JPH0549148B2

JPH0549148B2 -

Info

Publication number: JPH0549148B2
Application number: JP63035454A
Authority: JP
Inventors: Oogasuto Gonzaresu Shiiizaa; Ra Uaan Mitsucheru Jon; Boon Penabaakaa Junia Uiriamu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1993-07-23
Also published as: EP0283798A2; JPS63250277A; EP0283798A3

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ産業上の利用分野本発明は、グレイ・レベル・データ・イメージ
の圧縮に関する。Ｂ従来技術およびその問題点多くのアプリケーシヨンにおいて、イメージの
速やかな通信、あるいは限られた記憶域へのイメ
ージの蓄積が求められる。通常、イメージ・データの処理を容易にするた
め、イメージは多数の画素に分割される。画素は
ピクセルまたはペルとも呼ばれる。一般に、イメージは、１行当りｎ画素の行がｍ
行集まつたものとして規定される。集団として、
画素の集まつた行がイメージを表わす。各画素は、黒であつても白であつてもよく、あ
るいはグレイ・レベル（またはグレイ・スケー
ル）値を持つてもよい。２値的、あるいは多段階
のデータは通常デジタル形式で与えられるので、
通信および記憶が容易になる。あるイメージに含まれる情報を表現する１つの
方法は、行毎に画素を走査し、各画素についての
値を与えることである。例えば、左上の画素が
X_1,1として識別されるとしよう。ここで、１番目
の添字は行番号に対応し、２番目の添字は行の中
の画素の番号に対応する。したがつて、第１行の
２番目の画素はX_1,2となる。512画素／行なる行
が480行あると、480×512画素を走査して集めた
情報によつて、この例についてのイメージは表わ
される。グレイレベル・イメージにおいて、各画素に
は、黒値（例えば０）から白値（例えば255）に
わたる、グレイ・レベル値が割当てられる。つま
り、８ビツトで表わす場合、画素のグレイレベル
は256の値のうちの何れかをとり得る。１行毎に
進行する場合、イメージは連続して記録される画
素X_1,1、X_1,2、…、X_480,512の値によつて表わすこ
とができる。従来は通常、トツプからボトムへのイメージ・
スキヤンは「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、１つのフイールドを最初
に走査される奇数番目の行で構成し、別のフイー
ルドを後で走査される偶数番目の行で構成しても
よい。２つのフイールドが一緒になつて単一のフ
レームを形成する。上記の簡単なアプローチによれば、イメージを
記録する度に多くの数のビツトを要する結果に終
わる。ビツト数が莫大であると、記憶空間が制限
され、または高速のデータ転送が要求されるとき
に、データを記憶しデータを転送することが非実
際になつてしまう。したがつて、グレイレベル・
データを表現するのに要するビツト数を減らす、
つまり圧縮することが望まれる。そのような必要
ビツト数を減らす問題に対処するために、いくつ
かのデータ圧縮法が提案されている。１つの方法は「エントロピー・コーデイング」
と呼ばれる方法である。エントロピー・コーデイ
ングにおいては、事象を表現するのに用いられる
ビツト数は、事象確率と負の相関関係を持たされ
る。すなわち、確率の高い事象ほど、比較的短か
な長さ（ビツト）で特徴づけられる符号語（コー
ド・ワード）によつて表現され、確率の低い事象
ほど、比較的長い符号語によつて表現される。エントロピー・コーデイングを実行する際、エ
ントロピー・コーダは、通常２つの入力を受け取
る。第１の入力は判断（decision）であり、第２
の入力は判断入力のための文脈（context）を提
供する状態（state）入力である。例えば、２値
判断入力は、投げたコインの表または裏、あるい
はあるスイツチのオンまたはオフ、あるいはある
ストリング中のあるビツトの値が１か０かを表わ
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、判断入力のためのある
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
である可能性が異なることがあり得る。すなわ
ち、各近傍は、めいめい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・ワードを半断に割当る
