JPH11502043A - フラクタル変換を使用するデジタルデータの圧縮伸張方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 画像（もしくは一連のフレーム）等の、物理的エンティティを表すデータの３次元アレイをその局所対称性により符号化する方法および装置が記載されている。この符号化により、画像を任意の縮尺で再構成することができる圧縮および解像度非依存性記述が得られる。情報を著しく損失することなく空間ズーミングおよびフレーム間補間を達成することができる。本発明の方法は所定サイズのデジタルデータを３次元フォーマットで格納するステップ（２０）と、アレイを複数の矩形ドメインボックスへ分割して複数の一意的にアドレス可能な３次元ドメインセットを発生するステップ（２２）と、アレイを一意的にアドレス可能な複数のレンジボックスへ分割するステップ（２４）と、各ドメインセットにアフィン変換を適用し、各ドメインセットに対して、レンジセットおよび変換を選択するステップ（２６）と、選択されたレンジセットおよび選択された変換を符号語として出力するステップ（２８）と、を含んでいる。選択されたドメインセットの各各に１つづつの、この符号語セットは１次デジタルデータを表す。各ドメインセットに対して選択された変換は次の基準の１つに対応する。（ａ）ドメインセットと変換したレンジセット間の最小距離、（ｂ）ドメインセットと変換したレンジセット間の所与のしきい値よりも小さい距離、もしくは（ｃ）レンジセットが第２の基準を満たし、ドメインセットと変換したレンジセット間の距離が所与のしきい値よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】 フラクタル変換を使用する３次元デジタルデータの圧縮伸張方法および装置 発明の背景 本発明は、一般的に３次元内に表現できる物理的エンティティ（ｅｎｔｉｔｙ ）を表すデジタルデータの変換に関する。特に、本発明は３次元ビデオ画像を表 す圧縮変換の使用に関する。 ２次元デジタルデータを符号化する方法および技術およびビデオ符号化の代替 方式がミファエル エフ．ブランスリおよびアラン ディー．スローンの１９９ ４年９月１３日に公開された米国特許第５，３４７，６００号ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯ Ｎ ＡＮＤ ＤＥＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＯＦ ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＥ ＤＡＴＡに記載されている。この特許の開示は本開示の一部としてここに組み 入れられている。 画像を表すデジタルデータの圧縮は重要な研究領域である。１つの画像を表す １組のデジタルデータは、それが置換する格言的に多数の語よりも遥かに多くの 記憶装置を必要とする場合が多い。しかしながら、静止画像の圧縮に関連する問 題点は、多くの断面スライスが３次元画像を形成する動画や医療画像によりもた らされる問題点に較べれば見劣りするものである。このような画像が標準ビデオ レートで表示されると、解像度の低い画像であっても利用可能な帯域幅および記 憶装置資源を迅速に使い切ってしまう。 従来、画像圧縮方法は１次データ（ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄａｔａ）を正確に再 生する、すなわち、“無損失圧縮”と元のデータからの許容発散と大きい圧縮と が取引される、すなわち、“有損失圧縮”とに分類することができる。無損失方 法には典型的なデータを７０％以上圧縮できないという問題点がある。したがっ て、これらの応用では有損失圧縮が必須である。 開示されたデータ圧縮方法および装置は有損失方法に関連しており、下記の特 徴を有する。 ・ 劇的な圧縮比 ・ 空間解像度非依存性、画像を表すデータについて、画像は任意所望の解像 度もしくはアスペクト比のモニター上に表示できる。 ・ 時相（ｔｅｍｐｏｒａｌ）解像度非依存性−データは任意所望の速度（も しくは、等価的に任意の画像データについて、任意のスライス数）で表示できる 。 本発明のもう１つの特徴は、開示する方法および装置が画像全体を伸張するこ となく圧縮された画像の一部を再構成する能力を有することである。そのため、 この技術はビデオメモリや大型視覚データベースの記憶装置に特に適している。 本発明の別の局面により、ランダムアクセスを犠牲にせずに差動符号化の記憶 装置を節減できる、前のフレームに依存するビデオ画像等の、有限時相順序（ｔ ｅｍｐｏｒａｌ ｏｄｅｒｉｎｇ）および無限時相範囲（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｅ ｘｔｅｎｔ）を有する画像データの一連のフレームを符号化する方法が提供され る。発明の要約 本発明の目的に従って、データプロセッサにより実行されるステップからなる 、物理的エンティティを表すデジタルデータを自動的に圧縮する方法が提供され る。これらのステップには、所定サイズの３次元データセットとしてのデジタル データをデータプロセッサ内に格納して、格納されたデジタルデータから各々が 格納されたデジタルデータの異なる部分を表し全てのドメインボックス（ｄｏｍ ａｉｎ ｂｏｘ）を一緒にすると格納された全デジタルデータが含まれるような 、１組の一意的にアドレス可能な３次元ドメインボックスを発生することが含ま れている。この方法には、さらに、各々が一意的なアドレスを有するデジタルデ ータの複数の３次元サブセットに各々が対応する１組の一意的にアドレス可能な ３次元マップレンジボックス（ｍａｐｐｅｄ ｒａｎｇｅ ｂｏｘ）を格納され たデジタルデータから生成するステップも含まれ、各マップレンジボックス生成 ステップにはドメインボックスの値とマップレンジボックスの値との間に１対１ の対応があるようにマップレンジボックスに対応するデジタルデータの１つのサ ブセットを収縮するサブステップと、各々が対応するマップレンジボッ クスに対してデジタルデータの対応するサブセットのアドレスを指定する一意的 なボックス識別子を対応する１つのマップレンジボックスへ割り当てるサブステ ップが含まれている。この方法には、さらに、ドメインボックスセットおよびマ ップレンジボックスセットの一方からなる格納されたデジタルデータの第１組の ボックスに第１のアフィン変換を実行するステップを含み、格納されたデジタル データの第２組のボックスはドメインボックスセットおよびマップレンジボック スセットの他方からなり、第１組の各ボックスに適用される第１のアフィン変換 は対応する変換識別子を有し、各ドメインボックスに対して選択された１対のド メインボックスを形成し、各ボックス対は第１および第２の各ボックスセットか らの１つのボックスを含み、各対のボックスの一方は所定の基準に従って対の他 方のボックスに最も綿密に対応するセットのボックスである。最後に、本方法に は、各々が所定サイズよりも小さいサイズのデータセット内のデジタルデータの 圧縮表現として識別子対を含む１組の符号語を供給するステップが含まれ、各識 別子対は形成され選択されたボックス対の異なる一方のボックスに対応し、各識 別子対は対応するボックス対の一方のボックスに関連するボックス識別子および 対応するボックス対の一方のボックスに関連する変換識別子を含んでいる。 本発明の別の局面により、３次元に存在する物理的エンティティを表すデジタ ルデータを自動的に圧縮する装置が提供される。この装置は、デジタルデータを 供給する入力装置と、デジタルデータを所定サイズの３次元データセットとして データプロセッサ内に格納するメモリと、格納されたデジタルデータから一意的 にアドレス可能な１組の３次元ドメインボックスを発生するデータプロセッサと を具備している。各ドメインボックスは格納されたデジタルデータの異なる部分 を表し、全てのドメインボックスを一緒にすると格納された全てのデジタルデー タが含まれるようにされている。データプロセッサは、各々がデジタルデータの 複数の３次元サブセットの１つに対応する、１組の一意的にアドレス可能な３次 元マップレンジボックスを格納されたデジタルデータから生成し、各サブセット は一意的なアドレスを有し、各マップレンジボックスがマップレンジボックスに 対応するデジタルデータの１つのサブセットの収縮部からなり、ドメインボック スの値とマップレンジボックスの値との間に１対１の対応があるようにされてい る。データプロセッサは、また、対応する１つのマップレンジボックスへ一意的 なボックス識別子を割り当て、各ボックス識別子はデジタルデータの対応するサ ブセットのアドレスを対応するマップレンジボックスに対して指定する。データ プロセッサは、ドメインボックスセットおよびマップレンジボックスセットの一 方からなる格納されたデジタルデータの第１組のボックスに第１のアフィン変換 を実行し、格納されたデジタルデータの第２組のボックスはドメインボックスセ ットおよびマップレンジボックスセットの他方からなり、第１組の各ボックスに 適用される第１のアフィン変換は対応する変換識別子を有している。この装置は 、さらに、第１および第２組のボックスを比較し各ドメインボックスに対して１ 対のボックスを選択する比較器を具備し、各ボックス対は第１および第２の各ボ ックスセットからの１つのボックスを含み、各対の一方のボックスは所定の基準 に従って対の他方のボックスに最も綿密に対応するセットのボックスである。こ の装置は、また、各々が所定サイズよりも小さいサイズのデータセット内のデジ タルデータの圧縮表現としての識別子からなる１組の符号語を供給する出力装置 を具備し、各識別子対は形成され選択されたボックス対の異なるボックスに対応 し、各識別子対は対応するボックス対の一方のボックスに関連するボックス識別 子および対応するボックス対の一方のボックスに関連する変換識別子を含んでい る。図面の簡単な説明 第１図は一連のフレームとして配置されたピクセルの３次元構成を示す図。 第２図は第１図のピクセルアレイを表す３次元データアレイを示す図。 第３図はドメインボックスおよびレンジボックスへ仕切られた第２図のアレイ を示す図。 第４図は３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する方法の論理フロー図。 第５図は第４図のこの方法を実行できるエンコーダ装置のブロック図。 第６図は３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処 理して、第４図の方法により符号化される１次データの表現を発生する論理フロ ー図。 第７図は一連の画像を表す単純化されたデータアレイを示す図。 第８図はコンピュータメモリのアレイを示す図。 第９図は６４の値およびレンジブロックを含むコンピュータメモリアレイの内 容を示す図。 第１０図は一連のフレームとして配置されたビデオ情報のアレイを示す図。 