JP2002208860A - Device and method for compressing data, computer- readable recording medium with program for data compression recorded thereon, and device and method for expanding data - Google Patents
Device and method for compressing data, computer- readable recording medium with program for data compression recorded thereon, and device and method for expanding dataInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音声信号又は画像
信号のデータについてのデータ圧縮装置とデータ伸長装
置とに係わり、特に、圧縮前のデータを完全に復元する
技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a data compression device and a data decompression device for audio signal or image signal data, and more particularly to a technique for completely restoring data before compression.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の音声信号や画像信号のデータにつ
いての圧縮装置に用いられているMPEG等のデータ圧
縮方法では、元の信号を周波数分割して得られた各帯域
のサブバンド信号に対して量子化処理を行うことによ
り、各帯域のサブバンド信号の出現確率に偏りを持たせ
た上で、この出現確率に偏りのある各帯域のサブバンド
信号に対して、データの出現確率の偏りを利用したハフ
マン符号化等の可変長符号化を行うことで大幅なデータ
量の圧縮を行っていた(例えば、特開平5−31596
9号公報等参照)。2. Description of the Related Art In a conventional data compression method such as MPEG used in a compression apparatus for audio signal and image signal data, a sub-band signal of each band obtained by frequency-dividing an original signal is used. By performing the quantization process, the appearance probabilities of the sub-band signals in each band are biased, and then, for the sub-band signals in each band having a bias in the appearance probabilities, the bias of the data appearance probabilities is biased. A large amount of data has been compressed by performing variable-length coding such as Huffman coding using the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-31596.
No. 9, etc.).
【0003】これに対して、高品質な音声・画像信号の
保存や配信が必要な分野では、上記のようなデータ圧縮
方法は採用されていなかった。何故なら、上記のような
通常のデータ圧縮方法では、完全に元の音声信号や画像
信号のデータを復元することができないからである。す
なわち、上記の方法では、各帯域のサブバンド信号の値
を丸める量子化処理の際に、各帯域のサブバンド信号の
情報の一部が欠落してしまう。また、元の信号の周波数
分割に用いられる帯域分割フィルタバンクと元の全周波
数帯域の信号の合成に用いられる帯域合成フィルタバン
クとで演算誤差が生じる。このため、量子化処理後の各
サブバンド信号を帯域合成フィルタバンクで全周波数帯
域の信号に合成しても、完全に元の音声信号や画像信号
を復元することができないのである。そこで、高品質な
音声・画像信号の保存や配信が必要な分野において、圧
縮・伸長の過程を経ても完全に元の信号を復元できるよ
うにしたデータ圧縮・復元装置があり、例えば、近傍の
画素の値から対象となる画素の予測値を求めて、この予
測値と実際の画素の値との誤差(予測誤差)に対してハ
フマン符号化等の可変長符号化処理を行うことにより画
像信号のデータ量の圧縮を行ういわゆる可逆符号化方式
のJPEG規格を採用したものがある。[0003] On the other hand, the data compression method as described above has not been adopted in a field where high-quality audio and video signals need to be stored and distributed. This is because the normal data compression method as described above cannot completely restore the original audio signal or image signal data. That is, in the above-described method, a part of the information of the sub-band signal of each band is lost during the quantization process for rounding the value of the sub-band signal of each band. Also, an operation error occurs between the band division filter bank used for frequency division of the original signal and the band synthesis filter bank used for synthesizing the signals of the entire original frequency band. For this reason, even if each sub-band signal after the quantization process is combined with signals of all frequency bands by a band combining filter bank, the original audio signal and image signal cannot be completely restored. Therefore, there is a data compression / decompression device which can completely restore the original signal even after the compression / decompression process in a field where high-quality audio / video signals need to be stored and distributed. An image signal is obtained by obtaining a predicted value of a target pixel from a pixel value and performing a variable length encoding process such as Huffman encoding on an error (prediction error) between the predicted value and an actual pixel value. There is one that adopts the JPEG standard of the so-called reversible encoding system that compresses the data amount of the data.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の可逆符号化方式のJPEG規格を採用した
データ圧縮・復元装置では、良好な圧縮率を得ることが
できず、データの圧縮・伸長に専用の装置を付加しなけ
ればならないことを考慮すると、十分な費用対効果を得
ることができないという問題があった。However, a data compression / decompression device employing the above-mentioned conventional lossless encoding method of the JPEG standard cannot obtain a good compression ratio, and the data is compressed and decompressed. In view of the necessity of adding a dedicated device to the system, there is a problem that sufficient cost-effectiveness cannot be obtained.
【0005】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、データの圧縮・伸長の過程を経
ても完全に元の信号を復元することができ、しかも、良
好なデータ圧縮率を得ることが可能なデータ圧縮装置及
びデータ伸長装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to completely restore the original signal even after data compression / decompression processes, and to achieve good data compression. It is an object of the present invention to provide a data compression device and a data decompression device capable of obtaining a rate.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、入力されたデジタル信号を直交変
換して、複数の周波数帯域の信号に分割する帯域分割手
段と、帯域分割手段により分割された各周波数帯域の信
号値について、所定の桁以下の値を丸める量子化処理を
行う量子化手段と、量子化手段による量子化処理後にお
ける各周波数帯域の信号の出現確率に応じて、それぞれ
の信号の符号長を変化させつつ、各周波数帯域の信号を
符号化することにより、全周波数帯域の信号のデータ量
の圧縮を行う第1の可変長符号化手段とを備えたデータ
圧縮装置において、量子化手段による量子化処理後にお
ける各周波数帯域の信号を合成して、全周波数帯域の信
号を生成する帯域合成手段と、帯域合成手段により生成
された全周波数帯域の信号と、帯域分割手段へ入力され
た元のデジタル信号との差の信号である誤差信号を算出
する誤差信号算出手段と、誤差信号算出手段により算出
された誤差信号の値の出現確率に応じて、それぞれの信
号値の符号長を変化させつつ、誤差信号を符号化するこ
とにより、誤差信号のデータ量の圧縮を行う第2の可変
長符号化手段とを備え、第1の可変長符号化手段により
圧縮された各周波数帯域の信号のデータと第2の可変長
符号化手段により圧縮された誤差信号のデータとを出力
するようにしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a band splitting means for orthogonally transforming an input digital signal and dividing the digital signal into a plurality of frequency band signals. Quantizing means for performing a quantization process for rounding a value of a predetermined digit or less for a signal value of each frequency band divided by the means, and according to an appearance probability of a signal of each frequency band after the quantization process by the quantization means. A first variable-length encoding unit that compresses the data amount of the signals in all frequency bands by encoding the signals in each frequency band while changing the code length of each signal. A compression unit that combines signals of the respective frequency bands after the quantization processing by the quantization unit to generate a signal of the entire frequency band, and a total frequency band generated by the band combination unit. Error signal calculating means for calculating an error signal which is a signal of a difference between the signal and the original digital signal input to the band dividing means, and according to the appearance probability of the value of the error signal calculated by the error signal calculating means. A second variable-length encoding unit that encodes the error signal while changing the code length of each signal value, thereby compressing the data amount of the error signal. The data of the signal of each frequency band compressed by the converting means and the data of the error signal compressed by the second variable length coding means are output.
【0007】上記構成においては、入力されたデジタル
信号を帯域分割手段により直交変換して、複数の周波数
帯域の信号に分割し、特定の周波数帯域に信号の発生を
集中させた上で、分割された各周波数帯域の信号値に対
して量子化手段により所定の桁以下の値を丸める量子化
処理を行う。この周波数帯域によって信号の出現確率に
偏りのある量子化処理後の各周波数帯域の信号に対し
て、第1の可変長符号化手段により各周波数帯域の信号
の出現確率を利用したデータの圧縮を行うことで、良好
なデータ圧縮率を得ることができる。In the above configuration, the input digital signal is orthogonally transformed by the band dividing means to divide the signal into a plurality of frequency bands, and to concentrate the generation of the signal in a specific frequency band. The quantization means rounds the signal value of each frequency band to a value less than a predetermined digit. The first variable length encoding means compresses data using the appearance probability of the signal of each frequency band to the signal of each frequency band after the quantization processing in which the appearance probability of the signal is biased by this frequency band. By doing so, a good data compression ratio can be obtained.
【0008】次に、上記の量子化手段により量子化され
た各周波数帯域の信号を帯域合成手段により全周波数帯
域の信号に合成し、この全周波数帯域の信号と帯域分割
手段へ入力された元のデジタル信号との差の信号である
誤差信号を誤差信号算出手段により算出して、この誤差
信号のデータに対して第2の可変長符号化手段によりデ
ータ量の圧縮処理を行う。そして、上記の第1の可変長
符号化手段により圧縮された各周波数帯域の信号のデー
タと第2の可変長符号化手段により圧縮された誤差信号
のデータとを出力する。Next, the signals of the respective frequency bands quantized by the above-described quantization means are synthesized into signals of all the frequency bands by the band synthesis means, and the signals of the entire frequency band and the elements inputted to the band division means are combined. An error signal which is a signal of a difference from the digital signal is calculated by the error signal calculating means, and the data of the error signal is subjected to data amount compression processing by the second variable length coding means. Then, it outputs the data of the signal of each frequency band compressed by the first variable length coding means and the data of the error signal compressed by the second variable length coding means.
【0009】上記のデータ圧縮装置は、請求項8に記載
のデータ伸長装置と組み合わせて用いる。このデータ伸
長装置の帯域合成手段は、上記データ圧縮装置の帯域合
成手段と同様な構成となる。このデータ伸長装置にデー
タ圧縮装置で符号化されて圧縮された各周波数帯域の信
号のデータと誤差信号のデータとを入力すると、データ
伸長装置は、符号化された各周波数帯域の信号を第1の
復号手段により元の各周波数帯域の信号に復号し、ま
た、符号化された誤差信号を第2の復号手段により元の
誤差信号に復号する。そして、復号した各周波数帯域の
信号を帯域合成手段により全周波数帯域の信号に合成す
る。但し、合成元となる各周波数帯域の信号には、デー
タ圧縮装置側の量子化手段による各周波数帯域の信号値
の桁丸め処理等に伴う誤差や、データ圧縮装置側の帯域
分割手段による信号の直交変換時に生じる演算誤差が含
まれているので、これらの各周波数帯域の信号を合成し
て求めた全周波数帯域の信号にも誤差が含まれる。ま
た、この全周波数帯域の信号には、上記の帯域合成手段
による信号の合成処理の際に生じる演算誤差も含まれ
る。データ伸長装置は、誤差除去手段を用いて、これら
の誤差を含む全周波数帯域の信号から、第2の復号手段
により復号した元の誤差信号を減じ、誤差のない全周波
数帯域の信号を出力する。これにより、データ圧縮装置
によるデータの圧縮とデータ伸長装置によるデータの伸
長の過程を経ても、データ圧縮装置に入力された元々の
デジタル信号と全く同じ信号を得ることができる。The above data compression device is used in combination with the data decompression device according to claim 8. The band synthesizing means of this data decompression device has the same configuration as the band synthesizing means of the data compression device. When the data decompression device receives the data of the signal of each frequency band and the data of the error signal, which have been encoded and compressed by the data compression device, the data decompression device converts the encoded signal of each frequency band into the first signal. And the encoded error signal is decoded into the original error signal by the second decoding means. Then, the decoded signals of the respective frequency bands are combined into signals of all the frequency bands by the band combining means. However, the signal of each frequency band serving as a synthesis source includes an error due to the rounding process of the signal value of each frequency band by the quantizing means on the data compression device side, and the signal of the signal by the band dividing means on the data compression device side. Since the calculation error generated at the time of the orthogonal transformation is included, the error is also included in the signals of all the frequency bands obtained by combining the signals of these frequency bands. In addition, the signals in the entire frequency band include an arithmetic error generated in the signal combining process by the band combining means. The data decompression device subtracts the original error signal decoded by the second decoding unit from the signals in the entire frequency band including these errors using the error removing unit, and outputs a signal in the entire frequency band without errors. . Thus, even after the data compression by the data compression device and the data decompression by the data decompression device, the same signal as the original digital signal input to the data compression device can be obtained.
【0010】また、過去のデジタル信号から現在のデジ
タル信号を予測する予測手段と、予測手段により予測さ
れたデジタル信号と実際のデジタル信号との差の信号で
ある予測誤差信号を算出する予測誤差信号算出手段とを
さらに備え、予測誤差信号算出手段により算出された予
測誤差信号を帯域分割手段及び誤差信号算出手段へ入力
するようにしてもよい。これにより、データ圧縮の対象
となるデジタル信号が音楽信号等の予測しやすい信号で
ある場合には、デジタル信号のデータを直接圧縮する場
合と比べて、より良好なデータ圧縮率を得ることができ
る。[0010] Further, a prediction means for predicting a present digital signal from a past digital signal, and a prediction error signal for calculating a prediction error signal which is a signal of a difference between the digital signal predicted by the prediction means and an actual digital signal. A calculation unit may be further provided, and the prediction error signal calculated by the prediction error signal calculation unit may be input to the band division unit and the error signal calculation unit. Thereby, when the digital signal to be subjected to data compression is an easily predictable signal such as a music signal, a better data compression ratio can be obtained as compared with a case where the data of the digital signal is directly compressed. .
【0011】また、帯域分割手段及び誤差信号算出手段
へ入力されるデジタル信号は、音声信号であってもよ
い。音声信号を帯域分割手段により直交変換して、複数
の周波数帯域の信号に分割すると、特定の周波数帯域に
集中して信号が発生するので、この周波数帯域によって
信号の出現確率に偏りがある帯域分割後の音声信号のデ
ータに対して、第1の可変長符号化手段により各周波数
帯域の信号の出現確率の偏りを利用したデータの圧縮を
行うことにより、音声信号のデータ圧縮率を高めること
ができる。The digital signal input to the band dividing means and the error signal calculating means may be an audio signal. When an audio signal is orthogonally transformed by band dividing means and divided into signals in a plurality of frequency bands, signals are generated concentrated in a specific frequency band. The data compression of the audio signal can be increased by compressing the data of the subsequent audio signal by using the bias of the appearance probability of the signal of each frequency band by the first variable length encoding means. it can.
