(57)【要約】【課題】ウェーブレット変換に基づく圧縮処理の特徴を最大限に活かし、抽出された変換係数値の位置情報を表す連続ゼロ値の情報と、変換係数値自身の非ゼロ値の情報とを効率的に符号化することで、高い圧縮率を保証する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供する。【解決手段】時系列データ圧縮・解凍装置１０は、ウェーブレット変換により抽出された変換係数値と抽出処理からもれてゼロ値化される変換係数値とを量子化処理手段１６で整数化して与えられる合成系列である圧縮前情報を、連続するゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との組み合わせと捉えて、ゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との各々に対して符号化処理手段１７で効率良く符号化するデータ圧縮手段１１を備えることで、高圧縮率での時系列データ圧縮を実現する。【選択図】　図１
2004064703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーブレット変換を用いて時系列データを圧縮・解凍するデータ圧縮手段およびデータ解凍手段を具備した時系列データ圧縮・解凍装置において、
前記データ圧縮手段は、時系列データを圧縮する際に、ウェーブレット変換で時系列データの信号波形特徴として数値的に特徴抽出して得られる変換係数値に対し、この変換係数値の絶対値の大きさに基づいて取捨選択を行い、非選択となった変換係数値をゼロ値で置換して形成される前記時系列データの特徴量情報を適切な有効桁数で整数化した圧縮前情報を出力する量子化処理手段と、
この量子化処理手段で出力された圧縮前情報をゼロ値と非ゼロ値との組み合わせと捉えて前記ゼロ値および非ゼロ値を各々効率良く符号化して圧縮コード化した圧縮データを出力する符号化処理手段とを備え、
前記データ解凍手段は、前記符号化処理手段で出力された圧縮データから前記ゼロ値および非ゼロ値の組み合わせである前記圧縮前情報を復号する復号処理手段と、
この復号処理手段で復号した圧縮前情報に逆量子化処理を行い、特徴量情報を再構成するゲイン調整処理手段と、
このゲイン調整処理手段で再構成された特徴量情報から前記圧縮対象の時系列データの信号波形を再構成する逆ウェーブレット変換手段とを備え、更なる圧縮率向上および前記圧縮データから前記圧縮対象の時系列データの再構成を可能に構成したことを特徴とする時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項２】
前記符号化処理手段は、前記量子化処理手段で整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理部と、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理部とを備えることを特徴とする請求項１記載の時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項３】
前記符号化処理手段は、前記量子化処理手段で整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理部と、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理部とを備え、この非ゼロ変換係数値符号化処理部は、前記量子化された変換係数値を符号化する際に表現ビットの下位ビット部分の適当数をゼロとして切り捨てることで、変換係数値記憶に必要な表現ビット数を節約し、更なる圧縮率向上を可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項４】
前記データ圧縮手段は、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、変換係数値の取捨選択する際に、前記データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分についてはしきい値を大きくして選択される変換係数値の割合を抑えるしきい値調整処理を実行することで、全体としての圧縮率を維持しつつ、着目する信号変動特徴を織り込んだデータ圧縮を可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項５】
前記データ圧縮手段は、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、変換係数値の取捨選択する際に、前記データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分については、しきい値をある一定値に収束させて選択される変換係数値の割合を調整するしきい値調整処理を実行することで、着目する信号変動特徴を織り込みつつ要求される再構成精度で前記時系列データの再構成が可能なデータ圧縮を可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項６】
前記データ圧縮手段は、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、圧縮処理のために行うウェーブレット変換処理手段と並列に、着目する信号変動パターンに対する検出感度が高い基本ウェーブレットによるウェーブレット変換処理を行う特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部を備え、この特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部から出力される変換係数値の絶対値を特徴検出の指標として、変換係数値の取捨選択の際に使用するしきい値調整を可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の時系列データ圧縮・解凍装置。
【請求項７】
ウェーブレット変換を用いて時系列データを圧縮・解凍する時系列データ圧縮・解凍方法において、
データ圧縮ステップとして、時系列データを圧縮する際に、ウェーブレット変換で時系列データの信号波形特徴として数値的に特徴抽出して得られる変換係数値に対し、この変換係数値の絶対値の大きさに基づいて取捨選択を行い、非選択となった変換係数値をゼロ値で置換して形成される前記時系列データの特徴量情報を適切な有効桁数で整数化して圧縮前情報を出力する量子化処理ステップと、
この量子化処理ステップで出力された圧縮前情報をゼロ値と非ゼロ値との組み合わせと捉えて前記ゼロ値および非ゼロ値を各々効率良く符号化して圧縮コード化した圧縮データを出力する符号化処理ステップとを備え、
データ解凍ステップは、前記符号化処理手段で出力された圧縮データから前記ゼロ値および非ゼロ値の組み合わせである前記圧縮前情報を復号する復号処理ステップと、
この復号処理ステップで復号した圧縮前情報に逆量子化処理を行い、特徴量情報を再構成するゲイン調整処理ステップと、
このゲイン調整処理ステップで再構成された特徴量情報から前記圧縮対象の時系列データの信号波形を再構成する逆ウェーブレット変換ステップとを備え、更なる圧縮率向上および前記圧縮データから前記圧縮対象の時系列データの再構成を可能にしたことを特徴とする時系列データ圧縮・解凍方法。
【請求項８】
前記符号化処理ステップは、前記量子化処理ステップで整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理を行い、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理を行うステップであることを特徴とする請求項７記載の時系列データ圧縮・解凍方法。
【請求項９】
前記符号化処理ステップは、前記量子化処理ステップで整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理を行い、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理を行い、この非ゼロ変換係数値符号化処理は、前記量子化された変換係数値を符号化する際に表現ビットの下位ビット部分の適当数をゼロとして切り捨てることで、変換係数値記憶に必要な表現ビット数を節約し、更なる圧縮率向上を図ったことを特徴とする請求項７または８記載の時系列データ圧縮・解凍方法。
