JPH10307581A - 波形データ圧縮装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高品質、高圧縮率を実現できる圧縮技術
を提供することを目的とする。また、状況に応じて、圧
縮率を適切に変えることのできる圧縮技術を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 区分手段２は、与えられた波形データを
所定長の区分に区分けする。これにより得られた区分デ
ータは、第１の対象波形決定手段４に与えられ、当該区
分波形が対象波形として抽出係数演算手段６に与えられ
る。抽出係数演算手段６は、与えられた対象波形からの
残差成分が最小となる周期波を抽出し、当該周期波の係
数を抽出係数として出力する。また、第２の対象波形決
定手段８は、上記残差成分を対象波形として、抽出係数
演算手段６に与える。したがって、抽出係数演算手段６
は、この残差成分についても周期波を抽出して、抽出係
数を出力するという動作を繰り返す。出力手段１０は、
抽出係数演算手段６からの複数の抽出係数を、当該区分
の圧縮データとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は、一般調和解析を用いた
波形データの圧縮に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】波形データの圧縮方法と
して、たとえばMPEGやＭＤにおけるデータ圧縮が知られ
ている。これらににおいても、かなりの高品質で、かつ
高圧縮率を実現しているが、さらなる向上が望まれてい
る。また、MPEGにおいては、圧縮率および品質をダイナ
ミックに変動させることが困難であった。このため、通
信等の使用状況に即応して適正な圧縮率、品質を実現す
ることが容易ではなかった。

【０００３】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、より高品質、高圧縮率を実現できる圧縮技術を提供
することを目的とする。また、状況に応じて、圧縮率を
適切に変えることのできる圧縮技術を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の波形データ圧
縮装置は、波形を表すデータを受けて、これを所定区分
に区分けして複数の区分データを得る区分手段、区分デ
ータによって表される区分波形を対象波形として、当該
対象波形からの残差成分が最小となる周期波を抽出する
周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理によって得られ
た残差成分を対象波形としてさらに周期波抽出処理を所
定回数繰り返して行い、抽出した各周期波に関する係数
を抽出係数データとして得る周期波抽出処理手段、周期
波抽出処理手段によって得られた各区分ごとの抽出係数
データを圧縮データとして出力する出力手段、を備えて
いる。

【０００５】請求項２の波形データ圧縮装置は、周期波
抽出処理手段が、下記を備えたものであることを特徴と
している： (a)区分データによって表される区分波形を対象波形と
して抽出係数演算手段に与える第１の対象波形決定手
段、(b)対象波形x0(t)から、下式によって表される周期
波z(t,f)を引いた残差成分εのエネルギーＥが最小とな
るような係数ｆ、Ｓ、Ｃを抽出係数として得る抽出係数
演算手段、

【０００６】

【数２５】

【０００７】

【数２６】

【０００８】ここで、S(f)、C(f)は下式で表される、

【０００９】

【数２７】

【００１０】

【数２８】

【００１１】ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波
形、T=1/f(s)、n、nTは整数である、(c)残差成分Ｅを対
象波形として抽出係数演算手段に与える第２の対象波形
決定手段。請求項３の波形データ圧縮装置は、正弦波抽
出処理手段が、下記を備えたものであることを特徴とし
ている： (a)区分データによって表される区分波形を対象波形と
して抽出係数演算手段に与える第１の対象波形決定手
段、(b)対象波形x0(t)から、下式によって表される周期
波z(t,f)を引いた残差成分εのエネルギーＥが最小とな
るような係数ｆ、Ａ、θを抽出係数として得る抽出係数
演算手段、

【００１２】

【数２９】

【００１３】

【数３０】

【００１４】ここで、Ａ、θは下式で表される、

【００１５】

【数３１】

【００１６】

【数３２】

【００１７】ここで、Ｓ、Ｃは下式で表される、

【００１８】

【数３３】

【００１９】

【数３４】

【００２０】ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波
形、T=1/f(s)、n、nTは整数である、(c)残差成分Ｅを対
象波形として抽出係数演算手段に与える第２の対象波形
決定手段。

【００２１】請求項４のデータ圧縮装置は、抽出係数演
算手段が、周波数fを段階的に変化させて、残差成分ε
のエネルギーＥが最小となるような抽出係数を得るもの
であることを特徴としている。

【００２２】請求項５のデータ圧縮装置は、同一区分に
対する複数の抽出係数のうち、聴覚の周波数特性によっ
てマスクされる抽出係数を削除して圧縮データとするこ
とを特徴としている。

【００２３】請求項７の波形データ符号化方法は、波形
を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して複数
の区分データを得て、区分データによって表される区分
波形を対象波形として、当該対象波形からの残差成分が
最小となる周期波を抽出する周期波抽出処理を行い、周
期波抽出処理によって得られた残差成分を対象波形とし
てさらに周期波抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽
出した各周期波に関する係数を抽出係数データとして得
て、周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出
係数データを符号化データとすることを特徴としてい
る。

【００２４】請求項９の波形データ解凍装置は、所定区
分に区分けされた圧縮データを受けて、各区分ごとの圧
縮データを得るデータ取得手段、各区分の圧縮データに
含まれる抽出係数データに基づいて、各抽出係数に対応
する周期波を特定する周期波特定手段、周期波特定手段
によって特定された複数の周期波を合成して、各区分ご
との区分波形を再現して接続する波形再現手段、を備え
ている。

【００２５】請求項１０の波形データ解凍装置において
は、周期波特定手段は、下式にしたがって周期波z(t,f)
を特定し、

【００２６】

【数３５】

【００２７】波形再現手段は、下式にしたがって波形x
(t)を合成することを特徴としている。

【００２８】

【数３６】

【００２９】請求項１１の波形データ解凍装置において
は、周期波特定手段は、下式にしたがって周期波z(t,f)
を特定し、

【００３０】

【数３７】

【００３１】波形再現手段は、下式にしたがって波形x
(t)を合成することを特徴としている。

【００３２】

【数３８】

【００３３】請求項１２のデータ解凍装置は、波形再現
手段が、各区分における各周期波を、当該区分の前の区
分中の所定時点から開始してその成分を徐々に大きく
し、当該区分の後ろの区分中の所定時点にて終了するよ
うにその成分を徐々に小さくするようにして、各区分の
区分波形を接続するものであることを特徴としている。

【００３４】請求項１４の波形データ解凍方法は、所定
区分に区分けされた圧縮データを受けて、各区分ごとの
圧縮データを得て、 各区分の圧縮データに含まれる抽
出係数データに基づいて、各抽出係数に対応する周期波
を特定し、特定された複数の周期波を合成して、各区分
ごとの区分波形を再現して接続することにより波形を再
現することを特徴としている。

【００３５】請求項１６の圧縮データを記録した記録媒
体は、当該圧縮データが下記のデータ構造を備えてい
る：元の波形を区分けした各区分のための領域のそれぞ
れに下記の抽出係数データを記憶している、前記抽出係
数データは、元の波形を区分けした区分波形を対象波形
として、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期
波を抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理に
よって得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波
抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波
に関する係数を備えている。

【００３６】請求項１７の圧縮データを記録した記録媒
体は、抽出係数データが、対象波形x0(t)から、下式に
よって表される周期波z(t,f)を引いた残差成分εのエネ
ルギーＥが最小となるような係数ｆ、Ｓ、Ｃである：

【００３７】

【数３９】

【００３８】

【数４０】

【００３９】ここで、S(f)、C(f)は下式で表される、

【００４０】

【数４１】

【００４１】

【数４２】

【００４２】ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波
形、T=1/f(s)、n、nTは整数である。

