CN100396101C - 产生并使用辅助图像的图像压缩设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生并使用用于去块处理的辅助图像的图像压缩设备和方法。该图像压缩设备具有：辅助图像产生单元，用于通过使用原始图像产生辅助图像；图像压缩部分，用于压缩原始图像和产生的辅助图像；以及去块处理部分，用于通过使用压缩的辅助图像来将去块处理应用于压缩的原始图像。由于在图像压缩处理中执行去块处理，所以即使在用于解压缩和再现压缩的图像的消费者的产品不是去块装置的情况下，该图像压缩设备也可防止分块效应。而且，现有的一般图像压缩编码器能够使被用而不用改变，并且用于去块处理所需的降低的计算量可导致降低处理负载，增加处理速度，并且降低处理器的功耗。

Description

产生并使用辅助图像的图像压缩设备及其方法
技术领域
本发明涉及一种图像压缩设备及其方法。更具体地说，本发明涉及一种用于以压缩格式压缩并输出输入的图像数据的图像压缩设备及其实施方法。
背景技术
与文本数据相比，图像数据包含非常大量的数据。因此，存储图像数据需要大量存储空间，并且传输图像数据需要大量时间。
因此，为了解决以上问题，提出了图像数据压缩技术，诸如联合摄影专家组(JPEG)、运动图像专家组(MPEG)、H.261、H.264等。随着这种压缩技术的使用，图像数据量被显著地降低，并且因此，可有效进行数据存储和传输。
通常，这种图像压缩由单片编码器执行。图1是示出这种传统的图像压缩编码器的方框图。
该图像压缩编码器将信号处理应用到输入的原始图像以便以预定格式压缩并输出图像。在图1中，图像压缩编码器10具有图像划分单元11、离散余弦变换(DCT)单元13、量化单元15和霍夫曼编码单元17。
输入到图像压缩编码器10中的原始图像被图像划分单元11分为多个块。DCT单元13将DCT按顺序应用于各个划分的块，量化单元15量化块，并且霍夫曼编码单元17其后将霍夫曼编码应用于量化的块从而压缩原始图像。
如上所述，为了压缩图像，输入的原始图像必须被分为每一个具有一定大小通常诸如8×8像素的块，并且其后压缩处理必须被应用于各个划分的块。
然而，当解压缩并再现压缩的图像时，以上处理导致在每一图像块边界不连续的现象。这种现象指的是当压缩图像时在划分的块的边界上离散的或不连续的值的产生。结果，当再现时，图像如放到一起的几个标题一样被显示。这种现象在较高压缩率上出现得更显著。
因此，已提出一些去块方法以消除这种分块效应。
当压缩原始图像时应用第一去块方法，并且其将去块算法应用于量化的块。第一去块方法需要用于在量化单元15和霍夫曼编码单元17之间应用去块算法的部件。因此，图像压缩编码器10必须被重设计，这导致通常使用的现有图像压缩编码器10不能被采用的问题。
第二去块方法是将霍夫曼解码应用于从图像压缩编码器10输出的压缩图像，应用去块算法，并且其后再次应用霍夫曼编码，从而重产生压缩图像。第二去块方法需要三个附加任务，即，i)霍夫曼解码、ii)去块算法应用、和iii)霍夫曼编码，其引起了导致对于处理器过载、低处理速度和由于处理器的增加的负载而导致的增加的功耗的问题。
第三去块方法是对压缩图像解压缩并且应用去块算法。然而，如果消费者的产品不执行这种算法以解压缩并再现压缩图像，则由于不能执行去块而发生问题。
因此，需要在图像压缩处理期间执行去块处理，并且当执行去块处理时处理器不能具有过度的负载。还需要必须采用现有的一般图像压缩编码器10。
因此，存在有对可防止分块效应并降低处理器的所需处理负载和功耗的方法和设备的需要。
发明内容
开发本发明以便解决以上缺点和与传统方案相关的其它问题。本发明的一方面在于提供一种用于当由一般图像压缩编码器进行的图像压缩时产生用于原始图像的辅助图像并且其后使用辅助图像来应用去块处理的图像压缩设备和方法。
