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公開番号2024085156
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-26
出願番号2022199535
出願日2022-12-14
発明の名称符号表生成装置、メモリシステム、および符号表生成方法
出願人キオクシア株式会社
代理人弁理士法人スズエ国際特許事務所
主分類H03M 7/42 20060101AFI20240619BHJP(基本電子回路)
要約【課題】 符号表を生成するための回路規模を削減できる符号表生成装置を実現する。
【解決手段】 実施形態によれば、符号表生成装置は、頻度テーブル生成部、頻度ソート部、ハフマン木生成部、および符号長決定部を具備する。頻度テーブル生成部は、入力された複数のシンボルのシンボル毎の出現頻度に基づいて、シンボルと出現頻度とをそれぞれ含む複数のエントリーを含む頻度テーブルを生成する。頻度ソート部は、頻度テーブルにおいて、複数のエントリーを出現頻度でソートする。ハフマン木生成部は、複数のエントリーをソートしたことに応じ、初期状態においてソートした複数のエントリーを複数のリーフノードとしてそれぞれ格納した複数の記憶領域を含むキューを用いて、複数のリーフノードを有するハフマン木を生成する。符号長決定部は、ハフマン木に基づいて、複数のシンボルのシンボル毎の符号長を決定する。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項1】
入力された複数のシンボルのシンボル毎の出現頻度に基づいて、シンボルと出現頻度とをそれぞれ含む複数のエントリーを含む頻度テーブルを生成する頻度テーブル生成部と、
前記頻度テーブルにおいて、前記複数のエントリーを出現頻度でソートする頻度ソート部と、
前記複数のエントリーをソートしたことに応じ、初期状態において前記ソートした複数のエントリーを複数のリーフノードとしてそれぞれ格納した複数の記憶領域を含むキューを用いて、前記複数のリーフノードを有するハフマン木を生成するハフマン木生成部と、
前記ハフマン木に基づいて、前記複数のシンボルのシンボル毎の符号長を決定する符号長決定部と、
前記シンボル毎の符号長に基づいて、前記複数のシンボルのシンボル毎の符号を決定する符号決定部とを具備し、
前記複数の記憶領域のそれぞれは、リーフノードを記憶するリーフノードキュー領域と、中間ノードを記憶する中間ノードキュー領域のいずれかとして割り当て可能であり、
前記リーフノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、前記リーフノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上のリーフノードをそれぞれ記憶可能であり、
前記中間ノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、前記中間ノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上の中間ノードをそれぞれ記憶可能であり、
前記ハフマン木生成部は、
前記リーフノードキュー領域の先頭からX個の記憶領域に記憶されているX個のリーフノードと、前記中間ノードキュー領域の先頭からY個の記憶領域に記憶されているY個の中間ノードとから、より小さい出現頻度を有するZ個のノードを選択し、
前記Z個のノードの内の2個のノードをそれぞれ子として持つZ/2個の中間ノードを生成し、
前記X個のリーフノードの少なくとも1つを前記Z個のノードとして選択したことに応じて再割り当て可能になった前記リーフノードキュー領域内の少なくとも1つの記憶領域を、前記中間ノードキュー領域として割り当て、
前記Z/2個の中間ノードを先入れ先出し方式で前記中間ノードキュー領域に格納し、
前記格納したZ/2個の中間ノードのそれぞれは、子として持つ前記2個のノードに関する子ノード情報と、子として持つ前記2個のノードのそれぞれの出現頻度の和とを示し、
前記Xは、1以上の整数であり、
前記Yは、1以上の整数であり、
前記Xと前記Yの和は、前記Zよりも大きく、
前記Zは、2以上の整数であり、且つ2の倍数である、
符号表生成装置。
続きを表示(約 6,400 文字)【請求項2】
前記複数の記憶領域は、各々がインデックスで特定される配列であり、
前記リーフノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記リーフノードキュー領域の先頭を示すリーフノードリードポインタは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記中間ノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記中間ノードキュー領域の先頭を示す中間ノードリードポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードリードポインタと等しく、
