JP3267142B2 - 可変長符号生成装置 - Google Patents
可変長符号生成装置Info
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- JP3267142B2 JP3267142B2 JP06029596A JP6029596A JP3267142B2 JP 3267142 B2 JP3267142 B2 JP 3267142B2 JP 06029596 A JP06029596 A JP 06029596A JP 6029596 A JP6029596 A JP 6029596A JP 3267142 B2 JP3267142 B2 JP 3267142B2
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
- H03M7/40—Conversion to or from variable length codes, e.g. Shannon-Fano code, Huffman code, Morse code
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイナリ符号を用
いた信号伝送を行うシステムにおいて用いられ、ユニー
クワードをエミュレートしない可変長符号を生成する装
置に関する。
いた信号伝送を行うシステムにおいて用いられ、ユニー
クワードをエミュレートしない可変長符号を生成する装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、バイナリ符号を利用したデジタ
ル信号伝送システムにおいては、効率の良い可逆符号化
を行うために、ハフマン符号に代表される可変長符号
(VLC)が多く利用される。また、一方伝送及び蓄積
時の歪みに対する耐性を与えるために、同期回復・誤り
訂正技術が組み合わされることが多い。特に、排他的な
ビットパターンを有するユニークワードは、伝送路歪み
による復号画像への影響を軽減するために、国際標準の
画像符号化にも採用されている。
ル信号伝送システムにおいては、効率の良い可逆符号化
を行うために、ハフマン符号に代表される可変長符号
(VLC)が多く利用される。また、一方伝送及び蓄積
時の歪みに対する耐性を与えるために、同期回復・誤り
訂正技術が組み合わされることが多い。特に、排他的な
ビットパターンを有するユニークワードは、伝送路歪み
による復号画像への影響を軽減するために、国際標準の
画像符号化にも採用されている。
【0003】可変長符号より構成されるビットストリー
ムは、伝送路歪み等により符号語間同期を喪失し、連続
した誤復号を生じることがあるが、例えば画像フレーム
中のスライス等、画像の構造に同期したタイミングでユ
ニークワードをビットストリーム中に挿入することによ
り、誤復号は歪み発生箇所の次に存在するユニークワー
ドまでの範囲に限定されることとなる。
ムは、伝送路歪み等により符号語間同期を喪失し、連続
した誤復号を生じることがあるが、例えば画像フレーム
中のスライス等、画像の構造に同期したタイミングでユ
ニークワードをビットストリーム中に挿入することによ
り、誤復号は歪み発生箇所の次に存在するユニークワー
ドまでの範囲に限定されることとなる。
【0004】ユニークワードは、シンボルのいかなる出
現パターンに対しても、また歪みのいかなる発生パター
ンに対しても、ユニークワード自体に歪みが発生しない
場合には、正しく認識されるよう、符号化情報を表す他
の符号語やそれらの組み合わせの一部または全てと一致
しない(エミュレートしない)ユニークなビットパター
ンを有することが必要である。
現パターンに対しても、また歪みのいかなる発生パター
ンに対しても、ユニークワード自体に歪みが発生しない
場合には、正しく認識されるよう、符号化情報を表す他
の符号語やそれらの組み合わせの一部または全てと一致
しない(エミュレートしない)ユニークなビットパター
ンを有することが必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そのため、可変長符号
の設計においては、この条件を成立させるための考慮が
必要となる。しかし、これまでこうした条件を満たす可
変長符号のシステマティックな生成法は存在しておら
ず、いくつかの符号語を使用禁止とすることやエミュレ
ーションを防止するマーカービットを適当と考えられる
箇所に挿入する等の経験的な手法に依存しており、生成
された符号がエミュレーションを起こさないことの検証
にも多大な労力が払われていた。
の設計においては、この条件を成立させるための考慮が
必要となる。しかし、これまでこうした条件を満たす可
変長符号のシステマティックな生成法は存在しておら
ず、いくつかの符号語を使用禁止とすることやエミュレ
ーションを防止するマーカービットを適当と考えられる
箇所に挿入する等の経験的な手法に依存しており、生成
された符号がエミュレーションを起こさないことの検証
にも多大な労力が払われていた。
【0006】従って本発明の目的は、特定のパターンを
持つユニークワードに対し、それをエミュレートしない
可変長符号を、符号化効率を考慮しながら、システマテ
ィックに生成することのできる可変長符号化装置を提案
することにある。
持つユニークワードに対し、それをエミュレートしない
可変長符号を、符号化効率を考慮しながら、システマテ
ィックに生成することのできる可変長符号化装置を提案
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、長さN
(Nは複数の自然数)の連続するビット“0”からなる
ユニークワードを作成するユニークワード作成手段と、
符号語のプリフィックスにおけるビット“0”の連続長
がs(sは自然数)以下であり、少なくとも1つのビッ
ト“1”を含む各符号語を作成するプリフィックス処理
手段と、このプリフィックス処理手段によって作成され
た各符号語のサフィックスにおけるビット“0”の連続
長がt(tは自然数)以下であり、各符号語内における
ビット“0”の連続長がN未満であり、かつs+t<N
となるように各符号語のビットパターンを修正するサフ
ィックス処理手段とを備えた可変長符号生成装置が提供
される。
(Nは複数の自然数)の連続するビット“0”からなる
ユニークワードを作成するユニークワード作成手段と、
符号語のプリフィックスにおけるビット“0”の連続長
がs(sは自然数)以下であり、少なくとも1つのビッ
ト“1”を含む各符号語を作成するプリフィックス処理
手段と、このプリフィックス処理手段によって作成され
た各符号語のサフィックスにおけるビット“0”の連続
長がt(tは自然数)以下であり、各符号語内における
ビット“0”の連続長がN未満であり、かつs+t<N
となるように各符号語のビットパターンを修正するサフ
ィックス処理手段とを備えた可変長符号生成装置が提供
される。
【0008】可変長符号がユニークワードにエミュレー
トしないようにするための、ユニークワードの特性及び
可変長符号の構造への要求条件は次の通りである。
トしないようにするための、ユニークワードの特性及び
可変長符号の構造への要求条件は次の通りである。
【0009】ユニークワードの特性としては、このユニ
ークワードが以下の条件を満たすものであるとする。 (仮定1)扱う符号の中で使用されるユニークワードは
単一種類とする。 (仮定2)ユニークワードはビット“0”のみから構成
されるものとする。
ークワードが以下の条件を満たすものであるとする。 (仮定1)扱う符号の中で使用されるユニークワードは
単一種類とする。 (仮定2)ユニークワードはビット“0”のみから構成
されるものとする。
【0010】仮定1は、可変長符号の生成を容易にする
ために重要な条件であるが、これによりユニークワード
の使用法が制限されることはない。複数種類のユニーク
ワードの使用が必要な場合には、ここで規定される単一
種類のユニークワードをエスケープ記号として使用し、
その後方に機能別に割り当てられた拡張符号を置けばよ
い。仮定2は、実システムにおいて認識の容易性から、
広く利用される設定であると同時に、可変長符号の生成
を容易にするためにも重要な条件である。なお、ユニー
クワードのビット長はNと表わされる。
ために重要な条件であるが、これによりユニークワード
の使用法が制限されることはない。複数種類のユニーク
ワードの使用が必要な場合には、ここで規定される単一
種類のユニークワードをエスケープ記号として使用し、
その後方に機能別に割り当てられた拡張符号を置けばよ
い。仮定2は、実システムにおいて認識の容易性から、
広く利用される設定であると同時に、可変長符号の生成
を容易にするためにも重要な条件である。なお、ユニー
クワードのビット長はNと表わされる。
【0011】ユニークワードをエミュレートしない可変
長符号への要求条件は、上述の仮定によるユニークワー
ドの特性と可変長符号セットの出現パターン(各符号内
の符号語の出現パターンではない)とに依存する。可変
長符号セットの出現パターンに関しては、まず最も簡略
な単一符号の無限ループ伝送系を想定する。この系で
は、符号におけるシンボルの生起確率にのみ基づき、各
符号語が出現する。この系における各符号語に対する要
求条件は以下の通りである。 (条件1)ビット“0”のみから構成される符号語を禁
