JPS63250277A

JPS63250277A - 状態入力生成装置

Info

Publication number: JPS63250277A
Application number: JP63035454A
Authority: JP
Inventors: シイーザー・オーガスト・ゴンザレス; ジヨン・ラ・ヴアーン・ミツチエル; ウイリアム・ボーン・ペナバーカー・ジユニア
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1988-10-18
Also published as: JPH0549148B2; EP0283798A2; EP0283798A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ョンにおいて、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
ベルとも呼ばれる。

一般に、イメージは、１行当りｎ画素の行がｍ行集まっ
たものとして規定される。集団として、画素の集まった
行がイメージを表わす６各画素は、黒であっても白であ
ってもよく、あるいはプレイ・レベル（またはグレイ・
スケール）値を持ってもよい。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Ｘ１２、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
って、第１行の２番目の画素はＸ工、２となる。５１２
画素／行なる行が４８０行あると、４８０Ｘ５１２画素
を走査して集めた情報によって、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Ｘ１，１、Ｘ、、２、・・・・・・、
Ｘ　４１１　Ｑ　Ｉ　Ｓ　ｌ　ｉの値によって表わすこ
とができる。

従来は通常、トップからボトムへのイメージ・スキャン
は「フィールド」と呼ばれ、ｒフレーム」を形成するた
めに、複数のフィールドがインターレースされる。例え
ば、１つのフィールドを最初に走査される奇数番目の行
で構成し、別のフィ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つのフィールドが一緒になって
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
度に多くの数のビットを要する結果に終わる。ビット数
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的になってしまう、したがって、
グレイレベル・データを表現するのに要するビット数を
減らす、つまり圧縮することが望まれる。そのような必
要ビッ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・コーディングＪと呼ばれ
る方法である。エントロピー・コーディングにおいては
、事象を表現するのに用いられるビット数は、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
象はど、比較的短かな長さくビット）で特徴づけられる
符号語（コード・ワード）によって表現され、確率の低
い事象はど、比較的長い符号語によって表現される。

エントロピー・コーディングを実行する際、エントロピ
ー・コーグは、通常２つの入力を受は取る。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、あるいはあるスイッチのオン
またはオフ、あるいはあるストリング中のあるビットの
値が１か０かを表わすことができる。状態入力は１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ックスを与える。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
いが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・コーグは、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・コーグに対する状態入力は、モデル化、
すなわちコード・ワードを判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
ーグの効率はモデル化の品質、すなわちエントロピー・
コーグに対する状態入力が、実際の判断文脈、例えば文
派近傍に与えられる判断確率をどれほどよくあられすか
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・コーグ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
によって発明されたものである。

他のコーグとしてはハフマン（Ｈｕｆｆｍａｎｎ）コー
ディング・コーグ及びエリアス（Ｅｌｉａｇ）コーディ
ング・コーグがある。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。基本的なりＰＣＭ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
コーディ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って相当な
圧縮をはかることができる。典型的には、ＤＰＣＭ技術
を用いることによっ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。

本出願人の行なった米国特許出＠９４６５４２号（米国
出願口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ラに関連する。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（交番例）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Ｃ１そして右斜め上に画素りが、それぞれ存在
する０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って、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つのフィール
ドの符号化が、先行して他のフィ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）　Ｊ
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。

Ｃ０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１．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、一般的に言って、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つおきの画素でもって
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つおきの画素でもって第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（方向の
）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って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ってもよいし、あるいは
再構成処理の結果の値であってもよい６本アルゴリズム
の第１段階では、単純な線形補間によって、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
化法を使って符号化される。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
とによって、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−ｃｏｒｓｔｒ
ｕｃｔｅｄ　）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って符号化される。

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、他の画素配列によって第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って、以前に符号化されることの
なかった（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りな装
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って決定される状
態入力を受は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。

したがって、（ｉ）イメージ中の画素の交番行と交番列
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、（ｉ）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、以下の手段によって構成される。（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った画素１１につ
いて、値ＩＩ’　を予測するための第１の予測手段。こ
こで、工１′＝（Ｌ１＋Ｒ１）／２である。ただし、Ｌ
ｌとＲ１は、それぞれ画素１１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１１
についての入力値Ｘ１と予測値Ｉｆ’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１１に
ついてのサイン履歴値を、画素１１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１１の左と右の
画素の値の差分に基づいて１画素１１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１１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った画素１２について、値Ｉ
２’を予測するための第２の予測手段。ここで、■２′
：　（Ａ２＋８２）／２である。ただし、Ａ２と８２は
、それぞれ、画素主２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１２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。（１）画
素ｉ２についてのサイン履歴値を１画素１２を含む行の
中にあって画素１２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１２の垂直上方と垂直下方の画素の
値の差に基づいて１画素主２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１２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。

