JPS5918719B2 - Data compression method - Google Patents

Data compression method

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JPS5918719B2
JPS5918719B2 JP55102258A JP10225880A JPS5918719B2 JP S5918719 B2 JPS5918719 B2 JP S5918719B2 JP 55102258 A JP55102258 A JP 55102258A JP 10225880 A JP10225880 A JP 10225880A JP S5918719 B2 JPS5918719 B2 JP S5918719B2
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information
signal
address
compression method
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JP55102258A
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Japanese (ja)
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JPS5727297A (en
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昌彦 鷲見
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声信号やビデオ信号等の近接した標本点間に
おいて強い相関を有するデータに対して有用なデータ圧
縮方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a data compression method useful for data having strong correlation between adjacent sample points, such as audio signals and video signals.

一般に音声信号を標本化し、ディジタル化して記録再生
あるいは伝送する場合、8kH2のサンプリング(標本
化)周期にて一標本化当り8bit程度の精度で量子化
する必要がある。
Generally, when an audio signal is sampled, digitized, and recorded, reproduced, or transmitted, it is necessary to quantize it with an accuracy of about 8 bits per sampling at a sampling period of 8 kHz.

この為には毎秒64ld)itの情報処理能力を要する
ので、従来より記録装置の容量節約や通信回線の帯域幅
の狭域化を図らんが為に毎秒当りの情報量を少なくする
種々のデータ圧縮が試みられている。例えば近年では、
情報信号から予め定められた情報処理によつて特徴パラ
メータを抽出し、このパラメータを合成して上記情報信
号を復元再生するPARCOR方式等が注目されている
This requires an information processing capacity of 64 ld) it per second, so in order to save the capacity of the recording device and narrow the bandwidth of the communication line, various types of data have been used to reduce the amount of information per second. Compression is being attempted. For example, in recent years,
A PARCOR method, etc., which extracts characteristic parameters from an information signal through predetermined information processing and synthesizes these parameters to restore and reproduce the information signal, is attracting attention.

上記特徴パラメータの抽出によればデータ量を毎秒2k
bitないし4ld)it程度と大幅に圧縮することが
できるが、その反面、特徴パラメータの抽出およびその
合成に特殊な信号処理を要し、装置構成が相当複雑化す
る不具合があつた。また復元再生情報の自然性や明瞭性
を求めんとした場合、その信号処理が極めて複雑化し、
大損りなものとなるので実現性に乏しかつた。その他、
フオルマント合成法によるデータ圧縮等も提唱されてい
るが、同様な問題があつた。本発明はこのような事情を
考慮してなされたもので、その目的とするところは、簡
易な信号処理によつて音声信号やビデオ信号等の近接し
た標本点における相関の強い情報信号データを効果的に
データ圧縮することができ、しかも原情報データに対す
る忠実性を十分に確保することのできるデータ圧縮方式
を提供することにある。
According to the extraction of the above feature parameters, the amount of data is 2k per second.
Although it can be significantly compressed to about 4 bits to 4 ld) it, on the other hand, it requires special signal processing to extract and synthesize the feature parameters, resulting in a considerable complexity in the device configuration. Furthermore, if we want to achieve the naturalness and clarity of the restored and reproduced information, the signal processing becomes extremely complicated.
It would be a big loss, so it was not very practical. others,
Data compression using formant synthesis has also been proposed, but similar problems have arisen. The present invention has been made in consideration of these circumstances, and its purpose is to effectively convert highly correlated information signal data such as audio signals and video signals at nearby sample points through simple signal processing. It is an object of the present invention to provide a data compression method that can compress data in a consistent manner, and can also ensure sufficient fidelity to the original information data.

即ち本発明は音声信号やビデオ信号等は近接した標本点
において強い相関を有し、且つ周期性を有すること、ま
た雑音に対して選択抽出性を有することを効果的に利用
して理論的にも明快な従来とは異なる新規なデータ圧縮
方式を提供せんとするものである。
In other words, the present invention makes effective use of the fact that audio signals, video signals, etc. have strong correlation and periodicity at adjacent sampling points, and that they have selective extraction properties against noise. The aim is to provide a new data compression method that is clear and different from conventional methods.

先ず本発明に係るデータ圧縮方式の概要につき説明する
First, an overview of the data compression method according to the present invention will be explained.

本発明は音声信号やビデオ信号等が有する性質を最大限
に利用したもので、その性質は次のように列挙される。
The present invention makes full use of the properties of audio signals, video signals, etc., and the properties are enumerated as follows.

(a)近接した標本点における相関が極めて強い。(a) Correlation between adjacent sample points is extremely strong.

(b)信号データは乱数的でなく、或る程度の周期性を
有する。(e)或る標本点のデータ極性と次の標本点の
データ極性が同じであることが多い。
(b) The signal data is not random and has a certain degree of periodicity. (e) The data polarity of one sample point and the data polarity of the next sample point are often the same.

(d)復元データが完全なものでなくても情報再生に不
都合がない。
(d) There is no problem in information reproduction even if the restored data is not complete.

等の性質を有する。It has the following properties.

