JPH09200741A - 画像データ圧縮システムおよび方法 - Google Patents

画像データ圧縮システムおよび方法

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JPH09200741A
JPH09200741A JP8351503A JP35150396A JPH09200741A JP H09200741 A JPH09200741 A JP H09200741A JP 8351503 A JP8351503 A JP 8351503A JP 35150396 A JP35150396 A JP 35150396A JP H09200741 A JPH09200741 A JP H09200741A
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compression
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compressor
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coefficient
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ラム ウェイ−マン
Barth Alan Canfield
アラン キャンフィールド バース
Billy Wesley Beyers Jr
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロック・ベースの圧縮システムを使用する
ことにより必要となる格納領域の量を減少させることで
ある。 【解決手段】 開示したブロック・ベースのデータ圧縮
システムは２つの並列、独立な圧縮ネットワークを使用
する。一方のネットワーク（２０，２２）は固定圧縮を
提供し、他方のネットワーク（１４，１６）は可変圧縮
を提供する。十分な画質と所望の圧縮係数が得られるよ
うに、これらのネットワークの一方又は他方からの圧縮
データを選択する。固定圧縮ネットワークの出力を選択
して使用する（２５）のは、可変圧縮ネットワークの出
力が所望の圧縮係数を達成できなかったことをビット・
カウンタ（１８）が決定した場合である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル信号処
理システムにおいて使用されるデータ圧縮ネットワーク
に関する。特に、本発明は、テレビジョン・システムで
利用できるような画像信号プロセッサに対するデータ圧
縮ネットワークに関する。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第０８／５７９，１９３号（１
９９５年１２月２７日出願）の明細書の記載に基づくも
のであって、当該米国特許出願の番号を参照することに
よって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書
の一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】大量のメモリを必要とする複雑なディジ
タル信号処理システムはますます一般的になっている。
メモリ要求を制限することは、特にビデオやテレビジョ
ン・システムのような一般消費者向け製品では、製品の
コストを妥当なレベルに保つためには重要である。
【０００４】種々のデータ圧縮技術を利用すれば、画質
(image quality)を許容できるように維持しながらメモ
リ要求を減少させて、バンド幅が制限されたチャネル経
由でデータを伝送することができるようになる。これら
の圧縮技術には、差分パルス・コード・モジュレーショ
ン（differential pulse code modulation：ＤＰＣＭ）
やトランスフォーム・コーディング(transform codin
g)、ベクトル量子化(vector quantization) 、ハイブリ
ッド・コーディング(hybrid coding) 、およびこれらの
技術の適応化したもの(adaptive version)を含むサブバ
ンド・コーディング(subband coding)がある。近年の画
像信号処理における開発には、ＭＰＥＧ(Motion Pictur
e Experts Group)信号処理標準（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３
８１８−２、１９９４年５月１０日）の開発が含まれ
る。この広く受け入れられている標準では、画像ブロッ
ク処理を使用しており、高品位テレビジョン（high def
inition television：ＨＤＴＶ）システムを含む衛星、
ケーブル、および世界規模の放送システムで使用するの
に特に適している。ＭＰＥＧ復号化アルゴリズムを実行
するには、それ以前に復号化したデータの格納領域(sto
