JP4334940B2 - データファイルの圧縮方法 - Google Patents

Description

本発明は、映像制作、映像データの素材保管、ロケ素材の中継など映像制作分野、特にＮＴＳＣ以上の品質の高い高精細映像制作を行う分野、コンピュータグラフィックスを用いたＣＧアニメーション映像制作分野、科学技術シミュレーションにおける可視化映像制作分野、ＣＤ・ＤＶＤ・半導体メモリ等のデジタル記録媒体を用いた映像記録再生装置分野、電子カルテや遠隔医療における医用静止画・動画像の保存と伝送、リモートセンシング・衛星画像解析・地図情報処理分野におけるデータの保管と伝送など、データの改変が嫌われる分野等において好適なデータの圧縮技術に関する。

従来より、音声信号や映像信号の圧縮には様々な手法が用いられている。映像信号を圧縮して符号化する手法として、ＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４などが実用化されている。このような圧縮符号化方式により、映像信号を小さいデータとして扱うことが可能となり、データの記録・伝送の効率化に貢献している。

上述のようなＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４等はいずれもロッシー（非可逆）符号化方式といわれるものであり、効率的な圧縮が可能であるが、復号化にあたって、少なからず品質の劣化を伴い、原信号を完全に再現することはできない。

このような問題を解決するため、ロスレス型（可逆型）圧縮を実現する手法（例えば、特許文献１、特許文献２参照）が提案されている。
特表２０００−８２１１９９号公報 特開平９−２３８３４５号公報

しかし、従来の手法では、音声や映像等の実データについては、完全に復元されるが、付属情報である非実データについては、圧縮時に削除してしまうため、復元できない。例えば、従来の圧縮、復号では、音響データファイルは図７のように変化する。図７において、図７（ａ）は圧縮前のソースファイル、図７（ｂ）は圧縮後の圧縮ファイル、図７（ｃ）は復号により得られる復元ファイルである。ソースファイルヘッダには、ファイルに記録されている音響データに関する著作権情報、その他ファイルに関する種々の情報が記録されている。音響データは、音響信号をデジタル化して記録したものであり、いわゆる実データである。ファイルトレーラには、音響データの再生に必要な再生環境設定データ等が記録されている。ソースファイルヘッダおよびファイルトレーラはテキストデータあるいはバイナリデータとして記録されている。

従来の手法では、図７（ａ）に示したようなソースファイルを図７（ｂ）に示すような圧縮ファイルに圧縮する。具体的には、まずソースファイルのソースファイルヘッダが読み込まれ、このソースファイルヘッダに記述されている実データの仕様を基に実データである音響データが読み込まれる。この音響データに対して所定の手法による可逆圧縮が施され、圧縮音響データが生成され、圧縮ファイルに書き込まれるが、圧縮音響データの仕様を記述した追加ファイルヘッダが圧縮ファイルの先頭に書き込まれる。この追加ファイルヘッダには圧縮音響データから元の音響データを復号化するために必要とする最小限の情報が記録されていれば良いため、元のソースファイルヘッダとは異なるフォーマットで保存される。また、ソースファイルの最後に付いているファイルトレーラは、音響データを読み込んで圧縮処理を行う上で必要としないため、この情報は無視され、圧縮ファイルには保存されない。

この圧縮ファイルを再生するためには、復号する必要がある。この場合、追加ファイルヘッダを基に、圧縮音響データが読み込まれ、基の音響データが復号化される。音響データは可逆圧縮方式で作成されているため、元の音響データが完全に復元される。ただし、ファイルヘッダについては、追加ファイルヘッダが非可逆的に作成されているため、元のソースファイルヘッダを復元することができない。そのため、復元ファイルの音響データを読み込むために必要とする最小限の情報を復元ファイルヘッダとして新規に作成し、復元ファイルの先頭に書き込まれる。また、ファイルトレーラは、圧縮ファイルに変換された段階で削除されてしまっているので、復元することはできない。この結果、図７（ｃ）に示したような復元ファイルが得られるが、図７（ａ）と比較すると明らかなように、ファイルトレーラが削除されてしまっていると共に、復元ファイルヘッダも元のものではなくなってしまっている。しかし、実データである音響データを読み込む上では支障無く、かつ音響データはソースファイルと同一であるため、通常の業務では支障ない。しかし、ファイルトレーラに音響データを再生するためのテーブル情報や音響機器を設定するパラメータ条件が記載されていると、同一音響設備で試聴しても、復元ファイルで再生される音と、ソースファイルで再生される音が異なって聞えることがある。

