JP2002312000A - 圧縮方法及び装置、伸長方法及び装置、圧縮伸長システム、ピーク検出方法、プログラム、記録媒体 - Google Patents

圧縮方法及び装置、伸長方法及び装置、圧縮伸長システム、ピーク検出方法、プログラム、記録媒体

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JP2002312000A
JP2002312000A JP2001116420A JP2001116420A JP2002312000A JP 2002312000 A JP2002312000 A JP 2002312000A JP 2001116420 A JP2001116420 A JP 2001116420A JP 2001116420 A JP2001116420 A JP 2001116420A JP 2002312000 A JP2002312000 A JP 2002312000A
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Yukio Koyanagi
裕喜生 小柳
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮率の向上と再生データの品質向上との両
方を実現する全く新しい圧縮・伸長方式を提供する。 【解決手段】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
て、略周期的に現れるピークの間隔に応じて２区間ずつ
同じ大きさのウィンドウを設定し、設定した同大のウィ
ンドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処理を順
次行うことにより、周期性を有するデータの周波数を、
元データへの再現性を全く損なうことなくほぼ半分の周
波数に置き換え、その置き換えられた低周波数のデータ
に対して圧縮処理を行うことができるようにする。この
並べ替え処理を、高周波数領域において圧縮率が上がら
ないという特性を有する圧縮処理に適用すれば、伸長に
よる再生データの品質を全く損なうことなく圧縮率を向
上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮方法及び装置、
伸長方法及び装置、圧縮伸長システム、ピーク検出方
法、プログラム、記録媒体に関し、特に、連続的なアナ
ログ信号もしくはデジタル信号の圧縮および伸長方式に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、画像信号や音声信号など情報量の
多い信号を伝送したり蓄積したりする場合に、伝送情報
量の削減や、蓄積メディアへの保存可能時間の長時間化
等を目的として、信号を圧縮・伸長することが行われて
いる。一般に、アナログ信号を圧縮する場合、まず所定
のサンプリング周波数に従ってアナログ信号をサンプリ
ングしてデジタル化し、得られたデジタルデータに対し
て圧縮処理を行う。
【０００３】例えば、画像信号や音声信号の圧縮におい
ては、ＤＣＴ（Discreat-Cosine-Transform ）等の時間
軸−周波数軸の変換フィルタを用いて元のデータを加工
した後に、周波数領域で圧縮を行う手法が用いられる。
音声信号の圧縮方式として電話回線で良く用いられるＤ
ＰＣＭ（Differential Pulse Code Modulation）も、こ
の点を意図して使用している。なお、このＤＰＣＭによ
る圧縮方式は、波形をサンプリングするとき隣り合うサ
ンプル値の差分を符号化する方式である。
【０００４】また、時間／周波数変換を行う方式として
は、サブバンドフィルタやＭＤＣＴ(Modified Discrete
Cosine Transform)を用いた方式もあり、このような方
式を用いた符号化方式としてＭＰＥＧ（Moving Picture
Image Coding Experts Group ）オーディオ（ＭＰ３、
ＡＡＣなどを含む）が挙げられる。最近では、ＡＴＲＡ
Ｃ（Adaptive Transform Acoustic Coding）、Ｔｗｉｎ
ＶＱ、ＷＭＡ（Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｍｅｄｉ
ａ Ａｕｄｉｏ）、ＤｏｌｂｙＤｉｇｉｔａｌ（ＡＣ−
３）などの圧縮方式も広く使われるようになってきてい
る。また、最も広く使用されている画像の圧縮システム
も、このＭＰＥＧ規格として一般的に知られている。
【０００５】上述の圧縮方式に従って圧縮されたデータ
の伸長処理は、基本的には同じ圧縮方式の圧縮処理と逆
の操作によって行われる。すなわち、圧縮されたデジタ
ルデータは、周波数／時間変換処理によって周波数領域
の信号から時間領域の信号に変換された後、所定の伸長
処理が施されることにより、元のデジタルデータが再現
される。そして、このようにして求められた元データ
が、必要に応じてデジタル−アナログ変換され、アナロ
グ信号として出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、データの圧縮
・伸長を考える場合には、圧縮率を高めつつ再生データ
の品質をいかに向上させるかが重要な課題となってい
る。ところが、上記従来の圧縮・伸長方式では、画像信
号や音声信号の圧縮率を高めようとすると、圧縮データ
を伸長して再生される画像や音声の品質が劣化してしま
い、逆に、再生画像や再生音声の品質を重視すると、画
像信号や音声信号の圧縮率が低くなってしまうという問
題があった。そのため、圧縮率の向上と再生データの品
質向上との両方を実現することは極めて困難であった。
【０００７】また、上記従来の圧縮・伸長方式では、時
間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換して圧縮するよ
うにしているので、圧縮の際の時間／周波数変換および
伸長の際の周波数／時間変換などの処理が必要となる。
そのため、処理が煩雑化するとともに、これを実現する
ための構成が非常に複雑になるという問題があった。こ
れは、圧縮・伸長にかかる処理時間が長くなるだけでな
く、装置の小型化を困難にする要因となっていた。
【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、圧縮率の向上と再生データの品
質向上との両方を実現する全く新しい圧縮・伸長方式を
提供することを目的とする。また、本発明は、信号の圧
縮・伸長処理を簡素化して処理時間を短くすることがで
きるようにするとともに、これを実現するための構成も
簡単化できるようにすることをも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧縮側においては、周期性を有する圧縮対
象のデータについて、その周期に応じて複数区間ずつ同
じ大きさのウィンドウを設定し、設定した同大のウィン
ドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処理を順次
行い、これによって得たデータに対して圧縮処理を行う
ことによって圧縮データを得るようにしている。
【００１０】また、本発明の伸長側においては、圧縮デ
ータに対して圧縮処理と逆の伸長処理を行い、これによ
って得られたデータについて上述と同様のウィンドウを
設定し、設定した同大のウィンドウ間でデータを交互に
並べ直す処理を順次行うことによって伸長データを得る
ようにしている。
【００１１】また、本発明のピーク検出方法では、略周
期的にピークが現れる周期性のあるデータについて、あ
るサンプリングポイントを含めてそれより前に存在する
第１の区間内におけるデータの最大値（前最大値）と、
上記あるサンプリングポイントを含めてそれより後に存
在する第２の区間内におけるデータの最大値（後最大
値）とを検出し、上記あるサンプリングポイントのデー
タ値と上記前最大値と上記後最大値とが一致した場合、
上記あるサンプリングポイントをピークとして検出する
ようにしている。
【００１２】本発明は上記技術手段より成るので、周期
性を有するデータの周波数が、並べ替え処理によってよ
り低い周波数に置き換えられ、その置き換えられたデー
タに対して圧縮処理が行われることとなる。並べ替えの
処理では、データの順序を単に並べ替えているだけなの
でロスが全くなく、１００％の再現性を有する。したが
って、本発明は、特に高周波の信号を圧縮すると圧縮率
が上がらないという特性を有する圧縮処理に適用して好
適であり、当該圧縮処理自体は既存まま何ら変更を加え
なくても、元データへの再現性を全く損なうことなく圧
縮率を向上させることが可能となる。
【００１３】本発明の他の態様では、上記圧縮処理の例
として、上述の並べ替え処理を行った後に、これによっ
て得たデータに対して、２つのサンプリングポイントの
データ間で直線補間を行ったときにおける元データとの
誤差が所望の値以下となるサンプリングポイントを圧縮
データの標本点として順次検出する処理を行うようにし
ている。
【００１４】この場合は、並べ替えられたデータ中に含
まれる多数のサンプルデータのうち、伸長処理の際に簡
単な直線補間を行っても元データとの誤差が大きくなら
ない標本点が検出され、各標本点における離散的な振幅
データや、各標本点間の時間間隔を表すタイミングデー
タ等だけが圧縮データとして生成されることとなる。よ
って、伸長による元データへの再現性を良好に維持しつ
つ、高い圧縮率を実現することが可能となる。
【００１５】特に、本発明によれば、周波数の高いデー
タ、つまり近接するサンプリングポイントにおいてもデ
ータ値が比較的大きく変化するようなデータを圧縮する
場合でも、データの並べ替えによって周波数を低く落と
した上で上述のような標本点の検出処理が行われるの
で、検出する標本点の数を極力減らすことが可能とな
