JPH0258814B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

以下の順序で本発明を説明する。 Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 従来技術 Ｃ 発明が解決しようとする問題点 Ｄ 問題点を解決するための手段 Ｅ 実施例 Ｆ 発明の効果 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、一般的には、差分パルス・コード変
調（DPCM）データ圧縮に関する。特に本発明
は、エントロピー・エンコーデイングのために画
素（ピクセル）をモデル化するための装置及び方
法に関するものである。 Ｂ 従来技術 多くの場合、記録されたイメージに関連するデ
ータは蓄積されまたは通信されることになる。例
えば、テレビ会議では、遠隔地の視聴者に通信リ
ンクを介して高速かつ明瞭に連続的なグレイレベ
ル・イメージを送る必要がある。また、銀行業界
では、銀行小切手上の情報を、後で検索できるよ
うに蓄積する必要がある。さらに、フアクシミリ
及びそれの関連の環境においては、ある場所から
別の場所へテキストまたはグラフイツク・イメー
ジが通信されることになる。 これらのさまざまな環境においては、通常、イ
メージは、限定された記憶容量に収め迅速に伝送
することができるようにコード化された形式に変
換される。 デイジタル・コーデイング処理においては、あ
る瞬間のイメージを、各々がイメージの特定の部
分をあらわすような複数の画素（“ピクセル”ま
たは“ペル”とも呼ばれる）として定義すること
が良く知られている。従つて、イメージはｎ個の
画素からなるｍ本のラインとして見ることができ
る。そして集合的に、複数の画素からなるライン
の複数本の集まりがイメージをあらわす。 各画素は対応するグレイレベルまたは暗レベル
をもつことに注意しなくてはならない。イメージ
中に含まれるこの情報をコード化する１つの方法
は、画素をライン毎に走査して各画素のグレイレ
ベルを識別することである。例えば、左上の画素
がX_1,1であるとする。ここで第１の添字はライン
番号に対応し、第２の添字はそのライン内の画素
番号に対応する。従つて、第１のライン中の第２
の画素はX_1,2である。もしラインが480本あり、
各ラインが512個の画素から成つているなら、所
与の瞬間のイメージは、480×512画素の走査によ
つて集められた情報によつてあらわすことができ
る。 各画素は典型的には、黒値（例えば０）と白値
（例えば255）の間の範囲に亘る対応するグレイレ
ベルを有する。すなわち、所与の８ビツトであ
る、画素のグレイレベルは、256個の値のうちの
どれかをとりうる。イメージをあらわすために
は、イメージを、規定された様式で、画素の値を
１つずつ記録しながら走査することができる。例
えば、ライン毎に進行して、イメージを連続的に
記録された画素の値X_1,1、X_1,2……X₄₈₀、₅₁₂によ
つてあらわすことができる。 尚、場合によつては、イメージの上方から下方
への走査が“フイールド”と呼ばれ、“フレーム”
を形成するために複数のフイールドがインターレ
ースされる。例えば、あるフイールドが、最初に
走査される奇数番号のラインを有し、別の第２の
フイールドが、その後走査される偶数番号のライ
ンを有する。これら２つのフイールドは併せて単
一の“フレーム”を形成する。 上述の簡単な技法によれば、各イメージを記録
するために莫大な量のビツトが必要となる。しか
し、そのようにビツト量が莫大であると、記憶空
間が限定され、または高速のデータ伝送が要求さ
れるときに、データを記憶しデータを伝送するこ
とが非実際的になつてしまう。 そのような必要ビツトの量の低減の問題に対処
するために、多くのデータ圧縮技術が教示されて
いる。 データ圧縮のある技術に、“エントロピー・コ
ーデイング”と呼ばれるものがある。エントロピ
ー・コーデイングにおいては、事象をあらわすた
めに使用されるビツトの数が、事象確率に逆相関
するように意図される。すなわち、尤度のより高
い事象が比較的短い（ビツト）長さによつて特徴
づけられるコード・ワードによつてあらわされ、
一方尤度の低い事象は比較的長いビツトによつて
あらわされる。 エントロピー・コーデイングを実行するため
に、典型的にはエントロピー・コーダは２つの入
力を有する。その第１の入力は“半断”であり、
第２の入力は、判断入力のための前後関係ないし
は文脈（context）を与える状態入力である。例
えば、２進判断入力は、硬貨投げの裏表の事象
や、スイツチのONまたはOFFの状態や、ストリ
ング中のビツトの１または０の値をあらわすこと
ができる。状態入力は、通常、活動記録、理論ま
たは推定に基づき、判断入力をいかに処理すべき
か示唆を与えるある文脈的なインデツクスを与え
る。例えば、画素が黒か白かのどちらかであるよ
うなイメージにおいては、画素の異なる近傍で、
その近傍の画素が白である尤度が異なることがあ
り得る。すなわち、各近傍は、めいめいが個別に
推定された黒白確率比を関連づけられているので
ある。それゆえ、判断入力に意味を与えるため
に、状態入力は判断入力に対応する近傍関係を反
映するように設けられている。そして、状態入力
に基づき、エントロピー・コーダは、判断入力を
適当な長さのコード・ワードに変形する。 エントロピー・コーダに対する状態入力は、モ
デル化、すなわちコード・ワードを判断に割当る
ために依存する文脈を決定したことの結果であ
る。これのよく知られた例としては、マルコフ状
態として文献に教示されているものがある。エン
トロピー・コーダの効率はモデル化の品質、すな
わちエントロピー・コーダに対する状態入力が、
判断入力の確率の変動をどれほどよくあらわすか
に依存する。 コード・ワードの長さの正確な割当ては、情報
理論の教示するところであり、それは事象の発生
の推定確率に基づく。すなわち確率の推定が良好
であるほど、コード・ワードの割当てがより効率
的になり、そのことはより良い圧縮につながる。 エントロピー・コーダの例は次の文献に詳述さ
れている。 (1) 出願中の米国特許出願第06／907700号 (2) 出願中の米国特許出願第06／907695号 (3) 出願中の米国特許出願第06／907714号 上述の米国特許出願は本願の発明者及びその協
同研究者によつて発明されたものである。 他のコーダとしてはハフマン（Huffmann）コ
ーデイング・コーダ及びエリアス（Elias）コー
デイング・コーダがある。そのような手法は多く
の刊行物に記載されている。 データ圧縮に使用される別の技術として、“差
分パルス・コード変調（DPCM）”と呼ばれるも
のがある。基本的なDPCMの教示に従うと、１
つまたはそれ以上の近傍画素値に基づく予測値
が、ある“対象の”画素、すなわちその情報内容
が現在コード化されつつある画素につき決定され
る。その対象の画素の値と予測された値の間の差
が次に、以下のコーデイングのための基準として
使用される。すると、近隣の画素間に高い相関が
存在する場合に、実際の測定値ではなく差分値を
用いることによつて相当な圧縮をはかることがで
きる。典型的には、DPCM技術を用いることに
よつて２桁の圧縮を達成することができる。 Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、高い程度の圧縮を達成するた
めに、DPCMコーデイング技術とエントロピ
ー・コーデイング技術を結合した新規なコーデイ
ング技術を提供することにある。 Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明によれば、殊にイメージ・データ圧縮環
境においてデータ圧縮率を高めるために、
DPCMコーデイングがエントロピー・コーデイ
ングと組合わせて使用される。 さらに詳しく説明すると、画素が１つずつ“対
象”画素として選択される。その対象画素の近く
に隣接画素が存在する。量子化テーブルに基づく
と、各隣接画素の大きさは量子化レベルによつて
あらわされる。例えば、１から９までのしきい値
差分信号値が第１の量子化レベルであり（例えば
値“４”によつてあらわされる）、10から17まで
が第２の量子化レベルであり（例えば値“12”に
よつてあらわされる）、それから複数の量子化レ
ベルを経て249から上が最終の量子化レベルであ
る（例えば“255”によつてあらわされる）。一
方、量子化レベルは、再マツピング
（remapping）される。この再マツピングにおい
