JPH07502632A - ハフマンコードの復号化のための回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ハフマンコードの復号化のための回路 発明の背景 １　産業上の利用分野 この発明は、可変長符号化データを復号化する回路の分野に関し、更ニ詳しくは 、制約のない群（ｓｅｔ）のコードワードからなる可変長符号化データを復号化 する回路に関する。

２、従来技術 ディジタルデータ処理の分野の進歩に伴い、比較的大量のディジタルデータを転 送、処理および蓄積することのできるシステムが要望されるようになった。従っ て、より効率的に伝送し、また比較的少ない量のメモリに蓄積できるように、こ のディジタルデータを圧縮することがしばしば望まれる。

比較的大量のディジタルデータを転送、処理および蓄積することが要求される処 理システムの例としては、映像（ｖｉｄｅｏ）信号処理システムが挙げられる。

例えば、通常の映像信号処理システムは２４０本のラインに分解された画像（ｉ ｍａｇｅ）を生成し、その映像の各ラインには２５６ビツトの画素（ｐｉｘｅｌ ）値が含まれている。従って、この種の映像信号処理システムには各画像フレー ムにつき６１，４４０バイトが必要になる。毎秒３０フレームの画像表示速度を 仮定すると、この映像処理システムは毎秒１．８４３．２００バイトの速度を有 することになる。

映像信号処理システムの１フレーム当たりのバイト数は映像データを圧縮する符 号化により減少させることができることが良く知られている。映像データを符号 化するこの種の先行技術のシステムは、例えば、ここに参考文献として挙げる、 米国特許第４，１２５．８６１号、名称「映像信号符号化（Ｖｉｄｅｏ　Ｓｉｇ ｎａｌ　Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）　Ｊに記載されている。この参考文献に記載された 映像処理システムにおいて、ディジタル映像データはまず、差分パルスコード変 調技術を用いて圧縮される。次いで圧縮されたデータは可変長コードを用いて符 号化される。

この種の可変長コードにおいては、統計的により高頻度で出現するデータ値をよ り短いコードワードに割当て、より低頻度で出現するデータ値をより長いコード ワードに割当てる。従って、より少ないビット数でデータを符号化することがで きる。この出願においても、この種の符号化を統計的符号化という。

この様なデータの統計的符号化先行技術の中で知られているひとつの方法として 、ハフマンコードのような最適可変長フードを使用する方法がある。ハフマンコ ードを用いるため、伝送データは最高頻度出現データ値から最低頻度出現データ 値の順序に配列される。そして、ハフマンコードは、例えば、ここに参考文献と して挙げる、情報理論と符号化（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎ ｄ　Ｃｏｄｉｎｇ）　、Ｎ、　Ａｂｒａｍｓｏｎ　、　ＭｃＧｒａｗ）ｔｉｌｌ 、１９６３、のＰ７７−８５に記載されているアルゴリズムを用いて生成される 。この方法を用いてデータ値とコード値の対応関係を規定するコードブック（ｃ ｏｄｅ　ｂｏｏｋ）が符号化データと共に伝送される。伝送されたコードブック により、そのシステムはデータを復号化して、コード値をその対応するデータ値 に変換（翻訳）することができる。この符号化技術では、符号化データを含むコ ードブックを伝送および蓄積するオーバヘッドが存在するので、この符号化技術 は比較的大量のディジタルデータを伝送または蓄積するときにのみ有効（実用的 ）である。

従来技術として、この統計的復号化方法を次の形式のコードに適用することが良 く知られている。

［１１，、，１０］　［ｘ（Ｎ）　ｂｉｔｓコまたは、 ［００，、，０１］　［ｘ（Ｎ）　ｂｉｔｓ］ここで、Ｎはコードプレフィック ス（ｃｏｄｅ　ｐｒｅｆｉｘ）［１１，、，１０］中の先頭の複数の１のビット 数、またはコードプレフィックス［ＯＯ，、，０１］中の先頭の複数の０のビッ ト数を表し、ｘ（Ｎ）はＮの関数であり、ｘ　（Ｎ）はコードプレフィックスの 後に続くコード値を形成するビット数を指定する。この方法において、統計的復 号化は、まず復号化しようとする入力ビットの走査を行い、コードプレフィック スの位置を突き止める（ｌｏｃａｌｅ）ことにより実行される。例として、米国 特許第４．１２５゜８６１号を参照されたい。次に、位置を突き止めたプレフィ ックスの長さＮに従って、Ｘ（Ｎ）個のさらに次のビットが取り出される。取り 出されたｘ（Ｎ）Ｉｌｉｌのビットは一意的インデックス番号としてのコード値 を形成する。ひとつの一意的インデックス番号（コード値）はこれにより示され るひとつのデータ値（復号値）に対応するが、このデータ値とはコードブック中 の対応するひとつの一意的コード（コード値）を表すように前に符号化したもの である。コードブックはｘ（Ｎ）個の値を含む少量のメモリを用いて記述される 。

