(57)【要約】  ディジタル情報信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置を開示する。該データ圧縮装置は該ディジタル情報信号を受信する入力手段（１）、該ディジタル情報信号から確率信号を判定する確率信号判定手段（１５６）、該ディジタル情報信号を該確率信号に応じてエントロピ符号化してデータ圧縮ディジタル情報信号を得るエントロピ符号化手段（１０）、及び、送信するか、記録担体上で記録するよう、該データ圧縮ディジタル情報信号を供給する出力手段（１４）を有する。該確率信号判定手段は該確率信号の新規値を該ディジタル情報信号及び該確率信号の少なくとも１つの先行判定値から判定するよう形成される。該開示装置の該実施形態は複素除算演算がないものである。
2005516455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル情報信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置であって：
該ディジタル情報信号を受信する入力手段；
確率信号を該ディジタル情報信号から判定する確率信号判定手段；
該ディジタル情報信号を該確率信号に応じてエントロピ符号化してデータ圧縮ディジタル情報信号を得るエントロピ符号化手段；及び
該データ圧縮ディジタル情報信号を供給する出力手段；
を有し、該確率信号判定手段が該確率信号の新規値を該ディジタル情報信号と該確率信号の少なくとも１つの先行判定値とから判定するよう形成されたことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記確率信号判定手段は以下：
【数１】
2005516455.tif 000007
の計算を行うよう形成され、Pk+1(1)及びPk(1)は範囲0…2mにおける符号なし整数で、bkは0又は１の値のある最新入力ビットで、iは範囲0≦i≦m/2にある整数で、mは、ｍ＞１を満たす整数であることを特徴とする装置。
【請求項３】
ディジタル情報信号を伝送媒体経由で送信する送信器であって、請求項１乃至２記載のデータ圧縮装置を有し、更に：
前記データ圧縮ディジタル情報信号を該伝送媒体に供給する送信手段；
を有することを特徴とする送信器。
【請求項４】
ディジタル情報信号を記録担体上で記録する記録装置であって、請求項１乃至２記載のデータ圧縮装置を有し、更に：
前記データ圧縮信号を該記録担体上のトラックにおいて書き込む書き込み手段；
を有することを特徴とする記録装置。
【請求項５】
請求項４記載の記録装置であって、前記記録担体が光記録担体又は磁気記録担体である
ことを特徴とする記録装置。
【請求項６】
請求項３記載の送信器であって、更に、前記データ圧縮ディジタル情報信号を、該データ圧縮ディジタル情報信号を前記伝送媒体に供給する前に、誤り訂正符号化及び/又はチャネル符号化する、誤り訂正符号化手段及び/又はチャネル符号化手段、を有することを特徴とする送信器。
【請求項７】
請求項４記載の記録装置であって、更に、前記データ圧縮ディジタル情報信号を、該データ圧縮ディジタル情報信号を前記記録担体上に書き込む前に、誤り訂正符号化及び/又はチャネル符号化する、誤り訂正符号化手段及び/又はチャネル符号化手段、を有することを特徴とする記録装置。
【請求項８】
ディジタル情報信号をデータ圧縮する方法であって：
該ディジタル情報信号を受信する工程；
確率信号を該ディジタル情報信号から判定する工程；
該ディジタル情報信号を該確率信号に応じてエントロピ符号化してデータ圧縮ディジタル情報信号を得る工程；及び
該データ圧縮ディジタル情報信号を供給する工程；
を有し、該確率信号を判定する工程が該確率信号の新規値を該ディジタル情報信号と該確率信号の少なくとも１つの先行判定値とから判定するよう形成されたことを特徴とする方法。
【請求項９】
記録担体であって、データ圧縮ディジタル情報信号を該記録担体上に該記録担体のトラックにおいて記録させていて、該データ圧縮ディジタル情報信号が請求項８記載の方法によって得られることを特徴とする記録担体。
【請求項１０】
データ圧縮ディジタル情報信号をデータ伸長して元のディジタル情報信号の複製を得るデータ伸長装置であって：
該データ圧縮ディジタル情報信号を受信する入力手段；
該データ圧縮ディジタル情報信号を確率信号に応じてエントロピ復号化して該複製を得るエントロピ復号化手段；
該確率信号を該複製から生成する確率信号判定手段；及び
複製を供給する出力手段；
を有し、該確率信号判定手段が該確率信号の新規値を該複製と該確率信号の少なくとも１つの先行判定値とから判定するよう形成されたことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項10記載の装置であって、前記確率信号判定手段が以下：
【数２】
2005516455.tif 000008
の計算を行うよう形成され、Pk+1(1)及びPk(1)は範囲0…2mにおける符号なし整数で、bkは0又は１の値のある最新入力ビットで、iは範囲0≦i≦m/2にある整数で、mは、ｍ＞１を満たす整数であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
ディジタル情報信号を、伝送媒体を介して、受信する受信器であって、請求項10乃至１１記載のデータ伸長装置を有し、更に：
データ圧縮信号を該伝送媒体から取り出す受信手段；
を有することを特徴とする受信器。
【請求項１３】
ディジタル情報信号を記録担体から再生する再生装置であって、請求項１０乃至１１記載のデータ伸長装置を有し、更に：
データ圧縮信号を該記録担体上のトラックから読み取る読み取り手段；
を有することを特徴とする再生装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の受信器であって、更に、前記伝送媒体から取り出された前記信号をチャネル復号化及び/又は誤り訂正して前記データ圧縮信号を得る、チャネル復号化手段及び/又は誤り訂正手段を有することを特徴とする受信器。
【請求項１５】
請求項１３記載の再生装置であって、更に、前記記録担体から読み取られた信号をチャネル復号化及び/又は訂正して前記データ圧縮信号を得る、チャネル復号化手段及び/又は誤り訂正手段を有することを特徴とする再生装置。
【請求項１６】
データ圧縮ディジタル情報信号をデータ伸長して元のディジタル情報信号の複製を得るデータ伸長方法であって：
該データ圧縮ディジタル情報信号を受信する工程；
該データ圧縮ディジタル情報信号を確率信号に応じてエントロピ復号化して該複製を得る工程；
該確率信号を該複製から生成する工程；及び
複製を供給する工程；
