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JP2017118388A - Analytical data processor - Google Patents

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JP2017118388A
JP2017118388A JP2015253341A JP2015253341A JP2017118388A JP 2017118388 A JP2017118388 A JP 2017118388A JP 2015253341 A JP2015253341 A JP 2015253341A JP 2015253341 A JP2015253341 A JP 2015253341A JP 2017118388 A JP2017118388 A JP 2017118388A
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直也 上田
Naoya Ueda
直也 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a processing time by performing practical single-path processing while realizing high compressibility in a circuit by which profile data indicating a time-of-flight spectrum are integrated, then compressed and transferred to a PC.SOLUTION: Profile data which are integrated predetermined times in an integration processing part 21 are stored in an SDRAM 3. Thereafter, the integrated data are read out of the SDRAM 3 and inputted to a Huffman tree creation part 25 via a selection part 24, and a Huffman tree is created. At the same time, the integrated data are stored in an SDRAM 4 that is separate from the SDRAM 3. When the Huffman tree is created, the integrated data are read out of the SDRAM 4, successively compressed by a Huffman compression part 27 and transferred to a PC or the like. Thus, single-path pipeline processing can be performed substantially only with generation of time delay required for Huffman tree creation processing, and a processing time can be shortened relatively to static Huffman compression due to conventional double-path processing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、飛行時間型質量分析装置等の分析装置で分析を行うことによって得られたデジタルデータを処理するデータ処理装置に関し、さらに詳しくは、分析装置で得られたデジタルデータを圧縮して保存したり伝送したりするデータ処理装置に関する。   The present invention relates to a data processing device that processes digital data obtained by performing analysis with an analyzer such as a time-of-flight mass spectrometer, and more specifically, compresses and stores digital data obtained with the analyzer. The present invention relates to a data processing apparatus that performs and transmits data.

質量分析装置などの分析装置では、通常、分析によって得られたアナログ測定信号をアナログデジタル変換器(ADC)でデジタルデータに変換したあとに記憶装置に保存したり、或いはデータ処理を行うパーソナルコンピュータ(PC)に転送したりする処理が行われる。   In an analyzer such as a mass spectrometer, an analog measurement signal obtained by analysis is usually converted into digital data by an analog-to-digital converter (ADC) and then stored in a storage device, or a personal computer that performs data processing ( To the PC).

図4は質量分析装置の一つである飛行時間型質量分析装置(TOFMS)の要部の概略構成図である。このTOFMSは、分析装置本体1とデータ処理用PC100とを備え、両者は専用の通信路101で相互に接続されている。
分析装置本体1では、試料由来のイオンが所定のタイミングで一定の加速エネルギを付与されてイオン射出部11から射出され、飛行空間12に送り込まれる。イオンは質量電荷比m/zに応じた飛行速度を有するため、異なる質量電荷比を持つイオンは飛行空間12を飛行する間に空間的に分離され、時間差を有して検出器13に到達する。検出器13は順に到来するイオンを検出し、イオン量に応じた検出信号を時々刻々と出力する。該検出信号は増幅器14で増幅されたあと、ADC15において所定のサンプリング周波数で以てサンプリングされてデジタルデータに変換される。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a main part of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) which is one of mass spectrometers. This TOFMS includes an analyzer main body 1 and a data processing PC 100, which are connected to each other by a dedicated communication path 101.
In the analyzer main body 1, ions derived from the sample are given a predetermined acceleration energy at a predetermined timing, are ejected from the ion ejection unit 11, and are sent into the flight space 12. Since ions have a flight speed corresponding to the mass-to-charge ratio m / z, ions having different mass-to-charge ratios are spatially separated while flying in the flight space 12 and reach the detector 13 with a time difference. . The detector 13 detects incoming ions in order, and outputs a detection signal corresponding to the amount of ions every moment. The detection signal is amplified by the amplifier 14 and then sampled by the ADC 15 at a predetermined sampling frequency and converted into digital data.

或るイオンがイオン射出部11より射出されてから検出器13に到達するまでの飛行時間は該イオンの質量電荷比m/zに対応したものである。したがって、分析装置本体1における1回の測定によって、その射出時点を起点とする飛行時間と検出信号によるイオン強度値との関係を示す飛行時間スペクトル情報を得ることができる。ただし、例えばマトリクス支援レーザ脱離イオン化(MALDI)法などによるイオン化を行う場合、1回の測定当たりのイオン量が少ないことが多い。そこで、分析感度を上げるために、同一試料について複数回の測定を実行し、その複数の測定で得られた飛行時間スペクトル情報を積算することがよく行われる。図4において、スペクトル積算処理部16はこの積算処理を行うものであり、複数回の測定の繰り返しによってそれぞれ得られた飛行時間スペクトルデータを積算して一つの飛行時間スペクトルデータを求める。   The flight time from when a certain ion is ejected from the ion ejection part 11 to the detector 13 corresponds to the mass-to-charge ratio m / z of the ion. Therefore, the time-of-flight spectrum information indicating the relationship between the flight time starting from the injection point and the ion intensity value based on the detection signal can be obtained by one measurement in the analyzer main body 1. However, for example, when ionization is performed by a matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) method or the like, the amount of ions per measurement is often small. Therefore, in order to increase the analysis sensitivity, it is often performed to perform a plurality of measurements on the same sample and integrate the time-of-flight spectrum information obtained by the plurality of measurements. In FIG. 4, the spectrum integration processing unit 16 performs this integration process, and obtains one flight time spectrum data by integrating the flight time spectrum data respectively obtained by repeating a plurality of measurements.