ために依存する文脈を決定したことの結果であ
る。モデル化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、実際の判断文脈、例えば文脈近傍に与えられ
る判断確率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、それは蓋然性のあ
る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。これは予測符号化の１種である。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、実際のグレイレベル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
つて良質の画を生成し、かつ２桁の圧縮を達成す
ることができる。本出願人の行なつた米国特許出願946542号（米
国出願日1986年12月22日）は、DPCM予測誤差
が量子化され、エントロピー符号化される適応グ
レイレベル・イメージ圧縮システウに関連する。
そこで開示されている装置及び方法は、イメージ
中のすべての画素の値を符号化するのに使い得
る。しかしながら、他の例では、該方法が適用可
能なのは、１つおきの行（交番行）と１つおきの
列（交番列）の交差点にある画素の符号化だけで
ある。かかる画素は、別のパターンとインターレ
ースされて完全なイメージを形成する第１のパタ
ーンを表わし得る。第１パターン中の画素Ｘに
は、（上記第１パターン中で）左側に画素Ａ、左
斜め上に画素Ｂ、直ぐ上に画素Ｃ、そして右斜め
上に画素Ｄが、それぞれ存在する。画素Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄから得られたデータに基づいて、画素Ｘに
ついてのデータが決定される。１つのライン中の
連続する画素の処理を、第１パターン中のライン
に関して次々に行うことによつて、第１パターン
中の全画素が符号化される。米国特許第4488174号明細書では、イメージ
（フレーム）中の１つおきのラインからなる１つ
のフイールドの符号化が、先行して他のフイール
ド中の画素を符号化した際に得られたデータに基
づいて行われる。すなわち、該アルゴリズムは、
「不明（missing）」行の画素を符号化するための
ものである。前で説明した第１パターン中の画素を処理した
結果生じる不明行と不明列の中の画素の符号化を
開示した文献は存在しない。Ｃ問題点を解決するための手段本発明は、（上記したような）第１パターンに
含まれていない画素に関連するデータの符号化・
復号化のための装置および方法に関する。さらに、本発明は、先行して符号化済である画
素からなる第１のパターンには含まれていない画
素の符号化・復号化に拡張される。ここで、一般
的に言つて、第１パターンは、いくつかの行の中
のいくつかの画素を含む。必ずしも、１つおきの
行の中の１つおきの画素でもつて第１のパターン
を構成しなくてもよい。例えば、７つおきの行の
中の３つおきの画素でもつて第１のパターンを構
成してもよい。すなわち、ある行の中のある画素（例えば、交
番行と交番列の交点にある画素）に関して先行し
てグレイレベル値が規定されているイメージにお
いて、本発明は残りの（まだ符号化されていな
い）画素値を効率的に符号化するための装置およ
び方法を提供する。さらに詳しく言えば、本発明は２段階のアルゴ
リズムを特徴としている。まず、第１段階は、先
行して符号化されている第１パターンの画素を含
む行の中の画素について、量子化された予測誤差
を符号化するのに用いられる。続く第２段階は、
第１パターンの画素を全く含まない行において、
予測誤差値を符号化するのに用いられる。本発明によれば、少なくとも一部のデータ圧縮
は、エントロピー・エンコーダを使用することに
より達成される。画素毎の量子化された予測誤差
は、エントロピー・エンコーダに対する判断入力
を表わす。量子化された値のための文脈を規定す
る状態入力は、モデルに基づいて生成される。第
１段階と第２段階には、処理対象となる画素のた
めの状態入力を生成するモデルが個別に備えられ
ている。第１段階では、符号化対象の画素毎に(a)水平
（方向の）勾配（の大きさの）値GRAD1および
(b)符号（サイン）値に基づいて状態入力が生成さ
れる。符号値は、第１段階において先に処理され
た行の中の先行して符号化された画素の量子化さ
れた値から得られる。第２段階では、符号化され
る画素毎に、(a)垂直（方向）勾配（の大きさの）
値GRAD2及び(b)符号値に基づいて状態入力が生
成される。符号値は、左隣りの画素の量子化され
た値から求めるのが好ましい。第２段階では、第
１パターンの画素だけでなく、第１段階で生成さ
れたグレイレベル値（の再構成された値）が使わ
