(57)【要約】【課題】一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータを圧縮する際、一定期間における音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮し、データの圧縮率を改善する。【解決手段】符号ビット絶対値データ分割部２５２は、バッファ２５１に蓄積された量子化音声データを、符号ビットと絶対値データとに分割する。有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データから有効絶対値データを抽出する。シフト量演算部２５３は、絶対値データに対する有効絶対値データのシフト量を演算する。圧縮データ出力部２５５は、符号ビットと有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成する。圧縮処理部２５は、シフト量及び符号付有効データを送信部２６に出力する。【選択図】図２
2016031509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置であって、
所定ビット数で量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割する分割部と、
前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する抽出部と、
前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するシフト量導出部と、
前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信する送信部と、を備える、
データ圧縮装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ圧縮装置であって、
前記符号ビットと前記有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成する符号付有効データ生成部、を更に備え、
前記送信部は、
前記シフト量と前記符号付有効データとを前記圧縮データとして送信する、
データ圧縮装置。
【請求項３】
請求項１に記載のデータ圧縮装置であって、
前記データは、複数のサンプルを含む１フレームであり、
前記分割部は、
前記１フレーム分のサンプル毎の前記データを、前記符号ビットと前記絶対値データとに分割し、
前記抽出部は、
前記複数のサンプルのうち、前記有効絶対値データの最上位ビットから最初に１が出現するサンプルの、前記１が出現するビット位置から前記所定数ビットのデータを、前記サンプル毎の前記有効絶対値データとして抽出する、
データ圧縮装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか一項に記載のデータ圧縮装置であって、
前記送信部は、
前記外部装置への所定の送信パケットのヘッダに、前記シフト量に関する情報を付加して送信する、
データ圧縮装置。
【請求項５】
請求項２に記載のデータ圧縮装置であって、
前記外部装置への所定の送信パケットのペイロードに格納される前記符号付有効データに、前記シフト量に関する情報を付加するシフト量付加部、を更に備える、
データ圧縮装置。
【請求項６】
外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置におけるデータ圧縮方法であって、
所定ビットで量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割するステップと、
前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出するステップと、
前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するステップと、
前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信するステップと、を有する、
データ圧縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子化されたデータを圧縮するデータ圧縮装置及びデータ圧縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ネットワークを介して音声データのようにサイズが大きいデータを送信する場合、通信時のデータ転送量をできる限り少なくするため、送信側において音声データを圧縮して送信し、受信側において圧縮された音声データを伸張することが行われる。大抵、音声データの圧縮では、人間の耳の特性を考慮した上で、伸張しても圧縮前のデータのサイズには戻らない非可逆圧縮方式が用いられる。
【０００３】
ここで、ネットワークを介して音声データを送受信する際に、送信側で圧縮し受信側で伸張する先行技術として、例えば特許文献１が知られている。
【０００４】
特許文献１に示す音声データ圧縮装置は、１つ前のサンプルとの差分信号を用いることで、差分圧縮を行い、具体的には、差分データを最上位ビットと最上位ビット以外の絶対値データとに分け、絶対値データを上位ビット側から検索して最初にビット値で「１」が出現するビット位置から４ビット分の有効差分データを抽出する。音声データ圧縮装置は、符号ビットと有効差分データとを組み合わせた符号付き有効差分データを生成し、絶対値データに対する有効差分データのシフト量を求め、符号付き有効差分データとシフト量とを組み合わせて圧縮音声データを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１３１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１では、圧縮音声データを生成するための前提として１つ前のサンプルとの差分データを用いるので、差分データの起点となる１番最初のデータ（初期値）が無い場合には、差分データを生成することができず、圧縮音声データの真の値（データ）が分からないという課題がある。言い換えると、差分データの起点となる１番最初のデータが無いシーンの一例として、録音された音声データの途中からの再生に適しない上に、仮に所定の値を初期値として用いて圧縮音声データを生成しても、音声データの波形が本来の正しい音声データの波形とならない場合があり、適切な音量で再生することが困難である。
【０００７】