この飛行時間スペクトルにおける飛行時間を質量電荷比に換算することでマススペクトルが得られるから、高い質量分解能を達成するには、イオン強度を示すアナログ信号をデジタルデータに変換するADC15でのサンプリング周波数を高くする必要がある。高質量分解能のTOFMSではADC15におけるサンプリング周波数は数GHz以上であり、サンプリング周波数は性能向上の要求に対応してますます高くなる傾向にある。そのため、飛行時間スペクトルデータのデータ量は多く、サンプリング周波数が高くなるとさらにデータ量は増大する。こうしたデータを保存するためには膨大な記憶容量を有する記憶装置が必要となる。また、こうした多量のデータをPCに転送する場合、広帯域の通信路が必要となる。そこで、近年、ADCにおいて変換されたあとのデータに対しデータ圧縮を行うことでデータ量を削減したうえで、記憶装置に格納したりPC等へ転送したりする構成が採られるようになってきている(特許文献1など参照)。
図4において、データ圧縮部17はこのデータ圧縮を行うものであり、積算処理後の飛行時間スペクトルデータを圧縮する。そして、圧縮されたデータが通信路101を通してデータ処理用PC100に転送される。
Since the mass spectrum is obtained by converting the time of flight in the time-of-flight spectrum into the mass-to-charge ratio, in order to achieve high mass resolution, the sampling frequency in the ADC 15 that converts the analog signal indicating the ion intensity into digital data is set. Need to be high. In TOFMS with high mass resolution, the sampling frequency in the ADC 15 is several GHz or more, and the sampling frequency tends to be higher in response to the demand for performance improvement. For this reason, the amount of time-of-flight spectrum data is large, and the amount of data further increases as the sampling frequency increases. In order to store such data, a storage device having an enormous storage capacity is required. In addition, when transferring such a large amount of data to a PC, a broadband communication path is required. Therefore, in recent years, a configuration has been adopted in which data volume is reduced by performing data compression on data converted by the ADC, and then stored in a storage device or transferred to a PC or the like. (Refer to patent document 1 etc.).
In FIG. 4, a data compression unit 17 performs this data compression, and compresses the flight time spectrum data after the integration process. Then, the compressed data is transferred to the data processing PC 100 through the communication path 101.

一般に画像や音声のデータ圧縮では非可逆圧縮方式が利用されているが、機器分析の分野では、圧縮されたデータを伸張したときに圧縮前のデータが完全に再現されることが重要である。そのため、ランレングス圧縮、静的ハフマン圧縮などの、可逆圧縮方式が利用されている。   In general, an irreversible compression method is used for image and audio data compression. However, in the field of instrumental analysis, it is important that data before compression is completely reproduced when the compressed data is expanded. Therefore, lossless compression methods such as run length compression and static Huffman compression are used.

よく知られているようにランレングス圧縮方式は、或る値AがN個連続したとき、それを値Aと連続数Nとに置き換える圧縮方式である。ランレングス圧縮方式は、圧縮対象であるデータの解析とその解析結果に基づく圧縮とが1回の処理のみで圧縮が完了する、いわゆる1パス処理の圧縮方式である(慣用的に「1パスエンコード」と呼ばれる)ため、処理時間が短い、ハードウエア化が容易である、といった利点がある。その反面、圧縮率はあまり高くない。そのため、ランレングス圧縮方式を採用すると分析装置本体からPCへと転送するデータ量はあまり減らず、広帯域の通信路と大容量の記憶装置とが必要となる。   As is well known, the run-length compression method is a compression method in which, when a certain value A is N consecutive, it is replaced with a value A and a continuous number N. The run-length compression method is a so-called one-pass compression method in which the analysis of the data to be compressed and the compression based on the analysis result are completed by only one process (conventionally “one-pass encoding” Therefore, there are advantages such as short processing time and easy hardware implementation. On the other hand, the compression ratio is not so high. Therefore, when the run-length compression method is adopted, the amount of data transferred from the analyzer main body to the PC is not reduced so much, and a wide-band communication path and a large-capacity storage device are required.

一方、静的ハフマン圧縮方式は、出現頻度の高い文字列に短い符号を、出現頻度の低い文字列に長い符号を割り当てることで、データ全体を圧縮する方式であり、ランレングス圧縮方式に比べて圧縮率は高い。しかしながら、まず読み込んだデータに基づいて文字列の出現頻度を全て解析してハフマン木(符号割り当てのための辞書)を作成するデータ解析と、該ハフマン木に基づいてデータを圧縮する、という二段階の処理、いわゆる2パス処理が必要である(慣用的に「2パスエンコード」と呼ばれる)。そのため、静的ハフマン圧縮を行う場合にはパイプライン処理を行うことができず、ランレングス圧縮方式に比べて処理時間が長くなるという問題がある。ハフマン木を固定的なものとすれば1段階目のデータ解析は不要になるため、1パス処理が可能である。しかしながら、ハフマン木を固定的にすると、圧縮しようとするデータによっては圧縮率が高くならない場合があり、静的ハフマン圧縮方式を利用するメリットが小さくなる。   On the other hand, the static Huffman compression method compresses the entire data by assigning a short code to a character string with a high appearance frequency and a long code to a character string with a low appearance frequency. Compared to the run-length compression method, The compression rate is high. However, first, a two-stage analysis of creating a Huffman tree (a dictionary for code assignment) by analyzing all occurrences of character strings based on the read data, and compressing the data based on the Huffman tree This process, so-called two-pass processing is necessary (conventionally called “two-pass encoding”). Therefore, when static Huffman compression is performed, pipeline processing cannot be performed, and there is a problem that processing time becomes longer than that of the run length compression method. If the Huffman tree is fixed, the first-stage data analysis is not necessary, and one-pass processing is possible. However, if the Huffman tree is fixed, the compression rate may not increase depending on the data to be compressed, and the merit of using the static Huffman compression method is reduced.

