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ビット深度 (音響機器)

索引 ビット深度 (音響機器)

ビット深度(-しんど)とは、デジタル信号の離散信号(標本)1つあたりの情報量、すなわち量子化ビット数である。 ビット深度はPCM音声でのみ意味を持つ。MP3やAACといった非可逆圧縮の非PCM音声ではビット深度の概念はない。 オーディオやグラフィックスで使われる用語であり、この項ではデジタルオーディオでのそれについて説明する。.

39 関係: AACのこぎり波実効値対数二進法ノイズヘルツパルス符号変調ビットレートビット毎秒ディザデシベルデジタル信号デジタルオーディオデジタル音響システムダイナミックレンジコンパンディングコンピュータCD-DA確率共鳴端数処理Direct Stream DigitalDTS (サウンドシステム)DVD音声圧縮音圧聴覚量子化量子化誤差離散信号MP3PLOSSN比Super Audio CD正弦波最下位ビット16ビット24ビット

AAC

Advanced Audio Coding (AAC) は、不可逆のディジタル音声圧縮を行う音声符号化規格のひとつである。MP3の後継フォーマットとして策定され、一般的にAACは同程度のビットレートであればMP3より高い音声品質を実現している。 AACはISOとIECにより、MPEG-2およびMPEG-4仕様の一部として標準化された。MPEG-4 Audio内のHE-AAC(High Efficiency Advanced Audio Coding)として知られるAACの一部は、DAB+やDigital Radio Mondiale、モバイルテレビジョン規格のDVB-やATSC-M/Hのようなディジタル無線規格においても採用されている。 AACは一つのストリームに、48の全帯域幅(最大96kHz)音声チャンネルを持たせることができ、さらに、16の低周波効果音(LFE、120Hzまで)チャンネルと16の対話チャンネル、および16のデータストリームも含めることができる。ステレオの音質は96kbpsのジョイントステレオモードで適度な要件を満たすことができるが、Hi-Fi透明性(低雑音性)のためには、少なくとも128kbpsのデータレート(VBR)が必要である。MPEG-4 Audioによる検証では、AACが128kbpsのステレオおよび320kbpsの5.1チャンネルオーディオにおいてITUが「透明的」として規定している要件を満たしていることが示されている。 AACはYouTube、iPhone、iPod、iPad、Nintendo DSi、Nintendo 3DS、iTunes、DivX Plus Web Player、PlayStation 3、ノキアのSeries 40携帯電話における既定もしくは標準の音声フォーマットである。PlayStation Vita、Wii、 ソニーのウォークマンMP3シリーズとその後継機種でもサポートされている。AACはインダッシュの車載オーディオシステムのメーカによってもサポートされている。 AAC(Advanced Audio Coding, 先進的音響符号化)とは1997年にISO/IEC JTC 1のMoving Picture Experts Group (MPEG) において規格化された音声圧縮方式のことである。.

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のこぎり波

のこぎり波(鋸歯状波(きょしじょうは)、sawtooth wave)は、非正弦波的な基本的波形の一種で、波形の見た目が鋸の歯のように見えることからそのように呼ばれる。 簡単に説明すれば、のこぎり波の波形は時間と共に上がっていき、急降下するということを繰り返す。もちろん、逆に徐々に下がっていって急上昇することを繰り返すのこぎり波もある。後者を「逆のこぎり波(reverse sawtooth wave、inverse sawtooth wave)」と呼ぶ。どちらの波形であってもパラメータを調整すると同じ音に聞こえる。 次の時間 t についての床関数に基づいた区分線形関数は、周期が 1 ののこぎり波の例である。 より汎用的な形式として、次の式は振幅が -1 から 1 で、周期が a ののこぎり波を表している。 こののこぎり波関数は正弦関数と同じ位相である。 のこぎり波を音として聞いてみると、猛々しくハッキリしていて、周波数成分としては基本周波数の偶数倍音と奇数倍音の両方が含まれている。全ての整数倍音を含んでいるため、減算方式のシンセサイザーで、他の音を合成するベースとして使うのに便利である。 のこぎり波は正弦波を合成することで近似することができる。のこぎり波に収束するフーリエ級数を以下に示す。 デジタルシンセサイザーの場合、この級数の k について、ナイキスト周波数(サンプリング周波数の半分)未満の倍音までを考慮すればよい。この合成は高速フーリエ変換を使って計算するのが効率的である。波形をデジタル的にではなく帯域制限のない形で y.