rage) が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明により望ましい
と認められることは、ブロック・ベースの圧縮システム
を使用することにより必要となる格納領域の量を減少さ
せることである。
【０００６】また、開示される好適な実施の形態におい
て、一方のネットワークは固定データ圧縮(fixed data
compression)を提供し、他方のネットワークは可変デー
タ圧縮(variable data compression) を提供する。ここ
で、データ圧縮はブロック・ベースであり、２つのデー
タ圧縮ネットワークは並列に(in parallel) 並行して(c
onccurently)処理を行うものであり、固定データ圧縮ネ
ットワークの出力は、可変圧縮ネットワークの出力が所
望の圧縮係数を達成できない場合に使用される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
画像表現ディジタル・データを処理するシステムにおい
て、第１データ圧縮特性を示す第１データ圧縮器と、異
なる第２データ圧縮特性を示す第２データ圧縮器と、前
記画像データを前記第１および第２圧縮器に並行に供給
する入力部と、利用ネットワークと、前記第１および第
２圧縮器の一方又は他方から前記利用ネットワークに所
望の圧縮係数を示す圧縮データを移送する選択ネットワ
ークとを備えた装置を含むことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のシ
ステムにおいて、前記第１圧縮器は可変圧縮特性を示す
ものであり、前記第２圧縮器は固定圧縮特性を示すもの
であることを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載のシ
ステムにおいて、前記可変圧縮は前記固定圧縮に優先し
て、前記選択ネットワークにより（ａ）前記第１圧縮器
からの可変圧縮データを、前記可変圧縮データがあらか
じめ定めた所望の圧縮係数以上を示す場合に選択し、お
よび（ｂ）前記第２圧縮器からの固定圧縮データを、前
記可変圧縮データが前記圧縮係数より小さい場合に選択
することを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１記載のシ
ステムであって、画素（ピクセル）のブロックの形態で
配置された画像表現ディジタル・データの処理をおこな
うシステムにおいて、前記第１圧縮器は可変データ圧縮
特性を有し、前記第２圧縮器は固定データ圧縮特性を有
し、前記第２圧縮器は前記第１圧縮器と操作が並列にお
こなわれ、さらに前記第１圧縮器により処理されるデー
タ・ブロックが所望の圧縮係数をしめすか否かを決定す
るために前記第１圧縮器に接続された手段を含み、前記
選択ネットワークは前記利用ネットワークへ、（ａ）前
記可変圧縮データが所望のあらかじめ定めた圧縮係数以
上をしめす場合に前記第１圧縮器からの可変圧縮データ
を、（ｂ）前記可変圧縮データが前記圧縮係数より小さ
いことを示す場合に前記第２圧縮器からの固定圧縮デー
タを選択的に移送することを特徴とする。
【００１１】請求項５記載の発明は、請求項４記載のシ
ステムにおいて、前記決定手段は圧縮ブロックを構成す
るビット数を決定するビット・カウンタを備えたことを
特徴とする。
【００１２】請求項６記載の発明は、請求項４記載のシ
ステムにおいて、前記利用ネットワークはメモリを備え
たことを特徴とする。
【００１３】請求項７記載の発明は、請求項４記載のシ
ステムにおいて、前記画像データはＭＰＥＧ互換のデー
タであり、前記利用ネットワークはメモリを備えたこと
を特徴とする。
【００１４】請求項８記載の発明は、請求項７記載のシ
ステムにおいて、前記第２圧縮器はデータ量子化器を備
え、前記第１および第２圧縮器はそれぞれＤＰＣＭネッ
トワークを含むことを特徴とする。
【００１５】請求項９記載の発明は、画像要素（ピクセ
ル）のブロックの形態で配置された画像表現ディジタル
・データを処理する方法において、前記画像データを第
１圧縮特性により圧縮するステップと、前記画像データ
を異なる第２圧縮特性により処理するステップと、前記
第１圧縮によるデータがあらかじめ定めた圧縮係数以上
の圧縮係数をしめすか否かを決定するステップと、前記
第１圧縮データが前記あらかじめ定めた圧縮係数以上の
圧縮係数を示す場合に第１圧縮データを出力部へ移送す
るステップと、前記第１圧縮データが前記あらかじめ定
めた圧縮係数より小さい圧縮係数を示す場合に第２圧縮
データを前記出力部へ移送するステップとを備えたこと
を特徴とする。
【００１６】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
方法において、前記第１圧縮特性は可変圧縮特性であ
り、前記第２圧縮特性は固定圧縮特性であり、前記画像
データはＭＰＥＧ互換データであることを特徴とする。
【００１７】本発明の原理によれば、２つの異なる圧縮