国際公開第2009/069225号International Publication No. 2009/069225

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ランレングス圧縮方式と同様の1パスのパイプライン処理を可能としながら、静的ハフマン圧縮方式と同等の高い圧縮率を実現することができる分析データ処理装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to achieve the same high performance as the static Huffman compression method while enabling one-pass pipeline processing similar to the run-length compression method. An object of the present invention is to provide an analytical data processing apparatus capable of realizing a compression rate.

上記課題を解決するために成された本発明に係る分析データ処理装置の第1の態様は、機器分析により得られた分析データを圧縮する分析データ処理装置であって、
a)圧縮処理対象である一連の分析データが格納される第1の記憶部と、
b)前記第1の記憶部から読み出された分析データに基づいてハフマン木を作成するハフマン木作成部と、
c)前記ハフマン木作成部によるハフマン木の作成の際に前記第1の記憶部から読み出された分析データを一時的に格納する第2の記憶部と、
d)前記ハフマン木作成部で作成されたハフマン木を参照して、前記第2の記憶部から読み出された分析データをハフマン圧縮する圧縮実行部と、
を備えることを特徴としている。
A first aspect of the analytical data processing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is an analytical data processing apparatus that compresses analytical data obtained by instrumental analysis,
a) a first storage unit for storing a series of analysis data to be compressed;
b) a Huffman tree creation unit that creates a Huffman tree based on the analysis data read from the first storage unit;
c) a second storage unit that temporarily stores analysis data read from the first storage unit when the Huffman tree generation unit generates the Huffman tree;
d) a compression execution unit that refers to the Huffman tree created by the Huffman tree creation unit and compresses the analysis data read from the second storage unit;
It is characterized by having.

上記課題を解決するために成された本発明に係る分析データ処理装置の第2の態様は、機器分析により得られた分析データを圧縮する分析データ処理装置であって、
a)圧縮処理対象である一連の分析データが格納される第1の記憶部と、
b)前記第1の記憶部から読み出された分析データをランレングス圧縮する第1の圧縮実行部と、
c)前記第1の圧縮実行部による圧縮後のデータに基づいてハフマン木を作成するハフマン木作成部と、
d)前記ハフマン木作成部によるハフマン木の作成の際に用いられたランレングス圧縮後のデータを一時的に格納する第2の記憶部と、
e)前記ハフマン木作成部で作成されたハフマン木を参照して、前記第2の記憶部から読み出されたランレングス圧縮後のデータをハフマン圧縮する第2の圧縮実行部と、
を備えることを特徴としている。
A second aspect of the analytical data processing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is an analytical data processing apparatus that compresses analytical data obtained by instrument analysis,
a) a first storage unit for storing a series of analysis data to be compressed;
b) a first compression executing unit for run-length compressing the analysis data read from the first storage unit;
c) a Huffman tree creation unit that creates a Huffman tree based on the data compressed by the first compression execution unit;
d) a second storage unit that temporarily stores the run-length compressed data used in creating the Huffman tree by the Huffman tree creation unit;
e) a second compression execution unit that refers to the Huffman tree created by the Huffman tree creation unit and performs Huffman compression on the run-length compressed data read from the second storage unit;
It is characterized by having.

本発明に係る第1の態様の分析データ処理装置において、ハフマン木作成部は、第1の記憶部から読み出された圧縮処理対象である分析データを全て読み込んで圧縮(符号化)の際の辞書となるハフマン木を作成する。このとき同時に、第1の記憶部から読み出された分析データは第1の記憶部とは異なる、具体的にはデータバスやアドレスバスを第1の記憶部と共用しない第2の記憶部に格納される。そして、ハフマン木の作成が終了しハフマン圧縮が可能な状態になると、圧縮実行部は第2の記憶部から順次分析データを読み出し、ハフマン木を参照して符号変換を行うことでデータを圧縮する。   In the analysis data processing device according to the first aspect of the present invention, the Huffman tree creation unit reads all the analysis data to be compressed and read from the first storage unit and performs compression (encoding). Create a Huffman tree to be a dictionary. At the same time, the analysis data read from the first storage unit is different from the first storage unit. Specifically, the analysis data is stored in the second storage unit that does not share the data bus or the address bus with the first storage unit. Stored. When the creation of the Huffman tree is completed and the Huffman compression is possible, the compression execution unit sequentially reads the analysis data from the second storage unit and compresses the data by performing code conversion with reference to the Huffman tree. .

分析データが第1の記憶部から読み出された時点から圧縮されたデータが出力されるまでの所要時間は、ランレングス圧縮を行う場合に比べて、ほぼハフマン木作成処理時間に相当する時間だけ遅延が大きくなるものの、ハフマン圧縮時に第1の記憶部からデータを再度読み出す必要がない。また、第1の記憶部→ハフマン木作成部及び第2の記憶部→ハフマン圧縮部、という実質的に1パスのパイプライン処理が可能である。そのため、ハフマン圧縮を行う際に並行して、第1の記憶部への別の分析データ、例えば後述するような積算処理済みのデータの書き込みを行うことが可能となる。   The time required from the time when the analysis data is read out from the first storage unit until the compressed data is output is approximately the time corresponding to the Huffman tree creation processing time as compared with the case where the run-length compression is performed. Although the delay increases, it is not necessary to read data from the first storage unit again during Huffman compression. Also, one-pass pipeline processing can be performed in the order of the first storage unit → the Huffman tree creation unit and the second storage unit → the Huffman compression unit. Therefore, in parallel with the Huffman compression, it becomes possible to write other analysis data, for example, data that has been subjected to integration processing as described later, to the first storage unit.

