JP2004531924A - 信号圧縮装置及び方法 - Google Patents

Abstract

２ビット以上のユニットにより構成される信号は、２ビット以上のユニットを、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含むＭＳＢ部分と、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含まないＬＳＢ部分と、に分割することにより（３）、圧縮信号に圧縮される。ＭＳＢ部分は、無損失形式で圧縮される（７）。ＬＳＢ部は圧縮される（８）。圧縮されたＭＳＢ部分及びＬＳＢ部分は、圧縮信号に合成される（１０）。

Description

【０００１】
本発明は、無損失信号圧縮用の第１の圧縮器及び信号圧縮用の第２の圧縮器を具備し、２ビット以上のユニットにより構成された信号を圧縮信号に圧縮する装置に関する。
【０００２】
本発明は、更に、２ビット以上のユニットにより構成された信号を圧縮信号に圧縮する方法に関する。
【０００３】
性能が高く、複雑さの程度が低い信号の無損失圧縮は、特に、圧縮方式が信号の存在するアプリケーションに明確に適合している場合に実現可能である。スケーラブルな圧縮方式は、フレキシブルでもある。
【０００４】
ビデオ信号の音楽のようなデジタル信号の無損失圧縮は、可変信号依存性ビット速度を有する圧縮信号を生じる。しかし、実際には、固定ビット速度若しくは固定圧縮率が屡々要求される。高品質アプリケーションの場合、できる限り無損失圧縮が望ましい。
【０００５】
望ましい圧縮率が無損失圧縮によって達成できない場合には、無損失に近い圧縮が認められる。
【０００６】
画像を無損失圧縮すると、ビット数は画像内容に応じた可変ビット数になる。しかし、一部のアプリケーションでは、固定の最大ビット数、若しくは、ある種の保証付き圧縮率が要求される。例えば、圧縮画像を蓄積するために一定の制限された記憶スペースしか利用できない場合、或いは、圧縮画像を送信するために一定の帯域幅しか利用できない場合があてはまる。典型的に、この記憶スペース若しくは帯域幅は、（ある程度の安全マージンを含む）平均無損失圧縮率に基づいて大きさが決められる。最悪ケースに基づいて大きさが決められた場合（即ち、画像がランダムデータを格納し、無損失圧縮できないとき）、圧縮をてきようすることは全く意味をなさない。このようなアプリケーションの場合、好ましくは、無損失圧縮が使用されるが、無損失圧縮が要求圧縮比を達成し得ないとき、無損失に近い圧縮が必要になる。
【０００７】
近年、圧縮方式は、ビットストリームを、望ましいビット率（若しくは圧縮率）で簡単に切り捨てることが可能である（例えば、［１］を参照。）。このような圧縮方式は、ビット率スケーラブル圧縮方式と呼ばれる。完全に可逆的な「整数対整数」変換を使用する場合（例えば、［２］を参照。）、これらの圧縮方式は、望ましい圧縮比で無損失から無損失に近い圧縮までの精細粒状度スケーラビリティを提供することが可能である。
【０００８】
しかしながら、従来のスケーラブル圧縮方式は、特に、無損失若しくは無損失に近い圧縮が望まれる場合に欠点がある。これらの欠点のうちの一つは、従来のスケーラブル方式が無損失圧縮の性能に関して最適化されていないことである。更に、従来のスケーラブル圧縮方法は、専用の無損失若しくは無損失に近い圧縮方法よりもかなり複雑である。例えば、ＪＰＥＧ２０００は、ある無損失圧縮画像の組を伸長するために、ＪＰＥＧ−ＬＳの４．３倍のＣＰＵ時間を要する。このように従来のスケーラブル圧縮方法は、無損失若しくは無損失に近い圧縮に対して理想的な方法ではない。
【０００９】
これに対して、ＪＰＥＧ−ＬＳのような従来の専用の無損失若しくは無損失に近い圧縮方式は、スケーラブルではない。ビット率が非常に高い場合、信号は、低ビットレート（できるだけ高い倍率）で完全に再符号化されるべきである。これにより、これらの圧縮方式を使用する複雑さが著しく高まる。
【００１０】
上記の欠点が明らかに現れる装置及び方法の一例が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この特許文献１には、信号を圧縮する装置が開示され、この装置は、信号の無損失圧縮用の第１の圧縮器と、信号の無損失に近い圧縮用の第２の圧縮器と、を含む。二つの圧縮信号は、媒体へ別々に書き込まれる。
【００１１】
〔特許文献１〕米国特許第５，８８４，００５号明細書
【００１２】
