JP3193140B2 - 画像と符号のデータ圧縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２値画像データと文字
などの符号データとを選択的にデータ圧縮する画像と符
号のデータ圧縮方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】データを伝送したり蓄積したりする場合
にデータ圧縮がよく行なわれている。データ圧縮を行な
うための符号化方式として、予測符号化方式の一方式で
ある算術符号やジブ・レンペル（Ｚｉｖ−Ｌｅｍｐｅ
ｌ）のユニバーサル符号が知られている。

【０００３】算術符号は、マルコフ情報源のデータに適
すると共に、データの特性に応じた適応化が可能である
ため、２値画像データのデータ圧縮によく採用されてい
る。一方、ユニバーサル符号は、同一シンボルパターン
の長いデータが繰り返し出現するデータに対して圧縮効
果が高いため、文字コードなどの符号データのデータ圧
縮によく採用されている。

【０００４】ところで、画像データと符号データの内の
どちらでも任意に選択してデータ圧縮したいという場合
がある。

【０００５】この場合、従来は、一般に、上記算術符号
とユニバーサル符号というように、２種類の符号化方式
を使い分けるようにしていた。このため、装置内に２種
類の符号化手段を備えなくてはならず、装置が複雑化し
ていた。

【０００６】一方、例えば、特開平３−７０２６８号公
報に見られるように、画像データと文字コードデータと
を１つの符号化手段によりデータ圧縮するものが提案さ
れている。

【０００７】この提案では、文字コードデータは、バイ
ト単位にユニバーサル符号によりデータ圧縮している。
また、画像データは、ＭＨ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｈｕｆ
ｆｍａｎ），ＭＲ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｒｅｌａｔｉｖ
ｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｄｅｓｉｇｎａ
ｔｅ）あるいはＭＭＲ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＭＲ）方式
により符号化した後、その符号化により得られるランレ
ングスコードやモード情報に固定長コードを割り付け、
その固定長コードをユニバーサル符号によりデータ圧縮
している。この処理により、文字コードや固定長コード
の各データの周期性が吸収され、圧縮効果が比較的高く
なる。

【０００８】しかしながら、上記提案では、ＭＨ，ＭＲ
あるいはＭＭＲという別の符号化手段が必要になるた
め、前記と同様に、装置が複雑化していた。

【０００９】また、ユニバーサル符号の場合、処理する
データ内に、同一シンボル系列の長いデータが繰り返し
出現する場合に、圧縮効果が高くなるが、同一シンボル
系列のデータ長が短かったり、出現回数が少ない場合、
圧縮効果が低下していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
画像データと符号データの双方において高い圧縮効果を
得ようとすると、複数の符号化手段が必要になり、装置
が複雑化してしまうという問題があった。

【００１１】本発明は、上記の問題を解決し、簡単な装
置構成で画像データと符号データの双方をデータ圧縮す
ると共に、高い圧縮効果が得られる画像と符号のデータ
圧縮方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、入
力データを一定数ずつ並列配置して、注目ビット周囲の
各ビットの状態から注目ビットのシンボル出現確率を予
測し、その予測値と実際のシンボルとの対応を符号化す
ることによりデータ圧縮する既知の算術符号化手段を１
つ備え、２値画像データをデータ圧縮する場合には、上
記一定数として、画像１ラインの画素数を設定して、そ
の算術符号化手段によりデータ圧縮する一方、符号デー
タをテータ圧縮する場合には、上記一定数として、符号
データ１単位のビット数を設定して、上記算術符号化手
段によりデータ圧縮するようにしている。

【００１３】

【作用】符号化手段は１つだけでよいので、装置構成が
簡単になる。また、画像データは、算術符号化手段によ
り従来どおりデータ圧縮するので、高い圧縮効果が得ら
れる。また、符号データは、シンボル出現確率を予測す
る際に、符号データ１単位ずつ並列配置するので、注目
ビットと周囲の各ビット間の相関が強くなる。これによ
り、予測精度が向上し、符号データにおいても高い圧縮
効果が得られるようになる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例に係る符号化装
置のブロック構成図を示したものである。図において、
Ｐ／Ｓ変換手段１は、パラレル信号の文字コードデータ
をシリアル信号のデータに変換するものである。入力切
換手段２は、画像データを入力するか、文字コードデー
タを入力するかを切り換えるものである。参照シンボル
取得手段３は、入力したデータを一定数ずつ並列配置
し、注目ビット周囲の各ビットの状態を判別するもので
ある。この参照シンボル取得手段３内には、入力データ
を並列配置する上記一定数を２段階に切り換える１ライ
ンビット数切換手段３ａを備えている。

