JPH0773585A - データ圧縮符号化方式及びその符号化装置及び復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレーム毎に柔軟にビット配分することで，
遅延を最小とする再生方法と、品位を重視する再生方法
とを選択し得るデータ圧縮符号化方式及びその符号化装
置及び復号化装置を提供する。 【構成】 本発明のデータ圧縮符号化方式は、所定の区
間毎に区切ってフレーム構成とする際に圧縮後のデータ
がフレーム内に納まるビット数を与える第１の基準と、
この第１の基準より多いビット数を与える第２の基準と
を設け、第１の基準で得られた圧縮データはビットスト
リームの第１のフレームに入れ、第２の基準で得られた
圧縮データと第１の基準で得られた圧縮データと重複し
ない部分のデータを当該第１のフレームと異なる第２の
フレームに入れてビットストリーム列を構成するように
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データ伝送に関し、特
にデータ量を圧縮して符号化するデータ圧縮符号化方式
及びその符号化装置及び復号化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】音声信号及び映像信号はそのデータ量が
多いことから、これらをディジタル化して伝送あるいは
記録するためには、多くの伝送容量あるいは記録容量が
必要とされる。このため、資源及びコストの面からデー
タ量を圧縮することが強く求められている。

【０００３】近年、ディジタル技術の進展により音声信
号及び映像信号等の品位を余り落とすことなく効率良く
圧縮する方法が開発され提供されるにいたっている。そ
の圧縮方法として直交変換を行い、これにより時間サン
プル列を周波数サンプル列に変換し、この周波数サンプ
ル列に対してデータ圧縮を施すものがある。

【０００４】すなわち、一般に人間の知覚は全ての刺激
を平等に受け取るのではなく、その刺激を受けた時点に
おける該刺激の中の一部を重点的に受け取り、残りの刺
激は受け取らないことが知られ、この知覚される成分と
知覚されない成分との区分けは周波数領域で効率良くで
きることが見いだされたことに拠り圧縮のアルゴリズム
が開発されている。

【０００５】また、時間／周波数変換としてはフーリエ
変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｔ Ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｎ）の一種であるＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃ
ｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や、多数のバンドパ
スフィルタを並べたサブバンドフィルタ方式等が知られ
ている。

【０００６】音声圧縮符号化方式としてＩＳＯ（Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｒｇａｎ
ｉｚａｔｉｏｎ）で最近まとめられたＭＰＥＧ（Ｍｏｖ
ｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）
方式と呼ばれている方式がある（ＤＩＳ−１１１７２−
３）。

【０００７】図８は従来の音声圧縮符号化方式を示すブ
ロック図であり、このＭＰＥＧ符号化方式によるもので
ある。図８を参照するに、入力信号はサンプリング周波
数４８ｋＨｚ、又は４４．１ｋＨｚ、あるいは３２ｋＨ
ｚを用い、１６ビットの音声ディジタル信号にしたもの
である。出力は３２ｋｂｐｓから４４８ｋｂｐｓまでの
ビットストリームが選択できる。信号処理のアルゴリズ
ムはその圧縮効率の違いからレイヤＩからレイヤIII ま
で規定されている。ここでは主に基本的なアルゴリズム
が共通なレイヤＩとレイヤIIを中心に述べる。

【０００８】まず、送出側について説明する。入力音響
信号はマッピング部１０１に入力され、同マッピング部
１０１でサブバンドフィルタ群により周波数領域を３２
サブバンドに分割して周波数サンプル列を得る。また同
時に、入力音響信号は音響心理モデル部１０７に入力さ
れ、音響心理モデル部１０７で入力サンプル列を一定の
フレームに区切り、フレーム単位で音響心理モデルに基
づき計算した各サブバンドの信号レベル（Ｓ）と、マス
キング効果により音響的に知覚されないマスクレベル
（Ｍ）との比（ＳＭＲ，Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｍａｓｋ
Ｒａｔｉｏ）を出力する。

【０００９】量子化とコーディング部１０３では、マッ
ピング部１０１からの周波数サンプル列を信号レベル
（Ｓ）×サンプル値（Ｄ（ｉ））の形に分解する。ここ
で信号レベル（Ｓ）はフレーム内の各サブバンドにおい
て最大値を持つサンプルの属するレベルを示す値でスケ
ールファクタと呼ぶ。周波数サンプル列は、音響心理モ
デル部１０７から入力されるＳＭＲから導かれる必要な
ビット数で再量子化されＤａ（ｉ）となる。このビット
数を割り当てることをビットアロケーションと呼ぶ。

【００１０】図９は従来例を説明するための周波数スペ
クトル図であり、同図に示すように、再量子化により発
生する量子化ノイズ（Ｎ）がマスキングレベル（Ｍ）よ
り小さい場合は、量子化ビット数を削ってもそのノイズ
は知覚されないことになり、従って、データを圧縮する
ことが可能となる。

【００１１】図１０に示す信号のフォーマット図を参照
するに、フレームパッキング部１０５では、ビットアロ
ケーションとスケールファクタ及びサンプルデータを、
図１０に示すようなフレーム構造を持つビットストリー
ム列の信号にフォーマットして伝送する。

【００１２】受信側においては、伝送されてきた前記ビ
ットストリーム列を受け、フレームアンパック部１０９
によりフレーム同期とビットアロケーション、スケール
ファクタ、サンプルデータが分離され取り出され、再生
ブロック１１１では周波数サンプル列が再生され、逆マ
ッピング部１１３で時間サンプル列が再合成され再生音
響信号が得られる。

【００１３】ところで、音響心理モデル部１０７からの
情報に基づいてデータ圧縮を行うと、入力音響信号の内
容に応じて、その圧縮率は常に変化するため、量子化と
コーディング部１０３の出力のデータ速度は一定しない
ことになる。フレームパッキング部１０５において、一
定速度のビットストリームを生成しようとすると、フレ
ーム毎にビット数の過不足が発生することになる。