【請求項１０】
前記データ圧縮ステップは、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、変換係数値の取捨選択する際に、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分についてはしきい値を大きくして選択される変換係数値の割合を抑えるしきい値調整処理を実行することで、着目する信号変動特徴を織り込んだデータ圧縮を可能にしたことを特徴とする請求項７または８記載の時系列データ圧縮・解凍方法。
【請求項１１】
前記データ圧縮ステップは、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、変換係数値の取捨選択する際に、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分については、しきい値をある一定値に収束させて選択される変換係数値の割合を調整するしきい値調整処理を実行することで、全体としての圧縮率を維持しつつ着目する信号変動特徴を織り込みつつ要求される再構成精度で前記時系列データの再構成が可能なデータ圧縮を可能にしたことを特徴とする請求項７または８記載の時系列データ圧縮・解凍方法。
【請求項１２】
前記データ圧縮ステップは、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、圧縮処理のために行うウェーブレット変換処理ステップと並列に、着目する信号変動パターンに対する検出感度が高い基本ウェーブレットによるウェーブレット変換処理を行い、特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部から出力される変換係数値の絶対値を特徴検出の指標として、変換係数値の取捨選択の際に使用するしきい値調整を行うことを特徴とする請求項７または８記載の時系列データ圧縮・解凍方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時系列データの圧縮方法に係り、特に、時系列データの更なる高圧縮化とその圧縮データの解凍を実現する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に従来実施されているウェーブレット変換を用いて時系列データ圧縮（以下、ウェーブレット圧縮とする）を行う時系列データ圧縮・解凍装置１の概略構成を示したブロック図を示す。
【０００３】
図１４に示される時系列データ圧縮・解凍装置１は、与えられた時系列データ（以下、原データとする）を圧縮するデータ圧縮手段２と、データ圧縮手段２で圧縮された原データ（以下、圧縮データとする）を再構成するデータ解凍手段３とを具備する。時系列データ圧縮・解凍装置１が具備するデータ圧縮手段２は、与えられた原データの時系列信号を、離散ウェーブレット変換（以下、単にウェーブレット変換とする）するウェーブレット変換処理部５と、ウェーブレット変換処理部５で変換される変換係数値から原データの波形特徴の強い部分を選別する変換係数抽出処理部６とを備える。
【０００４】
データ圧縮手段２で実行されるデータ圧縮処理は、まず、入力された原データの信号を、ウェーブレット変換処理部５に入力する。ウェーブレット変換処理部５は、ウェーブレット変換することにより原データの信号を所定数レベル（周波数に相当）毎の変換係数値へ変換する。次に、ウェーブレット変換処理部５でウェーブレット変換されて得られた各レベル毎の変換係数値列（以下、レベルフレームとする）は、ウェーブレット変換処理部５から出力され、変換係数抽出処理部６に入力される。そして、変換係数抽出処理部６において、例えば、しきい値処理等の変換係数値抽出処理によって絶対値の大きい変換係数値のみが抽出される。
【０００５】
一般にウェーブレット変換の結果得られる変換係数値は、絶対値が大きいほど原データにおける信号波形の主要波形特徴をより強く表現していることから、変換係数抽出処理部６で実行された変換係数値抽出処理によって抽出された変換係数値は原データの圧縮情報と考えることができる。すなわち、抽出された変換係数値は、周波数に相当する各レベルフレーム内での位置情報と共に保持されることで圧縮情報（以下、圧縮コードとする）として機能する。つまり、原データをデータ圧縮手段２にてウェーブレット変換処理および変換係数抽出処理を施して圧縮コードとすることで、原データは、データの圧縮がなされたデータ、すなわち、圧縮データとなる。
【０００６】
抽出された変換係数値の位置情報を保持する方法としては、抽出からもれた変換係数値をゼロ値で置換し、置換したゼロ値に最小ビット数（１ビット）を割り当て１ビット情報として非ゼロ値（抽出された変換係数値）間に埋め込んだり、各レベルフレーム内でのインデックス情報（各レベルフレームを構成するデータ列内の何番目に非ゼロ値があるかといった情報）として圧縮コード内に記憶する等の方法が一般的である。
【０００７】
一方、図１４に示される時系列データ圧縮・解凍装置１が具備するデータ解凍手段３は、圧縮データから抽出した変換係数値を再構成する変換抽出係数再構成処理部８と、再構成された変換係数値から逆ウェーブレット変換処理を施す逆ウェーブレット変換処理部９とを備える。
【０００８】
データ解凍手段３で実行される原データの再構成処理は、まず、変換抽出係数再構成処理部８で、圧縮データから変換係数値情報とこの変換係数値の位置情報とを読み出して、読み出した変換係数値情報とこの変換係数値の位置情報とから各レベルフレームの変換係数値データ列が再構成される。すなわち、ウェーブレット変換処理部５の出力である変換係数値データ列と同様の変換係数値データ列が再構成される。そして、変換抽出係数再構成処理部８で再構成された変換係数値データ列は、変換抽出係数再構成処理部８から出力され、逆ウェーブレット変換処理部９に入力される。
【０００９】
逆ウェーブレット変換処理部９に入力された変換係数値データ列は、逆ウェーブレット変換処理を施すことで、圧縮データから原データとしての時系列信号（正確には原データとしての時系列信号の近似信号であり、完全に一致はしていない）が再構成できる。
【００１０】
図１４に示され、従来実施されているウェーブレット変換および逆ウェーブレット変換を用いた時系列データ圧縮・解凍装置の実施例は、特開２００１−１６８９４８に掲載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のウェーブレット圧縮では、例えば、サンプル数が数万点を超える等のサンプル数が多いデータに対して高圧縮処理を行う場合、位置情報を表す連続ゼロ値やインデックス情報の占める記憶容量（以下、オーバーヘッドとする）が大きくなり、圧縮コード全体に占めるオーバーヘッドの割合が相対的に無視できなくなり、小数代表係数値の選択によるデータ圧縮効果がほとんど得られない可能性がある。
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーブレット変換に基づく圧縮処理の特徴を最大限に活かし、抽出された変換係数値の位置情報を表す連続ゼロ値の情報と、変換係数値自身の非ゼロ値の情報とを効率的に符号化することで、サンプル数が多いデータ（一般に、大規模サイズのデータ）に対しても高い圧縮率を保証する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することを目的としている。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、着目すべき特徴パターンの再構成精度を高めながら、かつ、全体として高い圧縮率を保証するフレキシブルな時系列データ圧縮装置およびその方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、上述の課題を解決するため、請求項１に記載されるように、ウェーブレット変換を用いて時系列データを圧縮・解凍するデータ圧縮手段およびデータ解凍手段を具備した時系列データ圧縮・解凍装置において、前記データ圧縮手段は、時系列データを圧縮する際に、ウェーブレット変換で時系列データの信号波形特徴として数値的に特徴抽出して得られる変換係数値に対し、この変換係数値の絶対値の大きさに基づいて取捨選択を行い、非選択となった変換係数値をゼロ値で置換して形成される前記時系列データの特徴量情報を適切な有効桁数で整数化した圧縮前情報を出力する量子化処理手段と、この量子化処理手段で出力された圧縮前情報をゼロ値と非ゼロ値との組み合わせと捉えて前記ゼロ値および非ゼロ値を各々効率良く符号化して圧縮コード化した圧縮データを出力する符号化処理手段とを備え、前記データ解凍手段は、前記符号化処理手段で出力された圧縮データから前記ゼロ値および非ゼロ値の組み合わせである前記圧縮前情報を復号する復号処理手段と、この復号処理手段で復号した圧縮前情報に逆量子化処理を行い、特徴量情報を再構成するゲイン調整処理手段と、このゲイン調整処理手段で再構成された特徴量情報から前記圧縮対象の時系列データの信号波形を再構成する逆ウェーブレット変換手段とを備え、更なる圧縮率向上および前記圧縮データから前記圧縮対象の時系列データの再構成を可能に構成したことを特徴とする。
