JPH08274650A - ハフマン符号を表すデータ構造を生成する方法およびハフマン符号を生成する方法およびその装置 - Google Patents

ハフマン符号を表すデータ構造を生成する方法およびハフマン符号を生成する方法およびその装置

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JPH08274650A
JPH08274650A JP8051505A JP5150596A JPH08274650A JP H08274650 A JPH08274650 A JP H08274650A JP 8051505 A JP8051505 A JP 8051505A JP 5150596 A JP5150596 A JP 5150596A JP H08274650 A JPH08274650 A JP H08274650A
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デヴィッド ローゼンバーグ ジョナサン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々なシンボルの発生確率が変化した場合に
も、効果的にデジタル信号を圧縮可能なハフマン符号を
生成する方法および装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、受信デジタル信号の圧縮に使
用するためのハフマン符号を生成する方法および装置で
ある。デジタル信号は、複数のデジタルセットを含み、
各デジタルセットは固有のものではない。各デジタルセ
ットは、格納され、符号語およびインジケータと関連づ
けられる。このインジケータは、デジタル信号中に結合
して格納されたデジタルセットについての発生確率を表
す。複数の関連インジケータが格納されたまま、この関
連インジケータの対を選択的に組み合わせて、第１のイ
ンジケータと関連づけられた第１のデジタルセットおよ
び第２のインジケータと関連づけられた第２のデジタル
セットが選択的に組み合わされたインジケータと関連づ
けられるようにする。第１および第２のバイナリー値
が、それぞれ第１および第２のデジタルセットの関連づ
けられた符号語に付加される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号圧縮に係り、
特に、ハフマン符号化を実行するための装置および方法
に関する。
【０００２】
【従来技術の説明】ネットワークを含む従来の通信シス
テムは、２つ以上の相互接続されたノードを含み、各ノ
ードは、システム内において合流点として機能する。情
報は、電気、光および／または無線波を使用してノード
間を転送され、典型的には１つ以上の符号語の転送に関
係する。各符号語は、アルファベットのようなシンボル
セット中のシンボルを表し、受信ノードにより使用する
ためのデータおよび／または受信ノードのための命令を
含む。各符号語は、１つ以上のバイナリー数、すなわち
ビットにより定義される。
【０００３】通信システムは、制限された帯域幅を有す
る。換言すれば、単位時間当たりに転送できるビットの
上限値、すなわち最大値がある。この制限に反して、多
くの通信システムには、大量のシンボルを転送する必要
性がある。これは、テレビ電話およびダイレクトテレビ
ジョンのようなビデオアプリケーションにおいて特にそ
うである。ビデオアプリケーションにおいて、画像シン
ボルは、典型的に、画素（ピクセル）についてのクロミ
ナンスおよび／または輝度の値、モーション情報、クロ
ミナンスの内容を示す命令、輝度の値またはマーカーコ
ードを表す。マーカーコードは、同期コードである。
【０００４】データ圧縮技術は、所定の利用可能な帯域
幅において転送される符号語の数を増加させるために、
多くの通信システムに取り入れられてきた。この技術
は、不必要なデータ、冗長度などを伝送から取り除く。
ハフマン符号化は、ビデオ、オーデオ／スピーチおよび
高速データ圧縮のために一般に使用される１つの普及し
たアプローチである。ハフマン符号化は、可変長シンボ
ルを使用し、各シンボルの長さは、それを定義する１つ
以上の符号語の発生の確率に依存する。
【０００５】例えば、”bear,dart,wear,beetl”のシン
ボルセットを仮定する。シンボルセットを表すために使
用される各符号語は、そのシンボルの使用に反比例する
長さを有する。このシンボルセットが英語において使用
されることを仮定すると、”wear”は”bear”より
も、”dart”よりも、そして”libeet”よりもたぶん頻
繁に使用される。従って、符号化は、”be,dar,w,beetl
e”となる。ここで、符号語の長さは、文字の数に等し
い。事実、英語は、可変長符号語の他の良い例を提供す
る。”it,in,a,car,the,if,I,a,anj”のような共通のワ
ードは、”approximately,university,automobile,indi
vidually,myself,particularly”のような頻繁には使用
されないワードよりも短い。
【０００６】ソースエントロピーは、最適な「損失の無
い」符号化レートであり、換言すれば、特定のシンボル
セットすなわちアルファベットを表現するために必要と
されるシンボル当たりの最小の平均ビット数である。ハ
フマン符号化技術は、ほとんどソースエントロピーまで
符号化レートを減少させることがわかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、画像処理のよ