【００１４】このため、量子化とコーディング部１０３
においては、量子化ノイズレベルとマスクレベルを比較
しながら、各サブバンドへのビット数の割当てを変え
て、一定のビット数になるようにしている。このため、
ある種の厳しい音響信号の場合には量子化ノイズがマス
クレベルを大きく越えて知覚されるようになり、音質の
劣化を招くことは避けられない。特に圧縮率が高い場合
は顕著である。

【００１５】それ故、ビットストリームのフレーム構成
をもっと柔軟にし、マスクレベルを大きく越えて量子化
ノイズが発生するような厳しい音響信号の場合、サンプ
ルデータをフレームの壁を乗り越えて配分できるような
システムが望まれる。そのような例に対応するものがレ
イヤIII で示されている。

【００１６】図１１は従来例の説明に供する信号のその
他のフォーマットを示す説明図であり、同図に示すよう
に、スケールファクタとサンプルデータ関連情報と付加
情報を含む補助情報は、メインデータとしてその始まり
と終りはフレーム構造にとらわれずフォーマットされて
いる。これにより、必要なときには多くのビットを割り
当てることができ、圧縮による音質の劣化を減少させる
ことができる。

【００１７】ところで、このようにフレームを跨いでビ
ット配分すると、符号−復号の処理遅延が増大する。

【００１８】図１２（ａ）及び（ｂ）は従来例の説明に
供するタイミング図であり、図１２（ａ）に示すよう
に、サンプルデータをフレーム内に固定化した場合、符
号化、復号化の処理に１フレームかかると仮定すると、
符号化復号化処理遅延は４フレームとなる。

【００１９】図１２（ｂ）に示すように、サンプルデー
タにフレームを越えることを許す場合、フレーム復号化
において全てのデータが揃うのを待って処理を始めるた
めに遅延量が増加し、例えば０．５フレーム越えていた
とすると、符号−復号遅延は４．５フレームとなる。復
号においては最も遅れることを想定して処理しなければ
ならず、フレームを跨がない場合も、これだけの遅延量
は常に与えなければならない。

【００２０】ところで、フレームの長さは、サンプリン
グ周波数４８ｋＨｚ、レイヤIIの場合２４ｍｓｅｃであ
るから、図１２（ａ）の場合９６ｍｓｅｃ、図１２
（ｂ）の場合１０８ｍｓｅｃである。遅延をできるだけ
抑えるためには符号化と復号化の処理速度を上げること
が考えられるが、例えばそれぞれ半フレームで可能とな
った場合、図１２（ａ）の場合７２ｍｓｅｃ、図１２
（ｂ）の場合８４ｍｓｅｃとなり、両者の比はさらに拡
大する。

【００２１】このような１００ｍｓｅｃ前後の遅延は大
きな問題がある。例えば、伝送系での相互通信に適用し
た場合には、かなりの違和感が生じることになる。ま
た、記録時、あるいは送信時のモニタの場合には、でき
るだけ遅延を抑える必要がある。また、映像と同時に圧
縮−再生を行う場合には、両者の遅延を合わせる必要が
あるが、そのためには１００ｍｓｅｃの遅延というのは
かなり大きく、できるだけ遅延は小さい方が好ましい。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フレ
ーム毎に柔軟にビット配分しデータを圧縮符号化して伝
送するようにすれば、高品位のデータ伝送が可能となる
が、再生段階において遅延量が大きくなるといった問題
があった。

【００２３】本発明は、送出側においてはフレーム毎に
柔軟にビット配分してデータを圧縮符号化して伝送でき
るようにし、受信側においては遅延を最小とする再生方
法と、再生データの品位を重視する再生方法とを選択で
きるようにするデータ圧縮符号化方式及びその装置を提
供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第１の発明のデータ圧縮符号化方式は、入力される
サンプルデータの所定部分を削除することによってデー
タを圧縮し、フレーム構成を有するビットストリームを
生成し、伝送するデータ圧縮符号化方式であって、所定
の区間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮後の
データが前記フレーム内に納まるビット数を与える第１
の基準と、この第１の基準より多いビット数を与える第
２の基準とを設け、前記第１の基準で得られた圧縮デー
タはビットストリームの当該第１のフレームに入れ、前
記第２の基準で得られた圧縮データと、前記第１の基準
で得られた圧縮データとの重複しない部分のデータを当
該第１のフレームと異なるフレームに入れてビットスト
リーム列を構成することを要旨とする。

【００２５】本願第２の発明は、入力されるサンプルデ
ータの所定部分を削除することによってデータを圧縮
し、フレーム構成を有するビットストリームを生成する
データ圧縮符号化装置であって、前記圧縮後のデータを
所定のフレーム内に納まるビット数を与える第１の基準
で区切って得られた圧縮データをビットストリームの当
該第１のフレームに入れフレーム構成とする第１の処理
手段と、前記第１の基準より多いビット数を与える第２
の基準で区切って得られた圧縮データと、前記第１の基
準で得られた圧縮データとの重複しない部分のデータを
当該第１のフレームと異なるフレームに入れフレーム構
成とする第２の処理手段とを有することを要旨とする。

【００２６】本願第３の発明は、複数のフレームに跨が
るサンプルデータに係る圧縮データによるフレームが含
まれるビットストリーム列を入力して元のサンプルデー
タを再生する圧縮符号化データ再生装置であって、入力
されるビットストリーム列のフレームから圧縮データを
抽出する抽出手段と、サンプルデータに係る圧縮データ
が複数のフレームに跨がっているときに当該フレームに
挿入される所定データを検出する検出手段と、この検出
手段で所定データが検出されたときには抽出手段で抽出
された所定の第１のフレームの圧縮データとこの第１の
フレームと異なるフレームの圧縮データとからサンプル
データを再生する再生手段とを有することを要旨とす
る。

