布の偏
りや人間の聴覚特性あるいは視覚特性を利用して情報圧
縮を行い、高能率符号化を実現する。

【０００８】文献１及び文献２より、このような信号分
析及び合成フィルタバンクは、帯域幅がｆ_s／４Ｍで周
波数ｆにおける振幅応答Ｈ（ｆ）が次の（数１）を満足
するプロトタイプフィルタを周波数遷移することによっ
て構成することができる。

【０００９】

【数１】

【００１０】図６は、信号分析あるいは合成フィルタバ
ンクの周波数振幅応答を説明するための図である。図６
で、（ａ）は帯域幅ｆｓ／４Ｍのプロトタイプフィルタ
の周波数振幅応答を示す。同図で、（ｂ）は（ａ）のプ
ロトタイプフィルタを周波数遷移することによって構成
したＭ個の帯域幅ｆ_s／２Ｍのフィルタから成る信号分
析あるいは合成フィルタバンクの周波数振幅応答を示
す。同図に示すように、第ｉサブバンド（ただし、０≦
ｉ≦Ｍ−１）の中心周波数はｆ_s（２ｉ＋１）／４Ｍで
ある。

【００１１】文献２より、直線位相非巡回形のプロトタ
イプフィルタの２ＭＰ＋１個（Ｐは正整数）のフィルタ
係数をｈ（ｌ）（ただし、０≦ｌ≦２ＭＰ）とすると
き、信号分析フィルタバンクの第ｉサブバンドのフィル
タ係数ｈ_a（ｉ，ｌ）は、（数２）で与えられる。

【００１２】

【数２】

【００１３】ここで、プロトタイプフィルタの最初と最
後のフィルタ係数の値を零（ｈ（０）＝ｈ（２ＭＰ）＝
０）とすることによって、最初の値が零で２ＭＰ個のフ
ィルタ係数を有するプロトタイプフィルタが得られる。
以下、このプロトタイプフィルタを用いた信号分析及び
合成フィルタバンクについて説明する。

【００１４】（数２）より、信号分析フィルタバンクの
サンプル時刻ｎにおける広帯域入力信号をｘ（ｎ）とす
れば第ｉサブバンドのサンプル時刻Ｍｍにおけるサブバ
ンド出力信号は（数３）で与えられる。

【００１５】

【数３】

【００１６】ここで、（数４）によって求められる２Ｍ
個の第１の中間信号ｗ１（ｋ）（ただし、０≦ｋ≦２Ｍ
−１）を導入すると、サブバンド出力信号は（数５）に
よって求めることができ、（数３）を直接計算する場合
と比較して計算量を削減することができる。

【００１７】

【数４】

【００１８】

【数５】

【００１９】以下、（数４）の計算を第１の演算、（数
５）の計算を第２の演算と呼ぶことにする。

【００２０】図７は従来の信号分析フィルタバンクの処
理タイミングを示す図である。図を見やすくするため、
図７ではＭを４とした場合の例を示したが、以下の説明
は、一般的なＭとして行う。フィルタ処理はＭサンプル
を１ブロックとするブロック単位で行われる。同図で、
（ａ）はブロック同期信号、（ｂ）はサンプル同期信
号、（ｃ）は広帯域入力信号、（ｄ）はフィルタ計算内
容、（ｅ）はサブバンド出力信号を表す。サンプル同期
信号は広帯域信号及びサブバンド信号のサンプル単位の
同期をとるための信号である。ブロック同期信号はサブ
バンド信号の同期をとるための信号で、ハイレベルが第
０サブバンド信号を表す。以下、サブバンド信号はサン
プル単位で順番に第１サブバンド信号から第（Ｍ−１）
サブバンド信号を表す。信号分析フィルタバンクの処理
はこのブロック同期信号に同期して行われる。１ブロッ
クを構成するＭ個の広帯域信号ｘ（Ｍｍ−ｎ）（ただ
し、０≦ｎ≦Ｍ−１）が入力されると、次のブロックで
第１の演算を行うことにより第１の中間信号ｗ１（ｋ）
（ただし、０≦ｋ≦２Ｍ−１）を算出する。次に、第１
の中間信号を用いて第２の演算を行うことによりサブバ
ンド信号ｙ（ｉ，Ｍｍ）（ただし、０≦ｉ≦Ｍ−１）を
算出する。その次のブロックでサブバンド信号ｙ（ｉ，
Ｍｍ）を出力する。図７で（ｃ）の斜線を引いた広帯域
入力信号のブロックが、（ｄ）の斜線を引いたフィルタ
計算の結果と（ｅ）の斜線を引いたサブバンド出力信号
のブロックとに影響を及ぼす。したがって、広帯域信号
が入力されてから対応するサブバンド信号が出力される
までの処理遅延はＭサンプルであった。

【００２１】また、従来の信号分析フィルタバンクで
は、フィルタ計算を実行するのに、２ＭＰ個の広帯域入
力信号と２Ｍ個の第１の中間信号とＭ個のサブバンド出
力信号とを記憶するメモリが必要であった。さらに、フ
ィルタ計算中に入力されるＭ個の広帯域信号と出力され
るＭ個のサブバンド信号を記憶しておくメモリが必要で
あり、合計で（２ＭＰ＋５Ｍ）個のメモリが必要であっ
た。