ネットワークを使用するデータ圧縮システムが開示され
る。これらのネットワークのうち一方もしくは他方から
圧縮されたデータが十分な画質と所望の圧縮係数(compr
ession factor)を得るように選択される。
【００１８】
【発明の実施の形態】ここで説明する圧縮システムは、
可変圧縮ネットワークと固定圧縮ネットワークを並列に
使用する。これらの圧縮ネットワークは同じピクセル・
ブロックに対して並行に操作を行う。可変圧縮ネットワ
ークには、損失(loss)がない、あるいは実質的には損失
がないという利点があり、圧縮ネットワークとして好適
である。可変圧縮ネットワークであらかじめ定めた所望
のデータ圧縮量を達成できない場合には、固定圧縮ネッ
トワークの出力がかわりに使用される。固定圧縮ネット
ワークでは所望の圧縮量が得られるが、このネットワー
クには損失が多くなりやすいという欠点がある。
【００１９】図１において、ソース１０からの画像表現
データのソースをデータ圧縮ネットワークの入力ターミ
ナル１２に供給する。データ圧縮ネットワークには、並
列の独立したデータ圧縮経路１４と２０が含まれる。経
路１４は、実質的には損失がない経路で、可変圧縮プロ
セッサ１６が含まれる。これは、マルチプレクサ（ＭＵ
Ｘ）２５の信号入力の一方と、ビット・カウンタ１８と
に対して圧縮データを供給する。カウンタ１８は、ユニ
ット１６で圧縮されたデータ・ブロックそれぞれのビッ
ト数を監視し、ＭＵＸ２５の制御入力に対する制御信号
の切り替えを行う。圧縮経路１４の詳細については、図
２に示してあるので以降の図２の説明の際に述べる。経
路２０は、詳細については図５に示されるように、固定
圧縮プロセッサ２２を含む損失が多い経路であり、ユニ
ット２２からの圧縮出力データは、ＭＵＸ２５のもう一
方の信号入力に供給される。
【００２０】ＭＵＸ２５は、経路１４からの圧縮データ
または経路２０からの圧縮データのいずれか一方を圧縮
ネットワークの出力ターミナル２８に供給する。これに
ついては以下に詳細を説明する。出力圧縮データはメモ
リ３０に供給される。
【００２１】メモリ３０からの出力データは、ディスプ
レイ・プロセッサ３５に供給される前にユニット３４で
伸張(decompress)される。プロセッサ３５は、本質的に
はビデオ・データのシンク(sink)であって、ＭＰＥＧ復
号化ループ内に動き補償(motion compensation) プロセ
ッサ、あるいは、メモリ３０のようなフレーム格納要素
からのデータを必要とする他の種類のビデオ・プロセッ
サを備えたものでもよい。
【００２２】この実施の形態では、ソース１０はラスタ
・スキャンされた画像表示を表現する出力データを、ピ
クセル（画像の要素）のブロックの連続の形態で供給す
る。たとえば８×８ピクセル・ブロックである。これは
周知の方法、たとえば適切に制御された読み書き機能を
備えたバッファ・メモリを使用する方法で実現できる。
各ピクセル値は８ビット・ワードで定義される。
【００２３】ブロック・ベース圧縮ネットワーク１４、
２０は各ピクセル・ブロックを独立に圧縮し、各ブロッ
クがあらかじめ定めた圧縮係数以上で圧縮されることを
基本的に保証する。圧縮経路１４または経路２０のいず
れか一方の出力を利用ネットワーク３０，３４，３５で
使用する際に選択して、十分な画質と所望の圧縮係数を
提供する。圧縮係数は、ピクセル・ブロックを格納する
ときに節約できるメモリ空間の量を示すものである。た
とえば、圧縮係数が５０％のときは圧縮ブロックの大き
さはもとの大きさの５０％になり、もとのブロックと比
較してメモリ空間の使用量が５０％少なくなる。５０％
を超える圧縮係数を使用することもできる。しかし、圧
縮係数は５０％を超えないように決める方がよい結果が
得られる。圧縮係数を２５％にすると、このような圧縮
をせずに処理を行う従来のデコーダと比較しても画質は
基本的にトランスペアレント(transparent) である。５
０％圧縮では結果がトランスペアレントなわけではない
が、得られる結果は許容範囲のものであり、メモリ削減
を行わずに処理を行う従来のデコーダと比較して大きな
違いがあるとは認められない。
【００２４】圧縮ネットワークの複数経路を用いる性質
は、高画質を達成することができ、少なくとも固定圧縮
係数を達成することを保証する。可変圧縮経路１４は損
失のない又は損失の少ない圧縮をおこなうが、経路１４
が出力する出力ビット数は可変である。経路１４から出
力される圧縮ブロック出力ビット数はカウンタ１８で監
視される。圧縮ブロックのビット数があらかじめ定めた
圧縮係数に関連するあらかじめ定めた目的のビット数以
下の場合は、経路１４からの圧縮データ出力がＭＵＸ２
５によって選択され、メモリ３０へ転送される。そうで
ない場合は、固定圧縮器２２からの圧縮ブロック出力が
使用される。上述した通り、固定圧縮器２２は、量子化
(quantization)を用いた損失の多い圧縮ルーチンを使用
して、固定した目的のビットの出力を作成する。伸張を
