JP2005043761A - 情報量変換装置及び情報量変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】 符号化データの情報量変換における復号処理を省略することで復号処理によるデータ品質の劣化を防ぎ、且つ所望の情報量に的確に変換可能な情報量変換装置及び情報量変換システムを提供する。
【解決手段】 第１のオーディオ符号化データの情報量と、当該符号化データを記録すべき記録媒体３ａの記録可能容量とを用いて、当該記録媒体３ａに記録できる情報量への変換度合を示す調整量を算出する調整部４と、第１のオーディオ符号化データの構成単位を分析して特定した構成要素データから、情報量を削減すべき構成要素データを判別する判別部５と、情報量を削減すべきと判別した構成要素データをその情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データ群を多重して第２のオーディオ符号化データを生成する圧縮部６とを備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えばオーディオ信号を高能率に圧縮したオーディオ符号化データの情報量を変換する情報量変換装置に係り、特に復号処理を要さずに符号化データの情報量を変換する情報量変換装置及び情報量変換システムに関するものである。

ある同一の符号化方式を採用する記録媒体や装置の間で当該符号化方式によるディジタルオーディオ符号化データを読み書きする場合、その記録媒体や伝送媒体の容量に応じてその情報量が変換される場合がある。これは、データ書き込み側の記録媒体や装置の記録可能容量によってオーディオ符号化データを書き込むことができないことに起因する不具合を防止するためである。

例えば、容量の異なる２つの記録媒体においてオーディオ符号化データを読み書きするにあたり、一方の記録媒体から読み出されたオーディオ符号化データの情報量が他方の記録媒体に記録可能な容量より大きいと、当該記録媒体には容量以上の書き込みを行うことはできない。このとき、書き込み側の記録媒体の容量分しかオーディオ符号化データの書き込みができないと、オーディオ再生データが中途で終了するなどの不具合が発生する要因となる。

上述したようなオーディオ符号化データの情報量を変換する従来の情報量変換装置としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。当該装置では、オーディオ符号化データを複数個の符号化フレーム単位でオーディオ信号に復号したあとに、これらの情報量を減少させる符号化を実施する。このような情報量を減少させる符号化方式としては、量子化ビット数を選択可能な符号化方式や、周波数スペクトルの数を選択可能な符号化方式がある。

また、上記文献１には、オーディオ符号化データを復号することなく、符号化フレーム単位で同一の符号化方式でさらに圧縮符号化して情報量を減少させる処理についても開示されている。

この他にも、復号処理（ビット伸張処理）を行わずに情報量を変換する技術としては、例えば特許文献２に開示される信号処理方法及び圧縮データ記録再生装置がある。この装置では、聴覚的に聞こえない量子化雑音レベルを与えるビットの少なくとも一部を、時間と周波数について細分化されたサンプルの形において除去することによって情報量の変換を実現している。

特開２００２−２６８６８７号公報 特開平５−９０９７３号公報

特許文献１に開示される従来の情報量変換装置では、オーディオ符号化データの情報量を変換するにあたり、上述のようにオーディオ符号化データを一旦復号して圧縮符号化する場合、復号処理と符号化処理とを実行するため、量子化誤差や演算誤差の影響を受け音質劣化を生じるという課題があった。また、復号回路及び符号化回路などが情報量の変換用のハードウェアとして必須なものとなり、装置構成の増大にも繋がる。

また、特許文献１には、オーディオ符号化データを復号することなく、符号化フレーム単位で同一の符号化方式でさらに圧縮符号化して情報量を減少させる処理についても開示されているが、単にオーディオ符号化データを同一の符号化方式でさらに圧縮符号化するとのみ記載されているだけで、確実に適切な情報量に変換するための具体的な処理内容を開示するものではなかった。

特に、符号化方式がハフマン符号化などのような可変長符号化である場合、符号化フレーム単位で符号化を実施すると、所望の情報量を削減することができない場合が発生する。このため、特許文献１による方法では、情報量変換の効果が十分に得られない可能性がある。

さらに、特許文献２に開示される発明において、量子化雑音レベルを与えるビットを除去するには、マスキングスレッショルドという情報量削減のための固定的な基準が必要である。このため、記録媒体の記録可能容量に適合する所望の情報量に適応的に変換することができないという課題があった。つまり、マスキングスレッショルドにより決定された削減量によると、一定量以下の情報量に変換することができなかったり、極端に情報量が少なくなってしまう可能性もある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、符号化データの情報量変換における復号処理を省略することで復号処理によるデータ品質の劣化を防ぎ、且つ所望の情報量に的確に変換可能な情報量変換装置及び情報量変換システムを得るものである。

この発明に係る情報量変換装置は、符号化データの情報量と、当該符号化データを記録すべき記録媒体の記録可能容量とを用いて、上記記録媒体に記録できる情報量への変換度合を示す調整量を算出する調整部と、上記符号化データの構成単位を分析して個々の構成要素データを特定すると共に、上記調整量に基づいて上記符号化データについて削減すべき情報量を算出し、当該算出結果の情報量に上記構成要素データから削減する情報量の総和が合致するまで、情報量を削減すべき構成要素データを逐一判別する判別部と、上記判別部が情報量を削減すべきと判別した構成要素データを、その情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データ群を多重して上記記録媒体に記録する符号化データを生成する圧縮部とを備えるものである。

