DE19625157A1

DE19625157A1 - Datenkompressions- und -expansionsverfahren

Info

Publication number: DE19625157A1
Application number: DE19625157A
Authority: DE
Inventors: In-Chul Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 1997-01-02
Also published as: JP3311241B2; KR100224815B1; KR970004368A; US5832037A; CN1147181A; JPH0918346A; CN1150679C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Komprimieren und Expandieren von Daten und insbesondere ein verlustfrei arbeiten des Datenkompressions- und -expansionsverfahren zur wiederholten Ausführung des Algorithmus eines Kompressionsvorganges.

Die in der jüngsten Zeit zu beobachtende schnelle Zunahme in der zu verarbeitenden Informationsmenge hat immer mehr Datenspeicherkapazität erforderlich gemacht, wobei jedoch die Hardwaretechnik mit den Bedürfnissen in dieser Hinsicht nicht Schritt halten konnte. Die Speicherkapazität eines Aufzeichnungs trägers wird daher wirksam erhöht, wenn Datenkompressionsver fahren angewandt werden, die grob in verlustfrei arbeitende Datenkompressionen, bei denen die gesamte Information der komprimierten Daten rückgewonnen (expandiert) werden kann und in verlustbehaftete Datenkompressionen unterteilt werden können, bei denen ein Teil der komprimierten Daten bei der Wiederherstellung verlorengeht. Obwohl das letztgenannte Verfahren mit einem Verhältnis von 100 : 1 ein besseres Kompressionsverhältnis als das zuerst genannte Verfahren hat, bei dem das Kompressionsverhältnis nur bei etwa 3 : 1 liegt, kann es die gesamte Information zum Zeitpunkt der Rückgewinnung nicht vollständig wiederherstellen, so daß es hauptsächlich dann, wenn ein großes Maß an Redundanz vorhanden ist, das heißt für die Bildinformation verwandt wird.

Durch die Erfindung soll daher ein verlustfrei arbeitendes Datenkompressions- und -expansionsverfahren geschaffen werden, das ein gutes Datenkompressionsverhältnis hat, indem ein Datenkompressionsschritt und ein Neuinformationseingabeschritt wiederholt ausgeführt werden.

Dazu umfaßt das erfindungsgemäße Datenkompressionsverfahren die folgenden Schritte: (a) Erstellen einer Information mit N Bit aus einem Bitstrom, (b) Komprimieren der Information mit N Bit in eine Information mit X Bit, wobei X kleiner als N ist, (c) Erstellen einer Information mit (N-X) Bit aus dem Bitstrom, (d) Erzeugen einer neuen Information mit N Bit unter Verwendung der komprimierten Information mit X Bit und der Information mit (N-X) Bit und (e) wiederholtes Ausführen der Schritte (b) bis (d), wenn die neue Information mit N Bit komprimierbar ist und dann, wenn das nicht der Fall ist, wiederholtes Ausführen der Schritte (a) bis (d).

Durch die Erfindung wird weiterhin ein Datenexpansionsver fahren geschaffen, das die Schritte umfaßt (a) Erstellen einer Information mit (N-X) Bit aus einer Information mit N Bit, (b) Expandieren der verbleibenden Information mit X Bit in eine Information mit N Bit, wobei die Information mit (N-X) Bit ausgeschlossen ist, und (c) wiederholtes Ausführen der Schritte (a) und (b), bis die Information mit N Bit wieder erstellt ist.

Gemäß der Erfindung kann ein Bitstrom in eine Information mit N Bit und einer festen Länge verlustfrei komprimiert werden, indem wiederholt die Schritte der Komprimierung einer Information mit N Bit in eine Information mit X Bit, wobei X kleiner als N ist, und der Bildung einer neuen Information mit N Bit, indem eine Information mit (N-X) Bit vom Bitstrom erstellt wird, ausgeführt werden. Die komprimierten Daten können dann dadurch expandiert werden, daß die Verfahrensschritte des Kompressions verfahrens umgekehrt ausgeführt werden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Datenkompressions verfahrens und

Fig. 2 das Datenkompressionsverfahren in einem Flußdiagramm. Das Datenkompressionsverfahren umfaßt die folgenden Schritte: (a) Erstellen einer Information mit N Bit aus einem Bitstrom, (b) Komprimieren der Information mit N Bit in eine Information mit X Bit, wobei X kleiner als N ist, (c) Erstellen einer Information mit (N-X) Bit vom Bitstrom, (d) Erzeugen einer neuen Information mit N Bit aus der komprimierten Information mit X Bit und der Information mit (N-X) Bit und (e) wiederholtes Ausführen der Schritte (b) bis (d).

