JPH0487422A - ビットレート圧縮装置 - 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、ディジタルデータのビットレートを圧縮する
ビットレート圧縮装置に関するものであ〔発明の概要〕 本発明は、複数のビット圧縮用予測フィルタの１つを入
力信号に応して選択して得られた出力を量子化するビッ
トレート圧縮装置において、ストレートＰＣＭのフィル
タが選択される時には、量子化ビット数を増やすように
したことにより、ビットレート圧縮ができると共に高域
でのダイナミックレンジを改善することができるビット
レート圧縮装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

従来のＰＣＭ（パルス符号化）されたディジタルオーデ
ィオデータを扱うものとして、例えばいわゆるＣＤ−１
，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡ等が存在する。これらＣＤ−１
，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡにおいては、例えば適応差分Ｐ
ＣＭ　（ＡＤＰＣＭ）等の適応予測符号化（ＡＰＣ）を
用いて、上記ＰＣＭディジタルオーディオデータのビッ
トレートが圧縮されている。

すなわち、このディジタルオーディオデータのＡＰＣを
用いたビットレート圧縮は、例えば第４図に示すような
構成のビットレート圧縮装置によりなされる。この第４
図に示す装置は、１サンプル１６ビソトのＰＣＭディジ
タルオーディオデータの例えば２８サンプル（例えば３
７．８　ｋＨｚサンプリングとして０．７４１ｍ５ｅｃ
）毎にブロック化されたデータが供給されており、上記
１６ビツトデータを例えば４ビツト又は８ピントに圧縮
処理して出力するようになっている。また、上記ＣＤｉ
、ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡのフォーマ・ントにおけるＡＰ
Ｃでは、それぞれ周波数特性の異なる０次の予測フィル
タ２．１次差分子測フィルタ３．２次差分子測フィルタ
４，５の４つの予測フィルタを用いるようになっており
、各予測フィルタ２．３．４゜５によって、上記人力Ｐ
ＣＭディジタルオーディオデータをフィルタ処理し、入
力信号（ＰＣＭディジタルオーディオデータ）の特性（
性質）に応じてこれら各フィルタの出力を選択するよう
にしている。

すなわち、この第４図に示す装置において、入力端子１
には、上記ブロンク毎の１６ピントのストレートＰＣＭ
ディジタルオーディオデータが供給されている。このデ
ィジタルオーディオデータは、上記各予測フィルタ２，
３．４．５に送られる。上記各予測フィルタ２．３，４
．５は、それぞれ２つの１サンプル遅延器２３，２４，
３３゜３４．４３，４４，５３．５４と、２つの乗算器
２５．２６，３５，３６．４５．４６，５５．５６と、
２つの加算器２１．２２　３１，３２，４１．４２，５
１．５２とで構成されてなるものである。ここで、予測
フィルタ２は乗算器２５．２６の乗算係数が共に０であ
り、したがって、該予測フィルタ２は０次（ストレート
）の予測フィルタとして動作するようになる。上記予測
フィルタ３では乗算器３５の乗算係数が−０，９３７５
とされ、乗算器３６の乗算係数がＯとされており、当該
予測フィルタ３は１次差分子測フィルタとして動作する
。上記予測フィルタ４は乗算器４５の乗算係数が−１，
７９６８７５とされ、乗算器４６の乗算係数が０．８１
２５とされており、２次差分子測フィルタとして動作す
る。予測フィルタ５は乗算器５５の乗算係数が−１，５
３１２５とされ、乗算器５６の乗算係数が０．８５９３
７５とされ、２次差分子測フィルタとして動作する。こ
れにより、各予測フィルタ２．３，４゜５のそれぞれの
周波数特性は、第５図に示すようになる。この第５図中
特性曲線ＳＰは上記０次の予測フィルタ２のフィルタ特
性を示し、図中特性曲線ＩＤは上記１次差分子測フィル
タ３の特性を、図中特性面！ａ２ＤＡは上記２次差分子
測フィルタ４の特性を、図中特性曲線２ＤＢは上記２次
差分子測フィルタ５のフィルタ特性を示している。した
がって、この第５図において、各周波数で予測ゲインす
なわち瞬時Ｓ／Ｎ量が最も大きい特性のフィルタを用い
ることで、高い圧縮効果を得ることができるようになる
。なお、これら各予測フィルタ２．３４．５での各周波
数特性は、上記ＣＤ−１，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡのフォ
ーマットで決められているものである。また、このＣＣ
Ｄ−１ＣＤＲＯＸＡのフォーマットでは、必ずしも上記
各予測フィルタ２．３．４．５の全てを用いなくてもよ
い。

