WO2000021199A1

WO2000021199A1 - Procede et dispositif de codage a compression sans perte, et procede et dispositif de decodage a compression sans perte

Info

Publication number: WO2000021199A1
Application number: PCT/JP1999/005507
Authority: WO
Inventors: Naoki Ejima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2000-04-13
Also published as: CN1197254C; EP1119108A1; CN1322406A; EP1119108A4; JP3723740B2; US6420980B1

Description

明細書口スレス圧縮符号方法とその装置およびロスレス圧縮復号方法とその装匱技術分野

本発明は、コンパクトディスク（C D) の音質をはるかに超えるスーパ一ォ一ディォの信号を伝送記録する符号化および圧縮に関する。背景技術

オーディオ信号の圧縮にはさまざまな方法がある。 2つに大別すると、まず、口スレス圧縮方法は、音楽信号データ自身が有する自己相関性や相互相関性などに依存する冗長データを抽出して、冗長成分のみを圧縮して伝送記録する。 2つめとして、パーセプチユアル符号化方法は、人間の聴覚特性の曖昧さを利用して鈍感な成分を大幅に省くこと（すなわち劣化）を許容して高効率を得る。後者は一般に前者とともに用いられ、低ビットレートの通信やパッケージメディアに多用されている。し力し、 C Dをはるかに超える高音質をターゲットとするスーパ —オーディオにおいては、劣化の無い前者のロスレス圧縮方法でなければならなレ、。そこで、以下ではロスレス圧縮に限定して説明を進める。

このような従来技術の一例として、特開平 7— 7 4 6 7 5号公報に記載された「データ圧縮機能付きシリアル送信装置」がある。この従来技術の目的は、シリァル送信装置における転送速度の向上である。そのために入力信号をデジタルデ —タに変換する A D変換器の出力を差分処理し、ハフマン変換によりデータ圧縮を図っている。高速データを圧縮して限られた通信速度の回線を介して送信することにより実質の転送速度が向上することを狙ったものであり、これについては本発明と同じである。差分処理はデジタルデータの出現確率分布を偏らせる作用があり、後段のハフマン変換において圧縮効率を改善する効果がある。すなわち、従来技術における差分回路は、ハフマン変換回路との相互作用によつて効果が大きくなるものである。実験例をあげる。オーディオデータをそのままハフマン変換する場合に得られる圧縮率は一般に 9 0〜 9 5 %と言われているが、発明者等の実験でも同様なデータが得られている。また差分処理をしてからハフマン変換すると、やや改善されて 8 5〜 9 0 %の圧縮効果となる。

一方、 DVDを始めとする近年の高密度記録メディアの出現により、広帯域かつ高ダイナミックレンジのリニア P CMスーパ一オーディオが記録できるようになった。 DVDオーディオは現在フォーマット化の段階である。 1 9 9 8年 4月

2 1日にはドラフトバ一ジョンである B o o k 0. 9の説明会が東京で行われた。文献としては、アイエー出版発行の「ラジオ技術」 JUN. 1998号第 5 2卷第 6 号 ·通卷 6 9 5号の 7 3頁〜 7 7頁に DVDオーディオフォーマツト説明会の紹介記事がある。同文献によれば、 DVDオーディオの主要パラメータは、サンプリング周波数 4 8 kUz/ 9 6 kHz/19 2 kHzおよび 44. 1 kHz/ 8 8. 2 kHz

/\ 7 6. 4 kHz, リニア P CM量子化ビット数 1 ebit ^ Obit/2 4bit、最大チャンネル (ch) 数 6である。ただし最大のビットレート力 9. 6Mbpsと規定されている。従って、前記の組み合わせで合計のビットレートが既定値以下に収まるものだけが使用可能である。例えば、 9 6 kHz · 24 bit · 4chは合計のビットレートが 9. 2 1 6Mbpsであるから使用できるが、 9 6 k Hz · 2 4 bit · 5 chは合計が 1 1. 5 2Mbpsとなって 9. 6Mbpsを越えるため使用できない。 9 6 kHz · 24 bit · 6chも同じように合計が 1 3. 8 2 4Mbpsとなって 9. 6Mbpsを越えるため使用できない。

一方、映画においては、マルチチャンネルシステムが米国を中心に普及しつつある。民生機器においても 5. l ch (前方中央、左、右 3 ch、後方左、右 2ch、サブウーファ l ch) と呼ばれる方式などのマルチチャンネルシステムがいくつか登場し、普及の兆しがある。このような背景から、スーパーオーディオのフォ一マツ卜においてもマルチチャンネルの実現が望まれるところとなった。高性能のレコード制作機器を用いると 9 6 kHz · 24 bit · 6 chが制作可能な状況にあるので、 DVDオーディオでそれらをストレートかつ劣ィヒなしに伝送記録できないかとの論議があった。 9 6 kHz · 2 4bit · 6 chを DVDオーディオで実現することが好ましいとの具体的要望がある。