【００４３】請求項１８の圧縮データを記録した記録媒
体は、抽出係数データが、対象波形x0(t)から、下式に
よって表される周期波z(t,f)を引いた残差成分εのエネ
ルギーＥが最小となるような係数ｆ、Ａ、θである：

【００４４】

【数４３】

【００４５】

【数４４】

【００４６】ここで、Ａ、θは下式で表される、

【００４７】

【数４５】

【００４８】

【数４６】

【００４９】ここで、Ｓ、Ｃは下式で表される、

【００５０】

【数４７】

【００５１】

【数４８】

【００５２】ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波
形、T=1/f(s)、n、nTは整数である。

【００５３】請求項１９の波形データ記録方法は、波形
を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して複数
の区分データを得て、区分データによって表される区分
波形を対象波形として、当該対象波形からの残差成分が
最小となる周期波を抽出する周期波抽出処理を行い、周
期波抽出処理によって得られた残差成分を対象波形とし
てさらに周期波抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽
出した各周期波に関する係数を抽出係数データとして得
て、周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出
係数データを記録することを特徴としている。

【００５４】請求項２０の波形データ伝送方法は、波形
を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して複数
の区分データを得て、区分データによって表される区分
波形を対象波形として、当該対象波形からの残差成分が
最小となる周期波を抽出する周期波抽出処理を行い、周
期波抽出処理によって得られた残差成分を対象波形とし
てさらに周期波抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽
出した各周期波に関する係数を抽出係数データとして得
て、周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出
係数データを伝送することを特徴としている。

【００５５】請求項２１の波形データ伝送方法は、伝送
が迅速に行われている場合には、前記抽出処理の繰り返
し回数を多くし、伝送が迅速に行われいない場合には、
前記抽出処理の繰り返し回数を少なくするようにしたこ
とを特徴としている。

【００５６】請求項２２の波形データ伝送方法は、伝送
が迅速に行われている場合には、前記抽出係数の全てを
伝送し、伝送が迅速に行わていない場合には、前記繰り
返し回数の少ない段階で得られた抽出係数ほど伝送の優
先順位を高くして、前記抽出係数の伝送数を少なくする
ようにしたことを特徴としている。

【００５７】請求項２３の波形データ伝送方法は、サン
プルデータ伝送時には、繰り返し回数の少ない段階で得
られた抽出係数ほど伝送の優先順位を高くして、少ない
数の抽出係数を伝送し、正式データ伝送時には残りの抽
出係数を伝送することを特徴としている。

【００５８】請求項２４の音楽データ記録方法は、楽器
の演奏データをＭＩＤＩデータとして記録し、ＭＩＤＩ
データ以外の音楽データを、請求項１〜５のいずれかの
波形データ圧縮装置または請求項７の波形データ符号方
法によって圧縮ないし符号化したデータとして記録する
ものである。

【００５９】請求項２５の音楽データ伝送方法は、楽器
の演奏データをＭＩＤＩデータとして伝送し、ＭＩＤＩ
データ以外の音楽データを、請求項１〜５のいずれかの
波形データ圧縮装置または請求項７の圧縮符号化によっ
て圧縮ないし符号化したデータとして伝送するものであ
る。

【００６０】請求項２６の音楽データ伝送方法は、コー
ラスデータ、音声データまたは演奏データを楽器の演奏
以外の音楽データとするものであることを特徴としてい
る。

【００６１】請求項２７の音楽データ伝送方法または記
録方法は、楽器の演奏以外の音楽データを、ＭＩＤＩデ
ータのチャンクとして、ＭＩＤＩデータと一緒に記録ま
たは伝送するようにしたことを特徴としている。

【００６２】請求項２８の音楽データ再生方法は、楽器
の演奏データはＭＩＤＩデータとして復元し、楽器の演
奏データ以外の音楽データは、請求項９〜１２のいずれ
かの波形データ解凍装置または請求項１４の波形データ
解凍方法によって解凍したデータとして再生するもので
ある。

【００６３】請求項２９の音楽データ受信方法は、楽器
の演奏データはＭＩＤＩデータとして受信し、楽器の演
奏データ以外の音楽データは、請求項９〜１２のいずれ
かの波形データ解凍装置または請求項１４の波形データ
解凍方法によって解凍したデータとして受信するもので
ある。

【００６４】請求項３０の音楽データ再生方法または音
楽データ受信方法は、全ての係数ｆに修正係数を乗じる
ことにより、解凍した波形のピッチを変更するようにし
たことを特徴としている。

【００６５】請求項３１の音楽データ再生方法または音
楽データ受信方法は、全ての区分長に修正係数を乗じる
ことにより、解凍した波形のテンポを変更するようにし
たことを特徴としている。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の波形データ圧縮装置および請
求項７の波形データ符号化方法は、区分波形を対象波形
として、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期
波を抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理に
よって得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波
抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波
に関する係数を抽出係数データとして得て、各区分ごと
の抽出係数データを圧縮（符号化）データとしている。

【００６７】したがって、周期波抽出処理を何回繰り返
して行うかによって、所望の圧縮率と再現品質を得るこ
とができる。また、１回目の周波数抽出処理によって得
られた周期波が再現の際の最も重要な成分となり、繰り
返し回数が増加するにしたがって得られる周期波の重要
性が低下する。したがって、高い圧縮率においても比較
的高品質な再現波形を得ることができる。また、繰り返
し回数の大きい部分の周期波の抽出係数を取り除くこと
により、使用状況に応じて、圧縮率を高くすることが容
易である。

【００６８】請求項５のデータ圧縮装置は、同一区分に
対する複数の抽出係数のうち、聴覚の周波数特性によっ
てマスクされる抽出係数を削除して圧縮データとするこ
とを特徴としている。したがって、再現された波形の聴
覚を損なうことなく、圧縮率を向上させることができ
る。

【００６９】請求項９の波形データ解凍装置および請求
項１４の波形データ解凍方法は、各区分の圧縮データに
含まれる抽出係数データに基づいて、各抽出係数に対応
する周期波を特定し、特定された複数の周期波を合成し
て、各区分ごとの区分波形を再現して接続することによ
り波形を再現するようにしている。したがって、精度よ
く波形を復元することができる。

【００７０】請求項１２のデータ解凍装置は、各区分に
おける各周期波を、当該区分の前の区分中の所定時点か
ら開始してその成分を徐々に大きくし、当該区分の後ろ
の区分中の所定時点にて終了するようにその成分を徐々
に小さくするようにして、各区分の区分波形を接続する
ようにしている。したがって、各区分の接続点における
再現波形の不連続性をなくすことができる。

【００７１】請求項１９の波形データ記録方法および請
求項２０の波形データ伝送方法は、区分波形を対象波形
として、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期
波を抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理に
よって得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波
抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波
に関する係数を抽出係数データとして得て、各区分ごと
の抽出係数データを記録または伝送するようにしてい
る。

【００７２】したがって、周期波抽出処理を何回繰り返
して行うかによって、所望の圧縮率と再現品質を得るこ
とができる。また、１回目の周波数抽出処理によって得
られた周期波が再現の際の最も重要な成分となり、繰り
返し回数が増加するにしたがって得られる周期波の重要
性が低下する。したがって、高い圧縮率においても比較
的高品質な再現波形を得ることができる。また、繰り返
し回数の大きい部分の周期波の抽出係数を取り除くこと
により、使用状況に応じて、圧縮率を高くすることが容
易である。