本発明は、専用無損失圧縮方式の無損失圧縮のあまり複雑ではないという利点と性能の高さの利点とが組合され、無損失から無損失に近い圧縮まで精細粒状度ビット率スケーラビリティの特長を備えた圧縮方法及び装置の提供を目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明による装置は、２ビット以上のユニットの範囲内にある分割位置で、２ビット以上のユニットを、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含むＭＳＢ部分と、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含まないＬＳＢ部分と、に分割する分割手段を含み、第１の圧縮器はＭＳＢ部分の無損失圧縮用の分割手段の第１の出力に接続され、第２の圧縮器はＬＳＢ部分の圧縮用の分割手段の第２の出力に接続され、上記装置は、第１の圧縮器の出力及び第２の圧縮器の出力に接続され、圧縮されたＭＳＢ部分及び圧縮されたＬＳＢ部分を圧縮信号に合成する合成手段を更に含む、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、ユニットの最下位部は、実際には、常に識別できるとは限らないので、最下位部の無損失圧縮は殆ど実現不可能である、という点に注目している。その結果として、上記最下位部、即ち、ＬＳＢ部分に対する性能損失は、分割されていない信号に作用する無損失圧縮装置よりも低い。これに対して、望ましいスケーラビリティを獲得することが可能である。しかし、スケーラビリティは制限される。なぜならば、ＬＳＢ部分のスケーラビリティは、このＬＳＢ部分を切り捨てることによってのみ獲得できるからである。したがって、本発明は、高品質圧縮、即ち、無損失圧縮若しくは無損失に近い圧縮と共に使用されたときに最も優れた効果を奏する。
【００１５】
本発明は、更に、画像の最下位ビットは、典型的にほぼランダムであり、画像の最下位ビットを無損失で圧縮することはきわめて困難である、という点に着目している。したがって、その性能損失は、分割されていない信号に作用する無損失符号器よりも少ない。その代わりに、望ましいスケーラビリティ特性が獲得される。
【００１６】
本発明による装置の好ましい一実施例は、ＬＳＢ部分のスケーラブル圧縮を行うことが可能である。
【００１７】
その結果として、信号の記述は、任意の望ましいポイントで打ち切ることが可能であり、圧縮を望ましい圧縮率へ連続的にスケーリングすることが可能である。
【００１８】
好ましくは、本発明による圧縮方式は、フレームに基づいて作用する。即ち、幾つかの音楽サンプル又は映像サンプルが一つのユニットとして同時に処理される。フレームの分割の仕方は、フレーム毎に適応的に決定される。更に、最終的な処理ステップは、多数のフレームに対するスケーラブル記述を作成するために実行できる。例えば、画像がフレームに分割されるならば、無損失圧縮されるすべての個別のフレームの部分を最初に記述に置き、次に、個別のフレームの適切に合成されたスケーラブル部分を記述に置くことによって、画像全体に対するスケーラブル記述を作成することが可能である。スケーラブル部分は、無損失部分とスケーラブル部分とにより構成される全画像に対する記述が作成されるような形で合成される。このようにする際、任意の望ましいポイントでスケーラブル部分を打ち切ることが可能になり、これは最初に最も重要な情報をスケーラブル部分に出現させることによって実現される。
【００１９】
本発明による装置の好ましい実施例は、第１の圧縮器と第２の圧縮器の間にコネクションが存在し、ＭＳＢ部分に関係する情報がＬＳＢ部分の圧縮に影響を与える目的で上記コネクションを介して第２の圧縮器へ転送され得ることを特徴とする。
【００２０】
その結果として、圧縮装置は、最下位部分の最も効率的な圧縮を実現するために、スケーラブル圧縮動作に対する最上位部分、及び／又は、最上位部分の圧縮に関する情報を使用可能である。これは、問題になっている情報が切り捨てられていないために実現可能である。例えば、第２の圧縮器は、ＬＳＢ部分におけるサンプルの知覚的関連性を決定し、それに応じてスケーラブル圧縮をＬＳＢ部分に適応させる情報を使用する、或いは、必要とする。
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２２】