また単に DVDオーディオで 9 6 kHz - 2 4 bit · 6 chを実現するだけでなく、現行 C Dと同じ記録面 1層で 7 4分の再生時間をも実現することが強く要望されている。その背景には、ほとんどの楽曲が 74分に収まることと、音楽産業が蓄積してきたマスターソースが 74分を一つの目安にしてきた経緯がある。 74分の再生時間が満たされれば、 CDと DVDオーディオの両方を同時に企画 ·制作'販売が可能になり好都合である。そのためには、 DVDの容量 4. 7GB (ギガバイト）を再生時間（74分）で除したビットレート（8.47 Mbps) 以下となるようにデータを圧縮して所望のディスクに収める必要がある。

以上に説明した課題を具体的にまとめると、次のようになる。

( a )データ圧縮は、完全に可逆変換のできるロスレス圧縮であること。

(b) DVDオーディオのフォーマツト規定である最大伝送レ一ト 9. 6Mbps以下となるようにすること。

(c) 74分の再生時間を実現するために、平均伝送レート 8.47Mbps以下となるようにすること。

( d )特に好ましくは、 96 k Hz · 24 bit · 6 chのモ一ドで再生時間 74分を達成するために、元のデータを 60<½以下に圧縮すること。発明の開示

本発明は、上記の問題を解決するものであり、（あ）完全に可逆変換のできるロスレス圧縮であって、（い）ピーク伝送レート 9.6Mbps以下、（う）平均伝送レ一ト 8, 47Mbps以下、（え）特に 96 kHz · 24 bit · 6 chモ一ドで元のデータを 60 %以下に圧縮し、再生時間 74分を達成できる、ロスレス圧縮符号 Z 復号方法及ぴその装置を提供することを目的とする。

本発明に係るロスレス圧縮符号方法および装置では、所定の時間毎に区切った所定数の入力データサンプルをブロック化し、前記ブロック内でサンプル間の相関を除去し、除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、冗長ランレンダスの最小 ί直すなわちプロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して、各サンプルから前記共通冗長部を除去し、共通冗長部を除去したデ一タをハフマン変換し、少なくとも前記共通冗長部のランレングス情報とサンプル毎のハフマン変換データを得る。

また、本発明に係るロスレス圧縮復号方法および装置では、所定の時間毎に区切った所定数の入力データサンプルをブロックイ匕し、プロック内でサンプル間の相関を除去し、除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、冗長ランレングスの最小値すなわちブロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して各サンプルから前記共通冗長部を除去し、少なくとも前記共通冗長部のランングス情報とサンプル毎のハフマン変換データからなる符号データを入力し、前記入力データから変換アルゴリズムを示すパラメータを取り出してハフマンデコード処理し、共通冗長部のランレングス情報を取り出して前記ハフマンデコード処理後の復号デ一タに冗長部を付加し、相関復号を行う。

こうして、上述のロスレス圧縮符号方法および装置では、入力信号の相関性を除去して冗長部を切り取り、その後のデータからさらにデータ分布の偏りを利用して効果的にデータを圧縮して、入力信号の情報エントロピに近い情報量にまで圧縮して伝送する。また、上述のロスレス圧縮復号方法および装置では、そのような圧縮データを逆の順番でデコードして、元々の広帯域マルチチヤンネルのォ一ディォデータを劣化無く完全に復元して出力する。これらにより、完全なロスレス圧縮であって、かつ伝送データを 6 0 %以下に圧縮できるロスレス圧縮符号

Z復号方法及び装置が実現できる。

また、本発明のロスレス圧縮符号方法および装置では、相関の除去において、了'測器または予測フィルタで予測したデータと実データとの差すなわち予測残差を取り出す。たとえば、これらの予測器または予測フィルタは、入力データまたは再生データの整数レンジと同じ精度を有する整数演算回路からなる。

また、本発明のロスレス圧縮符号方法および装置では、ハフマン変換において、共通冗長部を除去した残りのデ一タを、所定のビット数の上位パートに対してのみハフマン圧縮で変換し、残りが有る場合は残りをそのまま付けて伝送する。また、本発明のロスレス圧縮復号方法および装置では、ハフマンデコード処理において、所定の変換パターンに合致する部分の上位パートおよびブロック毎にパラメータで伝送される情報により定められたビット数の下位パートに分け、前記上位パートに対してのみハフマンデコードをする。

また、本発明のロスレス圧縮符号装置は、相関除去手段、共通冗長ビット除去手段及びハフマン変換手段の複数の組み合わせと、複数の前記ハフマン変換手段が出力するデータから最大圧縮効率となるデータを選択し出力する最大効率デ一タ出力手段を備える。最大効率データ出力手段は、最大効率となる組み合わせのデータを出力するとともに、最大効率となる組み合わせを示すパラメ一タを伝送する。

また、本発明のロスレス圧縮符号 Z復号方法および装置では、複数の相関除去特性の中から最も効果の高いものを検出して選択する。

また、本発明のロスレス圧縮符号方法おょぴ装置では、相関を除去する複数の除去手段を備え、相関の除去においてそれぞれの除去手段の出力データに対してそれぞれの共通冗長部を除去し、それぞれの共通冗長部を除去したそれぞれのデータを別個にハフマン変換し、これらのハフマン変換後の複数のハフマン圧縮データから最大効率となる組み合わせのものを検出して選択して変換に使用するとともに、組み合わせを示すパラメータを伝送する。