【００２７】本願第４の発明は、複数のフレームに跨が
るサンプルデータに係る圧縮データによるフレームが含
まれるビットストリーム列を入力して元のサンプルデー
タを再生する圧縮符号化データ再生装置であって、入力
されるビットストリーム列のフレームから圧縮データを
抽出する抽出手段と、この抽出手段で抽出された所定の
フレームの圧縮データのみからサンプルデータを再生す
る第１の再生手段と、前記抽出手段で抽出された所定の
第１のフレームの圧縮データと当該第１のフレームと異
なるフレームの圧縮データとからサンプルデータを再生
する第２の再生手段と、前記第１の再生手段と第２の再
生手段のいずれかを選択する選択手段とを有することを
要旨とする。

【００２８】本願第５の発明は、入力されるサンプルデ
ータの所定部分を削除することによって、データを圧縮
し、フレーム構成を有するビットストリーム列を生成
し、伝送するデータ圧縮符号化方式であって、所定の区
間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮後のデー
タが所定のビット数に納まるビット数を与える第１の基
準と、この第１の基準より多いビット数を与える第２の
基準とを設け、前記第１の基準で得られた圧縮データは
第１のビットストリームに入れ、第２の基準で得られた
圧縮データと第１の基準で得られた圧縮データとの重複
していない部分のデータを第２のビットストリームに入
れビットストリーム列を構成することを要旨とする。

【００２９】本願第６の発明は、複数のフレームに跨が
るサンプルデータに係る圧縮データによるフレームが含
まれるビットストリームを入力して元のサンプルデータ
を再生する圧縮符号再生方式であって、前記ビットスト
リームを受け、第１のビットストリームのみにより復調
し当該フレームのデジタルサンプル列を再生するか、第
１のビットストリームと第２のビットストリームとで復
調し当該フレームのデジタルサンプル列を再生するかを
任意に選択し得ることを要旨とする。

【００３０】本願第７の発明は、入力されるサンプルデ
ータの所定部分を削除することによって、データを圧縮
し、フレーム構成を有するビットストリーム列を生成
し、伝送するデータ圧縮符号化方式であって、所定の区
間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮後のデー
タが一定のビット数に納まるビット数を与える第１の基
準と、第１の圧縮基準より多いビット数を与える第２の
基準とを設け、第１の基準で得られた第１の圧縮データ
と、第２の基準で得られた圧縮データと第１の基準で得
られた圧縮データとの重複していない部分のデータを第
２の圧縮データとし、ビットストリーム列の当該フレー
ム内で領域を分けて伝送することを要旨とする。

【００３１】本願第８の発明は、複数のフレームに跨が
るサンプルデータに係る圧縮データによるフレームが含
まれるビットストリーム列を入力して元のサンプルデー
タを再生する圧縮符号再生方式であって、前記ビットス
トリームを受け、第１の圧縮データ部分のみにより、復
調し当該フレームのデジタルサンプル列を再生するか、
第１の圧縮データ部分と第２の圧縮データ部分とで復調
し当該フレームのデジタルサンプル列を再生するかを任
意に選択し得ることを要旨とする。

【００３２】

【作用】本願第１の発明のデータ圧縮符号化方式は、圧
縮後のデータが当該フレーム内に納まるビット数を与え
る第１の基準と、同第１の基準より多いビット数を与え
る第２の基準とにより、データをフレーム毎に柔軟にビ
ット配分して圧縮符号化して伝送できるようにしたもの
である。

【００３３】本願第２の発明のデータ圧縮符号化方式
は、第１の処理手段で圧縮後のデータを所定のフレーム
内に納まるビット数を与える第１の基準で区切って得ら
れた圧縮データをビットストリームの当該第１のフレー
ムに入れフレーム構成とし、第２の処理手段で第１の基
準より多いビット数を与える第２の基準で区切って得ら
れた圧縮データと、前記第１の基準で得られた圧縮デー
タとの重複しない部分のデータを当該第１のフレームと
異なるフレームに入れフレーム構成とする。

【００３４】本願第３の発明の圧縮符号化データ再生装
置は、サンプルデータに係る圧縮データが複数のフレー
ムに跨がっているときに当該第１のフレームに挿入され
る所定データが検出されたときには抽出手段で抽出され
た所定のフレームの圧縮データとこの第１のフレームと
異なるフレームの圧縮データとからサンプルデータを再
生する。

【００３５】本願第４の発明の圧縮符号化データ再生装
置は、抽出手段で入力されるビットストリーム列のフレ
ームから抽出された所定の第１のフレームの圧縮データ
のみからサンプルデータを再生する第１の再生手段と、
抽出手段で抽出された所定のフレームの圧縮データと当
該第１のフレームと異なるフレームの圧縮データとから
サンプルデータを再生する第２の再生手段のいずれかを
選択する。

【００３６】本願第５の発明は、所定の区間毎に区切っ
てフレーム構成とする際に、圧縮後のデータが所定のビ
ット数に納まるビット数を与える第１の基準で得られた
圧縮データは第１のビットストリームに入れ、前記第１
の基準と、この第１の基準より多いビット数を与える第
２の基準で得られた圧縮データと第１の基準で得られた
圧縮データとの重複していない部分のデータを第２のビ
ットストリームに入れビットストリーム列を構成する。

【００３７】本願第６の発明は、ビットストリームを受
け、第１のビットストリームのみにより復調しフレーム
のデジタルサンプル列を再生するか、第１のビットスト
リームと第２のビットストリームとで復調し当該フレー
ムのデジタルサンプル列を再生するかを任意に選択す
る。

【００３８】本願第７の発明は、所定の区間毎に区切っ
てフレーム構成とする際に、圧縮後のデータが一定のビ
ット数に納まるビット数を与える第１の基準で得られた
第１の圧縮データと、第１の基準とこの第１の圧縮基準
より多いビット数を与える第２の基準で得られた圧縮デ
ータと第１の基準で得られた圧縮データとの重複してい
ない部分のデータを第２の圧縮データとして、ビットス
トリーム列の当該フレーム内で領域を分けて伝送する。

