JP2002374173A - ハフマン符号の復号方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のハフマン符号表を適宜切り換え適用して
符号化された符号化データを、小さいメモリで高速に復
号化できる復号化方法を提供する。 【解決手段】適用される頻度の高い符号表または最大符
号長の短い符号表については復号テーブルを設け、その
符号表で符号化されたデータについては直接法で復号
し、他のハフマン符号表を適用して符号化された符号化
データについてはバイナリツリー検索法でデータを復号
する。これにより、復号テーブルを小さくすることがで
き、且つ最大符号長が短く適用頻度の高い符号表が直接
法で復号されるため復号速度が速い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、限られたメモリ
で高速にハフマン符号を復号化する復号化方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハフマン符号を復号するための技術とし
て、一般的には、バイナリツリー検索法、直接法などの
手法がある。バイナリツリー検索法は、可変長のハフマ
ン符号を先頭ビットから１ビットずつ順に検査して０／
１で分岐してゆき、最後に到達したところで指定されて
いる値を出力するものであり、主としてソフトウェア的
に実現されるものである。また、直接法は、可変長符号
の最大ビット長のアドレスを有するメモリエリアを確保
し、各アドレスのうちハフマン符号が割り当てられてい
るエリアにその値を書き込み、ハフマン符号をアドレス
にしてこのメモリエリアをアクセスし、アクセスされた
エリアの値を出力するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記バイナリ
ツリー検索法は、ハフマン符号を１ビットずつ検査して
ゆくものであるため、復号化に時間が掛かるという欠点
があった。また、直接法は、ハフマン符号でメモリをア
クセスすることによって直接その値を読み出すことがで
きるため高速であるが、最大ビット長のアドレスを有す
るメモリエリアを確保しなければならないため、実際に
ハフマン符号が割り当てられているエリアよりもはるか
に大きいエリアを有する復号テーブルが必要になるとい
う欠点があった。

【０００４】特に、複数のハフマン符号表を持ち、場合
に応じてそのいずれかが選択されるデータの場合、全て
のハフマン符号表に対応する復号テーブルを設けること
は非常に大きなメモリが必要になるため実現が困難で、
このような形式のデータを復号化する装置では、バイナ
リツリー検索法が用いられることが一般的であった。し
かし、上記したようにバイナリツリー検索法では復号化
に時間が掛かるという問題点があった。

【０００５】この発明は、複数のハフマン符号表を用い
るデータを、小さいメモリで高速に復号化できる復号化
方法および装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数のハフ
マン符号表を適宜切り換え適用して符号化された符号化
データを復号する方法であって、所定のハフマン符号表
を適用して符号化された符号化データについては復号テ
ーブルを用いた直接法でデータを復号し、他のハフマン
符号表を適用して符号化された符号化データについては
バイナリツリー検索法でデータを復号することを特徴と
する。

【０００７】この発明は、複数のハフマン符号表を適宜
切り換え適用して符号化された符号化データを復号する
装置であって、所定のハフマン符号表を適用して符号化
された符号化データを復号テーブルを用いた直接法でデ
ータを復号する直接法復号手段と、他のハフマン符号表
を適用して符号化された符号化データをバイナリツリー
検索法でデータを復号するバイナリツリー復号手段と、
前記符号化データがどのハフマン符号表を適用して符号
化されているかを先頭から順次分析する分析手段と、分
析部の分析結果に基づいて復号部を選択し選択した復号
部に符号化データを順次入力する選択手段と、を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】この発明は、上記発明において、前記複数
のハフマン符号表のうち、データを符号化するときに適
用される頻度の高い符号表を前記所定のハフマン符号表
とすることを特徴とする。この発明は、上記発明におい
て、前記複数のハフマン符号表のうち、最大符号長の短
い符号表を前記所定のハフマン符号表とすることを特徴
とする。

【０００９】この発明は、「短い符号はよく出現する。
したがって、短い符号を持つ符号表はよく指定される。
このよく指定される符号表に含まれる符号だけでも高速
に復号できれば、全体の復号処理を高速化することがで
きる。」という考えに基づいている。具体的には、基本
的にはバイナリツリー検索法で復号するが、よく出現す
る（最大符号長の短い）符号表については直接法によっ
て復号するようにする。これにより、小さい復号テーブ
ルで復号処理をすることができ、且つ高速で復号するこ
とが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面を参照してこの発明の実施形
態について説明する。ＭＰ３規格などのビットストリー
ム形式のデータでは、予め規格で定められた複数のハフ
マン符号表のうち最適なものをフレーム毎に選択して適
用する。各フレームにどのハフマン符号表が適用されて
いるかは、各フレームのヘッダに書き込まれている。復
号装置では、ヘッダを参照して各フレーム毎にハフマン
符号表を選択し、そのハフマン符号表を用いてデータを
復号化する。ＭＰ３規格では、３４のハフマン符号表が
定められているが、以下は説明を簡略化するため、図２
に示すような２つの符号表が定められている場合を例に
あげて説明する。

