JPH03262331A - データ圧縮方法およびデータ圧縮装置 - Google Patents

データ圧縮方法およびデータ圧縮装置

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JPH03262331A
JPH03262331A JP2062325A JP6232590A JPH03262331A JP H03262331 A JPH03262331 A JP H03262331A JP 2062325 A JP2062325 A JP 2062325A JP 6232590 A JP6232590 A JP 6232590A JP H03262331 A JPH03262331 A JP H03262331A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 入力文字列で構成される情報を伝送もしくは記憶装置に
記憶する際、入力文字列を過去に現れた登録文字列の登
録符号により複製する学習機能を備えたデータを圧縮す
るデータ圧縮装置に関し、 参照辞書を大きくしても、圧縮率を妨げないデータ圧縮
方式を得ることを目的とし。
入力文字列を順次異なる文字部分列ごとに順次符号化し
、符号化済の過去の最長の文字部分列の複製として現在
の文字部分列を符号化する学習機能を備えたデータ圧縮
装置において、参照辞書をそれぞれ異なる文字列の群よ
りなる複数の参照辞書単位により構成し、入力文字列の
各成分を参照辞書単位の番号と参照辞書に登録されてい
る登録位置により表わし、参照辞書単位の番号を表わす
符号は、参照し、辞書の使用頻度の高いものは、使用頻
度の低いものより短い符号により表わす可変長符号とす
る構成を持つ。
〔産業上の利用分野] 本発明は、文字列で構成される入力情報を伝送もしくは
記憶装置に記憶する際、入力される文字列を過去に現れ
た文字列の複製として符号化する機能を備えたデータ圧
縮装置に関する。
入力文字列を過去の文字列の複製として符号化するデー
タ圧縮方式には、ユニバーサル型Ziv−Lempel
符号化方式と増分分解型Ziv−Lempel符号化方
式がある。
ユニバーサル型ZiシーLempel符号化方式は、入
力文字列を符号化する際、過去の入力文字列の任意の位
置から現在の文字列に一致する最大長の文字部分列を区
切り(文字部分列という)、その文字部分列のメモリ上
の位置と文字部分列の長さにより指定してデータ圧縮を
行う方式である。
増分分解型ZiシーLempe+符号方式は、過去にコ
ード化された最大長の文字列に新たに出現した一文字を
付加した文字列を符号化して登録し、現在の文字列を過
去に現れた文字部分列の最長文字部分列の複製として符
号化する方式である。
いずれの方式においても、圧縮率を上げるためには、過
去の文字列を記憶する参照辞書の容量を大きくしなけれ
ばならない。しかし、辞書を大きくすると、文字部分列
の数も多くなり、それぞれの文字部分列を指定するため
の符号を表わす符号ビットを長くとらなけれならない。
そのため、従来は、参照辞書を太き(する割には、圧縮
率を向上させることができなかった。
本発明は、参照辞書を分割して構成することにより、圧
縮率を向上させたZiv−Lempe+符号によるデー
タ圧縮方式に関するものである。
(従来技術〕 従来のユニバーサル型のZiv−Le園pet符号(以
後ZL符号と称する)による符号化方式のアルゴリズム
について、第1O図(a)、(b)により説明する。
図(a)において、91は符号化済の入力文字列が格納
されているPバッファ、92はこれから符号化しようと
する文字列を格納するQバッファである。
図(b)はユニバーサル型ZL符号の形式を示す。
ユニバーサル型ZL符号は、図(a)に示すように、Q
バッファの文字列のうち、Pバッファ中で一致する最大
長の文字部分列を求め、致した最大長部分列を指定する
ため、その部分列のPバッファ中での位置p1と一致す
る長さ91とを示す符号により、図(b)に93で示す
