(57)【要約】本発明によれば、伝送及び保存するディジタル及びアナログデータの圧縮が提供される。アナログ信号（３）という形のアナログデータは、Ａ／Ｄコンバータ（５）によってディジタル信号（６）に変換される。次いでディジタル信号（６）は、所定の変換表に従って、第１の変換処理部（７）及び交互周波数発生部（１１）によって、交互周波数を有するアナログ信号（１３）に変換される。元のアナログ信号（３）を再生成するため、交互周波数を有するＡＦアナログ信号（１３）は、第２の変換処理部２３に接続された交互周波数測定手段（２１）によって、また所定の変換表に従って、ディジタル信号（６）に戻るように変換される。次いで、ディジタル信号（６）は、Ｄ／Ａコンバータ（２５）によって、元のアナログ信号（３）に変換される。
2004534421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮するシステムであって、
「１」及び「０」形式のビットを含み、離散的なパッケージの中で連続的に組み立てられて、ディジタル単語を形成するディジタルデータと、
前記ディジタル単語に対応する予め選択された周波数割り当てを含む、ディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表と、
前記ディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表に従って、前記ディジタル単語を予め選択された周波数割り当てに変換する第１の変換手段と、
該第１の変換手段に接続され、所定のサイクル数毎に周波数が交互となった信号であって、その交互周波数が、前記第１の変換手段によって生成された前記予め選択された周波数割り当ての連続した配置に対応している交互周波数信号を生成する交互周波数信号発生部と、
該交互周波数信号発生部に接続され、前記交互周波数信号の前記交互周波数を測定する交互周波数測定手段と、
該交互周波数測定手段に接続され、前記ディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表に従って、前記交互周波数信号の前記交互周波数を前記ディジタル単語に変換する第２の変換手段と、
該第２の変換手段に接続され、前記ディジタル単語を連続した順序に組み立てて、前記ディジタルデータを再生成するディジタル信号発生部とを備えたシステム。
【請求項２】
前記交互周波数信号発生部に接続され、前記交互周波数信号を伝送する伝送部と、
前記交互周波数測定手段に接続され、前記交互周波数信号の前記交互周波数を測定する受信部とをさらに備えた請求項１記載の交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮するシステム。
【請求項３】
前記交互周波数発生部に接続され、前記交互周波数信号を記憶する記憶部をさらに備えた請求項１記載の交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮するシステム。
【請求項４】
前記所定のサイクル数が、１００サイクルより少ない請求項１記載の交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮するシステム。
【請求項５】
前記所定のサイクル数が、５サイクルより少ない請求項１記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項６】
前記所定のサイクル数が、１サイクルである請求項１記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項７】
前記所定のサイクル数が、１／２サイクルである請求項１記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項８】
アナログデータと、
該アナログデータを前記ディジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記ディジタル信号発生部に接続され、前記ディジタルデータを前記アナログデータに戻すように変換するＤ／Ａコンバータとをさらに備えた請求項１記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項９】
前記アナログデータがビデオ信号である請求項８記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項１０】
前記アナログデータがオーディオ信号である請求項８記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項１１】
前記交互周波数測定手段が、１つ以上の有限無限応答（ＦＩＲ）フィルタを含んでいる請求項１記載の伝送用交互周波数信号への変換によってディジタルデータを圧縮及び伝送するシステム。
【請求項１２】
「１」及び「０」形式のビットを含むディジタルデータを提供するステップと、
複数のビットを含む各単語で、前記ディジタル信号をディジタル単語にフォーマットするステップと、
