JPH0918350A

JPH0918350A - 符号化復号化装置及び符号化復号化方法

Info

Publication number: JPH0918350A
Application number: JP7162355A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Inuzuka; 達基犬塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】多値信号を対象にして高い圧縮率を実現する符
号化復号化装置を実現する。【構成】符号化対象シンボルの状態数を設定する状態数
設定手段１０１、生起確率を予測する生起確率予測手段
１０４、算術符号の原理に基づき符号語を算出する算術
符号化手段１０５、下位のシンボル状態値について一定
値の生起確率を割り当てる生起確率補正手段１０６から
構成される。生起確率予測手段１０４で符号化対象シン
ボルの生起確率値を予測し、生起確率補正手段１０６で
予測された生起確率値のうち下位（生起確率が低い）の
シンボル状態値に属する生起確率値を統合し、演算処理
すべき状態数を低減して符号化処理または復号化処理を
実行する。【効果】簡易な構成で高い圧縮率を実現する符号化復号
化装置を実現することができる。信号特性（振幅範囲）
に依存しない、一貫した信号処理で符号化復号化処理を
実行できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報、音声情報等
の多値信号の高能率な圧縮を行なう符号化復号化装置及
び符号化復号化方法に係わり、特に該データの伝送、蓄
積、表示、プリント等を行なう装置もしくは方法に適用
できる。

【０００２】

【従来の技術】「非ブロック符号」に分類される算術符
号化方式は、「ブロック符号」に比較して高い圧縮率が
実現できる特長があり、白黒２値画像の圧縮に適用した
一例として、ITU勧告T.82がある。

【０００３】一方、多値画像の圧縮に算術符号を適用し
た例として、（１）画像電子学会誌、第１２巻、第３号
（1983）の第２１９ページから２２６ページに「算術符
号による中間調画像の高能率符号化」と題する文献があ
る。また、前記したITU勧告T.82 を、多値画像に適用し
た場合の圧縮性能が、（２）RONALD B. ARPS, THOMAS
K. TRUONGによる「Comparison of International Stand
ards for Lossless Still Image Compression」が、PRO
CEEDINGS OF THE IEEE, VOL.82, NO. 6, JUNE 1994 に
記載されている。

【０００４】この白黒２値画像ないしは多値画像のため
の符号化処理方式が、特開平５−１２２５３３号公報、
特開平５−１２２５３４号公報、特開平５−１３０４２
８号公報、特開平６−２６１２１４号公報、特開平６−
４５９４５号公報等に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来例による
多値画像の符号化方式には、次に示すような問題点があ
る。前記従来例（１）においては、シンボルの状態数が
高々１６レベルの画像を対象として検討が行なわれてい
る。このため、例えば、１画素あたり８ビットから１６
ビット程度で表される高階調画像の符号化処理には適さ
ない。

【０００６】一方、前記従来例（２）においては、白黒
２値画像のために開発した符号化処理方式を、多値画像
のビットプレーン毎に適用する。このため、例えば１画
素あたり８ビットの画像の場合には、ビットプレーン毎
の符号化処理を８回繰り返さなければならない。これで
は入力信号をリアルタイムに信号処理することができな
い。

【０００７】また、両者とも、シンボルの全ての生起確
率を１のR乗（R＜０）の値で近似することで装置の簡易
化を計ろうとしているが、近似に伴う圧縮率の低下をも
たらしている。さらに、入力する信号の取りうる信号範
囲（すなわちシンボル状態数）が異なる場合に対して柔
軟に対応できない。

【０００８】上記の問題から、従来は、多値信号を効率
的に圧縮するための、算術符号の原理に基づく方式はな
かったと言える。

【０００９】本発明の目的は、多値レベルの信号を算術
符号の原理を用いて高い効率で圧縮処理できる符号化処
理方式もしくは復号化処理方式を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、信号範囲が異なる多
値信号を、共通の装置構成で効率よく符号化もしくは復
号化できる符号化復号化処理方式を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の問題点を解決するために、多値レベルの入力信号を算
術符号を用いて符号化処理または復号化処理する処理装
置において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を設
定する状態数設定手段と、該設定した状態数に基づき前
記符号化対象シンボルの生起確率値を予測する生起確率
予測手段と、該予測された生起確率値のうち下位の所定
範囲に属する生起確率値を、１ないし複数の特定の低生
起確率値に一律に置き換えた補正生起確率値を生成する
生起確率補正手段と、該補正生起確率値に基づき前記符
号化処理または復号化処理を実行する処理手段とを備え
ることを特長とする。

【００１２】本発明の他の特長は、符号化対象とするシ
ンボル状態の生起確率を予測する生起確率予測手段と、
該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成する生起確率補正
手段と、前記補正生起確率値を既に生成した符号語に掛
け合わせる乗算手段と、該乗算手段の演算結果を一時的
に蓄積する手段とを備え、該演算結果を符号語とする符
号化復号化装置にある。