【００２２】従来の信号分析フィルタバンクのフィルタ
計算量を積和計算の回数で評価することにすれば、Ｍ個
のサブバンド信号を算出するために、第１の演算では
（数４）に示すように２ＭＰ回の積和計算が必要であ
り、第２の演算では（数５）に示すように２Ｍ²回の積
和計算が必要であり、合計で（２ＭＰ＋２Ｍ²）回の積
和計算が必要であった。

【００２３】次に、従来の信号合成フィルタバンクにつ
いて説明する。信号分析フィルタバンクと同様に、信号
合成フィルタバンクの第ｉサブバンドのフィルタ係数ｈ
_s（ｉ，ｌ）は（数６）で求められる。

【００２４】

【数６】

【００２５】したがって、信号合成フィルタバンクの第
ｉサブバンドのサンプル時刻Ｍｍにおける入力信号をｙ
（ｉ，Ｍｍ）とすれば、サンプル時刻Ｍｍ＋ｎ（ただ
し、０≦ｎ≦Ｍ−１）における出力信号ｘ（Ｍｍ＋ｎ）
は（数７）で与えられる。

【００２６】

【数７】

【００２７】ここで、４ＭＰ個の第２の中間信号ｗ２
（ｋ）（ただし、０≦ｋ≦４ＭＰ−１）を導入し、０≦
ｋ≦４ＭＰ−２Ｍ−１に対する第２の中間信号ｗ２
（ｋ）をｗ２（ｋ＋２Ｍ）に移動し、０≦ｋ≦２Ｍ−１
に対するｗ２（ｋ）を（数８）によって求めるものとす
ると、広帯域出力信号は（数９）によって求めることが
でき、（数７）を直接計算する場合と比較して計算量を
削減することができる。

【００２８】

【数８】

【００２９】

【数９】

【００３０】以下、（数８）の計算を第３の演算、（数
９）の計算を第４の演算と呼ぶことにする。

【００３１】図８は従来の信号合成フィルタバンクの処
理タイミングを示す図である。図８ではＭを４とした場
合の例を示したが、以下の説明は一般的なＭとして行
う。フィルタ処理はＭサンプルを１ブロックとするブロ
ック単位で行われる。同図で、（ａ）はブロック同期信
号、（ｂ）はサンプル同期信号、（ｃ）はサブバンド入
力信号、（ｄ）はフィルタ計算内容、（ｅ）は広帯域出
力信号を表す。信号合成フィルタバンクの処理はブロッ
ク同期信号に同期して行われる。１ブロックを構成する
Ｍ個のサブバンド信号ｙ（ｉ，Ｍｍ）（ただし、０≦ｉ
≦Ｍ−１）が入力されると、次のブロックで０≦ｋ≦４
ＭＰ−２Ｍ−１に対する第２の中間信号ｗ２（ｋ）をｗ
２（ｋ＋２Ｍ）に移動し、０≦ｋ≦２Ｍ−１に対する第
２の中間信号ｗ２（ｋ）を第３の演算を行うことにより
算出する。次に第２の中間信号を用いて第４の演算を行
うことにより広帯域信号ｘ（Ｍｍ＋ｎ）（ただし、０≦
ｎ≦Ｍ−１）を算出する。その次のブロックで広帯域信
号ｘ（Ｍｍ＋ｎ）を出力する。図８で（ｃ）の斜線を引
いたサブバンド入力信号のブロックが、（ｄ）の斜線を
引いたフィルタ計算の結果と（ｅ）の斜線を引いた広帯
域出力信号のブロックとに影響を及ぼす。したがって、
サブバンド信号が入力されてから対応する広帯域信号が
出力されるまでの処理遅延はＭサンプルであった。

【００３２】また、上記従来の信号合成フィルタバンク
では、フィルタ計算を実行するのに、Ｍ個のサブバンド
入力信号と４ＭＰ個の第２の中間信号とＭ個の広帯域出
力信号とを記憶するメモリが必要であった。さらに、フ
ィルタ計算中に入力されるＭ個のサブバンド信号と出力
されるＭ個の広帯域信号を記憶しておくメモリが必要で
あり、合計で（４ＭＰ＋４Ｍ）個のメモリが必要であっ
た。

【００３３】従来の信号合成フィルタバンクのフィルタ
計算量を積和計算の回数で評価すれば、Ｍ個の広帯域信
号を算出するために、第３の演算では（数８）に示すよ
うに２Ｍ²回の積和計算が必要であり、第４の演算では
（数９）に示すように２ＭＰ回の積和計算が必要であ
り、合計で（２ＭＰ＋２Ｍ²）回の積和計算が必要であ
った。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の信号分析フィルタバンクでは広帯域信号を入力して
から対応するサブバンド信号を出力するまでの処理遅延
が大きくフィルタ計算量が多い、という問題点を有して
いた。同様に、上記従来の信号合成フィルタバンクでは
サブバンド信号を入力してから対応する広帯域信号を出
力するまでの処理遅延が大きくフィルタ計算量が多い、
という問題点を有していた。

【００３５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、広帯域入力信号とサブバンド出力信号との間の処理
遅延が小さくフィルタ計算量を削減した信号分析フィル
タバンクと、サブバンド入力信号と広帯域出力信号との
間の処理遅延が小さくフィルタ計算量を削減した信号合
成フィルタバンクを提供することを目的とする。

