JPH05206867A - データ圧縮装置及び方法並びにこれに用いるデータ配列器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 データ圧縮方式における圧縮度を増すこと。 【構成】 非相関化したデータをエントロピー符号化器
２０に、始めから終わりにかけて各群内の平均情報内容
が単調に減少する複数の群にして供給する。こうする
と、ゼロの継続長が長くなり、ブロック終端符号に早く
達することができる効果がある。帯域成分濾波した画像
データに対する入れ子階層の分割帯域間及び分割帯域内
カウンタを有するデータ配列器１８を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データ圧縮、詳しく
は、非相関化（decorrelation)及びエントロピー符号化
を含むデータ圧縮に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】データ圧縮は、例えばデータ送信に必要
な帯域幅を減らすか又はデータ記憶に必要な記憶空間の
量を減らすことが望まれる場合に、データに施す公知の
技法である。公知のデータ圧縮方式は、データ内にある
冗長性を利用して圧縮するため、データの非相関化及び
エントロピー符号化を用いることがある。かようなデー
タ圧縮を行う方式の例として、合同写真専門家グループ
によって提案され、現在国際規格機構で検討されている
方式がある。圧縮度を増すことは、データ圧縮方式にお
ける変わらぬ目標である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、データ圧縮方式における圧縮度を増すことであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び作用】１つの観点から
見て、本発明は、次の構成要素より成るデータ圧縮装置
を提供する。 （ｉ）入力データより非相関化されたデータを発生する
非相関化器、（ii）非相関化されたデータを複数の非相
関化データの群に分割し、各群内の非相関化データをエ
ントロピー符号化器に平均情報内容が単調に減少する順
序で供給するデータ配列器。

【０００５】本発明は、データをエントロピー符号化器
に供給する順序で圧縮度を変えうることを認識し、圧縮
度を改善する順序を提案するものである。非相関化され
たデータの特徴は、その情報内容が所定の動向で変化す
ることがある点である。したがって、非相関化したデー
タの１つの群の異なる種々の部分の平均情報内容を複数
の群について測定し決定することができる。その群のデ
ータが、一定数の群について測定したときに情報内容が
単調に減少するような順序で配列される場合、後続のエ
ントロピー符号化において高いデータ圧縮度が達成され
るという驚くべき結果が得られる。この高い圧縮度は、
ゼロ値の継続長（run length）の発生が増加し、本発明
によって配列された非相関化データに基いて動作する場
合にブロックコードの終わりへの到達が一層早くなるこ
とに起因する。

【０００６】本発明は、多くの異なるデータ圧縮方式に
使用しうるものである。しかし、本発明は、上記データ
配列器によって分割し供給する前に上記非相関化したデ
ータを量子化する量子化器を更に具えるような、極めて
高いデータ圧縮度が求められる方式において、特に有用
である。

【０００７】非相関化したデータの平均情報内容が単調
に減少することは、入力データの種類又は非相関化技法
の結果として得られるものであろう。しかし、本発明の
好適な実施例では、上記量子化器が可変の量子化率を適
用し、上記の順序は、データがより低い平均情報内容を
もつレベルのものに量子化される量子化率に従う。この
場合、情報内容における単調な減少が適用される量子化
率によって非相関化データに負わされ、情報内容におけ
る動向は、適用される量子化率によってデータから細部
が除去される度合に従うものとなる。一方、量子化はそ
の性質上情報の損失を伴うので、適用する量子化率は、
量子化されるデータ部分の相対的重要性に応じて調整さ
れることになる。

【０００８】上述の装置は、画像データのフィールド又
はフレームを有する入力データを圧縮するのに特に好都
合である。画像データは冗長度が大きいので、本発明を
適用できる。また、非相関化した画像データは、異なる
種々のフレーム及び異なる種々の画像について平均した
とき、平均情報内容において明白な役に立つ動向（傾
向）を示すことが多い。例えば、非相関化器が帯域分割
濾波された周波数成分データを発生する場合、高周波数
の分割された帯域成分は、再構成された信号を人間があ
とで知覚するのに余り重要でないので、高い量子化率の
適用が可能である。これはまた、異なる分割帯域（sub-
band）の間に本発明が利用できる強い平均情報内容の傾
向を与える。

【０００９】或る分割帯域周波数成分は、高品質画像の
再構成にとって特に重要であり、したがってその情報内
容を保存するように処理すべきであることが分かった。
よって、ｄｃ輝度情報及びｄｃ色情報を含む分割帯域成
分データは、ａｃ情報を含む分割帯域成分の前に上記エ
ントロピー符号化器に供給する。

【００１０】もう１つの観点から見て、本発明は、次の
ステップを含むデータ圧縮方法を提供する。 （ｉ）入力データを非相関化して非相関化されたデータ
を発生すること、（ii）上記の非相関化されたデータを
複数の非相関化データの群に分割すること、(iii）上記
非相関化データを平均情報内容が単調に減少する順序で
エントロピー符号化器に供給すること。

