符号化装置
【課題】 本発明は、非常に小さい符号量で入力のデジタル信号を圧縮符号化する符号化装置に関する。特に、ハフマン符号などの可変長符号化手段を内蔵したオーディオコーデックを用いた機器において、符号化効率と符号量の制御を適切に行える符号化装置を提供する。
【解決手段】 各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置において、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段と、を備え、固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量はＭより小さくする。
【解決手段】 各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置において、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段と、を備え、固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量はＭより小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に小さい符号量で入力のデジタル信号を圧縮符号化する符号化装置に関する。特に、ハフマン符号などの可変長符号化手段を内蔵した符号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃ（空間的符号化）といわれる技術開発が行われている。これは、非常に少ない符号量でマルチチャネルの臨場感を圧縮・符号化することを目的としており、例えば、既にデジタルテレビの音声方式として広く用いられているマルチチャネルコーデックが、５．１ｃｈ当り５１２ｋｂｐｓや、３８４ｋｂｐｓという符号量を要するのに対し、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃでは、１２８ｋｂｐｓや、６４ｋｂｐｓ、さらに４８ｋｂｐｓといった非常に少ない符号量でマルチチャネル信号を圧縮・符号化することを目指している。例えば、目下ＭＰＥＧオーディオ規格化活動で議論が進められているＳｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃの技術では、５．１ｃｈの信号を２ｃｈあるいは、１ｃｈにダウンミックスした信号を所定の符号量で符号化し、残りの例えば３２ｋｂｐｓ程度の符号量で、ダウンミックスされた２ｃｈの信号を元の５．１ｃｈの信号に戻すための情報が圧縮符号化される。このような低い符号量で情報を圧縮符号化するためには、従来ハフマン符号などの可変長符号化技術が用いられる。従来、この技術を巧みに利用したオーディオ圧縮技術として、ＭＰＥＧ規格ＡＡＣ方式がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７：２００３ ”Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ −− Ｇｅｎｅｒｉｃ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ａｕｄｉｏ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ −− Ｐａｒｔ ７： Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ （ＡＡＣ）”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＡＡＣ方式で用いられている圧縮符号化方式には、下記のような課題がある。
ＡＡＣ方式では、色々な圧縮レートに対応する為に、複数のハフマンコードブックが用意されている。例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７のＴａｂｌｅＡ．１２ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１は、２８９値で量子化された値をハフマン符号化するためのハフマンコードブックである。また、ＴａｂｌｅＡ．８ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７は、６４値で量子化された値をハフマン符号化するためのハフマンコードブックである。すなわち、量子化精度を細かくしたい、言い換えると符号量が多くてよい場合は、前記Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１を用い、逆に符号量を少なくしたい場合は、前記Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７を用いる、というようなことでできるように、ＡＡＣ方式では工夫されている。このことを、図７を用いで、さらに説明する。
【０００４】
図７は、入力信号に対して、各処理単位ごとに、どのように符号量が変動するかを示した図である。横軸は時間であり、縦軸は１処理単位ごとの符号量である。
図７には、２本の波線が描かれているが、上側の波線は、ＡＡＣ方式で、入力信号を圧縮符号化した際の、各処理単位ごとの符号量の変動の一例を示している。また、その波線と概ね重なり合っている太い破線は、この符号化モードが対象としているターゲットの符号量を示している。
【０００５】
さて、原理的にハフマン符号は、入力信号に応じて圧縮符号化の符号量が変動するが、通常は、図７の区間Ａのように、各処理単位ごとの符号量は、ターゲットの符号量の近傍で変動する。しかしながらここで、不可避の課題として、ハフマン符号における符号長の長い符号ばかりを用いるような、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、区間Ｂのように、ターゲット符号量よりも大きい符号量の状態が続いてしまう。
【０００６】
このような場合、量子化精度を粗く符号化するようなハフマンコードブックを用いるように制御することによって、区間Ｃのように、ターゲット符号量よりも低い符号量の区間が続くように制御することができる。つまり、前記のハフマンコードブックの例でいえば、区間Ａ，区間Ｂは、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１を使っているような区間であり、区間ＣはＳｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７を使っているような区間である、ということになる。このようにして平均的な符号量をターゲット符号量にあわせることができる。
【０００７】
ところが、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃが対象とするような非常に少ない符号量をターゲットの符号量とするような場合、下記のような課題がある。図７に２本描かれている波線の中の下側の波線が、この課題を説明する波線である。この波線における区間Ｄと区間Ｅは、非常に少ない符号量を対象とするハフマンコードブックを用いて入力信号を圧縮符号化した際の各処理単位ごとの符号量の変動を示している。各処理単位の符号量は、通常は、区間Ｄに示すように、ターゲットの符号量の近傍で変動し、従って平均符号量としてターゲットの符号量を実現することができる。ところが、前述と同様の理由で、ハフマン符号における符号長の長い符号ばかりを用いるような、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、区間Ｅのように、ターゲット符号量よりも大きい符号量の状態が続いてしまう。このような場合、符号量をさらに低くするための別のハフマンコードブックを用いることが従来の解決手段であったが、この場合以下の理由で、それは困難である。
【０００８】
図７における区間Ｆ、区間Ｇは、区間Ｄ、区間Ｅで用いていたハフマンコードブックよりも更に低い符号量の為のフマンコードブックを用いている区間である。ここで区間Ｆは、この更に低い符号量の為のフマンコードブックを用いることによって、平均的に符号量が下がっている区間であるが、このハフマンコードブックを用いていても、区間Ｇのように、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、各処理単位ごとの符号量は高いところで推移する。しかもこの場合、元々のターゲット符号量がそもそも非常に低いので、上記、発生し得る好ましくない状態が続く場合、ターゲット符号量を超えてしまうことになる。
