CN101516008A - 单一位平面的编码系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种单一位平面的编码系统及方法。单一位平面被分离或切割(segment)为至少一背景区域及一前景区域。使用多个编码器，分别对背景区域及前景区域进行编码。通过此切割方式，得以增进编码的效能。

Description

单一位平面的编码系统及方法
技术领域
本发明是有关数据压缩，特别是为数据压缩的区块切割(segmentation)。
背景技术
现今的电子装置(例如电视机、数字视频影碟(DVD)播放器、计算机)通常会于屏幕上重迭显示出额外的消息，此称为屏幕上显示(OSD)。OSD提供给使用者对于电子装置更多的功能或控制选择，例如频道或音量调整。OSD的显示有文字(character)及图标(graphic)两种模式。此两种模式的数据皆储存于存储器中，例如只读存储器(ROM)。由于OSD数据是以图像的方式来储存，因此所需存储器容量较大且成本高。
为了可以有效储存OSD数据，因此需要使用图像压缩技术来降低数据的冗余(redundancy)。鉴于一般图像当中相邻的像素通常具有相同的亮度值，因此，串长(run-length)编码是通常用来进行图像压缩的编码方法之一。串长编码是由亮度值以及相同亮度值的像素数量(亦即，串长)所组成。例如，如果连续十二个像素皆具有亮度值为150，则可以经串长编码成为二字节码(150，2)。因此，其压缩率为6(＝12字节/2字节)。即使串长编码有助于一般图像的压缩，然而，对于小尺寸图像(例如OSD)，串长编码的数据压缩效果并不好，还可能造成数据的扩充(expand)。
鉴于此，因此亟需提出一种有效压缩技术，用以压缩特定图像，特别是OSD图像。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的之一是通过切割方式来增进数据压缩的效能。
根据本发明实施例的单一位平面的编码系统及方法，区域分离装置将单一位平面分离为至少一背景区域及一前景区域。使用多个编码器，分别对背景区域及前景区域进行编码。通过此切割方式，得以增进编码的效能。
本发明提供了一种单一位平面的编码系统，包含：区域分离装置，用以将单一位平面分离为至少一背景区域及一前景区域；及多个编码器，用以分别将该背景区域及该前景区域进行编码。
本发明还提供了一种单一位平面的编码方法，包含：将单一位平面分离为至少一背景区域及一前景区域；及分别将该背景区域及该前景区域进行编码。
附图说明
图1显示本发明实施例之一的数据切割装置及方法。
图2A例示文字模式的OSD字形(font)。
图2B例示图标模式的OSD图像(icon)。
图3显示针对第二图所产生的编码进行解码的装置及方法。
图4A显示本发明实施例的(图1)编码器的装置及方法，用以对前景区域的第一非全零像素列进行编码。
图4B显示本发明实施例的(图3)解码器的装置及方法，用以将霍夫曼编码位串解码，以还原产生前景区域的第一非全零像素列。
图5A显示本发明实施例的(图1)编码器的装置及方法，用以对第一非全零像素列之后的其它非全零像素列进行编码。
图5B显示本发明实施例的二维差距量(offset)编码的流程图。
图5C显示一个二维差距量编码的例子。
图5D显示本发明实施例的(图3)解码器的装置及方法，用以将霍夫曼编码位串加以解码，以还原产生前景区域中第一非全零像素列之后的其它非全零像素列。
[主要元件标号说明]
8       向量量化            9      单一位平面
10      分析图像            11     分离为多个区域
12A     背景区域            12B    前景区域
120A    上半部背景          121A   下半部背景
120B    第一非全零像素列    121B   其它非全零像素列
122A、123A、122B、123B     编码器
124A、125A、124B、125B     编码表
222A、223A、222B、223B     解码器
224A、225A、224B、225B        解码表
220A     上半部背景               221A   下半部背景