本発明に係る第2の態様の分析データ処理装置では、第1の圧縮実行部でランレングス圧縮が行われたあとのデータ、つまりランレングス圧縮後のデータに対しハフマン木作成処理を含む静的ハフマン圧縮がなされるが、ランレングス圧縮は1パスのパイプライン処理が行えるので、これによる処理の待ち時間は無視できる程度である。また、ハフマン圧縮時に第1の記憶部からデータを再度読み出す必要はない。したがって、本発明に係る第2の態様の分析データ処理装置においても上述した第1の態様の分析データ処理装置と同様に、ハフマン圧縮を行う際に並行して、第1の記憶部への別の分析データ、例えば後述するような積算処理済みのデータの書き込みを行うことが可能となる。   In the analysis data processing apparatus according to the second aspect of the present invention, static data including Huffman tree creation processing is performed on data after run-length compression is performed by the first compression execution unit, that is, data after run-length compression. Huffman compression is performed, but run-length compression can perform one-pass pipeline processing, so the processing latency due to this is negligible. Further, it is not necessary to read data from the first storage unit again during Huffman compression. Therefore, in the analysis data processing device according to the second aspect of the present invention, as in the analysis data processing device according to the first aspect described above, when the Huffman compression is performed, the separation to the first storage unit is performed in parallel. This analysis data, for example, data that has been subjected to integration processing as described later, can be written.

なお、第2の態様の分析データ処理装置では、第1の圧縮実行部による圧縮処理をパスする、即ち、第1の態様の分析データ分析装置と同様に、第1の記憶部から読み出された分析データをそのままハフマン木作成部に入力するとともに第2の記憶部に格納することが選択的に行えるように、第1の圧縮実行部によるランレングス圧縮後のデータと第1の記憶部から読み出された分析データとを択一的に選択してハフマン木作成部及び第2の記憶部へと入力する選択部をさらに備える構成としてもよい。ランレングス圧縮では同じ文字列(ビット列)、例えばゼロ信号値が長く続く場合には圧縮率が高くなるから、例えばゼロ信号値が長く続く可能性がある場合にはランレングス圧縮後のデータを、ゼロ信号値が長く続く可能性がない場合には第1の記憶部から読み出されたデータを選択するように選択部でのデータ選択を制御することで、さらに一層圧縮率を高めることが可能となる。   In the analysis data processing device of the second aspect, the compression processing by the first compression execution unit is passed, that is, as with the analysis data analysis device of the first aspect, it is read from the first storage unit. From the first storage unit and the data after the run length compression by the first compression execution unit, the analysis data can be input directly to the Huffman tree creation unit and stored in the second storage unit. It is good also as a structure further provided with the selection part which selects selectively the read analysis data, and inputs it into a Huffman tree preparation part and a 2nd memory | storage part. In run-length compression, the same character string (bit string), for example, when the zero signal value continues for a long time, the compression rate becomes high.For example, when the zero signal value may continue for a long time, the data after run-length compression is When there is no possibility that the zero signal value will last for a long time, it is possible to further increase the compression ratio by controlling the data selection in the selection unit so that the data read from the first storage unit is selected. It becomes.

また本発明に係る第1、第2の態様の分析データ処理装置では、好ましくは、複数回の繰り返し測定で得られた分析データを積算して前記圧縮処理対象である一連の分析データとして前記第1の記憶部に格納する積算処理部、をさらに備える構成とすることができる。
この構成によれば、測定感度が低く測定によって得られた信号値が小さい場合であっても、積算処理によって信号値が大きくなった分析データを圧縮することができる。また、時間的に先行して積算処理された分析データに対してハフマン圧縮が実行されているのと並行して、次に積算処理された分析データを第1の記憶部に書き込む処理を行うことができるので、ハフマン圧縮を実行するための待ち時間を測定やデータ積算の合間に設ける必要がない。
In the analysis data processing device according to the first and second aspects of the present invention, preferably, the analysis data obtained by a plurality of repeated measurements are integrated to obtain the first analysis data as a series of analysis data to be compressed. It can be set as the structure further provided with the integrating | accumulating process part stored in 1 memory | storage part.
According to this configuration, even when the measurement sensitivity is low and the signal value obtained by the measurement is small, the analysis data having the signal value increased by the integration process can be compressed. In addition, in parallel with the Huffman compression being performed on the analysis data subjected to the integration processing in advance in time, the processing for writing the analysis data subjected to the integration processing to the first storage unit is performed next. Therefore, it is not necessary to provide a waiting time for executing the Huffman compression between measurement and data integration.

また、本発明に係る分析データ処理装置は様々な分析装置で得られた分析データに対し適用することが可能であるが、特に、単位時間当たりに得られるデータ量が多い場合に有用である。こうしたことから、本発明に係る分析データ処理装置において、前記一連の分析データは飛行時間型質量分析装置(TOFMS)で得られた所定の時間範囲に亘る飛行時間とイオン強度信号との関係を示すプロファイルデータである構成とするとよい。   The analytical data processing apparatus according to the present invention can be applied to analytical data obtained by various analytical apparatuses, but is particularly useful when the amount of data obtained per unit time is large. Therefore, in the analytical data processing apparatus according to the present invention, the series of analytical data indicates the relationship between the time of flight and the ion intensity signal over a predetermined time range obtained by the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS). A configuration that is profile data is preferable.

