JP3977743B2 - 自己プリフィックス（Ｓｅｌｆ−ＰＲＥＦＩＸＥＤ）共通可変長符号を用いたデータ圧縮方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発 明 の 背 景
技 術 分 野
本発明は、データ圧縮、特にデジタル画像の圧縮に関するものである。
【０００２】
本 発 明 の 背 景
ここで用いられるように、データ圧縮というものは、オリジナルのフォーマットで必要とされるよりも少ないビット又はバイト数によって一連のシンボルとしてフォーマット化されたデータを表す処理をさすものである。この圧縮は、可変長符号（ＶＬＣ）で達成されるが、この可変長符号というのは、頻繁に発生するシンボルがそれほど頻繁には発生しないシンボルよりも短い符号によって表現されるというものである。このように平均的なコード語は最小長に保たれて圧縮が達成できる。
【０００３】
高能率なＶＬＣを見出す１手法として、周知のハフマン符号化アルゴリズムを用いるものがある。このハフマン符号化は、コード語長をシンボル発生の確率分布に合うようにするアルゴリズムである。この理想的な場合には、シンボルの確率分布は２^−ｋ、ここでｋはコード語のビット長、となるものである。ｋ＝１、２、３、・・・に対して、確率は０．５、０．２５、０．１２５等である。ハフマン符号化アルゴリズムはできるだけ多くのシンボルを理想的な確率に最も近いものに合うようにしている。しかしながら、オリジナルデータシンボルが２つの異なるセットやタイプ、ここで各タイプは自身の確率分布を有しているが、に分類されうるということがしばしばである。個々のコード語テーブルを設計し、そのような各シンボルタイプにＶＬＣを持たせることにより、統計的変動を抑えることができる。これは、タイプを無視して全てのシンボルに対して全体的分布を用いるよりも高能率な圧縮を提供することができる。
【０００４】
また、代替案として、符号化される全てのシンボルタイプに対して、ここでは共通ＶＬＣ（ＵＶＬＣ）として参照されるシングルＶＬＣを用いることもできる。そのようなＵＶＬＣは、やや密度の高い確率セット（確率密度が高いセット）に対応したコード語を提供する無限パターンから構成されるのが一般的である。そして、そのシンボルは最良のコード語を各シンボルに対して割り当てることによって符号化される。シンボルが適切な確率分布を有していれば、ハフマン符号化テーブルを用いた場合と同じパフォーマンスが得られる。
【０００５】
１以上のＶＬＣがデータ圧縮に用いられた場合には、エンコーダとデコーダの双方とも各コード語に対して同じＶＬＣを参照することはもちろん重要である。これは、所定の標準化された符号化スキームに従うことによって、暗に処理されうるのである。一例として、ＩＴＵ−Ｔ推奨の画像符号化用Ｈ．２６３は、異なるタイプのシンボルに対して異なるＶＬＣを用いている。ビットストリームを正確にデコードすることによって、デコーダは次のシンボルがどのタイプに属するか、即ちどのＶＬＣを用いるかについては全く把握していないのである。
【０００６】
また、（異なるＶＬＣの代わりに）ＵＶＬＣが用いられる場合には、圧縮率を上げることが可能になることもある。これは、数タイプ内でシンボルを変換し、ＵＶＬＣによって示される確率分布により適合させることにより達成されるのである。一例として、最も確からしいシンボルが頻繁すぎるほどに発生する場合にはシンボルを１つに結合する方法がある。画像符号化におけるこのような例は、スキップモードが非常に頻繁に起こるマクロブロックモードの符号化である。２つの隣接するマクロブロックのモードを１コード語で符号化することにより、ＶＬＣに対するより良い適合が得られるのである。
【０００７】
しかしながら、ＵＶＬＣを用いることの問題点は、複数のＶＬＣを用いることと比較して符号化効率について損失が起こる可能性があるということである。
【０００８】
発 明 の 概 要
本発明の特徴及び利点は、上述のような符号化効率の損失を減少させる方法にあるのである。
【０００９】
本発明によれば、デジタルビットストリームに搬送される可変長又は共通可変長符号語に含まれるデータを圧縮する方法が提供される。第一のコード語セットから始まり、その圧縮方法は、第一のセットからのコード語の結合と同様に、第一のセットからのコード語からなる第二のコード語の構成を含むものである。構成された第二のセットからのコード語はデジタルビットストリームにおいて圧縮された形のデータを伝送するために用いられるのである。
【００１０】
コードの結合は、好ましくは、第一のコード語セットからのコード語を選択し、それを自己のプリフィックスとして、また結果として第二のセットになる第一のセットにおける他のコード語の全てに選択的プリフィックスとして適用することにより、行われるものである。このように、第一のセットの各コード語は、第二のセットでプリフィックスがあるもの及びないものとして存在するようになる。ただし、独立して第二のセット内に現れない、プリフィックスとして選択されたコード語だけは例外となる。