これら各予測フィルタ２，３，４．５の出力は、切換選
択スインチロの各被選択端子６゜、６．．６Ａ６、に送
られる。この切換選択スイッチは、入力信号（ＰＣＭデ
ィジタルオーディオデータ）の特性に応じて切換選択が
行われるものであり、該切換選択スイッチ６で選ばれた
出力（予測フィルタの出力）が、後述するいわゆる浮動
小数点処理（ブロックフローティング処理或いはブロッ
クレンジング処理）部に送られる。ここで、上記切換選
択スイッチ６での切換選択は、上記入力信号の特性とし
て、例えば、各予測フィルタの出力プロツク内の例えば
最大絶対値（以下ピーク値と呼ぶ）或いはこのピーク値
に係数を乗算した値に基づいて行われるようになってい
る。

上記切換選択スイッチ６の出力が送られるブロックフロ
ーティング処理部（ブロックレンジング処理部）におけ
るレンジング処理では、上記ピ−り値が１６ビツトの２
の補数表現における正の最大値に最接近する利得を求め
、更に、レンジングアンプ（シフタ）８により同一ブロ
ック内の２８ワード（サンプル）を該求められた利得に
より増幅し、量子化器（局部量子化器）９で例えば４ピ
ント又は８ピントに丸めることにより行っている。

なお、この時、量子化の最に発生した丸め雑音（量子化
誤差）を、いわゆるノイズシェイパ１１を介して加算器
７に帰還することで、いわゆるノイズシェービングを行
っている。

すなわち、レンジングアンプ８から量子化器９に送られ
た１６ビツトのディジタルデータは、該量子化器９によ
って上位４ビツトと下位１２ビツト（又は上位８ピント
と下位８ピント）とに分けられ、上位４ビツト（又は上
位８ビツト）のみが取り出されるいわゆる丸め処理が施
された後、該量子化器９から出力端子】０を介して出力
されるようになっている。また、下位工２ビット（又は
下位８ピント）は、上記ノイズシェイパ１１に送られる
ようになっている。すなわち、８亥ノイズシエイパ１１
は、１サンプル遅延器１２．１３と、乗算器１４．１５
と、加算器１６とで構成される２次のフィルタであり、
このノイズシェイパ１１で上記量子化誤差（丸め誤差）
のスペクトラム分布を聴感上良好な形状となるように補
正して上記加算器７に帰還するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のビットレート圧縮装置において、各予測
フィルタ２．３．４．５は、上述した第５図に示すよう
に各周波数帯域毎に圧縮効果が異なり、例えば、差分処
理が有効な低、中周波数帯域では上記丸め処理の語長以
上のダイナミックレンジ（圧縮後のディジタルオーディ
オデータを再生した場合のダイナミックレンジ）が得ら
れるようになる。

ところが、例えば、信号のスペクトルが高域に集中する
（高調波を含む）一部の音源（例えばトライアングル５
バイオリン、虫の鳴き音等）のディジタルオーディオデ
ータが入力信号として供給された場合、第５図よりＯ次
子側フィルタ２によるストレート処理が有効な高域では
、上記丸め処理の語長により決まるダイナミックレンジ
しか得られなくなる。この時の再生音は、聴感上不自然
な印象を受けるようになることが避けられない。

特に、圧縮率の高い４ビツト圧縮の場合、高域でのダイ
ナミックレンジが２４ｄＢ　（１ビツトにつき６ｄＢと
して４Ｘ６＝２４）に制限されてしまうため、再生音が
聴感上不自然なものとなる。

一方、上記４ピント圧縮よりも圧縮率の低い８ビツト圧
縮であれば、高域では４８ｄＢ　（８Ｘ６−４８）以上
のダイナミックレンジが確保できるため、再生音は聴感
上問題ない。しかし、このように８ビツト圧縮のデータ
を、上記ＣＤ−１，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡ等のメディア
に記録するようにすると、該メディアへの記録時間が上
記４ビツト圧縮のデータを記録する場合に比べて１／２
となる欠点がある。