止する。 (条件2)各符号語のプリフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長をs以下とする。 (条件3)各符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長をt以下とする。 (条件4)s+t<Nとする。 (条件5)各符号語の中間におけるビット“0”の最大
連続長をN未満とする。
長符号への要求条件は、上述の仮定によるユニークワー
ドの特性と可変長符号セットの出現パターン(各符号内
の符号語の出現パターンではない)とに依存する。可変
長符号セットの出現パターンに関しては、まず最も簡略
な単一符号の無限ループ伝送系を想定する。この系で
は、符号におけるシンボルの生起確率にのみ基づき、各
符号語が出現する。この系における各符号語に対する要
求条件は以下の通りである。 (条件1)ビット“0”のみから構成される符号語を禁
止する。 (条件2)各符号語のプリフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長をs以下とする。 (条件3)各符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長をt以下とする。 (条件4)s+t<Nとする。 (条件5)各符号語の中間におけるビット“0”の最大
連続長をN未満とする。
【0012】(条件1)は、同一の符号語が連続して出
現した場合にユニークワードをエミュレートするのを防
止する条件である。(条件2)、(条件3)及び(条件
4)は、2つの符号語の組み合わせがユニークワードを
エミュレートすることを防止する条件である。また、
(条件5)は、符号語がユニークワードを内包すること
によるエミュレーションを防止する条件である。(条件
1〜5)を同時に満たすことが、ユニークワードのエミ
ュレーションを起こさないことの必要十分条件となり、
本発明の上述した構成によれば、この条件が達成される
こととなる。即ち、本発明によれば、特定のパターンを
持つユニークワードに対し、それをエミュレートしない
可変長符号をシステマティックに生成することができ
る。
現した場合にユニークワードをエミュレートするのを防
止する条件である。(条件2)、(条件3)及び(条件
4)は、2つの符号語の組み合わせがユニークワードを
エミュレートすることを防止する条件である。また、
(条件5)は、符号語がユニークワードを内包すること
によるエミュレーションを防止する条件である。(条件
1〜5)を同時に満たすことが、ユニークワードのエミ
ュレーションを起こさないことの必要十分条件となり、
本発明の上述した構成によれば、この条件が達成される
こととなる。即ち、本発明によれば、特定のパターンを
持つユニークワードに対し、それをエミュレートしない
可変長符号をシステマティックに生成することができ
る。
【0013】プリフィックス処理手段が、連続するs+
1ビットのビット“0”のみからなるダミー符号語を導
入して可変長符号を生成する手段であることが好まし
い。
1ビットのビット“0”のみからなるダミー符号語を導
入して可変長符号を生成する手段であることが好まし
い。
【0014】プリフィックス処理手段が、生起確率pd
のダミー符号語を生成する手段と、生起確率pd を用い
て他のシンボルの各生起確率pi を修正した修正生起確
率
のダミー符号語を生成する手段と、生起確率pd を用い
て他のシンボルの各生起確率pi を修正した修正生起確
率
【外3】 を生成する手段と、生成された生起確率pd 及び修正生
起確率
起確率
【外4】 から可変長符号化アルゴリズムを用いて全ての符号語の
ビットパターンを決定するプリフィックス処理符号生成
手段とを備えていることが好ましい。
ビットパターンを決定するプリフィックス処理符号生成
手段とを備えていることが好ましい。
【0015】サフィックス処理手段が、各符号語のサフ
ィックス状態を計測する手段と、この符号語のサフィッ
クスにおけるビット“0”の連続長がt以下でありかつ
符号語中に連続してN−1個のビット“0”がない場合
は付加ビットを使用せずに当該符号語を出力する手段と
を含んでいることも好ましい。
ィックス状態を計測する手段と、この符号語のサフィッ
クスにおけるビット“0”の連続長がt以下でありかつ
符号語中に連続してN−1個のビット“0”がない場合
は付加ビットを使用せずに当該符号語を出力する手段と
を含んでいることも好ましい。
【0016】サフィックス処理手段が、符号語のサフィ
ックスにおけるビット“0”の連続長がt以下でありか
つ符号語中に連続してN−1個のビット“0”がある場
合は該N−1個のビット“0”の次にビット“1”の付
加ビットを挿入する手段をさらに含んでいることも好ま
しい。
ックスにおけるビット“0”の連続長がt以下でありか
つ符号語中に連続してN−1個のビット“0”がある場
合は該N−1個のビット“0”の次にビット“1”の付
加ビットを挿入する手段をさらに含んでいることも好ま
しい。
【0017】サフィックス処理手段が、符号語のサフィ
ックスにおけるビット“0”の連続長がtを越える場合
はビット“1”の付加ビットを挿入する手段をさらに含
んでいることも好ましい。
ックスにおけるビット“0”の連続長がtを越える場合
はビット“1”の付加ビットを挿入する手段をさらに含
んでいることも好ましい。
【0018】サフィックス処理手段が、木表現上でパラ
メータ計測及びビットパターン修正処理を行う手段であ
ることが好ましい。
メータ計測及びビットパターン修正処理を行う手段であ
ることが好ましい。
【0019】本発明の一実施態様においては、パラメー
タs及びtを符号化効率が向上する最適値に修正するパ
ラメータ最適化手段がさらに備えられている。
タs及びtを符号化効率が向上する最適値に修正するパ
ラメータ最適化手段がさらに備えられている。
【0020】パラメータ最適化手段が、サフィックス処
理手段から出力される可変長符号の平均符号長及びサフ
ィックス処理手段によって付加された付加ビット数を計
測する手段と、計測された平均符号長及び付加ビット数
に応じてパラメータs及びtを修正する手段とを含んで
いることが好ましい。
理手段から出力される可変長符号の平均符号長及びサフ
ィックス処理手段によって付加された付加ビット数を計
測する手段と、計測された平均符号長及び付加ビット数
に応じてパラメータs及びtを修正する手段とを含んで
いることが好ましい。
【0021】本発明の一実施態様においては、符号語の
プリフィックスにおけるビット“0”の連続長がs以下
であり、符号語が少なくとも1つのビット“1”を含ん
でおり、符号語のサフィックスにおけるビット“0”の
連続長がt以下であり、符号語内におけるビット“0”
の連続長がN未満であり、かつs+t<Nとなる固定長
符号を生成する手段がさらに備えられている。
プリフィックスにおけるビット“0”の連続長がs以下
であり、符号語が少なくとも1つのビット“1”を含ん
でおり、符号語のサフィックスにおけるビット“0”の
連続長がt以下であり、符号語内におけるビット“0”
の連続長がN未満であり、かつs+t<Nとなる固定長
符号を生成する手段がさらに備えられている。
【0022】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施形
態を詳細に説明する。
態を詳細に説明する。
【0023】図1は本発明の可変長符号生成装置の一実
施形態における構成を概略的に示すブロック図である。
施形態における構成を概略的に示すブロック図である。
【0024】同図において、10は、シンボル数n、各
シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN(N
は複数の自然数)、ユニークワードの種類数E、並びに
内部処理用パラメータs及びtが入力される入力部であ
る。入力部10には、ユニークワード作成部11と、プ
リフィックス処理部12と、サフィックス処理部13
と、得られた可変長符号及びユニークワードを出力する
出力部14とが順次直列に接続されている。
シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN(N
は複数の自然数)、ユニークワードの種類数E、並びに
内部処理用パラメータs及びtが入力される入力部であ
る。入力部10には、ユニークワード作成部11と、プ
リフィックス処理部12と、サフィックス処理部13
と、得られた可変長符号及びユニークワードを出力する
出力部14とが順次直列に接続されている。
【0025】ユニークワード作成部11は、図2に示す
ように、長さNの連続するビット“0”からなるワード
を生成するワード生成部11aと、種類数EがE≧2の
場合にE種類の可変長符号又は固定長符号のユニークワ
ードを作成する複数ワード生成部11bとから主として
構成される。単一種類のユニークワードのみが要求され
ている場合(E=1)は、ワード生成部11aによって
生成される長さNの連続するビット“0”からなるワー
ドがユニークワードとしてそのまま出力される。複数種
類のユニークワードが要求されている場合(E≧2)
は、複数ワード生成部11bにおいて、ワード生成部1
1aで生成された上述の単一のユニークワードをエスケ
ープ符号とし、その後方に拡張符号を設けることにより
複数のユニークワードが生成される。
