JP4814999B2 - データ圧縮・復元方法及び圧縮・復元プログラム - Google Patents
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Description
このような場合に、データ圧縮技術を用い、データのロスなしに符号化を実施することでデータ量を削減する技術が知られている。
本発明の第一の態様は、命令コードを含む被圧縮データの文字列の繰り返しであって最大長一致する部分列を検出し、前記部分列の位置と一致長とを組み合わせて符号化することにより圧縮データを生成するデータ圧縮方法又はプログラムを前提とする。
上述の本発明の第一の態様において、第二の繰返し状態の後第一の繰返し状態が所定回数(T回)連続して続いた場合に、第一の繰返し符号への切替えを行うステップと、第一の繰返し状態の後第二の繰返し状態に1回でもなった場合に、第二の繰返し符号への切替えを行うステップとを、更に含むように構成することができる。
第一及び第二の繰返し符号を切り替えるための切替え符号を圧縮データから抽出し、その抽出タイミングに基づいて下記の第一の繰返し部分復元ステップと第二の繰返し部分復元ステップとを切り替えて実行させる切替えステップが実行される。
図3は、本発明の実施形態の機能ブロック図であり、図3(a)はデータ圧縮を行うための実施形態の機能ブロック図、図3(b)はデータ復元を行うための実施形態の機能ブロック図である。
繰返し検出部302は、アプリケーション等の命令コードとデータが混在した被圧縮データである元データ301を例えば8キロバイト(8192バイト)分を順次一時保持し、その元データ301中の繰返しを検出する。
切替え部304は、切替え判定部303の判定結果に基づいて、ワード繰返し符号生成部305による処理かバイト繰返し符号生成部306による処理かを切り替える。
バイト繰返し符号生成部306は、繰返し検出部302が検出した繰返し部分に対して、データ部分に対応するバイト単位での繰返し符号を生成する。
符号出力部308は、ワード繰返し符号生成部305、バイト繰返し符号生成部306、及び切替え符号生成部307が生成された各符号を合わせて、圧縮データ309として出力する。
次に、図3(b)のデータ復元側の機能ブロック図について説明する。
切替え符号検出部311は、ワード繰返し復号部313及びバイト繰返し復号部314が復号した符号中から、切替え符号を検出する。
ワード繰返し復号部313は、符号入力部310から入力されるワード繰返し符号を復号して命令コード部分を取り出し、それを元データ301として出力する。
図4は、図3(a)及び(b)に示される各機能ブロック構成が、図5及び図6に示される動作フローチャートの各動作に対応する各コンピュータプログラムによって実現される場合における、その各プログラムを実行する各コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
一方、図3の切替え判定部303が、繰返し検出部302における繰返しの検出動作において、過去分8キロバイトのデータ中から、命令ワード長Nの倍数位置以外の位置で繰返しを見つけたことを検知したときには、元データ301が命令コード部分からデータ部分に変化したと判定し、その検知結果に基づいて切替え部304が、ワード繰返し符号生成部305の動作からバイト繰返し符号生成部306の動作に切替えを行う。この結果、バイト繰返し符号生成部306が、バイト繰返し符号を生成する。
バイト繰返し符号生成部306は、図7の702として示されるように、命令ワード長Nの倍数位置以外の位置での繰返し部分を、繰返しを示す値1を有する1ビットフラグと、相対一致位置と、一致長とからなるバイト繰返し/繰返し符号702−1によって表現する。
更に続いて、図3の切替え判定部303が、繰返し検出部302における繰返しの検出動作において、過去分8キロバイトのデータ中から、命令ワード長Nの倍数の位置で繰返しを見つけることができた状態が、切替え条件回数T回(例えば4回)続いたことを検知したときには、元データ301がデータ部分から再び命令コード部分に変化したと判定し、その検知結果に基づいて切替え部304が、バイト繰返し符号生成部306の動作からワード繰返し符号生成部305の動作に切替えを行う。この結果、ワード繰返し符号生成部305が、再びワード繰返し符号を生成する。
上述の実施形態の動作において、図7に示されるように、ワード繰返し/繰返し符号701−1及びバイト繰返し/繰返し符号702−1ともに、一致長は、例えば8バイトまでの一致を表現するために3ビットの符号で表現する。また、相対一致位置については、バイト繰返し/繰返し符号702−1では、従来のLZ77方式と同様に、過去8キロバイト分の中の相対一致位置を表現するために13ビット(2の13乗=8192バイト、8キロバイト)の符号で表現する。これに対して、ワード繰返し/繰返し符号701−1では、相対一致位置はかならず命令ワード長N、例えば4バイトの倍数位置となるため、過去8キロバイト分の中の相対一致位置を表現するために、4バイトよりも細かいバイト位置を表現するために必要な2ビット分を削減することができ、相対一致位置は11ビットの符号で表現することができる。一般的には、ワード繰返し/繰返し符号701−1では、相対一致位置を表現するのに必要なビット数は、次式で求めることができる。