うな従来の用途において、様々なシンボルの全ての発生
の確率は、画像イメージが変化すると変化する傾向にあ
る。これは、ハフマン符号化をシンボルの効果的でない
表現とする。さらに悪いことに、これらの変化は、典型
的には、ランダムに起こる。
【０００８】従って、ハフマン符号化は、符号化レート
をソースエントロピーに減少させることをやめ、再計算
を必要とする。いずれかのシンボルのための符号語がア
ルファベット中のシンボルの発生確率に依存するので、
これを計算することはしばしば困難である。従って、大
きなアルファベットについては、典型的には多い各符号
語は、相当な計算を必要とする。
【０００９】１つの従来の解決方法は、ハフマン符号を
周期的に再計算することである。他の解決方法は、ソー
スエントロピーを決定し、この決定からハフマン符号を
再計算するための符号化レートを見積もることである。
典型的に、各アプローチは、不正確であり、多くの状況
において、最初に定義されたときにハフマン符号を再計
算するために必要とされるものと実質的に同じ演算処理
資源を必要とする。ハフマン符号を生成および再生成
し、実質的なソースエントロピーを維持するため従来の
通信システムの無能力は、高品質ビデオ、オーデオ／ス
ピーチおよび高速通信をつくることに対する支配的な障
害を残す。
【００１０】
【課題を解決するための手段】通信システムは、制限さ
れた帯域幅、すなわち所定時間当たり転送できるビット
の最大レートを有する。圧縮技術、および特にハフマン
符号化技術は、通常の信号圧縮システム中に取り入れら
れて、情報スループット、すなわち所定の利用可能な帯
域幅で転送される符号語の数を増加させる。
【００１１】本発明による通信システムにおいてハフマ
ン符号化を実行するための装置および方法は、演算処理
システムネットワーク（ローカルエリアネットワークお
よびワイドエリアネットワークを含む）、電話システム
（テレビ電話およびセルラ技術を含む）、ダイレクトテ
レビジュンシステム、衛星システム、地上移動体無線シ
ステム、放送システム、データ記憶／検索システムなど
を含み、これに限定されない。
【００１２】本発明の原理による装置は、デジタル信号
を圧縮するためのハフマン符号を生成し、受信手段、記
憶手段、演算処理手段を含む。受信手段は、複数のデジ
タルセットを含むデジタル信号を受信するように動作す
る。ここで、各デジタルセットは固有のものではない。
記憶手段は、各デジタルセットを記憶するように動作す
る。演算処理手段は、ハフマン符号を生成するように動
作する。本発明の原理による装置の重要なことは、ファ
ームウエアまたはハードウエアに基づく演算処理システ
ムであってもよいことである。
【００１３】演算処理手段は、特に、各デジタルセット
を格納し、格納された各デジタルセットを符号語および
インジケータに関連づけるように動作する。インジケー
タは、デジタル信号中に格納されたデジタルセットの発
生確率を表す。
【００１４】演算処理手段は、好ましくは１つ以上の関
連インジケータが格納されたままである一方、関連イン
ジケータの対を選択的に組み合わせて、第１のインジケ
ータと関連づけられた第１のデジタルセットおよび第２
のインジケータと関連づけられた第２のデジタルセット
が選択的に組み合わされたインジケータと関連づけられ
るようにする。第１および第２のバイナリー値が、それ
ぞれ第１および第２のデジタルセットの関連づけられた
符号語に付加される。
【００１５】本発明の原理による方法は、デジタル信号
の圧縮に使用するためのハフマン符号をデータ構造の形
で生成することができる。デジタル信号は、複数のデジ
タルセットを含み、各デジタルセットは固有のものでは
ない。各デジタルセットは、格納され、符号語およびイ
ンジケータと関連づけられる。このインジケータは、デ
ジタル信号中に結合して格納されたデジタルセットにつ
いての発生確率を表す。
【００１６】１つ以上の関連インジケータが格納された
ままである一方、関連インジケータの対を選択的に組み
合わせて、第１のインジケータと関連づけられた第１の
デジタルセットおよび第２のインジケータと関連づけら
れた第２のデジタルセットが選択的に組み合わされたイ
ンジケータと関連づけられるようにする。第１および第
２のバイナリー値が、それぞれ第１および第２のデジタ
ルセットの関連づけられた符号語に付加される。
【００１７】本発明を使用および／または配布するため
の１つの実施例はソフトウエアである。ソフトウエアの
実施例は、記憶媒体に格納された複数の演算処理システ
ム命令を含む。好ましい記憶媒体は、磁気的なもの、光
学的なもの、半導体チップ、およびこれらの適切な組み
合わせを含むが、これに限定されない。演算処理システ
ム命令は、演算処理システムにより読み込むことがで
き、実行することにより、本発明の原理によるハフマン
符号化技術を使用して信号を圧縮するための少なくとも
１つの演算処理システムを制御するように動作する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の原理が特に有利
な画像信号を圧縮するためのシステムの一例のブロック
図を示す。このシステムは、通常のビデオカメラ１０１
および画像処理ボード１０２を含む。画像処理ボード１
０２は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１０
３、画像圧縮プロセッサ１０４および２つの通常のメモ
リ記憶装置、すなわちダイナミックランダムアクセスメ
モリ（ＤＲＡＭ）１０５およびスタティックランダムア
クセスメモリ（ＳＲＡＭ）１０６を含む。