【００３６】また、分析及び合成フィルタ処理を行うの
に必要なメモリ量を削減し、ハードウェア規模を削減し
た信号分析及び合成フィルタバンクを提供することを目
的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の信号分析フィルタバンクは、広帯域信号が入
力される毎に、広帯域信号を用いて第１の演算の部分演
算を行うことによりＭ個の第１の中間信号を算出し、Ｍ
個の第１の中間信号を用いて第２の演算の部分演算を行
うことによりサブバンド信号を算出し、出力するシーケ
ンス制御手段を備えている。

【００３８】また、本発明の信号合成フィルタバンク
は、Ｍ個のサブバンド信号が入力された後で、第２の中
間信号を時間の古い方向にＭ個移動し、サブバンド信号
が入力される毎に、Ｍ個のサブバンド信号を用いて第３
の演算の部分演算を行うことにより第２の中間信号の部
分を算出し、第２の中間信号の部分を用いて第４の演算
の部分演算を行うことにより広帯域信号を算出し、出力
するシーケンス制御手段を備えている。

【００３９】

【作用】本発明の信号分析フィルタバンクは、上記した
シーケンス制御手段により、ブロック単位のフィルタ演
算をサンプル単位の演算に分割して、広帯域信号が入力
される毎に、第１の演算の部分演算を行うことによりＭ
個の第１の中間信号を算出し、サブバンド信号を出力す
る順に第２の演算の部分演算を行うことにより、入出力
信号間の処理遅延を大きく減少させ、分析フィルタ処理
を行うのに必要なメモリ量を削減することができる。

【００４０】また、本発明の信号分析フィルタバンク
は、Ｍ個の第１の中間信号を使って効率的な計算を行う
ことにより、積和計算回数を削減することができる。

【００４１】本発明の信号合成フィルタバンクは、上記
したシーケンス制御手段により、ブロック単位のフィル
タ演算をサンプル単位の演算に分割して、Ｍ個のサブバ
ンド信号が入力された後で、サブバンド信号が入力され
る毎に、第４の演算で第２の中間信号を使用する順に第
３の演算の部分演算を行い、広帯域信号を出力する順に
第４の演算の部分演算を行うことにより、入出力信号間
の処理遅延を大きく減少させ、合成フィルタ処理を行う
のに必要なメモリ量を削減することができる。

【００４２】また、本発明の信号合成フィルタバンク
は、２ＭＰ個の第２の中間信号を使って効率的な計算を
行うことにより、積和計算回数を削減することができ
る。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００４４】本発明の信号分析フィルタバンクは、サン
プリング周波数ｆ_sの信号をＭ個の等帯域幅のサンプリ
ング周波数がｆ_s／Ｍのサブバンド信号に分割し、ま
た、本発明の信号合成フィルタバンクは、Ｍ個の等帯域
幅のサンプリング周波数ｆ_s／Ｍのサブバンド信号を合
成してサンプリング周波数ｆ_sの広帯域信号を再生する
フィルタバンクである。これらのフィルタバンクは、最
初の値が零である２ＭＰ（Ｐは正整数）個のフィルタ係
数を有する直線位相非巡回形のプロトタイプフィルタを
周波数遷移することによって構成されている。

【００４５】図１は本発明の実施例の信号分析及び合成
フィルタバンクの構成を示すブロック図である。図１
で、１はシーケンス制御部、２はランダムアクセスメモ
リ（以下、ＲＡＭと呼ぶ）、３はリードオンリーメモリ
（以下、ＲＯＭと呼ぶ）、４は演算部、５は広帯域信号
入出力部、６はサブバンド信号入出力部である。

【００４６】以上のように構成された信号分析及び合成
フィルタバンクについて、以下その動作を説明する。

【００４７】図１で、シーケンス制御部１は内蔵してい
る命令メモリの内容を順次読み出し、読み出した命令を
解読して、各部の動作を制御する。ＲＡＭ２は入力信号
と中間信号と出力信号等を記憶するメモリである。ＲＯ
Ｍ３はフィルタ計算に必要なプロトタイプフィルタの係
数テーブルとコサイン関数テーブル等を記憶するデータ
メモリである。演算部４は加算，乗算等の算術演算と論
理和，論理積等の論理演算を行う演算ユニットである。
シーケンス制御部１の制御でＲＡＭ２とＲＯＭ３に記憶
されているデータを用いて演算部４で積和計算を行うこ
とによりフィルタ処理計算を行う。広帯域信号入出力部
５はシーケンス制御部１の制御で広帯域信号をサンプル
単位で入力あるいは出力するインターフェース部であ
る。サブバンド信号入出力部６はシーケンス制御部１の
制御でサブバンド信号をサンプル単位で入力あるいは出
力するインターフェース部である。

【００４８】図２はシーケンス制御部１の詳細ブロック
図を示すものであ。図２で、２１はプログラムカウン
タ、２２は命令メモリ、２３は命令レジスタ、２４は命
令デコーダ、２５はジャンプ制御部、２６はサンプル系
列カウンタである。

