JPH02285774A - カラー画像符号化方法及び装置 - Google Patents

カラー画像符号化方法及び装置

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JPH02285774A
JPH02285774A JP1106609A JP10660989A JPH02285774A JP H02285774 A JPH02285774 A JP H02285774A JP 1106609 A JP1106609 A JP 1106609A JP 10660989 A JP10660989 A JP 10660989A JP H02285774 A JPH02285774 A JP H02285774A
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大沢 秀史
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安田 靖彦
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラー画像を通信するカラーファクシミリ装
置におけるカラー画像符号化方式に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の画像通信装置の代表的な例であるファクシミリ装
置においては、白黒2値情報を符号化する方式としてM
H,MR符号等が用いられている。
方、最近になって安価なカラープリンタの開発が進み、
カラー画像、特に赤(R)、緑(G)、青(B)まタハ
黄(Y)、 シアン(C)、?ゼンタ(M)(7)lb
itずつのデータを持つ2値カラーの画像通信が提案さ
れてきた。
このような2値カラーの符号化方式として、3色をビッ
トプレーンごとに符号化し、白黒用のMH。
MR符号化方式を用いる方法が考えられている。
〔発明が解決しようとしている課題〕
しかし、上述の3色をビットプレーン毎に符号化する方
法では、R,G、 Bのビットプレーンごとに符号化す
ることにより、元々のR,G、 B情報源のもつエント
ロピーを増大させてしまい、符号化効率が悪くなるとい
う問題がある。これは、端的にいえば、色の相関情報を
利用していないということである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、複数の色成
分信号により表わされるカラー画像信号を2値系列変換
して得た2値系列信号を符号化するカラー画像符号化方
式を提供するものであり、更に前記2値系列信号をマル
コフモデル符号化するカラー画像符号化方式を提供する
ものであり、またカラー画像信号に対して適応的に符号
化を行なうカラー画像符号化方式を提供するものである
〔実施例〕
第1図は本発明を適用したカラー画像伝送システムの実
施例である。カラー画像の各画素を表わすR,G、 B
各1bitの入力データ200〜202は、2値系列変
換器10で2値系列信号D203に変換される。本実施
例に用いる2値系列信号は、例えば第1表に示すように
、白に対して(1)、黒に対して(Ol)のように白、
黒、赤、緑、青、シアン、マゼンタ。
イエローの各色画素に対し1bit〜7bitの長さを
持つ信号である。そして、2値系列信号の第1 bit
(MSB)が1の時は色信号は白と確定され、逆に0の
時は白以外ということになる。白以外の時は第2bit
を見てlの時は黒、0の時は黒以外ということになる。
これを(り返し、第7bit (LSB)が1の時はマ
ゼンタであり、0の時はイエローということになる。系
列変換のbitの割りあてはこの表に限られるものでは
ない。
2値系列変換器lOから出力される2値系列信号D20
3は符号器11に送られる。また、2値系列変換器10
からは系列信号の何bitめを出力しているかを示すB
t信号204が状態予測回路13に出力される。
一方、入力データ200〜202は、複数ライン分の容
量をもつラインメモリ12に蓄えられ、数ライン前の情
報と一緒に出力信号205として状態予測回路13に出
力される。状態予測回路13では、ラインメモリ12か
らの出力信号とBt信号204により符号化すべき2値
系列信号の各ビット毎の符号化状態が決定され、符号化
状態を示す状態信号5t206を出力する。
符号器11では、2値系列信号りと状態信号Stに基づ
いて後述する如く、例えば算術符号の如くのマルコフモ
デル符号を用いた符号化により符号207が作られ、復
号器14に伝送される。
復号器14では、伝送されてきた符号207に対して復