ちなみに電子計算機等にあつては1bitのデータ誤り
も許容されないことが多いのに比し、音声データ等では
多小のビツトエラ一が存在しても全体の音声データから
情報読取りを行うので何ら支障がない。これは、例えば
周囲が相当に騒しい環境にあつても、人間は所望とする
音声のみを聞き取ることができることからも裏付けられ
る。つまり、所望とする一つの音声データにつき着目し
た場合、残る音声データがホワイトノイズ的に作用して
上記所望データに対して意味を持たなくなる為であり、
上記残る音声データが完全にホワイトノイズ化すれば明
瞭度の一層の向上が期待できることになる。そこで本発
明方式にあつては複数の情報データを相互に乱数となる
ようにして重畳合成し、この重畳データを上記乱数化と
逆の手順で読出し再生することによつてホワイトノイズ
中から所望情報データを抽出し、これによりデータ復元
するようにしたものである。
By the way, in the case of electronic computers, even 1-bit data error is often not tolerated, but in the case of audio data, even if there is a bit error, there is no problem because the information is read from the entire audio data. do not have. This is supported by the fact that humans can only hear desired sounds even in a very noisy environment. In other words, when focusing on one piece of desired audio data, the remaining audio data acts like white noise and has no meaning with respect to the desired data.
If the remaining audio data is completely converted into white noise, further improvement in clarity can be expected. Therefore, in the method of the present invention, a plurality of pieces of information data are superimposed and synthesized so that they become random numbers, and this superimposed data is read and reproduced in the reverse procedure of randomization, thereby obtaining desired information from white noise. This extracts data and restores it.

即ち、上記重畳データを所定の順序で読出した場合、或
る情報のみがその周期性等の性質から見出され、残る成
分は乱数性等によつて意味を持たなくなることを利用し
たものである。またこのような重畳処理、即ちデータ圧
縮した場合、乱数的にN個のデータを加えてもその振幅
は高々Jとなるだけであることを利用してS/Nを確保
し、信号の忠実化および高品質化を図つている。以下、
図面を参照して本発明方式の一実施例につき説明する。
In other words, this method takes advantage of the fact that when the superimposed data is read in a predetermined order, only certain information is found due to its periodicity and other properties, and the remaining components have no meaning due to randomness, etc. . In addition, in the case of such superposition processing, that is, data compression, even if N pieces of data are added randomly, the amplitude will only be J at most. This is used to ensure S/N and improve signal fidelity. We are also striving to improve quality. below,
An embodiment of the system of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係るデータ圧縮方式を採用して構成さ
れた信号記録再生装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a signal recording/reproducing apparatus constructed using the data compression method according to the present invention.

マイクロホンより入力された音声信号はバツフアアンプ
やサンプル回路等から構成される入力装置を介して、例
えば100kHzの周期でサンプリング(標本化)され
る。この標本化信号はA/D変換器1に導かれて1サン
プル当り10bitの精度で量子化されている。上記サ
ンプル周波数および量子化ビツト数は、通常の音声信号
に対するものより10倍程度多く、その容量も膨大なも
のではあるが、後述する本発明に係るデータ圧縮処理に
よつて効果的にデータ圧縮される。しかして各標本点に
おける各量子化データは微分回路2に導かれて各標本点
間の変化分データが求められている。この微分回路2は
、このようなデイジタル処理にあつては、一般に差分器
にて構成される。そしてこの差分値はサンプル周波数が
十分高いことより十分小さい値として求められる。また
このとき、10bit17)A/D変換器により精度よ
く求められる。このような信号処理により求められ入力
音声信号の情報データは、乱数アドレス発生回路3によ
つて予め定められた乱数的順序に従つてアドレス指定さ
れる記憶装置4に順次書込まれる。
An audio signal input from a microphone is sampled at a frequency of, for example, 100 kHz via an input device including a buffer amplifier, a sample circuit, and the like. This sampled signal is led to an A/D converter 1 and quantized with an accuracy of 10 bits per sample. Although the sample frequency and number of quantization bits mentioned above are about 10 times higher than those for a normal audio signal, and the capacity is enormous, the data can be effectively compressed by the data compression process according to the present invention, which will be described later. Ru. Thus, each quantized data at each sample point is guided to a differentiating circuit 2 to obtain change data between each sample point. In this type of digital processing, the differentiating circuit 2 is generally constituted by a differentiator. This difference value is determined to be a sufficiently small value since the sampling frequency is sufficiently high. Also, at this time, it can be determined with high accuracy using a 10-bit 17) A/D converter. The information data of the input audio signal obtained through such signal processing is sequentially written into the storage device 4 which is addressed by the random number address generation circuit 3 in a predetermined random order.

疑似乱数発生はP.Qの周期を有するカウンタで行われ
る。例えばN番目のデータのアドレスMはM=(N+−
Pのあまり)×Q+(N+−Pの商)となる。上記アド
レス指定順序は、乱数アドレス発生回路3に与えられる
りセツト信号により初期化される再現性のあるもので、
音声信号周期に比して十分長い周期性を有している。そ
して記憶装置4では、同一アドレスに指定された複数の
データに対して所定の演算処理を施し、例えば上記複数
のデータを総和を求め、その極性符号と共に上記総和値
を上記アドレスに格納している。尚、信号データの負極
性成分に対しては、「2]の補数表示するようにしてお
けば、総和演算等に好都合である。この総和演算によつ
て前記音声信号のサンプルデータがデータ圧縮されて記
憶装置に書込まれることになる。具体的には、上記サン
プル周期で得られた100秒分に亘るサンプルデータを
1秒単位に区分し、105個からなるアドレスを有する
記憶装置4に前述した乱数的順序に従つてアドレス指定
して信号を書込む場合、1つのアドレスには100サン
プルのデータが指定されることになる。
Pseudo-random number generation is performed by P. This is done with a counter having a period of Q. For example, the address M of the Nth data is M=(N+-
remainder of P)×Q+(quotient of N+-P). The above addressing order is reproducible and is initialized by a set signal given to the random number address generation circuit 3.
It has a periodicity that is sufficiently long compared to the audio signal period. Then, in the storage device 4, a predetermined arithmetic processing is performed on a plurality of data specified at the same address, for example, the sum of the plurality of data is determined, and the sum value is stored at the address along with the polarity sign. . Note that if the negative polarity component of the signal data is displayed as a 2's complement, it is convenient for summation calculations, etc. This summation calculation compresses the sample data of the audio signal. Specifically, the sample data for 100 seconds obtained in the above sample period is divided into 1 second units, and is written to the storage device 4 having 105 addresses as described above. When a signal is written by addressing in accordance with the random number order, 100 samples of data will be specified in one address.

