JPH06292021A - 画像圧縮装置 - Google Patents

画像圧縮装置

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JPH06292021A
JPH06292021A JP5075962A JP7596293A JPH06292021A JP H06292021 A JPH06292021 A JP H06292021A JP 5075962 A JP5075962 A JP 5075962A JP 7596293 A JP7596293 A JP 7596293A JP H06292021 A JPH06292021 A JP H06292021A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2階層以上のビットプレーンをもつマルチカ
ラー画像等の圧縮に適した画像の符号化・圧縮装置を提
供する。 【構成】 図1のように、カラーシンボル(R、G、
B)を符号化シンボル(D0、D1、D2)に変換する
シンボル変換手段1と、符号化シンボルをビットプレー
ン毎に符号化する圧縮手段3を具備する。さらにシンボ
ル変換手段1の構成法を提案する。 【効果】 カラー拡張画像の情報量は、2値画像に比し
格段に増すが、本発明にて圧縮すれば、2値画像の圧縮
情報量に近づく。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2階層以上のビットプ
レーンをもつ画像、例えばマルチカラー画像等を高能率
に符号化する画像圧縮装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、コンピューターにより作成した文
書、図、表等からなる画像(本文では単に文書画像とい
う)やコンピューターグラフィック(本文ではCGとい
う)を、電子的に記録・保存・データベース化し、任意
の時間に任意の画像を検索するシステムが登場してい
る。画像の保存形態としては、ビットマップ形態や、文
字コード、ベクトルデータ、フォント、制御データ等で
保存する形態が考えられる。前者は、描画のための計算
がなくなることから高速描画ができ、またデータの共有
化も可能である、等の利点がある。ビットマップで画像
を保存する場合、より多くの画像をより少ないメモリー
に保存する圧縮技術が必須であり、実用化のためには、
安価な装置で、かつ検索・再生に要す時間が短いことが
必要である。
【0003】白黒表示の2値画像から多値画像、例えば
8色のマルチカラー画像に拡張する場合、1画素を3ビ
ットに拡張する必要がある。例えばR、G、Bに1ビッ
トづつ割り当てる。このマルチカラー画像の符号化方式
としては既存の符号化技術を、R、G、B各プレーンに
施す方法が提案されている。8色にカラー拡張した画像
を圧縮する場合、プレーン毎に符号化を行うため、画素
数が2値画像に比して3倍になる。よって、マルチカラ
ー画像の圧縮後の情報量は、2値のときよりも格段に増
大する。
【0004】画像電子学会誌第21巻第3号の「バブル
ジェット記録とCOSMIC符号化を用いたディジタル
網対応カラーファクシミリ」においては、図8のごとく
プレーン毎に符号化する方式を提案している。図8の符
号化手段3はマルコフモデルを用いた画素予測手段11
と動的算術符号化手段12を組み合わせている。この方
式の重要な概念であるマルコフモデルの説明のために、
図9を用いる。図9では、ある一つのビットプレーン、
例えばRプレーンのみに着目する。同図において、符号
化すべき画素をxとし、その周辺の画素a、b、c、
d、e、fを参照画素と呼ぶ。この参照画素にて構成さ
れる部分(10)をマルコフモデルのモデルテンプレー
トという。図に示す順序9で画素xを符号化したとき、
各々の参照画素は既に符号化済みであり、よって参照が
可能である。この6個の参照画素の値で決まる状態を本
文ではマルコフ状態(64状態)という。
【0005】マルコフモデルを用いる方式は、符号化画
素xと参照画素の相関性を利用する。画素予測手段11
は、マルコフ状態から符号化画素xを予測する。例えば
参照画素が全て0の状態では符号化画素もまた0である
確率が高い。このように予測が可能である。マルコフ状