【００４９】以上のように構成されたシーケンス制御部
１について、以下その動作を説明する。プログラムカウ
ンタ２１は命令メモリ２２を順番にアクセスして必要な
命令を読み出すためのアドレス発生回路である。割り込
み命令を含むジャンプ命令が実行されたときはジャンプ
制御部２５によってジャンプ条件の判定とプログラムカ
ウンタ２１の制御を行う。すなわち、ジャンプ条件が成
立したときはプログラムカウンタ２１にジャンプ先のア
ドレスをロードすることによって、命令をジャンプする
ことができる。命令メモリ２２は命令を記憶しているメ
モリであり、通常ＲＯＭで構成される。命令レジスタ２
３は命令メモリ２２の出力を記憶するレジスタであり、
プログラムカウンタ２１と同期して動作する。命令デコ
ーダ２４は命令レジスタ２３の内容を解読して、各部の
制御を行う命令の復号化器である。すなわち、ＲＡＭ２
の内容を読み書きするためのアドレスとデータの転送方
向と転送先、ＲＯＭ３の内容を読み出すためのアドレス
とデータの転送先、演算部４で実行する演算の種類の選
択、広帯域信号入出力部５に対する広帯域入出力信号の
読み出しと書き込み、サブバンド信号入出力部６に対す
るサブバンド入出力信号の読み出しと書き込み等を制御
する。ジャンプ制御部２５にはサンプル同期信号が入力
され、サンプル同期信号と同期して広帯域信号入出力部
５を介して広帯域信号を、またサブバンド信号入出力部
６を介してサブバンド信号を入出力することができる。
サンプル系列カウンタ２６は、ブロック同期信号に同期
してサンプル同期信号をカウントしたサンプル系列番号
をジャンプ制御部２５に出力する。

【００５０】サンプル系列カウンタ２６の出力はサブバ
ンド信号のサブバンド番号と一致している。すなわち、
ブロック同期信号のハイレベルがサンプル系列の第０番
であり、以下サンプル単位で順番にサンプル系列の第１
番から第（Ｍ−１）番となる。ジャンプ制御部２５では
このサンプル系列番号をみて、ジャンプ先を変えること
により、サンプル系列番号毎に処理の内容を変えること
ができる。従来例では分析及び合成のフィルタ処理計算
はすべてブロック単位で行われてきたが、本実施例では
シーケンス制御部１にサンプル系列カウンタ２６を設け
ることによりフィルタ処理計算をサンプル単位に分割し
て行うことができる。

【００５１】図１及び図２の構成は、以下に説明するす
べての実施例に共通の構成であるが、個々の実施例で実
行する命令の内容とその順序が異なっている。すなわ
ち、個々の実施例でシーケンス制御部１の命令メモリ２
２の内容が異なる。また、信号分析フィルタバンクで
は、広帯域信号入出力部５を入力部とし、サブバンド信
号入出力部６を出力部として用いるが、信号合成フィル
タバンクでは、広帯域信号入出力部５を出力部とし、サ
ブバンド信号入出力部６を入力部として用いる。

【００５２】本発明の第１の実施例における信号分析フ
ィルタバンクについて、以下その動作を説明する。最初
に、以下の説明で用いる主要な変数について定義する。
すなわち、プロトタイプフィルタのフィルタ係数をｈ
（ｌ）（ただし、０≦ｌ≦２ＭＰ−１）、サンプリング
時刻ｎにおける入力信号をｘ（ｎ）、Ｍ個の第１の中間
信号をｗ１（ｋ）（ただし、０≦ｋ≦Ｍ−１）、第ｉサ
ブバンド（ただし、０≦ｉ≦Ｍ−１）のサンプリング時
刻Ｍｍにおける出力信号をｙ（ｉ，Ｍｍ）とする。

【００５３】第１の実施例では、第１の中間信号を算出
するための第１の演算と、第１の中間信号を用いてサブ
バンド信号を算出する第２の演算が従来例と異なる。し
たがって、第１の中間信号の内容も従来例と異なる。従
来例では第１の中間信号は２Ｍ個必要であったのに対
し、第１の実施例ではＭ個でよい。第１の実施例におけ
る第１の演算と第２の演算について、以下説明する。

【００５４】Ｍ個の第１の中間信号を算出する第１の演
算は、Ｍの値が偶数か奇数かによって次の２つの場合に
分けられる。 （１）Ｍが偶数の場合、第１の演算は（数１０）と（数
１１）と（数１２）とで定義される。

【００５５】（ａ）ｋ＝０では、

【００５６】

【数１０】

【００５７】（ｂ）１≦ｋ≦Ｍ／２では、

【００５８】

【数１１】

【００５９】（ｃ）Ｍ／２＋１≦ｋ≦Ｍ−１では、

【００６０】

【数１２】

【００６１】（２）Ｍが奇数の場合、第１の演算は（数
１３）と（数１４）とで定義される。 （ａ）０≦ｋ≦（Ｍ−１）／２では、

【００６２】

【数１３】

【００６３】（ｂ）（Ｍ＋１）／２≦ｋ≦Ｍ−１では、

【００６４】

【数１４】

【００６５】第１の実施例では、広帯域信号が入力され
る毎に、広帯域信号を用いて第１の演算の部分演算を行
うことにより、Ｍ個の第１の中間信号を後で説明する順
序で算出する。

【００６６】Ｍ個の第１の中間信号を用いてサブバンド
信号を算出する第２の演算は、Ｍの値が偶数か奇数かに
よって次の２つの場合に分けられる。 （１）Ｍが偶数の場合、第２の演算は（数１５）で定義
される。