【００１５】
上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、請求項２に記載されるように、前記符号化処理手段が、前記量子化処理手段で整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理部と、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、請求項３に記載されるように、前記符号化処理手段が、前記量子化処理手段で整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理部と、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理部とを備え、この非ゼロ変換係数値符号化処理部は、前記量子化された変換係数値を符号化する際に表現ビットの下位ビット部分の適当数をゼロとして切り捨てることで、変換係数値記憶に必要な表現ビット数を節約し、更なる圧縮率向上を可能に構成したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、請求項４に記載されるように、前記データ圧縮手段が、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、変換係数値の取捨選択する際に、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分についてはしきい値を大きくして選択される変換係数値の割合を抑えるしきい値調整処理を実行することで、全体としての圧縮率を維持しつつ、着目する信号変動特徴を織り込んだデータ圧縮を可能に構成したことを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、請求項５に記載されるように、前記データ圧縮手段が、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、変換係数値の取捨選択する際に、前記データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分については、しきい値をある一定値に収束させて選択される変換係数値の割合を調整するしきい値調整処理を実行することで、着目する信号変動特徴を織り込みつつ要求される再構成精度で前記時系列データの再構成が可能なデータ圧縮を可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置は、請求項６に記載されるように、前記データ圧縮手段が、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整手段を備え、この変換係数値抽出調整手段は、圧縮処理のために行うウェーブレット変換処理手段と並列に、着目する信号変動パターンに対する検出感度が高い基本ウェーブレットによるウェーブレット変換処理を行う特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部を備え、この特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部から出力される変換係数値の絶対値を特徴検出の指標として、変換係数値の取捨選択の際に使用するしきい値調整を可能に構成したことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、上述の課題を解決するため、請求項７に記載されるように、ウェーブレット変換を用いて時系列データを圧縮・解凍する時系列データ圧縮・解凍方法において、データ圧縮ステップとして、時系列データを圧縮する際に、ウェーブレット変換で時系列データの信号波形特徴として数値的に特徴抽出して得られる変換係数値に対し、この変換係数値の絶対値の大きさに基づいて取捨選択を行い、非選択となった変換係数値をゼロ値で置換して形成される前記時系列データの特徴量情報を適切な有効桁数で整数化して圧縮前情報を出力する量子化処理ステップと、この量子化処理ステップで出力された圧縮前情報をゼロ値と非ゼロ値との組み合わせと捉えて前記ゼロ値および非ゼロ値を各々効率良く符号化して圧縮コード化した圧縮データを出力する符号化処理ステップとを備え、データ解凍ステップは、前記符号化処理手段で出力された圧縮データから前記ゼロ値および非ゼロ値の組み合わせである前記圧縮前情報を復号する復号処理ステップと、この復号処理ステップで復号した圧縮前情報に逆量子化処理を行い、特徴量情報を再構成するゲイン調整処理ステップと、このゲイン調整処理ステップで再構成された特徴量情報から前記圧縮対象の時系列データの信号波形を再構成する逆ウェーブレット変換ステップとを備え、更なる圧縮率向上および前記圧縮データから前記圧縮対象の時系列データの再構成を可能にしたことを特徴とする。
【００２１】
上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、請求項８に記載されるように、前記符号化処理ステップが、前記量子化処理ステップで整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理を行い、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理を行うステップであることを特徴とする。
【００２２】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、請求項９に記載されるように、前記符号化処理ステップが、前記量子化処理ステップで整数化した圧縮前情報のうち、前記ゼロ値に置換されて形成された連続ゼロ値構造については、効率良く符号化するランレングス法等の符号化手法で符号化を行うゼロ変換係数値符号化処理を行い、前記非ゼロ値については、前記非ゼロ値を表現するために割り当てたビット数を量子化された変換係数値とともに符号化する非ゼロ変換係数値符号化処理を行い、この非ゼロ変換係数値符号化処理は、前記量子化された変換係数値を符号化する際に表現ビットの下位ビット部分の適当数をゼロとして切り捨てることで、変換係数値記憶に必要な表現ビット数を節約し、更なる圧縮率向上を図ったことを特徴とする。
【００２３】
さらに、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、請求項１０に記載されるように、前記データ圧縮ステップが、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、変換係数値の取捨選択する際に、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分についてはしきい値を大きくして選択される変換係数値の割合を抑えるしきい値調整処理を実行することで、全体としての圧縮率を維持しつつ、着目する信号変動特徴を織り込んだデータ圧縮を可能にしたことを特徴とする。
【００２４】
さらにまた、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、請求項１１に記載されるように、前記データ圧縮ステップが、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、変換係数値の取捨選択する際に、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分については、選択処理時のしきい値を小さくして選択される変換係数値の割合を増やし、信号の特徴的な変動が小さい部分については、しきい値をある一定値に収束させて選択される変換係数値の割合を調整するしきい値調整処理を実行することで、全体としての圧縮率を維持しつつ着目する信号変動特徴を織り込みつつ要求される再構成精度で前記時系列データの再構成が可能なデータ圧縮を可能にしたことを特徴とする。
