JPH07264075A - データ圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉信号データを高い圧縮率で圧縮する。 【構成】 圧縮前の各データを記憶部１２と差算出部１
６が順次入力する。記憶部１２は現時点の入力データｙ
nより前に入力された複数のデータを保持しており、予
測部１４はこれらを用いてｙnの予測値ｙpnを算出す
る。差算出部１６は実際の値ｙnと予測値ｙpnの差Δｙn
を算出し、符号化部１８はこのΔｙnを干渉信号データ
の特徴に対応した符号化テーブルにしたがって符号化し
て出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フーリエ変換形分光光
度計によって得られる干渉信号データをコンピュータの
メモリ又は外部記憶装置に格納する場合や通信回線を通
じて転送する場合等に干渉信号データを圧縮する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】フーリエ変換形赤外分光光度計（ＦＴＩ
Ｒ）では二光束干渉計が用いられる。二光束干渉計は、
光路差が時間的に変化する二つの光束を合わせることに
よって干渉光を生成するものである。フーリエ変換形赤
外分光光度計は、二光束干渉計に赤外光を入射して干渉
赤外光を得、この干渉赤外光を試料に照射して試料から
の透過光又は反射光を検出する。検出された透過光又は
反射光の信号はＡ／Ｄ変換され、これにより干渉信号デ
ータが得られる。そして、この干渉信号データをコンピ
ュータでフーリエ変換して得られる吸光度スペクトルに
基づき、試料の同定や定量等が行なわれる。

【０００３】このようなＦＴＩＲによる分析の過程にお
いて、干渉信号データを記憶装置に格納し又は通信回線
を通じて転送することが必要となる。このとき従来は、
干渉信号データをそのまま格納、転送するか、又は、干
渉信号データを圧縮した後に格納、転送していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の干渉信
号データの圧縮にはLampel Ziv符号等の汎用のデータ圧
縮手法が用いられており、干渉信号データの特徴が生か
されていなかった。このため、干渉信号データを圧縮し
て格納、転送する場合においても、十分に効率のよい格
納や転送が行なわれていなかった。この点は、ＦＴＩＲ
のみならず可視光を用いたフーリエ変換形分光光度計に
よって得られる干渉信号データについても同様である。

【０００５】そこで本発明は、圧縮の対象である干渉信
号データの特徴を利用することにより高い圧縮率を実現
したデータ圧縮装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、フーリエ変換形分光光度計によ
って検出された干渉信号をＡ／Ｄ変換して得られる各デ
ータを順次入力して圧縮するデータ圧縮装置において、 ａ）現時点の入力データよりも前に入力された所定数の
データを保持する記憶手段と、 ｂ）記憶手段が保持するデータに基づいて現時点の入力
データの値を予測する予測手段と、 ｃ）現時点の入力データの値と予測手段が予測した値と
の差を算出する差算出手段と、 ｄ）前記差の値を符号化する手段であって、符号化すべ
き値の絶対値が前記差の最大値の近傍にあるとき、符号
化すべき値の符号語長を該値の表現に必要な長さよりも
長くし、符号化すべき値の絶対値が前記差の最大値の近
傍以外にあるとき、符号化すべき値の符号語長を所定値
以下とする符号化手段と、 を備えた構成としている。

【０００７】

【作用】このような構成によると、順次入力される各デ
ータの圧縮において、現時点の入力データよりも前に入
力された所定のデータが記憶手段に保持されており、予
測手段は、記憶手段に保持されたデータに基づいて現時
点の入力データの値を予測する。例えば、現時点の入力
データの直前に入力された複数のデータに多項式を当て
はめ、その多項式により現時点の入力データの予測値を
算出するという方法をとることができる。差算出手段
は、現時点の入力データと予測手段による予測値との差
を算出する。符号化手段は、この差の値を、圧縮対象で
ある干渉信号データの特徴を利用して以下のように符号
化する。

