JP2001223595A

JP2001223595A - 圧縮方法及び装置、伸長方法及び装置、記録媒体

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Publication number: JP2001223595A
Application number: JP2000033864A
Authority: JP
Inventors: Yukio Koyanagi; 裕喜生小柳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い圧縮率とより高品質な再生データを
得ることができる新しい圧縮・伸長方式を提供する。【解決手段】入力デジタルデータの微分値の極性が変
化する点を標本点として検出し、標本点間の時間間隔を
タイミングデータとして出力するタイミングジェネレー
タ１と、各標本点における圧縮振幅データとして所定の
値で丸められたデジタルデータを得る振幅ジェネレータ
２および丸め演算部３と、圧縮振幅データどうしの差分
を演算する差分演算部４とを設け、各標本点における振
幅データのみを抽出してデータ量を削減し、その振幅デ
ータを更に所定の値で丸めることでデータ長を削減し、
丸められた振幅データの差分データを求めることで、圧
縮データに必要なビット数を更に少なくできるようにす
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、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（Discrete-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】また、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もいか
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。

【０００８】本出願人は、このような問題に鑑みて、圧
縮・伸長処理の簡素化、および圧縮率の向上と再生デー
タの品質向上を実現するべく、特願平１１−２４１８８
５号や特願平１１−３１２８７８号などに記載された新
しい圧縮・伸長方式を既に提案した。これらの圧縮・伸
長方式は、時間軸上の処理で、かつ、テーブルを用いた
可変クロック長の補間方式を採用したものである。

【０００９】本発明は、これらの既提案の方式に比べ
て、更に高い圧縮率と更に高品質な再生データを得るこ
とができる新しい圧縮・伸長方式を提供することを目的
としている。また、本発明は、テーブルを用いずより簡
単に圧縮・伸長処理を行うことができるようにすること
をも目的としている。

【００１０】

【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、入力されるデジタルデ
ータを微分してその微分値の極性が変化する点を標本点
として検出し、各標本点における離散的な圧縮振幅デー
タとして所定の値で丸められたデジタルデータを得て、
当該圧縮振幅データどうしの差分を演算した結果の圧縮
振幅差分データと、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。

【００１１】また、伸長側においては、偶数倍にオーバ
ーサンプリングされた上記圧縮振幅差分データを多重積
分するとともに当該積分値に対して移動平均演算を行
い、これにより得られた移動平均演算値とタイミングデ
ータとを用いて、上記タイミングデータによって示され
る時間間隔を有する各標本点における振幅データの間を
補間する２乗補間データを求めてこれを伸長データとし
て得るようにしている。

【００１２】本発明の他の態様では、圧縮側において、
入力されるデジタルデータを第１の値で丸める演算を行
い、当該第１の値で丸められたデジタルデータを微分し
てその微分値の極性が変化する点を標本点として検出
し、各標本点における離散的な圧縮振幅データとして上
記第１の値より大きい第２の値で丸められたデジタルデ
ータを得るようにしている。

【００１３】本発明のその他の態様では、圧縮側におい
て、上記圧縮振幅差分データおよび上記タイミングデー
タを可変長ブロックデータに変換するようにしている。

【００１４】本発明のその他の態様では、伸長側におい
て、上記偶数倍にオーバーサンプリングされた圧縮振幅
差分データを上記タイミングデータによって表される各
標本点の区切りごとにその中間位置で符号反転し、これ
により得られたデータ列を多重積分するようにしてい
る。

【００１５】本発明のその他の態様では、伸長側におい
て、上記偶数倍にオーバーサンプリングされた圧縮振幅
差分データに対する多重積分および移動平均演算を各標
本点の区切りごとに行うようにしている。

【００１６】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。しかも、伸長処理の際には、
時間軸上での簡単な２乗補間演算によって、テーブル情
報を用いることなく、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可能となる。

【００１７】また、本発明によれば、デジタルデータの
微分値の極性が変化する標本点における振幅データ値
と、各標本点が現れる時間間隔を表すタイミングデータ
値とから圧縮データが生成されるので、離散的な標本点
のデータのみを圧縮データとして得ることができる。ま
た、本発明においては、各標本点における振幅データを
所定の値で丸めているので、振幅データのデータ長を１
ワードにつき数ビット削減することができる。さらに、
本発明では、丸められた振幅データをそのまま圧縮デー
タとするのではなく、更にその差分データを求めて圧縮
データとしているので、圧縮データに必要なビット数を
更に少なくすることができ、データ量をより削減でき
る。

【００１８】また、本発明の他の特徴によれば、上述よ
うにして得られた圧縮振幅差分データとタイミングデー
タとを可変長のブロックデータにエンコードして最終的
な圧縮データとしているので、圧縮率を更に高めること
が可能である。

【００１９】また、本発明の他の特徴によれば、適当な
値で丸めたデジタルデータを微分して標本点を検出して
いるので、ノイズ成分や不要な信号成分の位置を標本点
として検出しないようにすることが可能となり、正確な
位置のみを標本点として確実に検出することができる。

【００２０】また、本発明の他の特徴によれば、偶数倍
にオーバーサンプリングされた圧縮振幅差分データを各
標本点の区切りごとにその中間位置で符号反転している
ので、この符号反転されたデータ列に多重積分および移
動平均演算を行う際に、圧縮側における丸め誤差を相殺
することができるとともに、より滑らかに振幅値が変化
するデジタル波形を再生することが可能となる。

【００２１】また、本発明の他の特徴によれば、伸長側
において、多重積分の処理を各標本点の区切りごとに行
うようにしているので、積分による累積誤差を排除する
ことができ、より正確なデジタル波形を再生することが
可能となる。

【００２２】

【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。本実施形態の圧縮装置では、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、その入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデ
ジタルデータに変換する。そして、第１の値および第２
の値を用いて、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを丸め
る処理を行う。第１の値と第２の値は同じ値でも良い
が、第１の値より第２の値の方を大きくすることがより
好ましい。

【００２３】また、上記第１の値で丸められたデジタル
データを各サンプリングポイント毎に１回微分して、そ
の微分値の極性が変化するポイントを標本点として検出
する。そして、検出した各標本点における圧縮振幅デー
タとして上記第２の値で丸められたデジタルデータを求
めるとともに、各標本点が現れる時間間隔を表すタイミ
ングデータを求める。さらに、得られた圧縮振幅データ
どうしの差分データを求め、この圧縮振幅差分データと
タイミングデータとの組を圧縮データとして伝送または
記録する。

【００２４】一方、上記のように生成された圧縮データ
の伸長装置では、圧縮データ（圧縮振幅差分データとタ
イミングデータとの組）のうち圧縮振幅差分データを、
偶数倍周波数のクロックに従ってオーバーサンプリング
する。そして、このオーバーサンプリングした圧縮振幅
差分データを、タイミングデータによって表される各標
本点の区切りごとにその中間位置で符号反転し、これに
より得られたデータ列に対して各標本点の区切りごとに
多重積分を行った後、移動平均演算あるいは畳み込み演
算を行う。

