(57)【要約】デジタルインクの圧縮は、デジタルインクにおける連続する要素間の二次差分を計算し（８０，８２）、その差分をハフマンエンコーダ（３０）に適用して圧縮されたビットストリーム（８４）を生成することにより行なわれる。高度に相関されていないデジタルインクについては、圧縮は、デジタルインクのセグメントをベジェ曲線または直交成分などの数学的形状によって表し（９２）、デジタルインクの代わりにその形状を送信すること（９４）によって行なわれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルインクのロスレス圧縮を行なう方法であって、
（ａ）複数のデジタルインクストロークを含むデジタルインクを座標からなるデジタルインク点に細分するステップと、
（ｂ）座標からなるデジタルインク点を配列要素を含む別個の座標配列に分割するステップと、
（ｃ）各座標配列において連続する配列要素間の二次差分を計算するステップと、
（ｄ）ハフマンエンコーダへ二次差分を適用して、圧縮されたビットストリームを生成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記座標がディスプレイの座標を表わすＸ軸値およびＹ軸値である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記座標が、その点がディスプレイに入力された瞬間の時間を表わす時間値をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記分割するステップがさらに、
各デジタルインク点に対してＸ軸座標を得て、そのＸ軸標をＸ軸座標配列に格納するステップと、
各デジタルインク点に対してＹ軸座標を得て、そのＹ軸座標をＹ軸座標配列に格納するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各デジタルインク点に対してＴ軸座標を得て、そのＴ軸座標をＴ軸座標配列に格納するステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記二次差分を計算するステップがさらに、
（ａ）一次差分を計算するために各座標配列中の連続する要素同士に対して減算を行なうステップと、
（ｂ）各一次差分を、配列要素を含む一次差分の配列に格納するステップと、
（ｃ）前記一次差分の配列中の連続する要素同士に対して減算を行なって二次差分を計算するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記座標配列がＸ軸要素、Ｙ軸要素およびＴ軸要素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記二次差分を計算するステップが、
（ａ）最初の２つの要素を各座標配列に格納するための最大ビット数を計算するステップと、
（ｂ）各座標配列において、Ａ、ＢおよびＣと称される連続した３つの要素を得るステップと、
（ｃ）前記連続した３つの要素から方程式Ｃ−２Ｂ＋Ａにより二次差分を計算するステップと、
（ｄ）前記最初の２つの要素を格納するための最大ビット数および前記二次差分を収集するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記座標がＸ軸要素、Ｙ軸要素およびＴ軸要素を含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記細分するステップは、
（ａ）アルファベットにおいて形状で表わされ得るセグメントに対してデジタルインクにおける点を配置するステップと、
（ｂ）それらの点を形状セグメントとして表示するステップと、
（ｃ）デジタルインクにおける点を表すために用いられた形状の表示を送信するステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
デジタルインクのロスレス解凍を行なうための方法であって、
（ａ）圧縮されたビットストリームをハフマンデコーダに適用して、二次差分を生成するステップと、
（ｂ）前記二次差分から連続する配列要素を計算するステップと、
（ｃ）配列要素を結合させて、デジタルインク点を形成するステップと、
（ｄ）前記デジタルインク点を連結させて、複数のデジタルインクストロークを含むデジタルインクを形成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記デジタルインク点が、ディスプレイの座標を表すＸ軸座標およびＹ軸座標によって表わされる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記デジタルインク点が、その点がディスプレイに入力された瞬間の時間を表わす時間座標をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記連続する配列要素を計算するステップが、
（ｄ）連続する二次差分を合算して一次差分を計算するステップと、
（ｅ）連続する一次差分を合算して連続する配列要素を計算するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記結合させるステップが、座標からなるデジタルインク点を形成するために、Ｘ軸座標の配列から配列要素を得るステップと、Ｙ軸座標の配列から配列要素を得るステップとをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記結合させるステップが、Ｔ軸座標の配列から配列要素を得て、時間値を含むデジタルインク点を形成するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
デジタルインクのロスレス圧縮を行なうための方法であって、
（ａ）デジタルインクにおける各ストロークをデジタルインク点に分割するステップと、
（ｂ）各デジタルインク点をＸ軸要素およびＹ軸要素に分割するステップと、
（ｃ）各Ｘ軸要素をＸ軸配列へ照合（ｃｏｌｌａｔｅ） し、各Ｙ軸要素をＹ軸配列へ照合するステップと、
（ｄ）Ｘ軸配列およびＹ軸配列において最初の２つの要素を表わす最大ビット数をそれぞれ計算するステップと、
（ｅ）Ｘ軸配列およびＹ軸配列における残りの要素の各々についてそれぞれ二次差分を計算するステップと、
（ｆ）前記二次差分をハフマンエンコーダへ適用して圧縮されたビットストリームを生成するステップとを含む方法。
【請求項１８】
デジタルインクのロスレス解凍を行なう方法であって、
