WO2004114527A1

WO2004114527A1 - 浮動小数点形式ディジタル信号可逆符号化方法、及び復号化方法と、その各装置、その各プログラム

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Publication number: WO2004114527A1
Application number: PCT/JP2004/008726
Authority: WO
Inventors: Takehiro Moriya; Dai Yang
Original assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2004-12-29
Also published as: CN1781253A; US20060284747A1; JPWO2004114527A1; EP1638209A4; US7230551B2; CN1781253B; EP1638209A1; JP4049792B2; EP1638209B1; EP1638209B8

Abstract

　各サンプルが極性Ｓ、８ビットの指数部Ｅ、２３ビットの仮数部Ｍよりなる浮動小数点形式信号サンプルＸを、整数化部１２で切り捨てにより２４ビット整数形式信号サンプルＹに変換し、整数信号サンプルＹを圧縮部１３で符号化して符号列Caを出力する。差分生成部１４で整数信号サンプルＹの最上位の１より下位の桁数ｎに対応し、入力信号サンプルＸの仮数部Ｍの下位23-nビットを取出し差分信号Ｚを生成し、差分信号Ｚを圧縮部１７でエントロピィ符号化して符号列Cbを出力する。あるいは差分信号Ｚを圧縮せず、そのまま出力する。

Description

明細書

浮動小数点形式ディジタル信号可逆符号化方法、及び復号化方法と、その各装置、その各プログラム

技術分野

[0001] この発明は音声、音楽、画像などのディジタル信号をより低い情報量に圧縮された符号に変換する符号化方法、その復号化方法、符号化装置、複号化装置、これらのプログラムに関する。背景技術

[0002] 音声、画像などの情報を圧縮する方法として、歪を許さなレ、可逆な符号化方法がある。

圧縮率の高レ、非可逆の符号化を行い、その再生信号と原信号の誤差を可逆に圧縮することを組み合わせることで高い圧縮率で可逆な圧縮が可能となる。この組み合わせ圧縮方法が特許文献 1に提案されている。この方法は前記文献に詳細に示されているが、以下に簡単に説明する。

符号器では、ディジタル入力信号 (以下、入力信号サンプル系列とも呼ぶ）が、フレーム分割部で、例えば 1024個の入力信号サンプルからなるフレーム単位に、順次分割され、このフレーム単位ごとにディジタル信号が非可逆圧縮符号化される。この符号化は、復号化時に元のディジタル入力信号をある程度再現できる方式であれば、入力信号に適した如何なる方式でもよい。例えば、上記ディジタル入力信号が音声であれば ITU-Tの G.729標準として勧告されている音声符号化などが利用でき、音楽であれば MPEG-4で採用されている Twin VQ (Transform-Domain Weighted

Interleaved Vector Quantization)符号化などが利用できる。この非可逆圧縮符号は局部復号され、この局部信号と元のディジタル信号との誤差信号が生成される。なお、実際的には、局部復号はする必要なぐ非可逆圧縮符号を生成する際に得られる量子化信号と元のディジタル信号との誤差を求めればょレ、。この誤差信号の振幅は通常は元のディジタル信号の振幅よりもかなり小さい。よって、元のディジタル信号を可逆圧縮符号化するよりも、誤差信号を可逆圧縮符号化する方が情報量を小さくできる。

[0003] この可逆圧縮符号化の効率を上げるために、この誤差信号の符号絶対値表現 (極性と絶対値の 2進数）されたサンプル列のフレーム内の全サンプルに対しそれらの各ビット位置、つまり MSB,第 2MSB， ·■·, LSB毎に、サンプル系列方向（時間方向）にビットを連結したビット列を生成する。即ち、ビット配列の変換が行われる。この各連結した同じビット位置の 1024個のビットからなるビット列をここでは便宜上「等位ビット歹 IJ」と呼ぶことにする。これに対し、各サンプルの極性も含む振幅値を表す 1ワードのビット列を便宜上「振幅ビット列」と呼ぶことにする。誤差信号は振幅が小さいので、各サンプノレの最上位から 1つ又は連続する複数のビットは全て" (Tとなることが多レ、。そこで、それらのビット位置で連結して生成した等位ビット列は全て" 0〃のビット列となるので、予め決めた短い符号で表すことができ、誤差信号の可逆圧縮符号化効率を上げ'ること力 Sできる。

[0004] これら等位ビット列が可逆圧縮符号化される。可逆圧縮符号化としては、例えば、同一符号（1又は 0)が連続する系列がある場合や頻繁に出表する系列がある場合を利用した、ハフマン符号化や算術符号ィ匕などのエントロピィ符号化などを用いることができる。

復号化側では、可逆圧縮符号が復号化され、その復号信号に対し、ビット配列の逆変換が行われ、即ち、フレーム毎に等位ビット列を振幅ビット列に変換し、得られた誤差信号が順次再生される。また、非可逆圧縮符号が復号化され、この復号信号と再生された誤差信号とが加算され、最後に、フレームごとの各加算信号が順次連結されて、元のディジタル信号系列が再生される。

[0005] 音声、画像などの情報の歪を許さない可逆な符号ィヒ方法としてはその他にも各種のものが知られている。音楽情報については例えば非特許文献 1に示されている。従来の方法は何れも波形をそのまま PCM信号としたものについての圧縮符号ィヒ方法であった。

し力、し音楽の収録スタジオでは浮動小数点形式で波形が記録されて保存されること力 Sある。浮動小数点形式の値は極性、指数部、仮数部に分離されている。例えば図 1に示す IEEE-754として標準化されている浮動小数点形式は 32ビットであり、上位ビットから極性 1ビット、指数部 8ビット、仮数部 23ビットで構成されている。極性を S、指数部の 8ビットで表す値を 10進数で E、仮数部の 2進数を Mとすると、この浮動小数点形式の数値は絶対値表現 2進数で表わすと

[数 1]

(-l)^s x l .M x 2^E"^E° (1)

[0007] IEEE-754によれば、 E =2⁷_1 = 127と決められており、これにより、式 (1)中の E-Eは

0 0

-127≤E-E≤128

0

の範囲の任意の値を取ることができる。ただし、 E-E =-127の場合は all"0"、 E-E =128

o o の場合は all"l"と定義されてレ、る。

音声、音楽、画像の情報が浮動小数点形式のディジタル信号系列とされている場合は、浮動小数点形式の性質上" 0" t"l"力もなるビット列が乱雑な場合が多くなるため、前述したビット配列変換を行っても、エントロピィ圧縮符号化などによって高い圧縮率は期待できない。また浮動小数点形式のサンプノレ列は原アナログ波形と著しく異なったものとなりサンプル間の相関による冗長性がなぐ前述の非特許文献 1に示されている可逆予測符号化方法を適用しても高い圧縮率は期待できない。

特許文献 1 :日本国特許出願公開 2001-44847号

特午文献 1： Mat Hans, Ronald W.Schafer, Lossless Compression of Digital Audio", IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, July 2001, p.21-32

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] この発明の目的は浮動小数点形式のディジタル信号に対して圧縮率が高ぐ歪が生じない可逆符号化、復号化方法、それらの装置及びそれらのプログラムを提供することにある。

この発明の符号ィヒ方法及び装置によれば、浮動小数点形式の第 1信号サンプノレを絶対値が小さくなるように切捨てを行って整数形式の第 2信号サンプルに変換し、上記整数形式の第 2信号サンプルを可逆圧縮して第 1符号列を生成して出力し、上記整数形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の第 1信号サンプルとの差分に対応する浮動小数点形式の差分信号を生成し、上記浮動小数点形式の差分信号の、上記整数形式の第 2信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数により決まる非ゼロになり得るビット領域に対応する第 2符号列を生成して出力する。

[0009] このように整数形式の第 1信号サンプノレに変換することにより、原アナログ波形信号に近レ、ものとなり、信号サンプノレ間の相関による冗長性を除く圧縮方法により効率よく圧縮することができ、差分信号は非ゼロになり得る桁についてのみ差分情報として出力するので効率が良い。

この発明の復号ィ匕方法及び装置によれば、第 1符号歹 1Jを復号伸張して整数形式の第 1信号サンプノレを生成し、上記第 1信号サンプノレの最上位の 1より下位のビット数に応じて決まる非ゼロになり得る桁数に基いて、第 2符号列から浮動小数点形式の差分信号を生成し、上記整数形式の第 1信号サンプルを浮動小数点形式の第 2信号サンプルに変換し、上記浮動小数点形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の差分信号を合成して浮動小数点形式の第 3信号サンプルを生成する。

発明の効果

[0010] この発明によれば、浮動小数点形式のディジタル信号系列を能率よく圧縮することが可能となる。また通常の整数形式の系列の圧縮符号化モジュールを利用することができ、整数形式と浮動小数点形式の両方に対応しても処理の装置規模、プロダラム規模はあまり大きくならない。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]ΙΕΕΕ-754の 32ビット浮動小数点のフォーマットを示す図。

[図 2]この発明の第 1実施形態の符号化装置の機能構成を示す図。

[図 3]図 2中の整数化部 12の動作を説明するための図。

[図 4]図 2中の整数化部 12における処理手順の例を示す図。

[図 5]整数値の絶対値と、その値を示す浮動小数点の仮数部のビットとの対応を示す図。

[図 6]整数値の絶対値と、差分ディジタル信号の極性、指数部および仮数部との関係を示す図。 [図 7]差分ディジタル信号系列中の圧縮符号化される部分の例を示す図。