Der Kompressionsschritt (b) umfaßt die Schritte: (a′) Teilen von N+1 Bit, die die Information mit N Bit und eine Start information mit einem Bit einschließen, in m Daten (wobei m eine ganze Zahl größer als eins ist) mit k Bit, (b′) Prüfen, ob es einen Differenzwert kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert D unter m-1 Differenzwerten der m Daten gibt und dann, wenn das der Fall ist, Umwandeln eines der beiden Datenwerte, deren Differenz kleiner als der vorgegebene Schwellenwert D ist, in eine Information mit k Bit, die eine Startinformation mit 1 Bit, eine Kennzeichenkompressionsschrittinformation mit T Bit, eine Statusumwandlungsinformation mit e Bit, eine neue Information mit 1 Bit, jede Folgeinformation von zwei Datenwerten mit a Bit und eine Differenzwertinformation mit (k-T-2-2a-e) Bit einschließt, (c′) Eingeben einer neuen Information mit 1 Bit und wiederholten Ausführen des Umwandlungsschrittes, bis es keinen Differenzwert kleiner als D unter den m-1 Differenzwerten der m Daten bezüglich der durch den Umwandlungsschritt verarbeiteten m Daten mehr gibt, und (d′) wiederholtes Ausführen der Schritte (a′) bis (c′), solange kein Differenzwert kleiner als D unter den m-1 Differenz werten der m Daten vorhanden ist. Dabei ist k größer als oder gleich 2a+T+e+2 und ist D=2^k-T-2-2a-e-1.

Vorzugsweise werden die umgewandelten Daten im Schritt (b′) an einer ersten Position der m Daten positioniert.

Das erfindungsgemäße Datenkompressionsverfahren läuft im einzelnen über die folgenden Schritte ab: (1) Erstellen einer Information mit N-1 Bit (wobei N=km) aus einem Bitstrom (Schritt 10), (2) Teilen von N Bit, die aus der Information mit N-1 Bit und einer Startinformation mit einem Bit bestehen, in m Daten (m ist eine ganze Zahl größer als eins) aus k Bit (Schritt 20), (3) Prüfen, ob es einen Differenzwert kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert D unter m-1 Differenzwerten der m Daten gibt, und dann, wenn das der Fall ist, Umwandeln eines der beiden Daten werte in eine Information mit k Bit, die eine Startinformation mit einem Bit, eine Kennzeichenkompressionsschrittinformation mit T Bit, eine Statusumwandlungsinformation mit e Bit, eine Neuinformation mit 1 Bit, jede Folgeinformation mit a Bit der beiden Datenwerte und eine Differenzwertinformation mit (k-T-2-2a-e) Bit einschließt, (4) Eingeben einer neuen Information mit 1 Bit und wiederholtes Ausführen des Umwandlungsschrittes, bis es keinen Differenzwert kleiner als D unter den m-1 Differenzwer ten der m Daten mehr gibt (Schritt 30), (5) wenn im Schritt (3) kein derartiger Wert vorhanden ist, Umordnen der m Daten nach der Größe der Differenzwerte und nacheinander erfolgendes Abspeichern der ursprünglichen Folgeinformation der umgeordneten in Daten in der Reihenfolge der umgeordneten Daten, (6) Sub trahieren vorgegebener Werte D_i von den Werten der umgeordneten Daten ausschließlich des ersten Datenwertes, wobei 1 i m-1 ist, (7) Erstellen der verbleibenden Anzahl r an Bit, die dadurch erhalten wird, daß die Bitanzahl der Startinformation (das heißt 1), die Bitanzahl der Kompressionsschrittinformation (das heißt T), die Bitanzahl der neuen Information (das heißt 1) und die Bitanzahl der Statusumwandlungsinformation (das heißt e) von N abgezogen werden, ein Quotient q gebildet wird, indem r durch m geteilt wird, geprüft wird, ob r kleiner als b ist, wobei b=k+q(m-1)+f, wobei f die Anzahl der Kennzeichenbits während der Kompression ist, Umwandeln der N Bit in Bit der Startinformation, der Kompressionsschrittinformation, der neuen Information, der Statusumwandlungsinformation, der Folgeinformation, der Unter schrittinformation, erster sortierter Daten, Differenzwerten mit q(m-1) Bit der subtrahierten Daten, die q Bit oder weniger zählen, und der restlichen Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist und alle Differenzwerte q Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kom pressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Sta tusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unter schrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigeinfor mation (k+(logm/log2) Bit) erster subtrahierter Daten, die q Bit oder mehr zählen, Differenzwerte mit [(q-1) (m-2)] Bit der ver bleibenden subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und der restlichen Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist, nur ein Differenzwert q Bit oder mehr zählt, und die verbleibenden Werte q-1 Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschritt information, eine neue Information, eine Statusumwandlungs information, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [(q-1) (m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und der restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner als b ist, q gleich q-1 gesetzt ist und alle Differenzwerte q-1 Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigein formation (K+(logm/log2) Bit), erste subtrahierte Daten, die q-1 Bit oder mehr zählen, von Differenzwerten mit [(q-2) (m-2)] Bit der verbleibenden subtrahierten Daten, die q-2 Bit oder weniger zählen, und der restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner als b ist, ein Differenzwert q-1 Bit oder mehr zählt und alle übrigen Differenzwerte q-2 Bit oder weniger zählen, und (8) wiederholtes Ausführen der obigen Schritte (1) bis (7) bezüglich eines Bitstroms mit N Bit (Schritt 40).

Dabei ist k 2a+T+e-2, wobei k eine positive ganze Zahl ist, wenn r vorhanden ist, und D=2^k-T-2-2a-e-1.

Wenn dabei keiner der oben beschriebenen Fälle zutrifft, werden bestimmte Statusvariablen für jeden Datenwert gebildet und wird dann der oben beschriebene Arbeitsvorgang bezüglich der gebildeten Daten wiederholt ausgeführt (Schritt 50).

