JP2001069010A - 圧縮方法及び装置、伸長方法及び装置、圧縮伸長システム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の圧縮・伸長処理を簡素化して処理時間
を短く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。 【解決手段】 圧縮側において、入力されるアナログ信
号１０１中で微分絶対値が所定値以下となる点１０２ａ
〜１０２ｆを標本点とし、当該各標本点にける離散的な
振幅データと、各標本点間の時間間隔を表すタイミング
データとの組を圧縮データとして得るようにするととも
に、伸長側において、上記圧縮データ中に含まれる振幅
データとタイミングデータとを用いて、連続する２つの
標本点における２つの振幅データとその間のタイミング
データとに基づいて上記２つの振幅データ間を補間する
補間データを求めることによって伸長データを得るよう
にすることにより、時間軸上の信号を圧縮・伸長する際
に、周波数変換を行うことなく時間軸上のままで処理す
ることができるようにする。

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、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 ）オーディオが挙げられ
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】しかしながら、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。

【０００７】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、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
ることを目的とする。

【０００８】

【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、圧縮対象の信号を微分
絶対値が所定値以下となる点の時間間隔で標本化し、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圧縮データとし
て得るようにしている。ここで、圧縮対象の信号をオー
バーサンプリングし、当該オーバーサンプリングされた
データをその微分絶対値が所定値以下となる点の時間間
隔で標本化するようにしても良い。さらに、上記オーバ
ーサンプリングされたデータに対して、連続するサンプ
ル値の平均値データを生成する処理を更に行うようにし
ても良い。

【０００９】また、本発明の伸長側においては、圧縮対
象の信号から抽出された所定の標本点における振幅デー
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
組から構成される圧縮データについて、連続する標本点
の振幅データとその間の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ことに
よって伸長データを得るようにしている。ここで、連続
する２つの標本点における２つの振幅データとその間の
タイミングデータとから得られる有限台の標本化関数を
用いて、上記２つの振幅データ間を補間する補間データ
を求めるようにしても良い。

【００１０】本発明は上記技術手段より成るので、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。

【００１１】

【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。図１は、本実施形態による圧縮方
法を説明するための図であり、圧縮対象となる入力アナ
ログ信号の一例を示している。また、図２は本実施形態
による伸長方法を説明するための図である。

【００１２】まず、図１を用いて圧縮処理について説明
する。本実施形態においては、入力アナログ信号１０１
中から、微分絶対値（信号の傾斜）が“０”を含む所定
値以下となる点（以下、これを標本点と称する）１０２
ａ〜１０２ｆを検出する。そして、これら各標本点１０
２ａ〜１０２ｆにおける振幅をアナログ−デジタル変換
したデジタルデータ値と、各標本点１０２ａ〜１０２ｆ
が現れる時間間隔を表すタイミングデータ値とを求め、
この振幅データ値とタイミングデータ値との組を圧縮デ
ータとして伝送または記録する。

【００１３】図１の例では、各標本点１０２ａ〜１０２
ｆにおけるデジタルの振幅データ値として、“７，３，
９，１，６，３”が求まり、各標本点１０２ａ〜１０２
ｆが現れる時刻Ｔ１−Ｔ２間、Ｔ２−Ｔ３間、Ｔ３−Ｔ
４間、Ｔ４−Ｔ５間、Ｔ５−Ｔ６間のそれぞれの時間間
隔を表すタイミングデータとして、“５，７，３，３，
３”が求まっている。なお、ここでタイミングデータと
して示される数字は、あるサンプリング周波数に基づく
クロックの数を示している。

【００１４】時刻Ｔ１の時点では、標本点１０２ａの振
幅データ値“７”と、それより前に標本点（図示せず）
が検出された時刻からの時間間隔を表すタイミングデー
タ値（図示せず）とが得られているので、それらデータ
値の組を時刻Ｔ１の圧縮データとして伝送または記録す
る。

【００１５】次に、標本点１０２ｂが検出された時刻Ｔ
２の時点では、それより前に標本点１０２ａが検出され
た時刻Ｔ１からの時間間隔を表すタイミングデータ値
“５”と、標本点１０２ｂの振幅データ値“３”とが得
られているので、これらデータ値の組（５，３）を時刻
Ｔ２の圧縮データとして伝送または記録する。

【００１６】さらに、次に標本点１０２ｃが検出された
時刻Ｔ３の時点では、それより前に標本点１０２ｂが検
出された時刻Ｔ２からの時間間隔を表すタイミングデー
タ値“７”と、標本点１０２ｃの振幅データ値“９”と
が得られているので、これらデータ値の組（７，９）を
時刻Ｔ３の圧縮データとして伝送または記録する。

