JP3796235B2 - イメージ圧縮及び復元方法 - Google Patents

Description

本発明は、イメージデータの圧縮及び復元方法に関するものであり、より具体的には、ＪＢＩＧ規格の圧縮及び復元チップにおけるイメージデータの圧縮及び復元方法に関するものである。

サンプリングして、デジタル化した後のオリジナル画像は、非常に大きなデータ容量を示す。そのような大きなデータ容量を持った画像をイメージ処理したり、保存したり、送信したりするのは非常に厄介なものである。イメージ圧縮技術は、同じ画像を小さなデータで表示して、データ送信時間を短縮させるためのものである。

イメージ圧縮における基本データは、画像から重複データを取り除く役割を果たす。画像におけるデータの重複性には、以下のような原因がある。

（１） 画像データ重複の原因として、まずコーディングの重複性であり、画像ファイルが短すぎるコードで表示される可能性がある。

（２） もう一つの画像データ重複の原因として、隣接のピクセルが非常に高い相関関係にあるため、特定のピクセルのデータが他から引き出されることによりインターピクセル重複する可能性がある。

ＪＢＩＧ（Joint Bi-level Image Group，ジョイント・バイレベル・イメージ・グループ）は、１９９３年にＣＣＩＴＴによって定められた白黒（ＢＷ）イメージ圧縮基準である。この基準で利用する方法は、バイレベルイメージ中の各ピクセルを１ピクセルで表現するものである。完全イメージ圧縮の処理は、ＪＢＩＧ基準の１個のＣＯＤＥＣ（Compression and Depression，圧縮及び復元）チップで達成可能である。ＪＢＩＧ技術は、ほぼ確立されるにつれて、印刷やファックスに幅広く利用されてきた。

図１は、ＪＢＩＧ基準におけるイメージデータＣＯＤＥ方法のフローチャートである。
ＣＯＤＥチップが、データ処理を行う場合、図中の全てのステップは、データ中の各ビットを圧縮及び復元するために、各サイクルＴ中で実施される必要がある。

まず初めに、システムは、メモリアクセスを実施して（ステップ１０）、メモリからデータを読み取る。このステップは、データ圧縮またはデータ復元の何れかのために行われる必要がある。アクセスされたデータは、一緒にされて、コンテキスト（Context，ＣＸ）を形成し、テーブルを照合するのに利用し、応答状態（State，ＳＴ）を得ることとなる。

ステップ２０は、照合テーブル（Look-Up-Table，ＬＵＴ）が、ステップ１０で得られたＳＴと応答するＬＳＺ値を見つけさせる。その後、ステップ３０においてＡ’＝Ａ−ＬＳＺの減算を行い、ステップ２０で得られたＬＳＺ値をデフォルト値Ａから引き、Ａ’の値を得る。

ステップ４０は、Ａ＝Ａ’またはＡ＝ＬＳＺの選択を行い、どちらが次の演算を続けるかを決定する。その後、Ｃ’Ｃ−Ａ＋ＬＳＺの他の減算を行う（ステップ５０）。しかしながら、今回は、他のデフォルト値Ｃを利用して、ＣからＡを引くことによって新たなＣ’を探し、ＬＳＺ値が加わる。

その後、ステップ６０が、Ｃ値選択である、Ｃ＝Ｃ’またはＣ＝Ｃを行い、どちらが次の演算を続けるかを決定する。ステップ７０は、リノーマライゼーション（renormalization，再標準化或いは再正常化）処理であり、Ａを０．５と１との間でリノーマライズする。ステップ８０は、Ｃをリノーマライズして拡大する。

最後に、ステップ９０で、バイトアウト／バイトインを行い、圧縮及び復元データをメモリに出力する。そして、これでイメージデータＣＯＤＥＣのフローチャートが完成する。

１００メガヘルツの中央処理装置（ＣＰＵ）に関して、そのワークサイクルは、１０ｎｓである。しかしながら、メモリアクセス（ステップ１０）からバイトアウト／バイトイン（ステップ９０）まで、イメージデータの１ビットをエンコードするのに約１０．５ｎｓを必要とする。ディコードに関しては、回路がより複雑になるため、全体の処理に約１１．５ｎｓ程を必要とする。

前述した従来技術より、ＣＰＵが圧縮処理か復元処理を完成するのに必要とする時間は、そのワークサイクルよりも長いことが判った。したがって、このことがイメージデータ処理における遅延を引き起こし、プリンタの印刷速度を減速させる結果となる。