（ａ）圧縮されたビットストリームをハフマンデコーダに適用して二次差分を生成するステップと、
（ｂ）Ｘ軸配列およびＹ軸配列に対して、それぞれ、Ｘ軸配列要素およびＹ軸配列要素を計算するステップと、
（ｃ）Ｘ軸要素およびＹ軸要素をそれぞれＸ軸配列およびＹ軸配列に分割するステップと、
（ｄ）Ｘ軸要素およびＹ軸要素を結合させてデジタルインク点にするステップと、
（ｅ）デジタルインク点を結合させてデジタルインクストロークにするステップとを含む方法。
【請求項１９】
デジタルインクのロスレス圧縮を行なうための方法であって、
（ａ）デジタルインクストロークを点に分割するステップと、
（ｂ）前記点を座標成分に変換するステップと、
（ｃ）各座標成分において連続する点に対して微分を計算するステップと、
（ｄ）圧縮されたデジタルインクを表わす微分を送信するステップとを含む方法。
【請求項２０】
デジタルインクのロスレス解凍を行なう方法であって、
（ａ）圧縮されたデジタルインクを受信するステップと、
（ｂ）圧縮されたデジタルインクを表わす微分から座標成分を計算するステップと、
（ｃ）前記座標成分を連続する点に変換するステップと、
（ｄ）前記点を結合させてデジタルインクストロークにするステップとを含む方法。
【請求項２１】
デジタルインクの実質的なロスレス圧縮を行なう方法であって、
（ａ）アルファベットにおいて形状によって表され得るセグメントに対してデジタルインクの点を配置するステップと、
（ｂ）前記点を形状セグメントとして表すステップと、
（ｃ）デジタルインクにおける点を表すために用いられた形状表示を送信するステップとを含む方法。
【請求項２２】
前記アルファベットが多角形、楕円形、長方形およびベジェ曲線を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記点を配置するステップが、
（ａ）デジタルインクにおける点のストリームをアルファベットにおいて形状と比較するステップと、
（ｂ）前記点のストリームをアルファベットにおいて形状のうちの１つで置き換えることにより、ほぼ同じ情報量でデジタルインクを定義するかを判定するステップとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記点を表すステップが、前記形状で置き換えられた点の数を示すステップと、前記点を形状で置き換えるステップとをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
デジタルインクの実質的なロスレス解凍を行なうための方法であって、
（ａ）デジタルインクにおける点の形状表示を受信するステップと、
（ｂ）前記形状表示をデジタルインクにおける点に翻訳するステップとを含む方法。
【請求項２６】
前記形状が多角形、楕円形、長方形およびベジェ曲線を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
デジタルインクの圧縮を行なうための装置であって、
（ａ）デジタルインクを読み込むための捕捉手段を含むディスプレイ・インターフェースと、
（ｂ）捕捉されたデジタルインクを、座標からなるデジタルインク点に翻訳するアナログ−デジタル変換器と、
（ｃ）前記座標を座標配列に分割するデジタルプロセッサーと、
（ｄ）二次差分を生成するために、各座標配列中の座標間のオフセットを計算するための差分解析器と、
（ｅ）コード化されたビットストリームを生成するために、二次差分の発生のヒストグラムを生成するハフマンエンコーダとを備える装置。
【請求項２８】
前記座標がディスプレイの座標を表わすＸ軸値およびＹ軸値である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記座標が、その点がディスプレイに入力された瞬間の時間を表わす時間値をさらに含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
リモートコンピューターに送信するために、コード化されたビットストリームをデータパケットにカプセル化するビットストリームプロセッサーをさらに備える請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
デジタルインクの解凍を行なうための装置であって、
（ａ）コード化されたビットストリームを得て、二次差分の発生ヒストグラムを生成するハフマンデコーダと、
（ｂ）二次差分からの座標を計算する合計解析器と、
（ｃ）座標を含むデジタルインクを形成するデジタルプロセッサーと、
（ｄ）座標を含むデジタルインクをデジタルインク点に翻訳するデジタルアナログ変換器と、
（ｅ）ディスプレイ上にデジタルインク点を表示するための手段を含むディスプレイ・インターフェースとを備える装置。
【請求項３２】
前記座標がディスプレイの座標を表わすＸ軸値およびＹ軸値である、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記座標が、その点がディスプレイに入力された瞬間の時間を表わす時間値をさらに含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
リモートコンピューターから、圧縮されたデジタルインクを備えたコード化されたビットストリームを読み込むビットストリームプロセッサーをさらに備える請求項３１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、デジタルインクおよび電子画像のような用途を目的とした、デジタル情報を圧縮する方法および装置、並びに、より一般化された圧縮および復元の応用例に関する。
【０００２】
（背景技術）
