JP2003046392A - データ圧縮方法およびデータ伸長方法、該方法を実施するためのコンピュータプログラム製品と電子システム - Google Patents

データ圧縮方法およびデータ伸長方法、該方法を実施するためのコンピュータプログラム製品と電子システム

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    • H03M7/3086Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction using adaptive string matching, e.g. the Lempel-Ziv method employing a sliding window, e.g. LZ77
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 LZSS形式の方式によるデータ圧縮方法ま
たはデータ伸長方法において、LZSS形式の方法を改
善し、かつそれに応じて改善されたコンピュータ製品な
らびに電子システムを提供する。 【解決手段】 第1の最大長をもつリテラルシーケンス
のための第1の制御コードと、圧縮すべきリテラルシー
ケンスへの逆向き参照に対するポインタのための第2の
制御コードとを用いる。この逆向き参照は第2の最大長
をもち、コピーすべきリテラルシーケンスは第3の最大
長をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LZSS形式の方
式によるデータ圧縮およびデータ伸長方法、該方法を実
施するためのコンピュータプログラム製品と電子システ
ムたとえばナビゲーションシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】LZSS形式の手法は US-A--487 6541
ならびに TC.Bell の "Better OPM/LText Compression,
"IEEE Trans. On Communications", Vol. COM-34, No.
12. Dec. より知られている。
【0003】LZSS法は Lempel Ziv 法の発展形態で
ある。
【0004】LZSS法を使用した場合、特定の長さを
もつ1つのデータウィンドウ内で直前に伝送されたキャ
ラクタのうち、次に伝送すべきキャラクタと一致するキ
ャラクタストリングがサーチされる。このようなキャラ
クタストリングが見つかれば、それは後ろ向き参照ない
しは逆向き参照と置き換えられる。
【0005】相応の符号化のために2つの異なる制御コ
ードが用いられる。制御コード”L”によって、複数の
「実際の」キャラクタいわゆるリテラルが次に伝送され
ることが表される。これに対し制御コード”C”によっ
て、すでに伝送されたキャラクタからキャラクタストリ
ングをコピーせよということが表される: F(s) −同じキャラクタストリングについてサー
チするデータウィンドウであり、その際、このウィンド
ウには入力データ中の現在の読み出し位置の前にs個の
キャラクタが含まれている。
【0006】L(n) −あとでn個のリテラルつま
り長さnのリテラルシーケンスが伝送されることを表す
制御コードである。
【0007】C(p,n) −コピーすべき先行のリ
テラルシーケンスを識別するための制御コードであり、
つまりp個のキャラクタだけ戻り、そこからn個のキャ
ラクタをコピーすることを表す。
【0008】図1には、従来技術から公知のLZSS方
式によるキャラクタストリング1の符号化に関する一例
が示されている。符号化の結果は図1のキャラクタスト
リング2であり、この場合、太字で示されたキャラクタ
がリテラルである。
【0009】さらに従来技術によればLZSS法につい
て様々な変形が知られており、たとえば適応型算術符号
化を伴うLZSSや適応型ハフマン符号化を伴うLZS
Sなどが知られている。それらの概観については、Pros
eminar の "Redundanz", 講演5、Maximilian Hrabowsk
i (http://goethe.ira.uka.de/seminare/redundanz/vor
trag05/#LZSS) に記載されている。さらにLZSS法に
ついては、http://ttrip1.fh-worms.de/sem/ws95 96/ko
mpressionsalgorithmen/node19.html およびhttp://ttr
ip1.fh-worms.de/sem/ws95 96/kompressionsalgorithme
n/node20.html に示されている。
【0010】US-A-5 502 439 から、LZSS法による
バイナリデータ圧縮法が知られている。この場合、LZ
SS法実行時に生成されるいわゆるフラグビットを一時
的に記憶するために、ランダムアクセスメモリ内でバッ
ファが用いられる。さらに US-A-5 701 125, US-A-5 67
3 042, US-A-5 867 114 からLZSS形式によるその他