【００１６】確率テーブル４は、シンボルの出現確率を
示す各種確率値を格納しているデータテーブルである。
予測値・確率データ選択テーブル５は、上記判別される
各ビット状態に対応して、シンボルの予測値と、確率テ
ーブル４内の１つの確率値を指示するポインタとを格納
しているデータテーブルである。予測判定手段６は、シ
ンボルの予測値と実際の値とが一致、すなわち予測が的
中したかどうか判定するものである。なお、この判定結
果は、言い換えると、データのシンボルがＭＰＳ（優勢
シンボル）であるかＬＰＳ（劣勢シンボル）であるかを
示すものである。算術符号生成手段７は、その判定結果
と読み出された確率値とにより、算術符号を生成するも
のである。

【００１７】テーブル書換手段８は、シンボル予測の的
中状況に応じて予測値・確率データ選択テーブル５内の
上記ポインタを書き換えるものである。識別コード挿入
手段９は、画像および文字の各符号化データに先立っ
て、どちらのデータであるかを示す識別コードを挿入す
るものである。

【００１８】図２は、上記符号化装置により生成された
符号化データを元のデータに復元する復号化装置のブロ
ック構成図を示したものである。図において、識別コー
ド検出・除去手段１０は、入力される符号化データの識
別コードを検出する一方、その識別コードを除去するも
のである。算術符号復号手段１１は、符号化データと確
率値とにより、データのシンボルがＭＰＳであるかＬＰ
Ｓであるか判別するものである。

【００１９】参照シンボル取得手段３，確率テーブル
４，予測値・確率データ選択テーブル５，予測判定手段
６および算術符号生成手段７は、それぞれ図１と同一機
能である。なお、予測判定手段６は、この場合、ＭＰＳ
とＬＰＳの判別結果とシンボル予測値とにより、データ
のシンボルを再生することになる。

【００２０】出力切換手段１２は、画像データを再生し
た場合と文字コードデータを再生した場合とで、信号路
を切り換えるものである。Ｓ／Ｐ変換手段１３は、シリ
アル信号のデータをパラレル信号に変換するものであ
る。

【００２１】以上の構成で、次に本実施例の符号化装置
の動作を説明する。

【００２２】この符号化装置には、データ種別信号と共
に、画像データまたは文字コードデータが任意に入力さ
れる。データ種別信号は、入力されるデータが画像デー
タであるか文字コードデータであるかを示すものであ
る。画像データは、原稿画像を一定の解像度で主走査と
副走査とを実行して読み取った２値データであり、１ラ
インずつ順次入力される。文字コードデータは、英数字
などの文字列情報であり、アスキーコードの形式で順次
入力される。

【００２３】この符号化装置は、図３に示すように、デ
ータ種別信号が入力されると、その信号により入力され
るデータの種別を判別する（処理１０１）。いま、例え
ば、入力データが画像データであったとすると（処理１
０１の「画像」）、入力切換手段２で画像データ側を選
択し（処理１０２）、識別コード挿入手段９から画像で
あることを示す識別コードを出力する（処理１０３）。
そして、１ラインビット数切換手段３ａで１ラインのビ
ット数を原稿画像の主走査方向の画素数に設定する（処
理１０４）。

【００２４】一方、入力データが文字コードデータであ
ったとすると（処理１０１の「文字」）、入力切換手段
２でＰ／Ｓ変換手段１側を選択し（処理１０５）、識別
コード挿入手段９から文字であることを示す識別コード
を出力する（処理１０６）。そして、１ラインビット数
切換手段３ａで１ラインのビット数をアスキーコードの
１単位である８ビットに設定する（処理１０７）。

【００２５】そして、所定の符号化処理を開始する。す
なわち、いま、画像データが入力された場合、その画像
データは、そのまま参照シンボル取得手段３に入力され
る。また、文字コードデータが入力された場合、Ｐ／Ｓ
変換手段１でシリアル信号に変換されて参照シンボル取
得手段３に入力される。

【００２６】参照シンボル取得手段３では、図４に示す
ように、入力するデータを上記設定した１ラインビット
数ずつ順次並列配置する。そして、入力する各ビットに
注目し、予め設定されているテンプレートＴに従って、
その注目ビットＸに対して一定位置にある１０ビットの
データを取り出す。すなわち、取り出すビットは、同一
ライン上の２ビットのデータＤ１・Ｄ２と、前ラインの
５ビットのデータＤ２〜Ｄ６および前々ラインの３ビッ
トのデータＤ７〜Ｄ９である。