【００２５】これにより、各標本点の区間ごとに独立し
た滑らかな波形の圧縮振幅データが得られる。次に、こ
のようにして得た圧縮振幅データと上述のタイミングデ
ータとを用いて、圧縮側において第２の値で丸め演算さ
れたビット数の分だけ倍数化する処理を含む補間演算を
行うことにより、各区間毎の振幅データどうしを滑らか
につないだ補間データを生成する。さらに、生成された
補間データを必要に応じてＤ／Ａ変換してアナログ信号
に変換し、出力する。

【００２６】図１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全体構成例を示すブロック図であ
る。この図１では、例えば４４．１ＫＨｚのサンプリン
グ周波数（これを基準周波数とする）でサンプリングさ
れたデジタルデータを圧縮対象のデータとして入力する
場合について示している。ここで入力されるデジタルデ
ータは、例えば１６ビットの符号付きデジタルデータで
ある。以下ではデジタルデータの一例として、音声信号
を圧縮する場合について説明する。

【００２７】なお、ここでは圧縮対象のデータとしてデ
ジタルデータを直接入力しているが、アナログ信号を入
力するようにしても良い。この場合には、圧縮装置の入
力段に、例えばＬＰＦやＡ／Ｄ変換器が備えられる。す
なわち、入力アナログ信号は、標本点の検出を行いやす
くするために、ＬＰＦによってノイズが除去された後、
Ａ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換される。

【００２８】図１に示すように、本実施形態の圧縮装置
は、タイミングジェネレータ１と、振幅ジェネレータ２
と、丸め演算部３と、差分演算部４と、エンコーダ５
と、データメモリ６(オプション)とを備えて構成されて
いる。

【００２９】タイミングジェネレータ１は、入力される
デジタルデータを各サンプリングポイント毎に１回微分
し、その微分値の極性の変化に応じて標本点を検出す
る。そして、その検出点のタイミングを表すタイミング
パルスＴＰと、各標本点間の時間間隔を表すタイミング
データ（基準周波数のクロックＣＫの数）とを求めてそ
れぞれ出力する。また、このタイミングジェネレータ１
は、データメモリ６の読み出しクロックを含む各種クロ
ックも生成して出力する。

【００３０】また、振幅ジェネレータ２は、基準周波数
のクロックＣＫに従ってサンプリングされて入力される
各サンプリングポイントのデジタルデータの中から、上
述のタイミングジェネレータ１より出力されるタイミン
グパルスＴＰにより示されるタイミングに該当する標本
点位置のデジタルデータのみを取り出し、それを各標本
点の振幅データとして出力する。

【００３１】図２は、上記タイミングジェネレータ１お
よび振幅ジェネレータ２の動作原理を説明するための図
である。なお、タイミングジェネレータ１および振幅ジ
ェネレータ２に入力されるデータはデジタルデータであ
るが、図２では説明のために、デジタルデータの波形を
アナログ的に示している。

【００３２】本実施形態においては、圧縮対象として入
力されたデジタルデータ１０１の中から、微分値の極性
が変化する点および微分値がゼロの点１０２ａ〜１０２
ｆを標本点として検出する。そして、これら各標本点１
０２ａ〜１０２ｆにおける振幅データ値と、各標本点１
０２ａ〜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、次段に出力する。

【００３３】図２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“Ｄ０，Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５”が求まり、各標本点１０
２ａ〜１０２ｆが現れる時刻ｔ０−ｔ１間、ｔ１−ｔ２
間、ｔ２−ｔ３間、ｔ３−ｔ４間、ｔ４−ｔ５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“Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５”が求まっている。

【００３４】時刻ｔ０の時点では、標本点１０２ａの振
幅データ値“Ｄ０”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ｔ０のデータとして出力する。

【００３５】次に、標本点１０２ｂが検出された時刻ｔ
１の時点では、それより前に標本点１０２ａが検出され
た時刻ｔ０からの時間間隔を表すタイミングデータ値
“Ｔ１”と、標本点１０２ｂの振幅データ値“Ｄ１”と
が得られているので、これらデータ値の組（Ｔ１，Ｄ
１）を時刻ｔ１のデータとして出力する。

【００３６】さらに、次に標本点１０２ｃが検出された
時刻ｔ２の時点では、それより前に標本点１０２ｂ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“Ｔ２”と、標本点１０２ｃの振幅データ値“Ｄ
２”とが得られているので、これらデータ値の組（Ｔ
２，Ｄ２）を時刻ｔ２のデータとして出力する。

【００３７】以下同様にして、時刻ｔ２−ｔ３間、ｔ３
−ｔ４間、ｔ４−ｔ５間の時間間隔を表すタイミングデ
ータ値と、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５で検出された各標本点
１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆの振幅データ値との組
（Ｔ３，Ｄ３）、（Ｔ４，Ｄ４）、（Ｔ５，Ｄ５）を、
それぞれ時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５におけるデータとして出
力する。

【００３８】図３は、上記タイミングジェネレータ１の
構成例を示すブロック図である。図３において、丸め演
算部１１は、圧縮対象のデータとして入力されたデジタ
ルデータに対して、第１の値Ｎ₁で丸め演算（第１の値
Ｎ₁を用いた除算）を行う。例えば、丸め演算部１１
は、入力されるデジタルデータを８あるいは１６で丸め
る処理を行う。

【００３９】微分器１２は、丸め演算部１１により丸め
られたデジタルデータを１回微分する。このとき微分器
１２は、４４．１ＫＨｚの入力クロックＣＫが与えられ
る毎に、つまり基準周波数に基づく各サンプリングポイ
ント毎にデジタルデータの微分を行う。微分値は、例え
ば、ある入力クロックＣＫのタイミングで取り込んだ現
データを時間的に１つ前のクロックのタイミングで取り
込んだデータから減算することによって求まる。

【００４０】また、標本点検出部１３は、微分器１２に
より算出された微分値に基づいて、デジタルデータの微
分値の極性が変化する点を標本点として検出する。例え
ば、標本点検出部１３は、微分値の極性が正から負また
は負から正に変わる点、および微分値が０となる点を検
出する。そして、微分値の極性が正から負または負から
正に変わる点に関しては、その極性が変化する直前の点
を標本点として検出する。一方、微分値が０となる点に
関しては、その点自体を標本点として検出する。なお、
微分値が０となる点が２つ以上連続して現れる場合は、
例えばその両端の位置を標本点として検出する。

【００４１】タイミング生成部１４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
るクロックＣＫの数をカウントし、これをタイミングデ
ータＴとして出力するとともに、各標本点の検出点のタ
イミングを表すタイミングパルスＴＰを出力する。ま
た、このタイミング生成部１４は、読み出しクロックを
含む各種クロックも生成して出力する。

