JPH07283948A - 階調画像データの圧縮装置 - Google Patents

階調画像データの圧縮装置

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JPH07283948A
JPH07283948A JP7067612A JP6761295A JPH07283948A JP H07283948 A JPH07283948 A JP H07283948A JP 7067612 A JP7067612 A JP 7067612A JP 6761295 A JP6761295 A JP 6761295A JP H07283948 A JPH07283948 A JP H07283948A
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JP7067612A
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Hisashi Yonekawa
久 米川
Hiroshi Takeuchi
寛 竹内
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Mid−trace型の量子化を行なう変換
符号化方式を用いて医用画像を含む階調画像のデータを
圧縮するに当たり、成分固有のパターン画像の発生を防
ぎ且つブロックを最適にクラス分けするクラス分け手法
を用いることにより、高圧縮率で高画質な復元画像を得
ること。 【構成】 Mid−trace型の量子化を行なったと
きブロック内でゼロに量子化される変換係数交流成分の
発生頻度をパラメータとして、ブロックをいくつかのク
ラスに分類し、各クラスごとに適した量子化幅を用いて
圧縮を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はX線写真やCT画像など
の医用画像のような階調画像のデータを圧縮する階調画
像データの圧縮装置に関する。
【0002】
【発明の背景】デジタル技術の進歩にともない、階調画
像をデジタル化して保存、伝送したり、種々のデジタル
画像処理を施したりすることが頻繁に行なわれるように
なった。しかしながら、階調画像は2値画像に比べて情
報量が多く、従って階調画像をデジタル化したときのデ
ータ量の多さが問題となっている。特に医用画像では、
デジタル化するときの画素数および各画素に要するビッ
ト数が、たとえば胸部X線写真では400万画素、8〜
10ビットと膨大であり、データの保存や転送を行なう
上で効率が悪い。
【0003】そこで今日、医用画像を含む階調画像の膨
大なデータを圧縮してコンパクト化するデータ圧縮技術
が脚光を浴びている。
【0004】データ圧縮技術は大きく分けて可逆圧縮と
非可逆圧縮とに分類されるが、可逆圧縮では1/2〜1
/3程度の低い圧縮率しか望めないため、1/5以上の
高い圧縮率が得られる非可逆圧縮方式、特に変換符号化
方式が注目されている。
【0005】変換符号化とは、画像全体を小さなブロッ
クに分割しブロック単位に直交変換を施し、これにより
得られた変換係数を量子化し、符号化する非可逆圧縮方
式の1つであり、階調画像を圧縮するのに最も適した圧
縮方法である。
【0006】変換符号化において、変換係数の交流成分
の分布は、ゼロにピークを持つガウス分布に近位される
ことが知られており、このような分布を持つ変換係数の
量子化を量子化判定レベルにゼロを含むMid−Ris
er型量子化と、量子化出力レベルにゼロを含むMid
−trace型量子化とに分類した場合、Mid−tr
ace型量子化の方がブロック内のランダムノイズが少
なくてより好ましいことが報告されている。しかしなが
ら、Mid−trace型の量子化器を用いた場合、圧
縮率を高くすると成分固有のパターン画像が出現すると
いう欠点があり、拡大、階調、周波数処理などの画像処
理をしたとき不自然な画像が現れて復元画像の忠実度が
低くなるという問題がある。
【0007】ところで、Mid−trace型量子化を
行なう場合の復元画像の画質は、圧縮時の量子化段階で
ゼロに量子化された変換係数交流成分の個数と強い相互
関係があることがわかる。すなわち、復元画像の各ブロ
ックの画像は、量子化時にゼロ以外に量子化された変換
係数交流成分の成分固有のパターンの加重和となってい
