JP4633576B2

JP4633576B2 - データ圧縮装置およびデータ圧縮プログラム

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Publication number: JP4633576B2
Application number: JP2005242170A
Authority: JP
Inventors: 由紀夫杉田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: US20070047827A1; JP2007060203A; US7773820B2

Description

本発明は、画像データ等のデータを圧縮するデータ圧縮装置、およびコンピュータ等の情報処理装置をデータ圧縮装置として動作させるデータ圧縮プログラムに関する。

従来より、記憶容量の低減化や通信量の低減化等のために、画像データ等のデータを圧縮する技術が広く採用されている。

例えば、特許文献１には、原画像から代表色を選定しＣＬＵＴ（カラールックアップテーブル）を構成する際に、連続する色番号が近い値の色データを持つように色番号を割り当て、次にＣＬＵＴに対応したビットマップを作成して隣接画素間の色番号の差分を求め、差分が大きな値を取る場合、画質劣化を起こさない範囲でビットマップの色番号を変更し、差分を小さな値に偏らせ、差分データに対してランレングス符号化を施すという技術が開示されている。

また、特許文献２には、各色に対応してそれぞれ割り当てられたデータが複数集まって構成される画像用データを非可逆圧縮して符号化し、そして、データの１つを透明色に割り当てると共に、その透明色を可逆とし、画像用データを即値（差分符号化の際の最初の値）とその即値に続く複数の差分値（差分符号化の際の前の値）とで構成し、それらの値を非可逆圧縮して符号化等する際、透明色を表す即値と差分値とを可逆とし、さらに、透明色を表す即値を、各一色のデータ値の中間の値としたり、透明色を表す差分値を「０」としたりするという技術が提案されている。

また、特許文献３には、数を予測された数（ｓ'（ｊ））と実際の数（ｓ（ｊ））との差分によって符号化することが提案されている。

さらに、特許文献４には、ｎ列目の画素データ列に対して、副走査方向の同一画素データの分布状況を認識するとともに、主走査方向の同ー画素データの分布状況を認識し、これらの認識結果を基に、副走査方向に連続する同ー画素データを圧縮処理するか、あるいは主走査方向に連続する同一画素データを圧縮処理するかを決定する画像圧縮装置が提案されている。

ここで、データ圧縮技術を適用した１つのシステムを紹介する。

図１は、データ圧縮技術が適用されたプリントシステムの一例を示す図、図２は、プリントシステムにおけるデータ処理の流れを示す図である。

このプリントシステムは、図１に示すように、ホストコントローラ１００と、インターフェース機器２００と、プリンタ３００とで構成されており、ホストコントローラ１００とインターフェース機器２００との間はＳＣＳＩ等の汎用インターフェースケーブル１５０で接続され、さらにインターフェース機器２００とプリンタ３００との間は専用インターフェースケーブル２５０で接続されている。

ホストコントローラ１００の内部では、図２に示すように、ＰＤＦ，ＰＳ，ＴＩＦＦ等、様々な言語やフォーマットで記述された文字や画像のデータ１１が、画像（ＣＴ；ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＴｏｎｅ）データと文字やライン等（ＬＷ；ＬｉｎｅＷｏｒｋ）のデータとに分けられて、それぞれについてＲＩＰ（ＲａｓｔｅｒＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行なうことによりビットマップデータ１２Ａ，１３Ａが生成され、さらにそれぞれについてデータ圧縮処理が行なわれて、ＣＴについては非可逆の圧縮データ１４、ＬＷについては可逆の圧縮データ１５が生成される。これらの圧縮データ１４，１５は、図１に示す汎用インターフェースケーブル１５０を経由して、ホストコントローラ１００からインターフェース機器２００に転送される。インターフェース機器２００では、転送されてきた圧縮データ１４，１５にデータ伸長処理を施して、ホストコントローラ１００でデータ圧縮処理を行なう前の状態のビットマップデータ１２Ａ，１３Ａに対応するビットマップデータ１２Ｂ，１３Ｂを生成する。ここで、ＣＴデータについてはホストコントローラ１００でのデータ圧縮の際非可逆圧縮処理が行なわれているため、データ伸長後のＣＴデータ（ビットマップデータ１２Ｂ）は完全にはデータ圧縮前のＣＴデータ（ビットマップデータ１２Ａ）には戻らないが、ほぼ同一のビットマップデータが復元される。ＬＷデータについては、ホストコントローラ１００でのデータ圧縮の際可逆圧縮処理が行なわれているため、データ伸長後のＬＷデータ（ビットマップデータ１３Ｂ）は、データ圧縮前のＬＷデータ（ビットマップデータ１３Ａ）と同一のデータに復元される。

インターフェース機器２００では、データ伸長後のＣＴデータ（ビットマップデータ１２Ｂ）とＬＷデータ（ビットマップデータ１３Ｂ）とが合成され、さらに網点情報等がタグとして付加されてプリンタ３００に送られる。プリンタ３００では、インターフェース機器２００から受け取ったビットマップデータとそれに付加されたタグ情報とに従って画像がプリント出力される。

ホストコントローラ１００とインターフェース機器２００とが例えば相互に離れている場合、あるいは、インターフェース機器２００が複数台のホストコントローラから画像データを受信するシステムの場合など、ホストコントローラ１００とインターフェース機器２００を別々の装置として構成する必要がある場合には、図２に示すような、ホストコントローラ１００でデータ圧縮を行なってインターフェース機器２００にデータ転送しインターフェース機器でデータ伸長するように構成することにより、ホストコントローラ１００からインターフェース機器２００へのデータ転送時間を短縮することができ、プリントの生産性が向上する。

ここで、一般的には、ＣＴデータについては、非可逆ではあるが圧縮率の高いＪＰＥＧ等の圧縮方式が採用され、ＬＷデータについてはＰａｃｋＢｉｔｓ等の可逆圧縮方式が採用される。
特開平５−３２８１４２号公報特開平１０−１６４６２０号公報特表２００１−５−２０８２２号公報特開平９−２００５４０号公報

しかし、ＪＰＥＧ等の圧縮方式では、ソフトウェアでの圧縮処理に時間を要し、圧縮処理のシステム全体としての処理能力を劣化させる要因となっていた。

本発明は上記事情に鑑み、ＣＴデータの圧縮に適用可能な新たな好ましい圧縮処理を行うことができるデータ圧縮装置およびデータ圧縮プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のデータ圧縮装置は、
所定の単位ビット数で表わされる数値の連続で２次元的な画像を表した被圧縮データにデータ圧縮処理を施すデータ圧縮装置において、
被圧縮データを構成する数値の連続から周期的に数値を間引くことにより、その間引きで該被圧縮データから取り出された数値の連続からなる第１の被圧縮データと、残りの数値の連続からなる第２の被圧縮データとを作成する間引き処理部と、
上記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データに可逆圧縮処理を施す可逆圧縮部と、
上記画像中のエッジ部分を判定する判定部と、
上記間引き処理部で作成された第２の被圧縮データを構成する数値について、上記判定部で判定されたエッジ部分でない場合には、上記単位ビット数よりも少ないビット数の所定符号を出力し、エッジ部分である場合には、上記第１の被圧縮データを構成する数値に対して上記画像上で所定の位置関係にある数値については、その数値を上記単位ビット数よりも少ない第１の少ビット数で表現し直した数値を出力し、その位置関係にない数値については、その数値を該第１の少ビット数よりも更に少ない第２の少ビット数で表現し直した数値を出力する非可逆圧縮部とを備えたことを特徴とする。

ここで、上記所定符号には、０ビットの符号（即ち実質的には何も出力しない状態）も含まれる。このように０ビットの符号が用いられる場合に対する復号化は、例えば次のような手順で行われる。即ち、復号化されたＴＲＵＥ画素に基づいてエッジ部分であるか否かを確認し、エッジ部分である場合には上記少ビット数の数値からＦＡＫＥ画素を復号化し、エッジ部分でない場合にはＴＲＵＥ画素を用いた補間処理によりＦＡＫＥ画素を生成する。

本発明のデータ圧縮装置は、
上記非可逆圧縮部が、数値を上記第１の少ビット数および／または第２の少ビット数で表現し直すに当たり、上記単位ビット数のビット値の下位桁を切り捨てるものであってもよい。

また、本発明のデータ圧縮装置は、
上記可逆圧縮部が、
上記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データを構成する数値の連続について隣接する数値どうしの差分を求めることによりその差分を表わす数値の連続からなる新たな被圧縮データを生成する差分生成部と、
上記差分生成部によって生成された新たな被圧縮データを構成する各数値を所定値だけオフセットさせるオフセット部と、
上記オフセット部によって数値がオフセットされた被圧縮データの各数値を、上記単位ビット数よりも小さい所定の分割ビット数のところで上位ビット部分と下位ビット部分とに分けることによって、その被圧縮データを、各数値における上位ビット部分の連続からなる上位データと各数値の下位ビット部分の連続からなる下位データとに分割する分割部と、
上記分割部によって分割された上位データに対して可逆圧縮処理を施す上位データ圧縮部と、
上記分割部によって分割された下位データに対して可逆圧縮処理を施す下位データ圧縮部とを備えたものであることが好適である。

