JPS60235528A - デ−タ圧縮方式 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明はデータ圧縮方式、特に音声信号１画る。

〔従来技術〕

従来、データ圧縮法として音声・画像データに対して大
別すると直交変換と線形予測法とが考えられている。特
にハードウェア構成の容易さから線形予測法が現在では
多く用いられているが、この方法は処理信号の統計的性
質（信号の共分散関数）が時不変である、つまり信号自
体定常性を有している場合に有効であり、実際の音声・
画像信号のような定常性を有しない信号に対しては最適
な圧縮効果を期待できない。゛また一Ｆ記方式によりで
きるだけ正確な予想を行なうためには、かなりの数のデ
ータが必要でメモリ等の数が多くなり、・・−ドウエア
量が増大するという欠点がある。

〔目　的〕

本発明は上記の従来の欠点に鑑みてなされたもので、簡
単安価なハードウェア構成によりデータ圧縮を行なえる
データ圧縮方式を提供することを目的とする。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に基づき本発明によるデータ圧
縮を詳細に説明する。

図は上段に原信号なの生成過程を、下段に予測信号分の
生成過程を示している。ここでｋはある時刻を示すもの
とする。

図中の破線のブロックＱは白色信号ｕｋを入力とし、原
信号Ｘｋを生成する線形ダイナミックシステムのモデル
である。白色信号ｕｋは時間に応じて変動する係数器Ｂ
ｋと、遅延器ｚ−：係数器Ａｋからなるフィルタに入力
され原信号取が生成される。

原信号Ｘｋは伝送される際、時変の係数器Ｃｋを通ると
ともに雑音ωｋが重畳される。したがって下段のシステ
ムが得られる入力信号ｙｋは加法性雑音ωｋにより乱さ
れたものである。

原信号Ｘｋの生成過程は次式で示される。

Ｘい、−Ａｋ−Ｘｋ＋Ｂｋ−ｕｋ　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１）（１）式中のＡ４
．　ＢｋはブロックＱのシステムの特性を表わすパラメ
ータマトリクスである。また手に入る信号りは前記信号
Ｘｋに雑音へか重畳したものであるから、 ’！ｈ−〇に−Ｘｈ＋ωｋ　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）で示され
る。ここでＨｋは簡単のためにＣｋ−ＩＩ（単定する。

また、信号Ｘｋ、ｕｋ＋ωに、ｙｋは適当な次元数を持
つベクトル量である。またそれらの統計量は次のように
与えられている。

Ｅ（ｕｋ−ｕτ〕＝Ｕｋ・δ（ｋ−ｅ）　Ｅ（ｘｏ’ｘ
ｏ）−Ｐ。

・・・・・・・・・・・・（３） （Ｅは統計平均を表わす。またＴは転置を示す。）時刻
ｋにおいて雑音へが重畳している信号ｙｋを、図の下段
の係数器Ｋｋ、　ｃｋ、および係数器Ａｋ−＋、遅延器
ｚ　−１により形成されたカルマンフィルタに入力し、
原信号Ｘｋの予想信号会をめ、この気を入力信号＆から
減算し、圧縮された信号■を得る。

上記の予想値Ｘｋは次の漸化式でめられる。

△ Ｘｋ　””　Ｆｋ−１・ｘｋ−ｒ　＋　Ｋｋ−’Ａｃ　
・・・・・・・・・（４）　（ｋ＝　１．２．・・・・
・・）Ｆｋ−＋、　Ｋｋは未知のマトリクスであり、こ
の２つのマ）　ＩＪクスを直交原理の考えを拡張してめ
る。

まず評価量として、予想誤差ベクトルＸｂ（−ｘｈ　Ｓ
）を取り上げその平均値が０、分散（ノルム平均）最小
という２つの規範の下でＦｋ−＋　、　Ｋｋをめるアル
ゴリズムを以下に示す。

