JPH0472870A - 画像符号化方式 - Google Patents

画像符号化方式

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JPH0472870A
JPH0472870A JP2182775A JP18277590A JPH0472870A JP H0472870 A JPH0472870 A JP H0472870A JP 2182775 A JP2182775 A JP 2182775A JP 18277590 A JP18277590 A JP 18277590A JP H0472870 A JPH0472870 A JP H0472870A
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JP
Japan
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symbol
index
coefficient
probability
circuit
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Pending
Application number
JP2182775A
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English (en)
Inventor
Yoshiharu Kikuchi
義治 菊池
Masami Akamine
政巳 赤嶺
Yuriko Tsukahara
由利子 塚原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は画像符号化方式に関し、特に、適応変換符号
化において適応算術符号化を用い、可変長符号化を行う
画像符号化方式に関する。
(従来の技術) 画像の高能率符号化方式として、画像をいくつかのブロ
ックに分割し、各ブロックごとに適した変換を選択して
行う、適応変換符号化方式が般に用いられている。また
、変換されたブロックを量子化した後、その量子化値に
対応するシンボルに従い、長さの異なる符号語を用いて
符号化する可変長符号化が知られている。
この可変長符号化には、シンボルの出現確率が予め分か
っている場合において、−意に復号可能な符号に符号化
し、さらにその符号量が最小となるハフマン符号化があ
る。シンボルの出現確率が予め分かっている場合のハフ
マン符号の構成法は、例えば今井秀樹“情報理論”昭晃
堂のなかで述べられている。
ハフマン符号化において、符号語を決定する方法として
は2つ考えられる。1つは、一つのシンボルに対して一
つの符号語が対応付けられた符号語表を、符号化手段お
よび復号化手段の双方に備え、この符号語表を用いて符
号化を行う方法である。もう1つは、符号化に先立って
予め量子化値に対応するシンボルの出現頻度を調べ、そ
の出現頻度、あるいはその出現頻度を基にハフマン符号
を用いて構成した符号語を、復号化手段に伝送する方法
である。
(発明か解決しようとする課題) しかしながら、符号語表を用いる方法では、決定された
符号語が符号化を行う画像に対して最適なものでない場
合があり、この場合には符号化効率が悪化するという欠
点があった。さらに、この方法では、画像の局所的な性
質、すなわち画像中の位置によって異なる特質に適する
符号化を行うことがてきないという問題があった。
一方、出現頻度や符号語を伝送する方法では、この伝送
に伴う情報量により、符号化効率が低下してしまうとい
う問題があった。さらに、この方法では、符号語を構成
することに伴い、処理時間の増加やハードウェアの負担
が大きくなるといった不具合があった。
この発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、ハフマン符号化に
替えて適応算術符号化を用いることにより、画像の局所
的な性質に適した符号化を行い、画質を劣化させずに符
号量を減少させることができる画像符号化方式を提供す
ることにある。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記目的を達成させるため、この発明は、画像を複数の
ブロックに分割し、分割したブロックを、各ブロックご
とに適した変換を選択して変換し、変換したブロック内
の画素値に対応する係数を量子化した後、この量子化値