ように、長さNの連続するビット“0”からなるワード
を生成するワード生成部11aと、種類数EがE≧2の
場合にE種類の可変長符号又は固定長符号のユニークワ
ードを作成する複数ワード生成部11bとから主として
構成される。単一種類のユニークワードのみが要求され
ている場合(E=1)は、ワード生成部11aによって
生成される長さNの連続するビット“0”からなるワー
ドがユニークワードとしてそのまま出力される。複数種
類のユニークワードが要求されている場合(E≧2)
は、複数ワード生成部11bにおいて、ワード生成部1
1aで生成された上述の単一のユニークワードをエスケ
ープ符号とし、その後方に拡張符号を設けることにより
複数のユニークワードが生成される。
【0026】プリフィックス処理部12は、図3に示す
ように、シンボル数n及び各シンボルの生起確率pi の
他にパラメータs(符号語のプリフィックスにおけるビ
ット“0”の最大連続長を規定する自然数)及びパラメ
ータt(符号語のサフィックスにおけるビット“0”の
最大連続長を規定する自然数)を入力する入力部12a
と、連続するs+1ビットのビット“0”のみからなり
生起確率がpd であるダミー符号語を生成するダミー符
号語生成部12bと、12c生起確率pd を用いて他の
シンボルの各生起確率pi を修正した修正生起確率
ように、シンボル数n及び各シンボルの生起確率pi の
他にパラメータs(符号語のプリフィックスにおけるビ
ット“0”の最大連続長を規定する自然数)及びパラメ
ータt(符号語のサフィックスにおけるビット“0”の
最大連続長を規定する自然数)を入力する入力部12a
と、連続するs+1ビットのビット“0”のみからなり
生起確率がpd であるダミー符号語を生成するダミー符
号語生成部12bと、12c生起確率pd を用いて他の
シンボルの各生起確率pi を修正した修正生起確率
【外5】 を生成する修正生起確率生成部12cと、生成された生
起確率pd 及び修正生起確率
起確率pd 及び修正生起確率
【外6】 から可変長符号化アルゴリズムを用いて全ての符号語の
ビットパターンを決定するプリフィックス処理符号生成
部12dとを含んでいる。
ビットパターンを決定するプリフィックス処理符号生成
部12dとを含んでいる。
【0027】可変長符号に対する前述した(条件1)及
び(条件2)は、このプリフィックス処理を行うことに
より同時に満足される。即ち、これは、連続するs+1
ビットの“0”のみから構成されるダミー符号語を導入
することにより可能となる。この特性を有するダミー符
号語が符号中に存在する場合、他の全ての符号語は、可
変長符号構成の前提であるプリフィックス条件より、
(条件1)及び(条件2)を満たすことは明らかであ
る。ただし、ダミー符号語の使用に起因する符号化効率
の劣化を伴う。ダミー符号語は、他の符号語のビットパ
ターンを適正に決定するためにのみ使用されるものであ
り、実際の情報伝送時には使用されることのない符号語
である。
び(条件2)は、このプリフィックス処理を行うことに
より同時に満足される。即ち、これは、連続するs+1
ビットの“0”のみから構成されるダミー符号語を導入
することにより可能となる。この特性を有するダミー符
号語が符号中に存在する場合、他の全ての符号語は、可
変長符号構成の前提であるプリフィックス条件より、
(条件1)及び(条件2)を満たすことは明らかであ
る。ただし、ダミー符号語の使用に起因する符号化効率
の劣化を伴う。ダミー符号語は、他の符号語のビットパ
ターンを適正に決定するためにのみ使用されるものであ
り、実際の情報伝送時には使用されることのない符号語
である。
【0028】ダミー符号語に対応する生起確率をpd と
仮定し、その他の符号語を決定するための修正生起確率
仮定し、その他の符号語を決定するための修正生起確率
【外7】 を、pd を用いて実際の各シンボルの生起確率pi から
修正して、以下のように求める。
修正して、以下のように求める。
【数1】 ただし、1≦i≦nであり、nはダミー符号語を除いた
符号語の総数(シンボル数)である。pd 及び
符号語の総数(シンボル数)である。pd 及び
【外8】 から、ハフマン符号に代表される通常の可変長符号生成
アルゴリズムにより、ダミー符号語を含む全ての符号語
のビットパターンを決定する。例として表1に、各シン
ボルの原生起確率、各シンボル及びダミー符号語の修正
された生起確率、原生起確率から得られる参照用のハフ
マン符号C10、(条件1)及び(条件2)を満たす可変
長符号C11、並びに各符号の平均符号長を示す。この例
においては、ダミー符号語の生起確率pd はpd =0.
125と仮定されており、ダミー符号語の長さは3(s
=2,t=0,N=3)となる。
アルゴリズムにより、ダミー符号語を含む全ての符号語
のビットパターンを決定する。例として表1に、各シン
ボルの原生起確率、各シンボル及びダミー符号語の修正
された生起確率、原生起確率から得られる参照用のハフ
マン符号C10、(条件1)及び(条件2)を満たす可変
長符号C11、並びに各符号の平均符号長を示す。この例
においては、ダミー符号語の生起確率pd はpd =0.
125と仮定されており、ダミー符号語の長さは3(s
=2,t=0,N=3)となる。
【0029】
【表1】
【0030】あるsの値を与えるpd の値は、生起確率
Pを持つシンボルのエントロピーが−log2 Pで表現
されることより、次式により得られる。 pd ≒1/2s+1 …………(式2) これは近似式であるが、実際のダミー符号語の長さがs
+1より長い場合には、pd を1/2s+1 より大きくす
ることにより、適正な符号語が得られる。また短い場合
には、逆の処理をすればよい。
Pを持つシンボルのエントロピーが−log2 Pで表現
されることより、次式により得られる。 pd ≒1/2s+1 …………(式2) これは近似式であるが、実際のダミー符号語の長さがs
+1より長い場合には、pd を1/2s+1 より大きくす
ることにより、適正な符号語が得られる。また短い場合
には、逆の処理をすればよい。
【0031】後述する本発明の他の実施形態において
は、このパラメータsの値の最適化が行われる。sの値
は、範囲が以下のように限定される。 1≦s+1≦Lmax +1 …………(式3) ただし、Lmax はダミー符号語を含まない場合の参照用
可変長符号における最大符号語長であり、以下の性質を
有する。
は、このパラメータsの値の最適化が行われる。sの値
は、範囲が以下のように限定される。 1≦s+1≦Lmax +1 …………(式3) ただし、Lmax はダミー符号語を含まない場合の参照用
可変長符号における最大符号語長であり、以下の性質を
有する。
【数2】
【0032】サフィックス処理部13は、図4に示すよ
うに、最終ビットに“0”を有しないように前処理を行
う終端前処理部13aと、木構造のパラメータを全レベ
ルで計測する木構造パラメータ計測部13bと、各符号
語のサフィックス状態を計測するサフィックス状態計測
部13cと、符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の連続長がt以下であることを判別して付加ビッ
トを使用しない第1の判定処理部13dと、符号語のサ
フィックスにおけるビット“0”の連続長がt以下であ
りかつ符号語内に連続してN−1個のビットがビット
“0”であるものがあることを判別してそのN−1個の
ビット“0”の次にビット“1”の付加ビットを挿入す
る第2の判定処理部13e及び第3の判定処理部13f
と、符号語のサフィックスにおけるビット“0”の連続
長がtを越えることを判別してビット“1”の付加ビッ
トを挿入する第4の判定処理部13gと、以上の処理が
終了した後にシンボルを生起確率順にソートするソーテ
ィング部13hとを含んでいる。
うに、最終ビットに“0”を有しないように前処理を行
う終端前処理部13aと、木構造のパラメータを全レベ
ルで計測する木構造パラメータ計測部13bと、各符号
語のサフィックス状態を計測するサフィックス状態計測
部13cと、符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の連続長がt以下であることを判別して付加ビッ
トを使用しない第1の判定処理部13dと、符号語のサ
フィックスにおけるビット“0”の連続長がt以下であ
りかつ符号語内に連続してN−1個のビットがビット
“0”であるものがあることを判別してそのN−1個の
ビット“0”の次にビット“1”の付加ビットを挿入す
る第2の判定処理部13e及び第3の判定処理部13f
と、符号語のサフィックスにおけるビット“0”の連続
長がtを越えることを判別してビット“1”の付加ビッ
トを挿入する第4の判定処理部13gと、以上の処理が
終了した後にシンボルを生起確率順にソートするソーテ
ィング部13hとを含んでいる。
【0033】このサフィックス処理部13においては、
プリフィックス処理部12にて生成された可変長符号に
ついて各符号語のサフィックス検査を行い、前述した
(条件3)、(条件4)及び(条件5)を満たすようビ
ットパターンの変更や必要に応じて付加ビットの使用を
行うものである。この過程は2進符号の木表現上で実行
される。例えば、既述のハフマン符号C10及びプリフィ
ックス処理された可変長符号C11は、それぞれ図5及び