【０００９】
具体的にハフマンコードブックの例を示しながら、このことを更に説明する。図８は、３２値で量子化された信号をそれぞれの値の発生頻度に応じて可変長に符号化するためのハフマンコードブックの一例である。例えば、入力の信号が、−１から＋１までの変域をとる値としたとき、これを３２個レベルに分割した量子化閾値で量子化する、すなわち３２値で量子化し、それぞれの値が採り得る頻度の偏りに応じ、可変長の符号を割り当てる。すなわち、発生頻度の高い値には短い符号を与え、発生頻度の低い値には短い符号を与えている。図８はそのようにして構成されたハフマンコードブックの一例である。
【００１０】
同様に図９は、２２値での量子化用、同様に図１０は、１６値での量子化用、同様に図１１は、１１値での量子化用、である。
さて、図７の区間Ｄは、図８に示したハフマンコードブックを用いて、入力の信号を３２値で量子化し、ハフマン符号化によって、圧縮符号化している区間であるとする。可変長符号の性質上、符号量は各処理単位毎に変動するが、通常は、概ねターゲットの符号量の近傍で推移する。
【００１１】
ところが、入力の信号が、図８に示すハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を大きく超える区間が発生する。図７の区間Ｅがそういう場合を示している。
【００１２】
さて、そのような場合、入力の信号を３２値で量子化するのではなく、符号量削減のために、２２値で量子化するようにする。つまり、図９に示したハフマンコードブックで圧縮符号化する。そのようにすることで、平均的には符号量が下がるが（区間Ｆ）、図９から明らかなように、やはり依然として、ハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を超える区間が発生する。これが区間Ｇである。
【００１３】
そのような場合、さらに符号量削減のために、入力の信号を２２値で量子化するのではなく、１６値で量子化するようにしても、つまり、図１０に示したハフマンコードブックで圧縮符号化するようにしても、図１０から明らかなように、やはり依然として、ハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を超える。１１値の量子化にしても、図１１に示すように同様である。
【００１４】
このように、ターゲットの符号量が非常に低い場合は、ハフマン符号を用いている限りにおいて、好ましくない（期待しない）入力が続いた場合、平均符号量をターゲット符号量に制御することができない。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、通常の状態では、ハフマン符号を用いた高能率な圧縮を行い、ハフマン符号が、目的の符号量を達成しない場合、圧縮方法を切り替えて、必ず目的の符号量を達成できるようにすることができる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】
【００１６】
前記課題を解決するために、本願請求項１記載の符号化装置は、各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段とを備え、前記固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さいことを特徴とするものである。
【００１７】
本願請求項２記載の符号化装置は、請求項１記載の符号化装置において、各処理単位毎の平均の符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記固定長符号化手段とを切り替える制御手段を有し、前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とするものである。
【００１８】
本願請求項３記載の符号化装置は、各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である第１の固定長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が前記第１の固定長符号化手段より大きい第２の固定長符号化手段とを有し、前記可変長符号化手段は、Ａ（Ａは自然数。）値で量子化された値を、各値の発生頻度に応じて定められたハフマン符号によって符号化する符号化手段であり、前記第１の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さく、前記第２の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は、Ａ値で量子化された値を固定長符号で符号化する手段を含んでいることを特徴とするものである。
【００１９】
本願請求項４記載の符号化装置は、請求項３記載の符号化装置において、各処理単位毎の平均符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記第１の固定長符号化手段と前記第２の固定長符号化手段とを切り替える制御手段をさらに有し、前記制御手段は、過去のＮ処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記第１の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御し、かつ、各処理単位毎に、前記可変長符号化手段で符号化した際の符号量が前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化した際の符号量より大きい時は、当該処理単位は、前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、可変長符号化手段における符号量が、一定量以上ターゲットの符号量より大きくなった場合に限り、固定長符号化手段（量子化精度は可変長符号化手段より劣る）を用いるようにするので、固定長符号化による量子化精度の劣化を少なく留めることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい第１の固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。また、量子化精度が可変長符号化手段と同じである第２の固定長符号化手段を有しているので、可変長符号化手段による符号化効率が悪い場合は、量子化精度を落とさずに符号化効率をあげることができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい第１の固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。また、量子化精度が可変長符号化手段と同じである第２の固定長符号化手段を有しているので、可変長符号化手段による符号化効率が悪い場合は、量子化精度を落とさずに符号化効率をあげることができる。しかも、符号量が、一定量以上ターゲットの符号量より大きくなった場合に限り、第１の固定長符号化手段（量子化精度は可変長符号化手段より劣る）を用いるようにするので、固定長符号化による量子化精度の劣化を少なく留めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１における符号化装置について図面を参照しながら説明する。本実施の形態１における符号化装置は各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置である。具体的な値の一例として、変域が−１から＋１までの信号２０個を１処理単位の入力信号とし、１処理単位ごとの入力に対し、平均で６４ビット（信号１つあたり３．２ビット）で符号化する符号化装置でとする。勿論この値は、説明を分かりやすくするための単なる例にすぎず、他の値であっても本願の趣旨を損ねないことは言うまでもない。
【００２５】
図１は本実施の形態１における符号化装置の構成を示す図である。図１において、可変長符号化手段１００は、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる。
固定長符号化手段１０１は、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である。
【００２６】
