(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力と、この入力に接続され、カラーデータの複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムとからなり、
前記色変換サブシステムは、整数演算で可逆な色空間変換を行う順色空間変換器を含み、該順色空間変換器は出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成する、
【数１】
0003830009.tif 000034
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項２】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項１記載のデータ処理システム。
【請求項３】
前記入力に接続された、前記複数ベクトルのソースを少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項１記載のデータ処理システム。
【請求項４】
入力と、この入力に接続され、カラーデータの複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムとからなり、
前記色変換サブシステムは、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って再生する逆色空間変換器を含む、
【数２】
0003830009.tif 000035
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項５】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項４記載のデータ処理システム。
【請求項６】
整数演算によって複数ベクトルを第１の色空間から第２の色空間へ順色空間変換する、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成するステップを含むステップ、
【数３】
0003830009.tif 000036
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分からなる）
及び
整数演算によって前記第２の色空間の前記複数ベクトルを前記第１の色空間へ逆色空間変換するステップからなり、該逆色空間変換のステップは前記出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って生成するステップを含む、
【数４】
0003830009.tif 000037
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とする色変換方法。
【請求項７】
入力と、この入力に接続され、カラーデータの複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムとからなり、
前記色変換サブシステムは、整数演算で可逆な色空間変換を行う順色空間変換器を含み、該順色空間変換器は出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成する、
【数５】
0003830009.tif 000038
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項８】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項７記載のデータ処理システム。
【請求項９】
前記入力に接続された、前記カラーデータの複数ベクトルのソースを少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項７記載のデータ処理システム。
【請求項１０】
複数ベクトルに対しなされた可逆色変換の逆変換を行う色変換サブシステムを含み、前記色変換サブシステムは、整数演算によって出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って再生する逆色空間変換器を含む、
【数６】
0003830009.tif 000039
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項１１】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つ含んでなることを特徴とする請求項１０記載のデータ処理システム。
【請求項１２】
整数演算によって、複数ベクトルを第１の色空間から第２の色空間へ順色空間変換する、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成するステップを含むステップ、
【数７】
0003830009.tif 000040
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
及び
整数演算によって前記第２の色空間の前記複数ベクトルを前記第１の色空間へ逆色空間変換するステップからなり、該逆色空間変換のステップは前記出力、Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って再生するステップを含む、
【数８】
0003830009.tif 000041
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とする色変換方法。
【請求項１３】
入力と、この入力に接続され、カラーデータの複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムとからなり、