図6のように表現される。これらの図において、リーフ
は符号語の終端ビットを表し、ノードは符号語の途中の
ビットを表している。この構成の中で、各符号語のサフ
ィックスは、それぞれのノード又はリーフにおいて付加
ビットが必要かを判断される。サフィックスに対してt
ビットまでの連続するビット“0”が許容されるため、
各リーフに対してtレベル上のノードまで付加ビットの
必要性を検査する必要がある。
プリフィックス処理部12にて生成された可変長符号に
ついて各符号語のサフィックス検査を行い、前述した
(条件3)、(条件4)及び(条件5)を満たすようビ
ットパターンの変更や必要に応じて付加ビットの使用を
行うものである。この過程は2進符号の木表現上で実行
される。例えば、既述のハフマン符号C10及びプリフィ
ックス処理された可変長符号C11は、それぞれ図5及び
図6のように表現される。これらの図において、リーフ
は符号語の終端ビットを表し、ノードは符号語の途中の
ビットを表している。この構成の中で、各符号語のサフ
ィックスは、それぞれのノード又はリーフにおいて付加
ビットが必要かを判断される。サフィックスに対してt
ビットまでの連続するビット“0”が許容されるため、
各リーフに対してtレベル上のノードまで付加ビットの
必要性を検査する必要がある。
【0034】以下、この検査及び付加ビット処理につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【0035】終端前処理部13aにおいては、tビット
以下の長さの符号語のなるべく多くのものが最終ビット
に“0”を有するように前処理される。これは、平均符
号長を維持しながら、同一レベルのノードやリーフを交
換する公知の等価変換を利用することにより可能とな
る。この前処理は、より長いワードのサフィックスにお
いて“0”ビットの連続を減じる効果を有する。
以下の長さの符号語のなるべく多くのものが最終ビット
に“0”を有するように前処理される。これは、平均符
号長を維持しながら、同一レベルのノードやリーフを交
換する公知の等価変換を利用することにより可能とな
る。この前処理は、より長いワードのサフィックスにお
いて“0”ビットの連続を減じる効果を有する。
【0036】木構造パラメータ計測部13bにおいて
は、木構造のパラメータを全レベルにおいて計測する。 ni :レベルiにおけるリーフの数 ri :レベルiにおけるノード及びリーフの総数
は、木構造のパラメータを全レベルにおいて計測する。 ni :レベルiにおけるリーフの数 ri :レベルiにおけるノード及びリーフの総数
【数3】
【0037】サフィックス状態計測部13cにおいて
は、サフィックス状態のパラメータをレベルi(i>
t)にて計測する。 mi :レベルiに終端ビット“0”を持つリーフ数 ui-t-1,j :レベルi−t−1より連続するjビットが
全て“0”のリーフ及びノードの総数 ただし、ui-t-1,l =ri-t /2 …………(式7) ui-t-1,j+1 =ui-t-1,j −mi-t-1+j (0<j<t)……(式8)
は、サフィックス状態のパラメータをレベルi(i>
t)にて計測する。 mi :レベルiに終端ビット“0”を持つリーフ数 ui-t-1,j :レベルi−t−1より連続するjビットが
全て“0”のリーフ及びノードの総数 ただし、ui-t-1,l =ri-t /2 …………(式7) ui-t-1,j+1 =ui-t-1,j −mi-t-1+j (0<j<t)……(式8)
【0038】第1の判定処理部13dにおいては次の判
定処理が行われる。
定処理が行われる。
【数4】 の場合、レベルiにおいて付加ビットは不要である。こ
の場合、tビット以上連続する“0”を有するノード又
はリーフは存在しない。長い連続“0”ビットを有する
ノードがこのレベルで終端するよう、等価変換により符
号語が割り当てられる。このとき、 ni ≦ri-t /2ならば、m1 =ni …………(式9) さもなければ、 mi =ri-t /2 …………(式10)
の場合、tビット以上連続する“0”を有するノード又
はリーフは存在しない。長い連続“0”ビットを有する
ノードがこのレベルで終端するよう、等価変換により符
号語が割り当てられる。このとき、 ni ≦ri-t /2ならば、m1 =ni …………(式9) さもなければ、 mi =ri-t /2 …………(式10)
【0039】第2の判定処理部13eにおいては次の判
定処理が行われる。
定処理が行われる。
【数5】 の場合、レベルiにおいて、付加ビットは不要である。
しかし、tビットより長い連続“0”を有するノード又
はリーフが存在する。tビット以下でなるべく長い連続
“0”ビットを有するノードがこのレベルで終端するよ
う、等価変換により符号語が割り当てられる。このと
き、 ni ≦ri-t /2−ui-t-1,t+1 ならば、mi =ni …………(式11) さもなければ、mi =ri-t /2−ui-t-1,t+1 …………(式12)
しかし、tビットより長い連続“0”を有するノード又
はリーフが存在する。tビット以下でなるべく長い連続
“0”ビットを有するノードがこのレベルで終端するよ
う、等価変換により符号語が割り当てられる。このと
き、 ni ≦ri-t /2−ui-t-1,t+1 ならば、mi =ni …………(式11) さもなければ、mi =ri-t /2−ui-t-1,t+1 …………(式12)
【0040】第3の判定処理部13fにおいては次の判
定処理が行われる。残りのri −ni 個のノードのう
ち、サフィックスにN−1ビット長の“0”を有するも
のがある場合、ビット“1”をこのレベルにおいて挿入
する。下層の処理に必要な符号の完結性を維持するた
め、仮想リーフを付加ビットと共役の位置に設定する
(図7参照)。これらは全て“0”で終端されており、
以後の等価変換等で変更されることはない。この過程に
おいて、付加ビットを使用するノードの決定に際し、レ
ベルi以下のリーフの生起確率の和が最も小さいノード
が対象に選択され、符号化効率の劣化を最小に抑制する
よう、等価変換を実行する。例においては、連続する3
ビットの“0”を防止するため、付加ビットがレベル4
及びレベル7において使用される。この過程により、要
求条件5が満足される。
定処理が行われる。残りのri −ni 個のノードのう
ち、サフィックスにN−1ビット長の“0”を有するも
のがある場合、ビット“1”をこのレベルにおいて挿入
する。下層の処理に必要な符号の完結性を維持するた
め、仮想リーフを付加ビットと共役の位置に設定する
(図7参照)。これらは全て“0”で終端されており、
以後の等価変換等で変更されることはない。この過程に
おいて、付加ビットを使用するノードの決定に際し、レ
ベルi以下のリーフの生起確率の和が最も小さいノード
が対象に選択され、符号化効率の劣化を最小に抑制する
よう、等価変換を実行する。例においては、連続する3
ビットの“0”を防止するため、付加ビットがレベル4
及びレベル7において使用される。この過程により、要
求条件5が満足される。
【0041】第4の判定処理部13gにおいては次の判
定処理が行われる。
定処理が行われる。
【数6】 の場合、ni +ui-t-1,t+1 −ri 個のリーフが付加ビ
ット“1”を必要とする。付加ビットは終端ビットが
“0”のリーフのうち、“0”の連続ビット長が長いも
のから順に付加される。下層の処理に必要な符号の完結
性を維持するため、仮想リーフを付加ビットと共役の位
置に設定する(図7参照)。これらは全て“0”で終端
されており、以後の等価変換等で変更されることはな
い。パラメータni は以下の通り変更される。 ni+1 =ni+1 +2×(ni +ui-t-1,t+1 −ri ) …………(式13) この過程において、付加ビットを使用するノードの決定
に際し、レベルi以下のリーフの生起確率の和が最も小
さいノードが対象に選択され、符号化効率の劣化を最小
に抑制するよう、等価変換を実行する。この例において
は、連続する“0”ビットのサフィックスを防止するた
め、付加ビットがレベル5において使用される。この過
程により、(条件3)及び(条件4)が満足される。
ット“1”を必要とする。付加ビットは終端ビットが
“0”のリーフのうち、“0”の連続ビット長が長いも
のから順に付加される。下層の処理に必要な符号の完結
性を維持するため、仮想リーフを付加ビットと共役の位
置に設定する(図7参照)。これらは全て“0”で終端
されており、以後の等価変換等で変更されることはな
い。パラメータni は以下の通り変更される。 ni+1 =ni+1 +2×(ni +ui-t-1,t+1 −ri ) …………(式13) この過程において、付加ビットを使用するノードの決定
に際し、レベルi以下のリーフの生起確率の和が最も小
さいノードが対象に選択され、符号化効率の劣化を最小
に抑制するよう、等価変換を実行する。この例において
は、連続する“0”ビットのサフィックスを防止するた
め、付加ビットがレベル5において使用される。この過
程により、(条件3)及び(条件4)が満足される。
【0042】次のレベルのサフィックスが検査され(i
=i+1)、このレベルにおける前述した木構造パラメ
ータ計測部13b、サフィックス状態計測部13c、第
1の判定処理部13dと、第2の判定処理部13e、第
3の判定処理部13f、及び第4の判定処理部13gの
