JPH03247168A - データ圧縮方式 - Google Patents

データ圧縮方式

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JPH03247168A
JPH03247168A JP2045164A JP4516490A JPH03247168A JP H03247168 A JPH03247168 A JP H03247168A JP 2045164 A JP2045164 A JP 2045164A JP 4516490 A JP4516490 A JP 4516490A JP H03247168 A JPH03247168 A JP H03247168A
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JP
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JP2045164A
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Shigeru Yoshida
茂 吉田
Yasuhiko Nakano
泰彦 中野
Yoshiyuki Okada
佳之 岡田
Hirotaka Chiba
広隆 千葉
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 [概要コ ユニバーサル符号化の一種である増分分解型符号化の改
良としてのLZW符号化によるデータ圧縮方式に関し、 辞書の初期化による圧縮率の低下を防止することを目的
とし、 辞書の参照番号毎にカウンタを設けて各参照番号が符号
化に使われた回数を計数しておき、辞書への登録が一杯
になった時に、カウンタの計数値をみて出現頻度の高い
文字列を残し、出現頻度の低い文字列は捨てることによ
り、新に登録する空きスペースを作るように構成する。
[産業上の利用分野コ 本発明は、ユニバーサル符号の一種である増分分解型の
改良として知られたLZW符号による画像データ圧縮方
式に関する。
近年、文字コード、ベクトル情報、画像など様々な種類
のデータがコンピュータで扱われるようになっており、
扱われるデータ量も急速に増加してきている。大量のデ
ータを扱うときは、データの中の冗長な部分を省いてデ
ータ量を圧縮することで記憶容量を減らしたり、速く伝
送したりすることが望まれる。
このように様々なデータを1つの方式でデータ圧縮でき
る方法としてユニバーサル符号化が提案されている。
ここで、本発明の分野は、文字コードの圧縮に限らず、
様々なデータに適用できるが、以下では、情報理論で用
いられている呼称を踏襲し、データの1ワ一ド単位を文
字と呼び、データが複数ワードつながったものを文字列
と呼ぶことにする。
ユニバーサル符号化の代表的な方法として、ジブーレン
ペル(ziマーLempel)符号がある(詳しくは、
例えば、宗像r ziv−Lempelのデータ圧縮法
」。
情報処理、 vol、 26. NO,1,1985年
を参照のこと)。
2iv−Lempel符号では、 ■ユニバーサル型と、 ■増分分解型(Incremental parsin
g)の2つのアルゴリズムが提案されている。
更に、ユニバーサル型アルゴリズムの改良として、LZ
SS符号がある(T、 C,Be1l、 ’ Bett
erOPM/L Text Cu+pression’
、 IEEE Trans、 on CommunVo
l、 C0M−34,No、 12. Dec、 19
86年参照)。
また、増分分解型アルゴリズムの改良としては、L Z
W (Lempel−2iv−Welch)符号がある
(T、^、WeIch、’A Technique I
u High−P!rlormance Data C
omp+ession’、 Computer、 Ju
ne 19g4年参照)。
これらの符号化方式の内、高速処理ができることと、ア
ルゴリズムの簡単さからLZW符号が記憶装置のファイ
ル圧縮などで使われるようになっている。
[従来の技術] 従来のLZW符号による符号化処理フローを第5図に示
し、復号化処理フローを第6図に示す。
まずLZW符号化処理は、書き替え可能な辞書を持ち、
入力文字列の中を相異なる文字列(部分列)に分け、こ
の文字列を出現した順に参照番号を付けて辞書に登録す
ると共に、現在入力している文字列を辞書に登録しであ
る最長−散文字列の参照番号で表して符号化するもので
ある。
第7図にLZW符号化の説明図を示すと共に第9図にL
ZW復号化の説明図を示し、更に第8図に復号化と復号
化時に作成される辞書構成例を示す。尚、第7. 8.
