JP4408933B2 - デジタルイメージ又はビデオファイルのサイズ縮小方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は，デジタルファイルのサイズを縮小し，こうして縮小されたファイルを読み出す方法に関する。本発明は，特に，デジタルデータが圧縮済み又は未圧縮のデジタルイメージ又はビデオファイル，あるいは縮小後にデジタルデータの圧縮が必要になり得るデジタルイメージ又はビデオファイルに適用可能である。

本発明は，特に，エンコーダに送られるデジタル値のスケールの縮小を目的とし，たとえば，元のスケールの５分の１まで縮小し，その最も低い５１個の輝度値で表されるようにすることを目的とする。

復号化の場合は，これらの５１個の低輝度値がより大きいスケールで再生される。このとき，各値が５個ずつのセットに分けられ，３〜２５３までの段階が付けられるので，元のデータからの平均誤差は１％に過ぎない。

従来，デジタルデータは，０〜２５５までのスケールで符号化された数値によって変換されていた。固定長二進符号化のコンテキストにおいては，最大値が基準値として用いられ，各文字は８ビットで符号化される。可変長二進符号化コンテキストにおいては，ビットの割り当ては，各文字の発生確率を指し，各文字の高さは考慮していない。ただし，この符号化の効率は，符号化すべき値の数と，圧縮すべき文字列の全長とに依存する。

この問題を克服し，ひいては使用ビット数を減らすために，既存の圧縮システムは，２つ以上の値を隔てるピッチを特徴付けるバラツキを記録する。この方法は，各文字の高さを減じる傾向があるものの，多くの場合，各文字の範囲を拡張するので，上記問題に対して完璧な答えを提供するものではない。その理由は，バラツキが元のデジタル値の平行移動（traduction）に過ぎず，元のデジタル値間の最大差に依存するからである。

より全般的には，デジタルオーディオ及びビデオファイルのサイズのさらなる縮小には，従来は以下の４つの制約を考慮する必要があったが，最初と最後の制約は矛盾する。
− 符号化すべき値の数を減らす。
− 値の範囲の広さを狭める。
− 文字列の長さを縮める。
− できる限り原形に近い再生を保証するために，できるだけ多くの情報を保持する。

特に，本発明の目的は，前に圧縮されたか，又は圧縮されていないデジタルデータの圧縮比のさらなる最適化に伴う問題を，知覚し得る品質劣化を増やすことなく克服することである。

この目的を達成するために，本発明は，以下のステップを含む方法を提供する。すなわち，本方法は，
−前記ファイルのサイズを圧縮する段階；この段階は前記ファイルの連続する数値をその中間値(例:153,158)によって同定される輝度値の連続するオリジナルグループ(例:151-155及び156-160)への分割と，符号化段階を含み，前記符号化段階において元の数値が低輝度符号化値(例:30,31)に置き換えられ，前記低輝度符号化値(例:30,31)は前記原輝度スケールよりも小さな第２スケールに含まれると共に，前記各低輝度符号化値は関連するオリジナルグループ内の全ての値を表す；
−回復段階；この段階で前記各低輝度符号化値が前記中間値と一致する冗長値を有する再構成されたグループに置き換えられる；
−付加段階；この段階で各再構成されたグループの連続する同一値が輪郭を明確にするようにに前記オリジナルグループの対応する値に置き換えられ，二連続，三連続，四連続及び五連続する冗長値の連続数に従い，付加が以下の規則に従って行われる；
＊二連続：−２及び０をそれぞれ２つの連続する冗長値に加算。
＊三連続：−２，０，＋２をそれぞれ３つの連続する冗長値に加算。
＊四連続：−２，−１，０及び＋２をそれぞれ４つの連続する冗長値に加算。
＊五連続：−２，−１，０，＋１，＋２をそれぞれ５つの連続する冗長値に加算。
− 前記付加段階で生じた値の読み出し段階と
を含む。