を有し、該確率信号を生成する工程が該確率信号の新規値を該複製と該確率信号の少なくとも１つの先行判定値とから判定するよう形成されたことを特徴とするデータ伸長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル情報信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置に関するものである。該データ圧縮装置は：
該ディジタル情報信号を受信する入力手段；
確率信号を該ディジタル情報信号から判定する確率信号判定手段；
該ディジタル情報信号を該確率信号に応じてエントロピ符号化してデータ圧縮ディジタル情報信号を得るエントロピ符号化手段；及び
該データ圧縮ディジタル情報信号を供給する出力手段；
を有する。
【０００２】
本発明は更に、データ圧縮方法、該データ圧縮装置を有する送信器、該データ圧縮装置を有する記録装置、記録担体で、該データ圧縮ディジタル情報信号を該記録担体上に該記録担体のトラックにおいて記録させたもの、データ圧縮ディジタル情報信号をデータ伸長するデータ伸長装置、データ伸長方法、該データ伸長装置を有する受信器、及び該データ伸長装置を有する再生装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディジタル情報信号にデータ圧縮を行うことは公知である（この点については、特許文献1参照。）。該文献はオーディオ信号をデータ圧縮するデータ圧縮装置である。該オーディオ信号はビット・ストリーム信号の形式になっている。該装置は算術符号器及び確率判定装置を有する。該確率判定装置は受信された該ビット・ストリーム信号におけるビットが所定の、「１」のような、論理値を有する確率を示す確率値を判定する。該算術符号器は該ビット・ストリーム信号を該算術符号器の入力に供給された確率値ｐに応じてデータ圧縮ビット・ストリーム信号に符号化する。
【０００４】
算術符号化はエントロピ符号化に関する周知の方法である（算術符号化について記載したものは、例えば、非特許文献１乃至４参照。）。入力シンボル及び関連確率情報が与えられた場合、該算術符号器は、該入力シンボルを、エントロピと呼ばれる、理論下限値に非常に近い値まで、圧縮し得る。算術符号化を効率的に実施することに関しては多くの研究が、実施計算量と圧縮効率との最良のバランス（すなわち、該効率が理論的限度にどの程度近いか）を見出そうとするよう、行われてきている（特に効率的な低計算量の解決策については「Arithmetic  encoding  and  decoding  of  an  information  signal」と題するR.J.  van  der  Vleutenによる西暦2000年の特許文献２、及び非特許文献５、参照。）。
【０００５】
上記の確率情報は当該モデルから得られる。圧縮する入力シンボルに関する特定の前提条件に基づいて、該モデルは該シンボルの確率分布を導出し、当該確率情報を該シンボルとともに該算術符号器（及び復号器）に供給する（例えば、2進オーディオ信号圧縮の場合のモデルを表したものについては、非特許文献６乃至７、及び特許文献３参照。）。
【０００６】
一般2進データに関する一般的なモデルを記載したものがある（非特許文献１及び８参照。）。該モデルは当該確率を、
【０００７】
【数３】
2005516455.tif 000003
として推定し、この場合、P(0)は次のビットがゼロである確率、C(0)は見られるゼロのビットの数、C(1)は見られる１のビットの数で、Δはまだデータが見られない場合に初期の推定を設ける定数である、すなわち、一般にΔ=0.5又はΔ=1である。上記式(1)の推定は圧縮するビット列が固定であると無条件に仮定する。実施には、しかしながら、当該統計はビット列における位置に応じて変わってくる。したがって、スケール化がビット・カウントC(0)及びC(1)に適用される（非特許文献8参照。）。例えば、C(0)若しくはC(1)又はC(0)+C(1)が所定の値に達する場合、C(0)もC(1)も両方とも単に２で除算し得る。該スケール化を引起す値の特定の選択によって、統計が変わることに対する適応を早くするか遅くするかということと、当該統計推定の精度とのトレードオフをし得る。最後に、算術符号化の実用的実施形態は複数のコンテキストを用いることが多い（例えば、非特許文献8参照。）、すなわち、当該確率はその場合、コンテキスト毎に異なるカウンタC(0)及びC(1)を用いて、これらのカウントを（１）によって用いてコンテキスト毎に別個のP(0)を得ることによって、異なるコンテキスト毎に別個に判定される。
【０００８】
したがって、（１）から明らかなように、当該推定確率を得るには除算が必要になる。これは算術符号化の実施形態、特にハードウェア、の計算量をかなり増加させる。実際に、算術符号化の乗算なしの実施形態に関する研究が多く行われており（例えば、特許文献２参照。）、除算の計算量は乗算の計算量よりも更に、ずっと高い。したがって、この除算を取り除くことは効率的実施形態を得るのに不可欠である。
【０００９】
該除算を取り除く既知の解決策は確率推定と算術符号化エンジンとを一体化するものであり、Q符号器について行われるようなものである（非特許文献８及び９参照。）。しかしながら、このアプローチの欠点は（当該モデルを実施するのに必要なルック・アップ・テーブルのサイズを制限するよう）限定された確率の群しか用いることが可能でないため、算術符号化の実施形態の圧縮効率を左右することにある。更に、該アプローチは該モデルを固定したものにする。別の既知の解決策は、当該シンボル・カウントを用いる（該モデルはよって、なお、固定したものである）が、なお当該確率を概算するものである（該解決策を開示したものについては、「Multiplication-free  multi-alphabet  arithmetic  code」と題する、K.M.A.Mohiuddin  and  J.J.Rissanenによる、西暦1987年の特許文献４及び非特許文献１０参照。）。しかしながら、該確率概算は圧縮方法の効率を低減する。
【特許文献１】国際公開第98/016014号パンフレット
【特許文献２】米国特許第6144320号明細書
【特許文献３】米国特許第6289306号明細書
【特許文献４】米国特許第4652856号明細書
【非特許文献１】A.  Moffat,  R.M.  Neal,  and  I.H.  Witten,  “Arithmetic  coding  revisited”,  ACM  Trans.  Information  Systems,  vol.  16,  pp.  256-294,  July  1998.