データの統計的符号化として、既知の一般的値分布に対する近似的な統計的符号 化を持つデータを得るよう、予め設定したアルゴリズムに従って、データを処理 することが知られている。ここでは、データはその既知の分布に適応化されたコ ードを用いて符号化され、伝送され、その後、データ値の符号化に用いるコード ブックとは逆（ｉｎｖｅｒｓｅ）関係にあるように固定された（ｆｉｘｅｄ）フ ードブックを用いて復号化される。

米国特許第４．１２５，８６１号には、この種の統計的システムが記載されてお り、このシステムではデータ処理を行ない、統計的分布を得ている。差分パルス コード変調処理をこのシステムの入力データに対して行なって、分布上の０の位 置でピーク（極大値）を持ちそのピークの片側で概して指数関数的に急減する値 分布を持つデータを生成する。次に、これらのデータはＲＯＭ（読出し専用メモ リ）に蓄積され予め設定されたフードブックを用いて統計的に符号化される。次 いで、データは受信機に伝送され、受信機ではＲＯＭに同様に蓄積されている逆 テーブル（ｉｎｖｅｒｓｅ　ｔａｂｌｅ）を用いてデータが復号化される。

米国特許第４．１２５．８６１号に記載されたこの種の統計的システムは、入力 データを大幅に圧縮し、かつ圧縮データと共にコードブックを伝送する必要がな い点で、有利である。しかし、この種の統計的システムにより得られるデータは 、データの特性に適応化してうまく設計された統計的符号化方法により得られる データに比較した場合は、圧縮レベルがそれほど高くないという点で、不利であ る。

従って、符号化および復号化システムとして、種々の統計的パターンを有する効 率的符号化データでありながら、許容されるコードブックへの制約がないシステ ムが得られれば、を利であろう。

発明の概要 可変長復号器システム（ｄｅｃｏｄｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ）は、人力ビットストリ ーム中の異なるコードプレフィックスを有する可変長コードを復号化する。コー ドプレフィックスはビットストリーム中に位置し、コードブックへのアクセスに 従って入力ビットストリーム中から選択するビット数を決定する。さらに、異な るフードブックへのアクセスを指示するポインタは、位置が突き止められたコー ドプレフィックスに従った第１のコードブックへのアクセスによっても表示する ことができる。

図面の簡単な説明 図１は、この発明のハフマンフードの復号化システムを表すブロック図である。

図２は、図１の復号化システムの再帰的コードブックを表すブロック図である。

発明の詳細な説明 図面全体を参照すると、この発明の可変長統計的復号器システムｌＯと再帰的コ ードブックが示されている。可変長統計的復号器システムＩＯは、可変長符号化 入力ビットストリームの復号化の間コードブック３０．４０へ再帰的（ｒｅｃｕ ｒｓ　１ｖｅ）にアクセスできるように適応化され、ここでアクセスに使用でき るコードブックの数はコードブックの蓄積に使用できるメモリ空間の量による制 約だけを受ける。この種のコードブック３０．４０へのアクセスの反復（ｒｅｃ ｕｒｓｉｖｅ　ａｃｃｅｓｓ）により、統計的復号器システムｌＯ内に制約のな いフードワード群ができる。

