JPH0482419A - オーディオ信号符号化装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は高品位のオーディオ信号をディジタル化して記
録・再生したり、あるいはディジタル化して伝送する際
に使用する信号の冗長性を除去しデータ圧縮を実現する
オーディオ信号符号化装置に関するものである。

従来の技術 オーディオの分野においては、コンパクトディスクやデ
ィジタルオーディオテープレコーダ等に見られるように
、記録再生及び信号伝送のディジタル化は今や常識とな
り、さらに高音質化・長時間化が要求されている。この
ような要求は取り扱うべき情報の量を増大させるもので
あり、したがって冗長なデータを圧縮できる高能率なオ
ーディオ信号符号化装置は重要なものとなっている。こ
のようなオーディオ信号符号化装置においてその中心と
なるのはいわゆる情報源符号器であるが、このような情
報源符号器には、ハフマン符号、ジブ・レンベルの符号
、算術符号、連続長符号などに代表されるような情報損
失がなく従ってオーディオ信号に歪を発生させることの
ないものと、適応変換符号化法による離散余弦変換符号
器のような情報損失を伴いしたがってオーディオ信号に
歪の発生を伴うものの２種類が存在し、それぞれに長所
短所を備えていることは周知のとおりである。

一般にオーディオ信号を取り扱う場合には歪の発生を極
力少な（するため、上記の情報損失のない情報源符号器
、特にハフマン符号器が多用される。

例えば、公表特許公報昭６１−５００９９８には差分フ
ィルタを一般化したディジタル圧縮フィルタ回路とハフ
マン符号器の組み合わせによるオーディオ信号の符号化
装置が、また特開昭５７−２０７９６にはハフマン符号
器単体で構成された音声の符号化装置が開示されている
。

以下、図面を参照しながら上述したような従来のオーデ
ィオ信号符号化装置の一例について説明する。第７圀は
従来のオーディオ信号符号化装置の構成を示すものであ
って、７０はディジタル化オーディオ信号を入力する入
力回路、７１はハフマン符号器、７２は出力符号を構成
する為のバッファ回路及び出力符号構成回路である。

このように構成された従来のオーディオ信号符号化装置
についてその動作を説明する。まず、入力回路７０によ
って、例えば１６ビント並列のディジタル化オーデ、イ
オ信号が入力される。この信号はハフマン符号器７１に
入力され符号の出現頻度にしたがって冗長度を最小にす
るハフマン符号に圧縮変換される。得られたハフマン符
号は可変長の符号であるためそのままでは単位時間あた
りのデータ量が変動してしまうので一般的な記録再生系
や伝送系に出力するには不適当である。このためパフフ
ッ回路及び出力符号構成回路７２によって単位時間あた
りのデータ量を平均化したのち出力符号として出力する
こととなる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述したような従来のオーディオ信号符
号化装置においては、ディジタル化されたオーディオ信
号をそのままで符号化するため、現在のディジタルオー
ディオ機器の標準的な量子化ピント数である１標本あた
り１６ビットのディジタル化オーディオ信号やそれ以上
のピント数のディジタル化オーディオ信号を取り扱うに
は回路規模が大きくなり実用化が困難であるという大き
な課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、現在の標準である
１標本あたり１６ビットのディジタル化オーディオ信号
や、将来予想される１標本あたり２０ビット以上のディ
ジタル化オーディオ信号の圧縮符号化を少ない回路規模
で容易に実現できるオーディオ信号符号化装置を提供す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、第１の構成として
ｌ標本あたり例えば１６ビ・ントで構成されたディジタ
ル化オーディオ信号を上位・下位の２つのビット群に分
割する分割器と、分割された上位のビット群に対しての
み圧縮処理をほどこす情報損失のない情報源符号器と、
圧縮処理をほどこされない下位のビット群と圧縮処理を
ほどこされた上位のピント群とを組み合わせて出力符号
を構成するバッファ回路及び出力符号構成回路とを備え
るものであり、第２の構成として第１の構成に加えて分
割された下位のビット群に対して圧縮処理を施す情報損
失を伴う情報源符号器を備えるものであり、また第３の
構成として１標本あたり例えば１６ビットで構成された
ディジタル化オーディオ信号をピント毎に分割するビッ
ト分割器と、分割された各ビット直列信号に対して圧縮
処理をほどこす２元情報源符号器と、バッファ回路及び
出力符号構成回路を備えるものであり、第４の構成とし
て第３の構成に加えて２の補数表現から符号付き２進数
表現への符号変換回路を備えるものである。

