JP2006211243A - ディジタル信号符号化装置，ディジタル信号符号化方法 - Google Patents
ディジタル信号符号化装置，ディジタル信号符号化方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】予測器による可逆符号化だけでなく，予測器を用いない他の可逆符号化を併用することで，音声信号等に限らず，測定データ等のランダム信号に対しても高い圧縮率の符号化を可能とすること。
【解決手段】 減算器２１２により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された予測信号を予測する際に適用された予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する符合器２０３−１〜２０３−３と，バッファ２０１により取得された所定サンプル数のディジタル信号を予測器２０２を介さずに符号化する符号器２０３−０と，前記符合器２０３−１〜２０３−３および前記符号器２０３−０により得られる符号の符号長に基づいて，前記符合器２０３−１〜２０３−３および前記符号器２０３−０のいずれか一を選択する符号長計算／選択器２０４とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】 減算器２１２により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された予測信号を予測する際に適用された予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する符合器２０３−１〜２０３−３と，バッファ２０１により取得された所定サンプル数のディジタル信号を予測器２０２を介さずに符号化する符号器２０３−０と，前記符合器２０３−１〜２０３−３および前記符号器２０３−０により得られる符号の符号長に基づいて，前記符合器２０３−１〜２０３−３および前記符号器２０３−０のいずれか一を選択する符号長計算／選択器２０４とを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は，入力されるディジタル信号を可逆符号化する符号化技術に係り，特に，符号長の異なる予測係数が適用される予測器を複数備え，それら予測器から最適な予測器を選択することで前記ディジタル信号の高効率な圧縮を実現するディジタル信号符号化装置並びにディジタル信号符号化方法に関する。
近年，音声信号やオーディオ信号等のディジタル信号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，ディジタル信号の記録／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（非可逆圧縮）と可逆符号化（可逆圧縮）に分けられる。
前者は，圧縮されたデータを復号しても，圧縮前のデータを完全に復元することはできず，ＭＰ３やＡＡＣ方式に代表されるようにデータの圧縮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）前の信号の完全復元が可能であるため聴覚的劣化は生じないが，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。
これらの技術は，大別すると非可逆符号化（非可逆圧縮）と可逆符号化（可逆圧縮）に分けられる。
前者は，圧縮されたデータを復号しても，圧縮前のデータを完全に復元することはできず，ＭＰ３やＡＡＣ方式に代表されるようにデータの圧縮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）前の信号の完全復元が可能であるため聴覚的劣化は生じないが，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，プログラムや文字データなどはデータが１ビットでも欠落すると異なる結果となることから，これらのデータを圧縮する場合は必ず可逆符号化が用いられる。また，オーディオ分野においても，高性能なオーディオ製品には非可逆符号化による音質劣化さえも許容できないものもある。更に，昨今の計測器分野では，複数チャンネルでセンサ等の出力信号（電圧，電流値等）を長時間計測するような計測装置（データロガー等）にも圧縮技術が用いられるようになってきており，かかる装置で計測された計測データも前記プログラムと同様に圧縮前後におけるデータの欠落は許されないため可逆符号化が採用されている。このように，圧縮前の信号と全く同一の信号が得られる可逆符号化に対するニーズは益々強くなる傾向にあり，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強く望まれている。
そこで，可逆符号化における圧縮率を向上する技術として，特許文献１に提案される音声符号化装置がある。この装置は，特性の異なる（つまりは，適用される予測係数が異なる）複数の予測器により入力された音声信号を予測し，その予測結果に基づいて（つまりは，残差信号を最小とする）それら複数の予測器のうち一つを選択し，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）を特定する信号とを符号化した後に出力するよう構成されている。このように構成された音声符号化装置によれば，音声信号に応じて最適な（即ち，残差信号を最小とし得る）予測器（予測係数）が選択されるため，音声信号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。
しかしながら，前記特許文献１の音声符号化装置では，特性の異なる複数の予測器を有するものの，各予測器における予測係数は固定長（一定）であることを前提としており，符号化後の音声信号の符号長を最小にするという観点からすれば，必ずしも最適な予測器が選択されているとは言い難い。言い換えれば，予測器による予測精度を向上させるという観点では，予測係数の係数を変更するだけでなく，各予測器毎の予測係数の次数を変える，或いは各予測器毎の予測方式を変える等，各予測器毎の予測係数の符号長を可変長にする方が有利であるが，前記特許文献１の技術では，各予測器の予測係数は固定長であることが前提とならざるを得ず，予測係数の符号長の異なる予測器を適用し，更なる圧縮率の向上を図ることは不可能であった。
しかしながら，前記特許文献１の音声符号化装置では，特性の異なる複数の予測器を有するものの，各予測器における予測係数は固定長（一定）であることを前提としており，符号化後の音声信号の符号長を最小にするという観点からすれば，必ずしも最適な予測器が選択されているとは言い難い。言い換えれば，予測器による予測精度を向上させるという観点では，予測係数の係数を変更するだけでなく，各予測器毎の予測係数の次数を変える，或いは各予測器毎の予測方式を変える等，各予測器毎の予測係数の符号長を可変長にする方が有利であるが，前記特許文献１の技術では，各予測器の予測係数は固定長であることが前提とならざるを得ず，予測係数の符号長の異なる予測器を適用し，更なる圧縮率の向上を図ることは不可能であった。
そこで，このような問題を解決する手法として，本願出願人が先に出願した特許文献２に記載の音声符号化装置（音声符号化方法）がある。この装置は，固定長の予測係数ではなく，例えばフレームデータに応じて適宜算出される異なる予測係数が各予測器に割り当てられ，各予測器では各々の予測係数に基づいて入力された音声信号を予測し，そして，各々の予測器から出力される様々なパターンの複数の符号長を比較して，最小の符号長を出力する予測器を選択するよう構成されている。このような構成により，音声信号の予測精度を向上させ，その結果として，圧縮率を高めている。
特開２００１−１７５２９５号公報
特開２００４−１７０４９４号公報
しかしながら，前記各特許文献に記載の音声符号化装置は，音声信号，オーディオ信号などのように，ある程度その発音メカニズム（音声波形等）の推測が可能な信号に対しては，十分な予測精度（予測性能）を得ることができるが，音声信号，オーディオ信号などとは異なり，信号波形を推測できないような信号，例えば計測データ或いはこの計測信号に含まれるノイズ等のランダム雑音などのランダム信号に対しては，予測器による信号の予測が十分にできない場合があり，期待するほどの圧縮効果が得られない場合があり得る。その一方で，前記ランダム信号に限っては，予測器を用いない他の可逆符号化を用いた方が高い圧縮率を実現する場合もあり得る。
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，予測器による可逆符号化だけでなく，予測器を用いない他の可逆符号化を併用することで，音声信号等に限らず，測定データ等のランダム信号に対しても高い圧縮率の符号化を可能とするディジタル信号符号化装置並びにディジタル信号符号化方法を提供することにある。
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，予測器による可逆符号化だけでなく，予測器を用いない他の可逆符号化を併用することで，音声信号等に限らず，測定データ等のランダム信号に対しても高い圧縮率の符号化を可能とするディジタル信号符号化装置並びにディジタル信号符号化方法を提供することにある。
前記目的を達成するために，本発明は，入力されるディジタル信号を可逆符号化するディジタル信号符号化装置であって，入力される前記ディジタル信号を所定サンプル数毎に取得するサンプル取得手段と，複数の予測係数が適用され，それぞれの予測係数により過去のディジタル信号から現在の前記ディジタル信号の予測信号を予測する少なくとも一の予測手段と，前記予測手段により予測された予測信号と前記サンプル取得手段により現実に取得された所定サンプル数の現在のディジタル信号との間の残差信号を算出する少なくとも一の残差信号算出手段と，前記残差信号算出手段により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された前記予測信号を予測する際に適用された前記予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する少なくとも一の第１の符号化手段と，前記サンプル取得手段により取得された所定サンプル数のディジタル信号を前記予測手段を介さずに符号化する第２の符号化手段と，前記第１の符号化手段および前記第２の符号化手段により得られる符号の符号長に基づいて，前記第１の符号化手段および前記第２の符号化手段のいずれか一を選択する符号化選択手段と，を具備してなることを特徴とするディジタル信号符号化装置として構成される。
このように構成されることにより，予測器（予測手段）を用いた符号化では十分な圧縮効果を得られないランダム信号等のディジタル信号であっても，高い圧縮率で符号化することが可能となる。
また，前記サンプル取得手段により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出手段を更に備え，前記第２の符号化手段が，前記有効ビット数検出手段により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものであることが望ましい。例えばフレームデータ中の有効ビットレンジが分かれば他のビットレンジは情報として必要ないため，当該フレームデータを有効ビットレンジ分のデータに圧縮することができる。もちろん，このような符号化（圧縮）は前記第２の符号化手段の一例であって，予測器を用いない符号化であれば他の種々の符号化を適用することが可能である。
