JPH0821863B2 - データ処理方法 - Google Patents

データ処理方法

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JPH0821863B2
JPH0821863B2 JP60077574A JP7757485A JPH0821863B2 JP H0821863 B2 JPH0821863 B2 JP H0821863B2 JP 60077574 A JP60077574 A JP 60077574A JP 7757485 A JP7757485 A JP 7757485A JP H0821863 B2 JPH0821863 B2 JP H0821863B2
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/40Conversion to or from variable length codes, e.g. Shannon-Fano code, Huffman code, Morse code
    • H03M7/42Conversion to or from variable length codes, e.g. Shannon-Fano code, Huffman code, Morse code using table look-up for the coding or decoding process, e.g. using read-only memory

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は情報データ系列の各データを処理する装
置、特にレベル出現確率特性に偏りのある情報データ系
列の各データを処理するデータ処理装置に関するもので
ある。
〔従来技術〕
通常の音声信号情報や画像信号情報において、音声信
号の時間軸上での相関や画像信号の空間上の相関を利用
して、それらの時間軸上での相関をとり、それらの信号
の変化分のみを記録あるいは伝送する符号化方式を用い
ると、これらの記録伝送容量はかなり縮小されることが
知られている。このような信号の相関を利用した符号化
方式のひとつとして、DPCM(差分パルス符号変調)があ
るが、データをDPCM化することによってそのレベル分布
は第11図に示すように非常に片寄ったものとなる。第11
図(a)に示すPCM(パルス符号変調)データを伝送す
るかわりに同図(b)のDPCM化されたデータを伝送する
と、第11図(b)から明らかなように0の周辺の信号が
多くなる。この様に信号をDPCM化することによってデー
タの量子化ビット数を減らすことができる。しかし、急
峻な信号変化を伝送するためには量子化ビット数を削減
出来ないため、伝送ビット長を短くすることはできな
い。第15図は急峻な信号変化を伝送した時のデータ分布
を示す図で第15図(a)はPCM化したデータ、第15図
(b)はDPCM化したデータのそれを夫々示す。即ち、DP
CM化するだけではダイナミックレンジの確保ができない
場合がある。この伝送ビット長の削減とダイナミックレ
ンジの確保という2つの要求を満す符号化方式として可
変長符号化方式がある。しかし、従来の可変長符号化方
式の一つとしてのハフマン符号を例にとると、次のよう
な問題点があった。第12図(a),(b)は可変長符号
化方式の問題を説明するための図で、第12図(a)は符
号化フォーマット、第12図(b)は誤り伝播の様子を示
す図である。
(イ)1ビットでも符号誤まりが存在することにより、
第12図のように誤ったデータビット数にて複号化される
ことにより誤まり伝搬が生ずる。
(ロ)1ワード語長が不定であるために、高効率の誤ま
り訂正を行う為のデータフレームを構成することが困難
であり、また、誤まり訂正を行うために1ワード語長を
単位ビット数の整数倍にしかとらないような符号化方式
においては、単位ビット数をもつ1ブロック内に最低1
ビットの接続ビットが必要となるため伝送ビット長が増
大してしまう。第13図はこの種の符号化方式を説明する
ための図で、第13図(a)は符号化フォーマット、第13
図(b)は伝送フォーマットを夫々示す。
〔目的〕
この発明は、前述のような問題点を解決するために、
誤まり伝搬の低減、伝送ビット長の削減を可能とするデ
ータ処理装置を提供することである。
〔実施例による説明〕
まず、この発明によるデータ処理の原理を第14図に基
づいて説明する。
いま全ダイナミックレンジをM個の量子化レベルで符
