(57)【要約】入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成し、差分信号と第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化し、時間差符号化された信号を所定のビット単位ごとに分割し、分割されたデータを所定のビット単位ごとに各々適応符号化処理し、適応符号化処理されたデータを所定の形式のデータに配列する符号化方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成する差分信号生成部と、
上記差分信号と上記第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化する時間差分符号化部処理と、
上記時間差符号化処理部からの出力信号を所定のビット単位ごとに分割する分割処理部と、
上記分割処理部から出力される出力データを上記所定のビット単位ごとに各々適応的に符号化する適応符号化処理部と、
上記適応符号化処理部からの出力データを所定の形式のデータに配列して出力する出力部とを備えている符号化装置。
【請求項２】
上記時間差分符号化処理部は、上記差分信号を時間差分符号化する第１の時間差分符号化部と、上記第２のチャンネル信号を時間差分符号化する第２の時間差分符号化部とを備えている請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項３】
上記第２の時間差分符号化部には、１ビットのダミービットが供給される請求の範囲第２項記載の符号化装置。
【請求項４】
上記分割処理部は、上記時間差分符号化処理部からの出力信号を少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項５】
上記分割処理部は、上記時間差分符号化処理部からの出力信号を少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項６】
上記適応符号化処理部は、可逆符号を用いて符号化処理を行う請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項７】
上記適応符号化処理部は、可変長符号化を行うものである請求の範囲第６項記載の符号化装置。
【請求項８】
上記適応符号化処理部は、上記所定のビット単位ごとに、適応符号化処理前の符号量と適応符号化処理後の符号量とを比較し、符号量の小さいほうのデータを出力する請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項９】
上記適応符号化処理部は、第１の可逆符号を用いて前処理を行う前処理部と、上記前処理部からの出力データに基づいて第２の可逆符号を用いて符号化処理を行う符号化処理部と、上記符号化処理部による符号量と可逆符号を用いて符号化処理を行う符号化処理部に入力されたデータの符号量とを比較する比較部とを備えている請求の範囲第８項記載の符号化装置。
【請求項１０】
上記前処理部は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて前処理を行う請求の範囲第９項記載の符号化装置。
【請求項１１】
上記出力部は、上記適応符号化処理部によって上記所定のビット単位ごとに符号化されたか否かを示す識別情報を付加して出力する請求の範囲第１０項記載の符号化装置。
【請求項１２】
上記差分信号形成部は、上記第１のチャンネル信号と上記第２のチャンネル信号のステレオ相関を利用して差分信号を形成する請求の範囲第１項記載の符号化装置。
【請求項１３】
入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成し、
上記差分信号と上記第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化し、
上記時間差符号化された信号を所定のビット単位ごとに分割し、
上記分割されたデータを上記所定のビット単位ごとに各々適応符号化処理し、
上記適応符号化処理されたデータを所定の形式のデータに配列する符号化方法。
【請求項１４】
上記方法は、上記第２のチャンネル信号を時間差分符号化する際に１ビットのダミービットが供給され、上記供給された１ビットのダミービットとともに上記第２のチャンネルビットは時間差分符号化される請求の範囲第１３項記載の符号化方法。
【請求項１５】
上記方法は、上記時間差分符号化処理された信号を少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第１３記載の符号化方法。
【請求項１６】
上記方法は、上記時間差分符号化処理された信号を少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第１３項記載の符号化方法。
【請求項１７】
上記方法は、可逆符号を用いて適応符号化処理を行う請求の範囲第１３項記載の符号化方法。
【請求項１８】
上記方法は、可変長符号化を行うものである請求の範囲第１７項記載の符号化方法。
【請求項１９】
上記方法は、適応符号化処理によって上記所定のビット単位ごとに、適応符号化処理前の符号量と適応符号化処理後の符号量とを比較し、符号量の小さいほうのデータが出力される請求の範囲第１３項記載の符号化方法。
【請求項２０】
上記方法は、第２の可逆符号を用いて適応符号化処理を行うとともに、上記第２の可逆符号を用いて適応符号化処理を行う前に、第１の可逆符号を用いて前処理を行う請求の範囲第１９項記載の符号化方法。
【請求項２１】
上記方法は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて上記前処理を行う請求の範囲第２０項記載の符号化方法。
【請求項２２】
上記方法は、上記適応符号化処理された信号を所定の形式のデータに配列する際に、上記所定のビット単位ごとに上記適応符号化処理によって符号化されたか否かを示す識別情報を付加する請求の範囲第２１項記載の符号化方法。
【請求項２３】
所定の形式で配列されたデータを所定のビット単位ごとに分配する分配処理部と、
上記分配処理部によって上記所定のビット単位ごとのデータに復号処理を施す適応復号化処理部と、
上記適応復号化処理部からの出力データから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と上記第２のチャンネル信号との差分信号を復号する時間差分復号化処理部と、
上記第２のチャンネル信号と上記差分信号とを加算処理し、上記第１のチャンネル信号を出力信号を生成する加算処理部とを備えている復号化装置。
【請求項２４】
上記分配処理部は、上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第２３項記載の復号化装置。
【請求項２５】
上記分配処理部は、上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第２３項記載の復号化装置。
【請求項２６】
上記適応復号化処理部は、可逆符号を用いて復号化処理を行う請求の範囲第２３項記載の復号化装置。
【請求項２７】
上記適応復号化処理部は、可変長復号化を行うものである請求の範囲第２６項記載の復号化装置。
【請求項２８】
上記適応復号化処理部は、上記所定のビット単位ごとに符号化されているか否かを判別し、符号化されているときには上記適応復号化処理を行う請求の範囲第２３項記載の復号化装置。
【請求項２９】
上記適応復号化処理部は、上記符号化されていないと判別されたときには上記分配処理部によって分配された上記所定のビット単位ごとのデータを出力する請求の範囲第２８項記載の復号化装置。
【請求項３０】
上記所定の形式で配列されたデータには上記所定のビット単位ごとに適応符号化処理によって符号化されたか否かを示す識別情報が付加されており、上記適応復号化処理部は上記識別情報を用いて上記符号化されているか否かを判別する請求の範囲第２８項記載の復号化装置。
【請求項３１】
上記適応復号化処理部は、第２の可逆符号を用いて上記復号化処理を行った後に第１の可逆符号を用いて後処理を行う請求の範囲第２３項記載の復号化装置。
【請求項３２】
上記適応復号化処理部は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて上記後処理を行う請求の範囲第３１項記載の復号化装置。
【請求項３３】
所定の形式で配列されたデータを所定のビット単位ごとに分配し、
上記分配された上記所定のビット単位ごとのデータに適応復号化処理を行い、
上記適応復号化処理されたデータから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と上記第２のチャンネル信号との差分信号を時間差分復号化処理を行うことによって生成し、
上記第２のチャンネル信号と上記差分信号とを加算処理し、上記第１のチャンネル信号を出力信号として生成する復号化方法。
【請求項３４】