【非特許文献２】W.B.Pennebaker  and  J.L.Mitchell,  JPEG  Still  Image  Data  Compression  Standard,  New  York,  NY:  Van  Nostrand  Reinhold,  1993.
【非特許文献３】I.H.Witten,  R.M.Neal,  and  J.G.Cleary,  “Arithmetic  coding  for  data  compression”,  Communications  ACM,  vol.30,  pp.520-540,  June  1987.
【非特許文献４】G.G.Langdon,Jr.,  “An  introduction  to  arithmetic  coding”,  IBM  J.Res.  Develop.,  vol.  28,  pp.135-149,  Mar.  1984.
【非特許文献５】R.J.  van  der  Vleuten,  “New  methods  for  multiplication-free  arithmetic  coding”,  Data  Cmpression  Conference  (DCC  ’99)  (Snow-bird,  UT),  p.555,  Mar.  29-31,  1999.
【非特許文献６】R.J.  van  der  Vleuten  and  A.A.M.L.Bruekers,  “Modeling  binary  audio  signals  for  loseless  compression”,  Nineteenth  Symp.  Inform.  Theory  in  the  Benelux,  (Veldhoven,  The  Netherlands),  pp.  135-142,  May  28-29,  1998.
【非特許文献７】R.J.  van  der  Vleuten  and  F.  Bruekers,  “Lossless  compression  of  binary  audio  signals”,  Data  Compression  Conference  (DCC  ’98),  (Sonw-bird,  UT),  p.  579,  Mar.  30-Apr.  1,  1998.
【非特許文献８】D.L.Duttweiler  and  C.Chamzas,  “Probability  estimation  in  arithmetic  and  adaptive-Huffman  entropy  coders”,  IEEE  Trans.  Image  Processing,  vol.  4,  pp.  237-246,  Mar.  1995.
【非特許文献９】W.B.Pennebaker,J.L.Mitchell,G.G.Langdon,Jr.,and  R.B.Arps,  “An  overview  of  the  basic  principles  of  the  Q-coder  adaptive  binary  arithmetic  coder”,  IBM  J.  Res.  Develop.,  vol.  32,  pp.  717-726,  Nov.  1988.
【非特許文献１０】J.Rissanen  and  K.M.Mohiuddin,  “A  multiplication-free  multialphabet  arithmetic  code,”  IEEE  Trans.  Commun.,  vol.  37,  pp.  93-98,  Feb.  1989.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はディジタル情報信号をデータ圧縮/伸長する、効率的な実施形態を有する、データ圧縮/伸長装置を設けることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるデータ圧縮装置は、確率信号判定手段が、確率信号の新規値Pをディジタル情報信号及び該確率信号の少なくとも１つの先行判定値から判定するよう形成されることによって特徴付けられる。
【００１２】
該確率信号の少なくとも１つの先行判定値ｐを用いて新規値Pを判定することによって、複素除算を取り除き得る。複素除算は変数による除算か、ｍが0を超える整数である場合、２mに等しくない値を有する定数による除算である。この基本的な考え方はシンボル頻度をカウントすることによるかわりに「移動平均」フィルタ演算によって確率概算値を計算するというものである。この計算は単純なシフト及び加算演算を用いて実施することが可能であるので、複素除算はなくなる。本発明によって確率値Pを判定する方法は容易に、多くの算術符号化の実施形態と組み合わせることが可能であり、特に乗算なしの算術符号化の当該発明者による先行解決策に特にうまく適合する（特許文献２参照。）。該２つの解決策を組み合わせた場合、乗算も除算もない効率的な適応算術符号化の実施形態が得られる。
【００１３】
本発明による方法の別の効果は予測フィルタを何も必要としないことにある（該効果を開示したものについては、特許文献１参照。）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のこれら及び他の特徴は更に、以下の図面の説明に表す実施例を参照することによって明らかであり、かつ、解明されるものである。
【実施例】
【００１５】