このように構成されることにより，予測器（予測手段）を用いた符号化では十分な圧縮効果を得られないランダム信号等のディジタル信号であっても，高い圧縮率で符号化することが可能となる。
また，前記サンプル取得手段により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出手段を更に備え，前記第２の符号化手段が，前記有効ビット数検出手段により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものであることが望ましい。例えばフレームデータ中の有効ビットレンジが分かれば他のビットレンジは情報として必要ないため，当該フレームデータを有効ビットレンジ分のデータに圧縮することができる。もちろん，このような符号化（圧縮）は前記第２の符号化手段の一例であって，予測器を用いない符号化であれば他の種々の符号化を適用することが可能である。
前記予測手段における予測係数の一例としては，前記サンプル取得手段で取得された所定サンプル数の前記音声信号から線形予測分析により計算された予測係数が考えられる。
また，前記予測手段における予測係数の他の例としては，前記サンプル取得手段で取得された所定サンプル数の前記音声信号から線形予測分析により計算された予測係数を基にベクトル量子化した予測係数が考えられる。
前記予測手段における予測係数の別の例としては，前記符合化選択手段により過去に選択された第１の符合化手段で用いられた前記予測係数が考えられる。
また，前記予測手段における予測係数の他の例としては，前記サンプル取得手段で取得された所定サンプル数の前記音声信号から線形予測分析により計算された予測係数を基にベクトル量子化した予測係数が考えられる。
前記予測手段における予測係数の別の例としては，前記符合化選択手段により過去に選択された第１の符合化手段で用いられた前記予測係数が考えられる。
尚，前述構成の音声符号化装置に適用される音声符号化方法として捉えることで，本発明は，入力されるディジタル信号を可逆符号化するディジタル信号符号化方法であって，入力される前記ディジタル信号を所定サンプル数毎に取得するサンプル取得工程と，複数の予測係数が適用され，それぞれの予測係数により過去のディジタル信号から現在の前記ディジタル信号の予測信号を予測する少なくとも一の予測工程と，前記予測工程により予測された予測信号と前記サンプル取得工程により現実に取得された所定サンプル数の現在のディジタル信号との間の残差信号を算出する少なくとも一の残差信号算出工程と，前記残差信号算出工程により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された前記予測信号を予測する際に適用された前記予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する少なくとも一の第１の符号化工程と，前記サンプル取得工程により取得された所定サンプル数のディジタル信号を前記予測工程を介さずに符号化する第２の符号化工程と，前記第１の符号化工程および前記第２の符号化工程により得られる符号の符号長に基づいて，前記第１の符号化工程および前記第２の符号化工程のいずれか一を選択する符号化選択工程と，を具備してなることを特徴とするディジタル信号符号化方法と考えることも可能である。
この場合，前記サンプル取得工程により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出工程を更に備え，前記第２の符号化工程が，前記有効ビット数検出工程により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものであることが好ましい。
この場合の作用については，前述した形態と同様であるため，ここでは省略する。
この場合，前記サンプル取得工程により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出工程を更に備え，前記第２の符号化工程が，前記有効ビット数検出工程により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものであることが好ましい。
この場合の作用については，前述した形態と同様であるため，ここでは省略する。
以上説明したように，本発明によれば，予測器を用いて符号化する第１の符号化手段と予測器を介さずに符号化する第２の符号化手段とが設けられているため，予測器（予測手段）を用いた符号化では十分な圧縮効果を得られないランダム信号等のディジタル信号であっても，前記第２の符号化手段で符号化されることにより符号化効率（圧縮率）を高めることができる。
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は本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａの概略構成を示すブロック図，図２は本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂの概略構成を示すブロック図，図３は本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａにより生成されたビットストリームＥ１を復号化するディジタル信号復号化装置Ｃの概略構成を示すブロック図，図４は本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂにより生成されたビットストリームＥ２を復号化するディジタル信号復号化装置Ｄの概略構成を示すブロック図，図５は第２の実施形態の符合化の説明に用いるディジタル信号の一例を示す図，図６はビットストリーム中の予測器識別子及び予測係数特定情報の符号長を説明する図，図７はビットストリームの構成の一例を模式的に示す図，図８はビットストリームの構成の他の例を模式的に示す図，図９は所定のランダム信号に対してゴロム符号化を施した場合の平均ビット長を示すテーブル図，図１０はディジタル信号の一例を示す図，図１１は音声信号における振幅毎の出現頻度を示す図，図１２は予測残差信号における振幅毎の出現頻度を示す図である。
ここに，図１は本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａの概略構成を示すブロック図，図２は本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂの概略構成を示すブロック図，図３は本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａにより生成されたビットストリームＥ１を復号化するディジタル信号復号化装置Ｃの概略構成を示すブロック図，図４は本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂにより生成されたビットストリームＥ２を復号化するディジタル信号復号化装置Ｄの概略構成を示すブロック図，図５は第２の実施形態の符合化の説明に用いるディジタル信号の一例を示す図，図６はビットストリーム中の予測器識別子及び予測係数特定情報の符号長を説明する図，図７はビットストリームの構成の一例を模式的に示す図，図８はビットストリームの構成の他の例を模式的に示す図，図９は所定のランダム信号に対してゴロム符号化を施した場合の平均ビット長を示すテーブル図，図１０はディジタル信号の一例を示す図，図１１は音声信号における振幅毎の出現頻度を示す図，図１２は予測残差信号における振幅毎の出現頻度を示す図である。
《第１の実施形態》
ここに，本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａ（以下「符号化装置Ａ」と略す）は，図１に示すブロック図の如く具現化される。
同図に示す如く，本実施形態に係る符号化装置Ａは，入力されるディジタル信号を可逆符号化する装置であって，バッファ２０１（サンプル取得手段の一例），予測器２０２−１〜２０２−３（予測手段の一例），減算器２１２−１〜２１２−３（残差信号算出手段の一例），符号器２０３−０（第２の符号化手段の一例），符号器２０３−１〜２０３−３（第１の符号化手段の一例），符号長計算／選択器２０４（符合化選択手段の一例），ビットストリーム生成器２０５，メモリ部２１３を具備して概略構成される。
以下に，当該符号化装置Ａに入力されたＰＣＭデータ（つまりは，音声信号や計測信号等のディジタル信号）が符号化（圧縮）され，符号データ（圧縮データ）として出力されるまでの各部の処理について，処理の流れ（フロー）に沿って説明する。
ここに，本発明の第１の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ａ（以下「符号化装置Ａ」と略す）は，図１に示すブロック図の如く具現化される。
同図に示す如く，本実施形態に係る符号化装置Ａは，入力されるディジタル信号を可逆符号化する装置であって，バッファ２０１（サンプル取得手段の一例），予測器２０２−１〜２０２−３（予測手段の一例），減算器２１２−１〜２１２−３（残差信号算出手段の一例），符号器２０３−０（第２の符号化手段の一例），符号器２０３−１〜２０３−３（第１の符号化手段の一例），符号長計算／選択器２０４（符合化選択手段の一例），ビットストリーム生成器２０５，メモリ部２１３を具備して概略構成される。
以下に，当該符号化装置Ａに入力されたＰＣＭデータ（つまりは，音声信号や計測信号等のディジタル信号）が符号化（圧縮）され，符号データ（圧縮データ）として出力されるまでの各部の処理について，処理の流れ（フロー）に沿って説明する。
（バッファ２０１）
先ず，当該符号化装置Ａに入力されたＰＣＭデータは，入力端子２００から前記バッファ２０１に入力される。
該バッファ２０１では，あるサンプル数（例えば８００サンプル）毎にフレームと呼ばれる単位で処理可能なように前記ＰＣＭデータがバッファリングされる。
該バッファ２０１に入力されたＰＣＭデータがフレーム化されつつ順次バッファリングされる様子を模式的に示す図が図１０である。同図に示す如く，入力されたＰＣＭデータＦは所定サンプル数毎にフレーム化され，該バッファ２０１に順次バッファリングされる。
尚，ＰＣＭデータのチャンネル数が複数の場合には，該バッファ２０１において，各チャンネル相互の相関性を除去する処理を行ってもよい。例えば，ＰＣＭデータがＬｃｈとＲｃｈの２チャンネルであるとすれば，Ｌｃｈ＋Ｒｃｈ，或いはＬｃｈ−Ｒｃｈの演算処理がそれに該当する。
次に，前記バッファ２０１によりバッファリングされたフレーム単位のＰＣＭデータ（以下，略して単に「フレームデータ」という）が符号器２０３−０及び予測器２０２−１〜２０２−３の夫々に入力される。
従来は，前記フレームデータは予測器２０２だけに入力していたが，本発明では，各予測器２０２だけでなく，直接的にフレームデータが符号器２０３−０に入力され，この符号器２０３−０において予測器２０２を介さずにフレームデータが符号化される。このように，予測器２０２を介さずに符号器２０３−０にフレームデータが直接入力される経路を設けた点において本発明は従来と異なる。このような経路を設けたのは，例えばフレームデータがランダム性を有する信号（ランダム信号）である場合は，予測器を介さずに符号化した方が圧縮率（符号化効率）が高い場合もあり得ることを考慮したためである。