【００３９】本願第８の発明は、ビットストリームを受
け、第１の圧縮データ部分のみにより、復調し当該フレ
ームのデジタルサンプル列を再生するか、第１の圧縮デ
ータ部分と第２の圧縮データ部分とで復調し当該フレー
ムのデジタルサンプル列を再生するかを任意に選択す
る。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図１は本発明に係るデータ圧縮符号化
方式の第１の実施例を示すブロック図であり、前述した
図８の量子化とコーディング部１０３及びフレームパッ
キング部１０５に相当する部分の構成を示している。ま
た図８に示したマッピング部１０１からのマッピング出
力は、３２のサブバンドからなるサブバンドサンプルデ
ータであり、各サブバンド１２サンプルが１グループ
（図４を参照するに、ＭＰＥＧでは１グラニュールと呼
ばれており、本願においても１グラニュールとして表
す）にグルーピングされる。またＭＰＥＧレイヤＩでは
１グラニュールは１フレームに相当するが、レイヤIIで
は３グラニュールで１フレームとなる。

【００４１】図１において、図８に示すマッピング部１
０１からのマッピング出力が入力されるスケールファク
タ検出部１は、符号化器３と第１の量子化部５に接続さ
れる。この第１の量子化部５は第２の量子化部７を介し
て符号化器３に接続されると共に、付加サンプルデータ
抽出部９とフレーム遅延部１１を介して符号化器３に接
続される。

【００４２】一方、図８に示す音響心理モデル部１０７
からのＳＭＲが入力される図１に示す第１のビットアロ
ケーション部１３は第２のビットアロケーション部１５
と減算器１７と前記第１の量子化部５に接続され、この
第２のビットアロケーション部１５は減算器１７と前記
符号化器３と第２の量子化部７に接続される。減算器１
７は前記付加サンプルデータ抽出部９に接続されると共
にフレーム遅延部１９に接続される。このフレーム遅延
部１９は前記符号化器３とビットアロケーション制御部
２５と接続される。

【００４３】また第１のビットアロケーション部１３と
第２のビットアロケーション部１５はそれぞれビットア
ロケーション制御部２５と接続され、それぞれ第１の基
準信号と第２の基準信号が入力される。

【００４４】次に、作用を説明する。スケールファクタ
検出部１ではマッピング出力（周波数サンプルデータ）
を受けて、各サブバンド、各グラニュール毎のスケール
ファクタを求める。このスケールファクタのグループを
スケールファクタグループと称し、このグループ内の最
大値から、その最大値の属するスケールファクタを求め
る。

【００４５】まず、スケールファクタの示すレベルＳを
用いて、サンプルデータｄ（ｉ）からｄａ（ｉ）＝ｄ
（ｉ）／Ｓを求める。スケールファクタは、例えば信号
のダイナミックレンジ約１２０ｄＢのＬＯＧスケールを
２ｄＢ間隔で表現すると６ビット表現となる。ｄａ
（ｉ）はスケールファクタグループにおいて、スケール
ファクタレベルＳ（ほぼ最大値）で正規化されたとみな
せる。

【００４６】一方、図８に示す音響心理モデル部１０７
からは各スケールファクタグループ毎に信号対マスク比
（ＳＭＲ）が入力され、図１に示す第１及び第２ビット
アロケーション部１３及び１５で各スケールファクタグ
ループに割り当てる量子化ビット数が求められる。量子
化したことによる量子化ノイズＳＮＲは、配分ビット数
ｎに対し簡略にはＳＮＲ＞６×ｎ（ｄＢ）であり、ＳＮ
Ｒ＜ＳＭＲからｎを求めれば良い。すなわちＳＮＲ＜Ｓ
ＭＲであれば、量子化ノイズはマスキング効果により耳
に知覚されないからである。

【００４７】例えば、ＳＭＲが２３ｄＢでｎ＝４とすれ
ば、ＳＮＲ＝２４ｄＢ＞ＳＭＲ＝２３ｄＢとなる。ま
た、ＳＭＲ≦０のときは、マスキングレベルが信号レベ
ルを越えている場合であり、このときはｎ＝０、すなわ
ちビット配分しなくても良いことを示している。このと
きにスケールファクタグループでは、サンプルデータと
共にスケールファクタをも伝送しないで済み、データ圧
縮により貢献する。

【００４８】第１のビットアロケーション部１３及び第
２のビットアロケーション部１５では、後でフォーマッ
トするため、配分可能なビット数の総合計が一定値に納
まるようにする。このために、一般的にはループ処理が
行われる。

【００４９】図２は、第１のビットアロケーション部１
３及び第２のビットアロケーション部１５の信号処理を
示すフローチャートであり、一般的に用いられるディジ
タル信号処理デバイス（ＤＳＰ）を使用したソフト処理
フローを示している。

【００５０】まず、ステップＳ１にて、ＳＭＲを受け、
スケールファクタグループ全てのビットアロケーション
を求まる。次に、ステップＳ３にて、サンプルデータを
フォーマットするに必要な全ビット数をカウントする。
ステップＳ５にて、カウント結果がフォーマットに許さ
れるビット数基準Ｎｒを越えているか判定し、ビット数
基準Ｎｒを越えていた場合、ステップＳ７にて、ＳＭＲ
に△（ｄＢ）をデシベル値で減算し、ステップＳ１に戻
り、再びビットアロケーションを求める。

【００５１】ここで、△は６ｄＢより小さい任意の値で
あるが、例えば０．３ｄＢなどが考えられる。ＳＭＲが
小さくなったことで、次のビットアロケーションではど
こかのスケールファクタグループのビットアロケーショ
ンが１ビット少なくなる可能性がある。