220B     第一非全零像素列         221B   其它非全零像素列
21       结合区块                 20     单一位平面
19       结合单一位平面           18     VQ解码器
41       串长编码                 43     霍夫曼(Huffman)编码
430      串长编码的统计           432    霍夫曼(Huffman)编码表
434      霍夫曼(Huffman)编码器    41B    串长解码
43B      霍夫曼(Huffman)解码      432B   霍夫曼(Huffman)编码表
434B     霍夫曼(Huffman)解码器
51       二维差距量(offset)编码
510-1512 二维差距量(offset)编码步骤
53       霍夫曼(Huffman)编码      530    差距量编码的统计
532      霍夫曼(Huffman)编码表    534    霍夫曼(Huffman)编码器
53B      霍夫曼(Huffman)解码      532B   霍夫曼(Huffman)编码表
534B     霍夫曼(Huffman)解码器    51B    二维差距量(offset)解码
516      差距量解码器             517    前一像素列
具体实施方式
图1显示本发明实施例之一的数据切割(segmentation)装置及方法。在本实施例中，是针对屏幕上显示(OSD)图像进行切割，然而，本发明实施例也可以适用于其它图像。先对此OSD图像进行前置处理，例如向量量化(vectorquantization，VQ)8，又称为区块量化(block quantization)或样式匹配量化(pattern matching quantization)，其使用编码表(codebook/codetable/lookup-table)的方式来对数据进行编码，使其从多维度向量空间成为低维度向量空间。接着，向量量化(VQ)8的输出被分离为多个单一位平面(bit-plane)9。每一个单一位平面是由相同有效位所组成。例如，对于一个5位的图像，可以分离为五个单一位平面；其每一像素的亮度值为“0”或“1”，如图2A或图2B所示。第一单一位平面是由最高有效位(MSB)所组成，而第五单一位平面则由最低有效位(LSB)所组成。
如图1所示，对单一位平面图像进行分析或扫描(方块10)，以判定像素列的像素值是否全部为零(“0”)。接下来，于方块11中，根据该分析接果将图像分离为多个区域(area)或片段(segment)，使得每一个区域具有相同或类似的特性(例如统计特性)。在本实施例中，OSD图像被分离为背景区域12A及前景区域12B。其中，背景区域12A在本实施例中是定义为包含全零(all-zero)像素列的区域，或者，每一像素列的所有像素值皆相同，例如皆为零(“0”)；前景区域12B在本实施例中是定义为非全零(non-all-zero)像素列的区域，或者，每一像素列的部分像素值(例如“1”)异于其它像素值(例如“0”)。
图2A例示文字模式的OSD字形(font)，图2B则例示图标模式的OSD图像(icon)。在这些图例中，背景区域12A包含两个不连续部分-上半部背景120A及下半部背景121A，其皆包含全零(all-zero)像素列。至于前景区域12B则包含多个连续的非全零(non-all-zero)像素列；该前景区域12B至少包含第一区块(其至少包含第一非全零像素列120B，位于前景区域12B的第一列)以及第二区块(其包含第一非全零像素列120B之后的其它非全零像素列121B，直到前景区域12B的最后一列)。
