JPH0644712B2

JPH0644712B2 - 信号処理方式

Info

Publication number: JPH0644712B2
Application number: JP59101777A
Authority: JP
Inventors: 秀樹今井; 佐々木　　実
Original assignee: Advance Kaihatsu Kenkyujo KK; Advance KK
Current assignee: Advance Kaihatsu Kenkyujo KK; Advance KK
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPS60246124A; EP0198924B1; EP0198924A4; AU4298585A; DE3584774D1; AU582748B2; WO1985005514A1; US4839649A; EP0198924A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、心電図信号，脳波、脈波等の生体信号を始め
各種アナログ入力信号を圧縮及び復元処理する新規信号
処理方式に関する。

3.1 圧縮の概念本発明では、直線量子化されさ信号波形を取り扱う。

信号波形が時刻 t で量子化された電圧Ｖ(ｔ)をとる
時、デジタル化された信号波形は [(t,Ｖ(ｔ))｜ｔ＝１，２，・・・・・，ｌ]で表現され
る。

ここで、ｌはサンプル数である。

量子化がｎビットで行なわれたとすると、このデータは
ｎ・ｌビットで表わされる。本発明において、データ圧
縮とは、ｎ・ｌビットで表わされる信号波形をそれより
も少ないビット数で記録または電送することをいう。ま
た圧縮されたデータから信号波形を再生することを復元
と呼ぶ。

3,2 本発明の構成本発明は、デルタ変調(以下ΔＭと言う)を基本として、
生体信号等の任意のアナログ信号の特性にあわせて適応
的に予測点の位置や量子化ステップ幅を変化させる適応
型ΔＭ(以下ＡＤＭと言う)の技術を発展させたものであ
って、より少ないビット数でデイジタルの記録媒体に記
録ができ、しかも再生時、より現波形に近いアナログ波
形が得られるようにすることを目的とする。

3.2.1 適応型デルタ変調処理の概略 ΔＭについて ΔＭは、差分パルス符号変調の最も簡単な形態である。
ここで差分パルス符号変調とは現標本値と前標本値との
差分値を量子化するもので、各標本値を量子化するより
も少ないビット数で符号化することができる。

ΔＭはこれを簡略化し、現標本値が前標本値に比べ
「大」であるか「小」かを１ビットで表わすようにした
ものである。第１図(符号ａ・・・信号波形、同ｂ・・
・伝送波形、同ｃ・・・標本点間隔、同ｄ・・・伝送ビ
ット系列及び同ｔ・・・時間)に示すようにこの方式
は、１ビットで符号化するため符号化のアルゴリズムは
容易であるが、１標本点間隔で１量子化ステップしか変
化できないので信号波形の傾斜が「±１」以上の場合に
追随できない等の欠点がある。

ＡＤＭについて ΔＭは、前の時点の復元値よりΔだけ大きい値とΔだけ
小さい値の２つを予測しておいて、現時点での標本値と
の誤差が小さい方の予測値を選択する符号化方式である
といえる。ＡＤＭは、基本的にはΔＭと同じであるが、
予測点の設定のしかたのことを予測点の状態と呼び、以
下にその例を示す。傾斜が急な部分では、第２図(ａ)
(符号ａ・・・信号波形、同ｂ・・・予測点)のように電
圧方向に予測点を増やすことにより大きな変化にも追従
しやすくなる。一方、第２図(ｂ)(符号ａ・・・信号波
形、同ｂ・・・予測点)のように緩やかな部分ではのように予測点をとると効率が悪くなる。そこで、のように予測点をとって、予測点が存在しない時刻の値
はその前後から補間しても大きな誤差は生じないと考え
られる。

このとき、予測点の数が増えるため圧縮率が悪くなる。
しかし第２図(ｂ)のように復元時に補間されるデータは
圧縮されたデータに含まれないため、全体としてΔＭよ
り圧縮率を良くすることは可能となる。尚、図中“Ｘ”
は現在の点を表わす(以下、同様)。

3.2.2 予測点の状態の設定とその遷移処理デジタル化信号の特徴データ圧縮の対象となる心電図は、５００Hzでサンプリ
ングされ、８ビットで直線量子化された、１量子化ステ
ップ約２μＶのものとする。以下、電圧は量子化ステッ
プを単位として表わす。

予測値の状態を考えるにあたり、連続する３標本値の差
の絶対値を調べてみた(第１表)。ここで使用したデータ
は、心電図シミュレータの出力及び健常者より記録した
心電図である。

第１表より、隣接する２標本値の差が突然大きく変化す
る割合は小さく、２以上変化する割合は３％以下であ
る。つまり、ある区間の傾きがＮのとき、それに続く区
間の傾きがＮ−１，Ｎ，Ｎ＋１のいずれかになる確率が
高い。

そこで次のような方針でアルゴリズムを構成する。

(i)傾斜の緩やかな部分では、予測点をいくつか先の時
刻上にも配置する。予測点の位置は傾きが±２以内だけ
を考えればよい。それ以上の傾きはえ出現する確率が小
さいので、時間軸方向の圧縮を行なっても、その効果は
期待できない。

(ii)傾きが０、つまり電圧一定の部分が多く現われ、ま
た長い区間で連続することが多い。そこで電圧一定の区
間であると見なせる場合は、予測点を現時点と同じ電圧
で時間軸方向にのみ配置する。