【００１１】上記データ配列器は、容易度及び効率の異
なる種々の形を取ることができる（例えば、コンピュー
タ・プログラムの制御により動作する汎用コンピュータ
を用い、本発明に従ってデータを再配列することができ
る。）。ただし、補足的観点から見て、本発明は、画像
データを分割帯域周波数成分データに非相関化するデー
タ圧縮方式に用いる、次の構成要素より成るデータ配列
器を提供する。 （ｉ）分割帯域間カウンタ、（ii）この分割帯域間カウ
ンタと協動して、上記分割帯域周波数成分データを複数
の群に分割し、各群内の帯域分割符号化された周波数成
分データを、平均情報内容が単調に減少する順序でエン
トロピー符号化器に供給する分割帯域内カウンタ。この
形式のデータ配列器は、帯域分割符号化された画像信号
に対し特に効率のよい機器を提供する。

【００１２】順序配列において有利な柔軟性は、分割帯
域間カウンタが分割帯域間参照表を参照して、どの分割
帯域から分割帯域周波数成分データをエントロピー符号
化器に供給すべきかを決め、そして（又は）分割帯域内
カウンタが分割帯域内参照表を参照して、分割帯域内の
どの位置から分割帯域周波数成分データを上記エントロ
ピー符号化器に供給すべきかを決めることで、達成でき
る。

【００１３】データを種々の異なるパターンで走査する
ための好適な方法は、分割帯域間カウンタ及び分割帯域
内カウンタを入れ子階層（nested hierarchy）に配置
し、次のどちらかの動作モードに切替え可能とすること
である。 （ａ）分割帯域間カウンタを分割帯域内カウンタの中に
入れ子にし、分割帯域間走査を行わせる、（ｂ）分割帯
域内カウンタを分割帯域間カウンタの中に入れ子にし、
分割帯域内走査を行わせる。

【００１４】従来、分割帯域成分は水平及び垂直アドレ
スを用いて参照され、これは、分割帯域内カウンタが水
平カウンタの垂直カウンタへの入れ子階層を有するシス
テムにおいて行われている。

【００１５】更に補足的観点から見て、本発明は、次の
構成要素をもつデータ圧縮解除装置（data decompressi
on apparatus）を提供する。 （ｉ）エントロピー復号器から非相関化データの複数群
を受け、各群内の非相関化データを平均情報内容が単調
に減少する順序からインタポーレータ（補間器）に供給
するための順序に再配列するデータ再配列器、（ii）再
配列された非相関化データから出力データを発生するイ
ンタポーレータ。

【００１６】

【実施例】以下、図面により本発明を具体的に説明す
る。図１は、画像信号を２次元空間周波数領域において
画像内周波数分離及び圧縮を行う装置を示す。デジタル
形式の、連続する多ビット（例えば８ビット）のサンプ
ル又はワードを含み、その各々が走査された画像の各ピ
クセルを表す画像信号が、入力端１０を介して非相関化
器（decorrelator）１２に加えられる。非相関化器１２
から周波数分離された画像信号がデータ配列器１８に出
力される。データ配列器１８は、フィールドメモリを含
み、その出力は量子化器１４を経てエントロピー符号化
器２０に送られる。これらによって非相関化器１２から
出力された周波数分離画像信号は圧縮され、出力端１９
に圧縮された信号が現れる。この圧縮された信号は、そ
れから送信又は記憶される。送信又は記憶後、圧縮され
た信号は、圧縮時に非相関化、データ配列、量子化、エ
ントロピー符号化に用いたパラメータと相補的なパラメ
ータを用いるエントロピー復号化、データ再配列、非量
子化、再相関化による拡大によって、ほぼもとの形に復
元される。

【００１７】非相関化器１２で行われる非相関化作用
は、画像の隣合うピクセル（画素）が相関度が高く、し
たがって、画像（例えば画像信号の１フィールド又はフ
レーム）を処理して２次元空間周波数領域における画像
の種々の異なる成分を表す周波数分離された信号部分を
作れば、画像を表すに必要な情報量を減少できる、とい
う事実に基く。具体的にいえば、周波数分離された信号
部分は、画像の異なる空間周波数成分を表す。

【００１８】次に、データ配列作用をもっと詳しく説明
する。量子化作用は、人間の心理的視覚組織による画像
の十分な知覚にとって冗長であるか又は殆ど重要でない
と考えられる幾つかの周波数データを故意に捨てるの
で、損失を伴う作用であり、それ自体で多少の信号圧縮
が達成されている。量子化器１４は、２つの点で圧縮を
達成している。１点は、入力データを割当てるレベルの
数を減らすことである。もう１点は、出力されるデータ
にゼロ値サンプルが継続する可能性を増すことである。
量子化器の作用によって与えられる信号圧縮は、エント
ロピー符号化器２０で強められる。すなわち、量子化器
１４内で達成される情報内容の減少により、エントロピ
ー符号化器で必然的にビット（データ）レートの減少が
達成される。