【００６７】

【数１５】

【００６８】（２）Ｍが奇数の場合、第２の演算は（数
１６）で定義される。

【００６９】

【数１６】

【００７０】第１の実施例では、広帯域信号が入力され
る毎に、Ｍ個の第１の中間信号を用いてサブバンド信号
を算出する第２の演算をサブバンド信号を出力する順に
部分演算に分けて実行する。

【００７１】第１の実施例の動作についてさらに説明す
る。ここではＭが偶数の場合について説明するが、奇数
の場合についても同様にして説明することができるの
で、説明を省略する。（数１０）と（数１１）と（数１
２）を（数１５）に代入する。

【００７２】そして、一般に（数１７）が成立すること
を考慮し、以下のような変数ｑ（ただし、０≦ｑ≦２Ｍ
−１）を導入すると、（数１８）〜（数２２）の関係式
が成立する。

【００７３】

【数１７】

【００７４】（１）ｑ＝Ｍ／２−ｋ（ただし、０≦ｋ≦
Ｍ／２，０≦ｑ≦Ｍ／２）

【００７５】

【数１８】

【００７６】（２）ｑ＝Ｍ／２＋ｋ（ただし、１≦ｋ≦
Ｍ／２，Ｍ／２＋１≦ｑ≦Ｍ）

【００７７】

【数１９】

【００７８】（３）ｑ＝Ｍ／２＋ｋ（ただし、Ｍ／２＋
１≦ｋ≦Ｍ−１，Ｍ＋１≦ｑ≦３／２Ｍ−１）

【００７９】

【数２０】

【００８０】（４）ｑ＝３Ｍ／２

【００８１】

【数２１】

【００８２】（５）ｑ＝５Ｍ／２−ｋ（ただし、Ｍ／２
＋１≦ｋ≦Ｍ−１，３Ｍ／２＋１≦ｑ≦２Ｍ−１）

【００８３】

【数２２】

【００８４】（数１８）〜（数２２）の関係式を使っ
て、変数ｋを変数ｑに置き換える。さらに、変数ｑから
変数ｌにｌ＝２Ｍｊ＋ｑ（ただし、０≦ｌ≦２ＭＰ−
１）の関係式で置き換えれば、（数３）が求められる。
すなわち、第１の実施例と従来例とでは計算方法が異な
るものの、最終的な結果は一致する。

【００８５】第１の実施例の信号分析フィルタバンクの
フィルタ計算量を、従来例と同様にＭ個のサブバンド信
号を算出するために必要な積和計算の回数で評価する。
Ｍが偶数の場合、第１の演算では（数１０）と（数１
１）と（数１２）とに示すように（２ＭＰ−Ｐ）回の積
和計算が必要であり、第２の演算では（数１５）に示す
ようにＭ²回の積和計算が必要であり、合計で（２ＭＰ
−Ｐ＋Ｍ²）回の積和計算が必要ある。これは従来例の
（２ＭＰ＋２Ｍ²）回と比較して積和計算が（Ｍ²＋Ｐ）
回少ない。また、Ｍが奇数の場合、第１の演算では（数
１３）と（数１４）とに示すように２ＭＰ回の積和計算
が必要であり、第２の演算では（数１６）に示すように
Ｍ²回の積和計算が必要であり、合計で（２ＭＰ＋Ｍ²）
回の積和計算が必要ある。これは従来例の（２ＭＰ＋２
Ｍ²）回と比較して積和計算がＭ²回少ない。

【００８６】図３は本発明の第１の実施例における信号
分析フィルタバンクの処理タイミングを示す図である。
図３ではＭを４とした場合の例を示したが、以下の説明
は一般的なＭについて行う。ここではＭが偶数の場合に
ついて説明するが、奇数の場合についても同様にして説
明することができるので、説明を省略する。同図で、
（ａ）はブロック同期信号、（ｂ）はサンプル同期信
号、（ｃ）は広帯域入力信号、（ｄ）はフィルタ計算内
容、（ｅ）はサブバンド出力信号を表す。従来例ではフ
ィルタ計算はブロック単位で行われてきたが、本実施例
ではサンプル単位に分割して行う。

【００８７】広帯域信号ｘ（Ｍｍ−ｎ）（ただし、Ｍ／
２＋１≦ｎ≦Ｍ−１）が広帯域入出力部５を介してサン
プル単位で入力されると、（数１２）に示す第１の演算
の部分演算を演算部４で行うことにより第１の中間信号
の１部であるｗ１（３Ｍ／２−ｎ）を算出する。すなわ
ち、（数１２）に示す第１の演算の部分演算をサンプル
周期で（Ｍ／２−１）回実行することにより、第１の中
間信号ｗ１（ｋ）（ただし、Ｍ／２＋１≦ｋ≦Ｍ−１）
を算出する。次に、広帯域信号ｘ（Ｍｍ−Ｍ／２）が広
帯域入出力部５を介して入力されると、（数１０）に示
す第１の演算の部分演算を演算部４で行うことにより第
１の中間信号の１部であるｗ１（０）を算出する。さら
に広帯域信号ｘ（Ｍｍ−ｎ）（ただし、０≦ｎ≦Ｍ／２
−１）が広帯域入出力部５を介してサンプル単位で入力
されると、（数１１）に示す第１の演算の部分演算を演
算部４で行うことにより第１の中間信号の１部であるｗ
１（Ｍ／２−ｎ）を算出する。すなわち、（数１１）に
示す第１の演算の部分演算をサンプル周期でＭ／２回実
行することにより、第１の中間信号ｗ１（ｋ）（ただ
し、１≦ｋ≦Ｍ／２）を算出する。以上のようにサンプ
ル周期で第１の部分演算を実行することにより、Ｍ個の
第１の中間信号ｗ１（ｋ）（ただし、０≦ｋ≦Ｍ−１）
を算出する。