[図 8]この発明の第 1実施形態の復号化装置の機能構成を示す図。

[図 9]この発明の第 2実施形態の符号化装置の機能構成を示す図。

[図 10]桁調整処理手順を示すフローチャート。

[図 11]この発明の第 2実施形態の複号化装置の機能構成を示す図。

[図 12]この発明の第 2実施形態の符号化装置の変形機能構成を示す図。

[図 13]この発明の第 2実施形態の複号化装置の変形機能構成を示す図。

[図 14A]もともと浮動小数点信号であった入力浮動小数点形式信号 Xに対する 16ビット整数化を説明するための図。

[図 14B] 24ビット整数値信号から生成された浮動小数点形式信号 Xに対する 16ビット整数化を説明するための図。

[図 14C] 16ビット整数値信号から生成された浮動小数点信号 Xに対する 16ビット整数化を説明するための図。

[図 15A]図 9Aの場合の仮数部の非ゼロとなり得る領域を示す図。

[図 15B]図 9Bの場合の仮数部の非ゼロとなり得る領域を示す図。

[図 16]この発明の第 3実施形態の符号化装置の機能構成を示す図。

[図 17]この発明の第 3実施形態の復号化装置の機能構成を示す図。

[図 18]仮数部をフレーム方向にビット走査して符号化する動作を説明するための図。

[図 19]図 18の符号ィ匕を実行する不圧縮部 17の構成例を示す図。

[図 20]図 19の符号ィ匕に対応した復号化装置における伸張部 23の構成例を示す図。

[図 21]フレーム方向のビット走査の他の例を示す図。

[図 22]フレーム方向のビット走査の他の例を示す図。

[図 23]フレーム方向のビット走査の更に他の例を示す図。

[図 24]第 5実施形態の符号ィ匕装置の構成例を示す図。

[図 25]第 5実施形態の復号化装置の構成例を示す図。

[図 26]この発明をコンピュータで実施する場合の構成を示す図。

発明を実施するための最良の形態

m 図 2にこの発明による符号化装置の実施形態の機能構成を示す。この実施形態の符号化装置 100は、整数化部 12と、圧縮部 13と、差分生成部 14と、圧縮部 17とから構成されている。また、整数化部 12は桁数計算部 12Aを有しており、差分生成部 1 4は符号小数点化部 15と、減算部 16とから構成されている。信号源 11から例えば音楽信号のサンプル列が 32ビットの浮動小数点形式の入力ディジタル信号サンプル（以下簡略して入力信号サンプノレとも呼ぶ) Xの系列として出力される。この各ディジタル信号サンプル Xは 24ビットの整数形式で録音された信号の素材を変形、振幅調整、効果付加、混合などの加工をした結果、小数点以下の端数を含むようになつたものを浮動小数点形式に変換したもの、あるいは、もともと 24ビットの整数形式で録音された信号を 32ビット浮動小数点形式に変換後、前記加工をした信号である。

[0013] この浮動小数点形式の入力サンプル Xは整数化部 12に入力され、各サンプルごとに整数形式のディジタル信号サンプル (以下簡略して整数値信号サンプルとも呼ぶ） Yに変換される。先に述べたように前記例ではもともと 24ビットの整数形式の信号の素材を変形、振幅調整、効果付加などの加工をした場合が多ぐ振幅が大きく変化することがないのが一般的である。従って整数化部 12においては小数点以下の端数を切捨てる場合について図 3を参照して説明する。整数形式の桁数は 16ビットあるいは 20ビットなどでもよいが、以降の説明では 24ビットを使用する。

[0014] 浮動小数点による波形の表現法として整数値の 32768(=2¹⁵)を 1.0と正規化して表わす場合、あるいは整数値 2²³を 1.0と正規化して表す場合などもあるが、指数部の値が異なるだけで以下の説明と本質的な差異はない。

小数点の次の上位側ビットは、指数部の値 Eが例えば E=147であれば仮数部 Mの MSB側から 147-127=20番目であり、図 3Aに示すように 23ビットの仮数部 M中の上位側 20ビット (M )が絶対値 2進表現をした場合の整数部分の最上位の T'より下位の

1

部分であって、仮数部 M中の下位側 3ビット (M )が絶対値 2進表現をした場合の小数

2

点以下の端数部分である。以下では Mの部分を仮数部 Mにおける整数部分と呼ぶ

1

。従って、図 3Bに示すように仮数部における整数部分 (M冲の最下位ビットが仮数

1

部 23ビット中の最下位ビットとなるように、仮数部 Mを 3ビット下位方向にシフトすることによりこの小数点以下 3ビット (M )が溢れて切り捨てられる。このシフトにより仮数部 Mの空き（この例では" 000")となった最上位 3ビット中の最下位ビット（即ち、 23ビットの最下位から 21ビット目）に式 (1)における" 1·Μ〃の〃 'に対応するを設定することにより、切り捨てによる整数化された値が得られる（図 3C参照）。あるいは、シフト前の 23ビットの MSBの上位側に〃 1"を付加した 24ビットを 3ビットシフトしてもよレ、。

[0015] 更に、このようにして得られた整数値を 2の補数表現に変換する。つまり、浮動小数点形式の各ディジタル信号サンプル Xの極性ビット Sはそのまま最上位ビットとし、残りの 23ビットについては図 3Cに得られた 23ビットを、極性 Sが" 0" (正）の場合は図 3 Cの 23ビットをそのまま用レ、、 Sが" ' (負）であれば、図 3Dに示すように 23ビットを全て論理反転、即ち" (Τと〃 'を交換した後に最下位ビットにを加算する。最上位ビットは極性 Sをそのまま用レ、、図 3Εに示す 24ビットの補数表現された整数形式の信号サンプル Υが得られる。

[0016] 上述においては、主として、仮数部 Μに小数点以下の端数部分と対応するビットが 0ビット以上含まれている場合を想定し、 1サンプノレの浮動小数点形式の 32ビットディジタル信号を 1サンプノレ 24ビットの整数形式のディジタル信号に変換した。しかし、例えば前記 24ビット整数形式の信号の素材の複数を混合などして加工する場合には 1サンプルの振幅値が 24ビットで表わされる最大値より可成り大きくなつている場合もある。このような Ε≥ 150の場合は例外処理として、指数部 Εの値を前記例では Ε=127+23=150に固定し、例外信号 yを差分生成部 14に与えると共に、仮数部 Mの隣接上位側に〃 1"を付加した" 1M〃の上位 23ビットをそのまま 2の補数表現に変換して 24ビット整数形式の信号サンプル Yとする。また、後述の他の実施形態で説明するように、フレーム毎に適正な整数の範囲に収まるように、符号小数点値の指数部を Δ Eで調整することで正規化して、その調整値 Δ Eを補助情報として符号ィ匕してもよレ、。

[0017] 整数化部 12では例えば図 4に示す処理を行うことになる。まず指数部 Eが 150以上、つまり整数部が 23ビット以上であるかを調べ（Sl)、 23ビットより少なければ、桁数計算部 12Aで仮数部における整数部分の桁数 E-E =nを求めて出力し（S2)、また仮数部 Mを下位に (23_n)ビットだけシフトして端数部分を溢れ出し、得られた整数部分 nビットの最下位から (n+1)ビット目に" 1〃を付加し (S3)、更にその上位側に全体で 23ビットとなるように" 0"を補充したものを、極性 Sをカ卩味して 2の補数表現の 24ビット整数形式に変換して整数形式信号サンプル Yを得る（S5)。つまり、最上位ビットに極性 Sをそのまま用レ、、残りの 23ビットは、極性 Sが "0" (正）であればステップ S3でシフトして下位から (n+1)ビット目に〃1"をカ卩えた整数部分の最下位ビットから 23ビットまでをそのまま用レ、、 Sが" 1" (負）であれば前記シフトして〃 1"を加えた整数部の最下位ビットから 23ビットまでを、ビット反転して最下位ビットにを加算して補数値を得る。ステップ S1で指数部 Eが 150以上であれば、ステップ S4でその指数部 Eを 150にしてステップ S5で" 1M〃の上位 23ビットから整数形式の信号サンプル Yを生成する。

[0018] なお、上述では仮数部 Mに対し (23_n)ビットシフトして 1サンプル 24ビットの絶対値表現 2進数の整数値を求めたが、仮数部 Mの図 3Aに Mで示す上位から n=E-Eビッ

1 0 トを取り出し、その上位側に図 3Cに示すようにを付加して n+1ビットとし、その上位側に (22- n)ビットの〃0 "を付加して 23ビットとし、更にその上位側に極性ビット Sを付カロして全体で 24ビットにしてもよい。

以上のようにして整数化部 12で変換された整数値信号サンプル Yの系列は圧縮部 13で整数値として波形値の相関などを利用した効率のよい可逆圧縮法により圧縮符号化されて符号列 Caとして出力される。圧縮部 13における可逆圧縮は例えば前記非特許文献 1に示されてレ、るように各サンプノレごとに予測値 (整数値)との差分を求め、その差分の系列を、従来の技術の項で述べたようにビット配列変換を行った後、つまり等位ビット列についてエントロピィ符号ィ匕すればよい。つまり整数値信号サンプノレ Yの系列は信号源 11の浮動小数点形式の入力ディジタル信号サンプル Xの系列の原アナログ信号波形と近似したものとなっている。従ってこの入力サンプル Xの系列は予測や変換を使って信号サンプノレ間の相関による冗長性を除くことにより効率の高レ、可逆圧縮符号化が可能となる。

[0019] 差分生成部 14では整数値信号サンプル Yと信号源 11よりの対応する浮動小数点形式の入力信号サンプル Xとの差分信号 (誤差) Zが生成される。この例では整数値信号サンプル Yは浮動小数点化部 15で浮動小数点形式の信号サンプル Y'に再変換され、その再変換された浮動小数点形式の信号サンプル Y'が原浮動小数点形式の入力信号サンプル X力減算部 16で減算されて浮動小数点形式の差分信号 Zが生成される。

浮動小数点化部 15での変換は 1サンプノレの整数形式ディジタル信号が 24ビットの場合、まったくぁレ、まレ、性や例外なく 32ビットの浮動小数点形式の入力信号に変換可能である。前述したように原浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの指数部 Eは 149以下の場合が多ぐこの場合は信号サンプル Y'と原浮動小数点形式の入力信号サンプル Xとの差分信号 Zは、原入力信号サンプル Xの小数点以下の端数値と等しい。

[0020] 上述の差分生成部 14の説明は理解のためのものであって、現実には、整数値信号サンプル Yを浮動小数点化する必要はなぐ差分生成部 14に入力サンプル Xとその仮数部の整数部分桁数 nを入力し、例外信号 yが与えられないときは、浮動小数点形式の各入力サンプル Xの極性 Sと指数部 E、仮数部 Mの下位 (23_n)ビットをそれぞれ差分 Zの各サンプルの極性、指数部、仮数部の下位 (23-n)ビットとし、仮数部中の上位 nビットをすベて" 0"とする。なお、仮数部の整数部分の桁数 n=E-Eは、整数値

0

信号サンプル Yの最上位の" 1"より下位の桁数と等しい。例外信号 yが与えられた場合は、極性は入力サンプノレの極性 S、指数部は E-150、仮数部は入力サンプル Xと信号サンプル Y'の仮数部の差分とする。

[0021] 圧縮部 17は、整数値信号サンプル Yと浮動小数点形式の入力サンプル Xとの、対応サンプルごとの差分信号 Z、つまり差分生成部 14からの浮動小数点形式の差分信号 Zを可逆圧縮符号化し、符号列 Cbを出力する。この圧縮部 17では整数化部 12から出力された仮数部の整数部分桁数 nを用いて、浮動小数点形式の差分信号 Z中の各サンプノレについて、〃0"以外になり得る桁についてのみ可逆圧縮符号化を行う。浮動小数点形式の各入力サンプル Xは、

X=l.M X 2ⁿ=X .X

W F

ただし X =1M (Mより隣接上位側に 1が付加された値）は 2進整数部分、 X =Mは端

W I I F F

数部分、とおくと、その仮数部 Mにおける整数部分 Mに対応するビットと、端数部分（小数値) Mに対応するビットは図 5に示す関係にある。ただし、仮数部 Mは式 (1)に