第１１図は第３ディメンジョンがフレーム番号を構成する３次元内に存在する 物理的エンティティを表すデジタルデータを自動的に圧縮する方法の論理フロー 図。 第１２図は第３ディメンジョンがフレーム番号を構成する３次元内に存在する 物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して、第１１図の方法により 符号化される１次データセットの表現を発生する方法の論理フロー図。 第１３図は第１２図の方法により実行される装置のブロック図。 第１４図は１次データのサブセットを復号する方法の論理フロー図。実施例の説明 序文 物理的エンティティを表すデジタルデータは２次元アレイとして表現される場 合が多い。例えば、デジタル画像は各々が１組の有限値の１つに等しい値を有す るピクセルの２次元アレイｘ_ijからなるものと考えられる。ビデオ画像は“フレ ーム”として知られるこのような一連のアレイからなるものと考えられる。多く の圧縮方式は連続するフレーム間の差を計算することにより隣接フレーム間の類 似性を利用しているが、より長い範囲の相関、すなわち、非隣接フレーム間の類 似性を利用する方法は少ない。 第１図に示すように、本発明は一連のスライスすなわちフレーム１２として配 置されている、ピクセルｘ_i,j,k等の、データの３次元アレイ１０に関連してい る。時間には空間変数との対称的な役割が与えられる。例えば、第１図において 、ｚ軸１４はフレームで測定される時間を表すことができる。この対称性により 、本発明は、時間依存性ではないがＣＴスキャンのように３つの空間ディメンジ ョンを描く必要のあるデータに修正せずに適用することができる。この応用では 、第３の変数は時間として示されるが、この技術は静的３次元データにも適用さ れることが理解できるであろう。さらに、本発明は画像データに限定はされず、 ３ 次元内に表現することができる物理的エンティティを表す任意のタイプのデジタ ルデータに応用できることが理解できるであろう。 ビデオデータの比較は前記米国特許第５，３４７，６００号に記載された２次 元フラクタル変換を使用して実行することができる。しかしながら、その特許に おけるビデオ画像の処理はいくつかの重要な点で本発明とは異なっている。 １． 従来技術の２次元フラクタル変換では、画像のｎフレーム内のデータは ｎ−１フレームに関して符号化されるが、本発明ではｎフレーム内のデータは画 像内のどこから取り出したフレームに関しても符号化することができる。 ２． 従来技術の２次元フラクタル変換のビデオ実施例における局所変換は空 間的に圧縮性であるが、時間方向では圧縮性ではない。それは水平および垂直方 向では圧縮できるが、時間ディメンジョンでは圧縮できないことを意味する。３ 次元フラクタル変換は全方向で圧縮性である。 ３． 従来技術の２次元フラクタル変換により再スケーリング方法が提供され る、すなわち、実際上画像の空間的ディメンジョンが補間されるが、時間ディメ ンジョンやフレームレートは補間されない。本発明では、画像内のスライスの高 さ、幅、および数を独立にスケーリングすることができる。 ビデオ画像等の３次元データアレイは、アレイの各番号（すなわち、画像内の 各ピクセル）がこれらのセットの１つに含まれるという特性により、ドメインセ ットと呼ばれる一群のサブセットへ分割することができる。したがって、ドメイ ンセットはアレイの全データを集約的に含んでいる。データ圧縮を行うために、 各ドメインセットを“符号語”で表すことができる。符号語は対応する“レンジ セット”の識別子およびレンジセットからドメインセットへの変換の識別子を含 んでいる。レンジセットは所定のドメインセットの１つである必要はなく、他の レンジセットを重畳することができる。 総合すると、符号語は下記の特性を有する３次元画像の変換Ｔを記述する。 ・ Ｔを１次画像に適用すると、結果は１次データとほぼ同じである。 ・ １次データと同じディメンジョンを有する任意の初期画像にＴを繰り返し 適用すると、得られる画像は初期画像の内容とは無関係に１次（符号化）画像に 非常に近い。 ・ Ｔの変換は画像ディメンジョンの特別な選択と結び付いてはいない。異な るサイズの初期任意画像および／もしくは符号化された１次画像からの部分に繰 り返しＴを適用すると、符号化された画像のフラクタル再スケールバージョンが 得られる。 この方法には２つの利点がある。第１に、符号語は通常ドメインセットのピクセ ル−バイ−ピクセル記述よりも少ないビットで表される。第２に、符号語は理想 的な数学画像の表現であるため、１次画像の解像度非依存性記述が得られる。詳細な説明 第２図に示すように、好ましい実施例では、３次元ピクセルアレイ１０は矩形 ドメインボックス１８へ仕切られたデータアレイ１６により表される。前記した ように、データアレイ１６は一連の画像もしくは、オーディオ情報、地震データ 、等の任意他種の物理的エンティティを表すことができる。 “レンジボックス”として知られるドメインボックス１８と大きなアレイ群１ ６間の対応を第３図に示す。 各ドメインボックスには下記のコンポーネントからなる符号語が割り当てられ る。 １． レンジボックスアドレス ２． 簡約演算子（Ｒｅｄｖｅｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｕｒ） ３． 対称演算子（Ｓｙｍｍｅｔｒｙ ｏｐｅｒａｔｕｒ） ４． ピクセル演算子 符号語の各コンポーネントについて説明を行い、続いて所与のドメインボックス に対して符号語を選択する方法を説明する。これら任意のコンポーネントは全画 像、もしくは多数のドメインボックスにわたって一定に保持されるものと理解す ることができ、その場合それらは１次データアレイを表す全符号語のセットから なるファイルに明確に表現する必要はない。 符号化されるデータは、アレイ１６等の、０，．．．，ｎ−１のさまざまなｉ ，ｊ，ｋの値に対するアレイｘ_i,j,kからなっている。ある正の整数ｂに対して ｎ ＝２^bである場合が多く、ｂは“ビットパーピクセル”もしくは“画像深さ”と 呼ばれる。これはＺ座標で表される３次元画像の深さと混乱して使用してはなら ない。 アレイは各ディメンジョンに有限境界を有する、すなわち、ｉ，ｊ，ｋは不等 式０≦ｉ＜ｗ，０≦ｊ＜ｈおよび０≦ｋ＜ｄを満たす。したがって、ボックスは 考えられるより多くの制約限界を満たすピクセルのセットにより与えられる１次 画像データアレイの有限サブセットからなる。ボックスはオフセットアドレス（ ｂ_x，ｂ_y，ｂ_z），および（範囲（ｂ_w，ｂ_h，ｂ_d）により完全に記述され、この ような記述は全ピクセルｘ_i,j,kを意味するものと理解され、ｂ_x≦ｉ≦ｂ_x＋ｂ_w ，ｂ_y≦ｊ＜ｂ_y＋ｂ_hおよびｂ_z≦ｋ＜ｂ_z＋ｂ_dである。 所与のドメインボックス１８に対応するレンジボックス２０は同じ空間比率を 有するが、ディメンジョンは一般的に比例定数だけ大きい。 簡約演算子 簡約演算子を得る最初のステップは、各レンジボックスに演算を実行してピク セルをドメインボックスと１対１に対応させることができる簡約された、すなわ ち、“収縮された”レンジボックスを生じることである。レンジボックスは通常 その対応するドメインボックスよりも大きいため、簡約はレンジボックスの各サ ブセットから１つの代表値を得ることからなっている（例えば、レンジボックス の空間ディメンジョンがドメインボックスの２倍であれば、簡約演算子はレンジ ボックスの２ｘ２ｘ２サブボックスを表す１つの値を探すことからなる）。この 演算はレンジボックスを“収縮する”と考えられる。 典型的な方法には下記の事柄が含まれる。 １． サブボックスの１つの代表を（例えば、最小ｘ，ｙ，ｚ座標を有するピ クセル）を選択する。 ２． サブボックス内のピクセルの平均値（正当なピクセル値に丸められてい る）を選択する。 ３． サブボックス内の最も一般的な値（モード）を選択する。 ４． サブボックス内の中央ピクセル値を選択する。 レンジボックスがドメインボックスの２倍であれば、方法（１）により次式が 得られ、 ｒ’（ｉ，ｊ，ｋ）＝ｒ（２ｉ，２ｊ，２ｋ）（１） 方法（２）により次式が得られる。 前式における切頭演算子（ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｏｒ）は答を 正当なピクセル値へ丸めることからなっている。 対称演算子 簡約後、レンジボックスは対称演算を行う、すなわち、ピクセル値が下層ボッ クスの幾何学的対称性に従って変換される。例えば、立方体は２４回転および２ ４反射からなる４８の厳密な対称を有している。回転は６面の各々を、順次、底 面として選択し、この面を４つの方向の各々（したがって、２４＝６ｘ４）へ向 けることにより得られる。前記した回転の１つを実行し、１つの面に平行な立方 体の中央を通る面内で反射させることによりさらに２４の反射が得られる。 ボックスの側面が同じ長さでなければ、ボックスの対称は少なくなる。２つの 側面が等しく第３の側面が等しくない場合には、１６の対称がある（正方面の８ つの面対称ｘ正方面に平行なボックスの中央を切断する面に対して可能な２つの 反射）。３つのディメンジョンが全て等しくなければ、各座標軸に平行な面内で 可能な反射の組合せに対応する８つの対称がある。 ディメンジョンｒ_w，ｒ_h，ｒ_dの矩形ボックスに可能な対称が表１および２に まとめられている。ドメインセットの形状のさまざまな選択により、対応する有 限の表が周知の方法により容易に得られる。 ピクセル演算子 ピクセルをドメインセット内のピクセルと１対１で対応させることができるボ ックスへレンジボックスが簡約され、表示された対称により変換されていると、 そのピクセル値には関数ｆが作用し、それは実施例では切頭収縮アフィン変換、 すなわち、マッピングｘ→ｔｒｕｎｃ（ａｘ＋ｑ）により与えられ、ａおよびｑ はドメインボックスにわたって一定であり｜ａ｜＜１である（事実、大多数のピ クセルについて｜ａ｜＜１で十分である）。係数ａおよびｑは実数であり、切頭 演算は実数ａｘ＋ｑを丸めてある範囲内のピクセル値の整数とすることからなっ ている。 符号語を発生する次のステップは、各ドメインボックスに対して対応する収縮 したレンジボックスを選択することである。ディメンジョンｂ_w，ｂ_h，ｂ_dのボ ックスはＮ＝ｂ_wｘｂ_hｘｂ_d成分のベクトルと考えることができる。２つの候補 ボックスｘおよびｙが与えられると、ボックスの比較に使用できる多様な周知の 距離関数がある。いくつかの例を示す。 Ｌｐ距離 ボックスを比較する最も容易な方法は、各ボックスをベクトルとして処理して それらの成分距離を合計することである。より一般的には、実数ｐが与えられる と、ボックスｘおよびｙ間のＬｐ距離は次式で定義され、 Ｎは各ボックス内のピクセル数である。特に重要なケースはｐ＝１，マンハッタ ン距離、およびｐ＝２すなわちユークリッド距離である。 Ｌ∞距離 Ｌ∞すなわち上限距離は任意の２つのピクセル値間の最大距離として定義され る。ｐが大きくなる時に前記距離の限界として得ることができるため、そのよう に呼ばれる。 