号処理が行われ、復号2値系列信号D’ 208が作ら
れる。この信号D’ 208をRGB変換器15でR’
、G’、B’の各1bitの2値カラーに戻し、これに
基づいてカラー画像表示や記録がなされることになる。
RGB変換器15では、信号D’ 208の1の後につ
づく0の数をカウントすることにより、その復号2値系
列信号D’ 208が表わす色信号R’、G’、B’が
判定できることは第1表から明らかである。
第9図は2値系列変換器10のブロック図である。
入力データ200〜202はROM等のテーブル16で
、第1表に示した7bitの信号212に各画素毎に変
換され、信号出力器17に入る。信号出力器17はシフ
トレジスタの構成をとっており、7bitの入力信号2
12が並列的に入力され、MSBから1bitずつシリ
アルに出力し、系列信号D203を得る。信号出力器1
7は系列信号が1になった時、もしくは0を7個出力し
たならば、1画素の色信号の出力を終了させ、次の入力
データを受は取る。また信号出力器17からは現在出力
しているbitが系列信号の何bitめかを表わす信号
Bt204が出力される。
この様に、R,G、  Hの各1ビツトの色成分信号に
より表わされるカラー画像信号を2値系列変換して符号
化することにより、相関性をもったR、 G。
Bを別々に符号化することな(、色相関性を保存したま
まで符号化ができ、また、例えば算術符号化の如(、注
目画素を予測しながら符号化を行う際に、R,G、 B
の各成分毎に予測、符号化を行うことなく、色情報とし
て予測、符号化ができ、符号化の効率の向上がなされる
また、各画素の色を表わすR,G、 Bの各色成分が一
つのデータとして表わされるので、復号において、1つ
のデータを復号することで、各画素に対応するR、 G
、 B信号を一度に得ることができ、カラー画像の再生
が迅速になされる。
第2図は符号器11のブロック図である。
第2図の説明の前に、本実施例で用いた算術符号につい
て説明する。
従来から知られている様に、算術符号は、入力信号列を
小数2進数で表わされる符号になるように算術演算によ
り符号形成がなされる方法である。この方法はLang
donおよびR15sarenらによる文献“Comp
ression of Black/White Im
ageswith  Arithmetic  Cod
ing 、 IEEE  TranCom、C0M−2
9,6,(1981,6)等に発表されている。この文
献によるとすでに符号化した入力信号列を81劣勢シン
ボル(LPS)の出る確率をq1演算レジスタAuge
ndをA’(S)、符号レジスタをC(S)とした時に
、入力信号ごとに以下の算術演算を行う。
A(Sl)=A(S)Xq#A(S)X2−Q ・・・
(1)A(So)= (A(S)−A(Sl)>z  
  ・・・(2)<>1は有効桁12 bitで打ち切
りを表すC(SO)=C(S)           
・・・(3)C(Sl)=C(S)+A(So)   
   ・・・(4)ここで、符号化データが優勢シンボ
ル(MPS:上の例ではO)の場合はA (SO)、 
C(So)を次のデータの符号化に使う。また劣勢シン
ボル(LPS:上の例では1)の場合は、A (Sl)
、  C(Sl)を次のデータの符号化に使う。
新しいAの値は2s倍(Sは0以上の整数)され、0.
5<A<1.0の範囲におさめられる。この処理は、ハ
ードウェアでは演算レジスタAを8回シフトすることに
相当する。符号レジスタCに対しても同じ回数のシフト
が行われ、シフトアウトされた信号が符号となる。以上
の処理を繰り返し符号形成がなされる。
また、(1)の式で示したようにLPSの出現確率qを
2のべき乗(2−’二Qは正整数)で近似することによ
り、乗算計算をシフト演算に置き換えている。この近似
をさらによくするためにqを、例えば(5)の式の如(
の2のべき乗の多項式で近似している。この近似により
効率最悪点の改善が行われている。
q#2−”+2噌           ・・・(5)
また、算術符号は符号化データごとにQの値を切換える
ことが可能なことから確率推定部を符号化と分離するこ
とができる。
本実施例では前述のように符号化を行いながら確率を推
定していく動的な方法をとっている。
以上の算術符号を行う第2図の符号器11のブロック図
の説明を行う。
状態予測回路13からの状態信号5t206は、カウン
タメモリ23、符号化条件メモリ24に入力される。
符号化条件メモリ24には、状態信号5t206で表わ
される各状態毎に、出現しやすいシンボルである優勢シ
ンボルMP8108と、後述する算術符号のLPSの出
現確率を含む符号化条件を示すインデックス1107が