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実効値

実効値(じっこうち、effective value, root mean square value, RMS)は、交流の電圧又は電流の表現方法の一種である。ある電気抵抗に交流電圧を加えた場合の1周期における平均電力と、同じ抵抗に直流電圧を加えた場合の電力が, 互いに等しくなるときに、この交流電圧と交流電流の実効値はそれぞれ, その直流電圧と直流電流と同じ値であると定義される。交流電力の計算に使用される電圧・電流は、通常は実効値で表示される。.

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対数

対数(たいすう、logarithm)とは、ある数 を数 の冪乗 として表した場合の冪指数 である。この は「底を とする の対数(x to base; base logarithm of )」と呼ばれ、通常は と書き表される。また、対数 に対する は(しんすう、antilogarithm)と呼ばれる。数 に対応する対数を与える関数を考えることができ、そのような関数を対数関数と呼ぶ。対数関数は通常 と表される。 通常の対数 は真数, 底 を実数として定義されるが、実数の対数からの類推により、複素数や行列などの様々な数に対してその対数が定義されている。 実数の対数 は、底 が でない正数であり、真数 が正数である場合この条件は真数条件と呼ばれる。 について定義される。 これらの条件を満たす対数は、ある と の組に対してただ一つに定まる。 実数の対数関数 はb に対する指数関数 の逆関数である。この性質はしばしば対数関数の定義として用いられるが、歴史的には対数の出現の方が指数関数よりも先であるネイピア数 のヤコブ・ベルヌーイによる発見が1683年であり、指数関数の発見もその頃である。詳細は指数関数#歴史と概観や を参照。。 y 軸を漸近線に持つ。.

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二進法

二進法(にしんほう)とは、2 を底(てい、基(base)とも)とし、底の冪の和で数を表現する方法である。 英語でバイナリ (binary) という。binaryという語には「二進法」の他に「二個一組」「二個単位」といったような語義もある(例: バイナリ空間分割)。.

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ノイズ

ノイズ (noise) とは、処理対象となる情報以外の不要な情報のことである。歴史的理由から雑音(ざつおん)に代表されるため、しばしば工学分野の文章などでは(あるいは日常的な慣用表現としても)音以外に関しても「雑音」と訳したり表現したりして、音以外の信号等におけるノイズの意味で扱っていることがある。西洋音楽では噪音(そうおん)と訳し、「騒音」や「雑音」と区別している。.

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ヘルツ

ヘルツ(hertz、記号:Hz)は、国際単位系 (SI) における周波数・振動数の単位である。その名前は、ドイツの物理学者で、電磁気学の分野で重要な貢献をしたハインリヒ・ヘルツに因む。.

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パルス符号変調

4ビットPCMにおける信号の標本化と量子化(赤) パルス符号変調(パルスふごうへんちょう、PCM、pulse code modulation)とは音声などのアナログ信号をパルス列に変換するパルス変調の一つである。.

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ビットレート

電気通信やコンピューティングにおいて、ビットレートまたはビット速度(ビットそくど、bit rate, bitrate)とは、単位時間あたりに転送または処理されるビット数である。変数 R として表される。 ビットレートには、通常ビット毎秒(bit/s)の単位が用いられ、キロ、メガ、ギガ、テラなどのSI接頭辞と組み合わせて使用される。非公式な略称"bps"が"bit/s"の代わりに使われることが多く、例えば"1 Mbps"は100万ビット毎秒を意味する。 1バイト毎秒(1 B/s)は8ビット毎秒に相当する。.

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ビット毎秒

ビット毎秒(ビットまいびょう)は、データ転送レート(JISの情報処理用語としてはビット速度、bit rate)の単位である。1秒間にデータ転送路上の仮想の、または物理的な地点を通過した(すなわち転送された)ビット数と定義される。モデムやルータ、シリアルATAやLANケーブルなどのデジタル通信機器で用いられる。bps(ビーピーエス、bit per second、ビットパーセカンド)とも。.

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ディザ

ディザ(Dither)とは、量子化誤差(端数)を、単純に丸めるのではなく、全体の量子化誤差が最小化するよう確率を調整して切り捨てまたは切り上げのどちらかをランダムにおこなうためによるゆらぎのことである。そのような一種のノイズ的データを追加する作業および技法はディザリング(Dithering)またはディザ法と呼ばれる。誤差を周囲のデータに拡散する手法をも含めて言うこともある。ディザリングは、デジタル音響やデジタル動画のデータを処理する際に普通に行われ、CDの制作でも最終段階でよく行われている。.

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デシベル

デシベル(、記号: dB)は、電気工学や振動・音響工学などの分野で、物理量をレベル表現により表すときに使用される単位である。SIにおいてレベル表現として表される量には次元が与えられておらず、無次元量である。 ベルの語源は、アレクサンダー・グラハム・ベルが電話における電力の伝送減衰を表わすのに最初に用いたことに由来する。.