また、特許文献１の構成では、音声データの１つのサンプル毎に上述した絶対値データに対する有効差分データのシフト量を求め、シフト量を１つのサンプルに含めて圧縮音声データを生成するので、音声データのサンプル数が多くなればなるほど、圧縮率の改善が困難であるという課題もあった。
【０００８】
本発明は、上述した従来の状況に鑑みて、例えば一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータを圧縮する際、一定期間における音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮し、データの圧縮率を改善するデータ圧縮装置及びデータ圧縮方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置であって、所定ビット数で量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割する分割部と、前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する抽出部と、前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するシフト量導出部と、前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信する送信部と、を備える、データ圧縮装置である。
【００１０】
また、本発明は、外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置におけるデータ圧縮方法であって、所定ビットで量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割するステップと、前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出するステップと、前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するステップと、前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信するステップと、を有する、データ圧縮方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータを圧縮する際、一定期間における音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮し、データの圧縮率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態のデータ圧縮装置がデータ圧縮部として搭載された全方位マイクアレイ装置を含む監視システムの概略的構成を示す図
【図２】（Ａ），（Ｂ）それぞれ圧縮処理部及びデータ伸張部の内部構成の一例を示すブロック図
【図３】全方位マイクアレイ装置における圧縮処理の動作手順を説明するフローチャート
【図４】本実施形態における音声データの送信パケットの内部構造の一例を示す模式図
【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）音量が大きい量子化音声データの圧縮方法を説明する図
【図６】（Ａ），（Ｂ）図５に続く音量が大きい量子化音声データの圧縮方法を説明する図
【図７】信号処理装置における伸張処理の動作手順を説明するフローチャート
【図８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）音量が大きい量子化音声データの伸張方法を説明する図
【図９】伸張処理後の量子化音声データを示す図
【図１０】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）音量が小さい量子化音声データの圧縮方法を説明する図
【図１１】（Ａ），（Ｂ）図１０に続く音量が小さい量子化音声データの圧縮方法を説明する図
【図１２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）音量が小さい量子化音声データの伸張方法を説明する図
【図１３】伸張処理後の量子化音声データを示す図
【図１４】（Ａ）圧縮処理部の内部構成の一例を示すブロック図、（Ｂ）データ伸張部の内部構成の一例を示すブロック図
【図１５】（Ａ）本実施形態における圧縮音声データの送信パケットの内部構造の一例を示す模式図、（Ｂ）シフト量に関する情報を符号付有効データに埋め込んで圧縮音声データを生成する動作手順の一例を説明する図
【図１６】全方位マイクアレイ装置における圧縮処理の動作手順を説明するフローチャート
【図１７】（Ａ），（Ｂ）音声データの圧縮方法を説明する図
【図１８】信号処理装置における伸張処理の動作手順を説明するフローチャート
【図１９】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）音声データの伸張方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るデータ圧縮装置及びデータ圧縮方法の各実施形態について、図面を参照して説明する。各実施形態のデータ圧縮装置は、例えば監視システムにおいて使用される全方位マイクアレイ装置においてデータ圧縮部として搭載され、全方位マイクアレイ装置に設けられた複数のマイク素子において収音された音声データを圧縮して送信する。監視システムは、有人監視システム及び無人監視システムを含み、例えば工場、公共施設（例えば図書館、イベント会場）、又は店舗（例えば小売店、銀行）に設置される。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のデータ圧縮装置がデータ圧縮部として搭載された全方位マイクアレイ装置２を含む監視システム１０の内部構成の一例を示すブロック図である。図１に示す監視システム１０は、全方位マイクアレイ装置２と、信号処理装置３とがネットワークＮＷを介して接続された構成である。
【００１５】
全方位マイクアレイ装置２は、複数（例えば１６個）のマイク素子２２ｉと、各マイク素子２２ｉの出力信号を増幅する複数の増幅器（アンプ）２８ｉと、各増幅器２８ｉから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器２４ｉと、圧縮処理部２５と、送信部２６とを含む構成である。ここで、マイク素子２２ｉの添え字ｉは、マイク素子の番号であり、１〜ｎ（マイク素子の総数、例えばｎ＝１６）である。増幅器２８ｉ及びＡ／Ｄ変換器２４ｉについても同様である。
【００１６】
圧縮処理部２５は、各々のＡ／Ｄ変換器２４ｉからの出力（即ち、デジタルの音声データ）を、所定の圧縮方法に従って圧縮する。圧縮処理部２５における圧縮方法の詳細については図面を参照して後述する。
