JP2008521292A

JP2008521292A - デジタル画像のロスレス圧縮システムおよび方法

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Publication number: JP2008521292A
Application number: JP2007541449A
Authority: JP
Inventors: グリンゲラー，ヤコブ; ラヴァト，ダリル
Original assignee: Smith Micro Software Inc
Current assignee: Smith Micro Software Inc
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: EP1815396A4; WO2006055586A3; KR20070090165A; TW200629907A; WO2006055586A2; EP1815396A2; US20060104525A1; US7184603B2; CA2587699A1

Abstract

複数のロスレス画像圧縮手法を用い、各画像に最良の圧縮手法を適用することによって画像のロスレス圧縮を改善する方法。ＲＧＢ圧縮器は画像ファイルを受け取り、画像を四角形のブロックタイプに分離する。異なるデジタル画像および／またはサブ画像（ブロック）タイプは、画像またはブロックの特定の種類に特によく適した圧縮手法を用いて最適に圧縮される。

Description

本発明は概してデータの圧縮および伸張、ファイルのアーカイブ化、画像の圧縮に関わるものである。より詳細には本発明は、デジタル画像をロスレス圧縮するシステムおよび方法に関わる。

ファイルをバックアップあるいは送信するために、データ圧縮あるいはエンコード方式を用いてファイルサイズを縮小することは当該分野においてよく知られている。圧縮されるデータおよびファイルには多くのものがある、即ちＳＩＴ、ＺＩＰ、ＧＺＩＰなどの標準的なアーカイブ形式や、更には公知のＧＩＦやＪＰＥＧ形式（その他にも多数あるが）の画像や、ＭＰＥＧ形式形式のビデオ、ＭＰ３その他の形式の音声等々である。更に、多くの種類のファイルには圧縮された画像が埋め込まれる。その例としてはＰＤＦファイル、ワード文書などがある。

最適ではない手法を用いて圧縮されたファイルやデータストリームが、保存用途および通信用途の両方において既存データの大部分を占めている。（ここでは「ファイル」および「データストリーム」はデータ要素の識別された一団(set)を指す用語として交換可能に用いられ、これは分離した形態を含むいくつかの形態において存在する場合もあり、他のファイルと結合されあるいは他のファイルと共に保存される場合もあり、またファイルまたはオブジェクトとして、あるいは他のファイルを含むファイルとしてあるいはデータチャンネル上で送信される情報を含む特定サイズあるいは不定サイズのデータストリームとして他のファイルに埋め込まれている場合もある。）圧縮ファイルは大きいファイルであることが多く、大量保存密度が増大し、またコンピュータプロセッサの速度および遠隔通信システムの性能が大きく向上したとはいえ、圧縮技術は未だなお容量および通信帯域の問題に十分な解決を与えてはいない。圧縮技術の開発者は、膨大な量のデータを用いるウェブベースのマルチメディアアプリケーションの急速な発展に対応することを、いまや強く求められている。従って、デジタル画像ファイルを圧縮する改良された方法を提供することには有用性がある。更に、そのような改良された圧縮はロスレス圧縮であることが望ましい。

従って、本発明はデジタル画像をロスレス圧縮する、デジタル画像圧縮システムおよび方法を提供するものである。

上記諸特許は、本発明の認識している技術の現状を反映している。これら特許への言及および説明は、本発明の請求の範囲の審査に関連する可能性のある情報を開示することに関しての、出願人が認める公正率直の義務の履行の一助となることを意図したものである。しかし、上記特許のいずれも、単独でも、また組み合わせて考えても、ここに開示し特許請求する発明を開示、教示、示唆、説明するものではなく、また本発明を自明となすものでもないことを、謹んで具申する。

本発明の方法は従来技術のいくつかの欠点に対処するものであり、それによって、いくつかの目的を達成する。その中には以下のものがある。

本発明の目的は、複数のロスレス画像圧縮手法を用い、各画像に最もよい手法を適用することにより、ロスレス画像圧縮を改善するシステムおよび方法を提供することである。

本発明の別の目的は、同一の隣接画素を圧縮する代わりにマーキングすることによりロスレス画像圧縮を改善する方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、予測器の重み付けをその隣接画素の精度に基づいて調整することにより、ロスレス画像圧縮を改善する方法を提供することである。