るため、ゼロ以外に量子化される変換係数交流成分の個
数が少ない、言い換えると、ゼロに量子化される個数が
多い場合は成分固有のパターン画像が復元画像内に出現
する。そこで成分固有のパターン画像の出現を抑制する
には、量子化出力レベルがゼロとなる量子化判定レベル
の量子化幅を狭めてゼロに量子化される変換係数交流成
分の個数を少なくする。言い換えると、ゼロ以外に量子
化される個数を多くすればよいが、そうすると符号化時
の平均符号長が増加するため圧縮率が低下してしまう。
【0008】従って、ゼロに量子化される変換係数交流
成分の発生頻度を各ブロックごとに調べる。ブロック内
の全体の変換係数交流成分の個数は決まっているので、
ゼロ以外の個数を調べることと同様である。これにより
成分固有のパターン画像が現れやすいブロックを検出
し、検出されたブロックのみ量子化幅をせばめることに
よりパターン画像の出現を抑制した復元画像を得ること
ができることに気がついた。
【0009】
【発明の目的および構成】本発明は上記の点にかんがみ
てなされたもので、Mid−trace型の量子化を行
なう変換符号化方式を用いて医用画像を含む階調画像の
データを圧縮するに当たり、成分固有のパターン画像の
発生を防ぎ且つブロックを最適にクラス分けするクラス
分け手法を用いることにより、高圧縮率で高画質な復元
画像を得ることを目的とし、この目的を達成するため
に、Mid−trace型の量子化を行なったときブロ
ック内でゼロに量子化される変換係数交流成分の発生頻
度をパラメータとして、ブロックをいくつかのクラスに
分類し、各クラスごとに適した量子化幅を用いて圧縮を
行なうようにしたものである。
【0010】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【0011】図1は本発明による階調画像データ圧縮装
置の一実施例を示すブロック図である。
【0012】図においてフレームメモリ1には、圧縮対
象となる階調画像データ(本例では、1画素当たりのビ
ット数を8ビットとする)が格納されており、まず読み
出し装置2がフレームメモリ1から画像データをブロッ
ク単位に読み出す(本例では、ブロックサイズをライン
方向、カラム方向にそれぞれ16画素とする)。読み出
されたブロックデータは、2次元ディスクリートコサイ
ン変換(2D−DCT)装置3によりコサイン変換され
た1ブロック分256個の変換係数を得る。
【0013】次に、こうして得られた256個の変換係
数のうち1個の直流成分を除く255個の変換係数交流
成分は、量子化装置4により基本量子化幅w0 で一様量
子化され、各変換係数ごとに固定長符号である係数番号
と極性番号のペアを得る。係数番号と極性番号のペア
は、ブロックバッファメモリ6に一時的に格納されると
ともに、係数番号はクラス分け装置5へ送られる。
【0014】クラス分け装置5では、量子化装置4から
送られてくる1ブロック分の係数番号と、端子52から
入力される圧縮率パラメータによりクラス分け処理を行
ない、符号化装置7へクラス番号を出力する。符号化装
置7はクラス分け装置5から送られてくるクラス番号を
読み込むと、ブロックバッファメモリ6より1ブロック
分の係数番号と極性番号のペアを読み出し、変換係数交
流成分の固定長符号(番号)を可変長符号に変換して端
子8へ出力する。符号データは端子8から送信されるか
メモリへ格納される。
【0015】図2は量子化装置4の一例である。
【0016】まず端子41から1ブロック分の変換係数
のうち直流成分を除く255個の変換係数交流成分が入
力される。255個の変換係数は、絶対値回路42によ
り絶対値がとられると同時に、極性判定回路43により
変換係数の正負の判定が行なわれる。極性判定回路43
は判定結果を極性番号として端子47に出力する。ここ
では、極性番号を1ビット符号で表し、変換係数が負の
場合は“1”、正の場合は“0”とする。
【0017】一方、絶対値回路42から出力された変換
係数の絶対値は除算回路44により基本量子化幅w0
割り算される。割り算結果は切り捨て回路45によって
小数点以下の切り捨てが行なわれ(この結果を係数番号
と呼ぶ)、端子46および端子47に出力される。端子
46はクラス分け装置5に接続されており、端子47は
ブロックバッファメモリ6に接続されている。端子41
から入力された1つの変換係数に対して得られる極性番
号と係数番号は2つで1組のペアをなし、端子47より
