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公開番号
2025079693
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-05-22
出願番号
2023192534
出願日
2023-11-10
発明の名称
データ圧縮装置、データ解凍装置、データ圧縮及び解凍システム、データ圧縮方法、及びデータ解凍方法
出願人
国立大学法人 筑波大学
代理人
弁理士法人秀和特許事務所
主分類
H03M
7/42 20060101AFI20250515BHJP(基本電子回路)
要約
【課題】1又は2以上のシンボルをそのビット数以下のビット列に圧縮し、それを元の複数の連続するシンボル列に復元可能とする。
【解決手段】データ圧縮装置は、オリジナルシンボル列が流れる第1のパイプラインと、夫々テーブルを有する第1及び第2の圧縮部と、調整部と、出力部とを備える。第1及び第2の圧縮部は、オリジナルシンボル列をテーブル検索によって圧縮シンボルに変換し、圧縮シンボルは第2のパイプラインに送出され、出力部は、第1のパイプラインからのオリジナルシンボルと第2のパイプラインからの圧縮シンボルとの一方を選択して出力可能であり、調整部は、出力部による選択の調整を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲
【請求項1】
複数のステージを有し、オリジナルシンボル列をなす複数のオリジナルシンボルの夫々が入力順を保ったまま、所定のサイクルで次のステージにシフト可能な第1のパイプラインと、
オリジナルシンボルが圧縮された圧縮シンボルが前記第1のパイブラインを流れるオリジナルシンボルと同期をとって次のステージにシフトする第2のパイプラインと、
前記複数のステージの最初の段又は前段に配置された第1の圧縮部と、
前記第1の圧縮部の後段にあるステージに配置された1又は2以上の第2の圧縮部と、
前記1又は2以上の第2の圧縮部の後段にある2以上のステージに配置された調整部と、
前記調整部の後段に配置された出力部と、含み、
前記第1の圧縮部は、
夫々に1つのシンボルが登録される所定数のエントリを有する第1のテーブルを有し、
所定のタイミングで1つずつ前記第1のパイプラインに入力される前記複数のオリジナルシンボルの夫々を検索対象として前記第1のテーブルから検索することと、
前記第1のテーブルから同一のオリジナルシンボルが見つかった場合には、そのオリジナルシンボルを前記圧縮シンボルに変換することと、
前記第1のテーブルの検索によって得られた圧縮シンボル及びその圧縮情報が得られた位置を示す位置情報を前記第2のパイプラインに出力することと、
前記第1のテーブルの検索ごとに、検索対象のオリジナルシンボルの登録を含む前記第1のテーブルの更新を行うことと、を実行し、
前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、
2以上のシンボルが登録される前記所定数のエントリを有する第2のテーブルと、
前段からオリジナルシンボルを取り込む第1のラッチと、
前記圧縮シンボル及び前記位置情報を取り込み可能な第2のラッチと、
前記第1のラッチに取り込まれた所定数のオリジナルシンボルを保持可能なレジスタとを含み、
前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、各サイクルにおいて、
前記第2のラッチに対する制御指示に従って前記第2のラッチの保持内容又は状態を制御することと、
前記レジスタに前記所定数のオリジナルシンボルが記憶された場合に、前記所定数のオリジナルシンボルからなるシンボル列を検索対象として前記第2のテーブルから検索することと、
前記検索対象のシンボル列が見つかった場合に、前記検索対象のシンボル列を圧縮シンボルに変換することと、
前記第2のテーブルの検索によって得られた圧縮シンボル及びその位置情報を出力することと、
前記第2のテーブルの検索が行われた場合に、前記検索対象のシンボル列の登録を含む前記第2のテーブルの登録内容を更新することと、を実行し、
前記1又は2以上の第2の圧縮部が備える前記第2のテーブルに登録される2以上のシンボルの数は、第2の圧縮部の数が1である場合、第1のテーブルに登録されるシンボル数に所定のオフセット数を加えた数であり、第2の圧縮部の数が2以上である場合、ステージが進むごとに、所定のオフセット数だけ増加する、又は、前記所定のオフセット数だけ減少する状態となっており、
前記調整部は、
少なくとも、前記1又は2以上の第2の圧縮部の中で最終段に位置する第2の圧縮部が有する第2のテーブルの各エントリに登録されるシンボル数以上の段数の各ステージに配置された前記第1のラッチ及び前記第2のラッチを有し、
各サイクルにおいて、前記制御指示に従って前記調整部が有する前記第2のラッチの夫
々の保持内容又は状態を制御し、
前記出力部は、
前記複数のステージの最終ステージに配置された前記調整部が有する前記第1のラッチ及び前記第2のラッチのそれぞれの保持内容及び状態に応じて、前記オリジナルシンボル及び非圧縮を示す情報、又は前記圧縮シンボル及び前記位置情報を出力する
データ圧縮装置。
続きを表示(約 2,000 文字)
【請求項2】
前記制御指示が、前サイクルにおける前記1又は2以上の第2の圧縮部におけるテーブル検索のヒット又はミスの状態に応じた前記第2のラッチの夫々の制御パターンを有する請求項1に記載のデータ圧縮装置。
【請求項3】