F

おける Mの上位側隣接 1ビットを合わせて 24ビットの値として示し、絶対値表現 2進数とした場合の小数点 Pの位置を便宜的に示してある。 [0022] 整数値の絶対値 X 力 ¾の場合は、前式 (1)において E-E =-127の場合と、 -126≤

w 0

E-E≤_1の場合がある。前者の場合は E=0の特殊な場合であり、仮数部 Mの全 23ビ

0

ッド 'x - - -x〃の全てが端数部分 Mで、かつ、定義により入力信号サンプル Xの仮数

23 1 F

部 23ビットが ain である。 -126≤E-E≤-1の場合は仮数部が alHTではない端数

0

部分であり、いずれにしても E-Eが負の場合は整数値信号サンプル Yの全ビットは

0

all"(Tとなり、差分信号は Zは入力サンプル Xと同じになるので、浮動小数点形式の信号サンプル Xの全 32ビットを全て符号化する。

[0023] 整数値の絶対値 X 力 S1の場合は、仮数部 Mの 23ビット目より 1ビット上位のビット（

W

以下 24ビット目という ΓΤ'により整数値 X を表し、仮数部 Μの 23ビッド X · ' · χ〃は端

W 23 1 数値 Μを表わす。

F

整数値の絶対値 X 力 ¾

W 一 3の場合は 24ビット目の" 1"と 23ビット目の X との 2ビット

23

〃lx 〃により整数値 X を表わし、 X は仮数部 Μ中の整数部分 Μを表し、〃 X ' · · χ〃の 2

23 W 23 I 22 1

2ビットで端数値 Μを表わす。

F

X カ 4一 7の場合は 24ビット目の" と 23ビット目 X、22ビット目 χ との 3ビット" lx

W 23 22 23

X 〃により整数値 X を表わし、 " X X 〃は仮数部 M中の整数部分 Mを表し、〃 X · ' · χ

22 W 23 22 I 21 1〃の 21ビットにより端数値 Μを表わしている。

F

[0024] X 力 ¹一 (2^k -l)の場合は、 24ビット目の" と、 " X · ' · χ "との kビットで整数値

W 23 23-(k-2)

X を表わし、" X X · ' · χ 〃は仮数部 Μ中の整数部分 Μを表し X · ' · χ〃の

W 23 22 23-(k-2) I 23- (k- 1) 1

(23-k)ビットで端数値 Mを表わす。

F

所で差分信号 Zは 32ビット浮動小数点形式の入力サンプル Xから、整数値信号サンプル Yを 32ビット浮動小数点形式にしたサンプル Y' を差し引いたものであるから、差分信号 Zは、図 6に示すようになる。整数値の絶対値 X 力 SOの場合は前述の E-E

W

が負の場合であり、差分信号 Zの極性 S、指数部 E、仮数部 Mは全て入力サンプノレ

0

Xと同一になる。

[0025] 整数値の絶対値 X 力 S1の場合は、サンプルの S

w ， Eはそれぞれサンプル Xのそれらと同一となり Mは 0となる。ここでは指数部の差分もとる。従って差分信号 Zの S， Eはそれぞれ必ず Xと同じ 0, 0となり、 Mはサンプル Xの仮数部 Mと同一となる。整数値 X 力 ¾一 3の場合は、サンプル Y' の S, Eはそれぞれ、サンプル Xのそれと同一となり、 Mは 23ビット目 x がサンプル Xの Mのそれと同一となり、端数部分" X · · ·

23 22

X〃は全て "0 "である。従って差分信号 Zの S, Eは必ず 0となり、仮数部 Mは上位 1桁（

1

23ビット目）は必ず 0となり、残りの端数部分" X · ' · χ〃がサンプル Xの対応する部分の

22 1

値と同じであり、サンプル Xにより変化する。

[0026] 以下同様に、サンプル Xの整数値 X 力 ¾

W ¹一 (2^k-l)の場合、差分信号 Zの S, Eは必ず 0となり、仮数部 Mは、サンプル Xの仮数部 Mの整数部分と対応する "X ' · · χ

23

〃の上位 (k-1)桁（ビット）は必ず" (Τとなり、残りの · ' · χ〃の 23- (k- 1)ビットは

23-(k-2) 23-tk-l) 1

サンプル Xの仮数部 Mのそれと同一値となり、サンプル Xにより変化する。整数形式ディジタル信号サンプル Yの整数値の範囲、つまり整数値の桁数 nに応じて差分信号 Zの非ゼロになり得る桁数 h=23_nが決まる。

このような関係があるから、浮動小数点形式差分信号 Zについては、圧縮部 17において、整数化部 12から入力された仮数部の整数部分の桁数 nを用い、対応差分信号 Z中の非ゼロになり得る下位 h=(23-n)桁についてのみ可逆圧縮符号化する。つまり仮数部の整数部分の桁数 nが 0であれば指数部 E、仮数部 Mの全てを可逆圧縮符号化し、 n≠0であれば、仮数部 M中の下位 h=(23-n)ビットのみを可逆圧縮符号化する。以上から入力信号サンプル Xと仮数部の整数部分の桁数 nとを差分生成部 14に入力して、差分信号 Zを生成できることが理解されよう。

[0027] 圧縮部 17による差分信号 Zの符号化は、前述のように入力信号サンプル Xの E-E

0 カ 127— 0の場合は、差分信号 Zは入力信号サンプル Xと同一になり、従って入力信号サンプル Xの全 32ビットを差分信号 Zとして符号ィ匕する。 E-E力

0 — 22の場合は、例えば差分信号サンプノレ系列 Z = _Z 7に示す状態の場合、 n≠0の場

1， z , z …が図

2 3

合以外は非ゼロになり得る桁部分 M のみを符号化する。この非ゼロになり得る桁に

D

ついての符号化はその非ゼロになり得る桁数 hごとに例えばハフマン符号化などのェントロピィ符号化を行うか、まとめて例えばユニバーサル符号化を行う。つまり図 7中に斜線を施した部分のみをサンプルごとにあるいはフレーム単位など適当にまとめてエントロピィ符号化などの可逆圧縮符号化を行えばよい。なお極性 Sは整数形式ディジタル信号サンプル Yの符号ィ匕により、符号 Caに含まれているため、差分信号 Zの符号化の際に極性 Sを符号化して送信する必要はない。また、より出力されており、受信側では整数値信号サンプル Yの極性を除く最上位の" 1 "より下位のビット数 ηから η=Ε-Εを求めることができるので、桁数 ηを送信する必要はない。

0

[0028] 差分信号 Ζは小数点以下の桁数が多いこともあり、その場合、符号化の効率が悪い場合がある。従って、差分信号 Ζの非ゼロとなり得る桁を符号化せずそのまま符号列 Cbとして出力してもよい。あるいは、この差分信号 Zを符号化した場合としない場合の情報量を比較し、情報量が小さくなるほうを選択してもよレ、。

なお前述したように浮動小数点形式のディジタル信号サンプル X自体の仮数部が E≥ 150の例外的な場合は、整数化部 12で指数部 Eが 150に固定されたことを示す例外信号 yが差分生成部 14に与えられ、差分生成部 14はその指数部 Eの値 150とディジタル信号サンプル Xの指数部 Eとの差分 (E-150)を指数部とし、仮数部 Mの差分を仮数部とする浮動小数点形式の差分信号 Zを生成する。圧縮部 17は差分信号 Zを可逆圧縮符号化し、その符号列 Cbとして出力する。

[0029] 図 8に図 2に示した符号化装置 100と対応するこの発明による復号ィ匕装置 200の実施形態を示す。

入力された符号列 Caは伸張部 21で可逆伸張復号化される。この可逆伸張復号化方法は、図 2中の圧縮部 13で行った可逆圧縮符号化方法と対応し、その処理と逆の処理を行う。よってこの可逆伸張復号化により 1サンプル 24ビットの整数形式のディジタル信号サンプル Yが生成される。また伸張部 21中の桁数出力部 21Aにおいて、伸張復号された各サンプノレごとの最上位の" 1"より下位の桁数 nを浮動小数点形式の仮数部における整数部分の桁数として求め、伸張部 23に与える。

[0030] 伸張部 23では、入力された符号列 Cbを可逆伸張復号ィ匕する。この可逆伸張復号化方法は図 2中の圧縮部 17で行う可逆圧縮方法と対応したものとする。よってこの伸張部 23において、伸張復号されたビット列から、組立部 23Aにより桁数 nに基づいて、サンプノレごとの 32ビット浮動小数点形式の差分 (誤差)信号 Zが組立てられ、出力される。図 2の符号化装置 100における圧縮部 17で差分信号 Zを圧縮しないでそのまま出力する場合は、復号ィ匕装置 200の伸張部 23において受信した符号列 Cbをそのまま差分信号 Zとして使用する。

[0031] 組立て部 23Aでは、伸張部 21からの最初のサンプルに対する桁数 nと、伸張部 23 で伸張復号されたビット列から、最初のサンプノレと対応する部分として n=0でなければ、 23ビットの仮数部 Mの下位 23-n=hビットとして hビットが取り出されて、図 7中の最初のサンプル zにおける斜線を施した部分よりなる 1サンプル 32ビットの浮動小数点

1

形式の差分信号 zとして組立てられる。極性 Sの 1ビット、指数部 Eの 8ビットはすべて

1

0とし、また図 7中の仮数部 M中の整数値と対応する部分 Mは全て 0とされる。次の

I

サンプノレに対して対応桁数 n≠ 0に応じて仮数部の下位 23-n=hビットとして伸張復号ビット列から hビットを取り出して 32ビットの浮動小数点形式差分信号 Zとし、以下同様にして図 7に示したようなサンプノレ歹 IJz , z …が順次組立てられて出力される。 n =