制御手段１０２は、複数の処理単位を符号化したときの１処理単位あたりの平均の符号量が６４ビット以下となるように、可変長符号化手段１００と固定長符号化手段１０１とを切り替える。
【００２７】
多重化手段１０３は、制御手段１０２によって選択された方の符号化手段で符号化された符号化信号と、どちらの符号化手段で符号化されたかを示す識別子とを多重化する。
符号量伝達経路１０４は、可変長符号化手段１００で１処理単位あたりの入力信号を符号化した際の符号量を制御手段１０２に伝達する経路である。
【００２８】
可変長符号伝送経路１０５は、可変長符号化手段１００で符号化された符号化信号を多重化手段１０３に伝送する経路である。
固定長符号伝送経路１０６は、固定長符号化手段１０１で符号化された符号化信号を多重化手段１０３に伝送する経路である。
【００２９】
選択識別子伝達経路１０７は、制御手段１０２が、可変長符号化手段１００と固定長符号化手段１０１のどちらを選択したかを示す経路である。
以上のように構成された符号化装置の動作について以下説明する。
【００３０】
まず、先にも述べたように、本実施の形態１では、１処理単位の入力信号は、変域が−１から＋１までの信号を２０個まとめたものであるとする。このような１処理単位の入力信号は、制御手段１０２による選択にしたがって、可変長符号化手段１００か固定長符号化手段１０１かによって符号化されるが、最初の時点では、制御手段１０２は、可変長符号化手段１００を選択しているのもとする。そこで、可変長符号化手段１００において１処理単位の入力信号が符号化される。ここで該１処理単位の入力信号のそれぞれ１つ１つの信号は、図３に示したハフマンコードブックによって、量子化され符号化される。すなわち、−１から＋１までの変域をとるそれぞれの信号は、図３の左の列に示された量子化閾値を比較され、いずれの閾値内に入るかが検出され、その閾値ごとに割り当てられた量子化値（中央の列）に対応するハフマン符号（右の列）によって符号化される。例えば、入力値が、＋０．１２であれば、量子化値「８」のところであるので、ハフマン符号００として符号化される。この場合符号量は２ビットということになる。このようにして、２０個の入力の値が、ハフマン符号化され、符号量が算出される。このようにして符号化された信号は、可変長符号伝送経路１０５によって多重化手段１０３に送られ、さらに、現時点で選択されている符号化手段を識別する識別子は、制御手段１０２から選択識別子伝達経路１０７によって多重化手段１０３に送られる。多重化手段１０３では、そのようにして送られてきた符号化信号と、選択識別子とを多重化し出力の符号化信号を生成する。
【００３１】
一方、可変長符号化手段１００で算出された符号量は、符号量伝達経路１０４によって、制御装置１０２に伝達される。
このような処理を１処理単位ごとの入力信号に対して行うが、制御手段１０２がどのようにしていずれの符号化手段を選択するかを以下説明する。
【００３２】
図２は、１処理単位ごとの入力信号に対する符号量の遷移を示したものである。図２の横軸は時間方向であり、縦軸は各入力の処理単位ごとの符号量を示している。図の中に曲線が示されているが、それが１処理単位ごとの符号量の遷移を示しており、その遷移に概ね沿うように示されている点線が、ターゲットの符号量を示しているものとする。
【００３３】
さて、処理の開始時刻近辺（区間１）では、平均的に、符号量が、ターゲットの符号量に沿っているので、制御手段１０２は、可変長符号化手段１００によって符号化するように制御する。ここで制御手段１０２は、符号量がターゲットの符号量に沿っているかどうかを判断するが、それは、逐次、制御手段１０２が、各処理単位ごとの符号量を取得しているので、容易に判断できる。例えば、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位間の符号量の総和をもとめ、それをターゲットとする符号量の総和と比較し、その差が、予め定められている所定の閾値より大きいか、小さいかによって、概ね平均の符号量がターゲットの符号量に沿っているか否かが判断できる。
【００３４】
もし、ここで、区間２のような状況に陥った場合、すなわち、各処理単位内の含まれている信号の値が、−１や＋１の近傍であるケースが多くなったような場合、ハフマン符号長の長い信号が多く発生するので、ターゲットの符号量をこえることになり、しかもそういう期間が長く続くと、区間２のように、平均の符号量がターゲットの符号量からかけ離れていく。このような事態を制御手段１０２が検出したら、制御手段１０２は、固定長符号化手段１０１を選択するように制御する。
【００３５】
固定長符号化手段１０１は、図４に示すように、入力の−１から＋１までの変域をとる信号を、８値の量子化値に量子化し、その量子化値を３ビットの固定長で符号化する。この場合、１つ１つの量子化値が必ず３ビットで量子化されるので、１処理単位ごとには、３ビットＸ２０個で、６０ビットで符号化されることになる。本実施の形態では、ターゲットの符号量を６４ビットとしているので、このように固定長符号化手段１０１を暫くの間使っていれば、必ず平均ビットレートをターゲットビットレートのところまで戻すことができる。
【００３６】
このようにして固定長符号化手段１０１で符号化された符号化信号は、固定長符号伝達経路１０６を経由して、多重化手段１０３に送られる。さらに、選択されている符号化手段を識別する識別子も、制御手段１０２から選択識別子伝達経路１０７によって多重化手段１０３に送られる。多重化手段１０３では、そのようにして送られてきた符号化信号と、選択識別子とを多重化し出力の符号化信号を生成する。
ここで、固定長符号化手段１０１が用いられているときは、１処理単位当りの符号量が固定であるので、可変長符号化手段１００から発信される符号量にあたる信号を、固定長符号化手段１０１からは発信する必要はない。
【００３７】
このような区間３を経過した後、平均の符号量がターゲットの符号量に戻った場合、制御手段１０２は、再び可変長符号化手段１００を用いるように制御する。
上記のように処理することによって、通常想定される入力信号の場合は（言い換えると、短いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、可変長符号化手段を用いて、１６値で精度よく量子化でき、しかも符号化効率もよくできる。さらに、通常想定されないような入力信号が長く続いた場合は（言い換えると、長いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、量子化の精度は悪くなるが（本実施の形態では８値になるが、）必ず、符号量が多くなりすぎた状態をもとの状態、すなわち、ターゲットの符号量の状態に戻すことができることなる。
【００３８】
勿論、本実施の形態で用いた値は、説明の簡単化のために用いた値であって，実質的には、それぞれのアプリケーションに応じて適切な値を設定することになることはいうまでもない。
【００３９】
また、本実施の形態では、可変長符号化手段は、１つのハフマンコードブックによって可変長符号化していたが、複数のハフマンコードブックを適応的に切り替えるようなものであってもよい。つまり、本発明では、可変長符号化手段の実施の仕方については何も限定するものではなく、当該可変長符号化手段において、大きな符号量が発生し、ターゲットの符号量を上回った場合、ターゲットの符号量より符号量が少ないことが予め確定している固定長符号化手段を用いて、平均の符号量をターゲットの符号量にもどすことが、本願発明の趣旨である。
【００４０】
さて、上記の実施の形態において、更に第２の固定長符号化手段を設けることによって、符号化の効率を高めることができる。以下この発明について説明する。
図５は、第２の固定長符号化手段を設けた実施の形態を示す図である。図５の構成要素において、５００から５０７までのものは、図１における１００から１０７までのものと同じである。図１の構成と異なるのは、第２の固定長符号化手段５０８を設けた点と、第２の固定長符号化手段５０８で符号化した符号化信号を多重化手段５０３に伝送する第２の固定長符号伝送経路５０９を設けた点である。
【００４１】
さて、第２の固定長符号化手段５０８は、図６に示すテーブルに沿って、１処理単位ごとの入力信号を量子化し符号化する。すなわち、入力の−１から＋１までの変域をとる信号を、１６値の量子化値に量子化し、その量子化値を４ビットの固定長で符号化する。この場合、１つ１つの量子化値が必ず４ビットで量子化されるので、１処理単位ごとには、４ビットＸ２０個で、８０ビットで符号化されることになる。以下、どのような場合この第２の固定長符号化手段５０８を用いるかを説明する。