本方法の利点は，
− 前記第２スケールの値が５１又は１２７を上限とする。

カラーイメージに関するデジタルファイルの圧縮の場合，本発明による方法は，各基本カラー領域に対応するデジタル値を事前に分離するステップと，これらの領域に対応する値を別個に処理するステップとを含む。これらのカラー領域がそれぞれ別個に処理されるという事実は，符号化段階(phase)において連続する冗長値の数，ひいては，異なる値の数を縮減でき，次に追加段階において色の組み合わせの数を（従来の方法に比べて）増やせることを意味する。

本発明による方法では，元のファイル内のデータの凝縮化のための原則として，元のファイル内の値が最初の５１個（１〜５１まで，又は０〜５０まで）のデジタル値のみで表されるという原則が設定されることが分かる。これらのデジタル値は，従来の２５６個の候補値の代わりに，１〜５１まで，又は０〜５０までのスケールで凍結される。本発明による方法では，符号化される値の数が８０％減る。同様に，本発明による方法では，エンコーダに送られる値の範囲の広がりも同じ比率で縮小される。符号化される値の数の減少と，値の範囲の縮小との組み合わせによって，事実上，符号化されたファイルのサイズが縮小される。

したがって，固定長二進符号化コンテキストにおいては，最大値は５１，各文字は従来のシステムで用いられた８ビットではなく，６ビットで符号化される。この結果，ビットの節約は２５％に等しい。

可変長二進符号化コンテキストにおいては，符号化される値の最大範囲を５分の１に縮小する方法によって，この二進符号化の効率が強化される。発生頻度が最も低い値に使用されるビット数は，現行システムでは９ビットであるのに対し，本方法では最大７ビットである。最後に，本発明による方法では，バラツキの符号化も最適化される。すなわち，本方法では最小値と最大値との間に存在し得る差が５分の１になり，結果としてバラツキの範囲が狭まるため，存在し得る距離のバラツキ範囲が，従来の値である−２５５〜２５５までの範囲ではなく，−５０〜５０までの範囲になる。

さらに，本発明による方法の１つの利点は，文字列の長さが短縮されることである。これによって，時間及び空間の冗長比の増加が促進される。処理する値が５１個のみであることによって，本方法では，コーダに送られる孤立した色の組み合わせの数が減る。他方，本方法によると，付加的冗長値が作成される。したがって，本方法はデジタルデータのさらなる最適化が可能なファイルを提供するので，公知のアルゴリズムによってより高い圧縮比を実現できる。

この方法の別の利点は，情報項目数の減少にもかかわらず，圧縮済みソースであっても未圧縮ソースであっても，ソースの品質に比べ，知覚し得る品質劣化が増えないことである。符号化されるファイルの値をその先頭の５１個の値のみで表すプロセスの選択は，情報再生段階において，近似性及び補足性基準に基づき，低い誤差係数を生成できることによる。
− 近似性：再生された値がその元の値からずれる範囲は，−２〜＋２までの狭い範囲である。平均誤差係数はおよそ１％である。各値が同様であるので，情報の損失が知覚されない。
− 補足性：本プロセスでは，変換されたファイル内に存在する連続する同一データの数の繰り返しに応じて，一様な情報範囲に対してデータの補足的追加を適用することによって固有のデータ範囲に変更できる。

本方法は，次のように，前に圧縮されたデータ又は生データを含む何れのデジタルイメージ及びビデオファイルにも適している。
− デジタルデータのサイズをさらに縮小する機構として用いられ，公知の符号化システムの圧縮率を最適化する。この場合は，符号化システムの処理対象となる非圧縮ソースを変更する。この段階において，本方法は，本方法を用いて機能をより最適化し得る圧縮システムによって符号化されるソースの処理モジュールのように作用する。
− あるいは，前に符号化されたファイルのサイズを縮小するための補完機構として機能する。この場合，本方法は，圧縮されたファイルを変更する。ここで，本方法は，後段圧縮モジュールのように作用するので，前に圧縮されたデジタルファイルのサイズを縮小するように設計された超圧縮（sur-compression）ツールとして定義される。