【００２７】この取り出したデータＤ０〜Ｄ９は１０ビ
ットなので、図５（ａ）に示すように、シンボルパター
ンの各状態を整理すると１０２４通りになる。参照シン
ボル取得手段３は、取り出したデータＤ０〜Ｄ９のシン
ボルパターンを状態０〜１０２３というように判別す
る。

【００２８】予測値・確率データ選択テーブル５には、
同図（ｂ）に示すように、上記シンボルパターンの各状
態０〜１０２３に対応して、ＭＰＳの予測値とポインタ
値とが格納されている。予測値・確率データ選択テーブ
ル５は、上記判別された１つの状態に対応する予測値と
ポインタ値とを出力する。確率テーブル４には、同図
（ｃ）に示すように、通し番号が付与された各種確率値
が格納されている。確率テーブル４は、上記ポインタ値
で示された番号の確率値を出力する。

【００２９】予測判定手段６は、上記ＭＰＳの予測値と
入力されたデータのシンボルとを照合して、予測が的中
したかどうか判定する。この判定結果は、言い換える
と、入力されたデータのシンボルがＭＰＳであるかＬＰ
Ｓであるかを示している。算術符号生成手段７は、その
判定結果と上記確率値とに基ずいて、既知演算により算
術符号を生成して、外部に出力する（以上、処理１０
８）。

【００３０】上記符号化動作に並行して、テーブル書換
手段８は、シンボル予測が的中した回数と、外れた回数
とをそれぞれ計数する（処理１０９）。そして、計数し
たそれぞれの回数が、予め規定されている回数に達した
かどうか判定する（処理１１０）。規定回数に達しない
場合には（処理１１０のＮ）、次にデータ種別信号によ
りデータの切り換えが指示されていないかどうか判別す
る（処理１１１）。データの切り換えが指示されない場
合には（処理１１１のＮ）、データの終了がどうか判別
し（処理１１２）、終了でなければ（処理１１２の
Ｎ）、そのまま動作を継続する（処理１０８へ）。

【００３１】ここで、いま、画像データを入力している
ものとする。この場合、参照シンボル取得手段３内で
は、図４に示したように、その画像データが１ラインず
つ配列され、テンプレートＴにより、注目ビットＸ周辺
のデータＤＯ〜Ｄ９が取り出される。画像データの場
合、これらのデータＤＯ〜Ｄ９と注目ビットＸとの相関
が強いことがよく知られている。上記符号化処理では、
注目ビットＸのシンボルを、相関の強いデータＤＯ〜Ｄ
９に基ずいて予測するので、予測精度が高くなり、デー
タ圧縮率も高くなる。

【００３２】次に、文字コードデータを入力しているも
のとする。この場合、参照シンボル取得手段３内では、
その文字コードデータは、８ビットを１ラインとして順
に配列され、上記と同様に、注目ビットＸ周辺の各デー
タＤＯ〜Ｄ９が取り出される。

【００３３】いま、例えば、入力した文字コードデータ
が、「ＡＳＣＩＩ・・・」という文字列のデータであっ
たとする。アスキーコードは、１文字８ビットであり、
参照シンボル取得手段３内で配列されると、図６に示す
ようになる。すなわち、「Ａ」は“０１０００００
１”、「Ｓ」は“０１０１００１１”、「Ｃ」は“０１
００００１１”、「Ｉ」は“０１００１００１”という
データであり、各文字の上位３〜４ビットは、同一であ
るデータが多い。従って、上記テンプレートＴにより取
り出される各データＤＯ〜Ｄ９と注目ビットＸとの相関
が強いことになる。

【００３４】これにより、文字コードデータを符号化処
理する際にも、上記画像データの場合と同様に、予測精
度が高くなり、データ圧縮率も高くなる。

【００３５】一方、上記シンボル予測の的中回数、また
は外れた回数が規定回数に達した場合（処理１１０の
Ｙ）、予測値・確率データ選択テーブル５に格納してい
るポインタ値の書き換える。すなわち、的中回数が規定
回数に達した場合には、確率テーブル４の確率テーブル
内のより高い確率値を指示するようにポインタ値を書き
換える。また、外れた回数が規定回数に達した場合に
は、その反対に、より低い確率値を指示するようにポイ
ンタ値を書き換える（処理１１３）。これにより、いま
符号化しているデータの特性に応じた適応化が行なわ
れ、シンボルの予測精度がさらに向上するようになる。