該ディジタル単語に対応する予め選択された周波数割り当てを含むディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表を提供するステップと、
該ディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表に従って、前記ディジタル単語を予め選択された周波数割り当てに変換するステップと、
所定のサイクル数毎に周波数が交互となった信号であって、その交互周波数が、前記予め選択された周波数割り当ての連続した配置に対応している交互周波数信号を生成するステップと、
前記交互周波数信号を伝送するステップと、
前記交互周波数信号を受信するステップと、
前記ディジタルＡＦ／ＡＦディジタル変換表に従って、前記交互周波数信号の予め選択された周波数をディジタル単語に変換するステップとを備えたデータを圧縮及び伝送する方法。
【請求項１３】
前記所定のサイクル数が、１００サイクルより少ない請求項１２記載のデータを圧縮及び伝送する方法。
【請求項１４】
前記所定のサイクル数が、５サイクルより少ない請求項１２記載のデータを圧縮及び伝送する方法。
【請求項１５】
前記所定のサイクル数が、１サイクルである請求項１２記載のデータを圧縮及び伝送する方法。
【請求項１６】
前記所定のサイクル数が、１／２サイクルである請求項１２記載のデータを圧縮及び伝送する方法。
【請求項１７】
アナログデータを提供するステップと、
該アナログデータをディジタルデータに変換するステップと、
該ディジタルデータをアナログデータに戻すように変換するステップとを含む請求項１２記載のデータを圧縮及び伝送する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデータ通信及び記憶のためのシステム及び方法に関する。より詳細には、本発明は、データ通信及び記憶のために関連する信号情報を集中させる無劣化圧縮技術及び劣化圧縮技術の両方に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルで、又はアナログ技術によって記憶され得るデータを圧縮する様々な技術がある。データは、オーディオ、ビジュアル、又は他の情報を示し、それらの圧縮には多くの異なる制約がある。
【０００３】
コンピュータデータファイルは、殆ど例外なく、ディジタルで記憶される。ディジタル通信及び記憶技術の固有の利点は、第１に、バイナリ形式で伝送され、記憶される情報が従来のアナログシステムよりさらに、ノイズ又は歪みによる乱れで影響され難いという事実による。さらに、ディジタル方式へのアナログ信号の変換によって、ユーザは、一般に従来のアナログ信号では実施され得ない雑音低減技術、及び高度な信号処理アルゴリズムを使用することができる。さらに、ディジタル通信及び記憶によれば、システム出力信号の正確な再生を得ることもできる。
【０００４】
重要なことには、コンピュータファイルは記憶又は伝送の間にそれらの情報の全てを保持しなければならないので、たった１ビットのエラーによっても、ファイルはトータルに乱され得る。コンピュータファイルの乱れのために、コンピュータシステム全体の停止、或いはワードプロセッシングファイルなどのオペレーティングファイルでないファイルにおける乱れの場合には、オリジナルファイルの正確なコピーの再生不能化のいずれかとなり得る。したがって、コンピュータデータファイルの記憶又は伝送、或いはそれと同類のものにおいては、ファイルの完全性を維持する信頼性の高いシステムが求められている。さらに、コンピュータファイルの圧縮は、データ損失という結果とはならず、圧縮されていないデータの正確な再生が提供される無劣化なものであるべきである。
【０００５】
残念ながら、不利なことに、ディジタル伝送及び記憶技術は、多くのより広い周波数帯域を必要としている。これは、特に、多いデータ量の処理及び記憶を必要とするビデオ情報及び現代のマルチメディアシステムに当てはまる。さらに、ビデオの伝送は、常にビデオ情報が再生と同じ、又はそれ以上の速度で伝送される、リアルタイムで遂行されるべきである。
【０００６】
この問題の複雑さを示すと、ビデオシステム用の共通インタフェースフォーマット（ＣＩＦ）の解像度標準の各チャンネルは、１ライン当たり３５２ピクセル及び１フレーム当たり２８８ラインを必要としている。さらにＣＩＦは、１ライン当たり１７６ピクセル、１フレーム当たり１４６ライン、及び１ピクセル当たり８ビットの半分の解像度で２つのクロミナンスチャンネルを必要としている。フルモーションビデオでは１秒当たり約３０個のフレームの伝送速度を必要とするが、ビデオ伝送では１秒当たり約３６メガビットを必要とする。例えば、５６．６ｋビット／秒のモデムを使う場合、電話回線で１秒のビデオデータを伝送するのに、約１１分かかる。別の例を挙げると、６５０メガバイトのキャパシティを備えたＣＤ−ＲＯＭは、圧縮されていない（ＣＩＦ）ビデオデータの約１８秒を記憶可能なだけである。
【０００７】
現在のシステムは、利用可能な通信チャンネル上でビデオ信号の適正な伝送速度を提供するものではない。現在、ディジタルデータ伝送のための最もポピュラーで、安価な方法は公的な電話ネットワークを通すことである。残念なことに、公的な電話ネットワークは、ディジタルデータ、音声、及びビデオによる通信を含む現在の殆どの通信システムに必要とされる周波数範囲より、かなり低い音声周波数範囲でのアナログ信号を伝送するように設計されている。