【００１１】入力されるビットストリームは、図２に示
す２つのハフマン符号表のいずれかを使用して符号化さ
れたものとする。図１はこの発明の実施形態である復号
装置のブロック図である。この復号装置では、上記ビッ
トストリームを回路規模を大きくせずにできるだけ高速
に復号化するため、最大符号長の小さな符号表＃０が指
定された場合は、直接法による復号を行い、最大符号長
の大きな符号表＃１が指定された場合にはバイナリツリ
ー検索法で復号するようにしている。

【００１２】図１において、ビットストリームはＲＡＭ
１０に入力される。ハフマン符号表分析部１１は、入力
されたビットストリームの（各フレーム）のヘッダを分
析してそのフレームがどのハフマン符号表を用いている
かを分析する。この実施形態では、符号表＃０、符号表
＃１のどちらを用いているかを分析する。分析結果は、
復号方法選択部１２、取得ビット数算出部１３および２
つの復号部１５，１６に入力される。２つの復号部は、
それぞれ直接法復号部１５およびバイナリツリー復号部
１６である。

【００１３】復号方法選択部１２は、入力されたビット
ストリームが＃０、＃１どちらの符号表を用いているか
に対応して復号部１５，１６のうちどちらの復号部を使
用するかを選択し、データの流れを切り換える。取得ビ
ット数算出部１３は、符号表＃０に直接法を適用する場
合に１回に読み出すデータのビット数（３ビット）、お
よび、符号表＃１にバイナリツリー検索法を適用する場
合に１回に読み出すデータのビット数（１ビット）を割
り出して、ビット取り出し／巻き戻し部１４に出力す
る。取得ビット算出部１３には、図３に示すデータを記
憶したメモリ（ＲＯＭ）が設けられている。

【００１４】ビット取り出し／巻き戻し部１４は、取得
ビット数算出部１３から入力されたビット数のデータを
ＲＡＭ１０から読み出して復号方法選択部１２で選択さ
れている復号部に供給する。また、直接法復号部１５か
ら返信されたきた巻き戻しビット数を受信し、ＲＡＭ１
０の読出ポインタを巻き戻しビット数だけ巻き戻す。な
お、バイナリツリー検索法によるハフマン符号の復号の
場合、１ビットずつ読み出されていずれかのハフマン符
号にヒットしたとき復号が行われるため、巻き戻しビッ
ト数は常に０である。

【００１５】直接法復号部１５は、復号テーブルを備
え、最大符号長分のビットを入力して復号テーブルをア
クセスし、対応する値（復号データ）を次段（図示せ
ず）に出力する。また、この復号処理によって今回のハ
フマン符号の実際のビット数を割り出し、余分に読み出
したビット数（最大符号長のビット数−実際のビット
数）である巻き戻しビット数をビット取り出し／巻き戻
し部１４に出力する。

【００１６】また、バイナリツリー復号部１６は、ビッ
トストリームを１ビットずつ入力し、これで符号表＃１
を復号するためのバイナリツリーを検索してハフマン符
号を復号する。復号データは次段に出力される。

【００１７】ビットストリームがＲＡＭ１０に入力さ
れ、ハフマン符号表番号分析部１１がそのデータに用い
られている符号表を割り出すと、この符号表番号情報に
基づいて、復号方法選択部１２が復号部１５，１６のう
ち一方を選択し、取得ビット算出部１３が取得すべきビ
ット数を算出してビット取り出し／巻き戻し部１４にそ
のビット数情報を入力する。

【００１８】ビット取り出し／巻き戻し部１４は、その
ビット数のデータをＲＡＭ１０から読み出して、上記選
択された復号部１５または１６に出力する。選択された
復号部は、入力されるデータのハフマン符号を復号し、
復号データを出力する。直接法復号部１５でハフマン符
号を復号処理した場合には、復号データとともに巻き戻
しビット数が出力され、これがビット取り出し／巻き戻
し部１４に返信される。ビット取り出し／巻き戻し部１
４はこのビット数だけＲＡＭ１０の読出ポインタを巻き
戻し、巻き戻した位置から次の復号処理のためのデータ
を読み出す。

【００１９】上記の構成で、たとえば図４に示すような
ビットストリームのフレームデータ（ハフマン符号列）
が入力されたとする。フレームデータの先頭位置と用い
られているハフマン符号表はハフマン符号表番号分析部
１１によって分析済である。ここで、２つ以上の処理方
法を切り換えることで演算量が削減されることを見るた
めに、（１）バイナリツリー検索法のみで復号化する場
合の復号部アクセス回数と、（２）直接法とバイナリツ
リー検索法とを符号表番号で切り換えた場合の復号部ア
クセス回数を比較する。バイナリツリー検索法では１ビ
ット毎にアクセスが発生するのに対し、直接法では１回
のアクセスで１つのハフマン符号が復号可能である。