記憶されている。MP3108は予測変換回路27に入
力され、予測変換回路27では2値系列信号D203が
MPS108と一致した時に1となるYN信号101を
作る。YN信号101は更新回路25に入力され、更新
回路25では、YN信号が1の時に、カウンタメモリ2
3に記憶されているカウント値のうち対応する状態のカ
ウントをインクリメントする。そして、カウンタメモリ
13に記憶されているカウント値C106がカウントテ
ーブルROM12からの設定値MC105に一致したな
らば、インデックス1107が大きくなる方向(LPS
の出現確率qが小さ(なる方向)に更新する。(MPS
の反転は行なわない。) 尚、カウントテーブルROM22は、LPSの出現確率
qを表わすインデックスIに対応して決められている第
2表で示したMPSの数MC105を更新回路25に供
給する。
また、更新回路25では、MPSIO8と画素信号D2
03が不一致の場合、即ち、予測変換回路27からのY
N信号が0の時はインデックス1107が小さくなる方
向(LPSの出現確率qが大きくなる方向)に更新する
。また、インデックスが1の時に値が0のYN信号が来
ると、MPSを反転(0→lまたはl→0)する処理を
行う。出力I’ 109、MPS’ 110は更新後の
インデックスの値であり、符号化条件メモリ24に再記
憶される。
符号化パラメータ決定回路26では、インデツクス11
07の値に基づいて算術符号の符号化パラメータQll
lを算術符号器28にセットする。この算術符号器28
では、予測変換回路27からのYN信号101をパラメ
ータQlllを用いて算術符号化し符号102を得る。
尚、符号化条件メモリ24に初期値を与えておき、1、
MPSを更新しないようにすることにより、静的な符号
化が容易に実現できる。
第8図は予測変換回路27のブロック図である。
2値系列信号D203とMPS108がEX−NOR回
路29に入力され、第2表の論理式に従って2値系列信
号D203とMPS108が一致したときに11不一致
のときにOとなるYN信号101が出力される。
第3図は、更新回路25のブロック図である。YN信号
101が1の時、カウンタメモリ23からのカウント値
0106が加算器31で+1インクリメントされ、信号
C’ 112になる。この値は比較器33でカウントテ
ーブルROM22からのMC105と比較され、C′ 
の値がMCの値に一致したならば、更新信号UPA11
3をセットする。またYN信号101は反転器34を通
り更新信号UPB114となり、UPA。
UPBはインデックス変更回路35に入る。また、UP
AとUPBはOR回路37で論理ORがとられ、OR回
路37の出力信号115はセレクタ32の切り換え信号
となる。セレクタ32では信号115が1の時はカウン
タの値をリセットするため0信号119を選び、それ以
外は加算器31の出力信号C’ 112を選び、カウン
タ更新信号C’ 116として出力し、これをカウンタ
メモリ23に記憶させる。
インデックス変更回路35には、インデックスの更新き
ざみを制御する信号dl17 (標準的にはd=1)と
UPA113.UPB114および符号化条件メモリ2
4から現在のインデックス1107が入力されている。
第4表はインデックス変更回路35におけるインデック
ス更新方法を示すテーブルである(第4表には更新きざ
みがd=1とd=2の場合を示している。)このテーブ
ルを入力I9条件d、UPA、、UPBで参照すること
により更新したインデックスI′ を決定する。また、
I=1でUPB=1の時はEX信号118をセットする
。EX信号が1の時に反転器36では現在のMP510
8のシンボルを反転させ(0→1またはl→0)、更新
MPS’ 110を得る。また、EX信号がOの時はM
PS’ は変化させない。更新されたI’ 109およ
びMPS’ 110は符号化条件メモリ24に記憶され
、次の処理用のインデックスI及びMPSとして用いら
れる。尚、第4表に示した更新法は、ROMなどにより
テーブルでも構成できるし、加減算器を使ってロジック
で構成することも可能である。
以上の如く、2のべき乗の多項式で近似したLPSの出
現確率qを表わすインデックスIの値に応じて定められ
たMPSの数分のMPSが発生したときには、インデッ
クス■をd加算し、算術符号に用いるLPSの出現確率
qを小さくせしめ、一方、LPSが発生したときには、
インデックスIをd減算し、算術符号に用いるLPSの
出現確率qを太き(せしめる。また、更にLPSの出現
確率qが0.5を表わ、すインデックス■が1の状態に
おいてLPSが発生した場合は、MPSを反転する。