【００１７】
送信部２６は、圧縮処理部２５により圧縮された音声データの送信パケットを生成し、ネットワークＮＷを介して、信号処理装置３に送信する。
【００１８】
ネットワークＮＷは、有線ネットワーク（例えばイントラネット、インターネット）でも良いし、無線ネットワーク（例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network））でも良い。
【００１９】
外部装置の一例としての信号処理装置３は、受信部３１とデータ伸張部３３とを含む構成である。受信部３１は、ネットワークＮＷを介して、全方位マイクアレイ装置２から送信された音声データの送信パケットを受信する。データ伸張部３３は、全方位マイクアレイ装置２の圧縮処理部２５において圧縮された音声データを、所定の伸張方法に従って伸張する。データ伸張部３３における伸張方法の詳細については図面を参照して後述する。
【００２０】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ圧縮処理部２５及びデータ伸張部３３の内部構成の一例を示すブロック図である。図２（Ａ）に示す圧縮処理部２５は、各々のＡ／Ｄ変換器２４ｉからの出力（言い換えると、所定のビット数で量子化された音声データ）を入力し、後述する符号付有効データ及びシフト量に関する情報を出力し、具体的には、バッファ２５１と、符号ビット絶対値データ分割部２５２と、シフト量演算部２５３と、有効絶対値データ生成部２５４と、圧縮データ出力部２５５とを含む構成である。
【００２１】
バッファ２５１は、Ａ／Ｄ変換器２４ｉにおけるサンプリング（標本化）及び量子化された音声データ（以下、「量子化音声データ」という）を、少なくとも１フレーム分蓄積し、符号ビット絶対値データ分割部２５２に出力する。
【００２２】
分割部の一例としての符号ビット絶対値データ分割部２５２は、量子化音声データを最上位ビットである符号ビットと最上位ビット以外の絶対値データとに分割する。符号ビット絶対値データ分割部２５２は、符号ビットを圧縮データ出力部２５５に出力し、絶対値データをシフト量演算部２５３及び有効絶対値データ生成部２５４に出力する。
【００２３】
シフト量導出部の一例としてのシフト量演算部２５３は、絶対値データに対応する有効絶対値データのシフト量を導出し、具体的には、絶対値データの先頭（最上位）ビットから最初に値「１」が出現するまでの値「０」の出現数を示すシフト量を演算する。シフト量演算部２５３は、シフト量に関する情報（例えば、シフト量を２進数で示すビット系列。以下同様。）を送信部２６に出力する。
【００２４】
抽出部の一例としての有効絶対値データ生成部２５４は、符号ビット絶対値データ分割部２５２から出力された絶対値データから、Ａ／Ｄ変換器２４ｉの出力（言い換えれば、圧縮前の量子化音声データ）のうち音声として有効な音声データ部分を示す有効絶対値データを生成する。具体的には、有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データを上位ビット側から検索して最初に値「１」が出現するビット位置から所定数ビット（例えば４ビット）のデータを有効絶対値データとして抽出して圧縮データ出力部２５５に出力する。
【００２５】
圧縮データ出力部２５５は、符号ビット絶対値データ分割部２５２からの出力である符号ビットと有効絶対値データ生成部２５４からの出力である有効絶対値データとを合成して符号付有効データを生成し、符号付有効データを送信部２６に出力する。
【００２６】
次に、データ伸張部３３は、受信部３１により受信された送信パケットから符号付有効データ及びシフト量を取得して音声データを出力し、具体的には、バッファ３３１と、シフト量符号付有効データ分割部３３２と、下位ビット０付与部３３３と、データシフト処理部３３４とを含む構成である。
【００２７】
バッファ３３１は、符号付有効データ及びシフト量が含まれた音声データの送信パケットを少なくとも１フレーム分蓄積し、送信パケットを符号ビット絶対値データ分割部２５２に出力する。
【００２８】
シフト量符号付有効データ分割部３３２は、送信パケットのヘッダに格納されたシフト量に関する情報と、送信パケットのペイロードに格納された符号付有効データとを分割する。シフト量符号付有効データ分割部３３２は、シフト量に関する情報をデータシフト処理部３３４に出力し、符号付有効データを下位ビット０付与部３３３に出力する。
【００２９】
下位ビット０付与部３３３は、符号付有効データの下位ビットに、全方位マイクアレイ装置２と信号処理装置３との間の送受信に関して予め決められている所定ビット数になるまで値０を連続的に付与する。下位ビット０付与部３３３は、所定ビット数になるまで値０を連続的に付与した結果をデータシフト処理部３３４に出力する。
【００３０】
データシフト処理部３３４は、符号付有効データのうち符号ビットを除く部分を、シフト量だけ下位ビット側にシフトさせた音声データを生成して後段に出力する。
【００３１】
次に、本実施形態の監視システム１０における音声データの圧縮処理及び伸張処理について、図面を参照して説明する。図３は、全方位マイクアレイ装置２における圧縮処理の動作手順を説明するフローチャートである。なお、圧縮処理の具体例については、後述する図５及び図６を参照して説明する。
【００３２】
図３において、圧縮処理部２５は、１フレーム分の量子化音声データをバッファ２５１に蓄積する（Ｓ１）。１フレームとは、例えば１つの送信パケットによって信号処理装置３に対して送信可能なデータ量を示し、予め全方位マイクアレイ装置２と信号処理装置３との間で決められているとする。
【００３３】
符号ビット絶対値データ分割部２５２は、量子化音声データを最上位ビットである符号ビットと最上位ビット以外の絶対値データとに分割する（Ｓ２、図５（Ａ）参照）。
【００３４】
シフト量演算部２５３は、絶対値データの先頭（最上位）ビットから最初に値「１」が出現するまでの値「０」の出現数を示すシフト量を演算する（Ｓ３、図５（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。また、シフト量演算部２５３は、例えば１フレームが複数のサンプルの絶対値データを含む場合には、最大の絶対値データのサンプルにおいて、絶対値データの先頭（最上位）から最初に値「１」が出現するまでの値「０」の出現数をシフト量として演算する。なお、最大の絶対値データ以外の他のサンプルの絶対値データにおいても、シフト量は共通して用いられる。
【００３５】