この発明に係る情報量変換システムは、符号化データを記録する第１の記録媒体を有し、当該第１の記録媒体から読み出した上記符号化データを再生する再生装置と、第２の記録媒体を有し、入力したデータを上記第２の記録媒体に記録する記録装置と、上記再生装置から上記第２の記録媒体に記録すべく出力された符号化データを入力すると共に、上記記録装置から上記第２の記録媒体の記録可能容量を入力し、当該符号化データの情報量が上記第２の記録媒体の記録可能容量より大きいと、その情報量を削減した符号化データを生成して上記記録装置に出力する上記情報量変換装置とを備えるものである。

この発明に係る情報量変換システムは、符号化データを記録する記録媒体を有し、当該記録媒体から読み出した上記符号化データを再生すると共に、入力したデータを上記記録媒体に記録する再生記録装置と、上記再生記録装置が上記記録媒体に符号化データを記録するにあたり、上記記録媒体に記録すべき符号化データ又は既に記録されている符号化データと、上記記録媒体の記録可能容量とを入力し、上記符号化データの情報量を削減した符号化データを生成して上記再生記録装置に出力する上記情報量変換装置とを備えるものである。

この発明は、符号化データの情報量と、当該符号化データを記録すべき記録媒体の記録可能容量とを用いて、上記記録媒体に記録できる情報量への変換度合を示す調整量を算出する調整部と、上記符号化データの構成単位を分析して個々の構成要素データを特定すると共に、上記調整量に基づいて上記符号化データについて削減すべき情報量を算出し、当該算出結果の情報量に上記構成要素データから削減する情報量の総和が合致するまで、情報量を削減すべき構成要素データを逐一判別する判別部と、上記判別部によって情報量を削減すべきと判別された構成要素データを、その情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データ群を多重して上記記録媒体に記録する符号化データを生成する圧縮部とを備えるので、符号化データの情報量変換における復号処理を省略することで復号処理によるデータ品質の劣化を防ぎ、且つ所望の情報量に的確に変換することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による情報量変換システムを示すブロック図である。本実施の形態による情報量変換システムは、情報量変換装置１、第１の記憶媒体２ａを有する再生装置２、及び第２の記憶媒体（記録媒体）３ａを有する記憶装置３から構成される。情報量変換装置１は、再生装置２及び記憶装置３に接続しており、それぞれが有する記憶媒体２ａ，３ａにアクセス可能である。

第１の記録媒体２ａには、特定の符号化方式によってディジタルオーディオ信号を圧縮した第１のオーディオ符号化データが記録されており、その情報量や記録時間（再生時間）も補助情報として記録されている。この第１のオーディオ符号化データは、第１の記録媒体２ａに１つ記録されている場合もあれば、複数記録されている場合もある。また、第１のオーディオ符号化データは、符号化フレームという時間単位で符号化されており、複数のフレームで構成されている。

再生装置２は、第１の記録媒体２ａから第１のオーディオ符号化データ及び付属する補助情報を出力する機能を有する。ここで、再生装置２から出力される第１のオーディオ符号化データは、ユーザが任意に数、時間等を選択したものであっても、自動的に全体が選択されたものであってもよい。

情報量変換装置１は、再生装置２から出力された第１のオーディオ符号化データ及び付属する補助情報を一旦入力してから第２の記録媒体３ａに記録する。ここで、第１のオーディオ符号化データ及び付属する補助情報を第２の記録媒体３ａに記録する前に、情報量変換装置１は、記録装置３から第２の記録媒体３ａにおける記録可能な空き容量（記録可能容量）に関する情報を取得する。ここで、記録可能容量とは、空き容量全体であってもよいし、ユーザが選択した空き容量の一部であっても構わない。

記録装置３から第２の記録媒体３ａにおける記録可能な空き容量に関する情報を取得すると、情報量変換装置１は、当該記録可能容量と第１のオーディオ符号化データの情報量とを比較する。このとき、第１のオーディオ符号化データの情報量が第２の記録媒体３ａの記録可能容量よりも小さい場合、情報量変換装置１は、第１のオーディオ符号化データ及び付属する補助情報を変換せずにそのままの情報量で第２のオーディオ符号化データとして記憶装置３側に出力する。

一方、第１のオーディオ符号化データの情報量が第２の記録媒体３ａの記録可能容量よりも大きいと、情報量変換装置１は、第１のオーディオ符号化データを変換して上記記憶可能容量よりも小さくなるまで（若しくは、等しくなるまで）その情報量を削減したあと、第２のオーディオ符号化データとして記憶装置３側に出力する。

記録装置３では、情報量変換装置１からの第２のオーディオ符号化データを入力し、第２の記録媒体３ａに記録する。ここで、第１のオーディオ符号化データの情報量が第２の記録媒体３ａの記録可能容量よりも大きかった場合であっても、第２のオーディオ符号化データの情報量は、情報量変換装置１によって記憶可能容量より小さく（若しくは、等しく）される。これにより、第２のオーディオ符号化データは、第２の記録媒体３ａに全て記録することができる。

図２は、図１中の情報量変換装置の内部構成を示した情報量変換システムを示すブロック図である。図に示すように、情報量変換装置１は、調整部４、判別部５及び圧縮部６から構成されている。調整部４は、第１のオーディオ符号化データに付随した補助情報から読み出した情報量と第２の記録媒体３ａの記録可能容量とを比較して、第１のオーディオ符号化データから第２のオーディオ符号化データに変換する際の情報量変換の調整量を決定する。