の手法が知られている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、LZ
SS形式の方法を改善しかつそれに応じて改善されたコ
ンピュータ製品ならびに電子システムを提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、第1の最大長をもつリテラルシーケンスのための第
1の制御コードと、圧縮すべきリテラルシーケンスへの
逆向き参照に対するポインタのための第2の制御コード
とを用い、該逆向き参照は第2の最大長をもち、コピー
すべきリテラルシーケンスは第3の最大長をもつことを
特徴とする、データ圧縮および/またはデータ伸長方
法、コンピュータで読み出し可能な媒体またはコンピュ
ータネットワークを介してロード可能なファイルにおけ
るコンピュータプログラム製品ならびに電子システムた
とえばナビゲーションシステムによって解決される。従
属請求項には有利な実施形態が示されている。
【0013】
【発明の実施の形態】LZSS形式の本発明による方法
によって、良好な圧縮レートとともにきわめて高速なデ
ータ伸長が実現される。このため本発明の1つの有利な
実施形態によれば、LZSS方式を実行するための制御
コードをリテラルシーケンスの種々の長さ、コピーすべ
きリテラルシーケンスの長さ、ならびに逆向き参照の長
さの出現頻度に依存して決定する。
【0014】さらに別の有利な実施形態によればそれぞ
れ制御コードの集合が形成され、それらの制御コード自
体をさらに圧縮を行うためたとえばハフマン符号化する
ことができる。
【0015】本発明の別の実施形態によれば逆向き参照
はバイトフレームごとにだけ行われ、その際、バイトフ
レームは使用されるデータバスの幅もしくは使用される
プロセッサの幅により設定されている。これにより伸長
時の処理速度はさらに上昇する。同様にこれにより圧縮
レートも高まる。
【0016】格別有利であるのは本発明による方法を電
子システムたとえばナビゲーションシステムに適用する
ことである。公知のナビゲーションシステムの場合には
一般に、ナビゲーションデータベースを記憶するために
CDが用いられる。できるかぎり多くのナビゲーション
データをCDに取り込む目的で有利であるのは、ナビゲ
ーションデータを本発明による方法に従い圧縮すること
である。この場合、データ圧縮速度は実質的にさして重
要ではない。その理由は、データ圧縮は一度だけしか行
われず、動作中は行われないからである。
【0017】これに対しナビゲーションシステムの実際
の使用のために伸長速度は非常に重要である。その理由
は、ルートプラニングおよび位置特定を行う目的でナビ
ゲーションシステム動作時に常にナビゲーションデータ
を伸長しなければならないからである。この点において
も本発明による方法は格別に有利である。それというの
も非常に高速なデータ伸長を実現することができるから
である。
【0018】次に、図面を参照しながら有利な実施例に
基づき本発明について詳しく説明する。
【0019】
【実施例】図2に示されている方法は、本発明による方
法の実施形態で適用するための制御コードを求めるため
に用いられる。この目的でステップ20においてまずは
じめにパターンデータセットが入力され、これに対しス
テップ21においてそれ自体公知のLZSS法により符
号化が行われる。パターンデータセットとして典型的な
データセットまたは実際のデータセットを用いることが
できる。
【0020】ステップ22において、ステップ21の実
行により得られた圧縮結果に対し統計的解析が行われ
る。このためにたとえば、圧縮結果中に現れるリテラル
シーケンスにおける種々の長さの頻度分布が調べられ、
さらに後ろ向き参照つまり逆向き参照の長さおよびステ
ップ21の適用によりコピーされたリテラルシーケンス
の長さの頻度分布も求められる。
【0021】伸長速度を最適化するため、ついで最大長
が求められる。このためまずはじめにステップ23にお
いてリテラルシーケンスの長さに対し上限S が求め
られ、それによりステップ21の圧縮結果中に含まれて
いるリテラルのX%がS以下の長さをもつことにな
る。この場合、X%をたとえば95%とすることができ
る。
【0022】相応にステップ24において逆向き参照の
長さに対し上限S が求められ、それにより逆向き参
照のY%が上限S 以下の長さをもつことになる。こ
の場合もY%を95%とすることができる。
【0023】ついでステップ25において、ステップ2
1の圧縮結果のうちコピーされたリテラルの長さについ
ても上限S が求められ、それによりコピーされたリ
テラルシーケンスのZ%が上限S 以下の長さをもつ
ことになる。ここでもZ%を95%とすることができ
る。
【0024】ステップ26において種々の長さの符号化
にそれぞれ必要とされるビット数が求められ、つまりリ
テラルシーケンスのS の種々の長さを符号化するた
めのビット数B と、逆向き参照のS の種々の長さ
を符号化するためのビット数B と、コピーすべきリ