【００４２】
本実施の形態では、可変長符号化手段は、図３に示したテーブルに沿って、入力の信号をハフマン符号化した。このテーブルは、本実施の形態における入力の信号が、±０近傍である頻度が高いという性質を活かして、±０近傍の信号に対し短い符号を割り当て、そうでない信号に対して長い符号を割り当てているので、入力の信号が、±０近傍である場合、符号長は短くなるが、そうでない場合はむしろ、ハフマン符号を用いない場合の方が符号量が小さくなる。ハフマン符号を用いる方が有利か用いない方が有利かの境目は、図３に示したテーブルに沿ったハフマン符号化によって、１処理単位あたりの符号量が（２０個の信号値に対するハフマン符号長の総和が）、８０ビットを超えるか超えないか、というところにある。なぜならば、図３に示したテーブルは、入力の信号を１６値に量子化しそのそれぞれの量子化値に対してハフマン符号を割り当てている。一方１６値の信号は、図６に示すように４ビットで符号化できるので、２０個の信号値は８０ビットで必ず符号化できることになる。したがって、１処理単位ごとのハフマン符号による符号量が、８０ビットを超えた場合、ハフマン符号を用いるメリットはないので、第２の固定長符号化手段を用いる。
【００４３】
整理すると、以下のようである。
（１）各処理単位ごとに、可変長符号化手段５００での符号量をもとめ、その符号量が８０ビットを超えていたら、第２の固定長符号化手段５０８を用いる。
【００４４】
（２）過去のいくつかの処理単位における平均的な符号量が、ターゲットの符号量に対して一定以上超えていたら、固定長符号化手段５０１を用いる。
【００４５】
（３） 過去のいくつかの処理単位における平均的な符号量が、ターゲットの符号量に対して一定以上超えていなかったら、基本的に可変長符号化手段５００を用いるが、（１）のケースでは、第２の固定長符号化手段５０８を用いる。
【００４６】
このとき、どの符号化手段が用いられたかを示す識別子も、生成される符号化信号に多重化されることは言うまでもない。この情報がないと復号化処理で、どのような復号処理をするか判定できない為である。
【００４７】
さて、ここで、図６に示した第２の固定長符号化手段では、量子化のレベルが１６値であったので、各１つ１つの信号に対して４ビットで符号化したが、量子化のレベルが１１値や、２２値、あるいは、５値や３値であった場合、必ずしも１つ１つの信号に対して符号化する必要はなく、Ｌ個まとめて符号化することによって符号化効率を高めてもよい。例えば、１１値の信号は、２個まとめると１２１値の信号になるので、これを７ビットで符号化すれば、１個当り３．５ビットということになる。或いは、２２値の信号は、２個まとめると４８４値の信号になるので、これを９ビットで符号化すれば、１個当り４．５ビットということになる。或いは、５値の信号は、３個まとめると１２５値の信号になるので、これを７ビットで符号化すれば、１個当り２．３３３ビットということになる。或いは、３値の信号は、３個まとめると２７値の信号になるので、これを５ビットで符号化すれば、１個当り１．６６６ビットということになる。
【００４８】
要するに本願の趣旨は、可変長符号化手段がＡ（Ａは自然数。）値の量子化レベルを扱うものであるとき、当該Ａ値の信号を固定長符号化する第２の固定長符号化手段を備えるというのであって、固定長符号化の方法はどのようなものであってもよい。
【００４９】
以上のような構成によって、通常想定される入力信号の場合は（言い換えると、短いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、可変長符号化を用いて、１６値で精度よく量子化でき、しかも符号化効率もよくできる。さらに、通常想定されないような入力信号が長く続いた場合は（言い換えると、長いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、量子化の精度は悪くなるが（本実施の形態では８値になるが、）必ず、符号量が多くなりすぎた状態をもとの状態、すなわち、ターゲットの符号量の状態に戻すことができる。さらに、１処理単位ごとに見たとき、ハフマン符号がむしろ効率的でないとき、当該ハフマン符号が提供する量子化精度（本実施の形態では１６値）と同じ量子化精度の第２の固定長符号化手段で符号化効率を高めることができることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかる符号化装置は、非常に小さい符号量で入力のデジタル信号を圧縮符号化する符号化装置に関する。特に、ハフマン符号などの可変長符号化手段を内蔵したオーディオコーデックを用いた機器において、符号化効率と符号量の制御を適切に行えるので、音楽放送サービスや音楽配信サービス、及びその受信機器、音楽の蓄積機器などに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施の形態１における符号化装置の構成を示す図である。
【図２】符号量の遷移を示す図である。
【図３】可変長符号化手段におけるハフマンコードブックを示す図である。
【図４】固定長符号化手段における符号化テーブルを示す図である。
【図５】本実施の形態１における更に改良した符号化装置の構成を示す図である。
【図６】第２の固定長符号化手段における符号化テーブルを示す図である。
【図７】従来の技術で課題が生じるケースの符号量の遷移を示す図である。
【図８】３２値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図９】２２値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図１０】１６値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図１１】１１値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００、５００ 可変長符号化手段
１０１、５０１ 固定長符号化手段
１０２、５０２ 制御手段
１０３、５０３ 多重化手段
１０４、５０４ 符号量伝達経路
１０５、５０５ 可変長符号伝送経路
１０６、５０６ 固定長符号伝送経路
１０７、５０７ 選択識別子伝達経路
５０８ 第２の固定長符号化手段
５０９ 第２の固定長符号伝送経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に小さい符号量で入力のデジタル信号を圧縮符号化する符号化装置に関する。特に、ハフマン符号などの可変長符号化手段を内蔵した符号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃ（空間的符号化）といわれる技術開発が行われている。これは、非常に少ない符号量でマルチチャネルの臨場感を圧縮・符号化することを目的としており、例えば、既にデジタルテレビの音声方式として広く用いられているマルチチャネルコーデックが、５．１ｃｈ当り５１２ｋｂｐｓや、３８４ｋｂｐｓという符号量を要するのに対し、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃでは、１２８ｋｂｐｓや、６４ｋｂｐｓ、さらに４８ｋｂｐｓといった非常に少ない符号量でマルチチャネル信号を圧縮・符号化することを目指している。例えば、目下ＭＰＥＧオーディオ規格化活動で議論が進められているＳｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃの技術では、５．１ｃｈの信号を２ｃｈあるいは、１ｃｈにダウンミックスした信号を所定の符号量で符号化し、残りの例えば３２ｋｂｐｓ程度の符号量で、ダウンミックスされた２ｃｈの信号を元の５．１ｃｈの信号に戻すための情報が圧縮符号化される。このような低い符号量で情報を圧縮符号化するためには、従来ハフマン符号などの可変長符号化技術が用いられる。従来、この技術を巧みに利用したオーディオ圧縮技術として、ＭＰＥＧ規格ＡＡＣ方式がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７：２００３ ”Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ −− Ｇｅｎｅｒｉｃ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ａｕｄｉｏ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ −− Ｐａｒｔ ７： Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ （ＡＡＣ）”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＡＡＣ方式で用いられている圧縮符号化方式には、下記のような課題がある。
