明 細 書 置換符号化によるデータ圧縮装置および解凍装置 技術分野
この発明は、 データの圧縮に関するものであり、 特に、 その圧縮率の向上に関 するものである。 背景技術
発明者は、 既に、 置換群論を応用した新たな圧縮方法を提案した (季仲舒ほか " 高速かつ高再生画質を特徴とした画像の行置換符号化方法"計測自動制御学会 論文集 3 0卷、 1 2号、 1 9 9 4年: Zhongshu Ji et al "Block Permutation C oding of Images Using Cosine Transform" IEEE Transactions on Communica Hons Vol 43,Nol 1,1995) 。 この置換群論による圧縮方法を用いれば、 一般に用 いられている JPEGに比べて圧縮率を向上できることが、 発明者により検証さ れた。 しかしながら、 さらなる圧縮率の向上や圧縮処理速度の向上が望まれてい る。 発明の概要
この発明は、 より性能を向上させた置換群論を応用したデータ圧縮ロジックと 符号化手法を提供することを目的とする。
請求項 1のデータ圧縮装置は、
順序づけられて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を、 所定の 規則に従って整列した整列値情報を出力するとともに、 上記整列によって得られ た整列後の順序と与えられた順序との対応を示す下記の逆置換情報 を出力する 整列手段、
= ( < 1)ゆ(2)ゆ(3) Φ鴨
ここで、 は、 下記の置換情報 σにおいて、 σ (πι) を満足する m である、
σ = (σ(1)σ(2)σ(3) σ (Μ))
ここで、 σφは、 整列後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
整列手段によつて得られた逆置換情報 を受けて、 逆置換情報 Φに対する下記 の P C R写像 mを出力する P C R化手段、
ここで、 k番目の要素 mkは、 次式で求められる、 , Va(k) <ひ (k+1)
Ok
k-nk-1, Va(k) >ひ (k+1)
k = 2,3,4, ,M ここで、 mkは、 ( こおいて、 0(σ(1 )すなわち kである要素と <Ha(k +1))すなわち k+1である要素との間でその値が kより小さい要素の個 数である、
P C R化手段によって得られた P C R写像 mを符号化し、 符号化 P C R写像を 出力する PC R符号化手段、
整列手段によつて得られた整列値情報を符号化し、 符号化整列値情報を出力す る整列値符号化手段、
P C R符号化手段からの符号化 P C R写像および整列値符号化手段からの符号 化整列値情報を圧縮データとして出力する出力手段、 ' を備えている。
請求項 2のデータ圧縮装置は、 さらに、 与えられた原データを直交変換して、 整列対象データとして整列手段に与える直交変換手段を備えたことを特徴として いる。
請求項 3のデータ圧縮装置は、 直交変換手段が、 原データを受けて DCT変換 を行うとともにジグザグスキャンした DC T変換データを得て、 整列対象データ として整列手段に与えるものであることを特徴としている。
請求項 4のデータ圧縮装置は、 DCT変換データを受けて、 これを所定の量子 化粗さに基づいて量子化する量子化手段と、 量子化された D C T変換デ一タのう ち、 最も低い周波数成分のものから、 所定値を越える最も高い周波数成分のもの
- 2 - 差替 え用紙 (規則 26)
までを有効係数として抽出して、 整列対象データとして整列手段に与える有効係 数抽出手段とを備えたことを特徴としている。
請求項 5のデータ圧縮装置は、 P C R符号化手段が、 P C R写像をハフマン符 号化するものであることを特徴としている。
請求項 6のデータ圧縮装置は、 整列値符号化手段が、 整列値を関数として表現 することにより符号化を行うものであることを特徴としている。
請求項 7のデータ圧縮装置は、 前記整列値符号化手段が、 整列値に拡大係数を 乗じた値を関数として表現することにより符号化を行うものであることを特徴と している。
請求項 8のデータ圧縮方法は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を所定の規則に 従って整列した整列値情報を得て、
上記整列によって得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた順序に従つて、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当 該順序情報を順列に構造化した順序写像情報を得て、
整列値情報および順序写像情報をそれぞれ符号化し、 圧縮デ一タを得ること を特徴としている。
請求項 9のデータ解凍装置は、
与えられた圧縮データ中の符号化 P C R写像を受け、 符号化 P C R写像を復号 化し、 P C R写像を得る P C R復号化手段、
P C R複号化手段によって得られた P C R写像を受け、 P C R写像に対応する 逆置換情報を得る逆 P C R化手段、
与えられた圧縮データ中の符号化整列値情報を受け、 符号化整列値情報を復号 化し、 整列値情報を得る整列値複号化手段、
逆 P C R化手段によつて得られた逆置換情報と、 整列値復号化手段によって得 られた整列値情報とに基づいて、 原データを復元する復元手段、
を備えている。
請求項 1 0のデータ解凍方法は、
与えられた圧縮データを分解して、 符号化 P C R写像と符号化整列値情報とを
得て、
上記分解によつて得られた符号化 P C R写像を受け、 符号化 P C R写像を復号 化し、 PCR写像を得るとともに、 当該 PC R写像に対応する逆置換情報を得て、 上記分解によって得られた符号化整列値情報を復号化し、 整列値情報を得て、 前記逆置換情報と前記整列値情報とに基づいて、 原データを復元すること、 を特徴としている。
請求項 1 1の圧縮データを記憶した記憶媒体は、
D C T変換による直流成分に関するデータを記憶する領域と、
D C T変換による交流成分をほぼ大きレ、順に整列して得られる近似曲線の係数 を記憶する領域と、
ΛίίΙΕ整列前の順序と整列後の顺序との対応を示す下記の逆置換情報 Φに関する データを記憶する領域と、
を備えている。
Φ = (Φ(Ϊ)Φ (2)Φ(3) Φ暢
ここで、 は、 下記の置換情報 σにおいて、 び (m) を満足する m である、
a = (σ(1)σ(2)σ(3) σ (Μ))
ここで、 ひ(j)は、 整列後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
請求項 1 2のデータ伝送システムは、
下記 (a)送信装 Sおよび (b)受信装置を備えたことを特徴としている。
(a)送信装置は下記 (al)〜(a6)を備えている:
(al)順序づけられて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を、 所 定の規則に従って整列した整列値情報を出力するとともに、 上記整列によって得 られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示す下記の逆置換情報 Φを出力 する整列手段、
Φ =( (1)<ί> (2)0(3) Φ轉
ここで、 (j)は、 下記の置換情報ひにおいて、 ひ (m)^jを满足する m である、
σ = (σ(1)σ(2)σ(3) σ (Μ))
ここで、 σ①は、 整列後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
(a2)整列手段によって得られた逆置換情報 Φを受けて、 逆置換情報 (>に対する 下記の P C R写像 mを出力する P C R化手段、
m = []112,1313, ,mM]
ここで、 k番目の要素 mkは、 次式で求められる、 i , V。(k) < a(k+l)
k-nk-1, V。(k) >ひ (k+1)
k = 2, 3,4 ,M ここで、 nkは、 φにおいて、 (>(a(k))=kである要素と <Kび (k+l))=k+l である要素との間でその値が kより小さい要素の個数である、
(a3) P C R化手段によって得られた P C R写像 mを符号化し、 符号化 P C R写 像を出力する P C R符号化手段、