図１には、２ビット以上のユニットにより構成された圧縮される信号が、ライン１を介して信号を圧縮する装置２へ供給される実施形態が概略的に示されている。ライン１は分割モジュール３の信号入力へ接続される。ライン１は、ライン１８を介して制御ユニット４の信号入力にも接続される。分割モジュール３は、第１の出力ライン５及び第２の出力ライン６を含む。出力ライン５は、ライン５上の信号の無損失圧縮用の第１の圧縮器７の入力へ接続される。ライン６は、第２の圧縮器８の入力へ接続される。第２の圧縮器８は、ライン６へ入る信号の無損失圧縮用に設けられる。第２の圧縮器の出力ライン１１は、合成ユニット１０の第２の入力へ接続される。ライン９上の信号とライン１１上の信号とにより構成される合成信号は、合成ユニット１０の出力ライン１２に現れる。第１の圧縮器７は、情報転送ライン１３を介して第２の圧縮器８に接続される。
【００２３】
装置２のコアは、分割モジュール３と、第１の圧縮器７と、第２の圧縮器８と、合成ユニット１０と、により形成される。コアユニットの動作は次の通りである。分割モジュール３は、２ビット以上のユニットにより構成される信号をライン１を介して受信する。信号は、従来から知られた方法で、分割モジュール３によって、信号の２ビット以上のユニットの最上位ビットを含むＭＳＢ部分と、上記最上位ビットを含まないＬＳＢ部分へ分割される。ＭＳＢ部分はライン５に現れ、ＬＳＢ部分はライン６に現れる。圧縮器７は、ＭＳＢ部分を、ライン９上の圧縮ＭＳＢ部分へ無損失で圧縮する。同様に、第２の圧縮器８は、ライン６上のＬＳＢ部分を、ライン１１上の圧縮ＬＳＢ部分へ圧縮する。圧縮ＭＳＢ部分及び圧縮ＬＳＢ部分は、合成回路において、例えば、圧縮ＬＳＢ部分を圧縮ＭＳＢ部分へ直接的に連結することにより圧縮信号に合成される。
【００２４】
２ビット以上のユニットは、１箇所以上の場所で、分割モジュール３によって分割され得る。分割が行われる場所は、様々な方法で決めることができる。分割モジュール３は、分割モジュール３の一部を形成する制御信号ユニット１４によって示されるような所定の位置でライン１を介して入ってくる２ビット以上のユニットを分割するため常に設けられる。別の可能な形態では、制御信号ユニットは、ライン１５若しくはライン１６によって示されるように分割モジュール３の外部に設けてもよい。ライン１６は、分割モジュール３の制御入力と制御信号ユニット１７との間にコネクションを形成する。制御信号ユニット１７は、ライン１上の信号とは独立した制御信号を生成する。これに対して、制御信号生成器４は、ライン１５上に、圧縮されるべきライン１上の信号の成分に依存した制御信号を生成する。これら３通りの可能性と、これらの組合せのうちのいずれを選択してもよい。特に、制御信号ユニット１４若しくは制御信号ユニット４は、２ビット以上のユニット内で分割場所が適応的に決められるように設定される。
【００２５】
２ビット以上のユニットにより構成され、分割モジュール３及び制御信号ユニット４へ供給されるライン１上のデジタル入力信号は、制御信号ユニット４によって解析され、ライン１５上の制御信号ユニット１４によって分割モジュール３へ配布された制御信号に基づいて、二つの部分、即ち、ＭＳＢと呼ばれる最上位部分と、ＬＳＢと呼ばれる最下位部分とに分割される。入力信号ｘの分割は、
ＭＳＢ部分に対して、ｘ_ｍ＝ｘ ｄｉｖ ｋ
ＬＳＢ部分に対して、ｘ_ｌ＝ｘ ｍｏｄ ｋ
として実行することができる。ｋ＝２^ｍ（ｍ＝１，２，．．．）という設定は実際的に非常に重要である。なぜならば、これは、信号ｘから最下位ｍビットを分割することに対応するからである。
【００２６】
図１に示された装置の動作は次の通りである。圧縮方法のブロック図は図１に示されている。（デジタル）入力信号は、解析され、最上位部分と最下位部分の二つの部分に分割される。入力信号ｘの分割は、数学的には、
最上位部分に対して、ｘ_ｍ＝ｘ ｄｉｖ ｋ
最下位部分に対して、ｘ_ｌ＝ｘ ｍｏｄ ｋ
のように記述することができる。ｋ＝２^ｍ（ｍは、０，１，２，．．．が成立する整数である。）という設定は実際的に非常に重要である。なぜならば、これは、信号ｘからｍ個の最下位ビットを分割することに対応するからである。最上位部分は、ＪＰＥＧ−ＬＳのような専用無損失圧縮方法によって、損失なく圧縮される。最下位部分は、最下位部分の記述を任意のポイントで切り捨てることができるスケーラブル符号器によって圧縮される。スケーラブル符号器を実現する実際的な方法は、実際に圧縮を行うことなく、単にビットプレーンを再配置することである。即ち、スケーラブル符号器は、最初に、（最下位部分の）すべての最上位ビットをストリームに入れ、次に、下位ビットが入れられる。最後に、無損失でスケーラブルな符号化部分が結合／連結される。信号分割の方法に関する情報、及び／又は、無損失かつスケーラブルな符号化部分のサイズに関する情報は、必要に応じて付加される。固定圧縮率を実現するための圧縮スケーラブルデータの切り捨ては、連結動作中に、或いは、システムの後の段で、行われ得る。