本発明の更なる目的は、予測誤差を変換してその圧縮性を改善することにより、ロスレス画像圧縮およびロスレスビデオ圧縮を改善する方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、複数の圧縮手法を用い、各フレームまたは動画またはそのどこか一部に最もよい方法を適用することにより、ロスレスビデオ圧縮を改善する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、画素が３つの次元のいずれかにおける他の画素と同一であるとマーキングすることを許容すること、即ち画素が同一フレーム内または別のフレーム内の画素と同一であるとマーキングしうることにより、ロスレスビデオ圧縮を改善する方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、３次元予測器即ち同一フレーム内または他のフレーム内の画素を使用できる予測器を用いることにより、ビデオ圧縮における画素を圧縮する方法を提供することである。

本発明の別の目的は画像を最適化された四角形のブロックに分割することにより、画像の圧縮を改善する方法を提供することである。各ブロックはそのブロック固有の特性に最適化された異なる方法を用いて圧縮することも可能である。

本発明のまた別の目的は画像またはサブ画像が、自然画像であるか人工画像であるかを判定し、該判定に基づいて、自然ブロックまたは人工ブロックに最適化された圧縮方法を用いる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、隣接画素と同一の画素の割合を調べることにより、画像またはサブ画像が自然画像であるか人工画像であるかを判定する方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、画像またはサブ画像内の全画素数に対する固有色の割合を調べることにより、画像またはサブ画像が自然画像であるか人工画像であるかを判定する方法を提供することである。

本発明の更なる目的は、以前の１つまたは複数のサブ画像が現在のサブ画像または現在のサブ画像に始まる一連のサブ画像と一致する場合に、以前の１つまたは複数のサブ画像への参照（reference）を用いることにより画像の圧縮を改善する方法を提供することである。

また別の目的は各サブ画像に対するキーを作成する方法を提供することである。

また別の目的は、画像データとサブ画像寸法の組み合わせに基づいてサブ画像キーを作成する方法を提供することである。

構成および方法の動作に関して、本発明を特徴づける他の新規な特徴、および本発明のその他の目的および利点は、本発明の好適な実施形態を例示として図示する添付図面と共に以下の説明を考察することにより、よりよく理解されるであろう。しかしながら、図面は例示と説明のためだけのものであり、本発明の限定を定義することを意図したものではないことを、はっきりと理解されたい。本発明を特徴づける様々な新規の特徴は本開示の一部を構成する添付の請求の範囲に特に示されている。本発明はこれら特徴のどれか１つに存するものではなく、記載された機能を果たすそれら構成すべての特定の組み合わせに存するものである。

即ち、ここまでは、以下の詳細な説明がよりよく理解されるように、そして当該技術分野への貢献がよりよく評価されるように、本発明のより重要な特徴を広く概括したものである。もちろん、本発明の更なる特徴も、以下に説明され、それは添付の請求の範囲の更なる内容を構成する。当業者であれば、本開示の基礎となる思想を、本発明のいくつかの目的を達成するための他の構造、方法、システムの設計の基礎として容易に利用することができることを理解するだろう。従って、請求の範囲は、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいて、そのような均等な構成を含むものとして解釈することが重要である。

また、要約書の目的は、広く米国特許商標庁および公衆、特に特許あるいは法律用語あるいは法律的表現になじみのない科学者や技術者や実務家が、本願の技術的開示の本性・本質を略式に閲覧することにより、速やかに知ることができるようにすることである。要約書は本願発明を定義することを意図したものではなく（本願発明は請求の範囲によって判断されるものである）、いかなる意味においても本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。

以下の詳細な説明によって、当業者には本発明のその他の目的および利点が容易に明らかなものとなるだろう。この詳細な説明は、本発明を実施する最良の形態と現在考えられるものの単なる例示として、本発明の好適な実施形態を図示し説明するものである。理解されるであろうが、本発明は本発明を逸脱することなく、様々な自明の諸点において改変を加えることができる。従って、図面および好適な実施形態の説明は本来的に例示であって、限定的なものではないと見なされるべきである。