有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データを上位ビット側から検索して最初に値「１」が出現するビット位置から所定数ビット（例えば４ビット）のデータを有効絶対値データとして抽出して圧縮データ出力部２５５に出力する（Ｓ４、図５（Ｂ）参照）。所定ビット数は、全方位マイクアレイ装置２と信号処理装置３との間で予め決められている。
【００３６】
圧縮データ出力部２５５は、符号ビット絶対値データ分割部２５２からの出力である符号ビットと有効絶対値データ生成部２５４からの出力である有効絶対値データとを合成して符号付有効データを生成し、符号付有効データを送信部２６に出力する（Ｓ５、図６（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００３７】
圧縮処理部２５は、ステップＳ３で算出されたシフト量に関する情報と、ステップＳ５で得られた符号付有効データとを送信部２６に出力する。送信部２６は、音声データの送信パケットのヘッダにシフト量に関する情報を付加（格納）し、音声データの送信パケットの符号付有効データをペイロードに格納して送信パケットを生成して信号処理装置３に送信する（Ｓ６）。これにより、圧縮処理部２５の動作は終了する。
【００３８】
以上のような図３に示す圧縮処理を、圧縮処理部２５は、フレーム毎に（言い換えると、１フレームに含まれる所定サンプル数（例えば５１２個のサンプル）毎）に繰り返して行う。
【００３９】
図４は、本実施形態における音声データの送信パケットの内部構造の一例を示す模式図である。図４に示すように、例えば５１２個のサンプルの符号付有効データと５１２個分のサンプルのうちいずれか１個のサンプルによって演算されたシフト量に関する情報とが合成された合計５１３個のサンプルが、１フレームで送信される。音声データのパケットの中で、符号付有効データとシフト量データとが別々の領域に保持されることで、これらの取り扱いが容易である。
【００４０】
次に、全方位マイクアレイ装置２における音声データの圧縮処理の具体例について、音量が大きい（言い換えると、絶対値データの上位側ビットに値「１」が出現する頻度が高い）量子化音声データの例と、音量が小さい（言い換えると、絶対値データの上位側ビットに値「１」が出現する頻度が低い）量子化音声データの例とに分けて説明する。
【００４１】
先ず、音量が大きい量子化音声データについて説明する。図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図６（Ａ），（Ｂ）は、音量が大きい量子化音声データの圧縮方法を説明する図である。以下の説明を簡単にするために、１フレームには、５１２個のサンプルの量子化音声データ（例えば１６ビット構成）が含まれる。図５（Ａ）に示すように、各サンプルの量子化音声データは、符号ビットと絶対値データとにより構成され、例えば１６進数の表記で「０ｘ１２３」、「０ｘ６２」、「０ｘ２１６」のように比較的大きな値である。
【００４２】
また、図５（Ｂ）に示すように、有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データの上位ビット側から検索して最初に値「１」が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する。図５（Ｂ）では、最初に値「１」が出現するビット位置は最上位ビットから６ビット目である。また、所定数ビットは、例えば圧縮処理後の音声データとして採用し得るビット数を示し、例えば４ビットである。従って、図５（Ｂ）に示す絶対値データのうち、最上位ビットから５ビット目までの５ビット分、かつ、最上位ビットから１０ビット目から最下位ビットまでの６ビット分が省かれて、４桁の有効絶対値データが抽出される。
【００４３】
図５（Ｃ）に示すように、シフト量演算部２５３は、絶対値データの先頭（最上位）ビットから最初に値「１」が出現するまでの値「０」の出現数を示すシフト量を演算する。図５（Ｂ）では、５１２個のサンプルのうち、最初に値「１」が出現するビット位置は最上位ビットから６ビット目であるため、シフト量は１０進数では値「５」となり、２進数ではビット系列「０１０１」となる。
【００４４】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧縮データ出力部２５５は、サンプル毎に、符号ビットと有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成する。この場合、例えば符号ビットが値「１」（即ち、負の数）の有効絶対値データについては、圧縮データ出力部２５５は、「０００１」→「１１１１」に示すように、２の補数に変換し、更に、値「１」を加算することで、符号付有効データを生成する。
【００４５】
また、送信部２６は、全サンプル（５１２個のサンプル）の符号付有効データに対し、１個のシフト量に関する情報を付加する。これにより、圧縮処理部２５は、１個のフレームを構成するサンプル数が多ければ多い程、シフト量のデータを加算する必要がなくなるので、信号処理装置３へ送信するデータの転送量を減らすことができ、ネットワークＮＷの通信環境に対する負荷を軽減することができる。
【００４６】
図７は、信号処理装置３における伸張処理の動作手順を説明するフローチャートである。なお、伸張処理の具体例は、後述する図８を参照して説明する。
【００４７】
図７において、データ伸張部３３は、１フレーム分の符号付有効データとシフト量に関する情報とをバッファ３３１に蓄積する（Ｓ１１）。シフト量符号付有効データ分割部３３２は、送信パケットのヘッダに格納されたシフト量に関する情報と、送信パケットのペイロードに格納された符号付有効データとを分割する（Ｓ１２、図８（Ａ）参照）。
【００４８】
下位ビット０付与部３３３は、符号付有効データの下位ビットに、全方位マイクアレイ装置２と信号処理装置３との間の送受信に関して予め決められている所定ビット数になるまで値０を連続的に付与する（Ｓ１３、図８（Ｂ）参照）。下位ビット０付与部３３３は、所定ビット数になるまで値０を連続的に付与した結果をデータシフト処理部３３４に出力する。
【００４９】
データシフト処理部３３４は、符号付有効データのうち符号ビットを除く部分を、シフト量だけ下位ビット側にシフトさせた音声データを生成して後段に出力する（Ｓ１４、図８（Ｃ）参照）。これにより、データ伸張部３３の動作は終了する。
【００５０】
以上のような図７に示す伸張処理を、データ伸張部３３は、フレーム毎（言い換えると、１フレームに含まれる所定サンプル数（例えば５１２個のサンプル）毎）に繰り返して行う。
【００５１】
