フェリックス

FELICSは、高速効率的でロスレスな画像圧縮システムの略で、オリジナルのロスレスJPEGコーデックよりも5倍高速で、同様の圧縮率を実現するロスレス 画像圧縮アルゴリズムです。^[1]

歴史

これは、米国ロードアイランド州プロビデンスにあるブラウン大学コンピュータサイエンス学部のポール・G・ハワードとジェフリー・S・ヴィッターによって発明され、1993年にユタ州スノーバードで開催されたIEEEデータ圧縮会議で初めて発表されました。ハードウェア実装に成功し、火星探査機HiRISEに搭載されました。 ^[2]

原理

ピクセル予測の近傍。

連続階調画像用の他のロスレスコーデックと同様に、FELICSは画像の相関関係を解消し、エントロピーコーダでエンコードすることで動作します。相関関係の解消とは、ピクセルの2つの最近傍（因果関係があり、デコーダ側で既にエンコード済みで既知）が と であるコンテキストであり、現在のピクセルをエンコードするためのコンテキストを提供するために使用されます。 上端と左端を除き、これらは上と左のピクセルです。例えば、図のピクセルXの近傍はAとBですが、Xが左側にある場合、近傍はBとDになります。 ${\displaystyle \Delta =H-L}$ ${\displaystyle H=max(P1,P2)}$ ${\displaystyle L=min(P1,P2)}$ ${\displaystyle P1,P2}$ ${\displaystyle P}$

Pは、およそ半分の時間で閉区間[L, H]内に収まります。それ以外の場合は、Hより上またはLより下になります。これらはそれぞれ1、01、00としてエンコードできます（p. 4）。次の図は、ピクセルの（理想的な）ヒストグラムと、X軸に沿った強度値、およびY軸に沿った発生頻度を示しています。

範囲[L, H]内におけるPの分布はほぼ均一で、この範囲の中央付近に小さなピークがあります。Pが範囲[L, H]内にある場合、P − Lは調整されたバイナリコードを用いて符号化され、範囲の中央の値はfloor(log ₂ (Δ + 1))ビット、両端の値はceil(log ₂ (Δ + 1))ビットを使用します(p. 2)。例えば、Δ = 11の場合、0から11までのP − Lのコードは0000、0001、0010、0011、010、011、100、101、1100、1101、1110、1111となります。 ${\displaystyle (L+H)/2}$

範囲外では、P は両側で幾何分布に従う傾向があります (p. 3)。これは、以前の選択に基づいて選択されたパラメータを持つライス符号を用いて符号化されます。各 Δ と各ライス符号パラメータkについて、アルゴリズムは範囲外のピクセルを符号化するために使用されたであろうビット数の合計を記録します。次に、各ピクセルについて、そのピクセルにおける Δ に基づいて、 を持つライス符号を選択​​します。

改善点

FELICSの改良には、Δとkの推定手法が含まれています。例えば、HowardとVitterの論文では、比較的平坦な領域（特にL = Hの場合、Δが小さい領域）にはノイズが含まれる可能性があることが認識されており、これらの領域では、区間を広げて実効Δを増やすことで圧縮性能が向上します。また、これまでに観測されたすべての予測残差の平均に基づいて、与えられたΔに対する最適なkを推定することも可能です。これは、各kに使用するビット数を計算するよりも高速で、メモリ使用量も少なくて済みます。

参照

• JPEG-LS
• PNG
• Exif -交換可能な画像ファイル形式
• ギンプ
• 画像圧縮
• 画像ファイル形式
• グラフィックファイル形式の比較

参考文献

1. PG Howard と JS Vitter、「高速で効率的なロスレス画像圧縮」、1993 IEEE データ圧縮会議 (DCC '93) の議事録、ユタ州スノーバード、1993 年 4 月、351-360 ページ。
2. AS McEwen、EM Eliason、JW Bergstrom、NT Bridges、CJ Hansen、WA Delamere、JA Grant、VC Gulick、KE Herkenhoff、L. Keszthelyi、RL Kirk、MT Mellon、SW Squyres、N. Thomas、およびCM Weitz、「火星探査機の高解像度画像科学実験 (HiRISE)」、Journal of Geophysical Research、112(E05S02)、2007年、40ページ。