対応する好適な伸張器は、（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っ
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って生成さ
れた圧縮データ、および（ｉｔ）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１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ｘ４８
０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プレイレ
ベル値を表わすのに必要なビッ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である
。これらの（ハツチングを施しである）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って、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ｉ「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１１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１１の左の値Ｌ１を持つ画素、および画素１１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Ａ　Ｔ　＆Ｔ　Ｂｅ１ｌ　Ｌａｂｓ　Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌＪｏｕｒｎａｌ、　６３　、　ｐ　ｐ　、　２４９
−２６０　、１９８４に掲載されたＧｈａｒａｖｉ著”
Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ　ＶａｒｉａｂｌｅＬｅｎｇｔ
ｈ　Ｃｏｄｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｇｒａｙｌｅｖｅｌ　Ｐｉ
ｃｔｕｒｅｓ”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１１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　ＩＩ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１２が示されている。画素１２は、何れにもハツチン
グが施されていない画素からなる列の中にある。画素１
２の左には、値Ｌ２を持つ画素がある。直ぐ上には値Ａ
２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１２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１
２、Ｂ２、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Ｌｌ、Ｂ２．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１画素１１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
Ｉ　１′＝　（Ｌ１＋Ｒ１）／２と共に減算器１０２へ
入る。差分値（Ｘ−１１’）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。

テーブル１量子化テーブル予測誤差　　　　　　２進ストリーム　量子化された値
−２５６−１０５ｈｅｘ　　ｆｆ　　　　−１１２−１
０４−８９ｈｅｘ　　ｆｅ　　　　　−９６−８８−７
３ｈｅｘ　ｆｃ　　　　　−８０−７２−５７ｈｅｘ　
　ｆ８　　　　−６４−５６　　−４１　　　ｈｅｘ　
ｆｏ　　　　　−４８−４０−２５ｈｅｘ　ｅｏ　　　
　　−３２−２４−１３ｈｅｘ　ｃｏ　　　　　−１８
−１２１２ｈｅｘｏｏ　　　　　　　Ｏ１３２４ｈｅｘ
４０　　　　　１８２５　　　４０　　　ｈｅｘ６０　　　　　３２４１　
　　５６　　　ｈｅｘ７０　　　　　４８５７　　　７
２　　　ｈｅｘ７８　　　　　６４７３　　　８８　　
　ｈｅｘ７ｃ　　　　　　８０８９　　　１０４　　ｈ
ｅｘ７ｅ　　　　　　９６１０５　　２５５　　ｈｅｘ
　７ｆ　　　　　１１２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
を持つ出力を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
サイン値の履歴（ヒストリー）は、遅延エレメント１１
０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ｈａｘ。

０Ｏ１ｈｅｘ０４０、またはｈｅｘ０８０が５ＩＧＮＤ
ＩＳＰＡ値として割り当てられる。５ＩＧＮ　Ｄ　Ｉ　
Ｓ　Ｐ　Ａ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１１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）＝Ｉ　１’　−Ｌ１＝（Ｒ’
１−ＬＬ）／２勾配値は、以下のテーブル２に従って、
ＧＲＡＤＩ　（Ｘ）の４個の値のうちの１個に再マツプ
される。ここで、ｘ＝ａ　ｂ　ｓ（１１’−Ｌ　１）で
ある、ただし、ａｂｓは絶対値を求める関数である。

Ｏから　１２　　　　　　　ｈｅｘ　　００４１から１
２８　　　　　　　ｈｅｘ　　３０ＧＲＡＤ１　（ｘ）
の上記定義は、１６バイト（ｈ　ｅ　ｘ　１０）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Ｉｔ’　が勾配の計算で用いられることに注意さ
れたい６第１パターンのイメージ・データの記憶装置１
１４に記憶されているデータから導かれるＩＩ’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−ＬＬ）の値の半
分であるので、ＧＲＡＤＩ　（ｘ）のルック、アップ・
テーブルのサイズが半分になる。

