JPS61500822A - デ−タ圧縮の方法と装置 - 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】 データ圧縮の方法と装置 発明の背景 アナログ信号をディジタル・サンプル信号に変換するための手段、サンプル信号 のエントロピーを゛減少させるためのディジタル圧ＪｉＦ波手段、録音と遠隔位 置への伝送の一方または両方が行なえるようにディジタル圧ＭＰ波器出力を符号 化するためのハフマン符号化手段、再生手段または受信手段、ハフマン復号化手 段、ディジタル圧縮Ｆ波手段の正確な、またはほぼ正確な逆となっているデイノ タル復元手段、ならびに復号、Ｆ波されたディジタル信号を変換してアナログ形 式に戻すための手段を含むシステムはアイ・イー・イー・イー・トランザクショ ンズ・オン・バイオメディカル・エンジニャリング誌所載のニー・イー・ラッチ マンおよびエッチ・ブイ・ピックバーガーの論文、「予測または補間によるＥＣ Ｇの圧縮とエントロピー符号化」に開示されている（　Ｕ、　Ｅ、　Ｒｕｔｔｌ ｍａｎｎ　ａｎｄ　Ｈ，Ｖ。

Ｐｌｐｂ＠ｒｇ＊ｒ、　”Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈ＠ＥＣＧ　ｂｙ 　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｒ　Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｌｏｎ　ａｎｄ　Ｅｎｔｒ ｏｐｙ　Ｅｎｃｏｄｉｎｇ’、　ＩＥＥＥＴｒａｎｍａｃｔｌｏｎｍ　ｏｎ　Ｂ ｉｏｍ＠ｄｉｃａｌ　Ｅｎｇｌｎ−・ｒｉｎｇ、　Ｖｏｌ。

ＢＭＥ−２１，、Ａ　／　／　、ＰＰ、乙　／　３−　乙　２３．Ｎｏマ、／７ ７り）。

類似のシステムがケー・エル・リグレイおよびジエー・アール・コックス・ジュ ニアの論文、「過渡的な心電計データを得るためのコンピュータ・システム」に 示され、ている（　Ｋ＊Ｌｓ　Ｒ１ｐｌ＊ｙ　ａｎｄ　Ｊ、Ｒ＊　Ｃｏｘ、　Ｊ ｒ、。

Ａ　ｃｏｍｐｕｔ＠ｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｃａｐｔｕｒｌｎｇ　Ｔｒａｎ ＠ｌ＠ｎｔＥ１＊ｅｔｒｏｅａｒｔｉｌｏｇｒａｐｈｌｅ　Ｄａｔａ　’、Ｐｒ ｏ、Ｃｏｍｐｕｔ、Ｃａｒｄｌｏｌ。

ｐｐ、弘３ターＩ１．≠ｊ、ｌり７乙）。本発明は録音、伝送の一方ま念は両方 に先立ってディジタル・サンプル信号のエントロピーを更に減らすための方法と 手段を対象本発明は特に音楽信号等の音声アナログ信号の圧縮に使うことを目的 としている。アナログ音楽信号はアナログ−ディシタｋＫ換によって通常／ｌ／ Ｌビット乃至／６ピツトのサンプル信号に変換される。これＫよって小さな童子 化レベルが与えられる。非常に低レベルの音楽信号についてはこのような小さな 量子化レベルが必要であるが、ある程度高レベルの信号の場合は耳の波形に対す る分解能がこのようなレベル、すなわち約ｉ１＝、ｏｏｏ分の／乃至約ｔｓ、ｏ ｏｏ分の／に達することｉ６り得ない、すなわち、音楽レベルが高くなると、聴 き手が歪に気付く童子化レベルは高くなる。実験結果によｎば、音楽レベルによ ってはワード長をｔビットに減らしても識別可能な歪はないか、あってもごく僅 かである。サンプル信号が短い程、大幅に信号圧縮できることは明らかである。

本発明は種々の平均音楽レベルに対して「実効」ワード長を変えるための構成を 対象としている。不発明によれば平均音楽エネルギー・レベルはエンペローブ検 出器等によって測定され、検出器出力は１つ以上の閾値によって検知される０本 発明の一実施例では、サンプル信号の７つ以上の最下位ピッ）　（ＬＳＢ　）は 闇値を超えたとき予め定められた値、すなわち／またはＯにセットされる。これ により、音楽レベルが大きくなったときサンプル信号のエントロピーが効果的に 小さくなる。これらのサンプル信号はディジタル圧縮Ｆ波器に与えられ、エント ロピーが入力信号のエントロピーより小さい信号が作られる。７ビツト以上のＬ ＳＢが／またはＯにセットされると、出力エントロピーは更に小さくなる。圧縮 された信号は打切シ型ハフマン符号化のため符号器に与えられる。符号器のディ ジタル出力に対して、ディジタル録音手段による録音、遠隔受信位置への伝送の 一方または両方が行われる。再生装装置または受信ステーションで、符号化音楽 信号は復号手段によって復号化され、この復号化された信号は圧縮Ｆ波器のほぼ 逆になっているディジタル復号Ｆ波器に与えられる。ディジタル−アナログ変換 手段は復元ｐ波器の出力をアナログ形式に変換する。

不発明の一変形では、圧縮Ｆ波器出力の符号化に異なるハフマン符号を用い、使 用する符号は閾値信号によってきまる。使用する符号はハフマン符号化信号の平 均ピット速度を最小限にするように選択される。この構成で、符号識別ワードが 符号器からの信号流に挿入されて、そのとき使用している符号を宍わす、再生時 に、この符号識別ワードを使ってハフマン復号化手段の正しい動作モードが選択 される。

本発明のもう７つの変形では録音再生システムに可変利得回路が設けられ、閾値 信号に従ってディジタル圧縮ｐ波手段の入力信号レベルとディジタル復元戸波手 段の出力信号レベルを制御する。アナログまたはディジタルの利得制御回路を使 うことができる０本発明のこの形式では、閾値信号に応じてサンプル信号の異な る符号化に対して複数の異なるハフマン符号を使うこともできる。

本発明の更にもう７つの変形では、ＬＳＢの設定またはディジタル圧縮Ｆ波手段 入力側の可変利得回路の設定はディジタル圧ＭＦ波器出力の平均音楽エネルギー ・レベルに応動する手段によって制御される。この構成では、零にセットされ・ るＬＳＢの数す々わち利得設定に応じて圧縮Ｆ波器出力の符号化に異々るハフマ ン符号が用いられる。ハフマン符号化された信号の流れに符号識別ワードが挿入 され、再生時に信号流の正しい復号化のために使用される。

本発明は図面を参照した以下の説明によシ明らかとなる０図面が類似の参照符号 は同じ部品を茨わす。

第１Ａ図および第１Ｂ図はデータ圧縮システムのグ生部が第７Ｂ図に示されてい る。

第２図はデータ圧縮システムの入力と出力にそれぞれ設けられる高周波デエンフ ァシスろ波器と工ンファシステ波器の周波数特性を示す。

第３図は第７Ａ図と第１Ｂ図に示されるデータ圧縮システムの種々の位置に現わ れる信号を波形とグラフで堀わしたものである。

第μ図は符号化された差信号のグラフ的表現であシ、オーマットを示す。

第５図は第１Ａ図のモード制御装置の詳細を示すブロック図である。

第６図はデータ圧縮システムで使うための異なる打切り製ハフマン符号を示す表 でろる。

第７図はディジタル・サンプル信号値がある量子化レベル内に発生する確率と量 子化レベルの大きさとの関係を示すために使うグラフである。

第♂Ａ図および第♂Ｂ図はディジタル圧ＪｉｉｉＦ波器に与えられるサンプル信 号の鐘下位ビットの設定と利得制御の設定をそれぞれ示す表である。

第２図は第１Ａ図および第７３図のデータ圧縮システムと類似しているが１つの 打切＃）型ハフマン符号を使用したデータ圧縮システムの一変形のブロック図で ちる。

第７ＯＡ図および第１ＯＢ図は第１Ａ図および第１Ｂ図の実施例で用いられてい る最下位ビット設定手段のかわシに利得設定手段が設けられ念、データ圧縮シス テムの一変形のブロック図を示している。　−第１／ム図および第１／Ｂ図は第 １ＯＡ図および第１ＯＢ図のデータ圧縮システムと類似しているが１つの打切り 型ハフマン符号を用いたデータ圧縮システムの一変形のブロック図を示している 。