以下の詳細な説明を考慮することにより、本発明のよりよい理解が得られ、以上に述べた目的以外の目的が明らかとなる。説明は添付図面を参照して行う。

図１乃至図５は、デジタル画像をロスレス圧縮する新規で改良されたシステムおよび方法を示す。ここで特に図１を参照すると、その第１の最も本質的な態様において本発明は、それぞれ画像タイプに特化された圧縮手法を用いた、複数のロスレス画像圧縮器を用い、かつ各画像に最適な圧縮器を適用することにより、ロスレス画像圧縮を改良するシステムおよび方法である。

異なるデジタル画像およびサブ画像（即ちブロック）は異なる性質を持ったものであってよく、またそれをその特定の種類の画像またはブロックに特に適した圧縮手法を用いて最適に圧縮してもよい。本発明の方法において、諸圧縮器は、インデックス付き画像（indexed image）、ベタ画像（solid image）、自然画像、人工画像を含む様々な種類の画像およびサブ画像（ブロック）に対して最適化されており、また参照データに対しても最適化されている。各画像またはサブ画像（以下、「ブロック」と称する）は分析に供され、どの圧縮器がそれに最も適しているかが判定され、適切な圧縮器が適用される。従って、第１の好適な実施形態において、本発明はＲＧＢ（トゥルーカラー）圧縮器１００であり、これは画像ファイル１１０を受け取り、最初のステップ１２０において画像を四角いブロックタイプに分離する。画像ファイルは普通複数のブロックタイプを含んでおり、そのブロックタイプは、自然ＲＧＢブロック、ベタカラーブロック（solid color blocks）、参照同一ブロック、人工ブロックを含んでおり、これらは程度の異なるダウンサンプリング（即ち検出プロセスの処理あるいは表示の間の画素の間引き）を要する。しかし、画像は同質（homogeneous）で、完全に単一のタイプである場合もあり、最適なサブ画像ブロックに分離する必要がない場合もあることも理解されるだろう。このような場合には、全画像が、そのタイプに応じて、特別な種類の均一なブロックとして扱われる。

ここで図４を参照すると、画像を最適なブロックタイプに分離後、それらブロックタイプはブロックの終端に達したか否かを判定すべくテストされる（１３０）。肯定された場合（１４０）には、プロセスは終了となり（１５０）、データが出力に送られる。否定された場合（１６０）には、ブロックの処理が行われる（１７０）。

図５はブロックを処理する処理ステップを示す。第１のステップ１８０では、ブロックのタイプを検出し、各ブロックを別々の圧縮ストリーム１９０、２００、２１０、２２０に送る。その後各タイプが最適なタイプに特化された圧縮器で処理され、出力２７０に送られる。圧縮器は、ベタブロック圧縮器２３０、参照ブロック圧縮器２４０、自然ブロック圧縮器２５０、人工ブロック圧縮器２６０を含む。

再び図１を参照すると、サブ画像ブロックタイプの検出は、圧縮すべき画像またはブロックがベタ、参照、自然、人工のいずれかの画像またはブロックであるか否かの判定も含むことが示されている。画像またはブロックがベタまたは参照ブロックであれば、それぞれ最適な圧縮器２３４、２４０により圧縮される。そうでなければ、以下の方法を用いて、自然画像として圧縮すべきか、あるいは人工画像として圧縮すべきかを決定する。上の画素または左側の画素と同一である画素の数がカウントされる。そのような画素の割合が１００／２５６より大きければ、人工画像に最適化された圧縮器が用いられる。そうでなければ、自然画像に最適化された圧縮器が用いられる。用いられた圧縮器を特定するコードが出力ストリーム内に保存される。

人工画像またはブロックは更に、インデックス付き（擬カラー）ブロックとグレースケールブロックとに分けられることがわかる。従って、本発明の方法の下では、各タイプは人工ブロック圧縮器によって処理される。

圧縮された画像を伸張するために、画像を圧縮するのに用いられた圧縮器を示すコードを入力ストリームから読み取り、適切な伸張器を呼び出す。

ここで図２および３を参照すると、図示のように、人工画像圧縮器２６０と自然画像圧縮器２５０はそれぞれ入力データ２６２、２５２を受け取り、次いで同一性テスト２６４、２５４を行って隣接画素が同一であるかどうかを判定する。具体的には、同一の隣接画素は圧縮されるのではなく、マーキング（標識付け）される。その理由は隣接画素と同一の画素は人工画像においては極めてありふれたものであるが、それはまた自然画像にも存在するからである。ある画素がある他の画素と同一であることをマーキングする特別なコードをエンコードする方が、該画素を圧縮するよりも、スペース上経済的である。本発明の方法では、同一画素に対してそのようなエンコーディングを行い、圧縮を改善している。

