(57)【要約】【課題】符号化されるべきデジタルデータが符号化器による圧縮効果が低いデータである場合にも，効果的な圧縮符号化が可能なデジタルデータ圧縮符号化装置を提供すること。【解決手段】入力されるデジタルデータを符号化する符号化器２と，前記デジタルデータと前記符号化器２により符号化された符号化データとが入力され，両者のビット長を比較し，その比較結果に基づいて，前記デジタルデータ及び前記符号化データのいずれかを選択する比較器３と，前記比較器３により選択された選択データに，該選択データを特定する特定情報を付与する符号化情報付与器４と，前記符号化情報付与器４により前記特定情報の付与された前記選択データを所定のフォーマットに基づいて出力するデータ出力手段と，を具備してなることを特徴とするデジタルデータ圧縮符号化装置として構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるデジタルデータを符号化する符号化手段と，
前記デジタルデータと前記符号化手段により符号化された符号化データとが入力され，両者のビット長を比較するビット長比較手段と，
前記ビット長比較手段による比較結果に基づいて，前記デジタルデータ及び前記符号化データのいずれかを選択するデータ選択手段と，
前記データ選択手段により選択された選択データに，該選択データを特定する特定情報を付与する特定情報付与手段と，
前記特定情報付与手段により前記特定情報の付与された前記選択データを所定の形式に基づいてパッキングした後に出力するデータ出力手段と，
を具備してなることを特徴とするデジタルデータ圧縮符号化装置。
【請求項２】
入力されるデジタルデータの過去のデータから現在のデータを予測する予測手段を更に具備し，
前記符号化手段が，前記予測手段による予測値と入力される前記デジタルデータと間の残差信号に基づいて，前記デジタルデータを符号化するものである請求項１に記載のデジタルデータ圧縮符号化装置。
【請求項３】
入力されるデジタルデータを符号化する符号化工程と，
前記デジタルデータと，前記符号化工程により符号化された符号化データとのビット長を比較するビット長比較工程と，
前記ビット長比較工程による比較結果に基づいて，前記デジタルデータ及び前記符号化データのいずれかを選択するデータ選択工程と，
前記データ選択工程により選択された選択データに，該選択データを特定する特定情報を付与する特定情報付与工程と，
前記特定情報付与工程により前記特定情報の付与された前記選択データを所定の形式に基づいてパッキングした後に出力するデータ出力工程と，
を具備してなることを特徴とするデジタルデータ圧縮符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，入力されるデジタルデータを符号化する符号化手段を具備し，前記デジタルデータを符号化した後に出力するデータ圧縮符号化装置に係り，詳しくは，前記符号化手段により符号化される前記デジタルデータの符号化前後のビット長を比較し，その比較結果に応じて出力するデータを選択することで，圧縮効率を向上させ得るものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，音声信号等のデジタルデータ（以下単にデジタルデータという）の冗長性を利用して符号化することでデータ量を圧縮し，前記デジタルデータの記録／再生，或いは送受信に関する効率を向上させる技術が数多く開発されている。
これらの技術は，大別すると非可逆符号化と可逆符号化に分けることが可能である。
前者は，ＭＰ３やＡＡＣ方式に代表されるようにデータの圧縮符号化による聴覚的劣化を伴うものの，比較的高い圧縮率（１／１０以下程度でも聴覚上大きな問題がない）の符号化が可能なものである。
一方，後者は，ロスレス符号化とも呼ばれ，圧縮符号化される前のデータが完全に復元可能であるため聴覚的劣化はないが，比較的低い圧縮率（符号化される音声データによるが，概ね１／２程度）の符号化しかできないものである。
そのため，特にメモリ容量に制限のある携帯端末等を用いて前記音声信号を記録，再生するといった使用状況では，その圧縮率の優位性から，非可逆符号化が利用されることが多い。
しかしながら，圧縮前の信号と全く同一の信号が得られるロスレス符号化に対するニーズは強く，その技術的課題となっている圧縮率を向上させる技術の開発が望まれている。
そこで，ロスレス符号化における圧縮率を向上する技術としては，特性の異なる複数の予測器により入力されたデジタルデータを予測し，その予測結果に基づいてそれら複数の予測器のうち一つを選択（つまりは，残差信号を最小とする予測器を選択）し，その選択された予測器からの出力信号（即ち，残差信号）と該予測器（即ち，予測係数）を特定する信号と符号化器により符号化した後に出力するよう構成されたデジタルデータ圧縮符号化装置がある（例えば，特許文献１参照。）。