【００１３】本発明の他の特長は、多値レベルの入力信
号を算術符号を用いて符号化処理または復号化処理する
方法において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を
設定し、該設定した状態数に基づき前記符号化対象シン
ボルの生起確率値を予測し、該予測された生起確率値の
うち下位の所定範囲に属する生起確率値を、１ないし複
数の特定の低生起確率値に一律に置き換えた補正生起確
率値を生成し、該補正生起確率値に基づき前記符号化処
理または復号化処理を実行する符号化復号化処理方法に
ある。

【００１４】

【作用】本発明では、符号化対象シンボルの取りうる状
態数を設定し、該設定した状態数に基づき前記符号化対
象シンボルの生起確率値を予測し、該予測された生起確
率値のうち下位の所定範囲に属する生起確率値を、統合
して１ないし複数の特定の低生起確率値に置き換えた補
正生起確率値を生成することにより、演算処理すべき状
態数を低減して符号化処理または復号化処理を実行す
る。

【００１５】本発明の他の特長によれば、符号化対象と
するシンボル状態の生起確率を予測し、該予測された生
起確率値のうち下位の所定範囲に属する生起確率値を、
１ないし複数の特定の低生起確率値に一律に置き換えた
補正生起確率値を生成し、前記補正生起確率値を既に生
成した符号語に掛け合わせ、該乗算手段の演算結果を一
時的に蓄積し、該演算結果を符号語とする。

【００１６】本発明によれば、演算処理すべき状態数を
低減することにより、多値信号を対象とした算術符号の
符号化もしくは復号化を、高い圧縮率かつ簡易な装置構
成で実現できる。また、信号範囲が異なる多値信号を、
共通の装置構成で効率良く符号化復号化できる。

【００１７】

【実施例】以下図により本発明の実施例を説明する。ま
ず、図１、図２は、本発明の符号化処理、復号化処理を
実行する符号化復号化処理装置の基本構成例を示すもの
であり、図１はその符号処理装置、図２はその復号化処
理装置の構成図である。図１の符号処理装置１００にお
いて、信号レベル、すなわちシンボル状態数を状態数設
定手段１０１に設定する。該設定値に基づき、多値信号
入力手段１０２を用いて符号化対象の多値信号を入力す
る。符号化対象シンボルの生起確率を予測する生起確率
予測手段１０４は、状態数設定手段１０１の出力信号
と、メモリ１０３に蓄積された符号化処理を終了したシ
ンボルを用いて、次の符号化対象であるシンボルの予測
生起確率値を用意して、実際に生起したシンボル（入力
信号）に対応した予測生起確率値を出力する。そして、
該予測生起確率値を生起確率補正手段１０６において所
定の条件で補正し、該補正生起確率値を用いて算術符号
化手段１０５で符号を生成する。

【００１８】一方、図２の復号化処理装置２００に於て
は、状態数設定手段２０１に設定された状態数、および
メモリ２０３に蓄積された復号済みの信号を用いて、生
起確率予測手段２０４は、次に復号対象とするシンボル
の生起確率を設定する。該予測生起確率値を生起確率補
正手段２０６において所定の条件で補正し、該補正生起
確率値および符号語を入力して算術復号化手段２０５で
多値信号を再生する。該多値信号は多値信号出力手段２
０２から出力される。

【００１９】信号処理速度の観点からは、一つのマシン
サイクルで一つのシンボルを符号化処理、あるいは復号
化処理する符号化復号化処理装置を構成するのが望まし
い。このためには、上記した符号生成装置１００と復号
化処理装置２００の動作を一つのマシンサイクルに同期
して一つのシンボルを処理するように構成する。

【００２０】本発明の符号化復号化処理装置は、多値レ
ベルの信号を算術符号の原理を用いて、算術符号化手段
１０５あるいは算術復号化手段２０５において高い効率
で圧縮処理を行う。画像信号の符号化を例にとれば、画
像を構成する一つの画素が一つのシンボルであり、画素
の取りうる信号レベルがシンボル状態値であり、その種
類をシンボル状態数と呼ぶことにする。画像においては
隣接画素間で信号相関が高いことを利用して注目画素の
信号値の予測を行うことができる。言い換えればシンボ
ル状態値の生起確率を予測することができる。

【００２１】ここで、白黒２値画像であれば画素のシン
ボル状態数は２種類であり、８ビットで表される濃淡画
像であればシンボル状態数が２５６種類あることにな
る。また、３色信号で表されるカラー画像は、一つの画
素に三つのシンボルがあるとすることができる。

【００２２】シンボルの状態数と予測生起確率本発明では、シンボル状態数が２種類のみならず、256
あるいは4096 等の多数のシンボル状態数の場合にも、
一貫した信号処理手順で符号化処理、復号化処理を実行
する装置を提供する。このために、まず、符号化対象と
するシンボルの状態数を設定する状態数設定手段１０１
を用意する。Ｎ種類のシンボル状態数が設定された場
合、それぞれのシンボル状態値をXi (i=1,2,..,k-1,k,k
+1,..,N)で表し、各状態値の生起確率の予測値をPi (i=
1,2,..,k-1,k,k+1,..,N)で表すことにする。例えば白黒
２値画像であれば、N=2であり、X1とX2が存在し、それ
ぞれの予測生起確率はP1とP2であり、当然ながらP1+P2=
1.0である。