最近、高度に携帯可能、ポケットサイズ、または着用さえ可能な非常に小形のコンピューター装置の市場が急成長している。しかしながら、これらの装置内へテキスト情報を入力することは難問である。これら装置の多くは、小型であるために、フルキーボードをサポートすることができない。そのような小型装置へ情報を入力するための自然な方法としては、ペンまたはスタイラスのような電子デジタイザを使用して、データをコンピューターのディスプレイ上に直接書き込むことによる方法がある。ペンによる手書き入力を解釈する小型コンピュータは、多くの場合、「ペン・ベース」コンピューターと呼ばれる。図１に示されるように、ペン・ベース・コンピューターシステム１０は、ペン１４またはスタイラスのような筆記器具、およびディスプレイ１２を備える。ユーザは、ディスプレイ１２上に直接「書き込む」ことにより情報を入力することが可能である。代表的なペン・ベース・コンピューターシステム１０において、ユーザはディスプレイ１２にペン１４で触れて、あたかも１枚の紙上に書くように、すなわち、一連のペンストロークを生成することによって、文字、単語、図または他の模様を形成する。ペン先の移動経路に従って、生じた直線または曲線がディスプレイ１２に現われ、ちょうど手書きのインクがノートのページ上に現われるかのように、ペンストロークがデジタル「インク」としてディスプレイ１２に現われる。したがって、デジタルインクにより、それは筆記装置を用いて、ペン・ベース・コンピューターのようなコンピューター装置へ情報を入力する場合に、ユーザーによって生成される動的なトレースを意味する。ペン・ベース・コンピューターシステム１０は１つ以上のストロークの形態にあるデジタルインクを捕捉し得る。そのストロークは、スタイラスの先端が筆記面と接触する点と、スタイラスの先端が筆記面から離れる点との間の直線または曲線である。通常は、ペン・ベース・コンピューターシステム１０は、ペン１４またはスタイラスの位置を時間の関数としてデジタル化して、デジタルインクベクトルを生成する。
【０００３】
ペン・ベース・コンピューターシステム１０、通常は、所定のサンプリング周波数で各手書きストロークに沿った点をサンプリングする。ペン・ベース・コンピューターシステムは、通常は、１秒あたり２００サンプル点以内の割合で手書きデータをサンプリングし得る。コンピューターのサンプリング・レートが一定である場合、ストロークに沿ってサンプリングされる点（以下、「サンプル点」とする）の数は図形データが手書きされる速度に反比例して変化する。手書きが速いほど、ストロークに沿ったサンプル点の数は少数であり、手書きが遅いほど、ストロークに沿ったサンプル点の数は多くなる。さらに、サンプリング・レートが高いほど、１ストローク当たりのサンプル点の数は多くなり、サンプリング・レートが低いほど、１ストローク当たりのサンプル点の数は少なくなる。例えば、毎秒１００点のサンプリング・レートでは、ユーザが書くのに１秒かかる場合、図２におけるストローク４２は１０００個のサンプル点を含む。デジタルインクの代表的なページは何百ものストロークおよび何万ものサンプル点を含み得る。
【０００４】
ペン・ベース・コンピューターシステム１０は、サンプリングされた点をデータ・ストリームとして受信し、図３に示されるようなＤＲＡＭ（ＤＲＡＭ）のようなメモリに格納する中央処理装置（ＣＰＵ）を備える。それらの点は、図３に示されるようなフラッシュメモリーに格納されたソフトウェアルーチンによってさらに処理され得る。さらに、デジタルインクがペン・ベース・コンピューター１０からリモートコンピューターに送信され得るように、ペン・ベース・コンピューターシステムは、多くの場合、ホストコンピューターシステムに無線で接続されている。ペン・ベース・コンピューター１０によって生成されるデジタルインクが送信される場合、多くのサンプリングされた点を転送する必要がある。例えば、非圧縮形態で、各点が４バイトとして表わされる場合、図２のストローク４２の１０００個のサンプリングされた点は４０００バイトからなる。
【０００５】
そのような大きなデータストリームを有することに関する特定の問題点は、記憶装置必要容量が大きいということである。デジタルインクを圧縮可能にすることにより、ペン・ベース・コンピューターシステムにおいて使用されるメモリをより少なくすることが可能となる。よって、これにより、ペン・ベース・コンピューターシステムをより小型に設計・製造することが可能となる。したがって、ペン・ベース・コンピューターシステムにおいて、デジタルインクを効率的に格納することにより、過度のメモリを要することなく作動することが望ましい。大きなデータストリームに関する別の問題点は、特に無線モデムのような低帯域幅の通信チャネルを使用する場合、リモートコンピューターに送信するのにより長い時間を要するということである。一般に、無線リンクを介してデジタルインクまたは他のイメージデータを転送するには相当に時間が掛かることがあり、それはシステム性能に対して「ボトルネック」すなわち制限ファクタとなる。システムがインクを解釈して転送するのを待つことは、ユーザの作業の流れまたは思考の過程を妨害または中断させたり、あるいはユーザーに単にフラストレーションを与えて苛立たせたりすることがある。したがって、デジタルインクを効率的に送信し、よってより速く作動するペン・ベース・コンピューターシステムが望ましいだろう。
【０００６】
データストリームのサイズを低減するために、ペン・ベース・コンピューターはデジタルインクのサンプル点に関して圧縮を行なってデータを簡潔に表現し得る。当業技術において、ペン・ベース・コンピューターシステムに圧縮ソフトウェアを格納し、ＣＰＵにそのソフトウェアを実行させてデータ・ストリームの圧縮を行なうことが周知である。ディスプレイによって捕捉されたデジタルインクがデカルト座標またはベクトル座標においてＸバイトの記憶域をとる場合、圧縮は、ＸバイトをＣ＊Ｘバイト（Ｃ＜１）に縮小するであろう。Ｃは圧縮比、すなわち圧縮ソフトウェアによって行なわれた圧縮の量を表わす。したがって、Ｃ＝０．５０の場合、１０００バイトの捕捉されたデジタルインクは、捕捉されたデータストリームに関して圧縮を行なうことにより５００バイトに縮小され得る。
【０００７】
圧縮されたデータストリームは、最終的には、恐らくリモートコンピューターによって実行される解凍ソフトウェアによって解凍される。理想的には、解凍されたデータストリームは、捕捉されたデータストリームと同一のものになる。それらが同一である場合には、その圧縮ルーチンは「ロスレス圧縮」、すなわち、情報の損失を伴わない圧縮と称される。しかしながら、解凍されたデータストリームが捕捉されたデータストリームに対してわずかでも異なる場合には、その圧縮ルーチンは「不可逆圧縮（ロッシー圧縮）」と称される。圧縮中に一部の情報が「損失」されるため、捕捉されたデータストリームを正確に復元することができない。
【０００８】
いくつかの用途では、圧縮が損失することなく行なわれることが必要とされる。例えば、商取引において使用されるペン・ベース・コンピューターでは、クレジットカード支払いを容易にするために送信される署名が損失することなく送信されることが必要とされ得る。当然、商店主および顧客は、データストリームの完全性に対して最高の注意を払って署名の検証が行なわれ、圧縮中にその情報が失われないことを要求し得る。これとは対照的に、アニメーションの送信は、損失がある方法で行なわれてもよい。ペン・ベース・コンピューターのユーザは、たとえ元のデータストリームが誠実に復元・抽出されなくても気にせず、情報の損失を許容することがある。