また、本発明のロスレス圧縮符号方法および装置では、ハフマン変換において、複数の変換ァルゴリズムの中からブロックにお、て最大効率となるものを選択して変換に使用するとともに、そのアルゴリズムを示すパラメータを伝送する。また、本発明のロスレス圧縮復号方法および装置では、相関復号において、口一力ル予測器または口一カル予測フィルタで予測したデータと伝送入力データとの和を取り出す。たとえば、ローカル予測器または口一カル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなる _u

また、本発明のロスレス圧縮復号方法および装置では、ハフマンデコード処理において、プロック毎に伝送される情報により定められた特性を有する信号が選択される。

また、本発明のロスレス圧縮復号装置は、さらに、入力符号データに付随する付帯情報を検出する付帯情報検出手段を備え、前記ハフマンデコーダ手段は複数のハフマンテーブルを備える。付帯情報検出手段は、検出した付帯情報に基いて複数の前記ノヽフマンテ一ブルの中から 1つを選択する。

また、本発明のロスレス圧縮符号復号方法および装置では、ブロックの先頭にあるサンプルデータをリニア P CMとすることにより、エラ一伝搬からの復帰速度を速くし、メディアを特殊再生するキュー Zレビュ一の再生音を聞き易くする。上述のロスレス圧縮符号装置は、ロスレス圧縮符号装置から入力された信号を D V Dフォーマツト信号にする D V Dフォーマッタなどとともに記録装置を構成する。

上述のロスレス圧縮復号装置は、再生信号を所定の符号情報に変換する D V D デフォーマッタなどとともに再生装置を構成する。

本発明に係る口スレス圧縮符号 Z復号方法および装置の効果は、膨大な情報量を劣化無く圧縮し、より多くの情報をより長時間に渡つて記録再生できることである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態における口スレス圧縮符号 Z復号方法及び装置のブ口ック図である。

図 2は、相関除去手段のブロック図である。

図 3は、共通冗長ビット（C R B ) 除去手段のブロック図である。

図 4は、ハフマン圧縮手段および最大効率データ出力手段のブロック図である。図 5は、ハフマンデコーダ、 C R Bデコ一ダおよび付帯情報検出手段のプロック図である。

図 6は、相関復手段のブロック図である。

図 7は、ロスレス圧縮符号ァ /レゴリズムのフ口一チヤ一トである。

図 8は、ロスレス圧縮符号 Z復号装置を備える記録 Z再生装置のブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明のロスレス圧縮符号方法および装置の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。

本発明のロスレス圧縮符号装置では、相関除去手段で入力信号の相関性を検出して正規化し、冗長部を共通冗長ビット（C R B ) 除去手段で除去し、ハフマン圧縮手段でデータ分布の偏りを利用した変換でさらにデ一タを圧縮する。また、本発明のロスレス圧縮復号装置では、そのような圧縮データを逆順にデコードするハフマンデコーダ、 CRBデコーダ (共通冗長ビッ卜付加手段）および相関復号により、元々の広帯域マルチチヤンネルのオーディォデータを劣化無く伝送し、受信して出力できる。これにより、入力信号のもつエントロピに近い情報量にまで圧縮が可能となる。

図 1は、本発明の実施形態における口スレス圧縮符号 Z復号装置を示すプロック図である。ロスレス圧縮符号装置は、ロスレス圧縮符号化を行うロスレス圧縮符号手段.1 00と、圧縮信号を DVDフォ一マツト信号にするための DVDフォ —マッタ手段 200とからなり、その出力 Zをメディアに記録する。ロスレス圧縮符号手段 1 00は、相関除去手段 1 1 0、共通冗長ビッ卜（CRB) 除去手段 1 20、ハフマン圧縮手段 1 30及ぴ最大効率デ一タ出力手段 1 40力らなる。ロスレス圧縮符号手段 1 00の出力 Yは主情報であり、同じく出力 Ysubは付帯情報である。 DVDフォーマッタ手段 200は、 DVDフォーマット信号の出力 Zをメディアに伝送記録する。また、ロスレス圧縮復号装置は、メディア再生信号から DVDフォーマツト信号をデコードして内容データを取り出す DVDデフォーマッタ手段 4 00と、ロスレス圧縮復号手段 5◦ 0とからなる。 DVDデフォーマッタ手段 400は、主情報 Yと付帯情報 Ysubをそれぞれ取り出す。口スレス圧縮復号手段 500は、ハフマンデコーダ 53 0、共通冗長ビット（CR B) 付加手段（または、 CRBデコーダ） 5 20、相関復号手段 5 1 0、付帯情報検出手段 540からなる。付帯情報検出手段 540は、主情報 Yに付帯するパラメータ Ysubを他の手段に分配する。 CRBは Common Redundancy Bitの略であり、以降、図において略記する。