2 3

0の場合は指数部 Eの 8ビットと仮数部 Mの 23ビットが伸張復号ビット列から取り出されて浮動小数点形式ディジタル信号とする。この復号した差分信号 Zは極性 Sは常に 0、指数部 Eは n = 0以外は常に 0、仮数部 Mは下位の 23_n=hビットのみが非ゼロになり得るビットであり、その他は常に 0であり、従って厳密な意味では浮動小数点表現ではないが、ここでは浮動小数点形式差分信号と云っていることに注意されたレ、。伸張部 21よりの 24ビット整数形式のディジタル信号サンプル Yは浮動小数点化部 22で 1サンプノレ 32ビットの浮動小数点形式のディジタル信号サンプルに変換される。このディジタル信号サンプル Y' は伸張部 23よりの浮動小数点形式の差分信号 Zとが合成部 24で対応サンプルごとに加算合成され、浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xが再生される。各再生ディジタルサンプル Xの極性はディジタル信号サンプルのそれ、つまり復号された整数形式のディジタル信号サンプル Yの極性となり、サンプル Xの指数部 Eは n = 0以外は、信号サンプルの指数部となり、仮数部 Mは上位 n=23-hビットが信号サンプル Y' の仮数部の上位 nビットとなり、下位 23-n=hビットが差分信号 Zの下位 hビットとなる。

m m

一般の浮動小数点ではなぐもともと 24ビットと力 46ビットの整数値の PCM信号を便宜上、浮動小数点に変換して符号ィ匕対象の系列を作成する場合がある。このような特殊な浮動小数点系列の場合には、前述した第 1実施形態において 0以外になり得る桁はなくなり、差分生成部 14よりの浮動小数点形式の差分 (誤差)信号 Zの極性 S、指数部 E、仮数部 Mはすべてゼロとなり、送信する必要はなレ、。この場合は、例えば補助情報として 2ビットを用い、その 2ビットが" 00"であればもともとのディジタル信号が 1サンプル 16ビットの整数値のみ、 "01 "であれば 1サンプル 24ビットの整数値のみ、 "10"であればそれ以外の信号であることを表わし、この 2ビット補助情報を圧縮部 13の出力符号列 Caの先頭に追加し、前 2者の場合は符号列 Cbを出力せず、後者の場合に符号列 Cbを出力することにより効率的な圧縮が可能となる。前述の図 2の実施形態では E≥ 150のサンプノレに対し例外処理を行う場合を示した力先に簡単にふれたように、フレーム毎の桁調整を行って E≥ 150とならないようにしてもよレ、。ここではフレーム内で指数部 Eの最大値が 150 >E≥150_Kとなるように桁調整を行う場合の実施形態を図 9を参照して説明する。

[0033] この第 2実施形態の符号化装置 100の機能構成例を図 9に図 2と対応する部分に同一参照番号を付けて示す。この第 2実施形態では浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの系列を、サンプノレ列分割部 31で複数の一定サンプル数ごとに、あるいはフレーム毎に分割し、この分割単位ごとに桁調整部 32で、整数形式の信号サンプル Yの桁数が適当な大きさ、つまり少なくとも整数形式に変換した際に 24ビット以内に納まるように指数部 Eに対して以下のように桁調整を行う。

(a)浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの振幅が大きぐ各指数部 Eがもともと 150を超えている場合は、 24ビットの整数形式のディジタル信号サンプル Yに変換すると仮数部 Mの LSB側 1又は複数ビットの情報が失われる。あるいは浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの振幅が大きぐ各指数部 Eが 150に近い値の場合は整数形式のディジタル信号サンプル Yに変換した際に、そのサンプルごとのディジタル値が頻繁に 24ビット整数値を超えることがある。これらのことが生じなレ、ように、ディジタル信号サンプル Xの指数部 Eを、桁調整部 32において、前記分割単位ごとに、調整情報 Δ Εだけ差し引いて 150以下の値とする。

[0034] (b)浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの振幅が小さぐ変換された整数形式のディジタル信号サンプル Yの 24ビット中の最上位ビットの極性 Sを除き、 MSB 力 21 23ビットが常に全て 0となるような場合、振幅がわずカビット程度で表されることになるので整数形式のディジタル信号サンプル Yの系列の波形がアナログ波形に近いものとならず、整数形式のディジタル信号サンプル Yに変換する効果、つまり高い圧縮率で可逆圧縮符号ィヒすることが得られなくなる。また整数形式のディジタル信号サンプル Yの振幅値力 SLSB側 2ビット程度で表される場合、信号サンプル Yを浮動小数点形式のディジタル信号に変換すると、その仮数部 Mは全ビッド '0"または M SBのみ〃 'で他は全て" 0〃のように、ほとんどの桁のビットが" 0"となってしまう。一方、符号小数点形式の入力ディジタル信号サンプル Xの仮数部 Μは、信号サンプルの振幅が小さいときでも、大きな値をとり得るので、浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xとの誤差 (差分）と対応した浮動小数点形式の差分信号 Δ Xの仮数部 Μ は大きな振幅をとり、つまり全てのサンプルについて 0となるビットの数が少なくなり、圧縮効率を上げることができない。

[0035] このような問題が生じないように桁調整部 32では分割単位ごとに各指数部 Εに調整情報 Δ Εだけ加算して、仮数部 Μ中の多くの情報が整数形式のディジタル信号サンプル Υに含まれるようにする。この場合、整数形式に変換した際に 1サンプノレのビット数が 24を超えなレ、ようにする。

桁調整部 32における調整情報 Δ Ε (任意の極性の整数）は分割単位で変更が可能である。桁調整部 32において分割単位ごとに指数部 Εの最大を調べ、整数化した時に 1サンプルが 24ビットを超えない範囲で仮数部 Μの情報をなるベく利用できるように調整情報 Δ Εを決めればょレ、。

[0036] 図 10は桁調整部 32がフレーム毎に実行する桁調整の処理手順を示す。ここではサンプノレ列分割部 31により分割された Ν個のサンプノレ毎に桁調整を行う場合を示

F

す。

ステップ S1で Ν個の入力サンプルを取り込み、ステップ S2で i=lとし， Δ Εとしては

F 0

、取り得ない十分小さい任意の値、例えば Δ Ε =-150に初期設定する。

0

ステップ S3で i番目のサンプルの指数部 Eから 150を減算して差 Δ Eを得る。

ステップ S4で Δ Ε力 S1つ前の Δ Ε より大きいか判定し、大きくなければステップ S6 i i-l

に移動する。

[0037] ステップ S5で Δ Εが Δ Ε より大きい場合は、 Δ Εを Δ Ε として一時保存する。

i i-l i max

ステップ S6で i=Nとなったか判定し、なっていなければステップ S7で iを 1歩進し、ステツプ S3に戻る。

ステップ S6で i=Nとなっていれば、ステップ S8で Δ Ε を読み出し、 1以上か判定

r¹ max

する。 1以上であればステップ S 10に移る。

ステップ S8で Δ Ε 力以上でなければ、ステップ S9で Δ Ε が予め決めた- K (K max max

は 1以上の整数）以下であるが判定し、そうであればステップ S10に移る。

[0038] ステップ S10では、 Δ Ε を補正情報 Δ Εとし、 N個の各サンプルについて E '=E- max F l ι

Δ Εにより桁調整を行レ、、得られた E 'を補正された Εとして使用し、整数化部 12に桁調整された Ν個のサンプルを与え、終了する。ステップ S9で Δ Ε 力 S-Kより小でなレヽ

F max

場合も終了する。

このようにステップ S8において Δ Ε 力 S1以上となることはディジタル信号サンプル

max

Xの振幅が大きく指数部 Eが 150を超えている場合を検出している。ステップ S9において Δ Ε が -K以下となることは、 Xの振幅が小さぐ波形の近似が悪い場合であり、 max

例えば Kは 20— 22程度の値に決めてもよい。

[0039] このようにして桁調整された浮動小数点形式のディジタル信号サンプノレを整数化部

12で整数形式のディジタル信号サンプル Yに変換しこの信号サンプル Yの系列を圧縮部 13で可逆圧縮符号化して符号列 Caを生成することは第 1実施形態と同様である。また、差分信号 Zについても第 1実施形態と同様に仮数部 Mの非ゼロとなり得るビットの領域を圧縮符号化部 17で符号ィ匕して符号列 Cbを出力する。

復号化の際に、符号化の際の浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xを可逆に得られるように調整情報 Δ Εは補助符号化部 33でその極性、つまり加算か減算かを含めて符号ィ匕して補助符号列 Ccを生成する。

[0040] 図 9に示した実施形態では、差分生成部 14において逆桁調整部 34で、整数形式のディジタル信号系列 Yを、対応分割単位ごとの調整情報 Δ Eだけ逆に桁調整する。つまり桁調整部 32で負の調整情報 Δ Eを加算した場合 (ステップ S10で Δ Eが負の場合）は逆桁調整部 34におレ、て対応サンプルのディジタル信号の最上位ビットを除く 23ビットを Δ Εビットだけ下位にシフトし、シフトで空いた各ビットに 0を詰め、正の調整情報 Δ Eを減算した場合 (ステップ S 10で Δ Eが正の場合）は、対応サンプルのデイジタル信号の最上位ビットを除く 23ビットを Δ Εビットだけ上位にシフトし、つまり Δ Ε ビットだけあふれさせ、下位 Δ Εビットに 1を詰めて 23 + Δ Εビットとする。

[0041] この桁を逆調整した整数形式のディジタル信号サンプル Yを浮動小数点化部 15で浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Y'に変換し、この浮動小数点形式のデイジタル信号サンプル Υ' と原浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xとの差分 Ζを減算部 16で求め、この浮動小数点形式の差分信号 Ζを圧縮部 17で可逆圧縮符号化して符号列 Cbを出力する。この場合は分割単位の符号列 Caと Cbと補助符号 Ccが出力されることになる。この実施形態においても差分信号 Zは圧縮符号化せず、端数部だけをそのまま差分情報として出力してもよい。サンプル列分割部 31は図 9 中に破線で示すようにサンプノレ列分割した浮動小数点形式の信号サンプル Xが桁調整部 32と減算部 16に供給されるように設けてもよい。

[0042] 図 11は図 9に示した符号化装置 100と対応する複号化装置 200の機能構成例を、図 8の復号ィ匕装置 200と対応する部分に同一参照番号を付けて示す。符号列 Caは伸張部 21で分割単位で可逆伸張復号化され、整数形式のディジタル信号サンプノレ Yの系列が生成される。この実施形態では補助復号部 41で補助符号 Ccが復号されて調整情報 Δ Eが生成される。この調整情報 Δ Eにより整数形式のディジタル信号サンプル Yに対する桁補正 E + Δ Eが桁補正部 42で行われる。調整情報 Δ Eが正であれば各ディジタル信号サンプル Yのビットを上位へ Δ Eビットシフトし、 Δ Eが負であればディジタル信号サンプル Yのビットを下位へ Δ Εビットシフトする。この際、図 9中の逆桁調整部 34と同様に 1又は 0詰めを行う。

[0043] この桁補正部 42より整数形式のディジタル信号サンプルを浮動小数点化部 22で浮動小数点形式のディジタル信号サンプルに変換し、これと、差分情報 Cbを伸張部 23で可逆伸張復号化して得た浮動小数点形式の差分信号 Zと合成部 24でカロ算合成する。この加算合成したディジタル信号を必要に応じて連結部 43により連続するサンプル列に連結して再生浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの系列を得る。

悲

図 12に図 9と対応する部分に同一参照番号を付けて示すように、整数形式のディジタル信号サンプル Yに対し、逆桁調整を行うことなぐ浮動小数点化部 15で浮動小数点形式のディジタル信号サンプノレに変換し、この変換された浮動小数点形式のデイジタル信号サンプルと桁調整部 32で桁調整された浮動小数点形式のディジタル信号サンプルとの差分を減算部 16で求め、浮動小数点形式の差分信号 Zを求めてもよレ、。つまり差分生成部 14は原浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xと整数形式のディジタル信号サンプル Yとの差分信号を浮動小数点形式で求めればよぐ図 2 、図 9、図 12に示す何れの構成によってもよい。