【００８８】次に、Ｍ個の第１の中間信号を用いて（数
１５）に示す第２の演算の部分演算を演算部４で行うこ
とによりサブバンド信号ｙ（ｉ，Ｍｍ）（ただし、０≦
ｉ≦Ｍ−１）をサンプル周期で第０サブバンドから第
（Ｍ−１）サブバンドまで順番に算出し、サブバンド入
出力部６を介して出力する。

【００８９】図３で（ｃ）の斜線を引いた広帯域入力信
号のサンプルが、（ｄ）の斜線を引いた部分のフィルタ
計算の結果と（ｅ）の斜線を引いたサブバンド出力信号
のサンプルとに影響を及ぼす。したがって、広帯域信号
が入力されてから対応するサブバンド信号が出力される
までの処理遅延は１サンプルであり、従来例のＭサンプ
ルと比較して大きく削減することができる。

【００９０】第１の実施例の信号分析フィルタバンクで
は、フィルタ計算を実行するのに、２ＭＰ個の広帯域入
力信号とＭ個の第１の中間信号とを記憶するメモリが必
要である。広帯域信号入出力部５からの広帯域入力信号
は入力されるとすぐに２ＭＰ個の広帯域入力信号メモリ
に記憶されるので広帯域入力信号を記憶するための別な
メモリは不要である。また、サブバンド出力信号は第２
の演算の部分演算が終了するとすぐにサブバンド信号入
出力部６に出力されるのでサブバンド出力信号を記憶し
ておくメモリは不要である。第１の実施例では、この他
に第１の中間信号を用いて第２の演算中に、次に用いる
第１の中間信号を第１の演算により算出し、記憶してお
くＭ個のメモリが必要である。したがって第１の実施例
では合計で（２ＭＰ＋２Ｍ）個のメモリが必要である。
これは従来例の（２ＭＰ＋５Ｍ）個と比較してメモリ量
が３Ｍ個少ない。

【００９１】以上のように第１の実施例では、広帯域信
号が入力される毎に、広帯域信号を用いて第１の演算の
部分演算を行うことによりＭ個の第１の中間信号を算出
し、Ｍ個の第１の中間信号を用いて第２の演算の部分演
算を行うことによりサブバンド信号を算出し、出力する
シーケンス制御手段を設けることにより、広帯域入力信
号とサブバンド出力信号との間の処理遅延を小さくで
き、分析フィルタ処理を行うのに必要なメモリ量と計算
量とを削減することができる。

【００９２】次に、本発明の第２の実施例における信号
合成フィルタバンクについて、以下その動作を説明す
る。最初に、以下の説明で用いる主要な変数について定
義する。プロトタイプフィルタのフィルタ係数をｈ
（ｌ）（ただし、０≦ｌ≦２ＭＰ−１）、第ｉサブバン
ド（ただし、０≦ｉ≦Ｍ−１）のサンプリング時刻Ｍｍ
における入力信号をｙ（ｉ，Ｍｍ）、第２の中間信号を
ｗ２（ｋ）（ただし、０≦ｋ≦２ＭＰ−１）、サンプリ
ング時刻Ｍｍ＋ｎ（ただし、０≦ｎ≦Ｍ−１）における
出力信号をｘ’（Ｍｍ＋ｎ）とする。

【００９３】第２の実施例では、第２の中間信号を算出
するための第３の演算と、第２の中間信号を用いて広帯
域信号を算出する第４の演算が従来例と異なる。したが
って、第２の中間信号の内容も従来例と異なる。従来例
では第２の中間信号は４ＭＰ個必要であったのに対し、
第１の実施例では２ＭＰ個でよい。第２の実施例におけ
る第３の演算と第４の演算と第２の中間信号とについ
て、以下説明する。

【００９４】Ｍ個のサブバンド信号ｙ（ｉ，Ｍｍ）（た
だし、０≦ｉ≦Ｍ−１）が入力されると、０≦ｋ≦２Ｍ
Ｐ−Ｍ−１に対する第２の中間信号ｗ２（ｋ）をｗ２
（ｋ＋Ｍ）に移動する。

【００９５】第２の中間信号を算出する第３の演算は、
Ｍの値が偶数か奇数かによって次の２つの場合に分けら
れる。 （１）Ｍが偶数の場合、第３の演算は（数２３）で定義
される。

【００９６】

【数２３】

【００９７】（２）Ｍが奇数の場合、第３の演算は（数
２４）で定義される。

【００９８】

【数２４】

【００９９】第２の実施例では、サブバンド信号が入力
される毎に、入力されたＭ個のサブバンド信号を用いて
第３の演算の部分演算を行うことにより第２の中間信号
の部分を後で説明する順序で算出する。

【０１００】第２の中間信号を用いて広帯域信号を算出
する第４の演算は、Ｍの値が偶数か奇数かによって次の
２つの場合に分けられる。 （１）Ｍが偶数の場合、第４の演算は（数２５）と（数
２６）と（数２７）とで定義される。