作用 オーディオ信号符号化装置の回路の大部分は情報源符号
器によって占められるわけであるが、この情報源符号器
を、本発明の第１及び第２の構成においては、ディジタ
ル化オーディオ信号の上位のビット群あるいは下位のビ
ット群に対してのみ作用させることになるので、処理す
べき並列ビット幅を半減でき、したがってオーディオ信
号符号化装置の回路規模を大幅に小さくすることができ
る。

また、第３及び第４の構成においては、１ビット直列の
データのみを処理対象とする回路構成の極めて簡潔な２
元情報源符号器を使用するために、より小さな回路規模
でオーディオ信号符号化装置を実現できるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例のオーディオ信号符号化装置に
ついて図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるオーディオ信号
符号化装置の構成を示すブロック図である。また、第２
図は同しく本発明の第１の実施例におけるオーディオ信
号符号化装置で処理される信号のビット構成を示す模式
図である。第り図においてｌＯはディジタル化オーディ
オ信号を入力する入力回路、１１は入力回路１０に接続
された信号分割器、１２は信号分割器１１の一方の出力
に接続された情報損失のない情報源符号器、１３は信号
分割器１１の他方の出力と情報損失のない情報源符号器
１２とに接続されたバッファ回路及び出力符号構成回路
である。情報損失のない情報源符号器１２としてはハフ
マン符号器、ジブ・レンペルの符号器、算術符号器及び
これらの組み合わせ等が考えられるがここでは一例とし
てハフマン符号器を使用することとする。このように構
成された本発明の第１の実施例におけるオーディオ信号
符号化装置について、第１図及び第２図をもちいてその
動作を説明する。ここでは代表的な例として１６ビット
並列のディジタル化オーディオ信号を上位８ピントと下
位８ビットとに分割して処理することとする。第２図に
おいて２０は入力された１６ビット並列信号、２１は分
割された上位の８ビット信号、２２は同しく下位の８ビ
ット信号、２３はハフマン符号化された上位ビット信号
、２４は出力符号である。まず人力信号であるディジタ
ル化オーディオ信号は入力回路１０によって１６ピント
並列信号２０として入力される。

この１６ビノト並列信号２０は信号分割器１１に入力さ
れ上位８ビット信号２１と下位８ビット信号２２に分割
される。これらのうち上位８ビット信号２１は情報損失
のない情報源符号器１２すなわちハフマン符号器に人力
され出現頻度に応した可変長のハフマン符号化された上
位ビット信号２３に変換される。このハフマン符号化さ
れた上位ピント信号２３と信号分割器１１によって分割
された下位８ピント信号２２はバッファ回路及び出力符
号構成回路１３に入力され、単位時間あたりのデータ量
の平均化された出力符号２４が構成される。

出力符号２４に含まれる識別ビット２５はハフマン符号
部と下位８ビット部の区切りを識別するために必要とさ
れるものである。なお、冗長なビットである識別ピント
２５を各出力符号ごとに挿入することによるデータ圧縮
率の低下が問題になる場合には、出力符号を複数個組み
合わせてブロンク化した出力符号２６とじ、ハフマン符
号化された上位ビット信号を１つのグループにまとめ、
下位８ビット信号も同様にしてグループにまとめて両グ
ループの区切りとして識別ビット２５を挿入すればよい
。

さて、上記の実施例の構成をとった場合、１６ビ・２ト
並列のディジタル化オーディオ信号全体に対して処理を
施す従来のオーディオ信号符号化装置と比較してデータ
の圧縮率が低下することが懸念される。しかし、発明者
の実測によれば１６ビントで量子化された代表的な音楽
信号に対し、情報損失のない情報源符号化器による情報
圧縮の指標となるエントロピーを１６ピント全体及び上
位８ビットについて求めたところ、第１表に示すような
結果が得られた。このデータから理想的な情報損失のな
い情報源符号器を用いた従来のオーディオ信号符号化装
置を使用したとすると、１０．６／１６＝０．６６２５ 即ち、符号化前の約６６％にデータ圧縮できることにな
る。

一方、本発明の第１の実施例におけるオーディオ信号符
号化装置では、上記８ビット分のエントロピーに圧縮し
ない下位８ビットを加えればよいから、 （２，７＋８）／１６＝０．６６８７５即ち、約６７％
にデータ圧縮でき、従来のオーディオ信号符号化装置と
ほとんど差がないことがわかる。このように本実施例に
よれば、オーディオ信号符号化装置の回路の大部分を占
める情報損失のない情報源符号器を従来の１６ビット処
理から８ビット処理に半減させることができるので、極
めて簡潔な回路で従来と同等のデータ圧縮率を得ること
のできる優れたオーディオ信号符号化装置が実現できる
。