ては、好適に最底量子化レベルを含む第１のセツ
トがビツト０からなる２進ストリングとして再マ
ツプされる。その次に高い量子化レベルを含む第
２のセツトが、ビツト０の後の下位（最下位）ビ
ツトに少くとも１つのビツト１が続く２進ストリ
ングとして再マツプされ、最高量子化レベルを含
む最後のセツトが、すべてビツト１からなる２進
ストリングとしてマツプされる。各隣接画素は、
対応する再マツプ値をもつ。 隣接画素の再マツプされた値は、対象画素の画
素近傍をあらわす単一の値を与えるために合併
（aggregate）される。尚、この再マツピングと
合併の段階は、慣用的なマルコフ・モデルより
も、可能な状態の数を指数関数的に低減させる働
きをすることに注目されたい。一般的には、再マ
ツプ値の合併により、m^N（ｍ＊＊Ｎ）個の可能な
履歴表現（または状態）からｍ個の履歴表現（ま
たは状態）への隣接画素の２進表現における低減
がはかられる。ここで、Ｎは隣接画素の数であ
り、ｍは各隣接画素毎の可能な再マツプされた値
の数である。尚、以下の説明において、単一アス
タリスク＊が数式中にあらわれたときはそれは乗
算をあらわすものとし、２重アスタリスク＊＊が
数式中にあらわれたときはそれは指数をあらわす
ものとする。 さて、対象画素の左の画素がＡ、左上対角画素
がＢ、上方画素がＣ、右上対角画素がＤであると
すると、再マツプされた大きさの値MMnが割当
てられる（ここでｎは画素Ａ，Ｂ，ＣまたはＤで
ある）。大きさの状態を決定する際に、好適には
次の合併式が適用される。 状 態 定 義 ０ Mmax＝0000 １ Mmax＝0001 ２ Mmax＝0011 ３ Mmax＝0111 ４ Mmax＝1111 ここでMmax＝MMA｜MMB｜MMC｜
MMDである（この説明においては、縦線｜は論
理ORをあらわすものとする）。 再マツピングと集合化の手法を採用することに
より、本発明は、実施が簡単であり計算の効率を
高めるという目的を達成する。 尚、各集合値は、対象画素に隣接する画素の
DPCMの大しさを反映する個別の“大きさの”
状態（０から４まで）に対応することに注意され
たい。すなわち、対象の画素の隣接画素から決定
される合併された大きさの状態が、その対象画素
に対応するDPCM値の確率の履歴、または文脈
をあらわす。合併された大きさの状態は、
DPCM値を圧縮するために使用されるエントロ
ピー・コーダへの状態入力として作用する。 その合併値に対応する合併された大きさの状態
はまた、適応性量子化においても使用される。特
に、複数の量子化器が与えられる。それらの量子
化器のうちの１つは対象画素のために選択され、
その選択は対象画素に対応する大きさの状態に基
づく。 その合併値に対応する合併された大きさの状態
はまた、適応性予測にも使用される。本発明によ
れば、DPCMコーデイングのために複数の選択
可能な予測器が設けられる。すなわち、差分（信
号）値を与えるために対象画素に対応するグレイ
レベル値から引き算するべく複数の予測器のうち
の１つが選択される。予測器の選択は、対象画素
に対応する大きさの状態によつて決定される。 本発明によれば、隣接画素の差分信号値が量子
化され再マツプされ、再マツプされた値が合併さ
れる。この合併値は、対象画素の周囲、履歴、ま
たは文脈をあらわす大きさの状態を表示する。こ
の大きさの状態は、(1)エントロピー・コーダに状
態入力を与え、(2)対象画素のために複数の量子化
器のうちの１つを選択するための入力を与え、(3)
対象画素のDPCMコーデイングにおける差分値
を決定する際に使用する複数の選択可能な予測器
のうちの１つを選択するための入力を与える、と
いう３重の機能を果たす。 選択された予測器と選択された量子化器は任意
の所与の大きさの状態について常に同一であるけ
れども、それらが状態に応じて変化し得る。この
特徴は、従来技術の他のアルゴリズムに比較し
て、システムの計算必要量を相当に減少させる。 切換予測は、グラフイツク及びテキストなどの
きわめて非類似のグレイレベル・イメージを有効
に処理することにおいて、本発明の優秀さを担う
主要な要因である。切換量子化は、約７％高い圧
縮率を担う主要な要因である。 このコーデイング手法は、好適にはエントロピ
ー・コーデイングのためにDPCMの符号と
DPCMの大きさを分離することに注目されたい。
すなわち、上述したDPCMの大きさの処理のみ
ならず、本発明はまたDPCM符号モデルをも与
える。大きさのモデルと同様に、符号モデルは
（例えば、強い負から強い正までの）複数の可能
な符号値を与え、これはある式に従つて“符号”
状態を生成するために合併される。 好適な符号モデルはDPCM符号を２進形式で
(a)符号なし000、(b)“弱いプラス”010、(c)“弱い
マイナス”001、(d)“強いプラス”110、(e)“強い
マイナス”101のように表示する。これらの２進
表示のうちの１つが各々の隣接画素に加えられ、
MSn（ｎは画素Ａ，Ｂ，ＣまたはＤである）とし
て示される。DPCM符号状態を合併する際に、
好適には次の式が適用される。 MSA；（MSA｜MSB｜MSC｜MSD） ここでセミコロン；は連結をあらわす。 これから、それに対応するDPCMの大きさの
値及び状態が決定され、それに対応するDPCM
符号及び状態が決定される。各対象画素につき、
その大きさが、対応する大きさの状態上の条件つ
きでエントロピー・エンコードされ、その符号が
対応する符号状態上の条件つきでエントロピー・
エンコードされる。大きさと符号の状態は履歴デ
ータのみを用いて生成されるので、それらは伝送
する必要がなく、すなわち、デコーデイング装置
もまた履歴からその状態を生成することができ
る。 上述の各特徴、すなわち(a)大きさの状態の数を
減らすために再マツプされた大きさの値を併合す
ること、(b)エントロピー・コーデイング、適応性
量子化及び適応性予測のために対象画素の活動ま
たは履歴に対応する大きさの状態を採用するこ
と、及び(c)DPCM差分値の大きさと符号のエン
トロピー・エンコーデイングで個別のモデルを与
えることにより、実施の容易さと、計算の効率
と、すぐれた圧縮性能がもたらされる。 本発明は、（写真のように）イメージが固定さ
れている場合にも、（テレビやテレビ会議伝送の
場合のように）イメージが時々刻々と変化する場
合にも適用可能である。 さらに、本発明は、画素以外の事象が画素と同
様にして処理されるような、イメージ・データ処
理以外の環境にも拡張される。 Ｅ 実施例 第１図を参照すると、複数の画素Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ及びＸを含むイメージの一部が図示されてい
る。ここでこのイメージが左から右へ１ラインず
つ下方へ走査されると仮定すると、対象画素Ｘが
現在のライン中の現在の画素であると考えられ
る。画素Ａは画素Ｘの直前に走査された画素であ
る。また、画素Ｂ，Ｃ及びＤは、前に走査された
ライン中の画素をあらわす。 本発明によれば、画素ＡからＤまでが画素Ｘの
隣接画素をあらわす。そして、この隣接画素に関
連する情報が、エントロピー・コーデイング及び
DPCMコーデイングを使用することによつて画
素Ｘに含まれている情報をコーデイングする際に
使用される。 第２図を参照すると、データ圧縮エンコーダ１
００が図示されている。これにおいて、（画素Ｘ
の）グレイレベル値Ｘが予測値Ｐとともに加算器
１０２に入る。加算器１０２はＸからＰを減算し
て出力として差分信号を与える。この差分信号は
量子化器１０４ａないし１０４ｃに向けられる。
各量子化器１０４ａないし１０４ｃは差分値をあ
るレンジで単一の量子化レベルに関連づける。す
なわち、各量子化器１０４ａないし１０４ｃは差
分値入力を、テーブルに基づき量子化された出力
に変換する。これに関する２つのテーブル１及び
テーブル２が以下に示されている。 テーブル１ THRESHV 判 断 しきい値 Qn ２＊ 9 ２＊ 4 ２＊ 17 ２＊ 12 ２＊ 18 ２＊ 22 ２＊ 41 ２＊ 34 ２＊ 56 ２＊ 48 ２＊ 73 ２＊ 64 ２＊ 92 ２＊ 82 ２＊113 ２＊102 ２＊136 ２＊124 ２＊161 ２＊148 ２＊188 ２＊174 ２＊217 ２＊202 ２＊248 ２＊232 上記より大きい ２＊255 テーブル１の第１列THRESHVは大きさの差
分値の範囲を示し、第２列は各範囲に関連づけら
れた量子化レベル（Qn）を示す。テーブル１は
14個の範囲と、それに関連づけられた14個のQn
値を有する。尚、判断しきい値レベルと量子化レ