れる。第１パターンが１つおきの行の中の１つおきの
画素で構成されるため、該パターン画素によつて
１／４の分解能のイメージが形成される好適な実施
例では、第１パターンの画素にグレイレベル値が
対応している。該グレイレベル値は、オリジナル
の値であつてもよいし、あるいは再構成処理の結
果の値であつてもよい。本アルゴリズムの第１段
階では、単純な線形補間によつて、分解能が半分
の行における「不明」画素についての予測誤差値
が生成される。予測誤差値は量子化され、エント
ロピー符号化法を使つて符号化される。第１段階
では、「不明」画素毎に、量子化された差分値と
その予測値を加算することによつて、第１パター
ンの画素をその中に含む行の中の各「不明」画素
について再構成（re−corstructed）グレイレベ
ル値を生成する。「不明」画素値の再構成後、該
イメージは分解能が完全な行を１行おきに持ち、
垂直方向については分解能が半分であるという状
態になる。（つまり、「不明」の行が１行おきに現
れる。）第２段階では、不明行についてのデータ
が生成され、エントロピー符号化法を使つて符号
化される。オリジナルの1/2分解能イメージを完
全分解能イメージにするのに使われる予測・圧縮
段階に関して言えば、垂直方向のものは水平方向
のものと対称的である。あるイメージの中の交番行の交番列の交点の画
素が前に符号化済である場合に、本発明は、該イ
メージの中の残りの画素についてのグレイレベル
関連データを符号化・復号化するための装置と方
法を提供する。同様に、他の画素配列によつて第１パターンが
形成される場合にも、残りの画素についての符号
化および再構成値の生成がもたらされる。特に、本発明は、第１パターン中の以前に符号
化された画素を含む行の中にあつて、以前に符号
化されることのなかつた（不明の）画素について
の値を符号化し、再構成するユニークな装置およ
び方法を取り上げる。ここで、符号化には、エン
トロピー符号化のために状態、入力を生成するこ
とが関係する。また、本発明は、先行して符号化
済である第１パターン中の画素を全く含まない行
の中にある、画素の値を符号化するためのユニー
クな装置および方法を取り上げる。ここで、符号
化には、エントロピー符号化のために状態入力を
生成することが関係する。既に示唆したように、本発明によれば、データ
圧縮（および伸張）を可能にするためにエントロ
ピー・エンコーダ（およびデコーダ）へ判断入力
および状態（つまり判断文脈）入力を与えるとい
う目的が達成される。また、本発明は、エンコーダとデコーダのそれ
ぞれが、上述のような２段階アルゴリズムに従つ
て決定される状態入力を受け取るエントロピー符
号化・復号を特徴とするデータ圧縮・伸張を志向
している。この点で、圧縮済データを伸張するア
ルゴリズムは、データ圧縮のためのアルゴリズム
と本質的には同じである。ただし、圧縮器はエン
トロピー符号化の前に量子化器を使用するのに対
し、伸張器はエントロピー復号の後で対応する逆
量子化器を使用する点が異なる。したがつて、(i)イメージ中の画素と交番行と交
番列の交点にあるすべての画素を含む第１のマト
リクス・パターンと、(ii)残りの画素を含む第２の
マトリクス・パターンから構成され、該第１パタ
ーン中の各画素の値は先行して符号化済であるよ
うなグレイレベル・イメージについて、第２パタ
ーン中のイメージ・データの好適な圧縮器は、以
下の手段によつて構成される。(a)デジタルな判断
入力を、該デジタル判断入力についての文脈を規
定する状態入力に基づいてエントロピー符号化す
るための手段。(b)第１パターンの画素を含む行の
中の、先行して符号化されることのなかつた画素
i1について、値I1′を予測するための第１の予測手
段。ここで、I1′＝（L1＋R1）／２である。ただ
し、L1とR1は、それぞれ画素i1の左と右にある
先行して符号化された画素についての値である。
(c)画素i1についての入力値X1と予測値I1′の差分
値を計算する第１の減算手段。(d)差分値を量子化
するための第１の量子化手段。量子化された値
は、上記エントロピー符号化手段への判断入力に
相当する。(e)画素i1についてのサイン履歴値を、
画素i1の垂直上方に１画素分離れた画素について
先行して決定された差分値を量子化したものの算
術的なサイン（符号）として生成する第１のサイ
ン履歴値生成手段。(f)画素i1の左と右の画素の値
の差分に基づいて、画素i1についての水平勾配値
を生成するための手段。(g)水平勾配値とサイン履
歴値を組み合わせて、画素i1についての状態入力
を上記エントロピー符号化手段に供給する手段。
(h)第１のパターンの画素を全く含まない行の中
の、先行して、符号化されることのなかつた画素
i2について、値I2′を予測するための第２の予測手
段。ここで、I2′＝（A2＋B2）／２である。ただ