上記方法は、上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第３３項記載の復号化方法。
【請求項３５】
上記方法は、上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第３３項記載の復号化方法。
【請求項３６】
上記方法は、可逆符号を用いて適応復号化処理を行う請求の範囲第３３項記載の復号化方法。
【請求項３７】
上記方法は、可変長復号化を行うものである請求の範囲第３６項記載の復号化方法。
【請求項３８】
上記方法は、上記所定のビット単位ごとに符号化されているか否かを判別し、符号化されているときには上記適応復号化処理を行う請求の範囲第３３項記載の復号化方法。
【請求項３９】
上記方法は、上記符号化されていないと判別されたときには上記分配された上記所定のビット単位ごとのデータを出力する請求の範囲第３８項記載の復号化方法。
【請求項４０】
上記所定の形式で配列されたデータには上記所定のビット単位ごとに適応符号化処理によって符号化されたか否かを示す識別情報が付加されており、上記方法は上記識別情報を用いて上記符号化されているか否かを判別する請求の範囲第３８項記載の復号化方法。
【請求項４１】
上記方法は、第２の可逆符号を用いて上記復号化処理を行った後に第１の可逆符号を用いて後処理を行う請求の範囲第３３項記載の復号化方法。
【請求項４２】
上記方法は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて上記後処理を行う請求の範囲第４１項記載の復号化方法。
【請求項４３】
入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成し、
上差分信号と上記第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化し、
上記時間差符号化された信号を所定のビット単位ごとに分割し、
上記分割されたデータを上記所定のビット単位ごとに各々適応符号化処理し、
上記適応符号化処理されたデータを所定のデータに配列しなおすことによって符号化し、
上記符号化されたデータを所定のデータ形式に変換し、
エンコードされたデータにエラー訂正符号化処理を施し、
上記エラー訂正符号化処理されたデータに変調処理を施して記録媒体に記録する記録媒体の記録方法。
【請求項４４】
上記方法は、上記符号化されたデータを１ブロックが１２バイトの同期信号と４バイトのヘッダと２０４８バイトのユーザデータと２８８バイトの補助データからなるデータに変換する請求の範囲第４３項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項４５】
上記方法は、上記符号化するにあたって上記第２のチャンネル信号を時間差分符号化する際に１ビットのダミービットが供給され、上記供給された１ビットのダミービットとともに上記第２のチャンネルビットは時間差分符号化される請求の範囲第４３項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項４６】
上記方法は、上記符号化するにあたって上記時間差分符号化処理された信号を少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第４３記載の記録媒体の記録方法。
【請求項４７】
上記方法は、上記時間差分符号化処理された信号を少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分割する請求の範囲第４３項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項４８】
上記方法は、上記符号化するにあたって可逆符号を用いて適応符号化処理を行う請求の範囲第４３項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項４９】
上記方法は、可変長符号化を行うものである請求の範囲第４８項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項５０】
上記方法は、上記符号化するにあたって適応符号化処理によって上記所定のビット単位ごとに、適応符号化処理前の符号量と適応符号化処理後の符号量とを比較し、符号量の小さいほうのデータが出力される請求の範囲第４３項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項５１】
上記方法は、第２の可逆符号を用いて適応符号化処理を行うとともに、上記第２の可逆符号を用いて適応符号化処理を行う前に、第１の可逆符号を用いて前処理を行う請求の範囲第５０項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項５２】
上記方法は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて上記前処理を行う請求の範囲第５１項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項５３】
上記方法は、上記適応符号化処理された信号を所定の形式のデータに配列する際に、上記所定のビット単位ごとに上記適応符号化処理によって符号化されたか否かを示す識別情報を付加する請求の範囲第５２項記載の記録媒体の記録方法。
【請求項５４】
記録媒体から読み出されたデータを復調し、
上記復調されたデータにエラー訂正処理を施し、
上記エラー訂正処理が施されたデータを所定のデータ形式に変換し、
上記変換されたデータを所定のビット単位ごとに分配し、
上記分配された上記所定のビット単位ごとのデータに適応復号化処理を行い、
上記適応復号化処理されたデータから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と上記第２のチャンネル信号との差分信号を時間差分復号化処理を行うことによって生成し、
上記第２のチャンネル信号と上記差分信号とを加算処理し、
上記第１のチャンネル信号を出力信号を生成する復号する記録媒体の再生方法。
【請求項５５】
上記方法は、上記エラー訂正処理が施されたデータを、１サンプルの上位８ビットと下位８ビットのシンボル単位でエラー訂正処理、インターリーブ処理が施され、１ブロックが９８フレームのデータに変換される請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項５６】
上記方法は、上記復号化するにあたって上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項５７】
上記方法は、上記復号化するにあたって上記所定の形式で配列されたデータを少なくとも上位ビットのデータと中位ビットのデータと下位ビットのデータとに分配する請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項５８】
上記方法は、上記復号化するにあたって可逆符号を用いて適応復号化処理を行う請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項５９】
上記方法は、可変長復号化を行うものである請求の範囲第５８項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項６０】
上記方法は、上記復号化するにあたって上記所定のビット単位ごとに符号化されているか否かを判別し、符号化されているときには上記適応復号化処理を行う請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項６１】
上記方法は、上記符号化されていないと判別されたときには上記分配された上記所定のビット単位ごとのデータを出力する請求の範囲第６０項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項６２】
上記所定の形式に変換されたデータには上記所定のビット単位ごとに適応符号化処理によって符号化されたか否かを示す識別情報が付加されており、上記方法は上記識別情報を用いて上記符号化されているか否かを判別する請求の範囲第６０項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項６３】
上記方法は、上記復号化するにあたって第２の可逆符号を用いて上記復号化処理を行った後に第１の可逆符号を用いて後処理を行う請求の範囲第５４項記載の記録媒体の再生方法。
【請求項６４】
上記方法は、上記第１の可逆符号としてユニバーサル符号を用いて上記後処理を行う請求の範囲第６３項記載の記録媒体の再生方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、音楽データのようなＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）オーディオ信号を可逆符号化により圧縮するのに用いて好適な符号化装置及び方法、並びに、その復号化装置及び方法、記録媒体の記録装置及び方法に関する。