【００１９】ビデオカメラ１０１は、Ａ／Ｄコンバータ
１０３と適切に組み合わされ、ビデオカメラ１０１によ
り生成されるアナログ画像信号を代表的デジタル信号へ
変換する。Ａ／Ｄコンバータ１０３は、適切に画像圧縮
プロセッサ１０４に接続される。画像圧縮プロセッサ１
０４は、好ましくは、ＤＲＡＭ１０５およびＳＲＡＭ１
０６と関連づけられる。画像圧縮プロセッサ１０４によ
り生成される圧縮された画像信号は、データライン１０
７を経て伝送される。
【００２０】好ましい実施例において、ビデオカメラ１
０１は、シャープ社のモデルＮｏ．ＹＨ−７Ｂ６０、Ａ
／Ｄコンバータ１０３は、Philips'Gloeilampenfabriek
en N.V.社のモデルＮｏ．ＳＡＡ７１５１、画像圧縮プ
ロセッサ１０４は、Integrated Information Technolog
ies Inc.社のモデルＮｏ．ＶＣＰｒｅｖ３である。ＤＲ
ＡＭ１０５およびＳＲＡＭ１０６は、通常の適切に構成
された記憶装置である。この画像圧縮システムの好まし
い使用の一例が、本出願人に譲渡された米国特許出願Ｎ
ｏ．０８／４００，７０４に詳細に説明されている。
【００２１】図２は、本発明の原理により画像信号を圧
縮するための演算処理システム２００の一実施形態を示
す。演算処理システム２００は、パーソナルコンピュー
タとして示されており、好ましい実施例においては、Ａ
Ｔ＆Ｔ ＧＩＳ社のモデルＮｏ．システム３３３３であ
る。演算処理システム２００は、適切にビデオカメラ１
０１と結合されており、ハードウエアケーシング２０１
を含み、フロッピーディスクドライブ２０２およびハー
ドディスクドライブ２０３、モニタ２０４およびキーボ
ード２０５を有する。モニタ２０４およびキーボード２
０５は、それぞれ他の通常の入出力装置と置き換えら
れ、または組み合わされる。
【００２２】フロッピーディスクドライブ２０２は、外
部ディスクを受け入れ、読み出し、書き込むように動作
することができる。ハードディスクドライブ２０３は、
高速アクセス記憶および検索を提供するように動作可能
である。フロッピーディスクドライブ２０２は、データ
および命令を受信し送信するためのいかなる通常の適切
な構成とも置き換え可能であり、または組み合わせ可能
である。そのような構成は、テープおよびコンパクトデ
ィスクドライブ、電話システムおよび装置（テレビ電話
技術を含む）、および直並列ポートを含み、これに限定
されない。他の実施形態において、例えば、図１の画像
処理ボード１０２のような回路基板を、含めることがで
きる。
【００２３】ビデオカメラ１０１は、好ましくは、上述
のポートのうちの１つを介して、演算処理システム２０
０と結合される。他の実施形態において、入力画像イメ
ージは、例えばフロッピーディスクまたはコンパクトデ
ィスクのような１つ以上の別個の記憶装置を介して受信
される。この実施形態において重要なことは、データお
よび／または命令の収集および圧縮は、同時に起こる必
要がないことである。
【００２４】ハードウエアケーシング２０１は、切り欠
き部とともに示されており、メモリ記憶装置２０７と適
切に結合された演算処理ユニット２０６を含む。メモリ
記憶装置２０７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）、またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、または
図１のＤＲＡＭ１０５および／またはＳＲＡＭ１０６の
ような他の通常の適切に構成されたメモリ記憶装置であ
ってもよい。演算処理システム２００は、単一の演算処
理ユニット、単一のハードディスクドライブ、単一のメ
モリユニットを有するものとして示されているが、演算
処理システム２００は、本発明の原理を協同して実行す
るように動作可能な複数の演算処理ユニットおよび／ま
たは適切に構成されたメモリ記憶装置を備えることがで
きる。
【００２５】本発明は、画像圧縮に使用するために特に
有利であるが、信号圧縮を利用する他のシステムととも
に使用するためにも好適である。そのような他のシステ
ムは、演算処理システムネットワーク（ローカルエリア
ネットワークおよびワイドエリアネットワークを含
む）、電話システム（テレビ電話技術を含む）、ダイレ
クトテレビジュンシステム、衛星システム、地上移動体
無線システム、放送システム、情報記憶／検索システム
などを含むが、これに限定されない。
【００２６】パーソナルコンピュータは演算処理システ
ムの図示の実施形態として使用されるが、本発明の原理
は、本発明の原理に従ってハフマン符号化を実行するた
めの通常の適切に構成された演算処理手段を有するいか
なる演算処理システムにおいて具現化することができ
る。そのような演算処理システムは、カメラ、テレビ電
話、電話、テレビ、精巧な計算機、およびハンドヘルド
コンピュータ、ラップトップ／ネットワークコンピュー
タ、ミニコンピュータ、ＲＩＳＣ並列処理アーキテクチ
ャを含むメインフレームコンピュータおよびスーパーコ
ンピュータおよび演算処理システムネットワーク内のこ
れらの組み合わせを含むが、これに限定されない。従来
の演算処理システムアーキテクチャが、「William Stal
lingsによる"Computer Organization and Architectur
e"MacMillan Publishing Co.(3rd ed.1993)」に詳細に
示されている。
【００２７】本発明の他の好適な実施形態は、ファーム
ウエアまたはハードウエアにおける具現化を含むが、こ