【0012】また、帯域分割手段及び誤差信号算出手段
へ入力されるデジタル信号は、小領域に分割された画像
内の輝度、色差等の信号であり、帯域分割手段は、これ
らの信号に基づいて空間周波数の信号を生成して、この
空間周波数の信号を複数の周波数帯域の信号に分割する
ものであってもよい。画像内の輝度、色差等の信号(以
下、画像信号という)はなだらかに変化することが多
く、このような変化がなだらかな信号を帯域分割手段に
より複数の空間周波数帯域の信号に分割すると、低周波
数帯域に信号が集中する。この周波数帯域によって信号
の出現確率に偏りのある帯域分割後の画像信号のデータ
に対して、第1の可変長符号化手段により各周波数帯域
の信号の出現確率の偏りを利用したデータの圧縮を行う
ことで、画像信号のデータ圧縮率を高めることができ
る。The digital signals input to the band dividing means and the error signal calculating means are signals of luminance, color difference and the like in the image divided into small areas, and the band dividing means performs the processing based on these signals. A signal of a spatial frequency may be generated, and the signal of the spatial frequency may be divided into signals of a plurality of frequency bands. Signals such as luminance and color difference in an image (hereinafter referred to as image signals) often change gently. If a signal having such a gradual change is divided into signals in a plurality of spatial frequency bands by band dividing means, low signals are generated. The signal concentrates on the frequency band. For the data of the image signal after the band division in which the appearance probability of the signal is biased by the frequency band, the first variable length encoding means compresses the data using the bias of the appearance probability of the signal in each frequency band. By doing so, the data compression rate of the image signal can be increased.
【0013】また、請求項5の発明は、入力されたデジ
タル信号のデータ量を圧縮する方法であって、入力され
たデジタル信号を直交変換して、複数の周波数帯域の信
号に分割するステップと、分割された各周波数帯域の信
号値について、所定の桁以下の値を丸める量子化処理を
行うステップと、量子化処理後における各周波数帯域の
信号の出現確率に応じて、それぞれの信号の符号長を変
化させつつ、各周波数帯域の信号を符号化することによ
り、全周波数帯域の信号のデータ量の圧縮を行うステッ
プと、量子化処理後における各周波数帯域の信号を合成
して、全周波数帯域の信号を生成するステップと、生成
された全周波数帯域の信号と、直交変換の変換元となる
デジタル信号との差の信号である誤差信号を算出するス
テップと、算出された誤差信号の値の出現確率に応じ
て、それぞれの信号値の符号長を変化させつつ、誤差信
号を符号化することにより、誤差信号のデータ量の圧縮
を行うステップと、圧縮された各周波数帯域の信号のデ
ータと圧縮された誤差信号のデータとを出力するステッ
プとからなるものである。この方法により、上記請求項
1と同様な作用を得ることができる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for compressing the data amount of an input digital signal, comprising the steps of orthogonally transforming the input digital signal to divide it into signals of a plurality of frequency bands. Performing a quantization process of rounding a value of a predetermined digit or less for a signal value of each divided frequency band, and a code of each signal according to an appearance probability of a signal of each frequency band after the quantization process. A step of compressing the data amount of the signals of all frequency bands by encoding the signals of each frequency band while changing the length, and synthesizing the signals of each frequency band after the quantization process to obtain Generating a signal of a band, and calculating an error signal that is a signal of a difference between the generated signal of the entire frequency band and a digital signal that is a source of orthogonal transform. Compressing the data amount of the error signal by encoding the error signal while changing the code length of each signal value according to the appearance probability of the value of the error signal. Outputting the data of the band signal and the data of the compressed error signal. According to this method, the same operation as that of the first aspect can be obtained.
【0014】また、上記請求項5に記載の方法におい
て、過去のデジタル信号から現在のデジタル信号を予測
するステップと、予測されたデジタル信号と実際のデジ
タル信号との差の信号である予測誤差信号を算出するス
テップとをさらに有し、算出するステップにより算出さ
れた予測誤差信号を、分割するステップにおける直交変
換の変換元となるデジタル信号とするものであってもよ
い。これにより、上記請求項2と同様な作用を得ること
ができる。The method according to claim 5, further comprising the step of predicting a current digital signal from a past digital signal, and a prediction error signal being a signal representing a difference between the predicted digital signal and an actual digital signal. , And the prediction error signal calculated in the calculating step may be used as a digital signal that is a conversion source of the orthogonal transform in the dividing step. Thereby, the same operation as in the second aspect can be obtained.
【0015】また、請求項7の発明は、コンピュータに
よってデジタル信号のデータ量を圧縮するためのプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で
あって、そのプログラムを、請求項5又は請求項6のい
ずれかに記載のデータ圧縮方法が実行されるデータ圧縮
用のプログラムとしたものである。この構成において
は、コンピュータにこのデータ圧縮用のプログラムを読
み取らせて、コンピュータ上でこのプログラムを実行す
ることにより、上記と同様な作用を得ることができる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for compressing a data amount of a digital signal by a computer, wherein the program is stored in a storage medium. A program for data compression in which any of the data compression methods described above is executed. In this configuration, the same operation as described above can be obtained by causing the computer to read the data compression program and executing the program on the computer.
【0016】また、請求項8の発明は、請求項1に記載
のデータ圧縮装置で圧縮されたデータの伸長を行うデー
タ伸長装置であって、符号化された各周波数帯域の信号
を、元の各周波数帯域の信号に復号する第1の復号手段
と、第1の復号手段による復号後における各周波数帯域
の信号を合成して、全周波数帯域の信号を生成する帯域
合成手段と、符号化された誤差信号を元の誤差信号に復
号する第2の復号手段と、帯域合成手段により生成され
た全周波数帯域の信号から、第2の復号手段により復号
された誤差信号を減ずる誤差除去手段とを備えたもので
ある。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a data decompression device for decompressing data compressed by the data compression device according to the first aspect, wherein the encoded signal of each frequency band is converted into an original signal. First decoding means for decoding into signals in each frequency band, band synthesis means for synthesizing signals in each frequency band after decoding by the first decoding means to generate signals in all frequency bands, Second decoding means for decoding the error signal into the original error signal, and error removing means for subtracting the error signal decoded by the second decoding means from the signal of the entire frequency band generated by the band synthesizing means. It is provided.
【0017】この構成においては、請求項1に記載のデ
ータ圧縮装置で符号化された各周波数帯域の信号のデー
タを第1の復号手段により元の各周波数帯域の信号のデ
ータに復号して、これらの各周波数帯域の信号を帯域合
成手段により合成することで、全周波数帯域の信号を生
成する。また、請求項1に記載のデータ圧縮装置で符号
化された誤差信号を第2の復号手段により元の誤差信号
に復号する。そして、帯域合成手段により合成された全
周波数帯域の信号から、第2の復号手段により復号され
た誤差信号を減算する。これにより、誤差を含む各周波
数帯域の信号を合成して得られた全周波数帯域の信号か
ら誤差を除去することができるので、データ圧縮装置に
入力された元々のデジタル信号と全く同じ信号を得るこ
とができる。In this configuration, the data of the signal of each frequency band encoded by the data compression device according to the first aspect is decoded by the first decoding means into the data of the signal of the original frequency band. By combining these signals of each frequency band by the band combining means, signals of all frequency bands are generated. Further, the error signal encoded by the data compression device according to the first aspect is decoded into the original error signal by the second decoding means. Then, the error signal decoded by the second decoding unit is subtracted from the signal of the entire frequency band synthesized by the band synthesizing unit. This makes it possible to remove the error from the signals of all the frequency bands obtained by synthesizing the signals of the respective frequency bands including the error, so that the same signal as the original digital signal input to the data compression device is obtained. be able to.
【0018】また、請求項9の発明は、請求項5に記載
のデータ圧縮方法で圧縮されたデータの伸長を行うデー
タ伸長方法であって、符号化された各周波数帯域の信号
を元の各周波数帯域の信号に復号するステップと、復号
後における各周波数帯域の信号を合成して、全周波数帯
域の信号を生成するステップと、符号化された誤差信号
を元の誤差信号に復号するステップと、生成するステッ
プにより生成された全周波数帯域の信号から、復号され
た誤差信号を減ずるステップとからなるものである。こ
の方法により、上記請求項8と同様な作用を得ることが
できる。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a data decompression method for decompressing data compressed by the data compression method according to the fifth aspect of the present invention. Decoding into frequency band signals, combining the decoded frequency band signals to generate all frequency band signals, and decoding the encoded error signal into the original error signal. , Subtracting the decoded error signal from the signal of the entire frequency band generated by the generating step. According to this method, the same operation as that of the eighth aspect can be obtained.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
データ圧縮装置とデータ伸長装置について図面を参照し
て説明する。図1を参照して、本実施形態のデータ圧縮
装置及びデータ圧縮処理方法について、音声データの圧
縮を行う場合を例に説明する。データ圧縮装置1は、従
来のMPEG等の方式によるデータ圧縮装置と同様に、
PCM(Pulse Code Modulation)データ入力手段2か
ら入力されたデジタル信号のデータ(以下、PCMデー
タと略す)を複数の周波数帯域の信号に分割するための
帯域分割フィルタバンク3(帯域分割手段)と、このフ
ィルタバンク3により帯域分割された信号(以下、サブ
バンド信号という)の所定の桁以下の値を丸める量子化
装置4(量子化手段)と、各量子化装置4から出力され
た各サブバンド信号に対してハフマン符号化等の可変長
符号化処理を行うサブバンド信号符号化装置5(第1の
可変長符号化手段)を備えている。また、データ圧縮装
置1は、上記の各装置に加えて、従来のデータ圧縮装置
にはない帯域合成フィルタバンク7(帯域合成手段)、
減算器(誤差算出装置:請求項における誤差信号算出手
段)8、及び誤差信号符号化装置9(第2の可変長符号
化手段)を備えている。帯域合成フィルタバンク7は、
量子化装置4による桁丸めの処理後における各サブバン
ド信号を合成して、全周波数帯域の信号を生成する装置
である。減算器8は、帯域合成フィルタバンク7により
生成された全周波数帯域の信号と、PCMデータ入力手
段2より入力された元々のPCMデータの信号との誤差
を算出するためのものである。誤差信号符号化装置9
は、減算器8から出力された誤差信号に対してハフマン
符号化等の可変長符号化処理を行って、誤差信号のデー
タ量を圧縮するためのものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a data compression device and a data decompression device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. With reference to FIG. 1, a data compression apparatus and a data compression processing method according to the present embodiment will be described by taking a case where audio data is compressed as an example. The data compression device 1 is similar to a data compression device based on a conventional method such as MPEG.
A band dividing filter bank 3 (band dividing means) for dividing digital signal data (hereinafter abbreviated as PCM data) input from PCM (Pulse Code Modulation) data input means 2 into a plurality of frequency band signals; A quantizing device 4 (quantizing means) for rounding a value of a predetermined digit or less of a signal (hereinafter referred to as a sub-band signal) band-divided by the filter bank 3, and each sub-band output from each quantizing device 4 A sub-band signal encoding device 5 (first variable-length encoding means) for performing variable-length encoding such as Huffman encoding on a signal is provided. The data compression device 1 includes, in addition to the above devices, a band synthesis filter bank 7 (band synthesis means) that is not included in the conventional data compression device.
A subtractor (error calculating device: error signal calculating means in claims) 8 and an error signal coding device 9 (second variable length coding means) are provided. The band synthesis filter bank 7
This is a device that combines the sub-band signals after digit rounding processing by the quantization device 4 to generate signals in all frequency bands. The subtracter 8 calculates an error between the signal of the entire frequency band generated by the band synthesis filter bank 7 and the original PCM data signal input from the PCM data input means 2. Error signal encoding device 9
Is for performing variable length coding processing such as Huffman coding on the error signal output from the subtractor 8 to compress the data amount of the error signal.
【0020】上記データ圧縮装置1にPCMデータを供
給するPCMデータ入力手段2は、音声データをリアル
・タイムで圧縮する場合には、マイクロフォン、増幅
器、A/D変換器等により構成される装置となり、ま
た、一旦録音された音声データを圧縮する場合には、録
音信号の再生装置となる。ただし、録音信号の再生装置
がアナログ式のものである場合には、さらにA/D変換
器が必要となる。The PCM data input means 2 for supplying PCM data to the data compression device 1 is a device comprising a microphone, an amplifier, an A / D converter and the like when compressing audio data in real time. In the case of compressing audio data that has been recorded once, the apparatus serves as a recording signal reproducing apparatus. However, if the recording signal reproducing device is of an analog type, an A / D converter is further required.
【0021】次に、上記データ圧縮装置1によるデータ
圧縮処理について説明する。PCMデータ入力手段2によ
り供給されるデジタルの音声信号のデータは、データ圧
縮装置1中の帯域分割フィルタバンク3に送られて、帯
域分割フィルタバンク3により複数の狭帯域の信号(サ
ブバンド信号)に分割される。この際、帯域分割フィル
タバンク3は、音声信号に含まれる線スペクトルを十分
に分離できるだけの数の帯域に分割する。帯域分割の方
法としては、全帯域を等間隔に分割する方法でもよく、
また、全帯域を不等間隔に分割する方法でもよい。ここ
では全帯域をN個の等間隔の帯域に分割することにす
る。音声信号のサンプリング周波数をfsとすると、音
声信号の持つ全帯域幅Wは、以下の(1)式のように表
される。 W=fs /2・・・(1) 何故なら、ある信号のサンプリング情報に基づいて、元
の信号の波形を再現するためには、元の信号の最高周波
数の2倍以上の周波数でサンプリングしなければならな
いという定理があるからである。この定理を標本化定理
という。Next, data compression processing by the data compression apparatus 1 will be described. The digital audio signal data supplied by the PCM data input means 2 is sent to a band division filter bank 3 in the data compression device 1, and the band division filter bank 3 generates a plurality of narrow band signals (sub-band signals). Is divided into At this time, the band division filter bank 3 divides the line spectrum included in the audio signal into as many bands as can be sufficiently separated. As a method of band division, a method of dividing the entire band at equal intervals may be used,
Further, a method of dividing the entire band at irregular intervals may be used. Here, the entire band is divided into N equally-spaced bands. Assuming that the sampling frequency of the audio signal is f s , the total bandwidth W of the audio signal is represented by the following equation (1). If W = f s / 2 ··· ( 1) Why, on the basis of sampling information of the certain signal, in order to reproduce the waveform of the original signal is sampled at a frequency higher than twice the highest frequency of the original signal This is because there is a theorem that must be done. This theorem is called the sampling theorem.