Wenn trotz der Statusumwandlungen unter Verwendung aller Statusvariablen die Daten nicht weiter komprimiert werden, wird eine andere Kompression in derselben Weise, wie es oben erwähnt wurde, durchgeführt, indem eine neue Information mit N Bit erstellt wird.

Fig. 2 zeigt den Arbeitsablauf des Kompressionsverfahrens in einem Flußdiagramm.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wird zunächst eine Information mit N Bit erstellt und wird dann eine Information mit (N+1) Bit erhalten, indem eine Startinformation mit 1 Bit den N Bit zuaddiert wird (Schritt 100). Die Information mit (N+1) Bit wird in m Daten mit k Bit geteilt (Schritt 102). Nachdem bestimmt wurde, ob es einen Wert kleiner als ein Differenzschwellenwert D unter den Differenzwerten d der geteilten Daten gibt, wird dann, wenn das der Fall ist, einer der beiden Datenwerte in k-1 Bit umgewandelt und wird eine neue Information mit 1 Bit zuaddiert, um neue Daten mit k Bit zu bilden (Schritt 106). Der Schritt 104 wird ausgeführt, um einen Differenzwert zwischen den neuen Daten und den restlichen Daten zu bestimmen. Wenn immer ein Kreislauf einer Schleife 1 abgeschlossen ist, wird somit eine Kompression um 1 Bit bewirkt und wird eine neue Information mit 1 Bit erstellt, um eine neue Information mit (N+1) Bit zu er halten.

Wenn es keinen Wert kleiner als D im Schritt 104 gibt, dann werden die Daten in der Reihenfolge ihrer Größe sortiert, wird eine Datenfolgeinformation vor der Sortierung gebildet und wird dann ein vorgegebener Wert D_i von jedem Datenwert abgezogen (Schritt 108).

m·a, die Bitanzahl der Startinformation (das heißt 1), die Bitanzahl der Kompressionsschrittinformation (das heißt T), die Bitanzahl der neuen Information (das heißt 1) und die Bitanzahl der Statusumwandlungsinformation (das heißt e) werden von den N Bit abgezogen, um die Anzahl r der verbleibenden Bit zu erhalten. Der Wert r wird durch m geteilt, um einen Quotienten q zu erhalten. Dann wird bestimmt, ob r kleiner als b ist, wobei b=k+q(m-1)+f, wobei f die Anzahl der Kennzeichenbit während der Kompression ist (Schritt 110).

Wenn r größer als oder gleich b ist und alle Differenzwerte q Bit oder weniger zählen (Schritt 112), werden die N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinfor mation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [q(-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit unter den N Bit umgewandelt (Schritt 114).

Sollte r größer als oder gleich b sein, nur ein Differenz wert q Bit oder mehr zählen und die restlichen Differenzwerte q-1 Bit oder weniger zählen (Schritt 116), dann werden die N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigeinformation (k+(logm/log2) Bit) erster subtrahierter Daten, die q Bit oder mehr zählen, Differenzwerte mit [(q-1) (m-1)] Bit der restlichen subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit unter den N Bit umgewandelt (Schritt 118).

Wenn r im Schritt 110 kleiner als b ist, q gleich q-1 gesetzt ist und alle Differenzwerte q-1 Bit oder weniger zählen (Schritt 120), dann werden die N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, Differenzwerte mit [(q-1) (m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit unter den N Bit umgewandelt (Schritt 122).

Wenn r kleiner als b im Schritt 110 ist, ein Differenzwert q-1 Bit oder mehr zählt und die restlichen Differenzwerte q-2 Bit oder weniger zählen (Schritt 124), dann werden die N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinfor mation, eine Unterschrittinformation, sortierte erste Daten, eine Anzeigeinformation mit [k+(logm/log2)] Bit der subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder mehr zählen, Differenzwerte mit [(q-2) (m-2)] Bit der restlichen subtrahierten Daten, die q-2 Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit unter den N Bit umgewan delt (Schritt 126). In dieser Weise wird der Arbeitsvorgang der Schleife 2 abgeschlossen. Wenn keiner der Fälle der oben erwähnten Schleife 2 zutrifft, wird eine Schleife 3 so ausge führt, daß die Daten in ihrem Status umgewandelt werden, indem kompressible Zustände aufgesucht werden, während die Differenz werte durch Addition, Subtraktion oder eine Exclusiv-ODER- Operation nach Maßgabe einer Statusumwandlungsinformation verändert werden (Schritt 128). Wenn die Daten nicht weiter komprimiert werden, wobei alle Statusvariablen im Schritt 128 aufgebraucht sind (Schritt 130), wird eine komprimierte Informa tion mit (N+1) Bit gespeichert (Schritt 132) und wird der Schritt 100 erneut ausgeführt, um eine neue Information mit N Bit zu erhalten und dadurch eine Schleife 4 auszuführen.

Das oben beschriebene Datenkompressionsverfahren wird im folgenden mehr im einzelnen anhand von bevorzugten Ausführungs beispielen beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

Es sei zunächst angenommen, daß CS die Startinformation mit 1 Bit ist, daß N = 127 (Anzahl der Bit der Eingangsinformation), daß k = 16 ist (Anzahl der Bit der geteilten Daten), daß m = 8 ist (Anzahl der Teilungen), daß CT die Kompressionsschrittkenn zeicheninformation mit T Bit ist (T ist die Anzahl der Bit von CT, das heißt = 1), CV die Sicherungsinformation mit 1 Bit ist, daß CA_i eine Datenfolgeinformation mit a Bit ist (a ist die Anzahl der Bit von CA_i, das heißt = 3, wobei 0 i 7), daß CE die Statusumwandlungsinformation mit e Bit ist (e ist die Anzahl der Bit von CE, das heißt = 3), und daß der Differenzschwellenwert D = 15 ist (2^k-T-2-2a-e-1 = 2⁴-1).