この調整量は、第１のオーディオ符号化データの情報量が第２の記録媒体３ａの記録可能容量よりも大きい場合であっても、第１のオーディオ符号化データについてその記録時間を損なうことなく（途中で記録が途切れることなく）第２の記録媒体３ａに記録することができるよう、その情報量をどの程度削減すべきかを規定する。調整量は、例えば以下のように決定する。

変換の対象となる第１のオーディオ符号化データの情報量をＢ１（Ｂ１＞０）とし、第２の記録媒体３ａの記録可能容量をＸ（Ｘ＞０）とすると、情報量の削減率Ｒは、下記式のように表すことができる。
Ｒ＝（Ｂ１−Ｘ）／Ｂ１

ここで、削減率Ｒは、第１のオーディオ符号化データから第２のオーディオ符号化データに変換する前後での情報量の削減率を意味する。なお、Ｒが０以下の場合は、情報量変換を行わなくても良いものとする。

調整部４では、上記式を用いて第１のオーディオ符号化データから第２のオーディオ符号化データに変換する前後における情報量の調整量として削減率Ｒを求め、これを判別部５に出力する。

判別部５は、調整部４からの調整量に従って、第１のオーディオ符号化データを構成するどの要素データを情報圧縮するかを決定する。ここでは、例えば第１のオーディオ符号化データが、符号化フレーム単位の情報量が変化する、いわゆる可変ビットレート符号化されている場合について説明する。

判別部５は、図３に示すように、分離部７及び解析部８から構成される。判別部５内の分離部７は、再生装置２から入力した第１のオーディオ符号化データ（図中、Ａで示す）を同一の符号化方式のビット多重文法に従って個々の構成要素のデータごとに分離する。次に、解析部８では、分離部７が分離した構成要素ごとのデータ（以下、要素データと称する）を上記符号化方式に沿って解析する。
なお、要素データ（構成要素データ）としては、オーディオ信号の時間サンプルに相当するデータ、あるいは周波数スペクトルに相当するデータなどが考えられる。また、符号化方式によっては、正規化するためのスケーリング係数や適応ビット割り当て情報なども要素データの対象とすることができる。

続いて、解析部８は、調整部４から調整量（調整部４からの制御情報Ｂ）として、例えば削減率Ｒを得てオーディオ符号化データＡの符号化フレームごとの情報量に削減率Ｒを乗じて削減すべき情報量を得る（圧縮部６への制御情報Ｃ）。そして、要素データの解析結果に基づいて、要素データをそれぞれ後述するようにして情報圧縮して得られるであろう削減量の総量が、当該符号化フレームごとに削減率Ｒを用いて求めた削減量に等しくなるまで、符号化フレーム内で圧縮の対象とする要素データを順次決定する。

ここで、本発明で取り扱うオーディオ符号化データの特徴について説明する。
図４は、オーディオ符号化データの特徴を説明する図であり、（ａ）は符号化される前のディジタルオーディオ信号についての時間波形を示し、横軸を時間とし縦軸を振幅で表している。また、（ｂ）は、（ａ）中のディジタルオーディオ信号についての信号強度のスペクトログラムを示す図であり、横軸を時間、縦軸を周波数、及び色の濃度を信号の強度で表している（信号強度は、黒地に対しての白さの度合で示している）。さらに、（ｃ）は、（ａ）中のディジタルオーディオ信号の符号化において音質劣化を発生させないために必要な符号化フレームごとの情報量の時間変化を示しており、横軸を時間、縦軸を情報量で表している。なお、横軸の時間は、各図とも同じ時間軸となるように表示している。

図４（ａ）と（ｂ）の関係において、ディジタルオーディオ信号の振幅が大きなところでは幅広い帯域の周波数成分を含んでいる。また、（ｂ）に示すように、ディジタルオーディオ信号の周波数が低い帯域の周波数成分は定常的に存在しており、周波数が高い帯域の周波数成分は瞬間的に現れていることがわかる。図４（ａ）と（ｃ）の関係において、ディジタルオーディオ信号の振幅が大きなところでは、多くの情報量が必要とされていることがわかる。言い換えれば、幅広い帯域の周波数成分を含むところでは、多くの情報量が必要とされているとも言える。

ところで、人間の聴覚特性には、マスキングというものがある。マスキングとは、人間の聴覚上の特性により、ある信号によって他の信号が聞こえなくなる現象のことを言う。このマスキング効果には、時間軸上の信号による時間マスキング効果と、周波数軸上の信号による同時刻マスキング効果とがある。これらの効果により、マスキングされる部分にノイズがあったとしても、このノイズは聞こえないことになる。

また、人間の可聴周波数帯域は約２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚと言われており、周波数に依存する可聴限も存在する。図５は音声周波数とその周波数での可聴限度の信号強度との関係を示す図であり、当該曲線を最小可聴限カーブと呼んでいる。近年のオーディオ符号化方式では、図に示すような人間の聴覚特性を積極的に取り入れ、周波数帯域ごとに適応的にビット割当てを行い符号化しているものが多い。

解析部８では、上記性質を考慮して、第１のオーディオ符号化データから情報圧縮する要素データを選択し決定する。例えば、最小可聴限カーブの値が大きく、音として聞き取りにくい高域の周波数成分に相当する要素データから情報圧縮する。可聴周波数帯域の上限は個人差が大きく、また年齢と共に低下してゆくため、この選択は音質劣化を最小限に抑えるため方法として理に適っている。