もし各サイクルのイメージデータの圧縮及び復元に必要な時間を短縮できないとしたら、たとえ速いＣＰＵを利用したとしても、印刷速度を早くすることは出来ない。

上述の説明を参考に、本発明の目的は、ＪＢＩＧ規格のＣＯＤＥＣチップ用のイメージデータ圧縮及び復元（ＣＯＤＥＣ）方法を提供することにある。

この圧縮及び復元方法は、イメージデータを、メモリアクセスと、数値演算と、リノーマライゼーションおよびバイトアウト／バイトインとの、３つのパートに圧縮し復元する方法である。各ステップは１ワークサイクルを要する。

本発明のイメージ圧縮及び復元方法は、ワークサイクルにおいて、３ビットのデータ圧縮およびデータ復元は同時に行うことが可能である。したがって、全体のイメージのＣＯＤＥＣ速度は、少なくとも２倍に増加させることが可能である。ここに開示される方法は、高速ＣＰＵに実施してデータ処理速度を上げることが可能である。

また本発明のイメージ圧縮及び復元方法は、０．３５手順のシミュレーションで得られたデータから、下記するＣＯＤＥＣ方法は、イメージデータの圧縮及び復元作業の速度を効率的に、少なくとも２倍速くすることが可能である。したがって、この方法は高速ＣＰＵの構造にも適用可能である。

本発明は、以下に例としてのみの目的で記載した詳細な説明から充分に理解をすることができるが、その詳細な説明は本発明を限定するものではない。

ここに開示するイメージ圧縮及び復元（ＣＯＤＥＣ）方法は、ＪＢＩＧ規格のＣＯＤＥＣチップにより実施される。図２は、そのフローチャートである。図２は、イメージデータの１ビットを圧縮または復元する際に行われる必要のあるステップを示すものである。

第一に、第一サイクル（ｎ−１）は、メモリアクセスを実施する（ステップ１００）。データを圧縮するかまたは復元するかした場合、イメージデータは、メモリからＣＯＤＥＣチップを読み取る必要があり、コンテキスト（ＣＸ）から応答状況（ＳＴ）に復元されるべきピクセル辺りに基準ピクセルを変換する。

図３に示されるように、各ピクセル（白色スクエア）内のデータイメージを圧縮または復元する場合、周囲のピクセルは、基準ピクセルＣＸ（灰色スクエア）として取られる。

第二サイクルｎにおいて、次のステップとして、第一サイクルにおいて得られたＳＴデータに関して、一定の数値演算を行う。その数値演算には、照合テーブル（ＬＵＴ）の減算や選択を含むものである。ステップ１００で得られた、ＳＴデータとモアプロバブルシンボル（More Portable Symbol，ＭＰＳ）は、前記テーブルを照合することによって応答するＬＳＺを探し出すのに利用される（ステップ１１０）。

続いて、システムは、第一デフォルトパラメータＡと第二デフォルトパラメータＣの２つの異なったパラメータについて減算を行う（ステップ１２１，１２２）。第一デフォルトパラメータＡは、ＬＳＺ値によって減算されて、第一減算値Ａ’＝Ａ−ＬＳＺを求める。第二デフォルトパラメータＣは、第一デフォルトパラメータＡで減算され、ＬＵＴで得られたＬＳＺ値が加算されて（ステップ１１０）、第二減算値であるＣ’＝Ｃ−Ａ＋ＬＳＺが求められる。

その後、システムは、新第一デフォルトパラメータＡと新第二デフォルトパラメータＣの２つの異なったパラメータ部分を実施する（ステップ１３１，１３２）。新第一デフォルトパラメータＡは、ＬＳＺ値と第一減算値Ａ’の間から選択される。新第二デフォルトパラメータＣは、第二デフォルトパラメータＣと第二減算値Ｃ’の間より選択される。ステップ１３１と１３２で選択された、新第一デフォルトパラメータＡと新第二デフォルトパラメータＣは、次のビットでの数値演算に必要な、第一デフォルトパラメータＡと第二デフォルトパラメータＣとなるのに用いられる。

最後に、次のサイクルにおいて、第三サイクル（ｎ＋１）、新第一デフォルトパラメータＡ，及び新第二デフォルトパラメータＣとは、リノーマライズされる（ステップ１４１，１４２）。イメージデータは、数値演算とリノーマライゼーション処理されて出力される（ステップ１４３）。

ステップ１４１，１４２では、第一デフォルトパラメータＡと第二デフォルトパラメータＣとがリノーマライズされる。ステップ１４３におけるバイトアウト／バイトインは、圧縮または復元されたイメージデータを、ＪＢＩＧ企画のＣＯＤＥＣチップを通じて、他のメモリへ保存のために出力される。