前記1又は2以上の第2の圧縮部が備える前記第2のテーブルに登録される2以上のシンボルの数が、ステージが進むごとに、所定のオフセット数だけ増加する状態となっている場合において、前記1又は2以上の第2の圧縮部及び前記調整部に備えられた前記第2のラッチの夫々に対する前記制御指示は、以下の(1)から(4)のいずれかである:
(1)直前のステージから前記第2のパイプラインを流れる圧縮シンボル及びその位置情報を前記第2のラッチに取り込む;
(2)直前のステージにある前記第2の圧縮部にて得られた圧縮シンボル及びその位置情報を前記第2のラッチに取り込む:
(3)前記第2のラッチを無効化状態にする;又は
(4)直前のステージにある前記第1の圧縮部で得られた圧縮シンボルが有効であれば、その内容を前記第2のラッチに設定し、そうでなければそのサイクルにおける前記第2のラッチを空にする
請求項1に記載のデータ圧縮装置。
【請求項4】
前記1又は2以上の第2の圧縮部が備える前記第2のテーブルに登録される2以上のシンボルの数が、ステージが進むごとに、所定のオフセット数だけ減少する状態となっている場合において、前記1又は2以上の第2の圧縮部及び前記調整部に備えられた各第2のラッチに対する前記制御指示は、以下の(1)から(3)のいずれかである:
(1)直前のステージから前記第2のパイプラインを流れる圧縮シンボル及びその位置情報を前記第2のラッチに取り込む;
(2)直前のステージにある前記第2の圧縮部にて得られた圧縮シンボル及びその位置情報を前記第2のラッチに取り込む:又は
(3)前記第2のラッチを無効化状態にする
請求項1に記載のデータ圧縮装置。
【請求項5】
各サイクルにおいて、前記1又は2以上の第2の圧縮部が有する前記第2のテーブルのテーブル検索のヒット又はミスの状況に応じた制御指示に従って、前記1又は2以上の第2の圧縮部及び前記調整部に備えられた第1のラッチのうち、次のサイクルで無効化する第1のラッチが決定される、
請求項4に記載のデータ圧縮装置。
【請求項6】
2以上の第2の圧縮部がある場合に、2段目以降における第2の圧縮部は、自身の有する第2のテーブルの検索結果がヒットとなった場合に、3段目以降にある第2の圧縮部が有する第2のラッチと、前記調整部が有する第2のラッチのうち最終ステージに位置する第2のラッチを除いた第2のラッチの少なくとも一つに前記1又は2以上の第2の圧縮部のいずれかで得られた圧縮シンボルが保持されている場合には、ヒットとの検索結果をミスに変更する
請求項1に記載のデータ圧縮装置。
【請求項7】
前記圧縮シンボルは、検索対象のシンボル又はシンボル列が登録されたエントリのインデックスであり、
前記インデックスのサイズは、前記検索対象のシンボル又は前記シンボル列のサイズ以下である
請求項1に記載のデータ圧縮装置。
【請求項8】
前記第1の圧縮部及び前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、自身が有する前記第1のテーブル又は前記第2のテーブルにおける使用中のエントリの数kを用いて、エントロピー値mを以下の計算式より求め、前記圧縮シンボルのビット数を前記圧縮シンボルの値が維持される状態でmビット削減する
計算式:m=ceil(log
2
k)
請求項7に記載のデータ圧縮装置。
【請求項9】
前記第1の圧縮部及び前記1又は2以上の第2の圧縮部の少なくとも一つは、自身が有する前記第1のテーブル又は前記第2のテーブルを用いたテーブル検索の結果がヒットとなった回数が所定数に達した場合に、使用中の所定のエントリの登録内容を削除する
請求項1又は8に記載のデータ圧縮装置。
【請求項10】
前記第1の圧縮部及び前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、自身が有する前記第1のテーブル又は前記第2のテーブルを用いたテーブル検索の結果がヒットとなった場合に、ヒットしたシンボル又はシンボル列が登録されたエントリの位置を、そのエントリからの距離が所定範囲内にある使用中のエントリの位置と交換する
請求項1に記載のデータ圧縮装置。
(【請求項11】以降は省略されています)
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、データ圧縮装置、データ解凍装置、データ圧縮及び解凍システム、データ圧縮方法、及びデータ解凍方法に関する。
続きを表示(約 7,200 文字)
【背景技術】
【0002】
従来、入力されたシンボルが複数のエントリを有する第1テーブルに未登録の場合に、複数のエントリのうちの所定のエントリに前記シンボルを登録するとともに、非圧縮を示す指標データと前記シンボルとを出力する処理と、シンボルが前記テーブルに登録済みの場合に、圧縮を示す指標データと、シンボルが登録されているエントリの位置を示すとともに前記シンボルのサイズより小さいサイズを有する位置情報とを出力する処理と、複数のエントリの使用状況に応じて位置情報のサイズを変更する処理とを行う圧縮装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014-236449号公報
特開2016-184830号公報
特開2020-184672号公報
【非特許文献】
【0004】
Koichi Marumo, Shinichi Yamagiwa, Ryuta Morita, Hiroshi Sakamoto. Lazy Management for Frequency Table on Hardware-Based Stream Lossless Data Compression, Information, 63, (2016-10-31), DOI:10.3390/info7040063