態から符号化画素の値を予測し、予測値と符号化画素の
値が一致した場合、本文ではその画素を優勢画素と呼
び、予測と違っていたら劣性画素と呼ぶ。ある1枚の画
像において、符号化画素が劣性である確率(=1−優勢
確率)はマルコフ状態によって違うが、その値は小さ
い。このように符号化手段3は、符号化画素と相関の強
い参照画素の状態(マルコフ状態)から符号化画素を予
測し、それが劣性か優勢か判断する。この判断と、マル
コフ状態によって決まる劣性の発生確率を用いて、算術
符号化を行う。図8では動的算術符号化手段12にて符
号化を行う。動的算術符号化はこの劣性の発生確率が、
過去の劣性の発生頻度に応じて動的に変化する。
【0006】算術符号、及び本方式のより詳しい内容は
例えば安田浩氏編著「マルチメディア符号化の国際標
準」(丸善)の2値符号化の章に記述されている。
【0007】前述のマルコフモデルと動的算術符号化を
組み合わせた方式では、プレーン間の色相関を利用し、
さらに符号化効率の向上をはかっている。すなわち、参
照画素としてプレーン内の画素(12画素)のみでな
く、他のプレーンの符号化済みの画素も参照する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のマルチカラ
ー画像の符号化方式は、その対象とする装置、画像は、 ・カラー複写機、カラーファクシミリ等の高価格、高品
質な装置向けである。
【0009】・その出力手段は紙である。
【0010】・符号化対象画像は、既に印刷済みの画
像、または写真である。
【0011】これに対し本発明で対象とする画像、装置
は ・対象画像はコンピューター等で作ったマルチカラー等
の多値画像である。
【0012】・圧縮画像は記録装置に蓄積し、ディスプ
レー等に出力する。
【0013】・対象装置は、パソコン、個人向け携帯機
器である。
【0014】以上の点から、従来技術の符号化方式は本
発明の目的とする対象装置、画像に対して最適化されて
いない。また、参照画素が多いこと、プレーンによりマ
ルコフモデルのモデルテンプレートが異なること等から
ハードウェアが大型化する。本発明は、前記対象画像、
装置に適した画像符号化方式により高い圧縮率が得られ
る画像圧縮装置を提供し、またそれは簡単な構成で安価
に実現でき、さらに再生時間が短い画像圧縮装置である
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決および目
的達成のために本発明は、多値表示のための表示シンボ
ルを符号化のための符号化シンボルに変換するシンボル
変換手段と、符号化シンボルをビットプレーン毎に符号
化する圧縮手段を備えたことを特徴とする。
【0016】本発明の請求項2によれば、請求項1のご
とく構成され、nビットの表示シンボルをnビットの符
号化シンボルへ変換するシンボル変換手段を備えた画像
圧縮装置において、表示シンボルのみで形成した画像
の、その画像の統計的性質と前記圧縮手段の符号化方式
により決まるエントロピーを、表示シンボル全てに対し
て計算し、背景を示す表示シンボルはnビット全て0の
符号化シンボルに変換し、背景を除いた表示シンボル
は、エントロピーの大きい順に順位をつけ、上位n個の
表示シンボルは、各々別のビットのみ1で他のビットが
0の符号化シンボルに変換し、最もエントロピーの小さ
い表示シンボルはnビット全て1の符号化シンボルに変
換するシンボル変換手段を備えたことを特徴とする。
【0017】本発明の請求項3によれば、請求項1のご
とく構成され、nビットの表示シンボルをnビットの符
号化シンボルへ変換するシンボル変換手段を備えた画像
圧縮装置において、圧縮対象画像において表示シンボル
の発生頻度を求め、背景を示す表示シンボルはnビット
全て0の符号化シンボルに変換し、背景を除いた表示シ
ンボルは、発生頻度の大きい順に順位をつけ、上位n個
の表示シンボルは、各々別のビットのみ1で他のビット
が0の符号化シンボルに変換し、最も発生頻度の少ない
表示シンボルはnビット全て1の符号化シンボルに変換
するシンボル変換手段を備えたことを特徴とする。
【0018】
【実施例】(実施例1)本発明の実施例の一つを、地図
画像(CG)を例にあげて説明する。通常ビットマップ
化した地図は、例えば一般道路、有料道路、河、地名、