り、伸長によって再生されるデータを高品質に維持しつ
つ、より高い圧縮率を実現することが可能となる。
【００１６】また、本発明によれば、時間軸上の信号を
圧縮する際に、時間／周波数変換を行って周波数軸上で
処理を行うことなく、時間軸上のままで処理を行うこと
が可能となる。また、このようにして圧縮されたデータ
を伸長する際にも、時間軸上のままで処理を行うことが
可能となる。特に、伸長側では、補間処理とデータの並
べ替えという極めて単純な処理を行うだけで、圧縮前の
元データとほとんど変わらない高精度な伸長データを再
現することが可能となる。
【００１７】また、本発明のピーク検出方法によれば、
あるサンプリングポイントのデータ値がそれに近接する
データ値よりも大きくなって一見ピークであるように見
えても、そのサンプリングポイントを中心とする前後の
所定区間内に、より大きなデータ値が存在する場合はピ
ークとして検出されず、前後所定区間内の各最大値と現
在のサンプリングポイントのデータ値とが一致する場合
にのみそれがピークとして検出されることとなる。これ
により、データ値が上下に振動しながら局所的にピーク
を有するような信号について、他に比べて極端にデータ
値が大きい真のピークのみを正確に検出することが可能
となる。
【００１８】本発明の他の態様では、後最大値を検出す
る所定区間を前最大値を検出する所定区間よりも大きく
設定し、あるいは、前最大値を検出する所定区間を後最
大値を検出する所定区間よりも大きく設定している。こ
のようにすることにより、データ値が上下に振動しなが
ら局所的にピークを有するような信号について、他に比
べて極端にデータ値が大きい真のピークのみをより正確
に検出することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。本実施形態の圧縮方式では、ま
ず、圧縮対象の信号としてアナログ信号を入力する場合
には、その入力したアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジ
タルデータに変換する。そして、得られたデジタルデー
タに対して以下の処理を行う。また、圧縮対象の信号と
してデジタルデータを入力する場合には、そのデジタル
データに対して以下の処理を直接行う。
【００２０】図１〜図３は、本実施形態による圧縮方法
の基本原理を説明するための図である。このうち図１と
図２は、並べ替え処理の原理を説明するための図であ
り、図１（ａ）および図２（ａ）（ｂ）は圧縮対象の元
データ、図１（ｂ）および図２（ｃ）は並べ替えられた
データを示している。
【００２１】図１において、横軸は時間を表し、縦軸は
データの振幅を表す。図１（ａ）の元データは、人間の
話し声を８ＫＨｚの周波数でサンプリングした音声デー
タである。図１（ａ）に示すように、人間の音声は、デ
ータ値が上下に振動しながら局所的にピークを有する周
期性のある信号となっている。なお、本明細書におい
て、ピークとは、他のサンプリングポイントと比べて極
端にデータ値が大きくなっているポイントのことを言
う。
【００２２】本実施形態では、図１（ａ）のように周期
性を有する（ピークが略周期的に現れる）データについ
て、その周期に応じて２区間ずつ同じ大きさのウィンド
ウを設定し、設定した２つのウィンドウ間でサンプルデ
ータを交互に並べ替える処理を各２区間ごとに順次行
う。そして、これによって得たデータに対して圧縮処理
を行うようにしている。
【００２３】上述のウィンドウは、略周期的に現れるピ
ークを検出し、検出したピークの間隔に応じて設定す
る。具体的には、検出した複数のピークの間隔を１つ飛
びに採用して、当該採用した間隔に応じた大きさのウィ
ンドウを２区間ずつ設定する。
【００２４】図１（ａ）の例では、最初のデータ入力か
ら１つ目のピークが現れるまでの時間間隔（サンプリン
グポイントの数＝クロック数）が４９、それ以降のピー
ク間隔が５９，５７，５８，５９，５７，５６，５６，
５５，…となっている。最初の間隔“４９”はピークと
ピークとの間隔を表したものではないので採用せず、次
のピーク間隔“５９”を最初の２区間分のウィンドウ幅
として採用する。
【００２５】また、次の２区間分のウィンドウについて
は、最初に採用したピーク間隔から１つ飛ばした次のピ
ーク間隔“５８”をそのウィンドウ幅として採用する。
図２（ａ）および（ｂ）は、以上のように幅が“５９”
および“５８”のウィンドウを２区間ずつ設定したとき
の例を詳細に示したものである。
【００２６】図２（ｃ）は、上記のように２区間ずつ同
じ大きさに設定したウィンドウ間でサンプルデータを交
互に並べ替える処理を詳細に示したものである。ここで
は、まず幅“５９”に設定された２区間のウィンドウに
おいて、１番目のウィンドウのサンプルデータ（○付数
字で示す）と２番目のウィンドウのサンプルデータ（○
無数字で示す）とを交互に並べ替える（以下、ジグザグ
処理と呼ぶ）。次に、幅“５８”に設定された２区間の
ウィンドウにおいても同様のジグザグ処理を行う。
【００２７】以下同様にして２区間ごとにジグザグ処理
を順次行うと、図１（ａ）に示した元データは、図１
（ｂ）のように変換される。図１（ｂ）に示す並べ替え
後のデータは、元データの周波数が並べ替え処理によっ
てほぼ半分の周波数に置き換えられたものとなってい
る。
【００２８】この並べ替えの処理では、データの順序を
単に並べ替えているだけなのでロスが全くなく、１００
％の再現性を有する。よって、この図１（ｂ）に示すデ
ータに対して圧縮処理を行っても、図１（ａ）の元デー
タに対して直接圧縮処理を行う場合と比べて元データへ
の再現性は何ら損なうことがない。
【００２９】したがって、特に高周波数領域の信号を圧
縮すると圧縮率が上がらないという特性を有する圧縮処
理に本実施形態の並べ替え処理を適用し、図１（ｂ）の
ように周波数を落としてから圧縮処理を実行することに
より、元データへの再現性を全く損なうことなく圧縮率
を向上させることが可能となる。
【００３０】なお、図１（ａ）のように、元データのピ
ーク間隔が全てに渡って同一でない場合、検出した複数
のピーク間隔を１つ飛びに採用して２区間ずつ同じ大き
さのウィンドウを設定すると、多少の誤差が生じる。例
えば、ピーク間隔“５７”を飛ばして次のピーク間隔
“５８”を採用して２区間分のウィンドウを設定した場
合には、２区間分のウィンドウ内にサンプリングポイン
トが本来より１個分多く含まれてしまう。
【００３１】しかし、この誤差はそれほど大きなものと
はならない。また、各２区間ごとに生じるプラスマイナ
スの誤差によってある程度は相殺される。例えば、“５
８”の次のピーク間隔“５９”を飛ばして更に次のピー
ク間隔“５７”を採用して２区間のウィンドウを設定し
た場合には、その２区間分のウィンドウ内に含まれるサ
ンプリングポイントは本来より２個分少なくなり、先の
多く含まれていた１個分については相殺される。したが
って、全体としては誤差が累積して大きくなることは殆
どなく、これが特に問題を生じることはない。
【００３２】図３は、上記図１および図２に示した並べ
替え処理の後の圧縮処理の例を示すものである。図３に
示す例では、２つのサンプリングポイントのデータ間を
結ぶ直線上のデータ値と、その直線上のデータ値と同じ
サンプリングポイントにおけるサンプルデータ値との誤
差が所望の値以下となるサンプリングポイントを標本点
として順次検出する。
【００３３】そして、検出した各標本点における離散的
な振幅データと、各標本点間の時間間隔を表すタイミン
グデータ（クロック数）とを求め、この振幅データおよ
びタイミングデータの組と、各ウィンドウの大きさを表
すピッチデータとを圧縮データとして伝送または記録す
る。
【００３４】上記標本点を検出する処理をより具体的に
説明すると、以下の通りである。すなわち、並べ替えら
れた各サンプリングポイントにおけるサンプルデータの
中から、基準とするサンプルデータと、そこからの時間
間隔が所定範囲内にあるもう一方のサンプルデータとを
選ぶ。そして、その２つのサンプルデータ間を結ぶ直線
上の各データ値と、その直線上の各データ値と同じサン
プリングポイントにおける各サンプルデータ値との誤差
が全て所望の値以下となるサンプリングポイントであっ
て、上記所定範囲の中で時間間隔が最も長くなるサンプ
リングポイントを標本点として検出する。
【００３５】図３において、横軸は時間を表し、縦軸は
サンプルデータの振幅を表す。図３中に示すＤ１〜Ｄ９
は、並べ替え処理により得たサンプルデータの一部であ
る。この図３の例では、サンプルデータＤ１を最初に採
用する基準のサンプルデータとしている。また、標本点
を検出する際に選ぶ２つのサンプルデータ間の時間間隔
は、最大で６クロックの範囲としている。なお、タイミ
ングデータとして３ビットあるいは４ビットを用いる場
合、サンプルデータ間の時間間隔は最大で７クロックあ
るいは１５クロックとすることが可能である。
【００３６】まず、図３（ａ）に示すように、基準のサ
ンプルデータＤ１と、そこからの時間間隔が所定範囲内
で最大となるサンプルデータＤ７とを選ぶ。そして、そ
の２つのサンプルデータ間を結ぶ直線上にある各サンプ
リングポイントのデータ値Ｄ２’，Ｄ３’，Ｄ４’，Ｄ
５’，Ｄ６’と、その直線上の各データ値Ｄ２’〜Ｄ
６’と同じサンプリングポイントにおける各サンプルデ
ータ値Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６とのそれぞれの誤
差が、全て所望の値以下となるかどうかを判断する。
【００３７】すなわち、２つのサンプルデータＤ１−Ｄ
７間を結ぶ直線上の各データ値Ｄ２’，Ｄ３’，Ｄ
４’，Ｄ５’，Ｄ６’と、これに対応する各サンプルデ
ータ値Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６との誤差の全て
が、点線で示す所望の値の範囲内にあるかどうかを判断