ＧＲＡＤｌ　（ｘ）と５ＩＧＮＤＩＳＰＡ値はモデル・
エレメント１１２によって連結されで、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。ＧＲＡ
ＤＩ　（Ｘ）がとり得る値は４個ある一方、５ＩＧＮＤ
ＩＳＰＡがとり得る値は３個あるので、これらが、−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・コーディ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１１′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１１についての再構成値が計算され
ることが注目される。和は適当にクリップされ、値はＯ
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、通信メディアを含み、さらに記
憶メディアを整含んでいてもよい。第１段階伸張器１５
０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）ＱＤＩ
Ｆ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１
５０の他のエレメントは、圧縮器１００中の対応するエ
レメントと機能的に同一である。エレメント１０３．１
０８〜１１６は、それぞれエレメント１５３，１５８〜
１６６に対応する。

量子化ステッ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
れたプレイ・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）　Ｊと呼ばれる。損失量
は量子化テーブルによって決まる。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
、損失量（ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　１ｏｓｓｉｎａｓｓ）
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、アルゴリズムの第２段階を実現するデータ
圧縮システム２００が示されている。画Ｊｉ２（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Ｉ　２’　＝　（Ａ２＋８
２）／２に従っ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２０
４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、Ｌ
２）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２
０７の出力が、画素±２についての再構成値工２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へ供給ス
る。エントロピー・エンコーダ２０６への状態入力は、
モデル・エレメント２０８によって供給される。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１２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２０
０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
からなる手段によって決定される。

再マツプ・エレメント２１０は、量子化器２０４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、ｈｅｘｏｏｏ、ｈｅｘ０４０、またはｈｅｘ
０８０として規定されている。適当な１６進（ｈ　ｅ　
ｘ）値が５ＩＧＮＤＩＳＰＬ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
５ＩＧＮＤＩＳＰＬの連結であってよい。

しかしながら、実際には、サイン値（つまり、段階に応
じて、５ＩＧＮＤＩＳＰＡまたは５ＩＧＮＤＩＳＰＬの
一方）とＧＲＡＤ値（つまり、段階に応じて、ＧＲＡＤ
Ｉ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
っ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は通信メディアを含み、さらに記憶メ
ディアを含んでいてもよい。第２段階伸張器２５０は、
逆量子化器２５４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）ＱＤＩ
Ｆ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２
５０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２０３，２
０５゜２０７〜２１２は、それぞれエレメント２５３゜
２５５．２５７〜２６２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（１０６／２０６）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って決定される。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１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ｒ共通統計」によって代表さ
れる。この特徴によって、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、ｌ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ｊｊ　１０６　／　２０６　カ
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Ｏ対非０を符号化するためにテ
ストされる。結果がＯ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ットがテストされる。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。最高位ビット（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３
０２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１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ってもよいし、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ビープ・コーグ３
１２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３０
４において向けられ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　Ｓ３
”７０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。各ボックスが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。

＋　−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−ｌｌ　　　ＥＸ＝Ｏ対　　
　Ｅｘ−＋＝ｏ　　　　ｌｌ　　　ＥＸ＞Ｏ対　　　Ｅ
Ｘ＜Ｏｌｌ　　　ＥＸ＝−１８対　　　ＥＸ＜−１８ｌｌ　　　
ＥＸ＝１８　　　　対　　　ＥＸ＞１８　　　１このツ
リーの中の他の２進判断は、すべての状態に共通する単
一の４バイト統計エリア（ＳＴＡＴＢＩＴＳＬＥＦＴ）
を使って計算される。以下の説明において、エントロピ
ー符号化ユニット（例えばＱコーダー）によって使用さ
れる４バイト統計ユニツトは、常にポインタＳＰによっ
て指示される。

以後、フローチャートの説明を行うが、理解を助けるた
めに、用語定義リストを掲載する。

Ｃ０ＤＥＹＮ−２進判断エンコーダ。

ＹＮ　　　　　−ＹＮ＝Ｏは０が復号されたことを意味
する。ＹＮ−＋＝Ｏは１が複合されたことを意味する。

ｓｐ　　　　　□現２進判断の統計のために用いられる
ポインタ。

５ＴＡＴＩ　　□第１段階の処理（ＧＳＥＩＡおよびＧ
ＳＤＩＡ）用の統計記憶エリア。

Ｓ　ＴＡＴ　２　　□第２段階の処理（Ｇ　Ｓ　Ｅ　２
　ＡおよびＧＳＤ２Ａ）用の統計記憶エリア。

５ＴＡＴＢ　ＩＴＳＬＥＦＴ □共通統計２進判断用記憶域。

ＨＰ　　　　　□元の画素データのために使われるポイ
ンタ。他のすべての履歴（ヒストリー）および再構成ラインは、このポインタから一定量変位した場所にある。（つまり。