このような構成によれば，複数の予測器のうち，デジタルデータに応じて最適な（即ち，残差信号を最小とし得る）予測器が選択されるため，デジタルデータを予測する予測精度を向上させることが可能となり，ひいては，符号化後の圧縮率の向上に寄与し得る。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７５２９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来公知のデジタルデータ圧縮符号化装置によれば，単一の予測器により予測する構成に較べ，予測精度を向上させ得るものの，いかなるデジタルデータに対しても高い予測精度を発揮することは現実的には不可能であり，デジタルデータによっては前記予測器による予測精度が低下し，大きな値を持つ残差信号の出現頻度が高くなる場合が考え得る。
そのような具体例を，図４及び図５を用いて説明する。
ここに，図４は，従来構成のデジタルデータ圧縮符号装置を模式的に示すブロック図であり，複数の予測器のうち，最適な（即ち，残差信号を最小とし得る）予測器のみを代表して示した図である。
同図，及び上述説明したように，従来公知のデジタルデータ圧縮符号装置Ｂは，入力されるデジタルデータの過去のデータから現在のデジタルデータの予測値を予測する予測器１と，該予測器１による予測値と前記デジタルデータとの間の差（残差信号）を符号化する符号化器２と，前記符号化器２より符号化されたフレーム毎の符号化データを所定の形式に基づいてパッキングした後に出力するビットストリーム生成部５を具備して概略構成される。
このような構成の前記デジタルデータ圧縮符号装置Ｂは，前記予測器１による予測精度が十分に高く，前記残差信号が０近傍に集まって（偏って）おり，その偏りを利用したエントロピー符号化を実施することで圧縮効率の向上を図るものである。具体的には，前記符号化器２において，０近傍の残差信号に対して短いビット長の符号を割当て，その振幅が大きくなるに伴ってビット長の長い符号を割り当てることで圧縮効率の高い符号化を実現している。
しかしながら，上述したように，入力されるデジタルデータによっては，前記予測器１による予測精度が低下し，前記残差信号が０近傍に集中しない場合も考え得る。
その場合には，前記符号化器２におけるエントロピー符号化による圧縮効果が減少するばかりでなく，逆に符号化後のデジタルデータが入力されたデジタルデータのビット長を上回る状況が生じ得る。
そのような不都合な状況を，あるデジタルデータに対する前記残差信号を示す図５を用いて説明する。ここに，図５は，縦軸が残差の数値（大きさ）であり，横軸がデータの番号（図中には［０］，［１］，，［１１］の１２個のサンプリングデータを示す）である。
ここでは，先ず，前記符号化器２に入力される前記残差信号，つまりは符号化される前のビット長について考える。同図に示す場合，前記残差信号の数値（振幅）は３から−３までの整数値であるため，夫々４ｂｉｔで表すことが可能である（「３」：０１０１〜「０」：００００〜「−３」：１００１」）。その結果，符号化前の前記残差信号のビット長は，１２（データ数）×４（各データのビット長）＝４８ｂｉｔとなる。
そして，次に，その残差信号が前記符号化器２により符号化された後のビット長について考える。尚，前記符号化器２において適用される符号方式はＧｏｌｏｍｂ−Ｒｉｃｅ符号化とした。
この場合，元々４ｂｉｔで表していた０番のデータ「０」は右軸の数値「１」の１ｂｉｔで表すことができる。同様に，４ｂｉｔで表していた１番のデータ「１」は右軸の数値「００１」の３ｂｉｔで表すことができる。ここまでのデータは，０近傍に集まっていたため圧縮可能であるが，２番以降のデータは「３」或いは「−３」と大きな値であるため，夫々「００００００１」「０００００１」の７ｂｉｔと６ｂｉｔで表すこととならざるを得ない。
その結果，符号化後の前記残差信号のビット長は，１ｂｉｔ（０番データ）×１＋３ｂｉｔ（１番データ）×１＋６ｂｉｔ（２，４，６，８，１０番データ）×５＋１ｂｉｔ（３，５，７，９，１１番データ）×５＝５６ｂｉｔとなり，上述した符号化前のビット長（４８ｂｉｔ）よりも大きくなってしまう。
このように，従来公知の構成の如く，前記符号化器２により符号化されたデータ（残差信号）が常に最終的な出力信号（符号化データ）として選択される従来構成では，前記符号化器２により符号化されるデータ（残差信号）が大きな値を持った場合等，該符号化器２の符号化による圧縮効果が低い場合には，元のデータよりも大きいビット長を有する符号化データが出力されるという不都合な状況が生じ得る。