【００７３】請求項２１の波形データ伝送方法は、伝送
が迅速に行われている場合には、前記抽出処理の繰り返
し回数を多くし、伝送が迅速に行われいない場合には、
前記抽出処理の繰り返し回数を少なくするようにしてい
る。抽出処理の繰り返し回数が多くなれば圧縮誤差は小
さくなるが、圧縮処理に時間を要する。一方、抽出処理
の繰り返し回数が少なくなれば圧縮誤差は大きくなる
が、圧縮処理の時間は短くなる。請求項２１の方法によ
れば、伝送回路や伝送路等の伝送の状況に応じて、ダイ
ナミックに繰り返し回数を変化させることにより、品
質、処理時間の双方において最適な圧縮率を得ることが
できる。また、抽出処理の繰り返し回数が大きくなるほ
ど、抽出結果の重要度が急激に低下するので、繰り返し
回数を少なくすることによる圧縮誤差の低下は、最小限
に免れる。

【００７４】請求項２２の波形データ伝送方法は、伝送
が迅速に行われている場合には、前記抽出係数の全てを
伝送し、伝送が迅速に行わていない場合には、前記繰り
返し回数の少ない段階で得られた抽出係数ほど伝送の優
先順位を高くして、前記抽出係数の伝送数を少なくする
ようにしたことを特徴としている。したがって、請求項
２１と同じように、抽出係数の伝送数をダイナミックに
変化させて、品質と伝送データ量の双方において最適化
を図ることができる。

【００７５】請求項２３の波形データ伝送方法は、サン
プルデータ伝送時には、記繰り返し回数の少ない段階で
得られた抽出係数ほど伝送の優先順位を高くして、少な
い数の抽出係数を伝送し、正式データ伝送時には残りの
抽出係数を伝送することを特徴としている。したがっ
て、サンプルデータを無駄にすることなく、これを正式
データの一部として用いることができる。このため、正
式データ伝送時の伝送時間を短くすることができる。

【００７６】請求項２４、２６の音楽データ記録方法
は、楽器の演奏データをＭＩＤＩデータとして記録し、
ＭＩＤＩデータ以外の音楽データを、請求項１〜５のい
ずれかの波形データ圧縮装置または請求項７の波形デー
タ符号化方法によって圧縮ないし符号化したデータとし
て記録するものである。したがって、カラオケ演奏デー
タ等のＭＩＤＩデータとともに、コーラス等の波形デー
タを記録することができる。

【００７７】請求項２５、２６の音楽データ伝送方法は
楽器の演奏データをＭＩＤＩデータとして伝送し、ＭＩ
ＤＩデータ以外の音楽データは、請求項１〜５のいずれ
かの波形データ圧縮装置または請求項７の符号化方法に
よって符号化したデータとして伝送するものである。し
たがって、カラオケ演奏データ等のＭＩＤＩデータとと
もに、コーラス等の波形データを伝送することができ
る。

【００７８】請求項２７の音楽データ伝送方法または記
録方法は、楽器の演奏以外の音楽データを、ＭＩＤＩデ
ータのチャンクとして、ＭＩＤＩデータと一緒に記録ま
たは伝送するようにしたことを特徴としている。したが
って、ＭＩＤＩデータによる演奏と、コーラス等の音楽
データによる音とを、同期をとって再生することが容易
である。

【００７９】請求項２８の音楽データ再生方法は、楽器
の演奏データをＭＩＤＩデータとして復元し、ＭＩＤＩ
データ以外の音楽データを、請求項９〜１２のいずれか
の波形データ解凍装置または請求項１４の波形データ解
凍方法によって解凍したデータとして再生するものであ
る。したがって、カラオケ演奏データ等のＭＩＤＩデー
タとともに、コーラス等の波形データを再生することが
できる。

【００８０】請求項２９の音楽データ受信方法は、楽器
の演奏データをＭＩＤＩデータとして受信し、ＭＩＤＩ
データ以外の音楽データを、請求項９〜１２のいずれか
の波形データ解凍装置または請求項１４の波形データ解
凍方法によって解凍したデータとして受信するものであ
る。したがって、カラオケ演奏データ等のＭＩＤＩデー
タとともに、コーラス等の波形データを受信することが
できる。

【００８１】請求項３０の音楽データ再生方法または音
楽データ受信方法は、全ての係数ｆに修正係数を乗じる
ことにより、解凍した波形のピッチを変更するようにし
たことを特徴としている。したがって、簡易かつ正確に
ピッチを変更することができる。

【００８２】請求項３１の音楽データ再生方法または音
楽データ受信方法は、全ての区分長に修正係数を乗じる
ことにより、解凍した波形のテンポを変更するようにし
たことを特徴としている。したがって、簡易かつ正確に
テンポを変更することができる。

【００８３】

【発明の実施形態】

１．全体構成 図１に、この発明の一実施形態による波形データ圧縮装
置の全体構成を示す。区分手段２は、与えられた波形デ
ータを所定長の区分に区分けする。これにより得られた
区分データは、第１の対象波形決定手段４に与えられ、
当該区分波形が対象波形として抽出係数演算手段６に与
えられる。抽出係数演算手段６は、与えられた対象波形
からの残差成分が最小となる周期波を抽出し、当該周期
波の係数を抽出係数として出力する。また、第２の対象
波形決定手段８は、上記残差成分を対象波形として、抽
出係数演算手段６に与える。したがって、抽出係数演算
手段６は、この残差成分についても周期波を抽出して、
抽出係数を出力するという動作を繰り返す。出力手段１
０は、抽出係数演算手段６からの複数の抽出係数を、当
該区分の圧縮データとして出力する。なお、この実施形
態においては、第１の対象波形決定手段４、抽出係数演
算手段６、第２の対象波形決定手段８によって、周期抽
出処理手段１１が構成されている。

【００８４】図２に、この発明の一実施形態による波形
データ解凍装置の全体構成を示す。データ取得手段１２
は、圧縮データを受けて、区分ごとの圧縮データとして
周期波特定手段１４に与える。周期波特定手段１４は、
圧縮データに含まれる抽出係数に基づいて、周期波を特
定する。当該区分の圧縮データには、抽出係数が複数組
含まれているので、複数の周期波を特定することとな
る。それぞれの周期波は、スムース手段１６1〜１６Nに
与えられ、端部がスムースに他の区分と接合できるよう
にスムース処理がされる。合成・接続手段１８は、スム
ース処理された複数の周期波を合成し、当該区分の波形
データを再現する。合成・接続手段１８は、さらに、合
成して得た各区分の波形データを接続し、波形データを
再現する。

【００８５】この実施形態においては、波形データとし
て演奏、歌等の楽音データを扱っているが、画像等の波
形データについても同様に適用することができる。

【００８６】２．ハードウエア構成 図３に、図１、図２の各手段をＣＰＵ５０を用いて実現
した場合のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ５０には、
Ａ／Ｄ変換器７８、Ｄ／Ａ変換器８０、ハードディスク
５２、ディスプレイ５４、通信回路５６、メモリ５８、
フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）６０、キーボー
ドおよびマウス６２、ＤＭＡコントローラ６３が接続さ
れている。ハードディスク５２には、圧縮プログラム６
８、解凍プログラム７０が記録されている。

【００８７】音声等のアナログ波形信号は、Ａ／Ｄ変換
器７８においてディジタルデータに変換される。このデ
ィジタル波形データは、メモリ５８のオーディオ・スト
リーム・バッファ７６に順次格納される。ＣＰＵ５０
は、圧縮プログラム６８にしたがって、オーディオ・ス
トリーム・バッファ７６に格納されたディジタル波形デ
ータを圧縮処理する。さらに、圧縮した波形データを、
ハードディスク５２中に圧縮波形データファイル７４と
して記録したり、ＦＤＤ６０を介してフロッピーディス
ク６７に記録したり、通信回路５６を介して伝送したり
する。

【００８８】なお、上記実施形態では、圧縮対象データ
として、Ａ／Ｄ変換器７８を介して波形データを取り込
んでいるが、フロッピーディスク６６や通信回線等から
直接、ディジタルデータを取り込んでもよい。