ＡＡＣ方式では、色々な圧縮レートに対応する為に、複数のハフマンコードブックが用意されている。例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−７のＴａｂｌｅＡ．１２ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１は、２８９値で量子化された値をハフマン符号化するためのハフマンコードブックである。また、ＴａｂｌｅＡ．８ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７は、６４値で量子化された値をハフマン符号化するためのハフマンコードブックである。すなわち、量子化精度を細かくしたい、言い換えると符号量が多くてよい場合は、前記Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１を用い、逆に符号量を少なくしたい場合は、前記Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７を用いる、というようなことでできるように、ＡＡＣ方式では工夫されている。このことを、図７を用いで、さらに説明する。
【０００４】
図７は、入力信号に対して、各処理単位ごとに、どのように符号量が変動するかを示した図である。横軸は時間であり、縦軸は１処理単位ごとの符号量である。
図７には、２本の波線が描かれているが、上側の波線は、ＡＡＣ方式で、入力信号を圧縮符号化した際の、各処理単位ごとの符号量の変動の一例を示している。また、その波線と概ね重なり合っている太い破線は、この符号化モードが対象としているターゲットの符号量を示している。
【０００５】
さて、原理的にハフマン符号は、入力信号に応じて圧縮符号化の符号量が変動するが、通常は、図７の区間Ａのように、各処理単位ごとの符号量は、ターゲットの符号量の近傍で変動する。しかしながらここで、不可避の課題として、ハフマン符号における符号長の長い符号ばかりを用いるような、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、区間Ｂのように、ターゲット符号量よりも大きい符号量の状態が続いてしまう。
【０００６】
このような場合、量子化精度を粗く符号化するようなハフマンコードブックを用いるように制御することによって、区間Ｃのように、ターゲット符号量よりも低い符号量の区間が続くように制御することができる。つまり、前記のハフマンコードブックの例でいえば、区間Ａ，区間Ｂは、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ １１を使っているような区間であり、区間ＣはＳｐｅｃｔｒｕｍ Ｈｕｆｆｍａｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ ７を使っているような区間である、ということになる。このようにして平均的な符号量をターゲット符号量にあわせることができる。
【０００７】
ところが、Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｄｅｃが対象とするような非常に少ない符号量をターゲットの符号量とするような場合、下記のような課題がある。図７に２本描かれている波線の中の下側の波線が、この課題を説明する波線である。この波線における区間Ｄと区間Ｅは、非常に少ない符号量を対象とするハフマンコードブックを用いて入力信号を圧縮符号化した際の各処理単位ごとの符号量の変動を示している。各処理単位の符号量は、通常は、区間Ｄに示すように、ターゲットの符号量の近傍で変動し、従って平均符号量としてターゲットの符号量を実現することができる。ところが、前述と同様の理由で、ハフマン符号における符号長の長い符号ばかりを用いるような、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、区間Ｅのように、ターゲット符号量よりも大きい符号量の状態が続いてしまう。このような場合、符号量をさらに低くするための別のハフマンコードブックを用いることが従来の解決手段であったが、この場合以下の理由で、それは困難である。
【０００８】
図７における区間Ｆ、区間Ｇは、区間Ｄ、区間Ｅで用いていたハフマンコードブックよりも更に低い符号量の為のフマンコードブックを用いている区間である。ここで区間Ｆは、この更に低い符号量の為のフマンコードブックを用いることによって、平均的に符号量が下がっている区間であるが、このハフマンコードブックを用いていても、区間Ｇのように、好ましくない（期待しない）入力信号が長く続いた場合、各処理単位ごとの符号量は高いところで推移する。しかもこの場合、元々のターゲット符号量がそもそも非常に低いので、上記、発生し得る好ましくない状態が続く場合、ターゲット符号量を超えてしまうことになる。
【０００９】
具体的にハフマンコードブックの例を示しながら、このことを更に説明する。図８は、３２値で量子化された信号をそれぞれの値の発生頻度に応じて可変長に符号化するためのハフマンコードブックの一例である。例えば、入力の信号が、−１から＋１までの変域をとる値としたとき、これを３２個レベルに分割した量子化閾値で量子化する、すなわち３２値で量子化し、それぞれの値が採り得る頻度の偏りに応じ、可変長の符号を割り当てる。すなわち、発生頻度の高い値には短い符号を与え、発生頻度の低い値には短い符号を与えている。図８はそのようにして構成されたハフマンコードブックの一例である。
【００１０】
同様に図９は、２２値での量子化用、同様に図１０は、１６値での量子化用、同様に図１１は、１１値での量子化用、である。
さて、図７の区間Ｄは、図８に示したハフマンコードブックを用いて、入力の信号を３２値で量子化し、ハフマン符号化によって、圧縮符号化している区間であるとする。可変長符号の性質上、符号量は各処理単位毎に変動するが、通常は、概ねターゲットの符号量の近傍で推移する。
【００１１】
ところが、入力の信号が、図８に示すハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を大きく超える区間が発生する。図７の区間Ｅがそういう場合を示している。
【００１２】
さて、そのような場合、入力の信号を３２値で量子化するのではなく、符号量削減のために、２２値で量子化するようにする。つまり、図９に示したハフマンコードブックで圧縮符号化する。そのようにすることで、平均的には符号量が下がるが（区間Ｆ）、図９から明らかなように、やはり依然として、ハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を超える区間が発生する。これが区間Ｇである。
【００１３】
そのような場合、さらに符号量削減のために、入力の信号を２２値で量子化するのではなく、１６値で量子化するようにしても、つまり、図１０に示したハフマンコードブックで圧縮符号化するようにしても、図１０から明らかなように、やはり依然として、ハフマンコードブックの両端に近い値を取りつづけると、その近傍のハフマン符号は符号長が長いので、ターゲットの符号量を超える。１１値の量子化にしても、図１１に示すように同様である。
【００１４】
このように、ターゲットの符号量が非常に低い場合は、ハフマン符号を用いている限りにおいて、好ましくない（期待しない）入力が続いた場合、平均符号量をターゲット符号量に制御することができない。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、通常の状態では、ハフマン符号を用いた高能率な圧縮を行い、ハフマン符号が、目的の符号量を達成しない場合、圧縮方法を切り替えて、必ず目的の符号量を達成できるようにすることができる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】
【００１６】