する。この条件を満たす場合には、サンプルデータＤ７
のサンプリングポイントを標本点として検出する。しか
し、この例では、直線上のデータ値Ｄ４’とそれに対応
するサンプルデータ値Ｄ４との誤差が所望の値を超えて
いるので、この時点ではサンプルデータＤ７のサンプリ
ングポイントを標本点としては採用せず、処理を先に進
める。
【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、基準のサ
ンプルデータＤ１からの時間間隔がサンプルデータＤ７
よりも１クロックＣＬＫ短いサンプルデータＤ６を選
ぶ。そして、２つのサンプルデータＤ１−Ｄ６間を結ぶ
直線上にある各サンプリングポイントのデータ値Ｄ
２”，Ｄ３”，Ｄ４”，Ｄ５”と、その直線上の各デー
タ値Ｄ２”〜Ｄ５”と同じサンプリングポイントにおけ
る各サンプルデータ値Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とのそれ
ぞれの誤差が、全て所望の値以下となるかどうかを判断
する。
【００３９】ここで、全ての誤差が所望の値以下となる
場合には、サンプルデータＤ６のサンプリングポイント
を標本点として検出する。この例では、直線上の各デー
タ値Ｄ２”，Ｄ３”，Ｄ４”，Ｄ５”と各サンプルデー
タ値Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５との誤差が全て所望の値以
下となるので、このサンプルデータＤ６のサンプリング
ポイントを標本点として検出する。
【００４０】なお、Ｄ１−Ｄ７間、Ｄ１−Ｄ６間、…、
Ｄ１−Ｄ３間に結んだそれぞれの直線に関して、全ての
誤差が所望の値以下になるという誤差の条件を何れも満
たさなかった場合は、サンプルデータＤ２のサンプリン
グポイントを標本点として検出する。すなわち、サンプ
ルデータＤ１−Ｄ２間には他のサンプルデータが存在し
ないので、この区間については上述の誤差演算を行う必
要がない。よって、他の区間に結んだそれぞれの直線に
関して誤差の条件を何れも満たさなかった場合には、現
在基準としているサンプルデータＤ１の隣りのサンプル
データＤ２の位置を標本点として検出する。
【００４１】１つの標本点を検出したら、その標本点を
新たに基準のサンプルデータとして用い、そこから６ク
ロックの範囲内で以上と同様の処理を行う。これによ
り、サンプルデータＤ６から６クロックの範囲内で全て
の誤差が所望の値以下となり、かつ、サンプルデータＤ
６からの時間間隔が最も長くなるサンプリングポイント
を次の標本点として検出する。
【００４２】以下同様にして、複数の標本点を順次検出
していく。そして、検出した各標本点における離散的な
振幅データと、各標本点間の時間間隔をクロックＣＬＫ
の数で表すタイミングデータとの組を、圧縮データの一
部として得る。上述の例では、各標本点における振幅デ
ータ（Ｄ１，Ｄ６，…）とタイミングデータ（５，※，
…）との組（Ｄ１，５）、（Ｄ６，※）…を圧縮データ
の一部として得る（※はこの例では未定であることを示
す）。
【００４３】なお、ここでは、最初に２つのサンプルデ
ータ間の時間間隔が所定範囲内で最大となるサンプリン
グポイント（図３の例ではサンプルデータＤ１とＤ７）
を選んで誤差判定を開始し、時間間隔を順次短くしてい
く方向で処理を進めていく例について説明したが、標本
点探索の方向はこれに限定されない。
【００４４】例えば、最初に２つのサンプルデータ間の
時間間隔が所定範囲内で最小となるサンプリングポイン
ト（図３の例ではサンプルデータＤ１とＤ３）を選んで
誤差判定を開始し、時間間隔を順次長くしていく方向で
処理を進めていっても良い。また、２つのサンプルデー
タ間の時間間隔が所定範囲内の中央付近となるサンプリ
ングポイント（例えば図３の例でサンプルデータＤ１と
Ｄ４）を選んで誤差判定を開始するようにしても良い。
【００４５】このように、本実施形態の圧縮方式によれ
ば、多数のサンプリングポイントの中から抽出した離散
的な標本点における振幅データ、標本点間等の時間間隔
を表すタイミングデータ、各ウィンドウの幅を表すピッ
チデータだけを圧縮データとして得るようにしているの
で、高い圧縮率を実現することができる。
【００４６】しかも、ある１つの基準のサンプルデータ
に関して誤差の条件を満たすサンプリングポイントが所
定範囲内で２つ以上検出される場合には、基準のサンプ
ルデータからの時間間隔が最も長くなるサンプリングポ
イントを標本点として検出するようにしている。このよ
うにすることにより、タイミングデータの値を所定ビッ
ト内に収めることができるとともに、検出する標本点の
数を極力減らすことができ、高い圧縮率を実現すること
ができる。
【００４７】また、本実施形態の圧縮方式によれば、圧
縮対象の元データそのものに対して図３のような直線圧
縮の処理を行うのではなく、元データをジグザグ処理し
て２区間ごとに交互に並べ替えたサンプルデータに対し
て直線圧縮の処理を行っている。したがって、直線圧縮
の処理対象とするデータの周波数をほぼ半分に落とすこ
とができ、元データそのものに対して直線圧縮の処理を
行う場合と比べて圧縮率を更に高めることができる。
【００４８】すなわち、元データそのものに対して直線
圧縮を行う場合は、周波数が高い部分（近接するサンプ
リングポイントでサンプルデータ値が比較的大きく変化
するデータ）では殆どのサンプリングポイントが標本点
として検出されてしまう。そのため、圧縮データとして
比較的情報量の大きい振幅データをサンプリングポイン
ト毎に持たなくてはならなくなってしまう。
【００４９】これに対して、並べ替え後のデータに対し
て直線圧縮を行う場合は、元々は周波数が高い部分でも
標本点を離散的にとり、検出する標本点の数を極力減ら
すことができる。したがって、圧縮データとして持つべ
き標本点における振幅データの数をできるだけ少なくす
ることができ、圧縮率を高くすることができるのであ
る。
【００５０】一方、本実施形態による伸長方式の基本原
理は、特に図示はしないが、上述のようにして生成され
た圧縮データの各標本点における振幅データの間を、タ
イミングデータで示される時間間隔だけ例えば直線補間
する。そして、これによって得た補間データについて、
ピッチデータに基づいて圧縮時と同様のウィンドウを設
定し、設定した同大のウィンドウ間で補間データを交互
に並べ直す処理を順次行うだけである。
【００５１】本実施形態の圧縮時には、２つのサンプル
データ間を直線補間した場合に、当該２つのサンプルデ
ータの間にある他のサンプルデータが、補間した直線と
どれだけ誤差が生じるかを見て、直線補間をしても誤差
が大きくならない点を標本点として検出するようにして
いる。したがって、このようにして得た各標本点の振幅
データ間を単純に直線補間するだけでも、図１（ｂ）の
ような並べ替え後のデータとほぼ同じ波形のデータを再
現することができる。さらに、図１（ｂ）のデータを各
ウィンドウ間で単純に並べ替えるだけで、図１（ａ）に
示す圧縮前の元データをほぼ完璧に再現することができ
る。
【００５２】次に、圧縮時におけるピークの検出方法に
ついて説明する。本実施形態の圧縮方式においては、ジ
グザグ処理を行う前提として、略周期的に現れるピーク
を正確に検出することが重要なポイントとなる。本実施
形態では、個々のサンプリングポイント（ピークの検出
点）がピークに該当するかどうかを、検出点を１クロッ
クずつシフトしながら順次判断していく。
【００５３】このとき、ある検出点のサンプリングポイ
ントを含めてそれより前に存在する所定区間内（例えば
１６クロック以内）におけるデータの最大値（以下、こ
れを前最大値と呼ぶ）と、上記検出点のサンプリングポ
イントを含めてそれより後に存在する所定区間内（例え
ば１６クロック以内）におけるデータの最大値（以下、
これを後最大値と呼ぶ）とを検出する。そして、現在の
検出点のサンプルデータ値と前最大値と後最大値との３
つの値が全て一致するかどうかを判断し、一致した場合
には、その検出点のサンプリングポイントをピークとし
て検出する。
【００５４】このようにすれば、あるサンプリングポイ
ントのサンプルデータ値がそれに近接するデータ値より
も大きくなって一見ピークであるように見えても、その
サンプリングポイントを中心とする前後の所定区間内
に、より大きなデータ値が存在する場合はピークとして
検出されなくなる。これにより、図１（ａ）のようにデ
ータ値が上下に振動しながら局所的にピークを有するよ
うな信号について、他に比べてデータ値が極端に大きい
真のピークのみを正確に検出することができる。
【００５５】なお、あるサンプリングポイントの前後で
最大値を検出する所定区間の大きさは、ピーク間隔に比
べて小さく設定しすぎると、上下に振動している細かな
極大点もピークとして誤検出してしまう。逆に、所定区
間の大きさをピーク間隔に比べて大きく設定しすぎる
と、真のピークを検出できなくなってしまうこともあ
る。そのため、所定区間の大きさは、予想されるピーク
間隔に応じて適当に設定するのが好ましい。
【００５６】また、現在の検出点の前後に設定した各１
６クロックの区間内で前最大値と後最大値とを検出する
とともに、現在の検出点よりも後に設定したより大きな
区間内（例えば３２クロック以内）で第２の後最大値を
検出し、現在の検出点のサンプルデータ値と、前最大値
と、後最大値と、第２の後最大値との４つの値が全て一
致した場合にその検出点のサンプリングポイントをピー
クとして検出するようにしても良い。
【００５７】また、より大きな区間を現在の検出点より
も前に設定し、第２の後最大値ではなく第２の前最大値
を検出するようにしても良い。また、後最大値と、第２
の後最大値の双方ではなく、第２の後最大値のみを検出
するようにしても良い。
【００５８】検出点の前後に同じ幅の区間を設定して前
最大値と後最大値とを検出した場合には、その区間の幅