この他に、周波数成分の信号レベルが絶対的に小さな要素データから情報圧縮するようにしてもよい。上述したマスキング効果は、信号レベルの大小に依存するものである。つまり、信号レベルの大きな信号は、信号レベルの小さな信号をマスクするが、信号レベルの小さな信号が信号レベルの大きな信号をマスクすることはできない。従って、信号レベルの大小関係を簡易的なマスキング効果解析結果とみなすことで、同様に音質劣化を最小限に抑える効果が得られる。

さらに、信号レベルと許容ノイズレベルとに基づいて適応的に割当てられたビット長が相対的に短い周波数帯域に含まれる周波数成分に相当する要素データから情報圧縮するようにしてもよい。上述したように周波数帯域ごとに適応的なビット割当てを行って符号化されている場合、割当てられたビット長が短いということは、そのビット長で量子化を行う際に発生する量子化ノイズの許容ノイズレベルが信号レベルに対して相対的に大きいということに相当する。即ち、ビット長をより短くした際に増加する量子化ノイズも許容することができる度合いが高くなる。

このようにして、判別部５は、第１のオーディオ符号化データＡ及び調整部４からの調整量に関する制御情報Ｂを受けて、第１のオーディオ符号化データＡについて解析部８が決定した要素データの情報を制御情報Ｃとして圧縮部６に出力する。

圧縮部６は、図６に示すように、分離部９、置換部１０及び多重部１１から構成される。分離部９は、再生装置２から入力した第１のオーディオ符号化データ（図中、Ａで示す）を同一の符号化方式のビット多重文法に従って個々の構成要素のデータ（要素データ）に分離する。置換部１０では、判別部５からの制御情報Ｃにおいて情報圧縮を行うよう指定された要素データに対して符号置換を行い、置換後の要素データを多重部１１に出力する。このとき、判別部５から指定されなかった要素データに対しては符号置換を行わず、そのまま多重部１１に出力する。

多重部１１は、第１のオーディオ符号化データＡにおける全ての要素データ（構成要素データ群）を入力すると、同一の符号化方式のビット多重文法に従って全ての要素データを多重化し、第２のオーディオ符号化データ（図中、Ｄで示す）を生成する。ここで、ビット多重文法に違反しない限り、一部の要素データを除外しても良い。多重部１１が生成した第２のオーディオ符号化データＤの情報量は、第１のオーディオ符号化データＡの情報量に比べて削減されており、全ての情報を記録装置３の第２の記録媒体３ａに記録することが可能である。

さらに、図７を用いて置換部１０について詳述する。図に示すように、置換部１０は、ビット長決定部１２、ビット長変換部１３及びサンプル変換部１４から構成される。ビット長決定部１２は、判別部５からの制御情報Ｃにおいて情報圧縮を行うよう指定された要素データに関する情報を取得し、さらに要素データのうち制御情報Ｃにて指定された要素データに関するビット長情報ｂを分離部９から取得する。

このとき、ビット長決定部１２は、制御情報Ｃにて指定された要素データの情報量がより削減されるように、当該要素データに対して予め設定したビット長短縮に関する規則に従ってより短いビット長が決定される。例えば、元のビット長に対して１ビットだけ短くする規則を設定しておくことで、３ビットの要素データがあると、そのビット長は２ビットに決定される。このようにして決定したビット長情報は、ビット長変換部１３に出力される。

ビット長変換部１３では、ビット長情報ｂ及びビット長決定部１２からのビット長情報を取得すると、制御情報Ｃにて指定された要素データについてのビット長をビット長情報ｂによって把握する。そして、予め設定した符号変換に関する規則に従って、当該ビット長を表す符号からビット長決定部１２が決定したビット長を表す符号に変換する。

例えば、制御情報Ｃにて指定された要素データのビット長が３ビットであり、ビット長決定部１２が当該要素データに対して２ビットを決定していた場合を考える。このとき、ビット長変換部１３は、３ビットのビット長を表す符号から２ビットのビット長を表す符号に変換し、新たなビット長情報ｄとして多重部１１に出力する。また、このビット長情報ｄは、サンプル変換部１４に対しても出力される。

サンプル変換部１４は、制御情報Ｃで指定された要素データに関するサンプル情報ａを分離部９から取得し、当該要素データについてのサンプルを表す符号を認識する。このあと、サンプル変換部１４は、サンプル情報ａから読み取ったサンプルを表す符号を、ビット長変換部１３から入力したビット長情報ｄで指定するビット長に合わせて変換する。変換後のサンプルの符号に関する情報は、サンプル情報ｃとして多重部１１に出力される。

図８は、予め設定した符号変換に関する規則として、３ビットの要素データのビット長を２ビットに変更する場合におけるサンプルを表す符号の変換前後の対応を示す表である。この図は、サンプルの符号が３ビット長のビット列で表される場合、これを２ビット長のビット列に変換するという情報量の削減に関する一定の規則を示している。例えば、サンプルの符号が３ビット長のビット列「０１１」で表される場合、２ビット長のビット列「０１」に変換される。また、サンプルの符号が３ビット長のビット列「１０１」であった場合には、ビット列「１０」に変換される。なお、サンプルの量子化値に対するディジタル符号割当ては、任意の方法によって行っても良い。例えば、オフセット２進（オフセットバイナリ）符号を使うことが多い。