前記中間ノードキュー領域の末尾を示す中間ノードライトポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードリードポインタと等しく、
前記ハフマン木生成部は、
前記リーフノードリードポインタから前記リーフノードキュー領域の末尾に近づく方向にX個のインデックスに対応する前記X個のリーフノードと、前記中間ノードリードポインタから前記中間ノードライトポインタに近づく方向にY個のインデックスに対応する前記Y個の中間ノードとから、出現頻度がより小さい前記Z個のノードを選択し、
前記中間ノードライトポインタから前記リーフノードリードポインタへ近づく方向にZ/2個のインデックスに対応するZ/2個の記憶領域に、前記Z/2個の中間ノードを格納し、
前記リーフノードリードポインタを、前記リーフノードリードポインタの値に前記Z個のノードの内のリーフノードの数Lを加算した値に更新し、
前記中間ノードリードポインタを、前記中間ノードリードポインタの値に前記Z個のノードの内の中間ノードの数Mを加算した値に更新し、
前記中間ノードライトポインタを、前記中間ノードライトポインタの値にZ/2を加算した値に更新する、
請求項1に記載の符号表生成装置。
【請求項3】
前記複数の記憶領域は、各々がインデックスで特定される配列であり、
前記リーフノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記リーフノードキュー領域の先頭を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを前記初期状態において格納した記憶領域を示し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを前記初期状態において格納した記憶領域を示し、
前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納している記憶領域を示し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納している記憶領域を示し、
前記中間ノードキュー領域において中間ノードを格納する位置を示す中間ノードライトポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスを示し、
前記中間ノードキュー領域の先頭を示すインデックスは、前記初期状態における前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスと等しく、
前記中間ノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、前記初期状態において、前記中間ノードキュー領域の先頭と同一であり、
前記ハフマン木生成部は、
前記リーフノードキュー領域の先頭から前記リーフノードキュー領域の末尾に近づく方向にX個のインデックスに対応する前記X個のリーフノードと、前記中間ノードキュー領域の先頭から前記中間ノードキュー領域の末尾に近づく方向にY個のインデックスに対応する前記Y個の中間ノードとから、出現頻度がより小さい前記Z個のノードを選択し、
前記Z個のノードの内のリーフノードの数Lに基づいて、前記リーフノードキュー領域に格納されている全てのエントリーを、より小さい出現頻度を含むエントリーが格納される方向へ、インデックスL個分シフトし、
前記中間ノードライトポインタから前記リーフノードキュー領域の末尾へ近づく方向にZ/2個のインデックスに対応するZ/2個の記憶領域に、前記Z/2個の中間ノードを格納し、
前記Z個のノードの内の中間ノードの数Mに基づいて、前記中間ノードキュー領域に格納されている全てのエントリーを、より小さい出現頻度を含むエントリーが格納される方向へ、インデックスM個分シフトし、
前記中間ノードライトポインタを、前記中間ノードライトポインタの値に(M-Z/2)を加算した値に更新し、
前記中間ノードキュー領域は、前記中間ノードキュー領域の先頭から前記中間ノードライトポインタまでのインデックス範囲に対応する1つ以上の記憶領域を少なくとも包含する、
請求項1に記載の符号表生成装置。
【請求項4】
前記Xは2であり、
前記Yは2であり、
前記Zは2である、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の符号表生成装置。
【請求項5】
不揮発性メモリと、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の符号表生成装置と、符号化部とを含むコントローラとを具備し、
前記符号化部は、前記シンボル毎の符号に基づいて、前記入力された複数のシンボルを複数の符号にそれぞれ変換し、
前記コントローラは、前記複数の符号を含むデータを前記不揮発性メモリに書き込む、
メモリシステム。
【請求項6】
符号表生成装置を制御する符号表生成方法であって、
入力された複数のシンボルのシンボル毎の出現頻度に基づいて、シンボルと出現頻度とをそれぞれ含む複数のエントリーを含む頻度テーブルを生成し、
前記頻度テーブルにおいて、前記複数のエントリーを出現頻度でソートし、