(iii)傾斜が急な部分では時間軸方向の圧縮は行なわ
ず、同一時刻上に数個の予測点を配置し、波形の変化に
追従できるようにする。

(iv)予測点の状態に関する情報は特に符号化は行なわ
ず、選択された予測点によって次の状態を決定する。

(v)平均符号長を最小にするために、予測点の符号化に
はHuffman符号化を用いる。

モード及びその遷移の具体例予測点の状態として、５つのパターン(以下モードとい
う)を採用した場合の例を第３図に示し、モード遷移の
例を第４図に示す。

第３図で、直前に符号化が行なわれたデータの時刻をｔ
ｓとする。第３図は極性が正の方向のときであるが負の
方向のときは上下が入れ替わる。

i) 時間軸方向の圧縮を行なうモード・モードＡ１(第３図(ａ)) 傾斜が緩やかなときに採用するモードで、時刻ｔｓ＋２
のデータが斜線内にあれば、予測点ａ〜ｃを標本点とし
て決定し、それ以外の場合は予測点ｄを標本点として決
定して急傾斜に対するモードへ遷移する。

・モードＡ２(第３図(ｂ)) 傾斜が緩やかで、原波形の極性がはっきりしていると予
想されるときこのモードを採用する。時刻ｔｓ＋３のデ
ータが斜線内にあれば予測点ａ〜ｃを標本点として決定
し、それ以外の場合、予測点ｄを標本点として決定して
急傾斜に対するモードへ遷移する。

第３図(ｆ)はモードＡ２の予測点の極正を反転したモー
ドを示す。このモードをモード−Ａ２とする。

・モードｃ(第３図(ｃ)) 電圧一定であると予想されるときこのモードを採用す
る。ＬｔｈとΔｔを予め設定し、時刻ｔｓ＋１からｔａ
までの間で次式を満たす最小のｔｎを見つける。

｜Ｖ(ｔｎ)−Ｖ(ｔｓ)｜＞Ｌｔｈｔｎが見つからなければ予測点ａを標本点として決定
し、ｔｂ＜ｔｎ≦ｔａのときは予測点ｂを、ｔｓ＋２＜
ｔｎ＜ｔｂのときはｃを標本点として決定し、ｔｎ≦ｔ
ｓ＋２のときは予測点ｄを標本点として決定し、急激な
変化のモードへ遷移する。

ii) 急激な変化に対応するモード・モードＢ１(第３図(ｄ)) 傾斜が急で、極性がはっきりしていないと予測されると
きこのモードを採用し、波形のピークや変曲点を保存す
る時に有効になる。

第３図(ｇ)はモードＢ１の予測点の極性を反転したモー
ドを示す。このモードをモード−Ｂ１とする。

・モードＢ２(第３図(ｅ)) 傾斜が急で、極性がはっきりしていると予測されるとき
このモードを採用する。

第３図(ｈ)はモードＢ２の予測点の極性を反転したモー
ドを示す。このモードをモード−Ｂ２とする。

第４図は以上のモード遷移の具体例を示すものであり、
図中、スラッシュ記号の分子は予測点の種類(ａ，ｂ，
ｃ，ｄ及びｅ)、その量子化ステップ幅(ΔＶ)及び時間
幅(Δｔ)であり、分母は遷移に当って量子化ステップ幅
や時間幅或いは極性の反転等を設定する処理を示す。

更に第４図について詳細に説明する。

尚、第４図では、予測点とモード遷移の関係を示すもの
であるから、標本点の決定についての説明は省略する。

最初に(４Ａ)で示すモードＡ１が適用された場合から説
明する。モードＡ１(４Ａ)は、第３図(ａ)に示す様に予
測点ａ〜ｄを配置している。入力されたデータが予測点
ａに近似的に該当した場合、又は、予測点ｂに近似的に
該当した場合、(41)で示す様にモードＡ２(４Ｂ)へ遷移
する。この時、入力データが予測点ｂに近似的に該当し
た場合、第３図(ｂ)で示す様に、予測点が配置されてい
る場合は第３図(ｆ)で示す様に反転し、第３図(ｆ)に示
す様に、予測点が配置されている場合は第３図(ｂ)の様
に反転する。入力データが予測点Ｃに近似的に該当した
場合、(44)で示す様にモードＣ(４Ｃ)へ遷移する。又、
入力データが予測点ｄに近似的に該当した場合、(46)で
示す様にモードＢ１(４Ｄ)へ遷移する。この時、図３
(ｄ)で示す予測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)は、２に
設定される。モードＡ２(４Ｂ)は、第３図(ｂ)に示す様
に、予測点ａ〜ｄを配置している。第３図(ｆ)は、第３
図(ｂ)を反転した状態を示す。モードＡ２(４Ｂ)に於い
て、入力データが予測点ａ又はｂに近似的に該当した場
合、(42)で示す様に再び同一のモードに遷移する。次に
入力データが予測点Ｃに近似的に該当した場合、(48)で
示す様にモードＡ１(４Ａ)に遷移する。次に入力データ
が予測点ｄに近似的に該当した場合、(49)に示す様にモ
ードＢ１(４Ｄ)に遷移する。この時、第３図(ｄ)に示す
モードＢ１の予測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)は、２
に設定される。