【０００８】すなわち、圧縮対象の干渉信号データに
は、それを構成する各データの大部分はその絶対値が最
大値に比べて十分に小さく、絶対値が大きいデータの数
は極めて少ないという特徴がある。例えば、ＦＴＩＲに
よって得られる干渉信号データは、図５に示すように、
データ列の中心付近で大きな値（絶対値）を有するが、
中心付近を外れると値が急速に小さくなる。このように
絶対値が小さいデータの数が多く、絶対値が大きいデー
タの数が極めて少ないという点は、ＦＴＩＲのみならず
可視光を用いたフーリエ変換形分光光度計おいても同様
である。そして、このような特徴を有する各入力データ
とその予測値との差をとると、絶対値が小さいデータの
数が更に多くなる。したがって、高い圧縮率を実現する
ためには、絶対値が小さいデータに対する符号語の長さ
を短くする必要がある。一方、符号化されたデータは少
なくとも一意に復号可能でなければならず、できれば瞬
時に復号可能であることが好ましい。そこで符号化手段
は、符号化すべき値の絶対値が前記差の最大値の近傍に
あるとき、符号化すべき値の符号語長を該値の表現に必
要な長さよりも長くすることにより、一意に復号可能又
は瞬時に復号可能という条件を満たしつつ、符号化すべ
き値の絶対値が前記差の最大値の近傍以外にあるとき、
符号化すべき値の符号語長が所定値以下となるように符
号化を行なう。符号化の対象となる差のデータのうち大
きい絶対値を有するものは極めて少ないため、この符号
化によって平均符号語長は短くなり、高い圧縮率が得ら
れる。なお、ここにいう所定値は、当然、符号化すべき
値の表現に必要な長さ以上でなければならず、符号化す
べき値の表現に必要な長さに近い程高い圧縮率が得られ
るが、データの処理や転送を行なうハードウェアやソフ
トウェアとの整合性を良くしたい場合には、必要な長さ
に近いバイト単位の長さとするのがよい。

【０００９】

【実施例】図１（ａ）は、本発明の一実施例であるデー
タ圧縮装置の構成を示すブロック図である。本データ圧
縮装置による圧縮の対象となるデータは、フーリエ変換
赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）によって得られる干渉信号
データ、すなわち、二光束干渉計により生成した干渉赤
外光を試料に照射し、試料からの透過光又は反射光の検
出信号を一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して得ら
れるデジタル信号値を表わすデータ列である（図５参
照）。このようなデータ列としての干渉信号データを構
成する各データは、本実施例では４バイトの符号付整数
として表現されている。

【００１０】本実施例のデータ圧縮装置は、記憶部１
２、予測部１４、差算出部１６、及び符号化部１８から
構成されており、上記干渉信号データを構成する各デー
タを順次入力して各データ毎に圧縮を行なう。以下、こ
のデータ圧縮装置の動作を、図１に示したブロック図
（ａ）及びフローチャート（ｂ）を参照しつつ説明す
る。

【００１１】干渉信号データを構成する各データｙn
（ｎ＝１，２，…，Ｎ）は、ｙ1から順に（ステップＳ
１０）記憶部１２及び差算出部１６に逐次入力される。
記憶部１２は、次に入力されるデータの予測値を算出す
るために、最近入力された所定数のデータを保持する。
いま、ある信号値のデータｙnが入力される時点を考え
ると、記憶部１２は、この時点の直前に入力された例え
ば４個のデータｙn-1，ｙn-2，ｙn-3，ｙn-4を保持す
る。予測部１４は、記憶部１２が保持するこれらのデー
タを用いて、次のデータであるｙnの予測値ｙpnを算出
する。この予測値ｙpnの算出は、例えば次のようにして
行なうことができる。