ベルにはそれぞれ２が掛けられていることに注意
されたい。判断しきい値と量子化レベルを２倍す
ることによつて、精度のための余分なビツトが実
現される。この余分なビツトを設けた理由は、予
測値とDPCM差分値も余分な桁の精度で計算さ
れるからである。実験によると、このようにして
算術計算が実行されたときに圧縮の改良がはから
れたことが分かつた。以下に示すテーブル２は12
個の範囲と12個のQn値を有する。テーブル２は、
量子化範囲が少ないという点でテーブル１よりも
やや粗い。 テーブル２ 判 断 しきい値 Qn ２＊ 15 ２＊ 6 ２＊ 32 ２＊ 22 ２＊ 52 ２＊ 42 ２＊ 73 ２＊ 62 ２＊ 92 ２＊ 82 ２＊113 ２＊102 ２＊136 ２＊124 ２＊161 ２＊148 ２＊188 ２＊174 ２＊217 ２＊202 ２＊248 ２＊232 上記よりも大きい ２＊255 テーブル１の第１の範囲は０から２＊９−１の
範囲に亘り、量子化レベル２＊４によつて識別さ
れる。この範囲の値にはすべて値２＊４が割り当
てられている。第２の範囲は２＊９から２＊17−
１に亘り、この範囲のすべての値には値２＊12が
割り当てられている。そして、第３の範囲から第
13番目の範囲も同様に定義され、それぞれQn値
が割り当てられる。第14番号の範囲は２＊248以
上から無限に亘り、それは量子化レベル２＊255
によつてあらわされる。テーブル２も同様に構成
されているが、範囲の区分けがやや粗い。 第２図に戻つて、論理回路（量子化器セレク
タ）１０６は、量子化器１０４ａないし１０４ｃ
のうちの１つを選択する。再構成された画素デー
タを生成するべく（このことはDPCMコーダに
おいて慣用的である）入力用加算器１３０からも
たらされたセレクタ出力は他の２つの構成要素に
入力を与える。第１に、対応する符号によつて拡
張された量子化レベル出力の表現がエントロピ
ー・エンコーダ１０８に入力する。この表現は、
量子化レベルの２進数表現でよいが、より一般的
には、エントロピー・コーデイング処理を容易な
らしめる表現（Qnトリー）であろう。エントロ
ピー・コーダ１０８は判断入力（例えば、量子化
レベルをあらわす判断入力）と、それに割当てら
れたコードを入力する。所与の判断に割当てられ
たコードは、所与の判断が生起する確率に逆相関
する長さをもつ。すなわち、ある量子化レベルの
尤度が高ければ高いほど、エントロピー・エンコ
ーダ１０８によつてそれに割当てられるコードが
小さいという訳である。 エントロピー・エンコーダ１０８は好適には、
前記米国特許出願第06／907695号に記載されてい
るような算術コーデイング・エンコーダである。
あるいは、エントロピー・エンコーダ１０８は、
ハフマン（Huffmann）コーデイング・エンコー
ダであつてもよい。エントロピー・エンコーダ１
０８は、（符号によつて拡張された）量子化レベ
ルのみならず、状態入力も印加される。後述する
ように、状態入力は、判断入力のための文脈を与
える。例えば、エントロピー・エンコーダ１０８
は、判断確率のテーブルと、現在の判断確率を示
すためのポインタと、特定の次の判断の生起に応
答して現在の判断確率に続く次の判断確率を選択
する方法を含んでいてもよい。すなわち、判断の
タイプが異なるか、または判断が同一であつても
基づく履歴が異なる場合、確率テーブル中のポイ
ンタの位置が異なる。状態入力は、確率テーブル
中で、次の判断を処理する前に確率テーブル中の
どの位置にポインタが位置づけられるべきかを示
す。状態入力については、前述の米国特許出願第
06／907695号及びエントロピー・コーデイングの
文献中に述べられている。 第２図の実施例において、さらに２つの状態入
力が示されている。その一方は符号モデル１１０
のための状態入力をあらわし、他方は大きさモデ
ル１１２のための状態入力をあらわす。これに関
連して、DPCMが符号という観点の導入をもた
らすということが観察される（ＸからＰを減算す
る際に、差分値は正または負のどちらかになり得
る）。DPCM符号に関する情報は、DPCM（量子
化レベルの）大きさの情報とともにエントロピ
ー・エンコーダ１０８に供給される。DPCM符
号情報は、＋または−をあらわす単なる１ビツト
であり、このビツトは、ＸとＰとを比較する比較
器（図示しない）によつて容易に決定される。エ
ントロピー・エンコーダ１０８に対する判断は、
量子化レベル・タイプの情報かまたは符号タイプ
の情報のどちらかである。量子化レベル情報がエ
ントロピー・エンコーダ１０８に入力されると
き、大きさ状態入力がエントロピー・エンコーダ
１０８に印加され、符号情報が入力されるとき、
符号状態入力が印加される。 選択された量子化器１０４ａないし１０４ｃか
らの量子化レベル出力Qnとそれに関連する符号
がモード・ルツク・アツプ・テーブル（LUT）
114に入力される。ルツク・アツプ・テーブル114
において、量子化レベルが、きわめて低減された
数の代表値に再マツプされる。同様に、差分値の
符号も、次の２進値定義に従つて再マツプされ
る。すなわち、その２進値定義とは、(a)符号なし
が000（大きさゼロ）に対応する、(b)“弱いプラ
ス”が010に対応する、(c)“弱いマイナス”が001
に対応する、(d)“強いプラス”が110に対応する、
及び(e)“強いマイナス”が101に対応する、であ
る。 画素ｎの再マツプされた大きさはMMnと定義
され、画素ｎの再マツプされた符号はMSnと定
義される。 以下のテーブル３及び４は、２つの量子化テー
ブル１及び２のための、本発明に基づく再マツピ
ング・スキームをあらわす。

【表】 大きい

【表】

【表】 大きい
１つずつの画素（対象画素）の再マツプされた
大きさの値、及び再マツプされた符号の値がテー
ブル114中でルツク・アツプされ、履歴モード遅
延要素１１６中に記憶される。（現在の対象画素
である）画素Ｘの隣接画素ＡないしＤすべての再
マツプされた大きさの値及び再マツプされた符号
の値が遅延要素１１６に記憶される。符号モデル
１１０と大きさモデル１１２は入力としてこれら
の再マツプされた符号値及び再マツプされた大き
さ値を受け取り、それに応答して個別の状態を発
生する。 次に大きさモデル１１２について説明する。 大きさモデル 前述の再マツプ段階において、テーブル１の14
個の量子化レベル及びテーブル２の12個の量子化
レベルは、0000，0001，0011，0111または1111の
５個の４ビツト表現のうちの１つによつてあらわ
される。再マツプ・スキームを観察すると、量子
化レベルが高くなるほど、より多くのMMnの下
位ビツトがセツトされることが見てとれる。そし
て、最下位量子化レベルに対しては、再マツプ値
が0000である。最高位量子化レベルに対しては、
再マツプ値が1111である。 遅延要素１１６中に記憶されているMM値を使
用することによつて、大きさモデル１１２が現在
の対象画素の大きさの状態を次のように定義す
る。 状 態 定 義 ０ Mmax＝0000 １ Mmax＝0001 ２ Mmax＝0011 ３ Mmax＝0111 ４ Mmax＝1111 ここで、Mmax＝MMA｜MMB｜MMC｜
MMD この式に基づくと、５個の状態０ないし４のう
ちの１が現在の対象画素（画素Ｘ）に帰因する。
この状態は、その量子化レベル入力のための文脈
を与えるために大きさ状態入力としてエントロピ
ー・エンコーダ１０８に入力される。 画素Ｘに対応する大きさ状態は、（前に走査さ
れ処理された）隣接画素中の“活動度”の固有の
測度である。特に、併合式の結果は、隣接画素の
ゲシユタルト（形態）タイプの図式を与える。す
なわち、４個の隣接画素における2〓（αはある正
の整数）個のグレイレベル差分が量子化レベルに
割当てられる。この量子化レベルは、４ビツト長
のMMn値に再マツプされ、状態０ないし４を決
定する際に隣接画素値の“最大”のもののみが使
用されるように上述の式が再マツプされた値に適
用される。 大きさの状態はまた、複数の予測器１２６ａな
いし１２６ｃのうちの１つを選択するセレクタ１
２４と、複数の量子化器１０４ａないし１０４ｃ
のうちの１つを選択するセレクタ１０６に入力を
与える。この適応性予測及び適応性量子化の処理
について、以下でより詳細に説明する。 適応性量子化 大きさの状態値（０ないし４）はまた、量子化
器セレクタ１０６にも指向される。好適な実施例
においては、テーブル１及び２によつてあらわさ
れる２つの量子化器のうちの１つが次のスキーム