図１は該データ圧縮装置の実施例を表し、該装置は該ディジタル情報信号を受信する入力端子１を有する。該ディジタル情報信号は、ディジタル映像信号又はディジタル・オーディオ信号のような、算術符号化によって圧縮し得る如何なるディジタル信号でもあり得る。該ディジタル情報信号はビットストリーム信号の形式になっていることが好適である。該入力端子１は算術符号器を有するデータ圧縮装置１０の第１入力８に結合される。該データ圧縮装置１０の出力12は出力端子14に結合される。更に、該ディジタル情報信号は確率判定装置１５６の入力である。該入力端子１は確率判定装置１５６の第１入力１６に結合される。該算術符号器１０は該算術符号器の入力１９２に供給される確率値Pに応じて該ビットストリーム信号をデータ圧縮信号に符号化する。該確率判定装置１５６の出力は該確率判定装置１５６の第２入力１８に結合される。該確率判定装置１５６は、変換装置４によって供給される該ビットストリーム信号におけるビットが、「１」のような所定の論理値を有する確率を示す確率値を判定する。この確率値は、図１ではPと表され、該算術符号器10に供給されて、該算術符号器１０における該ビットストリーム信号のデータ圧縮を可能にする。該確率判定装置１５６は該ディジタル情報信号及び先行判定確率値から新規確率値を判定する。該算術符号器１０はフレーム毎に該ビットストリーム信号をデータ圧縮し得る。
【００１６】
図１の装置の動作は以下の通りである。ビットストリーム信号の形式による本実施例のディジタル情報信号は該確率判定装置１５６に供給される。該ビットストリーム信号において相当するビットが、例えば、「１」のビットである確率が何であるかが判定される。本発明による実施例を以下に説明する。当該ディジタル入力信号における種々の値についてこのようにして得られた当該確率は後に、該算術符号器１０に対して確率信号Pとして供給される。当該データ圧縮信号は該算術符号器１０によって出力端子１４に供給され、伝送媒体TRM又は記録担体を介して伝送される。
【００１７】
次に、該確率判定装置において行われる計算を説明する。本例は2進の場合を説明し、後に、大きいアルファベットの場合に対する伸長を説明する。更に、該算術符号化エンジンに設けられる確率値は0…2nの線形範囲における整数である。そのような整数の確率値は本発明者による乗算なしの算術符号化エンジン実施形態に用いられている（特許文献２及び非特許文献５参照。）。例えば、n=6については、1の確率は６４によって表され、1/2の確率は３２によって表される。異なる算術符号化の実施形態について必要になる場合、区間〔0,1〕にある「真の」確率は算術符号化エンジンの導入形態における確率から導出される整数を２nで除算することによって得られる（又は、整数を用いる実用の算術符号化の実施形態においては、該除算は単に、nビットの右シフトによって行い得る）。
【００１８】
該確率を判定する方法は移動平均を計算する、すなわち、先行2nビットを格納し、単に、該値の和を計算する、ことがある。該移動平均は、各新規ビットが単一の減算及び加算、すなわち、最古ビットの値が該和から減算され、最新ビットの値が該和に加算されること、のみによって受信されるとともに更新され得る。この方法の欠点は該方法が、多くの先行ビット（かつ、大きいアルファベットについては多くの情報）、を格納する可能性があることを要することがある。したがって、本発明によって、受信ビットの格納を必要としない再帰計算が実施され、該計算は以下に説明する。該計算は更に、敏速に、精度を適応の速度と交換する柔軟性を更に提供する。
【００１９】
該再帰確率計算の一般形式は、
Pk+1(1)=c0・Pk(1)＋c1・Pk-1(1)＋c2・Pk-2(1)+・・+cu・Pk-u(1)+
d0・bk＋d1・bk-1＋d2・bk-2+・・+dv・bk-v              (2)
で、その場合、c0・・u及びd0・・uは定数（実数）で、整数u及びvは考慮される過去の入力b又は出力P(1)の数を判定する。式（２）は一般に実数（浮動小数）を生成する。実施計算量を低減するよう、整数（固定小数）によって計算することが好適であることが多い。その場合、確率値は0から１までの範囲に及ぶが、0から2mまでの整数値のみをとるものと仮定され、該実確率値は2mで線形スケール化される。
【００２０】
確率推定値を計算するには、好適実施例は以下の再帰計算、
【００２１】
【数４】
2005516455.tif 000004
を行い、その場合、Pk+1(1)及びPk(1)は0…2mの範囲にある符号なし整数で、bkは0又は１の値を有する最新入力ビットで、i(0≦i≦m/2)は、以下に説明するように、該確率推定値の適応の速度を判定する整数である。（
【００２２】
【数５】
2005516455.tif 000005
はxよりも大きくない整数で最大のものを生成する、すなわち、〔数５〕はxを、〔数５〕が既に整数でない場合、最寄りの整数値に切り捨てる。）確率推定値Pk+1(1)はbk+1ビットを圧縮するのに算術符号器によって用いられ、このビットを復号化するのに算術復号器によって用いられる。初期値、P0(1)、は第１ビットｂ0を圧縮するのに用いられ、〔0,1〕における如何なる所望の確率値にも相当するよう、該初期値を２mで乗算する（すなわち、例えば、1/2の確率はP0(1)=２m-1として初期化することに相当する）ことによって設定し得る。
【００２３】
【数６】
2005516455.tif 000006
の計算は実際に、Pk(1)の値をi位置分だけ右シフトすることによって、すなわち、実際に除算することなしで、行われる。bkを２m-iで乗算することは当然、当該値をm-i位置分だけ左シフトすることによって行われる。（３）は加算並びに減算（及びいくつかのシフト）のみを用いるので、（３）は、（計算量が加算又は減算及びシフトの計算量よりもずっと高い）除算を必要とする（１）よりもずっと低い実施計算量を有する。
【００２４】