緑地、マーク等により色が決められ、その色に対してシ
ンボルが決められている。
【0019】本文では、あるシンボル(色)の画像とし
ての情報量の大きさを、そのシンボルのみで作った画像
の情報量と定義する。そうして作った画像は、シンボル
によってその画像の統計的性質が全く違うことから、シ
ンボルの画像情報量も大きく異なる。例えば、一般道路
の画像としての情報量は非常に大きく、緑地、マーク等
の情報量は極めて小さい。また、異なる2つのシンボル
を合成した画像の情報量は、各々のシンボルの画像の情
報量を合成したもの(和)に近い値をとる。例えば道路
と、マークを合成した画像の情報量はそれぞれの情報量
の和に近い。本発明ではこの2点に着眼し、カラーシン
ボル(後述)を、最も高い圧縮効率が得られる符号化シ
ンボル(後述)に変換する。さらに本発明ではそのシン
ボル変換手段の構成方法を提供する。
【0020】本発明の実施例の一つを図1を用いて具体
的に説明する。画像情報源2は3ビットにカラー拡張し
た地図画像である。これは例えば図5に示すR、G、B
の3プレーンのごとく表現でき、図1のR、G、Bに対
応する。本文ではこの(R、G、B)をカラーシンボル
とする。カラーシンボルは本発明の主要要素であるシン
ボル変換手段1に入力され、図5のごとく符号化のため
のシンボル(D0、D1、D2)に変換される。本文で
はこれを符号化シンボルとする。このシンボル変換手段
の構成法については後述するが、これにより圧縮率が大
幅に向上する。符号化シンボルは、符号化手段3に入力
される。この符号化手段3は、符号化シンボルの各々の
ビットD0、D1、D2で構成されるビットプレーン
(図5)毎に符号化し、圧縮データ7を生成する。符号
化の点順序は例えば図6(a)、(b)、(c)に示す
ように、どのような順序でもよい。ここで(1)、
(2)、(3)...は符号化の順序を示す。符号化方
式はMH、MR、MMR、算術符号等いかなるものでも
よい。また各々のプレーンの符号化方式、またはパラメ
ーター等が異なってもよい。本実施例では、従来技術の
マルコフモデルと算術符号化を組み合わせた符号化方式
を用いるが、シンボル変換手段を用いたことで圧縮率が
大幅に向上する。また参照画素数を減らしても(プレー
ン間の色相関をとらなくても)圧縮率が高いので、装置
の小型化が可能である。圧縮データ7は記録装置4に記
録される。4は通信装置でもよい。
【0021】つぎにシンボル変換手段の構成法について
説明する。構成法とはカラーシンボルに対して符号化シ
ンボルを割り当てることである。これを行う前段階とし
て、一つのカラーシンボルのみで形成した画像の情報量
を、全てのカラーシンボル(本実施例では8個)に対し
て求める。カラーシンボルの画像情報量は、まず符号化
方式を想定し、それに基づいて画像の統計的な偏りを示
す量、ここではエントロピーを求め、これを情報量とす
る。エントロピーの計算法については実施例1の最後に
記述する。
【0022】この前段階終了後、以下の手順に従ってシ
ンボル割当を行う。
【0023】手順1: 各々のシンボルを、エントロピ
ーの高い順に順位をつける。
【0024】本実施例では8個のカラーシンボルに順位
をつける。
【0025】手順2: 通常最もエントロピーが高いバ
ックグランド(背景)に000を割り当てる。
【0026】手順3: バックグランドを除き、エント
ロピーの高い上位3つのシンボルに001、010、1
00を割り当てる。順序は本実施例では規定しない。
【0027】手順4: 割当が未決定のシンボルで、エ
ントロピーの高い上位3つのシンボルに011、10
1、110を割当てる。順序は本実施例では規定しな
い。
【0028】手順5: エントロピーが最も低いシンボ
ルに111を割り当てる。
【0029】上記手順において1と0を全て反転しても
よい。
【0030】本発明で提案するシンボル変換手段の構成
法は、エントロピーの大きいカラーシンボルは、符号化
シンボルの各々のビットプレーンに独立に割り当て、小
さいカラーシンボルは、プレーンにまたがってシンボル
を割り当てる。このシンボル変換は、複数(ここでは8
個)のカラーシンボルの合成画像の情報量は大きなエン
トロピーのカラーシンボルで決まること、また、カラー
シンボルの画像情報量がシンボルによって大きく異なる