以下では信号の流れに沿って符号側から順に各部の動作を詳しく説明する。図 1において入力信号 Xを相関除去手段 1 1 0へ供給する。入力信号 Xは 9 6 k Hz . 24 bit . 6chモードのデータである。図 1では略しているが、所定の時間毎に区切った所定数の入力デ一タ Xを所定のサンプル数 28 8 0で区切ってブロック化する手段 1 1 0 0が入力部にある（図 2参照）。以降の処理はブロック毎に実施するものである。

相関除去手段 1 1 0では、入力信号 Xが有する固有の性質、前後のサンプル問で相関が強いと周波数スぺクトル分布が偏ることなどの性質を正規化する。（なお、「サンプル間の相関」は、チャンネル間の相関も含むものとする。）予め想定する性質は、周波数スぺクトル特性およびチャンネル間の波形近似性などである。これらの性質を正規ィ匕するために周波数帯域フィルタおよびチヤンネル間のクロスフィルタを用いる。簡単化のためには、入力データの整数レンジと同じレンジを有する整数精度をフィルタに用いるようにするのが好ましい。

図 2は、相関除去手段 1 1 0を詳細に示す。相関除去手段 1 1 0は、 1次ないし 5次の差分値を予測残差として出力する。具体的には、予測器としての遅延手段 1 1 2 1〜1 1 2 5と減算器 1 1 1 1〜1 1 1 5とからなる相関除去回路を 5 段接続し、ブロック手段 1 1 0 0の出力を入力して、 1次〜 5次の差分ィ直（予測誤差） D L 1〜D L 5を求める。なお、遅延手段を予測フィルタとしてもよい。なお、ブロック化手段 1 1 0 0の出力 D L 0は 0次信号である。

これらの差分値 D L 0〜D L 5は全て出力し、後段の処理を実施して圧縮効率の最良なものを選ぶことにより、結果的に最適な相関除去を行う。符号処理では全ての組み合わせについて圧縮効率を求める。整数精度で演算することで、符号化と復号化において、オーバーフローに留意さえすればデータの可逆性が保たれ、ロスレス圧縮を完全に保証できる。実数精度演算の場合には、所定の再量子化手段を加えることによって同様の作用が得られる。このようにして、可逆性を保ちながら信号自身の相関性を減らすことができる。したがって、相関除去手段 1 1 0の出力信号は、波形の振幅レベルが低下し同時に白色雑音に似たスぺクトル分布となる。

以下、 0次差分の例を用いて信号 D L Oのデータ処理について説明する。相関除去手段 1 1 0により相関を除去した信号 U L ()を共通冗長ビット除去手段 1 2 0に通す。図 3は共通冗長ビット（C R Β ) 除去手段 1 2 0のブロック図を示す。共通冗長ビット除去手段 1 2 0では、ブロックにおレ、てデ一タの上位ビッ卜で冗長な部分、言レ、換えるとサンプルデ一タの上位ビットの並びが " 0 " または"

1 " の連続となるラン部分を冗長ビット検出手段 1 2 1 0で検出する。例えば 9 6 k Hz - 2 4 bit · 6 chモードの実際の音楽データを分析し平均 1 0 bitとすると、各サンプノレ共通の連続部分のランレングス L A 0を共通冗長ランレングス検出手段 1 2 2 0で検出する。一方主情報を遅延手段 1 2 3 0により遅延してブロック内処理の時間を合わせる。共通冗長ランレングス検出手段 1 220は、求めたランレングス L AOを用いて主情報の共通冗長ビットを共通冗長ビット除去手段 1 240で除去する。元の語長 24ビットに対して語長を平均 60 %に短縮する。短縮されたデータは CRB 0として出力し、共通の冗長ランレングス L AOはパラメータとして出力する。信号 DL 1ないし DL 5も独立に同じ処理を行う。これらのデータはハフマン圧縮手段 130に供給する。なお、ランレングスに関する処理は、公知のランレングスコーデイングと同様に行えばよレ、。

図 4はハフマン圧縮手段 130の内部ブロック図を示す。ハフマン圧縮手段 1 30では、まず分離手段 1 300でデータを上位のたとえば 7ビット B 0と下位の残りビット C 0とに分ける。このようにしたのは、ハフマン変換処理を高速に出来るようにするためとアルゴリズムを簡単化するためである。上位の 7ビット B 0は 8種類のハフマン変換テーブルを用いて可変長符号化する。ハフマン圧縮手段 13100〜 13107は、データの値そのもののヒストグラムが偏るのを利用して、頻度の高いものに短パターンの符号語を、頻度の低いものに長パターンの符号語を割り当てて、 H00として出力する。個々のデータの下位の残ビットは、無処理のまま結合手段 1320で 1100〜1107と結合し、 HC00〜H CO 7として出力する。データ CRB 1ないし CRB 5についても同様である。これらの処理の結果、 HC 00ないし HCO 7から HC 50ないし HC 57までの合計 48種類（8 X6) の圧縮データが得られる。これらを最大効率データ出力手段 140に供給する。このように、相関除去後のデータの内、上位の所定のビット数だけハフマン圧縮手段で変換し、残りが有る場合は残りをそのまま付けて伝送するようにした。このようにすることでハフマン変換処理が定型化してシンプノレになり分岐処理が低減するので、高速処理が可能となる。