前記色変換サブシステムは、整数演算で可逆色空間変換を行う順色空間変換器を含み、該順色空間変換器は出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成する、
【数９】
0003830009.tif 000042
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項１４】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のデータ処理システム。
【請求項１５】
前記入力に接続された、カラーデータの複数ベクトルのソースを少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のデータ処理システム。
【請求項１６】
入力と、この入力に接続され、カラーデータの複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムとからなり、
前記色変換サブシステムは、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って再生する逆色空間変換器を含む、
【数１０】
0003830009.tif 000043
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項１７】
前記色変換サブシステムに接続され、前記色変換サブシステムにより復元後の前記複数ベクトルを処理するデスティネーション装置を少なくとも一つさらに含むことを特徴とする請求項１６記載のデータ処理システム。
【請求項１８】
整数演算によって、複数ベクトルを第１の色空間から第２の色空間へ順色空間変換する、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成するス
テップを含むステップ、
【数１１】
0003830009.tif 000044
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
及び
整数演算によって前記第２の色空間の前記複数ベクトルを前記第１の色空間へ逆色空間変換するステップからなり、該逆変換のステップは前記出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数のベクトルを次式に従って再生するステップを含む、
【数１２】
0003830009.tif 000045
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とする色変換方法。
【請求項１９】
入力と、この入力に接続され、複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムからなり、
前記色変換サブシステムは、整数演算で可逆色空間変換を行う順色空間変換器を含み、該順色空間変換器は出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevを次式に従って生成する、
【数１３】
0003830009.tif 000046
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【請求項２０】
入力と、この入力に接続され、複数ベクトルに対し可逆色変換を行う色変換サブシステムからなり、
前記色変換サブシステムは、出力Ｙrev、Ｕrev及びＶrevから前記複数ベクトルを次式に従って再生する逆色空間変化器を含む、
【数１４】
0003830009.tif 000047
（式中、Ｒ、Ｇ及びＢは前記複数ベクトルの成分）
ことを特徴とするデータ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にデータ処理に係り、特に、色空間を利用するロスレス／ロッシー圧縮・伸長システムなどにおける色空間変換に関する。
【０００２】
【従来の技術】
色空間は、３次元又はより高次元のベクトル空間内のひとつの領域である。何らかの基底、例えば３つの一次独立な３次元ベクトルで色座標系を定義する。一般に利用されている色座標系は、Ｒ（赤），Ｇ（緑）及びＢ（青）をそれぞれの中心波長によって定義したものである。ある３次元色座標系が与えられたとき、それ以外の３次元線形色座標系を可逆な（正則の）３×３行列によって表現できる。例えば、Ｙ，Ｉ，Ｑ色座標系は、Ｒ，Ｇ，Ｂを用いて次に示す行列により定義される。
【０００３】
【数１５】
0003830009.tif 000002
【０００４】
なお、全ての色空間が線形であるわけではない。例えば、人間の視覚系をより良好にモデル化するため、ベクトルを非線形（例えば対数的）にリスケールしようとする色変換もある。その例がＣＩＥ  Ｌ*ｕ*ｖ＊とＬ*ａ*ｂ*である。
【０００５】
様々な理由で様々な色座標系が定義されている。例えば、データをモニタに表示する場合、殆どのデジタルカラー画像は、Ｒ，Ｇ，Ｂ座標系を用い、例えば８ビット／座標の固定レンジとするのが好都合である。色の非相関性を要求する用途、例えば圧縮の場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂは最適というにはほど遠い。前述のＹ，Ｉ，Ｑのような他の色座標のほうが適している。他の色座標としては、ＹＵＶとＹＣrＣbもある。これらの反対色座標系はすべて輝度とクロミナンスの分離、すなわち、関連した明るさにおいて、特性又は色の見え方の変化と同一輝度でのクロミナンスの変化の見え方の分離を良くしょうとしている。
【０００６】
印刷向け画像については、時にはＣＭＹ（シアン、黄、マゼンタ）のような減法混色系が用いられる。用途によっては、ＣＭＹＫ（シアン、黄、マゼンタ、黒）のような超完備の４次元色空間が用いられる。