先ず，当該符号化装置Ａに入力されたＰＣＭデータは，入力端子２００から前記バッファ２０１に入力される。
該バッファ２０１では，あるサンプル数（例えば８００サンプル）毎にフレームと呼ばれる単位で処理可能なように前記ＰＣＭデータがバッファリングされる。
該バッファ２０１に入力されたＰＣＭデータがフレーム化されつつ順次バッファリングされる様子を模式的に示す図が図１０である。同図に示す如く，入力されたＰＣＭデータＦは所定サンプル数毎にフレーム化され，該バッファ２０１に順次バッファリングされる。
尚，ＰＣＭデータのチャンネル数が複数の場合には，該バッファ２０１において，各チャンネル相互の相関性を除去する処理を行ってもよい。例えば，ＰＣＭデータがＬｃｈとＲｃｈの２チャンネルであるとすれば，Ｌｃｈ＋Ｒｃｈ，或いはＬｃｈ−Ｒｃｈの演算処理がそれに該当する。
次に，前記バッファ２０１によりバッファリングされたフレーム単位のＰＣＭデータ（以下，略して単に「フレームデータ」という）が符号器２０３−０及び予測器２０２−１〜２０２−３の夫々に入力される。
従来は，前記フレームデータは予測器２０２だけに入力していたが，本発明では，各予測器２０２だけでなく，直接的にフレームデータが符号器２０３−０に入力され，この符号器２０３−０において予測器２０２を介さずにフレームデータが符号化される。このように，予測器２０２を介さずに符号器２０３−０にフレームデータが直接入力される経路を設けた点において本発明は従来と異なる。このような経路を設けたのは，例えばフレームデータがランダム性を有する信号（ランダム信号）である場合は，予測器を介さずに符号化した方が圧縮率（符号化効率）が高い場合もあり得ることを考慮したためである。
（予測器２０２）
まず，フレームデータが予測器２０２に入力された経路について説明する。
前記予測器２０２では，下式（１）の如く，夫々に割り当てられた所定の予測係数αｎに基づいて線形予測処理が行われ，過去のサンプルデータｘ（ｉ）から現在のサンプルの予測値
が予測される。
但し，αｎ（ｎ＝１，２，・・，Ｎ）は予測係数である。
ここで，該予測器２０２には，各予測器に対し，異なる符号長を有する予測係数が割り当てられ，その予測精度の向上が図られている。
そのため，当該符号化装置Ａでは，後述するように，前記予測器２０２のうち一つの予測器を選択するに当たり，その予測器により予測された予測信号を用いて算出される残差信号だけでなく，その予測信号を予測する際に適用された「予測係数を特定する情報（以下「予測係数特定情報」と称す）」の符号長を考慮する必要がある。
ここでは，先ず，前記予測器２０２の夫々に適用される予測係数，及び予測係数特定情報の符号長について，以下に説明する。
（予測器２０２−１）
先ず，前記予測器２０２−１には，バッファリングされたフレームデータを対象として線形予測分析器２０７で算出された線形予測係数２０９を割り当てる。
これにより，フレームデータに応じて適宜算出される予測係数によって予測を行うことが可能となり，一定の予測係数による予測に較べ，予測精度を著しく向上させ得る。
尚，前記線形予測分析器２０７における線形予測係数２０９の算出方法に関する詳細は，「音のコミュニケーション工学」（社団法人日本音響学会編，コロナ社，１９９６／８／３０初版）に詳しいため，ここでは省略する。
このように前記線形予測係数２０９が適用される当該予測器２０２−１では，前記予測係数特定情報の符号長を，前記線形予測分析器２０７で算出される前記線形予測係数２０９が４次，各次数毎の予測係数が８ｂｉｔの場合を考えると，４×８ｂｉｔ＝３２ｂｉｔに，後述する予測器識別子の２ｂｉｔを加算した３４ｂｉｔとすることが可能である（図６（ｄ）参照）。無論，この符号長は一例であって，予測係数の次数や各次数毎の符号長は前述の値に限定されるものではない。
（予測器２０２−２）
そして，前記予測器２０２−２には，１フレーム前で使用した予測係数２１１を割り当てる。つまり，前回，前記符号長計算／選択器２０４により選択された符号データの符号化の際に用いられた予測係数を一旦メモリ部２１３に保存しておき，現在のフレームデータを符号化する際に，その保存された前記予測係数２１１を前記メモリ部２１３から読み出して使用する。
これは，現在のフレームデータと前回のフレームデータとの間には何らかの相関性があるとの仮定に基づくものであり，例えば，同一或いは類似したデータが繰り返されるＰＣＭデータに対して有効であると解される。
このように前記予測係数２１１が適用される当該予測器２０２−２では，前記予測係数特定情報の符号長を，過去の前記予測係数２１１を使用したことを表すインデックス（フラグ）のみとすることが可能である。つまり，前記フラグの「０」「１」に応じ，前記予測係数２１１の使用／不使用を判定するよう構成することができる。なお，本実施形態では，識別対象が多いため，前記予測係数２１１の使用／不使用の判定は，２ｂｉｔで表された予測器識別子（図６（ｂ）参照）を用いるが，もちろん，この予測器識別子は，識別対象数に応じた任意のビット数（ビット幅）とすることも可能である。尚，本実施形態では，簡単のため過去１フレームのみの予測係数を使用する形態としているが，更に過去のフレームに使用された予測係数を保存しておき，それらを使用する形態とすることも可能である。
（予測器２０２−３）
そして，前記予測器２０２−３には，複数の予測係数が予め記憶された予測係数テーブル２１０から選択された予測係数を割り当てる。
ここで，前記予測係数テーブル２１０から一つの予測係数を選択する手法として，本実施形態では，前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９に最も近い予測係数２０９′を選択し，該予測係数２０９′を特定する前記予測係数テーブル２１０の行番号（以下，テーブルインデックスといい，図１参照）を符号化する，いわゆるベクトル量子化法を用いる。
このような構成により，予め記憶された複数の予測係数から最も高い予測精度を発揮し得る予測係数を選択することが可能となり，より高い圧縮率での符号化を実現し得る。
このように前記予測係数２０９′が適用される当該予測器２０２−３では，前記予測係数特定情報の符号長を，該予測係数２０９′毎に設定された前記テーブルインデックスに，後述する予測器識別子の２ｂｉｔを加算したｂｉｔ数とすることが可能である。ここで，前記予測係数テーブル２１０のテーブルが２５６通りの場合を考えると，その符号長は，８ｂｉｔとなるため，この場合の予測係数特定情報は１０ｂｉｔとなる（図６（ｃ）参照）。無論，このテーブル数は一例であって，この値に特定されるものではない。
更に，前記予測係数テーブル２１０に記憶されている前記予測係数２０９′は，上述した線形予測係数に限定されるものではなく，これと等価なＰＡＲＣＯＲ係数，或いはＬＳＰ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ）係数等を用いることも可能である。
まず，フレームデータが予測器２０２に入力された経路について説明する。
前記予測器２０２では，下式（１）の如く，夫々に割り当てられた所定の予測係数αｎに基づいて線形予測処理が行われ，過去のサンプルデータｘ（ｉ）から現在のサンプルの予測値
ここで，該予測器２０２には，各予測器に対し，異なる符号長を有する予測係数が割り当てられ，その予測精度の向上が図られている。
そのため，当該符号化装置Ａでは，後述するように，前記予測器２０２のうち一つの予測器を選択するに当たり，その予測器により予測された予測信号を用いて算出される残差信号だけでなく，その予測信号を予測する際に適用された「予測係数を特定する情報（以下「予測係数特定情報」と称す）」の符号長を考慮する必要がある。
ここでは，先ず，前記予測器２０２の夫々に適用される予測係数，及び予測係数特定情報の符号長について，以下に説明する。
（予測器２０２−１）
先ず，前記予測器２０２−１には，バッファリングされたフレームデータを対象として線形予測分析器２０７で算出された線形予測係数２０９を割り当てる。
これにより，フレームデータに応じて適宜算出される予測係数によって予測を行うことが可能となり，一定の予測係数による予測に較べ，予測精度を著しく向上させ得る。
尚，前記線形予測分析器２０７における線形予測係数２０９の算出方法に関する詳細は，「音のコミュニケーション工学」（社団法人日本音響学会編，コロナ社，１９９６／８／３０初版）に詳しいため，ここでは省略する。
このように前記線形予測係数２０９が適用される当該予測器２０２−１では，前記予測係数特定情報の符号長を，前記線形予測分析器２０７で算出される前記線形予測係数２０９が４次，各次数毎の予測係数が８ｂｉｔの場合を考えると，４×８ｂｉｔ＝３２ｂｉｔに，後述する予測器識別子の２ｂｉｔを加算した３４ｂｉｔとすることが可能である（図６（ｄ）参照）。無論，この符号長は一例であって，予測係数の次数や各次数毎の符号長は前述の値に限定されるものではない。
（予測器２０２−２）
そして，前記予測器２０２−２には，１フレーム前で使用した予測係数２１１を割り当てる。つまり，前回，前記符号長計算／選択器２０４により選択された符号データの符号化の際に用いられた予測係数を一旦メモリ部２１３に保存しておき，現在のフレームデータを符号化する際に，その保存された前記予測係数２１１を前記メモリ部２１３から読み出して使用する。
これは，現在のフレームデータと前回のフレームデータとの間には何らかの相関性があるとの仮定に基づくものであり，例えば，同一或いは類似したデータが繰り返されるＰＣＭデータに対して有効であると解される。
このように前記予測係数２１１が適用される当該予測器２０２−２では，前記予測係数特定情報の符号長を，過去の前記予測係数２１１を使用したことを表すインデックス（フラグ）のみとすることが可能である。つまり，前記フラグの「０」「１」に応じ，前記予測係数２１１の使用／不使用を判定するよう構成することができる。なお，本実施形態では，識別対象が多いため，前記予測係数２１１の使用／不使用の判定は，２ｂｉｔで表された予測器識別子（図６（ｂ）参照）を用いるが，もちろん，この予測器識別子は，識別対象数に応じた任意のビット数（ビット幅）とすることも可能である。尚，本実施形態では，簡単のため過去１フレームのみの予測係数を使用する形態としているが，更に過去のフレームに使用された予測係数を保存しておき，それらを使用する形態とすることも可能である。
（予測器２０２−３）
そして，前記予測器２０２−３には，複数の予測係数が予め記憶された予測係数テーブル２１０から選択された予測係数を割り当てる。
ここで，前記予測係数テーブル２１０から一つの予測係数を選択する手法として，本実施形態では，前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９に最も近い予測係数２０９′を選択し，該予測係数２０９′を特定する前記予測係数テーブル２１０の行番号（以下，テーブルインデックスといい，図１参照）を符号化する，いわゆるベクトル量子化法を用いる。