なお、上述のＡＰＣのようなデータ圧縮の他の手法とし
ては、例えばいわゆるＳＢＣ（帯域分割符号化）等の圧
縮方法も存在する。このＳＢＣでは、高圧縮率であるに
もかかわらず、高域信号の再現性が良好であるとされて
いる。また、現在のＳＢＣによる圧縮の手法においては
、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を多用する手法が各
種提案されており、この場合のＳＢＣによるデータ圧縮
は、例えばＤＳＰ　（ディジタルシグナルプロセッサ）
等のディジタル信号処理チップを用いて実現されている
。しかし、このディジタル信号処理チップを用いて上記
ＦＦＴ処理を伴うＳＢＣによるデータ圧縮を実行しよう
とすると、該多用されるＦＦＴ処理の演算に時間がかか
り、また、メモリ空間も多く必要となってしまう。

そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて擢案され
たものであり、ビットレート圧縮ができると共に、高域
でのダイナミンクレンジを改善することができるビット
レート圧縮装置を提供することを目的とするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のビットレート圧縮装置は、上述の目的を達成す
るために提案されたものであり、ストレートＰＣＭデー
タを出力するフィルタを含む複数の異なる周波数特性の
ビット圧縮用予測フィルタを有し、入力信号に応じて上
記複数のフィルタの１つを選択して浮動少数点処理を施
した後、量子化して出力するビットレート圧縮装置にお
いて、上記複数のフィルタの中から上記ストレートＰＣ
Ｍのフィルタが選択される時には、上記量子化ピント数
を増やすようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、ストレートＰＣＭデータを出力するフ
ィルタが選択された時に、量子化ビット数を増やすよう
にすることで、このストレートＰＣＭデータの再生信号
（高域）のダイナミックレンジが上がるようになる。

〔実施例］ 以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図に本発明実施例のビットレート圧縮装置のブロッ
ク図を示す。なお、この第１図において、前述の第４図
と同様の構成には同じ指示符号を付して説明を省略する
。

この第１図に示すビットレート圧縮装置は、ストレート
ＰＣＭデータを出力するフィルタ（前記０次子側フィル
タ・２）を含む複数の異なる周波数特性のビット圧縮用
予測フィルタである前記Ｏ次子側フィルタ２．１次差分
子測フィルタ３．２次差分子測フィルタ４．５を有し、
入力信号（ＰＣＭディジタルオーディオデータ）の特性
に応して上記複数の子測フィルタ２，３．４．５の１つ
を選択して浮動少数点処理（前記プロンクツローティン
グ処理酸いはブロックレンジング処理）を施した後、量
子化器（局部量子化器）９によって量子化して出力する
ビットレート圧縮装置において、上記複数の子測フィル
タ２，３，４．５の中から上記ストレートＰＣＭの予測
フィルタ２が選択される時には、適応切換選択処理回路
６０からの切換制御信号に基づいて、上記量子化器９で
の量子化ビット数を増やすようにしたものである。

すなわち、本実施例において、上記予測フィルタ２以外
の予測フィルタ３，４．５が選択された時には、上記量
子化器９での丸め処理によって得られる出力を前記上位
４ビツトとしているのに対し、上記ストレートＰＣＭの
予測フィルタ２が選択された時には、上記量子化器９で
の丸め処理によって得られる出力を前記上位８ビツトと
するように切り換えている。換言すれば、上記ストレー
）ＰＣＭの予測フィルタ２は、前述した第５図より高域
で選ばれるため、この高域において上記量子化器９のビ
ット数を上位８ビツトとすることで、再生信号の高域の
ダイナミックレンジが上がるようになる。

ここで、本実施例では、上記量子化器９でのビット数を
上記上位４ビツトと上位８ピントに切り換えるような可
変長符号化を行わせるために、以下のような構成を存し
ている。

すなわち、本実施例の装置は、各予測フィルタ２．３．
４．５の出力が供給され、これら各予測フィルタの出力
に基づいて上記量子化器９で可変長ビットの切換制御を
行わせると共に、入力信号の特性に応じた適応的な前記
切換選択スイッチ６の切換制御を行わせる切換制御信号
を出力する適応切換選択処理回路６０を有している。