(a4)整列手段によつて得られた整列値情報を符号化し、 符号化整列値情報を出 力する整列値符号化手段、
(a5)P C R符号化手段からの符号化 P C R写像および整列値符号化手段からの 符号化整列値情報を圧縮データとして送信する送信手段、
(b)受信装置は下記 (bl)~(b5)を備えている :
(b 1)送信されてきた圧縮デ一タを受信する受信手段、
(b2)受信した圧縮データ中の符号化 P C R写像を受け、 符号化 P CR写像を復 号化し、 P C R写像を得る P C R複号化手段、
(b3) P CR複号化手段によって得られた P CR写像を受け、 P CR写像に対応 する逆置換情報を得る逆 P C R化手段、
(b4)与えられた圧縮データ中の符号化整列値情報を受け、 符号化整列値情報を 復号ィヒし、 整列値情報を得る整列値復号化手段、
(b5)逆 P C R化手段によって得られた逆置換情報と、 整列値複号化手段によつ て得られた整列値情報とに基づいて、 原データを復元する復元手段。
請求項 13のデータ伝送方法は、
- 5 - 差替 え用 紙 (規則 26)
送信側においては、 請求項 8のデータ圧縮方法に基づいてデータを圧縮した後、 送信し、
受信側においては、 請求項 1 0のデータ解凍方法に基づいてデータを復元する ことを特徴としている。
請求項 1 4のデータ蓄積装置は、
順序づけられて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を、 所定の 規則に従って整列した整列値情報を出力するとともに、 上記整列によって得られ た整列後の順序と与えられた順序との対応を示す下記の逆置換情報 を出力する 整列手段、
Φ = ( (ΐ) (2) (3) 0(Μ))
ここで、 ①は、 下記の置換情報ひにおいて、 a(m)=jを満足する m である、
σ = (σ(1)σ(2)σ(3) σ (Μ))
ここで、 は、 整列後の: j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
整列手段によって得られた逆置換情報 Φを受けて、 逆置換情報ゆに対する下記 の P C R写像 mを出力する P C R化手段、
ここで、 k番目の要素 mkは、 次式で求められる、
ί Va(k) <ひ (k+1)
一 1 k-i -1, V。(k) >ひ (k+1)
k = 2, 3, , ここで、 nkは、 において、 (>(a(k))=kである要素と(>(a(k+l))=k+l である要素との間でその値が kより小さい要素の個数である、
P C R化手段によつて得られた P C R写像 mを符号化し、 符号化 P C R写像を 出力する PC R符号化手段、
整列手段によつて得られた整列値情報を符号化し、 符号化整列値情報を出力す る整列値符号化手段、
- 6 - 差替 え用紙 (規則 26)
P C R符号ィ匕手段からの符号化 P C R写像および整列値符号化手段からの符号 化整列値情報を圧縮データとして記憶する記憶手段、
を備えている。
請求項 1 5のデータ蓄積方法は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す敏を所定の規則に 従って整列した整列値情報を得て、
上記整列によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた順序に従つて、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当 該順序情報を順列に構造化した順序写像情報を得て、
整列値情報および順序写像情報をそれぞれ符号化し、 圧縮データを得て記憶す ること
を特徴としている。
請求項 1 7のデータ圧縮装置は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 当該複数のデータの示す値に基づ いて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを選択する圧縮モデル選択手段、 圧縮モデル選択手段によつて置換符号化が選択された場合には下記 (a)の置換 符号化手段による圧縮を実行し、 圧縮モデル選択手段によつて非匱换符号化が選 択された場合には下記 (b)の非置換符号化手段による圧縮を実行する圧縮実行手 段、
(a)与えられたデータの示す値を所定の規則に従つて整列した整列値情報 を得て、 上記整列によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との対 応を示すため、 与えられた順序に従って、 整列後の順番を配列した順序情 報を得るとともに、 当該順序情報を順列に構造化した順序所写像情報を得 て、 整列値情報および順序写像情報をそれぞれ符号化し圧縮データを得る 置麟号化手段、
(b)圧縮モデル選択手段によつて非置 号化が選択された場合には、 上 記の置換符号化を行わずに、 与えられたデータの符号化を行って圧縮デー タを得る非置換符号化手段、
を備えている。
請求項 1 8のデータ圧縮装置は、 さらに、 与えられた原データを直交変換して 圧縮モデル選択手段に与える直交変換手段を備えたことを特徴としている。 請求項 1 9のデータ圧縮装置は、 前記直交変換手段が、 原データを受けて D C T変換を行うとともにジグザグスキャンした D C T変換データを得て圧縮モデル 選択手段に与えるものであることを特徴としている。
請求項 2 0のデータ圧縮装置は、 直交変換手段からの D C T変換データを受け て、 これらを所定の量子化粗さにしたがって量子化する量子化手段と、 量子化手 段によって量子化された D C T変換データのうち、 最も低い周波数成分のものか ら、 所定の値を越える最も髙ぃ周波数成分のものまでを有効係数データとして抽 出し、 圧縮モデル選択手段に与える有効係数抽出手段と、 を備えている。
請求項 2 1のデータ圧縮装置は、 圧縮モデル選択手段が、 D C T変換データの 交流成分の最大値が所定の値より小さいか否かを、 圧縮モデル選択の判断基準に 含んでいることを特徴としている。
請求項 2 2のデータ圧縮装置は、 圧縮モデル選択手段が、 前記有効係数の数が 所定の値より小さいか否かを、 圧縮モデル選択の判断基準に含んでいることを特 徴としている。
請求項 2 3のデータ圧縮装置は、
前記置 号化手段が、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を、 所定の規則 に従って整列した整列値情報を出力するとともに、 上記整列によって得られた整 列後の順序と与えられた順序との対応を示す下記の置換情報 σを出力する整列手 段、
σ = ( σ (1) σ (2) σ (3) σ (Μ))
ここで、 σ (j)は、 整列後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
整列手段によつて得られたを置換情報 σ受けて、 置換情報 σに対する下記の Ρ C R写像 mを出力する P C R化手段、
ここで、 k番目の要素 mkは、 次式で求められる、
nk, Vひ (k)くひ (k+1)
k-iik-1, V。(k) > a(k+l)
k = 2, 3, 4, M ここで、 mkは、 σにおいて、 a(k)=kである要素と a(k+l)=k+lであ る要素との間でその値が kより小さい要素の個数である、
P CR化手段によって得られた P C R写像 mを符号化し、 符号化 P C R写像を 出力する PC R符号化手段、
整列手段によつて得られた整列値情報を符号化し、 符号化整列値情報を出力す る整列値符号化手段、
P C R符号化手段からの符号化 P C R写像および整列値符号化手段からの符号 化整列値情報を圧縮データとして出力する出力手段、
を備えたものであることを特徴としている。
請求項 24のデータ圧縮装置は、
前記置換符号化手段が、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を、 所定の規則 に従って整列した整列値情報を出力するとともに、 上記整列によって得られた整 列後の順序と与えられた順序との対応を示す下記の逆置換情報 0を出力する整列 手段、
Φ = (Φ(ΐ)Φ(2) (3) 灣
ここで、 φφは、 下記の置換情報びにおいて、 a(m)=jを満足する m である、
σ = (σ(1)σ(2)σ(3) σ (Μ))