【００２５】
一方、上述の課題を解決するために、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍方法は、請求項１２に記載されるように、前記データ圧縮ステップが、データ値の大きな変化や特異な形状パターンでの局所的な振動等の信号の特徴的な変動の発現が顕著な部分を検出する変換係数値抽出調整ステップを備え、この変換係数値抽出調整ステップは、圧縮処理のために行うウェーブレット変換処理ステップと並列に、着目する信号変動パターンに対する検出感度が高い基本ウェーブレットによるウェーブレット変換処理を行い、特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理部から出力される変換係数値の絶対値を特徴検出の指標として、変換係数値の取捨選択の際に使用するしきい値調整を行うことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る時系列データ圧縮装置およびその方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態に係る時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を適用した時系列データ圧縮・解凍装置１０の一実施例を示した構成概要図を示す。
【００２８】
図１に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０は、原データ（時系列データ）を圧縮コードにしてデータ圧縮を行うデータ圧縮手段１１と、圧縮コードを復号して原データを再構成するデータ解凍手段１２とを具備する。
【００２９】
時系列データ圧縮・解凍装置１０が具備するデータ圧縮部１１は、ウェーブレット変換を行うウェーブレット変換手段１４と、ウェーブレット変換後の変換係数値を選択抽出する変換係数値抽出処理手段１５と、選択抽出した変換係数値を整数化する量子化処理手段１６と、量子化処理が施された変換係数値を効率良く符号化する符号化処理手段１７とを備える。
【００３０】
データ圧縮手段１１においてなされる時系列データ（原データ）の圧縮処理について説明する。
【００３１】
原データの圧縮処理は、まず、圧縮対象の時系列データである原信号に対して、ウェーブレット変換手段１４でウェーブレット変換を施し、ウェーブレット変換によって得られる各レベル（周波数に相当）毎の変換係数値列（以下、レベルフレームとする）から変換係数値抽出処理手段１５で主要な変換係数値を選択抽出する。変換係数値を選択抽出の際、抽出からもれた変換係数値はゼロに置換される。従って、変換係数値抽出処理手段１５で変換係数値を選択抽出した後のレベルフレームは、ゼロ値部分（以下、ゼロ変換係数値とする）と非ゼロ値部分（以下、非ゼロ変換係数値とする）とを有する合成系列となる。
【００３２】
次に、変換係数値抽出処理手段１５で得られた合成系列は、量子化処理手段１６に入力される。量子化処理手段１６に入力された合成系列は、各レベル毎に設定される適切な有効桁数で整数化する量子化処理が施され、整数値へ変換される。そして、各レベルの量子化された合成系列、すなわち、整数化された非ゼロ変換係数値とゼロ変換係数値とをつなぎ合せた１つデータ系列（以下、圧縮前情報とする）を構築する。構築された圧縮前情報は、符号化処理手段１７に入力される。
【００３３】
次に、符号化処理手段１７は、入力された圧縮前情報を符号化する。符号化処理手段１７で符号化された圧縮前情報は、圧縮コードとなり、圧縮データとして出力される。
【００３４】
符号化処理手段１７で実行される符号化処理の詳細について、図２〜図４を用いて説明する。
【００３５】
図２は、符号化処理手段１７の構成概要を示した構成概要図である。
【００３６】
図２によれば、符号化処理手段１７は、ゼロ変換係数値の符号化を効率良く実行するゼロ変換係数値符号化処理部２０と、非ゼロ変換係数値の符号化を効率良く実行する非ゼロ変換係数値符号化処理部２１とを備える。
【００３７】
符号化処理手段１７に入力される圧縮前情報は、ウェーブレット変換により得られる各レベルフレームに対して量子化した非ゼロ変換係数値およびレベルフレーム内での位置情報に相当するゼロ変換係数値を有する。また、圧縮前情報内のゼロ変換係数値は、多数個が連続して出現する特徴がある。ゼロ変換係数値が多数個連続して出現する理由は、データの圧縮率を上げることが一義的に変換係数の抽出数を絞り込むことを意味するからである。従って、高圧縮時には、変換係数値においてゼロ値の部分が圧縮情報の大部分を占めることになるため、ゼロ値が連続して出現する割合も必然的に多くなるのである。
【００３８】
符号化処理手段１７における符号化処理は、まず、符号化処理手段１７に入力された圧縮前情報を非ゼロ変換係数値とゼロ変換係数値とに分割し、ゼロ変換係数値は、ゼロ変換係数値符号化処理部２０に入力されて符号化される。他方の非ゼロ変換係数値は、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１に入力されて符号化される。そして、符号化処理手段１７は、ゼロ変換係数値符号化処理部２０で符号化されたゼロ変換係数値と、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１で符号化された非ゼロ変換係数値とを１つの圧縮コードとして出力する。
【００３９】
図３は、符号化処理手段１７に入力される圧縮前情報のうち、ゼロ変換係数値符号化処理部２０で実行されるゼロ変換係数値の符号化処理を一実施例を示して説明した説明図であり、図４は、符号化処理手段１７に入力される圧縮前情報のうち、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１で実行される非ゼロ変換係数値の符号化処理を一実施例を示して説明した説明図である。
【００４０】
図３によれば、符号化処理手段１７で実行されるゼロ変換係数値の符号化処理は、符号化処理手段１７に入力されるゼロ変換係数値が多数連続出現する特徴を有する点に着目し、例えば、ランレングス符号化処理がゼロ変換係数値符号化処理部２０で行われる。
【００４１】
ゼロ変換係数値に出現する連続ゼロ値は、ランレングス符号であることを表すヘッダ情報（例えば、０と定義する）と、ゼロ値の連続出現数を二進数表現したビット列との組み合わせで符号化される。図３に示されるゼロが５個連続する場合をランレングス符号で表記すれば、ランレングス符号であることを表すヘッダ情報の‘０’にゼロ値の連続出現数である５を二進数表現したビット列‘０１０１’を結合した‘００１０１’と表記される。
このようにして、符号化処理手段１７に入力されるゼロ変換係数値は、ゼロが多数連続して出現する特徴を有するので、ランレングス符号化処理を施すことによって、効率の良い符号化結果、すなわち、高い圧縮率が得られる。
【００４２】
一方、量子化（整数化）された非ゼロ変換係数値は、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１にて符号化処理が行われる。
【００４３】
図４によれば、符号化処理手段１７で実行される非ゼロ変換係数値の符号化処理は、図４に例示される非ゼロ変換係数値“５３”で説明すると、まず、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１で、“５３”の二進数表現‘１１０１０１’を求める。次に、“５３”を二進数表現するのに必要な最小ビット長（有意ビット長）を同じく二進数表現したもの（この場合は、６ビットなので、６＝‘００１１０’）を求める。そして、“５３”が非ゼロ値である（有意値である）ことを示すヘッダ情報（例えば、１と定義する）と、正負の符号情報（例えば、＋を０、−を１と定義すれば、この場合は＋なので（０）となる）とを付加させて符号化する。
【００４４】
ビット表現の組合せ順番は、左側から「ヘッダ情報（１）」，「正負の符号情報（０）」，「有意ビット長のビット表現（００１１０）」，「非ゼロ変換係数値のビット表現（１１０１０１）」となるため、図４に例示される非ゼロ変換係数値“５３”を符号化したものは、‘１０００１１０１１０１０１’というビット列で表現される。