【００１７】以下同様にして、時刻Ｔ３−Ｔ４間、Ｔ４
−Ｔ５間、Ｔ５−Ｔ６間の時間間隔を表すタイミングデ
ータ値と、時刻Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で検出された各標本点
１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆの振幅データ値との組
（３，１）、（３，６）、（３，３）を、それぞれ時刻
Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６における圧縮データとして伝送または
記録する。

【００１８】次に、図２を用いて、上記図１のようにし
て圧縮したデータの伸長処理を説明する。図１の方式に
よって入力アナログ信号１０１を圧縮した場合、得られ
る圧縮データは、（※，７）（５，３）（７，９）
（３，１）（３，６）（３，３）の数値列となる。な
お、※は図１中には値が図示されていないことを示すも
のである。伸長側には、ここに示した順序に従って圧縮
データが入力される。

【００１９】伸長側においては、まず、最初に入力され
る振幅データ値“７”とタイミングデータ値“５”との
２つのデータ値から、補間演算によって波形ａ１のデー
タを生成する。次に、上述のタイミングデータ値“５”
と、続いて入力される振幅データ値“３”との２つのデ
ータ値から、補間演算によって波形ａ２のデータを生成
する。

【００２０】次に、上述の振幅データ値“３”と、続い
て入力されるタイミングデータ値“７”との２つのデー
タ値から、補間演算によって波形ｂ２のデータを生成す
る。さらに、上述のタイミングデータ値“７”と、更に
続いて入力される振幅データ値“９”とから、補間演算
によって波形ｂ１のデータを生成する。以下同様にし
て、順に入力される振幅データ値とタイミングデータ値
の組合せから、波形ｃ１，ｃ２，ｄ２，ｄ１，ｅ１，ｅ
２のデータを順次生成する。

【００２１】以上のような処理により、波形ａ１，ｂ
１，ｃ１，ｄ１，ｅ１が連続化されたデジタル信号（図
２の上段）と、波形ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２が連
続化されたデジタル信号（図２の下段）とが生成され
る。そして、このようにして生成した２つのデジタル信
号を互いに加算してデジタル−アナログ変換することに
より、図１に示した元のアナログ信号を再生する。

【００２２】図３は、図２に示した時刻Ｔ１−Ｔ２の区
間を取り出して示したものであり、図３（ａ）は加算前
の２つの波形ａ１，ａ２を示し、図３（ｂ）は加算によ
り再生した合成波形ａ１＋ａ２を示している。図３
（ａ）において、Ｄ１は時刻Ｔ１における振幅データ値
（図２の例では“７”）、Ｄ２は時刻Ｔ２における振幅
データ値（図２の例では“３”）、Ｔは時刻Ｔ１−Ｔ２
間の時間間隔を表すタイミングデータ値（図２の例では
“５”）、ｔは時刻Ｔ１−Ｔ２間の任意のタイミングを
示している。

【００２３】図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ１におけ
る振幅データ値Ｄ１と時刻Ｔ１−Ｔ２間の時間間隔を表
すタイミングデータ値Ｔとを用いて、時刻Ｔ１−Ｔ２間
の任意のタイミングｔを変数として、つまりあるサンプ
リング周波数に基づくクロックに従ってタイミングｔの
値を１つずつインクリメントしながら、波形ａ１のデー
タを補間演算によって生成する。

【００２４】また、時刻Ｔ２における振幅データ値Ｄ２
と時刻Ｔ１−Ｔ２間の時間間隔を表すタイミングデータ
値Ｔとを用いて、同様にタイミングｔを変数として波形
ａ２のデータを補間演算によって生成する。そして、こ
のようにして生成した波形ａ１，ａ２のデータを上記タ
イミングｔを変数として加算することにより、図３
（ｂ）のような波形を合成する。このようにして、圧縮
される前の元のアナログ信号を再現することができる。

【００２５】以下に、上述のような補間を用いた伸長処
理によって元のアナログ信号を再生できる原理について
説明する。一般に、離散的なデジタルデータから連続的
なアナログ信号を得るために、離散的に入力されるデジ
タルデータの間を補間して擬似的にサンプリング周波数
を上げることが行われている。通常、このようなデータ
補間は、ｔ＝０の標本点のみで値が“１”になり、他の
全ての標本点では値が“０”となる有限台の標本化関数
を用いて行われる。

【００２６】図４に、このような有限台の標本化関数の
例を示す。図４の例では、ｔ＝０の標本点のみで値が
“１”になり、等間隔の他の全ての標本点（ｔ＝±１，
±２，±３，±４，…）では値が全て“０”となってい
る。