通过提供一种图像压缩设备来基本上实现前述和其它目的和优点，该图像压缩设备包括：辅助图像产生单元，用于通过使用原始图像产生辅助图像；图像压缩部分，用于压缩原始图像和产生的辅助图像；以及去块处理部分，用于通过使用压缩的辅助图像来将去块处理应用于压缩的原始图像。
辅助图像产生单元还可被应用于将原始图像划分为多个块，通过使用划分的块的DC系数来估计划分的块的AC系数，并且产生辅助图像。
可通过以与压缩的辅助图像相应的系数信息替换压缩的原始图像的预定系数信息来执行去块处理。
系数信息可包括AC系数信息，并且AC系数信息可包括关于AC系数的霍夫曼代码。
通过提供一种图像压缩方法来基本上实现前述和其它目标和优点，该图像压缩方法包括步骤：a)通过使用原始图像产生辅助图像；b)压缩原始图像和产生的辅助图像；以及c)通过使用压缩的辅助图像来将去块处理应用于压缩的原始图像。
步骤a)还可包括以下步骤：将原始图像划分为多个块，计算划分的块的DC系数，并且通过使用计算出的DC系数来估计划分的块的AC系数。
步骤c)还可包括以下步骤：通过以与压缩的辅助图像相应的系数信息替换压缩的原始图像的预定系数信息来应用去块处理。
系数信息可包括AC系数信息，并且AC系数信息可包括关于AC系数的霍夫曼代码。
附图说明
通过下面参考附图进行对本发明某些实施例的描述，本发明的上述方面和特征将会变得更加清楚，其中：
图1是示出传统的图像压缩编码器的方框图；
图2是示出根据本发明实施例的用于产生并使用用于去块处理的辅助图像的图像压缩设备的方框图；
图3是用于示出根据本发明实施例的用于产生并使用用于去块处理的辅助图像的图像压缩方法的流程图；
图4是用于详细示出图3的辅助图像产生步骤的流程图；
图5是示出图4的AC系数估计步骤的示图；以及
图6是用于示出用于图2的辅助图像产生的辅助图像产生单元的另一实施例的方框图。
在全部附图中，相同的标号将被理解为指的是相同的部分、部件和结构。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的某些实施例。
在以下描述中，相同的附图标号即使在不同的图中也被用于相同的部件。描述中所限定的内容，诸如详细的构造和部件描述被提供以帮助全面理解本发明。而且，由于公知的功能或构造将会以不必要的详细而模糊本发明，所以它们将不被描述。
图2是用于示出用于产生并使用用于去块处理的辅助图像的图像压缩设备的方框图。在图2中，图像压缩设备具有辅助图像产生单元110、图像压缩部分120、和去块处理部分130。
辅助图像产生单元110通过使用输入的原始图像产生辅助图像。原始图像指的是作为压缩目标的图像，即，将被压缩的图像。辅助图像指的是将被用于将去块处理应用于压缩的原始图像的图像。去块处理指的是将在压缩步骤中被执行以消除可能在解压缩压缩的原始图像时产生的分块效应的处理。
辅助图像产生单元110通过使用被创建为预定算法的程序来产生辅助图像。图4中示出用于产生辅助图像的示例性算法。在以下更详细地描述图4的算法。
回到图2，图像压缩部分120以预定格式压缩输入的原始图像和从辅助图像产生单元110产生的辅助图像。将被应用的压缩格式可以是任何合适的格式，诸如JPEG、MPEG、H.261、或H.264格式。图像压缩部分120具有图像划分单元121、DCT单元123、量化单元125、和霍夫曼编码单元127。
图像划分单元121将输入的图像划分为方块，例如，每一个具有8×8像素的块。DCT单元123其后将DCT应用于每一划分的块。DCT应用将块的像素值变换为1个DC系数和63个AC系数。
量化单元125根据量化步骤划分DC系数和AC系数并将它们四舍五入，从而消除小于标准值的系数，因此仅留下大于标准值的有效系数。霍夫曼编码单元127将霍夫曼编码应用于在量化处理中剩下的有效系数。因此，霍夫曼编码单元127产生并输出DC系数的霍夫曼代码(以下，称作DC霍夫曼代码)和有效AC系数的霍夫曼代码(以下，称作AC霍夫曼代码)。