第１２図は本発明の実施例でるるディジタル・データ録音システムの更にもう７ つの変形のブロック図であり、モード制御装置がディジタル圧縮Ｆ波手段の出力 に応動する。

録音システム まず第７Ａ図は本発明の一実施例である録音再生組み合わせシステムの録音装置 を示している。高周波デエンファシスＦ波器２０には音楽信号等のアナログ入力 信号ｆ（りが与えられている。Ｐ波器２０はアナログ信号の高周波部分のデエン ファシスを行なうことによって、信号エントロピーを小さくする。Ｆ波器２０（ ０周波数特性とともにシステムの再生部に含まれるＦ波器２ＯＡの周波数特性が 第２図に示嘔れている。第２図に示すようにアナログ信号の高周波取分のデエン ファシスを行なう友めＦ波器２０の相対利得は約ｃｌ≠ｋＨ二で減少し始める。

簡単のため、Ｐ波器２０のアナコグ出力とアナログ入力をともにＡｔ）で表わし ている。

第３図のＡで、アナログ信号ｆ（ｔ）は音楽信号であシ、その周波数範囲は約／ ｊＨｚから２０．０００Ｈ＊にわたっている。

Ｆ波器２０の出力はアナログ信号からディジタル形式への変換のためアナログ− ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２２に与えられる。ん０変換器のｎ番目のサ ンプルはｆ　と衣わされる。第３図のＣに示されるの変換器出力形式にはワード 長が等しいサンプルｆｎ−１乃至’ｎ＋ｉが含まれる。　Ａ／Ｄ変換器２２は一 定すンプリング速反と一定のワード長出力で通常の方法で動作する。　Ａ／Ｄ　 Ｋ換のワード長は通常１ＩＩＬピツト乃至１６ビツトであり、第３図では説明の ため／弘ビットのワード長が示されている。ｔた説明の几め、アナログ音楽信号 の変換にたとえば４’　ＩＡ　ｋＨｚのサンプリング速度を用いることができる 。

高周波デエンファシスＦ波器２０の出力は線２３ｆ：介してモード制御装置２Ｉ ／Ｌにも与えられている。後で詳しく説明するように、モード制御装置２弘はデ ータ圧縮回路の数個の素子のステップ割ａｔ−行なうため出力２乙にモード制鉤 信号を発生する。出力、２乙のモード制御信号はモード制御装置の音楽信号六方 の平均エネルギー・レベルによってｉする。

−変換器２２の出力はエントロピー？ＩＩＩＪａ回路２♂に与えられる０図示の システムで、はこのエントロピー１制御回路には、入力サンプル信号の１つ以上 の最下位ビットｉ／またはＯの所定の値に設定するための手段が含まれている。

モード制御装置２４ｔからのモード制御信号が最下位ビット設定制御のためエン トロピー制御回路２１ｒに与えられる。低レベル入力信号の場合は、回路、２♂ を通ってもサンプル信号は変らない。アナログ入力エンペロープの第１の闇値レ ベルでは、たとえば最下位ビットｔ−Ｏに設定することがでさる。第２の闇値レ ベルでは最下位−ビットをＯに設定することができる。以下、同様である。モー ド制６ＩＩｉＡ直２≠の説明に続いて、モード制御信号に応じて最下位ビットを 零に設定する動作について更に詳しく説明する。第１人図では簡単のため、エン トロピー制御装置２１の出力はその入力と同じく九と表わしている。

エントロピー設定装置２どの出力は圧縮Ｆ波器３０に与えられる０本発明の目的 を達成するため、圧ＨＰ波器３０には推定器３０と減算手段３１Ａが含まれてい る。推定すべきサングルＩｎの前後に発生する実際のす１１．−ろん周知である 。圧縮ｐ波器３０は実際の信号入力ｆｎこｎａ次式のようｌＣＮ１Ｒ算手段３弘 で実際の値から推定値を減算することによって得らする。

第３図のＤに示され友圧縮Ｐｅ器出力のグラフ信号表現には、差信号ΔｎｌΔ。

十４．Δｎ＋２．・・・６刊が示されでいる。

ここで本発明は出力Δ。が実際の信号入力ｆつと推定に限定されないことは明ら かである。圧ＭＦ波器出力σでないような他の圧縮Ｆ波を使うこともできる。し たがって、「差信号値Δ。」は本発明のシステムで使うことができる任意の適当 なディジタル圧縮Ｆ波器の出力ｔｌ−表わすものである。

圧縮された信号値Δｎは打切シ型ハフマン・コードを使って符号化する几めディ ジタル符号器弘Ｏに与えられる。もちろん、打切り型ハフマン符号は周知である 。

簡単に言えはハフマン符号化法では、圧縮戸波器３０の信号出力Δ。の発生確率 が異なるという事実を使って符号化信号のビット総数を入力信号に比べて削減し ている。頻繁に発生しない圧縮信号にＨｌつの符号ワードが割り当てられ、実際 の圧縮信号値Δ。に対するラベルとして与えられる。第１Ａ図では符号器４！０ の出力はｈ（Δｔ１）と表わされている。そして第３図のＥで。

ｂ（Δｎ）　、　ｈ（Δｎ＋１　）等の値はΔユ、Δｎ刊等の符号化値を懺わす 。符号器≠０の出力は最も頻繁に発生するΔユの値に対してに符号ワード、発生 頻度の少ないΔ。の値に対しては符号ワード・ラベルと圧ｉ信号Δ１の実際の値 の組み合わせとなる。説明のため、圧縮信号Δが−３から＋３の範囲外にある場 合、実際の信号Δユと符号ワード・ラベルが符号器出力に得られるものとする。

第≠図にはいくつかの符号化された値が示されている。Δｎ＋ｉに対する符号化 値はラベルと実際の圧縮信号Δ。＋２で構成される。ここでΔｎ＋２は稀に発生 する圧縮信号値、すなわち＋３の範囲外のある値である。

ディジタル圧ＭＦ波器３０は所定の伝達関数を有しておシ、これはシステムの動 作中度らない。たとえば、圧縮Ｆ波器は次の変換を行なう。

Δｎ　＝ｆｎ＋１−２ｆｎ　＋　ｆｆ＆−４（２）しかし、圧ＭａＰ波器が特定 の信号Δユを発生する確率はエントロピー設定装＠２♂の設定によって左右され る。したがって本発明のもう７つの側面によれば、八ツマン符号器弘Ｏの実現す るハフマン符号はハフマン符号器≠００発生する符号化圧縮信号の長さが最大限 に短かくなるように選択することができる。第１Ａ・図でディジタル符号器装置 ｔＡＯには複数の個別符号器≠０−０．≠ｏ−ｉ　、乃至４ｔｏ−Ｎが含まれて いる。

符号器の入力側と出力側にあるスイッチ弘コおよび≠４１＋はシステム動作中に どの符号器を使うかを選択する。スイッチｌＡ２および≠ｔＩＬハ使用するハフ マン符号を変えると同時にエントロピー設定装置２ｇによって所定の値に設定さ れる最下位ビットの数を変えるためのモード制御装置の出力によって制御される １選択されたハフマン符号器からの符号化圧縮信号ｈ（Δｎ）ハ符号識別子発生 −掃入回路ｊＯに与えられる。この回路ｊＯはシステムの動作状Ｑｔ表わすため に符号ワードを符号化信号の流れに挿入するためのものである。符号識別子発生 −挿入回路ｓｏ＃−ｉモード制ａ装ｆｋ２≠の出力によって制御され、アナログ 入力信号ｆ（ｔ）のそのエネルゼー・レベル帯に特有の符号ワードを発生する。

図示の構成では、符号ワードはディノタル符号器１１０の用いるハフマン符号ｔ −表わしている。符号ワードはどのハフマン符号にも含まれていないワードであ ってもよいし、各符号に対して同じである符号ワードの後に状ａｔ−表わす２進 数を付は友ものであってもよい。

後で録音されたビット流がピット誤り、破壊された場合は、符号ワードはモード 制御装置２弘からの出力スイッチング後に送出され、その後周期的に送出される 。

たとえば、符号化され次ピット流にｊＯサンプルま九に１００サングル毎に識別 子を入れれば数ｊ　リ秒後に符号の懺示が行なわれるが、平均ピット長の増加は 無視できる程小さい、識別ワードを伴なった符号化ビット流は図ではｈ（Δｎ） ＋ＩＤと表わされている。

識別”子付きの符号化ディジタル・データ流に対して録音および／または遠隔受 信器への伝送が行なわれる。

録音の場合は、符号識別子発生−挿入回路！’０はバッファ・メモＩＪ　−ｊ− ２’（Ｉ−介して録音装置よ弘に接続される。録音装置Ｓｔ−で録音された信号 のような録音符号化ディジタル信号は第１Ｂ図に示すシステムを使って再生され る。このシステムには再生装置６０が含まれる。