この100サンプルのデータが前述した如く総和演算処
理されて、その極性符号と共に書込まれることになる。
一方、上記のようにデータ圧縮されて記憶装置4に書込
まれた情報データは、前記乱数アドレス発生回路3のア
ドレス指定制御を受けて前記乱数的順序と同じ順序で読
出される。
These 100 samples of data are subjected to summation calculation processing as described above, and are written together with their polarity codes.
On the other hand, the information data compressed and written to the storage device 4 as described above is read out in the same order as the random number order under addressing control of the random number address generation circuit 3.

この際、後に詳述するが、データ圧縮により重畳された
各データを反映した極性符号データのみが順状読出され
る。この乱数的に読出されたデータ系列は原情報信号で
ある音声信号波形の前記微分回路2を介して得られた差
分データ系列に対応し、これを反映したものとなつてい
る。そして、この読出しデータはアツプダウンカウンタ
等からなる積分回路5に入力されて積分処理され、音声
信号波形に対応した信号に変換されている。補正回路6
は誤差によるドリフト等の不要信号分を抑制して信号補
正を行つており、この補正回路6の出力を受けてD/A
変換器7は量子化データをアナログ信号に復元している
。そしてアナログ復元信号は図示しないフイルタ回路等
を介して高周波成分除去等がなされたのち、出力装置か
らスピーカへと供給され、ここに音声信号再生がなされ
ている。ところで、前記記憶装置4への予め定められた
乱数的順序に従うアドレス指定によつて書込まれるデー
タ圧縮作用、およびその復元作用は次のように説明され
る。
At this time, as will be described in detail later, only polarity code data reflecting each data superimposed by data compression is sequentially read out. This randomly read data series corresponds to and reflects the difference data series obtained from the audio signal waveform, which is the original information signal, through the differentiation circuit 2. This read data is input to an integration circuit 5 consisting of an up-down counter, etc., where it is subjected to integration processing and converted into a signal corresponding to the audio signal waveform. Correction circuit 6
performs signal correction by suppressing unnecessary signals such as drift due to errors, and upon receiving the output of this correction circuit 6, the D/A
The converter 7 restores the quantized data to an analog signal. After high-frequency components are removed from the analog restored signal through a filter circuit (not shown), etc., it is supplied from the output device to a speaker, where the audio signal is reproduced. By the way, the compression effect of data written into the storage device 4 by addressing according to a predetermined random number order and its restoration effect will be explained as follows.

第2図はその作用を模式的に示すもので、上述した例で
は1秒間のデータが100サンプルあるところ、ここで
は3サンプルとし、また9単位期間のみを抽出して簡易
化して表記してある。所定のサンプリング周期で連続す
る標本化データに対して、ここでは一単位時間毎に区分
してA,B.Cなるコードを付し、そのデータ系列を1
、2・・・・・・・・・、9なるサフイクスを付して示
してある。
Figure 2 schematically shows the effect. In the example mentioned above, there are 100 samples of data for 1 second, but here it is 3 samples, and only 9 unit periods are extracted for simplified representation. . Here, the sampled data that is continuous at a predetermined sampling period is divided into A, B, and so on by one unit time. Add the code C and write the data series as 1
, 2..., 9 are shown with a suffix.

従つて入力音声信号のデータ系列は、第2図aに示すよ
うにAl,A2,・・・・・・・・・,A9,Bl,B
2,・・・・・・・・・,B9,Cl,C2,・・・・
・・・・・,C9として示される。しかしてこれらのデ
ータは、単位時間毎に前述した乱数的順序に従つて記憶
装置4のアドレスにそれぞれランダム指定されて供給さ
れる。例えばデータ系列Aに対して「1、2、3、4、
5、6、ノ7、8、9」なる順序でアドレス指定がなさ
れ、データ系列Bに対しては「6、8、4、2、9、7
、5、1」なる順序、そしてデータ系列Cに対しては「
5、8、2、4、7、1、2、9」なる順序で所定の規
則に従う乱数的なアドレス指定が行われる。
Therefore, the data series of the input audio signal is Al, A2, . . . , A9, Bl, B as shown in Fig. 2a.
2,......,B9,Cl,C2,...
..., shown as C9. These data are randomly assigned and supplied to the addresses of the storage device 4 in accordance with the aforementioned random number order every unit time. For example, for data series A, “1, 2, 3, 4,
The addresses are specified in the order of ``5, 6, 7, 8, 9'', and for data series B, the addresses are specified in the order of ``6, 8, 4, 2, 9, 7''.
, 5, 1'', and for data series C, the order is ``
5, 8, 2, 4, 7, 1, 2, 9'' random number addressing is performed according to a predetermined rule.