【００３６】次に、データ種別信号によりデータの切り
換えが指示されたとする。この場合（処理１１１の
Ｙ）、データ種別を判別して以上の処理を同様に実行す
る（処理１０へ）。これにより、図７に示すように、デ
ータ種別を示す識別コードと共に、画像と文字のそれぞ
れの符号化データが順次出力される。そして、入力デー
タがなくなると（処理１１２のＹ）、以上の符号化処理
を終了する。

【００３７】次に、本実施例の復号化装置の動作を説明
する。

【００３８】復号化装置には、上記符号化装置により符
号化されたデータ信号が入力される。復号化装置は、図
８に示すように、データ信号が入力されると、識別コー
ド検出・除去手段１０は、識別コードを読み取ってデー
タ種別を判別する（処理２０１）。

【００３９】いま、データ信号が画像データであった場
合（処理２０２の「画像」）、１ラインビット数切換手
段３ａで１ラインのビット数を原稿画像の主走査方向の
画素数に設定する（処理２０３）。また、文字コードデ
ータであった場合（処理２０２の「文字」）、１ライン
ビット数切換手段３ａで１ラインのビット数を８ビット
に設定する（処理２０４）。そして、画像データの場
合、出力切換手段１２で画像出力の信号ラインを選択
し、文字データの場合、Ｓ／Ｐ変換手段１３側を選択す
る（処理２０５）。

【００４０】そして、所定の復号化処理を実行する。す
なわち、算術符号復号手段１１は、入力された符号化デ
ータと確率テーブル４から出力される確率値とに基ずい
て、元のデータシンボルがＭＰＳであるかＬＰＳである
かという情報に復号する。予測判定手段６は、その情報
と予測値・確率データ選択テーブル５から出力される予
測値とに基ずいて、元のデータのシンボルを復元する。
画像データの場合、復元されたデータは、そのまま出力
される。また、文字コードデータの場合、Ｓ／Ｐ変換手
段１３でパラレル信号に変換されて出力される。なお、
参照シンボル取得手段３，予測値・確率データ選択テー
ブル５，確率テーブル４，算術符号生成手段７は、それ
ぞれ前述の符号化装置の場合と同様に動作する（以上、
処理２０６）。

【００４１】上記復号化動作に並行して、図３の場合と
同様に、シンボルの予測結果を判定し、その判定結果に
応じて、予測値・確率データ選択テーブル５のポインタ
値を書き換える（処理１０９，処理１１０および処理１
１３）。

【００４２】また、上記動作中、入力データの識別コー
ドを監視する（処理２０７）。識別コードを検出しない
場合（処理２０７のＮ）、入力データの終了かどうか判
別し（処理２０８）、終了でなければ（処理２０８の
Ｎ）、そのまま復号化動作を継続する（処理２０６
へ）。そして、入力データがなくなると（処理２０８の
Ｙ）、以上の復号化処理を終了する。

【００４３】以上のように、本実施例の符号化装置は、
算術符号の符号化手段を１つ配設して、その１つの符号
化手段で画像データと文字コードデータの双方をデータ
圧縮するようにしている。

【００４４】これにより、従来のように２種類の符号化
手段を備える必要がないため、装置構成が簡単になる。
また、復号化装置も、対応する算術符号の復号化手段を
１つ配設すればよいので、同様に装置構成が簡単にな
る。

【００４５】また、算術符号は、画像データに好適な既
知の符号化方式であるので、高い圧縮効果が得られる。
また、文字コードデータをテータ圧縮する場合には、参
照シンボル取得手段３内において、入力データを１文字
のコード長である８ビットを単位として並列配列し、注
目ビット周辺の各ビットデータを取り出すようにしてい
る。

【００４６】文字コードデータの場合、文字が異なって
も、同一位置のビットが同一になりやすいので、注目ビ
ットと周辺ビット間の相関が強くなる。これにより、シ
ンボル出現確率の予測の的中率が高くなるため、文字コ
ードデータに対しても高い圧縮効果が得られるようにな
る。

【００４７】発明者の実験によると、本実施例の符号化
装置により、Ｃ言語のソースプログラムの文字列情報を
データ圧縮した場合に、データ量が４０％以下に圧縮さ
れることを確認している。

【００４８】また、Ｃ言語のソースプログラムの場合、
同一文字列が頻繁に出現するが、例えば「０．１２５８
６ ２．１３６５８ ５．２３６９８ ・・・」のよう
に、同一文字列がほとんど出現しない実数値データの場
合でも、各文字の上位ビットは一致することになるの
で、本実施例の符号化装置により、高いデータ圧縮効果
が得られるようになる。