この適応切換選択処理回路６０は、例えば、それぞれ２
８ワ一ド分（ｌブロック分）の各予測フィルタ２，３，
４．５の出力の書込／読出を行うメモリ６２，６３，６
４．６５と、各メモリ６２６３．６４．６５のからのデ
ータに基づいて上記切換制御信号を出力する比較選択回
路６６とを有してなるものである。上記比較選択回路６
６では、各メモリ６２．６３，６４．６５からの各予測
フィルタ２，３，４．５の出力ブロック内の例えば最大
絶対値（以下ピーク値と呼ぶ）或いはこのピーク価に係
数を乗算した値に基づいて、前述の第５図で示したよう
に入力信号（オーディオデータ）の各帯域毎に予測レン
ジすなわち瞬時Ｓ／Ｎ量の最も大きい特性のフィルタを
選択するようにしている。

したがって、当該適応切換選択処理回路６０からの上記
切換制御信号に応じて、上記切換選択スイッチ６が切換
制御されることで、当該切換選択スイッチ６からの出力
は、第２図中特性曲線Ｆで示すようなフィルタ特性でフ
ィルタ処理されて得られた出力となる。すなわち、この
第２図に示す特性曲線Ｆで示すフィルタ特性は、低域か
ら約２５ｋＨｚまでが上記２次差分子測フィルタ４の特
性曲線で、約２．５に七から約５．２ｋＨｚまでが、１
次差分子測フィルタ２の特性曲線で、約５．２ｋＨｚ以
上がストレートの０次予測フィルタ２の特性曲線となる
。なお、上記ＣＤ−１，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡのフォー
マットでは、必ずしも上記各予測フィルタ２，３．４．
５の全てを用いなくてもよいため、本実施例では、２次
差分子測フィルタ５の出力を用いないようにしている。

また、この時、上記量子化器９では、上記切換制御信号
に基づいて、高域で最も特性の良い０次予測フィルタ２
が選ばれた時に、前述の上位８ビツトを出力すること番
こなり、更に、中、低域での予測フィルタ３．４が選ば
れた時には、前述の上位４ビツトを出力することになる
。

なお、上記適応切換選択処理回路６０からの切換制御信
号すなわち上記各予測フィルタの選択情報と量子化器９
での可変長ビットを示す情報は、出力端子１９から出力
されるようにもなっており、これら情報によって後の復
号が行われるようになる。

第３関に、当該適応切換選択処理回路６０でのフィルタ
特性の選択処理（フィルタワード長の選択処理）及び、
量子化器９での可変長ビットの切換処理の具体的なアル
ゴリズムのフローチャートを示す。なお、この第３図で
は、上記２次差分子測フィルタ５の出力を用いない例に
ついて説明している。

すなわちこのフローチャートにおいて、ステップＳｌで
は、上記メモリ６２に記憶された０次予測フィルタ２の
出力ブロック内のピーク値（ストレートＰＣＭビーク）
と、上記メモリ６３に記憶された１次差分子測フィルタ
３の出力ブロック内のピーク値（１次差分ピーク）との
大小比較が行われ、１次差分ピークがストレートＰＣＭ
ビークよりも大きい（或いは大きいか又は等しい）か否
かの判断がなされる。ただし、この時のストレー）ＰＣ
Ｍビーク値には、エラー伝播を抑えるために例えば０．
６６の係数が乗算されている。上記ストレー）ＰＣＭビ
ークが小さい時（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２に進み、当
該適応選択処理回路６０からの切換制御信号に基づいて
、該ステップＳ２で上記量子化器９がレンジングアンプ
８（上記０次予測フィルタ２の出力）からの上位８ビツ
トを出力する丸め処理を行う。このステップＳ２が終了
したならば、スタートに戻って次のブロンクでの処理を
行う、また、上記ステップＳ１において１次差分ピーク
が小さい（Ｎｏ）場合、ステップＳ３で上記１次差分ピ
ークの値のみが取り出されてステップ゛Ｓ４に送られる
。ステップ°Ｓ４では、上記メモリ６４に記憶された２
次差分子測フィルタ４の出力プロツク内のビーク［（２
次差分ビーク）と、上記１次差分ピーク値との大小比較
がなされ、１次差分ピークが２次差分ピークよりも大き
いか否かの判断がなされる。ただし、この時の２次差分
ピーク値には、例えば１．５の係数が乗算されている。