このように、置換部１０がオーディオ符号化データＡの要素データのビット列をより短いビット長に置換することで、符号化データＡについての情報量をさらに削減することができる。上述した例では、１つのサンプルあたり１ビットの情報が削減されることになり、要素データに含まれるサンプル数がｎ個（ｎ＞０）の場合、削減量の総計はｎビットとなる。

多重部１１では、制御情報Ｃにて指定された要素データの情報量を削減した第１のオーディオ符号化データＡを入力すると、同一の符号化方式のビット多重文法に従って当該データＡの全ての要素データを多重化し、第２のオーディオ符号化データＤとして記録装置３に出力する。

また、置換部１０は、ビット長決定部１２によってオーディオ符号化データ中のある要素データのビット長をゼロと決定し、その要素データのサンプルの符号変換を省略しても良い。この場合、多重部１１は、ゼロに決定されたビット長情報を受け、要素データに関するサンプル符号の多重処理を省略する。ビット長をゼロとする要素データとしては、例えばサンプル情報ａにて規定されるサンプルの符号を表すビットなどが挙げられる。また、サンプル符号をゼロとすることは、符号を示すビットが不要であることを意味し、図８に示す表に示した３ビット長の符号から２ビット長の符号に変換する処理が省略されることになる。

図９は、図１中の情報量変換装置によって生成された第２のオーディオ符号化データの符号化フレームとその情報量との関係を示す図であり、第１のオーディオ符号化データからどれだけ情報量が削減されたかを示している。図において、可変ビットレートで符号化されている第１のオーディオ符号化データから、符号化フレームごとに削減率Ｒを基に算出した削減量（斜線部分）に相当する情報を削除している。この結果、符号化フレームごとにその情報量に応じた量の情報が削除されることになり、ある情報内容についての情報量が過度に削減されることが防止される。これにより、音質劣化が特定の信号部分に発生することを抑制することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、第１のオーディオ符号化データの情報量と、当該符号化データを記録すべき第２の記録媒体３ａの記録可能容量とを用いて、当該記録媒体３ａに記録できる情報量への変換度合を示す調整量を算出する調整部４と、第１のオーディオ符号化データの構成単位を分析して個々の構成要素データを特定すると共に、上記調整量に基づいて上記符号化データについて削減すべき情報量を算出し、当該算出結果の情報量に上記構成要素データから削減する情報量の総和が合致するまで、情報量を削減すべき構成要素データを逐一判別する判別部５と、情報量を削減すべきと判別された構成要素データを、その情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データ群を多重して第２のオーディオ符号化データを生成する圧縮部６とを備えるので、オーディオ符号化データを復号することなく、符号化データの情報量を直接変換することから、復号処理をはさむ構成に必須となる復号器及び符号化器を省略することができ、装置の小形化と低価格化が可能となる。また、復号処理に要する時間も削減することができ、オーディオ符号化データの情報量をより短時間で変換することができる。さらに、変換後のオーディオ符号化データの容量は、変換前より情報量が減少しているので、高価な記録媒体に記録する場合にも経済的である。

また、一旦復号してディジタルオーディオ信号に再生し再び符号化せず、符号化データを直接変換したので、復号処理や符号化処理の際に発生する量子化誤差や演算誤差の影響による音質劣化を避けることができる。

また、符号化フレーム単位の情報量に応じて削減量を調整したので、過度な情報の削減や、不十分な情報の削減を抑えることができ、特定の部分に極端な音質劣化が発生することを避けることが可能となる。

また、オーディオ符号化データの情報量と、それを記録する記録媒体の記録可能容量とから情報の削減量を決定しているので、記録媒体の容量に応じた最適な音質を得ることが可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、調整量として削減比率Ｒを決定する例を示したが、この実施の形態２は調整量として削減量の絶対量を決定するものである。

本実施の形態２による情報量変換装置は、上記実施の形態１に示したものと基本的な構成は一致するが、調整部４の機能が上記実施の形態１と異なる。具体的に説明すると、本実施の形態による調整部４では、変換の対象となる第１のオーディオ符号化データの情報量Ｂ１と第２の記録媒体３ａの記録可能容量Ｘとの差ΔＹ（ΔＹ＝Ｂ１−Ｘ）を求める。

このΔＹの値は、第１のオーディオ符号化データに対して記録時間を損なうことなく第２の記録媒体３ａに記録するために、情報量変換装置１が第１のオーディオ符号化データから削減すべき情報量を意味する。但し、ΔＹが０以下の場合は、情報量変換を行わなくても良い。

判別部５は、調整部４によって決定された調整量に従って、第１のオーディオ符号化データを構成するどの要素データを情報圧縮するかを決定する。例えば、第１のオーディオ符号化データが、符号化フレーム単位の情報量が一定である、いわゆる固定ビットレート符号化されている場合を挙げる。

上記実施の形態１で図４（ｃ）に示した通り、ディジタルオーディオ信号と符号化に必要な情報量との関係はその信号の性質に応じて変化する。このため、固定ビットレート符号化の場合に定常的に十分な情報量が与えられていない限り、十分な情報量が与えられて符号化されている部分と、情報量が十分には与えられずに符号化されている部分とが存在することとなる。

そこで、判別部５は、複数の符号化フレームを新たな単位として、第１のオーディオ符号化データを構成するどの要素データを情報圧縮するかを決定する。この新たな単位をスーパーフレーム（ＳＦ）と呼ぶものとする。このスーパーフレームを構成する符号化フレームの数は、例えばフレーム数について予め規定（固定化）しておいた値の選択肢の中から適宜選択して設定するようにしてもよい。