に対応するシンボルを適応算術符号化する画像符号化方
式であって、前記適応算術符号化する際の前記シンボル
に対応する適応法を前記ブロックの局所的性質によって
変えるように構成されている。また、前記局所的性質が
、選択された前記直交変換および前記シンボルの符号化
される順序、前記係数の分散値、確率密度分布およびこ
の係数を量子化する際に用いられた量子化方式によって
定められた前記シンボルの出現確率分布、あるいは前記
係数の分散値であるか前記シンボルの出現確率であるか
を、前記量子化値によって定める、さらに、前記係数に
対応するビット配分量となるように構成されている。
(作用) 以上のような構成によって、この発明は、画像を複数の
ブロックに分割し、ブロックごとに適した直交変換を選
択して行う。変換されたブロックの係数を量子化し、量
子化値に対応するシンボルを、Qコーグなどの適応算術
符号化によって符号化する。シンボルの適応算術符号化
においては、選択された直交変換、係数の分散値、確率
密度分布、あるいは各シンボルの出現確率など、変換し
た各係数の統計的性質によって適応法を変えるようにし
ている。
なお、Qコーグは、J 、 L 、旧tchell他:
 “Sortware implementation
s 01’ the Q−Codcr”、l13M J
ournal ofResearch and Dev
elopment、Vol、32.No、6.pp、7
53−774で述べられている。このQコーグは、2値
ンンボルに対する適応算術符号化であるが、多値シンボ
ルを2値シンボルに変換させることにより、多値シンボ
ルの符号化をもてきるものである。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。
第1図は、この発明の画像符号化方式に係わる一実施例
のブロック図である。
同図において、ブロック分割回路1は、入力された画像
をN画素×N画素のブロックに分割し、分割したブロッ
クを出力するところである。また、ブロック分割回路1
は、画像の符号化が終了したことを指示する信号201
を出力するものである。
変換選択回路3は、分割された各ブロックごとに適した
変換を選択し、選択した変換を示すインデクスk(k−
1,2,・・・、K)を出力するものである。
符号化回路5は、インデクスkを一意に復号できる符号
に符号化し、符号化された符号を出力するところである
変換行列メモリ7は、インデクスkに従い、このインデ
クス1(に対応する変換行列T、を出力するものである
直交変換回路9は、ブロック分割回路1より出力された
ブロックを、変換行列T、に基づいて直交変換し、直交
変換されたブロックを出力するところである。
量子化回路]]は、直交変換されたブロックの各係数C
(i、j)、(i、j=1,2.・・・、N)を量子化
し、量子化値に対応するシンボルA(ij)、(1,J
=1,2.・・、N)を出力するところである。
1次元化回路]3は、シンボルA(i、j)を、ある定
められた順序に従い、シンボルa(1)a(2)、・・
・、  a (L)として出力するものである。また、
1次元化回路]3は、シンボルのブロック内の位置を示
す(i、j)を出力するものである。
算術符号化回路15は、この発明の中心となるところで
あり、1次元化回路13から出力されたシンボルを、後
述するQコーグを用いた構成にょって適応算術符号化す
るものである。さらに、算術符号化回路15は、適応算
術符号化された符号を出力するところである。
MUX (マルチプレクサ)17は、インデクスにの符
号と算術符号化回路15から出力された符号を多重化し
、復号化手段(図示せず)へ出力するものである。
第2図は、Qコーグを用いた算術符号化回路15の一実
施例の詳細を示すブロック図である。
標準偏差メモリ101は、変換選択回路3から出力され
たインデクスI(と、1次元化回路13から出力された
シンボルのブロック内の位置(ij)に基づき、そのシ
ンボルの分散値に対応する標準偏差σh  (i、j)
を決定して出力するものである。
出現確率メモリ103は、1次元化回路13から出力さ
れたシンボルが、このブロック内の最後のシンボル(a
poB/End  Of  Block)である確率p
k (i、j)を決定して出力するものである。
2値化回路105は、1次元化回路13から出力された
シンボルを、1つまたは複数の2値シンボルに変換し、