ｄ∞（ｘ，ｙ）＝ｍａｘ（｜ｘ_i−ｙ_i｜） （４） 重み付け距離 通常距離の特性と見なす範囲の厳密に外側にあるが、前記距離関数のいずれか を修正して実施することができる画像圧縮を助ける基準がある場合が多い。例え ば、レンジブロックがドメインブロックに近い、もしくはレンジブロックが画像 のある領域に選択性を示すことを保証するのが望ましい場合がある。これらの両 方の基準によりフラクタル符号語の付加圧縮を著しく容易にすることができる。 この場合、距離関数は下記のように実施され、 ｄ（ｘ，ｙ）＝ｄ’（ｘ，ｙ）＋Ｃ（ｘ，ｙ） （５） ここに、ｄ’は前記した距離関数の１つであり、Ｃはアドレス等のピクセル値以 外のボックスの特性によって決まるコスト関数である。コスト関数の一例はＣ（ ｘ，ｙ）＝（ｕ_d−ｕ_r）²＋（ｖ_d−ｖ_r）²＋（ｗ_d−ｗ_r）²であり、ここに、（ ｕ_d，ｖ_d，ｗ_d）はドメインブロックの上半コーナのアドレスを表し、（ｕ_r，ｖ_r ，ｗ_r）はレンジブロックの上半コーナのアドレスを表す。 符号化 前記した原理を使用して、符号化（圧縮）過程について説明する。符号化、す なわち、３次元画像の一連の符号化への変換は下記のステップからなっている（ 第４図に要約されている）。 ３次元フォーマットで構成された所定サイズのデジタルデータをデータプロセ ッサ内に格納する（ステップ２０）、 全てのドメインセットを集めると格納された全てのデータが含まれるように、 アレイを複数の矩形ドメインボックスへ分割することにより複数の一意的にアド レス可能な３次元ドメインセットを発生する（ステップ２２）、 レンジボックスを形成することにより複数の一意的にアドレス可能な３次元収 縮レンジセットを発生する（ステップ２４）、 各ドメインセットへアフィン変換を適用し、各ドメインセットについて、下記 の基準の１つを満たすレンジセットおよび変換（簡約演算子、対称演算子、およ びピクセル演算子からなる）を選択する、 （ａ） ドメインセットと変換されたレンジセット間の距離が可能な最小の全 体レンジセットおよび変換である、あるいは、 （ｂ） ドメインセットと変換されたレンジセット間の距離が所与のしきい値 よりも短い、あるいは、 （ｃ） レンジセットが２次基準を満たし、ドメインセットと変換されたレン ジセット間の距離が所与のしきい値よりも短い（ステップ２６）、 選択されたレンジセットのアドレスおよび選択された変換を符号語として出力 する（ステップ２８）、および、 各ドメインセットについて過程を繰り返す（ステップ３０）。 所与のドメインセットに対応する符号語は厳密に選択されたレンジセットのアド レスの記述と変換からなる。各ドメインセットは圧縮された画像ファイル内の符 号語で表される。 また、ドメインセットに関連する収縮された各レンジセットおよびいくつかの 基準の１つを満たす変換ヘアフィン変換を適用することができる。 前記した“２次基準”の例は選択され変換されたレンジブロックのアドレスが ドメインブロックに近いことである。例えば、（ｕ_d−ｕ_r）²＋（ｖ_d−ｖ_r）²＋ （ｗ_d−ｗ_r）²＜Ｒであり、ここにＲは０よりも大きいある定数である。 前記した方法は第５図に示す符号化器で実行することができる。入力装置５２ はプロセッサ５４へデジタルデータを供給する。入力装置５２は、例えば、ドキ ュメントスキャナもしくはコンピュータ化されたアクスルトモグラフィ（ＣＡＴ ）マシンとすることができる。 プロセッサ５４は入力装置５２により供給されるデジタルデータを所定サイズ の３次元データセットの形式でメモリ５６内に格納する。プロセッサ５４は１組 の一意的にアドレス可能な３次元ドメインボックスを格納されたデジタルデータ から発生する。各ドメインボックスは格納されたデジタルデータの異なる部分を 表し、全てのドメインボックスを一緒にすると格納されたデジタルデータが全て 含まれるようにされる。プロセッサは、格納されたデジタルデータから、各々が デジタルデータの複数の３次元サブセットの１つに対応する１組の一意的にアド レス可能な３次元マップレンジボックスも生成する。各サブセットは一意的なア ドレスを有し、各マップレンジボックスがそれに対応するデジタルデータの１つ のサブセットの収縮バージョンからなるようにされる。したがって、ドメインボ ックスの値とマップレンジボックスの値との間に１対１の対応がある。プロセッ サは一意的なボックス識別子を対応する１つのマップレンジボックスへ割り当て る。各ボックス識別子は対応するマップレンジボックスに対してデジタルデータ の対応するサブセットのアドレスを指定する。プロセッサは、また、ドメインボ ックスのアフィン変換を実行する。 比較器６０がプロセッサ５４に接続されていてレンジボックスおよび変換した ドメインボックスを比較し、各ドメインボックスについて、最も類似するレンジ ボックスの１つを選択する。 ピクセル演算子、および複数の対称演算子からなる複数のアフィン変換がドメ インボックスに対して実行され、比較器６０はレンジボックスに対して最大の類 似性をもたらすドメインボックスのピクセル演算子および対称演算子を決定する 。次に、比較器は選択されたピクセル演算子、対称演算子の識別、および最大類 似性をもたらすレンジボックスアドレスを与える。プロセッサ５４は識別子対か らなる各ドメインボックスの符号語を形成する。各識別子対はレンジボックス識 別子および、ピクセル演算子識別子および対称演算子識別子を含む、変換識別子 を含んでいる。 比較器５４は符号語を出力装置６２へ与え、それは符号語セットを１次データ セットのデジタルデータの圧縮された表現として供給する。この圧縮された表現 は１次３次元データセットの所定のサイズよりも小さい。出力装置６２はハード ディスク等の記憶装置、もしくはモデム等の通信装置を具備することができる。 好ましい実施例では、プロセッサ５４、メモリ５６および比較器６０は、シリ コングラフィックス社から市販されているインディゴ２ワークステーション等の 汎用コンピュータ内に実現される。また、復号器５０の全部もしくは一部を高速 応用カスタムハードウェア内に実現することができる。 ベーシック復号器 前記した符号語からなるデジタルファイルを伸張して、データプロセッサ内で 実行される伸張、もしくは復号過程により１次アレイの近似表現を回復すること ができる。好ましい実施例では、データプロセッサはデジタルファイルを受信す る入力バッファ、および伸張されたアレイの所望の伸張ディメンジョンの２つの イメージバッファを有している。伸張されたアレイディメンジョンは圧縮する前 の１次アレイのディメンジョンと同じである必要がないことは利点である。 符号語のシーケンスによりイメージバッファの変換Ｔが定義される。復号手順 を第６図に示す。好ましい形式では、手順は下記のステップからなる。 入力バッファへのフラクタル符号からなる圧縮したデジタルファイルを受信す る（ステップ７０）、 ソースバッファを３次元アレイとして所定の始動条件（例えば、ニュートラル グレイ）へ初期化する（ステップ７２）、 ターゲットバッファをドメインボックスへ分割し、サービスバッファをレンジ ボックスへ分割する（ステップ７４）、 入力バッファの各符号語について、ターゲットバッファＴＯ内の対応するドメ インボックスを処理して、ソースバッファ内の対応する符号語により与えられる レンジボックスを決定する（ステップ７６）。新しいディメンジョンが１次ディ メンジョン（１次データの圧縮前に決定される）と異なる場合には、レンジアド レスの比例再スケーリングが必要となることがある、 ターゲットバッファ内のドメインボックスの内容を対応する符号語により記述 される変換によりソースバッファ内のレンジボックス変換（収縮）結果と置換す る（ステップ７８）、各符号語についてステップ７６および７８を繰り返す（ス テップ８０）、ターゲットバッファのドメインボックスが置換された後で、すな わち、１回の反復が完了した後で、予め設定された最小数の反復が実行されてい るか確認される（ステップ８２）。実行されていなければ、ソースバッファの内 容はターゲットバッファと置換され（ステップ９０）、各ドメインボックスにつ いてステップ７６および７８が繰り返される。 最小繰返し数が実行されると、ソースおよびターゲットバッファ間の差が所定 のしきい値よりも小さいか、すなわち、画像が安定であるかが確認される（ステ ップ８４）。さもなくば、所定の最大繰返し数が実行されているかが確認される （ステップ８６）。さもなくば、ステップ９０へ行く。 ソースおよびターゲットバッファ間の差がしきい値よりも小さい、すなわち、 所定の最大繰返しが実行されておれば、ターゲットバッファの内容が１次アレ イの表現として出力される（ステップ８８）。 単純化された３次元データアレイ１００に対して実行される復号演算の数値例 を表３の第７図、第８図および第９図に示す。第７図に示すデータアレイ１００ は、各々が１６メンバー１０４を含む４フレーム１０２を含んでいる。この例で は、アレイ１００は各々がフレーム１０２に対応する一連の画像を表し、各々が ピクセル輝度値を有する１６ピクセル１０４を含んでいる。しかしながら、アレ イ１００は時間が経過する音声データや３次元データで表すことができる任意他 種の物理的エンティティ等の、他のデータを表すことができる。したがって、ピ クセル値はｘ，ｙ，ｚディメンジョンを有する数値アレイ１００として表現する ことができる。 第７図に示すように、特定ピクセルの水平位置はそのｘ座標（右へ増加する） により表すことができる。ピクセルの垂直位置はそのｙ座標（下方向へ増加する ）により示され、各ピクセルのフレーム番号（すなわち、ピクセルの深さ）はｚ 座標（奥へ向かって値が増す）により示される。 ピクセルの値は第８図に示すようにコンピュータメモリのアレイに格納するこ とができる。メモリアドレスを左に示し、００００で始まって下方向へ１６進値 で増加する。ピクセル値はメモリアドレスで示されるメモリ位置に格納される。 例えば、第７図のピクセルｊは２，１，０のそのｘ，ｙ，ｚ座標で示すことがで きる。このピクセルの輝度値はＶ_2,1,0で表すことができる。この値は第８図の アドレス０００６で示すメモリ位置に格納される。 第７図の４ｘ４ｘ４ピクセルアレイは８つの２ｘ２ｘ２ドメインブロック１０ ６へ分離される。第７図に示すアレイのレンジブロックは４ｘ４ｘ４ピクセルの ブロックである。したがって、説明を簡単にするために、第７図のアレイには１ つのレンジブロック、すなわち、全体のアレイ１００しかない。 第７図のアレイには８つの２ｘ２ｘ２ドメインブロックが含まれるため、この アレイのピクセル値は、各ドメインブロックに１つづつの、８つの符号語からな るフラクタル変換として圧縮した形式で表すことができる。前記したように、各 符号語の値はレンジブロックアドレスおよび変換からなる。この単純化した例に は、１つのレンジブロックしかない。したがって、第７図のドメインブロックに 対応する各符号語のレンジブロックアドレスは同じである。 この例では、各符号語のピクセル演算子はａｘ＋ｑの形式である。さらに、こ の例の各符号語の“ａ”の値は同じである。したがって、表３に示すように、こ の例のフラクタル変換を構成する８つの符号語はｑの値しか含んでいない。