【００４５】
尚、図３および図４に示したヘッダ情報や正負の符号情報の定義および表記に使用するビット長はあくまで一例であり、図３および図４に例示したものに限定されない。例えば、図３に示される例で言えば、ゼロ値の連続出現数を二進数表現したビット列は４ビットで表記されているが４ビットに限定されない。他のビット数で設定しても構わない。
【００４６】
符号化処理手段１７に入力される圧縮前情報は、ゼロ変換係数値符号化処理部２０と非ゼロ変換係数値符号化処理部２１とを組み合わせて適用することにより、圧縮前情報は、効率良く圧縮コードに変換されて出力される。すなわち、入力した原データは、圧縮率の高い圧縮データに変換されて出力される。
【００４７】
一方、圧縮データから原データを再構成する場合は、図１に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０が備えるデータ解凍手段１２で圧縮データを解凍する。圧縮データの解凍、すなわち、圧縮データから原データの再構成処理は、データ解凍手段１２に入力された圧縮データの圧縮コードを復号処理手段２４で復号し、ゲイン調整処理手段２５でゲイン調整して得られた変換係数値を逆ウェーブレット変換手段２６で逆ウェーブレット変換する処理である。データ解凍手段１２で圧縮データから原データの再構成処理がなされると、原データとほぼ同一の時系列データが出力される。
【００４８】
本発明の第１の実施形態によれば、時系列データ圧縮・解凍装置１０がウェーブレット変換により抽出された変換係数値と抽出処理からもれてゼロ値化される変換係数値部分の合成系列を量子化する量子化手段１６と、量子化手段１６で出力される圧縮前情報のデータ構造を連続するゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との組み合わせと捉えて、ゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との各々に対して、効率良く符号化を行う符号化処理手段１７をデータ圧縮手段１１に備えることで、高圧縮率での時系列データ圧縮を実現した時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【００４９】
また、ウェーブレット圧縮の場合、圧縮対象とする時系列データやウェーブレット変換処理における基本ウェーブレットの選択によっては、抽出された変換係数値のダイナミックレンジがかなり大きくなる可能性があり、量子化処理を施し、適当な有効桁数で整数化することで、圧縮率の向上に寄与する。
【００５０】
さらに、高い圧縮率でのデータ圧縮を行う場合、各レベルフレームを構成するデータは、多数のゼロ値とわずかな非ゼロ係数値のみで構成されることになる。この多数の連続するゼロ値情報を効率的に符号化するので、ゼロ値増大の圧縮率への悪影響は小さく抑えることができる。
【００５１】
一方、圧縮前情報（量子化された合成系列）のうち、連続するゼロ値情報の圧縮符号化手法として数字を含む同一文字列が続く系列の圧縮に適するＲｕｎ　Ｌｅｎｇｔｈ（ランレングス）法等の符号化処理を用いることで、ランレングス法等の符号化処理が有効に機能し、圧縮率の向上に寄与する。
【００５２】
他方、圧縮情報である合成系列のうちの非ゼロ値情報、すなわち、抽出された変換係数値についても出来るだけ少ないビット数で最終表現できるように符号化することで、更なる圧縮改善を図るものである。具体的には、抽出された変換係数値を適当な有効桁数で整数化する量子化処理と、量子化された変換係数値を表現するのに必要なビット長情報を量子化された変換係数値の値そのものと一緒に符号化する。
【００５３】
尚、ゼロ変換係数値符号化処理部２０は、ランレングス符号化処理による符号化処理を実行しているが、ランレングス符号化処理以外の符号化処理でも、同一値が連続する特性を活かして圧縮符号化処理を行える符号化処理はランレングス符号化処理と同様にして利用することが可能である。
【００５４】
［第２の実施形態］
図５に本発明の第２の実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を適用した時系列データ圧縮・解凍装置１０Ａの一実施例を示した構成概要図を示す。
【００５５】
図５に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０Ａは、図１に示される時系列データ圧縮装置１０が具備するデータ圧縮手段１１の代わりにデータ圧縮手段１１Ａを具備する点以外はデータ圧縮装置１０と異ならない。従って、データ圧縮装置１０と異ならない個所については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図５に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０Ａは、原データを圧縮コード化してデータ圧縮を行うデータ圧縮手段１１Ａと、圧縮されたデータの圧縮コードを復号してデータを再構成するデータ解凍手段１２とを具備する。
【００５７】
時系列データ圧縮・解凍装置１０Ａが備えるデータ圧縮手段１１Ａは、図１に示されるデータ圧縮手段１１とほぼ同じ構成をしている。具体的に説明すると、データ圧縮手段１１Ａは、ウェーブレット変換手段１４と、変換係数値抽出処理手段１５と、量子化処理手段１６と、量子化処理が施された変換係数値の非ゼロ変換係数値をさらに効率良く符号化する符号化処理手段１７Ａとを備える。
【００５８】
図６に、符号化処理手段１７Ａの構成概要を示した構成概要図を示す。
【００５９】
図６によれば、符号化処理手段１７Ａは、変換係数値の連続ゼロ値部分の符号化を実行するゼロ変換係数値符号化処理部２０と、非ゼロ変換係数値の下位ビットを切り捨てた後に符号化を実行する非ゼロ変換係数値符号化処理部２１Ａとを備える。符号化処理手段１７Ａは、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１Ａで非ゼロ変換係数値の下位ビットを切り捨てる下位ビット棄却処理を行った後に符号化することで、非ゼロ変換係数値を図１に示される符号化処理手段１７よりもさらに効率の良い符号化を実現する。
【００６０】
図７に、非ゼロ変換係数値符号化処理部２１Ａで処理される非ゼロ変換係数値の下位ビット切り捨てを行う下位ビット棄却処理の説明を具体例を示して説明した説明図を示す。
【００６１】
図４に例示した“５３”という整数化された非ゼロ変換係数値の二進数表現（６ビット）“１１０１０１”に対して、所定数（図７の例では２ビット）の下位ビットをゼロ値とみなし、“５３”の二進数表現ビット“１１０１０１”からの切り捨て・短縮化を行う。そして、最終的な二進数表現ビットを６ビットから４ビットに切り捨てて短縮した“１１０１”とする。
【００６２】
単純に計算すれば、６ビットを４ビットにするので、非ゼロ変換係数値のデータサイズは、４／６＝２／３に圧縮されることになり、本発明の第１の実施形態に係る時系列データ圧縮・解凍装置１０よりも、さらにデータサイズの圧縮が図れることになる。
【００６３】
ここで、図８に下位ビット棄却処理を行わずにデータ圧縮を行って符号化された圧縮データを復号して再構成した結果を、図９に図７を引用して説明した下位ビット棄却処理を行った後、データ圧縮を行って符号化された圧縮データを復号して再構成した結果を示す。
【００６４】
図８（Ａ）および図９（Ａ）は、定常値（一定値）、ランプ変化、振動波等の特徴的な信号波形を組み合わせて人工的に構成したデータであり、圧縮対象として用いた時系列データ（原データ）である。また、図８および図９の（Ｂ）〜（Ｅ）は、原データを圧縮した圧縮データを復号して原データを再構成したものである。尚、図８および図９に記載されるノミナル圧縮率とは、圧縮後のデータ量が原データのデータ量に対して何％減少しているかを示し、例えば、ノミナル圧縮率７０％の場合は、圧縮データのデータ量は、原データのデータ量に対して７０％減少、すなわち、原データのデータ量の３０％に圧縮されていることを意味する。
【００６５】
まず、図８に示される圧縮データからの原データ再構成結果は、（Ｅ）に示されるノミナル圧縮率９０％（１／１０に圧縮）のデータを再構成した信号波形でも波形の概形は保たれており、再構成データの原データに対する劣化は小さいレベルに抑えられている。