次にモードＣ(４Ｃ)について説明する。モードＣ(４Ｃ)
は、第３図(Ｃ)に示す様な予測点ａ〜ｄを配置したもの
であり、入力データが標本点ａに近似的に該当した時、
(45)に示す様に再びモードＣ(４Ｃ)に遷移する。この
時、第３図(Ｃ)に示す予測点間の時間幅(Δｔ)は、Δｔ
＝２×Δｔ＋３に調整される。又、入力データが標本点
ｂ乃至Ｃに近似的に該当した時、且つ、時間幅(Δｔ)が
(Δｔ＞２)の時、第３図(Ｃ)に示す予測点間の時間幅は
Δｔ＝(Δｔ−３)／２に調整されながら、再びモードＣ
(４Ｃ)に遷移する。又、入力データが標本点ｂ乃至Ｃに
近似的に該当し、且つ、時間幅(Δｔ)が(Δｔ＝２)の
時、(43)で示す様にモードＡ１(４Ａ)に遷移する。又、
入力データが標本点ｄに近似的に該当する場合、(50)で
示す様にモードＢ１(４Ｄ)に遷移する。この時モードＢ
１(４Ｄ)の第３図(ｄ)に示す量子化ステップ幅(ΔＶ)は
２に設定される。モードＢ１(４Ｄ)は、第３図(ｄ)に示
すａ〜ｅの予測点を配置している。入力データが、予測
点ａ乃至ｅに近似的に該当した場合、(51)で示す様にモ
ードＢ２(４Ｅ)に遷移する。この時、予測点ａに近似的
に該当した時、モードＢ２(４Ｅ)の予測点間の量子化ス
テップ幅(ΔＶ)は２に設定され、一方、予測点ｅに近似
的に該当した時、モードＢ２(４Ｅ)の予測点間の第３図
(ｅ)に示す量子化ステップ幅(ΔＶ)は２に設定されると
共に、第３図(ｈ)に示す様に負極方向へ反転する。又、
入力データが予測点ｂ，ｃ，ｄに近似的に該当した場
合、(47)で示す様に、再びモードＢ１(４Ｄ)に遷移す
る。この時、予測点ｂ又はｃに近似的に該当した時であ
って、第３図(ｄ)に示す予測点間の量子化ステップ幅
(ΔＶ)が２であった時、量子化ステップ幅(ΔＶ)を１に
設定し直す。又、予測点ｄに近似的に該当した時、第３
図(ｇ)に示す様に予測点ａ〜ｄの向きを反転させる。又
予測点ｂに近似的に該当し、且つ量子化ステップ幅(Δ
Ｖ)がΔＶ＝１の時(53)で示す様にモードＡ２(４Ｂ)に
遷移する。又予測点Ｃに近似的に該当し且つ量子化ステ
ップ幅(ΔＶ)がΔＶ＝１の時(55)で示す様にモードＡ１
(４Ａ)に遷移する。モードＢ２(４Ｅ)は、第３図(ｅ)に
示す様に、予測点ａ〜ｅを配置し、入力データが予測点
ａ，ｂ，ｃ，ｄに近似的に該当する時、(52)で示す様に
再びモードＢ２(４Ｅ)に遷移する。予測点ａに近似的に
該当する時は、第３図(ｅ)に示す様に予測点間の量子化
ステップ幅(ΔＶ)は(ΔＶ＋１)に調整される。又、予測
点ｄに近似的に該当し、且つ、予測点間の量子化ステッ
プ幅(ΔＶ)が２で無い場合、この量子化ステップ幅を
(ΔＶ−１)に調整する。又、予測点に近似的に該当し、
且つ、予測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)が２の場合、
この量子化ステップ幅を２に設定すると共に(54)で示す
様にモードＢ１に遷移し、更に入力データが予測点ｅに
近似的に該当する時、(54)で示す様にモードＢ１(４Ｄ)
に遷移する。この時、モードＢ１(４Ｄ)の予測点を第３
図(ｇ)に示す様に反転させると共に予測点間の量子化ス
テップ幅(ΔＶ)を２に設定する。

尚、極性が反転したモード(第３図(ｆ)で示すモード−
Ａ２、第３図(ｇ)で示すモード−Ｂ１、第３図(ｈ)で示
すモードＢ２)は第４図で図示されていないが、各モー
ドを構成する予測点の位置が変わっただけで予測点とモ
ード遷移の関係は不変であり、反転関係にある両者はほ
ぼ同一のものである。又、モードが反転した後、他のモ
ードに遷移する場合、遷移先のモードも反転可能であれ
ば反転した状態が維持されるものである。

3.2.3 ハフマン符号化ある与えられた情報源に対し、情報源記号を一つずつ一
意複合可能な符号に符号化するとき、平均符号長を最小
に近づける符号をコンパクト符号といい、このコンパク
ト符号の構成法がハフマンによって与えられており、そ
れによって得られる符号をハフマン符号と呼ぶ。以下に
ハフマン符号の構成法を示す。

(1) 各情報源記号に対応する葉を作る。おのおのの葉
には、情報源記号の発生確率を記しておく。

(2) 確率の最も小さい２枚の葉に対し、一つの節点を
作りその節点と２枚の葉を枝で結ぶ。この２本の枝の一
方には０、他方には１を割り当てる。さらに、この節点
に、２枚の葉の確率の和を記し、この節点を新たに葉と
考える (すなわち、この節点から出る枝を取り除いたと考え
る)。

(3) 葉が１枚しか残っていなければ、符号構成法は終
了する。そうでなければ(2)に戻る。

次に、第１表のデータに対し、ハフマン符号化処理を行
ない、符号長(ｂｉｔ)を求めた。

結果を第２表に要約して示す。

次にモードＣを用いてハフマン符号化処理を説明する。

第１表に於て傾きが０、(Ｓ１＝０，Ｓ２＝０)近傍のデ
ータに対応され、その発生頻度は、標本点として決定さ
れる予測点の発生頻度すなわち発生確率に対応すると見
なされる。これは例えば第１表に於て傾きが０の時、
(第５図（ａ）のＣＫ部分)の頻度(４９．８７％)が周囲
に比べ圧倒的に大きいことから、モードＣ上では、傾き
０が比較的長く続く場合に適応される予測点ａが標本点
として決定される頻度すなわち予測点ａの発生確率が高
くなる。

予測点の各々に発生確率を記した葉を形成した後、上記
(２)(３)の処理を繰り返す。これは例えば、予測点ｂが
最小の発生確率で、次に小さい発生確率が、予測点ｄで
あるから、この２つに対し節点を形成し、この節点を新
たな葉とする。この葉に２つの発生確率の合計を記して
次に他の予測点ａとｃと新たな葉の３つの葉間で発生確
率を比較するといった処理である。