従って、肯定判定２６６ａ、２５６ａされた場合、即ち隣接画素が同一である場合、データは出力２７０に送られ、他方で否定判定２６６ｂ、２５６ｂされた場合、人工画像ブロックはコンテキスト（前後関連性）に基づく圧縮器２６８によって圧縮され、自然画像ブロックは予測的圧縮器２５８によって圧縮される。

このように、一態様において、本発明は画像のロスレス圧縮を改善する方法として、同一の隣接画素を、圧縮する代わりにマーキングすることを特徴とする。この圧縮後のデコーディングは以下のように進行する。即ち、デコーダが画素が他の画素と同一であることを意味するコードに遭遇すると、デコーダはその画素を伸張する代わりに他の画素からコピーする。

本発明は、隣接する画素の予測の正確さに応じて予測器（予測子）（predictors）の重み付けを調節することによって、画像のロスレス圧縮を改善する。本発明で用いる自然画像圧縮器は、複数の予測器を用いて現在画素を予測する。これら予測器は上の画素や左側の画素などの隣接画素であるか、または上の画素プラス左側の画素マイナス上の画素および左側の画素などの隣接画素に基づく表現である。最終的な予測器はすべての予測器の重み付けされた平均である。最終的な予測器の精度は、各々の予測器に与えられる重み付けに依存する。最終的な予測器の精度が圧縮レベルを決定する。最終的予測器がより正確であれば、よりよい圧縮が得られる。本発明の方法は、隣接画素の予測器の精度を分析し、ベースとなる重みに適切な調節を加えることにより、各画素に対する予測器の重み付けを改善する。各予測器に対し、デコーダはエンコーダによって用いられたものと同一の分析を適用し、同一のベースとなる重みを用い、それによって正確に同一の重みを再現する。そしてデコーダはそれらの重みに応じて画素を伸張する。

本発明はまた、予測誤差を変換して圧縮性を改善することにより、ロスレス画像圧縮およびロスレスビデオ圧縮を改善する。マルチチャンネルカラー画像において、異なる色の予測誤差には高い相関性がある。圧縮を改善するために、本発明のシステムは予測誤差を以下のようにして変換する。
Ｐ０を第１の色に対する予測誤差とし、
Ｐ１を第２の色に対する予測誤差とし、
Ｐ２を第３の色に対する予測誤差とすると、
以下の変換を行う：
Ｔ０＝Ｐ０
Ｔ１＝Ｐ１−Ｐ０
Ｔ２＝Ｐ２−Ｐ１／２−Ｐ２／２

Ｔ０、Ｔ１、Ｔ３のみが圧縮される。Ｐ０，Ｐ１、Ｐ２の間の相関性により、Ｔ１およびＴ２は通常、数値としてＰ１およびＰ２より小さく、したがってより圧縮性が高く、その結果全体として圧縮が改善される。

異なる色に対する予測誤差を取り出すために、デコーダはまずはじめに変換された値Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を伸張する。予測誤差は以下のようにして導かれる：
Ｐ０＝Ｔ０
Ｐ１＝Ｔ１＋Ｐ０
Ｐ２＝Ｔ２＋Ｐ１／２＋Ｐ０／２

本発明の方法は、複数の圧縮手法を用い、すべてのフレーム、ムービーまたはその一部に最良の手法を適用することによって、ロスレスビデオ圧縮を改善する。画像ファイルと同様に、異なるビデオストリームは異なるタイプのサブ画像を含む。各ビデオストリームに対して、そのストリームのタイプに最適化された圧縮アルゴリズムを適用することにより、全体として圧縮が改善される。例えば、自然の風景に最適化された一般的な手法を用いると、漫画の圧縮は低品質となる。漫画はそれに特化されたアルゴリズムにより、よりよく圧縮される。用いられた圧縮器のコードは出力ストリーム内にエンコードされる。そして、用いられた圧縮器のコードは入力ストリームからデコードされて、正しい伸張器が呼び出される。