【０００７】
データ圧縮は、大量のデータの記憶及び伝送のために極めて有用な手段である。例えば、文書のファクシミリ送信のような画像伝送に要する時間は、圧縮を利用して、その画像の再生に必要なビット数を減らすと、著しく短縮される。
【０００８】
従来より、多くの様々なデータ圧縮手法が存在している。圧縮手法は、おおまかに分類すると２つのカテゴリー、つまりロッシー符号化とロスレス符号化とに分けることができる。ロッシー符号化とは、情報の損失が生じ、したがって元のデータの完全な再現が保証されない符号化のことである。ロッシー圧縮の目標とするところは、元のデータから変わったとしても、その変化が不快であったり目だったりしないようにすることである。ロスレス圧縮では、情報はすべて保存され、データは完全に復元可能な方法で圧縮される。
【０００９】
ロスレス圧縮では、入力したシンボルもしくは輝度データが出力符号語に変換される。入力としては、画像データ、音声データ、１次元データ（例えば時間的に変化するデータ）、２次元データ（例えば２つの空間軸方向に変化するデータ）、あるいは多次元／多スペクトルのデータがあろう。圧縮がうまくいけば、その符号語は、入力シンボル（または輝度データ）の数より少ないビット数で表現される。ロスレス符号化法には、辞書符号化方式（例えば、Ｌempel-Ｚiv方式）、ランレングス符号化方式、計数符号化方式、エントロピー符号化方式がある。ロスレス画像圧縮の場合、圧縮の基本は予測または文脈と符号化である。ファクシミリ圧縮用のＪＢＩＧ標準と、連続階調画像用のＤＰＣＭ（差分パルス符号変調−ＪＰＥＧ標準のオプション）は画像用のロスレス圧縮の例である。ロッシー圧縮では、入力シンボルまたは輝度データは、量子化された後に出力符号語へ変換される。量子化する目的は、データの重要な特徴量を保存する一方で、重要度の小さいデータを除去することである。ロッシー圧縮システムは、量子化に先立ち、エネルギー集中をするため変換を利用することが多い。ベースラインＪＰＥＧは画像データ用のロッシー符号化法の一例である。
【００１０】
従来より、ロッシー圧縮のために色座標間変換が量子化とともに利用されてきた。もっとも、ＣＣＩＲ  ６０１−１（ＹＣrＢr）のような、意図的にロッシーにした色空間もある。ロスレスのシステムやロスレス／ロッシーのシステムのあるものでは、主たる必要条件は変換の可逆性と効率である。他のロスレス／ロッシーのシステムでは、可逆変換の効率のほかに、色の非相関も一つのファクターであろう。例えば、前記の３×３行列はロッシー圧縮にしか使えない。なぜなら、その成分が非整数であるので、非相関を要求される場合には、圧縮と伸長を繰り返す間に誤差が加わるからである。また、下位ビットに関しては、前記３×３行列を適用するのは適当でない。すなわち、必要な精度を達成し、かつ逆変換をできるようにするとともに、後に下位ビットを復元できるようにするためには、前記３×３行列を適用する際に余分なビットを用いる必要があり、これら余分なビットが圧縮率を低下させる。
【００１１】
色空間変換を行う時に、計算精度の問題が起こる。例えば、８ビットが入力される場合、必要な変換空間は通常１０ビット又は１１ビットであり、内部計算にはさらに高い精度が必要であり、それでやっと安定な色空間を得られる。十分な精度で、ある処理を繰り返し適用し、画像をＲＧＢ色空間から変換して圧縮し、次に伸長してＲＧＢに戻すと、その結果は誤差が累積したものであるため、元の色と最終的な色とが一致しないことがある。これは、色ずれと呼ばれ、色空間が不安定であることから生じるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上に述べた諸点に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、整数演算により可逆な色空間変換を可能にすることである。本発明のこの目的及びその他の目的は、以下の説明により明白となろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による色空間変換は完全に可逆であり、ロスレス圧縮／伸長のプロセス及びシステムの一部として利用できる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、入力と、それに接続された色変換サブシステムを有するシステムが提供される。この色変換サブシステムは、複数のベクトルに対し可逆色空間変換を行うもので、整数演算で可逆の色空間変換を行い、次式に従って出力Ｙrev，Ｕrev，Ｖrevを発生する順色空間変換器を含む。
【００１５】
【数１６】
0003830009.tif 000003
式中、Ｒ，Ｇ，Ｂは複数のベクトルのそれぞれの成分からなる。
【００１６】
これ以外の本発明の態様については、以下の詳細な説明において詳述する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下の本発明の詳細な説明において、本発明を完全に理解できるようにするため、様々な具体例が示される。しかし、当業者には、そのような具体例によらずに本発明を実施し得ることは明白であろう。他方、本発明をいたずらに難解にしないため、周知の構造やびデバイスはブロック図として表し詳しくは示さない。
【００１８】
