(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
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であって、
前記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し、
前記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ロスレス圧縮符号方法。
【請求項２】
ハフマン変換において、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ートに分け、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１に記載のロスレス圧縮符号方法。
【請求項３】
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ー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に記載のロスレス圧縮符号方法。
【請求項４】
ハ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１記載のロスレス圧縮符号方法。
【請求項５】
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ＰＣＭデータであり、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に記載のロスレス圧縮符号方法。
【請求項６】
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、
ブ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ータを得るロスレス圧縮符号装置であって、
前記相関除去手段は、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し、
前記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
ロスレス圧縮符号装置。
【請求項７】
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ートに分け、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６記載のロスレス圧縮符号装置。
【請求項８】
ハフマン変換手段は、複数の変換ア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６記載のロスレス圧縮符号装置。
【請求項９】
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ータ出力手段を備え、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６に記載のロスレス圧縮符号装置。
【請求項１０】
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ＰＣＭデータで出力し、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６に記載のロスレス圧縮符号装置。
【請求項１１】
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ハ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であって、
前記相関復号において、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し、
前記ローカル予測器またはローカル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなる
ロスレス圧縮復号方法。
【請求項１２】
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ことを特徴とする請求項１１に記載のロスレス圧縮復号方法。
【請求項１３】
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あらかじめ定められた種類の予測方法の中から所定の予測方法が選択されることを特徴とする請求項１１に記載のロスレス圧縮復号方法。
【請求項１４】
ハフマンデコードにおいて、ブロック毎にパラメータで伝送される情報によりあらかじめ定められた種類の変換テーブルの中から所定の変換テーブルが選択されることを特徴とする請求項１１に記載のロスレス圧縮復号方法。
【請求項１５】
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ＰＣＭのデータであり、相関復号の内部演算をリニアＰＣＭのデータを用いて初期化することを特徴とする請求項１１に記載のロスレス圧縮復号方法。
【請求項１６】
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ー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ード処理後の復号デー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
を備えるロスレス圧縮復号装置であって、
前記相関復号手段は、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し、
ローカル予測器またはローカル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなるロスレス圧縮復号装置。
【請求項１７】
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ことを特徴とする請求項１６に記載のロスレス圧縮復号装置。
【請求項１８】
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あらかじめ定められた種類の変換テーブルの中から所定の変換テーブルを選択することを特徴とする請求項１６に記載のロスレス圧縮復号装置。
【請求項１９】
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、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ハ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１６に記載のロスレス圧縮復号装置。
【請求項２０】
相関復号手段は、前記ローカル予測器または前記ローカル予測フィルタで予測したデータと入力データを加算し和を出力する予測回路を直列に接続し、ブロック毎にパラメータで伝送される情報により前記の予測回路の１つが選択されることを特徴とする請求項１６に記載のロスレス圧縮復号装置。
【請求項２１】
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ＰＣＭ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ＰＣＭデータを用いて初期化することを特徴とする請求項１６に記載のロスレス圧縮復号装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、コンパクトディスク（ＣＤ）の音質をはるかに超えるスーパーオーディオの信号を伝送記録する符号化および圧縮に関する。
【０００２】
（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、ロスレス圧縮方法は、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、パーセプチュアル符号化方法は、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。しかし、ＣＤをはるかに超える高音質をターゲットとするスーパー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い。そこで、以下ではロスレス圧縮に限定して説明を進める。
【０００３】
このような従来技術の一例として、特開平７−７４６７５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、シリア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ータに変換するＡＤ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っ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９０〜９５％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８５〜９０％の圧縮効果となる。
【０００４】
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ＰＣＭスーパー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。１９９８年４月２１日にはドラフトバージョンであるＢｏｏｋ０.９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５２巻第６号・通巻６９５号の７３頁〜７７頁にＤＶＤオーディオフォーマッ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４８ｋHz／９６ｋHz／１９２ｋHzおよび４４.１ｋHz／８８.２ｋHz／１７６.４ｋHz、リニアＰＣＭ量子化ビット数１６bit／２０bit／２４bit、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が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、９６ｋHz・２４bit・４chは合計のビットレートが９.２１６Mbpsであるから使用できるが、９６ｋHz・２４bit・５chは合計が１１.５２Mbpsとなって９.６Mbpsを越えるため使用できない。９６ｋHz・２４bit・６chも同じように合計が１３.８２４Mbpsとなって９.６Mbpsを越えるため使用できない。
【０００５】