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デジタル信号

デジタル信号(Digital signal)は、離散信号の量子化されたもの、あるいはデジタルシステムでの信号の波形を指す。.

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デジタルオーディオ

デジタルオーディオ (digital audio) とは、音をデジタル信号として録音再生、保存、伝送する方式のことをいう。 アナログ信号である音声データを数値に変換(標本化・量子化=アナログ-デジタル変換 )してデジタルデータとして記録保存し、再生時にデジタル-アナログ変換 (DA変換) してアナログ信号に変換してからスピーカーなどによって音として再生する。 デジタルオーディオにおいて使用されるデジタル信号変換方式として、パルス符号変調(PCM、マルチビットデジタル)およびΔΣ変調(いわゆる1ビットデジタル)がある。.

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デジタル音響システム

デジタル音響システム(デジタルおんきょうシステム)とは、映画館で採用されている音響方式で、音楽情報がデジタルで記録されたもの。4チャネル以上の音声が扱われ、サラウンドで利用されるのが一般的である。デジタル記録登場前にも、アナログ記録にて多チャネルのサラウンドが利用されていた。.

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ダイナミックレンジ

ダイナミックレンジ()とは、識別可能な信号の最小値と最大値の比率をいう。信号の情報量を表すアナログ指標のひとつ。写真の場合、ラティチュードと 同じ意味で用いられることが多い。.

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コンパンディング

元の信号 圧縮後の信号(伸張前)。つまりこの形で送信される。 コンパンディング(companding)は、電気通信・信号処理・熱力学において、ダイナミックレンジが制限された通信路の有害な効果を和らげる方法である。コンパンション(compansion)とも。名称は「圧縮 (compressing)」と「伸張 (expanding)」を組み合わせたかばん語。ここでいう「圧縮」や「伸張」はダイナミックレンジの圧縮・伸張であって、データ圧縮とは異なる。 録音で使う圧縮やそれに類するものは可変利得増幅器と局所線形プロセス(短い範囲では線形だが、全体はそうではない)に依存している。したがって、コンパンディングは非線形であり、どの時点でも同じ方法で行われる。信号のダイナミックレンジは転送前に圧縮され、受信機で元の値に伸張される。 これを行う電子回路をコンパンダ (compandor) と呼び、音声のようなアナログ電子信号のダイナミックレンジを圧縮または伸張する。1つの派生として、前段に対数増幅器があり、中段に可変利得増幅器、後段に指数増幅器を置く3段の増幅器がある。コンパンダはコンサートなどの音響システムで使われたり、dbxやDolby NRなどのノイズリダクションシステムで使われる。 コンパンディングは、利得は減少するが信号レベルはあるしきい値を超えるようにする「圧縮」と、その逆で利得は減少するが信号レベルはあるしきい値より下になるようにする「伸張」を指すこともある。 コンパンディングはプロ用のワイヤレスマイクでマイクロフォンのダイナミックレンジを改善するために使われている(マイクユニットのダイナミックレンジは無線伝送路のダイナミックレンジよりも大きい)。 コンパンディングを使うことで、大きなダイナミックレンジの信号を小さいダイナミックレンジしか伝送できない機器や回線上を転送できる。コンパンディングは受信機でのノイズや漏話レベルを低減する。 ただし、総合的な音質は改善されるが、コンパンダへの入力信号の振幅に依存してノイズが大きくなるブリージング(息づき)雑音を生じる恐れがある。 コンパンデイングはデジタルや電話システムでも使われている。アナログ-デジタル変換回路に信号を入力する前に圧縮し、デジタル-アナログ変換回路の出力を伸張する。これはデジタル電話網でA-lawまたはμ-lawコンパンディングを使った非線形ADCを使用しているのと等価である。また、デジタル音声ファイルフォーマットでも、低ビットレートでSN比を改善する方法として同様の手法が使われている。例えば、線形符号化された16ビットPCM信号を8ビットWAVやAUファイルに変換する際、8ビットに変換する前に圧縮を行ってSN比を改善し、16ビットに戻した後で伸張する。これは事実上の非可逆音声圧縮である。.