容易にするため、各圧縮ブロックに対して各圧縮ネット
ワークは信号情報をデータ・ストリームに挿入して、そ
のブロックに施された圧縮の型がわかるようにする。こ
の信号情報は１以上のビットとして各圧縮データ・ブロ
ックの先頭、つまりヘッダに、挿入することができる。
信号ビットは伸張ネットワーク３４で検知される。この
伸張ネットワークでは、与えられた信号ビットに関連す
るブロックを圧縮するのに使用した圧縮の逆を行う。ヘ
ッダには他の制御情報、たとえば量子化制御情報(quant
ization control information)を入れることもできる 画像のスムースな領域では、不愉快な輪郭のアーチファ
クト(contouring artifacts)を避けるために可変圧縮を
使用することが望ましい。このような領域に対しては本
質的に高画質が保証される。これは、可変圧縮器１６は
量子化をまったくあるいはほとんど使用しないからであ
り、というのも量子化は、実質的にに損失の多い処理だ
からである。一方、固定圧縮器２２は重要なディテール
(detail)情報を含む画像領域で使用してもよい。このよ
うな領域の量子化雑音(quantization noise)は知覚しう
るエラー(perceptible error) を発生させることはあま
りないので、経路２０における固定圧縮を条件とする画
像領域の知覚画質（perceived quality)は良いことが多
い。このような方法で可変と固定の圧縮を選択的に使用
する方がよいとしているシステムは多いが、必ずしもこ
のようにする必要はない。２つの圧縮ブロックのうちい
ずれを使用すべきかの選択には、単純に可変圧縮器１６
から出力される圧縮ブロックのビット数を利用する。こ
のビットによって所望の圧縮が達成されたことがわかっ
た場合は、それを使用する。圧縮器１６は損失が少ない
ので好適な圧縮器である。そうでない場合は、圧縮器２
２が使用される。
【００２５】圧縮ネットワーク１４と２０ではブロック
・ベースの圧縮が実行され、各ブロックの独立の圧縮
は、デコーダが、各ブロックの復号化をする際に他のブ
ロックの情報を必要としないですむようにさせる。各ブ
ロックはあらかじめ定めた圧縮係数によって圧縮されて
いるので、各ブロックの第１ピクセルのメモリ・アドレ
スをあらかじめ知ることができる。このように、他のブ
ロックに関する情報を必要とせずに各ブロックはメモリ
からアクセスできる。このようにするため、各ブロック
に対するメモリ中に領域が予約されることに留意された
い。５０％圧縮の場合は、各予約領域(reserved area)
は元のブロックの半分の大きさである。したがって、ビ
ット数が数えられ必要な場合には圧縮器２２の出力が使
われるため、各圧縮ブロックはそのブロック用に予約さ
れたメモリ領域にフィットする。好適な圧縮器１６が目
的の圧縮量よりも大きな圧縮を達成できる場合は、圧縮
器１６の出力が使用され、予約メモリ空間の一部はその
圧縮ブロック・データでは使用されない。つまり、この
ような圧縮ブロックは、あらかじめ定めた開始アドレス
から始まるその予約メモリ領域から埋め始めて、そのブ
ロック用に予約された最終アドレスよりも小さなアドレ
スまで続くのである。
【００２６】圧縮効率を高くしつつ、１つのピクセル・
ブロックの各ピクセルへのアクセスを簡単にすることを
可能にするには、ブロック・ベース圧縮が望ましい。た
だし、この２つの結果は本質的には相反するものであ
る。つまり、圧縮効率を高くするにはブロック・サイズ
が大きい必要があり、一方ピクセルへのアクセスを簡単
にするにはブロック・サイズが小さい必要がある。８×
８ピクセルと１６×４ピクセルのピクセル・ブロック・
サイズでは、実質的にこれらの性質を両方とも達成でき
ることが知られている。これらのブロックは、上述した
ユニット１０内で、要求されるＮ×Ｎピクセル・サイズ
に形成される。
【００２７】この例では、フィールド・ベースのピクセ
ル・ブロックはそれぞれラスタ形式で走査される。図３
に示すように、走査は左から右、上から下の方向で行わ
れる。この走査はユニット１６と２２の両方でおこなわ
れ、この際に遅延要素５２、５４、５６を使用する。可
変圧縮ネットワークを図２に示す。このネットワークは
ＤＰＣＭループを適応予測と共に使用して、差分信号(d
ifferrence signal)（残差(residual)）を周知の技術を
用いて出力する。この差分は可変長にコード化されてお
り、その結果のコード化された差分ビットの数は、所望
の圧縮係数が現在のブロックに対して達成できたか否か
を示すために監視される。図２のアーキテクチャはＭＰ
ＥＧ圧縮ループに類似する古典的な予測符号化ネットワ
ークである。
【００２８】図２では、差分ネットワーク４２は、それ
ぞれ、ユニット４２の非反転入力（＋）に供給される入
力ピクセル値と、ユニット４２の反転入力（−）に供給
される予測ピクセル値との間の差（残差）を表現する出
力を作る。予測値は、減算器４２、可変長コーダ４４、