P(1)についての低精度推定値は、0…2n(n<m)の範囲にあり、Pk+1(1)を(m-n)位置だけ右シフトすることによって得られる。典型的な値は、例えば、m=12で、n=８である。当然、単純な右シフトによって得られる切り捨ての代わりに、P(1)についての値は更に、
Pk+1(1)/2m-nを丸めるか、「部分的に丸める」かすることによって得ることができる（特許文献２及び非特許文献5参照。）。この高精度計算はnの小さな（例えば、n<5の）値について精度をかなり向上し得る。
【００２５】
上記に説明した実施例では、推定確率値の適応の速度は整数i(0≦i≦m/2)によって判定される。iの値が大きいほど、適応の速度は遅くなる。
【００２６】
一般に、iは見られたビットの数又はbについての入力確率が変わる速度によって変わってくるものである。例えば、まだあまりデータが受信されていない場合、速い学習特性を得るよう高い適応の速度を用いて、これを後に、データがもっと受信された場合に、高い精度の推定を得るよう削減することが可能である。
【００２７】
変わってくる統計を追跡するよう、更に、推定確率値を監視し、該値が安定しているように思われる場合、精度を向上し、該値が変わると思われる場合、適応の速度を増加する。変化又は安定性を測定するには、特定のビット数についての推定の分散を計算し得るか、例えば、特定のビット数についての最大推定確率値と最小推定確率値との間の差異の大きさ、に基づいて判定を行い得る。
【００２８】
ｍの値はしたがって、該確率推定値の所要精度（すなわち、n）によって変わってくるだけでなく、所要最小適応速度（iについての最大値）によっても変わってくるが、これは最小適応速度がi≦m=2である要件によって判定されるからである。
【００２９】
複数のコンテキスト（例えば、非特許文献8参照。）の場合、各コンテキストは該コンテキスト自らの別個の確率推定器を用いる。したがって、適応の精度及び速度はコンテキスト毎に変わってくることがある（すなわち、上記を参照すれば、各コンテキストはm及び/又はiについて該コンテキスト自らの値を有し得る。）。
【００３０】
符号化エンジンとのインタフェースは該確率推定値の最も多く発生する精度（すなわち、全てのコンテキスト中のｍの最大値）に基づいている。特定の確率値が低い精度を有する場合、該値は高い精度にスケール化される必要がある。このスケール化は単に、該推定確率値の左シフトによって実施し得る。例えば、推定値の精度が6ビットで当該エンジンが8ビットを受け入れる場合、該推定値は単に、2ビット分だけ左にシフトし得る（これは２つのゼロ・ビットが該推定値にアペンドされることを表す）。
【００３１】
非2進の、N>2の異なるシンボルがある場合は、確率はN-1シンボルについてか全てのNシンボルについて推定される（後者の場合、最も確率の高いシンボルは総確率が１に等しくなるよう調整される）。該推定はなお(3)を用いるが、値b=0はその場合、発生シンボルが、確率が推定されるシンボル、に等しくない場合に用いられ、値ｂ=１は該発生シンボルが、該確率が推定されるシンボル、に等しい場合に用いられる。例えば、４つのシンボルが存在して（４つの確率が推定される）場合、該値b=0は該シンボルのうちの３つについて用いられ、ｂ＝１は実際に発生する該シンボルについて用いられる。N-1シンボル又はN全てのシンボルについての該推定確率値は確率判定装置(156)によって判定される。この場合、確率信号の新規値はN-1シンボル又はN全てのシンボルについての推定確率値を有する。N-1シンボルについてのみ確率値が推定される場合は、N番目のシンボルの確率は暗黙のうちに既知のものであり、N-1の推定確率値から計算し得る。
【００３２】
図２は入力端子50で受信された、データ圧縮信号を復号化する、相当するデータ伸長装置である。図２のデータ伸長装置はエントロピ復号器１７２を有し、該エントロピ復号器は該データ圧縮信号を、入力１７４を介して、受信する。本例では、エントロピ復号器１７２は、確率信号Pの影響を受けた該データ圧縮信号に算術復号化工程を実行する算術復号器の形態であり、該確率信号Pは入力１７６に供給されて、出力１７８に供給される元のディジタル情報信号の複製を生成する。該複製は該データ伸長装置の出力端子６４に供給される。
【００３３】
更に、確率供給装置１８０は該確率信号Pを算術復号器１７２に供給するのに存在する。該確率信号Pは、確率信号が符号器において導出された方法による種々の方法によって得られることが可能である。該開示実施例は該確率信号Pを該出力信号から適応的な方法によって導出する。
【００３４】
更に、図１の装置は該確率信号Pを判定する当該式において用いられる当該定数を表すパラメータを生成し得る。そのようなパラメータは当該副次情報が有し、該確率供給装置180に送信されて図２の装置における該確率信号Pの再生を可能にする。
【００３５】
図１の実施例において用いられる該エントロピ符号器は、該データ圧縮信号を得るのに、確率信号を用いて該ビットストリーム信号を符号化するよう形成される。１つのそのようなエントロピ符号器は上記の算術符号器である。このようなエントロピ符号器の１つの別のタイプのものは、例としては、周知の有限状態符号器がある。図２の実施例において用いられる該エントロピ復号器は該ディジタル情報信号の複製を得るのに、確率信号を用いて該データ圧縮信号を復号化するよう形成される。１つのそのようなエントロピ復号器は上記の算術復号器である。そのようなエントロピ復号器の１つの別のタイプは、例としては、周知の有限状態復号器である。
【００３６】