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５.１ch（前方中央、左、右３ch、後方左、右２ch、サブウーファ１ch）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ーマット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９６ｋHz・２４bit・６ch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化なしに伝送記録できないかとの論議があった。９６ｋHz・２４bit・６ch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。
【０００６】
また単にＤＶＤオーディオで９６ｋHz・２４bit・６chを実現するだけでなく、現行ＣＤと同じ記録面１層で７４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（８.４７Mbps）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。
【０００７】
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ット規定である最大伝送レート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、９６ｋHz・２４bit・６chのモードで再生時間７４分を達成するために、元のデータを６０％以下に圧縮すること。
【０００８】
（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）平均伝送レート８.４７Mbps以下、（え）特に９６ｋHz・２４bit・６chモードで元のデータを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／復号方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
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、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。
【００１０】
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ータに冗長部を付加し、相関復号を行う。
【００１１】
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ャンネルのオーディオ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６０％以下に圧縮できるロスレス圧縮符号／復号方法及び装置が実現できる。
【００１２】
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、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。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。
【００１３】
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ータを、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。
【００１４】
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ー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ータを伝送する。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、複数の変換アルゴリズムの中から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。
【００１８】
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、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。たとえば、ローカル予測器またはローカル予測フィルタは、再生データの整数レンジと同じ精度とした整数演算回路からなる。
【００１９】
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、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が選択される。
【００２０】
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ハフマンテーブルの中から１つを選択する。
【００２１】
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ＰＣＭとすることにより、エラー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／レビューの再生音を聞き易くする。
【００２２】
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ＤＶＤフォーマット信号にするＤＶＤフォーマッタなどとともに記録装置を構成する。
【００２３】
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ＤＶＤデフォーマッタなどとともに再生装置を構成する。
【００２４】
本発明に係るロスレス圧縮符号／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って記録再生できることである。
【００２５】
（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。
【００２６】
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（ＣＲＢ）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ータを圧縮する。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(共通冗長ビット付加手段)および相関復号により、元々の広帯域マルチチャ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る。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態におけるロスレス圧縮符号／復号装置を示すブロック図である。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１００と、圧縮信号をＤＶＤフォーマット信号にするためのＤＶＤフォーマッタ手段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１００は、相関除去手段１１０、共通冗長ビット（ＣＲＢ）除去手段１２０、ハフマン圧縮手段１３０及び最大効率データ出力手段１４０からなる。ロスレス圧縮符号手段１００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フォーマッ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４００と、ロスレス圧縮復号手段５００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。ロスレス圧縮復号手段５００は、ハフマンデコーダ５３０、共通冗長ビット（ＣＲＢ）付加手段（または、ＣＲＢデコーダ）５２０、相関復号手段５１０、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。
【００２８】
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１１０へ供給する。入力信号Ｘは９６ｋHz・２４bit・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ータＸを所定のサンプル数２８８０で区切ってブロック化する手段１１００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。
【００２９】
相関除去手段１１０では、入力信号Ｘが有する固有の性質、前後のサンプル間で相関が強いと周波数スペ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、周波数スペ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化するために周波数帯域フィルタおよびチャ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。
【００３０】
図２は、相関除去手段１１０を詳細に示す。相関除去手段１１０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１１２１〜１１２５と減算器１１１１〜１１１５とからなる相関除去回路を５段接続し、ブロック手段１１００の出力を入力して、１次〜５次の差分値（予測誤差）ＤＬ１〜ＤＬ５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１１００の出力ＤＬ０は０次信号である。
【００３１】
これらの差分値ＤＬ０〜ＤＬ５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１１０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ペクトル分布となる。
【００３２】
以下、０次差分の例を用いて信号ＤＬ０のデータ処理について説明する。相関除去手段１１０により相関を除去した信号ＤＬ０を共通冗長ビット除去手段１２０に通す。図３は共通冗長ビット（ＣＲＢ）除去手段１２０のブロック図を示す。共通冗長ビット除去手段１２０では、ブロックにおいてデータの上位ビットで冗長な部分、言い換えるとサンプルデー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１２１０で検出する。例えば９６ｋHz・２４bit・６chモードの実際の音楽データを分析し平均１０bitとすると、各サンプル共通の連続部分のランレングスＬＡ０を共通冗長ランレングス検出手段１２２０で検出する。一方主情報を遅延手段１２３０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１２２０は、求めたランレングスＬＡ０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１２４０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ＣＲＢ０として出力し、共通の冗長ランレングスＬＡ０はパラメータとして出力する。信号ＤＬ１ないしＤＬ５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ィングと同様に行えばよい。