可変長デコーダ４６を含むＤＰＣＭ処理ループを使用し
て得られる。可変長デコーダ４６はユニット４４で実行
される符号化処理の逆を実行する。可変長コーダは、オ
プションとして高解像度量子化器(high resolution qua
ntizer) とエントロピー・コーダ(entropy coder) （た
とえばハフマン・コーダ(Huffman coder) ）を含むこと
ができ、損失のないまたは損失がきわめて少ない圧縮が
できるようになる。可変長デコーダは逆量子化器(inver
se quantizer) とエントロピー・デコーダ(entropy dec
oder) を含む。ユニット４６からの逆に復号化された出
力は、予測器５０と関連するピクセル遅延要素５２，５
４，５６とを含む予測ネットワークからの出力と、ユニ
ット４８で加算される。これらの要素は、それぞれ１、
７、１ピクセルの遅延を提供する。ユニット５０からの
予測ピクセル値出力は、加算器４８と減算器４２への入
力として供給される。
【００２９】図４は、４ピクセルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｘ（予測
されるピクセル）のグループの配列の一例であり、これ
はＤＰＣＭネットワークの予測処理と符号化操作(codin
g operation)に関係する。このピクセルのグループは図
３に示されるピクセル・ブロックにも参照されている。
この例では、ピクセルＢは、ピクセルＣに比べて１ピク
セル間隔(pixel interval)で遅延され、ピクセルＡはピ
クセルＢに比べて７ピクセル間隔で遅延され、ピクセル
ＸはピクセルＡに比べて１ピクセル間隔で遅延されてい
る。ＤＰＣＭ予測処理(process) は周知であり、以降で
説明する。可変長コーダ４４の出力からの圧縮されたピ
クセル・データは、ユニット６０でバッファリングされ
てから図１のＭＵＸ ２５に渡される。バッファ６０は
可変圧縮処理の出力を全ブロックが処理されるまで、つ
まり目的の圧縮係数に達っしたか否かが判定できる時ま
で格納する。
【００３０】コーダ４４から出力された各圧縮ブロック
のビット数はビット・カウンタ１８で監視される。これ
は公知の技術のいずれによっても実装することができ
る。各ピクセル・ブロックが可変圧縮された後、圧縮ビ
ット数があらかじめ定めた閾値以下の場合はカウンタ１
８は制御出力信号を出力する。この信号により可変圧縮
器によって所望の圧縮量に達したかこれを超えてしまっ
たかが示される。この制御信号はＭＵＸ２５の切替制御
信号として供給され、この信号が来るとＭＵＸ２５は可
変長圧縮器からの出力を利用ネットワークに転送する。
そうでない場合は、固定長圧縮器からの（同じピクセル
・ブロックに対する）圧縮ブロック出力が利用ネットワ
ークに転送される。
【００３１】固定圧縮ネットワークを図５に示す。この
ネットワークも可変圧縮器の場合と同様にＤＰＣＭルー
プを適応予測(adaptive prediction) に使用している。
図５の要素４８，５０，５２，５４，５６は、図２の対
応する符号の要素と同じ機能を実行する。差分ネットワ
ーク４２も図２のユニット４２と同じ目的に用いられ、
残差ピクセル値を作成するが、以下で説明するような内
容の違いが少しある。
【００３２】固定圧縮ネットワークはユニット４２が出
力する差分（残差）ピクセル値を非線型量子化したもの
をＤＰＣＭ処理の結果として用いる。ユニット４２の非
反転入力（＋）は入力ピクセル値を受け取るが、これは
６４ピクセル遅延要素５５によって６４ピクセル間隔で
遅延されている。ユニット４２の反転入力（−）は、予
測器５０からの予測ピクセル値を受け取る。ユニット４
２から出力された残差ピクセル値は、それぞれ量子化器
(quantizer) ５７と逆量子化器(inverse quanytizer)５
８が施される。量子化器５７が行う量子化は固定で、デ
ータ圧縮の量が所望の固定値となることを保証する。た
とえば、８ビット・データ・ワードの２５％圧縮を達成
するためには、量子化器５７は最小ビット(least signi
ficant bits)２桁を削除する。固定圧縮の量が所望の圧
縮量未満であることはない。量子化器５７と逆量子化器
５８は大小比較ネットワーク６１の制御下で動作する。
大小比較ネットワーク６１は各ピクセル・ブロックの最
小と最大のピクセル値を決定する。
【００３３】量子化器５７を構成して固定量子化器規則
(fixed quantizer rule)を使用することもできる。しか
し、処理されるブロックの最小・最大ピクセル値に応じ
た量子化器規則を適応する方が効率がよい。大小比較ユ
ニット６１はこれらの値を決定する。要素５５は、与え
られた処理対象のブロックの全６４ピクセルの最小値と
最大値に対して必要な時間遅延を提供した後に、そのブ
ロックの第１ピクセルを処理する。
【００３４】再度図１を参照すると、圧縮器２２には固
有の遅延はないが、大小比較と遅延要素５５（図５）の
組合せは圧縮器２２が１ブロック分の遅延を示すように