前記課題を解決するために、本願請求項１記載の符号化装置は、各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段とを備え、前記固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さいことを特徴とするものである。
【００１７】
本願請求項２記載の符号化装置は、請求項１記載の符号化装置において、各処理単位毎の平均の符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記固定長符号化手段とを切り替える制御手段を有し、前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とするものである。
【００１８】
本願請求項３記載の符号化装置は、各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である第１の固定長符号化手段と、１処理単位あたりの符号量が前記第１の固定長符号化手段より大きい第２の固定長符号化手段とを有し、前記可変長符号化手段は、Ａ（Ａは自然数。）値で量子化された値を、各値の発生頻度に応じて定められたハフマン符号によって符号化する符号化手段であり、前記第１の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さく、前記第２の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は、Ａ値で量子化された値を固定長符号で符号化する手段を含んでいることを特徴とするものである。
【００１９】
本願請求項４記載の符号化装置は、請求項３記載の符号化装置において、各処理単位毎の平均符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記第１の固定長符号化手段と前記第２の固定長符号化手段とを切り替える制御手段をさらに有し、前記制御手段は、過去のＮ処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記第１の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御し、かつ、各処理単位毎に、前記可変長符号化手段で符号化した際の符号量が前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化した際の符号量より大きい時は、当該処理単位は、前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、可変長符号化手段における符号量が、一定量以上ターゲットの符号量より大きくなった場合に限り、固定長符号化手段（量子化精度は可変長符号化手段より劣る）を用いるようにするので、固定長符号化による量子化精度の劣化を少なく留めることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい第１の固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。また、量子化精度が可変長符号化手段と同じである第２の固定長符号化手段を有しているので、可変長符号化手段による符号化効率が悪い場合は、量子化精度を落とさずに符号化効率をあげることができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、可変長符号化手段では、符号量をターゲットの符号量以下に制御することが困難な場合でも、符号量がターゲットの符号量より小さい第１の固定長符号化手段を有しているので、符号量をターゲットの符号量以下に必ず制御することができる。また、量子化精度が可変長符号化手段と同じである第２の固定長符号化手段を有しているので、可変長符号化手段による符号化効率が悪い場合は、量子化精度を落とさずに符号化効率をあげることができる。しかも、符号量が、一定量以上ターゲットの符号量より大きくなった場合に限り、第１の固定長符号化手段（量子化精度は可変長符号化手段より劣る）を用いるようにするので、固定長符号化による量子化精度の劣化を少なく留めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１における符号化装置について図面を参照しながら説明する。本実施の形態１における符号化装置は各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置である。具体的な値の一例として、変域が−１から＋１までの信号２０個を１処理単位の入力信号とし、１処理単位ごとの入力に対し、平均で６４ビット（信号１つあたり３．２ビット）で符号化する符号化装置でとする。勿論この値は、説明を分かりやすくするための単なる例にすぎず、他の値であっても本願の趣旨を損ねないことは言うまでもない。
【００２５】
図１は本実施の形態１における符号化装置の構成を示す図である。図１において、可変長符号化手段１００は、１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる。
固定長符号化手段１０１は、１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である。
【００２６】
制御手段１０２は、複数の処理単位を符号化したときの１処理単位あたりの平均の符号量が６４ビット以下となるように、可変長符号化手段１００と固定長符号化手段１０１とを切り替える。
【００２７】
多重化手段１０３は、制御手段１０２によって選択された方の符号化手段で符号化された符号化信号と、どちらの符号化手段で符号化されたかを示す識別子とを多重化する。
符号量伝達経路１０４は、可変長符号化手段１００で１処理単位あたりの入力信号を符号化した際の符号量を制御手段１０２に伝達する経路である。
【００２８】
可変長符号伝送経路１０５は、可変長符号化手段１００で符号化された符号化信号を多重化手段１０３に伝送する経路である。
固定長符号伝送経路１０６は、固定長符号化手段１０１で符号化された符号化信号を多重化手段１０３に伝送する経路である。
【００２９】
選択識別子伝達経路１０７は、制御手段１０２が、可変長符号化手段１００と固定長符号化手段１０１のどちらを選択したかを示す経路である。
以上のように構成された符号化装置の動作について以下説明する。
【００３０】
まず、先にも述べたように、本実施の形態１では、１処理単位の入力信号は、変域が−１から＋１までの信号を２０個まとめたものであるとする。このような１処理単位の入力信号は、制御手段１０２による選択にしたがって、可変長符号化手段１００か固定長符号化手段１０１かによって符号化されるが、最初の時点では、制御手段１０２は、可変長符号化手段１００を選択しているのもとする。そこで、可変長符号化手段１００において１処理単位の入力信号が符号化される。ここで該１処理単位の入力信号のそれぞれ１つ１つの信号は、図３に示したハフマンコードブックによって、量子化され符号化される。すなわち、−１から＋１までの変域をとるそれぞれの信号は、図３の左の列に示された量子化閾値を比較され、いずれの閾値内に入るかが検出され、その閾値ごとに割り当てられた量子化値（中央の列）に対応するハフマン符号（右の列）によって符号化される。例えば、入力値が、＋０．１２であれば、量子化値「８」のところであるので、ハフマン符号００として符号化される。この場合符号量は２ビットということになる。このようにして、２０個の入力の値が、ハフマン符号化され、符号量が算出される。このようにして符号化された信号は、可変長符号伝送経路１０５によって多重化手段１０３に送られ、さらに、現時点で選択されている符号化手段を識別する識別子は、制御手段１０２から選択識別子伝達経路１０７によって多重化手段１０３に送られる。多重化手段１０３では、そのようにして送られてきた符号化信号と、選択識別子とを多重化し出力の符号化信号を生成する。
【００３１】
一方、可変長符号化手段１００で算出された符号量は、符号量伝達経路１０４によって、制御装置１０２に伝達される。
このような処理を１処理単位ごとの入力信号に対して行うが、制御手段１０２がどのようにしていずれの符号化手段を選択するかを以下説明する。
【００３２】
図２は、１処理単位ごとの入力信号に対する符号量の遷移を示したものである。図２の横軸は時間方向であり、縦軸は各入力の処理単位ごとの符号量を示している。図の中に曲線が示されているが、それが１処理単位ごとの符号量の遷移を示しており、その遷移に概ね沿うように示されている点線が、ターゲットの符号量を示しているものとする。