【００１９】エントロピー符号化器２０において、一層
（無損失）の圧縮及びビット（データ）レートの減少が
行われる。そこでは、公知のように、例えば可変長符号
化を用いて、量子化器１４で生成されたデータを、確率
が高い（もっと頻繁に発生する）種類のデータは確率が
低い（余り頻繁に発生しない）ものより短い出力ビット
列を発生するように符号化する。この点に関して、非相
関化作用は、特定の信号レベル（これは、非相関化の前
では、考えられる種々の異なるレベル間でほぼ同じあ
る。）の発生確率の分布を、或るレベルが他のレベルよ
り発生する確率が高くなる形のものに変更する効果をも
つ。

【００２０】図１に示す圧縮・符号化装置は、異なる種
々の非相関化形式を用いて色々に具体化することができ
る。ますます一般化する機器の形式は、いわゆる変換符
号化（transform coding）、特に離散的コサイン変換
（discrete cosine transform）として知られる変換の
形を用いることである。非相関化のために離間的コサイ
ン変換を用いることは、合同写真専門家グループによっ
て提案され国際規格機構で検討されている標準方式に記
載された図１の圧縮装置の形式の中に実際に規定されて
いる。非相関化の変換技法によれば、信号は、量子化及
び符号化の前に線形変換（非相関化）処理を受ける。こ
の変換技法の欠点は、画像全体（例えばフィールド全
体）を変換すべきであるところ、含まれるデータ量から
見て非実際的なことである。したがって、画像（フィー
ルド）をブロック（例えば各ピクセルを表すサンプルが
８×８の）に分けて、その各々を変換しなければならな
い。すなわち、変換符号化は、複雑であってブロック毎
に行うやり方でしか使用できない。

【００２１】最近提案された周波数領域における圧縮・
符号化方法は、帯域分割符号化方法である。この方法で
は、図１装置の非相関化器１２は、入力画像信号を複数
の非相関化された分割帯域に分割する空間（２次元）帯
域分割フィルタ装置を有する。各分割帯域は、画像の２
次元周波数平面の複数区間の各々における画像の空間周
波数内容を含む。そして、分割帯域は、人間の心理的視
覚組織の感度スペクトルにおけるそれらの位置に従っ
て、量子化器１４により選択的に量子化される。すなわ
ち、この場合、非相関化は、画像全体のエネルギを２次
元空間周波数領域の異なる分割帯域に分けることによっ
て達成している。帯域分割濾波は、上記の変換方法より
もよい非相関化を与えると信じられている。また、上記
変換技法と異なり、動作にブロック毎で行うというよう
な制約がない。帯域分割濾波は、画像信号に直接適用す
ることができる。

【００２２】図２は、入力画像信号を低域通過デシメー
ション・フィルタ２２及び高域通過デシメーション・フ
ィルタ２４に通す帯域分割符号化装置を示す。生ずる２
つの出力信号は、入力信号の周波数スペクトルの異なる
部分を表す。２つの信号はそれから、図１について述べ
たように、量子化され、配列され、エントロピー符号化
される。入力信号の分割帯域成分は、送信したり、あと
で再構成するために記憶したりすることができる。分割
帯域成分の記憶又は送信は、図２に破線２６で示す。

【００２３】分割帯域成分を記憶媒体から取出すとき、
これらを対応する整合したフィルタに通して元の周波数
成分を再生する。これらの整合フィルタは、低域通過イ
ンタポーレーション（補間）フィルタ３０及び高域通過
インタポーレーション・フィルタ２８である。インタポ
ーレーション・フィルタ２８，３０の出力は、加算回路
３２によって加算され、元の画像入力信号を生じる。

【００２４】図２は、入力画像信号を２つの帯域に分解
するものを示す。実際は、入力画像信号をもっと多くの
分割帯域（sub-band）成分に分解する。図３は、入力信
号を８つの分割帯域成分に分解し、あとで出力画像信号
に再構成するものを示す。

【００２５】帯域分割符号化装置のフィルタは、適切な
遅延及び加重（重み付け）係数をもち、水平及び垂直周
波数分解を行う有限インパルス応答フィルタを有する。
分割帯域周波数分離を行う種々の異なる形式のフィルタ
が知られている。例えば、１９８６年６月発行の音響、
音声及び信号処理に関するＩＥＥＥ会報のＡＳＳＰ−３
４巻の４３４〜４４１頁における「樹状構造の帯域分割
符号化器のための正確な再構成技法」と題する論文に、
考えられる幾つかのフィルタが記載されている。