最後に新たな葉が１枚形成されたところで終了し、最初
の葉つまり予測点から、最後の葉までの延びた枝の数が
その予測点を表現するビット長となる。従って予測点ｂ
が３本で３ビット、予測点ａは、圧倒的な大きさの発生
確率となるので最後の１本で１ビットとして表現され
る。

ハフマン符号化に於いて、平均符号長をなるべく最小に
近づける符号とは、いいかえれば、生起確率の高いもの
程符号を短くし、生起確率の低いものには長い符号を割
り当てることである。

第２表では、心電図上で該当頻度が高いモードＣの予測
点ａを表現するための符号長がわずか１ビットであるこ
とが示されており、平均符号長をなるべく最小に近づけ
る処理が施されていることが確認できる。

3.2.4 データ復元圧縮データをハフマン復合化処理し、次いで状態遷移処
理(モード選定処理)すれば圧縮データの標本点が復元さ
れる。信号波形は標本点に基づく復元データ点間を例え
ば単に直線補間するのみで充分復元可能である。

3.3 本発明と他の圧縮方式との比較効果圧縮率と近似誤差により、本発明方式とＡＺＴＥＣ方式
とを比較した。ＡＺＴＥＣ方式とは、信号を直接による
表現に変換して圧縮等をする方式であり、信号電位の最
大値と最小値を検出し、その差が一定の閾値を越える迄
を１つの直接で表し、更にこの直接の時間幅が一定の閾
値より短くなり、且つ、これが連続する場合、これら連
続している区間を１つの直接にまとめて表現するもので
ある。詳しくは、刊行物(COX,J.R“AZTEC:A Processing
Program for realtime ECG rhythm analysis(IEEE TRA
NSACTIONS ON BIO-MEDICAL ENGINEERING,APRIL 1968,PP
128-129))(コックス，ジェイアールエーゼットテーイ
ーシー：アプロセッシングプログラムフォーリア
ルタイムイーシージーリズムアナライジス(アイ
イーイーイートランザクションズオンバイオメデ
ィカルエンジニアリング，エイプリル1968,PP128-129))
等に記載されている。

圧縮率を比較する上で、次のような符号化を行なった。
まず、抽出された点(ｔｉ，Ｖ(ｔｉ))に対して、 (Δti,ΔＶ(ti))＝(ti−t(i−1)，Ｖ(ti)−Ｖ(t(i−
1))) を求める。これを第３表で定める符号長で符号化し、圧
縮率をとして求めた。ここでＢpreは原波形データの全ビット
数、Ｂaftは圧縮データの全ビット数を表わす。

復元波形の近似誤差は、次式で表わされるＲＭＳＥ(Ｒo
ot Ｍear Ｓquare Ｅrror)によって求めた。

ここで、Ｖ(ｔ)は原波形、Ｖ′(ｔ)は復元された波形、
ｌはサンプル数である。その結果、圧縮率は両者共に約
10％程度で同等であるが、近似誤差は本発明方式では1.
0以下であるのに対し、ＡＺＴＥＣ方式では1.5〜4.3と
著しく差異があった。

更に、原波形(ａ)、ＡＺＴＥＣ復元波形及び本発明復元
波形(ｃ)を第５図に示す。図示の通り、本発明復元波形
は原波形の特徴を極めて正確に保持したものとなってい
る。

更に、長時間記録心電計への応用の面から、本方式の符
号化に要する時間を測定した。ＦＯＲＴＲＡＮ８０で書
いたプログラムをクロック周波数６ＭＨzのＺ８０上で
実行した。その結果、一標本点あたりに要する時間は、
平均して0.84msecであった。サンプリング周波数５００
Ｈzの心電図をリアルタイムで圧縮するためには、一標
本点あたり２msec以下で符号化できればよい。従って、
本方式はこの条件の下では、リアルタイムで処理を行な
えることが確認できた。

3.4 本発明の実施例第６図(ａ)は本発明データ圧縮方式の１実施例を示す模
式図であり、入力アナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換手段１と、中央処理装置(ＣＰＵ)２１、読
み出し専用メモリ(ＲＯＭ)２２、書き込み読み出しメモ
リ(ＲＡＭ)２３、圧縮データ記録媒体２４等から成るデ
ータ処理手段２により構成される。ここに於いて、ＲＯ
Ｍ２３にプログラムされた命令がＣＰＵ２１に読み込ま
れることによりデータ処理が実行される。すなわち、Ａ
／Ｄ変換手段１によってデジタル化された入力信号をＣ
ＰＵ２１が受け取り、一旦ＲＡＭ２３に記録し、次いで
前記ＡＤＭ処理のアルゴリズムに従ってＡＤＭ処理を施
こし、得られた標本値をハフマン符号化して原入力信号
波形を圧縮し、圧縮データ記録媒体２４に記録する。

以下、添付第７乃至12図に基づきＡＤＭ処理のアルゴリ
ズムをより詳細に説明する。

第７図はＡＤＭ処理アルゴリズムの全体を示す流れ図で
あり、先頭のデータに対して予測点の状態をモードＡ１
に設定するステップ(１)、ＲＡＭ23に一旦記録されたデ
ータを入力するステップ(２)、予測点の状態に応じて予
測点を評価するステップ(３)、標本値を決定するステッ
プ(４)、予測点の状態を遷移する(モードの選定)ステッ
プ(５)、ハフマン符号を割り当てるステップ(６)、符号
化されたデータ圧縮データ記録媒体２４に記録するステ
ップ(７)より成り、次いで再びデータを入力するステッ
プに戻る。