【００４２】以上のように、本実施形態では、標本点を
検出するべくデジタルデータの微分を行う前に、当該デ
ジタルデータに対して丸め演算を行っている。この丸め
演算は必ずしも行わなくても良いが、行った方がより好
ましい。すなわち、丸め演算を行わずに元データのまま
で微分すると、元データ中に含まれる小さなノイズ成分
や不要な信号成分の部分も標本点として検出してしまう
ことがあり、圧縮率が低下する。よって、丸め演算をし
てから微分を行うのが好ましい。

【００４３】ただし、丸め演算を行う第１の値Ｎ₁をあ
まり大きくすると、本来は微分値の極性が変化する元デ
ータの変曲点（ピーク点）が平滑化されてしまい、必要
な点が標本点として検出されなくなってしまうことが考
えられる。この場合には、伸長側で正しいデータを再生
できなくなってしまうことになる。そのため、第１の値
Ｎ₁は、小さすぎず、かつ大きすぎない適当な値を選ぶ
必要がある（第１の値Ｎ₁＝８または１６が好まし
い）。

【００４４】図４は、上記タイミングパルスＴＰを生成
する部分の詳細な構成例を示す図である。図４におい
て、第１のＤ型フリップフロップ２１は、圧縮対象とし
て入力されるデジタルデータを基準周波数のクロックＣ
Ｋに従ってサンプリングし保持する。乗算器（あるいは
除算器）２２は、第１のＤ型フリップフロップ２１に保
持されたデジタルデータを１／Ｎ₁倍する。

【００４５】この乗算器２２により１／Ｎ₁倍されたデ
ジタルデータは、減算器２４の負側に供給されるととも
に、第２のＤ型フリップフロップ２３にて１つのクロッ
クＣＫ分だけ遅延された後、減算器２４の正側に供給さ
れる。これにより、減算器２４では、ある入力クロック
ＣＫのタイミングで取り込んだ現データを時間的に１つ
前のタイミングで取り込んだデータから減算することに
より、微分値が求められる。

【００４６】本実施形態において、標本点を検出する際
に微分値そのものは必要でなく、その極性が分かれば良
い。そこで、減算器２４からは、微分データの符号ビッ
トのみが出力される。減算器２４から出力された微分デ
ータの符号ビットは、ＥＸＮＯＲ回路２６の一方の入力
端に供給されるとともに、第３のＤ型フリップフロップ
２５にて１つのクロックＣＫ分だけ遅延された後、ＥＸ
ＮＯＲ回路２６の他方の入力端に供給される。これによ
り、ＥＸＮＯＲ回路２６によって微分値の極性が変化す
る標本点が検出され、その検出点を表すデータとしてタ
イミングパルスＴＰが出力される。

【００４７】図１に戻って説明を続ける。丸め演算部３
は、振幅ジェネレータ２より出力された振幅データに対
し、上記第１の値Ｎ₁よりも大きな第２の値Ｎ₂で丸め演
算を行い、圧縮振幅データを出力する。例えば、丸め演
算部３は、振幅ジェネレータ２より出力される各標本点
における振幅データを１０２４で丸める処理を行う。１
０２４で振幅データを丸めることにより、１ワードにつ
きデータ長を１０ビット削減することができ、ここでデ
ータ量を大幅に削減することができる。

【００４８】また、差分演算部４は、丸め演算部３によ
り求められた圧縮振幅データどうしの差分を求める。例
えば、ある標本点における圧縮振幅データから、それよ
り時間的に１つ前の標本点における圧縮振幅データを減
算することにより、差分データを逐次求める。図２に示
した例に従って説明すると、差分演算部４では、Ｄ１／
１０２４−Ｄ０／１０２４、Ｄ２／１０２４−Ｄ１／１
０２４、Ｄ３／１０２４−Ｄ２／１０２４、……を演算
することになる（１０２４で除算しているのは丸め演算
部３による丸め演算である）。このように差分を演算す
ることにより、差分をとる前の圧縮振幅データと比べて
個々のデータ値を更に小さくすることができ、データ長
を更に削減することができる。

【００４９】エンコーダ５は、タイミングジェネレータ
１により求められたタイミングデータと、差分演算部４
により求められた圧縮振幅差分データとの組をブロック
化し、これをシリアル圧縮ブロックデータとして図示し
ない伝送路またはデータメモリ６に出力する。

【００５０】すなわち、エンコーダ５は、圧縮振幅差分
データとタイミングデータとの組をパラレル／シリアル
変換してブロック化し、そのデータブロックの先頭にヘ
ッダや各種フラグを付加して出力する。ヘッダには、例
えば、ヘッダの識別マーク、丸め演算部１１による丸め
の値Ｎ₁などの情報が含まれる。このようなヘッダの後
に、圧縮振幅データの初期値、および圧縮振幅差分デー
タとタイミングデータとの組から成るデータブロックが
昇順に続くことになる。なお、丸めの値Ｎ₁をヘッダに
含ませているのは、圧縮対象の信号に応じて丸めの値Ｎ
₁を当該信号に適した値に変えることを可能としている
ためである。

【００５１】データメモリ６は、圧縮データを蓄積する
記録媒体であり、エンコーダ５により生成されたシリア
ル圧縮ブロックデータを、タイミングジェネレータ１か
らエンコーダ５を介して送られてくるクロックに従って
取り込んで記録する。また、外部から与えられる読み出
しクロックに応じて、蓄積されている圧縮データを読み
出して出力する。

【００５２】図５は、上記図１に示した圧縮装置によっ
て行われる圧縮処理の実際の動作例を説明するための図
である。なお、図５において、縦方向は上から下へと時
間の経過を示している。図５に示す各種のデータ列Ａ〜
Ｉのうち、一番左のデータ列Ａは、圧縮処理が行われる
前の生データである。この生データは、４４．１ＫＨｚ
のサンプリング周波数に従ってサンプリングされてい
る。

【００５３】左から２番目のデータ列Ｂは、図３に示し
た丸め演算部１１（図４に示した乗算器２２）によって
生データを１６で丸めた結果のデータである。３番目の
データ列Ｃは、図１に示した丸め演算部３によって生デ
ータを１０２４で丸めた結果のデータである。

【００５４】４番目のデータ列Ｄは、図３に示した微分
器１２によって２番目のデータ列Ｂ（生データを１６で
丸めたデータ）を微分した結果のデータである。例え
ば、上から２番目の微分値“２４”は、データ列Ｂのデ
ータを用いて“６９６−６７２”から求まり、次の微分
値“１１”は、データ列Ｂの次のデータを用いて“７０
７−６９６”から求まる。