し、A2とB2は、それぞれ、画素i2の垂直上方お
よび同下方にある、先行して符号化された画素に
ついての値である。(j)画素i2についての入力値×
２と予測値I2′の差分値を計算する第２の減算手
段。(k)差分値を量子化するための第２の量子化手
段。量子化された値は、上記エントロピー符号化
手段への判断入力に相当する。(l)画素i2について
のサイン履歴値を、画素i2を含む行の中にあつて
画素i2の直前に符号化された画素について先行し
て決定された差分値を量子化したものの算術的な
サイン（符号）として生成する第２のサイン履歴
値生成手段。(m)画素i2の垂直上方と垂直下方の画
素の値の差に基づいて、画素i2についての垂直勾
配値を生成するための手段。(n)垂直勾配値とサイ
ン履歴値を組み合わせて、画素i2についての状態
入力を上記エントロピー符号化手段に供給する手
段。対応する好適な伸縮器は、(a)符号化手段へのデ
ジタル判断入力に対応する出力判断を生成する、
エントロピー復号手段と、(b)上記エントロピー復
号手段によつて連続する判断が復号される際に、
状態入力を生成するための復号器モデル手段を含
む。上記エントロピー復号手段は、(i)エントロピ
ー符号化手段によつて生成された圧縮データ、お
よび(ii)復号器モデル手段からの状態入力、という
２つの入力に応答して出力判断を生成する。また、本発明は、イメージの２次元サンプリン
グ・パターンを特徴としている。本発明は、イメージの質を良好にして高圧縮率
を維持しつつ、上記目的を達成する。Ｄ実施例第１図には、あるイメージの中の複数の画素が
示されている。典型的な場合、イメージは512画
素／行×480行のフレームを含み、各画素は８ビ
ツトのグレイレベル値を持つ。本発明は、イメー
ジの中の画素のグレイレベル値を表わすのに必要
なビツト数の削減を志向している。第１図では、いくつかの画素にハツチングが施
してある。これらの（ハツチングを施してある）
画素は、それぞれ１つおきの行と１つおきの列の
交差点に位置している。これらの画素が一緒にな
つて、垂直方向、水平方向ともに1/2の解像度で
該イメージを描写する第１のパターンを形成す
る。第１のパターンの各画素は以前に符号化済で
あり、かつそれぞれについての再構成された値が
決定されている。本発明は、残りの（ハツチングを施していな
い）画素の符号化を志向している。画素i1は、本
発明のアルゴリズムの第１段階で処理すべきサン
プル対象の画素である。画素i1の左の値L1を持つ
画素、および画素i1の右の、値R1を持つ画素は、
第１パターンの画素である。これらは、以前に符
号化されており、それぞれについて再構成値が以
前に決定されている。第１パターンの中の画素の前処理は、上記特許
出願またはAT＆Ｔ Bell Labs Technical
Journl、63、pp.249−260、1984に掲載された
Gharavi著”Conditional Variabble Length
Coding for Graylevel Pictrues”なる論文の教
示に基づいて行われる。さらに第１図を参照すると、垂直方向に画素i1
から１画素離れた所に画素A1に示されている。
画素i1の直ぐ上の行および直ぐ下の行は、アルゴ
リズムの第２段階で処理される画素（“２”の番
号を付している）を含む。第２図では、本アルゴリズムの第２段階で処理
される画素i2が示されている。画素i2は、何れに
もハツチングが施されていない画素からなる行の
中にある。画素i2の左には、値L2を持つ画素があ
る。直ぐ上には値A2を持つ画素、直ぐ下には値
B2を持つ画素がある。値A2、B2を持つ画素は、
それぞれ、アルゴリズムの（第２段階の前に）第
１段階で処理される。値L2を持つ画素は、第２
段階において、画素i2の処理の開始前に処理が行
われている。（値L2の画素の処理時点に先行して
処理されていた画素を想像するには、４個の画素
i2、L2、A2そしてB2をそれぞれ１画素位置分左
にずらせばよい。ただし、この場合には、A2と
B2は第１パターンの中で処理済の画素を表わ
す。）同じ変数、例えばL1、L2、R1、A1および
B2が、画素または画素値を表わすことに注意さ
れたい。変数の意味は、文脈から明らかになる。第３図には、第２パターンの画素に関する符号
化の第１段階を実現するためのデータ圧縮システ
ムの具体例が示されている。最初に、概要を述べる。第２パターンの画素に
関する符号化の第１段階では、符号化対象画素を
含む行の中に第１パターンの画素が含まれる場合
を扱う。第１図において、画素i1を含む行の中に
は第１パターンの画素L1、R1が含まれるので、
画素i1の符号化は第１段階で実行される。この場
合、符号化対象画素i1の行方向に関してその各側
につき少なくとも１以上の既の値にわかつている
画素を選択する。本具体例では、イメージ・デー