に従つて選択される。 状態０の場合： IF DIFFM＜10 then： Qn＝０を割当て else Qnを決定するためにテーブル１を使
用 endif 状態１の場合： Qnを決定するためにテーブル１を使用 状態２，３及び４の場合： Qnを決定するためにテーブル２を使用 ここでDIFFMは、画素ＸにおけるDPCM差分
値の大きさの２倍である。尚、状態０の場合、
Qn＝０という追加的な値が含まれることに注意
されたい。 より粗い量子化を導入することによつて、イメ
ージの歪みの実効値が増加するが、この増加は、
知覚される歪みにおいては同様の増加としては反
映されない。実験によれば、テーブル２の粗量子
化器はイメージの活動性領域でのみ使用されるの
で、増加した歪みは、人間の視覚のマスキング効
果によつて隠されることが分かつた。 適応性予測 量子化セレクタ１０６（第２図）の量子化レベ
ル出力は加算器１３０にも入る。 加算器１３０は、差分値（Ｘ−Ｐ）に大まかに
対応する量子化レベルＱと、現在の予測値Ｐとを
結合して再構成された値を生成する。以前に走査
された画素に対応して決定された再構成値の履歴
が遅延要素１３２に記憶されている。予測器１２
６ａないし１２６ｃは、遅延要素１３２に記憶さ
れた予定の値を結合して、個別の、選択可能な予
測器の値を作成する。 好適な実施例においては、２個の予測器１２６
ａ及び１２６ｂが存在する。予測器１２６ａはＰ
を、画素Ａに対応して遅延要素１３２に記憶され
た値に等しく設定する。予測器１２６ｂは、Ｐ＝
Ａ＋（Ｃ−Ｂ）／２として定義される勾配予測器であ る。 （予測器の数に拘らず）予測器の選択は大きさ
の状態によつて決定される。上述の２つの予測器
１２６ａ（Ｐ＝Ａ）及び１２６ｂ（勾配予測器Ｐ）
の場合、(1)大きさの状態０の場合、勾配予測器１
２６ｂを使用し、(2)大きさの状態１，２，３及び
４の場合、予測器１２６ａ（Ｐ＝Ａ）を使用する、
という切換の方策になつている。このように予測
器は、大きさの状態によつて与えられる“活動
性”の測度に基づき選択される。 DPCM符号モデル 量子化されたDPCM差分の符号のエントロピ
ー・エンコーデイングのモデルは、Ａ，Ｂ，Ｃ及
びＤにおけるコード化された差分の符号に基づ
く。このモデルにおいては、小さい量子化レベル
に関連する符号（弱符号）と、大きいレベルに関
連する符号（強符号）の間に区別がある。このシ
ステムに使用される符号の厳密な定義はテーブル
３及び４に与えられている。すなわち、量子化さ
れたDPCMの大きさがゼロのとき（例えば、大
きさモデルの状態０の場合）、“符号なし”が定義
される。これらの符号の２進表現は次のとおりで
ある。 定 義 ２進表現 符号なし（ゼロ） 000 弱プラス（＋） 010 弱マイナス（−） 001 強プラス（＋＋） 110 強マイナス（−−） 101 この定義及び２進表現からは、“強”符号に対
して最高位ビツト（msb）がセツトされ、“プラ
ス”に対して中間のビツトがセツトされ、“マイ
ナス”に対して最下位ビツト（lsb）がセツトさ
れることが見てとれる。従つて、Ａ，Ｂ，Ｃ及び
Ｄ近傍を使用するマルコフ・モデルは625個の可
能な状態を生成することになる。尚、DPCMの
大きさのモデリングの場合にも同様であるが、あ
る種の経験式に従いいくつかの状態を併合するこ
とによつて状態の数を低減することが望ましい。
この併合式は次のようである。 MSA；（MSA｜MSB｜MSC｜MSD） ここで、MSA、MSB、MSC及びMSDは、２
進表現における画素Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの符号であ
る。この式の結果は、併合された状態の２進表現
を与える。この状態の２進表現（６ビツト）ゆえ
に、64個の併合状態に対応して記憶を割振るのが
好都合である。しかし、上述の合併式の場合、35
個の状態しか可能でないことが容易に分かる。 上述の式の大きな恩恵は、それが、DPCM大
きさモデルの合併式に非常によく似ていることで
ある。実際、モデル関数は、連続されたMMn及
びMSn値として定義することができる。すなわ
ち、 Mn＝MMn；MSn このモデル関数を使用することによつて、符号
式中の第２の項の評価が、DPCM大きさ値の評
価と同時に実行される。 グレイレベル・デコーダ 第３図は、グレイレベル・デコーダ１５０をあ
らわす。これにおいて、２進形式で圧縮されたデ
ータがエントロピー・デコーダ１５２に入り、エ
ントロピー・デコーダは出力として、インデツク
スを表示する２進シーケンス（BSTREAMに関
する後述の説明を参照されたい）を与える。この
インデツクスは、複数の逆量子化器１５４ａない
し１５４ｃの各々におけるQn値を識別する。逆
量子化器のうちの１つが、対応するQn出力を与
えるためにセレクタ１５６によつて選択される。
セレクタ１５６からのQn及びそれに関連する符
号出力はモード・ルツク・アツプ・テーブル１５
８に入る。モード・ルツク・アツプ・テーブル１
５８は遅延要素１６０に入力を与え、それからの
出力が、符号モデル１６２及び大きさ（活動度）
モデル１６４に入る。構成要素１５８ないし１６
４は、グレイレベル・エンコーダ１００（第２
図）中の対応する構成要素と同一である。大きさ
モデル１６４は、(a)エントロピー・デコーダ１５
２と、逆量子化器セレクタ１５６と、(c)予測器セ
レクタ１６６にその出力を与える。 予測器セレクタ１６６は、予測器１６８ａない
し１６８ｃによつて生成された（再構成された履
歴データに基づく）複数の予測値のうちの１つを
選択する。予測器の選択においては、対象画素の
ための再構成されたグレイレベル値X′を得るた
めに、加算器１７０中で、選択された量子化値
Qnに、最も新しい選択された予測値Ｐが加えら
れる。X′は遅延バツフア１７２に格納され、（以
前つて生成されたX′値とともに）後の予測値を
計算するために使用される。予測器１６８ａない
し１６８ｃはグレイレベル・エンコーダ１００
（第２図）の予測器１２６ａないし１２６ｃに対
応し、（活動度に基づき）グレイレベル・エンコ
ーダ１００中の適応性予測と同様にして選択され
る。 ２進判断トリー 第４図を参照すると、第２図に示すものと同一
のグレイレベル・エンコーダ２００が、（統計ポ
インタSPの形式の）状態入力と、２進算術エン
コーダ２０４に対する判断入力YNを与えるグレ
イスケール・モデル２０４を有している（算術エ
ンコーダ２０４は第２図のエントロピー・エンコ
ーダ２０４に対応する）。算術エンコーダ２０４
の出力は圧縮されたデータであり、それは要素２
０６によつて転送され、第３図に示すものと同一
のグレイレベル・エンコーダ２１０によつて後で
デコードされることになる。グレイレベル・デコ
ーダ２１０は、グレイスケール・モデル２１４と
協働して動作する算術デコーダ２１２を有する。
デコーダ２１０の各要素は、エンコーダ２００中
の各要素に対応し、コーデイングを元に戻す働き
を行う。適応性算術エンコーダと対応するデコー
ダは、前述の米国特許出願第06／907700号、第
06／907695号及び第06／907714号などに記載され
ている。 エンコーダ２０４とデコーダ２１２の好適な実
施例は、２進判断入力を、YN入力ラベルによつ
て示唆されたものとして処理する。グレイレベル
に関連して前に説明した判断は、２進ではなく多
重記号（multisymbol）である。 ２進算術エンコーダ２０４と２進算術デコーダ
２１２が、グレイスケール・モデル２０２及び２
１４と協働することを可能ならしめるために、グ
レイレベル判断は、第２図の“QNトリー”ラベ
ルによつて示唆されるような樹系化（treeing）
方法によつて２値形式でフオーマツトされる。 第５図には、２値判断トリー３００が図示され
ている。この２値判断トリーは、多重レベル・デ
ータを２進データ・シーケンスに変換する。すな
わち、テーブル１の14の量子化レベル、またはテ
ーブル２の12の量子化レベルの各々が２値判断の
シーケンスによつてあらわされる。所与の量子化
レベルをあらわす２進シーケンスは、根から葉へ
とトリーに従つて下降することによつて決定され
る。もし左の枝が選択され、“葉”に到達すると、
“１”がコード化され、そうでないなら“０”が
コード化される。 各状態（０ないし４）毎に、自身の割振記憶を
もつ個別のトリーが存在する。尚、さまざまなト
リーにつき、“共通統計”領域が存在することに
注意されたい。それらのトリーのうちの１つが第
５図に示すようなものである。 第５図において、各２値判断に関連する確率分
布は、その２値判断とは別の２値判断とは別個に