号化したディジタル信号系列が与えられ、この信号系列
を第14図のようにN個(n0〜n1,n1〜n2,…,nN-1〜nN
のレベル領域に分割し、各レベル領域に対応する信号の
出現確率P(n)を等しいものとする。すなわち、 である。
そして各レベル領域(ni-1,ni)を単位量子化レベル
に分割する。すなわち各レベル領域に於ける量子化レベ
ル数をmiとすると全量子化レベル数は 個に分割されるものとする。第14図から明らかなように
レベル領域1に比してレベル領域2は領域が拡がってい
る。そして、この発明の符号化方式は例えばこの第14図
のようなレベル出現確率特性をもった信号の伝送に適用
して有効なものである。そこで、領域iをm12i-1個に分
割したとする。すなわち、m2=2m1,m3=22m1,…mi=2
i-1m1となる。一方、領域iのレベルに信号が出現する
確率をPiとすると と表わすことができる。
ここで、N=8の場合は、(1)式より 、P1=P2=…=P8および全出現確率 から、 P1=P2=……=P8=1/8 ということになる。
符号化されたデータがレベル領域iに属しているとい
う情報を固定ビットで表わすとN=8のとき全領域を指
定するために必要なビット数NbはNb=3(23=8)とな
る。今、領域iにおける量子化レベル数を前述の如くmi
=2i-1m1と規定し、m1=1とすると、mi=2i-1となる。
即ち、領域iを詳細なレベルに分割し、その分割された
レベル領域内において符号化されたデータを単位量子化
レベルにまで指定するためのビット数はmbi=i−1と
なる。従って各領域内で単位量子化レベルを指定するの
に必要なビット数(i−1)はiに依存した値で可変で
ある。以上のことから、任意の単位量子化レベル(i,
j)を指定するのに必要なビット数は固定ビット数Nbと
可変ビット数mbiの和(Nb+mbi)となる。
各レベル領域での出現確率が同じであるとする考え方
で1つのデータのレベルを指定するのに必要な平均ビッ
ト数▲▼を求めると、 となり、次のように表わされる。
尚、上記表の可変長部の列の数字はビット数を表すも
のである。
ここで、レベル領域i=8に、レベル255を加え、レ
ベル255とレベル254とを同一の可変長符号語に変換した
場合、1ワード平均ビット長▲▼は となり、伝送ビット長については8ビット固定語長符号
化方式の81.4%に節減されたことになる。
また、レベル領域i=8に対して、レベル255を表わ
すためにビットを1個増し、可変部ビットを8とする
と、平均ビット長▲▼は となり、8ビット固定語長符号化方式の82.9%に伝送ビ
ット長が節減される。
例えば、前記のような伝送ビット長が8ビット固定語
長符号化方式の81.4%となる符号化を施した場合、各レ
ベルに対応する符号は次のようになる。
次に、この発明の一実施例である可変長符号化方式に
基づいて、65536レベル(固定語長符号化方式において1
6ビット)のダイナミックレンジを有するディジタル信
号系列の可変長符号化を行なう装置のブロック図を第1
図に示す。第1図において、1,2,3,4,12,13,14,15はそ
れぞれランダムアクセスメモリ(RAM)であり、5,16は
中央処理装置(CPU)であり、6,17はバッファである。
ただし、この実施例においては、固定語長部を4ビッ
ト、可変語長部を0〜15ビットとした。
16ビットで並列あるいは直列のデータは順次CPU5に取
込まれ、この発明の符号化方式に従って、4ビットの固
定語長部分と0〜15ビットの可変語長部分をもった可変
語長符号に変換される。こうして得られた可変語長符号
は、固定語長部分が1データブロック形成するのに必要
なワード数分RAM1,RAM2に時分割で書込まれ、可変語長
部分は固定語長部分により決定される語長分のメモリ領
域を確保したのちRAM1の固定語長部分に対応する可変語
長部分をRAM3へ、同様にRAM2の固定語長部分に対応する
可変語長部分をRAM4へ書込む。こうして1データブロッ
ク分のデータ取込中あるいはデータ取込終了後に、固定
語長部のブロックについては種々の誤り訂正方式やクロ
スインタリーブ等の誤まり防止策を適用することが可能
である。その後、これらのデータはスイッチ9,10,11を
介して一度バッファ6に取込まれて速度調節を受けた
後、4〜19ビットのシリアルデータとして記録送信され
る。ディジタル伝送路あるいはディジタル記録装置23よ
り受信・再生された4〜19ビットのシリアルデータは一
度バッファ17に取込まれて速度調節された後、ブロック