できる。この遅延は、可変圧縮経路により示される１ブ
ロック遅延と一致する。固定長圧縮ネットワークは各８
×８ピクセル・ブロックの６４ピクセル値のそれぞれを
２度評価して、そのブロックの最小と最大のピクセル値
を決定する。この処理は、要素５５によって発生する６
４ピクセル（１ブロック）遅延によって容易化される。
最小値と最大値を使用して、処理する各ブロックに使用
する非線型量子化規則(non-linear quantizing rules)
の間から適応的に選択する。各ブロックを２度評価する
ために必要である２経路アプローチは、システムに余分
な待ち時間(latency) を付加しない。それは、可変圧縮
器が所望の圧縮を達成したかどうか決定するときに、可
変圧縮経路のバッファ６０により１ブロック待ち時間が
生ずるからである。
【００３５】上述した通り、圧縮器１６と２２が並列に
配置され、固定圧縮器は大小比較を利用するときは、圧
縮器２２では１ブロック遅延が発生する。可変圧縮器１
６には固有の１ブロック遅延はない。したがってビット
・バッファ６０は、圧縮器２２の出力を待つために、１
ブロック時間だけビットを保持する。固定圧縮器２２が
大小比較を使わない場合は、圧縮器２２では１ブロック
遅延は生じない。可変圧縮器１６では、バッファ６０の
ための固有の１ブロック遅延は生じない。バッファ６０
が圧縮器１６のビットを格納してから、可変圧縮と固定
圧縮の出力のいずれを使用するかについての決定がおこ
なわれる。ビット・カウンタ１８は、可変と固定の圧縮
ネットワークが並列に配置されたときにいずれの出力を
使用するかを決定する。
【００３６】しかし、図６に示すように圧縮器１６と２
２は並列に配置する必要はない。この場合以前に説明し
た通り、圧縮器１６が最初にピクセル・ビットを処理
し、同時に、大小比較ユニット６１（図５）がそのブロ
ックの最小と最大のピクセル値を決定する。１ブロック
遅延した後は、圧縮器１６が目的の圧縮を達成できたか
否かがわかるはずであり、したがって、固定圧縮器２２
がそのブロックを処理する必要があるか否かがわかるよ
うになる。可変圧縮器１６が目的の圧縮係数を達成した
場合は、可変圧縮ブロックをフレーム・メモリに出力す
る。そうでない場合は、ユニット２２がそのブロックを
圧縮する。圧縮器１６と２２には同じようなアーキテク
チャと機能要素を含めることができるので、この実装
は、ユニット１６における可変圧縮で用いられるのと同
じ要素をユニット２２の固定長圧縮で再度使用すること
ができるという利点がある。
【００３７】図５の量子化器５７に関しては、量子化器
規則を適応的に変更することは不可欠ではない。単純な
線型量子化を使用してもよい。量子化器規則を最小・最
大ピクセル値に応じて適応させると、損失の量が減少す
る。各ブロックは、最小と最大のピクセル値を見つける
ために１度走査される。
【００３８】これらの値がわかると、適切な量子化器規
則を選択した後に最初の（残差の）値が量子化される。
要素５５は、量子化器規則が確立されるまで、最初のピ
クセルを遅延させる。この規則は、逆量子化器５８でも
使用される。これにより、使用される量子化器規則の伸
張機能を知らせるためにデータストリームに信号ビット
を追加することが必要とする場合もありうる。
【００３９】量子化器は探索テーブル(look-up table)
の形式と考えることができる。この場合、ユニット４２
からの出力ビットはアドレスを表現する。量子化器５７
は、５０％圧縮の場合には４ビット・データを出力す
る。量子化器５７の出力は、逆量子化器５８で使用され
るインデックスとなり、ユニット４２の出力を近似す
る。損失が発生する可能性がある場所はここである。と
いうのは、逆量子化器５８に対する入力は単なる４ビッ
ト・データのみなので、可能なデータの組合せは１６通
りしかないのに対し、ユニット４２の出力は２５６種類
に達する可能性があるからである。図５の固定圧縮ネッ
トワークでは、出力バッファを必要としない。
【００４０】本実施の形態では、同じＤＰＣＭ予測符号
化処理が図２と図５の圧縮ネットワークで使用されてい
る。符号化される現ピクセルは、伸張器３４に知らされ
ている以前に符号化されたピクセルを使用して予測され
る。予測処理は図４を参照しながら説明できる。ここで
は、ピクセルＸが予測符号化されるピクセル値である。
ピクセルＡ、Ｂ、Ｃは以前に予測符号化されており、伸
張セクションに知らされている。Ｘの予測Ｘpredは、以
下の擬似コードによりＡ、Ｂ、Ｃの値を使用する。以下
で使用するアルゴリズムを説明する。
【００４１】もし （｜Ａ−Ｃ｜＜ｅ１＆＆｜Ｂ−Ｃ｜
＞ｅ２） ならば Ｘpred＝Ｂそうでなくてもし （｜
Ｂ−Ｃ｜＜ｅ１＆＆｜Ａ−Ｃ｜＞ｅ２） ならばＸpred
＝Ａそうでなければ Ｘ
pred＝（Ａ＋Ｂ）／２値ｅ１とｅ２は、あらかじめ定め
た閾値を表現する定数である。このアルゴリズムは処理
するブロックの第１行または第１列に位置しないピクセ