最大効率データ出力手段 140は、プロック内サンプル累計で最も効率の高い組み合わせ、即ちブロック内累計で最小組み合わせのデータを選択して、出力 Y として取り出す。この時に使用した組み合わせのパラメータを付帯情報 Ysubとして同様に取り出す。付帯情報に含まれるのは、選択された組み合わせに用いた下位ビット C、相関フィルタパラメータ D I D、共通冗長ランレングス LA、ノヽフマンテーブル識別パラメータ H I Dなどである。 DVDフォーマッタ手段 20 0はこれらを D V Dフォーマツトの信号に変換して記録信号 Zとして取り出す。記録信号 Zは D V Dメディアを介して記録伝送する。このように複数の相関除去特性の中から最も効果の高いものを検出して選択するようにしたので、圧縮効率を高め、力、ついかなる相関性質にも最適のパラメ一タを選択でき、圧縮のワイド化が達成できる。

次に、復号方法および装置について説明する。 DV Dデフォーマッタ 4 0 0は、 D V Dメディァから再生伝送された記録信号 Zを、主情報 Yと付帯情報 Ysubとに変換再生し、ロスレス圧縮復号手段 5 0 0へ出力する。

図 5は、ロスレス圧縮復号手段 5 0 0のハフマンデコーダ 5 3 0、共通冗長ビット付加手段 5 2 1 ( C R Bデコーダ 5 2 0と等価）および付帯情報検出手段 5 4 0の内部ブロック図である。 D VDデフォーマッタ 4 0 0は、再生した信号 Y および付帯情報 Ysubをそれぞれハフマンデコーダ 5 3 0と付帯情報検出手段 5 4 0に供給する。付帯情報検出手段 5 4 0は、復号に使用する下位ビット C、共通冗長ランレングス L Aおよびハフマンテープノレ識別パラメータ H I Dなどを取り出す。ハフマンデコーダ 5 3 0は、付帯情報検出手段 5 4 0から供給するハフマンテープル識別パラメータ H I Dに基づいて、ハフマンテーブル選択手段 5 3 4は 8種類のハフマンテーブル 5 3 2から 1つを選択する。そして、選択したハフマンテーブルを用いてハフマンデコーダ 5 3 1で復号変換する。入力するデ一タは可変長符号化されているので、始めのビットから順にデコードし、固定長の残ビットデータ C Oをそのまま付加して結合する。 C Oの語長は、元の語長 2 4 ビッ卜から共通冗長ランレングス L Aを引きさらに 7ビットを引き去ったビット数である。以上の如く、ハフマンデコードと残ビット C O付加とを交互に処理する。結合手段 5 3 3は、残ビットの結合を行い、上位 7ビットと残ビット C 0の結合データ C R Bを取り出す。すなわち、ノヽフマンデコーダ 5 3 0は、所定の変換パターンに合 @ΤΤる部分の上位パ一トおよびブロック毎にパラメ一タで伝送される情報により定められたビット数の下位パートに分け、ヒ位パートに対してのみハフマンデコードをする。このように、ブロックごとに複数のハフマン圧縮特性の中から最も効果の高いものを検出して選択するようにしたので、圧縮効果を高め、力つ無音からクライマックス部に至る広い振幅幅において最適のハフマンテ一ブルを選択できる柔軟性を生み出す。

C R Bデコーダ 5 2 0において、共通冗長ビット付加手段 5 2 1は、共通冗長ランレングス L Aを用いて冗長ビットを生成し C R Bに付加する。このデータを C R Bデコーダ 5 2 0より D Lとして取り出す。データ D Lは相関復号手段 5 1 0に供給する。

図 6は相関復号手段 5 1 0の内部プロック図を示す。付帯情報検出手段 5 4 0 から得られる相関フィルタパラメータ D I Dを用いて相関復号を行う。相関復号は、相関除去手段 1 1 0の逆変換処理である。相関復号手段 5 1 0は、ローカル予測器またはローカル予測フィルタで予測したデータと伝送入力データとの和を取り出す。相関除去手段 1 1 0は差分としたので、相関復号手段 5 1 0では和分をとるようにする。次数は相関フィルタパラメータ D I Dで決定し、相関フィルタ次数選択手段 5 1 3で選択し出力する。ここから取り出す信号 Xは 9 6 k H z / 2 4ビットの再生信号として出力する。なお、ローカル予測器またはローカル予測フィルタは、再生データと同じ精度とした整数演算で構成する。これまでの説明では 1チャンネルについて述べたが、他のチャンネルも同様とする。このようにして 9 6 k H z /^ Aビットノ6 c hのデータを再生する。

前述したように、これらの処理はブロック毎に行う。ブロックは約 1 5 m s程度の時間長とする。プロックの先頭部分の 5サンプルは変換せずにリニア P CM のまま伝送する。この場合、この 5サンプルについては共通冗長ビット除去ゃノヽフマン変換処理対象から外して、全体の共通冗長ビット除去の効果がこれらに 5 サンプルで帳消しにならないようにする。このようにブロックの先頭にあるサンプルデータをリニア P CM信号とすることにより、毎ブロックデ一タが初期化され、エラ一の累積をリセットして、エラー伝搬からの復帰速度を速くする。これにより、エラー伝搬が起こらず、キューノレビューなどの特殊再生でこまめに正しい音が再生でき、再生音を聞き取り易くできる。