【００２３】次に、符号化装置１００の生起確率予測手
段１０４においては、既に符号化処理が終了したシンボ
ルを参照し次の符号化対象となるＮ種類のシンボル状態
値の生起確率を予測する。例えば、次のような方法があ
る。

【００２４】（１）あらかじめ一般的な符号化対象につ
いてシンボルの発生を統計的に解析した結果を利用す
る。

【００２５】（２）符号化処理に先立ち符号化対象シン
ボルのプリスキャンを行ない、特性を検出する。

【００２６】（３）信号処理を実行しながら信号源の特
性を学習する。

【００２７】（４）ポアソン分布等の関数式で確率分布
を近似する。

【００２８】上記結果はテーブルにまとめ、メモリ蓄積
しておいた処理済み信号を用いてテーブル検索すること
で、生起確率予測手段１０４において生起確率を予測す
ることができる。しかし、シンボル状態数が多い場合に
は、テーブル容量が大きくなる。本発明では、後述する
ように生起確率補正手段１０６において、下位（生起確
率が低い）のシンボル状態値については一定値の生起確
率を割り当てることから、上記のテーブル容量削減に効
果がある。

【００２９】また、従来の符号化装置は、符号化対象と
するシンボル状態数が、あらかじめ固定に設定されてい
た。しかし、本発明では、符号化対象とするシンボルの
状態数を設定する状態数定手段１０１を用意すること
で、様々な特性の信号を対象として、算術符号化に基づ
く一貫した信号処理手順を実行する符号化装置１００を
提供することができる。

【００３０】復号装置２００においては、符号化装置１
００と同一の手順で、生起確率予測手段２０４において
既に復号済みのシンボルを参照して、確率値を予測する
ことができる。該検出結果を符号語の先頭に付加すれ
ば、復号処理においても同一の検出結果を利用すること
ができる。

【００３１】シンボルの取りうる状態数が多数である場
合には、上記のような生起確率予測手段１０４，２０４
を備えていても、生起確率の低い、あるいは生起する順
位の低い状態値については、生起確率値の精度良い予測
ができない。算術符号においては、これらの極めて小さ
な生起確率の状態値にも確率値を割り当て、演算を行な
う必要があり、このため演算レジスタは長尺のビット数
が必要であり、また、データ転送等を行なう装置の複雑
化をもたらす。

【００３２】このため本発明では、生起確率補正手段１
０６において、下位のシンボル状態値には均一の生起確
率を割り当てることを特長とする。図３に示すように、
生起確率値が下位にあるすなわち、生起確率値Ｐが一定
値Ｐ₀以下、あるいは生起する順位が一定値（Ｋ順位）
以下の状態値Xi (i=k,k+1,k+2,....,N)については、生
起確率補正手段１０６において、均一の生起確率Ｐkを
割り当てる。これら下位の状態値Xiは、同じ生起確率Ｐ
kを持つ一つの状態に統合（縮退）したことになり、状
態数を低減したと捉えることができる。該統合化された
内部の状態値Xiは、ルールに基づき順番に並べることで
一意に区別することができる。

【００３３】さらに同様の考え方から、図４に示すよう
に、生起する順位について複数の区分を設定して、各区
分毎に均一の生起確率値Ｐk₁、Ｐk₂、Ｐk₃、Ｐk₄…を割
り当てることもできる。あるいは、生起確率値Ｐの大小
に応じて、複数の区分を設定し、各区分毎に均一の生起
確率値Ｐk₁、Ｐk₂、Ｐk₃、Ｐk₄…を割り当てるようにし
てもよい。

【００３４】復号処理においては、符号データの値から
該当する生起確率を捜し出し、そして該当するシンボル
を再生する。このためには、符号データと生起確率の大
きさの比較を行なう必要があるが、この場合も状態数が
多数であるほど比較処理の時間がかかる。本発明では、
生起確率補正手段２０６において、図３，図４に示すよ
うに、下位のシンボル状態値に均一の生起確率Ｐkを割
り当て、状態数を縮退することで復号処理を容易に実現
することができる。該統合化された状態の内部では、元
の状態値は均一な生起確率で順番に並べられている。し
たがって、該内部では、生起確率の累積値と順番が一意
に決定できることから、順次に比較処理する必要はなく
高速化が実現できる。

【００３５】符号生成、信号再生の原理算術符号の基本原理は図５に示すように、j番目に入力
した符号化対象のシンボル状態値Xi(j) に対応する予測
生起確率値Piに基づき[0,1)区間を分割し、分割領域の
位置を表す２進小数を符号語とする。このための基本的
な演算式（１）を以下に示す。なお、シンボル状態値
は、生起確率の大きな順に並び換えされているものとす
る。