ルに対してのみ使用される。例外は、以下のように処理
される。ブロックの第１ピクセルは、他のピクセルを参
照せずに非常にうまく符号化され、第１行のピクセルは
ピクセル値Ａを予測値として使用し、第１列のピクセル
はピクセル値Ｂを予測値として使用する。基本的には、
このアルゴリズムはエッジ(edge)を検出しようとするも
のである。最初の場合は、垂直エッジが、ピクセルＣと
Ｂとの間およびピクセルＡとＸとの間で推測される。Ｂ
が最良の予測値である。２番目の場合は、ＡとＣとの間
およびＢとＸとの間の水平エッジを推測する。Ａが最良
の予測値である。３番目の場合は、明らかなエッジは見
つからない。この場合はＡとＢが同等の予測値であり、
これらの平均が使用される。
【００４２】開示したブロック・ベースのデータ圧縮ネ
ットワークは、ＭＰＥＧ互換データワードの処理に有利
に使用できる。このネットワークは、８×８のルミナン
ス・データ(luminance data)または４×４のＵ、Ｖ（ク
ロミナンス(chrominance) ）データを格納するのに必要
なメモリ量を減らす、ほとんど損失のない圧縮ができ
る。圧縮の量は、選択することができ、たとえば、２５
％や５０％にすることができる。低いコントラスト、低
いディテール(detail)の画像ブロックは通常は損失の少
ない圧縮がされるのに対し、高いコントラスト、高いデ
ィテールのデータ・ブロックは、損失が発生することも
あるが、これは許容可能なものである。特に、５０％デ
ータ圧縮をした場合はそうである。場合によっては伸張
後のピクセル・ブロックは元のピクセル・ブロックと比
較して違いが見えることもあるが、開示した圧縮システ
ムは、メモリ要求を減らすために水平ディテールを減少
させることが好適である。
【００４３】開示した圧縮システムは、ＭＰＥＧ仕様の
全プロファイル(Profile) と全レベル(Level) に適用す
ることができる。これは、他のディジタル・データ処理
方法と同様である。さらに、開示した圧縮システムは、
消費者向け画像処理製品、たとえば標準品位や高品位の
テレビジョン・システムなどでも有利に使用できる。合
州国で提案されているグランド・アライアンス(Grand A
lliance)ＨＤＴＶシステムでは、１９２０×１０８８ピ
クセルの大きさの画像系列がＭＰＥＧ標準を使用して符
号化される。テレビジョン受信機内の対応するデコーダ
では、少くとも７１．７２メガビットのメモリが復号化
したフレームを格納するために必要とされる。
【００４４】メモリのコストはどんなシステムでも、特
にフレーム・ベースの復号化システムでは重要なコスト
となりうるので、メモリ要求を減らすことができる手段
は、復号化システムのコストを大幅に減少させることが
できる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではブロッ
ク・ベースの圧縮システムを使用することにより必要と
なる格納領域の量を減少させることができる。
【００４６】また、開示された好適な実施の形態におい
て、一方のネットワークは固定データ圧縮(fixed data
compression)を提供し、他方のネットワークは可変デー
タ圧縮(variable data compression) を提供することが
できる。ここで、データ圧縮はブロック・ベースであ
り、２つのデータ圧縮ネットワークは並列に(in parall
el) 並行して(conccurently)処理を行うものであり、固
定データ圧縮ネットワークの出力は、可変圧縮ネットワ
ークの出力が所望の圧縮係数を達成できない場合に使用
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理によるデータ圧縮ネットワークを
含む画像データ処理システムの一部分のブロック図であ
る。
【図２】図１の可変長圧縮器を詳細に示す図である。
【図３】予測符号化処理に対する画像ブロック・ピクセ
ル・スキャニング・パターンを示す図である。
【図４】予測符号化処理部分の操作をわかりやすくする
ために、ピクセルのグループを示す図である。
【図５】図１の固定長圧縮器を詳細に示す図である。
【図６】別の２経路(dual path) 圧縮ネットワークを示
す図である。
【符号の説明】
１０ ビデオ・データのソース １２ 入力ターミナル １４ 可変圧縮経路 １６ 可変長圧縮器 １８ ビット・カウンタ ２０ 固定圧縮経路 ２２ 固定長圧縮器 ２５ マルチプレクサ ２８ 出力ターミナル ３０ メモリ ３４ 伸張器 ３５ 表示プロセッサ ４２ 減算器 ４４ 可変長コーダ ４６ 可変長デコーダ ４８ 加算器 ５０ 予測器 ５２ １ピクセル遅延要素 ５４ ７ピクセル遅延要素 ５５ ６４ピクセル遅延要素 ５６ １ピクセル遅延要素 ５７ 量子化器 ５８ 逆量子化器 ６０ バッファ ６１ 大小比較