【００６６】
一方、図９に示される圧縮データからの原データ再構成結果は、もともと１８ビット長で表現されていた変換係数値の下位６ビットを切り捨てた場合、ずなわち、下位１／３ビットを棄却した場合における圧縮データを再構成した結果である。図８に示される下位ビット棄却処理を行わない場合と比較して、圧縮率を上げていった際に、原データに対して劣化が観測されるものの、観測される劣化は細部での微妙なごく小さいもので、ほとんど影響がないことから、下位ビット棄却処理を行う符号化処理手段１７Ａの符号化処理が、更なる圧縮率向上に有効に寄与することが確認できる。
【００６７】
本発明の第２の実施形態によれば、符号化処理手段１７Ａで実行する符号化処理は、非ゼロ変換係数値を符号化処理する非ゼロ変換係数値符号化処理部２１Ａが非ゼロ変換係数値の所定数の下位ビットをゼロとみなして棄却する下位ビット棄却処理を行い、実質表現ビット長を短縮して、使用するビットを節約する。適当数の下位ビットをゼロ化して実質表現ビット長を短縮しても、変換係数値の絶対値の変化は相対的に小さいため、最終的に時系列データの再構成精度への影響も実用上問題ない範囲に抑えつつ使用するビット数、すなわち、データ量の削減を図ることが可能となる。
【００６８】
また、下位ビット棄却処理後に非ゼロ変換係数値を符号化するので、非ゼロ変換係数値の符号化をさらに効率の良く行うことができる。従って、本発明の第１の実施形態に係る時系列データ圧縮・解凍装置よりも更なる高圧縮率を実現した時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【００６９】
［第３の実施形態］
図１０に本発明の第３の実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を実行する時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂの一実施例を示した構成概要図を示す。
【００７０】
図１０に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂは、図１に示される時系列データ圧縮装置１０が具備するデータ圧縮手段１１、すなわち、ウェーブレット変換手段１４、変換係数値抽出処理手段１５、量子化処理手段１６および符号化処理手段１７に加えて、原データの信号波形の特徴パターンを検出する特徴パターン検出処理部２８と、変換係数抽出処理に使用するしきい値関数を調整するしきい値調整処理部２９とを備える変換係数値抽出調整手段３０をさらに具備する点以外は時系列データ圧縮・解凍装置１０と異ならない。従って、時系列データ圧縮・解凍装置１０と異ならない個所については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図１０に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂは、原データを圧縮コード化してデータ圧縮を行うデータ圧縮手段１１Ｂと、圧縮されたデータの圧縮コードを復号してデータを再構成するデータ解凍手段１２とを具備する。
【００７２】
時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂが備えるデータ圧縮手段１１Ｂは、図１に示されるデータ圧縮手段１１に加えて、変換係数値抽出調整手段３０を備え、変換係数値抽出調整手段３０は、特徴パターン検出処理部２８と、しきい値関数調整処理部２９とを備える。
【００７３】
データ圧縮手段１１Ｂが行うデータ圧縮処理は、まず、圧縮対象の時系列データである原信号がウェーブレット変換手段１４と変換係数値抽出調整手段３０とに入力される。ウェーブレット変換手段１４に入力された圧縮対象の原信号は、ウェーブレット変換がなされる。一方、変換係数値抽出調整手段３０に入力された圧縮対象の原信号は、特徴パターン検出処理部２８で原信号の信号波形に大きな変動点が有るか無いかに着目して原信号の特徴パターンが検出される。
【００７４】
次に、原信号の特徴パターンが検出されると、特徴パターン検出処理部２８は、検出された信号波形の特徴パターンを識別する識別信号を出力する。出力された識別信号は、しきい値調整処理部２９に入力される。しきい値調整処理部２９は、識別信号が入力されると、変換係数値抽出処理手段１５が有している変換係数値抽出用のしきい値関数を入力された識別信号に対応する信号波形の特徴パターンを感度良く抽出することができるしきい値関数に置換する。
【００７５】
変換係数値抽出処理手段１５のしきい値関数の置換が完了すると、ウェーブレット変換手段１４でウェーブレット変換後の原信号は、変換係数値抽出処理手段１５に入力され、置換されたしきい値関数での変換係数値抽出がなされる。変換係数値抽出処理手段１５での変換係数値抽出処理では、検出した特徴パターンの情報を詳細に保持・再現する情報を有した変換係数値が抽出される。
【００７６】
変換係数値抽出処理手段１５での変換係数値抽出処理後は、量子化処理手段１６での量子化処理および符号化処理手段１７での符号化処理がなされ、圧縮データが出力される。
【００７７】
ここで、変換係数値抽出調整手段３０が実行するしきい値関数調整処理の作用について述べる。
【００７８】
特徴パターンを感度良く抽出する、すなわち、特徴パターンの近傍において多数の変換係数値を抽出することが可能なしきい値関数は、一定値のしきい値関数ではなく、可変型しきい値関数である。一定しきい値関数による主要な変換係数値の抽出は、産業プロセスの計測信号等の時系列データのように広い周波数帯域に成分が分散している疑似白色性とみなしうるノイズが重畳している信号においてノイズを除去する際には、一定の効果があると考えられる。しかしながら、ノイズの除去とは別に、圧縮対象とする時系列データ中に観測される特徴的なパターンを精度良く保持して高圧縮を行うためには、一定しきい値関数での主要な変換係数値の抽出では実現が困難であり、可変型しきい値関数の導入が有効に寄与する。
【００７９】
図１１および図１２に可変型しきい値を導入したしきい値関数の一例を説明する説明図を示す。
【００８０】
図１１（Ａ）は、特徴的な波形が見られる時間領域から離れるほどしきい値が発散していく特性を有する可変型のしきい値を導入したしきい値関数（以下、発散型しきい値関数とする）の一例を示し、図１１（Ｂ）は、特徴パターンが見られる原データの信号波形を示す。図１１を用いて、特徴パターン検出処理部２８により特徴パターンの発現が検出された際に、その発生時間位置に対応して具体的にどのようなしきい値調整処理がなされるかを説明する。
【００８１】
図１１（Ｂ）は、定常値からのステップ変化の後に振動が発生・持続するある電気的現象の信号波形を例示したものである。図１１（Ｂ）に示される信号波形において、注目する特徴的な波形変動、すなわち、特徴パターンは、定常値からステップ状に変化する部分である。その下方ピーク値を含め、変動直前・直後の信号挙動の再現精度の維持が重要なポイントとなる。一方、ステップ変化後に残留する持続振動部分については、信号としての価値が一般的には低いと言われる個所である。
【００８２】
図１１（Ｂ）に示される信号波形、すなわち、時系列データに対してしきい値調整処理を施す場合は、特徴的な波形変動（本ケースでは、定常値からステップ状に変化する部分）の発生時間点を中心とした２次関数、または２次関数と同等の形状特性を有する関数をしきい値関数とした発散型しきい値関数でしきい値調整処理を行う。すると、注目する特徴変動周辺において多数の変換係数値が抽出されるため、波形形状の詳細情報を保持・再現することが可能となる。
【００８３】
また、図１１（Ｂ）に示されるしきい値関数のように、しきい値がある時点で無限大に発散する場合、注目する特徴的な波形変動の発生時点から離れた時点において、抽出される変換係数値は、ほとんど０個となる。但し、抽出される変換係数値がほとんど０個となる場合でも、原データの再構成時には、ウェーブレット変換結果における最終レベルの平滑化信号成分（原信号波形の概形成分）が再構成に寄与して、原信号波形の概形を再現可能なため、実用上問題にならないと考えられる。
【００８４】