【００２７】図５は、このような標本化関数を用いた一
般的なデータ補間の動作を説明するための図である。図
５において、等間隔の標本点ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４の
それぞれにおける離散データの値をＹ（ｔ１），Ｙ（ｔ
２），Ｙ（ｔ３），Ｙ（ｔ４）とし、例えば標本点ｔ２
とｔ３の間の所定位置ｔ０（ｔ２から距離ａ）に対応し
た補間値ｙを求める場合を考える。

【００２８】一般に、補間値ｙを標本化関数を用いて求
めるには、与えられた各離散データのそれぞれについて
補間位置ｔ０における標本化関数の値を求め、これを用
いて畳み込み演算を行えばよい。具体的には、ｔ１〜ｔ
４の各標本点毎に、標本化関数の中心位置におけるピー
ク高さを一致させ、このときのそれぞれの補間位置ｔ０
における標本化関数の値（×印で示す）を求めて、それ
らを全て加算する。

【００２９】このような補間処理を、時間経過と共に
（サンプリングクロックのインクリメントと共に）補間
位置ｔ０を順次移動させながら行うことにより、連続的
に変化する補間値ｙ（ｔ０）を順次求めていく。これに
より、各離散データ間を滑らかにつなぐ連続したアナロ
グ信号を得ることができる。

【００３０】本実施形態は、このようなデータ補間処理
を応用したものである。すなわち、図３（ａ）に示した
ように、時刻Ｔ２において既に入力されている振幅デー
タ値Ｄ１（＝７）とタイミングデータ値Ｔ（＝５）とか
ら、第１の標本点（時刻Ｔ１）において“０”以外の値
をとる有限台の標本化関数の一部を形成する波形ａ１を
求めるとともに、振幅データ値Ｄ２（＝３）とタイミン
グデータ値Ｔ（＝５）とから、第２の標本点（時刻Ｔ
２）において“０”以外の値をとる有限台の標本化関数
の一部を形成する波形ａ２を求める。

【００３１】そして、これらの波形ａ１，ａ２の値を時
間経過と共に順次移動する補間位置ｔごとに加算するこ
とにより、離散データＤ１，Ｄ２間を滑らかにつなぐ連
続したアナログ信号を得る。なお、ここでは波形ａ１，
ａ２のデータをそれぞれ求めた後でそれらを加算するよ
うに説明したが、時刻Ｔ２の時点で波形ａ１，ａ２を生
成して合成するためのデータが全て得られているので、
所定の演算式等によって一度に合成波形を得るようにす
ることも可能である。

【００３２】ところで、本実施形態では図１に示したよ
うに、圧縮側において、滑らかに変化する入力アナログ
信号１０１を、その微分絶対値が所定値以下となる点の
時間間隔で標本化することによって圧縮データとしての
離散的なデータを得ている。そのため、離散データが得
られたそれぞれの標本点の間隔は等間隔になるとは限ら
ず、多くの場合は不定の間隔となる（図１の例でも、各
標本点の間隔が“５，７，３，３，３”と不定になって
いる）。

【００３３】そこで、図２に示す伸長側では、例えば時
刻Ｔ１−Ｔ２間の補間値を求める際には、図３のよう
に、その時刻Ｔ１，Ｔ２の標本点間の時間間隔で有限台
となる標本化関数ａ１，ａ２のみを用いて上述のような
畳み込み演算を行い、標本点間の時間間隔がこれとは異
なる他の標本化関数ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ
２，ｅ１，ｅ２についてはこの畳み込み演算の際に考慮
しないようにする。

【００３４】また、例えば時刻Ｔ２−Ｔ３間の補間値を
求める際には、その時刻Ｔ２，Ｔ３の標本点間の時間間
隔（＝７）で有限台となる標本化関数ｂ１，ｂ２のみを
用いて畳み込み演算を行い、標本点間の時間間隔がこれ
とは異なる他の標本化関数ａ１，ａ２，ｃ１，ｃ２，ｄ
１，ｄ２，ｅ１，ｅ２についてはこの畳み込み演算の際
に考慮しないようにする。他の標本点間の補間値を求め
る際も同様である。

【００３５】つまり、本実施形態の圧縮伸長システムで
は、圧縮側において、滑らかに変化する入力アナログ信
号１０１を微分絶対値が所定値以下となる不定の時間間
隔で標本化することによって、離散的な振幅データ値と
それらの不定の時間間隔を表すタイミングデータ値とを
圧縮データとして得る。そして、伸長側においては、圧
縮データ中に含まれる振幅データ値とタイミングデータ
値とに従って、圧縮側と同じ不定の時間間隔の離散デー
タ間を上記標本化関数を用いた補間処理によってつない
だ連続的なアナログ信号を生成する。