図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、音量が大きい量子化音声データの伸張方法を説明する図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、シフト量に関する情報が付与された符号付有効データを伸張する場合、下位ビット０付与部３３３は、符号付有効データのビット桁数は５桁であるため、所定ビット数（例えば１６ビット構成のサンプルとする場合には１１ビット（＝１６−５））分、符号付有効データの下位ビット側に値「０」を付与する。更に、データシフト処理部３３４は、図８（Ｃ）に示すように、下位ビットに値「０」が付与された符号付有効データを、シフト量に関する情報（例えば５ビット）に従い、５ビット分、右へ（下位ビット側）にシフトさせて、伸張処理後の量子化音声データを得る。
【００５２】
図９は、伸張処理後の量子化音声データを示す図である。伸張処理後の量子化音声データは、図８（Ｃ）に示すように、右へ（下位ビット側）にシフトさせた符号付有効データから得られる。このとき、データシフト処理部３３４は、符号ビットが「１」の符号付有効データに対しては、２の補数に変換し、更に、値「１」を加算することで、伸張音声データが得られる。
【００５３】
また、伸張音声データのうち、下位側の６ビットは、値「０」となっており、圧縮処理前の量子化音声データの真値（図５（Ａ）参照）と比べると、下位６ビットの値は失われている。即ち、音量が大きい場合には、圧縮処理部２５における圧縮処理は非可逆圧縮となり、下位６ビット分は非可逆圧縮によりなくなった部分に相当する。しかし、人間の聴覚の特性を考慮すれば、例えば音量の小さい部分に対応する下位６ビット分が非可逆圧縮によって失われたとしても、伸張処理後の音声データが再生された場合、人間は、圧縮処理前の音声データが再生される場合と比べて違和感を覚えることはほぼ無い。
【００５４】
次に、音量が小さい量子化音声データについて説明する。図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び、図１１（Ａ），（Ｂ）は、音量が小さい量子化音声データの圧縮方法を説明する図である。量子化音声データの構成は音量の大小によらず同一であるため、量子化音声データの構成の説明は省略する。図１０（Ａ）に示すように、音量が小さい量子化音声データでは、例えば絶対値データのうち下位４ビットに値「１」が含まれており、例えば１６進数の表記で「０ｘ９」、「０ｘ２」、「０ｘ３」のように比較的小さな値である。
【００５５】
また、図１０（Ｂ）に示すように、有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データの上位ビット側から検索して最初に値「１」が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する。図１０（Ｂ）では、最初に値「１」が出現するビット位置は最上位ビットから１１ビット目である。また、所定ビット数は、例えば圧縮処理後の音声データとして採用し得るビット数を示し、例えば４ビットである。従って、図１０（Ｂ）に示す絶対値データのうち、最上位ビットから１１ビット目までの１１ビット分が省かれて、４桁の有効絶対値データが得られる。
【００５６】
図１０（Ｃ）に示すように、シフト量演算部２５３は、絶対値データの先頭（最上位）ビットから最初に値「１」が出現するまでの値「０」の出現数を示すシフト量を演算する。図１０（Ｂ）では、５１２個のサンプルのうち、最初に値「１」が出現するビット位置は最上位ビットから１１ビット目であるため、シフト量は１０進数では値「１１」となり、２進数ではビット系列「１０１１」となる。
【００５７】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧縮データ出力部２５５は、サンプル毎に、符号ビットと有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成する。また、送信部２６は、全サンプル（５１２個のサンプル）の符号付有効データに対し、１個のシフト量に関する情報を付加する。これにより、圧縮処理部２５は、１個のフレームを構成するサンプル数が多ければ多い程、シフト量のデータを加算する必要がなくなるので、信号処理装置３へ送信するデータの転送量を減らすことができ、ネットワークＮＷの通信環境に対する負荷を軽減することができる。
【００５８】
図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、音量が小さい量子化音声データの伸張方法を説明する図である。図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、シフト量に関する情報が付与された符号付有効データを伸張する場合、下位ビット０付与部３３３は、符号付有効データのビット桁数は５桁であるため、所定ビット数（例えば１６ビット構成のサンプルとする場合には１１ビット（＝１６−５））分、符号付有効データの下位ビット側に値「０」を付与する。更に、データシフト処理部３３４は、図１２（Ｃ）に示すように、下位ビットに値「０」が付与された符号付有効データを、シフト量に関する情報（例えば１１ビット）に従い、１１ビット分、右へ（下位ビット側）にシフトさせて、伸張処理後の量子化音声データを得る。
【００５９】
図１３は、伸張処理後の量子化音声データを示す図である。図１３に示す伸張処理後の量子化音声データでは、圧縮処理前の量子化音声データの真値（図１０（Ａ）参照）と比べると、同一である。即ち、音量が小さい場合には、圧縮処理部２５における圧縮処理は可逆圧縮となる。このため、人間の聴覚の特性を考慮すれば、例えば音量の大きい量子化データのうち音量が小さい部分に対応するビットが圧縮処理及び伸張処理によって異なっても、人間は違和感を覚えない。しかし、図１０（Ａ）に示すように音量が小さい量子化音声データのうち音量が小さい部分に対応するビットが圧縮処理及び伸張処理によって異なると、人間は違和感を覚えてしまう。本実施形態では、音量の小さい量子化音声データの場合には、圧縮処理部２５は、可逆圧縮処理を行うことができるので、上述した違和感を人間に覚えさせることは無い。
【００６０】