【００２０】よって、（１）では計１４回、（２）では
計１１回のアクセスが発生する。このことは、直接法と
バイナリツリー検索法とを表番号で切り換えることによ
り、アクセス回数が２１％削減されたことを示す。

【００２１】また、バイナリツリー法で使用するテーブ
ルは一般に２ｎ−１ワードで構成され、１ワードには復
号値とテーブル内アドレスが格納される。表番号＃０の
場合、ｎ＝４であるからテーブルのワード数は７であ
る。この７ワードのテーブルにアクセスするためのアド
レスフィールドはｌｏｇ（２）７≒２．８ビット以上必
要であり、ビット数は整数であるため、必要ビット数は
３ビットとなる。復号値を表現するには２ビット必要で
あるから、このテーブルの１ワードは３＋２＝５ビット
となる。したがって、全ワードを表現するためには５×
７＝３５ビットのメモリエリアが必要である。同様に表
番号＃１の場合も同様に、ｌｏｇ（２）３１≒４．９５
で必要ビット数は５ビットとなり、（５＋４）×３１＝
２７９ビットのメモリエリアが必要である。

【００２２】一方、直接法で使用するテーブルの１ワー
ドには、復号値と符号長が格納される。また符号表に定
義されている符号数をｎとすると、それを実現するテー
ブルのワード数＝２ⁿ ワードとなる。表番号＃０の復号
テーブルの場合、復号値を表現するために必要なビット
数は２ビット、符号長を表現するために必要なビット数
は２ビットであるから、１ワードは２＋２＝４ビットで
よい。このワードが２ ³ ＝８個必要なので、全ワードを
表現するためには４×８＝３２ビットのメモリエリアが
必要である。同様に表番号＃１の復号テーブルの場合に
は、（４＋４）×２⁸ ＝２０４８ビットのメモリエリア
が必要である。

【００２３】以上より、表番号＃０、表番号＃１ともに
バイナリツリー法で復号する場合には３５＋２７９＝３
１４ビットのＲＯＭが必要である。これをすべて直接法
に置き換えると３２＋２０４８＝２０８０ビットのＲＯ
Ｍが必要になる。この場合、確かに演算量は劇的に少な
くなるが、急激にメモリ量が増大しており、実際のアプ
リケーションでは現実的でなくなる。

【００２４】これに対して、表番号＃０だけを直接法で
置き換えた場合、必要なメモリは３２＋２７９＝３１１
ビットとなり、上述のとおり両方ともバイナリツリー法
で復号する場合に比べて、若干のメモリ量が増大するの
みで大幅に演算量を削減することができる。

【００２５】以下、図５、図６を参照して、実際のＰＣ
ＭオーディオデータをＭＰ３エンコードした場合の実験
結果を示す。まず、実験には２種類のエンコーダ（Ｅｎ
ｃｏｄｅｒ１，Ｅｎｃｏｄｅｒ２）を用いた。この２種
類のエンコーダに２種類のＰＣＭオーディオデータを入
力して合計４種類のビットストリーム（ステレオ、１２
８ｂｐｓ）を作成した。第１のＰＣＭオーディオデータ
（音楽ソースＡ）は全体に音量の大きいポップスの曲で
あり、第２のＰＣＭオーディオデータ（音楽ソースＢ）
は静かなピアノソロ曲である。これら４種類のビットス
トリームについてどの符号表が指定されているかを１符
号語毎にカウントした。この結果を図５に示す。

【００２６】図５より、Ｅｎｃｏｄｅｒ１，２の両方と
も、ソースＡでは番号の小さな符号表が多く選ばれ、Ｂ
では番号の大きな符号表が多く選ばれる傾向がある。た
だし、Ｅｎｃｏｄｅｒ１ではソースＢでもＮｏ２の符号
表が最も多く使用されている。また、符号表Ｑｕａｄ
（Ａ），Ｑｕａｄ（Ｂ）の利用頻度も高いが、これは各
フレーム中のｃｏｕｎｔ１領域ついては、符号表Ｑｕａ
ｄ（Ａ）またはＱｕａｄ（Ｂ）が二者択一で必ず使用さ
れるためである。

【００２７】図５より、他の符号表に比べて選択回数の
多い符号表はＴａｂｌｅ２，３，５，１５，Ｑｕａｄ
（Ａ），Ｑｕａｄ（Ｂ）などになるが、直接法による復
号を行う場合は実現のしやすさから、ここでは最長符号
長が短いＴａｂｌｅ２，３，Ｑｕａｄ（Ａ），Ｑｕａｄ
（Ｂ）についてのみ直接法によって復号することとし、
その他の符号表ではバイナリツリー検索法で復号するよ
うにする。