【００３３】
さて、処理の開始時刻近辺（区間１）では、平均的に、符号量が、ターゲットの符号量に沿っているので、制御手段１０２は、可変長符号化手段１００によって符号化するように制御する。ここで制御手段１０２は、符号量がターゲットの符号量に沿っているかどうかを判断するが、それは、逐次、制御手段１０２が、各処理単位ごとの符号量を取得しているので、容易に判断できる。例えば、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位間の符号量の総和をもとめ、それをターゲットとする符号量の総和と比較し、その差が、予め定められている所定の閾値より大きいか、小さいかによって、概ね平均の符号量がターゲットの符号量に沿っているか否かが判断できる。
【００３４】
もし、ここで、区間２のような状況に陥った場合、すなわち、各処理単位内の含まれている信号の値が、−１や＋１の近傍であるケースが多くなったような場合、ハフマン符号長の長い信号が多く発生するので、ターゲットの符号量をこえることになり、しかもそういう期間が長く続くと、区間２のように、平均の符号量がターゲットの符号量からかけ離れていく。このような事態を制御手段１０２が検出したら、制御手段１０２は、固定長符号化手段１０１を選択するように制御する。
【００３５】
固定長符号化手段１０１は、図４に示すように、入力の−１から＋１までの変域をとる信号を、８値の量子化値に量子化し、その量子化値を３ビットの固定長で符号化する。この場合、１つ１つの量子化値が必ず３ビットで量子化されるので、１処理単位ごとには、３ビットＸ２０個で、６０ビットで符号化されることになる。本実施の形態では、ターゲットの符号量を６４ビットとしているので、このように固定長符号化手段１０１を暫くの間使っていれば、必ず平均ビットレートをターゲットビットレートのところまで戻すことができる。
【００３６】
このようにして固定長符号化手段１０１で符号化された符号化信号は、固定長符号伝達経路１０６を経由して、多重化手段１０３に送られる。さらに、選択されている符号化手段を識別する識別子も、制御手段１０２から選択識別子伝達経路１０７によって多重化手段１０３に送られる。多重化手段１０３では、そのようにして送られてきた符号化信号と、選択識別子とを多重化し出力の符号化信号を生成する。
ここで、固定長符号化手段１０１が用いられているときは、１処理単位当りの符号量が固定であるので、可変長符号化手段１００から発信される符号量にあたる信号を、固定長符号化手段１０１からは発信する必要はない。
【００３７】
このような区間３を経過した後、平均の符号量がターゲットの符号量に戻った場合、制御手段１０２は、再び可変長符号化手段１００を用いるように制御する。
上記のように処理することによって、通常想定される入力信号の場合は（言い換えると、短いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、可変長符号化手段を用いて、１６値で精度よく量子化でき、しかも符号化効率もよくできる。さらに、通常想定されないような入力信号が長く続いた場合は（言い換えると、長いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、量子化の精度は悪くなるが（本実施の形態では８値になるが、）必ず、符号量が多くなりすぎた状態をもとの状態、すなわち、ターゲットの符号量の状態に戻すことができることなる。
【００３８】
勿論、本実施の形態で用いた値は、説明の簡単化のために用いた値であって，実質的には、それぞれのアプリケーションに応じて適切な値を設定することになることはいうまでもない。
【００３９】
また、本実施の形態では、可変長符号化手段は、１つのハフマンコードブックによって可変長符号化していたが、複数のハフマンコードブックを適応的に切り替えるようなものであってもよい。つまり、本発明では、可変長符号化手段の実施の仕方については何も限定するものではなく、当該可変長符号化手段において、大きな符号量が発生し、ターゲットの符号量を上回った場合、ターゲットの符号量より符号量が少ないことが予め確定している固定長符号化手段を用いて、平均の符号量をターゲットの符号量にもどすことが、本願発明の趣旨である。
【００４０】
さて、上記の実施の形態において、更に第２の固定長符号化手段を設けることによって、符号化の効率を高めることができる。以下この発明について説明する。
図５は、第２の固定長符号化手段を設けた実施の形態を示す図である。図５の構成要素において、５００から５０７までのものは、図１における１００から１０７までのものと同じである。図１の構成と異なるのは、第２の固定長符号化手段５０８を設けた点と、第２の固定長符号化手段５０８で符号化した符号化信号を多重化手段５０３に伝送する第２の固定長符号伝送経路５０９を設けた点である。
【００４１】
さて、第２の固定長符号化手段５０８は、図６に示すテーブルに沿って、１処理単位ごとの入力信号を量子化し符号化する。すなわち、入力の−１から＋１までの変域をとる信号を、１６値の量子化値に量子化し、その量子化値を４ビットの固定長で符号化する。この場合、１つ１つの量子化値が必ず４ビットで量子化されるので、１処理単位ごとには、４ビットＸ２０個で、８０ビットで符号化されることになる。以下、どのような場合この第２の固定長符号化手段５０８を用いるかを説明する。
【００４２】
本実施の形態では、可変長符号化手段は、図３に示したテーブルに沿って、入力の信号をハフマン符号化した。このテーブルは、本実施の形態における入力の信号が、±０近傍である頻度が高いという性質を活かして、±０近傍の信号に対し短い符号を割り当て、そうでない信号に対して長い符号を割り当てているので、入力の信号が、±０近傍である場合、符号長は短くなるが、そうでない場合はむしろ、ハフマン符号を用いない場合の方が符号量が小さくなる。ハフマン符号を用いる方が有利か用いない方が有利かの境目は、図３に示したテーブルに沿ったハフマン符号化によって、１処理単位あたりの符号量が（２０個の信号値に対するハフマン符号長の総和が）、８０ビットを超えるか超えないか、というところにある。なぜならば、図３に示したテーブルは、入力の信号を１６値に量子化しそのそれぞれの量子化値に対してハフマン符号を割り当てている。一方１６値の信号は、図６に示すように４ビットで符号化できるので、２０個の信号値は８０ビットで必ず符号化できることになる。したがって、１処理単位ごとのハフマン符号による符号量が、８０ビットを超えた場合、ハフマン符号を用いるメリットはないので、第２の固定長符号化手段を用いる。
【００４３】
整理すると、以下のようである。
（１）各処理単位ごとに、可変長符号化手段５００での符号量をもとめ、その符号量が８０ビットを超えていたら、第２の固定長符号化手段５０８を用いる。
【００４４】
（２）過去のいくつかの処理単位における平均的な符号量が、ターゲットの符号量に対して一定以上超えていたら、固定長符号化手段５０１を用いる。
【００４５】
（３） 過去のいくつかの処理単位における平均的な符号量が、ターゲットの符号量に対して一定以上超えていなかったら、基本的に可変長符号化手段５００を用いるが、（１）のケースでは、第２の固定長符号化手段５０８を用いる。
【００４６】
このとき、どの符号化手段が用いられたかを示す識別子も、生成される符号化信号に多重化されることは言うまでもない。この情報がないと復号化処理で、どのような復号処理をするか判定できない為である。
【００４７】
さて、ここで、図６に示した第２の固定長符号化手段では、量子化のレベルが１６値であったので、各１つ１つの信号に対して４ビットで符号化したが、量子化のレベルが１１値や、２２値、あるいは、５値や３値であった場合、必ずしも１つ１つの信号に対して符号化する必要はなく、Ｌ個まとめて符号化することによって符号化効率を高めてもよい。例えば、１１値の信号は、２個まとめると１２１値の信号になるので、これを７ビットで符号化すれば、１個当り３．５ビットということになる。或いは、２２値の信号は、２個まとめると４８４値の信号になるので、これを９ビットで符号化すれば、１個当り４．５ビットということになる。或いは、５値の信号は、３個まとめると１２５値の信号になるので、これを７ビットで符号化すれば、１個当り２．３３３ビットということになる。或いは、３値の信号は、３個まとめると２７値の信号になるので、これを５ビットで符号化すれば、１個当り１．６６６ビットということになる。
【００４８】