図４を参照しながら、本発明がイメージデータの１０番目のビットの復元に利用される過程を説明する。（ｎ−１）ワークサイクルにおいて、データの９番目のビットは、完全には復元されないので、１０番目のビットの復元を行うことができない。

この場合、９番目のビットは、一時的に０か１（ＣＸ＝０または１）にセットされることが可能である。そして、システムは、１０番目のビットを復元可能となる。ワークサイクルｎにおいて、９番目のビットが復元される。したがって、９番目のビットのＣＸ値が判り、イメージデータの正しい復元の実行に利用される。

図５を参照しながら、各ワークサイクルが同時に３つのピクセルを処理する過程を説明する。本パイプラインの改善がない従来技術のワークサイクルは、発明と比較すると長いものとなる。本方法は、各イメージデータ処理のワークサイクルを効率的に短縮することが可能で、イメージデータを圧縮や復元する速度を上げるものである。

各種の変更は、当業者にとって自明であり、それらの変更は以下に記載された本発明の特許請求の範囲に記載された各請求項の精神と適用範囲内であると考えられる。

従来技術のＪＢＩＧ規格のイメージデータ圧縮及び復元方法のフローチャート図。 本発明が開示した圧縮及び復元方法のフローチャート図。 イメージデータを圧縮または復元する過程の概略図。 イメージにおける１０番目のビットを復元する過程の概略図。 ワークサイクルにおいて同時に３ピクセルを平行処理する過程の概略図。

符号の説明

１０ メモリーアクセス
２０ 照合テーブル（ＬＵＴ）
３０ 減算
４０ 選択
５０ 減算
６０ 選択
７０ Ａのリノーマライゼーション
８０ Ｃのリノーマライゼーション
９０ バイトアウト／バイトイン
１００ メモリーアクセス
１１０ 照合テーブル（ＬＵＴ）
１２１ 減算
１２２ 減算
１３１ 選択
１３２ 選択
１４１ Ａのリノーマライゼーション
１４２ Ｃのリノーマライゼーション
１４３ バイトアウト／バイトイン

Claims (3)

1. ジョイント・バイレベル・イメージ・グループ（ＪＢＩＧ）イメージ圧縮規格を利用するイメージ圧縮及び復元方法であって、
   第一サイクルと、第二サイクルと、第三サイクルとで構成され、
   前記第一サイクルは、イメージデータを読み込み、復元対象のピクセル周囲の複数の基準ピクセルをコンテクスト（ＣＸ）フォーマットから状態（ＳＴ）フォーマットに変換し、
   前記第二サイクルは、イメージデータの数値演算を行い、この際前記数値演算に、照合テーブル（ＬＵＴ）でＳＴを利用してＬＳＺ値を求める第一工程と、
   第一デフォルトパラメータからＬＳＺ値を減算して第一減算値を求め、新第一デフォルトパラメータをＬＳＺ値と第一減算値との間より選択する第二工程と、
   第二デフォルトパラメータから第一デフォルト値を減算すると共にＬＳＺ値を加算して第二減算値を求め、新第二デフォルトパラメータを第二デフォルトパラメータと第二減算値との間より選択する第三工程と、を含み、
   前記第三サイクルは、新第一デフォルトパラメータと新第二デフォルトパラメータとを再正常化し、処理されたイメージデータを出力し、
   前記第二サイクルにおいて、前記第二工程と第三工程とを並行して行うことを特徴とする、
   イメージ圧縮及び復元方法。
   
2. 請求項１に記載のイメージ圧縮及び復元方法において、前記第一サイクルにおけるコンテクスト（ＣＸ）フォーマットから状態（ＳＴ）フォーマットに復元されるべきピクセル周囲の複数の基準ピクセルを変換するステップが、メモリから圧縮及び復元（ＣＯＤＥＣ）チップへとイメージデータを読み込み、イメージデータを処理するステップを有することを特徴とする、イメージ圧縮及び復元方法。
   
3. 請求項１に記載のイメージ圧縮及び復元方法において、イメージデータを読み込む第一サイクル中の、コンテクスト（ＣＸ）フォーマットから状態（ＳＴ）フォーマットに復元されるべきピクセル周囲の複数の基準ピクセルを変換するステップが、イメージデータを復元する目的で、ＣＸ＝０と１を求めるために、０か１に復元されるピクセルの前のピクセルに設定することを特徴とする、イメージ圧縮及び復元方法。

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