【０００８】
公的な電話ネットワーク上にディジタル情報を伝送するために、一般にモデムが用いられている。ディジタル情報はアナログフォームに変換される。モデムは、信号及び周波数帯域をシフトさせて帯域の制限された信号を形成することによって、ディジタル信号をフィルタリングする。したがってモデムは、一般に、３００Ｈｚと３５００Ｈｚとの間にある通信チャンネルの帯域内で、その信号を変調させる。ディジタル情報の伝送速度を速めるために、現在のモデムには直交変調が使用されている。残念なことに、直交変調では現在のモデムスピードを約５６，６００ビット／秒まで速めるだけであった。したがって、実用的なディジタル伝送又は記憶のためには、冗長な情報を取り除く、又は情報の品質を低下させることによって、伝送又は記憶されるデータ量を減らすことが必要である。
【０００９】
無劣化な圧縮技術とは対照的に、人の感覚が過剰な認知能力を備えていないように、究極的には人の感覚によって観察されるデータは、通常いかなる識別可能な変更もなく、いくらかの情報の損失によって圧縮され得る。したがって、信号の再生成（解凍）には、信号の完全な再生成よりむしろ、主観的に求められる程度の品質レベルが必要となるだけなので、オーディオ及びビジュアルの情報は、情報が損失される劣化の方法で圧縮されることが多い。
【００１０】
例えば、ドブソン（Ｄｏｂｓｏｎ）に付与された米国特許第５，８１９，２１５号、チャン（Ｚｈａｎｇ）に付与された米国特許第５，８１２，９１５号、及びスマート（Ｓｍａｒｔ）に付与された米国特許第５，８４５，２４３号のそれぞれには、劣化の圧縮方法が記載されている。米国特許第５，８１９，２１５号及び米国特許第５，８４５，２４３号には、順応的なビット速度制御を備えた圧縮方法に基づくウェーブレットが説明されている。アナログ信号は要求されたレートでディジタルにサンプリングされ、サンプルは、ウェーブレット係数を形成するウェーブレットドメインに変換される。したがって、データは、保存されるべき係数の総数を減らすことによって圧縮される。
【００１１】
米国特許第５，８１２，１９５号には、ビデオ画像のイメージブロックを予測するために、予測ビデオ信号を用いて、ビデオを圧縮することが説明されている。エラー測定は、予測されたイメージを実際のイメージと比較することから得られる。
【００１２】
クレバレイ（Ｃｌｅｖｅｒｌｅｙ）等に付与された米国特許第５，４２６，６６５号には、拡散スペクトル通信システム用の圧縮技術が記載されている。拡散スペクトル通信システム又はレーダーパルス圧縮システムでは、データはラジオ伝送の間で交互となった周波数の疑似ランダムコードと混ぜられる。受信装置では、過程は逆で、受信信号には下りの変換がなされ、次いでデータ抽出のためにデコードされる。
【００１３】
サイトウ等に付与された米国特許第５，１８４，２２９号には、ハフマン（Ｈｕｆｆｉｍａｎ）コード化データを利用するデータ圧縮システムが記載されている。
【００１４】
一方、ヤグチに付与された米国特許第５，８１８，８７０号には、ディジタル通信機器を通してアナログ信号を伝送する方法が記載されている。周波数は、ディジタル通信機器の通常のレートに維持しておき、信号への振幅を変調して、アナログ情報を提供している。
【００１５】
ブレーメル（Ｂｒｅｍｅｒ）等に付与された米国特許第５，６６１，７１８号には、アナログ及びディジタル通信の同時通信が記載されている。サンプリングされたアナログ信号は、ディジタル方式で量子化され、表されている。したがってディジタル方式に変換されるアナログ信号は、従来のＰＣＭなどの振幅量子化パルスの振幅調整フォーマットに変換される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
残念なことに、上記のような従来の技術に係る圧縮技術においては、データ通信速度が、多くの実際の応用例には、まだ遅すぎる。さらに、伝送された信号の振幅変調には、多くの場合、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）問題に起因する弊害があった。さらに、記憶又は伝送の間に、結果として情報の損失を生じさせない圧縮システム及び圧縮装置を提供することは有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
簡潔に述べると、本発明によれば、ディジタルデータをアナログ信号に変換することによってディジタルデータを圧縮するための改善された装置及び方法が提供される。一般に、ディジタル又はアナログフォーマットで記憶された情報は、周知のアナログの方法によってよりむしろ、ディジタルの処理によって、より迅速に又はより効率的に伝送され得ると考えられている。過去の教えに反し、本発明者は、ディジタル情報は、最初にアナログフォーマットに変換されるならば、より迅速に又はより効率的に伝送され得ることを見出した。
【００１８】