【００５５】５番目のデータ列Ｅは、微分値の極性が正
から負または負から正に変わる直前の点を示すフラグで
ある。すなわち、微分値の極性が変わる直前の点に
“１”を立て、それ以外の点には“０”を立てている。
例えば、４番目のデータ列Ｄに示される各微分値のう
ち、微分値が“１１”から“−４７”に変わる部分にお
いて、微分値の極性が変わる直前の“１１”の点にフラ
グ“１”を立てる。また、微分値が“−１５”から“２
０”に変わる部分において、微分値の極性が変わる直前
の“−１５”の点にフラグ“１”を立てる。このフラグ
“１”の立っている点が標本点となる。

【００５６】６番目のデータ列Ｆは、図１の丸め演算部
３により生成される圧縮振幅データである。ここでは、
後の伸長処理との比較で説明上分かりやすくするため
に、圧縮振幅データを２倍周波数でオーバーサンプリン
グした場合の各ポイント毎に示しているが、実際にはデ
ータ列Ｅのフラグ“１”が立っている標本点においての
み圧縮振幅データが存在する。これは、以下のデータ列
Ｇ〜Ｉについても同様である。

【００５７】７番目のデータ列Ｇは、図１の差分演算部
４により生成される圧縮振幅差分データである。例え
ば、１番上のデータ値“−１”は、データ列Ｆ中の連続
する標本点におけるデータ値を用いて“１０−１１”か
ら求まり、次のデータ値“０”は、データ列Ｆ中の次の
連続する標本点におけるデータ値を用いて“１０−１
０”から求まる。

【００５８】８番目のデータ列Ｈは、図１のタイミング
ジェネレータ１により生成されるタイミングデータであ
る。ここでは、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クロックＣＫの数を示
している。ここでもタイミングデータを２倍周波数の各
サンプリングポイント毎に示しているが、実際にはフラ
グ“１”の標本点においてのみタイミングデータが存在
する。

【００５９】９番目のデータ列Ｉは、データの切り替わ
りを示すフラグである。すなわち、連続する標本点にお
ける圧縮振幅データが同じ値である場合に、その標本点
の区切りを示すために“０”および“１”のフラグ値が
設定される。例えば、データ列Ｆに示される２番目の標
本点と３番目の標本点における圧縮振幅データの値は何
れも“１０”であるため、同じ圧縮振幅データ値ではあ
るが異なる標本点におけるデータ値であることを示すた
めに、それまでとは異なる値のデータ切替フラグがここ
に設定される。

【００６０】以上のような各種データ列のうち、データ
列Ｆに示される圧縮振幅データの初期値“１１”、およ
びデータ列Ｇ，Ｈに示される各標本点における圧縮振幅
差分とタイミングデータとの組（−１，２），（０，
１），（−３，３）……がエンコーダ５によりブロック
化され、シリアル圧縮ブロックデータとして出力される
ことになる。

【００６１】これから分かるように、本実施形態の圧縮
装置によれば、データ列Ａに示される圧縮対象の生デー
タをほぼデータ列Ｇ，Ｈに示される各標本点だけのデー
タに圧縮することができ、しかも、各標本点におけるデ
ータの値を生データと比べて極めて小さい値に圧縮する
ことができる。

【００６２】図６は、本実施形態によるシリアル圧縮ブ
ロックデータの構成例を示す図である。本実施形態にお
いては、以下に説明するように、ブロックデータを可変
長のデータとしている。図６（ａ）は、圧縮振幅差分デ
ータのブロック構造を示している。この図６（ａ）にお
いて、１番目のビットはデータ符号ビット（サインビッ
ト）であり、圧縮振幅差分データの極性を示す。例え
ば、データ符号ビットの値が“１”のときは負数を表
し、“０”のときは正数を表す。

【００６３】また、２番目のビットは区切りフラグであ
り、圧縮振幅差分データのビット数を示す。例えば、区
切りフラグの値が“１”のときは、圧縮振幅差分データ
は続く２ビット（３〜４番目のビット）であり、“０”
のときは、圧縮振幅差分データは続く５ビット（３〜７
番目のビット）であることを表す。この意味で、区切り
フラグは、次のデータブロックとの区切りを示してい
る。

【００６４】図５のデータ列Ｇに示したように、圧縮振
幅差分データは、符号ビットを除けばほとんどが２ビッ
トで表すことができる。そこで、ほとんどの圧縮振幅差
分データに対して区切りフラグを“１”にして２ビット
長を割り当て、２ビットでは表現し切れない圧縮振幅差
分データに対しては区切りフラグを“０”にして５ビッ
ト長を割り当てる。最大でも５ビットを割り当てれば、
全ての圧縮振幅差分データは表現することが可能であ
る。

【００６５】一方、図６（ｂ）は、タイミングデータの
ブロック構造を示している。このタイミングデータのブ
ロックは、圧縮振幅差分データのブロックの後に続くも
のである。図６（ｂ）において、１番目のビットは区切
りフラグであり、タイミングデータのビット数を示す。
例えば、区切りフラグの値が“１”のときは、タイミン
グデータは続く３ビット（２〜４番目のビット）であ
り、“０”のときは、タイミングデータは続く８ビット
（２〜９番目のビット）であることを表す。

【００６６】図５のデータ列Ｈに示したように、タイミ
ングデータは全て正数であり、そのほとんどが３ビット
で表すことができる。そこで、ほとんどのタイミングデ
ータに対して区切りフラグを“１”にして３ビット長を
割り当て、３ビットでは表現し切れないタイミングデー
タに対しては区切りフラグを“０”にして８ビット長を
割り当てる。最大でも８ビットを割り当てれば、全ての
タイミングデータは表現することが可能である。

【００６７】このように、本実施形態の圧縮装置では、
生成された圧縮データをさらに可変長ブロックデータと
して伝送あるいは記録するようにしている。これによ
り、圧縮率を更に１．５倍程度に高めることができ、更
なる高圧縮率を実現することができる。例えば、ＣＤの
音楽データの一部で１２以上の圧縮率を達成することが
できる。

【００６８】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、ＰＬＬ（Phase Lock
ed Loop ）回路３１と、データメモリ（オプション）３
２と、デコーダ３３と、タイミングジェネレータ３４
と、２乗補間データ生成部３５とを備えて構成されてい
る。

【００６９】ＰＬＬ回路３１は、基準周波数（４４．１
ＫＨｚ）の入力クロックＣＫから２倍周波数（８８．２
ＫＨｚ）のクロック２ＣＫを生成し、それをタイミング
ジェネレータ３４および２乗補間データ生成部３５に供
給する。また、データメモリ３２は、圧縮装置から送ら
れてくるシリアル圧縮ブロックデータを蓄積する記録媒
体である。