以上説明したように、何れの処理も整数精度を保つ。かつオーバ一フロー、ァンダーフローが起こる場合はそのパラメータに組み合わせを使用しないようにする。そうして符号化に対して完全可逆処理である復号化を行うので、入力信号が持っているエントロピ一は完全に保存され復元できる。すなわち劣化の無いロスレス圧縮符号/復号が達成される。ハフマン変換テーブルの工夫などにより、実験数値として 96 kHzZ24ビット / 6チャンネルのソ一スレ一ト 13.82 4 Mbpsに対して圧縮比率 0.54が得られた。したがつて圧縮データのビットレートは 7.465Mbpsとなる。この 7.645Mbpsは、 DVDの最大レートである 9.6 Mbps以下をクリァしかつ 74分の再生時問を達成するのに必要な条件 8.

47 Mbps以下にも余裕をもってクリアしている。圧縮率の目標が 60%以下であつたので、これについても 10%のマージンを有して達成できる。

以上説明したような装置の他に、ディジタル ·シグナル 'プロセッサ（D S P) などを用いたソフトウェア処理でも同様のデータ処理が達成できる。ソフトウェア処理のためのプログラムは、通信回線を介して伝送することもできる。図 7は、ロスレス圧縮符号のソフトウェア処理のフロー図を示す。まず、入力信号を、チャンネルあたり 2880個のプロック単位に区切る（S 10) 。次に、 1ブロックの信号について、ブロックの先頭で初期化する（S 12) 。すなわち、 X(n_l) = 0、 Y(n— 1)=0。次に、 η番目のブロックのデータについて (S 14) 、 0次出力値 L 0 (η)を出力するほか、 1次差分値 D 1 (η)と 2次差分値 D 2 (η)を演算し出力する（S 16、 S 18) 。すなわち、 Dl (n)=D0 (n)-DO (n)₀ D 2 (n) = D 1 (n)— D 1 (n)。次に nをインクリメントする (S 20) 。ここで、ロスレス圧縮符号のため、 0次〜 2次の差分値 DO (n)、 D 1 (n)、 D 2 (n)に対して、共通ラン長シフトアップ（S 24、 S 28、 S 3 2) とハフマン符号化（S 26、 S 30、 S 34) を行う。次に、最大圧縮効率デ一タを出力するための最適組み合わせ選択を行って、選択された信号 Y ( n )を出力する（S 36) 。これにより、図 1に示した圧縮装置のロスレス圧縮符号手段と同様の処理がおこなわれる。次に、信号 Y(n)から DVDフォーマットに対応した出力サンプルと方式 I Dを生成する（S 38) 。この処理を、 ηの初期値を 1とし、 ηが 2880になるまで繰り返す。ブロック内の全データが処理されると、次に、全ブロックが処理されていない場合は S 12に戻り（S 22)、次のプロックの信号の処理をおこなう。ロスレス圧縮復号のソフトウエア処理も同様におこなう力ここでの説明を省略する。

図 8は、上述のロスレス圧縮符号 Ζ復号装置を備える記録 Ζ再生装置のプロック図である。口スレス圧縮符号 Z復号装置 100、 500以外の構成は従来の記録再生装置と同じである。光ディスク 10は、スピンドルモータ 1 2により回転される。記録 Z再生において、光ヘッド 14は、メディア（光ディスク） 10 にレーザービームを照射して情報を記録し、また、光ディスク 1からの反射光から再生信号を得る。 RF信号回路 16は、再生の際は、再生信号をディジタル化し、 DVDデフォーマッタ 400内の ECC回路に送る。次に、ロスレス圧縮復号装置 500は、上に説明したように信号を復号する。記録の際は、口スレス圧縮符号 Z復号装置 100は、上に説明したように信号を符号化し、 DVDフォーマッタ 200内の ECC回路を経て RF信号回路 16に送り、アナログ信号に変換する。

以上に説明したように、本発明によるロスレス圧縮符号方法および装置は、相関除去手段で入力信号の相関性を検出して正規化し、冗長部を C R B除去手段で除去し、次に、ハフマン圧縮手段でデータ分布の偏りを利用した変換でさらにデータを圧縮する _u また、本発明によるロスレス圧縮復号方法および装置は、そのような圧縮データを逆順にデコードするハフマンデコーダ、 CRBデコーダおよび相関復号により、元々の広帯域マルチチヤンネルのオーディオデータを劣化無く伝送し、受信して出力できる。これにより、入力信号のもつエントロピに近い情報量にまで圧縮が可能となり、 DVDオーディオで极えるモ一ドが増加する。また、 DVDオーディオの再生時間が大幅に長時間化する。こうして、スーパーオーディオの膨大な情報量を劣化無くコンパクトに圧縮するので、これまで実現のできなかった 96 kH z/24ビット / 6チャンネルのソースを DVDオーディォのメディアに収めることができ、最高性能の実現と長時間再生をともに可能にする。