また、本発明に係る分析データ処理装置では、前記積算処理部、前記ハフマン木作成部、並びに、前記圧縮実行部又は前記第1及び第2の圧縮実行部は1チップのハードウエア回路に内蔵され、前記第1及び第2の記憶部は、該1チップのハードウエア回路に接続される汎用のメモリである構成とすることができる。1チップのハードウエア回路としては例えばフィールドプログラマブルゲートアレー(FPGA)を用いることができる。また、汎用のメモリとしてはDDR系SDRAMなどの安価なメモリを用いればよい。こうした構成によれば、低廉なコストで以て大量の分析データを1パスのパイプライン処理で圧縮できる回路を実現することができる。   In the analysis data processing apparatus according to the present invention, the integration processing unit, the Huffman tree creation unit, and the compression execution unit or the first and second compression execution units are built in a one-chip hardware circuit. The first and second storage units may be general-purpose memories connected to the one-chip hardware circuit. As a one-chip hardware circuit, for example, a field programmable gate array (FPGA) can be used. Moreover, an inexpensive memory such as a DDR SDRAM may be used as a general-purpose memory. According to such a configuration, it is possible to realize a circuit capable of compressing a large amount of analysis data by one-pass pipeline processing at a low cost.

本発明に係る分析データ処理装置によれば、高い圧縮率での分析データに対するデータ圧縮を、実質的に1パスのパイプライン処理で行うことができる。それにより、圧縮処理の時間を確保するための測定の待ち時間を軽減することができ、測定の時間短縮、測定の効率化を図りながら、データの圧縮率を高めることができる。その結果、例えば、狭い伝送帯域(低ビットレート)の通信路を通してPC等へ分析データを転送することができるほか、PC等において分析データを保存する際の記憶装置の記憶容量を節約することができる。   According to the analysis data processing apparatus of the present invention, data compression on analysis data at a high compression rate can be performed substantially by one-pass pipeline processing. Thereby, the waiting time of measurement for securing the compression processing time can be reduced, and the data compression rate can be increased while reducing the measurement time and increasing the efficiency of the measurement. As a result, for example, the analysis data can be transferred to a PC or the like through a communication path with a narrow transmission band (low bit rate), and the storage capacity of the storage device when saving the analysis data in the PC or the like can be saved. it can.

本発明の一実施例による分析データ処理装置の要部のブロック構成図。The block block diagram of the principal part of the analysis data processing apparatus by one Example of this invention. 本実施例の分析データ処理装置におけるデータ処理動作の説明図。Explanatory drawing of the data processing operation | movement in the analysis data processing apparatus of a present Example. 本実施例の分析データ処理装置と従来のデータ処理装置とのデータ圧縮時のデータ経路の相違を示す概略図。Schematic which shows the difference in the data path | route at the time of the data compression of the analysis data processing apparatus of a present Example, and the conventional data processing apparatus. 一般的なTOFMSの要部の概略構成図。The schematic block diagram of the principal part of general TOFMS.

以下、本発明に係る分析データ処理装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図1は図4に示したTOFMSに利用される本実施例による分析データ処理装置の要部のブロック構成図、図2は本実施例の分析データ処理装置におけるデータ処理動作の説明図である。なお、図1において図4で説明した構成要素と同じものには同じ符号を付している。
Hereinafter, an embodiment of an analysis data processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of the main part of the analytical data processing apparatus according to this embodiment used in the TOFMS shown in FIG. 4, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the data processing operation in the analytical data processing apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the same components as those described in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

本実施例の分析データ処理装置は、1チップのFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレー)2と、二つのDDR系SDRAM3、4と、から成る。DDR系SDRAM3は本発明における第1の記憶部、DDR系SDRAM4は本発明における第2の記憶部に相当する。FPGA2は、ADC値取込部20、積算処理部21、DDRコントローラ22、ランレングス圧縮部23、選択部24、ハフマン木作成部25、DDRコントローラ26、ハフマン圧縮部27、及びタイミング制御信号生成部28を機能ブロックとして含む。ハフマン圧縮部27は本発明における圧縮実行部又は第2の圧縮実行部に相当し、ランレングス圧縮部23は本発明における第1の圧縮実行部に相当する。   The analysis data processing apparatus of the present embodiment comprises a one-chip FPGA (Field Programmable Gate Array) 2 and two DDR SDRAMs 3 and 4. The DDR SDRAM 3 corresponds to the first storage unit in the present invention, and the DDR SDRAM 4 corresponds to the second storage unit in the present invention. The FPGA 2 includes an ADC value acquisition unit 20, an integration processing unit 21, a DDR controller 22, a run length compression unit 23, a selection unit 24, a Huffman tree creation unit 25, a DDR controller 26, a Huffman compression unit 27, and a timing control signal generation unit. 28 is included as a functional block. The Huffman compression unit 27 corresponds to the compression execution unit or the second compression execution unit in the present invention, and the run length compression unit 23 corresponds to the first compression execution unit in the present invention.

ADC値取込部20には、ADC15でデジタル値に変換されたデータ(飛行時間スペクトルを示すプロファイルデータ)が順次入力される。TOFMSの1回の測定によって、図2に示すような所定の時間範囲に亘る一つの飛行時間スペクトルを示すプロファイルデータ(ローデータ)が得られる。測定の繰り返しによって上記プロファイルデータが次々に得られる。タイミング制御信号生成部28から与えられるタイミング制御信号により、ADC値取込部20はADC15において変換されたデジタル値をトリガ信号に同期したタイミングで順次取り込む。   Data (profile data indicating a time-of-flight spectrum) converted into a digital value by the ADC 15 is sequentially input to the ADC value capturing unit 20. Profile data (low data) indicating one time-of-flight spectrum over a predetermined time range as shown in FIG. 2 is obtained by one measurement of TOFMS. The profile data is obtained one after another by repeating the measurement. Based on the timing control signal provided from the timing control signal generation unit 28, the ADC value capturing unit 20 sequentially captures the digital value converted in the ADC 15 at a timing synchronized with the trigger signal.