第８乃至１２図は、上記ステップ(３)乃至(５)に対応す
る夫々モードＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２及びＣに関するＡ
ＤＭ処理アルゴリズムであり、例えば、第８図(モード
Ａ１)の場合、入力データが該当モードの予測点ａに該
当するか否かを評価し、もし該当ならば標本点ａと決定
してモードＡ２に遷移して、もし非該当ならば当該モー
ドの予測点ｂの対応するや否やを評価するステップに進
み、以下同様に順次、次のステップに移行する。第９乃
至第１２図に示す他のモードの場合も上述と略同様であ
る。尚、第８乃至第１２図の流れ図に於いて、ΔＶは量
子化ステップ幅を示し、“ΔＶ＝２”は量子化ステップ
幅を２とするステップ、“ΔＶ＝１？”は夫が１か否か
を評価するステップ、ΔＶ＝ΔＶ±１は元のステップ幅
を加減１するステップ等であり、時間幅Δｔについても
同様である。

第６図(b)は本発明データ復元方式の１実施例を示す模
式図であり、圧縮データ記録媒体２４と、ＣＰＵ２
１′、ＲＯＭ２２′、ＲＡＭ２３′及び復元波形出力部
２５より成るデータ処理手段２′とから構成される。

更に、各図に示す各モードについて、第14図を参照して
詳細に説明する。

第８図はモードＡ１の動作を示すフローチャートであ
り、モードＡ１は第３(ａ)に示す予測点を時刻(ts)から
(ts+2)範囲に設定したものである。

まず、現時点(ts)に対し、時刻(ts+2)の時点で入力され
た波形が予測点ａに該当するかどうか判定される。該当
する場合(ＹＥＳ)、標本点は予測点ａに決定され、モー
ドＡ２に遷移する。該当しない場合(ＮＯ)、予測点ｂに
該当するかどうか判定される。該当する場合(ＹＥＳ)、
標本点は予測点に決定され、モード−Ａ２に遷移する。
モード−Ａ２は、第３図(ｆ)に示す様にモードＡ２の極
性を反転させたものである。該当しない場合(ＮＯ)、予
測点Ｃに該当するかどうか判定される。該当する場合
(ＹＥＳ)、標本点は予測点Ｃに決定され、モードＣに遷
移する。該当しない場合(ＮＯ)、標本点は予測点ｄに決
定され、更に予測点間の量子化ステップ幅ΔＶを２に拡
張設定したモードＢ１に遷移する。このモードＡ１の具
体的例を示したのが、第14図(ａ)の(141)である。現時
点(Ｓ)に対し、予測点ａ〜ｄが配置され、時刻(ts+2)の
時点で、入力波形（Ｎ）は予測点ａに近似的に該当した
ので、予測点ａが標本点となり、(142)で示すモードＡ
２が次のモードとして遷移決定されている。次にモード
Ａ２の動作を第９図に示すフローチャートを用いて説明
する。

モードＡ２の予測点の配置は第３図(ｂ)に示すものであ
る。第９図に於いて、現時点(ts)に対し、時刻(ts+3)の
時点で、入力された波形が予測点ａ、又はｂに該当する
かどうか判定される。該当する場合(ＹＥＳ)、予測点ａ
に該当する場合は標本点ａに、予測点ｂに該当する場合
は標本点ｂに決定され、再びモードＡ２が次のモードと
して決定される。該当しない場合(ＮＯ)、予測点Ｃに該
当するかどうか判定される。該当する場合(ＹＥＳ)、標
本点は予測点Ｃに決定され、モードＡ１に遷移する。該
当しない場合(ＮＯ)、標本点は予測点ｄに決定され、予
測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)を２に拡張設定したモ
ードＢ１に遷移する。モードＡ２の具体的一例を示した
のが、第14図(ａ)の(142)である。現時点(ts+2)に対
し、予測点ａ〜ｄが配置されている。時刻((ts+2)+3)の
時点で、入力波形(Ｎ)は予測点ａに近似的に該当したの
で、予測点ａが標本点となり、(143)で示すモードＡ２
が再び決定される。(143)に於いて現時点((ts+2)+3)に
対し、予測点ａ〜ｄが配置され、時刻(((ts+2)+3)+3)の
時点で、どの予測点とも近似的該当がないので、予測点
ｄが標本点となり、モードＢ１に遷移する。この時、モ
ードＢ１の予測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)は２に拡
張設定される。次のモードＢ１に於いて現時点の時刻は
(((ts+2)+3)+1)となる。