ここで、上記の『被圧縮データを構成する数値の連続について隣接する数値どうしの差分を求めることにより』における『隣接する』とは、データストリーム上で隣接してもよいが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、２次元画像データが１次元ストリーム状のデータとして扱われている場合であれば、２次元的な画像上で見て隣接してもよい。また、『隣接する数値どうしの差分』とは、１次元的な差分のみならず２次元以上の多次元的な差分も含む意である。以下においても同様である。

このような差分生成部を備えたデータ圧縮装置において、
上記判定部が、上記差分生成部によって求められた差分に基づいて上記画像中のエッジ部分を判定するものであることが好ましく、さらには、
上記差分生成部が、第１の被圧縮データを構成する数値について、上記画像上で見てその数値に複数方向それぞれに隣接する複数の数値に基づいた２次元的な差分を求めるものであり、
上記判定部が、上記差分生成部によって求められた差分に基づいて上記画像中のエッジ部分を判定するものであることがより好ましい。

また、本発明のデータ圧縮装置は、
上記上位データ圧縮部が、上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、その圧縮対象数値と、圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部を備えたものであることが好ましい。

また、本発明のデータ圧縮装置は、
上記上位データ圧縮部が、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、その圧縮対象数値と、圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
符号と数値を対応づけるテーブルを用いて、第１の符号化部で符号化された後のデータにエントロピー符号化を施す第２の符号化部を備えたものであることが、より好ましい。

ここで、本発明のデータ圧縮装置において、上記の上位データ圧縮部は、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、その圧縮対象数値と、圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
ハフマンテーブルを用いて、第１の符号化部で符号化された後のデータにハフマン符号化を施す第２の符号化部を備えたものであってもよい。

さらに、本発明のデータ圧縮装置は、
上記上位データ圧縮部が、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、その圧縮対象数値と、圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
第１の符号化部で符号化された後のデータ中に出現する数値のヒストグラムを求めるヒストグラム算出部と、
ヒストグラム算出部で求められたヒストグラムに基づき、符号と数値を対応づけるテーブルに、出現頻度の高い数値ほど符号長の短かい符号を割り当てる符号割当部と、
符号割当部で符号が割り当てられたテーブルを用いて、第１の符号化部で符号化された後のデータにエントロピー符号化を施す第２の符号化部を備えたものであることが、より好ましい。

また、本発明のデータ圧縮装置は、
上記下位データ圧縮部が、符号と数値を対応づけるテーブルを用いて下位データにエントロピー符号化を施すものであることが好ましい。

ここで、本発明のデータ圧縮装置において、上記の下位データ圧縮部は、ハフマンテーブルを用いて下位データにハフマン符号化を施すものであってもよい。

また、本発明のデータ圧縮装置は、
上記下位データ圧縮部が、圧縮省略の指示を受けて下位データを無圧縮で出力するものであることも好適である。

上記目的を達成する本発明のデータ圧縮プログラムは、
プログラムを実行する情報処理装置内に組み込まれて該情報処理装置に、所定の単位ビット数で表わされる数値の連続で２次元的な画像を表した被圧縮データに対するデータ圧縮処理を実行させるデータ圧縮プログラムにおいて、
上記情報処理装置上に、
被圧縮データを構成する数値の連続から周期的に数値を間引くことにより、その間引きで該被圧縮データから取り出された数値の連続からなる第１の被圧縮データと、残りの数値の連続からなる第２の被圧縮データとを作成する間引き処理部と、
上記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データに可逆圧縮処理を施す可逆圧縮部と、
上記画像中のエッジ部分を判定する判定部と、
上記間引き処理部で作成された第２の被圧縮データを構成する数値について、上記判定部で判定されたエッジ部分でない場合には、上記単位ビット数よりも少ないビット数の所定符号を出力し、エッジ部分である場合には、上記第１の被圧縮データを構成する数値に対して上記画像上で所定の位置関係にある数値については、その数値を上記単位ビット数よりも少ない第１の少ビット数で表現し直した数値を出力し、その位置関係にない数値については、その数値を該第１の少ビット数よりも更に少ない第２の少ビット数で表現し直した数値を出力する非可逆圧縮部とを構築することを特徴とする。

なお、本発明にいうデータ圧縮プログラムについては、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいうデータ圧縮プログラムには、上記の基本形態のみではなく、前述したデータ圧縮装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

また、本発明のデータ圧縮プログラムがコンピュータ上に構成する間引き処理部などといった要素は、１つの要素が１つのプログラム部品によって構築されるものであってもよく、１つの要素が複数のプログラム部品によって構築されるものであってもよく、複数の要素が１つのプログラム部品によって構築されるものであってもよい。また、これらの要素は、そのような作用を自分自身で実行するものとして構築されてもよく、あるいは、コンピュータに組み込まれている他のプログラムやプログラム部品に指示を与えて実行するものとして構築されても良い。

上記本発明のデータ圧縮装置ないしデータ圧縮プログラムによれば、被圧縮データが、周期的に間引かれた第１の被圧縮データと残りの第２の被圧縮データに分けられ、第１の被圧縮データには可逆圧縮処理が施されて第２の被圧縮データには非可逆圧縮処理が施される。第２の被圧縮データについては非可逆圧縮によって元の情報は一部失われるが、ＣＴ画像は隣接画素間の相関が強いので、その相関を前提とすることで、第２の被圧縮データを大幅に圧縮しても元の画像の画質を高く維持することができる。また、上記非可逆圧縮部が、第２の被圧縮データを圧縮する際に、画像中のエッジであるか否かで圧縮方式を切り換えるので、非エッジ部分では大幅な圧縮を実現すると共に、エッジ部分については圧縮を控えることで画質を維持することができる。更に、画像中のエッジである場合には、画像上で所定の位置関係にある数値については、そのような位置関係にはない数値に比べて相対的に圧縮を控えることで、画質の維持と圧縮率の向上との適度なバランスをとることができる。

また、上記可逆圧縮部が、差分生成部などを備えると、この可逆圧縮部では、元の被圧縮データから差分生成部によって生成されてオフセット部によって数値がオフセットされた新たな被圧縮データが上位データと下位データとに分割され、それぞれ上位データ圧縮部と下位データ圧縮部とで可逆圧縮処理が施される。一般に、ＣＴデータから得られる新たな被圧縮データの場合には、後で詳述するように、上位データと下位データとではデータ中の数値の分布傾向が顕著に異なっているので、各データに適した可逆圧縮処理が存在し、本発明による圧縮処理によって全体として大きな圧縮率が達成される。また、各データに施される可逆圧縮処理としては、アルゴリズムが単純な処理が適用可能であるため、圧本発明による圧縮処理は処理時間が短い。このように、差分生成部などを備えた可逆圧縮部によれば、ＣＴデータの圧縮に適用すると特に好ましい可逆圧縮処理が実現される。

また、上記判定部が、差分生成部によって求められた差分に基づいてエッジ部分を判定するものであるとエッジ判定が容易であり、更に、差分が２次元的な差分であると、エッジ部分の判定はより確からしくなる。

また、上記の上位データ圧縮部が第１の符号化部を備えると、圧縮対象数値のみが、その圧縮対象数値と連続数とを表わす数値とに符号化されるため、原データよりも冗長度が増すという事態が回避され、圧縮率が向上する。

また、上記の上位データ圧縮部が第２の符号化部を備えると、エントロピー符号化（典型的にはハフマン符号化）による、圧縮率の更なる向上が見込まれる。

さらに、上記の上位データ圧縮部が、ヒストグラム算出部と符号割当部とを備え、第２の符号化部が、符号割当部で符号が割り当てられたテーブルを用いてエントロピー符号化（例えばハフマン符号化）を施すものであると、符号の割り当てが固定されたテーブルを用いたエントロピー符号化と比べ、圧縮率をさらに大きく向上させることができる。

また、上記の下位データ圧縮部が、エントロピー符号化を施すものであると、エントロピー符号化（典型的にはハフマン符号化）による、圧縮率の更なる向上が見込まれる。

さらに、上記の下位データ圧縮部が、圧縮省略の指示を受けて下位データを無圧縮で出力するものであると、そのような指示によってより高速な圧縮処理を選択することができる。

以下において説明する実施形態は、図１に示す全体システムの中のホストコントローラに組み込まれる画像圧縮装置であり、さらに具体的には、図２に示すホストコントローラ内のＣＴのビットマップデータ１２Ａについてデータ圧縮を行なう処理に関するものである。したがって、ここでは、図１，図２を参照して説明したＣＴデータについてのデータ圧縮処理が以下に説明する本発明の実施形態としてのデータ圧縮処理に置き換わり、インターフェース機器内でのデータ伸長（解凍）処理もその本発明の実施形態としてのデータ圧縮処理に対応したデータ伸長（解凍）処理に置き換わるものと理解し、図１に示す全体システムおよび図２に示す処理の流れについて重複した図示および重複説明は省略する。