積算処理部21は少なくとも1回の測定で得られるプロファイルデータを一次的に格納可能である内部メモリを備えており、該内部メモリから読み出した積算途中のプロファイルデータのデータ値とADC値取込部20から新たに入力されたプロファイルデータのデータ値とを飛行時間毎に加算して内部メモリに上書きする。これを連続したN回(Nは2以上の整数)の測定について繰り返すことで、N回の連続的な測定に対する積算済みプロファイルデータが得られる。N回の連続的な測定毎に、この積算済みプロファイルデータはDDRコントローラ22を介してDDR系SDRAM3に書き込まれる。換言すれば、ハフマン木作成の際に、積算済みプロファイルデータはDDR系SDRAM3からDDR系SDRAM4へと転送される。   The integration processing unit 21 includes an internal memory capable of temporarily storing profile data obtained by at least one measurement. The data value of the profile data being integrated read out from the internal memory and the ADC value capturing unit. The data value of profile data newly input from 20 is added for each flight time and overwritten in the internal memory. By repeating this for N consecutive measurements (N is an integer of 2 or more), integrated profile data for N consecutive measurements can be obtained. The integrated profile data is written to the DDR SDRAM 3 via the DDR controller 22 every N consecutive measurements. In other words, the accumulated profile data is transferred from the DDR SDRAM 3 to the DDR SDRAM 4 when the Huffman tree is created.

いま、選択部24は図1中のAを選択するように設定されているものとする。上述したようにDDR系SDRAM3に積算済みプロファイルデータが格納されると、次にDDRコントローラ22はその積算済みプロファイルデータを順次読み出す。この積算済みプロファイルデータは選択部24を介してハフマン木作成部25に入力されると同時に、DDRコントローラ26を介してDDR系SDRAM4に格納される。ハフマン木作成部25は、入力されたプロファイルデータの各サンプルをデータ値毎に分けてヒストグラムメモリに格納することによって符号出現頻度を調べ、その結果に基づいてハフマン木を作成する。ハフマン木を作成するには読み出された積算済みのプロファイルデータの全てが必要であり、その全てのデータがハフマン木作成部25に読み込まれてから所定の処理時間経過後にハフマン木が完成する。ただし、ハフマン木作成に要する処理時間は1回の測定時間に比べれば十分に短いので、処理待ちの時間は実質的に問題とならない。   It is assumed that the selection unit 24 is set to select A in FIG. When the accumulated profile data is stored in the DDR SDRAM 3 as described above, the DDR controller 22 then sequentially reads the accumulated profile data. The accumulated profile data is input to the Huffman tree creation unit 25 via the selection unit 24 and is simultaneously stored in the DDR SDRAM 4 via the DDR controller 26. The Huffman tree creation unit 25 examines the code appearance frequency by dividing each sample of the input profile data for each data value and storing it in the histogram memory, and creates a Huffman tree based on the result. In order to create a Huffman tree, all the read profile data that has been read out is necessary, and after all the data has been read into the Huffman tree creation unit 25, the Huffman tree is completed. However, since the processing time required for creating the Huffman tree is sufficiently short compared to one measurement time, the waiting time for processing does not substantially matter.

ハフマン圧縮のための辞書となるハフマン木が作成され、積算済みプロファイルデータがDDR系SDRAM4に格納されたならば引き続いて、ハフマン圧縮部27はDDRコントローラ26を介してDDR系SDRAM4からプロファイルデータを順番に読み出し、先に作成されたハフマン木を参照して一つのデータ値をハフマン符号に変換することでハフマン圧縮を実行する。これにより、積算済みプロファイルデータは圧縮データに変換され、データ量が減る。或る一連の、つまりはN回の連続的な測定に対応した積算済みプロファイルデータに基づくハフマン木は該データに対する圧縮開始時点ではすでに用意されているので、ハフマン圧縮部27は該ハフマン木の法則に従って、DDR系SDRAM4から読み出された順に積算済みプロファイルデータをパイプライン処理的に圧縮することができる。そして、圧縮後のプロファイルデータは通信路101を通してデータ処理用PC100に転送される。   If a Huffman tree serving as a dictionary for Huffman compression is created and the accumulated profile data is stored in the DDR SDRAM 4, the Huffman compression unit 27 sequentially transmits the profile data from the DDR SDRAM 4 via the DDR controller 26. Huffman compression is performed by referring to the previously created Huffman tree and converting one data value into a Huffman code. As a result, the accumulated profile data is converted into compressed data, and the data amount is reduced. Since the Huffman tree based on the accumulated profile data corresponding to a series of, that is, N consecutive measurements, is already prepared at the time of starting compression on the data, the Huffman compression unit 27 uses the law of the Huffman tree. Accordingly, the accumulated profile data can be compressed in a pipeline process in the order read from the DDR SDRAM 4. The compressed profile data is transferred to the data processing PC 100 through the communication path 101.

一方、選択部24が図1中のBを選択するように設定されている場合には次のような動作となる。
DDR系SDRAM3に格納されている積算済みプロファイルデータは、時系列順にDDRコントローラ22を介して読み出されランレングス圧縮部23に入力される。ランレングス圧縮部23は入力されたデータのデータ値を順に識別しながらランレングス圧縮する。即ち、同じデータ値の連続数を計数し、そのデータ値と連続数とがランレングス圧縮後のデータとして出力される。このランレングス圧縮後のデータが選択部24を介してハフマン木作成部25に入力される。またこれと同時に、該ランレングス圧縮後のデータはDDRコントローラ26を介してDDR系SDRAM4に格納される。
On the other hand, when the selection unit 24 is set to select B in FIG. 1, the following operation is performed.
The accumulated profile data stored in the DDR SDRAM 3 is read out via the DDR controller 22 in time series order and input to the run-length compression unit 23. The run-length compression unit 23 performs run-length compression while sequentially identifying the data values of the input data. That is, the continuous number of the same data value is counted, and the data value and the continuous number are output as data after run length compression. The data after the run length compression is input to the Huffman tree creation unit 25 via the selection unit 24. At the same time, the data after the run length compression is stored in the DDR SDRAM 4 via the DDR controller 26.