次にモードＢ１の動作を第10図に示すフローチャートを
用いて説明する。

モードＢ１の予測点の配置は第３図(ｄ)に示すものであ
る。第10図に於いて、現時点(ts)に対し、時刻(ts+1)の
時点で入力された波形が予測点ａに該当するかどうか判
定される。該当する場合(ＹＥＳ)、予測点ａが標本点と
して決定され、予測点間の量子化ステップ幅(ΔＶ)を２
に拡張設定したモードＢ２に遷移する。該当しない場合
(ＮＯ)、予測点ｂに該当するかどうか判定される。該当
する場合(ＹＥＳ)、予測点ｂが標本点として決定され、
この時、モードＢ１の量子化ステップ幅(ΔＶ)が(ΔＶ
＝１)であるか判定される。ΔＶ＝１である時は、モー
ドＡ２に遷移し、ΔＶ＝１でない場合(ＮＯ)、モードＢ
１の量子化ステップ幅ΔＶ＝１として再び同一モードが
決定される。予測点ｂに該当しない場合(ＮＯ)、予測点
Ｃに該当するかどうか判定される。該当する場合(ＹＥ
Ｓ)、標本点を予測点Ｃと決定し、次にモードＢ１の量
子化ステップ幅(ΔＶ)が１であるかどうか判定される。
ΔＶ＝１の時(ＹＥＳ)、次のモードとしてモードＡ１が
遷移設定され、ΔＶ＝１でない時(ＮＯ)、ΔＶ＝１に設
定したモードＢ１が再び決定される。予測点Ｃに該当し
ない場合(ＮＯ)、予測点ｄに該当するかどうか判定され
る。該当する場合(ＹＥＳ)、標本点に予測点ｄが決定さ
れ、極性が反転したモードＢ１、即ち、モード−Ｂ１に
遷移設定される。モードＢ１は第３図(ｇ)に示す様に、
予測点ａ，ｂ，ｃ，ｄの極性が反転した状態を示すもの
である。予測点ｄに該当しない場合(ＮＯ)、標本点に予
測点ｅが決定され、量子化ステップ幅(ΔＶ)を２に拡張
設定し、且つ、極性が反転したモードＢ２に遷移設定さ
れる。モード−Ｂ２は、第３図(ｈ)に示す様に、予測点
ａ，ｂ，ｃ，ｄが反転した状態を示すものである。モー
ドＢ１の具体例を示したのが、第14図(ｂ)(144)並びに
(145)である。現時点(ts)に対し、予測点ａ〜ｅが配置
されている。時刻(ts+1)の時点で、入力波形(Ｎ)は予測
点ｄに近似的に該当したので、予測点ｄが標本点とな
り、極性方向が反転したモードＢ１、即ち、モード−Ｂ
１が配置される。現時点(ts+1)に対し、時刻((ts+1)+1)
の時点で入力波形(Ｎ)は、予測点ａに近似的に該当する
ので、標本点は予測点ａを設定し、第10図で示す様に量
子化ステップ幅をΔＶ＝２と拡張し、更に現モードが−
Ｂ１と極性が反転しているので、第14図(ｂ)(146)に示
す様に極性が反転したモードＢ２に遷移する。

次にモードＢ２の動作を第11図に示すフローチャートを
用いて説明する。モードＢ２の予測点の配置は第３図
(ｅ)に示すものである。第11図に於いて現時点(ts)に対
し、時刻(ts+1)の時点で入力された波形が予測点ａに該
当するかどうか判定される。該当する場合(ＹＥＳ)、標
本点として予測点ａが取られ、更に第３図(ｅ)に示す量
子化ステップ幅(ΔＶ)をΔＶ＝ΔＶ＋１して再びモード
Ｂ２が決定される。該当しない場合(ＮＯ)、予測点ｂ又
は予測点ｃに該当するかどうか判定される。該当する場
合(ＹＥＳ)、予測点ｂに該当した場合、標本点ｂ、予測
点ｃに該当した場合、標本点は予測点ｃに決定され、再
びモードＢ２が決定される。該当しない場合(ＮＯ)、予
測点ｄに該当するかどうか判定される。該当する場合
(ＹＥＳ)、標本点に予測点ｄが決定され、更に第３図
(ｅ)で示す量子化ステップ幅(ΔＶ)が２であるか判定さ
れ、２の時は、モードＢ１に遷移し、２でない時は第３
図(ｅ)で示す量子化ステップ幅(ΔＶ)に対し、ΔＶ＝Δ
Ｖ−１を施して再びモードＢ２が決定される。予測点ｄ
に該当しない場合(ＮＯ)、標本点に予測点ｅが決定さ
れ、更に第３図(ｇ)で示す量子化ステップ幅(ΔＶ)を２
に設定したモード−Ｂ１に遷移決定される。モードＢ２
の具体例を示したのが、第14図(ｂ)(146)である。(146)
は第３図(ｈ)に示す様に第３図(ｅ)の極性を反転した状
態を示す。現時点((ts+1)+1)に対し、予測点ａ〜ｅが配
置されている。時刻(((ts+1)+1)+1)の時点で入力波形
(Ｎ)は、予測点ａに近似的に該当したので、第11図で示
す様に、予測点ａが標本点となり、更にこの予測点ａを
現時点として、第３図(ｇ)に示す量子化ステップ幅(Δ
Ｖ)はΔＶ＝ΔＶ＋１に拡張されて図示はしないが、再
びモードＢ２が決定される。次にモードＣの動作を第12
図に示すフローチャートを用いて説明する。モードＣの
予測点の配置は第３図(ｃ)に示すものである。第12図に
於いて、予測点ａに該当するかどうか判定される。これ
は、例えば、第３図(ｃ)に示す様に時刻ts+1から時刻ta
の範囲に於いて、入力波形(Ｎ)が電圧レベルＬｔｈを越
えるかどうか判定することと同じである。予測点ａに該
当する時(ＹＥＳ)、即ち、時刻ta迄に入力波形が電圧レ
ベルＬｔｈを越えない時、標本点は予測点ａに決定さ
れ、更に第３図(ｃ)で示す予測点間の時間幅Δｔの値を
Δｔ＝２Δｔ＋３と広げ、再びモードＣに設定される。