ディジタルデータは「１」及び「０」の形式の「ビット」で構成されている。例えば、従来のディジタル技術を適用する場合、３０００Ｈｚで伝送される信号には、１秒間に３０００の個々のビットを伝送する機会が提供される。これらの個々の１及び／又は０は、「単語」という離散的なパッケージでコンパイルされる。例えば、一般に、８ビットのプロセッサは、８ビットの単語をコンパイル及び処理し、それらの単語を使用可能な情報に変換する。
【００１９】
本発明は、記憶又は伝送のためのディジタルデータのアナログ信号への変換を提供するものである。ディジタルデータは、まずディジタル単語に分けられる。次いで、例えば８ビットを含む、ディジタル単語のそれぞれには、所定の変換表に従って予め選択された周波数割り当てが割り当てられる。このようにして、アナログ信号は、所定のサイクル数毎に周波数が交互となった交互周波数を備えて、生成される。アナログ信号の交互周波数は、前記ディジタル単語に対応する予め選択された周波数割り当てを連続的に配置することによって割り当てられる。より詳細には、前記アナログ信号は、所定のサイクル数毎に、予め選択された周波数割り当てに対応する各周波数によって、及びディジタル単語を定義する各周波数割り当てによって、変調される。
【００２０】
上記方法を、上記方法とは別のものである標準の周波数変調（ＦＭ）と混同すべきでない。典型的なＦＭ信号は、記憶又は伝送されている、音などの情報に従って定義された１つの周波数割り当てから変調される。これに対し、本発明においては、アナログ信号は１つの周波数から変調されない。その代わり、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）方式のように、交互周波数（以下「ＡＦ」）のアナログ信号は、交互になった周波数割り当てを複数含んでいる。しかしながら、ＣＤＭＡとは異なり、それは、元のディジタルデータに対応する情報を提供する特有の周波数割り当てである。
【００２１】
例示するだけであるが、本発明の一実施形態によれば、４０００Ｈｚの最大の周波数レートを備えたシステムが、それぞれが２５０Ｈｚの帯域を備えた周波数割り当てによって、２２５０Ｈｚと４０００Ｈｚとの間に８つの周波数割り当てを含むようにフォーマットされる。例えば、以下の変換表によると、ディジタルデータは３ビットの単語に分割され、各単語には特定の周波数割り当てが割り当てられる。
【００２２】
【表１】
2004534421.tif 000003
【００２３】
０１０１０１０００１１０．．．などのディジタルストリームは、０１０、１０１、０００、１１０などの個々の３ビット単語に分割される。そして、ＡＦアナログ信号は、所定のサイクル数毎に、予め選択された周波数割り当てに対応する各周波数によって、及び変換表に従ってディジタル単語を定義する各周波数割り当てによって、変調される。例えば、上記ディジタルストリーム及び上記変換表に基づき、１サイクル毎に交互となる１つのＡＦアナログ信号は、２７５０Ｈｚ（「０１０」に対応する）の第１のサイクル、３５００Ｈｚ（「１０１」に対応する）の第２のサイクル、２２５０Ｈｚ（「０００」に対応する）の第３のサイクル、及び３７５０Ｈ（「１１０」に対応する）の第４のサイクルを含む。この方法では、４つのディジタルのビットを４０００Ｈｚの周波数を有するアナログ信号、４サイクルで伝送する代わりに、１２のディジタルのビットを、平均周波数約３０００Ｈｚのアナログ信号、４サイクルで伝送することができる。
【００２４】
次いで、ＡＦアナログ信号は、当業者周知の方法によって伝送又は記憶される。例えば、ＡＦアナログ信号は磁気テープによって記憶され、或いはワイヤ、光ファイバ、ＲＦ伝送など又はその類のものによって伝送され得る。
【００２５】
ＡＦアナログ信号を解凍し、元のディジタルデータを再生成するために、ＡＦアナログ信号は、該アナログ信号の交互周波数が測定される状態で処理される。交互周波数は、所定の変換表に従って順にディジタル単語に戻るように変換され、ディジタル単語は、連続して配置され、ディジタルデータストリームを生成する。該ディジタルデータストリームは、最初にＡＦアナログ信号に変換された元のデータの複製となる。
【００２６】
好ましい実施の形態では、ディジタルデータは、周波数割り当ての間の帯域を縮小することによって、アナログ信号の周波数において交互とする前にサイクルの所定の数を変更することによって、及び各単語に対応するディジタルのビット数を増加することによって、さらに圧縮される。例えば、好ましい実施の形態では、信号サイクル毎に代えて、１／２サイクル毎に周波数割り当てを交互とすることによって、より速いデータ通信速度が達成される。さらに、上記の例に関連して、周波数割り当ての間の周波数帯域を２５０Ｈｚから１２５Ｈｚに、又はさらに５０Ｈｚにまで縮小することによって、平均周波数レートが速まり、より速いデータ通信速度が達成される。
【００２７】