[0044] 図 12と対応して復号化装置 200では図 13に示すように伸張部 21で可逆伸張復号化した整数形式のディジタル信号サンプル Yを、まず浮動小数点化部 22で浮動小数点形式のディジタル信号サンプノレに変換し、これと、伸張部 23で可逆伸張複号化した浮動小数点形式の差分信号 Zを合成部 24で加算合成し、その後、その合成ディジタル信号に対し、その指数部 Eを、補助復号部 41により復号された調整情報 Δ Ε で桁補正部 42におレ、て桁補正して、再生浮動小数点形式のディジタル信号サンプノレ Xを得るようにしてもよい。上述の実施形態では、浮動小数点形式の入力信号サンプル Xの小数点以下の端数を切り捨てることにより整数化し、差分信号 Zの仮数部における整数部分が ai 'O"となることを利用して差分信号 Zの圧縮効率を高める場合を示した。第 3実施形態では

、上記小数点以下の切捨てに加えて、更に整数部分も予め決めたビット数を切り捨てて整数値信号サンプル Yを生成する例を示す。以下の例では、小数点以下の切捨てによる 16ビットの整数値化において、更に 8ビットの切捨てを行う場合を示す力 1 7— 23ビットの任意の整数値化にも適用できる。

[0045] この第 3実施形態によれば浮動小数点形式の入力信号サンプル Xが、もともと符号小数点信号であつたのカ 24ビット整数値信号であつたの力 \ 16ビット整数値信号であったのか区別する必要がなぐ同じ処理によって符号ィ匕を行うことができる力動作原理の説明上、浮動小数点形式の入力信号サンプル X力 Sもともと浮動小数点形式であった場合、極性 1ビットを含む 24ビット整数値信号であった場合、極性 1ビットを含む 16ビット整数値信号であった場合について順に説明する。

図 14Aを参照して、もともと浮動小数点形式であった入力信号サンプル Xの 16ビット整数値化と、差分信号 Zの生成を説明する。図において "χΊま "0 "又はのいずれ力をとり得る（非ゼロとなり得る）。 Μは浮動小数点形式の入力信号サンプル Xの仮

X

数部 23ビットを示し、上位 η(=Ε-Ε )ビットの整数部分と小数点以下の端数部分の境

0

界を示す小数点位置を Ρで示してある。サンプル Xの指数部 Εを Ε-8に削減すること

D

により仮数部 Μの小数点位置 Ρは 8ビット上位にシフトする。その結果、図 14Aの例

X D

では仮数部 Μの上位 η-8=2ビット" XX"がシフト後の仮数部内の整数部分となってい

X

る。その整数部分 2ビットの隣接上位側に〃 1"をカ卩えてた" lxx〃を 16ビット整数値信号サンプル Υの最下位ビットとする。

[0046] 16ビット整数値信号サンプル Υを 8ビット上位にシフトし、即ち、最下位に 8ビットの〃0"を付加してから浮動小数点形式の信号サンプル Y'に変換する。従って、得られた浮動小数点形式の信号サンプル Y'の指数部 Εは +8されたことになり、入力信号サンプル Xの指数部 Εと同じ値になる。信号サンプル Y'の仮数部 Μ は、 8ビット上位

Υ，

にシフトされた整数値信号サンプル Υの最上位の T'より下位の整数部分、ここでは 2 ビットの" XX"を最上位ビットとし、それより下位は全て ' とすることにより得られる。図 1 4Αでは便宜上 8ビットシフトする前のサンプル Υの最上位のより下位の整数部〃χχ"と浮動小数点形式の信号サンプル Y'に変換後の仮数部 Μ の関係を示してい

Υ，

る。差分信号 Ζの仮数部 Μは仮数部 Μと Μ の差分であり、 Ζの仮数部 Μの上位

Ζ X Υ' Ζ

(n-8)ビット、ここでは最上位 2ビット、は" 00"となり、それより下位 (端数部分）は仮数部 Mの対応するビット位置の値と同じである。即ち、仮数部 Mの最上位の整数部分

X Z

"00"に続く下位の全ビットは非ゼロとなり得る。

[0047] 差分信号 Zについては仮数部 Mのこの非ゼロとなり得る下位 23-(n-8)ビットのみを符号化すればよい。仮数部 Mの必ず 0となる上位 (n-8)ビットは、受信側で復号した

Z

整数値信号サンプル Yの最上位のより下位の全ビット数と同じである。この仮数部 Mの非ゼロとなり得る領域は図 15Aに示すように、整数部分のビット数 (n-8)が増加すると共に減少する。

図 14Bは 24ビット整数値信号から浮動小数点形式の入力信号サンプル Xが生成された場合であり、従って、サンプル Xの仮数部 Mは図 14Bに示すように小数点 Pより

X D

下位で全ての桁が" 0"となっている点が図 14Aの仮数部 Mと異なる。図 14Bにおいても入力信号サンプル Xの指数部 Eを E-8にすることにより小数点 Pの位置が 8ビット

D

上位側にシフトする力その結果から生成される 16ビット整数値信号サンプル Yは図 14Aの場合と同じになる。従って、整数値信号サンプル Yを浮動小数点形式に変換したときの仮数部 M も図 14Aの場合と同様である。

Y，

[0048] し力、しながら、差分信号の仮数部 Μは仮数部 Μと Μ の差分であり、図 14Bに示

Ζ X Y'

すように差分信号 Ζの仮数部 Μの整数部分は "00 "となり、それより下位 8ビットが非

Ζ

ゼロとなり得るビット範囲であり、更にその下位側は全てのビットが" (Τとなる。この非ゼロとなり得るビットの範囲は整数部分のビット数が増加するにつれ図 15Bに示すように下位側にずれていく。

図 14Cは極性 1ビットを含む 16ビット整数値信号サンプルから浮動小数点形式の入力信号サンプノレが作られている場合である。従って、 23ビットの仮数部 Μにおい

X

て、小数点 Ρと隣接する下位側 8ビットは全て" 0〃であり、それより更に下位の桁も全

D

て" 0"である。小数点以下の桁数 hは h=23-nと ηにより変化する力 8より小さくはならない点が図 14Bの場合と異なる。

[0049] 図 14Cにおいても入力信号サンプル Xの指数部 Εを Ε-8にすることにより小数点 PD の位置が 8ビット上位側にシフトし、シフト後の整数部分" XX"から 16ビット整数値信号サンプル Υが図 14A, 14Bと同様に生成される。従って、サンプル Υを浮動小数点形式に変換したときの仮数部 Μ も図 14A, 14Bの場合と同じである。また、差分信号 Ζ

Y'

の仮数部 Μは図 14Bの場合と同様にその最上位 (η-8)桁の整数部分が "0 "となり、そ

Ζ

れに続く下位 8ビットは非ゼロを取りえる範囲であり、その更に下位ビットは全て" 0"となる。この場合も整数部分の桁数 (η-8)が増加すると図 15Bに示すように非ゼロとなり得る 8ビットの下位側の" 0"の桁数も減っていくが、 8桁より小さくなることはない。

[0050] 以上の説明力明らかなように、符号小数点形式の入力信号サンプル Xのもとの信号が 24ビット整数値信号、 16ビット整数値信号、浮動小数点形式信号のいずれの場合であっても、 8ビット切り捨てによる 16ビット整数値信号サンプル Υを生成するには、入力信号サンプル Xの指数部 Εを Ε-8として小数点位置を 8ビット上位側にシフトし、仮数部 Μの整数部分である上位 (η_8)ビット、図の例では" χχ"、に対しその上位側

X

に〃 1〃を加えた整数値〃 lxx〃を最下位ビットとする 16ビット整数値信号サンプル Υを構成すればよい。また、差分信号 Zの仮数部 Mは、入力信号サンプル Xの仮数部 M

Z X

の最上位 (n-8)ビットを" 0"とすることにより得られる。

[0051] このようにして得られた 16ビット整数値信号サンプル Yに対しては、図 2の実施形態と同様に圧縮符号化すればよい。一方、差分信号 Zについては、その仮数部 Mを、

Z

常に" 0〃である最上位 (n_8)ビットについては符号ィ匕せず、それより下位の非ゼロとなり得る 8ビットの領域と、更にそれより下位の残りの (23-n)ビットの領域を別々に圧縮符号化する。

上述の例では 16ビット整数値とするため、 23ビットの仮数部の小数点の位置を 8ビット上位にシフトして、そのシフトした小数点以下を切り捨てる場合を示したが、一般に、 22≥m≥8の任意の整数 mビットの切捨てを行うには、入力信号サンプルの指数部 Eを E_mとして仮数部 Mの上位 (n_m)ビットを整数部分とするように切捨てを行えば

X

よい。また、差分信号 Zの仮数部の圧縮符号化は、最上位 (n-m)ビットの" 0〃は符号化せず、その下位の mビットの非ゼロとなり得る領域と、更に下位の残りの (23-n)ビットの領域に分けて別々に符号ィ匕することにより効率のより符号ィ匕が可能となる。

[0052] 図 16に符号化装置の例を図 2と対応する部分に同一参照符号を付けて示す。浮動小数点形式の入力信号サンプル Xは桁調整部 31で図 14A, 14B, 14Cで説明したように指数部 Eを E-8とすることにより小数点位置は上位側に 8ビットシフトされる。整数化部 12では 8ビットシフトされた小数点以下の端数部分を切り捨てて、整数部分の上位側に〃 'を付カ卩して 16 ( = 24—8)ビットの整数形式の信号サンプル Υとする。この信号サンプル Υが圧縮部 13で可逆圧縮され、符号 Caが出力される。

またこの 16ビット整数形式の信号サンプル Yは逆桁調整部 32で桁調整部 31と同一ビット数 8であるが逆方向に、つまり最下位に 8ビットの" 0〃を揷入することにより上位に 8ビットシフトして、 24ビットの整数形式信号サンプルとされる。この 24ビット整数形式に変換された信号サンプルは浮動小数点化部 15で浮動小数点形式の信号サンプルに変換される。この浮動小数点形式信号サンプルと入力信号サンプノレ Xとの差分が減算部 16でとられ、浮動小数点形式の差分信号 Zが生成される。現実的にはこのような逆桁調整部 32、浮動小数点化部 15及び減算部 16の処理を行うことなく、差分生成部 14で整数化部 12よりの仮数部の整数部分の桁数 nを用いて、 n≠0で各入力信号サンプル Xの仮数部 Mの下位 8+h(=15-n)ビットを取出し、 n=0

