JPS5875341A

JPS5875341A - 差分によるデ−タ圧縮装置

Info

Publication number: JPS5875341A
Application number: JP56174156A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 啓宮崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1983-05-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、変化が滑らかな信号を情報圧縮するデータ圧
縮装置に関する。

変化が滑らかな信号には、声音、楽音、ビデオ信号、あ
るいは計測器類のアナログ信号の他、有声音波形のスペ
クトルを保存して対称な合成波形に変換した合成波（以
下、対称合成波と称す）などが含まれる。対称合成波は
少ない音質劣化で情報圧縮を行ないうろことが知られて
いる（特開昭５５−１４７７００号公報参照）。

第１図番こ有声音波形をＡ／Ｄ変換した振幅頻度を示す
。同図は、有声音波形を８ＫＨ２でサンプリングし、振
幅を各ピッチ毎に最大振幅で規格化して６ビツトに量子
化して表わしたものである。

第２図に、同じ有声音波形の差分値の振幅頻度を同様に
して規格化し、量子化して示す。

第１図と第２図とを比較すると、データの範囲は、第１
図の有声音波形の場合１から５３の５３通りであるのに
対し、第２図の差分値の場合−３１カロ＋２８　　の６
０通りとなり、−むしろ広がっている。

したがって、単に差分をとっただけではデータ圧縮１こ
はならない。

しかしながら、分布状態を比較すると、第１図ではピー
クがなだらかであるのに対し、第２図では差分値０の近
くの頻度が高く、ピークが非常に急峻になっている。そ
の結果、例えば第１図、第２図のデータを更に粗く量子
化するときの平均誤差パワーＥを、Ｅ＝Σ（頻度×（量子化値−真値）２）／Σ（頻度）（
ここではΣは各データ値に関する和を表わす）とした場
合、Ｅが最小となるように最適量子化を行なうと、４ビ
ツト量子化の場合、第１図ではＥ＝０．２０、第２図で
はＥ＝０．０４９となり、差分をとることによりＳ／Ｎ
比がよくなることがゎがる。すなわち、頻度の高いデー
タは細がく量子化し、頻度の低いデータは粗く量子化す
ることにより平均誤差パワーを下げることができるため
である。

成波その他の変化が滑らかな信号の波形の差分値は、概
ね第２図に示されるような急峻なピークを有する分布を
示す。

このような差分値を用いてデータ圧縮を行なう従来の方
式は、データ長か長くなる問題があり、量子化を行なっ
てデータ長を短かくする場合には単純に量子化を行なっ
ていたので、Ｓ／Ｎ比を低下させる問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み、平均データ長が短かく、か
つＳ／Ｎ比が高いデータ圧縮装置を提供することを目的
とするものである。

すなわち、本発明は第２図に示されるような差分値によ
る振幅の分布特性に着目し、頻度の高い差分値を短かい
データ長で表現し、頻度の低い差分値を長いデータ長で
表現することにより上記目的を達成せんとするものであ
る。

以下実施例により本発明の詳細な説明する。

第３図及び第４図は、本発明の一実施例を構成する差分
符号化器及び差分復調器である。

第３図において、１は入力信号から後述の前向処理値を
減算して差分値を得る減算部、２はその差分値を適当な
値に量子化して差分処理値とする量子化部、３はその差
分処理値を本発明の方式番こ従って符号化して符号化デ
ータを出力する符号化部、４は上記差分処理値と後述の
前回処理値とを加算して現在処理値とする加算部、５は
その現在処理値を１回のサンプリング時間保持して上記
前回処理値とする遅延部である。

この第３図の差分符号化器においては、サンプリングさ
れた入力信号は、減算部１で前回処理値を減算されて差
分値となり、量子化部２で量子化されると共に符号化部
３で符号化されて符号化データとして送信され、あるい
は記憶される。量子化と符号化は通常同時ｌこ行なわれ
る。

量子化された差分処理値は、加算部４Ｉこおいて前回処
理値と加算されて現在処理値となり、この現在処理値は
遅延部５において１回のサンプリング時間保持され、次
にサンプリングされる入力信号のための前回処理値とな
る。

第４図番こおいて、６は符号化データを本発明の方式に
従って差分値に復号化する復号化部、７はその差分値に
後述の前回値を加算して現在値とし、信号として出力す
る加算部、８はその現在値を１回のサンプリング時間保
持して上記前回値とする遅延部である。