再生装置６０からの信号はバッファ・メモリー６２を介して符号チェック−スト リップ装置６ＩＩＬに与えられる。この装置６弘はビット流に識別符号ワードが あるか論ぺる。このプロセスはビット流が通るシフト・レジスタに接続された１ つ以上の最の論理ダート回路を使って行なうことができる。識別符号ワード毎に １つの論理ゲート回路が設けられる。そのかわりに、マイクロプロセッサのサブ ルーチンを使って符号ワードｔ−識別してもよい。いずれの場合も、ビット流か ら識別符号ワードが取り出され、符号化された圧扁信号ｈ（Δｎ）は復号化する 友めディジタル復号器６６に与えられる。識別符号ワードに応動して符号チェッ ク−ストリップ装置は制御信号を発生し、この制御信号は線６ｇを介して復号器 ６６に、接続されて復号動作を制御する。

圧縮された信号流は異なる符号を使って符号化されているので、ｉ号器乙６は与 えられた符号化信号流を復号化する几め異なる復号モードで動作できなければな らないことは明らかである。図示された復号器には複数の個別復号器１ｔｌ、− ０，ｉｐ＆−７乃至６６−Ｎが含まれている。ｕＩ号器の入力側と出力側のスイ ッチ７０および７２がどの復号器を使うかを選択する。スイッチ７０および７２ は符号チェック−ストリップ装置６≠から線ｌＩざを介して与えられる制御信号 によって制御される。符号化中にハフマン符号器弘Ｏ−Ｏ等のうちどれを使うか に応じて、適当な復号装置が回路にスイッチ・インされて、復号器６６に与えら れる符号化された差信号を信号する。

ディジタル復号器６６からの圧縮信号出力Δ。は復元Ｆ波器すなわち伸長Ｆ波器 ７弘に与えられ、圧縮された信号が互いに長さの等しいサングル信号ｆｎ　（ｏ 　ｕ　ｔ　）に変換される。復元Ｆ波器７ＩＩ−は圧扁Ｆ波器１１０に対し正確 にまたはほぼ正確に逆特性となっており、ディジタル圧Ｊ？ｉＦ波器３００Å力 すンプル信号ｆｎを正確またはほぼ正確に復元する。

ディジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）７６はディジタル復元Ｆ波器７≠ からの信号サンプルｆｎ（ｏｕｔ）をアナログ形式に変換する。第２図の周波数 特性を有するアナログ高周波エンファシスＦ波器２０にはＤ／Ａ変換器７６から のアナログ信号の高周波成分のエンファシスを行なう。これによシ、Ｐ波器２０ にの出力は第１Ａ図の録音部に含まれる高周波デエンファシスｆ波器２０の入力 に非常に近くなる。

次に第５図を参照して説明する。第１Ａ図の録音部に含めることのできる型のモ ード制御装置２≠にエンベロープ検出器１０が含まれておシ、これは高周波デエ ンファシスＦ波器２０から線！ｊを介して与えられるアナログ音楽信号ｆ（ｔ） に応動する。エンベロープ検出器の大力信号は希望する場合には高周波デエンフ ァシスｐ波器２０の出力のかわｊ５にこのｐ波器の入力の測定し、検出器出力は 検出器出力の７つ以上の闇値を検知するための１つ以上の閾値回路に接続されて いる。

・第ｊ図Ｋｕ閾値回路１２−　／　、　１２−２乃至１２−Ｎが示されている。

エンベロープ検出器の出力♂ＯＡは第３図のＢに示しである。闇値回路♂２−／ 　、１２−２゜および１２−Ｎがそれぞれ出力を発生する入力レベルＴＲ／　、 　ＴＬ２およびＴＲＮ　４第３図のＢに示しである。

闇値回路の出力は論理装置を弘に与えられる。論理装ｆｊｋ？≠はアナログ入力 エンベローブがＴＲ／以上となったとき第１の出力を発生し、エンベロープがＴ Ｒ４以上となったとき第一の出力を発生するというように動作する。論理装ａ♂ ≠の出力線２乙を複数の導線で構成し、これらの４線を介してアナログ入力エン ベローブのレベルによってきまる個別制御信号を？！！′ＩＪａすべき種々の回 路に送るようにしてもよいことは明らかである。論理装置は論理ゲート回路、コ ンピュータ・サブルーチン等を使って実現することができる。

第６図は第１Ａ図の符号器≠Ｏの動作に用いることができる打切シ型ハフマン符 号の異である。第６図にはアナログ入力信号の平均値の弘つの異なるレベルでの 符号化動作が示しである。入力信号エンベローｆＸＥが閾値ＴＲ／　（第３図の Ｂ参照）よシ小さい、すなわちＩＥ（ＴＲ／、ＩＥ）ＴＲ／（ＴＲ，２、ｒＥ） ＴＲ２（ＴＲｊ、およびｒ　Ｅ）Ｔ　ＲＪの≠つの場合である。最も頻繁に発生 する圧縮信号が７つの符号ワードｔ−割り当てられる。

表に示された構収では、これらの信号は＋３と−３との間の値となっている。発 生頻度の最も高い圧縮信号に最も短い符号ワードが割り当てられる。＋３の範囲 外にある他のすべての信号は表では「その他」と弄わしである。これらに割り当 てられる符号ワードは第弘図の説明で述べたように後で録音される実際の圧縮信 号Δ。に対するラベルを含んでいる。第６図の表ｔ−調べると友とえば、ＩＥ） ＴＲｊ　、ＩＥ）ＴＲ２＜ＴＲｊ、ＩＥ）ＴＲ／＜ＴＩ２　、およびＩＥ（ＴＲ ／のときの動作中発生確率が最も小さいのはそれぞれ信号λ、−２，３および− ３である。したがって、これらの信号ｉＩＣは最も長い符号、表では０００００ ００／、が割り当てられる０表かられかることは、各動作モードに対して異なる 符号が用いられ、この符号は符号器出力の平均ピット速戻を最小にするものであ るということである。明らかに。

本発明は図示の符号の使用に限定されず、また圧縮信号値の図示の範囲の符号化 に限定されるものではない。

第１Ａ図および第１Ｂ図に図示し、前述したデータ圧縮システムの動作について 簡単に説明する。アナログ音楽信号ｆ（ｔ）　（第３図のＡ）ｒｉ高周波デエン ファシスｐ波器２０によって戸波され、音楽信号の高周波成分のレベルが小さく なる（第２図参照）、Ｆ波器２Ｑの出力はアナログ−ディジタル変換器２２によ ってサンプル信号流ｆｆ１Ｋ変換される。サンプル信号Ｉｎはたえられる。サン プル信号（グこのレジスタにシフトインされ、す〉′デル信号の７つ以上の最下 位ビットをモード制御装置の出方に応じて所定の値（０または／）に設定するた めの手段がこのレジスタに含まれている。

モード制御装置はアナログ音楽信号に応動する。またモードｆＩｉｊ　？ｍ　装 置２弘には、音楽信号のエネルギー・レベルに応じて制御信号を発生するためエ ンベロープ検出器と７つ以上の闇値回路が含まれている。３つの闇値回路を含む モード＋！ＩＩ　ｍ装置２μの場合、平均エネルギー・レベルが閾値レベルＴＲ ／より小さいとき出カニ第１のモード制御信号が発生する。エネルギー・レベル ＴＲ／とＴＲ２の間では、第２のモード制御信号が発生スる。エネルギー・レベ ルＴＲ，２とＴｆＬ？の間では、第３のモード制御信号が発生する。エネルギー ・レベルＴＲ３以上で１１、第≠のモード制御信号が発生する。

入力信号エンベロープＩＥ、（第３図のＢ）が第１の閾値レベルＴＲ／よシ小さ い低音楽エネルギー９レベルでは、サンプル信号はエントロピー設定装置２１ｒ を変化せずに通過し、ディジタル圧ＭＰ波器３ｏに与えられる。この動作モード では、完全表サンプル信号Ｉｎが圧ＭＰ波を受けるためＦ波器３ｏに与えられる 。圧ＭＰ波器３０の圧縮信号出力Δ。はハフマン符号器≠Ｏ−〇の与える第１の 打切り型ハフマン符号を使って符号化される。このハフマン符号器≠ｏ−ｏｒ″ ｉモード制御装置２≠からのモード制御信号の制御下で選択される。