【００８９】また、ＣＰＵ５０は、解凍プログラム７０
にしたがって、圧縮波形データファイル７４中の圧縮波
形データを解凍して、元の波形データを再現する。再現
した波形データは、オーディオ・ストリーム・バッファ
７６に順次書き込まれる。バッファ７６の波形データ
は、順次読み出されて、Ｄ／Ａ変換器８０において再現
アナログ波形信号に変換される。

【００９０】なお、この実施形態では、ハードディスク
５２に記憶された圧縮波形データを解凍したが、フロッ
ピーディスク６７に記憶されものや、通信回線を介して
送られてきたものを解凍対象としてもよい。

【００９１】ここで、圧縮プログラム６８、解凍プログ
ラム７０は、フロッピーディスク６４からＦＤＤ６０を
介してインストールされたものである。なお、この圧縮
プログラム６８は、他の記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、メモ
リカード等）からインストールされたものであってもよ
く、通信回線（通信媒体）を介してダウンロードされた
ものであってもよい。

【００９２】なお、この実施形態においては、図１、図
２に示す各機能をＣＰＵを用いて実現しているが、その
一部または全部をハードウエアロジックによって実現し
てもよい。

【００９３】３．圧縮処理プログラム 図４および図６に、圧縮処理をフローチャートにて示
す。この実施形態では、図６の圧縮処理のプログラムに
よって圧縮プログラム６８が構成されている。

【００９４】図４のオーディオストリーム処理は、Ａ／
Ｄ変換器７８が、１サンプルをディジタルデータに変換
するごとに、ＤＭＡコントローラ６３の制御により、処
理開始がなされる。この実施形態では、Ａ／Ｄ変換器７
８のサンプリング周波数を44.1KHzとした。割り込みが
生じると、ＤＭＡコントローラ６３は、オーディオ・ス
トリーム・バッファ７６の書き込みポインタWpの位置か
ら、ディジタル波形データ（１サンプル分）を書き込む
（ステップＳ１）。

【００９５】オーディオ・ストリーム・バッファ７６
は、図５に示すように、エンドレスバッファとなってい
る。アドレスは右回りに増加するように設定されてお
り、書込ポインタWpと読出ポインタRpが付与されてい
る。

【００９６】ＤＭＡコントローラ６３は、書込ポインタ
Wpを更新して次回の書込に備え、終了する（ステップＳ
２）。以上のようにして、オーディオ・ストリーム・バ
ッファ７６には、ディジタル波形データが蓄積されてい
く。このようなエンドレスバッファを用いることによ
り、小さな容量のバッファにて、次々と送られてくるＡ
／Ｄ変換されたデータをリアルタイムに扱うことができ
る。

【００９７】なお、予めハードディスク５２等に記憶さ
れたディジタル波形データを圧縮する場合には、図４の
処理は不要である。

【００９８】一方、図６の圧縮処理は、所定時間経過ご
とにタイマ割り込みによって実行される。割り込みが生
じると、ＣＰＵ５０は、バッファ７６に、所定区分長の
波形データが蓄積されているか否かを判断する（ステッ
プＳ１０）。この実施形態では、10msec時間分の波形デ
ータを所定区分長の波形データとした。所定区分長の波
形データがバッファ７６に蓄積されていなければ、実質
的な圧縮処理を行わず、今回の割り込み処理を終了す
る。

【００９９】所定区分長以上のの波形データがバッファ
７６に蓄積されていれば、ＣＰＵ５０は、読出ポインタ
Rpから、所定区分長の波形データを読み出す（ステップ
Ｓ１１）。その後、次の読み出しに備えるため、読み出
しポインタRpを更新する（ステップＳ１２）。

【０１００】なお、この実施形態では、区分長を固定し
ているが、周波数の高い部分の区分長は短く、低い部分
の区分長は長くするようにしてもよい。たとえば、波形
が所定回数ゼロクロスした時点で区分けすればこれを実
現できる。なお、このように区分長が変化する場合に
は、後述のように、当該区分の開始時刻と継続時間とを
記憶しておく必要がある。

【０１０１】次に、ＣＰＵ５０は、読み出した区分波形
データを、対象波形データとする（ステップＳ１３）。
さらに、この対象波形からの残差成分が最小となるよう
な周期波を抽出し、当該周期波の係数を抽出係数データ
として得る（ステップＳ１４）。次に、ＣＰＵ５０は、
上記の抽出処理をＮ回繰り返したか否かを判断する（ス
テップＳ１５）。

【０１０２】Ｎ回繰り返していなければ、ＣＰＵ５０
は、周期波抽出時の残差成分を新たな対象波形とし（ス
テップＳ１６）、ステップＳ１４の周期波の抽出を行
う。この処理をＮ回繰り返し、周期波z1,z2,...,zNを得
て、その周期波を特定するための係数ｆ1,ｆ2,...,ｆ
N、Ａ1,Ａ2,...,ＡN、θ1,θ2,...,θN（これら係数に
ついては後述）を得る。

【０１０３】ここで、最初に抽出した周期波ｚ1（つま
り区分波形から抽出した周期波）から、最後に抽出した
周期波ｚN（残差成分から抽出した周期波）まで、後に
抽出した周期波ほど、波形再現のための重要度が低い。
つまり、重要度の高い順に、係数が並んでいることとな
る。

【０１０４】以上のようにして、Ｎ個の周期波を抽出し
終えると、次に、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１
７においては、後述する聴感に基づくマスキング処理を
行って、削除可能な抽出係数を取り除き、データ圧縮率
を高める。その後、ＣＰＵ５０は、残った抽出係数デー
タを圧縮データとして圧縮波形データファイル７４に記
憶する（ステップＳ１８）。

【０１０５】上記のようにして、所定区分ごとの波形デ
ータに対する圧縮データを、圧縮波形データファイル７
４に蓄積することができる。また、ステップＳ１８で得
られた圧縮データを、通信回路５６を介して伝送するこ
ともできる。

【０１０６】図７に、ステップＳ１４の周期波の抽出処
理の詳細を示す。まず、ステップＳ２０において、周波
数fをhf1に設定する。次に、周期波形z(t,f)と対象波形
x0(t)との誤差ε(t,f)を算出する（ステップＳ２１）。

【０１０７】

【数４９】

【０１０８】ここで、

【０１０９】

【数５０】

【０１１０】

【数５１】

【０１１１】

【数５２】

【０１１２】

【数５３】

【０１１３】ここで、T=1/fであり、n、nTは整数であ
る。

【０１１４】上記各式において、tは時間を示す。ここ
では、ディジタルデータを扱っているので、このtは離
散値となる。

【０１１５】次に、下式に従って、誤差εの区分におけ
るエネルギーＥを算出する（ステップＳ２２）。

【０１１６】

【数５４】

【０１１７】ここでは、ディジタルデータとして扱って
いるので、上記演算は、各サンプリングタイムにおける
誤差の２乗を、区分全体にわたって合計したものとな
る。

【０１１８】次に、周波数を次の周波数hｆ2に設定する
（ステップＳ２４）。この実施例では、最初の周波数h
ｆ1を20Hzとし、最高周波数hfＭを20KHzとして、その間
を、５セント間隔に区切って検討用周波数fを設定して
いる。ここで、セントとは、１オクターブを１２００に
分割した単位である。周波数hｆ2を設定した後、再び、
ステップＳ２１以下を実行し、誤差およびそのエネルギ
ーを算出する。

【０１１９】上記の処理を繰り返し、最高周波数hfＭま
で、誤差およびそのエネルギーを求めると、ステップＳ
２５に分岐する（ステップＳ２３）。ステップＳ２５で
は、上記の処理で用いた周期波形z(t,f)のうち、誤差エ
ネルギーＥ(t,f)の最も小さいものを選び出す。さら
に、抽出した周期波形z(t,f)を特定するための係数ｆ、
Ａ、θを抽出係数とする（ステップＳ２６）。