このような構成により，予め記憶された複数の予測係数から最も高い予測精度を発揮し得る予測係数を選択することが可能となり，より高い圧縮率での符号化を実現し得る。
このように前記予測係数２０９′が適用される当該予測器２０２−３では，前記予測係数特定情報の符号長を，該予測係数２０９′毎に設定された前記テーブルインデックスに，後述する予測器識別子の２ｂｉｔを加算したｂｉｔ数とすることが可能である。ここで，前記予測係数テーブル２１０のテーブルが２５６通りの場合を考えると，その符号長は，８ｂｉｔとなるため，この場合の予測係数特定情報は１０ｂｉｔとなる（図６（ｃ）参照）。無論，このテーブル数は一例であって，この値に特定されるものではない。
更に，前記予測係数テーブル２１０に記憶されている前記予測係数２０９′は，上述した線形予測係数に限定されるものではなく，これと等価なＰＡＲＣＯＲ係数，或いはＬＳＰ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ）係数等を用いることも可能である。
次に，図６を参照しつつ，前記予測器２０２に夫々に適用される予測係数における予測係数特定情報の符号長について詳説する。
この予測係数特定情報は，図６に示す如く，予測器識別子とそれ以外のデータ部分により構成される。
尚，前記予測器識別子とは，前記予測係数特定情報の先頭部分に配置され，該予測係数特定情報によって，その予測係数が，上述した前記予測器２０２のうち，どの予測器に適用された予測係数であるかを表すフラグである。
具体的には，図６（ｂ）の如く，最初の１ビットが１，２ビット目が０であれば１フレーム前の予測係数である（つまりは，前記予測器２０２−２が適用されている）ことを示し，図６（ｃ）の如く，最初の１ビットが０，２ビット目が１であれば前記予測係数テーブル２１０から選択された前記予測係数２０９’である（つまりは，前記予測器２０２−３が適用されている）ことを示し，図６（ｄ）の如く，最初の１ビットが０，２ビット目も０であれば前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９である（つまりは，前記予測器２０２−１が適用されている）ことを示す。
一方，前記データ部分とは，前記予測器識別子の後に配置され，該データ部分によって，その予測係数を特定するために必要な情報が付与される。
具体的には，図６（ｂ）の如く，１フレーム前の予測係数については前記予測器識別子のみより一意に識別されるため新たな情報（データ部分）は不要であるが，図６（ｃ）の如く，前記予測係数テーブル２１０から選択された前記予測係数２０９′については該予測係数２０９′のテーブルインデックスがこれに該当し，図６（ｄ）の如く，前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９については該線形予測係数２０９自体がこれに該当する。
このように，本実施形態に係る前記符号化装置Ａでは，前記予測器２０２に適用された予測係数特定情報の符号長が，前記予測器２０２−１が選択される（図６（ｄ）参照）場合には２＋３２=３４ｂｉｔ，前記予測器２０２−２が選択される（図６（ｂ）参照）場合には２ｂｉｔ，前記予測器２０２−３が選択される（図６（ｃ）参照）場合には２＋８=１０ｂｉｔとなり，各予測器毎に異なることが理解される。
そのため，本実施形態に係る前記符号化装置Ａでは，後述する符号長計算／選択器２０４において，この「予測係数を特定する情報」の符合長の差異を考慮した上で，複数の前記予測器２０２から，最適な（つまりは，最も圧縮率の高い符号化を行い得る）予測器が選択される。
尚，上述説明では，前記予測器識別子が２ｂｉｔの固定長であるが，無論，前記予測器識別子は可変長であってもよい。
この予測係数特定情報は，図６に示す如く，予測器識別子とそれ以外のデータ部分により構成される。
尚，前記予測器識別子とは，前記予測係数特定情報の先頭部分に配置され，該予測係数特定情報によって，その予測係数が，上述した前記予測器２０２のうち，どの予測器に適用された予測係数であるかを表すフラグである。
具体的には，図６（ｂ）の如く，最初の１ビットが１，２ビット目が０であれば１フレーム前の予測係数である（つまりは，前記予測器２０２−２が適用されている）ことを示し，図６（ｃ）の如く，最初の１ビットが０，２ビット目が１であれば前記予測係数テーブル２１０から選択された前記予測係数２０９’である（つまりは，前記予測器２０２−３が適用されている）ことを示し，図６（ｄ）の如く，最初の１ビットが０，２ビット目も０であれば前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９である（つまりは，前記予測器２０２−１が適用されている）ことを示す。
一方，前記データ部分とは，前記予測器識別子の後に配置され，該データ部分によって，その予測係数を特定するために必要な情報が付与される。
具体的には，図６（ｂ）の如く，１フレーム前の予測係数については前記予測器識別子のみより一意に識別されるため新たな情報（データ部分）は不要であるが，図６（ｃ）の如く，前記予測係数テーブル２１０から選択された前記予測係数２０９′については該予測係数２０９′のテーブルインデックスがこれに該当し，図６（ｄ）の如く，前記線形予測分析器２０７で算出された前記線形予測係数２０９については該線形予測係数２０９自体がこれに該当する。
このように，本実施形態に係る前記符号化装置Ａでは，前記予測器２０２に適用された予測係数特定情報の符号長が，前記予測器２０２−１が選択される（図６（ｄ）参照）場合には２＋３２=３４ｂｉｔ，前記予測器２０２−２が選択される（図６（ｂ）参照）場合には２ｂｉｔ，前記予測器２０２−３が選択される（図６（ｃ）参照）場合には２＋８=１０ｂｉｔとなり，各予測器毎に異なることが理解される。
そのため，本実施形態に係る前記符号化装置Ａでは，後述する符号長計算／選択器２０４において，この「予測係数を特定する情報」の符合長の差異を考慮した上で，複数の前記予測器２０２から，最適な（つまりは，最も圧縮率の高い符号化を行い得る）予測器が選択される。
尚，上述説明では，前記予測器識別子が２ｂｉｔの固定長であるが，無論，前記予測器識別子は可変長であってもよい。
（減算器２１２）
上述の如く所定の予測係数が夫々適用され，過去のサンプリングデータから現在のサンプリングデータの予測信号を予測した前記予測器２０２は，該予測信号を，減算器２１２−１〜２１２−３に出力する。
該減算器２１２では，前記予測器２０２から入力された前記予測信号
と，前記バッファ２０１から入力されたサンプルデータｘ（ｉ）とを用い，下式（２）の如く，残差信号ｄ（ｉ）が算出される。
上述の如く所定の予測係数が夫々適用され，過去のサンプリングデータから現在のサンプリングデータの予測信号を予測した前記予測器２０２は，該予測信号を，減算器２１２−１〜２１２−３に出力する。
該減算器２１２では，前記予測器２０２から入力された前記予測信号
（符号器２０３−０）
前記符号化器２０３−０〜２０３−３のうち，符号化器２０３−０には，上述したように，前記予測器２０２を介さずに前記バッファ２０１でバッファリングされたフレームデータが直接入力される。このとき，例えば，前記バッファ２０１において，入力するフレームデータの先頭に，符号化に当たり予測係数を使用しない旨を示す予測器識別子（図６（ａ）参照）を付加するなどにより，前記フレームデータを前記符号器２０３−０に入力させることができる。具体的には，図６（ａ）の如く，最初の１ビットが１，２ビット目が１であれば符号化器２０３−０にフレームデータを直接入力する（つまりは，予測係数を使用しない）ことを示す。
前記符号器２０３−０に入力されたフレームデータは，該符号器２０３−０において符号化され，その後，符号化されたフレームデータ（以下「符号化フレーム」という）が前記符号長計算／選択器２０４に出力される。
前記符号化器２０３−０で行われるフレームデータの符号化については，特にその方法が限定されることはなく，例えば，後述するエントロピー符号化等の種々の符号化方法を適用することが可能である。
前記符号化器２０３−０〜２０３−３のうち，符号化器２０３−０には，上述したように，前記予測器２０２を介さずに前記バッファ２０１でバッファリングされたフレームデータが直接入力される。このとき，例えば，前記バッファ２０１において，入力するフレームデータの先頭に，符号化に当たり予測係数を使用しない旨を示す予測器識別子（図６（ａ）参照）を付加するなどにより，前記フレームデータを前記符号器２０３−０に入力させることができる。具体的には，図６（ａ）の如く，最初の１ビットが１，２ビット目が１であれば符号化器２０３−０にフレームデータを直接入力する（つまりは，予測係数を使用しない）ことを示す。
前記符号器２０３−０に入力されたフレームデータは，該符号器２０３−０において符号化され，その後，符号化されたフレームデータ（以下「符号化フレーム」という）が前記符号長計算／選択器２０４に出力される。
前記符号化器２０３−０で行われるフレームデータの符号化については，特にその方法が限定されることはなく，例えば，後述するエントロピー符号化等の種々の符号化方法を適用することが可能である。
（符号器２０３−１〜２０３−３）
一方，符号化器２０３−１〜２０３−３には，各予測器２０２毎の残差信号ｄ（ｉ）と，該残差信号ｄ（ｉ）に対応する（つまり，該残差信号ｄ（ｉ）の算出に使用された予測信号を予測する際に適用された）前記予測係数特定情報が入力される。該符号器２０３−１〜２０３−３では，前記減算器２１２から取得した残差信号ｄ（ｉ）と，前記予測器２０２から取得した前記予測係数特定情報を符号化し，しかる後，符号化された残差信号及び予測係数特定情報を前記符号長計算／選択器２０４に出力する。以下，符号化された残差信号及び予測係数特定情報と，前記符号化フレームとを総称して「符号化候補」という。
先ず，残差信号ｄ（ｉ）については，その出現頻度の偏りを利用した符号化方法（いわゆるエントロピー符号化）が行われることが望ましい。
該符号器２０３−１〜２０３−３において残差信号を符号化する利点は，エントロピー（振幅ｋ［ｉ］の出現確率をｐ［ｉ］とした時，ｐ［ｉ］×ｌｏｇ２(１／ｐ［ｉ］)の合計）を小さくできることにある。
これについて，あるＰＣＭデータ（１６ｂｉｔ）の振幅の累積度数を表す図１１，及び該ＰＣＭデータをある所定の予測係数を用いて予測値を予測し，その予測値を用いて算出された残差信号の振幅の累積度数を表した図１２を用いて説明する。
両図より明らかな如く，ＰＣＭデータの残差信号を算出することによって，その信号に対する振幅の分布は０近傍に集中する。そこで，振幅の分布の偏り（集中）を利用して符号化すれば圧縮率の向上させ得る。
具体的には，振幅が０近傍の信号には短いビット長の符号を割当て，振幅が大きくなるに従いビット長の長い符号を割り当てるように符号化すれば，より圧縮効率を高めることが可能である。尚，上述した説明は，概念的な説明であるが，これら概念をさらに効率よく具現化した符号化手法として公知な技術であるＨｕｆｆｍａｎ符号方式，算術符号化方式，或いはレンジコーダ等の手法を用いることが可能である。
このように，該符号器２０３−１〜２０３−３において残差信号を符号化することで，より圧縮効率の高い符号化が可能である。