【００２６】図４は、図１の非相関化器１２をもっと詳
細に示すものである。該非相関化器は、水平フィルタ装
置４６、中間フィールドメモリ（ＦＳ）４８、転置配列
器（アドレス発生器）５０、垂直フィルタ装置５２、出
力フィールドメモリ５４及び出力配列器（アドレス発生
器）５６を有する。分割帯域濾波は、別々に行われる。
すなわち、図４において、２つの直角画像方向、すなわ
ち水平方向（通常の画像の場合画像走査方向）及び垂直
方向における濾波は、それぞれ水平及び垂直フィルタ装
置４６，５２で行われるそれぞれの１次元濾波作用によ
り、互いに全く無関係に別々に行われる。

【００２７】水平フィルタ装置４６及び垂直フィルタ装
置５２は、互いにほぼ同じ構造でよい。よって、水平フ
ィルタ装置４６のみ詳しく説明する。その濾波は、水平
及び垂直の各方向において８分割帯域を得ること、すな
わち、６４（８×８）分割帯域の正方形アレイを作成す
ることである。６４の分割帯域は、互いに等しい広さを
もつ。

【００２８】水平フィルタ装置４６は、図３に示すよう
な続く３フィルタ段を有する樹状又は階層構造のものが
よい。第１段は、低域通過フィルタ（ＬＦ）及び高域通
過フィルタ（ＨＦ）を含み、そのあとにそれぞれのデシ
メータ（図示せず）が続く。ＬＦフィルタ，ＨＦフィル
タ及びそのデシメータは、ＱＭＦ（quadrature mirror
filter）を構成する。各フィルタは、従来形式の有限イ
ンパルス応答フィルタでよい。使用の際は、入力デジタ
ル画像信号の１フィールドの１ライン（入力ライン）を
サンプル毎に第１段に加え、それぞれＬＦ及びＨＦによ
り低域通過濾波及び高域通過濾波する。こうして、ＬＦ
及ぶＨＦは、それぞれ入力ラインが低域通過濾波され高
域通過濾波されたものより成る出力を生じる。該出力
は、水平空間周波数範囲の上半分及び下半分における入
力ラインの空間周波数内容を表す。すなわち、第１段
は、入力ラインを水平方向に２つの分割帯域に分割す
る。そのデシメータは、それぞれの出力を２の率でデシ
メート（サブサンプル又はダウンサンプル）する。これ
により、該デシメータ全部が出力するサンプルの総数
は、当該ラインにおけるサンプルの総数に等しくなる。

【００２９】第２段は、第１段と類似の構成であるが、
各々が第１段にあるような２つのＱＭＦがある点が異な
る。第１段の各デシメータからの出力は、これら２つの
ＱＭＦのそれぞれ一方に入力される。こうして、第２段
は、水平空間周波数範囲の４つの等しい１／４における
入力ラインの空間周波数内容を表す４つの出力を生ず
る。すなわち、第２段は、第１段で入力ラインが分割さ
れた２分割帯域を更に水平方向に４つの分割帯域に分割
する。第２段の４つのデシメータは、それぞれの出力を
２の率でデシメート（サブサンプル）し、第２段の全デ
シメータが出力するサンプルの総数を当該ラインにおけ
るサンプルの総数に等しくする。

【００３０】第３段は、第１段と同じようなＱＭＦが４
つある点を除き、第１段と類似の構成である。第２段の
４つの各デシメータからの出力は、４つのＱＭＦのそれ
ぞれ一方に入力される。こうして、第３段は、水平空間
周波数範囲の８つの等しい１／８における入力ラインの
空間周波数内容を表す８つの出力を生じる。すなわち、
第３段は、前段で入力ラインガ分割された４分割帯域を
水平方向に所望の８つの分割帯域に分割する。第３段の
８つのデシメータは、それぞれの出力を２の率でデシメ
ートし、第３段の全デシメータが出力するサンプルの総
数を当該ラインにおけるサンプルの総数に等しくする。

【００３１】第３段の８つの出力、すなわち水平フィル
タ装置４６の出力は、中間フィールドメモリ４８に送ら
れ、その第１ラインのそれぞれ１／８に対応する位置に
記憶される。上述の水平濾波作用は、入力デジタル画像
信号の当該フィールドのその他の全ラインに対して繰返
される。この結果、中間フィールドメモリ４８は、水平
方向（のみ）に８つの分割帯域に濾波された形式の入力
デジタル画像信号の当該フィールドを格納する。中間フ
ィールドメモリ４８に記憶されたフィールドの各ライン
は、各々が、原フィールドが表した画像の水平空間周波
数範囲の８つの分割帯域のそれぞれ１つ内の水平空間周
波数情報を含む８つの部分に分割される。したがって、
中間フィールドメモリ４８に記憶された水平濾波された
フィールドは、８つの欄に分割されていると考えること
ができる。