出力するところである。また、2値化回路105は、後
述するdをQインデクス選択回路107へ伝えるもので
ある。
Qインデクス選択回路]07は、2値化されたシンボル
bが、aがa p、。3か否かを示すシンボルてないと
伝えられた場合、標準偏差メモリ101より出力された
標準偏差σh  (i+  J)によってクラス分けさ
れたインデクスSを決定し、出力するものである。また
、Qインデクス選択回路107は、2値化されたシンボ
ルbが、aがa E(18か否かを示すシンボルである
と伝えられた場合、出現確率メモリ103より出力され
た確率p *  (t +j)によってクラス分けされ
たインデクスSを決定し、出力するものである。
Qインデクスフモリ109は、M種類のQインデクスを
格納することろであり、Qインデクス選択回路]07か
ら出力されるインデクスSに対応するQインデクスq、
を出力するものである。
MPS推定値メモリ1]1は、M種類(7)MPS推定
値を格納することろであり、Qインデクス選択回路]0
7から出力されるインデクスSに対応するMPS推定値
m、を出力するものである。
Qコーダ]13は、Qインデクスフモリ1.09より出
力されたQインデクスq6および、MPS推定値メモリ
111より出力されたMPS推定値m6を用い、2値化
回路1.05から出力された2値シンボルを符号化する
ところである。また、Qコーダ]]3は、出現確率の高
いシンボルMPSおよび出現確率の低いシンボルLPS
の出現確率によって決まるQ値を用いてシンボルの出現
確率に適応した符号化を行うものである。
このように、この発明の一実施例は構成されており、次
にこの発明の詳細な説明する。
入力された画像は、ブロック分割回路1によってN側索
×N画素のブロックに分割される。分割されたブロック
は、変換選択回路3によってこのブロックに適した変換
が選択される。さらに、変換選択回路3からは選択され
た変換を示すインデクス1(が出力される。
ここで、変換選択回路3における変換の選択方法として
は、赤嶺他: “適応ビット配分を有する適応K L変
換符号化方式” 1989年電子情報通信学会秋季大会
予稿集D−42に記載されている。これによれば、予め
代表自己相関行列を作成しておき、この代表自己相関行
列と人力されたブロックの自己相関行列の距離に基づい
て行えばよい。この代表自己相関行列は、」二記予稿集
にも記載されているように、あるブロックの集合に対し
、各ブロックに含まれるベクトルより自己相関行列を作
り、LBGアルゴリズムによりグループ分けを行い、グ
ループ毎に代表自己相関行列を求めて作成すればよい。
なお、あるブロックの集合としては、いくつかのテスト
画像をブロック分割回路1と同様の手段により分割した
ブロックの集合を用いればよい。
変換選択回路3より出力されたインデクスl(は、符号
化回路5によって符号化される。符号化回路5における
符号化は、全ての変換インデクスに対して等しい符号長
をもつ固定長符号化を行ってもよい。また、予め作成さ
れた可変長符号表を用いて可変長符号化を行ってもよい
。あるいは、符号化する画像の全てのブロックについて
、選択される変換をあらかしめ調べ、その変換の出現頻
度に応じてハフマン符号を作成し、インデクスkを符号
化して復号化手段へ伝送する以前に、変換インデクスと
作成されたハフマン符号との対応関係を伝送してもよい
また、変換選択回路3より出力されたインデクスl(は
、変換行列メモリ7にも入力され、このインデクス1(
に対応する変換行列T、が変換行列メモリ7から出力さ
れる。
一方、ブロック分割回路1より出力されたブロックは、
直交変換回路9によって変換行列Tkに基づいた直交変
換が行われる。変換されたブロックの係数C(i、j)
は、量子化回路11によって量子化され、この量子化値
に対応するシンボルA(i、j)が出力される。量子化
回路11における量子化は、線形量子化を行ってもよい
し、何らかの非線形量子化を行ってもよい。また、この
量子化はインデクスにおよび(i、j)によって異なる
量子化を行ってもよいし、同一の量子化を行ってもよい
。例えば、C(1,1,)のみを他の係数より小さな量
子化幅で量子化を行ってもよい。
量子化回路11より出力されたシンボルA(i。
j)は、1次元化回路]3によって後述するある定めら
れた順序に従い、シンボルa(1,)、a(2) ・・
・、  a (L)として出力される。第3図は(i、