【０００９】
デサイ（Ｄｅｓａｉ） ら（ペンウェア・インク （Ｐｅｎｗａｒｅ，Ｉｎｃ））に付与された米国特許第６，０１１，８７３号は、署名データのロスレス圧縮用の圧縮アルゴリズムについて記載している。デサイのアルゴリズムは、圧縮を達成するためにデータストリーム中の連続する点の間の微分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）を計算する。このアルゴリズムは、重複するデータ点を廃棄し、ある種のデジタルインクに対して捕捉されたデータストリームの圧縮を達成する。データストリーム中の連続する点が高度に相関していない場合（例えば、震えた手書きの線、コンピューター画像またはグラフィックのアニメーションのように）には、重複するデータ点を廃棄するだけであり、連続する点の間の微分をとるだけであることから、達成される圧縮の量が制限される。したがって、デサイアルゴリズムを使用して圧縮を行なうことにより、最良に圧縮されておらず、捕捉されたデータストリームより大きくなることさえある、圧縮データストリームが生成される。
【００１０】
改善された圧縮システムおよび方法は、特にデジタルインクの圧縮を行う非常に小型の携帯用装置用に所望される。特に圧縮を用いるペン・ベース・コンピューターシステムおよび他のハンドヘルド機器のような非常に小型の携帯用装置向けに、デジタルインクを圧縮するための効率的な新システムが必要とされている。
【００１１】
本発明の様々な態様について、以下の図面および発明の詳細な説明において、より詳細に述べる。
（発明の開示）
概して、本発明はデジタルインクの実質的なロスレス圧縮の方法および装置に関する。一態様において、デジタルインクの実質的なロスレス圧縮は、デジタルインクストリームにおけるストロークを点に細分することにより行なわれ、その点は配列に分割される。その配列中の連続した点を用いて二次差分を計算し、その二次差分はハフマン・エンコーダに適用されて、デジタルインクストリームの圧縮を達成する。さらに、別の態様において、デジタルインクの圧縮は、圧縮されたデジタルインクの解凍を含み得る。本発明の様々な態様はハードウェアおよびソフトウェアのいずれか一方、または双方において実施することが可能である。
【００１２】
本発明の圧縮スキームは、様々なコンピューターシステム、例えば、図４に示されるようなＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）という商標名で販売されているハンドヘルドコンピューター１６に組み入れられ得る。ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６は情報の発信元として機能し、タッチスクリーン液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１８からの手書き情報の入力を許容する。さらにＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６は、無線リンク２０を介したリモートコンピューターとの通信を可能にする。該圧縮スキームは、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６に関して説明されるが、本発明の実施形態はセル式電話のような他の無線通信装置に有益であり得る。さらに、本発明の圧縮スキームは、陰極線管（ＣＲＴ（画面））ディスプレイを備えたデスクトップコンピューターまたは同等のコンピューター、および関連するハードウェア上で行なわれてもよい。
【００１３】
図３を参照すると、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）  ハンドヘルドコンピューター１６の単純化されたアーキテクチャーが示されている。ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６は、通常は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）のようなメインメモリ、フラッシュメモリー、電源、スピーカー、ディスプレイ１８、キーパッド、および関連する制御回路を備える。さらに、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６は、ペンまたはスタイラス（図３には図示せず）を備える。従来公知のハンドヘルドコンピューターにおいて、筆記器具はスタイラスまたはペンであるが、筆記器具は制限されるものではなく、マウス、トラックボール、ポインターのような任意の他の入力装置であってもよいし、またはユーザーの指であってもよい。さらに、手書きデータを許容可能であるコンピューターシステムは、人間のユーザによって生成されたデータを受信することに必ずしも制限されてはいない。例えば、機械によって生成されたデータも、このようなシステムに入力され、許容され得る。
【００１４】
通常は、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）は、Ｘビットの解像度、例えば３８０×２８０ピクセルを提供する液晶ディスプレイを備える。そのディスプレイは、装置に対するユーザ入力を可能にするペンに接続している。また、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）は、約Ｘピクセル／秒のサンプリング・レートでユーザー入力を捕捉する。サンプリング・レートは、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）上で実行されているアプリケーションによって変動し得る。例えば、デジタル署名アプリケーションに対しては、サンプリング・レートはＹピクセル／秒であるが、カレンダーアプリケーションに対しては、サンプリング・レートはＹピクセル／秒より低いことがある。
【００１５】
ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６はリモートコンピューターと通信するためのトランシーバーを備える。ＣＰＵは、ＬＣＤからのデジタルインクの圧縮およびＬＣＤ上に表示するためのリモートコンピューターからのデジタルインクの解凍を行なう。トランシーバーは、リモートコンピューターに対してデジタルインクを送受信するために、ＣＰＵとインターフェース接続する。要約すると、ＣＰＵはＬＣＤから捕捉されたデータを読み込み、捕捉されたデータを表わす圧縮されたビットストリーム（以下、「圧縮ビットストリーム」とする）を生成する。ＣＰＵは圧縮ステップのシーケンスを適用して、捕捉されたデータを表わすために使用されるビットの数を低減する。その後、生成された圧縮ビットストリームは、トランシーバーに出力され、リモートコンピューターに送信されるか、または後で送信するために、メモリ内に格納され得る。さらに、当業者には、代替実施形態において、捕捉されたデータがオフラインで格納されてもよいし、圧縮が後続する非実時間処理の一部であってもよいことが理解されよう。
【００１６】
図５を参照すると、図３に示したＣＰＵによって行なわれる圧縮および解凍の簡略化された機能ダイアグラムが示されている。背景で言及したように、圧縮および解凍は、一般に、ペン・ベース・コンピューターシステム１６のＣＰＵ上で実行されるソフトウェアによって行なわれる。ソフトウェアは全体として、一般にＣＯｍｐｒｅｓｓｏｒ（圧縮するもの）  ＤＥＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ（解凍するもの）の略語である「コーデック（ＣＯＤＥＣ）」と称される。例証となる実施形態において、デジタルインクの圧縮は、ＬＣＤインターフェース２２、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２４、デジタルプロセッサー２６、差分解析器２８、ハフマンエンコーダ３０、およびビットストリームプロセッサー３２によって行なわれる。
【００１７】
ユーザがペンでタッチスクリーンに書き込むと、ＬＣＤインターフェース２２はディスプレイ１８から受信したデータを捕捉するように機能する。ユーザが書き込むと、ディスプレイ１８内の感圧センサがペンのユーザによる描画位置に応答する。ディスプレイ１８は、生の１２ビットのピクセル解像度、例えば４０９６×４０９６ピクセルを提供する。よって、捕捉されたデータ内の点のＸ軸およびＹ軸の座標値は、０から４０９６まで変化し得る。圧縮スキームは、捕捉されたデジタルインク内の点に対するＸ軸座標値およびＹ軸座標値に関して記述されるが、デジタルインクは時間を表す付加的な座標値に関しても記述され得る。例えば、別の実施形態において、捕捉されたデジタルインク内の点のＸ軸、Ｙ軸およびＴ軸（ここで、Ｔは時間値を表わす）の座標値が、デジタルインクを表し得る。付加的な時間値座標は、デジタル署名検証、アニメーションおよび動画像のようなアプリケーションに有用であり得る。さらに、デジタルインクは、緯度線および経度線のような他の座標系、または動径ベクトルおよび角度によって表わされてもよい。
【００１８】
ＡＤＣ２４は捕捉されたデジタルインクをデジタルの形態に変換するために機能する。ＡＤＣ２４はアナログペン位置をディスプレイのＸ軸座標およびＹ軸座標に変換する。例えば、捕捉されたデジタルインク内の第１の点は座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を有するものとして表わされ得る。捕捉されたデジタルインクストリームの次の連続する点は、座標（Ｘｉ＋１、Ｙｉ＋１）を有するであろう。これらの点は必ずしも重なり合わないので、第２の点は第１の点に対して（Ｘｉ＋１−Ｘｉ，Ｙｉ＋１−Ｙｉ）のような差の距離によって参照され得る。ＡＤＣは任意のアナログの捕捉された信号をデジタル化することに適した任意の手段であってよい。
【００１９】
デジタルプロセッサー２６は点のＸ軸座標およびＹ軸座標を２つの配列に分けるように機能する。一方の配列が、Ｘ軸座標をすべて保持し、別の配列がＹ軸座標をすべて保持する。例えば、Ｘ配列は、点（Ｘｉ，Ｘｉ＋１，Ｘｉ＋２，．．．，Ｘｊ、ここでＸｊは捕捉されたデジタルインクストリームの０から最後の点までの数である）を含むであろう。Ｙ配列は点（Ｙｉ，Ｙｉ＋１，Ｙｉ＋２，．．．，Ｙｊ、ここで、Ｙｊは捕捉されたデジタルインクストリームの０から最後の点までの数である）を含むであろう。さらに、デジタルプロセッサー（ブロック２６）は、配列中の最初の２点を表すのに有用な最大ビット数を計算する。
格納する最大ビット数Ｘ１＝ｃｅｉｌｉｎｇ（ｌｏｇ２（Ｘ１））＋ｓｉｇｎ（Ｘ１）
格納する最大ビット数Ｘ２＝ｃｅｉｌｉｎｇ（ｌｏｇ２（Ｘ２））＋ｓｉｇｎ（Ｘ２）
【００２０】
Ｙ配列中の初めの２点に対して同じ計算を行なう。差分解析器２８は、各配列中の後続の点の計算を行なう。
差分解析器２８は、連続する点同士の間のオフセットを計算するように機能する。連続する点同士の間に高い相関性があるので、各配列中の連続する点に関して差分解析を行なうことによって圧縮が行なわれる。各ストロークにおける点はディスプレイ上にランダムに分配されるのではなく、高度に配列される。例えば、手書きは直線および滑らかな曲線から成り、このことは連続点が互いに十分に接近していることを暗示する。例えば、直線に関して、各点はｘ方向およびｙ方向に離れる一定数のピクセルであるので、連続する点は１の因数だけ変化するであろう。滑らかな曲線については、あるストローク内における連続する点は高度に相関されているので、連続点は３の因数だけ変化し得る。したがって、連続する点同士の間の差に対する確率密度関数は小さな値域、例えて言えば、±３の間にあるであろう。連続する点の間の差は以下のように算出することができ、「一次差分（ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）」と称される。
ＸΔ＝Ｘｉ＋１−Ｘｉ
ＹΔ＝Ｙｉ＋１−Ｙｉ
【００２１】
デジタルインクに関する圧縮の研究を行なうことにより、連続する一次差分同士間の差（「２次差分」と称される）をとることによって、一次差分より良好に関連づけられることが示されている。二次差分（Ｘ２Δ）は以下のように与えられ得る。
2004533132.tif 000003
【００２２】
Ｙ軸の点においても同じ計算を行なって、以下を算出する。
2004533132.tif 000004