【００３６】 A=A・Pi B=A・( P0+p1+p2+.... +P(i-1) ) C(j)=C(j-1)+B ………（１）上式（１）を、符号化対象を入力しながら順次繰り返し
て演算することによって、図５に示すように小数点以下
の数値で表される数直線上のポイントが求められ、この
値を符号語として利用する。符号化対象シンボルの生起
確率に基づく、原理的な限界であるエントロピーに近づ
く圧縮率を実現できる。

【００３７】本発明は、図３もしくは図４に示したよう
に、生起確率の低い（順位が低いもしくは生起確率値が
小さい）複数の状態値に、均一の生起確率Pkを割り当て
る。シンボル値Xi(j) に対応する予測生起確率値Piにお
いてi≧kである場合には、式１の代わりに次式（２）を
用いて符号を算出することができる。

【００３８】 A=A・Pk B=A・( P0+p1+p2+.... +P(k-1) ) + (i-k+1)・Pk C(j)=C(j-1)+B+ (i-k+1)・Pk ………（２）統合状態の内部では、順位値に確率Pkを掛け算した値
（(i-k+1)・Pk）が累積確率値となるため、演算が容易
になる。演算回路は乗算装置を備えることで高速処理を
実現できる。また、上記のように統合化された内部の状
態値の生起確率については、１のR乗（R＜０）に設定す
ることで、(i-k+1)・Pkの算出をビットシフトで実現す
ることもできる。

【００３９】一方、符号語から元の信号を再生するため
には、(j-1)番目までの符号C(j-1)が再生できていると
すれば、次式（３）から符号C(j)の生起確率の順位iを
求めることができる。

【００４０】 C(j-1) + A・( P0+p1+p2+.... +P(i-1) ) ≦ C(j) ≦ C(j-1) + A・( P0+p1 +p2+.... +Pi ) ………（３）しかし条件を満たすまで順次に計算を繰り返す必要があ
るため、状態数が増加するほど上式の大小比較の回数が
増加し、復号処理時間が増大する。これに対して、確率
値の小さな状態値を統合することで、大小比較の回数を
一定以下に抑えることができる。

【００４１】まず、次式（４）が成り立てば、状態値は
統合された内部にあることが分かる。 C(j-1) + A・( P0+p1+p2+.... +P(k-1) ) ≦ C(j) そして、順位k以上については確率値がPkで一定である
から、 C(j-1) + A・( P0+p1+p2+.... +P(k-1) +(i-k+1)*Pk) ≦ C(j) ≦ C(j-1) + A・( P0+p1+p2+.... +P(k-1) +(i-k+2)*Pk)………（４）ここで上式は、条件を満たすまで順次に計算を繰り返す
必要はない。

【００４２】統合状態内部の状態値の順位(i-k+1)は、
大小比較ではなく、次式（５）の演算に基づいて算出で
きる。

【００４３】 ( (C(j) -C(j-1)) - ( P0+p1+p2+.... +P(k-1) ) ) / Pk ≦ (i-k+1) ( (C(j) -C(j-1)) - ( P0+p1+p2+.... +P(k-1) ) ) / Pk ≧ (i-k+2) ………（５）上記のように本発明によれば、信号処理の高速化（特に
復号化において）、演算の簡略化の効果があり、また、
信号特性による状態数の可変設定に対して一貫した信号
処理手順を適用できる等の特長を実現できる。

【００４４】信号処理手順次に、本発明の符号化処理の基本手順を図６を参照しな
がら以下に示す。（１）初期化符号化対象のシンボル状態数（画像信号の場合には信号
レベル）Nを設定する。演算を行なう符号レジスタ（長
さqビット）を用意する。最上位ビットの左端に小数点
が位置するとして、初期値「.111111 (qビット)」を符
号レジスタに設定する。

【００４５】（２）生起確率値の予測メモリに蓄積した(j-1)番目までの符号化済みの信号を
参照して、j番目に入力した対象信号の生起確率を第１
位から第N位まで設定する。

【００４６】（３）均一低生起確率値の設定生起確率値の順位が第k位(1≦k≦N)以下については、特
定の均一の生起確率Pkを設定する。

【００４７】（４）信号入力実際に入力した信号Xiと、参照信号を用いて算出した予
測信号Xi'との差分を算出する。該差分値が対象信号の
生起順位であると仮定して、該差分値を用いて前記の生
起確率Piを決定する。この仮定は、滑らかな階調変化の
画像信号の場合には成り立つものである。他の特性をも
つ信号を符号化対象とする場合には、それぞれに適した
予測生起確率Piの設定方法を利用すればよい。

【００４８】（５）符号の作成既に(j-1) 番目までの符号生成が終了しているとする。
第j番目の符号を算術符号の原理に従い算出する。

【００４９】ここで、確率値の乗算を、ハード回路で構
成した乗算装置を用いて実行する。従来は、演算の簡易
化のため、全ての生起確率値を２のベキ乗に近似するこ
とが提案されている。しかし、特に高い生起確率まで近
似してしまうことは圧縮の効率を低下させる。そこで本
発明は、順位の低い（生起確率値の小さな）状態値の生
起確率値を２のベキ乗で表す。