 9図では説明を簡単にするため、abcの3文字の組
合せからなるデータを圧縮、復元する場合の例を取り上
げている。
第5図のLZW符号化処理では、まずステップ81(以
下「ステップ」は省略)で予め辞書に全文字につき一文
字からなる文字列を初期値として登録してから符号化を
始める。Slの符号化は入力した最初の文字Kにより辞
書を検索して参照番号ωを求め、これを語頭文字列とす
る。次に82で入力データの次の文字Kを読込み、S3
で文字入力が終了したか否かチエツクした後、S4に進
んでSlで求めた語頭文字列ωに82で読込んだも文字
Kを加えた(ωK)が辞書にあるか否か探す。
S4で文字列(ωK)が辞書になければ、S6に進んで
Slで求めた文字にの参照番号ωを符号語code (
ω)として出力し、また文字列(ωK)に新たな参照番
号を付加して辞書に登録し、更にS2の入力文字Kを参
照番号ωに置き換えると共に辞書アドレスnをインクリ
メントしてS2に戻って次の文字Kを読み込む。
一方、S4で文字列(ωK)が辞書にあればS5で文字
列(ωK)を参照番号ωに置き換え、再びS2に戻って
S4で文字列(ωK)が辞書から探せなくなるまで最大
−成長の検索を続ける。
第7.8図を参照してLZW符号化を具体的に説明する
と次のようになる。
まず第8図の入力データ1nputは左から右へと読む
。最初の文字aを入力した時、辞書にはaの他に一致す
る文字列がないので、0UTPUT C0DE 1(参
照番号ω)を符号語して出力する。そして、拡張した文
字列abに参照番号4を付けて辞書に登録する。実際の
辞書登録は第7図の右側に示すように文字列1bとして
登録される。
続いて2番目のbが文字列の先頭になる。辞書にはbの
他に一致する文字がないので参照番号2を符号語きして
出力し、同時に、拡張した文字列baも辞書にないので
、文字列baを2aで表わし、参照番号5を付けて辞書
に登録する。3番目のaが次の文字列の先頭になる。以
下同様に、この処理を続ける。
第6図の復号化処理は第5図の符号化の逆の操作を行う
第6図のLZW復号化では、符号化時と同様に予め辞書
に全文字につき一文字からなる文字列を初期値として登
録してから復号化を始める。
まずSlで最初の符号(参照番号)を読込み、現在のC
0DEを0LDcodeとし、最初の符号は既に辞書に
登録された一文字の参照番号いずれかに該当することか
ら、入力符号C0DEに一致する文字code(K)を
探し出し、文字Kを出力する。
尚、出力した文字には後の例外処理のためFINcha
+にセットしておく。
次に82に進んで次の符号を読込んでC0DHにINc
odeとしてセットする。S3で新たな符号があるか否
か、即ち符号入力の終了の有無をチエツクしてS4に進
み、S3で入力された符号C0DEが辞書に定義(登録
)されているか否かチエツクする。
通常、入力した符号語は前回までの処理で辞書に登録さ
れているため、S5に進んで符号C0DHに対応する文
字列code (ωK)を辞書から読出し、S6で文字
Kを一時的にスタックし、参照番号C0DE(ω)を新
な符号C0DEとして再度S5に戻り、この85.S6
の手順を再帰的に参照番号ωが一文字Kに至るまで繰り
返し、最後にS7に進んでS6でスタックした文字をL
 I FO(Last In FastOu【)形式で
ポツプアップして出力する。同時にS7において、前回
使った符号ωと今回復元した文字列の最初の1文字Kを
組(ω、K)と表した文字列に、新たな参照番号を付加
して辞書に登録する。
第9図を参照してLZW復号化処理を具体的に説明する
と次のようになる。
まず第9図で最初の入力符号(INPtlT C0DE
)は1でアリ、−文字a、  b、  cについては既
に参照番号1. 2. 3として第8図に示すように辞
書に登録されているため、辞書の参照により符号1に一
致する参照番号の文字列aに置き換えて出力する。
次の符号2についても同様にして文字すに置き換えて出
力する。このとき前回処理した符号1と今回復号した最