log2 (探索過去データサイズ)−log2 (命令ワード長)
従って、元データ301が命令コードとデータが混在するような性質のデータである場合には、本実施形態のデータ圧縮方式により、命令コード部分の繰返しの相対一致位置を表現するために必要なビット数を、従来よりも{log2 (命令ワード長)}ビットだけ削減することが可能となる。また同時に、命令コードの繰返しに着目することにより、繰返しのヒット率も向上する。これらが、本発明に関連する大きな特徴である。
初めて、ワード繰返し符号生成部305による動作からスタートし、元データ301として命令コードエリアが入力される。
次に、バイト番号7及び8バイト目の(00,1C)は、命令ワード長N=4の倍数位置である4バイト前のバイト番号3及び4バイト目と一致する。そこで、ワード繰返し/繰返し符号C7(図7の701−1に対応)として、相対一致位置=4、一致長=2からなる符号が出力される。これを<4,2>と表記する。なお、図7の1ビットフラグは省略されている。
次のバイト番号11及び12バイト目は、ワード繰返し部分が検出できないため、ワード繰返し/非繰返し符号C9及びC10として、元データ301の生データが出力される。
次のバイト番号13〜16バイト目の(E5,9D,00,1C)は、命令ワード長N=4の倍数位置である8バイト前のバイト番号5〜8バイト目と一致する。そこで、ワード繰返し/繰返し符号C11として、相対一致位置=8、一致長=4からなる符号<8,4>が出力される。
次に、バイト番号17及び18バイト目の(9D,00)は、3バイト手前の14及び15バイト目と一致するが、これは命令ワード長N=4の倍数位置ではない。
これに続いてバイト繰返し符号生成部306が動作を開始する。
続くバイト番号19及び20バイト目の(9D,10)は、9バイト前のバイト番号10及び11バイト目と一致する。そこで、バイト繰返し/繰返し符号C14=[9,2]が出力される。
図7の符号フォーマットでは、ワード繰返し符号701及びバイト繰返し符号702ともに、先頭に1ビットフラグが付加されているが、図9の符号出力例では、先頭の16ビット=2バイトからなる符号C0に、C1〜C16の16符号分の1ビットフラグがまとめて格納される。そして、それに続いて、C1〜C16の各符号が出力される。図9には図示していないが、16個の符号が出力されると再び、その次の16符号分の1ビットフラグがまとめて格納された16ビット=2バイトからなる符号が出力され、次の16個の符号が出力される。
符号C13は、バイト繰返し/繰返し符号であるため、C13の相対一致位置3(図8参照)が、13ビットのデータとして格納され、C13の一致長=2(図8参照)が、3ビットのデータとして格納される。これにより、符号C13は、16ビット=2バイトのデータを構成する。
出力された元データ301は、最新の8キロバイト(8192バイト)分がメモリに常に保持される。
ワード繰返し復号部313は、符号入力部310から始めに入力した1ビットフラグ群符号C0において、8ビット目が値1であることを認識することによって、符号C7に続いて入力する16ビット=2バイトが、ワード繰返し/繰返し符号C8(図9参照)であることを認識し、符号C7の場合と同様にして元データ301を復元して出力する。
ワード繰返し復号部313は、符号入力部310から始めに入力した1ビットフラグ群符号C0において、9及び10ビット目が値0であることを認識することによって、符号C8に続いて入力する2バイト分が、それぞれワード繰返し/非繰返し符号C9及びC10の各8ビット=1バイト(図9参照)であることを認識し、それぞれ各バイトに格納されている生データを元データ301として出力する。
ワード繰返し復号部313は、符号入力部310から始めに入力した1ビットフラグ群符号C0において、11ビット目が値1であることを認識することによって、符号C10に続いて入力する16ビット=2バイトが、ワード繰返し/繰返し符号C11(図9参照)であることを認識し、符号C7の場合と同様にして元データ301を復元して出力する。
ワード繰返し復号部313は、符号入力部310から始めに入力した1ビットフラグ群符号C0において、12ビット目が値1であることを認識することによって、符号C11に続いて入力する1バイト分が、ワード繰返し/繰返し符号C12(図9参照)であることを認識する。この場合に、2バイト分ではなく1バイト分が入力されるのは、図9に示されるように、ワード繰返し/繰返し符号は、4符号に1符号は、直前の3符号によって生じる2ビット×3=6ビットの保留ビットと会わせて、8ビット=1バイトで符号化されるためである。この場合、ワード繰返し復号部313は、その8ビットに格納されているデータのうち、下位3ビットを一致長として抽出し、残りの上位5ビットと、直前の3符号の復号時にレジスタ等に保持してあった2ビット×3=6ビットの保留ビットとを会わせた11ビットを相対一致位置として検出する。