一方，予測係数特定情報については，特にその符号化方法に係る限定はなく，図６（ｂ）〜（ｄ）に示す構造を符号化として捉えることも可能であるし，図６（ｂ）〜（ｄ）に示す構造の予測係数特定情報を，上述したエントロピー符号化等を用い更に符号化してもよい。
つまり，該符号器２０３−１〜２０３−３は，前記減算器２１２から取得した残差信号ｄ（ｉ）と，前記予測器２０２から取得した予測係数特定情報と，を夫々符号化（両者の符号化方式は同一であっても異なってもよい）すると共に，符号化された夫々の符号を合わせて形成される前記符号化候補を前記符号長計算／選択器２０４に出力する機能を有する。
一方，符号化器２０３−１〜２０３−３には，各予測器２０２毎の残差信号ｄ（ｉ）と，該残差信号ｄ（ｉ）に対応する（つまり，該残差信号ｄ（ｉ）の算出に使用された予測信号を予測する際に適用された）前記予測係数特定情報が入力される。該符号器２０３−１〜２０３−３では，前記減算器２１２から取得した残差信号ｄ（ｉ）と，前記予測器２０２から取得した前記予測係数特定情報を符号化し，しかる後，符号化された残差信号及び予測係数特定情報を前記符号長計算／選択器２０４に出力する。以下，符号化された残差信号及び予測係数特定情報と，前記符号化フレームとを総称して「符号化候補」という。
先ず，残差信号ｄ（ｉ）については，その出現頻度の偏りを利用した符号化方法（いわゆるエントロピー符号化）が行われることが望ましい。
該符号器２０３−１〜２０３−３において残差信号を符号化する利点は，エントロピー（振幅ｋ［ｉ］の出現確率をｐ［ｉ］とした時，ｐ［ｉ］×ｌｏｇ２(１／ｐ［ｉ］)の合計）を小さくできることにある。
これについて，あるＰＣＭデータ（１６ｂｉｔ）の振幅の累積度数を表す図１１，及び該ＰＣＭデータをある所定の予測係数を用いて予測値を予測し，その予測値を用いて算出された残差信号の振幅の累積度数を表した図１２を用いて説明する。
両図より明らかな如く，ＰＣＭデータの残差信号を算出することによって，その信号に対する振幅の分布は０近傍に集中する。そこで，振幅の分布の偏り（集中）を利用して符号化すれば圧縮率の向上させ得る。
具体的には，振幅が０近傍の信号には短いビット長の符号を割当て，振幅が大きくなるに従いビット長の長い符号を割り当てるように符号化すれば，より圧縮効率を高めることが可能である。尚，上述した説明は，概念的な説明であるが，これら概念をさらに効率よく具現化した符号化手法として公知な技術であるＨｕｆｆｍａｎ符号方式，算術符号化方式，或いはレンジコーダ等の手法を用いることが可能である。
このように，該符号器２０３−１〜２０３−３において残差信号を符号化することで，より圧縮効率の高い符号化が可能である。
一方，予測係数特定情報については，特にその符号化方法に係る限定はなく，図６（ｂ）〜（ｄ）に示す構造を符号化として捉えることも可能であるし，図６（ｂ）〜（ｄ）に示す構造の予測係数特定情報を，上述したエントロピー符号化等を用い更に符号化してもよい。
つまり，該符号器２０３−１〜２０３−３は，前記減算器２１２から取得した残差信号ｄ（ｉ）と，前記予測器２０２から取得した予測係数特定情報と，を夫々符号化（両者の符号化方式は同一であっても異なってもよい）すると共に，符号化された夫々の符号を合わせて形成される前記符号化候補を前記符号長計算／選択器２０４に出力する機能を有する。
（符号長計算／選択器２０４）
前記符号長計算／選択器２０４では，前記符号器２０３（２０３−０〜２０３−３）から入力される複数の符号化候補から一つを選択するに当たり，該符号化候補の符号長が最小であるものを選択し，選択された符号化候補をビットストリーム生成器２０５へと出力する。
即ち，該符号長計算／選択器２０４は，符号器２０３−１〜２０３−３で符号化された残差信号及び予測係数特定情報とを合わせて構成された符号化データだけでなく，符号器２０３−０で予測器を介さずに符号化されたフレームデータ（符号化フレーム）をも含めた全ての符号化候補の中から符号長が最小となるものを選択するよう構成されている。そのため，本実施形態によれば，前記予測器２０２を利用した符号化では高い圧縮率で符号化され，他の符号化方法によれば高い圧縮率で符号化することができるようなディジタル信号が入力される場合でも，該ディジタル信号に対して，高い圧縮率で符号化可能な適切な符号器が選択され得る。
なお，前記符号長計算／選択器２０４における選択は，フレームデータ単位で行われるため，後述するビットストリームＥ１（図７）には，符号器２０３−０で符号化されたデータ及び符号器２０３−１〜２０３−３で符号化されたデータが混在することになる。
前記符号長計算／選択器２０４では，前記符号器２０３（２０３−０〜２０３−３）から入力される複数の符号化候補から一つを選択するに当たり，該符号化候補の符号長が最小であるものを選択し，選択された符号化候補をビットストリーム生成器２０５へと出力する。
即ち，該符号長計算／選択器２０４は，符号器２０３−１〜２０３−３で符号化された残差信号及び予測係数特定情報とを合わせて構成された符号化データだけでなく，符号器２０３−０で予測器を介さずに符号化されたフレームデータ（符号化フレーム）をも含めた全ての符号化候補の中から符号長が最小となるものを選択するよう構成されている。そのため，本実施形態によれば，前記予測器２０２を利用した符号化では高い圧縮率で符号化され，他の符号化方法によれば高い圧縮率で符号化することができるようなディジタル信号が入力される場合でも，該ディジタル信号に対して，高い圧縮率で符号化可能な適切な符号器が選択され得る。
なお，前記符号長計算／選択器２０４における選択は，フレームデータ単位で行われるため，後述するビットストリームＥ１（図７）には，符号器２０３−０で符号化されたデータ及び符号器２０３−１〜２０３−３で符号化されたデータが混在することになる。
（ビットストリーム生成器２０５）
続いて，前記符号長計算／選択器２０４で選択された一つの符号化候補は，ビットストリーム生成器２０５でビットストリームとしてパッキングされた後，出力端子２０６から出力される。
ここに，前記ビットストリーム生成器２０５によりパッキングされたビットストリームの一例を図７に示す。尚，同図に示すビットストリームＥ１は，チャンネル数が１のＰＣＭデータから生成されたビットストリームの一例を示す。
同図に示す如く，前記ビットストリームＥ１は，ファイルヘッダ６０８と，それに続くフレームデータの２つに大別される。更に，前記フレームデータはフレーム毎にフレームデータ（１）６０９，フレームデータ（２）６１０，…に分けられる。ここに，前記フレームデータ（１）６０９は予測器２０２を介さずに符号器２０３−０で符号化されたフレームデータ（符号化フレーム）を含み，前記フレームデータ（２）６１０はいずれかの予測器２０２を用いて符号器２０３−１〜２０３−３のいずれかで符号化された残差情報等を含むものとする。
先ず，前記ファイルヘッダ６０８の構成要素について説明する。
該ファイルヘッダ６０８は，更にヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２とに分けられる。なお，ビットストリームＥ１が，チャンネル数が２つ（例えばＬｃｈとＲｃｈからなるステレオ）のＰＣＭデータから生成されたビットストリームである場合は，前記ファイルヘッダ６０８には，各チャンネル毎の先頭サンプル値が含まれる。
前記ヘッダ６０１は，例えば，ビットストリーム（ＰＣＭデータ）全体を司る情報，例えばサンプリングレート，チャンネル数，平均ビットレート等の情報が含まれる。
また，前記先頭サンプル値６０２には，所定のチャンネルの先頭サンプル値が格納される。尚，この先頭サンプル値６０２はデコードする最初の１フレームを復元するために必要であり，少なくとも予測係数αｎの次数（すなわちｎ）分を各チャンネル毎に確保してあればよい。若しくは，線形予測のために必要な過去のサンプルの初期値をエンコーダ，デコーダ共に０とするなどして予測させるようにすれば，先頭サンプル値６０２は無くてもよい。このように，該ファイルヘッダ６０８を構成する前記ヘッダ６０１及び前記先頭サンプル値６０２は，固定長である。
続いて，前記符号長計算／選択器２０４で選択された一つの符号化候補は，ビットストリーム生成器２０５でビットストリームとしてパッキングされた後，出力端子２０６から出力される。
ここに，前記ビットストリーム生成器２０５によりパッキングされたビットストリームの一例を図７に示す。尚，同図に示すビットストリームＥ１は，チャンネル数が１のＰＣＭデータから生成されたビットストリームの一例を示す。
同図に示す如く，前記ビットストリームＥ１は，ファイルヘッダ６０８と，それに続くフレームデータの２つに大別される。更に，前記フレームデータはフレーム毎にフレームデータ（１）６０９，フレームデータ（２）６１０，…に分けられる。ここに，前記フレームデータ（１）６０９は予測器２０２を介さずに符号器２０３−０で符号化されたフレームデータ（符号化フレーム）を含み，前記フレームデータ（２）６１０はいずれかの予測器２０２を用いて符号器２０３−１〜２０３−３のいずれかで符号化された残差情報等を含むものとする。
先ず，前記ファイルヘッダ６０８の構成要素について説明する。
該ファイルヘッダ６０８は，更にヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２とに分けられる。なお，ビットストリームＥ１が，チャンネル数が２つ（例えばＬｃｈとＲｃｈからなるステレオ）のＰＣＭデータから生成されたビットストリームである場合は，前記ファイルヘッダ６０８には，各チャンネル毎の先頭サンプル値が含まれる。
前記ヘッダ６０１は，例えば，ビットストリーム（ＰＣＭデータ）全体を司る情報，例えばサンプリングレート，チャンネル数，平均ビットレート等の情報が含まれる。
また，前記先頭サンプル値６０２には，所定のチャンネルの先頭サンプル値が格納される。尚，この先頭サンプル値６０２はデコードする最初の１フレームを復元するために必要であり，少なくとも予測係数αｎの次数（すなわちｎ）分を各チャンネル毎に確保してあればよい。若しくは，線形予測のために必要な過去のサンプルの初期値をエンコーダ，デコーダ共に０とするなどして予測させるようにすれば，先頭サンプル値６０２は無くてもよい。このように，該ファイルヘッダ６０８を構成する前記ヘッダ６０１及び前記先頭サンプル値６０２は，固定長である。
次に，前記フレームデータ（１）６０９の構成要素について説明する。
前記フレームデータ（１）６０９は，符号化方法（方式）を識別するための方式情報６０３と，符号化フレーム６０４とに分けられる。
前記符号化フレーム６０４は言うまでもなく，前記符号長計算／選択器２０４において符号器２０３−０から入力された符号化候補（即ち，符号器２０３−０で符号化されたフレームデータ）が選択された場合のそのフレームデータである。また，前記方式情報６０３は前記符号化フレーム６０４の符号化方法（方式）を識別するための情報であって，具体的には，符号器２０３−０における符号化に適用された符号化方法を識別する情報である。なお，該方式情報６０３は，ビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。
前記フレームデータ（１）６０９は，符号化方法（方式）を識別するための方式情報６０３と，符号化フレーム６０４とに分けられる。