【００５０】（６）符号出力あらかじめ定めたシンボルの符号化が終了した時点、あ
るいはあらかじめ定めたビット数の符号が符号レジスタ
Ｃに作成された時点、等の条件に基づき、レジスタＣの
内容を出力する。符号出力後、レジスタ初期値の再設定
を行う。

【００５１】（７）終了判断対象の符号化処理が終了した場合には、その時点のレジ
スタＣの内容を出力し、終了処理を実行する。符号化処
理をさらに継続する場合には、次のシンボルの処理を繰
り返す。

【００５２】（８）終了符号化処理を終了する。

【００５３】次に、図７により、復号処理の基本手順を
以下に示す。（１）初期符号設定符号化／復号化処理を行う装置の双方で決めた約束に基
づき、符号語の先頭位置を設定する。

【００５４】（２）生起確率の予測復号済みの信号を用いて符号化対象の予測生起確率を推
定する。

【００５５】（３）均一低生起確率値の設定生起確率値の順位が第k位(1≦k≦N)以下については、特
定の均一の生起確率Pkを設定する。

【００５６】（４）符号の分析まず第一に、位置決めのため符号語を検出し、引き続く
符号から解析を行なう。（５）信号再生（６）終了判断全ての符号語の復号が終了したならば終了し、そうでな
ければ次の符号語の復号を繰り返す。（７）終了。

【００５７】符号出力符号語を出力するタイミングとして、作成された符号語
が一定の長さに達した時点、符号化処理したシンボルの
個数が一定に達した時点、符号化対象シンボルが終了し
た時点、等を利用できる。出力する符号語は、そのまま
のビット系列でも、あるいは何らかのフレーム構造に内
蔵するため分割してもよい。

【００５８】符号データを蓄積、伝送する場合には、デ
ータ誤りを排除する手段を利用することが望ましい。本
発明は、データ誤りをなくす手段を限定するものではな
く、様々な手段と組み合わせることができる。

【００５９】また、符号語のビット列に先立ち何らかの
情報を含むヘッダ情報を付加することができる。例え
ば、本発明に基づき符号生成したことを明示的に示す情
報、符号化対象のシンボル数（すなわち復号すべきシン
ボル数）等を、該ヘッダに設定することができる。

【００６０】一定の符号化シンボル個数あるいは一定の
符号語ビット毎に何らかの情報を含む同期信号を挿入す
ることができる。特定のビットパターンを所謂エスケー
プ符号を設定し、該符号に引き続き何らかの制御信号を
挿入することができる。エスケープ符号として、例え
ば、実際の符号化処理には使わない極めて生起確率の低
いシンボル状態を設定して、これに対応した符号語を利
用することができる。

【００６１】信号処理速度の観点からは、一つのマシン
サイクルで一つのシンボルを符号化処理、あるいは復号
化処理することを特長とする装置を構成することができ
る。このためには、上記した符号生成装置と符号分析装
置の動作をマシンサイクルに同期してシンボルを処理す
るように構成する。

【００６２】この処理速度を実現する符号化復号化装置
を組み込むことで、高速な信号処理を特長とする画像信
号の処理装置を実現することができる。このための一般
的な装置構成は図８に示すように、ＣＰＵ８０１、メモ
リ８０２、プログラムメモリ８０３、信号入出力装置８
０５、ハードディスク８０６を備えており、ＣＰＵ８０
１の管理化のもとで動作する。符号化復号化処理は、専
用のＬＳＩ８０４(ASIC: Application Specific IC)が
実行することもでき、あるいは図９に示すように、ＣＰ
Ｕ８０１がプログラムメモリ８０３のプログラムに基づ
き実行することでもできる。

【００６３】ソフトウエアによる実施例上記説明した信号処理の基本手順は、一般的なプロセッ
サを用いたプログラム手続きで容易に実現することがで
きる。符号レジスタはプログラムを実行するプロセッサ
が内蔵する汎用レジスタを利用することができる。ま
た、符号を蓄積するメモリはプロセッサがアクセスでき
る汎用メモリを利用することができる。プロセッサに内
蔵する複数の汎用レジスタを接続した使い方をすること
で、ビット長尺化を計ることもできる。

【００６４】信号処理の高速化のため、前記したよう
に、複数のシンボルの組み合わせに対応した符号語をあ
らかじめメモリ上にテーブルとして配置しておくことが
できるのは言うまでもない。メモリ上の該テーブルを検
索するのは、検索用データをメモリアドレスに変換する
ことで容易に実行できる。