【００３６】次に、上記データ補間の具体的な処理例に
ついて以下に説明する。上述したように、例えば時刻Ｔ
１−Ｔ２間の補間値を求める際には、時刻Ｔ１，Ｔ２に
おける各振幅データ値と、時刻Ｔ１−Ｔ２間の時間間隔
を表すタイミングデータ値とから求められる標本化関数
ａ１，ａ２のみを用いる。つまり、時刻Ｔ１−Ｔ２間に
おける各補間位置ｔにおける補間値を求めるために必要
なデータは、全て時刻Ｔ２の時点で得られており、この
時点で図３（ｂ）に示すような元のアナログ信号を再生
することが可能である。

【００３７】そこで、本実施形態では、Ｔ１〜Ｔ６の各
離散時刻ごとに２つの振幅データ値Ｄ１，Ｄ２とその時
間間隔を表すタイミングデータ値Ｔとが得られるごと
に、それらのデータ値を用いて以下に説明するような補
間演算式に従って補間値を算出することにより、元のア
ナログ信号を順次再生する。図６は、この補間演算式に
ついて説明するための図である。

【００３８】図６に示すように、振幅データ値Ｄ１，Ｄ
２を有する２つの標本点間の補間値は、補間位置ｔに関
する２つの２次関数ｘ１，ｘ２がちょうど中間時点で連
続化した関数によって表すことができる。すなわち、本
実施形態では、２つの標本点間を前半部と後半部とに分
けて、それぞれ２次関数ｘ１，ｘ２を用いて補間値を計
算する。

【００３９】ここで、標本点間の時間間隔であるタイミ
ングデータ値Ｔは、奇数の場合もあれば偶数の場合もあ
り、奇数の場合にはちょうど中間時点に補間位置ｔがこ
ない状態が生じる。そのため、本実施形態では、圧縮時
に２倍のオーバーサンプリングを実行することにより、
得られるタイミングデータ値が常に偶数となるようにし
ている。すなわち、図１に示した５つのタイミングデー
タ値“５，７，３，３，３”は、実際には２倍のオーバ
ーサンプリングによって“１０，１４，６，６，６”と
いう値として伝送または蓄積される。図６では、標本点
間の時間間隔をオーバーサンプリングされた後の２Ｔに
よって表している。

【００４０】図６において、２つの２次関数ｘ１，ｘ２
はそれぞれ、 ｘ１＝Ｄ１＋ａｔ² …(1) ｘ２＝Ｄ２−ａ（ｔ−２Ｔ）² …(2) で表される。また、これらの関数ｘ１，ｘ２は、連続す
る標本点のちょうど中間時点Ｔにおいて連続であるた
め、 ｘ１＝ｘ２ （ｔ＝Ｔ） …(3) である。

【００４１】ここで、式(3) に式(1)(2)を代入すると、 Ｄ１＋ａＴ² ＝Ｄ２−ａＴ² …(4) となり、これをａについて解くと、 ａ＝−（Ｄ１−Ｄ２）／２Ｔ² …(5) となる。したがって、この式(5) を式(1)(2)を代入する
ことにより、 ｘ１＝Ｄ１−｛（Ｄ１−Ｄ２）／２Ｔ² ｝ｔ² …(6) ｘ２＝Ｄ２＋｛（Ｄ１−Ｄ２）／２Ｔ² ｝（２Ｔ−ｔ）² …(7) を得る。

【００４２】つまり、元の２倍のサンプリング周波数の
クロックに従って順次インクリメントされる補間位置ｔ
を変数として上記式(6)(7)の演算を行うことにより、元
のアナログ信号を再生することができる。本実施形態で
は、このような補間演算処理を振幅データ値とタイミン
グデータ値とから成る信号列が各離散時刻Ｔ１〜Ｔ６ご
とに入力されるに従って順次行う。

【００４３】すなわち、図２の例において、時刻Ｔ１，
Ｔ２における標本点の振幅データ値とその間のタイミン
グデータ値とが入力された時点で、その標本点間の補間
演算を行って元のアナログ信号を直ちに再生する。更に
時刻Ｔ３における標本点の振幅データ値と標本点Ｔ２−
Ｔ３間のタイミングデータ値とが入力された時点で、そ
の間の補間演算を行って元のアナログ信号を直ちに再生
する。以下同様にして順次処理を行っていく。