追加の好ましい実施の形態では、より頻繁に用いられるディジタル単語が、より短い波長を有する周波数割り当てと一致するように、変換表が生成される。例えば、特定のシステムにおいて、又は特定アプリケーションにおいて、非常に頻繁に用いられるディジタル単語には、最も高い周波数を有する周波数割り当てが割り当てられる。より短い波長を有するディジタル単語の優位性によって、データ通信速度はさらに速いものとなる。追加の好ましい実施の形態では、第１の変換処理部によって、ディジタルデータは、サンプリングされ又はその全体にわたって分析される。次いで第１の変換処理部は、最も高い周波数を有する周波数割り当てに、主に用いられるディジタル単語が割り当てられる変換表を選択又は生成する。この方法によれば、ＡＦアナログ信号は、システムの比較的高い方の平均周波数、及び比較的速い方のデータ通信速度を備える。
【００２８】
当業者によって理解されるであろうが、本発明によれば、データの暗号化が提供される。また、備えられた変換表を用いて、ＡＦアナログ信号のさらなる暗号化を容易に遂行することもできる。さらに、同じ変換表をエンコード及びデコードに用いる限り、その変換表を変更又は修正して、複数の変換表を用いて遂行され得る保護度合いの高いものを提供することができる。
【００２９】
アナログ信号の周波数割り当てを測定するための測定手段があまり精密でない場合、アナログ信号の周波数を交互とする前に、所定のサイクル数を増加させることが好ましい。例えば、サイクルの所定の数を、１０、或いは１００サイクルにさえも増加して、周波数測定手段に実用的な数のアナログ信号の周波数測定を行わせ、これによって、次のディジタル単語に対応する周波数を測定する前に、極めて正確な、実証された交互周波数の決定を提供することができる。
【００３０】
本発明は、ディジタルデータの圧縮に関連して説明されたが、本発明の応用例によれば、アナログデータを圧縮することもできる。アナログデータは、まず当業者周知の方法、例えばＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換される。上記のように、ディジタルデータは次いで交互周波数を有するＡＦアナログ信号に変換される。ＡＦアナログ信号を解凍し、該信号をアナログデータの元のフォーマットに戻すように変換するために、ＡＦアナログ信号は、まず、これも上記のような手段によって、ディジタルデータに変換される。次いで、ディジタルデータは、当業者周知のＤ／Ａコンバータを通して処理され、元のアナログデータが再生成される。
【００３１】
したがって本発明は、アナログ及びディジタルデータを圧縮する新規な、改善された装置及び方法を提供することを目的としている。
【００３２】
本発明は、圧縮されたアナログとディジタルデータを伝送及び記憶する無劣化な装置及び方法を提供することを別の目的としている。
【００３３】
本発明は、標準アナログ電話回線などの帯域が制限された伝送媒体上で、データ伝送を提供する装置及び方法を提供することをさらに別の目的としている。
【００３４】
本発明は、標準アナログ電話回線などの帯域が制限された伝送媒体上で、フルモーションビデオ通信を提供することをさらに別の目的としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明においては、様々な態様の実施の形態が可能であるが、本発明の好ましい実施の形態を図示し、以下に説明する。本開示は、本発明の例示と考えられるべきであり、発明を、説明された特定の実施の形態に制限することを意図したものではない。
【００３６】
本発明によれば、記憶又は伝送のためにデータを圧縮する方法及び装置が提供される。図１に示したように、データを圧縮するためのシステム１は、第１の変換処理部７を含んでいる。第１の変換処理部７は、ディジタル信号６という形で入力ディジタルデータを処理するために、ディジタル信号のプロセッサで構成されている。第１の変換処理部７は、変換表９及び交互周波数発生部１１に操作可能に接続されている。動作時に、第１の変換処理部７は、入力ディジタル信号６を受け取り、連続したディジタル単語にディジタルデータを分割する。次いで、第１の変換処理部７は、変換表９に従って予め選択された周波数割り当てを各ディジタル単語に割り当てる。変換表９は、予め選択された周波数割り当てを、第１の変換処理部７によって受信された各ディジタル単語に割り当てる参照テーブルである。ディジタル信号の、まずディジタル単語への、次いで予め選択された周波数割り当てへの変換に基づいて、交互周波数発生部１１は交互周波数を有するアナログ信号１３を生成する。
【００３７】
図２及び図３に示したように、交互周波数（ＡＦ）アナログ信号１３は、所定の正弦サイクル数毎に周波数が交互となった、正弦曲線のアナログ信号である。図２に示したように、好ましい実施の形態において、アナログ信号１３は、その正弦波のサイクル毎に周波数が交互となっている。図３に示したように、さらに好ましい実施の形態では、ＡＦアナログ信号１３は、その正弦波の１／２サイクル毎に周波数が交互となっている。ＡＦアナログ信号１３の交互周波数は、逐次変換表９に従って、第１の変換処理部７で生成された、予め選択された周波数割り当てによって定義される。即ち、ディジタルデータ６は、ＡＦアナログ信号１３に変換され、該ＡＦアナログ信号１３は、変換表９に従って第１の変換処理部７でエンコードされたディジタルデータ６を含んでいる。
【００３８】