j)と、1次元化回路13から出力される順序を対応付
ける表の一例である。この順序は全てのブロックについ
て同一のものを用いてもよい。また、変換選択回路3で
選択されたインデクス1(によって異なる順序を用いて
もよい。この場合の順序の決定法は、分散値の大きな係
数に対応するシンボルを先に出力させるようにしてもよ
い。
第4図(A)、(B)はこのような分散値の大きな順に
出力させる場合の順序の一例を示したものである。第4
図(A)は各係数の分散値を、第4図(B)は(i、j
)と出力順序を対応付ける表] 3 である。
なお、シンボルa (1,) 、  a (2) 、・
・・、a(L)には、1次元化回路13に入力したシン
ボルA(i、j)の全てが含まれていてもよいし、ある
いは予め個数を決めて、その個数だけが含まれるように
してもよい。すなわち予め個数をLとすれば、1次元化
回路]3から、1番目からL番目までのシンボルa (
1,) 、  a (2) 、・・・、a(L)を出力
すればよい。ここで、個数りは、全てのブロックで同一
でもよいし、選択された変換によって異なる個数を用い
てもよい。
また、L8゜8番目以降のシンボルが、全て量子化値0
に対応するシンボルの場合は、L EOB 番目のシン
ボル8(LEOll)をブロックの終りを示すシンボル
a EOBとし、1番目からL EOB番目までのL 
HO2個のシンボルa (1) 、  a (2) 、
 −a (LEOll  1) 、  aEoBのみを
出力するようにしてもよい。
1次元化回路13から出力されたシンボルは、算術符号
化回路15内の2値化回路105およびQインデクス選
択回路107に入力される。また、シンボルのブロック
内の位置を示す(i、j)は、標準偏差メモリ101、
出現確率メモリ103、およびQインデクス選択回路1
07に入力される。
また、変換選択回路3から出力されたインデクスl(は
、標準偏差メモリ10]および出現確率メモリ103に
人力されている。
標学偏差メモリ101においては、インデクス1(と符
号化するシンボルのブロック内の位置(l。
j)に基づき、そのシンボルの分散値に対応する標準偏
差σh  (i、j)が決定される。そして、決定され
た標準偏差σ*  (t、j)がQインデクス選択回路
107へ出力される。
出現確率メモリ103においては、符号化するシンボル
aがブロック内で最初に1次元化回路13から出力され
るシンボルa(1)である場合、それがa EOBであ
る確率p(a (1,) =aEOB )がQインデク
ス選択回路1.07へ出力される。また、符号化するシ
ンボルaが2番目以降の場合には、rつ前のシンボルa
が量子化値0に対応するシンボルでないとき、そのシン
ボルaがa EOBである条件付確率がQインデクス選
択回路107へ出力される。
2値化回路105に入力されたシンボルaは2値化され
、2値シンボルbとしてQニーダ113へ出力される。
ここで、シンボルaの2値化は、シンボルaが表してい
る量子化値を固定小数点表現し、上位ビットから並べた
ものでよい。あるいは、第5図(A)〜(F)で示すフ
ローチャートを用いて2値化してもよい。ただし、第5
図において、r3 log 、  dbjt 、 Dハ
あラカシ、メ定メラした定数である。
なお、2値化回路105において、多値シンボルaはひ
とつあるいは複数の2値シンボルに変換される。そのと
き、aがEOBか否かを示す2値シンボルが出力される
ときはd−Dとし、そうでなければ、出力される2値シ
ンボルが1つの多値シンボルに対応して出力される2値
シンボルのうち何番目のシンボルかを示す位置をdとす
る。そして、このdがQインデクス選択回路1.07へ
伝えられる。
Qインデクス選択回路107では、伝えられたdがDで
ない場合、標準偏差メモリ1.01より出力された標準
偏差σk (i、j)によってクラス分けされたインデ
クスSが決定される。また、dがDである場合、出現確
率メモリ103より出力された確率pi  (1,J)
によってクラス分けされたインデクスSが決定される。
ここで、Qインデクス選択回路]07における、インデ
クスSの決定法の一例を第6図に示す。同図において、
d−” ノ’1% 合ハ、bがBOB判定に対応するシ
ンンボルであった場合である。なお、σ、8はσ。
(i、j)の最大値すなわち (Immx =m a X ” U*  (1、j )