【００２７】
しかし、スケーラビリティは制限されていることに注意する必要がある。なぜならば、スケーラビリティは、（最下位部分を切り捨てることによって）最下位部分だけから獲得されるからである。無損失符号器とスケーラブル符号器の間の点線は、スケーラブル符号器が、最上位部分に関する情報、及び／又は、最下位部分をより効率的に圧縮するための無損失圧縮に関する情報を使用することを表す。このことが実現可能である理由は、スケーラブル符号器が、（決して切り捨てられることがないので）この情報を使用することができるからである。例えば、スケーラブル符号器は、最下位部分におけるデータの知覚的な関連性を決定し、それに応じてスケーラブル圧縮を調整するためにこの情報を使用する。
【００２８】
入力された信号をスケーラブル方式で圧縮する第２の圧縮器８を実現する実際的に関連した方法は、実際に圧縮することなく、ビットプレーンを再配置することである。最下位ビットに関する限り、圧縮によって非常に大きな利益は得られない。なぜならば、これらのビットには殆ど冗長性が存在しないからである。ビットプレーンの再配置とは、第２のスケーラブル圧縮器８がライン６へ供給されるビットストリーム中のＬＳＢ部分の最上位ビットを、最初にライン１１に出現させ、次に、１ステップずつ重要性が低くなるビットを出現させることである。このことは、一例を用いて明らかにされる。２ビット以上の連続的な３個のユニットｙ、ｕ及びｖのＬＳＢ部分が、それぞれ、ｙ_３，ｙ_２，ｙ_１の３個と、ｕ_２，ｕ_１の２個と、ｖ_２，ｖ_１の２個とにより構成されるとする。その場合、第２の圧縮器は、最終的に、ライン１１上にｙ_３，ｙ_２，ｕ_２，ｖ_２，ｕ_１，ｖ_１の配置を生ずる再配置を実行する。ビット速度を拡大縮小できるようにするため、合成記述ｙ_３，．．．，ｕ_１は、望ましいビット数で切り捨てるだけでよい。尚、ここで説明される再配置は単なる一例であって、他の再配置の例も実施可能である。
【００２９】
図１には、切り捨てを行うことが可能なＬＳＢ部分の信号列内の３つの場所１９ａ、１９ｂ及び１９ｃが示されている。切り捨て手段１９ａは、第２の圧縮器８の一部を構成する。その結果として、第２の圧縮器８は、実際には、無損失ではない圧縮器である。
【００３０】
切り捨て手段１９ｂが、第２の圧縮器８の出力と合成手段１０との間のライン１１に組み込まれている場合、第２の圧縮器８は、無損失圧縮器と無損失ではない圧縮器の何れでもよい。
【００３１】
切り捨て手段１９ｃを合成手段１０の後のライン１２に配置してもよい。先の例と同様に、この場合も、第２の圧縮器８は、無損失圧縮器と無損失ではない圧縮器の何れでもよい。切り捨て手段１９ｃは、切り捨てが第２の圧縮器８から入ってくる合成信号の部分だけで行われ、第１の圧縮器７から入ってくる部分に対して行われないように調整されるべきである。
【００３２】
提案した方法の性能を評価するため、ブリティッシュコロンビア大学によって提供された設備を使用して、ＪＰＥＧ−ＬＳによる圧縮実験を行った。ＪＰＥＧ−ＬＳ方式と、最上位ビットの無損失圧縮方法としてＪＰＥＧ−ＬＳを使用し、下位ビットを圧縮されていない状態のままにする新しい方式の両方の無損失及び損失の多い性能を評価した。この実験で使用された画像は、解像度が５１２×７６８画素であるコダック社フォトＣＤのＰＣＤ０９９２の全部で２４枚の画像（ルムナンス成分だけ）である。表１には、ＭＳＢとＬＳＢの分割場所の様々な選択肢に対する圧縮効率及びスケーラビリティ範囲が示されている。ＬＳＢが分割されない場合、圧縮方式は、スケーラビリティの無い通常の無損失圧縮方法になる。スケーラブルなＬＳＢプレーンの数が増加すると、スケーラビリティの範囲（レンジ）は増大する。また、圧縮効率が低下しても、二つのビットプレーンが分離しているとき、ビット率は４％しか増加しない。
【００３３】
【表１】