（以　下　余　白） 第　　１　　表 以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第３回は本発明の第２の実施例におけるオーディオ信号
符号化装置の構成を示すブロフク図である。本実施例は
若干の歪の発生を許容して圧縮率を向上させる構成であ
る。第３図において、３０は入力回路、３１は信号分割
器、３２は情報損失のない情報源符号器、３３はバッフ
ァ回路及び出力符号構成回路であって、これらは前記の
第１の実施例における入力回路１０．信号分割器１１情
報損失のない情報源符号器１２．バッファ回路及び出力
符号構成回路１３と同等のものである。

また、３４は情報損失を伴う情報源符号器である。

第３図の構成は第１図の構成とほぼ同じであるが、信号
分割器３１から出力された下位ビット信号を情報損失を
伴う情報源符号器３４例えば適応変換符号化法による離
散余弦変換符号器に入力し、その変換符号化出力をバッ
ファ回路及び出力符号構成回路３３に入力するような構
成としたものである。このような構成をとれば、前記第
１の実施例と同様に上位ビット信号は歪の発生すること
なく圧縮されると同時に、前記第１の実施例ではまった
く圧縮処理を施さなかった下位ビット信号を情報損失を
伴う情報源符号器３４に入力し、圧縮された下位ピント
信号としたのちバッファ回路及び出力符号構成回路３３
に入力して出力符号を構成することとなる。本実施例に
よれば、圧縮率の格段の向上が図れる反面、下位ピント
信号の圧縮処理の際に情報損失が発生するので歪の発生
が不可避である。しかしながら上位ピント信号には歪は
発生しないので全体としての歪の発生は軽微なものであ
る。

さて、次に本発明の第３の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第４図は本発明の第３の実施例におけるオーディオ信号
符号化装置の構成を示すブロック図である。本実施例で
は１ピント直列のデータのみを処理する２元情報源符号
器を用いた構成例を示す。

第４図において４０は入力回路、４１は入力回路に接続
されたビット分割器、４２はビット分割器の各々のビッ
ト出力に接続された２元情報源符号器群、４３はバッフ
ァ回路及び出力符号構成回路である。２元情報源符号器
としてはもっとも単純な連続長符号器や高圧縮率が実現
できるがやや複雑なジブ・レンペルの符号器等が使用で
きる。以上のように構成された本発明の第３の実施例に
ついてその動作を説明する。ここでも入力信号としては
１６ピント並列を想定し説明をおこなう。まず、入力信
号であるディジタル化オーディオ信号は１６ビット並列
信号として入力回路４０によって装置に入力される。こ
の１６ビット並列信号はビット分割器４１によって１６
系統の１ビット直列信号に分割されたのち、１６個の２
元情報源符号器から構成された２元情報源符号器群４２
に入力される。２元情報源符号器群４２から出力される
１６系統の圧縮された１ピント直列信号はそれぞれ単位
時間あたりのデータ量が異なるので、バッファ回路及び
出力符号構成回路４３に入力されて単位時間あたりのデ
ータ量の平均化を施したのち出力符号として構成して出
力することとなる。

本実施例によれば、１ビット直列のデータのみを処理対
象とする２元情報源符号器を使用するために回路構成の
極めて簡潔なオーディオ信号符号化装置を実現できるも
のである。

なお、第４図の構成においては１６個の２元情報源符号
器からなる２元情報源符号器群４２を用いることとした
が、第４図の構成の変形である第５図のような構成をと
れば２元情報源符号器１個で同等のオーディオ信号符号
化装置を実現できる。

第５図中、５０は入力回路、５１はピント分割器、５４
は１６個のバッファ回路からなるバッファ回路群、５５
は選択回路、５２は単一の２元情報源符号器、５３はバ
ッファ回路及び出力符号構成回路である。第５図の構成
においては複数個の２元情報源符号器を使用してピント
分割器からの出力を並列的に圧縮処理するかわりに、バ
ッファ回路群５４にビット分割器５１からのビット直列
信号をいったん蓄積し、選択回路５５を用いてこの蓄積
されたビット直列信号を順次読み出して単一の２元情報
源符号器５２に入力して圧縮処理を加え、バッファ回路
及び出力符号構成回路５３により出力符号が構成される
こととなる。

以下、本発明の第４の実施例について口面を参照しなが
ら説明する。

第６図は本発明の第４の実施例におけるオーディオ信号
符号化装置の構成を示すブロック図である０本実施例に
おいては前記第３の実施例に若干の回路を追加すること
によってデータ圧縮率の向上を図る構成とする。第６図
の中で、６０は入力回路、６４は入力回路に接続された
符号変換回路、６１はビット分割器、６２は２元情報源
符号器群、６３はバッファ回路及び出力符号構成回路で
ある。