データ圧縮装置の第２実施例は図3に表す。図３のデータ圧縮装置においては、ビットストリーム信号が無損失符号器の入力８に供給され、該符号器は、算術符号器１５４のような、エントロピ符号器の形態である。更に、該ビットストリーム信号は予測フィルタ装置１５２の入力でもある。該予測フィルタ装置152の出力は確率フィルタ装置156の入力に結合される。該算術符号器１５４は該ビットストリーム信号をデータ圧縮ビットストリーム信号に、該符号器の入力１９２に供給された確率値ｐに応じて符号化する。確率判定装置１５６は変換器装置４によって供給されたビットストリーム信号におけるビットが、「１」のような、所定の論理値を有する確率を示す確率値を判定する。この確率値は、図１０でｐと表され、算術符号器154に供給されて該ビットストリーム信号の該算術符号器１５４におけるデータ圧縮を可能にする。該判定装置１５６はこの確率値を予測フィルタ１５２の出力信号及び該確率信号の先行判定値から判定する。該算術符号器１５４は該ビットストリーム信号をフレーム毎にデータ圧縮し得る。
【００３７】
図３の装置の動作は以下の通りである。該予測フィルタ１５２は該ビットストリーム信号に予測フィルタ化を実現して複数ビットの出力信号をもたらす。該複数ビットの出力信号は、例えば、＋３とー３との間の、ある範囲内の複数のレベルを有する。更に、該複数ビットの出力信号の値の範囲における複数の部分区間毎に、該ビットストリーム信号において相当するビットが、例えば、「１」のビット、である確率が判定される。これは特定の時間間隔中に該ビットストリーム信号において発生する「１」及び「０」の数をカウントすることによって、該複数ビットの出力信号がそのような範囲の１つに収まる場合、実現し得る。更に、該確率信号の少なくとも１つの先行判定値が上記に表された式の１つによって考慮される。該複数ビットの出力信号における種々の値についてこのように得られた該確率は後に、確率信号ｐとして該算術符号器１５４に供給される。該データ圧縮ビットストリーム信号は該算術符号器１５４によって出力線１５８に供給され、伝送媒体TRM又は記録担体を介して伝送される。
【００３８】
図４は、図３の圧縮装置によって生成された、該データ圧縮ビットストリーム信号を復号化する相当するデータ伸長装置である。図４のデータ処理装置はエントロピ復号器172を有し、該復号器はデータ圧縮ビットストリーム信号を、入力174を介して、受信する。本例では、該エントロピ復号器１７２は確率信号ｐの影響を受けた該データ圧縮ビットストリーム信号に算術復号化工程を実行する算術復号器の形態になっており、該確率信号ｐは入力１７６に供給されて出力１７８に供給される該元のビットストリーム信号の複製を生成する。該複製は再変換器装置６０の入力５８に供給される。
【００３９】
更に、確率供給装置１８０は該確率信号ｐを該算術復号器１７２に供給するよう存在する。該確率信号ｐは、該確率信号が符号器において導出された方法に応じて、種々の方法で得ることが可能である。1つの方法は、予測フィルタ１８１の出力信号及び該確率信号の先行判定値から適応的方法によって該確率信号ｐを導出するものである。本実施例では、予測フィルタ１８１は該符号器における予測フィルタ１５２に同等であり、確率供給装置１８０は図３の符号器における確率判定装置１５６に同等である。該確率信号ｐを生成する別の方法は、以下に説明するように、伝送媒体TRMを介して受信された副次情報を用いることによるものである。
【００４０】
副次情報は図３の装置によって生成され、図４の装置に送信される。そのような副次情報はフレーム毎に判定される、該フィルタ１５２についての、フィルタ係数を有し得、該係数は該装置１８０が有する相当する予測フィルタに送信される。
【００４１】
更に、図３の装置は予測フィルタ１５２の複数ビットの出力信号の確率信号ｐへの変換を表すパラメータを生成し得る。そのようなパラメータは更に、該副次情報が有し、該供給装置１８０及び該フィルタ１８１に送信されて、該予測フィルタ１８１によって設けられる該複数ビットの出力信号に基づいて図４の装置における確率信号ｐの再生を可能にする。
【００４２】
図３の実施例において用いられるエントロピ符号器は該データ圧縮ビットストリーム信号を得るのに、確率信号を用いて該ビットストリーム信号を符号化するよう形成される。１つのそのようなエントロピ符号器は上記の算術符号器である。１つの別のタイプのそのようなエントロピ符号器は、例としては、周知の有限状態符号器がある。図４の実施例で用いられるエントロピ復号器は、該ビットストリーム信号の複製を得るのに、確率信号を用いて該データ圧縮ビットストリーム信号を復号化するよう形成される。１つのそのようなエントロピ復号器は上記の算術復号器である。１つの別のタイプのそのようなエントロピ復号器は、例としては、周知の有限状態復号器がある。
【００４３】
データ処理装置の第３実施例を図5に表す。図５のデータ処理装置では、ビットストリーム信号が信号合成装置４２の入力４４に供給され、予測フィルタ１８１及び量子化装置Qを介して該信号合成装置４２の入力４０に供給される。本実施例における該量子化装置Qは該予測フィルタからの該複数ビットの出力信号を2進信号に変換する。該装置は更に、エントロピ符号器１５４及び確率判定装置１５６を有するデータ圧縮装置１５０’を備える。本例では、エントロピ符号器１５４は該符号器の入力１９２に供給される確率信号ｐに応じて残余ビットストリーム信号をデータ圧縮残余ビットストリーム信号に符号化する算術符号器の形態になっている。該確率判定装置１５６は該合成装置４２によって供給される該残余ビットストリーム信号におけるビットが、「１」のような、所定の論理値を有する確率を示す確率値を判定する。この確率値は、図５でｐと表され、該算術符号器154に供給されて該算術符号器１５４における該残余ビットストリーム信号のデータ圧縮を可能にする。該判定装置１５６はこの確率値を該予測フィルタ１８１の出力信号から判定する。該圧縮装置１５０において算術符号器を用いる場合、該確率装置１５６は該確率値を該残余ビットストリーム信号自体から導出し得る。図５の実施例では、しかしながら、該確率判定装置１５６は該確率値を該予測フィルタ１８１によって生成された出力信号及び該確率信号の先行判定値から導出する。これは、高い圧縮比を該算術符号器１５４から得ることが可能であるという点で、効果を有する。該算術符号器１５４はフレーム毎に該残余ビットストリーム信号をデータ圧縮し得る。