前記複数のエントリーをソートしたことに応じ、初期状態において前記ソートした複数のエントリーを複数のリーフノードとしてそれぞれ格納した複数の記憶領域を含むキューを用いて、前記複数のリーフノードを有するハフマン木を生成し、
前記ハフマン木に基づいて、前記複数のシンボルのシンボル毎の符号長を決定し、
前記シンボル毎の符号長に基づいて、前記複数のシンボルのシンボル毎の符号を決定し、
前記複数の記憶領域のそれぞれは、リーフノードを記憶するリーフノードキュー領域と、中間ノードを記憶する中間ノードキュー領域のいずれかとして割り当て可能であり、
前記リーフノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、前記リーフノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上のリーフノードをそれぞれ記憶可能であり、
前記中間ノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、前記中間ノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上の中間ノードをそれぞれ記憶可能であり、
前記符号表生成方法は、
前記リーフノードキュー領域の先頭からX個の記憶領域に記憶されているX個のリーフノードと、前記中間ノードキュー領域の先頭からY個の記憶領域に記憶されているY個の中間ノードとから、より小さい出現頻度を有するZ個のノードを選択し、
前記Z個のノードの内の2個のノードをそれぞれ子として持つZ/2個の中間ノードを生成し、
前記X個のリーフノードの少なくとも1つを前記Z個のノードとして選択したことに応じて再割り当て可能になった前記リーフノードキュー領域内の少なくとも1つの記憶領域を、前記中間ノードキュー領域として割り当て、
前記Z/2個の中間ノードを先入れ先出し方式で前記中間ノードキュー領域に格納し、
前記格納したZ/2個の中間ノードのそれぞれは、子として持つ前記2個のノードに関する子ノード情報と、子として持つ前記2個のノードのそれぞれの出現頻度の和とを示し、
前記Xは、1以上の整数であり、
前記Yは、1以上の整数であり、
前記Xと前記Yの和は、前記Zよりも大きく、
前記Zは、2以上の整数であり、且つ2の倍数である、
符号表生成方法。
【請求項7】
前記複数の記憶領域は、各々がインデックスで特定される配列であり、
前記リーフノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記リーフノードキュー領域の先頭を示すリーフノードリードポインタは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記初期状態において、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納した記憶領域を指し、
前記中間ノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記中間ノードキュー領域の先頭を示す中間ノードリードポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードリードポインタと等しく、
前記中間ノードキュー領域の末尾を示す中間ノードライトポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードリードポインタと等しく、
前記符号表生成方法は、
前記リーフノードリードポインタから前記リーフノードキュー領域の末尾に近づく方向にX個のインデックスに対応する前記X個のリーフノードと、前記中間ノードリードポインタから前記中間ノードライトポインタに近づく方向にY個のインデックスに対応する前記Y個の中間ノードとから、出現頻度がより小さい前記Z個のノードを選択し、
前記中間ノードライトポインタから前記リーフノードリードポインタへ近づく方向にZ/2個のインデックスで特定されるZ/2個の記憶領域に、前記Z/2個の中間ノードを格納し、
前記リーフノードリードポインタを、前記リーフノードリードポインタの値に前記Z個のノードの内のリーフノードの数Lを加算した値に更新し、
前記中間ノードリードポインタを、前記中間ノードリードポインタの値に前記Z個のノードの内の中間ノードの数Mを加算した値に更新し、
前記中間ノードライトポインタを、前記中間ノードライトポインタの値にZ/2を加算した値に更新する、
請求項6に記載の符号表生成方法。
【請求項8】
前記複数の記憶領域は、各々がインデックスで特定される配列であり、
前記リーフノードキュー領域は、前記配列のインデックス範囲で規定され、
前記リーフノードキュー領域の先頭を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内の、先頭のエントリーを前記初期状態において格納した記憶領域を示し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを前記初期状態において格納した記憶領域を示し、