しかしながら、注目する特徴変動発生時点から離れた時間領域でも所定の再構成精度を必要とする場合において、しきい値関数に発散型しきい値関数を選択することは、適切なしきい値関数の選択とは言い難い。そこで、注目する特徴的な波形変動の発生時点から離れた時間領域でも所定の再構成精度を必要とする場合は、発散型しきい値関数ではなく、しきい値が特徴的な波形変動の発生時点近傍以外の時点において、ある値に収束する特性を有する飽和型しきい値関数を適用する。
【００８５】
図１２は、特徴的な波形が見られる時間近傍以外の個所ではある値に収束する特性を有する可変型しきい値を導入した飽和型のしきい値関数の一例である。
【００８６】
図１２に示されるような飽和型のしきい値関数は、注目する特徴変動発生時点周辺で多数の変換係数値を抽出できることはもちろんのこと、注目する特徴変動発生時点から離れた時間領域時間領域においても、一定しきい値関数による圧縮時と同等の再構成精度を達成することが可能となる。
【００８７】
尚、注目する信号の変動発生が比較的短い時間幅で連続し、複数のしきい値関数が重なる場合には、当該関数群の中で最も小さい関数値をとる関数としてしきい値関数を定義すれば、基本的に同様な効果が得られると考えられる。
【００８８】
本発明の第３の実施形態によれば、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂに具備されるデータ圧縮手段１１Ｂが、変換係数値抽出調整手段３０を備え、データ圧縮前にデータの信号波形に着目すべき特徴パターンの検出を行い、検出した特徴パターンを詳細に再現可能なしきい値関数を適宜選択可能に構成し、変換係数値抽出調整手段３０で着目する信号の特徴パターンが発現している局所的な時間域では、変換係数値を多数抽出して原データの重要波形特徴を保持する一方、データ再構成時に興味のないデータ変化部分の時間域では、変換係数値の抽出数を抑えることで、圧縮率を損なうことなく高い圧縮率での圧縮処理が可能な時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【００８９】
また、波形特徴発生時点以外の時点においてもある一定の再構成精度を要する場合においても、変換係数値抽出調整手段３０でしきい値関数を飽和型しきい値関数とすることで、波形特徴を保持しつつ波形特徴発生時点以外においてもある一定の再構成精度を確保するデータ圧縮が可能となる。
【００９０】
尚、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂに具備されるデータ圧縮手段１１Ｂは、時系列データ圧縮・解凍装置１０に具備されるデータ圧縮手段１１と、さらに、変換係数値抽出調整手段３０とを備えた構成をしているが、データ圧縮手段１１の代わりにデータ圧縮手段１１Ａを備えても良い。
【００９１】
［第４の実施形態］
図１３に本発明の第４の実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を実行する時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃの一実施例を示した構成概要図を示す。
【００９２】
図１３に示される時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃは、図１０に示される変換係数値抽出調整手段３０において、特徴パターン検出処理部２８およびしきい値関数調整処理部２９に代わり、特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換手段３２およびしきい値関数調整処理部２９Ａを備える点以外は時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂと異ならない。従って、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｂと異ならない個所については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００９３】
時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃは、原データを圧縮コード化してデータ圧縮を行うデータ圧縮手段１１Ｃと、圧縮されたデータの圧縮コードを復号してデータを再構成するデータ解凍手段１２とを具備する。
【００９４】
データ圧縮手段１１Ｃは、図１に示されるデータ圧縮手段１１に加えて、原データの信号波形の着目する特徴パターンを検出するために圧縮処理用のものとは別にウェーブレット変換処理を実施する特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２と、特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２での検出結果を受けて変換係数抽出処理に使用するしきい値関数を調整するしきい値関数調整処理部２９Ａとを備える変換係数値抽出調整手段３０Ａをさらに備える。
【００９５】
データ圧縮手段１１Ｃが行うデータ圧縮処理は、まず、圧縮対象の時系列データである原信号がウェーブレット変換手段１４と変換係数値抽出調整手段３０Ａとに入力される。ウェーブレット変換手段１４に入力された圧縮対象の原信号は、ウェーブレット変換がなされる。一方、変換係数値抽出調整手段３０Ａに入力された圧縮対象の原信号は、特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２で原信号の信号波形と特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２が有するウェーブレットの基本関数（以下、基本ウェーブレットとする）との相関の大小に着目して原信号の特徴パターンが検出される。
【００９６】
次に、原信号の特徴パターンの検出情報が、特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２で変換係数値として抽出されて出力される。出力された変換係数値は、しきい値関数調整処理部２９Ａに入力され、しきい値関数調整処理部２９Ａに入力されると、入力された変換係数値に応じた原信号の特徴パターンの検出に適したしきい値関数を選択し、選択したしきい値関数と、変換係数値抽出処理手段１５が有している変換係数値抽出用のしきい値関数とを置換する。
【００９７】
図１３に示される特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２は、着目する特徴パターンの検出に適した基本ウェーブレットを用いてウェーブレット変換処理を行うものであり、例えば、図１１（Ｂ）に例示されるステップ状の変化を的確に捉えるためには、階段関数であるＨａａｒ（ハール）ウェーブレットが最適な基本ウェーブレットとなる。また、信号の高階微分値の不連続性を検出するためには、適当次数の基本ウェーブレットを用いることで検出が可能となることが知られている。
【００９８】
本発明の第４の実施形態によれば、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃがデータ圧縮手段１１Ｃに特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２としきい値関数調整処理部２９Ａとを備える変換係数値抽出調整手段３０Ａを備えることで、信号の特徴パターン検出の際に、着目する信号の変動パターンに対する感度が高い、すなわち、着目する信号の変動パターンとの相関が高いウェーブレットを基本関数とするウェーブレット変換をデータ圧縮処理で実行するウェーブレット変換とは並列に実施して、その変換係数値の絶対値の大きさを特徴パターン検出の指標値とすることが可能となり、原データの重要波形特徴を保持・再現可能な圧縮処理を実現する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【００９９】
尚、図１３に示される特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２およびウェーブレット変換処理手段１４における基本ウェーブレットは、同一のウェーブレットを用いることも当然可能である。この場合は、特徴パターン検出処理用ウェーブレット変換部３２を省略して、ウェーブレット変換処理手段１４が圧縮用および特徴パターン検出用のウェーブレット変換を行うように時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃを構成しても良い。