【００４４】
図５の装置の動作は以下の通りである。該予測フィルタ１８１は該ビットストリーム信号に予測フィルタ化を実現して複数ビットの出力信号を得る。該複数ビットの出力信号は、例えば、＋３と−３との間の、ある範囲内の複数のレベルを有する。量子化装置Qは該複数ビットの出力信号を受信し、そこからビットストリーム信号を、例えば、該複数ビットの出力信号が正の値を有する場合は「１」の論理値のビットを割り当て、該複数ビットの出力信号が負の値を有する場合は「0」の論理値のビットを割り当てることによって、生成する。更に、該複数ビットの出力信号の値の範囲における複数の部分区間毎に、該残余信号において相当するビットが、例えば、「１」のビットである確率を判定する。これは、特定の時間間隔中に該残余ビットストリーム信号において発生する「１」及び「０」の数をカウントすることによって、該複数ビットの出力信号がそのような範囲の１つに収まる場合、実現し得る。更に、該確率信号の新規値を判定するよう、該確率値の先行判定値が上記に表した式によって考慮される。該複数ビットの出力信号における種々の値についてこのようにして得られた該確率は後に、該確率信号ｐとして該算術符号器１５４に供給される。該データ圧縮残余ビットストリーム信号は該算術符号器１５４によって出力線１５８に供給され、伝送媒体TRMを介して伝送される。
【００４５】
図６は、図５によるデータ圧縮装置によって生成される、該データ圧縮残余ビットストリーム信号を復号化する相当するデータ処理装置を表す。図６のデータ処理装置はエントロピ復号器１７２を有し、該復号器は該データ圧縮残余ビットストリーム信号を、入力１７４を介して、受信する。本例では、該エントロピ復号器１７２は、算術復号器の形態になっていて、該算術復号器は、確率信号ｐの影響を受けた該データ圧縮ビットストリーム信号に算術復号化工程を実行し、該確率信号は入力１７６に供給されて出力１78に供給される元の残余ビットストリーム信号の複製を生成する。該複製は該信号合成装置８８の入力８６に供給される。該信号合成装置88は更に、該ビットストリーム信号の予測バージョンを、入力101を介して、受信し、該装置の出力７６で該元のビットストリーム信号の該複製を生成する。該出力７６は予測フィルタ１８１及び量子化装置Qを介して該信号合成装置８８の該入力１０１に結合される。該予測フィルタ７４’及び該量子化装置Qの動作は図５の予測フィルタ１０’及び量子化装置Qの動作と同一であり得る、すなわち、予測フィルタ１８１は該フィルタのフィルタ係数を、該フィルタの入力72を介して該フィルタが受信する該入力信号から導出する。別の実施例では、以下に説明するように、該予測フィルタ１８１は該フィルタ係数を図５の該符号化装置から該伝送媒体TRMを介して受信された副次情報から受信する。
【００４６】
更に、確率生成装置１８０は該確率信号ｐを該算術復号器１７２に供給するのに存在する。該確率信号ｐは種々の方法で得ることが可能である。1つの方法は、該予測フィルタ１８１の出力信号から該確率信号ｐを導出することであり、該確率判定装置１５６が確率信号ｐを図５の該予測フィルタ１５２から判定するのと同様である。そのような場合、図６の供給装置１８０は図５の判定装置１５６と全く同じであり得、該供給装置１８０は該予測フィルタ１８１の出力に結合される入力を有する。該確率信号ｐを生成する別の方法は、以下に説明するように、伝送媒体TRMを介して受信された副次情報を用いることである。
【００４７】
副次情報は図６の装置に伝送するよう図５の装置によって生成され得る。そのような副次情報は、フレーム毎に判定される、該フィルタ１５２についての、フィルタ係数を有し得、該係数は該フィルタ１８１の正確なフィルタ特性を設定するよう該フィルタ１８１に送信される。更に、図５の装置は該予測フィルタ１５２の該複数ビットの出力信号の該確率信号ｐへの変換を表すパラメータを生成し得る。そのようなパラメータは更に、該副次情報が有し、該確率判定装置１８０に送信されて、図６の該装置における該確率信号ｐの再生を可能にする。
【００４８】
図５の実施例において用いられる該エントロピ符号器は該データ圧縮残余ビットストリーム信号を得るのに確率信号を用いて該残余ビットストリーム信号を符号化するよう形成される。そのようなエントロピ符号器の１つが上記の算術符号器である。１つの別のタイプのそのようなエントロピ符号器は、例としては、周知の有限状態符号器である。別の実施例において用いられるエントロピ復号器は該残余ビットストリーム信号の複製を得るのに確率信号を用いて該データ圧縮残余ビットストリーム信号を復号化するよう形成される。１つのそのようなエントロピ復号器は上記の算術復号器である。1つの別のタイプのそのようなエントロピ復号器は、例としては、周知の有限状態復号器である。
【００４９】
図７は図１、３又は５に表すデータ圧縮装置を有する記録装置の実施例である。該記録装置は更に、記録担体３２上のトラックにおいてデータ圧縮信号を書き込む書き込み装置３０を有する。本例においては、該記録担体３２は磁気記録担体であり、該書き込み装置３０は該記録担体３２において該データ圧縮信号を書き込む少なくとも１つの磁気ヘッド３４を有する。該記録担体は、しかしながら、CD（コンパクト・ディスク）又はDVD（ディジタル多用途ディスク）のような、光記録担体であり得る。
【００５０】