前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、
前記複数のエントリーを出現頻度の昇順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、末尾のエントリーを格納している記憶領域を示し、
前記複数のエントリーを出現頻度の降順にソートした場合、前記ソートした複数のエントリーの内、先頭のエントリーを格納している記憶領域を示し、
前記中間ノードキュー領域において中間ノードを格納する位置を示す中間ノードライトポインタは、前記初期状態において、前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスを示し、
前記中間ノードキュー領域の先頭を示すインデックスは、前記初期状態における前記リーフノードキュー領域の末尾を示すインデックスと等しく、
前記中間ノードキュー領域の末尾を示すインデックスは、前記初期状態において、前記中間ノードキュー領域の先頭と同一であり、
前記符号表生成方法は、
前記リーフノードキュー領域の先頭から前記リーフノードキュー領域の末尾に近づく方向にX個のインデックスに対応する前記X個のリーフノードと、前記中間ノードキュー領域の先頭から前記中間ノードキュー領域の末尾に近づく方向にY個のインデックスに対応する前記Y個の中間ノードとから、出現頻度がより小さい前記Z個のノードを選択し、
前記Z個のノードの内のリーフノードの数Lに基づいて、前記リーフノードキュー領域に格納されている全てのエントリーを、より小さい出現頻度を含むエントリーが格納される方向へ、インデックスL個分シフトし、
前記中間ノードライトポインタから前記リーフノードキュー領域の末尾へ近づく方向にZ/2個のインデックスに対応するZ/2個の記憶領域に、前記Z/2個の中間ノードを格納し、
前記Z個のノードの内の中間ノードの数Mに基づいて、前記中間ノードキュー領域に格納されている全てのエントリーを、より小さい出現頻度を含むエントリーが格納される方向へ、インデックスM個分シフトし、
前記中間ノードライトポインタを、前記中間ノードライトポインタの値に(M-Z/2)を加算した値に更新し、
前記中間ノードキュー領域は、前記中間ノードキュー領域の先頭から前記中間ノードライトポインタまでのインデックス範囲に対応する1つ以上の記憶領域を少なくとも包含する、
請求項6に記載の符号表生成方法。
【請求項9】
前記Xは2であり、
前記Yは2であり、
前記Zは2である、
請求項6乃至請求項8のいずれか一項に記載の符号表生成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、符号表生成装置、メモリシステム、および符号表生成方法に関する。
続きを表示(約 3,000 文字)【背景技術】
【0002】
動的ハフマン符号化は、符号化対象のシンボルの出現頻度に基づいて動的に符号表を生成する可変長符号化方式である。符号表は、シンボルと、当該シンボルに割り当てられた符号語との対応を示す。動的ハフマン符号化では、出現頻度が大きいシンボルには短い符号語が割り当てられ、出現頻度が小さいシンボルには長い符号語が割り当てられる。
【0003】
より詳しくは、動的ハフマン符号化では、例えば、出現した1種類以上のシンボルそれぞれをリーフノードとするハフマン木が構築される。そして、構築されたハフマン木を用いて、各シンボルの符号長が決定される。
【0004】
符号表を生成する装置には、ハフマン木を構築するために、例えば、リーフノードの情報を記憶するキューが設けられる。ハフマン木を構築する過程では、2つのリーフノードを子ノードとして持つ中間ノードが生成される。そのため、符号表を生成する装置にはさらに、中間ノードの情報を記憶するキューが設けられることがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
Van Leeuwen、“On the Construction of Huffman Trees”、ICALP、1976年1月、p.382-410
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
リーフノードの情報を記憶するキューだけでなく、中間ノードの情報を記憶するキューも設けられる場合、符号表を生成する装置の回路規模(例えば、ゲート数)は増加する。
【0007】