れに限定されない。そのような実施形態は、ＰＡＬ（プ
ログラマブルアレイロジック）、ＰＬＡ（プログラマブ
ルロジックアレイ）およびＤＳＰ（デジタルシグナルプ
ロセッサ）のような適切に構成された回路を含む。他の
実施形態は、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブ
ルゲートアレイ）およびＡＳＩＣ（アプリケーションス
ペシフィックＩＣ）を含むこともできる。
【００２８】図３は、演算処理システム２００と結合さ
れて使用されるマイクロプロセッシングシステムの一例
のブロック図を示す。このマイクロプロセッシングシス
テムは、本発明の原理に従ってハフマン符号化技術を使
用して信号を圧縮するようにプログラムされる。マイク
ロプロセッシングシステムは、データバス３０３を介し
て単一のメモリ記憶装置２０７と結合された単一の演算
処理ユニット２０６を含む。メモリ記憶装置２０７は、
演算処理ユニット２０６が検索し実行するように動作可
能な１つ以上の演算処理システム命令を格納するように
動作する。
【００２９】演算処理ユニット２０６は、制御ユニット
３００、演算論理ユニット（ＡＬＵ）３０１および例え
ば積み重ね可能なキャッシュまたは複数のレジスタのよ
うなローカルメモリ記憶装置３０２を含む。制御ユニッ
ト３００は、メモリ記憶装置２０７から演算処理システ
ム命令を取ってくるように動作可能である。ＡＬＵ３０
１は、これらの命令を実行するのに必要な加算およびブ
ールＡＮＤを含む複数の動作を実行可能である。ローカ
ルメモリ記憶装置３０２は、一時的な結果および制御情
報を格納するために使用されるローカル高速記憶を提供
するように動作する。
【００３０】図４は、本発明が特に有利なビデオ／オー
デオ処理システムの一例を示すブロック図である。この
システムは、複数の通常のビデオカメラ４０１ａ〜４０
１ｎと適切に結合されたメインフレームコンピュータと
して図示された単一の演算処理システム２００を含む。
ビデオカメラ４０１ａ〜４０１は、テニススタジアム４
０２に配置される。テニススタジアム４０２は、２つの
グランドスタンド４０３ａ、４０３ｂおよび１つのテニ
スコート４０４を含む。各グランドスタンド４０３ａ、
４０３ｂは、複数の座席を含み、そのうちのいくつか
は、テニスの試合の間、図示のように観客４０５により
使用される。
【００３１】テニスコート４０４は、テニスの試合にお
いて対戦する２人のテニスプレイヤー４０６ａ、４０６
ｂを含むものとして示されている。１つ以上のビデオカ
メラ４０１ａ〜４０１ｎは、テニスの試合をとらえ、そ
れから代表的ビデオ／オーデオ信号を生成する。生成さ
れた信号は、演算処理システム２００に入力されて、１
つ以上の出力信号を生成するために、本発明の原理に従
ってハフマン符号化技術を使用して処理され圧縮され
る。生成された出力信号は、複数のテレビジョン４０７
ａ〜４０７ｍへ送信される。テレビジョン４０７ａ〜４
０７ｍは、複数の家庭４０８ａ〜４０８ｍ内に配置され
る。
【００３２】図５は、本発明が特に有利な無線ローカル
エリアネットワーク（ＬＡＮ）に基づく演算処理システ
ムの一例のブロック図を示す。図示したＬＡＮは、パー
ソナルコンピュータとして示される２つの演算処理シス
テムノード２００ａ、２００ｂを含む。各演算処理シス
テムノード２００ａ、２００ｂは、それぞれ通常のアン
テナ４０９ａ、４０９ｂと適切に結合され、図示されて
いないテレビ電話技術を含む。アンテナ４０９ａ、４０
９ｂは、演算処理システムノード２００ａ、２００ｂ間
の無線通信を送受信するように動作する。受信された無
線通信は、代表的電気信号を使用して処理される。図示
されたＬＡＮは、ユーザＡ（４１０ａ）、およびユーザ
Ｂ（４１０ｂ）間の通信を容易にする。各演算処理シス
テムノードは、本発明の原理に従ってビデオ、オーデオ
および高速信号を送信、受信、処理、圧縮するように動
作可能である。
【００３３】図６は、本発明が特に有利な無線通信シス
テムの一例のブロック図を示す。図示されたシステム
は、メインフレームコンピュータとして示された演算処
理システム２００を含み、第１のノード４１１と第２の
ノード４１２との間の通信を容易にする。第１のノード
４１１は、セルラ電話機４１４を使用する第１の発呼者
４１３を含む。セルラ電話機４１４は、無線通信信号を
送受信するように動作可能である。第２のノード４１２
は、通常の電話機４１６を使用する第２のユーザ４１５
を含む。通常の電話機４１６は、有線通信信号を送受信
するように動作可能である。演算処理システム２００
は、通常の電話機４１６および通常のアンテナ４０９と
適切に結合されている。アンテナ４０９は、セルラ電話
機４１４と無線信号を送受信するように動作する。演算
処理システム２００は、本発明に従って、オーデオ信号
を送信、受信、処理、圧縮するように動作可能である。
【００３４】図４〜６のビデオ、オーデオおよび／また
は高速信号は、１つ以上の出力信号を生成するために、
本発明の原理に従って、ハフマン符号化技術を使用して
圧縮される。この出力信号は、現実の物理的信号であ
る。
【００３５】図７〜９は、別々のソースのエントロピー
とそのソースを符号化するために実際に必要なビット数
との間の関係を示す。それぞれの場合において、ブロッ
ク符号化が考慮され、１つのシンボルまたはシンボルの
シーケンスが符号語、すなわちビットのブロックにマッ
プされる。ソースエントロピーは、最小平均符号語長の
厳格な下側の境界である。
【００３６】図７は、等確率Ｌ−ａｒｙソースであり、
全てのシンボルは等しい確率を有し、シンボルの数は２