これらのうち入力回路６０．ピント分割器６１２元情報
源符号器群６２、バッファ回路及び出力符号構成回路６
３は前記第３の実施例における入力回路４０、ビット分
割器４ｌ、２元情報源符号器群４２、バッファ回路及び
出力符号構成回路４３とまったく同等の回路であり、入
力回路６０とビット分割器６１の間に新たに符号変換回
路６４を挿入した構成となっている。一般にディジタル
化オーディオ信号のもっとも標準的な符号表現は２の補
数表現であり、現在広く使用されているコンパクトディ
スクやディジタルオーディオチーブレコーダ等も２の補
数表現をとっている。入力回路６０により入力されたこ
の２の補数表現の入力信号は符号変換回路６４に入力さ
れて正負の符号付き２進数表現に変換される。いくつか
の数について２の補数表現と符号付き２進数表現の対応
の一例を第２表として示す。このような変換を加えられ
たディジタル化オーディオ信号はビット分割器６１に入
力され前述の第３の実施例と同一の処理過程を経て出力
符号として出力される。本実施例のような変換を施すと
、特に上位側のビットにおいて１の出現頻度を著しく低
減することができ、例えば連続長符号器のような簡単な
構成の２元情報源符号器を用いた場合でも高い圧縮率が
達成できることとなる。

（以　下　余　白） 発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、現
在の標準である１標本あたり１６ビットのディジタル化
オーディオ信号や、将来予想される１標本あたり２０ビ
ットのディジタル化オーディオ信号の高能率な圧縮符号
化をおこなう優れたオーディオ信号符号化装置を小さい
回路規模で容易に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のオーディオ信号符号化
装置の構成を示すブロック図、第２図は本発明の第１の
実施例で処理される信号のビット構成を示す模式図、第
３図は本発明の第２の実施例のオーディオ信号符号化装
置の構成を示すブロック図、第４図は本発明の第３の実
施例のオーディオ信号符号化装置の構成を示すブロック
図、第５図は本発明の第３の実施例のオーディオ信号符
号化装置の第２の構成を示すブロック図、第６図は本発
明の第４の実施例のオーディオ信号符号化−ディオ信号
符号化装置の構成を示すブロック図である。 １０・・・・・・入力回路、１１・・・・・・信号分割
器、１２・・・・・・情報損失のない情報源符号器、１
３・・・・・・ハンファ回路及び出力符号構成回路、３
４・・・・・・情報損失を伴う情報源符号器、４０・・
・・・・入力回路、４１・・・・・・ビット分割器、４
２・・・・・・２元情報源符号器群、４３・・・・・・
ハソファ回路及び出力符号構成回路、６４・・・・・・
信号変換回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の周波数で標本化され所定のビット数Ｎで量
   子化されてディジタル信号に変換されたディジタル化オ
   ーディオ信号を入力する入力回路と、前記入力回路によ
   って入力された１標本あたりＮビットで構成される前記
   ディジタル化オーディオ信号を上位のｍビットと下位の
   Ｎ−ｍビットに分割する信号分割器と、前記信号分割器
   によって分割された前記ディジタル化オーディオ信号の
   上位ｍビットを入力とする情報損失のない情報源符号器
   と、前記情報損失のない情報源符号器の出力と前記信号
   分割器によって分割された前記ディジタル化オーディオ
   信号の下位Ｎ−ｍビットとを入力として出力符号を構成
   するバッファ回路及び出力符号構成回路とを備えてなる
   オーディオ信号符号化装置。
2. （２）信号分割器により分割されたディジタル化オーデ
   ィオ信号の下位Ｎ−ｍビットを入力とする情報損失を伴
   う情報源符号器を備え、前記情報損失を伴う情報源符号
   器の出力と前記情報損失のない情報源符号器の出力とを
   バッファ回路及び出力符号構成回路の入力とするように
   配した請求項１記載のオーディオ信号符号化装置。
3. （３）所定の周波数で標本化され所定のビット数Ｎで量
   子化されてディジタル信号に変換されたディジタル化オ
   ーディオ信号を入力する入力回路と、前記入力回路によ
   って入力された１標本あたりＮビットで構成される前記
   ディジタル化オーディオ信号を１ビット毎に分割し合計
   Ｎ個の系列のビット直列信号を得るビット分割器と、前
   記ビット分割器から出力される前記Ｎ個の系列のビット
   直列信号を入力とするＮ個の２元情報源符号器と、前記
   Ｎ個の２元情報源符号器の出力を入力として出力符号を
   構成するバッファ回路及び出力符号構成回路とを備えて
   なるオーディオ信号符号化装置。
4. （４）入力回路の出力を入力とする２の補数表現から正
   負を示す符号付き２進数表現への符号変換器を備え、前
   記符号変換器の出力を、ビット分割器の入力とするよう
   に配した請求項３記載のオーディオ信号符号化装置。