図6の動作フローチャートでは、ステップS601−>S602−>S603−>S604−>S605−>S607の処理になる。
図9には特には図示されていないが、バイト繰返し復号部314は、符号入力部310から入力した1ビットフラグ群符号において、値0であることを認識した1ビットフラグについては、それに対応して入力する8ビット=1バイトのデータがバイト繰返し/非繰返し符号であることを認識し、その1バイトに格納されている生データを元データ301として出力する。
また、バイト繰返し復号部314は、復号したバイト繰返し/繰返し符号から抽出された相対一致位置と一致長がそれぞれ値0である場合には、図3(b)の切替え符号検出部311によって、その符号がバイト繰返し/切替え符号(図7の702−3に対応)であると検出され、切替え部312に通知される。
図6の動作フローチャートでは、S608−>S609−>S610−>S611−>S612−>S613−>S601の処理になる。
Claims (8)
- 命令コードを含む被圧縮データの文字列の繰り返しであって最大長一致する部分列を検出し、前記部分列の位置と一致長とを組み合わせて符号化することにより圧縮データを生成するデータ圧縮方法であって、
前記被圧縮データから繰返し部分を順次検出し、該繰返し部分の相対一致位置が前記命令コードを表すバイト数である命令ワード長の倍数に相当する位置である第一の繰返しの状態か、そうではない第二の繰返しの状態かを判定する繰返し状態判定ステップと、
前記繰返し部分が前記第一の繰返し状態である場合には、該繰返し部分に対応する前記相対一致位置を前記命令ワード長で割って得られる圧縮相対一致位置を示す値と、該繰返し部分の前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含む第一の繰返し符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する第一の繰返し符号生成ステップと、
前記繰返し部分が前記第二の繰返し状態である場合には、該繰返し部分に対応する前記相対一致位置を示す値と、該繰返し部分の前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含む第二の繰返し符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する第二の繰返し符号生成ステップと、
前記第一及び第二の繰返し符号を切り替えるための切替え符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する切替え符号生成ステップと、
を含むことを特徴とするデータ圧縮方法。 - 前記第二の繰返し状態の後前記第一の繰返し状態が所定回数連続して続いた場合に、前記第一の繰返し符号への切替えを行うステップと、
前記第一の繰返し状態の後前記第二の繰返し状態に1回でもなった場合に、前記第二の繰返し符号への切替えを行うステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ圧縮方法。 - 前記第一の繰返し符号生成ステップ又は前記第二の繰返し符号生成ステップにおいて、前記一致長が所定バイト数よりも小さい場合には、前記第一の繰返し符号又は前記第二の繰返し符号として前記被圧縮データのバイトデータをそのまま示す値を出力し、前記第一の繰返し符号又は前記第二の繰返し符号は前記被圧縮データのバイトデータをそのまま示す値が出力されているか否かを示すためのフラグを含む、
ことを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載のデータ圧縮方法。 - 命令コードを含む被圧縮データの文字列の繰り返しであって最大長一致する部分列を検出し、前記部分列の位置と一致長とを組み合わせて符号化することにより生成された圧縮データから前記被圧縮データを復元するデータ復元方法であって、
相対一致位置を前記命令コードを表すバイト数である命令ワード長で割って得られる圧縮相対一致位置を示す値と、前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含み前記圧縮データを構成する第一の繰返し符号から、前記圧縮相対一致位置と前記一致長を抽出し、該圧縮相対一致位置に前記命令ワード長を乗算して前記相対一致位置を算出し、既に復元されている前記被圧縮データから前記算出した相対一致位置と前記抽出した一致長とに対応する第一の繰返し部分を復元し、前記被圧縮データとして出力する第一の繰返し部分復元ステップと、