図２に示されるように、スケーラブルＪＰＥＧ−ＬＳベースの方式の無損失に近い圧縮性能は、スケーラブルではない無損失に近いＪＰＥＧ−ＬＳ圧縮の圧縮性能と比較される。ＪＰＥＧ−ＬＳの場合、ポイントは、原画像と再構成画像の間の様々な最大許容絶対誤差（図２では、１から７まで変化する。）を使用する圧縮に対応する。スケーラブル方式の場合、曲線上のポイントは、すべてのＬＳＢを切り捨て、無損失ＭＳＢ部分だけを残すことにより得られた（これらのポイントのビット率は表１に掲載されている。）。復号器は、ＬＳＢが均一なランダム分布であると仮定して、失われたＬＳＢをそれらの予想値によって代用する。例えば、２個のＬＳＢプレーンが削除されたとき、ＬＳＢ部分に対する予想値は、
（０＋１＋２＋３）／４＝１．５
であり、これは、ＬＳＢ部分の画素の半分をランダムに１にセットし、残りの半分を２にセットすることにより実現される。図２には、多数のスケーラブル圧縮方法と同様に、非スケーラブル方法によって与えられた離散ポイントに対する効率損失が示されている。しかし、非スケーラブルな場合の品質は、利用可能なビット率又は記憶容量が不十分である場合に、次に低いポイントへ直ちに降下することに注意する必要がある。例えば、図２に示されているように、ＪＰＥＧ−ＬＳは、１画素当たり２．８６６ビットのレートにおいて、４９．９６ｄＢのＰＳＮＲを与える。利用可能なビット数が減少すると、ＪＰＥＧ−ＬＳに対するＰＳＮＲは直ぐに４５．２３ｄＢまで降下する。これは、１画素当たり２．２６７ビットのレートで次に利用可能な圧縮設定値に対応する。したがって、１画素当たり約２．４乃至２．８６６ビットの間のレートに対して、スケーラブルな方法の方がＰＳＮＲが高くなる。
【００３４】
ＰＳＮＲに加えて、再構成画像の視覚的な品質が評価された。視覚的な検査によると、圧縮アーティファクトは、２個のＬＳＢプレーンしか削除されなかった場合には、ある種の画像（青い空を含む画像）に対して既に可視的であり、最大絶対誤差２が許容される場合には、ＪＰＥＧ−ＬＳに対して可視的であることがわかる。この場合、二つの例のＰＳＮＲ値は殆ど一致しているにもかかわらず、提案された方法のアーティファクトの方がより許容できる。なぜならば、ＪＰＥＧ−ＬＳによって生じる「ストライプ状」アーティファクトよりもノイズらしいからである。しかし、３個のＬＳＢプレーンを削除した場合、ＰＳＮＲ値がほぼ一致するＪＰＥＧ−ＬＳに対する最大許容絶対誤差４と比較すると、提案した方法は、ＪＰＥＧ−ＬＳのストライプ状アーティファクトよりも視覚的に邪魔な「輪郭状」アーティファクトを生ずる。
【００３５】
上記の実験において、ＭＳＢ／ＬＳＢ分割ポイントは、手動でセットされ、各画像に対して同じであり、かつ、画像全体に亘って一定である。しかし、分割ポイントを自動的かつ適応的に決定することに付随した幾つかの利点がある。一般的に、青空のような「フラッター」画像部分は、他の画像部分よりも圧縮アーティファクトに対する感度が高い。これらの同じ画像部分は、ＬＳＢが分割されたとき、圧縮効率の殆どが損なわれる。したがって、画像のライン毎に分割すべきＬＳＢプレーンの数を自動的に選択する方法を開示する。この方法は、上述の複雑さの少ない無損失画像圧縮方法に基づいている。
【００３６】
開示される無損失圧縮方法は、周知のＤＰＣＭ＋ＶＬＣセットアップに従う。ＤＰＣＭ＋ＶＬＣセットアップは、データの相関を除く可逆予測ステップと、その後に続く、予測誤差信号を圧縮するエントロピー符号化ステップと、を含む。しかし、複雑さの程度を非常に低く抑えるため、ＤＰＣＭ部分とＶＬＣ部分の両方の部分に対して、非常に複雑さの程度の低い解決策を選択する。予測については、周知のＰａｅｔｈ予測器が使用される。この予測器は、予測されるべき画素の左、左上、及び、上の３個の画素だけを使用し、現在の予測値として、これらの画素のうちの一つの画素の値を選択する。Ｐａｅｔｈ予測器は、周知のＰＮＧ無損失画像圧縮方法で使用されるタイプの予測フィルタの一つである。
【００３７】
Ｐａｅｔｈ予測後の予測誤差信号は、符号付きの大きさ表現に変換され、修正「Ｒｉｃｅ」符号と、非常に複雑さの程度が低い適応エントロピー符号と、を使用して無損失符号化される。Ｒｉｃｅ符号は、文献：Ａ． Ａ． Ｍ． Ｌ． Ｂｒｕｅｋｅｒｓ， Ａ． Ｗ． Ｊ． Ｏｏｍｅｎ， Ｒ． Ｊ． ｖａｎ ｄｅｒ Ｖｌｅｕｔｅｎ ａｎｄ Ｌ． Ｍ． ｖａｎ ｄｅ Ｋｅｒｋｈｏｆ， “Ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ＤＶＤ ａｕｄｉｏ”， １０１^ｓｔ ＡＥＳ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ， （Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ， ＣＡ）， Ｎｏｖ．