X

では指数部 Eと仮数部 Mとを取出して差分信号 Zとすればょレ、。

X

[0053] 圧縮部 17は分配部 33と 2つの圧縮部 17h、 17cとから構成されている。この差分信号 Zは分配部 33に入力され、分配部 33には整数化部 12よりシフト後の各サンプル X の仮数部の整数部分の桁数 nが入力され、差分信号 Zの各サンプルは、 n≠0の場合、桁数 nに基づく非ゼロになり得る桁部分 Zh、つまり下位の h=15_nビットと、整数形式信号サンプル Yを 1サンプル 24ビットから 1サンプル 16ビットに変更したことに基づぐつまり整数形式信号サンプル Yのビット数に基づぐ非ゼロになり得る桁部分 Zc、つまり下位第 (h+1)ビット一第 (h+8)ビットとに分配する。 n = 0の場合、指数部 Eの 8ビットと仮数部の下位 23-8ビットを桁部分 Zhとして、上位 8ビットを桁部分 Zcとして分配する。桁部分 Zhは圧縮部 17hで、桁部分 Zcは圧縮部 17cでそれぞれエントロピィ符号化などにより可逆圧縮符号化され、符号列 Cbl, Cb2として出力される。

[0054] 従って圧縮部 17hには、主として仮数部 Mにおける下位の非ゼロになり得るビットが入力され、これが可逆圧縮符号化される。もともとのディジタル信号が 24ビット又は 16ビットの整数値であれば図 14B, 14Cに示したように n = 0以外は圧縮部 17hに入力される下位 h桁部分 Zhは全て" 0〃になるから、効率よく圧縮される。

圧縮部 17cでは、図 14A, 14B, 14Cに示したように、入力信号サンプル Xがもともと一般浮動小数点の場合、 24ビット整数値の場合、 16ビット整数値の場合に関係なぐ非ゼロになり得る下位第 (h+1)—第 (h+8)ビットの 8ビットが可逆圧縮符号化される。このようにすることにより、図 2中の圧縮部 17で差分信号 Z中の非ゼロになりうるビットのすベてをまとめて圧縮符号ィヒする場合より全体として効率よい圧縮が可能となる。

[0055] この図 16に示した符号化装置と対応する復号化装置の実施形態を図 17に図 8の復号装置と対応する部分に同一参照番号を付けて示す。符号列 Caは伸張部 21で可逆伸張復号されて 1サンプル 16ビット整数形式の信号サンプル Yが復号される。伸張部 23は 2つの伸張部 23h、 23cと合成部 41とにより構成されており、符号列 Cbl と Cb2はそれぞれ伸張部 23h， 23cで可逆伸張復号ィ匕され、これらの復号されたビット列 Bh， Beは合成部 41に入力される。合成部 41には伸張部 21で復号された各サンプノレごとの整数値の最上位のより下位のビット数 nも入力される。 n≠0の場合は伸張部 23hの出力ビット列 Bhから、 h=15-nビットが取出され、伸張部 23cの出力ビット歹 IJBCから 8ビットが取出されこれらが仮数部 Mの 23ビット中の下位 hビットと、その上位の 8ビットとして合成される。以下同様に桁数 nに応じ、ビット列 Bhと Beからそれぞれ hビットと 8ビットが取出されて合成される。 n= 0の場合は指数部 Eとしての 8ビットと 23-8=15ビットがビット列 Bhから取り出され、ビット列 Beから 8ビットが取り出され、この 8 ビットは前記 15ビットの上位側に挿入され、 23ビットの仮数部が生成される。

[0056] 復号された 16ビット整数形式信号サンプル Yは桁調整部 42で下位に 8ビットの" 0〃を揷入することで上位へ 8ビットシフトされ、 24ビット整数形式信号サンプルが得られる。その後、浮動小数点化部 15で 32ビット浮動小数点形式信号サンプルに変換される。この信号サンプル Υ' と差分信号 Ζとが合成部 24で合成されて、浮動小数点形式の信号サンプル Xが再生される。

上述において、整数形式信号サンプル Υを 1サンプル 16ビット、 24ビットの場合とした力 24ビット以下の任意の数 mとしてもよぐその数 mに応じて整数形式信号サンプル Yのサンプル当りのビット数変更に基づぐ非ゼロになり得る桁数を決定すればよい。更に上述において、入力浮動小数点形式信号サンプル Xを、例えば 1024サンプルごとのフレーム、または連続する複数のサンプルごと分割し、その分割単位ごとに圧縮符号化処理してもよい。このように分割単位ごとに圧縮符号化する場合は、整数化するビット数を分割単位ごとに都合のよいように決め、そのビット数を指定する補助符号も出力するようにしてもょレ、。

[0057] 図 16に示す符号化装置の圧縮部 17として図 2で示した第 1実施形態による圧縮部 17を使用し、図 17の復号ィ匕装置の伸張部 23として図 8における伸張部 23を使用してもよレ、。即ち、その場合は符号化装置において第 2実施形態で説明した 16ビットの整数値化を行うが、差分信号 Zは非ゼロとなり得る 2つの領域に分けず、図 7で説明したように、仮数部の下位 h=23_nビットの符号ィ匕を行う。従って複号化装置の伸張部 2 3においては、符号 Cbから hビットを復号化し、その上位に nビットの〃 0"を揷入して仮数部を生成する。前述の第 1実施形態では、差分信号 zの各サンプルの非ゼロとなり得る下位 h(=23-n)ビットを可逆圧縮符号ィ匕する例を示したが、差分信号 Zを例えば 1フレームごとにフレーム方向に抽出したビット列を可逆圧縮符号ィ匕してもよい。その符号化方法を図 18を参照して以下に説明する。

[0058] 図 18では 1フレームが 1024サンプルにより構成された場合を示し、また各サンプル i (i=0— 1023)に対応して入力信号サンプル Xの仮数部の n(=E-E )ビット整数部分の整

0

数値と、 h(=23- n)ビットの端数部分のビット列を示してある。第 1実施形態で図 7を参照して説明したように、差分信号 Zの各サンプルの仮数部 Mの整数部分に対応する上位 nビットは全て" 0〃であり、端数部分である下位 h=23-nビットが非ゼロとなり得るビットである。図 18の符号化方法では、差分信号の仮数部の下位 hビットのみを、それら hビットの最上位ビット MSBをそろえて配列し、その配列における各サンプノレの振幅方向の各ビット位置 jのビットをフレーム方向に順次抽出して得たビット列 Eを符号 j 化を行う。

[0059] サンプルによっては数部のビット長 h=23-nは異なるので、振幅方向における同一ビット位置 j(j=0— h -1; h はフレーム内のサンプルの最大端数部分ビット長）のフレ max max

ーム方向のスキャンにおいて、ビットが存在しないサンプルはスキップする。スキップするか否かの判定は、サンプル iの振幅方向のビット位置 jで、そのサンプルの端数部分ビット長 hと jを比較し、 h jであればそのビット位置のビットを抽出し、 h<jであればスキップして次のサンプル i+1を判定すればよい。

例えば MSB側力ら j=17のビット位置におけるフレーム方向のスキャンにおいて、端数部分のビット長 h=23-6=17のサンプル番号 i=0のサンプルは最下位にビットを有する力端数部分のビット長 23-8=15のサンプル番号 i=lのサンプルは MSB側から第 1 5番目以降 (j=14以降）にビットを持たないのでスキップされる。これら第 15番目の抽出されたビットを 1フレーム分まとめてビット列 E としてエントロピー符号化する。他の

16

ビット位置 jについても同様である。エントロピー符号化として算術符号ゃゴロム符号を行うと下位層化ができるので便利である。

[0060] 復号側にぉレ、ては、復号した各整数値信号サンプル Yの最上位の T'より下位のビット数 n力整数部分の桁数 nがわかるので、フレーム内の各差分信号 Zの仮数部における端数部分のビット長 h=23_nがわかる。従って、復号した各ビット列 Eに対し、フ

J レーム内のサンプノレ番号 iを順次走査してサンプル番号毎に振幅方向のビット位置 j を hと比較し、 j≤hならビット列 Ej中のビット値をビット位置 (i,j)に割り当てることで図 18 の仮数部における端数部分を再構成することができる。この再構成された各サンプルの端数部分に対し、その上位側にサンプノレに対応する nビットの" 0〃を揷入することで差分信号の 23ビットの仮数部 Mを再構成することができる。

[0061] 図 19は図 18の符号化方法を図 2の圧縮符号ィ匕部 17に適用した場合の機能構成を示す。差分生成部 14 (図 2参照）からの差分信号 Zの 1フレーム分 Z Z が入力

0 1023 されると共に、対応する整数部分桁数 n n が記憶部 17Bに記憶される。制御部 1

0 1023

7Cは各サンプル iの整数部分桁数 nに基づいて、入力差分信号 Zの仮数部の上位 n i l

ビットを除く h=23_nビットの端数部分をバッファ 17Aに取り込む。これにより図 18に示した仮数部における端数部分の配列が得られる。次に、制御部 17Cは振幅方向のビット位置 j(=0— h -1)においてフレーム方向にサンプルを走査し、 h ¾を満足するビ

max

ットを抽出してビット列 Eを得て、圧縮部 17Dに与える。バッファ 17A、記憶部 17B j 、制御部 17Cはビット列生成手段を構成している。圧縮部 17Dはビット列 Eを可逆圧縮

J

符号化して符号 Cbを出力する。

[0062] 図 20は図 19の圧縮符号化部 17に対応する図 7における差分信号復号化手段としての伸張部 23の機能構成を示す。受信された符号 Cbは復号ィ匕部 23Dで復号されてビット列 Eが得られる。一方、桁計算部 21A (図 7)からの整数桁数 nの 1フレーム分 n一 n が記憶部 23Bに記憶され、制御部 23Cはサンプノレ番号 iの順に対応する端

0 1023

数桁数 h =23-nから h≥jを満足するビット位置 (i, j)に対し、ビット列 Eから順に 1つず

1 i 1 j つビットを分配してバッファ 23A内に配列記憶することを繰り返すことにより、図 18の端数部分のビット配列が得られる。 1フレームについての全ビット列 E

」， j=0 h _1の max ビット配列が終了すると、制御部 23Cはバッファ 23A内の各サンプル iに対応した端数部分の上位側に nビットの "0 "を揷入して差分信号の仮数部を生成し、差分信号 Z として合成部 24 (図 7)に与える。ノッファ 23A、記憶部 23B、制御部 23Cは再構成手段を構成している。

[0063] 図 18の差分信号の仮数部の符号ィ匕においては、各ビット位置 jでフレーム方向にビットを集めてビット列 Eとし、符号ィ匕する場合を示したが、ビット位置の走查方法の他

J の例を以下に説明する。図 21ではサンプノレの振幅方向の予め決めた複数ビット幅に渡って、ビット位置 jの最後のサンプルのビットからビット位置 j+1の最初のサンプルのビット位置に続けて走査してビットを集め、複数のビット列 E , E ，…を生成している。