次いで、ＡＦアナログ信号１３は伝送又は記憶される。例えば、ＡＦアナログ信号１３は磁気テープによって記憶され、或いは当業者周知の記憶方法のためにディジタルフォーマットに戻されるように変換され得る。さらに、ＡＦアナログ信号はワイヤ、光ファイバ、又はＲＦ伝送によって伝送され得る。以下により詳細に示すように、本発明に係るデータを圧縮する装置及び方法は、公的な電話回線によって、又は現存するアナログベースの携帯電話システムによって、ビデオイメージを伝送するのに特に有用である。
【００３９】
ＡＦアナログ信号１３を解凍するために、システムは変換表９に接続された、交互周波数測定手段２１と第２の変換処理部２３とを含んでいる。元のディジタル信号６を圧縮するのとは逆に、交互周波数測定手段２１は、ＡＦアナログ信号１３が受信される際に、ＡＦアナログ信号１３の周波数を測定する。次いで、交互周波数は、第２の変換処理部２３によって、変換表９に一致するディジタル単語に変換される。次いで、ディジタル単語は、第２の変換処理部２３によって連続して配置され、最初に第１の変換処理部７によって受信されたような、データ損失のないディジタルデータストリーム６を生成する。
【００４０】
交互周波数の測定は、当業者周知の幾つかの技術によって遂行され得る。例えば、ＡＦアナログ信号１３の交互周波数は、アップカウンタ（ｕｐｃｏｕｎｔｅｒ）の方法、周波数トランスレータ、周波数カウンタの方法、及び時間間隔分析器によって決定され得る。図２及び図３を参照すると、これらの技術のそれぞれは、ＡＦアナログ信号１３の正弦波が正から負又は負から正へに進む、正弦曲線波に図示したような、捕捉ポイント２９を識別するコンパレータを利用する。これらの捕捉ポイント２９は、交互周波数の正確な決定を提供するための非常に正確なクロック又はカウンタと結びついている。例えば、アップカウンタの方法では、コンパレータによって、０と交わる交差捕捉ポイント２９で始動するようにトリガーされる発振器が利用される。次の捕捉ポイント２９では、コンパレータが発振器を停止させる。したがって、発振器に接続されているカウンタに基づいて周波数計算を行うことができる。同様に、時間間隔分析器においては、捕捉ポイント２９でのコンパレータによる決定によって始動及び停止される非常に正確なクロックを利用する。したがって、クロック測定は、単純反転で容易に周波数測定値にトランスレートされる。
【００４１】
発明の好ましい実施の形態では、交互周波数測定手段２１は、有限無限応答（ＦＩＲ）フィルタという形で、一連のディジタル信号処理（ＤＳＰ）チップを含んでいる。本発明の応用例に適応可能なＦＩＲフィルタは、ハリス・セミコンダクタ社から商業的に入手可能である。このＦＩＲフィルタは、帯域通過フィルタとして動作し、アナログ信号の一部、特に、特定の周波数を有する所定のサイクル数のＡＦアナログ信号１３が、特定の帯域によって決定されたＦＩＲフィルタを介した通過だけを許容する。図４に示したように、このＦＩＲフィルタは一連のフィルタバンク、３５、３７、及び３９に配置される。各フィルタバンクは、それぞれ順に複数のＦＩＲフィルタ３５ａ〜ｈ、３７ａ〜ｐ、及び３９ａ〜ｌを含んでいる。また、図１に示したように、交互周波数測定手段２１によって受信されたＡＦアナログ信号１３は、複数のＦＩＲフィルタを含む一連のフィルタバンクを介したルートで送られる。図示のように、第１のフィルタバンク３５は８つのＦＩＲフィルタ３５ａ〜ｈを含んでいる。第１のフィルタバンク３５は、ＡＦアナログ信号１３を受信し、所定のサイクル数のＡＦアナログ信号１３を、ＡＦアナログ信号１３のその部分の周波数によって決定されたＦＩＲフィルタを介したルートだけで送信する。第１のフィルタバンク３５を通過した後、ＡＦアナログ信号１３は、先のフィルタバンクにおけるＦＩＲフィルタより狭い周波数バンドパス帯域を備えた各ＦＩＲフィルタによって、さらなるバンドパスＦＩＲフィルタ３７ａ〜ｐを含んで構成された第２のフィルタバンク３７を介したルートで送られる。ＦＩＲフィルタのバンドパス帯域が、所定のサイクル数のＡＦアナログ信号１３の周波数を正確に測定するのに十分に狭くなるまで、ＡＦアナログ信号１３は連続したフィルタバンクを介したルートで送られ、これにより元のディジタル信号６の対応したディジタル単語を識別することができる。
【００４２】
本発明のさらなる好ましい実施の形態に係るシステムは、特に、約３２００Ｈｚの典型的な最大周波数伝送速度を有する公的な電話ネットワーク上でのデータ伝送用に構成されている。本明細書における本発明の説明を簡素化するために、交互周波数測定手段２１が、６Ｈｚの帯域分離で、正弦曲線波のサイクル毎のＡＦアナログ信号１３の周波数を正確に測定することができると仮定した。しかし、ここに開示した方法及び装置を用いて、当業者は、正確にこの帯域分離を減らし、半分のサイクル毎にサンプリングするようにして、公的な電話ネットワーク上でさらに情報伝送を圧縮することができる。電話回線下での８ビットのディジタル単語の伝送を仮定すると、２５６の周波数割り当てが必要となる。下記の表１〜３は、周波数割り当てをディジタル単語に割り当てる現時点で好ましい変換表９を示している。
【００４３】
【表２】
2004534421.tif 000004
【００４４】
【表３】
2004534421.tif 000005
【００４５】
【表４】
2004534421.tif 000006
【００４６】