次に予測点ａに該当しない場合(ＮＯ)、即ち、時刻(ｔ
ａ)迄に入力波形が電圧レベルＬｔｈを越えた時、次に
予測点ｂに該当するかどうか判定される。即ち、入力波
形が電圧レベルＬｔｈを越えた時点がｔｂ＜ｔｈ≦ｔａ
にあるかないかが判定される。予測点ｂに該当する場
合、ｔｂ＜ｔｎ≦ｔａ内で電圧レベルＬｔｈを越えた場
合、(ＹＥＳ)標本点に予測点ｂが決定され、次に現モー
ドＣの時間幅(第３図(ｃ)Δｔ)が２であるかどうか判定
する。２の時(ＹＥＳ)、モードＡ１に遷移し、２でない
時(ＮＯ)、時間幅(第３図(ｃ)Δｔ)に対し、Δｔ＝(Δ
ｔ−３)／２が施され、再びモードＣが決定される。予
測点ｂに該当しない場合(ＮＯ)、次に予測点Ｃに該当す
るかどうか判定される。即ち、第３図(ｃ)で示す様に(t
s+2＜tn＜tb)の範囲で入力波形が電圧レベルＬｔｈをど
うかを判定するものである。予測点Ｃに該当するとき
(ＹＥＳ)、標本点に予測点Ｃが決定され、更に現モード
Ｃの第３図(Ｃ)に示す時間幅Δｔが２であるか判定され
る。時間幅Δｔが２である図(ＹＥＳ)、モードＡ１に遷
移する。時間幅Δｔが２でない時(ＮＯ)、時間幅Δｔに
対し、Δｔ＝(Δｔ−３)／２が施され、再びモードＣが
決定される。予測点Ｃに該当しない時(ＮＯ)、即ち、ｔ
ｎ≦ts+2で入力波形が電圧レベルＬｔｈを越えた時、自
動的に標本点には予測点ｄが決定され、第３図(ｄ)の量
子化ステップ幅ΔＶを２に設定したモードＢ１に遷移す
るものである。モードＣの具体例を示したのが第14図
(Ｃ)の(147)(148)である。(147)に於いて、現時点(ts)
に対し、予測点ａ〜ｄが配置されている。時刻(ta)まで
入力波形は電圧レベルＬｔｈを越えないので、予測点ａ
が標本点となる。更に時間幅(Δｔ)に対し、２Δｔ＋３
だけ広げたモードＣが、予測点ａを現時点として再び設
定される。これを(148)に示す。(148)に於いて、時間幅
(Δｔ)が広がった予測点に対し、入力波形が電圧レベル
Ｌｔｈを予測点ｂと予測点ａの間で越えた。Ｌｔｈを越
えた時間(ｔｎ)は、ｔｂ＜ｔｎ≦ｔａであるので第12図
で示す様に予測点ｂが標本点となり、更に現モードＣに
於ける時間幅Δｔが２であるかどうか判定される。第４
図(ｃ)で示すモードＣ(148)は、時間幅(Δｔ)を２Δｔ
＋３と広げているので(ＮＯ)となり、時間幅(Δｔ)に対
しΔｔ＝(Δｔ−３)／２を施した予測点からなるモード
Ｃ(図示せず)を(148)の予測点(ｂ)を現時点とした状態
で適用する。

以上各モード例について、その動作を説明してきたが、
動作上で示した諸定数は、実際この方式を用いた装置の
状況に応じて、変更されるものである。

本発明に於て同一のモード乃至予測点が連続して決定さ
れた場合とは、 (１ａ)第11図で示すモードＢ２で、入力波形が予測点ａ
と近似的に該当する場合。

(１ｂ)第11図で示すモードＢ２で、入力波形が予測点ｄ
と近似的に該当する場合であって、且つモードＢ２の量
子化ステップ幅ΔＶが２でない場合。

(１ｃ)第12図で示すモードＣで、入力波形が予測点ａと
近似的に該当する場合。

してを標本点として決定される場合。

(１ｄ)第12図で示すモードＣで、入力波形が予測点ｂと
近似的に該当する場合であって、且つモードＣの時間幅
Δｔが２でない場合。

等を示す。

これらの場合同一モード及び同一予測点が繰り返して決
定され、(１ａ)では、予測点間の量子化ステップ幅はΔ
Ｖ＝ΔＶ＋１と増加する様に調整され(１ｂ)では、予測
点間の量子化ステップ幅はΔＶ＝ΔＶ−１と減少するよ
うに調整される。又、(１ｃ)では、予測点間の時間幅
は、Δｔ＝２Δｔ＋３と拡張する様に調整され、(１ｄ)
では、予測点間の時間幅は、Δｔ＝(Δｔ−３)／２と調
整されていくものである。

又、予め設定された順序通りにモード乃至予測点が決定
された場合とは、 (２ａ)第８図で示すモードＡ１に於いて、入力波形が予
測点ａ，ｂ，ｃの何れとも近似的な該当がなされず、予
測点ｄが自動的に標本点として決定された場合。

(２ｂ)第９図で示すモードＡ２に於いて、入力波形が予
測点ａ，ｂ，ｃの何れとも近似的な該当がなされず、予
測点ｄが自動的に標本点として決定された場合。

(２ｃ)第１０図で示すモードＢ１に於いて、入力波形が
予測点ａと近似的な該当がなされた場合。

(２ｄ)第１０図で示すモードＢ１に於いて、入力波形が
予測点ａ，ｂ，ｃ，ｄの何れとも近似的な該当がなされ
ず、予測点ｅが自動的に標本点として決定された場合。

(２ｅ)第１１図で示すモードＢ２に於いて、入力波形が
予測点ａ，ｂ，ｃ，ｄの何れとも近似的な該当がなされ
ず、予測点ｅが自動的に標本点として決定された場合。

(２ｆ)第１２図で示すモードＣに於いて、入力波形が予
測点ａ，ｂ，ｃの何れとも近似的な該当がなされず、予
測点ｄが自動的に標本点として決定された場合。

等を示すものである。

(２ａ)の場合次に設定されるモードＢ１の量子化ステッ
プ幅はΔＶ＝２に設定調整され、(２ｂ)の場合次に設定
されるモードＢ１の量子化ステップ幅はΔＶ＝２に設定
調整され、(２ｃ)の場合次に設定されるモードＢ２の量
子化ステップ幅はΔＶ＝２に設定調整され、(２ｄ)の場
合次に設定されるモードＢ１の量子化ステップ幅はΔＶ
＝２に設定調整され、(２ｅ)の場合次に設定されるモー
ドＢ１の量子化ステップ幅はΔＶ＝２に設定調整され、
(２ｆ)の場合次に設定されるモードＢ１の量子化ステッ
プ幅はΔＶ＝２の設定調整されるものである。