ここで、 σ (j)は、 整列後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目で あつたかを示し、 Mはデータの数を示す、
整列手段によって得られた逆置換情報 0を受けて、 逆置換情報 ( こ対する下記 の P C R写像 mを出力する P C R化手段、
m二 [ni2,m3, ,mMjT
ここで、 k番目の要素 mkは、 次式で求められる、
- 9 - 替 え 用紙 (規則 26)
=卜 V。(k) < ひ (k+1 )
^― I k-nk-l, V。(k) > ひ (k+1 )
k = 2, 3, 4 M ここで、 ilkは、 ゆにおいて、 () ( a (k))=kである要素と(/) ( a (k+ l))=k+l である要素との間でその値が kより小さい要素の個数である、 P C R化手段によって得られた P C R写像 mを符号化し、 符号化 P C R写像を 出力する P C R符号化手段、
整列手段によって得られた整列値情報を符号化し、 符号化整列値情報を出力す る整列値符号化手段、
P C R符号化手段からの符号化 P C R写像および整列直符号化手段からの符号 化整列値情報を圧縮データとして出力する出力手段、
を備えたものであることを特徴としている。
請求項 2 5のデータ圧縮装置は、 整列値符号化手段が、 整列値の符号化におい て、 整列値に拡大係数を乗じた値を関数として表現することにより符号化を行う ものであることを特徴としている。
請求項 2 6のデータ圧縮装置は、 非置換符号化手段が、 JPEG規格に基づいて データの符号化を行うものであることを特徴としている。
請求項 2 7のデータ圧縮方法は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 当該複数のデータの示す値に基づ いて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを決定し、
置換符号化が選択された場合には下記 (a)の置換符号化による圧縮を実行し、 圧縮モデル選択手段によって非置換符号化が選択された場合には下記 (b)の非置 換符号化による圧縮を実行して圧縮データを得ることを特徴としている。
(a)置換符号化が選択された場合には、 与えられたデータの示す値を所定 の規則に従つて整列した整列値情報を得て、 上記整列によつて得られた整 列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた順序に従つ て、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当該順序情報を順 列に構造化した順序所写像情報を得て、 整列値情報および順序写像情報を それぞれ符号化し圧縮データを得る、
- 10 - 差替 え 用紙 (規則26)
(b)非置換符号化が選択された場合には、 上記の置膽号ィ匕を行わずに、 与えられたデータの符号化を行って圧縮データを得る。
請求項 2 8のデータ解凍装置は、
与えられた圧綰データ中の圧縮モデルデータに基づいて、 置換符号化による圧 縮処理がなされている力、、 非置換符号化による圧縮処理がなされているかを判定 する圧縮モデル判定手段、
置 号化であると判定した場合には下記 (a)の置換符号解凍手段による解凍 を実行し、 非置换符号化であると判定した場合には下記 (b)の非置換符号解凍手 段による解凍を実行することを特徴としてレ、る。
(a)匱^ F号化であると判定した場合には、 与えられた圧縮データから符 号化 P C R写像を得て、 当該符号化 P C R写像を複号化し、 P C R写像を 得るとともに、 当該 P C R写像に対応する逆置換情報を得るとともに、 与 えられた圧縮データから符号化整列値情報を得て、 当該符号化整列値情報 を復号ィ匕し、 整列値情報を得て、 前記逆置換情報と前記整列値情報とに基 づいて、 データを復元する置換復号化手段、
(b)非置換符号化であると判定した場合には、 上記の置換復号ィヒを行わず に、 与えられた圧縮データの複号化を行つてデータを復元する非置換復号 化手段。
請求項 2 9のデータ解凍方法は、
与えられた圧縮データ中の圧縮モデルデータに基づいて、 置換符号化による圧 縮処理がなされている力 非置換符号化による圧縮処理がなされているかを判定 し、
置換符号化であると判定した場合には下記 (a)の置換符号解凍による解凍を実 行し、 非置換符号化であると判定した場合には下記 (b)の非置換符号解凍による 解凍を実行することを特徴としている。
(a)置換符号化であると判定した場合には、 与えられた圧縮データから符 号化 P C R写像を得て、 当該符号化 P C R写像を復号化し、 P C R写像を 得るとともに、 当該 P C R写像に対応する逆置換情報を得るとともに、 与 えられた圧縮データから符号化整列値情報を得て、 当該符号化整列値情報
を復号化し、 整列値情報を得て、 前記逆置換情報と前記整列値情報とに基 づいて、 データを復元する、
(b)非置換符号ィ匕であると判定した場合には、 上記の置换復号化を行わず に、 与えられた圧縮データの復号化を行ってデータを復元する。
請求項 3 0の記憶媒体は、 下記の構造を有する圧縮データを記憶している: 圧箱モデルを記憶する圧縮モデル記憶領域と、
圧箱モデル記憶領域に記憶される圧縮モデルが置換符号化である場合には下記 (a)〜(c)の領域を持ち、
(a) D C T変換による直流成分に関するデータを記憶する領域と、
(b) D C T変换による交流成分をほぼ大きい順に整列して得られる近似曲線の係 数を記憶する領域と、
(c) Bii¾整列前の順序と整列後の順序との対応を示すデ一タを記憶する領域 圧縮モデル記憶領域に記憶される圧縮モデルが非置換符号化である場合には下 記 ( 〜 (e)の領域を持つ、
(d) D C T変換による直流成分に関するデータを記憶する領城と、
(e) D C T変換による交流成分に関するデ一タを、 その順序を並び替えることな く記憶する領域。
請求項 3 1のデータ伝送システムは、 下記 (a)送信装置おょぴ (b)受信装置を備 えたことを特徴としている、
(a)送信装置は下記 (al)〜(a3)を備えている:
(al)順序づけて与えられた複数のデータを受け、 当該複数のデータの示す値に 基づいて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを選択する圧縮モデル選択 手段、
(a2)圧縮モデル選択手段によつて置換符号化が選択された場合には下記 (a21) の置換符号化手段による圧縮を実行し、 圧縮モデル選択手段によって非置換符号 化が選択された場合には下記 (a22)の非置換符号化手段による圧縮を実行する圧 縮実行手段、
(a21)与えられたデータの示す値を所定の規則に従って整列した整列値情 報を得て、 上記整列によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との
対応を示すため、 与えられた順序に従って、 整列後の順番を配列した順序 情報を得るとともに、 当該順序情報を順列に構造ィ匕した順序所写像情報を 得て、 整列値情報および順序写像情報をそれぞれ符号化し圧縮データを得 る置換符号化手段、
(a22)圧縮モデル選択手段によつて非置换符号化が選択された場合には、 上記の置換符号化を行わずに、 与えられたデータの符号化を行つて圧縮デ ータを得る非置換符号化手段、
(a3)圧縮実行手段からの圧縮データを送信する送信手段、
(b)受信装置は下記 (bl)〜(b3)を備えている :
(bl)送信されてきた圧縮データを受信する受信手段、
(b2)受信した圧縮データ中の圧縮モデルデータに基づいて、 置换符号化による 圧縮処理がなされている力、 非置 号化による圧縮処理がなされているかを判 定する圧縮モデル判定手段、
(b3)置換符号化であると判定した場合には下記 (b31)の置換符号解凍手段によ る解凍を実行し、 非置換符号化であると判定した場合には下記 (b32)の非置換符 号解凍手段による解凍を実行することを特徴とするデータ解凍装置、
0>31)置換符号化であると判定した場合には、 与えられた圧縮データから 符号化 P C R写像を得て、 当該符号化 P C R写像を復号化し、 P C R写像 を得るとともに、 当該 P C R写像に対応する逆置換情報を得るとともに、 与えられた圧縮データから符号化整列値情報を得て、 当該符号化整列値情 報を復号化し、 整列値情報を得て、 前記逆置換情報と前記整列値情報とに 基づいて、 データを復元する置換復号化手段、