背景技術
近年、コンピュータネットワークの普及や大容量の記録再生メディアの登場により、音楽データをコンピュータ上で扱うことが多くなってきている。このように音楽データをコンピュータ上で扱う場合、従来、ＭＰ３（ＭＰＥＧ１  Ａｕｄｉｏ  Ｌａｙｅｒ−３）やＡＡＣ（ＭＰＥＧ２  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｄｉｏ  Ｃｏｄｉｎｇ）、ＡＴＲＡＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＴＲａｎｓｆｏｒｍ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ：商標）３といった非可逆符号を使うことが多い。これは、非可逆符号が高能率の圧縮を達成できるためである。
即ち、圧縮符号には、非可逆符号と可逆符号がある。非可逆符号は、高能率の圧縮を行うためには有効であるが、必ず、データの損失を伴う。従って、例えば音楽データを非可逆符号で圧縮すると、圧縮に伴うデータの損失により、音質の劣化が生じる。
一方、可逆符号は、データ損失を伴うことなく、圧縮前のデータを完全に再現できる。従って、例えば音楽データを可逆符号で圧縮した場合には、圧縮に伴う音質の劣化は生じることがない。しかしながら、可逆符号では、非可逆符号に比べて、高い圧縮率を達成することは難しい。
従来では、限りある伝送速度で効率的に音楽データを転送し、限りある容量の記録再生メディアに効率的に音楽データを記録するため、主に、非可逆符号が用いられている。
しかしながら、現在、ブロードバンド化が進み、高速で大容量のデータが転送できるようになってきており、また、大容量で安価な記録再生メディアが登場してきている。このことから、今後は、圧縮率よりも音質が重要視されるようになることが考えられ、音質劣化を生じる非可逆符号より、音質劣化が全くない可逆符号がより重要になっていくと考えられる。
従来、ＣＤ−ＤＡ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｕｄｉｏ）ディスクに記録されている音楽データを、コンピュータとの親和性を図るために、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）形式で記録することが考えられている。この際、著作権の保護を図るために、暗号化することが考えられる。
ところが、ＣＤ−ＤＡディスクの１フレームの音楽データの記録容量に比べて、ＣＤ−ＲＯＭ形式の１フレームのユーザデータの容量が小さいため、ＣＤ−ＤＡディスクの音楽データをＣＤ−ＲＯＭ形式で記録すると、同一の再生時間を確保するのが困難になる。
即ち、ＣＤでは、９８フレームからなる１ブロックを単位として、データが管理される。ＣＤ−ＤＡでは、１フレームあたり２４バイト分のデータが配置され、９８フレームからなる１ブロックのデータ容量は、（９８×２４＝２３５２バイト）となる。
これに対して、ＣＤ−ＲＯＭのフォーマットでは、１ブロックのデータに対して、更に、シンクやヘッダ、エラー訂正符号が付加される。即ち、ＣＤ−ＲＯＭで扱うデータの場合には、エラー発生時に、補間処理等で対処することができないため、より強力なエラー訂正処理が必要になる。このため、エラー訂正用の補助データが付加される。このため、１ブロックのユーザデータの容量は２０４８バイトとなる。
このように、ＣＤ−ＤＡディスクでは、１ブロックあたり２３５２バイトの音楽データが記録されるのに対して、ＣＤ−ＲＯＭでは、１ブロックのユーザデータ容量は２０４８バイトである。従って、ＣＤ−ＤＡディスクに記録されていた音楽データをＣＤ−ＲＯＭ形式で記録したとすると、データ量が不足することになる。このため、例えば、ＣＤ−ＤＡディスクでは１枚のディスクに入っていた音楽データを、ＣＤ−ＲＯＭ形式では１枚に入りきらないというようなことが起こり得る。
そこで、１ブロックの２３５２バイトの音楽データを２０４８バイト程度となるように圧縮して、ＣＤ−ＲＯＭ形式で記録することが考えられる。このような圧縮は、２３５２バイトのデータを２０４８バイトに圧縮できれば良いので、可逆符号で十分に圧縮できる。このとき、可逆符号による圧縮を使えば、音質の劣化が生じることがない。
このような背景から、音楽データのようなＰＣＭオーディオ信号を効率的に可逆符号で圧縮できるようにすることが望まれている。可逆符号としては、ハフマン符号や算術符号、動的ハフマン符号、ユニバーサル符号（ＬＺ（Ｌｅｍｐｌｅ  Ｚｉｖ）７７、ＬＺＳＳ、ＬＺ７８、ＬＺＷ）等が知られている。ところが、可逆符号化は、基本的に、データの偏りを利用して、無駄なコードを排除して圧縮している。これに対して、音楽ＰＣＭ信号は乱数であるため、可逆符号をそのまま用いても、良好な圧縮が行えない。可逆符号化を行うことにより、かえって、元のデータよりデータ量が増えてしまうようなことも起こり得る。
ＰＣＭオーディオ信号をそのままリアルタイムで符号化してメディアに記録再生させる場合には、符号化処理と復号化処理とが共に高速で行えることが望まれる。ところが、従来の可逆圧縮方式では、特に、符号化処理に時間がかかりすぎるという問題がある。
従って、この発明の目的は、ＰＣＭオーディオ信号を効果的に可逆符号化できると共に、符号化処理及び復号化処理も同等に高速処理が可能な符号化装置及び方法、復号化装置及び方法、記録媒体の記録装置及び方法を提供することにある。
発明の開示
この発明は、入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成する差分信号生成部と、差分信号と第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化する時間差分符号化部処理と、時間差符号化処理部からの出力信号を所定のビット単位ごとに分割する分割処理部と、分割処理部から出力される出力データを所定のビット単位ごとに各々適応的に符号化する適応符号化処理部と、適応符号化処理部からの出力データを所定の形式のデータに配列して出力する出力部とを備えている符号化装置である。
この発明は、入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成し、差分信号と第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化し、時間差符号化された信号を所定のビット単位ごとに分割し、分割されたデータを所定のビット単位ごとに各々適応符号化処理し、適応符号化処理されたデータを所定の形式のデータに配列する符号化方法である。
この発明は、所定の形式で配列されたデータを所定のビット単位ごとに分配する分配処理部と、分配処理部によって所定のビット単位ごとのデータに復号処理を施す適応復号化処理部と、適応復号化処理部からの出力データから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を復号する時間差分復号化処理部と、第２のチャンネル信号と差分信号とを加算処理し、第１のチャンネル信号を出力信号を生成する加算処理部とを備えている復号化装置である。
この発明は、所定の形式で配列されたデータを所定のビット単位ごとに分配し、分配された所定のビット単位ごとのデータに適応復号化処理を行い、適応復号化処理されたデータから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を時間差分復号化処理を行うことによって生成し、第２のチャンネル信号と差分信号とを加算処理し、第１のチャンネル信号を出力信号を生成する復号化方法である。
この発明は、入力されたＰＣＭ信号の第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を形成し、上差分信号と第２のチャンネル信号とを各々時間差分符号化し、時間差符号化された信号を所定のビット単位ごとに分割し、分割されたデータを所定のビット単位ごとに各々適応符号化処理し、適応符号化処理されたデータを所定のデータに配列しなおすことによって符号化し、符号化されたデータを所定のデータ形式に変換し、エンコードされたデータにエラー訂正符号化処理を施し、エラー訂正符号化処理されたデータに変調処理を施して記録媒体に記録する記録媒体の記録方法である。
この発明は、記録媒体から読み出されたデータを復調し、復調されたデータにエラー訂正処理を施し、エラー訂正処理が施されたデータを所定のデータ形式に変換し、変換されたデータを所定のビット単位ごとに分配し、分配された所定のビット単位ごとのデータに適応復号化処理を行い、適応復号化処理されたデータから第２のチャンネル信号と第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号との差分信号を時間差分復号化処理を行うことによって生成し、第２のチャンネル信号と差分信号とを加算処理し、第１のチャンネル信号を出力信号を生成する復号する記録媒体の再生方法である。