初の1文字すとを組合わせた文字列(1b)に新たな参
照番号4を付加して辞書に登録する。
3番目の符号4は辞書の検索により求めた文字列1bか
ら文字列abと置き換えて文字列abを出力する。同時
に前回処理した符号2と今回復号した文字列の1番目の
文字aとの組合せた文字列2a(=ba)に新たな参照
番号5を付加して辞書に登録する。
以下同様に、この処理を繰り返す。
第9図のLZW復号化では次の例外処理がある。
この例外処理は、第6番目の入力符号8の復号で生ずる
。符号8は復号時に辞書に定義されておらず、復号でき
ない。この場合には、前回処理した符号5に前回復号し
た文字列baの最初の一文字すを加えた文字列5bを求
め、更に2ab、babと置き換えて出力する例外処理
を行う。そして、文字列の出力後に前回の符号語5に今
回復号した文字列の1番目の文字すを加えた文字列5b
に参照番号8を付加して辞書に登録する。
この例外処理は、第6図の復号化処理フローの34、S
8の処理を通じて行われ、最終的に87で文字列の出力
と新たな文字列に参照番号を付加した辞書への登録がS
7で行われる。
尚、第6,9図のLZW復号化は、復号側で符号を解読
しながら辞書をリアルタイムで作り出す場合を説明した
が、符号化の際に作られた辞書をそのまま復号化側にコ
ピーとして使用することで符号化しても良い。この場合
に復号化側での例外処理は不要になる。
次に従来の辞書の初期化を説明する。
第5図のLZW符号化処理において、S6の辞書に対す
る文字列の登録が済むと、S7で現在の辞書登録アドレ
スnが辞書の最大アドレスNMAXを越えたか否か、即
ち辞書が一杯になったか否かチエツクする。もしS7で
辞書への登録が一杯になったことが判別されると、S8
に進んで辞書への登録を止め、数100バイト単位に圧
縮率をチエツクする。このとき圧縮率が前回チエツクし
たときと比べて悪化する方向に動いていることが89で
判別されると、辞書がデータの統計的性質とズレができ
ていると判断し、S10に進んで第1文字のみを含むよ
うに辞書を初期化した後、再度、S2に戻って辞書への
登録を行いながら符号化を実行する。
[発明が解決しようとする課題] このように従来のLZW符号によるデータ圧縮は、辞書
が一杯になったとき圧縮率をチエツクし、圧縮率が悪化
したとき第1文字のみを含むように辞書を初期化した後
、再度学習による符号化を進めており、辞書の初期化は
簡単なため高速で処理できる利点がある。
しかしながら、今までの学習した履歴を全部槽ててしま
うため、初期化の回数が多い場合には、十分に大きな辞
書サイズをもって辞書の初期化なしで符号化する理想的
な場合に比べ、初期化により圧縮率が低下するという問
題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、辞書の初期化による圧縮率の低下を防止するLZ
W符号を用いたデータ圧縮方式を提供することを目的と
する。
[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理説明図である。
まず本発明は、符号化済みデータを異なる部分列に分け
て各部分列毎に異なる参照番号を付加して辞書10に登
録しておき、入力データを辞書10の部分列の内、最大
長一致する部分列の参照番号で指定して符号化するデー
タ圧縮方式を対象とする。
このようなデータ圧縮方式につき本発明にあっては、辞
書10に登録された部分列毎にカウンタcnt 1〜n
を設け、カウンタcnl 1〜nに辞書10中の各部分
列が入力データと一致した回数を計数しておき、辞書1
0への登録が一杯になった時に、所定の閾値よりカウン
タの計数値の低い部分列を辞書10より削除して登録空
きスペースを確保し、再度、の入力データの符号化と辞
書登録を行うように構成したものである。
[作用] このような構成を備えた本発明の画像データ圧縮方式に
よれば、辞書の各参照番号毎にカウンタを設けて各参照
番号の符号化時に使われた回数を計数しておき、辞書へ
の登録が一杯になったとき、カウンタの計数値をみて出