この場合、隣接標本点のデータが連続したアドレスに格
納されることがないような乱数構成がなされている。従
つて、全体としてデータの分散化がなされ、他のデータ
系列との間の相関が十分低くなるようになつている。従
つて、データ配列構成は第2図bに示すようになり、例
えば同一アドレスには「Al,B,,C6」のように相
関のないデータが指定される。尚、この乱数化は、再現
性のある乱数系列を採用することが必須の条件である。
かくしてこのような乱数化配列したデータ系列に着目す
れば、データ系列Aに対して他のデータ系列B,Cは全
くランダムな音韻を有さないホワイトノイズと看做すこ
とができる。即ち、特定のデータ系列に着目すれば、残
るデータ系列は全てホワイトノイズとしての意味しか持
たなくなる。従つて、或るデータ系列のみをその乱数的
配列順序を逆に辿つてデータ系列再生して信号復元した
場合には、残るデータが全てホワイトノイズとして再生
信号に含まれるだけなので、ここに所望するデータ系列
の情報信号のみを抽出することが可能となる。従つて今
、同一アドレスに指定された複数のデータに対して所定
の演算処理を施し、これらのデータを反映する情報Sを
得る。
In this case, the random number structure is such that data of adjacent sample points are not stored in consecutive addresses. Therefore, the data is distributed as a whole, and the correlation with other data series becomes sufficiently low. Therefore, the data array configuration is as shown in FIG. 2b, and uncorrelated data such as "Al, B, . . . C6" is specified at the same address, for example. Note that for this randomization, it is essential to use a reproducible random number sequence.
Thus, if attention is paid to such a data series arranged in random numbers, data series B and C other than data series A can be regarded as white noise having no random phonemes at all. That is, if we focus on a specific data series, all remaining data series have meaning only as white noise. Therefore, if only a certain data sequence is reproduced by reproducing the data sequence by retracing its random number arrangement order and restoring the signal, all the remaining data will be included in the reproduced signal as white noise, so this is what we want here. It becomes possible to extract only the information signal of the data series. Therefore, predetermined arithmetic processing is now performed on a plurality of data designated at the same address to obtain information S that reflects these data.

例えばデータAl,B9,C6より情報S1を得、各ア
ドレスA2,B4,C3より情報S2を得、各アドレス
につきそれぞれ情報S1〜S9を求める。これらの情報
S1〜S,を記憶装置4に格納するようにする。即ち、
データA,B,Cが正なるとき自然2進数として示され
、負なるとき「2」の補数として示されるとき、情報S
はデータA,B,Cの総和演算により、その極性が正ま
たは零のとき「0」、負のとき「1」として与えられる
。つまり総和値のサインビツトデータがそのまま情報S
として用いられる。またこのような演算処理によれば、
不要データであるノイズ成分によつてデータ値が極端に
大きくなることが効果的に抑制される。例えば、原信号
波形の信号レベルが1あり、これが100チヤンネル合
成された場合の信号レベルが100Vに達することが予
想されるが、上述した本方式に係る演算処理によれば正
負の極性しか判別しない為、極端に大きい成分が自動的
に飽和するので不都合が生じることはない。換言すれば
、情報「0」を1vに対応させるとすれば、100チヤ
ンネルのデータ系列のデータ合計レベルが何ボルトにな
ろうとも、データとして1を越えることがなくなる。尚
、情報「0」と「1」にそれぞれ何ボルトを対応させる
かは仕様に応じて定めればよいものであり、またチヤン
ネル数の増減によつて合計レベルが左右されることもな
い。ところで、各チヤンネルのデータ系列から見た場合
、記憶装置4にデータ圧縮情報として書込まれるデータ
は「0」と「1」のいずれか一方として与えられること
になる。
For example, information S1 is obtained from data Al, B9, and C6, information S2 is obtained from each address A2, B4, and C3, and information S1 to S9 is obtained for each address. These pieces of information S1 to S are stored in the storage device 4. That is,
When data A, B, and C are positive, they are shown as natural binary numbers, and when they are negative, they are shown as two's complement numbers, and information S
is given as "0" when the polarity is positive or zero, and as "1" when the polarity is negative, by the summation operation of data A, B, and C. In other words, the sign bit data of the total value is the information S.
used as. Also, according to such arithmetic processing,
This effectively suppresses data values from becoming extremely large due to noise components that are unnecessary data. For example, the signal level of the original signal waveform is 1, and when 100 channels are synthesized, the signal level is expected to reach 100V, but according to the arithmetic processing related to this method described above, only positive and negative polarities can be determined. Therefore, extremely large components are automatically saturated, so no inconvenience occurs. In other words, if information "0" is made to correspond to 1v, no matter how many volts the total data level of the data series of 100 channels is, the data will never exceed 1. Note that how many volts correspond to the information "0" and "1" can be determined according to the specifications, and the total level is not affected by an increase or decrease in the number of channels. By the way, when viewed from the data series of each channel, the data written to the storage device 4 as data compression information is given as either "0" or "1".