この発明では、「ステレオ相関」と「時間軸相関」を用いることにより、データの上位ビットを「０」のデータに偏らせて、可逆符号化を行っている。そして、「０」のデータに偏りやすい上位ビットのデータのグループと、乱数になりやすい下位ビットのデータのグループとに分けて、可逆符号化を行っている。
可逆符号化には、ハフマン符号が使われ、その前処理として、ＬＺ符号が用いられる。
可逆符号は、データの偏りを利用して圧縮を行っているので、このようにすると、「０」のデータに偏りやすい上位ビットのデータのグループについては、効率よく圧縮を行うことができる。また、ＬＺ符号化を行う際に、発生確率の高い「０」がデータの先頭に来るようにすることで、圧縮の効率が上げられる。
下位ビットについては、乱数になるため、圧縮率は小さくなるが、符号化を行う際に、圧縮前の符号量と圧縮後の符号量とを比較し、符号量が小さくなるほうを出力させているので、符号化により、かえって符号量が大きくなるということはない。
また、「ステレオ相関」や「時間軸相関」は、単純な演算器で構成でき、また、ハフマン符号化も、簡単に行えるため、符号化処理も復号化処理も、共に高速処理が可能である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。この発明は、例えば、ＰＣＭオーディオ信号を可逆符号により圧縮符号化するのに用いられる。可逆圧縮は、データの損失を伴わない符号化であるため、ＰＣＭオーディオ信号を可逆符号化した場合には、符号化による音質の劣化を伴うことがない。
可逆符号を用いた圧縮（以下、単に可逆圧縮という）は、データの偏りを利用し、無駄なコードを排除することで、データを圧縮している。従って、可逆符号により圧縮符号化を行う場合には、データに偏りがある程、効率的に圧縮が行えることになる。
これに対して、音楽のＰＣＭオーディオ信号は、自然界のアナログ情報をディジタライズしたものである。このため、ＰＣＭオーディオ信号は基本的に乱数に近く、そのままでは、ＰＣＭオーディオ信号を可逆符号化による圧縮を効率的に行うことができない。特に、ＰＣＭオーディオ信号の下位ビットについては、全くの乱数であると言える。可逆符号化による圧縮の効率を上げるためには、ＰＣＭオーディオ信号のデータに何らかの偏りを持たせる必要がある。
この発明の実施の形態では、音楽特有の単純な相関である「ステレオ相関」と「時間軸相関」を利用して、データに偏りを持たせるようにしている。このことについて具体的に説明する。
例えば、ステレオ音楽のＰＣＭオーディオ信号の場合、左右のオーディオ信号には相関がある。このため、左右のＰＣＭオーディオ信号の差分をとると、そのデータの絶対値は小さくなり、差分データの上位ビットは殆ど「０」になる。このように、互いに相関のある左右のＰＣＭオーディオ信号の差分をとると、差分ビットのデータに「０」付近の偏りが生じる。これが「ステレオ相関」を利用してデータに偏りを持たせる例である。
同様に、音楽用のＰＣＭオーディオ信号では、隣接するサンプルデータに相関がある。このため、隣接するサンプルデータの差分をとると、差分データの絶対値は小さくなり、差分データの上位ビットは殆ど「０」になる。これが「時間軸相関」を利用してデータに偏りを持たせる例である。
このように、「ステレオ相関」と「時間軸相関」を利用すると、特に、差分データの上位ビットについては、殆ど「０」となり、データに偏りが生じ、効率的に圧縮することができるようになる。
しかしながら、この場合でも、ＰＣＭオーディオ信号の下位ビットについては乱数に近いため、そのまま符号化しても、あまり効率が良くない。
そこで、この発明の実施の形態では、データの偏りの生じやすいＰＣＭオーディオ信号の上位ビットと、乱数になりやすいＰＣＭオーディオ信号の下位ビットとに分離して、符号化するようにしている。
例えば、１サンプル１６ビットのＰＣＭオーディオ信号の場合、この１６ビットのＰＣＭオーディオ信号に対して、「ステレオ相関」と「時間軸相関」を利用した差分演算が行われる。１６ビットのデータは、この差分演算によりキャリービットが発生するので（「ステレオ相関」を利用した差分演算により１ビットキャリービットが発生し、「時間軸相関」を利用した差分演算により更に１ビットキャリービットが発生するので２ビット分のキャリーが生じる）、１８ビットとなる。この１８ビットのデータは、殆ど「０」のデータに偏っている上位ビットのデータと、乱数となっている下位ビットのデータとに分けられる。例えば、この１８ビットは、（１０ビット＋８ビット）のグループや、（６ビット＋６ビット＋６ビット）のグループのように、分割される。
このように分割された各グループごとに、可逆符号により符号化を行うと、「０」のデータに偏っている上位ビットのグループについては、効率的に圧縮が行える。
下位ビットについては、乱数であるため、可逆符号化によりかえって符号量が大きくなる場合もある。
そこで、この発明の実施の形態では、各グループごとに、符号化前の符号量と、符号化後の符号量とを比較し、符号量の小さいほうを出力するようにしている。つまり、符号化により、元のサイズよりもデータ量が大きくなってしまったグループは、符号化せずに、元のデータを使うようにする。
片方のチャンネルの信号はＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号だが、もう一方のチャンネルの信号は、ステレオ差分をとって、ＤＰＣＭとした信号なので、左右のチャンネル間でも、データの偏り方が違っている。そこで、左右のチャンネルについても、それぞれ、別グループとして扱うようにしている。
この例では、ハフマン符号をより効果的に圧縮するため、前処理として、例えば、ＬＺ７７符号による符号化を行っている。ＬＺ７７符号化による出力データフォーマットは、この後のハフマン符号化が効果的に働くようにするため、なるべく出現確率の大きそうな元データと同じになるようにする。つまり、元のデータは「０」付近に偏っているので、例えば、上位ビットが「０」であるコードを多く出力するように配置している。
ＬＺ７７によって符号化した場合、出力データは「最も長く一致したスライド辞書内の位置」と「一致した長さ」、「次に一致しなかったデータ」の３種類であるが、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」は、一般的にデータ長が長く、値が分散しやすい。つまり、「０」付近の値を作りにくい。これに対して、「一致した長さ」は、一般的に小さい値に偏っているため、上位ビットが「０」になりやすい。そこで、「一致した長さ」を上位ビットに配置し、下位ビットに「最も長く一致したスライド辞書内の位置」を入れることにしている。
つまり、この発明が適用された音楽ＰＣＭオーディオ信号用の可逆符号化方式の符号化手順は、以下のようになる。
（１）Ｒ（右）チャンネル及びＬ（左）チャンネルのステレオＰＣＭオーディオ信号を予め決められた単位ごとにブロック化する。この例では、１０２４サンプルが１ブロックである。
（２）一方のチャンネル（例えばＲチャンネル）のＰＣＭデータを、ステレオ差分データ（Ｒ−Ｌ）に置き換える。
（３）両チャンネルのデータをそれぞれＤＰＣＭ化する。
（４）両チャンネルのそれぞれについて、データを複数に分割し、ブロック内のデータを複数グループに分ける。
（５）各グループについて、ＬＺ７７符号化とハフマン符号化とにより、可変長符号化する。
（６）各グループについて符号化前と、符号化後の大きさを比較し、大きさの小さいほうを使ってデータを作る。
（７）各グループごとに符号化されたデータを所定の順序で配列して、出力する。
従って、この発明が適用された可逆符号化回路は、例えば第１図に示すように、ＬチャンネルのＰＣＭオーディオデータとＲチャンネルのＰＣＭオーディオデータとの差分を求める減算器３と、両チャンネルのデータをそれぞれにＤＰＣＭ化するＤＰＣＭ演算器４及び５と、両チャンネルのそれぞれについてデータを複数に分割して複数グループに分け、各グループについて、ＬＺ７７符号化とハフマン符号化とを行う符号化部６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び７Ａ、７Ｂ、７Ｃと、各グループごとに符号化されたデータを所定の順序で配列して出力するデータ配列部８とを備えている。
第１図において、入力端子１に、例えば１６ビットで量子化されたＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が供給され、入力端子２に、例えば１６ビットで量子化されたＲチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が供給される。このＰＣＭオーディオ信号は、例えば、１０２４サンプルを１ブロックのデータとして入力される。
入力端子１からのＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号は、減算器３に供給されると共に、ＤＰＣＭ演算器４に供給される。入力端子２からのＲチャンネルのＰＣＭオーディオ信号は、減算器３に供給される。