図３は、本発明のデータ圧縮装置の一実施形態に相当する画像圧縮装置を示すブロック構成図である。

この図３に示す画像圧縮装置５００は、間引き処理部５０５、差分符号化部５１０、オフセット部５２０、エッジ検出部５２５、プレーン分割部５３０、Ｌプレーン圧縮部５４０、Ｈプレーン圧縮部５５０、および非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０を備えている。各部５０５〜５６０の詳細は後述するが、この画像圧縮装置５００内での画像データの流れは以下のとおりである。

入力画像ファイルＤ０（本実施形態では、図２に示すように、ビットマップに展開されたＣＴデータ１２Ａが格納されたファイル）は、図４に示すデータ圧縮装置５００の間引き処理部５０５に入力されて、画像データから、画像中の周期的な画素部分に相当するＴＲＵＥ画素データが間引かれる。間引かれた残りは、非ＴＲＵＥ画素データとなる。このＴＲＵＥ画素データが、本発明にいう第１の被圧縮データの一例に相当し、非ＴＲＵＥ画素データが、本発明にいう第２の被圧縮データの一例に相当する。

ＴＲＵＥ画素データは差分符号化部５１０に入力されて、２次元差分符号化処理、すなわち、入力されてきたデータを構成する数値の連続について、画像上で見てその数値に複数方向それぞれに隣接する複数の数値に基づいた２次元的な差分を求めることによりその差分を表わす８ビットの数値の連続からなる画像データを生成する処理が行なわれる。この差分符号化部５１０は、本発明にいう差分生成部の一例に相当する。

差分符号化部５１０で生成された、差分を表わす数値の連続からなる画像データは、オフセット部５２０に入力されて所定値だけオフセットされる。その後、エッジ検出部５２５とプレーン分割部５３０に入力され、エッジ検出部５２５では、オフセットされた差分値に基づいて画像のエッジ部分が検出され、プレーン分割部５３０では、画像データ中の８ビットの各数値が下位４ビットと上位４ビットとに分けられることにより、画像データは、下位４ビットの数値の連続からなる下位サブプレーンＤ１Ｌと上位４ビットの数値の連続からなる上位サブプレーンＤ１Ｈに分割される。このオフセット部５２０は、本発明にいうオフセット部の一例に相当し、エッジ検出部５２５は、本発明にいう判定部の一例に相当し、プレーン分割部５３０は、本発明にいう分割部の一例に相当する。また、下位サブプレーンＤ１Ｌおよび上位サブプレーンＤ１Ｈは、それぞれ、本発明にいう下位データおよび上位データの各一例に相当する。

プレーン分割部５３０で分割された下位サブプレーンＤ１Ｌおよび上位サブプレーンＤ１Ｈは、それぞれ、Ｌプレーン圧縮部５４０およびＨプレーン圧縮部５５０に入力されて可逆圧縮が施される。これらＬプレーン圧縮部５４０およびＨプレーン圧縮部５５０は、それぞれ、本発明にいう下位データ圧縮部および上位データ圧縮部の各一例に相当する。

Ｌプレーン圧縮部５４０のハフマン符号化部５４１では、数値と符号とを対応づける固定的なハフマンテーブルに従って、そのハフマン符号化部５４１に入力されてきた下位サブプレーンＤ１Ｌを構成する数値をそのハフマンテーブルに従う符号に置き換える符号化処理が行なわれる。このハフマン符号化は、エントロピー符号化の一種である。なお、Ｌプレーン圧縮部５４０にはモード切換部５４２が組み込まれており、このモード切換部５４２は、ユーザから、高速モードと通常モードとの切り換えを指示されて、上記のハフマン符号化部５４１によるハフマン符号化を経る通常モードと、ハフマン符号化を省略して下位サブプレーンＤ１Ｌをそのまま出力する高速モードとを切り換える。このようなＬプレーン圧縮部５４０からは、下位サブプレーンＤ１Ｌが圧縮された下位圧縮データＤ２Ｌが出力されるが、高速モードの場合には下位圧縮データＤ２Ｌは下位サブプレーンＤ１Ｌそのものである。

一方、Ｈプレーン圧縮部５５０には、ランレングス符号化部５５１と、データスキャニング部５５２と、ハフマン符号化部５５３が備えられており、上位サブプレーンＤ１Ｈはランレングス符号化部５５１に入力される。

ランレングス符号化部５５１では、先ず、入力されてきた上位サブプレーンＤ１Ｈのデータの中から１つもしくは複数の圧縮対象数値の存在及び同一の圧縮対象数値の連続数が検出される。次いで、ランレングス符号化部５５１では、その検出結果を受けて、上位サブプレーンＤ１Ｈのデータ中、圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力すると共に、圧縮対象数値については、その圧縮対象数値と、その圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力するという符号化処理が行なわれる。このランレングス符号化部５５１では、その符号化処理にあたっては、同一の圧縮対象数値の連続数に応じ、その連続数を異なるビット数で表現する符号化が行なわれる。ここでは、具体的には、同一の圧縮対象数値の連続数が所定数以下のときはその連続数を１単位ビット数で表現し、その連続数が所定数を越えるときは２単位ビット数で表現する符号化が行なわれる。本実施形態では、このランレングス符号化部５５１が、本発明にいう第１の符号化部の一例に相当する。

また、ランレングス符号化部５５１での符号化後のデータは、次に、データスキャニング部５５２とハフマン符号化部５５３との双方に入力される。データスキャニング部５５２では、ランレングス符号化部５５１で符号化された後のデータの全てをスキャニングして、そのデータ中に出現する全ての数値の出現頻度（ヒストグラム）が求められる。ここで、この出現頻度を求める処理は、本実施形態では、図３に示す上位サブプレーンＤ１Ｈの１つずつを単位として実行され、各上位サブプレーンＤ１Ｈの、ランレングス符号化部５５１で符号化された後のデータ中の数値の出現頻度が求められる。さらに、データスキャニング部５５２では、求められたデータヒストグラム（数値の出現頻度）に基づき、ハフマンテーブルに、出現頻度の高い数値ほど符号長の短かい符号を割り当てる。このデータスキャニング部５５２は、本発明にいうヒストグラム算出部および符号割当部の各一例を兼ね備えたものに相当する。

データスキャニング部５５２で数値に符号が割り当てられてなるハフマンテーブルは、ハフマン符号化部５５３に渡され、ハフマン符号化部５５３では、その渡されたハフマンテーブルに従って、そのハフマン符号化部５５３に入力されてきたデータを構成する数値を、そのハフマンテーブルに従う符号、すなわち、出現頻度の高い数値ほど短かいビット長で表わされる符号に置き換える符号化処理が行なわれる。このハフマン符号化部５５３は、本発明にいう第２の符号化部の一例に相当する。

ハフマン符号化部５５３でハフマン符号化された後のデータは、データスキャニング部５５２で割り当てられた数値と符号との割当テーブルを含む圧縮情報が添付され、上位サブプレーンＤ１Ｈが圧縮された上位圧縮データＤ２ＨとしてＨプレーン圧縮部５５０から出力される。

このようにＬプレーン圧縮部５４０およびＨプレーン圧縮部５５０のそれぞれから出力される下位圧縮データＤ２Ｌと上位圧縮データＤ２Ｈとの組は、ＴＲＵＥ画素データが可逆圧縮された可逆圧縮データを構成する。

一方、上記の間引き処理部５０５で得られた非ＴＲＵＥ画素データは、非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０に入力されて非可逆圧縮処理が施される。この非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０には、ビット短縮部５６１と、ランレングス符号化部５６２と、ハフマン符号化部５６３とが備えられており、非ＴＲＵＥ画素データを構成する数値は、まずビット短縮部５６１に入力される。ビット短縮部５６１は、その数値に対応する画素が、上記エッジ検出部５２５によって検出されたエッジ部分に属する画素でなければ、０ビットに符号化するという処理（すなわち、実質的なデータ除去）を行う。エッジ部分内の画素であれば、後述するように、その画素がエッジ内のどこに位置するかによって、その画素の画素データを構成する数値が４ビットあるいは８ビットの符号に置換される。

ビット短縮部５６１から符号化されたデータに対し、ランレングス符号化部５６２およびハフマン符号化部５６３によって、上記Ｈプレーン圧縮部５５０における処理と全く同様の処理が実行される。この結果、非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０からは、非ＴＲＵＥ画素画素データが非可逆圧縮された非可逆圧縮データＤ３が出力される。

ＴＲＵＥ画素データの可逆圧縮データと、非ＴＲＵＥ画素データの非可逆圧縮データとで、元の画像データに対する圧縮データが構成される。この圧縮データは、図１に示すＳＣＳＩ等の汎用インターフェース１５０を経由してインターフェース機器２００に転送される。インターフェース機器２００では、その受け取った可逆圧縮データにデータ伸長処理が施されるが、このデータ伸長処理にあたっては、図３で説明した各種の符号化処理に対応する復号化処理が施されて元の入力画像ファイル中の画像データと同一の画像データが復元される。