本発明の一実施形態では、符号表を生成するための回路規模を削減できる符号表生成装置、メモリシステム、および符号表生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態によれば、符号表生成装置は、頻度テーブル生成部、頻度ソート部、ハフマン木生成部、符号長決定部、および符号決定部を具備する。頻度テーブル生成部は、入力された複数のシンボルのシンボル毎の出現頻度に基づいて、シンボルと出現頻度とをそれぞれ含む複数のエントリーを含む頻度テーブルを生成する。頻度ソート部は、頻度テーブルにおいて、複数のエントリーを出現頻度でソートする。ハフマン木生成部は、複数のエントリーをソートしたことに応じ、初期状態においてソートした複数のエントリーを複数のリーフノードとしてそれぞれ格納した複数の記憶領域を含むキューを用いて、複数のリーフノードを有するハフマン木を生成する。符号長決定部は、ハフマン木に基づいて、複数のシンボルのシンボル毎の符号長を決定する。符号決定部は、シンボル毎の符号長に基づいて、複数のシンボルのシンボル毎の符号を決定する。複数の記憶領域のそれぞれは、リーフノードを記憶するリーフノードキュー領域と、中間ノードを記憶する中間ノードキュー領域のいずれかとして割り当て可能である。リーフノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、リーフノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上のリーフノードをそれぞれ記憶可能である。中間ノードキュー領域として割り当てられた1つ以上の記憶領域は、中間ノードキュー領域の先頭から順に、出現頻度の昇順に並んだ1つ以上の中間ノードをそれぞれ記憶可能である。ハフマン木生成部は、リーフノードキュー領域の先頭からX個の記憶領域に記憶されているX個のリーフノードと、中間ノードキュー領域の先頭からY個の記憶領域に記憶されているY個の中間ノードとから、より小さい出現頻度を有するZ個のノードを選択する。ハフマン木生成部は、Z個のノードの内の2個のノードをそれぞれ子として持つZ/2個の中間ノードを生成する。ハフマン木生成部は、X個のリーフノードの少なくとも1つをZ個のノードとして選択したことに応じて再割り当て可能になったリーフノードキュー領域内の少なくとも1つの記憶領域を、中間ノードキュー領域として割り当てる。ハフマン木生成部は、Z/2個の中間ノードを先入れ先出し方式で中間ノードキュー領域に格納する。格納したZ/2個の中間ノードのそれぞれは、子として持つ2個のノードに関する子ノード情報と、子として持つ2個のノードのそれぞれの出現頻度の和とを示す。Xは、1以上の整数である。Yは、1以上の整数である。XとYの和は、Zよりも大きい。Zは、2以上の整数であり、且つ2の倍数である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
第1実施形態に係る符号表生成装置を含む情報処理システムの構成の例を示すブロック図。
第1実施形態に係る符号表生成装置を含む圧縮装置の構成例を示すブロック図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において用いられる頻度テーブルの例を示す図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において用いられる、出現頻度の昇順にソートされた頻度テーブルの例を示す図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において決定される符号長の例を示す図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において実行される、シンボルに符号ビット列を割り当てる疑似プログラムの例を示す図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において実行されるハフマン木生成処理の概略的な手順の例を示すフローチャート。
比較例に係る符号表生成装置の構成の例を示すブロック図。
比較例に係る符号表生成装置における、(a)リーフノードキューおよび中間ノードキューに格納されるノード(エントリー)の遷移と、(b)対応するハフマン木構築プロセスの例を示す図。
図9に後続する(a)リーフノードキューおよび中間ノードキューに格納されるノードの遷移と、(b)対応するハフマン木構築プロセスの例を示す図。
第1実施形態に係る符号表生成装置内のハフマン木生成部の構成例を示すブロック図。
図11のハフマン木生成部において用いられるポインタの初期値および更新方法の例を示す図。
図11のハフマン木生成部によるハフマン木生成において、キューに格納されるノードとポインタの遷移の例を示す図。
第2実施形態に係る符号表生成装置内のハフマン木生成部の構成例を示すブロック図。
図14のハフマン木生成部において用いられるポインタの初期値および更新方法の例を示す図。
図14のハフマン木生成部によるハフマン木生成において、キューに格納されるノードとポインタの遷移の例を示す図。
第3実施形態に係る符号表生成装置内のハフマン木生成部の構成例を示すブロック図。
第1実施形態に係る符号表生成装置において実行される符号化処理の手順の例を示すフローチャート。
第3実施形態に係る符号表生成装置において実行されるハフマン木生成処理の手順の例を示すフローチャート。
第3実施形態に係る符号表生成装置において実行されるハフマン木生成処理の手順の別の例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
(【0011】以降は省略されています)

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