Im ersten Schritt wird ein Bitstrom mit 128 Bit erhalten, der aus einem Startbit (beispielsweise "1") und einer Information mit 127 Bit, nämlich 000,0011,0110,0110, 0110,0110,0110,0010, 0111,1100,0111,1101, 1000,1001,0110,0011, 0110,0110,0110,1010, 0111,0001,1101,1111, 0111,0100,1010,1111, 0110,1011,0101,1100 besteht, und wird dieser Bitstrom in acht Datenwerte mit 16 Bit unterteilt, wie es in der folgenden Tabelle 1 angegeben ist.

Tabelle 1

Im zweiten Schritt wird ein Differenzwert d für benachbarte Datenwerte gebildet und ermittelt, ob es einen Differenzwert kleiner als der Differenzschwellenwert D gibt. Da im vorliegenden Fall der zweite Datenwert 6662h um acht kleiner als der fünfte Datenwert 666Ah ist, gibt es einen Differenzwert d, der kleiner als 15, das heißt, kleiner als der Schwellenwert D ist.

Unter Verwendung von CS, CT, CV, CE, CA₂, Ca₅ und d Werten (0, 1, X, 000, 001, 100 und 1000, jeweils) wird der fünfte Datenwert 666Ah in 01X 000 001 100 1000 umgewandelt. (X ist dabei ein sogenanntes "don′t care" Bit).

Wenn somit der Wert 1 zum neuen Sicherungsbit X zuaddiert wird, dann werden die umgewandelten Daten als 0110,0000,1100,1000 ausgedrückt (60C8h). Die umgewandelten Daten werden in eine erste Position gebracht, so daß die Tabelle 1 umgeordnet wird und dadurch die folgende Tabelle 2 erhalten wird.

Tabelle 2

Die Daten mit 128 Bit sind daher in Daten mit 127 Bit über eine Datenumwandlung um 1 Bit komprimiert worden. Anschließend werden die Daten mit 128 Bit durch Zuaddieren eines neuen Bits erneut gebildet.

Im dritten Schritt wird ermittelt, ob es einen Differenzwert kleiner als D bezüglich der acht Datenwerte in Tabelle 2 gibt. Da es keinen Differenzwert kleiner als D gibt, werden die Daten in einer ansteigenden Serie umgeordnet, um die Tabelle 3 zu erhalten.

Tabelle 3

Die ursprüngliche Positionsinformation (Tabelle 2) wird in der Reihenfolge der umgeordneten Daten (Tabelle 3) angeordnet und führt zu der Folge 000-010-111-101-110-011-001-100.

Da jeder Differenzwert zu den zwei benachbarten Datenwerten größer als oder gleich dem Differenzschwellenwert (das heißt 15) ist, werden vorgegebene Werte D_i (0 < i < 8) von jedem Datenwert abgezogen, um die Tabelle 4 zu erhalten.

Tabelle 4

Die Bitanzahl der ursprünglichen Positionsinformation (das heißt 24), die Bitanzahl der Startinformation (das heißt 1), die Bitanzahl der Schrittinformation (das heißt 1), die Bitanzahl der Sicherungsinformation (das heißt 1) und die Bitanzahl der Zustandsumwandlungsinformation (das heißt 3) werden von 128 abgezogen, so daß 98 (r) bleibt und somit der Quotient q=12 ist. (98 : m). Wenn jedoch bei einem Unterschrittkennzeichen f mit 2 Bit alle Differenzwerte unter den Daten 12 Bit oder weniger zählen, wird b unter Verwendung der Gleichung b=k+q(m-1)+f (das heißt b=16+12·7+2), das heißt gleich 102, erhalten, was 98 über schreitet. Es ist somit unmöglich, daß die Differenzwerte q Bit zählen. Wenn alle Differenzwerte unter den Daten 11 Bit oder weniger zählen, dann ist b = 95 (16+11·7+2) und ist die Anzahl der Bit um drei vermindert, wobei dann, wenn ein aus einem Bit bestehendes Sicherheitsbit enthalten ist, die effektive Kom pression vier Bit beträgt. Die ursprünglichen Daten werden dementsprechend in Form von Differenzwerten, das heißt 00W₁, 000, 000-010-111-101-110-011-001-100, 00, 60C8h, 7d_i, W₂W₃W₄ ausge drückt. Dabei geben W₁W₂W₃W₄ die vier Bit einer neuen Eingangs information wieder.

Wenn W₁W₂W₃W₄ = 1010 ist, besteht die neugebildete Informa tion mit 128 Bit aus 0,0,1, 000, 000-010-111-101-110-011-001-100, 00, 0110,0000,1100,1000, 101,1000,1011, 100,1110,1011, 110,0111,0100, 001,1100,0001, 111,1011,1111, 110,1101,1010, 101,1110,1110, 010. Diese Information wird in Daten mit 16 Bit geteilt und in folgender Weise angeordnet 0010,0000,0010,1111, 0111,0011,0011,0000, 0110,0000,1100,1000, 1011,0001,0111,0011, 1010,1111,0011,1010, 0001,1100,0001,1111, 0111,1111,1011,0110, 1010,1111,0111,0010, was hexadezimal in der folgenden Tabelle 5 dargestellt ist.