【００１２】図３は、干渉信号データに３次曲線 ｙ＝ａ・ｘ³＋ｂ・ｘ²＋ｃ・ｘ＋ｄ …(1) を当てはめて予測値を算出する方法を示す図である。図
３においてｘ軸は干渉赤外光の光路差に、ｙ軸は信号値
にそれぞれ対応するが、計算を簡単にするために、予測
すべきデータｙnのｘ座標を２とし、その直前の４個の
データｙn-1，ｙn-2，ｙn-3，ｙn-4のｘ座標をそれぞれ
１，０，−１，−２とする。このようにｘ座標を設定す
ると、式(1)より、 ｙn-1＝ ａ ＋ ｂ ＋ ｃ ＋ ｄ ｙn-2＝ ｄ ｙn-3＝ −ａ ＋ ｂ − ｃ ＋ ｄ ｙn-4＝−８・ａ ＋ ４・ｂ − ２・ｃ ＋ ｄ が成立する。これらの式よりａ、ｂ、ｃ、ｄを求める
と、 ａ＝(1/6)・ｙn-1 − (1/2)・ｙn-2 ＋ (1/2)・ｙn-3 −
(1/6)・ｙn-4 ｂ＝(1/2)・ｙn-1 − ｙn-2 ＋ (1/2)・ｙn-3 ｃ＝(1/3)・ｙn-1 ＋ (1/2)・ｙn-2 − ｙn-3 ＋ (1/6)・
ｙn-4 ｄ＝ ｙn-2 となる。これらａ、ｂ、ｃ、ｄとｘ＝２を式(1)に代入
することにより、予測値ｙpnが得られる。すなわち、 ｙpn＝４・ｙn-1 − ６・ｙn-2 ＋ ４・ｙn-3 − ｙn-4 である。なお、干渉信号データのデータ列の先頭及び先
頭付近のデータの予測値を算出するときには、それに必
要な直前の４個のデータは必ずしも記憶部１２には保持
されていないため、記憶部１２に保持されていないデー
タの値は０として計算する。例えば、先頭のデータｙ1
の予測値ｙp1を算出するときには、ｙ0、ｙ-1、ｙ-2、
ｙ-3の値が必要であるが、これらはいずれも記憶部１２
には存在しないため、 ｙ0＝ｙ-1＝ｙ-2＝ｙ-3＝０ として計算する。

【００１３】上記のようにして算出された予測値ｙpnは
差算出部１６に入力され、差算出部１６は、実際のデー
タ値ｙnと予測値ｙpnとの差 Δｙn＝ｙn−ｙpn …(2) を算出する（ステップＳ１２）。符号化部１８はこの差
Δｙnを入力し、これを所定の符号化テーブルにしたが
って符号化する（ステップＳ１４）。データの圧縮率を
高めるためには、平均符号語長ができるだけ短くなるよ
うな符号化テーブルを使用する必要がある。図４に、干
渉信号データの特徴を利用して平均符号化長が短くなる
ようにした符号化テーブルの一例を示す。この符号化テ
ーブルは、Δｙnがその値に応じて長さの異なる符号語
に変換されるような構成となっている。ただし、データ
の処理や転送を行なうハードウェアやソフトウェアとの
整合性を良くし処理速度等を向上させるために、符号語
長をバイト単位としている。以下、この符号化テーブル
の具体的な構成について説明する。

【００１４】まず、-63≦Δｙn≦+63のときは、Δｙnの
値を表現する１バイトの２進数を符号語とする（ただ
し、負の値については補数で表現する。以下、同
様。）。+64≦Δｙn≦+16127のときは符号語を２バイト
構成とし、その上位２ビットを'01'として、残りの下位
１４ビットでΔｙnの値を表現する。-16128≦Δｙn≦-6
4のときも符号語を２バイト構成とし、その上位２ビッ
トを'10'として、残りの下位１４ビットでΔｙnの値を
表現する。そして、Δｙnが上記以外の値であって３バ
イト以下で表現できるもの（以下「３バイト有意デー
タ」という）であるときは、符号語を４バイト構成と
し、その先頭から始まる部分列が他の符号語と一致しな
いように上位１バイトを'0111 1111'として、残りの下
位３バイトでΔｙnの値を表現する。また、Δｙnが上記
以外の値であって３バイトを越えるが４バイト以下で表
現できるもの（以下「４バイト有意データ」という）で
あるときは、符号語を５バイト構成とし、その先頭から
始まる部分列が他の符号語と一致しないように上位１バ
イトを'1000 0000'として、残りの下位４バイトでΔｙn
の値を表現する。なお、以上の構成からわかるように、
この符号化テーブルにおいて、'xxxx xxxx'はΔｙnの下
位１バイトのデータそのものであり、Δｙnが３バイト
有意データのときの'x〜x y〜y z〜z'及び４バイト有意
データのときの'x〜x y〜yz〜z u〜u'は、いずれもΔｙ
nのデータそのものである。

【００１５】前述のように圧縮前の干渉信号データｙn
は４バイトの符号付整数として表現されているため、こ
のｙnと予測値ｙpnとの差Δｙnは４バイト以下で表現可
能である。したがって、上記の符号化テーブルにより全
てのΔｙnを符号化することができる。しかも、この符
号化によると、どの符号語も他の符号語の先頭から始ま
る部分列と一致しないため、瞬時に復号可能である。