テラルシーケンスのS の種々の長さを符号化するた
めのビット数B が求められる。
【0025】ステップ26の結果に基づきステップ27
において制御コードが決定される。LとCの制御コード
の区別は最初のビットポジションにより行われ、この実
施例では制御コードLについて0が、制御コードCにつ
いて1が用いられる。
【0026】制御コードLにおいて、これに続いて長さ
nの後続のリテラルシーケンスを符号化するためにB
個のビットポジションXがおかれる。また、制御コー
ドCにおいては先頭の1に続いてまずはじめに、種々の
長さの逆向き参照を符号化するためにB 個のビット
ポジションXがおかれ、ついでコピーすべきリテラルシ
ーケンスの種々のキャラクタ長を符号化するためにB
個のビットポジションYがおかれる。
【0027】この場合、パターンデータセットのために
たとえば以下の値が求められた:S =128,S
=4096,S =32。その結果、B =7,B
=12,B =5となる。
【0028】図3のテーブルには、データのパーセンテ
ージが高ければ可能な制御コードのうち少ない部分しか
使われないことが示されている。
【0029】このパターンデータセットを調べると、長
さ1のリテラルシーケンスは現れた制御キャラクタLの
うち50%の割合であった。また、長さ2〜8の長さの
リテラルシーケンスは25%の割合であり、8よりも大
きく上限S までのリテラルシーケンスは25%であ
った。
【0030】相応に、1〜8の長さであるコピーすべき
リテラルシーケンスを伴う逆向き参照は制御コードCの
うち70%の割合である。さらに1〜32のポジション
のポインタpの長さを伴う逆向き参照は制御コードCの
うち50%の割合であり、33〜512のポジションの
長さの逆向き参照は25%の割合であり、512よりも
大きく上限までの長さの逆向き参照は25%の割合であ
る。
【0031】相応に図4に示されているように、制御コ
ードLとCから成る2つの異なる集合が形成される。制
御コードLについてはこれは、それぞれ1,2〜9およ
び10〜265までのリテラルシーケンスの長さ範囲に
ついてコードL ,L ,L である。この場合、
制御コードL,L,L のためにそれぞれ必要と
されるビットB の個数は0,3もしくは8である。
ここで考察している実施例の場合、制御コードL
001として符号化され、制御コードL は010と
して、制御コードL は011として符号化され、し
たがってこの事例では1つの制御コードの符号化のため
の個々の長さはそれぞれ3bitである。
【0032】さらに図4には制御コードCのための符号
化について示されている。考察中の実施例の場合、図3
の逆向き参照の配分に従い6つの制御コードC 〜C
が形成される。この場合、制御コードC は100
1として符号化され、制御コードC は1010とし
て符号化される、という具合にして符号化が行われる。
【0033】制御コードCの各々の符号化のために用い
られるビット数は一様に4であるが、択一的に制御コー
ドLとCの符号化をたとえばハフマン法に従って行うこ
とができ、その場合にはある特定のコードの出現確率は
図3のテーブルに従い考慮される。
【0034】テーブル3を用いてコードの個数とそのサ
イズが求められた後、出現したコード全体における個々
のコードの頻度が求められ、その頻度に応じてハフマン
符号が与えられる。
【0035】リテラルコードがすべてのコードの40%
になり、短いキャラクタストリングをもつコピーコード
がすべてのコピーコードの70%になるならば、テーブ
ル3を用いると以下の配分となる:
【0036】
【表1】
【0037】この場合、それぞれ異なるコード長が生
じ、頻度の最も高いコードに対しては最も短い符号化が
行われる。考察中の実施例ではこれはコードC1であ
る。
【0038】制御コードC は、2〜33の値の範囲
内でポインタをもつ逆向き参照のために2〜5のキャラ
クタの長さのリテラルシーケンスに適用される。ここで
留意しておきたいのは、逆向き参照が行われるのは逆向
き参照の長さが少なくとも2つのキャラクタであり、か
つ逆向き参照されるコピーすべきリテラルシーケンスの
長さが少なくとも2である場合だけである。したがって
ポインタの値範囲を符号化するためのビット数は5にな
り、コピーすべきリテラルシーケンスの長さの値範囲2
〜5を符号化するためのビット数は2bitである。制
御コードC〜C についても図4のテーブル中に相
応の対応関係が示されている。
【0039】圧縮すべきシーケンスにおいてキャラクタ
が1つのバイトパターン内たとえば2byteまたは4
byteの幅である1つのバイトパターン内におかれて
いるならば、データ圧縮をいっそう最適化することがで
き、その場合に実際に現れるポインタ長だけが制御コー
ドCにマッピングされる。たとえば2バイトパターンに
おけるデータに対し制御コードC 内においてポイン
タ長の符号化のためにビット数を、5bitから4bi
tに低減することができる。その理由は、奇数の逆向き
参照は定義によって現れる可能性がないからである。4
byte長のフレームであれば、相応にさらに1bit