各符 号語の値が同じであるという仮定は、実際のフラクタル変換応用では非常に頻繁 に生じる。 第７図のアレイのフラクタル変換符号を表３に示す。図からお判りのように、 表３の各エントリは０−７のドメインブロック番号に対応する。アレイ１００の これらのドメインブロックのｘ，ｙ，ｚ座標は表３の第２列に示されている。最 後に、各ドメインブロックのｑ値を表３に示す。レンジブロックアドレスおよび ａ値は８つのドメインブロックの各々に対して同じであるため、ｑ値のセットは 第Ｘ図に示すアレイの全フラクタル変換符号により構成される。 第７図のアレイ１００で表される１次画像のピクセル値は、本発明の原理によ り引き出される数値例の中に引き出される。第９図に、各々が任意の値へ初期化 されている６４の位置を含むコンピュータメモリアレイの内容を示す。本例では 、１次画像の輝度値は０から２５５まで変動するように指定されている。ニュー トラルグレイ値はこの輝度範囲の中点、すなわち、１２８で表される。したがっ て、 コンピュータメモリの６４位置の各々が１２８の任意の値へ初期化される。 このアレイの初期値は第９図の反復＃０に示されている。第９図に示すコンピ ュータアレイのｘおよびｙ座標は第７図のアレイのピクセルのｘおよびｙ座標に 対応する。同様に、第９図のコンピュータメモリのフレーム番号は第７図のピク セルアレイのフレーム番号、すなわち、ｚ座標に対応する。 本発明では、前記したように、レンジブロックは４ｘ４ｘ４のディメンジョン の１つのレンジブロックからなっている。したがって、ドメインブロックと同じ サイズに収縮したレンジブロックは、第９図にレンジブロックとして示す値の２ ｘ２ｘ２ブロックである。 収縮したレンジブロックを作るのに使用する簡約演算子は第７図のアレイの交 番ピクセルを選択することからなっている。したがって、反復＃０のレンジブロ ックを形成するのに使用する対応するメモリ位置は、第９図の反復＃０において 丸で囲んだ値で示される。 第９図の反復＃０に示すように、収縮したレンジブロックは１対の２ｘ２フレ ーム、すなわち、フレームＡおよびＢを含むアレイからなっている。最初の反復 、反復＃１、において、第９図のコンピュータメモリ内に表示された、第７図の アレイの最初のドメインボックスのピクセル値は、次の反復ドメインボックス値 ＶｄがａＶｒ＋ｑに等しくなるような変換を適用して形成され、Ｖｒは収縮した レンジボックス値を表す。表３を参照して、ドメインボックスのｑ値は０である ことが判る。“ａ”値は全てのドメインボックスに対して１／２であるため、各 ドメインピクセルの値は対応するレンジボックスピクセル値の１／２プラス０に 等しい。フレーム０の左上４つの値、反復＃０は６４であり、それは反復０のフ レームＡに示す対応するレンジボックス値の１／２であることが判る。同様に、 フレーム１、反復１の左上４つの値で表される、反復１における第１のドメイン ボックスの残りの値も６４であり、それはフレームＢ反復０の対応するレンジボ ックス値の１／２である。 ドメインボックス１番は、フレーム０の右上コーナの４ピクセルおよびフレー ム１の右上コーナの４ピクセルとして第７図に示されている。ドメインボックス １のフラクタル変換符号は３２のｑ値を有している。したがって、ドメインボッ クス１のピクセル値は、１／２の値および３２のｑ値を含むフラクタル変換を反 復＃０の収縮したレンジボックスの対応するピクセルへ適用することにより、反 復＃１において更新される。これは、第９図の反復＃１に示されており、反復＃ １、フレーム０の右上４つのピクセル値は、（１／２ｘ１２８）プラス３２によ り得られる、９６の値を有している。同様に、ドメインボックス１番の第２フレ ームは、やはり各々が９６の値を有する、フレーム１の右上４つのピクセル値か らなっている。 第７図のアレイの最初の２つのフレームの右下ピクセルからなるドメインボッ クス３へ飛ぶと、Ｘチャートからドメインボックス３のフラクタル変換は６４の ｑ値を有することが判る。フレーム０反復＃１の右下４つの値およびフレーム１ 反復＃１の右下４つの値に示すように、ドメインボックス３のフラクタル変換符 号を反復＃０の収縮したレンジボックスのピクセル値へ適用すると１２８のドメ インボックス値が得られる。 同様に、反復＃１の全てのドメインボックス値がフラクタル変換ａ（Ｖｒ）＋ ｑを適用して引き出される。反復＃１の後のドメインボックスのこの値を第９図 に示す。収縮レンジボックスは、１つおきのピクセル（丸で囲んだ値）を選択し て２ｘ２アレイの２つのフレームを形成することにより、反復１のピクセル値か ら形成される。第９図からお判りのように、収縮レンジボックスの第１フレーム は６４，９６，９６，１２８のピクセル値（左から右、上から下）からなり、第 ２のフレームはピクセル値９６，１２８，１２８，１６０からなる。これは反復 ＃１のドメインボックスの丸で囲んだピクセル値を選択して得られる。 ８つのドメインボックスに対するフラクタル変換符号を反復＃１の収縮レンジ ボックス値へ適用すると、反復＃２に示すドメインボックスのピクセル値が得ら れる。この過程は反復＃７および＃８を通して継続する。反復＃８のドメインボ ックスのピクセル値により反復＃８の下部に示す収縮レンジボックスのピクセル 値が得られる。ドメインボックス０−７に対するフラクタル変換値を反復＃８の 収縮レンジボックス値へ適用すると、反復＃８のドメインボックス値に等しい反 復＃９のドメインボックス値が得られることが判る。したがって、９回の反復後 にピクセル値は安定化、すなわち収斂、していて反復＃８および＃９のピクセル 値は圧縮する前の第７図の１次アレイのピクセル値を表すようになる。 前記説明では、全てのピクセル値が確実に同じ回数反復されるが、１個のバッ ファを使用することもでき、その場合には各ステップで使用する値は古い値と新 しい値の組合せとなる。この手順によりメモリが節減されるだけでなく、収斂速 度が速められる。 一次方程式による復号 ピクセル演算子がアフィンである（ｘ−＞ａｘ＋ｑの形式を有する）ものに制 約される場合には、大きい疎行列を反転することにより復号過程を実現すること ができる。フラクタル符号により設定されるレンジおよびドメインピクセル間の 対応は、行列演算の固定点を見つけることと等価である。 Ｘ＝ＡＸ＋Ｑ （６） ここに、ＸおよびＱは全画像内のピクセル数と同数の成分を有するベクトルであ り、Ａは画像内のピクセルと同数の行および列を有する正方行列である。 固定点が存在する（また、局所アフィンマップの適切な制約の元で、固定点が 存在しなければならないことを数学的に示すことができる）場合には、この固定 点は下記の形式の解析式を有し、 Ｘ＝（Ｉ−Ａ）−¹Ｑ （７） ＩはＡと同サイズの識別行列である。Ｑ＝０である特殊なケースでは、計算は従 来技術の手順でＡの固有ベクトルを見つけ出すのに等しい。行列Ｑは疎である場 合が多い。その程度はレンジボックスを変換してレンジボックスを簡約する方法 によって決まる。サブサンプリングのケースでは、Ａは対角線を外れた行当たり １つの非ゼロ要素を有し、平均的ケースでは８つの非ゼロ要素を有する。この疎 な方程式系を解く線形代数技術を使用して本発明の復号過程を実施する能力はあ る応用では有利であるが、もちろん、当業者ならば他の実施例もお判りであろう 。 ビデオ画像符号化 本発明のもう１つの局面は、逐次得られるかもしくはメモリ内の全てのデータ セットに一度で対処できるようなサイズの３次元データアレイの符号化に関連す る。このようなアレイの例は一連のビデオ画像である。このような応用では、前 記した変換のドメインボックスとレンジボックスの可能なアドレス間の関係に制 約を課すことが望ましい。本発明の第２のユニークな特徴は、レンジボックスが 画像からではなく、符号化および復号した後の画像から来ると仮定されることで ある。 画像は第１図に示すような一連のフレームＸ_i,j,kで表されるものと仮定する 。しかしながら、この場合には、ｋのサイズを決める深さが非常に大きくなる確 率が存在するか、あるいは実際上ビデオ信号を受信する場合のようにｋにこれか ら先限界がない場合がある。この状況を第１０図に示す。 初期フレームボックスサイズＮおよび内容サイズＭおよびフレーム深さｄは第 １０図に示すように選定される（ｄ≦Ｍ≦Ｎかつ通常はｄ＜Ｎ）。この実施例の 方法には第１１図に示すステップが含まれる。Ｎフレームが入力バッファへロー ドされる（ステップ１２０）。次に、第４図に図示し説明したように１−Ｎフレ ーム（１ ｔｏ Ｎ ｆｒａｍｅｓ）が３Ｄフラクタル変換により符号化される （ステップ１２２）。次に、第６図に図示し説明したように１−Ｎフレームが復 号され、Ｎフレームの復号されたボックスがレンジアレイ内に格納される（ステ ップ１２４）。さらにいくつかのフレームｄが入力バッファへロードされる（ス テップ１２６）。次に、ステップ１２４で構成され復号されたＮ−Ｍ＋１からＮ までのフレームからレンジボックスが取り出されるという制約で、Ｎ＋１からＮ ＋ｄフレームが前記したように符号化される（ステップ１２８）。Ｎ−Ｍ＋１か らＮフレームの符号語が出力ファイルへ送られる（ステップ１３０）。符号化す べきフレームが残っておれば（ステップ１３２）、Ｎ＋１からＮ＋ｄフレームは 前記したように復号される（ステップ１３４）。レンジバッファ内で最初のｄフ レームが削除され（ステップ１３６）、全てのフレームが符号化されるまでステ ップ１２６−１３２が繰り返される。ｍ＋１反復後に、Ｎ＋ｍｄ＋１からＮ＋（ ｍ＋１）ｄフレームは復号されたＮ＋ｍｄ＋１−ＭからＮ＋ｍｄフレームにより 符号化される。 応用によっては、無名数ではなく、ｚ（すなわち時相）成分、すなわち、符号 語内のレンジアドレスのフレーム番号、を現在フレームに対するアドレスとして 格納することによりレンジボックスの局所化を利用することが望ましい。実施例 では、Ｎは１６^zphに等しく、Ｍは８^zphに等しく、ｄは４^zphに等しくするこ とができる。 第１１図の過程で符号化されたデータの復号過程を第１２図に示す。１−Ｎフ レームの符号語がデータプロセッサの入力バッファへ読み込まれ（ステップ１４ ０）、第６図に関して前記した３次元変換により１−Ｎフレームが復号される（ ステップ１４２）。特に、前記した変換は所定の回数だけ、あるいは一定の安定 性基準が満たされるまで反復される。最初のＮフレームは出力として供給される （ステップ１４４）。 ステップ１４２で復号された最後のＭフレームはレンジバッファに格納される （ステップ１４６）。復号すべき符号語が残っている場合には（ステップ１４８ ）、Ｎ＋１からＮ＋ｄフレームの符号語が読み出され（ステップ１５０）、ステ ップ１４６で格納された前のＭフレームから引き出されたレンジ値に前記した変 換を１回適用することによりＮ＋１からＮ＋ｄフレームが復号される（ステップ １５２）。新たに復号されたフレームは出力として供給される（ステップ１５４ ）。最初のｄフレームがレンジバッファから削除され（ステップ１５６）、新た に復号されたフレームがレンジバッファへ追加される（ステップ１５８）。