【０１２０】次に、上記で抽出した周期波形z(t,f)に対
応する誤差ε(t,f)を、残差成分として（ステップＳ２
７）、抽出処理を終了する。

【０１２１】なお、この実施形態では、数式４９〜数式
５１に示すｆ、Ａ、θによって周期波形z(t,f)を表した
が、下式に示すｆ、Ｓ、Ｃによって周期波形z(t,f)を表
してもよい。

【０１２２】

【数５５】

【０１２３】また、周期波としては、正弦波（余弦波）
に限らず、三角波、方形波等、周期を有する波を用いる
ことができる。

【０１２４】次に、図６のステップＳ１７におけるマス
キング処理について説明する。たとえば、ある区分に対
する周期波形の抽出が、図８Ａに示すような結果になっ
たとする。横軸は、周波数ｆであり、縦軸は抽出係数Ａ
（つまり振幅）である。曲線αは、人間の聴覚による最
小可聴限特性（ヒアリング・スレッショルド）と、マス
キング効果とを合成して示すものである。したがって、
この曲線αより下回る振幅Ａしか持たない成分は削除し
てもよいこととなる。その結果、データ量を減らすこと
ができ、聴感を損ねることなく圧縮率を高めることがで
きる（図８Ｂ参照）。

【０１２５】なお、圧縮率は低下するが、曲線αとして
最小可聴限特性（ヒアリング・スレッショルド）のみを
用いてもよい。最小可聴限特性（ヒアリング・スレッシ
ョルド）は、各周波数成分の振幅Ａによらず一定である
から、迅速な処理を行うことができる。

【０１２６】なお、圧縮時に、係数ｆに所望の修正係数
を乗じることにより、容易かつ正確にピッチの変更を行
うことができる。また、区分長に所望の修正係数を乗じ
ることにより、容易かつ正確にテンポの変更を行うこと
ができる。

【０１２７】４．圧縮データの構造 図９に、圧縮データの全体構造を示す。最初に、圧縮デ
ータ全体に関わるパラメータ等を記憶するメインヘッダ
ー部が設けられている。これに続いて、各区分ごとのデ
ータを記憶したデータ部が設けられている。１つのデー
タ部は、１つの区分に対応している。

【０１２８】図１０に、メインヘッダー部の詳細を示
す。"formatType"には、圧縮に用いたプログラムのバー
ジョン情報等が記録される。"samplingFreq"には、Ａ／
Ｄ変換器７８のサンプリング周波数が記録される。"dat
aType"には、周期波形の係数の表現方法（たとえば、上
記のｆ、Ａ、θとするのか、ｆ、Ｓ、Ｃとするのか）が
記録される。"dataFormat"には、上記各データを浮動小
数点とするのか固定小数点とするのかが記録される。"m
ode"には、モノラル、ステレオ、４チャネル等の区別が
記録される。

【０１２９】図１１に、データ部の詳細を示す。"char
status"には、ステレオの場合の右chか左chかが記録さ
れる。"eventTime"には、その音の生成時刻が記録され
る。"lifeTime"には、その音の持続時間が記録され
る。"eventTime""lifeTime"を記録しておくことによ
り、区分の長さを可変長にすることができる。また、他
の音との同期をとりやすくなる。なお、区分長さが固定
の場合には、この"eventTime""lifeTime"は、記録しな
くともよい。

【０１３０】"freq"には、当該区分において抽出した周
期波の周波数fが記録される。上記で説明した実施形態
であれば、マスキング処理がなければ、Ｎ個の周波数ｆ
1,ｆ2,....ｆNが記録されることとなる。"level"には、
当該区分において抽出した周期波の振幅Ａが記録され
る。上記で説明した実施形態であれば、マスキング処理
がなければ、Ｎ個の振幅Ａ1,Ａ2,....ＡNが記録される
こととなる。"angle"には、当該区分において抽出した
周期波の位相θが記録される。上記で説明した実施形態
であれば、マスキング処理がなければ、Ｎ個の位相θ1,
θ2,....θNが記録されることとなる。実際には、マス
キング処理によって、不要な周期波の周波数、振幅、位
相が削除される。

【０１３１】なお、これらの係数ｆ、Ａ、θは、重要度
の高い順に並んでいる。したがって、伝送速度の限界
で、すべての係数データを伝送できない場合には、先頭
のものから順に（サフィックスの小さい順に）伝送可能
なものまでを選択して送ればよい。これにより、波形の
再現性（圧縮誤差）を極端に劣化させることなく、容易
に伝送速度を向上させることができる。

【０１３２】なお、図１１の例では、ｆ1,ｆ2,....ｆ
N、Ａ1,Ａ2,....ＡN、θ1,θ2,....θNの順にデータが
記憶されているが、ｆ1,Ａ1,θ1,ｆ2,Ａ2,θ2,....ｆN,
ＡN,θNの順に記憶してもよい。

【０１３３】５．解凍処理プログラム 次に、圧縮波形データの解凍について説明する。図１
２、図１３に、解凍プログラムを示す。図１２がオーデ
ィオストリーム処理であり、図１３が解凍処理である。
ここでは、ハードディスク５２に記憶された圧縮波形デ
ータファイル７４を解凍するものとして説明を進める。
なお、フロッピーディスク６７に記憶された圧縮波形デ
ータや通信回線を介して伝送されてくる圧縮波形データ
を解凍する場合も、同様である。また、区分長Ｌは固定
であり、図１１に示す生成時刻のデータ"eventTime"
と、継続時間のデータ"lifeTime"が、圧縮データとして
記録されていない場合について説明する。

【０１３４】まず、ＣＰＵ５０は、圧縮データのメイン
ヘッダー部のデータを取り込んで、これらのパラメータ
により初期設定を行う。たとえば、サンプリング周波数
をＤ／Ａコンバータに与え、正しい時間レートでアナロ
グ変換がなされるようにする。

【０１３５】解凍においても、図１４に示すように、オ
ーディオ・ストリーム・バッファ７６を用いる。オーデ
ィオ・ストリーム・バッファ７６に、解凍後の再現波形
データが蓄積されているものとして、オーディオストリ
ーム処理を説明する（図１２、図１４参照）。このオー
ディオストリーム処理は、１サンプル分のＤ／Ａ変換が
終了するごとに、ＤＭＡコントローラ６３によって実行
される。ＤＭＡコントローラ６３は、読出ポインタRpの
位置から、１サンプル分の再現波形データを読み出し
て、Ｄ／Ａ変換器８０に与える（ステップＳ３０）。Ｄ
ＭＡコントローラ６３は、読出ポインタRpを次の読み出
しに備えて、次のサンプル分の番地に更新する（ステッ
プＳ３１）。

【０１３６】上記の処理が、Ｄ／Ａ変換器８０の１サン
プルの変換処理終了ごとに実行される。したがって、Ｄ
／Ａ変換器８０には、順次、再現波形データが与えられ
ることとなる。Ｄ／Ａ変換器８０は、これをアナログ波
形信号に変換して、オーディオアンプ、スピーカ等（図
示せず）に出力する。これにより、音楽等の演奏がなさ
れる。