の累乗Ｌ＝２である。ソースエントロピーは、シンボル
当たりｋビットである。可能な出力は、２ｋ−１個のシ
ンボルの２つの等しいグループに分割される。連続する
グループのスプリットは、「上側」および「下側」と名
づけられ、０または１がそれぞれ割り当てられた場合、
最小の長さのコードが生成される。図８は、不等確率Ｌ
−ａｒｙソースを符号化するための概念的ダイヤグラム
を示す。ここで、１／２の累乗である。
【００３７】確率は、例えばＰｉ＝（１／２）i+1，ｉ
＝０，１，…，Ｌ−２；ＰL-1＝（１／２）Lー1である。
図７と同様に、出力は各段階において明らかにされる。
各段階において、シンボルは一番上が最も高い確率にな
るように順序づけられ、シンボルは等しい確率のグルー
プに分割される。１番目のシンボルは１つのグループ内
にあり、他の全てのシンボルは他のグループ内にある。
ｉ番目のシンボルに対する符号語の長さは、ｂi＝ーｌｏ
ｇｐiで与えられる。
【００３８】一般に、出力の確率が任意である場合、符
号語の長さはｂｉであると仮定でき、次式を満足する。
【数１】 式（１）をＰｉについて平均すると、
【数２】 従って、ワード長が式（１）に従う固有に判読できる符
号が存在する。
【００３９】ハフマン符号は、シンボル当たりの最小平
均ビット数を有する符号語を提供する。ハフマン符号化
は、接頭辞符号と称される符号のクラスのメンバーであ
る。ここで、他の符号語の接頭辞である符号語はない。
この符号語のクラスについて、ビットのシーケンスは固
有にかつ同時にデコードされる。
【００４０】図９は、不等確率Ｌ-ａｒｙソースをハフ
マン符号化についての概念図を示す。ハフマン符号化技
術は、確率と逆の順序でシンボルをリストすることによ
り開始される。２つの最も確率の低いシンボルは、１つ
のグループに組み合わされ、すなわち加算される。そし
て、新しいリストが単一のエントリーとしてこのグルー
プとともに形成される。このリストは、確率の逆の順序
で再分類される。第１のステップは、繰り返されて別の
リストを形成する。
【００４１】各ステップにおいて、より大きなグループ
が形成されて、単一のエントリーとして処理される。こ
のプロセスは、リストが２つのエントリーのみを含むよ
うになるまで続けられる。「０」が１つのグループの各
メンバーに割り当てられ、「１」が他のグループの各メ
ンバーに割り当てられる。このグループ化のプロセスが
繰り返され、グループのそれぞれが分割され、「０」お
よび「１」が割り当てられる。
【００４２】図１０は、本発明の原理に従ってハフマン
符号化技術を使用して、受信した入力信号を処理するた
めのフローチャートの一例を示す。本発明の原理は、い
かなる信号圧縮装置、システムまたは方法論との結合で
有利に使用できるものであるが、検討の目的のために、
受信された入力信号を画像信号と仮定する。さらに、画
像信号は一定のフレームレートで受信され、各フレーム
は固定数のビットを有し、ビットは３つのセクション、
すなわちモーションベクトル量子化およびスカラ量子化
情報に分割される。
【００４３】このプロセスは、ステップ６０１におい
て、入力信号の受信により始まる。ステップ６０２にお
いて、入力信号がアナログ信号である場合、これは好ま
しくはデジタル化される。信号がすでにデジタルフォー
マットである場合、このステップはバイパスされる。
【００４４】ステップ６０３において、画像信号は、好
ましくは、ブロックにセグメント化される。ここで各ブ
ロックは、ｋ×ｋ個のピクセルを含む。他の実施形態で
は、非正方形ブロックを使用することもできる。例示の
実施形態において、ｋは８であり、各画像フレームは、
好ましくは、１４０ブロック（水平方向に１４ブロッ
ク、垂直方向に１０ブロック）に分割された８，９６０
個のピクセルを含む。他の実施形態、特に画像でない実
施形態において、このステップはバイパスできる。
【００４５】ステップ６０４において、連続的な画像フ
レーム間のモーション推定は、好ましくは、１つ以上の
ブロックに対応する１つ以上のモーションベクトルを決
定するために、現在の画像フレームと先の参照画像フレ
ームとを比較することにより実行される。これは、好ま
しくは、前方モーション推定を使用して実行される。こ
こで、現在フレームの各ブロックは、先の参照フレーム
においてサーチされる。
【００４６】モーションベクトルを計算するための技術
は、知られており、例えばフルサーチモーション推定法
則から粗−精サーチのような狭い選択的サーチモーショ
ン推定法則に及ぶ。画像処理のおいて、演算処理資源要
求が低減されるので、選択的サーチモーション推定法則
が好ましい。
【００４７】フルサーチが行われると仮定すると、２次
元で全体として３１個の可能性のあるモーションベクト
ルについて、１／３のピクセルの増分で、１１２×８０
の解像度における−５〜５個のピクセルの範囲のモーシ
ョンベクトルを使用することが好ましい。サブピクセル
モーション推定は、１ペル増分において、好ましくは３
３６×２４０の解像度までの補間を行い、−１５〜１５
個のピクセルの範囲をサーチすることにより実行され
る。
【００４８】モーション推定法則は、好ましくはゼロモ
ーションベクトルに向かってバイアスされる。特定のモ
ーションベクトルについての予測誤差が所定のしきい値
よりも下にある場合、一定テクスチャの領域においてモ
ーションが検出されることを確実にするため、およびソ
ースエントロピー符号化レートを低減させるために、ゼ
ロモーションベクトルがラン−レングス符号で符号化さ
れる場合にゼロモーションが仮定される。モーションベ