Shinichi Yamagiwa, Hiroshi Sakamoto. A reconfigurable stream compression hardware based on static symbol-lookup table, 2013 IEEE International Conference on Big Data, (2013-10-06), DOI:10.1109/bigdata,2013.6691702
Shinichi Yamagiwa, Eisaku Hayakawa, Koichi Marumo, Stream-Based Lossless Data Compression Applying Adaptive Entropy Coding for Hardware-Based Implementation, Algorithms, 159, (2020-06-30), DOI:10.3390/a13070159
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、1又は2以上のシンボルをそのビット数以下のビット列に圧縮可能なデータ圧縮装置、圧縮によって得られたビット列を元に戻すことが可能なデータ解凍装置、データ圧縮及び解凍システム、データ圧縮方法、及びデータ解凍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】
【0006】
本開示の態様の一つは、複数のステージを有し、オリジナルシンボル列をなす複数のオリジナルシンボルの夫々が入力順を保ったまま、所定のサイクルで次のステージにシフトする第1のパイプラインと、
オリジナルシンボルが圧縮された圧縮シンボルが前記第1のパイブラインを流れるオリジナルシンボルと同期をとって次のステージにシフトする第2のパイプラインと、
前記複数のステージの最初の段又は前段に配置される第1の圧縮部と、
前記第1の圧縮部の後段にあるステージに配置された1又は2以上の第2の圧縮部と、
前記第2の圧縮部の後段にある2以上のステージに配置された調整部と、
前記調整部の後段に配置された出力部と、含み、
前記第1の圧縮部は、
夫々に1つのシンボルが登録される所定数のエントリを有する第1のテーブルを有し、
所定のタイミングで1つずつ前記第1のパイプラインに入力される前記複数のオリジナルシンボルの夫々を検索対象として前記第1のテーブルから検索することと、
前記第1のテーブルから同一のオリジナルシンボルが見つかった場合には、そのオリジナルシンボルを前記圧縮シンボルに変換することと、
前記第1のテーブルの検索によって得られた圧縮シンボル及びその圧縮情報が得られた位置を示す位置情報を出力することと、
前記第1のテーブルの検索ごとに、検索対象のオリジナルシンボルの登録を含む前記第1のテーブルの更新を行うことと、を実行し、
前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、
2以上のシンボルが登録される前記所定数のエントリを有する第2のテーブルと、
前段からオリジナルシンボルを取り込む第1のラッチと、
圧縮シンボル及びその圧縮シンボルの圧縮位置を示す位置情報を取り込み可能な第2のラッチと、
前記第1のラッチに取り込まれた連続する所定数のオリジナルシンボルを保持可能なレジスタとを含み、
前記1又は2以上の第2の圧縮部の夫々は、各サイクルにおいて、
第2のラッチの制御指示に従って前記第2のラッチの保持内容又は状態を制御することと、
前記レジスタに前記所定数のオリジナルシンボルが記憶された場合に、前記所定数のオリジナルシンボルからなるシンボル列を検索対象として前記第2のテーブルから検索することと、
前記検索対象のシンボル列が見つかった場合に、前記検索対象のシンボル列を前記圧縮シンボルに変換することと、
前記第2のテーブルの検索によって得られた圧縮シンボル及びその位置情報を出力することと、
前記第2のテーブルの検索が行われた場合に、前記第2のテーブルの登録内容を更新することと、を実行し、
前記1又は2以上の第2の圧縮部が備える前記第2のテーブルに登録される2以上のシンボルの数は、第2の圧縮部の数が1である場合、第1のテーブルに登録されるシンボル数に所定のオフセット数を加えた数であり、第2の圧縮部の数が2以上である場合、ステージが進むごとに、所定のオフセット数だけ増加する、又は前記所定のオフセット数だけ減少する状態となっており、
前記調整部は、
少なくとも、前記1又は2以上の第2の圧縮部の中で最終段に位置する第2の圧縮部が有する第2のテーブルの各エントリに登録されるシンボル数以上の段数の各ステージに配置された前記第1のラッチ及び前記第2のラッチを有し、
各サイクルにおいて、前記制御指示に従って前記調整部が有する前記第2のラッチの夫々が保持する内容を制御し、
前記出力部は、
前記複数のステージの最終ステージに配置された前記調整部が有する前記第1のラッチ及び前記第2のラッチのそれぞれの保持内容に応じて、前記オリジナルシンボル及び非圧縮を示す情報、又は前記圧縮シンボル及び前記位置情報を出力する
データ圧縮装置である。
【0007】
また、本開示の他の態様は、オリジナルシンボル及び非圧縮を示す情報のペア、又は1又は2以上のオリジナルシンボルが圧縮された圧縮シンボルとこの圧縮シンボルが得られた位置を示す位置情報とのペアが入力される解凍装置であって、
前記圧縮シンボルが流れる第1のバスと、
前記オリジナルシンボルが流れる第2のバスと、
圧縮シンボルに圧縮されるオリジナルシンボルの最大数に等しい数の複数の解凍部とを含み、
前記1又は2以上の解凍部の夫々は、
複数のエントリを有し、各エントリに登録されるシンボル数が、前記複数の解凍部間で異なる状態で、1から前記最大数の中から選ばれた1つであるテーブルと、