図４は、図１に示すホストコントローラのハードウェア構成図である。

図１に示すホストコントローラ１００は、図４に示す構成のコンピュータシステムで構成されている。

この図４に示す、コンピュータシステムで構成されたホストコントローラ１００には、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、通信インターフェース１１３、ハードディスクコントローラ１１４、ＦＤドライブ１１５、ＣＤＲＯＭドライブ１１６、マウスコントローラ１１７、キーボードコントローラ１１８、ディスプレイコントローラ１１９、および通信用ボード１２０が備えられており、これらはバス１１０で相互に接続されている。

ハードディスクコントローラ１１４は、このホストコントローラ１００に内蔵されているハードディスク１０４のアクセスを制御するものであり、ＦＤドライブ１１５、ＣＤＲＯＭドライブ１１６は、このホストコントローラ１００に取出し自在に装填されるフレキシブルディスク（ＦＤ）１３０、ＣＤＲＯＭ１４０のアクセスを制御するものである。また、マウスコントローラ１１７、キーボードコントローラ１１８は、このホストコントローラ１００に備えられたマウス１０７、キーボード１０８の操作を検出してＣＰＵ１１１に伝達する役割を担っている。さらに、ディスプレイコントローラ１１９は、このＣＰＵ１１１の指示に基づいて、ホストコントローラ１００に備えられた画像ディスプレイ１０９の表示画面上に画像を表示する役割を担っている。

通信用ボード１２０は、ＳＣＳＩ等の汎用インターフェースプロトコルに準拠した通信を担っており、圧縮後の画像データをインターフェースケーブル１５０を介してインターフェース機器２００（図１参照）に転送する役割を担っている。

さらに、通信用インターフェース１１３は、インターネット等の汎用の通信を担っており、このホストコントローラ１００は、この通信用インターフェース１１３を経由して画像データを取り込むこともできる。

ＲＡＭ１１２には、ハードディスク１０４に格納されているプログラムが読み出されてＣＰＵ１１１での実行のために展開され、ＣＰＵ１１１では、そのＲＡＭ１１２に展開されたプログラムが読み出されて実行される。

図５は、本発明のデータ圧縮プログラムの一実施形態に相当する画像圧縮処理プログラムの模式構成図である。

ここでは、この画像圧縮プログラム６００は、ＣＤＲＯＭ１４０に記憶されている。

この画像圧縮プログラム６００は、間引き処理部６０５、差分符号化部６１０、オフセット部６２０、エッジ検出部６２５、プレーン分割部６３０、Ｌプレーン圧縮部６４０、Ｈプレーン圧縮部６５０、および非ＴＲＵＥ画素圧縮部６６０から構成されている。このＣＤＲＯＭ１４０には、ここに示す画像圧縮プログラム６００のほか、図１に示すホストコントローラ１００における一連の処理を実行するための各種プログラムが記憶されているが、それらについては従来と同様であるため図示および説明は省略する。

この図５に示すＣＤＲＯＭ１４０が、図４に示すホストコントローラ１００に装填されＣＤＲＯＭドライブ１１６でアクセスされてそのＣＤＲＯＭ１４０に記憶されているプログラムがこのホストコントローラ１００にアップロードされ、ハードディスク１０４に記憶される。このハードディスク１０４に記憶されたプログラムがそのハードディスク１０４から読み出されてＲＡＭ１１２に展開されＣＰＵ１１１で実行されると、このホストコントローラ１００は、図３に示す画像圧縮装置５００としての処理を含む、ホストコントローラとしての各種処理を実行する装置として動作する。

ここで、図５に示す画像圧縮プログラム６００は、ホストコントローラ１００にインストールされてＣＰＵ１１１で実行されることにより、そのホストコントローラ１００内に図３に示す画像圧縮装置５００を実現するものであり、間引き処理部６０５、差分符号化部６１０、オフセット部６２０、エッジ検出部６２５、プレーン分割部６３０、Ｌプレーン圧縮部６４０、Ｈプレーン圧縮部６５０、および非ＴＲＵＥ画素圧縮部６６０は、ＣＰＵ１１１で実行されることにより、そのホストコントローラ１００を、図３に示す画像圧縮装置５００を構成する、それぞれ、間引き処理部５０５、差分符号化部５１０、オフセット部５２０、エッジ検出部５２５、プレーン分割部５３０、Ｌプレーン圧縮部５４０、Ｈプレーン圧縮部５５０、および非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０として動作させるプログラム部品である。つまり、これらのプログラム部品により、画像圧縮装置５００の構成要素がホストコントローラ１００上に実質的に構築されることとなる。

図５の画像圧縮プログラム６００を構成する各部６０５〜６６０の、ＣＰＵ１１１で実行されたときの作用は、それぞれ、図３の画像圧縮装置５００を構成する各部５０５〜５６０の作用そのものである。したがって、図３の画像圧縮装置５００の各部５０５〜５６０に関する、これまでの説明、および、以下に説明する詳細説明をもって、図５の画像圧縮プログラム６００を構成する各部６０５〜６６０の説明を兼ねるものとする。

図６は、図３のデータ圧縮装置５００に入力される入力画像ファイル中の画像データのデータ構造および間引き処理の概念を示す図である。

図６に示すように、図３に示すデータ圧縮装置５００に入力される画像データは、所定の主走査方向（図の横方向）とその主走査方向とは直角な副走査方向（図の縦方向）とに画素が並んでおり、主走査方向に並ぶ画素の列はラインと称される。ここでは６ライン分の画素が示されており、画素と画素との間隔は６００ｄｐｉの解像度に相当する。

各画素の位置は、画素値を表す符号Ｔ，Ｆ，Ｄに付された添え字で表現されている。例えば３番目のラインについて、主走査方向に並ぶ各画素の画素値には、その並び順に、
３＿１，３＿２，３＿３，３＿４，３＿５，…
という添え字が付されている。

図３に示すデータ圧縮装置５００を構成する間引き処理部５０５には、このように並んだ画素値からなる画像データが入力され、各画素を、ＴＲＵＥ画素と、ＴＲＵＥ画素以外の画素である非ＴＲＵＥ画素（後述するＦＡＫＥ画素と疑似ＴＲＵＥ画素など）との２種類の画素に分類する。この図６に示す各画素のうちＴＲＵＥ画素は画素値が符号Ｔで表されており、ＦＡＫＥ画素は画素値が符号Ｆで表され、疑似ＴＲＵＥ画素は画素値が符号Ｄで表されている。この他にも図では「●」で表された画素も示されている。これらＦＡＫＥ画素、疑似ＴＲＵＥ画素、および「●」で表された画素については、後述の非可逆圧縮の説明において詳述することとし、以下では、ＴＲＵＥ画素について説明する。

ＴＲＵＥ画素は、画素の並びの中から周期的に間引かれた画素であり、ここでは一例として、副走査方向に３ラインおきの各ラインについて、主走査方向に３画素おきの各画素がＴＲＵＥ画素として間引き出されている。この結果、この図６に示す例ではＴＲＵＥ画素は、元の６００ｄｐｉの解像度から１５０ｄｐｉの解像度に低下した画像を構成する画素に相当しており、元の画像データの１６分の１に相当する画素が間引き出されたこととなる。このように間引き出されたＴＲＵＥ画素は、そのようなＴＲＵＥ画素の連続からなるＴＲＵＥ画素データを構成し、そのＴＲＵＥ画素データの構造は、元の画像データと同様に、主走査方向と副走査方向に各画素の画素値が並んだ構造となっている。

ＴＲＵＥ画素の間引き出しとしては、このほかに例えば、主走査方向と副走査方向とでは間引きだしの周期が異なる方式なども採用可能であるが、以下では、図６に示すように、３画素おきに並んだ画素が間引き出されるとして説明を行う。

上記のような間引きされたＴＲＵＥ画素から得られるＴＲＵＥ画素データは、まず図３のデータ圧縮装置５００を構成する差分符号化部５１０に入力され、２次元差分符号化処理が施される。

この２次元差分符号化処理を具体的に説明する。

図７は、図３のデータ圧縮装置５００を構成する差分符号化部５１０における２次元差分符号化処理を例示して示す図である。

この図の左側（パート（Ａ））に示す各数値のうち、四角で囲われた数値「１２１８０９１Ａ … ０１０３０７Ｆ０ …」が画像データを構成する画素値であり、丸で囲まれた数値「１２１８０９１Ａ … ０１ＦＣ１５Ｄ８ …」が２次元差分符号化処理で出力される出力値である。以下の説明では、主走査方向（図の横方向）に並ぶ画素を「ライン」と称する。