の低減を達成することができる。1つのバイトフレーム
内のデータの存在をアライメントとも称する。データの
アライメントは相応に逆向き参照に伝達される。
【0040】図5には、図4の制御コードを用い本発明
の方法に従いシーケンス1(図1参照)を符号化する様
子が示されている。これによればその結果として圧縮結
果3が生じる。
【0041】圧縮結果3における欠点は、圧縮結果3中
に含まれているリテラルシーケンスがビット指向の命令
つまりビットを優先した命令の符号化ゆえにビット境界
のところで整列されておらず、それゆえ相応にシフトし
なければならないことである。
【0042】この欠点を取り除くため、制御命令とリテ
ラルシーケンスが符号化時にまず最初に2つのデータ流
に分離される。この場合、リテラルシーケンスのデータ
流はバイト指向である。
【0043】両方のデータ流が完全に得られた後、それ
らのデータ流を再び単一のデータ流にまとめることがで
き、そこにおいて両方のデータ流がたとえば互いにつな
げられる。両方のデータ流の分離は、つなぎ合わせによ
り生じたデータ流において別の制御コードにより識別さ
れる。これはたとえば結果として生じたデータ流の始端
におくことができ、これによりそこから各データ流間の
分離を参照することができる。
【0044】図6には、図5の圧縮結果3を符号化しな
おす相応の一例が示されている。まずはじめ、圧縮結果
3が制御コードから成るデータ流4とリテラルシーケン
スから成るデータ流5に分けられる。
【0045】データ流4と5をつなぎ合わせた結果、デ
ータ流6が生じる。その先頭にはポインタZ(n)がお
かれ、これはデータ流5の最初のキャラクタを指す。
【0046】図7にはナビゲーションシステム7のブロ
ック図が示されており、これにはCD−ROMプレーヤ
8が設けられている。ナビゲーションシステム7はさら
にマイクロプロセッサ9ならびにメモリ領域10,1
1,12を有している。CD−ROMプレーヤ8のCD
−ROMには、本発明による方法に従い圧縮されたナビ
ゲーションデータが存在している。
【0047】この種のナビゲーションデータのシーケン
スはナビゲーションシステムによりCD−ROMプレー
ヤ8から取り出され、ナビゲーションシステム7に伝送
される。図6のデータ流に相応するデータ流を受信する
と、マイクロプロセッサ9は受信データ流を制御コード
から成る第1のデータ流とリテラルシーケンスから成る
第2のデータ流とに分割し、その際、先頭におかれるポ
インタZ(n)が用いられる。
【0048】制御コードデータシーケンスはメモリ領域
10に格納され、リテラルシーケンスはメモリ領域11
に格納される。この場合、デコーディングのためにマイ
クロプロセッサ9は、メモリ領域10内の制御コードだ
けを処理してその際にメモリ領域11内のリテラルシー
ケンスにアクセスしなければならない。ついで制御コー
ドの実行後に求められた圧縮結果に従い、シフト演算を
行う必要なく相前後してメモリ領域12に格納される。
それゆえナビゲーションシステム7において非常に高速
なデコーディングを実現することができ、走行中にたと
えばルート変更などに対し非常に高速に応答することが
できる。
【0049】圧縮にあたり、コピーすべきリテラルシー
ケンスの長さよりも長いポインタの長さの逆向き参照だ
けを許可するようにすれば、圧縮をさらに加速すること
ができる。たとえば後方参照C4(17,20)はC4
(17,17)C4(17,3)に分けられる。これに
よりプロセッサのパフォーマンスが節約されることにな
る。
【0050】圧縮すべきデータに特別な構造が含まれて
いる場合、さらに別の補足的な手法および場合によって
は別の制御コードによって、圧縮データレートもしくは
伸長時間をさらに改善することができる:−いくつかの
データ構造には同じキャラクタから成る長いシーケンス
の現れる領域が存在し、そのようなシーケンスは付加的
に事前に ランレングス符号化(RUN-LENGTH-ENCODING)
法によって符号化することができる。
【0051】−制御コードシーケンスが何度も相前後し
て繰り返し現れることが判明したならば、それらを反復
命令により符号化することができる。この利点は、相応
の制御コードシーケンスを1度だけ符号化すればよいこ
とである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるキャラクタシーケンスの符号化
の様子を示す図である。
【図2】本発明による方法の実施形態を示すフローチャ
ートである。
【図3】1つのパターンデータセット内のリテラルシー
ケンスおよび逆向き参照の長さのパーセント配分を示す
図である。
【図4】制御コードの集合を求めるための実施形態を示
す図である。
【図5】図4による制御コードを用いたキャラクタスト
リングの符号化を示す図である。
【図6】別の制御コードを用いて図5の符号化されたキ
ャラクタストリングを再符号化する様子を示す図であ
る。
【図7】本発明による電子システムのブロック図を示す
図である。
【符号の説明】
