JPH0621826A - ディジタルオーディオデータ圧縮方式 - Google Patents
ディジタルオーディオデータ圧縮方式Info
- Publication number
- JPH0621826A JPH0621826A JP35142991A JP35142991A JPH0621826A JP H0621826 A JPH0621826 A JP H0621826A JP 35142991 A JP35142991 A JP 35142991A JP 35142991 A JP35142991 A JP 35142991A JP H0621826 A JPH0621826 A JP H0621826A
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- JP
- Japan
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- bits
- sample value
- bit
- digital audio
- audio signal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ディジタルオーディオ信号の品位を損なうこ
となく、ビット削減によるデータ圧縮を行う。 【構成】 １６ビットに直線量子化したディジタルオー
ディオ信号の標本値から、前後の標本値の加算平均値を
引いた標本値の、上位８ビットパターンの生起確率に従
ってビットパターンを再マッピングし、ハフマン符号化
することにより約１７％のビット圧縮を行う。
となく、ビット削減によるデータ圧縮を行う。 【構成】 １６ビットに直線量子化したディジタルオー
ディオ信号の標本値から、前後の標本値の加算平均値を
引いた標本値の、上位８ビットパターンの生起確率に従
ってビットパターンを再マッピングし、ハフマン符号化
することにより約１７％のビット圧縮を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、符号変換法に係わり、
ビット削減によるデータ圧縮方法に関する。
ビット削減によるデータ圧縮方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビット数の削減を狙った技術で入出力特
性を折れ線特性にした、ビット数削減方法を従来例とし
て図７に示す特性図によって説明する。説明を簡単にす
るためディジタルオーディオデータを５ビットで表現
し、これを４ビットに削減するものとする。いずれも２
の補数形で表されるものとする。入力のディジタルオー
ディオデータは−１６〜１５までの値を取り得る。同様
に出力側では−８〜７までの値を取り得る。入力側の標
本値が小さいとき、例えば１，２，３，４のときはその
ままの出力とする。入力側の標本値が大きくなったとき
同図に示すように入力側の複数個の標本値に対して１つ
の出力標本値を割り当てる。こうすることにより５ビッ
トで表現されたディジタルオーディオデータは４ビット
にビット削減される。
性を折れ線特性にした、ビット数削減方法を従来例とし
て図７に示す特性図によって説明する。説明を簡単にす
るためディジタルオーディオデータを５ビットで表現
し、これを４ビットに削減するものとする。いずれも２
の補数形で表されるものとする。入力のディジタルオー
ディオデータは−１６〜１５までの値を取り得る。同様
に出力側では−８〜７までの値を取り得る。入力側の標
本値が小さいとき、例えば１，２，３，４のときはその
ままの出力とする。入力側の標本値が大きくなったとき
同図に示すように入力側の複数個の標本値に対して１つ
の出力標本値を割り当てる。こうすることにより５ビッ
トで表現されたディジタルオーディオデータは４ビット
にビット削減される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入力側
のディジタルオーディオデータが正弦波状に変化してい
るとき、４ビットで表された出力側のディジタルデータ
は正しい正弦波を表さず、歪んだ波形となってしまう問
題があった。本発明の目的は、ディジタルオーディオ信
号の標本値の表す波形を歪ませることなく、標本値のビ