タ記憶装置l14にその値が記憶された画素の中か
ら、画素i1の左側につき画素L1を、右側につき画
素R1を、それぞれ選択する。次に、該選択され
た画素L1、R1について既にわかつている値に基
づいて、画素i1についての勾配状態を生成する。
具体的には、予測器１０３によつてI1の予測値
I1′＝（L1＋R1）／２が生成されるのでこれを利
用し、I1′−L1を計算して、勾配状態値GRAD1＝
（R1−L1）／２を得る。より詳しく述べると、
GRAD1は後述するテーブル２に従つて再マツプ
された量子化値として求まる。一方、予測器１０３の出力は減算器１０２に入
力され、そこで予測誤差が計算される。予測誤差
はさらに量子化器１０４によつて量子化された
後、エントロピー・エンコーダ１０６に入力され
るとともに、再マツプ・エレメント１０８にも入
力される。再マツプ・エレメント１０８では、量
子化された予測誤差の（＋、−、またはゼロの何
れかであるところの）算術的なサインに応じて決
まる値SIGNDISPAを出力する。SIGNDISPAは
履歴遅延エレメント１１０に記憶され、後の画素
符号化に際してサイン状態値として用いられる。画素i1の符号化に関して、再マツプ・エレメン
ト１０８と履歴遅延エレメント１１０とを使つて
実現される機能は以下のとおりである。即ち、グ
レイレベル・イメージを構成する画素の行列のう
ちの、第１パターン画素を含む行（第１図では説
明の便宜上そのような行が３行だけ示されてい
る）のうち、現在の符号化対象画素i1を含む行
（即ち、画素L1、i1、R1が並んでいる行）の直前
に第２パターン画素のエントロピー符号化が行わ
れた行に着目する。今の場合には、画素i1を含む
行の２行前（２行上）、つまり画素A1を含む行が
これにあたる。本発明ではさらに、画素A1を含
む行のうち、現在の符号化対象画素i1の最も近く
に位置する第２パターンの画素に着目する。今の
場合には、画素A1がこれにあたる。次に、以上
の基準に従つて選ばれた画素A1について、先に
画素A1に関して予測誤差のエントロピー符号化
が行われた際に付随的に計算され、記憶されてい
たSIGNDISPAを、画素i1の符号化に関するサイ
ン状態値として用いるべく、履歴遅延エレメント
１１０から読み出す。以上のようにして符号化対象画素i1に関して求
まつた勾配状態値GRAD1とサイン状態値
SIGNDISPAは、モデル・エレメント１１２に入
力され、そこで符号化対象画素i1についての状態
入力が生成される。生成された状態入力は、量子化された予測誤差
とともにエントロピー・エンコーダ１０６に入力
され、そこで予測誤差の符号化が行われる。なお、加算器１１６で予測値と量子化された予
測誤差を加算して得られる再構成された値I1は、
第４図の画素データ記憶装置２０５に記憶され、
第２パターンの画素の符号化の第２段階で利用さ
れる。以下、詳細に説明する。画素i1についてのグレ
イレベル値Ｘは、予測器エレメント１０３からの
予測値I1′＝（L1＋R1）／２と共に減算器１０２
へ入る。差分値（Ｘ−I1′）は、量子化器１０４
へ入る。量子化器１０４は、差分値を予め規定さ
れている複数の量子化レベルのうちの１つへ割振
る。好適な量子化テーブルを、下記テーブル１に
示す。

【表】テーブル１の「２進ストリート」の下の欄につ
いては以下で説明する。EXは、入力された画素
についての差分の量子化された値を表す。量子化値（またはレベル）は、エントロピー・
エンコーダ１０６への入力として機能する。エン
トロピー・エンコーダ１０６は、上記特許出願に
記載されているＱコーダーを含んでもよいし、あ
るいは任意の種類の既知のコーダー（例えば、ハ
フマン・コーダーまたはエリアス・コーダー）を
含んでいてもよい。あるいは、状態入力と判断入
力が与えられると、判断結果の確率に応じた長さ
を持つ出力形成するその他の符号器を含んでいて
もよい。量子化器１０４の出力は、再マツプ・エレメン
ト１０８にも入る。再マツプ・エレメント１０８
は、量子化された出力の「サイン」がゼロ、−（マ
イナス）、または＋（プラス）の何れであるかを評
価する。再マツプされたサイン値の覆歴（ヒスト
リー）は、遅延エレメント１１０に収容される。
画素A1について再マツプされた値には、ゼロ、
負、または正に応じて、それぞれhex000、
hex040、またはhex080がSIGNDISPA値として
割り当てられる。SIGNDISPA値は、モデル・エ
レメント１１２へ入る。モデル・エレメント１１２には、もう１つの入
力も入る。特に、（ハツチングを施した画素から
なる）第１パターン中の画素に対応するデータか
ら、画素i1についての勾配値が決定される。勾配
値は次のように定義される。勾配（GRADIENT）＝I1′−L1＝（R1−L1）／
2₀勾配値は、以下のテーブル２に従つて、