図１、図２及び図４に関連して、動作時に、０１１０１０１１０００００００１０００１１１１０００００００１１．．．、などのディジタルストリームの形でのディジタル信号６は、第１の変換処理部７によって、個々の８ビット単語、０１１０１０１１、０００００００１、０００１１１１０、及び００００００１１に、それぞれ分割される。次いで第１の変換処理部７は、上記の変換表に従って、各ディジタル単語に、対応する周波数割り当てを割り当てる。例えば、第１の変換処理部７は、上記のディジタル単語０１１０１０１１、０００００００１、０００１１１１０、及び００００００１１に対応する周波数割り当て２３１２Ｈｚ、１６７６Ｈｚ、１８５０Ｈｚ、及び１６８８Ｈｚを割り当てる。次いで、交互周波数発生部１１によって、正弦曲線波が、２３１２Ｈｚの周波数を有する第１のサイクル、１６７６Ｈｚの周波数を有する第２のサイクル、１８５０Ｈｚの周波数を有する第３のサイクル、及び１６８８Ｈｚの周波数を有する第４のサイクルを備えるように、ＡＦアナログ信号１３が生成される。該方法によれば、ＡＦアナログ信号の４サイクルで、４ビットのディジタルデータの代わりに、３２ビットのディジタルデータを伝送することができる。
【００４７】
次いで、ＡＦアナログ信号１３は、記憶部１５において記憶されるか、或いは伝送部１７によって伝送される。ＡＦアナログ信号１３を解凍するために、ＡＦアナログ信号１３は、交互周波数測定手段２１に伝送される。図４に示したように、ＡＦアナログ信号１３は複数のＦＩＲフィルタを備えた一連のフィルタバンクを介したルートで送られる。例えば、上記ＡＦアナログ信号１３における２３１２Ｈｚの第１のサイクルは、ＦＩＲフィルタ３７ｌに達する前に、ＦＩＲフィルタ３３ｄ及び３５ｋを介したルートで送られる。ＦＩＲフィルタ３７１に達すると、ＦＩＲフィルタは、第２の変換処理部２３をトリガーし、上記の変換表に従って、デコードされたディジタル単語０１１０１０１１を生成する。同様に、アナログ信号における第２、第３、及び第４の（１６７６Ｈｚ、１８５０Ｈｚ、及び１６８８Ｈｚでの）サイクルは、それぞれＦＩＲフィルタ３７ｂ、３７ｇ、及び３７ｄに達する前に、ＦＩＲフィルタ３３ａ及び３５ａ、ＦＩＲフィルタ３３ａ及び３５ｈ、及びＦＩＲフィルタ３３ａ及び３５ａを介したルートで送られる。ＦＩＲフィルタ３７ｈ、３７ｇ、及び３７ｄに達すると、これらのＦＩＲフィルタは、第２の変換処理部２３による、上記の変換表に従った、ディジタル単語０００００００１、０００１１１１０、及び００００００１１の生成を引き起こす。これらのディジタル単語は、次いで連続的に配列され、元のディジタルデータストリーム０１１０１０１１０００００００１０００１１１１０００００００１１を再生成する。２４３２Ｈｚの平均周波数を仮定すると、本システムによれば、他の圧縮の方法を用いることなく、公的な電話システムで可能な３２００ビット／秒（ｂｐｓ）より遙かに速い１９，４５６ｂｐｓのディジタルデータ伝送速度が提供される。
【００４８】
当業者によって理解されるであろうが、周波数割り当ての間の帯域分離を減らし、ＡＦアナログ信号の周波数を交互とする前の所定のサイクル数を減少させ、そして各ディジタル単語によって記憶されたディジタルビット数を増加させることによって、ディジタル信号６は、さらに圧縮され得る。例えば、ＡＦアナログ信号１３のサンプリングレートを増加し、アナログ信号の交互周波数が、正弦曲線波の１／２サイクル毎に変わるようにすることが好ましい。図３に示したように、各１／２サイクルによって、各ディジタル単語に対応するアナログ信号のその部分の周波数を決定するための開始及び停止の捕捉ポイント２９が提供される。したがって、アップカウンタの方法、周波数トランスレータ、周波数カウンタの方法、及び時間間隔分析器などを用いる当分野で周知の技術及び装置が、アナログ信号の各１／２サイクルの周波数を決定するのに使用され得る。
【００４９】
本発明の別の好ましい実施の形態では、複数の信号が同じＡＦアナログ信号で伝送される。一実施の形態では、図３において、ディジタル単語Ａ、Ｃ、Ｅ、及びＧからなる第１のディジタルデータストリームは、ディジタル単語Ｂ、Ｄ、Ｆ、及びＨからなる第２のディジタルデータストリームと結合される。このディジタルストリームは、第１の又は第２のディジタル信号のディジタル単語に対応する交互となった正弦曲線波の１／２サイクルで結合される。より詳細には、第１の又は第２のディジタル信号が結合される場合、第１のディジタル信号はＡＦアナログ信号の正の波形だけを決定するディジタル単語に分割されるのに対し、第２のディジタルストリームは、ＡＦアナログ信号の負の波形だけを決定するディジタル単語に分割される。ＡＦアナログ信号を解凍するために、正及び負の波形が分離され、周波数割り当てが、変換表に接続された第２のコンバータによって、再度ディジタル単語にトランスレートされる。別々の第１及び第２のディジタルストリームは、それらが元々正弦曲線波の正又は負の波形であったかどうかに従って、逐次ディジタル単語を編集することによって再生される。
【００５０】