Tabelle 5

Die Datenwerte von Tabelle 5 werden in der Reihenfolge ihrer Größe umgeordnet und die Differenzwerte werden zwischen den Werten jeweils gebildet, wie es in der folgenden Tabelle 6 dargestellt ist.

Tabelle 6

Da es keinen Differenzwert kleiner oder gleich 15 gibt, wird D_i von jedem Datenwert abgezogen, wodurch die folgende Tabelle 7 erhalten wird.

Tabelle 7

Da gemäß Tabelle 7 nicht alle Differenzwerte mit 11 Bit ausgedrückt werden können, wird der Status jedes Datenwertes dadurch umgewandelt, daß eine bestimmte Zahl, die in Tabelle 8 dargestellt ist, jedem Datenwert zuaddiert wird. Die Tabelle 8 zeigt die Werte, wenn das Statusumwandlungskennzeichen CE gleich 001 ist.

Tabelle 8

Die Werte der Tabelle 7 werden zu den entsprechenden Werten der Tabelle 8 zuaddiert, um die folgende Tabelle 9 zu erhalten.

Tabelle 9

Wenn keine Schwierigkeiten bei der Wiederherstellung der komprimierten Daten auftreten, kann der Überlauf, der beim Addieren erzeugt wird, vernachlässigt werden.

Unter Verwendung der Tabelle 9 wird festgestellt, ob es einen Differenzwert kleiner als der Differenzschwellenwert D des zweiten Schrittes gibt. Da dabei die Differenz zwischen dem zweiten und dem achten Datenwert gleich 1100 (Ch) ist, werden die achten Daten B1FFh unter Verwendung von CS, CT, CV, CE, CA₂, CA₈ und den d Werten, in 01X, 001, 001, 111 und 1100 umgewandelt.

Wenn dann der Wert "0" dem neuen Sicherungsbit X zuaddiert wird, dann werden die umgewandelten Daten ausgedrückt als 0100,0100,1111,1100 (44FCh). Die umgewandelten Daten werden in einer ersten Position angeordnet und die Tabelle 9 wird umgeord net, um die Tabelle 10 zu erhalten.

Tabelle 10

Die Daten mit 128 Bit werden somit um 1 Bit in Daten mit 127 Bit über die Datenumwandlung komprimiert und die 128 Bit werden neu durch die erneute Eingabe eines Bits gebildet.

Wenn es keinen Differenzwert kleiner als oder gleich dem Differenzschwellenwert D gibt, der durch die Statusumwandlung erzeugt wird, dann wird der erste Schritt erneut ausgeführt.

Ausführungsbeispiel 2

Es sei angenommen, daß CS die Startinformation mit einem Bit ist, daß N = 511 ist (Anzahl der Bit der Eingangsinformation), daß k = 32 ist (Anzahl der Bit der geteilten Daten), daß m = 16 ist (Anzahl der Teilungen), daß CT die Kompressionsschrittkenn zeicheninformation mit T Bit ist (T ist die Anzahl der Bit von CT, das heißt 1), daß CV die Sicherungsinformation mit 1 Bit ist, daß CA_i eine Datenfolgeinformation mit a Bit ist (a ist die Anzahl der Bit von CA_i, das heißt gleich 4, wobei 0 i 15), daß CE die Statusumwandlungsinformation e Bit ist (e ist die Anzahl der Bit von CE, das heißt 4) und daß der Differenzschwellenwert D gleich 131071 ist (das heißt 2^k-T-2-2a-e-1 = 2^{32-1-2-(2×4)-4}-1 = 2¹⁷-1).

Im ersten Schritt wird ein Bitstrom mit 512 Bit, der dadurch erhalten wird, daß die Startinformation (S) "1" und eine Information (N) mit 511 Bit kombiniert werden, in 16 Datenwerte mit 32 Bit geteilt. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle 11 dargestellt.

Tabelle 11

Im zweiten Schritt wird jeder Differenzwert d zwischen jeweils zwei benachbarten Datenwerten gebildet. Es wird dann festgestellt, ob es einen Differenzwert kleiner als D gibt. Da es keinen Differenzwert d kleiner als D gibt, werden die Daten in einer ansteigenden Reihe umgeordnet, so daß die folgende Tabelle 12 erhalten wird.

Tabelle 12

Die ursprüngliche Positionsinformation (Tabelle 11) wird in der Reihenfolge der umgeordneten Daten (Tabelle 12) angeordnet und führt zu der Folge 0001-0100-1011-1110-0110-0111-0011-1111- 0010-1010-0000-0101-1000-1100-1101-1001.

Da alle Differenzwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Datenwerten größer als oder gleich 131071 sind, werden vor gegebene Werte Dj (0 < i < 16) von jedem Datenwert abgezogen, wodurch die Tabelle 13 erhalten wird.