そこで，本発明は，前記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，符号化されるデジタルデータが，予測困難であって残差信号の大きいデジタルデータである場合等，前記符号化器による圧縮効果が低い場合にも，当該装置におけるデジタルデータの圧縮率を低下させることのないデジタルデータ圧縮符号化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は，入力されるデジタルデータを符号化する符号化手段と，前記デジタルデータと，前記符号化手段により符号化された符号化データとが入力され，両者のビット長を比較するビット長比較手段と，前記ビット長比較手段による比較結果に基づいて，前記デジタルデータ及び前記符号化データのいずれかを選択するデータ選択手段と，前記データ選択手段により選択された選択データに，該選択データを特定する特定情報を付与する特定情報付与手段と，前記特定情報付与手段により前記特定情報の付与された前記選択データを所定の形式に基づいて出力するデータ出力手段と，を具備してなることを特徴とするデジタルデータ圧縮符号化装置として構成される。
このように構成することによって，入力されるデジタルデータが前記符号化手段による圧縮効果の高低に応じて最終的に出力されるデータが選択されるため，入力されるデジタルデータに拘わらず，入力されたデジタルデータよりも符号化後の符号化データのビット長が大きくなるという不都合を回避することができる。
【０００６】
ここで，前記符号化手段の一例としては，入力されるデジタルデータの過去のデータから現在のデータを予測する予測手段を含んでなり，前記予測手段による予測値と入力される前記デジタルデータと間の残差信号に基づいて符号化するものである形態が考えられる。
ここで，入力されるデジタルデータの残差信号に基づいて符号化する利点は，エントロピーを小さく出来ることにある。つまり，前記予測手段を好適に設定することで，算出される残差信号の分布を０近傍に集中させることが可能となり，その偏りを利用して符号化することで圧縮率を向上させ得る。例えば，このような０近傍に集中した信号（この場合には残差信号）を効果的に符号化する手法としては，例えば，Ｇｏｌｏｍｂ−Ｒｉｃｅ符号化，Ｈｕｆｆｍａｎ符号化，或いはレンジコーダ等が知られている。
【０００７】
尚，符号化後の符号化データを選択する方法に特徴点を有するデジタルデータ圧縮符号化方法と捉えることで，本発明は，入力されるデジタルデータを符号化する符号化工程と，前記デジタルデータと，前記符号化工程により符号化された符号化データとのビット長を比較するビット長比較工程と，前記ビット長比較工程による比較結果に基づいて，前記デジタルデータ及び前記符号化データのいずれかを選択するデータ選択工程と，前記データ選択工程により選択された選択データに，該選択データを特定する特定情報を付与する特定情報付与工程と，前記特定情報付与工程により前記特定情報の付与された前記選択データを所定の形式に基づいてパッキングした後に出力するデータ出力工程と，を具備してなることを特徴とするデジタルデータ圧縮符号化方法と考えることが可能である。
尚，その作用効果については，前述したデジタルデータ圧縮符号化装置と同様であるため，ここでは省略する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図，図２は本発明の実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置により生成されたビットストリームの構成を模式的に示す図，図３はデジタルデータの一例を示す図，図４は従来公知のデジタルデータ圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図，図５は残差信号の一例を示す図である。
【０００９】
本発明の実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置は図１に示す如く具現化される。
同図に示す如く，本実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置Ａは，予測器１（予測手段の一例に該当），符号化器２（符号化手段の一例に該当），比較器３（ビット長比較手段及びデータ選択手段の一例に該当），符号化情報付加器４（特定情報付与手段の一例に該当），ビットストリーム生成部５（データ出力部の一例に該当）を具備して概略構成される。
ここで，前記予測器１は，入力されるデジタルデータの過去のデータに基づいて，該デジタルデータの現在のデータ（予測値）を予測するものであり，本実施形態では，２階差分方式が適用される。無論，予測方法はこれに限定されるものではなく，線形予測方式その他の予測方法を用いることも可能である。
ここで，２階差分方式とは，現在の値ｘ［ｔ］と，直前の２値ｘ［ｔ−１］，ｘ［ｔ−２］との差分ｄ２［ｔ］を下式１及び２の如く算出し，算出されたｄ２［ｔ］をｘ［ｔ］に対する予測値との残差信号として使用する予測方式である。このため，該予測器１において，下式２で算出されるｄ２［ｔ］が，残差信号として前記符号化器２に出力される。