この第４図の差分復調器においては、入力された符号化
データは復号化部６で差分値ｌζ復号化され、この差分
値は加算部７で前回値と加算されて現在値となり信号と
して出力される。この現在値は遅延部８において１回の
サンプリング時間保持され、次の符号化データの差分値
のための前回値となる。

ここで、第１の実施例として第２図に示した差分値の頻
度分布を有する有声音波形につぃて、頻度の高い１４段
階の差分値−７〜６を４ビツト長のデータで表現し、残
りの頻度の低い４６段階の差分値−３１〜−８及び７〜
２８を９ビツト長のデータで表現す７る、２種類のデー
タ長に量子化するデータ圧縮装置を説明す、る。頻度の
高い１４段階の差分値と４ビツトデータとの関係の一例
を第１表に示し、頻度の低い４６段階の差分値と９ビツ
トデータとの関係の一例を第２表に示す。

第　１　表　４ビツト用テーブル第　２　表　９ビツト用テーブル第２表においては、データの９ビツトのうち、前３ビツ
トが「１１１」であればその差分値が９ビツトデータで
表現されるものであることを示し、差分値そのものとの
対応づけは後の６ビツトのデータにより行なわれ、る。

第１表及び第２表に示した変換テーブルによる第３図の
差分符号化動作を第５図のフローチャートに従って説明
する。

入力された信号は、ステップ■において現在値として前
回処理値を減算し、差分値を求める。

ステップ■でこの差分値が−７〜６の範囲四番こあるか
否かを判断し、その範囲内であればステップ■へ進んで
第１表の変換テーブルに基づいてその差分値を４ビツト
にコード化し、またその差分値が−７〜６の範囲外であ
ればステップ■へ進んで第２表の変換テーブルに基づい
てその差分値を９ビツトにコード化する。次にステップ
■で、そのコード化された差分処理値に前回処理値を加
算して現在処理値を求め、ステップ■ではその現在処理
値を次の入力信号のための前回処理値とする。

次に、上記でコード化された符号化データを、第１表及
び第２表の変換テーブルにより第４図で復調する動作を
第６図のフローチャートにより説明する。

ステップ■において、入力された符号化データを前から
３ビット読み込んで、７テツプ■でそのデータが７であ
るか否か、すなわち３ビツトデータがｒｌｌｌＪである
か否かを判断する。データが７であれば、ステップ■へ
進んでデータを更に６ピツト読み込み、ステップ■で、
前の３ビツトデータにこの６ビツトデータを合わせて９
ビツトデータとして、第２表の変換テーブルに基づいて
差分値を求める。また、３ビツトデータが７でなければ
、ステップ■へ進んでデータを更に１ビット読み込み、
ステップ■で前の３ビツトデータにこの１ビツトデータ
を合わせて４ビツトデータとして、第１表の変換テーブ
ルに基づいて差分値を求める。次にステップ■では、ス
テップ■又はステップ■で求められた差分値に前回値を
加算して現在値を求め、ステップ■でその現在値を次の
入力データのための前回値とする。

第２図の差分値の分布図において、差分値−７〜６の範
囲の頻度確率は８６％である。したがって本実施例での
平均データ長は４．７ビツトとなる。

これは、第２図の差分値をそのままで保存するとした場
合には６ビツトのデータ長が必要であったことと比較す
ると、Ｓ／Ｎ比を低下させることなく平均データ長を大
幅に減少できたことを意味する。

第２の実施例として、頻度の高い１５段階の差分値を４
ビツト長のデータで表現し、頻度の低い４５段階の差分
値を１６段階に量子化して、８ビツト長のデータで表現
する場合を説明する。第３表にその符号化方法を示す。

第　　３　　表例えば、第２図の差分値分布図において、差分値−７〜
７を４ビツトで、他の差分値を８ビツトで表わすものと
する。このとき８ビツトデータのうち、前４ビツトはデ
ータ長を区別するためのコードで、この４ビツトがｒｌ
ｌｌｌＪであれば、その差分値は続く４ビツトデータと
合わせて８ビツトデータとして表現されていることを意
味する。