【００２８】以上の方法でのハフマン復号処理に必要な
演算量と、純粋にバイナリツリー検索法のみによるハフ
マン復号処理に必要な演算量を算出し、比較した。結果
を図６に示す。

【００２９】図６は、１フレーム当たりのハフマン復号
に必要な演算量を算出し、時間軸に並べたものであり、
上で使用した４種類のビットストリームに対してそれぞ
れ（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）が
対応する。この図においてＢｉｎがバイナリツリー検索
法のみで復号化した場合のフレームあたりの処理ステッ
プ数であり、ＤＴＬが本発明の方式で直接法とバイナリ
ツリー検索法とを組み合わせて復号化した場合のフレー
ムあたりの処理ステップ数である。

【００３０】なお、上記のようにＴａｂｌｅ２，３，Ｑ
ｕａｄ（Ａ），Ｑｕａｄ（Ｂ）を直接法で復号化した場
合、音楽ソースＡの演算量が大きく削減され、音楽ソー
スＢの場合にはそれほどでもない。これは、上記の直接
法で復号するハフマン符号表の選択が音楽ソースＡによ
りよく適合していたことを示し、音楽ソースＢをより効
率的に復号化する（演算量を削減する）ためには、Ｔａ
ｂｌｅ２，５，１５，２６などを直接法で復号化するよ
うにすればよい。

【００３１】このように、復号装置において、よく復号
（再生）するオーディオソースのジャンルに応じて直接
法で復号する符号表を変えるようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ハフマ
ン符号表に応じて直接法とバイナリツリー法とを切り換
えるようにしたことにより、小さい復号テーブルで復号
処理をすることができ、且つ高速で復号することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態であるハフマン符号復号装
置のブロック図

【図２】同ハフマン符号復号装置で用いられるハフマン
符号表を示す図

【図３】同ハフマン符号復号装置の取得ビット数算出部
に内蔵されるＲＯＭの記憶内容を示す図

【図４】同ハフマン符号復号装置で復号される入力デー
タの例を示す図

【図５】ＰＣＭオーディオデータをＭＰ３データにエン
コードした場合の各ハフマン符号表の使用頻度分布を示
す図

【図６】上記ＭＰ３データをバイナリツリー検索法で復
号化した場合と本願発明の方法で復号化した場合の復号
に要する処理ステップ数を比較した図

【符号の説明】

１０…ＲＡＭ、１１…ハフマン符号表番号分析部、１２
…復号方法選択部、１３…取得ビット数算出部、１４…
ビット取り出し／巻き戻し部、１５…直接法復号部、１
６…バイナリツリー復号部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のハフマン符号表を適宜切り換え適
   用して符号化された符号化データを復号する方法であっ
   て、 所定のハフマン符号表を適用して符号化された符号化デ
   ータについては復号テーブルを用いた直接法でデータを
   復号し、他のハフマン符号表を適用して符号化された符
   号化データについてはバイナリツリー検索法でデータを
   復号するハフマン符号の復号方法。
2. 【請求項２】 前記複数のハフマン符号表のうち、デー
   タを符号化するときに適用される頻度の高い符号表を前
   記所定のハフマン符号表とする請求項１に記載のハフマ
   ン符号の復号方法。
3. 【請求項３】 前記複数のハフマン符号表のうち、最大
   符号長の短い符号表を前記所定のハフマン符号表とする
   請求項１に記載のハフマン符号の復号方法。
4. 【請求項４】 複数のハフマン符号表を適宜切り換え適
   用して符号化された符号化データを復号する装置であっ
   て、 所定のハフマン符号表を適用して符号化された符号化デ
   ータを復号テーブルを用いた直接法でデータを復号する
   直接法復号手段と、 他のハフマン符号表を適用して符号化された符号化デー
   タをバイナリツリー検索法でデータを復号するバイナリ
   ツリー復号手段と、 前記符号化データがどのハフマン符号表を適用して符号
   化されているかを先頭から順次分析する分析手段と、 分析部の分析結果に基づいて復号部を選択し、選択した
   復号部に符号化データを順次入力する選択手段と、 を備えたハフマン符号復号装置。
5. 【請求項５】 前記複数のハフマン符号表のうち、デー
   タを符号化するときに適用される頻度の高い符号表を前
   記所定のハフマン符号表とする請求項４に記載のハフマ
   ン符号復号装置。
6. 【請求項６】 前記複数のハフマン符号表のうち、最大
   符号長の短い符号表を前記所定のハフマン符号表とする
   請求項４に記載のハフマン符号復号装置。