また別のチヤンネルのデータが上記情報Sのデータ「O
」および「1」に及ぼす影響は、同データ「0」および
「1」が正しく現われない確率として示される。別の表
現によれば、入力音声信号(先に示した装置では、電圧
値として示される微分値)は、上記情報Sを求める演算
処理において、「1」、「0」が正しく出現する為の確
率としての意味を持つ。従つて、例えば情報S1を求め
る演算において、データA,,B,,C6のうちデータ
A1の絶対値1A11が大きければ、上記情報S1はデ
ータA1に引込まれて 二A1の極性符号側に設定され
る確率が高くなる。故にこの場合にあつては、情報S1
はデータA1を一番良く反映したものとなる。然乍ら、
音声信号の有する性質から、近接標本点の情報Sを参酌
してこれを補償して信号再生に供することもある。 J
かくしてこのような演算処理により求められた情報Sl
,S2,〜,S,は第2図cに示す系列のデータとして
記憶装置4の各アドレスにそれぞれ格納される。しかし
て記憶装置4に格納されたデータは各チ jヤンネル毎
に前記した乱数的順序に従うアドレス指定により、第2
図dに示すように繰返して読出される。
In addition, the data of another channel is the data “O” of the above information S.
” and “1” is expressed as the probability that the same data “0” and “1” will not appear correctly. According to another expression, the input audio signal (in the device shown above, the differential value shown as a voltage value) is the one in which "1" and "0" appear correctly in the arithmetic processing for obtaining the information S. It has the meaning of probability. Therefore, for example, in an operation to obtain information S1, if the absolute value 1A11 of data A1 among data A, , B, , C6 is large, the above information S1 is drawn into data A1 and set to the polarity sign side of 2A1. The probability of Therefore, in this case, information S1
is the one that best reflects the data A1. Naturally,
Due to the nature of the audio signal, the information S of nearby sample points may be taken into consideration to compensate for this and provide the signal for reproduction. J
Thus, the information Sl obtained by such arithmetic processing
, S2, to, S, are respectively stored at each address of the storage device 4 as the series of data shown in FIG. 2c. Thus, the data stored in the storage device 4 is transferred to the second
It is read out repeatedly as shown in Figure d.

即ち、各アドレスのデータは複数チヤンネルのデータ系
列を構成する各データが畳込まれたものであるから、上
記チヤンネル数に相当した 4回数だけ繰返して読出さ
れる。従つて、データ系列Aに対しては、情報Sl,S
2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S,なる系
列でデータが読出され、これに続いて情報S9,S4,
S8,S3,S7,S,,S6,S2,S5が、次に情
報S6,S3,S7,S4,Sl,S8,S5,S2,
S,が順に読出されることになる。従つて、上記情報系
列Sl,S2,〜,S,に着目してみれば、この情報系
列はデータ系列Aを反映し、同情報に畳込まれたデータ
系列B,Cのデータはそれぞれ分散されてホワイトノイ
ズ化されている為、これを無視して上記データ系列Aの
情報のみを抽出再生することが可能となる。また2チヤ
ンネル目の情報系列についてみればデータ系JlBを反
映しており、データ系列A,Cのデータ成分はホワイト
ノイズ化されている。同様に3チヤンネル目の情報系列
についてみればデータ系列Cを反映し、データ系列A,
Bのデータ成分がホワイトノイズ化されている。従つて
ここにデータ圧縮された情報系列Sから極めて効果的に
データ再生を行うことが可能となる。尚、このデータ読
出しの乱数的順序に従うアドレス指定は、データ圧縮時
と同一順序で行うものであるから、乱数アドレス発生回
路3は再現性ある乱数パターンを発生することは勿論の
ことである。この場合、同一アドレスを100チヤンネ
ルに対応して100回アクセスすることになるので、各
アドレス指定ビツト数として17ビツトを定めておけば
、各チヤンネル当り10bitの精度を反映できる。し
かし実際には無音声期間等の余裕がある為、16ビツト
でも十分である。ところで100チヤンネルのデータが
圧縮された記憶装置4の格納データは、注目する1チヤ
ンネルのデータに残り99チヤンネルのランダム性ノイ
ズ化されたデータが重畳されたものとなつている。
That is, since the data at each address is a convolution of each data constituting the data series of a plurality of channels, it is read out repeatedly four times corresponding to the number of channels. Therefore, for data series A, information Sl, S
Data is read out in a sequence of 2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S, followed by information S9, S4,
S8, S3, S7, S,, S6, S2, S5, then information S6, S3, S7, S4, Sl, S8, S5, S2,
S, will be read out in order. Therefore, if we focus on the above information series Sl, S2, ~, S, this information series reflects data series A, and the data of data series B and C convolved with the same information are distributed respectively. Since the information is converted into white noise, it is possible to ignore this and extract and reproduce only the information of the data series A. Furthermore, regarding the information series of the second channel, it reflects the data system JIB, and the data components of data series A and C are converted into white noise. Similarly, if we look at the information series of the third channel, it reflects data series C, data series A,
The data component of B is converted into white noise. Therefore, data can be reproduced very effectively from the data-compressed information series S. Incidentally, since the address designation according to the random number order of data reading is performed in the same order as when compressing the data, it goes without saying that the random number address generation circuit 3 generates a reproducible random number pattern. In this case, since the same address will be accessed 100 times corresponding to 100 channels, if 17 bits are set as the number of bits for each address specification, the accuracy of 10 bits can be reflected for each channel. However, in reality, 16 bits is sufficient because there is a margin for non-voice periods, etc. By the way, the data stored in the storage device 4 in which 100 channels of data have been compressed is the data of one channel of interest and the remaining 99 channels of random noise data superimposed.