2 18

従って、得られるビット列 Eの数は端数部分の最大ビット数 h より少なくなる。このビ j max

ット走查においても、各サンプル iの hく jとなるビット位置はスキップする。このようなビット走查を行っても、各サンプル iの端数部分桁数は h=23-nからわかるので、復号側においてはビット列 Eのビットを前述と同様に分配してレ、くことにより端数部分のビット j

配列を再構成することができる。

[0064] 図 22は更に他のビット走査の例を示す。図 21ではビット位置 jのフレームの終わり力ビット位置 j+1のフレームの始めに連続させることを複数ビット幅繰り返して走査したのに対し、ここではその複数ビット幅を振幅方向に MSB側から走査し、各サンプル iのそのビット幅の終わりから次のサンプル i+1のビット幅の始めに続けて操作することをフレームの最後のサンプルまで繰り返す。この例においても、条件 h <jとなるビット位置はスキップされる。

図 23は図 18のビット走査における例外動作を説明するためのものである。切捨てによって整数部分がゼロになってしまう場合、即ち E-Eが負になる場合には指数部も

0

含めて全 32ビットを符号化して送る必要がある。そこで、図 23に示すように、サンプノレ i=3の整数部分がゼロであった場合 (従って _n=0)は、図 2の圧縮部 17においてこのサンプノレ i=3を仮数部のビット走査から除外して別途符号ィ匕する。

[0065] 入力信号サンプル Xが整数から変換された浮動小数点形式の信号サンプノレであつた場合の、元の整数の桁数と切り捨てた整数値の桁数が異なる場合、例えば図 9B， 10Bで説明したように、 24ビット整数をそのまま浮動小数点とした信号サンプルを入力とし、 16ビットの整数に切り捨てて符号化した場合、差分信号の仮数部の端数部分の桁のうち、上位 8桁は非ゼロとなり得る力それ以外はゼロとなる。このような入力信号サンプル Xを符号化する場合に、例えば図 13の手法を使えば、ビット列 E— E

0 7 は非ゼロとなり得る力それより下位のビット列 E— E は全て" (Tとなるので、効率的

8 21

な符号化が可能である。同様に、図 21、 22の手法を使っても効率的な符号化が可能なことは容易に理解される。 [0066] 例えばオーディを信号の加工などで必要に応じて行われるように、 24ビットの整数値信号サンプノレを 1.5倍してから浮動小数点形式の信号に変換し、 16ビットの整数に切り捨てて符号化する場合、 24ビット整数値信号サンプルを 1.5倍すれば少なくと小数点以下第 1位が非ゼロとなり得るビットになる。即ち、図 14Bに示すサンプル Xの仮数部 Mの小数点 P以下第 1位が非ゼロとなりえる。そのため、差分信号の仮数部 M

X D Z

の非ゼロとなり得る領域は下位側に 1ビット増加して 9ビットになるが、この場合でも、その 9ビットより下位側は全て" 0"となるので、図 18、 21、 22、 23の手法を使って効率的な符号化が可能となる。また、全てゼロでなくても非ゼロ（即ち' Τ')の頻度が桁ごとに偏る場合があるので、偏りに合わせて適応的に可逆符号ィ匕を適用することもできる

[0067] いずれの場合にも、差分信号の仮数部における端数部分の MSB側からの非ゼロとなり得る桁数がそろうので、効率的に圧縮符号ィ匕できる。

上述の図 18— 23の仮数部の符号ィ匕方法は図 2に基づく第 1実施形態に適用する例として説明したが、図 14A— 17で説明した 16ビット整数値に切り捨て処理を行う場合にも適用できる。その場合は、図 16の圧縮部 17を図 19のように構成し、図 17の伸張部 23を図 20の伸張部のように構成すればよい。

また、端数部分の桁数が同じになるようにサンプノレを並び替えてスキャンしてもよい。例えば桁数が 23となるサンプルだけを集め、次に桁数が 22となるサンプノレを集め、順次桁数が小さくなるサンプノレを集める。この並び替えの逆は追加情報がなくても一意に決まり、スキャンするサンプルの数の管理が容易になる。前述の第 4実施例ではフレーム毎に差分信号 Zの仮数部 Mの端数部分の MSBを同一位置にそろえて、サンプノレ列方向にビット列を抽出し、符号ィ匕する例を示した。第 5実施例では、非ゼロとなり得る端数部分の LSBを同一ビット位置にそろえて整数値のサンプル列とし、サンプル列方向の冗長性を除いて圧縮符号ィ匕を行うもので、図 2の符号ィ匕装置 100に適用した場合の符号ィ匕装置の構成例を図 24に示す。

[0068] 図 2と異なる点は圧縮符号ィ匕部 17の構成である。図 24に示すように、圧縮符号化部 17は、端数部分抽出部 17Eと、フレーム内平均部 17Fと、減算器 17Gと、符号化部 17D1、 17D2とから構成されている。差分生成部 14からの差分信号 Zは端数部分抽出部 17Eで各サンプノレの仮数部 Mから下位 h=23-nビットの端数部分を 1つの整数値サンプル Fとして抽出する。フレーム内平均部 17Fは各フレーム毎にフレーム内の抽出された整数値サンプルの平均値 F を計算し、符号化部 17D1で符号化して ave

符号歹 iJCblを出力する。平均値 F と各整数値サンプル Fとの差を誤差サンプル A F ave

として減算器 17Gで求め、その誤差サンプル A Fを符号ィ匕部 17D2で予測符号ィ匕を行い、予測誤差を可逆圧縮符号ィ匕して符号列 Cb2を出力する。予測パラメータは別途補助情報として送ってもよいし、符号ィ匕装置と復号ィ匕装置で共通に適応的に更新してもよい。

[0069] 図 25は図 24に対応する復号化装置の例を示す。この構成は、図 8の複号化装置における伸張部 23の構成を変更したものである。この実施形態では、伸張部 23は伸張部 23B， 23Cと、加算部 23Dと組立て部 23Aとから構成されている。伸張部 23B は、受信した符号列 Cblを伸張復号ィ匕してフレームごとの平均値 F を出力する。伸 ave

張部 23Cは受信した符号列 Cb2を伸張復号化して予測誤差を求め、更に予測復号化を経て誤差サンプル Δ Fを出力する。誤差サンプル Δ Fは平均値 F と加算部 23 ave

Dで加算され、整数値サンプル Fが得られる。組立て部 23Aはこの整数値サンプル F と、伸張部 21の桁数計算部 21A力の桁数 nとを使って差分信号 Zを組み立てる。得られた差分信号 Zと、整数値信号サンプル Yの浮動小数点形式信号サンプル Y'とから、図 8の場合と同様にして信号サンプル Xが合成される。

[0070] この第 4実施形態は第 3実施形態にも適用でき、その場合は、図 16及び 17における圧縮符号化部 17と伸張部 23をそれぞれ図 24及び 25における圧縮符号化部 17と伸張部 23で置き換えればよい。

コンピュータによる実施形熊

図 2、図 9、図 12、図 16、図 24に示した符号化装置 100は図 26に示すような、バス 68で互いに接続された RAM61 , CPU62,ハードディスク 63、 R〇M64、送受信部 65、入出力部 66、オーディオ ·ビデオ入出力部 67などを有するコンピュータ 600により機能させてもよい。

[0071] ROM64にはコンピュータの起動に関するプログラムが格納されており、ハードディスク 63にはコンピュータの動作システムプログラムが格納されている。この発明の符号化装置 100の機能構成を実行するプログラムは予め CD— ROM又は D VDなどの記録媒体 71から CD/DVDドライブ 66によりハードディスク 63に読み込んでおくか、通信回線を通して送受信部 65によりダウンロードしてハードディスク 63に読み込んでおく。

符号化する浮動小数点形式のディジタル信号サンプル Xの系列は例えばオーディォ-ビデオ入出力部 67により外部から取り込んで、バッファとして動作させるハードデイスク 63に一時記憶する。符号化を開始するには、符号化を実行するプログラムをハードディスク 63から RAM61に読み込んで、その実行プログラムを CPU62により実行する。符号化結果である符号 Ca， Cb (又は Z)， Cc等は送受信部 65により通信回線を通して送信してもよいし、 CD/DVDドライブ 66により CD又は DVDの記録媒体に記録保存してもよい。

図 8、図 11、図 13、図 17、図 26に示した復号化装置 200を図 24のコンピュータで実施する場合も同様に、復号化装置の機能構成を実行するプログラムをハードディスク 63に格納しておき、送受信部 65で通信回線から受信した符号 Ca， Cb (又は Z)， Ccに対し復号プログラムを実行する。復号結果は表示器 73及びスピーカ 74に再生出力する。

この発明は音楽信号のみならず、音声信号、画像信号などに対しても適用することができる。

Claims

請求の範囲 [1] (a)浮動小数点形式の第 1信号サンプノレを絶対値が小さくなるように切捨てを行つて整数形式の第 2信号サンプルに変換する過程と、 (b)上記整数形式の第 2信号サンプルを可逆圧縮して第 1符号列を生成して出力する過程と、 (c)上記整数形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の第 1信号サンプノレとの差分に対応する浮動小数点形式の差分信号を生成する過程と、 (d)上記浮動小数点形式の差分信号の、上記整数形式の第 2信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数により決まる非ゼロになり得るビット領域に対応する第 2符号歹 IJを生成して出力する過程、とを含む浮動小数点形式ディジタル信号可逆符号化方法。 [2] 請求項 1記載の符号化方法において、上記過程 (d)は、上記差分信号の、上記非ゼロになり得るビット領域を可逆圧縮して上記第 2符号列を生成する過程を含む。 [3] 請求項 2記載の符号化方法において、上記非ゼロになり得るビット領域は、上記第1信号サンプノレの仮数部における小数点以下の端数部分である。 [4] 請求項 2記載の符号化方法において、上記過程 (a)は、

(a-1)上記第 1信号サンプルの複数サンプノレ区間毎にその区間内の上記浮動小数点形式の第 1信号サンプルの指数部の最大値を検出する過程と、

(a-2)上記区間内の上記第 1信号サンプルの整数値に変換後の最大桁数が予め決めた値と成るように上記区間内の第 1信号サンプルの上記指数部の値をそれぞれ上記検出した最大値に基いて決めた調整値だけ調整する過程と、

(a-3)上記指数部が調整された浮動小数点形式の上記区間内の第 1信号サンプルを、上記整数形式に変換する過程と、

(a-4)上記調整値と対応した調整情報を符号化して補助符号を生成する過程、とを含み、上記過程 (d)は上記補助符号も出力する。

[5] 請求項 2記載の符号化方法において、上記整数形式の第 2信号サンプルのビット数 bは上記浮動小数点形式の第 1信号サンプノレの仮数部のビット数 b 以下であり、