処理が繰り返される。
=i+1)、このレベルにおける前述した木構造パラメ
ータ計測部13b、サフィックス状態計測部13c、第
1の判定処理部13dと、第2の判定処理部13e、第
3の判定処理部13f、及び第4の判定処理部13gの
処理が繰り返される。
【0043】このように各レベルについて処理を行うこ
とにより全レベルの検査終了後、ソーティング部13h
において、シンボルが生起確率順にソートされ、ビット
長順に符号語が再割り当てされる。この例においては、
符号C11は表1及び図7に示されるエミュレーションを
起こさない符号C12に変換される。
とにより全レベルの検査終了後、ソーティング部13h
において、シンボルが生起確率順にソートされ、ビット
長順に符号語が再割り当てされる。この例においては、
符号C11は表1及び図7に示されるエミュレーションを
起こさない符号C12に変換される。
【0044】なお、以上の全処理過程において、等価変
換はダミー符号語、変換済みの符号語、及び仮想符号語
を処理の対象としていない。
換はダミー符号語、変換済みの符号語、及び仮想符号語
を処理の対象としていない。
【0045】図8は本発明の可変長符号生成装置の他の
実施形態における構成を概略的に示すブロック図であ
る。
実施形態における構成を概略的に示すブロック図であ
る。
【0046】同図において、80は、シンボル数n、各
シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN(N
は複数の自然数)及びユニークワードの種類数Eが入力
される入力部である。入力部80には、ユニークワード
作成部81と、プリフィックス処理部82と、サフィッ
クス処理部83と、得られた可変長符号及びユニークワ
ードを出力する出力部84とが順次直列に接続されてい
る。本実施形態においては、さらに、パラメータs及び
tのパラメータ最適化部85が設けられている。このパ
ラメータ最適化部85は、サフィックス処理部83の出
力及び入力部80の出力を受け取ってエミュレーション
を起こさない符号の符号化効率が向上するようにパラメ
ータs及びtの最適化処理を行い、最適化されたパラメ
ータs及びtをプリフィックス処理部82へ出力するも
のである。なお、本実施形態におけるユニークワード作
成部81、プリフィックス処理部82、及びサフィック
ス処理部83の構成は、図1の実施形態における各構成
と同様である。
シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN(N
は複数の自然数)及びユニークワードの種類数Eが入力
される入力部である。入力部80には、ユニークワード
作成部81と、プリフィックス処理部82と、サフィッ
クス処理部83と、得られた可変長符号及びユニークワ
ードを出力する出力部84とが順次直列に接続されてい
る。本実施形態においては、さらに、パラメータs及び
tのパラメータ最適化部85が設けられている。このパ
ラメータ最適化部85は、サフィックス処理部83の出
力及び入力部80の出力を受け取ってエミュレーション
を起こさない符号の符号化効率が向上するようにパラメ
ータs及びtの最適化処理を行い、最適化されたパラメ
ータs及びtをプリフィックス処理部82へ出力するも
のである。なお、本実施形態におけるユニークワード作
成部81、プリフィックス処理部82、及びサフィック
ス処理部83の構成は、図1の実施形態における各構成
と同様である。
【0047】パラメータ最適化部85は、図9に示すよ
うに、入力部80から与えられたユニークワードの長さ
Nよりパラメータs及びtの初期値を計算(s+t<
N)する初期値計算部85aと、サフィックス処理部8
3から出力される可変長符号の平均符号長及びサフィッ
クス処理部83によって付加された付加ビット数を計測
する計測部85bと、計測された平均符号長及び付加ビ
ット数に応じてパラメータs及びtを修正するかどうか
判断する判断部85cと、その判断に応じてパラメータ
s及びtを修正する修正部85dと、修正されたパラメ
ータs及びtをプリフィックス処理部82へ出力する出
力部85eとを含んでいる。
うに、入力部80から与えられたユニークワードの長さ
Nよりパラメータs及びtの初期値を計算(s+t<
N)する初期値計算部85aと、サフィックス処理部8
3から出力される可変長符号の平均符号長及びサフィッ
クス処理部83によって付加された付加ビット数を計測
する計測部85bと、計測された平均符号長及び付加ビ
ット数に応じてパラメータs及びtを修正するかどうか
判断する判断部85cと、その判断に応じてパラメータ
s及びtを修正する修正部85dと、修正されたパラメ
ータs及びtをプリフィックス処理部82へ出力する出
力部85eとを含んでいる。
【0048】判断部85c及び修正部85dは、与えら
れたパラメータN(ユニークワードの長さ)に応じて、
付加ビットを伴わない範囲でパラメータsの値をできる
だけ大きくするように最適化する。より具体的には、パ
ラメータsをN−3≦s≦N−1という最小の平均符号
長を与える範囲に修正し、パラメータtをt=N−1−
sから求めて修正する。
れたパラメータN(ユニークワードの長さ)に応じて、
付加ビットを伴わない範囲でパラメータsの値をできる
だけ大きくするように最適化する。より具体的には、パ
ラメータsをN−3≦s≦N−1という最小の平均符号
長を与える範囲に修正し、パラメータtをt=N−1−
sから求めて修正する。
【0049】以下、パラメータ最適化部85の判断部8
5c及び修正部85dにおけるパラメータs及びtの最
適化処理について詳細に説明する。
5c及び修正部85dにおけるパラメータs及びtの最
適化処理について詳細に説明する。
【0050】本実施形態では、ダミー符号の導入、サフ
ィックス又は符号語中への付加ビットの挿入等により、
最小の平均符号長を有する参照符号と比較した場合、符
号化効率の劣化を伴う。この劣化は、生起確率やサフィ
ックスの連続“0”ビット数といった符号の構造を特徴
づけるパラメータや、s、t、N等のユニークワードを
意識したパラメータによって定式化される。
ィックス又は符号語中への付加ビットの挿入等により、
最小の平均符号長を有する参照符号と比較した場合、符
号化効率の劣化を伴う。この劣化は、生起確率やサフィ
ックスの連続“0”ビット数といった符号の構造を特徴
づけるパラメータや、s、t、N等のユニークワードを
意識したパラメータによって定式化される。
【0051】ダミー符号語による符号化効率の劣化は以
下のように表わされる。各符号語の長さは、修正後の生
起確率に基づくコンパクト符号生成アルゴリズムにより
決定されるので、
下のように表わされる。各符号語の長さは、修正後の生
起確率に基づくコンパクト符号生成アルゴリズムにより
決定されるので、
【数7】 となる。ただし、
【外9】 は符号語iの長さであり、1≦i≦nである。従って、
【数8】 となる。ただし、
【外10】 は、プリフィックス処理後の符号の平均長を表わしてい
る。コンパクト符号におけるエントロピーと平均符号長
との差異を、参照符号及びプリフィックス処理後の符号
に対し、それぞれd、
る。コンパクト符号におけるエントロピーと平均符号長
との差異を、参照符号及びプリフィックス処理後の符号
に対し、それぞれd、
【外11】 と表わすとすると、
【数9】 となる。式2及び式16より、プリフィックス処理後の
平均符号長は、パラメータsの関数として次のように表
わされる。
平均符号長は、パラメータsの関数として次のように表
わされる。
【数10】 ここで、
【外12】 がsとは独立であることにより、ダミー符号語による効
率劣化はパラメータsに関する単調減少関数となること
が分かる。
率劣化はパラメータsに関する単調減少関数となること
が分かる。
【0052】サフィックス処理による符号化効率の劣化
はパラメータtにより規定される。付加ビットによる平
均符号長の増分ΔLadd は次の通りである。 ΔLadd =ΔLaddsuffix +ΔLaddmiddle …………(式19)
はパラメータtにより規定される。付加ビットによる平
均符号長の増分ΔLadd は次の通りである。 ΔLadd =ΔLaddsuffix +ΔLaddmiddle …………(式19)
【0053】サフィックス処理部83における第4の判
定処理部(13g)によるサフィックスへの付加ビット
の影響は、
定処理部(13g)によるサフィックスへの付加ビット
の影響は、
【数11】 となる。ただし、
【外13】 はサフィックス処理後の符号の最大長、last(i+
1)はレベルi+1において最小の生起確率を有する符
号語の番号、wi =ni +ui-t-1,t+1 −ri 、p(i
+1,h)はレベルi+1の符号語のうちh番目に高い
生起確率を示している。レベルi−t−1におけるノー
ドの数がri-t-1 −ni-t-1 と表現されるため、以下の
式が成立する。
1)はレベルi+1において最小の生起確率を有する符
号語の番号、wi =ni +ui-t-1,t+1 −ri 、p(i
+1,h)はレベルi+1の符号語のうちh番目に高い
生起確率を示している。レベルi−t−1におけるノー
ドの数がri-t-1 −ni-t-1 と表現されるため、以下の
式が成立する。
【数12】 ri-t-1 とni-t-1 とはtと相関がないため、式21よ