■　１、　Ｒ１、Ｌｌ、Ａ２、　Ｂ２、Ｂ２．５ＩＧＮ
ＤＩＳＰＡ、等）ＢＵＦＦＩ　　□人カバッファは、元の画素を１ライン
収容する。

ＬＳ　Ｉ　ＺＥ１□人力される第１段階ラインのサイズ
。

ＬＳＩＺＥ２□人力される第２段階ラインのサイズ。

ＴＥＭ　　　　□中間のＡＬＵ操作で用いられる一時レ
ジスタ。

ＴＰＯＩＮＴＥＲ □ルック・アップ・テーブルをアクセスするのに用いられる一時ポインタ。

ＤＬＵＴ　　　□エンコーダがＱＤＩＦ（テーブル１を
参照）を評価する際に使われるルック・アップ・テープル。

ＧＬＵＴ　　　−ＧＲＡＤ　（つまりＧＲＡＤＩまたは
ＧＲＡＤ２）を評価する際に使われるルック・アップ・テープル。

ＱＬＵＴ　　　−ＥＸ　（ｙ−プル１参照）を評価する
際に使われるルック・アラプ・テーブル。

ＭＡＳＫ　　　□デコーダがＱＤＩＦを評価する際に使
われる一時変数。

Ｘ　　　　　□何れの段階についても、入力画素値。

工′　　　　□人力画素の補間予測値。

■　　　　　□人力画素についての再構成された値。

フローチャートにおけるボールド（太線強調）文字は、
他の箇所で示されているより詳細なフローチャートをシ
ンボル化したものである。エンコーダとデコーダについ
ての同一の処理は多くの場合ボールド文字で与えられ、
その共通性を強調するため（簡単な計算でしかない場合
すらも）別個の図で説明する。すべての掛算（傘）及び
割算（１）は２のべき乗により、すなわち適当な左シフ
ト（ＳＬＬ）または右シフト（ＳＲＬ）により実施する
ことができる。（実現方法は違うけれども）同様の機能
についてのフローチャートは続けて示される。

第７図は、このグレイレベル圧縮／伸張システムの圧縮
（符号化）部の基本構造を示す。エンコーダ・プロセス
はＨＭＡＩＮと呼ばれる。必要とされる任意のセットア
ツプそして初期化動作の後で、符号化される最初のライ
ンがＲＥＡＤＬＩＮＥによって読み込まれる。このライ
ンがスルでないと仮定すると、奇数（番目の）画素、つ
まり第１パターンの画素が、既知の方法で符号化され。

かつ再構成される。続いて偶数（番目の）画素がＧＳＥ
ＩＡ　（第８図）によって符号化・再構成されるが、こ
れは画素処理の第１段階に相当する。

再構成された最初のラインを履歴ラインとして記憶した
後、符号化システムのメインの再帰に入る。この再帰で
は、連続する２つのラインを読む試みがなされる。成功
すると、奇数画素については既知の方法を使い、偶数画
素についてはＧＳＥｌＡを使うことによって、２番目の
ラインの符号化・再構成が行われる。新しく再構成さ九
たラインは、履歴ラインとともに、ＧＳＥ２Ａ　（第９
図）を使った中間ラインの符号化（そして再構成）に用
いることができる。これは、画素処理の第２段階に相当
する。再構成された２番目のラインは、再帰の中での次
のパス（ｐａｓｓ）では履歴ラインとなる。

第７図は、再帰が終了したときの、第２フイールドのダ
ングリング（つり下げ）処理のいくつかの可能な方法の
１つを示している。履歴ラインを再構成された第１段階
のラインへ複製した後、ダングリング・ラインは単純に
ＧＳＥ２Ａを使うことによって符号化される。

第７図において、Ｃ０ＤＥＬＩＮＦ及びＬＡＳＴＬ　Ｉ
ＮＦは、符号化されてもっとラインが存在する（つまり
、ＬＳＩＺＥｌまたはＬＳＩＺＥ２がゼロではない）か
否かを示す２進判断を表す。