また、従来の圧縮、復号では、マルチメディアデータファイル（映像データ、音響データを含んだデータファイル）は図８、図９のように変化する。図８は圧縮前と圧縮後の関係を示しており、図８（ａ）は圧縮前のソースファイル、図８（ｂ）は圧縮後の圧縮ファイルである。ソースファイルヘッダには、ファイルに記録されている音響データ、映像データに関する著作権情報、その他ファイルに関する種々の情報が記録されている。映像は、通常時系列の複数の静止画像（フレーム）の集合として記録されるため、マルチメディアデータファイルでは、実データをフレーム単位で記録している。図８（ａ）の例では、Ｎ個のフレームについて記録されており、各フレームは、フレームヘッダおよび付加データ、音響データ、画像（静止画）データで構成されている。フレームヘッダには、フレームを構成している音響データや画像データの符号化仕様（例えば、音響データのサンプリング周波数や画像データの画素数）が記録され、付加データには符号化処理時に参照されたテーブル（例えば、音響データがベクトル量子化法で圧縮されている場合におけるコードブック、画像データがJPEG方式で圧縮されている場合における量子化テーブルおよびハフマン符号テーブル）が記録されている。音響データは、音響信号をデジタル化して記録した実データであり、画像データは静止画をデジタル化して記録した実データである。ファイルトレーラには、映像および音声の再生に必要な再生環境設定データ等が記録されている。ソースファイルヘッダ、フレームヘッダ、付加データ、ファイルトレーラはテキストデータまたはバイナリデータとして記録されている。

従来の手法では、図８（ａ）に示したようなソースファイルを図８（ｂ）に示すような圧縮ファイルに圧縮する。具体的には、まずソースファイルのソースファイルヘッダが読み込まれ、このソースファイルヘッダに記述されているフレーム情報の仕様を基に各フレームを読み込む。さしあたり、フレーム１のフレーム１ヘッダを読み込み、フレーム１ヘッダに記述されている実データの仕様を基に実データである音響データ１および画像データ１が読み込まれる。この音響データ１はそのまま圧縮ファイルに書き込まれ、画像データ１に対しては所定の手法による可逆圧縮が施され、圧縮画像データ１が生成され、圧縮ファイルに書き込まれる。この処理を全フレームに対して同様に行い、圧縮ファイルを構成するフレーム構成情報および各フレームを構成する実データである音響データおよび圧縮画像データの仕様を記述した追加ファイルヘッダが圧縮ファイルの先頭に書き込まれる。この追加ファイルヘッダには、圧縮ファイルから各フレームを構成する実データである音響データと圧縮画像データを読み込み、各圧縮画像データから元の画像データを復号化するために必要とする最小限の情報が記録されていれば良いため、元のソースファイルヘッダとは異なるフォーマットで保存される。また、ソースファイルの各フレームごとに付いているフレームヘッダと、最後に付いているファイルトレーラは、各音響データと各画像データを読み込み、各画像データに対して圧縮処理を行う上で必要としないため、この情報は無視され、圧縮ファイルには保存されない。

この圧縮ファイルを再生するためにも、復号する必要がある。図９に圧縮後と復元後のファイルの関係を示す。図９（ａ）は圧縮後の圧縮ファイル、図９（ｂ）は復号後の復元ファイルである。

復元する場合、追加ファイルヘッダを基に、音響データと圧縮画像データが読み込まれ、圧縮画像データに対しては基の画像データが復号化される。音響データはソースファイルと同一のデータが圧縮ファイルに収録されているため、復元される音響データもソースファイルと当然同一になるが、画像データについても可逆圧縮方式で作成されているため、元の画像データが完全に復元される。ただし、ソースファイルヘッダについては、追加ファイルヘッダが非可逆的に作成されているため、元のソースファイルヘッダを復元することができない。また、フレームヘッダは圧縮ファイルに変換された段階で削除されているため、復元することができない。そのため、復元ファイルの各音響データと各画像データを読み込むために必要とする最小限の情報をフレームヘッダとして新規に作成し、各音響データの直前に挿入し、各フレームを読み込むために必要とする最小限の情報を復元ファイルヘッダとして新規に作成し、復元ファイルの先頭に書き込まれる。また、ファイルトレーラは、圧縮ファイルに変換された段階で削除されてしまっているので、復元することはできない。この結果、図９（ｂ）に示したような復元ファイルが得られるが、図８（ａ）と比較すると明らかなように、ファイルトレーラが削除されてしまっていると共に、ファイルヘッダと各フレームヘッダも元のものではなくなってしまっているが、実データである音響データや画像データを読み込む上では支障無く、かつ音響データおよび画像データはソースファイルと同一であるため、通常の業務では支障ない。しかし、ファイルトレーラに音響データや画像データを再生するためのテーブル情報や映像音響機器を設定するパラメータ条件が記載されていると、同一映像音響設備で視聴しても、復元ファイルで再生される映像または音声と、ソースファイルで再生される映像または音声が異なって知覚されることがある。