現頻度の高い文字列のみを辞書に残し、出現頻度の低い
文字列は捨てて登録空きスペースを作る辞書の初期化が
行われる。
このため学習した履歴の内、出現頻度の高ものが辞書に
残った状態で次の符号化が再開され、符号化の再開時に
既に出現頻度の高い文字列が登録済みとなっていること
から、最初から一成長の長い部分列を検索でき、圧縮率
を向上できる。
[実施例] 第2図は本発明の一実施例を示した実施例構成図である
第2図において、12は制御手段としてのCPUであり
、CPU12に対してはプログラムメモリ14とデータ
メモリ24が接続される。プログラムメモリ14にはコ
ントロールソフト16、最大−成長検索ソフト18、符
号化ソフト20及び辞書初期化ソフト22が設けられる
。また、データメモリ24には辞書10とデータバッフ
ァ26が設けられる。辞書10はアドレス0から最大ア
ドレスNMAXをもつ。データバッファ26には、符号
化時には処理対象となる文字列が入力され、復号化時に
は処理対象となる符号系列が入力される。
次に第2図の実施例の概略を説明すると、まず入力デー
タをLZW符号に符号化するための符号化処理は基本的
には従来方式と同じであるが、辞書10に登録する部分
列の各参照番号毎にカウン夕を設け、符号化時に各参照
番号が使われる毎にカウンタをインクリメントして使用
頻度を計数できるようにしている。
この辞書10の部分列に対応して設けられたカウンタの
計数値は辞書10への登録が一杯になったとき、即ち辞
書10の最大アドレスNMAXへの登録を検知したとき
、辞書初期化ソフト22の起動により各部分列に設けた
カウンタの計数値をチエツクし、出現頻度が所定の閾値
を越える部分列のみ辞書に残し、閾値より少ない部分列
を削除する辞書登録スペースのチエツク処理としての初
期化処理を行なうようになる。
次に、第3図の処理フロー図を参照して本発明のLZW
符号化を説明する。
第3図において、まずSlで第1番目の文字を含むよう
に辞書を初期化する。即ち、処理対象となるデータ系列
における全文字の1文字を最小部分列として参照番号を
付加して辞書に登録する。
このような全ての1文字登録が済んだならば、このとき
の辞書の現在の登録文字列数nを1文字全体の数にセッ
トする。続いて、入力した最初の文字Kを辞書の検索に
より参照番号ωを求めて、語頭文字列ωとする。
以上の初期化処理が終了したならばS2に進んで、2番
目の文字Kを読み込み、S3で文字Kが残っているか否
かチエツクした後、S4に進み、語頭文字列ωに82で
読み込んだ2番目の文字Kを組み合わせた文字列(ωK
)が辞書にあるか否か検索する。この段階では1文字の
みの登録しか済んでいないため、辞書に文字列(ωK)
は存在せず、従って86に進み、Slで最初に入力した
文字Kについて求めた参照番号ωを符号語code(ω
)として出力する。この最初の符号語の出力に続いて文
字列(ωK)をそのときの辞書アドレスnに登録する。
この文字列(ωK)の参照番号は辞書アドレスnに一致
した参照番号ω=nとなる。
続いてS6では辞書登録後に82で2番目に読み込んだ
文字Kを語頭文字列ωとし、また文字列(ωK)の辞書
アドレスnへの登録に伴いカウンタcnt(n)を作成
し、初期状態でカウンタcnt(n)を0にセットする
。以上の処理が終了すると辞書アドレスnをインクリメ
ントし、S7の辞書登録スペースのチエツクに進む。S
7の辞書登録スペースのチエツクにあっては、辞書アド
レスnが辞書最大アドレスNMAXを越えない限り、特
別な処理を行なうことなく、S2に戻って3番目の文字
Kを読み込む。
一方、何回かに亘る文字列の登録の繰返しによりS4で
そのときの語頭文字列ωに読み込んだ文字Kを組み合わ
せた文字列(ωK)が辞書にあることが判別されると、
S5に進んで文字列(ωK)を語頭文字列ωに置き換え
、文字列に対応して設けているカウンタcnt (ω)
をインクリメントする。
S5の処理が終わるとS7の辞書登録スペースのチエツ
クを経由して再びS2に戻って次の文字Kを読み込み、