この好適なシステムにおいて、こられの判断は、エント
ロピー・エンコーダ（例えばＱコーダー）を使って、Ｇ
ＳＥＩＡまたはＧＳＥ２Ａによって生成された２進スト
リームの一部であるかのように符号化される。これらの
判断には、固定された確率が割り当てられる。

第８図は、第１行列パターンにない画素を処理する第１
段階で使われるエンコーダのフロー・チャートである。

５ＥＴＵＰＧＳＩＡ　（第１０図）で初期化プロセスが
行われた後、アルゴリズムのメインの再帰が続く。第１
段階で符号化されるのは偶数画素だけだから、ループ内
側で、ＨＰデータ・ポインタは常に２だけ更新される。

ＩＮＴＥＲＰＯＬＡＴＥＩ　（第１２図）は、ＬｌとＲ
１の平均をとることによって、入力画素値Ｘについての
予測値工′を計算する。続いて、ＣＡＬＣＱＤＩＦ（第
１４図）は、ｘｌとＩＩ’（７）差分ニツイての簡単な
ルック・アップ・テーブル操作により、ＱＤＩＦを得る
（テーブル１参照）、ＳＴＡＴＭＯＤＥＬＩ　（第１５
図）は、まず別のルック・アップ・テーブル操作によっ
て勾配を評価し、次いでＧＲＡＮＤ値と５ＴＡＴＩ統計
記憶エリアのアドレス（ＡＤＤＲ）を加算することによ
り、ＳＰ統計ポインタを正しいアドレスヘセットする。

さらに、先行する第１段階ラインの履歴バッファの一部
として記憶された５ＩＧＮＤＩＳＰＡ値も、ｓｐへタグ
付けされる。

さて、ＱＤＩＦによって表わされる２進判断ストリーム
が符号化可能となっている。ＱＤＩＦがゼロの場合、■
］′の値は再構成慎重１でもあるので、さらに訂正する
必要はない。したがって、ゼロはＣＯＤ　Ｅ　Ｙ　Ｎに
よって符号化され、５ＩＧＮＤＩＳＰＡは次の第１段階
ラインのためにゼロにリセットされる。５ＩＧＮＤＩＳ
ＰＡはポインタＨＰから一定分オフセットした所にあり
、したがって、連続する第１段階ラインを符号化するの
に使われる履歴データの一部を形成することに注意され
たい。

ＱＤＩＦがゼロでないならば、入力ラインの符号化が完
了したか否かに関してテストが行われる。

このテストは、ＱＤＩＦ−１１＝０パス（ｐ　ａ　ｔ　
ｈ）でのみ必要とされる。なぜなら、入力ラインの右端
を越えるとき５ＥＴＵｒ’ＧＳＩＡの初期設定がこの状
態を強制するからである。このようにして、すへての画
素についてこのテストを行うシステム全体に関して、実
質的な計算効率の良さが達成される。なぜなら、プロセ
スの統計は、ＱＤＩＦ＝Ｏという条件に有利だからであ
る。右端にまだ到達していないと仮定すると、Ｃ０ＤＥ
ＹＮによって１が符号化され、ＱＤＩＦコ＝０を示す。

さて、ＲＥＣＯＮＳＴＲＵＣＴ　（第１７図）が用いら
れ、補間された画素値が修正されて「訂正された」再構
成値となる。該訂正は、ＱＤＩＦ値をテーブル（ＱＬＵ
Ｔ）へのインデックスとして使う、別のルック・アップ
・テーブル操作によって、行われる。ＱＬＵＴテーブル
によって、テーブル１中のＱＤＩＦ値に対応するＥＸ値
が与えられる。訂正された値がバイト・サイズ画素をオ
ーバーフローしたり、アンダーフローしたりしないこと
を保証するために、計算効率のよいテストも行われる。

訂正される画素はＴＥＭレジスタで計算される。ＴＥＭ
レジスタは少なくとも２バイト幅であるべきである。該
テストでは、はとんどのコンピュータに共通する、負数
の２の補数表現を使うことにより、２５５との論理的な
比較を１回行うだけで、ＴＥＭの内容が負であるか、ま
たは２５５より大きいかが決定される。これは、第１７
図に示されている。

統計ポインタＳＰを更新した後、サインについての２進
判断の符号化１次いで大きさについての２進ストリーム
の符号化が実行される。これらの操作は、Ｃ０ＤＥＳＩ
ＧＮＩ　（第１８図）およびＣＯＤＥＭＡＧＮＩＴＵＤ
Ｅ　（第２０図）において、それぞれ実行される。再帰
は、入力ライン中の次の偶数画素へと続く。