本発明の方法は、画素を３つの次元のいずれかにおける他の画素と同一のであるとマーキングすることを許容することにより、ビデオのロスレス圧縮を更に改善する。即ち、ある画素を同じフレーム内あるいは他のフレーム内のある画素と同一であるとマーキングすることができる。同一の画素はどの種類のビデオストリームにおいても出現するものであり、特に殆どのフレームは多くの画素あるいは殆どの画素を、前のフレームと共有している。ある画素が別の画素と同一である場合には、その画素が別の画素と同一であることおよびどの画素と同一であるか、を示すコードをエンコードすることにより、保存スペースを節約することができる。そのような目的に用いられる画素は同じフレーム内にあってもよいし、別のフレーム内にあってもよく、必ずしも同じ位置になくてもよい。このような圧縮方式においては、デコーダは、その画素が他の画素と同一であることを意味するコードに遭遇すると、その画素を伸張する代わりに、他の画素からコピーする。

次に本発明は、３次元予測器、即ち同じフレーム内および／または他のフレーム内の画素を用いる予測器を利用することにより、ビデオ内の画素の圧縮を改善する。予測器は非常に重要な圧縮技術である。予測器を値に対して用いる場合には、伸張器が予測器を復元（再構成）可能であるならば、エンコードする必要があるのは予測誤差のみである。予測器が予測しようとする値に対する予測器の近さによって、達成される圧縮率が決まる。３次元すべて（フレーム間およびフレーム内）からの値に基づく予測器を用いることにより、予測器の質はかなり向上する。なぜなら、連続するフレームは類似している傾向があるからである。

すぐ前の段落で説明した予測に基づく圧縮のために、デコーダは予測誤差を伸張し、また、デコーダは３次元の予測器を復元できるので、すべての値を復元することができる。

すでに述べたように、本発明は画像を最適化された四角いブロック、典型的には自然ＲＧＢブロック、人工ＲＧＢブロック、ベタカラーブロック、インデックス付きブロック、同一ブロックへの参照を含むブロックに分解することにより、画像の圧縮を改善する。各ブロックは、可能的には、そのブロックの特性に最適化された、異なる方法によって圧縮される。多くの場合、画像は性質の異なる区画からなる。例えば、自然画像をエディットあるいはレタッチする場合、テキストやベタ背景などの人工のオブジェクトが付加される。これらのものの特別な性質に合わせた方法を用いて圧縮することにより、画像はよりよく圧縮される。これは画像の区画においても同様である。更に、本発明は、ブロックが少数の色数しか含まない場合、元の２４ビットＲＧＢブロックをインデックス付きブロックへとダウンサンプリング、即ち変換する。例えば、可能的に２５６色であるが、１６色しか含まない元のインデックス付き画像は、１６にダウンサンプリングすることができる。

本発明の方法は画像ファイルを最適化された四角い諸ブロックに分解する。各四角形の最適化された寸法は、その四角形内およびその周辺のデータに基づいて決められる。四角形の高さおよび幅は変化しうる。即ち、ある画像の異なる部分では異なる高さを用いることができる。本方法は、各ブロックを分析して、そのブロックを圧縮するのにどの方法が最適であるかを判断する。そして、各ブロックをその最適な方法で圧縮する。各ブロックにどの方法が用いられるかを示すマップが出力ストリームに書き込まれる。そして伸張時には、デコーダは入力ストリームから、各ブロックの寸法およびそのブロックを圧縮するのに用いられた方法を示すマップを読み出す。この情報を用いて、デコーダはそれぞれの圧縮されたブロックに適切な伸張器を適用する。

本発明は、画像あるいはサブ画像が自然画像であるか人工画像であるかを判定し、該判定に基づいて自然ブロックまたは人工ブロックに最適化された圧縮方法を用いることによって、画像のロスレス圧縮を改善する。データ圧縮一般において、また特に画像圧縮において、特にその圧縮されるデータのタイプに最適化された方法を用いることにより、圧縮率が改善される。本発明は、２段階のプロセスにおいて、この改善の可能性を利用する。即ち、第１に、画像あるいはサブ画像を、その画像データが自然画像を表すものであるか、あるいは人工画像を表すものであるかを判定するために分析する。判定した後に、画像またはサブ画像のタイプに基づいて、自然画像または人工画像のいずれかに最適化された圧縮方法を適用する。どの圧縮器を用いたかについての情報が出力ストリームに書き込まれ、画像またはサブ画像をデコードする際に、その画像またはサブ画像を圧縮した際に用いられた圧縮器のタイプが入力ストリームから読みとられる。そして適切な伸張器が呼び出される。