S4で文字列(ωK)が探し出せな(なるまで一致長の
検索を行ない、探し出せなくなると86に進んで、同様
に最大一致長となる文字列の参照番号ωで指定される符
号語code(ω)を出力し、同様に新たな文字列(ω
K)の辞書登録と対応するカウンタcnt(n)の新設
を行なうようになる。
第3図の87に示した辞書登録スペースのチエツク処理
は第4図の処理フロー図に示すようになる。
第4図において、まずSlで現時点の登録辞書アドレス
nが辞書の最大アドレスNMAXを越えたか否かチエツ
クする。現在の登録アドレスnは辞書の最大アドレスN
MAX以内にあればそのまま第3図の処理にリターンす
る。
Slで登録辞書アドレスnが辞書の最大アドレスNMA
Xを越えたことが判別されると82に進み、辞書チエツ
クのためのアドレスiを0にリセットし、S3でアドレ
スiを1つインクリメントし、S4で現在の辞書登録ア
ドレスn以内であればS5に進み、アドレスiに設けて
いるカウンタcnt (i)の計数値が予め定めた閾値
Tより小さいか否かチエツクする。カウンタcnt  
(i)の計数値が閾値Tより小さければS6に進んで、
辞書アドレスiを次のアドレスjとすることで、閾値T
よりカウンタの計数値の小さい文字列を削除する。
S6で辞書の文字列を1つ削除する処理が終了すると8
7に進み、削除した文字列の次のアドレスjが辞書登録
最終アドレスn以内かどうかチエツクし、アドレスjが
辞書登録最終アドレスn以内であればS8に進み、削除
した辞書アドレスi以降にi=ωより大きい参照番号を
もつ文字列が存在するか否かチエツクする。削除したア
ドレスiの文字列ωより大きい参照番号を中部にもつ文
字列が存在した場合にはS9に進み、各文字列の中の参
照番号ωを1つデクリメントして参照番号を1つ下げる
ようにする。
続いてSIOに進み、削除したアドレスiの次の辞書ア
ドレスjの符号列(ωK)を1つ少ない辞書アドレスj
−1、即ち削除したアドレスiに登録し、辞書アドレス
jを1つインクリメントする。そして、再びS7に戻り
、アドレスiの削除後に参照番号ωを1つ減らして、更
に登録アドレスを1つ前に移す処理が済んでいないアド
レスjが最終登録アドレスnを越えたか否かチエツクし
、越えるまで87〜SIOの処理を繰り返す。
即ちS6でカウンタの計数値が閾値Tより小さいために
アドレスiの部分列を辞書から削除した場合には、削除
した部分列以降のアドレスに存在する符号列の中の参照
番号ωを1つ少なくした後、アドレスを1つずつ上位に
詰める処理を行なうようになる。
S7でアドレスjが最終登録アドレスnを越えたことが
判別されるとSllに進み、文字列が1つ削除されたこ
とから、登録最終アドレスnを1つデクリメントして再
びS3に戻り、次のアドレスについて同じ処理を繰り返
す。
以上の処理の繰返しによりS4でアドレスiが最終登録
アドレスnを越えたことが判別されると812に進み、
辞書整理が済んだアドレスi=0からnまでのカウンタ
cntの全てをOにリセットして再び第3図の処理に戻
る。
この第4図の辞書登録スペースのチエツク処理により辞
書への登録が一杯になったとき、カウンタの計数値を見
て出現頻度の高い文字列のみを辞書に残し、出現頻度の
低い文字列は削除されて新たに登録する辞書空きスペー
スを確保することができる。
一方、LZW復号化処理においても、例えば第6図の8
7における辞書登録の際に、カウンタCnt(n)を設
けて0にセットし、S5の辞書検索で文字列(ωK)を
探し出してS6で文字Kをスタックする際に、対応する
カウンタcnt (ω)を1つインクリメントする。
そして、辞書が一杯になった段階で、第4図と同じ辞書
登録スペースのチエツク処理を実行することで出現頻度
の高い文字列のみを辞書に残し、出現頻度の低い文字列
は削除して新たに登録する辞書空きスペースを確保する
ことができる。
尚、上記の実施例にあっては、辞書への登録か一杯にな
ったとき、既に登録済みの全部の文字列の中から高頻度
で出現する文字列を残すようにしたが、他の実施例とし