８−１１， １９９６， Ｐｒｅｐｒｉｎｔ ４３５８に記載されている。このエントロピー符号は、最初にサンプルの大きさのｍ個のＬＳＢを削除する。残りのＭＳＢは、単一の符号を使用して符号化される。即ち、値ｋのＭＳＢに対する符号語は、ｋ個の０ビットと、その後に続く１ビットとにより構成される（例えば、ｋ＝３に対する符号語は０００１である。）。ｍ個のＬＳＢは、次に、非零の大きさに対する符号ビットと同じようにＭＳＢ符号語に付加される。例えば、ｍ＝３に対する予測誤差値１５は、符号語０１１１１０に翻訳される。この符号語０１１１１０は、ｋ＝１５ ｄｉｖ ８＝１に対応した符号０１と、ｍ個の最下位ビット１１１と、符号ビット０と、を含む。パラメータｍは、ｅが予測誤差信号を表すとき、
ｍ＝ｆｌｏｏｒ（ｌｏｇ_２（ｍｅａｎ（ａｂｓ（ｅ））））
として、最適になるように（即ち、予測誤差信号を無損失符号化するために要する最低ビット数が得られるように）選択される。実施例では、ｍの値は、画像ライン毎に１回ずつ選択されるが、より頻繁に更新される。
【００３８】
表２では、本例の非常に複雑さの程度の低い方法の圧縮効率が、ＪＰＥＧ−ＬＳ、ＰＮＧ及びＪＰＥＧ２０００と比較されている。非常に複雑さの程度が低いにもかかわらず、本例の方法は、２４画像のテスト画像の組（セクション２．２で使用されたものと同じ）を圧縮するため、ＪＰＥＧ−Ｌｓよりも９％だけ多くのビットしか要求しない。非常に複雑さの程度が低い予測フィルタと、複雑なエントロピー符号化方法を使用するＰＮＧとの差は非常に小さい。ＪＰＥＧ２０００の場合、ニューサウスウェールズ大学によって提供された形態が使用される。本実験によると、ＪＰＥＧ２０００は、ＪＰＥＧ−ＬＳと殆ど同様に効率的である。
【００３９】
【表２】

上述の通り、スケーラブルな無損失に近い圧縮方法のためのＭＳＢ／ＬＳＢ分割ポイントを自動的に決定する。これは、図１の解析ブロック４において行われる。ここで提案される解析は、非常に複雑さの程度が低い無損失画像圧縮方法に基づいている。
【００４０】
分割ポイントを決定するため、最初に、Ｐａｅｔｈ予測が実行され、予測誤差信号ｅが獲得される。次に、パラメータｍが
ｍ＝ｆｌｏｏｒ（ｌｏｇ_２（ｍｅａｎ（ａｂｓ（ｅ））））
として再度決定される。パラメータｍは、分割ポイントを直接的に与える。ｍ個のＬＳＢは、スケーラブル符号器へ送信され、残りのＭＳＢは、無損失符号器へ送信される。分割ポイントの選択は、上述された提案された非常に複雑さの程度が低い無損失画像圧縮方法に適用されるエントロピー符号が、（符号語にそのままコピーされただけである）これらのビットに関して圧縮を適用しないという観察に基づいている。したがって、これらのＬＳＢは、ある程度ランダムであると仮定され、ＭＳＢの無損失符号化の際に予測のため使用されるときに圧縮効率の損失はない。この仮定は経験的に確かめられている。例えば、２４枚のすべてのテスト画像のすべての画像ラインのｍに対して一定の選択をしなければならない場合、ｍ＝２という値が選択されるであろう。この値は、表１に示されるように、４％の圧縮効率損しか生じない。
【００４１】
ここまでは、ルミナンス若しくは階調値画像の圧縮だけを取り扱っている。しかし、殆どの画像はカラー画像である。カラー画像は、ＲＧＢカラー空間で指定されることが多いが、このカラー空間は、成分の間に相関が存在するので、無損失圧縮のために最適ではないことが周知である。より高い無損失圧縮率は、画像を圧縮前に適当な別のカラー空間へ変換することによって達成できる。全体的な方法は無損失のまま保たれているので、カラー変換は、完全に可逆的であることが要求される。このような特性を備えたカラー変換は、無損失カラー変換と呼ばれる。多種多様な無損失カラー変換が圧縮の文献に提案されているが、既存の無損失カラー変換の中に、無損失に近い圧縮のため設計されたものはない。無損失に近い圧縮用の視覚的に関連性のある誤差規準を使用できるようにするため、ＲＧＢからＹＵＶへの無損失変換が適当であることが分かったので、ＹＵＶカラー空間のため開発されたすべての知覚的誤差規準（一般的に、無損失ではない画像圧縮に使用されている。）は、無損失に近い圧縮にも同様に適用可能である。
【００４２】
通常のＲＧＢからＹＵＶへの変換は、
Ｙ＝０．５８７・Ｇ＋０．２９９・Ｒ＋０．１１４・Ｂ （１）
Ｕ＝Ｂ−Ｙ （２）
Ｖ＝Ｒ−Ｙ （３）
によって与えられる。
【００４３】