ようにQバッファ中の文字列を符号化して圧縮する方式
である。
次に、第9CN(a)、  (b)により従来の増分分
解型のZL符号によるデータ圧縮方式を説明する。
増分分解型は、ユニバーサル型より圧縮率は低いが計軍
は容易である。
図(a)は 入力文字列の列として例示的に、x=ab
ababa・・・とした時の増分分解型ZL符号化方式
のアルゴリズムを示す。
図(a)において、8Iは入力文字列、82は圧縮符号
、83は参照辞書に登録する成分である。
増分分解型ZL符号化方式は、過去の符号化法の文字列
のうちから、現在対象としている文字列に一致する最長
のものX、を求め、X、に文字列の次の一文字シンボル
を付加して符号化するものである。
具体的に、図(a)に従って、その手順を説明する。
入力文字列81を、図示のように X=a  ab  aba  b  aa・−・とし、
その分解成分を、Xt 、Xt 、Xs 。
X4+XS+  ・・・とする。
まず、最初参照辞書には何も書かれていないので、aを
成分X1として登録する。
次の文字aは既登録成分であるので、登録成分に次の文
字すを付加した文字列について既登録成分を参照する。
文字列abは未登録であるからabを成分X2として登
録する。そしてxlにシンボルaを付加したL aを圧
縮符号として出力する。
同様に、処理を進めて、次の文字列のうちabが最大長
の文字列X、として登録されているので、x8に次のシ
ンボルbを付加してXs aを圧縮符号として出力し、
X、aをX、として登録する。
上記のように処理を進めて、 入力文字列 Xzaabababaa−−−に対して、 x−x、x、x、x、x、x、  ・ に分解し、分解成分を  X、=λ(空列)。
Xt −Xs a、Xt =  Xt  b、Xs −
Xt a、Xa −Xs b、X、−Xa a −・・
として、 Xt 、Xt 、Xs  ・・・を参照辞書に登録する
。そして、圧縮符号として aX+  aXz abX、a゛・− を出力する。
図(b)に上記の増分分解型ZL符号の符号語の形式を
示す。
図(b)に示すように、既登録の成分(X。
Xz、Xs  ・・・)の参照辞書における位置を示す
インデックス符号85に参照辞書に一致する文字列の次
の一文字(a、b・・・)を付加する形式で圧縮データ
を表現する。
〔発明が解決しようとする課題〕
ユニバーサル型ZL符号化方式、・増分分解型ZL符号
化方式のいずれも、符号化対象が未知でも、学習しなが
ら符号化してゆく方式であり、そのアルゴリズムは既に
登録されている文字列の位置もしくは登録番号の符号デ
ータにより、現在の文字列を過去の文字列の複製として
表わすシンプルなものである。
しかし、圧縮符号による伝送データには圧縮できない生
データの外、圧縮符号を表わすためのインデックス等の
一定量の符号語も必要とする。そのため、参照辞書を大
きくし、登録文字列を増やして符号化する文字列長をで
きるだけ大きくとれるようにしないと効率が悪くなり十
分に高い圧縮率を得ることができなかった。
しかし、従来の方式では、参照辞書を大きくすると、登
録する文字列の数が増え、それぞれの文字列を識別する
ための符号語の長さを長くとらなければならなくなり、
参照辞書を大きくした分だけの圧縮率の向上が得られな
かった。
第8図に示す従来の増分分解型ZL符号によるデータ圧
縮方式のTreeインデックスの生成方法により従来技
術の問題点を説明する。
図は増分分解型ZL符号方式により得られる文字列の各
成分をTree状に階層構造に表わしたものである。そ
して各成分の参照辞書の登録番号をTreeの各節に付
しである。
例として、第9図において用いた人力文字列aabab
abaa−について、Treeインデックスを生成する
場合について説明する。
まず、成分L −aを登録番号0で登録する。
次に現れる成分X、=abを登録番号Oから派生した成
分であるので、登録番号0の下位の成分として登録番号
1とする0次に現れる成分X、−abaは成分X、=a
bから派生した成分であるので、登録番号lの下位の成