【００７０】デコーダ３３は、データメモリ３２より読
み出されるシリアル圧縮ブロックデータを、２倍周波数
のクロック２ＣＫに同期した各種クロックによりデコー
ドし、圧縮振幅差分データとタイミングデータとの組を
取り出す。そして、取り出した圧縮振幅差分データを２
乗補間データ生成部３５に出力するとともに、取り出し
たタイミングデータをタイミングジェネレータ３４およ
び２乗補間データ生成部３５に出力する。圧縮振幅差分
データは、２乗補間データ生成部３５においてタイミン
グパルスＴＰに従ってサンプリングされることにより、
各標本点間の周期と同期したデータとなる。

【００７１】タイミングジェネレータ３４は、デコーダ
３３より供給さ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タイ
ミングパルスＴＰを入力クロック２ＣＫから生成する。
また、このタイミングジェネレータ３４は、データメモ
リ３２に対する読み出しクロックを含む各種クロックも
生成して出力する。

【００７２】２乗補間データ生成部３５は、デコーダ３
３より入力される圧縮振幅差分データとタイミングデー
タとを用いて所定の２乗補間演算を行うことにより、各
標本点の間を埋めるデジタル補間データを生成する。こ
の２乗補間演算の詳細については後述するが、ここで生
成される補間データは、圧縮される前の元データに対し
て２倍のオーバーサンプリングが施された一連の振幅デ
ータである。このようにして生成されたデジタル補間デ
ータが伸長データとして出力される。

【００７３】なお、図７の例ではデジタルデータの伸長
について示しているが、得られたデジタルデータを必要
に応じてアナログ信号に変換して出力するようにしても
良い。この場合は、例えば、２乗補間データ生成部３５
の出力段にＤ／Ａ変換器およびＬＰＦが備えられる。す
なわち、２乗補間データ生成部３５より出力されたデジ
タル補間データがＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に
変換された後、ＬＰＦを介して再生アナログ信号として
出力される。

【００７４】図８は、上記２乗補間データ生成部３５の
詳細な構成例を示す図である。図８において、圧縮デー
タの一部として入力されるタイミングデータ（Ｔ）は、
逐次与えられるタイミングパルスＴＰに従って、３つの
Ｄ型フリップフロップ４３，４６，４９にそれぞれ保持
される。また、２倍周波数のクロック２ＣＫは、第１の
カウンタ４１に入力され、ここでその数が順次カウント
される。

【００７５】第１の比較器４２は、第１のカウンタ４１
にてカウントされたクロック２ＣＫの数と、Ｄ型フリッ
プフロップ４３に保持されたタイミングデータとを比較
する。そして、カウントされたクロック２ＣＫの数がタ
イミングデータの値を超えるごとに、その旨を表す信号
（Ａ＞Ｂ）を出力する。第２のＯＲ回路４８は、この第
１の比較器４２より出力される信号と外部スタート信号
との論理和をとり、その結果をタイミングパルスＴＰと
して出力する。

【００７６】なお、この第２のＯＲ回路４８でタイミン
グパルスＴＰを生成しているのは、伸長装置のみでタイ
ミングパルスＴＰを再生する必要もあるためである。こ
の場合は、第１の比較器４２の出力信号と外部スタート
信号との論理和を第２のＯＲ回路４８でとれば、そこか
らタイミングパルスＴＰを得ることができる。

【００７７】また、第２のカウンタ４４は、基準周波数
のクロックＣＫの数を順次カウントする。第２の比較器
４５は、第２のカウンタ４４にてカウントされたクロッ
クＣＫの数と、Ｄ型フリップフロップ４６に保持された
タイミングデータとを比較する。そして、カウントされ
たクロックＣＫの数がタイミングデータの値を超えるご
とに、その旨を表す信号を出力する。第１のＯＲ回路４
７は、この第２の比較器４５より出力される信号と外部
スタート信号との論理和をとり、その結果をＥＸＯＲ回
路５１に出力する。

【００７８】以上のように、基準周波数に基づくクロッ
クＣＫの数および２倍周波数に基づくクロック２ＣＫの
数をそれぞれタイミングデータと比較し、それぞれの比
較結果の信号を用いて論理和をとると、タイミングデー
タで示される２つの標本点間における時間間隔のちょう
ど中間位置（当該時間間隔を表すクロック２ＣＫの数の
半分の位置）で、第１のＯＲ回路４７から一致信号（Ａ
＞Ｂ）が出力される。

【００７９】一方、圧縮データの一部として入力される
圧縮振幅差分データは、逐次与えら得るタイミングパル
スＴＰに従ってＤ型フリップフロップ５２に保持され
る。このＤ型フリップフロップ５２に保持された圧縮振
幅差分データは、２倍周波数のクロック２ＣＫに従って
Ｄ型フリップフロップ５３によりオーバーサンプリング
された後、第１の加算器５４に供給される。

【００８０】第１の加算器５４は、Ｄ型フリップフロッ
プ５３より供給される圧縮振幅差分データと、Ｄ型フリ
ップフロップ５５に保持されているそれまでの累算デー
タとを加算することにより、圧縮振幅差分データの積分
を実行する。

【００８１】この積分の際、第１の加算器５４は、上記
ＥＸＯＲ回路５１からの出力信号に基づいて、Ｄ型フリ
ップフロップ５３より入力される圧縮振幅差分データの
符号を適宜反転させる。上記ＥＸＯＲ回路５１には、上
述した第１のＯＲ回路４７から出力される一致信号（Ａ
＞Ｂ）の他に、タイミングパルスＴＰに従ってＤ型フリ
ップフロップ５２に保持されたデータ符号ビット（図６
のサインビット）が入力されている。

【００８２】これにより、第１の加算器５４は、圧縮振
幅差分データのブロックデータ中に含まれるデータ符号
ビットあるいは第１のＯＲ回路４７からの一致信号（Ａ
＞Ｂ）の値が反転したとき、つまり、各標本点の位置お
よび２つの標本点間のちょうど中間位置で圧縮振幅差分
データの符号を反転させることになる。

【００８３】この第１の加算器５４により求められた圧
縮振幅差分データの１回積分値は、第２の加算器５６に
供給される。第２の加算器５６は、第１の加算器５４よ
り供給された圧縮振幅差分データの１回積分値と、Ｄ型
フリップフロップ５７に保持されているそれまでの累算
データとを加算することにより、上記１回積分値に対し
て更に積分を実行する。

【００８４】この第２の加算器５６により求められた圧
縮振幅差分データの２回積分値は、第３の加算器５９の
一方の入力端に直接入力されるとともに、Ｄ型フリップ
フロップ５８に一時保持された後、第３の加算器５９の
他方の入力端に入力される。第３の加算器５９は、圧縮
振幅差分データの２回積分値と、それを１つのクロック
２ＣＫ分だけシフトした値とを加算することにより移動
平均演算（畳み込み演算）を実行し、その結果を乗算器
６０に出力する。

