JPH0879089A - 時系列観測データの圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い圧縮効率で時系列観測データを圧縮する
ことができる時系列観測データの圧縮装置。 【構成】 この装置１は，整数値をとる時系列観測デー
タを差分化手段２０で差分化し，差分化されたデータが
所定範囲内にあるかを判別手段２１で判別し，所定範囲
外のデータを格納手段２２で圧縮せずに外部記憶装置９
に記憶する。一方，所定範囲内の差分化データは圧縮手
段２３で原データ以下の長さの１バイトデータにデータ
変換してからハフマン符号化して圧縮する。上記構成に
より，１バイトデータをハフマン符号化すればよいの
で，ハフマン符号化による圧縮率が向上すると共に，符
号化する際のデータ種類を低減することができるため，
小さな外部記憶装置９の容量で高速処理が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば製鉄所での各プ
ロセスの状態を把握するために収集される時系列観測デ
ータを圧縮する装置に係り，特に整数値をとる時系列観
測データの圧縮効率を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】大量のデータを記録あるいは伝送する際
には，データを圧縮して記録あるいは伝送することが記
録媒体の容量の節約あるいは伝送効率の向上の点で有利
である。代表的なデータ圧縮技術として，圧縮されるデ
ータの符号語に最小の平均符号語長を与えてハフマン符
号化するハフマン法が従来から知られている。このハフ
マン法によるデータ圧縮は，従来では殆どテキストデー
タ，画像データ，音声データを対象としたものであり，
それぞれのデータの冗長性における特徴を利用した手法
が用いられている。ところで，例えば製鉄所での各プロ
セスの状態を把握するために収集される時系列観測デー
タは，前記テキストデータ等とは異なる特徴を有してい
る。かかる時系列観測データを圧縮する技術に関して，
特開平３−５５９１９号が知られている。この特開平３
−５５９１９号では，時系列観測データの各々に所定の
係数を乗じて整数化し，該整数化されたデータのうち初
期値以外のデータについて直前のデータとの差分をとっ
て差分化し，該差分化されたデータが０を含む所定の限
界値内で連続する区間の長さを算出し，該所定の限界値
および該区間の長さに応じて差分化データを分割しなが
ら分類し，前記差分化データを特定のビットパターンで
置換するようになっている。このため，時系列観測デー
タの大半を占める安定状態にあるデータを著しく圧縮す
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記特
開平３−５５９１９号の従来例では，所定の限界値範囲
内に含まれる特定の区間中にあるデータを所定のビット
パターンで置換する際に，上記特定区間内に１個でも絶
対値の大きなデータがあれば，区間内の他の全てのデー
タに冗長な符号語を割り当てているので，上記特定区間
内に１個でも絶対値の大きなデータを有するような並び
方のデータを圧縮する場合には，圧縮効率が非常に悪く
なるという問題がある。例えば，上記時系列観測データ
を効果的に圧縮するハフマン符号法を用いる場合に，取
り扱うデータのデータ単位が１バイト増えれば，圧縮処
理を実行しなければならないデータの種類は２５６倍に
なる。このため，圧縮される時系列観測データのデータ
単位が大きい場合には，時系列観測データをそのままの
データ単位でハフマン符号化して圧縮することは，デー
タ処理量が膨大になるので，実現不可能であるか，たと
え実現できたとしても膨大なメモリを要し，実行速度が
遅くなってしまう。しかしながら，製鉄所での各プロセ
スデータのように長時間にわたって安定している時系列
データの場合には，その特徴を生かした処理をすること
により圧縮効率の良い圧縮処理が考えられるはずであ
る。本発明は，このような従来の技術における課題を解
決するために，時系列観測データの大半は安定した状態
にあり，長時間にわたってほぼ一定値をとり続けるよう
な時系列観測データについてその特徴を利用して，高い
圧縮効率で時系列観測データを圧縮することができる時
系列観測データの圧縮装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，データが長時間にわたって安定した整数値
をとる時系列観測データを圧縮する装置であって，時系
列観測データの初期値以外のデータについて直前のデー
タとの差分をとって差分化する差分化手段と，該差分化
手段で差分化されたデータが，所定の範囲内にあるか否
かを判別する判別手段と，該判別手段により所定の範囲
外のデータであると判別されたデータを，そのデータ値
情報および該データのデータ位置情報を圧縮せずにメモ
リ内に格納するデータ格納手段と，上記判別手段により
所定の範囲内のデータであると判別されたデータを，原
データ以下の所定のデータ長を持つデータに変換してか
らハフマン符号化して圧縮し，その圧縮されたデータを
メモリ内に格納する圧縮手段と，を具備してなることを
特徴とする時系列観測データの圧縮装置である。さらに
は，データが長時間にわたって安定した整数値をとる時
系列観測データを圧縮する装置であって，時系列観測デ
ータの初期値以外のデータについて直前のデータとの差
分をとって差分化する差分化手段と，該差分化手段で差
分化されたデータが，所定の範囲内にあるか否かを判別
する判別手段と，該判別手段により所定の範囲外のデー
タであると判別されたデータを，そのデータ値情報およ
び該データのデータ位置情報を圧縮せずにメモリ内に格
納するデータ格納手段と，上記判別手段により所定の範
囲内のデータであると判別されたデータを，原データ以
下の所定のデータ長を持つデータに変換し，さらに連続
して一定値をとるデータ列である場合，あるいは連続し
て一定値をとった後に所定の範囲でデータ値が変動する
データ列である場合には，それらのデータ列を所定のデ
ータに変換してからハフマン符号化して圧縮し，その圧
縮されたデータをメモリ内に格納する圧縮手段と，を具
備してなることを特徴とする時系列観測データの圧縮装
置である。