上記従来の手法では、音声や映像の実データに付属するヘッダ情報、フレームヘッダ、トレーラ情報等に関する処理が行われていない。このような付属情報にも重要な情報が記録されていることがあり、そのため、このような情報についても完全に再現する必要がある。そこで、本発明は、基本的な全体ファイル構造を完全に再現することが可能なデータファイルの圧縮方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、１以上の実データ（音響データまたは画像データ）ブロックおよびその他データブロックを含むデータファイルに対して、データファイルを再現できるように情報量を圧縮する方法として、データファイルよりデータブロックを読み込むブロック読込み段階、読み込んだデータブロックが、実データブロック、その他データブロックのいずれであるかを認識するブロック属性認識段階、データブロックが実データブロックである場合に、その実データブロックに対してロスレス型圧縮を行い、データブロックがその他データブロックである場合に、その他データブロックをそのまま出力するか、前記データブロックに対して行った方式とは異なる方式によるロスレス型圧縮を行い、圧縮ファイルに書き込むデータ符号化段階を実行するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、データファイルから読み込んだデータブロックが実データブロックであるかその他データブロックであるかを識別し、データブロックが実データブロックである場合に、その実データブロックに対してロスレス型圧縮を行い、データブロックがその他データブロックである場合に、その他データブロックをそのまま出力するか、前記ロスレス型圧縮をうようにしたので、ソースファイルヘッダ、映像のフレームヘッダ、ファイルトレーラ等のその他データブロックが壊されることなく、基本的なファイル構造を保ったまま、データファイルの圧縮が可能となるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（音響データファイルの圧縮）
まず、音響データファイルの圧縮方法について説明する。図１に、圧縮および復号によるファイル全体構造の変化の様子を示す。図１において、図１（ａ）は圧縮前のソースファイル、図１（ｂ）は圧縮後の圧縮ファイル、図１（ｃ）は復号されたソースファイルである。図１（ａ）に示したソースファイルは、図７（ａ）に示したものと同一である。

図２は、音響データファイルの圧縮方法の概要を示すフローチャートである。音響データファイルを圧縮する際は、ソースファイルを先頭から所定のデータブロックとして読込んでいく。データブロックとは、一まとまりのデータの塊を言い、例えば、図１の例では、ソースファイルヘッダ、音響データ、ファイルトレーラがそれぞれデータブロックとなる。データブロックを読込んだら、そのデータブロックのデータ属性を認識する（ステップＳ１）。具体的には、図１（ａ）に示したソースファイルヘッダ、音響データ、ファイルトレーラのいずれであるかを認識する。この認識については、従来の手法と同様であり、例えば、ソースファイルヘッダの先頭部分を読み込んだ際には、その部分には、ソースファイルヘッダである旨およびソースファイルヘッダが、その部分から何バイト先まで記録されているかという情報が記録されているため、ソースファイルヘッダの認識および読込みが可能となる。読み込んだデータブロックが、ソースファイルヘッダである場合、まず音響データに対してロスレス圧縮を行う条件パラメータ等を記述した追加ファイルヘッダを作成し、元のソースファイルヘッダと共に圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２）。読み込んだデータブロックが音響データである場合、ロスレス圧縮を行って、圧縮音響データを生成し、圧縮ファイルに出力する（ステップＳ３）。読み込んだデータブロックが、ファイルトレーラである場合、ファイルトレーラをそのまま圧縮ファイルに出力する（ステップＳ４）。全てのデータブロックについて上記処理を行うことにより、図１（ｂ）に示す圧縮ファイルが得られる。

圧縮ファイルは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の記録媒体に記録する場合には、その記録媒体に合わせたフォーマットで記録される。