Ｃ０ＤＥＳＩＧＮＩは、単純な比較とＣｏＤＥＹＮへの
呼込によって１判断ゼロ（正のＱＤ　Ｉ　Ｆ）または１
（負のＱＤ　Ｉ　Ｆ）を符号化するつこれはまた１次の
第１段階ラインで使われる５ＩＧＮＤＩＳＰＡ値のリセ
ット、第１の大きさの２進判断についての統計ポインタ
の更新も行い、最後にＱＤＩＦ中の最高位ビット（サイ
ン・ビット）を判断ストリームの外ヘシフトさせる。

ＣＯＤＥＭＡＧＮＩＴＵＤＥ　（第２０図）は。

正しい量子化された大きさを示す２進判断ストリームを
符号化する。符号化プロセスは、ＱＤＩＦ中の最高位ビ
ット（ｍｓｂ）のテストの後で連続してＣ０ＤＥＹＮへ
呼込むことによって達成される。このビットは、各テス
トの前にＱＤＩＦの外にシフトされ、そしてゼロのｍ　
ｓ　ｂがＱＤＩＦ中にあるときに、ループは終了する。

連続するビットは、事実上、第５図の葉に到達するのに
必要とされる２進ストリームの表現である。また、ＣＯ
ＤＥＭＡＧＮＩＴＵＤＥは、最初の判断が符号化された
後で統計ポインタＳＰをリセットし、共通統計エリアへ
向けさせる。

第９図は、第２フイールド・マトリクスの第２段階にお
いて、不明ラインを符号化するのに使うことのできるプ
ロシージャ（ＧＳＥ２Ａ）を示す。

ＧＳＥＩＡとＧＳＥ２Ａの対称性により１両方のプロセ
スはよく似ている。事実、両者は同じブロックを多数共
有している。もつとも小さな差異はある。これらの差異
は、異なる補間アルゴリズム（第１３図のＩＮＴＥＲＰ
ＯＬＡＴＥ２）と対称的な統計モデラー（第１６図のＳ
ＴＡＴＭＯＤＥＬ２）を要求する。

すべての機能は本質的に対称的で等価であるけれども、
計算効率の点から、細部にわずかな変更が求められる。

例えば、５ＩＧＮＤＩＳＰＬをライン履歴データとして
記憶する必要はない。５ＩＧＮＤＩＳＰＬの計算は、Ｇ
ＳＥＩＡでのようにＣ０ＤＥＳＩＧＮＩで行うより、Ｓ
ＴＡＴＭＯＤＥＬ２で行う方が良い。この変更のために
、第２段階でのサインの符号化のバージョンは強制的に
異なったもの（第１９図のＣ０ＤＥＳ　ＩＧＮ２）にな
る。しかしながら、インプリメンテーションの異なる上
記モジュールはすべて１機能的には等価または対照的で
ある。

最後に、第２１図から第２６図にかけて、第１段階およ
び第２段階のアルゴリズムに対応するデコーダが示され
ている。関係するプロセスは、実質的に、エンコーダの
ものの逆であり、自明である。第２１図は復号システム
ＤＭＡＩＮを示すが、これはＨＭＡＩＨの動作を逆にし
たものである。

ＧＳＤＩＡおよびＧＳＤ２Ａは、第１段階および第２段
階の圧縮済データの復号を行い、そのために、ＧＳＥＩ
ＡおよびＧＳＥ２Ａと逆の動作を行う。同様に、ＤＥＣ
ＯＤＥＬ　ＩＮＥとＤＥＣＯＤＥＬＡＳＴは、Ｃ０ＤＥ
ＬＩＮＦとＬＡ’５ＴＬＩＮＥによって生成されたデー
タを復号する。エンコーダで用いられたものと同じブロ
ックが対応するデコーダについてのフロー・チャートに
も数多く現れることに注意すべきである。

以上、好適な実施例について本発明を説明したが、二九
に様々な変更を加え得ることは言うまでもない。例えば
、エンコーダ１０６および同２゜６として同一のエント
ロピー・エンコーダを使ってもよいし、あるいは、別個
のエンコーダを使ってもよい。さらに、精度と出力は変
わるけれども。