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尚，このように残差信号（２階差分値）を求め，この残差信号に基づいてデジタルデータを符号化する利点は，エントロピー（信号における振幅ｋ［ｉ］の出現確率をｐ［ｉ］とした場合，ｐ［ｉ］×ｌｏｇ（１／ｐ［ｉ］）の合計）を小さくできることにある。これにより，後述するように，前記符号化器２によりエントロピー符号化を実施することでデジタルデータの圧縮効率を向上させ得る。
次に，前記予測器１において算出された残差信号が入力される前記符号化器２は，該残差信号を所定の符号化方式に則って符号化するものであり，本実施形態では，Ｇｏｌｏｍｂ−Ｒｉｃｅ符号化が適用される。無論，符号化方法はこれに限定されるものではなく，Ｈｕｆｆｍａｎ符号化，或いはレンジコーダその他の符号化方式を用いることも可能である。
ここで，Ｇｏｌｏｍｂ−Ｒｉｃｅ符号化とは，前記残差信号の分布の偏りを利用して符号化するエントロピー符号化の一例であって，０近傍の残差信号には短いビット長の符号を割当て，その振幅が大きくなるに従いビット長の長い符号を割当てることで圧縮効率の向上を図るものである（図５，並びに上述説明参照）。
そして，前記符号化器２により符号化された前記残差信号は，前記比較器３に入力される。ここで，該比較器３には，前記符号化器２により符号化された前記残差信号だけでなく，符号化される前のデジタルデータも入力される。そして，該比較器３では，入力された両者のうち，ビット長の短い方のデータ（以下，選択データという）を選択すると共に，該選択データを前記符号化情報付与器４に出力する。更に，該比較器３は，前記符号化情報付与器４に対し，前記選択信号を出力するだけでなく，両者のうち，いずれの信号が選択されたかを特定する符号化情報（特定情報の一例に該当）も合わせて出力する機能を有する。
次に，前記比較器３から前記選択信号及び前記符号化情報を取得した前記符号化情報付与器４では，前記選択信号の先頭に前記符号化情報を付与したフレームデータとして前記ビットストリーム生成部５に出力する。ここで，前記選択信号に対して前記符号化情報を付与するのは，該選択信号を復号化する際に，該選択信号が符号化された前記残差信号か，或いは入力されたデジタルデータかを区別可能とし，夫々に応じた処理を施すためである。例えば，本実施形態では，該符号化情報が「０」の場合には符号化された前記残差信号が選ばれた場合を表し，「１」の場合には入力されたデジタルデータが選ばれたことを示すように定める。
最後に，前記ビットストリーム生成部５では，入力される前記フレームデータを順次パッキングすることでビットストリームを生成し，しかる後，当該装置外部へと出力する，或いは，不図示である記憶部に記憶する。
ここに，当該デジタルデータ圧縮符号化装置Ａにより生成されたビットストリームの構成の一例を図２に示す。
同図に示す如く，ビットストリームＤは，所定のサンプル値毎のフレームデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，，を順次繋いで構成される。
ここで，Ｄ１は先頭フレームデータであり，入力されたデジタルデータの先頭サンプル値が格納される。尚，この先頭サンプル値は，このビットストリームを復号化する最初の１フレームを復元するために必要である。当該実施形態では，前記予測器１に適用される予測方式が２階差分方式であるため，１番目と２番目のサンプル値がこのＤ１に格納される。該先頭サンプル値は，符号化されたデータでも符号化されていないデータでもどちらでも良いが，符号化されたデータとした方がビット長をより小さくでき，有利である。
次に，Ｄ２（Ｄ３）は，２（３）番目のフレームデータであり，このフレーム以降は，前記比較器３により選択された前記選択データ及び，該選択データを特定する前記符号化情報が格納される。
例えば，同図において，Ｄ２における前記符号化情報Ｅ２は「０」であるため，このフレームデータは符号化された前記残差信号が選ばれた（つまりは，ビット長が小さかった）ことを示し，該符号化情報Ｅ２の後には符号化されたデータ列（前記残差信号）が続いている。
一方，Ｄ３における前記符号化情報Ｅ３は「１」であるため，このフレームデータは入力されたデジタルデータが選ばれた（つまりは，ビット長が小さかった）ことを示し，該符号化情報Ｅ３の後には符号化されていないデータ列（デジタルデータ）が続いている。
このように，本実施形態によれば，入力されるデジタルデータが前記符号化器２による圧縮効果が低いデータである場合にも，各フレームデータ毎に該符号化器２に対する入力信号と出力信号とのビット長を比較し，ビット長の小さい方のデータを選択しながら最終的な符号化データを生成することで，符号化された符号化データが元のデジタルデータよりも大きくなるような不都合な状況を回避することが可能であり，より高い圧縮効率を実現し得る。