が小さすぎるとピークの過検出が生じ、幅が大きすぎる
と検出漏れが生じることがある。しかし、検出点よりも
前あるいは後の何れか一方に通常より大きな区間を設定
して第２の前最大値あるいは第２の後最大値を検出する
ようにした場合は、幅の小さい区間の方でピーク候補を
漏れなく検出し、幅の大きい区間の方で真のピーク以外
を振い落とすことができる。したがって、ピークの過検
出と検出漏れを防止し、より確実にピークを検出するこ
とができる。
【００５９】図４は、上記の圧縮方式を実現する本実施
形態による圧縮装置の機能構成例を示すブロック図であ
る。図４に示す圧縮装置は、例えば、アナログの音声信
号を入力して圧縮する場合に適用可能である。なお、デ
ジタルの音声信号を入力する場合は、初段のローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ）１およびＡ／Ｄ変換部２は不要であ
る。
【００６０】図４に示すように、本実施形態の圧縮装置
は、ＬＰＦ１と、Ａ／Ｄ変換部２と、Ｄ型フリップフロ
ップ３と、無音処理部４と、並べ替え処理部５と、直線
圧縮部６と、ブロック化部７とを備えて構成されてい
る。ＬＰＦ１は、標本点の検出を行いやすくするため
に、圧縮対象として入力されるアナログ信号に対してフ
ィルタリング処理を行うことにより、高周波成分のノイ
ズを除去するものである。
【００６１】Ａ／Ｄ変換部２は、ＬＰＦ１より出力され
るアナログ信号をデジタルデータに変換する。このとき
Ａ／Ｄ変換部２は、基準となる所定周波数ｆｃｋ（例え
ば人間の音声信号の場合、８ＫＨｚ）の入力クロックに
従ってＡ／Ｄ変換処理を実行する。Ｄ型フリップフロッ
プ３は、Ａ／Ｄ変換部２より出力された各サンプリング
ポイントにおけるデジタルデータを基準周波数ｆｃｋの
入力クロックに従って順次保持する。
【００６２】無音処理部４は、Ｄ型フリップフロップ３
に保持された各サンプルデータの絶対値を所定の値（例
えば“４”）だけ小さく丸める処理を行う。このとき、
サンプルデータの絶対値が上記所定の値より小さい場合
には、そのサンプルデータを無音とみなし、データ値を
“０”に置き換えて出力する。これによって、細かな雑
音成分を除去するとともに、圧縮率の更なる向上を図っ
ている。
【００６３】並べ替え処理部５は、図１および図２に示
したように、周期性を有する圧縮対象のデータについ
て、略周期的に現れるピークを検出してそのピーク周期
に応じて２区間ずつ同じ大きさのウィンドウを設定し、
設定した同大のウィンドウ間でサンプルデータを交互に
並べ替える処理を順次行う。
【００６４】直線圧縮部６は、並べ替え処理部５により
並べ替えられたサンプルデータに対して、図３で説明し
たような直線圧縮の処理を行う。これによって直線圧縮
部６は、基準周波数ｆｃｋに基づく各サンプリングポイ
ントの中から離散的な標本点を検出し、各標本点におけ
るサンプルデータの振幅データと、各標本点間の時間間
隔を表すタイミングデータとを求める。
【００６５】ブロック化部７は、並べ替え処理部５によ
り設定された各ウィンドウの幅を表すピッチデータと、
直線圧縮部６により求められた各標本点における振幅デ
ータおよび各標本点間の時間間隔を表すタイミングデー
タとを適当にブロック化し、圧縮データとして出力す
る。出力された圧縮データは、例えば伝送媒体に伝送さ
れ、あるいは不揮発性メモリなどの記録媒体に記録され
る。
【００６６】図５は、上記並べ替え処理部５の詳細な機
能構成例を示すブロック図である。図５に示すように、
並べ替え処理部５は、ピーク検出部１１と、ピッチカウ
ンタ１２と、ジグザグ処理部１３とを備えて構成されて
いる。ピーク検出部１１はさらに、Ｄ型フリップフロッ
プ２１と、前最大値検出部２２と、後最大値検出部２３
と、一致判定部２４とを備えている。
【００６７】ピーク検出部１１は、無音処理の施された
圧縮対象のデータについて、ピークを検出する処理を行
う。このピーク検出部１１内の構成において、Ｄ型フリ
ップフロップ２１は、現在の検出点のサンプルデータを
保持する。前最大値検出部２２は、検出点のサンプリン
グポイントを含めてそれより前に存在する所定区間内で
前最大値を検出する。また、後最大値検出部２３は、検
出点のサンプリングポイントを含めてそれより後に存在
する所定区間内で後最大値を検出する。
【００６８】一致判定部２４は、Ｄ型フリップフロップ
２１に保持されている検出点のサンプルデータ値と、前
最大値検出部２２により検出された前最大値と、後最大
値検出部２３により検出された後最大値とが一致するか
どうかを判定し、一致したサンプリングポイントをピー
クとして検出する。
【００６９】ピッチカウンタ１２は、一致判定部２４に
よってあるピークが検出された時点からクロックＣＬＫ
のカウントを開始し、次のピークが検出された時点でカ
ウント値を初期状態に戻す。これにより、各ピーク間の
間隔（クロック数）をカウントする。ジグザグ処理部１
３は、ピッチカウンタ１２により検出されたピーク間隔
に応じてウィンドウを設定し、設定したウィンドウ間で
サンプルデータを交互に並べ替える処理を行う。
【００７０】図６は、上記直線圧縮部６の詳細な機能構
成例を示すブロック図である。図６に示すように、直線
圧縮部６は、誤差演算部３１と、標本点検出部３２と、
圧縮データ生成部３３とを備えて構成されている。
【００７１】誤差演算部３１は、並べ替え処理部５より
入力されるジグザグ処理後のデジタルデータの中から、
基準とするサンプルデータと、そこからの時間間隔が所
定範囲内（例えばタイミングデータが３ビットの場合は
７クロック以内、４ビットの場合は１５クロック以内で
あるが、以下では図３に合わせて６クロック以内として
説明する）にあるもう１つのサンプルデータとの組を選
択する。そして、選択した２つのサンプルデータ間を結
ぶ直線上の各データ値と、その直線上の各データ値と同
じサンプリングポイントにおける各サンプルデータ値と
の誤差をそれぞれ演算する。
【００７２】誤差演算部３１は、上述のような誤差演算
を、基準のサンプルデータと、そこから所定範囲内でと
り得る他のサンプルデータとの組を複数選択して行う。
すなわち、図３の例の場合、Ｄ１−Ｄ７間に直線を結ん
だ場合の各サンプリングポイントにおける誤差、Ｄ１−
Ｄ６間に直線を結んだ場合の各サンプリングポイントに
おける誤差、……、Ｄ１−Ｄ３間に直線を結んだ場合の
各サンプリングポイントにおける誤差をそれぞれ演算す
る。
【００７３】また、標本点検出部３２は、上記誤差演算
部３１において算出した各サンプリングポイントにおけ
る誤差が全て所望の値以下となる直線を作ったサンプリ
ングポイントであって、基準のサンプルデータからの時
間間隔が最も長くなるサンプリングポイントを標本点と
して検出する。図３の例では、上述したように、サンプ
ルデータＤ１を基準とした場合には、Ｄ６のサンプリン
グポイントが標本点として検出されることになる。
【００７４】誤差演算部３１および標本点検出部３２
は、このようにして１つの標本点を検出したら、検出し
た標本点を新たに基準のサンプルデータとして、そこか
ら６クロックの範囲内で以上と同様の処理を行う。以下
同様にして、誤差演算部３１および標本点検出部３２
は、複数の標本点を順次検出していく。
【００７５】なお、図３を用いて説明したように、基準
のサンプルデータからの時間間隔が最も長いサンプリン
グポイントから順に選んで誤差の条件を満たすかどうか
を判断していき、条件を満たすサンプリングポイントが
見つかった時点でそれを標本点として検出するようにし
ても良い。
【００７６】圧縮データ生成部３３は、標本点検出部３
２により検出した各標本点における離散的な振幅データ
と、各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータとの
組を求め、この振幅データとタイミングデータとの組を
圧縮データの一部として得る。このようにして生成され
た振幅データとタイミングデータとの組は、図４のブロ
ック化部７に与えられ、並べ替え処理部５のピッチカウ
ンタ１２より出力されるピッチデータと共に適当にブロ
ック化される。そして、このブロック化データが伝送路
上に伝送され、または記録媒体に記録される。
【００７７】次に、以上に説明した圧縮装置に対応する
伸長装置について説明する。図７は、本実施形態による
伸長装置の機能構成例を示すブロック図である。図７に
示すように、本実施形態の伸長装置は、タイミング生成
部４１と、Ｄ型フリップフロップ４２と、補間処理部４
３と、逆並べ替え処理部４４と、Ｄ／Ａ変換部４５と、
ＬＰＦ４６とを備えて構成されている。
【００７８】タイミング生成部４１は、圧縮データ中に
含まれるタイミングデータを入力して、圧縮側で検出さ
れた標本点間と同じ不定の時間間隔を表す読み出しクロ
ックを入力クロックＣＬＫから生成する。Ｄ型フリップ
フロップ４２は、圧縮データ中に含まれる振幅データ
を、上記タイミング生成部４１により生成された読み出
しクロックに従ったタイミングで順次取り込んで保持
し、それを補間処理部４３に出力する。
【００７９】この補間処理部４３には、Ｄ型フリップフ
ロップ４２の入出力段の振幅データ、つまりある読み出
しクロックのタイミングでＤ型フリップフロップ４２に
保持されている振幅データと、次の読み出しクロックの
タイミングでＤ型フリップフロップ４２に保持されるべ
き振幅データ（連続する２つの標本点における２つの振
幅データ）が入力されている。
【００８０】補間処理部４３は、このように入力される
２つの振幅データと、タイミング生成部４１より入力さ
れるタイミングデータとを用いて、当該２つの振幅デー
タ間を例えば直線で補間する演算を行い、各標本点間の
デジタル補間データを生成する。この補間処理部４３
は、本発明の振幅データ算出手段あるいはデータ補間手
段に相当する。
【００８１】逆並べ替え処理部４４は、補間処理部４３
により求められた補間データについて、圧縮データ中に