GRAD1(x)の４個の値のうちの１個に再マツプさ
れる。ここで、ｘ＝abs（11′−L1）である。ただ
し、absは絶対値を求める関数である。テーブル２入力Ｘ GRAD(X) ０から12 hex00 13から24 hex10 25から40 hex20 41から128 hex30 GRAD1(x)の上記定義は、16バイト（hex10）
毎に異なる文脈または状態に関する統計が開始す
る区切りとなるように選択されている。この区分
は、上記特許出願で記載されているＱコーダーに
おける４個の２進判断の統計の記憶を考慮してい
る。これらの判断は、以下で述べる２進ツリーに
おける最上の４個の判断に対応する。予測値I1′が勾配の計算で用いられることに注
意されたい。第１パターンのイメージ・データの
記憶装置１１４に記憶されているデータから導か
れるI1′値は、このように２重の目的に貢献し、
計算の必要を減らす。また、結果として求まる勾
配は（R1−L1）の値の半分であるので、
GRAD1(x)のルツク、アツプ・テーブルのサイズ
が半分になる。 GRAD1(x)とSIGNDISPA値はモデル・エレメ
ント１１２によつて連結されて、エントロピー・
エンコーダ１０６のための状態入力を形成する。
GRAD1(x)がとり得る値は４個ある一方、
SIGNDISPAがとり得る値は３個あるので、これ
らが、一緒に取り込まれる結果、エントロピー・
エンコーダ１０６へ供給され得る状態入力の数は
12となる。モデル・エレメント１１２は、左隣り
と右隣りの画素から計算した勾配の大きさと算術
的なサイン履歴情報とを用いてエントロピー・コ
ーデイングのための判断文脈（つまり状態入力）
を規定する12状態のマルコフ型モデルであると考
えてもよい。第３図をさらに参照すると、予測器からの値
I1′と量子化された値とを加算エレメント１１６
にて組み合わせることにより、画素i1についての
再構成値が計算されることが注目される。和は適
当にクリツプされ、値は０から255までの範囲内
に維持される。（元のグレイ・レベル値を近似す
る）再構成値は第２段階の計算において使われ
る。第３図には、第１段階の伸張器１５０も示され
ている。第１段階圧縮器１００からの圧縮された
出力は、転送エレメント１５１を経て第１段階伸
張器１５０に入る。転送エレメント１５１は、通
信メデイアを含み、さらに記憶メデイアをを含ん
でいてもよい。第１段階伸張器１５０は、逆量子
化器１５４およびエントロピー・デコーダ１５６
を含む。エントロピー・デコーダ１５６は、圧縮された
データと状態入力とを与えられた上で、（テーブ
ル１の）QDIF値を復号する。逆量子化器１５４
は、QDIFを（テーブル１の中の）対応するEX
値に変換する。伸張器１５０の他のエレメント
は、圧縮器１００中の対応するエレメントと機能
的な同一である。エレメント１０３，１０８〜１
１６は、それぞれエレメント１５３，１５８〜１
６６に対応する。量子化ステツプで入り得る誤差のために、再構
成値が入力値と異なる可能性のあることに注目さ
れたい。入力されたグレイ・レベル値が再構成値
と異なるときの圧縮は、「損失がある（lossy）」
と呼ばれる。損失量は量子化テーブルによつて決
まる。差分値の何れもが量子化テーブル中で自分
自身にマツプされるとき、損失性（lossiness）
はゼロである。他方、各量子化レベルに割り当て
られる差分値の数が多ければ多いほど、損失度
（degree of lossiness）は大きくなる。本発明
は、ゼロ損失圧縮、および損失のある圧縮に適用
可能である。第４図には、第２パターンの画素に関する符号
化の第２段階を実現するためのデータ圧縮システ
ムの具体例が示されている。最初に、概要を述べる。第２パターンの画素に
関する符号化の第２段階では、符号化対象画素を
含む行の中に第１パターンの画素が含まれない場
合、つまり当該行が第２パターンの画素だけで占
められる場合を扱う。第２図において、画素i2を
含む行の中には第１パターンの画素が含まれない
ので、画素i2の符号化は、第２段階で実行され
る。第１段階では、符号化対象画素と同じ行に属す
る画素に着目して、予測値及び勾配状態値を計算
したのに対し、第２段階では符号化対象画素i2と
同じ列に属する画素（具体的には画素A2、B2）
に着目して、I2の予測値I2′＝（A2＋B2）／２及
び勾配状態値GRAD2＝（B2−A2）／２を計算す
る。また、符号化対象画素i2の直前に符号化され
た画素L2に着目し、その量子化誤差を再マツプ
した値をもつて符号化対象画素i2に関するサイン
状態値SIGNDISPLとする。以上のようにして得
られた符号化対象画素i2に関する勾配状態値
GRAD2とサイン状態値SIGNDISPLはモデル・
エレメント２０８に入力され、そこで当該画素i2
についての状態入力が生成される。生成された状