【0022】上記の帯域幅Wの音声信号を帯域分割フィ
ルタバンク3により帯域分割すると、各サブバンド信号
の持つ帯域幅はW/Nとなる。すなわち、帯域分割後に
おける各サブバンド信号の持つ帯域幅は、元の音声信号
の持つ全帯域幅Wの1/Nとなる。ここで、上記(1)
式によれば、サンプリング対象となる信号の帯域幅Wと
サンプリング信号の周波数fsとの間には、比例関係が
成立するので、帯域分割後における各サブバンド信号の
持つ帯域幅と元の音声信号の持つ帯域幅との比率が1/
Nであることを考慮すると、帯域分割後における各サブ
バンド信号に対するサンプリング周波数fs’を元の音
声信号のサンプリング周波数fsの1/Nとしても、元
の音声信号の情報が失われることはない。従って、元の
各サブバンド信号を復元するのに必要な各サブバンド信
号に対するサンプリング周波数fs’は以下の(2)式
のように表される。 fs’=fs /N・・・(2) 上式より、1秒当りの全帯域(N個の帯域)の信号のサ
ンプル数fTは、以下の式で表される。 fT=Nfs’=fs・・・(3) 上記の(1)式と(3)式より、帯域分割の前後におけ
る1秒当りの信号のサンプル数には全体として変化がな
いことが分かる。When the audio signal having the bandwidth W is divided into bands by the band division filter bank 3, the bandwidth of each subband signal becomes W / N. That is, the bandwidth of each sub-band signal after band division is 1 / N of the total bandwidth W of the original audio signal. Here, the above (1)
According to the equation, since a proportional relationship is established between the bandwidth W of the signal to be sampled and the frequency f s of the sampling signal, the bandwidth of each subband signal after band division and the original sound The ratio to the bandwidth of the signal is 1 /
In consideration of N, even if the sampling frequency f s ′ for each subband signal after band division is set to 1 / N of the sampling frequency f s of the original audio signal, the information of the original audio signal is not lost. Absent. Therefore, the sampling frequency f s ′ for each sub-band signal required to restore the original sub-band signal is expressed by the following equation (2). f s' = from f s / N ··· (2) the above equation, the number of samples f T of the signal of the entire band per second (N number of bands) is represented by the following formula. f T = Nf s' = f s ··· (3) above (1) and from (3), the number of samples of the signal per second before and after band division is no change as a whole I understand.
【0023】ここで、上記の帯域分割フィルタバンク3
を用いて帯域分割を行う理由について説明する。音声信
号の特性について考えると、通常の音声信号、特に音楽
信号は、一定の時間内の信号を時間軸を横軸にして見る
と連続した波形となるが、周波数を横軸にして見ると、
いくつかの線スペクトルの集まりになっていることが多
い。このため、音声信号を帯域分割フィルタバンク3に
より狭い周波数帯域(以下、サブバンドという)の信号
に分割すると、特定のサブバンドに信号が集中する。従
って、帯域分割後の音声信号の見かけ上のエントロピー
(複数のメッセージからなる情報について、その情報の
内容を全く損なわないように注意して、極限までビット
数を節約した場合の1メッセージ当りの平均情報量(平
均ビット数))は、帯域分割前の時間軸を横軸にした音
声信号のエントロピーよりも低くなっていることが期待
できる。そこで、帯域分割後の音声信号のデータをハフ
マン符号化や算術圧縮等のシンボル(信号の1サンプル
の値)の出現頻度の偏りを利用する圧縮法(エントロピ
ー符号化方式(可変長符号化方式))で圧縮すると、そ
の圧縮率は、一般に帯域分割前の音声信号を同じ圧縮法
で圧縮した場合よりも高くなる。このため、音声信号を
符号化して圧縮する前に音声信号に対する帯域分割処理
を行うのである。Here, the above-mentioned band division filter bank 3
The reason why band division is performed by using is described. Considering the characteristics of audio signals, normal audio signals, especially music signals, have a continuous waveform when the signal within a certain period of time is viewed with the time axis as the horizontal axis, but when viewed with the frequency as the horizontal axis,
It is often a collection of several line spectra. For this reason, when the audio signal is divided into signals in a narrow frequency band (hereinafter, referred to as a subband) by the band division filter bank 3, the signal is concentrated on a specific subband. Therefore, the apparent entropy of the audio signal after the band division (for the information comprising a plurality of messages, the average per one message when the number of bits is reduced to the utmost with care taken so as not to impair the content of the information at all) It can be expected that the information amount (average number of bits)) is lower than the entropy of the audio signal on the horizontal axis on the time axis before band division. Therefore, a compression method (entropy coding method (variable length coding method) using the bias of the appearance frequency of a symbol (a value of one sample of a signal) such as Huffman coding or arithmetic compression is applied to the audio signal data after band division. ), The compression ratio is generally higher than when the audio signal before band division is compressed by the same compression method. Therefore, the audio signal is subjected to band division processing before being encoded and compressed.
【0024】上記の帯域分割処理が終了すると、帯域分
割フィルタバンク3は、各サブバンド信号を量子化装置
4に出力する。量子化装置4は、各サブバンド信号を受
信すると、これらの信号値について一定の桁以下の数字
を丸める処理を行って、各サブバンド信号の持つ情報量
の削減を行う。一般に行われている非可逆圧縮における
量子化処理では、量子化装置が、人間の聴感特性に合わ
せて、帯域ごとに丸める桁を変えたり、時間的に丸める
桁を変えたりしている場合が多い。しかし、本発明は、
音質の聴感上の劣化を防ぐことではなく、音声信号の物
理的な劣化を防ぐことを目的としているため、量子化装
置4は、丸める桁を固定している。When the above band division processing is completed, the band division filter bank 3 outputs each subband signal to the quantization device 4. Upon receiving each of the sub-band signals, the quantization device 4 performs a process of rounding a number below a certain digit in these signal values to reduce the information amount of each of the sub-band signals. In general quantization processing in irreversible compression, a quantization device often changes a digit to be rounded for each band or a digit to be rounded temporally in accordance with human auditory characteristics. . However, the present invention
Since the purpose is to prevent physical deterioration of the audio signal, not to prevent the sound quality from deteriorating in audibility, the quantizing device 4 fixes the digits to be rounded.
【0025】上記の量子化装置4による桁丸めの処理が
終了すると、量子化装置4から出力された桁丸め処理後
の各サブバンド信号に基づいて合成した全帯域の音声信
号とPCMデータ入力手段2から入力された元々の音声信
号との間の誤差の信号の生成が行われる。このような誤
差の信号を生成する理由は、量子化装置4から出力され
た桁丸め処理後の各サブバンド信号をデータ伸長装置側
の帯域合成フィルタバンク(図2参照)で合成して、全
周波数帯域の音声信号を復元すると、復元した信号に
は、元々の音声信号と比べて僅かに誤差が生じるからで
ある。この誤差は、量子化装置4で行われる桁丸め処理
に伴う誤差(量子化誤差)と、帯域分割フィルタバンク
や帯域合成フィルタバンクにおける演算誤差とに起因す
るものである。そこで、このような誤差を除去して、元
の音声信号を完全に復元するために、データ圧縮装置1
が、誤差を含んだ各サブバンド信号の圧縮データに加え
て、誤差を除去するための信号(誤差信号)をも出力す
るのである。When the digit rounding process by the quantization device 4 is completed, the entire band audio signal and the PCM data input means synthesized on the basis of each sub-band signal after the digit rounding process output from the quantization device 4. A signal of an error between the original audio signal and the original audio signal input from step 2 is generated. The reason for generating such an error signal is that each of the sub-band signals after the digit rounding process output from the quantization device 4 is synthesized by a band synthesis filter bank (see FIG. 2) on the data decompression device side. This is because, when the audio signal in the frequency band is restored, the restored signal has a slight error as compared with the original audio signal. This error is caused by an error (quantization error) caused by the digit rounding process performed by the quantization device 4 and an operation error in the band division filter bank or the band synthesis filter bank. Therefore, in order to remove such an error and completely restore the original audio signal, the data compression device 1
However, in addition to the compressed data of each sub-band signal containing an error, a signal (error signal) for removing the error is also output.
【0026】上記の誤差信号の生成処理は、具体的に
は、以下のようにして行われる。帯域合成フィルタバン
ク7は、量子化装置4から出力された桁丸め処理後の各
サブバンド信号を受け取って、これらの信号を合成す
る。減算器(誤差算出装置)8は、帯域合成フィルタバ
ンク7から全サブバンド信号を合成した信号を受け取
り、PCMデータ入力手段2から元の音声信号を受け取っ
て、全サブバンド信号を合成した信号から元の音声信号
を引くことにより、誤差信号を算出する。The process of generating the error signal is specifically performed as follows. The band synthesis filter bank 7 receives each of the sub-band signals after the digit rounding process output from the quantization device 4 and synthesizes these signals. The subtractor (error calculation device) 8 receives the signal obtained by synthesizing all the sub-band signals from the band synthesis filter bank 7, receives the original audio signal from the PCM data input means 2, and converts the signal obtained by synthesizing all the sub-band signals. An error signal is calculated by subtracting the original audio signal.
【0027】上記の量子化装置4により量子化された各
サブバンド信号は、サブバンド信号符号化装置5により
符号化され、減算器8により得られた誤差信号は、誤差
信号符号化装置9により符号化される。これらの符号化
処理に用いる符号化手法は、ハフマン符号化や算術圧縮
符号化等のシンボルの出現頻度の偏りを利用する符号化
手法である。符号化後のサブバンド信号のデータと誤差
信号のデータとは、合わせて圧縮データ出力手段6に出
力される。誤差信号については、符号化前の信号の電力
が小さい(信号が弱い)ため、符号化後のデータ量はわ
ずかであり、符号化後のサブバンド信号のデータ量と比
べて十分小さくなる。このため、符号化後の誤差信号の
データを符号化後のサブバンド信号のデータと共に出力
しても、出力データ全体のデータ量は殆ど増加しない。
圧縮データ出力手段6は、音声信号を保存する場合に
は、記憶装置となり、音声信号を配信する場合には、通
信回線となる。Each of the sub-band signals quantized by the above-described quantization device 4 is encoded by a sub-band signal encoding device 5, and the error signal obtained by the subtracter 8 is encoded by an error signal encoding device 9. Encoded. The encoding method used for these encoding processes is an encoding method that utilizes a bias in the appearance frequency of symbols, such as Huffman encoding or arithmetic compression encoding. The encoded subband signal data and error signal data are output to the compressed data output means 6 together. As for the error signal, since the power of the signal before encoding is small (the signal is weak), the data amount after encoding is small and sufficiently smaller than the data amount of the subband signal after encoding. Therefore, even if the encoded error signal data is output together with the encoded subband signal data, the data amount of the entire output data hardly increases.
The compressed data output means 6 becomes a storage device when storing audio signals, and becomes a communication line when distributing audio signals.
【0028】次に、上記のように、音声信号を帯域分割
してから圧縮する方が、音声信号を直接圧縮するよりも
高い圧縮率が得られることを、図3(a)〜(e)及び
図4(a)(b)を参照して説明する。図3(a)は、
図4(a)中の4出力帯域分割フィルタバンクへの入力
信号の波形(以下、入力波形と略す)を示し、図3
(b)(c)(d)(e)は、それぞれ図4(a)中の
4出力帯域分割フィルタバンクから出力される各サブバ
ンド信号S0,S1,S2,S3の波形を示す。また、
図4(a)は、図1中の帯域分割フィルタバンク3の一
例である4出力帯域分割フィルタバンクの構成を示し、
図4(b)は、4出力帯域分割フィルタバンクの各フィ
ルタの周波数特性と、入力波形に含まれる2つの周波数
f1,f2(f 1<f2)の成分に対応した2つの線スペク
トルとを示す。図3(a)(b)(d)において、それ
ぞれの縦線は、それぞれの図中の波形11,14,17
の各サンプリング値12,15,18を示している。こ
こで、音声信号の簡単な例として、二つの周波数f1と
f2(f1<f2)の成分のみを含む音声信号について考
えると、この音声信号の時間波形は図3(a)のように
なる(図3(a)では、f 2=5f1である場合の例を示
している)。また、図4(a)に示される4出力の帯域
分割フィルタバンク3aは、F0〜F3の4つのフィル
タより構成される。図4(b)に示されるように、これ
らのフィルタF0〜F3は、番号の若いフィルタほど低
い周波数の信号を通す。Next, as described above, the audio signal is divided into bands.
Compression after compressing the audio signal directly
FIGS. 3A to 3E show that a high compression ratio can be obtained.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 3 (a)
Input to the 4-output band splitting filter bank in FIG.
FIG. 3 shows a signal waveform (hereinafter abbreviated as an input waveform), and FIG.
(B), (c), (d), and (e) are the same as those in FIG.
Each sub-bar output from the 4-output band division filter bank
Command signal S0, S1, S2, S33 shows the waveforms of FIG. Also,
FIG. 4A shows one of the band division filter banks 3 in FIG.
FIG. 4 shows a configuration of an example 4-output band division filter bank;
FIG. 4B shows each filter of the four-output band division filter bank.
Frequency characteristics of the filter and the two frequencies included in the input waveform
f1, FTwo(F 1<FTwo2) Line specs corresponding to the components
Torr. 3 (a), 3 (b) and 3 (d),
Each vertical line represents the waveforms 11, 14, 17 in the respective figures.
Are shown as sampling values 12, 15, and 18, respectively. This
Here, as a simple example of an audio signal, two frequencies f1When
fTwo(F1<FTwoConsider the audio signal containing only the component
Then, the time waveform of this audio signal is as shown in FIG.