以下の詳細説明には、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズム及び記号表現によって表された部分がある。このようなアルゴリズムの記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者によって、その研究の内容を他の当業者に対し最も効率的に伝えるために用いられる手段である。あるアルゴリズムがあり、それが概して期待した結果に至る自己矛盾のないステップ系列だと考えられるとする。これらのステップは、物理量を物理的に処理する必要があるものである。必ずという訳ではないが、これらの物理量は記憶、転送、結合、比較、その他の処理が可能な電気的または磁気的信号の形をとるのが普通である。これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数値等で表わすのが、主に慣用上の理由から、便利な場合があることが分かっている。
【００１９】
しかしながら、このような用語や同様の用語は、適切な物理量と関係付けられるべきであり、また、これら物理量につけた便宜上のラベルに過ぎないということに留意すべきである。以下の説明から明らかなように、特に断わらない限り、「処理」「演算」「計算」「判定」「表示」等々の用語を用いて論じることは、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリの内部の物理的（電子的）な量として表現されたデータを処理して、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタ、同様の他の情報記憶装置、情報伝送装置あるいは表示装置の内部の同様に物理量として表現された他のデータへ変換する、コンピュータシステムあるいは同様の電子演算装置の作用及びプロセスを指すものである。
【００２０】
また、本発明は、本明細書において述べる操作を実行するための装置にも関係する。この装置は、希望する目的に専用に作ってもよいし、あるいは、汎用コンピュータを内蔵のコンピュータ・プログラムにより選択的に駆動または再構成したものでもよい。このようなコンピュータ・プログラムは、コンピュータが読み取り可能な、どのような種類の記憶媒体に格納してもよい。例えば、それに限定されるものではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスクなどの任意の種類のディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード又は光カードなど、電子的命令の格納に適した、コンピュータのシステムバスに接続された任意種類の媒体でよい。本明細書に提示したアルゴリズムと表示は、本質的に、いかなる特定のコンピュータや他の装置とも関わりがない。様々な汎用マシンを、本明細書に述べた内容に従ったプログラムと一緒に利用してもよいが、必要な方法のステップの実行用に、より特化した装置を作るほうが好都合であるかもしれない。これら多様なマシンに要求される構造は以下の説明から明らかになろう。さらに、いかなる具体的なプログラミング言語とも関連付けることなく本発明を説明する。本明細書において述べるように、様々なプログラミング言語を本発明の内容を実現するために利用できる。
【００２１】
《本発明システムの概要》
図１は、本発明システムの一実施例のブロック図である。この本発明システムは、あるソースのデータをデスティネーション装置に表示し、又はデスティネーション装置向けに処理するため、全域マッチング又は色変換のサブシステムを利用する。すなわち、この本発明システムは、特定の色空間でのデータの視覚表現を提供し、又は、データをデスティネーション装置向けに処理する。
【００２２】
図１には、スキャナ１０１、カメラ１０２、レンダリング・データ１０３、ネガ１１１などの多くのソースが示されている。これらソースのそれぞれは、カラーデータを発生する。一実施例では、スキャナ１０１はＲＧＢデータを発生し、カメラ１０２はＲＧＢ又はフィルム専用のカラーデータを発生する。レンダリング・データ１０３は、ＲＧＢ又は他の色空間のデータである。ネガ１１１はＣＹＭデータを発生する。なお、さまざまなデータソースを示したが、本システムが使用するデータソースは、１つでも、２つでも、それ以上でもよい。各ソースは、順色空間変換器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを含むカラー圧縮システムにデータを供給する。本システムが有する色空間変換器は、もっと少なくても多くてもよい。
【００２３】
本発明システムは、色空間データを、完全に可逆で整数演算が可能となるように変換する。すなわち、変換したデータを、その順色空間変換過程で丸め又は切り下げが行われたとしても、逆色空間変換することによって元のデータを全て得ることができる。
【００２４】
順色空間変換器１０４ａ〜１０４ｄは、データを、ロスレス・コーダ１０５ａが符号化できるように変換する。なお、このコーダ１０５ａは１つのロスレス・コーダのこともあるし、２つ以上のロスレス・コーダのこともある。順色空間変換器１０４ａ〜１０４ｄは、色空間データを、ロスレス・コーダ１０５ａがより圧縮しやすい形式に変換する。一実施例では、ロスレス・コーダ１０５ａは、ＪＰＥＧのロスレス・オプションのコーダ、ＪＢＩＧコーダ、Ｌempel-Ｚivコーダ、算術コーダ、ハフマン・コーダ、ロスレス・ウェーブレット・コーダ等からなる。
【００２５】
本発明システムは、レンダリング１１２からカラーデータを直ちに反対色空間へ取り込むことも、ディスク／通信路１１３からカラーデータを取り込むこともできる。
【００２６】
なお、順色空間変換器１０４ａ〜１０４ｄにより変換された色空間データを圧縮し、その後に伸長することができるように、ロスレス・コーダ１０５ａは符号化部と復号化部を含んでいる。さらに、ロスレス・コーダ１０５ａは、その符号化動作と復号化動作の間、すなわち圧縮動作と伸長動作との間のデータを扱うための通信路又はメモリ機構も含むであろう。
【００２７】