【００５２】このようにしてステップＳ３のビット数の
カウント値が基準値以下になるまで続け、基準値以下に
なればループを抜け出てビットアロケーション情報を出
力する。これにより、総ビット数が基準以内に納まるビ
ットアロケーションが得られる。なお、△はビット配分
のきめ細かさと、ループ処理の速さから決められる。

【００５３】ループの中で、全てＳＭＲから△を減算す
るのではなく別の方法もある。各グループのマスクレベ
ルとノイズレベルとの差が一番大きいグループを見つ
け、そのグループのビット配分を１ビット少なくするこ
とにより、より速やかにビット配分の変更が行われ、ル
ープ処理を終わらせることができる。これは１ビット削
ることによるノイズの増加が、マスクレベルに対しもっ
とも小さいグループを見つけることに相当している。

【００５４】ビットアロケーションは第１の基準と第２
の基準とを設けるようにし、第１の基準はビット総数が
１フレーム内に納まらず、次フレームへはみ出しても良
い最大ビット数を与えるものであり、第２の基準は１フ
レーム内に納まる最大ビット数を与えるものであり、第
１の基準を第１のビットアロケーション部１３に入力
し、第２の基準を第２のビットアロケーション部１５に
入力している。

【００５５】第１のビットアロケーション部１３及び第
２のビットアロケーション部１５の信号処理は、図２の
信号処理の基準Ｎｒを変えて、各々で行うようにする。

【００５６】第１のビットアロケーション部１３及び第
２のビットアロケーション部１５で得られたビット数配
分を各々第１の量子化部５及び第２の量子化部７に入力
して、第１の量子化部５及び第２の量子化部７で各々入
力されたビット数配分により、サンプルデータを量子化
する。第２の量子化部７で量子化された量子化サンプル
データと、第２のビットアロケーション部１５からの第
２のビットアロケーション情報は、スケールファクタ検
出部１から出力されるスケールファクタと共に符号化器
３に入力され、ヘッダ情報と共にフォーマットされる。

【００５７】第１のビットアロケーション部１３及び第
２のビットアロケーション部１５から出力されるビット
アロケーション情報は減算器１７で減算され、同減算結
果を付加サンプルデータ抽出部９に入力して、同付加サ
ンプルデータ抽出部９で第１の量子化部５からの第１の
量子化サンプルから第２の量子化データを除いた残りの
情報を抽出する。

【００５８】例えば、あるスケールファクタグループの
ビットアロケーションが第１のビット配分が５ビット
で、第２のビット配分が４ビットであったとすれば、各
サンプルｄ（ｉ）のＭＳＢから第５ビット目の１ビット
が抽出され、これを拡張サンプルデータとする。減算器
１７で求められたビットアロケーションの差分、拡張ビ
ットアロケーションと、付加サンプルデータ抽出部９で
求められた拡張サンプルデータは共に、１フレーム分の
遅延を与えるフレーム遅延部１１及び１９を介して各々
符号化器３に入力され、次フレームにおいてフォーマッ
トされる。

【００５９】もし、第１のビットアロケーション部１３
及び第２のビットアロケーション部１５で求められた、
第１のビットアロケーションと第２のビットアロケーシ
ョンとが同じであれば、拡張ビットアロケーションは０
とし、拡張サンプルデータは伝送されない。また、全て
のスケールファクタグループの第１のビットアロケーシ
ョンが第２のビットアロケーションと同じであれば、こ
のときは拡張ビットアロケーションも拡張サンプルデー
タも共に伝送されず、従ってフォーマットは１フレーム
内で完結する。

【００６０】このように、フレームを跨いでフォーマッ
トすると、当然、次フレームでは配分できる総ビット数
が少なくなる。これを制御するのがビットアロケーショ
ン制御部２５で、減算器１７で求められた拡張ビットア
ロケーションに基づいて、ビット数をカウントし、減算
器２１及び減算器２３で各々第１の基準及び第２の基準
の値から同カウント数を減算して、各々を第１のビット
アロケーション部１３、あるいは第２のビットアロケー
ション部１５に入力するようにしている。

【００６１】従って、通常のビット配分はフレーム内で
完結し、特に音響的にビット配分が多く必要なときには
フレームを越えてビット配分し、以降、速やかにフレー
ム内完結の状態に復帰させることができる。

【００６２】このようにビットアロケーションがフレー
ムを跨ぐと、次フレームでの基準が厳しくなり音質が劣
化することになる。しかし、音響心理では、音の急激な
立ち上がり時にはビット配分を多く必要とするが、その
急激な立ち上がりは、時間マスキング効果を生み、その
直後の音に対してはマスクレベルが上昇し、ビット配分
は減少することが知られている。

【００６３】故に、この時間マスキング効果を音響心理
モデルに組み込めば、急峻な立ち上がり時は必要ビット
数が一時的に増加してフレームを越えてビット配分して
も、次には必要ビット数は減少し、フレーム内にビット
配分をとどめることができる。従って、配分ビット数を
より適応的に加減でき、音質劣化を防ぐことができるこ
とになる。

【００６４】図３は、本発明にかかる一実施例を説明す
るためのフレームフォーマットの図である。図中、Ｈ：
ヘッダ情報、Ａ：アロケーション情報、Ｓ：スケールフ
ァクタ、Ｄ：サンプルデータ、Ａ１：拡張アロケーショ
ン情報、Ｄ１：拡張サンプル情報をそれぞれ示す。スケ
ールファクタＳ及びサンプルデータＤは、アロケーショ
ン情報Ａによりビット数が変化する。また、拡張サンプ
ル情報Ｄ１は、拡張アロケーション情報Ａ１の内容によ
ってビット数が変化する。拡張アロケーション情報Ａ１
があるかないかはヘッダ情報Ｈの中で指定する。もし拡
張アロケーション情報Ａ１がない場合、次フレームの拡
張アロケーション情報Ａ１及び拡張サンプル情報Ｄ１も
共に、存在しなくなる。