本発明の別の好ましい実施の形態では、頻繁に伝送されるディジタル単語が、より短い波長を有する周波数割り当てで定義されるように変換表が生成され、データ圧縮レートをさらに高くする。例えば、上記の変換表に関連して、「０」が優勢なディジタルのデータは、「１」が優勢なディジタルのデータより遅いデータ通信速度を有する。したがって、好ましい実施の形態では、ディジタルデータ圧縮用の理想的な変換表を選択又は生成するために、ディジタルデータは圧縮に先がけて分析される。
【００５１】
また、変換表を交互に選択することによって、暗号化の簡単な方法が提供される。備えられた変換表を用いることによって、或いは変換表を頻繁に変えることによって、簡単で、安価なＡＦアナログ信号を暗号化する方法が提供される。
【００５２】
さらに、例えば、ビデオ像の伝送用に、データ伝送に無劣化なものが求められる場合、周波数割り当ての間の帯域分離は、容認できるエラーがシステムにもたらされ得るポイントまで、減じられ得る。例えば、２５６色スケールを含むビデオ像の伝送には、８ビットが必要である。上記実施の形態における周波数割り当ての間の帯域分離を、６Ｈｚから１Ｈｚに減じると、対応する平均周波数の増加が提供されることによって、データ通信速度はかなり速くなる。より詳細には、ＡＦアナログ信号１３の平均周波数が２４３２Ｈｚから３０７２Ｈｚまで速くなる。交互周波数測定手段２１で生成されたエラーのために、人の目で識別不能な２５６色スケールにおける正確なレベルからのズレがもたらされる。
【００５３】
上記好ましい実施の形態では、主にディジタルデータ６の圧縮に関連して説明したが、本発明の応用例によれば、アナログデータも圧縮され得る。図１に示したように、アナログ信号３という形のアナログデータは、Ａ／Ｄコンバータ５によって、ディジタル信号６に変換される。次いでディジタル信号６は、第１の変換処理部７及び交互周波数発生部１１によって、ＡＦアナログ信号１３に変換される。元のアナログ信号３を再生成するため、まずＡＦアナログ信号１３は、第２の変換処理部２３に接続された交互周波数測定手段２１によって、ディジタル信号６に戻るように変換される。次いで、ディジタル信号６は、標準のＤ／Ａコンバータ２５によって、元のアナログ信号３に変換される。
【００５４】
ＡＦアナログ信号１３の伝送、例えば、無線周波数（ＲＦ）での伝送には、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が関係しており、ＡＦアナログ信号１３が、実質上大きく、一定である振幅で伝送されることが好ましい。例えば、図２及び図３には、ＡＦアナログ信号１３が一定の振幅を有することが示されている。このことは、携帯電話、ワイアレス伝送装置、赤外伝送装置、又は疑似信号が交互周波数測定手段２１によってなされた測定を歪め得るようなものによる高速なディジタルデータ伝送において望ましい。
【００５５】
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）がＡＦアナログ信号１３の伝送に関連しない場合、本発明の適用と共に、他の周知の圧縮方法を用いて、アナログ又はディジタルデータ６をさらに圧縮することができる。例えば、振幅変調（ＡＭ）として知られている振幅を調節する周知の方法を本発明の実施と結合させて、データをより速いさらなる速度で伝送することができる。例えば、信号伝送の間にＡＦアナログ信号１３の振幅を調整することによって、単に、ＡＦアナログ信号の周波数を交互とするより、より迅速に追加データやデータを伝送する能力が提供される。
【００５６】
また、例えば、ビデオ像の伝送の間など、無劣化なデータ伝送が必要でない場合、劣化圧縮の方法を本発明の実施と結合させることもできる。当業者は、実験を取り消すことなく、本発明の１つのＡＦアナログ信号１３の生成と、周知の劣化方法とを組み合わせることを決定することができる。
【００５７】
本発明の特定の実施の形態について図示及び説明したが、本発明の精神及び技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることは明らかである。したがって、本発明は、添付した特許請求の範囲以外で制限されることを意図していない。当業者が本発明を行い、使用し得るよう本発明を記載し、その場合の現時点での好ましいベストモードを提示したにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るアナログ及びディジタルデータを圧縮する装置及び方法を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態によって、正弦波のサイクル毎にアナログ信号の周波数が交互となるように生成されたＡＦアナログ信号の波形を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態によって、正弦波の１／２サイクル毎にアナログ信号の周波数が交互となるように生成されたＡＦアナログ信号の波形をさらに示した図である。
【図４】本発明に係る、有限無限応答（ＦＩＲ）フィルタを含む交互周波数測定手段を示したブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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