【００８５】上記１段目の積分器および２段目の積分器
を構成するＤ型フリップフロップ５５，５７と、２回積
分値を１つのクロック２ＣＫ分だけシフトさせるＤ型フ
リップフロップ５８との３つのＤ型フリップフロップ
は、タイミングパルスＴＰが与えられる毎に値がゼロに
リセットされる。これにより、圧縮振幅差分データの２
回積分と移動平均演算は、各タイミングパルスＴＰの周
期ごと（各標本点間の区間ごと）に別に実行される。

【００８６】乗算器６０は、第３の加算器５９により求
められた移動平均データ値に対して５１２／Ｔ²（Ｔは
タイミングデータ）を乗算し、その結果を第４の加算器
６１に出力する。第４の加算器６１は、この乗算器６０
からのデータ値と、別の乗算器６２で圧縮振幅データの
初期値（図５の例では“１１”）を１０２４倍したデー
タ値とを加算する。そして、この第４の加算器６１より
出力されたデータは、２倍周波数のクロック２ＣＫに従
ってＤ型フリップフロップ６２にて一時保持された後、
伸長データとして出力される。

【００８７】以上の構成により、圧縮振幅差分データを
２回積分した後、１段の移動平均演算を行い、その演算
結果のデータＭに対して以下の式(1)に示す演算が実行
される。ただし、Ｆは圧縮振幅データの現在値である。これによ
り、テーブルを使用することなく、不定間隔の標本点
（可変クロック）に対応するオーバーサンプリング２乗
補間を行う回路が実現できる。

【００８８】図９は、上記図７に示した伸長装置によっ
て行われる伸長処理の実際の動作例を説明するための図
である。なお、図９において、縦方向は上から下へと時
間の経過を示している。図９に示す各種のデータ列Ａ〜
Ｇのうち、一番左のデータ列Ａは、圧縮振幅差分データ
を２倍周波数のクロック２ＣＫでオーバーサンプリング
し、タイミングパルスＴＰの周期の１／２の周期で符号
を反転させたデータである。例えば、上から４つのデー
タ列｛−１，−１，１，１｝は、図５のデータ列Ｇで上
から４つのデータ列｛−１，−１，−１，−１｝に対し
てその中間位置で符号を反転させたものである。

【００８９】左から２番目のデータ列Ｂは、図８に示し
た第１の加算器５４によって圧縮振幅差分データを１回
積分した結果のデータである。例えば、最上段の演算で
は、Ｄ型フリップフロップ５５の初期値“０”とＤ型フ
リップフロップ５３からのデータ値“−１”とが加算さ
れてＤ型フリップフロップ５５の累算値が“−１”とな
る。２段目の演算では、Ｄ型フリップフロップ５５の累
算値“−１”とＤ型フリップフロップ５３からのデータ
値“−１”とが加算されてＤ型フリップフロップ５５の
累算値が“−２”となる。以下同様に３段目、４段目の
演算を行うことにより、Ｄ型フリップフロップ５５の累
算値が順次“−１”，“０”となる。

【００９０】３番目のデータ列Ｃは、図８に示した第２
の加算器５６によって圧縮振幅差分データを２回積分し
た結果のデータである。例えば、最上段の演算では、Ｄ
型フリップフロップ５７の初期値“０”と第１の加算器
５４からのデータ値“−１”とが加算されてＤ型フリッ
プフロップ５７の累算値が“−１”となる。また、２段
目の演算では、Ｄ型フリップフロップ５７の累算値“−
１”と第１の加算器５４からのデータ値“−２”とが加
算されてＤ型フリップフロップ５７の累算値が“−３”
となる。以下同様に３段目、４段目の演算を行うことに
より、Ｄ型フリップフロップ５７の累算値が順次“−
４”，“−４”となる。

【００９１】４番目のデータ列Ｄは、図８に示したＤ型
フリップフロップ５８によって３番目のデータ列Ｃを１
つのクロック２ＣＫ分だけシフトした結果のデータであ
る。また、５番目のデータ列Ｅは、図８に示した第３の
加算器５９によって、３番目のデータ列Ｃと４番目のデ
ータ列Ｄとを加算した結果のデータである。

【００９２】上述したように、この５番目のデータ列Ｅ
を求めるまでの２回積分と移動平均演算は、各タイミン
グパルスＴＰの周期ごと（各標本点間の区間ごと）に別
に実行される。すなわち、図９中に点線で区切った個々
の区切りごとに以上の演算が実行される。これにより、
それぞれの標本点間の区切りごとに独立したデジタル波
形が生成されることになる。

【００９３】６番目のデータ列Ｆは、図８に示した乗算
器６０以降の処理により生成される伸長データである。
すなわち、上述のようにして個々の標本点の区間ごとに
求められたデジタル波形に対して式(1)の補間演算を行
うことにより、個々の区間のデジタル波形を滑らかにつ
ないだ全体のデジタル波形（オーバーサンプリングされ
た補間データ）を得る。

【００９４】本実施形態においては、図２に示したよう
に、デジタル波形の各変曲点（ピーク点）を標本点とし
て検出し、この標本点におけるデータを処理して圧縮デ
ータとしている。したがって、伸長処理によって元デー
タを再現するために最低限必要なデータは圧縮データ中
に全て含まれている。よって、これを用いて２乗補間処
理を行うことにより、変曲点以外のデータを１６ビット
精度で滑らかに補間することができる。

【００９５】また、本実施形態では、圧縮振幅差分デー
タの２重積分を行うに際して、初段の積分器（第１の加
算器５４）に入力される圧縮振幅差分データの符号を、
各標本点間の周期の半分の周期で切り替えるようにして
いる。これにより、これに続く２段目の積分および移動
平均演算によって、より滑らかに振幅値が変化するデジ
タル波形を得ることができる。

【００９６】また、本実施形態では、積分等の演算を実
行する際に、各段の積分器および移動平均演算器のＤ型
フリップフロップの値を１タイミングパルスＴＰごとに
リセットしている。これにより、全体のアルゴリズムを
正しく実行させるとともに、積分器の累積誤差を排除す
ることができ、より正確なデジタル波形を再生すること
ができる。以上のことより、本実施形態の伸長装置によ
れば元データをほぼ忠実に再現することができる。

【００９７】図９に示す７番目のデータ列Ｇは、圧縮前
の元データを２倍の周波数で補間したデータを示す。こ
のデータ列Ｇに示す圧縮前元データと、データ列Ｆに示
す伸長データとを比較すれば分かるように、本実施形態
の伸長装置により生成される伸長データは、圧縮前元デ
ータとほぼ同様の値となっている。

【００９８】図１０は、このデータ列Ｆ，Ｇをグラフ化
したものである。これからも分かるように、本実施形態
の伸長装置によれば、圧縮前の元データとほぼ同等のデ
ータを再生することができる。

【００９９】以上詳しく説明したように、本実施形態に
よれば、圧縮対象となる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、時間軸上での簡単な補間演算
によって、テーブル情報を用いることなく、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。