前記相対一致位置を示す値と、前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含み前記圧縮データを構成する第二の繰返し符号から、前記相対一致位置と前記一致長を抽出し、既に復元されている前記被圧縮データから前記抽出した相対一致位置と前記抽出した一致長とに対応する第二の繰返し部分を復元し、前記被圧縮データとして出力する第二の繰返し部分復元ステップと、
前記第一及び第二の繰返し符号を切り替えるための切替え符号を前記圧縮データから抽出し、その抽出タイミングに基づいて前記第一の繰返し部分復元ステップと前記第二の繰返し部分復元ステップとを切り替えて実行させる切替えステップと、
を含むことを特徴とするデータ復元方法。 - 前記第一の繰返し部分復元ステップ又は前記第二の繰返し部分復元ステップにおいて、前記第一の繰返し符号又は前記第二の繰返し符号に含まれるフラグが前記被圧縮データのバイトデータをそのまま示す値が出力されていることを示している場合に、前記第一の繰返し符号又は前記第二の繰返し符号に含まれるデータから前記被圧縮データのバイトデータをそのまま抽出し、前記被圧縮データとして出力する、
ことを特徴とする請求項4に記載のデータ復元方法。 - 命令コードを含む被圧縮データの文字列の繰り返しであって最大長一致する部分列を検出し、前記部分列の位置と一致長とを組み合わせて符号化することにより圧縮データを生成するコンピュータに、
前記被圧縮データから繰返し部分を順次検出し、該繰返し部分の相対一致位置が前記命令コードを表すバイト数である命令ワード長の倍数に相当する位置である第一の繰返しの状態か、そうではない第二の繰返しの状態かを判定する繰返し状態判定機能と、
前記繰返し部分が前記第一の繰返し状態である場合には、該繰返し部分に対応する前記相対一致位置を前記命令ワード長で割って得られる圧縮相対一致位置を示す値と、該繰返し部分の前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含む第一の繰返し符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する第一の繰返し符号生成機能と、
前記繰返し部分が前記第二の繰返し状態である場合には、該繰返し部分に対応する前記相対一致位置を示す値と、該繰返し部分の前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含む第二の繰返し符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する第二の繰返し符号生成機能と、
前記第一及び第二の繰返し符号を切り替えるための切替え符号を生成し、それを前記圧縮データとして出力する切替え符号生成機能と、
を実行させるためのプログラム。 - 前記第二の繰返し状態の後前記第一の繰返し状態が所定回数連続して続いた場合に、前記第一の繰返し符号への切替えを行う機能と、
前記第一の繰返し状態の後前記第二の繰返し状態に1回でもなった場合に、前記第二の繰返し符号への切替えを行う機能と、
を更に実行させるための請求項6に記載のプログラム。 - 命令コードを含む被圧縮データの文字列の繰り返しであって最大長一致する部分列を検出し、前記部分列の位置と一致長とを組み合わせて符号化することにより生成された圧縮データから前記被圧縮データを復元するコンピュータに、
相対一致位置を前記命令コードを表すバイト数である命令ワード長で割って得られる圧縮相対一致位置を示す値と、前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含み前記圧縮データを構成する第一の繰返し符号から、前記圧縮相対一致位置と前記一致長を抽出し、該圧縮相対一致位置に前記命令ワード長を乗算して前記相対一致位置を算出し、既に復元されている前記被圧縮データから前記算出した相対一致位置と前記抽出した一致長とに対応する第一の繰返し部分を復元し、前記被圧縮データとして出力する第一の繰返し部分復元機能と、
前記相対一致位置を示す値と、前記相対一致位置における一致長を示す値とを少なくとも含み前記圧縮データを構成する第二の繰返し符号から、前記相対一致位置と前記一致長を抽出し、既に復元されている前記被圧縮データから前記抽出した相対一致位置と前記抽出した一致長とに対応する第二の繰返し部分を復元し、前記被圧縮データとして出力する第二の繰返し部分復元機能と、
前記第一及び第二の繰返し符号を切り替えるための切替え符号を前記圧縮データから抽出し、その抽出タイミングに基づいて前記第一の繰返し部分復元ステップと前記第二の繰返し部分復元ステップとを切り替えて実行させる切替え機能と、
を実行させるためのプログラム。
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