文献：Ｆ．Ａ．Ｍ．Ｌ． Ｂｒｕｃｋｅｒｓ ａｎｄ Ａ．Ｗ．Ｍ． ｖａｎ ｄｅｎ Ｅｎｄｅｎ， “Ｎｅｗ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｐｅｒｆｅｃｔ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｅｃｔ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ”， ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌｅｃｔ． Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．１０， ｐｐ．１３０−１３７， Ｊａｎ． １９９２に記載されているような可逆ネットワークの原理を適用することにより、この変換を完全に可逆的にすることができる。得られたＲＧＢからＬＹＵＶへの新しい無損失変換（ここで、無損失ＹＵＶと区別するためにＬＹＵＶという名前を使用する。）は、
Ｙ_Ｌ＝Ｇ＋［０．２９９／０．５８７・Ｒ＋０．１１４／０．５８７・Ｂ］
（４）
Ｕ_Ｌ＝Ｂ−［０．５８７・Ｙ_Ｌ］ （５）
Ｖ_Ｌ＝Ｒ−［０．５８７・Ｙ_Ｌ］ （６）
によって与えられる。式中、［・］は、最も近い整数への丸め処理を表す。完全な逆変換は、
Ｂ＝Ｕ_Ｌ＋［０．５８７・Ｙ_Ｌ］ （７）
Ｒ＝Ｖ_Ｌ＋［０．５８７・Ｙ_Ｌ］ （８）
Ｇ＝Ｙ_Ｌ−［０．２９９／０．５８７・Ｒ＋０．１１４／０．５８７・Ｂ］
（９）
のように行われる。
【００４４】
かくして、Ｕ_Ｌ及びＶ_Ｌは、通常のＲＧＢからＹＵＶへの変換におけるＵ及びＶと同じであり、Ｙ_Ｌは、変換を完全に可逆的にするため、Ｙよりも１／０．５８７倍だけ大きさが増大している。
【００４５】
表３において、先に使用されたのと同じ２４枚のＲＧＢカラー画像を圧縮するビット率が様々な無損失カラー変換に対して列挙されている（絶対ビット率は、１サンプル当たりについて与えられ、画素当たりのビット率を得るためには、絶対ビット率を３倍する必要がある。）。ここでは、新しい変換を、周知のＮＦＪ変換、ＣＲＥＷ変換、ＳＨＩＲＣＴ変換、ＲＤＣＴ変換、及び、ＬＯＣＯ−Ｉ変換と比較する。
【００４６】
表３から、新しいカラー変換を適用することの利点は明らかである。なぜならば、ＲＧＢ成分を直接圧縮するためには、最初に画像を最良の代替カラー空間へ変換した場合よりも３５％多いビット数が必要になるからである。更に、ＬＹＵＶ変換、ＬＯＣＯ−Ｉ変換及びＣＲＥＷ変換は、他の変換よりも優れている。様々な利用可能なカラー変換を考慮することにより非常に顕著になるように、最も簡単な変換ＬＯＣＯ−Ｉは、無損失圧縮のために最も優れている。新しいＬＹＵＶ変換の性能は、無損失圧縮のための最良変換の性能に極めて近い。無損失に近い圧縮の場合、ＬＹＵＶ変換が優れている。なぜならば、ＬＹＵＶ変換は、損失の多い圧縮で一般的に使用されているＹＵＶカラー空間を与えるからである。
【００４７】
【表３】

専用無損失圧縮方法の高い圧縮効率と低い複雑さの程度を維持したまま、精細粒状度スケーラブルの無損失に近い圧縮の特長を用いて無損失圧縮を拡張する方法を提案した。この方法は、信号をＭＳＢとＬＳＢに分割することにより動作する。ＭＳＢは、無損失圧縮され、ＬＳＢはスケーラブルビット文字列を与える。更に、スケーラブルビット文字列が、圧縮効率に影響を与えることなく、かつ、無損失に近い圧縮の圧縮アーティファクトを生ずることなく獲得されるように、ＭＳＢ／ＬＳＢ分割ポイントを自動的かつ適合的に決定する方法を提案した。分割方法は、複雑さの程度の低い無損失画像圧縮方法から導出された。その簡単さにもかかわらず、この圧縮方法は非常に効率的である。最後に、ＬＹＵＶ変換を提案した。この新しい無損失カラー変換は、損失の多い画像圧縮のため一般的に使用されるＹＵＶ変換と等価的に無損失であり、最良の無損失カラー変換の性能と非常に近い無損失圧縮の性能を備えている。
【００４８】
あらゆる種類の実施例及びそれらの変形例は、上述の説明から当業者に明白であろう。これらのすべての変形例及び実施例は本発明の一部を構成するものであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による圧縮装置の一例の説明図である。
【図２】ＪＰＥＧ−ＬＳの無損失に近い圧縮性能と、ＪＰＥＧ−ＬＳ無損失圧縮を使用する本発明による方法の圧縮性能を示す図である。

Claims (16)