本発明はまた、隣接する画素と同一の画素の割合を調べることにより、画像またはサブ画像が自然画像であるか人工画像であるかを判定する方法を提供する。そのような判定を行う第１の方法は以下のように動作する。一団の画素を検査およびテストし、各画素がその上の画素またはその左側の画素と同一であるか否かを判定する。次いで、同一画素の割合をハードコードされた閾値（hard-coded threshold）と比較し、それが閾値よりも小さければ、その画像またはサブ画像は人工であるとされ、そうでなければ自然であるとされる。用いられた圧縮器のタイプは入力ストリームから読みとられるので、この機能はデコーダには影響を与えない。

更に本発明は、画像またはサブ画像内の全画素に対する固有色画素の割合を調べることにより、画像またはサブ画像が自然画像であるか人工画像であるかを判定する方法を提供する。画像またはサブ画像が自然のものであるか人工的作品であるかを判定する、この別の方法あるいは補助的方法は、以下のように動作する。画像またはサブ画像内の画素を調べ、用いられている固有色の数をカウントする。全画素に対する固有画素の割合を求め、割合がハードコードされた閾値よりも小さければ、画像またはサブ画像は人工であるとされ、そうでなければ自然であるとされる。用いられた圧縮器のタイプは入力ストリームから読みとられるので、この機能はデコーダには影響を与えない。

次に、本発明は、前の１つあるいは複数のサブ画像が現在のサブ画像あるいは現在のサブ画像に始まる一連のサブ画像と一致する場合には、前の１つまたは複数のサブ画像を参照することにより、画像の圧縮を改善する。多くの場合、画像は同一のサブ画像を含んでいる。人工的に作成された画像や人工物の写真においては特にそうである。その例としては、チャートやスキャンされた文書がある。そのような画像は何度か現れる文字、行、ベタカラー領域、様々な画像オブジェクトを含んでいる場合がある。あるサブ画像が２回以上出現する場合、本発明の方法は、以前の出現への参照（reference）をエンコードすることにより、圧縮を改善する。この参照はサブ画像をエンコードするよりも少ないスペースしかとらないので（多くの場合遙かにすくないスペースとなる）、圧縮が改善される。このような参照は１つの場合も複数の場合もある。参照が１つの場合、参照はエンコードされる現在のサブ画像と同一のサブ画像への参照である。複数の参照の場合、エンコードされる現在のサブ画像に始まる一連のサブ画像と同一の一連のサブ画像への参照である。

サブ画像を伸張する際、デコーダは最初にエンコーディングが参照によるものであるかどうかをチェックする。エンコーディングが参照によってなされていた場合には、デコーダはその参照を取り込み、参照によって指示されているサブ画像から画像データをコピーする。参照は、単一のサブ画像への参照であることもあり、またはデコードされる現在サブ画像に始まる一連のサブ画像への参照であることもあり得る。エンコーディングが参照によるものではない場合には、デコーダは通常通りサブ画像の伸張を続ける。

次に、本発明はすべてのサブ画像に対するキーを作成する手段を提供する。該手段は画像をサブ画像に分割する際に、各々のサブ画像にサーチキーを割り当てる。以前のサブ画像をサーチするときに、サーチキーを用いることにより、サーチ処理のスピードがかなり速くなる。この機能はデコーダには影響を与えることはなく、エンコーダのみに設けられる。

最後に本発明の方法は、画像データとサブ画像の寸法との組み合わせに基づいてサブ画像キーを作成する手段を提供する。サブ画像キーを作成する際に、該手段は画像データとサブ画像寸法の組み合わせを用いる。この方法はサブ画像検索性能を改善する。なぜなら、画像データおよびサブ画像寸法の両方の一致を検索するからである。この方法はデコーダには影響を与えることはなく、エンコーダのみに設けられる。