可変長統計的復号器システム１０の動作は、符号化された入力ビツトストリーム の走査によって開始され、この走査は１ビツトの０に続いて幾つかの数のビット の１の列を含むプレフィックスが得られるまで行われる。統計的復号器システム １０は、位置が突き止められたコードプレフィックスを用いて、再帰的コードテ ーブルｘ（Ｎ）の中の行をアクセスする。コードブックＸ（Ｎ）のアクセスされ た行のエントリ（ｅｎＬｒｙ）による命令により、統計的復号器システムＩＯは 、（１）可変長符号化されたビットストリーム入力の中からさらに次のＸ　（Ｎ ）個のビットを取り出すか、または（２）さらに再帰的コードブックｘ’　（Ｎ ）のひとつの行にアクセスするために２番目の可変長コードプレフィックスを得 るべく入力ビットストリームの走査を再開する。

後者の場合、２番目の可変長コードプレフィックスの位置が突き止められると、 さらに使用するフードブックｘ’　（Ｎ）のアクセスされた行を用いて、（１） ２番目のコードプレフィックスに対応する入力ピットストリーム中からｘ’　（ Ｎ）個のビットを取り出すか、または（２）３番目のコードブックｘ”　（Ｎ） にアクセスするために入力ピットストリームをさらに走査して３番目のコードプ レフィックスの位置を突き止めるか、を指定する。この３番目のコードプレフィ ックスが見つかると、統計的復号器システム１０はさらに、（１）入力ピットス トリームから次のｘ”　（Ｎ）個のビットを取り出すか、または（２）さらに別 のフードブックにアクセスするため次のコードプレフィックスを検索（Ｓｅａｒ ｃｈ）するか、を決定する。この再帰的統計的復号化処理は必要な回数だけ反復 が繰り返される。

このように、可変長フードを用いて符号化したデータ値を表す入力ピットストリ ームが走査され、コードプレフィックスは可変長統計的復号器システムｌＯのプ レフィックス走査ブロック１２に示されるように位置が突き止められる。プレフ ィックス走査ブロック１２でコードプレフィックスの位置が突き止められると、 コードブック・ルックアップ・ブロック１６に示されるようにコードプレフィッ クスの値に従って、現在の再帰的コードブック３０の中の選択された行ヘアクセ スする。コードブック３０にはｌｉＬ　Ｘ　（Ｎ）が含まれており、様々な値Ｎ についてｘ　（Ｎ）は、入力ビツトストリームから取り出すビット数を示す。

このようにして、判断ブロック（ダイアモンド）１８に示されるように、位置か 突き止められたコードプレフィックスを用いてアクセスした再帰的コードブック ３０の行に有効値Ｘ（Ｎ）を関係付けることができるか否か、が統計的復号器シ ステム１０により決定される。

例えば、プレフィックス走査ブロック１２を実行している間、統計的復号化シス テム１０により可変長符号化された入力ピットストリーム３０の中の２進値１１ １１０として示されるコードプレフィックスの位置か突き止められる。次に、行 ３４のコードプレフィックスフィールド３５に示されるように、ルックアップブ ロック１６を実行している間、位置が突き止められたコードプレフィックス１１ １１に従って、再帰的コートブック３０のコードブックの行３４へのアクセスが 行われる。この発明の統計的復号器システム１０は、行３４のフィールド３７に 示されるようにこのルックアップから６個のうちのひとつのＸ（Ｎ）値を返して 来る。Ｎ（４）・６は有効コードなので、統計的復号器システム１０はコード値 取り出しブロック２０へと進み、可変長符号化された入カビノドストリームの中 の次の６ビツトを取り出し、取り出した６ビツトをコード値として位置が突き止 められたプレフィックス１１１１に付加する。この６ビツトはその後、統計的復 号器システム１０内で復号化される。

しかし、判断ブロック（ダイアモンド）１８において、可変長統計的１号器／ス テム１０か再帰的コードブック３０のアクセスしたコードブック行の値ｘ（Ｎ） が有効でないと判断すると、統計的復号器システム１０は入力ストリームからｘ 　（Ｎ）ビットを取り出さない。そのかわり、統計的復号器システム１０は再帰 的コードブック３０のアクセスした行内のコードブック・ポインタ・エントリを 用いて、再帰的コードブック４０のようなさらに別の再帰的コードブックにアク セスする。

例えば、２進値ｌ１１０で示されるコードプレフィックスが統計的復号器システ ム１０のプレフィックス走査ブロック１２内に位置する場合、再帰的コードブッ ク３０のコードブック行３２が選択される。コードブック行３４のフィールド３ ６のエントリによって、統計的復号器システムｌＯに対してポインタ矢印３８に 示されるようにさらに別の再帰的コードブックＸ’　（Ｎ）が必要であることが 示される。このように、統計的復号器システム１０は、テーブル更新ブロック１ ４に示されるような次のアクセスをするため、再帰的フードブック４０またはコ ードブックＸ’　（Ｎ）を使用する。