【００６５】本発明は、信号処理を実行するプロセッサ
の種別、プログラム言語の種類等に依存するものではな
い。

【００６６】具体的な符号化復号化処理の例次に具体的な応用システムを例にとり符号化復号化処理
の説明を行なう。

【００６７】（１）静止画像画像データは、一般に画素の集合として表される。符号
化対象とする注目画素に隣接し、既に符号化処理の終了
した画素の信号値を参照画素として用いることで、注目
画素の信号値を予測する。本発明は、予測の方法、装置
構成に依存するものではないが、次に一例をあげる。図
１０に示すように、参照画素をA、B、Cとし、注目画素
をXとして、それぞれ多値レベルを取るものとする。注
目画素Xの信号レベルは、隣接する参照画素の信号レベ
ルと関連があることから、あらかじめA、B、Cと、Xの信
号レベルの出現頻度を、一般的な画像を対象として統計
にまとめる。こうして、参照画素の取りうる状態におけ
る注目画素の信号レベルの生起確率を設定できる。この
結果を用いて、実際の画像データの符号化処理におい
て、参照画素を用いて、注目画素の生起確率を予測する
ことができる。本発明は、この例における参照画素の設
定個数、設定場所を限定するものではなく、また、参照
画素の設定個数、設定場所を適応的に可変させることも
できる。

【００６８】画像データの符号化処理の開始に先だっ
て、画像濃度信号のヒストグラム、カラー信号の分布特
性、エッジ部の検出、周波数成分等を測定し、該測定結
果に基づき生起確率の予測手段の設定を切り替えること
もできる。

【００６９】符号化開始時点で符号化対象シンボルの個
数が明らかである場合には、符号語列の先頭付近にシン
ボル個数を示す数値あるいは符号語を付加することがで
きる。一方、不明である場合には、符号語列の最終付近
にシンボル個数を示す数値あるいは符号語を付加するこ
とができる。

【００７０】また、画素の飛び越しスキャンによるサブ
サンプリングを行なうこともできる。注目画素の周囲に
参照画素を設定することができることから、注目画素の
信号の生起確率を精度高く求めることができ圧縮率の向
上を実現することができる。例えば、画像濃度信号のヒ
ストグラム、カラー信号の分布特性、エッジ部の検出、
周波数成分等をサブサンプリングデータに基づき測定で
きる。サブサンプリングして符号化したデータは、じわ
じわ絵が浮かびあがるような階層的な復号再生を行なう
に適しており、画像の検索を効率良く実行することがで
きる。従って、例えば医用画像のように、高精細、高階
調であり、多種多様の画像検索が容易であり、劣化なく
データ保存が必要な場合において、本発明は有効に利用
できる。

【００７１】一画素あたり複数のカラー信号で表される
カラー画像の符号化処理においても、前記濃淡画像の符
号化処理方法を各色毎に適用することで、同様に効率の
良い符号化処理を実現することができる。あるいは、複
数の色信号について個別に符号化復号化処理をするので
はなく、組み合わせた信号処理も可能である。各色の信
号の生起確率は、隣接する画素の色信号と、各色を座標
軸とする色空間における信号発生の特異性を利用して求
めることができる。

【００７２】（３）動画像動画像では、同一フレーム内の画素のみならず、画像の
時間軸方向の相関性を利用した信号予測が可能である。
例えば、MPEGと呼ばれる動画像符号化方式では、時間的
に連続する複数のフレーム間で動き予測等の信号処理を
行ない、またフレーム内でDCT（離散コサイン変換）を
行ない、その結果を符号語に変換する。本発明は、画素
のシンボルを対象にするのみでなく、このようなDCT等
の直交変換、あるいはウェーブレット変換等の信号処理
で変換された信号を対象にできることは、原理から当然
のことである。

【００７３】本発明は、このような信号処理に依存する
ことなく、符号化対象シンボルの生起確率をあらかじめ
予測できる場合に適用できる。

【００７４】（４）音声音声信号は、時間軸方向に１次元で表される信号変化、
すなわち波形信号である。同様な信号として、例えば、
電圧等の電気信号波形、地震等の振動波形、心電図波
形、等がある。

【００７５】サンプリングした信号レベルの差分値を算
出し、過去の信号レベルを参照して差分値の生起確率を
予測し、多値レベルの符号化処理を行なうことができ
る。

【００７６】（５）地図（線画像）地図画像等を構成する、線図形の効率的な符号化方法を
説明する。一般に線図形は、ベクトルの連続として表現
することができる。この場合における符号化処理の例と
して、線をベクトルに分解し、ベクトルの取りうる角度
範囲の生起確率を予測することで、本発明を容易に利用
することができる。

【００７７】また、ベクトルは角度と長さの二つの情報
の組み合わせで表される。ここで、角度情報を上記のよ
うに算術符号を用いて符号語に変換し、長さ情報をブロ
ック符号を用いて符号語に変換し、両者を前記の多値レ
ベルの符号化方式と同様に、一つの符号列に混在するこ
ともできる。

【００７８】（６）通信装置図１１に本発明の符号化復号化装置１００，２００を備
えた通信装置１１００の例を示す。１１０２はＣＰＵ、
１１０４はプログラムメモリ、１１０８は符号蓄積メモ
リ、１１１０はＪＰＥＧ符号化復号化装置、１１１２は
ＪＢＩＧ符号化復号化装置、１１１４はＭＨ／ＭＲ／Ｍ
ＭＲ符号化復号化装置、１１１６は伝送制御装置、１１
１８は入出力Ｉ／Ｆである。