【０００５】

【作用】本発明によれば，圧縮される時系列観測データ
が整数値であるので，差分化手段により初期値以外のデ
ータについて直前のデータとの差分をとれば，各データ
の絶対値が小さくなり，差分化により殆どのデータは，
原データ以下のデータ単位で記述される。差分化された
データに対して，判別手段が所定の範囲内にあるか，否
かを判別し，所定の範囲外のデータは，格納手段がその
データ値情報と先頭からの位置情報とを，メモリにその
まま格納する。一方，所定の範囲内のデータは，圧縮手
段により原データ以下のデータ長を持つデータに変換し
てからハフマン符号化され，効率的に圧縮される。また
本発明によれば，判別手段で所定の範囲内にあるデータ
であると判別されたデータ列が，連続して一定値を取る
データ列である場合，または連続して一定値をとった
後，＋−所定例（例えば＋−１）の範囲で変動するデー
タ列である場合には，圧縮手段により一定のデータ値が
連続するデータ数に応じてデータ変換した後に，ハフマ
ン符号化され，このようなデータ列の圧縮効率を向上さ
せる。

【０００６】

【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係る時系列観測データの
圧縮装置１の要部構成を示すブロック図，図２は該時系
列観測データの圧縮装置１の概略構成を示すブロック
図，図３はデータ圧縮処理のフローチャート，図４はデ
ータ変換処理のフローチャート，図５はメモリ内に格納
される圧縮後のデータ格納状態を示す構成図である。図
２に示すように，例えば製鉄所の圧延ライン２では，ミ
ル３，３を使用して熱せられた鉄板４を薄く圧延する工
程において，鉄板４の圧延状態を記録，保存するため
に，センサ５，５により鉄板４の温度，板厚，板幅等の
データを鉄板４の送り方向長さ１メートル等間隔で測定
している。前記製鉄所の圧延ライン２には，時系列観測
データの圧縮装置１が備えられており，前記センサ５，
５から出力されるアナログデータはデジタル計装装置６
へ伝送され，デジタルデータに変換されて，コンピュー
タ７へ伝送される。該コンピュータ７は，入力された鉄
板４の温度，板厚および板幅等のデータを，ディスプレ
イ８にグラフや表として表示すると共に，前記データを
圧縮してメモリの一例である外部記憶装置９に出力し，
格納する。