ロスレス・コーダ１０５ａの出力は、１つ以上の逆色空間変換器１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃの入力に接続される。これらの逆色空間変換器１０６ａ〜１０６ｃは、色空間データを、順色空間変換器１０４ａ〜１０４ｃが受け取った元の形へ変換する。この際に、順色空間変換の一部として行われた丸め又は切り下げを回復させる。このように、順色空間変換器１０４ａ〜１０４ｄ、ロスレス・コーダ１０５ａ及び逆色空間変換器１０６ａ〜１０６ｃからなるシステム部分は、カラー圧縮サブシステムを構成する。
【００２８】
逆色空間変換器１０６ａ〜１０６ｃの出力を、必要ならば変換器１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃにそれぞれ接続してもよい。変換器１０７ａ〜１０７ｃは、逆色空間変換器１０６ａ〜１０６ｃの出力データをシステムの出力装置に使用される装置特有の色空間へ変換できる装置特有の変換器である。すなわち、変換器１０７ａ〜１０７ｃは装置向けの色変換を行う。この色変換は、全域マッチング又は他の色空間変換もしくは色選択変換であろう。カラー圧縮をする前にターゲットの出力装置が分かっているならば、順色空間変換（１０４）に先だって同様のオプションの色補正（１２０）を行ってもよい。
【００２９】
変換器１０７ａの出力はビデオディスプレイ１０８に接続される。変換器１０７ｂの出力は、データを目に見える形に表現したハードコピーを作成するプリンタ／コピア１０９に接続される。変換器１０７ｃの出力はフィルム出力１１０に接続される。入力ソースの場合と同じく、デスティネーション装置は、図１に示した装置より多くても少なくてもよい。
【００３０】
なお、かかるシステムは、アート・アーカイブ、医療画像（例えば脈管撮影像）、プリプレス、レンダリング・グラフィックス、カラー管理システム（Ａpple社のＣolorＳync（登録商標）システム、Ｋodak社のＰrecious  Ｃolor(登録商標)システム、ＥＦＩ社のＣＭＳ（登録商標）システム等）の内部における圧縮、グラフィックス及びスポットカラー（spot  color）、科学用デジタルイメージ、法律関係のイメージ、ランドサット、リモートセンシング等々の用途があろう。
【００３１】
図２はロッシー・システムを示す。このロッシー・システムは、図１のロスレス・システムと同じ要素を多く含むが、ロスレス・コーダ１０５ａがロッシー・コーダ１０５ｂに置き換えられている。その動作は、ロッシー符号化である点を別にすれば図１のシステムと同様である。このようなシステムは、低コストのデジタルビデオ、マルチメディア、デジタルカメラ、ＪＰＥＧ圧縮システム、ベクトル量子化、フラクタル圧縮、ウエーブレット圧縮、変換圧縮（例えばブロックベースのオーバーラップ変換圧縮）などの多くの用途がある。
【００３２】
《本発明のカラー圧縮サブシステムの概要》
本発明は可逆色変換を可能にする。以下、順色空間変換器と逆色空間変換器を含み、可逆色変換を行う２つの異なった変換システムを説明する。それらの変換は、整数演算によって予測可能な精度で完全に可逆である。すなわち、順色空間変換時に丸め又は切り下げが行われても、それを逆色空間変換の実行の際に回復させることができる。なお、本発明は、以下に述べる２つの変換システムだけに限定されるものではなく、多くの色座標系に適用できるものである。
【００３３】
上に述べたように、本発明は、符号化部と復号化部を持つ圧縮・伸長システムに組み込むことができる。そのようなシステムを図３に示す。符号化部２０１は入力データ２００を符号化して圧縮データを生成する働きをし、復号化部２０２は符号化されたデータを復号化して元の入力データの復元データ２０８を生成する働きをする。符号化部２０１においては、圧縮（２０５）に先立ち、色座標系１から色座標系２への色空間変換（２０４）が行われる。同様に、復号化部２０２では、伸長（２０６）の後で再び色座標系２から色座標系１への色空間変換（２０７）が行われる。
【００３４】
この圧縮・伸長システムに対する入力データ２００は、画像（静止画又は動画）、グラフィックスデータ等、色々なデータ形式のものでよい。一実施例では、入力データ２００はデジタル信号データであるが、デジタル化されたアナログデータや、その他の形式のものも可能である。そのデータのソースは、符号化部２０１及び／又は復号化部２０２用のメモリ又は通信路２０９であることもある。このような本発明を組み込んだシステムは、ロスレス圧縮／伸長システムとすることも、ロッシー圧縮／伸長を行うように構成することもできる。
【００３５】
本発明において、符号化部及び／又は復号化部の構成要素は、ハードウエアで実現しても、ソフトウエアによって実現しても、両者の組合せによって実現してもよい。
【００３６】
《本発明の２つの実施例》
以下の説明において、Ｙ，Ｕ，Ｖなる表記は、Ｒ＝Ｇ＝Ｂで定義される濃淡画像でＵ＝０，Ｖ＝０のレスポンスを持つ任意の色座標として用いられる。色座標が可逆のときには、Ｙrev，Ｕrev，Ｖrevなる表記が用いられる。ＲＧＢに言及する場合も、標準的なＲＧＢ色座標系に限定されるわけではなく、３つの座標によって表現される色座標系を指すにすぎない。赤、緑、青以外の座標系においては、Ｇが最高の情報を持つ成分（それがあれば）として用いられる。
【００３７】
一実施例において、本発明は可逆色変換を可能にする順色空間変換と逆（逆向きの）色空間変換を含む。説明のために、必ずしも効率的、可逆ではない変換についてまず述べる。変換の一例を３×３行列として以下説明する。この行列Ｍは次式で定義される色座標系によっている。
【００３８】
【数１７】
0003830009.tif 000004
【００３９】
第１行の係数を合計すると１になり、他の２行は合計が０であることに注目されたい。第１行が合計すると１になり、第２行と第３行が合計すると０になるのは、（前述のように）濃淡画像に対する適切なレスポンスを保証するためである。また、本発明においては、行列の行列式，Ｄ（行列Ｍ），が−１である（すなわち、単位絶対行列式である）ことにも注目されたい。