【００６５】拡張サンプル情報Ｄ１と共に拡張アロケー
ション情報Ａ１が必要であることは、拡張情報を導入す
る上でオーバヘッドが大きいことを意味する。すなわ
ち、Ａは、ビットアロケーション情報であるため、全て
のスケールファクタグループについて、ビットアロケー
ションが０であっても必要である。しかも、配分ビット
数は最大１６ビットまで考えられるため、各グループで
４ビットが必要となる。

【００６６】そのため、拡張ビットは全て１ビットに制
限するようにすれば、このオーバヘッドはあまり大きく
ならないで済む。

【００６７】一方、再生の際には、符号化器３から出力
されるビットストリームを、図８に示すフレームアンパ
ック部１０９で受け、フレームアンパック部１０９で各
情報を分離し、再生部１１１でスケールファクタＳとサ
ンプルデータＤａ（ｉ）から元の周波数サンプルデータ
Ｄｂ（ｉ）を再生する。この周波数サンプルデータＤｂ
（ｉ）は量子化されているので、当然Ｄ（ｉ）とは異な
り、量子化ノイズを多く含んでいる。この周波数サンプ
ルデータＤｂ（ｉ）を逆マッピング部１１３で逆マッピ
ングすることにより、時間サンプル列が再生され、音響
再生ディジタル信号（音響信号）として出力される。

【００６８】図５は本発明に係る復号器の一実施例を示
すブロック図である。まず、図５を参照するに、ビット
ストリーム列が入力されるとビットストリームを構成す
る各種データが、並列に接続されるヘッダ検出部３１、
スケールファクタ検出部３３、ビットアロケーション検
出部３５、サンプルデータ検出部３７、付加ビットアロ
ケーション検出部３９、付加サンプルデータ検出部４１
において、それぞれ検出、分離される。またビットアロ
ケーション検出部３５はスケールファクタ検出部３３及
びサンプルデータ検出部３７と接続され、付加ビットア
ロケーション検出部３９は付加サンプルデータ検出部４
１と接続される。

【００６９】ビットストリーム列が入力されたヘッダ検
出部３１からは、検出されたヘッダ情報が出力される。
このヘッダ情報内の同期シンボルによりフレーム同期が
確立され、以降フレーム単位に各情報が安定して抽出さ
れる。

【００７０】次に、ビットアロケーション検出部３５で
ビットアロケーション情報が検出され、その情報を元に
スケールファクタ検出部３３でスケールファクタが、サ
ンプルデータ検出部３７でサンプルデータがそれぞれ抽
出される。このとき、サンプルデータはアロケーション
情報に従ったビット数で抽出され、スケーリング復号部
４３とフレーム遅延部４７に出力される。また、スケー
ルファクタは、基本的には所定ビット長のデータである
が、ビットアロケーションで０ビットに指定されたサン
プルデータ群はスケールファクタデータを必要とせず伝
送されていないため、スケールファクタの抽出にもアロ
ケーション情報が必要となる。この抽出されたスケール
ファクタはスケーリング復号部４３とフレーム遅延部４
５に出力される。

【００７１】さらに付加ビットアロケーション検出部３
９で検出された付加ビットアロケーションデータに基づ
いて、付加サンプルデータ検出部４１で付加サンプルデ
ータが抽出される。

【００７２】サンプルデータ検出部３７から出力された
サンプルデータはスケールファクタ検出部３３から出力
されたスケールファクタにより、スケーリング復号部４
３でスケーリングの復号が行われ第１の周波数サンプル
データが得られる。

【００７３】一方、フレーム遅延部４５に入力されたス
ケールファクタとサンプルデータはフレーム遅延がなさ
れた後、スケーリング復号部５１に出力される。付加サ
ンプルデータ検出部４１から出力された付加サンプルデ
ータは、サンプルデータの下位ビット拡張情報となって
おり、加算部４９でフレーム遅延部４７からの遅延サン
プルデータと混合加算される。この加算出力はスケーリ
ング復号部５１で遅延スケールファクタによりスケーリ
ング復号され第２の周波数サンプルデータとなる。

【００７４】スイッチ部５３の入力端子には、上記スケ
ーリング復号部４３，５１でそれぞれ復号された第１の
周波数サンプルデータと第２の周波数サンプルデータが
供給される。このスイッチ部５３では、入力される簡易
再生選択信号により、第１の周波数サンプルデータか第
２の周波数サンプルデータかのいずれかが選択され、周
波数／時間変換部５５に出力される。このスイッチ部５
３における選択は簡易再生か、完全再生かで任意に行わ
れる。

【００７５】周波数／時間変換部５５で周波数一時間変
換が行われ、オーディオ信号出力が得られる。

【００７６】スケーリング復号部４３で復号される第１
の周波数サンプルデータは、付加サンプルデータを使用
していないことから、音質は若干おちるものの再生遅延
が少なく、いわば簡易再生モードである。一方、スケー
リング復号部４３，５１でそれぞれ復号される第２の周
波数サンプルデータは、音質が重視される場合に選択さ
れ得る。

【００７７】ところで、フレーム内に完結する主サンプ
ルデータとフレームを越えた拡張サンプルデータとに階
層化することにより、再生システムにおいては以下の３
つの選択枝が生じる。

【００７８】第１の選択枝は第２の実施例としての再生
方法であり、伝送されてきたビットストリーム列を受
け、フレーム内の圧縮データのみにより復調し、当該フ
レームのディジタルサンプル列を再生するようにして、
主サンプルデータのみを用い、拡張サンプルデータを無
視して再生する方法であり、音響的には若干の劣化があ
るものの、フレーム内でデータが全て揃うので、従来の
システムと同様にフレーム終結を待っての再生処理が可
能となり、遅延量は従来と略同様となる。