りui-t-1,t+1 はパラメータtに関する単調減少関数と
なる。従って、ΔLaddsuffix はパラメータtに関する
単調減少関数となる。
りui-t-1,t+1 はパラメータtに関する単調減少関数と
なる。従って、ΔLaddsuffix はパラメータtに関する
単調減少関数となる。
【0054】サフィックス処理部83における第2及び
第3の判定処理部(13e及び13f)による符号語中
への付加ビットの影響は、
第3の判定処理部(13e及び13f)による符号語中
への付加ビットの影響は、
【数13】 と表わされる。ただし、Numaddmiddle (t,N,
i)は符号語中への付加ビットの総数であり、
i)は符号語中への付加ビットの総数であり、
【数14】 である。ここで、v(i)はレベルiより連続する
“0”ビットをサフィックスに持つノードの数、Num
termleaf(i,j)はそのうちレベルjにおいて付加ビ
ットなしにリーフとして終端されるノードの数、Num
addleaf (i,j)は付加ビットが挿入ノード以下に存
在する全符号語の生起確率の総和である。Num
addmiddle (t,N,i)がt及びNに関する単調減少
関数であるので、ΔLaddmiddle (t,N)もt及びN
に関する単調減少関数となる。
“0”ビットをサフィックスに持つノードの数、Num
termleaf(i,j)はそのうちレベルjにおいて付加ビ
ットなしにリーフとして終端されるノードの数、Num
addleaf (i,j)は付加ビットが挿入ノード以下に存
在する全符号語の生起確率の総和である。Num
addmiddle (t,N,i)がt及びNに関する単調減少
関数であるので、ΔLaddmiddle (t,N)もt及びN
に関する単調減少関数となる。
【0055】以上の式18、式20〜式22より、エミ
ュレーションを起こさない符号の平均符号長
ュレーションを起こさない符号の平均符号長
【外14】 は、次の式24にて表わされる。
【数15】
【0056】以上の式18、式20、式22、式24及
び前述したs+t<Nの条件(条件4)より、以下の特
性が得られる。 (特性1)パラメータsが大きくなるに従い、エミュレ
ーションを起こさない符号の平均符号長
び前述したs+t<Nの条件(条件4)より、以下の特
性が得られる。 (特性1)パラメータsが大きくなるに従い、エミュレ
ーションを起こさない符号の平均符号長
【外15】 は小さくなる。 (特性2)パラメータtが大きくなるに従い、エミュレ
ーションを起こさない符号の平均符号長
ーションを起こさない符号の平均符号長
【外16】 は小さくなる。 (特性3)ユニークワード長Nが大きくなるに従い、エ
ミュレーションを起こさない符号の平均符号長
ミュレーションを起こさない符号の平均符号長
【外17】 は小さくなる。 (特性4)ある符号においては、一定のNに対し、sと
tのバランスによって決まる最小の平均符号長
tのバランスによって決まる最小の平均符号長
【外18】 が存在する。
【0057】符号化効率を改善するためのパラメータs
及びtの具体的な最適化処理について以下説明する。
及びtの具体的な最適化処理について以下説明する。
【0058】26シンボルから構成される英語のアルフ
ァベットに関する各シンボルの原生起確率、及びこの原
生起確率から得られる参照用のハフマン符号C20が次の
表2の左側部分に示されている。
ァベットに関する各シンボルの原生起確率、及びこの原
生起確率から得られる参照用のハフマン符号C20が次の
表2の左側部分に示されている。
【0059】
【表2】
【0060】前述したs+t<Nの条件(条件4)を満
たす範囲内でs及びNを変化させると、エミュレーショ
ンを起こさない符号の平均符号長は図10に示すように
変化する。付加ビットの総数の変化が図11に示されて
いる。tについては、前述のように、s+t<Nの条件
を満たす範囲で大きくした方が符号化効率向上に有利で
あるので、t=N−1−sとする。
たす範囲内でs及びNを変化させると、エミュレーショ
ンを起こさない符号の平均符号長は図10に示すように
変化する。付加ビットの総数の変化が図11に示されて
いる。tについては、前述のように、s+t<Nの条件
を満たす範囲で大きくした方が符号化効率向上に有利で
あるので、t=N−1−sとする。
【0061】図10より、ハードウエアの制約上からユ
ニークワードの符号長NがN=5と短い場合は、s=3
のときに最小符号長が得られることが分かる。この場合
について、各シンボル及びダミー符号語の修正された生
起確率、エミュレーションを起こさない可変長符号
C21、並びに平均符号長が表2の中央部分に示されてい
る。この場合のハフマン符号に対する符号化効率劣化
は、2.91%である。また、ユニークワードの符号長
NがN=11と比較的長い場合は、s=8のときに最小
符号長が得られることが分かる。この場合について、各
シンボル及びダミー符号語の修正された生起確率、エミ
ュレーションを起こさない可変長符号C22、並びに平均
符号長が表2の右側部分に示されている。この場合のハ
フマン符号に対する符号化効率劣化は、0.04%と非
常に小さい。
ニークワードの符号長NがN=5と短い場合は、s=3
のときに最小符号長が得られることが分かる。この場合
について、各シンボル及びダミー符号語の修正された生
起確率、エミュレーションを起こさない可変長符号
C21、並びに平均符号長が表2の中央部分に示されてい
る。この場合のハフマン符号に対する符号化効率劣化
は、2.91%である。また、ユニークワードの符号長
NがN=11と比較的長い場合は、s=8のときに最小
符号長が得られることが分かる。この場合について、各
シンボル及びダミー符号語の修正された生起確率、エミ
ュレーションを起こさない可変長符号C22、並びに平均
符号長が表2の右側部分に示されている。この場合のハ
フマン符号に対する符号化効率劣化は、0.04%と非
常に小さい。
【0062】図10及び図11より次の点が検証され
る。 (検証1)N>>sの場合、sが大きくなるに従って平
均符号長は短くなる。これは、上述した(特性1)に一
致している。 (検証2)N≒s又はN>>tの場合、tが大きくなる
に従って平均符号長は短くなる。これは、上述した(特
性2)に一致している。 (検証3)N≧5の場合、最小の平均符号長はsとtの
バランスにより与えられる。これは、上述した(特性
4)に一致している。 (検証4)Nが大きい場合、sの幾通りかの選択に対し
て、参照用のハフマン符号C20に近い平均符号長が得ら
れる。 (検証5)N≧3の場合であって、s≦N−1又はt≧
2では付加ビットを必要としない。これは式20、式2
3と一致している。
る。 (検証1)N>>sの場合、sが大きくなるに従って平
均符号長は短くなる。これは、上述した(特性1)に一
致している。 (検証2)N≒s又はN>>tの場合、tが大きくなる
に従って平均符号長は短くなる。これは、上述した(特
性2)に一致している。 (検証3)N≧5の場合、最小の平均符号長はsとtの
バランスにより与えられる。これは、上述した(特性
4)に一致している。 (検証4)Nが大きい場合、sの幾通りかの選択に対し
て、参照用のハフマン符号C20に近い平均符号長が得ら
れる。 (検証5)N≧3の場合であって、s≦N−1又はt≧
2では付加ビットを必要としない。これは式20、式2
3と一致している。
【0063】図12はユニークワードの長さNが変化し
た際の最小の平均符号長及びそれを与えるパラメータs
の関係を示している。同図より次の点が検証される。 (検証6)Nが大きくなると、最小の平均符号長が小さ
くなり、参照用のハフマン符号C20に近い平均符号長が
得られる。これは、上述した(特性3)に一致してい
る。 (検証7)最小の平均符号長を与えるs、tは、N−3
≦s≦N−1又は0≦t≦2である。
た際の最小の平均符号長及びそれを与えるパラメータs
の関係を示している。同図より次の点が検証される。 (検証6)Nが大きくなると、最小の平均符号長が小さ
くなり、参照用のハフマン符号C20に近い平均符号長が
得られる。これは、上述した(特性3)に一致してい
る。 (検証7)最小の平均符号長を与えるs、tは、N−3
≦s≦N−1又は0≦t≦2である。
【0064】以上の結果、符号化効率を改善するために
は、各パラメータは、ハードウエアの許容範囲内でN
の値をできるだけ大きくする、付加ビットを伴わない
範囲でsの値をできるだけ大きくすることが最適であ
る。
は、各パラメータは、ハードウエアの許容範囲内でN
の値をできるだけ大きくする、付加ビットを伴わない
範囲でsの値をできるだけ大きくすることが最適であ
る。
【0065】図13は本発明の可変長符号生成装置のさ
らに他の実施形態における構成を概略的に示すブロック
図である。
らに他の実施形態における構成を概略的に示すブロック
図である。
【0066】同図において、130は、シンボル数n、
各シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN
(Nは複数の自然数)及びユニークワードの種類数Eが
入力される入力部である。入力部130には、ユニーク
ワード作成部131と、プリフィックス処理部132
と、サフィックス処理部133と、得られた可変長符号
及びユニークワードを出力する出力部134とが順次直
列に接続されており、さらに、パラメータs及びtのパ