【０００７】図１に示すように，コンピュータ７には，
デジタル計装装置６等の周辺機器とのデータ入出力ポー
トとなるインタフェース１１，ＣＰＵ１２，内部メモリ
１３等が設けられている。前記ＣＰＵ１２は，インタフ
ェース１１を介して外部記憶装置９に蓄積されているソ
フトウェアを内部メモリ１３へ書き込み，そのソフトウ
ェアに従って上記デジタル計装装置６から入力されるデ
ータを圧縮して，その圧縮データを外部記憶装置９へ記
憶するようになっている。前記ＣＰＵ１２には，初期値
以外のデータについて直前のデータとの差分をとって差
分化する差分化手段２０と，該差分化手段２０で差分化
されたデータが，所定の範囲内にあるか否かを判別する
判別手段２１と，該判別手段２１により所定の範囲外の
データであると判別されたデータを，そのデータ値情報
および該データのデータ位置情報を圧縮せずに外部記憶
装置９に格納するデータ格納手段２２と，上記判別手段
２１により所定の範囲内のデータであると判別されたデ
ータを，原データ以下の所定のデータ長を持つデータに
変換し，さらに連続して一定値をとるデータ列である場
合，あるいは連続して一定値をとった後に所定の範囲た
とえばプラスマイナス１の範囲でデータ値が変動するデ
ータ列である場合には，それらのデータ列を所定のデー
タに変換してからハフマン符号化して圧縮し，その圧縮
されたデータを外部記憶装置９内に格納する圧縮手段２
３とが設けられている。ＣＰＵ１２は，図３に示すよう
に，鉄板４の１コイル毎の各種データファイルからデー
タを１０２４個ずつ読み出し，初期値以外のデータに対
しては，その直前のデータとの差分を上記差分化手段２
０により演算し，その演算結果を原データに置き換えて
差分化を行う（ステップＳ１２）。この差分化されたデ
ータについて，１データずつ詳しくは後述するデータ変
換処理を実行した後（ステップＳ１３），変換後のデー
タを更にハフマン符号化して外部記憶装置９に格納する
（ステップＳ１４）。

【０００８】上記ステップＳ１３でのデータ変換処理の
詳細を説明すると，図４に示すように，まずステップＳ
１において上記差分化手段２０で差分化されたデータを
１個だけ読み込み，そのデータを上記内部メモリ１３に
格納しておく。次に，ステップＳ２へ進み，上記判別手
段２１が内部メモリ１３内の差分化されたデータの値が
所定の範囲内にあるか，否かを判別する。データ値の所
定の範囲は−１２８以上１２７以下の１バイトで記述可
能な範囲に設定可能であるが，本実施例では，所定範囲
は，後述するデータ変換での信号処理に応じて決定され
る。上記ステップＳ２で所定の範囲外と判別されたデー
タは，次のステップＳ３でそのデータのデータ値および
先頭からの位置が，上記外部記憶装置９へ圧縮されずに
記憶される。ステップＳ３で上記格納手段２２により出
力されるデータは，図５に示すように，外部記憶装置９
の位置（ｂ），（ｃ）に格納される。位置（ｂ）にはス
テップＳ３で処理するデータの個数が，１２ビットデー
タとして格納される。位置（ｃ）には，位置（ｂ）に格
納したデータ個数分だけステップＳ３で処理するデータ
値および先頭からの位置が格納される。位置（ｃ）に
は，データ値およびデータ位置の双方とも１２ビットデ
ータとして格納される。このようにステップＳ３で外部
記憶装置９へ格納されたデータは，ハフマン符号化され
ずに，そのままの状態で記憶される。このステップＳ３
で処理するデータ数が２５６個以上となる時には，完全
な可逆性を保証するために圧縮を行わずに，外部記憶装
置９へ出力される。このようにデータを圧縮せずに格納
すると，外部記憶装置９のデータ量が増加するが，デー
タが製鉄所圧延ライン２の時系列観測データのように長
時間安定したデータを出力する場合には，そのようなこ
とはまずあり得ないし，もしあったとしても，そのよう
な乱雑なデータを効率よく可逆圧縮することは，いかな
るデータ圧縮方法でも期待できない。