I

上記第 2符号列の生成過程は、上記整数形式の第 2信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数に対応して決まる上記第 1信号サンプルの仮数部における非ゼロになり得る多数部分の領域を、上記仮数部のビット数 b と上記第 2信号サンプノレのビット数 bとの差のビット数の上位側ビット領域と、残りの下位側ビット領域とに分けてそれぞれ可逆圧縮し、それらの符号を上記第 2符号列として出力する過程を含む。

[6] 請求項 2記載の符号化方法において、上記過程 (d)は、フレーム毎にフレーム内の上記差分信号のサンプルの仮数部における非ゼロとなり得るビット領域である端数部分をそれらの最上位ビットをそろえて配置し、少なくともサンプル方向にビットを選択して複数のビット列を生成し、それぞれの上記ビット列を可逆圧縮して上記第 2符号列を生成する過程を含む。

[7] 請求項 1記載の符号化方法において、上記ステップ (c)は、フレーム毎にフレーム内の上記差分信号の端数部分を整数値サンプルとするサンプル列の平均値を求め、それぞれの整数値サンプノレの値から上記平均値を減算した信号に対し、サンプル方向に予測を行い、その予測誤差を可逆圧縮符号化するとともに、上記平均値を符号化して上記第 2符号列とする過程である。

[8] (a)第 1符号列を復号伸張して整数形式の第 1信号サンプルを生成する過程と、

(b)上記第 1信号サンプノレの最上位の 1より下位のビット数に応じて決まる非ゼロになり得る桁数に基いて、第 2符号列から浮動小数点形式の差分信号を生成する過程と、

(c)上記整数形式の第 1信号サンプルを浮動小数点形式の第 2信号サンプルに変換する過程と、

(d)上記浮動小数点形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の差分信号を合成して浮動小数点形式の第 3信号サンプルを生成する過程、

とを含む浮動小数点形式ディジタル信号復号化方法。

[9] 請求項 8記載の復号化方法において、上記差分信号を生成する過程 (b)は、上記第 2符号歹 IJを復号伸張して上記非ゼロになり得る桁の端数部分を生成し、上記端数部分を使って上記浮動小数点形式の差分信号を生成する過程である。

[10] 請求項 9記載の復号化方法において、補助符号を復号して調整情報を生成する過程と、上記整数形式の第 1信号サンプル又は上記合成信号に対し、上記調整情報により桁調整する過程とを含む。

[11] 請求項 9記載の復号方法において、上記第 2符号列は第 1符号系列と第 2符号系歹 IJとを含み、

上記差分信号の生成過程 (b)は、

(b-1)上記整数形式の第 1信号サンプルのビット数と上記浮動小数点形式の第 3信号サンプノレの仮数部のビット数との差のビット数の上位側ビット領域に上記第 1符号系列を復号伸張する過程と、

(b-2)上記第 2符号系列を下位側ビット領域に復号伸張する過程と、

(b-3)上記上位側ビット領域の下位側に上記下位側ビット領域を付加して仮数部の端数部分として上記差分信号を生成する過程、

とを含む。

[12] 請求項 9記載の復号化方法において、上記過程 (b)は、

(b-1)フレーム毎に上記第 2符号列を復号伸張して複数のビット列を得る過程と、 (b-2)フレーム内のサンプル方向におけるサンプル位置とサンプル内の振幅方向における位置で規定されるビット位置を少なくともサンプノレ方向に走査して各ビット位置が対応する上記整数形式の第 1信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数により決まる端数部分のビット長内にあるビット位置に各上記ビット列のビットを分配してフレーム内の差分信号の端数部分を再構成する過程と、

(b-3)各上記端数部分の上位側に上記対応する第 1信号サンプルの上記最上位の 1より下位のビット数だけゼロを挿入して各差分信号の仮数部を再構成することにより、上記差分信号を生成する過程、

とを含む。

[13] 請求項 8記載の復号化方法において、上記過程 (b)は、上記第 2符号列を伸張復号してフレームごとのサンプルの平均値とフレーム内の各サンプルに対応する予測誤差から平均値が除かれた信号を得る過程と、上記平均値と平均値が除かれた信号を加算して端数部分を生成する過程と、上記端数部分の上位側に、上記整数値の最上位の 1より下位のビット数だけ 0を揷入して差分信号の仮数部を生成する過程とを含む。

[14] 入力された浮動小数点形式の第 1信号サンプルを絶対値が小さくなるように切捨てを行って整数形式の第 2信号サンプルに変換する整数化部と、

上記整数形式の第 2信号サンプルが入力され、これを可逆圧縮して第 1符号列を生成する第 1圧縮部と、

上記整数形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の第 1信号サンプルとの差分に対応する浮動小数点形式の差分信号を生成する差分生成部と、

上記浮動小数点形式の差分信号の、上記整数形式の第 2信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数に応じて決まる非ゼロになり得るビット領域に対応する第 2符号列を生成して出力する第 2符号列生成手段、

とを含む浮動小数点形式ディジタル信号可逆符号化装置。

[15] 請求項 14に記載の符号化装置において、上記第 2符号列生成手段は、上記差分信号を可逆圧縮し、圧縮結果を上記第 2符号列として出力する第 2圧縮部を含む。

[16] 請求項 15記載の符号化装置において、

上記第 1ディジタル信号サンプノレの複数サンプル区間毎にその区間内の上記浮動小数点形式の第 1ディジタル信号サンプノレの指数部の最大値を検出し、上記区間内の上記第 1ディジタル信号サンプノレの整数値に変換後の最大桁数が予め決めた値となるように上記区間内の第 1ディジタル信号サンプルの上記指数部の値をそれぞれ上記検出した最大値に基いて決めた調整値だけ調整する桁調整部と、

上記調整値と対応した調整情報を符号化して補助符号を生成出力する補助符号化部、

とを含む。

[17] 請求項 15記載の符号ィ匕装置において、上記整数形式の第 2信号サンプルのビット数は上記浮動小数点形式の第 1信号サンプノレの仮数部のビット数 b 以下であり、

I

上記第 2圧縮部は、上記整数形式の第 2信号サンプルの最上位の 1より下位のビット数に対応して決まる上記第 1信号サンプルの仮数部における非ゼロになり得る端数部分の領域中の、上記仮数部のビット数 b と上記第 2信号サンプノレのビット数 bとの

I

差のビット数の上位側ビット領域を可逆圧縮符号化して第 1符号系列を生成する第 1 圧縮符号化部と、上記端数部分の上記上位側ビット領域の下位側のビット領域を可逆圧縮符号化して第 2符号系列を生成する第 2圧縮符号化部とを含み、それら第 1 及び第 2符号系列は上記第 2符号列として出力される。

[18] 請求項 15記載の符号ィ匕装置において、上記差分生成部は、フレーム毎にフレーム内の上記差分信号のサンプノレの仮数部における非ゼロとなり得るビット領域である端数部分をそれらの最上位ビットをそろえて配置し、少なくともサンプル方向にビットを選択して複数のビット列を生成するビット列生成主段を含み、上記第 2圧縮部は上記ビット列を可逆圧縮して上記第 2符号列を生成する。

[19] 請求項 15記載の符号ィ匕装置において、上記差分生成部は、フレーム毎にフレーム内の上記差分信号の端数部分を整数値サンプルとするサンプル列の平均値を求める平均値算出部と、それぞれの整数値サンプルと上記平均値との誤差を求める減算器と、上記誤差をサンプル方向に予測を行い、予測誤差を可逆圧縮符号化するとともに、上記平均値を符号化して上記第 2符号列とする符号化部とを含む。

[20] 第 1符号列が入力され、これを復号伸張して整数形式の第 1信号サンプルを生成する第 1伸張部と、

上記第 1信号サンプノレの最上位の 1より下位のビット数に応じて決まる非ゼロになり得る桁数に基いて、第 2符号列から浮動小数点形式の差分信号を生成する差分信号復号手段と、

上記整数形式の第 1信号サンプルが入力され、これを浮動小数点形式の第 2信号サンプノレに変換する浮動小数点化部と、

上記浮動小数点形式の第 2信号サンプルと上記浮動小数点形式の差分信号が入力され、これらを合成して浮動小数点形式の第 3信号サンプノレを生成する合成部とを有する浮動小数点形式ディジタル信号複号化装置。

[21] 請求項 20記載の復号化装置において、上記差分信号復号手段は、上記第 2符号歹 IJを復号伸張して上記非ゼロになり得る桁の端数部分を生成し、上記端数部分を使つて上記浮動小数点形式の差分信号を生成する手段である。

[22] 請求項 21記載の復号化装置において、補助符合を復号して調整情報を生成する補助復号部と、上記整数形式の第 1信号サンプル又は上記合成信号に対し、上記調整情報により桁調整する桁補正部とを含む。

[23] 請求項 20記載の復号化装置において、上記第 2符号列は第 1符号系列と第 2符号系列とを含み、

上記第 2伸張部は、上記整数形式の第 1信号サンプルのビット数と上記浮動小数点形式の第 3信号サンプルの仮数部のビット数との差のビット数の上位側ビット領域に上記第 2符号系列を復号伸張する第 3伸張部と、上記第 2符号系列を下位側ビット領域に復号伸張する第 4伸張部と、上記上位側ビット領域の下位側に上記下位側ビット領域を付加して仮数部の端数部分として上記差分信号を生成する合成部、とを含む。

[24] 請求項 20記載の復号ィ匕装置において、上記第 2伸張部は、フレーム毎に上記第 2 符号列を復号伸張復号して複数のビット列を得る複号化部と、フレーム内のサンプル方向におけるサンプル位置とサンプノレ内の振幅方向における位置で規定されるビット位置を少なくともサンプル方向に走査して各ビット位置が対応する上記整数形式の第 1信号サンプノレの最上位の 1より下位のビット数により決まる端数部分のビット長内にあるビット位置に各上記ビット列のビットを分配してフレーム内の差分信号の端数部分を再構成し、各上記端数部分の上位側に上記対応するサンプルの最上位の 1 より下位のビット数だけゼロを挿入して各差分信号の仮数部を再構成し、上記差分信号を生成する再構成手段とを含む。

[25] 請求項 20記載の復号化装置において、上記差分信号復号手段は、上記第 2符号列を伸張復号してフレームごとのサンプルの平均値とフレーム内の各サンプルに対応する誤差を得る伸張復号部と、上記平均値と各誤差を加算して端数部分を生成する加算部と、上記端数部分の上位側に、上記第 1サンプノレの最上位の 1より下位のビット数だけ 0を挿入して差分信号の仮数部を生成する手段とを含む。

[26] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載した浮動小数点形式ディジタル信号可逆符号ィ匕方法の各過程をコンピュータに実行させるための符号化プログラム。

[27] 請求項 8乃至 13のいずれかに記載した浮動小数点形式ディジタル信号複号化方法の各過程をコンピュータに実行させるための複号化プログラム。

[28] 請求項 26又は 27に記載したプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。