含まれるピッチデータに基づいて圧縮時と同様のウィン
ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間で上記補間
データを交互に並べ直す処理を順次行う。
【００８２】Ｄ／Ａ変換部４５は、このようにして生成
されたデジタル伸長データをＤ／Ａ変換してアナログ信
号とする。ＬＰＦ４６は、Ｄ／Ａ変換部４５により変換
されたアナログ信号をフィルタリング処理することによ
って、高周波成分のノイズを除去し、再生アナログ信号
として出力する。
【００８３】これから分かるように、伸長側では、直線
補間処理や逆並べ替え処理という極めて単純な処理を行
うだけで、圧縮前の元データとほとんど変わらない高精
度な伸長データを再現することができる。
【００８４】上記のように構成した本実施形態による圧
縮装置および伸長装置は、例えば、ＣＰＵあるいはＭＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータシステム
によって構成され、その機能の全部あるいは一部（例え
ば圧縮装置の無音処理部４、並べ替え処理部５、直線圧
縮部６およびブロック化部７、伸長装置のタイミング生
成部４１、補間処理部４３および逆並べ替え処理部４４
など）は上述のＲＯＭやＲＡＭなどに格納されたプログ
ラムが動作することによって実現される。
【００８５】また、上記のように構成した本実施形態に
よる圧縮装置および伸長装置は、ロジック回路を組み合
わせてハードウェア的に構成することも可能である。な
お、圧縮装置の直線圧縮部６の機能および伸長装置の補
間処理部４３の機能を実現するためのハードウェア構成
については、本出願人が先に提出した特願２０００−１
６８６２５において詳細に記載している。この特願２０
００−１６８６２５において詳細に記載した構成を本実
施形態に応用することが可能である。
【００８６】以上詳しく説明したように、本実施形態に
おいては、伸長処理の際に直線補間を行っても元データ
との誤差が所望の値より大きくならないサンプリングポ
イントを標本点として検出していき、各標本点の振幅デ
ータと各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータと
を圧縮データの一部として得るようにしたので、高い圧
縮率を実現しつつ、伸長によって再生されるデータの品
質を格段に向上させることができる。
【００８７】特に、本実施形態の圧縮・伸長方式によれ
ば、直線補間により生成される標本点間の補間データ
は、圧縮前の元データと比べてその振幅の誤差が小さい
だけでなく、位相ずれも非常に小さく抑えることができ
る。圧縮対象のデータとして音声を用いた場合、位相ず
れは音色に大きく影響してくるが、本実施形態ではこの
位相ずれがほとんどないため、元データの音色を忠実に
再現することができる。
【００８８】また、本実施形態では、各サンプリングポ
イントにおけるサンプルデータそのものに対して直線圧
縮処理を行うのではなく、各サンプルデータをジグザグ
処理して並べ替えたデータに対して直線圧縮処理を行っ
ている。このようにすることにより、周波数の高い信号
を圧縮する場合でも、元データへの再現性を全く損なう
ことなく周波数を低く変換してから直線圧縮を行うこと
ができる。これにより、検出する標本点の数を極力減ら
すことができ、伸長によって再生されるデータの品質を
極めて良好に維持しつつ、より高い圧縮率を実現するこ
とができる。
【００８９】また、本実施形態によれば、圧縮対象とな
るアナログ信号あるいはデジタルデータを時間／周波数
変換することなく、時間軸上でそのまま圧縮・伸長する
ことができるので、処理が複雑にならず、構成を簡素化
することもできる。また、圧縮側から圧縮データを伝送
して伸長側で再生する場合には、時間軸上での非常に簡
単な直線補間演算によって、入力される圧縮データを順
次に処理して再生することができるので、リアルタイム
動作を実現することができる。
【００９０】なお、上記実施形態では、図１（ａ）に示
す元データに対してジグザグ処理を１回行うことによっ
て図１（ｂ）のようなデータを得て、これに対して直線
圧縮処理を行っている。これに対し、図１（ｂ）のデー
タに対して更にジグザグ処理を１回もしくは２回以上行
い、それによって得たデータに対して直線圧縮処理を行
うようにしても良い。このようにすれば、周波数を更に
低くした上で直線圧縮を行うことができ、検出する標本
点の数を更に減らして圧縮率を高めることができる。ジ
グザグ処理は何回繰り返しても１００％の再現性を有す
るので、極めて高い周波数のデータを圧縮する場合には
特に有効である。
【００９１】また、上記実施形態では、隣接する２区間
に同大のウィンドウを設定してジグザグ処理を行った
が、必ずしも隣接するウィンドウ間でジグザグ処理を行
う必要はない。隣接するウィンドウ間ではデータの相関
が強いので、隣接ウィンドウ間でジグザグ処理を行うの
が好ましいが、例えば１区間飛びのウィンドウ間でジグ
ザグ処理を行うようにしても良い。
【００９２】また、上記実施形態では、２つのウィンド
ウ間でジグザグ処理を行ったが、３つあるいはそれ以上
のウィンドウ間でジグザグ処理を行うようにしても良
い。例えば３つのウィンドウ間でジグザグ処理を行った
場合は、元データの周波数をほぼ１／３程度に低く落と
すことができ、２つのウィンドウ間でジグザグ処理を行
う場合に比べて圧縮率を更に高くすることができる。
【００９３】また、上記実施形態では、圧縮対象のデー
タとして、人間の話し声の音声データを用いたが、これ
に限定されるものではない。周期性を有するデータであ
れば、何れにも適用することが可能である。例えば、音
楽の音声データについても同様に適用可能である。ま
た、周期性を有しており、その周期を認識することがで
きるのであれば、ピークが略周期的に現れるような信号
でなくても良い。また、完全に同一の周期を有する信号
を圧縮する場合は、ピーク検出等を行うことなくあらか
じめ固定長のウィンドウを設定しておくことができ、こ
の分の処理負荷を軽減することができる。
【００９４】また、上記実施形態では、ジグザグ処理後
の圧縮処理として、図３のような直線圧縮処理を行う場
合について説明したが、これは単なる例に過ぎない。す
なわち、高周波領域において圧縮率が低下するような周
波数依存性を有する圧縮処理であれば、何れにも適用す
ることが可能である。例えば、本出願人が既に出願して
いる特願平１１−２４１８８５号、特願平１１−３１２
８７８号、特願２０００−３３８６４などに開示した圧
縮処理に適用することも可能である。
【００９５】これらの圧縮処理について簡単に説明する
と、以下の通りである。特願平１１−２４１８８５号に
開示した圧縮処理は、圧縮対象のデータ中から、微分絶
対値が“０”を含む所定値以下となる点を標本点として
検出し、各標本点の振幅データと、各標本点間の時間間
隔を表すタイミングデータとの組を圧縮データとして得
るようにしたものである。
【００９６】また、特願平１１−３１２８７８号に開示
した圧縮処理は、圧縮対象のデータ中から、前後の位置
と比べて微分絶対値が小さくなる位置、つまり微分絶対
値が極小となる点を標本点として検出し、各標本点の振
幅データと、各標本点間の時間間隔を表すタイミングデ
ータとの組を圧縮データとして得るようにしたものであ
る。
【００９７】また、特願２０００−３３８６４に開示し
た圧縮処理は、圧縮対象のデータ中から、微分値の極性
が変化するポイントを標本点として検出し、各標本点の
振幅データと、各標本点間の時間間隔を表すタイミング
データとの組を圧縮データとして得るようにしたもので
ある。
【００９８】また、上記実施形態では、直線圧縮処理に
おいて、タイミングデータのビット数を３ビットとし、
基準のサンプルデータから６クロックの範囲内で直線を
引いて誤差判定を行うようにしたが、本発明はこの例に
限定されるものではない。例えば、誤差判定を行う際の
所定範囲を７クロックとしても良い。また、タイミング
データのビット数を４ビット以上とし、基準のサンプル
データから直線を引いて誤差判定を行う際の所定範囲を
８クロック以上としても良い。このようにすれば、圧縮
率を更に高めることが可能である。また、このタイミン
グデータのビット数、あるいは誤差判定を行う際の所定
範囲をパラメータとして任意に設定できるようにしても
良い。
【００９９】また、離散的な標本点を検出する際に選ぶ
２つのデータ間の時間間隔に所定範囲内という制限を設
けることなく処理を行うようにしても良い。この場合
は、誤差が所望の値を超えるサンプリングポイントの直
前のサンプリングポイントを標本点として順次検出す
る。このようにした場合は、標本点間の間隔をできるだ
け長くとって、検出する標本点の数を極力減らすことが
可能となり、圧縮率を更に高くすることができる。
【０１００】また、誤差の許容値としては、例えば６
４、１２８、２５６、３８４、５１２などを用いること
が可能である。誤差の許容値を小さくすれば再生アナロ
グ信号の再現性を重視した圧縮・伸長を実現することが
できる。また、誤差の許容値を大きくすれば圧縮率を重
視した圧縮・伸長を実現することができる。なお、この
誤差許容値をパラメータとして任意に設定できるように
しても良い。
【０１０１】また、誤差許容値をデータ振幅の関数と
し、例えば振幅の大きいところで誤差許容値を大きく
し、振幅の小さいところで誤差許容値を小さくするよう
にしても良い。振幅の大きいところでは、誤差がある程
度大きくなってもそれが目立つことがなく、音質に大き
な影響を与えることはない。したがって、このように誤
差許容値をデータ振幅の関数として動的に変えるように
すれば、再生データの音質を極めて良好に保ちながら、
圧縮率を更に高めることが可能である。
【０１０２】また、誤差許容値を周波数の関数とし、例
えば周波数の高いところで誤差許容値を大きくし、周波