クトルは、好ましくは、各ブロックについて得られる。
他の実施形態、特に非画像の実施形態において、この処
理ステップは、バイパスされる。
【００４９】送信（すなわち、例示の実施形態において
はモーションベクトル）のために信号を圧縮するため
に、シンボルセットが典型的に使用される。ステップ６
０５において、特に、１つのアレイ、すなわち他の適切
なデータ構造または通常の記憶装置が、好ましくは、そ
れぞれの固有のシンボル（ここでは、それぞれの固有の
モーションベクトル）のカタログ表示および発生レート
として使用される。
【００５０】ステップ６０６において、初期符号化レー
トは、送信されるべきモーションベクトルを表すシンボ
ルの圧縮に必要とされる正確なビット数を決定するため
に計算される。これは、好ましくは、ハフマン符号自体
を生成することなしに実行される。初期符号化レートを
計算するための好ましい処理ステップは、同時出願の整
理番号９６００３８に詳細に説明されている。
【００５１】ステップ６０７において、現在の符号化レ
ートを表す変数が、好ましくは、初期符号化レートと等
しく設定される。通信システムは制限された帯域幅、す
なわちビットが所定時間当たり転送され得る最大レート
を有する。さらに、圧縮技術および特にハフマン符号化
技術が、通常の信号圧縮システムと結合されて、情報ス
ループット、すなわち所定の利用可能な帯域幅で転送さ
れる符号語の数を増加させる。現在の符号化レートが最
大レートよりも大きいかどうかの決定がステップ６０８
において行われる。
【００５２】現在のハフマン符号化レートが大きい場
合、すなわちステップ６０８のＹＥＳブランチの場合、
現在の符号化レートは修正されなければならない。これ
は、好ましくは、ステップ６０９において、現在の符号
化レートを選択的に低減させることにより行われる。現
在の符号化レートを選択的に低減させる好ましい処理ス
テップは、同時出願の整理番号９６００３９に詳細に説
明されている。ステップ６０８において現在の符号化レ
ートが最大レート以下となるまで、これらのステップが
繰り返される。
【００５３】現在の符号化レートが最大レート以下であ
る場合、ステップ６０８においてＮＯブランチである場
合、ステップ６１０において、ハフマン符号が本発明の
原理に従って生成される。ハフマン符号を生成するため
の好ましい処理ステップは、図１１を参照して詳細に説
明する。
【００５４】本実施形態では、ステップ６１１におい
て、符号語は、好ましくは、コードブロックから検索さ
れる。ステップ６１２において、本実施形態では復元さ
れた画像フレームを表す代表的ビットストリームが生成
される。図７は、本発明の原理に従って、好ましくはハ
フマンテーブルの形式でハフマン符号を生成するための
フローチャートを示す。このハフマンテーブルは、例え
ば、アレイのような好ましくは固定サイズのデータ構造
であり、保持されるべきダイナミックメモリマネージメ
ントを必要としない。適切に構成された通常のメモリ記
憶装置を使用することができる。
【００５５】プロセスは、入力／出力ブロック７０１に
おいて、デジタル信号の受信に応じて始まる。デジタル
信号は、複数のデジタルセットを含む。ここで、複数の
デジタルセットのそれぞれは固有なものではない。処理
ブロック６０５において、各デジタルセットは一度格納
され、符号語およびこれに関連インジケータを有する。
各インジケータは、デジタル信号中の関連づけられたデ
ジタルセットの発生確率を表す。本実施形態において、
図６の処理ブロック６０５を参照して説明したように、
各デジタルセットは、シンボル、すなわちモーションベ
クトルを表す。
【００５６】処理ブロック７０２において、デジタルセ
ットは、好ましくは、その関連インジケータにより順序
づけ、すなわちソートされる。処理ブロック７０３にお
いて、好ましくは、結合されたインジケータが最小の発
生確率を有するように、第１のデジタルセットの第１の
関連インジケータおよび第２のデジタルセットの第２の
関連インジケータは選択的に結合される。この選択的に
結合されたインジケータは、第１および第２のデジタル
セットの両方に関連づけられる。
【００５７】例えば「０１１」のような第１のバイナリ
ー値および「１１１１１」のような第２のバイナリー値
が、処理ブロック７０４において、第１および第２のデ
ジタルセットの関連づけられた符号語に付加される。決
定ブロック７０５において、１つよりも多いインジケー
タが格納されているかどうかについての決定が行われ
る。１つのインジケータが格納されているという決定に
応じて、すなわち決定ブロック７０５のＮＯブランチに
おいて、プロセスが終了する。複数のインジケータが格
納されているという決定に応じて、すなわち決定ブロッ
ク７０５のＹＥＳブランチにおいて、プロセスは処理ブ
ロック７０２へ戻る。
【００５８】上述の処理ステップにおいて重要なこと
は、ダイナミックメモリマネージメントを必要としない
ハフマン符号が生成されることである。各処理段階にお
いて、２つのインジケータが結合された場合、新たに結
合されたインジケータと関連づけられた全てのデジタル
セットと関連づけられた全ての符号語の長さは、１つだ
け長さが増加する。さらに、新たに結合されたインジケ
ータの子供のうちの１つに関連づけられた全てのシンボ
ルは、ハフマン符号に付加されたバイナリー値「０１
１」を有し、他の子供と関連づけられた全てのシンボル
は、そのハフマン符号に付加されたバイナリー値「１１
１１１」を有する。
【００５９】所定の段階における全ての新たに結合され
たインジケータ、インジケータｉは、全てのシンボルセ