【００３２】中間フィールドメモリ４８に記憶された水
平濾波されたフィールドは、それから（転置配列器５０
の制御の下に）垂直フィルタ装置５２に供給され、水平
フィルタ装置４６において水平方向に８分割帯域への濾
波作用が達成されたと同様の方法で、垂直方向に８分割
帯域に濾波される。水平及び垂直濾波されたフィールド
は、ライン毎に出力フィールドメモリ５４に供給され、
そこから量子化器１４に送られる。出力フィールドメモ
リ５４は、６４（８×８）の記憶領域アレイに仕切られ
ていると考えることができ、各領域に６４の分割帯域の
それぞれ１つが記憶される。こうして、入力デジタル画
像信号の連続するフィールドは、帯域分割濾波され適切
な濾波を受け、２フィールド間隔遅れて量子化器１４に
送られる。

【００３３】転置配列器５０は、中間フィールドメモリ
４８に対する読出しアドレスを生じ、その内容の読出し
を制御してこれを垂直フィルタ装置５２に次のように供
給する。上述のように、中間フィールドメモリ４８に記
憶された信号は、各々が水平方向に８分割帯域に分割さ
れた原フィールドのラインより成る。すなわち、中間フ
ィールドメモリ４８に記憶された信号は、上述のよう
に、８欄（縦列）より成ると考えられる。中間フィール
ドメモリ４８に記憶された信号を、これを水平濾波する
のに用いたものと同じ構造のハードウェア（垂直フィル
タ装置５２）によって垂直濾波するには、該信号を垂直
フィルタ装置５２に対して読出すときに８つの横行（縦
列とは対照的に）より成るように転置しなければならな
い。転置配列器１２は、これを達成するように中間フィ
ールドメモリ４８をアドレスする。

【００３４】水平フィルタ装置４６及び垂直フィルタ装
置５２の組合せにより濾波を行い、出力フィールドメモ
リ５４に記憶されたデータを、あとの装置で処理するた
めに送り出す前に、出力配列器５６によって幾らかごち
ゃまぜにし再配列する。

【００３５】図５は、入力画像信号が水平及び垂直両方
向に８つの周波数成分に分割される場合（これは、出力
配列器５６に再配列させたあとの出力フィールドメモリ
５４に記憶されているデータである、と考えられる。）
に生じる種々の分割帯域成分を示す。図５では、これら
の分割帯域又は分割画像をブロックの１つで表す。左上
のブロックは、ｄｃ分割帯域を表す。これは、最低の水
平及び垂直周波数の帯域であるが、実際には必ずしも厳
密なゼロ周波数をもつ信号の一定部分のみを表すわけで
はない。このｄｃ分割帯域は、原入力画像信号のｄｃ輝
度情報の大部分を含んでいる。残りの分割帯域の観者に
よる画像の究極的な知覚に対する相対的な重要性は、一
様でない。一般的にいえば、高い周波数の分割帯域は、
観者の究極的な知覚にとって重要性は低い。図５におい
て、分割帯域成分が表す周波数は、ブロックのアレイに
おいて下方向及び右方向に行くに従って増加している。
また、ＮＴＳＣフォーマット信号の場合に特に重要な帯
域は、ｄｃ色情報を含むものである。下の中央ブロック
がこの情報を含む。

【００３６】図６は、異なる空間周波数の画像成分に対
する人間の心理的視覚応答特性を示す。図に示すよう
に、人間の知覚レベルは、最初上昇しそのあと空間周波
数の増加と共に大きく減少する。この特性は、再構成さ
れ知覚される画像を著しく劣化させることなく、高い空
間周波数成分の量子化（情報の損失を伴う）の率を高め
ることを可能とするので、データ圧縮装置に利用するこ
とができる。

【００３７】図７は、図１の量子化器１４により図５の
異なる分割帯域に適用しうる量子化マトリックス（行
列）を示す。量子化器は、各分割帯域ブロック内の各値
を対応する量子化値で割り、その結果の整数値を取るよ
うに動作する。すなわち、上左隅のｄｃ輝度分割帯域か
ら３０の値が読出された場合、これを対応する量子化値
６８で割り、ゼロの量子化結果を与える整数値を取る。
同様に、ｄｃ輝度分割帯域から８０の値が読出された場
合、６８で割ると整数値は１となる。

【００３８】最も低い量子化値は、ｄｃ輝度分割帯域の
下及び右の帯域で生じることが認められる。これは、人
間の視覚組織がこれらの帯域に対して最も敏感であるか
らである。量子化マトリックスの値は、どの値が最良の
知覚画像を与えるかを見る主観的目視テストによる試行
錯誤の方法によって決定できる。或いは、図６の曲線を
３次元形に拡張し曲面を作成して値を導出することもで
きる。その曲面は、図６の曲線を感度軸の周りに９０°
回転させた場合の該曲線の軌跡である。この曲面の下の
空間周波数面の異なる領域に分割帯域周波数ブロックが
あり、該曲面下で積分して各周波数ブロックと該曲面間
の容積を求めることにより、相対的な量子化値を決定で
きる。