Ｘ軸点およびＹ軸点の二次差分を計算した後に、その結果はハフマンエンコーダ３０へ入力される。ハフマンエンコーダ３０は、Ｘ軸およびＹ軸データに対して二次差分の発生のヒストグラムを生成し、二次差分を表わすのに最小のビット数が用いられるように、そのヒストグラムを使用して二次差分を効率的にコード化する。ハフマンエンコーダ３０の出力は、圧縮した捕捉されたデジタルインクを表わす、コード化されたビットストリームである。当業者には、ハフマンエンコーダの代わりに、任意の適切な整数エントロピーエンコーダも使用されてもよいことが理解されよう。例えば、演算エンコーダが使用されてもよく、捕捉されたビットストリームが演繹的に未知でない場合にアプリケーションを流すためには、ハフマンエンコーダより最適である。
【００２３】
最後に、ビットストリームプロセッサー３２は、圧縮ビットストリームを圧縮スキームのバージョン番号、およびデジタルインクを復元するのに役立つ他の情報を含むデータフレームにカプセル化するように機能する。行なわれた圧縮のタイプなどの情報は、その情報がリモートコンピューターに送信された後に、デジタルインクを復元するのに有用であり得る。当業者には、コード化されたデジタルインクビットストリームが、電話回線、ＲＥアンテナ、ローカルエリアネットワークまたは広域ネットワークのような任意の適切な送信手段を使用して送信され得ることが理解されよう。
【００２４】
今度は解凍の動作について説明する。解凍は圧縮の逆である。デジタルインクの解凍はビットストリームプロセッサー３８、ハフマンデコーダ３６、合計解析器３４、デジタルプロセッサー２６、デジタルアナロク変換器（ＤＡＣ）２４およびＬＣＤインターフェース２２を備える。
【００２５】
まず、圧縮ビットストリームは、トランシーバーによってリモートコンピューターから受信される。ビットストリームプロセッサー３８は、リモートコンピューターから受信されたデータを圧縮されたビットストリームおよびバージョン番号を含む情報に拡張するように機能する。バージョン番号は圧縮を行なうためにどのタイプの圧縮スキームが使用され、よって解凍を行なうためにどのタイプの圧縮スキームを使用しなけれならないかを判定するために用いられる。次に、圧縮ビットストリームをハフマンデコーダ３６に送り、その圧縮ビットストリームをＸおよびＹの復号された二次差分成分（以下、「復号二次差分」とする）にマップする。その後、ＸおよびＹの復号二次差分成分は、Ｘ軸点およびＹ軸点へ合算される。その場合、合計解析器３４が以下の計算を行う。
Ｘｉ＋２＝ＸΔ２＋２Ｘｉ＋１−Ｘｉ
Ｙｉ＋２＝ＹΔ２＋２Ｙｉ＋１−Ｙｉ
【００２６】
デジタルプロセッサー２６は、Ｘ軸配列およびＹ軸配列中の点を用いて、（Ｘｉ，Ｙｉ）データの順序対を組み立てるように機能する。ＤＡＣ２４は、（Ｘｉ，Ｙｉ）データの順序対を用いて、アナログペン位置に変換するように機能する。ＬＣＤインターフェース２２はユーザのタッチスクリーンディスプレイ上にアナログペン位置を表示するように機能する。
【００２７】
例証となる実施形態において、図４の圧縮および解凍の作業は、１つのシステム、すなわち図３のＣＰＵ上で実行されているコーデックにて行なわれる。本発明の代替実施形態において、コーデックの異なる成分をすべて含む２つの別個のシステムがデジタルインクを圧縮し解凍するために使用されてもよい。当業者には、双方のシステムを使用してリアルタイムのデジタルインク画像の代わりにオフラインのデジタルインク画像を圧縮し解凍してもよいことが理解されよう。
【００２８】
図６を参照すると、本発明の例証となる実施形態に従った、デジタルインクを圧縮する方法のブロック図が示されている。さらに、捕捉されたデジタルインクストリームが情報を損失することなく圧縮されるので、該圧縮方法はロスレス圧縮方法と評される。ロスレス圧縮方法は、デジタルインクストロークにおいて連続する点に対して二次差分を計算し、その二次差分を圧縮するためにハフマン解析を行なう。特に、該ロスレス圧縮方法は、（ａ）デジタルインクでの各ストロークを複数の点に分割するステップ（ブロック７２）と、（ｂ）各点をＸ軸配列およびＹ軸配列に分割するステップ（ブロック７４）と、（ｃ）Ｘ軸配列およびＹ軸配列において最初の２点を表す最大ビット数を計算するステップ（ブロック７６，７８）と、（ｄ）Ｘ軸配列およびＹ軸配列において残りの各点の二次差分を計算するステップ（ブロック８０，８２）と、（ｅ）二次差分に関してハフマンコード化解析を行なうステップとを含む。
【００２９】
本発明によれば、ロスレス圧縮方法は、汎用コンピューターシステム、および専用デジタル信号プロセサ（ＤＳＰ），（ＡＳＩＣ）もしくは他の専用デジタル（もしくはアナログ）論理システムのいずれか一方によるか、またはそれら双方によって実行され得る。例証となる実施形態において、ロスレス圧縮方法は、好ましくは、図４のコーデックによって実施される。プログラムされた汎用コンピューターシステムによる実施の例として、以下のプログラムは、モトローラＭ＊ＣＯＲＥ（商標）マイクロプロセッサに基づくシステムに基づくものなどのプログラムされた汎用コンピューターシステムを使用し得る。この点に関し、以下のＣプログラムは、デジタルインクのロスレス圧縮のためのＣコード出力を生成する。Ｃプログラムは、デジタルインクにメモリを割り付けて（プログラム中では「ｐＢｉｔＳｔｒｅａｍ」と称される）、ストロークを点に細分し、その点をＸ軸配列およびＹ軸配列に分け、連続した点の二次差分を計算し、その二次差分をコード化し、その結果をビットストリームオブジェクトに書き込む。Ｃ関数「ＬｘＳ＿Ｃｏｍｐｒｅｓｓ＿ＨｕｆｆｍａｎＣｏｍｐｒｅｓｓＴｏ ＢｉｔＳｔｒｅａｍ」（コードは示さず）は二次差分配列「ｐＤａｔａ 」に対してハフマンコード化を行なう。
【表１】
2004533132.tif 000005
2004533132.tif 000006
【００３０】
各ストロークは、点のベクトルからなる。各点は２次元（ｄｏｕｂｌｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）配列または３次元（ｔｒｉｐｌｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）配列のいずれかである。例証となる実施形態中で、点が２次元配列である場合、点はｘ座標およびｙ座標を表わす。先に言及したように、別の実施形態においては、点は３次元配列であってもよい。その場合、ある点はＸ軸座標値、Ｙ軸座標値およびＴ軸座標値を表わす。当業者には、本発明が様々な種類のベクトル差分で実施され得ることが理解されよう。
【００３１】
先に述べたように、図３のＣＰＵ上で実施されるロスレス圧縮方法は、デジタルインクシーケンスに対する二次差分を計算して圧縮ビットストリームを生成する。当業者には、本発明は、１つは一次差分を算出し、もう１つは二次差分を算出する、下記の２つの計算によって実施され得ることが理解されよう。