【０００９】一方，ステップＳ２で差分データが所定範
囲内にある場合には，ステップＳ４へ進み，上記判別手
段２１で所定の範囲内であると判別されたデータが１バ
イト単位のデータに変換される。ステップＳ４からステ
ップＳ７までの処理は上記圧縮手段２３により実行され
る。ステップＳ４の後には，ステップＳ５へ進み，デー
タ値が０であるか，否かが判別される。差分データ値が
０である場合には，データに変化がないので連続する０
の数を計数して，一旦内部メモリ１３へ保存してステッ
プＳ１へ戻る。上記データ値が０でない場合には，次の
ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では，ステップＳ５
で計数された連続する０の数に応じて，所定のデータ変
換を実行した後に，図５の位置（ｄ）に格納されている
ハフマン符号表に従ってハフマン符号化によるデータ圧
縮処理を実行する。データ変換の方法には，次の２例を
例示する。 データ変換法：例えば連続して１２８個０が続くデー
タ列は，そのデータを１バイトデータの最小値“−１２
８”に変換し，連続して３２個０が続くデータ列は，そ
のデータを１バイトデータ“−１２７”に変換し，連続
して８個０が続くデータ列は１バイトデータ“１２７”
に変換する。このデータ変換法の場合，連続する０の
数が多いデータから優先して順次にデータ変換を実行
し，残りの未データ変換のデータが，８個未満の０が連
続するデータ列となった場合には，残余のデータ列はデ
ータ変換しない。例えば，連続して０が２００個続くデ
ータ列は，連続した８個の０が続くデータ列が２５個あ
ると判断することはせずに，連続して１２８個の０が続
くデータ列が１個と，連続して３２個０が続くデータ列
が２個と，連続して０が８個続くデータ列が１個あると
判断して，データ変換を実行する。

【００１０】以上のデータ変換法では，圧縮手段２３
に入力された原データが，原データ以下の所定のデータ
長である１バイトのデータ長を持つデータに変換され，
データ長が短縮される。また，データ変換法の場合，
上記ステップＳ３での所定の範囲は，−１２６以上１２
６未満の範囲となる。 データ変換法：例えば連続して１２個０が続くデータ
列は，そのデータを１バイトデータの最小値“−１２
８”に変換し，連続して３個０が続くデータ列は，その
データを１バイトデータ“−１２７”に変換し，１個の
０の後に１個の１が続くデータ列は１バイトデータ“１
２６”に変換し，１個の０の後に１個の−１が続くデー
タ列は１バイトデータ“１２７”に変換する。このデー
タ変換法の場合，０以外の数が含まれているデータを
最優先にデータ変換し，次に連続する０の数が多いほど
データ変換の優先順位が高く設定され，残りの未データ
変換のデータが，３個未満の０が連続するデータ列とな
った場合には，残余のデータ列はデータ変換しない。例
えば，連続して０が３０個続いた後に１が続くデータ列
は，連続した１２個の０が続くデータ列が２個と，連続
して３個の０が続くデータ列が２個とを有し，その後に
データ１が続くと見るのではなく，連続して１２個０が
続くデータ列が２個と，連続して０が３個続くデータ列
が２個と，２個のデータ０と，１個のデータ０の後に，
１個の１が続くと判断して，データ変換を実行する。以
上のデータ変換法では，上記圧縮手段２３に入力され
たデータが，連続して一定値をとるデータ列，または連
続して一定値をとった後にプラスマイナス１の範囲で原
動するデータ列である場合に，連続するデータ数に応じ
てデータ変換を実行して，原データ以下の所定のデータ
長である１バイトのデータ長を持つデータに変換され，
データ長が短縮される。また，データ変換法の場合，
ステップＳ３での所定の範囲は，−１２６以上１２５未
満の範囲となる。