２次元差分符号化処理では、先ず、１ライン目の各画素値「１２１８０９１Ａ …」については、そのまま出力する。また、主走査方向に隣接する画素値どうしの差分「１８−１２＝０６」「０９−１８＝Ｆ１」…が算出される。ここで、例えば「０９」から「１８」を引き算した結果は負の数となり、９ビットで「１Ｆ１」と表されるが、ＭＳＢの１ビットである最上位の「１」は省略し、下位８ビットである「Ｆ１」のみを出力する。

次に、２ライン目については、先頭の画素値「０１」のみがそのまま出力され、主走査方向に隣接する画素値どうしの差分「０３−０１＝０２」「０７−０３＝０４」…が算出される。そして、１ライン目の差分「０６ＥＦ１１ …」と２ライン目の差分「０２０４Ｅ９ …」との更なる差分「０２−０６＝ＦＣ」「０４−ＥＦ＝１３」…が求められて出力される。

次に、３ライン目についても２ライン目と同様に処理されて、３ライン目の先頭の画素値「７３」のみがそのまま出力され、主走査方向に隣接する画素値どうしの差分「６０−７３＝ＥＤ」「４０−６０＝Ｅ０」…が算出される。そして、２ライン目の差分「０２０４Ｅ９ …」と３ライン目の差分「ＥＤＥ０Ｆ０ …」との更なる差分「ＥＤ−０２＝ＥＢ」「Ｅ０−０４＝ＤＣ」…が求められて出力される。

以下、これと同じ演算を繰り返すことにより、図７で丸が付いた数値「１２１８０９１Ａ … ０１ＦＣ１５Ｄ８ …７３ＥＢＤＣ０７ … ＦＦ０７ＢＢ１３ …」が出力される。

図１に示すインターフェース機器２００では、このように２次元差分符号化されたデータを復号化するにあたり、図７の右側（パート（Ｂ））に示す演算が行なわれる。

先ず１ライン目の各画素値は「１２１８０９１Ａ …」のそのままである。

また、２ライン目以降の各ラインの先頭画素値も「０１」「７３」「ＦＦ」…のそのままである。

ここで、２ライン目の２番目以降の差分値「ＦＣ１５Ｄ８ …」を例として、差分値から元の画素値が復号化される手順について説明する。

画素値の復号化に際しては、対象画素に対し、同ラインの前位置（図の左側）の画素と、前ライン（図の上側）の同位置の画素と、前ラインの前位置の画素との３つの画素それぞれにおける３つの画素値が用いられる。

２ライン目の２番目の画素の差分値「ＦＣ」については、１ライン目の先頭画素の画素値「１２」と、１ライン目の２番目の画素の画素値「１８」と、２ライン目の先頭画素の画素値「０１」が用いられ、まず、１ライン目の２番目と先頭との差分「１８−１２＝０６」が求められる。そして、その差分「０６」が対象の差分値「ＦＣ」に加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「０２」が得られ、その値「０２」に２ライン目の先頭画素の画素値「０１」が加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「０３」が２ライン目の２番目の画素値として復号化される。

２ライン目の３番目の画素値は、差分値「１３」に、１ライン目の３番目と２番目との差分「０９−１８＝Ｆ１」が加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「０４」に、更に２ライン目の２番目の画素値「０３」が加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「０７」である。

２ライン目の４番目の画素値は、差分値「Ｄ８」に、１ライン目の４番目３番目との差分「１Ａ−０９＝１１」が加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「Ｅ９」に、更に２ライン目の３番目の画素値「０７」が加算された結果のうちの下位８ビットで表わされる「Ｆ０」である。

以下これと同様の演算を繰り返すことにより、各差分値が、２次元差分符号化を行なう前の画素値と同一の画素値に復号化される。

図３の差分符号化部５１０では、以上説明したような２次元差分符号化が画像データに施される。この２次元差分符号化によって得られるデータは、図３のオフセット部５２０に入力され、そのデータの各数値について所定のオフセット値が加算される。

ここで、このような２次元差分符号化およびオフセットの効果について、具体的なＣＴの画像データを例に用いて説明する。

図８は、ＣＴの画像データの例を示す図である。

この図８のパート（Ａ）には、ＣＴの画像データが表しているＣＴ画像の一例としてモノクロの風景画像が示されており、本実施形態では、このようなＣＴ画像の各画素における色の濃度が８ビットの数値で表現された画像データが用いられる。図８のパート（Ｂ）には、パート（Ａ）に示す風景画像を表す画像データにおけるデータ値のヒストグラムが示されており、このヒストグラムの横軸はデータ値、縦軸はデータ数（画素数）を表している。ＣＴ画像では一般に、ヒストグラムの幅が広く、ヒストグラム中でデータ数の山谷は生じてもヒストグラムの途中にデータ数が「０」の領域が生じることは極めてまれである。

図９は、ＣＴの画像データに対する差分符号化およびオフセットの効果を示す図である。

この図９のパート（Ａ）には、図８に示したＣＴの画像データに対して差分符号化が施されて得られるデータのヒストグラムが示されており、このヒストグラムの横軸はデータ値、縦軸は出現頻度を表している。ＣＴの画像データに対して、図７および図７で説明した差分符号化が施されると、データのヒストグラムは、一般に、この図９のパート（Ａ）に示すような、最小データ値と最大データ値の双方に鋭いピークを有するヒストグラムとなる。そして、このようなデータに対してオフセットが施されると、データのヒストグラムは、図９のパート（Ｂ）に示すような、オフセット値のところに鋭いピークを持つヒストグラムとなる。本実施形態ではオフセット値として「８」が用いられており、オフセットの結果、値が「１６」以上となるデータの頻度はほとんど「０」となっている。

このように差分符号化およびオフセットによってヒストグラムが変形されたデータは、図３のプレーン分割部５３０によって下位サブプレーンと上位サブプレーンとに分割される。

図１０は、プレーン分割部５３０によるデータ分割の効果を説明する図である。

この図１０には、図９のパート（Ｂ）に示すヒストグラムがデータ値「１５」とデータ値「１６」との間で切り離されたヒストグラムが示されており、図３のプレーン分割部５３０によるデータ分割は、まさにこのようなヒストグラムの分割に相当する効果を生じる。すなわち、本実施形態では、データを構成している８ビットの各数値が上位４ビットと下位４ビットとに分割されることで、下位４ビットが表す数値の連続からなる下位サブプレーンと上位４ビットが表す数値の連続からなる上位サブプレーンとが得られる。そして、下位サブプレーンを構成する４ビットの数値が値「０」から値「１５」までの各数値をそのまま表現していて、上位サブプレーンを構成する４ビットの数値の場合は、値「１６」から値「２５６」までの、１６間隔１６種類の数値を表現していると解釈すると、下位サブプレーンのヒストグラムは、この図１０の左側に示されたヒストグラムとほぼ同じものとなり、上位サブプレーンのヒストグラムは、図１０の右側に示されたヒストグラムとほぼ同じものとなる。ただし、上位サブプレーンのヒストグラムについては、図１０の右側に示されたヒストグラムのデータ値「１６」のところに、図１０の左側に示されたヒストグラムの面積に等しい高さのピークが付加されたものとなる。

このような上位サブプレーンは、図３に示すＨプレーン圧縮部５５０を構成するランレングス符号化部５５１に入力される。

本実施形態では、処理の都合上、ランレングス符号化部５５１で、上位サブプレーンを構成する連続した４ビットの数値が２つで１つの８ビットの数値として取り扱われ、１６進数表示で値「００」から値「ＦＦ」までの数値の連続に対して以下の符号化処理が適用される。

この符号化処理では、複数の８ビットの数値のうちの特定の数値についてのみ符号化処理が行なわれる。このため、このランレングス符号化部５５１では、受け取ったデータの中から、符号化処理を行なう数値（ここでは、この数値を「圧縮対象数値」と称する）と、その圧縮対象数値の連続数が検出される。

本実施形態では、一例として、「０１」、「ＦＦ」および「００」の３つの数値を圧縮対象数値としている。

図１１は、図３に示すランレングス符号化部５５１での符号化の説明図である。

図１１の上のラインは、上位サブプレーンを構成するデータ、下のラインは、ランレングス符号化部５５１での符号化処理を行なった後のデータである。

ここでは、図１１の上のラインに示すように、量子化処理部５５１からは、
「０６０２０２０２０１０１０１０１０４０５００ … 」
なるデータが入力されたものとする。このとき、図３のランレングス符号化部５５１では、先頭の「０６」は圧縮対象数値ではなく、次に続く「０２０２０２」も圧縮対象数値ではなく、次に、圧縮対象数値である「０１」が４つ連続していること、次に、圧縮対象数値ではない「０４」、「０５」を間に置いて、圧縮対象数値である「００」が３２７６７個連続していることが検出される。

図１２は、ランレングス符号化部における、圧縮対象数値を対象にした符号化のアルゴリズムを示す図である。

この図１２中、Ｚは同一の圧縮対象数値の連続数、例えば図１１の上のラインの「０１」についてはＺ＝４、「００」についてはＺ＝３２７６７である。

また、図１２中、「ＹＹ」は、１６進２桁で表わされた圧縮対象数値自体を表わしている。その「ＹＹ」に続く、「０」又は「１」は１ビットで表現された「０」又は「１」であり、さらにそれに続く「ＸＸＸＸＸＸＸ…」は、１つの「Ｘ」が１ビットを表わしており、この「ＸＸＸＸＸＸＸ…」でＺの値を表現している。