去块处理部分130将去块处理应用于从图像压缩部分120输出的压缩的原始图像。去块处理使用从图像压缩部分120输出的压缩的辅助图像。为了达到此目的，去块处理部分130包括替换单元131和存储单元135。
存储单元135是用于存储压缩的原始图像的缓冲器。
替换单元131使用压缩的辅助图像以将去块处理应用于存储在存储单元135中的压缩的原始图像。详细地说，替换单元131以与压缩的原始图像相应的辅助图像的AC霍夫曼代码替换压缩的原始图像的AC霍夫曼代码。而且，通过AC霍夫曼代码的替换处理最后产生的新压缩图像被输出。
以下，将参照图3来更详细地描述由图2的图像压缩设备执行的图像压缩处理。图3是用于描述用于产生并使用用于根据本发明实施例的去块处理的辅助图像的图像压缩方法的流程图。
参照图3，在步骤(S200)，首先使用输入的原始图像以便产生辅助图像。以下，将参照图4来更详细地描述辅助图像产生步骤，即步骤(S200)。图4是用于详细描述辅助图像产生步骤(S200)的流程图。
参照图4，在步骤(S210)，辅助图像产生单元110将输入的原始图像划分为每一个具有8×8像素的方块，并且在步骤(S220)，计算每一划分的块的DC系数。DC系数指的是块的平均像素值。因此，计算的DC系数的数量与划分的块的数量相同。
其后，在步骤(S230)，辅助图像产生单元110使用计算出的DC系数来估计各个块的AC系数。一个块总共具有63个AC系数，所以可估计63个AC系数。然而，由于所需计算量的增加，全部AC系数的估计可导致过载、处理延迟等。因此，辅助图像产生单元110可被实现为仅估计适当数量的AC系数。将被估计的AC系数是包含更多图像信息的低频AC系数。
以下，将参照图5来更详细地描述步骤(S230)的AC系数估计处理。在图5的左侧，“块5”被示为被“块1”到“块9”包围的阴影块。在图5的右侧，AC系数被示为将从“块5”的AC系数估计的阴影块。如图5所示，本发明的示例性实施例被描述为其中仅5个低频AC系数被估计的例子。
可通过使用“块1”到“块9”(除了“块5”之外)的DC系数来估计从“块5”得出的阴影的5个AC系数AC01、AC10、AC20、AC11、和AC02。其中，“块1”到“块9”(除了“块5”之外)的DC系数分别被称作“DC1”到“DC9”，估计等式可被表示为等式(1)，并且被分别用于AC系数AC01、AC10、AC20、AC11、和AC02的估计。
AC01＝1.13885(DC4-DC6)
AC10＝1.13885(DC2-DC8)
AC20＝0.27881(DC2+DC8-2DC5)            (1)
AC11＝0.16213((DC1-DC3)-(DC7-DC9))
AC02＝0.27881(DC1+DC6-2DC5)
参照图4，一旦完成AC系数的估计，则在步骤(S240)，辅助图像产生单元110将逆DCT(IDCT)应用于已经为其估计AC系数的块。
估计步骤(S230)和IDCT步骤(S240)被应用于一块。如果在步骤(S250)将估计和IDCT完全应用于全部的划分的块，则在步骤(S260)，辅助图像产生单元110组合并输出IDCT已被应用于其的块。
通过以上处理产生的并输出的图像变为辅助图像。在产生辅助图像中获得的重要特征是通过使用各个划分的块的DC系数来估计每一块的AC系数，其在防止分块效应中有效。
参照图3，现在将描述将在辅助图像产生步骤(S200)之后执行的处理。
在步骤(S310)，图像压缩部分120以预定格式压缩并输出输入的原始图像，并且在步骤(S320)将输出的压缩原始图像临时存储在去块处理部分130的存储单元135中。压缩处理是将霍夫曼编码应用于通过原始图像的划分、DCT和量化而剩下的有效系数的处理。因此，从图像压缩部分120仅输出压缩的原始图像的DC霍夫曼代码和AC霍夫曼代码，并且将其临时存储在存储单元135中。
在步骤(S330)，图像压缩部分120其后以预定格式压缩并输出从辅助图像产生单元110产生的辅助图像。图像压缩部分120输出压缩的辅助图像的DC霍夫曼代码和AC霍夫曼代码。