【００１１】以上のようなデータ変換法，いずれか
の方法による変換後のデータは，ハフマン符号化による
データ圧縮効率がよく，高圧縮率での圧縮処理が可能と
なる。上記圧縮手段２３によりハフマン符号され，圧縮
されたデータは，図５に示すように，データ変換後のデ
ータの個数が位置（ａ）に格納され，データ変換後のデ
ータをハフマン符号化した符号語が位置（ｅ）に格納さ
れる。位置（ａ）に格納し得るデータの大きさは１２ビ
ットである。上記ステップＳ６のデータ変換処理が完了
した後には，ステップＳ７へ進み，ステップＳ７で次の
処理すべきデータがあるか，否かを判断する。ステップ
Ｓ７で，次の処理すべきデータがあれば，上記ステップ
Ｓ１へ戻り，上記の各ステップを繰り返し，次のデータ
が無い場合には，処理を終了する。この一実施例では，
従来のように全てのデータをハフマン符号化して圧縮す
るのではなく，上記判別手段２１で所定の範囲内にある
と判別されたデータだけをハフマン符号化により圧縮処
理するので，ハフマン符号化によりデータ長が徒に冗長
化することがなく，データの圧縮効率が向上する。例え
ば，本件発明者等の実験によれば，２バイト単位の整数
値データである製鉄所の時系列観測データを圧縮した場
合に，上記特開平３−５５９１９号によるデータ圧縮で
は，データ量が平均１８．４％に圧縮されたのと比較し
て，本実施例の場合では，データ量が平均１５．４％に
圧縮され，圧縮率の向上が確認された。本発明は，以上
の一実施例に限定されず，種々変形可能である。上記実
施例では，圧縮後のデータを外部記憶装置９に格納して
いるが，内部メモリ１３の容量によれば，圧縮後のデー
タを内部メモリ１３に格納してもよい。

【００１２】

【発明の効果】本発明にかかる時系列観測データの圧縮
装置は，上記したように構成されているため，所定の範
囲内にあると判別された圧縮処理に好適なデータだけを
ハフマン符号化により圧縮処理するので，時系列観測デ
ータの特徴に応じて時系列観測データの圧縮効率を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る時系列観測データの
圧縮装置の要部構成を示すブロック図。

【図２】 該時系列観測データの圧縮装置の概略構成を
示すブロック図。

【図３】 データ圧縮処理のフローチャート。

【図４】 データ変換処理のフローチャート。

【図５】 メモリ内に格納される圧縮後のデータ格納状
態を示す構成図。

【符号の説明】

１…時系列観測データの圧縮装置 ２…圧延ライン ７…コンピュータ ９…外部記憶装置（メモリの一例） １２…ＣＰＵ １３…内部メモリ（メモリの一例） ２０…差分化手段 ２１…判別手段 ２２…格納手段 ２３…圧縮手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データが長時間にわたって安定した整数
   値をとる時系列観測データを圧縮する装置であって，時
   系列観測データの初期値以外のデータについて直前のデ
   ータとの差分をとって差分化する差分化手段と，該差分
   化手段で差分化されたデータが，所定の範囲内にあるか
   否かを判別する判別手段と，該判別手段により所定の範
   囲外のデータであると判別されたデータを，そのデータ
   値情報および該データのデータ位置情報を圧縮せずにメ
   モリ内に格納するデータ格納手段と，上記判別手段によ
   り所定の範囲内のデータであると判別されたデータを，
   原データ以下の所定のデータ長を持つデータに変換して
   からハフマン符号化して圧縮し，その圧縮されたデータ
   をメモリ内に格納する圧縮手段と，を具備してなること
   を特徴とする時系列観測データの圧縮装置。
2. 【請求項２】 データが長時間にわたって安定した整数
   値をとる時系列観測データを圧縮する装置であって，時
   系列観測データの初期値以外のデータについて直前のデ
   ータとの差分をとって差分化する差分化手段と，該差分
   化手段で差分化されたデータが，所定の範囲内にあるか
   否かを判別する判別手段と，該判別手段により所定の範
   囲外のデータであると判別されたデータを，そのデータ
   値情報および該データのデータ位置情報を圧縮せずにメ
   モリ内に格納するデータ格納手段と，上記判別手段によ
   り所定の範囲内のデータであると判別されたデータを，
   原データ以下の所定のデータ長を持つデータに変換し，
   さらに連続して一定値をとるデータ列である場合，ある
   いは連続して一定値をとった後に所定の範囲でデータ値
   が変動するデータ列である場合には，それらのデータ列
   を所定のデータに変換してからハフマン符号化して圧縮
   し，その圧縮されたデータをメモリ内に格納する圧縮手
   段と，を具備してなることを特徴とする時系列観測デー
   タの圧縮装置。