データ処理手段２′に於いて実行される復元アルゴリズ
ムの全体を第13図に示す。

即ち、先頭の圧縮データに対して予測点の状態をモード
Ａ１に設定するステップ(１)、ＲＡＭ２３′に一旦記録
された圧縮データを入力するステップ(２)、ハフマン符
号を復号化するステップ(３)、復元データを評価、決定
するステップ(４)復元データを直線補間するステップ
(５)、直線補間したデータを記録するステップ(６)及び
予測点の状態を遷移するステップ(７)より成り、次いで
再び圧縮データ入力ステップ(２)に戻る。

尚、上記状態遷移ステップ(７)の各モード毎のアルゴリ
ズムの詳細は、前記第８乃至第12図に於いて、各標本点
決定ステップを除去したものと同等である。但し、予測
点評価ステップには圧縮データのハフマン符号化データ
が入力されるのであるから、そこでの評価はハフマン符
号に基づいてなされるよう変更されている。

以上の実施例を実行した結果の１部は前項3.3で詳述し
た通りである。

効果このように、本発明方式はより少ないビット数でデイジ
タルの記録媒体に記録ができ、しかも再生時、より現波
形に近いアナログ波形が得られるようにすることが可能
であることから、任意のアナログ信号波形の圧縮復元手
段として極めて有用なものと云い得、心電図信号等の生
体信号処理分野のみならず、各種データ通信等に於いて
も有力手段として汎用され得るなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１乃至第４図は本発明処理方式に於けるＡＤＭ処理説
明図、第５図は本発明実施例に於ける作用効果説明図、
第６図は同装置ブロック図、第７乃至１３図は同データ
圧縮・復元処理アルゴリズムを示す流れ図である。第１４図は、第８図乃至第１２図の動作を説明する為の
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換手段と前記Ａ／Ｄ変換手段のデジタル出力データを
圧縮する適応型ΔＭデータ圧縮手段とから成り、前記適
応型ΔＭデータ圧縮手段は、入力信号波形の傾斜に応じ
て設定された量子化ステップ幅、時間幅を有する予測点
を複数個配置してなるモードを複数個設定するモード設
定手段、前記モードに対し、入力信号と該予測点との比
較により、入力信号に近似する予測点を評価する予測点
評価手段、前記予測点評価手段で評価された予測点を標
本値として決定する標本値決定手段、前記予測点評価手
段で評価された予測点と該モードとにより、次の入力信
号に対応する予測点からなるモードに遷移する予測点状
態遷移手段、前記標本値決定手段で決定された標本値を
ハフマン符号化するハフマン符号化手段よりなり、前記
予測点状態遷移手段は、同一のモード乃至予測点が、連
続して決定された場合、あるいは、予じめ設定された順
序通りにモード乃至予測点が決定された場合、次のモー
ドを構成する予測点の量子化ステップ幅、時間幅を調整
する手段を有することを特徴とする信号処理方式。
【請求項２】前記入力信号が心電図信号であることを更
に特徴とする特許請求の範囲第(１)項に記載の信号処理
方式。
【請求項３】入力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換手段と前記Ａ／Ｄ変換手段のデジタル出力データを
圧縮する適応型ΔＭデータ圧縮手段及び復元手段とから
成り、前記適応型ΔＭデータ圧縮手段は、入力信号波形
の傾斜に応じて設定された量子化ステップ幅、時間幅を
有する予測点を複数個配置してなるモードを複数個設定
するモード設定手段、前記モードに対し、入力信号と該
予測点との比較により、入力信号に近似する予測点を評
価する予測点評価手段、前記予測点評価手段で評価され
た予測点を標本値として決定する標本値決定手段、前記
予測点評価手段で評価された予測点と該モードとによ
り、次の入力信号に対応する予測点からなるモードに遷
移する予測点状態遷移手段、前記標本値決定手段で決定
された標本値をハフマン符号化するハフマン符号化手段
よりなり、前記予測点状態遷移手段は、同一のモード乃
至予測点が、連続して決定された場合、あるいは、予じ
め設定された順序通りにモード乃至予測点が決定された
場合、次のモードを構成する予測点の量子化ステップ
幅、時間幅を調整する手段とからなり、且つ、前記デー
タ復元手段が圧縮データからのデジタル入力信号をハフ
マン復号化するハフマン復号化手段及びハフマン復号化
手段で復号化された信号の変化に応じて設定された量子
化ステップ幅、時間幅を有する予測点を複数個配置して
なるモードを複数個設定するモード設定手段、前記モー
ドに対し、復号化された信号と該予測点との比較によ
り、復号化された信号に近似する予測点を復元データ点
として評価、決定する復元データ評価決定手段、前記復
元データ評価決定手段で決定された復元データを直線補
間する直線補間手段、前記復元データ決定手段で決定さ
れた復元データに対応する予測点と該モードとにより、
次の入力信号に対応する予測点からなるモードに遷移す
る予測点状態遷移手段よりなり、前記予測点状態遷移手
段は、同一のモード乃至予測点が、連続して決定された
場合、あるいは、予じめ設定された順序通りにモード乃
至予測点が決定された場合、次のモードを構成する予測
点の量子化ステップ幅、時間幅を調整する手段、を有す
ることを特徴とする信号処理方式。
【請求項４】前記入力信号が心電図信号であることを更
に特徴とする特許請求の範囲第(３)項に記載の信号処理
方式。