ことを利用している。カラー拡張画像の元画像の情報量
は2値画像に比し3倍になるが、本発明のシンボル変換
を用いた圧縮装置によれば、圧縮後の情報量は符号化手
段が同じ場合、2値画像の圧縮後の情報量に近づく。
【0031】本発明の圧縮装置での符号化に要す時間
は、(R、G、B)のカラーシンボルを符号化するのに
要す時間に比べると、プレーン数が同じ、すなわち符号
化画素数が同じことから、同じ時間となる。また、シン
ボル変換に要す時間は、ハードウェアロジックで実現す
れば無視でき、また実施例2で記述するテーブルを用い
たルックアップテーブル形式にしても十分に小さい。
【0032】本発明の圧縮装置の大きさは、R、G、B
のカラーシンボルの圧縮装置に比べると、シンボル変換
手段が追加するだけであり、前記の実現方法によればそ
の大きさは小さい。
【0033】ここではマルコフモデルを利用した場合の
エントロピーの計算法を説明する。説明のために図9を
用いる。本文では参照画素の値により決まるマルコフ状
態mを式1で定量化する。
【0034】 m = a・32 + b・16 + c・8 + d・4 + e・2 + f −−(式1) ここでa、b、c、d、e、fは図9にて対応する画素
の値(1/0)を示す。圧縮対象画像(本実施例では地
図)において、ある符号化画素xを注目した場合を考え
る。この符号化画素によって決まる参照画素値から式1
によりマルコフ状態mを計算し、同時に符号化画素xの
値(0/1)をみる。これを例えば符号化順序9に従っ
て全画素において行い、64個全てのマルコフ状態に対
しての0の発生頻度a0[m]、1の発生頻度a1
[m]を求める。また64個のマルコフ状態の発生頻度
b[m]を求める。これにより、あるマルコフ状態mに
おける1の発生確率Pa[1/m]、0の発生確率Pa
[0/m]を式2、3により計算する。また、そのマル
コフ状態の発生確率Pb[m]を式4により計算する。
【0035】 Pa[0/m] = a0[m]/(a1[m]+a0[m]) −(式2) Pa[1/m] = a1[m]/(a1[m]+a0[m]) −(式3) Pb[m] = b[m]/ T −(式4) ここでTは全画素数である。
【0036】これらの発生確率から式5に従ってエント
ロピーH[m]を計算する。
【0037】 ここでlogの底は2とする。エントロピーの計算方法
は例えば岩波書店刊「情報と符号の理論」に記載されて
いる。
【0038】(実施例2)本実施例ではコンピューター
で作成する文書画像を例えば3ビットにカラー拡張し、
圧縮する装置を提供する。カラー拡張により3倍になる
元画像の情報量も、本発明の圧縮装置によれば、2値画
像表現化した画像の圧縮後の情報量に近づけることでき
る。
【0039】本実施例を、図2により具体的に説明す
る。通常マルチカラーの文書画像では、各色(シンボ
ル)に、文字、線画、罫線、べた塗り等を割り当てる。
シンボル(色)の画像としての情報量は、その画像の統
計的性質が異なることから、シンボルによって大きく異
なる。例えば、文字は情報量は大きく、線画、べた塗り
は小さい。これを利用し、シンボル割当を実施例1で示
した手順に従って決めることができる。
【0040】本実施例においては、色と符号化シンボル
の関係が固定であるとは限らないので、符号化処理の前
に、シンボル変換手段1のカラーシンボルと符号化シン
ボルの対応関係(本文ではこれをシンボル変換テーブル
という)を決める。そのために、シンボル変換手段1の
構成を、例えばRAM等によるルックアップテーブル方
式とする。このRAMテーブルの入力値はカラーシンボ
ルであり、出力値は符号化シンボルである。このテーブ
ルの実現は、図2の色−符号化シンボルテーブル情報8
を前記RAMに書き込むことで可能である。
【0041】シンボル変換テーブル書き込み後、画像情
報源2のカラーシンボル(R,G,B)をシンボル変換
手段1に入力し、符号化シンボル(D0、D1、D2)
に変換する。符号化シンボルは符号化手段3によって符
号化され、圧縮データ7が生成する。符号化手段3は例
えば実施例1で示したそれを用いる。圧縮データ7は、
記録フォーマット変換手段5により例えば図7のよう
に、属性情報の色−符号化シンボル情報と合成した記録
フォーマットの形にされ、記録装置4に記録される。