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コンピュータ

ンピュータ(Computer)とは、自動計算機、とくに計算開始後は人手を介さずに計算終了まで動作する電子式汎用計算機。実際の対象は文字の置き換えなど数値計算に限らず、情報処理やコンピューティングと呼ばれる幅広い分野で応用される。現代ではプログラム内蔵方式のディジタルコンピュータを指す場合が多く、特にパーソナルコンピュータやメインフレーム、スーパーコンピュータなどを含めた汎用的なシステムを指すことが多いが、ディジタルコンピュータは特定の機能を実現するために機械や装置等に組み込まれる組み込みシステムとしても広く用いられる。電卓・機械式計算機・アナログ計算機については各項を参照。.

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CD-DA

CD-DA(Compact Disc Digital Audio)は、コンパクトディスクに音楽等の音声を収める規格である。コンパクトディスク開発に伴って策定された。 一般的な音楽CDがこれにあたり、世の中で普通に“CD”といえば、ほとんどの場合、この項目で説明するCD-DAを指す。.

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確率共鳴

率共鳴(かくりつきょうめい、Stochastic Resonance)とは、信号に雑音(ノイズ)を加えることで、ある確率の下で、信号が強まり、反応が向上する現象。確率共振(かくりつきょうしん)と訳されることもある。 しきい値(検出できる限界の強度)未満の信号に不規則なノイズを加えると、確率共鳴により、しきい値を越えて検知できるようになる。 ヘラチョウザメの実験では、弱い電流を流すことによって遠くのプランクトンを見つけて補食できるようになった。 1981年に氷河期の周期性を説明するために提案され、その後、電子回路などの物理系や、神経伝達システムのような生物系でも、同様の現象が確認されている。.

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端数処理

端数処理(はすうしょり)または丸め(まるめ)とは、与えられた数値を、ある一定の丸め幅の整数倍の数値に置き換えることである。常用的には、10の累乗(…、100、10、1、0.1、0.01、…)が丸め幅とされることが多い。.

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Direct Stream Digital

ダイレクトストリームデジタル(Direct Stream Digital, DSD)とは、スーパーオーディオCD(SACD)がアナログ音声をデジタル信号化する際の方式。オーディオの世界においてはCD-DAに用いられるが、原理自体は新しいものではなく、古くからあるパルス変調の一つであるPDM方式(パルス密度変調方式)に商標を付けただけである。.

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DTS (サウンドシステム)

DTSは、映画、テレビ放送などで使用される音声のデジタル圧縮記録・再生方式の名称・ブランドであり、また、その方式を開発したアメリカ合衆国の企業(英語: DTS, Inc.)である。 従来は「デジタル・シアター・システムズ(Digital Theater Systems)」という名称であったが、略称が一般化し社名、システム名も現在の「DTS」に変更された。同社のロゴに倣って平文ではdtsと小文字表記されることもある。.

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DVD

市販のDVDレコーダー(ソニー製) 市販のDVD録画用生ディスク(パナソニック製DVD-RAM) DVD(ディー・ブイ・ディー)は、デジタルデータの記録媒体である第2世代光ディスクの一種である。.

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ここでは音(おと)について解説する。.

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音声圧縮

音声圧縮あるいはオーディオ圧縮(英語: audio compression)とは、音声ファイルのサイズを削減する目的で設計されたデータ圧縮の一種である。音声圧縮アルゴリズムは、「オーディオコーデック」として実装される。汎用データ圧縮アルゴリズムは音声データには適さず、オリジナルの87%以下に圧縮できることがほとんどなく、リアルタイムの再生にも適さない。そのため、音声向けの可逆圧縮アルゴリズムや非可逆圧縮アルゴリズムが生み出された。非可逆圧縮アルゴリズムは圧縮率が非常に高く、一般の音響機器によく使われている。 可逆でも非可逆でも、情報の冗長性を削減するために、符号化手法、パターン認識、線形予測などの手法を駆使して、圧縮を行う。音声品質は若干落ちるが、多くのユーザーはその違いに気づかず、必要なデータ量は大幅に削減される。例えば、1枚のコンパクトディスクで、高品質な音楽データなら1時間しか記録できないが、可逆圧縮すれば2時間ぶんを記録でき、MP3のような非可逆圧縮なら7時間ぶんの音楽を記録できる。.

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音圧

音圧(おんあつ)とは、音による圧力の大気圧からの変動分である。単位はパスカル (Pa) である。 健康な人間の最小可聴音圧は実効値で 20 µPa であり、これを基準音圧として音圧をデシベル (dB) で表したものを音圧レベルと言う。.

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聴覚

聴覚(ちょうかく)とは、一定範囲の周波数の音波を感じて生じる感覚のこと広辞苑 第5版 p.1738。.

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量子化

量子化(りょうしか、quantization)とは、ある物理量が量子の整数倍になること、あるいは整数倍にする処理のこと。.