音楽信号エンベロープＩＥが第１の閾値レベルＴＲ／を超えると、モード’ＩＩ 御装置２ＩＩ−は別のモード制御信号を発生する。このモード制御信号は次のよ うな動作を行なう。

／）エントロピー設定装ｆｉ１２♂でサンプル信号の最下位／ビット以上を所定 の値に設定する。

２）圧縮Ｆ波器３０から出力される圧縮信号Δｎを符号化する之め、ハフマン符 号器弘Ｏ−／が与えるような別のハフマン符号を選択する。

３）符号化された信号流に挿入するため新しい識別子ワードを発生する。

音楽エネルギー・レベルが大きくなって所定の闇値レベルを超えると、よシ多く の最下位ビットが所定値に設定される。これにより、アナログ−ディジタル変換 器２２からのサンプル信号のワード長に実効的に（実際にではない）短縮される 。第♂Ａ図には３つの闇値の中のどれを超えたかに応じてワードの最下位／ビッ ト、２ビツト、および３ビツトを零に設定する様子を説明のため示しである。

再生中、符号チェックーストリッグ装置６≠は符号化信号流に識別子があるか探 索する（第１Ｂ図）、符号チェック−ストリップ装置６１１ｔからの符号化信号 流はディジタル復号器乙６に与えられ、ハフマン符号器６６−０乃至Ａｊ−Ｎの 中の７つによって復号化される。使用する復号器は符号化信号流の正しい復号の ため符号チェック−ストリップ装置６μの出力線６ｇの符号識別信号の制御下で 選択される０選択された復号器からのディジタル圧縮信号Δｎはディジタル復元 戸波器７１Ａに与えられる。復元Ｆ波器７４ｔの出力ｆＨ（ｏｕｔ）はディジタ ル圧縮Ｆ波器３０の入力ｆｎとほぼ一致している。ディジタル復元Ｆ波器７≠の 出力はディジタル−アナログ変換器７乙によってアナログ形式に変換される。変 換器出力は高周波エンファシスＦ波器２ＯＡによってＦ波され、録音部の高周波 デエンファシス戸波器２０のアナログ入力信号にほぼ一致するアナログ信号が復 元される。

閾値が７つの場合には、圧縮Ｅ波器３０の出刃のエントロピーは少なくともｆｎ だけ削減されることを示す。

この場合、閾値がオンのときＦ波器のブンプル信号入力の最下位ｎビットがＯ（ または／）に設定され、Ｐは闇値がオンとなる確率である。圧縮Ｆ波器３０の出 力が与えられる符号器４Ｌ０等のハフマン符号器からの。

平均ワード長りは次式で制約される。

Ｈ（Ｌ（Ｈ＋／　（３） ここで、Ｈにエントロピーである。

エントロピーの削減はＭ個の閾値に対して一般化することかできる。エントロピ ーは だけ削減される。ここでＰｌは（１＋／）番目の闇値でなく１番目の閾値がオン である確率であり、ＮｉはＯ（または／）に設定される最下位ピット数である。

しかし、以下に７つの閾値の場合についてだけ証明する。表記が大幅に簡略化さ れるからである。

平均エントロピーＨ１は次式で表わされる。

Ｈ，＝　（／−Ｐ　））Ｉ０＋　ＰＨ１（５）ここでｓ　ＨＯは閾値がオフのと きの圧ＭＰ波器３０の出力のエントロピー、Ｐは閾値がオンである確率、馬は閾 値がオンのときビット制限した場合のエントロピーである。

ここでＰｌ。は閾値がオフのときＦ波器出力の１番目の値の確率である。たとえ は、Ｆ波器の演算が／♂ビットで行なわれる場合には、Ｆ波器出力は２１８通シ の値が可能である。次に、閾値がオンであるがＬＳＨの制約のないときのＰｔＬ 器出方のエントロピーｔ−Ｈ１′とする。

ここでＰｌｌは閾値がオンであるがＬＳＢ制約のないときの１番目のろ波器の出 力の１Ｎ率である。

下記の不等式は周知である。

ｘＩ≧Ｏでｙ１≧０ であり、かつ の場合には となる。したがって、 および このとき Ｐｉｏは平均音響エネルギーが指定されたレベルよシ小さいと仮定した場合Ｋｌ ＠目の出力が発生する確率である１１　Ｐｌ’ｌはエネルギーがレベルよシ大き いと仮定し九場合の確率である。この場合、闇値スイッチングがないときのＰ波 器出力の五番目の値の確率Ｐｉは次式％式％ スイッチングを行なわないときのＦ波器出刃のエントロピーＨに次式で表わされ る。

（／−Ｐ）Ｈ０＋ＰＨ，’≦ＨＱ４ サンプル信号のワード長がＬの場合、Ａ／Ｄｉ換器２２の出力は、２Ｌ通りが可 能であシ、可能な出力は７つ置きに７で終る。ＬＳＢが／から０に変ると数μ２ ＠目に小さな数に変る。／であるすべてのＬＳＢを０に変えると、可能な数は２ Ｌ−１通りとなる。任意の２つの連続した数の差は２倍になり、童子化レベルも ２倍になる。このようにｎ個のＬＳＢをＱ（ｉたハ／）に設定すると、以下の説 明で明らかなようにエントロピーがｎビットだけ小さくなる。

アナログーデイノタル（Ａ／Ｄ　）変換された二進Ｎピット長のサンプルのエン トロピーは次式で嵌わされる。

ここでサンプルとしては１通りの値が可能であり、Ｐｌにｉ＠目の可能な値が発 生するｉ逼である。童子化レベルの大きさをｑとし、簡単のため１番目の値を与 える１番目の童子化がｑ（１−／）からｑｔであるものとする。この場合第７図 に示すようにＶＤ変換前の信号にｑい一／）からｉｑの範囲に入る。第７図で陰 影を付けた領域は信号ｘ　（ｔ）が１番目の童子化に入る確ホである。

次に更に童子化レベルｑの大きさが信号の標準備羨σと比較して小さいと仮定す る。Ａ／ＤＫ換器のワード長を／ビットだけ伸ばすと重子化の大きさは半減し、 第７図の破線で示すようにもとのビンから２つの童子化ビンが形成される。ｑが 小さい場合には、破線の両側の領域が殆んど等しくなり、ｘ（ｔ）がλつの新し いビンの中の７つに入る確率（１はぼＰ、／′２となる。したがって、ｎ十／ビ ット長のワードのエントロピーに対するλつの新しいビンの畜与はほぼ次式で表 わされる。

＝　−ＰＨｔｏｇ２　Ｐ　、十ＰＩ （ｎ十／）ピット長のワードのエントロピーに次式で嚢わされる。

上記のことから、ビット長を長くしたときエントロピーの増加なワード長に付加 されるビット毎に／ビットに収束することがわかる。第１の童子化ビンの中心が 零になるとき（１１！１審の場合）の説明は若干複雑になるが、結果は同じでお る。

このようにして Ｈ，＝＝　Ｈ，’　−ｎ　■ このとき （／−Ｐ　）１（０＋ＰＨ，’　：　Ｐｎ＋　Ｈ，四そして式Ｃ１ｍ１を使って Ｈ−Ｐｎ≧Ｈ３ｅ時 これは最下位ビットの制約付きエントロピーにビット制約のない平均エントロピ ーより小さいということを示す。

上記のことから、第１Ａ図およびｇ／Ｂ図のシステムに類似のシステムによって エントロピー削減が可能であり、圧縮信号Δ。の異なるハフマン符号化は必要と しないことは明らかである。１つのハフフン符号器／復号器で動作し、符号化さ れた圧縮信号流に符号識別ワードを必要としないこのようなシステムが第り図に 示されている。以下、第り図について説明する。第り変換手段２２が含まれてお シ、これにアナログ音楽信号ｆ（１）が与えられてディジタル形式に変換される 。ディジタル高周波デエンファシスｐ波器２０−／がアナログ−ディジタル変換 器のサンプル信号出力へをエントロピ−設定手段２ｇに接続する径路に設けられ る。

前述の通シ、エントロピー設足装ｇＩＫは入力信号エンベロープの１つ以上の閾 値が所定レベルを超えたときサンプル信号の１つ以上の最下位ビットを所定の値 に設定するように樽既されている。モード？ＢＩｌ　＠装置　、！弘はアナログ 入力信号に応動じて最下位ビット（／ビット以上）の設定を制蓚する。このモー ド？１ｌＪａ装置は第５図に図示し前述したものと同じ構成にすることができる 。