【００３３】
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１３０では、まず分離手段１３００でデータを上位のたとえば７ビットＢ０と下位の残りビットＣ０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Ｂ０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Ｈ００〜Ｈ０７と結合し、ＨＣ００〜ＨＣ０７として出力する。データＣＲＢ１ないしＣＲＢ５についても同様である。これらの処理の結果、ＨＣ００ないしＨＣ０７からＨＣ５０ないしＨＣ５７までの合計４８種類（８×６）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ルになり分岐処理が低減するので、高速処理が可能となる。
【００３４】
最大効率データ出力手段１４０は、ブ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ＤＩＤ、共通冗長ランレングスＬＡ、ハフマンテーブル識別パラメータＨＩＤなどである。ＤＶＤフォーマッタ手段２００はこれらをＤＶＤフォーマッ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ＤＶＤ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、かついかなる相関性質にも最適のパラメータを選択でき、圧縮のワイド化が達成できる。
【００３５】
次に、復号方法および装置について説明する。ＤＶＤデフォーマッタ４００は、ＤＶＤメディア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５００へ出力する。
【００３６】
図５は、ロスレス圧縮復号手段５００のハフマンデコーダ５３０、共通冗長ビット付加手段５２１（ＣＲＢデコーダ５２０と等価）および付帯情報検出手段５４０の内部ブロック図である。ＤＶＤデフォーマッタ４００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５３０と付帯情報検出手段５４０に供給する。付帯情報検出手段５４０は、復号に使用する下位ビットＣ、共通冗長ランレングスＬＡおよびハフマンテーブル識別パラメータＨＩＤなどを取り出す。ハフマンデコーダ５３０は、付帯情報検出手段５４０から供給するハフマンテーブル識別パラメータＨＩＤに基づいて、ハフマンテーブル選択手段５３４は８種類のハフマンテーブル５３２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５３１で復号変換する。入力するデー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Ｃ０をそのまま付加して結合する。Ｃ０の語長は、元の語長２４ビットから共通冗長ランレングスＬＡ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Ｃ０付加とを交互に処理する。結合手段５３３は、残ビットの結合を行い、上位７ビットと残ビットＣ０の結合データＣＲＢを取り出す。すなわち、ハフマンデコーダ５３０は、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、上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、か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ーブルを選択できる柔軟性を生み出す。
【００３７】
ＣＲＢデコーダ５２０において、共通冗長ビット付加手段５２１は、共通冗長ランレングスＬＡを用いて冗長ビットを生成しＣＲＢに付加する。このデータをＣＲＢデコーダ５２０よりＤＬとして取り出す。データＤＬは相関復号手段５１０に供給する。
【００３８】
図６は相関復号手段５１０の内部ブロック図を示す。付帯情報検出手段５４０から得られる相関フィルタパラメータＤＩＤを用いて相関復号を行う。相関復号は、相関除去手段１１０の逆変換処理である。相関復号手段５１０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１１０は差分としたので、相関復号手段５１０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ＤＩＤで決定し、相関フィルタ次数選択手段５１３で選択し出力する。ここから取り出す信号Ｘは９６ｋＨｚ／２４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９６ｋＨｚ／２４ビット／６ｃｈのデータを再生する。
【００３９】
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１５ｍｓ程度の時間長とする。ブロックの先頭部分の５サンプルは変換せずにリニアＰＣＭ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やハ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ＰＣＭ信号とすることにより、毎ブロックデータが初期化され、エラー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／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。
【００４０】
以上説明したように、何れの処理も整数精度を保つ。かつオーバーフロー、ア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ー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９６ｋＨｚ／２４ビット／６チャンネルのソースレート１３.８２４Mbpsに対して圧縮比率０.５４が得られた。したがっ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９.６Mbps以下をクリアしかつ７４分の再生時間を達成するのに必要な条件８．４７Mbps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％以下であったので、これについても１０％のマージンを有して達成できる。
【００４１】
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（ＤＳＰ）などを用いたソフトウエア処理でも同様のデータ処理が達成できる。ソフトウエ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。
【００４２】
図７は、ロスレス圧縮符号のソフトウエ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個のブロック単位に区切る（Ｓ１０）。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（Ｓ１２）。すなわち、Ｘ(ｎ−１)＝０、Ｙ(ｎ−１)＝０。次に、ｎ番目のブロックのデータについて（Ｓ１４）、０次出力値Ｌ０(ｎ)を出力するほか、１次差分値Ｄ１(ｎ)と２次差分値Ｄ２(ｎ)を演算し出力する（Ｓ１６、Ｓ１８）。すなわち、Ｄ１(ｎ)＝Ｄ０(ｎ)−Ｄ０(ｎ)。Ｄ２(n)＝Ｄ１(ｎ)−Ｄ１(ｎ)。次にｎをインクリメントする（Ｓ２０）。ここで、ロスレス圧縮符号のため、０次〜２次の差分値Ｄ０(ｎ)、Ｄ１(ｎ)、Ｄ２(ｎ)に対して、共通ラン長シフトアップ（Ｓ２４、Ｓ２８、Ｓ３２）とハフマン符号化（Ｓ２６、Ｓ３０、Ｓ３４）を行う。次に、最大圧縮効率デー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（Ｓ３６）。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ＩＤを生成する（Ｓ３８）。この処理を、ｎの初期値を１とし、ｎ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Ｓ１２に戻り(Ｓ２２)、次のブ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が、ここでの説明を省略する。
【００４３】
図８は、上述のロスレス圧縮符号／復号装置を備える記録／再生装置のブロック図である。ロスレス圧縮符号／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１２により回転される。記録／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、ロスレス圧縮符号／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。
【００４４】
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ＣＲＢ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。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ャ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オーディオで扱えるモードが増加する。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９６ｋＨｚ／２４ビット／６チャンネルのソースをＤＶＤオーディオ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるロスレス圧縮符号／復号方法及び装置のブロック図である。
【図２】相関除去手段のブロック図である。
【図３】共通冗長ビット（ＣＲＢ）除去手段のブロック図である。
【図４】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】ハフマンデコーダ、ＣＲＢデコーダおよび付帯情報検出手段のブロック図である。
【図６】相関復号手段のブロック図である。
【図７】ロスレス圧縮符号アルゴリズムのフローチャートである。
【図８】ロスレス圧縮符号／復号装置を備える記録／再生装置のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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