【０１００】
上述したように、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法によれば、時系列データ圧縮・解凍装置に備えられるデータ圧縮手段１１が、時系列データ圧縮・解凍装置がウェーブレット変換により抽出された変換係数値と抽出処理からもれてゼロ値化される変換係数値部分の合成系列を量子化する量子化手段と、量子化手段で出力される圧縮前情報のデータ構造を連続するゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との組み合わせと捉えて、ゼロ変換係数値と非ゼロ変換係数値との各々に対して、効率良く符号化を行う符号化処理手段とを備えることで、高圧縮率での時系列データ圧縮を実現した時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【０１０１】
また、時系列データ圧縮・解凍装置に備えられるデータ圧縮手段が、下位ビット棄却処理を行う符号化処理手段を備えることで、更なる高圧縮率での時系列データ圧縮を実現した時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【０１０２】
さらに、時系列データ圧縮・解凍装置に備えられるデータ圧縮手段が、変換係数値抽出調整手段を備え、しきい値関数に発散型しきい値関数を用いることで、着目する信号の特徴パターンが発現している局所的な時間域では、変換係数値を多数抽出して原データの重要波形特徴を保持する一方、データ再構成時に興味のないデータ変化部分の時間域では、変換係数値の抽出数を抑えることで、圧縮率を損なうことなく高い圧縮率での圧縮処理が可能な時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。他方、しきい値関数に飽和型しきい値関数を用いることで、原データの重要波形特徴を保持しつつ、重要波形特徴が見られる他の時間領域においてもある一定の再構成精度を確保した再現が可能な圧縮処理を実現する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法を提供することができる。
【０１０３】
また、本発明に係る時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法は、上述した第１の実施形態〜第４の実施形態に係る時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法に限定されない。例えば、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ａと、時系列データ圧縮・解凍装置１０Ｃとを組み合わせて下位ビット棄却処理と波形特徴抽出処理とを可能に構成される時系列データ圧縮・解凍装置等の各実施形態を適宜選択して構成される実施形態の全てを包含する。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を採用することで、ウェーブレット変換が有する優れた波形特徴抽出能力を活かして、大規模サイズのデータに対しても高い圧縮率を保証する時系列データ圧縮・解凍装置およびその方法の提供が可能となる。
【０１０５】
特に、変換係数値抽出処理手段で絞り込まれた主要波形特徴である変換係数値の値そのものと各レベルフレーム内での当該変換係数値の位置情報とをそれぞれに効率良く符号化することで、ウェーブレット変換を用いた圧縮処理の特徴を最大限に活かした高圧縮率を実現する時系列データ圧縮装置およびその方法を提供することができる。
【０１０６】
また、時系列データ圧縮装置は主要波形特徴である変換係数値の抽出処理を、変換係数値抽出処理手段で行う前に、すなわち、ウェーブレット変換手段でのウェーブレット変換と並列に圧縮対象である時系列データ内の着目すべき特徴パターンを検出して、適切なしきい値関数を選択して、しきい値調整処理を行う変換係数値抽出調整手段を備えることで、着目すべき特徴パターンの再構成精度を高めながら、かつ、全体として高い圧縮率を保証するフレキシブルな時系列データ圧縮装置およびその方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置の構成概要を示した構成概要図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる符号化処理手段の構成概要を示した構成概要図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる符号化処理手段で処理される符号化処理のうち、連続するゼロ値情報を符号化する手法（ランレングス手法）を説明する説明図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる符号化処理手段で処理される符号化処理のうち、非ゼロ値情報を符号化する手法を説明する説明図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置の構成概要を示した構成概要図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる符号化処理手段の構成概要を示した構成概要図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる符号化処理手段で処理される符号化処理を説明する説明図。
【図８】本発明の第１実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置でデータ圧縮した時系列データを再構成した結果であり、（Ａ）は原データ（原データ）、（Ｂ）は原データに対する圧縮率が５０％、（Ｃ）は７０％、（Ｄ）は８０％、（Ｅ）は９０％の時の説明図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行うデータ圧縮装置で下位ビットの１／３を切り捨てた後にデータ圧縮した時系列データを再構成した結果であり、（Ａ）は原データ（原データ）、（Ｂ）は原データに対する圧縮率が５０％、（Ｃ）は７０％、（Ｄ）は８０％、（Ｅ）は９０％の時の説明図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置の構成概要を示す構成概要図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる特徴パターン検出処理手段で特徴パターンが出現する時間域近傍での検出感度を高めた発散型しきい値関数の一例を示した説明図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置に備えられる特徴パターン検出処理手段で特徴パターンが出現する時間域近傍での検出感度を高めつつ、その他の時間域でも検出感度を一定しきい値関数並に維持した飽和型しきい値関数の一例を示した説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る時系列データ圧縮装置およびその方法を用いてデータ圧縮を行う時系列データ圧縮・解凍装置の構成概要を示す構成概要図。
【図１４】従来のウェーブレット変換を用いたデータ圧縮方法によりデータ圧縮および再構成を行う時系列データ圧縮・解凍装置の構成概要を示した構成概要図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　時系列データ圧縮装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ　データ圧縮手段
１２　データ解凍手段
１４　ウェーブレット変換処理手段
１５　変換係数値抽出処理手段
１６　量子化処理手段
１７，１７Ａ　符号化処理手段
２０　ゼロ変換係数値符号化処理部
２１，２１Ａ　非ゼロ変換係数値符号化処理部
２４　復号処理手段
２５　ゲイン調整手段
２６　逆ウェーブレット変換処理手段
２８　特徴パターン検出処理部
２９，２９Ａ　しきい値調整処理部
３０，３０Ａ　変換係数値抽出調整手段
３２　特徴パターン検出用ウェーブレット変換処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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