上記２次差分ピークが小さい時（Ｙｅｓ）は、ステップ
Ｓ５に進み、当該適応切換選択処理回路６０からの切換
制御信号に基づいて、該ステップＳ５で上記量子化器９
が、レンジングアンプ８（上記２次差分子測フィルタ４
の出力）からの上位４ビツトを出力する丸め処理を行う
。

また、上記ステップＳ４において１次差分ピークが小さ
い（Ｎｏ）場合、ステップＳ６で上記量子化器９が、上
記１次差分子測フィルタ３からの上位４ビツトを出力す
る丸め処理を行う。これらステップＳ５．Ｓ６が終了し
たならば、スタートに戻って次のブロンクでの処理を行
う。

上述のようなことから、本実施例のビットレート圧縮装
置においては、上記複数の予測フィルタ２．３，４．５
について、上記ストレートＰＣＭの予測フィルタ２が選
択される時には、上記量子花器９での量子化ビット数を
８ビツトに増やすようにしたことにより、咳高域では４
８ｄＢ以上のダイナミックレンジが確保でき、例えば、
信号のスペクトルが高域に集中する（高調波を含む例え
ばトライアングル、バイオリンフ虫の鳴き音等）一部の
音源のディジタルオーディオデータが入力信号として供
給された場合であっても、再生音は聴感上問題ない。ま
た、例えば、殆どの音源の基本スペクトラムを構成する
低、中周波数帯域では、上記予測フィルタ３．４　（５
）を用いた４ビツトの高圧縮が実行されるため、メディ
アへの記録時間を改善することができる。更に、この低
、中域での予測フィルタ３．４　（５）による差分処理
は有効なものであるため、上記丸め処理の語長以上のダ
イナミックレンジ（圧縮後のディジタルオーディオデー
タを再生した場合のダイナミックレンジ）が得られるよ
うになる。また更に、本実施例は、従来（７）ＣＤ−１
，ＣＤ−ＲＯＭ　　ＸＡ等のフォーマットの範囲内で実
現可能であり、これらフォーマントを維持することがで
きる。なお、この従来のフォーマットのアルゴリズムの
進化に従って聴感上、測定上の特性を改善することもで
きるようになる。その他、本実施例ビットレート圧縮装
置は、前述のＳＢＣ（帯域分割符号化）等の手法と異な
り、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の処理手段を用いな
いので、限られたディジタル信号処理チップ（例えばＤ
ＳＰ等）の能力の範囲内で実行することができる。すな
わち、該ディジタル信号処理チップの処理パワーの低減
による低価格化も可能である。

〔発明の効果〕

本発明のビットレート圧縮装置においては、ストレート
ＰＣＭデータを出力するフィルタを含む複数の異なる周
波数特性のビット圧縮用予測フィルタを有し、入力信号
に応して複数のフィルタの１つを選択して浮動少数点処
理を施した後、量子化して出力するものにおいて、複数
のフィルタの中からストレートＰＣＭのフィルタが選択
される時には、量子化ビット数を増やすようにしたこと
により、ビットレートの圧縮率を高く維持できると共に
高域でのダイナミンクレンジを改善することが可能とな
る。更に、低、中域については圧縮率が高まっているた
めメディアへの記録時間の改善ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のビットレート圧縮装置の概略構
成を示すブロック図、第２図は本実施例装置におけるフ
ィルタの周波数特性を示す特性図、第３図はフローチャ
ート、第４図は従来のビットレート圧縮装置の概略構成
を示すブロック図、第５図は各予測フィルタの周波数特
性を示す特性図である。 ２．３．４．５・・・・予測フィルタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ストレートＰＣＭデータを出力するフィルタを含む複数
   の異なる周波数特性のビット圧縮用予測フィルタを有し
   、入力信号に応じて上記複数のフィルタの１つを選択し
   て浮動少数点処理を施した後、量子化して出力するビッ
   トレート圧縮装置において、 上記複数のフィルタの中から上記ストレートＰＣＭのフ
   ィルタが選択される時には、上記量子化ビット数を増や
   すようにしたことを特徴とするビットレート圧縮装置。