前記符号化フレーム６０４は言うまでもなく，前記符号長計算／選択器２０４において符号器２０３−０から入力された符号化候補（即ち，符号器２０３−０で符号化されたフレームデータ）が選択された場合のそのフレームデータである。また，前記方式情報６０３は前記符号化フレーム６０４の符号化方法（方式）を識別するための情報であって，具体的には，符号器２０３−０における符号化に適用された符号化方法を識別する情報である。なお，該方式情報６０３は，ビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。
続いて，前記フレームデータ（２）６１０の構成要素について説明する。
前記フレームデータ（２）６１０は，更に方式情報６０５と，予測係数特定情報６０６と，残差信号情報６０７とに分けられる。
前記方式情報６０５は前記予測係数特定情報６０６及び残差信号情報６０７を符号化した符号化方法（方式）を識別するための情報であって，具体的には，対応する符号器における符号化方法，使用した予測器２０２，使用した予測係数等を識別する情報である。この方式情報６０５は，ビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。
前記予測係数特定情報６０６は，先に説明したように，予測係数を特定する情報であり，このビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。該予測係数特定情報６０６に基づいて，ビットストリームＥ１からＰＣＭデータを復号する装置（ディジタル信号復号化装置Ｃ）については後述する。
また，前記残差信号情報６０７は，残差信号を符号化して得られた符号である。このように，該フレームデータ（２）６１０を構成する前記予測係数特定情報６０６及び前記残差信号情報６０７は両者とも可変長である。
尚，各情報の並び順，或いはチャンネル数は図７示す例に限定されず，任意の形態が可能であることは言うまでもない。
前記フレームデータ（２）６１０は，更に方式情報６０５と，予測係数特定情報６０６と，残差信号情報６０７とに分けられる。
前記方式情報６０５は前記予測係数特定情報６０６及び残差信号情報６０７を符号化した符号化方法（方式）を識別するための情報であって，具体的には，対応する符号器における符号化方法，使用した予測器２０２，使用した予測係数等を識別する情報である。この方式情報６０５は，ビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。
前記予測係数特定情報６０６は，先に説明したように，予測係数を特定する情報であり，このビットストリームＥ１を復号化する際に用いられる。該予測係数特定情報６０６に基づいて，ビットストリームＥ１からＰＣＭデータを復号する装置（ディジタル信号復号化装置Ｃ）については後述する。
また，前記残差信号情報６０７は，残差信号を符号化して得られた符号である。このように，該フレームデータ（２）６１０を構成する前記予測係数特定情報６０６及び前記残差信号情報６０７は両者とも可変長である。
尚，各情報の並び順，或いはチャンネル数は図７示す例に限定されず，任意の形態が可能であることは言うまでもない。
次に，前記符号化装置Ａにより生成されたビットストリームＥ１（図７参照）を取得し，復号化可能なディジタル信号復号化装置Ｃの一例について，図３を参照しながら説明する。
以下に，図３に示すディジタル信号復号化装置Ｃ（以下「復号化装置Ｃ」と略す）に入力されたビットストリームＥ１が復号化され，ＰＣＭデータとして出力されるまでの各部の処理について，処理の流れに沿って説明する。なお，図１のブロック図に示す符合化装置Ａの構成要素と同名称の構成要素についてはその構成は同じであるため，上述した符合化装置Ａの説明を参照し，ここではその詳細な説明を省略する。
先ず，前記音声復号化装置Ｃに入力されたビットストリームＥ１は、入力端子５０１を介してビットストリーム解読器５０２に入力される。
該ビットストリーム解読器５０２では、ビットストリームＥ１のセグメントを解読して該ビットストリームＥ１を各信号成分毎に分解した後に、それら信号成分の振り分けが行われる。
具体的には，前記ビットストリーム解読器５０２において，ビットストリームＥ１のファイルヘッダ６０８がヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２に分解され，前記先頭サンプル値６０２がバッファ５０４および予測器５０３に振り分けられ、ＰＣＭデータの一部（先頭ＰＣＭデータ）として出力される。
以下に，図３に示すディジタル信号復号化装置Ｃ（以下「復号化装置Ｃ」と略す）に入力されたビットストリームＥ１が復号化され，ＰＣＭデータとして出力されるまでの各部の処理について，処理の流れに沿って説明する。なお，図１のブロック図に示す符合化装置Ａの構成要素と同名称の構成要素についてはその構成は同じであるため，上述した符合化装置Ａの説明を参照し，ここではその詳細な説明を省略する。
先ず，前記音声復号化装置Ｃに入力されたビットストリームＥ１は、入力端子５０１を介してビットストリーム解読器５０２に入力される。
該ビットストリーム解読器５０２では、ビットストリームＥ１のセグメントを解読して該ビットストリームＥ１を各信号成分毎に分解した後に、それら信号成分の振り分けが行われる。
具体的には，前記ビットストリーム解読器５０２において，ビットストリームＥ１のファイルヘッダ６０８がヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２に分解され，前記先頭サンプル値６０２がバッファ５０４および予測器５０３に振り分けられ、ＰＣＭデータの一部（先頭ＰＣＭデータ）として出力される。
また，ビットストリームＥ１に含まれるフレームデータ（１）６０９は，方式情報６０３と符合化フレーム６０４とに分割され，それぞれのデータが予測器５０３に出力される。ただし，フレームデータ（１）６０９は予測器２０２を用いずに符号器２０３−０で符合化されたデータであるため，前記予測器５０３では前記フレームデータ（１）６０９の先頭に付された予測器識別子（図６（ａ）参照）を判別して，予測係数を「０」として処理し，方式情報６０３で特定される符合化方式に対応する復号化方式で復号化した後に，復号されたＰＣＭデータがバッファ５０４へ順次転送される。もちろん，前記予測器５０３にフレームデータ（１）６０９を出力せずに別経路に符号器２０３−０に対応する復号器（不図示）を設け，該復号器にフレームデータ（１）６０９を出力して復号化するようにしてもかまわない。
一方，フレームデータ（２）６１０は方式情報６０５と予測係数特定情報６０６と残差信号情報６０７とに分割され，前記方式情報６０５と前記残差信号情報６０７は予測器５０３に出力され，前記予測係数特定情報６０６は予測係数形成部５０５に出力される。
前記予測係数特定情報６０６は予測係数形成部５０５に振り分けられ，予測器５０３に適用する予測係数を特定するために用いられる。具体的には、本実施形態に係る前記符号化装置Ａを用いてＰＣＭデータを符号化する際に、前記予測器２０２（図１参照）に適用された予測係数の特定を行う。つまり、前記予測係数特定情報６０６に含まれる前記予測器識別子及びそれに付随するデータ部分（図６参照）に基づいて、メモリ部５０９に記憶しておいた１フレーム前の予測係数５０６（前記予測器２０２−２に適用される予測係数２１１に相当）、予測係数テーブル５０７に予め記憶された予測係数（前記予測器２０２−３に適用される予測係数２０９’に相当）、或いは前記予測係数特定情報６０６のデータ部分として送信される線形予測係数２０９（前記予測器２０２−１に適用される予測係数２０９に相当）のいずれかが選択される。尚、この予測係数特定情報６０６は予測器２０２を用いて符合化されたフレームデータ毎に取得されるものであり、各フレームデータ毎にその符号化（予測）に適用された予測係数が適宜選択される。かかる手順により前記予測器５０３に適用する予測係数を選択することで、その予測係数は、ＰＣＭデータを前記符号化する際に前記予測器２０２（図１参照）に適用された予測係数と同一にすることが可能となる。
そして、前記予測器５０３の出力信号と、残差信号情報６０７とを加算することでＰＣＭデータに復号され、その復号されたＰＣＭデータがバッファ５０４へ順次転送される。
前記予測係数特定情報６０６は予測係数形成部５０５に振り分けられ，予測器５０３に適用する予測係数を特定するために用いられる。具体的には、本実施形態に係る前記符号化装置Ａを用いてＰＣＭデータを符号化する際に、前記予測器２０２（図１参照）に適用された予測係数の特定を行う。つまり、前記予測係数特定情報６０６に含まれる前記予測器識別子及びそれに付随するデータ部分（図６参照）に基づいて、メモリ部５０９に記憶しておいた１フレーム前の予測係数５０６（前記予測器２０２−２に適用される予測係数２１１に相当）、予測係数テーブル５０７に予め記憶された予測係数（前記予測器２０２−３に適用される予測係数２０９’に相当）、或いは前記予測係数特定情報６０６のデータ部分として送信される線形予測係数２０９（前記予測器２０２−１に適用される予測係数２０９に相当）のいずれかが選択される。尚、この予測係数特定情報６０６は予測器２０２を用いて符合化されたフレームデータ毎に取得されるものであり、各フレームデータ毎にその符号化（予測）に適用された予測係数が適宜選択される。かかる手順により前記予測器５０３に適用する予測係数を選択することで、その予測係数は、ＰＣＭデータを前記符号化する際に前記予測器２０２（図１参照）に適用された予測係数と同一にすることが可能となる。
そして、前記予測器５０３の出力信号と、残差信号情報６０７とを加算することでＰＣＭデータに復号され、その復号されたＰＣＭデータがバッファ５０４へ順次転送される。
このようにして転送され，前記バッファ５０４に格納されたＰＣＭデータは，該バッファ５０４の出力信号として出力端子５０８を介して出力され，これにより，ＰＣＭデータへの復号化が完了する。
このように、当該復号化装置Ｃにおいては、前記符号化装置Ａの逆の手順に従って元のＰＣＭデータをロスレス復号化することが可能である。
尚、当該復号化装置Ｃは、図１で説明した前記符号化装置Ａにおける前記バッファ２０１と対応させるべく前記バッファ５０４を設けた形態としたが、該バッファ５０４は不可欠な構成要素ではなく、該バッファ５０４で順次バッファリングすることなく、復号されたＰＣＭデータを順次出力端子５０８を介して出力する構成としてもよい。但し、上述の符号化の手順において説明したように、前記符号化装置Ａにおける前記バッファ２０１において各チャンネル間の相関を利用した処理（例えば、２ｃｈの音声信号におけるＬｃｈ＋Ｒｃｈ、或いはＬｃｈ−Ｒｃｈ）が実施される場合には、該バッファ５０４において逆処理を実施する必要がある。
このように、当該復号化装置Ｃにおいては、前記符号化装置Ａの逆の手順に従って元のＰＣＭデータをロスレス復号化することが可能である。
尚、当該復号化装置Ｃは、図１で説明した前記符号化装置Ａにおける前記バッファ２０１と対応させるべく前記バッファ５０４を設けた形態としたが、該バッファ５０４は不可欠な構成要素ではなく、該バッファ５０４で順次バッファリングすることなく、復号されたＰＣＭデータを順次出力端子５０８を介して出力する構成としてもよい。但し、上述の符号化の手順において説明したように、前記符号化装置Ａにおける前記バッファ２０１において各チャンネル間の相関を利用した処理（例えば、２ｃｈの音声信号におけるＬｃｈ＋Ｒｃｈ、或いはＬｃｈ−Ｒｃｈ）が実施される場合には、該バッファ５０４において逆処理を実施する必要がある。