同期信号に基づいたCPU16の制御に従って、スイッチ20,
21,22を介してその固定語長部分を時分割でRAM12,RAM13
に書込み、RAM12の固定語長部分に対応した可変語長部
分をRAM14に、同様に、RAM13の固定語長部分に対応した
可変語長部分をRAM15に書込む。こうして1ブロック分
のデータ取込みが終了した後、4〜19ビットの可変長符
号は再生・送信の際に施こした誤まり訂正、クロスイン
タリーブ等の種々の誤まり防止策に対応した信号の復元
を行った後、16ビットの直列あるいは並列データに復調
される。
なお、ここで各スイッチング制御はブロック同期信号
に基づいたタイミングで行なう。
第2図は記録・送信を行うためのCPU5の構成の一例で
あり、その主な構成は、固定語長符号を固定語長部分と
可変語長部分をもつ可変語長符号に変換する可変長符号
化回路24と、各動作のタイミング制御やワード数カウン
トを行なうタイミングコントロール回路25と、可変長符
号化回路24より発生した可変長符号の固定語長部分によ
り決定される可変語長部分のアドレス指定とメモリ領域
設定をRAMコントロール回路27に命令するメモリ領域を
確保し、アドレスデータを発生する回路26と、RAMのア
ドレス・モード指定およびRAMスイッチングを行うRAMコ
ントロール回路27とによりなっている。ここで、固定語
長部分のメモリ・アドレス指定パターンにより固定語長
部分のデータをインタリーブする様にブロックを構成す
ることが可能となる。第4図はCPU5によるRAMへのデー
タ書込み及び復号化の動作を示すフローチャートの一
例、第5図はCPU5によりRAMからのデータの送出時の動
作を示すフローチャートの一例であり、採用する誤まり
防止方式に応じて誤まり防止に関する命令を挿入するこ
とが可能である。
第3図は再生・受信を行うためのCPU16の構成の一例
であり、その主な構成は可変長符号を固定語長符号に変
換する復号化回路と各動作のタイミング制御及びワード
数のカウントを行うタイミングコントロール回路31と、
可変語長部分のメモリ領域を確保しアドレスデータを発
生する回路32と、RAMコントロール回路33とよりなって
おり、記録・送信時に応じてデインタリーブ回路34か誤
まり訂正回路35が設定される。第6図は復号化回路にお
けるCPU16のRAMへのデータ書込みの動作を示すフローチ
ャートの一例、第7図は複号化回路におけるCPU16のRAM
からのデータ読出し動作を示すフローチャートの一例で
あり、記録・送信時に施した誤り防止対策に対応する誤
り検出と訂正命令を挿入しなければならない。
次に第8図を用いて、ブロックを単位とした時系列的
動作の一例を説明する。記録送信時においては入力信号
ブロックBiに対してリアルタイムで可変長符号化を行
い、変換したデータを順次書込んでいく。RAMに書込ま
れたデータが1ブロック分になったところで、RAMを切
換え、入力信号Bi+1を変換し、書込みする。Bi+1の変換
・書込みを行っている間にBiのデータはバッファに送ら
れて記録・送信を行うが、この間に誤まり防止用冗長符
号を加えることも勿論可能である。再生・受信時におい
ても、 (i)バッファからRAMへ、(ii)RAMから復号化を経て
出力へ、の2動作がRAMを切換えながら並列に行われる
ことになる。
なお、この動作例においては、変換信号のフォーマッ
トは第9図に示したようになるが、これはインタリーブ
を考慮した場合であり、もしインタリーブなしで充分に
誤まりの小さい記録・伝送系が使用可能でインタリーブ
が必要なければ第10図のようなフォーマットにしても支
障はない。
〔効果〕
以上説明したように、本発明によれば、m個の量子化
レベルを有する情報データ系列を入力する入力手段と
(mは整数)、前記m個の量子化レベルをn個(nはm
未満の整数)のグループに分割して、この分割された各
々のグループを表すための第1のデータコードを形成す
る第1のデータコード形成手段と、前記各グループ内に
おける量子化レベルを表すための第2のデータコードを
形成する第2のデータコード形成手段とを有し、データ
量を削減すべく、前記第2のデータコードは前記第1の
データコードとは異なる符号化方式により形成され、前
記入力手段により入力された情報データ系列の各データ
は前記第1のデータコードと前記第2のデータコードと
を用いて前記m個の量子化レベルまで表わし得るとい
う、階層的な符号化処理を行っている。
従って、第1のデータコードのみだけを用いても入力