ット数を削減することにある。
のディジタルオーディオデータが正弦波状に変化してい
るとき、４ビットで表された出力側のディジタルデータ
は正しい正弦波を表さず、歪んだ波形となってしまう問
題があった。本発明の目的は、ディジタルオーディオ信
号の標本値の表す波形を歪ませることなく、標本値のビ
ット数を削減することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そのため本発明では、ア
ナログオーディオ信号を標本化し、１６ビット直線量子
化したディジタルオーディオ信号の、標本値から前後２
つの標本値の加算平均値を減算して成る標本値系列の、
各標本値の上位８ビットパターンのうち生起確率の高い
ビットパターンを、８ビット未満の短いビット数のパタ
ーンにマッピングし、生起確率の低いビットパターンを
８ビット以上のビットパターンにマッピングする、ハフ
マン符号化することによりビット削減を行うことを特徴
とするディジタルオーディオデータ圧縮方式。
ナログオーディオ信号を標本化し、１６ビット直線量子
化したディジタルオーディオ信号の、標本値から前後２
つの標本値の加算平均値を減算して成る標本値系列の、
各標本値の上位８ビットパターンのうち生起確率の高い
ビットパターンを、８ビット未満の短いビット数のパタ
ーンにマッピングし、生起確率の低いビットパターンを
８ビット以上のビットパターンにマッピングする、ハフ
マン符号化することによりビット削減を行うことを特徴
とするディジタルオーディオデータ圧縮方式。
【０００５】オーディオ信号を正弦波形にて代表させた
とき標本化、量子化の過程は周知の通り図１のように示
される。同図は１６ビット直線量子化の例で標本値はオ
フセットバイナリをヘキサデシマルで表現してあり、標
本点は代表的な点を選んで表示している。図１において
標本点ａと標本点ｃの標本値の加算平均値を標本点ｂの
標本値から差し引く。つまり＄７７３６−１／２（＄７
１４８＋＄７ｄ００）＝＄００１２となり、標本点ｂの
標本値の代わりに上記の演算後の標本値を用いれば、標
本点ｂの標本値はより少ないビット数で表現されうる。
各標本点においてそれぞれ同様な演算を行い、より少な
いビット数で表現された標本値を得ることができ、この
様子を図２に示す。相続く標本点の標本値をｙｉ（ｉ：
ｉｎｔｅｇｅｒ），演算後の標本値を△ｉと表すと、上
記の演算は一般に次式で示される。 △ｉ＝ｙｉ−1/2（ｙi-1＋ｙi+1）・・・・・（１） 従って（１）式により元の標本値系列ｙｉから新しい標
本値系列△ｉに変換される。元の標本値系列ｙｉは
（１）式を基に逆算できる。ここでは簡単のため△ｉ，
△i+1，△i+2からなる例を示す。 △ｉ ＝ｙｉ −1/2（ｙi-1＋ｙi+1） △i+1＝ｙi+1−1/2（ｙｉ ＋ｙi+2） ・・・・・（２） △i+2＝ｙi+2−1/2（ｙi+1＋ｙi+3） から ｙｉ ＝3/4ｙi-1＋3/2△ｉ＋△i+1＋1/2△i+2＋1/4ｙi+3 ｙi+1＝1/2ｙi-1＋△ｉ＋△２i+1＋△i+2＋1/2ｙi+3 ・・・（３） ｙi+2＝1/4ｙi-1＋1/2△ｉ＋△i+1＋3/2△i+2＋3/4ｙi+3 と示される。つまり図２に示すようにｙi-1・・・ｙi+3
の５個の標本値系列の代わりに、ｙi-1，△ｉ，△i+1，
△i+2，ｙi+3の標本値系列を使用してもディジタルオー
ディオ信号として品位を損なわない。一般に図２（ｂ）
において元の標本値系列ｙi-1，ｙi+N（Ｎ＝１，２，３
・・・）の間に挟まれる△i+N-1系列を長くした、演算
後の標本値系列を構成しても良いことは勿論である。
とき標本化、量子化の過程は周知の通り図１のように示
される。同図は１６ビット直線量子化の例で標本値はオ
フセットバイナリをヘキサデシマルで表現してあり、標
本点は代表的な点を選んで表示している。図１において
標本点ａと標本点ｃの標本値の加算平均値を標本点ｂの
標本値から差し引く。つまり＄７７３６−１／２（＄７
１４８＋＄７ｄ００）＝＄００１２となり、標本点ｂの
標本値の代わりに上記の演算後の標本値を用いれば、標
本点ｂの標本値はより少ないビット数で表現されうる。
各標本点においてそれぞれ同様な演算を行い、より少な