すなわち、図１２は、圧縮対象数値「ＹＹ」がＺ＜１２８連続するときは、１バイト目で圧縮対象数値「ＹＹ」を表現し、それに続く１バイトで、先頭ビットが「０」、それに続く７ビットでＺの値を表現すること、また、圧縮対象数値「ＹＹ」がＺ≧１２８連続するときは、１バイト目で圧縮対象数値「ＹＹ」を表現し、それに続く２バイト（１６ビット）のうちの先頭の１ビットを「１」とすることで２バイトに跨って表現されていることを表現し、それに続く１５ビットで、Ｚの値を表現することを意味している。

この図１２に示す規則に従って図１１に示す符号化の例について説明する。

図３のプレーン分割部５３０から入力されてきた上位サブプレーンのデータ（上のライン）を構成する先頭の数値「０６」は圧縮対象数値ではないため、その「０６」のまま出力される。また、それに続く「０２０２０２」も、「０２」は圧縮対象数値ではなく、これら３つの「０２」もそのまま出力される。次に、圧縮対象数値である「０１」が４個連続するため、「０１０４」に符号化される。次の「０４」及び「０５」は圧縮対象数値ではないため、そのまま「０４０５」が出力される。

次に「００」が３２７６７個連続しているため、「００」を置き、次の１バイトのうちの先頭の１ビットを「１」とし、次いで１５ビットで３２７６７−１２８を表現することにより、「００ＦＦ７Ｆ」の３バイトで「００」が３２７６７個連続していることを表現する。すなわち、連続数１２８は、最初のビット「１」を除き、「００００」と表現される。

図１３は、図３のランレングス符号化部５５１における、連続数に応じた符号化処理の例を示す図である。
・「００」が１２７個連続するときは、２バイトを用いて「００７Ｆ」に符号化され、
・「００」が３２７６７個連続するときは、３バイトを用いて「００ＦＦ７Ｅ」に符号化され、
・「００」が３２８９５個連続するときは、３バイトを用いて「００ＦＦＦＦ」に符号化され、
・「００」が１２８個連続するときは、３バイトを用いて「００８０００」に符号化され、
・「０１」が１２９個連続するときは、３バイトを用いて「０１８１００」に符号化され、
・「ＦＦ」が４０９６個連続するときは、３バイトを用いて「ＦＦ８Ｆ８０」に符号化される。

図３に示すランレングス符号化部５５１では、上記のような符号化処理が行なわれる。

本実施形態によるランレングス符号化部５５１によれば、最大圧縮率は、３／３２８９５＝１／１０，９６５にまで向上する。また、このランレングス符号化部５５１が符号化処理の対象としている上位サブプレーンのデータは、図１０のヒストグラムで説明したように、４ビットの数値のほとんどが、データ値「１６」を表現した数値「０」であり、その４ビットの数値から作られる８ビットの数値も、多くが、１６進数表示で数値「００」となる。このためランレングス符号化部５５１における符号化処理によって大幅なデータ圧縮が期待される。

図３のランレングス符号化部５５１で上記の符号化処理の行なわれた後のデータは、次に図３のＨプレーン圧縮部５５０を構成するデータスキャニング部５５２とハフマン符号化部５５３に入力される。

このデータスキャニング部５５２では、先ず、ランレングス符号化部５５１から出力されたデータの全体がスキャニングされてデータ値の出現頻度が求められる。

図１４は、データスキャニング部５５２によるスキャニング結果の例を示す図である。

ここでは、「Ａ１」の出現頻度が最も強く、以下順に、「Ａ２」、「Ａ３」、「Ａ４」、…の順であるとする。尚、これら「Ａ１」、「Ａ２」等は数値を直接表わしている訳ではなく、数値を表わす符号である。すなわち、「Ａ１」は例えば数値「００」、「Ａ２」は数値「ＦＦ」等である。また、ここでは、簡単のため、図３のランレングス符号化部５５１から送られてくるデータは全てのデータ値が「Ａ１」〜「Ａ１６」の１６個の数値のうちのいずれかの数値であるものとする。そして、このような１６個の数値それぞれに対して、データスキャニング部５５２では、出現頻度に応じた符号が割り当てられてハフマンテーブルが作成される。即ち、出現頻度の最も高い「Ａ１」には、２ビットで表わされた符号「００」が割り当てられ、次の「Ａ２」には、やはり２ビットで表わされた符号「０１」が割り当てられ、次の「Ａ３」、さらに次の「Ａ４」には、３ビットで表わされる、それぞれ、符号「１００」、符号「１０１」が割り当てられ、次の「Ａ５」〜「Ａ８」には、５ビットで表わされる各符号が割り当てられ、以下同様に、出現頻度が低い数値ほど多くのビット数で表わされた符号が割り当てられる。

図１５は、ハフマンテーブルの一例を示す図である。

このハフマンテーブルは、図１４と一致させてあり、出現頻度が高い数値ほど短かいビット数で表わされた符号に置き換えられるように並べられた、符号化前（置き換え前）の数値と符号化後（置き換え後）の数値との対応テーブルである。

図３のＨプレーン圧縮部５５０を構成するハフマン符号化部５５３では、このようなハフマンテーブルに従ってデータの数値が符号化され、その結果、多くの数値が短かいビット数の符号に置き換えられることとなってデータ圧縮が実現される。

このように、図３のＨプレーン圧縮部５５０に入力される上位サブプレーンＤ１Ｈについては、ランレングス符号化部５５１による符号化とハフマン符号化部５５３による符号化が施されることにより高い圧縮率で圧縮されて上位圧縮データＤ２Ｈとなる。

図３のＬプレーン圧縮部５４０のハフマン符号化部５４１では、Ｈプレーン圧縮部５５０のランレングス符号化部５５１と同様に、４ビットの数値の２つ分が１つの８ビットの数値とみなされて処理される。また、このハフマン符号化部５４１による符号化処理では、固定的なハフマンテーブルが用いられる点を除いて、Ｈプレーン圧縮部５５０のハフマン符号化部５５３による符号化処理と同様な処理が実行される。この結果、下位サブプレーンＤ１Ｌは下位圧縮データＤ２Ｌとなる。

以上説明したような各種の処理が図３に示す差分符号化部５１０、オフセット部５２０、プレーン分割部５３０、Ｌプレーン圧縮部５４０、およびＨプレーン圧縮部５５０で実行されることにより、ＴＲＵＥ画素データは可逆圧縮によって圧縮され、特にＣＴ画像のデータについては大幅な圧縮が実現される。

以上が、図６においてＴＲＵＥ画素から得られたＴＲＵＥ画素データに対して行われる処理の説明である。

一方、図６で説明したように、上述した間引き処理部５０５において間引き対象とならなかった非ＴＲＵＥ画素（図で「Ｆ」の符号が付されたＦＡＫＥ画素、「Ｄ」の符号が付された疑似ＴＲＵＥ画素、および図６で「●」で表された画素）から得られた非ＴＲＵＥ画素データは図３に示す非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０に入力されて非圧縮処理が施される。以下では、この処理について説明する。

この非ＴＲＵＥ画素圧縮部５６０に入力された非ＴＲＵＥ画素データは、ビット短縮部５６１に渡され、ビット短縮部５６１は、その非ＴＲＵＥ画素データがエッジ部分の画素データであるか否かに応じて、８ビットの符号化、４ビットの符号化、０ビットの符号化（すなわち実質的なデータ除去）のうちのいずれかの符号化を選択的に実行する。

エッジ部分であるか否かは、図３のエッジ検出部５２５によって、オフセット後の差分データに基づいて判定される。まず、その判定について説明する。

前述したように、図６に示すＴＲＵＥ画素の画素値はＴｎ＿ｋと表現されている。ビット短縮部５６１では、４つのＴＲＵＥ画素の画素値Ｔｎ＿ｋ，Ｔｎ＿ｋ＋４，Ｔｎ＋４＿ｋ，Ｔｎ＋４＿ｋ＋４から２次元差分符号化処理で得られる差分値（ここでは、前述のように１６進数表示で値「００」から値「ＦＦ」までの数値で表した差分値ではなく、画素値をそのまま差分をとって得られる１０進数表示での差分値）が、−６４未満か、あるいは＋６４以上であれば、画素値がＴｎ＿ｋと表現されるＴＲＵＥ画素を図の左上側の頂点として有する４×４個の画素のブロックは、エッジ部分であると判定される。