【００７９】また、第２の選択枝は第３の実施例として
の再生方法であり、伝送されてきたビットストリーム列
を受け、フレーム内の圧縮データと別の、通常、次のフ
レームに存在する当該フレームに係る圧縮データによっ
て復調し、当該フレームのディジタルサンプル列を再生
するものであり、主サンプルデータと拡張サンプルデー
タとの両方を用いて再生する方法である。

【００８０】第３の選択枝は第４の実施例としての再生
方法であり、伝送されてきたビットストリーム列を受
け、フレーム内の圧縮データのみにより復調し、当該フ
レームのディジタルサンプル列を再生する手段と、フレ
ーム内の圧縮データと、別のフレームに存在する当該フ
レームに係る圧縮データとで復調し、当該フレームのデ
ィジタルサンプル列を再生する手段とを備え、前記両手
段のいずれかを任意に選択してディジタルサンプル列を
再生するようにして、主サンプルデータと拡張サンプル
データとの両方を用いて再生する方法であり、この場合
にこのシステムの持つ最高の音質の再生が可能となる。

【００８１】ここで上記拡張情報を用いる場合には、拡
張情報の全てを受け取ってからしか再生処理ができない
ため、それだけ再生処理による遅延が余計にかかること
になる。再生音響信号は時間的に一定速度で出力する必
要があるため、最大遅延量を考慮して常に最大遅延量に
合わせる必要がある。そのため、一定の遅延増加は避け
られない。しかしながら、本実施例によれば、遅延を最
小とする再生方法と、再生データの品位を重視する再生
方法とを、例えばデータ内容に応じて選択して受信する
ことが可能となる。

【００８２】図６は本発明を説明するためのタイミング
図であり、同図に示すように、上記第２の実施例の場合
は、受信したビットストリームのｎフレームの終結を待
って再生処理（Ａ２）が可能となり、遅延は１フレーム
で再生音響信号（Ｂ２）を出力することができる。ま
た、上記第３の実施例の場合は、（ｎ＋１）フレーム中
の拡張情報の全てを受け取ってからしか再生処理（Ａ
１）ができないため、遅延は１フレームより余計に遅れ
て再生音響信号（Ｂ１）が出力される。

【００８３】図７は本発明を説明するための周波数スペ
クトル図であり、あるサブバンドにおける周波数スペク
トルを示している。

【００８４】Ｓは信号レベル＝スケールファクタレベ
ル、Ｍ＝マスクレベル、Ｎ１は第１の基準から得られた
ビットアロケーションによる量子化ノイズレベルであ
り、Ｎ２は第２の基準から得られたビットアロケーショ
ンによる量子化ノイズレベルである。

【００８５】Ｓ−Ｎ２の情報が当該フレームのサンプル
データＤとなり、Ｎ２−Ｎ１の部分が拡張サンプルデー
タＤ１となる。ここで、Ｎ２はマスクレベルＭを越えて
いるのでマスクされず量子化ノイズが知覚される。一
方、ＤとＤ１を使用すれば量子化ノイズはＮ１となり、
Ｎ１はマスクＭによりマスクされ知覚されることはな
く、音質の劣化はない。前者の主サンプルデータのみで
再生した音質は若干の量子化ノイズが知覚されることに
なるが、しかし、これは従来のシステムと同一レベルの
音質となる。

【００８６】上述してきたように、本実施例によればフ
レーム構造に対し、柔軟にビット配分することが可能と
なり、音響心理的に多くのビット数が必要なときにより
多くのビット数を配分することにより音質の劣化を防
ぎ、これによって常に、どのような音響ソースに対して
も高音質の圧縮符号化が可能となる。

【００８７】また、ビットストリームは階層化されてお
り、再生に当たっては、復号遅延を重視する場合と、再
生音質を重視する場合との選択が可能となる。

【００８８】データ圧縮再生システムとしてＤＳＰなど
のソフトによる実現化においても、従来のアルゴリズム
にわずかに処理を付加することにより可能となり、ソフ
ト化に適したデータ圧縮符号化方式及びその装置を提供
することができる。

【００８９】上述した各実施例は音響信号の圧縮再生シ
ステムを例として説明したが、本発明の２つの基準を設
け、フレーム構造上階層化することは、映像信号その他
のシステムにも適用できることはいうまでもない。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送出側においてはフレーム毎に柔軟にビット配分してデ
ータを圧縮符号化して伝送することができ、また受信側
においては遅延を最小とする再生方法と、再生データの
品位を重視する再生方法とを選択することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るデータ圧縮符号化方式の第１の実
施例の要部の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す第１のビットアロケーション部１３
及び第２のビットアロケーション部１５における信号処
理を示すフローチャートである。

【図３】本発明を説明するためのフレームフォーマット
の一例を示す図である。

【図４】ＭＰＥＧのフレーム構成を説明するための図で
ある。

【図５】図１に示すデータ圧縮符号化方式に対応する復
号器の要部の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の作用を説明するためのタイミング図で
ある。

【図７】本発明の作用を説明するための周波数スペクト
ル図であ

【図８】従来の音声圧縮符号化方式の構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】従来例の作用を説明するための周波数スペクト
ル図である。

【図１０】従来例を説明するための信号のフォーマット
を示す図である。

【図１１】従来例を説明するための信号のその他のフォ
ーマットを示す図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は従来例を説明するための
タイミング図である。