減算器３は、前述した「ステレオ相関」を利用して、データの絶対値を小さくし、データに「０」の偏りを持たせるものである。減算器３により、ＲチャンネルのＰＣＭオーディオ信号とＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号との差分が求められる。この減算器３の出力信号がＤＰＣＭ演算器５に供給される。
なお、減算器３で、１６ビットのＲチャンネルのＰＣＭオーディオデータと１６ビットの左チャンネルのＰＣＭオーディオデータとの差分を求めると、「ステレオ相関」を利用することによってキャリービットにより、１ビット増加し、減算器３の出力データは、例えば１７ビットになる。
ＤＰＣＭ演算器５に対する入力データ、即ち減算器３の出力データのビット数が１７ビットになるので、これに対応させるために、ＤＰＣＭ演算器４には、１ビットのダミービットが入力される。このダミービットと合わせて１７ビットとされたＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号がＤＰＣＭ演算器４に供給される。
ＤＰＣＭ演算器４及び５は、前述した「時間軸相関」を利用して、データの絶対値を小さくし、データに「０」の偏りを持たせるために、差分符号化するものである。
ＤＰＣＭ演算器４により、Ｌチャンネルの入力ＰＣＭデータの隣接するサンプルデータの差分が求められる。なお、時間相関を利用することによってキャリービットが発生するため、ＤＰＣＭ演算器４の出力データは１８ビットになる。このＤＰＣＭ演算器４の出力データは、例えば、上位６ビットのグループと、中位６ビットのグループと、下位６ビットのグループとに分割されて、符号化部６Ａ、６Ｂ、６Ｃにそれぞれ供給される。
同様に、ＤＰＣＭ演算器５で、（Ｒ−Ｌ）チャンネルのデータの隣接するデータの差分が求められる。このＤＰＣＭ演算器５の出力データは、１８ビットになり、この１８ビットのデータは、例えば、上位６ビットのグループと、中位６ビットのグループと、下位６ビットのグループとに分割されて、符号化部７Ａ、７Ｂ、７Ｃにそれぞれ供給される。
つまり、ＤＰＣＭ演算器４からは、第２図に示すように、１８ビット（ｂ０〜ｂ１７）からなるＬチャンネルのデータが出力される。この１８ビットのうちの上位６ビット（ｂ１２〜ｂ１７）がグループＧＰ１として符号化部６Ａに供給され、中位６ビット（ｂ６〜ｂ１１）がグループＧＰ２として符号化部６Ｂに供給され、下位６ビット（ｂ０〜ｂ５）がグループＧＰ３として符号化部６Ｃに供給される。
ＰＣＭオーディオ信号には時間軸相関があり、ＤＰＣＭ演算器４で隣接サンプルの差分演算をしているので、ＤＰＣＭ演算器４の出力の上位ビットは殆ど「０」になる。従って、グループＧＰ１のデータは殆ど「０」である。グループＧＰ２のデータについても、「０」に近づいている。下位ビットのグループＧＰ３については、乱数になっていることが多い。
ＤＰＣＭ演算器５からは、第２図に示すように、１８ビット（ｂ０〜ｂ１７）からなる（Ｒ−Ｌ）チャンネルのデータが出力される。この１８ビットのうちの上位６ビット（ｂ１２〜ｂ１７）がグループＧＰ４として符号化部７Ａに供給され、中位６ビット（ｂ６〜ｂ１１）がグループＧＰ５として符号化部７Ｂに供給され、下位６ビット（ｂ０〜ｂ５）がグループＧＰ６として符号化部７Ｃに供給される。
ＰＣＭオーディオ信号には、ステレオ相関があるので、減算器３の出力の上位ビットは殆ど「０」になっていることが多い。更に、ＰＣＭオーディオ信号には時間軸相関があるので、ＤＰＣＭ演算器５の上位ビットは更に「０」に近づく。従って、グループＧＰ４のデータは殆ど「０」である。グループＧＰ５のデータについても、「０」に近づいている。下位ビットのグループＧＰ６については、乱数になっていることが多い。
符号化部６Ａ〜６Ｃ、符号化部７Ａ〜７Ｃは、各６ビットのデータをそれぞれ可逆符号化するものである。圧縮符号化には、例えば、ハフマン符号が用いられ、その前処理として、例えば、ＬＺ７７符号が用いられる。
第３図は、符号化部６Ａ〜６Ｃ及び符号化部７Ａ〜７Ｃの構成を示すものである。第３図において、６ビットごとに分けられた各データは、１０２４サンプルを１ブロックとして、入力端子２０からバッファメモリ２１に供給される。バッファメモリ２１は、データ保存エリア２２と、符号化データエリア２３とを有している。
データ保存エリア２２は、６ビットの１０２４サンプル分のデータを、符号化が完了するまで保存しておくためのエリアである。符号化データエリア２３は、この６ビットの１０２４サンプル分のデータを符号化していくための作業領域となるエリアである。
符号化データエリア２３に対して、ＬＺ符号化演算部２７と、ハフマン符号化演算部２８とが設けられる。ＬＺ符号化演算部２７は、ハフマン符号の前処理として、その後のハフマン符号化が効率的に行われるように、例えばＬＺ７７方式の符号化を行うものである。ハフマン符号化演算部２８は、ハフマン符号により、可変長符号化を行うものである。
ＬＺ７７方式の符号化処理では、符号化を行っているデータ列の前後のデータ列を保存するバッファが用意され、このバッファが辞書として使用されて、圧縮符号化が行われる。符号化が進むにつれて、バッファに保存されているデータ列がスライドしていくため、このバッファは、スライド辞書と呼ばれる。
ＬＺ７７方式の符号化処理においては、符号化の対象となっている位置から始まるデータ列と一致するスライド辞書中のデータ列で、最長のものが探索される。最長一致のスライド辞書中のデータ列が検索されたら、この最長一致のデータ列のスライド辞書内での開始位置と、一致した長さとが求められる。ＬＺ７７では、この「最も長く一致したスライド辞書内の位置」と、「一致した長さ」と、「次に一致しなかったデータ」が出力データとなる。
第４図は、６ビットのデータをＬＺ７７方式で符号化した場合のデータフォーマットである。第４図に示すように、ＬＺ７７方式での符号化により、６ビットづつの３つのデータ（Ｄａｔａ１、Ｄａｔａ２、Ｄａｔａ３）が出力される。
「最も長く一致したスライド辞書内の位置」は８ビットで求められる。この「最も長く一致したスライド辞書内の位置」は、一般的にデータ長が長く、値が分散しやすく、乱数になることが多い。「一致した長さ」は４ビットで求められる。この「一致した長さ」は、小さい値に偏っているため、その上位ビットは「０」になりやすい。「次に一致しなかったデータ」は、６ビットのデータそのものである。
第４図に示すように、最初の６ビットのデータ（Ｄａｔａ１）には、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」の上位６ビットが配置される。なお、一致しなかった場合には、「０」となる。
次の６ビットのデータ（Ｄａｔａ２）のうちの上位４ビットには、「一致した長さ」が配置される。この６ビットのデータ（Ｄａｔａ２）の下位２ビットには、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」のうちの下位２ビットが配置される。「一致した長さ」は小さい値に偏っているため、データ（Ｄａｔａ２）の上位ビットは「０」になりやすい。
次の６ビットのデータ（Ｄａｔａ３）には、次に一致しなかったデータが配置される。
第３図において、ＬＺ７７方式により符号化されたデータは、ハフマン符号化演算部２８で、ハフマン符号により、圧縮符号化される。
ハフマン符号は、発生確率の高い符号ほど符号長が短くなるように、可変長符号化を行うものである。ハフマン符号では、発生確率の大きさに応じて、木構造が形成され、この木構造を辿ることで、発生確率の高い符号ほど符号長が短くなるように、可変長で符号化が行われる。ＬＺ７７方式で前処理しておくことで、ハフマン符号化が効率的に行える。
ハフマン符号化演算部２８により、第５図に示すようなフォーマットで、データが出力される。即ち、第５図に示すように、１グループのデータには、元データとハフマンコードのビット長との対応表が設けられ、それから、ハフマンコードで可変長に符号化されたデータｄ０、ｄ１、ｄ２、…、ｄ１０２３が出力される。
このようにして、第３図における符号化データエリア２３には、ＬＺ符号化演算部２７、ハフマン符号化演算部２８により、可逆符号化された１０２４サンプル分の符号化データが蓄えられる。この符号化データは、符号化データエリア２３からセレクタ２５の端子２５Ｂに供給されると共に、符号量比較部２４に供給される。データ保存エリア２２に保存されていた符号化前の１０２４サンプルの符号がセレクタ２５の端子２５Ａに供給されると共に、符号量比較部２４に供給される。
符号量比較部２４で、データ保存エリア２２からの入力端子２０から入力されたデータの符号化前の符号量と、符号化データエリア２３からの符号化後の符号量とが比較される。この符号量比較部２４の比較出力がセレクト制御信号としてセレクタ２５に供給される。符号量比較部２４による比較結果が後述するブロックヘッダに含まれる符号化の有無を示す識別情報に反映される。