ラメータ最適化部135が設けられている。本実施形態
においては、さらにまた、プリフィックス処理部132
及びサフィックス処理部133に並列に固定長符号処理
部136が付加されている。なお、本実施形態における
ユニークワード作成部131、プリフィックス処理部1
32、サフィックス処理部133、及びパラメータ最適
化部135の構成は、図8の実施形態における各構成と
同様である。
各シンボルの生起確率pi 、ユニークワードの長さN
(Nは複数の自然数)及びユニークワードの種類数Eが
入力される入力部である。入力部130には、ユニーク
ワード作成部131と、プリフィックス処理部132
と、サフィックス処理部133と、得られた可変長符号
及びユニークワードを出力する出力部134とが順次直
列に接続されており、さらに、パラメータs及びtのパ
ラメータ最適化部135が設けられている。本実施形態
においては、さらにまた、プリフィックス処理部132
及びサフィックス処理部133に並列に固定長符号処理
部136が付加されている。なお、本実施形態における
ユニークワード作成部131、プリフィックス処理部1
32、サフィックス処理部133、及びパラメータ最適
化部135の構成は、図8の実施形態における各構成と
同様である。
【0067】固定長符号処理部136は、図14に示す
ように、固定長符号(FLC)のビット長Mを決定する
ビット長決定部136aと、決定されたビット長Mを有
しかつユニークワードをエミュレートしない固定長符号
への要求条件を満足する固定長符号を生成する固定長符
号生成部136bとを含んでいる。
ように、固定長符号(FLC)のビット長Mを決定する
ビット長決定部136aと、決定されたビット長Mを有
しかつユニークワードをエミュレートしない固定長符号
への要求条件を満足する固定長符号を生成する固定長符
号生成部136bとを含んでいる。
【0068】ビット長決定部136aは、シンボル数
n、ユニークワード長N、並びにパラメータs及びtか
ら固定長符号のビット長を次式を満足するように定め
る。 f(M−1)<n≦f(M) ただし、f(M)=2M-s-1 −2M-t-1 +2M-s-t-2 −(M−s−t−N)×2M-s-t-N-3 …………(式25) である。なお、M−s−1<1の場合はM−s−1=1
とし、M−t−1<1の場合はM−t−1=1とし、M
−s−t−2<1の場合はM−s−t−2とし、M−s
−t−N−3<1の場合はM−s−t−N−3=0とす
る。
n、ユニークワード長N、並びにパラメータs及びtか
ら固定長符号のビット長を次式を満足するように定め
る。 f(M−1)<n≦f(M) ただし、f(M)=2M-s-1 −2M-t-1 +2M-s-t-2 −(M−s−t−N)×2M-s-t-N-3 …………(式25) である。なお、M−s−1<1の場合はM−s−1=1
とし、M−t−1<1の場合はM−t−1=1とし、M
−s−t−2<1の場合はM−s−t−2とし、M−s
−t−N−3<1の場合はM−s−t−N−3=0とす
る。
【0069】固定長符号生成部136bは、このように
して決められたビット長Mを有しかつユニークワードを
エミュレートしない固定長符号への要求条件を満足する
固定長符号を生成する。その要求条件は以下の通りであ
る。 (条件1′)ビット“0”のみから構成される符号語を
禁止する。 (条件2′)各符号語のプリフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長がsより大きい符号語を禁止する。 (条件3′)各符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長がtより大きい符号語を禁止する。 (条件4′)s+t<Nとする。 (条件5′)各符号語の中間におけるビット“0”の最
大連続長をN以上の符号語を禁止する。
して決められたビット長Mを有しかつユニークワードを
エミュレートしない固定長符号への要求条件を満足する
固定長符号を生成する。その要求条件は以下の通りであ
る。 (条件1′)ビット“0”のみから構成される符号語を
禁止する。 (条件2′)各符号語のプリフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長がsより大きい符号語を禁止する。 (条件3′)各符号語のサフィックスにおけるビット
“0”の最大連続長がtより大きい符号語を禁止する。 (条件4′)s+t<Nとする。 (条件5′)各符号語の中間におけるビット“0”の最
大連続長をN以上の符号語を禁止する。
【0070】本実施形態は、可変長符号と固定長符号と
の両方が使用される信号伝送方式における可変長符号生
成装置の例であり、可変長符号はプリフィックス処理部
132及びサフィックス処理部133で生成され、固定
長符号は上述の条件で禁止されたもの以外の符号語とな
るように固定長符号処理部136で生成される。なお、
固定長符号においては全符号語の長さを一定に保つた
め、付加ビットの使用は禁止される。
の両方が使用される信号伝送方式における可変長符号生
成装置の例であり、可変長符号はプリフィックス処理部
132及びサフィックス処理部133で生成され、固定
長符号は上述の条件で禁止されたもの以外の符号語とな
るように固定長符号処理部136で生成される。なお、
固定長符号においては全符号語の長さを一定に保つた
め、付加ビットの使用は禁止される。
【0071】本実施形態は、より一般的な使用形態であ
る固定長符号を含む複数種類の可変長符号伝送方式に容
易に適用可能である。複数の符号セットによるこの種の
信号伝送方式においては、s、t、N等のパラメータが
各符号の伝送手順により決定される。一例として、図1
5に示すように、最も一般的な複数ループを伴う複数種
類可変長符号の伝送系では、各符号セットに対するエミ
ュレーションを起こさない要求条件は、前述した(条件
1)〜(条件5)、(条件1′)〜(条件5′)におい
て、s、tをそれぞれsi 、ti (i番目の種類の符号
に対する制約パラメータ)と置換した条件及び以下の要
求条件によって与えられる。 (条件6)si+1 +ti <N (条件7)s1 +ti <N
る固定長符号を含む複数種類の可変長符号伝送方式に容
易に適用可能である。複数の符号セットによるこの種の
信号伝送方式においては、s、t、N等のパラメータが
各符号の伝送手順により決定される。一例として、図1
5に示すように、最も一般的な複数ループを伴う複数種
類可変長符号の伝送系では、各符号セットに対するエミ
ュレーションを起こさない要求条件は、前述した(条件
1)〜(条件5)、(条件1′)〜(条件5′)におい
て、s、tをそれぞれsi 、ti (i番目の種類の符号
に対する制約パラメータ)と置換した条件及び以下の要
求条件によって与えられる。 (条件6)si+1 +ti <N (条件7)s1 +ti <N
【0072】可変長符号については(条件1)〜(条件
7)を考慮して生成され、固定長符号については(条件
1′)〜(条件5′)と(条件6)及び(条件7)とを
考慮して生成される。
7)を考慮して生成され、固定長符号については(条件
1′)〜(条件5′)と(条件6)及び(条件7)とを
考慮して生成される。
【0073】各パラメータは、総合的な符号化効率を考
慮して最適化される。ユニークワードの長さNは、ハー
ドウエアの連続ビット“0”の認識能力に従って決定さ
れる。総合的な平均符号長Ltotal は、各符号の平均符
号長を表わす関数を用いて次の26式のように表現され
る。
慮して最適化される。ユニークワードの長さNは、ハー
ドウエアの連続ビット“0”の認識能力に従って決定さ
れる。総合的な平均符号長Ltotal は、各符号の平均符
号長を表わす関数を用いて次の26式のように表現され
る。
【数16】 ただし、qi は符号iが全符号シーケンス中に出現する
割合を表わしている。
割合を表わしている。
【0074】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
【0075】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、長さNの連続するビット“0”からなるユニークワ
ードを作成するユニークワード作成手段と、符号語のプ
リフィックスにおけるビット“0”の連続長がs以下で
あり、少なくとも1つのビット“1”を含む各符号語を
作成するプリフィックス処理手段と、このプリフィック
ス処理手段によって作成された各符号語のサフィックス
におけるビット“0”の連続長がt以下であり、各符号
語内におけるビット“0”の連続長がN未満であり、か
つs+t<Nとなるように各符号語のビットパターンを
修正するサフィックス処理手段とを備えているため、特
定のパターンを持つユニークワードに対し、それをエミ
ュレートしない可変長符号をシステマティックに生成す
ることができる。
ば、長さNの連続するビット“0”からなるユニークワ
ードを作成するユニークワード作成手段と、符号語のプ
リフィックスにおけるビット“0”の連続長がs以下で
あり、少なくとも1つのビット“1”を含む各符号語を
作成するプリフィックス処理手段と、このプリフィック
ス処理手段によって作成された各符号語のサフィックス
におけるビット“0”の連続長がt以下であり、各符号
語内におけるビット“0”の連続長がN未満であり、か