図８は伝送媒体TRMを介してディジタル情報信号を送信する送信器の実施例であり、図１、３又は５に表すような該データ圧縮装置を有する。該送信器は更に、該データ圧縮信号を該伝送媒体TRMに供給する伝送装置３６を有する。該送信装置３６はアンテナ３８を有し得る。
【００５１】
無線周波数リンク又は記録担体のような、伝送媒体を介した送信は一般に、送信される該データ圧縮信号に誤り訂正符号化及びチャネル符号化が実行されることを必要とする。図１１は図７の記録装置についてデータ圧縮信号に実行されるそのような信号処理工程を表す。図１１の記録装置はしたがって、公知である、誤り訂正符号器８０、及び、同様に公知である、チャネル符号器８２、を有する。
【００５２】
図９は再生装置に組み入れられた図２、４又は６のデータ伸長装置を表す。該再生装置は更に、該記録担体32上のトラックから該データ圧縮信号を読み取る読み取り装置５２を有する。本例では、該記録担体３２は磁気記録担体であり、該読み取り装置５２は該記録担体３２から該データ圧縮信号を読み取る少なくとも１つの磁気ヘッド５４を有する。該記録担体はしかしながら、該読み取り装置が光ピックアップ装置であるようなCDディスク又はDVDディスクのような、光記録担体であり得る。
【００５３】
図１０は伝送媒体TRMを介してディジタル信号を受信する受信器の実施例を表し、該伝送媒体は図２、４又は６に表すデータ伸長装置を有する。該受信器は更に、該伝送媒体TRMから該データ圧縮信号を受信する受信装置５６を有する。該受信装置５６はアンテナ５７を有し得る。
【００５４】
上記のように、無線周波数リンク又は記録担体のような、伝送媒体を介した送信は一般に、送信するデータ圧縮信号に誤り訂正符号化及びチャネル符号化を実行することを必要とするので、相当するチャネル復号化及び誤り訂正を受信の際に実行し得る。図８は、図９の再生装置について読み取り手段５６によって受信された、受信信号に実行されるチャネル復号化及び誤り訂正の信号処理工程を表す。図１２の再生装置はしたがって、公知のチャネル復号器９０、及び同様に公知の、誤り訂正装置９２を有して該データ圧縮信号の複製を得る。
【００５５】
当該実施例はビットストリーム信号を処理するよう形成される。本発明は更に、nレベルの情報信号のデータを圧縮/伸長する装置において用い得ることを特筆する。予測フィルタはnレベル情報信号に予測を実現して複数値の出力信号を得る。量子化装置は該複数値の出力信号を量子化してnレベルの量子化情報信号を得るよう形成される。信号合成装置がある場合、該信号合成装置はｎレベルの情報信号とnレベルの量子化信号とを合成してｎレベルの残余情報信号を得るよう形成される。該合成は当該相当する入力で受信された２つのnレベル情報信号を加算するか減算することによって実施し得る。確率判定装置は、該残余情報信号の値が、「＋２」のような、所定値を有する確率を示す確率値を生成する。この確率は算術符号器に供給されてｎレベルの情報信号のデータ圧縮を可能にし、該信号は、該算術符号器における、残余信号であり得る。本実施例では、確率信号の値はnレベルの情報信号のｎの考えられる値毎の値を有する。256レベルのあるｎレベルの情報信号は8ビットの情報信号によって表し得る。
【００５６】
本発明はその好適実施例を参照して説明したが、これらは限定的な例でないことがわかるものである。したがって、種々の変更が当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、本特許請求の範囲のように、明らかになり得る。ディジタル情報信号が、44.1kHzでサンプリングされ、該サンプルが、例えば、16ビットで表される、ような、ディジタル形式で供給される場合、当該装置はディジタル・オーディオ信号を、例えば、64x44.1kHzの周波数でオーバサンプリングして1ビットのビットストリーム信号を得るよう形成された変換手段を有し得る。
【００５７】
本発明は更に、該変換器４によって供給されたビットストリーム信号が別の信号処理工程を経て処理された１ビットのビットストリーム信号をもたらし、該信号はエントロピ符号器１０及び確率判定装置１５６に供給される。そのような別の信号処理工程は、ステレオ・オーディオ信号の左側信号成分及び右側信号成分を、1ビットのビットストリーム形式で、処理された1ビットのビットストリーム信号にマージする工程を有し得る。
【００５８】
更に、本発明は新規の、特徴又は特徴の組み合わせ、のどれにも見出されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】データ圧縮装置の第１実施例を表す図である。
【図２】データ伸長装置の第１実施例を表す図である。
【図３】データ圧縮装置の第２実施例を表す図である。
【図４】データ伸長装置の第２実施例を表す図である。
【図５】データ圧縮装置の第３実施例を表す図である。
【図６】データ伸長装置の第３実施例を表す図である。
【図７】記録担体上でデータ圧縮信号を記録する記録装置に組み入れられたデータ圧縮装置を表す図である。
【図８】伝送媒体を介してデータ圧縮信号を送信する送信装置に組み入れられたデータ圧縮装置を表す図である。
【図９】記録担体からデータ圧縮信号を再生する再生装置に組み入れられたデータ伸長装置を表す図である。
【図１０】伝送媒体からデータ圧縮信号を受信する受信装置に組み入れられたデータ伸長装置を表す図である。
【図１１】更に誤り訂正符号器及びチャネル符号器が設けられた記録装置の別の実施例を表す図である。
【図１２】更にチャネル復号器及び誤り訂正装置が設けられた再生装置の別の実施例を表す図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2005516455.tif 000022
2005516455.tif 000023
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