なお、符号化前のデータ符号量は予め分かっているので、符号化されたデータの符号量と、予め分かっている符号化前のデータの符号量とを比較するようにしても良い。
符号量比較部２４による比較の結果、符号化後の符号量が符号化前の符号量より小さくなる場合には、セレクト制御信号によってセレクタ２５が端子２５Ｂ側に設定される。ＬＺ７７方式による符号とハフマン符号で可逆符号化されたデータが、符号化データエリア２３から読み出され、セレクタ２５を介して、出力端子２６から出力される。
符号量比較部２４による比較の結果、符号化前の符号量が符号化後の符号量より小さい場合には、セレクト制御信号によってセレクタ２５が端子２５Ａ側に設定される。データ保存エリア２２からの符号化前のデータがセレクタ２５を介して出力端子２６から出力される。
以上の説明のように、符号化部６Ａ〜６Ｃ及び７Ａ〜７Ｃで、６ビットごとのグループに分割されたＤＰＣＭ演算器４及び５の各出力が可逆符号により圧縮符号化される。このうち、上位ビットのグループＧＰ１及びＧＰ２、ＧＰ４及びＧＰ５については、殆ど「０」のデータなので、強力に圧縮がかかっている可能性が高い。下位ビットのグループＧＰ３及びＧＰ６のデータについては、乱数なので、圧縮があまり強くかからない可能性が高いが、圧縮後の符号量が圧縮前の符号量より大きい場合には、符号化処理前のデータ、即ち元のデータが出力されるため、符号化処理によってかえって符号量が大きくなるということはない。
符号化部６Ａ〜６Ｃ及び符号化部７Ａ〜７Ｃの出力データは、データ配列部８に供給される。データ配列部８は、１ブロックごとに、符号化部６〜６Ｃ及び符号化部７Ａ〜７Ｃで可逆符号化された各グループＧＰ１〜ＧＰ３及びＧＰ４〜ＧＰ６のデータを所定のフォーマットで配置して出力するものである。
第６図は、データ配列部８から出力されるデータのフォーマットの一例である。第６図において、データの先頭には、ブロックヘッダが設けられる。このブロックヘッダには、各グループのデータの長さ、符号化の有無等を示す識別情報が配置される。
ブロックヘッダの次に、そのブロックの最初のサンプルのデータが配列される。これは、ＤＰＣＭ符号化の際の初期値となるものである。最初のサンプルデータの次に、グループＧＰ１〜ＧＰ６の各符号化データが順に配置される。
なお、前述のように、上位ビットのグループであるグループＧＰ１及びＧＰ２、グループＧＰ４及びＧＰ５については、強力に圧縮がかかる可能性が高い。グループＧＰ３とＧＰ６のデータについては、可逆符号化を行うことにより、かえって符号量が大きくなり場合があり、この場合には、元のデータが出力されることになる。各グループＧＰ１〜ＧＰ６のデータが可逆符号により符号化されているか否かは、ヘッダの符号化の有無を示す識別情報から分かる。
第１図において、データ配列部８により、各グループごとの符号化データが第６図に示したように配列される。このデータ配列部８の出力データが出力端子９から出力される。出力端子９から、１ブロック（１０２４サンプル）の可逆符号化されたＰＣＭオーディオ信号が得られる。
なお、上述の例では、ＤＰＣＭ演算器４及び５の出力を、（６ビット＋６ビット＋６ビット）の３つに分けてグループ化しているが、これに限るものではない。例えば、（１０ビット＋８ビット）に分けてグループ化するようにしても良い。
上述の例では、符号化部でＬＺ７７方式の符号で前処理をして、ハフマン符号化しているが、これに限定されるものではない。例えば、動的ハフマンや算術符号化、ＬＺ７８やＬＺＳＳ、ＬＺＷ等を用いても良い。
この例では、ハフマン符号化の前に、ＬＺ符号で前処理をしているが、前処理せずに、直接ハフマン符号化するようにしても良い。
この例では、ＬＺ符号後のデータの上位ビットがなるべく「０」になるように、データを配置したが、例えば、データを符号反転又はビット反転し、上位ビットがなるべく「１」になるようにしても良い。
第７図Ａ及び第７図Ｂは、ＬＺ７７方式の符号の代わりに、ＬＺＳＳ符号を使った場合のフォーマット例である。ＬＺ７７方式の符号化処理では、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」と、「一致した長さ」と、「次に一致しなかったデータ」の３つを要素として出力している。しかしながら、このＬＺ７７方式の符号化処理では、圧縮を行っていないデータを符号列中に含ませることになり、冗長である。ＬＺＳＳ符号を用いることによってＬＺ７７方式による符号化で生じる冗長性を取り除いたものである。
ＬＺＳＳ符号では、スライド辞書中のデータ列で、例えば、３つ以上の最長一致の記号が探索された場合と、探索されなかった場合とで、データフォーマットを分けるようにしている。探索された場合と探索されない場合とをフラグを使って区別できるようにしている。
ＬＺＳＳ符号では、スライド辞書中のデータ列で、符号化の対象となる位置から始まるデータ列と一致するスライド辞書中で最長となる例えば３つ以上のデータ列が探索され、最長一致のデータ列が探索されたら、例えば、フラグが「１」とされ、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」と、「一致した長さ」とが出力される。最長一致のデータ列が探索されないときには、例えばフラグが「０」とされ、一致しなかったデータ列が配置される。
第７図Ａは、最長一致のデータ列が探索された場合のデータフォーマットを示している。最長一致のデータ列が探索された場合には、最初の７ビットのデータ（Ｄａｔａ１）のフラグが「１」とされる。次に、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」の上位６ビットが配置される。
次の７ビットのデータ（Ｄａｔａ２）の先頭には、フラグとして「０」が配置される。この７ビットのデータ（Ｄａｔａ２）の次の４ビットには、「一致した長さ」が配置される。「一致した長さ」は小さい値に偏っているため、データ（Ｄａｔａ２）の上位ビットは「０」になりやすい。データ（Ｄａｔａ２）のフラグは、特に、意味を持たないが、一致した長さの上位ビットは「０」に近くなることから、常に「０」として、「０」への偏りを持たせている。下位２ビットには、「最も長く一致したスライド辞書内の位置」の下位２ビットが配置される。
第７図Ｂは、最長一致系列がスライド辞書内で探索されなかった場合を示している。最長一致の記号が探索されなかった場合には、第７図Ｂに示すように、フラグが「０」とされる。次の６ビットには、一致しなかったデータが書かれる。
このように、この発明が適用された可逆符号化回路では、「ステレオ相関」と「」時間軸相関」を使ってデータに偏りを持たせることで、効率的に可逆圧縮が行われる。
このような可逆符号の復号化処理は、上述の符号化処理と反対の処理を行えば良い。即ち、復号化手順は、以下のようになる。
（１）符号化データを所定の順序で分配し、各グループごとの符号化データを分離する。
（２）各グループについて、ハフマン符号の復号化と、ＬＺ７７方式の符号の復号化を行う。なお、符号化によりかえって符号量が大きくなるため、データが符号化されていない場合には、これらの処理は行わない。
（３）両チャンネルをそれぞれについてＤＰＣＭの復号化を行う。
（４）Ｒチャンネルのデータを、（Ｒ−Ｌ）チャンネルにＬチャンネルを加算し、Ｒチャンネルのデータを得る。
（５）復号化されたＬチャンネル及びＲチャンネルのデータを出力する。
第８図は、復号化回路の構成を示すものである。この復号化回路は、各グループごとのデータに分配するデータ分配部５２と、各グループについて、ハフマン復号化とＬＺ７７方式の符号の復号化を行う復号化部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ及び５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃと、両チャンネルのそれぞれについてＤＰＣＭ復号化を行うＤＰＣＭ復号器５５及び５６と、（Ｒ−Ｌ）チャンネルの信号とＬチャンネルの信号とを加算してＲチャンネルの信号を生成する加算器５７とを備えている。
第８図において、入力端子５１に、第１図に示したような符号化回路で可逆符号化され、第６図に示したようなフォーマットで送られてくる符号化データが供給される。この符号化データ、即ちデータ配列部８からの出力データには、第６図に示したように、各グループＧＰ１〜ＧＰ３及びＧＰ４〜ＧＰ６の符号化データが配列されている。
入力端子５１からのデータがデータ分配部５２に供給される。データ分配部５２で、この符号化データから、各グループＧＰ１〜ＧＰ３及びＧＰ４〜ＧＰ６の符号化データが分離される。
グループＧＰ１、ＧＰ２、ＧＰ３の符号化データは、復号化部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃにそれぞれ供給される。グループＧＰ４、ＧＰ５、ＧＰ６の符号化データは、復号化部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃにそれぞれ供給される。