エントロピー設定手段２どのサングル信号出力は圧縮ν波器３０によって圧縮Ｆ 波され、符号器１１ｔＯによって打切シハフマン符号化され、バッファ・メモリ ー５２を介してモデムｆ６に与えられ１通信リンク♂ざを介して受信ステーショ ンのモデムタＯに伝送される。

受信ステーションで、信号はバッファ・メモリー６．２を介してハフマン復号器 ６６に与えられて復号される。

ハフマン復号器乙６の圧縮信号出力Ｆ′ｉ榎元戸波器７４ＬによってＦ波される 。復元Ｐ波器７≠の出力はデイノタル圧ＩＥＰ波器３０の入力にほぼ対応してい る。高周波エンファシスＦ波器コ、Ｏ−２は復元Ｆ波器７ｔの出力ｆｎ　（ｏ　 ｕ　ｔ　）の高周彼氏分を押し上げ、Ｐｉ器２０−２の出力はディジタル−アナ ログ変換器７６によってディジタル形式に変換される。

第り図の構成の場合、ディジタル圧ＢＰ波器入力の最下位ビットは第７Ａ図ｔ− 参照して述べ九のと同様に制約される。最下位ｎビットがＯ（まｆｃｒ！／）に 設定されたとき、圧縮Ｐ　ｉ器の可能な入力値の数は２Ｂ分の７に少なくなる。

このようにして２Ｌ−１個の値の確率は高くなり、これに音楽信号エンベロープ の閾値状態に置かれていない１軍分布のエントロピーに比べてエントロピーを削 減する。ノ１７マン符号器出力の平均ワード長全短縮するため、ノ１フマン符号 器弘０が使うようＫこの分布に対して１つの打切り型ノ・フマン符号が得られる 。エントロピーＨ５に対する制約は次のようになる。

こｎは式コ／よシ高い限界値であるが、Ｐが／に近いときこれに近くなる。実験 結果によれば、第７図の１つのハフマン符号の実施例の実際のエントロピーは第 １Ａ図および第１Ｂ図の多符号の実施例に比べて著しく大きくなる。しかし、第 ７図の実施例はより容易に実現でき、エントロピーを削減するので１要である。

本発明の実施例であるデータ圧縮システムのモウ７つの変形は第１ＯＡ図および ８１０８図に示されている。第１ＯｈＧおよび第１ＯＢ図には７ステムの録音部 と再生部がそれぞれ開示されている。まず第１ＯＡ図の録音システムにｆｌ第１ Ａ図の録音システムと同じ構成要素がすべて含まれている。但し、第１Ａ図の構 成で用いられているエントロピー設定装置２♂のかわりにエントロピー設定装置 ２どＡが用いられている。

エントロピー設定装置２ざＡには利得設定回路が含まれており、この回路はアナ ログ入力信号エンベロープに対してディジタル圧縮１ＰＨ器３０に与えられる信 号の利得を変える友めのものである。制ａ信号はモード制御装＠２ｔＡから利得 設定装置コｔに与えられる。利得設定装置２ざＡでの利得変更はディジタル的に 行なわれる。すなわち、闇値を超えたときサンプル信号の最下位ビット端に向っ てｎビットだけシフトする。音楽信号の平均値が低いときは、Ａ、’Ｄ変換器２ ２の出力サンプル信号は変更されずに利得設定回路２ｇ人を通過する。音楽信号 エンベロープの第１の閾値レベルに達したとき、モード制ａ装置２≠から利得設 定回路２ｆＡに与えられる制御信号はサンプル信号を最下位ビットに向って右に ｌビットだけシフトし、これにより信号の利得は２分の／になる。付加的な閾値 に達すると、サンプル信号は最下位ビットに向って付加的にシフトされ、ディジ タル圧縮Ｆ波器３０に与えられるサンプル信号の利得が付加的に低減される。第 ？Ｂ図には、３つの閾値のどれを超えたかに応じて利得を小さくするためサング ル信号をｌビット、２ビツト、および３ビツト右にシフトする様子が説明のため 示されている。

第１Ａ図の構成と同様、ディジタル符号４弘Ｏはデイノタル圧縮戸波器３０から の圧縮信号Δユを異なる打切多重ハフマン符号で符号化するように構成されてい る。利得設定回路２ｒ人の設定と同様、使用する符号に音楽信号エンベロープの レベルによってきまる。利得設定と符号選択の両方に同じ闇値（１つまたは複数 ）が用いられる。

符号器１ＩＬＯからのハフマン符号化圧縮信号は符号識別子発生−挿入回路ｊＯ に与えられて、アナログ人力信号ｆ（ｔ）のエネルギー・レベル帯に特有の符号 ワードが作成される。この符号ワードは符号器１ＩＬＯの用いるハフマン符号と 利得設定回路２ＦＡの設定の両方を表わす。前述の通り、符号ワードはモード制 御装置２１Ａの出力変化とともに送出され、その後は周期的に送出される。

符号識別子発生−挿入回路！０からの符号化圧「信号と符号ワードはバッファ・ メモリー！λを介して録音器ｊ≠に与えられ、録音される。

第１ＯＲ図のデータ圧縮システムの再生部には、再生装置乙０、バッファ・メモ リー乙２、符号チェックーストリッグ装置乙弘、ディジタル復号器６乙、ディジ タル復元ν波器７≠、ディジタル−アナログ変換器７１Ｉ、２よび高周波エンフ ァシス回路７０人が含まれている。こｎらはすべて第１Ｂ図のシステムに含まれ ており、前に述べたとの同じように動作する。したがって、ここで繰シ返して説 明し力い、第１ＯＲ図の再生装置が第１Ｂ図の再生装置と異なっているのは、デ ィジタル復元Ｆ波器７弘の出力側にエントロピー設定装置２ｇＢが設けられてい る点′である。エントロピー設定装置２１Ｂは符号チェックーストリッグ回路６ 弘からの符号ワードの制御下で、ディジタル復元Ｐ波器７１ＩＬの信号出力の利 得を、設定すゐために使用される。

符号ワードは復元Ｆ波器の出力側に挿入しなければならない利得を指定する。利 得設定回路２ｇ人が利得を変えすく録音を行なうことを符号ワードが表わしてい る場合には、復元Ｆ波器７弘の出力は変更を受け丁に利得設定回路ｊＪ　Ｂ′ｔ −通過し、Ｄ／Ａ変換器７乙に入る。

録音された音楽が１つ以上の闇値を超え几ことを符号チェックーストリッグ回路 乙≠の線６ｇの出力が示ししているとき、利得設定装ｆ１２ｒＢｆｌ最上位ピッ トに向って信号を左ベシフトすることによって復元−Ｆ波器出力の利得を増大さ せる。利得設定回路２♂Ｂの利得増大は録音中の利得設定回路２ＦＡの利得減少 に合致している。

第１Ｏｋ図および第１ＯＲ図のデイノタル信号圧縮システムでは、デイソタル圧 縮Ｐ波器３００Å力すンプル信号の量子化レベルは同じであるが、圧縮Ｆ波器出 力の標準偏差はｌビットのシフト毎に半減する。したがって、エントロピーに対 すゐ効果は量子化レベルを２倍にしたときと全く同じである。したがって、第１ Ａ図および第１Ｂ図の構成に対して前に示した証明と限界は第１０１図および第 １ＯＢ図の構成にもあてはまる。利得変化の比率は２から２１に変るので、利得 を変えたｐ波器の出力に大きな過渡現象が現われる。

このｔめ、圧縮Ｐ波器３０からの圧縮信号出力Δｎはハフマン符号器１ＩＬＯに よって直接符号化される圧縮信号の範囲を超える。これにより利得変化毎に「そ の他」状態が多数回（この回数は圧縮戸波器の次数に等しい）発生する。その結 果、ハフマン符号器出力の平均ワード長が若干長くなる。しかし、利得変化シス テムの利点の１つは、閾値したがって利得変更が行なわれるレベルは圧縮Ｆ波器 出力の標準偏差への平均変動が最小になるように選択できることである。σの範 囲が大きいときは、多重ハフマン符号すなわちハフマン符号の組を使わなければ ならない。このため、最下位／ビット以上を所定の値に設定する第１Ａ図および 第１Ｂ図のシステムに比べて利得変化の実施が若干容易になる。

エントロピーを小さくするための利得設定システムも第り図の最下位ビット設定 システムと同殊に単−符号′Ｐ：Ｊｌ成で使うことができる。更に、ディジタル 利得制御のかわりにアナログ利得側＠を用応てディジタル圧縮戸波器入力信号の 利得と復元Ｔ波器出力のヌ・Ｊ得を制御することもできる。このような１成が第 １／Ａ図と第１／Ｂ図に示されている。第１／Ａ図と第１／Ｂ図はそれぞれデー タ圧縮システムの録音部と再生部を示す。