この為、上記ノイズによる誤差分はデータ圧縮チヤンネ
ル数の%乗に比例して増大しており、これ故、データ再
生のD/A変換有効ビツト数を越える虞れがある。そこ
で前記補正回路6では、アツプダウンカウンタからなる
積分回路5の出力が正なるとき、予め設定した係数を乗
じたのちカウンタにて減算処理を行い、逆に負なるとき
には加算処理を行つている。これによつて補正出力が常
に零レベルに近付くように補償され、誤差分の抑圧が行
われている。尚、D/A変換器7は例えば16ビツト構
成され、実際の変換に要する10ビツトに対して残つた
6ビツトを上述した誤差ドリフトを許容する為に備えら
れている。尚、補正回路6によつて発生する歪は上記ノ
イズによる誤差分より低く抑えられることは云うまでも
ない。ホワイトノイズ成分は100kHzの乱数である
ためほとんど聞こえない。以上述べたように本方式を適
用して構成された装置によれば、100秒分のデータを
1秒分に圧縮することができ、上述した100秒分のデ
ータを高々105bitで表現することを可能とする。
For this reason, the error due to the noise increases in proportion to the % power of the number of data compression channels, and therefore there is a possibility that the number of effective bits of D/A conversion for data reproduction may be exceeded. Therefore, in the correction circuit 6, when the output of the integrating circuit 5 consisting of an up-down counter is positive, it is multiplied by a preset coefficient and then subtracted by the counter, and conversely, when it is negative, it is added. As a result, the correction output is compensated so that it always approaches the zero level, and the error is suppressed. The D/A converter 7 has, for example, a 16-bit structure, and the remaining 6 bits for the 10 bits required for actual conversion are provided to allow for the above-mentioned error drift. It goes without saying that the distortion generated by the correction circuit 6 can be suppressed to a level lower than the error due to the above-mentioned noise. Since the white noise component is a random number of 100 kHz, it is almost inaudible. As described above, according to the device configured by applying this method, 100 seconds worth of data can be compressed into 1 second worth, and the above-mentioned 100 seconds worth of data can be expressed with at most 105 bits. possible.

従つてデータ速度を1ki)It/Secとして容量の
大幅な低減を図り得る。しかも上述したように圧縮アル
ゴリズムが極めて簡単である上、自然性にも優れている
と云う効果を奏する。次に上記した本方式によるS/N
について説明する。
Therefore, it is possible to significantly reduce the capacity by setting the data rate to 1 kiIt/Sec. Moreover, as mentioned above, the compression algorithm is extremely simple and has the advantage of being excellent in naturalness. Next, the S/N by this method described above
I will explain about it.

次表はデータA,B,Cのとり得る値を簡単のために1
、0のみとしこれによつて生成される情報Sとの一致不
一致を示したものである。A=Sなる確率が50%であ
るとき、情報SはデータAを全く反映していないことを
意味し、逆にA=Sなる確率が100%あるいはO%の
とき情報SはデータAを極めて良く反映していると云え
る。つまりこの場合、情報SによつてデータAが完全に
示されると云つても過言ではない。しかして今、上記表
に示されるデータA,B,Cによつて生成される情報S
は、単純に考えるならば情報Sに対するデータA,B,
Cの寄与の度合が同等であるから、A−Sとなる確率は
かなように、その確率は75%にも達する。
The following table shows the possible values of data A, B, and C.
, 0 only to indicate the coincidence and mismatch with the information S generated thereby. When the probability that A=S is 50%, it means that information S does not reflect data A at all; conversely, when the probability that A=S is 100% or 0%, information S greatly reflects data A. It can be said that it reflects well. In other words, it is no exaggeration to say that in this case, data A is completely represented by information S. However, now the information S generated by the data A, B, and C shown in the table above
If you think about it simply, data A, B,
Since the degree of contribution of C is the same, the probability of A-S is as high as 75%.

これはデータB,Cについても同様である。しかして更
に考察を進めるならば、100チヤンネルのデータに対
しては二項定理に従うところ、A−Sなる確率はになる
This also applies to data B and C. However, if we consider this further, if we follow the binomial theorem for 100 channels of data, the probability of A-S will be:

従つて逆にA\Sなる確率は45%となる。この45%
の確率は100チヤンネルのうちの99チヤンネルのデ
ータがランダム化されたノイズとして寄与する為に生じ
るものであり、またこの性質を積極的に利用して本発明
に係るデータ圧縮がなされているのである。そこで今、
50%から100%の間にある情報のみを信号分として
考えると、100チヤンネルの時、上記信号分は1/J
丁h下、つまり0.1となる。また音声信号波形の周波
数が4kHzであつたとすれば、この信号成分は100
kHzのサンプリング点によつて示されるデータ系列の
うち25点によつて代表されることになる。これらの2
5点のサンプリングデータにより生じる誤差分、つまり
ランダムウオーク成分はJΣτ=5ドツトである。これ
に対して上記信号分は上記25点中の0.1であるから
2.5ドツトとなり、従つてS/Nは0.5となること
になる。然乍ら実際には、各チヤンネルのデータ信号が
情報Sに寄与する割合は均等ではなく、注目したチヤン
ネルに比して少ないのが一般的であるから、S/Nは上
述した値以上に改善される。即ち先ず簡単に考えられる
ことは、音声信号中に含まれる無音声期間は、一般に相
当長いことであり、この分だけ着目したデータの情報S
に対する寄与率が高いと考えることができる。また音声
信号の波形を分析してみれば、各ピツチの始りにおいて
波形振幅が大きく、しだいに波形振幅が小さくなる。従
つて音声ピツチの後半部に存在する情報量が小さく、そ
れだけ情報Sに対する寄与率も少ないと考えられる。し
かも音声信号の波形の中で強度の高い部分は情報Sに対
する寄与率が高い上、S/Nも大きくなるので、その結
果全体としての音韻の把握に有用である。このような音
声信号の性質を考え合せれば、前述したS/Nは高々0
.5程度でなく、容易に1以上となり、信号の復元再生
に十分である。
Therefore, the probability of A\S is 45%. This 45%
This probability arises because the data of 99 channels out of 100 channels contributes as randomized noise, and this property is actively used to perform data compression according to the present invention. . So now,
If we consider only the information between 50% and 100% as a signal, then for 100 channels, the signal will be 1/J.
It is below h, that is, 0.1. Also, if the frequency of the audio signal waveform is 4kHz, this signal component is 100
The data sequence represented by the kHz sampling points will be represented by 25 points. These two
The error amount caused by sampling data at five points, that is, the random walk component, is JΣτ=5 dots. On the other hand, since the signal portion is 0.1 out of the 25 points, it becomes 2.5 dots, and therefore the S/N becomes 0.5. However, in reality, the proportion of the data signals of each channel contributing to the information S is not equal, and is generally smaller than the channel of interest, so the S/N ratio can be improved beyond the above-mentioned value. be done. That is, the first thing that can be easily considered is that the silent period included in the audio signal is generally quite long, and the information S of the data focused on is due to this period.
It can be considered that the contribution rate is high. Furthermore, when analyzing the waveform of the audio signal, the waveform amplitude is large at the beginning of each pitch, and gradually becomes smaller. Therefore, it is considered that the amount of information existing in the latter half of the audio pitch is small, and the contribution rate to the information S is correspondingly small. In addition, the high-intensity portion of the waveform of the audio signal has a high contribution rate to the information S and also has a large S/N ratio, so that it is useful for understanding the phoneme as a whole. Considering these characteristics of audio signals, the S/N ratio mentioned above is at most 0.
.. It is not about 5, but easily 1 or more, which is sufficient for signal restoration and reproduction.

また上述した考察は4kHzの音声信号成分に対して行
つたものであるが、音韻の決定に更に良く寄与するのは
100Hz程度の低い周波数であるから、これについて
同様に考察してみれば、サンプリング数が103個でそ
のランダムウオーク誤差が32、一方、信号分は二×1
03=100として明快な信号として現われる。故に極
めて明瞭に音声信号認識することが可能となる。つまり
低周波成分についてはS/Nのよい信号再生が可能であ
る。また高い周波数についてはS/Nが悪くなるが、信
号の出現率、寄与率も高くなる為、さほどその成分が失
われる虞れがない。故に音声信号に対して効果的なデー
タ復元再生を可能とする。ところで、今迄の説明では連
続した音声信号の100チヤンネル分、つまり100秒
分を1秒の信号にデータ圧縮するものを例に説明した。
然乍ら、独立した100チヤンネルの音声信号を1チャ
ンネルに重畳してデータ圧縮することも可能である。即
ち、第3図a−dに示すように独立したチヤンネルのデ
ータを0.1秒等に設定された基本単位時間に抽出し、
これを同図bに示すように乱数的配列して取込む。しか
るのち、これらの各データに対する総和演算を行つて第
3図cに示すよ゛うに一旦記憶し、これを通信あるいは
記憶保持する。しかるのち同データを先の乱数的配列順
序に従つて第3図dに示すように読み出すことによつて
データ再生が行われる。このようにすればデータ圧縮再
生の実時間処理が可能であり、高々2単位時間(0.2
秒)の信号遅延が生じるのみである。しかも少ない信号
容量を以つて大量の情報(100チヤンネル分)を同時
通信することが可能である。
Furthermore, the above discussion was conducted on a 4kHz audio signal component, but it is the low frequency of about 100Hz that contributes even more to the determination of phonemes, so if we consider this in the same way, we will find that sampling The number is 103 and its random walk error is 32, while the signal component is 2 × 1
It appears as a clear signal as 03=100. Therefore, it becomes possible to recognize voice signals extremely clearly. In other words, signal reproduction with good S/N is possible for low frequency components. Furthermore, although the S/N ratio is poor for high frequencies, the appearance rate and contribution rate of the signal are also high, so there is no risk that the component will be lost so much. Therefore, effective data restoration and reproduction of audio signals is possible. By the way, in the explanation up to now, an example has been explained in which 100 channels of continuous audio signals, that is, 100 seconds are compressed into a 1 second signal.
Of course, it is also possible to compress data by superimposing 100 independent channels of audio signals onto one channel. That is, as shown in FIG. 3 a to d, data of independent channels is extracted into a basic unit time set to 0.1 seconds, etc.
These are randomly arranged and captured as shown in FIG. Thereafter, a summation operation is performed on each of these data and temporarily stored as shown in FIG. 3c, and this is communicated or stored. Thereafter, data reproduction is performed by reading out the same data according to the aforementioned random number arrangement order as shown in FIG. 3d. In this way, real-time processing of data compression and playback is possible, and the processing time is at most 2 units of time (0.2
(seconds) signal delay. Moreover, it is possible to simultaneously communicate a large amount of information (for 100 channels) with a small signal capacity.