態入力は、量子化された予測誤差とともにエント
ロピー・エンコーダ２０６に入力され、そこで予
測誤差の符号化が行われる。以下、詳細に説明する。画素i2（第２図参照）
についてのグレイ・レベル値は、減算器２０２へ
入る。予測器２０３により式I2′＝（A2＋B2）／
２に従つて生成される予測値I2′が、値Ｘから引
かれる。差分（つまり予測誤差）は、量子化器２
０４への入力となる。予測器２０３にて組み合わ
される値は、記憶装置２０５から入力される。記
憶装置２０５は、先行して処理されている画素
（例えばA2、B2、L2）についての再構成値を含
む。第２段階に関する再構成値は、加算器２０７
において量子化器の出力を予測器の出力と組み合
わせることにより生成される。加算器２０７の出
力が、画素i2についての再構成値I2である。量子化器２０４は量子化器１０４と同様に動作
する。テーブル１と同一の量子化値を含んでいて
差し支えない。第３図と同様に、第４図の圧縮システム２００
は、量子化された値をエントロピー・エンコーダ
２０６へ供給する。エントロピー・エンコーダ２
０６への状態入力は、モデル・エレメント２０８
によつて供給される。モデル・エレメントへの第
１の入力はGRAD2(x)である。これは、画素i2に
関する「垂直」勾配として規定される。本具体例
では、勾配は（I2′−A2）である。第３図での勾
配値に関して述べたように、システム２００での
勾配値は、テーブル２に基づいて、より個数の少
ない値へ再マツプされる。GRAD2(x)として可能
性のある値は４個であるが、そのうちの１つがモ
デル・エレメント２０８に入る。モデル・エレメント２０８へのもう１つの入力
は、再マツプ・エレメント２１０と１画素遅延エ
レメント２１２からなる手段によつて決定され
る。再マツプ・エレメント２１０は、量子化器２
０４から出力される量子化された値のサイン値を
保持する。ゼロ、−（マイナス）、または＋（プラ
ス）の値が割り当てられる。１画素遅延エレメン
トは、その行の中の先行して処理されている画
素、例えば画素L2についての再マツプされた値
を記憶する役目を果す。３個のサイン値は、それ
ぞれ、hex000、hex040、またはhex080として規
定されている。適当な16進（hex）値が
SIGNDISPLとしてモデル・エレメント２０８へ
供給される。状態入力は、GRAD2(x)と
SIGNDISPLの連結であつてよい。しかしながら、実際には、サイン値（つまり、
段階に応じて、SIGNDISPAまたはSIGNDISPL
の一方）とGRAD値（つまり、段階に応じて、
GRAD1またはGRAD2の一方）が加算される。
各段階のサイン値とGRAD値は、所与のサイン
値と所与のGRAD値を加算することによつて一
意的な和が求まるように規定されている。この一
意的な和は、対応する状態入力統計へのアドレス
を表わす。第４図には、第２段階伸張器２５０も示されて
いる。第２段階圧縮器２００からの圧縮された出
力は、転送エレメント２５１を経て第２段階伸張
器２５０に入る。転送エレメント２５１は通信メ
デイアを含み、さらに記憶メデイアを含んでいて
もよい。第２段階伸張器２５０は、逆量子化器２
５４及びエントロピー・デコーダ２５６を含む。エントロピー・デコーダ２５６は、圧縮された
データと状態入力とを与えられた上で、（テーブ
ル１の）QDIF値を復号する。逆量子化器２５４
は、QDIFを（テーブル１の中の）対応するEX
値に変換する。伸張器２５０の他のエレメント
は、圧縮器２００中の対応するエレメントと機能
的に同一である。エレメント２０３，２０５，２
０７〜２１２は、それぞれエレメント２５３，２
５５，２５７〜２６２に対応する。再びテーブル１を参照して、２進ストリーム
QDIFについてより詳しく説明する。予測誤差
は、量子化テーブルの許容する、15の可能性のあ
るレベルのうちの１つへ量子化される。次に、エントロピー・エンコーダ（１０６／２
０６）が、これらの量子化レベルの各々に対して
異なる符号語（コード・ワード）を割り当てなけ
ればならない。符語号が一意的に復号可能となる
ようにするためである。エントロピー・エンコー
ダが上記Ｑコーダーに関する特許出願で述べられ
ている２進算術コーダーであるならば、エントロ
ピー・エンコーダ（１０６／２０６）が処理でき
るように、マルチレベル・データは２進データに
変換されなければならない。第５図に示される２進判断ツリーは、上記変換
を達成するのに使われる。所与の量子化レベルを
表す２進列（シーケンス）は、該ツリーを根（ル
ート）から対応する葉まで追跡することによつて
決定される。左側の枝をたどると、０（ゼロ）が
符号化される。その他の場合は、１が符号化され
る。普通、各状態には、個別のツリーが関連する。
これは、異なる状態に対応するツリーに関連する