ブロックバッファメモリ6へ一時的に格納される。
【0018】一方、各ブロックの直流成分は充分小さい
量子化幅wdcで一様量子化されるか、もしくは量子化を
行なわずに他の255個の変換係数交流成分と同様にブ
ロックバッファメモリ6へ一時的に格納される。
【0019】図3に直流成分を除いた変換係数交流成分
の量子化の様子を示す。
【0020】横軸が変換係数の値であり、縦軸は変換係
数の発生頻度である。図3(a)により示される番号列
は切り捨て回路45から出力される係数番号(k)列で
あり、図3(b)により示される番号列は極性判定回路
43から出力される極性番号(j)列である。
【0021】次に図4はクラス数を4とした場合のクラ
ス分け装置5の一例である。
【0022】端子51は図2の端子46と接続されてお
り、量子化装置4から出力される係数番号画像がここか
ら入力される。ここで係数番号をk(k=0,1,2,
3,4…)で表わすと、端子51から入力された係数番
号kはカウンタ制御LUT53により4ビットの第1次
カウンタ制御コードCi (i=0,1,2,3)に変換
される。
【0023】この図4のクラス分け装置の例で、本発明
のパラメータ入力により各ブロックとその量子化幅の対
応付けを制御する一実施例を説明する。
【0024】図5(イ)にカウンタ制御LUT53の一
例を示す。
【0025】一方、端子52からは、ユーザーが端末
(図示せず)から入力した圧縮率パラメータPが入力さ
れる。すなわち、クラス分け手段にパラメータPが与え
られる。本例の場合圧縮率は2通り用意されており(P
=0,1)、Pが大きいほど圧縮率が高くなることを意
味する。端子52から入力された圧縮率パラメータP
は、圧縮率制御LUT54により、4ビットの圧縮率制
御コードep に変換される。
【0026】図5(ロ)には圧縮率制御LUT54の一
例を示す。
【0027】次にOR回路55は第1次カウンタ制御コ
ードci と圧縮率制御コードep とを取り込み、数1の
ように両者の論理和である4ビットの第2次カウンタ制
御コードdi を求める。
【0028】
【数1】di ← ci ∪ ep 次にカウンタ制御回路56は第2次カウンタ制御コード
i を取り込み、カウンタ回路57内のカウンタ0から
カウンタ3までの4個のカウンタをdi の各ビットのo
n/off状態によって制御する。第2次カウンタ制御
コードdi の各ビットは下位ビットから順にカウンタ
0、カウンタ1、カウンタ2、カウンタ3に対応付けさ
れており、ビットがon(=1)の場合はカウンタ制御
回路56が対応するカウンタを+1カウントアップし、
ビットがoff(=0)の場合は対応するカウンタのカ
ウントアップを行なわない。
【0029】図5(ハ)にdi の各ビットと各カウンタ
との対応関係を示す。なお、ci ,ep についても各カ
ウンタと同様の対応関係が成立する。
【0030】図6は、圧縮率パラメータPもしくは圧縮
率制御コードep と各カウンタの動作範囲の関係を示す
図である。
【0031】各圧縮率パラメータP(各ep )に対し
て、各カウンタは図6の矢印で示される範囲の係数番号
kについてのみ動作する。ただし、本例では、カウンタ
3はPの値にかかわらず、すべての係数番号kに対して
動作するため、1ブロック分のクラス分け作業の終了を
カウンタ3により知ることができる。従って他にカウン
タ3と同様のカウンタを所有する場合はカウンタ3を省
略してもよい。
【0032】次に、比較回路58の比較処理手順を図7
のフローチャートに示す。
【0033】比較回路58は常にカウンタ3のカウント
値をチェックしており(F−1)、カウント値が255
に満たないときは比較回路58は待機状態にある。カウ
ンタ3のカウント値が255になると、比較回路58は
カウント閾値LUT59から出力されるカウント閾値S
p を読み込む。
【0034】図5(ニ)にカウント閾値LUT59の一
例を示す。
【0035】カウント閾値Sp とは、端子52から入力
される圧縮率パラメータPに対して発行される、カウン
ト値に対する閾値である。比較回路58がカウント閾値
pを読み込むと、このSp とカウンタ2のカウント値
の比較を行なう(F−2)。その結果、 (1) もし、カウント閾値Sp がカウンタ2のカウン
ト値以上であればクラス番号mを3にセットし(F−
3)、Sp がカウンタ2のカウント値より小さければS