以上により、本実施形態の圧縮処理及び伸張処理では、符号ビット絶対値データ分割部２５２は、バッファ２５１に蓄積された量子化音声データを、符号ビットと絶対値データとに分割する。有効絶対値データ生成部２５４は、絶対値データから、有効なデータ部分である有効絶対値データを抽出する。シフト量演算部２５３は、絶対値データに対する有効絶対値データのシフト量を演算する。圧縮データ出力部２５５は、符号ビットと有効絶対値データを組み合わせて符号付有効データを生成する。圧縮処理部２５は、シフト量及び符号付有効データを送信部２６に出力する。送信部２６は、音声データのパケットのヘッダにシフト量を付加し、ペイロードを符号付有効データとし、ネットワークＮＷを介して、シフト量及び符号付有効データを信号処理装置３に送信する。
【００６１】
これにより、本実施形態の全方位マイクアレイ装置２は、例えば一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータ（音声データ）を圧縮する際に、量子化された音声データから符号ビットと有効絶対値データとシフト量とを含む圧縮データを生成するので、外部装置によって伸張された後に音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮することができる。
【００６２】
また、全方位マイクアレイ装置２は、符号ビットと有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成し、シフト量と符号付有効データとを圧縮データとして送信するので、圧縮データのフォーマットを簡易化することができ、圧縮データの取り扱いを容易にすることができる。
【００６３】
また、全方位マイクアレイ装置２は、１フレーム分のサンプル毎のデータを符号ビットと絶対値データとに分割し、複数のサンプルのうち有効絶対値データの最上位ビットから最初に値「１」が出現するサンプルの、値「１」が出現するビット位置から所定数ビットのデータをサンプル毎の有効絶対値データとして抽出するので、圧縮処理前の量子化されたデータの再現率を損なわず実質的に真値が得られるように圧縮することができる。
【００６４】
また、全方位マイクアレイ装置２は、複数のサンプルのデータに対するシフト量を共通値として用い、更に、１フレームにおいて単一（１つ）のシフト量を付加して圧縮データを生成するので、複数のサンプル１フレームにおけるサンプル数が多ければ多い程、データの圧縮率を向上することができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、送信部２６は、送信パケットのヘッダにシフト量に関する情報を付加して送信した。第２の実施形態では、送信部２６は、符号付有効データの中にシフト量に関する情報を含ませるように埋め込み、圧縮処理後の音声データの送信パケットとして送信する例を説明する。
【００６６】
第２の実施形態の監視システムは、第１の実施形態の監視システム１０とほぼ同一の構成を有する。第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略する。
【００６７】
図１４（Ａ）は、圧縮処理部２５Ａの内部構成の一例を示すブロック図である。図１４（Ａ）に示す圧縮処理部２５Ａは、図２（Ａ）に示す圧縮処理部２５に対し、シフト量埋め込み部２５６を更に含む構成である。
【００６８】
シフト量埋込み部２５６は、送信パケットのペイロードに符号付有効データとシフト量に関する情報とを埋め込み、圧縮処理後の音声データ（以下、「圧縮音声データ」という）を出力する。
【００６９】
図１４（Ｂ）は、データ伸張部３３Ａの内部構成の一例を示すブロック図である。図１４（Ｂ）に示すデータ伸張部３３Ａは、図２（Ｂ）に示すシフト量符号付有効データ分割部３３２の代わりに、シフト量抽出部３３２Ａを有し、更に、図２（Ｂ）に示すデータ伸張部３３に対し、特定サンプルデータ補間部３３５を更に含む構成である。
【００７０】
シフト量抽出部３３２Ａは、符号付有効データのうち、特定のサンプルからシフト量に関する情報を抽出する。なお、シフト量に関する情報が１フレームのどのサンプルであるかについて、圧縮処理部２５Ａとデータ伸張部３３Ａとの間で予め決められているので、シフト量抽出部３３２Ａは、１フレーム分の符号付有効データから特定のサンプルを選択して、シフト量に関する情報を抽出することができる。
【００７１】
特定サンプルデータ補間部３３５は、シフト量に関する情報に置き換えられた特定のサンプルを、例えばその前後のサンプルの絶対値データの平均値に置き換えることで補間する。特定サンプルデータ補間部３３５は、補間処理後の絶対値データを下位ビット０付与部３３３に出力する。
【００７２】
次に、本実施形態の監視システム１０における圧縮処理及び伸張処理について、図面を参照して説明する。始めに、シフト量を符号付有効データに埋め込む際の処理の概要を示す。
【００７３】
図１５（Ａ）は、本実施形態における圧縮音声データの送信パケットの内部構造の一例を示す模式図である。例えば、１フレームには、圧縮音声データの５１２個のサンプルが含まれる。
【００７４】
図１５（Ｂ）は、シフト量に関する情報を符号付有効データに埋め込んで圧縮音声データを生成する動作手順の一例を説明する図である。シフト量埋込み部２５６は、符号付有効データのうち、特定のサンプル、例えば先頭から２サンプル目をシフト量に関する情報（即ち、シフト量を示すビット系列のデータ）に置き換えることで、符号付有効データにシフト量に関する情報を埋め込む。送信部２６は、シフト量に関する情報が埋め込まれた符号付有効データ（圧縮音声データ）を信号処理装置３に送信する。信号処理装置３は、圧縮音声データの２サンプル目からシフト量に関する情報を取り出し、シフト量に関する情報が格納されていた部分の絶対値データとして、その前後のサンプルの絶対値データを用いて補間処理する。
【００７５】
図１６は、全方位マイクアレイ装置２における圧縮処理の動作手順を説明するフローチャートである。第１の実施形態の図３と同一のステップ処理については同一のステップ番号を付すことで、その説明を省略する。
【００７６】
図１６において、圧縮データ出力部２５５が符号ビットと有効絶対値データとを合成した後（Ｓ５）、シフト量埋込み部２５６は、符号付有効データのうち、特定のサンプルをシフト量に関する情報に置き換えて、圧縮音声データを生成する（Ｓ６Ａ）。
【００７７】
圧縮処理部２５Ａは、ステップＳ６Ａで得られた圧縮音声データを送信部２６に出力する。送信部２６は、圧縮音声データのパケットを信号処理装置３に送信する（Ｓ６Ｂ）。
【００７８】
図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、音声データの圧縮方法を説明する図である。図１７（Ａ）に示すように、データ伸張部３３Ａが符号ビット、有効絶対値データ、及びシフト量を取得するまでの手順は、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