つs+t<Nとなるように各符号語のビットパターンを
修正するサフィックス処理手段とを備えているため、特
定のパターンを持つユニークワードに対し、それをエミ
ュレートしない可変長符号をシステマティックに生成す
ることができる。
【図1】本発明の可変長符号生成装置の一実施形態にお
ける構成を概略的に示すブロック図である。
ける構成を概略的に示すブロック図である。
【図2】図1の実施形態におけるユニークワード作成部
の構成例を概略的に示すブロック図である。
の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図3】図1の実施形態におけるプリフィックス処理部
の構成例を概略的に示すブロック図である。
の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図4】図1の実施形態におけるサフィックス処理部の
構成例を概略的に示すブロック図である。
構成例を概略的に示すブロック図である。
【図5】表1に示した各シンボルにおけるハフマン符号
の木構造を示す図である。
の木構造を示す図である。
【図6】表1に示した各シンボルにおけるプリフィック
ス処理された可変長符号の木構造を示す図である。
ス処理された可変長符号の木構造を示す図である。
【図7】表1に示した各シンボルにおけるエミュレート
しない可変長符号の木構造を示す図である。
しない可変長符号の木構造を示す図である。
【図8】本発明の可変長符号生成装置の他の実施形態に
おける構成を概略的に示すブロック図である。
おける構成を概略的に示すブロック図である。
【図9】図8の実施形態におけるパラメータ最適化部の
構成例を概略的に示すブロック図である。
構成例を概略的に示すブロック図である。
【図10】エミュレーションを起こさない符号のパラメ
ータsに対する平均符号長の特性図である。
ータsに対する平均符号長の特性図である。
【図11】エミュレーションを起こさない符号のパラメ
ータsに対する付加ビット数の特性図である。
ータsに対する付加ビット数の特性図である。
【図12】ユニークワードの長さNに対する最小の平均
符号長及びそれを与えるパラメータsの特性図である。
符号長及びそれを与えるパラメータsの特性図である。
【図13】本発明の可変長符号生成装置のさらに他の実
施形態における構成を概略的に示すブロック図である。
施形態における構成を概略的に示すブロック図である。
【図14】図13の実施形態における固定長符号処理部
の構成例を概略的に示すブロック図である。
の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図15】複数ループを伴う複数種類可変長符号の伝送
系を概略的に示す図である。
系を概略的に示す図である。
10、80、130 入力部 11、81、131 ユニークワード作成部 12、82、132 プリフィックス処理部 13、83、133 サフィックス処理部 14、84、134 出力部 85、135 パラメータ最適化部 136 固定長符号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−31546(JP,A) 特開 昭60−140982(JP,A) 特開 平5−268483(JP,A) 特開 平5−300027(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 7/40
Claims (10)
- 【請求項1】 長さN(Nは複数の自然数)の連続する
ビット“0”からなるユニークワードを作成するユニー
クワード作成手段と、符号語のプリフィックスにおける
ビット“0”の連続長がs(sは自然数)以下であり、
少なくとも1つのビット“1”を含む各符号語を作成す
るプリフィックス処理手段と、該プリフィックス処理手
段によって作成された各符号語のサフィックスにおける
ビット“0”の連続長がt(tは自然数)以下であり、
該各符号語内におけるビット“0”の連続長がN未満で
あり、かつs+t<Nとなるように前記各符号語のビッ
トパターンを修正するサフィックス処理手段とを備えた
ことを特徴とする可変長符号生成装置。 - 【請求項2】 前記プリフィックス処理手段が、連続す
るs+1ビットのビット“0”のみからなるダミー符号
語を導入して可変長符号を生成する手段であることを特
徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記プリフィックス処理手段が、生起確
率pd の前記ダミー符号語を生成する手段と、該生起確
率pd を用いて他のシンボルの各生起確率pi を修正し
た修正生起確率 【外1】 を生成する手段と、該生成された生起確率pd 及び修正
生起確率 【外2】 から可変長符号化アルゴリズムを用いて全ての符号語の
ビットパターンを決定するプリフィックス処理符号生成
手段とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の
装置。 - 【請求項4】 前記サフィックス処理手段が、各符号語
のサフィックス状態を計測する手段と、該符号語のサフ
ィックスにおけるビット“0”の連続長がt以下であり
かつ符号語中に連続してN−1個のビット“0”がない
場合は付加ビットを使用せずに当該符号語を出力する手
段とを含んでいることを特徴とする請求項1から3のい
ずれか1項に記載の装置。 - 【請求項5】 前記サフィックス処理手段が、該符号語
のサフィックスにおけるビット“0”の連続長がt以下
でありかつ符号語中に連続してN−1個のビット“0”
がある場合は該N−1個のビット“0”の次にビット
“1”の付加ビットを挿入する手段をさらに含んでいる
ことを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 前記サフィックス処理手段が、該符号語
のサフィックスにおけるビット“0”の連続長がtを越
える場合はビット“1”の付加ビットを挿入する手段を
さらに含んでいることを特徴とする請求項4又は5に記
載の装置。 - 【請求項7】 前記サフィックス処理手段が、木表現上
でパラメータ計測及びビットパターン修正処理を行う手
段であることを特徴とする請求項4から6のいずれか1
項に記載の装置。 - 【請求項8】 前記パラメータs及びtを符号化効率が
向上する最適値に修正するパラメータ最適化手段をさら
に備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1
項に記載の装置。 - 【請求項9】 前記パラメータ最適化手段が、前記サフ
ィックス処理手段から出力される可変長符号の平均符号
長及び該サフィックス処理手段によって付加された付加
ビット数を計測する手段と、該計測された平均符号長及
び付加ビット数に応じて前記パラメータs及びtを修正
する手段とを含んでいることを特徴とする請求項8に記
載の装置。 - 【請求項10】 符号語のプリフィックスにおけるビッ
ト“0”の連続長がs以下であり、符号語が少なくとも
1つのビット“1”を含んでおり、符号語のサフィック
スにおけるビット“0”の連続長がt以下であり、符号
語内におけるビット“0”の連続長がN未満であり、か
つs+t<Nとなる固定長符号を生成する手段をさらに
備えたことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項
に記載の装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06029596A JP3267142B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 可変長符号生成装置 |
US08/803,441 US5883589A (en) | 1996-02-23 | 1997-02-20 | Variable length code construction apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06029596A JP3267142B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 可変長符号生成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09232968A JPH09232968A (ja) | 1997-09-05 |
JP3267142B2 true JP3267142B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=13138035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06029596A Expired - Fee Related JP3267142B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 可変長符号生成装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5883589A (ja) |
JP (1) | JP3267142B2 (ja) |
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