【０１００】また、本実施形態では、デジタルデータの
微分値の極性が変化する点を標本点として検出し、検出
した各標本点における振幅データ値と、各標本点が現れ
る時間間隔を表すタイミングデータ値とから圧縮データ
を生成して伝送または記録しているので、標本点のデー
タのみを圧縮データとして得ることができ、高い圧縮率
を達成することができる。

【０１０１】また、本実施形態では、各標本点における
振幅データをそのまま圧縮データとするのではなく、こ
れを１０２４の値で丸めているので、１ワードにつきデ
ータ長を数ビット削減することができ、ここでデータ量
を大幅に削減することができる。さらに、丸められた振
幅データをそのまま圧縮データとするのではなく、更に
その差分データを求めて圧縮データとすることにより、
圧縮データに必要なビット数を更に少なくすることがで
き、データ量をより削減できる。

【０１０２】さらに、本実施形態では、得られた圧縮振
幅差分データとタイミングデータとを可変長のブロック
データにエンコードして最終的な圧縮データとするよう
にしている。したがって、ここで圧縮率を更に１．５倍
程度に高めることができ、その結果として非常に高い圧
縮率を実現することができる。

【０１０３】また、本実施形態では、標本点を検出する
ために微分値を求める前に、デジタルデータを適当な値
で丸めているので、ノイズ成分や不要な信号成分の位置
を標本点として検出しないようにすることができ、正確
な位置のみを標本点として確実に検出することができ
る。また、伸長処理の際に、２重積分器の初段では、タ
イミングパルスＴＰの周期の前半と後半とで加算と減算
を切り替えているので、圧縮側における丸め誤差を相殺
することができるとともに、より滑らかに振幅値が変化
するデジタル波形を再現することができる。

【０１０４】また、本実施形態では、オーバーサンプリ
ングを伴う２重積分等の演算を実行する際に、各段にお
ける積分器の累算値を各タイミングパルスＴＰごとにリ
セットしているので、積分器の累積誤差を排除すること
ができ、より正確なデジタル波形を再生することができ
る。これにより、圧縮前の元データに近い高品質な伸長
データを得ることができる。

【０１０５】以上のことから、本実施形態の圧縮・伸長
方式によれば、非常に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新しい圧縮・伸長方式を提供する
ことができる。

【０１０６】なお、上記実施形態では、丸め演算部３で
は振幅データ値を１０２４で丸める例を示したが、この
値に限定されるものではない。また、上記実施形態で
は、２倍のオーバーサンプリングを実施しているが、偶
数倍であれば２倍には限定されない。

【０１０７】また、上記実施形態では、圧縮処理の際
に、圧縮対象として入力されたデジタルデータの中から
標本点における振幅データを抽出した後に、当該抽出し
た振幅データを第２の値Ｎ₂で丸めていたが、入力され
たデジタルデータを先に丸めてから標本点における圧縮
振幅データを抽出するようにしてもよい。

【０１０８】また、上記実施形態では、伸長処理の際
に、積分を２重に行うとともに、１段の移動平均演算を
行っているが、積分は２重に限らず、それより多い多重
積分を行うようにしても良い。また、移動平均演算も１
段に限らず、それより多い段数の移動平均演算あるいは
畳み込み演算を行うようにしても良い。

【０１０９】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、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 Sign
al 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、Ｒ
ＯＭ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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】なお、上記に説明した実施形態は、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。

【０１１３】

【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、伸長処理の際には、時間軸上で
の簡単な２乗補間演算によって、テーブル情報を用いる
ことなく、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、リアルタイム動作を実現することもで
きる。

【０１１４】また、本発明によれば、デジタルデータの
微分値の極性が変化する標本点における振幅データ値
と、各標本点が現れる時間間隔を表すタイミングデータ
値との少ない離散データのみから圧縮データを生成する
ことができる。また、各標本点における振幅データを所
定の値で丸めているので、振幅データのデータ長を１ワ
ードにつき数ビット削減することができ、ここでデータ
量を大幅に削減することができる。さらに、本発明で
は、丸められた振幅データの差分データを求めて圧縮デ
ータとしているので、圧縮データに必要なビット数を更
に少なくすることができ、データ量をより削減できる。

【０１１５】また、本発明の他の特徴によれば、上述よ
うにして得られた圧縮振幅差分データとタイミングデー
タとを可変長のブロックデータにエンコードして最終的
な圧縮データとしているので、圧縮率を更に高めること
ができる。

【０１１６】また、本発明の他の特徴によれば、適当な
値で丸めたデジタルデータを微分して標本点を検出して
いるので、ノイズ成分や不要な信号成分の位置を標本点
として検出しないようにすることができ、正確な位置の
みを標本点として確実に検出することができる。これに
より、伸長側で再生される伸長データに関し、圧縮前の
元のデータへの再現性を向上させることができる。

【０１１７】また、本発明の他の特徴によれば、偶数倍
にオーバーサンプリングされた圧縮振幅差分データを各
標本点の区切りごとにその中間位置で符号反転している
ので、この符号反転されたデータ列に多重積分および移
動平均演算を行う際に、圧縮側における丸め誤差を相殺
することができるとともに、より滑らかに振幅値が変化
するデジタル波形を再生することができる。

【０１１８】また、本発明の他の特徴によれば、伸長側
において、多重積分の処理を各標本点の区切りごとに行
うようにしているので、積分による累積誤差を排除する
ことができ、より正確なデジタル波形を再生することが
できる。

【０１１９】以上のことから、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、非常に高
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】タイミングジェネレータおよび振幅ジェネレー
タの動作原理を説明するための図である。

【図３】タイミングジェネレータの構成例を示すブロッ
ク図である。

【図４】タイミングパルスを生成する部分の詳細な構成
例を示す図である。

【図５】本実施形態の圧縮装置によって行われる圧縮処
理の実際の動作例を説明するための図である。

【図６】本実施形態によるシリアル圧縮ブロックデータ
の構成例を示す図である。

【図７】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８】２乗補間データ生成部の詳細な構成例を示す図
である。