【００１１】
別の好ましい実施の態様において、前記第二のセットは、１）コード語自身がｎ回結合された選択されたコード語及び２）コード語自身が０とｎ−１回の間で結合し、前記第一のセットの他のコード語の１つとの結合が後に続くものの全ての組み合わせを含むものである。
【００１２】
上述のような本発明による更なる好適な方法は、前記第一のセットのコード語が以下のコードを含む方法である。
【００１３】
１
０ｘ１
０ｘ０ｘ１
０ｘ０ｘ０ｘ１，などである。
【００１４】
ここで、ｘは０または１であり、プリフィックスはコード語１になるように選択され、そのプリフィックスでは、前記第二のセットのコード語が以下のコード語からなるようになっている。
【００１５】
１１
０ｘ１
１０ｘ１
０ｘ０ｘ１
１０ｘ０ｘ１，などである。
【００１６】
前記第一セットからのコード語は、第二のセットからのコード語に加えて、ビットストリームにおけるデータを伝送するのに用いられる。コード語が何を用いるかについての判断は、ビットストリームにおいて明確に信号化されるか、また、コードが何を用いるかは先に伝送された情報基づいて又はそれにも基づかずに、暗示的に（実質的、黙示的、間接的に）に決定される。
【００１７】
本発明によれば、圧縮データを有するビットストリームは動画及び静止画像の圧縮で用いることができる。その圧縮では、先に送信された情報は量子化器のタイプとピクチャタイプと係数値と動きベクトル情報とブロックタイプとの少なくともいずれかを含むものである。
【００１８】
現在の好適で代表的な実施形態の詳細な説明
本発明は、上述のようにＵＶＬＣとともに用いれば特に有用なものである。本発明は、以下のテーブル１及び説明を参照することによってより完全に理解されうるものである。
【００１９】
テーブル１は、ＵＶＬＣ例の最初の９個のコード語を表すものである。そして、そのコード語長によって与えられる、対応する理想発生確率もリストに含めている。
【００２０】
【表１】

【００２１】
このＵＶＬＣは一般化して表現すると以下のようになる。
【００２２】
１
０ｘ１
０ｘ０ｘ１
０ｘ０ｘ０ｘ１
０ｘ０ｘ０ｘ０ｘ１
ここで、ｘは０または１である。
【００２３】
このＵＶＬＣ利用には主に２つの利点がある。つまり、１）たった１つのＶＬＣがすっきりしたデザインを示していること、２）コード語がビットエラー後に素早く再同期をかけるように設定されていること、である。
【００２４】
しかしながら、ＵＶＬＣを利用することについては、多くのＶＬＣよりもむしろ１つ一般的な欠点がある。通常、コード語（信号シンボル又はそれらの組み合わせ）を個々に各シンボルタイプに割り当てるのは自由にできるわけだが、ＵＶＬＣでは、それによるコード語長の分配によってもなお制限を受けることになるのである。これによれば、統計的分配がどの程度反映されるかについて様々な制限を受けることになるのである。逆に、いくつかのＶＬＣを用いることによって、異なる分配手法を反映する自由度がより高く、従って、高能率な圧縮の可能性が増すのである。
【００２５】
本発明は、コード語の新しい統計的分配を形成し、一方でオリジナルのＵＶＬＣからのシンボルのみを用いる利点も保持することによってＵＶＬＣ例の圧縮効率を増加させる方法を提供するものである。
【００２６】
テーブル１のＵＶＬＣ例の特徴と利点は、エラー回復力に関するものである。つまり、ビットエラーによる誤りの後、データストリームは素早く再同期を掛け、コード語のデコードを回復させるのである。
【００２７】
上述のように、ＵＶＬＣを用いることの欠点は、複数のＶＬＣ利用と比較して、符号化効率の損失の可能性があるということである。本発明はそのような符号化効率の損失を減少させる方法に関するものなのである。
【００２８】
本発明によれば、符号化効率は選択的プリフィックスとしてのオリジナルコード語を残りのコード語に対して用いることにより新しいコード語のセットを構成することによって保証される。全てのコード語をお互いに区別するためには、新しいインデックス０のコード語はプリフィックスを必ず持つことになる。選択的な単一のまたはダブルのプリフィックスをＵＶＬＣ例に適用することによって、次のテーブルが得られる。
【００２９】
【表２】

【００３０】
さらにもっと多くのプリフィックスが用いられ、新しいコード長の分配の可能性を増やすことができる。
【００３１】