p とカウンタ1のカウント値とを比較する(F−4)。 (2) カウント閾値Sp とカウンタ1のカウント値と
の比較において、Sp がカウンタ1のカウント値以上で
あればクラス番号mを2にセットし(F−5)、Sp
カウンタ1のカウント値より小さければSp とカウンタ
0のカウント値を比較する(F−6)。 (3) カウント閾値Sp とカウンタ0のカウント値と
の比較において、Sp がカウント値以上であればクラス
番号mを1にセットし(F−7)、Sp がカウンタ0の
カウント値より小さければクラス番号mを0にセットす
る(F−8)。 (4) クラス番号mがセットされると、端子510よ
りクラス番号mを出力して(F−9)、1ブロック分の
クラス分け作業を終了し、カウンタ0からカウンタ3ま
での各カウンタのカウント値をゼロクリアする(F−1
0)。比較回路58から出力されるクラス番号mは、符
号化時にランレングス符号化される変換係数の範囲を示
すパラメータとなっている。すなわち、クラス番号がm
であるブロックの255個の交流成分に対して、変換係
数の絶対値が0以上Am 以下の領域内に存在する変換係
数はランレングス符号化されることを意味する(図6参
照)。
【0036】図8は符号化装置7の一例である。
【0037】クラス分け装置5が1ブロック分のクラス
分け作業を終了すると、符号化装置7は端子79(端子
79は図4の端子510と接続されている)からクラス
番号mを読み込み、量子化LUT73に格納されている
4つの量子化テーブルから量子化に用いるテーブルを1
つ選択すると同時にデータ読み出し回路72にブロック
バッファメモリ6からのデータ読み出し指令を送る。デ
ータ読み出し回路72はブロックバッファメモリ6と接
続されている端子71から直流成分データと、255組
の係数番号kと極性番号j(j=0or1)のペアとを読
み込む。読み込まれたデータが直流成分であれば、端子
78からデータを出力し、読み込まれたデータが係数番
号kと極性番号jのペアであればクラス番号mにより選
択された量子化LUT73内の量子化テーブルによって
係数番号kおよび極性番号jを符
【0038】図9には量子化LUT73内の量子化テー
ブルの一例を示す。
【0039】本例は最終的量子化状態が図10に示す一
様量子化となるように、係数番号kを均等に区分けした
例であるが、このほかに係数番号kを不均等に区分けす
ることも可能であり、基本量子化幅w0 の整数倍の最終
的量子化幅で一様でない量子化を行なうことができる。
【0040】次に交流成分の符号化手順の一例を図11
のフローチャートに示す。
【0041】 タ74aを有するゼロ判定回路74に送られる(P−
1)。符号通過カウンタ カウントアップした後(P−4)、符号通過カウント値
yが255になったかど を出力した後(P−7)符号通過カウント値yが255
になったかどうかを判定する(P−11)。もしゼロカ
ウント値zがゼロでなければゼロカウント値zを符号L
UT77によって可変長符号rz に変換し(P−8)、
ゼロカウント値zをゼロクリアした後(P−9)、rz
を端子78から出力し(P−10)、符号通過カウント
値yが255になったかどうかを判定する(P−1
1)。
【0042】符号通過カウント値yの判定において、も
しカウント値yが255でなければ 行なう。もし符号通過カウント値yが255であれば
(P−11)、ゼロカウント値zがゼロであるかどうか
を判定し(P−12)、ゼロであれば符号通過カウント
値yをゼロクリアして(P−13)、1ブロック分の変
換係数の符号化作業を終了する。ゼロカウント値zがゼ
ロでなければ符号変換ステップ(P−8)と、ゼロカウ
ント値zのゼロクリアステップ(P−9)と、端子78
への可変長符号rz 出力ステップ(P−10)を経た後
符号通過カウント値yをゼロクリアし(P−13)1ブ
ロック分の変換係数の符号化作業を終了する。
【0043】図12(イ)は符号LUT76の一例を示
す。
【0044】 により、よりシンプルな装置化が可能となる。
【0045】図12(ロ)は符号LUT77の一例を示
す。
【0046】本例はゼロカウント値zに対して割り当て
られるランレングス符号に各クラス共通のB1符号を用
いた例である。階調画像データを本方式で圧縮する場合
の各ゼロラン長の頻度分布はB1符号に適した指数関数
的分布となるため、B1符号を用いることにより高い圧