1. 無損失信号圧縮用の第１の圧縮器及び信号圧縮用の第２の圧縮器を具備し、２ビット以上のユニットにより構成された信号を圧縮信号に圧縮する装置であって、
   ２ビット以上のユニットの範囲内にある分割場所で、２ビット以上のユニットを、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含むＭＳＢ部分と、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含まないＬＳＢ部分と、に分割する分割手段が設けられ、
   第１の圧縮器はＭＳＢ部分の無損失圧縮用の分割手段の第１の出力に接続され、
   第２の圧縮器はＬＳＢ部分の圧縮用の分割手段の第２の出力に接続され、
   第１の圧縮器の出力及び第２の圧縮器の出力に接続され、圧縮されたＭＳＢ部分及び圧縮されたＬＳＢ部分を圧縮信号に合成する合成手段が更に設けられている、
   ことを特徴とする装置。
2. 圧縮されたＬＳＢ部分を切り捨てる切り捨て手段が更に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 切り捨て手段は第２の圧縮器の一部を構成することを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 切り捨て手段は第２の圧縮器と合成手段との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 切り捨て手段は合成手段の後に設けられていることを特長とする請求項２記載の装置。
6. 該第２の圧縮器はＬＳＢ部分の無損失圧縮のため設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のうち何れか一項記載の装置。
7. 該第２の圧縮器はＬＳＢ部分の無損失ではない圧縮のため設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のうち何れか一項記載の装置。
8. 該第２の圧縮器はＬＳＢ部分のスケーラブル圧縮のため設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項記載の装置。
9. 制御手段を更に有し、
   制御手段の出力は、分割場所を決める分割手段の制御入力へ接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか一項記載の装置。
10. ２ビット以上の信号を制御手段へ供給する手段が設けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 該制御手段は、２ビット以上のユニットの圧縮に基づいている制御信号を出力に生じることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 該制御手段は分割場所を適応的に決定することを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 第１の圧縮器と第２の圧縮器の間にはコネクションが設けられ、
    ＭＳＢ部分に関する情報は、ＬＳＢ部分の圧縮に影響を与えるため該コネクションを介して第２の圧縮器へ転送され得る、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のうち何れか一項記載の装置。
14. ２ビット以上のユニットにより構成された信号を圧縮信号に圧縮する方法であって、
    ２ビット以上のユニットを、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含むＭＳＢ部分と、２ビット以上のユニットの最上位ビットを含まないＬＳＢ部分と、に分割し、
    ＭＳＢ部分を無損失の形で圧縮し、
    ＬＳＢ部分を圧縮し、
    ＭＳＢ部分とＬＳＢ部分を圧縮信号に合成する、
    ことを特徴とする方法。
15. ＬＳＢ部分は切り捨てられることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. ２ビット以上のユニットにおける分割を行うべき分割場所は、２ビット以上のユニットの成分に依存することを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。

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