以上の開示は当業者による本発明の実施を十分に可能ならしめ、かつ発明者が現在考える最良の形態を提供するものである。本発明の好適な実施形態の十分かつ完全な開示を提供しているが、図示し説明した構成、寸法関係および動作そのものに本発明を限定することを意図したものではない。当業者は本発明の真の精神および範囲から離れることなく、適宜の様々な変形、代替構成、変更および均等物を容易に想到するであろう。そのような変更は、代替の方法、処理ステップ、決定オプション、機能要素、構造的構成、動作特徴などを含む。

従って、以上の説明および例示は添付の請求の範囲に定義される本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明のロスレス画像圧縮方法を適用するＲＧＢ圧縮器の一般的機能要素を示す概略的流れ図である人工画像の圧縮に適した圧縮器構成を示す概略的流れ図である。自然画像の圧縮に適した圧縮器構成を示す概略的流れ図である。本発明のロスレス画像圧縮器の画像分割ステップを示す図である。サブ画像がどのようにしてタイプ選択されたプロセッサによる最適化された圧縮のための個別の圧縮ストリームへと導かれるかを示す概略的流れ図である。

Claims

デジタル画像ファイルをロスレス圧縮する方法において、
（ａ）少なくとも１つのデジタル画像ブロックを有する入力データストリームを受け取るステップと、
（ｂ）それぞれ画像タイプに特化された圧縮手法を用いる、複数のロスレス画像圧縮器を設けるステップと、
（ｃ）入力データストリーム内の１つまたは複数のブロックタイプを検出するステップと、
（ｄ）入力データストリーム内の各ブロックタイプに対して最良の圧縮器を複数の圧縮器から選択するステップと、
（ｅ）ステップ（ｃ）で選択された圧縮器が用いる圧縮手法を用いてブロックを圧縮するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、入力データストリームは２つ以上のタイプのブロックを含み、
ＲＧＢ圧縮器を設けるステップと、
ステップ（ａ）における入力データストリームを、四角形の最適なブロックタイプに分割するステップとを更に含む方法。
請求項２記載の方法において、各ブロックにサーチキーを割り当てるステップをさらに有する方法。
請求項３記載の方法において、各サーチキーはブロックデータとブロック寸法の組み合わせに基づくものである方法。
請求項２記載の方法において、入力データストリームを分割するステップはデータを自然ＲＧＢブロック、人工ＲＧＢブロック、ベタカラーブロック、インデックス付けされたブロックおよび同一ブロックへの参照へと分割する方法。
請求項２記載の方法において、
ブロックタイプを調べてブロック終端に達したか否かを判定するステップと、
ブロック終端に達しているならば、ブロック処理を停止し、データを出力に送るステップと、
ブロックタイプを検出するステップと、
ブロック終端に達していないならば、各ブロックを同様のタイプのブロックと共に圧縮ストリームに送るステップと、
ステップ（ｄ）にて選択された圧縮器を用いて圧縮ストリーム内のブロックを圧縮するステップと、をさらに含む方法。
請求項１記載の方法において、ロスレス画像圧縮器はベタブロック圧縮器および／または参照ブロック圧縮器および／または自然ブロック圧縮器および／または人工ブロック圧縮器および／またはこれらのいずれかの組み合わせからからなる群から選択される方法。
請求項１記載の方法において、ステップ（ｃ）は圧縮すべきブロックがベタブロック、参照ブロック、自然ブロック、インデックス付きブロック、人工ブロックのいずれかであるかを判定し、更に、
ブロックがインデックス付きブロック、ベタブロック、参照ブロックのいずれかであれば、それを最適な圧縮器により圧縮するステップと、
ブロックがベタブロックまたは参照ブロックでないならば、該ブロックを自然画像として圧縮すべきか、人工画像として圧縮すべきかを判定するステップを含む方法。
請求項８記載の方法において、判定ステップは、
上または左側の画素と同一である画素の数をカウントするステップと、
そのような画素の割合が１００／２５６よりも大きい場合には、人工画像に最適化された圧縮器を用いるステップと、
そのような画素の割合が１００／２５６より小さい場合には、自然画像に最適化された圧縮器を用いるステップと、からなる方法。