それ以降のハフマン木作成やそのハフマン木を利用したハフマン圧縮は上記説明と同じである。この場合には、ランレングス圧縮後のデータに対しハフマン圧縮が行われるから、通常、単にハフマン圧縮を行う場合に比べて圧縮率は高くなる。ランレングス圧縮では同じデータ値、典型的にはゼロ値(例えば1サンプルが16ビット長である場合には、HEX表示で「0000」)が長く連続する場合に、高い圧縮率が達成される。そのため、データ値が所定閾値以下である場合に該データ値はベースラインに乗ったノイズであるとみなしてベースライン値(典型的にはゼロ値)に置き換える処理を行うような場合、ベースライン値である時間範囲又はベースライン値を含む時間範囲とベースライン値でない時間範囲又はベースライン値を含まない時間範囲とを予め区分して、前者ではAを選択し後者ではBを選択するように選択部24を切り替えれば、ハフマン圧縮のみを利用する場合に比べてより高い圧縮率を達成することができる。   Subsequent Huffman tree creation and Huffman compression using the Huffman tree are the same as described above. In this case, since the Huffman compression is performed on the data after the run length compression, the compression rate is usually higher than that in the case of simply performing the Huffman compression. In run-length compression, a high compression ratio is achieved when the same data value, typically a zero value (eg, “0000” in the HEX display if one sample is 16 bits long) continues long. Therefore, when the data value is equal to or less than the predetermined threshold value, the data value is regarded as noise on the baseline, and the processing is performed to replace the baseline value (typically zero value). A time range that includes the time range or baseline value and a time range that does not include the baseline value or a time range that does not include the baseline value are divided in advance, and A is selected for the former and B is selected for the latter. If the unit 24 is switched, a higher compression ratio can be achieved as compared with the case where only the Huffman compression is used.

図3は、本実施例の分析データ処理装置とハフマン圧縮を利用した従来のデータ処理装置とのデータ圧縮時のデータ経路の相違を示す概略図である。図3(a)に示すように、本実施例のデータ処理装置では、DDR系SDRAM3から読み出された分析データはハフマン木作成部25とDDR系SDRAM4とに並行して入力され、さらにハフマン木作成部25で作成されたハフマン木とDDR系SDRAM4から読み出された分析データとがハフマン圧縮部27に入力されて処理される。選択部24でBが選択される場合には、図中の点線の位置にランレングス圧縮部23が挿入されるだけである。この図に示すように、本実施例の分析データ処理装置では、ハフマン木作成部25での処理終了を待つ必要はあるものの、実質的に1パス処理が行われ、読み込んだデータを順送りで処理するパイプライン処理が可能である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a difference in data path during data compression between the analysis data processing apparatus of this embodiment and a conventional data processing apparatus using Huffman compression. As shown in FIG. 3A, in the data processing apparatus of the present embodiment, the analysis data read from the DDR SDRAM 3 is input in parallel to the Huffman tree creation unit 25 and the DDR SDRAM 4 and further the Huffman tree. The Huffman tree created by the creation unit 25 and the analysis data read from the DDR SDRAM 4 are input to the Huffman compression unit 27 and processed. When B is selected by the selection unit 24, the run length compression unit 23 is only inserted at the position of the dotted line in the figure. As shown in this figure, in the analysis data processing apparatus of the present embodiment, although it is necessary to wait for the process to be completed in the Huffman tree creation unit 25, one pass process is substantially performed, and the read data is processed in order. Pipeline processing is possible.

これに対し、図3(b)に示すように、従来の分析データ処理装置では、まずハフマン木作成部25はDDR系SDRAM3から読み出した分析データを用いてハフマン木を作成し、次にハフマン圧縮部27が、該ハフマン木を参照しつつ、DDR系SDRAM3から読み出した分析データを変換する圧縮処理を実施する、という2段階の処理が必要である。即ち、この処理は図中に[1]、[2]で示した2パス処理である。この場合、ハフマン圧縮が終了するまでDDR系SDRAM3に積算済みプロファイルデータを書き込むことができないため、N回の測定を実行する毎に長いアイドル時間が測定に生じることになる。また、プロファイル長(換言すれば飛行時間範囲の長さ)が長いほどこのアイドル時間は増大する。上述したように、本実施例の分析データ処理装置では、こうしたアイドル時間が殆どないため、測定を効率良く行うことができ測定のスループットを高くすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the conventional analysis data processing apparatus, the Huffman tree creation unit 25 first creates a Huffman tree using the analysis data read from the DDR SDRAM 3, and then Huffman compression. A two-stage process is required in which the unit 27 performs a compression process for converting the analysis data read from the DDR SDRAM 3 while referring to the Huffman tree. That is, this process is a two-pass process indicated by [1] and [2] in the drawing. In this case, since the accumulated profile data cannot be written to the DDR SDRAM 3 until the Huffman compression is completed, a long idle time is generated every time N measurements are performed. In addition, the idle time increases as the profile length (in other words, the length of the flight time range) is longer. As described above, the analysis data processing apparatus of the present embodiment has almost no such idle time, so that the measurement can be performed efficiently and the measurement throughput can be increased.

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば上記実施例は本発明をTOFMSで得られたデータの処理に利用したものであるが、本発明はTOFMS以外の様々な分析装置で得られたデータの処理に適用することができる。   It should be noted that the above embodiment is an example of the present invention, and it is obvious that any modification, correction, or addition as appropriate within the scope of the present invention is included in the scope of the claims of the present application. For example, although the above embodiment uses the present invention for processing data obtained by TOFMS, the present invention can be applied to processing of data obtained by various analyzers other than TOFMS.