続いて、図１（ｂ）に示す圧縮ファイルを復号する場合について図３のフローチャートを用いて説明する。まず、圧縮ファイルをデータブロック単位で読込み、読み込んだブロックのデータ属性を認識する（ステップＳ１１）。通常は最初のデータブロックとして、追加ファイルヘッダを読み込み、圧縮音響データを復号化するためのパラメータ情報を読み込む（ステップＳ１２）。続いてデータブロックを読み込み、読み込んだデータブロックが、ソースファイルヘッダである場合、そのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ１３）。読み込んだデータブロックが圧縮音響データである場合、復号を行って、音響データを復元し、復元ファイルに出力する（ステップＳ１４）。読み込んだデータブロックが、ファイルトレーラである場合、ファイルトレーラをそのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ１５）。全てのデータブロックについて上記処理を行うことにより、図１（ｃ）に示す復元ファイルが得られる。この復元ファイルは、ソースファイルと全く同一のものであるので、ソースファイルが復元されたことになる。

次に、映像および音声を含むマルチメディアデータファイルの圧縮について説明する。
（マルチメディアデータファイルの圧縮）
図４に、圧縮前と圧縮後のマルチメディアデータファイルの様子を示す。図４において、図４（ａ）は圧縮前のソースファイル、図４（ｂ）は圧縮後の圧縮ファイルである。

図５は、マルチメディアデータファイルの圧縮方法の概要を示すフローチャートである。マルチメディアデータファイルを圧縮する際は、ソースファイルを、順次データブロック単位で読込む。まず、データブロックを読み込むと、そのデータブロックのデータ属性を認識する（ステップＳ２１）。具体的には、図４（ａ）に示したソースファイルヘッダ、フレームヘッダ、音声データ、画像データ、ファイルトレーラのいずれであるかを認識する。この認識については、従来の手法と同様である。読み込んだデータブロックが、ソースファイルヘッダである場合、まず画像データに対してロスレス圧縮を行う条件パラメータ等を記述した追加ファイルヘッダを作成し、元のソースファイルヘッダと共に圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２２）。読み込んだデータブロックがフレームヘッダである場合、フレームヘッダをそのまま圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２３）。読み込んだブロックが音響データである場合も、音響データをそのまま圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２４）。読み込んだデータブロックが画像データである場合、ロスレス圧縮を行って、圧縮画像データを生成し、圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２５）。具体的には、複数のフレームにより動画像を構成している場合、圧縮画像データの作成は、画像データｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の直前の画像データ（ｎ−１）を参照しながら、画像データｎを圧縮して圧縮画像データｎを生成した後、直前フレームバッファに圧縮前の画像データｎを保存し、圧縮した圧縮画像データｎを圧縮ファイルに出力する。直前フレームバッファに保存した画像データｎは、画像データ（ｎ＋１）の圧縮の際に利用されることになる。なお、このような画像データの圧縮については、周知の技術であるので詳細な説明は省略する。読み込んだデータブロックが、ファイルトレーラである場合、ファイルトレーラをそのまま圧縮ファイルに出力する（ステップＳ２６）。全てのデータブロックについて上記処理を行うことにより、図４（ｂ）に示す圧縮ファイルが得られる。

続いて、図４（ｂ）に示す圧縮ファイルを復号する場合について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、圧縮ファイルをデータブロック単位で読込み、読み込んだデータブロックのデータ種別を認識する（ステップＳ３１）。通常は最初のデータブロックとして、追加ファイルヘッダを読み込み、圧縮音響データを復号化するためのパラメータ情報を読み込む（ステップＳ１２）。続いてデータブロックを読み込み、読み込んだデータブロックが、ソースファイルヘッダである場合、そのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ３３）。読み込んだデータブロックが、フレームヘッダである場合、そのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ３４）。読み込んだデータブロックが、音響データである場合、そのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ３５）。読み込んだデータブロックが圧縮画像データである場合、復号を行って、画像データを復元し、復元ファイルに出力する（ステップＳ３６）。読み込んだデータブロックが、ファイルトレーラである場合、ファイルトレーラをそのまま復元ファイルに出力する（ステップＳ３７）。全てのデータブロックについて上記処理を行うことにより、図４（ａ）に示す復元ファイルが得られる。この復元ファイルは、ソースファイルと全く同一のものであるので、ソースファイルが復元されたことになる。

上記の圧縮および復号の処理は、現実には、コンピュータに専用のソフトウェアを搭載させ、このソフトウェアを起動して、コンピュータに実行させることにより実現される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、マルチメディアデータファイルの圧縮の際、含まれる音響データについては、圧縮しないようにしたが、圧縮するようにしても良いことは当然である。