但し、スーパーフレームの導入は、符号化フレームごとに符号化に用いた符号量の冗長度に違いがあることに着目し、新たな単位として当該冗長度が平均化された状態にすることを目的としている。このため、最低限、当該目的を満たす程度のフレーム数にてスーパーフレームを構成する。

また、この他に、符号量の冗長度は、対象とするオーディオ信号の性質（情報量）に依存することから、このオーディオ信号の性質を解析して適応的にスーパーフレームを構成する符号化フレームの数を決定するようにしてもよい。

判別部５内の分離部７では、上記実施の形態１と同様にして、再生装置２から入力した第１のオーディオ符号化データＡを同一の符号化方式のビット多重文法に従って個々の構成要素のデータ（要素データ）ごとに分離する。続いて、解析部８では、分離部７が分離した要素データを上記符号化方式に沿って解析する。

次に、解析部８は、調整部４から調整量（制御情報Ｂ）として、例えば直接削減すべき情報量ΔＹと記録時間に関する情報を得て、スーパーフレームごとに平均的に削減すべき情報量を求めておく。そして、要素データの解析結果に基づいて、要素データを情報圧縮して得られる削減量が等しくなるまで、圧縮の対象とする要素データを順次決定する。ここでは、スーパーフレーム内の複数の符号化フレーム間で、信号レベルの大小を比較する等の判定を行うことによって、符号化フレームあたりの削減量に重み付けを行い、複数の符号化フレームごとに削減量を決定する。

１つの符号化フレームに相当する部分から情報圧縮する要素データを選択し決定する方法としては、上記実施の形態１で述べた方法が挙げられる。即ち、最小可聴限カーブや帯域ごとの信号レベル、あるいは割当てられたビット長などを基準として選択し決定する。

続いて、圧縮部６では、判別部５で情報圧縮を行うように指定された要素データについてより情報量の少ない符号に置換することによって、第１のオーディオ符号化データを第２のオーディオ符号化データに変換する。詳細な動作については、上記実施の形態１と同様である。

図１０は、本実施の形態による情報量変換装置によって生成された第２のオーディオ符号化データの符号化フレームとその情報量との関係を示す図であり、第１のオーディオ符号化データからどれだけ情報量が削減されたかを示している。図中の点線で区切った部分は、２つの符号化フレームをスーパーフレーム（ＳＦ１〜ＳＦ６）とした場合を示しており、それぞれの情報量の削減量を斜線で示している。

図示の例では、スーパーフレームＳＦ２，ＳＦ３を除き、スーパーフレーム単位の削減量は、１つの符号化フレームあたりで同量の削減量となっている。また、スーパーフレームＳＦ４，ＳＦ５についても、４つの符号化フレームを基本単位としたさらに上位のスーパーフレームとみなせば、１つの符号化フレームあたりの削減量は変わらない。

以上のように、この実施の形態２によれば、スーパーフレームを導入して情報量の削減対象を選択するので、情報の削減箇所をオーディオ符号化データの広範囲に分散させることが可能となり、音質劣化を抑制しつつ、圧縮効率を高めることができる。

なお、上記実施の形態２では、スーパーフレームを導入して各符号化フレームの冗長度を平均化した例を示したが、スーパーフレームを導入せず、符号化フレームごとに一定の情報量を削減するようにしてもよい。図１１は、スーパーフレームを導入せず、符号化フレームごとに一定の情報量を削減して第２のオーディオ符号化データとした例を示している。

また、上記実施の形態２において、スーパーフレーム内の複数の符号化フレームに対して削減量についての重み付けを付与するようにしてもよい。このようにすることで、情報量を多く必要とする信号部分に対しては削減量を少なく、情報量を多く必要としない信号部分に対しては削減量を多くすることができ、オーディオ信号の特性に合った情報量の削減調整が可能となる。

さらに、第１のオーディオ符号化データが可変ビットレート符号化又は固定ビットレート符号化によるものかに応じて、判別部５及び圧縮部６が、上記実施の形態１のような符号化フレームごとの処理にするか、上記実施の形態２のようなスーパーフレームごとの処理にするかを切り替えることができるように構成しても良い。例えば、可変長符号化のように量子化のビット数と符号語の語長が一様に対応していない場合では、上記実施の形態１のような符号化フレームごとの処理を実行し、一般的に量子化におけるビット数と符号語の語長が同じである固定長符号化では、スーパーフレームごとの処理を実行することで、符号化方式に応じた的確な情報量変換が可能となる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、圧縮部６によって実際に削減された情報量に基づいて、調整部４が決定した調整量を補正するよう構成したものである。

符号長が量子化出力値に関わらず一定な固定長符号化方式では、一般的に量子化におけるビット数と符号語の語長が同じであり、量子化のビット数を１ビット削減すれば、それに応じて削減される符号量（情報量）が容易に推定可能である。このような符号化方式であれば、上記実施の形態でも十分に対応することができる。

しかしながら、量子化出力値の生起確率に応じて符号長を換える、ハフマン符号化のような可変長符号化方式では、量子化のビット数と符号語の語長が一様に対応していないため、量子化のビット数を１ビット削減しても、これに対応する符号量（情報量）がどれだけ削減されるかわからない。