通常マイクロプロセッサは４ビツト又は８ビット単位で
データを処理し、またＲＯＭ（！Ｊ−ド・オンリー〇メ
モリ）は８ビット単位でデータを記憶するものが多いの
で、本実施例の如く４ビツトと８ビツトの２種類のビッ
ト長に量子化する方式は、第１の実施例の如く４ビツト
と９ビツトの２種類のビット長に量子化する方式に比べ
て処理が簡単になる効果がある。また本実施例の平均デ
ータ長は第２図の差分値分布図においては４．５６で、
これは第１の実施例より更に短かい。本実施例は、デー
タを４ビツトで表現する１５段階と、８ビツトで表現す
る１６段階の合計３１段階に量子化しているので、６０
段階で表現する第１の実施例よりはＳ／Ｎ比が低下す・
るが、３２段階に均一に量子化し５ビツトで表現する従
来の方式とほぼ同じＳ／Ｎ比を確保することができる。

本実施例の特徴は、５ビツトの量子化に比べて取扱いが
容易な点にある。

第３の実施例として、頻度の高い差分値は差分値として
短め中ビット長で符号化し、頻度の低い差分値は波形値
に変換して長いビット長で符号化する方式を説明する。

第４表にその符号化方法の一例を示す。

第４表例えば、第２図の差分値分布図において、差分値−７〜
７を４ビツトで表現し、他の差分値に該当する信号は元
の波形値として１２ビツトで表現す゛るものとする。こ
のとき４ビツトコードがｒｌｌｌｌＪであれば、波形値
として符号化されていることを意味し、その４ビツトデ
ータに続く８ビツトデータより表現されていることを示
している。

この方式による平均ビット長は５．１２ビツトである。

このように波形値による符号化を併用すること番こより
、復調化の処理時間を短縮することができる。

以上の実施例はいずれも２種類のデータ長を用いている
が、データ長の種類を３種類とすることもできる。第５
表にその符号化方法の一例を示す。

第５表第５表は、最も頻度の高いものから１２段階の差分値を
４ビツトで表現し、改番こ頻度の高いものから１４段階
の差分値を６ビツトで表現し、残りの差分値を１１ビツ
トで表現するものである。この実施例では前２ビットを
読み込んだとき、「１１」でなければ続けて２ビツトを
読み込み、前の２ビツトデータと合わせて４ビツトデー
タとして復号化する。前２ビットが「１１」のときは続
けて３ビツトを読み込み、その３ビツトがｒｌｌｌＪで
なければ更に１ビツトを読み込んで合計６ビツトデータ
として復号化し、また上記３ビツトが「１１１」であれ
ば更に続けて６ビツトを読み込んで合計１１ビツトデー
タとして復号化する。

第５表の方式を第２図の差分値分布を有する例に適用す
れば平均データ長を４．４８ビツト１こ低下させること
ができる。しかしながら、２種類のビット長を用いる場
合に比べて処理は複雑化する。

以上の実施例においては有声音波形について説明してい
るが、対称合成波その他の変化が滑らかな信号について
も全く同様である。

以上詳述した如く、本発明は頻度の高い差分値を短かい
データ長で表現し、頻度の低い差分値を長いデータ長で
表現するようにしたので、平均データ長が短かくなるに
も拘らず、Ｓ／Ｎ比が低下しない効果を有するデータ圧
縮装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は有声音波形をＡ／Ｄ変換した振幅頻度を示す図
、第２図は第１図に示した有声音波形の差分値の振幅頻
度を示す図、第３図及び第４図は本発明の一実施例を示
す差分符号化器及び差分復調器のブロック図、第５図は
差分符号化器の動作を示すフローチャート、第６図は差
分復調器の動作を示すフローチャートである。１・・・減算部、２・・・量子化部、３・・・符号化部
、４．７・・・加算部、５．８・・・遅延部、６・・・
復号化部。特許出願人　シャープ株式会社代理人弁理士青山　葆外３名第２１ＩｗＩ３■ 第４ｓ第５図特開昭５８−　７５３４１（７）第６１Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）変化が滑らかな信号波形の差分をとり、該差分を
可変長データで表わすことを特徴とするデータ圧縮装置
。
（２）信号波形が有声音波形である特許請求の範囲第１
項に記載のデータ圧縮装置。
（３）信号波形が有声音波形のスペクトルを保存した対
称な合成波形である特許請求の範囲第１項番こ記載のデ
ータ圧縮装置。
（４）可変長データの長さを２種類に限定した特許請求
の範囲第１項ないし第３項に記載のデータ圧縮装置。
（５）短かい方のデータコードの１つをデータ長区別用
のコードに用いる特許請求の範囲第４積重こ記載のデー
タ圧縮装置。
（６）少なくとも一部の可変長データが差分と波形値と
の混合データである特許請求の範囲第１項ないし第３項
に記載のデータ圧縮装置。