分として登録番号2で登録する。
以上の手続きを続けて、入力文字列全体を成分に分解し
、Treeインデックスを作成する。
登録番号は、出現した順番につけられる。
このような処理を全入力文字列について行うと、Tre
eの各節は膨大な数になり、それぞれのインデックスを
表わす符号ビット数も大きく取らなければ各成分を識別
出来なくなる。
そのため、伝送データのうち、圧縮符号を表わす符号語
のビット数の占める割合も大きくなり、辞書を大きくす
るわりには圧縮率を向上できないという問題があった。
本発明は、ZL符号化方式において、参照辞書を大きく
しても、圧縮率を妨げないデータ圧縮方式を得ることを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、ZL符号化方式において、参照辞書を複数の
参照辞書単位により分割し、符号語を参照辞書単位の番
号と参照辞書単位における登録位置を示すインデックス
により表わすようにした。
この場合、参照辞書単位を表わす符号の分だけ従来の方
式より符号が増えるが、参照辞書単位を表わす符号は、
可変長として、使用頻度の高い参照辞書単位の符号は短
いビット数により表わし、使用頻度の少ない参照辞書は
長ビツト数で表わすようにした。
このようにして、符号語が長さの増加を抑え、参照辞書
を大きくするに見合っただけの十分な圧縮率の向上が得
られるようにした。
第1図により本発明の基本構成を示す。
図において、lは入力文字列、2は入力文字列を一時格
納する入力バッファ、3は符号化手段であって、入力デ
ータを参照辞書に照合する参照辞書照合手段10、符号
語作成手段10’文字列を参照辞書に登録する参照辞書
登録手段11、参照辞書単位の最適符号を定める最適符
号変換手段12、参照辞書単位ごとに登録文字数をカウ
ントする登録文字列数カウント手段13、参照辞書単位
の最適符号を設定する最適符号設定手段14とよりなる
もの、4は参照辞書単位を表わす符号を最適値に設定す
る前に仮に定める参照辞書単位の仮符号設定手段、5は
複数の参照辞書単位より構成される参照辞書(図は例示
的に16グループの参照辞書単位で構成した場合を示す
)で、例えば、参照辞書単位1は文字列の先頭文字がa
よりなるもの、参照辞書単位2は文字列の先頭文字がb
よりなるもの等の異なる文字グループについて文字列に
対応させて文字列の符号語を登録しであるもの、6は圧
縮された入力文字列の符号を出力する圧縮符号出力手段
、lOは参照辞書照合手段、lO゛は参照辞書にある成
分の符号語に基づいて符号語を作成する符号語作成手段
、11は参照辞書登録手段、12は参照辞書の仮符号に
より作成されたインデックスを参照辞書の最適符号へ変
換処理する最適符号変換手段、13は登録文字列数カウ
ント手段、14は参照辞書の最適符号設定手段、16は
増分分解型のZL符号化方式における例、17は符号語
形式で、参照辞書単位の符号18と参照辞書単位の登録
位置を示すインデックス19よりなるもの、20は参照
辞書単位の仮符号による符号語の形式の例、21は参照
辞書単位の番号を最適値に変換した後の符号語の例であ
る。
〔作用〕
第1図の基本構成の動作は次の通りである。
まず、入力文字列1は入力バッファ2に格納゛され、参
照辞書照合手段10により、文字列を参照辞書単位1〜
16を参照して過去に登録された文字列のうちから最大
長の文字列を選択する。
そして、符号語作成手段10゛は選択した文字列の参照
辞書単位の番号と選択した文字列の参照辞書単位での登
録位置を示すインデックスよりなる符号語形式17を作
成する。その際、1回に送信する入力文字列の全ての文
字について圧縮処理が終わるまでは、参照辞書単位の識
別符号は仮符号設定手段4の設定した仮の符号を設定し
ておく。
そこで、参照辞書登録手段11は選択された過去に登録
された最大文字列に一致する入力文字列部分に次の一文
字を付加した文字列を新たな文字列成分として参照辞書
単位に登録する。
ここで、登録文字列数カウント手段13は、各参照辞書