(In FIG. 3A, f Two= 5f1Here is an example of
are doing). Also, the four output bands shown in FIG.
The divided filter bank 3a has F0~ F3Four fills
Data. As shown in FIG.
Filter F0~ F3Is lower for lower numbered filters
Pass signals of different frequencies.
【0029】ここで、図3(a)中の波形11で示され
る音声信号を図4(a)に示される4出力の帯域分割フ
ィルタバンク3aに入力する場合を考える。図4(b)
に示されるように、入力波形11に含まれる2つの周波
数f1とf2とにそれぞれ対応した線スペクトルL1とL
2とが、それぞれフィルタF0とフィルタF2とを通過
する場合には、フィルタF0〜F3により分割された各
サブバンド信号S0〜S3の出力波形は、それぞれ図3
(b)〜(e)に示される波形14,16,17,19
のようになる。音声信号が4出力帯域分割フィルタバン
ク3aを通過するときに、1/4にダウンサンプリング
されるため、図3(b)及び図3(d)に示されるサン
プリング値15,18の数は、共に入力波形11に対す
るサンプリング値12の数の1/4となる。換言する
と、図3(b)及び図3(d)に示される各出力波形1
4,17に対するサンプリング周波数は、共に元の入力
波形11に対するサンプリング周波数の1/4となる。
入力波形11に含まれる周波数f1の成分はS0のみ
に、周波数がf2の成分はS2のみに現れるため、S1と
S 3には信号が現れない。このように、時間的に連続な
波形を入力しても、帯域分割してみると、信号が局在化
する。Here, a waveform 11 shown in FIG.
The audio signal is divided into four output band division signals as shown in FIG.
It is assumed that the input is made to the filter bank 3a. FIG. 4 (b)
As shown in the figure, two frequencies included in the input waveform 11
Number f1And fTwoAnd the line spectra L corresponding to1And L
2And the filter F0And filter FTwoAnd pass
Filter F0~ F3Each divided by
Subband signal S0~ S3The output waveforms of FIG.
Waveforms 14, 16, 17, 19 shown in (b) to (e)
become that way. Audio signal has 4 output band division filter band
Downsampling to 1/4 when passing through 3a
3 (b) and 3 (d).
The numbers of the pulling values 15 and 18 both correspond to the input waveform 11.
サ ン プ リ ン グ of the number of sampling values 12 obtained. Paraphrase
And each output waveform 1 shown in FIGS. 3B and 3D.
The sampling frequency for 4,17 is the same as the original input
This is 1 / of the sampling frequency for the waveform 11.
Frequency f included in input waveform 111The component of is S0only
And the frequency is fTwoThe component of is STwoOnly appearing in S1When
S ThreeDoes not show a signal. Thus, time continuous
Even if a waveform is input, the signal is localized when divided into bands.
I do.
【0030】従って、帯域分割後のサブバンド信号S0
〜S3の方が、元の入力波形11で示される全周波数帯
域の信号よりも見かけ上のエントロピーが低くなってい
る。そのため、ハフマン符号化や算術圧縮符号化をほど
こして圧縮する場合には、帯域分割してから符号化する
方が、入力された全周波数帯域の信号を直接符号化する
よりも良好な圧縮率を得ることができる。上記の入力波
形11で示される信号は、L1とL2の2つの線スペク
トルのみを持つが、実際の音声信号はより多くの線スペ
クトルを含む。従って、それらの線スペクトルを分離す
るためには、より狭い周波数帯域に分割する必要があ
る。Therefore, the sub-band signal S 0 after the band division
Who to S 3 are entropy apparent than the signal of the entire frequency band indicated by the original input waveform 11 is low. Therefore, when performing compression by applying Huffman coding or arithmetic compression coding, it is better to perform coding after dividing the band than to directly code the input signal of the entire frequency band. Obtainable. Signal represented by the input waveform 11 is with only two line spectra of L 1 and L 2, the actual speech signal contains more line spectrum. Therefore, in order to separate those line spectra, it is necessary to divide them into narrower frequency bands.
【0031】次に、図2を参照して、上記データ圧縮装
置1で圧縮されたデータの伸長を行うデータ伸長装置の
動作について、この伸長装置を音声データの圧縮に適用
した場合を例に説明する。ここで、伸長とは、圧縮され
たデータを元のPCMデータに復元することを意味する。
圧縮データ入力手段22は、データ圧縮装置1により圧
縮された音声信号のデータをデータ伸長装置21に入力
するためのものである。この圧縮データ入力手段22
は、記録装置に保存された圧縮データを入力する場合に
は、記憶装置となり、また、通信回線を用いて配信され
た圧縮データを入力する場合には、通信回線となる。圧
縮データ入力手段22から入力された圧縮データは、サ
ブバンド信号と誤差信号とに分離されて、それぞれサブ
バンド信号復号装置23(第1の復号手段)と誤差信号
復号装置25(第2の復号手段)とに送られる。サブバ
ンド信号復号装置23は、圧縮データ入力手段22から
入力された符号化された各帯域のサブバンド信号を元の
サブバンド信号に復号して、帯域合成フィルタバンク2
4(帯域合成手段)に出力する。帯域合成フィルタバン
ク24は、これらの各帯域のサブバンド信号を合成し
て、単一の全帯域の音声信号を生成する。Next, the operation of the data decompression device for decompressing the data compressed by the data compression device 1 will be described with reference to FIG. 2 by taking as an example a case where the decompression device is applied to the compression of audio data. I do. Here, decompression means that the compressed data is restored to the original PCM data.
The compressed data input means 22 is for inputting the data of the audio signal compressed by the data compression device 1 to the data decompression device 21. This compressed data input means 22
Is a storage device when inputting compressed data stored in a recording device, and is a communication line when inputting compressed data distributed using a communication line. The compressed data input from the compressed data input unit 22 is separated into a sub-band signal and an error signal, and the sub-band signal decoding unit 23 (first decoding unit) and the error signal decoding unit 25 (second decoding unit). Means). The subband signal decoding device 23 decodes the encoded subband signal of each band input from the compressed data input means 22 into the original subband signal, and
4 (band combining means). The band synthesis filter bank 24 synthesizes the sub-band signals of each of these bands to generate a single full-band audio signal.
【0032】一方、誤差信号復号装置25は、圧縮デー
タ入力手段22から入力された符号化された誤差信号を
復号する。帯域合成フィルタバンク24により生成され
た全帯域の音声信号と誤差信号復号装置25により復元
された誤差信号とは、減算器26(誤差除去手段)に出
力される。減算器26は、帯域合成フィルタバンク24
で合成された全帯域の音声信号から誤差信号復号装置2
5で復元された誤差信号を減じることにより、合成によ
り求めた全帯域の音声信号から誤差を除去して、元の音
声信号を完全に再生する。再生された音声信号は、PC
Mデータ出力手段27に出力される。PCMデータ出力
手段27は、再生された音声を直接、人が聞く場合に
は、D/A変換器、増幅器、スピーカ等から構成される
装置となり、再生された音声を一旦保存する場合には、
記憶装置となる。圧縮された音声信号のデータを完全に
元の音声信号に伸長するには、データ圧縮装置1側の帯
域合成フィルタバンク7とデータ伸長装置21側の帯域
合成フィルタバンク24とを、演算誤差の発生の仕方を
含めて完全に同じ特性にする必要がある。On the other hand, the error signal decoding device 25 decodes the encoded error signal input from the compressed data input means 22. The audio signal of all bands generated by the band synthesis filter bank 24 and the error signal restored by the error signal decoding device 25 are output to a subtracter 26 (error removing means). The subtracter 26 includes a band synthesis filter bank 24
Signal decoding apparatus 2 from the audio signal of all bands synthesized by
By subtracting the error signal restored in step 5, the error is removed from the audio signal of the entire band obtained by the synthesis, and the original audio signal is completely reproduced. The reproduced audio signal is
It is output to the M data output means 27. The PCM data output unit 27 is a device including a D / A converter, an amplifier, a speaker, and the like when a reproduced sound is directly heard by a person, and when the reproduced sound is temporarily stored,
It becomes a storage device. In order to completely expand the data of the compressed audio signal to the original audio signal, the band synthesis filter bank 7 of the data compression device 1 and the band synthesis filter bank 24 of the data expansion device 21 need to generate an operation error. It is necessary to have exactly the same characteristics including the way of doing.
【0033】次に、上記のデータ圧縮装置1とデータ伸
長装置21とを画像信号のデータの圧縮・伸長に適用し
た場合の処理について説明する。白黒画像の信号を生成
する場合には、図5に示されるように、白黒画像31上
に格子状の座標を取り、各(x,y)座標32におい
て、輝度値I(x,y)をサンプリングし、そのサンプ
リング値をPCMデータとすることが多い。図に示され
る例では、白黒画像31は、水平方向にX画素、垂直方
向にY画素に分割されている。この白黒画像31の画像
信号のデータをデータ圧縮装置1で圧縮する場合には、
図1に示されるPCMデータ入力手段2は、図6に示さ
れるように、白黒画像31を水平方向がM画素、垂直方
向がN画素の矩形の小領域33に分割して、この小領域
33の輝度値の信号を図1に示される帯域分割フィルタ
バンク3に順次入力する。帯域分割フィルタバンク3
は、与えられた小領域33の輝度値の信号を空間周波数
を基準としたサブバンド信号に分割する。この場合の空
間周波数とは、隣り合う画素間の輝度の変化の激しさを
周波数で表したものである。また、画像信号のデータ圧
縮を行う場合のPCMデータ入力手段2は、読み取った
画像信号をリアル・タイムでデータ圧縮する場合には、
スキャナ等より構成され、また、一旦記録された画像信
号をデータ圧縮する場合には、録画信号の再生装置とな
る。Next, a description will be given of a process in the case where the data compression device 1 and the data decompression device 21 are applied to compression and decompression of image signal data. When a signal of a black and white image is generated, as shown in FIG. 5, grid-like coordinates are taken on a black and white image 31, and the luminance value I (x, y) is calculated at each (x, y) coordinate 32. In many cases, sampling is performed and the sampled value is used as PCM data. In the example shown in the figure, the monochrome image 31 is divided into X pixels in the horizontal direction and Y pixels in the vertical direction. When the data of the image signal of the monochrome image 31 is compressed by the data compression device 1,
As shown in FIG. 6, the PCM data input means 2 shown in FIG. 1 divides the black-and-white image 31 into rectangular small areas 33 each having M pixels in the horizontal direction and N pixels in the vertical direction. Are sequentially input to the band division filter bank 3 shown in FIG. Band division filter bank 3
Divides the signal of the luminance value of the given small region 33 into subband signals based on the spatial frequency. The spatial frequency in this case is a value representing the degree of change in luminance between adjacent pixels in terms of frequency. The PCM data input means 2 for compressing the data of the image signal, when compressing the read image signal in real time,
It is composed of a scanner or the like, and when data of an image signal once recorded is compressed, it becomes a playback device of a recorded signal.
【0034】図7(a)(b)に小領域33内の輝度値
の信号を帯域分割フィルタバンク3で空間周波数を基準
としたサブバンド信号に分割する様子を示す。帯域分割
フィルタバンク3には、図7(a)に示されるように、
水平方向がM画素、垂直方向がN画素の小領域33内の各
画素34の輝度値の信号が入力される。帯域分割フィル
タバンク3は、これらの輝度値の信号を空間周波数領域
35の信号に変換して、図7(b)に示されるように、
水平方向にM、垂直方向にNのサブバンド36の信号37
に分割する。この場合、小領域33が2次元であるか
ら、空間周波数領域35も2次元になる。空間周波数領
域35内の各サブバンド36の空間周波数は、水平方向
の周波数に関しては、左側へ行くほど低い周波数、右側
へ行くほど高い周波数となり、また、垂直方向の周波数
に関しては、上側に行くほど低い周波数、下側に行くほ
ど高い周波数となる。図1に示されるPCMデータ入力
手段2が、図8に示されるように、ジグザグに小領域3
3を走査して、各小領域33内の各画素34の輝度値の
信号を順次帯域分割フィルタバンク3に送ると、帯域分
割フィルタバンク3は、図7(b)に示される各サブバ
ンド36に対応した信号を出力する。一般に、輝度値等
の画像信号を空間周波数領域35の信号に変換して観察
すると、低い周波数帯域に信号電力が集中することが知
られている。従って、図7(b)の場合で言えば、左上
のサブバンド36に強い信号が集中する。このように、
画像信号を空間周波数領域35の信号に変換して狭帯域
のサブバンド36の信号に分割すると、元の画像信号よ
りも信号の強さの偏りが大きくなるので、サブバンド分
割後の信号に対して、ハフマン符号化や算術圧縮符号化
等の情報の偏りを利用した圧縮を行うと、良好な圧縮率
を得ることができる。画像信号のデータを圧縮する場合
も、帯域分割フィルタバンク3から出力されたサブバン
ド信号を帯域合成フィルタバンク7で合成して、元の画
像信号と比較して(元の画像信号を減算して)誤差信号
を得る仕組みは、音声信号のデータを圧縮する場合と同
様である。画像信号のデータを伸長する仕組みも、帯域
合成フィルタバンク24が2次元の空間周波数の帯域合
成フィルタになることを除いて、音声信号のデータを伸
長する仕組みと同様である。また、カラー画像の場合
は、R,G,BやY,Cb,Crといった3つの色の成分に
画像信号を分解して、各色の成分ごとに、上述した白黒
画像31の場合と同様なデータ圧縮処理を行えばよい。FIGS. 7A and 7B show how the signal of the luminance value in the small area 33 is divided by the band division filter bank 3 into subband signals based on the spatial frequency. As shown in FIG. 7A, the band division filter bank 3
A signal of the luminance value of each pixel 34 in the small area 33 having M pixels in the horizontal direction and N pixels in the vertical direction is input. The band division filter bank 3 converts these luminance value signals into signals in the spatial frequency domain 35, and as shown in FIG.