図１７（Ｂ）に示すように、特定のサンプルのデータ（例えば、先頭から２サンプル目の圧縮音声データ）が、シフト量を示すビット系列「０１０１」に置き換えている。このとき、シフト量が正の値であるので、符号ビットは「０」に変更される。これにより、圧縮音声データが得られる。
【００８０】
図１８は、信号処理装置３における伸張処理の動作手順を説明するフローチャートである。第１の実施形態の図７と同一のステップ処理については同一のステップ番号を付すことで、その説明を省略する。
【００８１】
図１８において、データ伸張部３３Ａが１フレーム分の圧縮音声データをバッファ３３１に蓄積した後（Ｓ１１）、シフト量抽出部３３２Ａは、圧縮音声データのうち、特定のサンプルからシフト量を抽出する（Ｓ１２Ａ）。
【００８２】
特定サンプルデータ補間部３３５は、圧縮音声データのうち、シフト量に置き換えられていた２サンプル目を、その前後のサンプルデータの平均値に置き換えて、補間処理する（Ｓ１２Ｂ）。なお、特定サンプルデータ補間部３３５における絶対値データの補間方法としては、例えば前後のサンプルの絶対値データを平均化する方法を用いたが、他にはスプライン補間やラグランジュ補間のような線形補間を用いた方法でも良い。この後の伸張処理は、第１の実施形態と同様である。
【００８３】
図１９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、音声データの伸張方法を説明する図である。図１９（Ａ）に示すように、圧縮音声データの先頭から２サンプル目には、シフト量「０１０１」が埋め込まれている。図１９（Ｂ）に示すように、シフト量抽出部３３２Ａは、シフト量を抽出し、特定サンプルデータ補間部３３５は、抜けている２サンプル目に、前後のサンプルを平均化したデータで補間する。例えば、１サンプル目の「０１００」と３サンプル目の「１０１０」を足して２で割ったデータ「０１１１」が２サンプル目に挿入される。
【００８４】
データシフト処理部３３４は、図１９（Ｃ）に示すように、符号付有効データを、抽出されたシフト量（例えば５ビット）だけシフトさせることで、伸張音声データを得る。
【００８５】
以上により、本実施形態の監視システム１０では、全方位マイクアレイ装置２は、シフト量に関する情報を符号付有効データに埋め込んで送信するので、第１の実施形態のようにシフト量に関する情報を送信パケットのヘッダに格納する場合と比べ、圧縮音声データの転送量を削減することができる。
【００８６】
最後に、本発明に係るデータ圧縮装置及びデータ圧縮方法の構成、作用、効果について説明する。
【００８７】
本発明の一実施形態は、外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置であって、所定ビット数で量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割する分割部と、前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する抽出部と、前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するシフト量導出部と、前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信する送信部と、を備える、データ圧縮装置である。
【００８８】
この構成では、分割部は、所定ビット数で量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと最上位ビット以外の絶対値データとに分割する。抽出部は、絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出する。シフト量導出部は、絶対値データに対応する有効絶対値データのシフト量を導出する。送信部は、シフト量と符号ビットと有効絶対値データとを圧縮データとして、外部装置に送信する。
【００８９】
これにより、データ圧縮装置は、例えば一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータ（音声データ）を圧縮する際に、量子化された音声データから符号ビットと有効絶対値データとシフト量とを含む圧縮データを生成するので、外部装置によって伸張された後に音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮することができる。
【００９０】
本発明の一実施形態は、前記符号ビットと前記有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成する符号付有効データ生成部、を更に備え、前記送信部は、前記シフト量と前記符号付有効データとを前記圧縮データとして送信する、データ圧縮装置である。
【００９１】
この構成によれば、データ圧縮装置は、符号ビットと有効絶対値データとを組み合わせて符号付有効データを生成し、シフト量と符号付有効データとを圧縮データとして送信するので、圧縮データのフォーマットを簡易化することができ、圧縮データの取り扱いを容易にすることができる。
【００９２】
本発明の一実施形態は、前記データは、複数のサンプルを含む１フレームであり、前記分割部は、前記１フレーム分のサンプル毎の前記データを、前記符号ビットと前記絶対値データとに分割し、前記抽出部は、前記複数のサンプルのうち、前記有効絶対値データの最上位ビットから最初に１が出現するサンプルの、前記１が出現するビット位置から前記所定数ビットのデータを、前記サンプル毎の前記有効絶対値データとして抽出する、データ圧縮装置である。
【００９３】
この構成によれば、データ圧縮装置は、１フレーム分のサンプル毎のデータを符号ビットと絶対値データとに分割し、複数のサンプルのうち有効絶対値データの最上位ビットから最初に１が出現するサンプルの、１が出現するビット位置から所定数ビットのデータをサンプル毎の有効絶対値データとして抽出するので、圧縮前の量子化されたデータの再現率を損なわず実質的に真値が得られるように圧縮することができる。
【００９４】
例えば、データ圧縮装置は、音量が大きい音声データでは、最上位ビットに近い桁に１が出現する確率が高く、有効絶対値データの上位ビット側に１が含まれた状態で圧縮データを生成するので、伸張された後でも比較的上位ビット側に１が出現することで、完全な可逆圧縮ではないが人間の聴覚の特性を考慮すると真値に近い値（ほぼ同じ値）が実質的に得られるように圧縮することができる。
【００９５】