評価されることに注意されたい。前述の米国特許
出願のＱ−コーダーの場合、このことは、トリー
の各ノード毎に個別の記憶が割振られていること
を意味する。 理論的には、第５図に示されているトリーと同
一の葉をもつ別の２進トリーが、圧縮率の損失を
伴うことなく使用することができる。しかし、そ
のような別のトリーは、計算の労力の増大をもた
らしかねない。第５図のトリーは、トリーにより
生成されるシーケンスの期待される長さが最小に
近づくように量子化レベルの統計に一致する。 以下に示す量子化テーブル５及び量子化テーブ
ル６は、判断トリーを効率的に縦断するために使
用することができる２進判断トリーのための16進
（hex）コードを示す。このシステムの好適な実
施構成においては、この16進コードがレジスタ中
にロードされ、レジスタは次に負の数が存在する
かどうか（最高位ビツトが１であるかどうか）に
ついてテストされる。各テストの後、１だけ左に
シフトすることにより、レジスタはストリーム中
の次のビツトのテストの準備完了となる。そして
検出された負ビツトが、葉または共通統計領域の
どちらかを表示する。７番目のエントリ（テーブ
ル５におけるQn＝２＊82、テーブル６における
Qn＝２＊124）からは、状態に拘らず統計領域が
同一である。

【表】

【表】

【表】 例えば、テーブル５のビツト・ストリーム値を
検査すると、２＊４に対応する第１のテーブル・
エントリQ1が16進8000または２進
1000000000000000であらわされることが見てとれ
る。第２のテーブル・エントリQ2は２＊12に対
応し、16進4000または２進0100000000000000によ
つてあらわされる。テーブル５の７番目のエント
リQ7は、２進シーケンス0000001100000000（すな
わち16進0300）によつてあらわされる。 再び第２図を参照すると、トリー処理は、エン
トロピー・エンコーダ１０８に至る判断入力線に
沿つて配置することができる変換器によつて実行
し得る。あるいは、各量子化器１０４ａないし１
０４ｃ中で量子化レベルを個々の２進シーケンス
に変換し、以てトリーの２進シーケンスがエント
ロピー・エンコーダ１０８の入力に直接与えられ
るようにすることもできる（これは第２図中に示
唆されている手法である）。より好適である後者
の手法は、加算器１３０とモード・ルツク・アツ
プ・テーブル１１４中で必要とされる多重レベル
値を移送する、選択された量子化器からの第２の
出力を要する。さらに、もしモード再マツピング
も量子化器からの第３の出力によつて直接与えら
れ、以て量子化、２進化及びモード再マツピング
を記憶された単一のテーブル（テーブル５または
テーブル６参照）から実行することを可能ならし
めるなら、さらなる能率の増大がもたらされる。 どの場合にも、２＊４または２＊255などの値
が入力としてエントロピー・エンコーダ１０８に
与える代わりに、1000000000000000または
0000001000000010などの２値判断入力のエントリ
ーをトリー変換が与える。 状態０においては、上述の適応性量子化器が
Qn＝０という値を発生することができる。この
固有の場合は、上述の方法が適用される前に単一
の２値判断により個別にコード化される。すなわ
ち、状態０においては、Qnがゼロでないときの
み上述のトリーが生成される。 グレイスケール圧縮器とグレイスケール伸張器
の実施 （QCGRAYと呼ばれる）Ｑ−コーダ２進算術
コーデイングを行うグレイレベル・コーデイング
が、以下に示すアルゴリズム及びテーブルに基づ
きIBMパーソナル・コンピユータAT上で実施さ
れた。 以下に示すテーブル７及び８は、適応性量子化
のために使用され、それらはテーブル５及び６に
対応する。それらのテーブルはTHRESHV（９ビ
ツト精度のため２倍されている）、Qn（９ビツト
精度のために２倍されている）、BSTREAM（Qn
をエンコードするためのトリー・ビツト・パター
ン）、正符号のためのMn＋及び負符号のための
Mn−のそれぞれのためのエントリをもつ。最後
の４ビツトは留保されているが、不使用である。
テーブル・ポインタを12バイトだけ増分すること
により、テーブル中の次の行がアクセスされる。
テーブル７は大きさ状態０と大きさ状態１のため
に使用される。テーブル８は大きさ状態２，３及
び４のために使用される。

【表】

【表】 大きさをコーデイングする際に使用される統計
領域は、状態の各々に割当てられた連続的な５つ
のセルからなる。各セルは、状態０に割当てられ
た、32バイトをもつセルを除いては28バイトの記
憶領域をもつ。状態０セルに割当てられたこの余
分の４バイトはQn＝０判断の統計のためのもの
である（状態０では、THRESHV＝THRO＝２
＊５としてQn＝０レベルがテーブル７の開始地
点に始まれている）。各セルの24バイトは、第５
図中のQ1〜Q6に対応する６個の２値判断の統計
のために使用される。各セル中の最後の４バイト
は、対応する状態によつて使用されるテーブル
（７または８）のアドレスを記憶するために使用
される。各ボツクスが４バイト単位をあらわすよ
うな次の表が、この構造をあらわす。

【表】 − − − − − − − − − − −
｜ テーブル７のアドレス ｜
− − − − − − − − − − −

【表】 − − − − − − − − − − −
｜ テーブル８のアドレス ｜
− − − − − − − − − − −
QCGRAYのフロー・チヤート 第４図を再び参照すると、本発明のグレイスケ
ール圧縮／伸張システムが示されている。以下の
構成ではグレイスケール・エンコーダ２００が
GSEMAINとして示される。グレイスケール・
デコーダ２１０は、GSDMAINとして示される。
エンコーダ・グレイスケール・モデル２０２は
DATAINとして画素グレイレベル値を受け取り、
出力としてYN（yes／no）単一ビツト２進判断の
シーケンスを発生する。これらの判断は、
DATAINに対する近似でありさえすればよい
DATAOUTを発生するに十分である。エンコー
ダとデコーダはDATAOUT値を履歴としてしか
使用しない。 また、コーデイング処理のための統計がどこで
見出され更新されるべきかを表示するために、
（状態入力をあらわす）統計ポインタSPが各判断
に伴う。圧縮されたデータは一度に１バイトずつ
完了し、記憶するかまたはデコーダ２１０への転
送の間に伝送することができる。デコーダ２１０
は、２値判断のシーケンス中で各ビツトYNを回
復するために適応性算術デコーデイングを使用す
る。デコーダ２１０中の統計ポインタSPは、エ
ンコーダ２００のために生成されたのと同一の、
所与の判断のための情報を指定する。 適応性コーダ２０４とデコーダ２１２は、圧縮
データ・ストリームの発生の一部として確率更新
の段階を有する。 尚、実施されたシステムの説明を容易ならしめ
るために、次の用語定義リストを与えておく。 YN−２値判断。YN＝０は、０がエンコード
またはデコードされたことを意味する。YN＝１
は、１がエンコードまたはデコードされたことを
意味する。 THRO−状態０におけるゼロ量子化エラーの
ための判断レベル。 STATS−統計記憶領域。この領域には、テー
ブル７及び８のアドレスを含むポインタも記憶さ
れている。 SIGNSTAT−符号（めいめいが４バイトから
なる64エントリ）の条件づけのための統計記憶領
域。 STATBIT−６を超える大きさビツトをコー
デイングするためにすべての状態によつて共有さ
れる共有統計領域。 BUFFI−もとの画素（DATAIN）のラインを
含む入力バツフア。 MBUFFER−各画素のモードを含みBUFFIか
らの固定オフセツトであるモード・バツフア。 HBUFFER−再構成された画素を含み、
MBUFFERからの固定オフセツトである履歴バ
ツフア。 Ｘ−次の入力画素値。 Ａ−Ｘの左の画素のための再構成された値。 Ｂ−Ａの上の画素のための再構成された値。 Ａが記憶される前にＢが使用される限り、Ｂは
Ａと同じ位置にあり得る。こうして、
HBUFFERは、あるラインのエンコーデイン
グ／デコーデイングの間に現在のラインの再構成
された値と置き換えられた履歴画素をもつことが
できる。 Ｃ−Ｘの上及びＢの右の画素のための再構成さ
れた値。 Ｄ−Ｃの右の画素のための再構成された値。 Mn−モード・ビツト・パターンのためのテー
ブル７及び８を参照。実際の画素に対してlsbは
常に０である。次の３ビツトは符号に関連する。
上位４ビツトは大きさに関連する。“FF”は、イ
メージの右端をフラグするために使用される。