【0042】符号化シンボルは、文字、線、フォント、
塗りつぶし、図形、バックグランド等を示すシンボルと
解釈することもできる。よって、圧縮率向上の他の効果
として、シンボル変換テーブルを変更することで、任意
の色のマルチカラー画像を再生できる。例えば文字のみ
を赤色に変更する、といったことができる。また、任意
のシンボルのみ抽出し、ビットマップを形成することも
できる。例えば、文書中の図のみでビットマップを形成
することができる。これを利用すれば、2値表現の文書
を多値化することで、よりインテリジェントな文書処理
・出力できる。
【0043】(実施例3)本実施例はカラースキャナー
等で読み込んだ画像について、本発明の圧縮装置を適応
する。本実施例を図3を用いて説明する。本実施例で
は、画像情報源2はカラースキャナーからのR、G、B
である。また、図4のようにカラースキャナーからの画
像データをフレームバッファーに蓄積したものでもよ
い。
【0044】符号化処理を行う前に、前処理6を画像情
報源2を用いて行う。これは実施例1で記述したカラー
シンボルの画像情報量を求め、それに応じてシンボル割
当を決める処理である。前処理6は実施例1で示した手
順でもよいが、計算時間がかかることから、本実施例で
は別方式を提案する。これについては後述する。前処理
6によって決まるシンボル変換手段1は、符号化対象画
像の統計的性質が予想できないことから、シンボル変換
テーブルが変更可能なテーブル方式(実施例2で記述)
とする。前処理終了後、すなわちシンボル変換テーブル
書き込み後、以下に記述する符号化処理を行う。
【0045】シンボル変換テーブル(1)に基づいて、
カラースキャナーまたはフレームバッファーからのカラ
ーシンボル(R、G、B)を符号化シンボル(D0、D
1、D2)に変換する。符号化シンボルは符号化手段3
により符号化され、圧縮データ7が生成する。符号化手
段3は例えば実施例1で示したものとする。圧縮データ
7は実施例2で記述したように、記録フォーマット変換
手段5により記録フォーマット化され、記録装置4に記
録される。
【0046】本実施例で提案するシンボル変換テーブル
の構成法、すなわち前処理6の処理内容を記述する。こ
こでは、前処理6に必要なシンボルの画像情報量を、そ
のシンボルの発生頻度と定義する。すなわち、図9のよ
うな点順序で符号化画素を掃引し(本文ではプリスキャ
ンという)、カラーシンボルの発生頻度を計数する。1
画像全てプリスキャン後、各々のカラーシンボルの発生
頻度をその画像情報量とする。プリスキャンは、そのた
めにカラースキャナーを駆動してもよいし、図4のよう
にフレームバッファーに蓄積したデータを用いてもよ
い。また、画像に適当な代表点を複数決め、その点のみ
サンプリングしてカラーシンボルの発生頻度を計数する
方法でもよい。
【0047】発生頻度が分かったら、以下の手順に従っ
て、シンボル割当を行う。
【0048】手順1: 発生頻度の高い順序に並べる。
【0049】本実施例では8個のカラーシンボルに順序
をつける。
【0050】手順2: 通常最も発生頻度が高いバック
グランドのカラーシンボルに000を割り当てる。
【0051】手順3: バックグランドカラーを除き、
発生頻度の高い上位3つのシンボルに001、010、
100を割り当てる。順序は本実施例では規定しない。
【0052】手順4: 割当が未決定のシンボルで、発
生頻度の高い上位3つのシンボルに011、101、1
10を割り当てる。順序は本実施例では規定しない。
【0053】手順5: 発生頻度が最も低いシンボルに
111を割り当てる。
【0054】
【発明の効果】マルチカラー画像をビットマップ形態で
保存する利点としては、コンピューターにとって描画の
ための計算の負荷が軽減し、高速描画ができ、またデー
タの共有化も可能である。このビットマップ化したマル
チカラー(多値)画像に、本発明の圧縮装置を適用する
ことにより、以下の効果をもつ。
【0055】カラー拡張画像の元画像の情報量は、2値
画像に比し(プレーンの数)倍になるが、本発明のシン
ボル変換を用いた圧縮装置によれば、圧縮後の情報量
は、符号化方式が同じ場合、2値画像の圧縮後の情報量
に近づけることができる。
【0056】圧縮画像の、復号・再生時間はプレーン
