본 발명은 데이터를 인가받아 미리 지정된 크기의 다수의 패치로 분할하는 패치 분할부, 다수의 패치 각각에 대해 2차원 이산 코사인 변환(이하 DCT)을 수행하여 DCT 도메인 상의 다수의 DCT 패치를 획득하는 DCT 변환부, 다수의 DCT 패치를 미리 지정된 방식에 따라 다수의 그룹으로 그룹화하여 다수의 DCT 패치 그룹을 획득하는 패치 그룹화부, 다수의 DCT 패치 그룹 각각에 대응하는 다수의 그룹별 직교 사전 행렬을 생성하고, 생성된 그룹별 직교 사전 행렬과 대응하는 DCT 패치 그룹을 이용하여 그룹별 스파스 계수를 업데이트하고, 업데이트된 그룹별 스파스 계수와 대응하는 DCT 패치 그룹을 이용하여 그룹별 직교 사전 행렬을 업데이트하는 과정을 반복하여, 다수의 DCT 패치 그룹 각각에 따른 최적 그룹별 직교 사전 행렬을 획득하는 직교 스파스 코딩부를 포함하여, 성능 저하를 억제하면서도 적은 반복 횟수와 적은 연산량으로 빠르게 사전을 획득할 수 있는 직교 스파스 코딩 장치 및 방법을 제공한다.