に文字列が登録される度に登録文字列数もしくは任意の
文字列の一つ前の文字列の最終文字の属する参照辞書単
位から続く文字列の属する参照辞書単位へ遷移する回数
を各参照辞書単位ごとにカウントする。
1回に送信する全入力文字について圧縮処理がなされる
と、最適符号設定手段14は各参照辞書単位に登録され
ている登録文字列数をもしくは、参照辞書間の上記遷移
回数より遷移確率を求め、遷移確率が高い参照辞書単位
に付す符号語は遷移確率の低い符号語より短い符号を設
定するようにする。
上記のように求めた最適符号により、最適符号変換手段
12は参照辞書単位の仮符号により作成した符号語を最
適符号に変換する。
図において、16は増分分解型のZL符号化方式のアル
ゴリズムであるが、第9図において説明したものと同じ
であるので説明は省略する。
20は、参照辞書単位の仮符号により表わした符号語の
例である。
2Iは符号語20を参照辞書単位の最適符号に変換した
例を示す。
第2図に、本発明の圧縮符号生成手段のフローを示す。
図において、ωは登録文字列であり、Kは入力文字列の
うちの参照辞書の登録文字列ωに一致する部分の次の文
字シンボルを表わす。
図示の番号に従ってフローを説明する。
■ 参照辞書を初期化する。
■ 参照辞書単位に、例えば、均等に仮符号を付与する
続く処理は入力文字列の先頭文字を処理する場合と第2
文字目以降の場合とで、分けてフローを説明する。
(1)  入力文字列の先頭文字を読み取る処理 ■ 入力文字の先頭文字を読み取る。
■ 読み取った文字の次に文字があるかないか判断し、
あれば、その文字を読み取る。
次に■において無しに進む場合は、全入力文字を読み取
って圧縮処理を終了した場合であるから、−文字のみを
伝送する場合をのぞいて、通常は■に進む。
■ 入力文字列の先頭文字を読み取るステップでは当然
辞書に書き込みはないので■に進む。
■ 参照辞書に登録文字列(いまの場合は入力文字列の
先頭文字)を対応させて、符号を登録する。
■ 文字列を登録した文字列数あるいは1つ前の文字列
の最終文字の属する参照辞書単位からの回数をカウント
するため、登録数を+1する。
そこで、■に戻って、次の文字を読み取り、■を繰り返
す。
(II)  入力文字列の第2番目の文字以降の処理 ■ 次の文字Kを読み取る ■で文字がない場合は、伝送する文書の最終文字まで、
全て処理した場合である。
■ ■で読み取った文字があれば、■に進む。
■ 文字列ωKがなければ、■、■を再度行って、■に
帰る。
■ ■でωKが辞書にある場合は、その文字列は登録済
であるので、文字列を参照辞書に照合するためのバッフ
ァのωKをωに置き換える。
そこで、再び■に戻って次の文字を読み取り、同様の処
理を繰り返す。
■で読み取る文字がなくなれば、全ての文字の処理を終
えたので、■に進む。
■ 各参照辞書単位に登録されている文字列数もしくは
参照辞書単位間の遷移数を数える。
[相] 参照辞書単位に登録されている文字数をもしく
は参照辞書単位間の遷移数を考慮して、参照辞書単位の
最適符号を設定する。
■ 符号語に付されている参照辞書単位を表わす仮符号
を最適符号に変換処理する。
@ 圧縮符号を出力する。
上記のように、本発明によれば、大きい参照辞書を用い
ても、辞書を分割したため、登録文字列のインデックス
を短い符号で表現でき、効率的に符号ができる。
辞書を分割したことによる符号語の構成が増加するが、
参照辞書単位を表わす符号を可変長符号としたことによ
り、全入力文字列の圧縮符号における符号語の占める割
合を少なくすることができる。
そのため、本発明によれば、辞書を大きくすることによ
る、インデックスの符号が長くなり、圧縮率が低下する
ことがなく、辞書を大きくするに見合っただけの十分な
データ圧縮を行うことができる。
〔実施例1〕 第3図、第4図により、本発明の第1の実施例を説明す
る。
第3図は、本発明における参照辞書単位の最適符号の設
定方法の第1実施例(1)である。
図(a)は参照辞書単位が3つの場合の登録成分のイン