【００４４】このように、本実施形態においては、圧縮
対象となるアナログ信号を時間／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、時間軸上での簡単な補間演算によっ
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。

【００４５】なお、上記式(6)(7)に示す補間演算処理
は、ロジック回路などのハードウェア構成によっても実
現可能であるし、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
あるいはソフトウェア（ＲＯＭやＲＡＭなどに格納され
たプログラム）によっても実現可能である。

【００４６】次に、上記データ補間の他の処理例につい
て以下に説明する。ここでは、連続する標本点の各振幅
データ値Ｄ１，Ｄ２と、その間のタイミングデータ値Ｔ
とを用いて、２倍のオーバーサンプリングとコンボリュ
ーション演算を行うことによって補間値を求める方法に
ついて説明する。図７は、図２に示す時刻Ｔ１−Ｔ２間
に対してこのオーバーサンプリングとコンボリューショ
ン演算を適用した場合（Ｄ１＝７、Ｄ２＝３、Ｔ＝５）
の処理結果を示す図である。

【００４７】図７において、一番左の列ｒ１における
“４”という数字は、２つの振幅データ値Ｄ１，Ｄ２の
差分値（＝Ｄ１−Ｄ２）である。この“４”の数字が縦
方向に１０個並んでいるのは、タイミングデータ値Ｔ＝
５の２倍の数分だけ従属接続された図示しないＤ型フリ
ップフロップなどに、上記振幅データ値Ｄ１，Ｄ２の差
分値が１クロックずつ順次遅延されながら保持された状
態を示している。

【００４８】また、左から２番目の列ｒ２における数値
列は、第１列ｒ１の各サンプル値を１クロック分ずらし
た結果を示している。さらに、第３〜第５列ｒ３，ｒ
４，ｒ５における各数値列は、第２列ｒ２の各サンプル
値を更に１クロック分ずつ順次ずらしていった結果を示
している。

【００４９】また、第６列ｒ６における数値列は、第１
〜第５列ｒ１〜ｒ５における数値列を対応する行間で加
算した結果、つまり、第１〜第５列ｒ１〜ｒ５における
数値列に対して５段のコンボリューション演算を行った
結果を示している。また、第７〜第１０列ｒ７，ｒ８，
ｒ９，ｒ１０における各数値列は、第６列ｒ６でコンボ
リューション演算を行った結果の各サンプル値を更に１
クロック分ずつ順次ずらしていった結果を示している。

【００５０】また、第１１列ｒ１１における数値列は、
第６〜第１０列ｒ６〜ｒ１０における数値列を対応する
行間で加算した結果、つまり、第６〜第１０列ｒ６〜ｒ
１０における数値列に対して５段のコンボリューション
演算を行った結果を示している。また、第１２列ｒ１２
における数値列は、第１１列ｒ１１でコンボリューショ
ン演算を行った結果の各サンプル値を更に１クロック分
ずらした結果を示している。

【００５１】さらに、第１３列ｒ１３における数値列
は、第１１列ｒ１１と第１２列ｒ１２における数値列を
対応する行間で加算した結果を示している。この第１３
列ｒ１３における加算によって得られた数値列をＭｔで
表すとすると、２つの振幅データ値Ｄ１，Ｄ２の間を補
間する補間値Ｓ_OUT は、 で表せる。この補間値Ｓ_OUT をプロットすると、図７に
示すようになり、図１の時刻Ｔ１−Ｔ２間と同様のアナ
ログ信号を再生することができる。

【００５２】ちなみに、２つの振幅データ値Ｄ１，Ｄ２
の大小関係が逆の場合、例えばＤ１＝３、Ｄ２＝７の場
合は、２倍のオーバーサンプリングとコンボリューショ
ン演算の結果は、図８に示す通りとなる。このようなデ
ータ補間処理を全ての標本点間で順次行うことにより、
図１に示した元のアナログ信号を再生することができ
る。なお、上記図７および図８に示した演算は、データ
値を１クロックずつ遅延しながら保持していくための複
数のＤ型フリップフロップ、加算器および乗算器を適宜
組み合わせたハードウェア構成によって実現することが
可能である。

【００５３】次に、以上に説明した圧縮処理および伸長
処理を実現するための構成を説明する。図９は、本実施
形態による圧縮装置の構成例を示すブロック図である。
図９において、入力アナログ信号１０１は、標本点の検
出を行いやすくするために、ＬＰＦ１０３によってノイ
ズが除去された後、Ａ／Ｄ変換器１０４によってデジタ
ルデータに変換される。このときＡ／Ｄ変換器１０４
は、所定周波数（例えば音声信号の場合、４４．１ＫＨ
ｚ）の入力クロックＣＫ０からＰＬＬ（Phase Locked L
oop ）回路１０５によって生成された２倍周波数（８
８．２ＫＨｚ）のクロックＣＫ１に従ってＡ／Ｄ変換処
理を実行する。