【００１６】上記のようにしてΔｙnを符号化した符号
語Δｙcnは、圧縮データとして本データ圧縮装置から出
力される。以上の処理（ステップＳ１１〜Ｓ１３）は、
本データ圧縮装置に順次入力される各データｙn（ｎ＝
１，２，…，Ｎ）に対して行なわれ（ステップＳ１４、
Ｓ１５）、入力されるデータ列（干渉信号データ）の最
後のデータｙNに対する上記処理が終了すると、干渉信
号データの圧縮が完了する。

【００１７】既述のように干渉信号データは、そのデー
タ列の中心付近で大きな値（絶対値）を有するが、中心
付近を外れると値が急速に小さくなり、データの平均値
は最大値の１／５００程度である（図５参照）。この結
果、干渉信号データの大部分のデータは、その絶対値が
最大値に比べて十分に小さい値であるため少ないビット
数で表現可能であり、表現に多くのビット数が必要な大
きな値を有するデータの数は、極めて少ない。例えば、
フーリエ変換後のスペクトルについて４cm^-1の分解能を
得るために８１９２点のデータを１回の測定で採取した
場合、正負符号を除いて１７ビット以上必要なデータは
４個、１４ビット以上必要なデータは１０個前後であ
り、１２ビット以上必要なデータは８１９２個から成る
全データのうち高々１００個前後にすぎない。このよう
な干渉信号データの特徴から、干渉信号データを構成す
る各データｙnをそのまま図４の符号化テーブルにした
がって符号化した場合でも、大部分のデータの符号語長
は１バイト又は２バイトとなる。しかも、本実施例で
は、各データｙnをそのまま符号化するのではなく、予
測値ｙpnとの差Δｙnを符号化するため、さらに多くの
データの符号語長が１バイト又は２バイトとなる。した
がって、図４の符号化テーブルを使用することにより、
効率よく符号化され、高い圧縮率が得られる。

【００１８】なお、干渉信号データは、それを構成する
各データの間のばらつきが大きく、単にデータ間の差分
をとっただけではばらつきがあまり改善されないが、本
実施例では、３次曲線の当てはめによる予測値との差を
とっているため、ばらつきを大きく改善することができ
る。したがって、このような予測符号化は、干渉信号デ
ータを対象とする圧縮において圧縮率の向上に有効であ
る。なお、３次曲線以外の他の曲線の当てはめによる予
測符号化等、予測すべきデータより以前の複数のデータ
を用いた他の予測符号化を行なっても本実施例と同様の
効果が得られる。また、符号化テーブルについても、図
４に示したテーブル以外に、圧縮前のデータ列の大部分
を占める絶対値の小さいデータ（したがって少なくビッ
ト数で表現可能なデータ）に対する符号語長が短くなる
ような他の符号化テーブルを使用してもよい。ただし、
上記実施例と同様に符号語長がバイト単位となるような
符号化テーブルを使用するのがよい。データの記憶や処
理、転送を行なうハードウェアやソフトウェアは、通
常、バイト単位で動作するように構成されているため、
従来のように符号語長がバイト単位でない場合には、こ
れらとの整合性が悪く、処理効率等が低いものとなって
いたが、符号語長をバイト単位とすることにより、この
ような問題が解消される。

【００１９】次に、以上のようにして圧縮された干渉信
号データ（圧縮データ）を復元するデータ復元装置につ
いて説明する。図２（ａ）は、データ復元装置の構成を
示すブロック図である。このデータ復元装置は、記憶部
２２、予測部２４、加算部２６、及び復号化部２８から
構成されており、上記圧縮データを構成する各データΔ
ｙcnを順次入力して各データ毎に復元を行なう。以下、
このデータ復元装置の動作を、図２に示したブロック図
（ａ）及びフローチャート（ｂ）を参照しつつ説明す
る。