請求項９記載の方法において、人工画像ブロックはコンテキストに基づく圧縮器によって圧縮され、自然画像ブロックは予測的な圧縮器を用いて圧縮される方法。
請求項９記載の方法において、ブロックが人工ブロックであるか自然ブロックであるかは、ブロック内の全画素数に対する固有色の割合を調べることにより、以下のステップ、即ち、
固有色の画素の数をカウントするステップと、
ブロック内の全画素に対する固有画素の割合を求めるステップと、
割合がハードコードされた閾値よりも小さい場合には、ブロックが人工ブロックであるとするステップと、
割合がハードコードされた閾値よりも大きい場合には、ブロックが自然ブロックであるとするステップ、を用いて判定される方法。
請求項１記載の方法において、
ステップ（ｅ）で用いられた圧縮器を識別するコードをエンコードするステップと、
圧縮器を識別する該コードを出力ストリームに送るステップと、を更に含む方法。
請求項１記載の方法において、
ブロックの圧縮に用いられた圧縮器のコードを読みとるステップと、
適切な伸張器を呼び出すステップと、
圧縮されたブロックを伸張するステップと、を更に含む方法。
請求項１記載の方法において、ステップ（ａ）の入力データストリームがデジタルビデオファイル内の画素を含む場合には、隣接する同一画素は圧縮器によって圧縮されるのではなくエンコードされ、更に
（Ｉ）画素が他の画素と同一であると識別するコードを検出するデコーダを設けるステップと、
（ｉｉ）ステップ（Ｉ）で識別された画素を伸張するのではなくコピーするステップと、を含む方法。
請求項１４記載の方法において、
予測器の重み付けを、予測器が隣接画素を予測する精度に応じて調節するステップと、
現在画素を予測する複数の予測器を有する自然画像圧縮器であって、該予測器は隣接画素であるかあるいは隣接画素に基づいて表現されるものであり、最終予測器はすべての予測器の重み付けされた平均であるような自然画像圧縮器を用いるステップと、を更に含む方法。
請求項１５記載の方法において、
隣接する画素のための予測器の精度を分析するステップと、
ベースとなる重みに適切な調節を加えるステップと
各予測器に対して、デコーダを用いて圧縮器によって用いられた正確な重みを復元し、同じベースとなる重みを用いて同じ分析を行い、
これらの重みに基づいて画素を伸張するステップと、を更に含む方法。
予測誤差を変換して圧縮性を改善することにより、ロスレス画像圧縮およびロスレスビデオ圧縮を改善することを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、多チャンネルカラー画像を圧縮する場合、異なる色に対する予測誤差は高い相関性を有し、予測誤差は、以下のように変換され、即ち
Ｐ０を第１の色に対する予測誤差とし、
Ｐ１を第２の色に対する予測誤差とし、
Ｐ２を第３の色に対する予測誤差とすると、
以下の変換を行い、
Ｔ０＝Ｐ０
Ｔ１＝Ｐ１−Ｐ０
Ｔ２＝Ｐ２−Ｐ１／２−Ｐ２／２
そして、Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２のみが圧縮される方法。
請求項１８記載の方法において、以下のステップ、即ち
変換された値Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を伸張するステップと、
予測誤差を以下のようにして導くステップと、
Ｐ０＝Ｔ０
Ｐ１＝Ｔ１＋Ｐ０
Ｐ２＝Ｔ２＋Ｐ１／２＋Ｐ０／２
を用いて異なる色に対する予測誤差を取り出すステップを更に含む方法。
デジタル画像の圧縮を改善する方法であって、
以前の１つまたは複数のサブ画像への参照を用いるステップと、
サブ画像が１回より多く出現する場合には、以前の出現に対する参照をエンコードするステップと、を含むことを特徴とする方法。
請求項２０記載の方法において、単一参照はエンコードされる現在サブ画像と同一のサブ画像への参照であり、複数参照はエンコードされる現在サブ画像に始まる一連のサブ画像と同一の一連のサブ画像への参照である方法。
請求項２０記載の方法において、圧縮されたサブ画像を伸張するステップを更に含み、デコーダは第１にエンコーディングが参照によるものであるかどうかを調べ、エンコーディングが参照によるものである場合には、デコーダは参照を取り出して、該参照によって指示されているサブ画像から画像データをコピーし、エンコーディングが参照によるものでない場合には、デコーダはサブ画像の伸張を通常どおり続ける方法。