デックスの割り振りの例を示す。
例えば、文字列がa、b、cのみより成るような場合、
T1は先頭文字がaよりなる文字列のグループ、T2は
先頭文字がbよりなるグループ、T、は先頭文字がCよ
りなる文字グループとするように、各参照辞書単位に文
字列の先頭文字に対応して登録してゆく。
各節に対応させてインデクスを割り振るのではなく、登
録順に番号をつけていく。
そして、文字列線分を表わす符号語は図(b)に示すよ
うに、参照辞書単位の番号を表わすTree番号24と
登録位置を示すインデックス22により構成する。
例えば、図示のように、参照辞書単位3 (T、)の登
録値M8の文字列は図示の例23のように参照辞書単位
の番号T、と登録位置に8を付すことにより表わす。
第1実施例では、参照辞書単位の番号を表わす符号(T
 r e eの番号)を図(c)に例示するように、登
録文字列数の多いTreeCM点数の多いTr e e
)は、例えば、節点数20のT、には短い符号「0」を
付し、登録文字数の少ないTz、Tsには長い符号rl
OJ、r01」等を付すようにする。
第4図は、本発明の第1実施例(1)の最適符号を適用
した圧縮符号の例を示す。
図(a)は、入力文字列aabababaaba・・・
を増分分解型ZL符号化方式に変換する方式の説明図で
あって、第9図において、説明した方式と同しであるの
で説明は省略する。
図(b)は、参照辞書単位の番号を仮符号r000J、
rooIJにより表した場合の入力文字列31を圧縮し
た場合の圧縮符号を表わす。
図(c)は、参照辞書単位の仮符号を、最適符号に変換
した入力文字列31の圧縮符号を示す。
〔実施例2〕 第5図〜第7図により本発明の第2実施例を説明する。
第5図(a)は、連続する文字列の成分における最終文
字から先頭文字への遷移を示す図である。
図において、51は現登録文字列を基準にして、1つ前
の登録文字列、52は現登録文字列、53は次の登録文
字列、54は1つ前の登録文字列51の最終文字、55
は現登録文字の先頭文字、56は現登録文字の最終文字
、57は次の登録文字の先頭文字である。
本実施例では、参照辞書単位、即ち、第3図におけるT
reeの根を16個にし、連続する文字列の最終文字か
ら先頭文字への遷移を考え、それぞれの文字が属するT
ree間の遷移の確率を測定することにより、遷移確率
が高い場合には短い符号を設定し、低い場合には長い符
号を選定し、遷移コードとしてインデックスとともに符
号語として付すものである。
第5図(b)は、1つ前の登録文字列の最終文字の属す
るグループナンバー(16個、第3図におけるTree
)から現登録文字の先頭文字の属するグループナンバー
への遷移回数の測定値を表わす。
表の各数字は出現回数である1例えば、グループナンバ
ー4からグループナンバー6への遷移は83回生じたこ
とを表わす。
第6図は第5図(b)における測定値を遷移回数の順位
に書き直したデータを示す。
表は、1個前の登録文字の最終文字の属するグループナ
ンバーから、現登録文字の先頭文字の属するグループナ
ンバーへの遷移を任意の1個前のグループナンバーにつ
いて順位付ケしたものである。
数字0は遷移回数が一番多かったことを示し、16進数
のFは遷移回数の一番少なかったことを表わす。
例えば、1つ前の登録文字列のグループナンバーが4か
ら現登録文字列のグループナンバー6へ遷移する順位は
、1個前のグループナンバー4から現登録文字列のグル
ープナンバーへ遷移するあらゆる場合のうちで2番目に
多い順位であることを示す。
第7図(a)、(b)、(c)は、第5図の結果により
、参照辞書単位(第5図におけるグループナンバー)に
付す最適符号を設定する方法の実施例を示す。
図(a)は登録文字グループナンバー間での遷移の順位
により符号語に付すための符号の例を示す。
出現頻度の高い場合には短い符号を付し1反対に、出現
頻度の低い場合には長い符号を付す。
いま、図(b)に示すように現登録文字列のグループナ
ンバーが6(T1に対応する)で、そのインデックスが