1、に である。第6図に示した実施例おいては、dがDでない
場合は係数標準偏差σ*  (i、j)すなわち分散値
によってクラス分けされ、dがDであった場合はEOB
の条件付確率p(i、j)によってクラス分けされる。
また、インデクスSの決定法の他の例を第7.8.9図
に示す。但し、第8゜9図において、σ□は任意に定め
られた正の数であり、これは各シーケンスの全ての変換
に対する平均の標準偏差に定めればよい。
このようにクラス分けされたインデクスSは、Qインデ
クス選択回路]07より出力され、Qインデクスメモリ
]09およびMPS推定値メモリ]]1に入力される。
インデクスSが入力されたQインデクスフモリ109に
おいては、このインデクスSに対応するQインデクスq
、がM種類の中から選ばれ、Qコーダ]]3へ出力され
る。このQインデクスフモリ109では、1つの2値シ
ンボルの符号化が終了する毎に、Qインデクスが更新さ
れた場合にはその更新されたQインデクスがq、とされ
て格納される。
また、インデクスSが入力されたMPS推定値メモリ1
11においては、このインデクスSに対応したMPS推
定値m、がM種類の中がら選ばれ、Qコーダ]]3へ出
力される。このMPS推定値メモリ11]ても、1つの
2値シンボルの符号化が終了する毎に、MPS推定値が
更新された場合にはその更新されたMPS推定値がm6
とされて格納される。
Qニーダ113へ出力された2値シンボルbは、Qニー
ダ113によって符号化される。この際、Qニーダ11
3においては、Qインデクスq8により定められるQ値
、およびMPS推定値m、が用いられる。
ここで、Q値は、例えば第10図に示すようなQテーブ
ルの中から選び出される。現在のQ値(Qe  Val
ue)は、Qテーブルの中のどの値であるかを示ずQイ
ンデクス(Qe  1ndeX)により定められる。
QインデクスおよびMPS推定値は、符号化時の正規化
処理に伴って適応的に更新されていく。
第11図(A)〜(D)に、Qインデクス、Q値、およ
びMPS推定値の初期化法および更新法の一例を示す。
また、第12図に、ハードウェアエンコーダを用いたと
きの、Qコーグ1]3の入力シンボル、出力シンボル、
およびQ値の一例を示す。
Qニーダ113によって符号化された符号は、MUXl
、7へ出力され、符号化回路5から出力された符号と多
重化される。
画像の符号化が終了すると、ブロック分割回路]から出
力された信号20]が、Qニーダ113に入力され、こ
れにより符号化終了処理が行われる。
このように、シンボルの出現確率は画像の局所的性質に
よって生じる係数の統計的性質によって異なるので、そ
れに応じた異なるQインデクスおよびMPS推定値を用
いることによって符号化効率を向上させることができる
。今回の実施例では、符号化するシンボルを、分散値あ
るいは出現確率に応じていくつかのクラスに分割し、各
クラスにより異なるQインデクスおよびMPS推定値を
用いて符号化効率の向上を図っている。
なお、今回の実施例では、分散値あるいは出現確率に応
じて適応法を変えているが、この発明は、これに限るこ
とはない。例えば、出現確率メモリ103を削除し、標
準偏差メモリ101のみにすることにより、分散値のみ
に応じて適応法を変えることが可能である。ことのきの
Qインデクス選択回路107における、インデクスSの
決定法は、第13.1.4図に示す。
また、標準偏差メモリ]01および出現確率メモリ10
3を共に削除し、インデクスkを直接Qインデクス選択
回路1−07に入力させることにより、選択された直交
変換およびシンボルの符号化される順序に応じて適応法
を変えることができる。
このときのインデクスSの決定法は、第15図に示すよ
うなものである。
さらに、標準偏差メモリ101および出現確率メモリ1
03を共に削除し、これらの替わりに複数の出現確率分
布p−(i、j、d)を格納する確率分布メモリを設け
ることにより、シンボルの出現確率分布に応じて適応法
を変えることができる。第16図はこの場合のインデク
スSの決定法である。
さらにまた、標準偏差メモリ101および出現確率メモ
リ103に追加し、複数の出現確率分布2 ] p   (i、j、d)を格納する確率分布メモリを備
えることにより、適応法を分散値に応じて変えるか出現
確率に応して変えるかを、符号化する係数のブロック内
の位置i、jと量子化値によって定めることが可能とな
る。この際のインデクスSの決定法は、第17図のよう