例えば、図６に示す４つのＴＲＵＥ画素の画素値Ｔ１＿１，Ｔ１＿５，Ｔ５＿１，Ｔ５＿５から得られる差分値が上記の条件を満たすと、図において画素値がＴ１＿１と表現されるＴＲＵＥ画素および画素値がＦ４＿１，Ｆ４＿４，Ｆ１＿４と表現される３つのＦＡＫＥ画素を頂点とする４×４個の画素のブロックがエッジ部分であると判定される。また、例えば、４つのＴＲＵＥ画素の画素値Ｔ１＿５，Ｔ１＿９，Ｔ５＿５，Ｔ５＿９から得られる差分値が上記の条件を満たすと、画素値がＴ１＿５と表現されるＴＲＵＥ画素および画素値がＦ４＿５，Ｆ４＿８，Ｆ１＿８と表現される３つのＦＡＫＥ画素を頂点とする４×４個の画素のブロックがエッジ部分と判定されることとなる。このような判定が、各４つのＴＲＵＥ画素について繰り返される。

このように４つのＴＲＵＥ画素の画素値Ｔｎ＿ｋ，Ｔｎ＿ｋ＋４，Ｔｎ＋４＿ｋ，Ｔｎ＋４＿ｋ＋４から得られる差分値によって、画素値がＴｎ＿ｋと表現されるＴＲＵＥ画素を図の左上側の頂点として有する４×４個の画素のブロックがエッジ部分であると判定されると、今度は、画素値がＴｎ＿ｋと表現されるＴＲＵＥ画素と、残りの３つのＴＲＵＥ画素Ｔｎ＿ｋ＋４，Ｔｎ＋４＿ｋ，Ｔｎ＋４＿ｋ＋４との中間にそれぞれ位置する３つの画素が疑似ＴＲＵＥ画素とみなされる。この疑似ＴＲＵＥ画素の画素値は８ビットの符号化の対象となる。一方、この４×４個の画素のブロックのうち、ＴＲＵＥ画素でもなく疑似ＴＲＵＥ画素でもない残りの１２個の画素は、ＦＡＫＥ画素とみなされ、それらの画素値は４ビットの符号化の対象となる。

例えば、図６において、画素値がＴ１＿１，Ｔ１＿５，Ｔ５＿１，Ｔ５＿５と表現される４つのＴＲＵＥ画素から得られる差分値によって、画素値がＴ１＿１と表現されるＴＲＵＥ画素および画素値がＦ４＿１，Ｆ４＿４，Ｆ１＿４と表現される３つのＦＡＫＥ画素を頂点とする４×４個の画素のブロックがエッジ部分であると判定されたとする。この場合、図で画素値がＴ１＿１と表現されるＴＲＵＥ画素と、画素値がＴ１＿５，Ｔ５＿１，Ｔ５＿５と表現される３つのＴＲＵＥ画素との中間にそれぞれ位置する、画素値がＤ１＿３，Ｄ３＿１，Ｄ３＿３と表現される３つの画素が疑似ＴＲＵＥ画素とみなされる。そして、この４×４個の画素のブロックのうち、ＴＲＵＥ画素でもなく疑似ＴＲＵＥ画素でもない残りの１２個の画素は、ＦＡＫＥ画素とみなされる。同様にして、画素値がＴ１＿５と表現されるＴＲＵＥ画素および画素値がＦ４＿５，Ｆ４＿８，Ｆ１＿８と表現される３つのＦＡＫＥ画素を頂点とする４×４個の画素のブロックがエッジ部分と判定されると、画素値がＤ１＿７，Ｄ３＿７、Ｄ３＿５と表現される３つの画素が疑似ＴＲＵＥ画素とみなされ、この４×４個の画素のブロックのうち残りの１２個の画素は、ＦＡＫＥ画素とみなされることとなる。

このようして決定される疑似ＴＲＵＥ画素およびＦＡＫＥ画素についてもＴＲＵＥ画素データと同様に、疑似ＴＲＵＥ画素の画素値の連続からなる疑似ＴＲＵＥ画素データおよびＦＡＫＥ画素データが構成される。

続いて、ＦＡＫＥ画素データの４ビットデータ化と、疑似ＴＲＵＥ画素データの８ビットデータ化について説明する。最初にＦＡＫＥ画素データの４ビットデータ化について説明する。

図１６は、４ビット符号への符号化方式を表す図である。

この符号化方式では、ＦＡＫＥ画素の画素値は、その画素値を表した８ビットのビット値の下位５桁が切り捨てられ、残った上位３桁の先頭に「１」が付加されることで「１０００」〜「１１１１」の符号に符号化される。従って、この図の表に示すように、符号化前の「０」〜「２５５」の数値のうち「０」〜「３１」の数値は「１０００」に符号化され、「２２」〜「６３」の数値は「１００１」に符号化される。以下同様に、「６４」〜「９５」、「９６」〜「１２７」、「１２８」〜「１５９」、「１６０」〜「１９１」、「１９２」〜「２２３」、「２２４」〜「２５５」の数値は、それぞれ、「１０１０」、「１０１１」、「１１００」、「１１０１」、「１１１０」、「１１１１」に符号化される。このような符号化方式は、ビット値の桁の切り捨てというごく単純な処理で実現される。

次に疑似ＴＲＵＥ画素データの８ビットデータ化について説明する。

この符号化方式では、疑似ＴＲＵＥ画素の画素値は、その画素値を表した８ビットのビット値の下位１桁が切り捨てられ、残った上位７桁の先頭に「０」が付加されることで「００００００００」〜「０１１１１１１１」の符号に符号化される。前述の４ビットデータ化と同じように、疑似ＴＲＵＥ画素の画素値を表す２５６階調の数値を、今度は１２８分割されたクラスに振り分けることができる。

以上説明した、ＦＡＫＥ画素データの４ビットデータ化と、疑似ＴＲＵＥ画素データの８ビットデータ化によってエッジ部分の情報がある程度維持されて画質低下が回避される。

ビット短縮部５６１では、上述した４つのＴＲＵＥ画素の画素値Ｔｎ＿ｋ，Ｔｎ＿ｋ＋４，Ｔｎ＋４＿ｋ，Ｔｎ＋４＿ｋ＋４から２次元差分符号化処理で得られる差分値（画素値をそのまま差分をとって得られる差分値）が、−６４以上＋６４未満であれば、画素値がＴｎ＿ｋと表現されるＴＲＵＥ画素を図の左上側の頂点として有する４×４個の画素のブロックにおいて、画素値がＴｎ＿ｋと表現されるＴＲＵＥ画素を除いた残りの１５個の画素値については、０ビット符号化（すなわち、実質的なデータ除去）が行われる。これら１５個分の画素値の情報は、圧縮段階ではこのように無視されるが、圧縮データを伸張する段階において、４つのＴＲＵＥ画素の画素値に基づき再び前述のエッジ判定が行われて、エッジでないと判定された４×４個の画素のブロック内の、ＴＲＵＥ画素を除く１５個の画素値については、まわりのＴＲＵＥ画素の画素値に基づき補間処理が行われることで、圧縮段階で失われた１５個分の画素値の補填が行われる。図６では、このような０ビット符号化が行われる画素は、塗りつぶされた「●」で表されている。ＣＴ画像の場合には、隣接画素間の相関が高いので、図８および図９で説明したように、大きな差分値が生じることは少なく、多くの画素が符号化されず無視され、大幅な圧縮が可能であると考えられる。

図３のビット短縮部５６１におけるこのような符号化によって、非ＴＲＵＥ画素データは、４ビット化または８ビット化され、符号化後のデータは４ビットの符号と８ビットの符号が混在したものとなるが、その後の処理のために８ビット単位に区切られ（バイトパッキング）、図３のランレングス符号化部５６２およびハフマン符号化部５６３によって、上記Ｈプレーン圧縮部５５０における処理と全く同様の処理が実行される。ここで、ハフマン符号化部５６３は、上述したデータスキャニング部５５２とハフマン符号化部５５３との双方の役割を兼ねている。ＣＴ画像の場合は、ビット短縮部５６１の符号化によって多くの画素値が「０」に符号化されているので、その後、ランレングス符号化部５６２で更に大幅に圧縮されると期待される。

以上が本実施形態の説明である。

なお、上記説明では、本発明の実施形態としてのデータ圧縮がＣＴ画像のデータのみに施される例が示されているが、本発明のデータ圧縮装置は、ＣＴ画像とＬＷ画像との双方のデータに対してデータ圧縮を施すものであってもよく、さらには、画像以外の情報を表したデータに対してデータ圧縮を施すものであってもよい。

また、上記説明では、本発明にいう差分生成部の一例として、画像の縦横双方の差分を複合した２次元的な差分演算を用いて差分を求めるものが示されているが、本発明にいう差分生成部は、主走査方向や副走査方向の１次元の差分を求めるものであってもよい。

また、上記説明では、４つのＴＲＵＥ画素の画素値から得られる２次元的な差分値が所定領域に属していればエッジ部分と判定し、その画素のブロック内の所定の位置に３個の疑似ＴＲＵＥ画素を設けるものであるが、本発明は、差分値の結果に応じて疑似ＴＲＵＥ画素を設けるものであればよく、上記説明の方法に限定されない。例えば、４つのＴＲＵＥ画素の画素値から得られる２次元的な差分値を変数として持つ関数として、ブロック内に配置される疑似ＴＲＵＥ画素の数が表されるものでもよい。

