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カラーセル圧縮は、1986年にキャンベルら[1] [2] [3]によって開発された非可逆 画像圧縮アルゴリズムで、S3テクスチャ圧縮や適応型スケーラブルテクスチャ圧縮などの現代のテクスチャ圧縮アルゴリズムの先駆けと言えます。これは、ピクセルブロックの支配的な輝度を使用してピクセルを2つの代表的な色に分割するという点で、カラーセル圧縮より前の別の非可逆画像圧縮アルゴリズムであるブロックトランケーションコーディング[4]と密接に関連しています。ブロックトランケーションコーディングとカラーセル圧縮の主な違いは、前者はグレースケール画像を圧縮するように設計され、後者はカラー画像を圧縮するように設計されていることです。また、ブロックトランケーションコーディングでは、画像を圧縮するためにブロック内のピクセルの色の標準偏差を計算する必要がありますが、カラーセル圧縮では標準偏差を使用しません。ただし、両方のアルゴリズムは、画像を実質的にピクセルあたり2ビットまで圧縮できます。
アルゴリズム
圧縮
カラー セル圧縮アルゴリズムは、8 つのステップで画像を処理しますが、ステップの 1 つ (ステップ #6) はオプションです。ここでは、元のジャーナル記事で想定されているように、入力は 24 ビット/ピクセルの画像であると想定されていますが、他のビット深度を使用することもできます。
- 入力画像の各24ビットカラー値に含まれる各8ビットRGBオクテットトリプルについて、NTSC輝度は次の式を使用して計算されます。[1] [2] [3]
- 画像は4ピクセル×4ピクセルのブロックに分割され、ブロック内の各ピクセルの輝度の算術平均を使用して代表的な輝度値が選択されます。 [1] [2] [3]
- 各ピクセル ブロックは 2 つのグループに分けられます。1 つのグループは、現在のブロック内のピクセルで構成され、各ピクセルの輝度は現在のブロックの代表輝度以上です。2 番目のピクセル グループは、現在のブロック内のピクセルで構成され、各ピクセルの輝度は現在のブロックの代表輝度未満です。現在のブロック内のピクセルが特定のグループに属するかどうかは、別の 16 エントリ ビットマップのバイナリ値 "0" または "1" によって決定されます。[1] [2] [3]
- 2 つの算術平均を計算することにより、各ピクセル ブロックに対して 2 つの代表的な 24 ビット カラーが選択されます。最初の算術平均は、輝度ビットマップで各ピクセルの輝度が「1」である最初のピクセル グループに属するすべてのピクセルの算術平均です。2 番目の 24 ビットの代表色も同様に、輝度ビットマップで各ピクセルが「0」に対応する 2 番目のグループ内のすべての 24 ビット カラー ピクセルの算術平均を取ることによって選択されます。[1] [2] [3]
- 輝度ビットマップは一時的な場所に保存され、現在のブロックの 2 つの 24 ビットの代表色がビットマップに追加されます。この段階で、画像は 2 つの 24 ビットのバイナリ値が追加された 16 エントリのビットマップに圧縮されています。圧縮されたブロックの合計サイズは、輝度ビットマップの 16 ビットと、各代表色の 2 つの 24 ビットのバイナリ量で、合計サイズは 64 ビットになります。これを 16 (ブロック内のピクセル数) で割ると、4、つまりピクセルあたり 4 ビットになります。[1] [2] [3]
- 各圧縮ピクセル ブロックは、2 つの 24 ビットの代表色をそれぞれ 15 ビットに切り捨てることで変更されます。この手順はオプションであり、必要に応じてアルゴリズムをこの時点で終了できます。この段階で圧縮されたブロックの合計サイズはビットであり、これを 16 で割ると 1 ピクセルあたり 2.875 ビットになります。この手順を実行すると、15 ビットに切り捨てられたカラー値を次のステップで使用して、より小さなヒストグラムを作成できます。また、各 15 ビットのバイナリ カラー ベクトルは 16 ビット ワードに格納されると考えられるため、16 番目のビットを使用して、2 つのルックアップ テーブルのどちらを使用するかを指定することにより、画像の品質を向上させることができます。[1] [2] [3]