数、すなわち符号化画素数によって決まるので、本発明
の装置では変わらない。また、シンボル変換に要す処理
時間は符号化に要す時間に比しほとんど無視できる。
【0057】シンボル変換手段のハードウェア規模は、
符号化手段に比して十分に小さい。
【0058】よりインテリジェントな文書画像処理が可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の圧縮装置の1例を示す図。
【図2】 本発明をマルチカラー文書画像に応用したと
きの例を示す図。
【図3】 本発明をカラースキャナーに応用したときの
例を示す図。
【図4】 第3図において画像情報源としてフレームバ
ッファーを設けた図。
【図5】 本発明の符号化シンボルの概念を説明するた
めの図。
【図6】 本発明の圧縮装置の符号化の点順序の例を示
す図。
【図7】 本発明の圧縮装置による圧縮データの記録フ
ォーマットの1例を示す図。
【図8】 従来の画像圧縮のための符号化方式を説明す
るための図。
【図9】 マルコフモデルによる符号化方式を説明する
ための図。
【符号の説明】
1・・・本発明の主要要素であるシンボル変換手段 2・・・圧縮の対象となるマルチカラー(多値)画像情報
源 3・・・ビットプレーン毎の符号化手段 4・・・圧縮データの記録装置 5・・・圧縮データを記録フォーマットへ変換する手段 6・・・シンボル変換テーブルのシンボル割当を決める前
処理手段 7・・・圧縮データ 8・・・色−符号化シンボル情報 9・・・符号化順序、 10・・・マルコフモデルのモデルテンプレートの例 11・・・マルコフモデルを用いた画素予測手段 12は動的算術符号化手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2階層以上のビットプレーンをもつ画像
    の圧縮装置において、 多値表示のための表示シンボルを符号化のための符号化
    シンボルに変換するシンボル変換手段と、 符号化シンボルをビットプレーン毎に符号化する圧縮手
    段を備えたことを特徴とする画像圧縮装置。
  2. 【請求項2】 請求項1のごとく構成され、nビットの
    表示シンボルをnビットの符号化シンボルへ変換するシ
    ンボル変換手段を備えた画像圧縮装置において、 表示シンボルのみで形成した画像の、その画像の統計的
    性質と前記圧縮手段の符号化方式により決まるエントロ
    ピーを、表示シンボル全てに対して計算し、 背景を示す表示シンボルはnビット全て0の符号化シン
    ボルに変換し、背景を除いた表示シンボルは、エントロ
    ピーの大きい順に順位をつけ、上位n個の表示シンボル
    は、各々別のビットのみ1で他のビットが0の符号化シ
    ンボルに変換し、最もエントロピーの小さい表示シンボ
    ルはnビット全て1の符号化シンボルに変換するシンボ
    ル変換手段を備えたことを特徴とする画像圧縮装置。
  3. 【請求項3】 請求項1のごとく構成され、nビットの
    表示シンボルをnビットの符号化シンボルへ変換するシ
    ンボル変換手段を備えた画像圧縮装置において、 圧縮対象画像において表示シンボルの発生頻度を求め、 背景を示す表示シンボルはnビット全て0の符号化シン
    ボルに変換し、背景を除いた表示シンボルは、発生頻度
    の大きい順に順位をつけ、上位n個の表示シンボルは、
    各々別のビットのみ1で他のビットが0の符号化シンボ
    ルに変換し、最も発生頻度の少ない表示シンボルはnビ
    ット全て1の符号化シンボルに変換するシンボル変換手
    段を備えたことを特徴とする画像圧縮装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10307825A (ja) * 1997-05-09 1998-11-17 Street Design:Kk イメージ情報処理システムとその処理プログラムを記録した記録媒体
JP2005229620A (ja) * 2004-02-12 2005-08-25 Xerox Corp 複数のフォアグランド平面を有する高圧縮画像データファイルの生成システム及び方法

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