Tabelle 13

Die Bitzahl der ursprünglichen Positionsinformation (das heißt 64), die Bitzahl der Startinformation (das heißt 1), die Bitzahl der Schrittinformation (das heißt 1), die Bitzahl der Sicherungsbitinformation (das heißt 1) und die Bitzahl der Statusumwandlungsinformation (das heißt 4) werden von 512 abgezogen, was 441 ergibt (r) und es wird ein Quotient q = 27 erhalten, in dem r, das heißt 441 : m, das heißt 16, geteilt wird. Wenn bei einem Unterschrittkenneichen in mit 4 Bit alle Differenzwerte unter den Daten 27 Bit oder weniger zählen, wird b unter Verwendung der Gleichung b=k+q(m-1)+f (das heißt, b=32+27×15+4) und somit gleich 441 erhalten. Da die Anzahl der reduzierten Bit ein nicht negativer Wert ist, ist es möglich, daß die Differenzwerte q Bit zählen. Alle Differenzwerte zählen jedoch nicht 27 Bit oder weniger. Wenn ein Differenzwert 27 Bit oder mehr zählt, ist b gleich 432 (das heißt 32+32+26×14+4). Da jedoch nur ein Differenzwert 27 Bit oder mehr zählt und die verbleibenden Differenzwerte weniger als oder gleich 26 Bit zählen, werden Statusvariablen den Daten zur erneuten Prüfung zuaddiert.

Die folgende Tabelle 14 zeigt die Statusvariablen für den Fall, daß das Statusvariablenkennzeichen gleich 0001 ist.

Tabelle 14

Die Werte der Tabelle 14 werden zu den entsprechenden Werten der Tabelle 13 zuaddiert, so daß die folgende Tabelle 15 erhalten wird.

Tabelle 15

Die Tabelle 15 wird dazu benutzt, zu ermitteln, ob es einen Differenzwert kleiner als einen Differenzschwellenwert D gibt.

Da die Differenz zwischen dem dritten und dem fünfzehnten Datenwert gleich 44252 ist, wird der dritte Datenwert 7195D45E unter Verwendung der Werte CS, CT, CV, CE, CA₁₅, CA₃ und d in 01X 0001 1110 0010 01010110011011100 umgewandelt.

Wenn zu einem neuen Sicherungsbit X der Wert 1 erneut zuaddiert wird, dann werden die umgewandelten Daten ausgedrückt als 63C4ACDCh. Die umgewandelten Daten werden an der ersten Stelle angeordnet und die Tabelle 15 wird umgeordnet, so daß die folgende Tabelle 16 erhalten wird.

Tabelle 16

Unter der Verwendung der Tabelle 16 wird ermittelt, ob es einen Differenzwert kleiner als der Differenzschwellenwert D gibt.

Da festgestellt wird, daß die Differenz zwischen dem zehnten und dem sechzehnten Datenwert 101389 beträgt, wird der zehnte Datenwert als 45F38C0Dh zusammen mit einem Sicherungsbit 0 in derselben Weise ausgedrückt, wie es oben beschrieben wurde, und zwar unter Verwendung der Werte CS (1), CT (1), CV (0), CE (0010), CA₁₆ (1111), CA₁₀ (1001) und d (11000110000001101). Die umgewandelten Daten werden an die erste Stelle gesetzt, und die Tabelle 16 wird umgeordnet, so daß die folgende Tabelle 17 erhalten wird.

Tabelle 17

Wenn durch die Statusumwandlung kein Differenzwert kleiner oder gleich dem Differenzschwellenwert D gebildet wird, dann werden alle möglichen Statusumwandlungen der Reihe nach ausge führt. Wenn es immer noch keinen Differenzwert kleiner oder gleich D gibt, dann wird der erste Schritt erneut ausgeführt.

Das Datenexpansionsverfahren läuft dadurch ab, daß das oben beschriebene Datenkompressionsverfahren umgekehrt ausgeführt wird und schließt daher die folgenden Schritte ein: (a) Bilden einer Information mit (N-X) Bit aus einer Information mit N Bit, (b) Expandieren der restlichen Information mit X Bit in eine Information mit N Bit, wobei die Information mit (N-X) Bit ausgeschlossen wird, und (c) wiederholtes Ausführen der Schritte (a) und (b).

Wie es oben beschrieben wurde, wird bei den Kompressions- und Expansionsverfahren eines Bitstromes eine Bitinformation in bestimmter Länge in eine Vielzahl von Datenwerten unterteilt und durch Differenzwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Daten werten ausgedrückt, was eine verlustfreie Datenkompression erlaubt. Die Datenrückgewinnung erfolgt dadurch, daß jeder Differenzwert einem Anfangswert zum Zeitpunkt der Expansion zuaddiert wird.