ＥＣも）−Ｅ（ｘｋ−９）−〇　・・・・・・・・・・
・・（５）（５）を満たす条件は次のように示される。

Ｒ−＋−（ｆｆ　Ｋｋ−Ｃｋ）４に−＋−（ｎ　Ｋｋ’
ｌ・入−＋−−（６）次に誤差ベクトルもの共分散行列
をａ（−ｇ６・＝”〕）と表記すると Ｒ，＝　Ｅ　［：　Ｆｋ−１・ｘ％−＋十（ＪＴ　Ｋｋ
）・Ｂｋ−１・Ｕｋ−＋　Ｋｋ・ωｋ〕（２”ｂ！＋−
Ｆｋ！＋−ｕｌ、ｒ−＋・Ｂｓ”−ｔ（ｉＩ　Ｋｆｆ）
　＜・灯）−（ｒＩＬ−Ｋｋ）・Ｂｋ−１・Ｕｋ−５・
ＢＩＴ、１・（Ｕ−Ｋｔ）十Ｋｋ・％−Ｋｌ￥　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）（
；　Ｅ　（ｕｋ−＋　・ωＨ）　−〇、　Ｅ　Ｃ５−＋
・ｕｉＣ）−〇、Ｅ（剋−１・０Ｍ）−ｏ） （７）テ、Ｂｋ−＋　・Ｕｈ−＋−Ｂ１＜！＋−Ｉｋ、
　ｒｋ＋Ｗｋ＝Ｍｋトオ＜と、貼動−Ｋｋ仏−や双＋４
・Ｍｋ−ＫＭ・・・・・・・・（８）（８）をＫｋの平
方マトリクス多項式とみなして変形していくと ＆＝ムーへ・Ｉ’ｋ　ｒｋ　’Ｋｋ十艮・Ｍｋ−計重Ｋ
ｋ　−Ｍｋ　−ＫＱ−Ｋｋ−虐な・Ｋ９十Ｆｋ・Ｍｉ’
−ＦｋＴ−Ｋ・Ｍｉ、’　ｒｙ　＋Ｉｈ −（Ｋｋ−Ｆｋ−Ｍｉ’）　（Ｍｋ−に品−ｒ）−Ｉ、
−ｙｘ；’・Ｆｋ＋に −（Ｋｋ−Ｆｉｋ　Ａ）・ＭＭｌ・（Ｍｋ−Ｋｉミニ−
）−４・ＭＱｌ・Ｇ＋に ＝（Ｋｋ−Ｍｋ−７ｉｃ　）・Ｍｉ：１・（Ｋｋ−Ｍｋ
Ｉ’；　）”−八−Ｍζ’・７’ｋ　＋　ｒｋ　・・・
・・・・・・・・・・・・・・（９）（９）式の各項は
いずれも対称マトリクスであるので、任意の列ベクトル
αを考え、＆に関する２次形式αＴ−Ｐｋａを最小にす
る、つまり＆が最小になる条件は、次式で示される。

Ｋｋ−Ｍｋ−Ｆｋ−０つまり Ｋｋ−ｒｈ　・Ｍｈ’　ｒｈ　・（Ｊ’ｙ　＋”ｗ、）
−’−Ｂｋ−ビＵｋ−＋　°Ｂｋ！ｔ　（Ｂｋ−１゛Ｕ
ｋ−＋。

Ｂｋ工＋　＋Ｗｋ：］−’　・・・・・・・・・・・・
・・・・・（１０）よって、時刻ｋにおけるＸｋの辱想
値会は以下の漸化式でめられることになる。

党−（ｆｆ　Ｋｋ〕Ａｋ−＋°ｘｋ−＋＋Ｂｋ−＋弔１
（−１°酎１・（Ｂｋ−＋・Ｕｋ−＋・Ｂ　１．Ｔ−Ｉ
＋　Ｗｋ’）−’・ｙｋ　・・・・・・・・・０υ（Ｉ
［＝Ｃｋ） ０υよりＸｋは観測データｙｋのみを得るたけで決定さ
れる。

この式０υを回路化したものが図の下段の構成である。

すなわち、加法性雑音ωにで乱された入カ信号へから真
のデータ信号島の予想信号Ｘｋを得、この信号島と入力
信号ｙｋの差信号工を用いることにより効果的な圧縮効
果を得ることができる。

以上に示したようなカルマンフィルタは音声。

画像信号などの非定常過程においてもウィーナーフィル
タを用いた線形予測と同等の予測が行なえるので、従来
より簡単かつ安価な回路構成により効果的なデータ圧縮
が可能になる。

以−トのような圧縮方式は音声２画像信号の伝送、記録
システムに広く用いることができる。たとえばファクシ
ミリ装置などにおける画像信号圧縮装置などとして好適
である。

〔効　果〕

常住を有するデータ信号を入力し、カルマンフィルタを
用いて予測信号を生成し、この予想信号と前記入力信号
の誤差を圧縮されたデータ信号とする構成を採用してい
るので、非定常過程においても従来より簡単かつ安価な
回路構成で、より効果的なデータ圧縮を行なえる優れた
データ圧縮方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のデータ圧縮方式における回路構成を示す回
路図である。 Ａｋｒ　Ｂｋ＋　Ｃｋ＋　Ｋｋ・・・係数器、、ｕｋ−
ｆ４色信号、Ｘｋ・・・原信号、　ｋ・・・入力信号、
Ｚ−１・・・遅延器、　゛　■・・・圧縮信号。 特許出願人　キャノン株式会社 （：′″・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原信号に雑音が重畳した音声信号ないし画像信号などの
   非定常性を有するデータ信号を入力し、カルマンフィル
   タを用いて予測信号を生成し、この予想信号と前記入力
   信号の誤差を圧縮されたデータ信号とすることを特徴と
   するデータ圧縮方式。