- 元の 24 ビット カラー画像、または切り捨てられた 15 ビット カラー ベクトルの 24 ビット カラーすべてについてヒストグラムが作成されます。単純な実装では、ヒストグラムを参照して最も頻繁に使用される 256 色を選択し、256 エントリの配列に格納します。各エントリは、ピクセルあたり 24 ビットのカラー値の 3 つのオクテットで構成されます。元の 24 ビット カラー画像に最も適した色を選択するヒストグラム メソッドは、代わりに、メディアン カットアルゴリズムやK 平均法クラスタリング[引用が必要]などのベクトル量子化クラス アルゴリズムに置き換えることができます。これらのアルゴリズムは通常、より良い結果をもたらします。[1] [2] [3]
- 最後のステップは、現在のピクセル ブロックを取得し、256 エントリのルックアップ テーブル内のどの 24 ビット/ピクセル カラーが各ブロックの 2 つの代表色に最も近いかを判断することです。ルックアップ テーブル内の色を指す 2 つの 8 ビット インデックスが、16 ビットの輝度ビットマップに追加されます。これにより、合計の圧縮ビット サイズが生成され、これを 16 で割ると、ピクセルあたり 2 ビットになります。[1] [2] [3]
減圧
解凍は非常に簡単でわかりやすい。圧縮された4ピクセル×4ピクセルのブロックを再構築するために、各ブロックの16ビット輝度ビットマップを参照する。ビットマップの要素が1か0かに応じて、ルックアップテーブルの2つの8ビットインデックスの1つが選択され、逆参照されて、対応する24ビット/ピクセルのカラー値が取得される。[1] [2] [3]
パフォーマンスと画質
非常に単純なメカニズムにもかかわらず、このアルゴリズムは写真画像に対して驚くほど良好な結果をもたらし、[1] [2] [3]限られたハードウェアで非常に高速にデコードできるという利点があります。圧縮率ではJPEGなどの後のブロック変換符号化方式をはるかに上回っていますが、非常に単純な解凍と圧縮画像への高速なランダムアクセスという利点があります。
Apple Video (RPZA) とS3 テクスチャ圧縮は、 2 つの代表的な色に基づいて 4×4 ピクセル ブロックをエンコードするという同じ原理を採用しています。輝度ビットマップの各エントリを 2 ビットに拡張することで CCC を改良します。追加された 2 つの値は、1 つの色の 1/3 と他の色の 2/3 という加重平均を表します。S3 の特許を回避するために、Super Simple Texture Compression ( S2TC ) ライブラリが作成され、CCC データを S3TC デコーダーと互換性のある形式でエンコードし、わずかな品質の低下で S3TC を CCC として再解釈します。
参照
参考文献
- ^ abcdefghijk Campbell, G.; Defanti, TA; Frederiksen, J.; Joyce, SA; Leske, LA (1986). 「2 ビット/ピクセルのフルカラー エンコーディング」。第 13 回コンピュータ グラフィックスおよびインタラクティブ技術に関する年次会議の議事録 - SIGGRAPH '86。p. 215。doi : 10.1145/ 15922.15910。ISBN 978-0-89791-196-2. S2CID 18392630。
- ^ abcdefghijk Pins, Markus (1991). 「カラーセル圧縮アルゴリズムの拡張」.コンピュータアニメーション '91 . pp. 241–251. doi :10.1007/978-4-431-66890-9_17. ISBN 978-4-431-66892-3。
- ^ abcdefghijk Lamparter、Bernd Effelsberg、Wolfgang (2005 年 6 月)。「拡張カラー セル圧縮 - ソフトウェア ビデオ用の実行時効率の高い圧縮方式」。マルチメディア: 高度なテレサービスと高速通信アーキテクチャ。コンピュータ サイエンスの講義ノート。第 868 巻。pp. 181–190。doi : 10.1007 /3-540-58494-3_16。ISBN 978-3-540-58494-0。
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)[永久リンク切れ ] - ^ Wennersten, P.; Ström, J. (2009). 「テーブルベースのアルファ圧縮」(PDF) .コンピュータグラフィックスフォーラム. 28 (2): 687. doi :10.1111/j.1467-8659.2009.01409.x. S2CID 7743813.