まず第１／Ａ図の録音部には入力がアナログ音楽信号である高周波デエンファシ スＰ波器２０が含まれている。高周波デエンファシス戸波器２０の出力は可変利 得増幅器２♂ｄに与えられる。増幅器−♂Ｃでは、増幅利得は線２乙のモード制 御！ｌｌ装置２４＋！の出力で制御されてステップ状に設定される。高周波デエ ンファシスア波器２０からのアナログ音楽信号ｆ（ｔ）に応動するモード制御装 置２１Ａは第５図に示し前述したものと同じ型でよい。音楽権号エンベロープの 予め定められ友７つ以上の闇値レベルで、モード制ｍ装ｚ２１／Ｌの出力は可変 利得増幅器の利得を変更する役目を果す。アナログ音楽エネルギーのより高いｉ （支）値レベルに達スルにつれて、増幅器の利得がステップ状に低下する。

可変利得増幅器のアナログ出力信号はアナログーデイヅタル変換器２２によって ディジタル形式に変換され、Ａ７’Ｄ変換器２２からのディジタル・サンプル信 号は圧縮Ｆ波器３０によって圧縮Ｆ波される。ディジタル圧ねＰ波器３０からの 圧縮信号出力Δユはハフマン符号器≠０で符号化さ；ｉＬ、７つの呵り）シハフ マン符号が得られる。？８＋号識ｚす子発生−挿入回路ｊｏによって符号’６４ ’０からのハフマン符号化信号流（（符号ワードが挿入さｎる。泊０喚成と同様 、回路ｊＯ：まモード制メ襞１．！≠の出刃によって芯」御される。ここで、符 号ワードは可変利得；ぺ幅器２♂Ｃの利得設定を民示する・利得設定変更時およ びその後に周期的に、符号ワードノ挿入でれｔハフマン符号化信号流がバッファ ・メモＩＪ　−！ｒ２　ｔ−介して鎌晋器ｊｌｌ−に与えられて録音さｎる。

第１／Ｂ図の再生部Ｋに、再生装コロｏ、バッファ・メモＩＪ　−Ａ　２、ハフ マン復号器６乙、ディジタル復元Ｆ波器７≠、シよびＤ／Ａ夏換器７乙が含まれ ている。

これらはすべて第１ＯＢ図に示し、前に説明したものと同じ型である。第１／Ｂ 図ではＤ／Ａ　Ｋ換器７乙の出力側にはアナログ可変利得回路２了りが設けられ ている。こｎにより、録音中低下が与えられ九とき、録音部の可＾利得瑠−器２ ♂Ｃの入力レベルにほぼ対応するレベルの信号が復元される。符号チェック−ス トリップ回路乙≠の入力ディジタル信号流に含まれている符号ワードに従って、 符号チェック−ストリップ回路からの線乙ｇｏ−御信号は可変利得増幅器λ♂Ｄ の利得設定を制（資）する　符号ワードの変化に従って、利得がステップ状に変 えられる。

第７２図に示す本発明の更にもう／り′：Ｄ２形では、デイノタル三組Ｆ波器３ ０の出力に応動するモード制御！ａ袈憧が使用されている−このデータ圧縮シス テムには、アナログ音楽信号ｆ　（ｔ）が入力として与えら九る高周波デエンフ ァクスＰｔ波器２０、ｐ波器２０のアナログ信号出力をディジタル形式にｌ１す るため０アナログーデイノタル変換器２２、Ａ／Ｄ　’Ｑ会器出力の最下位／ピ ット以上ヶ所定値に設定する几めに使用されるエントロピー設定装置コ♂、信号 を圧線するためのデイノタル圧陥戸波器３０、圧縮され元信号の打切り型１１フ マｙ符号を行なうためのノ・フマン符号器１１０、エントロピーで制御装置２ど の設定を指示する迄め符号化圧縮信号流・に識別符号ワードを挿入するための符 号識別子発生−挿入回路ｊＯ１ならびに符号社別子発生−挿入回路Ｊ”　０　’ Ｄ”らの信号流ｔ−ｉ音する九めのバッファ・メモリー３２およびは管器！ｒ≠ が含まれている。これらの講成品はすべて第１Ａ図に図示し前に説明し次のと同 じ型でよい。

第１２図の音楽データ圧縮システムには、圧扁Ｆ波器の入力でなく圧縮Ｆ波器３ ０の出方に応動するモード制御装置２≠Ａが含まれている。モード制御装置２≠ の出力にサンプル信号の／ビット以上の最下位ピッＮ′″−１定僅に設定〕゛る ためエントロピー設定装置に、ハフマン符号を選択する７’Ｃめノ・フマン符号 器１１０に、符号化信号流に挿入する識別ワード１発生するため詠別子発生−挿 入回路ｊＯに与えられる。

第７２図の精成では、モード制御装Ｊｉλ≠Ａに第５図に示すようにエンベロー プ検出器と一組の閾値回路が含まれている。モード制御装置２弘Ａのエンベロー プ検出器は次の式を使ってディジタル的に実現される。

７、＝α（Δｎ）２＋、（／−α）ｙｎ−、ａここでＹユは検出器出力の現在値 、Ｙ、１は検出器の前の出力、αはｏ＜ａ＜ｉ　であるような定数である。

閾値レベルを設定する一組の数Ｔ、　、　Ｔ２乃至Ｔ！ｌがある。九とえば、Ｙ ｎがＴｓより小さい場合、２ビツトのＬＳＢがＯ（ま文は／）に設定される。量 ＹｎはΔユの平均電力の推定値である。

圧縮Ｐ波器出力Δ１の′成力測定値をモード制御に使えることは以下の説明で明 らかとなる。量子化レベルｑ（Ａ／Ｄ変換されｔ数の間の最小距離）ｆ：２倍に するとエントロピーが／ピット小さくなるということは前に示し友。係数が有限 ワード長のデイノタルＰ波器３０は入力量子化レベルの出力量子化レベルの比が 定数となるように出力信号の量子化を変える。し友がって、入力童子化レベルが ２倍になるとΔ１の量子化レベルも２倍になり、Δ３のエントロピーは／ビット だけ小さくなる。九とえば、　ＬＳＢがＯに設定されたとき、もとの数の半分は もはや発生でき々〈なり、戸波器３００Å力し九がってＦ波器の出力に於ける数 の間の最小間隔（電子化レベル）ｉ−１，２倍になる。

音楽に近似的にガワス波形であるので、九はガクス分布の数となる。圧縮Ｐ波器 は線形であるので、九もｆウス的になる。ガウス数のエントロピーのコンピュー タ評価の示すところによれば、エントロピーは近似的に次式で我わされる。

ここでσｉ−を数の標準偏差である（標準偏差は４力の平方根に等しい）。

Ｏ（または／）に設定されるビット数音増減することによりΔユの量子化レベル を増減して、σ／ｑが指定された比に近くなるように調整することができる。Δ ユの童子化は次式で表わされる。

ｑ＝ｑＱ”２− ここで、　ｑｏはエントロピー設定装置２１ｒがＬＳＢを０（または／）に設定 しないときのΔユの童子化レベル、ｍは０（を次はｌ）に固定されたＩ、ＳＢの 数である。Ｙｎｄσ２の推定値であり、正の数とその自乗との間に／対／の関係 があるので、ＹｎがＵ（＝に与えられる。

単なる１例としてＶＤ変換器二二の出方ワード長が／ｌＩＬビットであるとき、 可能な数は−ｔ／りλと十ｒ／り２との間のすべての整数とｆｋ、ｇ、Δヶの量 子化レベルがＩｎの量子化レベルと同じである場合にはｓ　ｑｏ＝／となる。

エントロピーｔ−≠ビット近傍に維持し友い場合は、Ｙ−−２ｒＱＸ乙４１　＝ 　２２ｍ＋　４とナル。

次のようにこの関係を便って闇値の数を計算することができる。すなわち Ｔ、＝２２ｘ０°５＋６＝　７２ｙ Ｔ、＝２　−２０’ｌ−１ 、ｒ　＝　２２ｘ３．５　＋６　＝　１７　ｙ　６Ｔ５＝２２ｘ４°”’＝３２ ７１ｓｇ Ｔ　＝２２ｘ””＝／３１０７２ 等の式である。これらの値はエントロピーｔ−≠の／ピット内に保つ。