Signal 37 of subband 36 of M in the horizontal direction and N in the vertical direction
Divided into In this case, since the small area 33 is two-dimensional, the spatial frequency area 35 is also two-dimensional. The spatial frequencies of the sub-bands 36 in the spatial frequency domain 35 are lower in frequency in the horizontal direction, higher in frequency toward the right side, and higher in frequency in the vertical direction. The lower the frequency, the higher the lower the frequency. As shown in FIG. 8, the PCM data input means 2 shown in FIG.
3 is scanned, and the signal of the luminance value of each pixel 34 in each small area 33 is sequentially sent to the band division filter bank 3. When the band division filter bank 3 Output a signal corresponding to. Generally, when an image signal such as a luminance value is converted into a signal in the spatial frequency domain 35 and observed, it is known that signal power is concentrated in a low frequency band. Therefore, in the case of FIG. 7B, a strong signal concentrates on the upper left subband 36. in this way,
When the image signal is converted into a signal in the spatial frequency domain 35 and divided into narrow band sub-band 36 signals, the bias of the signal strength becomes larger than that of the original image signal. By performing compression utilizing information bias such as Huffman coding or arithmetic compression coding, a good compression ratio can be obtained. Also in the case of compressing image signal data, the sub-band signals output from the band division filter bank 3 are synthesized by the band synthesis filter bank 7 and compared with the original image signal (by subtracting the original image signal). The mechanism for obtaining the error signal is the same as that for compressing the audio signal data. The mechanism for expanding the data of the image signal is the same as the mechanism for expanding the data of the audio signal, except that the band synthesis filter bank 24 is a band synthesis filter of a two-dimensional spatial frequency. In the case of a color image, the image signal is decomposed into three color components such as R, G, B, Y, Cb, and Cr, and the same data as in the case of the above-described monochrome image 31 is obtained for each color component. What is necessary is just to perform a compression process.
【0035】上記の説明では、話を簡単にするために、
PCMデータを直接帯域分割して圧縮する場合の例を示
したが、予測フィルタにより過去のPCMデータから現
在のPCMデータを予測して、この予測値と実際のPC
Mデータとの誤差(以下、予測誤差という)を図1に示
されるデータ圧縮装置1で圧縮してもよい。特に音声圧
縮の場合、予測フィルタが適切に設計されていれば、P
CMデータを直接圧縮するよりも、予測誤差のデータを
圧縮する方が、良好な圧縮率を得ることができる。In the above description, for simplicity,
Although the example in which the PCM data is directly divided into bands and compressed is shown, a prediction filter predicts the current PCM data from the past PCM data, and obtains the predicted value and the actual PCM data.
An error from the M data (hereinafter referred to as a prediction error) may be compressed by the data compression device 1 shown in FIG. Especially for audio compression, if the prediction filter is properly designed,
A better compression ratio can be obtained by compressing the data of the prediction error than by directly compressing the CM data.
【0036】次に、予測フィルタを音声信号のデータ圧
縮装置1の前段とデータ伸長装置21の後段とにそれぞ
れ用いる実施形態について、図9、図10を参照して説
明する。図9は、図1に示されるデータ圧縮装置1の前
段に設けられる予測フィルタを含む予測誤差算出部40
の構成を示す。図10は、図2に示されるデータ伸長装
置21の後段に設けられる予測フィルタを含むPCMデ
ータ復元部45の構成を示す。予測誤差算出部40は、
PCMデータ入力手段2から出力された過去のPCMデ
ータを保持する遅延素子42と、遅延素子42から出力
された過去のPCMデータに基づいて現在のPCMデー
タを予測する予測フィルタ41(予測手段)と、予測フ
ィルタ41から出力された現在のPCMデータの予測値
よりPCMデータ入力手段2から出力された現在の実P
CMデータを減じて予測誤差を算出するための減算器4
3(予測誤差信号算出手段)とを有している。また、P
CMデータ復元部45は、図2中の減算器26から出力
された過去のPCMデータを保持する遅延素子47と、
遅延素子47から出力された過去のPCMデータに基づ
いて現在のPCMデータを予測する予測フィルタ48
と、予測フィルタ48から出力されたPCMデータの予
測値より減算器26から出力された予測誤差を減じて、
現在の実PCMデータを算出するための減算器46とを
有している。上記予測フィルタ41と予測フィルタ48
とは、同じ特性を持つものを用いる必要がある。Next, an embodiment in which a prediction filter is used in a stage preceding the audio signal data compression device 1 and a stage following the data decompression device 21 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows a prediction error calculator 40 including a prediction filter provided at a stage prior to the data compression device 1 shown in FIG.
Is shown. FIG. 10 shows a configuration of a PCM data restoration unit 45 including a prediction filter provided at a subsequent stage of the data decompression device 21 shown in FIG. The prediction error calculation unit 40
A delay element 42 for holding past PCM data output from the PCM data input means 2; a prediction filter 41 (prediction means) for predicting current PCM data based on past PCM data output from the delay element 42; From the predicted value of the current PCM data output from the prediction filter 41, the current actual P output from the PCM data input means 2.
Subtractor 4 for calculating the prediction error by subtracting the CM data
3 (prediction error signal calculation means). Also, P
The CM data restoration unit 45 includes a delay element 47 that holds the past PCM data output from the subtracter 26 in FIG.
Prediction filter 48 for predicting current PCM data based on past PCM data output from delay element 47
And the prediction error output from the subtracter 26 is subtracted from the predicted value of the PCM data output from the prediction filter 48,
And a subtractor 46 for calculating current actual PCM data. The prediction filter 41 and the prediction filter 48
Means that those having the same characteristics must be used.
【0037】図9、図10において、PCMデータ入力
手段2から入力された音声信号のデータは、順次各遅延
素子42に保持される。予測フィルタ41は、これら各
遅延素子42に保持された過去数回分の音声信号のデー
タに基づいて、現在のPCMデータの予測値を算出し、
この予測値を減算器43に出力する。減算器43は、予
測フィルタ41から出力された現在のPCMデータの予
測値よりPCMデータ入力手段2から出力された現在の
実PCMデータを減じて予測誤差を算出し、この予測誤
差を図1に示されるデータ圧縮装置1に送る。この予測
誤差のデータは、データ圧縮装置1で圧縮された後、記
憶装置又は通信回線を介し、図2に示されるデータ伸長
装置21へ送られて、元の予測誤差のデータに復元され
る。復元された予測誤差のデータは、減算器26からP
CMデータ復元部45に送られて、順次、各遅延素子4
7に保持される。予測フィルタ48は、遅延素子47か
ら出力された過去のPCMデータに基づき現在のPCM
データを予測して、このPCMデータの予測値を減算器
46に出力する。減算器46は、このPCMデータの予
測値より減算器26から出力された予測誤差を減じて、
PCMデータ入力手段2から入力された元のPCMデー
タを復元する。9 and 10, the data of the audio signal input from the PCM data input means 2 is sequentially held in each delay element 42. The prediction filter 41 calculates a predicted value of the current PCM data based on the data of the past several times of the audio signal held in each of the delay elements 42,
This predicted value is output to the subtractor 43. The subtracter 43 calculates a prediction error by subtracting the current actual PCM data output from the PCM data input means 2 from the predicted value of the current PCM data output from the prediction filter 41, and calculates the prediction error in FIG. To the indicated data compression device 1. After the data of the prediction error is compressed by the data compression device 1, the data is sent to the data decompression device 21 shown in FIG. 2 via a storage device or a communication line, and is restored to the original prediction error data. The reconstructed prediction error data is supplied from the subtractor 26 to P
The delay data is sent to the CM data restoring unit 45 and sequentially
7 is held. The prediction filter 48 determines the current PCM based on the past PCM data output from the delay element 47.
The data is predicted, and the predicted value of the PCM data is output to the subtractor 46. The subtracter 46 subtracts the prediction error output from the subtractor 26 from the predicted value of the PCM data,
The original PCM data input from the PCM data input means 2 is restored.
【0038】次に、上記図9及び図10に示した予測誤
差算出部40及びPCMデータ復元部45を、図1及び
図2に示したデータ圧縮装置1及びデータ伸長装置21
にそれぞれ組み込んだ実施例について、図11及び図1
2を参照して説明する。この実施例においては、帯域分
割フィルタバンク3として256点DCT(DiscreteCo
sine Transform: 離散コサイン変換)器、帯域合成フ
ィルタバンク7として256点IDCT(Inverse Discrete
Cosine Transform; 逆離散コサイン変換)器、サブバ
ンド信号符号化装置5及び誤差信号符号化装置9として
動的ハフマン符号化装置を用い、1サンプル前の入力を
現在の予測値としてデータ圧縮を行う。ここでは、予測
値の算出に用いる予測フィルタは、1つの遅延素子42
からの入力をそのまま出力するものとなるため、図示し
ていない。まず、データ圧縮装置1について説明する
と、サブバンド信号符号化装置5及び誤差信号符号化装
置9で用いられている動的ハフマン符号化方式とは、符
号化しながらシンボルの出現頻度の分布の統計を取り、
符号化テーブルを統計に応じて更新するハフマン符号化
方式である。通常のハフマン符号化(静的ハフマン符号
化)方式では、あらかじめシンボルの出現頻度分布を把
握しておく必要がある。Next, the prediction error calculating section 40 and the PCM data restoring section 45 shown in FIGS. 9 and 10 are replaced with the data compression apparatus 1 and the data decompression apparatus 21 shown in FIGS.
11 and FIG.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, a 256-point DCT (DiscreteCo
sine Transform: 256-point IDCT (Inverse Discrete)
A dynamic Huffman coding device is used as a Cosine Transform (inverse discrete cosine transform) device, a subband signal coding device 5 and an error signal coding device 9, and data compression is performed using an input one sample before as a current prediction value. Here, the prediction filter used for calculating the predicted value is one delay element 42
It is not shown in the figure because the input from the device is output as it is. First, the data compression device 1 will be described. The dynamic Huffman coding method used in the subband signal coding device 5 and the error signal coding device 9 is based on the statistics of the distribution of the appearance frequency of symbols while coding. take,
This is a Huffman coding method for updating a coding table according to statistics. In the normal Huffman coding (static Huffman coding) method, it is necessary to grasp the appearance frequency distribution of symbols in advance.
【0039】一方、動的ハフマン符号化方式では、最初
は適当な出現頻度分布を仮定しておき、符号化しながら
統計を取り、統計値に応じて符号化テーブルを更新する
ことにより、徐々に実際の出現頻度分布に応じた適切な
符号化をすることができるようになる。動的ハフマン符
号化方式は、最初の内は効率の悪い符号化をする。しか
し、多くのシンボルを符号化する場合には、初期の効率
の悪さは、全体としては無視できる。データ圧縮装置1
は、静的ハフマン符号化を厳密に行おうとすると、実際
に符号化する際だけではなく、シンボルの出現頻度分布
の統計を取る際にも、信号(シンボル列)を読む必要が
ある。従って、静的ハフマン符号化方式では信号を2回
分読む必要があるが、動的ハフマン符号化方式では1回
で済む。また、データ圧縮装置1は、静的ハフマン符号
化方式の場合は、圧縮したデータに符号化テーブルを付
加して出力する必要があるが、動的ハフマン符号化方式
の場合は、符号化テーブルを付加する必要はない。On the other hand, in the dynamic Huffman coding method, a suitable appearance frequency distribution is assumed at first, statistics are obtained while coding, and the coding table is updated according to the statistical values, thereby gradually increasing the actual frequency. Can be appropriately encoded according to the appearance frequency distribution of. The dynamic Huffman coding scheme is initially inefficient. However, when encoding many symbols, the initial inefficiency is negligible as a whole. Data compression device 1
When strictly performing static Huffman coding, it is necessary to read a signal (symbol sequence) not only when actually performing coding, but also when obtaining statistics of the symbol appearance frequency distribution. Therefore, the signal needs to be read twice in the static Huffman coding method, but only once in the dynamic Huffman coding method. In the case of the static Huffman coding method, the data compression device 1 needs to add an encoding table to compressed data and output the compressed data. In the case of the dynamic Huffman coding method, the data compression apparatus 1 No need to add.
【0040】この実施例では、帯域分割フィルタバンク
3に256点DCT器を用いているため、サブバンド信
号は256チャンネルとなる。PCM信号に対するサンプ
リング周波数が44.1kHzの場合には、上記の(1)式よ
り、音声信号の持つ全帯域幅Wは、22.05 kHzとなる。
従って、この場合、1チャンネルあたりの帯域幅は、約
86Hzとなる。256個ある量子化装置4は、DCT器から
出力された各サブバンド信号の小数点以下3ビット以下
の値を丸めて、小数点以下2ビットまでの信号にする。
サブバンド信号の符号化と誤差信号の符号化に動的ハフ
マン符号化を用いているが、サブバンド信号と誤差信号
とではシンボルの出現頻度の分布が違うため、両者の動
的ハフマン符号化においては異なる符号化テーブルを用
いる。また、サブバンド信号のチャンネルにより、シン
ボルの出現頻度の分布が違うため、各チャンネルで異な
る符号化テーブルを用いる。In this embodiment, since a 256-point DCT is used for the band division filter bank 3, the sub-band signal has 256 channels. When the sampling frequency for the PCM signal is 44.1 kHz, the total bandwidth W of the audio signal is 22.05 kHz according to the above equation (1).
Therefore, in this case, the bandwidth per channel is about
86Hz. The 256 quantizers 4 round the value of each sub-band signal output from the DCT unit to three bits or less after the decimal point to convert it to a signal with two bits after the decimal point.
Although dynamic Huffman coding is used for encoding the subband signal and the error signal, the distribution of the symbol appearance frequency differs between the subband signal and the error signal. Use a different encoding table. Also, since the distribution of the symbol appearance frequency differs depending on the channel of the subband signal, a different coding table is used for each channel.
【0041】次に、図12に示されるデータ伸長装置2
1について説明すると、サブバンド信号復号装置23と
して用いられている動的ハフマン復号装置は、サブバン
ド信号符号化装置5(図11)と同じ符号化テーブルを
用いている。また、誤差信号復号装置25として用いら
れている動的ハフマン復号装置は、誤差信号符号化装置
9(図11)と同じ符号化テーブルを用いている。さら
にまた、帯域合成フィルタバンク24は、帯域合成フィ
ルタバンク7(図11)と計算精度まで含めて完全に同
じ特性をもつ256点のIDCT器である。Next, the data decompression device 2 shown in FIG.