Φ32)非置換符号化であると判定した場合には、 上記の置換複号化を行わ ずに、 与えられた圧縮データの復号化を行ってデータを復元する非置換復 号化手段。
請求項 3 2のデータ蓄積装置は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 当該複数のデータの示す値に基づ いて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを選択する圧縮モデル選択手段、 圧縮モデル選択手段によつて置換符号化が選択された場合には下記 (a)の置換
符号化手段による圧縮を実行し、 圧縮モデル選択手段によつて非置換符号化が選 択された場合には下記 (b)の非置換符号ィ匕手段による圧縮を実行する圧縮実行手 段、
(a)与えられたデータの示す値を所定の規則に従って整列した整列値情報 を得て、 上記整列によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との対 応を示すため、 与えられた順序に従って、 整列後の順番を配列した順序情 報を得るとともに、 当該順序情報を順列に構造化した順序所写像情報を得 て、 整列値情報および順序写像情報をそれぞれ符号化し圧縮データを得る 置換符号化手段、
(b)圧縮モデル選択手段によって非置換符号化が選択された場合には、 上 記の置換符号化を行わずに、 与えられたデータの符号化を行って圧縮デー タを得る非置換符号化手段、
圧縮されたデ一タを記憶する記憶手段、
を備えている。
請求項 3 3のデータ蓄積方法は、
順序づけて与えられた複数のデータを受け、 当該複数のデータの示す値に基づ いて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを決定し、
置換符号化が選択された場合には下記 (a)の置換符号化による圧縮を実行し、 圧縮モデル選択手段によつて非置換符号化が選択された場合には下記 (b)の非置 換符号化による圧箱を実行して圧縮データを得るとともに、 得られた圧縮データ を記憶することを特徴としている、
(a)置換符号化が選択された場合には、 与えられたデータの示す値を所定 の規則に従つて整列した整列値情報を得て、 上記整列によって得られた整 列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた順序に従つ て、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当該順序情報を順 列に構造化した順序所写像情報を得て、 整列値情報および順序写像情報を それぞれ符号化し圧縮データを得る、
(b)非置换符号化が選択された場合には、 上記の置換符号化を行わずに、 与えられたデ一タの符号化を行つて圧縮データを得る。
この発明において、 「整列手段 J とは、 各データの示す値に対し、 昇順、 降順 等の何らかの規則に従って整列を行うものであり、 所定の粗さでおおまかな整列 を行う場合だけでなく、 完全な整列を行う場合も含む概念である。 実施形態では、 図 7のステップ S 4 0がこれに該当する。
「順序づけて与えられた複数のデータ」 とは、 何らかのかたちで順序づけられ たデータが与えられる場合を示す概念であり、 複数のデータが時間的な順序によ つて与えられる場合だけでなく、 何らかの基準によって順序が付けられたデータ が与えられる場合等も含むものである。
「整列値符号化手段」 とは、 整列されたデータの値に対して符号化を行う手段 をいい、 曲線近似等の関数化による符号化、 繰り返し規則性に着目した符号化、 ランレングス符号化等を含む概念である。 実施形態においては、 図 7のステップ S 4 0〜S 4 8がこれに該当する。
「出力手段」 とは、 圧縮画像情報を、 自装置または他装置に与える手段をいう。 実施形態においては、 図 6のステップ S 2 2がこれに該当する。
「置換符号化手段」 とは、 整列することによつて得た整列値情報と、 整列にお ける並び替えの情報とに分離して符号化処理を行う手段をいうものであり、 実施 形態では、 図 6のステップ S 1 8 (図 7にその詳細を示す) がこれに該当する。
Γプログラムを記憶した記憶媒体 j における 「プログラム」 とは、 当該プログ ラムが直接的にコンピュータ上で実行可能な場合だけでなく、 他のプログラムや O Sと共同して実行可能な場合や、 解凍した後に実行可能な場合も含む概念であ る。
請求項 1、 2または 3のデータ圧縮装置は、 順序づけられて与えられた複数の データを受け、 各データの示す値を、 所定の規則に従つて整列した整列値情報と、 上記整列によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示す逆置換 情報ゆの P C R写像とを得て、 これらの符号化情報を圧縮データとして出力する ようにしている。 逆置換情報に対する P C R写像を符号化するようにしているの で、 より圧縮率を向上することができる。
請求項 4のデータ圧縮装置は、 量子化された D C T変換データのうち、 最も低 い周波数成分のものから、 所定値を越える最も高い周波数成分のものまでを有効
係数として抽出して、 整列対象データとして整列手段に与えるようにしている。 したがって、 有効係数の抽出を迅速に行うことができる。
請求項 6のデータ圧縮装置は、 整列値符号化手段が、 整列値を関数として表現 することにより符号ィ匕を行うものであることを特徴としている。 したがって、 圧 縮率を向上することができる。
請求項7のデータ圧縮装置は、 整列値符号化手段が、 整列値に拡大係数を乗じ た値を関数として表現することにより符号化を行うものであることを特徴として いる。 したがって、 量子化誤差を小さくすることができる。
請求項 8のデータ圧縮方法は、 順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各 データの示す値を所定の規則に従って整列した整列値情報を得て、 上記整列によ つて得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた順 序に従って、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当該順序情報を 順列に構造化した順序写像情報を得て、 整列値情報および順序写像情報をそれぞ れ符号化し、 圧縮データを得ることを特徴としている。 つまり、 整列した整列値 情報を符号化するようにしているので、 圧縮率を向上させることができる。 請求項 1 4のデータ蓄積装置は、 順序づけられて与えられた複数のデータを受 け、 各データの示す値を、 所定の規則に従って整列した整列値情報と、 上記整列 によつて得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示す逆置換情報 Φの P C R写像とを得て、 これらの符号化情報を圧縮データとして出力するようにし ている。 逆置換情報に対する P C R写像を符号化するようにしているので、 より 圧縮率を向上し、 蓄積効率を向上することができる。
請求項 1 5のデータ蓄積方法は、 順序づけて与えられた複数のデータを受け、 各データの示す値を所定の規則に従つて整列した整列値情報を得て、 上記整列に よって得られた整列後の順序と与えられた順序との対応を示すため、 与えられた 順序に従って、 整列後の順番を配列した順序情報を得るとともに、 当該順序情報 を頓列に構造化した順序写像情報を得て、 整列値情報および順序写像情報をそれ ぞれ符号化し、 圧縮データを得て記憶することを特徴としている。 整列された整 列値情報を符号化するようにしているので、 高い圧縮率を得ることができる。 請求項 1 7のデータ圧縮装置は、 順序づけて与えられた複数のデータの示す値
に基づいて、 置換符号化を行うか非置換符号化を行うかを選択するようにしてい る。 したがって、 与えられたデータに対して、 より適切に効率よく符号化を行う ことができ、 圧縮率を向上することができる。
請求項 2 1のデータ圧縮装置は、 D C T変換データの交流成分の最大値が所定 の値より小さいか否かを、 圧縮モデル選択の判断基準に含んでいることを特徴と している。 したがって、 交流成分の最大値に応じて、 適切な符号化モデルを選択 することができる。