この 手順は全ての符号語が尽きるまで継続され、その時点で全画像が復号されている 。 復号に使用するパラメータＮ，Ｍ，ｄは符号化に使用するものと同じである必 要はない。標準３次元フラクタル変換と同様に、フレーム数、ピクチュアディメ ンジョン、およびアスペクト比は全て復号時に調整できる。したがって、復号過 程における適切なパラメータチェーンにより任意所望のサイズ、解像度、もしく はアスペクト比を達成することができる。特に、これらのパラメータの調整によ りズーミングおよびフレーム間補間の機能が得られる。 本発明の原理を組み込んだ装置の好ましい実施例を第１３図に示す。符号語を 受信するために入力バッファ１７０が設けられている。入力バッファ１７０はプ ロセッサ１７２に接続されている。レンジバッファ１７４もプロセッサ１７２に 接続されている。プロセッサ１７２は、１次データセットを表す入力バッファか らの符号語を、レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用して 所定の過程に従って復号して１次データセットに対応する出力データを得る。こ の過程は第１２図に示す過程に対応することができる。 例えば、１次データのＮフレームを表す１組の符号語を復号した後で、プロセ ッサ１７２は出力データの一部をレンジバッファ１７４へコピーする。この部分 は、例えば、１次データのＭフレームを表すことができ、ＭはＮよりも小さい。 次に、プロセッサ１７２は、１次データセットの付加フレームを表す入力バッフ ァ１７０からの符号語を、レンジバッファへコピーされたデータを使用して所定 の過程に従って復号して復号過程が必要とするレンジボックスデータを発生する 。このようにして、付加出力データが得られる。プロセッサはレンジバッファへ コピーされた出力データを先入れ先出しベースで周期的に置換する。 プロセッサ１７２に接続された出力装置１７６は１次データセットを表す圧縮 されたデータとして出力データを供給する。実施例では、入力バッファ１７０、 プロセッサ１７２、およびレンジバッファ１７４はシリコングラフィクス社から 市販されているインディゴ＃２ワークステーションのような汎用コンピュータに 組み込まれている。出力装置はハードディスク等のメモリデバイスを具備するこ とができ、あるいはモデムを具備することができる。また、入力バッファ１７０ 、プロセッサ１７２、およびレンジバッファ１７４は高速応用の特殊化されたハ ードウェアとして実施することができる。 多くの応用の中で、大型画像のサブセットの観察にしか関心がない場合がある 。その場合には、前記した方法よりも高速で画像の任意のサブセットを復号でき るより精巧な復号方法がある。 圧縮画像を記述する符号語によりピクセル間の一連の対応が決定される。 ｙがｙを含むドメインボックスに対応するレンジボックス内にあり、 ｙが簡約および対称演算子の元でピクセルマップによりｘへマップされたピ クセルに対応する、 場合には、ピクセルｙはピクセルｘに先行する。 簡単にいえば、ｙの変化によりｘの復号した値に変化を生じる可能性がある場合 には、ｘはｙに依存する。 新しい復号方法は、下記のステップからなる。 １． 各ピクセルに１つづつの整数のバッファを取っておき、合計反復数Ｎを 設定する。 ２． 全てのピクセルに１を割り当てる。ｎ＝１とする。 ３． レベル１のピクセルに先行する全てのピクセルにレベルｎ＋１を割り当 てる。 ４． ｎ＝ｎ＋１とする。 ５． ｎ＜Ｎならば、ステップ３へ進む。 ６． レベルｎの全てのピクセルをＮ反復復号する。 ７． ｎ＝Ｎ−１とする。 ８． レベルｎの全てのピクセルを１反復だけ復号する。ｎ＝ｎ−１とする。 ９． ｎ＝０ならば、中止する。 画像のサブセットを復号するには、画像の所望のサブセットだけがレベル１へ 割り当てられるという規定により前記したステップを実施するだけでよい。この 方法を第１４図のステップ１８０−１９０に示す。それは前記米国特許第５，３ ４７，６００号に記載された“ピクセルチェイン”法の改良である。 前記した装置および方法は本発明の好ましい実施例を具備している。しかしな がら、当業者ならば本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明の装置 および方法にさまざまな修正および変更を加えられることは自明である。例えば 、他種のハードウェアおよびコンピュータ装置を利用して本発明の方法を実施す ることができる。さらに、他のパラメータ値、他種の収縮、平均化、および画像 距離計算技術を利用することができ、さまざまなボックスサイズおよび形状を利 用することができる。請求の範囲内に入るこのような修正および変更、および同 等事項は全て本発明に含まれるものとする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年５月９日 【補正内容】 明細書 フラクタル変換を使用するデジタルデータの圧縮伸張方法および装置 発明の背景 本発明は、一般的に３次元内に表現できる物理的エンティティ（ｅｎｔｉｔｙ ）を表すデジタルデータの変換に関する。特に、本発明はビデオ画像を表す圧縮 変換の使用に関する。 ２次元デジタルデータを符号化する方法および技術およびビデオ符号化の代替 方式がミファエル エフ．ブランスリおよびアラン ディー．スローンの１９９ ４年９月１３日に公開された米国特許第５，３４７，６００号ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯ Ｎ ＡＮＤ ＤＥＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＯＦ ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＥ ＤＡＴＡに記載されている。この特許の開示は本開示の一部としてここに組み 入れられている。 この米国特許には、フラクタル圧縮および伸張によりデジタルデータを処理す る方法および装置が開示されている。この方法および装置をビデオデータの圧縮 および伸張に応用することが開示されている。ビデオデータを処理する場合、各 フレームは直前の先行フレームからの元の形式のレンジブロックを使用して圧縮 される。 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙ ｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．４，Ｎｏ． ３， Ｊｕｎｅ １９９４の第２９７−３０８頁のエム．エス．レーザおよびエ ル．ティ．バートンの論文“Ｆｒａｃｔａｌ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｄｉｇｉｔ ａｌ Ｖｉｄｅｏ”には、３次元データブロックの符号化に基づいたフラクタル ブロック符号化アルゴリズムが開示されている。符号化過程において、各レンジ ブロックがＲ−フレームから選択され、このレンジブロックのデータが対応する Ｄ−フレームから取り出され、それはＲ−フレームの始めよりも先に開始するこ とができる。 画像を表すデジタルデータの圧縮は重要な研究領域である。１つの画像を表す １組のデジタルデータは、それが置換する格言的に多数の語よりも遥かに多くの 記憶装置を必要とする場合が多い。しかしながら、静止画像の圧縮に関連する問 題点は、多くの断面スライスが３次元画像を形成する動画や医療画像によりもた らされる問題点に較べれば見劣りするものである。このような画像が標準ビデオ レートで表示されると、解像度の低い画像であっても利用可能な帯域幅および記 憶装置資源を迅速に使い切ってしまう。 従来、画像圧縮方法は１次データを正確に再生する、すなわち、“無損失圧縮 ”と１次データからの許容発散と大きい圧縮とが取引される、すなわち、“有損 失圧縮”とに分類することができる。無損失方法には典型的なデータを７０％以 上圧縮できないという問題点がある。したがって、これらの応用では有損失圧縮 が必須である。 開示されたデータ圧縮方法および装置は有損失方法に関連しており、下記の特 徴を有する。 ・ 劇的な圧縮比 ・ 空間解像度非依存性、画像を表すデータについて、画像は任意所望の解像 度もしくはアスペクト比のモニター上に表示できる。 ・ 時相（ｔｅｍｐｏｒａｌ）解像度非依存性−データは任意所望の速度（も しくは、等価的に任意の画像データについて、任意のスライス数）で表示できる 。 本発明のもう１つの特徴は、開示する方法および装置が画像全体を伸張するこ となく圧縮された画像の一部を再構成する能力を有することである。そのため、 この技術はビデオメモリや大型視覚データベースの記憶装置に特に適している。 本発明の別の局面により、ランダムアクセスを犠牲にせずに差動符号化の記憶 装置を節減できる、前のフレームに依存するビデオ画像等の、有限時相順序（ｔ ｅｍｐｏｒａｌ ｏｄｅｒｉｎｇ）および無限時相範囲（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｅ ｘｔｅｎｔ）を有する画像データの一連のフレームを符号化する方法が提供され る。発明の要約 本発明は独立項により定義される。従属項は本発明の好ましい実施例を述べて いる。図面の簡単な説明 第１図は一連のフレームとして配置されたピクセルの３次元構成を示す図。 第２図は第１図のピクセルアレイを表す３次元データアレイを示す図。 第３図はドメインボックスおよびレンジボックスへ仕切られた第２図のアレイ を示す図。 第４図は３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する方法の論理フロー図。 第５図は第４図のこの方法を実行できるエンコーダ装置のブロック図。 第６図は３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処 理して、第４図の方法により符号化される１次データの表現を発生する論理フロ ー図。 第７図は一連の画像を表す単純化されたデータアレイを示す図。 第８図はコンピュータメモリのアレイを示す図。 第９図は６４の値およびレンジブロックを含むコンピュータメモリアレイの内 容を示す図。 第１０図は一連のフレームとして配置されたビデオ情報のアレイを示す図。 請求の範囲 １． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動的 に圧縮する方法であって、第３のディメンジョンはフレーム番号を構成し、該方 法は、データプロセッサ（１７２）により実行される、 （ａ） デジタルデータをデータ値の３次元アレイ（１６）としてデータプロ セッサ（１７２）の入力バッファ（１７０）に格納するステップと、 （ｂ） 入力バッファ（１７０）からデータを検索し（１２０）、入力バッフ ァデータをドメインボックスセットおよびレンジボックスセットへ構成する所定 のフラクタル符号化過程に従って入力バッファデータのＮフレームの圧縮表現を 表す１組の符号語を発生する（１２２）ステップと、 （ｃ） 符号語のサブセットを復号して（１２４）入力バッファデータのＭフ レームを表すデータを得、ＭはＮよりも小さく、復号したデータをレンジバッフ ァ（１７４）に格納する（１２４）ステップと、 （ｄ） 入力バッファ（１７０）からデータを検索し（１２６）、ステップ（ ｂ）の符号化過程に従って、レンジバッファ（１２４）からのデータがレンジボ ックスセットを形成するのに使用されるという制約で、入力バッファデータのｄ フレーム、ｄはＭ以下、に対応する１組の出力符号語を発生する（１２８）ステ ップと、 （ｅ） ステップ（ｄ）で発生された出力符号語を出力データとして供給する （１３０）ステップと、 （ｆ） ステップ（ｄ）で発生された出力符号語を復号して（１３４）入力デ ータのｄフレームに対応するデータを得るステップと、 （ｇ） 入力データのｄフレームに対応するデータをレンジバッファ（１７４ ）に追加する（１３４）ステップと、 （ｈ） レンジバッファ（１７４）内のデータの最初のｄフレームを削除し（ １３６）、残りのフレームがある限り（１３２）ステップ（ｄ）から（ｈ）を繰 り返すステップと、 を含む、デジタルデータ自動圧縮方法。 ２． 第３のディメンジョンはフレーム番号を構成する、３次元内に存在する 物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して、１組の符号語からデー タプロセッサ（１７２）により１次データ値セットの圧縮表現を発生する方法で あって、前記符号化セットは請求項１に従った方法で発生することができ、該方 法は、データプロセッサ（１７２）により実行される、 （ａ） １次データセットの第１の所定数のフレームの圧縮表現を表す符号語 を入力する（１４０）ステップと、 （ｂ） レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用して所定 のフラクタル復号過程に従って、ステップ（ａ）で入力される符号語を復号して （１４２）１次データセットに対応するデータを得るステップと、 （ｃ） ステップ（ｂ）で復号されたデータを出力データとして供給する（１ ４４）ステップと、 （ｄ） ステップ（ｂ）で発生された１次データの、第１の数よりも小さい、 第２の所定数のフレームに対応するデータをレンジバッファ（１７４）へコピー する（１４６）ステップと、 （ｅ） １次データセットの第３の所定数のフレームを表す符号語を入力する （１５０）ステップと、 （ｆ） ステップ（ｅ）で入力した符号語を、ステップ（ｄ）でレンジバッフ （１７４）へコピーしたデータが使用されるという制約で、ステップ（ｂ）の復 号過程に従って復号して（１５２）１次データセットの、第２の所定数以下の、 第３の所定数のフレームに対応するデータを得るステップと、 （ｇ） ステップ（ｆ）で復号したデータを出力データとして出力する（１５ ４）ステップと、 （ｈ） １次データセットのｄフレームに対応するデータをレンジバッファ（ １７４）から削除（１５６）するステップと、 （ｉ） ステップ（ｆ）で復号したデータをレンジバッファ（１７４）に格納 されたデータへ追加する（１５８）ステップと、 （ｇ） 残りの符号語がある限り（１４８）ステップ（ｅ）から（ｉ）までを 繰り返すステップと、 を含む、デジタルデータ値処理方法。 ３． フラクタル符号化方法は、データプロセッサ（５４）により実行される 、デジタルデータを所定サイズの３次元データセット（１６）としてデータプロ セッサ（５４）に格納するステップ（２０）と、 格納されたデジタルデータから一意的にアドレス可能な１組の３次元ドメイン ボックス（１８）を発生する（２２）ステップであって、各ドメインボックス（ １８）が格納されたデジタルデータの異なる部分を表し全てのドメインボックス （１８）を一緒にすると格納された全てのデジタルデータが含まれるようにされ ている前記ステップと、 各々が一意的なアドレスを有する、デジタルデータの複数の３次元サブセット （２０）の１つに各々が対応する１組の一意的にアドレス可能な３次元マップレ ンジボックスを格納されたデジタルデータから作り出す（２４）ステップであっ て、各マップレンジボックスを作り出すステップは、ドメインボックス（１８） の値とマップレンジボックスの値との間に１対１の対応があるようにマップレン ジボックスに対応するデジタルデータのサブセット（２０）の１つを収縮するサ ブステップを含む、前記ステップと、 各々が対応するマップレンジボックスに対してデジタルデータの対応するサブ セット（２０）のアドレスを指定する一意的なボックス識別子を対応するマップ レンジボックスへ割り当てる（２６）ステップと、 ドメインボックスセットおよびマップレンジボックスセットの一方からなる格 納されたデジタルデータの第１組のボックスに第１のアフィン変換を実行する（ ２６）ステップであって、格納されたデジタルデータの第２組のボックスはドメ インボックスセットおよびマップレンジボックスセットの他方からなり、第１組 のボックスの各々に適用される第１のアフィン変換は対応する変換識別子を有す る、前記ステップと、 各ドメインボックス（１８）に対して選択されたボックス対を形成する（２６ ）ステップであって、各ボックス対が第１組および第２組のボックスの各々から の１つのボックスを含み、各対のボックスの一方は所定の基準に従って対の他方 のボックスに最も綿密に対応するその対応する組のボックスである、前記ステッ プ と、 各々が所定のサイズよりも小さいサイズのデータセット内のデジタルデータの 圧縮表現としての識別子対からなる１組の符号語を供給する（２８）ステップで あって、各識別子対が形成され選択されたボックス対の異なる一方に対応し、識 別子対の各々が対応するボックス対の一方のボックスに関連するボックス識別子 および対応するボックス対の一方のボックスに関連する変換識別子からなる、前 記ステップと、 を含む、フラクタル符号化方法。 ４． 請求項３記載の方法であって、 第１組のボックスは１組のマップレンジボックスからなり、 各ボックス対はドメインボックス（１８）および変換したマップレンジボック スからなり、 識別子対の各々がマップレンジボックスに適用される変換に関連するマップレ ンジボックス識別子および変換識別子からなる、 方法。 ５． 請求項３記載の方法であって、マップレンジボックスを作り出すステッ プは、全てのビットが同じ値を有するデジタルデータを含むエスケープボックス を含むマップレンジボックスを作り出すステップを含む、方法。 ６． 請求項３記載の方法であって、所定の基準は最小距離を有して離された 第１組および第２組のボックスを選択することを含む、方法。 ７． 請求項６記載の方法であって、所定の基準は最小ハウスドルフ（Ｈａｕ ｓｄｏｆ）距離だけ離された第１組および第２組のボックスを選択することを含 む、方法。 ８． 請求項３記載の方法であって、マップレンジボックスを作り出すステッ プは、少なくとも１つのレンジボックスのピクセル値を所定のマッピング関数に より変えることを含み、１組の符号語を供給するステップは所定のマッピング関 数の記述を含む１組の符号語を供給することを含む、方法。 ９． 請求項３記載の方法であって、変換識別子は対応するボックス対のボッ クスの一方に関連する対称演算子を含む、方法。 １０． 請求項３記載の方法であって、変換識別子は対応するボックス対のボ ックスの一方に関連するピクセル演算子を含む、方法。 １１． 請求項１０記載の方法であって、ピクセル演算子は乗数および加法項 を含む、方法。 １２． 請求項１−１１のいずれか１項記載の方法であって、フラクタル復号 過程により１組の識別子対からデータプロセッサ（５４）を使用して１次データ 値セットの表現が作り出され、データプロセッサ（５４）は各々がバッファアド レスにより指定される複数のアドレス可能エリアを有する複数のバッファを有す るメモリ（５６）を含み、識別子対の各々がバッファ内のアドレス可能エリアに 対応していてバッファアドレスおよび手順仕様を含み、識別子対の少なくとも一 方はデジタルデータの第１の所定のパターンを表し、該方法は、データプロセッ サ（５４）により実行される、 ソースバッファとして示す一方のバッファに第２の所定パターンのデジタルデ ータ値を格納する（７２）ステップと、 識別子対の各々に対して、その識別子対内に指定された手順をソースバッファ のその識別子対内のバッファアドレスにより示される部分へ適用することにより 各識別子に対応するデータ値パターンを決定する（７６）ステップと、 対応する識別子対内に示されるもう一方のバッファ、ターゲットバッファ、の アドレス可能エリアへデータパターンを格納する（７８）ステップと、 ターゲットバッファをソースバッファと見なして、所定の基準が満たされるま で、決定およびターゲットバッファ格納ステップを繰り返すステップと、 ソースおよびターゲットバッファ間の差および／もしくは反復数に基づく所定 の基準が満たされた時に、１次データ値セットを表すデータ値としてターゲット バッファの内容を供給する（８８）ステップと、 を含む、方法。 １３． 請求項１２記載の方法であって、所定の基準には、決定およびターゲ ットバッファ格納ステップを所定回数繰り返すことが含まれる、方法。 １４． 請求項１２記載の方法であって、所定の基準には、ソースおよびター ゲットバッファの違いが所定量よりも少なくなるまで、決定およびターゲットバ ッファ格納ステップを繰り返すことが含まれる、方法。 １５． 請求項１２記載の方法であって、 １次データセットは各々が上限を有する３軸を有するアレイ（１６）として表 され、 ソースおよびターゲットバッファは、１次データセットアレイ軸に対応する、 ３軸を有するアレイとして配置され、各ソースおよびターゲットバッファアレイ 軸は上限を有し、 ソースおよびターゲットバッファアレイ軸の上限の少なくとも１つは対応する １次データセット値アレイ軸の上限とは異なり、代表的なデータ値により１次デ ータセットとは異なる解像度で１次データセットの表現が構成される、 方法。 １６． 請求項１２記載の方法であって、１次データセットの一部だけが処理 される、方法。 １７． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する装置であって、第３のディメンジョンはフレーム番号を構成し、該 装置は、 デジタルデータをデータ値の３次元アレイ（１６）として格納する入力バッフ ァ（１７０）と、 レンジバッファ（１７４）と、 （ａ） 入力バッファ（１７０）からデータを検索し（１２０）、 （ｂ） 入力バッファデータをドメインボックスセットおよびレンジボックス セットへ構成する所定のフラクタル符号化過程に従って入力バッファデータのＮ フレームの圧縮表現を表す１組の符号語を発生し（１２２）、 （ｃ） 符号語のサブセットを復号して（１２４）入力バッファデータのＭフ レームを表すデータを得、ＭはＮよりも小さく、 （ｄ） 復号したデータをレンジバッファ（１７４）に格納し（１２４）、 （ｅ） 入力バッファ（１７０）からデータを検索し（１２６）、ステップ（ ｂ）の符号化過程に従って、レンジバッファ（１７４）からのデー タが使用されるという制約で、入力バッファデータのｄフレーム、ｄはＭ以下、 に対応する１組の出力符号語を発生して（１２８）レンジボックスセットを形成 し、 （ｆ） ステップ（ｅ）で発生された出力符号語を復号して（１３４）入力デ ータのｄフレームに対応するデータを得、 （ｇ） 入力データのｄフレームに対応するデータをレンジバッファ（１７４ に追加し（１３４）、 （ｈ） レンジバッファ（１７４）内のデータの最初のｄフレームを削除し（ １３６）、 （ｉ） 全てのデジタルデータが圧縮されるまでステップ（ｅ）から（ｉ）ま でを繰り返す、 プロセッサ（１７２）と、 ステップ（ｅ）で得られた出力符号語をデジタルデータの圧縮表現として供給 する出力装置（１７６）と、 を具備する、デジタルデータ自動圧縮装置。 １８． 第３のディメンジョンはフレーム番号を構成する、３次元内に存在す る物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して、１組の符号語から１ 次データ値セットの表現を発生する装置であって、前記１組の符号語は請求項１ ７記載の装置により発生することができ、該装置は、 符号語を受信する入力バッファ（１７０）と、 レンジバッファ（１７４）と、 （ａ） １次データセットの第１の所定数のフレームの圧縮表現を表す符号語 を入力し（１４０）、 （ｂ） レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用して所定 のフラクタル復号過程に従って、ステップ（ａ）で入力された符号語を復号して （１４２）１次データセットに対応するデータを得、 （ｃ） ステップ（ｂ）で復号されたデータを出力データとして供給し（１４ ４）、 （ｄ） ステップ（ｂ）で発生された１次データの、第１の数よりも小さい、 第２の所定数のフレームに対応するデータをレンジバッファ（１７４）へコピー し、 （ｅ） １次データセットの第３の所定数のフレームを表す符号語を入力し（ １５０）、 （ｆ） ステップ（ｅ）で入力した符号語を、ステップ（ｄ）でレンジバッフ ァ（１７４）へコピーしたデータが使用されるという制約で、ステップ（ｂ）の 復号過程に従って復号して（１５２）１次データセットの、第２の所定数以下の 、第３の所定数のフレームに対応するデータを得、 （ｇ） ステップ（ｆ）で復号したデータを出力データとして供給し（１５４ ）、 （ｈ） １次データセットのｄフレームに対応するデータをレンジバッファ（ １７４）から削除し（１５６）、 （ｉ） ステップ（ｆ）で復号したデータをレンジバッファ（１７４）に格納 されたデータへ追加し（１５８）、 （ｇ） 残りの符号語がある限り（１４８）ステップ（ｅ）から（ｉ）までを 繰り返す、 プロセッサ（１７２）と、 プロセッサ（１７２）に接続されてステップ（ｃ）および（ｆ）で得られる出 力データを１次データセットを表す圧縮データとして供給する出力装置（１７６ 、と を具備する、デジタルデータ値処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ハード，ライマン ピー. アメリカ合衆国 30328−1603 ジョージ ア州 ダンウッディ，ピーチツリー−ダン ウッディ コート 1000 (72)発明者 デムコ，スチーブン アメリカ合衆国 30327 ジョージア州 アトランタ，ツイン スプリングス ロー ド 530 【要約の続き】 択された変換は次の基準の１つに対応する。（ａ）ドメ インセットと変換したレンジセット間の最小距離、 （ｂ）ドメインセットと変換したレンジセット間の所与 のしきい値よりも小さい距離、もしくは（ｃ）レンジセ ットが第２の基準を満たし、ドメインセットと変換した レンジセット間の距離が所与のしきい値よりも小さい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動的 に圧縮する方法であって、該方法は、データプロセッサにより実行される、 デジタルデータを所定サイズの３次元データセットとしてデータプロセッサに 格納するステップと、 格納されたデジタルデータから一意的にアドレス可能な１組の３次元ドメイン ボックスを発生するステップであって、各ドメインボックスが格納されたデジタ ルデータの異なる部分を表し全てのドメインボックスを一緒にすると格納された 全てのデジタルデータが含まれるようにされている前記ステップと、 各々が一意的なアドレスを有する、デジタルデータの複数の３次元サブセット の１つに各々が対応する１組の一意的にアドレス可能な３次元マップレンジボッ クスを格納されたデジタルデータから作り出すステップであって、各マップレン ジボックスを作り出すステップは、ドメインボックスの値とマップレンジボック スの値との間に１対１の対応があるようにマップレンジボックスに対応するデジ タルデータのサブセットの１つを収縮するサブステップを含む、前記ステップと 、 各々が対応するマップレンジボックスに対してデジタルデータの対応するサブ セットのアドレスを指定する一意的なボックス識別子を対応するマップレンジボ ックスへ割り当てるステップと、 ドメインボックスセットおよびマップレンジボックスセットの一方からなる格 納されたデジタルデータの第１組のボックスに第１のアフィン変換を実行するス テップであって、格納されたデジタルデータの第２組のボックスはドメインボッ クスセットおよびマップレンジボックスセットの他方からなり、第１組のボック スの各々に適用される第１のアフィン変換は対応する変換識別子を有する、前記 ステップと、 各ドメインボックスに対して選択されたボックス対を形成するステップであっ て、各ボックス対が第１組および第２組のボックスの各々からの１つのボックス を含み、各対のボックスの一方は所定の基準に従って対の他方のボックスに最も 綿密に対応するその対応する組のボックスである、前記ステップと、 各々が所定のサイズよりも小さいサイズのデータセット内のデジタルデータの 圧縮表現としての識別子対からなる１組の符号語を供給するステップであって、 各識別子対が形成され選択されたボックス対の異なる一方に対応し、識別子対の 各々が対応するボックス対の一方のボックスに関連するボックス識別子および対 応するボックス対の一方のボックスに関連する変換識別子からなる、前記ステッ プと、 を含む、デジタルデータ自動圧縮方法。 ２． 請求項１記載の方法であって、 第１組のボックスは１組のマップレンジボックスからなり、 各ボックス対はドメインボックスおよび変換したマップレンジボックスからな り、 識別子対の各々がマップレンジボックスに適用される変換に関連するマップレ ンジボックス識別子および変換識別子からなる、 デジタルデータ自動圧縮方法。 ３． 請求項１記載の方法であって、マップレンジボックスを作り出すステッ プは、全てのビットが同じ値を有するデジタルデータを含むエスケープボックス を含むマップレンジボックスを作り出すステップを含む、デジタルデータ自動圧 縮方法。 ４． 請求項１記載の方法であって、所定の基準は最小距離を有して離された 第１組および第２組のボックスを選択することを含む、デジタルデータ自動圧縮 方法。 ５． 請求項４記載の方法であって、所定の基準は最小ハウスドルフ（Ｈａｕ ｓｄｏｆ）距離だけ離された第１組および第２組のボックスを選択することを含 む、デジタルデータ自動圧縮方法。 ６． 請求項１記載の方法であって、マップレンジボックスを作り出すステッ プは、少なくとも１つのレンジボックスのピクセル値を所定のマッピング関数に より変えることを含み、１組の符号語を供給するステップは所定のマッピング関 数の記述を含む１組の符号語を供給することを含む、デジタルデータ自動圧縮方 法。 ７． 請求項１記載の方法であって、変換識別子は対応するボックス対のボッ クスの一方に関連する対称演算子を含む、デジタルデータ自動圧縮方法。 ８． 請求項１記載の方法であって、変換識別子は対応するボックス対のボッ クスの一方に関連するピクセル演算子を含む、デジタルデータ自動圧縮方法。 ９． 請求項８記載の方法であって、ピクセル演算子は乗数および加法項を含 む、デジタルデータ自動圧縮方法。 １０． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処 理してデータプロセッサにより１組の識別子対から１次データ値セットの表現を 作り出す方法であって、データプロセッサは各々がバッファアドレスにより指定 される複数のアドレス可能エリアを有する複数のバッファを有するメモリを含み 、識別子対の各々がバッファ内のアドレス可能エリアに対応していてバッファア ドレスおよび手順仕様を含み、識別子対の少なくとも一方はデジタルデータの第 １の所定のパターンを表し、該方法は、データプロセッサにより実行される、 ソースバッファとして示す一方のバッファに第２の所定パターンのデジタルデ ータ値を格納するステップと、 識別子対の各々に対して、その識別子対内に指定された手順をソースバッファ のその識別子対内のバッファアドレスにより示される部分へ適用することにより 各識別子に対応するデータ値パターンを決定するステップと、 対応する識別子対内に示されるもう一方のバッファ、ターゲットバッファ、の アドレス可能エリアへデータパターンを格納するステップと、 ターゲットバッファをソースバッファと見なして、所定の基準が満たされるま で、決定およびターゲットバッファ格納ステップを繰り返すステップと、 所定の基準が満たされた時に、１次データ値セットを表すデータ値としてター ゲットバッファの内容を供給するステップと、 を含む、デジタルデータ値処理方法。 １１． 請求項１０記載の方法であって、所定の基準には、決定およびターゲ ットバッファ格納ステップを所定回数繰り返すことが含まれる、デジタルデータ 値処理方法。 １２． 請求項１０記載の方法であって、所定の基準には、ソースおよびター ゲットバッファの違いが所定量よりも少なくなるまで、決定およびターゲットバ ッファ格納ステップを繰り返すことが含まれる、デジタルデータ値処理方法。 １３． 請求項１０記載の方法であって、 １次データセットは各々が上限を有する３軸を有するアレイとして表され、 ソースおよびターゲットバッファは、１次データセットアレイ軸に対応する、 ３軸を有するアレイとして配置され、各ソースおよびターゲットバッファアレイ 軸は上限を有し、 ソースおよびターゲットバッファアレイ軸の上限の少なくとも１つは対応する １次データセット値アレイ軸の上限とは異なり、代表的なデータ値により１次デ ータセットとは異なる解像度で１次データセットの表現が構成される、 デジタルデータ値処理方法。 １４． 請求項１０記載の方法であって、１次データセットの一部だけが処理 される、デジタルデータ値処理方法。 １５． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する方法であって、第３のディメンジョンはフレーム番号を構成し、該 方法は、データプロセッサにより実行される、 （ａ） デジタルデータをデータ値の３次元アレイとしてデータプロセッサの 入力バッファに格納するステップと、 （ｂ） 入力バッファからデータを検索し、入力バッファデータをドメインボ ックスセットおよびレンジボックスセットへ構成する所定の符号化過程に従って 入力バッファデータのＮフレームに対応する１組の符号語を発生するステップと 、 （ｃ） 符号語のサブセットを復号して入力バッファデータのＭフレームを表 すデータを得、ＭはＮよりも小さく、復号したデータをレンジバッファに格納す るステップと、 （ｄ） 入力バッファからデータを検索し、所定の符号化過程に従って、レン ジバッファからのデータを使用して入力バッファデータのｄフレーム、ｄはＭ以 下、に対応する１組の出力符号語を発生しレンジボックスセットを形成するステ ップと、 （ｅ） 出力符号語を出力データとして供給するステップと、 （ｆ） 符号語を復号して入力データのｄフレームに対応するデータを得るス テップと、 （ｇ） 入力データのｄフレームに対応するデータをレンジバッファに追加す るステップと、 （ｈ） 入力データのｄフレームに対応するレンジバッファの第１の部分のデ ータを削除し、前の３つのステップを繰り返すステップと、 を含む、デジタルデータ自動圧縮方法。 １６． 第３のディメンジョンはフレーム番号を構成する、３次元内に存在す る物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して、１組の符号語からデ ータプロセッサにより１次データ値セットの表現を発生する方法であって、該方 法は、データプロセッサにより実行される、 （ａ） １次データセットの第１の所定数のフレームを表す符号語を入力する ステップと、 （ｂ） レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用して所定 の過程に従って、ステップ（ａ）で入力される符号語を復号して１次データセッ トに対応するデータを得るステップと、 （ｃ） ステップ（ｂ）で復号されたデータを出力データとして供給するステ ップと、 （ｄ） ステップ（ｂ）で発生された１次データの、第１の数よりも小さい、 第２の所定数のフレームに対応するデータをレンジバッファへコピーするステッ プと、 （ｅ） １次データセットの第３の所定数のフレームを表す符号語を入力する ステップと、 （ｆ） ステップ（ｅ）で入力した符号語を、ステップ（ｃ）でレンジバッフ ァへコピーしたデータを使用して、所定の過程に従って復号して１次データセッ トの、第２の所定数以下の、第３の所定数のフレームに対応するデータを得るス テップと、 （ｇ） ステップ（ｆ）で復号したデータを出力データとして出力するステッ プと、 （ｈ） １次データセットのｄフレームに対応するデータをレンジバッファか ら選択するステップと、 （ｉ） ステップ（ｆ）で復号したデータをレンジバッファに格納されたデー タヘ追加するステップと、 （ｇ） ステップ（ｅ）から（ｉ）までを繰り返すステップと、 を含む、デジタルデータ値処理方法。 １７． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する装置であって、該装置は、 デジタルデータを供給する入力装置と、 デジタルデータを所定サイズの３次元データセットとしてデータプロセッサ内 に格納するメモリと、 格納されたデジタルデータから１組の一意的にアドレス可能な３次元ドメイン ボックスを発生するデータプロセッサであって、各ドメインボックスが格納され たデジタルデータの異なる部分を表し全てのドメインボックスを一緒にすると格 納された全てのデジタルデータが含まれるようにされており、各々がデジタルデ ータの複数の３次元サブセットの１つに対応する１組の一意的にアドレス可能な ３次元マップレンジボックスを格納されたデジタルデータから作り出し、各サブ セットは一意的なアドレスを有し各マップレンジボックスがマップレンジボック スに対応するデジタルデータのサブセットの１つの収縮バージョンからなるよう にされていてドメインボックス値とマップレンジボックス値との間に１対１の対 応があるようにされ、各々が対応するマップレンジボックスに対してデジタルデ ータの対応するサブセットのアドレスを指定する一意的なボックス識別子を対応 するマップレンジボックスへ割り当て、ドメインボックスセットとマップレンジ ボックスセットの一方からなる格納されたデジタルデータの第１組のボックスに 第１のアフィン変換を実行し、格納されたデジタルデータの第２組のボックスは ドメインボックスセットとマップレンジボックスセットの他方からなり、第１組 のボックスの各々に適用される第１のアフィン変換は対応する変換識別子を有す る前記データプロセッサと、 第１組および第２組のボックスを比較し、ドメインボックスの各々に対して、 選択された１対のボックスを選択する比較器であって、各ボックス対は第１組お よび第２組のボックスの各々から１つのボックスを含み、各対のボックスの一方 は所定の基準に従って対の他方のボックスに最も綿密に対応するその対応する組 のボックスである前記比較器と、 各々が所定サイズよりも小さいサイズのセット内のデジタルデータの圧縮表現 としての識別子対からなる１組の符号語を供給する出力装置であって、各識別子 対は形成され選択されたボックス対の異なる１つに対応し、識別子対の各々が対 応するボックス対のボックスの１つに関連するボックス識別子および対応するボ ックス対のボックスの１つに関連する変換識別子からなる前記出力装置と、 を具備する、デジタルデータ自動圧縮装置。 １８． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを処理 して、各々がバッファアドレスおよび手順仕様を含む１組の識別子対から１次デ ータ値セットの表現を発生する装置であって、識別子対の少なくとも１つがデジ タルデータの第１の所定パターンを表し、該装置は、 バッファアドレスにより指定されてデジタルデータ値の第２の所定パターンを 格納する複数のアドレス可能なエリアを有するソースバッファと、 バッファアドレスにより指定される複数のアドレス可能なエリアを有するター ゲットバッファと、 識別子対の各々に対して、その識別子対内に指定された手順をソースバッファ のその識別子対内のバッファアドレスにより示される部分へ適用することにより 各識別子対に対応するデータ値のパターンを繰り返し決定し、対応する識別子対 内に示されるターゲットバッファのアドレス可能なエリアへデータのパターンを 格納し、ターゲットバッファをソースバッファと見なして所定の基準が満たされ るまでソースおよびターゲットバッファに格納されたデータをスワッピングする プロセッサと、 メモリおよびプロセッサに接続されて、所定の基準が満たさた時にターゲット バッファの内容を１次データ値セットを表すデータ値として供給する出力装置と 、 を具備する、デジタルデータ値処理装置。 １９． 請求項１８記載の装置であって、 １次データセットは各々が上限のある３軸を有するアレイとして表現され、 ソースおよびターゲットバッファは１次データセットアレイ軸に対応する３軸 を有するアレイとして配置され、各ソースおよびターゲットバッファアレイ軸が 上限を有し、 これらのソースおよびターゲットバッファアレイ軸上限の少なくとも一方は対 応する１次データセット値アレイ軸上限と異なり、代表的データ値は１次データ セットとは異なる解像度で１次データセットの表現を構成する、 デジタルデータ値処理装置。 ２０． ３次元内に存在する物理的エンティティを表すデジタルデータを自動 的に圧縮する装置であって、第３のディメンジョンはフレーム番号を構成し、該 装置は、 デジタルデータをデータ値の３次元アレイとして格納する入力バッファと、 レンジバッファと、 （ａ） 入力バッファからデータを検索し、 （ｂ） 入力バッファデータをドメインボックスセットおよびレンジボックス セットへ構成する所定の符号化過程に従って入力バッファデータのＮフレームに 対応する１組の符号語を発生し、 （ｃ） 符号語のサブセットを復号して入力バッファデータのＭフレームを表 すデータを得、ＭはＮよりも小さく、 （ｄ） 復号したデータをレンジバッファに格納し、 （ｅ） 入力バッファからデータを検索し、所定の符号化過程に従って、レン ジバッファからのデータを使用して入力バッファデータのｄフレーム、ｄはＭ以 下、に対応する１組の出力符号語を発生しレンジボックスセットを形成し、 （ｆ） 符号語を復号して入力データのｄフレームに対応するデータを得、 （ｇ） 入力データのｄフレームに対応するデータをレンジバッファに追加し 、 （ｈ） 入力データのｄフレームに対応するレンジバッファの第１の部分のデ ータを削除し、 （ｉ） 全てのデジタルデータが圧縮されるまで前の３つのステップを繰り返 す、 プロセッサと、 出力符号語をデジタルデータの圧縮表現として供給する出力装置と、 を具備する、デジタルデータ自動圧縮装置。 ２１． 第３のディメンジョンはフレーム番号を構成する、３次元内に存在す る物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して、１組の符号語から１ 次データ値セットの表現を発生する方法であって、該方法は、 符号語を受信する入力バッファと、 レンジバッファと、 レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用して所定の過程に 従って１次データセットを表す符号語を復号して１次データセットに対応する出 力データを得、出力データの一部をレンジバッファへコピーし、レンジバッファ へコピーしたデータを使用して所定の過程に従って１次データセットの付加フレ ームを表す符号語を復号して付加出力データを得、レンジバッファへコピーした 出力データを先入れ先出しベースで周期的に置換するプロセッサと、 プロセッサに接続されて出力データを１次データセットを表す圧縮データとし て供給する出力装置と、 を具備する、デジタルデータ値処理装置。 ２２． 第３のディメンジョンはフレーム番号を構成する、３次元内に存在す る物理的エンティティを表すデジタルデータ値を処理して１組の符号語から１次 データ値セットの表現を発生する装置であって、該装置は、 符号語を受信する入力バッファと、 レンジバッファと、 レンジボックスデータおよびドメインボックスデータを使用し所定の過程に従 って１次データセットのＮフレームを表す符号語を復号して１次データセットに 対応するデータを得、１次データのＭフレームに対応する出力データをレンジバ ッファへコピーし、ＭはＮよりも小さく、レンジバッファへコピーしたデータを 使用して所定の過程に従って１次データセットの付加ｄフレー ムを表す符号語を復号して付加出力データを得、ｄはＭ以下であり、１次データ セットのｄフレームに対応するデータをレンジバッファから削除し、付加ｄフレ ームを表す出力データをレンジバッファに格納されたデータへ追加するプロセッ サと、 プロセッサに接続されて１次データセットを表す圧縮データとして出力データ を供給する出力装置と、 を具備する、デジタルデータ値処理装置。