MAが記憶される前にMBが完全に使用されてい
る限り、その履歴ラインのモードを、エンコーデ
イング／デコーデイング処理の間に現在のライン
のためのモードに置き換えることができる。 MA−Ａのモード（符号なしのバイト）。 MB−Ｂのモード（符号なしのバイト）。 MC−Ｃのモード（符号なしのバイト）。 MD−Ｄのモード（符号なしのバイト）。 Ｍ−MA、MB、MC及びMDをOR演算した値
（符号なしのバイト）。 HP−履歴ポインタ。Ｘ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｍ、Ａ、MB、MC及びMDはすべてHPからの固
定オフセツトである。HPに１を加えるとこれら
の値は右に１つの位置だけシフトする。 SD−統計ポインタ。SPを４だけ増加すると、
SPは次の統計セツトを指定する。 SPSV−SPを復元できるようにSPをセーブ。 TP−THRESHV、Qn、BSTREAM、Mn＋、
及びMn−データ・セツトを含むテーブル７また
はテーブル８にアドレスするテーブル・ポイン
タ。TPを12だけ増加すると次のデータ・セツト
に移行する。 THRESHADDR−TPをテーブル７または８
のアドレスに初期化するSPに基づくポインタ。 THRESHV−テーブル７または８からの判断
レベル。 Mn−テーブル７または８からのモード。これ
は、コード化された差の符号に応じてMn＋また
はMn−のどちらかである。 Qn−テーブル７または８からの量子化大きさ
値。 BSTREAM−テーブル７または８からのQnの
ための２値判断として使用すべきビツト・パター
ン。 BITS−BSTREAMのエンコーデイングの間
に一時変数として使用される。 PEL1−最初のライン上の一番左の画素のため
のもとの画素値。この値は、デコーダ中で使用す
ることができるようにヘツダの一部として伝送さ
れる。履歴ラインはこの値に予め初期化される。 PRED2−９ビツト精度予測値。画素ループ毎
のエンコーデイングまたはデコーデイングの開始
時点で、PRED2は９ビツト精度の再構成値を含
む。 DIFF2−もとの画素値の２倍と予測値（９ビツ
ト精度）PRED2の間の差。 DIFFM−DIFF2の大きさ。 SLOPE−Ｃ及びＢの間の差。この値は、なめ
らかな領域において９ビツト精度予測子を形成す
るためにPRED2に加えられる。 L1−第１のグレイスケール・エンコーデイン
グ・スキームのライン毎の画素の数。それ以上の
データがないときL1はゼロである。 L2−第２のグレイスケール・エンコーデイン
グ・スキームのライン毎の画素の数。それ以上の
データがないときL2はゼロである。 フローチヤートにおけるボールド（太線強調）
文字は、他の箇所で示されているより詳細なフロ
ーチヤートをシンボル化したものである。エンコ
ーダ２００とデコーダ２１０についての同一の処
理は多くの場合ボールド文字で与えられ、その共
通性を強調するため（簡単な計算でしかない場合
すらも）別個の図で説明する。すべての掛算
（＊）及び割算（／）は２のべき乗により、すな
わち適当な左シフトまたは右シフトにより実施す
ることができる。 第６図は、走査される出力が非インターレー
ス・デイスプレイである場合に使用することがで
きるグレイスケール・エンコーダGSEMAIN−
Ｎのフローチヤートである。INITGSE（第７図）
で初期化処理が行なわれた後、１ラインの画素が
入力バツフアに読み込まれる。圧縮すべき別のラ
インが存在する限り、各ラインの開始時点でエン
コーダはCODELINE0に０をエンコードする。こ
れは、０がより確からしいと仮定する固定確率
（非適応性）を用いて０を算術コーデイングする
ことによつてなされる。グレイスケールで圧縮さ
れたデータの１ラインの圧縮はGSE1（第８図）
でなされる。それ以上のデータがないとき、エン
コーダは、CODELINE0と同じ固定確率を用いて
CODELINE1に１をエンコードする。これにより
デコーダが、停止の時期を一意的に知ることが可
能となる。FLUSHは最終の圧縮されたデータ・
ビツトを伝送する。Ｑコーダについて記述する前
記米国特許出願の第３３〜３９図には、Ｑコー
ダ・システムのためのFLUSHの詳細な実施例が
与えられている。もし適応性算術コーデイングの
代わりに、ビツトが連結されるなら、FLUSHは
最終のバイトを完了するために十分な０を追加す
るだけである。 第７図は、グレイスケール・エンコーダ初期化
処理、INITGSEを示す。これは、適応性算術コ
ーダと、INITENC中の統計記憶領域の初期化か
ら始まる。INITENCの例は、前述のＱコーダに
関する米国特許出願の第１４図（及び第１５図）
に与えられている。HBUFFER中の履歴ライン
には左上画素の値、PEL1が入れられる。この履
歴ラインは定値をもつので、最初のライン画素の
予測の間にゼロ勾配が生成されることになる。こ
のモードを含むバツフアはクリアされる。また、
右端を超えるバイトがクリアされ、右端をフラグ
するために第２のバイトが不法モード“FF”に
セツトされる。さらにしきい値アドレスがセツト
アツプされなくてはならない。 第１のフイールド・エンコーデイング・スキー
ムを用いるラインのためのグレイスケール・エン
コーダがGSE1（第８図）に示されている。
SETUPGS1（第９図）における初期化の後、画素
毎のループが、モードMC及びMDのORを含むＭ
で開始される。というのは、左端ではMA及び
MBがゼロに定義されているからである。一般的
には、ＭはMA、MB、MC及びMDの論理ORと
定義される。そのループの開始時点で、Ｍについ
てその非符号関連ビツト（バイト中の上位４ビツ
ト）がすべて０かどうか調べるための判断がなさ
れる。Ｍは非符号バイトであつて、第８図におけ
るそれに関するすべての判断は算術的比較ではな
く論理的比較である。 もしＭの上位４ビツトが０（状態０）なら、Qn
＝０という特殊なコーデイングが試みられる。
尚、画素毎のループの各反復の開始時点で
PRED2が９ビツト精度の以前の画素を含んでい
ることに注意されたい。CALCPRDS（第１０図）
は、PRED2に勾配項を加えることによつて予測
子を計算する。DIFF2は、入力画素Ｘの値を２倍
し、それからPRED2を引くことによつて得られ
る。もしDIFF2の絶対値が定数THROよりも大
きくないなら、CODEYN1（前記Ｑコーダに関連
する米国特許出願の第１９図）で１というYN値
がコード化される。NEXTPIXEL0（第１１図）
がQn＝０というコーデイングの処理を完了する。
エンコーデイング処理は、画素エンコーデイング
を継続するためにループを戻る。この経路によつ
て統計ポインタSPは乱されない。 もし画素差分がTHROよりも大きいなら、
CODEYNO（前記Ｑコーダに関する米国特許出願
の第２１図）が、デコーダにQn＝０であること
を教えるために０をエンコードする。最初の画素
の量子化された差分符号及び大きさは
CODESIGNMAG（第１２図）中でエンコードさ
れる。NEXTPIXEL（第１３図）は次の画素を処
理する準備をする。このとき、統計ポインタSP
はSTATSの開始地点にリセツトされなくてはな
らない。 隣接モードのどれかが状態１，２，３または４
のどれかであるなら（そのことはセツトされつつ
あるＭの上位４ビツトのいくつかによつて表示さ
れる）、CALCPREDA（第１４図）は、何の勾配
項も追加することなく予測子のためにPRED2（精
度の余分のビツトをもつ前の画素）のみを使用す
る。こうして適応性予測が達成される。次に、Ｘ
の２倍とPRED2の差分としてDIFF2が計算され
る。統計ポインタは、Ｍ‘OE'経路で使用され
る統計上をスキツプするために増分される。 次に現在の状態を識別するためにＭが‘1E'、
‘3E'、‘7E'及び‘FE'と順次比較される。SP
は、より高い状態に達する場合毎に28バイトだけ
増分される。その線の最後の地点を超える最初の
バイトのためのモードは‘FF'という不法値であ
り、従つてそれにより状態もやはり不法値‘FF'
となされる。この状態はGSE1からの脱出をひき
起こす。一たんＭが次のより高い状態のための判
断に失敗すると、状態０でQn＝０を処理するた
めに、処理は、失敗のために既に説明したのと同
一の経路をたどる。 第９図（SETUPGS1）は、ライン毎の初期化
処理の詳細を示す。ここでは、統計ポインタSP
が、統計記憶領域であるSTATSのアドレスに初
期化される。履歴ポインタHPは入力バツフア
BUFFIの開始地点を指定する。PRED2は、前の
ラインの左端画素Ｃの２倍に初期化される。Ｃ