請求項 2 2のデータ圧縮装置は、 有効係数の数が所定の値より小さいか否かを、 圧縮モデノレ選択の判断基準に含んでいることを特徵としている。 したがって、 有 効係数の数に応じて、 適切な符号化モデルを選択することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の一実施形態による圧縮装置の全体構成を示す図である。 図 2は、 この発明の一実施形態による解凍装置の全体構成を示す図である。 図 3は、 図 1及び図 2の装 gを C P Uを用いて実現した場合のハードウェア構 成を示す図である。
図 4は、 画像データのブロックかの一例を示す図である。
図 5は、 圧縮処理プログラムのフローチャートを示す図である。
図 6は、 圧縮処理プログラムのフローチャートを示す図である。
図 7は、 圧縮処理プログラムのフローチャートを示す図である。
図 8は、 ジグザクスキャンを示す図である。
図 9は、 元のブロック画像データと D C T係数を示す図である。
図 1 0は、 量子粗さテーブルを示す図である。
図 1 1は、 置換符号化による処理を示すための図である。
図 1 2は、 置換、 逆置換、 P C R写像を示すための図である。
図 1 3は、 解凍して得られた D C T係数、 画像データを示す図である。
図 1 4は、 圧縮後のデータ構造を示す図である。
図 1 5は、 圧縮後のデータ構造を示す詳細図である。
図 1 6は、 圧縮後のデータ構造を示す詳細図である。
図 1 7は、 圧縮モデルのテーブルを示す図である。
図 1 8は、 置^ F号化の概略を示す図である。
図 1 9は、 解凍処理プログラムのフローチャートを示す図である。
図 2 0は、 P C R写像から逆置換への復元処理を示す図である。
図 2 1は、 J P E Gと本発明による圧縮とを比較したグラフである。
図 2 2は、 比較に用いた画像 Lenaおよびその輝度ヒストグラムである。 . 図 2 3は、 本発明の圧縮、 解凍処理を行った画像 Lenaおよびその輝度ヒスト グラムである。
図 2 4は、 J P E Gの圧縮、 解凍処理を行つた画像 Lenaおよびその輝度ヒス トグラムである。
図 2 5は、 他の一実施形態による圧縮装置の全体構成を示す図である。
図 2 6は、 他の一実施形態による解凍装置の全体構成を示す図である。 発明の実施の形態
図 1 8に、 本発明による置換符号化による圧縮処理の要部を示す。 図1 8八が 対象となるデータを示している。 この圧縮対象データは、 できれば値の大きいも のから小さいものへ並んでいる傾向を持つものが好ましい。 したがって、 原デー タがそのような傾向を有していない場合には、 直行変換等を行ってかかる傾向を 持つものを対象データとすることが好ましい。
まず、 対象データを、 粗さ Dの範囲内にて、 大小が逆になる事を許容してソー トを行う。 その結果、 図 1 8 Bのように並び替えられ、 整列されたデータ (整列 値情報) が得られる。 並ぴ替えて整列された対象データのうち、 所定のしきい値 を越えるものを対象に、 曲線近似を行う。 これにより、 多数のデータであっても、 ごくわずかの曲線近似係数に gき換えることができる。
一方、 並び替えの際の順序の入れ替え情報として置換情報 σ (元のデータの何 番目にあった力 を求める。 さらに逆置换情報 (元のデータが並び替え後のデ —タの何番目にあるか) を算出する。 この逆置換情報ゆの P C R写像を求め、 こ れをハフマン符号ィ匕する。
上記で得られた曲線近似係数とハフマン符号化した P C R写像を、 圧縮データ
とする。
図 1に、 この発明の一実施形態によるデータ圧縮装置の全体構成を示す。 プロ ック化手段 1に与えられた画像情報は、 縦 8画素、 横 8画素を 1ブロックとして ブロック化される。 ブロック化画像情報は、 2次元 D C T手段 2に与えられて、 2次元 D C T変换データに変换される。 このようにして得られた 2次元 D C Tデ ータは、 ジグザグスキャン手段 4によって、 低い周波数成分の側からジグザグス キャンされる。 量子化手段 7は、 これを所定の量子化粗さにより量子化し、 有効 係数抽出手段 5に与える。 有効係数抽出手段 5は、 量子化された 2次元 D C Tデ ータのうちから、 圧縮処理の対象とする有効係数を抽出する。
圧縮モデル選択手段 9は、 有効係数の数および値に基づいて、 置換符号化を行 うか非置換符号化を行うかを選択する。 非置換符号化を選択した場合には、 J P E G手段 2 1により、 J P E Gと同様にして、 有効係数をコード化して圧縮処理 を行う。 出力手段 2 0は、 圧縮モデルゃコード化された有効係数等を圧縮画像情 報として出力する。
置換符号化を選択した場合には、 置換符号化手段 8により圧縮処理を行う。 置 换符号化手段 8は、 整列手段 6、 整列値符号化手段 1 0、 P C R手段 1 6、 ハフ マン符号化手段 1 8を備えている。 整列手段 6は、 有効係数を、 所定の粗さに従 つて、 おおまかに、 振幅の大きい順にソートする。 これにより、 ソートされた整 列値情報とソートに伴うデータの順序の入れ替えの情報とが得られる。 ソートに 伴うデータの順序の入れ替えの情報としては、 置換情報や逆置換情報等を用いる。 整列値情報は、 整列値符号化手段 1 0によって符号化され、 符号化整列値情報と して出力される。 一方、 整列手段 6によって得られた逆置換情報は、 P C R化手 段 1 6に与えられ、 その P C R写像が算出される。 この P C R写像は、 ハフマン 符号化手段 1 8によってハフマン符号化され、 符号化 P C R写像として出力され る。 出力手段 2 0は、 圧縮モデルや上記の符号化整列値情報と符号化 P C R写像 等とを、 圧縮画像情報として出力する。
図2に、 この発明の一実施形態によるデータ解凍装置の全体構成を示す。 与え られた圧縮画像情報は、 圧縮モデル判定手段 2 2によって、 置換符号化、 非置換 符号化のいずれによつて圧縮処理が行われたか判定される。
非置 号化による圧縮であると判定した場合には、 逆 J PEG手段 23によ り、 有効係数を復号化して逆ジグザグスキャン手段 36に与える。
置換符号化による圧縮であると判定した場合には、 非置换復号化手段 29によ り、 有効係数を復号化する。 非置換復号化手段 29は、 ハフマン復号化手段 28、 逆 PCR化手段 30、 整列値復号化手段 40、 整列解除手段 34を備えている。 整列値復号化手段 40は、 圧縮画像情報中の符号化整列値情報を受けて、 整列値 情報に復号化する。 一方、 ハフマン復号化手段 28は、 圧縮面像情報中の符号化 PCR写像を受けて、 PCR写像に復号化する。 逆 PC R化手段 30は、 この P CR写像を、 逆置換情報に変換して出力する。
上記のようにして得られた整列値情報と逆置換情報は、 整列解除手段 3 に与 えられる。 整列解除手段 34は、 整列値情報と逆置換情報とを受けて、 整列前の 順序による量子化された有効係数を得る。 逆量子化手段 35は、 これを逆量子化 して有効係数を得る。
逆ジグザクスキャン手段 36は、 非置換複号化手段 29または逆 J PEG手段 23からの有効係数を受けて、 これを 2次元 DC Tデータに戻す。 さらに、 逆 2 次元13( 丁手段38は、 この 2次元 DC Tデータに基づいて、 元のブロック化画 像情報を得る。 逆ブロック化手段 39は、 ブロック化画像情報に基づいて、 元の 画像情報を得る。
図 3に、 図 1のデータ圧縮装置おょぴ図 2のデータ解凍装置を、 CPUを用い て実現した場合のハードウェア構成を示す。 CPU 50には、 ハードディスク 5 2、 ディスプレイ 54、 通信回路 56、 メモリ 58、 フロッピーディスクドライ ブ (FDD) 60, キーボードおよびマウス 62が接続されている。 ハードディ スク 54には、 圧縮のためのプログラム 68、 解凍のためのプログラム 70が記 憶されている。 また、 圧縮の対象となる原データが原データファイル 72として 記憶され、 圧縮された圧縮データが圧縮データファイル 74として記憶される。 圧縮プログラム 68、 解凍プログラム 70は、 フロツビ一ディスク 64から F DD 60を介して、 ハードディスク 52にインス ト一ルされたものである。 なお、 CD— ROM等の他の記憶媒体からインストールされたものでもよい。 圧縮対象 となる画像データは、 フロッピーディスク 66から供給され、 ハードディスク 5