【０１３７】次に、解凍処理について、図１３のフロー
チャートを参照して説明する。この解凍処理は、所定時
間ごとのタイマ割り込みにより実行される。割り込みが
あると、ＣＰＵ５０は、区分長Ｌの再現波形データを記
録するだけの余裕が、オーディオ・ストリーム・バッフ
ァ７６にあるか否かを判断する（ステップＳ４０）。つ
まり、１週遅れの読出ポインタRp（現在演奏中の部分）
が、書込ポインタWpより、区分長Ｌ以上先にあれば、余
裕があると判断できる（図１４の場合）。区分長Ｌより
小さいアドレスしか読出ポインタRpが先行していないよ
うであれば、余裕がないと判断できる。この場合、新た
に区分長Ｌの再現波形データを書き込むと、まだ演奏さ
れていない再現波形データを消去することになるからで
ある。

【０１３８】なお、区分長Ｌが固定ではなく、生成時
刻"eventTime"、継続時間"lifeTime"が定義されている
場合には（図１１参照）、書込ポインタWpを生成時刻"e
ventTime"によって決定し、区分長Ｌを継続時間"lifeTi
me"によって決定して、上記の判断を行えばよい。

【０１３９】ステップＳ４０において、余裕がないと判
断した場合には、実質的な解凍処理を行わず、今回の割
り込み処理を終了する。

【０１４０】一方、余裕があると判断した場合には、ま
だ解凍されていないデータ部（１区文長）の内容を読み
出す（ステップＳ４１）。そして、係数ｆ1,Ａ1,θ1を
取得する（ステップＳ４２）。次に、ＣＰＵ５０は、係
数ｆ1,Ａ1,θ1に基づいて、下式にしたがって、周期波
ｚ1を得る（ステップＳ４３）。

【０１４１】

【数５６】

【０１４２】続いて、次の係数ｆ2,Ａ2,θ2のデータが
あるか否かを判断する（ステップＳ４４）。あれば、次
の係数ｆ2,Ａ2,θ2を取得し（ステップＳ４５）、これ
に基づいて周期波ｚ2を得る（ステップＳ４３）。この
処理を、最後の係数まで繰り返し実行する。処理すべき
係数がなくなると、合成処理を行う。

【０１４３】上記で得られた周期波形ｚ1〜ｚmを下式に
したがって合成すれば、当該区分の波形データを再現す
ることができる。

【０１４４】

【数５７】

【０１４５】しかしながら、このようにして再現した各
区分ごとの波形データを連結すると、図１５のβ部分に
示すように、区分の接続点において、波形の不連続が生
じることがある。このような不連続は、原波形データが
音楽や歌などである場合には、再生時に好ましくない影
響（不快音）をもたらす。この不連続は、誤差に起因す
るものであり、圧縮処理時に抽出する周期波の数Ｎを大
きくすることによって、減少させることができる。

【０１４６】この実施形態では、この不連続を以下の処
理によって、解凍時に解消するようにしている。まず、
ステップＳ４６において、上記で得られた周期波ｚ1〜
ｚnに対して、スムース処理を施す。図１６に、スムー
ス処理の内容を模式的に示す。まず、図１６Ａに示すよ
うに、得られた周期波ｚ1の区分長Ｌ1を、前後にＬa、
Ｌbだけ延長する（Ｌa＝Ｌb）。次に、図１６Ｂに示す
ようなスムース関数にて、延長した周期波ｚ1を切り出
す（スムース関数を乗じる）。これにより、図１６Ｃに
示すような、スムース処理された周期波ｚ1を得る。そ
の他の周期波ｚ２〜ｚnに対しても、同じスムース関数
を用いて切り出しを行い、スムース処理された周期波を
得る。

【０１４７】なお、他の区分においても、同様のスムー
ス関数を用いてスムース処理がなされる。図１６Ｄに、
当該区分の前の区分におけるスムース関数γ、当該区分
の次の区分におけるスムース関数δを一部分示す。つま
り、各区分のスムース関数の位相関係を示すと、図１７
に示すようになり、いずれの時点においても、各区分の
スムース関数の値を合計すれば”１”となる。

【０１４８】次に、スムース処理された周期波ｚ1〜ｚn
を足しあわせて合成する（ステップＳ４７）。続いて、
前の区分のスムース関数のEND0（図１７参照）によって
フェードアウトされた部分の合成周期波を、今回の区分
のスムース関数のFR1によってフェードインされた部分
の合成周期波に足し合わせる（ステップＳ４８）。この
ようにすることにより、図１５に示すような不連続を解
消することができる。

【０１４９】なお、次の区分の先頭部分に足し合わせる
ために、END１によってフェードアウトされた部分の合
成周期波を保持しておく（ステップＳ４９）。

【０１５０】次に、合成された波形データの完成部分
（図１７のＬＬ1のに対応する部分）を、バッファ７６
の書込ポインタWpから書き込む（ステップＳ５０）。さ
らに、書込ポインタWpの位置を更新して（ステップＳ５
１）、今回の割り込み処理を終了する。以上のようにし
て、バッファ７６に再現波形データが蓄積されていく。

【０１５１】なお、解凍時に、係数ｆに所望の修正係数
を乗じることにより、容易かつ正確にピッチの変更を行
うことができる。また、区分長に所望の修正係数を乗じ
ることにより、容易かつ正確にテンポの変更を行うこと
ができる。

【０１５２】６．圧縮率のダイナミックな変化 上記の圧縮・解凍方法を用いた伝送・受信方法におい
て、伝送路や伝送回路等の状況に応じて圧縮率をダイナ
ミックに変化させることができる。たとえば、伝送路の
状況が悪く、大きな通信速度を確立できない場合には、
図６のステップＳ１５における繰り返し回数Ｎを小さく
して、圧縮率を高くすることができる。また、伝送路の
状況がよく、通信速度を大きくできる場合には、繰り返
し回数Ｎを大きくして、圧縮誤差を小さくすることがで
きる。

【０１５３】なお、繰り返し回数Ｎは変えずに、伝送す
る抽出係数の数を変化させて、伝送路や伝送回路等の状
況に対応するようにしてもよい。

【０１５４】これらいずれの場合においても、繰り返し
回数の小さい処理において得た抽出係数ほど重要度が高
いので、これらダイナミックな制御を簡単に行うことが
できる。

【０１５５】７．ＭＩＤＩへの応用 次に、この圧縮・解凍方法を、ＭＩＤＩ(Musical Instr
ument Digital Interface)に応用した実施形態について
説明する。この実施形態においては、ＭＩＤＩのデータ
に、上述の圧縮データ（ここではＧＨＡ(Generalized H
armonic Analysis)データと呼ぶ）を付加している。こ
れにより、楽器の演奏だけであるＭＩＤＩのデータに、
歌等を付加することが可能となる。したがって、たとえ
ば、通信カラオケへの応用において、カラオケ演奏だけ
でなく、コーラスも同時に伝送・再生可能となる。

【０１５６】一般的に、ＭＩＤＩデータは、ヘッダチャ
ンクとトラックチャンクを有している。ヘッダチャンク
は、そのＭＩＤＩファイルについての基本的な情報（時
間情報の持ち方等）が格納されている。トラックチャン
クには、実際の演奏データ等が格納されている。トラッ
クチャンクにはデータセクションがあり、このデータセ
クションにイベントと呼ばれる演奏内容等を示すデータ
が格納されている。データセクションに格納されるイベ
ントには、図１８に示すように、ＭＩＤＩイベント、Sy
sExイベント、メタ・イベントの３種類がある。なお、
各イベントの前に格納されているデルタタイムは、直前
のイベントからの時間を示している。つまり、直前のイ
ベントが開始されてから、どれだけの時間が経過すれ
ば、当該イベントを開始するかが、デルタタイムとして
格納されている。

【０１５７】ＭＩＤＩイベントは、演奏データを格納し
たイベントである。SysExイベントは、主にＭＩＤＩの
システム・エクスクルーシブ・メッセージを格納したイ
ベントである。メタ・イベントは、テンポや拍子、歌詞
等の情報を格納したイベントである。