125の文字列を符号化する場合を考える。
そして、前登録文字列のグループナンバーが0とする。
この場合、第6図の表により、頻度は10であるから、
第7図(a)より最適符号として1110101を付す
第7図(b)にその符号語を示す。
本実施例では、符号語を解釈するために、1つ前の文字
列の最終文字の属する参照辞書単位を必要とするが、出
力されている圧縮符号列に1つ前の文字列の最終文字が
送られているので、それにより現文字列のグループナン
バーを識別することが可能である。
〔発明の効果] 本発明によれば、参照辞書を大きくとっても、符号語が
長くなることがなく、参照辞書を大きくした分に見合っ
た十分な圧縮率の向上が計れる。 特に、増分分解型Z
L符号圧縮方式においても、従来のユニバーサル型ZL
符号圧縮方式より高い圧縮率が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基本構成を示す図である。 第2図は、本発明の圧縮符号生成手段のフローを示す図
である。 第3図は、本発明の第1実施例(1)を示す図である。 第4図は、本発明の第1実施例(2)を示す図である。 第5図は、本発明の第2実施例(1)を示すずある。 第6図は、本発明の第2実施例(2)を示すずある。 第7図は、本発明の第2実施例(3)を示す図である。 第8図は、従来の増分分解型ZL符号によるデータ圧縮
方式のTreeインデックスの生成方法を示す図である
。 第9図は、従来の増分分解型ZL符号によるデータ圧縮
方式の説明図である。 第10図は、従来のユニバーサル型ZL符号によるデー
タ圧縮方式の説明図である。 図において、 1 :入力文字列、 2 :入力バッファ、 3 :符号化手段、 4 :参照辞書単位の仮符号設定手段、5 :参照辞書
、 6 :圧縮符号出力手段、 10:参照辞書照合手段、 10゛ :符号語作成手段、 11:参照辞書登録手段、 12:最適符号変換手段、 13:登録文字列数カウント手段、 14:最適符号設定手段、 16:ZL符号化方式の例、 17:符号語形式、 20:仮符号による符号語の形式の例 21:最適値に変換後の符号語の例

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)入力文字列を順次異なる文字部分列ご とに順次符号化し、かつ符号化した異なる文字部分列の
    各々を参照辞書に順次登録し、また符号化しようとする
    文字部分列は、参照辞書に登録済の過去の文字部分列の
    うち一致する最大長の文字部分列と追加の1つの文字と
    の組合わせとして選択し、符号化するデータ圧縮装置に
    おいて、 参照辞書をそれぞれ異なる先端文字のグループよりなる
    複数の参照辞書単位により構成し、入力文字列の順次の
    異なる文字部分列を符号化する際、その符号語の成分を
    、参照辞書単位を表わす符号とその参照辞書に登録され
    ている文字部分列のうち一致する最大長の文字部分列の
    登録位置を表わす符号とにより構成し、さらに前記参照
    辞書単位を表わす符号は、使用頻度の高い参照辞書単位
    のものを、使用頻度の低い参照辞書単位のものより短い
    符号で表わす可変長符号とすることを特徴とする入力文
    字列のデータ圧縮方式。 2)出現可能な文字を複数の文字グループ に分割して文字グループごとに参照辞書単位を作成し、
    入力文字について、任意の文字部分列の先頭文字と一つ
    前の文字部分列の最終文字との間の遷移確率を文字グル
    ープ同士で求めて参照辞書単位間の遷移確率を決定し、 上記任意の文字部分列について一つ前の文字部分列から
    の遷移確率が高い場合には、その符号語を遷移確率の低
    い文字部分列に付す符号語より短い符号により表わす可
    変長符号とすることを特徴とする請求項1に記載のデー
    タ圧縮方式。
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