テーブル更新ブロック１４を実行した後、プレフィックス走査ブロック１２に示 されるように、新しいコードプレフイ・ソクスが符号化された入力ビットストリ ーム内で位置が突き止められる。コードブック・ルックアップ・ブロック１６に 示されるように、再帰的コードブ・ツク４０内のひとつのコードブック行が新し く位置が突き止められたコードプレフィックスに従って、選択され、判断ブロッ ク（ダイアモンド）１８において選択されたＮについてｘ’　（Ｎ）が有効か否 か、が決定される。それが有効である場合、統計的復号器システム１０の実行は コード値取り出しブロック２０へと進み、ｘ’　（Ｎ）値を用いて符号化された 入力ピットストリームから取り出されたビットを選択する。

当業者には理解されるように、統計的復号器システム１０によって再帰的コード ブック４０内で選択されたＸ’　（Ｎ）の値により、入カビ・ノトスドリームか らｘ’　（Ｎ）ビットを取り出すのではなく、さらに別の再帰的コードブックｘ ”（Ｎ）（図示せず）が選択されることが示される。

この決定は判断ブロック（ダイアモンド）１８により行われる。例えば、再帰的 コードブック４０のコードブック行４２．４４により、入力ビットストリームか ら次のｘ’　（Ｎ）ビットの取り出しを実行するのではなく、さらに別のコード ブックをアクセスすべきことが示される。

さらに別の再帰的コードブックが必要であると決定された場合、判断ブロック（ ダイアモンド）１８に従って、実行は再びフードブック更新ブロック１４へと進 み、示されたさらに別のコードブックが現在のコードブックになる。

当業者にはさらに理解されるように、再帰的コードブック３０は再帰的コードブ ック４０によって選択されることもある。例えば、再帰的コードブック４０内の コードブック行４４のｘ’　（Ｎ）エントリは再帰的コードブック３０のアクセ スを示す。さらに理解されるように、再帰的コードブック３０．４０を介しての アクセスのための、可変長統計的復号器システムＩＯ内に生成される異なる再帰 的コードブックの数は、その再帰的コードブックを蓄積するのに使用出来るメモ リの大きさく５ｉｚｅ）だけによって制限される。

このように、可変長統計的復号器システムｌＯを用いて、統計的可変長符号化さ れた複数ワードの形式（ｆｏｒ＋ｓ）［１１，、，１０］　１：１１．、．１０ ］　［１１゜、、ＩＯ３［ｘ（Ｎ１．Ｎ２．、、、Ｎｋ）ピノトコを復号化でき る。極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）ピッ）・を用いて、この形式で命令を与え、復号 器ｌＯによりコードワードを復号化することもできる。さらに、統計的復号器シ ステム１０を用いて復号化されるハフマンの木（ｔｒｅｅｓ）の複雑さの度合い は与えられるＲ　Ａ　Ｍの量だけにより制限される。

この発明は、その具体的かつ特に好適な実施例について記載したが、これに制限 されることはない。請求の範囲には、示された発明の具体的形態および変形例が 含まれるだけでなく、この発明の精神と範囲を逸脱することなく当業者によって 想到し得る他の形態と変形例までを含むよう想定し意図して記載している。

図１ 図２ 国際調査報告　。ｒＴ／ｌＩＣ０つ７．。６７゜フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ 、ＴＤ。

ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ。

Ｃ３，ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、Ｒ○、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＡ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．可変長符号化された入力ビットストリーム中に符号化されたデータを表す複 数のコード値と複数の異なるコードプレフィックスを有する可変長コードの復号 化のための可変長復号器システムであって、上記入力ビットストリーム中の上記 複数のコードプレフィックスの第１のコードプレフィックスを決定する手段と、 上記第１のコードプレフィックスに従って上記入力ビットストリームから取り出 すべき第１の数の第１の選択ピットを決定する第１のコードブック手段と、 上品入力ピットストり一ムから取り出すべき第２の数の第２の被選択ビットを決 定する第２のコードブック手段とを具備し、上記第１のコードブック手段は上記 第１のコードプレフィックスに従って上記第２のコードブック手段を示す第１の 表示手段を有する、可変長復号器システム。
2. ２．請求項１の可変長復号器システムにおいて、上記第１のコードプレフィック スに従って、さらに上記入力ビットストリームから第１の被選択ピットを取り出 すかどうかを決定する決定手段を具備してなる可変長復号器システム。
3. ３．請求項２の可変長復号器システムにおいて、上記第１の被選択ビットとして 上記複数のコード値の中のひとつのコード値を具備してなる可変長復号器システ ム。
4. ４．請求項１の可変長復号器システムにおいて、上記第１のコードプレフィック スに従って、さらに上記示された第２のコードブック手段へのアクセスを行うか どうかを決定する決定手段を具備してなる可変長復号器システム。
5. ５．請求項１の可変長復号器システムにおいて、上記入力ビットストリーム中の 複数のコードプレフィックスの中の第２のコードプレフィックスを選択する手段 をさらに具備してなる可変長復号器システム。
6. ６．請求項５の可変長復号器システムにおいて、上記第２のコードブック手段は 、上記第２のコードプレフィックスに従って、上記の数の上記第２の被選択ビッ トを決定するように適応化されている可変長復号器システム。
7. ７．請求項５の可変長復号器システムにおいて、第３のコードブック手段を有し 、上記第２のコードブック手段は上記第３のコードブック手段を示す第２の表示 手段を具備する可変長復号器システム。
8. ８．請求項１の可変長復号器システムにおいて、上記第２の表示手段は、上記第 ２のコードプレフィックスに従って上記第３のコードブック手段を示す表示手段 をさらに具備してなる可変長復号器システム。
9. ９．可変長符号化された入力ビットストリーム中に符号化されたデータを表す複 数のコード値と複数の異なるコードプレフィックスを有する可変長コードの復号 化のための可変長復号化方法であって、（ａ）上記入力ビットストリーム中の上 記複数のコードプレフィックスの第１のコードプレフィックスを決定するステッ プと、（ｂ）第１のコードブック手段により、上記第１のコードプレフィックス に従って上記入力ビットストリームから取り出すべき第１の数の第ｉの被選択ピ ットを決定するステップと、（ｃ）第２のコードブック手段により、上記入力ビ ットストリームから取り出すべき第２の数の第２の被選択ビットを決定するステ ップと、 （ｄ）上記第１のコードブック手段により、上記第１のコードプレフィックスに 従って上記第２のコードブック手段を示す第１の表示ステップと、 を具備してなる可変長復号化方法。
10. １０．請求項９の可変長復号化方法において、上記第１のコードプレフィックス に従って、さらに上記入力ビットストリームから第１の被選択ビットを取り出す かどうかを決定するステップを具備してなる可変長復号化方法。
11. １１．請求項１０の可変長復号化方法において、上記第１の被選択ビットとして 上記複数のコード値の中のひとつのコード値を具備してなる可変長復号化方法。
12. １２．請求項１１の可変長復号化方法において、上記第１のコードブレフィック スに従って、上記示された第２のコードブック手段へのアクセスを行うかどうか を決定するステップをさらに具備してなる可変長復号化方法。
13. １３．請求項９の可変長復号化方法において、上記入力ビットストリーム中の複 数のコードプレフィックスの中の第２のコードプレフィックスを選択するステッ プをさらに具備してなる可変長復号化方法。
14. １４．請求項１３の可変長復号化方法において、上記第２のコードブック手段は 、上記第２のコードプレフィックスに従って、上記第２の数の上記第２の被選択 ビットを決定するように適応化されている可変長復号化方法。
15. １５．請求項１３の可変長復号化方法において、第３のコードブック手段を有す るシステムにおいて、上記第２のコードプレフィックスに従って、上記第２の手 段により第３のコードブック手段を示す第２の表示ステップを具備してなる可変 長復号化方法。
16. １６．請求項１３の可変長復号化方法において、上記第２の表示手段は上記第２ のコードプレフィックスに従って上記第３のコードブック手段を示す手段を具備 してなる可変長復号化方法。
17. １７．請求項１３の可変長復号化方法において、上記第１のコードブック手段と 上記第３のコードブック手段とは同じである可変長復号化方法。