この様に、入力画像に適応的にインデックス及びMPS
を更新することにより、符号化効率の良い算術符号化が
達成できる。
第4図は状態予測回路13のブロック図である。
状態予測のための参照画素は第5図に示したA、 B。
C,Dの4画素で、R,G、 BのIloを夫々表わす
各3bitからなる。*は符号化する注目画素位置を示
している。第4図の42. 43. 44. 45はラ
ッチであり、Aラッチ42は符号化画素の1画素前のR
,G、 Bの3bitデータを保持しており、また、B
、 C,Dは1ライン前の第5図に示す如く、注目画素
位置の1画素前、注目画素位置、注目画素位置の1画素
後に対応する位置の3bitデータを保持しており、こ
れらのラッチデータはROM41に入力され゛る。RO
M41からの出力は状態信号5t206になる。尚、参
照画素数は4画素に限られるものではない。
即ち、状態予測回路13では、ラッチ42〜45のラッ
チデータに基づいて、注目画素の色(第1表の8色のい
ずれであるか)を予測し、予測した色を示す2値系列信
号の各ビットの状態を示す状態信号5t206を出力す
る。
第6図は本実施例で用いる算術符号の符号化効率曲線で
ある。以下、インデックスIの値を小文字iで示す。こ
の曲線はLPSの出現確率を91符号化時での近似確率
qeiとした時に式(6)で示される。
そして、LPSの出現確率qの値の大きい方がら小さい
方へ、順次インデックス■を1.2. 3.・・・と付
与する。
ここで、分子はエントロピであり、qeiは式(7)で
示される値である。
qei”qllq 2          ・・・(7
)qll q2の値は2のべき乗の多項近似の値で第5
表で与えられている。例えば(8)〜(1o)で示され
る。
qel  =2−’             ・・・
(8)qe2  =2−’−2−’         
  ・・・(9)qe3  :2−2+2−3    
        ・・・ (1o)となり、この確率に
おいて効率ηが1.0になるピーク点となるqeiを以
降実効確率と呼ぶ。また効率曲線の交点を境界確率qb
lと呼び、この確率を境に隣りの実効確率を使って符号
化するほうが効率が向上することは明らかである。
本実施例では、式(5)で示したように2つの項で近似
できる確率から第5表に示した実効確率qe+を選んで
いる。また、第5表のQl、Q2.Q3は算術符号器1
8に送るパラメータQ、111である。即ち、Ql、Q
2はシフトレジスタへ与えるシフト量であり、このシフ
ト演算により2のべき乗計算を行っている。また、Q3
は第2項めの係数を示し、+、−の切り換えを行う。
第2表のMCの値は、以下のように決定している。
即ち、LPSの数をNt、、MPS(7)数をNMとし
た時、LPSの発生確率は式(11)で与えられる。
この式をNyで解くと式(12)になる。
NM= LNL (1/q  l)J      ・・
・(12)ただしLXJは小数点以下の切り上げを表す
式(12)におけるqに第6図に示したqb+を与える
ことにより、そこでの優勢シンボル(MPS)の数N 
M+が計算される。したがって、Mcは式(13)から
計算される。
M Ci = N v+++ −N yI      
   ・・・(13)第2表のMCの値は式(11)、
  (12)、  (13)からNt、=2として計算
したものである。
この様に、第6図示の如くの各境界確率qbtに基づい
て各インデックスIに対応した優勢シンボルMPSの数
NMIを求め、隣り合ったインデックス間の優勢シンボ
ルNMの差を各インデックス■に対するMCとする。
そして、このMCの値と発生する優勢シンボルの数を前
述の如く比較し、MCの値と優勢シンボルの数が一致し
たならば、その状態は隣りのインデックスIを用いた符
号化が適した状態と判断して、インデックス■を変更す
る。これによって、優勢シンボル・の発生数を基にして
良好なタイミングでインデックスIの変更がなされ、且
つ、最適なインデックスIを用いた符号化を適応的に達
成できる。
第7図は算術符号器28のブロック図である。
符号パラメータ決定回路26で決められたコントロール
信号Qc111 (第5表)のうちシフトレジスタA7
0にQlを、シフトレジスタBに02 、セレクタ72
にQ3が入力される。Q、、Q2はそれぞれシフトレジ
スタA、 Bに対してAugend信号であるAs12
3を何bit右にシフトするかを指示する。
シフトされた結果が出力信号130,131となる。
信号131は、反転器76により補数がとられ、セレク
タ72はコントロール信号Q3により信号131又は反