接下来，使用个别的编码器122A、123A、122B、123B来分别对上半部背景120A、下半部背景121A、第一非全零像素列120B、其它非全零像素列121B进行编码。这些编码器122A-123B彼此可以是不同的，也可以是部分不同。通过适当地选择适合的编码技术，使得个别的区块数据可以有效地编码。编码器122A-123B的有效程度通常视个别特定应用的最佳压缩比、压缩时间或者两者的折衷来决定。另外，可以选择使用辅助编码表124A、125A、124B、125B，用以配合或加速编码器122A-123B的编码。这些编码表124A-125B可以包含统计消息，例如图像出现的频率。编码器122A-123B的输出位串则储存于一或多个存储器装置(例如只读存储器(ROM))，而储存的数据将于后续被读取并显示于显示装置(例如电视屏幕或液晶显示器)。
图3显示针对第二图所产生的编码进行解码的装置及方法。之前储存于存储器装置的位串1-4被读取出来，并分别输入至解码器222A、223A、222B、223B，其是使用和第二图编码相对应的解码技术。另外，可以选择使用辅助解码表224A、225A、224B、225B，用以配合或加速解码器222A-223B的解码。位串1-4经解码器222A-223B的解码后，分别还原产生上半部背景220A、下半部背景221A、第一非全零像素列220B、其它非全零像素列221B。经解码的区块220A-221B通过方块21予以结合后，形成单一位平面(方块20)。所有单一位平面经由方块19加以结合后，进行VQ解码18，其是执行图1的向量量化(VQ)8的相对应解码。
图4A显示本发明实施例的编码器122B(图1)装置及方法，用以对前景区域12B的第一非全零像素列120B进行编码。第一非全零像素列120B经串长编码41后，形成单一位平面串长编码。由于单一位平面仅含有像素值“0”或“1”，因此使用串长编码于个别的单一位平面时，可以省略掉像素值。接着，再进行霍夫曼(Huffman)编码43。在霍夫曼(Huffman)编码43中，首先收集串长编码的出现(/发生)频率(或其统计特性)(430)；接着，根据此统计特性产生霍夫曼(Huffman)编码表432。在霍夫曼(Huffman)编码表432中，较常出现的串长编码被赋予较短编码，而较罕出现的串长编码被赋予较长编码。霍夫曼(Huffman)编码器434则根据霍夫曼(Huffman)编码表432进行编码，形成霍夫曼编码的位串。
图4B显示本发明实施例的解码器222B(图3)装置及方法，用以将霍夫曼编码位串加以解码，以还原产生前景区域12B的第一非全零像素列120B。在霍夫曼(Huffman)解码43B中，霍夫曼(Huffman)解码器434B根据霍夫曼(Huffman)编码表432B进行解码。接着，经霍夫曼解码的位串由串长解码器41B再作进一步解码，因而还原得到前景区域12B的第一非全零像素列120B。
图5A显示本发明实施例的编码器123B(图1)装置及方法，用以对第一非全零像素列120B之后的其它非全零像素列121B(直到前景区域12B的最后一列)进行编码。单一位平面的区块首先由二维差距量(offset)51进行编码。
图5B显示本发明实施例的二维差距量(offset)编码的流程图，图5C则显示一个编码例子。在步骤510中，于前一像素列中决定出第一位置b1。在本实施例中，此第一位置b1是定义为第一个出现，且(1)与目标(或目前)像素值(或颜色)相异，(2)位于目标像素的右方，且(3)位于像素值(颜色)转换处。例如，图5C所示的位置b1即为第一位置，因为其像素值(“1”(白色))与目标(或目前)像素值(“0”(黑色))相异，位于目标像素的右方，且位于像素值转换处(由“0”转换为“1”)。
在步骤511中，于目前像素列决定出第二位置a1。在本实施例中，此第二位置a1是定义为：欲编码像素(亦即，紧接于经编码的目标像素右边的像素)之后第一个像素值(颜色)转换处。例如，图5C所示的位置a1即为第二位置，因为其位于欲编码像素之后第一个像素值(颜色)转换处(由“1”转换为“0”)。
于步骤512中，决定位置a1与位置b1的差距量(offset)。在本实施例中，差距量是定义为自位置b1至位置a1的横向距离。例如，在图5C中，自位置b1至位置a1的距离(或差距量)为“-2”。
继续参阅图5A，接着将差距量编码再进行霍夫曼(Huffman)的编码53。类似于图4A，在霍夫曼(Huffman)编码53中，首先收集差距量编码的出现(/发生)频率(或其统计特性)(530)；接着，根据此统计特性产生霍夫曼(Huffman)编码表532。在霍夫曼(Huffman)编码表532中，较常出现的差距量编码被赋予较短编码，而较罕出现的差距量编码被赋予较长编码。霍夫曼(Huffman)编码器534则根据霍夫曼(Huffman)编码表532进行编码，形成霍夫曼编码的位串。