第1のレジスタと、
第2のレジスタとを備え、
前記非圧縮情報に基づいてペアをなすオリジナルシンボルが前記第2のバスに送出された場合に、そのオリジナルシンボルを前記第1のレジスタに登録し、
前記レジスタに保持されたオリジナルシンボルの数が前記各エントリに登録されるシンボル数に達した場合に、前記レジスタに保持された1又は2以上のオリジナルシンボルを前記テーブルの所定のエントリに登録し、
前記位置情報に基づいてペアをなす圧縮シンボルが前記第1のバスに送出された場合において、前記位置情報が自身を指定する場合に、前記第1のバスを流れる前記圧縮シンボルを前記テーブルのインデックスとして用いてエントリを特定し、特定したエントリに登録されている1又は2以上のオリジナルシンボルを前記第2のレジスタに保持させ、前記第2のレジスタに保持された1又は2以上のオリジナルシンボルを前記第1のレジスタへの登録順で1つずつ前記第2のバスに送出し、
前記位置情報によって指定されなかった解凍部は、指定された解凍部から送出されたオリジナルシンボルを前記第1のレジスタに登録し、
前記第2のバスに送出されたオリジナルシンボルが前記解凍装置の出力となる
データ解凍装置である。
【0008】
本開示の態様は、上述したデータ圧縮装置及びデータ解凍装置を含むデータ圧縮及び解凍システム、データ圧縮装置及びデータ解凍装置の夫々と同等の特徴を有するデータ圧縮方法及びデータ解凍方法を含む。また、コンピュータをデータ圧縮装置又はデータ解凍装置として動作させるコンピュータプログラム、及び当該プログラムを記録した非一時的記憶媒体も本開示の態様に含まれる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、1又は2以上のシンボルをそのビット数以下のビット列に圧縮することができる。また、本開示によれば、圧縮によって得られたビット列を元に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、圧縮装置の構成例を示す図である。
図2は、圧縮装置の構成例を示す図である。
図3は、圧縮部10の構成例を示す図である。
図4は、圧縮部10の処理例を示すフローチャートである。
図5は、圧縮部20の構成例を示す図である。
図6は、圧縮部20の処理例を示すフローチャートである。
図7は、テーブル操作の説明図である。
図8は、ラッチ調整部の構成例を示す図である。
図9は、ラッチ調整部の処理例を示すフローチャートである。
図10は、出力部の構成例を示す図である。
図11は、出力部の処理例を示すフローチャートである。
図12は、グローバルラッチ制御部の説明図である。
図13は、各テーブルのヒット/ミスのパターンと、制御信号のパターンとを示す表である。
図14は、ラッチ制御におけるコンフリクト(衝突)の解消の説明図である。
図15は、コンフリクトを解消する処理例を示すフローチャートである。
図16は、グローバルラッチ制御部50の処理例を示すフローチャートである。
図17は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図18は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図19は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図20は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図21は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図22は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図23は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図24は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図25は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図26は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図27は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図28は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図29は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図30は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図31は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図32は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図33は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図34は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図35は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図36は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図37は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図38は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図39は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図40は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図41は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図42は、圧縮装置の動作例の説明図である。
