JPS61237520A

JPS61237520A - データ処理装置

Info

Publication number: JPS61237520A
Application number: JP60077574A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fukatsu; 勉普勝
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-04-13
Filing date: 1985-04-13
Publication date: 1986-10-22
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: US4744085A; JPH0821863B2

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】〔技術分野〕この発明はディジタル信号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シのあるディジタル信
号系列の各データを処理するデータ処理方法に関するも
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９、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）４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１
１図（、）に示すＰＣＭ　（パルス符号変調）ｒ−夕を
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Ｏ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
化ピ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（、）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、　ＤＰＣＭ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）　ｌ
　（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（、）は符号化フォーマット、第１２図（
ｂ）は誤シ伝播の様子を示す図である。

何）１ビツトでも符号誤まシが存在することによシ、第
１２図のように誤ったデータビット数にて復号化される
ことにより誤まシ伝搬が生ずる。

（ロ）１ワ一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、誤まシ訂正を行うために１ワ−Ｐ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イブロック内に最低１
ビツ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（、）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
ｔ、ｂ伝搬の低減、伝送ビット長の削減を可能とするデ
ータ処理方法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〒り処理の原理を第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（ｎＯ〜？Ｌ１゜ｎ、〜’ｒＬ２
．・・・、？ＬＮ−１〜？ＬＮ）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（→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（３ｆ−１＋Ｒｉ）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Ｍ＝Σｔｙ
Ｂ個に分割１されるものとする。第１４図ｍ１から明らかなようにレベル領域工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ｍ１２”個に分割したとする。すなわち、ｍ２
＝　２ｍ１　ｓ　ｍ５＝　２２ｍ１　＋・・・ｍ１＝２
’−１ｍ１となる。一方、領域ｉのレベルに信号が出現
する確率な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、Ｐ、＝Ｐ２＝
・・・＝Ｐ８および全出現確率、ΣＰｉ＝１　　　から
、１瞠１Ｐ１＝Ｐ２＝・・・・・・・・・・・・・・・・・・＝
Ｐ８＝萄ということになる。

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
情報を固定ピットで表わすと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ｊにおける量子化ビット数を前
述の如（ｍｉ＝　２’−’ｍ１と規定し、ｍ、＝１とす
ると、町＝２１−１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だめ
のビット数はｆｎ　ｂｉ　”　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（ト１）はｊ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ｍ
ｂｉの和（Ｎｂ＋　ｍｂｉ　）となる。

原人力信号レベル領域　　Ｎｂ　　　ｍｂｉ　　Ｎｂ＋
ｍｂｉｉ　　＝　１　　　　　　　　３　　　　　０　
　　　　　　３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
要な平均ビット数刺を求めると、となシ、次のように表わされる。

ｉ＝１　　　　　０　　　　　０００　　　　　０　　
　　　　　Ｐ１２１〜２　　００１　　１　　　丁Ｐ１
３　３〜６　　０１０　　　２　　　　Ｔ−Ｐ１４７〜
１４　０１１　　３　　　＋Ｐ１５　　　１５〜３０　
　１００　　　　４　　　　　ＴｒＰ１６３１〜６２１
０１５　　　吉Ｐ１７６３〜１２６　１１０　　６　　　去Ｐ１８１２７〜
２５４　１１１　　７　　　毒Ｐ１ここで、レベル領域
ｉ　＝　８に、レベル２５５を加え、２５５は２５４と
同じとすると、１ワード平均ビツト長蔦は１　　１２８＋１Ｗｂ　＝−ｆ（３＋　４　＋・＝　＋９　）＋（１０Ｘ
丁Ｘ−ｒ１１−）＝　６．５１０となシ、伝送ビット長
については８ビツ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、平均ピット長ＷｂはＷ５＝”−（３＋４＋−＋９）＋（１１Ｘ−ｒＸ−”Ｑ
旦ｉ）＝　６．６３６となり、８ビツト固定語長符号化
方式の８２．９％に伝送ビット長が節減される。

前記のような符号化を施こすことによシ、各レベルに対
応する符号は次のようになる。

レベル　　固定部（レベル領域）；可変部（レベ４−内
のレベン田Ｉｏ　　　　　　　　　ｏｏｏ　　：１　　　　　　　　　００１　　”、　　。

１ｓ　　　　　　１ｏｏ　　：　　００１１１２５　　
　　　　　　１１０　　’、　　１１１１１０２５４．
２５５　　　　　　１　１　１　　Ｅ　　１１１１１１
１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１６ピツト）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）であシ、５，１６は中央処理
装置（ＣＰＵ）であシ、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ビツト、
可変語長部を０〜１５ビツトとした。