Explaining No. 1, the dynamic Huffman decoding device used as the subband signal decoding device 23 uses the same encoding table as the subband signal encoding device 5 (FIG. 11). Also, the dynamic Huffman decoding device used as the error signal decoding device 25 uses the same encoding table as the error signal encoding device 9 (FIG. 11). Further, the band synthesis filter bank 24 is a 256-point IDCT unit having completely the same characteristics including the calculation accuracy as the band synthesis filter bank 7 (FIG. 11).
【0042】上述した図11及び図12に示したデータ
圧縮装置1及びデータ伸長装置21は、帯域分割フィル
タバンク3、量子化装置4、サブバンド信号符号化装置
5、帯域合成フィルタバンク7、減算器8、誤差信号符
号化装置9、サブバンド信号復号装置23、帯域合成フ
ィルタバンク24、誤差信号復号装置25、減算器2
6、減算器46、遅延素子47等を個々の装置として実
装しているが、全体をマイクロプロセッサ又はDSP
(Digital Signal Processor)等を用いてソフトウェア
により実装してもよい。The data compression device 1 and data decompression device 21 shown in FIGS. 11 and 12 are composed of a band division filter bank 3, a quantization device 4, a subband signal encoding device 5, a band synthesis filter bank 7, a subtraction Unit 8, error signal encoding unit 9, sub-band signal decoding unit 23, band synthesis filter bank 24, error signal decoding unit 25, subtractor 2
6, the subtractor 46, the delay element 47, etc. are implemented as individual devices.
(Digital Signal Processor) or the like may be implemented by software.
【0043】次に、図13を参照して上述したデータ圧
縮装置1(図11)とデータ伸長装置21(図12)と
をパーソナルコンピュータ上でソフトウェアにより実現
して、市販の音楽CDの曲を圧縮した結果を説明する。こ
の場合のデータ圧縮用のソフトウェア・プログラムを記
録したCD−ROM等の記録媒体が、請求項7における
データ圧縮用プログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体に相当する。また、図中の各曲の圧縮
率は、以下の(4)式で求めたものである。 圧縮率=圧縮前のデータ容量/圧縮後のデータ容量×100・・・(4) さらにまた、図中の圧縮率平均は、図中の全曲の圧縮率
を単純平均して求めたものである。PCMデータのサンプ
リング周波数は、全ての曲について44.1kHzに設定し
た。また、このデータ圧縮装置1は、2チャンネルステ
レオ方式を採用しており、左右の各チャンネル毎の量子
化ビット数をそれぞれ16ビットに設定している。圧縮
・伸長は左チャンネルの入力信号と右チャンネルの入力
信号とで独立に行い、左右各チャンネルの信号相互間の
相関性は圧縮に用いていない。図に示されるように、曲
によりデータ圧縮率に差がある。但し、平均してみる
と、データ圧縮率は約57%となる。各種ジャンルの数
十曲に対して圧縮を試みたところ、図中のMEGALITHが最
も悪い圧縮率、NADIEが最も良い圧縮率であった。Next, the data compression device 1 (FIG. 11) and the data decompression device 21 (FIG. 12) described above with reference to FIG. 13 are realized by software on a personal computer, and music on a commercially available music CD is reproduced. The compression result will be described. A recording medium such as a CD-ROM in which the data compression software program is recorded in this case corresponds to a computer-readable recording medium in which the data compression program is recorded. The compression ratio of each music in the figure is obtained by the following equation (4). Compression rate = data capacity before compression / data capacity after compression × 100 (4) Further, the average compression rate in the figure is obtained by simply averaging the compression rates of all the music pieces in the figure. . The sampling frequency of PCM data was set to 44.1 kHz for all songs. The data compression device 1 employs a two-channel stereo system, and sets the number of quantization bits for each of the left and right channels to 16 bits. The compression and decompression are performed independently for the left channel input signal and the right channel input signal, and the correlation between the left and right channel signals is not used for compression. As shown in the figure, there is a difference in the data compression ratio depending on the music. However, on average, the data compression ratio is about 57%. When compression was attempted for dozens of songs in various genres, MEGALITH in the figure was the worst compression ratio, and NADIE was the best compression ratio.
【0044】図14はMEGALITH、図15はNADIEのサブ
バンド信号の強さの分布(スペクトル)を示す。両図と
も、曲の先頭から58.0000秒目の部分の左チャンネルのD
CTの処理結果を示している。両図を比較すると、圧縮率
の悪いMEGALITHでは、圧縮率の良いNADIEよりも強いサ
ブバンド信号が、広い帯域に渡って存在していることが
分かる。この例に示されるように、信号の分布の偏りが
大きく、信号が弱い場合に、より良好な圧縮率を得るこ
とができる。全ての曲の音声信号について、データ圧縮
を行ってからデータ伸長を行ったところ、完全に元のPC
Mデータが復元された。FIG. 14 shows the intensity distribution (spectrum) of the subband signal of MEGALITH and FIG. 15 shows that of NADIE. In both figures, the left channel D at 58.0000 seconds from the beginning of the song
This shows the processing result of CT. A comparison between the two figures shows that in MEGALITH with a low compression ratio, a sub-band signal stronger than in NADIE with a high compression ratio exists over a wide band. As shown in this example, when the distribution of the signal distribution is large and the signal is weak, a better compression ratio can be obtained. After performing data compression and data decompression on the audio signals of all songs, the original PC
M data is restored.
【0045】次に、画像信号のデータ圧縮装置の実施例
について説明する。図16は、本実施例のデータ圧縮装
置1のブロック構成を示す。本実施例では、帯域分割フ
ィルタバンク3として8×8点DCT器、帯域合成フィ
ルタバンク7として8×8点IDCT器、サブバンド信
号符号化装置5及び誤差信号符号化装置9として静的ハ
フマン符号化装置を用い、予測フィルタを用いていな
い。ここで、対象となる画像には、横320×縦240
画素程度の白黒画像を想定している。PCMデータ入力手
段2は、画像の輝度値を表すPCMデータを縦8×横8画
素の小領域に分割する。この分割処理により、例えば、
圧縮する画像が横320×縦240の画素からなる場合
には、画像が横方向に40、縦方向に30の1200の
小領域に分割されることになる。次に、PCMデータ入力
手段2は、上記図8に示される方法でジグザグに小領域
33を走査して、順次小領域33の輝度値の信号を帯域
分割フィルタバンク3及び減算器8に送る。帯域分割フ
ィルタバンク3は、各小領域33の輝度値の信号に基づ
いて、8×8点の2次元DCTを行い、各小領域33の輝
度値の信号を64のサブバンドからなる空間周波数の信
号に分割して、これらの信号を量子化装置4に送る。量
子化装置4は、送られた各サブバンド信号に対して量子
化処理、すなわち、信号の小数点以下3ビット以下を丸
めて、小数点以下2ビットまでの数値に近似する処理を
行う。量子化装置4によって量子化されたサブバンド信
号は、サブバンド信号符号化装置5と帯域合成フィルタ
バンク7とに送られる。Next, an embodiment of an image signal data compression apparatus will be described. FIG. 16 shows a block configuration of the data compression device 1 of the present embodiment. In this embodiment, an 8 × 8-point DCT unit as the band division filter bank 3, an 8 × 8-point IDCT unit as the band synthesis filter bank 7, a static Huffman code as the subband signal encoding device 5 and the error signal encoding device 9. And a prediction filter are not used. Here, the target image includes 320 (horizontal) × 240 (vertical)
A monochrome image of about pixels is assumed. The PCM data input means 2 divides the PCM data representing the luminance value of the image into small areas of 8 × 8 pixels. By this division processing, for example,
If the image to be compressed is composed of 320 pixels horizontally by 240 pixels vertically, the image is divided into 1200 small areas of 40 in the horizontal direction and 30 in the vertical direction. Next, the PCM data input means 2 scans the small area 33 zigzag by the method shown in FIG. 8 and sequentially sends the luminance value signals of the small area 33 to the band division filter bank 3 and the subtractor 8. The band division filter bank 3 performs an 8 × 8 point two-dimensional DCT based on the signal of the luminance value of each small region 33, and converts the signal of the luminance value of each small region 33 into a spatial frequency of 64 subbands. The signal is divided into signals, and these signals are sent to the quantization device 4. The quantization device 4 performs a quantization process on each of the transmitted subband signals, that is, a process of rounding the signal to three bits or less after the decimal point and approximating the signal to a numerical value to two bits after the decimal point. The subband signal quantized by the quantization device 4 is sent to the subband signal encoding device 5 and the band synthesis filter bank 7.
【0046】サブバンド信号符号化装置5は、量子化装
置4から送られたサブバンド信号に対して静的ハフマン
符号化処理を行う。一方、帯域合成フィルタバンク7
は、量子化装置4から送られたサブバンド信号に対して
8×8点の2次元IDCTを行い、サブバンドに分割された
空間周波数の信号を全帯域の輝度値の信号に再生して、
減算器8に送る。減算器8は、この再生された輝度値の
信号からPCMデータ入力手段2より送られた元々の輝度
値の信号を減じて、誤差信号を算出し、誤差信号符号化
装置9に送る。誤差信号符号化装置9は、減算器8から
送られた誤差信号に対して静的ハフマン符号化処理を行
う。The subband signal encoding device 5 performs a static Huffman encoding process on the subband signal sent from the quantization device 4. On the other hand, the band synthesis filter bank 7
Performs an 8 × 8-point two-dimensional IDCT on the sub-band signal sent from the quantization device 4 and reproduces a spatial frequency signal divided into sub-bands into a signal of a luminance value of the entire band,
It is sent to the subtractor 8. The subtractor 8 subtracts the original luminance value signal sent from the PCM data input means 2 from the reproduced luminance value signal, calculates an error signal, and sends it to the error signal encoding device 9. The error signal encoding device 9 performs a static Huffman encoding process on the error signal sent from the subtractor 8.
【0047】サブバンド信号と誤差信号とでは、シンボ
ルの出現頻度の分布が異なるため、両者のハフマン符号
化には、異なる符号化テーブルを用いる。また、サブバ
ンド信号の場合、サブバンド毎にシンボルの出現頻度の
分布が異なるため、サブバンド信号符号化装置5は、サ
ブバンド毎に異なる符号化テーブルを使用している。静
的ハフマン符号化を行う場合、通常は圧縮した情報に符
号化テーブルを付加して出力する必要がある。しかし、
この実施例では誤差信号符号化のために1個、サブバン
ド信号符号化のために64個の合計65個もの符号化テ
ーブルを利用しており、圧縮した情報の大きさに対し
て、符号化テーブルの大きさが無視できなくなる。この
問題は、予め標準的なシンボルの出現頻度分布を仮定し
て標準的な符号化テーブルを決めておき、データ圧縮時
及びデータ伸長時に、この標準的な符号化テーブルを用
いることで回避され得る。標準的なシンボルの出現頻度
分布は、予め多数の画像を処理し、全ての画像について
シンボルの出現頻度分布を求めて、これらの出現頻度分
布を平均化することで求めておく。Since the subband signal and the error signal have different symbol frequency distributions, different coding tables are used for Huffman coding of both. Further, in the case of a sub-band signal, the distribution of the appearance frequency of the symbol is different for each sub-band, so the sub-band signal encoding device 5 uses a different encoding table for each sub-band. When performing static Huffman coding, it is usually necessary to add a coding table to the compressed information and output the information. But,
In this embodiment, a total of 65 coding tables, one for error signal coding and 64 for subband signal coding, are used. The size of the table cannot be ignored. This problem can be avoided by assuming a standard symbol appearance frequency distribution in advance and determining a standard encoding table, and using this standard encoding table during data compression and data decompression. . The standard symbol appearance frequency distribution is obtained by processing a large number of images in advance, finding the symbol appearance frequency distributions for all the images, and averaging these appearance frequency distributions.
【0048】また、音声信号のデータ圧縮を行う場合に
動的ハフマン符号化を行うのに対し、画像信号のデータ
圧縮を行う場合に静的ハフマン符号化を行う理由は、横
320×縦240画素程度の画像では、符号化するシン
ボルの数が少なすぎるため、動的ハフマン符号化を行っ
た場合に、シンボルの出現頻度分布の統計値が十分に収
束しないからである。もっと大きな画像のデータを圧縮
する場合には、動的ハフマン符号化処理によりデータ圧
縮を行ってもよい。The reason for performing dynamic Huffman coding when compressing audio signal data and performing static Huffman coding when compressing image signal data is as follows. This is because the number of symbols to be coded is too small in the image of the degree, and the statistical value of the symbol appearance frequency distribution does not sufficiently converge when dynamic Huffman coding is performed. When compressing data of a larger image, the data may be compressed by a dynamic Huffman coding process.
【0049】図17は、上述したデータ圧縮装置1(図
16)に対応したデータ伸長装置21のブロック構成を
示す。サブバンド信号復号装置23として用いられてい
る静的ハフマン復号装置は、図16中のサブバンド信号
符号化装置5と同じ符号化テーブルを用いている。ま
た、誤差信号復号装置25として用いられている静的ハ
フマン復号装置は、上記誤差信号符号化装置と同じ符号
化テーブルを用いている。さらにまた、帯域合成フィル
タバンク24は、上記帯域合成フィルタバンク7と計算
精度まで含めて完全に同じ特性を持つ8×8点の2次元
IDCT器である。FIG. 17 shows a block diagram of a data decompression device 21 corresponding to the above-described data compression device 1 (FIG. 16). The static Huffman decoding device used as the subband signal decoding device 23 uses the same encoding table as the subband signal encoding device 5 in FIG. The static Huffman decoding device used as the error signal decoding device 25 uses the same encoding table as the error signal encoding device. Furthermore, the band synthesis filter bank 24 is a two-dimensional 8 × 8 point having completely the same characteristics as the band synthesis filter bank 7 including the calculation accuracy.
IDCT device.