【０１５８】この実施形態においては、ヘッダチャン
ク、トラックチャンクとは別に、図１９に示すようなＧ
ＨＡチャンクを設けている。このＧＨＡチャンクは、最
初に、ＧＨＡチャンクであることを示す識別子"MTgh"を
有している。これに続き、当該チャンクの長さを示すle
ngthを有している。これに続いて、図９に示した、メイ
ンヘッダー部とデータ部を有している。この実施形態で
は、ＧＨＡチャンクに、コーラスのＧＨＡデータを格納
した。再生時には、ＧＨＡチャンクは、メタイベントに
よって起動させるようにする。

【０１５９】上記のようにすれば、ＭＩＤＩデータにＧ
ＨＡデータを拡張的に含ませて、記録、伝送等をするこ
とができ、再生時に、ＧＨＡデータによるコーラス等の
音と、ＭＩＤＩデータによる演奏との同期をとることが
できる。

【０１６０】また、ＧＨＡデータは、先に説明したよう
に、係数ｆ、区分長を修正することにより、ピッチ、テ
ンポの変更が容易である。したがって、ＭＩＤＩデータ
による演奏のピッチ変更、テンポ変更にあわせて、容易
にＧＨＡデータによるコーラス等のピッチ、テンポを変
更することができる。

【０１６１】図２０に、ＧＨＡデータを含むＭＩＤＩデ
ータを再生する装置のブロック図を示す。ＳＭＦ(Stand
ard MIDI File)プレーヤ１００は、ＭＩＤＩのシーケン
サであり、コンピュータとシーケンサ・ソフトウエ等に
よって構成される。ＭＩＤＩデータはＭＩＤＩ用の音源
モジュール１０２に与えられ、ＧＨＡデータはＧＨＡデ
コーダ１０４に与えられる。

【０１６２】ＭＩＤＩデータによる演奏は、音源モジュ
ール１０２において再現され、アンプ１０６を介して、
ミキサー１１０に与えられる。ＧＨＡデータによるコー
ラスは、ＧＨＡデコーダ１０４（図２と同様の構成を持
つ）において再現され、アンプ１０８を介して、ミキサ
ー１１０に与えられる。ミキサー１１０において、演奏
とコーラスがミックスされて出力される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による波形データ圧縮装
置の全体構成を示す図である。

【図２】この発明の一実施形態による波形データ解凍装
置の全体構成を示す図である。

【図３】図１および図２の装置を、ＣＰＵを用いて実現
した場合のハードウエア構成を示す図である。

【図４】オーディオストリーム処理のフローチャートで
ある。

【図５】オーディオストリーム・バッファの動作を示す
概念図である。

【図６】圧縮処理のフローチャートである。

【図７】周期波の抽出処理を示すフローチャートであ
る。

【図８】マスキング処理を示すための図である。

【図９】圧縮データの構造を示す図である。

【図１０】圧縮データ（メインヘッダー部）の構造を示
す図である。

【図１１】圧縮データ（データ部）の構造を示す図であ
る。

【図１２】オーディオストリーム処理を示すフローチャ
ートである。

【図１３】解凍処理を示すフローチャートである。

【図１４】オーディオストリーム・バッファの動作を示
す概念図である。

【図１５】区分間における波形のずれを示す図である。

【図１６】スムース処理を示す図である。

【図１７】スムース処理を示す図である。

【図１８】ＭＩＤＩデータの構造を示す図である。

【図１９】ＧＨＡチャンクの構造を示す図である。

【図２０】ＭＩＤＩデータおよびＧＨＡデータを再生す
る装置のブロック図である。

【符号の説明】

２・・・区分手段 ４・・・第１の対象波形決定手段 ６・・・抽出係数演算手段 ８・・・第２の対象波形決定手段 １０・・・出力手段 １１・・・周期波抽出処理手段 １２・・・データ取得手段 １４・・・周期波特定手段１４ １６・・・スムース手段 １８・・・合成接続手段 ２０・・・波形再現手段