復号化部５３Ａ〜５３Ｂ、５４Ａ〜５４Ｃは、ハフマン符号の復号化と、ＬＺ７７方式による符号の復号化を行うものである。復号化部５３Ａ〜５３Ｂにより、ＬチャンネルのＤＰＣＭデータの上位６ビット、中位６ビット、下位６ビットが復号される。復号化部５４Ａ〜５４Ｃにより、（Ｒ−Ｌ）チャンネルのＰＣＭデータの上位６ビット、中位６ビット、下位６ビットが復号される。
なお、前述したように、符号化時に、符号化によりかえって符号量が多くなる場合には、符号化が行われていない。符号化が行われているか否かは、ブロックヘッダの符号化の有無を示す識別情報により判別することができる。復号化部５３Ａ〜５３Ｂ、５４Ａ〜５４Ｃは、識別情報によって符号化が行われていないと判別された場合には、復号化の処理を行わない。
復号化部５３Ａの出力データ、復号化部５３Ｂの出力データ、及び復号化部５３Ｃの出力データからなるデータは、ＤＰＣＭ復号器５５に供給される。ＤＰＣＭ復号器５５により、隣接するサンプルデータの差分が加算され、ＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が復号される。このＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が出力端子５８から出力されると共に、加算器５７に供給される。
復号化部５４Ａの出力データ、復号化部５４Ｂの出力データ、及び復号化部５４Ｃの出力データからなるデータは、ＤＰＣＭ復号器５６に供給される。ＤＰＣＭ復号器５６により、隣接するサンプルデータの差分が加算され、（Ｒ−Ｌ）チャンネルのＰＣＭオーディオ信号が復号される。この（Ｒ−Ｌ）チャンネルのＰＣＭオーディオ信号が加算器５７に供給される。
加算器５７で、ＤＰＣＭ復号器５５で復号されたＬチャンネルのＰＣＭオーディオ信号と、ＤＰＣＭ復号器５６で復号された（Ｒ−Ｌ）チャンネルのＰＣＭオーディオ信号とが加算される。これにより、ＲチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が生成され、このＲチャンネルのＰＣＭオーディオ信号が出力端子５９から出力される。
このように、第８図に示す復号化回路は、上述した第１図に示す符号化回路と反対の処理を行う回路により実現できる。「ステレオ相関」や「時間軸相関」は、単純な演算器で符号化及び復号化処理がき、ハフマン符号の符号化及び復号化も簡単に行えるため、符号化処理も復号化処理も、共に高速処理が可能である。
上述の可逆符号化回路及びその復号化回路は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ形式で、ＣＤ−ＤＡと同等な長さの音楽データを記録するのに用いることができる。
第９図は、この発明が適用できる光学式記録再生装置の概略を示すブロック図である。第９図において、符号１０１は光ディスクである。光ディスク１０１は、ＣＤ−ＤＡディスクやＣＤ−ＲＯＭディスク、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ディスク、ＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）ディスクと呼ばれるような、その直径が１２０ｍｍとされており、その中央に孔を有している光ディスクである。なお、光ディスク１０１としては、直径８０ｍｍの、所謂ＣＤシングルと称されるものもある。
光ディスク１０１には、ＣＤ−ＤＡディスクやＣＤ−ＲＯＭディスクのような再生専用のものと、ＣＤ−Ｒディスクのような追記可能なものと、ＣＤ−ＲＷディスクのような再記録可能なものがある。再生専用のディスクでは、記録層としてアルミニウムが用いられている。再生専用のディスクの場合には、通常、スタンパを用いてディスク基板が形成され、形成された基板にアルミニウムによる記録層としての反射膜を形成することによって生産されている。再生専用のディスクには、音楽データや各種のデータが予め記録されている。
追記可能なディスクとしてのＣＤ−Ｒディスクは、記録層にフタロシアニンやシアニン等の有機色素が用いられる。ＣＤ−Ｒでは、書き込み時に、レーザ光でディスク上の有機色素が昇温される。これにより、有機色相が熱変形されることによってデータが記録される。
再記録可能なディスクとしてのＣＤ−ＲＷディスクは、記録層に相変化材料が用いられる。相変化材料は、例えば、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ（銀−インジウム−アンチモン−テルル）の合金が用いられる。このような相変化材料は、結晶相とアモルファス相（非結晶）の相を持つ。光ビームとしてのレーザ光の強度が強いときは、相変化記録膜が融点以上に昇温された後に急速に冷却され、相変化材料からなる記録膜はアモルファス状態となる。光ビームとしてのレーザ光の強度が比較的弱いときは、相変化材料となる記録膜は結晶化温度付近まで昇温された後、徐々に冷却され、結晶状態となる。レーザ光を記録するデータに基づいてパルス状に発光させ、記録層に照射することによって記録層に部分的に結晶状態からアモルファス状態に変化させることによってデータが記録される。
音楽用のＣＤ−ＤＡディスクでは、１サンプルあるいは１ワードが１６ビットで、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされる。このサンプリングされたデータは、１サンプルあるいは１ワードの１６ビットが上位８ビットと下位８ビットに分割されてそれぞれシンボルとされ、このシンボル単位で誤り訂正符号化処理やインターリーブ処理が施される。オーディオデータは２４シンボルごとに１つのフレームにまとめられる。１フレームは、ステレオ左右チャンネルの各６サンプル分に相当する。９８フレームが１ブロックとされ、このブロックを単位としてアクセスが行われる。従って、１ブロックのデータ容量は、第１０図Ａに示すように、（２４×９８＝２３５２バイト）となる。
これに対して、ＣＤ−ＲＯＭ形式でデータを記録する場合には、更に、エラー訂正能力を高めるために、第１０図Ｂに示すように、１ブロックに２８８バイトからなる補助データが設けられる。更に、１ブロックの先頭には、１２バイトのシンクと、４バイトのヘッダが設けられる。従って、１ブロックのユーザデータの容量は２０４８バイトとなる。
この発明に係わる例では、可逆符号化を用いることで、光ディスク１０１に、ＣＤ−ＲＯＭ形式でＣＤ−ＤＡと同等の時間の音楽データを、実時間で記録再生することができる。
第９図において、光ディスク１０１は、ターンテーブル１０２に装着されてスピンドルモータ１０４によって一定線速度（ＣＬＶ）あるいは一定角速度（ＣＡＶ）で回転駆動をされる。ターンテーブル１０２はスピンドルモータ１０４の回転軸の先端側に取り付けられており、スピンドルモータ１０４が回転することによってターンテーブル１０２が回転し、光ディスク１０１が回転する。
光学ピックアップ１０３は、光ディスク１０１の記録層に半導体レーザ素子の光ビームとしてのレーザ光を図示しない対物レンズによって集光しつつ、光ディスク１０１上に同心円状あるいはスパイラル状に形成されたトラックをトレースする。図示しない対物レンズは、アクチュエータによって、フォーカス方向及びトラッキング方向に移動可能なように支持されている。また光学ピックアップ１０３全体は、スレッドモータ１３６を駆動源とする図示しないスレッド機構により、ディスクの半径方向に移動される。その結果、光ディスク１０１は光学ピックアップ１０３から照射されるレーザ光によって記録領域の最内周位置から最外周位置にわたって走査される。
光学ピックアップ１０３には、対物レンズ、アクチュエータの他に、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を対物レンズに導き、光ディスク１０１によって反射されたレーザ光と分離する光学系と、光学系によって分離された光ディスク１０１からの反射光を受光するフォトディテクタを有している。
即ち、半導体レーザ素子から出射された発散光としてのレーザ光は、光学系を構成するコリメータレンズで平行なレーザ光にされた後、光学系を構成するビームスプリッタに入射され、ビームスプリッタを透過したレーザ光は、対物レンズにより記録層上に集光されて光スポットとして光ディスク１０１に照射される。光ディスク１０１で反射されたレーザ光は、対物レンズを通過後、再びビームスプリッタに入射され、ビームスプリッタで反射されたレーザ光は、集光レンズにより、フォトディテクタ上に結像される。フォトディテクタにおいて受光光量に応じた受光電流への光電変換が行われる。
このフォトディテクタからの受光電流は、光学ピックアップ１０３からの出力信号としてＲＦアンプ１０５に供給される。ＲＦアンプ１０５は、電流−電圧変換回路、増幅回路、マトリックス回路（ＲＦマトリックスアンプ）等を備え、光学ピックアップ１０３からの出力信号に基づいて種々の信号を生成する。ＲＦアンプ１０５で、例えば、再生信号であるＲＦ信号、サーボ制御のためのフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成される。