【００５４】平均値補間データ生成部１０６は、Ａ／Ｄ
変換器１０４より出力されたデジタルデータを２倍の周
波数でオーバーサンプリングする。そして、これにより
得られた複数のサンプル値に対して、連続するサンプル
値間でその平均値を夫々演算し、補間データを生成す
る。すなわち、入力されたデジタルデータをオーバーサ
ンプリングすると、同じ値が２つずつ続いた数値列が得
られる。このような数値列に対して、連続する同じ値を
用いて平均値を計算すれば値はそのままとなり、連続す
る異なる値を用いて平均値を計算すれば、当該異なる値
どうしの中間値が得られることとなる。

【００５５】図１０は、この平均値補間データ生成部１
０６の構成例を示すブロック図である。図１０におい
て、Ｄ型フリップフロップ２０１は、図９のＡ／Ｄ変換
器１０４より出力されたデジタルデータを基準となる入
力クロックＣＫ０に従って保持する。また、その後段に
接続されたＤ型フリップフロップ２０２は、Ｄ型フリッ
プフロップ２０１より出力されたデジタルデータを上記
入力クロックＣＫ０の２倍周波数のクロックＣＫ１に従
って保持する。

【００５６】そして、加算器２０３は、上記２つのＤ型
フリップフロップ２０１，２０２に保持されたデジタル
データを加算し、その結果を１／２乗算器２０４に出力
する。１／２乗算器２０４は、加算器２０３での加算結
果を１／２倍し、その結果をＤ型フリップフロップ２０
５に２倍周波数のクロックＣＫ１に従って保持する。そ
して、このＤ型フリップフロップ２０５に保持したデジ
タルデータを２倍オーバーサンプリングに伴う補間デー
タとして出力する。

【００５７】このような平均値補間データ生成部１０６
を設けることにより、微分絶対値が所定値以下となる標
本点間の時間間隔を表すタイミングデータ値が常に偶数
となるようにすることができ、これが偶数か奇数かによ
って処理を場合分けするような複雑な処理を行わなくて
も済むようになる。また、単にオーバーサンプリングを
するだけでなく、連続するサンプル値の平均値を計算し
て出力するようにしているので、階段状のデータ波形を
元のアナログ波形により近い滑らかな波形にすることが
できる。よって、後述する伸長装置によって伸長処理を
行ったときの元のアナログ信号の再現性を向上させるこ
とができる。

【００５８】この平均値補間データ生成部１０６により
オーバーサンプリングされたデジタルデータは、タイミ
ングシンセサイザ１０７および圧縮処理部１０８に入力
される。タイミングシンセサイザ１０７は、平均値補間
データ生成部１０６より供給されるデジタルデータを微
分し、標本点を検出する。そして、その検出点のタイミ
ングを表すサンプリングクロックと、各標本点間の時間
間隔を表すタイミングデータ（２倍周波数クロックＣＫ
１の数）を求めて出力する。

【００５９】図１１は、このタイミングシンセサイザ１
０７の構成例を示すブロック図である。図１１におい
て、微分器３０１は、平均値補間データ生成部１０６よ
り入力されたデジタルデータを微分する。また、標本点
検出部３０２は、上記微分器３０１により微分された結
果に基づいて、デジタルデータの微分絶対値が所定値以
下となる標本点を検出する。

【００６０】タイミング生成部３０３は、１つの標本点
が検出されてから次の標本点が検出されるまでに供給さ
れる２倍周波数クロックＣＫ１の数をカウントし、これ
をタイミングデータとして出力するとともに、各標本点
の検出点のタイミングを表すサンプリングクロックを出
力する。また、このタイミング生成部３０３は、後述す
る読み出しクロックも生成して出力する。

【００６１】また、上記圧縮処理部１０８は、このタイ
ミングシンセサイザ１０７より出力されるサンプリング
クロックに従って、該当する標本点位置のデジタルデー
タのみを取り出して振幅データとして出力する。ＦＩＦ
Ｏメモリ１０９は、圧縮処理部１０８より出力される各
標本点の振幅データと、タイミングシンセサイザ１０７
より出力される各標本点間の時間間隔を表すタイミング
データとの組をサンプリングクロックに従って取り込
み、読み出しクロックに従って順次読み出す。ここから
読み出された振幅データとタイミングデータとの組が、
圧縮データとして伝送または記録される。