Claims

請求の範囲

1 . 所定の時間毎に区切った所定数の入力データサンプルをブロック化し、前記プロック内でサンプル間の相関を除去し、

除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、

冗長ランレングスの最小ィ直すなわちブロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して、各サンプルから前記共通冗長部を除去し、

共通冗長部を除去したデータをハフマン変換し、

少なくとも前記共通冗長部のランレングス情報とサンプル毎のハフマン変換データを得る

ロスレス圧縮符号方法。

2 . 相関の除去において、予測器または予測フィルタで予測したデータと実データとの差すなわち予測残差を取り出す請求項 1に記載の口スレス圧縮符号方法。

3 . 予測器または予測フィルタは、入力データの整数レンジと同じ精度を有する整数演算回路からなる請求項 2に記載の口スレス圧縮符号方法。

4 . ハフマン変換において、共通冗長部を除去した残りのデ一タを、所定のビット数の上位パートおよびこれらの残りの部分である下位パートに分け、前記上位パートに対してのみノヽフマン変換をする請求項 1ないし 3の何れかに記載の口スレス圧縮符号方法。

5 . 相関を除去する複数の相関除去手段を備え、相関の除去においてそれぞれの相関除去手段の出力データに対してそれぞれの共通冗長部を除去し、それぞれの共通冗長部を除去したそれぞれのデータを別個にハフマン変換し、

これらのハフマン変換後のデ一タから最大効率となる組み合わせのものを選択して変換に使用するとともに、組み合わせを示すパラメータを伝送する請求項 1 ないし 3の何れかに記載の口スレス圧縮符号方法。

6 . ノヽフマン変換において、複数の変換アルゴリズムの中からブロックにおレヽて最大効率となるものを選択して変換に使用するとともに、そのアルゴリズムを示すパラメータを伝送することを特徴とする請求項 1記載のロスレス圧縮符号方法。

7 . プロック内の先頭の所定位置にあるサンプルデ一タはリユア P CMデ一タであり、前記所定位置を除く位置において冗長ランレングスを求める請求項 1なレヽし 3の何れかに記載の口スレス圧縮符号方法。

8 - 所定の時間毎に区切った所定数の入力データサンプルをブロック化するフレーム手段と、

プロック内でサンプル間の相関を除去する相関除去手段と、

相関を除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、冗長ランレングスの最小値すなわちプロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して、各サンプルから前記共通冗長部を除去する共通冗長ビット除去手段と、共通冗長部を除去したデータをハフマン変換するハフマン変換手段とを備え、少なくとも前記共通冗長部のランレングス情報とサンプル毎のハフマン変換デ

—タを得る口スレス圧縮符号装置。

9 . 相関除去亍-段は、予測器または予測フィルタで予測したデータと実データとの差すなわち予測残差を取り出す請求項 8に記載のロスレス圧縮符号装置。

1 0 . 予測器または予測フィルタは、入力データの整数レンジと同じ精度を有する整数演算回路からなる請求項 9に記載のロスレス圧縮符号装置。

1 1 . ハフマン変換手段は、共通冗長ビット除去手段により共通冗長部を除去した残りのデータを、所定のビット数の上位パートおよびこれらの残りの部分である下位パ一卜に分け、前記上位パートに対してのみハフマン変換をする請求項

8ないし 1 0の何れかに記載の口スレス圧縮符号装置。

1 2 . ハフマン変換手段は、複数の変換ァルゴリズムの中から前記ブロックにおいて最大効率となるものを選択して変換に使用するとともに、そのアルゴリズムを示すパラメータを伝送することを特徴とする請求項 8記載のロスレス圧縮符号装置。

1 3 . 前記相関除去手段、前記共通冗長ビット除去手段及び前記ハフマン変換手段の複数の組み合わせを備え、さらに、複数の前記ハフマン変換手段が出力するデータから最大圧縮効率となるデータを選択し出力する最大効率デ一タ出力手段を備え、最大効率データ出力手段は、最大効率となる組み合わせのデータを出力するとともに、最大効率となる組み合わせを示すパラメータを伝送することを特徴とする請求項 8ないし 1 0の何れかに記載の口スレス圧縮符号装置。

1 4 . ブロック内の先頭の所定位置にあるサンプルデータはリ -ァ P CMデ一タで出力し、共通冗長ビット除去手段は、冗長ランレングスを前記所定位置を除く位置において求める請求項 8ないし 1 0の何れかに記載のロスレス圧縮符号装 1 5 . 所定の時間毎に区切った所定数の入力データサンプルをブロック化し、ブロック内でサンプル間の相関を除去し、除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、冗長ランレングスの最小ィ直すなわちブロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して各サンプルから前記共通冗長部を除去して得られた、少なくとも前記共通冗長部のランレングス情報とサンプル毎のハフマン変換データからなる符号データを入力するロスレス圧縮復号方法において、入力データから変換アルゴリズムを取り出してハフマンデコード処理をし、共通冗長部のランレングス情報を取り出して前記ノヽフマンデコード処理後の復号データに冗長部を付加し、