2に転送されて、 原データファイルとなる。
この実施形態によるデータ圧縮においては、 1枚の画像データを図 4に示すよ うに、 ブロック B。.。〜B までにブロック化し、 これらブロックを 1単位と して圧縮処理をしている。 ここでは、 1ブロックを縦 8画素、 横 8画素としてい る。 また、 一列のブロック (たとえば B。,。〜B。. ) をスライスとして、 ひとま とめにしている。 図においては、 スライス 0からスライス Pまでにまとめられて いる。
図 5に、 圧綰プログラム 68をフローチャートにて示す。 まず、 ステップ S 1 において、 圧箱パラメ一タを設定し、 これを図 15に示すように圧縮データファ ィル 74の Head部に記憶する。 ここで、 圧縮パラメータとは、 1枚の画像の行 数 NOL、 1行あたりの画素数 PPL、 色の数 NCH (白黒であれば 1、 カラー なら 3) 、 1画素に対するビット数 BP P、 1ブロックの行数 SOB、 粗さテー ブルの番号 S FC等である。 これらのパラメータは、 その都度設定してもよいが、 予めディフォルト値として設定しておくことが好ましい。
次に、 CPU50は、 ブロック B。.。の 64画素 (縦 8画素、 横 8画素) を対 象として、 2次元 DCT処理を行う (ステップ S 2) 。 その結果得られた DCT 係数の一例を図 9 Bに示す。 なお、 図 9 Aは、 元の画像データである。
次に、 得られた DCT係数のうちの DC係数を、 圧縮パラメータの粗さテープ ルによる粗さに従って量子化する (ステップ S 3) 。 粗さテーブルの例を図 10 に示す。 DCT係数のそれぞれに対して、 量子化粗さが設定されている。 DC係 数に対しては、 " 16" が設定されているので、 ここでは、 これを用いて量子化 する。 図 9の例でいえば、 DC係数は" 305" であるから、 量子化 DC係数は、 " 19" となる。 つぎに、 直前のブロックの量子化 DC係数と、 今回求めた量子 化 DC係数との差を算出する (ステップ S 4) 。 直前のブロックの量子化 DC係 数が" 64" であるとすれば、 この差分値は" 一 45" となる。 ステップ S 5に おいては、 算出した量子化 DC係数の差分値をバッファに記憶する (ステップ S 5) 。
次に、 DC係数を除く DCT係数 (つまり A。係数) を、 図 8のようにジグザ グスキャンして、 周波数の低いものから順に並べる (ステップ S 55) 。 図 9の
例でいえば、 次に示すようなデータが得られる。
(1) (2) (3) (4) (5) ..... (63)
AC係数 -52-118 3 55 -97..... 1
このようにして並べた AC係数のうち、 処理対象とすべきものを有効係数とし て抽出する (ステップ S 6〜S 9) 。 高い周波数成分の AC係数ほど、 値が小さ くなる傾向にあるので、 これらを無視して圧縮率を高めるためである。 なお、 周 波数の低い成分から高い成分へジグザグスキャンの順に AC係数ひ)〜 AC係数 (63)とする。
まず、 並べた AC係数のうち最も高い周波数成分のもの (つまり一番最後の A C係数 (63)) を、 注目 AC係数とする (ステップ S 6) 。 図 9の例でいえば、 右 下の" 1" が注目係数となる。 次に、 注目 AC係数 (63)を、 所定の量子化粗さに よって下式に基づき量子化し、 量子化 AC係数を算出する (ステップ S 65) 。
量子化 A C係数 =注目 A C係数/量子化粗さ なお、 小数以下は四捨五入する。 また、 量子化粗さは、 図 1 0に示すように、 周 波数の低いものから順に、 それぞれの AC係数に対して設定されている。 また、 周波数が高くなるほど、 人の目の空間周波数に対する認識度合いが小さくなるこ とから、 高い周波数ほど量子化粗さが大きくなるようにしている。
CPU50は、 ステップ S 65において算出した量子化 AC係数が" 0 " であ る力否かを判断する。 ここでは、 AC係数 (63)は" 1" であり、 これに対する量 子化粗さは" 79" であるから、 量子化 AC係数は" 0" となる。 したがって、 ステップ S 8に進む。.
ステップ S 8においては、 1つ手前の (周波数の低い) AC係数を注目 AC係 数とする。 ここでは、 AC係数 (62)が注目係数となる。 これに対しても、 同様に、 その量子化 AC係数が" 0" であるかを判断する。 " 0" であれば、 さらに 1つ 手前の AC係数を注目 AC係数として処理を搡り返す。
上記処理の繰り返しにおいて、 量子化 AC係数が" 0" でない場合には、 ステ ップ S 9に進む。 ステップ S 9においては、 先頭の AC係数 (1)から当該注目 A C係数までを有効係数とする。 また、 有効係数の数を有効係数長 E lengthとす る。 さらに、 残りの AC係数を無効係数とする (ステップ S 1 0) 。
次に、 有効係数を、 それぞれの量子化粗さ (図 10参照) に基づいて量子化し、 量子化 AC係数 (量子化有効係数) を求める (ステップ S I 1) 。 このようにし て算出した量子化 AC係数の例を図 1 1の 「符号付量子化係数」 に示す。 なお、 この例では、 A C有効係数長 Elengthは" 25" となる。
次に、 CPU 50は、 得られた量子化 AC係数のうち最大の絶対値を持つもの を見出し、 最大量子化 AC係数 XS 1とする (ステップ S 12) 。 図 1 1の例で いえば、 XS 1は"一 12" となる。 さらに、 量子化 AC係数のうちで" 0" で ないものの数を算出し、 これを実効有効係数長 RE lengthとする (ステップ S 13) 。 図 1 1の例では、 RE lengthは、 " 14" となる。 この実効有効係数 長 R E lengt をハフマン符号化し、 バッファに記億する。
次に、 量子化 AC係数のうち" 0" でないものにつき、 絶対値と正負の符号と に分 る (ステップ S 15) 。 さらに、 正負の符号を示すビット列 (正を 0、 負を 1としたビット列) をバッファに記憶する (ステップ S 16)。
続いて、 ステップ S 17において、 算出した XS 1が" 7" 以下であって、 力 つ、 RE lengthが" 9"以下であるか否かを判断する。 この条件に入っていな ければ、 置換符号化による圧縮処理を行う (ステップ S 18) 。 この条件に入つ ていれば、 非置換符号化である J PEG処理による圧縮処理を行う (ステップ S 19) 。 これは、 最大量子化 AC係数 XS 1が小さく、 力つ、 実効有効係数長 R E lengthが小さい場合には、 近似曲線を用いた場合の圧縮率がそれほど高くな らないからである。
まず、 XS 1が" 7" 以下であって、 かつ RE lengthが" 9" 以下である場 合の処理 (J PEG処理) について説明する。 この J PEG処理のフローチヤ一 トを図 7に示す。 この場合、 まず、 当該ブロックについて J PEG処理をしたこ とを示すため、 圧縮モデル modelの値を" 0" としてバッファに記憶する (ス テツプ S 30) 。 次に、 量子化 AC係数 (有効係数) を J PEGと同様にしてラ ンレングス 'ハフマン符号化のためのコードブックを用いて符号化し、 バッファ に記億する (ステップ S 3 1) 。 なお、 ゼロ係数の最大ラン長が" 9" を超えず、 かつゼロでない係数の最大値が" 7" を越えないことから、 JPEGに比べて、 ビ ット数のより少ないコードを生成することができる。
次に、 XS 1が" 7" 以下でない場合、 または、 RE lengthが" 9" 以下で ない場合の処理 (置換符号化) について説明する。 この置換符 化のフローチヤ 一トを図 7に示す。
まず、 量子化 AC係数 (有効係数) の絶対値を大きい順に並べる (ステップ S 40) 。 つまり、 これは、 量子化粗さをソート粗さとして、 AC係数を絶対値の 大きい順にソートすることを意味する。 ソートした量子化 AC係数を整列値と呼 ぶ (図 1 1の Γ整列値」 参照) 。 また、 ソートの際、 CPU 50は、 元の順序と ソートの順序の関係を示す下記の置換データひを記憶する (図 1 1参照) 。