图5D显示本发明实施例的解码器223B(图3)装置及方法，用以将霍夫曼编码位串加以解码，以还原产生前景区域12B中第一非全零像素列120B之后的其它非全零像素列121B(直到前景区域12B的最后一列)。在霍夫曼(Huffman)解码53B中，霍夫曼(Huffman)解码器534B根据霍夫曼(Huffman)编码表532B进行解码。接着，经霍夫曼解码的位串则进行差距量解码51B，用以还原得到前景区域12B中第一非全零像素列120B之后的其它非全零像素列121B。差距量解码51B是由差距量解码器516配合可储存前一像素列数据的储存区域517来完成差距量解码。
根据上述的实施例，通过切割方式而得以增进编码的效能。再者，OSD图像(例如图2A、图2B所示者)的前景区域12B还可以再作进一步编码，以进一步增进OSD的显示效能。本发明实施例适用于OSD图像或与其尺寸相当的图像，然而也可适用于其它尺寸的图像压缩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在上述的权利要求范围内。

Claims (18)

1.一种单一位平面的编码系统，包含：
区域分离装置，用以将单一位平面分离为至少一背景区域及一前景区域；及
多个编码器，用以分别将该背景区域及该前景区域进行编码。
2.根据权利要求1所述单一位平面的编码系统，其中上述的背景区域包含多个像素列，其中每一该像素列的所有像素值皆相同。
3.根据权利要求1所述单一位平面的编码系统，其中上述的前景区域包含多个像素列，其中每一该像素列中至少有一像素值异于其它像素值。
4.根据权利要求1所述单一位平面的编码系统，还包含背景区块分离装置，用以将该背景区域分离为上半部背景区块及下半部背景区块。
5.根据权利要求4所述单一位平面的编码系统，还包含前景区块分离装置，用以将该前景区域分离为第一区块，其包含该前景区域的第一像素列；及第二区块，其包含该第一像素列之后的其它多个像素列。
6.根据权利要求1所述单一位平面的编码系统，还包含多个编码表，用以分别配合该多个编码器。
7.根据权利要求1所述单一位平面的编码系统，还包含向量量化编码器，用以对图像进行编码。
8.根据权利要求7所述单一位平面的编码系统，还包含单一位平面分离装置，用以将该向量量化编码器所产生的编码图像分离为多个单一位平面。
9.根据权利要求5所述单一位平面的编码系统，还包含多个解码器，用以分别对经编码的该上半部背景区块、该下半部背景区块、该第一区块及该第二区块进行相对应的解码。
10.一种单一位平面的编码方法，包含：
将单一位平面分离为至少一背景区域及一前景区域；及
分别将该背景区域及该前景区域进行编码。
11.根据权利要求10所述单一位平面的编码方法，其中上述的背景区域包含多个像素列，其中每一该像素列的所有像素值皆相同。
12.根据权利要求10所述单一位平面的编码方法，其中上述的前景区域包含多个像素列，其中每一该像素列中至少有一像素值异于其它像素值。
13.根据权利要求10所述单一位平面的编码方法，还包含背景区块分离步骤，用以将该背景区域分离为上半部背景区块及下半部背景区块。
14.根据权利要求13所述单一位平面的编码方法，还包含前景区块分离步骤，用以将该前景区域分离为第一区块，其包含该前景区域的第一像素列；及第二区块，其包含该第一像素列之后的其它多个像素列。
15.根据权利要求10所述单一位平面的编码方法，还包含提供多个编码表，用以分别配合该背景区域、前景区域的编码。
16.根据权利要求10所述单一位平面的编码方法，还包含向量量化编码步骤，用以对图像进行编码。
17.根据权利要求16所述单一位平面的编码方法，还包含单一位平面分离步骤，用以将该向量量化编码的图像分离为多个单一位平面。
18.根据权利要求14所述单一位平面的编码方法，还包含解码步骤，用以分别对经编码的该上半部背景区块、该下半部背景区块、该第一区块及该第二区块进行相对应的解码。
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