【００４０】
本発明の説明を続けると、上記行列Ｍの一つの具体例は次式である。
【００４１】
【数１８】
0003830009.tif 000005
【００４２】
本発明の順色空間変換の一実施例を構成する可逆近似は次式により定義される。
【００４３】
【数１９】
0003830009.tif 000006
【００４４】
【数２０】
0003830009.tif 000007
なる記号は切り捨てて最も近い整数に丸めること、すなわち切り下げることを意味し、床関数（フロア関数）と呼ばれることがある。同様に、
【００４５】
【数２１】
0003830009.tif 000008
なる記号は最も近い整数へ切り上げることを意味する。上記可逆式は、Ｙrevの式に整数を４で割る演算が含まれるため近似式である。なお、小さなランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を使って、上記床関数を計算することができる。
【００４６】
丸め又は切り下げが使われるとしても、上記式は可逆色変換を表している。次式から、逆関数を作ることにより当該変換が可逆であることが証明される。
【００４７】
【数２２】
0003830009.tif 000009
【００４８】
上記変換の利点は、それが人間の視覚系に知覚される輝度をより良好に近似できることである。上記変換の他の利点は、それがはるかに直交変換に近いため旧標準のＲＧＢ−ＹＵＶ空間に対する良好な近似を与えることである。
【００４９】
上記式が可逆であるという証明を続けるが、まず、もう一つの変換の可逆性を証明する。
【００５０】
次の変換
【００５１】
【数２３】
0003830009.tif 000010
が
【００５２】
【数２４】
0003830009.tif 000011
を意味することを明らかにしょう。これらの式を眺めれば、（ｅ）式と（ｆ）式は（ｂ）式と（ｃ）式からすぐに得られることが分かる。したがって、証明で残っているのは、
【００５３】
【数２５】
0003830009.tif 000012
を明らかにすることだけである。
【００５４】
上記式に一般恒等式
【００５５】
【数２６】
0003830009.tif 000013
を当てはめれば、
【００５６】
【数２７】
0003830009.tif 000014
が得られる。Ｒ，Ｇ，Ｂは整数であるから、値Ｍ（ただし０＜＋(Ｍ／３)＜１）を一番右の分子に加算できる。その分子に３／３を掛ければ、任意の０＜＝Ｍ＜３について
【００５７】
【数２８】
0003830009.tif 000015
が得られる。これを観察すると
【００５８】
【数２９】
0003830009.tif 000016
ただし、０＜＝Ｍ＜３は、（Ｒ＋２Ｇ）のモジュロ３剰余である。代入すると
次式が得られる。
【００５９】
【数３０】
0003830009.tif 000017
これを整理すれば、前記のＧの式となる。
【００６０】
本発明の変換が妥当であることを立証するには、
【００６１】
【数３１】
0003830009.tif 000018
が
【００６２】
【数３２】
0003830009.tif 000019
を意味することを明らかにする必要がある。
【００６３】
（ｄ）式と（ｆ）式は自明である。よって、ほかに証明しなければならないことは
【００６４】
【数３３】
0003830009.tif 000020
すなわち、より簡単には
【００６５】
【数３４】
0003830009.tif 000021
だけである。この式は前述の一般恒等式の形をしている。すなわち
【００６６】
【数３５】
0003830009.tif 000022
よって、同じ恒等式による以前の変換が可逆であることが証明されているのであから、本発明の変換は可逆である。
【００６７】
もう一つの実施例は次のとおりである。
【００６８】
【数３６】
0003830009.tif 000023
この実施例の順色空間変換の一例による可逆な近似は次式によって与えられる。
【００６９】
【数３７】
0003830009.tif 000024
【００７０】
その逆色空間変換は次のとおりである。
【００７１】
【数３８】
0003830009.tif 000025
【００７２】
別の実施例において、本発明は、以下の如きもう一つの可逆変換を提供する。
【００７３】
【数３９】
0003830009.tif 000026
【００７４】
【数４０】
0003830009.tif 000027
【００７５】
この変換は、前述した他の変換に比べ、いくつか有利な点がある。第１に、クロミナンスＵrev，Ｙrevが共に同じスケールを持っている。また、この変換のほうが輝度の精度が高い。さらに、純粋な灰色は、クロミナンスが正確に０である。
【００７６】
不利な点は、余分なテーブルルックアップであろう。すなわち、符号化と復号化の両方で、５による割り算が１回、６による割り算が１回、必要である。共通の５による割り算の商は再利用できる。
【００７７】
行列形の有理変換を、その逆変換と掛け合わせて次に示す。
【００７８】
【数４１】
0003830009.tif 000028
【００７９】
本発明は、一般的に次のように示すことができる。
【００８０】
【数４２】
0003830009.tif 000029
【００８１】
【数４３】
0003830009.tif 000030
【００８２】
この変換は、（ｘ，ｙ，ｚ，ｋ，ｋ’）の任意の値について望ましい特性を持っている。重み（ｘ，ｙ，ｚ）は赤、緑、青に関する輝度の重みである。ｋ及びｋ’という値は、床関数で何が切り捨てられるかを決定するのに役に立つ。ｋかｋ’の一方は簡略化のため０とされ、他方は上記各式を仮定したときに最も正確な輝度／クロミナンス分離を得られるように、