【００３９】図７のマトリックスに示す種々の異なる量
子化値は、高い分割帯域周波数成分の情報内容を減少さ
せるものである。これは、高い分割帯域周波数成分は、
対応する高い量子化率をもつため、これらの高周波数の
１つからデータ値を読出すとき、対応する大きい数で割
算して整数値を取ることに起因している。したがって、
各分解帯域が量子化の前に同じ情報量を含むと仮定して
も、高周波数分割帯域からのデータは、高い量子化マト
リックス数により量子化されたデータ値の範囲が減少す
ることになる。実際上、高い分割帯域周波数成分の情報
内容は、量子化前でさえも低い分割帯域周波数成分より
低い。

【００４０】ｄｃ色情報を含む分割帯域周波数成分は、
該ｄｃ色情報を含まない場合より遙かに低率の量子化を
受ける点に留意されたい。ｄｃ色情報を余りひどく量子
化しないことが、再構成される画像の質にとって重要で
ある。

【００４１】図８は、図１のデータ配列器１８による走
査パターンを示す。ｄｃ輝度情報及びｄｃ色情報分割帯
域は、分割帯域内走査が行われ図１のエントロピー符号
化器２０に供給される。残りの分割帯域からのデータ
は、図８に示す順に（左側に順序を番号で示す。）走査
されてエントロピー符号化器２０に送出される。ａｃ分
割帯域内のそれぞれ対応する水平及び垂直位置からのデ
ータは、水平情報内容が単調に減少する順に１走査群と
して送出される。或る画像（例えば、特別な高周波数格
子構造の画像）については、１つ以上の高周波数分割帯
域成分が低周波数分割帯域成分より多くの情報を含むこ
とがある。しかし、異なる種類の異なる画像を平均する
と、情報内容は図８に示す順序に従う。

【００４２】ｄｃ輝度及びｄｃ色情報の分割帯域内走査
は、各分割帯域内の情報内容に必ずしも特別な傾向をも
たない。これに対し、残りの６１個の分割帯域における
分割帯域間走査は、各群において平均情報内容が単調に
減少するデータ群を作成するように走査する。各分割帯
域内の６４個のデータ値に対応して作成されるこれらの
群は、６４個となる。各群は、６１個のａｃ帯域に対応
してその中に６１個のデータ項目をもつことになる。

【００４３】図９は、従来公知のジグザグ走査パターン
を示す。この走査パターンを図８のそれと比べると、該
パターンは平均情報内容の単調な減少に従っていない。
図９の走査パターンの一般傾向は、左上隅の低周波数領
域から右下隅の高周波数領域に向かっていることである
が、その経路に沿う平均情報内容は増加したり、減少し
たりしている。

【００４４】図１０は、図９のジグザグ走査パターンを
用いた圧縮と、図８の平均情報内容単調減少（登丘パタ
ーン）走査を用いた圧縮とを比較したものである。説明
の便宜上、両方の場合とも、データ群は一定値６３のデ
ータサンプルより成るものとする。これらは、量子化前
の値である。データサンプル値の下に、図７からの量子
化マトリックス値を示す。その下に、上述した量子化技
法に従い、量子化前の値を量子化値で割って得た整数を
取って作成した量子化後の値を示す。

【００４５】ジグザグ走査パターンでは、最終的に０が
連続して落着くまでに量子化後の値が１と０に変わって
いる。これに対し、登丘走査パターンを用いた場合、１
が８つ続いたあと０が連続している。量子化後の値は、
合同写真専門家グループがその刊行物ＪＰＥＧ−８−Ｒ
５において提案した省略時（default)標準符号化方式に
従ってエントロピー符号化する。これは、可変長符号化
方式である。

【００４６】まずジグザグ走査を考えるに、最初の５個
の１は符号〔０／１〕＋１で書ける。この〔０／１〕
は、ゼロの継続長及び１のデータ長を示す。また、＋１
は該データを表すのに１ビットが必要であることを示
す。０１の継続は、符号〔１／１〕＋１で表せる。００
０１の継続は、〔３／１〕＋１で表せる。データ群の終
わりまで全部ゼロが続くものは、ブロック終端符号〔０
／０〕で表せる。これら種々の符号のビット長を計算す
ると、データ群を表すのに要するビット数は全部で３４
となる。

【００４７】登丘走査の場合、最初の８つの１は各々を
〔０／１〕＋１で表せ、群の終わりまでのゼロの継続を
ブロック終端符号〔０／０〕で表せる。上の場合に比
し、図８に示す順序で走査されるデータ群を表すに要す
る符号ビットの数を計算すると、２８ビットに減少す
る。データ群を表すに必要なビット数が３４ビットから
２８ビットに減少することは、著しい利点である。