図43は、解凍装置の構成例を示す図である。
図44は、解凍部の処理例を示すフローチャートである。
図45は、解凍装置の動作例を示す図である。
図46は、解凍装置の動作例を示す図である。
図47は、解凍装置の動作例を示す図である。
図48は、解凍装置の動作例を示す図である。
図49は、解凍装置の動作例を示す図である。
図50は、解凍装置の動作例を示す図である。
図51は、解凍装置の動作例を示す図である。
図52は、解凍装置の動作例を示す図である。
図53は、解凍装置の動作例を示す図である。
図54は、解凍装置の動作例を示す図である。
図55は、解凍装置の動作例を示す図である。
図56は、解凍装置の動作例を示す図である。
図57は、解凍装置の動作例を示す図である。
図58は、解凍装置の動作例を示す図である。
図59は、解凍装置の動作例を示す図である。
図60は、解凍装置の動作例を示す図である。
図61は、解凍装置の動作例を示す図である。
図62は、解凍装置の動作例を示す図である。
図63は、エントロピー計算の説明図である。
図64は、第2実施形態に係る圧縮装置の構成例を示す図である。
図65は、第2実施形態に係る圧縮部の構成例を示す図である。
図66は、第2実施形態に係るラッチ調整部の構成例を示す図である。
図67は、第2実施形態に係る出力部の構成例を示す図である。
図68は、エントロピーカリングの説明図である。
図69は、エントロピーカリングの処理例を示すフローチャートである。
図70は、近接エントリ交換の説明図である。
図71は、第2実施形態に係る圧縮装置の動作例を示す図である。
図72は、第2実施形態に係る圧縮装置の動作例を示す図である。
図73は、第2実施形態に係る圧縮装置の動作例を示す図である。
図74Aは、第2実施形態に係る解凍装置の構成例を示す図である。
図74Bは、第2実施形態に係る解凍装置の処理例を示すフローチャートである。
図75は、第2実施形態に係る解凍装置の動作例を説明する図である。
図76は、第2実施形態に係る解凍装置の動作例を説明する図である。
図77は、第3実施形態に係る圧縮装置の構成例を示す図である。
図78は、第3実施形態に係る圧縮装置の構成例を示す図である。
図79は、第3実施形態に係る圧縮部の構成例を示す図である。
図80は、第3実施形態に係る各テーブルのヒット/ミスのパターンと、制御信号のパターンとを示す表である。
図81は、ディクリメント方式でのラッチ制御におけるコンフリクトの解消方法の説明図である。
図82は、コンフリクトを解消する処理例を示すフローチャートである。
図83は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図84は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図85は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図86は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図87は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図88は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図89は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図90は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図91は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図92は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図93は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図94は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図95は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図96は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図97は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図98は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
図99は、第3実施形態に係る圧縮装置の動作例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)
この特許をJ-PlatPatで参照する
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