いビット数で表現された標本値を得ることができ、この
様子を図２に示す。相続く標本点の標本値をｙｉ（ｉ：
ｉｎｔｅｇｅｒ），演算後の標本値を△ｉと表すと、上
記の演算は一般に次式で示される。 △ｉ＝ｙｉ−1/2（ｙi-1＋ｙi+1）・・・・・（１） 従って（１）式により元の標本値系列ｙｉから新しい標
本値系列△ｉに変換される。元の標本値系列ｙｉは
（１）式を基に逆算できる。ここでは簡単のため△ｉ，
△i+1，△i+2からなる例を示す。 △ｉ ＝ｙｉ −1/2（ｙi-1＋ｙi+1） △i+1＝ｙi+1−1/2（ｙｉ ＋ｙi+2） ・・・・・（２） △i+2＝ｙi+2−1/2（ｙi+1＋ｙi+3） から ｙｉ ＝3/4ｙi-1＋3/2△ｉ＋△i+1＋1/2△i+2＋1/4ｙi+3 ｙi+1＝1/2ｙi-1＋△ｉ＋△２i+1＋△i+2＋1/2ｙi+3 ・・・（３） ｙi+2＝1/4ｙi-1＋1/2△ｉ＋△i+1＋3/2△i+2＋3/4ｙi+3 と示される。つまり図２に示すようにｙi-1・・・ｙi+3
の５個の標本値系列の代わりに、ｙi-1，△ｉ，△i+1，
△i+2，ｙi+3の標本値系列を使用してもディジタルオー
ディオ信号として品位を損なわない。一般に図２（ｂ）
において元の標本値系列ｙi-1，ｙi+N（Ｎ＝１，２，３
・・・）の間に挟まれる△i+N-1系列を長くした、演算
後の標本値系列を構成しても良いことは勿論である。
【０００６】次に△i+N系列について述べる。△i+Nも１
６ビットで表現されているが、その１６ビットを上位、
下位それぞれ８ビット毎に区切って考える。隣合う標本
値間には相関があるディジタルオーディオ信号の性質か
ら、△i+Nの上位８ビットは特定のビットパターンが高
い生起確率を持つ偏った分布となる。実際のディジタル
オーディオ信号としてコンパクトディスクに記録されて
いる標本値系列から算出した１００６個の△i+Nの例を
調べた。
６ビットで表現されているが、その１６ビットを上位、
下位それぞれ８ビット毎に区切って考える。隣合う標本
値間には相関があるディジタルオーディオ信号の性質か
ら、△i+Nの上位８ビットは特定のビットパターンが高
い生起確率を持つ偏った分布となる。実際のディジタル
オーディオ信号としてコンパクトディスクに記録されて
いる標本値系列から算出した１００６個の△i+Nの例を
調べた。
【０００７】その結果を図３に示す。同図において横軸
は△i+Nの上位８ビットをヘキサデシマル表示したもの
で右側が正，左側が負である。縦軸はその８ビットパタ
ーンの発生数である。同図に見る通り△i+Nの上位８ビ
ットパターンは２５６通り考えられるうち＄Ｆ６〜＄Ｏ
８までのパターンしか現れてこない。理論的には２５６
通り有り得るが確率的にはここで示した測定例に限らず
＄ＯＯ，＄ＦＦを中心とする特定のビットパターンが数
多く現れる。
は△i+Nの上位８ビットをヘキサデシマル表示したもの
で右側が正，左側が負である。縦軸はその８ビットパタ
ーンの発生数である。同図に見る通り△i+Nの上位８ビ
ットパターンは２５６通り考えられるうち＄Ｆ６〜＄Ｏ
８までのパターンしか現れてこない。理論的には２５６
通り有り得るが確率的にはここで示した測定例に限らず
＄ＯＯ，＄ＦＦを中心とする特定のビットパターンが数
多く現れる。
【０００８】コンパクトディスクの例にならい標本化周
波数４４．１ＫＨｚのとき△i+Nの最上位ニブルが＄Ｏ
または＄Ｆに固定される振幅・周波数範囲は図４に示す
斜線内になる。同図において振幅０ｄＢは量子化レベル
＋３２７６７〜−３２７６８の間で振れる最大正弦波振
幅を表す。図４に見る通り大半のオーディオ信号の場
合、△i+Nの最上位ニブルは＄Ｏまたは＄Ｆになる。
波数４４．１ＫＨｚのとき△i+Nの最上位ニブルが＄Ｏ
または＄Ｆに固定される振幅・周波数範囲は図４に示す
斜線内になる。同図において振幅０ｄＢは量子化レベル
＋３２７６７〜−３２７６８の間で振れる最大正弦波振
幅を表す。図４に見る通り大半のオーディオ信号の場
合、△i+Nの最上位ニブルは＄Ｏまたは＄Ｆになる。
【０００９】図３に示した分布を基に△i+Nの上位８ビ
ットにハフマン符号化を行う。その符号化例を図５に示
す。同図は図３において生起確率の高い４個のビットパ
ターンに３ビットを割り振り、次に生起確率の高い４個