１．ＸΔ１＝Ｘｉ＋１−Ｘｉ，ＸΔ２＝Ｘｉ＋２−Ｘｉ＋１
２．Ｘ２Δ＝ＸΔ２−ＸΔ１
【００３２】
本発明を使用してコード化されたデジタルインクシーケンスは、単一のデジタルインクストローク（あるいは単一のストロークの一部）から任意の多数のストロークまでの任意のストロークを含み得ることが理解されよう。さらに、本発明は、単一のデジタルインクストリーム内に含まれる多数のデジタルインクシーケンスの各デジタルインクシーケンスを圧縮するために使用されてもよい。その場合、各デジタルインクシーケンスは所定数のストロークを表わすか、または各デジタルインクシーケンスが同様のデジタルインクストロークを含む画像に相当する。当業者には、本発明を信号の差に依って手書きを表すかまたは構成する信号を表わす他の処理アプリケーションにおいて使用することが可能であることが理解されよう。
【００３３】
表１は、ペンベース・コンピューターシステムにおいて、モトローラが使用した従来の圧縮技術と本発明を使用した圧縮との比較を示す。表１において、１列目は、図の名称を記載しており、２列目、１列目に示した図の圧縮されていないサイズを列挙している。３列目および４列目は、１列目の図中のストロークおよび点の数を列挙している。５列目および６列目は、２つの圧縮スキームを使用した圧縮ファイルのサイズを表わす。７列目は、本願で説明したロスレス圧縮スキームを使用した圧縮ファイルのサイズを表わす。５列目は、一次差分を計算し、その差分をコード化することによって、圧縮を行なうコーデック１を記載している。図８について、捕捉されたデータストリームは２５２０バイトであり、一次差分をコード化することにより、７８２バイトである圧縮データストリームが生成される。６列目は、一次差分を計算し、その差分をハフマンエンコーダに入力し、そのハフマンエンコーダの出力をコード化することにより圧縮を行なうコーデック２を記載している。図９について、捕捉されたデータストリームは６１１２バイトであり、一次差分のコード化とハフマンエンコーダを使用することにより、１１２５バイトである圧縮データストリームが生成される。７列目は、本発明の実施形態におけるように、二次差分を計算し、その二次差分をハフマンエンコーダに入力し、そのハフマンエンコーダの出力をコード化することによって圧縮を行なうコーデック３を記載している。これが３つの圧縮スキームすべての中で最も効率的なものであることに留意されたい。図１０について、捕捉されたデータストリームは６５４８バイトであり、二次差分をコード化し、ハフマンエンコーダを使用することによって、１０８８バイトである圧縮データストリームが生成される。コーデック３は図１０を元のサイズのおよそ６分の１に効果的に縮小する。
【表２】
2004533132.tif 000007
【００３４】
図７を参照すると、本発明の例証となる実施形態に従った、デジタルインクのロスレス圧縮のための別の方法のブロック図が示されている。該ロスレス圧縮方法は、図３のＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）ハンドヘルドコンピューター１６によって捕捉されたデジタルインクを圧縮する。そのロスレス圧縮方法は多重微分（ｍｕｌｔｉ− ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ） デジタルインク圧縮スキームを実施する。すなわち、該方法は複数の微分、例えば捕捉されたデジタルインクの連続する点の間における差分（「一次差分」と称される）、その差分の差分（「二次差分）と称される）などを計算する。本方法は、各次元の差分によって、１つ以上の後続する差分計算において使用されるデータを生成する。本方法は、特に好ましくは、捕捉されたデジタルインクの二次差分を計算する。
【００３５】
本発明によれば、デジタルインクを圧縮する方法は、（ａ）デジタルインクストロークを点に分割するステップ（ブロック６２）と、（ｂ）それらの点を座標成分に変換するステップ（ブロック６４）と、（ｃ）各座標成分中の連続する点に対して微分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）を計算するステップ（ブロック６６）と、（ｄ）圧縮したデジタルインクを表わす微分を送信するステップ（ブロック６８）を備えるものと説明される。
【００３６】
微分を計算するステップは、連続する点の間の差分のコード化が、デジタルインクが捕捉された場合にそのデジタルインクを送信するより効率的になるように、デジタルインクストロークにおいて高度に関連づけられた点を得るように機能する。さらに、微分を計算するステップは反復して行なわれてもよい。例証となる実施形態において、微分を計算するステップは以下の２つのステップ、すなわち、（ａ）各座標成分中の連続点に対して第１の微分を計算するステップと、（ｂ）各座標成分における第１の微分から少なくとも１つ以上の微分を計算するステップとを含む。先に述べたように、サンプルデータは、連続点間の二次差分を得ることにより圧縮される。しかしながら、捕捉されたデータストリームがさらに高度に相関している場合には、三次差分を計算することにより、さらにより高度に圧縮されたデジタルインクストリームを生成し得る。そのような状況で、最初の３つのデータ点は、元のデジタルインクストリームを復元するのに有用であり、かつ送信される必要がある。
【００３７】
高度に関連づけられないデジタルインクについては、上記に記載したロスレス圧縮スキームは捕捉したデータストリームを圧縮しないことがある。そのような状況については、図１１に示す圧縮スキームを使用してもよい。実質的なロスレス圧縮方法は、（ａ）アルファベットにおいて形状によって表わされ得るセグメントに対してデジタルインクにおける点を配置するステップ（ブロック９０）と、（ｂ）前記点を形状セグメントとして表すステップ（ブロック９２）と、（ｃ）デジタルインクにおける点を表すために用いられた形状の表示を送信するステップ（ブロック９４）とを含む。図１１の圧縮スキームにおいて、実質的なロスレス（損失がないこと）とは、圧縮中に失われた情報がサンプリング誤差未満であるか、またはサンプリング誤差の大きさのオーダー未満であり得るものと定義される。例えば、サンプリング・レートがＸである場合に、圧縮中に失われた情報量がＸのオーダーであれば、図１１の方法は実質的なロスレスであり得る。本発明の目的のためには、実質的なロスレスとは、圧縮および解凍を行なう際の、ＰＡＬＭ  ＶＩＩ（商標）のサンプリング誤差が機器のサンプリング・レート内にあることを意味する。さらに、様々な種類のセグメントに対して異なる種類の誤差があり得る。