サーボ制御回路１３１は、ＲＦアンプ１０５のフォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号、及びシステムコントローラ１３２からの動作指令に基づき、フォーカス、トラッキング、スレッド、スピンドルの各種サーボ信号又はドライブ信号を生成し、アクチュエータの駆動回路１３３、スレッド制御回路１３４、スピンドル制御回路１３５へと出力する。
スレッド制御回路１３４は、スレッドドライブ信号に応じてスレッドモータ１３６を駆動する。スレッドモータ１３６は、光学ピックアップ１０３全体を光ディスク１０１の半径方向に移動させるためのものであり、スレッド制御回路１３４がスレッドドライブ信号に応じてスレッドモータ１３６を駆動することで、光学ピックアップ１０３の光ディスク１０１の半径方向へ適正な移動が行われる。
光ディスク１０１に、データを記録する場合には、インターフェース１１０を介して、外部の機器からデータが供給される。例えば、光ディスク１０１に音楽データを記録する場合には、インターフェース１１０を介して、例えば、周波数４４．１ｋＨｚでサンプリングされ、１６ビットで量子化されたステレオ音楽ＰＣＭオーディオ信号が供給される。この例では、このような音楽データを第１０図Ｂで示すようなＣＤ−ＲＯＭ形式で記録するものとする。
インターフェース１１０を介して入力されたＰＣＭオーディオ信号は、データ圧縮回路１１１に供給される。データ圧縮回路１１１は、ＣＤ−ＲＯＭ形式でＣＤ−ＤＡと同等の記録時間を確保できるように、ＰＣＭオーディオ信号を可逆圧縮するものである。このデータ圧縮回路１１１としては、第１図に示した符号化回路を用いる。
データ圧縮回路１１１により、ＰＣＭオーディオ信号が可逆符号により圧縮符号化される。データ圧縮回路１１１の出力データがＣＤ−ＲＯＭエンコーダ１１２に供給される。ＣＤ−ＲＯＭエンコーダ１１２は、１ブロックのデータにシンクとヘッダとを付加すると共に、エラー訂正処理のための補助データを付加して、第１０図Ｂに示すＣＤ−ＲＯＭ形式のデータとするものである。
ＣＤ−ＲＯＭエンコーダ１１２の出力データがエラー訂正符号化回路１１３に供給される。エラー訂正符号化回路１１３は、ＣＩＲＣ（Ｃｒｏｓｓ  Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ  Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）によるエラー訂正符号化処理を行うものである。
エラー訂正符号化回路１１３の出力データが変調回路１１４に供給され、例えばＥＦＭ（８  ｔｏ  １４  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調される。変調回路１１４の出力データがレーザ駆動回路１１５に供給される。レーザ駆動回路１１５により、レーザ発光用波形の変調が行われ、所要の記録レベルと消去レベルとを組み合わせた半導体レーザ素子の駆動信号が生成される。この半導体レーザ素子の駆動信号に基づいて、光学ピックアップ１０３からのレーザ光のビーム強度が変調される。これにより、光ディスク１０１上にデータが記録される。
光ディスク１０１に記録されるデータを再生する場合には、光ディスク１０１のデータが光学ピックアップ１０３で読み出され、この光学ピックアップ１０３の出力信号がＲＦアンプ１０５に供給される。ＲＦアンプ１０５で生成されたＲＦ信号は、イコライザで波形等価が行われ、所定のスライスレベルにより二値化され、復調回路１２０によりＥＦＭ復調される。
復調回路１２０の出力データがエラー訂正処理回路１２１に供給される。エラー訂正処理回路１２１は、例えば、ＣＩＲＣによるエラー検出、エラー訂正処理を行うものである。エラー訂正処理回路１２１の出力データがＣＤ−ＲＯＭデコーダ１２２に供給される。ＣＤ−ＲＯＭデコーダ１２２で、更に、エラー訂正処理が行われ、光ディスク１０１に記録されたデータが再生される。
上述のように、光ディスク１０１には可逆符号化されたステレオＰＣＭオーディオ信号が記録されているので、ＣＤ−ＲＯＭデコーダ１２２からは、可逆符号化されたステレオＰＣＭオーディオ信号が出力される。
ＣＤ−ＲＯＭデコーダ１２２の出力がデータ伸張回路１２３に供給される。データ伸張回路１２３は、記録系のデータ圧縮回路１１１と対応する処理を行うものである。このデータ伸張回路１２３は、例えば、第８図に示した復号化回路で構成されている。このデータ伸張回路１２３により、可逆符号の復号化処理が行われ、ステレオＰＣＭオーディオ信号が復号化される。なお、可逆圧縮であるから、圧縮前のデータが完全に再現できる。
データ伸張回路１２３で復号化されたステレオＰＣＭオーディオ信号は、インターフェース１１０を介して、外部機器に出力される。
このように、この発明が適用された可逆符号を使うと、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ形式で音楽データを記録する場合に、ＣＤ−ＤＡディスクと同等の記録時間を実現できる。可逆符号によって圧縮されているので、音質の劣化は生じることがない。
なお、上述の例では、光ディスクとしては、ＣＤを基本としたものを上げているが、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ又はＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ）や、ＤＶＤを基本とした、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等を用いるようにしても良い。ＣＤと同様な形状で記録容量を高めた倍密度ＣＤや、通常のＣＤプレーヤとパーソナルコンピュータとの双方との親和性が高められる光ディスク等、様々な光ディスクの開発が進められており、この発明は、これらに適用することもできる。
勿論、この発明が適用された可逆符号化方式は、ＣＤ−ＲＯＭ形式でＰＣＭオーディオ信号を記録する場合ばかりでなく、音楽データをネットを介して転送したり、音楽データを磁気ディスクや光磁気ディスク等の記録媒体に記録する場合にも、同様に適用することができる。
この発明によれば、「ステレオ相関」と「時間軸相関」を用いることにより、データの上位ビットを「０」のデータに偏らせて、可逆符号化を行っている。そして、「０」のデータに偏りやすい上位ビットのデータのグループと、乱数になりやすい下位ビットのデータのグループとに分けて、可逆符号化を行っている。
可逆符号化には、ハフマン符号が使われ、その前処理として、ＬＺ符号が用いられる。
可逆符号は、データの偏りを利用して圧縮を行っているので、このようにすると、「０」のデータに偏りやすい上位ビットのデータのグループについては、効率よく圧縮を行うことができる。また、ＬＺ符号化を行う際に、発生確率の高い「０」がデータの先頭に来るようにすることで、圧縮の効率が上げられる。
下位ビットについては、乱数になるため、圧縮率は小さくなるが、符号化を行う際に、圧縮前の符号量と圧縮後の符号量とを比較し、符号量が小さくなるほうを出力させているので、符号化により、かえって符号量が大きくなるということはない。
また、「ステレオ相関」や「時間軸相関」は、単純な演算器で構成でき、また、ハフマン符号化も、簡単に行えるため、符号化処理も復号化処理も、共に高速処理が可能である。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係わる符号化装置及び方法、並びに、その復号化装置及び方法は、音楽データのようなＰＣＭオーディオ信号を可逆符号化により圧縮するのに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明が適用された可逆符号の符号化回路の一例のブロック図であり、第２図はこの発明が適用された可逆符号の符号化回路の一例の説明に用いる略線図であり、第３図はこの発明が適用された可逆符号の符号化回路における符号化部の一例のブロック図であり、第４図はＬＺ７７を用いた場合の符号化部の説明に用いる略線図であり、第５図はこの発明が適用された可逆符号の符号化回路における符号化部の説明に用いる略線図であり、第６図はこの発明が適用された可逆符号の符号化回路におけるデータ配列部の説明に用いる略線図であり、第７図Ａ及び第７図ＢはＬＺＳＳを用いた場合の符号化部の説明に用いる略線図であり、第８図はこの発明が適用された可逆符号の復号化回路の一例のブロック図であり、第９図はこの発明が適用できる光ディスク記録再生装置の一例のブロック図であり、第１０図Ａ及び第１０図Ｂは光ディスクの記録フォーマットの説明に用いる略線図である。
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【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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