は、第１の画素のためにゼロ勾配が自動的に生成
されるようにＢに複写される。Ｃ及びＤのための
モードは、開始Ｍ値を作成するためにOR演算さ
れる。 第１０図は、勾配項を用いての予測子の計算を
示す。この勾配は、ＢとＣの間の差分として計算
される。次に古いＢを、PRED2の半分である新
しいＡと置換することができる。次に勾配が
PRED2に加えられる。その結果は、０から510に
亘る値に限定される。 第１１図中のNEXTPIXEL0は、状態０でQn
＝０がコード化された後の次の画素のための準備
を与える。履歴に対するポインタは上方へ１位置
移動される。そして、MAがゼロなので新しいＭ
がMDから直接セツトされる。また、MB及び
MCがモード０であることも分かつているので、
MBまたはMCからのいかなる寄与も無視し得る。
この特徴はフローチヤート中に具現されている。 第１２図は、差分の符号及び量子化された大き
さをエンコードするCODESIGNMAGのための
詳細なフローチヤートである。これにおいて、
SPの値は、符号コーデイングのための条件づけ
状態の計算（SETSIGNSP（第１５図））の前に
SPSV中にセーブされる。DIFF2の値は、大きさ
コーデイングに使用するためにDIFFM中にコピ
ーされる。もしその差が負でないなら、
CODEYN1においてYNの１がエンコードされ
る。また、統計ポインタは、セーブされた値であ
るSPSVにリセツトされる。量子化された大きさ
はFINDQN（第１６図）中で見出され、それは
CODEMAG（第１７図）中でコード化される。こ
の正の場合の経路のための再構成された画素の計
算はRECONSTRUCTPIXELP（第１８図）中で
なされる。負の差の場合の経路は、０がエンコー
ドされ量子化された値を見出す前に正の差を得る
べくDIFFMが反転されなくてはならないことを
除いてはそれと同様である。CODEMAG内での
エンコーデイングの後、この負の差の経路のため
にRECONSTRUCTPIXELN中で画素が再構成
される。 NEXTPIXEL（第１３図）中で履歴ポインタが
１位置上方に移動され、以て最も新しくエンコー
ドされた画素を画素Ａとして再定義する。履歴モ
ードMB、MC及びMDは互いにORされてＭにセ
ーブされる。次に、テーブル７または８からの新
しいモードMNをMAに記憶し、やはりORして
Ｍに入れることができる。 CALCPREDA（第１４図）の処理は、PRED2
の値の半分をＡに記憶すること以外要しない。
PRED2は既に０から510の間の値にクランプされ
ているので、この経路上ではアンダーフローまた
はオーバーフローについてのチエツクは不要であ
る。 SETSIGNSP（第１５図）は、Ｍ及びMAから
３つの符号ビツトのみをそれぞれ選択するマスク
’OE'Xを示す。これらの３ビツトは、符号のた
めの統計領域であるSIGNSTATのアドレスで始
まる64個の状態から１つを選択するために使用さ
れる。尚、この統計は４バイト量であるので下位
２ビツトがゼロであることに注意されたい。 FINDQN（第１６図）は、適正な量子化の大き
さを決定するためのエンコーダ・ループを示す。
SPによつて指示される28バイト統計セルのうち
の最後の４バイト中に見出される
THRESHADDRが、テーブル・ポインタTPを
初期化するために使用される。各状態のための適
切なテーブル（テーブル７または８）のアドレス
がINITGSEにセツトアツプされている。このよ
うにして、適応性量子化が実施される。もしTP
に基づくTHRESHVがDIFFMよりも小さいかそ
れに等しいなら、テーブル・ポインタがテーブ
ル・エントリの次のセツトに移動される。そうで
ないなら、最終のTPアドレスに基づき
BSTREAM中でBITSにビツト・ストリームが
ロードされる。 CODEMAG（第１７図）は、２値判断トリーに
よつて大きさをエンコードする。BITSは、スキ
ツプすべき各量子化レベルのための先行する複数
のゼロを含む。もしBITSに１つよりも多いビツ
ト１が存在しているなら、CODEBITSLEFT（第
２０図）においていくつかの余分なビツトがコー
ド化されなくてはならない。CODEYN0は各先
行ゼロ毎に０をエンコードし、統計ポインタが次
の位置に移動され、BITが１だけ左へシフトされ
る。そして、もしBITSの最高位ビツトが１な
ら、先行ゼロの末端が見出されたということにな
る。１ビツトをシフトアウトした後、コード化す
べきビツトがさらに残つているかどうかを調べる
ため残りのビツトが判断される。もしBITSがゼ
ロでないなら、CODEBITSLEFT（第２０図）
が、共通の統計領域を用いて残りのビツトをエン
コードする。そして、１をコード化することによ
つてCODEYN1は処理を終了させる。 RECONSTRUCTPIXELP（第１８図）では、
テーブル７（または８）からのQn値がPRED2に
加えられる。このときPRED2に正の値が加えら
れるので、PRED2が、許容される最大値である
510を超えるかどうかを調べるためのチエツクが
なされる。そしてもしそうなら、PRED2が510に
リセツトされる。 RECONSTRUCTPIXELN（第１９図）は、画
素を負のＱで再構成するためにPRED2から正の
Qnを引く。もしその新しいPRED2が負なら、
PRED2は、PRED2に許容される最小値であるゼ
ロにリセツトされる。テーブル・ポインタは、
MNの負のバージヨンが後でMAにセーブされる
ように１位置移動される。 次の１までの残りのゼロはCODEBITSLEFT
（第２０図）中でエンコードされる。統計ポイン
タはSTATBIT領域にセツトされる。これは、
６つ以上の判断が必要とされるときすべての状態
の統計を集めるための領域である。各先行ゼロ毎
にゼロを送るコーデイング処理はCODEMAG（第
１７図）と同様である。そして一たん１が見出さ
れるとすべてのゼロがエンコードされたことにな
る。 第２１図は、出力が非インターレース・デイス
プレイである場合に使用することができるグレイ
スケール・デコーダGSDMAIN−Ｎのフローチ
ヤートである。INITGSD（第２２図）で初期化
処理が行なわれた後、DECODELINE（図示しな
い）中で最初の判断がデコードされる。もしYN
が０なら、別のラインをデコードする必要があ
る。ライン毎デコータGSD1（第２３図）は、記
憶またはデイスプレイに書かれる準備が出来てい
るラインをデコードする。もしDECODELINEが
YNの１を検出するなら、イメージが完全にデコ
ードされたことになる。 第２２図は、グレイスケール・デコーダ初期化
処理、INITGSDを示す。これは、適応性算術コ
ーダまたは統計記憶領域のための初期化が
INITDEC中でデコーダのためになされることを
除けばINITGSEに類似する。INITDECの例は、
前記Ｑコーダに関連する米国特許出願の第４０図
に与えられている。 第１のフイールド圧縮スキームを使用する、ラ
インのためのグレイスケール・デコーダがGSD1
（第２３図）に示されている。SETUPGS1（第９
図）での初期化の後、もし非符号関連ビツト（バ
イト中の上位４ビツト）がすべて０であるかどう
かを調べるためのＭの値の判断で画素毎のループ
が始まる。Ｍは非符号バイトであつて、従つて第
２３図におけるその判断は算術的比較でなく論理
的比較である。もしＭの上位４ビツトがゼロな
ら、Qn＝０という特殊なコーデイングが試行さ
れる。CALCPREDS（第１０図）が勾配項と前の
画素とを用いてその画素のための予測値
（PRED2）を計算する。次にDECODE（前記Ｑコ
ーダに関連する米国特許出願の第２２図）が、
Qn＝０がデコードされた（YN＝０）かどうか
を判断する。NEXTPIXEL0（第１１図）が、Qn
＝０でデコードされた画素に続く処理を完了す
る。このデコーデイング処理は、画素エンコーデ
イングを継続するためにループを戻る。尚、統計
ポインタSPはこの経路によつて乱されない。 もしQn＝０（YN＝０）なら、
DECODESIGNMAG（第２４図）において最初
の画素の量子化された差の符号及び大きさがデコ
ードされる。そしてNEXTPIXEL（第１３図）が
次の画素を処理する準備をする。このとき、統計
ポインタSPが動かされているので、SPは
STATSの開始地点にリセツトされなくてはなら
ない。 他方もしＭが‘OE'よりも大きいなら、現在の
状態を識別するためにＭは‘1E'、‘3E'、‘7E'
及び‘FE'と順次比較される。また、より上の状
態に到達するため毎に、SPが28バイトずつ増分