この方法は，適応化されたイメージ及び／又はビデオリーダを含み，本発明によって最適化されたデジタルファイルの表示を可能にすると共に，１つ又はそれ以上のイメージを処理するときに，補足性による再生機構の適用によって一様なデータ範囲のより高品質の再生，及び／又はブロック間の目立たない遷移（transitions）の生成を可能にし，アーティファクト(artefacts)及びピクセリゼーション(pixelisation)現象を減らす。

本発明による方法の一実施例を非限定例として，添付図面を参照しながら以下に説明する。

図１に示すように，ソースのデジタルデータの値を処理する方法は，デジタルデータの値に対する圧縮段階と伸長段階とを順番に含む。

A/ デジタルデータの値の圧縮段階は，４つの工程を含む。すなわち，
1. 圧縮されていないソースと，既存の「Ｊｐｅｇ」方式の圧縮システムを用いて圧縮されたファイルとを見分けるために，ファイルを開く段階（ブロック１）と，
2. 元の値を，求められる品質度に応じて１〜５１まで，又は１２７までの範囲として定義できる縮減スケール（第２スケール）に従って縮減された，対応する輝度値に置換する符号化段階（ブロック２）と，
3. 本方法によって処理されるファイルのサイズを縮小する段階であって，ファイルを既に縮小した圧縮システムによって既に圧縮されているファイルを，本プロセスによって最適化する縮小（ブロック３）と，既存の圧縮システムによって圧縮されていないファイルを，本方法によって最適化する縮小（ブロック４）と，圧縮されていないファイルの専有圧縮フォーマットによる縮小（ブロック５）の３つの可能性を含む段階と，
4. 圧縮ファイルを保存する段階（ブロック６）と
を含む。

B/ 伸長段階は，５つの工程を含む。すなわち，
1. リーダとして機能するデコーダによって圧縮ファイルを開く段階（ブロック７）と，
2. 圧縮済み又は未圧縮ファイルの圧縮段階で用いた輝度スケールを縮減するためのパラメータに従って，圧縮されたファイルをその元の輝度レベルに回復する段階（ブロック８）と，
3. 最大可能数の階調を復元するために，単一又は複数のイメージにＲＧＢ及び／又はＣＭＹＢレイヤごとに灰色階調又は色調の組み合わせを多数提供する補足情報を付加する段階（ブロック９）と，
4. 情報が増えた伸長ファイルをリーダによって読み出し，単一又は複数のイメージをその元の輝度レベルで表示する段階（ブロック１０）と，
5. 表示されたファイルを閉じるための手順群（ブロック１１）であって，既存の圧縮標準規格によって圧縮され，コンパクト化され，本方法によって最適化されたファイルの保存（ブロック１２）と，コンパクト化されたファイルを専有フォーマットで圧縮したその縮小サイズでの保存（ブロック１３）と，既存の圧縮標準規格によって圧縮され，その元の輝度レベルで再生されたファイルを，本方法で最適化しなかった場合のサイズで格納する保存（ブロック１４）の３つの可能性を提供する手順群，とを含む。

図２は，ソースのデジタルデータの値を処理する段階の一例を４つのブロックで示す。４つのブロックとは，符号化段階（ブロック１５）と，回復段階（ブロック１６）と，付加段階（ブロック１７）と，読み出し段階（ブロック１８）である。
a) 符号化段階：ブロック１５は，元の一連の値を１つずつ段階付けし，数値１５１〜１６０までの数値で表す例を示す。この一連の値は，２つの値グループ，すなわち１５１〜１５５までのグループと，１５６〜１６０までのグループとに分けられている。これらのグループのそれぞれに所定の低輝度符号化値が対応付けられている。数値３０は，グループ１５１〜１５５を示し，数値３１はグループ１５６〜１６０を規定する。ブロック１５は，値１５１〜１６０を対応する所定の最小値によって符号化する例を表す。
b) 回復段階：ブロック１６は，グループ１５１〜１５５及びグループ１５６〜１６０の所定の符号化値の回復段階を表す。ここで，３０は１５３になり，３１は１５８になる。これは，回復された値の輝度の変更を表す。これは，元の値群をそれぞれの対応する所定の最小値で表現する段階の逆の段階である。数値１５３は，値１５１，１５２，１５３，１５４，及び１５５を表す。数値１５８は，値１５６，１５７，１５８，１５９，及び１６０を表す。回復された各値と元の各値との間の差は，−２〜＋２の範囲内である。
c) 付加段階：ブロック１７は，付加段階を表す。この段階では，二連続，三連続，四連続，及び五連続と連続する冗長値の数に応じて，追加する色の度合いを作成する。追加原理は，以下のルールに準拠する。
− 二連続：−２及び０。たとえば，１５３及び１５３は，１５１及び１５３になる。
− 三連続：−２，０，＋２。たとえば，１５３，１５３，及び１５３は，１５１，１５３，及び１５５になる。
− 四連続：−２，−１，０，及び＋２。たとえば，１５１，１５２，１５３，及び１５５になる。
− 五連続：−２，−１，０，＋１，＋２。たとえば，１５３が５つ続くと，１５１，１５２，１５３，１５４，及び１５５になる。
d) 読み出し段階：ブロック１８は，付加段階を経て再生された値を読み出す例を表す。