数の低いところで誤差許容値を小さくするようにしても
良い。圧縮対象として一連に入力される信号で周波数の
高い部分、つまり近接するサンプリングポイントにおい
てもサンプルデータ値が比較的大きく変化するような部
分では、誤差許容値が小さいと検出される標本点の数が
多くなり、高い圧縮率を実現できなくなることがある。
しかし、周波数の高い部分で動的に誤差許容値を大きく
することにより、再生データの音質を全体として極めて
良好に保ちながら、圧縮率を更に高めることが可能であ
る。
【０１０３】もちろん、誤差許容値をデータ振幅および
周波数の両方の関数として動的に変化させるようにして
も良い。
【０１０４】また、上記実施形態では、伸長側の補間処
理部４３においてデジタルデータの間を直線補間する例
について説明したが、補間演算はこの例に限定されるも
のではない。例えば、所定の標本化関数を用いた曲線補
間処理を行うようにしても良い。また、本出願人が先に
出願した特願平１１−１７３２４５号等に記載した補間
処理を行っても良い。この場合には、極めてアナログに
近い波形を補間そのもので得ることができるので、後段
のＤ／Ａ変換部４５やＬＰＦ４６を不要とすることもで
きる。
【０１０５】また、以上に説明した本実施形態による圧
縮・伸長の手法は、上述したように、ハードウェア構
成、ＤＳＰ、ソフトウェアの何れによっても実現するこ
とが可能である。例えばソフトウェアによって実現する
場合、本実施形態の圧縮装置および伸長装置は、実際に
はコンピュータのＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯ
Ｍなどで構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに記憶
されたプログラムが動作することによって実現できる。
【０１０６】したがって、コンピュータが上記本実施形
態の機能を果たすように動作させるプログラムを例えば
ＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、コンピュータ
に読み込ませることによって実現できるものである。上
記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ以外に、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードデ
ィスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、Ｄ
ＶＤ、不揮発性メモリカード等を用いることができる。
また、上記プログラムをインターネット等のネットワー
クを介してコンピュータにダウンロードすることによっ
ても実現できる。
【０１０７】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現さ
れるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおい
て稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）ある
いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実
施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラ
ムの処理の全てあるいは一部がコンピュータの機能拡張
ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形
態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発
明の実施形態に含まれる。
【０１０８】その他、上記に説明した各実施形態は、何
れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示し
たものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が
限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、
本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱する
ことなく、様々な形で実施することができる。
【０１０９】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、簡単な構成で、圧縮・伸長の処理時間が短く、か
つ、高い圧縮率と再生データの品質向上との両方を実現
することが可能な新しい圧縮・伸長方式を提供すること
ができる。
【０１１０】すなわち、本発明によれば、周期性を有す
る圧縮対象のデータについて、その周期に応じて設定し
たウィンドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処
理を行い、これによって得たデータに対して圧縮処理を
行っている。これにより、周期性を有するデータの周波
数を、元データへの再現性を全く損なうことなくより低
い周波数に置き換え、その置き換えられた低周波数のデ
ータに対して圧縮処理を行うことができる。したがっ
て、高周波数領域において圧縮率が低下するという周波
数依存性を有する圧縮処理に適用することにより、圧縮
処理自体は何ら変更しなくても、元データへの再現性を
極めて良好に維持しつつ圧縮率を向上させることができ
る。
【０１１１】また、本発明によれば、上述の並べ替えに
よって得た多数のサンプルデータのうち、伸長処理の際
に直線補間を行っても元データとの誤差が大きくならな
い標本点の振幅データと、各標本点間の時間間隔を表す
タイミングデータと、各ウィンドウの幅を表すピッチデ
ータだけを圧縮データとして得るようにしているので、
伸長によって再生されるデータを高品質に維持しつつ、
高い圧縮率を実現することができる。
【０１１２】特に、本発明では、圧縮対象の元データそ
のものに対して上述のような誤差判定を行ってデータ圧
縮するのではなく、各サンプルデータをウィンドウ間で
並べ替えることによって生成したデータに対して誤差判
定の処理を行うことにより、周波数の高い信号を圧縮す
る場合でも、元データへの再現性を全く損なうことなく
実質的に周波数を低く落としてから誤差判定の処理を行
うことができ、検出する標本点の数を極力減らしてより
高い圧縮率を実現することができる。
【０１１３】さらに、本発明によれば、時間軸上の信号
を圧縮する際に、時間／周波数変換を行って周波数軸上
で処理を行うことなく、時間軸上のままで処理を行うこ
とができる。また、このようにして圧縮されたデータを
伸長する際にも、時間軸上のままで処理を行うことがで
きる。特に、伸長側では、補間処理や逆並べ替えという
極めて単純な処理を行うだけで、圧縮前の元データとほ
とんど変わらない高精度な伸長データを再現することが
できる。
【０１１４】また、本発明のピーク検出方法によれば、
データ値が上下に振動しながら局所的にピークを有する
ような信号について、他に比べて極端にデータ値が大き
い真のピークのみを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による圧縮方式の基本原理を説明す
るための図である。
【図２】本実施形態による圧縮方式の基本原理を説明す
るための図である。
【図３】本実施形態による圧縮方式の基本原理を説明す
るための図である。
【図４】本実施形態による圧縮装置の機能構成例を示す
ブロック図である。
【図５】並べ替え処理部の詳細な機能構成例を示すブロ
ック図である。
【図６】直線圧縮部の詳細な機能構成例を示すブロック
図である。
【図７】本実施形態による伸長装置の機能構成例を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
１ ＬＰＦ ２ Ａ／Ｄ変換部 ３ Ｄ型フリップフロップ ４ 無音処理部 ５ 並べ替え処理部 ６ 直線圧縮部 ７ ブロック化部 １１ ピーク検出部 １２ ピッチカウンタ １３ ジグザグ処理部 ２１ Ｄ型フリップフロップ ２２ 前最大値検出部 ２３ 後最大値検出部 ２４ 一致判定部 ３１ 誤差演算部 ３２ 標本点検出部 ３３ 圧縮データ生成部 ４１ タイミング生成部 ４２ Ｄ型フリップフロップ ４３ 補間処理部 ４４ 逆並べ替え処理部 ４５ Ｄ／Ａ変換部 ４６ ＬＰＦ

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
    て、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィン
    ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を順次行い、これによっ
    て得たデータに対して圧縮処理を行うようにしたことを
    特徴とする圧縮方法。
  2. 【請求項２】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
    て、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィン
    ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を順次行い、これによっ
    て得たデータに対して、２つのサンプリングポイントの
    データ間で直線補間を行ったときにおける元データとの
    誤差が所望の値以下となるサンプリングポイントを圧縮
    データの標本点として順次検出する処理を行うようにし
    たことを特徴とする圧縮方法。
  3. 【請求項３】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