例えば、３０個のサンプル情報を単位として、５ビットで量子化されている場合を考えると、ある符号化フレームにおいて３０ビットの情報量の削減が必要だと調整部が判断した場合、固定長符号化では、量子化ビットを１ビット削減すれば、削減量は３０ビットになる。しかしながら、可変長符号化では、量子化ビットを１ビット削減するとしても、削減量が３０ビットにならない場合がある。

そこで、本実施の形態では、圧縮部６によって実際に削減された情報量に基づいて、調整部４が決定した調整量を補正する。図１２は、この発明の実施の形態３による情報量変換システムの構成を示すブロック図であり、情報量変換装置１内の構成についても示している。図に示すように、本情報量変換装置１内の圧縮部６ａは、第１のオーディオ符号化データから第２のオーディオ符号化データを生成するにあたり、第１のオーディオ符号化データについて実際に削減した情報量に関する情報を調整部４ａにフィードバックする。

調整部４ａでは、圧縮部６ａから受けた情報量の削減量に関する情報を基にして、前回調整量として決定した値を補正する。このようにすることで、より正確な調整量を得ることができる。例えば、上述した可変長符号化によって、量子化ビットを１ビット削減するとしても削減量が３０ビットにならず、２０ビットになった場合を考える。

このとき、圧縮部６ａが実際に削減した情報量を調整部４ａにフィードバックしてやることで、調整部４ａは、削減量の目標値（３０ビット）からの誤差である１０ビット分を次の符号化フレームに繰り越すように調整量を補正する。つまり、調整部４ａは、次の符号化フレームで、再び３０ビットの情報量の削減が必要だと判断した場合、繰り越し分も含めて４０ビットの削減を指示する調整量を生成して判別部５に出力する。

以上のように、この実施の形態３によれば、第１のオーディオ符号化データに採用されている符号化方式によってフレーム単位で計算すると必ずしも調整部４が決定した調整量通りに削減できない場合であっても、圧縮部６ａが実際に削減した情報量に基づいて調整量を補正してやることで、第１のオーディオ符号化データの削減量を正確に制御することができる。

なお、上記実施の形態３の構成は、上記実施の形態１及び上記実施の形態２に示した全ての構成に適用することができ、これにより、これらの実施の形態における効果と共に、上記実施の形態３における効果も得ることができる。

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４による情報量変換システムの構成を示すブロック図である。図に示す再生・記録装置１５は、図１に示した再生装置２と記録装置３を一体化して構成され、同一の記録媒体１５ａについて記録・消去が可能である。この情報量変換システムでは、記録媒体１５ａの空き容量が不足して新規なオーディオ符号化データを追加して記録することができない容量であったとしても、情報量変換によって実質的に空き容量を増やしたのと同様の処理が可能となる。

つまり、空き容量が不足している記録媒体１５ａに新規にオーディオ符号化データを追加して記録する際、当該データを第１のオーディオ符号化データと見なして、その情報量を変換して第２のオーディオ符号化データとした後に記録する。このようにすることで、記録媒体１５ａの空き容量を増やしたものと擬制でき、新規にオーディオ符号化データを追加することができる。

例えば、ＣＤ等から１０曲が記録されており、かつ残りの記録可能容量がない記録媒体に対して、シングルＣＤ等から１曲だけ追加したい場合に有効である。即ち、情報量変換によって全１１曲を当該記録媒体に記録することが可能となる。このように、１０曲収録された記録媒体と１曲収録された記録媒体の２つの記録媒体を所有する必要がなくなり、ユーザの利便性を向上させることができる。また、必要な記録媒体の数は１つとなり、経済的でもある。

また、第１のオーディオ符号化データは、予め記録されているものではなく、記録途中のものであってもよい。例えば、第１のオーディオ符号化データは、一定の符号化ビットレートで符号化されたものであるとすると、第１のオーディオ符号化データが記録されるに従って記録媒体１５ａの空き容量は一定の割合で減る。

この場合、記録されるべき第１のオーディオ符号化データの未記録の残量が多いと、記録媒体１５ａの空き容量が不足し、途中で記録できなくなる。そこで、必要に応じて、記録済みの第１のオーディオ符号化データに対し、その時点での記録媒体１５ａの空き容量に応じた情報量圧縮を行う。

このような情報量変換システムでは、例えば放送開始から放送終了までの放送時間が決まっていない番組を記録する際に、想定した放送時間から延長されても、全ての番組内容を記録することができる。この場合、番組の途中で記録が途切れることが無くなり、ユーザの利便性をさらに向上させることができる。

また、記録済みの第１のオーディオ符号化データ全体に対して情報量の圧縮を行うので、部分的に極端な音質劣化が発生することも避けることができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、再生装置２と記録装置３を一体化した再生・記録装置１５を備えたので、同一の記録媒体１５ａについて記録・消去が可能であることから、記録媒体１５ａの空き容量に応じた情報量圧縮を実行することができる。

なお、上記実施の形態で示した構成のみに限定されるものではなく、例えば記録媒体は装置内に固定されたものであっても、取り外し可能なものであってもよい。

また、上記実施の形態では、情報量変換の調整量は自動的に計算するものであったが、音質に対する許容度はユーザの主観に依存するので、ユーザ自身が指定可能に構成しても良い。但し、この場合には、符号化データの情報量と記録可能容量の組合せによって全てのデータを変換して記録することができない場合がある。従って、その判定結果をユーザに通知し、第１のオーディオ符号化データの数を選択し直す等のユーザ指導を行うよう構成しても良い。