確率分布が個別に評価されることを意味する。さ
らに、各ツリー（つまり状態）内において、各２
進判断は他の２進判断ツリーと別個に評価されな
ければならない。これらの要請は、各ツリーの各
ノードの統計のための別個の記憶割当へ置き換え
られる。しかしながら、本実施例では、いくつか
の判断が統合され、状態とは無関係に、単一の統
計つまり記憶セルの下で「共通統計」によつて代
表される。この特徴によつて、記憶域の必要性
は、圧縮への影響があるとしても最小限にして、
１ツリーにつき４個の２進判断分に減らされる。エントロピー・エンコーダ１０６／２０６がマ
ルチレベルの判断入力を処理できるとき、第５図
のツリーは必要とされない。テーブル１には２進判断ストリームに対応する
16進数のコードが示されているが、これを使うと
判断ツリーを効率よく横断することができる。本
実施例では、QDIF値がバイト・サイズのレジス
タにロードされた後、判断０対非０を符号化する
ためにテストされる。結果が０でないならば、正
のサイン（０）または負のサイン(1)の発生を調べ
るために、２進ストリームの最高位ビツトがテス
トされる。このレジスタを左へ２ビツトだけシフ
トさせると、該ツリーの残りの判断の２進表現が
残る。最高位ビツト（レジスタ内容のサイン）を
順次調べ、そしてレジスタを１ビツト分シフトさ
せることにより、該ツリーは横断される。ゼロ
（レジスタの中の負でないことを示すサイン）に
遭遇するときは、必ず葉に到達する。第６図には、本発明のデータ圧縮・伸張の様子
が示めされている。特に圧縮器３００がグレイレ
ベル・モデル３０２とエントロピー・エンコーダ
３０４を含めて示されている。圧縮器３００は第
３図および第４図のエレメントを含む。エンコー
ダ３０４へのYN線は、（第３図および第４図の
エントロピー・エンコーダ１０６／２０６に入る
（２進の）量子化された値に対応する。SPは状態
入力であり、本実施例では、判断文脈を規定すべ
くエントロピー・エンコーダ１０６／２０６が用
いる確率テーブル中の特定の確率を指す。圧縮器
３００からの圧縮済データは、（中間の記憶装置
があつてもよいし、なくてもよい）転送エレメン
ト３０６を経て伸張器３１０へ伝えられる。伸張
器３１０は、エントロピー・エンコーダ３０４と
反対の動作をするエントロピーデ・コーダ３１２
を含む。グレイレベル・モデル３１４は、デコー
ダ３１２へ状態入力を送り、符号化の際にエンコ
ーダ３０４において向けらたのと同じ確率テーブ
ル中の確率エントリヘデコーダを向ける。圧縮済
データと状態入力から、エントロピー・デコーダ
３１２は２進出力YNをグレイレベル・モデル・
エレメント３１４へ出力する。グレイレベル・モ
デル・エレメント３１４はモデル３０２に対応す
るものであり、圧縮器３００に入るデータ・イン
に対応する出力データ・アウトを生成する。上記システムは、IBM（登録商標）社のIBM
S370およびIBM PC−ATの両方において実現さ
れている。量子化された予測誤差の符号化に用い
られる統計エリアは、12の近接したセルからな
る。各セルは、所与の状態または文脈に対応す
る。各セルは、４個の２進判断の統計に割り当て
られた16バイトの記憶域を持つ。これらは、第５
図の判断ツリー中の最上の４個のノードに対応す
る。各ボツクスが４バイト単位を表わすような次
の表が、この構造を表わす。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１グレイレベル・イメージを構成する画素の行
列のうちの一部をなす、少なくとも２以上の行の
中の、各行につき２以上の画素によつて第１パタ
ーンが形成されるとともに、残りの画素によつて
第２パターンが形成されており、かつ第１パター
ンの各画素については既に値が定まつている場合
において、上記第２パターンの画素の値を予測
し、予測誤差をエントロピー符号化することを行
単位で進めて行く際に、符号化対象画素毎にエン
トロピー符号化のための状態入力を生成するため
の装置であつて、符号化対象画素を含む行の中に第１パターンの
画素が含まれる場合に、上記符号化対象画素の行
方向に関してその各側につき少なくとも１以上の
既に値のわかつている画素を選択し、該選択され
た画素について既にわかつている値に基づいて上
記符号化対象画素についての勾配状態値を生成す
る手段と、第１パターン画素を含む行のうち、上記符号化
対象画素を含む行の直前に第２パターン画素のエ
ントロピー符号化が行われた行の中の、上記符号
化対象画素の最も近くに位置する第２パターン画
素について求められた予測誤差の算術的なサイン
に基づいてサイン状態値を決定する手段と、上記符号化対象画素に関して求まつた勾配状態
値とサイン状態値に基づいて、上記符号化対象画
素についての状態入力を生成する手段を含むことを特徴とする、状態入力生成装置。