一方、データ圧縮装置は、音量が小さい音声データでは、最上位ビットに近い桁に１が出現する確率は低く下位側ビットに１が出現する確率が高く、有効絶対値データの下位ビット側に１が含まれた状態で圧縮データを生成するので、伸張された後には比較的下位ビット側に１が出現することになり、ほぼ正確な真値が得られるように実質的に可逆圧縮することができる。
【００９６】
更に、データ圧縮装置は、複数のサンプルのデータに対するシフト量を共通値として用い、更に、１フレームにおいて単一（１つ）のシフト量を付加して圧縮データを生成するので、複数のサンプル１フレームにおけるサンプル数が多ければ多い程、データの圧縮率を向上することができる。
【００９７】
本発明の一実施形態は、前記送信部は、前記外部装置への所定の送信パケットのヘッダに、前記シフト量に関する情報を付加して送信する、データ圧縮装置である。
【００９８】
この構成によれば、データ圧縮装置は、外部装置への所定の送信パケットのヘッダに、シフト量に関する情報を付加して送信するので、外部装置における圧縮データの伸張の際に、外部装置に対し、シフト量に関する情報をヘッダから簡易に取り出すことを可能にさせる。
【００９９】
本発明の一実施形態は、前記外部装置への所定の送信パケットのペイロードに格納される前記符号付有効データに、前記シフト量に関する情報を付加するシフト量付加部、を更に備える、データ圧縮装置である。
【０１００】
この構成によれば、データ圧縮装置は、外部装置への所定の送信パケットのペイロードに格納される符号付有効データに、シフト量に関する情報を付加するので、シフト量に関する情報を送信パケットのヘッダに格納する場合に比べて、送信パケットのデータ転送量を削減することができる。
【０１０１】
本発明の一実施形態は、外部装置とネットワークを介して接続されたデータ圧縮装置におけるデータ圧縮方法であって、所定ビットで量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと前記最上位ビット以外の絶対値データとに分割するステップと、前記絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出するステップと、前記絶対値データに対応する前記有効絶対値データのシフト量を導出するステップと、前記シフト量と前記符号ビットと前記有効絶対値データとを圧縮データとして、前記外部装置に送信するステップと、を有する、データ圧縮方法である。
【０１０２】
この方法によれば、データ圧縮装置は、所定ビット数で量子化されたデータを最上位ビットである符号ビットと最上位ビット以外の絶対値データとに分割し、絶対値データを上位ビット側から検索して最初に１が出現するビット位置から所定数ビットのデータを有効絶対値データとして抽出し、絶対値データに対応する有効絶対値データのシフト量を導出し、シフト量と符号ビットと有効絶対値データとを圧縮データとして、外部装置に送信する。
【０１０３】
これにより、データ圧縮装置は、例えば一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータ（音声データ）を圧縮する際に、量子化された音声データから符号ビットと有効絶対値データとシフト量とを含む圧縮データを生成するので、外部装置によって伸張された後に音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮することができる。
【０１０４】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０５】
例えば、上述した各実施形態では、符号付有効データとシフト量を送信していたが、符号付有効データに変換することなく、符号ビットと有効絶対値データとシフト量を送信するようにしてもよい。これにより、変換する処理の負荷が軽減される。
【０１０６】
また、第２の実施形態では、圧縮音声データの生成方法としては、符号付有効データのうち特定サンプルをシフト量に置き換えることで、圧縮音声データを生成していたが、この方法に限らず、シフト量を示すビット列に分解した後、複数サンプルのデータに紛れ込ませる方法等であってもよい。
【０１０７】
なお、本発明は、上述した各実施形態におけるコンピュータであるデータ圧縮装置の動作を、ネットワーク又は各種の記憶媒体を介して実行させるためのプログラムとしても表現することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、一定期間にわたって収音された音声データのようにサイズの大きいデータを圧縮する際、一定期間における音声データのどの時点を起点として再生する場合でも、音声データの真値が実質的に得られるように圧縮し、データの圧縮率を改善するデータ圧縮装置及びデータ圧縮方法として有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
２  全方位マイクアレイ装置
３  信号処理装置
１０  監視システム
２５、２５Ａ  圧縮処理部
２６  送信部
３１  受信部
３３、３３Ａ  データ伸張部
２２１、２２ｉ、２２ｎ  マイク素子
２５１、３３１  バッファ
２５２  符号ビット絶対値データ分割部
２５３  シフト量演算部
２５４  有効絶対値データ生成部
２５５  圧縮データ出力部
２５６  シフト量埋込み部
３３２  シフト量符号付有効データ分割部
３３２Ａ  シフト量抽出部
３３３  下位ビット０付与部
３３４  データシフト処理部
３３５  特定サンプルデータ補間部
【図１】
2016031509.tif 000003
【図２】
2016031509.tif 000004
【図３】
2016031509.tif 000005
【図４】
2016031509.tif 000006
【図５】
2016031509.tif 000007
【図６】
2016031509.tif 000008
【図７】
2016031509.tif 000009
【図８】
2016031509.tif 000010
【図９】
2016031509.tif 000011
【図１０】
2016031509.tif 000012
【図１１】
2016031509.tif 000013
【図１２】
2016031509.tif 000014
【図１３】
2016031509.tif 000015
【図１４】
2016031509.tif 000016
【図１５】
2016031509.tif 000017
【図１６】
2016031509.tif 000018
【図１７】
2016031509.tif 000019
【図１８】
2016031509.tif 000020
【図１９】
2016031509.tif 000021