【００４８】図１１は、本発明に従って走査を制御する
のに好適なデータ配列制御回路の例を示す。非相関化器
１２からの出力は、データ配列器１８の一部と考えるフ
ィールドメモリ（図１１に示さず）に供給される。デー
タ配列器１８の動作は、該フィールドメモリからデータ
を複数の群として読出し、それを量子化器１４及びエン
トロピー符号化器２０に供給することである。少なくと
も幾つかの群１２は、データ配列器１８によって平均情
報内容が単調に減少する順序が課せられる。

【００４９】データ配列器１８は、入れ子配置のカウン
タを含む。水平位置カウンタ６２及び垂直位置カウンタ
６４は、分割帯域内（ラスタ）走査が必要か或いは分割
帯域間（非ラスタ）走査が必要かによって、分割帯域カ
ウンタ６０内に又はその反対に入れ子にすることができ
る。１つのカウンタを他のカウンタ内に入れ子にすると
いうとき、これは、第１のカウンタが、階層（hirearch
y)の上にあるカウンタの値の各増分に対する全カウント
周期を完了することを意味する。

【００５０】分割帯域カウンタ６０からの値は、分割帯
域番号発生プログラマブル・リードオンリメモリ（ＰＲ
ＯＭ）７０に供給され、そこで分割帯域番号に変換され
る。該分割帯域番号発生ＰＲＯＭ７０内で、簡単な増加
する分割帯域カウンタ番号から単調な情報内容の減少に
対応する走査順序へのマッピングが達成される。分割帯
域番号発生ＰＲＯＭの出力は、水平ポインタ発生ＰＲＯ
Ｍ６８及び垂直ポインタ発生ＰＲＯＭ６６に、水平位置
カウンタ６２及び垂直位置カウンタ６４からのそれぞれ
の出力と共に供給される。水平ポインタ発生ＰＲＯＭ６
８及び垂直ポインタ発生ＰＲＯＭ６６は、入力値を、非
相関化データが記憶されているフィールドメモリ内の物
理的水平及び垂直アドレスにマッピングする。単調な平
均情報内容減少の順に分割帯域間走査をする場合、非相
関化データは、このフィールドメモリから量子化器１４
及びエントロピー符号化器２０に供給される。

【００５１】ＰＲＯＭの使用は、記憶されたマッピング
をプログラムし直すことができ、相当な程度の柔軟性を
与えるので、本発明には特に適当である。

【００５２】データ配列器がラスタ・モードにあると
き、水平位置カウンタ６２及び垂直位置カウンタ６４
は、分割帯域カウンタ６０がインクリメントされる前に
分割帯域全体を辿（たど）る。データ配列器が非ラスタ
・モードにあるとき、分割帯域カウンタ６０は、組合さ
れた水平位置カウンタ６２及び垂直位置カウンタ６４に
おける各増分に対する完全な１周期を経て進む。水平位
置カウンタ６２及び垂直位置カウンタ６４の組合せは分
割帯域内カウンタ７２と考えられ、分割帯域カウンタ６
０は分割帯域間カウンタと考えることができる。

【００５３】図１２は、データ圧縮解除装置の例を示
す。圧縮されたデータ群は、例えばデータ記憶装置から
エントロピー復号器７４に供給される。エントロピー復
号器７４は、エントロピー符号化器２０によって施され
た符号化の逆を行う。エントロピー復号器７４の出力
は、非量子化器７６に送られ、量子化器１４の作用を逆
にしてデータが非量子化される。非量子化器７６の出力
は、データ再配列器７８の一部と考えられるフィールド
メモリに供給される。データ再配列器７８は、圧縮時に
データ群に課した単調な平均情報内容減少の順序を取去
るように、フィールドメモリからデータを読出す。デー
タはそれから、データを再相関化するインタポーレータ
８０に供給する。データ再配列器７８は、図１１の制御
回路を用いて圧縮時に行ったものと逆のマッピングを行
う。

【００５４】以上、本発明の好適な実施例を詳細に説明
したが、本発明は、これに限らず請求項に記載した範囲
内において種々の変更、変形をしうるものである。

【００５５】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
によれば、データ圧縮方式における圧縮度を大幅に増加
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるデータ圧縮装置の例を示すブロッ
ク図である。