【符号の説明】

１…スケールファクタ検出部，３…符号化器，５…第１
の量子化部，７…第２の量子化部，９…付加サンプルデ
ータ抽出部，１１…フレーム遅延部，１３…第１のビッ
トアロケーション部，１５…第２のビットアロケーショ
ン部，１７…減算器，１９…フレーム遅延部，２１…減
算器，２３…減算器，２５…ビットアロケーション制御
部，３１…ヘッダ検出部，３３…スケールファクタ検出
部，３５…ビットアロケーション検出部，３７…サンプ
ルデータ検出部，３９…付加ビットアロケーション検出
部，４１…付加サンプルデータ検出部，４３…スケーリ
ング復号部，４５…フレーム遅延部，４７…フレーム遅
延部，４９…加算部，５１…スケーリング復号部，５３
…スイッチ部，５５…周波数／時間変換部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力されるサンプルデータの所定部分を
   削除することによってデータを圧縮し、フレーム構成を
   有するビットストリームを生成し、伝送するデータ圧縮
   符号化方式であって、 所定の区間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮
   後のデータが前記フレーム内に納まるビット数を与える
   第１の基準と、この第１の基準より多いビット数を与え
   る第２の基準とを設け、前記第１の基準で得られた圧縮
   データはビットストリームの第１のフレームに入れ、前
   記第２の基準で得られた圧縮データと、前記第１の基準
   で得られた圧縮データとの重複しない部分のデータを第
   ２のフレームに入れて、ビットストリーム列を構成する
   ことを特徴とするデータ圧縮符号化方式。
2. 【請求項２】 入力されるサンプルデータの所定部分を
   削除することによってデータを圧縮し、フレーム構成を
   有するビットストリームを生成するデータ圧縮符号化装
   置であって、 前記圧縮後のデータを所定のフレーム内に納まるビット
   数を与える第１の基準で区切って得られた圧縮データを
   ビットストリームの第１のフレームに入れフレーム構成
   とする第１の処理手段と、 前記第１の基準より多いビット数を与える第２の基準で
   区切って得られた圧縮データと、前記第１の基準で得ら
   れた圧縮データとの重複しない部分のデータを第２のフ
   レームに入れフレーム構成とする第２の処理手段とを有
   することを特徴とするデータ圧縮符号化装置。
3. 【請求項３】 複数のフレームに跨がるサンプルデータ
   に係る圧縮データによるフレームが含まれるビットスト
   リーム列を入力して元のサンプルデータを再生する圧縮
   符号化データ再生装置であって、 入力されるビットストリーム列のフレームから圧縮デー
   タを抽出する抽出手段と、 サンプルデータに係る圧縮データが複数のフレームに跨
   がっているときに当該フレームに挿入される所定データ
   を検出する検出手段と、 この検出手段で所定データが検出されたときには抽出手
   段で抽出された第１のフレームの圧縮データと第２のフ
   レームの圧縮データとからサンプルデータを再生する再
   生手段とを有することを特徴とする圧縮符号化データ再
   生装置。
4. 【請求項４】 複数のフレームに跨がるサンプルデータ
   に係る圧縮データによるフレームが含まれるビットスト
   リーム列を入力して元のサンプルデータを再生する圧縮
   符号化データ再生装置であって、 入力されるビットストリーム列のフレームから圧縮デー
   タを抽出する抽出手段と、 この抽出手段で抽出された所定の第１のフレームの圧縮
   データのみからサンプルデータを再生する第１の再生手
   段と、 前記抽出手段で抽出された所定の第１のフレームの圧縮
   データと第２のフレームの圧縮データとからサンプルデ
   ータを再生する第２の再生手段と、 前記第１の再生手段と第２の再生手段のいずれかを選択
   する選択手段とを有することを特徴とする圧縮符号化デ
   ータ再生装置。
5. 【請求項５】 入力されるサンプルデータの所定部分を
   削除することによって、データを圧縮し、フレーム構成
   を有するビットストリーム列を生成し、伝送するデータ
   圧縮符号化方式であって、 所定の区間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮
   後のデータが所定のビット数に納まるビット数を与える
   第１の基準と、この第１の基準より多いビット数を与え
   る第２の基準とを設け、前記第１の基準で得られた圧縮
   データは第１のビットストリームに入れ、第２の基準で
   得られた圧縮データと第１の基準で得られた圧縮データ
   との重複していない部分のデータを第２のビットストリ
   ームに入れビットストリーム列を構成することを特徴と
   するデータ圧縮符号化方式。
6. 【請求項６】 複数のフレームに跨がるサンプルデータ
   に係る圧縮データによるフレームが含まれるビットスト
   リームを入力して元のサンプルデータを再生する圧縮符
   号再生方式であって、 前記ビットストリームを受け、第１のビットストリーム
   のみにより復調し当該フレームのデジタルサンプル列を
   再生するか、第１のビットストリームと第２のビットス
   トリームとで復調し当該フレームのデジタルサンプル列
   を再生するかを任意に選択し得る圧縮符号再生方式。
7. 【請求項７】 入力されるサンプルデータの所定部分を
   削除することによって、データを圧縮し、フレーム構成
   を有するビットストリーム列を生成し、伝送するデータ
   圧縮符号化方式であって、 所定の区間毎に区切ってフレーム構成とする際に、圧縮
   後のデータが一定のビット数に納まるビット数を与える
   第１の基準と、第１の圧縮基準より多いビット数を与え
   る第２の基準とを設け、第１の基準で得られた第１の圧
   縮データと、第２の基準で得られた圧縮データと第１の
   基準で得られた圧縮データとの重複していない部分のデ
   ータを第２の圧縮データとし、ビットストリーム列の当
   該フレーム内で領域を分けて伝送することを特徴とする
   データ圧縮符号化方式。
8. 【請求項８】 複数のフレームに跨がるサンプルデータ
   に係る圧縮データによるフレームが含まれるビットスト
   リーム列を入力して元のサンプルデータを再生する圧縮
   符号再生方式であって、 前記ビットストリームを受け、第１の圧縮データ部分の
   みにより、復調し当該フレームのデジタルサンプル列を
   再生するか、第１の圧縮データ部分と第２の圧縮データ
   部分とで復調し当該フレームのデジタルサンプル列を再
   生するかを任意に選択し得る圧縮符号再生方式。