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量子化誤差

量子化誤差(りょうしかごさ、Quantization Error)または量子化歪み(りょうしかひずみ、Quantization Distortion)とは、信号をアナログからデジタルに変換する際に生じる誤差。 アナログ信号からデジタル信号への変換を行う際、誤差は避けられない。アナログ信号は連続的で無限の正確さを伴うが、デジタル信号の正確さは量子化の解像度やアナログ-デジタル変換回路のビット数に依存する。実際のアナログ値と変換時に「丸め」られた近似的デジタル値の差を量子化誤差と呼ぶ。また、誤差信号は確率過程のランダム信号を加えて量子化雑音(Quantization Noise)と呼ばれる。.

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離散信号

離散信号(Discrete signal)もしくは離散時間信号(Discrete-time signal)は、連続信号を標本化した信号の時系列である。連続信号とは違い、離散信号は連続信号の関数ではないが量の系列である、つまり離散的な整数の範囲の関数である。これらの系列の値を「標本値(sample)」という。 離散信号が均一に間隔を置かれた回に対応する系列である場合、それは関連する標本化周波数を持っている、標本化周波数はデータ系列ではわからないので、別のデータ項目として関連付けられるかもしれない。.

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MP3

MP3(エムピースリー、MPEG-1 Audio Layer-3)は、音響データを圧縮する技術の1つであり、それから作られる音声ファイルフォーマットでもある。ファイルの拡張子は.mp3」である。.

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PLOS

PLOS (Public Library of Science、旧略称:PLoS)は、オープンアクセスの学術雑誌やを発行する出版社、または学術雑誌のオープンアクセス化を推進するプロジェクトである。2003年10月に初の学術雑誌 PLoS Biology を刊行したのを皮切りに、2012年現在で査読付き学術雑誌7誌を発行している。日本語では公共科学図書館と訳されることもある。.

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SN比

SN比(エスエヌひ)は、通信理論ないし情報理論あるいは電子工学などで扱われる値で、信号 (signal) と雑音 (noise) の比である。 信号雑音比 (signal-noise ratio) または 信号対雑音比 (signal-to-noise ratio) の略。S/N比、SNR、S/Nとも略す。 desired signal to undesired signal ratio、D/U ratio ともいう。 SN比が高ければ伝送における雑音の影響が小さく、SN比が小さければ影響が大きい。SN比が大きいことをSN比がよい、小さいことを悪いとも言う。.

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Super Audio CD

ーパーオーディオCD(スーパーオーディオシーディー、Super Audio CD, SACD, SA-CD)は、1999年にソニーとフィリップスにより規格化された、次世代CD規格の1つ。製品の発売日は1999年5月21日 CDと同じサイズの120mm光ディスクに、オーディオデータをCD以上の高音質で記録したものである。規格書はその表紙の色からScarlet Bookと呼ばれる。.

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正弦波

正弦波(赤色)と余弦波(青色)の関数グラフ 正弦波(せいげんは、sine wave、sinusoidal wave)は、正弦関数として観測可能な周期的変化を示す波動のことである。その波形は正弦曲線(せいげんきょくせん、sine curve)もしくはシヌソイド (Sinusoid) と呼ばれ、数学、信号処理、電気工学およびその他の分野において重要な働きをする。.

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最下位ビット

最下位ビット(さいかいビット、least significant bit、LSBと略記)は、コンピュータにおいて二進数で最も小さな値を意味するビット位置のことである。LSBは右端ビットとも言われる。十進数に当てはめれば、「一の位」に相当する。 二進数の特定のビットを示すために、各ビットにはゼロからn(その数値のビット数に依存)までのビット番号が割り当てられる。 従来、エンディアンによってゼロ番のビットがMSBに対応していたり、LSBに対応していたりしていたが、最近ではゼロ番はLSBとされていることが多い。(訳注:これが関係してくるのはビット番号を指定する形式のビット操作命令が存在する命令セットだけである。) これを拡張すると、LSBs(複数)はLSB側のいくつかのビットを意味する。 LSBs は変化が激しい。例えば、1 (二進数では 00000001) に 3 (二進数では 00000011) を足すと、結果は 4 (二進数では 00000100)であり、3桁のLSBsが変化している(011→100)。 対照的に3桁のMSBsは全く変化していない(000)。 この性質を利用して LSBsはしばしば擬似乱数、ハッシュ関数、チェックサムなどで使用される。 LSBが最下位バイトを意味する場合もある。この曖昧さを回避するため、LSBit、LSByteと表記されることもある。.

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16ビット

記載なし。

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24ビット

24ビットのアーキテクチャには以下がある。.

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