ットＺのサブセットであるシンボルセットＲｉと関連づ
けられる。２つのインジケータが結合された場合、新た
に結合されたインジケータはＲ，ｕＲ２と関連づけられ
る。ハフマン符号を生成するために、「１０１１」が、
好ましくは、Ｒの全てのメンバーの符号語に付加され、
「１１１１１」は、Ｒ，の全てのメンバーに付加され
る。このプロセスは、ハフマン符号が生成されるまで繰
り返される。
【００６０】換言すると、複数の関連インジケータが格
納されている場合、第１のインジケータに関連づけられ
た第１のデジタルセットおよび第２のインジケータに関
連づけられた第２のデジタルセットの両方が選択的に結
合されたインジケータと関連づけられるように、関連イ
ンジケータの対が選択的に結合される。さらに、第１お
よび第２のバイナリー値が、第１および第２のデジタル
セットと関連づけられた符号語にそれぞれ割り当てられ
る。
【００６１】プロセスの全ての段階において、好ましく
は、２つの情報部分のみが保持される。第１の部分は、
全ての現在のインジケータのリスト、発生レートおよび
シンボルＲｉのセットに対するポインタである。第２の
部分は、Ｒｉのセットである。Ｒは常にＺを解体し結合
させるので、これは適切に固定空間に格納され得る。
【００６２】セットの概念は、全てのシンボルをセット
中の次のシンボルにリンクすることにより維持され得
る。セット中の最後のシンボルは、リンクされず、ヌル
ポインタを含む。２つのＲｉを結合させるために、１つ
のセットの末端におけるポインタが、次のセット中の最
初のシンボルにリンクされる。
【００６３】例えば、４つのシンボルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが
あり、最初に４つノードがあり、それぞれが４つのシン
ボルのそれぞれに対応し、４つのノードが２，４，５，
７の発生レートでそれぞれ関連づけられていると仮定す
る。第１段階において、ノード２および４は結合され
て、ノード２（"Ａｌｌ）と関連づけられたシンボルセ
ットは、ハフマン符号語に付加された「０１１」を有
し、ノード４（”Ｂ”）と関連づけられたシンボルセッ
トは、ハフマン符号語に付加された「１１１１１」を有
する。好ましくは、シンボルの２つのセットが一緒にリ
ンクされ、新しいノード６に関連づけられることにな
る。
【００６４】第２段階において、ノード６および５が結
合される。ノード６（”Ａ，Ｂ”）に関連づけられた全
てのシンボルは、ハフマン符号語に付加された「１０１
１」を有し、ノード５（”Ｃ”）に関連づけられた全て
のシンボルは、ハフマン符号語に付加された「１１１１
１」を有する。好ましくは、２つのセットは結合され、
新しいノード１１に関連づけられることになる。
【００６５】第３段階において、最後の２つのノード１
１および７が結合される。ノード１１と関連づけられた
シンボルセット（”Ａ，Ｂ，Ｃ”）は、ハフマン符号語
に付加された「０１１」を有し、ノード７と関連づけら
れたシンボルセット（”Ｄ”）は、ハフマン符号語に付
加された「１１１１１」を有する。２つのセットが結合
され、新しいノード１８に関連づけられる。ノードが１
つだけ残ったときに、手続きが完了する。
【００６６】このプロセスの重要なことは、親子関係を
維持する必要がないことである。保つことが必要な唯一
の関係は、トップノードとそのシンボルとの関係であ
る。トップノードの数はＮで始まり、各段階で１だけ減
少するので、またリストはＯ（Ｎ）空間を必要とするの
で、全体のアルゴリズムは、Ｏ（Ｎ）空間のみを必要と
し、ダイナミックメモリマネジメントを必要としない。
従って、演算処理システム資源の要求は有利に低減され
る。
【００６７】本発明を使用および／または配布する好ま
しい実施例は、ソフトウエアである。ソフトウエアの実
施例は、いかなる適切なプログラミング言語においても
具現化することができる。上述の処理ステップを実行す
るためのＣプログラミング言語による好ましい具現化を
「ａｐｐｅｎｄｉｘ」として添付した。この好ましい具
現化は、レートのみが格納されることを必要とし、シン
ボル間の接続を格納することを必要としない。すべての
段階において、２つの最小発生レートが結合され、アキ
ュムレータに加えられる。結合されたレートは、２つの
最小発生レートに取って代わる。この手続きは、１つの
レートが残るまで繰り返される。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【００６８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、様
々なシンボルの発生の確率が変化した場合にも、効果的
にデジタル信号を圧縮することが可能なハフマン符号を
生成する方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるビデオデータを圧縮するシステム
の一実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明によるビデオデータを圧縮するための演
算処理システムの一実施形態を示す図。
【図３】図２の演算処理システムと結合されて使用され
るマイクロプロセッシングシステムの一実施形態を示す
ブロック図。
【図４】本発明による画像演算処理システムの一実施形
態を示すブロック図。
【図５】本発明によるテレビ電話技術を含む無線ローカ
ルエリアネットワークに基づく演算処理システムの一実
施形態を示すブロック図。
【図６】本発明による無線通信システムの一実施形態を
示すブロック図。