この発明の実施の形態１による情報量変換システムを示すブロック図である。 図１中の情報量変換装置の内部構成を示した情報量変換システムを示すブロック図である。 図２中の判別部の構成を示すブロック図である。 オーディオ符号化データの特徴を説明する図である。 音声周波数とその周波数での可聴限度の信号強度との関係を示す図である。 図２中の圧縮部の構成を示すブロック図である。 図６中の置換部の構成を示すブロック図である。 サンプルを表す符号の変換前後の対応を示す表である。 第２のオーディオ符号化データの符号化フレームとその情報量との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２による情報量変換装置が生成した第２のオーディオ符号化データの符号化フレームとその情報量との関係を示す図である。 符号化フレームごとに一定の情報量を削減して第２のオーディオ符号化データの符号化フレームとその情報量との関係を示す図である。 この発明の実施の形態３による情報量変換システムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による情報量変換システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 情報量変換装置、２ 再生装置、２ａ 第１の記録媒体、３ 記録装置、３ａ 第２の記録媒体（記録媒体）、４，４ａ 調整部、５ 判別部、６，６ａ 圧縮部、７ 分離部、８ 解析部、９ 分離部、１０ 置換部、１１ 多重部、１２ ビット長決定部、１３ ビット長変換部、１４ サンプル変換部、１５ 再生・記録装置、１５ａ 記録媒体。

Claims (11)

1. 符号化データの情報量と、当該符号化データを記録すべき記録媒体の記録可能容量とを用いて、上記記録媒体に記録できる情報量への変換度合を示す調整量を算出する調整部と、
   上記符号化データの構成単位を分析して個々の構成要素データを特定すると共に、上記調整量に基づいて上記符号化データについて削減すべき情報量を算出し、当該算出結果の情報量に上記構成要素データから削減する情報量の総和が合致するまで、情報量を削減すべき構成要素データを逐一判別する判別部と、
   上記判別部が情報量を削減すべきと判別した構成要素データを、その情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データ群を多重して上記記録媒体に記録する符号化データを生成する圧縮部と
   を備えた情報量変換装置。
2. 判別部は、符号化データについて複数の符号化フレームを１つにまとめたスーパーフレームごとに上記符号化データの構成単位を分析して個々の構成要素データを特定すると共に、調整量に基づいてスーパーフレームごとに削減すべき情報量を算出し、当該算出結果の情報量に上記構成要素データから削減する情報量の総和が合致するまで、上記スーパーフレームごとに情報量を削減すべき構成要素データを逐一判別し、
   圧縮部は、スパーフレームごとに情報量を削減すべきと判別された構成要素データについてその情報量を削減した構成要素データに置換し、置換後の構成要素データを含む構成要素データを多重して上記記録媒体に記録する符号化データを生成することを特徴とする請求項１記載の情報量変換装置。
3. 判別部及び圧縮部は、入力した符号化データが可変長符号化又は固定長符号化によるものかに応じて、スーパーフレームごとに処理を実行すべきか否かを切り替えることを特徴とする請求項２記載の情報量変換装置。
4. 判別部は、調整量に基づいてスーパーフレームごとに削減すべき情報量を算出するにあたり、上記スーパーフレームを構成する符号化フレームごとにその情報内容に応じて削減すべき情報量に関する重み付けを設定することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の情報量変換装置。
5. 判別部は、符号化データがオーディオ符号化データである場合、オーディオ信号の最小可聴限信号レベルの大小に応じて情報量を削減すべき構成要素データを判別することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置。
6. 判別部は、符号化データの信号レベルの大小に応じて情報量を削減すべき構成要素データを判別することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置。
7. 判別部は、符号化データがオーディオ符号化データである場合、オーディオ信号の信号レベルとその許容ノイズレベルとに応じて割り当てた符号化データの各構成要素データのビット長が相対的に短い周波数帯域に含まれるものを、情報量を削減すべき構成要素データとして判別することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置。
8. 圧縮部は、構成要素データについて情報量を削減した構成要素データに置換するにあたり、上記情報量をゼロとした構成要素データに置換することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置。
9. 圧縮部は、置換後の構成要素データを含む構成要素データを多重して生成した符号化データの処理前の情報量からの削減量を算出して調整部に出力し、
   調整部は、上記圧縮部が算出した削減量に応じて調整量の算出結果を補正することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置。
10. 符号化データを記録する第１の記録媒体を有し、当該第１の記録媒体から読み出した上記符号化データを再生する再生装置と、
    第２の記録媒体を有し、入力したデータを上記第２の記録媒体に記録する記録装置と、
    上記再生装置から上記第２の記録媒体に記録すべく出力された符号化データを入力すると共に、上記記録装置から上記第２の記録媒体の記録可能容量を入力し、当該符号化データの情報量が上記第２の記録媒体の記録可能容量より大きいと、その情報量を削減した符号化データを生成して上記記録装置に出力する請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置と
    を備えた情報量変換システム。
11. 符号化データを記録する記録媒体を有し、当該記録媒体から読み出した上記符号化データを再生すると共に、入力したデータを上記記録媒体に記録する再生記録装置と、
    上記再生記録装置が上記記録媒体に符号化データを記録するにあたり、上記記録媒体に記録すべき符号化データ又は既に記録されている符号化データと、上記記録媒体の記録可能容量とを入力し、上記符号化データの情報量を削減した符号化データを生成して上記再生記録装置に出力する請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の情報量変換装置と
    を備えた情報量変換システム。

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