在步骤(S340)，替换单元131其后以压缩的辅助图像的AC霍夫曼代码来替换存储在存储单元135中的压缩的原始图像的AC霍夫曼代码。逐块地执行替换处理。如图5所示，5个AC系数AC01、AC10、AC20、AC11、和AC02关于辅助图像的每一块而被估计，并且剩下的系数被看待为“0”。因此，关于5个AC系数的霍夫曼代码是用于替换的压缩的辅助图像的AC霍夫曼代码。
步骤(S340)的替换处理被逐块地执行，因此，在步骤(S350)，一旦关于压缩的原始图像的全部块完成替换处理，则在步骤(S360)，输出已经完全被替换并被存储在存储单元135中的压缩的原始图像。输出的图像是去块处理已被应用于其的压缩的图像。
如上所述，辅助图像产生单元110已通过使用通过图4的算法产生的程序来被配置以产生辅助图像。在图5中，辅助图像产生单元110计算每块的1个DC系数并且估计5个AC系数，当考虑到在应用DCT和量化时通常处理64个系数时其需要较少处理。因此，辅助图像产生单元110具有较少的所需计算量，所以其可通过软件应用而被实现。
然而，在本发明的另一实施例中，辅助图像产生单元110可被实现为图6中示出的硬件。
参照图6的示例性实施例，辅助图像产生单元110具有用于将输入的原始图像划分为8×8像素的方块的图像划分单元111、用于计算各个划分的块的DC系数的DC系数计算单元113、用于使用计算出的DC系数估计各个块的AC系数的AC系数估计单元115、和用于将IDCT应用于已为其估计AC系数的块的IDCT 117。
由图6中示出的辅助图像产生单元110产生的辅助图像基本上与通过以上处理产生的辅助图像相同。
如上所述，当原始图像被压缩时，本发明可产生用于原始图像的辅助图像并通过使用辅助图像来应用去块处理。由于在图像压缩处理中执行去块处理，所以即使在用于解压缩和再现压缩的图像的消费者的产品不是去块装置的情况下，本发明也可防止分块效应。而且，本发明使现有的一般图像压缩编码器能够被使用而不用改变，并且由于去块处理需要较少的计算量可导致降低处理负载，增加处理速度，并且降低处理器的功耗。
前述实施例和优点仅仅是示例性的并且不被理解为限制本发明。本教导可被容易地应用于其它类型的设备。而且，本发明实施例的描述旨在说明，而不限于权利要求及其等同物的范围，本领域技术人员将理解调整和变型。

Claims (8)

1.一种图像压缩设备，包括：
辅助图像产生单元，用于通过使用原始图像产生辅助图像；
图像压缩部分，用于压缩原始图像和产生的辅助图像；以及
去块处理部分，通过用与压缩的辅助图像相应的系数信息替换压缩的原始图像的预定系数信息来对压缩的原始图像进行去块处理。
2.如权利要求1所述的图像压缩设备，其中，辅助图像产生单元还被配置以将原始图像划分为多个块，通过使用与所述块相邻的8个块中其中一部分划分的块的DC系数估计所述划分的块的AC系数，并且产生辅助图像。
3.如权利要求1所述的图像压缩设备，其中，系数信息包括AC系数信息。
4.如权利要求3所述的图像压缩设备，其中，AC系数信息包括关于AC系数的霍夫曼代码。
5.一种图像压缩方法，包括步骤：
通过使用原始图像产生辅助图像；
压缩原始图像和产生的辅助图像；以及
通过以与压缩的辅助图像相应的系数信息替换压缩的原始图像的预定系数信息来对压缩的原始图像进行去块处理。
6.如权利要求5所述的图像压缩方法，其中，产生辅助图像的步骤包括以下步骤：
将原始图像划分为多个块；
计算划分的块的DC系数；以及
通过使用计算出的与块相邻的8个块中其中一部分块的DC系数来估计所述划分的块的AC系数。
7.如权利要求5所述的图像压缩方法，其中，系数信息包括AC系数信息。
8.如权利要求7所述的图像压缩方法，其中，AC系数信息包括关于AC系数的霍夫曼代码。
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