のビットパターンに４ビットを割り振り、以下順次同様
の操作を行い残る２４０個のビットパターンには１２ビ
ットを割り振った。ハフマン符号の性質からこれらの長
短のビット語が連続してもそれらのビット語間の切れ目
が一様に判続できることは勿論である。この符号化の結
果、８ビットのデータは同図中に示す通り平均して３．
６１５ビットにて表現される。従って（８−３．６１
５）／８＝５４．８％にデータ量が削減されたことにな
る。
ットにハフマン符号化を行う。その符号化例を図５に示
す。同図は図３において生起確率の高い４個のビットパ
ターンに３ビットを割り振り、次に生起確率の高い４個
のビットパターンに４ビットを割り振り、以下順次同様
の操作を行い残る２４０個のビットパターンには１２ビ
ットを割り振った。ハフマン符号の性質からこれらの長
短のビット語が連続してもそれらのビット語間の切れ目
が一様に判続できることは勿論である。この符号化の結
果、８ビットのデータは同図中に示す通り平均して３．
６１５ビットにて表現される。従って（８−３．６１
５）／８＝５４．８％にデータ量が削減されたことにな
る。
【００１０】
【作用】アナログオーディオ信号を標本化し、１６ビッ
ト直線量子化したディジタルオーディオ信号に対し、上
記手段を用いることによって、元の信号に何等影響を与
えることなく、約１７％のビット圧縮を行うことが出来
る。
ト直線量子化したディジタルオーディオ信号に対し、上
記手段を用いることによって、元の信号に何等影響を与
えることなく、約１７％のビット圧縮を行うことが出来
る。
【００１１】
【実施例】前述の手法によりディジタルオーディオ信号
の所要ビット数は削減することが可能である。しかし標
本値系列△i+Nから元の標本値系列ｙi+Nに戻すには演算
を要するから、長い標本値系列△i+Nを用いるのは演算
が複雑になり好ましくない。一方標本値系列△i+Nを短
くしていくとビット削減の効果が薄れていく。ここでは
２つの元の標本値系列ｙi-1，ｙi+4に挟まれた４つの標
本値系列△ｉ，△i+1，△i+3からなる形式を提唱する。
その複合標本値系列及びそのデータ形式を図６に示す。
同図において標本値ｙi-1，ｙi+4は何等操作を施さずそ
のまま上位，下位それぞれ８ビットを保有する。演算後
の標本値△ｉ，△i+1，△i+2，△i+3 はその下位８ビッ
トは何等操作を施していないから、同図のそれぞれの位
置に収納する。上位８ビットは前述の操作により平均
３．６１５ビットに削減されているから４個の標本値を
連ねて１６ビットスロットに収納する。こうして６個の
標本値を８０ビットスロットに収納する。ハフマン符号
の性質から上述の１６ビットスロット部分は４個の標本
値を連ねたとき１６ビットスロットを上回る場合もあ
り、下回る場合もある。図６に示した８０ビットスロッ
トを１つの単位長（以後セクターと呼ぶ）とするとき、
前者の場合１６ビットスロットからはみだしたビットは
次のセクタの該当する位置に収納する。後者の場合次の
セクタの該当する位置に収納すべきビットを繰り上げて
空きスロットに収納する。１６ビットスロットに対し、
収納すべきビット数は平均して４×３．６１５＝１４．
４６ビットであるから幾つかのセクタを経過すると必ず
大量の空きスロットが生じてくる。このときは図５のコ
ード表に現れてこないビットパターン、つまり“０”又
は“１”が１３個以上連なるビットパターンにて空きス
ロットを埋めておく。こうすることで伝送または記録の
ときに起ると想定されるエラーが無限に伝播する恐れを
排除できる効果もある。こうして収納したハフマン符号
は適量のバッファメモリを用意すれば前述の演算により
元の標本値系列ｙi+N に変換される。また図６に示した
セクタ形式にまとめておけば、伝送、記録のためエラー
訂正、検出符号を付与する場合にもハフマンコードを収
納してある１６ビットスロットを８ビット，８ビットに
分割して考えることによりバイト単位の符号構成が可能
となる。
の所要ビット数は削減することが可能である。しかし標
本値系列△i+Nから元の標本値系列ｙi+Nに戻すには演算
を要するから、長い標本値系列△i+Nを用いるのは演算
が複雑になり好ましくない。一方標本値系列△i+Nを短