様々のエントロピー・エンコーダのうちのどれを使って
もよい。例えばハフマン・コーダーが使用できる。さら
に９例えば勾配値を生成する際に、もっと複雑な計算を
行ってもよい。すなわち、勾配を決めるのに、２個の値
ではなくて４個の値を使うことができる。そして、５Ｉ
ＧＮＤＩＳＰＡまたは５ＩＧＮＤＩＳＰＬを決める際に
、１画素ではなくていくつかの画素を使うことも可能で
ある。もつとも、このような変形は、本発明の範囲内で
はあるが、好適ではない。

既に述べたように、第１のパターンは、好適な実施例に
おいて説明した１つおきの行の１つおきの画素というパ
ターンと異なっていてもよい。例えば、第１図を参照す
ると、第３行および第５行における第１パターン画素が
第１行における第１パターン画素と整列している。とこ
ろで、本発明は、第３行の第１パターン画素が１位置右
へオフセットしており、その結果、第１パターンの奇数
行における（ハツチを付けた）第１パターン画素同士が
垂直方向に関して整列し、かつ第１パターンの偶数行に
おける第１パターン画素同士が垂直方向に関して整列す
るものの、奇数行における第１パターン画素と偶数行に
おける第１パターン画索は垂直方向に関して整列しない
という食い違いパターンも考慮しており、その範囲内に
収めている。このパターンの場合の処理は、上記好適な
実施例と似たものになる。ただし１画素１１の符号化の
ためにエントロピー・モデルで用いられるサイン値は、
先行する行の中の、第１段階を使って符号化された画素
から求まる。

さらに、第１パターンは１例えば３つおきのラインの中
の３つおきの画素を含むことができる。

すなわち、行１の中で１画素Ｘ１．いＸｌ、、、　Ｘｌ
。

９、・・・・・・Ｘ’ｌｔｓｇｓが先行して符号化され
ており、第１パターンの中にある。第５行の中では１画
素Ｘ　Ｇ　Ｉ　Ｌ　４　Ｘ　５１　ｇ、Ｘｓ、、、−−
Ｘ５　ｙｓｇｑが先行して符号化されおり、第１パター
ンの中にある、といった具合である。残りの画素は、第
１パターンの一部をなさない。このような第１パターン
を使う符号化を、最初の入力画素として画素Ｘ９，３に
関して説明する。Ｘ６．いおよびＸｓ、ｓの値に基づい
て、ＧＲＡＤｌ値が決まる。第１段階において早期に決
まる画素Ｘ２，３から、対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）画素に
っいての状態入力が生成される。Ｘ、、ｆｆが符号化さ
れると、次いで画素Ｘ６，２の処理が行われる。このと
き（７）ＧＲＡＤＩ値は、Ｘ５９、とｘ３，１に基づい
ている。連続的な補間ステップによって、行全体の符号
化、そして画素毎の再構成値の計算が行われる。同様に
第１パターン行が符号化された後、第１パターン画素が
全く含まないインターリーブされる行の符号化が行われ
る。すなわち、行１．５．９・・・・・・、４７７にお
ける全画素が符号化されたならば、第２段階が適用され
て、残りの画素が符号化される。第２段階においてｘ３
，４が先行して符号化されたと仮定して、第２段階の動
作を画素Ｘ１，５に関連して説明する。画素Ｘ３．、を
処理する際、画素Ａ２は画素ｘ１２．となり、画素Ｂ２
は画素Ｘ９，５となる。そしてサインは（好適な実施例
の場合の画素Ｌ２に対応する）画素ｘ３，４に基づ（。

行３の各画素は順次処理される。第２段階での行３の処
理が終わると、行１および行３における符号化された画
素に基づいて行２および行４が処理される。上記第１パ
ターンの異なる２側かられかるようしこ、一般に、本発
明のアルゴリズムは、第１段階によって第１パターンの
（先行して符号化された）画素を含む行の中の画素の符
号化を行い、第２段階によって第１パターン画素を含ま
ないすべての行の中の画素を符号化する場合に適用可能
である。

別の例では１行１および５の画素がすべて符号化された
後、不明行２．３および４の画素が符号化され得る。こ
の結果、第１段階と第２段階のインターリーブが可能に
なるので、バッファリングの必要性が減る。

さらに、「上」　「下」　「右（側）」または「左（側
）Ｊの画素という言葉で扱う画素は、すぐ隣りの画素に
限定されないことに注意されたい。例えば、画素１２の
「上」の画素は、垂直方向に関して画素１２と全く離れ
ていない場合もあるし、あるいは１画素以上離れている
場合もある。