その上、上記信号遅延は国際電話の時に生じる遅れに比
べても少ないものであるから、実用上不具合を生じる虞
れがない。また基本単位時間を更に短く設定することも
できるので、全く不都合を招くことなくデータ圧縮によ
る通信を可能とする。尚、本発明は上記実施例にのみ限
定されるものではない。
Furthermore, since the signal delay described above is smaller than the delay that occurs when making an international call, there is no risk of causing any practical problems. Furthermore, since the basic unit time can be set even shorter, communication by data compression is possible without causing any inconvenience. Note that the present invention is not limited only to the above embodiments.

例えばデータ圧縮の対象となる信号を、同じ波形から周
波数分離した各周波数成分のものとしてもよい。また同
一アドレスに与えられるデータ数を均等に分配すること
なく、単純乱数的順序に従つて不均等にしても不都合を
招くことはない。更には音声信号に限らず、ビデオ信号
や文字・パターン情報に対しても適用できる。また情報
Sの形態も種々変えることが可能である。2bit以上
の2進化情報としてもよい。
For example, the signal to be data compressed may have frequency components separated by frequency from the same waveform. Further, even if the number of data given to the same address is not evenly distributed but is distributed unevenly according to a simple random number order, no inconvenience will occur. Furthermore, it can be applied not only to audio signals but also to video signals and character/pattern information. Furthermore, the form of the information S can be changed in various ways. It is also possible to use binary coded information of 2 bits or more.

更にはチヤンネル数やビツト数等は仕様に応じて定めれ
ばよく、微分積分処理を省略してA/D変換データを直
接的にデータ圧縮処理するようにしてもよい。この場合
は符号のみを用いるのではなくメモリ内容を直接D/A
に出力する。また乱数の発生手法もかけ算の中央部分を
とる等種々変形でき、要するにアドレス指定時に再現性
があればよい。要するに本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して各種装置に広く適用して実施するこ
とができる。
Furthermore, the number of channels, the number of bits, etc. may be determined according to specifications, and the differential and integral processing may be omitted and the A/D converted data may be directly compressed. In this case, instead of using only the code, the memory contents can be directly D/A.
Output to. Furthermore, the random number generation method can be modified in various ways, such as taking the central part of multiplication, and in short, it is sufficient as long as it is reproducible when specifying an address. In short, the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit thereof, and can be widely applied to and implemented in various devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例方式を適用して構成された信
号記録再生装置の概略構成図、第2図a〜dはデータ圧
縮とその復元作用を示す図、第3図a−dは他の実施例
のデータ圧縮と復元作用を示す図である。 1・・・・・・A/D変換器、2・・・・・・微分回路
、3・・・・・・乱数アドレス発生回路、4・・・・・
・記憶装置、5・・・・・・積分回路、6・・・・・・
補正回路、7・・・・・・D/A変換器。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a signal recording and reproducing apparatus constructed by applying an embodiment of the present invention, FIGS. 2 a to d are diagrams showing data compression and its restoration operation, and FIGS. 3 a to d FIG. 7 is a diagram showing data compression and restoration operations of another embodiment. 1...A/D converter, 2...Differentiating circuit, 3...Random number address generation circuit, 4...
・Storage device, 5...Integrator circuit, 6...
Correction circuit, 7...D/A converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 近接した標本点において強い相関を持つ標本化デー
タに対して予め定められた順序に従つてメモリのアドレ
スを順次指定し、同一アドレスに指定された上記複数の
標本化データの所定の演算処理結果を上記指定アドレス
に書込み、前記メモリの各アドレスに書込まれた演算処
理結果を前記順序に従つて順次読出してデータ復元する
ことを特徴とするデータ圧縮方式。 2 指定アドレスに書込まれる複数の標本化データの演
算処理結果は、上記複数の標本化データの総和値の極性
符号である特許請求の範囲第1項記載のデータ圧縮方式
。 3 標本化データは、原情報データの差分情報としてメ
モリに与えられるものであつて、メモリから読出されて
復元されるデータは、演算処理結果を累積加算処理して
得られるものである特許請求の範囲第1項記載のデータ
圧縮方式。 4 定められた順序は、複数の標本化データ系列に対し
て十分長い繰返し周期を有する疑似乱数であり、同一ア
ドレスに指定される標本化データに対してランダム性を
有するものである特許請求の範囲第1項記載のデータ圧
縮方式。
[Claims] 1. Memory addresses are sequentially specified in a predetermined order for sampled data having a strong correlation at adjacent sampling points, and the plurality of sampled data specified at the same address are A data compression method characterized in that a predetermined arithmetic processing result is written to the specified address, and the arithmetic processing result written to each address of the memory is sequentially read out in the aforementioned order to restore the data. 2. The data compression method according to claim 1, wherein the arithmetic processing result of the plurality of sampled data written to the specified address is a polarity code of the total value of the plurality of sampled data. 3. The sampled data is given to the memory as difference information of the original information data, and the data read out from the memory and restored is obtained by cumulatively adding the calculation results. The data compression method described in scope 1. 4 Claims in which the predetermined order is a pseudo-random number that has a sufficiently long repetition period for a plurality of sampled data sequences, and has randomness for sampled data specified at the same address. The data compression method described in Section 1.
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