Claims

1. Datenkompressionsverfahren gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Erstellen einer Information mit N Bit aus einem Bitstrom,
(b) Komprimieren der Information mit N Bit in eine Informa tion mit X Bit, wobei X kleiner als N ist,
(c) Erstellen einer Information mit (N-X) Bit aus dem Bitstrom,
(d) Erzeugen einer neuen Information mit N Bit unter Verwendung der komprimierten Information mit X Bit und der Information mit (N-X) Bit und
(e) wiederholtes Ausführen der Schritte (b) bis (d), wenn die neue Information mit N Bit komprimierbar ist, und anderen falls wiederholtes Ausführen der Schritte (a) bis (d).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die folgenden Unterschritte enthält:

(b1) Teilen von N+1 Bit, die die Information mit N Bit und eine Startinformation mit 1 Bit einschließen, in m Daten mit k Bit, wobei m eine ganze Zahl größer als 1 ist,
(b2) Ermitteln, ob es einen Differenzwert kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert D unter den m-1 Differenzwerten der in Daten gibt, und dann, wenn das der Fall ist, Umwandeln eines der beiden Datenwerte, deren Differenz kleiner als der vor gegebene Schwellenwert D ist, in eine Information mit k Bit einschließlich einer Startinformation mit 1 Bit, einer Kom pressionsschrittinformation mit T Bit, einer Statusumwandlungs information mit e Bit, einer neuen Information mit 1 Bit, jeder Folgeinformation der beiden Datenwerte mit jeweils a Bit und einer Differenzwertinformation mit (k-T-2-2a-e) Bit,
(b3) Eingeben einer neuen Information mit 1 Bit und wiederholtes Ausführen des Schrittes (b2) bis es keinen Diffe renzwert kleiner als D unter den m-1 Differenzwerten der in Daten bezüglich der in Daten gibt, die im Schritt (b2) verarbeitet wurden, und
(b4) wiederholtes Ausführen der Schritte (b1) bis (b3), wenn ein Differenzwert kleiner als D nicht mehr unter den m-1 Differenzwerten der m Daten vorhanden ist, wobei k 2a+T+e+2 und D=2^k-T-2-2a-e-1.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewandelten Daten an der ersten Stelle der in Daten angeordnet werden.

4. Datenkompressionsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Erstellen einer Information mit (N-1) Bit aus einem Bitstrom und Teilen von N Bit, die aus der Information mit (N-1) Bit und einer Startinformation mit 1 Bit bestehen, in in Daten mit k Bit,
(b) Ermitteln, ob es einen Differenzwert kleiner als einen vorgegebenen Schwellenwert D unter den m-1 Differenzwerten der in Daten gibt, und wenn das der Fall ist, Umwandeln eines der beiden Datenwerte in eine Information mit k Bit, einschließlich einer Startinformation mit 1 Bit, einer Kennzeichenkompressions schrittinformation mit T Bit, einer Statusumwandlungsinformation mit e Bit, einer neuen Information mit 1 Bit, jeder Folgeinforma tion der beiden Datenwerten mit jeweils a Bit und einer Diffe renzwertinformation mit (k-T-2-2a-e) Bit,
(c) Eingeben einer Bitinformation mit 1 Bit und wiederholtes Ausführen des Schrittes (b), bis es keinen Differenzwert kleiner als D unter den m-1 Differenzwerten der m Daten gibt, die im Schritt (b) verarbeitet wurden,
(d) Umordnen der m Daten nach der Größe der Differenzwerte, wenn es keinen Differenzwert kleiner als D unter den m-1 Differenzwerten der m Daten gibt, und der Reihe nach erfolgendes Speichern der ursprünglichen Folgeinformation der umgeordneten in Daten in der Reihenfolge der umgeordneten Daten,
(e) Subtrahieren vorgegebener Werte Dj von den restlichen Daten mit der Ausnahme der ersten umgeordneten Daten, die im Schritt (d) umgeordnet wurden, wobei 1 i m-1,
(f) Erstellen der restlichen Anzahl r von Bit, die dadurch erhalten wird, daß die Bitzahl der Startinformation (d. h. 1), m·a, die Bitzahl der Kompressionsschrittinformation (d. h. T), die Bitzahl der neuen Information (d. h. 1) und die Bitzahl der Statusumwandlungsinformation (d. h. e) von N abgezogen werden, Bilden eines Quotienten q, indem r durch m geteilt wird, und Ermitteln, ob r kleiner als b=k+q(m-1)+f ist, wobei f die Anzahl der Bit des Kompressionsschrittkennzeichens ist,
(g) Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [q(m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q Bit oder weniger zählen, und der verbleibenden Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist und die Differenzwerte q Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigein formation mit [k+ (logm/log2)] Bit erster subtrahierter Daten, die q Bit oder mehr zählen, Differenzwerte mit [(q-1) (m-2)] Bit der restlichen subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist, nur ein Differenzwert q Bit oder mehr zählt und die restlichen Daten q-1 Bit oder weniger zählen,
(h) Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [(q-1) (m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und in die restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner gleich b ist, q gleich q-1 gesetzt ist und alle Differenzwerte q-1 Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinforma tion, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigeinformation mit [k+(logm/log2)] Bit erster subtrahierter Daten, die q-1 Bit oder mehr zählen, in Differenzwerte mit [(q-2)×(m-2)] Bit der restlichen subtrahierten Daten, die q-2 Bit oder weniger zählen, und in die restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner als b ist, ein Differenzwert q-1 Bit oder mehr zählt und die restlichen Differenzwerte q-2 Bit oder weniger zählen,
(i) wiederholtes Ausführen der Schritte (b) bis (h) bezüglich des Bitstromes aus N Bit, der über die Schritte (g) und (h) verarbeitet wurde,
(j) Beenden der Kompression, wenn keine der Bedingungen der Schritte (b) bis (h) erfüllt ist, und wiederholtes Ausführen der Schritte (a) bis (i), wobei k 2a+T+e+2 und k eine positive ganze Zahl ist, wenn r vorhanden ist, D= 2^k-T-2-2a-e-1 ist und N=km, wobei in eine ganze Zahl größer als 1 ist.

5. Datenkompressionsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Erstellen einer Information mit (N-1) Bit aus einem Bitstrom und Teilen von N Bit, die aus der Information mit (N-1) Bit und einer Startinformation mit 1 Bit bestehen, in m Daten mit k Bit,
(b) Ermitteln, ob es einen Differenzwert kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert D unter den m-1 Differenzwerten der m Daten gibt, und dann, wenn das der Fall ist, Umwandeln eines der beiden Datenwerte in eine Information mit k Bit, die eine Startinformation mit 1 Bit, eine Kennzeichenkompressionsschritt information mit T Bit, eine Statusumwandlungsinformation mit e Bit, eine neue Information mit 1 Bit, jede Folgeinformation der beiden Datenwerte mit a Bit und eine Differenzwertinformation mit (k-T-2-2a-e) Bit einschließt,
(c) Eingeben einer neuen Information mit 1 Bit und wie derholtes Ausführen des Schrittes (b), bis es keinen Differenz wert kleiner als D unter den m-1 Differenzwerten der m Daten gibt, die im Schritt (b) verarbeitet wurden,
(d) Umordnen der m Daten nach der Größe der Differenzwerte, wenn es keinen Differenzwert kleiner D unter den m-1 Differenz werten der m Daten gibt, und der Reihe nach erfolgendes Speichern der ursprünglichen Folgeinformation der umgeordneten in Daten in der Reihenfolge der umgeordneten Daten,
(e) Subtrahieren vorgegebener Werte Dj von den verbleibenden Datenwerte mit der Ausnahme des ersten Datenwertes, die im Schritt (d) umgeordnet wurden, wobei 1 i m-1,
(f) Erstellen der Restbitanzahl r, die dadurch erhalten wird, daß die Bitzahl der Startinformation (d. h. 1), m·a, die Bitzahl der Kompressionsschrittinformation (d. h. T), die Bitzahl der neuen Information (d. h. 1) und die Bitzahl der Status umwandlungsinformation (d. h. e) von N abgezogen werden, Bilden eines Quotienten q durch Teilen von r durch m und Prüfen, ob r kleiner als b=k+q(m-1)+f ist oder nicht, wobei f die Anzahl der Bit des Kompressionsschrittkennzeichens ist,
(g) Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [q(m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q Bit oder weniger zählen, und die restlichen Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist und alle Differenzwerte q Bit oder weniger zählen und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kom pressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigein formation mit [k+(logm/log2)] Bit der Art von subtrahierten Daten, die q Bit oder mehr zählen, in Differenzwerte mit [(q-1) (m-2)] Bit der restlichen subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und in die restlichen Bit der N Bit, wenn r größer als oder gleich b ist, nur ein Differenzwert q Bit oder mehr zählt und die restlichen Differenzwerte q-1 Bit oder weniger zählen,
(h) Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, Differenzwerte mit [(q-1) (m-1)] Bit der subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder weniger zählen, und in die restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner als b ist, q gleich q-1 gesetzt ist und alle Differenz werte q-1 Bit oder weniger zählen, und Umwandeln der N Bit in eine Startinformation, eine Kompressionsschrittinformation, eine neue Information, eine Statusumwandlungsinformation, eine Folgeinformation, eine Unterschrittinformation, erste sortierte Daten, eine Anzeigeinformation mit [k+(logm/log2)] Bit von subtrahierten Daten, die q-1 Bit oder mehr zählen, in Differenz werte mit [(q-2) (m-2)] Bit der verbleibenden subtrahierten Daten, die q-2 Bit oder weniger zählen, und in die restlichen Bit unter den N Bit, wenn r kleiner als b ist, ein Differenzwert q-1 Bit oder mehr zählt und die restlichen Differenzwerte q-2 Bit oder weniger zählen,
(i) Ändern der Datenwerte unter Verwendung einer Operation mit vorgegebenen Werten, wenn die Bedingungen auf keinen der Schritte (g) und (h) anwendbar sind,
(j) Aufsuchen des Falles, der die Bedingungen der Schritte (b) bis (h) bezüglich der geänderten Daten erfüllt und Kom primieren der Daten nach Maßgabe der Statusumwandlungsinformation für alle vorhergehenden Schritte und des dafür vorgesehenen Umwandlungsverfahrens und
(k) Beenden der Kompression, wenn keine der Bedingungen der Schritte (b) bis (j) erfüllt ist, und wiederholtes Ausführen der Schritte (a) bis (j), wobei k 2a+T+e+2 und k eine positive ganze Zahl ist, wenn r vorhanden ist, d = 2^k-T-2-2a-e-1 und N=km, wobei m eine ganze Zahl größer als 1 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation im Schritt (i) eine Addition, eine Subtraktion oder eine Exklusiv-ODER Verknüpfung ist.

7. Datenexpansionsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Erstellen einer Information mit (N-X) Bit aus einer Information mit N Bit,
(b) Expandieren der verbleibenden Information mit X Bit in eine Information mit N Bit, wobei die Information mit (N-X) Bit ausgeschlossen wird, und
(c) wiederholtes Ausführen der Schritte (a) und (b), bis die Information mit N Bit wiederhergestellt ist.