圧縮および復号によるファイル全体構造の変化の様子を示す図である。 音響データファイルの圧縮方法の概要を示すフローチャートである。 圧縮音響データファイルの復号処理の概要を示すフローチャートである。 圧縮前と圧縮後のマルチメディアデータファイルの様子を示す図である。 マルチメディアデータファイルの圧縮方法の概要を示すフローチャートである。 圧縮マルチメディアデータファイルの復号処理の概要を示すフローチャートである。 従来の圧縮、復号による音響データファイルの変化の様子を示す図である。 従来の圧縮方法によるマルチメディアデータファイルの圧縮前と圧縮後の関係を示す図である。 従来の復号処理による圧縮後と復元後のマルチメディアデータファイルの関係を示す図である。

Claims (3)

1. １以上の音響データブロック、およびファイルヘッダ、テキストデータ、ファイルトレーラで構成されるその他データブロックを含むデータファイルに対して、前記データファイルを再現できるように情報量を圧縮する方法であって、
   前記データファイルよりデータブロックを読み込むブロック読込み段階と、
   前記読み込んだデータブロックが、音響データブロック、その他データブロックのいずれであるかを認識するブロック属性認識段階と、
   前記データブロックが音響データブロックである場合に、当該音響データブロックに対してロスレス型圧縮を行って圧縮音響データブロックを生成し、前記データブロックがその他データブロックのファイルヘッダ、ファイルトレーラである場合に、当該その他データブロックをそのまま出力するか前記音響データブロックに対して行った方式とは異なる方式によるロスレス型圧縮を行うかして、圧縮ファイルに書き込む一方、その他データブロックのテキストデータである場合には、ロスレス型圧縮方式で圧縮し、前記圧縮ファイルに出力するとともに、前記その他データブロックの１つであるソースファイルヘッダとは異なる内容で、前記圧縮ファイルの構造を記述した追加ファイルヘッダを生成し、前記圧縮ファイルの先頭に追加するようにしているデータ符号化段階と、
   を有することを特徴とするデータファイルの圧縮方法。
2. １以上の画像データブロック、およびファイルヘッダ、テキストデータ、ファイルトレーラで構成されるその他データブロックを含むデータファイルに対して、前記データファイルを再現できるように情報量を圧縮する方法であって、
   前記データファイルよりデータブロックを読み込むブロック読込み段階と、
   前記読み込んだデータブロックが、画像データブロック、その他データブロックのいずれであるかを認識するブロック属性認識段階と、
   前記データブロックが画像データブロックである場合に、当該画像データブロックに対してロスレス型圧縮を行って圧縮画像データブロックを生成し、前記データブロックがその他データブロックのファイルヘッダ、ファイルトレーラである場合に、当該その他データブロックをそのまま出力するか前記画像データブロックに対して行った方式とは異なる方式によるロスレス型圧縮を行うかして圧縮ファイルに書き込む一方、その他データブロックのテキストデータである場合には、ロスレス型圧縮方式で圧縮し、前記圧縮ファイルに出力するとともに、前記その他データブロックの１つであるソースファイルヘッダとは異なる内容で、前記圧縮ファイルの構造を記述した追加ファイルヘッダを生成し、前記圧縮ファイルの先頭に追加するようにしているデータ符号化段階と、
   を有することを特徴とするデータファイルの圧縮方法。
3. １以上の音響データブロック、画像データブロック、およびファイルヘッダ、テキストデータ、ファイルトレーラで構成されるその他データブロックを含むデータファイルに対して、前記データファイルを再現できるように情報量を圧縮する方法であって、
   前記データファイルよりデータブロックを読み込むブロック読込み段階と、
   前記読み込んだデータブロックが、画像データブロック、音響データブロック、その他データブロックのいずれであるかを認識するブロック属性認識段階と、
   前記データブロックが画像データブロックである場合に、当該画像データブロックに対してロスレス型圧縮を行って圧縮画像データブロックを生成し、前記データブロックが音響データブロックである場合に、当該音響データブロックをそのまま出力するか前記画像データブロックに対して行った方式とは異なる方式によるロスレス型圧縮を行うかして、前記データブロックがその他データブロックのファイルヘッダ、ファイルトレーラである場合に、当該その他データブロックをそのまま出力するか前記画像データブロックおよび音響データブロックに対して行った方式とは異なる方式によるロスレス型圧縮を行うかして、圧縮ファイルに書き込む一方、その他データブロックのテキストデータである場合には、ロスレス型圧縮方式で圧縮し、前記圧縮ファイルに出力するとともに、前記その他データブロックの１つであるソースファイルヘッダとは異なる内容で、前記圧縮ファイルの構造を記述した追加ファイルヘッダを生成し、前記圧縮ファイルの先頭に追加するようにしているデータ符号化段階と、
   を有することを特徴とするデータファイルの圧縮方法。
   

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