    て、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィン
    ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を順次行い、これによっ
    て得たデータに対して、２つのサンプリングポイントの
    データ間を結ぶ直線上のデータ値と、その直線上のデー
    タ値と同じサンプリングポイントにおけるサンプルデー
    タ値との誤差が所望の値以下となるサンプリングポイン
    トを圧縮データの標本点として順次検出する処理を行う
    ようにしたことを特徴とする圧縮方法。
  4. 【請求項４】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
    て、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィン
    ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を順次行い、これによっ
    て得たデータに対して、２つのサンプリングポイントの
    データ間を結ぶ直線上の各データ値と、その直線上の各
    データ値と同じサンプリングポイントにおける各サンプ
    ルデータ値との誤差が全て所望の値以下となるサンプリ
    ングポイントであって、上記２つのサンプリングポイン
    ト間の時間間隔が所定範囲の中で最も長くなるサンプリ
    ングポイントを圧縮データの標本点として順次検出する
    処理を行うようにしたことを特徴とする圧縮方法。
  5. 【請求項５】 周期性を有する圧縮対象のデータについ
    て、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィン
    ドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を順次行い、これによっ
    て得たデータに対して、２つのサンプリングポイントの
    データ間を結ぶ直線上のデータ値と、その直線上のデー
    タ値と同じサンプリングポイントにおけるサンプルデー
    タ値との誤差が所望の値以下となるサンプリングポイン
    トであって、上記誤差が上記所望の値を超えるサンプリ
    ングポイントの直前のサンプリングポイントを圧縮デー
    タの標本点として順次検出する処理を行うようにしたこ
    とを特徴とする圧縮方法。
  6. 【請求項６】 上記圧縮データは、各ウィンドウの大き
    さを表すピッチデータと、各標本点の振幅データと、上
    記各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータとを含
    むことを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の
    圧縮方法。
  7. 【請求項７】 上記周期性を有する圧縮対象のデータに
    ついて、上記周期に応じて２区間ずつ同じ大きさのウィ
    ンドウを設定し、２つのウィンドウ間でサンプルデータ
    を交互に並べ替える処理を各２区間ごとに順次行うこと
    を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の圧縮方
    法。
  8. 【請求項８】 上記周期性を有する圧縮対象のデータに
    ついて、上記周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウ
    ィンドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサン
    プルデータを交互に並べ替える処理を順次行い、これに
    よって得たデータについて更に、その周期に応じて複数
    区間ずつ同じ大きさのウィンドウを設定し、設定した同
    大のウィンドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える
    処理を行い、これによって得たデータに対して圧縮処理
    を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜７の何れ
    か１項に記載の圧縮方法。
  9. 【請求項９】 上記周期性を有する圧縮対象のデータに
    ついて、略周期的に現れるピークを検出し、検出したピ
    ークの間隔に応じて上記ウィンドウを設定することを特
    徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の圧縮方法。
  10. 【請求項１０】 あるサンプリングポイントを含めてそ
    れより前に存在する第１の区間内におけるデータの最大
    値（前最大値）と、上記あるサンプリングポイントを含
    めてそれより後に存在する第２の区間内におけるデータ
    の最大値（後最大値）とを検出し、上記あるサンプリン
    グポイントのデータ値と上記前最大値と上記後最大値と
    が一致した場合に、上記あるサンプリングポイントを上
    記ピークとして検出することを特徴とする請求項９に記
    載の圧縮方法。
  11. 【請求項１１】 上記第１の区間と上記第２の区間は同
    じ大きさであることを特徴とする請求項１０に記載の圧
    縮方法。
  12. 【請求項１２】 上記第１の区間を上記第２の区間より
    も大きく、あるいは、上記第２の区間を上記第１の区間
    よりも大きくしたことを特徴とする請求項１０に記載の
    圧縮方法。
  13. 【請求項１３】 あるサンプリングポイントを含めてそ
    れより前に存在する第１の区間内におけるデータの最大
    値（前最大値）と、上記あるサンプリングポイントを含
    めてそれより後に存在する、上記第１の区間と同じ大き
    さの第２の区間内におけるデータの最大値（第１の後最
    大値）と、上記あるサンプリングポイントを含めてそれ
    より後に存在する、上記第２の区間よりも大きい第３の
    区間内におけるデータの最大値（第２の後最大値）とを
    検出し、上記あるサンプリングポイントのデータ値と上
    記前最大値と上記第１の後最大値と上記第２の後最大値
    とが一致した場合に、上記あるサンプリングポイントを
    上記ピークとして検出することを特徴とする請求項９に
    記載の圧縮方法。
  14. 【請求項１４】 上記検出される複数のピークの間隔を
    １つ飛びに採用してその間隔に応じた大きさのウィンド
    ウを２区間ずつ設定し、２つのウィンドウ間でサンプル
    データを交互に並べ替える処理を各２区間ごとに順次行
    うことを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載
    の圧縮方法。
  15. 【請求項１５】 周期性を有する圧縮対象のデータにつ
    いて、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィ
    ンドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプ
    ルデータを交互に並べ替える処理を順次行う並べ替え手
    段と、 上記並べ替え手段により求められたデータに対して圧縮
    処理を行う圧縮手段とを備えたことを特徴とする圧縮装
    置。
  16. 【請求項１６】 周期性を有する圧縮対象のデータにつ
    いて、その周期に応じて複数区間ずつ同じ大きさのウィ
    ンドウを設定し、設定した同大のウィンドウ間でサンプ
    ルデータを交互に並べ替える処理を順次行う並べ替え手
    段と、 上記並べ替え手段により求められたデータに対して、２
    つのサンプリングポイントのデータ間で直線補間を行っ
    たときにおける元データとの誤差が所望の値以下となる
    サンプリングポイントを圧縮データの標本点として順次
    検出する処理を行う直線圧縮手段とを備えたことを特徴
    とする圧縮装置。
  17. 【請求項１７】 上記直線圧縮手段は、上記並べ替え手
    段により求められたデータに対して、上記２つのサンプ
    リングポイントのデータ間を結ぶ直線上の各データ値
    と、その直線上の各データ値と同じサンプリングポイン
    トにおける各サンプルデータ値との誤差が全て所望の値
    以下となるサンプリングポイントであって、上記２つの
    サンプリングポイント間の時間間隔が所定範囲の中で最
    も長くなるサンプリングポイントを上記圧縮データの標
    本点として順次検出する処理を行うことを特徴とする請
    求項１６に記載の圧縮装置。
  18. 【請求項１８】 上記直線圧縮手段は、上記並べ替え手
    段により求められたデータに対して、上記２つのサンプ
    リングポイントのデータ間を結ぶ直線上のデータ値と、
    その直線上のデータ値と同じサンプリングポイントにお
    けるサンプルデータ値との誤差が所望の値以下となるサ
    ンプリングポイントであって、上記誤差が上記所望の値
    を超えるサンプリングポイントの直前のサンプリングポ
    イントを上記圧縮データの標本点として順次検出する処
    理を行う請求項１６に記載の圧縮装置。
  19. 【請求項１９】 上記圧縮データは、各ウィンドウの大
    きさを表すピッチデータと、各標本点の振幅データと、
    上記各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータとを
    含むことを特徴とする請求項１６〜１８の何れか１項に
    記載の圧縮装置。