【０１０１】（ａ）０≦ｎ≦Ｍ／２−１では、

【０１０２】

【数２５】

【０１０３】（ｂ）ｎ＝Ｍ／２では、

【０１０４】

【数２６】

【０１０５】（ｃ）Ｍ／２＋１≦ｎ≦Ｍ−１では、

【０１０６】

【数２７】

【０１０７】（２）Ｍが奇数の場合、第４の演算は（数
２８）と（数２９）とで定義される。 （ａ）０≦ｋ≦（Ｍ−１）／２では、

【０１０８】

【数２８】

【０１０９】（ｂ）（Ｍ＋１）／２≦ｋ≦Ｍ−１では、

【０１１０】

【数２９】

【０１１１】第２の実施例では、サブバンド信号が入力
される毎に、算出された第２の中間信号の部分を用いて
広帯域信号を算出する第４の演算を広帯域信号を出力す
る順に部分演算に分けて実行する。

【０１１２】第１の実施例で説明したのと同様に第２の
実施例においても、Ｍが偶数の場合、（数２３）を（数
２５）と（数２６）と（数２７）に代入し、ｙ（ｉ，
ｎ）はｎがＭの整数倍以外では零の値をとることを利用
すると、（数７）を導出することができる。Ｍが奇数の
場合も同様にして（数７）を導出することができる。す
なわち、第２の実施例と従来例とでは計算方法が異なる
ものの、最終的な結果は一致する。

【０１１３】第２の実施例の信号合成フィルタバンクの
フィルタ計算量を、従来例と同様にＭ個の広帯域信号を
算出するために必要な積和計算の回数で評価する。Ｍが
偶数の場合、第３の演算では（数２３）に示すようにＭ
²回の積和計算が必要であり、第４の演算では（数２
５）と（数２６）と（数２７）とに示すように（２ＭＰ
−Ｐ）回の積和計算が必要であり、合計で（２ＭＰ−Ｐ
＋Ｍ²）回の積和計算が必要ある。これは従来例の（２
ＭＰ＋２Ｍ²）回と比較して積和計算が（Ｍ²＋Ｐ）回少
ない。Ｍが奇数の場合、第３の演算では（数２４）に示
すようにＭ²回の積和計算が必要であり、第４の演算で
は（数２８）と（数２９）とに示すように２ＭＰ回の積
和計算が必要であり、合計で（２ＭＰ＋Ｍ²）回の積和
計算が必要ある。これは従来例の（２ＭＰ＋２Ｍ²）回
と比較して積和計算がＭ²回少ない。

【０１１４】図４は本発明の第２の実施例における信号
合成フィルタバンクの処理タイミングを示す図である。
図４ではＭを４とした場合の例を示したが、説明は一般
的なＭの場合について行う。ここではＭが偶数の場合に
ついて説明するが、奇数の場合についても同様にして説
明することができるので、説明を省略する。同図で、
（ａ）はブロック同期信号、（ｂ）はサンプル同期信
号、（ｃ）はサブバンド入力信号、（ｄ）はフィルタ計
算内容、（ｅ）は広帯域出力信号を表す。従来例ではフ
ィルタ計算はブロック単位で行われてきたが、本実施例
ではサンプル単位に分割して行う。

【０１１５】Ｍ個のサブバンド信号ｙ（ｉ，Ｍｍ）（た
だし、０≦ｉ≦Ｍ−１）がサブバンド入出力部６を介し
てサンプル単位で入力された後で、０≦ｋ≦２ＭＰ−Ｍ
−１に対する第２の中間信号ｗ２（ｋ）をｗ２（ｋ＋２
Ｍ）に移動する。

【０１１６】次に、サブバンド信号が入力される毎に、
（数２３）に示す第３の演算の部分演算を演算部４で行
うことにより第２の中間信号の１部であるｗ２（Ｍ／２
＋ｎ）をｎ＝０からＭ／２まで順番に算出し、第２の中
間信号の１部を用いて（数２５）に示す第４の演算の部
分演算を演算部４で行うことにより広帯域信号ｘ（Ｍｍ
＋ｎ）を算出し、広帯域信号を広帯域入出力部５を介し
て出力する。次のサンプル周期で（数２３）に示す第３
の演算の部分演算を演算部４で行うことにより第２の中
間信号の１部であるｗ２（０）を算出し、（数２６）に
示す第４の演算の部分演算を演算部４で行うことにより
広帯域信号ｘ（Ｍｍ＋Ｍ／２）を算出し、広帯域信号を
広帯域信号入出力部５を介して出力する。次に、サブバ
ンド信号が入力される毎に、（数２３）に示す第３の演
算の部分演算を演算部４で行うことにより第２の中間信
号の１部であるｗ２（ｎ−Ｍ／２）をｎ＝Ｍ／２＋１か
らＭ−１まで順番に算出し、第２の中間信号の１部を用
いて（数２７）に示す第４の演算の部分演算を演算部４
で行うことにより広帯域信号ｘ（Ｍｍ＋ｎ）を算出し、
広帯域信号を広帯域入出力部５を介して出力する。

【０１１７】図４で（ｃ）の斜線を引いたサブバンド入
力信号のサンプルが、（ｄ）の斜線を引いた部分のフィ
ルタ計算の結果と（ｅ）の斜線を引いた広帯域出力信号
のサンプルとに影響を及ぼす。したがって、サブバンド
信号が入力されてから対応する広帯域信号が出力される
までの処理遅延は１サンプルであり、従来例のＭサンプ
ルと比較して大きく削減することができる。