ひ = (σ (1) a (2〉··.. σ (Μ))
ここで、 σ θ)は、 ソート後の j番目のデータが、 整列前の順序で何番目であった かを示している。 なお、 Mは有効係数長 Elengthである。
次に、 有効係数のうち量子化 AC係数が 0でないものを対象として、 近似曲線 を求める (ステップ S 41〜S 42) 。 まず、 ステップ S 4 1において、 量子化 A C係数が 0でないものの対数化拡大値 Y(p)を求める。
Υ(ρ) = 36*1η( |Ζ(σ(ρ)) / θ(σ(ρ))Ι )
ρ = 1, , RElength ここで、 Ζ(ί)は AC係数であり、 D(i)はこれに対応する量子化粗さ (図 1 0参 照) である。
Z (り ZD(i)は、 通常、 指数曲線的に减少する。 したがって、 対数化することに より、 近似曲線を直線に近づけることができる。 さらに、 この実施形態では、 対 数化した後に拡大係数 (36) を乗じている。 これは、 値を大きくすることによ り、 関数として近似化する際の誤差を小さくするためである。 図 1 1で示す整列 値に対して求められた対数化拡大値 Y (p) を下記に示す。
Y = (898963615236302518 -9 -9 -21 -17 -5) このようにして算出した対数化拡大値に対し、 最小 2乗法により近似曲線を算 出する (ステップ S 42) 。 この実施形態では、 以下の 3つのモデルを用意し、 各モデル毎に最小 2乗法を用いて最小の誤差 Q 2となる係数 j3を求めている。
モデル 1 : Q M) = EJyW (l)f(l,s)]2 f(l, s) = ln(s) モデル 2 : Qi(M) = EM [y(s)-^(2)f(2( S)P f(2,s) = s-1 モデル 3 : 咖 = EM [y(s)-¾t)f(t,s) ]2
誤差 Q 2が所定のしきい値以下となるモデルを選択して、 近似曲線の係数を得 ている。 なお、 モデル 1、 2、 3の順に検討を行い、 誤差がしきい値以下となる ものが得られた時点で、 他のモデルについて検討を行うことなく、 当該モデルを 選択する。 これにより、 処理の迅速化を図っている。 また、 いずれのモデルにお いても誤差がしきい値を下回らない場合、 最も誤差の小さいモデルを選択する。 あるいは、 量子化粗さ等を変更して再度演算を行うようにしてもよい。 上記のよ うにして、 モデル番号と当該モデルにおける係数を算出する。 これにより、 多く のデータを、 モデル番号とわずかな係数によって表すことができ、 高い圧縮率を 得ることができる。
図 1 1のデータを曲線近似した場合には、 モデル = 2となり、 係数 Q a2 = 1 6として求められる。 なお、 モデル 1の場合には係数 Q alが得られ、 モデル = 3の場合には係数 Q alおよび係数 Q a2が得られる。 得られたモデル番号お よび曲線近似係数をバッファに記憶する (ステップ S 43) 。 さらに、 曲線近似 係数よつて近似された量子化 A C係数と、 真の量子化 A C係数との近似誤差を算 出する (図 1 1の 「近似誤差」 参照) 。 算出した近似誤差をバッファに記憶する
(ステップ S 44) 。 その後、 AC係数の最大値 Xslをバッファに記憶する
(ステップ S 45) 。
以上のようにして曲線近似を得ると、 次に、 ステップ S 40で得た置換データ σに対し、 下記の逆置換データ を算出する (ステップ S 46) 。
σ = (σ (1) σ (2).... σ (M))
(> = ((> (1) φ (2).... φ (Μ))
ここで、 (j)は、 上記置換データびにおいて σ (m)=jを満足する mである。 逆置 換データ を、 図 1 1に示す。 ここで、 (j)は、 整列前の j番目のデータが整列 後の順序で何番目であるかを示すものとなる。 逆置換データは、 置換データに比 ベてより効率的に符号化することができるので、 この実施形態ではこれを符号化 の対象とした。
なお、 この実施形態では、 置換データ σを算出してから逆置換データゆを算出 したが、 ソートの際に直接、 逆置換データゆを算出するようにしてもよい。
次に、 C P U 50は、 逆置換データ の P C R (Permutation Cyclic Represen tation)写像 mを算出する (ステップ S 4 7) 。
V。(k) <ひ (k+1)
. k-iik-1, Va(k) > a(k+l)
k = 2, 3, 4 M ここで、 mkは、 (>において、 ()(a(k))=kである要素と <>(a(k+l))=k+lである 要素との間でその値が kより小さい要素の個数である (図 1 2参照) 。 ここで、 [ ]τは、 行列の転置を示している。
図 1 2の場合における逆置換 ( こ対して、 PCR写像 mの要素 m2 (つまり k = 2の場合) を算出する手順は、 次のとおりである。 まず、 逆置換 のなかから、 " 2" を探し出す。 この場合、 置換 σの σ (2)の値" 5" 、 逆置換 ( こおける" 2" の先頭からの位置を示している。 つまり、 置換 σを参照すれば、 迅速に、 逆 置換 ( こおける" 2" の位置 (5番目) を特定することができる。 次に、 同じよ うにして逆置換 における" 3" の位置 (1番目) を特定する。 ここでは、 " 2 " よりも" 3" の方が前にあるので (σ (1 〉σ (k+1)であるので) 、 m2は k-n2-lと して求められる。 逆置換 (Mこおいて、 " 2" と" 3" の間で、 " 2" よりも小さ い要素は、 " 1" の 1つだけである。 よって、 k-n2 - 1は 2— 1— 1となって、 m2は " 0" となる。
m 3も同様にして算出できる。 ただし、 逆置換 (Mこおいて" 3" よりも" 4"
- 26 - 差替 え 用紙 (規則 26)
の方が後ろにあるので、 m3は n aとして求められる。 よって、 maは、 " 3" と" 4" の問において" 3" よりも小さい要素の数" 1" となる (図 1 2参照) 。 以上のようにして算出した P C R写像 mを以下に示す。
m = [0110 -211 -20200254200000001]τ 次に、 算出した PC R写像に対して、 ランレングス ·ハフマン符号化を行って バッファに記憶する (ステップ S 48) 。 PCR写像は、 一般に、 連続するゼロ 要素とゼロでない要素とが交互に現れる性質を持っている。 したがって、 PCR 写像に変換することにより、 ランレングス 'ハフマン符号化を用いて効率の良い 符号化を行うことができる。 このようにして、 有効係数におけるソートの情報を、 符号化する事ができる。
上記のようにして、 置換符号化または J PEG処理によって圧縮されたデータ が得られると、 図 6のステップ S 20において、 すべてのブロックについて処理 が終了したか否かを判断する (ステップ S 20) 。 終了していなければ、 次のブ ロックを対象ブロックとして (ステップ S 21) 、 ステップ S 2以下を繰り返し て実行し、 バッファに圧縮データを記憶していく。
すべてのブロックについて処理が終了すると、 バッファの内容をハ一ドデイス ク 52またはフロッピーディスク等に、 圧縮データファイルとして記録する (ス テツプ S 22) 。 また、 送信を行う場合には、 通信回路 56を介してバッファの 内容を送信する。
ここで、 圧縮データの構造を図 14に示す。 1枚の画像デ一タに対する圧縮パ ラメータを記憶するへッド部に続いて、 1枚の画像デ一タを構成する各スライス 部 (図 4参照) のデータが記憶される。 各スライス部には、 そのスライス部を構 成するプロック部のデータが記憶される。
ヘッド部の詳細を図 1 5に示し、 ブロック部の詳細を図 1 6に示す。 ブロック 部には、 モデル番号 modelが記憶され、 これにより当該プロックが置換符号化 であるか J PEG符号化であるかを判定できるようになつている。 model=0の 場合と model=l,2,3の場合とでは、 異なるデータ構造として圧縮データが記憶 される。
まず、 ステップ S 5において算出した量子化 DC係数の差分値 diHQDCが記
録されている。 次に、 実効有効係数長 RElengtliが記録され、 有効係数に対する 正負の符号が記録され、 モデル model番号が記録されている。