【００８３】
【数４４】
0003830009.tif 000031
により設定される。
【００８４】
前述のように、一般的に効果のある一例は（ｘ，ｙ，ｚ）＝（３，６，１）である。（ｘ，ｙ，ｚ）＝（２９９，５８７，１１４）を用いれば標準のＹＵＶが得られる。別の実施例では、（５，１０，２）か（２，４，１）が用いられる。前者は一般的な値に対し優れた近似を与える。
【００８５】
（２，４，１）によれば、青により均等な重みが付けられる。これは、昼光と人間の目を組み合わせる用途ではやや劣る。しかし、（２，４，１）は、その他の用途ではより良好であるので、全体的にみて優れている。特に、青は、昼光におけるよりも遥かに大きくカラーＣＲＴモニタの輝度に寄与するが、標準のＲＧＢの式は昼光を仮定していることに注意されたい。
（ｘ，ｙ，ｚ）＝（２，４，１）の場合、以下の変換となる。
【００８６】
【数４５】
0003830009.tif 000032
【００８７】
【数４６】
0003830009.tif 000033
【００８８】
《本発明の順色空間変換器と逆色空間変換器》
図４は前述の第１の実施例の順色空間変換器の一例のブロック図である。図４に示す順色空間変換器は、データを圧縮を施す前に第１の色空間から第２の色空間へ変換する、圧縮システムの部分とすることができる。このような色空間変換が行われるのは、第２の色空間におけるほうがデータを良好に圧縮できる場合であろう。
【００８９】
図４に示す順色空間変換器３００は３つの入力Ｒ，Ｇ，Ｂを持ち、３つの出力Ｙrev，Ｕrev，Ｖrevを発生する。図示の実施例では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各入力は８ビット長である。なお、本発明は他のビット長（例えば１０，１１，．．．３２，．．）の入力用に構成することもできる。ＲＧＢ入力が８ビットである場合、Ｙrev出力は８ビット長であり、Ｕrev出力とＶrev出力は９ビット長である。
【００９０】
この順色空間変換器３００は、×３ブロック３０１、加算器３０２，３０５，３１３、減算器３０３，３０４，３０８、÷１０ブロック３０６、×６ブロック３０７、×２ブロック３１０、×４ブロック３１１、×５ブロック３１２、丸めロジック３３１からなる。一実施例では、ハードウェア・コストを減らすため、それらの乗算と除算はハードワイヤド・シフトによって実行される。
【００９１】
×３ブロック３０１はＲ入力に３を掛ける。一実施例では、×３ブロック３０１は、Ｒ入力を１ビット位置だけ左シフトするシフトロジックと、このシフトロジックの出力をＲ入力と加算する加算器とからなり、この加算器の出力が×３演算の結果である。この×３演算の結果は加算器３０５の一方の入力へ送られる。
【００９２】
×６ブロック３０７は、Ｇ入力に６を掛ける。一実施例では、×６ブロック３０７は１対のシフタと１つの加算器とからなる。その一方のシフタは、Ｇ入力を２ビット位置だけ左シフトすることにより、Ｇ入力を４倍する演算を行う。他方のシフタは、Ｇ入力を１ビット位置だけ左シフトすることにより、Ｇ入力に２を掛ける演算を行う。それら結果値は加算器によって加算される。この加算器の出力が、×６ブロック３０７の結果である。別の実施例では、×６ブロック３０７は１対のシフタと１つの加算器からなる。第１のシフタはＧ入力を１ビット位置だけ左シフトすることにより２を掛ける演算を行う。このシフタより出力される結果は加算器によってＧ入力と加算される。この加算器の出力は第２のシフタに入力され、この第２のシフタでその入力を１ビット位置だけ左シフトすることにより×２の演算を行う。この第２のシフタの出力が×６ブロック３０７の出力である。
【００９３】
加算器３０２は、×６ブロック３０７の出力とＢ入力を加算する。加算器３０２の出力は、加算器３０５によって×３ブロック３０１の出力と加算される。加算器３０５の出力は÷１０ブロックの入力に接続される。
【００９４】
÷１０ブロック３０６は、（ｎ＋２）ビットの入力を１０で割る。÷１０ブロック３０６は、全てが関数によって指定された完全記述のルックアップ・テーブルで構成できる。一実施例では、このルックアップ・テーブルは、１２ビットの入力の場合、４０９６値を含む。別の実施例では、もっと小さなルックアップ・テーブルが長除法によって使用される。さらに別の実施例では、２進数を２進化１０進（ＢＣＤ）数に変換し、その最下位ニブルを切り捨て、その結果を再び２進数に変換することによって、除算が行われる。
【００９５】
÷１０ブロック３０６の出力は丸めロジック３３１に入力され、適当な丸めが行われる。丸めロジック３０１の出力は順変換器３００のＹrev出力となる。
【００９６】
また、÷１０ブロック３０６の出力が減算器３０８によってＲ入力から引き算されることにより、Ｕrev出力が作られる。
【００９７】
×２ブロック３１０はＲ入力に２を掛ける。一実施例では、×２ブロック３１０はＲ入力を１ビット位置だけ左シフトするシフトロジックからなる。×４ブロック３１１はＧ入力に４を掛ける。一実施例では、×４ブロック３１１はＧ入力を２ビット位置だけ左シフトするシフトロジックからなる。減算器３０３は、×４ブロック３１１の出力をＢ入力から引き算する。減算器３０４は、×２ブロック３１０の出力を減算器３０３の出力から引き算する。
【００９８】
×５ブロック３１２は、丸めロジック３３１のＹrev出力に５を掛ける。一実施例では、×５ブロック３１２は、丸めロジック３３１の出力を２ビット位置だけ左シフトするシフトロジックと、このシフト操作の結果を丸めロジック３３１の出力と加算する加算器からなる。加算器３１３は、×５ブロック３１２の出力を減算器３０４の出力と加算することによりＶrev出力を発生する。