【０１１８】第２の実施例の信号合成フィルタバンクで
は、フィルタ計算を実行するのに、Ｍ個のサブバンド入
力信号と２ＭＰ個の第２の中間信号とを記憶するメモリ
が必要である。さらに、フィルタ計算中に入力されるＭ
個のサブバンド信号を記憶しておくメモリが必要であ
る。広帯域信号は算出されるとすぐに出力されるので広
帯域信号を記憶するメモリは不要である。したがって、
第２の実施例では合計で（２ＭＰ＋２Ｍ）個のメモリが
必要である。これは従来例の（４ＭＰ＋４Ｍ）個と比較
してメモリ量が（２ＭＰ＋２Ｍ）個少ない。

【０１１９】以上のように第２の実施例では、Ｍ個サブ
バンド信号が入力された後で、第２の中間信号を時間の
古い方向にＭ個移動し、サブバンド信号が入力される毎
に、Ｍ個のサブバンド信号を用いて第３の演算の部分演
算を行うことにより第２の中間信号の部分を算出し、第
２の中間信号の部分を用いて第４の演算の部分演算を行
うことにより広帯域信号を算出し、出力するシーケンス
制御手段を設けることにより、サブバンド入力信号と広
帯域出力信号との間の処理遅延を小さくでき、合成フィ
ルタ処理を行うのに必要なメモリ量と計算量とを削減す
ることができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上のように本発明の信号分析フィルタ
バンクは、ブロック単位の分析フィルタ演算をサンプル
単位の効率的な演算に分割して、広帯域信号が入力され
る毎に、第１の演算の部分演算を行い、サブバンド信号
を出力する順に第２の演算の部分演算を行うシーケンス
制御手段を設けることにより、従来例と比較して広帯域
信号を入力してから対応するサブバンド信号を出力する
までの時間を短くすることができ、分析フィルタ処理を
行うのに必要なメモリ量と計算量とを削減することがで
きる。

【０１２１】また、本発明の信号合成フィルタバンク
は、ブロック単位の合成フィルタ演算をサンプル単位の
効率的な演算に分割して、Ｍ個のサブバンド信号が入力
された後で、サブバンド信号が入力される毎に、第４の
演算で第２の中間信号を使用する順に第３の演算の部分
演算を行い、広帯域信号を出力する順に第４の演算の部
分演算を行うシーケンス制御手段を設けることにより、
サブバンド信号を入力してから対応する広帯域信号を出
力するまでの時間を短くすることができ、合成フィルタ
処理を行うのに必要なメモリ量と計算量とを削減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における信号分析及び合成フィ
ルタバンクの構成を示すブロック図

【図２】同実施例におけるシーケンス制御部の構成を示
す詳細ブロック図

【図３】本発明の第１の実施例における信号分析フィル
タバンクの処理タイミングを示す図

【図４】本発明の第２の実施例における信号合成フィル
タバンクの処理タイミングを示す図

【図５】従来の信号分析フィルタバンクと信号合成フィ
ルタバンクの構成を示すブロック図

【図６】（ａ）はプロトタイプフィルタの周波数振幅応
答を示すスペクトル図 （ｂ）はプロトタイプフィルタを周波数遷移することに
より構成した信号分析あるいは合成フィルタバンクの周
波数振幅応答を示すスペクトル図

【図７】従来の信号分析フィルタバンクの処理タイミン
グを示す図

【図８】従来の信号合成フィルタバンクの処理タイミン
グを示す図

【符号の説明】

１ シーケンス制御部 ２ ＲＡＭ ３ ＲＯＭ ４ 演算部 ５ 広帯域入出力部 ６ サブバンド入出力部 ２１ プログラムカウンタ ２２ 命令メモリ ２３ 命令レジスタ ２４ 命令デコーダ ２５ ジャンプ制御部 ２６ サンプル系列カウンタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプリング周波数ｆ_sの広帯域信号を
   Ｍ個の等帯域幅のサンプリング周波数がｆ_s／Ｍのサブ
   バンド信号に分割する信号分析フィルタバンクであっ
   て、 広帯域信号が入力される毎に、前記広帯域信号を用いて
   第１の演算の部分演算を行うことによりＭ個の第１の中
   間信号を算出し、前記Ｍ個の第１の中間信号を用いて第
   ２の演算の部分演算を行うことによりサブバンド信号を
   算出し、出力するシーケンス制御手段を備えたことを特
   徴とする信号分析フィルタバンク。
2. 【請求項２】 Ｍ個の等帯域幅のサンプリング周波数ｆ
   _s／Ｍのサブバンド信号を合成してサンプリング周波数
   ｆ_sの広帯域信号を再生する信号合成フィルタバンクで
   あって、 Ｍ個のサブバンド信号が入力された後で、第２の中間信
   号を時間の古い方向にＭ個移動し、サブバンド信号が入
   力される毎に、前記Ｍ個のサブバンド信号を用いて第３
   の演算の部分演算を行うことにより第２の中間信号の部
   分を算出し、第２の中間信号の部分を用いて第４の演算
   の部分演算を行うことにより広帯域信号を算出し、出力
   するシーケンス制御手段を備えたことを特徴とする信号
   合成フィルタバンク。