【0050】上述したように、本実施形態によるデータ
圧縮装置1とデータ伸長装置21とによれば、データ伸
長装置21側で帯域合成を行った場合に得られる全周波
数帯域の信号と同じ信号をデータ圧縮装置1側で生成し
て、この信号とデータ圧縮装置1に入力された元々のデ
ジタル信号との誤差の信号を算出し、この誤差信号の圧
縮データを各周波数帯域の信号の圧縮データと共に出力
するようにした。これにより、データ伸長装置21は、
復元後の全周波数帯域の信号から復元後の誤差信号を減
ずることで、データ圧縮装置1に入力された元の全周波
数帯域の信号を完全に復元することができる。また、入
力されたデジタル信号を帯域分割フィルタバンク3によ
り離散コサイン変換(DCT)して、複数のサブバンド
信号に分割した上で、分割された各サブバンド信号に対
して量子化処理を行うようにしたことにより、特定のサ
ブバンドに信号の発生を集中させることができる。この
サブバンドによって信号の出現確率に偏りのあるデータ
に対して、信号の出現確率の高低を利用したデータの圧
縮処理であるハフマン符号化処理を行うことで、良好な
データ圧縮率を得ることができる。As described above, according to the data compression apparatus 1 and the data decompression apparatus 21 of the present embodiment, the same signal as the signal of the entire frequency band obtained when the data decompression apparatus 21 performs band synthesis. The data compression apparatus 1 generates a signal of an error between the signal and the original digital signal input to the data compression apparatus 1, and calculates the compressed data of the error signal together with the compressed data of the signal of each frequency band. Added output. As a result, the data decompression device 21
By subtracting the restored error signal from the restored signal in the entire frequency band, the original signal in the entire frequency band input to the data compression device 1 can be completely restored. Also, the input digital signal is subjected to discrete cosine transform (DCT) by the band division filter bank 3 to divide it into a plurality of sub-band signals, and then perform quantization processing on each of the divided sub-band signals. By doing so, it is possible to concentrate signal generation on a specific subband. A good data compression ratio can be obtained by performing Huffman encoding processing, which is data compression processing using the level of signal appearance probability, on data having a bias in signal appearance probability due to this subband. it can.
【0051】本発明は、上記実施形態に限られるもので
はなく、様々な変形が可能である。例えば、上記各実施
例においては、画像内の小領域の輝度値の信号を空間周
波数を基準としたサブバンド信号に分割する場合を示し
たが、画像内の小領域の色差の信号を空間周波数を基準
としたサブバンド信号に分割してもよい。また、図11
及び図12に示される実施例では、予測誤差算出部40
に用いられる遅延素子42とPCMデータ復元部45に
用いられる遅延素子47とを共に1つとした場合の例に
ついて説明したが、これらの遅延素子の数を複数にして
もよい。これにより、予測誤差を小さくすることができ
る。The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in each of the above embodiments, the case where the signal of the luminance value of the small region in the image is divided into subband signals based on the spatial frequency has been described. May be divided into sub-band signals based on. FIG.
In the embodiment shown in FIG.
Although the example in which the number of the delay element 42 used in the PCM and the number of the delay element 47 used in the PCM data restoration unit 45 are one has been described, the number of these delay elements may be plural. Thereby, the prediction error can be reduced.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上のように請求項1又は請求項5の発
明によれば、データ伸長装置側で帯域合成を行った場合
に得られる全周波数帯域の信号と同じ信号をデータ圧縮
装置側で生成して、この信号とデータ圧縮装置に入力さ
れた元々のデジタル信号との誤差の信号を算出し、この
誤差信号の圧縮データを各周波数帯域の信号の圧縮デー
タと共に出力するようにした。これにより、これらの誤
差信号の圧縮データと各周波数帯域の信号の圧縮データ
とをデータ伸長装置側で元の誤差信号と全周波数帯域の
信号とに復元して、復元後の全周波数帯域の信号から復
元後の誤差信号を減ずるようにすれば、復元後の全周波
数帯域の信号から誤差を除去することができ、従って、
データ圧縮装置に入力された元の信号をデータ伸長装置
側で完全に復元することができる。As described above, according to the first or fifth aspect of the present invention, the same signal as the signal of the entire frequency band obtained when the data decompression device performs band synthesis is processed by the data compression device. Then, an error signal between this signal and the original digital signal input to the data compression device is calculated, and the compressed data of the error signal is output together with the compressed data of the signal of each frequency band. As a result, the compressed data of these error signals and the compressed data of the signals of each frequency band are restored to the original error signal and signals of all frequency bands on the data decompression device side, and the restored signals of all frequency bands are restored. If the error signal after the restoration is reduced from, the error can be removed from the signal of the entire frequency band after the restoration, and
The original signal input to the data compression device can be completely restored on the data decompression device side.
【0053】また、入力されたデジタル信号を直交変換
して、複数の周波数帯域の信号に分割した上で、分割さ
れた各周波数帯域の信号値に対して量子化処理を行うよ
うにしたことにより、特定の周波数帯域に信号の発生を
集中させることができる。この周波数帯域によって信号
の出現確率に偏りのあるデータに対して、ハフマン符号
化処理等の各周波数帯域の信号の出現確率の高低を利用
したデータの圧縮処理を行うことで、良好なデータ圧縮
率を得ることができる。これにより、従来の可逆符号化
方式のデータ圧縮装置と異なり、データの圧縮・伸長に
符号化装置や復号装置等の専用の装置を付加しなければ
ならないことを考慮しても、十分な費用対効果を得るこ
とができる。Further, the input digital signal is orthogonally transformed and divided into a plurality of frequency band signals, and then the quantization processing is performed on the signal values of each divided frequency band. , It is possible to concentrate signal generation on a specific frequency band. A good data compression ratio is obtained by performing data compression processing such as Huffman coding on the data having a bias in the signal appearance probabilities due to this frequency band, using the high and low signal appearance probabilities of each frequency band. Can be obtained. As a result, unlike conventional data compression devices of the lossless encoding method, sufficient cost-effectiveness can be obtained even if it is necessary to add dedicated devices such as an encoding device and a decoding device to data compression / decompression. The effect can be obtained.
【0054】また、請求項2又は請求項6の発明によれ
ば、過去のデジタル信号から現在のデジタル信号を予測
した上で、予測したデジタル信号と実際のデジタル信号
との差の信号である予測誤差信号を算出して、この予測
誤差信号に対してデータ圧縮を行うことにより、圧縮の
対象となるデジタル信号が音楽信号等の予測しやすい信
号である場合には、デジタル信号のデータを直接圧縮す
る場合と比べて、より良好なデータ圧縮率を得ることが
できる。According to the second or sixth aspect of the present invention, a current digital signal is predicted from a past digital signal, and a prediction signal which is a signal of a difference between the predicted digital signal and an actual digital signal is obtained. By calculating the error signal and performing data compression on the prediction error signal, if the digital signal to be compressed is a signal such as a music signal that can be easily predicted, the data of the digital signal is directly compressed. A better data compression ratio can be obtained as compared with the case where the data compression is performed.
【0055】また、請求項3の発明によれば、このデー
タ圧縮装置により圧縮されるデジタル信号を音声信号と
することにより、帯域分割後に得られる音声信号のデー
タを特定の周波数帯域に集中して信号が発生するデータ
とすることができる。これにより、この周波数帯域によ
って信号の出現確率に偏りがある帯域分割後の音声信号
のデータに対して、信号の出現確率の偏りを利用したデ
ータの圧縮を行うことで、音声信号のデータ圧縮率を高
めることができる。According to the third aspect of the present invention, the digital signal compressed by the data compression device is converted into an audio signal, so that the audio signal data obtained after the band division is concentrated on a specific frequency band. It can be data generated by a signal. As a result, by compressing the data of the audio signal after band division in which the appearance probability of the signal is biased by this frequency band, the data compression ratio of the audio signal is compressed. Can be increased.
【0056】また、請求項4の発明によれば、このデー
タ圧縮装置により圧縮されるデジタル信号を小領域に分
割された画像内の輝度、色差等の信号とし、これらの信
号に基づいて空間周波数の信号を生成して、この空間周
波数の信号を複数の周波数帯域の信号に分割することに
より、なだらかに変化することが多いという画像内の輝
度、色差等の信号(以下、画像信号という)の性質を利
用して、帯域分割後の画像信号のデータを低周波数帯域
に信号の発生が集中したデータとすることができる。こ
れにより、この周波数帯域によって信号の出現確率に偏
りがある帯域分割後の画像信号のデータに対して、信号
の出現確率の偏りを利用したデータの圧縮を行うこと
で、画像信号のデータ圧縮率を高めることができる。According to the fourth aspect of the present invention, the digital signal compressed by the data compression device is used as a signal such as luminance and color difference in an image divided into small areas, and the spatial frequency is determined based on these signals. By generating a signal of the spatial frequency and dividing the signal of the spatial frequency into a signal of a plurality of frequency bands, a signal such as luminance and color difference (hereinafter referred to as an image signal) in the image, which often changes smoothly, is generated. By utilizing the property, the data of the image signal after the band division can be converted into data in which signal generation is concentrated in a low frequency band. Thus, by compressing the data of the image signal after the band division in which the appearance probability of the signal is biased by the frequency band, using the bias of the appearance probability of the signal, the data compression ratio of the image signal is reduced. Can be increased.
【0057】また、請求項7の発明によれば、コンピュ
ータにデータ圧縮用のプログラムを読み取らせて、コン
ピュータ上でこのプログラムを実行することにより、上
記に記載の発明と同等の効果を得ることができる。According to the seventh aspect of the present invention, by causing a computer to read a data compression program and executing the program on the computer, it is possible to obtain the same effect as the above-described invention. it can.
【0058】また、請求項8又は請求項9の発明によれ
ば、請求項1に記載のデータ圧縮装置から出力された信
号を復号して得た各周波数帯域の信号を合成することに
より全周波数帯域の信号を生成し、この全周波数帯域の
信号から、上記のデータ圧縮装置より出力された信号を
復号して得た誤差信号を減ずるようにしたので、上記の
データ圧縮装置に入力された元のデジタル信号を完全に
復元することができる。According to the eighth or ninth aspect of the present invention, the signals of each frequency band obtained by decoding the signal output from the data compression apparatus according to the first aspect are synthesized to obtain a full-frequency signal. Band signal is generated, and an error signal obtained by decoding the signal output from the data compression device is subtracted from the signal in the entire frequency band. Digital signal can be completely restored.
【図1】 本発明の一実施形態によるデータ圧縮装置の
概略のブロック図。FIG. 1 is a schematic block diagram of a data compression device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の一実施形態によるデータ伸長装置の
概略のブロック図。FIG. 2 is a schematic block diagram of a data decompression device according to an embodiment of the present invention.
【図3】 (a)は上記データ圧縮装置の帯域分割フィ
ルタバンクへの入力波形を示す図、(b)(c)(d)
(e)は、それぞれ帯域分割フィルタバンクから出力さ
れる各サブバンド信号S0,S1,S2,S3の波形を
示す図。3A is a diagram showing an input waveform to a band division filter bank of the data compression device, and FIGS. 3B, 3C, and 3D. FIG.
(E) is a diagram showing waveforms of the sub-band signals S 0 , S 1 , S 2 , and S 3 output from the band division filter banks.
【図4】 (a)は上記データ圧縮装置の帯域分割フィ
ルタバンクの一例である4出力帯域分割フィルタバンク
の構成を示す図、(b)は4出力帯域分割フィルタバン
クの各フィルタの周波数特性と、入力波形に含まれる2
つの周波数の成分に対応した2つの線スペクトルとを示
す図。FIG. 4A is a diagram showing a configuration of a four-output band division filter bank, which is an example of a band division filter bank of the data compression device. FIG. , 2 included in the input waveform
The figure which shows two line spectra corresponding to the component of one frequency.
【図5】 白黒画像の座標系を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system of a monochrome image.
【図6】 図5中の白黒画像を矩形の小領域へ分割した
様子を示す図。FIG. 6 is a view showing a state in which the monochrome image in FIG. 5 is divided into rectangular small areas.
【図7】 (a)は小領域内の輝度値の信号を示す図、
(b)は(a)の輝度値の信号を帯域分割フィルタバン
クで空間周波数を基準としたサブバンド信号に変換した
様子を示す図。FIG. 7A is a diagram showing a signal of a luminance value in a small area,
FIG. 2B is a diagram showing a state in which the signal of the luminance value of FIG. 1A is converted into a sub-band signal based on a spatial frequency by a band division filter bank.
【図8】 小領域をジグザグに走査して、各小領域内の
各画素の輝度値の信号を順次読み取る様子を示す図。FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which a small area is scanned in a zigzag manner and signals of luminance values of respective pixels in each small area are sequentially read.
【図9】 上記データ圧縮装置の前段に用いる予測フィ
ルタを示す図。FIG. 9 is a diagram showing a prediction filter used in a preceding stage of the data compression device.
【図10】 上記データ伸長装置の後段に用いる予測フ
ィルタを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a prediction filter used in a subsequent stage of the data decompression device.
【図11】 上記データ圧縮装置を音声信号のデータ圧
縮に用いた場合の実施例のブロック図。FIG. 11 is a block diagram of an embodiment in which the data compression device is used for compressing audio signal data.
【図12】 上記データ伸長装置を音声信号のデータ復
元に用いた場合の実施例のブロック図。FIG. 12 is a block diagram of an embodiment in which the data decompression device is used for restoring audio signal data.
【図13】 上記データ圧縮装置をソフトウェアにより
実現して、市販の音楽CDの曲を圧縮した結果の一部を示
す図。FIG. 13 is a diagram showing a part of a result obtained by compressing music on a commercially available music CD by realizing the data compression device by software.
【図14】 上記データ圧縮装置を用いて圧縮した場合
に圧縮率の悪かった曲のある時点におけるサブバンド信
号の強さの分布を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a distribution of the intensity of a subband signal at a certain point in time of a song having a poor compression ratio when compressed using the data compression device.
【図15】 上記データ圧縮装置を用いて圧縮した場合
に圧縮率の良かった曲のある時点におけるサブバンド信
号の強さの分布を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a distribution of the intensity of a subband signal at a certain point in time of a tune having a good compression ratio when compressed using the data compression device.