て登録番号が古い文字列、例えば辞書の最大アドレスN
MAXの2分の1までの中から高頻度で出現する文字列
を残すようにしてもよい。このように、辞書登録の順番
を考慮すれば、出現頻度だけでは最近登録が行なわれた
若い登録番号をもつ文字列が削除されてしまったものが
、出現頻度が少なくとも最近登録した若い登録番号をも
つ文字列を辞書に残すことができる。
そして辞書への登録が一杯になる毎に出現頻度の少ない
文字列が捨てられて登録番号が古くなり、登録番号が古
い状態で出現頻度も低ければ、最終的に捨てられること
となる。
[発明の効果] 以上説明してきたように本発明によれば、辞書への登録
が一杯になったとき出現頻度の高い文字列は辞書に残さ
れるため、今までに学習した結果を損なうことなしに学
習結果を有効に生かした符号化あるいは復号化を継続す
ることができる。このため、入力データの量に比べ小さ
いサイズの辞書を使用しても、充分に大きい辞書サイズ
をもって辞書の初期化なしで符号化をする理想的な場合
に近い高い圧縮率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図; 第2図は実施例構成図; 第3図は本発明のLZW符号化処理フロー図;第4図は
本発明の辞書登録スペースのチエツク処理フロー図; 第5図は従来のLZW符号化処理フロー図;第6図は従
来のLZW復号化処理フロー図;第7図はLZW符号化
説明図; 第8図は辞書構成例の説明図; 第9図はLZW復号化説明図である。 図中、 10;辞書 12:CPU 14ニブログラムメモリ 6 0 2 4 6 :コントロールソフト :最大ー成長検索ソフ :符号化ソフト :辞書初期化ソフト :データメモリ :データバッフア ト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)符号化済みデータを異なる部分列に分けて各部分
    列毎に異なる参照番号を付加して辞書(10)に登録し
    ておき、入力データを該辞書(10)の部分列の内、最
    大長一致する部分列の参照番号で指定して符号化するデ
    ータ圧縮方式に於いて、 前記辞書(10)に登録された部分列毎にカウンタ(c
    nt1〜n)を設け、該カウンタに辞書(10)中の各
    部分列が入力データと一致した回数を計数しておき、辞
    書(10)への登録が一杯になった時に、所定の閾値に
    より前記カウンタの計数値が低い部分列を辞書(10)
    より削除して登録空きスペースを確保し、再度、入力デ
    ータの符号化と辞書登録を行うことを特徴とするデータ
    圧縮方式。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016152972A1 (ja) * 2015-03-25 2016-09-29 国立大学法人筑波大学 データ圧縮・解凍システム、データ圧縮方法及びデータ解凍方法、並びにデータ圧縮器及びデータ解凍器

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WO2016152972A1 (ja) * 2015-03-25 2016-09-29 国立大学法人筑波大学 データ圧縮・解凍システム、データ圧縮方法及びデータ解凍方法、並びにデータ圧縮器及びデータ解凍器
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US9948319B2 (en) 2015-03-25 2018-04-17 University Of Tsukuba Data compression/decompression system, data compression method and data decompression method, and data compressor and data decompressor

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