7 ナビゲーションシステム 8 CD−ROMプレーヤ 9 マイクロプロセッサ 10,11,12 メモリ領域

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LZSS形式の方式によるデータ圧縮お
    よび/またはデータ伸長方法において、 第1の最大長をもつリテラルシーケンスのための第1の
    制御コードと、 圧縮すべきリテラルシーケンスへの逆向き参照に対する
    ポインタのための第2の制御コードとを用い、該逆向き
    参照は第2の最大長をもち、コピーすべきリテラルシー
    ケンスは第3の最大長をもつことを特徴とする、 データ圧縮および/またはデータ伸長方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の最大長の決定にあたり、長さ
    制限のない制御コードにより実行されるLZSS方式に
    より符号化されたパターンデータセット内におけるリテ
    ラルシーケンスの長さの頻度分布を用いる、請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の最大長の決定にあたり、長さ
    制限のないLZSS方式により求められた圧縮データセ
    ット内におけるポインタの長さの頻度分布を用いる、請
    求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記第3の最大長の決定にあたり、長さ
    制限のないLZSS方式により求められたパターンデー
    タセットの圧縮データセット内におけるコピーすべきリ
    テラルシーケンスの長さの頻度分布を用いる、請求項
    1、2または3記載の方法。
  5. 【請求項5】 LZSS方式を実行するために第1の制
    御コードの第1の集合と第2の制御コードの第2の集合
    を用いる、請求項1から4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の集合は決められた値範囲内の
    リテラルシーケンスのための第1の制御コードをそれぞ
    れ有する、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 第1の制御コードおよび第2の制御コー
    ドを、該当する値領域内のリテラルシーケンスの出現頻
    度もしくは逆向き参照の出現頻度に従いハフマン法に基
    づき符号化する、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記第2の集合はポインタの値範囲のた
    めの制御コードとコピーすべきリテラルシーケンスの値
    範囲を有する、請求項5、6または7記載の方法。
  9. 【請求項9】 第2の制御コードはハフマン符号化され
    ている、請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 ポインタの値範囲をバイトごとまたは
    1つのバイト長の倍数に分割する、請求項8または9記
    載の方法。
  11. 【請求項11】 第1および第2の制御コードならびに
    リテラルを、互いに分離された2つの圧縮結果セクショ
    ンに格納し、第3の制御コードを分離の識別に用いる、
    請求項1から10のいずれか1項記載の方法。
  12. 【請求項12】 請求項1から11のいずれか1項記載
    の方法に従い圧縮されたキャラクタストリングの伸長方
    法において、 制御コードとリテラルを第3の制御コードにより分離す
    るステップと、 前記制御コードを第1のメモリセクションに記憶するス
    テップと、 前記リテラルを第2のメモリセクションに記憶するステ
    ップと、 第2のメモリ内にあるコピーすべきリテラルシーケンス
    をアクセスし、該コピーすべきリテラルシーケンスを第
    3のメモリに格納するステップ、を有することを特徴と
    する、伸長方法。
  13. 【請求項13】 コンピュータプログラムが電子システ
    ムにおいて実行されたとき、請求項1から12のいずれ
    か1項記載の方法を実施するプログラム手段が設けられ
    ている、コンピュータで読み出し可能な媒体またはコン
    ピュータネットワークを介してロード可能なファイルに
    おけるコンピュータプログラム製品。
  14. 【請求項14】 請求項1から13のいずれか1項記載
    の方法を実施する手段が設けられている電子システム。
  15. 【請求項15】 制御コードを格納するための第1のメ
    モリ領域(10)と、リテラルシーケンスを格納するた
    めの第2のメモリ領域(11)と、コピーされたリテラ
    ルシーケンスを格納するための第3のメモリ領域(1
    2)が設けられている、請求項13記載の電子システ
    ム。
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