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波形を表すデータを受けて、これを所定区
   分に区分けして複数の区分データを得る区分手段、 区分データによって表される区分波形を対象波形とし
   て、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期波を
   抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理によっ
   て得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波抽出
   処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波に関
   する係数を抽出係数データとして得る周期波抽出処理手
   段、 周期波抽出処理手段によって得られた各区分ごとの抽出
   係数データを圧縮データとして出力する出力手段、 を備えた波形データ圧縮装置。
2. 【請求項２】請求項１の波形データ圧縮装置において、 周期波抽出処理手段は、下記を備えたものであることを
   特徴とするもの： (a)区分データによって表される区分波形を対象波形と
   して抽出係数演算手段に与える第１の対象波形決定手
   段、 (b)対象波形x0(t)から、下式によって表される周期波z
   (t,f)を引いた残差成分εのエネルギーＥが最小となる
   ような係数ｆ、Ｓ、Ｃを抽出係数として得る抽出係数演
   算手段、 【数１】 【数２】 ここで、S(f)、C(f)は下式で表される、 【数３】 【数４】 ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波形、T=1/f
   (s)、n、nTは整数である、 (c)残差成分Ｅを対象波形として抽出係数演算手段に与
   える第２の対象波形決定手段。
3. 【請求項３】請求項１の波形データ圧縮装置において、 正弦波抽出処理手段は、下記を備えたものであることを
   特徴とするもの： (a)区分データによって表される区分波形を対象波形と
   して抽出係数演算手段に与える第１の対象波形決定手
   段、 (b)対象波形x0(t)から、下式によって表される周期波z
   (t,f)を引いた残差成分εのエネルギーＥが最小となる
   ような係数ｆ、Ａ、θを抽出係数として得る抽出係数演
   算手段、 【数５】 【数６】 ここで、Ａ、θは下式で表される、 【数７】 【数８】 ここで、Ｓ、Ｃは下式で表される、 【数９】 【数１０】 ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波形、T=1/f
   (s)、n、nTは整数である、 (c)残差成分Ｅを対象波形として抽出係数演算手段に与
   える第２の対象波形決定手段。
4. 【請求項４】請求項２または３のデータ圧縮装置におい
   て、 抽出係数演算手段は、周波数fを段階的に変化させて、
   残差成分εのエネルギーＥが最小となるような抽出係数
   を得るものであることを特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４のデータ圧縮装
   置において、 同一区分に対する複数の抽出係数のうち、聴覚の周波数
   特性によってマスクされる抽出係数を削除して圧縮デー
   タとすることを特徴とする波形データ圧縮装置。
6. 【請求項６】請求項１、２、３、４または５のデータ圧
   縮装置をコンピュータによって実現するためのプログラ
   ムを記録した記録媒体。
7. 【請求項７】波形データを符号化する方法であって、 波形を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して
   複数の区分データを得て、 区分データによって表される区分波形を対象波形とし
   て、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期波を
   抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理によっ
   て得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波抽出
   処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波に関
   する係数を抽出係数データとして得て、 周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出係数
   データを符号化データとすることを特徴とする波形デー
   タ符号化方法。
8. 【請求項８】請求項７の波形データ圧縮方法をコンピュ
   ータによって実現するためのプログラムを記録した記録
   媒体。
9. 【請求項９】所定区分に区分けされた圧縮データを受け
   て、各区分ごとの圧縮データを得るデータ取得手段、 各区分の圧縮データに含まれる抽出係数データに基づい
   て、各抽出係数に対応する周期波を特定する周期波特定
   手段、 周期波特定手段によって特定された複数の周期波を合成
   して、各区分ごとの区分波形を再現して接続する波形再
   現手段、 を備えた波形データ解凍装置。
10. 【請求項１０】請求項９の波形データ解凍装置におい
    て、 周期波特定手段は、下式にしたがって周期波z(t,f)を特
    定し、 【数１１】 波形再現手段は、下式にしたがって波形x(t)を合成する
    ことを特徴とするもの、 【数１２】
11. 【請求項１１】請求項９の波形データ解凍装置におい
    て、 周期波特定手段は、下式にしたがって周期波z(t,f)を特
    定し、 【数１３】 波形再現手段は、下式にしたがって波形x(t)を合成する
    ことを特徴とするもの、 【数１４】
12. 【請求項１２】請求項９、１０または１１のデータ解凍
    装置において、 波形再現手段は、各区分における各周期波を、当該区分
    の前の区分中の所定時点から開始してその成分を徐々に
    大きくし、当該区分の後ろの区分中の所定時点にて終了
    するようにその成分を徐々に小さくするようにして、各
    区分の区分波形を接続するものであることを特徴とする
    もの。
13. 【請求項１３】請求項９、１０、１１または１２のデー
    タ解凍装置をコンピュータによって実現するためのプロ
    グラムを記録した記録媒体。
14. 【請求項１４】所定区分に区分けされた圧縮データを受
    けて、各区分ごとの圧縮データを得て、 各区分の圧縮
    データに含まれる抽出係数データに基づいて、各抽出係
    数に対応する周期波を特定し、 特定された複数の周期波を合成して、各区分ごとの区分
    波形を再現して接続することにより波形を再現すること
    を特徴とする波形データ解凍方法。
15. 【請求項１５】請求項１４のデータ解凍方法をコンピュ
    ータによって実現するためのプログラムを記録した記録
    媒体。
16. 【請求項１６】圧縮データを記録した記録媒体であっ
    て、当該圧縮データは下記のデータ構造を備えている：
    元の波形を区分けした各区分のための領域のそれぞれに
    下記の抽出係数データを記憶している、 前記抽出係数データは、元の波形を区分けした区分波形
    を対象波形として、当該対象波形からの残差成分が最小
    となる周期波を抽出する周期波抽出処理を行い、周期波
    抽出処理によって得られた残差成分を対象波形としてさ
    らに周期波抽出処理を所定回数繰り返して行い、抽出し
    た各周期波に関する係数を備えている。
17. 【請求項１７】請求項１６の圧縮データを記録した記録
    媒体において、 前記抽出係数データは、対象波形x0(t)から、下式によ
    って表される周期波z(t,f)を引いた残差成分εのエネル
    ギーＥが最小となるような係数ｆ、Ｓ、Ｃであるもの： 【数１５】 【数１６】 ここで、S(f)、C(f)は下式で表される、 【数１７】 【数１８】 ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波形、T=1/f
    (s)、n、nTは整数である。
18. 【請求項１８】請求項１６の圧縮データを記録した記録
    媒体において、 前記抽出係数データは、対象波形x0(t)から、下式によ
    って表される周期波z(t,f)を引いた残差成分εのエネル
    ギーＥが最小となるような係数ｆ、Ａ、θであるもの： 【数１９】 【数２０】 ここで、Ａ、θは下式で表される、 【数２１】 【数２２】 ここで、Ｓ、Ｃは下式で表される、 【数２３】 【数２４】 ここでｆは任意の周波数、x0(t)は対象波形、T=1/f
    (s)、n、nTは整数である。
19. 【請求項１９】波形データを記録する方法であって、 波形を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して
    複数の区分データを得て、 区分データによって表される区分波形を対象波形とし
    て、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期波を
    抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理によっ
    て得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波抽出
    処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波に関
    する係数を抽出係数データとして得て、 周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出係数
    データを記録することを特徴とする波形データ記録方
    法。
20. 【請求項２０】波形データを伝送する方法であって、 波形を表すデータを受けて、これを所定区間に区分して
    複数の区分データを得て、 区分データによって表される区分波形を対象波形とし
    て、当該対象波形からの残差成分が最小となる周期波を
    抽出する周期波抽出処理を行い、周期波抽出処理によっ
    て得られた残差成分を対象波形としてさらに周期波抽出
    処理を所定回数繰り返して行い、抽出した各周期波に関
    する係数を抽出係数データとして得て、 周期波抽出処理によって得られた各区分ごとの抽出係数
    データを伝送することを特徴とする波形データ伝送方
    法。
21. 【請求項２１】請求項２０の波形データ伝送方法におい
    て、 伝送が迅速に行われている場合には、前記抽出処理の繰
    り返し回数を多くし、 伝送が迅速に行われいない場合には、前記抽出処理の繰
    り返し回数を少なくするようにしたことを特徴とするも
    の。
22. 【請求項２２】請求項２０の波形データ伝送方法におい
    て、 伝送が迅速に行われている場合には、前記抽出係数の全
    てを伝送し、伝送が迅速に行わていない場合には、前記
    繰り返し回数の少ない段階で得られた抽出係数ほど伝送
    の優先順位を高くして、前記抽出係数の伝送数を少なく
    するようにしたことを特徴とするもの。
23. 【請求項２３】請求項２０の波形データ伝送方法におい
    て、 サンプルデータ伝送時には、記繰り返し回数の少ない段
    階で得られた抽出係数ほど伝送の優先順位を高くして、
    少ない数の抽出係数を伝送し、正式データ伝送時には残
    りの抽出係数を伝送することを特徴とするもの。
24. 【請求項２４】楽器の演奏データをＭＩＤＩデータとし
    て記録し、ＭＩＤＩデータ以外の音楽データを、請求項
    １〜５のいずれかの波形データ圧縮装置または請求項７
    の波形データ符号化方法によって圧縮もしくは符号化し
    たデータとして記録する音楽データ記録方法。
25. 【請求項２５】楽器の演奏データをＭＩＤＩデータとし
    て伝送し、ＭＩＤＩデータ以外の音楽データを、請求項
    １〜５のいずれかの波形データ圧縮装置または請求項７
    の符号化方法によって圧縮もしくは符号化したデータと
    して伝送する音楽データ伝送方法。
26. 【請求項２６】請求項２４の音楽データ記録方法または
    請求項２５の音楽データ伝送方法において、 前記ＭＩＤＩデータ以外の音楽データは、コーラスデー
    タ、音声データまたは楽器の演奏データであることを特
    徴とするもの。
27. 【請求項２７】請求項２４の音楽データ記録方法または
    請求項２５の音楽データ伝送方法において、 前記楽器の演奏以外の音楽データを、ＭＩＤＩデータの
    チャンクとして、ＭＩＤＩデータと一緒に記録または伝
    送するようにしたことを特徴とするもの。
28. 【請求項２８】楽器の演奏データはＭＩＤＩデータとし
    て復元し、楽器の演奏データ以外の音楽データは、請求
    項９〜１２のいずれかの波形データ解凍装置または請求
    項１４の波形データ解凍方法によって解凍したデータと
    して再生する音楽データ再生方法。
29. 【請求項２９】楽器の演奏データはＭＩＤＩデータとし
    て受信し、楽器の演奏データ以外の音楽データは、請求
    項９〜１２のいずれかの波形データ解凍装置または請求
    項１４の波形データ解凍方法によって解凍したデータと
    して受信する音楽データ受信方法。
30. 【請求項３０】請求項２８の音楽データ再生方法または
    請求項２９の音楽データ受信方法において、 全ての係数ｆに修正係数を乗じることにより、解凍した
    波形のピッチを変更するようにしたことを特徴とするも
    の。
31. 【請求項３１】請求項２８の音楽データ再生方法または
    請求項２９の音楽データ受信方法において、 全ての区分長に修正係数を乗じることにより、解凍した
    波形のテンポを変更するようにしたことを特徴とするも
    の。