図３は，元の値，輝度が下げられた値，及び再生された値の表を表す。１０個の値グループの最初の階層１９は，元の値を表す。第２の階層２０は，低輝度符号化値を表し，各値グループの第３の階層２１は，回復された値を示す。ここで，回復された値と元の値との間の差は，必ず−２〜＋２の範囲内であり，誤差が１％未満であることを表す。

本発明による方法は，既存又は将来のソフトウェア又はハードウェアエンコーダ及びデコーダに対してデータの圧縮を最適化するという利点を有する。本方法は，公知の圧縮システムによってコンパクト化されたデジタルデータが既に入力されている何れのハードウェアにも，公知又は将来の符号化を用いて行われるデジタルイメージ又はビデオファイルの一括送信に適した何れのハードウェアにも適している。

本発明による方法の原理を示す理論図。 値のスケールの縮小及び拡大を示す値の表。 本方法のステップを説明する概観図。

Claims (5)

1. 数値が色構成によって０〜２５５の原輝度スケールで符号化されたイメージ又はビデオのデジタルファイルの縮小方法であって，
   −前記ファイルのサイズを圧縮する段階；この段階は前記ファイルの連続する数値をその中間値によって同定される輝度値の連続するオリジナルグループへの分割と，符号化段階を含み，前記符号化段階において元の数値が低輝度符号化値に置き換えられ，前記低輝度符号化値は前記原輝度スケールよりも小さな第２スケールに含まれると共に，前記各低輝度符号化値は関連するオリジナルグループ内の全ての値を表す；
   −回復段階；この段階で前記各低輝度符号化値が前記中間値と一致する冗長値を有する再構成されたグループに置き換えられる；
   −付加段階；この段階で各再構成されたグループの連続する同一値が輪郭を明確にするように前記オリジナルグループの対応する値に置き換えられ，二連続，三連続，四連続及び五連続する冗長値の連続数に従い，付加が以下の規則に従って行われる；
   ＊二連続：−２及び０をそれぞれ２つの連続する冗長値に加算。
   ＊三連続：−２，０，＋２をそれぞれ３つの連続する冗長値に加算。
   ＊四連続：−２，−１，０及び＋２をそれぞれ４つの連続する冗長値に加算。
   ＊五連続：−２，−１，０，＋１，＋２をそれぞれ５つの連続する冗長値に加算。
   −前記付加段階で生じた値の読み出し段階と
   を含む方法。
2. 前記第２スケールの値が５１又は１２７を上限とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. カラーイメージに関するデジタルファイルの圧縮の場合は，基本カラー領域のそれぞれに対応するデジタル値を事前に分離し，これらの領域に対応する値をそれぞれ別個に処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 固定長二進符号化コンテキストにおいては，最大値が５１又は１２７，各文字が，６ビット又は７ビットで符号化されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
5. 処理されるファイルが既存又は将来の圧縮システムによって符号化される予定のソースに由来するものであり，この場合，前記ソースに対して前処理モジュールのように作用することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の方法。

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