【００６２】図１２は、本実施形態による伸長装置の構
成例を示すブロック図である。図１２において、クロッ
クジェネレータ４０１は、基準となる入力クロックＣＫ
０から２倍の周波数のクロックＣＫ１を生成する。ま
た、タイミングジェネレータ４０２は、圧縮データ中に
含まれるタイミングデータを受けて、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
クを上記２倍周波数クロックＣＫ１から生成する。

【００６３】Ｄ型フリップフロップ４０３は、圧縮デー
タ中に含まれる振幅データを、上記タイミングジェネレ
ータ４０２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、伸長処理部４０４
に出力する。この伸長処理部４０４には、上記Ｄ型フリ
ップフロップ４０３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４０３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４０３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。

【００６４】伸長処理部４０４は、このように入力され
る２つの振幅データと、タイミングジェネレータ４０２
より入力されるタイミングデータとを用いて、上述の式
(6)(7)に基づく補間演算、もしくは図７および図８に例
示したコンボリューション演算によって各標本点間のデ
ジタル補間データを生成する。そして、このようにして
生成したデジタル補間データをＤ／Ａ変換器４０５によ
ってアナログ信号に変換した後、ＬＰＦ４０６を介して
再生アナログ信号として出力する。

【００６５】以上詳しく説明したように、本実施形態に
おいては、圧縮側において、滑らかに変化する入力アナ
ログ信号を微分絶対値が所定値以下となる不定の時間間
隔で標本化することによって、離散的な振幅データ値と
それらの不定の時間間隔を表すタイミングデータ値とを
圧縮データとして得る。そして、伸長側においては、圧
縮データ中に含まれる振幅データ値とタイミングデータ
値とに従って、圧縮側と同じ不定の時間間隔で離散デー
タを読み出し、その間を補間処理によってつないだ連続
的なアナログ信号を出力するようにしている。

【００６６】したがって、時間軸上のアナログ信号を圧
縮・伸長する際に、周波数変換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。そのため、圧縮およ
び伸長の処理が複雑にならず、そのための構成を簡素化
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おいて、時間軸上での簡単
な補間演算によって、伸長側に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。

【００６７】なお、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。

【００６８】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、フロッピーディスク、ハードディスク、磁気
テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用
いることができる。

【００６９】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。

【００７０】なお、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。

【００７１】例えば、上記実施形態では、圧縮対象の入
力信号がアナログ信号である場合について説明している
が、入力信号がデジタル信号であっても構わない。この
場合には、図９に示したＬＰＦ１０３とＡ／Ｄ変換器１
０４、および図１２に示したＤ／Ａ変換器４０５とＬＰ
Ｆ４０６は不要である。また、上記実施形態では、平均
値補間データ生成部１０６において２倍のオーバーサン
プリングを行っているが、偶数倍であれば２倍に限定さ
れるものではない。

【００７２】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、時間軸上の信号を圧縮・伸長する際に、周波数変
換を行うことなく時間軸上のままで処理することがで
き、圧縮および伸長の処理を簡素化して処理時間を短く
することができるとともに、そのための構成を簡素化す
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おいても、時間軸上での簡単
な補間演算によって、伸長側に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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態による圧縮方法を説明するための図
である。

【図２】本実施形態による伸長方法を説明するための図
である。

【図３】図２に示した時刻Ｔ１−Ｔ２の区間を取り出し
て本実施形態の補間原理を示した図である。

【図４】有限台の標本化関数の例を示す図である。

【図５】離散データとそれらの間の補間値との関係を示
す図である。

【図６】伸長側におけるデータ補間処理の具体例である
補間演算式について説明するための図である。

【図７】図２に示す時刻Ｔ１−Ｔ２間に対してオーバー
サンプリングとコンボリューション演算を適用した場合
の処理結果を示す図である。

【図８】オーバーサンプリングとコンボリューション演
算を適用した場合の他の処理結果を示す図である。

【図９】本実施形態による圧縮装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１０】平均値補間データ生成部の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１１】タイミングシンセサイザの構成例を示すブロ
ック図である。

