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グラフィックス画像圧縮技術

2011年8月9日(火)
佐沢 真一(さざわ しんいち)佐藤 裕一(さとう ゆういち)
エンジニアリングクラウドを支える技術

グラフィックス画像圧縮技術

このように、画像転送向けのロスレス圧縮は圧縮率を上げようとすると圧縮時間が増えてしまい、圧縮時間の短いシンプルなものでは圧縮率が悪いため多くの帯域を消費するというジレンマがあります。そこで富士通研究所が開発したのがグラフィックス画像圧縮技術です。これは画面を単色のベクトルパターンに分割する方法を採っています(図3)。

図3:グラフィックス画像圧縮方式(クリックで拡大)

この方法は従来の単色の矩形のみを基本パターンとするよりも高圧縮です。なぜならば、従来手法の単色矩形も1種のベクトルですのでグラフィックス画像圧縮のマッチパターンの1種と見ることができますし、これ以外の斜め線にもパターンがマッチするためです。この効果は特にエンジニアリング系のCADアプリでは非常に大きくなります。しかもベクトル的な特徴を探索するだけであれば、ZIPなどのように探索に時間がかかり、処理時間が極端に遅くなることはありません。

さて、ベクトルをパターンとするだけでは確かに効果はあるのですが、それでもまだ実用に耐える十分な圧縮率は得られませんでした。なぜならば、CADではデータ座標を浮動小数点で管理しているのですが、実際に描画するときには当然ピクセルで離散化された情報になります。ですから傾きにしても完全に一様ではなく、ところどころで若干変化してしまうことがあります。

また、線が交差しているところはどちらか一方が切れたような画面になります。そのようなケースでは別のベクトルとしなくてはならず、データ量が増えてしまいます。かといって純粋なベクトルに変換してしまっては部分的に情報が欠落してしまい、JPEGの場合と同様、設計者にとって好ましくない不正確な画面になってしまいます。

そこで、我々はベクトル画面をベクトルそのものとその差分に分割して圧縮する手法を開発しました。ベクトルの差はあるとしても1~2ドット以内に収まる僅少な情報です。この差分とベクトル情報の組み合わせ方法を工夫することにより一層圧縮率を向上することに成功しました。富士通研究所で実験に使用したグラフィックス画像では、従来の画面転送で使われているロスレス圧縮手法と比較し、処理時間は同じであるにもかかわらず圧縮率が3倍向上しています。

グラフィックス画像圧縮方式も万能ではない

今まで説明してきたグラフィックス画像圧縮方式ですが、残念ながら万能ではありません。例えば、エンジニアリング系のアプリでも光沢感まで考慮したデザインレビューなどが行われることがあります(図4) 。このような場合、グラデーションが非常に多い画像が現れます。このような美感を重んじる場合ではロスレスで画面を確認したいところですが、グラフィックス画像圧縮も含めて従来のロスレス圧縮では圧縮率は高くありません。グラデーションの多い画像については将来の課題としてこれからも研究していきたいと考えています。

図4:光沢感まで考慮したデザインレビュー画面

しかし、エンジニアが使用するデスクトップ画面はグラフィックス画像圧縮が得意なケースが大部分です。グラフィックス画像圧縮によって、エンジニアは従来よりもはるかに快適にCAD等のグラフィックアプリを遠隔地から操作することができます。あるいは従来では十分でなかったネットワーク帯域の環境からでも仮想デスクトップサービスが使えるようになります。

以上が、エンジニアリングクラウドで用いられているグラフィックス画像圧縮技術の概要です。最終回となる次回では、ネットワーク遅延に対する対応などについてお話しする予定です。

【参考文献】

<サイト最終アクセス:2011.07>

著者
佐沢 真一(さざわ しんいち)
株式会社富士通研究所

ITシステム研究所デザインイノベーション研究部に所属。
現在、データ転送やクラウド技術、並列シミュレーションの研究開発に従事。
http://jp.fujitsu.com/labs/

著者
佐藤 裕一(さとう ゆういち)
株式会社富士通研究所

ITシステム研究所に所属。
現在,ものづくりや金融分野などのアプリケーションに軸足を置きながらシミュレーション基盤全体の研究開発に従事。
http://jp.fujitsu.com/labs/

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