【００７９】本発明によればエントロピーに極めて近い
圧縮率を実現できることから、最悪圧縮率の場合でも、
符号データ量が原データ量を越えることは極めてまれで
ある。したがって、伝送制御プロトコルに基づく入出力
する符号が、例えばITU勧告T.81およびT.82に基づくと
しても、通信装置１１００の内部では、本発明の符号化
復号化装置１００，２００による符号データに変換する
ことで、符号データの蓄積のために必要なメモリ容量を
原データ量に設定しておくことができる。

【００８０】（７）算術符号に基づく符号化復号化装置
を置き換える国際標準として規格化されているITU勧告T.81およびT.8
2に基づく符号化復号化装置において、算術符号に基づ
く符号化復号化処理を実行する部分を、本発明の符号化
復号化装置で置き換えることができる。このような符号
化復号化装置の置き換えができることも、本発明の特長
の一つである。

【００８１】（８）マルチメデイア装置図１２に音声、静止画、動画等の複数種類の信号源から
の信号を、簡易な装置構成で効率良く符号化復号化処理
するためのマルチメデイア装置１２００の構成例を示
す。この装置は、音声データ入力手段１２０２、静止画
データ入力手段１２０４、動画データ入力手段１２０４
等の複数種類の信号特性を入力し、符号化装置１００で
該信号に基づき生起確率の予測を行う。符号生成のため
の手段は共通に動作させることで実現できる。

【００８２】生成した符号語には、信号源の種類を区別
するための符号を付加することができる。また、符号化
の種類を区別するための符号を付加することができる。

【００８３】複数種類の信号源の符号を、一定のルール
に基づき多重化することもできるが、本発明は、多重化
の手段に依存するものではない。

【００８４】このようにして、いわゆるマルチメデイア
と呼ばれる複数の信号源を組み合わせた、表示装置、蓄
積装置、伝送装置、において本発明を有効に利用するこ
とができる。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、符号化対象シンボルの
生起確率値を予測し、予測された生起確率値のうち下位
の所定範囲に属する生起確率値を統合し、演算処理すべ
き状態数を低減して符号化処理または復号化処理を実行
する。多値信号を対象とした算術符号の符号化もしくは
復号化において、演算処理すべき状態数が制限されるた
め、シンボル状態数に依存しない高い圧縮率でかつ簡易
な装置構成を実現できる。また、信号範囲が異なる多値
信号を、共通の装置構成で効率良く符号化復号化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の符号化処理手段の基本構成例を示す図
である。