くしていくとビット削減の効果が薄れていく。ここでは
２つの元の標本値系列ｙi-1，ｙi+4に挟まれた４つの標
本値系列△ｉ，△i+1，△i+3からなる形式を提唱する。
その複合標本値系列及びそのデータ形式を図６に示す。
同図において標本値ｙi-1，ｙi+4は何等操作を施さずそ
のまま上位，下位それぞれ８ビットを保有する。演算後
の標本値△ｉ，△i+1，△i+2，△i+3 はその下位８ビッ
トは何等操作を施していないから、同図のそれぞれの位
置に収納する。上位８ビットは前述の操作により平均
３．６１５ビットに削減されているから４個の標本値を
連ねて１６ビットスロットに収納する。こうして６個の
標本値を８０ビットスロットに収納する。ハフマン符号
の性質から上述の１６ビットスロット部分は４個の標本
値を連ねたとき１６ビットスロットを上回る場合もあ
り、下回る場合もある。図６に示した８０ビットスロッ
トを１つの単位長（以後セクターと呼ぶ）とするとき、
前者の場合１６ビットスロットからはみだしたビットは
次のセクタの該当する位置に収納する。後者の場合次の
セクタの該当する位置に収納すべきビットを繰り上げて
空きスロットに収納する。１６ビットスロットに対し、
収納すべきビット数は平均して４×３．６１５＝１４．
４６ビットであるから幾つかのセクタを経過すると必ず
大量の空きスロットが生じてくる。このときは図５のコ
ード表に現れてこないビットパターン、つまり“０”又
は“１”が１３個以上連なるビットパターンにて空きス
ロットを埋めておく。こうすることで伝送または記録の
ときに起ると想定されるエラーが無限に伝播する恐れを
排除できる効果もある。こうして収納したハフマン符号
は適量のバッファメモリを用意すれば前述の演算により
元の標本値系列ｙi+N に変換される。また図６に示した
セクタ形式にまとめておけば、伝送、記録のためエラー
訂正、検出符号を付与する場合にもハフマンコードを収
納してある１６ビットスロットを８ビット，８ビットに
分割して考えることによりバイト単位の符号構成が可能
となる。
【００１２】
【発明の効果】上述の如くすることにより６個の１６ビ
ットの標本値つまり計９６ビットのディジタルオーディ
オ信号を８０ビットにて表現できる。これは約１６．７
％のビット圧縮効果を生む。かつディジタルオーディオ
信号の品位には何等影響を与えない。この結果、伝送ま
たは記録のときに実現の容易さ、コストの低減が見込め
る。
ットの標本値つまり計９６ビットのディジタルオーディ
オ信号を８０ビットにて表現できる。これは約１６．７
％のビット圧縮効果を生む。かつディジタルオーディオ
信号の品位には何等影響を与えない。この結果、伝送ま
たは記録のときに実現の容易さ、コストの低減が見込め
る。
【図１】オーディオ信号を標本化量子化する模式図。
【図２】標本値を元に差分標本値を得る方法を示す図。
【図３】標本値の上位８ビットの分布を示す図。
【図４】桁制限した演算後の標本をもって表現できる振
幅・周波数範囲を示す図。
幅・周波数範囲を示す図。
【図５】ハフマンコード表
【図６】複合標本値形式を示す図。
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】オーディオ信号を標本化量子化する模式図。
【図２】標本値を元に差分標本値を得る方法を示す図。
【図３】標本値の上位８ビットの分布を示す図。
【図４】桁制限した演算後の標本をもって表現できる振
幅・周波数範囲を示す図。
幅・周波数範囲を示す図。
【図５】ハフマンコード表
【図６】複合標本値形式を示す図。
【図７】従来例を説明するための入力特性図。
Claims (1)
- 【請求項１】 オーディオ信号を標本化して１６ビット
に直線量子化したディジタルオーディオ信号において、
時間軸上で現在の標本値の１つ前と後の標本値の加算平
均値を、現在の標本値から減算して得られた新しい標本
値系列の、各標本値の上位８ビットパターンのうち生起
確率の高いビットパターンを、８ビット未満の短いビッ
ト数のパターンにマッピングし、生起確率の低いビット
パターンを、８ビット以上のビットパターンにマッピン
グするハフマン符号化することにより、ビット削減を行
うことを特徴とするディジタルオーディオデータ圧縮方