【図16】 上記データ圧縮装置を画像信号のデータ圧
縮に用いた場合の実施例のブロック図。FIG. 16 is a block diagram of an embodiment in which the data compression device is used for data compression of an image signal.
【図17】 上記データ伸長装置を画像信号のデータ復
元に用いた場合の実施例のブロック図。FIG. 17 is a block diagram of an embodiment in which the data decompression device is used for restoring data of an image signal.
1 データ圧縮装置 3 帯域分割フィルタバンク(帯域分割手段) 4 量子化装置(量子化手段) 5 サブバンド信号符号化装置(第1の可変長符号化
手段) 7 帯域合成フィルタバンク(帯域合成手段) 8 減算器(誤差信号算出手段) 9 誤差信号符号化装置(第2の可変長符号化手段) 21 データ伸長装置 23 サブバンド信号復号装置(第1の復号手段) 24 帯域合成フィルタバンク(帯域合成手段) 25 誤差信号復号装置(第2の復号手段) 26 減算器(誤差除去手段) 41 予測フィルタ(予測手段) 43 減算器(予測誤差信号算出手段)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Data compression apparatus 3 Band division filter bank (band division means) 4 Quantization apparatus (quantization means) 5 Subband signal encoding apparatus (first variable length encoding means) 7 Band synthesis filter bank (band synthesis means) Reference Signs List 8 subtractor (error signal calculating means) 9 error signal coding apparatus (second variable length coding means) 21 data decompression apparatus 23 subband signal decoding apparatus (first decoding means) 24 band synthesis filter bank (band synthesis) Means) 25 error signal decoding device (second decoding means) 26 subtractor (error removing means) 41 prediction filter (prediction means) 43 subtractor (prediction error signal calculation means)
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成13年1月17日(2001.1.1
7)[Submission date] January 17, 2001 (2001.1.1)
7)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0043[Correction target item name] 0043
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0043】次に、図13を参照して上述したデータ圧
縮装置1(図11)とデータ伸長装置21(図12)と
をパーソナルコンピュータ上でソフトウェアにより実現
して、市販の音楽CDの曲を圧縮した結果を説明する。こ
の場合のデータ圧縮用のソフトウェア・プログラムを記
録したCD−ROM等の記録媒体が、請求項7における
データ圧縮用プログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体に相当する。また、図中の各曲の圧縮
率は、以下の(4)式で求めたものである。 圧縮率=圧縮後のデータ容量/圧縮前のデータ容量×100・・・(4) さらにまた、図中の圧縮率平均は、図中の全曲の圧縮率
を単純平均して求めたものである。PCMデータのサンプ
リング周波数は、全ての曲について44.1kHz設定した。
また、このデータ圧縮装置1は、2チャンネルステレオ
方式を採用しており、左右の各チャンネル毎の量子化ビ
ット数をそれぞれ16ビットに設定している。圧縮・伸
長は左チャンネルの入力信号と右チャンネルの入力信号
とで独立に行い、左右各チャンネルの信号相互間の相関
性は圧縮に用いていない。図に示されるように、曲によ
りデータ圧縮率に差がある。但し、平均してみると、デ
ータ圧縮率は約57%となる。各種ジャンルの数十曲に
対して圧縮を試みたところ、図中のMEGALITHが最も悪い
圧縮率、NADIEが最も良い圧縮率であった。Next, the data compression device 1 (FIG. 11) and the data decompression device 21 (FIG. 12) described above with reference to FIG. 13 are realized by software on a personal computer, and music on a commercially available music CD is reproduced. The compression result will be described. A recording medium such as a CD-ROM in which the data compression software program is recorded in this case corresponds to a computer-readable recording medium in which the data compression program is recorded. The compression ratio of each music in the figure is obtained by the following equation (4). Compression rate = data capacity after compression / data capacity before compression × 100 (4) Furthermore, the average compression rate in the figure is obtained by simply averaging the compression rates of all the music pieces in the figure. . The sampling frequency of PCM data was set to 44.1 kHz for all songs.
The data compression device 1 employs a two-channel stereo system, and sets the number of quantization bits for each of the left and right channels to 16 bits. The compression and decompression are performed independently for the left channel input signal and the right channel input signal, and the correlation between the left and right channel signals is not used for compression. As shown in the figure, there is a difference in the data compression ratio depending on the music. However, on average, the data compression ratio is about 57%. When compression was attempted for dozens of songs in various genres, MEGALITH in the figure was the worst compression ratio, and NADIE was the best compression ratio.
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図13[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図13】 FIG. 13
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 7/30 H04N 7/133 Z 7/32 7/137 Z Fターム(参考) 5C059 KK00 LA00 LB01 MA17 MA23 MA41 MC11 ME02 PP16 SS20 SS30 TA41 TC03 UA02 UA05 UA11 5D045 CC02 5J064 AA01 AA02 BA04 BA09 BA16 BB01 BC06 BC08 BC11 BC15 BC16 BC18 BC19 BC28 BC29 BD04 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) H04N 7/30 H04N 7/133 Z 7/32 7/137 Z F term (reference) 5C059 KK00 LA00 LB01 MA17 MA23 MA41 MC11 ME02 PP16 SS20 SS30 TA41 TC03 UA02 UA05 UA11 5D045 CC02 5J064 AA01 AA02 BA04 BA09 BA16 BB01 BC06 BC08 BC11 BC15 BC16 BC18 BC19 BC28 BC29 BD04
Claims (9)
て、複数の周波数帯域の信号に分割する帯域分割手段
と、 前記帯域分割手段により分割された各周波数帯域の信号
値について、所定の桁以下の値を丸める量子化処理を行
う量子化手段と、 前記量子化手段による量子化処理後における各周波数帯
域の信号の出現確率に応じて、それぞれの信号の符号長
を変化させつつ、各周波数帯域の信号を符号化すること
により、全周波数帯域の信号のデータ量の圧縮を行う第
1の可変長符号化手段とを備えたデータ圧縮装置におい
て、 前記量子化手段による量子化処理後における各周波数帯
域の信号を合成して、全周波数帯域の信号を生成する帯
域合成手段と、 前記帯域合成手段により生成された全周波数帯域の信号
と、前記帯域分割手段へ入力された元のデジタル信号と
の差の信号である誤差信号を算出する誤差信号算出手段
と、 前記誤差信号算出手段により算出された誤差信号の値の
出現確率に応じて、それぞれの信号値の符号長を変化さ
せつつ、誤差信号を符号化することにより、誤差信号の
データ量の圧縮を行う第2の可変長符号化手段とを備
え、 前記第1の可変長符号化手段により圧縮された各周波数
帯域の信号のデータと前記第2の可変長符号化手段によ
り圧縮された誤差信号のデータとを出力するようにした
ことを特徴とするデータ圧縮装置。1. A band dividing means for orthogonally transforming an input digital signal and dividing the digital signal into a plurality of frequency band signals, wherein a signal value of each frequency band divided by the band dividing means is a predetermined digit or less. Quantizing means for performing a quantization process for rounding the value of the frequency band, while changing the code length of each signal according to the appearance probability of the signal of each frequency band after the quantization process by the quantization means, And a first variable-length encoding unit that compresses the data amount of the signal of the entire frequency band by encoding the signal of A band combining unit that combines signals of the bands to generate a signal of the entire frequency band; a signal of the entire frequency band generated by the band combining unit; and input to the band dividing unit. Error signal calculation means for calculating an error signal that is a signal of a difference from the original digital signal, and a code length of each signal value according to an appearance probability of a value of the error signal calculated by the error signal calculation means. A second variable-length encoding unit that compresses the data amount of the error signal by encoding the error signal while changing the frequency band. Each of the frequency bands compressed by the first variable-length encoding unit is provided. And an error signal data compressed by the second variable-length encoding means.
信号を予測する予測手段と、 前記予測手段により予測されたデジタル信号と実際のデ
ジタル信号との差の信号である予測誤差信号を算出する
予測誤差信号算出手段とをさらに備え、 前記予測誤差信号算出手段により算出された予測誤差信
号を前記帯域分割手段及び前記誤差信号算出手段へ入力
するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のデー
タ圧縮装置。2. A prediction means for predicting a current digital signal from a past digital signal, and a prediction error for calculating a prediction error signal which is a signal of a difference between the digital signal predicted by the prediction means and an actual digital signal. The data according to claim 1, further comprising a signal calculation unit, wherein the prediction error signal calculated by the prediction error signal calculation unit is input to the band division unit and the error signal calculation unit. Compression device.
手段へ入力されるデジタル信号は、音声信号であること
を特徴とする請求項1に記載のデータ圧縮装置。3. The data compression apparatus according to claim 1, wherein the digital signal input to said band dividing means and said error signal calculating means is a voice signal.
手段へ入力されるデジタル信号は、小領域に分割された
画像内の輝度、色差等の信号であり、 前記帯域分割手段は、これらの信号に基づいて空間周波
数の信号を生成して、この空間周波数の信号を複数の周
波数帯域の信号に分割することを特徴とする請求項1に
記載のデータ圧縮装置。4. The digital signal input to the band dividing means and the error signal calculating means is a signal such as a luminance and a color difference in an image divided into small areas. 2. The data compression apparatus according to claim 1, wherein a signal of a spatial frequency is generated based on the data, and the signal of the spatial frequency is divided into signals of a plurality of frequency bands.
縮する方法であって、 入力されたデジタル信号を直交変換して、複数の周波数
帯域の信号に分割するステップと、 前記分割された各周波数帯域の信号値について、所定の
桁以下の値を丸める量子化処理を行うステップと、 前記量子化処理後における各周波数帯域の信号の出現確
率に応じて、それぞれの信号の符号長を変化させつつ、
各周波数帯域の信号を符号化することにより、全周波数
帯域の信号のデータ量の圧縮を行うステップと、 前記量子化処理後における各周波数帯域の信号を合成し
て、全周波数帯域の信号を生成するステップと、 前記生成された全周波数帯域の信号と、前記直交変換の
変換元となるデジタル信号との差の信号である誤差信号
を算出するステップと、 前記算出された誤差信号の値の出現確率に応じて、それ
ぞれの信号値の符号長を変化させつつ、誤差信号を符号
化することにより、誤差信号のデータ量の圧縮を行うス
テップと、 前記圧縮された各周波数帯域の信号のデータと前記圧縮
された誤差信号のデータとを出力するステップとからな
ることを特徴とするデータ圧縮方法。5. A method for compressing the data amount of an input digital signal, comprising the steps of: orthogonally transforming the input digital signal to divide the signal into a plurality of frequency band signals; For the signal value of the band, performing a quantization process of rounding a value of a predetermined digit or less, while changing the code length of each signal according to the appearance probability of the signal of each frequency band after the quantization process ,
Encoding the signals of the respective frequency bands to compress the data amount of the signals of the entire frequency band; and synthesizing the signals of the respective frequency bands after the quantization processing to generate the signals of the entire frequency band. Calculating an error signal that is a signal of a difference between the generated signal of the entire frequency band and a digital signal that is a transformation source of the orthogonal transformation. Appearance of the value of the calculated error signal According to the probability, while changing the code length of each signal value, by encoding the error signal, compressing the data amount of the error signal, and the data of the compressed signal of each frequency band and Outputting the data of the compressed error signal.
信号を予測するステップと、 前記予測されたデジタル信号と実際のデジタル信号との
差の信号である予測誤差信号を算出するステップとをさ
らに有し、 前記算出するステップにより算出された予測誤差信号
を、前記分割するステップにおける直交変換の変換元と
なるデジタル信号としたことを特徴とする請求項5に記
載のデータ圧縮方法。6. The method according to claim 1, further comprising: predicting a current digital signal from a past digital signal; and calculating a prediction error signal that is a signal representing a difference between the predicted digital signal and an actual digital signal. 6. The data compression method according to claim 5, wherein the prediction error signal calculated in the calculating step is a digital signal serving as a source of orthogonal transform in the dividing step.
ータ量を圧縮するためのプログラムを記録したコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体であって、 前記プログラムは、請求項5又は請求項6のいずれかに
記載のデータ圧縮方法が実行されるデータ圧縮用のプロ
グラムであることを特徴とするデータ圧縮用プログラム
を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。7. A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for compressing the data amount of a digital signal by a computer, wherein the program is a data compression device according to claim 5 or 6. A computer-readable recording medium recording a data compression program, wherein the program is a data compression program for executing the method.
されたデータの伸長を行うデータ伸長装置であって、 符号化された各周波数帯域の信号を、元の各周波数帯域
の信号に復号する第1の復号手段と、 前記第1の復号手段による復号後における各周波数帯域
の信号を合成して、全周波数帯域の信号を生成する帯域
合成手段と、 符号化された誤差信号を元の誤差信号に復号する第2の
復号手段と、 前記帯域合成手段により生成された全周波数帯域の信号
から、前記第2の復号手段により復号された誤差信号を
減ずる誤差除去手段とを備えたことを特徴とするデータ
伸長装置。8. A data decompression device for decompressing data compressed by the data compression device according to claim 1, wherein the encoded signal of each frequency band is decoded into an original signal of each frequency band. A first decoding unit that synthesizes the signals of the respective frequency bands after decoding by the first decoding unit to generate a signal of the entire frequency band; A second decoding unit for decoding into an error signal; and an error removing unit for subtracting the error signal decoded by the second decoding unit from the signal of the entire frequency band generated by the band synthesizing unit. Characteristic data decompression device.
されたデータの伸長を行うデータ伸長方法であって、 符号化された各周波数帯域の信号を元の各周波数帯域の
信号に復号するステップと、 前記復号後における各周波数帯域の信号を合成して、全
周波数帯域の信号を生成するステップと、 符号化された誤差信号を元の誤差信号に復号するステッ
プと、 前記生成するステップにより生成された全周波数帯域の
信号から、前記復号された誤差信号を減ずるステップと
からなることを特徴とするデータ伸長方法。9. A data decompression method for decompressing data compressed by the data compression method according to claim 5, wherein the encoded signal in each frequency band is decoded into an original signal in each frequency band. Combining the signals of the respective frequency bands after the decoding to generate signals of the entire frequency band; decoding the encoded error signal into the original error signal; and Subtracting the decoded error signal from the generated signals of all frequency bands.
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