【００１０】
最後に，本実施形態及び従来公知のデジタルデータ圧縮符号化装置に実際にデジタルデータを適用した結果を比較しつつ，本実施形態の有用性を確認する。
ここに，本実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置としては図１に示す前記デジタルデータ圧縮符号化装置Ａ，従来公知のデジタルデータ圧縮符号化装置としては図４に示す前記デジタルデータ圧縮符号化装置Ｂを用いる。尚，両装置共に，前記予測器１には，上述説明した２階差分方式が適用されるものとし，前記符号化器２には，上述説明したＧｏｌｏｍｂ−Ｒｉｃｅ符号化が適用されるものとし，前記比較器３及び前記符号化情報付与器４以外の構成は同一条件として比較を行った。尚，両装置共に，１フレームを２５６サンプルとして符号化を実施するものとした。
ここで，両者に適用したデジタルデータの波形の一部を図３に示す。
ここに，同図に示す如く，デジタルデータＣは，左右（Ｌ，Ｒ）の２ｃｈのデジタルデータ（上段がＲｃｈ，下段がＬｃｈを示す）であり，サンプリング周波数４４．１ｋＨｚで１サンプル当たり１６ｂｉｔで量子化した１ｋＨｚのＳｉｎ波（５００ｋＢ）と，同様にサンプリング周波数４４．１ｋＨｚで１サンプル当たり１６ｂｉｔで量子化したホワイトノイズ（５００ｋＢ）とを繋いだデータ（合計１０００ｋＢ）である。
このデジタルデータＣに対し，図１に示す従来公知の前記デジタルデータ圧縮符号化装置Ｂを用いて符号化した場合，出力される符号化データのビット長は５４０ｋＢとなり，ある一定の圧縮効果が得られた。
一方，このデジタルデータＣに対し，本実施形態に係る前記デジタルデータ圧縮符号化装置Ａを用いて符号化した場合には，出力される符号化データのビット長は５３１ｋＢとなり，前記デジタルデータ圧縮符号化装置Ｂの場合に較べ，更なる圧縮効果があることが確認できた。
この検証結果からも明らかなように，入力されるデジタルデータが予測困難なもの（例えば，上述した例の如く，ホワイトノイズを含有するデータ等）であり，大きな値を持つ前記残差信号の出現頻度が高くなるような場合には，従来構成の如く，算出される前記残差信号を機械的に符号化する構成ではなく，その圧縮効果を考慮した上で符号化されたデータを使用するかどうかを選択する構成である本実施形態の方が，最終的な符号化データとしては，より小さなデータサイズの信号とすること可能であることが理解される。
【００１１】
【実施例】
上述説明した実施形態では，前記符号化器２の上流側に前記予測器１を設け，該予測器１による前記デジタルデータの予測値と前記デジタルデータとの間の残差信号を符号化することで，前記デジタルデータを符号化する際の圧縮率の向上を図っている。
しかしながら，前記予測器１は本発明の必須の構成要素ではなく，入力されるデジタルデータを前記符号化器２に直接入力し，符号化する形態であってもよい。
このような形態であっても，入力された前記デジタルデータと，前記符号化器２により符号化された前記デジタルデータとのビット長を前記比較器３により比較し，そのビット長が小さな方の信号を選択して最終的な符号化データを生成することで，前記符号化器３により符号化された前記デジタルデータを機械的に符号化データとして出力する場合に較べ，より圧縮効率の高い符号化が可能であることは，理解に易しい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，例えば，ホワイトノイズを含有したデジタルデータの如く，圧縮効果が低いデジタルデータが入力された場合にも，該デジタルデータの符号化前後のビット長に基づいて，最終的な符号化データが選択（生成）される構成であるため，入力されたデジタルデータよりも符号化データのビット長のほうが大きくなるといった不都合な状況を回避し，高い圧縮率による符号化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係るデジタルデータ圧縮符号化装置により生成されたビットストリームの構成を模式的に示す図。
【図３】デジタルデータの一例を示す図。
【図４】従来公知のデジタルデータ圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】残差信号の一例を示す図。
【符号の説明】
Ａ…デジタルデータ圧縮符号化装置
Ｂ…デジタルデータ圧縮符号化装置
１…予測器
２…符号化器
３…比較器
４…符号化情報付与器
５…ビットストリーム生成器
【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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