縮率を得ることが可能となる。
【0047】なお、図12(イ)および(ロ)において
Cは0か1の値をとる1ビットの符号である。
【0048】図13は、図8におけるデータ読み出し回
路72のデータ読み出し順序を示す。
【0049】階調画像の変換係数は高周波成分ほど振幅
が小さくなる傾向が強いため、ゼロに量子化される成分
の発生する確率も高周波成分ほど高くなる。従って、図
13(イ)もしくは(ロ)に示すように、低周波側から
高周波方向に向かって符号化すれば長いゼロランが発生
する確率が高まり、有効なランレングス符号化を行なう
ことができる。
【0050】図14に符号構成の一例を示す。
【0051】図14(イ)は1フレームの画像全体を圧
縮した結果の符号例であり、ヘッダ部と、それに続く各
ブロックの符号と、データ終了符号とから成る。
【0052】図14(ロ)はヘッダ部構成の一例であ
り、ブロックサイズ(本例では16)、画像ライン方向
のブロック数、画像カラム方向のブロック数および圧縮
率パラメータPが格納されている。
【0053】図14(ハ)は各ブロックの符号構成の一
例であり、クラス番号m(本例では2ビットの固定長符
号)、直流成分符号(固定長符号)、それに続く交流成
分符号列(可変長符号列)より成る。交流成分符号列は
図14(ニ)に示すような z )とが交互に並ぶ構成となる。
【0054】以下に本実施例に用いた各種パラメータの
一例を示す。
【0055】基本量子化幅w0 =0.5 A0 =0.5, A1 =1.0 A2 =1.5, A3 =2.0 S0 =200, S1 =225 なお上記パラメータは原画像の画素当たりの情報量がn
ビット(本例ではn=8)でブロックサイズがN×N
(本例ではN=16)のとき、ブロック画像をf(x,
y)、変換係数行列をF(u,v)で表した2次元デス
クリートコサイン変換式(数2に示す)をフローティン
グポイントで計算した場合の値である。
【0056】
【数2】 また本発明においては、2次元ディスクリートコサイン
変換装置3の代わりに、ほかの直交変換装置、たとえば
2次元でディスクリートなアダマール変換装置、スラン
ト変換装置などを用いてもよい。また本発明ではブロッ
クサイズを16×16のサイズに限定するものではな
く、8×8、32×32、64×64などのサイズでも
適応可能であり、また原画像の1画素当たりのビット数
も8ビットに限定するものではない。またクラス分け装
置5において、特定区間内の係数番号kをカウントする
際、特定区間を多数設けず、1つの特定区間内に存在す
る係数番号kの個数の大小に基づいてクラス分けを行な
うことも可能である。また、本発明におけるクラス分け
パラメータを他のクラス分けパラメータと組み合わせて
クラス分けを行なうことも可能である。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、クラス分けのパラメータの1つにゼロに量子化され
る変換係数交流成分の発生頻度(個数)を用いることに
より、復元画像の画質、特にMid−trace型量子
化の欠点である成分固有のパターン画像の発生度合に基
づいたクラス分けが可能となり、たとえば頻度の高いブ
ロックは頻度を低くするように量子化幅を決めることに
より、パターン画像の発生を抑制し、高画質の復元画像
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による階調画像データ圧縮装置の一実施
例のブロック線図である。
【図2】図1に示した量子化装置の一例のブロック線図
である。
【図3】変換係数交流成分を量子化して得られる係数番
号と極性番号とを変換係数の発生頻度との関係で示す図
である。
【図4】図1に示したクラス分け装置の一例のブロック
線図である。
【図5】(イ)はカウンタ制御LUT、(ロ)は圧縮率
制御LUT、(ハ)は第2次カウンタ制御コードと各カ
ウンタの対応関係、(ニ)はカウント閾値LUTをそれ
ぞれ示す図である。
【図6】(イ)および(ロ)はカウンタ回路内の各カウ
ンタの動作範囲を示す図である。
【図7】比較回路の比較手順を示すフローチャートであ
る。
【図8】図1に示した符号化装置の一例のブロック線図
である。
【図9】図8に示した量子化LUTの一例である。
【図10】最終的量子化状態の一例である。
【図11】図1に示した符号化装置による交流成分符号