  20. 【請求項２０】 上記並べ替え手段は、上記周期性を有
    する圧縮対象のデータについて、略周期的に現れるピー
    クを検出するピーク検出手段と、 上記ピーク検出手段により検出されたピークの間隔に応
    じて上記ウィンドウを設定し、設定した同大のウィンド
    ウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処理を順次行
    うジグザグ処理手段とを備えたことを特徴とする請求項
    １５〜１９の何れか１項に記載の圧縮装置。
  21. 【請求項２１】 上記ピーク検出手段は、あるサンプリ
    ングポイントを含めてそれより前に存在する第１の区間
    内におけるデータの最大値（前最大値）と、上記あるサ
    ンプリングポイントを含めてそれより後に存在する第２
    の区間内におけるデータの最大値（後最大値）とを検出
    し、上記あるサンプリングポイントのデータ値と上記前
    最大値と上記後最大値とが一致した場合に、上記あるサ
    ンプリングポイントを上記ピークとして検出することを
    特徴とする請求項２０に記載の圧縮装置。
  22. 【請求項２２】 上記ジグザグ処理手段は、上記ピーク
    検出手段により検出される複数のピークの間隔を１つ飛
    びに採用してその間隔に応じた大きさのウィンドウを２
    区間ずつ設定し、２つのウィンドウ間でサンプルデータ
    を交互に並べ替える処理を各２区間ごとに順次行うこと
    を特徴とする請求項２０または２１に記載の圧縮装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１に記載の圧縮方法に従って生
    成された圧縮データに対して上記圧縮処理に対応した伸
    長処理を行い、これによって得られたデータについて請
    求項１と同様のウィンドウを設定し、設定した同大のウ
    ィンドウ間で上記データを交互に並べ直す処理を順次行
    うことによって伸長データを得るようにしたことを特徴
    とする伸長方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２に記載の圧縮方法に従って生
    成された圧縮データ中に含まれる各標本点の振幅データ
    と上記各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータと
    を用いて、上記タイミングデータによって示される時間
    間隔を有する振幅データの間を補間する補間データを求
    め、これによって得られた補間データについて請求項２
    と同様のウィンドウを設定し、設定した同大のウィンド
    ウ間で上記補間データを交互に並べ直す処理を順次行う
    ことによって伸長データを得るようにしたことを特徴と
    する伸長方法。
  25. 【請求項２５】 請求項１５に記載の圧縮装置により生
    成された圧縮データに対して上記圧縮処理に対応した伸
    長処理を行い、これによって各サンプリングポイントの
    振幅データを求める振幅データ算出手段と、 上記振幅データ算出手段により求められた振幅データに
    ついて請求項１５と同様のウィンドウを設定し、設定し
    た同大のウィンドウ間で上記振幅データを交互に並べ直
    す処理を順次行うことによって伸長データを得る逆並べ
    替え手段とを備えたことを特徴とする伸長装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１６に記載の圧縮装置により生
    成された圧縮データ中に含まれる各標本点の振幅データ
    と上記各標本点間の時間間隔を表すタイミングデータと
    を用いて、上記タイミングデータによって示される時間
    間隔を有する振幅データの間を補間する補間データを求
    めるデータ補間手段と、 上記データ補間手段により求められた補間データについ
    て請求項１６と同様のウィンドウを設定し、設定した同
    大のウィンドウ間で上記補間データを交互に並べ直す処
    理を順次行うことによって伸長データを得る逆並べ替え
    手段とを備えたことを特徴とする伸長装置。
  27. 【請求項２７】 圧縮側において、周期性を有する圧縮
    対象のデータについて、その周期に応じて複数区間ずつ
    同じ大きさのウィンドウを設定し、設定した同大のウィ
    ンドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処理を順
    次行い、これによって得たデータに対して圧縮処理を行
    うことによって圧縮データを得るようにし、 伸長側において、上記圧縮データに対して上記圧縮処理
    に対応した伸長処理を行い、これによって得られたデー
    タについて上記複数区間ずつ同じ大きさのウィンドウを
    設定し、設定した同大のウィンドウ間で上記データを交
    互に並べ直す処理を順次行うことによって伸長データを
    得るようにしたことを特徴とする圧縮伸長システム。
  28. 【請求項２８】 圧縮側において、周期性を有する圧縮
    対象のデータについて、その周期に応じて複数区間ずつ
    同じ大きさのウィンドウを設定し、設定した同大のウィ
    ンドウ間でサンプルデータを交互に並べ替える処理を順
    次行い、これによって得たデータに対して、２つのサン
    プリングポイントのデータ間で直線補間を行ったときに
    おける元データとの誤差が所望の値以下となるサンプリ
    ングポイントを標本点として順次検出する処理を行うこ
    とによって、各ウィンドウの大きさを表すピッチデータ
    と、各標本点の振幅データと、上記各標本点間の時間間
    隔を表すタイミングデータとを圧縮データとして得るよ
    うにし、 伸長側において、上記圧縮データ中に含まれる各標本点
    の振幅データと上記各標本点間の時間間隔を表すタイミ
    ングデータとを用いて、上記タイミングデータによって
    示される時間間隔を有する振幅データの間を補間する補
    間データを求めた後、上記ピッチデータに基づいて上記
    複数区間ずつ同じ大きさのウィンドウを設定し、設定し
    た同大のウィンドウ間で上記補間データを交互に並べ直
    す処理を順次行うことによって伸長データを得るように
    したことを特徴とする圧縮伸長システム。
  29. 【請求項２９】 略周期的にピークが現れる周期性のあ
    るデータについて、あるサンプリングポイントを含めて
    それより前に存在する第１の区間内におけるデータの最
    大値（前最大値）と、上記あるサンプリングポイントを
    含めてそれより後に存在する第２の区間内におけるデー
    タの最大値（後最大値）とを検出し、上記あるサンプリ
    ングポイントのデータ値と上記前最大値と上記後最大値
    とが一致した場合に、上記あるサンプリングポイントを
    上記ピークとして検出するようにしたことを特徴とする
    ピーク検出方法。
  30. 【請求項３０】 上記第１の区間と上記第２の区間は同
    じ大きさであることを特徴とする請求項２９に記載のピ
    ーク検出方法。
  31. 【請求項３１】 上記第１の区間を上記第２の区間より
    も大きく、あるいは、上記第２の区間を上記第１の区間
    よりも大きくしたことを特徴とする請求項２９に記載の
    ピーク検出方法。
  32. 【請求項３２】 請求項１〜１４の何れか１項に記載の
    圧縮方法の処理手順をコンピュータに実行させるための
    圧縮プログラム。
  33. 【請求項３３】 請求項１５〜２２の何れか１項に記載
    の各手段としてコンピュータを機能させるための圧縮プ
    ログラム。
  34. 【請求項３４】 請求項２３または２４に記載の伸長方
    法の処理手順をコンピュータに実行させるための伸長プ
    ログラム。
  35. 【請求項３５】 請求項２５または２６に記載の各手段
    としてコンピュータを機能させるための伸長プログラ
    ム。
  36. 【請求項３６】 請求項２９〜３１の何れか１項に記載
    のピーク検出方法の処理手順をコンピュータに実行させ
    るためのピーク検出プログラム。
  37. 【請求項３７】 請求項１〜１４の何れか１項に記載の
    圧縮方法の処理手順をコンピュータに実行させるための
    プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読
    み取り可能な記録媒体。
  38. 【請求項３８】 請求項２３または２４に記載の伸長方
    法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログ
    ラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り
    可能な記録媒体。
  39. 【請求項３９】 請求項２９〜３１の何れか１項に記載
    のピーク検出方法の処理手順をコンピュータに実行させ
    るためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピ
    ュータ読み取り可能な記録媒体。
  40. 【請求項４０】 請求項１５〜２２，２５〜２６の何れ
    か１項に記載の各手段としてコンピュータを機能させる
    ためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュ
    ータ読み取り可能な記録媒体。
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