エンコーダがプリフィックスコード語テーブルとオリジナルテーブルとの間を切り替わる場合、プリフィックステーブルがオリジナル後の結合によってできているので出力ビットストリームは依然としてオリジナルコード語のみから構成されていることになる。これによれば、第一の又はオリジナルのコード語セットのエラー回復力のある性質は保たれ、一方で、エンコーダが現時点でのシンボル確率分布により合う場合にはプリフィックステーブル（複数の場合もあり）に切り替える可能性もある、ということになるのである。どのテーブルを用いるかはビットストリーム中に信号として示されているが、どのコード語テーブルを用いるか（黙示的な切り替え）を決めるために先に送信された情報に基づいてルールを設定することのほうが一般的には良いとされている。
【００３２】
合成ＵＶＬＣ例についてのプリフィックスが付加された全てのコード語は、インデックス０のものを除いて、対応するオリジナルコード語よりも短いか、同じ長さということになる。インデックス０のシンボルに対しては、ＵＶＬＣ２に対する多くの登録ビットにおける１ビットの損失（ｌｏｓｓ）およびＵＶＬＣ３（テーブル２参照）の２ビットの損失が存在することになる。その一方、より高次のインデックスを有するシンボルに対しては、１又は２ビットの取得（ｇａｉｎ）が存在することになる。この新しい技術は、必ずしも従来技術におけるシンボル伝送を完全に置換するものではないが、補完するものとしてより有効なものである。
【００３３】
前記述からは、本発明は、ビットストリーム中のデータ圧縮を得るためのシンプルで多目的的で強力な技術を提供するものであることが判る。
【００３４】
本発明について特定の実施の形態を参照して説明したが、ここでは述べられていないが本発明の範囲及び思想内の様々な修正例や変形例は存在する。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。

Claims (9)

1. データを、デジタルビットストリームで伝送される可変長符号化語に圧縮する圧縮方法であって、
   データに対する第一のコード語セットを形成し、
   前記第一のセットから１つのコード語を選択し、
   前記選択された１つのコード語を除く前記第一のセットからのコード語と、前記選択された１つのコード語がプリフィックスとして付加された前記第一のセットからのコード語とを含む第二のコード語セットを構成し、
   前記デジタルビットストリームにおいて圧縮形式で前記データを搬送するために、前記データ中のシンボルの確率分布に基づいて選択される前記第一又は第二のセットからのコードを用いることを特徴とする圧縮方法。
2. 前記プリフィックスとして付加された前記選択された１つのコード語は、前記第一のセットの中で最も短いコード語である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
3. 前記第二のセットは、
   前記選択された１つのコード語をｎ個並べたものであるコード語と、
   前記第一のセットからの、前記選択された１つのコード語を除く全コード語と、
   前記第一のセットからの、前記選択された１つのコード語を除く全コード語それぞれに、前記選択された１つのコード語がプリフィックスとして１個乃至ｎ−１個付加された全コード語と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
4. 前記第一のセットのコード語は、
   １
   ０ｘ１
   ０ｘ０ｘ１
   ０ｘ０ｘ０ｘ１、などを含み、ここで、ｘは０又は１のいずれかで、前記選択された１つのコード語はコード語１であり、
   前記第二のセットのコード語は、
   １１
   ０ｘ１
   １０ｘ１
   ０ｘ０ｘ１
   １０ｘ０ｘ１、など、含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
5. どのコード語セットを用いるかについての判断が前記ビットストリーム中に明確に信号化されていること、を特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
6. どのコード語セットを用いるべきかについての判断は、先に送信された情報に基づき、又はそれに基づかないで、実質的になされること、を特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
7. 前記デジタルビットストリームは動画像圧縮および静止画像圧縮の少なくとも１つで用いられ、前記先に送信された情報は、量子化器のタイプ、ピクチャタイプ、係数値、動きベクトル情報及びブロックタイプのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
8. 前記選択された１つのコード語は少なくとも１つの符号を持つこと、を特徴とする請求項１に記載の圧縮方法。
9. 前記選択された１つのコード語は２又はそれ以上の符号を有すること、を特徴とする請求項８に記載の圧縮方法。