1…分析装置本体
2…FPGA
100…データ処理用PC
101…通信路
13…検出器
14…増幅器
15…ADC
20…ADC値取込部
21…積算処理部
22、26…DDRコントローラ
23…ランレングス圧縮部
24…選択部
25…ハフマン木作成部
27…ハフマン圧縮部
28…タイミング制御信号生成部
3、4…DDR系SDRAM
1 ... Analyzer 2 ... FPGA
100: PC for data processing
101 ... Communication path 13 ... Detector 14 ... Amplifier 15 ... ADC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... ADC value taking-in part 21 ... Integration processing part 22, 26 ... DDR controller 23 ... Run length compression part 24 ... Selection part 25 ... Huffman tree preparation part 27 ... Huffman compression part 28 ... Timing control signal generation part 3, 4, ... DDR SDRAM

Claims (6)

機器分析により得られた分析データを圧縮する分析データ処理装置であって、
a)圧縮処理対象である一連の分析データが格納される第1の記憶部と、
b)前記第1の記憶部から読み出された分析データに基づいてハフマン木を作成するハフマン木作成部と、
c)前記ハフマン木作成部によるハフマン木の作成の際に前記第1の記憶部から読み出された分析データを一時的に格納する第2の記憶部と、
d)前記ハフマン木作成部で作成されたハフマン木を参照して、前記第2の記憶部から読み出された分析データをハフマン圧縮する圧縮実行部と、
を備えることを特徴とする分析データ処理装置。
An analytical data processing device for compressing analytical data obtained by instrumental analysis,
a) a first storage unit for storing a series of analysis data to be compressed;
b) a Huffman tree creation unit that creates a Huffman tree based on the analysis data read from the first storage unit;
c) a second storage unit that temporarily stores analysis data read from the first storage unit when the Huffman tree generation unit generates the Huffman tree;
d) a compression execution unit that refers to the Huffman tree created by the Huffman tree creation unit and compresses the analysis data read from the second storage unit;
An analysis data processing apparatus comprising:
機器分析により得られた分析データを圧縮する分析データ処理装置であって、
a)圧縮処理対象である一連の分析データが格納される第1の記憶部と、
b)前記第1の記憶部から読み出された分析データをランレングス圧縮する第1の圧縮実行部と、
c)前記第1の圧縮実行部による圧縮後のデータに基づいてハフマン木を作成するハフマン木作成部と、
d)前記ハフマン木作成部によるハフマン木の作成の際に用いられたランレングス圧縮後のデータを一時的に格納する第2の記憶部と、
e)前記ハフマン木作成部で作成されたハフマン木を参照して、前記第2の記憶部から読み出されたランレングス圧縮後のデータをハフマン圧縮する第2の圧縮実行部と、
を備えることを特徴とする分析データ処理装置。
An analytical data processing device for compressing analytical data obtained by instrumental analysis,
a) a first storage unit for storing a series of analysis data to be compressed;
b) a first compression executing unit for run-length compressing the analysis data read from the first storage unit;
c) a Huffman tree creation unit that creates a Huffman tree based on the data compressed by the first compression execution unit;
d) a second storage unit that temporarily stores the run-length compressed data used in creating the Huffman tree by the Huffman tree creation unit;
e) a second compression execution unit that refers to the Huffman tree created by the Huffman tree creation unit and performs Huffman compression on the run-length compressed data read from the second storage unit;
An analysis data processing apparatus comprising:
請求項2に記載の分析データ処理装置であって、
前記第1の圧縮実行部によるランレングス圧縮後のデータと前記第1の記憶部から読み出された分析データとを択一的に選択して前記ハフマン木作成部及び前記第2の記憶部へと入力する選択部をさらに備えることを特徴とする分析データ処理装置。
The analysis data processing device according to claim 2,
The data after run-length compression by the first compression execution unit and the analysis data read from the first storage unit are alternatively selected to the Huffman tree creation unit and the second storage unit. An analysis data processing apparatus, further comprising a selection unit for inputting.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の分析データ処理装置であって、
複数回の繰り返し測定で得られた分析データを積算して前記圧縮処理対象である一連の分析データとして前記第1の記憶部に格納する積算処理部、をさらに備えることを特徴とする分析データ処理装置。
The analysis data processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
An analysis data process, further comprising: an integration processing unit that integrates analysis data obtained by a plurality of repeated measurements and stores the data in the first storage unit as a series of analysis data to be compressed. apparatus.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の分析データ処理装置であって、
前記積算処理部、前記ハフマン木作成部、並びに、前記圧縮実行部又は前記第1及び第2の圧縮実行部は1チップのハードウエア回路に内蔵され、前記第1及び第2の記憶部は、該1チップのハードウエア回路に接続される汎用のメモリであることを特徴とする分析データ処理装置。
The analytical data processing device according to any one of claims 1 to 4,
The integration processing unit, the Huffman tree creation unit, and the compression execution unit or the first and second compression execution units are built in a one-chip hardware circuit, and the first and second storage units are An analysis data processing apparatus, which is a general-purpose memory connected to the one-chip hardware circuit.
請求項5に記載の分析データ処理装置であって、
前記一連の分析データは飛行時間型質量分析装置で得られた所定の時間範囲に亘る飛行時間とイオン強度信号との関係を示すプロファイルデータであることを特徴とする分析データ処理装置。
The analysis data processing device according to claim 5,
The analysis data processing apparatus, wherein the series of analysis data is profile data indicating a relationship between a flight time and an ion intensity signal over a predetermined time range obtained by a time-of-flight mass spectrometer.
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