フロントページの続き (72)発明者 ウェイ−マン ラム アメリカ合衆国 10598 ニューヨーク州 ヨークタウン ハイツ ファーンクレス ト ドライブ 3030ビー (72)発明者 バース アラン キャンフィールド アメリカ合衆国 46038 インディアナ州 フイッシャーズ ノッチンガム ロード 13446 (72)発明者 ビリー ウェズリー ベイヤーズ ジュニ ア アメリカ合衆国 46140 インディアナ州 グリーンフィールド ウッドクレスト 6920

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表現ディジタル・データを処理する
    システムにおいて、 第１データ圧縮特性を示す第１データ圧縮器と、 異なる第２データ圧縮特性を示す第２データ圧縮器と、 前記画像データを前記第１および第２圧縮器に並行に供
    給する入力部と、 利用ネットワークと、 前記第１および第２圧縮器の一方又は他方から前記利用
    ネットワークに所望の圧縮係数を示す圧縮データを移送
    する選択ネットワークとを備えた装置を含むことを特徴
    とするシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムにおいて、 前記第１圧縮器は可変圧縮特性を示すものであり、 前記第２圧縮器は固定圧縮特性を示すものであることを
    特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のシステムにおいて、 前記可変圧縮は前記固定圧縮に優先して、前記選択ネッ
    トワークにより （ａ）前記第１圧縮器からの可変圧縮データを、前記可
    変圧縮データがあらかじめ定めた所望の圧縮係数以上を
    示す場合に選択し、および （ｂ）前記第２圧縮器からの固定圧縮データを、前記可
    変圧縮データが前記圧縮係数より小さい場合に選択する
    ことを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のシステムであって、画素
    （ピクセル）のブロックの形態で配置された画像表現デ
    ィジタル・データの処理をおこなうシステムにおいて、 前記第１圧縮器は可変データ圧縮特性を有し、 前記第２圧縮器は固定データ圧縮特性を有し、前記第２
    圧縮器は前記第１圧縮器と操作が並列におこなわれ、さ
    らに前記第１圧縮器により処理されるデータ・ブロック
    が所望の圧縮係数をしめすか否かを決定するために前記
    第１圧縮器に接続された手段を含み、 前記選択ネットワークは前記利用ネットワークへ、 （ａ）前記可変圧縮データが所望のあらかじめ定めた圧
    縮係数以上をしめす場合に前記第１圧縮器からの可変圧
    縮データを、 （ｂ）前記可変圧縮データが前記圧縮係数より小さいこ
    とを示す場合に前記第２圧縮器からの固定圧縮データを
    選択的に移送することを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のシステムにおいて、 前記決定手段は圧縮ブロックを構成するビット数を決定
    するビット・カウンタを備えたことを特徴とするシステ
    ム。
  6. 【請求項６】 請求項４記載のシステムにおいて、 前記利用ネットワークはメモリを備えたことを特徴とす
    るシステム。
  7. 【請求項７】 請求項４記載のシステムにおいて、 前記画像データはＭＰＥＧ互換のデータであり、 前記利用ネットワークはメモリを備えたことを特徴とす
    るシステム。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のシステムにおいて、 前記第２圧縮器はデータ量子化器を備え、 前記第１および第２圧縮器はそれぞれＤＰＣＭネットワ
    ークを含むことを特徴とするシステム。
  9. 【請求項９】 画像要素（ピクセル）のブロックの形態
    で配置された画像表現ディジタル・データを処理する方
    法において、 前記画像データを第１圧縮特性により圧縮するステップ
    と、 前記画像データを異なる第２圧縮特性により処理するス
    テップと、 前記第１圧縮によるデータがあらかじめ定めた圧縮係数
    以上の圧縮係数をしめすか否かを決定するステップと、 前記第１圧縮データが前記あらかじめ定めた圧縮係数以
    上の圧縮係数を示す場合に第１圧縮データを出力部へ移
    送するステップと、 前記第１圧縮データが前記あらかじめ定めた圧縮係数よ
    り小さい圧縮係数を示す場合に第２圧縮データを前記出
    力部へ移送するステップとを備えたことを特徴とする方
    法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法において、 前記第１圧縮特性は可変圧縮特性であり、 前記第２圧縮特性は固定圧縮特性であり、 前記画像データはＭＰＥＧ互換データであることを特徴
    とする方法。
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