冗長部を付加したデータについて相関復号を行うロスレス圧縮復号方法。 1 6 . 相関復号において、口一カル予測器またはローカル予測フィルタで予測したデータと伝送入力データとの和を取り出す請求項 1 5に記載のロスレス圧縮復号方法。

1 7 . 口一カル予測器またはローカル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなる請求項 1 6に記載のロスレス圧縮復号方法。

1 8 . ハフマンデコード処理において、所定の変換パターンに合致する部分の上位パ一トおよびブロック毎にパラメータで伝送される情報により定められたビット数の下位パートに分け、前記上位パートに対してのみハフマンデコードをすることを特徴とする請求項 1 7に記載のロスレス圧縮復号方法。

1 9 . 相関復号において、ブロック毎にパラメータで伝送される情報により定められた特性を有する信号が選択されることを特徴とする請求項 1 5ないし 1 7 の何れかに記載の口スレス圧縮復号方法。

2 0 . ハフマンデコードにおいて、プロック毎にパラメータで伝送される情報により定められた特性を有する信号が選択されることを特徴とする請求項 1 5ないし 1 7の何れかに記載の口スレス圧縮復号方法。

2 1 . ブロック内の先頭の所定位置にあるサンプルデータはリニア P CMのデ —タであり、相関復号の内部演算をリニァ P CMのデータを用いて初期化することを特徴とする請求項 1 5ないし 1 7の何れかに記載のロスレス圧縮符号方法。 2 2 . 所定の時問毎に区切った所定数の入力デ一タサンプルをブロック化し、プロック内でサンプル間の相関を除去し、除去した後のデータについて冗長ランレングスを求め、冗長ランレングスの最小値すなわちブロックの各サンプルに共通の冗長部のランレングスを検出して各サンプルから前記共通冗長部を除去して得られた、少なくとも前記共通冗長部のランレングス情報とサンプル毎のハフマン変換データからなる符号データを入力するロスレス圧縮復号装置であって、入力データから変換アルゴリズムを示すパラメータを取り出してハフマンデコ ―ド処理をするハフマンデコーダと、

共通冗長部のランレングス情報を取り出して前記ハフマンデコ一ド処理後の復号デ一タに冗長部を付加する共通冗長ビットデコーダと、

共通冗長ビットデコーダからの入力信号に対して相関復号を行う相関復号手段と

を備える口スレス圧縮復号装置。

2 3 . 相関復号手段は、口一カル予測器または口一カル" 測フィルタで予測したデータと伝送入力データとの和を取り出す請求項 2 2に記載の口スレス圧縮復

2 4 . ローカル予測器または口一カル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなる請求項 2 3に記載のロスレス圧縮復号

2 5 . 入力データから変換アルゴリズムを示すパラメータを取り出してハフマンデコ一ド処理するハフマンデコーダは、所定の変換パターンに合致する部分の上位ノ、°—トおよびブロック毎にパラメータで伝送される情報により定められたビット数の下位パートに分け、前記上位パートに対してのみノヽフマンデコードをすることを特徴とする請求項 2 4に記載のロスレス圧縮復号装置。

2 6 . ハフマンデコーダは、ブロック毎に伝送される情報により定められた特性を有する信号を選択することを特徴とする請求項 2 2ないし 2 4の何れかに記載の口スレス圧縮符号装置。

2 7 . さらに、入力符号データに付随する付帯情報を検出する付帯情報検出手段を備え、前記ハフマンデコーダ手段は複数のハフマンテープノレを備え、付帯情報検出手段は、検出した付帯情報に基いて複数の前記ノヽフマンテーブルの中から 1つを選択することを特徴とする請求項 2 2ないし 2 4の何れかに記載のロスレス圧縮符号装置。

2 8 . ハフマンデコーダは、ブロック毎にパラメータで伝送される情報により定められた特性を有する信号を選択することを特徴とする請求項 2 2ないし 2 4 の何れかに記載のロスレス圧縮復号装置。

2 9 . ブロック内の先頭の所定位置にあるサンプルデータはリユア P CMデータであり、相関復号手段は、相関復号の内部演算をリニア P CMデータを用いて初期化することを特徴とする請求項 2 2ないし 2 4の何れかに記載のロスレス圧縮復号装置。

3 0 . 入力信号を圧縮する、請求項 8ないし 1 4の何れかに記載されたロスレス圧縮符号装置と、

口スレス圧縮符号装置から入力された信号を D V Dフォーマット信号にする D V Dフォーマッタと、

D V Dフォーマッタから入力された DV Dフォーマツト信号を R F信号に変換する R F処理回路と、

R F処理回路から入力された R F信号をもとに光ディスクに情報を記録する光へッドと

からなる記録装匱。

3 1 . 光ディスクから情報を再生する光へッドと、

光へッドからの再生信号をデジタル入力信号に変換する R F処理回路と、

R F処理回路から入力された再生信号を所定の符号情報に変換する D VDデフォーマッタと、

D V Dデフォーマッタから入力される符号を復号する、請求項 2 2ないし 2 8 の何れかに記載されたロスレス圧縮復号装置とからなる再生装置。