【００９９】
この順色空間変換器３００によって生成されたＹrev，Ｕrev，Ｖrevの各出力は、ロスレス又はロッシー方式で圧縮するためのシステム又は機構へ送ることができる。３×ｎビットの入力から３×ｎ＋２ビットの出力が得られるため、整数演算によって予測可能な精度で可逆変換が可能である。
【０１００】
図５は本発明の前記第１実施例の逆色空間変換器の一例を示す。この逆色空間変換器３２０はＧ，Ｒ，Ｂ成分を復元する。
【０１０１】
図５に示す逆色空間変換器３２０は加算器３１２，３１４，３１５，３２４、÷１０ブロック３１３、×５ブロック３２１、×２ブロック３２３、×５ブロック３２２、減算器３１０，３２５、クリッピング・ロジック３１１，３１６，３１７からなる。この変換器３２０はＹrev入力，Ｕrev入力，Ｖrev入力を受け取るように接続され、Ｇ成分，Ｒ成分，Ｂ成分を発生する。一実施例では、Ｙrev成分，Ｕrev成分，Ｖrev成分はそれぞれｎビット、ｎ＋１ビット、ｎ＋１ビットからなる。一実施例ではｎ＝８である。
【０１０２】
×５ブロック３２０はＵrevに５を掛ける。一実施例では、×５ブロック３２０は、前述のようなシフトロジックと加算器からなる。加算器３１２は×５ブロック３２０の出力とＶrev入力を加算する。その出力は÷１０ブロック３１３により１０で割られる。一実施例では、÷１０ブロック３１３は前述のように構成される。÷１０ブロック３１３の出力は、減算器３１０によってＹrevから引き算される。
【０１０３】
減算器３１０の出力はクリッピング・ロジック３１１に入力される。一実施例では、クリッピング・ロジック３１１は、数値をある値域（例えば２５６）に押し込むための加算又は減算を行うことにより、逆色空間変換器３２０の一つの出力であるｎビットのＧ成分を発生する。例えば、８ビットにクリッピングする場合、入力が０未満のときは出力は０であり、入力が２５５より大きいときには出力は２５５であり、それ以外のときには出力は入力と等しい。
【０１０４】
加算器３１５はＵrev入力とＹrev入力を加算する。クリッピング・ロジック３１１は数値を所望の値域に押し込むことにより、逆色空間変換器３２０より出力されるＲ成分を表すｎビット数を発生する。
【０１０５】
×５ブロック３２２はＹrev入力に５を掛ける。一実施例では、×５ブロック３２２は前述のように構成される。×２ブロック３２３は加算器３１５の出力に２を掛ける。一実施例では、×２ブロック３２３は入力を１ビット位置だけ左シフトするシフトロジックからなる。加算器３２４は、×２ブロック３２３の出力をＶrev入力と加算する。×５ブロック３２２の出力が、減算器３２５によって、加算器３２４の出力から引き算される。減算器３１０の出力は、×４ブロック３２１によって４と掛け算される。一実施例では、×４ブロック３２１は入力を２ビット位置だけ左シフトするシフトロジックからなる。加算器３１４はＶrev入力を減算器３２０の出力と加算する。加算器３１４の出力はクリッピング・ロジック３１７に入力される。クリッピング・ロジック３１７は、逆色空間変換器３２０のＢ成分出力を表すｎビット数を発生する。
【０１０６】
なお、上記逆色空間変換器において、色変換を利用するシステムがロスレス圧縮システムのときには、加算器の出力はｎビット長であろうから、クリッピング・ロジックは必要でない。しかし、処理中にＹrev入力，Ｕrev入力及びＶrev入力が生成され量子化されるときには、出力が正しい値域（例えば正しいビット数）に入るようにするためクリッピング・ロジックが必要である。
【０１０７】
前述の他の変換も同様にして実現できる。
【０１０８】
前記色空間変換プロセスは３つのベクトルに関して説明したが、本発明の手法は必要なベクトル数が異なる（例えば４，５等々）色変換にも適用できる。またさらに、変換プロセスが使われる場合、カラーデータ以外のベクトルに対しても本発明を適用できる。
【０１０９】
このように、本発明によれば、整数演算によって予測可能な精度の可逆色変換が可能になる。
【０１１０】
以上の説明を読めば、当業者には本発明の多くの変形及び修正が明白であろう。ゆえに、説明のために図示し論じた具体例を限定的にとらえるべきでない。
【０１１１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、整数演算によって予測可能な精度で完全に可逆な色空間変換が可能であり、効率的なカラー画像データなどのロスレス／ロッシー圧縮が可能になるなどの多くの効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるロスレス・システムを示すブロック図である。
【図２】  本発明によるロッシー・システムを示すブロック図である。
【図３】  本発明による圧縮・伸長システムを示すブロック図である。
【図４】  本発明の順色空間変換器を示すブロック図である。
【図５】  本発明の逆色空間変換器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１  スキャナ
１０２  カメラ
１０３  レンダリング・データ
１０４ａ〜１０４ｄ  順色空間変換器
１０５ａ  ロスレス・コーダ
１０５ｂ  ロッシー・コーダ
１０６ａ〜１０６ｃ  逆色空間変換器
１０７ａ〜１０７ｃ  変換器
１０８  ビデオディスプレイ
１０９  プリンタ／コピア
１１０  フィルム出力
１１２  レンダリング・データ
１１３  ディスク／通信路
１１４  ディスク／通信路
【図１】
0003830009.tif 000048
【図２】
0003830009.tif 000049
【図３】
0003830009.tif 000050
【図４】
0003830009.tif 000051
【図５】
0003830009.tif 000052