【００３８】
アルファベットにおいて形状によって表わされ得るセグメントに対してデジタルインクの点を配置するステップは、それらの点を含むセグメントが事前に定義された形状によって表わされ得るかを判定するために点のストリームを試験することを必要とする。形状は、多角形、楕円形、長方形およびベジェ曲線のようなオブジェクトを含む。次の形状セグメントとして点を表すステップでは、点のストリームを形状の表示に置き換える必要がある。例えば、図１２において、下記の方程式によって定義されたベジェ曲線によって表わされ得るデジタルインクストロークが示されている。
Ｂ３（ｔ）＝（１−ｔ）３Ｐｏ＋３ｔ（１−ｔ）２Ｐ１＋３ｔ２（１−ｔ）Ｐ２＋ｔ３Ｐ３
【００３９】
このように、図１２に示されるデジタルインクストロークを表わすステップは、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２およびＰ３によって結合される点のストリームを置き換え、上記方程式によって定義されるベジェ曲線に置換することを必要とする。圧縮は、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２およびＰ３によって結合される点のストリームを、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の４点とストロークをベジェ曲線として識別する表記法とで置き換えることにより達成される。最後に、点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２およびＰ３、並びに表記法がリモートコンピューターに送信される。この種の圧縮を使用すると、元のデジタルインクは、情報の損失を伴って送信されるので、その圧縮は「実質的なロスレス」と称される。実質的なロスレス圧縮は、元のデジタルインクの正確な複製が必要でないことがある、アニメーションまたは動画像のようなアプリケーションに適切であり得る。さらに、そのようなアプリケーションは、そのような圧縮スキームが生成するデジタルインクのクイック転送を必要とすることがある。
【００４０】
別の例証となる実施形態において、デジタルインクの圧縮は、デジタルインクを再サンプリングし、再サンプリングされたデジタルインクおよびサンプリング・レートを送信することによって達成され得る。圧縮は元のデジタルインクストリームを縮小することにより達成される。例えば、５０％のレートで再サンプリングすることによって、１０００バイトのデジタルインクストリームは５００バイトに縮小され得る。デジタルインクストリームの他のすべての点が送信されると効果的である。別の例証となる実施形態においては、上記のスキームの任意の組み合わせを使用して、デジタルインクの圧縮を行なってもよい。つまり、圧縮は、連続する点の間の微分を得て、アルファベットにおいて形状によってセグメントを表し、再サンプリングすることによって行われてもよいし、または上記技術の任意の組み合わせにより行なわれてもよい。
【００４１】
本発明は、それらのプロセスを実行するために、コンピューターによって実行されるプロセスおよび装置の形態で具体化され得る。本発明はまた、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブまたは他のコンピューター判読可能な記憶媒体などのような触知可能な媒体において具体化されるコンピュータープログラムコードの形式で具体化することも可能である。前記コンピュータープログラムコードがコンピューターに読み込まれて実行される場合には、そのコンピューターは本発明を実行するための装置になる。本発明はまた、例えば、記憶媒体に格納され、コンピューターに読み込まれ、かつ／またはコンピュータによって実行されるか、または電気的配線もしくはケーブルなどの通信媒体を介して、光ファイバーを通して、または電磁放射によって送信され得るコンピュータープログラムコードの形式で具体化することが可能である。前記コンピュータープログラムコードがコンピューターに読み込まれて実行される場合には、そのコンピューターは本発明を実行するための装置になる。汎用マイクロプロセッサ上で実施される場合には、コンピュータープログラムコードセグメントは、特定の論理回路を作成するようにマイクロプロセッサを構成する。
【００４２】
本発明について、様々な特定の実施形態および例に関して説明してきたが、特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるように、本発明の精神および範囲内にある、広範で様々な別例、改変および派生がなされ得ることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のペン・ベース・コンピューターシステムのブロック図。
【図２】ストロークおよび点を表す、デジタルインクの文字を示す図。
【図３】本発明の例証となる実施形態に従った、ペン・ベース・コンピューターシステムのシステムアーキテクチャーのブロック図。
【図４】図３のペン・ベース・コンピューターシステムのシステムレベルダイヤグラム。
【図５】図３のＣＰＵによって実施される圧縮および解凍処理の機能ダイアグラム。
【図６】図３のシステムによって実施される圧縮方法の流れ図。
【図７】図３のシステムによって実施される圧縮方法の流れ図。
【図８】第１の手書きデジタルインクサンプルを示す図。
【図９】第２の手書きデジタルインクサンプルを示す図。
【図１０】第３の手書きデジタルインクサンプルを示す図。
【図１１】図３のＣＰＵによって行なわれる別の圧縮スキームの機能ダイアグラム。
【図１２】ベジェ曲線によって置き換えられたデジタルインクセグメントを示す図。
【図１】
2004533132.tif 000008
【図２】
2004533132.tif 000009
【図３】
2004533132.tif 000010
【図５】
2004533132.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図１１】
2004533132.tif 000014
【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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