転器76の出力信号を選択し、出力信号132を得る。
加算器73ではシフトレジスタA70からの信号130
とセレクタ72からの信号132の加算が行われ、AS
I信号124が出力される。減算器74では、As信号
123からASI信号124を減算し、As。
信号125を得る。セレクタ75ではASO信号125
とAs+信号124のいずれかをYN信号101により
選択する。即ちYN信号が1の時はAso信号が、また
、YN信号が0の時はAS+信号がA′信号126にな
る。シフト回路80ではA′信号のMSBが1になるま
で左ヘシフトする処理が行われ、このシフトによりAs
’信号127が得られる。このシフトの回数に相当する
シフト信号132は、コードレジスタ79に入り、コー
ドレジスタ79からはシフト回数に相当する数のbit
がKSBから順番に出力され符号データ130になる。
符号データ130は、図示しないbit処理方法にて、
bitlの連続が有限個内になるように処理され、復号
器14側に伝送されることになる。
また、コードレジスタ79の内容CR128は加算器7
7でAso信号125と加算され、セレクタ78に入る
。また、AsO信号125の加算されていない信号CR
128もセレクタ78に入り、YN信号101が1の時
はCR’ =CRSYN信号がOの時はCR’ =CR
+AsoとなるCR’信号129として出力される。
コードレジスタ79に関して前述したシフト処理はCR
’信号に対して行う。
〔他の実施例〕
以上の実施例では、カラー画像の符号化に関して説明を
行なったが、白黒2値画像信号のみを符号化するシステ
ムとの互換性がよい特徴をもつ。すなわち、第1表に示
した2値系列信号のMSBlbitのみを使うことによ
り白黒2値(1の時は白、0の時は白息外すなわち黒)
の情報を符号化できることになる。
第1O図は、白黒2値と2値カラーの切り換えを行なう
ために第1図構成に付加される構成を示すブロック図で
ある。B/W信号300と2値系列信号D203は、図
示しないコントローラからの切り換え信号301により
セレクタ80で切り換えられる。
復号側へは第11図で示したように送信データTDの最
初にヘッダ情報HDにより白黒か2値カラーかの識別情
報を送ることにより、復号処理を切り換えることになる
また、各色の平均的な出現確率が第6表のようにある程
度わかっている場合は、第1表に示した2値系列変換さ
れた信号を更なる符号化せずに送っても、また、この信
号を前述した算術符号ではなく、例えばランレングス符
号化等の他の符号化を行なって送ることによっても、簡
易な符号化ができることは言うまでもない。
第 表 第 表 第 表 第 表 第 表 (−)はdon’ を 第 表 平均符号長 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によると、2値力ラー信号を
系列変換することにより、色相関性を利用した効率良い
符号化がなされ、情報量の増加を防ぎ、また、更に、2
値系列信号を動的な算術符号を用いて符号化することに
より2値カラー画像を効率的に符号化することが可能と
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図はカラー画像の伝送システムのブロック図、第2
図は符号器のブロック図、 第3図は更新回路のブロック図、 第4図は状態予測回路のブロック図、 第5図は参照画素を示す図、 第6図は符号化効率曲線を示す図、 第7図は算術符号器のブロック図、 第8図は予測変換回路のブロック図、 第9図は2値系列変換回路のブロック図、第10図は切
り換え機構のブロック図、第11図は伝送データの例を
示す図であり、lOは2値系列変換回路、11は符号器
、12はラインメモリ、 13は状態予測回路である。 4シテ−1,2人

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の色成分信号により表わされるカラー画像信
    号を2値系列変換して得た2値系列信号を符号化するこ
    とを特徴とするカラー画像符号化方式。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項において、前記2値系
    列信号をマルコフモデル符号化することを特徴とするカ
    ラー画像符号化方式。
  3. (3)特許請求の範囲第(1)項において、カラー画像
    信号に対して適応的に符号化を行なうことを特徴とする
    カラー画像符号化方式。
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