《第２の実施形態》
次に，本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂ（以下「符号化装置Ｂ」と略す）について図２のブロック図を用いて説明する。なお，図２中において，上述した第１の実施形態の符号化装置Ａと同じ構成要素については同符号を付すことによりその説明を省略する。
上述説明した図１示す第１の実施形態の符号化装置Ａでは，前記符号器２０３−０において，エントロピー符号化等の種々の符号化方法を適用することができることについて説明した。
しかし，入力されるディジタル信号のランダム性が強い場合，即ち，入力されるディジタル信号がランダム信号である場合は，振幅の累積度数（図１１，図１２参照）に偏りが少ないため，エントロピー符号化が効果的に実行されず，即ち，符号化率（圧縮率）が低くなる。前記ランダム信号の一例として，例えば，データロガー等の計測装置により計測された計測データが挙げられる。このような計測データにはランダム雑音が含まれるため，そのデータのランダム性は強い傾向にある。
一般に，ディジタル信号（ディジタルデータ）は，そのデータ長（例えば１６ｂｉｔ）の全てのビット数で所定の情報が表されるが，前記計測データ等に代表されるランダム信号においては，実質的に全てのビット数で情報が表されているのではなく，データの先頭から所定のビット数（ビットレンジ，ビット幅）だけで情報を表す場合がある。一般にこのようなビット数は有効ビット数と呼ばれる。
この有効ビット数は，前記ランダム信号にあっては比較的小さい値となることが知られている。
ここで，図９に，１６ビット幅のあるランダム信号に対してエントロピー符号化の一つである周知のゴロム符号化（ゴロム・ライス符号化）を施した場合の平均ビット長（平均符号長）を示す。具体的には，図９に示す表の最下欄に，−４〜３の整数値がランダムに発生するランダム信号をゴロム符合化した場合の平均ビット長（平均符号長）を示している。
このように，−４〜３の整数値がランダムに発生するランダム信号に対して，ゴラム符合化１〜４のいずれの符合化方法を適用したとしても，符合化後の平均ビット長は３．５乃至４．５である。しかしながら，前記ランダム信号が示す−４〜３の整数値は３ビットで表すことができるため，１６ビット幅のうち，先頭の３ビット以外のビット列を全て除去して，１６ビットのランダム信号を３ビットのデータに符号化することができるはずである。
次に，本発明の第２の実施形態に係るディジタル信号符号化装置Ｂ（以下「符号化装置Ｂ」と略す）について図２のブロック図を用いて説明する。なお，図２中において，上述した第１の実施形態の符号化装置Ａと同じ構成要素については同符号を付すことによりその説明を省略する。
上述説明した図１示す第１の実施形態の符号化装置Ａでは，前記符号器２０３−０において，エントロピー符号化等の種々の符号化方法を適用することができることについて説明した。
しかし，入力されるディジタル信号のランダム性が強い場合，即ち，入力されるディジタル信号がランダム信号である場合は，振幅の累積度数（図１１，図１２参照）に偏りが少ないため，エントロピー符号化が効果的に実行されず，即ち，符号化率（圧縮率）が低くなる。前記ランダム信号の一例として，例えば，データロガー等の計測装置により計測された計測データが挙げられる。このような計測データにはランダム雑音が含まれるため，そのデータのランダム性は強い傾向にある。
一般に，ディジタル信号（ディジタルデータ）は，そのデータ長（例えば１６ｂｉｔ）の全てのビット数で所定の情報が表されるが，前記計測データ等に代表されるランダム信号においては，実質的に全てのビット数で情報が表されているのではなく，データの先頭から所定のビット数（ビットレンジ，ビット幅）だけで情報を表す場合がある。一般にこのようなビット数は有効ビット数と呼ばれる。
この有効ビット数は，前記ランダム信号にあっては比較的小さい値となることが知られている。
ここで，図９に，１６ビット幅のあるランダム信号に対してエントロピー符号化の一つである周知のゴロム符号化（ゴロム・ライス符号化）を施した場合の平均ビット長（平均符号長）を示す。具体的には，図９に示す表の最下欄に，−４〜３の整数値がランダムに発生するランダム信号をゴロム符合化した場合の平均ビット長（平均符号長）を示している。
このように，−４〜３の整数値がランダムに発生するランダム信号に対して，ゴラム符合化１〜４のいずれの符合化方法を適用したとしても，符合化後の平均ビット長は３．５乃至４．５である。しかしながら，前記ランダム信号が示す−４〜３の整数値は３ビットで表すことができるため，１６ビット幅のうち，先頭の３ビット以外のビット列を全て除去して，１６ビットのランダム信号を３ビットのデータに符号化することができるはずである。
そこで，本発明の第２の実施形態の符号化装置Ｂでは，図２のブロック図に示すように，前記バッファ２０１から前記符号器２０３−０へ入力されるフレームデータの有効ビット数を検出するビットレンジ検出器３０２（有効ビット数検出手段の一例）を設け，該ビットレンジ検出器３０２で検出された有効ビット数を特定する情報（以下「有効ビット数特定情報」という）を前記符号器２０３−０に入力し，該符号器２０３−０においては，所定のビット幅（例えば１６ビット幅）のフレームデータを前記有効ビット数のデータに符合化するように構成される。このように構成されることにより，ランダム性の高いデータの符合化率（圧縮率）を更に高めることが可能となる。
ここで，図２，図５及び図８を参照しながら前記有効ビット数を用いた符合化の具体例を以下に説明する。
いま，説明を簡単にするため，図５に示すように，１０進数表示で−４〜３のいずれかの整数値を示す１６ビットのサンプルデータが１６個（サンプル４０１〜４１６）集まって構成されるフレームデータ４０を考える。このフレームデータ４０は，縦方向に時間軸をとったデータ群である。また，このフレームデータ４０は，先頭から２つのビット（ビット番号０と１）で−４〜３の整数値の絶対値を表し，先頭から３つ目のビット（ビット番号２）がその符号を表す。即ち，先頭から３つ目までのビットが有効ビットであり，その有効ビット数は３である。なお，前記サンプルデータの性質上，前記有効ビットを除く他のビットは，符号と同じビット値となっている。
まず，前記バッファ２０１でフレーム化され，バッファリングされることにより前記フレームデータ４０が取得されると，その後，該フレームデータ４０が前記符号器２０３−０に入力される。このとき，前記フレームデータ４０の入力経路に設けられた前記前記ビットレンジ検出器３０２によって，前記フレームデータ４０の有効ビット数が検出される。かかる検出は，例えば，サンプルデータの各ビット番号の値がランダムに出現しているかどうか等により有効ビットの範囲を判定することにより検出することが可能である。もちろん，かかる手法に限定されることはない。
前記有効ビット数が検出されると，その有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報が前記ビットレンジ検出器３０２から前記符号器２０３−０に入力される。
次に，前記符号器２０３−０では，入力されたフレームデータ４０と有効ビット数情報に基づいて前記フレームデータ４０を符合化する。具体的は，１６ビットのサンプルデータ４０１〜４１６のデータを有効ビット数分の１６個のサンプルデータ（以下「ビット制限情報」という，図５中の範囲４３）に符合化し，この符合化されたビット制限情報４３に前記有効ビット数情報（図５中のビット幅４２）を付加した符号データ４４に圧縮する。
いま，説明を簡単にするため，図５に示すように，１０進数表示で−４〜３のいずれかの整数値を示す１６ビットのサンプルデータが１６個（サンプル４０１〜４１６）集まって構成されるフレームデータ４０を考える。このフレームデータ４０は，縦方向に時間軸をとったデータ群である。また，このフレームデータ４０は，先頭から２つのビット（ビット番号０と１）で−４〜３の整数値の絶対値を表し，先頭から３つ目のビット（ビット番号２）がその符号を表す。即ち，先頭から３つ目までのビットが有効ビットであり，その有効ビット数は３である。なお，前記サンプルデータの性質上，前記有効ビットを除く他のビットは，符号と同じビット値となっている。
まず，前記バッファ２０１でフレーム化され，バッファリングされることにより前記フレームデータ４０が取得されると，その後，該フレームデータ４０が前記符号器２０３−０に入力される。このとき，前記フレームデータ４０の入力経路に設けられた前記前記ビットレンジ検出器３０２によって，前記フレームデータ４０の有効ビット数が検出される。かかる検出は，例えば，サンプルデータの各ビット番号の値がランダムに出現しているかどうか等により有効ビットの範囲を判定することにより検出することが可能である。もちろん，かかる手法に限定されることはない。
前記有効ビット数が検出されると，その有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報が前記ビットレンジ検出器３０２から前記符号器２０３−０に入力される。
次に，前記符号器２０３−０では，入力されたフレームデータ４０と有効ビット数情報に基づいて前記フレームデータ４０を符合化する。具体的は，１６ビットのサンプルデータ４０１〜４１６のデータを有効ビット数分の１６個のサンプルデータ（以下「ビット制限情報」という，図５中の範囲４３）に符合化し，この符合化されたビット制限情報４３に前記有効ビット数情報（図５中のビット幅４２）を付加した符号データ４４に圧縮する。
ここに，符合化装置Ｂのビットストリーム生成器２０５によりパッキングされたビットストリームの一例を図８に示す。尚，同図に示すビットストリームＥ２は，チャンネル数が１のＰＣＭデータから生成されたビットストリームの一例を示す。
同図に示す如く，前記ビットストリームＥ２は，ファイルヘッダ６０８と，それに続くフレームデータの２つに大別される。更に，前記フレームデータはフレーム毎にフレームデータ（１）６０９，フレームデータ（２）６１０，…に分けられる。更に，前記フレームデータ（１）６０９は，符号化方法（方式）を識別するための方式情報６０３と，前記符号データ４４（図５参照）とに分けられる。なお，前記ビットストリームＥ１に含まれる同一データ（情報）については，同符号を付してその説明を省略する。
このように，有効ビット数を用いた符合化がなされることにより，符合化前は２５６ビット（１６×１６ビット）のフレームデータ４０が，５１ビット（３＋３×１６ビット）の符号データ，即ち，約２０％に圧縮された符号データ４４に符合化される。
同図に示す如く，前記ビットストリームＥ２は，ファイルヘッダ６０８と，それに続くフレームデータの２つに大別される。更に，前記フレームデータはフレーム毎にフレームデータ（１）６０９，フレームデータ（２）６１０，…に分けられる。更に，前記フレームデータ（１）６０９は，符号化方法（方式）を識別するための方式情報６０３と，前記符号データ４４（図５参照）とに分けられる。なお，前記ビットストリームＥ１に含まれる同一データ（情報）については，同符号を付してその説明を省略する。