【図１２】本実施形態による伸長装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０１ 入力アナログ信号 １０２ａ〜１０２ｆ 標本点 １０３ ＬＰＦ １０４ Ａ／Ｄ変換器 １０５ ＰＬＬ回路 １０６ 平均値補間データ生成部 １０７ タイミングシンセサイザ １０８ 圧縮処理部 １０９ ＦＩＦＯメモリ ２０１，２０２ Ｄ型フリップフロップ ２０３ 加算器 ２０４ １／２乗算器 ２０５ Ｄ型フリップフロップ ３０１ 微分器 ３０２ 標本点検出部 ３０３ タイミング生成部 ４０１ クロックジェネレータ ４０２ タイミングジェネレータ ４０３ Ｄ型フリップフロップ ４０４ 伸長処理部 ４０５ Ｄ／Ａ変換器 ４０６ ＬＰＦ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮対象の信号を微分絶対値が所定値以
   下となる点の時間間隔で標本化し、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圧縮データとして得るようにした
   ことを特徴とする圧縮方法。
2. 【請求項２】 圧縮対象の信号をオーバーサンプリング
   し、当該オーバーサンプリングされたデータをその微分
   絶対値が所定値以下となる点の時間間隔で標本化して、
   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圧縮データと
   して得るようにしたことを特徴とする圧縮方法。
3. 【請求項３】 上記オーバーサンプリングが行われたデ
   ータに対して、連続するサンプル値の平均値データを生
   成する処理を更に行うことを特徴とする請求項２に記載
   の圧縮方法。
4. 【請求項４】 圧縮対象のデジタルデータを微分する微
   分手段と、 上記微分手段により求められた微分絶対値が所定値以下
   となる標本点を検出する標本点検出手段と、 上記標本点検出手段により検出された標本点における振
   幅データ、および各標本点間の時間間隔を表すタイミン
   グデータの組を圧縮データとして出力する圧縮手段とを
   備えたことを特徴とする圧縮装置。
5. 【請求項５】 入力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換し
   て上記圧縮対象のデジタルデータを生成するＡ／Ｄ変換
   手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮装
   置。
6. 【請求項６】 上記圧縮対象のデジタルデータに対して
   偶数倍周波数のクロックを用いてオーバーサンプリング
   を行うオーバーサンプリング手段を備え、 上記微分手段は、上記オーバーサンプリング手段により
   生成されたデジタルデータに対して微分処理を行い、上
   記圧縮手段は、上記偶数倍周波数のクロックに基づき計
   測されたタイミングデータを出力することを特徴とする
   請求項４または５に記載の圧縮装置。
7. 【請求項７】 上記オーバーサンプリング手段により生
   成されたデジタルデータに対して、連続するサンプル値
   の平均値データを生成する処理を行う平均値データ生成
   手段を更に備え、 上記微分手段は、上記平均値データ生成手段により生成
   されたデジタルデータに対して微分処理を行うことを特
   徴とする請求項６に記載の圧縮装置。
8. 【請求項８】 圧縮対象の信号から抽出された所定の標
   本点における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から構成される圧縮データにつ
   いて、連続する標本点の振幅データとその間のタイミン
   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。
9. 【請求項９】 連続する２つの標本点における２つの振
   幅データとその間のタイミングデータとから得られる有
   限台の標本化関数を用いて、上記２つの振幅データ間を
   補間する補間データを求めることを特徴とする請求項８
   に記載の伸長方法。
10. 【請求項１０】 圧縮データ中に含まれる、圧縮対象の
    信号から抽出された各標本点間の時間間隔を表すタイミ
    ングデータに従って、上記圧縮データ中に含まれる各標
    本点における振幅データを上記各標本点間の時間間隔ご
    とに順次取り込むようにタイミングを制御するタイミン
    グ制御手段と、 上記タイミング制御手段の制御に従って取り込まれた連
    続する２つの標本点における２つの振幅データおよびそ
    の間のタイミングデータを用いて、上記２つの振幅デー
    タの間を補間する補間データを求めることによって伸長
    データを得る伸長手段とを備えたことを特徴とする伸長
    装置。
11. 【請求項１１】 上記伸長手段は、上記連続する２つの
    標本点における２つの振幅データとその間のタイミング
    データとから得られる有限台の標本化関数を用いて、上
    記２つの振幅データ間を補間する補間データを求めるこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の伸長装置。
12. 【請求項１２】 圧縮側において、圧縮対象の信号を微
    分絶対値が所定値以下となる点の時間間隔で標本化し、
    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圧縮データと
    して得るようにするとともに、 伸長側において、上記圧縮データ中に含まれる振幅デー
    タと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となるように上記振幅デー
    タを再生するとともに、連続する２つの標本点における
    ２つの振幅データとその間のタイミングデータとに基づ
    いて上記２つの振幅データ間を補間する補間データを求
    める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。
13. 【請求項１３】 請求項１〜３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。
14. 【請求項１４】 請求項８または９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。