式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35142991A JPH0621826A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | ディジタルオーディオデータ圧縮方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35142991A JPH0621826A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | ディジタルオーディオデータ圧縮方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621826A true JPH0621826A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=18417227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35142991A Pending JPH0621826A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | ディジタルオーディオデータ圧縮方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621826A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100668299B1 (ko) * | 2004-05-12 | 2007-01-12 | 삼성전자주식회사 | 구간별 선형양자화를 이용한 디지털 신호 부호화/복호화방법 및 장치 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5875341A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-07 | Sharp Corp | 差分によるデ−タ圧縮装置 |
| JPS6046859A (ja) * | 1983-08-24 | 1985-03-13 | Kubota Ltd | 耐摩耗複合鋳物の製造法 |
| JPS6174486A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Fujitsu Ltd | 画像信号符号化方式 |
| JPS62152225A (ja) * | 1985-12-26 | 1987-07-07 | Canon Inc | 予測符号化装置 |
| JPS62247626A (ja) * | 1986-04-19 | 1987-10-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 符号化方法 |
| JPS633529A (ja) * | 1986-06-23 | 1988-01-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 可変長量子化適応予測ｄｐｃｍ伝送装置 |
| JPH02192378A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-30 | Victor Co Of Japan Ltd | フレーム間予測符号化装置及び復号装置 |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP35142991A patent/JPH0621826A/ja active Pending
Patent Citations (7)
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| KR100668299B1 (ko) * | 2004-05-12 | 2007-01-12 | 삼성전자주식회사 | 구간별 선형양자화를 이용한 디지털 신호 부호화/복호화방법 및 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19950328 |