【図７】等確率Ｌ−ａｒｙソースを符号化するための概
念図。
【図８】不等確率Ｌ−ａｒｙソースを符号化するための
概念図。
【図９】不等確率Ｌ−ａｒｙソースをハフマン符号化す
るための概念図。
【図１０】本発明によりハフマン符号化を使用して受信
された入力信号を処理するためのフローチャート。
【図１１】本発明によるハフマン符号化の生成方法を示
すフローチャート。
【符号の説明】
１０１ ビデオカメラ １０２ 画像処理ボード １０３ アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ １０４ 画像圧縮プロセッサ １０５ ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲ
ＡＭ） １０６ スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲ
ＡＭ） １０７ データライン ２００ 演算処理システム ２０１ ハードウエアケーシング ２０２ フロッピーディスクドライブ ２０３ ハードディスクドライブ ２０４ モニタ ２０５ キーボード ２０６ 演算処理ユニット ２０７ メモリ記憶装置 ３００ 制御ユニット ３０１ 演算論理ユニット（ＡＬＵ） ３０２ ローカルメモリ記憶装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともその１つが固有のものではな
    い複数のデジタルセットを含むデジタル信号の圧縮に使
    用するためのハフマン符号を表すデータ構造を生成する
    方法において、 （Ａ）前記複数のデジタルセットのそれぞれを格納する
    ステップと、 （Ｂ）この格納されたデジタルセットのそれぞれを、符
    号語および前記デジタル信号中の格納されたデジタルセ
    ットの発生確率を表すインジケータと関連づけるステッ
    プと、 （Ｃ）第１の関連インジケータおよび第２の関連インジ
    ケータを選択するステップと、 （Ｄ）前記第１の選択されたインジケータおよび前記第
    ２の選択されたインジケータを結合するステップと、 （Ｅ）前記結合された関連インジケータを、前記第１の
    選択されたインジケータに関連づけられた第１のデジタ
    ルセットおよび前記第２の選択されたインジケータに関
    連づけられた第２のデジタルセットに関連づけるステッ
    プと、 （Ｆ）第１のバイナリー値を、前記第１のデジタルセッ
    トに関連づけられた前記符号語に付加し、第２のバイナ
    リー値を、前記第２のデジタルセットに関連づけられた
    前記符号語に付加するステップとを有することを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 少なくともその１つが固有のものではな
    い複数のデジタルセットを含むデジタル信号を受信する
    手段と、 前記複数のデジタルセットのそれぞれを格納する記憶手
    段と、 ハフマン符号を生成する演算処理手段とからなり、 この演算処理手段が、 前記複数のデジタルセットのそれぞれを格納し、この格
    納されたデジタルセットのそれぞれを、符号語および前
    記デジタル信号中の格納されたデジタルセットの発生確
    率を表すインジケータと関連づけ、関連インジケータの
    対を選択的に結合して第１のインジケータに関連づけら
    れた第１のデジタルセットおよび第２のインジケータに
    関連づけられた第２のデジタルセットの両方が前記選択
    的に結合されたインジケータに関連づけられるように
    し、第１のバイナリー値を、前記第１のデジタルセット
    に関連づけられた前記符号語に付加し、第２のバイナリ
    ー値を、前記第２のデジタルセットに関連づけられた前
    記符号語に付加するように動作することを特徴とするデ
    ジタル信号の圧縮に使用するハフマン符号を生成するた
    めの装置。
  3. 【請求項３】 デジタル信号の圧縮に使用するためのハ
    フマン符号を生成する方法において、 （Ａ）少なくとも１つが固有のものではない複数のデジ
    タルセットを含むデジタル信号を受信するステップと、 （Ｂ）前記複数のデジタルセットのそれぞれを格納し、
    この格納されたデジタルセットのそれぞれを、符号語お
    よび前記デジタル信号中の格納されたデジタルセットの
    発生確率を表すインジケータと関連づけるステップと、 （Ｃ）前記関連インジケータを格納するステップと、 （Ｄ）第１のデジタルセットの第１の関連インジケータ
    および第２のデジタルセットの第２の関連インジケータ
    を選択的に結合し、前記選択的に結合されたインジケー
    タを前記第１および第２のデジタルセットに関連づける
    ステップと、 （Ｅ）第１のバイナリー値を、前記第１のデジタルセッ
    トに関連づけられた前記符号語に付加し、第２のバイナ
    リー値を、前記第２のデジタルセットに関連づけられた
    前記符号語に付加するステップと （Ｆ）１つよりも多い関連インジケータが格納されてい
    るとの決定に応じて、ステップ（ｃ）に戻るステップと
    を有することを特徴とする方法。
JP8051505A 1995-03-08 1996-03-08 ハフマン符号を表すデータ構造を生成する方法およびハフマン符号を生成する方法およびその装置 Pending JPH08274650A (ja)

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