【図９】本実施形態の伸長装置によって行われる伸長処
理の実際の動作例を説明するための図である。

【図１０】圧縮前の元データと伸長データの例を示す図
である。

【符号の説明】

１タイミングジェネレータ２振幅ジェネレータ３丸め演算部４差分演算部５エンコーダ６データメモリ１１丸め演算部１２微分器１３標本点検出部１４タイミング生成部２１Ｄ型フリップフロップ２２乗算器（除算器）２３Ｄ型フリップフロップ２４減算器２５Ｄ型フリップフロップ２６ＥＸＮＯＲ回路３１ＰＬＬ回路３２データメモリ３３デコーダ３４タイミングジェネレータ３５２乗補間データ生成部５０Ｄ型フリップフロップ５１ＥＸＯＲ回路５４第１の加算器５５Ｄ型フリップフロップ５６第２の加算器５７Ｄ型フリップフロップ５８Ｄ型フリップフロップ５９第３の加算器６０乗算器６１加算器６２乗算器１０１デジタルデータ１０２ａ〜１０２ｆ標本点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されるデジタルデータを微分してそ
の微分値の極性が変化する点を標本点として検出し、各
標本点における離散的な圧縮振幅データとして所定の値
で丸められたデジタルデータを得て、当該圧縮振幅デー
タどうしの差分を演算した結果の圧縮振幅差分データ
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。
【請求項２】入力されるデジタルデータを第１の値で
丸める演算を行い、当該第１の値で丸められたデジタル
データを微分してその微分値の極性が変化する点を標本
点として検出し、各標本点における離散的な圧縮振幅デ
ータとして上記第１の値より大きい第２の値で丸められ
たデジタルデータを得るようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の圧縮方法。
【請求項３】上記圧縮振幅差分データおよび上記タイ
ミングデータを可変長ブロックデータに変換することを
特徴とする請求項１または２に記載の圧縮方法。
【請求項４】上記圧縮振幅差分データの１つの可変長
ブロックは、上記圧縮振幅差分データの極性を表すサイ
ンビットと、上記圧縮振幅差分データのビット長を表す
区切りフラグと、上記区切りフラグで表されるビット長
を有する上記圧縮振幅差分データとにより構成されるこ
とを特徴とする請求項３に記載の圧縮方法。
【請求項５】上記タイミングデータの１つの可変長ブ
ロックは、上記タイミングデータのビット長を表す区切
りフラグと、上記区切りフラグで表されるビット長を有
する上記タイミングデータとにより構成されることを特
徴とする請求項３または４に記載の圧縮方法。
【請求項６】入力されるデジタルデータを微分してそ
の微分値の極性が変化する点を標本点として検出し、各
標本点間の時間間隔を表すタイミングデータを求めるタ
イミングデータ生成手段と、上記タイミングデータ生成手段により検出された各標本
点における離散的な圧縮振幅データとして、上記入力さ
れるデジタルデータを所定の値で丸めたデータを生成す
る圧縮振幅データ生成手段と、上記圧縮振幅データ生成手段により求められた圧縮振幅
データどうしの差分を演算する差分演算手段とを備え、上記差分演算手段により求められた圧縮振幅差分データ
と、上記タイミングデータ生成手段により求められたタ
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装置。
【請求項７】上記入力されるデジタルデータを第１の
値で丸める第１の丸め演算手段を備え、上記タイミングデータ生成手段は、上記第１の丸め演算
手段により丸められたデジタルデータを微分してその微
分値の極性が変化する点を標本点として検出し、上記圧縮振幅データ生成手段は、上記第１の値より大き
い第２の値で上記デジタルデータを丸めることによって
上記圧縮振幅データを生成することを特徴とする請求項
６に記載の圧縮装置。
【請求項８】上記圧縮振幅データ生成手段は、上記タ
イミングデータ生成手段により検出された各標本点にお
けるデジタルデータを離散的な振幅データとして抽出す
る振幅データ抽出手段と、上記振幅データ抽出手段により抽出された振幅データを
第２の値で丸める第２の丸め演算手段とを備えることを
特徴とする請求項６または７に記載の圧縮装置。
【請求項９】上記圧縮振幅差分データおよび上記タイ
ミングデータを可変長ブロックデータに変換するエンコ
ード手段を備えることを特徴とする請求項６〜８の何れ
か１項に記載の圧縮装置。
【請求項１０】上記圧縮振幅差分データの１つの可変
長ブロックは、上記圧縮振幅差分データの極性を表すサ
インビットと、上記圧縮振幅差分データのビット長を表
す区切りフラグと、上記区切りフラグで表されるビット
長を有する上記圧縮振幅差分データとにより構成される
ことを特徴とする請求項９に記載の圧縮装置。
【請求項１１】上記タイミングデータの１つの可変長
ブロックは、上記タイミングデータのビット長を表す区
切りフラグと、上記区切りフラグで表されるビット長を
有する上記タイミングデータとにより構成されることを
特徴とする請求項９または１０に記載の圧縮装置。
【請求項１２】圧縮対象のデジタルデータから抽出さ
れた所定の標本点における圧縮振幅差分データと各標本
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関し、偶数倍にオーバーサンプリングされた上記圧縮振幅差分
データを多重積分するとともに当該積分値に対して移動
平均演算を行い、これにより得られた移動平均演算値と
上記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各標本点における
振幅データの間を補間する２乗補間データを求め、これ
を伸長データとして得るようにしたことを特徴とする伸
長方法。
【請求項１３】上記偶数倍にオーバーサンプリングさ
れた上記圧縮振幅差分データを上記タイミングデータに
よって表される各標本点の区切りごとにその中間位置で
符号反転し、これにより得られたデータ列を多重積分す
るようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の伸長
方法。
【請求項１４】上記偶数倍にオーバーサンプリングさ
れた上記圧縮振幅差分データに対する多重積分および移
動平均演算を、上記タイミングデータによって表される
各標本点の区切りごとに行うようにしたことを特徴とす
る請求項１２または１３に記載の伸長方法。
【請求項１５】圧縮対象のデジタルデータから抽出さ
れた所定の標本点における圧縮振幅差分データと各標本
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関し、偶数倍にオーバーサンプリングされた上記圧縮振幅差分
データを多重積分する積分手段と、上記積分手段により求められた積分値に対して移動平均
演算を行う移動平均演算手段と、上記移動平均演算手段により求められた移動平均演算値
と上記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各標本点におけ
る振幅データの間を補間する２乗補間データを求めてこ
れを伸長データとする補間データ生成手段とを備えるこ
とを特徴とする伸長装置。
【請求項１６】上記積分手段は、上記多重積分の初段
において、上記偶数倍にオーバーサンプリングされた上
記圧縮振幅差分データを上記タイミングデータによって
表される各標本点の区切りごとにその中間位置で符号反
転する符号反転手段を備えることを特徴とする請求項１
５に記載の伸長装置。
【請求項１７】上記積分手段は、上記偶数倍にオーバ
ーサンプリングされた上記圧縮振幅差分データに対する
積分値を、上記タイミングデータによって表される各標
本点の区切りごとにリセットするリセット手段を備える
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の伸長装
置。
【請求項１８】上記移動平均演算手段は、上記積分手
段により求められた積分値に対する移動平均演算値を、
上記タイミングデータによって表される各標本点の区切
りごとにリセットするリセット手段を備えることを特徴
とする請求項１５〜１７の何れか１項に記載の伸長装
置。
【請求項１９】請求項１〜５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。
【請求項２０】請求項１２〜１４の何れか１項に記載
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。
【請求項２１】請求項６〜１１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。
【請求項２２】請求項１５〜１８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。