moedl=l,2,3のいずれかの場合には、 ステップ S 4 2において算出した近似曲 線係数が記録され、 有効係数の最大値 xslが記録され、 ステップ S 4 4におい て算出した近似誤差 CFEが記録され、 ステップ S 4 8において算出したハフマ ン符号化された P C R写像 PCRが記録され、 プロックの終了を示す EOBが記 録されている。
model=0の場合には、 量子化有効係数を J P E G方式によって、 コードブッ クにより符号ィ匕したデータが記憶され、 プロックの終了を示す EOBが記録され ている。
このような圧縮データファイルを、 フロッピーディスク 6 6の原データフアイ ルと置き換えることにより、 フロッピーディスク 6 6の実質的な記憶容量を増や すことができる。 また、 ハードディスク等にデータを蓄積する際にも、 圧縮後の ファイルを蓄稍すれば、 実質的な蓄積容量が増大する。 さらに、 通信回線 5 6を 介して、 データを伝送する場合にも、 圧縮した後に伝送すれば、 伝送時間を短く することができる。 なお、 圧縮と解凍を異なる装置にて行う場合には、 互いに同 じモデルテ一ブル (図 1 7 ) や量子化粗さテーブル (図 1 0 ) 等を有していなけ ればならない。
図 1 9に、 圧縮されたデータを復元する解凍プログラム 7 0のフローチャート を示す。 まず、 ステップ S 5 0において、 へッド部の圧縮パラメータ (図 1 5 ) を読み取り、 当該 1枚の画像に対するパラメータを復元する。 次に、 最初のプロ ック部のデータを読み取る (ステップ S 5 1 ) 。 続いて、 前ブロックの量子化 D C係数と量子化 D C係数の差分 diffQDCに基づいて、 今回のプロックの量子化 D C係数を算出する。 さらに、 この量子化 D C係数に基づき、 量子化粗さ Dテー ブル (図 1 0参照) に記憶されている D C係数に対する量子化粗さを用いて D C 係数を復元する (ステップ S 5 2 ) 。
次に、 実効有効長さ RElengtlu RElength個の正負の符号 Signsおよび mod elを得る (ステップ 5 3、 5 4、 5 5 ) 。
ステップ S 5 6においては、 取得した modelが" 0 " であるか否か (つまり、
PC蘭誦 60
置換符号化による圧縮か J PEGによる圧縮か) を判断する (ステップ S 56) 。 model=0であれば、 J P E Gによる符号化であると判定し、 コード化された量 子化有効係数を、 関連のコードブックを用いて復号化して量子化有効係数を求め る (ステップ S 57) 。
—方、 ステップ S 56において、 model=l,2,3のいずれかであると判断すると、 ステップ S 57以下を実行する。 まず、 モデル番号 modelと近似曲線係数と近 誤差とに基づいて、 RElength個の量子化 AC係数を算出する (ステップ S 5 8) 。 次に、 ハフマンコード化された PCR写像を復号ィ匕して、 元の PCR写像 を得る (ステップ S 59) 。 得られた PC R写像から逆置換情報 </>を得、 さらに この逆置換情報ゆから置換情報 σを得る (ステップ S 60) 。
ここで、 PCR写像から、 逆置換情報 ( こ変換する際の具体的処理について説 明する。 ここでは、 図 12に示す PC R写像 mについて、 図 20を参照して説明 する。 まず、 (1 2)を置数する。 次に、 m2の値 (つまり 0) だけ左に循環的にシフ トを行う (値が負の場合には右シフト) 。 これにより、 (1 2)が得られる。 これに 対し、 最後に" 3" を付加し、 (1 23)を得る。 次に、 m3の値 (つまり 1) だけ左 に循環的にシフトを行う。 これにより、 (23 1〉が得られる。 これに対し、 最後に " 4" を付加し、 (23 1 4)を得る。 このような処理を繰り返して、 逆置換情報ゆ を得ることできる。 上記に示したように、 PCRから逆置換情報 φへの変換は、 シフト操作によって簡単に得られる。 したがって、 解凍を迅速にすることができ る。
次に、 このようにして得た置換情報ひにしたがって、 量子化 AC係数のソート を解除する (ステップ S 61) 。 ここでは、 Elength個の量子化 AC係数が得られ る。 つまり、 量子化有効係数を復元する。 さらに、 図 10の量子化テーブルにし たがって、 量子化有効係数を逆量子化して有効係数 (AC係数) を得る (ステツ プ S 62) 。
このようにし
て得た AC係数とステップ S 52において得た DC係数につき、 ジグザグスキヤ ンの逆を行い、 さらに 2次元 DCTの逆の処理を行って、 当該ブロックの画像情 報を再生する (ステップ S 63) 。 得られた DCT係数および画像データを図 1
3に示す。
ステップ S 6 4においては、 全てのブロックについての圧縮デ一タを処理した か否かを判断する。 終了していなければ、 次のブロック部のデータを対象として、 ステップ 5 1以下を操り返し実行する (ステップ S 6 5 ) 。 全てのブロック部に ついての処理が終われば、 得られたブロックデータの逆ブロック化を行い、 元の 画像データを再現する (ステップ S 6 6 ) 。 以上のようにして、 圧縮されたデー タを解凍することができる。
上記実施形態においては、 縦 8画素、 横 8画素を 1ブロックとしたが、 縦 1 6 画素、 横 1 6画素を 1ブロックとしてもよい。 また、 理論上、 任意の縦 n画素、 横 m画素を 1ブロックとしてもよい。 さらに、 ブロックの形状を矩形以外の形状 としてもよい。 ブロックの形状は、 ブロック間のデータに相関が生じるように選 択することが好ましい。
図 2 1に、 この発明による圧縮方法と、 従来の圧縮方法との比較を示した。 縦 軸は S N比、 つまり信号対雑音比 ·画質であり、 横軸は圧縮 ·符号化後のビット レート (1画素あたりの平均符号化ビット数) であり、 圧縮率と反比例の関係に ある。 1画素 8ビットの原画像に対して、 圧縮後は何ビットとなつたかを示して レ、る。 なお、 1プロックを縦 1 6画素、 横 1 6画素とした。 原画像としては、 評 価用画像として一般に用いられている zelda,Lena,Mandrillを使用した。 本発明 を実線にて示し、 従来の J P E Gを破線にて示した。
J P E Gに比べると、 本発明の圧縮方法は、 同じ再生画質であれば JPEGの 1 . 5倍〜 2倍に近い圧縮率を得られることが明らかとなった。 また、 同じ圧縮 率の条件下、 S N比が 4 d B程度も改善されることが明らかとなった。
図 2 2に、 原画像として用いた Lenaおよびその輝度ヒス トグラムを示す。 ま た、 図 2 3に本発明によって圧縮して解凍した Lenaの画像およびその輝度ヒス トグラムを示す。 さらに、 図 2 4に従来の J P E Gによって圧縮して解凍した L enaの画像およびその輝度ヒストグラムを示す (圧縮率は本発明と同じ) 。
図 2 2〜図 2 4において明瞭に示されているように、 本発明の方が解凍後の画 像の品質が高いことが分かる。 J P E Gの場合は輝度ヒストグラムにおいて多く の揮度成分が失われているのに対し、 本発明では原画像の輝度成分をよく保持し
ている。
他の実施形態による圧縮装置を図 2 5に、 解凍装置を図 2 6示す。 この実施形 態においては、 圧縮モデルの選択を行わず、 すべてのプロックについて匱换符号 化を行うようにしている。 ほとんどのブロックにおいて、 最大値 XS1が 8を越 えること (または実効有効係数長 RElengthが 1 0を越えること) が明らかな画 像の場合には、 図 2 5、 図 2 6のような実施形態の方が好ましい。 なお、 各部の 動作は図 1、 図 2と同様である。
上記各実施形態においては、 画像データを対象として説明したが、 音声データ、 文字テキストデータ等に対しても適用可能である。
また、 上記各実施形態では、 図 1、 図 2の各機能を C P Uを用いて実現した場 合について説明したが、 その一部または全部をハ一ドウエアロジックによって構 成してもよい。
本発明の圧縮、 解凍方法は、 データ記録、 データ通信、 ファクシミリ、 デイジ タルカメラ等に広く応用することができる。