このように，有効ビット数を用いた符合化がなされることにより，符合化前は２５６ビット（１６×１６ビット）のフレームデータ４０が，５１ビット（３＋３×１６ビット）の符号データ，即ち，約２０％に圧縮された符号データ４４に符合化される。
次に，前記符号化装置Ｂにより生成されたビットストリームＥ２（図８参照）を取得し，復号化可能なディジタル信号復号化装置Ｄの一例について，図４を参照しながら説明する。以下に，図４に示すディジタル信号復号化装置Ｄ（以下「復号化装置Ｄ」と略す）に入力されたビットストリームＥ２が復号化され，ＰＣＭデータとして出力されるまでの各部の処理について，処理の流れに沿って説明する。なお，前記復号化装置Ｃと同じ構成要素には同符号を付して表すことによりその詳細な説明を省略する。
この第２の実施の形態における復号化装置Ｄは前記復号化装置Ｃと略同様の構成を有するが，図４に示すように，ビットレンジ拡張器５１０と経路切換器５１１とを更に具備する点において構成が異なる。
先ず，前記音声復号化装置Ｄに入力されたビットストリームＥ２は、入力端子５０１を介してビットストリーム解読器５０２に入力され，ビットストリームＥ２のセグメントを解読して各信号成分毎に分解された後に、それら信号成分の振り分けが行われる。
具体的には，ファイルヘッダ６０８がヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２に分解され，前記先頭サンプル値６０２がバッファ５０４および予測器５０３に振り分けられ、ＰＣＭデータの一部（先頭ＰＣＭデータ）として出力される。
ビットストリームＥ２に含まれるフレームデータ（１）６０９は，方式情報６０３とビット数特定情報４２とビット制限情報４３とに分割され，フレームデータ（２）６１０は方式情報６０５と予測係数特定情報６０６と残差信号情報６０７とに分割される。
この分割されたデータのうち，方式情報６０３，６０５，ビット制限情報４３及び残差信号情報６０７が前記経路切換器５１１に出力される。一方，前記ビット数特定情報４２は前記ビットレンジ拡張器５１０に出力される。
前記経路切換器５１１は，前記ビットストリーム解読器５０２から出力された情報を予測器５０３或いは前記ビットレンジ拡張器５１０のいずれかにデータを出力するため，入力された方式情報６０３や入力されたフレームデータ等を参照して，経路Ｒ１と経路Ｒ２とを切り換えるものである。具体的には，入力されたデータがビット制限情報４３を含むものであるか，残差信号情報６０７を含むものであるかどうかを判定し，ビット制限情報４３を含むものである場合には経路Ｒ２に切り換えられ，残差信号情報６０７を含むものである場合には経路Ｒ１に切り換えられる。このようにして，データが各部に振り分けられる。なお，前記予測器５０３で行われる処理については前記復号化装置Ｃの説明を参照されたい。
前記ビットレンジ拡張器５１０にビット制限情報４３が出力されると，該ビットレンジ拡張器５１０では，入力したビット制限情報４３の制限を該ビット制限情報４３に対応するビット数特定情報４２に基づいて元のフレームデータに拡張（復号化）する処理が実行される。例えば，図５に示すように，３ビットからなるビット数特定情報４２を得てビット制限情報４３を，１サンプル１６ビットのサンプルデータが１６集合したフレームデータ４０に拡張する処理が行われる。その後，元に復号化されたフレームデータ４０がバッファ５０４に転送され，前記バッファ５０４に格納されたフレームデータ４０が，該バッファ５０４の出力信号として出力端子５０８を介して出力されることにより，ＰＣＭデータへの復号化が完了する。
この第２の実施の形態における復号化装置Ｄは前記復号化装置Ｃと略同様の構成を有するが，図４に示すように，ビットレンジ拡張器５１０と経路切換器５１１とを更に具備する点において構成が異なる。
先ず，前記音声復号化装置Ｄに入力されたビットストリームＥ２は、入力端子５０１を介してビットストリーム解読器５０２に入力され，ビットストリームＥ２のセグメントを解読して各信号成分毎に分解された後に、それら信号成分の振り分けが行われる。
具体的には，ファイルヘッダ６０８がヘッダ６０１と先頭サンプル値６０２に分解され，前記先頭サンプル値６０２がバッファ５０４および予測器５０３に振り分けられ、ＰＣＭデータの一部（先頭ＰＣＭデータ）として出力される。
ビットストリームＥ２に含まれるフレームデータ（１）６０９は，方式情報６０３とビット数特定情報４２とビット制限情報４３とに分割され，フレームデータ（２）６１０は方式情報６０５と予測係数特定情報６０６と残差信号情報６０７とに分割される。
この分割されたデータのうち，方式情報６０３，６０５，ビット制限情報４３及び残差信号情報６０７が前記経路切換器５１１に出力される。一方，前記ビット数特定情報４２は前記ビットレンジ拡張器５１０に出力される。
前記経路切換器５１１は，前記ビットストリーム解読器５０２から出力された情報を予測器５０３或いは前記ビットレンジ拡張器５１０のいずれかにデータを出力するため，入力された方式情報６０３や入力されたフレームデータ等を参照して，経路Ｒ１と経路Ｒ２とを切り換えるものである。具体的には，入力されたデータがビット制限情報４３を含むものであるか，残差信号情報６０７を含むものであるかどうかを判定し，ビット制限情報４３を含むものである場合には経路Ｒ２に切り換えられ，残差信号情報６０７を含むものである場合には経路Ｒ１に切り換えられる。このようにして，データが各部に振り分けられる。なお，前記予測器５０３で行われる処理については前記復号化装置Ｃの説明を参照されたい。
前記ビットレンジ拡張器５１０にビット制限情報４３が出力されると，該ビットレンジ拡張器５１０では，入力したビット制限情報４３の制限を該ビット制限情報４３に対応するビット数特定情報４２に基づいて元のフレームデータに拡張（復号化）する処理が実行される。例えば，図５に示すように，３ビットからなるビット数特定情報４２を得てビット制限情報４３を，１サンプル１６ビットのサンプルデータが１６集合したフレームデータ４０に拡張する処理が行われる。その後，元に復号化されたフレームデータ４０がバッファ５０４に転送され，前記バッファ５０４に格納されたフレームデータ４０が，該バッファ５０４の出力信号として出力端子５０８を介して出力されることにより，ＰＣＭデータへの復号化が完了する。
Ａ，Ｂ…ディジタル信号符号化装置
Ｃ，Ｄ…ディジタル信号復号化装置
２０１…バッファ
２０２…予測器
２０３…符号器
２０４…符号長計算／選択器
２０５…ビットストリーム生成器
２１０…予測係数テーブル
２１２…減算器
２１３…メモリ部
５０２…ビットストリーム解読器
５０３…予測器
５０４…バッファ
５０５…予測係数形成部
５０７…予測係数テーブル
５０９…メモリ部
５１０…ビットレンジ拡張部
５１１…経路切換器
Ｃ，Ｄ…ディジタル信号復号化装置
２０１…バッファ
２０２…予測器
２０３…符号器
２０４…符号長計算／選択器
２０５…ビットストリーム生成器
２１０…予測係数テーブル
２１２…減算器
２１３…メモリ部
５０２…ビットストリーム解読器
５０３…予測器
５０４…バッファ
５０５…予測係数形成部
５０７…予測係数テーブル
５０９…メモリ部
５１０…ビットレンジ拡張部
５１１…経路切換器
Claims (7)
- 入力されるディジタル信号を可逆符号化するディジタル信号符号化装置であって，
入力される前記ディジタル信号を所定サンプル数毎に取得するサンプル取得手段と，
複数の予測係数が適用され，それぞれの予測係数により過去のディジタル信号から現在の前記ディジタル信号の予測信号を予測する少なくとも一の予測手段と，
前記予測手段により予測された予測信号と前記サンプル取得手段により現実に取得された所定サンプル数の現在のディジタル信号との間の残差信号を算出する少なくとも一の残差信号算出手段と，
前記残差信号算出手段により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された前記予測信号を予測する際に適用された前記予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する少なくとも一の第１の符号化手段と，
前記サンプル取得手段により取得された所定サンプル数のディジタル信号を前記予測手段を介さずに符号化する第２の符号化手段と，
前記第１の符号化手段および前記第２の符号化手段により得られる符号の符号長に基づいて，前記第１の符号化手段および前記第２の符号化手段のいずれか一を選択する符号化選択手段と，
を具備してなることを特徴とするディジタル信号符号化装置。 - 前記サンプル取得手段により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出手段を更に備え，
前記第２の符号化手段が，
前記有効ビット数検出手段により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものである請求項１に記載のディジタル信号符号化装置。 - 前記予測手段における予測係数には，前記サンプル取得手段で取得された所定サンプル数の前記ディジタル信号から線形予測分析により計算された予測係数が含まれてなる請求項１に記載のディジタル信号符号化装置。
- 前記予測手段における予測係数には，前記サンプル取得手段で取得された所定サンプル数の前記ディジタル信号から線形予測分析により計算された予測係数を基にベクトル量子化した予測係数が含まれてなる請求項１に記載のディジタル信号符号化装置。
- 前記予測手段における予測係数には，前記符合化選択手段により過去に選択された第１の符合化手段で用いられた前記予測係数が含まれてなる請求項１に記載のディジタル信号符号化装置。
- 入力されるディジタル信号を可逆符号化するディジタル信号符号化方法であって，
入力される前記ディジタル信号を所定サンプル数毎に取得するサンプル取得工程と，
複数の予測係数が適用され，それぞれの予測係数により過去のディジタル信号から現在の前記ディジタル信号の予測信号を予測する少なくとも一の予測工程と，
前記予測工程により予測された予測信号と前記サンプル取得工程により現実に取得された所定サンプル数の現在のディジタル信号との間の残差信号を算出する少なくとも一の残差信号算出工程と，
前記残差信号算出工程により算出された残差信号と該残差信号の算出に使用された前記予測信号を予測する際に適用された前記予測係数を特定する予測係数特定情報とを符号化する少なくとも一の第１の符号化工程と，
前記サンプル取得工程により取得された所定サンプル数のディジタル信号を前記予測工程を介さずに符号化する第２の符号化工程と，
前記第１の符号化工程および前記第２の符号化工程により得られる符号の符号長に基づいて，前記第１の符号化工程および前記第２の符号化工程のいずれか一を選択する符号化選択工程と，
を具備してなることを特徴とするディジタル信号符号化方法。 - 前記サンプル取得工程により取得された所定サンプル数のディジタル信号の有効ビット数を検出する有効ビット数検出工程を更に備え，
前記第２の符号化工程が，
前記有効ビット数検出工程により検出された有効ビット数と該有効ビット数を特定する有効ビット数特定情報とを符号化するものである請求項６に記載のディジタル信号符号化方法。
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2005
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