１６ビツトで並列あるいは直列のデータは順次ＣＰＵ　
５に取込まれ、この発明の符号化方式に従って、４ビツ
トの固定語長部分とＯ〜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
ータブロツク形成するのに必要なワード数分ＲＡＭ　１
　、　ＲＡＭ　２に時分割で書込まれ、可変語長部分は
固定語長部分によυ決定される語長外のメモリ領域を確
保したのちＲＡＭ　１の固定語長部分に対応する可変語
長部分をＲＡＭ　３へ、同様にＲＡＭ　２の固定語長部
分に対応する可変語長部分をＲＡＭ　４へ書込む。こう
して１デ一タブロツ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
誤シ訂正方式やクロスインタリーブ等の誤まシ防止策を
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．Ｉｔを介して一度パッフ了６に取込
まれて速度調節を受けた後、４〜１９ビツトのシリアル
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よシ受信・再生された４〜１
９ビツトのシリアルデータは一度パッファ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Ｃ
ＰＵ　１６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ＲＡＭ　１２　、
　ＲＡＭ　１３に書込み、ＲＡＭ　１２の固定語長部分
に対応した可変語長部分をＲＡＭ　１４に、同様に、Ｒ
ＡＭ　１３の固定語長部分に対応した可変語長部分をＲ
ＡＭ　１５に書込ムこうして１ブロック分のデータ取込
みが終了した後、４〜１９ビツトの可変長符号は再生・
送信の際に施こした誤まシ訂正、クロスインタリーブ等
の種々の誤まシ防止策に対応した信号の復元を行った後
、１６ピツ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ＣＰＵ　５の構成の一
例であシ、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よシ発生した可変長符号の固定語
長部分によシ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・モード指定およヒＲＡＭス
イッチングを行うＲＡＭコントロール回路２７とによシ
なっている。ここで、固定語長部分のメモリ・アドレス
指定・ぐターンによシ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ＣＰＵ　５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ＣＰ
Ｕ　５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１）、採用する誤まり防止方式
に応じて誤ｔｐ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ＣＰＵ　１６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３
１と、可変語長部分のメモリ領域を確保しアドレスデー
タな発生する回路３２と、ＲＡＭコントロール回路３３
とよシなっており、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ＣＰＵ　１６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図は復
号化回路におけるＣＰＵ　１６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シ検出と訂正命
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
、変換したデータな頭次書込んでいく。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。Ｂ　
ｉ＋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、（１）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
まシの小さい記録・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〕

この発明は以上説明したとおり、各データのＭ個の量子
化レベルをＮ個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わす複数ビットの固定語長部分と、
前記各グループ内に於いて各データを単位量子化レベル
まで表わす可変語長部分との２部分からなるデータにす
ることによってレベル出現度数分布の均一でないディジ
タル信号系列において、入力信号の情報を全く表わさな
い冗長ピットは存在せず、よシ効率の高いディジタル伝
送が可能とするデータ処理方法を得ることができる。

また、この可変語長符号の固定語長部分のみを符号化す
ることは固定語長において、非線形量子化で変換された
信号系列を得ることと同一であ久そのダイナミックレン
ジがあまシ大きくできない用途への対応をはかることが
可能であるという効果がある。

さらにまた、この符号化方式によシ発生する固定語長部
分については、従来から使用されている固定語長符号と
全く同一に処理することが可能であり、フレーム構成が
容易で、種々の有効な誤まシ防止策を施すことができる
という効果がある。

特に各データグループ内のレベルが近ければ固定語長部
分については安定に復元データが得られることで可変語
長部分に誤シが生じても、ある程度有効な復元データを
得ることができるものである。

【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れ
すフローチャート、第５図は記録・送信時におけるＣＰ
Ｕ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
られした図、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ｉＪ？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ノ
リ―ンの図、第１１図はＰＣＭとＤＰＣＭのレベル出現
確率特性図、第１２図は誤まシ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はインタリープ回路、２９は誤まり防止用冗
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は誤まシ検出訂正回路、Ｂｉは入力信号
を符号化する際のブロック単位、ｗｌ、ｗ２・・・ｗＮ
は各入力信号の各ワード、Ｓｌ、Ｓ２’、・・・ＳＮお
よびＶＩ　Ｔ　”　２　ｔ・・・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。代理人　　弁理士　１）北　嵩　晴第４図第５図第７図ｔｓｌＪ図第９図第１０図へ刀イ■Ｗｉ　　Ｗ２　　Ｗ３−−−−−−−−−−　
ＷＮ　：ｒｌｒ４１ｕｌ＆　　””Ｓ＋　　５２Ｖ２Ｓ
３−−−−−−−５Ｎ　　’（ａ）　　　第１１図　　
（ｂ。第１２図（ａ）（ｂ）六Ｉ窄１１１４ス

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｍ個の量子化レベルを有するディジタル信号系列
において、各データを前記Ｍ個の量子化レベルをＮ個の
グループに分割して、この分割された各々のグループを
表わす複数ビットの固定語長部分と、前記各グループ内
において各データを単位量子化レベルまで表わす可変語
長部分との２部分から構成したデータとすることを特徴
とするデータ処理方法。
（２）前記各グループ内に属する量子化レベルの数は、
前記信号系列のレベル出現確率によって定められること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のデータ処
理方法。