される。このとき、ラインの最後を超える最初の
バイトのためのモードが‘FF'という不法値であ
るので、不法状態を強いることによつてGSD1か
らの戻りをひき起こす。Ｍが一たん次の高位状態
についての判断で失敗すると、Qn＝０を処理す
るために、処理は既に説明したのと同一の失敗用
の経路をたどる。 第２４図は、差分の符号と量子化された大きさ
をデコードするDECODESIGNMAGのための詳
細なフローチヤートである。SPの値は、符号コ
ーデイングのための条件づけ状態の計算、すなわ
ちSETSIGNSP（第１５図）の前にSPSV中にセ
ーブされる。DECODEは次のYN値を決定する。
もしYNがゼロでないなら、正のQnがエンコー
ドされたということである。統計ポインタSPは
セーブされた値である、SPSVにリセツトされ
る。量子化された大きさはDECODEMAG（第２
５図）でデコードされる。この正の経路のための
再構成された画素の計算は
RECONSTRUCTPIXELP（第１８図）で実行さ
れる。もし符号が０としてデコードされたなら、
それは負であつたということである。SPは
SPSVからリセツトされる。DECODEMAGでデ
コードされた後、この負の差分の経路に応じて画
素がRECONSTRUCTRIXELN中で再構成され
る。 DECODEMAG（第２５図）は大きさをデコー
ドする。テーブル・ポインタが（SPに基づく）
THRESHADDRからセツト・アツプされる。ゼ
ロである各YN判断に対して、SPが次の統計領域
に移動され、TPがテーブル・エントリの次のセ
ツトへ増分される。６個のゼロがデコードされた
後に、統計ポインタSPを共通統計領域へ移動す
る必要があり、そうしてDECODEBITSLEFT
（第２６図）中でデコーデイングが継続される。
その限界を識別するためにSLが前以つて計算さ
れ、各ゼロの後にSPに比較される。 次の１までの残りのビツトが
DECODEBITSLEFT（第２６図）中でデコード
される。統計ポインタSPはSTATBIT領域にセ
ツトされる。そして、各々のゼロがデコードされ
る毎に、SPとTPが増分される。 インターレースされた映像を使用するデイスプ
レイのために、第２８図及び第２９図に第２のグ
レイスケール・エンコーダGSEMAIN−Ｉ及び
デコーダGSDMAIN−Ｉシステムが図示されて
いる。このとき、２つのコーデイング・スキーム
がインターリーブされている。それらは交替的な
イメージ・ライン上、すなわち第１及び第２のフ
イールド上で動作する。第１のフイールド・ライ
ンのために使用することのできるアルゴリズムは
上述のフローチヤートに詳細されている。このと
きもし望むなら適応性算術コーデイングを採用す
ることができる。第２のフイールドは、それと同
一または異なるアルゴリズムのどれを用いて圧縮
してもよい。 第２７図及び第２８図に示すように、ライン毎
に２つの技術を交番させることができる。（第２
のフイールドのアルゴリズムのための初期化を含
むように拡張されることになる）INITGSE中の
初期化の後、ラインが入力バツフア中に読み込ま
れる。L1は、成功裡に読み込まれたバイトの数
をセーブする。L1（またはL2）がゼロのとき、そ
れ以上の入力データは存在しない。さて、第１の
ラインがエンコードされ、次に再構成された出力
が、GSE2のための履歴バツフア中にコピーされ
る。一対のラインを第１及び第２のフイールド入
力バツフアに読み込むことができる限りは、残り
の第１フイールド・ラインがエンコードされ、そ
のあと直ぐにGSE2における先行する第２フイー
ルド・ラインのエンコーデイングが続く。そして
最早第１フイールド・ラインが存在しなくなる
と、第１フイールドのアルゴリズムを用いて最後
の第２フイールド・ラインがエンコードされる。
あるいは、最後の第２フイールド・ラインをスキ
ツプすることもできる。 デコーダGSDMAIN−Ｉは第１のラインをデ
コードし、次に第３のラインをデコードした後第
２のラインをデコードする。ラインの対は、
DECODELINEが、それ以上のラインの対をデコ
ードすべきでないことを検出するまでデコードさ
れる。最後のラインは第１フイールドのアルゴリ
ズムを用いてデコードすることができる。 本発明のシステムは、ハードウエアまたはソフ
トウエアで簡単且つ効率的に実施できるように設
計されたものである。例えば、IBM PC−ATパ
ーソナル・コンピユータ中で512×480×８のグレ
イレベル・イメージの第１のフイールドを圧縮す
るのに費した典型的なCPU時間は９秒であつた。
このシステムの効率と簡易性は、その大部分が本
発明の特徴に起因するものである。実験によれ
ば、この適応性予測及び適応性量子化方法に関連
して改善がはかられたことが分かつた。 尚、本発明は好適な実施例に関連して説明され
たが、本発明の範囲から逸脱することなくさまざ
まな変更がなしうることがこの分野の当業者によ
り理解されよう。例えば、適応性算術コーダ及び
デコーダは、Yes／No判断のビツト連結で置き
換えることができる。そうして、圧縮されたデー
タ・ストリームのビツト毎の検査がYNシーケン
スを回復する。さらに、本発明は、再マツピング
のために特定のビツト表現を開示しているけれど
も、その表現は本発明に従い変更することができ
る。例を掲げると、再マツプされたビツトは反転
することができ（例えば、弱いマイナス符号のた
めの“001”を“110”であらわしてもよい）、そ
れに従つて必要となる実施の変更は当業者の通常
の技術の範囲内にある。また、再マツプされる２
進値も異なるように定義することができる。例え
ば、最下位量子化レベルに対応する0000と、最高
位量子化レベルに対応する1111の代わりに、最下
位が1111に対応し、下から２番目のレベルが0111
に対応し、……最高位レベルが0000に対応するよ
うに表現を反転することができる。さらに、もし
望むなら、ビツトの数を、４ビツトを超えるよう
にしてもよい。再マツプ値の他の２進表現も簡単
な論理の変更で容易に置き換えることができ、そ
のこともまた、当業者の通常の技術の範囲内でな
し得る。 Ｆ 発明の効果 以上のように、この発明によれば、DPCMコ
ーデイング技術とエントロピー・コーデイング技
術を結合して高い比率のデータ圧縮を達成する新
規な技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、対象画素に関連する情報のDPCM
コーデイングに使用される対象画素とその隣接画
素の位置関係を示す図、第２図は、本発明に基づ
くイメージ・データ圧縮エンコーダの概要ブロツ
ク図、第３図は、本発明に基づくイメージ・デー
タ・デコーダの概要ブロツク図、第４図は、本発
明のグレイスケール・エンコーデイング及びデコ
ーデイング・システムに適応性算術エンコーデイ
ング及びデコーデイングが採用されてなるブロツ
ク図、第５図は、２値判断トリーの図、第６図な
いし第２８図は、本発明の実施例の動作を示すフ
ローチヤートである。 １０４ａ〜１０４ｃ……量子化器、１２６ａ〜
１２６ｃ……予測器、１０８……エントロピー・
デコーダ、１１６……履歴モード遅延要素、１０
６……第１のセレクタ、１２４……第２のセレク
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 量子化されるべき差分信号値を与えるために
   入力信号値Ｘから予測値Ｐが引算される差分パル
   ス・コード変調データ圧縮装置であつて、 (a) 差分値入力を量子化するための選択可能な複
   数の量子化器と、 (b) 選択可能な複数の予測子計算手段と、 (c) 上記複数の量子化器のうちの選択された量子
   化器の量子化レベル出力をあらわす値と、現在
   の差分値の、それ以前の差分値に対する関係を
   あらわす状態値を入力してそれらに応答し、コ
   ード出力を生成するためのエントロピー・エン
   コーデイング手段と、 (d) 上記量子化された差分値の履歴に基づき、上
   記状態値を示す出力を発生するための活動度表
   示手段と、 (e) 上記活動度表示手段からの出力を入力として
   受け取つて、上記状態値を示す出力に基づき上
   記複数の量子化器のうちの１つの量子化器を選
   択するための第１の選択手段と、 (g) 上記活動度表示手段からの出力を入力として
   受け取つて、上記状態値を示す出力に基づき上
   記複数の予測子計算手段のうちの１つの予測子
   計算手段の出力を予測値Ｐとして選択するため
   の第２の選択手段とを具備する、 データ圧縮装置。