【図２】簡単な帯域分割符号化装置の例を示すブロック
図である。

【図３】８帯域に分割する符号化装置の例を示す概念図
である。

【図４】図１の非相関化器の具体例を示すブロック図で
ある。

【図５】水平及び垂直方向に８分割された画像信号の帯
域周波数成分を示す説明図である。

【図６】人間の画像成分に対する心理的視覚応答特性を
示す曲線図である。

【図７】量子化器に用いる図５に対応する量子化マトリ
ックスを示す図である。

【図８】図１のデータ配列器による走査パターンを示す
説明図である。

【図９】公知のジグザグ走査パターンを示す図である。

【図１０】従来例と本発明による圧縮を比較した説明図
である。

【図１１】本発明に用いうるデータ配列制御回路の例を
示すブロック図である。

【図１２】本発明によるデータ圧縮解除装置の例を示す
ブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン・マーク・ソロフ イギリス国 ＲＧ22 ４ＱＢ，ハンプシャ ー，ベーシングストーク，ザ コーンフィ ールズ 38 (72)発明者 ジョナサン・ジェームズ・ストーン イギリス国 ＲＧ２ ８ＰＱ，バークシャ ー，レディング，ホィットリー ウッド レーン，フォレスト ディーン ７ (72)発明者 テレンス・ラルフ・ハーリー イギリス国 ＲＧ14 ６ＬＡ，バークシャ ー，ニューベリー，バートルミー ロード 56

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力データより非相関化されたデータを
   発生する非相関化器と、 上記の非相関化されたデータを複数の非相関化データの
   群に分割し、各群内の非相関化データを平均情報内容が
   単調に減少する順序でエントロピー符号化器に供給する
   データ配列器とを具えたデータ圧縮装置。
2. 【請求項２】 上記の非相関化されたデータを上記デー
   タ配列器により分割し供給する前に量子化する量子化器
   を更に具えた請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記量子化器は可変の量子化率を適用
   し、上記順序が該量子化率に従い、データは低い平均情
   報内容をもつ少数のレベルの１つに量子化される請求項
   ２の装置。
4. 【請求項４】 画像データのフィールド又はフレームよ
   り成る入力データを圧縮する作用をする請求項１の装
   置。
5. 【請求項５】 上記の非相関化器は帯域分割符号化され
   た周波数成分データを発生する請求項４の装置。
6. 【請求項６】 ｄｃ輝度情報及びｄｃ色情報を含む分割
   帯域成分データをａｃ情報が含まれる分割帯域成分デー
   タより前に上記エントロピー符号化器に供給する請求項
   ５の装置。
7. 【請求項７】 入力データを非相関化して非相関化され
   たデータを発生すること、 上記の非相関化されたデータを複数の非相関化データの
   群に分割すること、 上記の非相関化データを平均情報内容が単調に減少する
   順序でエントロピー符号化器に供給することの各ステッ
   プを含むデータ圧縮方法。
8. 【請求項８】 画像データを分割帯域周波数成分データ
   に非相関化するデータ圧縮装置に用いるデータ配列器で
   あって、 分割帯域間カウンタと、 該分割帯域間カウンタと協動して、上記分割帯域周波数
   成分データを複数の群に分割し、各群内の上記帯域分割
   符号化された周波数成分データをエントロピー符号化器
   に平均情報内容が単調に減少する順序で供給する分割帯
   域内カウンタとを具えたデータ配列器。
9. 【請求項９】 上記分割帯域間カウンタが参照して、ど
   の分割帯域から分割帯域周波数成分データを上記エント
   ロピー符号化器に供給すべきかを決める分割帯域間参照
   表を有する請求項８のデータ配列器。
10. 【請求項１０】 上記分割帯域内カウンタが参照して、
    分割帯域内のどの位置から分割帯域周波数成分データを
    上記エントロピー符号化器に供給すべきかを決める分割
    帯域内参照表を有する請求項８のデータ配列器。
11. 【請求項１１】 上記分割帯域間カウンタ及び上記分割
    帯域内カウンタは、入れ子階層に配置され、 （ａ）上記分割帯域間カウンタが上記分割帯域内カウン
    タの中に入れ子にされ分割帯域間走査を行う動作 （ｂ）上記分割帯域内カウンタが上記分割帯域間カウン
    タの中に入れ子にされ分割帯域内走査を行う動作 のいずれかのモードに切替え可能である請求項８のデー
    タ配列器。
12. 【請求項１２】 上記分割帯域内カウンタは、垂直カウ
    ンタの中に水平カウンタが入れ子にされる階層を具える
    請求項８のデータ配列器。
13. 【請求項１３】 エントロピー復号器から非相関化され
    たデータの複数群を受け、各群における該非相関化され
    たデータを平均情報内容が単調に減少する順序からイン
    タポーレータに供給するための順序に再配列するデータ
    再配列器と、 上記再配列された非相関化データから出力データを発生
    するインタポーレータとを具えたデータ圧縮解除装置。
14. 【請求項１４】 請求項１のデータ圧縮装置で圧縮され
    たデータ信号。
15. 【請求項１５】 請求項７のデータ圧縮方法で圧縮され
    たデータ信号。