要するに本願の趣旨は、可変長符号化手段がＡ（Ａは自然数。）値の量子化レベルを扱うものであるとき、当該Ａ値の信号を固定長符号化する第２の固定長符号化手段を備えるというのであって、固定長符号化の方法はどのようなものであってもよい。
【００４９】
以上のような構成によって、通常想定される入力信号の場合は（言い換えると、短いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、可変長符号化を用いて、１６値で精度よく量子化でき、しかも符号化効率もよくできる。さらに、通常想定されないような入力信号が長く続いた場合は（言い換えると、長いハフマン符号が用いられる頻度が多い場合は）、量子化の精度は悪くなるが（本実施の形態では８値になるが、）必ず、符号量が多くなりすぎた状態をもとの状態、すなわち、ターゲットの符号量の状態に戻すことができる。さらに、１処理単位ごとに見たとき、ハフマン符号がむしろ効率的でないとき、当該ハフマン符号が提供する量子化精度（本実施の形態では１６値）と同じ量子化精度の第２の固定長符号化手段で符号化効率を高めることができることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかる符号化装置は、非常に小さい符号量で入力のデジタル信号を圧縮符号化する符号化装置に関する。特に、ハフマン符号などの可変長符号化手段を内蔵したオーディオコーデックを用いた機器において、符号化効率と符号量の制御を適切に行えるので、音楽放送サービスや音楽配信サービス、及びその受信機器、音楽の蓄積機器などに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施の形態１における符号化装置の構成を示す図である。
【図２】符号量の遷移を示す図である。
【図３】可変長符号化手段におけるハフマンコードブックを示す図である。
【図４】固定長符号化手段における符号化テーブルを示す図である。
【図５】本実施の形態１における更に改良した符号化装置の構成を示す図である。
【図６】第２の固定長符号化手段における符号化テーブルを示す図である。
【図７】従来の技術で課題が生じるケースの符号量の遷移を示す図である。
【図８】３２値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図９】２２値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図１０】１６値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【図１１】１１値の量子化精度を備えたハフマンコードブックを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００、５００ 可変長符号化手段
１０１、５０１ 固定長符号化手段
１０２、５０２ 制御手段
１０３、５０３ 多重化手段
１０４、５０４ 符号量伝達経路
１０５、５０５ 可変長符号伝送経路
１０６、５０６ 固定長符号伝送経路
１０７、５０７ 選択識別子伝達経路
５０８ 第２の固定長符号化手段
５０９ 第２の固定長符号伝送経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段と、
を備え、
前記固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さいことを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記固定長符号化手段とを切り替える制御手段を有し、
前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である第１の固定長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が前記第１の固定長符号化手段より大きい第２の固定長符号化手段と、を有し、
前記可変長符号化手段は、Ａ（Ａは自然数。）値で量子化された値を、各値の発生頻度に応じて定められたハフマン符号によって符号化する符号化手段であり、
前記第１の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さく、
前記第２の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は、Ａ値で量子化された値を固定長符号で符号化する手段を含んでいることを特徴とする符号化装置。
【請求項４】
各処理単位毎の平均符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記第１の固定長符号化手段と前記第２の固定長符号化手段とを切り替える制御手段をさらに有し、
前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記第１の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御し、かつ、各処理単位毎に、前記可変長符号化手段で符号化した際の符号量が前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化した際の符号量より大きい時は、当該処理単位は、前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とする請求項３記載の符号化装置。
【請求項１】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である固定長符号化手段と、
を備え、
前記固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さいことを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記固定長符号化手段とを切り替える制御手段を有し、
前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
各処理単位毎の平均の符号量がＭ（Ｍは自然数。）以下となるような符号化装置であって、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に応じて可変となる可変長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が入力信号に拠らず固定である第１の固定長符号化手段と、
１処理単位あたりの符号量が前記第１の固定長符号化手段より大きい第２の固定長符号化手段と、を有し、
前記可変長符号化手段は、Ａ（Ａは自然数。）値で量子化された値を、各値の発生頻度に応じて定められたハフマン符号によって符号化する符号化手段であり、
前記第１の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は前記Ｍより小さく、
前記第２の固定長符号化手段における１処理単位あたりの符号量は、Ａ値で量子化された値を固定長符号で符号化する手段を含んでいることを特徴とする符号化装置。
【請求項４】
各処理単位毎の平均符号量がＭ以下となるように、前記可変長符号化手段と前記第１の固定長符号化手段と前記第２の固定長符号化手段とを切り替える制御手段をさらに有し、
前記制御手段は、過去のＮ（Ｎは自然数。）処理単位あたりの符号量が、所定の符号量を超えた場合、前記第１の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御し、かつ、各処理単位毎に、前記可変長符号化手段で符号化した際の符号量が前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化した際の符号量より大きい時は、当該処理単位は、前記第２の固定長符号化手段で入力信号を符号化するように制御することを特徴とする請求項３記載の符号化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−６５１０４（Ｐ２００６−６５１０４Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４８９９１（Ｐ２００４−２４８９９１）
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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