さらに、上述の実施例におけるラインの走査は、トップ
からボトムへ順に行われ、各行の走査は左から右へと行
われた。しかし、本発明における走査方式はこれに限ら
れない。例えば、ラインの走査をボトムからトップへと
行ってもよいし、ラインの中の画素を右から左へ走査し
ても差し支えない。そのような異なる走査パターンの場
合でも本発明は適用可能であり、上述の実施例の場合と
実質的に同じやり方で実質的に同じ結果を達成できる。

この点に関し１画素位置の表記は識別の便を図ったもの
であって、制限的なものではないことがわかる。例えば
、トップからボトムへ、そして左から右へ走査を行った
上述の実施例では、対象画素の「上」の画素から、ＧＲ
ＡＤＩ値が定まった。

ライン走査をボトムからトップへ行う別の実施例では、
ＧＲＡＤＩ値は対象画素の「下」の画素に依存すること
になる。後者の場合、「下Ｊの画素は、前者の走査スキ
ームにおける「上」の画素と同一に扱われる。これらの
２つの実施例を等価と考えてもよいし、あるいは後者は
イメージを向は直して行うトップからボトムへの走査で
あると考えてもよい。同様に、行が垂直に置かれている
か。

それとも水平に置かれているかに応じて、画素の走査を
垂直または水平の何れの方向で行ってもよＬ’ａこのような走査パターンおよび画素位置の参照が変化し
ても等価であると考えられる。

最後に、本明細書では、ここまで「グレイレベル」をモ
ノクローム・データ（つまり輝度）の文脈で説明してき
た。しかしながら、本願でいう「グレイレベル」コーデ
ィングは、カラー・コンポーネントのコーディングも含
むように意図されていることに注意されたい。カラーに
関連する実施例は、色光度（ｃｈｒｏｍｉｎａｎｃｅ）
コンポーネント毎に独立してグレイレベル圧縮／伸張装
置または方法を適用することになるであろう。

Ｅ、効果本発明によれば、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以上の画素によって第１パターンが
形成され、かつ第１パターンの各画素には既に値が定ま
っている場合に、残りの画素の符号化を効率よく行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、好適な実施例について、（ｊ）先行して符号
化が行われている第１パターン中の画素、（ｉｉ）本発
明のアルゴリズムの第１段階で処理されつつある画素１
１、および（ｉｉｉ）本発明のアルゴリズムの第２段階
で処理されることになる画素を示す説明図である。第２図は、好適な実施例について、アルゴリズムの第２
段階における画素１２に符号化に関係する画素を示す説
明図である。第３図は、先行して符号化され、かつ再構成された第１
パターン画素値を含む行の中に位置する画素のデータを
圧縮するのに関係する、好適な実施例についてのアルゴ
リズムの第１段階をインプリメントするのに用いられる
エレメントのブロック図である。この図には、エントロ
ピー符号化・圧縮されたデータを伸張するための、対応
する伸張器も含まれている。第４図は、第１パターン画素を含まない行の中に位置す
る画素のデータを圧縮するのに関係する、好適な実施例
についてのアルゴリズムの第２段階をインプリメントす
るのに用いられるエレメントのブロック図である。この
図には、エントロピー符号化・圧縮されたデータを伸張
するための、対応する伸張器も含まれている。第５図は、多値のグレイレベルを、２進算術符号化用エ
ンコーダによって符号化することのできる２進ストリー
ムに変換するのに用いられるツリー構造を示す説明図で
ある。第６図は、グレイレベル・モデリングとエントロピー・
コーディングの動作を組み合わせて一般的に示すブロッ
ク図である。第７図は、本発明の符号化、つまりデータ圧縮部分を示
すフローチャートである。第２１図は、好適な実施例の復号、つまりデー第２６図
は、好適な実施例のエンコーダ部分またはデコーダ部分
の中で具体化されるプロセスを示すフローチャートであ
る。出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション代理人　　弁理士　　頓　　宮　　孝　　−（他１名）ＦＩＧ、５ＣＯＤＥＹＮ・ＯＣ０ＤＥＹＮ−１２進判断ツリーＦＩＧ、１１ＦＩＧ、１４ＦＩＧ、１５ＦＩＧ、２０

Claims

【特許請求の範囲】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。