化手順を示すフローチャートである。
【図12】(イ)および(ロ)はそれぞれ図8の2つの
符号LUTの一例である。
【図13】(イ)および(ロ)は図8のデータ読み出し
回路におけるデータ読み出し順序を示す図である。
【図14】(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)は
符号構成の内容の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 フレームメモリ 2 読み出し装置 3 2次元ディスクリートコサイン変換装置 4 量子化装置 5 クラス分け装置 6 ブロックバッファメモリ 7 符号化装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デジタル化された階調画像データをブロ
    ック画像単位に順次読み出す読み出し手段と、 該読み出されたブロック画像に対して2次元直交変換を
    行って変換係数データを得る2次元直交変換手段と、 該変換係数データの統計量をブロック単位に計算し、計
    算結果の統計量に基づいて該ブロックを複数のクラスに
    分類するクラス分け手段と、 前記分類結果に基づいて前記変換係数データを所定の量
    子化幅で量子化し、符号化する符号化手段とを有し、 前記ブロックと前記ブロックに割当てられる量子化幅と
    の対応付けが前記クラス分け手段に与えられるパラメー
    タによって制御されることを特徴とする階調画像データ
    の圧縮装置。
  2. 【請求項2】 前記パラメータによって、前記クラス分
    け手段に入力される一部もしくはすべてのデータの値を
    修正することにより、少なくとも1つのブロックと、前
    記クラス分け手段によって前記ブロックに割当てられる
    量子化幅との間の対応付けが制御されることを特徴とす
    る請求項1に記載の階調画像データの圧縮装置。
  3. 【請求項3】 前記パラメータによって、前記クラス分
    け手段の統計量計算方法を修正することにより、少なく
    とも1つのブロックと、前記クラス分け手段によって前
    記ブロックに割当てられる量子化幅との間の対応付けが
    制御されることを特徴とする請求項1に記載の階調画像
    データの圧縮装置。
  4. 【請求項4】 前記2次元直交変換が2次元ディスクリ
    ート変換であることを特徴とする請求項1に記載の階調
    画像データの圧縮装置。
  5. 【請求項5】 前記パラメータによって、前記クラス分
    け手段が前記各ブロックに割当てるクラスと、該クラス
    分け手段が各ブロックに割当てる量子化幅との間の対応
    付けが修正されることにより、少なくとも1つのブロッ
    クと、前記クラス分け手段によって前記ブロックに割当
    てられる量子化幅との間の対応付けが制御されることを
    特徴とする請求項1に記載の階調画像データの圧縮装
    置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU714554B2 (en) * 1996-07-17 2000-01-06 Sony Corporation Image coding and decoding using mapping coefficients corresponding to class information of pixel blocks
KR100598754B1 (ko) * 1996-07-17 2006-10-24 소니 가부시끼 가이샤 원 화상 데이타 부호화 장치, 부호화 화상 데이타 복호화 장치, 원 화상 데이타 부호화 방법, 부호화 화상 데이타 복호화 방법, 화상 데이타 송신 방법, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체

Non-Patent Citations (1)

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Title
IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS=1977 *

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