【００４９】また、本実施例では、生成した符号化デー
タの先頭部に、画像と文字とのデータ種別を示す識別コ
ードを挿入するようにしている。これにより、復号化装
置は、復号化の際に、その識別コードによりデータ種別
を判別して、それぞれ所定の動作を自動的に実行するこ
とができるようになっている。

【００５０】なお、上述の実施例では、コードデータと
して、アスキーコードの文字列情報を符号化する例を説
明したが、他の文字列コードでもよく、さらに文字でな
い各種コード情報でも同様に符号化することができる。
その場合、参照シンボル取得手段３内で並列配置する１
ラインビット数を、１つのコード長に設定すればよい。
例えば、ＪＩＳコードの場合、１文字２バイトなので、
１ラインビット数を２バイトに設定する。さらに、その
１ラインビット数は、１つのコード長に限らず、そのコ
ード長の整数倍に設定してもよい。

【００５１】また、符号化データに挿入する識別コード
は、データ種別のみ示すようにしたが、さらに上記１ラ
インビット数を示すようにしてもよい。

【００５２】ところで、算術符号の符号化データは、疑
似ランダムデータになるため、出現しないデータパター
ンというものがない。このため、識別コードとして特定
符号を固定的に定義することができない。そこで、例え
ば、第１〜第３の各種符号を設定し、識別コードは、第
１と第２の符号が連続したものと定義する一方、符号化
の際に、符号化データに第１の符号が出現した場合に
は、その後に第３の符号を必ず挿入するように取り決め
る。これにより、符号化の際には、第１の符号を検出
し、さらに第２の符号を検出した場合に、識別コードで
あると判定することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、１つの
算術符号化手段により、画像データと符号データの双方
を符号化するようにしたので、装置構成が簡単になると
共に、符号データをテータ圧縮する場合には、符号デー
タ１単位のビット数を単位として並列配置して、注目ビ
ット周囲の各ビットのシンボルのパターンに基ずいて注
目シンボルの出現確率を予測するようにしたので、予測
結果の的中率が高くなるため、画像データと符号データ
の双方で高い圧縮効果が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る符号化装置のブロック
構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る復号化装置のブロック
構成図である。

【図３】符号化処理の動作フローチャートである。

【図４】入力データを配列して各ビットデータを取り出
す動作を示す説明図である。

【図５】シンボルの予測動作を示す説明図である。

【図６】文字コードデータの配列方法を示す説明図であ
る。

【図７】符号化装置の出力データの説明図である。

【図８】復号化処理の動作フローチャートである。

【符号の説明】

１ Ｐ／Ｓ変換手段 ２ 入力切換手段 ３ 参照シンボル取得手段 ３ａ １ラインビット数切換手段 ４ 確率テーブル ５ 予測値・確率データ選択テーブル ６ 予測判定手段 ７ 算術符号生成手段 ８ テーブル書換手段 ９ 識別コード挿入手段 １０ 識別コード検出・除去手段 １１ 算術符号復号手段 １２ 出力切換手段 １３ Ｓ／Ｐ変換手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １ラインの画素数が一定である２値画像
   データと、１単位のビット数が一定である符号データと
   を選択的に入力してデータ圧縮する画像と符号のデータ
   圧縮方法において、入力するデータを一定数ずつ並列配
   置して注目ビット周囲の各ビットの状態から注目ビット
   のシンボル出現確率を予測し、その予測値と実際のシン
   ボルとの対応を符号化することによりデータ圧縮する１
   つの算術符号化手段を備え、上記２値画像データをデー
   タ圧縮する場合には、上記データを並列配置する上記一
   定数として１ラインの画素数を設定して、上記算術符号
   化手段により上記２値画像データをデータ圧縮する一
   方、上記符号データをデータ圧縮する場合には、上記一
   定数として上記符号データ１単位のビット数を設定し
   て、上記算術符号化手段により上記符号データをデータ
   圧縮することを特徴とする画像と符号のデータ圧縮方
   法。
2. 【請求項２】 上記符号データは文字コードであること
   を特徴とする請求項１記載の画像と符号のデータ圧縮方
   法。
3. 【請求項３】 上記２値画像データおよび上記符号デー
   タのデータ圧縮を開始する際には、それぞれデータの種
   別を示す識別コードを出力した後符号化データを出力す
   ることを特徴とする請求項１記載の画像と符号のデータ
   圧縮方法。
4. 【請求項４】 上記識別コードには、上記データを並列
   配置する上記一定数を示す情報を含むことを特徴とする
   請求項３記載の画像と符号のデータ圧縮方法。