【００２０】圧縮データを構成する各データΔｙcn（ｎ
＝１，２，…，Ｎ）は、Δｙc1から順に（ステップＳ２
０）復号化部２８に逐次入力される。いま、ある信号値
に対応する圧縮後のデータΔｙcnが入力された時点を考
えると、復号化部２８は、データ圧縮の際に使用したも
のと同一の符号化テーブル（図４）にしたがってΔｙcn
を復号化することによりΔｙnを得る（ステップＳ２
１）。一方、記憶部２２は、Δｙcnからｙnを復元する
直前に復元された例えば４個のデータｙn-1，ｙn-2，ｙ
n-3，ｙn-4を保持する。予測部２４は、記憶部２２が保
持するこれらのデータを用いて、次に復元すべきデータ
であるｙnの予測値ｙpnを算出する（ステップＳ２
２）。この算出方法は、前述のデータ圧縮の場合と同様
である。

【００２１】算出された予測値ｙpnは加算部２６に入力
され、加算部２６は、前記復号化よって得られたΔｙn
を予測値ｙpnに加算する（ステップＳ２３）。式(2)か
らわかるように、この加算値が復元すべきデータｙnで
ある。上記のようにして復元されたｙnは本データ復元
装置から出力される。

【００２２】上記処理（ステップＳ２１〜Ｓ２３）は、
本データ復元装置に順次入力される各データΔｙcn（ｎ
＝１，２，…，Ｎ）に対して行なわれ（ステップＳ２
４、Ｓ２５）、復元すべきデータ列の最後のデータｙN
が装置から出力されると、干渉信号データの復元が完了
する。

【００２３】以上において説明したデータ圧縮装置及び
データ復元装置を利用することにより、干渉信号データ
を圧縮して記憶装置に格納しておき、後にその圧縮デー
タを取り出し復元して使用することができる。また、干
渉信号データを圧縮して転送し、転送先において圧縮デ
ータを受け取り復元して使用するができる。本実施例に
よれば、この干渉信号データの格納や転送に際してのデ
ータ圧縮の圧縮率が向上するため、干渉信号データを記
憶するために必要な記憶容量が少なくなり、転送するた
めに必要な時間も短くなる。

【００２４】なお、上記のデータ圧縮装置及びデータ復
元装置は、ＦＴＩＲによって得られる干渉信号データを
対象としているが、可視光を用いたフーリエ変換形分光
光度計によって得られる干渉信号データにも適用可能で
ある。さらに、干渉信号データに限らず、フーリエ変換
形ＮＭＲ分光器によって得られるＦＩＤ信号データ等の
ように、絶対値が大きいデータの数が少ないものであれ
ば、適用可能であり、干渉信号データの場合と同様、信
号データの性質を利用して効率良く圧縮することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明によると、従来の汎用の圧縮手法
とは異なり、干渉信号データの特徴を利用したデータ圧
縮が行なわれるため、圧縮率が向上する。この結果、干
渉信号データを記憶するために必要な記憶容量が少なく
なり、転送するために必要な時間も短くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるデータ圧縮装置の構
成を示すブロック図（ａ）及びその動作を示すフローチ
ャート（ｂ）。

【図２】 前記実施例のデータ圧縮装置により圧縮され
たデータを復元するデータ復元装置の構成を示すブロッ
ク図（ａ）及びその動作を示すフローチャート（ｂ）。

【図３】 干渉信号データに３次曲線を当てはめて予測
値を算出する方法を示す図。

【図４】 前記実施例において使用される符号化テーブ
ルの一例を示す図。

【図５】 フーリエ変換形赤外分光光度計によって得ら
れる干渉信号データの一例を示す図。

【符号の説明】

１２…記憶部 １４…予測部 １６…差算出部 １８…符号化部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フーリエ変換形分光光度計によって検出
   された干渉信号をＡ／Ｄ変換して得られる各データを順
   次入力して圧縮するデータ圧縮装置において、 ａ）現時点の入力データよりも前に入力された所定数の
   データを保持する記憶手段と、 ｂ）記憶手段が保持するデータに基づいて現時点の入力
   データの値を予測する予測手段と、 ｃ）現時点の入力データの値と予測手段が予測した値と
   の差を算出する差算出手段と、 ｄ）前記差の値を符号化する手段であって、符号化すべ
   き値の絶対値が前記差の最大値の近傍にあるとき、符号
   化すべき値の符号語長を該値の表現に必要な長さよりも
   長くし、符号化すべき値の絶対値が前記差の最大値の近
   傍以外にあるとき、符号化すべき値の符号語長を所定値
   以下とする符号化手段と、 を備えることを特徴とするデータ圧縮装置。