になる。
最後に、標準偏差メモリ10]および出現確率メモリ1
03を共に削除し、複数のビット配分量gb  (i、
j、d)を格納するビット配分量メモリを配置すること
により、シンボルのビット配分量に応じて適応法を変え
ることができるようになる。そして、このときのインデ
クスSの決定法は、第18図のフローチャー1・て示す
ものとなる。なお、第18図において、g III N
 tはgb(i+  j。
d)の最大値である。
[発明の効果] 以上説明してきたように、この発明によれば、適応算術
符号化を用いることにより、画像の局所的性質に適した
符号化を行うことができる。このため、効率よく画像の
符号化を行うことができ、画質を劣化させずに符号量を
減少させることが可能となる。さらに、符号化の処理時
間を減少させ、ハードウェアの負担を軽減させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の画像符号化方式に係わる一実施例を
示すブロック図、第2図は第1図に示す算術符号化回路
の詳細を示すブロック図、第3図乃至第12図はこの発
明の一実施例を説明するための表、フローチャート、あ
るいはQテーブル、第13図乃至第18図はこの発明の
詳細な説明するためのフローチャー1・である。 15・・・算術初号化回路 10]・・・標準偏差メモリ 103・・・出現確率メモリ ]05・・・2値化回路 ]07・Qインデクス選択回路 109・・・Qインデクスメモリ 111・・・MPS推定値メモリ 113・・・Qコーグ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)画像を複数のブロックに分割し、分割したブロッ
    クを、各ブロックごとに適した変換を選択して変換し、
    変換したブロック内の画素値に対応する係数を量子化し
    た後、この量子化値に対応するシンボルを適応算術符号
    化する画像符号化方式であって、 前記適応算術符号化する際の前記シンボルに対応する適
    応法を前記ブロックの局所的性質によって変えることを
    特徴とする画像符号化方式。
  2. (2)前記局所的性質は、選択された前記直交変換およ
    び前記シンボルの符号化される順序であることを特徴と
    する請求項(1)記載の画像符号化方式。
  3. (3)前記局所的性質は、前記係数の分散値であること
    を特徴とする請求項(1)記載の画像符号化方式。
  4. (4)前記局所的性質は、前記係数の確率密度分布およ
    びこの係数を量子化する際に用いられた量子化方式によ
    って定められた前記シンボルの出現確率分布であること
    を特徴とする請求項(1)記載の画像符号化方式。
  5. (5)前記局所的性質は、前記係数の分散値あるいは前
    記シンボルの出現確率であることを特徴とする請求項(
    1)記載の画像符号化方式。
  6. (6)前記局所的性質を、前記係数の分散値とするか前
    記シンボルの出現確率とするかを、前記量子化値によっ
    て定めることを特徴とする請求項(5)記載の画像符号
    化方式。
  7. (7)前記局所的性質は、前記係数に対するビット配分
    量であることを特徴とする請求項(1)記載の画像符号
    化方式。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6363119B1 (en) 1998-03-05 2002-03-26 Nec Corporation Device and method for hierarchically coding/decoding images reversibly and with improved coding efficiency

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6363119B1 (en) 1998-03-05 2002-03-26 Nec Corporation Device and method for hierarchically coding/decoding images reversibly and with improved coding efficiency

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