【図２】本発明の復号化処理手段の基本構成例を示す図
である。

【図３】本発明の順位と生起確率の設定の一例を示す図
である。

【図４】本発明の順位と生起確率の設定の一例を示す図
である。

【図５】算術符号の原理を示す図である。

【図６】本発明の符号化処理手順の一例を示す図であ
る。

【図７】本発明の復号化処理手順の一例を示す図であ
る。

【図８】本発明を適用する装置構成例を示す図である。

【図９】本発明を適用する装置構成例を示す図である。

【図１０】本発明の生起確率の予測手段の動作を示す図
である。

【図１１】本発明の符号化復号化装置を用いた通信装置
の構成例を示す図である。

【図１２】本発明の符号化復号化装置を用いたマルチメ
デイア装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１０１…状態数設定手段、１０２…多値信号入力手段、
…１０３メモリ、１０４…生起確率予測手段、１０５…
算術符号化手段、１０６…生起確率補正手段、２０１…
状態数設定手段、２０２…多値信号出力手段、２０３…
メモリ、２０４…生起確率予測手段、２０５…算術復号
化手段、２０６…生起確率補正手段、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多値レベルの入力信号を算術符号を用いて
符号化処理または復号化処理する処理装置において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を設定する状態数
設定手段と、該設定した状態数に基づき前記符号化対象シンボルの生
起確率値を予測する生起確率予測手段と、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成する生起確率補正
手段と、該補正生起確率値に基づき前記符号化処理または復号化
処理を実行する処理手段とを備えることを特長とする符
号化復号化装置。
【請求項２】請求項１記載の符号化復号化装置におい
て、前記生起確率補正手段は、前記符号化対象シンボル
の予測生起確率値が一定値以下のシンボル状態に対して
は前記特定の低生起確率値を設定することを特長とする
符号化復号化装置。
【請求項３】請求項１記載の符号化復号化装置におい
て、前記生起確率補正手段は、前記符号化対象シンボル
の予測生起確率値に基づく発生順位が一定順位以下のシ
ンボル状態に対しては前記特定の低生起確率値を設定す
ることを特長とする符号化復号化装置。
【請求項４】請求項１、２または３の符号化復号化装置
において、前記生起確率補正手段は、前記特定の低生起
確率値を、前記符号化対象シンボルの取りうる状態の生
起確率値の総和が１あるいは１以下になるように設定す
ることを特長とする符号化復号化装置。
【請求項５】請求項１、２または３の符号化復号化装置
において、前記生起確率補正手段は、前記特定の低生起
確率値を、１のR乗（R＜０）に設定することを特長とす
る符号化復号化装置。
【請求項６】符号化対象とするシンボル状態の生起確率
を予測する生起確率予測手段と、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成する生起確率補正
手段と、前記補正生起確率値を既に生成した符号語に掛け合わせ
る乗算手段と、該乗算手段の演算結果を一時的に蓄積す
る蓄積手段とを備え、該演算結果を符号語とすることを特徴とする符号化復号
化装置。
【請求項７】請求項６記載の符号化復号化装置におい
て、生成した前記符号語を一定ビット長以下にフレーミング
して符号化処理することを特徴とする符号化復号化装
置。
【請求項８】請求項１または６に記載の符号化復号化装
置において、前記符号化対象シンボルを一定個数に分割して符号化処
理することを特徴とする符号化復号化装置。
【請求項９】請求項６に記載の符号化復号化装置におい
て、生成した前記符号語に符号化処理したシンボル個数を示
す符号を付加することを特徴とする符号化復号化装置。
【請求項１０】請求項１または６記載の符号化復号化装
置において、前記符号化対象とするシンボルの取りうる状態に、該シ
ンボルと相関のない一つもしくは複数の状態を追加する
ことを特徴とする符号化復号化装置。
【請求項１１】請求項１または６記載の符号化復号化装
置において、前記符号化対象とするシンボルの信号レベルを表す数値
を複数の数値範囲に分割する分割手段と、該数値範囲内の数値について符号化復号化処理により符
号語に変換する処理手段を備えることを特徴とする符号
化復号化装置。
【請求項１２】請求項１または６の符号化復号化装置に
おいて、符号バッファ容量を、原情報と同一もしくは以下の容量
で構成することを特徴とする符号化復号化装置。
【請求項１３】請求項１または６の符号化復号化装置に
おいて、前記符号化対象とするシンボル系列の信号特性を測定す
る測定手段を備え、該測定手段による信号特性を測定を実行した後に、該測
定結果を用いて前記符号化処理を実行することを特徴と
する符号化復号化装置。
【請求項１４】請求項１３の符号化復号化装置におい
て、前記符号化対象とするシンボル系列の信号特性を測定す
る測定手段は、濃度ヒストグラムを測定するものである
ことを特徴とする符号化復号化装置。
【請求項１５】請求項１３の符号化復号化装置におい
て、前記符号化対象とするシンボル系列の信号特性を測定す
る測定手段は、周波数成分を測定するものであることを
特徴とする符号化復号化装置。
【請求項１６】請求項１または６記載の符号化復号化装
置が、１チップＬＳＩで構成され、外部から信号レベル
数を設定できるように構成されていることを特徴とする
符号化復号化装置。
【請求項１７】多値レベルの入力信号を算術符号を用い
て符号化処理する処理装置において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を設定する状態数
設定手段と、該設定した状態数に基づき前記符号化対象シンボルの生
起確率値を予測する生起確率予測手段と、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成する生起確率補正
手段と、該補正生起確率値に基づき前記符号化処理を実行する処
理手段とを備えることを特長とする符号化装置。
【請求項１８】多値レベルの入力信号を算術符号を用い
て復号化処理する処理装置において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を設定する状態数
設定手段と、該設定した状態数に基づき前記符号化対象シンボルの生
起確率値を予測する生起確率予測手段と、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成する生起確率補正
手段と、該補正生起確率値に基づき前記復号化処理を実行する処
理手段とを備えることを特長とする復号化装置。
【請求項１９】多値レベルの入力信号を算術符号を用い
て符号化処理または復号化処理する方法において、符号化対象シンボルの取りうる状態数を設定し、該設定した状態数に基づき前記符号化対象シンボルの生
起確率値を予測し、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成し、該補正生起確率値に基づき前記符号化処理または復号化
処理を実行することを特長とする符号化復号化処理方
法。
【請求項２０】請求項１９記載の符号化復号化方法にお
いて、前記符号化対象シンボルの予測生起確率値が一定
値以下のシンボル状態に対しては前記特定の低生起確率
値を設定することを特長とする符号化復号化方法。
【請求項２１】請求項１９記載の符号化復号化方法にお
いて、前記符号化対象シンボルの予測生起確率値に基づ
く発生順位が一定順位以下のシンボル状態に対しては前
記特定の低生起確率値を設定することを特長とする符号
化復号化方法。
【請求項２２】符号化対象とするシンボル状態の生起確
率を予測し、該予測された生起確率値のうち下位の所定範囲に属する
生起確率値を、１ないし複数の特定の低生起確率値に一
律に置き換えた補正生起確率値を生成し、前記補正生起確率値を既に生成した符号語に掛け合わ
せ、該乗算手段の演算結果を一時的に蓄積し、該演算結果を符号語とすることを特徴とする符号化復号
化処理方法。
【請求項２３】請求項２２記載符号化復号化方法におい
て、生成した符号語に符号化対象の信号性質に関する情報を
付加することを特徴とする符号化復号化方法。