システムの動作の残りの部分は第１Ａ図および第１Ｂ図に示し前に詳述した、入 力信号エンベローブ検出器の闇値がＯ（まｍはｌ）に設定されたビットの数を設 定しているときと全く同じである。

（第１ＯＡ図に示す）可変利得−型のエントロピー設定装置、２ｆＡはモード制 御装置コア≠のかわりにモード制御装置２≠人で動作させるこｔ・もてきる。こ の場合、Ｙｎが次に最も大きい閾値を超えＢ友びごとに利得は半減する。たとえ ば、第１ＯＡ図に示す構成でモード制御裂ｔ２１Ａのかわりにディツタに圧縮Ｐ 波器３０の出力に応動するモード制＠装置２４ＬＡを使うことができる。この場 合、第１ＯＡ図および舅１０Ｂ図に示すシステムは前記と同様に動作する。但し 、モード制御装置２弘Ａの出力はエントロピー設定装置２ｒ人、ディジタル符号 器弘Ｏ１および符号誠別子発生−挿入回路よ０を制御するために用いられる点が 異なっている。

本発明の詳細な説明してき友が、当業者が他の種々の変更や変形を考えることは 容易である。たとえば、信号流の中の職別符号ワードはハフマン復号器＆Ｊによ る復号に適した型のものとすることができる。そしてこの信号は所要の復号アル ゴリズム金実行するため所要ハフマン復号器へＯスイッチング、ならびに利得設 定の実施側で復元Ｐ波器出力の利得設定のために使用される。また、システムに マイクロコンピュータ’４のディノタル・コンピュータを設けて、システムのい くつかの講読要素の機能全適当なコンピュータ・ルーチンを使って実現してもよ い。望ましい場合は、アナログ入力信号Ｏアナログーディノタル変換の後に、モ ードＦＪＪ、１１ｉｌ装置２≠のエンベローブ検出器と閾値回路の機能をデイノ タル的に実現してもよい。本発明の趣旨とＱ囲に合致する上記等の変更や変形を 包含するように請求範囲を記述しである。