された情報データをある程度まで復元できるので(階層
的な復元処理)、ダイナミックレンジが余り大きくでき
ない用途への対応を図ることが可能となる。
また、特に各データグループ内のレベルが近ければ第
1のデータコードについては安定に復元データが得られ
ることで第2のデータコード部分に誤りが生じても、あ
る程度有効な復元データを得ることができるという大変
優れた効果を有する。
また、従来とほぼ変わらない伝送ビット長で誤り伝播
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例としてのデータ処理装置全
体の具体的構成のブロック図、第2図は第1図の符号化
回路のCPUの構成の一例を示すブロック図、第3図は第
1図の復号化回路のCPUの構成を示すブロック図、第4
図は第3図の記録・送信時におけるCPUの動作例で、入
力信号がこの発明の方式に従って変換されて可変長符号
になり、RAMに書込まれるまでの過程をあらわすフロー
チャート、第5図は記録・送信時におけるCPUの動作例
で、可変長符号がRAMからバッファへ転送される過程の
動作を示すフロチャート、第6図,第7図は再生・受信
時のCPUの動作例を示すフローチャート、第8図は第4
図乃至第7図の各動作の時間的変化をあらわした図、第
9図は第4図乃至第7図のフローチャートに従って符号
化を行う場合の符号パターンの図、第10図はインタリー
ブが不必要な場合に実現できるパターンの図、第11図は
PCMとDPCMのレベル出現確率特性図、第12図は誤まり伝
搬の具体例を表わす図、第13図は接続ビットを用いた可
変長符号を表わす図、第14図はこの発明の一実施例の可
変長符号化方式の原理を説明する図、第15図は急峻な信
号変化を有する信号のPCM,DPCMにおける出現確率を表わ
す図である。 図において、1,2,3,4,12,13,14,15はRAM、5,16はCPU、
6,17はバッファ、7,8,9,10,11,18,19,20,21,22はスイッ
チング回路、23はディジタル伝送路またはディジタル記
録装置、24は符号化回路、25,31はタイミングコントロ
ール回路、26,32はアドレスメモリ領域制御回路、27,33
はRAMコントロール回路、28はインタリーブ回路、29は
誤まり用防止冗長符号付加回路、30は復号化回路、34は
デインタリーブ回路、35は誤まり検出訂正回路、Biは入
力信号を符号化する際のブロック単位、W1,W2…WNは各
入力信号の各ワード、S1,S2,…SNおよびV1,V2,…VNはそ
れぞれワードW1,W2,…WNを可変長符号化したときの固定
語長部分と可変語長部分である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−82419(JP,A) 特開 昭60−32437(JP,A) 特開 昭60−106228(JP,A) 特開 昭57−20796(JP,A) 特開 昭61−5622(JP,A) 特開 昭52−154301(JP,A) 特公 平2−50667(JP,B2) 特公 昭55−42546(JP,B2) 中田「音声情報処理の基礎」(昭56−11 −30)オーム社 P.12−14,43−46

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】m個の量子化レベルを有する情報データ系
    列を入力する入力手段と(mは整数)、 前記m個の量子化レベルをn個(nはm未満の整数)の
    グループに分割して、この分割された各々のグループを
    表すための第1のデータコードを形成する第1のデータ
    コード形成手段と、 前記各グループ内における量子化レベルを表すための第
    2のデータコードを形成する第2のデータコード形成手
    段とを有し、 データ量を削減すべく、前記第2のデータコードは前記
    第1のデータコードとは異なる符号化方式により形成さ
    れ、前記入力手段により入力された情報データ系列の各
    データは前記第1のデータコードと前記第2のデータコ
    ードとを用いて前記m個の量子化レベルまで表わし得る
    ことを特徴とするデータ処理装置。
JP60077574A 1985-04-13 1985-04-13 データ処理方法 Expired - Lifetime JPH0821863B2 (ja)

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