具体的には、２次元的な差分値が、−３２以上かつ３２未満ならば、符号化を行わず、−６４以上かつ−３２未満、あるいは＋３２以上かつ＋６４未満であれば、ブロック内に疑似ＴＲＵＥ画素を１個設け、−９６以上かつ−６４未満、あるいは＋６４以上かつ＋９６未満であれば、ブロック内に疑似ＴＲＵＥ画素を２個設け、−９６未満、あるいは＋９６以上であれば、ブロック内に疑似ＴＲＵＥ画素を３個設けるというような方式が考えられる。

データ圧縮技術が適用されたプリントシステムの一例を示す図である。プリントシステムにおけるデータ処理の流れを示す図である。本発明のデータ圧縮装置の一実施形態に相当する画像圧縮装置を示すブロック構成図である。図１に示すホストコントローラのハードウェア構成図である。本発明のデータ圧縮プログラムの一実施形態に相当する画像圧縮処理プログラムの模式構成図である。図３のデータ圧縮装置に入力される入力画像ファイル中の画像データのデータ構造および間引き処理の概念を示す図である。図３のデータ圧縮装置を構成する差分符号化部における２次元差分符号化処理を例示して示す図である。ＣＴの画像データの例を示す図である。ＣＴの画像データに対する２次元差分符号化およびオフセットの効果を示す図である。プレーン分割部によるデータ分割の効果を説明する図である。図３に示すランレングス符号化部での符号化の説明図である。ランレングス符号化部における、圧縮対象数値を対象にした符号化のアルゴリズムを示す図である。図３のランレングス符号化部における、連続数に応じた符号化処理の例を示す図である。データスキャニング部によるスキャニング結果の例を示す図である。ハフマンテーブルの一例を示す図である。４ビット符号への符号化方式を表す図である。

符号の説明

１１画像のデータ
１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂビットマップデータ
１４非可逆の圧縮データ
１５可逆の圧縮データ
１００ホストコントローラ
１４０ＣＤＲＯＭ
１５０汎用インターフェースケーブル
２００インターフェース機器
２５０専用インターフェースケーブル
３００プリンタ
５００画像圧縮装置
５０５間引き処理部
５１０差分符号化部
５２０オフセット部
５２５エッジ検出部
５３０プレーン分割部
５４０Ｌプレーン圧縮部
５４１ハフマン符号化部
５４２モード切換部
５５０Ｈプレーン圧縮部
５５１ランレングス符号化部
５５２データスキャニング部
５５３ハフマン符号化部
５６０非ＴＲＵＥ画素圧縮部
５６１ビット短縮部
５６２ランレングス符号化部
５６３ハフマン符号化部
６００画像圧縮プログラム
６０５間引き処理部
６１０差分符号化部
６２０オフセット部
６２５エッジ検出部
６３０プレーン分割部
６４０Ｌプレーン圧縮部
６５０Ｈプレーン圧縮部
６６０非ＴＲＵＥ画素圧縮部

Claims

所定の単位ビット数で表わされる数値の連続で２次元的な画像を表した被圧縮データにデータ圧縮処理を施すデータ圧縮装置において、
被圧縮データを構成する数値の連続から周期的に数値を間引くことにより、その間引きで該被圧縮データから取り出された数値の連続からなる第１の被圧縮データと、残りの数値の連続からなる第２の被圧縮データとを作成する間引き処理部と、
前記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データに可逆圧縮処理を施す可逆圧縮部と、
前記画像中のエッジ部分を判定する判定部と、
前記間引き処理部で作成された第２の被圧縮データを構成する数値について、前記判定部で判定されたエッジ部分でない場合には、前記単位ビット数よりも少ないビット数の、該第２の被圧縮データを構成する数値に依存しない所定符号を出力し、エッジ部分である場合には、前記第１の被圧縮データを構成する数値に対して前記画像上で所定の位置関係にある数値については、その数値を前記単位ビット数よりも少ない第１の少ビット数で表現し直した数値を出力し、その位置関係にない数値については、その数値を該第１の少ビット数よりも更に少ない第２の少ビット数で表現し直した数値を出力する非可逆圧縮部とを備えたことを特徴とするデータ圧縮装置。
前記非可逆圧縮部が、数値を前記第１の少ビット数および／または第２の少ビット数で表現し直すに当たり、前記単位ビット数のビット値の下位桁を切り捨てるものであることを特徴とする請求項１記載のデータ圧縮装置。
前記可逆圧縮部が、
前記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データを構成する数値の連続について隣接する数値どうしの差分を求めることにより該差分を表わす数値の連続からなる新たな被圧縮データを生成する差分生成部と、
前記差分生成部によって生成された新たな被圧縮データを構成する各数値を所定値だけオフセットさせるオフセット部と、
前記オフセット部によって数値がオフセットされた被圧縮データの各数値を、前記単位ビット数よりも小さい所定の分割ビット数のところで上位ビット部分と下位ビット部分とに分けることによって、該被圧縮データを、各数値における上位ビット部分の連続からなる上位データと各数値の下位ビット部分の連続からなる下位データとに分割する分割部と、
前記分割部によって分割された上位データに対して可逆圧縮処理を施す上位データ圧縮部と、
前記分割部によって分割された下位データに対して可逆圧縮処理を施す下位データ圧縮部とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載のデータ圧縮装置。
前記判定部が、前記差分生成部によって求められた差分に基づいて前記画像中のエッジ部分を判定するものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記差分生成部が、第１の被圧縮データを構成する数値について、前記画像上で見てその数値に複数方向それぞれに隣接する複数の数値に基づいた２次元的な差分を求めるものであり、
前記判定部が、前記差分生成部によって求められた差分に基づいて前記画像中のエッジ部分を判定するものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記上位データ圧縮部が、上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、該圧縮対象数値と、該圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部を備えたものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記上位データ圧縮部が、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、該圧縮対象数値と、該圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
符号と数値を対応づけるテーブルを用いて、前記第１の符号化部で符号化された後のデータにエントロピー符号化を施す第２の符号化部を備えたものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記上位データ圧縮部が、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、該圧縮対象数値と、該圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
ハフマンテーブルを用いて、前記第１の符号化部で符号化された後のデータにハフマン符号化を施す第２の符号化部を備えたものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記上位データ圧縮部が、
上位データ中、１つもしくは複数の所定の圧縮対象数値を除く数値についてはそのまま出力するとともに、圧縮対象数値については、該圧縮対象数値と、該圧縮対象数値と同一の圧縮対象数値の連続数を表わす数値とに符号化して出力する第１の符号化部と、
前記第１の符号化部で符号化された後のデータ中に出現する数値のヒストグラムを求めるヒストグラム算出部と、
前記ヒストグラム算出部で求められたヒストグラムに基づき、符号と数値を対応づけるテーブルに、出現頻度の高い数値ほど符号長の短かい符号を割り当てる符号割当部と、
前記符号割当部で符号が割り当てられたテーブルを用いて、前記第１の符号化部で符号化された後のデータにエントロピー符号化を施す第２の符号化部を備えたものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記下位データ圧縮部が、符号と数値を対応づけるテーブルを用いて下位データにエントロピー符号化を施すものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記下位データ圧縮部が、ハフマンテーブルを用いて下位データにハフマン符号化を施すものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
前記下位データ圧縮部が、圧縮省略の指示を受けて下位データを無圧縮で出力するものであることを特徴とする請求項３記載のデータ圧縮装置。
プログラムを実行する情報処理装置内に組み込まれて該情報処理装置に、所定の単位ビット数で表わされる数値の連続で２次元的な画像を表した被圧縮データに対するデータ圧縮処理を実行させるデータ圧縮プログラムにおいて、
前記情報処理装置上に、
被圧縮データを構成する数値の連続から周期的に数値を間引くことにより、その間引きで該被圧縮データから取り出された数値の連続からなる第１の被圧縮データと、残りの数値の連続からなる第２の被圧縮データとを作成する間引き処理部と、
前記間引き処理部で作成された第１の被圧縮データに可逆圧縮処理を施す可逆圧縮部と、
前記画像中のエッジ部分を判定する判定部と、
前記間引き処理部で作成された第２の被圧縮データを構成する数値について、前記判定部で判定されたエッジ部分でない場合には、前記単位ビット数よりも少ないビット数の、該第２の被圧縮データを構成する数値に依存しない所定符号を出力し、エッジ部分である場合には、前記第１の被圧縮データを構成する数値に対して前記画像上で所定の位置関係にある数値については、その数値を前記単位ビット数よりも少ない第１の少ビット数で表現し直した数値を出力し、その位置関係にない数値については、その数値を該第１の少ビット数よりも更に少ない第２の少ビット数で表現し直した数値を出力する非可逆圧縮部とを構築することを特徴とするデータ圧縮プログラム。