ご） Ｏ し＝ 国際ｖ４を報告 Ｉ剛・クーｎ１５ｍ１Ａｅ＃１１ｃｍ１−内阿・ＰＣＴ／ＩＪＳａ４１００２９ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．平均エネルギー・レベルが変動するアナログ入力信号を録音または伝送でき るように準備するタイプのデータ圧縮システムで、アナログ入力信号をデイジタ ル・サンプル信号に変換するためのアナログ−デイジタル変換手段、上記アナロ グ−デイジタル変換手段からのデイジタル・サンプル信号に応動して圧縮信号流 を発生するためのデイジタル圧縮濾波手段、および上記デイジタル圧縮濾波手段 からの圧縮信号を符号化するためのデイジタル符号化手段を含むデータ圧縮シス テムに於いて、 圧縮濾波器からの信号のエントロピーを削減するため、上記デイジタル圧縮濾波 手段に与えられる信号のエントロピーを制御するためのエントロピー設定手段、 上記デイジタル符号化手段による符号化の前に入力信号の平均エネルギー・レベ ルの測定値を得るため、そして上記信号が動作する低エネルギー・レベルから高 エネルギー・レベルまでの範囲にある複数の異なるエネルギー・レベル帯の中で 、上記信号が入るエネルギー・レベル帯を表示する出力を発生するためのモード 制御手段、ならびに エントロピー設定手段をエネルギー・レベル帯の変化とともにモード制御手段の 出力に応動してステツプ制御する手段で、低エネルギー・レベル帯から高エネル ギー・レベル帯に変化したときデイジタル圧編濾波手段の入力信号のエントロピ ーを上記エントロピー設定手段が削滅し、そして高エネルギー・レベル帯から低 エネルギー・レベル帯に変化したとき増大させるようにする手段、 を含むことを特徴とするデータ圧縮システム。 ２．上記モード制御手段が 入力信号の平均エネルギー・レベルの測定値を得るためのエンベロープ検出手段 、および エンベロープ検出手段の出力に応動ずる閾値手段であつて、エンベロープ検出手 段の出力が上記閾値手段の閾値を超えたときモード制御手段の出力を変化させる ための閾値手段、 を含んでいる請求の範囲第１項記載のデータ圧縮システム。 ３．上記モード制御手段はアナログ−デイジタル変換手段の入力に応動して、ア ナログ−デイジタル変換手段のアナログ入力信号の平均エネルギー・レベルの測 定値を得る請求の範囲第１項記載のデータ圧縮システム。 ４．上記モード制御手段はアナログ−デイジタル変換手段の出力に応動して、デ イジタル・サンプル信号の平均エネルギー・レベルの測定値を得る請求の範囲第 １項記載のデータ圧縮システム。 ５．上記モード制御手段はデイジタル圧縮濾波手段の出力に応動して、圧縮され た信号流の平均エネルギー・レベルの測定値を得る請求の範囲第１項記載のデー タ圧縮システム。 ６．エネルギー・レベルが低エネルギー・レベル帯から高エネルギー・レベル帯 に変つたとき、サンプル信号の少なくとも１ビツト以上の最下位ビツトを所定の 値に設定することにより、その所定値に設定された最下位ビツト数をＮとした場 合にサンプル信号の量子化レベルを２Ｎ倍に大きくする手段が上記エントロピー 設定手段に含まれている請求の範囲第１項記載のデータ圧縮システム。 ７．上記モード制御手段は、 エンベロープ手段、および エンベロープ検出手段の出力に応動し、エンベロープ検出手段の出力が上記閾値 手段の閾値を通過したときに、モード制御手段の出力を変化させる閾値手段、を 含んでいる請求の範囲第６項記載のデータ圧縮システム。 ８．上記デイジタル符号化手段は複数の異なる符号を実現するため複数の動作モ ードを有し、かつ．上記モード制御手段の出力に応動して、符号化圧縮信号出力 のピツト速度を最適に低下させるような符号で動作させるため，デイジタル符号 化手段の動作モードを選択する手段、 を有している請求の範囲第１項記載のデータ圧縮システム。 ９．上記デイジタル符号化手段が実施している符号を表わすモード制御手段の出 力が変化したとき、上記モード制御手段からのモード制御信号出力に応動してデ イジタル符号化手段からの符号化圧縮信号流に識別符号ワードを挿入する手段、 を含んでいる請求の範囲第８項記載のデータ圧縮システム。 １０．識別符号ワードの各変更後に、符号化圧縮信号流に上記識別符号ワードを 周期的に挿入するための手段、 を含んでいる請求の範囲第９項記載のデータ圧縮システム。 １１．デイジタル符号化手段から出力される符号化圧縮信号流から識別符号ワー ドを取り出し、且つ上記識別符号ワードに対応する符号識別信号を発生する符号 チエツク−ストリツプ手段、 上記符号チエツクーストリツプ手段からの符号化された圧縮信号流に応動し、且 つ上記デイジタル符号化手段によつて実現された異なる符号を復号するために複 数の異なる動作モードを有するデイジタル復号手段、上記符号チエツク−ストリ ツプ手段からの符号識別信号に応動し、上記符号チエツク−ストリツプ手段から の符号化された圧縮信号流を復号化するために必要なデイジタル復号手段の動作 モードを選択する手段、および 上記デイジタル復号手段からの復号された信号に応動してそれを復元濾波するデ イジタル復元濾波手段、を含む請求の範囲第９項記載のデータ圧縮システム。 １２．上記デイジタル圧縮濾波手段に与えられる信号のエントロピーを制御する ための上記エントロピー設定手段は入力信号のエネルギー・レベルが低エネルギ ー・レベル帯から高エネルギー・レベル帯に変つたときサンプル信号の振幅を小 さくするための利得設定手段を含み、そして 利得制御手段の設定を表わすためのモード制御信号が変つたとき、上記モード制 御手段からのモード制御信号出力に応動してデイジタル符号化手段からの符号化 圧縮信号流に識別符号ワードを挿入する手段、を含んでいる請求の範囲第１項記 載のデータ圧縮システム。 １３．上記デイジタル符号化手段は複数の異なる符号を実現するための複数の動 作モードを有し、かつモード制御手段の出力に応動して、符号化された圧縮信号 出力のビツト速度を低下させる符号で動作するようにデイジタル符号化手段の動 作モードを選択する手段、 を有している請求の範囲第１２項記載のデータ圧縮システム。 １４．上記利得設定手段か、入力信号のエネルギー・レベルか低エネルギー・レ ベル帯から高エネルギー．レベル帯に変化したときデイジタル・サンプル信号の 振幅を小さくするためにデイジタル・サンプル信号を最下位ビツト位置に向つて 少なくとも／ビツト位置たけシフトする手段を含んでいる請求の範囲第１２項記 載のデータ圧縮システム。 １５．上記利得設定手段は、入力信号エネルギー・レベルが低エネルギー・レベ ル帯から高エネルギー・レベル帯に変つたときアナログーデイジタル変換手段の アナログ入力信号の振幅を小さくするための可変利得増幅器を含んでいる請求の 範囲第１２項記載のデータ圧縮システム。 １６．デイジタル符号化手段からの符号化された圧縮信号流から識別符号ワード を取り出し、且つ上記識別符号ワードに対応する符号識別信号を発生する符号チ エツク−ストリツプ手段、 上記符号チエツク−ストリツプ手段からの符号化された圧縮信号流に応動して、 上記の符号化された圧縮信号流を復号するデイジタル復号化手段、上記デイジタ ル復号手段からの復号信号に応動して、これを復元濾波するデイジタル復元濾波 手段、デイジタル復元濾波手段の出力振幅を制御し、且つ上記符号チエツク−ス トリツプ手段からの符号識別信号によつて制御される利得を持ち、入力信号エネ ルギー・レベルが低エネルギー・レベル帯から高エネルギー・レベル帯に変つた ときデイジタル復元濾波器の出力振幅を増大させる制御可能な利得設定手段、と を含んでいる請求の範囲第１２項記載のデータ圧縮システム。 １７．上記デイジタル圧縮濾波手段に与えられる信号のエントロピーを制御する ための上記利得設定手段およびデイジタル復元濾波手段の出力振幅を制御するた めの上記制御可能な利得設定手段は、入力信号エネルギー・レベルが低エネルギ ー・レベル帯から高エネルギー．レベル帯に変つたとき、デイジタルサンプル信 号をそれぞれ最下位ビツト位置と最上位ビツト位置に向つて少たくとも／ビツト だけシフトするための手段を含んでいる請求の範囲第１６項記載のデータ圧縮シ ステム。 １８．デイジタル復元濾波手段の出力をアナログ形式に変換するためのデイジタ ル−アナログ変換手段を含み、かつ 上記デイジタル圧縮濾波手段に与えられる信号のエントロピーを制御するための 上記利得設定手段およびデイジタル復元濾波手段の出力振幅を制御するための上 記制御可能な利得設定手段が、アナログ入力信号エネルギー・レベルが／つのエ ネルギー・レベル帯からより高いエネルギー・レベル帯に変つたときに、それぞ れアナログ−デイジタル変換手段のアナログ入力信号の振幅を小さくし、且つデ イジタル−アナログ変換手段から出力されるアナログ信号の振幅を大きくするた めの可変利得増幅手段を含んでいる請求の範囲第１６項記載のデータ圧縮システ ム。 １９．上記デイジタル圧縮濾波手段に与えられるデイジタル・サンプル信号の高 周波成分の振幅を小さくするための高周波デエンフアシス濾波手段を含んでいる 請求の範囲第１項記載のデータ圧縮システム。 ２０．符号化されたデイジタル圧縮信号流の異なる部分は異なる符号を使つて符 号化されており、異なる符号を使つて符号化された該信号流の各部分の初めにお いて識別符号ワードを含んでいる符号化デイジタル圧縮信号流からデイジタル信 号ｆｎ（ｏｕｔ）を作成するためのデイジタル復号一伸長手段に於いてて、該デ イジタル復号一伸長手段が符号化された圧縮信号流から識別符号ワードを取り出 し、且つ上記識別符号ワードに対応する符号識別信号を発生するための符号チエ ツク−ストリツプ手段と、 上記符号チエツク−ストリツプ手段からの符号化圧縮信号流に応動し、そして異 なる符号を復号する異なるアルゴリズムを実現するため複数の異なる動作モード を有するデイジタル復号手段と、 上記符号チエツク−ストリツプ手段からの符号識別信号に応動し、上記符号チエ ツク−ストリツプ手段からの符号化圧縮信号を復号化するために必要なデイジタ ル復号手段の動作モードを選択する手段と、ならびに アイジタル信号ｆｎ（ｏｕｔ）を発生するために、上記デイジタル復号手段から の復号信号の復元濾波する手段、とを含むことを特徴とするデイジタル復号一伸 長手段。 ２１．アナログ音楽入力信号等を記憶または伝送するように準備するデータ圧縮 法であつて、アナログ入力信号のデイジタル・サンプル信号流へ変換する事、圧 縮信号流を発生するため上記サンプル信号流をデイジタル圧縮濾波する事、およ び符号化された圧縮信号流を発生するため圧縮信号流をデイジタル符号化する事 を含むデータ圧縮法に於いて、改良点としてエントロピー削減のため入力信号の 平均エネルギー・レベルが所定の閾値を超えるたびに、正編濾波前のサンプル信 号の少なくとも最下位／ビツトを所定の値に設定すること、 を含むことを特徴とするデータ圧縮法。 ２２入力信号の平均エネルギー・レベルがより高い所定閾値レベルを超えると同 時に、サンプル信号の最下位ビツトの増加した数を所定値に設定することを含む 請求の範囲第２１項記載のデータ圧縮法。 ２３．入力信号の平均エネルギー・レベルが閾値レベルの上下に変つたとき異た る符号を実現することを含む請求の範囲第２１項記載のデータ圧縮法。 ２４．入力信号の平均エネルギー・レベルが閾値レベルの上下に変化するたびご とに、符号化された圧縮信号流に識別符号ワードを挿入することにより、後で符 号化圧縮信号を復号化する除に使用符号が識別されるようにすることを含む請求 の範囲第２３項記載のデータ圧縮法。 ２５．圧縮濾波の前にエンベロープ検出によつて入力信号の平均エネルギー・レ ベルの測定値を得ることを含む請求の範囲第２１項記載のデータ圧縮法。 ２６．アナログ音楽入力信号等を記憶または伝送するように準備するデータ圧縮 法であつて、アナログ入力信号をデイジタル・サンプル信号流へ変換する事、圧 縮信号流を発生するために上記サンプル信号流をデイジタル圧縮濾波する事、お よび符号化圧縮信号流を発生するために圧縮信号流をデイジタル符号化する事を 含むデータ圧縮法に於いて、改良点としてエントロピー削減のため、圧縮信号流 の平均エネルギー・レベルが所定閾値レベルを超えるたびごとに圧縮濾波の前の サンプル信号の少なくとも１つの最下位１ビツトを所定値に設定すること、 を含むデータ圧縮法。 ２７．圧縮信号流の平均エネルギー・レベルがより高い所定閾値レベルを超える と同時に、サンプル信号の最下位ビツトの増加した数を所定値に設定することを 含む請求の範囲第２６項記載のデータ圧縮法。 ２８．圧縮信号流の平均エネルギー・レベルが閾値レベルの上下に変つたとき異 なる符号が実現されることを含む請求の範囲第２６項記載のデータ圧縮法。 ２９．圧縮信号流の平均エネルギー・レベルが閾値レベルの上下に変化するたび に、符号化圧縮信号流に識別符号ワードを挿入して、後で符号化圧縮信号を復号 する際使用符号が識別されるようにすることを含む請求の範囲第２８項記載のデ ータ圧縮法。 ３０．アナログ音楽入力信号等を記憶または伝送するように準備するデータ圧縮 法であつて、アナログ入力信号をデイジタル・サンプル信号流に変換する事、圧 縮信号流を発生するための上記サンプル信号流をデイジタル圧縮濾波する事、お よび符号化圧縮信号流を発生するために圧縮信号流をデイジタル符号化する事を 含むデータ圧縮法に於いて、改良点としてエントロピー削減のため、アナログ入 力信号の平均エネルギーが所定閾値レベルを超えるたびにデイジタル・サンプル 信号流の振幅を所定量たけ小さくすること、および 振幅縮小の大きさを示すため、アナログ入力信号の平均エネルギーが閾値レベル の上下に変るたびに符号化圧縮信号流に識別符号ワードを挿入すること、を含む ことを特徴とするデータ圧縮法。 ３１．デイジタル・サンプル信号流の振幅縮小ステツプが、可変利得増幅器によ るアナログ入力信号の振幅制御を含む請求の範囲第３０項記載のデータ圧縮法。 ３２デイジタル・サンプル信号流の振幅を縮小するステツプが、サンプル信号を 最下位ビツトに向つて少なくとも／ビツト位置シフトすることを含む請求の範囲 第３０項記載のデータ圧縮法。